JP2015139234A - 回転子および永久磁石電動機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】回転子コア100には、軸方向に直角な断面で見て、q軸を挟んで両側に、q軸に沿って直線状に延びている第1の磁石挿入孔111および第2の磁石挿入孔112が形成されている。第1の磁石挿入孔111および第2の磁石挿入孔112には、それぞれ第1の永久磁石121および第2の永久磁石122が挿入されている。第1の磁石挿入孔111の第1の側壁111bおよび第2の側壁111cと第2の磁石挿入孔112の第1の側壁112bおよび第2の側壁112cによって内周ブリッジ部106および極間ブリッジ部107が形成されている。永久磁石として、J−H減磁曲線における、残留磁束密度Brの90%に対応する磁場Hkと保持力Hcjとの比(Hk/Hcj)が0.8と0.85の範囲内であるフェライト磁石が用いられている。
【選択図】図3
Description
フェライト磁石を用いた回転子を備える永久磁石電動機として、例えば、特許文献1に開示されている永久磁石電動機が知られている。特許文献1に開示されている永久磁石電動機は、図10に示されている回転子コア600を有する回転子を用いている。なお、図10は、回転子コア600を軸方向に直角な方向から見た断面図である。図10に示されている回転子コア600は、回転子コア600の回転中心Oからq軸に沿って直線状に延びている磁石挿入孔611が、周方向に沿って複数形成されている。磁石挿入孔611には、直線状に延びている永久磁石621が挿入されている。永久磁石621としてフェライト磁石が用いられている。磁石挿入孔611および永久磁石621は、断面が四角形状を有している。
一方、残留磁束密度が高いフェライト磁石は、保持力が低いため、減磁し易い。したがって、残留磁束密度が高いフェライト磁石を用いる場合には、保持力を高めるために、フェライト磁石の厚さ(N極表面とS極表面の間の間隔)を厚くする必要がある。
しかしながら、回転子コアの大きさ(直径)を変えないで、フェライト磁石の厚さを厚くすると、磁石表面積(N極およびS極の磁極表面積)が小さくなり、磁束量が減少することになる。
このため、フェライト磁石を用いて、希土類磁石を用いた場合と同程度の効率を達成するのは難しいと思われていた。
本発明者らは、フェライト磁石の角形性(J−H減磁曲線における、残留磁束密度Brの90%に対応する磁場Hkと保持力Hcjとの比[Hk/Hcj])に着目し、フェライト磁石を用いた永久磁石電動機の効率がフェライト磁石の角形性に影響することを見出した。
したがって、本発明は、永久磁石としてフェライト磁石を用いた永久磁石電動機の効率を向上させることができる技術を提供することを目的とする。
一つの発明は、回転子に関する。
本発明の回転子は、複数の磁石挿入孔が形成された回転子コアと、複数の磁石挿入孔に挿入された複数の永久磁石を有している。回転子コアは、典型的には、電磁鋼板を積層することによって形成される。複数の永久磁石によって、d軸(主磁束の方向)とq軸(d軸に対して電気的に直角な方向)が規定される。永久磁石は、N極の主磁極とS極の主磁極が周方向に沿って交互に配置されるように着磁される。
複数の磁石挿入孔は、軸方向に直角な断面で見て、q軸に対して周方向に沿って一方方向側(例えば、時計回り方向側)および他方方向側(例えば、反時計回り方向側)に配置され、q軸に沿って直線状に延びている第1の磁石挿入孔および第2の磁石挿入孔により構成されている。第1の磁石挿入孔および第2の磁石挿入孔は、周方向に沿って一方方向側および他方方向側に配置される第1の側壁および第2の側壁を有している。典型的には、第1の磁石挿入孔および第2の磁石挿入孔は、径方向(q軸)に沿って外周側および内周側に配置され、周方向に沿って延びている外周壁および内周壁を有している。
複数の永久磁石は、第1の磁石挿入孔に挿入される第1の永久磁石および第2の磁石挿入孔に挿入される第2の永久磁石により構成されている。
第1の磁石挿入孔の第1の側壁と、当該第1の磁石挿入孔に対して一方方向側に配置される第2の磁石挿入孔の第2の側壁(d軸を挟んで両側に配置される第1の磁石挿入孔の第1の側壁と第2の磁石挿入孔の第2の側壁)によって、内周ブリッジ部が形成されている。また、第1の磁石挿入孔の第2の側壁と、当該第1の磁石挿入孔に対して他方方向側に配置される第2の磁石挿入孔の第1の側壁(q軸を挟んで両側に配置される第1の磁石挿入孔の第2の側壁と第2の磁石挿入孔の第1の側壁)によって、極間ブリッジ部が形成されている。
