JP2010200510A - 永久磁石式回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータ本体の軸方向中心に行くほど永久磁石の発熱を下げて、減磁性能を向上させることができる永久磁石式回転電機を提供すること。
【解決手段】環状のステータ２，前記ステータ２内に回転自在に配設されたロータ３及び前記ロータ３と一体の回転軸４を備えている。また、前記ロータ３は導磁性のロータ本体９および前記ロータ本体９に保持された永久磁石１０を備えると共に、前記永久磁石１０は前記回転軸４の延びる方向に分割された複数の磁石片（１０ａ〜１０ｇ）から構成されている。しかも、前記複数の磁石片（１０ａ〜１０ｇ）の磁気抵抗が、前記軸方向端部と前記軸方向中心とで異なるように設定されている。
【選択図】 図２

Description

この発明は、ロータ本体内に永久磁石が埋め込まれたロータを備える永久磁石式回転電機に関するものである。

この永久磁石式回転電機としては、ロータ本体内に埋め込まれた永久磁石をロータの軸方向に対して複数の磁石片に分割することで、複数の磁石片からなる永久磁石の内部の渦電流損失を低減させて、永久磁石全体の発熱を抑え、永久磁石の減磁（磁石の機能を失うこと）を防止する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−３２４７３６

しかしながら、従来の永久磁石は全てロータ本体の回転軸の軸方向に均等な磁石片に分割されているのみであるので、ロータ本体の回転軸の軸方向中心の磁石片では磁石温度が高温化する傾向にあり、永久磁石全体の減磁性能が低下するという問題点がある。

そこで、この発明は、ロータ本体の軸方向中心に行くほど永久磁石の発熱を下げて、減磁性能を向上させることができる永久磁石式回転電機を提供することを目的とするものである。

この目的を達成するため、この発明の永久磁石式回転電機は、環状のステータ，前記ステータ内に回転自在に配設されたロータ及び前記ロータと一体の回転軸を備え、前記ロータは導磁性のロータ本体および前記ロータ本体に保持された永久磁石を備えている。また、前記永久磁石は前記回転軸の軸方向に分割された複数の磁石片から構成されている。しかも、前記複数の磁石片の磁気抵抗が、前記軸方向端部と前記軸方向中心とで異なるように設定されている。

この構成によれば、軸方向中心に行くほど永久磁石に流れる渦電流が小さくなるようにしたので、軸方向中心に行くほど永久磁石の発熱を下げることができるようになり、減磁性能を向上させることができる。

この発明に係る回転電機の回転軸と直交する方向の断面図である。 この発明に係る回転電機の回転軸と直交する方向の他の断面図である。 図１のＢ−Ｂ線に沿うロータの断面図である。 図１〜図２の回転電機の磁石損失、トルク等を示す特性線図である。 図１〜図２の回転電機の熱伝導及び磁石損失，熱抵抗，磁石温度等の作用説明図である。 この発明の回転電機のロータの他の実施例を示す展開説明図である。 図５のロータを備える回転電機の作用説明図である。 この発明の回転電機の他の実施例を示すロータの断面である。 この発明の回転電機の更に他の実施例を示すロータの断面図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
[構成]
図１，図１Ａにおいて、１はこの発明に係る車両用の永久磁石式回転電機を示したものである。この永久磁石式回転電機１は、モータ機能を有する永久磁石式同期電動機や、ジェネレータ機能を有する永久磁石式同期電動機等に適用できる。また、永久磁石式回転電機１は、自動車等の車両の車輪の駆動源として用いられるが、他の産業機械に用いることもできる。

