JP6359480B2

JP6359480B2 - アキシャルギャップ型永久磁石式回転機用回転子およびアキシャルギャップ型永久磁石式回転機

Info

Publication number: JP6359480B2
Application number: JP2015082539A
Authority: JP
Inventors: 井上　浩司; 浩司井上; 竹本　真紹; 真紹竹本; 理人二本柳
Original assignee: Hokkaido University NUC; Kobe Steel Ltd
Current assignee: Hokkaido University NUC; Kobe Steel Ltd
Priority date: 2015-04-14
Filing date: 2015-04-14
Publication date: 2018-07-18
Anticipated expiration: 2035-04-14
Also published as: JP2016201961A

Description

本発明は、モータあるいは発電機として用いられる回転機の回転子および該回転機に関し、特に、アキシャルギャップ型永久磁石式回転機用回転子およびこのアキシャルギャップ型永久磁石式回転機用回転子を用いたアキシャルギャップ型永久磁石式回転機に関する。

電気エネルギを機械エネルギへ変換するモータ（電動機）あるいは逆に機械エネルギを電気エネルギへ変換する発電機として用いられる回転機は、様々な用途に利用されており、一般に、軸を有し前記軸回りに回転する回転子（ロータ）と、前記回転子に対し相対的に静止する固定子（ステータ）とを備え、回転子と固定子との間で生じる磁気的な相互作用によって、電動機としてあるいは発電機として機能する。このような回転機は、構造の観点から、ラジアルギャップ型回転機（以下、適宜「ＲＧ型回転機」と略記する。）と、アキシャルギャップ型（以下、適宜「ＡＧ型回転機」と略記する。）とに大別される。ＲＧ型回転機は、固定子と回転子とを径方向に間隔を空けて配置する構造であり、ＡＧ型回転機は、固定子と回転子とを軸方向に間隔を空けて配置する構造である。一般に、ＡＧ型回転機は、ＲＧ型回転機と比較すると、大きさに対する効率が有利である。

このようなＡＧ型回転機の一つに、回転子と固定子との間で前記磁気的な相互作用を生じさせるために、回転子に複数の永久磁石を周方向に配置し、固定子に複数のコイルを周方向に配置したＡＧ型永久磁石式回転機（以下、「ＡＧ型ＰＭ式回転機」と略記する。）がある。このような永久磁石（ＰＭ）を用いたＡＧ型ＰＭ式回転機では、稼働中、空間高調波成分や同期成分以外の周波数成分等の交流磁界が永久磁石に作用するため、前記永久磁石に渦電流が生じ、この渦電流によってジュール熱（渦電流損）が前記永久磁石に生じる結果、効率が低下してしまう。さらに、このジュール熱によって前記永久磁石が発熱し、前記永久磁石の温度がキュリー温度を超えてしまうと、消磁してしまう。このため、前記永久磁石に生じる渦電流対策が必要であり、この渦電流対策が、例えば、特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示されたＡＧ型ＰＭ式回転機用回転子は、円盤の中心軸を回転軸とするロータヨ−クの表面または内部に、回転軸と平行な磁化方向を有する永久磁石セグメントが、上記円盤の回転軸を中心とする円周上に複数個配列された回転子と、複数のコイルが上記回転軸の回転周方向に複数個配列された固定子とが空隙を介して配置されたアキシャルギャップ型の永久磁石回転機に用いるＡＧ型ＰＭ式回転機用回転子であって、上記の複数個の永久磁石セグメントのそれぞれが更に２つ以上に分割された永久磁石片の集合体で構成されていると共に、各分割された個々の永久磁石の表面近傍における保磁力がそれぞれ分割された永久磁石内部の保磁力より大きくなっている。

