JP3210642B2 - 永久磁石式リラクタンス型回転電機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規な磁極構成に
より、小型かつ高出力で広範囲の運転が可能となる永久
磁石を複合した永久磁石式リラクタンス型回転電機に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来の永久磁石式リラクタンス
型回転電機の構成例を示す径方向断面図である。

【０００３】図８において、固定子１は電機子コイル２
を有し、回転子３を内部に収容している。

【０００４】また、回転子３は、回転子鉄心（以下、単
に鉄心と称する）４と永久磁石６とを備えている。

【０００５】回転子鉄心４は、磁化の容易方向と困難方
向を形成している。すなわち、鉄心４は、磁気的に凹凸
を形成するために、磁化容易方向に沿って８個の永久磁
石６を埋め込む永久磁石埋め込み穴５を設けた電磁鋼板
を積層して構成されている。そして、この８個の永久磁
石埋め込み穴５は、十字状に配置されることにより、４
極の凸極を形成している。つまり、平行な２つの永久磁
石埋め込み穴５で挟まれる部分が、磁極的な凹部で磁極
間４ｂとなる。

【０００６】さらに、互いに隣り合う磁極間４ｂを通る
電機子電流の磁束を打ち消すように、磁化された永久磁
石６を永久磁石埋め込み穴５に配置している。すなわ
ち、磁極部４ａの両側にある永久磁石６の関係は、磁化
方向が同一であり、磁極間４ｂ部の両側に位置する２つ
の永久磁石６は、回転子３の円周方向において互いに磁
化方向は逆となる。そして、この永久磁石６は、好まし
くはほぼ周方向に、より好ましくは磁極軸にほぼ垂直な
方向に磁化されている。

【０００７】次に、かかる永久磁石式リラクタンス型回
転電機の作用について説明する。

【０００８】図９は、ｄ軸の電機子電流による鉄心４の
磁極軸に沿った方向の成分の磁束φｄを示しており、磁
極部４ａの鉄心を磁路とするため、この方向の磁路では
磁気抵抗が極めて小であり、磁束が流れ易い磁気的構成
になっている。なお、図９中、８は非磁性部を示してい
る。

【０００９】図１０は、ｑ軸の電機子電流による磁極間
４ｂを中心とした径方向の軸に沿った方向の成分の磁束
φｑを示している。この磁極間４ｂの磁束φｑは、磁極
間４ｂの永久磁石６を横断する磁路を形成するが、永久
磁石６の比透磁率がほぼ１であることから、永久磁石６
の高磁気抵抗の作用によって、電機子電流による磁束は
低下する。

【００１０】磁極間４ｂの永久磁石６は、磁極軸とほぼ
垂直方向に磁化されており、図１１に示すように、永久
磁石６で発生した磁束は、鉄心４の外周の境界の磁性部
７を周方向に流れ、磁極部４ａを通って、自己の反対の
極に戻る磁気回路φｍａを形成している。

【００１１】また、永久磁石６の一部の磁束は、空隙を
介して固定子１を通り、回転子３の磁極部４ａ、または
隣極の永久磁石６を通って、元の永久磁石６に戻る磁気
回路φｍｂも形成している。

【００１２】この永久磁石６の鎖交磁束は、図１０に示
すように、ｑ軸の電機子電流による磁極間４ｂ中心軸方
向成分の磁束φｑと逆方向に分布して、磁極間４ｂから
侵入する電機子磁束φｑを反発し、打ち消し合う。

【００１３】磁極間４ｂ上の空隙部においては、永久磁
石６の磁束によって電機子電流が作る空隙磁束密度が低
下することになり、磁極上の空隙磁束密度と比較して大
きく変化することになる。すなわち、回転子３の位置に
対する空隙磁束密度の変化が大となり、磁気エネルギー
変化が大となる。

【００１４】さらに、負荷時においては、磁極と磁極間
の境界で磁気的に短絡する磁性部７があり、負荷電流に
よって強く磁気飽和する。これにより、磁極間４ｂに分
布する永久磁石６の磁束が増加する。

【００１５】従って、永久磁石６の磁気抵抗と永久磁石
６の磁束によって、空隙磁束密度分布に変化の大きな凹
凸ができるので、磁気エネルギー変化が著しく大とな
り、大きな出力が得られる。

【００１６】広範囲の可変速運転を得る端子電圧の調整
幅については、次のような作用となる。

【００１７】すなわち、かかる従来の永久磁石式リラク
タンス型回転電機においては、磁極間４ｂの凹の部分の
一部のみに永久磁石６があることから、回転子３表面の
ほぼ全周に永久磁石６がある一般的な永久磁石型回転電
機よりも永久磁石６の表面積が狭くなり、永久磁石６に
よる鎖交磁束量も少なくなっている。

【００１８】さらに、無励磁状態では、永久磁石６のほ
とんどの磁束は、磁極境界部の磁性部７を通って、鉄心
４内の漏れ磁束となる。従って、この状態では、誘導電
圧は極めて小にできるので、無励磁時の鉄損は少なくな
る。

【００１９】また、電機子コイル２が短絡故障した時に
も、過電流が小になる。負荷時には、永久磁石６による
鎖交磁束に、電機子電流（リラクタンス回転電機の励磁
電流成分とトルク電流成分）による鎖交磁束が加わっ
て、端子電圧を誘導する。

【００２０】一般的な永久磁石型回転電機では、永久磁
石６の鎖交磁束が端子電圧のほとんどを占めているの
で、端子電圧を調整することは困難であるが、この永久
磁石式リラクタンス型回転電機は、永久磁石６の鎖交磁
束が小であるので、励磁電流成分を広く調整することに
よって、端子電圧を幅広く調整することができる。

【００２１】すなわち、速度に応じて電圧が電源電圧以
下となるように励磁電流成分を調整することができるの
で、基底速度から一定電圧で広範囲の可変速運転を行な
うことが可能となる。

【００２２】また、強制的制御で弱め界磁を行なって電
圧を抑制していないので、高速回転時に制御が動作しな
くなっても、過電圧が発生することはない。

【００２３】さらに、永久磁石６の磁束の一部φｍａ
が、磁気的短絡の磁性部７を通って漏れるため、永久磁
石６内部の反磁界を小とすることができる。

【００２４】すなわち、永久磁石６のＢ（磁束密度）−
Ｈ（磁界の強さ）特性である減磁曲線上の動作点が高く
なり（パーミアンス係数は大となる）、温度、電機子反
作用に対する耐減磁特性が向上する。

【００２５】また、同時に、永久磁石６を鉄心４内に埋
め込むことになるので、鉄心４が永久磁石６の保持機構
となって、回転により永久磁石６が飛散するのを防止す
ることができる。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の永久磁石式リラクタンス型回転電機におい
ては、鉄心４の永久磁石６が埋め込まれている永久磁石
埋め込み穴５の周辺、特に磁極間４ｂの外径側は、永久
磁石６より発生する磁束の漏れを少なくするために、で
きる限り径方向に狭く設定されることから、意外にも永
久磁石６の遠心力を支えることは難しく、特に高速回転
機に適用しようとした場合には、永久磁石６の飛散、回
転子３の破損が生じ、回転電機として成立できない原因
となっている。

【００２７】本発明の目的は、回転中に生ずる永久磁石
の遠心力を支える鉄心の発生応力を小さくして高速回転
が可能で、かつ回転中の永久磁石の飛散、回転子の破損
等を生ずることがなく信頼性が高く、しかも組立てが容
易な構造で製造性を向上させることが可能な永久磁石式
リラクタンス型回転電機を提供することにある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明では、電機子コイルを有する固定
子と、互いに隣り合う磁極間を通る電機子の磁束を打ち
消すような永久磁石を、全ての相対する磁極の向きが同
一となるように鉄心内に設け、かつ磁極間の永久磁石外
周側に非磁性部を設けることによって、周方向に磁気的
凹凸を有する回転子とを備えて構成される永久磁石式リ
ラクタンス型回転電機において、磁極間の永久磁石外周
側の非磁性部に、少なくとも１本の柱を有してブリッジ
構造としている。

