(57)【要約】【課題】回転子の外周表面に発生する磁力が高い高効率の永久磁石型回転子を得ることを目的とする。【解決手段】永久磁石型回転子１は、回転軸２と、強磁性体からなり回転軸２の外周側に周方向等間隔に配置される略扇形状の複数個の鉄心片３０と、鉄心片３０間に鉄心片３０と円周方向交互になるように配設される複数個の永久磁石片４とからなる。永久磁石片４は、隣接して配置される永久磁石片４と対向する面の極性が同極となるように配置されるとともに、永久磁石片４の配向方向線が永久磁石型回転子１の回転軸方向に凸形状の曲線である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、強磁性体からなり上記回転軸の外周側に周方向等間隔に配置される略扇形状の複数個の鉄心片と、上記鉄心片間に上記鉄心片と円周方向交互になるように配設される複数個の永久磁石片とからなる永久磁石型回転子であって、上記永久磁石片は、周方向に隣り合って配置される永久磁石片と対向する面の極性が同極となるように配置され、上記永久磁石片の配向方向線が上記永久磁石型回転子の回転軸方向に凸形状の曲線であることを特徴とする永久磁石型回転子。
【請求項２】
上記永久磁石片の配向方向線が円弧状であることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型回転子。
【請求項３】
上記永久磁石片の断面形状は略扇形状であり、上記永久磁石片の略扇形状の外周側円弧が上記回転子の回転軸方向に向くように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の永久磁石型回転子。
【請求項４】
上記永久磁石片の断面形状は、扇形の中心側をこの扇中心と同心の円弧により切り落とした略扇形状であり、上記永久磁石型回転子の極数をｎ、上記永久磁石型回転子の外半径をＲｏ、上記永久磁石型回転子の中心から上記永久磁石片の扇中心までの距離をＲ、上記永久磁石片の略扇形状の開き角度を２θ、上記永久磁石片の回転軸側に位置する円弧の円弧半径をＲｍｏ、上記永久磁石片の回転子外周側に位置する円弧の円弧半径をＲｍｉ（ただしＲｍｏ＞Ｒｍｉ）とした時、下記条件（１）乃至（３）を全て満たすことを特徴とする請求項３に記載の永久磁石型回転子。
２π／θ＞２・・・（１）
Ｒ＞Ｒｏ／ｃｏｓ（π／ｎ）、且つＲｍｉ＞（Ｒ−Ｒｏ）／ｃｏｓθ・・・（２）
Ｒ＞Ｒｏ／ｃｏｓ（π／ｎ）、且つＲｍｏ＜Ｒｓｉｎ（π／ｎ）／ｃｏｓ（π／２−π／ｎ−θ）・・・（３）
【請求項５】
上記永久磁石片の断面形状は、扇形の中心側を、直線又は上記回転子外周側へ凸状の円弧により切り落とした略扇形状であることを特徴とする請求項３に記載の永久磁石型回転子。
【請求項６】
上記複数個の鉄心片は、軸方向の一部において環状に結合されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の永久磁石型回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、永久磁石界磁式モータや発電機等の回転機用永久磁石型回転子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の永久磁石型回転子は、扇状の鋼板からなる積層片を所定厚さに積層して磁極片を構成し、複数個の磁極片を放射状に並べ、磁極片の平面部の間に断面が矩形の永久磁石を挟んで接着剤により固定して円筒状の回転子鉄心を形成している（例えば、特許文献１参照）。
また従来の永久磁石型回転子は、回転軸に連結されるロータコアと、ロータコアの周方向に等間隔に固定される複数の永久磁石を有している（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−３６９４５号公報（［従来の技術］、図１０等）
