JP2011045197A - 永久磁石型回転電機及び永久磁石型回転電機の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造の永久磁石の組み合わせで永久磁石型回転電機の界磁石を構成することにより、トルク特性を落とすことなくコギングトルクを抑えられ、かつ低コストの永久磁石型回転電機を提供する。
【解決手段】この発明に係る永久磁石型回転電機１００は、電機子２と、電機子２の外周側に空隙を介して設けられる界磁１０と、を有する永久磁石型回転電機１００において、界磁１０は、リング状のヨーク１５と、ヨーク１５の内周面に設けられ、磁極数分の界磁石ブロック４０と、を備え、界磁石ブロック４０は、断面形状が直線のみで形成される四角形で、平行配向の永久磁石４１〜４５を複数組み合わせて構成されるものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、界磁石が電機子の外周側に配置され、界磁石の構造に特徴がある永久磁石型回転電機、及びその永久磁石型回転電機の製造方法に関する。

従来、界磁石が電機子の外周側に配置されるアウターロータ型永久磁石型回転電機において、ロータヨークの内周側に配置される異方性磁石を極異方性磁石として構成し、周方向における厚さ寸法を、（最小／最大）比が０．４〜０．８となるように設定する。その異方性磁石の配向中心は、モータの回転中心と、異方性磁石内径側の周方向中央とを結ぶ距離をＤとすると、周方向中央から異方性磁石の配向中心までの距離Ｃを、Ｃ＝Ｄ×（０．４〜０．８）となるように設定する。それにより、コギングトルクやトルクリップルをより低減することができる永久磁石型回転電機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、これとは別に、集中巻固定子を有し、各固定子磁極の先端に設けたポールピースを左右の平坦傾斜部と中央円弧状部により構成し、平坦傾斜部の広がり角と中央円弧状部の広がり角の比を０．２〜０．７となるように構成される永久磁石型回転電機が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−９４６０４号公報（段落番号［００１２］、図２等） 特開２０００−２０９８２９号公報（段落番号［００１１］、図２等）

近年、あらゆる製品への適用が増えつつある永久磁石型回転電機において、低コスト化・高品質化が求められている傾向にある。

特に、生産台数が多く、構成部品点数の多い自動車などにおいては、電動パワーステアリング装置、排ガス循環装置などにも永久磁石型回転電機を用いる例が多く、構成部品そのものの低コスト化に加え、操舵性や装置の動作性などから低コギング化も同時に求められている。

低コギング化の手段としては、以下に示すものが従来からよく知られている。
（１）界磁石のスキュー（段スキュー、スキュー着磁）、界磁石の端部カット、円弧形状などにより磁束密度分布（厳密には磁束密度の二乗の分布）を滑らかにする手段；
（２）電機子のティース先端のダミースロット設置、端部のカットなど、パーミアンス分布を滑らかにする手段。

また、分布巻を採用して電機子スロット数が多い場合には、コギングの次数が高くなるため、集中巻でスロット数が少ない場合に比べ、コギングが小さい傾向にある。

しかしながら、磁束密度分布を滑らかにする手段は、精密な精度を持つ磁石形状や、複雑な着磁装置などにより、磁石コストが高くなる傾向にあった。

また、パーミアンス分布を滑らかにする手段は、ダミースロットや端部カットにより、等価的なギャップが大きくなり、電機子と界磁石を組み込んだときの磁束が低下する、すなわち、トルク特性が落ちやすい傾向にあった。さらに、ダミースロットは特定の次数のコギング成分を低減するのには効果があるが、界磁石側の磁束密度の高調波分布が多岐にわたるような場合には、合計のコギング（ｐ−ｐ（ピーク・トゥ・ピーク））が低減しないこともあった。また，ダミースロットを設ける位置や形状のばらつきによっては，かえってコギングが悪化する場合もあった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、簡単な構造の永久磁石の組み合わせで永久磁石型回転電機の界磁石を構成することにより、トルク特性を落とすことなくコギングトルクを抑えられ、かつ低コストの永久磁石型回転電機を提供することを目的とする。

この発明に係る永久磁石型回転電機は、電機子と、電機子の外周側に空隙を介して設けられる界磁と、を有する永久磁石型回転電機において、
界磁は、
リング状のヨークと、
ヨークの内周面に設けられ、磁極数分の界磁石ブロックと、を備え、
界磁石ブロックは、断面形状が直線のみで形成される四角形で、平行配向の永久磁石を複数組み合わせて構成されるものである。

