WO2004015841A1 - 永久磁石式回転電機の回転子 - Google Patents

永久磁石式回転電機の回転子 Download PDF

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WO2004015841A1
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magnet
magnets
electric machine
rotating electric
magnetic pole
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PCT/JP2003/010147
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Tsukasa Taniguchi
Hiroyuki Mikami
Satoshi Kikuchi
Fumio Joraku
Hideyuki Harada
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Hitachi, Ltd.
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]

Definitions

  • the present invention relates to a rotor of a rotating electric machine having a permanent magnet, and more particularly to an embedded magnet type rotor in which a magnet is embedded in an iron core of the rotor.
  • JP-A-2002-44887 there is JP-A-2002-44887, and there is an example in which an Nd_Fe-1B sintered magnet is embedded in a rotor core to form a rotor.
  • the magnet has a flat plate shape with a single character in a plan view, is inscribed substantially in the outer periphery of the rotor, and is arranged in a substantially polygonal shape. Further, the magnets are arranged over the entire circumference in the rotor circumferential direction, and the magnetic poles are constituted by a plurality of equally divided magnets.
  • the magnets are arranged uniformly over the entire circumference so as to be inscribed in the outer peripheral circle of the rotor core, the magnetic flux distribution is largely dispersed, and a good magnetic flux distribution can be obtained.
  • the distortion rate of the induced electromotive force waveform was large, and the effective value of the fundamental wave of the induced electromotive force was reduced, so that the rotating electrical machine efficiency was reduced.
  • the cogging torque increased and the starting current during motor operation increased, making it difficult to start smoothly.
  • magnets are arranged around the entire circumference of the rotor, the use of magnets increases, resulting in higher costs.
  • an object of the present invention is to provide a permanent magnet type rotating electric machine that solves the above-mentioned problems and has high efficiency, high performance, and low cost.
  • the present invention relates to a rotor having a permanent magnet arranged on the inner periphery of a stator having a plurality of armature windings, wherein at least three or more rotors are provided per magnetic pole.
  • the total angle occupied by the magnets, which are composed of magnets and form one pole of the magnetic poles, in the electrical angle is set so as to be in the range of 150 to 165 degrees.
  • the magnetic flux is concentrated at the center of the magnetic pole, so that a good magnetic flux distribution can be obtained.
  • the effective value of the fundamental wave of the induced electromotive force can be increased, thereby improving the efficiency of the rotating electric machine.
  • the magnet group is concentrated at the center of the magnetic pole, the amount of magnet used is reduced, and an inexpensive permanent magnet rotating electric machine can be provided.
  • the distortion rate and cogging torque of the induced electromotive force waveform are reduced, and the current required at the start of rotation is reduced.
  • the value can be reduced and, at the same time, a smooth rotation start can be obtained.
  • the angle of inclination is in the range of 2 to 6 degrees, the induced electromotive force can be effectively increased, so that high performance of the rotating electric machine can be realized.
  • the slot shape in which the magnets are housed is a shape in which a slit is formed between the magnets, the leakage magnetic flux generated between the magnets is reduced, and the utilization efficiency of the magnets can be increased.
  • a magnet fixing material is sealed in the slit portion, the reliability of the rotor can be improved.
  • the magnet cost can be reduced.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of one embodiment of a rotor of a permanent magnet type rotating electric machine according to the present invention
  • FIG. 2 is an explanation of various characteristics of the rotating electric machine when the circumferential angle 01 of the magnet is changed.
  • Fig. 3 shows the permanent magnet type rotating electric machine according to the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of another embodiment of the rotor
  • FIG. 4 is a diagram illustrating various characteristics of the rotating electric machine when the angle 02 at which the magnet is inclined toward the center of the magnetic pole is changed
  • FIG. FIG. 6 is an explanatory view of a rotor structure showing another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an explanatory view of a rotor structure showing another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a center position of a magnet showing an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a detailed view showing the arrangement of the center position of the magnet showing another embodiment of the present invention, and
  • FIG. 9 is a view showing the resistance when the outer peripheral wall thickness D 1 of the rotor core is changed.
