JP6157340B2 - 永久磁石式回転電機 - Google Patents

Description

この発明は、永久磁石を用いた回転電機に関するものである。

従来の埋め込み磁石型の永久磁石式回転電機においては、回転子鉄心に永久磁石を挿入する孔である磁石挿入孔が形成されている。回転子鉄心の磁石挿入孔の外周側に磁気空隙部が設けられ、磁石挿入孔と磁気空隙部の間にブリッジが形成される。また、磁気空隙部と回転子鉄心の外周との間にもブリッジが形成されることで、トルクリプル、鉄損及び高調波を低減していた（例えば、特許文献１参照）。

また、電磁鋼板に印加される応力と磁気特性の関係において、電磁鋼板における磁気特性の応力依存性は、引張り時と圧縮時とでは磁気特性の変化の傾向が異なることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。

特開２００９−７７５２５号公報

谷良浩、他７名、「電磁鋼板の応力下における磁気特性の測定」、電気学会マグネティクス研究会、社団法人電気学会、２００３年１２月、ＭＡＧ０３−１９１、ｐ．１５−２０

しかしながら、従来の永久磁石式回転電機は、ブリッジでは回転子鉄心が回転することにより印加される遠心力を引張り応力により支えているため磁束が漏洩し、高トルクが得られないという問題がある。

この発明の目的は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ブリッジを通過する漏れ磁束を抑制することで、トルクの向上を可能にできる永久磁石式回転電機を得るものである。

この発明に係る永久磁石式回転電機は、複数のティースを有する固定子鉄心と複数のテ
ィースの各々に巻回された巻線とを有する固定子と、固定子に対して回転する回転軸と、
複数の回転子磁極を形成する複数の永久磁石と、回転子磁極の各々が形成された鉄心領域
の各々が回転軸の周方向に並設されると共に、鉄心領域の各々において永久磁石の各々が
挿入された磁石挿入孔の一対が形成された回転子鉄心とを有し固定子の内側で固定子に対
して回転軸と一体になって回転する回転子と、を備えた永久磁石式回転電機であって、回
転子鉄心は、鉄心領域の各々において、磁石挿入孔よりも半径方向外側の外周磁極部と、
互いに隣り合う回転子磁極の間に形成される極間磁極部と、鉄心領域の各々の両端に外周
磁極部と極間磁極部とを橋絡する第１ブリッジとを有し、回転子鉄心には、第１ブリッジ
よりも外周側に磁気空隙部が形成され、第１ブリッジの外周磁極部と接する狭幅方向の第
１の中点は、第１ブリッジの極間磁極部と接する狭幅方向の第２の中点よりも回転軸の中
心に近い位置であり、一対の磁気空隙部の外周側の端部の内、回転子磁極の中心側の一端である一対の空隙磁極端部の内端間の開き角である内端開角は、電気角１０５度以上１２５度以下の範囲の角度であり、コギングトルクの基本周波数成分および前記基本周波数成分の２倍の周波数成分の大きさが等しく、コギングトルクの基本周波数成分および前記基本周波数成分の２倍の周波数成分の位相が１８０度反転している２つの内端開角に対応した２つの一対の磁気空隙部の各々が、第１の回転子鉄心および第２の回転子鉄心に形成され、第１の回転子鉄心および第２の回転子鉄心の軸長は同じである。

この発明は、磁極端部中点が極間端部中点に比べて回転子鉄心の半径方向の内側に位置する構成であるから、ブリッジに圧縮応力を印加することができる。これにより、ブリッジを通過する漏れ磁束を抑制することでき、トルクの向上を可能にできる永久磁石式回転電機を得ることができる。

本発明に係る実施の形態１の永久磁石式回転電機の軸方向に垂直な断面図である。 本発明に係る実施の形態１の図１のＡ部を拡大した図である。 本発明に係る実施の形態１の永久磁石式回転電機の第１ブリッジの形状を説明するための図である。 本発明に係る実施の形態１の永久磁石式回転電機の内端開角を説明するための図である。 本発明に係る実施の形態１の永久磁石式回転電機の回転子が回転したときに、第１ブリッジに印加される応力を説明するための図である。 本発明に係る実施の形態１の永久磁石式回転電機の内端開角とコギングトルクの関係を示した図である。 本発明に係る実施の形態１の永久磁石式回転電機の変形例の軸方向に垂直な回転子の断面図の一部である。 本発明に係る実施の形態１の永久磁石式回転電機の変形例の軸方向に垂直な断面図である。 本発明に係る実施の形態２の永久磁石式回転電機の第１ブリッジの形状を説明するための図である。 本発明に係る実施の形態３の永久磁石式回転電機の回転子の形状を説明するための図である。 本発明に係る実施の形態３の永久磁石式回転電機のコギングトルクを実施の形態１と比較した図である。 本発明に係る実施の形態４の永久磁石式回転電機の回転子の形状を説明するための図である。 本発明に係る実施の形態４の永久磁石式回転電機のコギングトルクを実施の形態１と比較した図である。 本発明に係る実施の形態５の永久磁石式回転電機の回転子の形状を説明するための図である。