この磁石式回転電機１は、図１，図１Ａに示したように環状のステータ（固定子）２と、ステータ２内に回転自在に配設されたロータ（回転子）３と、このロータ３の回転軸４を有する。
（ステータ２）
このステータ２は、図１，図１Ａに示したように、複数に分割されたステータ構成部品（分割ステータ部品）２ａから環状に形成されている。また、各ステータ構成部材２ａはステータコア部材（分割固定鉄心）５をそれぞれ有し、複数のテータ構成部材２ａのステータコア部材５は環状のステータコア（環状固定子鉄心）２ｂを形成している。また、ステータ構成部材２ａは、ステータコア部材５のティース（極歯）６と、ティース６に捲回されたステータコイル７を有する。そして、各ティース６，６間にはスロット８が形成されている。
（ロータ３）
このロータ３は、図２に示したように、回転軸４と一体に設けられるロータ本体９と、ロータ本体９に取り付けられる永久磁石１０と、ロータ本体９の軸方向（回転軸４の延びる方向）の両端部にそれぞれ配設されたエンドリング（環状の端板）１１，１１を有する。このロータ本体９とステータコア５のティース６との間には、図１，図２に示したように微小なエアギャップ（空隙）１２が形成されている。

また、図２に示したようにロータ本体９は、軸方向に複数に分割された複数のロータ部材９ａ，９ｂ，９ｃ・・・９ｇを有する。この各ロータ部材９ａ，９ｂ，９ｃ・・・９ｇは、多数枚のリング状の磁極用鋼板を積層することにより、厚肉の円板状に形成したもので、互いに積層した状態で回転軸４に固定されている。尚、ロータ部材９ａ，９ｂ，９ｃ・・・９ｇのうち、ロータ部材９ａ，９ｇはロータ本体９の軸方向端部に位置しており、ロータ部材９ｄはロータ本体９の軸方向中央（軸方向中心）に位置している。ここで、ロータ本体９の軸方向中央（軸方向中心）は回転軸４が延びる方向におけるロータ本体９の中央（中心）を意味し、ロータ本体９の軸方向端部は回転軸４が延びる方向におけるロータ本体９の両端部を意味する。

また、ロータ本体９は、図２に示したように、軸方向に延びる磁石取付穴９ｈを有する。この磁石取付穴９ｈは、ロータ部材９ａ，９ｂ，９ｃ・・・９ｇにそれぞれ設けられた分割穴９ｈａ，９ｈｂ，９ｈｃ・・・９ｈｇから構成されている。

更に、分割穴９ｈａ，９ｈｂ，９ｈｃ・・・９ｈｇは、ロータ本体９の軸方向両端部から軸方向中心に向かうに従ってエアギャップ１２から離れる方向、即ち回転軸４に近づく方向に変位させられた位置に形成されている。

また、永久磁石１０は軸方向に複数に分割された磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇから構成されている。この複数の磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇは、磁石の強さである起磁力が同じに設定されている。しかも、各磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇは、分割穴９ｈａ，９ｈｂ，９ｈｃ・・・９ｈｇにそれぞれ埋設した状態で配設されている。

このようにして、磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇは、ロータ本体９の軸方向両端部から軸方向中心に向かうに従ってエアギャップ１２から離れる方向、即ち回転軸４に近づく方向（ロータ３の回転中心側）に変位させられた位置に埋設した状態で配設されている。

尚、上述した永久磁石１０は、図１に示したようにロータ本体９に周方向に等ピッチで偶数個配設されている。しかも、ロータ３は同一磁極数すなわちロータ３のＳ極とＮ極の数は同一に設定されている。また、図１は図２の永久磁石１０の一つである磁石片１０ａの部分で断面し、図１Ａは図２の永久磁石１０の一つである磁石片１０ｂの部分で断面している。更に、永久磁石１０（各磁石片１０ａ〜１０ｇ）の断面形状は、図１，図１Ａに示したように直線状に形成しているが、周知の円弧状に形成することもできるし、周知のＶ字状又はハの字状に形成することもできる。
[作用]
次に、このような構成の永久磁石式回転電機１の作用を説明する。