  • FIG. 10 is a diagram showing the results of a study of the centrifugal force and various characteristics of the rotating electric machine.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of a rotor structure according to the prior art. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 shows a rotor structure of a permanent magnet type rotating electric machine which is an embodiment of the rotating electric machine according to the present invention.
  • Rotor 1 has rotor core 2, slot 3 in which magnets are housed, N-pole permanent magnet 10, S-pole permanent magnet 11, rotating shaft 20, and outer circumference of magnets 10 and 11.
  • a plurality of braking windings 4 are provided.
  • the rotor core 2 is a cylindrical laminated core formed by laminating a plurality of thin iron plates punched into a predetermined shape.
  • the N-pole permanent magnet 10 and the S-pole permanent magnet 11 are magnets that generate magnetic flux ⁇ f, and are divided into three per magnetic pole. These magnets are arranged in slots 3 installed near the outer peripheral surface of the rotor core 2 so as to form two magnetic poles, and each slot 3 is arranged so as to concentrate in the direction of the magnetic pole center position. Is placed.
  • the total angle occupied by the magnet group constituting one magnetic pole in the electrical angle is the circumferential angle of the magnet 0 1
  • various characteristics of the rotating electric machine can be obtained. Can be greatly improved Was. The details are described below.
  • Figure 2 shows the relationship between the magnet's circumferential angle 01 and the characteristics of the no-load induced electromotive force, the distortion factor of the no-load induced electromotive force waveform, and the cogging torque when the generator is operated.
  • the magnet groups constituting one magnetic pole are arranged uniformly, and the circumferential angle 01 of the magnet per magnetic pole is almost equal to 180 degrees. . Therefore, in Fig. 2, the circumferential angle 01 of the magnet according to the conventional technology is set to 175 °, and the circumferential angle 01 of the magnet is examined in the range of 135 ° to 175 °.
  • Each result when the circumferential angle 0 1 of the magnet was changed is expressed based on the case where the magnet circumferential angle 0 1 is 175 degrees.
  • the no-load induced electromotive force which is closely related to the efficiency of the permanent magnet type rotating electric machine, is larger than that of the conventional technology, and the distortion rate of the no-load induced electromotive force waveform, which is important for the generator function, and the The circumferential angle 0 1 of the magnet at which both the cogging torque affecting vibration and noise is smaller than that of the prior art is in a range from 150 degrees to less than 17.5 degrees.
  • the distortion rate and cogging torque of the no-load induced electromotive force waveform increase sharply when the circumferential angle ⁇ 1 of the magnet exceeds 165 degrees.
  • the range of 150 degrees to 16.5 degrees was adopted as the optimal range of the circumferential angle ⁇ 1 of the magnet.
  • FIG. 3 shows a structure of a rotor 1 of a permanent magnet type rotating electric machine which is another embodiment of the rotating electric machine according to the present invention.
  • the rotor 1 has a rotor core 2, a slot 3 in which magnets are housed, N-pole permanent magnets 10 (10a, 10b, 10c), and S-pole permanent magnets 1 1 (1 1 a, lib, 1 1 c), rotation axis 20 and magnet
  • a plurality of braking windings 4 are provided on the outer peripheral side of the stones 10 and 11.
  • the rotor core 2 is a cylindrical laminated core formed by laminating a plurality of thin iron plates punched into a predetermined shape.
  • the N-pole permanent magnet 10 and the S-pole permanent magnet 11 are magnets that generate magnetic flux ⁇ f, and are divided into three parts per magnetic pole.
  • the magnets 10a, 10c, 11a, and 11c located at the magnetic pole ends are arranged to be inclined toward the magnetic pole center position.
  • the angle of the magnet toward the magnetic pole center position that is, the point P s on the outer peripheral surface of the rotor core 2 on a straight line passing through the two points of the rotation axis center and the magnet center is used as the contact point.
  • the sign of the angle at which the magnet is inclined is assumed to be positive in the direction in which the magnet is inclined toward the center of the magnetic pole.
  • the no-load induced electromotive force increased in the angle range of 0.0 degrees, 0.2 degrees, and 10.0 degrees.
