JP2009124899A - 同期機 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない磁石量にてトルク増大を実現したＰＭシンクロナスモータを提供すること。
【解決手段】ロータ２は、磁気突極部１５、１５の間に軟磁性のセグメント１３をもち、前側の磁気突極部１５の先端側面とセグメント１３の前端との間に前側永久磁石１１が、後側永久磁石１２の先端側面とセグメント１３の前端との間に後側永久磁石１２が設けられる。種々の方法にて、セグメント１３の外周面の前側は後側よりも多くの磁石磁束をステータに与える。
【選択図】図２

Description

本発明は、同期機に関し、特に磁石トルクとリラクタンストルクとを発生する同期機の改良に関する。

磁石トルクＴｍとリラクタンストルクＴｒとを発生する同期機（以下、リラクタンストルク併用磁石式同期機とも言う）が知られている。埋め込み磁石型同期機（IPM）は、最も良く知られているリラクタンストルク併用磁石式同期機である。

リラクタンストルクＴｒは、ｑ軸インダクタンスLqと、ｄ軸インダクタンスLdとに差を設けることにより実現される。永久磁石の磁気抵抗が高いためｑ軸インダクタンスLqをｄ軸インダクタンスLdより大きくすることが一般的であるが、ｄ軸インダクタンスLdをｑ軸インダクタンスLqより大きくしてもよい。

ｑ軸インダクタンスＬｑをｄ軸インダクタンスＬｄより大きくする通常構造において、ｑ軸インダクタンスＬｑの増大のために磁気突極部がｑ軸位置に設けられ、永久磁石がｄ軸位置に設けられるのが通常である。

磁気突極部は、ロータを構成する軟磁性体の外周面を電気角πごとに径方向外側へ空間的に突出させる構造により実現できる他、軟磁性の円筒状ステータ内部にフラックスバリアを設けることによっても実現される。下記の特許文献１〜４は、リラクタンストルク併用磁石式同期機の例を記載している。リラクタンストルク併用磁石式同期機は、マグネットトルクＴｍに加えてリラクタンストルクＴｒを発生できるので体格重量当たりのトルク、出力が大きいという利点を有することが広く知られている。
特開２０００−６００３８ 特開２００１−３３９９２２ 特開２００２−４４９２０ 特開２００３−３２４８７５

（発明の目的）
しかしながら、リラクタンストルク併用磁石式同期機においてトルク向上を図ろうとすると、高価な希土類磁石の使用量が増大するという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、磁石使用量の増大を抑止しつつ、トルク増大が可能な同期機を提供することをその目的としている。

（発明の要約）
上記課題を解決する本発明の同期機は、リラクタンストルクを発生するための磁気突極部と、磁石トルクを発生するための永久磁石によりロータ周面に形成される磁石磁極とを有してステータに対面して回転するロータを備える同期機において、前記磁気突極部の周方向中心位置を基準とする前記永久磁石の実質的周方向中心位置を電気角π／２から所定の角度Δθだけずらせることにより、磁石トルクの高調波成分とリラクタンストルクとの和の振幅最大値を、前記磁気突極部の周方向中心位置を基準とする前記永久磁石の実質的周方向中心位置が電気角π／２である場合よりも変更することをその特徴としている。

すなわち、この発明は、磁気突極部の周方向中心位置に対して磁石磁極と周方向中心位置を従来の電気角π／２の位置から周方向へずらすことにより、磁石トルクの高調波成分とリラクタンストルクとの和の振幅最大値を、前記磁気突極部の周方向中心位置を基準とする前記永久磁石の実質的周方向中心位置が電気角π／２である場合よりも変更させる。このようにすると、磁石トルクとリラクタンストルクとの和を容易に変更することができる。

以下、更に詳しく説明する。磁石磁極により生じるマグネットトルク（磁石トルクとも言う）Ｔｍの大きさは、ステータ電流又はそれにより形成される回転磁界（電流磁界とも言う）のベクトルと磁石磁極部の周方向中心との間の位相角θが−πから＋πまで変化する間にマグネットトルク波形として知られている波形で１サイクル変化する。同様に、主として磁気突極部の低磁気抵抗（大インダクタンス）により生じるリラクタンストルクＴｒの大きさは、ステータ電流又はそれにより形成される回転磁界（電流磁界とも言う）のベクトルと磁気突極部の周方向中心との間の位相角が−πから＋πまで変化する間にリラクタンストルク波形として知られている波形で２サイクル変化する。