本発明では、第1の永久磁石および第2の永久磁石として、J−H減磁曲線(J:磁化、H:磁場)における、残留磁束密度Brの90%に対応する磁場Hkと保持力Hcjとの比(Hk/Hcj)が[0.8≦(Hk/Hcj)≦0.85]を満足するフェライト磁石を用いている。
なお、比[Hk/Hcj]は、「角形性」とも呼ばれている。J−H減磁曲線は、J−H曲線における第2象限の曲線である。残留磁束密度Brは、J−H減磁曲線における磁場(外部磁場)Hが0の時の磁化(残留磁化Jr)に等しい。保持力Hcjは、J−H減磁曲線における磁化Jが0の時の磁場に等しい。
本発明では、q軸に沿って直線状に延びている第1の磁石挿入孔と第2の磁石挿入孔が設けられている。これにより、磁石表面積を大きくすることができる。また、d軸を挟んで隣接する第1の磁石挿入孔と第2の磁石挿入孔の間に内周ブリッジ部が形成されているとともに、q軸を挟んで隣接する第1の磁石挿入孔と第2の磁石挿入孔の間に極間ブリッジ部が形成されているため、遠心力に対する回転子コアの強度を高めることができる。これにより、d軸を挟んで隣接する第1の磁石挿入孔と第2の磁石挿入孔の間の間隔を小さくすることができ、d軸を挟んで隣接する第1の磁石挿入孔と第2の磁石挿入孔の間を介して磁束が短絡するのを防止することができる。また、永久磁石として、J−H減磁曲線における、残留磁束密度Brの90%に対応する磁場Hkと保持力Hcjとの比(Hk/Hcj)が[0.8≦(Hk/Hcj)≦0.85]を満足するフェライト磁石を用いている。これにより、保持力の低下を抑制しながら残留磁束密度を高めることができる。したがって、永久磁石電動機の効率を向上させることができる。
また、第2の磁石挿入孔は、周方向に沿って一方方向側および他方方向側に配置され、q軸に平行に延びている第1の側壁および第2の側壁、径方向に沿って外周側および内周側に配置され、周方向に沿って延びている外周壁および内周壁、第2の側壁と内周壁に接続されている第2の斜壁により形成されている。
そして、第1の磁石挿入孔の第1の斜壁と、当該第1の磁石挿入孔に対して周方向に沿って一方方向側に配置される第2の磁石挿入孔の第2の斜壁(d軸を挟んで両側に配置される第1の磁石挿入孔の第1の斜壁と第2の磁石挿入孔の第2の斜壁)は、当該第1の磁石挿入孔に挿入される第1の永久磁石および当該第2の磁石挿入孔に挿入される第2の永久磁石により規定されるd軸と平行に延びているとともに、径方向(d軸)に沿って直線状に延びる内周ブリッジ部を形成している。
本形態では、d軸を挟んで両側に配置される第1の磁石挿入孔と第2の磁石挿入孔の間に、d軸に沿って直線状に延びる内周ブリッジ部が形成されている。これにより、d軸を挟んで両側に配置される第1の磁石挿入孔と第2の磁石挿入孔の間の部分を介して磁束が短絡するのを効果的に抑制することができる。また、内周ブリッジ部を形成する第1の磁石挿入孔の第1の斜壁と第2の磁石挿入孔の第2の斜壁がd軸(径方向)に平行に延びているため、遠心力に対する回転子コアの強度を効果的に高めることができる。
本形態では、第1の磁石挿入孔および第2の磁石挿入孔と回転子コアの外周面(第2の曲線部分)との間の部分の間隔が、周方向に沿って略等しくなる。これにより、遠心力に対する回転子コアの強度の低下を抑制しながら外周ブリッジ部の幅(径方向に沿った長さ)を小さくすることができ、第1の磁石挿入孔および第2の磁石挿入孔と回転子コアの外周面との間の部分を介して磁束が短絡するのを抑制することができる。
本発明は、前述した各回転子と同様の効果を有している。
なお、本明細書では、「軸方向」は、回転子が固定子に対して回転可能に支持されている状態において、回転子の回転中心Oを通る回転中心線の方向を示している。また、「周方向」は、回転子が固定子に対して回転可能に支持されている状態において、軸方向(回転中心線の方向)に直角な断面でみて、回転中心Oを中心とする円周方向を示している。また、「径方向」は、回転子が固定子に対して回転可能に支持されている状態において、軸方向に直角な断面でみて、回転中心Oを通る方向を示している。
また、「d軸」は、軸方向に直角な断面で見て、磁石挿入孔に挿入されている永久磁石によって形成される主磁極(N極、S極)の主磁束が流れる方向(主磁極の周方向中心)を示し、「q軸」は、「d軸」に対して電気的に直角な(電気角で90度の)方向を示している。
また、「平行」という記載は、「略平行」である態様を含むものとして用いている。