実施の形態１．
図１は本発明に係る実施の形態１の永久磁石式回転電機１００の軸方向に垂直な断面図である。本実施の形態１の永久磁石式回転電機１００は、環状の固定子と、この固定子の内側に所定のギャップを確保して配置された回転子２とを備えている。固定子は、回転子２の回転軸３を同軸として構成されている。この回転軸３の長手方向を永久磁石回転電機１００の軸方向と呼ぶものとする。

固定子は、外周部１ａと１２個のティース１ｂからなる固定子鉄心１と、ティース１ｂに巻回された１２個の巻線（図示せず）とで構成されている。固定子のティース１ｂには、巻線に通電されることで１２個の固定子磁極が形成される。巻線には、ティース１ｂに巻回された３相の巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）があり、各相の巻線の一方はインバータ（図示せず）側に、他方は中性線として他の相の中性線と接続されている。巻線には３相交流電源がインバータから通電される。例えば、周方向にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順に４回繰返して配列されている。

回転子２は、外周を円筒面とする回転子鉄心４と、この回転子鉄心４にその中心軸となる位置を貫通するように装着されて圧入、焼き嵌め、もしくはキーなどにより固定された回転軸３と、一対の永久磁石５ａ、５ｂを１組として構成された８組の永久磁石群５とで構成されている。言い換えると、回転子鉄心４には、８個の回転子磁極が回転軸３の周方向に並設されるように形成されている。各々の回転子磁極を形成する１組の永久磁石群５は、回転子鉄心４の中心に向かうように長方形状のＶ型に配置されている。永久磁石５ａ、５ｂの磁石の配向方向は、長方形状の短辺に平行であり、かつＮ極を構成する場合には回転子２の外径方向に、Ｓ極を構成する場合には回転子２の内径方向になるように永久磁石群５を配置する。

ここで、永久磁石５ａ、５ｂとして、ネオジム磁石等の希土類磁石などを用いる場合で説明するが、サマリウムコバルト磁石、フェライト磁石などの焼結磁石やボンド磁石など他の磁石でも良い。

回転子鉄心４は、回転軸３の方向に珪素鋼板等の磁性部材を、通しボルトならびにピン、又は、カシメによって積層して構成してある。また、固定子鉄心１も同様に、珪素鋼板等の磁性部材を積層して構成されている。

図２は、図１のＡ部を拡大した図である。なお、図２において、図１にて説明したものと同じものは同じ符号で表し、説明を省略する。図２中の黒太矢印は、永久磁石５ａ、５ｂのそれぞれの着磁の方向を示す。永久磁石５ａ、５ｂは、回転子磁極の中心に集めるように着磁され、隣り合う回転子磁極の着磁方向は逆である。また、回転子鉄心４に形成された一対の磁石挿入孔６の各々には、周方向に並んで一対の永久磁石５ａ、５ｂがそれぞれ１つずつ埋め込まれている。永久磁石５ａ、５ｂは、固定子磁極であるティース１ｂの各々に対応する複数の回転子磁極を形成する。なお、この対応関係を詳細に述べると、本実施の形態の永久磁石式回転電機１００では、図１に示されているように、固定子磁極は３相の各相に４個ずつの都合１２個形成されており、回転子磁極は８組の永久磁石群５によって８個形成されている。一対の磁石挿入孔６に永久磁石５ａ、５ｂがそれぞれ埋め込まれることで形成される空隙については、永久磁石５ａ、５ｂの間の空隙をそれぞれ磁石間空隙７と呼び、回転子２の外周寄りの空隙をそれぞれ磁石外周側空隙８と呼ぶこととする。磁石間空隙７及び磁石外周側空隙８は、永久磁石５ａ、５ｂから出た磁束を漏洩させずに固定子の巻線と鎖交させることによりトルクを向上する機能を有している。