  • the distortion rate and cogging torque of the no-load induced electromotive force waveform became smaller in the entire study range from 12.5 degrees to 10.0 degrees except for 0.0 degrees.
  • the no-load induced electromotive force is large, and the distortion rate and cogging torque of the no-load induced electromotive force waveform are small with respect to the reference characteristics in which the magnet inclination angle 02 is 0.0 degrees.
  • the tilt angle 02 of the magnet that satisfies the condition at the same time is in the range of 0 ⁇ 0.1 degrees, which is 0.0 degrees.
  • the no-load induced electromotive force which is closely related to the efficiency of the permanent magnet type rotating electric machine, is almost maximum when the magnet inclination angle 0 2 is set in the range of 2 degrees to 6 degrees. Therefore, in view of the above, in the present invention, the range of 2.0 degrees to 6.0 degrees was adopted as the optimum range of the inclination angle 02 of the magnet.
  • FIG. 6 is an explanatory view of a rotor structure showing another embodiment of the present invention.
  • magnets 10 and 11 are stored in slot 3, slits are provided between magnets 10 and 11 respectively.
  • This is an example in which a slot 3 in which 15 is formed is formed.
  • the slit 15 has the effect of reducing the leakage magnetic flux generated between the magnets 10 and 11 even when air (hollow) is used, and increasing the magnet utilization efficiency.
  • a magnet fixing material such as a magnet or an adhesive is enclosed, the magnet fixing material penetrates to the gap between the magnets 10 and 11 and the rotor core 2 to fix the magnets 10 and 11 to the rotor core 2.
  • Fig. 7 shows the details of the arrangement of the center positions of the magnets described so far.
  • the center positions of the plurality of magnets constituting the magnetic poles are on the same circular arc, and the magnets at the end portions of the magnetic poles are inclined so as to face the center position of the magnet with respect to the center position of the magnets.
  • the wall thickness D 1 decreases as the magnet inclination 0 2 increases. At a rotation speed of several thousand rotations, the centrifugal force acting on the magnet is small, and even if the rotor core outer peripheral wall thickness is about D1 force S 0.5 mm, the magnet is sufficiently fixed and there is no problem in mechanical strength.
  • the thickness D1 of the outer periphery of the rotor core must be properly adjusted.
  • the improvement of the mechanical strength of the outer peripheral portion of the rotor adjacent to the magnet can be achieved by disposing the magnet more in the inner peripheral direction of the rotor.
  • simply arranging in the inner circumferential direction of the rotor increases the amount of magnetic flux leaking to the iron core adjacent to the magnet, deteriorating the rotating electrical characteristics.
  • the rotor core outer peripheral wall thickness D 1 has an appropriate value in consideration of both mechanical strength improvement and prevention of deterioration of the rotating electrical machine characteristics.
  • FIG. 8 is an explanatory view of a rotor structure showing another embodiment of the present invention.
  • magnet While maintaining the setting range of circumferential angle 6> 1 and magnet tilt angle 02, the magnet arranged at the pole tip was moved to the inner circumference of the rotor so as to withstand tens of thousands of centrifugal forces. . That is, in the arrangement of the plurality of magnets in the rotor core, the arc passing through the center of the magnet arranged on the pole end side is smaller than the arc passing through the center of the magnet arranged on the pole center side.
  • Figure 9 shows the results of a study of the centrifugal resistance and various characteristics of the rotating electrical machine when the outer peripheral wall thickness D 1 of the rotor core was changed.
  • Increasing the rotor core outer peripheral wall thickness D 1 means that the arc passing through the center of the magnet arranged on the pole tip side shown in FIG. It means to set smaller than the passing arc.
  • the rotor core outer peripheral wall thickness D1 is described based on a case where the thickness D1 is 0.25 mm, and the respective characteristics are compared in the range of 0.25 to 1.75 mm.
  • the centrifugal resistance increased as the outer peripheral wall thickness D1 of the rotor core increased.
  • the no-load induced electromotive force does not change until the outer peripheral wall thickness D1 of the rotor core is 0.25 to: 1.0 mm, but it suddenly decreases when it exceeds 1.0 mm. all right.
