JP5805334B2 - 永久磁石式回転電機 - Google Patents

Description

この発明は、永久磁石式回転電機に関する。

永久磁石式回転電機では、コギングトルクやトルクリップルといったトルク脈動を低減する目的で、電機子や界磁子に対して軸方向に磁極の位置を変化させた形状、いわゆるスキューした形状とすることがある。例えば回転子に永久磁石をもつ永久磁石回転電機においては、軸方向に磁石を分割した上で周方向にそれぞれの角度をずらして配置することにより、それぞれの部位にて発生するコギングトルクやトルクリップルといったトルク脈動を相殺し、モータ全体のトルク脈動を低減させている。例えば、特開平６−２４５４１７号公報（特許文献１）、特開平８−２５１８４７号公報（特許文献２）、特開２００１−３１４０５０号公報（特許文献３）に開示されている。

特開平６−２４５４１７号公報（図２） 特開平８−２５１８４７号公報（図３） 特開２００１−３１４０５０号公報（図５）

永久磁石式回転電機においては、永久磁石の減磁が起こらない構造とすることが求められる。通常、減磁が起こらないようにするためには永久磁石の端部を厚くする、または永久磁石の保磁力を増加させる構成が用いられる。従来技術の永久磁石をスキューした形状の回転子においては、回転子が正逆回転に対して対称とするためには磁石の両端に対しての前記の構成、即ち両端に対して厚みを増加する、または両端に対して保磁力を向上させるといった構成が用いられるが、過剰に厚みを増やしている、または過剰に保磁力の大きい磁石を用いるといったことが起こっていた。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、永久磁石が磁極を形成しており、その永久磁石がスキューしている回転子において、減磁の最も起こりやすい箇所を見出し、該箇所について局所的に減磁耐力を上げる構造とすること、すなわち該箇所の磁石厚みを増加する、もしくは該箇所の磁石の保磁力を増加させた構造とすることにより、回転子にスキューを有し、回転子の各部分や磁石単極については正逆回転に対して非対称ながら回転子全体としては正逆回転に対して対称であり、回転子の磁石重量が小さい、もしくは低保磁力材料の磁石でありながら減磁耐力が大きい永久磁石式回転電機を得ることを目的とするものである。

本発明に係る永久磁石式回転電機は、永久磁石により複数の磁極が形成される回転子を備えた回転電機において、前記回転子の所定回転方向を磁極位置を示す機械角度の正の方向とした際に、前記回転子の軸方向全体を平均した各磁極中心に対して、回転子の軸方向の一部を構成する第１の回転子部についてその各磁極位置が正の方向にずれており、また、前記第１の回転子部と異なる軸方向位置で前記回転子の軸方向の一部を構成する第２の回転子部についてその各磁極位置が負の方向にずれていることで回転子の各磁極全体を形成しており、前記磁極が前記回転子の正の方向にずれている前記第１の回転子部の前記磁極を形成する永久磁石は、その磁石の周方向について正の部分の端部が負の部分の端部よりも減磁耐力の強い減磁耐力強化部分として構成され、前記磁極が前記回転子の負の方向にずれている前記第２の回転子部の前記磁極を形成する永久磁石はその磁石の周方向について負の部分の端部が正の部分の端部よりも減磁耐力の強い減磁耐力強化部分として構成されているものである。

本発明によれば、回転子にスキューを有し、回転子の各部分や磁石単極については正逆回転に対して非対称ながら回転子全体としては正逆回転に対して対称であり、回転子の磁石重量が小さい、もしくは低保磁力材料の磁石でありながら全体として減磁耐力が大きい永久磁石式回転電機を得ることができる。

ｑ軸通電にて回転している永久磁石式回転電機における固定子起磁力と回転子の相対位置を説明する展開模式図である。 ｑ軸通電にて回転している永久磁石式回転電機における減磁しやすい箇所を説明する展開模式図である。 弱め界磁通電にて回転している永久磁石式回転電機における固定子起磁力と回転子の相対位置を説明する展開模式図である。 スキューを有する永久磁石式回転電機の回転子を示す斜視図である。 （a）は回転子がスキューを有する場合の永久磁石式回転電機が、正の方向に回転している際の固定子起磁力と回転子の相対位置を説明する展開模式図、（b）は回転子がスキューを有する場合の永久磁石式回転電機が、負の方向に回転している際の固定子起磁力と回転子の相対位置を説明する展開模式図である。 （a）は実施の形態１に関する回転電機の回転子の斜視図、（b）は実施の形態１に関する回転電機の回転子の正方向にスキューした部位の横断面形状を示す略式図、（c）は実施の形態１に関する回転電機の回転子の負方向にスキューした部位の横断面形状を示す略式図である。 （a）は実施の形態２に関する回転電機の回転子の斜視図、（b）は実施の形態２に関する回転電機の回転子の正方向にスキューした部位の横断面形状を示す略式図、（c）は実施の形態２に関する回転電機の回転子の負方向にスキューした部位の横断面形状を示す略式図である。 （a）は実施の形態３に関する３段のスキューを有する回転電機の回転子の斜視図、（b）は実施の形態３に関する回転電機の回転子の正方向にスキューした部位の横断面形状を示す略式図、（c）は実施の形態３に関する回転電機の回転子のスキューしていない部位の横断面形状を示す略式図、（d）は実施の形態３に関する回転電機の回転子の負方向にスキューした部位の横断面形状を示す略式図である。 実施の形態４に関する正の方向にスキューする部位と負の方向にスキューする部位が交互に軸方向に連なる回転電機の回転子の斜視図である。 （a）は実施の形態５に関する３段のスキューを有する回転電機の回転子の斜視図、（b）は実施の形態５に関する回転電機の回転子の正方向にスキューした部位の横断面形状を示す略式図、（c）は実施の形態５に関する回転電機の回転子のスキューしていない部位の横断面形状を示す略式図、（d）は実施の形態５に関する回転電機の回転子の負方向にスキューした部位の横断面形状を示す略式図である。 実施の形態６に関する正の方向にスキューする部位と負の方向にスキューする部位が交互に軸方向に連なる回転電機の回転子の斜視図である。 （a）は実施の形態７に関する回転電機の回転子の斜視図、（b）は実施の形態７に関する回転電機の回転子の正方向にスキューした部位の横断面形状を示す略式図、（c）は実施の形態７に関する回転電機の回転子の負方向にスキューした部位の横断面形状を示す略式図である。 （a）は実施の形態８に関する回転電機の回転子の斜視図、（b）は実施の形態８に関する回転電機の回転子の正方向にスキューした部位の横断面形状を示す略式図、（c）は実施の形態８に関する回転電機の回転子の負方向にスキューした部位の横断面形状を示す略式図である。

