(57)【要約】【課題】永久磁石式回転電機において、回転子内径側の漏れ磁束低減のために、内径側の磁石端部にエアギャップまたは非磁性体（樹脂等）が周方向等間隔に設けられているが、エアギャップ間の回転子鉄心内壁は機械的強度を保つ範囲で間隔を設ける必要があると考えられ、依然、十分に漏れ磁束を低減できない課題がある。【解決手段】回転子３は、固定子磁極１１に対面して磁気的に結合される磁極を有する回転子鉄心３１と、磁極間に配置され周方向に着磁されて軸方向に略直線状に配した永久磁石３２と、永久磁石３２の回転軸側端部付近の回転子鉄心に設けられた保持部材挿入孔３３に軸方向に貫通する非磁性の保持部材３４を備え、保持部材３４により漏れ磁束を低減する。【選択図】図１
2014233100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子磁極を有する固定子鉄心および前記固定子磁極に巻回された固定子巻線を有する固定子と、前記固定子に対して回転する回転軸上に設けられた回転子から成り、前記回転子は、前記固定子磁極に対面して磁気的に結合される磁極を有する回転子鉄心と、前記磁極間に配置され、周方向に着磁されて軸方向に略直線状に配した永久磁石と、前記永久磁石の前記回転軸側端部付近の前記回転子鉄心に設けられた保持部材挿入孔に軸方向に貫通する非磁性の保持部材を備えた永久磁石式回転電機。
【請求項２】
前記保持部材は、保持部材挿入孔の周方向寸法より大きい部分を有することを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項３】
前記保持部材は、回転子鉄心と隣接して対向する壁面が、軸方向に向かうほど周方向寸法が大きくなるテーパ形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項４】
前記保持部材は、その軸線方向の中点に向かうほど周方向寸法が大きくなる形状となっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項５】
前記保持部材は、前記回転子鉄心の軸方向長さを略２等分した長さの第一の保持部材と第二の保持部材を有し、断面積の小さい面を対向させ、前記回転子鉄心の両端から配されたことを特徴とする請求項３に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項６】
前記保持部材は、前記保持部材挿入孔の周方向を略２等分した周方向寸法の第一の保持部材と第二の保持部材を有し、断面積の小さい面を対向させ、前記回転子鉄心の両端から配されたことを特徴とする請求項３に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項７】
前記回転子鉄心は、前記保持部材挿入孔の径方向に伸びる短辺と、隣接する前記保持部材挿入孔の径方向に伸びる短辺とが、平行であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項８】
前記保持部材は、前記永久磁石を包持するように、前記永久磁石と接する前記保持部材の一面に凹部を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項９】
前記回転子鉄心は、前記保持部材間の間隔が、軸方向両端に向かうほど小さくなることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、永久磁石を用いた永久磁石式回転電機に関するものであり、特に回転電機の高速化および高トルク化を図った永久磁石式回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業用モータ、電気自動車及びハイブリッド自動車などの回転電機においては、小型化・高出力化のため、永久磁石を用いた回転電機が使用される。このような永久磁石式回転電機は外部からの界磁エネルギーが不要なため小型化を達成できる。また、永久磁石式回転電機において更なる高出力化を図ろうとすると、永久磁石を電磁鋼板等の磁性部材を積層して構成されている回転子の表面近くだけではなく、回転子のより内径側まで放射状に配置する場合がある。
【０００３】
