JP2001008391A

JP2001008391A - 回転電機

Info

Publication number: JP2001008391A
Application number: JP11168368A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Miura; 徹也三浦
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-06-15
Filing date: 1999-06-15
Publication date: 2001-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】永久磁石を備えた回転電機において、永久磁
石を効率よく配置し、小型化、高出力化し、かつコスト
を低減する。【解決手段】符号Ｐで示す一つの磁極を構成する複数
の永久磁石１１〜１６を磁極中心線Ｃに対し略左右対称
に配置する。対称に配置された永久磁石１１〜１３と、
１４〜１６のそれぞれにおいて、永久磁石がジグザグに
配置されるようにする。さらに、隣り合う永久磁石、例
えば永久磁石１１，１２の略向かい合う面が同一の極性
（Ｓ極）となるように配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石を備えた
回転電機に関し、特に永久磁石の配置に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転子に永久磁石を配置し、固定子によ
り形成された磁界と前記永久磁石の磁界が相互作用し
て、運転を行う永久磁石回転電機が知られている。この
種の回転電機において、出力を増加するためには、より
強力な磁界を形成することが重要となる。よって、回転
子側においては、より強い磁力を発生する磁石とするこ
とが重要である。強い磁力を発生するためには、希土類
磁石など残留磁化の大きい材料の磁石を多く使用すれば
よいが、このような材料は元来高価であり、それを多量
に使用すると、回転電機全体としても高価となるという
問題がある。

【０００３】安価な材料の磁石、例えばフェライト系の
磁石を用いる場合、残留磁化が小さいために、より多く
の磁石が必要となる。この場合、多くの磁石を配置する
ために、回転電機が大きくなるという問題がある。

【０００４】特開平８−２５６４４１号公報および特開
平１０−５１９８４号公報には、一つの極を構成する永
久磁石を略Ｖ字形に配置することによって、狭い空間に
より多くの磁石を配置し、強い磁力すなわち大きな磁束
密度を得ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述の公報において
は、永久磁石をＶ字形に配置することによって、平板の
ものを使用するよりは、大きな磁力を得ることができ
る。しかし、さらに大きな磁力を必要とする場合があ
り、これに対応するためには、回転電機を大型化しなけ
ればならないという問題があった。

【０００６】本発明は、前述の課題を解決するためにな
されたものであり、より大きな磁力を得ることができる
ように永久磁石が配置された回転電機を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、本発明にかかる永久磁石を備えた回転電機は、一
つの磁極を構成する複数の永久磁石を磁極中心線に対し
略左右対称に配置し、前記対称に配置された永久磁石の
それぞれの側において、永久磁石がジグザグに配置さ
れ、隣り合う永久磁石の略向かい合う面が同一極性とな
るように、配置されているものである。

【０００８】さらに、一つの磁極を構成する永久磁石
の、磁極中心線の一方側に配置されるものの個数は奇数
個とすることができる。さらに、一つの磁極を構成する
永久磁石の、磁極中心線の一方側に配置されるものの個
数は３個とすることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）を、図面に従って説明する。図１に
は、本実施形態の回転電機の回転子１０の一部、特に永
久磁石の配置が示されている。図中、Ｐで示す範囲が一
つの磁極を形成し、その磁極の中心線Ｃが一点鎖線で示
されている。一つの磁極は、６個の永久磁石１１〜１６
を含み、これらは中心線Ｃによって、３個ずつの組（１
１，１２，１３）、（１４，１５，１６）に分けられ、
この中心線Ｃに対し対象に配置されている。各々の永久
磁石１１〜１６は、それぞれ幅Ｗ１１〜Ｗ１６、厚さｔ
となっている。また、各々の組の永久磁石は、ジグザグ
に、特に本実施形態の場合は、中心線Ｃの方向を上下方
向とすれば、略Ｚ字形に配置されている。そして、各々
の組において、隣り合う永久磁石の略向かい合う面は同
一の極性となるように配置されている。具体的に説明す
れば、永久磁石の組（１１，１２，１３）において、隣
り合う永久磁石１１，１２は、向かい合う面がＳ極とな
るように配置されている。もう一組の隣り合う永久磁石
１２，１３は、向かい合う面がＮ極となるように配置さ
れている。中心線Ｃの右側の組（１４，１５，１６）に
おいても同様である。

【００１０】図１に示す永久磁石の配置の場合、磁力線
は、ほぼ図２に示すような形状となり、一つの磁極につ
いて、６つの永久磁石の幅の総和（Ｗ１１＋Ｗ１２＋・
・・＋Ｗ１６）の幅を持つ平板の磁石を配置した場合と
同じ磁束量を得ることができる。すなわち、平板の磁石
を配置する場合より、回転子の直径を小さくすることが
可能となる。