図１及び図２において、回転子鉄心４は、８個の回転子磁極が形成されたそれぞれ８個の鉄心領域が回転軸３の周方向に並設されている。図２において、破線は隣り合う鉄心領域の境界を示している。この８個の鉄心領域の各々において、回転子鉄心４の磁石挿入孔６よりも半径方向外側の領域を外周磁極部９と呼び、回転子鉄心４の隣り合う回転子磁極間の領域を極間磁極部１０と呼ぶものとする。また、回転子鉄心４の８個の鉄心領域の各々において、外周磁極部９の磁石挿入孔６側の部分と極間磁極部１０とを橋絡する部位を第１ブリッジ１１とし、外周磁極部９の外周側の部分と極間磁極部１０とを橋絡する部位を第２ブリッジ１２とする。言い換えると、回転子鉄心４は、複数の鉄心領域が回転軸の周方向に並設されており、この複数の鉄心領域の各々に回転子磁極が形成されている。また、回転子鉄心４の鉄心領域の各々は、外周磁極部９と極間磁極部１０とこれらの両者を橋絡する第１ブリッジ１１及び第２ブリッジ１２とを有している。さらに、回転子鉄心４には、複数の回転子磁極が形成された鉄心領域の各々の各両端において、第１ブリッジ１１と第２ブリッジ１２との間に磁気空隙部１３がそれぞれ形成され、この鉄心領域において一対の磁気空隙部１３を成している。第２ブリッジ１２は、第１ブリッジ１１よりも回転子２の外周側に磁気空隙部１３を介してそれぞれ配置される。第２ブリッジ１２の形状は、回転子鉄心４の外周の形状と平行であることから、回転子鉄心４の機械強度を落とすことなく、漏れ磁束を低下することができる。

図３は、本発明に係る実施の形態１の永久磁石式回転電機１００の第１ブリッジ１１の形状を説明するための図である。図３（ａ）は、本実施の形態の永久磁石式回転電機１００の軸方向に垂直な回転子２の断面図の一部である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ部を拡大した第１ブリッジ１１の形状を説明するための図である。なお、図３において、図１及び図２にて説明したものと同じものは同じ符号で表し、説明を省略する。第１ブリッジ１１において、外周磁極部９に近い部分を磁極端部分と呼び、極間磁極部１０に近い部分を極間磁極部分と呼び、磁極端部分と極間磁極部分の中間を中央部分と呼ぶものとする。さらに、磁極端部分及び極間磁極部分における磁石外周側空隙８と磁気空隙部１３の中点をそれぞれ磁極端部中点１４、極間端部中点１５と呼ぶ。言い換えると、磁極端部分における狭幅方向の中点が第１の中点としての磁極端部中点１４であり、極間磁極部分における狭幅方向の中点が第２の中点としての極間端部中点１５である。したがって、第１ブリッジ１１の外周磁極部９と接する狭幅方向の第１の中点は、第１ブリッジ１１の極間磁極部１０と接する狭幅方向の第２の中点よりも回転軸３の中心に近い位置となっている。

また、回転子２の回転中心から磁極端部中点１４、極間端部中点１５を通る円をそれぞれ破線円１０１、破線円１０２で示す。図３（ｂ）に示すように、磁極端部中点１４は、極間端部中点１５に比べて、回転子鉄心４の半径方向の回転軸３側に位置するように形成される。

ここで、回転子２が回転することによって発生する遠心力により、第１ブリッジ１１及び第２ブリッジ１２には、曲げモーメントが加わり、この曲げモーメントにより発生する内部応力が許容応力を超えないように、第１ブリッジ１１及び第２ブリッジ１２の機械強度を確保しつつ漏れ磁束を抑制できるように狭幅部を形成することが好ましい。すなわち、磁極端部分の形状は、外周磁極部９と連結する部分の磁気空隙部１３と磁石外周側空隙８間の距離が、外周磁極部９に向かうに従って順次大となるように形成することが好ましい。同様に、極間磁極部分の形状は、極間磁極部１０と連結する部分の磁気空隙部１３と磁石外周側空隙８間の距離が、極間磁極部１０に向かうに従って順次大となるように形成することが好ましい。

