WO2018043288A1

WO2018043288A1 - 回転電機

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Publication number: WO2018043288A1
Application number: PCT/JP2017/030357
Authority: WO
Inventors: 川村　浩司; 一将伊藤; 広大岡崎; 迪廣谷; 紘子池田; 文貴戸塚
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2017-08-24
Publication date: 2018-03-08
Also published as: JP6591079B2; CN109643921B; CN109643921A; JPWO2018043288A1

Abstract

回転電機（１００）は、固定子（３）と回転子（６）とからなり、回転子鉄心（６０）は、回転子鉄心（６０）の内周側に存在し、回転軸（６５）に嵌合される円環状の積層環状部（６１）と、回転子鉄心（６０）の外周側に存在し、２つの永久磁石（８）によって周方向の両側面から挟まれる、軸方向に垂直な断面が扇型状の積層扇状部（６２）と、積層環状部（６１）と、積層扇状部（６２）とを、径方向に対して斜めに接続する積層連結部（６３）とからなる。

Description

回転電機

　この発明は、固定子の内周側に回転子が配置された内転型の回転電機であって、回転子の鉄心内に磁石を埋め込んだ回転電機に関する。

　従来、回転子の各磁極に用いる磁石量を増やして回転電機の出力を向上させる方法のひとつに、回転子の鉄心内に磁石を放射状に埋め込み、各磁極を回転子の接線方向に向ける構造がある。この場合、回転子の周方向に鉄心と永久磁石が交互に配置される。

　回転子の鉄心と、回転子の中心軸から回転電機の出力を取り出すため、回転子の外周に配置された各鉄心と中心軸とを機械的に連結する必要がある。ただし、埋め込まれた永久磁石の磁束が回転子内で漏洩して短絡するのを防止するため、鉄心と中心軸とを連結する部材を細長くして、当該部分における磁気抵抗を増大させ、連結部材を介する漏洩磁束を低減する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許３７７２１１５号公報（図２）

　回転子に配設された永久磁石の磁束は、固定子を経由しない限り回転電機の出力には寄与しない。永久磁石の磁束量には上限があるので、漏洩磁束を低減することで回転電機の出力を向上させることが可能である。このような回転子において、さらに漏洩磁束を低減して回転電機の特性向上を図るには、中心軸と各鉄心とを連結する連結部の磁気抵抗を増大させる必要がある。連結部は、鉄心と一体で強磁性体の鋼板から加工されているため、磁気抵抗を増大させるには、連結部の断面積を低減させる、あるいは連結部を長くすることが有効である。

　一方、連結部は、回転子が高速で回転した場合の遠心力や、回転子の外周部で発生するトルクに耐え得る必要がある。磁気特性を向上させるために連結部の断面積を低減したり、長くしたりすると連結部の剛性や強度が低下し、遠心力やトルクに耐えられなくなる恐れがある。また逆に、遠心力やトルクに耐えるような強固な連結部とすると、連結部を介する漏洩磁束が増加して回転電機の特性が低下するという、一種のトレードオフの関係が存在する。

　この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、回転子鉄心における漏洩磁束が少なく、剛性の高い回転子を有する回転電機を提供することを目的とする。

　この発明に係る回転電機は、
固定子と、前記固定子の内側で回転する円柱状の永久磁石型の回転子と、前記固定子を収納するフレームとを有する回転電機において、
前記回転子は、回転子鉄心と、複数の永久磁石と、回転軸とからなり、
前記回転子鉄心は、
前記回転子鉄心の内周側に存在し、前記回転軸に嵌合される円環状の積層環状部と、
前記回転子鉄心の外周側に存在し、２つの前記永久磁石によって周方向の両側面から挟まれる、軸方向に垂直な断面が扇型状の積層扇状部と、
前記積層環状部と、前記積層扇状部とを、径方向に対して斜めに接続する積層連結部とからなり、
周方向に隣り合う前記永久磁石は、周方向に等間隔に、前記積層扇状部の間に配置され、周方向に反対に着磁されているものである。

　この発明に係る回転電機によれば、積層連結部を径方向に対して斜めに配置することにより、積層連結部の長さを長くし、積層連結部における磁気抵抗を増大させて回転子鉄心の漏洩磁束を低減させることができる。