実施の形態１．
本発明に係る実施の形態１を図１〜６について説明する。図１〜５は本発明に関する基本事項を説明するための展開模式図および回転電機の回転子の斜視図である。図６は実施の形態１に関する回転電機の回転子の斜視図および回転子の各部位における横断面形状を示す略式図である。
永久磁石式回転電機の回転子が永久磁石を有して磁極を形成しており、またその永久磁石がスキューしている回転子において、永久磁石の中で減磁しやすい特定の箇所があることを、以下に説明する。スキューを有する回転子の減磁しやすい箇所を明らかにするために、まず、スキューを有しない回転子の減磁しやすい箇所を説明する。
図１および図２は回転している永久磁石式回転電機における固定子１の起磁力と回転子２の相対位置を説明する展開模式図である。図１および図２では、固定子１の通電位相について、回転子２の磁極間に固定子起磁力波形の基本波のピークが来る位相、すなわちｑ軸通電を表している。
ここで、永久磁石の回転方向位置を示す用語として、回転子２の回転方向側を回転方向進み側、回転子２の回転方向と逆側を回転方向遅れ側と呼ぶこととする。即ち、図１において、磁石の位置２ａは回転方向進み側、位置２ｂは回転方向遅れ側である。

図１に示すように、回転子２の永久磁石ＰＭが回転方向進み側２ａでは固定子起磁力より引力を受け、回転方向遅れ側２ｂでは固定子起磁力より斥力を受けることにより、回転子２は回転方向に回転する力、即ちトルクを得ている。言い換えれば、回転子２の永久磁石は、回転方向進み側２ａでは磁石磁束を強める方向の磁界を固定子から受け、また回転方向遅れ側２ｂでは磁石磁束を弱める方向の磁界を固定子１より受ける。
図２にその様子を示す。回転子２の永久磁石は、回転子２の回転方向遅れ側２ｂで磁石磁束を弱める方向の磁界を固定子１より受けるため、回転方向遅れ側２ｂが最も減磁しやすい。図２において、減磁しやすい箇所を符号Ｄで示す。

なお、以上はｑ軸通電時の考察であるが、回転子２の永久磁石が回転子２の回転方向遅れ側２ｂで減磁しやすいことは、弱め界磁時においても同様である。
図３に、弱め界磁通電にて回転している永久磁石式回転電機における固定子起磁力と回転子２の相対位置を説明する模式図を示す。永久磁石の磁束を弱める通電である弱め界磁通電では、より永久磁石が減磁しやすい。弱め界磁通電においては、固定子起磁力に対して回転子位置が遅れている。そのため、図３から分るように、固定子起磁力のピークが、磁石の極間Ｌから、磁石の極間Ｌに対し進み側の磁石の、遅れ側の部位にくることとなり、その結果、磁石の回転方向遅れ側はｑ軸通電時よりもさらに減磁しやすくなる。図３に減磁しやすい箇所を符号Ｄで示す。

これまでの説明により、永久磁石式回転電機のスキューを有しない回転子において、回転方向遅れ側が減磁しやすいことを述べた。次に、スキューを有する回転子での減磁しやすい箇所を説明する。
図４に２段のスキューを有する永久磁石式回転電機の回転子２を示す。図４に示す回転子２において、一方の軸端２１を軸端Ａ、他方の軸端２２を軸端Ｂとして、軸端Ａから軸端Ｂの方向を見たときの反時計回りの方向を、正の方向と呼ぶこととする。回転子２全体の中で、２段のスキューにより正の方向にずれている部位を回転子部２Ｘ、負の方向にずれている部位を回転子部２Ｙと呼ぶこととする。回転子２が正の方向に回転する際には、回転子部２Ｘが回転方向進み側の部位、回転子部２Ｙが回転方向遅れ側の部位となる。逆に回転子２が負の方向に回転する際には、回転子部２Ｘが回転方向遅れ側の部位、回転子部２Ｙが回転方向進み側の部位となる。

