JPH0870541A

JPH0870541A - 永久磁石式回転電機

Info

Publication number: JPH0870541A
Application number: JP6205013A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Sakai; 和人堺
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-08-30
Filing date: 1994-08-30
Publication date: 1996-03-12

Abstract

(57)【要約】【目的】永久磁石による電機子コイルの鎖交磁束量を
効果的に調整し、低速から高速までの広範囲の運転を可
能とし、かつ高力率・高効率の永久磁石式回転電機を提
供すること。【構成】互いに空隙を介して対向する電機子および界
磁からなり、これらの電機子および界磁はいずれか一方
がステータ（１）として構成され、他方がロータ（８）
として構成され、電機子は電機子鉄心（２）のスロット
内に電機子コイル（３）を巻装してなり、界磁は各磁極
毎に、半径方向に磁化され周方向に分割され互いに間隔
をおいて界磁鉄心（７）のスロット内に埋設された複数
の永久磁石（６）を有するものである永久磁石式回転電
機。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石式回転界磁型
回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】永久磁石式回転界磁型回転電機は一般に
図２１に例示するように構成されている。この回転電機
はステータ１とロータ８とからなっている。ステータ１
においては、ステータ鉄心２に軸方向に貫通するスロッ
ト５が周方向に沿って複数個形成されており、スロット
５に電機子コイル３が巻装されている。ステータ鉄心２
のスロット５相互間に歯４を形成している。ロータ８に
おいては、界磁となる永久磁石６がロータ鉄心７の外周
面上に配置・固定されている。永久磁石６は放射方向に
磁化され、単位磁極ごとに異極性となるように配置され
ている。図は４極の界磁磁極を構成したロータ８を例示
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この種の永久磁石式回
転電機においては、界磁として永久磁石６を用いている
ため、界磁磁束は一定であり、したがって、電機子コイ
ル３と鎖交する磁束量は一定である。この回転電機で
は、鎖交磁束量と回転速度との積に比例して内部誘起電
圧が発生する。ここで鎖交磁束量は一定であるから、結
局、誘起電圧はロータ８の回転速度に比例して変化する
ことになり、端子電圧もそれに応じて変化することにな
る。

【０００４】ところで、電気自動車等の電気推進システ
ムやコンプレッサ等においては、低速領域では定トルク
運転を行うが、高速領域では定出力運転を行う。したが
って、この種の負荷を駆動するモータにおいては、定ト
ルク領域では端子電圧は回転速度が高くなるほど高くな
るが、定出力領域ではトルクと回転速度とは逆比例関係
となるため回転速度が高くなるほど電流は少なくてよい
ことになるので、電圧は一定に近い値となることが望ま
しい。

【０００５】このように変速運転を行う機械負荷の駆動
源として永久磁石式交流電動機を適用する場合、一般に
可変周波数・可変電圧を出力しうるインバータを介して
電動機を駆動する。しかし、この機械負荷を駆動するた
めに永久磁石式交流電動機を使用すると、高速回転領域
において誘起電圧が回転速度に比例して高くなり、つい
には誘起電圧がインバータ電圧に一致してそれ以上の回
転が不可能となる。高速回転を可能とするには単純には
インバータの電圧をより高くすればよいが、そうしたの
ではインバータの皮相電力が増大し、インバータが大型
化するばかりでなく、効率も低下する。

【０００６】そこで界磁磁束と逆方向に作用する電機子
反作用に対応する電機子電流ｄ軸成分を流すことによ
り、電機子コイルと鎖交する界磁磁束を低下させる技術
（弱め界磁方式）が適用される。しかしながら、永久磁
石の比透磁率（＝１．１）は真空の比透磁率（＝１．
０）に近い値であり、電機子側からロータの界磁を見る
と磁気的空隙長は概略的に永久磁石の厚みと機械的な空
隙長の和となり、それは非常に大きなもの（５〜１０
倍）になる。したがって、弱め界磁の効果を得るにはｄ
軸の電機子電流成分をかなり大きくしなければならなく
なり、効率的・温度的に実用上問題となる。また、永久
磁石自体にも電機子反作用により反磁界が直接加わり、
特性が劣化（減磁）するおそれも出てくる。

【０００７】さらに、耐高速回転性を向上させ、ロータ
表面に配設された永久磁石の飛散を防止するため、ロー
タ表面に露出する永久磁石を非磁性のリングで覆うこと
が知られている。しかし、永久磁石から見ると、非磁性
リングの厚みが機械的空隙長に加算されて磁気的空隙長
となるため、一般の回転電機より磁気的空隙長が大とな
り、空隙磁束密度が低下して回転電機は大型化し、効率
が低下する。

