JP2001231201A

JP2001231201A - 永久磁石式回転電機

Info

Publication number: JP2001231201A
Application number: JP2000040857A
Authority: JP
Inventors: Takeharu Kubo; 武春久保; Hiromitsu Watanabe; 広光渡辺; Daiki Matsuhashi; 大器松橋; Masahiro Mishima; 征博三島
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-02-18
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2001-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】永久磁石式回転電機において変動トルク発生
のために生じる永久磁石の温度上昇を抑制すること。【解決手段】スペーサ８を、軸方向に分割した複数の
導電性ブロック８ａと、各導電性ブロック８ａ、８ａ間
に介在させた絶縁部材８ｂで構成し、このスペーサ８と
永久磁石５、５との間に非導電性部材１０を介在させ
る。これにより、絶縁部材８ｂが渦電流路を遮断し、ス
ペーサ位置における磁場変動とそれによる渦電流損が低
減してスペーサ８自体の温度上昇が低減し、よって、永
久磁石５、５の温度上昇が低減する。また、磁極とスペ
ーサ８間の非導電性部材１０が異極間磁路の磁気短絡を
防止し、出力が増大する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は永久磁石式回転電機
の回転子構造に関し、特に、トルク変動制御が可能な永
久磁石式回転電機に適用して有用である。

【０００２】

【従来の技術】図６に、２極ＰＭ（永久磁石）式回転電
機の従来の回転子構造を示す。図６に示す回転子は、回
転軸４の周囲に磁極として、２つの永久磁石５を異極を
なすように備える。各永久磁石５は渦電流損を低減する
ために周方向に４分割されている。また、異極をなす永
久磁石５間には、ギャップでの磁束密度分布が正弦波に
近くなるように極間が明けられている。この極間には、
トルクによる永久磁石５のずれを防止するために、回転
軸４に固定したスペーサ６を設けてある。各スペーサ６
は軸方向に１つの塊となっている。

【０００３】スペーサ６としては、磁性を有するもの
（特開平１０−１９１５８６号公報では積層鋼板）、あ
るいは、導電性を有するもの（特開平１１−０６９６７
６号公報）を用いて、異極間の磁束をなだらかに変化さ
せることにより、トルクリップルを防止する技術が知ら
れている。

【０００４】また、スペーサ６そのものを樹脂等の非磁
性部材で構成する技術（特開平１１−１４６５８５号公
報）も知られているが、この場合は、異極間の磁束をな
だらかな変化とすることはできない。

【０００５】図７に、上記構造の回転子を備えた２極Ｐ
Ｍ（永久磁石）式回転電機の断面形状の半分（１極分）
を示す。図７において、１は固定子、２は固定子コイ
ル、３は回転子、４は回転軸、５は永久磁石、６はスペ
ーサ、７は固定子１と回転子３間のギャップをそれぞれ
示す。回転子３は図６に示した構造のものである。

【０００６】ところで、図７に示すような永久磁石式回
転電機では、例えばエンジン爆発トルク変動のシミュレ
ーションを可能とするために、表１に示すような基本波
電流の振幅Ｉ_m1を変調した電流Ｉ_m1＋Ｉ_hが、固定子コ
イル２に流されることがある。表１において、θは起磁
力相差角で、通常はπ／２である。

【０００７】

【表１】

【０００８】図８に、基本波周波数ｆ₁を５０Ｈｚ、加
振周波数ｆ_hを基本波周波数ｆ₁の３倍の周波数１５０
Ｈｚとした場合における、図７中のＡ点及びＢ点での半
径方向磁束密度変動の例（図８（ａ））と、トルク変動
の例（図８（ｂ））と、Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ各コイル電流
の例（図８（ｃ））をそれぞれ示す。Ａ点はスペーサ６
の中央部表面の位置、Ｂ点は永久磁石５の中央部表面の
位置である。