特開２０１１−７８２６９号公報

ところで、前記特許文献１に開示されたＡＧ型ＰＭ式回転機用回転子では、永久磁石セグメントを複数の永久磁石片の集合体で構成することによって、渦電流が流れる経路を小さくし、これによって渦電流が低減されている。しかしながら、永久磁石片のサイズは、考慮されていないため、最適化されておらず、渦電流をさらに低減する余地がある。また、前記特許文献１では、渦電流損は、永久磁石セグメント全体に亘って均一ではなく、したがって、永久磁石セグメントに温度分布が生じている。すなわち、複数の永久磁石片の中に、他の永久磁石と温度が異なる永久磁石片が存在する。このため、温度の相違によって熱膨張量が異なるため、複数の永久磁石片の中に、熱応力が集中する永久磁石片が生じる。この結果、これら複数の永久磁石片から構成されている永久磁石セグメント全体の形状の維持が難しく、例えば永久磁石片の突出や脱落等によって永久磁石セグメントが破損してしまう場合も生じ得る。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、永久磁石に生じる渦電流損をより低減し、渦電流損の分布をより均一化できるアキシャルギャップ型永久磁石式回転機用回転子およびこのアキシャルギャップ型永久磁石式回転機用回転子を用いたアキシャルギャップ型永久磁石式回転機を提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかるアキシャルギャップ型永久磁石式回転機用回転子は、周方向に配置された複数のコイルを備える固定子と、周方向に配置された複数の永久磁石を備え前記固定子から回転軸方向に間隔を空けて配置される回転子とを備えるアキシャルギャップ型永久磁石式回転機に用いられるアキシャルギャップ型永久磁石式回転機用回転子であって、前記複数の永久磁石それぞれは、所定の第１方向に沿って一方端から他方端へ順に並ぶように分割された複数の永久磁石片を備え、前記複数の永久磁石片における各分割比は、所定の漸化式を所定の回数だけ繰り返して算出することによって求められ、前記所定の漸化式は、均等割を初期値とし、前記一方端側から数えてｉ番目の永久磁石片におけるｎ回目の分割比を当該ｉ番目の永久磁石片の渦電流損密度で除算した除算結果を、当該ｉ番目の永久磁石片におけるｎ＋１回目の分割比とする式であることを特徴とする。好ましくは、上述のアキシャルギャップ型永久磁石式回転機用回転子において、前記第１方向は、前記回転軸方向に直交する径方向である。また好ましくは、上述のアキシャルギャップ型永久磁石式回転機用回転子において、前記第１方向は、前記回転軸方向を軸回りとする周方向である。

このようなアキシャルギャップ型永久磁石式回転機用回転子では、複数の永久磁石それぞれは、所定の第１方向に沿って一方端から他方端へ順に並ぶように分割された複数の永久磁石片を備えて構成されている。このため、渦電流が流れる経路は、アキシャルギャップ型永久磁石式回転機用回転子における永久磁石が１個で形成される場合に較べて小さくなり、これによって渦電流を低減できる。そして、上記アキシャルギャップ型永久磁石式回転機用回転子では、前記複数の永久磁石片における各分割比は、上述の漸化式を所定の回数だけ繰り返して算出された値である。したがって、複数の永久磁石片それぞれの各サイズがより最適化され、この結果、上記アキシャルギャップ型永久磁石式回転機用回転子は、永久磁石に生じる渦電流損をより低減し、渦電流損の分布をより均一化できる。

また、他の一態様では、上述のアキシャルギャップ型永久磁石式回転機用回転子において、前記複数の永久磁石片それぞれは、前記第１方向に直交する第２方向に沿う分割線でさらに分割されていることを特徴とする。

このようなアキシャルギャップ型永久磁石式回転機用回転子では、前記複数の永久磁石片それぞれは、第１方向に直交する第２方向に沿う分割線でさらに分割されるので、より小さくなり、渦電流をより低減できる。

そして、本発明の他の一態様にかかるアキシャルギャップ型永久磁石式回転機は、周方向に配置された複数のコイルを備える固定子と、周方向に配置された複数の永久磁石を備え、前記固定子から回転軸方向に間隔を空けて配置される回転子とを備え、前記回転子は、これら上述のいずれかのアキシャルギャップ型永久磁石式回転機用回転子であることを特徴とする。

このようなアキシャルギャップ型永久磁石式回転機は、これら上述のいずれかのアキシャルギャップ型永久磁石式回転機用回転子を備えるので、永久磁石に生じる渦電流損をより低減し、渦電流損の分布をより均一化できる。

本発明にかかるアキシャルギャップ型永久磁石式回転機用回転子およびアキシャルギャップ型永久磁石式回転機は、永久磁石に生じる渦電流損をより低減し、渦電流損の分布をより均一化できる。