【０００８】本発明は、以上述べた従来技術の欠点を克
服するためになされたものであり、低速から高速までの
広範囲の運転を可能とし、かつ高力率・高効率の運転を
可能とする永久磁石式回転電機を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の永久磁石式回転電機は、互いに空隙を介し
て対向する電機子および界磁からなり、これらの電機子
および界磁はいずれか一方がステータとして構成され他
方がロータとして構成され、電機子は電機子鉄心のスロ
ットに電機子コイルを巻装してなり、界磁は各磁極毎
に、半径方向に磁化され周方向に分割され互いに間隔を
おいて界磁鉄心のスロット内に埋設された複数の永久磁
石を有するものとする。

【００１０】さらに本発明の回転電機においては、界磁
鉄心の磁極面側に磁性リングを被せるものとする。

【００１１】さらに本発明の回転電機においては、界磁
鉄心の軸方向両端部に、磁性リングおよび界磁鉄心と磁
気的に結合する磁性材からなるエンドプレートを配置す
るものとする。

【００１２】さらに本発明の回転電機においては、界磁
磁極上に配置された磁性リングに、軸方向に貫通するダ
ンパーバーを貫通させ、さらに各ダンパーバーを各端部
で短絡する導電性のエンドリングを設けるものとするこ
とができる。

【００１３】さらにまた本発明の回転電機はアキシャル
ギャップ形の回転電機として構成することができる。す
なわち、軸方向空隙を介して互いに対向する電機子およ
び界磁からなり、これらの電機子および界磁はいずれか
一方がステータとして構成され他方が円盤状のロータと
して構成され、電機子は電機子鉄心のスロットに電機子
コイルを巻装してなり、界磁は各磁極毎に、軸方向に磁
化された複数の永久磁石を埋設してなるものであるアキ
シャルギャップ形の永久磁石式回転電機とすることがで
きる。

【００１４】

【作用】本発明の回転電機においては、ロータの空隙面
に、周方向に見て永久磁石とロータ鉄心の歯部が交互に
位置しているため、鉄心歯部により磁極部の平均の比透
磁率がかなり大となる。電機子反作用による磁束に対し
て、鉄心歯部、ロータ鉄心、およびステータ鉄心により
磁路が形成される。したがって、電機子反作用磁界が強
くなり、電機子のｄ軸電流成分が小さくても大きな弱め
界磁効果を得ることができ、それにより力率および効率
の向上を達成することができる。

【００１５】本発明に従ってロータ鉄心の磁極面側に磁
性リングを配置することにより、電機子のｄ軸電流成分
による弱め界磁を行ったとき、界磁の永久磁石の磁束は
ｄ軸電流成分の電機子反作用により反発され、永久磁石
による磁束回路として、ステータ鉄心を介して形成され
る通常の磁気回路（永久磁石−ステータ鉄心−永久磁石
−ロータ鉄心）のほかに、ロータ鉄心歯部による磁気回
路（永久磁石−鉄心歯部−ロータ鉄心）と、磁性リング
による新たな磁気回路（永久磁石−磁性リング−ロータ
鉄心）が形成される。つまり、永久磁石の磁束の一部が
上記の新たな磁気回路を通ることにより、電機子コイル
と鎖交する磁束が減少して弱め界磁が効果的に作用する
ことができ、力率および効率が向上する。

【００１６】また、磁性リングを配置することにより、
ｄ軸電流成分による電機子反作用を受けると、永久磁石
の一部の磁束は磁路をステータ鉄心からロータ鉄心歯部
および磁性リングへと移るため、永久磁石から見た外部
パーミアンスは大となる。したがって、永久磁石の動作
特性を決めるパーミアンス係数は大となり、電機子反作
用による減磁界が作用しても、特性の低下を僅かなもの
に抑えて、永久磁石は磁気的に安定し、永久磁石は電機
子反作用による不可逆減磁を避けることができる。