【０００９】図８（ａ）〜（ｃ）から、基本波電流（ｆ
₁）の振幅を加振周波数ｆ_hで変調した電流Ｉｕ，Ｉ
ｖ，Ｉｗを固定子コイル２に流すことにより、トルクＴ
が加振周波数ｆ_hで変動し、エンジン爆発トルク変動の
シミュレーションが可能であることが分かる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、トルクＴを変
動させるために基本波電流の振幅を加振周波数ｆ_hで変
調すると、図８（ｃ）より、図７のＡ点（スペーサ６の
位置）での半径方向磁束密度Ｂｒは、加振周波数ｆ_hで
時間変動することが分かる。

【００１１】このため、スペーサ６が導電性部材である
場合は、図６に矢印Ｃで示すようにスペーサ６に軸方向
（図７では、紙面に垂直）に渦電流が流れ、大きな損失
が発生して温度が上昇する。そして、このスペーサ６の
熱が永久磁石５の温度上昇を招く。この温度上昇によ
り、長期間には永久磁石５が消磁し、磁束密度が減少し
て所望のトルクが得られなくなるという問題がある。

【００１２】そこで、本発明の課題は、変動（加振）ト
ルク発生のために従来必然的に生じている永久磁石の温
度上昇を抑制することが可能な永久磁石式回転電機を提
供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
スペーサ位置における磁場変動とそれによる渦電流損を
低減することにより永久磁石の温度上昇を抑制する永久
磁石式回転電機であり、回転子に永久磁石を磁極として
備え、異極をなす永久磁石間にスペーサを備える永久磁
石式回転電機において、前記スペーサが軸方向に分割し
た複数の導電性ブロックと、導電性ブロック間に介在さ
せた絶縁部材とを含むものであり、このスペーサと永久
磁石との間に非導電性部材もしくは断熱材を介在させた
ことを特徴とする。

【００１４】請求項２に係る発明も、スペーサ位置にお
ける磁場変動とそれによる渦電流損を低減することによ
り永久磁石の温度上昇を抑制する永久磁石式回転電機で
あり、回転子に永久磁石を磁極として備え、異極をなす
永久磁石間にスペーサを備える永久磁石式回転電機にお
いて、前記スペーサが絶縁皮膜付き導電性板を軸方向に
積層したものであり、このスペーサと永久磁石との間に
非導電性部材もしくは断熱材を介在させたことを特徴と
する。

【００１５】請求項３に係る発明は、スペーサ位置にお
ける磁場変動とそれによる渦電流損があっても、永久磁
石の温度上昇を抑制することが可能な永久磁石式回転電
機であり、回転子に永久磁石を磁極として備え、異極を
なす永久磁石間にスペーサを備える永久磁石式回転電機
において、前記スペーサが導電性部材であり、このスペ
ーサと永久磁石との間に断熱材を介在させたことを特徴
とする。

【００１６】前記非導電性部材としては、ベークライト
板、あるいは、布入りベークライト板、あるいは、石綿
板あるいはノーメックス紙等、適宜なものを使用するが
できる。前記断熱材としては、ベークライト板あるいは
石綿板等、適宜なものを使用することができ、絶縁性で
あっても、導電性であっても良い。

【００１７】前記絶縁皮膜付き導電性板としては、絶縁
皮膜付きアルミニウム板等，適宜なものを使用すること
ができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図５を参照して、本
発明の実施形態例を説明する。

【００１９】［第１実施形態例］図１を参照して、本発
明の第１実施形態例に係る永久磁石式回転電機を説明す
る。図１は２極ＰＭ（永久磁石）式回転電機の改良され
た回転子構造を示す。図中、８はスペーサであり、積層
された電磁鋼板で構成した回転軸９に埋め込まれ、か
つ、スペーサ８の軸方向両端に設けた図示しない保持リ
ングにボルト止めされて、固定されている。

【００２０】各スペーサ８は軸方向に分割した複数の導
電性ブロック８ａと、各導電性ブロック８ａ、８ａ間に
それぞれ介在させた絶縁部材８ｂとで構成されている。
各導電性ブロック８ａはアルミニウム等の導電率の高い
金属性部材である。各絶縁部材８ｂはベークライト板、
あるいは、布入りベークライト板、あるいは、石綿板あ
るいはノーメックス紙等であり、スペーサ８と一緒に回
転軸９に固定される。