実施形態におけるアキシャルギャップ型永久磁石式回転機の構成を示す分解斜視図である。均等割された初期状態の永久磁石を説明するための図である。分割の有無に対する永久磁石の渦電流損密度分布を示す図である。繰り返し計算回数０回目（ｎ＝０）の場合における各永久磁石片の各渦電流損密度およびその逆数を示す図である。繰り返し計算回数１回目（ｎ＝１）の場合における各永久磁石片の各渦電流損密度およびその逆数を示す図である。繰り返し計算回数２回目（ｎ＝２）の場合における各永久磁石片の各渦電流損密度およびその逆数を示す図である。繰り返し計算回数３回目（ｎ＝３）、４回目（ｎ＝４）および５回目（ｎ＝５）の各場合における各永久磁石片の各渦電流損密度を示す図である。繰り返し計算回数５回目の場合における永久磁石の渦電流損密度分布を示す図である。各繰り返し計算での永久磁石の各渦電流損密度の標準偏差を示す図である。各繰り返し計算での永久磁石の各渦電流損密度を示す図である。

以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

図１は、実施形態におけるアキシャルギャップ型永久磁石式回転機の構成を示す分解斜視図である。実施形態におけるアキシャルギャップ型永久磁石式回転機（以下、「ＡＧ型ＰＭ式回転機」と略記する。）は、周方向に配置された複数のコイルを備える固定子と、周方向に配置された複数の永久磁石を備え前記固定子から回転軸方向に間隔を空けて配置される回転子（ＡＧ型ＰＭ式回転機用回転子）とを備える。ＡＧ型ＰＭ式回転機は、回転子を固定子の外側に配置した構造のアウターロータ型と、回転子を固定子の内側に配置した構造のインナーロータ型とに大別されるが、ここでは、インナーロータ型のＡＧ型ＰＭ式回転機について以下に説明する。なお、アウターロータ型もインナーロータ型と同様に説明できる。

実施形態におけるインナーロータ型のＡＧ型ＰＭ式回転機Ｍは、例えば、図１に示すように、固定子１（１Ａ、１Ｂ）と、回転子２とを備える。

固定子（ステータ）１は、非回転部分であり、回転子２を固定子１の内側に配置するために、１対の固定子１Ａ、１Ｂを備えて構成される。これら１対の固定子１Ａ、１Ｂは、互いに同形であるので、以下、固定子１Ａを代表的に説明し、固定子１Ｂの説明は、固定子１Ａの説明において、その符号を括弧内に示すことで、代える。

固定子１Ａ（１Ｂ）は、回転子２に対し非回転部分となり、周方向に配置された複数のコイル３Ａ（３Ｂ）を備える。より具体的には、固定子１Ａ（１Ｂ）は、円板状の固定子本体１１Ａ（１１Ｂ）と、回転子２と対向する固定子本体１１Ａ（１１Ｂ）の内側面上に周方向に沿って所定の間隔を空けて配列するように突設された複数の突部（ティース部）１２Ａ（１２Ｂ）と、複数の突部１２Ａ（１２Ｂ）それぞれの各端面を覆うように配設された複数の被覆板１３Ａ（１３Ｂ）とを備える。固定子１Ａ（１Ｂ）は、例えば、複数の電磁鋼板を半径方向に積層することによって形成される。また例えば、固定子１Ａ（１Ｂ）は、軟磁性体粉末を加熱加圧成型することによって形成される。前記軟磁性体粉末は、強磁性の金属粉末であり、より具体的には、例えば、純鉄粉、鉄基合金粉末（Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金、センダスト、パーマロイ等）およびアモルファス粉末、さらには、表面にリン酸系化成皮膜などの電気絶縁皮膜が形成された鉄粉（例えば直径５０μｍ以下）等が挙げられる。これら軟磁性体粉末は、公知の手段、例えば、アトマイズ法等によって微粒子化する方法や、酸化鉄等を微粉砕した後にこれを還元する方法等によって製造することができる。

コイル３Ａ（３Ｂ）は、長尺な導体部材を絶縁しつつ巻回した巻線である。前記長尺な導体部材は、断面丸形や正方形等の線材であって良いが、コイル３Ａ（３Ｂ）での渦電流を低減する観点から、断面長方形の帯状の線材であることが好ましい。このような帯状の長尺な導体部材は、シート形状、リボン形状あるいはテープ形状であり、幅（幅方向の長さ、軸方向の長さ）Ｗに対する厚さ（前記幅方向に直交する厚さ方向の長さ、径方向の長さ）ｔが１未満である（０＜ｔ／Ｗ＜１）。このようなコイル３Ａ（３Ｂ）は、帯状の長尺な導体部材を、該導体部材の幅方向がコイル３Ａ（３Ｂ）の軸方向に沿うように絶縁部材（図略）を挟んで巻回することによって構成される（フラットワイズ巻線構造）。