この発明の実施の形態１に係る回転電機の切断面を示す図である。この発明の実施の形態１に係る回転子の分解斜視図である。この発明の実施の形態１に係る回転子を軸方向に垂直に切断した断面図である。この発明の実施の形態１に係る回転子の切断面を示す図である。この発明の実施の形態２に係る回転子の切断面を示す図である。この発明の実施の形態３に係る回転子の切断面を示す図である。この発明の実施の形態３に係る回転子の切断面を示す図である。この発明の実施の形態１に係る回転子鉄心の１極分を切り出した斜視図である。この発明の実施の形態１に係る回転子を軸方向に垂直に切断した断面図である。

実施の形態１．
　以下、本発明の実施の形態１に係る回転電機１００を図を用いて説明する。なお、本明細書において、特に断り無く「軸方向」、「周方向」、「径方向」、「内周側」、「外周側」、「内周面」、「外周面」、というときは、それぞれ、回転子の「軸方向」、「周方向」、「径方向」、「内周側」、「外周側」、「内周面」、「外周面」をいうものとする。

　図１は、回転電機１００の軸方向に垂直な切断面を示す図である。
回転電機１００は、モータフレーム２と、モータフレーム２内に固定された円筒形の固定子３と、固定子３の内周面に外周面を対向させて回転する回転子６とからなる。固定子３は、固定子鉄心３１に固定子巻線３２を巻回したものである。固定子鉄心３１と固定子巻線３２の間には両者が電気的に短絡するのを防止するための絶縁部材が配置されているが、本図では省略している。固定子巻線３２は、３以上の多相の巻線群で構成され、制御装置（図示せず）を用いて回転子６の位相に応じて所定の電流を各相の巻線に順次通電することで、回転子６を回転させる。

　回転子６は、固定子３の内周面との間に一定の空隙を介して配置されている。回転子６は、回転子鉄心６０と永久磁石８と、回転軸６５とからなる。また、回転子鉄心６０は、最も内周側に存し、回転軸６５に嵌合される円環状の積層環状部６１と、最も外周側に存在し、２つの永久磁石８によって周方向の両側面から挟まれる積層扇状部６２と、積層環状部６１と積層扇状部６２とを径方向に対して斜めに接続する積層連結部６３とからなる。すなわち、周方向に偶数個の積層扇状部６２が並び、それらの間が永久磁石８を組み込むためのスペースとなる。

　回転子６に発生する回転トルクが回転軸６５を介して外部に出力されるため、積層環状部６１と回転軸６５とは、回転トルクに耐えるよう強固に、機械的に固定する必要がある。固定方法として圧入や溶接あるいは、回り止めのキーを組み込むといった手段が取られる。

　回転軸６５は、図示しない軸受によって固定子３及びモータフレーム２に対して回転可能に支持されている。回転子６には偶数個の永久磁石８が、周方向に隣り合う、回転子鉄心６０の積層扇状部６２間に組付けられ、回転子６の径方向に垂直、すなわち回転子６の接線方向に磁極が向けられている。周方向に隣り合う永久磁石８の磁極は周方向に反対に着磁されており、２つの永久磁石８の間に挟まれた積層扇状部６２が、回転子６の磁極として機能する。

　なお、永久磁石を組み込んだ回転子においては、永久磁石の配置に様々な種類があるが、本発明では、図１に示すように、永久磁石８を回転子鉄心６０の内部に放射状に配置し、その磁極を回転子６の上述の接線方向としたものを対象とする。

　図２は、回転子６の回転軸６５を除く分解斜視図である。
図２は、回転子鉄心６０の構成および永久磁石８の配置が判るように分解したものであり、回転子鉄心６０が薄板を軸方向に積み重ねて構成されていること、および、直方体の永久磁石８が放射状に、回転子鉄心６０内に軸方向から嵌め込まれていることを表している。
図３および図９は、回転子６を軸方向に垂直に切断した断面図である。
図４（ａ）は、回転子６を薄板７ａ（第一薄板）の部分で軸方向に垂直に切断した切断面を示す図である。
図４（ｂ）は、回転子６を薄板７ｂ（第一薄板を軸方向に反転させた形状の薄板）の部分で軸方向に垂直に切断した切断面を示す図である。

