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公開番号2021136860
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210913
出願番号2020206856
出願日20201214
発明の名称回転電機
出願人TDK株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H02K 1/27 20060101AFI20210816BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】効率の向上が図られた回転電機を提供する。
【解決手段】 IPMモータ1では、磁石用孔16に収容された磁石構造体30において、第1の永久磁石32Aより径方向外側に第1の軟磁性体34Aが位置している。第1の軟磁性体34Aは、ロータコア14の電気抵抗率より高い電気抵抗率を有するため、第1の軟磁性体34Aにおいて渦電流が発生する事態が抑制されている。そのため、IPMモータ1では、渦電流損に起因する効率低下が抑えられており、効率向上を図ることができる。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項1】
所定の軸線周りに回転可能なロータとステータとを備え、前記ロータおよび前記ステータの一方が複数の磁石構造体が取り付けられる磁石保持部を有し、他方が複数のコイルが取り付けられるコイル保持部を有する回転電機であって、
前記各磁石構造体は、前記ロータの軸線方向に沿って延びる複数の磁石用孔のそれぞれに収容されており、かつ、永久磁石と、前記ロータの軸線方向に直交する径方向の外側において前記永久磁石と重なる軟磁性体との対を有する、回転電機。
続きを表示(約 950 文字)【請求項2】
前記各磁石構造体が、前記永久磁石と前記軟磁性体との対を複数対有する、請求項1に記載の回転電機。
【請求項3】
前記各磁石構造体が、複数の前記永久磁石と複数の前記軟磁性体とを含むとともに前記永久磁石と前記軟磁性体とが交互に積層された積層構造を有し、前記積層構造に含まれる前記永久磁石の数が2つまたは3つである、請求項1に記載の回転電機。
【請求項4】
前記各磁石構造体の、前記ロータの軸線方向に直交する径方向における最内層および最外層が軟磁性材料で構成されている、請求項2または3に記載の回転電機。
【請求項5】
前記各磁石構造体が、前記ロータの軸線方向から見て、前記ロータの軸線方向に直交する径方向の外側に内弧が位置するアーチ状を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項6】
前記磁石構造体の前記永久磁石が、前記ロータの軸線方向に直交する径方向の外側に向かって配向が集中されている、請求項5に記載の回転電機。
【請求項7】
前記各磁石構造体が、前記ロータの軸線方向から見て、前記ロータの軸線方向に直交する径方向に対して交差して延びる長方形状を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項8】
前記各磁石構造体が、前記ロータの軸線方向から見て、前記ロータの軸線方向に直交する径方向の外側に向けられたV字状を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項9】
前記磁石保持部が、前記ロータの軸線方向において複数のケイ素鋼板が積層された積層鋼板で構成されており、
前記磁石構造体の前記軟磁性体が、軟磁性粉の圧粉成形体で構成されている、請求項1〜8のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項10】
前記軟磁性体が、2.9×10
−4
〜4×10Ωmの電気抵抗率を有し、かつ、1.60〜2.10Tの飽和磁束密度を有する、請求項1〜9のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項11】
前記永久磁石が焼結磁石である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の回転電機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、回転電機に関する。
続きを表示(約 4,500 文字)【背景技術】
【0002】
従来より、回転電機として、インナーロータ型モータの一種であり、ロータ内部に永久磁石が埋め込まれたIPMモータが知られている(たとえば下記特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2000−134842号公報