この発明に係る永久磁石型回転電機は、界磁石ブロックを、断面形状が直線のみで形成される四角形で、平行配向の永久磁石を複数組み合わせて構成することにより、簡単な構造の永久磁石の組み合わせで界磁石を構成することができ、トルク特性を落とすことなくコギングトルクを抑えられ、かつ低コストの永久磁石型回転電機が得られる。

実施の形態１を示す図で、永久磁石型回転電機１００の横断面図。 実施の形態１を示す図で、電機子２の横断面図。 実施の形態１を示す図で、界磁１０の横断面図。 実施の形態１を示す図で、界磁石ブロック４０の組立手順の一例を示す図（（ａ）は永久磁石４１の成形後の図、（ｂ）は配向磁界を印加して磁化容易軸を平行に揃える平行配向を示す図、（ｃ）は平行配向した永久磁石４１〜４５を示す図、（ｄ）は永久磁石４１〜４５をリング状のヨーク１５に固定した状態を示す図）。 実施の形態１を示す図で、空隙磁束密度の波形を、平行配向されている円弧形状の界磁Ａ、ラジアル配向されている円弧形状の界磁Ｂと比較した図。 実施の形態１を示す図で、空隙磁束密度の二乗のコギングトルク発生に係る高調波成分を、平行配向されている円弧形状の界磁Ａ、ラジアル配向されている円弧形状の界磁Ｂと比較した図。 比較のために示す図で、界磁Ａの横断面図。 比較のために示す図で、界磁Ｂの横断面図。 実施の形態１を示す図で、変形例１の永久磁石型回転電機２００の横断面図。 実施の形態１を示す図で、変形例１の界磁２０の横断面図。 実施の形態１を示す図で、変形例１の界磁石ブロック７０の組立手順の一例を示す図（（ａ）は永久磁石７１〜７３の成形後の図、（ｂ）は配向磁界を印加して磁化容易軸を平行に揃える平行配向を示す図、（ｃ）は平行配向した永久磁石７１〜７５を示す図、（ｄ）は永久磁石７１〜７５をリング状のヨーク１５に固定した状態を示す図）。 実施の形態１を示す図で、変形例１の永久磁石型回転電機２００の空隙磁束密度の二乗のコギングトルク発生に係る高調波成分を、平行配向されている円弧形状の界磁石Ａ、ラジアル配向されている円弧形状の界磁石Ｂと比較した図。 実施の形態１を示す図で、変形例２の永久磁石型回転電機３００の横断面図。 実施の形態１を示す図で、変形例２の界磁３０の横断面図。 実施の形態１を示す図で、変形例２の界磁石ブロック８０の組立手順の一例を示す図（（ａ）は永久磁石４１の成形後の図、（ｂ）は配向磁界を印加して磁化容易軸を平行に揃える平行配向を示す図、（ｃ）は平行配向した永久磁石４１〜４５を示す図、（ｄ）は磁性薄板９に永久磁石４１〜４５を貼りつけた状態を示す図、（ｅ）はヨーク１５に界磁石ブロック８０を固定した状態を示す図）。 実施の形態１を示す図で、変形例３の永久磁石型回転電機４００の横断面図。 実施の形態１を示す図で、変形例３の界磁３５の横断面図。 実施の形態１を示す図で、変形例３の界磁石ブロック９０の組立手順の一例を示す図（（ａ）は永久磁石７１〜７３の成形後の図、（ｂ）は配向磁界を印加して磁化容易軸を平行に揃える平行配向を示す図、（ｃ）は平行配向した永久磁石７１〜７５を示す図、（ｄ）は磁性薄板９に永久磁石７１〜７５を貼りつけた状態を示す図、（ｅ）はヨーク１５に界磁石ブロック９０を固定した状態を示す図）。

実施の形態１．
図１乃至図６は実施の形態１を示す図で、図１は永久磁石型回転電機１００の横断面図、図２は電機子２の横断面図、図３は界磁１０の横断面図、図４は界磁石ブロック４０の組立手順の一例を示す図（（ａ）は永久磁石４１の成形後の図、（ｂ）は配向磁界を印加して磁化容易軸を平行に揃える平行配向を示す図、（ｃ）は平行配向した永久磁石４１〜４５を示す図、（ｄ）は永久磁石４１〜４５をリング状のヨーク１５に固定した状態を示す図）、図５は空隙磁束密度の波形を、平行配向されている円弧形状の界磁Ａ、ラジアル配向されている円弧形状の界磁Ｂと比較した図、図６は空隙磁束密度の二乗のコギングトルク発生に係る高調波成分を、平行配向されている円弧形状の界磁Ａ、ラジアル配向されている円弧形状の界磁Ｂと比較した図である。