　回転子鉄心６０は、強磁性体の素材からなる薄板７ａ、７ｂ（一般的には鋼板）を多数積層して構成されている。薄板７ａ、７ｂは、回転子鉄心６０の積層環状部６１となる部分である環状部７１ａ、７１ｂと、積層扇状部６２となる部分である扇状部７２ａ、７２ｂと、積層連結部６３となる部分である連結部７３ａ、７３ｂとからなる。薄板７ａ、７ｂは、実際には同じ形状の物である。すなわち、薄板７ｂは、薄板７ａを軸方向に反転させたものである。薄板７ａの、環状部７１ａと扇状部７２ａとを繋ぐ連結部７３ａは、回転子６の半径方向、すなわち、図４（ａ）に示す回転子６の中心から扇状部７２ａの中心を結ぶＣ１－Ｃ２線に対して時計回り方向に所定の角度だけ傾斜している。したがって、表裏が反転している薄板７ｂの連結部７３ｂは、反時計回り方向に所定の角度だけ傾斜している。このように、連結部７３ａと連結部７３ｂとは、回転子６の径方向に対して傾斜する方向が反対となる。

　回転子鉄心６０は、これら２種類の薄板７ａ、７ｂを混在して積層されている。図２では積層１枚ごとに、薄板７ａ－７ｂ－７ａ－７ｂ・・・と交互に薄板７ａと薄板７ｂを積み重ねた状態を示している。薄板７ａ、７ｂの積層のパターンはこれに限定されるものではなく、一定枚数ごとに薄板７ａと薄板７ｂとを切り替えて積層してもよく、例えば３枚ごとに切り替える場合は、薄板７ａ－７ａ－７ａ－７ｂ－７ｂ－７ｂ－７ａ－７ａ－７ａ・・・と積層する。

　回転子鉄心６０の各積層間は、隣接して積層された薄板７ａ、７ｂ同士で固定される。扇状部７２ａ、７２ｂや、環状部７１ａ、７１ｂに設けた抜きかしめによって、軸方向に積層された薄板７ａ、７ｂ同士を固定する方法が一般的である。この場合、厳密に言うと、薄板７ｂは、薄板７ａを軸方向に反転させたものであるため、かしめに用いる凹凸部は逆転させた形状となる。薄板７ａ、７ｂ同士を溶接、あるいは接着といった固定方法で固定してもよい。

　なお、固定子鉄心３１も同様に薄板を積層して構成することが一般的であるが、固定子鉄心３１に用いる薄板は板材の表面に絶縁被膜を備えており、積層された薄板間が電気的に絶縁されている。これにより固定子鉄心３１内で渦電流を生じにくくさせ、渦電流による損失の低減を図っている。回転子鉄心６０に用いる薄板７ａ、７ｂについても、固定子鉄心３１と同様に絶縁被膜を備えた薄板を用いてもよいが、回転子鉄心６０の場合は、絶縁被膜を備えない薄板を用いてもよい。

　永久磁石８の磁束は、固定子３を経由しない限り回転電機１００の出力には寄与しない。永久磁石８の磁束量には上限があるので、図３の漏洩磁束Ｔに示すような永久磁石８の内周側で短絡する磁束を低減することで回転電機１００の出力を向上させることが可能である。

　漏洩磁束Ｔを低減させるためには、磁束が漏洩する経路の磁気抵抗を増大させる方法が有効である。その方法として、積層環状部６１の径方向の厚みを薄くして、積層環状部６１の磁気抵抗を増大させる方法が考えられる。しかし、積層環状部６１の内側には回転軸６５が隙間なく配置されており、強磁性体である鉄を回転軸６５に用いることが一般的であるため、漏洩磁束Ｔは、回転子鉄心６０の積層環状部６１だけでなく、回転軸６５を経由した経路もとる。従って、積層環状部６１の径方向の厚みを薄くしても、結果的に大きな効果は得られず、積層連結部６３の磁気抵抗を増大させることが回転電機１００の特性向上の最も有効な手段となる。

　一方、積層連結部６３は、積層扇状部６２と積層環状部６１とを繋いでおり、回転子６が回転する際に積層扇状部６２や永久磁石８に作用する遠心力に耐える必要があるとともに、積層扇状部６２に作用する回転トルクを積層環状部６１に伝達し、回転軸６５から出力するという機能が求められる。

　よって、積層連結部６３の断面積を単純に減らすだけでは、積層扇状部６２、永久磁石８を含む回転子６の外周部と積層環状部６１との間のねじり方向の剛性が低下してしまう。

　そこで、本実施の形態では、積層環状部６１と積層扇状部６２とを径方向に対して斜めに接続する積層連結部６３を設けることにより、積層連結部６３の長さを長くして、当該部分の磁気抵抗を増大させた。また、薄板７ａと、薄板７ａを軸方向に反転させた形状とした薄板７ｂとを用いることにより、積層環状部６１と積層扇状部６２とを連結する積層連結部６３を、径方向に対して角度の異なる連結部７３ａ、７３ｂにより構成した。