図５に回転子がスキューを有する場合の永久磁石式回転電機における固定子起磁力と回転子２の相対位置を説明する模式図を示す。通電はｑ軸通電である。図５（a）は正方向への回転時を示す。ここでは回転子部２Ｙが回転子部２Ｘに対して遅れている。スキューを有しない回転子にて説明したように、永久磁石は遅れ側の位置で減磁が起こりやすいが、２段スキューを行っている回転子では回転子部２Ｘよりも回転子部２Ｙの遅れ側がより減磁が起こりやすい。
また、図５（b）は負方向への回転時を示す。ここでは正方向への回転時とは進み側と遅れ側が逆となり、回転子部２Ｘが回転子部２Ｙに対して遅れている。図５（ｂ）においては、回転子部２Ｘが遅れているため、回転子部２Ｘの遅れ側で減磁が起こりやすくなる。

正方向の回転での考察と負方向の回転での考察を併せて考えると、回転子全体としては、正方向にずれている部分である回転子部２Ｘの正方向の部分、及び負方向にずれている部分である回転子部２Ｙの負方向の部分において減磁が起こりやすい構造となっていることが分る。
従来技術におけるスキューを有する回転子においては、前記の示すようなスキューに伴う特に減磁が発生しやすい箇所を明らかにされていることはなく、減磁に対する耐力を向上するためには各磁石の両方の端部について減磁耐力を向上する処置が通常であった。具体的には、磁石両端部の厚みを厚くすることにより磁石のパーミアンス係数を両端部のみ局部的に増加させる、または両端部について局所的に保磁力の大きい磁石を用いるといった手法がとられていた。実際には、スキューを有する回転子においては減磁の起きやすいのは磁石の両端部ではなく片方の端部なので、これでは必要以上に磁石重量が増える、磁石部材が増える、また磁石の保磁力を向上させる範囲が広くなるということが行われていた。

図６は実施の形態１に関する永久磁石式回転電機の回転子２の図である。図６（a）に回転子２の斜視図、図６（b）と図６（c）にこの回転子２の各部位における断面の形状を示す。図６（a）に示すように、回転子２の各磁極を形成する磁石は軸方向に２段にスキューしている。
図のように一方の軸端２１を軸端Ａ、他方の軸端２２を軸端Ｂとして、軸端Ａから軸端Ｂを見て反時計まわりをこの回転子の正の方向と呼ぶときに、正のほうにスキューをしている部位を回転子部２Ａ、負の方向にスキューしている部位を回転子部２Ｂと呼ぶこととする。

図６（b）に回転子部２Ａ、図６（c）に回転子部２Ｂを示す。図６（a）（b）（c）中に磁極間の中心位置Ｃを示す。
正の方向にスキューをしている回転子部２Ａは正の方向の端部Ｆの方が負の方向の端部よりも磁石厚が大きくなっており、負の方向にスキューしている回転子部２Ｂは負の方向の端部Ｆの方が正の方向の端部よりも磁石厚が大きくなっている。磁石の厚みを増やした個所は固定子１と回転子２の空隙長が短くもなるため、磁石のパーミアンス係数が増加して減磁耐力が向上する。これまでで明らかにした、減磁が起こりやすい部位である、正の方向にスキューしている回転子部２Ａの正の方向の部位および負の方向にスキューしている回転子部２Ｂの負の方向の部位Ｆについて磁石の厚みを厚くして減磁耐力強化部分を構成することにより、回転子２はスキュー効果を有しながら、全体として減磁耐力を向上させることができる。

また、磁石の両端部共に厚くするよりも、磁石の重量を低減することができ、安価な回転子を得ることができる。さらに、各磁石について端部の厚みを厚くした部位は、片方の端部のみであるため、各磁石、および回転子部２Ａ、回転子部２Ｂのそれぞれ単体では正逆回転に対して非対称な構造となっているが、回転子部２Ａと回転子部２Ｂが互いに軸対称な構造となっていることから、回転子全体としては正逆回転に対して対称な構造となっている。このため、回転電機を正逆の両方向に駆動する際には、制御性に優れる。
なお、図６は回転子の磁極数が８極の場合を示しているが、磁極数は８極に限ったものではなく、いずれの磁極数でももちろん良い。

この実施の形態１では、次の構成を具備し、下記の効果を奏することができる。
（構成）
固定子鉄心および巻線を有する固定子、ならびに、円筒状の回転子本体の外周面において周方向に分布する複数の磁極を形成する永久磁石ＰＭを有する回転子２を具備する回転電機であって、
回転子２は、回転電機の片側の軸端２１をＡ、他方の軸端２２をＢとしてＡからＢの方向を見た時の反時計回り方向を磁極位置を示す機械角度の正の方向とした際に、その回転子２の軸方向全体を平均した各磁極中心Ｃに対して、
回転子２の軸方向の一部を構成する回転子部２Ａについてその各磁極位置が正の方向にずれており、また、
回転子部２Ａと異なる軸方向位置で回転子２の軸方向の一部を構成する回転子部２Ｂについてその各磁極位置が負の方向にずれていることで回転子２の各磁極全体を形成しており、
その回転子２の正の方向にずれている部分を構成する回転子部２Ａの永久磁石ＰＭは、その磁石ＰＭの周方向について正の部分の端部Ｆが負の部分の端部に対して厚みが大きくなっていて減磁耐力強化部分を構成し、
その回転子２の負の方向にずれている部分を構成する回転子部２Ｂの前記磁極を形成する永久磁石ＰＭは、その磁石ＰＭの周方向について負の部分の端部Ｆが正の部分の端部に対して厚みが大きくなっていて減磁耐力強化部分を構成していることを特徴とする、回転電機。
（効果）
（１）スキュー効果を持ったまま減磁の起こりにくい回転子、及び回転電機を得る。
（２）正逆回転に対して対称な回転子、及び回転電機を得る。
（３）減磁の起こりやすい箇所についてのみ磁石の厚みを大きくすることにより、磁石の重量を小さく、安価な回転子、及び回転電機を得る。

