JP2021175216A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転子における漏れ磁束を抑制し、トルク性能を向上することができる回転電機を得る。【解決手段】分割回転子鉄心６ａ，６ｂの軸方向長さＬ２ａ，Ｌ２ｂの合計長さを固定子鉄心の軸方向長さＬ１よりも長く、分割永久磁石７ａ，７ｂの軸方向長さＬ３ａ，Ｌ３ｂの合計長さを分割回転子鉄心６ａ，６ｂの軸方向長さＬ２ａ，Ｌ２ｂの合計長さよりも短くし、且つ、分割永久磁石７ａ，７ｂの端面を分割回転子鉄心６ａ，６ｂの端面より内側に配置されている。【選択図】図２

Description

本願は、回転子に永久磁石が設けられた回転電機に関するものである。

近年、車両等に使用される回転電機において、より高性能な回転電機が要求されており、要求を満たすために該回転電機の開発が行われている。例えば従来技術では、回転電機の回転子の構成として一方側に第１端板、他方側に第２端板を備え、永久磁石を保持部材により磁石収容孔の内周側壁面に当接させ、永久磁石にて発生する熱の放熱効果を高めている。また回転子鉄心が軸方向に分割された構造にて、分割された鉄心と同数に分割された永久磁石について上記放熱効果を確保した上で、軸方向で様々な配置の形態が例示されている。特に回転子鉄心の軸方向両端部に配置される端板の双方に永久磁石を当接させた構成については各端板を経由した放熱経路が形成され、さらに放熱効果が高まり、より望ましい形態であることが開示されている（特許文献１参照）。

特開２０１３−２５８８４９号公報

一方で、近年開発が加速されている車両等に使用される回転電機においては、より高性能な回転電機の電磁気特性が求められている。しかし特許文献１においては、放熱性能の向上に特化した回転子の構造として永久磁石を保持部材により磁石収容孔の内周側壁面に当接させた構成を提案するものであり、該回転電機の電磁気特性に強く影響される回転子と固定子との関係性については全く記載がされていない。回転電機の電磁気特性を向上する観点、特にトルク低下を抑制可能にする回転電機の構成或いは解決策について開示されていない。

本願は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、回転子における漏れ磁束を抑制し、トルク性能を向上することができる回転電機を得ることを目的とする。

本願に開示される回転電機は、回転軸の軸方向に沿った回転子鉄心の軸方向の長さを、回転軸の軸方向に沿った固定子鉄心の軸方向の長さよりも長く、回転軸に沿った永久磁石の軸方向の長さを、回転子鉄心の軸方向の長さよりも短くし、且つ、永久磁石の軸方向の端面を回転子鉄心の軸方向の端面よりも内側に配置したものである。

本願に開示される回転電機によれば、回転子鉄心の軸方向長さを固定子鉄心の軸方向長さよりも長く、永久磁石の軸方向長さを回転子鉄心の軸方向長さより短くし、永久磁石の軸方向の端面を回転子鉄心の端面より軸方向内側に位置させることにより、回転子における漏れ磁束を抑制でき、トルク低下を抑制することができる。

実施の形態１〜４に係る回転電機における固定子と回転子の一部分を模式的に示す径方向断面図である。 実施の形態１に係る回転電機の軸方向に沿う半分部分を示す断面概略図である。 実施の形態１に係る回転電機の回転子における周方向スキューを説明するための図である。 実施の形態１に係る回転電機の変形例における回転電機の軸方向に沿う半分部分を示す断面概略図である。 実施の形態２に係る回転電機の軸方向に沿う半分部分を示す断面概略図である。 実施の形態２に係る回転電機の他の一例における回転電機の軸方向に沿う半分部分を示す断面概略図である。 実施の形態３に係る回転電機の軸方向に沿う半分部分を示す断面概略図である。 実施の形態３の比較例に係る回転電機の軸方向に沿う半分部分を示す断面概略図である。 実施の形態４に係る回転電機の軸方向に沿う半分部分を示す断面概略図である。 実施の形態５に係る回転電機の軸方向に沿う半分部分を示す断面概略図である。

以下、実施の形態に係る回転電機に関して、図面に基づいて説明する。各図において、同一または相当部分については、同一符号を付している。

実施の形態１．
実施の形態１の回転電機の構成について、図１から図３を用いて説明する。なお、図１は実施の形態１〜４に共通する固定子と回転子を模式的に示した軸方向断面図である。