このとき、永久磁石を放射状に配置すると、回転子の内径側で磁束が漏洩するため、トルクに寄与する有効な磁束量が減少する問題がある。この磁束の漏れを低減するために、回転子鉄心を周方向に分割して、コアと永久磁石を周方向に配列することにより、回転子内径側に空隙を設けている。また、分割したコア片にピンを通し、コア軸線方向端部にある端板においてピンと結合した永久磁石式電動機が考えられる。
しかしながら、回転子鉄心が分割されているために、高速化の要求に対しては、結合するピンを強固にする必要があり、またピンが永久磁石からの磁束を妨げ、結果的に有効な磁束が減少する課題ある。また、コアの剛性が低いことから、永久磁石に応力が集中して永久磁石が破損する問題がある。
【０００４】
これらの問題を解決する手法の一例として、周方向に一体となったロータコアを積層して構成された回転子において、ロータコアに放射状に配置された永久磁石は、シャフト側に位置する長辺とロータコアの外周側に位置する短辺と互いに平行でない側辺とからなる台形形状とし、永久磁石の長辺に隣接するロータコアの一部を切除してエアギャップを形成し、そのエアギャップ内に非磁性材料（樹脂等）を配置した技術が提案されている（特許文献１参照）。
このような構成を採用することによって、回転子内径の漏れ磁束を低減しつつ機械強度を確保することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−４７２２号公報（段落００３０、図６、図７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、回転子内径側の漏れ磁束低減のために、回転子内径側の磁石端部にエアギャップまたはそのエアギャップ内に非磁性材料（樹脂等）が周方向等間隔に設けられている。しかしながら、エアギャップ間の回転子鉄心内壁は機械的強度を保つ範囲で間隔を設ける必要があると考えられ、依然、十分に漏れ磁束を低減できない課題がある。
【０００７】
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、回転子内径側の漏れ磁束を低減しつつ、遠心力に対して十分な強度得られるように工夫した永久磁石式回転電機を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る永久磁石式回転電機は、固定子磁極を有する固定子鉄心および固定子磁極に巻回された固定子巻線を有する固定子と、固定子に対して回転する回転軸上に設けられた回転子から成り、回転子は、固定子磁極に対面して磁気的に結合される磁極を有する回転子鉄心と、磁極間に配置され、周方向に着磁されて軸方向に略直線状に配した永久磁石と、永久磁石の回転軸側端部付近の回転子鉄心に設けられた保持部材挿入孔に軸方向に貫通する非磁性の保持部材を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、永久磁石の回転軸側端部に設けられた保持部材挿入孔に軸方向に貫通する非磁性の保持部材を設けているから、回転子内径側に漏れる磁束を低減して高トルクが得られ、また永久磁石が製作工程で破損することを抑制でき、回転子鉄心の機械強度を確保することができるので回転電機の高速化にも対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る永久磁石式回転電機の軸方向に垂直な断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る永久磁石式回転電機の永久磁石の着磁方向と磁束の関係を示した、永久磁石式回転電機の軸方向に垂直な回転子の断面図の一部である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る永久磁石式回転電機の軸方向に垂直な回転子の断面図の一部である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る永久磁石式回転電機のコア劣化の有無によるＢ−Ｈ特性の比較を表した図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る永久磁石式回転電機の保持部材と保持部材挿入孔の斜視図を示したものである。
