(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石用磁性体の少なくとも一方の磁極面に、高透磁率材からなる保磁部材を接合して着磁された磁極体を回転子鉄心に設けるようにしたことを特徴とする永久磁石形回転子。
【請求項２】
磁石用磁性体と保磁部材とが接着剤により接合されていることを特徴とする請求項１記載の永久磁石形回転子。
【請求項３】
磁石用磁性体と保磁部材とが狭着部材により接合されていることを特徴とする請求項１記載の永久磁石形回転子。
【請求項４】
磁石用磁性体は、保磁部材に挿入されて固定されていることを特徴とする請求項１記載の永久磁石形回転子。
【請求項５】
保磁部材は、磁石用磁性体を囲む形状を為し、且つ分割可能に構成されていることを特徴とする請求項１記載の永久磁石形回転子。
【請求項６】
保磁部材の少なくとも一部が回転子鉄心の外部まで突出して装着されていることを特徴とする請求項１記載の永久磁石形回転子。
【請求項７】
保磁部材は、方向性珪素鋼板を積層して構成されていることを特徴とする請求項１記載の永久磁石形回転子。
【請求項８】
磁極体は、スキュー着磁により磁極体の磁極面の一部に逆性磁極が付帯されていることを特徴とする請求項１記載の永久磁石形回転子。
【請求項９】
保磁部材端部の形状は、回転子鉄心の軸心から回転子鉄心外周方向に向かって前記軸心と平行な方向に段階的又は連続的に変化していることを特徴とする請求項１記載の永久磁石形回転子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石を回転子鉄心表面に張り付けた表面型、及び永久磁石を回転子鉄心内部に埋設した埋込型の永久磁石形回転子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、同期回転機に装着する永久磁石形回転子として、永久磁石を回転子鉄心表面に張り付けた表面型のものや、永久磁石を回転子鉄心内部に埋設した埋込型のものがある。これらの永久磁石形回転子を装着した同期回転機は、励磁損失がなく高効率で動作範囲が広いので、電動機、発電機等に広く利用されている。しかし、近年の増大する電力需要に対する省エネルギー型の回転機の要求は高く、さらなる低価格化、小型化、高効率化が望まれている。
【０００３】
従来より、大量生産用の回転機に使用される永久磁石形回転子の着磁工程は、回転子表面又は内部に磁石用磁性体を装着した後、専用の着磁装置でこの回転子全体に強磁界を印加して着磁する方法が採られてきた。これは、回転子鉄心が着磁後の磁石の減磁を防止する効果を持つからである。
【０００４】
一方、大型回転機や少量生産用の回転機に使用される永久磁石形回転子の場合は、専用の着磁装置を製作するとコストが上がるため、汎用の着磁装置を使用して磁石用磁性体を単体にて着磁した後、その磁石を永久磁石形回転子に装着する方法が採られてきた。この場合、着磁後の減磁作用が大きく働くために磁力の大きな磁石をつくるのが難しく、減磁作用による保磁力の低下を補うために、磁石用磁性体を厚くして減磁作用を弱めたり、耐減磁性の高い磁石用磁性体を使用するなどして必要な磁力を得ていた。しかし、磁石用磁性体は高価なため、その厚みを広げることはコストの増加につながり、また、耐減磁性の高い磁石用磁性体は、その耐減磁作用が保磁力と相反する性質があるため、着磁後の磁石の磁力を大きくするのには限界があった。
【０００５】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、従ってその目的は、安価、小型で効率の高い永久磁石形回転子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の永久磁石形回転子は、磁石用磁性体の少なくとも一方の磁極面に、高透磁率材からなる保磁部材を接合して着磁された磁極体を回転子鉄心に設けるようにしたことを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、磁石用磁性体の少なくとも一方の磁極面に、高透磁率材からなる保磁部材を接合して磁極体を構成し、この磁極体の磁極面間の距離を長くすることにより、磁極体を単体で着磁する際の減磁作用を減少させて、磁力の大きな磁石を作ることができ、この磁石を装着した永久磁石形回転子から発生する磁力を大きくすることができる。従って、この永久磁石形回転子を装着して同期回転機を構成することにより、永久磁石形回転子から発生する磁束と、電機子コイルに電流を流すことによって発生する磁束との間に生ずるマグネットトルクを大きくすることができ、高効率な回転特性が得られる。また、このように磁極体を構成することで、従来よりも磁力の大きな磁石を作ることができるので、永久磁石形回転子の大きさを小型にすることができ、しかも、磁石用磁性体の使用量を減らすことができるので、永久磁石形回転子の製造コストを下げることもできる。
【０００８】
請求項２記載の永久磁石形回転子は、磁石用磁性体と保磁部材とが接着剤により接合されていることを特徴とする。
このような構成によれば、磁石用磁性体と保磁部材との接合を強固にすることができるので、着磁の際に磁石用磁性体と保磁部材とを剥離させるように働く電磁力に耐えることができる。しかも、磁極体は剥離しにくいので、磁極体の製造時の運搬工程や、磁極体を回転子鉄心に装着する作業工程を円滑に進めることができる。