図７、図８は比較のために示す図で、図７は界磁Ａの横断面図、図８は界磁Ｂの横断面図である。

図１に示すように、永久磁石型回転電機１００は、電機子２と、電機子２の外側に設けられる界磁１０とを備える。

本実施の形態の永久磁石型回転電機１００は、電機子２の構成は一般的なものと変わらないが、後述するように界磁１０の構成に特徴がある。

先ず、一般的な電機子２の構成を簡単に説明する。

図１に示す永久磁石型回転電機１００は、界磁１０の内側で電機子２が回転する形態（例えば、ブラシ付直流電動機）でもよいし、その反対に界磁１０が回転する形態（例えば、アウターロータ型ブラシレスＤＣモータ）でもよい。その他に、発電機の形態をとることもできる。

電機子２は、複数のティース４（複数のスロット６）が形成された電機子コア３を有する。図１、図２では、ティース４（スロット６）の数は、６個の例を示す。

６個のティース４と６個のスロット６とは、交互に周方向に略等間隔に配置される。

６個のティース４と６個のスロット６との内側に、円筒状のヨーク５が設けられる。

また、ヨーク５の略中心部に、電機子２が回転する形態において、図示しない回転軸が嵌合する場合の軸孔８が形成されている。

電機子コア３は、薄板の電磁鋼板（例えば０．１〜１．０ｍｍ程度の板厚のもの）を所定の形状に金型で打ち抜き、所定の枚数（複数枚）積層して形成される。

各スロット６には、絶縁材７がスロット６の内周面に沿うように施される。

絶縁材７が施されたスロット６には、例えば、ティース４に集中巻にて巻回された電機子コイル（図示せず）が収納される。

界磁１０は、永久磁石４１〜４５からなる複数の界磁石ブロック４０（極数の数と同じ）と、界磁石ブロック４０とともに磁路を形成するリング状のヨーク１５とを少なくとも備える。ヨーク１５は、例えば、軟鉄などで構成される。

図１、図３では、各界磁石ブロック４０が、五つの永久磁石４１〜４５からなるものを示しているが、これは一例であり、任意の数ｍでよい（ｍは自然数）。

本実施の形態は、界磁１０の界磁石ブロック４０の構成に特徴がある。界磁石ブロック４０は、分割された複数の永久磁石４１〜４ｍ（ｍは１磁極分を構成する界磁石ブロック４０の永久磁石の個数、詳細は追って説明する。）で構成される。個々の永久磁石４１〜４ｍそれぞれは、断面形状に円弧を持たず、直線のみで形成されている。例えば、断面形状が四角形である。永久磁石４１〜４ｍは、同一形状である。永久磁石４１〜４ｍの断面形状が円弧を持たない直線であれば、加工を容易に行うことができ、製造価格を安くすることができる。

界磁１０の界磁石ブロック４０の組立手順の一例を、図４を参照しながら説明する。ｍ＝５の場合である。

図４（ａ）に示すように、断面形状が四角形の永久磁石４１を、金型を用いて成形する。永久磁石４１は、断面形状に円弧を持たず、直線のみで形成されている。従って、金型を用いる成形のみ、または極めて簡単な仕上げ加工のみで形成することができる。

永久磁石４１の材料は、例えばフェライト焼結磁石、希土類焼結磁石、および希土類ボンド磁石などである。

次に、図４（ｂ）に示すように、矢印方向に配向磁界を印加して磁化容易軸を平行に揃える（平行配向）。

次に、図４（ｃ）に示すように、界磁石ブロック４０を構成する永久磁石４１〜４５（一例）を用意する。永久磁石４１〜４５は、同一形状である。

さらに、図４（ｄ）に示すように、分割された永久磁石４１〜４５をヨーク１５の内周面に、例えば、接着などにより固定して、界磁石ブロック４０を形成する。

個々の永久磁石４１〜４５は、平行配向であるが、永久磁石４１〜４５をヨーク１５の内周面に固定した界磁石ブロック４０は、ラジアル配向と略等価となる。

このようにして、断面が円弧形状を持たない直線のみの永久磁石４１〜４５を用いて、円弧形状でラジアル配向の界磁石に略等価な界磁石ブロック４０を形成することができる。

断面が円弧形状の界磁石ブロック（分割されていない）の場合、円弧形状の界磁石ブロックを成形後に複雑で面倒な仕上げ加工を必要とする。

それに対し、分割された、断面が円弧形状を持たない直線のみの永久磁石４１〜４５を用いて、円弧形状でラジアル配向の界磁石に略等価な界磁石ブロック４０を形成する方法は、永久磁石４１〜４５の複雑で面倒な仕上げ加工を必要としないので、容易に製造することができる。