図１において、回転電機１は、円筒状の固定子２の内周側に配置された回転子５を備えている。回転子５は図２に示されるように回転軸９に固定されている。固定子２を構成する固定子鉄心３は軸方向に複数の鋼板を積層して構成される。固定子鉄心３にはコイル４が巻装されている。回転子５には軸方向に複数の鋼板を積層して構成される回転子鉄心６と永久磁石７が備えられ、永久磁石７は回転子鉄心６に設けた磁石挿入穴８に埋め込まれた状態で配置されており、永久磁石７と回転子鉄心６の間には隙間がある。なお、永久磁石７は、磁石挿入穴８の内部において決められた挿入位置に例えば接着剤などの公知の固定手段(図示省略)により固定される。

続いて、実施の形態１の回転電機の特徴的な構成について図２を用いて説明を行う。図２は固定子２と回転子５の軸方向に沿う回転軸９に対し片側半分の断面概略図である。
図２に示される通り、本実施の形態１の回転電機は、回転子５を構成する回転子鉄心６が軸方向に複数段のブロックに分割された第１の回転子鉄心である分割回転子鉄心６ａおよび第２の回転子鉄心である分割回転子鉄心６ｂで構成されており、鋼板が軸方向に積層されている。また図３のように分割回転子鉄心６ａおよび分割回転子鉄心６ｂはブロックごとに周方向に所定角度ずらしたスキュー構造を備えている。即ち、本実施の形態１における回転電機は、図２、図３に示される通り、回転子５を軸方向に２段に分割した場合の例である。
また、永久磁石７についても、第１の永久磁石である分割永久磁石７ａおよび第２の永久磁石である分割永久磁石７ｂに軸方向に２分割されている。

分割回転子鉄心６ａおよび分割回転子鉄心６ｂのブロックが軸方向に積層され、各ブロックの軸方向長さを足し合わせた長さが、固定子鉄心３の軸方向長さより長い。つまり固定子鉄心３の軸方向長さをＬ１とし、分割回転子鉄心６ａの軸方向長さをＬ２ａ、分割回転子鉄心６ｂの軸方向長さＬ２ｂとしたとき、Ｌ２ａ＋Ｌ２ｂ＞Ｌ１の関係にある。
また、分割永久磁石７ａの軸方向長さＬ３ａと分割永久磁石７ｂの軸方向長さＬ３ｂの合計長さを分割回転子鉄心６ａの軸方向長さＬ２ａと分割回転子鉄心６ｂの軸方向長さＬ２ｂの合計長さより短い。つまり分解永久磁石７aの軸方向長さをＬ３ａ、分割永久磁石７ｂの軸方向長さＬ３ｂとしたとき、Ｌ３ａ＋Ｌ３ｂ＜Ｌ２ａ＋Ｌ２ｂの関係にある。更に、分割永久磁石７ａ、７ｂ（永久磁石７）を分割回転子鉄心６ａ、６ｂ（回転子鉄心６）の一方端面より軸方向内側に位置させ、且つ分割永久磁石７ａ、７ｂの一方端面を分割回転子鉄心６ａ、６ｂの一方端面と同一面上にしない。

また分割永久磁石７ａ、７ｂ（永久磁石７）の軸方向一方端面は、固定子鉄心３の軸方向一方端面と同一面上の位置、もしくは固定子鉄心３より軸方向内側に位置する。

また、図２に示した例では、一対の分割永久磁石７ａ、７ｂのそれぞれは、回転子鉄心６のブロックに分割される一対の分割回転子鉄心６ａ、６ｂの境界に位置する端面と同一面上の位置に一方端面を有している。つまり、一対の分割永久磁石７ａ、７ｂのそれぞれは、回転子鉄心６を構成する分割回転子鉄心６ａ、６ｂの境界において互いに接して配置される。また、一対の分割回転子鉄心６ａ、６ｂの軸方向長さが同等であり、更に、一対の分割永久磁石７ａ、７ｂの軸方向の長さを同等とすることで、分割永久磁石７ａ、７ｂの軸方向位置が回転子５の軸方向の中心に対し対称に構成される。