【００２９】従って、請求項１の発明の永久磁石式リラ
クタンス型回転電機においては、磁極間の永久磁石外周
側の非磁性部に、少なくとも１本の柱を有していること
により、回転遠心力による鉄心の非磁性部外周側の変形
が非磁性部の柱によって拘束されるため、鉄心の応力値
を小さくすることができ、より高い高速運転が可能とな
り、また信頼性も向上させることができる。

【００３０】また、請求項２の発明では、上記請求項１
の発明の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、
磁極間の永久磁石外周側の非磁性部に、複数本の柱を有
してブリッジ構造とし、かつ当該複数本の柱を交差させ
ている。

【００３１】従って、請求項２の発明の永久磁石式リラ
クタンス型回転電機においては、磁極間の永久磁石外周
側の非磁性部の複数本の柱を交差させていることによ
り、回転遠心力による鉄心の非磁性部外周側の変形が交
差させた非磁性部の柱によって拘束されるため、鉄心の
応力値を小さくすることができ、より高い高速運転が可
能となり、また信頼性も向上させることができる。

【００３２】さらに、請求項３の発明では、上記請求項
１の発明の永久磁石式リラクタンス型回転電機におい
て、磁極間の永久磁石外周側の非磁性部の柱部分の断面
積を、永久磁石外周側の非磁性部の断面積に対して、５
％〜３０％の割合の断面積としている。

【００３３】従って、請求項３の発明の永久磁石式リラ
クタンス型回転電機においては、磁極間の永久磁石外周
側の非磁性部の柱部分の断面積を、永久磁石外周側の非
磁性部の断面積に対して、５％〜３０％の割合の断面積
として、鉄心に生じる応力値を小さくする最適な形状と
していることにより、電気的にも構造強度的にも最適な
構造となっており、高出力、かつより高い高速運転が可
能となり、また信頼性も向上させることができる。

【００３４】一方、請求項４の発明では、上記請求項１
または請求項３の発明の永久磁石式リラクタンス型回転
電機において、磁極間の永久磁石外周側の非磁性部の柱
の位置を、磁極に沿った一辺の長さに対して、磁極間中
心から磁極に沿った辺の長さ方向に向かって、２５％〜
４５％の割合の位置としている。

【００３５】従って、請求項４の発明の永久磁石式リラ
クタンス型回転電機においては、磁極間の永久磁石外周
側の非磁性部の柱の位置を、磁極に沿った一辺の長さに
対して、磁極間中心から磁極に沿った辺の長さ方向に向
かって、２５％〜４５％の割合の位置として、鉄心に生
じる応力値を小さくする最適な位置としていることによ
り、永久磁石の遠心力による力が磁極間中心側、若しく
は磁極間中心と反対側に偏り、どちらか一方の永久磁石
埋め込み穴に応力が集中しないような最適な位置となっ
ているため、より高い高速運転が可能となり、また信頼
性も向上させることができる。

【００３６】また、請求項５の発明では、上記請求項
１、請求項３、または請求項４のいずれか１項の発明の
永久磁石式リラクタンス型回転電機において、磁極間の
永久磁石外周側の非磁性部の柱の磁極間中心側の外周側
と内径側の柱付け根部の曲率半径の形状を、内径側柱付
け根部の曲率半径に対して、外周側柱付け根部の曲率半
径を、希土類永久磁石を用いる場合には５５％〜６５％
の割合の曲率半径とし、またフェライト系永久磁石を用
いる場合には１５％〜２５％の割合の曲率半径とし、か
つ磁極間中心と反対側の外周側と内径側の柱付け根部の
曲率半径の形状を、外周側柱付け根部の曲率半径に対し
て、内径側柱付け根部の曲率半径を、希土類永久磁石を
用いる場合には６０％〜７０％の割合の曲率半径とし、
またフェライト系永久磁石を用いる場合には４５％〜５
５％の割合の曲率半径としている。

【００３７】従って、請求項５の発明の永久磁石式リラ
クタンス型回転電機においては、磁極間の永久磁石外周
側の非磁性部の柱の磁極間中心側の外周側と内径側の柱
付け根部の曲率半径の形状を、内径側柱付け根部の曲率
半径に対して、外周側柱付け根部の曲率半径を、希土類
永久磁石を用いる場合には５５％〜６５％の割合の曲率
半径とし、またフェライト系永久磁石を用いる場合には
１５％〜２５％の割合の曲率半径とし、かつ磁極間中心
と反対側の外周側と内径側の柱付け根部の曲率半径の形
状を、外周側柱付け根部の曲率半径に対して、内径側柱
付け根部の曲率半径を、希土類永久磁石を用いる場合に
は６０％〜７０％の割合の曲率半径とし、またフェライ
ト系永久磁石を用いる場合には４５％〜５５％の割合の
曲率半径としていることにより、鉄心の永久磁石外周側
の非磁性部の角部に集中する応力値を最も小さくするこ
とができる形状となっているため、より高い高速運転が
可能となり、また信頼性も向上させることができる。

【００３８】さらに、請求項６の発明では、記請求項１
乃至請求項５のいずれか１項の発明の永久磁石式リラク
タンス型回転電機において、分割した永久磁石間の鉄心
の柱部の断面積を、鉄心の永久磁石を挿入する穴の断面
積に対して、５％〜２０％の割合の断面積としている。

【００３９】従って、請求項６の発明の永久磁石式リラ
クタンス型回転電機においては、分割した永久磁石間の
鉄心の柱部の断面積を、鉄心の永久磁石を挿入する穴の
断面積に対して、５％〜２０％の割合の断面積としてい
ることにより、回転電機の性能を低下させずに、鉄心に
生じる応力値を小さくする最適な形状とすることができ
るため、電気的にも構造強度的にも最適な構造となって
おり、高出力、かつより高い高速運転が可能となり、ま
た信頼性も向上させることができる。

【００４０】また、請求項７の発明では、上記請求項１
乃至請求項６のいずれか１項の発明の永久磁石式リラク
タンス型回転電機において、鉄心の永久磁石を挿入する
穴の角部の曲率半径の形状を、当該鉄心に挿入する永久
磁石の着磁方向にほぼ平行な方向の幅に対して、磁極間
中心側の外周側柱付け根部の曲率半径、内周側柱付け根
部の曲率半径、および磁極間中心と反対側の永久磁石挿
入側角部の曲率半径を、希土類永久磁石を用いる場合に
は５５％〜６５％：３５％〜４５％：５５％〜６５％の
割合の曲率半径とし、またフェライト系永久磁石を用い
る場合には４０％〜５０％：２０％〜３０％：５５％〜
６５％の割合の曲率半径としている。

【００４１】従って、請求項７の発明の永久磁石式リラ
クタンス型回転電機においては、鉄心の永久磁石を挿入
する穴の角部の曲率半径の形状を、当該鉄心に挿入する
永久磁石の着磁方向にほぼ平行な方向の幅に対して、磁
極間中心側の外周側柱付け根部の曲率半径、内周側柱付
け根部の曲率半径、および磁極間中心と反対側の永久磁
石挿入側角部の曲率半径を、希土類永久磁石を用いる場
合には５５％〜６５％：３５％〜４５％：５５％〜６５
％の割合の曲率半径とし、またフェライト系永久磁石を
用いる場合には４０％〜５０％：２０％〜３０％：５５
％〜６５％の割合の曲率半径としていることにより、鉄
心の永久磁石埋め込み穴の角部に集中する応力値を最も
小さくすることができる形状となっているため、より高
い高速運転が可能となり、また信頼性も向上させること
ができる。

【００４２】さらに、請求項８の発明では、上記請求項
６または請求項７の発明の永久磁石式リラクタンス型回
転電機において、永久磁石を挿入する鉄心の永久磁石埋
め込み穴に、空隙部を設けている。