【０００９】
請求項３記載の永久磁石形回転子は、磁石用磁性体と保磁部材とが狭着部材により接合されていることを特徴とする。
このような構成によれば、狭着部材を着脱可能なように構成することができるので、作業工程が簡単になり、廃棄時の処理も容易に行える。
【００１０】
請求項４記載の永久磁石形回転子は、磁石用磁性体が保磁部材に挿入されて固定されていることを特徴とする。
このような構成によれば、磁石用磁性体を保磁部材に挿入する際に、正確な位置決め精度を必要としないので、作業工程が簡単になる。
【００１１】
請求項５記載の永久磁石形回転子は、保磁部材が磁石用磁性体を囲む形状を為し、且つ分割可能に構成されていることを特徴とする。
このような構成によっても、請求項４と同様の効果が得られる。
【００１２】
請求項６記載の永久磁石形回転子は、保磁部材の少なくとも一部が回転子鉄心の外部まで突出して装着されていることを特徴とする。
このような構成によれば、保磁部材の突出部に、磁極体が着磁された磁石から発生する磁界のバイパス磁気回路が形成されるので、この突出部先端に磁気センサを付設して、突出部先端からの漏れ磁束を検出することで、回転子の磁極位置を検出することができる。
【００１３】
請求項７記載の永久磁石形回転子は、保磁部材が方向性珪素鋼板を積層して構成されていることを特徴とする。
このような構成によれば、方向性珪素鋼板の積層面方向を変えることにより、電機子コイルのｄ軸、ｑ軸インダクタンス成分比を調整して、リラクタンストルクの増減を制御することができる。これにより、リラクタンストルクとマグネットトルクとの総合トルクを増加させて回転効率を高めたり、トルク脈動による振動、騒音を抑制させることができる。
【００１４】
請求項８記載の永久磁石形回転子は、磁極体がスキュー着磁により磁極体の磁極面の一部に逆性磁極が付帯されていることを特徴とする。
このような構成によれば、磁極体を単体で着磁することにより精密なスキュー着磁が可能となる。これにより、このスキュー着磁された磁石を装着した永久磁石形回転子から発生する磁界の分布にスキュー特性をもたせることができる。従って、この永久磁石形回転子を装着した同期回転機は、トルク脈動による振動、騒音を抑制することができる。
【００１５】
請求項９記載の永久磁石形回転子は、保磁部材端部の形状が回転子鉄心の軸心から回転子鉄心外周方向に向かって前記軸心と平行な方向に段階的又は連続的に変化していることを特徴とする。
このような構成によれば、保磁部材端部の形状を段階的又は連続的に変化させて磁極体を構成し、この磁極体が磁化された磁石を永久磁石形回転子に装着するようにして、永久磁石形回転子から発生する磁界の分布に、スキュー特性をもたせることができる。従って、この永久磁石形回転子を装着した同期回転機は、トルク脈動による振動、騒音を抑制することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［第１の実施例］
以下、本発明の第１の実施例について、図１乃至図４を参照して説明する。
まず、図２は、埋込型の永久磁石形回転子（以下、単に回転子と称す）１を装着した三相同期回転機（以下、単に回転機と称す）２の断面構造を示したものである。
【００１７】
円筒形状の回転機収容部３の内周部には、電機子４が装着されている。電機子４は、電機子鉄心５と、電機子コイル６とで形成されている。電機子鉄心５は、リング状の珪素鋼板の内周部にスロット７群が形成されたものを積層して形成されており、スロット７群の内周部には回転子１を装着するための界磁空間８が形成されている。電機子コイル６は、スロット７群に銅条線が巻回されて形成されている。そして、界磁空間８内に回転子１が装着されており、このようにして回転機２が構成されている。
【００１８】
図１は、回転子１の構成を示している。回転子鉄心９は、円形状の珪素鋼板が積層されて形成されている。この回転子鉄心９の中央部には、円柱形状の挿入孔１０が開けられており、シャフト１１が挿入されて装着されている。また、この回転子鉄心９の中心から外周方向に向かって対称な９０°をなす４方向には、直方体形状の４つの挿入孔１２が開けられており、夫々の挿入孔１２には、後述する磁石１３’が埋設されている。
【００１９】
磁極体１３は、次のようにして構成されている。磁石用磁性体１４及び保磁部材１５は、強磁性材料で形成されており、保磁部材１５の強磁性材料は、磁石用磁性体１４に比べて透磁率の高いものが使用されている。磁石用磁性体１４及び保磁部材１５は、直方体形状をなしており、一対の対向面間の長さは、回転子鉄心９の圧延鋼板の積層方向の長さと同等になるように形成されている。
ここで、磁石用磁性体１４及び保磁部材１５の面のうち、後述するような着磁装置１６（図３）にて印加される磁界の方向に垂直な一対の面を、磁極面と呼ぶこととすると、磁石用磁性体１４及び保磁部材１５の磁極面の面積は、同等になるように形成されている。
【００２０】
そして、磁石用磁性体１４は、その両側の磁極面が２つの保磁部材１５の夫々一方側の磁極面で挟まれるようにして接合されており、このようにして磁極体１３が構成されている。この磁極体１３は、後述するような着磁装置１６（図３）によって着磁されることにより磁化されて、磁石１３’（磁極体１３を磁石１３’と読み替える）となる。そして、この磁石１３’が挿入孔１２に埋設されて、回転子１が構成されている。
