JPH07194082A - 永久磁石形同期電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】永久磁石を有効に利用し、出力トルクを大きく
する。 【構成】固定子２，３を、それぞれ異なる直径で形成さ
れた複数から構成し、各固定子２，３を、隣接する一の
固定子２の内周面と他の固定子３の外周面との間に所定
の間隙４が形成されるような多重構造に配置する。回転
子５を、永久磁石５ｂ，５ｃ部分が該間隙４内に位置す
ると共に、該永久磁石５ｂ，５ｃ部分と各固定子２，３
との間にそれぞれエアギャップ７，８が生じ得るように
配設する。磁石５ｂ，５ｃの両面を二度使用することに
なるため従来型より大きなトルクと大きな出力を取り出
すことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＦＡ機器や自動車等に使
用される永久磁石形同期電機に関する。なお、本明細書
において、「同期電機」とは、同期発電機又は同期電動
機を意味する。

【０００２】

【従来の技術】従来の永久磁石形同期電機は、回転電機
子形、回転界磁形のいずれの場合も、使用されている固
定子と回転子が共に一つの構造、いわば一重構造であ
る。図４，図５に、回転界磁形の永久磁石形同期電機の
一例を示す。すなわち、この同期電機３０は、鋼板を積
層してなる固定子鉄心３１ａ及び該固定子鉄心３１ａに
巻回される巻線３１ｂを有する固定子３１と、回転子本
体３２ａ、該回転子本体３２ａにより保持される透磁性
リング３２ｃ及びこの透磁性リング３２ｃに保持される
環状の永久磁石３２ｂを有し、永久磁石３２ｂ部分と固
定子３１との間に所定間隔のエアギャップ３３が形成さ
れるように配設される回転子３２と、から構成されてい
る。そして、この同期電機３０の磁束は、図５において
破線で示すように、永久磁石３２ｂ、エアギャップ３
３、固定子鉄心３１ａ、エアギャップ３３、永久磁石３
２ｂ、回転子３２の透磁性リング３２ｃという経路を辿
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の永久磁石形同期電機は、永久磁石の磁束を一面
で使用するだけで、一面のエアギャップにおけるトルク
を発生させる機構であるため、永久磁石の磁束の利用が
不十分である。そのため、取り出せる出力トルクを大き
くしようとすれば、永久磁石の寸法を大きくせざるを得
なかった。

【０００４】また、誘起電圧や発生トルクの高調波は同
期電機としての効率の低下を来し、特に、発電機の場合
には誘起電圧の質の低下、電動機の場合には騒音・振動
のもととなるという弊害をもたらすためできるだけ少な
いことが好ましいが、従来は、高調波を減少させる手段
として、固定子鉄心を傾斜させて配設するか、あるいは
永久磁石の着磁方向を傾斜させたりしていた。しかしな
がら、この作業は非常に手間がかかる。

【０００５】本発明は上記課題を解消するためになされ
たものであり、永久磁石を有効に利用し、出力トルクを
大きくすることのできる永久磁石形同期電機を提供する
ことを目的とする。また、簡単な構造で誘起電圧や発生
トルクの高調波を減少させることのできる永久磁石形同
期電機を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の永久磁石形同期
電機は上記目的を達成するため、固定子と、永久磁石を
保持する回転子とを有してなる永久磁石形同期電機にお
いて、前記固定子は、それぞれ異なる直径で形成された
複数からなると共に、各固定子は、隣接する一の固定子
の内周面と他の固定子の外周面との間に所定の間隙が形
成されるような多重構造に配置され、前記回転子は、永
久磁石部分が該間隙内に位置すると共に、該永久磁石部
分と各固定子との間にそれぞれエアギャップが生じ得る
ように配設されていることを特徴とする。

【０００７】また、前記永久磁石が、前記永久磁石が、
最小２個の永久磁石からなり、各永久磁石の磁極中心線
の相対位置が適宜の位相差を有するように重ねて配設さ
れていることを特徴とする。

【０００８】

【実施例】以下、図面に示した実施例に基づき本発明を
さらに詳細に説明する。図１及び図２は、本発明の一実
施例にかかる永久磁石形同期電機１を示す。本実施例で
は、固定子として外固定子２と内固定子３の２つを用
い、回転子５を１つ用いた構成である。