【図６】この発明の実施の形態１に係る永久磁石式回転電機の分解斜視模式図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る永久磁石式回転電機の分解斜視模式図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係る永久磁石式回転電機の分解斜視模式図である。
【図９】この発明の実施の形態３に係る永久磁石式回転電機の保持部材と保持部材挿入孔の斜視図を示したものである。
【図１０】この発明の実施の形態４に係る永久磁石式回転電機の分解斜視模式図である。
【図１１】この発明の実施の形態４に係る永久磁石式回転電機の保持部材と保持部材挿入孔の斜視図を示したものである。
【図１２】この発明の実施の形態５に係る永久磁石式回転電機の軸方向に垂直な回転子の断面図の一部である。
【図１３】この発明の実施の形態６に係る永久磁石式回転電機の回転子の側面図である。
【図１４】この発明の実施の形態６に係る永久磁石式回転電機の軸方向に垂直な回転子の断面図の一部である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１における永久磁石式回転電機を図１〜図６に基づいて説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石式回転電機の軸方向に垂直な断面図であり、図２は図１の回転子の一部を拡大したものであって、永久磁石の着磁方向と磁束の関係を示している。図３は保持部材を挿入し、回転子鉄心の劣化による透磁率が低下した領域を示している。図４は磁性部材である電磁鋼板等における劣化の有無によるＢ―Ｈ特性の比較を表したものである。図５は保持部材と保持部材挿入孔の斜視図を表したものである。図６は永久磁石式回転電機の分解斜視模式図である。
なお、この実施の形態では、回転電機として、縦埋込（スポーク）型の永久磁石式同期モータを例に説明する。
【００１２】
図１〜図３に示すように、この発明の実施の形態１に係る永久磁石式回転電機１０は、環状の固定子１と、固定子１の内側に配置されて固定子１に対して回転する回転軸２上に設けられた回転子３から成り、固定子１と回転子３が同一の回転軸２を中心として構成されている。
固定子１は固定子磁極（ティース）１１を有する固定子鉄心１２および固定子磁極１１に巻回された固定子巻線１３で構成されている。回転子３は固定子磁極１１に対面して磁気的に結合される磁極を有する回転子鉄心３１と、各磁極間に配置され、周方向に着磁されて軸方向に略直線状に配した複数の永久磁石３２と、永久磁石３２の回転軸側端部付近の回転子鉄心に設けられた保持部材挿入孔３３に軸方向に貫通する非磁性の保持部材３４で構成されている。
【００１３】
永久磁石３２は、回転軸２を中心として放射状に、周方向に同極が対向するように回転子鉄心３１に埋め込まれており、また、永久磁石３２は回転軸２を中心として、径方向に長手となる形状となっており、回転子鉄心３１に永久磁石３２が縦長に埋め込まれた縦埋込（スポーク）型の埋込磁石回転電機となっている。
なお、永久磁石３２はフェライト磁石を使用して構成されるが、ネオジム等の希土類磁石、サマリウムコバルト磁石など他の磁石でも良い。
【００１４】
回転子鉄心３１は、固定子１と対向する位置に永久磁石３２を保持する鍔３５を有しており、磁性部材を通しボルトまたはピン、カシメなどによって軸線方向に積層して構成してある。また、固定子１も同様に、磁性部材を積層して構成されている。ここでは、永久磁石３２の数（極数）は８個、固定子磁極１１の数（またはスロット数）は１２個となっており、極数とスロット数は２：３であるが、これ以外の極数とスロット数の組合せでも問題ない。
また、図１に示す実施の形態では、固定子１を外側に、回転子３を内側に配置したインナーロータ型の回転電機であるが、固定子１と回転子３の位置が入れ替わったアウターロータ型の回転電機でも問題ない。
【００１５】
保持部材３４は、回転軸２側の永久磁石３２端部周辺に、回転軸２を中心として周方向等間隔に配列され、回転子鉄心３１に設けられた保持部材挿入孔３３に埋め込まれている。なお、保持部材３４はＳＵＳ３０４等の非磁性鋼が使用されるが、アルミニウム合金、セラミック、チタンなど他の非磁性材料でも良い。
【００１６】
図２に示すように、永久磁石３２の着磁方向３６は、黒太矢印で示した通り、略周方向に着磁され、隣り合う永久磁石３２の着磁方向は逆である。また、永久磁石３２の作る磁束３７は、概ね図２の白抜き細矢印で示したように分布している。