【００１７】本発明に従ってロータ鉄心の軸方向両端部
に、エンドプレートを配置することにより、電機子のｄ
軸電流による弱め界磁を行ったとき、永久磁石の磁束は
ｄ軸電流成分の電機子反作用により反発され、ロータ鉄
心歯部による新しい磁気回路とさらに次の新しい磁気回
路、すなわち永久磁石−ステータ鉄心−永久磁石−ロー
タ鉄心からなる通常の磁気回路のほかに、永久磁石−磁
性の部材−エンドプレート−ロータ鉄心からなる新しい
磁気回路が形成され、界磁磁束は電機子反作用の磁界が
弱い磁性のエンドプレート側へ磁路を変える。つまり、
永久磁石の磁束の一部が上記の新しい磁気回路を通るこ
とにより、電機子コイルと鎖交する磁束が減少して弱め
界磁が効果的に作用することができ、力率・効率が向上
する。

【００１８】磁路となる磁性リングをステータ鉄心とロ
ータ間に設けると、それをｄ軸とｑ軸の磁束が通り、電
流が大きいとき磁気飽和が生じ、弱め界磁の効果が弱く
なる場合もある。しかし、本発明の回転電機において
は、エンドプレートが電機子鉄心の外にあるため、トル
クを発生する電流となるｑ軸電流成分によるｑ軸磁束の
ほとんどはエンドプレートを通らず、ｄ軸電機子反作用
によりステータと鎖交しないように磁路を変えた永久磁
石の磁束がエンドプレートを通る。以上より、さらに大
きなｄ軸電流成分を流すことができる。また、ｑ軸電流
成分による影響（磁性材の磁気飽和等）が小であり、制
御性も向上する。

【００１９】さらに本発明に従ってダンパーバーおよび
導電性短絡リングを設けることによりロータに制動作用
が生じ、回転電機自体および系統の安定化に寄与するこ
とができる。

【００２０】さらにまた本発明の回転電機はアキシャル
ギャップ形のものにも適用することができ、その作用・
効果は通常のラジアルギャップ形の回転電機のものと同
様である。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の永久磁石式回転電機の実施例
を、図１〜２０を参照してより詳細に説明する。なお、
本発明は回転界磁形の回転電機に対しても回転電機子形
の回転電機に対しても同様に適用可能なものであるが、
ここでは一実施例として回転界磁形の回転電機、すなわ
ちロータを界磁としステータを電機子とした回転電機に
ついて説明する。

【００２２】基本構造図１および図２は本発明による回転電機の一実施例を示
すものである。ステータ１においては、円筒状のフレー
ム１ａとその両端に位置する軸受ブラケット１ｂ，１ｃ
とでほぼ閉じた円筒状のハウジングを形成している。ケ
イ素鋼板を積層したステータ鉄心２がフレーム１ａの内
面に取り付けられている。ステータ鉄心２の内周面側に
は軸方向に走るスロット５が円周方向に沿って多数形成
されており、スロット５相互間に歯４が形成されてい
る。ステータ鉄心２のスロット５に電機子コイル３が巻
装されている。軸受ブラケット１ｂ，１ｃに取り付けら
れた軸受２１，２２を介してロータ軸８ｓが回転自在に
支承されている。ロータ軸８ｓには、軸方向に走るスロ
ットを円周方向に沿って多数形成したケイ素鋼板を軸方
向に積層してなるロータ鉄心７が配置されている。図示
の実施例の回転電機は４極界磁機であり、界磁１極当た
り７スロットが形成されている。ロータ鉄心７に形成さ
れたスロット中に例えばＮｄＦｅＢからなる比較的小片
の希土類永久磁石６が挿入・固定される。永久磁石６は
半径方向（放射方向）に磁化されている。ロータ軸８
ｓ、ロータ鉄心７および永久磁石６によりロータ８が構
成されている。

【００２３】ロータ鉄心７は、ケイ素鋼板に代えて、Ｆ
ｅＣｏＶ合金や、磁性のステンレス材、アモルファス磁
性材などの薄板を積層して構成するか、金属磁性粉末と
絶縁および結合を兼ねる樹脂コンパウンドを成形して得
られた圧粉磁心材やフェライト磁性材のソリッド材で作
ることもできる。鉄心中に生ずる渦電流損をあまり問題
にしなければ、より安価に製造するために、ソリッド材
料を用いることも可能である。

【００２４】ロータ８の空隙面には周方向に見て永久磁
石６と鉄心歯部９が交互に配置されているため、鉄心歯
部９により磁極部の平均の比透磁率がかなり大となる。
磁路から検討すると電機子反作用による磁束は鉄心歯部
９、ロータ鉄心７、ステータ鉄心２を磁路とする。以上
により、電機子反作用磁界は強くなり、電機子のｄ軸電
流成分が小さくても大きな弱め界磁効果が得られ、力率
および効率を向上させることができる。