　次に、積層連結部の構成について詳細を説明する。
図８は、回転子鉄心６０の１極分を切り出した斜視図である。
積層環状部６１と積層扇状部６２とを連結する積層連結部６３が、径方向に対して角度の異なる連結部７３ａ、７３ｂにより構成されている。また、図３および図８に示すように、積層環状部６１と積層連結部６３を軸方向から見ると連結部７３ａ、７３ｂを２辺、積層環状部６１の外周の縁を残りの１辺とした略３角形状と見ることができる。そして、三角形状部が軸方向に積層されていることから、積層環状部６１と積層連結部６３を合わせて略３角柱が形成されているとみることができる。ただし、連結部７３ａ、７３ｂで構成されている２面に関しては、これを積層しても完全な平面は構成されず、はしご状の面となる。これにより、積層連結部６３の剛性を向上できる。

　また、１つの積層扇状部６２に繋がっている連結部７３ａが、周方向に隣り合う積層扇状部６２の連結部７３ｂと軸方向に重ならないようにする方が望ましい。この理由を以下に説明する。

　積層連結部６３は、周方向に隣り合う積層扇状部６２の間に生じる漏洩磁束を低減させるために設けている。漏洩磁束は、積層扇状部６２から、各連結部７３ａ、７３ｂ、積層環状部６１を経由し、周方向に隣り合う積層扇状部６２に繋がっている連結部７３ａ、７３ｂを通る経路を流れる。このとき、連結部７３ａと連結部７３ｂとが積層環状部６１側で軸方向に重なった位置に配置されていると、磁束が重なった位置で積層方向に流れる。

　すなわち、漏洩磁束は、積層環状部６１を経由せず、連結部７３ａから連結部７３ｂに、直接、軸方向に短絡する経路を通る。このため、漏洩磁束の経路の長さが大幅に短くなり、漏洩磁束を低減させるという積層連結部６３の効果が大きく損なわれるからである。

　図９に示すように、角度Ｐは、周方向に隣り合う２つの積層扇状部６２の、それぞれの径方向の中心線Ｒ１と中心線Ｒ２とがなす角である。回転子６の極数をＮとすると、角度Ｐ＝３６０°／Ｎである。

　角度Ｑは、積層連結部６３が積層環状部６１に繋がっている箇所の周方向外側部分と回転子６の中心とを結んだ線Ｒ３と、積層扇状部６２の径方向の中心線Ｒ１とがなす角である。回転子６の中心側において、周方向に隣り合う積層連結部６３同士が軸方向に重ならないためには、上記角度Ｑは、Ｑ＜Ｐ／２を満たさなければならない。

　なお、図２、図９に示すように、薄板７ａ、７ｂの連結部７３ａ、７３ｂと、環状部７１ａ、７１ｂ及び扇状部７２ａ、７２ｂとの接続部の周方向両端部には、円弧状のフィレット形状部Ｆを設けることが望ましい。積層連結部６３には、積層扇状部６２で発生するトルクを、積層環状部６１を介して回転子６に伝達する機能がある。トルクが作用した際に積層連結部６３の内部で最も応力が大きくなる部分は、各連結部７３ａ、７３ｂが、環状部７１ａ、７１ｂ及び扇状部７２ａ、７２ｂに接続されている部分である。これらの部分は、回転子鉄心６０の軸方向に垂直な断面積が大きく変化する部分であるため、応力集中によって大きな力が負荷される。これらの部分にフィレット形状部Ｆを設けて上記断面積の変化を緩やかにして応力集中を低減させることにより、連結部７３ａ、７３ｂの幅をより狭くすることが可能となり、漏洩磁束の低減効果を向上できる。

　本発明の実施の形態１に係る回転電機によれば、漏洩磁束Ｔは、積層連結部６３と積層環状部６１とを経由する。積層連結部６３の長さを長く、径方向に対して斜めに配置することにより、積層連結部６３の太さを細くして、積層連結部６３における磁気抵抗を増大させることにより漏洩磁束Ｔを低減させることができる。
　また、周方向に隣り合う積層連結部６３は、回転子６の中心側において軸方向に重ならないので、漏洩磁束が、積層連結部６３において軸方向に漏洩することを防止できる。