円弧形状でラジアル配向の界磁石は、金型による成形により製造することができるが、成形金型や着磁ヨークが複雑な構造になる。また面取りなどの後加工が必要である。

本実施の形態の、分割された、断面が円弧形状を持たない直線のみの永久磁石４１〜４５を用いて、円弧形状でラジアル配向の界磁石に略等価な界磁石ブロック４０を形成する方法は、永久磁石４１〜４５をヨーク１５に接着する手間はあるが、永久磁石４１〜４５の仕上げ加工を必要としない、または非常に簡単な仕上げ加工でよいので、円弧形状でラジアル配向の界磁石よりも、はるかに生産性の面で優れる。

本実施の形態の界磁１０は４極であるから、分割された、断面が円弧形状を持たない直線のみの永久磁石４１〜４５を用いる界磁石ブロック４０を四個、周方向に略等間隔に配置する。

このとき、界磁石ブロック４０の配向の方向は、交互に変わる。

界磁１０の組立完了後、界磁石ブロック４０の着磁（ラジアル方向）を行う。

界磁石ブロック４０は、分割された複数の永久磁石４１〜４ｍから構成される。ｍは、１磁極分を構成する界磁石ブロック４０の永久磁石の個数である。

永久磁石４１〜４ｍは、厚さ、幅、高さがすべて同形状であり、図４（ｃ）に示すように、すべて同一方向に配向されている。

このように配向永久磁石４１〜４ｍを、ヨーク５の内周に沿って配置することにより、界磁石ブロック４０の磁極の向きは、常に径方向とすることができる。

上記の永久磁石４１〜４ｍのヨーク５への固定方法は、接着剤による貼付けなどであるが、その他に位置決め機構を設けた金型内にヨーク１５と永久磁石４１〜４ｍを磁極数（ここでは４極）分配置し、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの熱可塑性樹脂、またはエポキシなどの熱硬化性樹脂などでモールドしても良い。

ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂は、結晶性の耐熱性ポリマーである。この樹脂は、約２８０℃の高い融点を持ち優れた耐薬品性と共に、難燃剤を添加せずに自己消火性を示す燃え難い性質を持っている。

また、図示はしないが、永久磁石型回転電機１００がブラシ付直流電動機である場合には、電機子２を回転させる回転軸、電機子コイルと電気的に結合される整流子、整流子に電圧を供給するためのブラシが備えられる。

また、別の例として、永久磁石型回転電機１００がアウターロータ型ブラシレスＤＣモータである場合には、界磁１０を回転させるための回転軸が備えられ、場合によっては回転位置検出のためのセンサ磁石、回路なども備えている場合がある。

その他にも、発電機の形態を取ることもあるが、いずれの場合においても、電機子２の外周側に界磁１０が配置されている。

次に、界磁石ブロック４０を構成する永久磁石４１〜４ｍの個数ｍについて述べる。

本実施の形態のように、複数（ｍ個）の永久磁石４１〜４ｍで界磁石ブロック４０を構成した場合、界磁石ブロック４０全体の角度を電気角でθｅ［ｒａｄ］とすると、ｍ×π／θｅが、永久磁石型回転電機１００のスロット数および極数の最小公倍数またはその整数倍に一致しないように、ｍを設定することが望ましい。

これを数式で表わすと、
ｍ×π／θｅ≠ｌｃｍ（ｓ，ｐ）×ｎ （１）
ここで、
ｍ：界磁石ブロック４０を構成する永久磁石の数
θｅ：界磁石ブロック４０の角度［ｒａｄ］
ｌｃｍ：最小公倍数
ｓ： スロット数
ｐ：磁極数
ｎ：自然数
である。