【００２５】ロータ鉄心のスロット形状図２のロータ鉄心７には断面矩形状の永久磁石６に対応
する断面矩形状のスロットが形成されているが、その断
面形状は種々の形状に構成することができる。すなわ
ち、図３に示すように外周側の開口幅が狭い台形状のス
ロット９ａ、図４に示すように半閉口スロット９ｂ、あ
るいは図５に示すように閉口スロット９ｃなどがありう
る。これらのスロットの中にそれぞれ対応する形状の永
久磁石６を挿入する。こうすることにより、永久磁石６
はロータ鉄心７の歯部９により機械的に保持される。し
たがって、高速回転の回転電機や、永久磁石６を固定す
るために接着剤を使用することができない特殊環境の回
転電機においても、永久磁石６を機械的に良好に保持
し、高速回転時においてもその飛散を良好に防止するこ
とができる。

【００２６】磁性リングを設けた構造図６および図７の実施例においては、界磁磁極の空隙側
最外周に比較的薄い磁性リング１０を配設している。磁
性リング１０は例えば０．５ｍｍ程度の厚さを有するケ
イ素鋼板を軸方向に積層し溶接して構成することができ
る。さらに界磁の磁極の外周側に磁性のリング１０を設
ける。前記の磁性のリング１０は０．５ｍｍ厚のケイ素
鋼板を軸方向に積層して溶接して構成する。

【００２７】磁性リング１０は、ＦｅＣｏＶ合金、磁性
のステンレス材、アモルファス磁性材の薄い板を積層し
て構成するか、金属磁性粉末と絶縁および結合を兼ねる
樹脂コンパウンドを成形して得られた圧粉磁心材、フェ
ライトの磁性材のソリッドで作ることができる。このよ
うに磁性リング１０を設けることにより、電機子のｄ軸
電流成分による弱め界磁を行ったとき、界磁の永久磁石
６の磁束はｄ軸電流成分の電機子反作用により反発さ
れ、永久磁石６による界磁磁束はステータ１との磁気回
路以外に、次に示すような鉄心歯部９による磁気回路と
ロータ８の磁性リング１０による磁気回路を新しく形成
する。すなわち、永久磁石６−ステータ鉄心２−永久磁
石６−ロータ鉄心７からなる通常の磁気回路のほかに、
永久磁石６−鉄心歯部９−ロータ鉄心７からなる第１の
磁気回路と、永久磁石６−磁性リング１０−ロータ鉄心
７からなる第２の磁気回路が形成されるのである。これ
により、永久磁石６の発生磁束の一部が新しく形成され
た第１および第２の磁気回路を通ることになり、電機子
コイル３と鎖交する磁束が減少して弱め界磁が効果的に
作用することができ、回転電機として力率および効率を
向上させることができる。

【００２８】磁性リング１０を設けることにより、同時
に電機子反作用による永久磁石６の減磁を防止すること
もできる。すなわちｄ軸電流成分による電機子反作用を
受けると、永久磁石６の一部の磁束は磁路をステータ鉄
心２からロータ８の鉄心歯部９および磁性リング１０へ
と移るため、永久磁石６から見た外部パーミアンスは大
となる。したがって、永久磁石６の動作特性を決めるパ
ーミアンス係数は大となり、電機子反作用による減磁界
が作用しても、磁気特性の低下を僅かなものに抑えて永
久磁石６は磁気的に安定する。したがって、永久磁石６
は電機子反作用による不可逆減磁を避けることができ
る。

【００２９】図８は、ロータ８の各磁極部分のみの外周
面上に、各磁極部分相互間で軸方向に走るスリットによ
り周方向に分割された磁性リングすなわち磁性板１２を
設けた実施例を示すものである。磁性板１２は０．５ｍ
ｍ厚のケイ素鋼板を軸方向に積層し溶接して構成する。
この磁性板１２はケイ素鋼板、ＦｅＣｏＶ合金、または
磁性のステンレス材、さらにはアモルファス磁性材の薄
い板を積層して構成するか、金属磁性粉末と絶縁および
結合を兼ねる樹脂コンパウンドを成形して得られる圧粉
磁心材や、フェライトの磁性材のソリッドで作られる。
図８の構成によっても図６，７の磁性リング１０と同等
の作用・効果を奏することができる。