図４は、本発明に係る実施の形態１の永久磁石式回転電機１００の内端開角を説明するための図である。図４は、回転子２の軸方向に垂直な断面図の一部である。なお、図４において、図１から図３にて説明したものと同じものは同じ符号で表し、説明を省略する。永久磁石５ａ、５ｂにおける、回転子２の外周側の角部を磁石外周角部１６とする。一対の磁気空隙部１３における回転子２の外周の端部の内、回転子磁極の中心側の一端をそれぞれ空隙磁極端部１７とする。１つの回転子磁極、すなわち１つの鉄心領域内に２個の空隙磁極端部１７が存在するが、この２個の空隙磁極端部１７間の内端間の開き角を内端開角１８とする。なお、磁石外周角部１６、内端開角１８、空隙磁極端部１７は、１つの回転子磁極当たりそれぞれが有しており、周方向に延在している。

図４中の点線は、回転軸３の回転中心（図示せず）と磁石外周角部１６とを結ぶ直線の延長線１０３を示している。磁気空隙部１３の回転子２の半径方向の幅は、回転軸３の回転中心と磁石外周角部１６とを結ぶ直線の延長線１０３を境に、外周磁極部９及び極間磁極部１０に向かうに従って単調減少するように形成される。このようにすることで、第１ブリッジ１１に係る応力が圧縮応力となる。応力のない状態（０ＭＰａ）では比透磁率は高い値を示すが応力が大きくなるに従い比透磁率が低下すること、及び圧縮時には引張り時よりも急峻に比透磁率が低下することから、漏れ磁束の低減を引張り時よりも効果的に図ることができ、トルクの向上をさせることができる。

ここで、回転子２が回転したときに、永久磁石群５及び外周磁極部９に作用する遠心力１９により回転子鉄心４に印加される応力について図５を用いて説明する。図５は、本発明に係る実施の形態１の永久磁石式回転電機１００の回転子２が回転したときに、第１ブリッジ１１に印加される応力を説明するための図である。なお、図５において、図１から図４にて説明したものと同じものは同じ符号で表し、説明を省略する。図５（ａ）、（ｂ）における、それぞれの左図は、回転子２の第１ブリッジ１１付近の拡大図を示しており、それぞれの右図は、遠心力１９により第１ブリッジ１１に印加される応力を示している。図５（ａ）には、本実施の形態との比較のために、従来の永久磁石式回転電機を示す。図５（ｂ）には、本発明に係る実施の形態１の永久磁石式回転電機１００を示す。

図５（ａ）左図に示すように、従来の永久磁石式回転電機は、極間端部中点１５ａが磁極端部中点１４ａに比べて、回転子の半径方向の回転軸側に位置している。したがって、図５（ａ）右図に示すように、第１ブリッジ１１ａに印加される遠心力１９を分解した力は、軸力２０ａが引張り応力となり、曲げ応力２１ａの向きが極間磁極部１０を向いている。一方、図５（ｂ）左図に示すように、本発明に係る実施の形態１の永久磁石式回転電機１００は、間磁極部中点１５が磁極端部中点１４に比べて、回転子２の半径方向の外周側に位置している。したがって、図５（ｂ）右図に示すように、第１ブリッジ１１に印加される遠心力１９を分解した力は、軸力２０ｂが圧縮応力となり、曲げ応力２１ｂが外周磁極部９を向いている。

すわなち、極間端部中点１５と磁極端部中点１４との回転子２の回転軸３からの位置関係により、第１ブリッジ１１において回転子２が回転したときの遠心力１９により第１ブリッジ１１に印加される応力が異なる。

従来の永久磁石式回転電機の回転子の形状においては、第１ブリッジ１１ａに印加される応力は引張り応力であるのに対して、本実施の形態の永久磁石式回転電機１００の回転子２の形状においては、第１ブリッジ１１に印加される応力は圧縮応力である。電磁鋼板の応力下における磁気特性について圧縮時には引張り時よりも急峻に比透磁率が低下することから、本実施の形態によると、漏れ磁束が通過する第１ブリッジ１１では急峻に比透磁率が低下する。つまり、第１ブリッジ１１の磁気抵抗が大きくなり、第１ブリッジ１１を通る磁束量を従来よりも効果的に抑制することができ、トルクの向上が可能となる。

次に、コギングトルクについて説明する。回転子磁極数と固定子のスロット数の比がｍ：ｎの場合、コギングトルクは（ｉ×ｋ）ｆ成分のコギングトルクが発生することが知られている。ただし、ｋはｍとｎの最小公倍数、ｉは１以上の整数である。なお、ｆは、電気角１周期当たりの周波数である。本実施の形態においては、ｍ：ｎ＝２：３であるから、基本周波数は６ｆである。したがって、６ｆ成分は基本周波数成分、１２ｆ成分は基本周波数成分の２倍の周波数成分のことを指す。