また、「周方向に沿って一方方向」および「周方向に沿って他方方向」という記載は、軸方向に直角な断面で見て、「時計回り方向(右回り方向)」および「反時計回り方向(左回り方向)」を示すものとして用いている。勿論、逆に、「反時計回り方向(左回り方向)」および「時計回り方向側(右回り方向側)」を示すものとして用いることもできる。
第1の実施の形態の永久磁石電動機10は、固定子20と、固定子20に対して回転可能に支持されている回転子50により構成されている。
固定子20は、固定子コア30と固定子巻線40により構成されている。固定子コア30は、電磁鋼板を積層して形成されている。固定子コア30は、軸方向に直角な断面で見て、周方向に沿って延びているヨークと、ヨークから径方向に沿って回転子50の回転中心方向に延びている複数のティースと、周方向に隣接するティースによって形成されるスロットを有している。固定子巻線40は、スロット内に挿入されている。
回転子コア100は、電磁鋼板を積層することによって形成されている。
磁石挿入孔に挿入される永久磁石によって主磁極(N極、S極)が形成され、主磁極によって主磁束が発生する。
本実施の形態では、磁石挿入孔に挿入される永久磁石として、希土類磁石より残留磁束密度は低いが安価であるフェライト磁石が用いられている。
第1の曲線部分101Aは、d軸と交差し、回転子コア100の外周方向に突出している第1の曲線形状に形成されている。また、第2の曲線部分101Bは、q軸と交差し、回転子コア100の外周方向に突出している第2の曲線形状に形成されている。第1の曲線形状は、d軸上の回転中心Oを曲率中心とする半径R1の円弧形状である。また、第2の曲線形状は、q軸上の、回転中心Oより第2の曲線部分101Bと反対方向に離れた点Pを曲率中心とする半径R2(>R1)の円弧形状である。
本実施の形態では、磁石挿入孔は、q軸に対して周方向に沿って一方方向側(時計回り方向側)に配置され、q軸に沿って直線状に延びている第1の磁石挿入孔111と、q軸に対して周方向に沿って他方方向側(反時計回り方向側)に配置され、q軸に沿って直線状に延びている第2の磁石挿入孔112を有している。q軸に対して周方向に沿って一方方向側に配置されている第1の磁石挿入孔111と他方方向側に配置されている第2の磁石挿入孔112によって磁石挿入孔群が構成され、磁石挿入孔群が、周方向に沿って複数配置されている。
第1の磁石挿入孔111は、外周壁111a、第1の側壁111b、第2の側壁111cおよび内周壁111dによって形成されている。外周壁111aおよび内周壁111dは、径方向(q軸)に沿って外周側(外周面101側)および内周側(回転中心O側)に配置され、周方向に沿って直線状に延びている。第1の側壁111bおよび第2の側壁111cは、周方向に沿って一方方向側(時計回り方向側)および他方方向側(反時計回り方向側)に配置され、q軸に平行に直線状に延びている。
第2の磁石挿入孔112は、第1の磁石挿入孔111と同様に、外周壁112a、第1の側壁112b、第2の側壁112cおよび内周壁112dによって形成されている。
第1の永久磁石121は、外周面121a、第1の側面121b、第2の側面121cおよび内周面121dによって形成されている。外周面121aおよび内周面121dは、径方向(q軸)に沿って外周側および内周側に配置され、周方向に沿って直線状に延びている。第1の側面121bおよび第2の側面121cは、周方向に沿って一方方向側および他方方向側に配置され、q軸に平行に直線状に延びている。第1の永久磁石121の外周面121a、第1の側面121b、第2の側面121cおよび内周面121dは、第1の磁石挿入孔111の外周壁111a、第1の側壁111b、第2の側壁111cおよび内周壁111dに対向する位置に配置される。
第2の永久磁石122は、第1の永久磁石121と同様に、外周面122a、第1の側面122b、第2の側面122cおよび内周面122dによって形成されている。第2の永久磁石122の外周面122a、第1の側面122b、第2の側面122cおよび内周面122dは、第2の磁石挿入孔112の外周壁112a、第1の側壁112b、第2の側壁112cおよび内周壁112dに対向する位置に配置される。
q軸を挟んで両側に配置される第1の永久磁石121と第2の永久磁石122により永久磁石群が構成されている。