このような固定子１Ａ（１Ｂ）では、固定子本体１１Ａ（１１Ｂ）および複数の突部１２Ａ（１２Ｂ）が一体的に形成され、複数の突部１２Ａ（１２Ｂ）それぞれに長尺な導体部材を絶縁しつつ巻回すことによって複数のコイル３Ａ（３Ｂ）それぞれが複数の突部１２Ａ（１２Ｂ）それぞれに装着され、あるいは、長尺な導体部材を絶縁しつつ巻回すことによって予め形成された複数のコイル３Ａ（３Ｂ）それぞれがその芯部で複数の突部１２Ａ（１２Ｂ）それぞれに装着され、そして、複数の突部１２Ａ（１２Ｂ）における各端面および複数のコイル３Ａ（３Ｂ）における各端面を被覆するように、複数の被覆板１３Ａ（１３Ｂ）が複数の突部１２Ａ（１２Ｂ）における各端面に固定される。これによって固定子１Ａ（１Ｂ）が形成される。

回転子（ロータ）２は、回転部分となり、周方向に配置された複数の永久磁石４を備える。より具体的には、回転子２は、一対の回転子本体２Ａ、２Ｂを備え、これら１対の回転子本体２Ａ、２Ｂで、磁極面を交互に入れ換えつつ周方向に沿って所定の間隔を空けて配列された複数の永久磁石４を挟み込むことで形成されている。より詳しくは、次のように構成されている。ここで、これら１対の回転子本体２Ａ、２Ｂは、互いに同形であるので、以下、回転子本体２Ａを代表的に説明し、回転子本体２Ｂの説明は、回転子本体２Ｂの説明において、その符号を括弧内に示すことで、代える。

回転子本体２Ａ（２Ｂ）は、円板状の内円板部材２１Ａ（２１Ｂ）と、内円板部材２１Ａ（２１Ｂ）より大径な円環状の外円環部材２２Ａ（２２Ｂ）と、周方向に所定の間隔を空けながらその両端で内円板部材２１Ａ（２１Ｂ）と外円環部材２２Ａ（２２Ｂ）とを連結する複数のスポーク部材２３Ａ（２３Ｂ）とを備える。回転子本体２Ａ（２Ｂ）は、例えば非磁性体で形成される。

永久磁石４には、例えばアルニコ磁石、フェライト磁石およびネオジム磁石等の種々の磁石が利用できる。永久磁石４は、回転子本体２Ａ（２Ｂ）における、周方向で互いに隣接するスポーク部材２３Ａ（２３Ｂ）、内円板部材２１Ａ（２１Ｂ）および外円環部材２２Ａ（２２Ｂ）によって形成される空間内に配設して１対の回転子本体２Ａ、２Ｂで保持するために、径方向に沿う両側縁部分の肉厚をその内側部分の肉厚よりも薄くした平面視（軸方向から見込む方向）にて扇形状に形成されている。永久磁石４の両側縁部分は、例えば、Ｃ面取りやＲ面取り等の面取りを施されることによって、あるいは、フランジ状に形成されることによって、薄肉に形成される。

このような回転子２では、回転子本体２Ａにおける、周方向で互いに隣接するスポーク部材２３Ａ、内円板部材２１Ａおよび外円環部材２２Ａによって形成される各空間内に、複数の永久磁石４それぞれが、周方向で互い隣接する永久磁石４間ではＳＮＳＮ・・・の如く磁極が互い違いになるように配置され、そして、このように配置された複数の永久磁石４それぞれを、回転子本体２Ｂにおける、周方向で互いに隣接するスポーク部材２３Ｂ、内円板部材２１Ｂおよび外円環部材２２Ｂによって形成される各空間内に配置しつつ、固定子本体２Ａと協働して複数の永久磁石４それぞれを保持するように、固定子本体２Ｂが、互いに同軸となるように軸方向で固定子本体２Ａに重ねられて連結固定される。これによって回転子２が形成される。

そして、ロッド状の図略の回転軸を取り付けるために、本実施形態では、例えば、固定子１Ａ、１Ｂにおける固定子本体１１Ａ、１１Ｂには、それぞれ、その中心部に円形の貫通開口が前記図略の回転軸より大径で形成され、回転子２の回転子本体２Ａ、２Ｂにおける内円板部材２１Ａ、２１Ｂには、それぞれ、その中心部に円形の貫通開口が形成され、例えばベアリング等を含む軸受け部材が嵌め込まれて固定される。回転子２は、各前記軸受け部材を介して前記図略の回転軸に回転可能に取り付けられ、この回転子２の両側に、軸方向で所定の間隔をそれぞれ空けて各固定子１Ａ、１Ｂが前記図略の回転軸を各前記貫通開口に挿通させつつ、配置される。これによってＡＧ型ＰＭ式回転機Ｍが形成される。