【特許文献２】特開２００８−２９０７８号公報（段落［００１４］、図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の永久磁石型回転子において、磁極となる鉄心の間に配設される永久磁石は、一般的に一軸方向に磁気配向された板状のものが使用されている。図１９は従来の一般的な永久磁石型回転子６０の平面図であり、回転軸６１の外周側に複数の板状の永久磁石６２と複数の扇形の鉄心６３が交互に配置され、永久磁石６２と鉄心６３とが接着されている。図中実線の矢印は永久磁石６２内部の磁気配向方向を示し、点線の矢印は永久磁石６２から発生する磁束の流れを示す。図に示すように、一軸方向に磁気配向された永久磁石６２は、同極が対向するように鉄心６３間に配置されており、永久磁石６２から発生する磁束が鉄心６３内で対向して回転子６０の外周表面へ磁力を発生させている。しかしながら、このような一軸方向に磁気配向された永久磁石６２では、外周方向だけでなく回転軸６１方向にも磁束が流れてしまい、永久磁石６２の持つエネルギーを十分に発揮できないという問題があった。
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、回転子の外周表面に発生する磁力が高い高効率の永久磁石型回転子を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係る永久磁石型回転子は、回転軸と、強磁性体からなり回転軸の外周側に周方向等間隔に配置される略扇形状の複数個の鉄心片と、鉄心片間に鉄心片と円周方向交互になるように配設される複数個の永久磁石片とからなる。そして永久磁石片は、周方向に隣り合って配置される永久磁石片と対向する面の極性が同極となるように配置され、永久磁石片の配向方向線が永久磁石型回転子の回転軸方向に凸形状の曲線であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
この発明に係る永久磁石型回転子によれば、永久磁石片の配向方向線が永久磁石型回転子の回転軸方向に凸形状の曲線であるため、永久磁石型回転子の回転軸方向へ流れる磁束を低減することができ、永久磁石型回転子の外周表面で発生する磁力を増加させることができる。従って、回転機のトルク向上や高効率を実現でき、また、同じ磁力を発生するのに必要な永久磁石片の体積を減らすことができるため、回転機を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】この発明の実施の形態１における永久磁石型回転子の平面図である。
【図２】この発明の実施の形態１における永久磁石型回転子の平面図を一部拡大した図である。
【図３】この発明の実施の形態１における永久磁石型回転子の寸法関係を説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態１における別例の永久磁石型回転子を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１における永久磁石型回転子の製造方法を説明するための図である。
【図６】この発明の実施の形態１における他の別例の永久磁石型回転子を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１における永久磁石型回転子に使用される永久磁石片の製造方法を説明するための図である。
【図８】この発明の実施の形態１における永久磁石型回転子に使用される永久磁石片の製造方法の別例を説明するための図である。
【図９】この発明の実施の形態１における永久磁石型回転子と、比較例１の永久磁石型回転子とにそれぞれ使用される永久磁石片から発生する磁束の様子を示す概念図である。
【図１０】この発明の実施の形態１における永久磁石型回転子と、比較例１の永久磁石型回転子と、比較例２の永久磁石型回転子とにそれぞれ使用される永久磁石片の磁束密度のピーク値を測定した結果を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態１における永久磁石型回転子と、比較例１の永久磁石型回転子と、比較例２の永久磁石型回転子とにそれぞれ使用される永久磁石片の断面形状を示す概念図である。
【図１２】この発明の実施の形態１における永久磁石型回転子の永久磁石片の回転軸側の漏れ磁束と、比較例１の永久磁石型回転子の永久磁石片の回転軸側の漏れ磁束を現した磁界解析結果である。
【図１３】この発明の実施の形態２における永久磁石型回転子の概念図である。
【図１４】この発明の実施の形態２における永久磁石型回転子に使用される永久磁石片の詳細図である。
【図１５】この発明の実施の形態２の比較例における永久磁石型回転子に使用される永久磁石片の詳細図である。
【図１６】この発明の実施の形態２における永久磁石型回転子に使用される別例の永久磁石片の詳細図である。
【図１７】この発明の実施の形態２における別例の永久磁石型回転子を示す概念図である。