実施の形態２．
本発明に係る実施の形態２を図７について説明する。図７は実施の形態２に関する永久磁石式回転電機の回転子の構成説明図である。図７（a）に回転子３の斜視図、図７（b）と図７（c）にこの回転子の各部位における横断面形状を示す。
図７（a）に示すように、回転子３の各磁極を形成する磁石は軸方向に２段にスキューしている。図のように一方の軸端３１、他方の軸端３２として、軸端３１から軸端３２を見て反時計まわりをこの回転子３の正の方向と呼ぶときに、正のほうにスキューをしている部位を回転子部３Ａ、負の方向にスキューしている部位を回転子部３Ｂと呼ぶこととする。
図７（b）に回転子部３Ａの横断面形状を、図７（c）に回転子部３Ｂの横断面形状を示す。また、図７（a）（b）（c）中に磁極間の中心位置Ｃを示す。

正の方向にスキューをしている回転子部３Ａは正の方向の端部の方が負の方向の端部よりも磁石の保磁力を大きくしてあり、負の方向にスキューしている回転子部３Ｂは負の方向の端部の方が正の方向の端部よりも磁石の保磁力を大きくしてある。図中で保磁力を大きくした部位を網掛け表示し符号Ｇで示す。
なお、磁石の端部の保磁力を大きくする手段としては、単一の磁石の中で端部のみ保磁力を大きくした磁石を用いてもよいし、保磁力の異なる複数の部材を用い、保磁力を大きくする側の端部に保磁力の大きい磁石を配置してもよい。減磁の起こりやすい部位に局所的に保磁力を大きくした磁石材を用いることにより、両端部や磁石全体の保磁力を大きくするなど、必要以上に保磁力を大きくした磁石を用いる必要がなく、安価な回転子を得られる。また、保磁力を大きくすることにより、一般に磁石の残留磁石密度は小さくなるため、必要以上に保磁力を大きくしないことは、磁石の磁束を高める効果もある。

この実施の形態２では、次の構成を具備し、下記の効果を奏することができる。
（構成）
固定子鉄心および巻線を有する固定子、ならびに、円筒状の回転子本体の外周面において周方向に分布する複数の磁極を形成する永久磁石ＰＭを有する回転子３を具備する回転電機であって、
回転子３は、回転電機の片側の軸端３１をＡ、他方の軸端３２をＢとしてＡからＢの方向を見た時の反時計回り方向を磁極位置を示す機械角度の正の方向とした際に、その回転子３の軸方向全体を平均した各磁極中心Ｃに対して、
回転子３の軸方向の一部を構成する回転子部３Ａについてその各磁極位置が正の方向にずれており、また、
回転子部３Ａと異なる軸方向位置で回転子３の軸方向の一部を構成する回転子部３Ｂについてその各磁極位置が負の方向にずれていることで回転子３の各磁極全体を形成しており、
その回転子３の正の方向にずれている部分を構成する回転子部３Ａの永久磁石ＰＭは、
その磁石ＰＭの周方向について正の部分の端部Ｇが負の部分の端部に対して保磁力を大きくして減磁耐力強化部分を構成しており、
その回転子３の負の方向にずれている部分を構成する回転子部３Ｂの前記磁極を形成する永久磁石ＰＭは、その磁石ＰＭの周方向について負の部分の端部Ｇが正の部分の端部に対して保磁力を大きくして減磁耐力強化部分を構成していることを特徴とする、回転電機。
（効果）
（１）スキュー効果を持ったまま減磁の起こりにくい回転子、及び回転電機を得る。
（２）正逆回転に対して対称な回転子、及び回転電機を得る。
（３）減磁の起こりやすい箇所についてのみ保磁力を大きくすることにより、必要以上に磁石の保磁力を大きくしていない、安価な回転子、及び回転電機を得る。

実施の形態３．
本発明に係る実施の形態３を図８について説明する。図８は実施の形態３に関する永久磁石式回転電機の回転子に関する斜視図および回転子の各部位における横断面形状を示す略式図である。
上述の実施の形態１においては、永久磁石式回転電機の回転子が軸方向に回転子の部位が２つ連なりスキューを有している場合を示したが、３段以上の部位が連なっていても本発明は適用できる。これまでと同様に考察することにより、回転子のスキューしている部位の数に関わらず、軸方向に各部位を見たときの、回転子全体での磁極位置に対して正の方向にスキューしている部位の磁石の正の方向の箇所、また負の方向にスキューしている部位の磁石の負の方向の箇所が減磁の起こりやすい箇所となる。
図８に実施の形態３に係る３段のスキューを有する回転子を示す。図８（a）に回転子４の斜視図、図８（b）（c）（d）にこの回転子４の各部位、回転子部４Ａ、回転子部４Ｂ、回転子部４Ｃにおける断面形状を示す。回転子部４Ａは正の方向にスキューしており、回転子部４Ｂは負の方向にスキューしており、回転子部４Ｃはその各磁極が回転子全体の磁極位置と同一になっている。
また、回転子部４Ａの正の方向へのスキュー角度と回転子部４Ｂの負の方向へのスキュー角度は同一となっている。この回転子４での最も減磁の起きやすい箇所は、回転子部４Ａの正の方向の箇所Ｆ、また、回転子部４Ｂの負の方向の箇所Ｆとなる。減磁の起きやすい回転子部４Ａの正の方向の箇所Ｆ、また、回転子部４Ｂの負の方向の箇所Ｆについて磁石の厚みを厚くすることにより、実施の形態１にて説明した回転子２と同様の効果を得られ、さらにスキューの段数が多いことから、よりコギングトルクやトルクリップルといったトルクの脈動が抑えられた回転子を得ることができる。