なお、コイル３Ａ、３Ｂの個数と磁石４の個数とは、任意であって良い。例えば、コイル３Ａ、３Ｂは、それぞれ、１８個で、磁石４は、１５個であって良い（１８ポール１５スロット）。

このようなＡＧ型ＰＭ式回転機Ｍの永久磁石４について以下にさらに説明する。図２は、均等割された初期状態の永久磁石を説明するための図である。図３は、分割の有無に対する永久磁石の渦電流損密度分布を示す図である。図３（Ａ）は、永久磁石４を５個の永久磁石片に均等な分割比で分割した場合を示し、図３（Ｂ）は、永久磁石４を分割しない場合を示す。図４は、繰り返し計算回数０回目（ｎ＝０）の場合における各永久磁石片の各渦電流損密度およびその逆数を示す図である。図５は、繰り返し計算回数１回目（ｎ＝１）の場合における各永久磁石片の各渦電流損密度およびその逆数を示す図である。図６は、繰り返し計算回数２回目（ｎ＝２）の場合における各永久磁石片の各渦電流損密度およびその逆数を示す図である。これら図４（Ａ）、図５（Ａ）および図６（Ａ）は、各永久磁石片の各渦電流損密度を示し、その横軸は、回転軸側（内側）から径方向外側へ順に各永久磁石片に割り振った永久磁石片の番号であり、その縦軸は、Ｗ／Ｌ（ワット／リットル）単位で表す渦電流損密度である。これら図４（Ｂ）、図５（Ｂ）および図６（Ｂ）は、各永久磁石片の各渦電流損密度の逆数を示し、その横軸は、前記永久磁石片の番号であり、その縦軸は、渦電流損密度の逆数である。図７は、繰り返し計算回数３回目（ｎ＝３）、４回目（ｎ＝４）および５回目（ｎ＝５）の各場合における各永久磁石片の各渦電流損密度を示す図である。図７（Ａ）は、繰り返し計算回数３回目（ｎ＝３）の場合における渦電流損密度を示し、図７（Ｂ）は、繰り返し計算回数４回目（ｎ＝４）の場合における渦電流損密度を示し、図７（Ｃ）は、繰り返し計算回数５回目（ｎ＝５）の場合における渦電流損密度を示す。これら図７（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）の各図における横軸は、前記永久磁石片の番号であり、その縦軸は、Ｗ／Ｌ（ワット／リットル）単位で表す渦電流損密度である。図８は、繰り返し計算回数５回目の場合における永久磁石の渦電流損密度分布を示す図である。図９は、各繰り返し計算での永久磁石の各渦電流損密度の標準偏差を示す図である。図９の横軸は、前記永久磁石片の番号であり、その縦軸は、渦電流損密度の標準偏差である。図１０は、各繰り返し計算での永久磁石の各渦電流損密度を示す図である。図１０の横軸は、前記永久磁石片の番号であり、その縦軸は、永久磁石４全体の渦電流損密度である。

本実施形態におけるＡＧ型ＰＭ式回転機Ｍに用いられる複数の永久磁石４それぞれは、所定の第１方向に沿って一方端から他方端へ順に並ぶように分割された複数の永久磁石片４１を備えて構成される。これら複数の永久磁石片４１は、前記一方向で互いに隣接する永久磁石片４１間で必要に応じて例えば接着剤によって接着されて互いに連結される。前記第１方向は、前記図略の回転軸に沿う回転軸方向を軸回りとする周方向であってよいが、ここでは、図２、図３（Ａ）および図８に示すように、前記第１方向は、前記回転軸方向に直交する径方向である。