　また、各薄板７ａ、７ｂのみで見ると扇状部７２ａ、７２ｂに接続される連結部７３ａ、７３ｂは、それぞれ１箇所ずつであるが、積層された回転子鉄心６０においては、薄板７ａ、７ｂ間が固定されている。これにより、積層連結部６３は、図３に示すように、略３角柱となり一体となる。このとき、各連結部７３ａ、７３ｂは交互に筋交いとなって回転子鉄心６０のねじれに対する剛性を上げることができる。

実施の形態２．
　以下、この発明の実施の形態２に係る回転電機を図を用いて実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
　本発明に係る回転子鉄心は強磁性体の薄板、例えば鋼板を軸方向に多数積層して構成している。回転子の外周部にある積層扇状部や永久磁石に作用する遠心力、回転トルクによっては、積層された全薄板に連結部を設けなくても強度、剛性を満たす場合がある。

　図５は、本実施の形態に係る回転子２０６を、連結部を有しない積層において軸方向に垂直に切断した切断面を示す図である。回転子鉄心２６０は、実施の形態１で説明した薄板７ａ、７ｂ（図５では見えない）と、本実施の形態で追加する薄板７ｃ１（第二薄板）、薄板７ｃ２（第三薄板）の４種類（薄板７ａ、７ｂは、軸方向に反転しているだけなので実質的には３種類）の薄板を積層して構成されている。薄板７ｃ１は、実施の形態１で説明した環状部７１ａ、７１ｂと同形状であり、積層環状部６１となる薄板である。同様に、薄板７ｃ２は、扇状部７２ａ、７２ｂと同形状であり、積層扇状部６２となる薄板である。

　回転子鉄心２６０は、これらの薄板７ａ、７ｂ、７ｃ１、７ｃ２を混在させて積層する。なお、薄板７ｃ１と７ｃ２とは、同じ積層にセットで用いる。
２種類の薄板７ａ、薄板７ｂをそれぞれ同数積層し、その間に薄板７ｃ１と７ｃ２による積層を挟むように積層する。例を示すと、薄板７ａ、７ｂ、７ｃ１＋７ｃ２、７ａ、７ｂ、７ｃ１＋７ｃ２・・・や、薄板７ａ、７ａ、７ｂ、７ｂ、７ｃ１＋７ｃ２、７ａ、７ａ、７ｂ、７ｂ、７ｃ１＋７ｃ２・・・などの順に積層する。

　薄板７ｃ１と薄板７ｃ２とは、連結部を備えていないので、これらの薄板７ｃ１、７ｃ２のみでは回転子鉄心を構成できない。しかし、回転子鉄心２６０の薄板７ａと薄板７ｂとは、積層間でお互いに固定されているため、薄板７ａ、薄板７ｂと一緒に薄板７ｃ１、７ｃ２を積層することにより、薄板７ｃ１、７ｃ２だけが遠心力によって径方向にずれるといったことはない。

　上述の最初の例では、積層された各薄板のうち、連結部を持たない薄板７ｃ１、７ｃ２による積層数は、全体の１／３であるため、薄板７ｃ１と薄板７ｃ２を用いずに積層鉄心を積層した場合と比べて、回転子鉄心２６０の連結部の強度が２／３に低下する。しかし、強度が２／３に低下しても、回転子鉄心２６０として必要な強度を満たしていれば全く問題ない。

　なお、各薄板の積層パターンは、上述の例に限定されるものではなく、連結部を持たない薄板７ｃ１、７ｃ２のセットを混在して積層してあればよい。薄板７ｃ１、７ｃ２からなる積層を混在させる割合は、回転子鉄心２６０として必要な連結部の強度から求めることが可能である。

　上述の２番目の例のように、薄板７ｃ１と薄板７ｃ２とからなる積層の割合を１／５にすれば、薄板７ｃ１、７ｃ２を混在させない場合と比較して強度が４／５になる。また、積層する薄板を１枚毎に変えずに、同じ種類の薄板を複数枚重ねてもよい。

　薄板７ａ、薄板７ｂは、連結部７３ａ、７３ｂを備えており、漏洩磁束をできるだけ低減できる形状としているものの、磁束の漏洩を完全に無くすことはできない。一方、本実施の形態に係る薄板７ｃ１、７ｃ２の間には連結部がないため、薄板７ｃ１と薄板７ｃ２との間においては、漏洩磁束をゼロに近づけることが可能である。従って、回転子鉄心２６０を構成する一部の薄板ではあるが、連結部を備えない薄板７ｃ１、７ｃ２を積層中に混在させることにより、回転子鉄心２６０全体での漏洩磁束を低減することができ、回転電機の出力向上もしくは同等出力での製品小型化が可能となる。