なお、ブロック分割された各分割回転子鉄心６ａ、６ｂの一方端面において、分割回転子鉄心６ａ、６ｂの一方端面と各分割永久磁石７ａ、７ｂの一方端面を同一面上とした配置、つまり、ブロック分割された各分割回転子鉄心６ａ、６ｂの磁石挿入穴８の内部で各分割永久磁石７ａ、７ｂが片側端面に寄せられた配置については、製造する際において、各分割回転子鉄心６ａ、６ｂを軸方向が上下方向となるように配して定盤に載置した状態で、分割回転子鉄心６ａ、６ｂ（回転子鉄心６）に設けられた磁石挿入穴８の上方より分割永久磁石７ａ、７ｂを挿入し、分割永久磁石７ａ、７ｂが磁石挿入穴８の底において定盤に当接させる位置で固定するという、最も汎用性が高い工法により製造することができる。

更に、上記のとおり、別々に分割回転子鉄心６ａ、６ｂの磁石挿入穴８の内部で分割永久磁石７ａ、７ｂが片側端面に寄せられた配置に製造された一対の分割回転子鉄心６ａ、６ｂについて、一方端面を他方端面に対して上下反転して当接して配置することで比較的容易な工法により、実施の形態１の回転子５を製造することができる。

次に、実施の形態１の回転電機において得られる効果について適宜従来の課題も踏まえながら説明する。
以上のように構成された回転電機とすれば、まず、回転電機が備える回転子５においては回転子鉄心６と永久磁石７を分割構造にすることで、分割回転子鉄心６ａ、６ｂをブロックごとに作業することができ、比較的容易な工法により回転子５を製造することができる。さらにブロックごとに永久磁石を回転子鉄心に固定するための樹脂（接着剤）の量を決めることができるため、総樹脂量の変更が分割構造にしない場合に比べ、容易になる。また分割回転子鉄心６ａ、６ｂをブロックごとに周方向に所定角度ずらしたスキュー構造を備えることにより、各ブロックにおけるトルクの位相をずらすことができ、トルクリプルを低減することができる。

一般に回転電機を駆動すると、永久磁石側面から固定子に向かう磁束あるいは、固定子のティースから回転子を通って隣のティースに向かう磁束といったトルクに影響する磁束が発生する。先述の永久磁石側面から固定子に向かう磁束の内、該永久磁石端部にて発生する磁束は固定子に到達しない漏れ磁束が発生する。また近年、省スペースを活かした小型で高トルク化の開発が進められている。そのため、高トルク化対策として、鉄心範囲をより大きくする対策が取られる。しかし小型化のため、固定子のコイルエンドを含めた軸方向範囲を広げることなく高トルク化対策を行う必要がある。そのため、固定子のコイルエンドの内径方向の領域まで有効活用する構成として、回転子鉄心の軸方向長さを固定子鉄心の軸方向長さに比べ長くする構成がある。永久磁石を回転子鉄心の端部に位置させると、回転子の軸方向において固定子鉄心と対向しない部分が生じ、回転子の端部から漏れ磁束が発生するため、回転子鉄心の軸方向長さを長くしている分のトルクを十分に出力することができない。

そこで図２のように分割回転子鉄心６ａ、６ｂが軸方向に積層され、各ブロックの軸方向長さを足し合わせた長さが、固定子鉄心３の軸方向長さより長く、分割永久磁石７ａ、７ｂの軸方向長さを分割回転子鉄心６ａ、６ｂの軸方向長さより短くし、分割永久磁石７ａ、７ｂの一方端面を分割回転子鉄心６ａ、６ｂの一方端面より内側に位置させ、且つ分割永久磁石７ａ、７ｂの一方端面を分割回転子鉄心６ａ、６ｂの一方端面と同一面上に配置しないことにより、分割回転子鉄心６ａ、６ｂの端部での漏れ磁束を抑制し、トルク低下を抑制させることができる。

即ち、回転子における漏れ磁束を抑制できるのは以下の通りである。分割永久磁石７ａ、７ｂより発生する磁束は固定子鉄心３と対向していない部分、つまり空気のような磁気抵抗の高い部分においても、透磁率の高い固定子鉄心３の方向に発生してしまうため、固定子鉄心３まで到達せず漏れ磁束として発生する。しかし、分割永久磁石７ａ、７ｂを軸方向内側に近づけることで分割永久磁石７ａ、７ｂが透磁率の高い固定子鉄心３と対向している部分を増やし、固定子鉄心３まで到達する磁束を増加させ、漏れ磁束を抑制する。