以上の説明では、３段のスキューを有する回転子について述べたが、４段以上のスキューを有していても同様に本発明を適用できる。すなわち、軸方向に各部位を見たときの、正の方向にスキューしている部位の磁石の正の方向の箇所、また負の方向にスキューしている部位の磁石の負の方向の箇所が減磁の起こりやすい箇所であるため、該当箇所について、磁石の厚みを厚くすることにより、回転子はスキュー効果を有しながら、減磁耐力を向上させることができる。

この実施の形態３では、次の構成を具備し、下記の効果を奏することができる。
（構成）
固定子鉄心および巻線を有する固定子、ならびに、円筒状の回転子本体の外周面において周方向に分布する複数の磁極を形成する永久磁石ＰＭを有する回転子４を具備する回転電機であって、
回転子４を３段以上のスキューを有する回転子部４Ａ，４Ｂ，４Ｃ〜で構成するものであり、
回転子４は、回転電機の片側の軸端４１をＡ、他方の軸端４２をＢとしてＡからＢの方向を見た時の反時計回り方向を磁極位置を示す機械角度の正の方向とした際に、
その回転子４の軸方向全体を平均した各磁極中心Ｃに対して、
回転子４の軸方向の一部を構成する回転子部４Ａについてその各磁極位置が正の方向にずれており、また、
回転子部４Ａと異なる軸方向位置で回転子４の軸方向の一部を構成する回転子部４Ｂについてその各磁極位置が負の方向にずれており、しかも、
回転子部４Ａおよび回転子部４Ｂと異なる軸方向位置で回転子４の軸方向の一部を構成する回転子部４Ｃについてその各磁極位置が各磁極中心Ｃと一致し、かつ、回転子部４Ｃが回転子部４Ａと回転子部４Ｂとの間に配設されていることで回転子４の各磁極全体を形成しており、
その回転子４の正の方向にずれている部分を構成する回転子部４Ａの永久磁石ＰＭは、その磁石ＰＭの周方向について正の部分の端部Ｆが負の部分の端部に対して厚みが大きくなっていて減磁耐力強化部分を構成し、
その回転子４の負の方向にずれている部分を構成する回転子部４Ｂの前記磁極を形成する永久磁石ＰＭは、その磁石ＰＭの周方向について負の部分の端部Ｆが正の部分の端部に対して厚みが大きくなっていて減磁耐力強化部分を構成していることを特徴とする、回転電機。
（効果）
（１）スキュー効果を持ったまま減磁の起こりにくい回転子、及び回転電機を得る。
（２）正逆回転に対して対称な回転子、及び回転電機を得る。
（３）減磁の起こりやすい箇所についてのみ磁石の厚みを大きくすることにより、磁石の重量を小さく、安価な回転子、及び回転電機を得る。
（４）より大きなスキューの効果を得られる。

実施の形態４．
本発明に係る実施の形態４を図９について説明する。図９は実施の形態４に関する永久磁石式回転電機の回転子に関する斜視図である。
図９に実施の形態４に係る回転子全体での磁極位置に対して正の方向にスキューしている部位を構成する回転子部５Ａと負の方向にスキューしている部位を構成する回転子部５Ｂとが交互に軸方向に連なった回転子５を示す。図９に示すように、正の方向にスキューしている部位を構成する回転子部５Ａの正の方向の箇所Ｆ、また負の方向にスキューしている部位を構成する回転子部５Ｂの負の方向の箇所Ｆの磁石の厚みを厚くすることにより、実施の形態１にて説明した回転子２と同様の効果を得られ、さらに軸方向にも対称な構造であることからスラスト力が発生することを防ぎ、ベアリングの寿命を長くすることができるという効果もある。

この実施の形態４では、次の構成を具備し、下記の効果を奏することができるものである。
（構成）
固定子鉄心および巻線を有する固定子、ならびに、円筒状の回転子本体の外周面において周方向に分布する複数の磁極を形成する永久磁石ＰＭを有する回転子５を具備する回転電機であって、
回転子５は、回転電機の片側の軸端５１をＡ、他方の軸端５２をＢとしてＡからＢの方向を見た時の反時計回り方向を磁極位置を示す機械角度の正の方向とした際に、
その回転子５の軸方向全体を平均した各磁極中心Ｃに対して、
回転子５の軸方向の一部を構成する回転子部５Ａについてその各磁極位置が正の方向にずれており、また、
回転子部５Ａと異なる軸方向位置で回転子５の軸方向の一部を構成する回転子部５Ｂについてその各磁極位置が負の方向にずれており、しかも、
回転子部５Ａと回転子部５Ｂとは異なる軸方向位置でそれぞれ複数設けられるともに、複数設けられた回転子部５Ａの間に複数設けられた回転子部５Ｂの少なくとも一部すなわち全部または一部を配設することで回転子５の各磁極全体を形成しており、
その回転子５の正の方向にずれている部分の永久磁石ＰＭは、その磁石ＰＭの周方向について正の部分の端部Ｆが負の部分の端部に対して厚みが大きくなっていて減磁耐力強化部分を構成し、
その回転子５の負の方向にずれている部分の前記磁極を形成する永久磁石ＰＭは、その磁石ＰＭの周方向について負の部分の端部Ｆが正の部分の端部に対して厚みが大きくなっていて減磁耐力強化部分を構成していることを特徴とする、回転電機。
（効果）
（１）スキュー効果を持ったまま減磁の起こりにくい回転子、及び回転電機を得る。
（２）正逆回転に対して対称な回転子、及び回転電機を得る。
（３）減磁の起こりやすい箇所についてのみ磁石の厚みを大きくすることにより、磁石の重量を小さく、安価な回転子、及び回転電機を得る。
（４）より大きなスキューの効果を得られ、また、スラスト力を低減させることができる。

