(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側に突出する複数の凸極を備えたリング状の固定子と、前記凸極の内側に空隙を介して対向し、かつ円周方向に複数の永久磁石を回転子鉄心の外周面から突出させて配置した回転子とを備えた永久磁石形回転電機において、
前記凸極と前記永久磁石を円周方向に等間隔に４個のブロックに分け、
前記ブロックのうち前記回転子の中心に対して対称の位置にある一方の１対のブロックおよび他の１対のブロックの中の前記凸極と前記永久磁石との位置関係がそれぞれ幾何学的に合同な配置とし、
前記一方の１対のブロックに発生するコギングトルクを他の１対のブロックのコギングトルクが互いに打ち消し合うように、他の１対のブロックの永久磁石を円周方向にずらして固定したことを特徴とする永久磁石形回転電機。
【請求項２】
１２極の前記凸極と、８極の前記永久磁石とを備え、前記一方の１対のブロックの永久磁石の位置に対し、他の１対のブロックの永久磁石の位置を円周方向に前記一方の１対のブロックで発生するコギングトルクの１周期の機械角で１／２の角度だけ回転させた位置に固定した請求項１記載の永久磁石形回転電機。
【請求項３】
内側に突出する複数の凸極を備えたリング状の固定子と、前記固定子の凸極の内側に空隙を介して対向し、かつ円周方向および軸方向にスキューさせて複数の永久磁石を配置した回転子とを備えた永久磁石形回転電機において、
前記軸方向に隣り合う永久磁石間の隙間が、前記円周方向に隣り合う永久磁石間の隙間より大きくなるようにしたことを特徴とする永久磁石形回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、永久磁石を回転子に設けた永久磁石形回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、永久磁石形回転電機では、例えば永久磁石の回転子が８極、固定子が１２スロットの場合、図５に示すように、リング状の固定子１の内側に突出する凸極１１を設け、凸極１１に空隙を介して対向する回転子２を設け、回転子２の外周には複数個の周囲が四角形の永久磁石３を円周方向に等間隔に配列してある。永久磁石３が軸方向に平行に配列してあると、これをブロック▲１▼〜▲４▼の４ブロックに分けた場合、図６に示すように、各ブロックは幾何学的に合同の関係となり、各ブロック内の永久磁石３と凸極１１の位置関係が全く等しくなる。この各ブロックの境界線を境に、磁束分布は周期的に変化するので、これら４つのブロック毎のコギングトルクは大きさも位相も全く等しくなる。したがって、全体のコギングトルクは、各ブロックごとのコギングトルクの４倍になり、極めてコギングトルクが大きく、滑らかな回転ができないという問題がある。
この問題を解決する方法として、永久磁石を軸方向に対して傾きを持つ、いわゆるスキューした形状にしたり、例えば図７に示すように、回転子２の外周に周囲が四角形の永久磁石３Ａを円周方向に複数個配列するとともに、軸方向にも永久磁石３Ｂを複数個配列し、軸方向に進むにつれて僅かに円周方向にずらして、スキュー効果をもたらす配列にしたものが開示されている（例えば、実開昭６１−１７８７６号、実開平３−８６７５２号）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術の永久磁石をスキューした形状にしたものでは、永久磁石を焼結や鋳造によって成形する場合、変形が大きかったり、加工工数が大きいという問題があった。
また、永久磁石を軸方向にずらして配列するものでは、互いに異極となる磁極が軸方向に接近しているので、近接する磁極間で磁束の流れが生じる。例えば、図７に示した永久磁石３ＡのＳ極３ＡＳ  と永久磁石３ＢのＮ極３ＢＮ  とは接近しているので、固定子に流れずにＳ極３ＡＳ  とＮ極３ＢＮ  との間に矢印で示すような漏洩磁束が生じ、図８に示すように、回転子の円周方向の磁束分布が正弦波とならず、コギングトルクに対するスキュー効果が小さくなるという問題があった。