また分割永久磁石７ａ、７ｂの一方端面を固定子鉄心３の一方端面と同一面上の位置、もしくは固定子鉄心３の軸方向の端面より軸方向内側に位置することで、分割永久磁石７ａ、７ｂと透磁率の高い固定子鉄心３の対向している部分がより増加するため、また、分割永久磁石７ａ、７ｂの一方端面と分割回転子鉄心６ａ、６ｂの一方端面の間に距離ができるため、分割回転子鉄心６ａ、６ｂの軸方向の端部においての漏れ磁束をより抑制することができる。

また、図２のように分割永久磁石７ａ、７ｂの軸方向位置が回転子５軸方向の中心に対し対称に構成されることにより、一対の分割永久磁石７ａ、７ｂの全体での重心位置が回転子５の軸方向の中心に一致することになる。その結果、回転子５が回転動作する際の軸方向での重量バランスが均等化され、回転軸９の位置を支えるベアリング（図示せず）の負荷を低減するといったバランス対策が容易になる効果がある。

なお、上記説明を行った実施の形態１においては、回転子５を軸方向に２段に分割した場合の例について説明を行った。分割される数は２段に限られず、分割永久磁石７ａ、７ｂは分割回転子鉄心６ａ、６ｂと同数もしくはそれ以上の数に分割される構成、また、分割回転子鉄心６ａ、６ｂと同様に所定角度ずらしたスキュー構造で形成された構成を採ることができる。

（実施の形態１の変形例１）
実施の形態１では図２のように分割永久磁石７ａ、７ｂの一方端面を分割回転子鉄心６ａ、６ｂの外側端面と同一面上にしないとしたが、何れか一方の分割永久磁石７ａ、７ｂの一方端面を分割回転子鉄心６ａ、６ｂの一方端面より軸方向内側に位置させ、分割永久磁石７ａ、７ｂの外側一方端面が分割回転子鉄心６ａ、６ｂの外側一方端面と同一面上にならない位置に配置しておれば、他方の分割永久磁石７ａ、７ｂは分割回転子鉄心６ａ、６ｂの外側一方端面と同一面上になるように配置されていても良い。つまり何れか一つの分割永久磁石７ａ、７ｂが実施の形態１と同様に分割永久磁石７ａ、７ｂを分割回転子鉄心６ａ、６ｂの端面の軸方向内側に位置させ、且つ分割永久磁石７ａ、７ｂの一方端面を分割回転子鉄心６ａ、６ｂの一方端面と同一面上にしないことにより、分割回転子鉄心６ａ、６ｂの端部での漏れ磁束を抑制し、トルク低下を抑制させることができるという、実施の形態１の回転電機と同様の効果を得ることができる。

また、ブロック分割された各分割回転子鉄心６ａ、６ｂの磁石挿入穴８の内部で各分割永久磁石７ａ、７ｂが片側端面に寄せられた配置については、製造する際において、各分割回転子鉄心６ａ、６ｂを軸方向が上下方向となるように配置して定盤に載置した状態で、分割回転子鉄心６ａ、６ｂに設けられた磁石挿入穴８の上方より分割永久磁石７ａ、７ｂを挿入し、分割永久磁石７ａ、７ｂが磁石挿入穴８の底において定盤に当接させる位置で固定するという、実施形態１と同様に最も汎用性が高い工法により製造することができる。さらに変形例１のような分割永久磁石７ａ、７ｂの軸方向位置が回転子５の軸方向の中心に対し対称でない構造にすれば、一方端面を他方端面に対して上下反転して当接して配置する工程を省略でき、実施の形態１と比べ簡単に製造することができる。

（実施の形態１の変形例２）
実施の形態１では図２のように分割永久磁石７ａ、７ｂの一方端面を固定子鉄心３の一方端面と同一の位置、もしくは固定子鉄心３より軸方向内側に位置する構成であるが、何れか一つの分割永久磁石７ａ、７ｂの一方端面が固定子鉄心３の一方端面と同一の位置、もしくは固定子鉄心３より軸方向内側に位置していれば、他方の分割永久磁石７ａ、７ｂの他方端面は固定子鉄心３より軸方向外側に位置していても良い。永久磁石７の一方端面が固定子鉄心３の一方端面と同一の位置、もしくは固定子鉄心３より軸方向内側に位置していれば、分割永久磁石７ａ、７ｂの一方端面において、分割永久磁石７ａ、７ｂと透磁率の高い固定子鉄心３の対向している部分がより増加し、また分割永久磁石７ａ、７ｂの一方端面と分割回転子鉄心６ａ、６ｂの一方端面の間に距離ができるため、分割回転子鉄心６ａ、６ｂの軸方向の端部においての漏れ磁束を抑制することができるという実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