【００４３】従って、請求項８の発明の永久磁石式リラ
クタンス型回転電機においては、永久磁石を挿入する鉄
心の永久磁石埋め込み穴に、空隙部を設けていることに
より、永久磁石、および鉄心の付加質量となる部分の質
量を減らすことで、付加質量部分の遠心力による力を小
さくして、鉄心に生じる応力値を低下させることができ
るため、より高い高速運転が可能となり、また信頼性も
向上させることができる。

【００４４】一方、請求項９の発明では、電機子コイル
を有する固定子と、互いに隣り合う磁極間を通る電機子
の磁束を打ち消すような永久磁石を、全ての相対する磁
極の向きが同一となるように鉄心内に設け、かつ磁極間
の永久磁石外周側に非磁性部を設けることによって、周
方向に磁気的凹凸を有する回転子とを備えて構成される
永久磁石式リラクタンス型回転電機において、永久磁石
と永久磁石を挿入する鉄心の穴形状をＵの字型のアーチ
形状としている。

【００４５】従って、請求項９の発明の永久磁石式リラ
クタンス型回転電機においては、永久磁石と永久磁石を
挿入する鉄心の穴形状をＵの字型のアーチ形状としてい
ることにより、永久磁石の回転遠心力による力を鉄心の
永久磁石埋め込み穴のアーチ形状外周側の面で支えるた
め、永久磁石と鉄心の永久磁石埋め込み穴に生じる応力
集中をほとんど無くすことができ、永久磁石と鉄心の永
久磁石埋め込み穴の応力値を小さくすることができるた
め、より高い高速運転が可能となり、また信頼性も向上
させることができる。

【００４６】また、請求項１０の発明では、上記請求項
９の発明の永久磁石式リラクタンス型回転電機におい
て、永久磁石を挿入する鉄心の永久磁石埋め込み穴に、
空隙部を設けている。

【００４７】従って、請求項１０の発明の永久磁石式リ
ラクタンス型回転電機においては、永久磁石を挿入する
鉄心の永久磁石埋め込み穴に空隙部を設けていることに
より、永久磁石の遠心力による力を全てアーチ部分の面
で支えるため、永久磁石と鉄心の永久磁石埋め込み穴に
生じる応力集中をほとんど無くして、永久磁石と鉄心の
永久磁石埋め込み穴の応力値を小さくすることができ、
かつ永久磁石、および鉄心の付加質量となる部分の質量
を減らすことで、付加質量部分の遠心力による力を小さ
くして、鉄心に生じる応力値を小さくすることができる
ため、より高い高速運転が可能となり、また信頼性も向
上させることができる。

【００４８】さらに、請求項１１の発明では、上記請求
項８または請求項１０の発明の永久磁石式リラクタンス
型回転電機において、永久磁石を挿入する鉄心の永久磁
石埋め込み穴の空隙部を、軽量かつ高強度の非磁性材料
で埋めている。

【００４９】従って、請求項１１の発明の永久磁石式リ
ラクタンス型回転電機においては、永久磁石を挿入する
鉄心の永久磁石埋め込み穴の空隙部を、軽量かつ高強度
の非磁性材料で埋めていることにより、回転時の永久磁
石の遠心力によって生じる鉄心の永久磁石埋め込み穴の
周辺の変位は、非磁性、非導電性、かつ軽量で圧縮剛性
の大きな材料で支えられるため、鉄心に発生する応力が
小さくなり、より高い高速運転が可能となり、また信頼
性も向上させることができる。

【００５０】一方、請求項１２の発明では、上記請求項
８または請求項１０の発明の永久磁石式リラクタンス型
回転電機において、永久磁石を挿入する鉄心の永久磁石
埋め込み穴の空隙部を、ボンド状の充填材で埋めて、固
化させている。

【００５１】従って、請求項１２の発明の永久磁石式リ
ラクタンス型回転電機においては、永久磁石を挿入する
鉄心の永久磁石埋め込み穴の空隙部を、ボンド状の充填
材で埋めて、固化させていることにより、挿入後の永久
磁石の脱落、ひび割れ等による永久磁石の欠損等を防止
することができ、さらにボンド状の充填材であるため、
永久磁石埋め込み穴の壁面に一様に接しており、永久磁
石埋め込み穴の角部に片当たり等による応力集中を避け
ることができるため、より高い高速運転が可能となり、
また信頼性も向上させることができる。

【００５２】また、請求項１３の発明では、上記請求項
８または請求項１０の発明の永久磁石式リラクタンス型
回転電機において、永久磁石を挿入する鉄心の永久磁石
埋め込み穴の空隙部を、発泡性樹脂で埋めて、固化させ
ている。

【００５３】従って、請求項１３の発明の永久磁石式リ
ラクタンス型回転電機においては、永久磁石を挿入する
鉄心の永久磁石埋め込み穴の空隙部を、発泡性樹脂で埋
めて、固化させていることにより、永久磁石埋め込み穴
の空隙部を樹脂で埋める際に、発泡性樹脂であるため体
積が膨張して空隙部分を隙間なく覆い、かつ容易に埋め
込み作業を行なうことができるため、作業時間を短縮す
ることができる。さらに、空隙部挿入後の永久磁石の脱
落、ひび割れ等による永久磁石の欠損等を防止すること
ができ、かつ柔軟な樹脂であるため、永久磁石埋め込み
穴の壁面に一様に接しており、永久磁石埋め込み穴の角
部に片当たり等による応力集中を避けることができるた
め、より高い高速運転が可能となり、また信頼性も向上
させることができる。

【００５４】さらに、請求項１４の発明では、上記請求
項８または請求項１０の発明の永久磁石式リラクタンス
型回転電機において、永久磁石を挿入する鉄心の永久磁
石埋め込み穴の空隙部に、軽量かつ高強度の非磁性材料
からなる円形棒を挿入している。

【００５５】従って、請求項１４の発明の永久磁石式リ
ラクタンス型回転電機においては、永久磁石を挿入する
鉄心の永久磁石埋め込み穴の空隙部に、軽量かつ高強度
の非磁性材料からなる円形棒を挿入していることによ
り、永久磁石の遠心力による鉄心の変位、および変形を
円形棒によって支えられるため、鉄心に生じる応力が小
さくなり、より高い高速運転が可能となり、また信頼性
も向上させることができる。

【００５６】一方、請求項１５の発明では、上記請求項
８または請求項１０の発明の永久磁石式リラクタンス型
回転電機において、永久磁石を挿入する鉄心の永久磁石
埋め込み穴の空隙部に、軽量かつ高強度の非磁性材料か
らなり、かつ鉄心の永久磁石埋め込み穴の空隙部の内側
に少なくとも３点の角部が接する多角形の棒を挿入して
いる。

【００５７】従って、請求項１５の発明の永久磁石式リ
ラクタンス型回転電機においては、永久磁石を挿入する
鉄心の永久磁石埋め込み穴の空隙部に、軽量かつ高強度
の非磁性材料からなり、かつ鉄心の永久磁石埋め込み穴
の空隙部の内側に少なくとも３点の角部が接する多角形
の棒を挿入していることにより、永久磁石の遠心力によ
る鉄心の非磁性部外周側の変位、および変形が多角形棒
によって支えられるため、鉄心に生じる応力が小さくな
り、より高い高速運転が可能となり、また信頼性も向上
させることができる。また、多角形棒であることによ
り、永久磁石を挿入する鉄心の永久磁石埋め込み穴と永
久磁石と接する多角形の面で支えられ、応力集中が生じ
ない形状となっているため、より高い高速運転が可能と
なり、また信頼性も向上させることができる。

【００５８】また、請求項１６の発明では、上記請求項
１４または請求項１５の発明の永久磁石式リラクタンス
型回転電機において、永久磁石を挿入する鉄心の永久磁
石埋め込み穴の空隙部に挿入した円形棒、または多角形
棒を、円形、若しくは多角形パイプとしている。