従来のIPMでは、磁気突極部の周方向中心位置は通常ｑ軸に配置され、磁石磁極の周方向中心位置はｑ軸に対してπ／２離れたｄ軸に通常配置される。このため、磁石トルクＴｍとリラクタンストルクＴｒとを合成した合成トルク波形は図１に示すようになる。図１において、１００は合成トルク波形、１０１は磁石トルクＴｍの基本波の波形、１０２はリラクタンストルクの基本波の波形である。以下、磁石トルクＴｍの基本波の周波数を１次、リラクタンストルクの基本波の周波数を２次とする。

リラクタンストルクＴｒが、主として磁気突極部の小さい磁気抵抗に起因することを考慮すると、ステータ電流ベクトルに対する磁気突極部の周方向中心位置の位相角を変化させることにより、図１において、リラクタンストルク波形は図１において、左右にシフトされることがわかる。このことは、リラクタンストルク波形を磁石トルク波形に対して図１の左右方向にシフトさせることにより、リラクタンストルクと磁石トルクとの合成波形を変更できることを意味する。つまり、磁石磁極の周方向中心位置に対する磁気突極部の周方向中心位置を周方向にシフトすることにより、合成トルク波形を変更できることを意味する。明らかに、このシフトは、合成トルクが増大する向きに行われることが好適である。ただし、どの程度シフトすれば、合成トルクが増大するかを調べることは容易ではない。実験的に求めることは多大な負担を招く。

本発明者が発見した合成トルク増大を図るための第１の方法は、図１から、リラクタンストルクの基本波（２次）波形１０２のピークと、磁石トルクＴｍの基本波（１次）波形１０１のピークとを近付ければ、合成トルクを増大させることができることがわかり、このためには、図１において波形１０２を左に電気角４５度程度シフトすればよいことがわかる。

本発見者が発見した合成トルク増大を図る第２の方法は、リラクタンストルクの基本波（２次）波形１０２に対して磁石トルクＴｍの３次高調波成分１０３のピークをなるべく近づけることである。これら二つの波形は図１からわかるように、電気角１５度程度しか位相が異ならないので、磁石磁極と磁気突極部との間の位相角をわずかに変更するだけで、リラクタンストルクの基本波（２次）波形１０２のピークと磁石トルクＴｍの３次高調波成分１０３のピークとを略一致させることができる。この第２方法による位相シフトは、上記第１の方法による位相シフトによりも得られる合成トルク増大量は小さい。しかし、磁石磁極と磁気突極部との間の位相角の変更にはロータ構造の改変を伴う。位相シフト量が小さい第２の方法は、このロータ構造の改変負担が軽減されるという利点をもつ。

このような磁気突極部の周方向中心位置と磁石磁極の実質的な周方向中心位置との間の位相角をπ／２からシフトするという技術思想及びそれにより得られる合成トルクの変更、増大という効果は従来まったく知られていなかったものである。なお、この明細書で言う磁石磁極の実質的周方向中心位置とは、ロータ周面上の１磁極分の磁石磁束の磁気的な周方向中心位置を言うものとする。

好適な態様において、各低磁気抵抗部の周方向中心は、それぞれ最も近接する磁石磁極部の周方向中心に対して周方向一方側（好適には合成トルク増大側へ）電気角５〜２５°の範囲で変位している。これにより、ロータ構造の改変負担を軽減しつつ同一仕様の従来のＰＭシンクロナスモータに比べて合成トルクを増大できる。

好適な態様において、ロータがステータに与える磁石磁束の周方向分布波形は、端部が周方向中央部よりも大きい台形波形とされる。このようにすると、図１に示す磁石トルクの３次高調波成分１０４の振幅を増大できるため、上記した位相シフトによるトルク変更又はトルク増大の効果を一層向上することができる。

好適な態様において、ロータは、ステータに同一向きの磁石磁束を与える向きに磁化された２つの永久磁石を有し、これら２つの永久磁石は、互いに周方向に所定間隔離れている。このようにすれば、上記した磁石トルクの空間波形（周方向波形）の台形化による３次高調波成分の増大を容易に行うことができるとともに、磁石量を減らすことができる。