実施の形態５．
本発明に係る実施の形態５を図１０について説明する。図１０に実施の形態５に係る３段のスキューを有する回転子６を示す。図１０（a）に回転子６の斜視図、図１０（b）（c）（d）にこの回転子６の各部位、回転子部６Ａ、回転子部６Ｂ、回転子部６Ｃにおける断面形状を示す。回転子部６Ａは回転子全体での磁極位置に対して正の方向にスキューしており、回転子部６Ｂは負の方向にスキューしており、回転子部６Ｃはその各磁極が回転子全体の磁極位置と同一になっている。また、回転子部６Ａの正の方向へのスキュー角度と回転子部６Ｂの負の方向へのスキュー角度は同一となっている。
この回転子６での最も減磁の起きやすい箇所は、回転子部６Ａの正の方向の箇所Ｇ、また、回転子部６Ｂの負の方向の箇所Ｇとなる。減磁の起きやすい回転子部６Ａの正の方向の箇所Ｇ、また、回転子部６Ｂの負の方向の箇所Ｇについて保磁力を大きくし減磁耐力強化部分を構成することにより、実施の形態２にて説明した回転子３と同様の効果を得られ、さらにスキューの段数が多いことから、よりコギングトルクやトルクリップルといったトルクの脈動が抑えられた回転子を得ることができる。

以上の説明では、３段のスキューを有する回転子について述べたが、４段以上のスキューを有していても同様である。すなわち、軸方向に各部位を見たときの、正の方向にスキューしている部位の磁石の正の方向の箇所、また負の方向にスキューしている部位の磁石の負の方向の箇所が減磁の起こりやすい箇所であるため、該当箇所について、保磁力を大きくすることにより、回転子はスキュー効果を有しながら、減磁耐力を向上させることができる。

この実施の形態５では、次の構成を具備し、下記の効果を奏することができるものである。
（構成）
固定子鉄心および巻線を有する固定子、ならびに、円筒状の回転子本体の外周面において周方向に分布する複数の磁極を形成する永久磁石ＰＭを有する回転子６を具備する回転電機であって、
回転子６を３段以上のスキューを有する回転子部６Ａ，６Ｂ，６Ｃ〜で構成するものであり、
回転子６は、回転電機の片側の軸端６１をＡ、他方の軸端６２をＢとしてＡからＢの方向を見た時の反時計回り方向を磁極位置を示す機械角度の正の方向とした際に、
その回転子６の軸方向全体を平均した各磁極中心Ｃに対して、
回転子６の軸方向の一部を構成する回転子部６Ａについてその各磁極位置が正の方向にずれており、また、
回転子部６Ａと異なる軸方向位置で回転子６の軸方向の一部を構成する回転子部６Ｂについてその各磁極位置が負の方向にずれており、しかも、
回転子部６Ａおよび回転子部６Ｂと異なる軸方向位置で回転子６の軸方向の一部を構成する回転子部６Ｃについてその各磁極位置が各磁極中心Ｃと一致し、かつ、回転子部６Ｃが回転子部６Ａと回転子部６Ｂとの間に配設されていることで回転子６の各磁極全体を形成しており、
その回転子６の正の方向にずれている部分を構成する回転子部６Ａの前記磁極を形成する永久磁石ＰＭは、その磁石ＰＭの周方向について正の部分の端部Ｇが負の部分の端部に対して保磁力が大きくなっていて減磁耐力強化部分を構成し、
その回転子６の負の方向にずれている部分を構成する回転子部６Ｂの前記磁極を形成する永久磁石ＰＭは、その磁石ＰＭの周方向について負の部分の端部Ｇが正の部分の端部に対して保磁力が大きくなっていて減磁耐力強化部分を構成していることを特徴とする、回転電機。
（効果）
（１）スキュー効果を持ったまま減磁の起こりにくい回転子、及び回転電機を得る。
（２）正逆回転に対して対称な回転子、及び回転電機を得る。
（３）減磁の起こりやすい箇所についてのみ磁石の保磁力を大きくすることにより、磁石の重量を小さく、安価な回転子、及び回転電機を得る。
（４）より大きなスキューの効果を得られる。