図６は、本発明に係る実施の形態１の永久磁石式回転電機１００の内端開角１８とコギングトルクの関係を示した図である。図６に、内端開角１８を変えて周波数成分（６ｆ成分、１２ｆ成分）毎にコギングトルクを磁界解析した結果と、コギングトルクの波形の０から最大値までの振幅（以下、Ｏ．Ａと呼ぶ。Ｏ．Ａ：Ｏｖｅｒ Ａｌｌ、オーバーオール）の値を示す。図６の横軸は、内端開角１８を電気角換算したものを示している。図６の縦軸は、コギングトルクを示しており、０より上の場合は正の値を示し、０より下にある場合は負の値を示す。ここで、コギングトルクが負の値というのは、たとえば、コギングトルクの６ｆ成分の位相を０度とした場合に、位相が１８０度である（６ｆ成分の位相が反転している）ことを示している。

図６から、コギングトルクの基本周波数成分である６ｆ成分及びＯ．Ａは、電気角１１５度付近で最も小さくなることが分かる。ところが、基本周波数成分の２倍の周波数成分である１２ｆ成分は、電気角１２０度付近で最も小さくなることが分かる。

よって、内端開角１８は、基本周波数成分であるｋｆ成分又は基本周波数成分の２倍の周波数成分である２ｋｆ成分のうち一方が最小となる角度に設定することで、コギングトルクのＯ．Ａの低減が可能である。実用的に、１２ｆ（２ｋｆ）成分の変曲点の範囲であればコギングトルクのＯ．Ａを低減できるため、内端開角１８は電気角１１５度±１０度に設定しても問題ない。

なお、図１に示すように、本発明に係る実施の形態１の永久磁石式回転電機１００では、永久磁石群５の数（回転子磁極数）は８個、固定子のティース１ｂの数（又はスロット数）は１２個となっており、回転子磁極数とスロット数の比は２：３であるが、これ以外の回転子磁極数とスロット数の組合せでも良いのは言うまでも無い。

図７は、本発明に係る実施の形態１の永久磁石式回転電機１００の変形例の軸方向に垂直な回転子の断面図の一部である。図７（ａ）に示す変形例では、各回転子磁極において、永久磁石群５を構成するそれぞれの永久磁石の着磁方向が長方形状の短辺に平行になるように配置されている。本実施の形態では、１組の永久磁石群５は、回転子磁極の中心に向かうように長方形状のＶ型に配置しているが、図７に示すようにＶ型に配置する以外の他の配置においても適応できる。

図８は、本発明に係る実施の形態１の永久磁石式回転電機１００の変形例の軸方向に垂直な断面図である。永久磁石式回転電機１００の変形例である永久磁石式回転電機２００は、永久磁石式回転電機１００が分布巻の場合を示す。分布巻にする場合、図８に示すような、固定子鉄心２２を用いる。本実施の形態では、巻線が集中巻に巻かれた場合で示していたが、図８に示すような分布巻の場合にも同様の効果を有する。本実施の形態では、３相の巻線に適応して説明したが、３相の巻線以外の複数相の巻線にも適用できる。

また、本実施の形態では、固定子１を外側に、回転子２を内側に配置したインナーロータ型の回転電機の場合で説明したが、固定子１を内側に、回転子２を外側に配置したアウターロータ型の回転電機でも良い。

本実施の形態では、第１ブリッジ１１が直線形状になっているが、磁極端部中点１４が極間端部中点１５に比べて回転子鉄心４の回転軸３の中心に近い位置であれば、曲線形状でも良い。

実施の形態２．
図９は、本発明に係る実施の形態２の永久磁石式回転電機３００の第１ブリッジ１１の形状を説明するための図である。図９（ａ）は、１つの回転子磁極を構成する永久磁石群５の構成を説明するための断面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）のＣ部を拡大した図である。本実施の形態は、第２ブリッジ１２を有していない点が実施の形態１とは異なる点であり、それ以外は同じである。したがって、図９において、実施の形態１にて説明したものと同じものは同じ符号で表し、説明を省略する。