好適な態様において、ロータは、回転軸に固定された略円筒状のヨーク部と、ヨーク部の周面から電気角πごとに径方向ステータ向きに突出する磁気突極部とを有する軟磁性のロータコアと、互いに周方向に隣接する一対の磁気突極部の間に位置してステータに対面して周方向に延在する軟磁性のセグメントと、一対の磁気突極部のうちの回転方向前方側の磁気突極部の先端とセグメントの周方向前端との間に挟設される前側永久磁石と、一対の磁気突極部のうちの回転方向後方側の磁気突極部の先端とセグメントの周方向後端との間に挟設される後側永久磁石と、互いに周方向に隣接する一対の磁気突極部の基端部間に位置して周方向に延在するヨーク部の周面をセグメントから所定の径方向幅だけ隔離するセグメント・ヨーク部間非磁性部とを有し、セグメントは、周方向両側の前側永久磁石と後側永久磁石とから同一向きに磁化される。

このようにすれば、上記した磁石トルクの磁石トルクの空間波形（周方向波形）の台形化による３次高調波成分の増大を容易に行うことができるとともに、磁石量を減らすことができる。

好適な態様において、前記セグメントのステータ対向面における前記一対の前記磁気突極部の周方向中心位置よりも周方向後方側に位置して形成された凹溝を有する。このようにすれば、簡素な形状、工程にて磁石トルクの空間波形（周方向波形）の台形化を実現することができる。

好適な態様において、前側永久磁石及び後側永久磁石の間のセグメントは、周方向後部よりも周方向前部が強く磁石磁束をステータに与える。これにより、磁石磁極の実質的周方向中心位置を容易に磁気突極部側へシフトすることができる。これは、磁気突極部を相対的に磁石磁極の実質的周方向中心位置へシフトすることと同義である。

好適な態様において、前側永久磁石は、後側永久磁石よりもセグメントに多くの磁束を与える。これにより、磁石磁極の実質的周方向中心位置を容易に磁気突極部側へシフトすることができる。これは、磁気突極部を相対的に磁石磁極の実質的周方向中心位置へシフトすることと同義である。

好適な態様において、径方向を基準とする前側永久磁石の磁極面の角度は、径方向を基準とする前記後側永久磁石の磁極面の角度よりも大きい。これにより、磁石磁極の実質的周方向中心位置を容易に磁気突極部側へシフトすることができる。これは、磁気突極部を相対的に磁石磁極の実質的周方向中心位置へシフトすることと同義である。

好適な態様において、ロータコアは、セグメント・ヨーク部間非磁性部に配置されてセグメントとヨーク部とを結合するスポーク部を有する。これにより、セグメントの耐遠心力強度を向上することができる。

好適な態様において、一つの前記セグメントは、周方向に所定間隔を隔てて設けられた複数のスポーク部によりヨーク部に支持されている。これにより、セグメントの耐遠心力強度を向上することができるうえ、セグメントの耐振性、耐ねじれ性も向上することができる。

好適な態様において、一対のスポーク部の間の周方向幅は、径方向外側にて小さくなっている。これにより、トルクリップルなどに対するセグメントの耐振性、耐ねじれ性も向上することができる。

好適な態様において、アウターロータ構造を有する。アウターロータ構造では、セグメントの耐遠心強度をほとんど考慮する必要がないため、高速回転性能の大幅な向上が可能となる。

好適な態様において、前記セグメントの回転方向後端は、前記磁気突極部から切り離されている。これにより、後方側の磁束漏れを減らすことができる。

（実施形態１）
本発明の好適な実施形態１の原理を図面を参照して説明する。以下の実施形態では、多極表面磁石インナーロータの１極あたりの部分モデルにて説明しているが、ロータ磁極数や公知の種々のロータ形式の変更は適宜可能である。

（全体構造）
図２は、この実施形態の同期機のロータの模式径方向部分断面図である。

１はロータ、２は回転軸、３はステータである。ステータ３は、スロット及びティースが内周面に形成されたステータコアと、スロットに巻装されたステータコイルとからなるが、このステータの構造は周知のものであるため、これ以上の説明は省略する。