【００２１】
このようにして構成された回転機２において、電機子コイル６に三相交流電流を流してスロット７群から回転磁界を発生させることにより、この回転磁界と回転子１の内部に埋設された磁石１３’から発生する磁界との間にマグネットトルクが発生し、回転子１の回転動作が行われる。
【００２２】
＜磁極体１３の着磁方法の説明＞
ここで、磁極体１３の着磁方法について説明する。図３は、磁極体１３が着磁装置１６に装着された状態を示す断面図である。着磁装置１６は、電磁石ヨーク部１７に電磁石コイル１８が巻回された２組の電磁石１９で構成されている。この２組の電磁石１９間に磁極体１３を挟み、それぞれの電磁石コイル１８に同じ向きの電流を流して電磁石１９間に強磁界を発生させることにより、磁極体１３が着磁され、磁石１３’が生成される。
【００２３】
次に、生成された磁石１３’から発生する磁力について、磁極面の面積が等しく構成の異なる直方体形状の３種類の磁性物体２０乃至２２を例に挙げ、図４（ａ）乃至（ｃ）を参照して説明する。
【００２４】
図４（ａ）に示す磁性物体２０は、磁極面間の距離がｄ１の磁石用磁性体で構成されている。図４（ｂ）に示す磁性物体２１は、磁極面間の距離が（ｄ１＋２×ｄ２）の磁石用磁性体で構成されている。図４（ｃ）に示す磁性物体２２は、磁極面間の距離がｄ１の磁石用磁性体２２ａと磁極面間の距離がｄ２の２つの保磁部材２２ｂとが、磁石用磁性体２２ａの両側の磁極面を２つの保磁部材２２ｂの夫々一方側の磁極面で挟むようにして接合されており、磁性物体２２の磁極面間の距離が磁性物体２１の磁極面間の距離と同等になるように構成されている。但し、これらの磁性物体２０乃至２２の磁石用磁性体の磁性材料には、同材質の強磁性材料が使用されているものとする。
【００２５】
まず、磁性物体２０に外部から強磁界を印加して着磁を行った場合の磁石２０’（磁性物体２０を磁石２０’と読み替える）の生成過程について説明する。磁性物体２０を着磁装置１６に装着し、着磁装置１６のスイッチをオンして磁性物体２０の磁極面間に、外部から垂直に強磁界を与えると、磁性物体２０は磁化されて、磁極面間に磁気分極が生じ、一方側の磁極面にＮ極、もう一方側の磁極面にＳ極の磁極が生成される。
【００２６】
そして、着磁装置１６のスイッチをオフして磁性物体２０に印加されている外部磁界を無くすと、磁性物体２０の磁極面の外部には、磁性物体２０の磁極面に生成された磁極によってＮ極からＳ極へ向かう磁界が発生する。また、このとき、磁性物体２０の内部にも、Ｎ極からＳ極へ向かう磁界が発生し、この磁界は外部の磁界と向きが反対なので外部の磁界を弱めるように働く反磁界となる。そして、磁性物体２０は、外部に発生した磁界と、内部に発生した反磁界とが均衡がとれた状態で磁気分極が安定し、一定磁力を外部に発生する磁石２０’となる。
【００２７】
この磁石２０’内部に発生する反磁界の強度は、磁極間の距離が短いほど大きくなる特性があるので、磁力の大きな磁石をつくるためには、磁性物体２０の磁極面間の距離を長くしたほうがよい。従って、磁性物体２０の場合と同様にして、磁性物体２１に着磁を行った場合には、磁性物体２１の磁極面間の距離が、磁性物体２０と比べて（２×ｄ２）だけ長いため、生成される磁極間の距離も長くなり、着磁後の磁性物体２１の内部に発生する反磁界の強度は小さくなる。それ故に、磁性物体２１は、磁性物体２０と比べて非常に大きな磁力を外部に発生する磁石２１’（磁性物体２１を磁石２１’と読み替える）となる。
【００２８】
次に、磁性物体２２に着磁を行った場合について説明する。磁性物体２２は、磁石用磁性体２２ａと２つの保磁部材２２ｂとが接合されて形成されているため、着磁後に生成される磁極は、両保磁部材２２ｂの磁石用磁性体２２ａと接しない側の端面に発生する。このとき、磁極間の距離は磁性体２１と同等の（ｄ１＋２×ｄ２）となるため、磁性物体２２の内部に発生する反磁界は磁極間の距離が等しい磁性物体２１と同等の強さとなる。但し、磁性物体２２は磁石用磁性体２２ａと保磁部材２２ｂとの接合面間の隙間及び周囲に漏れ磁束が発生し、若干の減磁作用も働くため、生成される磁石２２’（磁性物体２２を磁石２２’と読み替える）から発生する磁力は、磁石２０’と比べると非常に大きく、磁石２１’と比べると若干小さいがほぼ同等の大きさのものとなる。
【００２９】
本実施例では、磁性物体２２と同様にして、磁石用磁性体１４の両磁極面に２つの保磁部材１５を接合させて磁極体１３を構成し、この磁極体１３を着磁することによって磁石１３’を生成するようにした。従って、磁石１３’から発生する磁力は、磁極体１３の磁石用磁性体１４及び２つの保磁部材１５の磁極面間の距離を合わせ持つ磁石用磁性体を着磁した場合に生成される磁石から発生する磁力と、ほぼ同等の大きさをもつことになる。
【００３０】
このように本実施例によれば、磁石用磁性体１４の両磁極面に２つの保磁部材１５を接合させて磁極体１３を構成し、この磁極体１３が磁化された磁石１３’を回転子鉄心９に埋設することにより回転子１を構成するようにした。
このように磁極体１３を構成することにより、磁極体１３を着磁することによって生成される磁石１３’の磁極間の距離を長くして、減磁作用を減少させることができるので、磁極体１３を単体で着磁しても磁力の大きな磁石１３’を作ることができる。また、磁石用磁性体１４として、耐減磁性能が低く保磁力の大きな強磁性材料を使用すれば、このような磁極体１３を構成することによって、減磁作用を減少させることができるので、効率よく磁力の大きな磁石１３’を作ることができる。