  • the distortion rate of the no-load induced electromotive force hardly changes when the outer peripheral wall thickness D1 of the rotor core is in the range of 0.25 to 1.0 mm. Above this, it showed an increasing trend.
  • the cogging torque showed an increasing tendency as the outer peripheral wall thickness D1 of the rotor core increased.
  • the anti-centrifugal force was set to 1.4 times the centrifugal force in consideration of the manufacturing error and the reduction factor of the repeated stress in anticipation of the safety factor. From the above study results, the rotor core outer peripheral wall thickness D 1 was selected to be 1.0 mm, which has good rotating electrical machine characteristics and sufficient centrifugal resistance.

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  • Power Engineering (AREA)
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  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

従来は、回転子鉄心の全周に永久磁石を均等配置する従来技術では、良好な磁束分布を得ることが難しく、コギングトルクや誘導起電力波形の歪み率が大きくなり、回転電機特性が低下していた。また、磁石を全周に渡り配置するために磁石使用量が多くコスト削減が困難であった。本発明では、複数の巻線を施した固定子と、その内側で回転する回転軸に固定した回転子鉄心の外周円に沿って回転子鉄心内に設けられたスロット内に磁石が収納され、かつ一磁極あたりが少なくとも3個以上の磁石で構成された回転子を有する永久磁石式回転電機において、一磁極を構成する磁石群の電気角に占める合計角度を150度～165度の範囲となるように設定する。

Description

明 細 書
永久磁石式回転電機の回転子 技術分野
本発明は、 永久磁石を有する回転電機の回転子で、 特に回転子の鉄心 に磁石を埋め込んだ、 埋め込み磁石型回転子に関わるものである。 背景技術
従来技—術として特開 2 0 0 2— 4 4 8 8 7号公報があり、 N d _ F e 一 B焼結磁石を回転子鉄心に埋め込み、 回転子を構成した例がある。 磁 石は平視一文字状の平板形状で、 回転子外周にほぼ内接し、 略多角形状 となるように配列されている。 更に、 磁石は回転子周方向の全周に渡り 配置してあり、 磁極は複数個で均等に分割した磁石で構成されている。 上記従来技術においては、 回転子鉄心の外周円に内接するように、 そ の全周に渡り磁石を均等に配列しているため、磁束分布が大きく分散し、 良好な磁束分布を得ることができず、誘導起電力波形の歪み率が大きく、 誘導起電力の基本波実効値が低下することにより回転電機効率が低下し ていた。 また、 コギングトルクが大きくなり、 電動機運転時の起動電流 が増大してスムーズな始動が難しかった。 さらに、 回転子全周に渡って 磁石を配置するため、 磁石使用量が増えコス ト高を招くという不具合が めつ/こ。