上述したようにステータ（固定子）２にはティース６とスロット８が存在し、ロータ（回転子）３の回転方向で見るとティース６とスロット（空隙）８が交互に配置されている。このティース６にはステータコイル７により磁束が生じ、ロータ３には永久磁石１０による磁束が生じ、これらの磁束の通り道である磁気回路がステータ２とロータ３に跨って生じる。ここで、ロータ本体９においては、永久磁石１０の複数の磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇからロータ本体９の周面までの部分が磁束の通りやすさである磁気抵抗となる。

このような永久磁石式回転電機１では、ロータ（回転子）３の回転角度によって、永久磁石１０とティース６が対向する場合や永久磁石１０とスロット（空隙）８が対向する場合がある。しかも、ティース６に巻かれたステータコイル（巻線）７による磁束が永久磁石１０に鎖交する量は回転子角度（ロータ３の回転角度）によって異なる。そして、永久磁石１０に鎖交する磁束が時間変化すると、永久磁石表面に渦電流が発生し、永久磁石温度を上昇させる。

一方、ロータ（回転子）３は図のように、電磁鋼板の両端に、電磁鋼板の反りを防ぐ目的で非磁性金属のエンドリング１１，１１を配置し、それらが回転軸（ロータシャフト）４に焼きばめ等で結合されている。

このロータ（回転子）３の回転中は前述のように永久磁石１０で発熱するほかに、電磁鋼板からなるロータ本体９でも鉄損が発生する。これらの熱は一部は空気中に放熱されるが、大部分は熱抵抗の小さい回転軸４の方へ伝熱する。またこれに加えて、軸方向端部には非磁性のエンドリング１１，１１が存在するため、永久磁石１０の軸方向端部に近い場所やロータ本体９の軸方向端部で発生した熱は、回転軸（シャフト）４だけでなくエンドリング１１へも伝熱するため、軸方向中央部より伝熱の経路が多く熱抵抗が小さくなり、軸方向端部のほうが温度上昇しにくい。

このような理由により、仮に永久磁石１０のエアギャップ１２からの埋め込み深さが一様で、発熱も一様に起こったとすると、軸方向中央の永久磁石温度が、軸方向端部の永久磁石温度より高くなる。

そこで、永久磁石１０の軸方向中央（軸方向中心）の埋め込み深さを深くすることにより、すなわち複数の磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇの埋め込み深さをロータ本体９の軸方向両端部から軸方向中心に向かうに従って深くすることにより、渦電流による発熱を抑制して、軸方向端部の永久磁石温度程度にまで温度上昇を抑制するようにできる。

即ち、このように複数の磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇの埋め込み深さをロータ本体９の軸方向両端部から軸方向中心に向かうに従って深くすることにより、複数の磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇからロータ本体９の周面までの磁気抵抗はロータ本体９の軸方向端部側より軸方向中心側ほど増大する。

しかも、磁気抵抗をロータ本体９の軸方向両端部から軸方向中心に向かうに従って増大させることで、ロータ本体９や永久磁石１０に発生する渦電流はロータ本体９の軸方向両端部から軸方向中心に向かうに従って低減する。この結果、渦電流によりロータ本体９に熱が発生してロータ本体９の温度は上昇するが、このロータ本体９の渦電流により発生する熱はロータ本体９の軸方向両端部から軸方向中心に向かうに従って減少することになる。この結果、ロータ本体９の渦電流による温度上昇は、ロータ本体９の軸方向両端部から軸方向中心に向かうに従って低減することになる。

換言すれば、ロータ本体９においては、ロータ本体９の軸方向中心から軸方向端部に向かうに従って磁束による渦電流が増大し、この渦電流によりロータ本体９に発生する熱はロータ本体９の軸方向中心から軸方向端部に向かうに従って増大することになる。