ここで、まず、図２に示すように、各永久磁石片４１_ｉ，０における第１方向（この例では径方向）の長さが互いに等しくなるように、永久磁石４を５個の第１ないし第５永久磁石片４１_１，０〜４１_５，０に均等割（等分割）すると、第１ないし第５永久磁石片４１_１，０〜４１_５，０における各渦電流損密度ｐ_１，０〜ｐ_５，０、は、図４（Ａ）のように計算され、渦電流損密度分布は、図３（Ａ）に示すようになる。ここで、第１ないし第５永久磁石片４１_１，０〜４１_５，０には、回転軸側（内側）から径方向外側へ順に番号が永久磁石片４１_ｉ，０の番号ｉとして割り振られた。この渦電流損密度の算出には、公知の三次元有限要素法の数値解析（ＦＥＡ、ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓ）が利用された。図３（Ａ）および図４（Ａ）に示すように、１番目の第１永久磁石片４１_１，０における渦電流損密度ｐ_１，０は、２２４．９Ｗ／Ｌであり、２番目の第２永久磁石片４１_２，０における渦電流損密度ｐ_２，０は、３３７．４Ｗ／Ｌであり、３番目の第３永久磁石片４１_３，０における渦電流損密度ｐ_３，０は、４２５．６Ｗ／Ｌであり、４番目の第４永久磁石片４１_４，０における渦電流損密度ｐ_４，０は、５０２．４Ｗ／Ｌであり、そして、５番目の第５永久磁石片４１_５，０における渦電流損密度ｐ_５，０は、４６２．５Ｗ／Ｌであった。そして、これら第１ないし第５永久磁石片４１_１，０〜４１_５，０の渦電流損、すなわち、永久磁石４全体の渦電流損は、１１０．１Ｗであった。

一方、永久磁石４を複数の永久磁石片４１_i，ｎに分割することなく１個の部材とした場合、その渦電流損密度は、１５１３．８Ｗ／Ｌであり、渦電流損密度分布は、図３（Ｂ）に示すようになる。そして、永久磁石４全体の渦電流損は、４０６．６Ｗであった。

これらを比較すると分かるように、永久磁石４を５個の永久磁石片４１_１，０〜４１_５，０に均等割（等分割）した場合、渦電流損密度は、１５１３．８Ｗ／Ｌから、２２４．９Ｗ／Ｌないし５０２．４Ｗ／Ｌの範囲へ低下し、永久磁石４全体の渦電流損は、４０６．６Ｗから１１０．１Ｗへ低下する。しかしながら、渦電流損密度分布は、図３（Ａ）に示すように、均一ではなく、図４（Ａ）に示すように、その最小値と最大値との比は、５０２．４／２２４．９＝約２．２３倍にもなる。

そこで、本実施形態では、複数ｉの永久磁石片４１_i，ｎにおける各分割比ａ_i，ｎは、所定の漸化式を所定の回数ｎだけ繰り返して算出することによって求められた。そして、前記所定の漸化式は、本実施形態では、均等割を初期値（ｎ＝０）とし、前記一方端側（この例では回転軸側）から数えてｉ番目の永久磁石片４１_i，ｎにおけるｎ回目の分割比ａ_i，ｎを当該ｉ番目の永久磁石片４１_i，ｎの渦電流損密度ｐ_i，ｎで除算した除算結果を、当該ｉ番目の永久磁石片４１_{i，ｎ＋１}におけるｎ＋１回目の分割比ａ_{i，ｎ＋１}とする下記の式１である。

この漸化式において、永久磁石片４１_i，ｎの分割比ａ_i，ｎをこの永久磁石片４１_i，ｎのサイズとみなすと、ｎ回目の分割比ａ_i，ｎ（すなわち今回の大きさ）をその渦電流損密度ｐ_i，ｎで除算した除算結果を、ｎ＋１回目の分割比ａ_{i，ｎ＋１}（すなわち、次回の大きさ）とすることは、渦電流損密度の大きな永久磁石片４１_i，ｎを細分化し、渦電流損密度の小さな永久磁石片４１_i，ｎを拡大化することを意味する。したがって、この漸化式は、その繰り返し計算によって渦電流損を均一化できる。

なお、漸化式の繰り返し計算ｎ回目におけるｉ番目の永久磁石片を４１_i，ｎとし、その分割比をａ_i，ｎとし、その渦電流損密度をｐ_i，ｎとしている（ｉは、２以上の整数、ｎは、０以上の整数）。