【００２１】各スペーサ８の周方向両端面と各永久磁石
５との間には、非導電性部材１０が介在し、固定されて
いている。非導電性部材１０としては、ベークライト
板、あるいは、布入りベークライト板、あるいは、石綿
板あるいはノーメックス紙等、適宜な非導電性材料を使
用するができる。

【００２２】本例では、各絶縁部材８ｂで個々の導電性
ブロック８ａの周辺を囲むことにより、永久磁石５、５
と各導電性ブロック８ａを絶縁している。この場合、絶
縁部材８ｂがスペーサ８と永久磁石５、５との間に介在
するので、スペーサ８と永久磁石５、５との間に介在す
る非導電性部材１０の機能を兼ねることが可能である。

【００２３】図１に示す上記構成の回転子を、図６に示
したような固定子１内に装備することにより、２極ＰＭ
式回転電機が構成される。

【００２４】このように、スペーサ８を、軸方向に分割
した複数の導電性ブロック８ａと、各導電性ブロック８
ａ、８ａ間にそれぞれ介在させた絶縁部材８ｂとで構成
したことにより、導電性ブロック８ａ、８ａ間が電気的
に絶縁されて渦電流路が遮断されるから、渦電流が低減
してスペーサ８自体の温度上昇が低減し、これによっ
て、永久磁石５、５の温度上昇が低減する。従って、長
期間にわっても永久磁石５が消磁し難くなり、磁束密度
が減少し難くなるから、所望のトルクが長期間にわたっ
て得られる。

【００２５】また、永久磁石５とスペーサ８間に介在す
る非導電性部材１０が異極間磁路の磁気短絡を防止し、
永久磁石式回転電機の出力を増大させる。

【００２６】なお、２つの永久磁石５は回転軸９の周囲
には磁極として備えられ、異極をなすように配置されて
いる。各永久磁石５は渦電流損を低減するために周方向
に４分割されると共に、軸方向にも複数分割されてい
る。また、異極をなす永久磁石５間には、ギャップでの
磁束密度分布が正弦波に近くなるように極間が明けら
れ、この極間にスペーサ８が設けられている。スペーサ
８は回転軸９に固定され、トルクによる永久磁石５のず
れも防止する。

【００２７】［第２実施形態例］図２を参照して、本発
明の第２実施形態例に係る永久磁石式回転電機を説明す
る。図２は２極ＰＭ式回転電機の回転子部分を示す。本
例の２極ＰＭ式回転電機は、図１に示したものと比べ
て、スペーサ１１の構造が異なる。

【００２８】図２において、各スペーサ１１は絶縁皮膜
付き導電性板１１ａ、例えば、絶縁皮膜付きアルミニウ
ム板を軸方向に必要数積層したものであり、このスペー
サ１１の周方向両端と永久磁石５、５との間に、ベーク
ライト板、あるいは、布入りベークライト板、あるい
は、石綿板あるいはノーメックス紙等が、非導電性部材
１０として介在している。スペーサ１１は、図１中と同
様、積層された電磁鋼板で構成した回転軸９に埋め込ま
れ、かつ、軸方向両端に設けた図示しない保持リングに
ボルト止めされて、非導電性部材１０と一緒に固定され
ている。

【００２９】図２に示す上記構成の回転子を、図６に示
したような固定子１内に装備することにより、２極ＰＭ
式回転電機が構成される。

【００３０】このように、スペーサ１１が絶縁皮膜付き
導電性板１１ａを軸方向に積層したものであることによ
り、電流路が電気的に絶縁されて渦電流が遮断されるか
ら、渦電流が低減してスペーサ１１自体の温度上昇が低
減し、これによって各永久磁石の温度上昇が低減する。
従って、各永久磁石５、５が長期間にわたって消磁し難
くなり、磁束密度が減少し難くなるから、所望のトルク
が長期間にわたって得られる。