そこで本発明の目的は、 以上のような不具合を解消し、 高効率 · 高性 能でかつ安価な永久磁石式回転電機を提供することにある。 発明の開示 . 上記目的を達成するために、 本発明は、 複数の電機子巻線を施した固 定子の内周に配置した永久磁石を有する回転子において、 磁極一極あた り、 少なく とも 3個以上の磁石から構成され、 かつ磁極一極を形成する 磁石群の電気角に占める合計角度を 1 5 0度〜 1 6 5度の範囲となるよ うに設定する。 これにより、 磁束が磁極中心に集中するので良好な磁束 分布を得ることができると共に、 誘導起電力の基本波実効値が高められ るので回転電機効率が向上する。 さらに、 磁石群は磁極中心位置に集中 配置するので、 磁石使用量が少なくなり、 安価な永久磁石式回転電機を 提供できる。
また、 磁極端部側に配置される磁石の配向が磁極中心位置方向に向か うように傾斜配置することで、 誘導起電力波形の歪み率とコギングトル クが低減され、 回転起動時に必要な電流値を小さくできると同時にスム ーズな回転始動を得ることができるようになる。 さらにその傾斜角度を 2度〜 6度の範囲とすれば、 誘導起電力を効果的に高めることができる ため、 回転電機の高性能化も実現できる。
さらに、 磁石が収納されるスロッ ト形状を各磁石間にスリッ トが形成 される形状とすれば、 各磁石間に発生する漏れ磁束が低減され、 磁石の 利用効率を高めることができる。 ここで、 前記スリッ ト部に磁石固定材 を封入すれば回転子の信頼性も向上可能となる。 加えて以上の磁石形状 を平板形状とすることで、 磁石コス トを低減することができる。 図面の簡単な説明
第 1図は本発明に係る永久磁石式回転電機の回転子における一実施例 の構造を示す断面図、 第 2図は磁石の周方向角度 0 1 を変化させた時の 回転電機諸特性の説明図、 第 3図は本発明に係る永久磁石式回転電機の 回転子における他の実施例の構造を示す断面図、 第 4図は磁石を磁極中 心位置方向に傾斜する角度 0 2を変化させた時の回転電機諸特性の説明 図、 第 5図は本発明の他の実施例を示す回転子構造の説明図、 第 6図は 本発明の他の実施例を示す回転子構造の説明図、 第 7図は本発明の実施 例を示す磁石の中心位置の配置に関する詳細図、 第 8図は本発明の他の 実施例を示す磁石の中心位置の配置に関する詳細図、 第 9図は回転子鉄 心外周部肉厚 D 1 を変化させたときの耐遠心力と、 回転電機諸特性の検 討結果を示す図、第 1 0図は従来技術による回転子構造の説明図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明に係る回転電機の実施の形態について、 図面を用いて以下 2極 の例で説明する。
第 1図には、 本発明に係る回転電機の一実施形態である永久磁石式回 転電機の回転子構造を示す。 回転子 1は、 回転子鉄心 2， 磁石が収納さ れるスロッ ト 3， N極側永久磁石 1 0， S極側永久磁石 1 1， 回転軸 2 0および磁石 1 0， 1 1の外周側に複数の制動巻線 4を備えている。 回転子鉄心 2は所定の形状に打ち抜かれた薄鉄板を複数積層して形成さ れた円筒状積層鉄心である。
N極側永久磁石 1 0と S極側永久磁石 1 1は磁束 Φ f を発生する磁石 であり、 一磁極あたり 3分割されている。 これら磁石は 2つの磁極を構 成するように、 回転子鉄心 2の外周側表面部近傍に設置されたスロッ ト 3内に配置され、 各スロッ ト 3は磁極中心位置方向に集中するように配 置される。 ここで、 一磁極を構成する磁石群の電気角に占める合計角度 を磁石の周方向角度 0 1 とすれば、 磁石の周方向角度 0 1 を適正な値に 設定することにより、 回転電機諸特性を格段に改善できることがわかつ た。 以下、 その詳細について述べる。
第 2図に発電機運転をした場合の無負荷誘導起電力， 無負荷誘導起電 力波形の歪み率およびコギングトルクの各特性に対する磁石の周方向角 度 0 1の関係を示した。 なお第 7図に示すように、 従来技術は一磁極を 構成する磁石群が均等配置されており、 かつ一磁極あたりの磁石の周方 向角度 0 1はほぼ 1 8 0度に近い値となる。 そこで、 第 2図では従来技 術による磁石の周方向角度 0 1を 1 7 5度とし、 磁石の.周方向角度 0 1 を 1 3 5度〜 1 7 5度の範囲で検討すると共に、 磁石の周方向角度 0 1 を変更した場合の各結果は磁石の周方向角度 0 1が 1 7 5度の場合を 基準として表記している。