【０００９】外固定子２及び内固定子３は、それぞれ、
導磁性鋼板を積層してなる略環状の固定子鉄心２ａ，３
ａと、各固定子鉄心２ａ，３ａに設けたポール又は溝
（図示せず）に巻回される巻線２ｂ，３ｂとを有して構
成される。

【００１０】また、外固定子２と内固定子３とからなる
固定子は多重構造に配設される。具体的には、外固定子
２と内固定子３とを、内固定子３の直径が外固定子２の
直径よりも小さい寸法、より正確には、内固定子３の固
定子鉄心３ａの外径が外固定子２の固定子鉄心２ａ内径
よりも小さい寸法で成形し、外固定子２内に、内固定子
３を位置させたときに、外固定子２（固定子鉄心２ａ）
の内周面と内固定子３（固定子鉄心３ａ）の外周面との
間に所定幅の間隙４が形成されるように配設している。
なお、各固定子２，３はフレームを構成する継鉄（図示
せず）に支持されている。

【００１１】回転子５は、回転子本体５ａと、該回転子
本体５ａの一面側の周縁付近に沿って互いに積層される
ように保持される略環状の２つの永久磁石５ｂ，５ｃと
を有して構成される。また、略環状の永久磁石５ｂ，５
ｃは、その幅が、上記した外固定子２と内固定子３とに
より形成される間隙４の幅よりも狭く形成されている。

【００１２】そして、該回転子５は、回転子本体５ａの
一面側が内固定子３と略対面するような位置関係となる
ように、シャフト６１を軸受６２に挿通させて支持され
ており、さらに、永久磁石５ｂ，５ｃ部分が、間隙４内
に位置して、該永久磁石５ｂ，５ｃの外周面と外固定子
２の内周面との間に第１のエアギャップ７が、該永久磁
石５ｂ，５ｃの内周面と内固定子３の外周面との間に第
２のエアギャップ８がそれぞれ形成されるように配設さ
れている。

【００１３】したがって、本実施例のように固定子２，
３を２つ（すなわち２重）用い、回転子５を１つ（すな
わち１重）用いた場合には、エアギャップ７，８が２か
所に形成されることになる。但し、本発明はこれに限定
されるものではなく、一般的には、固定子がＮ重の場合
に、回転子が（Ｎ−１）重で、エアギャップが２×（Ｎ
−１）個形成される関係にあれば、本発明の目的を達成
することができる。

【００１４】ここで、上記した永久磁石５ｂ，５ｃは、
２極の場合の例を示すと、図２に示すように、Ｎ極とＳ
極とが直径方向に交互に着磁されており、かつ、一方の
永久磁石５ｂの磁極中心線Ｘと他方の永久磁石５ｃの磁
極中心線Ｙとの相対位置が、適宜の位相差を有するよう
な位置関係で積層されている。永久磁石５ｂ，５ｃをこ
のような位相差を有するように配設することで、スキュ
ー効果が得られ、誘起電圧や発生トルクの高調波を減少
させることができる。なお、位相差の大きさは、通常、
固定子歯のピッチの約１ピッチに相当する大きさに設定
される。

【００１５】また、図２では永久磁石５ｂ，５ｃを直径
方向に着磁した場合を示しているが、図４の従来の技術
の項で説明した永久磁石３２ｂのように、円周方向にＮ
極とＳ極とを着磁したものを用いてもよい。また、永久
磁石の代わりに電磁石を用いることも可能である。さら
に、本実施例では、永久磁石５ｂ，５ｃとして環状のも
のを用いているが、長手方向に着磁した適宜数の棒状磁
石５１〜５４を、図３に示すように、上記実施例で説明
した直径方向の着磁と同じ関係となるように配置すると
共に、これを適宜の支持手段により支持したものを用い
てもよい。