【００３１】また、永久磁石５とスペーサ１１間に介在
する非導電性部材１０が異極間磁路の磁気短絡を防止
し、永久磁石式回転電機の出力を増大させる。

【００３２】［第３実施形態例］図３を参照して、本発
明の第３実施形態例に係る永久磁石式回転電機を説明す
る。図３も２極ＰＭ式回転機の回転子部分を示す。本例
の２極ＰＭ式回転電機は、図１に示したものと比べて、
スペーサ１２の構造が異なり、更に、断熱材１３を備え
る。

【００３３】各スペーサ１２はアルミニウム等の導電性
のもので作られた、軸方向に一体の１つの塊である。

【００３４】各スペーサ１２の周方向両端と隣りの永久
磁石５、５との間に、断熱材１３を介在させてある。断
熱材１３としては、ベークライト板あるいは石綿板等、
断熱性の良い断熱材料を使用することができる。

【００３５】各スペーサ１２は、図１中と同様、積層さ
れた電磁鋼板で構成した回転軸９に埋め込まれ、かつ、
軸方向両端に設けた図示しない保持リングにボルト止め
されて、断熱材１３と一緒に固定されている。

【００３６】図３に示す上記構成の回転子を、図６に示
したような固定子１内に装備することにより、２極ＰＭ
式回転電機が構成される。

【００３７】このように、スペーサ１２が導電性の塊で
ある場合は、渦電流が流れてスペーサ１２自体の温度が
上昇するが、スペーサ１２で発生した熱が永久磁石５、
５に移行するのを断熱材１３が阻止するから、永久磁石
５、５の温度上昇が低減する。その結果、永久磁石５、
５の熱による性能劣化（消磁）が起こり難くなり、磁束
密度が減少し難くなるから、所望のトルクが長期間にわ
たって得られる。

【００３８】本例の場合、スペーサ１２に流れる渦電流
により変動磁界（図６中の矢印Ｄ参照）を打ち消す効果
があり、永久磁石５、５自身における渦電流を低減する
ことができる。

【００３９】断熱材１３としては絶縁性のものに限ら
ず、導電性のものを使用することができるが、絶縁性を
有する断熱材を使用する場合は、その絶縁性により異極
間磁路の磁気短絡を防止するから、永久磁石式回転電機
の出力が増大する。

【００４０】［第４実施形態例］図４を参照して、本発
明の第４実施形態例に係る永久磁石式回転電機を説明す
る。図４も２極ＰＭ式回転電機の回転子部分を示す。本
例の２極ＰＭ式回転電機は、図１に示したものと図３に
示したものとを組み合わせたものである。

【００４１】即ち、各スペーサ８は軸方向に分割した複
数の導電性ブロック８ａと、各導電性ブロック８ａ、８
ａ間にそれぞれ介在させた絶縁部材８ｂとで構成されて
いる。各導電性ブロック８ａはアルミニウム等の導電率
の高い金属性部材で構成されされている。

【００４２】また、各絶縁部材８ｂで個々の導電性ブロ
ック８ａの周辺を囲むことにより、永久磁石５、５と各
導電性ブロック８ａを絶縁している。

【００４３】更に、このような各スペーサ８とその両側
の永久磁石５、５との間に、断熱材１３を介在させてあ
る。断熱材１３としては、ベークライト板あるいは石綿
板等、断熱性の良い材料を使用することができる。

【００４４】各スペーサ８は、図１中と同様、積層され
た電磁鋼板で構成した回転軸９に埋め込まれ、かつ、軸
方向両端に設けた図示しない保持リングにボルト止めさ
れて、断熱材１３と一緒に固定されている。各絶縁部材
８ｂはベークライト板、あるいは、布入りベークライト
板、あるいは、石綿板あるいはノーメックス紙等であ
り、スペーサ８及び断熱材１３と一緒に回転軸９に固定
される。図１と同様、スペーサ８と永久磁石５、５との
間に、ベークライト板、あるいは、布入りベークライト
板、あるいは、石綿板あるいはノーメックス紙等の非導
電性部材を介在させても良い。