【図１８】この発明の実施の形態２における別例の永久磁石型回転子に用いられる永久磁石片の製造方法を説明する説明図である。
【図１９】従来の一般的な永久磁石型回転子の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における永久磁石型回転子の平面図、図２は図１の永久磁石型回転子（以下、回転子とする）の一部拡大図である。
図１に示すように、本実施の形態１の回転子１は極数が６極の回転子であり、回転軸２と鉄心３と永久磁石片４から構成されている。鉄心３は複数個の鉄心片３０からなり、鉄心片３０は各々電磁鋼板を軸方向に積層してカシメなどで鋼板同士を連結して形成されている。鉄心片３０の断面形状は扇形の中心側が切り落とされた略扇形状であり、６個の鉄心片３０の略扇形状の外周側円弧が回転子１の外周方向に向くように回転軸２の外周側に周方向等間隔に配置されている。
【０００９】
ネオジム焼結磁石からなる６個の永久磁石片４は、鉄心片３０間に鉄心片３０と円周方向交互になるように配置され、また周方向に隣り合って配置される永久磁石片４の対向する面の極性が同極となるように配置される。すなわち、各鉄心片３０の両隣の永久磁石片４の極性が同極となっている。このため、永久磁石片４のＮ極に挟まれる鉄心片３０の外周面はＮ極に磁化され、永久磁石片４のＳ極に挟まれる鉄心片３０の外周面はＳ極に磁化され、鉄心片３０は円周方向に交互にＮ極、Ｓ極に磁化される。図１、２中永久磁石片４内部の矢印は磁化容易軸の方向（磁化されやすい方向）を示し、図のように磁化容易軸は連続的に変化して回転子１の回転軸２方向に凸形状の曲線となるように形成されている。磁化容易軸の方向は永久磁石成形時の磁場配向により揃えられるものであり、この磁化容易軸の方向線を以下配向方向線と呼ぶ。永久磁石片４の断面形状は、扇形の中心側をこの扇形と同心の円弧により切り落とした略扇形状であり、永久磁石片４の略扇形状の外周側円弧が回転子１の回転軸２方向に向くように配置される。本実施の形態１では永久磁石片４の配向方向線は永久磁石片４の扇中心と同心の円弧状である。
【００１０】
回転軸２と鉄心片３０および永久磁石４との間の隙間にはＰＰＣ（ポリフェニレンサルファイド）、ナイロン、エポキシなどの樹脂５が充填され、回転軸２と複数個の鉄心片３０と複数個の永久磁石片４とが一体に固定されている。鉄心片３０の回転軸２に対向する面には突起３１が設けられ、これにより回転子１の固定強度を高めている。なお、鉄心片３０の回転軸２に対向する面には突起３１でなく、例えば凹形状の切り欠きを設けてもよく、同様に回転子１の固定強度を高めることができる。
【００１１】
なお、本実施の形態１では、希土類焼結磁石であるネオジム焼結磁石を永久磁石片４として使用しているが、これに限られるものではなく、フェライト磁石、プラスチック磁石等を用いてもよい。
また、鉄心片３０は電磁鋼板を積層して形成されるものに限られず、例えば塊状の強磁性部材を機械加工したものを用いてもよく、また、粉体鉄心を用いてもよい。
また、回転子の極数は６極に限られるものではなく、４、６、８、１０、１２極等の回転子にも適用することができ、極数が少ないほど永久磁石片に形成される配向方向線の方向による効果を発揮することができる。
【００１２】
図３は本実施の形態１における回転子１の寸法を説明するための説明図である。これに基づいて回転子１を構成する各要素の最適の寸法関係について説明する。
図３に示すように、永久磁石片４は、回転子１の外周側に位置する円弧４０より回転軸２側に位置する円弧４１の長さが大きく、且つ外周側と回転軸２側の二つの円弧４０、４１の円弧中心が一致している。ここで、回転子１の極数をｎ、回転子１の外半径（回転子１の最外周面の仮想的な円半径）をＲｏ、回転子１の中心から永久磁石片４の扇中心（円弧中心）までの距離をＲ、永久磁石片４の略扇形状の開き角度（中心角）を２θ、永久磁石片４の回転軸２側に位置する円弧４１の円弧半径をＲｍｏ、永久磁石片４の回転子１の外周側に位置する円弧４０の円弧半径をＲｍｉ（ただしＲｍｏ＞Ｒｍｉ）とすると、以下の全ての条件を満たした場合に、本実施の形態１の回転子１を形成する各構成要素の最適寸法となる。
２π／θ＞２・・・（１）
Ｒ＞Ｒｏ／ｃｏｓ（π／ｎ）且つＲｍｉ＞（Ｒ−Ｒｏ）／ｃｏｓθ・・・（２）
Ｒ＞Ｒｏ／ｃｏｓ（π／ｎ）且つＲｍｏ＜Ｒｓｉｎ（π／ｎ）／ｃｏｓ（π／２−π／ｎ−θ）・・・（３）