【００５９】従って、請求項１６の発明の永久磁石式リ
ラクタンス型回転電機においては、永久磁石を挿入する
鉄心の永久磁石埋め込み穴の空隙部に挿入した円形棒、
または多角形棒を、円形、若しくは多角形パイプとして
いることにより、永久磁石の遠心力による鉄心の非磁性
部外周側の変位、および変形を円形、若しくは多角形パ
イプによって支えられ、かつパイプ形状であることによ
り、軽量となって遠心力による力も小さくなるため、鉄
心に生じる応力が小さくなり、より高い高速運転が可能
となり、また信頼性も向上させることができる。

【００６０】さらに、請求項１７の発明では、上記請求
項１４乃至請求項１６のいずれか１項の発明の永久磁石
式リラクタンス型回転電機において、永久磁石を挿入す
る鉄心の永久磁石埋め込み穴の空隙部に挿入した円形
棒、多角形棒、若しくはパイプと永久磁石との間に、非
磁性かつ非導電性の板状の材料を挟んでいる。

【００６１】従って、請求項１７の発明の永久磁石式リ
ラクタンス型回転電機においては、永久磁石を挿入する
鉄心の永久磁石埋め込み穴の空隙部に挿入した円形棒、
多角形棒、若しくはパイプと永久磁石との間に、非磁性
かつ非導電性の板状の材料を挟んでいることにより、鉄
心の組立時の永久磁石の破損等を防止し、かつ板状の材
料を挟み込むことで永久磁石の位置を精度良く固定する
ことができ、永久磁石の組立精度が大幅に向上し、さら
に信頼性も向上させることができる。

【００６２】一方、請求項１８の発明では、上記請求項
１４乃至請求項１６のいずれか１項の発明の永久磁石式
リラクタンス型回転電機において、永久磁石を挿入する
鉄心の永久磁石埋め込み穴の空隙部に挿入した円形棒、
多角形棒、若しくはパイプと永久磁石との間に挟む板状
の材料を、接着せずに挟み込んでいる。

【００６３】従って、請求項１８の発明の永久磁石式リ
ラクタンス型回転電機においては、永久磁石を挿入する
鉄心の永久磁石埋め込み穴の空隙部に挿入した円形棒、
多角形棒、若しくはパイプと永久磁石との間に挟む板状
の材料を、接着せずに挟み込んでいることにより、鉄心
の組立時に板状の材料を接着する作業を短縮することが
でき、鉄心の組立時の作業効率を大幅に向上させること
ができる。

【００６４】また、請求項１９の発明では、上記請求項
６乃至請求項１８のいずれか１項の発明の永久磁石式リ
ラクタンス型回転電機において、永久磁石と当該永久磁
石を挿入する鉄心の永久磁石埋め込み穴の形状を、テイ
パー形状としている。

【００６５】従って、請求項１９の発明の永久磁石式リ
ラクタンス型回転電機においては、永久磁石と当該永久
磁石を挿入する鉄心の永久磁石埋め込み穴の形状を、テ
イパー形状としていることにより、さらに、請求項２０
の発明では、上記請求項６乃至請求項１９のいずれか１
項の発明の永久磁石式リラクタンス型回転電機におい
て、永久磁石と当該永久磁石を挿入する鉄心の永久磁石
埋め込み穴との間に、フィルム状の材料を挟み込んでい
る。

【００６６】従って、請求項２０の発明の永久磁石式リ
ラクタンス型回転電機においては、永久磁石と当該永久
磁石を挿入する鉄心の永久磁石埋め込み穴との間に、薄
いフィルム状の材料を挟み込んでいることにより、フィ
ルム状の材料によって永久磁石が保護されるため、永久
磁石の破損、および劣化等を防止することができ、信頼
性、永久磁石の寿命を大幅に向上させることができる。

【００６７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００６８】（第１の実施の形態：請求項１、３、４、
５に対応）図１は、本実施の形態による永久磁石式リラ
クタンス型回転電機の構成例を示す径方向断面図であ
り、図８乃至図１１と同一要素には同一符号を付して示
している。

【００６９】図１において、固定子１は電機子コイル２
を有し、回転子３を内部に収容している。

【００７０】また、回転子３は、鉄心４と永久磁石６と
を備えている。

【００７１】回転子鉄心４は、磁化の容易方向と困難方
向を形成している。すなわち、鉄心４は、磁気的に凹凸
を形成するために、磁化容易方向に沿って８個の永久磁
石６を埋め込む永久磁石埋め込み穴５を設けた電磁鋼板
を積層して構成されている。そして、この８個の永久磁
石埋め込み穴５は、十字状に配置されることにより、４
極の凸極を形成している。つまり、平行な２つの永久磁
石埋め込み穴５で挟まれる部分が、磁極的な凹部で磁極
間４ｂとなる。

【００７２】さらに、互いに隣り合う磁極間４ｂを通る
電機子電流の磁束を打ち消すように、磁化された永久磁
石６を永久磁石埋め込み穴５に配置している。すなわ
ち、磁極部４ａの両側にある永久磁石６の関係は、磁化
方向が同一であり、磁極間４ｂ部の両側に位置する２個
の永久磁石６は、回転子３の円周方向において互いに磁
化方向は逆となる。そして、この永久磁石６は、好まし
くはほぼ周方向に、より好ましくは磁極軸にほぼ垂直な
方向に磁化されている。

【００７３】さらにまた、磁極間４ｂ部にある非磁性部
８は、空隙部となっている。

【００７４】一方、本実施の形態では、磁極間４ｂの永
久磁石５外周側の非磁性部８に、少なくとも１本の柱１
０を有してブリッジ構造としている。

【００７５】また、磁極間４ｂの永久磁石６外周側の非
磁性部８の柱１０部分の断面積を、永久磁石６外周側の
非磁性部８の断面積に対して、５％〜３０％の割合の断
面積としている。

【００７６】さらに、磁極間４ｂの永久磁石６外周側の
非磁性部８の柱１０の位置を、磁極に沿った一辺の長さ
に対して、磁極間中心１１から磁極に沿った辺の長さ方
向に向かって、２５％〜４５％の割合の位置としてい
る。

【００７７】さらにまた、磁極間４ｂの永久磁石６外周
側の非磁性部８の柱１０の磁極間中心１１側の外周側と
内径側の柱付け根部の曲率半径の形状を、内径側柱付け
根部の曲率半径に対して、外周側柱付け根部の曲率半径
を、希土類永久磁石を用いる場合には５５％〜６５％の
割合の曲率半径とし、またフェライト系永久磁石を用い
る場合には１５％〜２５％の割合の曲率半径とし、かつ
磁極間中心１１と反対側の外周側と内径側の柱付け根部
の曲率半径の形状を、外周側柱付け根部の曲率半径に対
して、内径側柱付け根部の曲率半径を、希土類永久磁石
を用いる場合には６０％〜７０％の割合の曲率半径と
し、またフェライト系永久磁石を用いる場合には４５％
〜５５％の割合の曲率半径としている。

【００７８】次に、以上のように構成した本実施の形態
の永久磁石式リラクタンス型回転電機においては、前述
した従来の永久磁石式リラクタンス型回転電機と同様
に、永久磁石６の磁気抵抗と永久磁石６の磁束によっ
て、空隙磁束密度分布に変化の大きな凹凸ができるの
で、磁気エネルギー変化が著しく大となり、大きな出力
が得られると共に、安定に回転を行なうことができる。

【００７９】一方、本実施の形態では、非磁性部８に、
１本、若しくは複数本の柱１０を有していることによ
り、回転遠心力による鉄心４の非磁性部８外周側の変形
が非磁性部柱１０によって拘束されるため、鉄心４の応
力値を小さくすることができ、より高い高速運転が可能
となり、また信頼性も向上させることができる。

【００８０】また、非磁性部の柱１０の断面積を、非磁
性部８の断面積に対して、５％〜３０％の割合の断面積
としていることにより、電気的には非磁性部８の柱１０
の磁気抵抗は大きい方が、鉄心４の磁気的凹凸の差が大
きく磁気エネルギーの変化が大となり大きな出力が得ら
れるため、断面積は小さい方が好ましい。反対に、構造
強度的には、回転遠心力による鉄心４の非磁性部８外周
側の変形を拘束するため、断面積は大きい方が好まし
い。