（ロータ構造）
ロータ１は、軟磁性のロータコア１０と、前側永久磁石１１と、後側永久磁石１２と、軟磁性のセグメント１３とからなる。

ロータコア１０は、回転軸２に固定された略円筒状で軟磁性のヨーク部１４と、ヨーク部１４の外周面から径方向ステータ向きに突出する磁気突極部１５と、ロータコア１０のヨーク部１４の外周面とセグメント１３とを接続する２本のスポーク部１６とを電気角πごとに有している。また、ロータコア１０は、セグメント１３の前端及び後端を磁気突極部１５の先端部の側端面に連結する接続部１７を有している。セグメント１３、ヨーク部１４、スポーク部１６及びセグメント１３は、たとえば所定形状に打ち抜かれた電磁鋼板を積層することにより、一体に形成されている。

セグメント１３は、互いに電気角π離れた２つの磁気突極部１５、１５の間に位置してステータ３の内周面に小さいギャップを挟んで対面している。セグメント１３の周方向中央部付近には、凹溝１９が軸方向に形成されている。

前側永久磁石１１は、接続部１７の径方向内側に位置して、セグメント１３の回転方向前端とそれに対面する磁気突極部１５の側端面との間に挟設されている。

後側永久磁石１２は、接続部１７の径方向内側に位置して、セグメント１３の回転方向後端とそれに対面する磁気突極部１５の側端面との間に挟設されている。

ヨーク部１４、２つの磁気突極部１５、セグメント１３、永久磁石１１，１２とに区画された空間は、本発明で言うセグメント・ヨーク部間非磁性部１８をなす。セグメント・ヨーク部間非磁性部１８は、樹脂や非磁性金属を充填してもよい。したがって、セグメント・ヨーク部間非磁性部１８は、互いに周方向に隣接する一対の磁気突極部１５、１５の基端部間に位置して周方向に延在するヨーク部１４の外周面とセグメント１３との間に所定の径方向幅を確保している。

セグメント１３に接するその両側の前側永久磁石１１と後側永久磁石１２は、互いに同一極性の磁極面となっている。前側永久磁石１１は、後側永久磁石１２よりも大型に形成され、後側永久磁石１２よりもセグメント１３に多くの磁石磁束を与える。更に、セグメント１３に接する前側永久磁石１１の磁極面１１Aは、セグメント１３に接する後側永久磁石１２の磁極面１２Aよりも大面積に形成され、かつ、磁極面１１Aは径方向を基準として磁極面１２Aよりも大角度に配置されている。これにより、ステータ３に面するセグメント１３の外周面部のうち周方向前方側が、周方向後方側よりも強く磁化されている。つまり、セグメント１３の周方向前部は、その周方向後部よりも多くの磁石磁束をステータ３に与える。

スポーク部１６は、軟磁性でもよく、非磁性でもよく、積層電磁鋼板によりヨーク部１４及びセグメント１３と一体に形成してもよく、あるいは、両端が互いに別体に形成されたヨーク部１４及びセグメント１３に個別に嵌合する別部材としてもよい。これら一対のスポーク部１６、１６の間の周方向幅は、径方向外側にて小さくなっている。

このモータは、通常の磁石同期機と同じく、ステータコイルに回転ベクトル電流を通電することにより、その回転角速度に同期して回転する。

（ロータ構造の特徴説明）
図２に示すこのロータの特徴について以下に具体的に説明する。

第１の特徴は、２つの磁気突極部１５、１５の間に軟磁性のセグメント１３をステータ３と磁束授受可能に配置し、更にセグメント１３の前後に永久磁石１１，１２を配置した点にある。このようにすると、磁気突極部１５、１５の間のセグメント１３の外周面部がステータ３に与える磁石磁界の周方向分布（空間波形）を台形化するため、多くの３次高調波成分を含むことができる。また、永久磁石１１，１２がロータ１の比較的外周面近傍に配置されるため、従来の埋め込み磁石型ロータに比べて必要な磁石磁束量を確保するために必要な磁石量を減らすことができる。