第 2図において、 永久磁石式回転電機の効率と密接に関係する無負荷 誘導起電力が従来技術よりも大きく、 かつ発電機機能として重要な無負 荷誘導起電力波形の歪み率および回転電機の振動や騒音に影響を与える コギングトルクが共に従来技術よりも小さくなる磁石の周方向角度 0 1 は、 1 5 0度から 1 7 5度未満の範囲となっている。 しかしながら、 無 負荷誘導起電力波形の歪み率およびコギングトルクは磁石の周方向角度 θ 1が 1 6 5度を越えると急激に増大していることがわかる。 したがつ て、 機械振動や騒音を少なく したい場合は、 磁石の周方向角度 0 1 にお ける上限を 1 6 5度とすることが妥当といえる。 よって、 本発明におい ては磁石の周方向角度 θ 1の最適な範囲として 1 5 0度から 1 6 5度の 範囲を採用した。
第 3図には、 本発明に係る回転電機の他の実施形態である永久磁石式 回転電機の回転子 1の構造を示す。 回転子 1は、 回転子鉄心 2， 磁石が 収納されるスロッ ト 3 , N極側永久磁石 1 0 ( 1 0 a , 1 0 b， 1 0 c ) , S極側永久磁石 1 1 ( 1 1 a , l i b , 1 1 c ) , 回転軸 2 0および磁 石 1 0 , 1 1の外周側に複数の制動巻線 4を備えている。 回転子鉄心 2 は所定の形状に打ち抜かれた薄鉄板を複数積層して形成された円筒状積 層鉄心である。
N極側永久磁石 1 0 と S極側永久磁石 1 1は磁束 Φ f を発生する磁石 であり、 一磁極あたり 3分割されている。 これら磁石群のうち、 磁極端 部に位置する磁石 1 0 a, 1 0 c , 1 1 a , 1 1 cは、 磁極中心位置方 向に向かうように傾斜して配置する。 ここで、 第 3図に示すように磁石 が磁極中心位置方向に向かう角度、 すなわち回転軸中心と磁石中心の 2 点を通る直線上の回転子鉄心 2における外周表面上の点 P s を接点とし た接線 L 1 (=L 2 ) と磁石がなす角度を磁石の傾斜角度 0 2とすれば、 磁石の傾斜角度 0 2を適正な値に設定することにより回転電機諸特性を 格段に改善できることがわかった。 以下、 その詳細について述べる。 第 4図に発電機運転をした場合の無負荷誘導起電力， 無負荷誘導起電 力波形の歪み率およびコギングトルクの各特性に対する磁石の傾斜角度 0 2の関係を示した。 ここで従来技術は磁石の傾斜角度 0 2が 0. 0 度 であることから、 磁石の傾斜角度 0 2を変更した場合の各結果は、 磁石 の傾斜角度 0 2が 0. 0 度の場合を基準として表記している。 なお、 磁 石を傾斜する角度の符号は磁極中心位置方向に傾斜する向きを正とした < 第 4図に示すように、 磁石の傾斜角度 0 2を— 2. 5度から 1 0.0度 の範囲で検討したところ、 無負荷誘導起電力は 0. 0度ぐ 0 2ぐ 1 0. 0 度の角度範囲で大きくなつた。 また、 無負荷誘導起電力波形の歪み率お よびコギングトルクは、 0.0 度を除いた一 2. 5 度から 1 0. 0 度の 全検討範囲で小さくなつていることがわかった。 これより、 磁石の傾斜 角度 0 2が 0.0 度の基準特性に対して、 無負荷誘導起電力が大きく、 かつ無負荷誘導起電力波形の歪み率およびコギングトルクが小さくなる 条件を同時に満たす磁石の傾斜角度 0 2は、 0 . 0 度ぐ 0 2 < 1 0 . 0 度の範囲であることがわかる。 つまり、 磁極端部側に配置した磁石を少 なからず正方向に傾斜すれば、 傾斜しない場合に対して回転電機の諸特 性を改善できることになる。 さらに第 4図からは、 永久磁石式回転電機 の効率と密接に関係する無負荷誘導起電力が、 磁石の傾斜角度 0 2を 2 度から 6度の範囲に設定した場合にほぼ最大となっていることがわかる, したがって、 本発明では以上の点を鑑み、 磁石の傾斜角度 0 2の最適な 範囲として 2 . 0 度から 6 . 0 度の範囲を採用した。