上記条件（１）を満たさない場合、永久磁石片４の略扇形状の開き角度が３６０°以上となり永久磁石片を構成することができない。また上記条件（２）を満たさない場合、すなわち、Ｒｍｉが（Ｒ−Ｒｏ）／ｃｏｓθ以下の値となる場合には、永久磁石片４が回転子１の外周面からはみ出てしまうため、回転子１の外周側に配置される固定子とのエアギャップ（空隙）が広くなり磁気抵抗が大きくなる等の問題が生じる。また上記条件（３）を満たさない場合、すなわち、ＲｍｏがＲｓｉｎ（π／ｎ）／ｃｏｓ（π／２−π／ｎ−θ）以上の値となる場合には、永久磁石片４が隣りに配置される永久磁石片４と回転子１の回転軸側で接触してしまい、回転子１を構成することができない。
【００１３】
図４は本実施の形態１における別例の回転子１０ａの一部拡大図である。図４に示すように、回転子１０ａの最外周面を形成する鉄心片３０ａの円弧は、必ずしも回転子１０ａの最外周面の仮想的な円（図中点線で示す）と重なる必要はない。例えば回転子１０ａの最外周面の仮想的な円より小さい径の円弧であってもよく、必要に応じて形状を変更することができる。
【００１４】
図５は本実施の形態１における回転子１の製造方法を説明するための説明図である。図５を参照して回転子１の製造方法を説明する。
まず図５（Ａ）に示すように、例えば射出成形用の金型（図示せず）などの中に、回転軸２の外周側に略扇形状の鉄心片３０と略扇形状の永久磁石片４とが円周方向交互になるように隙間を空けて配置する。
次に図５（Ｂ）に示すように、回転子１の外周側から回転子１の中心方向へ鉄心片３０を押すことによって鉄心片３０と永久磁石片４とを当接させる。この時、複数の鉄心片３０により形成される回転子１の最外周面の仮想的な円の中心と回転軸２の回転中心とが同一となることが望ましい。
次に図５（Ｃ）に示すように、回転軸２と鉄心片３０および永久磁石片４とにより形成される空間に、軸方向からＰＰＳなどの樹脂５を射出成形し、回転軸２と鉄心片３０と永久磁石片４とが一体となるように固定する。
このように製造された回転子１の外周側から円周方向に交互にＮ極とＳ極を形成するための磁界を印加して永久磁石片４を着磁し（図示せず）、本実施の形態１の回転子１が完成する。永久磁石片４の着磁により、鉄心片３０は永久磁石片４に吸引され、回転子１の固定強度が高まる。さらに、永久磁石片４の略扇形状の外周側円弧が回転子１の回転軸２方向に向くように配置されることにより永久磁石片４が径方向でテーパ状となり、鉄心片３０が抜け止めとなるため、鉄心片３０と永久磁石片４との隣接面間を接着しなくても、永久磁石片４が外周方向に抜けることを防止できる。
なお、永久磁石片４とその両隣の鉄心片３０との間にわずかな空隙をもうけ、この空隙を樹脂で満たすことにより、より強固に永久磁石片４と鉄心片３０とを固定することができる。
固定方法は樹脂５によるものに限られず、例えば軸方向の両端部に環状の固定板等を設け、リベットなどにより鉄心片３０を挟み込んで固定することとしてもよい。
【００１５】
本実施の形態１の回転子１の構成は上記のものに限られず、例えば鉄心片が軸方向の一部で円周方向につながっていてもよく、このような回転子を本実施の形態１の他の別例として図６に示す。
図６は本実施の形態１における他の別例の回転子を示す斜視図である。図６（Ａ）は他の別例の回転子１ａを示す斜視図、図６（Ｂ）は回転子１ａを構成する鉄心板３ｂの斜視図、図６（Ｃ）は回転子１ａを構成する鉄心板３ｃの斜視図である。なお、この他の別例の回転子１ａの鉄心片以外の構成は上述の本実施の形態１の構成と同じであり、同様の部分については同一符号を付して説明を省略する。
図６に示すように、回転子１ａの鉄心片３ａは電磁鋼板からなる略扇形状の鉄心板３ｂと、環状の鉄心板３ｃとを積層してカシメやリベットなどで鋼板同士を連結して形成される。環状の鉄心板３ｃには永久磁石片４を挿入するための溝３ｄが設けられており、永久磁石片４は、鉄心片３ａの軸方向から挿入することができる。
このように、軸方向の一部に環状の鉄心板３ｃを挟むことで、鉄心片３ａは軸方向の一部において環状に結合されることとなり、鉄心片３ａを一体で取り扱うことができる。従って、鉄心片が個々ばらばらの場合に比べ、各鉄心片を別々にハンドリングしたり整列させたりする必要がなく生産性が向上する。
【００１６】
図７は本実施の形態１における回転子１の永久磁石片４の製造方法を説明するための説明図である。図７を参照して永久磁石片４の製造方法について説明する。