【００８１】この点、本実施の形態では、この非磁性部
８の柱１０の断面積を最適な断面積の大きさとしている
ことにより、電気的にも構造強度的にも最適な構造とな
っており、高出力、かつより高い高速運転が可能とな
り、また信頼性も向上させることができる。

【００８２】さらに、非磁性部８の柱１０の位置を、非
磁性部８の磁極に沿った一辺の長さ“Ｙ”に対して、磁
極間中心１１から磁極に沿った方向の長さ方向に向かっ
て、２５％〜４５％の割合の位置“Ｘ”としていること
により、永久磁石６の遠心力による力が磁極間中心１１
側、若しくは磁極間中心１１と反対側に偏って、どちら
か一方の永久磁石埋め込み穴５に応力が集中しないよう
な最適な位置となっているため、より高い高速運転が可
能となり、また信頼性も向上させることができる。

【００８３】さらにまた、非磁性部８の柱１０の磁極間
中心側１１の外周側と内径側の柱付け根部の曲率半径の
形状を、内径側柱付け根部の曲率半径“Ｒ２”に対し
て、外周側柱付け根部の曲率半径“Ｒ１”を、希土類永
久磁石を用いる場合には５５％〜６５％、フェライト系
永久磁石を用いる場合には１５％〜２５％の割合の曲率
半径とし、かつ磁極間中心１１と反対側の外周側と内径
側の柱付け根部の曲率半径の形状を、外周側柱付け根部
の曲率半径“Ｒ３”に対して、内径側柱付け根部の曲率
半径“Ｒ４”を、希土類永久磁石を用いる場合には６０
％〜７０％、フェライト系永久磁石を用いる場合には４
５％〜５５％の割合の曲率半径としていることにより、
非磁性部８の柱１０の付け根部に集中する応力値を最も
小さくすることができる形状となっているため、より高
い高速運転が可能となり、また信頼性も向上させること
ができる。

【００８４】（第２の実施の形態：請求項２、６、７、
８に対応）図２は、本実施の形態による永久磁石式リラ
クタンス型回転電機の構成例を示す径方向断面図であ
り、図１と同一要素には同一符号を付して示している。

【００８５】図２において、１，２，３，４，５，６，
７，８，９，１０，１１は、図１の永久磁石式リラクタ
ンス型回転電機の要素と同様である。

【００８６】図２において、本実施の形態では、磁極間
４ｂの永久磁石６外周側の非磁性部８に、複数本の柱１
０を有してブリッジ構造とし、かつこの複数本の柱１０
を交差させている。

【００８７】また、分割した永久磁石６間の鉄心４の柱
１０部の断面積を、鉄心４の永久磁石６を挿入する穴５
の断面積に対して、５％〜２０％の割合の断面積として
いる。

【００８８】さらに、鉄心４の永久磁石６を挿入する穴
５の角部の曲率半径の形状を、鉄心４に挿入する永久磁
石６の着磁方向にほぼ平行な方向の幅に対して、磁極間
中心１１側の外周側柱付け根部の曲率半径、内周側柱付
け根部の曲率半径、および磁極間中心１１と反対側の永
久磁石６挿入側角部の曲率半径を、希土類永久磁石を用
いる場合には５５％〜６５％：３５％〜４５％：５５％
〜６５％の割合の曲率半径とし、またフェライト系永久
磁石を用いる場合には４０％〜５０％：２０％〜３０
％：５５％〜６５％の割合の曲率半径としている。

【００８９】さらにまた、永久磁石６を挿入する鉄心４
の永久磁石埋め込み穴５に、空隙部１２を設けている。

【００９０】次に、以上のように構成した本実施の形態
の永久磁石式リラクタンス型回転電機においては、非磁
性部８の複数本の柱１０を交差させていることにより、
回転遠心力による鉄心４の非磁性部８外周側の変形が交
差させた非磁性部８の柱１０によって拘束されるため、
鉄心４の応力値を小さくすることができ、より高い高速
運転が可能となり、また信頼性も向上させることができ
る。

【００９１】また、分割した永久磁石６間の鉄心４の柱
１０部“ａ”の断面積を、永久磁石６を挿入する鉄心４
の永久磁石埋め込み穴５の断面積に対して、５％〜２０
％の割合の断面積としていることにより、電気的には永
久磁石６間の柱１０部“ａ”から漏れる漏れ磁束の量を
小さくした方が出力の低下を抑えられることから、極力
分割した永久磁石６間の柱１０部“ａ”の断面積を小さ
くした方が好ましい。反対に、構造強度的には、回転遠
心力による鉄心４の変形を拘束するため、断面積は大き
い方が好ましい。

【００９２】この点、本実施の形態では、その分割した
永久磁石６間の柱１０部“ａ”の断面積を最適な断面積
の大きさとしていることにより、電気的にも構造強度的
にも最適な構造となっており、高出力、かつより高い高
速運転が可能となり、また信頼性も向上させることがで
きる。

【００９３】さらに、鉄心４の永久磁石埋め込み穴５の
鉄心４に挿入する永久磁石６の着磁方向に平行な方向の
幅“ｂ”に対して、磁極間中心１１側の外周側柱付け根
部の曲率半径“Ｒ１”、内周側柱付け根部の曲率半径
“Ｒ２”、および磁極間中心１１と反対側の永久磁石挿
入側角部の曲率半径“Ｒ３”を、希土類永久磁石を用い
る場合には、５５％〜６５％：３５％〜４５％：５５％
〜６５％の割合の曲率半径とし、またフェライト系永久
磁石を用いる場合には、４０％〜５０％：２０％〜３０
％：５５％〜６５％の割合の曲率半径としていることに
より、鉄心４の永久磁石埋め込み穴５の角部に集中する
応力値を最も小さくすることができる形状となってお
り、より高い高速運転が可能となり、また信頼性も向上
させることができる。

【００９４】さらにまた、鉄心４の永久磁石埋め込み穴
５に空隙部１２を設けていることにより、永久磁石６、
および鉄心４の付加質量となる部分の質量を減らすこと
で、付加質量部分の遠心力による力を小さくして、鉄心
４に生じる応力値を小さくすることができるため、より
高い高速運転が可能となり、また信頼性も向上させるこ
とができる。

【００９５】（第３の実施の形態：請求項９，１０，１
１，１２，１３に対応）図３は、本実施の形態による永
久磁石式リラクタンス型回転電機の構成例を示す径方向
断面図であり、図１と同一要素には同一符号を付して示
している。

【００９６】図３において、１，２，３，４，５，６，
７，８，９，１１，１２は、図１の永久磁石式リラクタ
ンス型回転電機の要素と同様である。

【００９７】図３において、本実施の形態では、永久磁
石６と永久磁石６を挿入する鉄心４の穴形状をＵの字型
のアーチ形状としている。

【００９８】また、永久磁石６を挿入する鉄心４の永久
磁石埋め込み穴５に、空隙部１２を設けている。

【００９９】一方、永久磁石６を挿入する鉄心４の永久
磁石埋め込み穴５の空隙部１２を、軽量かつ高強度の非
磁性材料で埋めている。

【０１００】また、永久磁石６を挿入する鉄心４の永久
磁石埋め込み穴５の空隙部１２を、ボンド状の充填材で
埋めて、固化させている。

【０１０１】さらに、永久磁石６を挿入する鉄心４の永
久磁石埋め込み穴５の空隙部１２を、発泡性樹脂で埋め
て、固化させている。

【０１０２】次に、以上のように構成した本実施の形態
の永久磁石式リラクタンス型回転電機においては、永久
磁石６と鉄心４の永久磁石埋め込み穴５の形状をＵの字
型のアーチ形状としていることにより、永久磁石６の回
転遠心力による力を鉄心４の永久磁石埋め込み穴５のア
ーチ形状外周側の面で支えるため、永久磁石６と鉄心４
の永久磁石埋め込み穴５に生じる応力集中をほとんど無
くすことができ、永久磁石６と鉄心４の永久磁石埋め込
み穴５の応力値を小さくすることができるため、より高
い高速運転が可能となり、また信頼性も向上させること
ができる。