【００３１】
これにより、回転子１から発生する磁力を大きくすることができるので、この回転子１を装着した回転機２は、マグネットトルクを大きくすることができ、高効率な回転特性が得られる。また、電機子コイル６の電流位相を最適な進み角に制御することにより、リラクタンストルクをマグネットトルクに加算させて総合トルクを大きくして、回転機２の回転効率を更に上げることもできる。
【００３２】
更に、このような磁極体１３を構成することで、磁石用磁性体１４の使用量を減らしても、磁力の大きな磁石１３’を生成することができるので、製造コストを下げることができる。しかも、磁極体１３は形状が単純なため、着磁をする際に、専用の着磁装置１６を製作する必要がなく、その分の製造コストを下げることもできる。また、保磁部材１５の形状は任意に加工できるので、回転子鉄心２の挿入孔９の大きさに合わせた適正な大きさの磁極体１３を作ることができ、嵌合性を高めることができる。
【００３３】
［第２の実施例］
次に、本発明の第２の実施例について、図５を参照して説明する。尚、図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。
磁石用磁性体１４は、その両面の磁極面が、２つの保磁部材１５の磁極面で挟まれるようにして、接着剤たる紫外線硬化型接着剤２３にて接着されており、このようにして磁極体２４が構成されている。
【００３４】
このように第２の実施例によれば、磁石用磁性体１４と保磁部材１５とを、紫外線硬化型接着剤２３により強固に接合することができるので、磁極体２４を着磁する際に、磁石用磁性体１４と保磁部材１５とを剥離するように働く大きな電磁力に耐えることができる。また、磁石用磁性体１４と保磁部材１５との接合面の隙間をわずかにして接合することができるので、磁極体２４を着磁する際に、磁石用磁性体１４と保磁部材１５との接合面の間の隙間及び周囲への漏れ磁束による減磁作用を減らして、磁石２４’（磁極体２４を磁石２４’と読み替える）を生成することができる。
【００３５】
更に、紫外線硬化型接着剤２３は、磁石用磁性体１４と保磁部材１５とを加圧接着する際に、接合部からはみ出した接着剤へ紫外線を照射することにより、はみ出した接着剤を瞬時に硬化させることができるので、はみ出した接着剤が装置や人間に付着して、作業効率を低下させることを防ぐことができる。しかも、磁石用磁性体１４と保磁部材１５との接合部は、簡単に剥離することはないので、磁極体２４（磁石２４’）の運搬工程や、磁石２４’の回転子鉄心９への埋込工程等の作業を円滑に進めることができる。また、紫外線硬化型接着剤２３は、加熱処理により簡単に剥脱、分離することが可能なため、廃棄時の分別処理工程における作業効率を上げることができ、且つ、加熱消磁との同時処理による廃棄処理工程の時間短縮が可能となる。
【００３６】
［第３の実施例］
次に、本発明の第３の実施例について、図６を参照して説明する。尚、図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。
回転子１の回転子鉄心９に埋設される磁極体２５は、次のようにして構成されている。磁石用磁性体２６は、第１の実施例で示した磁石用磁性体１４と同様にして形成されている。保磁部材２７は、第１の実施例で示した保磁部材１５と同様の形状に形成されているが、一方側の磁極面の中央両端部には、狭着部材たるクランプ片２８を固定するための直方体形状の溝２９が設けられている。
【００３７】
そして、磁石用磁性体２６は、その両側の磁極面が２つの保磁部材２７の夫々一方側の磁極面で挟まれるよにして接合されており、２つのクランプ片２８が、磁石用磁性体２６及び２つの保磁部材２７を挟むようにして、溝２９に嵌合されている。このクランプ片２８は、保磁部材２７と同材質の強磁性材料であり、コの字型形状に形成されている。また、クランプ片２８は、クランプ片２８による嵌合部分の磁極体２５の磁極面間の距離が、嵌合部分以外の磁極体２５の磁極面間の距離と同等になるように、厚さが調整されて形成されている。このようにして、磁極体２５が構成されている。
【００３８】
このような構成によれば、クランプ片２８は着脱可能なため、作業工程や廃棄時の処理工程を単純化できる。更に、保磁部材２７に溝２９を設けることにより、クランプ片２８の固定位置がずれることを防止できる。また、磁極体２５の磁極面間の距離は、クランプ片２８の有る無しにかかわらず、一定になるように構成されているので、磁極体２５が着磁された磁石２５’（磁極体２５を磁石２５’と読み替える）と回転子鉄心９との間に隙間をつくることなく、磁石２５’を回転子鉄心９の内部に埋設することができる。
【００３９】
［第４の実施例］
次に、本発明の第４の実施例について、図７を参照して説明する。尚、図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。
【００４０】
回転子１の回転子鉄心９に埋設される磁極体３０は、次のようにして構成されている。磁石用磁性体３１は、第１の実施例で示した磁石用磁性体１４と同様にして形成されている。保磁部材３２は、直方体形状をなし、一対の対向面間の長さは、回転子鉄心９の圧延鋼板の積層方向の長さと同等になるように形成されており、磁石用磁性体を挿入するための挿入孔３３が設けられている。この挿入孔３３は、磁石用磁性体３１を挿入しやすいように挿入孔端３４が丸められている。また、保磁部材３２の一方側の磁極面壁の中央部には、その外面から挿入孔３３まで貫通させた円筒状のピン孔３５が開けられている。