特開平11−262205号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述したIPMモータでは、ロータの軸線方向に関して、ステータにコイルが巻回されることから、ロータ端部近傍にデッドスペースが出来やすい。そこで、モータ特性の向上を図るため、ロータの長さがステータの長さよりも長くなるように設計してロータ端面がステータ端面から突出する構成とすることが考えられる。このような構成においては、ロータの端面部に、ロータ端面に対して垂直な成分を有する磁束が生じやすく、そのような磁束が変動することでロータの端面部に渦電流が生じる。その結果、渦電流損によるモータ効率の低下が招かれ得る。
【0005】
発明者らは、鋭意研究の末、ロータの端面部をステータ端面から突出する構成において、モータ効率の向上を図ることができる技術を新たに見出した。
【0006】
本発明は、効率の向上が図られた回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一形態に係る回転電機は、所定の軸線周りに回転可能なロータとステータとを備え、ロータおよびステータの一方が複数の磁石構造体が取り付けられる磁石保持部を有し、他方が複数のコイルが取り付けられるコイル保持部を有する回転電機であって、各磁石構造体は、ロータの軸線方向に沿って延びる複数の磁石用孔のそれぞれに収容されており、かつ、永久磁石と、ロータの軸線方向に直交する径方向の外側において永久磁石と重なる軟磁性体との対を有する。
【0008】
上記回転電機においては、各磁石構造体が永久磁石より径方向外側に位置する軟磁性体を有し、軟磁性体において渦電流が発生する事態が抑制されている。そのため、上記回転電機では、渦電流損に起因する効率低下が抑えられており、効率向上を図ることができる。
【0009】
他の形態に係る回転電機は、各磁石構造体が、永久磁石と軟磁性体との対を複数対有する。
【0010】
他の形態に係る回転電機は、各磁石構造体が、複数の永久磁石と複数の軟磁性体とを含むとともに永久磁石と軟磁性体とが交互に積層された積層構造を有し、積層構造に含まれる永久磁石の数が2つまたは3つである。
【0011】
他の形態に係る回転電機は、各磁石構造体の、ロータの軸線方向に直交する径方向における最内層および最外層が軟磁性材料で構成されている。
【0012】
他の形態に係る回転電機は、各磁石構造体が、ロータの軸線方向から見て、ロータの軸線方向に直交する径方向の外側に内弧が位置するアーチ状を有する。
【0013】
他の形態に係る回転電機は、磁石構造体の永久磁石が、ロータの軸線方向に直交する径方向の外側に向かって配向が集中されている。
【0014】
他の形態に係る回転電機は、各磁石構造体が、ロータの軸線方向から見て、ロータの軸線方向に直交する径方向に対して交差して延びる長方形状を有する。
【0015】
他の形態に係る回転電機は、各磁石構造体が、ロータの軸線方向から見て、ロータの軸線方向に直交する径方向の外側に向けられたV字状を有する。
【0016】
他の形態に係る回転電機は、磁石保持部が、ロータの軸線方向において複数のケイ素鋼板が積層された積層鋼板で構成されており、磁石構造体の軟磁性体が、軟磁性粉の圧粉成形体で構成されている。
【0017】
他の形態に係る回転電機は、軟磁性体が、2.9×10
−4
〜4×10Ωmの電気抵抗率を有し、かつ、1.60〜2.10Tの飽和磁束密度を有する。
【0018】
他の形態に係る回転電機は、永久磁石が焼結磁石である。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、効率の向上が図られた回転電機が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0020】
一実施形態に係るIPMモータを示した概略平面図である。
図1に示したIPMモータのII−II線断面図である。
図1に示したIPMモータの要部の概略斜視図である。
図3に示したIPMモータの要部の平面図である。
図3に示した磁石構造体の構成および磁石配向を示した図である。
異なる態様のIPMモータの要部を示した平面図である。
異なる態様のIPMモータの要部を示した平面図である。
異なる態様のIPMモータの要部を示した平面図である。
異なる態様のIPMモータの要部を示した平面図である。
実施例に係るIPMモータの各種条件を示した表である。
実施例の結果を示した表である。
実施例の結果を示した表である。
異なる態様のIPMモータを示した概略平面図である。
実施例に係るIPMモータの各種条件を示した表である。
実施例の結果を示した表である。
実施例の結果を示したグラフである。
実施例の結果を示したグラフである。
実施例の結果を示したグラフである。
実施例の結果を示したグラフである。
実施例の結果を示したグラフである。