たとえば、磁束３７は、隣り合う永久磁石３２同士の間の回転子鉄心３１を、略径方向外方または内方に向かって通っている。この磁束３７が固定子１の固定子巻線１３と鎖交することで、トルクが生じる。
【００１７】
一方、概ね図２の白抜き細矢印で示す漏れ磁束３７ａは、永久磁石３２から回転軸２側の回転子鉄心３１を通り、同一の永久磁石３２に向かって通っている。この漏れ磁束３７ａは固定子１の固定子巻線１３と鎖交しないことから、トルクには寄与しない磁束であり、低減する必要がある。たとえば、漏れ磁束３７ａが通る磁路の磁気抵抗を上げるために、回転子鉄心３１を磁極毎に周方向に切り離す方法がある。
しかしながら、回転子鉄心３１を切り離すと高速回転時に遠心力により、回転子鉄心３１が破損する恐れがある。また、回転子鉄心３１からの応力が永久磁石３２にかかると、永久磁石３２が破損して回転子３と固定子１間の空隙に入り、永久磁石式同期モータ自体が故障する問題が考えられる。
【００１８】
この発明では、前述の漏れ磁束３７ａを低減するために、永久磁石３２の回転軸側端部付近の回転子鉄心３１に保持部材挿入孔３３を設け、この保持部材挿入孔３３に非磁性の保持部材３４を軸方向に貫通して設けることにより、回転子鉄心３１の透磁率が小さくなる部分を設ける。このようにすることで、回転子鉄心３１を周方向に一体にできるため機械的強度を確保しつつ、漏れ磁束を低減することができる。
【００１９】
なお、保持部材挿入孔３３に保持部材３４を挿入する場合、後述するように保持部材３４の周方向寸法は保持部材挿入孔３３の周方向寸法より少し大きくなっている。したがって保持部材挿入孔３３に保持部材３４を挿入することによって、回転子鉄心３１に応力が加わった箇所が生じる。この応力が加わった箇所は、図３に示すようにコア劣化部３８となり、このコア劣化部３８は保持部材挿入孔３３間の回転子鉄心内壁から周方向に大きくした寸法程度の回転子鉄心３１を劣化させた領域となり、透磁率が低下する。
【００２０】
コア劣化部３８による回転子鉄心３１の劣化について図４を用いて説明する。図４は回転子鉄心３１に用いる電磁鋼板において、劣化の有無によるＢ―Ｈ特性の比較を表したものである。
図４に示すように、電磁鋼板は圧縮または引っ張り応力を受けると劣化が生じて磁束密度が下がり透磁率が低下する。この発明は、保持部材３４を保持部材挿入孔３３に挿入して、保持部材挿入孔３３周辺の回転子鉄心３１に圧縮応力または引っ張り応力を与えて、回転子鉄心３１に劣化したコア劣化部３８を設けることで、コア劣化部３８の透磁率が低下して漏れ磁束３７ａを低減できる。そして、回転子鉄心３１のコア劣化部３８は、保持部材３４による圧縮応力が加わることで加工硬化し、さらに機械強度を高めることができる。
【００２１】
図５は保持部材３４とコア劣化部３８と保持部材挿入孔３３の斜視図を表している。図５には示されていないが、保持部材挿入孔３３は回転子鉄心３１に設けられる。保持部材３４の軸方向端面の断面形状は、保持部材挿入孔３３と略同一形状からなり、軸方向に延設した構成となっている。但し、保持部材３４が保持部材挿入孔３３に圧入挿入されるように、保持部材３４の周方向寸法は保持部材挿入孔３３の周方向寸法より大きい部分を有している。
例えば、図５（ａ）に示すように、保持部材３４は軸線方向に向かうほど周方向寸法が大きくなるテーパ形状となっている。また、図５（ｂ）に示すように、保持部材３４はその軸線方向の中点に向かうほど周方向寸法が大きくなる形状となっている。
【００２２】
このような構成により、保持部材３４の挿入時に保持部材挿入孔３３周辺の回転子鉄心３１へ圧縮応力をかけることができ、さらに保持部材３４の保持部材挿入孔３３への挿入が容易となり製作性が向上する。なお、前述では圧入による保持部材３４の挿入方法を記載したが、保持部材３４を冷やし嵌めにより挿入するようにしたり、回転子鉄心３１を焼き嵌めして挿入するようにしてもよい。ただし、圧入代および嵌め代は回転子鉄心３１と保持部材３４の機械的強度が損なわない程度の寸法にする。
【００２３】
永久磁石３２は、一般に機械的強度が弱いため応力を受けると破損の恐れがある。このため、保持部材挿入孔３３の周方向寸法は、永久磁石３２の周方向寸法以上にすることが望ましい。周方向寸法以上にすることで、永久磁石３２への局所的応力差が緩和され、永久磁石３２の割れを生じにくくする。