本実施の形態において、実施の形態１における空隙磁極端部１７に相当するものは、回転子表面端部２４である。したがって、１つの回転子磁極内に２個の回転子表面端部２４が存在し、２個の回転子表面端部２４間の内端間の開き角を内端開角２５とする。

本実施の形態によると、実施の形態１と同様の効果が得られることに加え、固定子と回転子の間を冷媒が通る構造では、実施の形態１よりも冷媒と接触する面積が大きいので、冷却性能が上がるという効果がある。

実施の形態３．
図１０は、本発明に係る実施の形態３の永久磁石式回転電機４００の回転子の形状を説明するための図面である。図１０（ａ）に、永久磁石式回転電機４００の回転子が有する２種類の構成について、１つの回転子磁極を形成する１つの鉄心領域の部分を拡大した図である。図１０（ｂ）は、軸方向に平行な断面図である。本実施の形態は、異なる内端開角を有する回転子第１部２６ａ、回転子第２部２６ｂを積層して回転子を構成している点が実施の形態１とは異なる点であり、それ以外は同じである。したがって、図１０において、実施の形態１における回転子２と同一箇所は、同一符号を付して説明を省略する。

図１０に示すように、永久磁石式回転電機４００の回転子は、内端開角２７ａの回転子第１部２６ａと、内端開角２７ａよりも小さな内端開角２７ｂの回転子第２部２６ｂとを軸方向に重ねて構成される。

図６に示すように、本実施の形態のコギングトルクのｋｆ成分である６ｆは、内端開角２７ａ、２７ｂが電気角１１５度以下では正の方向、電気角１１５度以上では負の方向に減少している。例えば、内端開角２７ａ、２７ｂが電気角１００度のものと電気角１２５度のものでは、コギングトルクの６ｆ成分、１２ｆ成分の大きさがほぼ等しく、位相が１８０度反転（正負方向に同じ大きさ）している。

したがって、内端開角２７ａ、２７ｂが電気角１００度のものと電気角１２５度のものを同じ軸長分積み重ねることにより、コギングトルクの低減を可能とする。なお、積層方法については、軸長が同数であれば、内端開角２７ａ、２７ｂの電気角１００度の回転子鉄心を軸方向中心部、１２５度の回転子鉄心を軸方向端部に配置するなどしても良いのは言うまでも無い。また、組み合わせる角度についても、コギングトルクの６ｆ成分、１２ｆ成分の大きさがほぼ等しく、位相が１８０度反転（正負方向に同じ大きさ）している角度の組み合わせであれば、これに限らないのは言うまでの無い。

図１１は、本発明に係る実施の形態３の永久磁石式回転電機４００のコギングトルクを実施の形態１と比較した図である。図１１から、内端開角の値を複数組み合わせることにより、実施の形態１と同程度にコギングトルクを低減できることが分かる。

実施の形態４．
図１２は、本発明に係る実施の形態４に係る永久磁石回転子５００の回転子の形状を説明するための図面である。図１２（ａ）に、永久磁石式回転電機５００の回転子が有する２種類の構成について、１つの回転子磁極の部分を拡大した図である。図１２（ｂ）は、軸方向に平行な断面図である。本実施の形態は、異なる内端開角を有する回転子第１部２８ａ、回転子第２部２８ｂを積層して構成している点が実施の形態１とは異なる点であり、それ以外は同じである。したがって、図１２において、実施の形態１における回転子２と同一箇所は、同一符号を付して説明を省略する。

図１２に示すように、永久磁石式回転電機５００の回転子は、内端開角２９ａの回転子第１部２８ａと、内端開角２９ａよりも小さな内端開角２９ｂの回転子第２部２８ｂとを軸方向に重ねて構成される。

図６に示すように、本実施の形態におけるコギングトルクのｋｆ成分である６ｆ成分は、内端開角２９ａ、２９ｂが電気角１００度と電気角１２０度の大きさの比がおよそ２：１になり、位相が１８０度反転（正負方向に同じ大きさ）している。

したがって、内端開角２９ａ、２９ｂが電気角１００度のものと電気角１２０度のものを１：２の比率で軸長を積み重ねることにより、コギングトルクの低減を可能とする。なお、積層方法については、軸長の合計が２：１の比率であれば、図示した配置に限らない。また、組み合わせる角度と比率についても、コギングトルクの６ｆ成分の大きさがほぼ等しく、位相が１８０度反転（正負方向に同じ大きさ）している角度の組み合わせであれば、それに応じて比率を変えれば、同様の効果が得られるのは言うまでの無い。