実施の形態６．
本発明に係る実施の形態６を図１１について説明する。図１１に実施の形態６に係る回転子全体での磁極位置に対して正の方向にスキューしている部位を構成する回転子部７Ａと負の方向にスキューしている部位を構成する回転子部７Ｂとが交互に軸方向に連なった回転子７を示す。
図１１に示すように、正の方向にスキューしている部位を構成する回転子部７Ａの磁極を形成する永久磁石ＰＭの正の方向の箇所、また負の方向にスキューしている部位を構成する回転子部７Ｂの磁極を形成する永久磁石ＰＭの負の方向の箇所の磁石の保磁力を大きくし（保磁力の大きな箇所を符号Ｇで示す）、減磁耐力強化部分を構成することにより、実施の形態２にて説明した回転子３と同様の効果を得られ、さらに軸方向にも対称な構造であることからスラスト力が発生することを防ぎ、ベアリングの寿命を長くすることができる。

この実施の形態６では、次の構成を具備し、下記の効果を奏することができるものである。
（構成）
固定子鉄心および巻線を有する固定子、ならびに、円筒状の回転子本体の外周面において周方向に分布する複数の磁極を形成する永久磁石ＰＭを有する回転子７を具備する回転電機であって、
回転子７は、回転電機の片側の軸端７１をＡ、他方の軸端７２をＢとしてＡからＢの方向を見た時の反時計回り方向を磁極位置を示す機械角度の正の方向とした際に、その回転子７の軸方向全体を平均した各磁極中心Ｃに対して、回転子７の軸方向の一部を構成する回転子部７Ａについてその各磁極位置が正の方向にずれており、また、
回転子部７Ａと異なる軸方向位置で回転子７の軸方向の一部を構成する回転子部７Ｂについてその各磁極位置が負の方向にずれており、しかも、
回転子部７Ａと回転子部７Ｂとは異なる軸方向位置でそれぞれ複数設けられるとともに、複数設けられた回転子部７Ａ，７Ａの間に複数設けられた回転子部７Ｂ，７Ｂのうち少なくとも一部すなわち全部または一部を配設することで回転子７の各磁極全体を形成しており、
その回転子７の正の方向にずれている部分を構成する回転子部７Ａの永久磁石ＰＭは、その磁石ＰＭの周方向について正の部分の端部Ｇが負の部分の端部に対して保磁力が大きくなっていて減磁耐力強化部分を構成し、
その回転子７の負の方向にずれている部分を構成する回転子部７Ｂの前記磁極を形成する永久磁石ＰＭは、その磁石ＰＭの周方向について負の部分の端部Ｇが正の部分の端部に対して保磁力が大きくなっていて減磁耐力強化部分を構成していることを特徴とする、回転電機。
（効果）
（１）スキュー効果を持ったまま減磁の起こりにくい回転子、及び回転電機を得る。
（２）正逆回転に対して対称な回転子、及び回転電機を得る。
（３）減磁の起こりやすい箇所についてのみ磁石の保磁力を大きくすることにより、磁石の重量を小さく、安価な回転子、及び回転電機を得る。
（４）より大きなスキューの効果を得られ、また、スラスト力を低減させることができる。

実施の形態７．
本発明に係る実施の形態７を図１２について説明する。
図１２は埋込磁石型回転電機の回転子を示すもので、回転子２は、それぞれ回転子部２Ａ，２Ｂを構成する回転子鉄心に磁極を形成する永久磁石ＰＭが埋め込まれている。
すなわち、図に示すように、回転子部２Ａ，２Ｂを構成する回転子鉄心の外周面より内側に複数の孔(図では８個)が周方向に間隔をおいて形成され、それぞれの孔に永久磁石ＰＭが挿入されている。
この場合にも、実施の形態１と同様に、正の方向にスキューをしている回転子部２Ａは正の方向の端部Ｆの方が負の方向の端部よりも磁石厚が大きくなっており、負の方向にスキューしている回転子部２Ｂは負の方向の端部Ｆの方が正の方向の端部よりも磁石厚が大きくなっている。
実施の形態１では、図６において表面磁石型回転電機について説明したが、実施の形態１にて示した効果は、表面磁石型回転電機に限って発揮されるわけではなく、埋込磁石型回転電機においても同様に発揮される。
また、永久磁石を回転子鉄心に埋め込むことにより、さらに減磁耐力が向上する。これは、永久磁石の減磁の原因となる固定子起磁力による磁束の一部が、永久磁石外径側の回転子鉄心を通るために、永久磁石への影響が低減するためである。
以上から回転子を埋込磁石式とすることにより、さらに減磁耐力の高い回転電機を得ることができる。

実施の形態８．
本発明に係る実施の形態８を図１３について説明する。
図１３は埋込磁石型回転電機の回転子を示すもので、回転子２は、それぞれ回転子部２Ａ，２Ｂを構成する回転子鉄心に磁極を形成する永久磁石ＰＭが埋め込まれている。
すなわち、図に示すように、回転子部２Ａ，２Ｂを構成する回転子鉄心の外周面より内側に複数の孔(図では８個)が周方向に間隔をおいて形成され、それぞれの孔に永久磁石ＰＭが挿入されている。
この場合にも、実施の形態２と同様に、正の方向にスキューをしている回転子部３Ａは正の方向の端部の方が負の方向の端部よりも磁石の保磁力を大きくしてあり、負の方向にスキューしている回転子部３Ｂは負の方向の端部の方が正の方向の端部よりも磁石の保磁力を大きくしてある。図中で保磁力を大きくした部位を網掛け表示し符号Ｇで示す。
実施の形態２では、図７において表面磁石型回転電機について説明したが、実施の形態２にて示した効果は、表面磁石型回転電機に限って発揮されるわけではなく、埋込磁石型回転電機においても同様に発揮される。
また、実施の形態７にて述べたように、永久磁石を回転子鉄心に埋め込むことにより、さらに減磁耐力が向上する。