また、保持部材挿入孔３３は、回転軸２の垂直方向断面において、永久磁石３２の回転軸側端部の延長線よりも内径側の領域内に設けることで、保持部材３４の挿入時の応力を永久磁石３２に伝達することを緩和する。
【００２４】
次に、機械的強度を確保しつつ、漏れ磁束３７ａを低減するために、保持部材挿入孔３３間の回転子鉄心３１の間隔を、機械的強度が損なわない程度に細くする。また、望ましくは、保持部材挿入孔３３間の回転子鉄心３１の間隔は平行にする。同様に、保持部材挿入孔３３と回転軸２間の回転子鉄心３１の間隔は、機械的強度が損なわない程度に細くする。
【００２５】
図６は回転子３（回転子鉄心３１、永久磁石３２、保持部材３４）の分解斜視模式図である。図６に示すように、永久磁石３２および保持部材３４は、回転子鉄心３１に回転軸２を中心に周方向等間隔に配置され、軸線方向に挿入される。また、回転軸２が貫通し永久磁石３２の軸方向端面と対向した、回転子鉄心３１の半径より小さい径からなる端板３９、ならびに回転子鉄心３１と端板３９を締結する通しボルトまたはピン（図示省略）を用いる場合がある。
【００２６】
このように実施の形態１の発明は、回転子鉄心３１を分割することなく、永久磁石３２の回転軸側端部に設けられた保持部材挿入孔３３に軸方向に貫通する非磁性の保持部材３４を設けているから、漏れ磁束を低減して回転電機の出力密度を向上できる。また永久磁石３２に応力はかけずに、保持部材３４で回転子鉄心３１に応力をかけて、回転子鉄心３１の内周側を劣化させて透磁率を下げることで、より漏れ磁束を低減することができる。さらに、保持部材３４は周方向のテーパ形状にすることで、保持部材挿入孔３３への挿入が容易になり、組立性能が向上する。
【００２７】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２における永久磁石式回転電機を図７に基づいて説明する。図７は実施の形態２における永久磁石式回転電機の分解斜視模式図である。
実施の形態１において、軸線方向に向かうほど周方向寸法が大きくなるテーパ形状を有する保持部材３４（図５（ａ））を同じ方向から挿入した場合、図６の構成では、回転子鉄心３１のコア劣化部３８が軸線方向挿入側と反挿入側で偏りが生じてしまう。また、保持部材３４の重心が軸線方向中点と異なるため、同一方向から挿入すると回転子３自体の重心が軸線方向中点からずれる場合がある。したがって、回転子３は磁気的、構造的にバランスが偏るため、スラスト力が生じる恐れがある。
【００２８】
実施の形態２の発明は、このような磁気的、構造的にバランスが偏ることを抑制するようにした構成にしたもので、図７に示すように、保持部材３４は、回転子鉄心３１の軸方向長さと同じ長さの第一の保持部材３４ａと第二の保持部材３４ｂに分け、その軸線方向端面の断面積が小さい面（テーパ形状は図示せず）から保持部材挿入孔３３に周方向交互に軸線方向の両端から挿入するようにする。
こうして図６と同様に永久磁石３２および第一の保持部材３４ａならびに第二の保持部材３４ｂは、回転子鉄心３１に回転軸２を中心に周方向等間隔に配置され、軸線方向に挿入される。
【００２９】
なお、図７では省略したが、回転軸２および永久磁石３２の軸方向端面と対向し、回転子鉄心３１の半径より小さい径からなる端板、ならびに回転子鉄心３１と端板を締結する通しボルトまたはピンを用いる場合がある。
このように実施の形態２の発明は、回転子鉄心３１の軸方向長さと同じ長さの第一の保持部材３４ａと第二の保持部材３４ｂを、回転子鉄心３１の両端から断面積の小さい面を対向させて周方向交互に配するようにしたから、軸線方向の上下で回転子鉄心３１が劣化するため、回転子３の磁気的および構造的なバランスが良くなりスラスト力を抑制できる。
【００３０】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３における永久磁石式回転電機を図８及び図９に基づいて説明する。図８は実施の形態３における永久磁石式回転電機の分解斜視模式図、図９は保持部材と保持部材挿入孔の斜視図を示したものである。