（実施の形態１の変形例３）
また必ずしも、回転子５が分割されてなる構成であるとは限らない。つまり、図４のように回転子鉄心６と永久磁石７が複数ブロックに分割されていない単一構成のものであっても良い。図４のような形態であっても、回転子鉄心６の軸方向長さＬ２が、固定子鉄心３の軸方向長さＬ１より長く、永久磁石７の軸方向長さＬ３を回転子鉄心６の軸方向長さＬ２より短くし、永久磁石７を回転子鉄心６一方端面より軸方向内側に位置させ、且つ永久磁石７の一方端面を回転子鉄心６の一方端面と同一面上に配置しないことにより、回転子鉄心６の端部での漏れ磁束を抑制し、トルク低下を抑制させることができるという、実施の形態１の回転電機と同様の効果を得ることができる。

更に、実施の形態１と同様に永久磁石７の一方端面を固定子鉄心３の一方端面と同一の位置、もしくは固定子鉄心３よりも軸方向内側に位置する構成を採ることで、永久磁石７と透磁率の高い固定子鉄心３の対向している部分がより増加するため、また永久磁石７の一方端面と回転子鉄心６の一方端面の間に距離ができるため、回転子鉄心６の軸方向の端部においての漏れ磁束を抑制することができるという実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態２.
実施の形態２の回転電機の構成について、図５及び図６を用いて説明する。図５および図６は実施の形態２における２種類の適用形態のそれぞれに対応するものであり、それぞれの形態における固定子２と回転子５軸方向に沿う回転軸９に対し片側半分を示す断面概略図（実施の形態１の図２に対応）である。なお、回転電機の断面方向の構成については、図１を用いて既に説明を行っているので、実施の形態２以降においては個々の説明は省略する。

図５および図６の実施の形態２の形態は図示されるとおり、回転子５を軸方向に３段に分割した場合の例であり、実施の形態１と同様に、３段に分割された分割回転子鉄心６ａ、６ｂ、６ｃのそれぞれについて所定角度ずらしたスキュー構造で形成された構成を採ることができる。

図５および図６の何れの形態においても、回転子鉄心６を構成している第１の回転子鉄心である分割回転子鉄心６ａの軸方向長さＬ２ａ、第２の回転子鉄心である分割回転子鉄心６ｂの軸方向長さＬ２ｂ、第３の回転子鉄心である分割回転子鉄心６ｂの軸方向長さＬ２ｃの合計長さが固定子鉄心３の軸方向長さＬ１より長く、永久磁石７を構成している第１の永久磁石である分割永久磁石７ａの軸方向長さＬ３ａ、第２の永久磁石である分割永久磁石７ｂの軸方向長さＬ３ｂ、第３の永久磁石である分割永久磁石７ｃの軸方向長さＬ３ｃの合計長さを回転子鉄心６の軸方向長さ（Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃの合計長さ）より短くし、分割永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃを分割回転子鉄心６ａ、６ｂ、６ｃの一方端面より軸方向内側に位置させ、且つ分割永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃの一方端面を分割回転子鉄心６ａ、６ｂ、６ｃの一方端面と同一面上に配置しないことにより、回転子鉄心６の端部での漏れ磁束を抑制し、トルク低下を抑制させることができるという実施の形態１の回転電機と同様の効果を得ることができる。

更に、実施の形態１と同様に永久磁石７（分割永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃ）の一方端面を固定子鉄心３の一方端面と同一の位置、もしくは固定子鉄心３より軸方向内側に位置する構成を採ることで、永久磁石７と透磁率の高い固定子鉄心３の対向している部分がより増加するため、また永久磁石７の一方端面と回転子鉄心６（分割回転子鉄心６ａ、６ｂ、６ｃ）の一方端面の間に距離ができるため、回転子鉄心６の軸方向の端部においての漏れ磁束を抑制することができるという実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

図５と図６の各形態の個別の特徴について説明する。まず、一方の適用形態である図５の構成を説明する。図５の構成においては、図示される通り、永久磁石７を構成する３つの分割永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃの内、中央に配置される分割永久磁石７ｂについて、図中右側に配置される分割永久磁石７ｃに接して配置されている。その結果、永久磁石７の軸方向位置が回転子５の軸方向の中心に対し、対称に構成されておらず、この点においては実施の形態１の特徴と異なっている。一方、各分割永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃは、ブロック分割された各分割回転子鉄心６ａ、６ｂ、６ｃの磁石挿入穴８の内部で片側端面に寄せられた配置が採られており、この点においては実施の形態１の特徴と共通する。