第２の特徴は、セグメント１３のステータ対向面で一対の前記磁気突極部の周方向中央部付近に凹溝１９を設けた点にある。これにより、セグメント１３の周方向中心位置（従来のIPMのｄ軸に相当する）付近の磁石磁束が減少するため、磁石磁束の空間分布が更に台形化し、多くの３次高調波成分を含むことができる。つまり、セグメント１３がステータ３に与える磁石磁束量は永久磁石１１，１２によりある程度決定されるが、セグメント１３はそれを周方向前後に振り分けて、磁石磁束の周方向分布（空間分布）を台形化する。これは、磁石磁束の空間高調波成分、特に３次高調波成分を増大させることを意味する。

第３の特徴は、前側永久磁石１１は、後側永久磁石１２よりも寝ている点にある。これにより、セグメント１３の周方向前側部分が前側永久磁石１１から受ける磁石磁束は、セグメント１３の周方向後側部分が後側永久磁石１２から受け取る磁石磁束よりも、ステータ３側に多く向かう。これにより、磁石磁束の実質的な周方向中心位置が、セグメント１３の周方向中心位置よりも前方にシフトされる。

第４の特徴は、前側永久磁石１１が後側永久磁石１２よりも大型とされ、前側永久磁石１１が後側永久磁石１２よりも多くの磁石磁束をセグメント１３に与える点にある。これにより、磁石磁束の実質的な周方向中心位置が、セグメント１３の周方向中心位置よりも前方にシフトされる。

上記の結果として、図２のロータ１の外周面の磁石磁束分布は、本来のｄ軸位置よりも前方に所定角度θだけシフトした位置を実質的な周方向中心位置として、その前後に台形状に分布することになる。なお、ここで言う本来のｄ軸位置とは、従来の永久磁石及び磁気突極部をもつIPMと同様に、磁気突極部１５の周方向中心位置に相当するｑ軸に対して周方向に電気角π／２だけずれた位置を言う。

（効果）
このようにすれば、リラクタンストルクの主として発生要因である磁気突極部１５の周方向中心位置に比べて、磁石トルクを発生するための磁石磁束の実質的な周方向中心位置を本来のｄ軸位置から前方にシフトしているために、リラクタンストルクの基本波（２次）波形（空間波形）のピークに対して磁石トルクの３次高調波成分（空間波形）のピークを近接乃至一致させることができ、これにより、少ない磁石トルクの位相角シフトにより合成トルクの増大を図ることができる。これは、上記位相角シフトのためのロータの構造変更を簡素化できることを意味する。

好適には、図１において、リラクタンストルクの基本波（２次）波形１０２のピークと、磁石トルクの基本波（１次）波形１０１のピークとを近接乃至一致させるために、空間周波数におけるリラクタンストルクの基本波（２次）波形１０２に対して、空間周波数における磁石トルクの３次波形１０１を電気角で５〜２５度程度、更に好適には電気角１５度程度シフトされる。

（スポーク部１６）
図２に示すロータ構造では、１つのセグメント１３は、互いに周方向へ所定間隔離れた一対のスポーク部１６と一対の接続部１７とによりヨーク部１４及び磁気突極部１５に機械的に支持されている。つまり、セグメント１３の一対の接続部１７の間の部分は、複数のスポーク部１６により周方向に分散して支持される。これにより、ロータ回転時に、セグメント１３が接続部１７やスポーク部１６にねじれ力（径方向断面上での）を与えるのを抑制することができ、更に、セグメント１３の耐振性も向上することができる。また、一対のスポーク部１６の間の周方向幅は、径方向外側にて小さくなっている。これにより、セグメント１３の周方向へのがたを減らし、耐振剛性を更に強化することができる。

（変形態様１）
図３を参照して変形態様１を説明する。

この態様は、前側永久磁石１１のうち、接続部１７に面する外周端部の端面１１Aを面取りしたものである。２０は前側永久磁石１１の端面１１Aと接続部１７との間に設けられた漏れ磁束低減用のエアギャップである。前側永久磁石１１側には、多くの磁石磁束をセグメント１３からステータ３に送り出すべく、このフラックスバリアとしてのエアギャップ２０を設けている。

（変形態様２）
図４を参照して変形態様２を説明する。

この態様は、後側永久磁石１２のうち、接続部１７に面する外周端部の端面１２Aを面取りしたものである。後側永久磁石１２には、前側永久磁石１１に隣接して設けたフラックスバリアとしてのエアギャップ２０を配置しない。これは、後側永久磁石１２側は、それほどステータ３に磁石磁束を供給しなくてよいためである。このため、後ろ側の接続部１７は、後側永久磁石１２の外周端部の端面１２Aを面取りした分だけ厚く形成することができ、セグメント１３の支持を強化することができる。