【０１０３】また、永久磁石６を挿入する鉄心４の永久
磁石埋め込み穴５に空隙部１２を設けていることによ
り、永久磁石６の遠心力による力を全てアーチ部分の面
で支えるため、永久磁石６と鉄心４の永久磁石埋め込み
穴５に生じる応力集中をほとんど無くすことができ、永
久磁石６と鉄心４の永久磁石埋め込み穴５の応力値を小
さくすることができ、かつ永久磁石６、および鉄心４の
付加質量となる部分の質量を減らすことで、付加質量部
分の遠心力による力を小さくして、鉄心４に生じる応力
値を小さくすることができるため、より高い高速運転が
可能となり、また信頼性も向上させることができる。

【０１０４】さらに、鉄心４の永久磁石埋め込み穴５の
空隙部１２を、非磁性、非導電性、かつ軽量で圧縮剛性
の大きな材料で埋めていることにより、回転時の永久磁
石６の遠心力によって生じる鉄心４の永久磁石埋め込み
穴５の周辺の変位は、非磁性、非導電性、かつ軽量で圧
縮剛性の大きな材料で支えられるため、鉄心４に発生す
る応力が小さくなるため、より高い高速運転が可能とな
り、また信頼性も向上させることができる。

【０１０５】また、鉄心４の永久磁石埋め込み穴５の空
隙部１２を、ボンド状の充填材で埋めて、固化させてい
ることにより、挿入後の永久磁石６の脱落、ひび割れ等
による永久磁石６の欠損等を防止することができ、さら
にボンド状の充填材であることにより、永久磁石埋め込
み穴５の壁面に一様に接しており、永久磁石埋め込み穴
５の角部に片当たり等による応力集中を避けることがで
きるため、より高い高速運転が可能となり、また信頼性
も向上させることができる。

【０１０６】さらに、鉄心４の永久磁石埋め込み穴５の
空隙部１２を、発泡性樹脂で埋めて、固化させているこ
とにより、永久磁石埋め込み穴５の空隙部１２を樹脂で
埋める際に、発泡性樹脂であるため体積が膨張して空隙
部分を隙間なく覆い、かつ容易に埋め込み作業を行なう
ことができるため、作業時間を短縮することができる。

【０１０７】さらにまた、空隙部１２へ挿入後の永久磁
石６の脱落、ひび割れ等による永久磁石６の欠損等を防
止することができ、かつ柔軟な樹脂であるため、永久磁
石埋め込み穴５の壁面に一様に接しており、永久磁石埋
め込み穴５の角部に片当たり等による応力集中を避ける
ことができるため、より高い高速運転が可能となり、ま
た信頼性も向上させることができる。

【０１０８】（第４の実施の形態：請求項１４に対応）
図４は、本実施の形態による永久磁石式リラクタンス型
回転電機の構成例を示す回転子径方向の１／４断面図で
あり、図３と同一要素には同一符号を付して示してい
る。

【０１０９】図４において、３，４，５，６，８，１２
は、図３の永久磁石式リラクタンス型回転電機の要素と
同様である。

【０１１０】図４において、本実施の形態では、永久磁
石６を挿入する鉄心４の永久磁石埋め込み穴５の空隙部
１２に、軽量かつ高強度の非磁性材料からなる円形棒１
３を挿入している。

【０１１１】次に、以上のように構成した本実施の形態
の永久磁石式リラクタンス型回転電機においては、鉄心
４の永久磁石埋め込み穴５の空隙部１２に、軽量・高強
度の非磁性材料からなる円形棒１３を挿入していること
により、永久磁石６の遠心力による鉄心の変位、及び変
形が円形棒１３によって支えられるため、鉄心４に生じ
る応力が小さくなり、より高い高速運転が可能となり、
また信頼性も向上させることができる。

【０１１２】また、円形棒１３であることにより、鉄心
４の永久磁石埋め込み穴５と永久磁石６に片当たりする
ことなく接するため、応力が集中することがなく、より
高い高速回転が可能となり、また信頼性も向上する。

【０１１３】（第５の実施の形態：請求項１５に対応）
図５は、本実施の形態による永久磁石式リラクタンス型
回転電機の構成例を示す回転子径方向の１／４断面図で
あり、図３と同一要素には同一符号を付して示してい
る。

【０１１４】図５において、３，４，５，６，８，１２
は、図３の永久磁石式リラクタンス型回転電機の要素と
同様である。

【０１１５】図５において、本実施の形態では、永久磁
石６を挿入する鉄心４の永久磁石埋め込み穴５の空隙部
１２に、軽量かつ高強度の非磁性材料からなり、かつ鉄
心の永久磁石埋め込み穴５の空隙部１２の内側に少なく
とも３点の角部が接する多角形の棒１４を挿入してい
る。

【０１１６】次に、以上のように構成した本実施の形態
の永久磁石式リラクタンス型回転電機においては、永久
磁石埋め込み穴５の空隙部１２に、軽量・高強度で非磁
性材料からなり、かつ鉄心４の磁石埋め込み穴５の空隙
部１２の内側に少なくとも３点の角部が接する多角形棒
１４を挿入していることにより、永久磁石６の遠心力に
よる鉄心４の非磁性部８外周側の変位、および変形が多
角形棒１４によって支えているとので、回転子鉄心４に
生じる応力が小さくなり、より高い高速運転が可能とな
り、また信頼性も向上する。

【０１１７】また、多角形棒１４であることにより、鉄
心４の永久磁石埋め込み穴５と永久磁石６と接する多角
形の面で支えられ、応力集中が生じない形状となってい
るため、より高い高速運転が可能となり、また信頼性も
向上させることができる。

【０１１８】（第６の実施の形態：請求項１６，１７，
１８に対応）図６は、本実施の形態による永久磁石式リ
ラクタンス型回転電機の構成例を示す回転子径方向の１
／４断面図であり、図３と同一要素には同一符号を付し
て示している。

【０１１９】図６において、３，４，５，６，８，１２
は、図３の永久磁石式リラクタンス型回転電機の要素と
同様である。

【０１２０】図６において、本実施の形態では、永久磁
石６を挿入する鉄心４の永久磁石埋め込み穴５の空隙部
１２に挿入した円形棒１３、または多角形棒１４を、円
形、若しくは多角形パイプ１５としている。

【０１２１】また、永久磁石６を挿入する鉄心４の永久
磁石埋め込み穴５の空隙部１２に挿入した円形棒１３、
多角形棒１４、若しくはパイプ１５と永久磁石６との間
に、非磁性かつ非導電性の板状の材料１６を挟んでい
る。

【０１２２】さらに、永久磁石６を挿入する鉄心４の永
久磁石埋め込み穴５の空隙部１２に挿入した円形棒１
３、多角形棒１４、若しくはパイプ１５と永久磁石６と
の間に挟む板状の材料１６を、接着せずに挟み込んでい
る。

【０１２３】次に、以上のように構成した本実施の形態
の永久磁石式リラクタンス型回転電機においては、永久
磁石６を挿入する鉄心４の永久磁石埋め込み穴５の空隙
部１２に挿入した円形棒１３、または多角形棒１４を、
円形、若しくは多角形パイプ１５としていることによ
り、永久磁石６の遠心力による鉄心４の非磁性部外周側
の変位、および変形が円形、若しくは多角形パイプ１５
によって支えられ、かつパイプ形状であることにより、
軽量となり遠心力による力も小さくなるため、鉄心４に
生じる応力が小さくなり、より高い高速運転が可能とな
り、また信頼性も向上させることができる。