しかし、ロータ本体９で発生する熱は、回転軸４に直接に伝達される一方、上述したようにロータ本体９の両端部のエンドリング１１の部分を介して回転軸４に伝達された後、回転軸４を介して外部に放熱されることになる。この際、ロータ本体９で発生する熱が回転軸４に伝達される量は、エンドリング１１があるために、ロータ本体９の軸方向中心から軸方向端部に向かうに従って増大することになる。このように放熱することで、ロータ本体９の渦電流による温度上昇は、ロータ本体９の軸方向中心から軸方向端部に向かうに従ってより抑制することができる。

ところで、永久磁石式回転電機１では、永久磁石１０の温度が上昇するに従い磁力が低下するという磁石損失が発生し、永久磁石１０が所定の温度以上になると不可逆減磁を起こし出力が大幅に低下してしまう。

しかし、上述したようにロータ本体９や永久磁石１０の渦電流による発熱量をロータ本体９の軸方向両端部から軸方向中心に向かうに従って減少させて、ロータ本体９や永久磁石１０の渦電流による温度上昇をロータ本体９の軸方向両端部から軸方向中心に向かうに従って低減させることにより、永久磁石１０の磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇの磁石損失がロータ本体９の軸方向両端部から軸方向中心に向かうに従って小さくなる。また、これに加えてロータ本体９の放熱量をロータ本体９のエンドリング１１により軸方向端部に向かうに従って増大させることで、永久磁石１０の温度上昇をロータ本体９の軸方向中心から軸方向端部まで抑制して、永久磁石１０の磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇの磁石損失を全体として低減させることができる。

したがって、図３において、磁石埋め込み深さｈ（mm）と平均トルク（Nm)及び磁石損失（Nm)等の関係を見ると、平均トルク（Nm)はトルク変化曲線Ｔａのように磁石埋め込み深さｈ（mm）が深くなるに従って小さくなり、磁石損失（Nm)は磁石損失変化曲線Ｂｍのように磁石埋め込み深さｈ（mm）が深くなるに従って小さくなることが分かる。

また、ロータ本体９の軸方向端部にはエンドリングキャップ１１があるために、ロータ本体９の軸方向端部ではロータ本体９及び永久磁石１０で発生する熱が図４の矢印Ａ１で示したようにロータ本体９を介して回転軸４に伝達されると共に矢印Ａ２で示したようにエンドキャップ１１に伝達されることになる。このエンドキャップ１１に伝達されるは一部が回転軸４に伝達される。そして、回転軸４に伝達された熱は回転軸４から放熱されることになる。この結果、ロータ本体９の軸方向端部側におけるロータ本体９及び永久磁石１０から回転軸４への熱抵抗は小さい。

一方、ロータ本体９の軸方向中心側に向かうに従って永久磁石１０からエンドリングキャップ１１への距離は長くなるので、ロータ本体９の軸方向中心側に向かうに従ってロータ本体９及び永久磁石１０で発生する熱の大半は図４の矢印Ａ３で示したようにロータ本体９内を回転軸４に直接伝導する量が増大し、ロータ本体９の軸方向中心側に向かうに従ってロータ本体９及び永久磁石１０から回転軸４への熱抵抗は増大する。

しかし、上述したように磁石埋め込み深さｈ（mm）が深くなるに従って永久磁石１０の磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇから回転軸４までの距離を短く（小さく）しているので、磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇから回転軸４までの熱抵抗は図４に示したように磁石埋め込み深さｈ（mm）が深くなっても、熱抵抗は殆ど大きくならないようになっている。

このように、永久磁石１０の軸方向中央（軸方向中心）の埋め込み深さｈを深くすることにより渦電流による発熱を抑制して、ロータ本体９の軸方向中心側における永久磁石１０の磁石温度を図４に示したように軸方向端部の永久磁石温度程度にまで温度上昇を抑制するようにできる。

従って、軸方向端部の磁石温度には余裕があるにもかかわらず、軸方向中央部の永久磁石の負荷逆減磁を防ぐために定格時間を短くしなければならないという問題を回避することができ、定格時間の延長が期待できる。