本実施の形態では、第1の永久磁石121および第2の永久磁石122は、周方向に沿って着磁されている。例えば、図3に示されているように、同じ磁石挿入孔群を構成している(q軸を挟んで両側に配置されている)第1の磁石挿入孔111および第2の磁石挿入孔112に挿入される第1の永久磁石121および第2の永久磁石122は、周方向に沿って同じ極性となるように着磁される。例えば、同じ永久磁石群を構成している第1の永久磁石121の第1の側面121bおよび第2の永久磁石122の第1の側面122bがN極となり、第1の永久磁石121の第2の側面121cおよび第2の永久磁石122の第2の側面122cがS極となるように着磁される。すなわち、同じ永久磁石群を構成している(q軸を挟んで両側に配置されている)第1の永久磁石121および第2の永久磁石122の側面のうち、周方向に沿って一方方向側に配置される側面121bおよび122bが一方の極性(S極またはN極)となり、他方方向側に配置される側面121cおよび122cが他方の極性(N極またはS極)となるように着磁される。
また、周方向に隣接する永久磁石群のうち一方方向側に配置される永久磁石群を構成している第2の永久磁石122と他方方向側に配置される永久磁石群を構成している第1の永久磁石121については、周方向に沿って対向する面(d軸に対して周方向に沿って一方方向側に配置される第2の永久磁石122の第2の側面122cと他方方向側に配置される第1の永久磁石121の第1の側面121b)が同じ極性となるように着磁される。すなわち、周方向に隣接する永久磁石群のうち一方方向側に配置される永久磁石群の第2の永久磁石122の第2の側面122cと他方方向側に配置される永久磁石群の第1の永久磁石121の第1の側面121bが同じ極性となるように着磁される。
永久磁石を着磁する方法としては、平行に着磁する平行着磁方法あるいは中心点からラジアル方向に着磁するラジアル着磁方法を用いることができる。
この第1の外周ブリッジ部105aおよび第2の外周ブリッジ部105bによって、第1の磁石挿入孔111および第2の磁石挿入孔112と回転子コア100の外周面101(第2の曲線部分101B)の間の部分を介して磁束が短絡するのを抑制することができる。
第1の外周ブリッジ部105aおよび第2の外周ブリッジ部105bは、本発明の「第3のブリッジ部」に対応する。
この内周ブリッジ部106によって、周方向に隣接する磁石挿入孔群の間(d軸に対して一方方向側に配置される第2の磁石挿入孔と他方方向側に配置される第1の磁石挿入孔の間)の部分を介して磁束が短絡するのを抑制することができる。
好適には、内周ブリッジ部106の幅(周方向に沿った長さ)Tの最小値は、0.35mm〜0.5mmの範囲内に設定される。
内周ブリッジ部106は、本発明の「第1のブリッジ部」に対応する。
極間ブリッジ部107は、径方向(q軸)に沿って直線状に延びているため、遠心力に対する強度が高まる。
極間ブリッジ部107によって、同じ磁石挿入孔群を構成する第1の磁石挿入孔111と第2の磁石挿入孔112の間の部分を介して磁束が短絡するのを抑制することができる。
好適には、極間ブリッジ部107の幅(周方向に沿った長さ)Eは、0.35mm〜0.5mmの範囲内に設定される。
極間ブリッジ部107は、本発明の「第2のブリッジ部」に対応する。
本実施の形態では、周方向に隣接する磁石挿入孔群の間(d軸に対して周方向に沿って一方方向側に配置される第2の磁石挿入孔112と他方方向側に配置される第1の磁石挿入孔111の間)に、内周ブリッジ部106が形成されている。また、同じ磁石挿入孔群を構成する第1の磁石挿入孔111と第2の磁石挿入孔112の間(q軸に対して一方方向側に配置される第1の磁石挿入孔111と他方方向側に配置される第2の磁石挿入孔112の間)に、極間ブリッジ部107が形成されている。この内周ブリッジ部106と極間ブリッジ部107によって、遠心力に対する回転子コア100の強度を高めることができる。特に、極間ブリッジ部107を形成する第1の磁石挿入孔111の第2の側壁111cと第2の磁石挿入孔112の第1の側壁112bがq軸(径方向)に平行に直線状に延びているため、遠心力に対する強度をより高めることができる。この場合、内周ブリッジ部106の間隔を小さくすることができるため、隣接する磁石挿入孔群間(d軸を挟んで両側に配置される第1の磁石挿入孔111と第2の磁石挿入孔112の間)の部分を介して磁束が短絡するのをより抑制することができる。
また、第1の磁石挿入孔111の外周壁111aと回転子コア100の外周面101の第2の曲線部分101Bとの間の間隔が周方向に沿って略等しくなる。これにより、外周壁111aと第2の曲線部分101Bの間の間隔を小さくすることができ、第1の磁石挿入孔111の外周壁111aと回転子コア100の外周面101(第2の曲線部分101B)の間の部分を介して磁束が短絡するのを抑制することができる。