次に他方の適用形態である図６の構成について説明する。図６の構成においては、図示される通り、３つの分割永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃのうち、左右に配置される分割永久磁石７ａ、７ｃについては図５の構成と同じ位置に配置されるが、中央に配置される分割永久磁石７ｂについては、図５の構成とは異なり、図中左側および右側に配置される分割永久磁石７ａ、７ｃの何れからも概ね同程度の隙間を空けて離れて配置されている。その結果、分割永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃの全体的な軸方向位置が回転子５を構成している分割回転子鉄心６ａ、６ｂ、６ｃの軸方向の中心に対し、対称に構成されており、この点においては実施の形態１の特徴と共通する。一方、各分割永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃのうち、中央に位置する分割永久磁石７ｂについては、分割回転子鉄心６ａ、６ｂ、６ｃの磁石挿入穴８の内部で中央付近に位置し、磁石挿入穴８の内部で片側端面に寄せられた配置が採られておらず、この点においては実施の形態１の特徴と異なっている。

次に、実施の形態２の回転電機において得られる効果について説明する。
実施の形態２の回転電機においては、図５及び図６の何れの形態においても、上記に説明した通り、３つの分割永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃのうち、特に回転子鉄心６の両端付近での配置に関係する、左右に配置される分割永久磁石７ａ、７ｃの配置については、実施の形態１と同様に分割永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃの一方端面と分割回転子鉄心６ａ、６ｂ、６ｃの一方端面と同一面上に配置しないことにより、分割回転子鉄心６ａ、６ｂ、６ｃの端部での漏れ磁束を抑制し、トルク低下を抑制させることができる。

更に、実施の形態１と同様に分割永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃの一方端面を固定子鉄心３の一方端面と同一の位置、もしくは固定子鉄心３より軸方向内側に位置させることにより、分割永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃと透磁率の高い固定子鉄心３の対向している部分がより増加するため、また分割永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃの一方端面と分割回転子鉄心６ａ，６ｂ、６ｃの一方端面の間に距離ができるため、分割回転子鉄心６ａ、６ｂ、６ｃの軸方向端部においての漏れ磁束をより抑制することができるという実施の形態１と同様の効果が得られる。

また図５の構成においては、実施の形態１と同様に各分割永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃは、ブロック分割された各分割回転子鉄心６ａ、６ｂ、６ｃの磁石挿入穴８の内部で片側端面に寄せられた配置が採られており、比較的容易な工法により回転子５を製造することができる。

また図６の構成においては、実施の形態１と同様に分割永久磁石７ａ、７ｂ、７ｃの軸方向位置が回転子５の軸方向の中心に対し対称に構成されることにより、回転子５のバランスを均一に保つことができる。そのため、回転軸９の位置を支えるベアリング（図示せず）の負荷を低減するといったバランス対策が容易となる効果がある。

実施の形態３.
実施の形態３の回転電機の構成について、図７および図８を用いて説明する。図７は実施の形態３の適用形態、図８は比較例の形態にそれぞれに対応するものであり、それぞれの形態における固定子と回転子の軸方向に沿う回転軸に対し片側半分を示す断面概略図（実施の形態１の図２に対応）である。

図７の実施の形態３の形態は、図示される通り、回転子５を軸方向に２段に分割した例であり、さらに分割回転子鉄心６ａ、６ｂの軸方向両端に端板１０が設置された例である。

ここで比較例となる図８の形態では、分割永久磁石７ａ、７ｂの一方端面が端板１０の近くに位置しているのに対し、本実施の形態３の形態となる図７の形態では分割永久磁石７ａ、７ｂの一方端面と端板１０が近くに位置せず、離間して配置されており、分割永久磁石７ａ、７ｂは軸方向の内側に位置するように構成されている。

一般に漏れ磁束により端板内の磁束密度が変化するため渦電流が発生し、渦電流損失となる。また特に本実施の形態３の端板１０については、磁性体で構成されると漏れ磁束が増加してしまうため、非磁性体で構成された方がトルクの保持に効果的である。非磁性体で構成されると漏れ磁束は増加しないが、非磁性体の中でも例えばアルミ材のような導電率が高い材料を用いた場合、端板内に渦電流が発生し損失となる。