【０１２４】また、鉄心４の永久磁石埋め込み穴５の空
隙部１２に挿入した円形、若しくは多角形棒、パイプ１
５と永久磁石６との間に、非磁性・非導電性の板状の材
料１６を挟んでいることにより、鉄心４の組立時の永久
磁石６の破損等を防止し、かつ板状の材料１６を挟み込
んでいることにより、永久磁石６の位置を精度良く固定
でき、永久磁石６の組立精度が大幅に向上し、さらに信
頼性も向上させることができる。

【０１２５】さらに、鉄心４の永久磁石埋め込み穴５の
空隙部１２に挿入した円形、若しくは多角形棒１３、若
しくは１４、パイプ１５との間に挟んだ板状の材料１６
を、接着剤等により接着せず挟み込んでいることによ
り、鉄心４の組立時に板状の材料を接着する作業を短縮
することができ、大幅に作業効率を向上させることがで
きる。

【０１２６】（第７の実施の形態：請求項１９，２０に
対応）図７は、本実施の形態による永久磁石式リラクタ
ンス型回転電機の構成例を示す回転子径方向の１／４断
面図であり、図３と同一要素には同一符号を付して示し
ている。

【０１２７】図７において、３，４，５，６，８，１２
は、図３の永久磁石式リラクタンス型回転電機の要素と
同様である。

【０１２８】図７において、本実施の形態では、永久磁
石６と永久磁石６を挿入する鉄心４の永久磁石埋め込み
穴５の形状を、テイパー形状としている。

【０１２９】また、永久磁石６と永久磁石６を挿入する
鉄心４の永久磁石埋め込み穴５との間に、フィルム状の
材料１７を挟み込んでいる。

【０１３０】次に、以上のように構成した本実施の形態
の永久磁石式リラクタンス型回転電機においては、永久
磁石６と永久磁石６を挿入する鉄心４の永久磁石埋め込
み穴５をテイパー形状としていることにより、鉄心４の
永久磁石埋め込み穴５と永久磁石６との間の隙間が小さ
くなり、電気的特性を向上させることができる。

【０１３１】また、永久磁石６の回転遠心力による力を
鉄心４の永久磁石埋め込み穴５のテーパー形状の面で支
えるため、永久磁石６と鉄心４の永久磁石埋め込み穴５
に生じる応力集中をほとんど無くすことができ、永久磁
石６と鉄心４の永久磁石埋め込み穴５の応力値を小さく
することができるため、より高い高速運転が可能とな
り、かつ永久磁石６と永久磁石埋め込み穴５がテーパー
形状であることにより、永久磁石６の位置を精度良く固
定でき、永久磁石６の組立精度が大幅に向上し、さらに
信頼性も向上させることができる。

【０１３２】さらに、永久磁石６と鉄心４の永久磁石埋
め込み穴５との間にフィルム状の材料１７を挟み込んで
いることにより、フィルム状の材料１７によって永久磁
石６が保護されるため、永久磁石６の破損、および劣化
等を防止することができ、信頼性、永久磁石の寿命を大
幅に向上させることができる。

【０１３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
機子コイルを有する固定子と、互いに隣り合う磁極間を
通る電機子の磁束を打ち消すような永久磁石を、全ての
相対する磁極の向きが同一となるように鉄心内に設け、
かつ前記磁極間の永久磁石外周側に非磁性部を設けるこ
とによって、周方向に磁気的凹凸を有する回転子とを備
えて構成される永久磁石式リラクタンス型回転電機にお
いて、磁極間の永久磁石外周側の非磁性部に、少なくと
も１本の柱を有してブリッジ構造とするか、または前記
永久磁石と当該永久磁石を挿入する鉄心の穴形状をＵの
字型のアーチ形状としているので、鉄心の永久磁石埋め
込み穴の両端に加わる永久磁石の遠心力による力を均等
にし、かつ鉄心の永久磁石埋め込み穴に軽比重の非磁性
部を設けているので、永久磁石の質量を減らして永久磁
石の遠心力による力を軽減し、総じて鉄心の永久磁石埋
め込み穴の周辺部の応力および変位量を小さくして高速
回転が可能となり、また信頼性も向上させることが可能
となる。

【０１３４】また、鉄心の永久磁石埋め込み穴の非磁性
部に、軽比重、高強度の円形、多角形棒、若しくはパイ
プを挿入しているので、永久磁石の欠落を防止し、かつ
永久磁石と円形、若しくは多角形棒、パイプとの間に板
状の材料を挟んでいるので、永久磁石挿入時の永久磁石
損傷を保護して、永久磁石の信頼性、寿命が大幅に向上
させることが可能となる。

【０１３５】また、永久磁石と鉄心の永久磁石埋め込み
穴の形状をテーパー形状としているので、製作時の永久
磁石の挿入を容易にし、かつ永久磁石と鉄心の永久磁石
埋め込み穴との間にフィルム状の材料を挟み込んでいる
ので、永久磁石の錆等の劣化を防止して、寿命、信頼性
を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による永久磁石式リラクタンス型回転電
機の第１の実施の形態を示す径方向断面図。

【図２】本発明による永久磁石式リラクタンス型回転電
機の第２の実施の形態を示す径方向断面図。

【図３】本発明による永久磁石式リラクタンス型回転電
機の第３の実施の形態を示す径方向断面図。

【図４】本発明による永久磁石式リラクタンス型回転電
機の第４の実施の形態を示す回転子径方向の１／４断面
図。

【図５】本発明による永久磁石式リラクタンス型回転電
機の第５の実施の形態を示す回転子径方向の１／４断面
図。

【図６】本発明による永久磁石式リラクタンス型回転電
機の第６の実施の形態を示す回転子径方向の１／４断面
図。

【図７】本発明による永久磁石式リラクタンス型回転電
機の第７の実施の形態を示す回転子径方向の１／４断面
図。

【図８】従来の永久磁石式リラクタンス型回転電機の構
成例を示す径方向断面図。

【図９】従来の永久磁石式リラクタンス型回転電機にお
けるｄ軸の電機子電流による回転子鉄心の磁極軸に沿っ
た方向の成分の磁束φｄの流れの一例を示す径方向断面
図。

【図１０】従来の永久磁石式リラクタンス型回転電機に
おけるｑ軸の電機子電流による磁極間４ｂを中心とした
径方向の軸に沿った方向の成分の磁束φｑの流れの一例
を示す径方向断面図。

【図１１】従来の永久磁石式リラクタンス型回転電機に
おける永久磁石が発生する磁束の流れの一例を示す径方
向断面図。

【符号の説明】

１…固定子 ２…電機子コイル ３…回転子 ４…鉄心 ４ａ…磁極部 ４ｂ…磁極間 ５…永久磁石埋め込み穴 ６…永久磁石 ７…磁性部 ８…非磁性部 ９…磁性部 １０…非磁性部柱 １１…磁極間中心 １２…永久磁石埋め込み穴空隙部 １３…円形棒 １４…多角形棒 １５…パイプ １６…板状材料 １７…フィルム状材料 φｄ…ｄ軸電流による磁束 φｑ…ｑ軸電流による磁束 φｍａ…永久磁石の磁束の流れ φｍｂ…永久磁石の磁束の流れ。

フロントページの続き (72)発明者 新 政憲 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番 地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 筒井 宏次 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番 地 株式会社東芝京浜事業所内 (56)参考文献 特開 平11−27913（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−201022（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−9537（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−107920（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−89133（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−45718（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−257702（ＪＰ，Ａ) 米国特許4924130（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 19/10,21/00,29/00 H02K 1/27 501