永久磁石片４の製造には図７（Ａ）に示すような金型６を使用する。金型６は、強磁性部材または非磁性部材からなるダイ６０と非磁性部材からなる下パンチ６１と芯棒６２とにより形成されるリング状のキャビティ６３を備えている。芯棒６２は金属またはセラミックなどの円筒からなる外殻とその内部に軸方向に延在して配置される電気導体で構成されている。電気導体は芯棒６２の軸方向へ電流を流すためのもので、軸方向へ延在する導線（互いに絶縁された銅線）または銅塊などからなる。外殻と電気導体との間の空間はエポキシなどの樹脂によってモールドされている。
【００１７】
まず、図７（Ａ）に示すように、金型６のリング状のキャビティ６３内に磁性粉末６４を充填する。
次に図７（Ｂ）に示すように、磁性粉末６４をリング状のキャビティ６３の円周方向に配向させるため、芯棒６２に内蔵された電気導体に瞬間的に電流を流す。電気導体に電流を流すことにより芯棒６２の周りには磁界が発生し、キャビティ６３内の磁性粉末６４を円周方向に配向させることができる。図７（Ｂ）中の矢印は電流の方向を示し、磁性粉末６４部分に描かれたマークは磁界の向きを示している。なお、発生させる電流は、瞬間的に１回流してもよいし、複数回流してもよい。また電流の方向も図中の方向に限られるものではない。また、直流電流だけでなく、電流の方向が交互に反転する交流電流を使用してもよく、時間と共に電流の大きさが減衰する交流電流を使用してもよい。
次に図７（Ｃ）に示すように、上パンチ６５を下降させて配向された磁性粉末６４を軸方向へ加圧し、リング状の圧粉体６６を形成する。
次に図７（Ｄ）に示すように、下パンチ６１を上昇させて圧粉体６６を金型から取り出し、その後熱処理することで圧粉体６６を焼結させリング状永久磁石６７を形成する。
次に図７（Ｅ）に示すように、焼結したリング状永久磁石６７の内外周および端面を機械加工により形状仕上げを行い、図７（Ｆ）に示すように、リング状永久磁石６７を中心軸から放射状に等分割し永久磁石片４を形成する。図７（Ｇ）は永久磁石片４を拡大したものであり、図７（Ｇ）中の矢印は配向方向線を示す。
【００１８】
図７（Ｇ）に示すように、リング状永久磁石６７の分割片として形成された永久磁石片４は、軸方向で断面形状が一定であり、その断面形状は扇形の中心側をこの扇形と同心の円弧により切り落とした略扇形状である。また永久磁石片４の配向方向線は略扇形状の円弧に沿った曲線、すなわち略扇形状の扇中心（リング状永久磁石６７の中心）と同心の円弧状の曲線となる。
例えば、回転子１の極数が６極であり、使用する永久磁石片４の略扇形状の開き角度が２０度であった場合、１個のリング状永久磁石６７から回転子１の３つ分である１８個の永久磁石片４を切り出すことができる。
なお、１個のリング状永久磁石６７を等分割して同じ開き角度の永久磁石片４を切り出すだけでなく、１個のリング状永久磁石６７から異なる開き角度の永久磁石片を切りだしてもよく、これにより複数の極数、または複数のサイズの回転子に用いる永久磁石片を一度に製造することができる。
【００１９】
ここで、一般に、永久磁石を焼結する際の収縮率は、永久磁石片の配向方向に平行な方向と配向方向に垂直な方向で異なり、配向方向に平行な方向はよく縮み、配向方向に垂直な方向はあまり縮まない。このような特性のため、同心円弧状の配向方向を有する永久磁石の焼結前の形状が例えば断面長方形の永久磁石であれば、焼結後に配向方向の曲率が大きいほどその幅寸法が大きくなるような断面略台形に歪んでしまう。このような断面略台形の永久磁石から本実施の形態１の永久磁石片４のような永久磁石片を切り出すとすれば、機械加工時の削り代が非常に多くなる。
これに対し、上述の本実施の形態１の製造方法のように円周方向に磁気配向したリング状の永久磁石を形成すれば、焼結後もリング状を維持できるため、永久磁石の焼結時の形状歪の発生を抑制できる。そして、焼結後のリング状永久磁石６７を分割して永久磁石片４を形成すれば、削り代が小さく材料歩留まりが良い低コストな永久磁石片４を得ることができる。
【００２０】
なお、上記のリング状永久磁石６７の分割はリング状永久磁石６７の中心軸から放射状に分割していたが、分割方法は必ずしもこれに限られるものではない。例えば、リング状永久磁石６７の中心軸とは異なる位置を中心とする所望の形状の永久磁石片を必要に応じて切りだしてもよい。ただし、このような分割方法の場合、リング状永久磁石６７の全てを永久磁石片として利用することができず不要部分が発生するため、歩留まりを考慮すると、リング状永久磁石６７の中心軸から放射状に分割することが望ましい。