埋め込み深さの設計は、埋め込み深さと鉄損の関係を磁場解析等で見積もり、更に各永久磁石から回転子の外部までの熱抵抗を見積もり、両者の情報から、各永久磁石温度がほぼ同一となるような深さに設定する。
（変形例１）
上述した実施例では、永久磁石１０の磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇが軸方向中心ほどエアギャップ１２からの埋め込み深さのみを深くしているが、必ずしもこの構成のみに限定されるものではない。

例えば、上述したように永久磁石１０の磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇは、ロータ本体９の軸方向端部から軸方向中心に向かうにしたがってエアギャップ１２からの埋め込み深さのみを深くすると共に、図５に示したようにロータ本体９の軸方向端部から軸方向中心に向かうにしたがってロータ３の円周方向にずらして配置した構成としても良い。

このようにステータ（固定子）２・ロータ（回転子）３間のエアギャップ（空隙）１２からの永久磁石１０の埋め込み深さ（即ち磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇの埋め込み深さ）は、ロータ本体９の軸方向端部から軸方向中心に向かうに従い深くしている。このため、磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇは、軸方向中心付近に向かうに従いスロット高調波磁束と鎖交しにくくなり、軸方向中心付近に向かうに従い渦電流損が低減する。

しかも、永久磁石１０をロータ本体９内に埋め込むと、永久磁石１０の磁石磁束によるマグネットトルクは図６の(i)のように減少するが、埋め込み深さに応じて永久磁石１０を回転方向且つ周方向にずらすことでリラクタンストルクが図６の(ii)に示すように発生する（尚、最大トルク電流位相β１とβ２は等しくない）。また、ある巻線電流実効値のときに最大のトルクが発生する電流位相（最大トルク電流位相）は、マグネットトルクとリラクタンストルクの割合によって変化する。

そこで、この変形例におけるように、磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇの埋め込み深さによって変化する最大トルク電流位相に対応するため、その位相の変化分だけ磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇを円周方向にずらすことによって、各埋め込み深さにおける最大トルク電流位相を一致させることができる。これにより上述した実施例に比べて最大トルクを増大させることができる。

即ち、ステータ（固定子）２・ロータ（回転子）３間のエアギャップ（空隙）１２からの永久磁石１０（磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇ）の埋め込み深さが深くなるにつれ、回転子円周方向（ロータ３の周方向）に対する永久磁石１０（磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇ）の位置が回転子正転方向（ロータ３の正転方向）に対して反対側に変位する量を増大させて配置している。これによって、永久磁石１０（磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇ）の埋め込み深さが深くなるにつれてマグネットトルクに加えリラクタンストルクが生じるため、最大トルクを発生させられる電流位相もそれに伴って変化する。そこで、永久磁石１０の磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇの埋め込み深さに応じて埋め込み位置をロータ３の周方向（回転子円周方向）にずらすことで、最大トルクを発生する電流位相を一致させ、回転方向が正転の時には平均トルクを増大させることができる。

尚、最大トルク電流位相を一致させられるのはひとつの回転方向のみであるが、自動車のように正転方向のみを多用し、その回転方向での効率や出力を重視するような用途で有効である。

また、１極ごとに永久磁石をずらす方向を反対にすることで、正転と逆転の特性を同一にすることも可能である。
（変形例２）
また、上述した実施例では、永久磁石１０の磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇが軸方向中心ほどエアギャップ１２からの埋め込み深さのみを深くしているが、必ずしもこれに限定されるものではない。

例えば、図７に示したようにエアギャップ１２から永久磁石１０を構成する複数の磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇの表面までの埋め込み深さは一定に設定されている。しかも、磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇの回転子径方向（ロータ半径方向）の永久磁石１０の厚さは、ロータ本体９の軸方向端部から軸方向中心に向かうほど厚くなっている。