本発明は、永久磁石の配列を変えてスキュー効果を維持し、コギングトルクの低い永久磁石形回転電機を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、内側に突出する複数の凸極を備えたリング状の固定子と、前記凸極の内側に空隙を介して対向し、かつ円周方向に複数の永久磁石を回転子鉄心の外周面から突出させて配置した回転子とを備えた永久磁石形回転電機において、前記凸極と前記永久磁石を円周方向に等間隔に４個のブロックに分け、前記ブロックのうち前記回転子の中心に対して対称の位置にある一方の１対のブロックおよび他の１対のブロックの中の前記凸極と前記永久磁石との位置関係がそれぞれ幾何学的に合同な配置とし、前記一方の１対のブロックに発生するコギングトルクを他の１対のブロックのコギングトルクが互いに打ち消し合うように、他の１対のブロックの永久磁石を円周方向にずらして固定したものである。
また、１２極の前記凸極と、８極の前記永久磁石とを備え、前記一方の１対のブロックの永久磁石の位置に対し、他の１対のブロックの永久磁石の位置を円周方向に前記一方の１対のブロックで発生するコギングトルクの１周期の機械角で１／２の角度だけ回転させた位置に固定したものである。
また、内側に突出する複数の凸極を備えたリング状の固定子と、前記固定子の凸極の内側に空隙を介して対向し、かつ円周方向および軸方向にスキューさせて複数の永久磁石を配置した回転子とを備えた永久磁石形回転電機において、前記軸方向に隣り合う永久磁石間の隙間が、前記円周方向に隣り合う永久磁石間の隙間より大きくなるようにしたものである。
【０００５】
【作用】
上記手段により、回転子の中心に対して対称の位置にある一方の１対のブロックから生じるコギングトルクと、他方の１対のブロックから生じるコギングトルクが、半周期ずれているため、互いに打ち消し合い、全体のコギングトルクは大きく低減される。
また、一方の永久磁石のＳ極と軸方向に隣り合う永久磁石のＮ極とは円周方向に隣接する磁石の隙間より大きい隙間だけ離れているので、軸方向に隣り合うＳ極とＮ極との間には漏洩磁束が生じることがなく、回転子の円周方向の磁束分布が正弦波となり、コギングトルクは低減される。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明を図に示す実施例について説明する。
図１は本発明の第１の実施例を示す正面図で、８極１２スロットの永久磁石形回転電機を実例として説明する。
図において、１はリング状の固定子で、円周方向に等間隔に配置され、かつ内側に突出する１２個の凸極１１を備え、隣接する凸極１１の間には１２個のスロット１２を形成し、スロット１２の中には固定子コイルを収納するようにしてある。２は回転子、２１は薄板鋼板を積層して形成した回転子鉄心で、回転子鉄心２１の外周に８個の周囲が四角形の永久磁石３を固定してある。
永久磁石３の回転子２上の配置方法を説明すると、固定子１および回転子２を円周方向に４等分してブロック▲１▼〜▲４▼に分けたとき、回転子２の中心に対して対称の位置にある１対のブロック▲１▼およびブロック▲３▼の永久磁石３はそれぞれ幾何学的に合同で、回転子２の外周を磁極の数で割った角度の間隔で配置してある。回転子２の中心に対して対称の位置にある他の１対のブロック▲２▼およびブロック▲４▼の永久磁石３はそれぞれ幾何学的に合同で、ブロック▲１▼およびブロック▲３▼に対して時計回りに７．５度回転させた位置に固定してある。
永久磁石３の位置決めは、回転子鉄心２１を打ち抜く時、各ブロックごとの永久磁石の位置に合わせて回転子鉄心２１の外周に突起を設け、その突起に合わせて永久磁石３を配置すれば、加工工数を増やすことなく、簡単に永久磁石の位置決めができる。
【０００７】
ここで、コギングトルクの発生原理について説明する。