【００１１】図３には、別の本実施形態の回転電機の回
転子２０の一部、特に永久磁石の配置が示されている。
図中、Ｐで示す範囲が一つの磁極を形成し、その磁極の
中心線Ｃが一点鎖線で示されている。一つの磁極は、６
個の永久磁石２１〜２６を含み、これらは中心線Ｃによ
って、３個ずつの組（２１，２２，２３）、（２４，２
５，２６）に分けられ、この中心線Ｃに対し対象に配置
されている。各々の永久磁石２１〜２６は、それぞれ幅
Ｗ２１〜Ｗ２６、厚さｔとなっている。また、各々の組
の永久磁石は、ジグザグに、特に本実施形態の場合は、
中心線Ｃの方向を上下方向とすれば、略Ｎ字形に配置さ
れている。そして、各々の組において、隣り合う永久磁
石の略向かい合う面は同一の極性となるように配置され
ている。具体的に説明すれば、永久磁石の組（２１，２
２，２３）において、隣り合う永久磁石２１，２２は、
向かい合う面がＮ極となるように配置されている。もう
一組の隣り合う永久磁石２２，２３は、向かい合う面が
Ｓ極となるように配置されている。中心線Ｃの右側の組
（２４，２５，２６）においても同様である。

【００１２】図３に示す永久磁石の配置の場合、磁力線
は、ほぼ図４に示すような形状となり、一つの磁極につ
いて、６つの永久磁石の幅の総和（Ｗ２１＋Ｗ２２＋・
・・＋Ｗ２６）の幅を持つ平板の磁石を配置した場合と
同じ磁束量を得ることができる。すなわち、平板の磁石
を配置する場合より、回転子の直径を小さくすることが
可能となる。

【００１３】図５には、図１および図３に示す永久磁石
の配置をしたときの磁束量が、図６に示す磁石配置をし
たときの比として示されている。図６には、一つの磁極
を一つの平板の永久磁石１０１（幅Ｗ１０１、厚さｔ）
で構成した回転子１００の例が示されている。また、図
７には、前述の公報のように一つの磁極をＶ字形に配置
された二つの永久磁石１１１，１１２で構成した回転子
１１０の例が示されている。それぞれの磁石は、幅がＷ
１１１，Ｗ１１２、厚さがｔである。図１，３，６，７
に示される回転子の外形は等しい。また、各回転子の１
磁極当たりの永久磁石の幅は、図６、図７、図１、図３
の順に大きくなっている。すなわち、

【数１】Ｗ101＜(Ｗ111＋Ｗ112)＜(Ｗ11＋Ｗ12＋・・・＋
Ｗ16)＜(Ｗ21＋Ｗ22＋・・・＋Ｗ26) となっている。

【００１４】図５において、（ａ）が図６に示す磁石配
置の磁束量を示し、これを１としたときの図７、図１お
よび図３の磁石配置の磁束量がそれぞれ（ｂ）、（ｃ）
および（ｄ）にて示されている。この磁束量比は、磁石
幅の総和の比にほぼ等しくなっている。

【００１５】以上のように、永久磁石をＺ字形やＮ字形
のようにジグザクに配置することにより、１磁極当たり
の永久磁石の幅を増大させ、より大きな磁束を得ること
ができ、回転電機の小型化、高出力化が達成される。

【００１６】図８には、さらに他の配置例が示されてい
る。この回転子３０の永久磁石の配置例は、図１のＺ字
形に配列された永久磁石の端から奇数番目の永久磁石の
少なくとも一つの幅を延長したものである。本実施形態
においては、永久磁石１１，１４に相当する位置にある
永久磁石３１，３４の幅がＷ１１，Ｗ１４からＷ３１，
Ｗ３４と増加している。永久磁石３２，３３，３５，３
６については、図１の永久磁石１２，１３，１５，１６
と同様のものである。磁力線は、ほぼ図９に示すような
形状となる。永久磁石３１および３４の延長部分は、他
の磁石３２，３３および３５，３６を通過した磁力線が
通る。よって、この部分磁力線に関しては、磁石の厚さ
ｔが増加したと同等の効果がある。しかし、この効果
は、磁石の増加した量に対して、磁石の幅が増加した効
果ほどはないので、６個の永久磁石の幅の総和（Ｗ３１
＋Ｗ１２＋・・・＋Ｗ１６）の増加に比して磁束量の増
加は少なめとなる。