図１３に、本発明に係る実施の形態４の永久磁石式回転電機５００のコギングトルクを実施の形態１と比較した図である。図１３から、内端開角の値を複数組み合わせることにより、実施の形態１と同程度にコギングトルクを低減できることが分かる。

実施の形態５．
図１４は、本発明に係る実施の形態５の永久磁石式回転電機６００の回転子の形状を説明するための図である。図１４（ａ）に、永久磁石式回転電機６００の回転子が有する２種類の構成について、１つの回転子磁極の部分を拡大した図である。図１４（ｂ）は、軸方向に平行な断面図である。本実施の形態は、異なる内端開角を有する回転子第１部３０ａ、回転子第２部３０ｂを積層して回転子を構成している点が実施の形態１とは異なる点であり、それ以外は同じである。したがって、図１４において、実施の形態１における回転子２と同一箇所は、同一符号を付して説明を省略する。

図１４に示すように、永久磁石式回転電機６００の回転子は、内端開角３１ａの回転子第１部３０ａと、内端開角３１ａよりも小さな内端開角３１ｂの回転子第２部３０ｂとを軸方向に重ねて構成される。軸方向に重ねる際、図１４（ｂ）に示すように、回転子第１部３０ａの内端開角３１ａよりも小さな内端開角３１ｂを有する回転子第２部３０ｂが、軸方向の中心にくるように重ねる。

軸方向の中心は、端部に比べて温度が上がりやすい。一方、内端開角３１ｂが小さい回転子第２部３０ｂの方が、回転子第１部３０ａよりも発熱量が少ない。したがって、本実施の形態によると、温度が上がりやすい部分に発熱量の比較的少ない構成を配置しているので、回転子全体の温度の均一化を図ることができる。

１ 固定子鉄心、１ａ 外周部、１ｂ ティース、３ 回転軸、４ 回転子鉄心、
５ａ、５ｂ 永久磁石、６ 磁石挿入孔、９ 外周磁極部、１０ 極間磁極部、
１ 第１ブリッジ、１２ 第２ブリッジ、１３ 磁気空隙部、１４ 磁極端部中点、
１５ 極間端部中点、１６ 磁石外周角部、１７ 空隙磁極端部、１８ 内端開角、
２５、２７、２９、３１ 内端開角、
１００、２００、３００、４００、５００、６００ 永久磁石式回転電機。

Claims (6)