永久磁石の磁気特性を表す磁化曲線として、図8に示すような、磁場(外部磁場)Hに対する永久磁石の磁化Jの変化を表すJ−H曲線が用いられている。図8において、横軸は、磁場(外部磁場)H(Oe)を示し、縦軸は磁化J(G)を示している。
図8に示すJ−H曲線のうち、第2象限の部分は、J−H減磁曲線と呼ばれ、磁石の性能を表す際に用いられている。J−H減磁曲線において、永久磁石を着磁した状態で磁場Hを徐々に減少させ、磁場Hが0となった時の磁化Jを残留磁化Jrと呼ぶ。この残留磁化Jrは、永久磁石の残留磁束密度Brと等しい。磁場Hをさらに逆(マイナス)の方向に加え、磁化Jが0となった時の磁場Hを保持力Hcjと呼ぶ。保持力Hcjは、磁化Jが0となるように磁場Hを逆方向に加えるための減磁電流で表すこともできる。
ここで、図8に示すJ−H減磁曲線において、残留持続密度Br(=残留磁化Jr)の90%(=0.9Br)に対応する磁場HをHkとする。そして、磁場Hkと保持力Hcjとの比(Hk/Hcj)を永久磁石の角形性と呼ぶ。
図9から、残留磁束密度Brは、角形性が85%以下では高い状態を維持しているが、85%より大きくなると低くなることが分かる。前述したように、残留磁束密度Brが高いと、磁束量が増大する。
また、保持力Hcj又は減磁電流は、角形性が80%以上では高い状態を維持しているが、80%より小さくなると低くなることが分かる。前述したように、保持力Hcj又は減磁電流が低いと、減磁しやすくなるため、フェライト磁石の厚さを厚くする必要がある。この場合、磁束量を増大させるのが難しい。
以上の点から、[0.8≦角形性(Hk/Hcj)≦0.85]を満足する角形性(Hk/Hcj)を有するフェライト磁石を用いることにより、保持力Hcjの低下を抑制しながら残留磁束密度Brを高めることができることが分かる。
したがって、本実施の形態では、第1の永久磁石121および第2の永久磁石122として、[0.8≦角形性(Hk/Hcj)≦0.85]を満足する角形性(Hk/Hcj)を有するフェライト磁石を用いている。
なお、以下の各実施の形態では、固定子の構成は第1の実施の形態と同じであるため、回転子の構成についてのみ説明する。
また、第1の実施の形態の各構成要素に付されている参照符号と3桁目以外が同じである参照数字が付されている構成要素は、同じものを表している。
また、永久磁石として、第1の実施の形態と同様のフェライト磁石を用いている。
回転子コア200の外周面201は、第1の実施の形態と同様に、軸方向に直角な断面で見て、d軸と交差する第1の曲線部分201Aと、q軸と交差する第2の曲線部分201Bが交互に接続されて形成されている。
回転子コア200には、第1の実施の形態と同様に、軸方向に直角な断面で見て、q軸に対して周方向に沿って一方方向側および他方方向側に配置され、q軸に沿って直線状に延びている第1の磁石挿入孔211および第2の磁石挿入孔212が形成されている。q軸を挟んで両側に配置される第1の磁石挿入孔211と第2の磁石挿入孔222によって磁石挿入孔群が構成されている。
第1の磁石挿入孔211および第2の磁石挿入孔212には、第1の実施の形態と同様に、q軸に沿って直線状に延びている第1の永久磁石221および第2の永久磁石222が挿入されている。
第1の永久磁石221および第2の永久磁石222は、第1の実施の形態と同様に、周方向に沿って着磁されている。
本実施の形態では、永久磁石の角部がR状(円弧状)に形成されている。すなわち、軸方向に直角な断面で見て、第1の永久磁石221の角部にR面(円弧状の面)221eが形成され、第2の永久磁石222の角部にR面222eが形成されている。R面を形成する角部は、適宜選択可能である。
回転子コア300の外周面301は、第1の実施の形態と同様に、d軸と交差する第1の曲線部分301Aと、q軸と交差する第2の曲線部分301Bが交互に接続されて形成されている。
回転子コア300には、第1の実施の形態と同様に、軸方向に直角な断面で見て、q軸に対して周方向に沿って一方方向側および他方方向側に配置され、q軸に沿って直線状に延びている第1の磁石挿入孔311および第2の磁石挿入孔312が形成されている。q軸を挟んで両側に配置される第1の磁石挿入孔311と第2の磁石挿入孔312によって磁石挿入孔群が構成されている。
第1の磁石挿入孔311および第2の磁石挿入孔312には、第1の実施の形態と同様に、q軸に沿って直線状に延びている第1の永久磁石321および第2の永久磁石322が挿入されている。
第1の永久磁石321および第2の永久磁石322は、第1の実施の形態と同様に、周方向に沿って着磁されている。