実施の形態１および２の発明は、回転子鉄心３１と軸線寸法が略等しい保持部材３４を各保持部材挿入孔３３に軸線方向の一端からまたは両端から交互に挿入しており、テーパ形状からなる保持部材３４を挿入する場合は、挿入側と反挿入側で回転子鉄心３１への応力のかかり方が異なる。このため、反挿入側のコア劣化部３８は、保持部材挿入側のコア劣化部３８に比べて、劣化した領域が小さいもしくは劣化度合いが小さくなる場合がある。
【００３１】
実施の形態３の発明は、コア劣化部が軸線方向で均一になるようにした構成にしたもので、図８および図９に示すように、保持部材３４は、回転子鉄心３１の軸方向長さを略２等分した長さの第一の保持部材３４ｃと第二の保持部材３４ｄに分ける。そして第一の保持部材３４ｃならびに第二の保持部材３４ｄは、その軸線方向端面の断面積が小さい面（テーパ形状は図示せず）から保持部材挿入孔３３に両端から挿入する。
こうして図６と同様に永久磁石３２および第一の保持部材３４ｃならびに第二の保持部材３４ｄは、回転子鉄心３１に回転軸２を中心に周方向等間隔に配置され、軸線方向に挿入される。
【００３２】
なお、図８では省略したが、回転軸２および永久磁石３２の軸方向端面と対向し、回転子鉄心３１の半径より小さい径からなる端板、ならびに回転子鉄心３１と端板を締結する通しボルトまたはピンを用いる場合がある。
また、図９には、第一の保持部材３４ｃならびに第二の保持部材３４ｄと共に、コア劣化部３８と保持部材挿入孔３３の斜視図を表している。図９には示されていないが、第一の保持部材３４ｃと第二の保持部材３４ｄの間に回転子鉄心３１が設けられる。
【００３３】
図８に示すように、回転子鉄心３１に埋め込まれた永久磁石３２が、実施の形態１と同様に配置され、軸線方向を略２等分して第一の保持部材３４ｃならびに第二の保持部材３４ｄとなるように設けられている。
また図９に示すように、保持部材３４ｃ、３４ｄの軸方向端面の断面形状は、保持部材挿入孔３３と略同一形状からなり、軸方向に延設した構成となっている。保持部材３４ｃ、３４ｄを保持部材挿入孔３３に圧入する場合は、保持部材３４ｃ、３４ｄの周方向寸法が保持部材挿入孔３３の周方向寸法以上である部分を有する。好ましくは、軸線方向に向かうほど周方向寸法が大きくなるテーパ形状である。
【００３４】
なお、前述では圧入による保持部材３４の挿入方法を記載したが、保持部材３４ｃ、３４ｄを冷やし嵌めにより挿入したり、または回転子鉄心３１を焼き嵌めして挿入してもよい。ただし、圧入代および嵌め代は回転子鉄心３１と保持部材３４ｃ、３４ｄの機械的強度が損なわない程度の寸法にする。
そして、回転子鉄心３１の軸線方向両端から第一の保持部材３４ｃならびに第二の保持部材３４ｄの断面積が小さいほうを対向するように保持部材挿入孔３３に挿入することで、コア劣化部３８を回転子鉄心３１の両端付近の各保持部材挿入孔３３周辺に設けることができる。
【００３５】
このように実施の形態３の発明は、保持部材３４が回転子鉄心３１の軸方向長さを略２等分した長さの第一の保持部材３４ｃと第二の保持部材３４ｄに分割され、断面積の小さい面を対向させて回転子鉄心３１の両端から配するようにしたから、軸線方向の上下で回転子鉄心３１が劣化するため、回転子３の磁気的および構造的なバランスが良くなりスラスト力を抑制できる。
また、実施の形態１、２に比べて回転子鉄心３１に応力をかける面積が増えるためコア劣化領域を増やすことができ、さらに漏れ磁束を低減することができて出力を向上することができる。また、保持部材３４が軸線方向に２分割されているため、保持部材内を流れる渦電流を低減することができる。
【００３６】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４における永久磁石式回転電機を図１０及び図１１に基づいて説明する。図１０は実施の形態４における永久磁石式回転電機の分解斜視模式図、図１１は保持部材と保持部材挿入孔の斜視図を示したものである。
実施の形態３の発明は、保持部材３４が回転子鉄心３１の軸方向長さを略２等分した長さの第一の保持部材３４ｃと第二の保持部材３４ｄに分割されていたが、実施の形態４の発明は、保持部材３４を回転子鉄心３１の周方向に略２等分したものである。
【００３７】
図１０および図１１に示すように、第一及び第二の保持部材３４ｅ、３４ｆは、回転子鉄心３１の軸方向長さと略同じ長さで、保持部材３４ｅ、３４ｆの軸線方向と垂直の断面形状は、保持部材挿入孔３３の周方向を略２等分したものと略同一形状からなり、軸線方向に延設した構成となっている。