このように磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇの埋め込み深さが一定なため、永久磁石１０の磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇの表面に発生する渦電流も一定となり、永久磁石温度は軸方向中心の方が高くなる。一方、磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇは軸方向中心付近の厚さは軸方向端部側の厚さより厚いため、磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇは軸方向中心付近の方がパーミアンス係数が大きくなり、不可逆減磁が発生する温度を高くすることができる。

従って、磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇは軸方向端部と軸方向中心とで、損失による温度分布の差と、不可逆減磁が発生する温度の差を一致させるように磁石厚さを設計する。これにより上述した実施例と同じように定格時間を延長させる効果が期待できる。

また、軸方向端部から軸方向中心に向うにつれ、回転子半径方向に対する永久磁石の厚さが厚くなるので、軸方向中心付近の磁石のパーミアンス係数が上がるので、軸方向端部付近の磁石より不可逆減磁が発生する温度を高くすることが出来、磁石温度が軸方向に対して分布を持っていたとしても定格時間を従来より延長することが可能となる。
（変形例３）
また、上述した実施例では、永久磁石１０の磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇが軸方向中心ほどエアギャップ１２からの埋め込み深さのみを深くしているが、必ずしもこれに限定されるものではない。

例えば、図８に示したように、複数に分割した永久磁石１０の磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇの埋め込み深さは軸方向端部から軸方向中心まで同じに設定すると共に、磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇの厚さを同じに設定する。また、磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇの起磁力は、ロータ本体９の軸方向端部から軸方向中心に向かうに従い小さくなるように、設定している。

このように磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇの起磁力を変える、つまり永久磁石１０（磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇの起磁力）の強さを軸方向端部から軸方向中心に向かうに従い変える（異ならせる）ことで、永久磁石１０の特性の異なったものを使用することで可能となる。しかも、このように起磁力を変えることで、上述した実施例のように、磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇの埋め込み深さを変えることなく、軸方向に対して単に分割磁石（磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇの起磁力）を組み合わせただけの場合でも、その分割磁石自体を特性の異なるもので構成することが可能となる。
（変形例４）
また、永久磁石の埋め込み深さを変える代わりに、導電率が異なる永久磁石を配置する方法もある。この場合、軸方向中央（軸方向中心）付近には軸方向端部付近よりも導電率が低い永久磁石を使用し、磁石の渦電流損を低減し、永久磁石の温度分布を一様にすることができる。

導電率が低い永久磁石は残留磁束密度が低く、高導電率磁石よりマグネットトルクが低下するが、回転子の電磁鋼板の形状が軸方向で変化しないので、電磁鋼板打ち抜き用の型が一つで済むなど、製造コストの低減が見込める。

このように軸方向端部から軸方向中心に向うにつれ、導電率の低い永久磁石を配置するので、軸方向中心の磁石ほど渦電流損が小さく、温度分布としては軸方向に対してほぼ一定となる。また、導電率の高い永久磁石ほど残留磁束密度も高いため、軸方向端部の永久磁石によるマグネットトルクでトルク低下を抑制している。更に軸方向垂直断面の永久磁石配置は軸方向位置によらず同じとなり、回転子の電磁鋼板は全て同形状とすることができるので、電磁鋼板を打ち抜く型が一つで済み、製造コストの低減が見込める。

以上説明したように、この発明の実施の形態の永久磁石式回転電機１は、環状のステータ２，前記ステータ２内に回転自在に配設されたロータ３及び前記ロータ３と一体の回転軸４を備えている。また、前記ロータ３は導磁性のロータ本体９および前記ロータ本体９に保持された永久磁石１０を備えると共に、前記永久磁石１０は前記回転軸４の延びる方向に分割された複数の磁石片（１０ａ〜１０ｇ）から構成されている。しかも、前記複数の磁石片（１０ａ〜１０ｇ）の磁気抵抗が、前記軸方向端部と前記軸方向中心とで異なるように設定されている。