端板１０が非磁性体の場合、図８のように分割永久磁石７ａ、７ｂの一方端面が端板１０の近くに位置していると、非磁性体の中でも例えばアルミ材のような導電率が高い材料で構成されていた場合、端板１０が電流を通し、端板内に渦電流が発生しやすい。しかし図７のように分割永久磁石７ａ、７ｂの一方端面が端板１０と近くに位置せず、分割永久磁石７ａ、７ｂが軸方向内側に位置していれば、端板１０がアルミ材のような導電率が高い材料で構成されていたとしても、分割永久磁石７ａ、７ｂの一方端面が端板１０の近くに位置しているときと比べ、端板１０を鎖交する漏れ磁束が低減されるため、渦電流が抑制され、渦電流損失の抑制に貢献できる。

端板１０が磁性体の場合、例えば端板１０を鉄材で構成されているとする。図８のように分割永久磁石７ａ、７ｂの一方端面が端板１０の近くに位置していると、図２のような端板を設置していないときに比べ、回転子５の軸方向端部にて発生する漏れ磁束が多く発生し、渦電流損失が高くなる。しかし図７のように分割永久磁石７ａ、７ｂの一方端面が端板１０の近くに位置せず、分割永久磁石７ａ、７ｂが軸方向内側に位置していれば、回転子５の軸方向端部にて発生する漏れ磁束が抑制され、渦電流損失抑制の効果があり、さらにトルクの向上にも貢献できる。

上記の端板１０を設置した際の効果は、回転子５が分割されていないモデル、つまり図４のモデルに端板を設置した場合でも得ることができる。

実施の形態４.
実施の形態４の回転電機の構成について、図９を用いて説明する。図９は固定子と回転子の軸方向に沿う回転軸に対し片側半分を示す断面概略図（実施の形態１の図２に対応）である。

図９では分割永久磁石７ａ、７ｂの径方向位置は分割回転子鉄心６ａ、６ｂと分割永久磁石７ａ、７ｂの隙間の径方向距離が内周側径方向の距離Ｌｂよりも外周側径方向の距離Ｌａが小さくなるよう位置する。即ち、回転子鉄心６は、永久磁石が挿入される磁石挿入穴８を有し、磁石挿入穴８に挿入された分割永久磁石７ａ、７ｂは、分割永久磁石７ａ、７ｂの固定子鉄心側の面７ａｓ、７ｂｓと対向する分割回転子鉄心６ａ、６ｂの面６ａｓ、６ｂｓとの径方向隙間の距離Ｌａが、分割永久磁石７ａ、７ｂの回転軸側の面と対向する分割回転子鉄心６ａ、６ｂの面との径方向隙間の距離Ｌｂよりも小さい位置に配置されている。
更に、例えば、回転子鉄心端面の外周側端面である分割回転子鉄心６ａ、６ｂの面６ａｓ、６ｂｓと分割永久磁石７ａ、７ｂの軸方向の一方端面である分割永久磁石７ａ、７ｂの面７ａｓ、７ｂｓが接着剤を介して当接していても良い。また、図示省略するが、回転子鉄心端面の外周側端面である分割回転子鉄心６ａ、６ｂの面６ａｓ、６ｂｓと分割永久磁石７ａの軸方向の一方端面である分割永久磁石７ａ、７ｂの面７ａｓ、７ｂｓが直接当接しても良い。

図９のように分割回転子鉄心６ａ、６ｂと分割永久磁石７ａ、７ｂ間の隙間の径方向距離を内周側の距離Ｌｂよりも外周側の距離Ｌａを小さくすることにより、パーミアンス係数が高くなるため、一般に磁石特性を表すＢＨ曲線上における磁石の動作点の磁束密度が高くなる。そのため減磁耐力が高くなり、またトルクが向上する効果がある。また分割永久磁石７ａ、７ｂの軸方向長さＬ３ａ、Ｌ３ｂの合計長さが分割回転子鉄心６ａ、６ｂの合計長さよりも短く、分割永久磁石７ａ、７ｂが分割回転子鉄心６ａ、６ｂよりも軸方向内側に位置することにより、分割回転子鉄心６ａ、６ｂの軸方向端部での漏れ磁束を抑制することができる。