（変形態様３）
図５を参照して変形態様３を説明する。

この態様は、図２に示すロータ１の両端面に非磁性のディスク２１を密着させたものである。ディスク２１の外径は、ロータコア１０の外径にほぼ等しくされている。このようにすれば、永久磁石１１，１２の軸方向固定が出来る上、ヨーク部間非磁性部に冷却媒体等が滞留しロータのアンバランス量が大きくなることを防止することができる。

（シミュレーション結果）
図２に示すロータ構造において、永久磁石１１，１２の大きさを種々変更したロータサンプルについて、そのシミュレーション結果を図６に示す。ただし、各ロータサンプルの残留磁束密度は一定とした。図７〜図１０に各ロータサンプルの模式断面図を示す。ロータサンプル１は磁石量を従来品に比べて３３％としたものであり、ロータサンプル２は磁石量を従来品に比べて５０％としたものであり、ロータサンプル３は磁石量を従来品に比べて１００％としたものである。なお、従来品であるロータサンプル４は、図１０に示すように、一対の磁気突極部の間においてヨーク部とセグメントとの間のフラックスバリアに永久磁石を配置した例である。

なお、シミュレーション結果によれば、ロータサンプル３とロータサンプル４（従来品）とは、ほぼ等しいトルクリップルを有していた。

（更なる考察）
上記説明したこの実施形態では、永久磁石１１，１２を従来のIPMに比べてロータの径方向外側に配置し、かつ、周方向において磁気突極部に隣接して配置している。この磁石配置は、ステータに与えられる磁石磁束の空間的３次成分のみならず、空間的１次成分を増大することがわかった。これは、磁石磁束の漏れ成分の低減及び磁石磁束が流れる磁気回路の磁路長の短縮によるものと推定される。

（実施例２）
実施例２を図１１に示す。

この実施形態のロータ２は、アウターロータ構造をもつ。この場合には、セグメント・ヨーク部間非磁性部１８０に非磁性部材たとえば樹脂を配置することにより、セグメント１３や永久磁石１１，１２を支持することができ、耐遠心力性能を大幅に向上することができる。

（実施例３）
実施例３を図１２から図１５に示す。

この実施形態では、セグメント１３の回転方向後端を磁気突極部１５の先端部の側端面に連結するための接続部を廃止し、セグメント１３の回転方向後端を磁気突極部１５の先端部の側端面から切り離している。

これにより、回転時に発生する力によりセグメント１３の前端側と後端側とが逆方向に引っ張られてセグメント１３に引っ張り応力が発生するのを防止することができる。これにより接続部の径方向幅を小さくすることが可能となる。さらに、セグメント１３の後端側の接続部を省略するため、この部位における磁束漏れ減らすことができる。

また、この実施形態の永久磁石１１、１２は図１３、図１４に示すように径方向外側にいくにつれて周方向幅が大きくなっている。これにより磁束密度が高い磁極外側に近接する磁石の永久減磁を防止することができるとともに、同一体積のまま磁石面積を大きくすることができ磁石トルクを大きくすることができる。

なお、図１４、図１５に示す１００は、永久磁石１２の遠心方向への逸脱を防止するための非磁性の磁石飛散防止プレートである。このロータの斜視図を図１５に示す。

図１のロータ構造を用いた場合の磁石トルク及びリラクタンストルクの空間波形を示す特性図である。 実施形態１のインナーロータ型同期機の模式径方向部分断面図である。 図２の前側永久磁石近傍の拡大模式部分断面図である。 図２の後側永久磁石近傍の拡大模式部分断面図である。 ロータの変形態様を示す模式斜視図である。 磁石量を種々変更した場合のシミュレーションによる合成最大トルクの変化を示す図である。 ロータサンプル１を示す模式部分断面図である。 ロータサンプル２を示す模式部分断面図である。 ロータサンプル３を示す模式部分断面図である。 ロータサンプル４を示す模式部分断面図である。 実施形態２のアウターロータ型同期機の模式径方向部分断面図である。 実施形態３のインナーロータ型同期機の模式径方向部分断面図である。 図１２の前側永久磁石近傍の拡大模式部分断面図である。 図１２の後側永久磁石近傍の拡大模式部分断面図である。 実施形態３のロータの模式斜視図である。