【００３０】磁性エンドプレートを設ける構造図９はロータ鉄心７上に位置するように、永久磁石６お
よび磁性リング１０の軸方向の両端面にケイ素鋼板等の
磁性板を積層してなるエンドプレート１１ａ，１１ｂを
ロータ鉄心７と磁気的に結合するように配置した実施例
を示すものである。エンドプレート１１ａ，１１ｂは軟
鋼、構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ等）、磁性板１２と同等の
材料（ケイ素鋼板、ＦｅＣｏＶ合金、磁性のステンレス
材、アモルファス材等）を使用し、薄い板の積層体また
はソリッドのどちらでも適用することができる。

【００３１】磁路となる磁性リング１０をロータ鉄心７
上に設けると、ここをｄ軸およびｑ軸の磁束が通り、大
きな電流が流れたとき磁気飽和が生じ、弱め界磁の効果
が弱められる場合がありうる。しかしながら、エンドプ
レート１１ａ，１１ｂがステータ鉄心２の軸方向に外れ
た位置にあるため、トルクを発生する電流となるｑ軸電
流成分によるｑ軸磁束のほとんどはエンドプレート１１
ａ，１１ｂを通ることなくｄ軸電機子反作用によりステ
ータ鉄心２と鎖交しないように磁路を変えた永久磁石６
の磁束がエンドプレート１１ａ，１１ｂを通る。したが
って、弱め界磁の効果を弱めることなく、より大きなｄ
軸電流成分を流すことができる。また、ｑ軸電流による
影響（磁性材の磁気飽和等）が小であり、回転電機とし
ての制御性も向上する。

【００３２】エンドプレート１１ａ，１１ｂを設けるこ
とにより、電機子反作用による永久磁石６の減磁を防止
し、あるいは抑制する作用をも達成させることができ
る。ｄ軸電流成分による電機子反作用を受けると、永久
磁石６の一部の磁束は磁路をステータ鉄心２からロータ
８のエンドプレート１１ａ，１１ｂへと移るため、永久
磁石６からみた外部パーミアンスは大となる。したがっ
て、永久磁石６の動作特性を決めるパーミアンス係数は
大となり、電機子反作用による減磁界が作用しても、特
性の低下を僅かに抑えて、永久磁石６が磁気的に安定す
る。したがって、永久磁石６は電機子反作用による不可
逆減磁を避けることができる。

【００３３】ロータ鉄心の種々の変形実施例図１０はロータ鉄心７の変形実施例を示すものである。
このロータ鉄心７においては、各磁極が凸極として構成
されており、磁極相互間に空隙１６が形成されている。
このような磁極構造によっても空隙１６のないものと同
等な作用・効果を奏することができる。

【００３４】図１１に示すロータ鉄心７の実施例におい
ては、１極に含まれる複数の永久磁石６の周方向幅を、
周方向に見て中心部で大きく、両端部で小さくしたもの
である。この構造は界磁の磁束量、漏れ磁束の量、およ
び電機子反作用の強さを容易に調整することができ、し
たがって回転電機の最適設計を可能とする。

【００３５】図１２に示すロータ鉄心７の実施例におい
ては、界磁磁極１極に含まれる複数の永久磁石６を５個
とし、隣接する界磁磁極間に周方向（接線方向）に磁化
された極間永久磁石１３を配置したものである。界磁に
おいて、隣合う異極の磁極間に主磁極となる永久磁石６
の磁化方向と直交する方向に磁化された永久磁石１３を
追加して配置することにより、電機子コイル３と鎖交す
る有効磁束を増加することができる。つまり、磁極相互
間の永久磁石１３の磁束は主界磁の永久磁石６の端部側
面へ磁束が向いているため、磁性リング１０に沿った界
磁磁束の漏れ磁束は永久磁石１３の磁束と逆方向にな
る。したがって、漏れようとする磁束は永久磁石１３に
よって反発され、空隙を通って電機子コイル３と鎖交
し、有効な磁束となる。

【００３６】ダンパーバーを設ける実施例図１３および図１４に示す実施例は、ロータ鉄心７の外
周上に被せる磁性リング１０（または図８：磁性板１
２）の中に永久磁石６に対応させて軸方向に貫通するダ
ンパーバー１４を貫通させたものである。これらのダン
パーバー１４の端部はエンドプレート１１ａ，１１ｂか
らの露出端部において、かご形誘導電動機の二次導体バ
ーにおけると同様に、導電性のエンドリング１７ａ，１
７ｂにより互いに短絡するものとする。このように複数
のダンパーバー１４およびエンドリング１７ａ，１７ｂ
を設けることにより、ロータ８に制動作用が生じ、回転
電機自体およびそれが接続される系統の安定化に寄与す
ることができる。