以上、 磁石周方向角度 Θ 1， 磁石傾斜角度 Θ 2のどちらか一方でも、 本実施例の角度範囲の条件を満足していれば、 回転電機の諸特性が向上 できる。 また、 磁石周方向角度 0 1 と磁石傾斜角度 0 2の両方を、 前記 の角度範囲となるように設定すれば、 相乗作用によって回転電機の諸特 性を更に向上できることは言うまでもない。 また、 第 5図に示すように、 第 1図および第 3図に記載した制動巻線 4がない場合でも本発明の効果 が損なわれることはない。 この場合、 制動巻線分の製造コストを低減で きるため、 さらに安価で回転電機を提供できる利点がある。 なお、 第 2 図および第 4図では発電機動作時の特性を示したが、 電動機動作におい ても本発明の効果を享受できる。 電動機動作時においては、 コギングト ルクゃ誘導起電力波形の歪み率が低減されていることで起動時の起動電 流や振動を小さくできるという効果がある。
第 6図は本発明の他の実施例を示す回転子構造の説明図であり、 スロ ッ ト 3に磁石 1 0 , 1 1 を収納した際に、 各磁石 1 0， 1 1間にスリツ ト 1 5が形成されるスロッ ト 3の形状とした一実施例である。 スリッ ト 1 5は、 空気 （空洞） のままでも各磁石 1 0， 1 1間に発生する漏れ磁 束が低減し、 磁石の利用効率が高められる効果を有するが、 さらに樹脂 や接着剤等の磁石固定材を封入すれば磁石 1 0 , 1 1 と回転子鉄心 2 と の隙間まで磁石固定材が浸透することにより、 磁石 1 0， 1 1 と回転子 鉄心 2 との固定をしつかりできるため、 特に高速回転により遠心力が大 きくなる場合の回転子鉄心 2の変形や磁石 1 0， 1 1の飛散防止に有効 であり、 回転子 1の信頼性を向上できる。 なお、 第 6図では制動巻線を 記載していないが、 制動巻線が存在する場合でも本実施例の効果が有効 であることは言うまでもない。
第 7図に、 これまで説明した磁石の中心位置の配置に関する詳細を表 す。 磁極を構成する複数個の磁石の中心位置は同一円弧上にあり、 磁極 端部側の磁石は、 磁石中心位置を中心として磁極中心位置方向に向くよ うに傾けてあるので、 回転子鉄心外周部肉厚 D 1は、 磁石傾斜度 0 2を 大きくするのに伴い小さくなる。 数千回転の回転速度であれば、 磁石に かかる遠心力も小さく、 回転子鉄心外周部肉厚 D 1力 S 0 . 5 mm 程度であ つても磁石は十分に固定され機械強度上なんら問題無い。 しかし、 数万 回転の回転速度では強大な遠心力が磁石にかかるので、 回転子鉄心外周 部肉厚 D 1を適正に調整しなくてはならない。 磁石に隣接する回転子外 周部分の機械的な強度の向上は、 磁石をより回転子内周方向に配置する ことにより達成することができる。 しかし、 単に回転子内周方向に配置 しただけでは、 磁石に隣接する鉄心部への漏れ磁束が多くなり、 回転電 機特性が低下することに繫がる。 このため、 回転子鉄心外周部肉厚 D 1 は、機械強度向上と回転電機特性低下防止の両面考慮した適性値がある。 以下、 回転電機特性の低下がほとんどなく、 機械強度を向上する回転子 の磁石配置構造ならびに、 回転子鉄心外周部肉厚 D 1の検討結果につい て述べる。
第 8図に本発明の他の実施例を示す回転子構造の説明図を示す。 磁石 周方向角度 6> 1 と磁石傾斜角度 0 2の設定範囲を維持しつつ、 数万回転 の遠心力に耐え得るように、 磁極端部側に配置される磁石を回転子内周 側に移動した。 つまり、 回転子鉄心内の複数の磁石配置において、 磁極 端部側に配置される磁石の中心を通る円弧が、 磁極中心側に配置される 磁石の中心を通る円弧に対し小なることとしてある。