本実施の形態の永久磁石型回転電機１００は、磁極数が４、スロット数が６、１磁極の角度θｅが１２０［ｄｅｇ］＝２π／３［ｒａｄ］である。

従って、本実施の形態の永久磁石型回転電機１００のスロット数および極数の最小公倍数ｌｃｍ（４，６）は、１２である。

また、ｍ×π／θｅ＝ｍ×π／（２π／３）＝ｍ×３／２であるから、ｍは、８，１６，・・・以外が条件となる。

このような構成にすれば、ギャップ（界磁１０と電機子２との間の空隙）の磁束密度の分布が滑らかになる。すると、コギングトルクにかかわる成分が減少する。

図５に示すように、実施の形態１の永久磁石型回転電機１００の空隙磁束密度の波形を、平行配向されている円弧形状の界磁Ａ、ラジアル配向されている円弧形状の界磁Ｂと比較した。ここでは、ｍ＝５とした。すなわち、界磁石ブロック４０を構成する永久磁石の数は、５個である。

比較例として、本実施の形態１の界磁石ブロック４０の１磁極分と同じ磁極幅（θｅ）を持ち、平行配向されている円弧形状の永久磁石５０を用いる界磁Ａ（図７）、ラジアル配向されている円弧形状の永久磁石６０を用いる界磁Ｂ（図８）を用いる場合の空隙磁束密度分布についても同図に示す。

図７に示す平行配向されている円弧形状の永久磁石５０を用いる界磁Ａの場合、各磁極の永久磁石５０は分割されていない。円弧形状の一体形状である。円弧形状のため、複雑な成形金型や着磁ヨーク、面取りなどの後加工が必要となる。

図８に示すラジアル配向されている円弧形状の永久磁石６０を用いる界磁Ｂの場合も、各磁極の永久磁石６０は分割されていない。円弧形状の一体形状である。円弧形状のため、複雑な成形金型や着磁ヨーク、面取りなどの後加工が必要となる。

図５によれば、本実施の形態１の永久磁石型回転電機１００（界磁１０）の場合は、界磁Ａを用いる場合よりも界磁Ｂを用いる場合、すなわちラジアル配向に近い分布を持つ。

また、本実施の形態１の永久磁石型回転電機１００（界磁１０）の磁束密度の基本波成分（トルクに寄与する成分）は、界磁Ａを用いる場合と遜色ない（例：基本波成分の振幅・・・実施の形態１＝界磁Ａ＝０．４Ｔ、図示はしていない）。

さらに、図６において、空隙磁束密度の二乗の高調波成分を示す棒グラフを示す。比較対象は図５と同様、界磁Ａ（図７）、界磁Ｂ（図８）とする。

図６の横軸は、高調波次数のうち、コギングトルクの主な次数（磁極数ｐ（ここでは、ｐ＝４）とスロット数ｓ（ここで、ｓ＝６）との最小公倍数ｌｃｍ（ここでは、ｌｃｍ＝１２）とその整数倍）、縦軸は、各次数の成分を極数と同次数の成分で規格化した数値を示す。

図６によれば、本実施の形態１の永久磁石型回転電機１００（界磁１０）は、界磁Ａを用いる場合に比べ、各成分が抑えられ、界磁Ｂを用いる場合の分布に近くなり、コギングトルクの要因となる次数の高調波成分を低減できる。

特に、集中巻方式のように、毎極あたりのスロット数が少ない電機子（例えば、６極９スロットや、８極１２スロット等）を用いた永久磁石型回転電機においては、磁束密度の二乗の分布の比較的低次の成分がコギングの要因となるため、本実施の形態による高調波低減効果は大きい。

以上のように、単純な形状（断面が四角形、配向（平行）の永久磁石４１〜４ｍを用いて低コギングトルクの永久磁石型回転電機１００を得ることができる。単純な形状、配向であることにより、複雑な成形金型や着磁ヨーク、面取りなどの後加工も不要となり、界磁１０全体のコストが抑えられ、結果として低コストの永久磁石型回転電機１００を提供することができる。

次に、変形例１の永久磁石型回転電機２００について、図面を参照しながら説明する。

図９乃至図１２は実施の形態１を示す図で、図９は変形例１の永久磁石型回転電機２００の横断面図、図１０は変形例１の界磁２０の横断面図、図１１は変形例１の界磁石ブロック７０の組立手順の一例を示す図（（ａ）は永久磁石７１〜７３の成形後の図、（ｂ）は配向磁界を印加して磁化容易軸を平行に揃える平行配向を示す図、（ｃ）は平行配向した永久磁石７１〜７５を示す図、（ｄ）は永久磁石７１〜７５をリング状のヨーク１５に固定した状態を示す図）、図１２は変形例１の永久磁石型回転電機２００の空隙磁束密度の二乗のコギングトルク発生に係る高調波成分を、平行配向されている円弧形状の界磁Ａ、ラジアル配向されている円弧形状の界磁Ｂと比較した図である。