【００４１】
そして、磁石用磁性体３１は、保磁部材３２の挿入孔３３に挿入されており、ピン孔３５に円柱形状のピン３６が打ち込まれることによって、磁石用磁性体３１が固定されている。このようにして、磁石用磁性体３１と保磁部材３２とが
接合されて、磁極体３０が構成されている。
【００４２】
このような構成によれば、磁極体３０を製造する工程において、磁石用磁性体３１は単に保磁部材３２の挿入孔３３に挿入するだけでよく、磁石用磁性体３１と保磁部材３２との精密な位置合わせが必要ないので、作業が簡単になる。従って、自動化による大量生産も可能となる。
【００４３】
［第５の実施例］
次に、本発明の第５の実施例について、図８（ａ），（ｂ）を参照して説明する。尚、図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。
【００４４】
回転子１の回転子鉄心９に埋設される磁極体３７は、次のようにして構成されている。図８（ａ）に示すように、磁石用磁性体３８は、第１の実施例で示した磁石用磁性体１４と同様にして形成されている。保磁部材３９は、コの字型形状をなし、一対の対向面間の長さは、回転子鉄心９の圧延鋼板の積層方向の長さと同等になるように形成されており、２つの保磁部材３９の凹内部で磁石用磁性体３８が狭着できるような大きさに形成されている。但し、この保磁部材３９の凹内部の磁極面の面積は、磁石用磁性体３８の磁極面の面積に比べて、少し大きくなるように形成されている。
【００４５】
そして、図８（ｂ）に示すように、磁石用磁性体３８は、２つの保磁部材３９の凹内部で挟まれるようにして接合されており、２つの保磁部材３９のコの字形状の突端部４０同志が溶接されて固定されている。このようにして、磁極体３７が構成されている。
この磁極体３７が磁化された磁石３７’（磁極体３７を磁石３７’と読み替える）は、２つの保磁部材３９の接合部が挿入孔の内壁に沿うようにして、回転子鉄心９に埋設されており、このようにして回転子１が構成されている。
【００４６】
このような構成によれば、磁極体３７を製造する工程において、磁石用磁性体３８は単に２つの保磁部材３９間に狭着されるように装着するだけでよく、磁石用磁性体３８と保磁部材３９との精密な位置合わせが必要ないので、作業が簡単になる。
【００４７】
［第６の実施例］
次に、本発明の第６の実施例について、図９を参照して説明する。図９は、磁石４１’（後述）が埋設された回転子１を装着した回転機２における回転子１の軸心と平行な方向の横断面図の上側半分を示したものである。尚、図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。
【００４８】
回転機収容部３は、円筒形状の筒４２の両端部に皿型の蓋板４３が接合されて形成されており、その内周部に電機子４が装着されている。そして、この電機子４の内周部の界磁空間８内には、回転子１が装着されており、このようにして回転機２が構成されている。
【００４９】
回転子１には、後述するように、磁極体４１が磁化された磁石４１’（磁極体４１を磁石４１’と読み替える）が埋設されているが、この磁石４１’の保磁部材４４は、回転子鉄心９の圧延鋼板の積層方向の長さよりも長くなるように形成されており、回転子鉄心９の一方側の端面に突出部４５が形成されている。
【００５０】
そして、この回転子鉄心９の突出部４５の形成された側と対向する回転機収容部３の蓋板４３の内面壁には、突出部４５の先端面に最も近い位置に、円筒形状の３つの間隔調整部材４６が装着されており、これらの間隔調整部材４６の先端面には、夫々、ホールＩＣ４７が装着されている。これらのホールＩＣ４７は、後述するように、回転子１の磁極位置センサとして使用されるものであり、３つのホールＩＣ４７は、電機子４と回転子１との電気角が夫々１２０度をなすような位置に装着されている。
【００５１】
回転子１の回転子鉄心９に埋設される磁極体４１は、次のようにして構成されている。磁石用磁性体４８は、第１の実施例で示した磁石用磁性体１４と同様にして形成されている。保磁部材４４は、第１の実施例で示した保磁部材１５と同様の形状に形成されているが、一対の対向面間の長さは、回転子鉄心９の圧延鋼板の積層方向の長さよりも長くなるように形成されている。
【００５２】
そして、磁石用磁性体４８及び２つの保磁部材４４は、磁石４１’を回転子鉄心９の挿入孔１２へ挿入する方向に対して垂直となる面のうち、夫々の一方側の面を揃えるようにして、磁石用磁性体４８の両側の磁極面が２つの保磁部材４４の夫々一方側の磁極面で挟まれて、紫外線硬化型接着剤２３（図５参照）により接合されており、このようにして磁極体４１が構成されている。
【００５３】
磁石４１’は、回転子鉄心９の挿入孔１２に、磁石用磁性体４８及び２つの保磁部材４４の前記揃えられた面が、回転子鉄心９の一方側の端面に揃えられるようにして埋設されている。そして、この回転子鉄心９のもう一方側の端面には、保磁部材４４の端部が突出するようにして突出部４５が形成されている。
【００５４】