【００３７】アキシャルギャップ形回転電機への適用例図１５は本発明をアキシャルギャップ形回転電機に適用
した実施例を示すものである。軸８ｓ上に固定された円
盤状のロータ鉄心７には４極の各磁極毎に、軸方向に磁
化され軸方向に走る複数（図示の例では９本）の永久磁
石６が軸方向から見て縦横配置の形で埋設され、ロータ
鉄心７の両端面に磁性板１５ａ，１５ｂを配置してい
る。電機子コイル３で略示されたステータ１はロータ８
からアキシャルギャップを介し軸方向に対向する形で配
置される。この形の回転電機の機能ないし作用・効果
は、通常の回転電機、すなわちステータおよびロータが
同心配置の関係にあるラジアルギャップタイプの回転電
機の場合と同様である。

【００３８】使用材料について永久磁石６の表面に設ける磁性リング１０および磁性板
１２並びにエンドプレート１１ａ，１１ｂの材料として
ＦｅＣｏＶ合金を適用した場合、ＦｅＣｏＶ合金は２．
３［Ｔ］の高飽和磁束密度の磁気特性を有するため、ケ
イ素鋼板を用いた場合よりも大きなｄ軸電流成分を流す
ことができる。したがって、ＦｅＣｏＶ合金の使用は、
弱め界磁を大きくしたい場合や、磁性リング１０、磁性
板１２、およびエンドプレート１１ａ，１１ｂの断面積
を小にしたい場合などには効果が大である。

【００３９】ロータ鉄心７、磁性リング１０、磁性板１
２、およびエンドプレート１１ａ，１１ｂを、図１６に
示すような低飽和磁束密度材である磁性のステンレス材
ＳＵＳ６３０、または図１７に示すような磁性のＣｏ基
アモルファス材で作ることにより、漏れ磁束を増加させ
ることなく、各磁性材の断面積を大にすることができ
る。したがってまた、磁性材の強度が増し、高速回転に
耐える回転電機を構成することができる。なお、図１６
には比較のために構造用炭素鋼Ｓ４５Ｃの磁気特性を合
わせて示し、図１７にはＦｅ基アモルファス材およびケ
イ素鋼板の磁気特性を合わせて示している。

【００４０】高効率が要求される場合や、ロータが高速
で回転する場合、多極の回転電機の場合、さらには電機
子スロットが開口形の場合は、ロータ鉄心７の歯部９、
磁性リング１０、磁性板１２、および磁性のエンドプレ
ート１１ａ，１１ｂは薄い板を積層した構成とすること
により渦電流を低減することができる。これらの各材料
として図１８（磁気特性）に示すような特性の圧粉磁心
材、または図１９（ケイ素鋼板、圧粉磁心材およびフェ
ライト材の周波数に対する磁気特性）に示すような特性
のフェライト材を適用すれば、高周波においても磁束密
度の低下（透磁率の低下）がわずかであり、積層せずに
一体物でも渦電流を低減させうることが分かる。したが
って、圧粉磁心材ないしフェライト材を上記磁性材料と
して適用することにより簡素な構成で特性の良い回転電
機を構成することができる。

【００４１】ロータ８の鉄心歯部９をアルニコ永久磁石
またはＦｅＣｒＣｏ永久磁石とすることにより、電機子
反作用に関連して次の作用・効果を奏することができ
る。すなわち図２０に示すように、アルニコ永久磁石ま
たはＦｅＣｒＣｏ永久磁石の保磁力は１０〜１００［ｋ
Ａ／ｍ］と小さく、希土類磁石たとえばＮｄＦｅＢ磁石
の保磁力（図２０の場合、１０００［ｋＡ／ｍ］）の１
／１０〜１／１００程度であり、また残留磁束密度も
１．４［Ｔ］と希土類磁石並に大きい。このため、電機
子反作用磁界を受けると容易にその反作用磁界方向に磁
化されて大きな磁束を生じるため、電機子反作用により
アルニコ磁石が発生する磁束の方向を変えることによ
り、電機子と鎖交する界磁の磁束量を調整することがで
きる。例えば、負のｄ軸電流成分を流すことによりアル
ニコの磁束は界磁の主磁石の方向とは逆向きになるため
電機子に鎖交する磁束を減少させて弱め界磁を達成する
ことができる。