なお、図９の構成では、実施の形態３に対応する図７の構成をもとにして、回転子の磁石挿入穴８の内部での永久磁石７の径方向の配置について変更した例について説明を行ったが、実施の形態１および実施の形態２において説明を行った各形態において、同様に回転子５の磁石挿入穴８の内部での永久磁石７の径方向の配置について変更しても良く、それぞれの実施の形態で得られる効果に加えて、上記説明を行った実施の形態４と同様の作用効果が得られる。

実施の形態５.
実施の形態としては、上記の実施形態に限定されず、上記実施形態１〜４では永久磁石７が回転子５に埋め込まれている埋込磁石型回転電機に関して記載していたが、図１０のように永久磁石７が回転子５の表面に備えられている表面磁石型回転電機においても適用することができる。
図１０に示す実施の形態においても、回転子鉄心６の軸方向長さＬ２が、固定子鉄心３の軸方向長さＬ１より長く、永久磁石７の軸方向長さＬ３を回転子鉄心６の軸方向長さＬ２より短くし、永久磁石７を回転子鉄心６一方端面より軸方向内側に位置させ、且つ永久磁石７の一方端面を回転子鉄心６の一方端面と同一面上に配置しないことにより、回転子鉄心６の端部での漏れ磁束を抑制し、トルク低下を抑制させることができるという、実施の形態１の回転電機と同様の効果を得ることができる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

２ 固定子、３ 固定子鉄心、４ コイル、５ 回転子、６ 回転子鉄心、６ａ，６ｂ，６ｃ 分割回転子鉄心、７ 永久磁石、７ａ，７ｂ，７ｃ 分割永久磁石、８ 磁石挿入穴、９ 回転軸、１０ 端板

本願に開示される回転電機は、回転軸の軸方向に沿った回転子鉄心の軸方向の長さを、回転軸の軸方向に沿った固定子鉄心の軸方向の長さよりも長く、回転軸に沿った永久磁石の軸方向の長さを、回転子鉄心の軸方向の長さよりも短くし、且つ、永久磁石の軸方向の端面を回転子鉄心の軸方向の端面よりも内側にあって、固定子鉄心の軸方向の端面よりも軸方向内側の位置に配置したものである。

本願に開示される回転電機によれば、回転子鉄心の軸方向長さを固定子鉄心の軸方向長さよりも長く、永久磁石の軸方向長さを回転子鉄心の軸方向長さより短くし、永久磁石の軸方向の端面を回転子鉄心の端面より軸方向内側にあって、固定子鉄心の軸方向の端面よりも軸方向内側の位置に配置させることにより、回転子における漏れ磁束を抑制でき、トルク低下を抑制することができ、ひいては、小型で高トルク化対策が可能となる。

Claims (6)

1. 回転軸に固定され永久磁石が設けられた回転子鉄心を有する回転子と、前記回転子の外周側に配置されコイルが巻装された固定子鉄心を有する固定子と、を備えた回転電機において、前記回転軸の軸方向に沿った前記回転子鉄心の軸方向の長さは、前記回転軸の軸方向に沿った前記固定子鉄心の軸方向の長さよりも長く、前記回転軸に沿った前記永久磁石の軸方向の長さは、前記回転子鉄心の軸方向の長さよりも短く、且つ、前記永久磁石の軸方向の端面は、前記回転子鉄心の軸方向の端面よりも内側に配置されていることを特徴とする回転電機。
2. 前記永久磁石は、前記永久磁石の軸方向の端面が前記固定子鉄心の軸方向の端面と同一面上の位置、もしくは前記永久磁石の軸方向の端面が前記固定子鉄心の軸方向の端面よりも軸方向内側の位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記回転子鉄心の軸方向の両端に端板を備え、前記端板の少なくとも一方の端板と前記永久磁石の軸方向の端面とは、離間して配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
4. 前記回転子鉄心および前記永久磁石は、それぞれの軸方向に複数に分割されており、分割された回転子鉄心ごとに周方向にあらかじめ決められた角度だけずらしたスキュー構造に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の回転電機。
5. 前記回転子鉄心は、前記永久磁石が挿入される磁石挿入穴を有し、前記磁石挿入穴に挿入された前記永久磁石は、前記永久磁石の固定子鉄心側の面と対向する前記回転子鉄心の面との径方向隙間の距離が、前記永久磁石の回転軸側の面と対向する前記回転子鉄心の面との径方向隙間の距離よりも小さい位置に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の回転電機。
6. 前記永久磁石は、前記回転子の軸方向の中心に対し、対称に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の回転電機。

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