１つの磁石４１’の一対の突出部４５の先端面には、互いに逆性の磁極が生成されている。磁化された磁石用磁性体４８から発生する磁界の一部は、保磁部材４４の内部を通って、Ｎ極側の磁極が生成された保磁部材４４の突出部４５の先端面から、外部に向かって、漏れ磁界となって放出されている。そして、この放出された磁界を、Ｓ極側の磁極が生成された保磁部材４４の突出部４５の先端面で受けることによって、これら一対の突出部４５間には、バイパス磁気回路が形成されている。そして、これら一対の突出部４５の先端面から発生している漏れ磁界をホールＩＣ４７で検出することにより、回転子の磁極位置の検出が行われる。
【００５５】
このように本第６の実施例によれば、保磁部材４４の長さを、磁石４１’を回転子鉄心９の挿入孔１２へ挿入する方向に対して、磁石用磁性体４８の長さよりも長くして磁極体４１を構成し、この磁極体４１が磁化された磁石４１’を回転子１の回転子鉄心９に埋設することによって、保磁部材４４の突出部４５を設け、バイパス磁気回路を形成するようにした。そして、この磁石４１’が埋設された回転子１を装着した回転機２において、突出部４５の先端面から発生する漏れ磁界をホールＩＣ４７で検出することにより、回転子１の磁極位置の検出が行えるようにした。これは、エンコーダ、レゾルバ等の従来の磁極位置センサに比べて安価であり、取り付け空間も狭くて済み、精密な取り付け精度も必要とせずに実現することができる。
【００５６】
尚、突出部４５は、電機子コイル６の漏れ磁界の影響を避けるため、できるだけ回転子１の軸心の近側に設けた方がよい。また、バイパス磁気回路を形成するための突出部として、磁極体を構成する１つの保磁部材だけを突出させて、単一極性の突出部を設けるようにしてもよい。
【００５７】
［第７の実施例］
次に、本発明の第７の実施例について、図１０を参照して説明する。尚、図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。
【００５８】
回転子１の回転子鉄心９に埋設される磁極体４９は、次のようにして構成されている。磁石用磁性体５０は、第１の実施例で示した磁石用磁性体１４と同様にして形成されている。保磁部材５１は、方向性珪素鋼板が積層されて、磁石用磁性体５０の磁極面と同面積の磁極面を有する直方体形状に形成されている。このとき、方向性珪素鋼板は、その圧延された鋼板面方向が、磁石用磁性体５０の磁極面に垂直になるようにして、磁極体４９が磁化された磁石４９’（磁極体４９を磁石４９’と読み替える）を回転子鉄心９の挿入孔１２へ挿入する方向と平行になるように積層されている。
【００５９】
そして、磁石用磁性体５０は、その両側の磁極面が２つの保磁部材５１の夫々一方側の磁極面で挟まれるようにして、紫外線硬化型接着剤２３（図５参照）で接合されており、このようにして磁極体４９が構成されている。
【００６０】
このような構成によれば、積層された方向性珪素鋼板には、圧延された鋼板面方向には磁界を通し易くし、圧延鋼板の積層方向には磁界を通しにくくする性質があるので、図示は省略するが、この磁石４９’が埋設された回転子１を装着した回転機２の電機子４のｑ軸インダクタンス成分を低減し、ｄ軸インダクタンス成分を増加させることができる。これにより、ｑ軸インダクタンス成分が大きいときに発生するトルク脈動による振動、騒音を抑制することができる。
【００６１】
［第８の実施例］
次に、本発明の第８の実施例について、図１１を参照して説明する。尚、図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。
【００６２】
回転子１の回転子鉄心９に埋設される磁極体５２は、次のようにして構成されている。磁石用磁性体５３は、第１の実施例で示した磁石用磁性体１４と同様にして形成されているが、磁極体５２が磁化された磁石５２’（磁極体５２を磁石５２’と読み替える）を回転子鉄心９の挿入孔１２へ挿入する方向と垂直な方向の磁極面の幅は、挿入孔１２の幅よりも狭くなるように形成されている。保磁部材５４は、回転子鉄心９の圧延鋼板の積層方向の長さと同等の幅をもつ方向性珪素鋼板が、磁石用磁性体５３の磁極面を覆うように巻回されて形成されている。このようにして、磁極体５２が構成されている。
【００６３】
このような構成によれば、図示は省略するが、磁石５２’が埋設された回転子１を装着した回転機２の電機子４のｄ軸インダクタンス成分を低減し、ｑ軸インダクタンス成分を増加させることができる。これにより、リラクタンストルクが大きくなるので、電機子コイル６に流す電流の位相を最適な進み角に制御することによって、リラクタンストルクとマグネットトルクとの総合トルクを大きくして、回転効率を上げることができる。また、この巻回型の磁極体５２は、製造が容易であり、方向性珪素鋼板の巻回時に積層面間の間隔を広げるように調整することにより、ｄ軸インダクタンスをさらに低減させて、リラクタンストルクを増大させることができる。
【００６４】
［第９の実施例］
次に、本発明の第９の実施例について、図１２（ａ），（ｂ）を参照して説明する。尚、図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。
【００６５】