【００２１】
図８は本実施の形態１による回転子１の永久磁石片４の製造方法の別例を示す説明図である。図８に示すように、永久磁石片４の製造方法の別例として、軸方向に長い長軸リング状永久磁石６７ａを形成してもよい。これにより、長軸リング状永久磁石６７ａを軸方向で複数個のリング状永久磁石６７に分割することができ、一度の成形でより多くの永久磁石片４を製造することができる。
【００２２】
図９（Ａ）は、上記の製造方法により得られた永久磁石片４を使用した本実施の形態１の回転子１において、永久磁石片４から発生する磁束の様子を示す概念図である。また比較のため、配向方向が一軸方向である板状の永久磁石片４ｂを用いた回転子１ｂ（以下比較例１の回転子とする）における磁束の様子の概念図を図９（Ｂ）に示す。図９中各永久磁石片４、４ｂ内の矢印は永久磁石片４、４ｂの配向方向線を示し、各鉄心片３０、３０ｂ内を通る矢印は磁束を示し、図９（Ｂ）中の点線矢印は漏れ磁束を示す。
図に示すように、本実施の形態１では永久磁石片４の配向方向線が回転子１の回転軸（回転中心）方向に凸形状の円弧状であるため、発生する磁束の多くは回転子１の外周方向へ向かって流れている。これに対し比較例１の回転子１ｂでは、永久磁石片４ｂの配向方向線が一軸方向であるため、発生する磁束は外周方向へ流れるとともに、回転軸（回転中心）方向へも流れて漏れ磁束となっている。このように、永久磁石片の配向方向線を回転子の回転軸方向に凸形状の円弧状とすることにより、回転軸方向への漏れ磁束を低減させ、回転子外周表面の磁束密度を増加させることができる。
なお、本実施の形態１の永久磁石片４のように、配向方向線が永久磁石片４の周方向に対向する２辺に対して直交するようにすれば、永久磁石片４から発生する磁束が鉄心片３０との接辺に対して直交するように流れるため、より強い磁力を回転子１外周表面へ発生させることができる。
【００２３】
また、比較例１は板状の永久磁石片４ｂを使用しているため、鉄心片３０ｂに永久磁石片４ｂ抜け止め用の突起３０ｃを設ける必要がある。突起３０ｃが存在する場合、永久磁石片４ｂから鉄心片３０ｂを通って回転子１ｂの外周側に流れる磁束の一部が、円周方向隣の突起３０ｃに漏れてしまい、回転子１ｂの外周表面に発生する磁束密度が減少してしまう。従って、永久磁石片の断面形状を本実施の形態１の永久磁石片４のように略扇形状とすることにより、永久磁石片４が径方向でテーパ状となって抜け止めとしての効果を有すると共に、回転子外周側の漏れ磁束を低減させることができ外周表面の磁束密度を増加させることができる。
なお、本実施の形態１の略扇形状の永久磁石片４を使用する場合にも、永久磁石片４の位置決め用に鉄心片３０に比較例１の突起３０ｃのような突起を設けてもよく、永久磁石片４の配向方向線が円弧状であることにより、外周表面の磁束密度を増加させる効果を得ることができる。
【００２４】
図１０は、上記の製造方法により得られた永久磁石片４を使用した本実施の形態１の回転子１の外周表面に発生する磁束密度のピーク値を測定した結果である。比較のため、配向方向が一軸方向である板状の永久磁石片４ｂを用いた比較例１の回転子１ｂと、配向方向が一軸方向であり断面形状が略扇形状の永久磁石片４ｃを用いた回転子１ｃ（以下比較例２の回転子とする）についての外周表面に発生する磁束密度のピーク値も測定した。この結果も合わせて図１０に示す。図１１は本実施の形態１、比較例１、比較例２の各回転子に使用される永久磁石片４、４ｂ、４ｃの断面形状を示す概念図である。本実施の形態１と比較例２の永久磁石片４、４ｃについては断面略扇形状の開き角度２θが２０度、３０度、４０度の３種類を用意する。各開き角度について、本実施の形態１、比較例１、比較例２の永久磁石片４、４ｂ、４ｃの体積が同じとなるようにし、開き角度別に磁束密度のピーク値を測定している。
【００２５】