以上説明してきたように、本発明による永久磁石式回転電機は、固定子鉄心および巻線を有する固定子、ならびに、円筒状の回転子本体の外周面において周方向に分布する複数の磁極を形成する永久磁石を有する回転子を具備する回転電機であって、回転子は、回転電機の片側の軸端をＡ、他方の軸端をＢとしてＡからＢの方向を見た時の反時計回り方向を磁極位置を示す機械角度の正の方向とした際に、その回転子の軸方向全体を平均した各磁極中心に対して、回転子の軸方向の一部についてその各磁極位置が正の方向にずれており、また、回転子の軸方向の一部についてその各磁極位置が負の方向にずれていることで回転子の各磁極全体を形成しており、その回転子の正の方向にずれている部分の永久磁石は、各磁極の周方向について正の部分の端部が負の部分の端部に対して厚みを大きくするか保磁力を大きくすることにより減磁耐力強化部分を構成しており、その回転子の負の方向にずれている部分の永久磁石は、各磁極の周方向について負の部分の端部が正の部分の端部に対して厚みを大きくするか保磁力を大きくすることにより減磁耐力強化部分を構成しているので、次のような効果が得られる。
回転子にスキューを有し、回転子の各部分や磁石単極については正逆回転に対して非対称ながら回転子全体としては正逆回転に対して対称であり、回転子の磁石重量が小さい、もしくは低保磁力材料の磁石でありながら全体として減磁耐力が大きい永久磁石式回転電機を得ることができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 固定子、２ 回転子、２ａ 回転方向進み側、２ｂ 回転方向遅れ側、
２１ 軸端Ａ、２２ 軸端Ｂ、２Ｘ，２Ｙ 回転子部、
２Ａ，２Ｂ 回転子部、３ 回転子、３１ 軸端Ａ、３２ 軸端Ｂ、
３Ａ，３Ｂ 回転子部：４ 回転子、４１ 軸端Ａ、４２ 軸端Ｂ、
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 回転子部、５ 回転子、５１ 軸端Ａ、５２ 軸端Ｂ、
６ 回転子、６１ 軸端Ａ、６２ 軸端Ｂ、６Ａ，６Ｂ，６Ｃ 回転子部、
７ 回転子、７１ 軸端Ａ、７２ 軸端Ｂ、７Ａ，７Ｂ回転子部、
ＰＭ 永久磁石、Ｃ 回転子全体での磁極間中心、Ｄ 減磁しやすい箇所、
Ｇ 保磁力の大きい箇所。

Claims (6)

1. 永久磁石により複数の磁極が形成される回転子を備えた回転電機において、前記回転子の所定回転方向を磁極位置を示す機械角度の正の方向とした際に、前記回転子の軸方向全体を平均した各磁極中心に対して、回転子の軸方向の一部を構成する第１の回転子部についてその各磁極位置が正の方向にずれており、また、前記第１の回転子部と異なる軸方向位置で前記回転子の軸方向の一部を構成する第２の回転子部についてその各磁極位置が負の方向にずれていることで回転子の各磁極全体を形成しており、前記磁極が前記回転子の正の方向にずれている前記第１の回転子部の前記磁極を形成する永久磁石は、その磁石の周方向について正の部分の端部が負の部分の端部よりも減磁耐力の強い減磁耐力強化部分として構成され、前記磁極が前記回転子の負の方向にずれている前記第２の回転子部の前記磁極を形成する永久磁石はその磁石の周方向について負の部分の端部が正の部分の端部よりも減磁耐力の強い減磁耐力強化部分として構成されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
2. 前記磁極が前記回転子の正の方向にずれている前記第１の回転子部の前記磁極を形成する永久磁石は、その磁石の周方向について正の部分の端部が負の部分の端部に対して厚みが大きくなっており、前記磁極が前記回転子の負の方向にずれている前記第２の回転子部の前記磁極を形成する永久磁石はその磁石の周方向について負の部分の端部が正の部分の端部に対して厚みが大きくなっていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式回転電機。
3. 前記磁極が前記回転子の正の方向にずれている前記第１の回転子部の前記磁極を形成する永久磁石は、その磁石の周方向について正の部分の端部が負の部分の端部に対して保磁力を大きくされており、前記磁極が前記回転子の負の方向にずれている前記第２の回転子部の前記磁極を形成する永久磁石はその磁石の周方向について負の部分の端部が正の部分の端部に対して保磁力を大きくされていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式回転電機。
4. 前記第１の回転子部および前記第２の回転子部と異なる軸方向位置で前記回転子の軸方向の一部を構成する第３の回転子部を、その各磁極位置が前記各磁極中心と一致するものとし、前記第３の回転子部を前記第１の回転子部と前記第２の回転子部との間に配設したことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の永久磁石式回転電機。
5. 前記第１の回転子部と前記第２の回転子部とを異なる軸方向位置でそれぞれ複数設けるとともに、複数設けられた前記第１の回転子部の間に複数設けられた前記第２の回転子部の少なくとも一部を配設したことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の永久磁石式回転電機。
6. 前記回転子において、前記第１の回転子部の前記磁極を形成する永久磁石及び前記第２の回転子部の前記磁極を形成する永久磁石が、前記第１の回転子部及び前記第２の回転子部を構成する回転子鉄心にそれぞれ埋め込まれていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の永久磁石式回転電機。

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