1. 複数のティースを有する固定子鉄心と前記複数のティースの各々に巻回された巻線とを有する固定子と、
   前記固定子に対して回転する回転軸と、
   複数の回転子磁極を形成する複数の永久磁石と、
   前記回転子磁極の各々が形成された鉄心領域の各々が回転軸の周方向に並設されると共に、前記鉄心領域の各々において前記永久磁石の各々が挿入された磁石挿入孔の一対が形成された回転子鉄心とを有し前記固定子の内側で前記固定子に対して前記回転軸と一体になって回転する回転子と、
   を備えた永久磁石式回転電機であって、
   前記回転子鉄心は、前記鉄心領域の各々において、前記磁石挿入孔よりも半径方向外側の外周磁極部と、互いに隣り合う前記回転子磁極の間に形成される極間磁極部と、前記鉄心領域の各々の両端に前記外周磁極部と前記極間磁極部とを橋絡する第１ブリッジとを有し、
   前記回転子鉄心には、前記第１ブリッジよりも外周側に磁気空隙部が形成され、
   前記第１ブリッジの前記外周磁極部と接する狭幅方向の第１の中点は、前記第１ブリッジの前記極間磁極部と接する狭幅方向の第２の中点よりも前記回転軸の中心に近い位置であり、
   一対の前記磁気空隙部の外周側の端部の内、前記回転子磁極の中心側の一端である一対の空隙磁極端部の内端間の開き角である内端開角は、電気角１０５度以上１２５度以下の範囲の角度であり、
   コギングトルクの基本周波数成分および前記基本周波数成分の２倍の周波数成分の大きさが等しく、コギングトルクの基本周波数成分および前記基本周波数成分の２倍の周波数成分の位相が１８０度反転している２つの前記内端開角に対応した２つの前記一対の磁気空隙部の各々が、第１の回転子鉄心および第２の回転子鉄心に形成され、
   前記第１の回転子鉄心および前記第２の回転子鉄心の軸長は同じである永久磁石式回転電機。
2. 複数のティースを有する固定子鉄心と前記複数のティースの各々に巻回された巻線とを有する固定子と、
   前記固定子に対して回転する回転軸と、
   複数の回転子磁極を形成する複数の永久磁石と、
   前記回転子磁極の各々が形成された鉄心領域の各々が回転軸の周方向に並設されると共に、前記鉄心領域の各々において前記永久磁石の各々が挿入された磁石挿入孔の一対が形成された回転子鉄心とを有し前記固定子の内側で前記固定子に対して前記回転軸と一体になって回転する回転子と、
   を備えた永久磁石式回転電機であって、
   前記回転子鉄心は、前記鉄心領域の各々において、前記磁石挿入孔よりも半径方向外側の外周磁極部と、互いに隣り合う前記回転子磁極の間に形成される極間磁極部と、前記鉄心領域の各々の両端に前記外周磁極部と前記極間磁極部とを橋絡する第１ブリッジとを有し、
   前記回転子鉄心には、前記第１ブリッジよりも外周側に磁気空隙部が形成され、
   前記第１ブリッジの前記外周磁極部と接する狭幅方向の第１の中点は、前記第１ブリッジの前記極間磁極部と接する狭幅方向の第２の中点よりも前記回転軸の中心に近い位置であり、
   一対の前記磁気空隙部の外周側の端部の内、前記回転子磁極の中心側の一端である一対の空隙磁極端部の内端間の開き角である内端開角は、電気角１０５度以上１２５度以下の範囲の角度であり、
   コギングトルクの基本周波数成分の位相が１８０度反転している２つの前記内端開角に対応した２つの前記一対の磁気空隙部の各々が、第１の回転子鉄心および第２の回転子鉄心に形成され、
   前記第１の回転子鉄心および前記第２の回転子鉄心の軸長は、それぞれ前記内端開角に対応した前記コギングトルクの基本周波数成分の大きさに応じた軸長である永久磁石式回転電機。
3. 複数のティースを有する固定子鉄心と前記複数のティースの各々に巻回された巻線とを有する固定子と、
   前記固定子に対して回転する回転軸と、
   複数の回転子磁極を形成する複数の永久磁石と、
   前記回転子磁極の各々が形成された鉄心領域の各々が回転軸の周方向に並設されると共に、前記鉄心領域の各々において前記永久磁石の各々が挿入された磁石挿入孔の一対が形成された回転子鉄心とを有し前記固定子の内側で前記固定子に対して前記回転軸と一体になって回転する回転子と、
   を備えた永久磁石式回転電機であって、
   前記回転子鉄心は、前記鉄心領域の各々において、前記磁石挿入孔よりも半径方向外側の外周磁極部と、互いに隣り合う前記回転子磁極の間に形成される極間磁極部と、前記鉄心領域の各々の両端に前記外周磁極部と前記極間磁極部とを橋絡する第１ブリッジとを有し、
   前記回転子鉄心には、前記第１ブリッジよりも外周側に磁気空隙部が形成され、
   前記第１ブリッジの前記外周磁極部と接する狭幅方向の第１の中点は、前記第１ブリッジの前記極間磁極部と接する狭幅方向の第２の中点よりも前記回転軸の中心に近い位置であり、
   一対の前記磁気空隙部の外周側の端部の内、前記回転子磁極の中心側の一端である一対の空隙磁極端部の内端間の開き角である内端開角は、電気角１０５度以上１２５度以下の範囲の角度であり、
   前記回転子鉄心は、軸長の方向の中央部の前記内端開角が、軸長の方向の両端部の前記内端開角よりも小さい構成で配置されている永久磁石式回転電機。
4. 前記回転子鉄心は、前記第１ブリッジよりも前記回転子鉄心における外周側に前記磁気
   空隙部を介して設けられ前記外周磁極部と前記極間磁極部とを橋絡する第２ブリッジとを
   さらに有する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機。
5. 前記第２ブリッジの内周側の形状は、前記回転子鉄心の外周の形状と平行である請求項４に記載の永久磁石式回転電機。
6. 前記磁気空隙部の半径方向の幅は、前記永久磁石の前記回転子鉄心における外周側の角
   部となる磁石外周角部と前記回転軸の中心とを結ぶ直線の延長線を境に、前記外周磁極部
   から前記極間磁極部に向かうに従って単調に減少する請求項４又は請求項５に記載の永久
   磁石式回転電機。

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