【００４５】図４に示す上記構成の回転子を、図６に示
したような固定子１内に装備することにより、２極ＰＭ
式回転電機が構成される。

【００４６】このように、スペーサ８を軸方向に分割し
た複数の導電性ブロック８ａと、各導電性ブロック８
ａ、８ａ間にそれぞれ介在させた絶縁部材８ｂとで構成
したことにより、導電性ブロック８ａ、８ａ間が電気的
に絶縁されて渦電流路が遮断されるから、渦電流が低減
してスペーサ８自体の温度上昇が低減し、これによっ
て、永久磁石５、５の温度上昇が低減する。従って、永
久磁石５が長期間にわたって消磁し難くなり、磁束密度
が減少し難くなるから、長期間所望のトルクが得られ
る。

【００４７】また、スペーサ８が多少の渦電流により温
度上昇しても、スペーサ８で発生した熱は断熱材１３で
阻止されて永久磁石５、５に移行しない。従って、永久
磁石５、５の温度上昇が一層低減し、熱による永久磁石
５、５の性能劣化（消磁）が起こり難くなって磁束密度
が減少し難くなり、長期間、所望のトルクが得られる。

【００４８】更に、断熱材１３としては絶縁性のものに
限らず、導電性のものを使用することができるが、絶縁
性を有する断熱材を使用する場合は、永久磁石５とスペ
ーサ８間に介在する非導電性部材を兼ねるため、その絶
縁性により異極間磁路の磁気短絡を防止するから、永久
磁石式回転電機の出力が増大する。

【００４９】また、断熱材１３が導電性のものであって
も、絶縁材８ｂが導電性ブロック８ａに周囲を囲んでい
る場合は、これが永久磁石５とスペーサ８間に介在する
非導電性部材を兼ねるため、異極間磁路の磁気短絡を防
止でき、永久磁石式回転電機の出力を増大させる。更
に、断熱材１３が導電性のものであって、絶縁材８ｂは
導電性ブロック８ａと永久磁石５間を絶縁しない場合
は、図１と同様、永久磁石５とスペーサ８間に非導電性
部材１０を介在させて、異極間磁路の磁気短絡を防止す
るようにしても良い。

【００５０】［第５実施形態例］図５を参照して、本発
明の第５実施形態例に係る永久磁石式回転電機を説明す
る。図５も２極ＰＭ式回転電機の回転子部分を示す。本
例の２極ＰＭ式回転電機は、図２に示したものと図３に
示したものとを組み合わせたものである。

【００５１】即ち、各スペーサ１１は絶縁皮膜付き導電
性板１１ａ、例えば、絶縁皮膜付きアルミニウム板を軸
方向に積層したものである。

【００５２】このような各スペーサ１１の周方向両端と
永久磁石５、５との間に、断熱材１３を介在させてあ
る。断熱材１３としては、ベークライト板あるいは石綿
板等、断熱性の良い絶縁材料を使用することができる。

【００５３】各スペーサ１１は、図１中と同様、積層さ
れた電磁鋼板で構成した回転軸９に埋め込まれ、かつ、
軸方向両端に設けた図示しない保持リングにボルト止め
されて、断熱材１３と一緒に固定されている。なお、図
２と同様、スペーサ１１と永久磁石５、５との間に、ベ
ークライト板、あるいは、布入りベークライト板、ある
いは、石綿板あるいはノーメックス紙等の非導電性部材
１０を介在させても良い。

【００５４】図５に示す上記構成の回転子を、図６に示
したような固定子１内に装備することにより、２極ＰＭ
式回転電機が構成される。

【００５５】このように、スペーサ１１が絶縁皮膜付き
導電性板１１ａを軸方向に積層したものであることによ
り、電流路が電気的に絶縁されて渦電流が遮断されるか
ら、渦電流が低減してスペーサ１１自体の温度上昇が低
減し、これによって、永久磁石５、５の温度上昇が低減
する。従って、永久磁石５、５が長期間にわたって消磁
し難くなり、磁束密度が減少し難くなるから、所望のト
ルクが長期間得られる。