本実施の形態では、永久磁石の角部がテーパー状(直線状)に形成されている。すなわち、第1の永久磁石321の角部にテーパー面(直線状の面)321fが形成され、第2の永久磁石322の角部にテーパー面322fが形成されている。テーパー面を形成する角部は、適宜選択可能である。
回転子コア400の外周面401は、第1の実施の形態と同様に、d軸と交差する第1の曲線部分401Aと、q軸と交差する第2の曲線部分401Bが交互に接続されて形成されている。
第1の磁石挿入孔411は、外周壁411a、第1の側壁411b、第2の側壁411c、内周壁411dおよび第1の斜壁411gによって形成されている。外周壁411aおよび内周壁411dは、径方向(q軸)に沿って外周側および内周側に配置され、周方向に沿って直線状に延びている。第1の側壁411bおよび第2の側壁411cは、周方向に沿って一方方向側および他方方向側に配置され、q軸に平行に直線状に延びている。第1の斜壁411gは、第1の側壁411bと内周壁411dに接続され、直線状に延びている。
第2の磁石挿入孔412は、外周壁412a、第1の側壁412b、第2の側壁412c、内周壁412dおよび第2の斜壁412hによって形成されている。外周壁412aおよび内周壁412dは、径方向(q軸)に沿って外周側および内周側に配置され、周方向に沿って直線状に延びている。第1の側壁412bおよび第2の側壁412cは、周方向に沿って一方方向側および他方方向側に配置され、q軸に平行に直線状に延びている。第2の斜壁412hは、第2の側壁412cと内周壁412dに接続され、直線状に延びている。
周方向に沿って隣接する永久磁石群のうち一方方向側に配置される磁石挿入孔群を構成する第2の磁石挿入孔412の第2の斜壁412hと他方方向側に配置される磁石挿入孔群を構成する第1の磁石挿入孔411の第1の斜壁411g(d軸に対して一方方向側に配置される第2の磁石挿入孔412の第2の斜壁412hと他方方向側に配置される第1の磁石挿入孔411の第1の斜壁411g)は、当該第2の磁石挿入孔412および第1の磁石挿入孔411に挿入される第2の永久磁石422および第1の永久磁石421により規定されるd軸に平行に直線状に延びている。
第2の永久磁石422は、外周面422a、第1の側面422b、第2の側面422c、内周面422dおよび第2の斜面422hによって形成されている。外周面422aおよび内周面422dは、径方向に沿って外周側および内周側に配置され、周方向に沿って直線状に延びている。第1の側面422bおよび第2の側面422cは、周方向に沿って一方方向側および他方方向側に配置され、q軸に平行に直線状に延びている。第2の斜面422hは、第2の側面422cと内周面422dに接続され、直線状に延びている。
第1の久磁石421および第2の永久磁石422は、第1の実施の形態と同様に周方向に沿って着磁されている。
また、周方向に隣接する磁石挿入孔群の間(d軸を挟んで両側に配置される第1の磁石挿入孔411と第2の磁石挿入孔412の間)に、内周ブリッジ部406が形成されている。
また、同じ磁石挿入孔群を構成する第1の磁石挿入孔411と第2の磁石挿入孔412の間(q軸を挟んで両側に配置される第1の磁石挿入孔411と第2の磁石挿入孔412の間)に、極間ブリッジ部407が形成されている。
特に、本実施の形態では、内周ブリッジ部406が、周方向に隣接する磁石挿入孔群のうちの一方方向側に配置される磁石挿入孔群を構成する第2の磁石挿入孔412の第2の斜壁412hと、他方方向側に配置される磁石挿入孔群を構成する第1の磁石挿入孔411の第1の斜壁411gの間(d軸を挟んで両側に配置される第1の磁石挿入孔411の第1の斜壁411gと第2の磁石挿入孔412の第2の斜壁412hの間)に形成されている。
好適には、内周ブリッジ部406は、幅(周方向に沿った長さ)Tが0.35mm〜0,5mmの範囲内に設定され、長さ(径方向に沿った長さ)Lが1.5mm以上に設定される。
なお、第1の永久磁石421の断面形状は、第1の斜面411gを含んでいなくてもよい。例えば、外周面421a、第1の側面421b、第2の側面421cおよび内周面421dにより形成される四角形の断面形状であってもよい。また、第2の永久磁石422の断面形状は、第2の斜面422hを含んでいなくてもよい。例えば、外周面422a、第1の側面422b、第2の側面422cおよび内周面422dにより形成される四角形の断面形状であってもよい。