第一の保持部材３４ｅならびに第二の保持部材３４ｆは、その軸線方向端面の断面積が小さい面（テーパ形状は図示せず）から１つの保持部材挿入孔３３に両端から挿入する。
こうして図６と同様に永久磁石３２および第一の保持部材３４ｅならびに第二の保持部材３４ｆは、回転子鉄心３１に回転軸２を中心に周方向等間隔に配置され、軸線方向に挿入される。
【００３８】
図１０に示すように、回転子鉄心３１に埋め込まれた永久磁石３２が、実施の形態１と同様に配置され、周方向を略２等分して第一の保持部材３４ｅならびに第二の保持部材３４ｆが１つの保持部材挿入孔３３に挿入されて設けられている。なお、図１０では省略したが、実施の形態１〜３と同様に、回転子鉄心３１および永久磁石３２の軸方向端面と対向し、回転子鉄心３１の半径より小さい径からなる端板、ならびに回転子鉄心３１と端板を締結する通しボルトまたはピンを用いる場合がある。
また、図１１には、第一の保持部材３４ｅならびに第二の保持部材３４ｆと共に、コア劣化部３８と保持部材挿入孔３３の斜視図を表している。図１１には示されていないが、第一の保持部材３４ｅと第二の保持部材３４ｆの間に回転子鉄心３１が設けられる。
【００３９】
第一の保持部材３４ｅならびに第二の保持部材３４ｆを保持部材挿入孔３３に圧入する場合は、各保持部材３４ｅ、３４ｆの周方向寸法が保持部材挿入孔３３の略２等分以上である部分を有する。好ましくは、軸線方向に向かうほど周方向寸法が大きくなるテーパ形状である。
図１１では、保持部材挿入孔３３間の回転子鉄心３１と接する面をテーパ形状にしたが、第一の保持部材３４ｅと第二の保持部材３４ｆが接する面をテーパ形状にしてもよい。または、回転子鉄心３１と接する面と、保持部材３４ｅと３４ｆが接する面の両方をテーパ形状にしても問題ない。
【００４０】
なお、前述では圧入による保持部材３４ｅ、３４ｆの挿入方法を記載したが、保持部材３４ｅ、３４ｆを冷やし嵌めにより挿入する。または、回転子鉄心３１を焼き嵌めして挿入してもよい。ただし、圧入代および嵌め代は回転子鉄心３１と保持部材３４ｅ、３４ｆの機械的強度が損なわない程度の寸法にする。
そして、第一の保持部材３４ｅならびに第二の保持部材３４ｆの断面積の小さい面を回転子鉄心３１の両端から保持部材挿入孔３３に挿入することで、コア劣化部３８を回転子鉄心３１両端付近の各保持部材挿入孔３３周辺に設けることができる。
【００４１】
このように実施の形態４の発明は、保持部材３４が保持部材挿入孔３３の周方向寸法を略２等分した周方向寸法を有する第一の保持部材３４ｅと第二の保持部材３４ｆとに分割され、断面積の小さい面を対向させて回転子鉄心３１の両端から配するようにしたから、回転子鉄心３１に応力をかける面積が増えるためコア劣化領域を増やすことができ、さらに漏れ磁束を低減することができて出力を向上することができる。
【００４２】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５における永久磁石式回転電機を図１２に基づいて説明する。図１２は実施の形態５に係る回転電機の軸方向に垂直な回転子の断面図の一部を示したものである。
図１２に示すように、保持部材３４は永久磁石３２の回転軸側端部を包持するように、永久磁石３２と接する面に永久磁石３２の周方向寸法と略同一寸法の凹部３４ｇを備えている。この凹部３４ｇにより保持部材３４に永久磁石３２の回転軸側の一部を収納でき、また永久磁石３２の固定子側端部を保持する鍔３５と共に、保持部材３４の径方向の移動を規定できる。
【００４３】
永久磁石３２と保持部材３４は凹部３４ｇによる嵌合、更には接着等の手段により一体化できる。永久磁石３２と保持部材３４が一体化できたことで、永久磁石３２を回転子鉄心３１に挿入する製作工程時に割れや破損を防ぐことができる。前述したように、永久磁石３２は周方向に着磁されており、永久磁石３２の径方向に伸びる長辺と回転子鉄心３１との磁気ギャップを限りなく小さくすることで、出力が向上する。
従って、永久磁石３２と一体化した保持部材３４は、永久磁石３２の位置決めおよび保持が行えるので、永久磁石３２の長辺と接する面は接着材等を使うことなく組み上げることが可能である。
【００４４】