図９に示す変形例１の永久磁石型回転電機２００は、永久磁石型回転電機１００（図１）と比較すると、電機子２は共通で、界磁２０（図１０）の構成が界磁１０（図３）と異なる。

界磁１０（図３）の界磁石ブロック４０は、同一形状の複数の永久磁石４１〜４ｍを使用しているが、界磁２０（図１０）の界磁石ブロック７０は、永久磁石７１〜７ｍ（ｍは奇数）が全て同一形状ではない。

例えば、ｍ＝５の場合、極中心に配置される永久磁石７３の周方向の長さｗ３（図１１）が最も大きい。そして、極間に向かって永久磁石の周方向の長さが小さくなる。即ち、永久磁石７１，７５の周方向の長さｗ１（図１１）、永久磁石７２，７４の周方向の長さｗ２（図１１）とすると、
ｗ１＜ｗ２＜ｗ３ （２）
の関係を満たす。

界磁石ブロック７０は、複数の永久磁石７１〜７ｍ（ｍは奇数）で構成されるが、極中心に対して対称に永久磁石７１〜７ｍが配置される。また、極中心の永久磁石７ｋ（ｋ＝（ｍ＋１）／２）の周方向の長さが最も大きく、極間に向かって徐々に永久磁石の長さは短くなる。

図１１により、界磁石ブロック７０の組立手順を説明する。

例えば、ｍ＝５の場合は、図１１（ａ）に示すように、断面形状が四角形の永久磁石７１〜７３を、金型を用いて成形する。永久磁石７１〜７３は、断面形状に円弧を持たず、直線のみで形成されている。従って、金型を用いる成形のみ、または極めて簡単な仕上げ加工のみで形成することができる。

ｍ＝５以外の場合は、（ｍ＋１）／２個の永久磁石を成形する。

永久磁石７１〜７３は、周方向の長さ（図１１（ａ）では左右方向）がそれぞれ異なる。永久磁石７１の周方向長さをｗ１、永久磁石７２の周方向長さをｗ２、永久磁石７３の周方向長さをｗ３とすると、（２）式の関係を満たす。

永久磁石７１〜７３の軸方向の長さは、同一である。

永久磁石７１〜７３の材料は、例えばフェライト焼結磁石、希土類焼結磁石、および希土類ボンド磁石などである。

次に、図１１（ｂ）に示すように、矢印方向に配向磁界を印加して磁化容易軸を平行に揃える（平行配向）。

次に、図１１（ｃ）に示すように、界磁石ブロック７０を構成する永久磁石７１〜７５（一例）を用意する。永久磁石７１，７５は同一形状、永久磁石７２，７４も同一形状である。

さらに、図１１（ｄ）に示すように、分割された永久磁石７１〜７５をヨーク１５の内周面に、例えば、接着などにより固定して、界磁石ブロック７０を形成する。

個々の永久磁石７１〜７５は、平行配向であるが、永久磁石７１〜７５をヨーク１５の内周面に固定した界磁石ブロック７０は、ラジアル配向となる。

このようにしても、断面が円弧形状を持たない直線のみの永久磁石７１〜７５を用いて、円弧形状でラジアル配向の界磁石に略等価な界磁石ブロック７０を形成することができる。

このような変形例１の構成にすることでも、界磁１０と同様に磁束密度分布を滑らかにすることができる。

図１２に、空隙磁束密度の二乗の高調波成分を示す棒グラフを示す。ｍ＝５とし、ｗ１：ｗ２：ｗ３＝０．３：０．５：１となるような永久磁石７１〜７５を配置した場合である。

図１２に示すように、変形例１（界磁２０）によってもコギングトルクの要因となる磁束密度二乗の高調波成分を下げることができ、低コギングかつ低コストの永久磁石型回転電機２００を提供することができる。

次に、変形例２の永久磁石型回転電機３００について、図面を参照しながら説明する。

図１３乃至図１５は実施の形態１を示す図で、図１３は変形例２の永久磁石型回転電機３００の横断面図、図１４は変形例２の界磁３０の横断面図、図１５は変形例２の界磁石ブロック８０の組立手順の一例を示す図（（ａ）は永久磁石４１の成形後の図、（ｂ）は配向磁界を印加して磁化容易軸を平行に揃える平行配向を示す図、（ｃ）は平行配向した永久磁石４１〜４５を示す図、（ｄ）は磁性薄板９に永久磁石４１〜４５を貼りつけた状態を示す図、（ｅ）はヨーク１５に界磁石ブロック８０を固定した状態を示す図）である。