【００５６】また、スペーサ１１が多少の渦電流により
温度上昇しても、スペーサ１１で発生した熱は断熱材１
３で阻止されて永久磁石５、５に移行しない。従って、
永久磁石５、５の温度上昇が一層低減し、熱による永久
磁石５、５の性能劣化（消磁）が起こり難くなって磁束
密度が減少し難くなり、長期間、所望のトルクが得られ
る。

【００５７】更に、断熱材１３としては絶縁性のものに
限らず、導電性のものを使用することができるが、絶縁
性を有する断熱材を使用する場合は、永久磁石５とスペ
ーサ１１間に介在する非導電性部材を兼ねるため、その
絶縁性により異極間磁路の磁気短絡を防止するから、永
久磁石式回転電機の出力が増大する。

【００５８】なお、断熱材１３が導電性のものである場
合は、図２と同様、永久磁石５とスペーサ１１間に非導
電性部材１０を介在させて、異極間磁路の磁気短絡を防
止するようにしても良い。これにより、永久磁石式回転
電機の出力が増大する。

【００５９】以上の説明は２極永久磁石式回転電機につ
いてであるが、本発明はその極数に何ら限定されるもの
ではない。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の永久磁石
式回転電機によれば、エンジン爆発トルク変動のシミュ
レーションを行う場合等、トルク変動制御が行われて
も、極間のスペーサに生じる渦電流損失自身を低減で
き、あるいは、渦電流損失があってもスペーサから永久
磁石への熱伝導を防止することができるから、永久磁石
の温度上昇を抑えて特性劣化を防止することができる。
また、スペーサと永久磁石間に非導電性部材が介在する
場合はもとより、スペーサと永久磁石間の断熱材が絶縁
性を有している場合は、異極間磁路の磁気短絡を防止す
るから、永久磁石式回転電機の出力が増大する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態例に係る永久磁石式回転
電機の回転子構造を示す図。

【図２】本発明の第２実施形態例に係る永久磁石式回転
電機の回転子構造を示す図。

【図３】本発明の第３実施形態例に係る永久磁石式回転
電機の回転子構造を示す図。

【図４】本発明の第４実施形態例に係る永久磁石式回転
電機の回転子構造を示す図。

【図５】本発明の第５実施形態例に係る永久磁石式回転
電機の回転子構造を示す図。

【図６】従来例の回転子構造を示す図。

【図７】２極永久磁石式回転電機の構造例を示す図。

【図８】トルク変動制御時の特性を示す図。

【符号の説明】

１固定子２固定子コイル８スペーサ８ａ導電性ブロック８ｂ絶縁部材９回転軸１０非導電性部材１１スペーサ１１ａ絶縁皮膜付き導電性板１２スペーサ１３断熱材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松橋大器東京都品川区大崎二丁目１番17号株式会社明電舎内 (72)発明者三島征博東京都品川区大崎二丁目１番17号株式会社明電舎内Ｆターム(参考） 5H622 AA06 CA02 CA05 CA12 CB01 CB04 PP03 PP07 PP19 QB04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転子に永久磁石を磁極として備え、異
極をなす永久磁石間にスペーサを備える永久磁石式回転
電機において、前記スペーサが軸方向に分割した複数の
導電性ブロックと、導電性ブロック間に介在させた絶縁
部材とを含むものであり、このスペーサと永久磁石との
間に非導電性部材もしくは断熱材を介在させたことを特
徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２】回転子に永久磁石を磁極として備え、異
極をなす永久磁石間にスペーサを備える永久磁石式回転
電機において、前記スペーサが絶縁皮膜付き導電性板を
軸方向に積層したものであり、このスペーサと永久磁石
との間に非導電性部材もしくは断熱材を介在させたこと
を特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項３】回転子に永久磁石を磁極として備え、異
極をなす永久磁石間にスペーサを備える永久磁石式回転
電機において、前記スペーサが導電性部材であり、この
スペーサと永久磁石との間に断熱材を介在させたことを
特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項４】前記非導電性部材はベークライト板、あ
るいは、布入りベークライト板、あるいは、石綿板ある
いはノーメックス紙であることを特徴とする請求項１又
は２記載の永久磁石式回転電機。