本発明の第5の実施の形態の永久磁石電動機で用いられている回転子の回転子コア500を、図7を参照して説明する。図7は、回転子コア500を軸方向に直角な方向から見た断面図である。本実施の形態は、第1の実施の形態の回転子コア100の外周面を円弧形状に形成したものである。
回転子コア500の外周面501は、軸方向に直角な断面で見て、円形形状を有している。
回転子コア500には、第1の実施の形態と同様に、軸方向に直角な断面で見て、q軸に対して周方向に沿って一方方向側および他方方向側に配置され、q軸に沿って直線状に延びている第1の磁石挿入孔511および第2の磁石挿入孔512が形成されている。q軸を挟んで両側に配置される第1の磁石挿入孔511と第2の磁石挿入孔512によって磁石挿入孔群が構成されている。
第1の磁石挿入孔511および第2の磁石挿入孔512には、第1の実施の形態と同様に、q軸に沿って直線状に延びている第1の永久磁石521および第2の永久磁石522が挿入されている。
第1の永久磁石521および第2の永久磁石522は、第1の実施の形態と同様に、周方向に沿って着磁されている。
実施の形態で説明した各構成は、単独で用いることもできるし、適宜選択して組み合わせて用いることもできる。
回転子コアは、軸方向に直角な断面で見て、曲率半径が異なる第1の曲線部分と第2の曲線部分により形成された外周面を有するのが好ましいが、円形の外周面を有していてもよい。
磁石挿入孔や永久磁石の形状は、実施の形態で説明した形状に限定されず、種々の形状に設定することができる。
永久磁石が磁石挿入孔に挿入されている状態において、永久磁石より外周面側に空隙を有する構成、あるいは永久磁石より内周面側に空隙を有する構成、あるいは、永久磁石より外周側および内周側に空隙を有する構成、すなわち、永久磁石より外周側および内周側の少なくとも一方に空隙を有する構成を用いることもできる。内周面側に空隙を設けることにより、磁石挿入孔より内周側の部分を介して磁束が短絡するのを抑制することができる。また、外周側に空隙を設けることにより、磁石挿入孔より外周側の部分を介して磁束が短絡するのを抑制することができる。
角形性(Hk/Hcj)が[0.8≦(Hk/Hcj)≦0.85]を満足するフェライト磁石を用いることによって、保持力の低下を抑制しながら残留磁束密度を高めて磁束量を増大させる構成と、磁石表面積を増大させることによって磁束量を増大させる構成を組み合わせて用いるのが好ましいが、いずれか一方の構成のみを用いることもできる。
例えば、「複数の磁石挿入孔が形成された回転子コアと、前記複数の磁石挿入孔に挿入された複数の永久磁石を有し、前記複数の永久磁石によってd軸とq軸が規定される回転子であって、前記複数の磁石挿入孔は、軸方向に直角な断面で見て、q軸に対して周方向に沿って一方方向側および他方方向側に配置され、q軸に沿って直線状に延びている第1の磁石挿入孔および第2の磁石挿入孔により構成されており、前記複数の永久磁石は、前記第1の磁石挿入孔に挿入される第1の永久磁石および前記第2の磁石挿入孔に挿入される第2の永久磁石により構成されており、前記第1の磁石挿入孔および前記第2の磁石挿入孔は、周方向に沿って前記一方方向側および前記他方方向側に配置される第1の側壁および第2の側壁を有しており、前記第1の磁石挿入孔の前記第1の側壁と、当該第1の磁石挿入孔に対して前記一方方向側に配置される前記第2の磁石挿入孔の前記第2の側壁によって内周ブリッジ部が形成され、前記第1の磁石挿入孔の前記第2の側壁と、当該第1の磁石挿入孔に対して前記他方方向側に配置される前記第2の磁石挿入孔の前記第1の側壁によって極間ブリッジ部が形成されていることを特徴とする回転子。」として構成することができる。
20 固定子
30 固定子コア
40 固定子巻線
50 回転子
60 回転軸
100、200、300、400、500、600 回転子コア
101、201、301、401、501、601 外周面
101A、201A、301A、401A 第1の曲線部分
101B、201B、301B、401B 第2の曲線部分
101a、201a、301a。401a 接続点
102、202、302、402、502、602 内周面
105a、105b、205a、205b、305a、305b、405a、405b、505a、505b 外周ブリッジ部
106、206、306、406、506、606 内周ブリッジ部
107、207、307、407、507 極間ブリッジ部
111、112、211、212、311、312、411、412、511、512、611 磁石挿入孔
111a、112a、211a、212a、311a、312a、411a、412a