図５に基づいて説明した従来例では、永久磁石３が回転子２の外周に等間隔に配置され、図６に示すように、４個の互いに幾何学的に合同なブロック▲１▼〜▲４▼で発生するコギングトルクは同じ位相で大きさを持っているため、全体のコギングトルクは各ブロックのコギングトルクの４倍となる。また、コギングトルクの１周期は機械角で、３６０度を磁極数（８）とスロット数（１２）の最小公倍数（２４）で割った角度（１５度）になる。
そこで、バランスを取るために、回転子２の回転中心に対して対称の位置にある二つの幾何学的に合同なブロック▲１▼とブロック▲３▼の永久磁石３はそのままの位置としておく。同じく回転子２の回転中心に対して対称の位置にあるブロック▲２▼とブロック▲４▼の永久磁石３の位置を、機械角でコギングトルクの１／２周期である１５度の１／２の７．５度だけブロック▲１▼とブロック▲３▼の永久磁石３から時計回りに回転して、ブロック▲１▼とブロック▲３▼とは異なる位置関係で、しかも幾何学的に合同な関係にする。
これにより、ブロック▲１▼とブロック▲３▼から生じるコギングトルクと、ブロック▲２▼とブロック▲４▼から生じるコギングトルクが、図２に示すように、半周期ずれているため、互いに打ち消し合い、全体のコギングトルクは大きく低減される。
【０００８】
図３は本発明の第２の実施例を示す側面図で、８極の永久磁石を軸方向に２列設けた回転子を示してある。
図において、２は回転子、２１は回転子鉄心、３Ａは回転子鉄心２１の外周に等間隔に８個配列した永久磁石である。３Ｂは永久磁石３Ａと同じ数だけ回転子鉄心２１の外周に等間隔に、かつ永久磁石３Ａから軸方向に円周方向の磁石間の隙間Ｇ１  より広い隙間Ｇ２  を開けて、機械角でコギングトルクの１／２周期である１５度の１／２の７．５度だけ円周方向にずらして配列し、スキュー効果をもたらすようにしてある。
したがって、永久磁石３ＡのＳ極３ＡＳ  と永久磁石３ＢのＮ極３ＢＮ  とは円周方向に隣接する磁石の隙間Ｇ１  より大きい隙間Ｇ２  だけ離れているので、Ｓ極３ＡＳ  とＮ極３ＢＮ  との間には漏洩磁束が生じることがなく、図４に示すように、回転子の円周方向の磁束分布が正弦波となり、コギングトルクは低減される。
【０００９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、固定子と回転子との円周方向の位置関係が、磁気的に全く合同な複数の円周方向ブロックに分け、ブロックごとに永久磁石の固定位置をコギングトルクを打ち消すように移動してあるので、周囲が四角形の永久磁石でも永久磁石にスキューを与えたものと同じ効果を生じる。
また、永久磁石を軸方向に複数個配置し、かつ円周方向にずらして配置する場合は、円周方向の磁石間の隙間より軸方向の磁石間の隙間を大きくして、漏洩磁束を減らし、コギングトルクの発生を抑制するので、極めてコギングトルクが低く、永久磁石の加工工数やコストが低い永久磁石形回転電機を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す正面図である。
【図２】本発明の第１の実施例のコギングトルクを示す説明図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示す（ａ）正面図および（ｂ）側面図である。
【図４】本発明の第２の実施例のコギングトルクを示す説明図である。
【図５】従来例を示す正面図である。
【図６】従来例のコギングトルクを示す説明図である。
【図７】従来例を示す（ａ）正面図および（ｂ）側面図である。
【図８】従来例のコギングトルクを示す説明図である。
【符号の説明】
１  固定子、１１  凸極、１２  スロット、２  回転子、２１  回転子鉄心、３、３Ａ，３Ｂ  永久磁石、Ｇ１  ，Ｇ２    隙間
【図１】
0003599066.tif 000002
【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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