回転子１の回転子鉄心９に埋設される磁極体５５は、次のようにして構成されている。磁石用磁性体５６及び保磁部材５７は、第１の実施例で示した磁石用磁性体１４及び保磁部材１５と同様にして形成されているが、夫々の磁極面間の距離は、磁石用磁性体１４及び保磁部材１５よりも長くなるように形成されている。そして、１つの磁石用磁性体５６と１つの保磁部材５７との磁極面同志が、紫外線硬化型接着剤２３（図５参照）で接合されて、磁極体５５が構成されている。
【００６６】
この磁極体５５には、次のようにしてスキュー着磁が施されている。
まず、磁極体５５は、着磁装置１６の電磁石ヨーク部１７の２つの対向する端面間の中央部に、電磁石ヨーク部１７の端面に対して、磁極体５５の磁極面が斜めに挟み込まれるようにして装着され、この状態で着磁が行われることにより、図１２（ｂ）に示すように、磁極体５５の磁極面上の中央部に平行四辺形形状の磁極が生成される。
【００６７】
次に、磁極体５５の着磁されていない両側端部の三角形形状部分の磁極面が、片側づつ、２つの電磁石ヨーク部１７に挟み込まれて装着され、この状態で磁極体５５の中央部に着磁された磁極とは逆性磁極の着磁が行われることにより、磁極体５５の磁極面の両側端部には、磁極面中央部とは逆性磁極の三角形形状の磁極が生成される。このようにして、スキュー着磁が施された磁石５５’（磁極体５５を磁石５５’と読み替える）が生成される。
【００６８】
このような構成によれば、磁石５５’が埋設された回転子１から発生する磁界の分布にスキュー特性を持たせることができるので、この回転子１を装着した回転機２（図示せず）は、トルク脈動による振動、騒音を抑制することができる。また、磁極体５５は形状が単純なため、スキュー着磁を簡単に行うことができる。
【００６９】
［第１０の実施例］
次に、本発明の第１０の実施例について、図１３を参照して説明する。尚、図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。
【００７０】
回転子１の回転子鉄心９に埋設される磁極体５８は、次のようにして構成されている。磁石用磁性体５９は、第８の実施例で示した磁石用磁性体５３と同様にして形成されている。保磁部材６０は、長方形状の方向性珪素鋼板が積層されて形成されている。この長方形状の方向性珪素鋼板には、磁極体５８が磁化された磁石５８’（磁極体５８を磁石５８’と読み替える）を回転子鉄心９の挿入孔１２へ挿入する方向に垂直な磁石用磁性体５９の面と同形の長方形状の穴が開けられており、この方向性珪素鋼板が、回転子鉄心９の圧延鋼板の積層方向の長さと同等になるように積層されている。そして、保磁部材６０の穴に磁石用磁性体５９が挿入されて、磁極体５８が構成されている。
【００７１】
この磁極体５８に、第９の実施例と同様にしてスキュー着磁が施されることにより、磁石５８’が生成される。そして、この磁石５８’は、保磁部材６０の方向性珪素鋼板の積層方向が、磁石５８’を回転子鉄心９の挿入孔１２へ挿入する方向と同じになるようにして、回転子鉄心２に埋設されており、このようにして回転子１が構成されている。
【００７２】
このような構成によれば、方向性珪素鋼板を積層させて保磁部材５９を形成するようにして磁極体５８を構成しても、スキュー着磁を行うことができる。従って、図示は省略するが、この回転子１を装着した回転機２は、スキュー特性による効果と、リラクタンストルク成分の調整による効果が得られ、非常に安定した回転特性を得ることができる。
【００７３】
［第１１の実施例］
次に、本発明の第１１の実施例について、図１４を参照して説明する。尚、図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。
回転子１の回転子鉄心９に埋設される磁極体６１は、次のようにして構成されている。磁石用磁性体６２は、第８の実施例で示した磁石用磁性体５３と同様にして形成されている。
【００７４】
保磁部材６３は、以下のような菱形形状をなしている。磁極体６１が磁化された磁石６１’（磁極体６１を磁石６１’と読み替える）を回転子鉄心９の挿入孔１２へ挿入する方向に対して垂直な面は、平行四辺形状に形成されており、同方向に対して垂直な方向の磁極面の幅は、磁石用磁性体６２の磁極面の幅と同等に形成されている。また、磁石６１’を挿入孔１２へ挿入する方向に対する保磁部材６３の長さは、回転子鉄心９の圧延鋼板の積層方向の長さの半分になるように形成されている。そして、同形状の２つの保磁部材６３が、夫々の平行四辺形状の面の鋭角部と鈍角部が接するようにして、磁石用磁性体６２の一方側の磁極面に、紫外線硬化型接着剤２３（図５参照）で接合されている。
【００７５】
磁石用磁性体６２のもう一方側の磁極面に装着する保磁部材６４は、第１の実施例で示した保磁部材１５と同様にして形成されており、磁石用磁性体６２のもう一方側の磁極面に、紫外線硬化型接着剤２３（図５参照）で接合されている。このようにして、磁極体６１が構成されている。
この磁極体６１が磁化された磁石６１’は、菱形形状の保磁部材６３に生成された磁極が回転子鉄心９の外周方向に向けられるようにして、回転子鉄心９の挿入孔１２に埋設されており、このようにして回転子１が構成されている。
【００７６】
このとき、菱形形状の２つの保磁部材６３は、それぞれの平行四辺形の面の鋭角部と鈍角部とが接するようにして磁石用磁性体６２に接合されているので、夫々の磁極が生成された磁極面は、回転子１軸心と平行な方向に対して、回転子１の円周方向にずれるように配置されている。従って、この磁石６１’が埋設された回転子１から発生する磁界の分布は、回転子１軸心と平行な方向に対して、回転子１軸心の円周方向に偏りのある磁界分布となり、これによってスキュー効果を得ることができる。