【００１７】図１０には、さらに他の配置例が示されて
いる。この回転子４０の永久磁石の配置例は、図３のＮ
字形に配列された永久磁石の端から奇数番目の永久磁石
の少なくとも一つの幅を延長したものである。本実施形
態においては、永久磁石２１，２４に相当する位置にあ
る永久磁石４１，４４の幅がＷ１１，Ｗ１４からＷ４
１，Ｗ４４と増加している。永久磁石４２，４３，４
５，４６については、図３の永久磁石２２，２３，２
５，２６と同様のものである。磁力線は、ほぼ図１１に
示すような形状となる。永久磁石４１および４４の延長
部分は、他の磁石４２，４３および４５，４６を通過し
た磁力線が通る。よって、この部分磁力線に関しては、
磁石の厚さｔが増加したと同等の効果がある。しかし、
この効果は、磁石の増加した量に対して、磁石の幅が増
加した効果ほどはないので、６個の永久磁石の幅の総和
（Ｗ４１＋Ｗ１２＋・・・＋Ｗ１６）の増加に比して磁
束量の増加は少なめとなる。

【００１８】以上の実施形態においては、一つの磁極を
６個の永久磁石が３個ずつ左右対象に配置したが、より
多くの磁石を並べることも可能である。このような場合
は、Ｎ字形、またはＺ字形が連続するようなジグザグの
配置となる。ジグザクの配置において、隣り合う磁石の
角度をある程度小さくする方が、永久磁石の幅の総和を
大きくすることができる。このとき、左右対称の一方の
側の永久磁石の個数が奇数であると、磁力線を効率よく
磁極中心線Ｃに沿った方向に向けることができる。隣り
合う磁石の角度が小さすぎると、また磁石の個数が多す
ぎると永久磁石部分以外の磁路の幅が不足し、この部分
で磁束が飽和し、形成される磁束の上限が抑えられる可
能性がある。この点を考慮すると、一般的には、前述し
た１磁極当たり６個を３個ずつ左右対称に配置する構成
が最も好ましい。

【００１９】以上のように、永久磁石を狭い空間の中で
効率よく配置することが可能となり、比較的残留磁化が
小さい材料の磁石を用いても、磁力を大きくすることが
できる。例えば、希土類磁石をフェライト磁石に変更す
ることも可能である。この変更は、コストを抑制するこ
とができると共に、磁石の電気抵抗が増加し、磁石内の
渦電流の発生が抑えられる。磁石内の渦電流が減少する
ため、効率が向上し、また発熱も抑えられる。また、温
度上昇による磁力の低下も抑えられる。さらに、希土類
磁石が温度の上昇と共に保磁力が低下するのに対し、フ
ェライト磁石は温度の上昇と共に保磁力が増加するた
め、高温時の非可逆減磁に対する信頼性も向上する。

【００２０】以上、本実施形態は、回転子に永久磁石を
配置した例について示したが、固定子に永久磁石を配置
する構成を採ることも可能である。また、実施形態にお
いては回転型の電動機を取り上げたが、本発明を直線型
の電動機に適用することが可能であることは明らかであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の永久磁石の配置を示す図である。

【図２】図１の磁石配置の磁力線の概略形状を示す図
である。

【図３】他の実施形態の永久磁石の配置を示す図であ
る。

【図４】図３の磁石配置の磁力線の概略形状を示す図
である。

【図５】図１および図３に示す実施形態の、平板磁石
に対する磁束量の比を示す図である。

【図６】一つの磁極を一つの平板の永久磁石で構成し
た配置例を示す図である。

【図７】一つの磁極を二つの永久磁石をＶ字形に配置
して構成した例を示す図である。

【図８】さらに他の実施形態の永久磁石の配置例を示
す図である。

【図９】図８の磁石配置の磁力線の概略形状を示す図
である。

【図１０】さらに他の実施形態の永久磁石の配置例を
示す図である。

【図１１】図１０の磁石配置の磁力線の概略形状を示
す図である。

【符号の説明】

１０回転子、１１，１２，１３，１４，１５，１６
永久磁石。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】永久磁石を備えた回転電機において、一つの磁極を構成する複数の永久磁石を、磁極中心線に
対し略左右対称に配置し、前記対称に配置された永久磁石のそれぞれの側におい
て、永久磁石がジグザグに配置され、隣り合う永久磁石
の略向かい合う面が同一極性となるように、配置されて
いる、回転電機。
【請求項２】請求項１に記載の回転電機において、一
つの磁極を構成する永久磁石の、磁極中心線の一方側に
配置されるものの個数は奇数個である、回転電機。
【請求項３】請求項２に記載の回転電機において、一
つの磁極を構成する永久磁石の、磁極中心線の一方側に
配置されるものの個数は３個である、回転電機。