一例では、漸化式の繰り返し計算における初期値（ｎ＝０）は、図４（Ａ）に示す、均等割の５個の第１ないし第５永久磁石片４１_１，０〜４１_５，０における渦電流損密度ｐ_１，０〜ｐ_５，０とされ、逆数１／ｐ_１，０〜１／ｐ_５，０が求められると、前記逆数１／ｐ_１，０〜１／ｐ_５，０は、図４（Ｂ）に示すようになる。これらに均等割の第１ないし第５永久磁石片４１_１，０〜４１_５，０における分割比ａ_１，０〜ａ_５，０＝０．２が乗算され、全体の分割比ａ_１，１〜ａ_５，１が１となるように規格化されると、漸化式の繰り返し計算１回目における第１ないし第５永久磁石片４１_１，１〜４１_５，１の各分割比ａ_１，１〜ａ_５，１は、０．３２０：０．２１３：０．１６９：０．１４３：０．１５５となり、それらの各渦電流損密度ｐ_１，１〜ｐ_５，１は、図５（Ａ）に示すようになる。すなわち、１番目の第１永久磁石片４１_１，１における渦電流損密度ｐ_１，１は、４１４．２Ｗ／Ｌであり、２番目の第２永久磁石片４１_２，１における渦電流損密度ｐ_２，１は、４２６．０Ｗ／Ｌであり、３番目の第３永久磁石片４１_３，１における渦電流損密度ｐ_３，１は、３７８．７Ｗ／Ｌであり、４番目の第４永久磁石片４１_４，１における渦電流損密度ｐ_４，１は、３２７．３Ｗ／Ｌであり、そして、５番目の第５永久磁石片４１_５，１における渦電流損密度ｐ_５，１は、３０２．９Ｗ／Ｌであった。

以下、同様に、５回の繰り返し計算を行うと、１回目の繰り返し計算における各渦電流損密度ｐ_１，１〜ｐ_５，１の逆数は、図５（Ｂ）に示すようになり、漸化式の繰り返し計算２回目における第１ないし第５永久磁石片４１_１，２〜４１_５，２の各渦電流損密度ｐ_１，２〜ｐ_５，２は、図６（Ａ）に示すようになる。２回目の繰り返し計算における各渦電流損密度ｐ_１，２〜ｐ_５，２の逆数は、図６（Ｂ）に示すようになり、漸化式の繰り返し計算３回目における第１ないし第５永久磁石片４１_１，３〜４１_５，３の各渦電流損密度ｐ_１，３〜ｐ_５，３は、図７（Ａ）に示すようになる。そして、漸化式の繰り返し計算４回目における第１ないし第５永久磁石片４１_１，４〜４１_５，４の各渦電流損密度ｐ_１，４〜ｐ_５，４は、図７（Ｂ）に示すようになり、漸化式の繰り返し計算５回目における第１ないし第５永久磁石片４１_１，５〜４１_５，５の各渦電流損密度ｐ_１，５〜ｐ_５，５は、図７（Ｃ）に示すようになる。

この漸化式の繰り返し計算５回目における第１ないし第５永久磁石片４１_１，５〜４１_５，５の各分割比ａ_１，５〜ａ_５，５は、０．２９５：０．１９９：０．１７３：０．１６０：０．１７３であり、１番目の第１永久磁石片４１_１，５における渦電流損密度ｐ_１，５は、３７５．７Ｗ／Ｌであり、２番目の第２永久磁石片４１_２，５における渦電流損密度ｐ_２，５は、３７７．５Ｗ／Ｌであり、３番目の第３永久磁石片４１_３，５における渦電流損密度ｐ_３，５は、３８０．９Ｗ／Ｌであり、４番目の第４永久磁石片４１_４，５における渦電流損密度ｐ_４，５は、３７７．７Ｗ／Ｌであり、そして、５番目の第５永久磁石片４１_５，５における渦電流損密度ｐ_５，５は、３６３．２Ｗ／Ｌである。このように、この例では、５回の繰り返し計算によって、第１ないし第５永久磁石片４１_１，５〜ａ_５，５における各渦電流損密度ｐ_１，５〜ｐ_５，５は、略均一化される。

漸化式の繰り返し計算において、その均一化の程度を、第１ないし第５永久磁石片４１_１，ｎ〜４１_５，ｎにおける各渦電流損密度ｐ_１，ｎ〜ｐ_５，ｎに対する標準偏差によって評価すると、各回（ｎ＝０〜５）における各標準偏差は、図９に示すようになる。すなわち、標準偏差は、０回目の９９．２から、繰り返し計算ごとに低下し、５回目では、６．１となる。このように５回の繰り返し計算によって、第１ないし第５永久磁石片４１_１，５〜４１_５，５における各渦電流損密度ｐ_１，５〜ｐ_５，５は、標準偏差６．１に略均一化されている。