実施例の結果を示したグラフである。
実施例の結果を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、図面を参照して種々の実施形態および実施例について説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0022】
以下に示す実施形態では、回転電機として、モータ(より詳しくはIPMモータ)を例に説明する。図1に、実施形態に係るIPMモータ1を示す。図1は、軸線Xの方向から見たIPMモータ1の平面図を示している。IPMモータ1は、ロータ10とステータ20とを有し、ステータ20の内側にロータ10が位置するインナーロータ型のモータである。IPMモータ1は、8極12スロットの構成を有する。
【0023】
ロータ10は、シャフト12とロータコア14(磁石保持部)とを備えて構成されている。
【0024】
シャフト12は、円柱状の形状を有し、図1の紙面に垂直な方向に延びている。シャフト12は、たとえばステンレス等によって構成されている。
【0025】
ロータコア14は、円筒状の形状を有し、内側に軸孔14aを有する。シャフト12は、ロータコア14の軸孔14aに嵌め込まれており、ロータコア14とシャフト12とは軸線X周りに一体的に回転する。本実施形態では、ロータコア14は、外径が158.4mmであり、内径が85mmである。また、ロータコア14の幅W(すなわち、軸線Xの方向に関する長さ)は、100mmである。
【0026】
ロータコア14は、軸線Xの方向において複数の鋼板が積層された積層鋼板(電磁鋼板)で構成されている。各鋼板の厚さは、たとえば0.2〜0.5mmである。鋼板には、ケイ素鋼板が採用され得る。ロータコア14がケイ素鋼板の積層鋼板で構成されている場合には、ロータコア14は5.6×10
−7
Ωm程度の電気抵抗率を有する。
【0027】
図1〜3に示すように、ロータコア14には、後述する磁石構造体30が複数取り付けられている。各磁石構造体30は、ロータ10の軸線Xに対して平行に延びる磁石用孔16に収容されている。より詳しくは、一つの磁石用孔16に対して、一つの磁石構造体30が収容されている。磁石用孔16の内側寸法は、後述する磁石構造体30の外形寸法よりわずかに大きく設計されている。そのため、磁石構造体30は、磁石用孔16内において位置や姿勢が変わらない。
【0028】
本実施形態では、ロータ10は、同一形状の8個の磁石構造体30を備えており、8個の磁石構造体30は、磁石構造体30の対が軸線Xに関して均等な角度間隔で配置されている。磁石構造体30はいずれも、軸線Xの方向から見て、アーチ状(またはC字状)の端面形状および断面形状を有しており、その内弧30a側がロータコア14の外周面14bを向くように配置されている。磁石構造体30の外弧30bはロータ10の軸線X側に位置している。磁石構造体30の開き角は、IPMモータ1の極数に応じて10〜180°の範囲から選択することができ、本実施形態においては100°である。磁石構造体30はロータ10の径方向(軸線Xを通り、かつ、軸線Xに直交する方向)に延びる仮想線に対して線対称であってもよい。磁石構造体30はいずれも、全体としてラジアル配向されており、内弧側にN極を有するN極磁石30Aと内弧側にS極を有する極磁石30Bとが軸線X周りに交互に配置されている。
【0029】
磁石構造体30は、その延在方向がロータ10の軸線Xと平行になるようにロータコア14の磁石用孔16内に配置される。図2に示すように、磁石用孔16および磁石構造体30は、軸線Xの方向に関し、ロータコア14の全長に亘って延在している。磁石構造体30の延在方向に関する長さは、ロータコア14の幅Wと実質的に同一であり、本実施形態では100mmである。
【0030】
ステータ20は、ロータ10の外周を囲むように設けられた円筒状のステータコア21(コイル保持部)を備えている。ロータ10とステータ20との間には、均一幅のエアギャップG(一例として0.8mm幅)が設けられている。ステータコア21の内周側には、複数(本実施形態では12個)のコイル22が配置されている。複数のコイル22は、集中巻方式のCu線で構成されており、ロータ10の軸線Xに関して均等な角度間隔で配置されている。図示しないインバータ回路等から複数のコイル22に3相交流電圧が印加されると、ステータコア21の内周側に回転磁界が発生する。本実施形態では、ステータコア21は、外径が250mmであり、内径が160mmである。また、ステータコア21の幅W(すなわち、軸線Xの方向に関する長さ)は、ロータコア14の幅Wと実質的に同一であり本実施形態では100mmである。
(【0031】以降は省略されています)

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