【００１６】本実施例の永久磁石形同期電機１の構成に
よれば、シャフト６１を介して回転子５を同期速度で回
転させれば、同期発電機又は同期電動機として使用でき
る。そして、一方の永久磁石５ｂの磁束は、図２の一点
鎖線で示すように、該永久磁石５ｂの磁極中心線Ｘから
第１のエアギャップ７を経て外固定子２を通過し、再び
第１のエアギャップ７を経た後、一方の永久磁石５ｂ、
第２のエアギャップ８及び内固定子３を通過し、再び第
２のエアギャップ８を経て一方の永久磁石５ｂに至ると
いう磁路を形成する。他方の永久磁石５ｃの磁束も同様
に、図２の破線で示すように、該永久磁石５ｃの磁極中
心線Ｙから第１のエアギャップ、外固定子２、第１のエ
アギャップ、他方の永久磁石５ｃ、第２のエアギャップ
８、内固定子３及び第２のエアギャップ８を経て他方の
永久磁石５ｃに至るという磁路を形成する。

【００１７】したがって、エアギャップ７，８が二面で
あり、永久磁石の表裏二面の磁束を利用するため、固定
子と回転子が共に一つで、同じ寸法の永久磁石を用いた
ものと比較して、有効発生トルクがほぼ２倍となる。

【００１８】また、本実施例では、永久磁石５ｂ，５ｃ
を２つ使用し適宜の位相差をもって配設しているため、
固定子鉄心を傾斜させて配設したり、あるいは永久磁石
の着磁方向を傾斜させたりした場合と同様の効果が得ら
れる。

【００１９】本発明の永久磁石形同期電機は上記した実
施例に何ら限定されるものではなく、上記したように、
固定子がＮ重の場合に、回転子が（Ｎ−１）重で、エア
ギャップが２×（Ｎ−１）個形成される関係にあれば固
定子や回転子の配設数をさらに多くし、制限された容積
で、従来型より大きなトルク又は容量の電機を製作可能
となる。また、上記実施例では２個の永久磁石５ｂ，５
ｃを適宜の位相差で積層しているが、３個以上の磁石を
適宜の位相差で積層することももちろん可能である。さ
らに、上記した実施例は回転界磁形について説明してい
るが、回転電機子形や同期電機以外の電機に利用するこ
とももちろん可能である。

【００２０】

【発明の効果】本発明の永久磁石形同期電機によれば、
多重に配設される複数の固定子と、固定子間に形成され
る間隙内にエアギャップを隔てて永久磁石部分が位置す
るように配設される回転子とを有して構成されているた
め、磁石の両面を二度使用することにより従来型より大
きなトルクと大きな出力を取り出すことができる。ま
た、永久磁石を、磁極中心線の相対位置が適宜の位相差
を有するように最小２段重ねで配設した構造とすれば、
従来のような手間のかかる手段を用いなくても、容易に
誘起電圧や発生トルクの高調波を減少させるスキュー効
果を持たせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる永久磁石形同期電機の一実施例
を概略的に示す断面図である。

【図２】同実施例において形成される磁路を模式的に示
す平面図である。

【図３】永久磁石の他の態様を模式的に示す平面図であ
る。

【図４】従来の永久磁石形同期電機の一例を概略的に示
す断面図である。

【図５】従来の永久磁石形同期電機の一例の磁路を概略
的に示す平面図である。

【符号の説明】

１ 永久磁石形同期電機 ２ 外固定子 ３ 内固定子 ４ 間隙 ５ 回転子 ５ｂ 一方の永久磁石 ５ｃ 他方の永久磁石 ６１ シャフト ６２ 軸受 ７ 第１のエアギャップ ８ 第２のエアギャップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田岩夫 千葉県習志野市津田沼２−17−１ 千葉工 業大学内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子と、永久磁石を保持する回転子と
   を有してなる永久磁石形同期電機において、 前記固定子は、それぞれ異なる直径で形成された複数か
   らなると共に、各固定子は、隣接する一の固定子の内周
   面と他の固定子の外周面との間に所定の間隙が形成され
   るような多重構造に配置され、前記回転子は、永久磁石
   部分が該間隙内に位置すると共に、該永久磁石部分と各
   固定子との間にそれぞれエアギャップが生じ得るように
   配設されていることを特徴とする永久磁石形同期電機。
2. 【請求項２】 前記永久磁石が、最小２個の永久磁石か
   らなり、各永久磁石の磁極中心線の相対位置が適宜の位
   相差を有するように重ねて配設されている請求項１記載
   の永久磁石形同期電機。