符号の説明

１ ロータ
２ 回転軸
３ ステータ
１０ ロータコア
１１A 磁極面
１１ 前側永久磁石
１２A 磁極面
１２ 後側永久磁石
１３ セグメント
１４ ヨーク部
１５ 磁気突極部
１６ スポーク部
１７ 接続部
１８ ヨーク部間非磁性部
１９ 凹溝
１００ 磁石飛散防止プレート

Claims (14)

1. リラクタンストルクを発生するための磁気突極部と、磁石トルクを発生するための永久磁石によりロータ周面に形成される磁石磁極とを有してステータに対面して回転するロータを備える同期機において、
   前記磁気突極部の周方向中心位置を基準とする前記永久磁石の実質的周方向中心位置を電気角π／２から所定の角度Δθだけずらせることにより、磁石トルクの高調波成分とリラクタンストルクとの和の振幅最大値を、前記磁気突極部の周方向中心位置を基準とする前記永久磁石の実質的周方向中心位置が電気角π／２である場合よりも変更することを特徴とする同期機。
2. 角度Δθは、周方向トルク増大向きに電気角５〜２５度に設定されている請求項１記載の同期機。
3. 前記ロータが前記ステータに与える磁石磁束の周方向分布波形は、端部が周方向中央部よりも大きい台形波形である請求項１記載の同期機。
4. 前記ロータは、前記ステータに同一向きの磁石磁束を与える向きに磁化された２つの前記永久磁石を有し、
   前記２つの永久磁石は、互いに周方向に所定間隔離れている請求項１記載の同期機。
5. 前記ロータは、
   回転軸に固定された略円筒状のヨーク部と、前記ヨーク部の周面から電気角πごとに径方向ステータ向きに突出する磁気突極部とを有する軟磁性のロータコアと、
   互いに周方向に隣接する一対の前記磁気突極部の間に位置して前記ステータに対面して周方向に延在する軟磁性のセグメントと、
   前記一対の磁気突極部のうちの回転方向前方側の前記磁気突極部の先端と前記セグメントの周方向前端との間に挟設される前側永久磁石と、
   前記一対の磁気突極部のうちの回転方向後方側の前記磁気突極部の先端と前記セグメントの周方向後端との間に挟設される後側永久磁石と、
   互いに周方向に隣接する前記一対の磁気突極部の基端部間に位置して周方向に延在する前記ヨーク部の周面を前記セグメントから所定の径方向幅だけ隔離するセグメント・ヨーク部間非磁性部と、
   を有し、
   前記セグメントは、周方向両側の前記前側永久磁石と後側永久磁石とから同一向きに磁化される請求項４記載の同期機。
6. 前記セグメントのステータ対向面における前記一対の前記磁気突極部の周方向中心位置よりも回転方向後方側に位置して形成された凹溝を有する請求項５記載の同期機。
7. 前記前側永久磁石及び前記後側永久磁石の間の前記セグメントは、周方向後部よりも周方向前部が強く磁石磁束を前記ステータに与える請求項５記載の同期機。
8. 前記前側永久磁石は、前記後側永久磁石よりも前記セグメントに多くの磁束を与える請求項７記載の同期機。
9. 径方向を基準とする前記前側永久磁石の磁極面の角度は、径方向を基準とする前記後側永久磁石の磁極面の角度よりも大きい請求項８記載の同期機。
10. 前記ロータコアは、前記セグメント・ヨーク部間非磁性部に配置されて前記セグメントと前記ヨーク部とを結合するスポーク部を有する請求項５記載の同期機。
11. 一つの前記セグメントは、周方向に所定間隔を隔てて設けられた複数の前記スポーク部により前記ヨーク部に支持されている請求項１０記載の同期機。
12. 一対の前記スポーク部の間の周方向幅は、径方向外側にて小さくなっている請求項１１記載の同期機。
13. アウターロータ構造を有する請求項１乃至１２のいずれか記載の同期機。
14. 前記セグメントの回転方向後端は、前記磁気突極部から切り離されている請求項１乃至１３記載の同期機。