この実施の形態５では、実施の形態１の構造において保持部材３４の形状を変形させた場合について述べたが、実施の形態２〜４の保持部材３４の形状に、この実施の形態５の形状を適用した場合でも問題ない。
このように実施の形態５の発明は、保持部材３４が永久磁石３２の一部を包持するように、永久磁石と接する保持部材面に凹部３４ｇを設けているから、永久磁石３２の保持がしやすくなり、組み立て性能が向上する。
【００４５】
実施の形態６．
次に、この発明の実施の形態６における永久磁石式回転電機を図１３および図１４に基づいて説明する。図１３は実施の形態６に係る回転電機の回転子の側面図、図１４は回転電機の軸方向に垂直な回転子の断面図の一部を示したものである。
これまで、実施の形態１から５では、保持部材３４の周方向および径方向の形状を規定してきたが、実施の形態６の発明は、保持部材挿入孔３３間の回転子鉄心３１内壁の形状を規定したものである。
【００４６】
図１３に示すように、回転子３における回転子鉄心３１の端部付近をＡ−Ａ断面とし、回転子鉄心３１の中点付近をＢ−Ｂ断面とする。そして図１４に示すように、保持部材挿入孔３３の径方向に伸びる短辺と、隣接する保持部材挿入孔３３の径方向に伸びる短辺を平行として、この２辺間の距離をＬとする。
ここで、断面Ａ−Ａの内壁間距離Ｌ１と、断面Ｂ−Ｂの内壁間距離Ｌ２の関係がＬ１＜Ｌ２となるように構成する。そして、保持部材３４の周方向寸法は、Ｂ−Ｂ断面の保持部材挿入孔３３の周方向寸法以上である部分を有する。
【００４７】
このように保持部材挿入孔３３間の回転子鉄心３１の間隔Ｌを軸方向に沿って可変にすることで、保持部材３４を挿入した場合に、保持部材挿入孔３３間の回転子鉄心３１に応力がかかることで回転子鉄心３１にコア劣化部３８が生じ、漏れ磁束を低減することができる。なおＡ−Ａ断面からＢ−Ｂ断面の間に相当する回転子鉄心３１のＬの長さは、段階的に大きくしても良いし、連続的に大きくしても問題ない。また、Ａ−Ａ断面の反対側となる回転子鉄心３１の端部は、Ｂ−Ｂ断面を中心に対称と考えてよい。
【００４８】
保持部材３４の形状は、保持部材挿入孔３３の周方向寸法以上である部分を有し、軸線方向に直線的に伸ばした形状でも前述した効果が得られるが、回転子鉄心３１の両端に向かうほど周方向寸法が小さくなるテーパ形状にすることで、より回転子鉄心３１に応力をかけることができるため漏れ磁束を低減できる。ただし、Ｌの寸法および保持部材３４の周方向寸法は回転子鉄心３１と保持部材３４の機械的強度が損なわない程度の寸法にする。
なお、図１４には示されていないが、回転子鉄心３１および永久磁石３２の軸方向端面と対向し、回転子鉄心３１の半径より小さい径からなる端板、ならびに回転子鉄心３１と端板を締結する通しボルトまたはピンを用いる場合がある。
【００４９】
このように実施の形態６の発明は、保持部材３４間の間隔が、軸方向両端に向かうほど小さくなるようにしているから、回転子鉄心３１を分割することなく、漏れ磁束を低減して回転電機の出力密度を向上できる。
なおこの発明は、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。
【符号の説明】
【００５０】
１：固定子、２：回転軸、３：回転子、１１：固定子磁極（ティース）、
１２：固定子鉄心、１３：固定子巻線、３１：回転子鉄心、３２：永久磁石、
３３：保持部材挿入孔、３４、３４ａ〜３４ｆ：保持部材（第一、第二の保持部材）、
３４ｇ：凹部、３５：鍔、３６：着磁方向、３７：磁束、３８：コア劣化部、
３９：端板。
【図１】
2014233100.tif 000003
【図２】
2014233100.tif 000004
【図３】
2014233100.tif 000005
【図４】
2014233100.tif 000006
【図５】
2014233100.tif 000007
【図６】
2014233100.tif 000008
【図７】
2014233100.tif 000009
【図８】
2014233100.tif 000010
【図９】
2014233100.tif 000011
【図１０】
2014233100.tif 000012
【図１１】
2014233100.tif 000013
【図１２】
2014233100.tif 000014
【図１３】
2014233100.tif 000015
【図１４】
2014233100.tif 000016