この構成によれば、軸方向中心に行くほど永久磁石１０に流れる渦電流が小さくなるようにしたので、軸方向中心に行くほど永久磁石の発熱を下げることができるようになり、減磁性能を向上させることができる。

また、この発明の実施の形態の永久磁石式回転電機１において、前記回転軸４の軸方向に垂直な断面内のロータ磁気回路のステータ・ロータ間の空隙（エアギャップ１２）から前記複数の磁石片（１０ａ〜１０ｇ）までの磁気抵抗を前記軸方向端部から前記軸方向中心に向うに従って増大するように設定されている。これにより、前記複数の磁石片（１０ａ〜１０ｇ）は発生する渦電流が前記軸方向端部から前記軸方向中心に向かうに従って小さくなるように設定されている。

この構成によれば、軸方向中心に行くほど永久磁石１０に流れる磁束を通りにくくすることにより、軸方向中心に行くほど永久磁石１０に流れる渦電流が小さくなるようにしたので、軸方向中心に行くほど永久磁石の発熱を下げることができるようになり、減磁性能を向上させることができる。

また、この発明の実施の形態の永久磁石式回転電機１において、前記永久磁石１０の複数の磁石片（１０ａ〜１０ｇ）の前記ロータ本体９内への埋め込み深さを前記軸方向端部から前記軸方向中心に向うに従い深く設定されている。これにより、複数の磁石片（１０ａ〜１０ｇ）とステータ２との間の磁気抵抗は軸方向端部から軸方向中心に向かうに従って増大する（異なる）ので、前記磁気抵抗が前記軸方向端部から前記軸方向中心に向うに従って増大するように設定されている。

この構成によれば、磁気抵抗が前記軸方向端部から前記軸方向中心に向うに従って増大するように設定することにより、軸方向中心に行くほど永久磁石１０に流れる渦電流が小さくなるようにしたので、軸方向中心に行くほど永久磁石の発熱を下げることができるようになり、減磁性能を向上させることができる。

また、この発明の実施の形態の永久磁石式回転電機１において、前記永久磁石１０の複数の磁石片（１０ａ〜１０ｇ）は、前記空隙からの埋め込み深さが深くなるに従って前記ロータ３の周方向に変位して配置されている。

この構成によれば、永久磁石１０の磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇの埋め込み深さに応じて埋め込み位置をロータ３の周方向（回転子円周方向）に変位させる（ずらす）ことで、最大トルクを発生する電流位相を一致させ、回転方向が正転の時には平均トルクを増大させることができる。

尚、ステータ（固定子）２・ロータ（回転子）３間のエアギャップ（空隙）１２からの永久磁石１０（磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇ）の埋め込み深さが深くなるにつれ、回転子円周方向（ロータ３の周方向）に対する永久磁石１０（磁石片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・１０ｇ）の位置が回転子正転方向（ロータ３の正転方向）に対して反対側に変位する量を増大させて配置できる。

また、この発明の実施の形態の永久磁石式回転電機１において、前記永久磁石１０の複数の磁石片（１０ａ〜１０ｇ）を前記軸方向端部から前記軸方向中心に向うに従って導電率の低い材料から形成されている。これにより、前記複数の磁石片（１０ａ〜１０ｇ）は発生する渦電流が前記軸方向端部から前記軸方向中心に向かうに従って小さくなるように設定されている。

この構成によれば、軸方向中心に行くほど永久磁石１０に流れる渦電流が小さくなるので、軸方向中心に行くほど永久磁石の発熱を下げることができるようになり、減磁性能を向上させることができる。

また、この発明の実施の形態の永久磁石式回転電機１において、前記複数の磁石片（１０ａ〜１０ｇ）を前記軸方向端部から前記軸方向中心に向かうに従って起磁力が小さくなるように設定されている。これにより、前記複数の磁石片（１０ａ〜１０ｇ）は発生する渦電流が前記軸方向端部から前記軸方向中心に向かうに従って小さくなるように設定されている。