実施の形態３．
　以下、この発明の実施の形態３に係る回転電機を図を用いて実施の形態１、２と異なる部分を中心に説明する。
図６（ａ）、図７（ａ）は、回転子３０６を薄板３０７ａの部分で軸方向に垂直に切断した切断面を示す図である。
図６（ｂ）、図７（ｂ）は、回転子３０６を薄板３０７ｂの部分で軸方向に垂直に切断した切断面を示す図である。
図６（ａ）～図７（ｂ）は、回転子３０６を構成する４種類の積層における薄板の構成を示している。

　ここで、図６（ａ）に示す積層を積層Ｓ１（第一積層）、図６（ｂ）に示す積層を積層Ｓ２（第二積層）、図７（ａ）に示す積層を積層Ｓ３（第三積層）、図７（ｂ）に示す積層を積層Ｓ４（第四積層）とする。
積層Ｓ１には、薄板３０７ａと（第四薄板）、実施の形態２で使用した薄板７ｃ２（第三薄板）とが用いられている。また、積層Ｓ２には、薄板３０７ｂと薄板７ｃ２とが用いられている。積層Ｓ３は、積層Ｓ１の構成と同じであるが、積層Ｓ１に対して、扇状部３７２ａの１個分だけ、薄板３０７ａと各薄板７ｃ２を時計回りにずらした位置に配置している。積層Ｓ４は、積層Ｓ２の構成と同じであるが、積層Ｓ２に対して、扇状部３７２ｂの１個分だけ、薄板３０７ｂと各薄板７ｃ２を時計回りにずらした位置に配置している。薄板３０７ａの表裏を反転させると薄板３０７ｂとなる。

　薄板３０７ａの、環状部３７１ａと扇状部３７２ａとを繋ぐ連結部３７３ａは、回転子６の半径方向に対して時計回り方向に所定の角度だけ傾斜している。したがって、表裏が反転している薄板３０７ｂの連結部３７３ｂは、反時計回り方向に所定の角度だけ傾斜している。このように、連結部３７３ａと連結部３７３ｂとは、径方向に対して傾斜する方向が反対となるのは実施の形態１と同様である。

　また、薄板３０７ａ、３０７ｂの扇状部３７２ａ、３７２ｂの周方向の間には、扇状部３７２ｃだけで構成された薄板７ｃ２を備える。よって、同一積層の扇状部に注目すると、１つ置きに、半分の個数の扇状部だけが環状部３７１ａ、３７１ｂと繋がっていることになる。すなわち、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、各扇状部にＰ１～Ｐ１４までの番号を付与すると、積層Ｓ１、Ｓ２においては、偶数番の扇状部３７２ａ、３７２ｂだけが、環状部３７１ａ、３７１ｂに連結されており、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、積層Ｓ３、Ｓ４においては奇数番の扇状部３７２ａ、３７２ｂだけが、環状部３７１ａ、３７１ｂに連結されていることになる。本実施の形態においては、環状部３７１ａ、３７１ｂが積層環状部となり、扇状部３７２ａ、３７２ｂ、３７２ｃとが積層扇状部となり、連結部３７３ａ、３７３ｂが積層連結部となる。

　回転子鉄心３６０は、これら４種類の積層により構成されている。
積層パターンとしては例えば、各積層を１層ずつ、積層Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４と並べる場合や、それぞれの積層を複数層（ここでは２層）ずつ、積層Ｓ１、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ４・・・と並べてもよい。

　いずれの場合も、４種類の積層をほぼ同数ずつ積層する。基本的には同数ずつ積層するが、回転子鉄心３６０の軸方向の長さと、薄板３０７ａ、３０７ｂの板厚とから求められる回転子鉄心３６０の積層数が４の倍数ではない場合に、薄板の種類によって、枚数が異なる場合が生じる。