図１３に示す変形例２の永久磁石型回転電機３００は、永久磁石型回転電機１００（図１）と比較すると、電機子２は共通で、界磁３０（図１４）の構成が界磁１０（図３）と異なる。

変形例２の永久磁石型回転電機３００の界磁３０は、界磁石ブロック８０の内側（電機子２との対向面）に磁性薄板９を備える。

図１５により変形例２の界磁石ブロック８０の組立手順の一例を説明する。

図１５（ａ）に示すように、断面形状が四角形の永久磁石４１を、金型を用いて成形する。永久磁石４１は、断面形状に円弧を持たず、直線のみで形成されている。従って、金型を用いる成形のみ、または極めて簡単な仕上げ加工のみで形成することができる。

永久磁石４１の材料は、例えばフェライト焼結磁石、希土類焼結磁石、および希土類ボンド磁石などである。

次に、図１５（ｂ）に示すように、矢印方向に配向磁界を印加して磁化容易軸を平行に揃える（平行配向）。

次に、図１５（ｃ）に示すように、界磁石ブロック８０を構成する永久磁石４１〜４５（一例）を用意する。永久磁石４１〜４５は、同一形状である。

次に、図１５（ｄ）に示すように、磁性薄板９（金属）に分割された永久磁石４１〜４５を接着剤等を用いて貼りつけ、界磁石ブロック８０を製作する。

次に、図１５（ｅ）に示すように、界磁石ブロック８０をヨーク１５に合わせて円弧状に成形する。

そして、ヨーク１５の内周面に、接着剤等を用いて界磁石ブロック８０を固定する。

界磁石ブロック８０のヨーク５への固定方法は、接着剤による貼付けなどであるが、その他に位置決め機構を設けた金型内にヨーク１５と界磁石ブロック８０を磁極数（ここでは４極）分配置し、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの熱可塑性樹脂、またはエポキシなどの熱硬化性樹脂などでモールドしても良い。

このような構成にすれば、磁性薄板９に永久磁石４１〜４５を貼付け後、磁性薄板９を円弧状に成形すれば、容易に界磁石ブロック８０を形成することができ、永久磁石型回転電機１００，２００と同様に低コギングトルクで、かつ低コストの永久磁石型回転電機３００を得ることができる。

図１６乃至図１８は実施の形態１を示す図で、図１６は変形例３の永久磁石型回転電機４００の横断面図、図１７は変形例３の界磁３５の横断面図、図１８は変形例３の界磁石ブロック９０の組立手順の一例を示す図（（ａ）は永久磁石７１〜７３の成形後の図、（ｂ）は配向磁界を印加して磁化容易軸を平行に揃える平行配向を示す図、（ｃ）は平行配向した永久磁石７１〜７５を示す図、（ｄ）は磁性薄板９に永久磁石７１〜７５を貼りつけた状態を示す図、（ｅ）はヨーク１５に界磁石ブロック９０を固定した状態を示す図）である。

図１６に示す変形例３の永久磁石型回転電機４００は、永久磁石型回転電機１００（図１）と比較すると、電機子２は共通で、界磁３５（図１７）の構成が界磁１０（図３）と異なる。

変形例３の永久磁石型回転電機４００の界磁３５は、界磁石ブロック９０の内側（電機子２との対向面）に磁性薄板９を備える。

図１８により変形例３の界磁石ブロック９０の組立手順の一例を説明する。

例えば、ｍ＝５の場合は、図１８（ａ）に示すように、断面形状が四角形の永久磁石７１〜７３を、金型を用いて成形する。永久磁石７１〜７３は、断面形状に円弧を持たず、直線のみで形成されている。従って、金型を用いる成形のみ、または極めて簡単な仕上げ加工のみで形成することができる。

ｍ＝５以外の場合は、（ｍ＋１）／２個の永久磁石を成形する。

永久磁石７１〜７３は、周方向の長さ（図１８（ａ）では左右方向）がそれぞれ異なる。永久磁石７１の周方向長さをｗ１、永久磁石７２の周方向長さをｗ２、永久磁石７３の周方向長さをｗ３とすると、（２）式の関係を満たす。