図１０の棒グラフは、比較例１の回転子の外周表面に発生する磁束密度のピーク値を１とした時の比較例２と本実施の形態１の回転子の外周表面に発生する磁束密度のピーク値の比率を開き角度ごとに表している。図に示すように、配向方向線が一軸方向の板状の永久磁石４ｂ（比較例１）を配向方向線が一軸方向の略扇形状の永久磁石４ｃ（比較例２）とすることで、回転子の外周表面に発生する磁束密度のピーク値が、開き角度２０度では０．７％、３０度では１．４％、４０度では２．４％上昇する。さらに、配向方向線が一軸方向の板状の永久磁石４ｂ（比較例１）を略扇形状で配向方向線が円弧状の永久磁石片４（本実施の形態１）とすることで、回転子の外周表面に発生する磁束密度のピーク値が、開き角度２０度では１．２％、３０度では２．８％、４０度では４．５％上昇する。
このように、永久磁石片の形状を板状から断面略扇形状とすること、また配向方向線を一軸方向から円弧状とすることで、回転子の外周表面に発生する磁力を増大させることができる。
【００２６】
次に、本実施の形態１と比較例１の回転子について、磁界解析により永久磁石片周辺に発生する磁束分布を調べ比較した。
図１２（Ａ）は、本実施の形態１の永久磁石片４の回転軸２方向の漏れ磁束を現した磁界解析結果であり、図中右側に示す回転子１の点線内の領域の解析結果を図中左側に拡大して示している。図１２（Ｂ）は、比較例１の永久磁石片４ｂの回転軸２ｂ方向の漏れ磁束を現した磁界解析結果であり、図中右側に示す回転子１ｂの点線内の領域の解析結果を図中左側に拡大して示している。解析結果中の矢印は漏れ磁束を示し、図からわかるように、本実施の形態１の永久磁石片４の回転軸２方向の漏れ磁束が比較例１に比べて大幅に減少している。
【００２７】
以上のように、本実施の形態１による回転子では、永久磁石片の配向方向線が回転子の回転軸方向に凸形状の曲線であるため、回転子の回転軸方向へ流れる磁束を低減するとともに回転子の外周方向へ流れる磁束を増大させ、回転子の外周表面で発生する磁力を増加させることができる。従って、回転機のトルク向上や高効率を実現でき、エネルギー消費量の削減をすることができる。また、同じ磁力を発生するのに必要な永久磁石片の体積を減らすことができるため、回転機を小型化することができる。なお、永久磁石片の形状は実施の形態１で使用した形状に限られるものではなく、永久磁石片の配向方向線が回転子の回転軸方向に凸形状の曲線であれば、回転子の外周表面で発生する磁力を増加させることができる。
【００２８】
また、永久磁石片の断面形状を略扇形状とし、略扇形状の外周側円弧が回転子の回転軸方向に向くように配置すれば、回転子の外周表面で発生する磁力を増加させることができる。さらに、永久磁石片が径方向でテーパ状となるため永久磁石片を鉄心片に接着剤等で固定しなくても永久磁石片が回転子の外周方向へ抜け出ることを防止することができる。従って、回転機の高効率を実現できるとともに、製造工程においても容易化をはかることができる。
【００２９】
また、永久磁石片を円周方向に磁気配向したリング状永久磁石の分割片として形成することができるため、配向方向線が円弧状の永久磁石片を一つ一つ製造する必要がなく、一度に多数の永久磁石片を容易に製造することができるとともに、材料歩留まりを向上させることができる。
【００３０】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、永久磁石片の断面形状は扇形の中心側をこの扇形と同心の円弧により切り落とした略扇形状であったが、永久磁石片の断面形状はこれに限られるものではなく、実施の形態２では、永久磁石片の断面形状が異なる場合を説明する。なお、実施の形態１におけるものと同様の部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００３１】
図１３は本実施の形態２における永久磁石型回転子（以下回転子とする）の概念図であり、図１４は図１３を一部拡大したものであり、本実施の形態２における永久磁石片の詳細図である。
図１３に示すように永久磁石片４ｄは回転子１ｄの最外周面に寄せられて配置されている。そして、図１４に示すように永久磁石片４ｄの断面形状は扇形の中心側を直線で切り落とした略扇形状であり、回転子１ｄ外周側の辺４０ｄが直線である。また比較するために、永久磁石片の断面形状が扇形の中心側をこの扇形と同心の円弧により切り落とした略扇形状の場合を図１５に示す（永久磁石片の回転子外周側の辺４０が回転子外周側へ凹状の円弧状の場合）。