第 9図は、回転子鉄心外周部肉厚 D 1 を変化させたときの耐遠心力と、 回転電機諸特性の検討結果である。 回転子鉄心外周部肉厚 D 1 を大きく することは、 すなわち、 第 8図に示す磁極端部側に配置される磁石の中 心を通る円弧が、 磁極中心側に配置される磁石の中心を通る円弧に対し て、 より小さくなるように設定することを意味する。 回転子鉄心外周部 肉厚 D 1が 0 . 2 5 mmの場合を基準として表記し、 0 . 2 5〜 1 . 7 5 mm の範囲で各々の特性を比較してある。
耐遠心力は、 回転子鉄心外周部肉厚 D 1が大きくなるのに従い増加す ることがわかった。 また、 無負荷誘導起電力は、 回転子鉄心の外周部肉 厚 D 1が 0 . 2 5〜 ： I . 0 mmまでは変わりがないが、 1 . 0 mm を超えると 急激に減少することがわかった。 また、 無負荷誘導起電力の歪み率につ いては回転子鉄心の外周部肉厚 D 1が 0 . 2 5〜 1 . 0 mmの範囲ではほと んど変わりないが、 1 . 0 mm を超えると増加傾向を示した。 さらに、 コ ギングトルクは、 回転子鉄心外周部肉厚 D 1が大きくなるにつれ増加傾 向を示した。 一方、 耐遠心力は、 製作誤差や繰り返し応力の低下要因を 考慮し、 安全率を見越して遠心力の 1 . 4倍を確保することとした。 以 上の検討結果より、 回転子鉄心外周部肉厚 D 1は、 回転電機諸特性が良 好で、 かつ耐遠心力が十分確保できる 1 . O mm を採用した。
以上、 本発明の各実施例においては、 磁石形状として平板形状を採用 した場合を例とした。 平板状磁石は磁石の製造加工が容易であり、 さら に磁石を製造する際の母材利用率 （歩留まり） が向上するため、 円弧状 の磁石を用いる場合よりも磁石の加工コストならびに材料コス トを抑制 できる効果がある。 産業上の利用可能性
本発明によれば、 高性能で高効率かつ安価な永久磁石式回転電機を得 ることが可能となる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 複数の巻線を施した固定子と、
前記固定子の内側で回転可能に回転軸に支持される回転子鉄心と、 前記回転子鉄心内に設けられたスロッ ト内に収納される複数の磁石と を備え、
一磁極を構成する前記複数の磁石の周方向角度が電気角で 1 5 0度〜 1 6 5度の範囲となることを特徴とした回転電機。
2 . 複数の巻線を施した固定子と、
前記固定子の内側で回転可能に回転軸に固定される回転子鉄心と、 前記回転子鉄心内に設けられたスロッ ト内に収納される複数の磁石と を備え、
一磁極を構成する前記複数の磁石のうち、 磁極端部側に配置される磁 石の配向が磁極中心位置方向に向かうように当該磁石を配置したことを 特徴とした回転電機。
3 . 請求項 2において、 前記一磁極を構成する複数の磁石のうち、 磁極 端部側に配置される磁石の配置が、 前記回転軸中心と当該磁石中心の 2 点を通る直線上の前記回転子鉄心における外周表面の点を接点とした接 線と当該磁石がなす角度を 2度〜 6度の範囲で磁極中心位置方向に向か うように配置されたことを特徴とした回転電機。
4 . 請求項 2および請求項 3において、 前記一磁極を構成する複数の磁 石のうち、 磁極端部側に配置される磁石の中心を通る円弧が、 磁極中心 側に配置される磁石の中心を通る円弧に対し小なることを特徵とした回
5 . 請求項 1において、 前記スロッ トの形状を前記各磁石間にスリ ッ ト が形成される形状としたことを特徴とした回転電機。
6 . 請求項 2において、 前記スロッ トの形状を前記各磁石間にスリッ ト が形成される形状としたことを特徴とした回転電機。
7 . 請求項 6において、 前記スリッ ト部に磁石固定材を封入したことを 特徴とした回転電機。
8 . 請求項 7において、 前記スリ ッ ト部に磁石固定材を封入したことを 特徴とした回転電機。
9 . 請求項 1において、 前記磁石の形状を平板形状としたことを特徴と した回転電機。
1 0 . 請求項 2において、 前記磁石の形状を平板形状としたことを特徴 とした回転電機。
1 1 . 請求項 3において、 前記磁石の形状を平板形状としたことを特徴 とした回転電機。
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