【００４２】他の実施例以上の実施例においてはロータを永久磁石式界磁としス
テータを電機子とした回転界磁形回転電機について述べ
たが、直流モータに代表されるようにステータ側を永久
磁石式界磁としロータを電機子とした回転電機子形回転
電機に対しても本発明を適用可能であることについて
は、すでに述べた通りであり、回転電機子形の場合も回
転界磁形の回転電機の場合と同様の作用・効果を奏する
ことができる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の回転電機
は、ステータコイルと鎖交する界磁の径方向磁束量を僅
かな低下に抑え、高速領域において、弱め界磁により電
機子コイルと鎖交する磁束を効果的に減少させ、界磁の
端子電圧を低下させることにより低速から高速回転まで
の広範囲で運転可能とし、かつ、高力率・高効率を実現
することができる。

【００４４】また、エンドプレートを設けることによ
り、弱め界磁により永久磁石の磁束の一部がロータ間で
閉じた磁気回路を作るための磁性ヨーク（磁性のエンド
プレート）にはトルク電流であるｑ軸電流成分による磁
束が通らないため磁気飽和による影響が緩和され、か
つ、ｄ軸電流成分とｑ軸電流成分の干渉も小となり制御
性が向上する。

【００４５】永久磁石の特性の安定性については、Ｎｄ
ＦｅＢ磁石は過大なｄ軸電流成分の電機子反作用を受け
ても、磁石の発生する磁束はロータ鉄心の歯および磁性
リングも磁路となるため、パーミアンス係数の低下は僅
かであり、ロータ鉄心に設けた永久磁石も磁気的に安定
する。

【００４６】ロータにダンパーバーを設けることによ
り、回転電機の安定性を向上させ、系統に安定した電力
を供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による永久磁石式回転電機の一実施例を
示す縦断面図。

【図２】図１の回転電機のＡ−Ａ線に沿う要部の横断面
図。

【図３】ロータ鉄心における台形断面のスロットを示す
要部の横断面図。

【図４】ロータ鉄心における半閉口スロットを示す要部
の横断面図。

【図５】ロータ鉄心における閉口スロットを示す要部の
横断面図。

【図６】ロータ鉄心に磁性リングを設けた実施例を示す
縦断面図。

【図７】ロータ鉄心に磁性リングを設けた実施例を示す
要部の横断面図。

【図８】磁性リングを分割して磁性板とした実施例を示
す要部の横断面図。

【図９】磁性のエンドリングを設けた実施例を示す縦断
面図。

【図１０】ロータ鉄心を凸極磁極形に構成した実施例を
示す要部の横断面図。

【図１１】ロータ鉄心の１極を構成する永久磁石の周方
向幅を異ならせた実施例を示す要部の横断面図。

【図１２】ロータ鉄心に極間永久磁石を配置した実施例
を示す要部の横断面図。

【図１３】ロータ鉄心にダンパーバーを設けた実施例を
示す縦断面図。

【図１４】ロータ鉄心にダンパーバーを設けた実施例を
示す要部の横断面図。

【図１５】本発明をアキシャルギャップ形回転電機とし
て構成した実施例を任意の角度で切断したカットモデル
で表したロータの斜視図。

【図１６】磁性のステンレスと構造用炭素鋼の磁気特性
を示す線図。

【図１７】磁性のアモルファス材およびケイ素鋼板の磁
気特性を示す線図。

【図１８】圧粉磁心材の磁気特性を示す線図。

【図１９】ケイ素鋼板、圧粉磁心材およびフェライト材
の周波数に対する磁気特性を示す線図。

【図２０】アルニコ永久磁石およびＦｅＣｒＣｏ永久磁
石の磁気特性を示す線図。

【図２１】従来の永久磁石式回転電機の横断面図。

【符号の説明】

１ステータ１ａフレーム１ｂ，１ｃ軸受ブラケット２ステータ鉄心３電機子コイル４鉄心歯５スロット６永久磁石７ロータ鉄心８ロータ８ｓ軸９鉄心歯９ａ，９ｂ，９ｃスロット１０磁性リング１１ａ，１１ｂ磁性のエンドプレート１２磁性板１３極間の永久磁石１４ダンパーバー１５ａ，１５ｂ磁性板１６空隙１７ａ，１７ｂエンドリング２１，２２軸受