図からわかるように、永久磁石片の回転子外周側の辺を凹形状（図１５）とした場合よりも、直線状（図１４）とした場合の方が、永久磁石片を回転子外周側に近づけることができる。すなわち、永久磁石片４ｄの回転子外周側の辺４０ｄを直線とすることにより、回転子の外周側に配置される固定子（図示せず）と永久磁石片４ｄとの距離が短くなり、磁路を短くすることができる。従って、同体積の永久磁石片であっても、本実施の形態２の永久磁石片４ｄの形状とすることで、回転子外周表面へ発生する磁束を増加させることができる。
【００３２】
図１６は本実施の形態２の別例の永久磁石片４ｅの形状を示す詳細図であり、上記図１４に対応する図面である。別例の永久磁石片４ｅは断面形状が扇形の中心側を扇形の中心方向に凸状の円弧により切り落とした略扇形状である。すなわち、図１６に示すように永久磁石片４ｅの回転子外周側の辺４０ｅが回転子外周側へ凸状の円弧状で、本実施の形態２の別例では、辺４０ｅが回転子１ｅの最外周面の仮想的な円と重なっている。これにより永久磁石片と固定子の距離をさらに短くすることができ、回転子外周表面へ発生する磁束をより増加させることができる。
【００３３】
なお、上記実施の形態２における永久磁石片１ｄ、１ｅでは、永久磁石片１ｄ、１ｅの回転軸側（回転子中心側）に位置する辺は円弧状であるが、必ずしもこれに限られず、例えば図１７に示すようなものであってもよい。図１７は本実施の形態２における別例の回転子１ｆを示す概念図であり、永久磁石片４ｆの回転軸２ｆ側に位置する辺４０ｆは直線状であり、また回転子外周側に位置する辺４０ｇも直線状である。この場合、永久磁石片４ｆの断面は台形様の略扇形状となる。
【００３４】
図１８は本実施の形態２における別例の回転子１ｆに用いられる永久磁石片４ｆの製造方法を説明する説明図である。永久磁石片４ｆの製造方法は、上記実施の形態１の永久磁石片４の製造方法と同様の方法で、リング状永久磁石６７を配向、成形後（図１８（Ａ））、リング状永久磁石６７の中心軸から放射状に分割される（図１８（Ｂ））。さらにこの分割片を並べて固定し、リング状永久磁石６７の内周と外周にあたる面を平面研削することによって、断面が台形様の略扇形状の永久磁石片４ｆが形成される（図１８（Ｃ））。
また、本実施の形態２における回転子１ｄに用いられる永久磁石片４ｄも、永久磁石片４ｆと同様の方法で形成され、リング状永久磁石６７の内周にあたる面、すなわち永久磁石片４ｄの回転子外周側に位置する面のみを平面研削することによって得られる。また、別例の永久磁石片４ｅであれば、永久磁石片４ｅの回転子外周側に位置する面を円弧状に研削すればよい。
このように形成された永久磁石片４ｄ、４ｅ、４ｆの配向方向線は平面研削前の円周方向に沿った円弧状の曲線となる。従って永久磁石片４ｄ、４ｅ、４ｆから発生する磁束の多くは回転子１ｄ、１ｅ、１ｆの外周側へ流れ、回転子１ｄ、１ｅ、１ｆの回転軸側への漏れ磁束を少なくすることができる。
【００３５】
なお、永久磁石片４ｄ、４ｆの製造方法は、図１８に示すように円環状のリング状永久磁石６７を分割して平面研削する方法だけに限られない。例えば、外周側も内周側も多角形（例えば正１２角形）となるような略リング状のキャビティを使用して略リング状永久磁石を形成すれば、これを放射状に分割することにより永久磁石片４ｆを得ることがでる。また、外周側の形状が円形で内周側の形状が多角形（例えば正１２角形）となるような略リング状のキャビティを使用して略リング状永久磁石を形成すれば、これを放射状に分割することにより永久磁石片４ｄを得ることがでる。
【００３６】
以上のように、本実施の形態２における回転子では、上記実施の形態１と同様の効果を有するとともに以下の効果を有する。
本実施の形態２では、回転子に使用される永久磁石片の回転子外周側の辺を、直線または回転子外周側へ凸状の円弧状としたため、永久磁石片から固定子までの磁路を短くすることができる。従って回転子の外周表面で発生する磁力をより増加させ、回転機のトルク向上や高効率を実現し、エネルギー消費量の削減をすることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１，１ａ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１０ａ  回転子、２，２ｆ  回転軸、
３０，３０ａ，３ａ  鉄心片、４，４ｄ，４ｅ，４ｆ  永久磁石片。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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