　図６、図７に示すように、本実施の形態では、１４極の回転子３０６の例で説明している。図６（ｂ）に示すように、各永久磁石８の磁極は回転子の周方向（接線方向）を向いており、かつ、周方向に隣り合う永久磁石８は、極性が逆になっている。そのため、永久磁石８に挟まれた各扇状部３７２ａ、３７２ｂ、これらと同形状の薄板７ｃ２は、周方向にＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極・・・と並ぶことになる。図６（ｂ）の場合、Ｐ１がＮ極、Ｐ２がＳ極の順で交互に極性が入れ替わり、奇数番の扇状部がＮ極、偶数番の扇状部がＳ極である。

　扇状部と環状部とを繋ぐ連結部を細長くする理由は、回転子内部での漏洩磁束を低減するためである。ただし、磁束が漏洩するのは異なる磁極間であり、例えばＮ極からＮ極には磁束は漏洩しない。

　そこで、交互に異なる極性となる扇状部を１つ置きに環状部と連結すれば、その積層に限定すれば、環状部と連結されている扇状部は、全て同じ極性の扇状部となる。同じ極性の磁極間では磁束は漏洩しないので、連結部を介する漏洩磁束をさらに低減することができる。

　また、実施の形態１と同様に連結部３７３ａ、３７３ｂの角度を変えた２種類の薄板３０７ａ、３０７ｂを積層することで、回転子鉄心３６０のねじり剛性を上げることができる。ただし、上述のように１つの積層に注目すると、連結部３７３ａ、３７３ｂは１つ置きの扇状部にだけに繋がっているので、軸方向から見て残りの半分の扇状部を連結する、周方向に扇状部１個分だけずらした各２種類、計４種類の積層が必要となる。

　この発明の実施の形態３に係る回転電機によれば、３種類の薄板を用いた４種類の積層により回転子鉄心３６０を構成することにより、連結部３７３ａ、３７３ｂを介した回転子鉄心３６０内での漏洩磁束をさらに低減することが可能である。なお、実施の形態２と同様に、環状部と扇状部のみで構成される積層を別途設けてもよい。

　尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態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。

Claims

固定子と、前記固定子の内側で回転する円柱状の永久磁石型の回転子と、前記固定子を収納するフレームとを有する回転電機において、
前記回転子は、回転子鉄心と、複数の永久磁石と、回転軸とからなり、
前記回転子鉄心は、
前記回転子鉄心の内周側に存在し、前記回転軸に嵌合される円環状の積層環状部と、
前記回転子鉄心の外周側に存在し、２つの前記永久磁石によって周方向の両側面から挟まれる、軸方向に垂直な断面が扇型状の積層扇状部と、
前記積層環状部と、前記積層扇状部とを、径方向に対して斜めに接続する積層連結部とからなり、
周方向に隣り合う前記永久磁石は、周方向に等間隔に、前記積層扇状部の間に配置され、周方向に反対に着磁されている回転電機。
前記回転子鉄心を構成する第一薄板は、前記積層環状部となる部分である環状部と、前記積層扇状部となる部分である扇状部と、前記積層連結部となる部分である連結部とを有し、
前記回転子鉄心は、前記第一薄板を軸方向に反転させた形状の薄板を含む請求項１に記載の回転電機。
前記回転子鉄心を構成する第一積層は、
前記積層環状部となる部分である環状部と、周方向に１つ置きの前記積層扇状部となる部分である扇状部と、前記積層連結部となる部分である連結部とを有する第四薄板と、前記第四薄板の隣り合う前記扇状部の間に配置され、前記扇状部と同形状であって、前記積層扇状部となる第三薄板とで構成され、
前記回転子鉄心を構成する第二積層は、前記第一積層を構成する前記第三薄板及び前記第四薄板を軸方向に反転して構成され、
前記回転子鉄心を構成する第三積層は、前記第一積層を構成する前記第三薄板及び前記第四薄板を周方向に、前記扇状部１個分だけ回転させて構成され、
前記回転子鉄心を構成する第四積層は、前記第三積層を構成する前記第三薄板及び前記第四薄板を軸方向に反転して構成されている請求項１に記載の回転電機。
前記回転子鉄心を構成する積層には、前記環状部と同形状であって前記積層環状部となる第二薄板と、前記扇状部と同形状であって、前記積層扇状部となる第三薄板のみで構成される積層を含む請求項２記載の回転電機。
前記回転子鉄心を構成する積層には、前記環状部と同形状であって、前記積層環状部となる第二薄板と、前記第三薄板のみで構成される積層を含む請求項３に記載の回転電機。
周方向に隣り合う前記積層連結部同士は、前記回転子の中心側において軸方向に重ならない請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機。