外周壁
111b、111c、112b、112c、211b、211c、212b、212c、311b、311c、312b、312c、411b、411c、412b、412c
側壁
111d、112d、211d、212d、311d、312d、411d、412d
内周壁
121、122、221、222、321、322、421、422、521、522、621 永久磁石
121a、122a、221a、222a、321a、322a、421a、422a
外周面
121b、121c、122b、122c、221b、221c、222b、222c、321b、321c、322b、322c、421b、421c、422b、422c
側面
121d、122d、221d、222d、321d、322d、421d、422d
内周面
221e、222e R面
321f、322f テーパー面
411g、412h 斜壁
421g、422h 斜面
Claims (4)
- 複数の磁石挿入孔が形成された回転子コアと、前記複数の磁石挿入孔に挿入された複数の永久磁石を有し、前記複数の永久磁石によってd軸とq軸が規定される回転子であって、
前記複数の磁石挿入孔は、軸方向に直角な断面で見て、q軸に対して周方向に沿って一方方向側および他方方向側に配置され、q軸に沿って直線状に延びている第1の磁石挿入孔および第2の磁石挿入孔により構成されており、
前記複数の永久磁石は、前記第1の磁石挿入孔に挿入される第1の永久磁石および前記第2の磁石挿入孔に挿入される第2の永久磁石により構成されており、
前記第1の磁石挿入孔および前記第2の磁石挿入孔は、周方向に沿って前記一方方向側および前記他方方向側に配置される第1の側壁および第2の側壁を有しており、
前記第1の磁石挿入孔の前記第1の側壁と、当該第1の磁石挿入孔に対して前記一方方向側に配置される前記第2の磁石挿入孔の前記第2の側壁によって内周ブリッジ部が形成され、前記第1の磁石挿入孔の前記第2の側壁と、当該第1の磁石挿入孔に対して前記他方方向側に配置される前記第2の磁石挿入孔の前記第1の側壁によって極間ブリッジ部が形成されており、
前記第1の永久磁石および前記第2の永久磁石としてフェライト磁石が用いられており。
前記フェライト磁石は、J−H減磁曲線における、残留磁束密度Brの90%に対応する磁場Hkと保持力Hcjとの比(Hk/Hcj)が[0.8≦(Hk/Hcj)≦0.85]であることを特徴とする回転子。 - 請求項1に記載の回転子であって、
前記第1の磁石挿入孔は、周方向に沿って前記一方方向側および前記他方方向側に配置され、q軸に平行に延びている前記第1の側壁および前記第2の側壁、径方向に沿って外周側および内周側に配置され、周方向に沿って延びている外周壁および内周壁、前記第1の側壁と前記内周壁に接続されている第1の斜壁により形成されており、
前記第2の磁石挿入孔は、周方向に沿って前記一方方向側および前記他方方向側に配置され、q軸に平行に延びている前記第1の側壁および前記第2の側壁、径方向に沿って外周側および内周側に配置され、周方向に沿って延びている外周壁および内周壁、前記第2の側壁と前記内周壁に接続されている第2の斜壁により形成されており、
前記第1の磁石挿入孔の前記第1の斜壁と、当該第1の磁石挿入孔に対して周方向に沿って前記一方方向側に配置される前記第2の磁石挿入孔の前記第2の斜壁は、当該第1の磁石挿入孔に挿入される第1の永久磁石および当該第2の磁石挿入孔に挿入される第2の永久磁石により規定されるd軸と平行に延びているとともに、前記内周ブリッジ部を形成していることを特徴とする回転子。 - 請求項1または2に記載の回転子であって、
前記回転子コアの外周面は、軸方向に直角な断面で見て、d軸と交差する第1の曲線部分と、q軸と交差する第2の曲線部分が交互に接続されて形成されており、前記第1の曲線部分は、d軸上に曲率中心を有する円弧形状に形成され、前記第2の曲線部分は、q軸上に曲率中心を有し、前記第1の曲線部分の曲率半径より大きい曲率半径を有する円弧形状に形成されていることを特徴とする回転子。 - 固定子と、前記固定子に対して回転可能に支持された回転子を備え、前記固定子は、固定子コアと、固定子巻線を有し、前記回転子は、複数の磁石挿入孔が形成された回転子コアと、前記複数の磁石挿入孔に挿入された複数の永久磁石を有している永久磁石電動機であって、前記回転子として請求項1〜3のいずれか一項に記載の回転子が用いられていることを特徴とする永久磁石電動機。
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