そして、永久磁石４全体の渦電流損密度は、図１０に示すようになり、繰り返し計算０回目の４０９．９Ｗ／Ｌから、繰り返し計算ごとに脈動しながら収束し、５回目では、３７４．８Ｗ／Ｌとなっている。この図１０から分かるように、第１ないし第５永久磁石片４１_１，ｎ〜４１_５，ｎにおける各分割比ａ_１，ｎ〜ａ_５，ｎを等分割（均等割）から変更することによって、永久磁石４全体の渦電流損失密度も低減できる。

なお、永久磁石４全体の渦電流損密度は、（全体の渦電流損密度）＝（磁石に発生する渦電流損の総和）／（磁石体積の総和）によって求めている。

以上説明したように、本実施形態におけるＡＧ型ＰＭ式回転機Ｍの回転子２およびこれを用いた前記ＡＧ型ＰＭ式回転機Ｍでは、前記所定の漸化式の繰り返し計算によって、複数の永久磁石片４１_ｉ，ｎそれぞれの各サイズがより最適化され、この結果、本実施形態におけるＡＧ型ＰＭ式回転機Ｍの回転子２およびこれを用いた前記ＡＧ型ＰＭ式回転機Ｍは、永久磁石４に生じる渦電流損をより低減し、渦電流損の分布をより均一化できる。

なお、上述の実施形態では、永久磁石４それぞれは、所定の第１方向に沿って一方端から他方端へ順に並ぶように分割された複数の永久磁石片４１_ｉ，ｎを備えて構成されたが、前記複数の永久磁石片４１_ｉ，ｎそれぞれは、前記第１方向に直交する第２方向に沿う分割線でさらに分割されてもよい。すなわち、永久磁石４それぞれは、賽の目状に分割されても良い。このようなＡＧ型ＰＭ式回転機の回転子およびこれを用いた前記ＡＧ型ＰＭ式回転機Ｍでは、複数の永久磁石片４１_ｉ，ｎそれぞれは、第１方向に直交する第２方向に沿う分割線でさらに分割されるので、より小さくなり、渦電流をより低減できる。

また、上述の実施形態では、永久磁石４は、５個の第１ないし第５永久磁石片４１_１，ｎ〜４１_５，ｎに分割されたが、これに限定されるものではなく、分割数は、２以上の適宜な数に設定されてよい。

また、上述の実施形態では、漸化式の繰り返し計算回数は、５回であったが、これに限定されるものではなく、漸化式の繰り返し計算回数は、適宜な数に設定されてよい。漸化式の繰り返し計算回数は、ＡＧ型ＰＭ式回転機Ｍの回転子２における永久磁石４の仕様等で許容されている最高温度や渦電流損等に応じて適宜な数に設定される。

また、上述の実施形態におけるＡＧ型ＰＭ式回転機Ｍは、１対の固定子１Ａ、１Ｂの間に回転子２を備えて構成されたが、３個以上の固定子１ｎの各間それぞれに１つずつ回転子２を備えて構成されても良い。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

Ｍアキシャルギャップ型永久磁石式回転機
１固定子
２回転子
３コイル
４永久磁石
４１永久磁石片

Claims

周方向に配置された複数のコイルを備える固定子と、周方向に配置された複数の永久磁石を備え前記固定子から回転軸方向に間隔を空けて配置される回転子とを備えるアキシャルギャップ型永久磁石式回転機に用いられるアキシャルギャップ型永久磁石式回転機用回転子であって、
前記複数の永久磁石それぞれは、所定の第１方向に沿って一方端から他方端へ順に並ぶように分割された複数の永久磁石片を備え、
前記複数の永久磁石片における各分割比は、所定の漸化式を所定の回数だけ繰り返して算出することによって求められ、
前記所定の漸化式は、均等割を初期値とし、前記一方端側から数えてｉ番目の永久磁石片におけるｎ回目の分割比を当該ｉ番目の永久磁石片の渦電流損密度で除算した除算結果を、当該ｉ番目の永久磁石片におけるｎ＋１回目の分割比とする式であること
を特徴とするアキシャルギャップ型永久磁石式回転機用回転子。
前記複数の永久磁石片それぞれは、前記第１方向に直交する第２方向に沿う分割線でさらに分割されていること
を特徴とする請求項１に記載のアキシャルギャップ型永久磁石式回転機用回転子。
周方向に配置された複数のコイルを備える固定子と、
周方向に配置された複数の永久磁石を備え、前記固定子から回転軸方向に間隔を空けて配置される回転子とを備え、
前記回転子は、請求項１または請求項２に記載のアキシャルギャップ型永久磁石式回転機用回転子であること
を特徴とするアキシャルギャップ型永久磁石式回転機。