永久磁石７１〜７３の軸方向の長さは、同一である。

永久磁石７１〜７３の材料は、例えばフェライト焼結磁石、希土類焼結磁石、および希土類ボンド磁石などである。

次に、図１８（ｂ）に示すように、矢印方向に配向磁界を印加して磁化容易軸を平行に揃える（平行配向）。

次に、図１８（ｃ）に示すように、界磁石ブロック９０を構成する永久磁石７１〜７５（一例）を用意する。永久磁石７１，７５は同一形状、永久磁石７２，７４も同一形状である。

次に、図１８（ｄ）に示すように、磁性薄板９（金属）に分割された永久磁石７１〜７５を接着剤等を用いて貼りつけ、界磁石ブロック９０を製作する。

次に、図１８（ｅ）に示すように、界磁石ブロック９０をヨーク１５に合わせて円弧状に成形する。

そして、ヨーク１５の内周面に、接着剤等を用いて界磁石ブロック９０を固定する。

界磁石ブロック９０のヨーク１５への固定方法は、接着剤による貼付けなどであるが、その他に位置決め機構を設けた金型内にヨーク１５と界磁石ブロック９０を磁極数（ここでは４極）分配置し、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの熱可塑性樹脂、またはエポキシなどの熱硬化性樹脂などでモールドしても良い。

このような構成にすれば、磁性薄板９に永久磁石７１〜７５を貼付け後、磁性薄板９を円弧状に成形すれば、容易に界磁石ブロック９０を形成することができ、永久磁石型回転電機１００，２００，３００と同様に低コギングトルクで、かつ低コストの永久磁石型回転電機４００を得ることができる。

２ 電機子、３ 電機子コア、４ ティース、５ ヨーク、６ スロット、７ 絶縁材、８ 軸孔、９ 磁性薄板、１０ 界磁、１５ ヨーク、２０ 界磁、３０ 界磁、３５ 界磁、４０ 界磁石ブロック、４１ 永久磁石、４２ 永久磁石、４３ 永久磁石、４４ 永久磁石、４５ 永久磁石、４ｍ 永久磁石、５０ 永久磁石、６０ 永久磁石、７０ 界磁石ブロック、７１ 永久磁石、７２ 永久磁石、７３ 永久磁石、７４ 永久磁石、７５ 永久磁石、７ｍ 永久磁石、８０ 界磁石ブロック、９０ 界磁石ブロック、１００ 永久磁石型回転電機、２００ 永久磁石型回転電機、３００ 永久磁石型回転電機、４００ 永久磁石型回転電機。

Claims (8)

1. 電機子と、前記電機子の外周側に空隙を介して設けられる界磁と、を有する永久磁石型回転電機において、
   前記界磁は、
   リング状のヨークと、
   前記ヨークの内周面に設けられ、磁極数分の界磁石ブロックと、を備え、
   前記界磁石ブロックは、断面形状が直線のみで形成される四角形で、平行配向の永久磁石を複数組み合わせて構成されることを特徴とする永久磁石型回転電機。
2. 前記電機子は複数のスロットを有する電機子コアを備え、
   ｍ：前記界磁石ブロックを構成する前記永久磁石の数；
   θｅ：前記界磁石ブロックの角度［ｒａｄ］
   ｌｃｍ：最小公倍数
   ｓ： 前記スロットの数
   ｐ：前記磁極数
   ｎ：自然数
   とすると、
   ｍ×π／θｅ≠ｌｃｍ（ｓ，ｐ）×ｎ （１）
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の永久磁石型回転電機。
3. 前記界磁石ブロックを構成する前記永久磁石は、全て略同一であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の永久磁石型回転電機。
4. 前記界磁石ブロックを構成する前記永久磁石は、周方向の長さが異なることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の永久磁石型回転電機。
5. 前記界磁石ブロックを構成する前記永久磁石は、周方向の長さが極中心に配置される前記永久磁石が最も長く、極間に向かって徐々に前記永久磁石の周方向の長さが短くなることを請求項４記載の永久磁石型回転電機。
6. 前記界磁石ブロックを構成する前記永久磁石は、極中心に対して対称に配置されることを特徴とする請求項５記載の永久磁石型回転電機。
7. 前記界磁石ブロックの内周面に磁性薄板を設けることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の永久磁石型回転電機。
8. 請求項７に記載の永久磁石型回転電機の製造方法であって、
   前記磁性薄板に複数の前記永久磁石を貼付け後、円弧状に成形し、前記ヨークに取り付けることを特徴とする永久磁石型回転電機の製造方法。