【００７７】
尚、菱形形状の保磁部材を３つ以上の複数にして、保磁部材によって形成される磁石の磁極面を回転子１軸心と平行な方向に対して、段階的にずらすようにして磁極体を構成してもよく、その場合には、回転子１から発生する磁界の強度分布を、回転子１軸心と平行な方向に対して、回転子１軸心の円周方向になだらかに変化させることができ、スキュー効果を高めることができる。また、菱形形状の複数の保磁部材の代わりに、保磁部材を１つにして、保磁部材の磁極が発生する側の磁極面が、回転子１軸心と平行な方向に対して、連続的にずれるように形成して磁極体を構成してもよく、その場合も、同様のスキュー効果を得ることができる。
【００７８】
尚、本発明は、上記し、且つ図面に示す実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形、拡張が可能である。
本発明の第４の実施例では、保磁部材３２にピン孔３５を設け、ピン３６で磁石用磁性体３１と保磁部材３２とを固定するようにしたが、ピン孔３５の代わりにネジ穴を設け、ボス等のネジで磁石用磁性体３１を保磁部材３２に固定するようにしてもよく、また、保磁部材３２にピン孔３５を設けないで、挿入孔３３の内側の磁極面壁に突起部を設け、磁石用磁性体３１を保磁部材３２の挿入孔３３に圧入して、この突起部で磁石用磁性体３１を押圧して固定するようにしてもよい。
【００７９】
本発明の第５の実施例では、２つの保磁部材３９の突端部４０は、溶接により接合するようにしたが、ろう付けによる接合でもよい。更に、図示はしないが、磁石用磁性体３８と保磁部材３９との接合は、紫外線硬化型接着剤により接合するようにしてもよく、また、保磁部材３９に溝を設けて、クランプ片等の狭着部材によって接合するようにしてもよい。
本発明の第２、６、７、９及び１１の実施例では、磁石用磁性体と保磁部材とを接合させるときに紫外線硬化型接着剤２３を使用したが、接着強度の強い接着材を使用してもよい。
【００８０】
本発明の実施例では、磁石を回転子鉄心の内部に埋設する埋込型の永久磁石形回転子について説明したが、磁石を回転子鉄心の表面に張り付ける表面型の永久磁石形回転子に適用してもよい。
本発明の実施例では、磁極体の形状を直方体形状に形成するようにしたが、磁極体の形状は任意に形成すればよく、例えば、円弧状に形成してもよい。
本発明の実施例では、４極形の永久磁石形回転子について説明したが、任意の極数の永久磁石形回転子に適用してよい。
本発明の実施例では、三相同期回転機について説明したが、単相同期回転機に適用してもよい。
【００８１】
【発明の効果】
以上の記述で明らかなように、本発明の永久磁石形回転子は、磁石用磁性体の少なくとも一方の磁極面に保磁部材を接合して磁極体を構成し、この磁極体の磁極面間の距離を長くすることにより、磁極体を単体で着磁する際の減磁作用を減少させて、磁力の大きな磁石を作ることができ、この磁石を装着した永久磁石形回転子から発生する磁力を大きくすることができるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す永久磁石形回転子の斜視図
【図２】回転機の断面図
【図３】着磁装置の断面図
【図４】磁性物体の構成図
【図５】本発明の第２の実施例を示す図１相当図
【図６】本発明の第３の実施例を示す図１相当図
【図７】本発明の第４の実施例を示す図１相当図
【図８】本発明の第５の実施例を示す図１相当図
【図９】本発明の第６の実施例を示す回転機の横断面図
【図１０】本発明の第７の実施例を示す図１相当図
【図１１】本発明の第８の実施例を示す図１相当図
【図１２】本発明の第９の実施例を示す磁極体の斜視図及びその着磁方法を示す図
【図１３】本発明の第１０の実施例を示す図１相当図
【図１４】本発明の第１１の実施例を示す図１相当図
【符号の説明】
図面中、１は回転子（永久磁石形回転子）、２は回転機（三相同期回転機）、４は電機子、９は回転子鉄心、１１はシャフト、１３，２４，２５，３０，３７，４１，４９，５２，５５，５８は磁極体（磁石）、１４，２６，３１，３８，４８，５０，５３，５６，５９，６２は磁石用磁性体、１５，２７，３２，３９，４３，５１，５４，５７，６０，６３，６４は保磁部材、２３は紫外線硬化型接着剤、２８はクランプ片（狭着部材）、３３は挿入孔、３５はピン孔、３６はピン、４６は間隔調整部材、４７はホールＩＣを示す。
【図１】
0003746656.tif 000002
【図２】
0003746656.tif 000003
【図３】
0003746656.tif 000004
【図４】
0003746656.tif 000005
【図５】
0003746656.tif 000006
【図６】
0003746656.tif 000007
【図７】
0003746656.tif 000008
【図８】
0003746656.tif 000009
【図９】
0003746656.tif 000010
【図１０】
0003746656.tif 000011
【図１１】
0003746656.tif 000012
【図１２】
0003746656.tif 000013
【図１３】
0003746656.tif 000014
【図１４】
0003746656.tif 000015