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電機子コイルを有する固定子と、互いに
   隣り合う磁極間を通る電機子の磁束を打ち消すような永
   久磁石を、全ての相対する磁極の向きが同一となるよう
   に鉄心内に設け、かつ前記磁極間の永久磁石外周側に非
   磁性部を設けることによって、周方向に磁気的凹凸を有
   する回転子とを備えて構成される永久磁石式リラクタン
   ス型回転電機において、 前記磁極間の永久磁石外周側の非磁性部に、少なくとも
   １本の柱を有してブリッジ構造としたことを特徴とする
   永久磁石式リラクタンス型回転電機。
2. 【請求項２】 前記請求項１に記載の永久磁石式リラク
   タンス型回転電機において、 前記磁極間の永久磁石外周側の非磁性部に、複数本の柱
   を有してブリッジ構造とし、かつ当該複数本の柱を交差
   させたことを特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転
   電機。
3. 【請求項３】 前記請求項１に記載の永久磁石式リラク
   タンス型回転電機において、 前記磁極間の永久磁石外周側の非磁性部の柱部分の断面
   積を、前記永久磁石外周側の非磁性部の断面積に対し
   て、５％〜３０％の割合の断面積としたことを特徴とす
   る永久磁石式リラクタンス型回転電機。
4. 【請求項４】 前記請求項１または請求項３に記載の永
   久磁石式リラクタンス型回転電機において、 前記磁極間の永久磁石外周側の非磁性部の柱の位置を、
   磁極に沿った一辺の長さに対して、前記磁極間中心から
   磁極に沿った辺の長さ方向に向かって、２５％〜４５％
   の割合の位置としたことを特徴とする永久磁石式リラク
   タンス型回転電機。
5. 【請求項５】 前記請求項１、請求項３、または請求項
   ４のいずれか１項に記載の永久磁石式リラクタンス型回
   転電機において、 前記磁極間の永久磁石外周側の非磁性部の柱の前記磁極
   間中心側の外周側と内径側の柱付け根部の曲率半径の形
   状を、内径側柱付け根部の曲率半径に対して、外周側柱
   付け根部の曲率半径を、希土類永久磁石を用いる場合に
   は５５％〜６５％の割合の曲率半径とし、またフェライ
   ト系永久磁石を用いる場合には１５％〜２５％の割合の
   曲率半径とし、かつ前記磁極間中心と反対側の外周側と
   内径側の柱付け根部の曲率半径の形状を、外周側柱付け
   根部の曲率半径に対して、内径側柱付け根部の曲率半径
   を、希土類永久磁石を用いる場合には６０％〜７０％の
   割合の曲率半径とし、またフェライト系永久磁石を用い
   る場合には４５％〜５５％の割合の曲率半径としたこと
   を特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。
6. 【請求項６】 前記請求項１乃至請求項５のいずれか１
   項に記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機におい
   て、 前記分割した永久磁石間の鉄心の柱部の断面積を、前記
   鉄心の永久磁石を挿入する穴の断面積に対して、５％〜
   ２０％の割合の断面積としたことを特徴する永久磁石式
   リラクタンス型回転電機。
7. 【請求項７】 前記請求項１乃至請求項６のいずれか１
   項に記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機におい
   て、 前記鉄心の永久磁石を挿入する穴の角部の曲率半径の形
   状を、当該鉄心に挿入する永久磁石の着磁方向にほぼ平
   行な方向の幅に対して、前記磁極間中心側の外周側柱付
   け根部の曲率半径、内周側柱付け根部の曲率半径、およ
   び前記磁極間中心と反対側の永久磁石挿入側角部の曲率
   半径を、希土類永久磁石を用いる場合には５５％〜６５
   ％：３５％〜４５％：５５％〜６５％の割合の曲率半径
   とし、またフェライト系永久磁石を用いる場合には４０
   ％〜５０％：２０％〜３０％：５５％〜６５％の割合の
   曲率半径としたことを特徴とする永久磁石式リラクタン
   ス型回転電機。
8. 【請求項８】 前記請求項６または請求項７に記載の永
   久磁石式リラクタンス型回転電機において、 前記永久磁石を挿入する前記鉄心の永久磁石埋め込み穴
   に、空隙部を設けたことを特徴とする永久磁石式リラク
   タンス型回転電機。
9. 【請求項９】 電機子コイルを有する固定子と、互いに
   隣り合う磁極間を通る電機子の磁束を打ち消すような永
   久磁石を、全ての相対する磁極の向きが同一となるよう
   に鉄心内に設け、かつ前記磁極間の永久磁石外周側に非
   磁性部を設けることによって、周方向に磁気的凹凸を有
   する回転子とを備えて構成される永久磁石式リラクタン
   ス型回転電機において、 前記永久磁石と当該永久磁石を挿入する鉄心の穴形状を
   Ｕの字型のアーチ形状としたことを特徴とする永久磁石
   式リラクタンス型回転電機。
10. 【請求項１０】 前記請求項９に記載の永久磁石式リラ
    クタンス型回転電機において、 前記永久磁石を挿入する前記鉄心の永久磁石埋め込み穴
    に、空隙部を設けたことを特徴とする永久磁石式リラク
    タンス型回転電機。
11. 【請求項１１】 前記請求項８または請求項１０に記載
    の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、 前記永久磁石を挿入する前記鉄心の永久磁石埋め込み穴
    の空隙部を、軽量かつ高強度の非磁性材料で埋めたこと
    を特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。
12. 【請求項１２】 前記請求項８または請求項１０に記載
    の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、 前記永久磁石を挿入する前記鉄心の永久磁石埋め込み穴
    の空隙部を、ボンド状の充填材で埋めて、固化させたこ
    とを特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。
13. 【請求項１３】 前記請求項８または請求項１０に記載
    の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、 前記永久磁石を挿入する前記鉄心の永久磁石埋め込み穴
    の空隙部を、発泡性樹脂で埋めて、固化させたことを特
    徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。
14. 【請求項１４】 前記請求項８または請求項１０に記載
    の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、 前記永久磁石を挿入する前記鉄心の永久磁石埋め込み穴
    の空隙部に、軽量かつ高強度の非磁性材料からなる円形
    棒を挿入したことを特徴とする永久磁石式リラクタンス
    型回転電機。
15. 【請求項１５】 前記請求項８または請求項１０に記載
    の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、 前記永久磁石を挿入する前記鉄心の永久磁石埋め込み穴
    の空隙部に、軽量かつ高強度の非磁性材料からなり、か
    つ前記鉄心の永久磁石埋め込み穴の空隙部の内側に少な
    くとも３点の角部が接する多角形の棒を挿入したことを
    特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。
16. 【請求項１６】 前記請求項１４または請求項１５に記
    載の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、 前記永久磁石を挿入する前記鉄心の永久磁石埋め込み穴
    の空隙部に挿入した円形棒、または多角形棒を、円形、
    若しくは多角形パイプとしたことを特徴とする永久磁石
    式リラクタンス型回転電機。
17. 【請求項１７】 前記請求項１４乃至請求項１６のいず
    れか１項に記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機に
    おいて、 前記永久磁石を挿入する前記鉄心の永久磁石埋め込み穴
    の空隙部に挿入した円形棒、多角形棒、若しくはパイプ
    と前記永久磁石との間に、非磁性かつ非導電性の板状の
    材料を挟んだことを特徴とする永久磁石式リラクタンス
    型回転電機。
18. 【請求項１８】 前記請求項１４乃至請求項１６のいず
    れか１項に記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機に
    おいて、 前記永久磁石を挿入する前記鉄心の永久磁石埋め込み穴
    の空隙部に挿入した円形棒、多角形棒、若しくはパイプ
    と前記永久磁石との間に挟む板状の材料を、接着せずに
    挟み込んだことを特徴とする永久磁石式リラクタンス型
    回転電機。
19. 【請求項１９】 前記請求項６乃至請求項１８のいずれ
    か１項に記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機にお
    いて、 前記永久磁石と当該永久磁石を挿入する前記鉄心の永久
    磁石埋め込み穴の形状を、テイパー形状としたことを特
    徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。
20. 【請求項２０】 前記請求項６乃至請求項１９のいずれ
    か１項に記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機にお
    いて、 前記永久磁石と当該永久磁石を挿入する前記鉄心の永久
    磁石埋め込み穴との間に、フィルム状の材料を挟み込ん
    だことを特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電
    機。