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに空隙を介して対向する電機子および
界磁からなり、これらの電機子および界磁はいずれか一
方がステータとして構成され他方がロータとして構成さ
れ、電機子は電機子鉄心のスロットに電機子コイルを巻
装してなり、界磁は各磁極毎に、半径方向に磁化され周
方向に分割され互いに間隔をおいて界磁鉄心のスロット
内に埋設された複数の永久磁石を有するものである永久
磁石式回転電機。
【請求項２】請求項１に記載の回転電機において、界磁
鉄心に形成されたスロットは断面矩形状または空隙側で
幅の狭い断面台形状の開口スロットである永久磁石式回
転電機。
【請求項３】請求項１に記載の回転電機において、界磁
鉄心に形成されたスロットは半閉口スロットまたは閉口
スロットである永久磁石式回転電機。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の回転電機
において、界磁鉄心が薄い電磁鋼板を積層したものから
なっている永久磁石式回転電機。
【請求項５】請求項１〜３のいずれかに記載の回転電機
において、界磁鉄心がＦｅＣｏＶ合金、磁性のステンレ
ス材、または磁性のアモルファス材のいずれかからなっ
ている永久磁石式回転電機。
【請求項６】請求項１〜３のいずれかに記載の回転電機
において、界磁鉄心がフェライト材、または金属磁性粉
末とその絶縁および結合を兼ねる樹脂コンパウンドを混
合して得られる圧粉磁心材のいずれかからなっている永
久磁石式回転電機。
【請求項７】請求項１〜３のいずれかに記載の回転電機
において、界磁鉄心の歯部がアルニコ永久磁石またはＦ
ｅＣｒＣｏ永久磁石からなっている永久磁石式回転電
機。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載の回転電機
において、界磁鉄心の磁極面側に磁性リングを被せた永
久磁石式回転電機。
【請求項９】請求項８に記載の回転電機において、磁性
リングが各界磁磁極毎に周方向に分割されている永久磁
石式回転電機。
【請求項１０】請求項８または９に記載の回転電機にお
いて、磁性リングが薄い電磁鋼板を積層したものからな
っている永久磁石式回転電機。
【請求項１１】請求項８または９に記載の回転電機にお
いて、磁性リングがＦｅＣｏＶ合金、磁性のステンレス
材、または磁性のアモルファス材のいずれかからなって
いる永久磁石式回転電機。
【請求項１２】請求項８〜１１のいずれかに記載の回転
電機において、界磁鉄心の軸方向両端部に、磁性リング
および界磁鉄心と磁気的に結合する磁性材からなるエン
ドプレートを配置した永久磁石式回転電機。
【請求項１３】請求項１２に記載の回転電機において、
エンドプレートが薄い電磁鋼板を積層したものからなっ
ている永久磁石式回転電機。
【請求項１４】請求項１２に記載の回転電機において、
エンドプレートがＦｅＣｏＶ合金、磁性のステンレス
材、または磁性のアモルファス材のいずれかからなって
いる永久磁石式回転電機。
【請求項１５】請求項１〜１４のいずれかに記載の回転
電機において、界磁の各磁極が隣接する磁極との間に空
隙を有する突極として形成されている永久磁石式回転電
機。
【請求項１６】請求項１〜１５のいずれかに記載の回転
電機において、１つの界磁磁極を形成する複数の永久磁
石の周方向幅が周方向中心部で大きく周方向両端部へい
くにつれて次第に小さく形成されている永久磁石式回転
電機。
【請求項１７】請求項１〜１６のいずれかに記載の回転
電機において、隣合う異極の界磁磁極間にその界磁磁極
の永久磁石の磁化方向と直交する方向に磁化された極間
永久磁石を配置した永久磁石式回転電機。
【請求項１８】請求項８〜１７のいずれかに記載の回転
電機において、界磁磁極上に配置された磁性リングに、
軸方向に貫通するダンパーバーを貫通させ、さらに各ダ
ンパーバーを各端部で短絡する導電性のエンドリングを
設けた永久磁石式回転電機。
【請求項１９】軸方向空隙を介して互いに対向する電機
子および界磁からなり、これらの電機子および界磁はい
ずれか一方がステータとして構成され他方が円盤状のロ
ータとして構成され、電機子は電機子鉄心のスロットに
電機子コイルを巻装してなり、界磁は各磁極毎に、軸方
向に磁化された複数の永久磁石を埋設してなるものであ
るアキシャルギャップ形の永久磁石式回転電機。
【請求項２０】請求項１９に記載の回転電機において、
界磁鉄心の両端面に磁性材のエンドプレートを界磁鉄心
と磁気的に結合するように配置した永久磁石式回転電
機。