この構成によれば、軸方向中心に行くほど永久磁石１０に流れる渦電流が小さくなるので、軸方向中心に行くほど永久磁石の発熱を下げることができるようになり、減磁性能を向上させることができる。

また、この発明の実施の形態の永久磁石式回転電機１は、環状のステータ２，前記ステータ２内に回転自在に配設されたロータ３及び前記ロータ３と一体の回転軸４を備え、前記ロータ３は導磁性のロータ本体９および前記ロータ本体９に保持された永久磁石１０を備えている。しかも、前記永久磁石１０は前記回転軸４の軸方向に分割された複数の磁石片（１０ａ〜１０ｇ）から構成されている。その上、前記永久磁石１０の複数の磁石片（１０ａ〜１０ｇ）は、前記回転軸の軸方向端部から前記軸方向中心に向うに従って厚さが厚く形成されている。

この構成によれば、軸方向端部から軸方向中心に向うにつれ、回転子半径方向に対する永久磁石の厚さが厚くなるので、軸方向中心付近の磁石のパーミアンス係数が上がるので、軸方向端部付近の磁石より不可逆減磁が発生する温度を高くすることが出来、磁石温度が軸方向に対して分布を持っていたとしても定格時間を従来より延長することが可能となる。

１・・・永久磁石式回転電機
２・・・ステータ
３・・・ロータ
４・・・回転軸
９・・・ロータ本体
１０・・・永久磁石
１０ａ〜１０ｇ・・・磁石片

Claims (7)

1. 環状のステータ，前記ステータ内に回転自在に配設されたロータ及び前記ロータと一体の回転軸を備え、前記ロータは導磁性のロータ本体および前記ロータ本体に保持された永久磁石を備えると共に、前記永久磁石は前記回転軸の軸方向に分割された複数の磁石片から構成されている永久磁石式回転電機において、
   前記回転軸の軸方向に垂直な断面内のロータ磁気回路のステータ・ロータ間の空隙から前記複数の磁石片までの磁気抵抗が、前記軸方向端部と前記軸方向中心とで異なるように設定されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
2. 請求項１に記載の永久磁石式回転電機において、前記回転軸の軸方向に垂直な断面内のロータ磁気回路のステータ・ロータ間の空隙から前記複数の磁石片までの磁気抵抗を前記軸方向端部から前記軸方向中心に向うに従って増大するように設定したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
3. 請求項２に記載の永久磁石式回転電機において、前記永久磁石の複数の磁石片の前記ロータ本体内への埋め込み深さを前記軸方向端部から前記軸方向中心に向うに従い深く設定したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
4. 請求項３に記載の永久磁石式回転電機において、前記永久磁石の複数の磁石片は、前記空隙からの埋め込み深さが深くなるに従って前記ロータの周方向に変位して配置されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
5. 請求項１に記載の永久磁石式回転電機において、前記永久磁石の複数の磁石片を前記軸方向端部から前記軸方向中心に向うに従って導電率の低い材料から形成したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
6. 請求項１に記載の永久磁石式回転電機において、前記複数の磁石片を前記軸方向端部から前記軸方向中心に向かうに従って起磁力が小さくなるように設定したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
7. 環状のステータ，前記ステータ内に回転自在に配設されたロータ及び前記ロータと一体の回転軸を備え、前記ロータは導磁性のロータ本体および前記ロータ本体に保持された永久磁石を備えると共に、前記永久磁石は前記回転軸の軸方向に分割された複数の磁石片から構成されている永久磁石式回転電機において、前記永久磁石の複数の磁石片は、前記回転軸の軸方向端部から軸方向中心に向うに従って厚さが厚くなることを特徴とする永久磁石式回転電機。

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