(57)【要約】【課題】出力トルクを大きくすることのできる永久磁石形回転電機の回転子を提供する。【解決手段】本発明に係る回転子は、回転軸Ｏを有する回転子コア２と、回転軸に対し垂直な回転子コアの断面において回転軸側を頂点とするＶ字の各辺を互いで描くように設けられ、かつ互いで１極を形成する第１および第２永久磁石３１、３２と、を備え、回転子コアの断面において、第１および第２永久磁石は、回転軸の点とＶ字の頂点を結ぶ直線を互いで挟むように設けられており、直線と第１永久磁石とがなす角度θ１は、直線と第２永久磁石とがなす角度θ２よりも小さく、第１永久磁石が描くＶ字の一辺と平行な方向における第１永久磁石の幅３１ｗは、第２永久磁石が描くＶ字の他辺と平行な方向における第２永久磁石の幅３２ｗよりも短い。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を有する回転子コアと、
前記回転軸に対し垂直な前記回転子コアの断面において前記回転軸側を頂点とするＶ字の各辺を互いで描くように設けられ、かつ互いで１極を形成する第１および第２永久磁石と、を備え、
前記回転子コアの断面において、前記第１および第２永久磁石は、前記回転軸の点と前記Ｖ字の頂点を結ぶ直線を互いで挟むように設けられており、前記直線と前記第１永久磁石とがなす角度は、前記直線と前記第２永久磁石とがなす角度よりも小さく、前記第１永久磁石が描く前記Ｖ字の一辺と平行な方向における前記第１永久磁石の幅は、前記第２永久磁石が描く前記Ｖ字の他辺と平行な方向における前記第２永久磁石の幅よりも短い、回転子。
【請求項２】
前記回転子コアの断面において、前記Ｖ字の一辺と垂直な方向における前記第１永久磁石の厚みは、前記Ｖ字の他辺と垂直な方向における前記第２永久磁石の厚みよりも厚い、請求項１に記載の回転子。
【請求項３】
前記第１永久磁石のエネルギー積は、前記第２永久磁石のエネルギー積よりも高い、請求項１に記載の回転子。
【請求項４】
固定子コアと、
前記固定子コアに設けられた固定子巻線と、
回転軸を有し、前記固定子コアに外周を囲まれた回転子コアと、
前記回転軸に対し垂直な前記回転子コアの断面上において前記回転軸側を頂点とするＶ字の各辺を互いで描くように設けられ、かつ互いで１極を形成する第１および第２永久磁石と、を備え、
前記回転子コアの断面において、前記第１および第２永久磁石は、前記回転軸の点と前記Ｖ字の頂点を結ぶ直線を互いで挟むように設けられており、前記直線と前記第１永久磁石とがなす角度は、前記直線と前記第２永久磁石とがなす角度よりも小さく、前記第１永久磁石が描く前記Ｖ字の一辺と平行な方向における前記第１永久磁石の幅は、前記第２永久磁石が描く前記Ｖ字の他辺と平行な方向における前記第２永久磁石の幅よりも短い、永久磁石形同期回転電機。
【請求項５】
前記回転子コアの断面において、前記Ｖ字の一辺と垂直な方向における前記第１永久磁石の厚みは、前記Ｖ字の他辺と垂直な方向における前記第２永久磁石の厚みよりも厚い、請求項４に記載の永久磁石形同期回転電機。
【請求項６】
前記第１永久磁石のエネルギー積は、前記第２永久磁石のエネルギー積よりも高い、請求項４に記載の永久磁石形同期回転電機。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項に記載の永久磁石形同期回転電機を、車輪を駆動するための駆動用モータとして用いる、車両。
【請求項８】
請求項４〜６のいずれか１項に記載の永久磁石形同期回転電機を発電機として用いる、車両。
【請求項９】
請求項４〜６のいずれか１項に記載の永久磁石形同期回転電機を駆動用モータとして用いる、昇降機。
【請求項１０】
請求項４〜６のいずれか１項に記載の永久磁石形同期回転電機を駆動用モータとして用
いる、流体機械。
【請求項１１】
請求項４〜６のいずれか１項に記載の永久磁石形同期回転電機を駆動用モータとして用いる、加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子コア内に永久磁石を埋め込み、磁石トルクとリラクタンストルクを利用して、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する永久磁石形同期回転電機の回転子、当該永久磁石形同期回転電機、当該永久磁石形同期回転電機を用いた車両、昇降機、流体機械、または加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転子コア内に永久磁石を埋め込み、磁石トルクとリラクタンストルクを利用して電気エネルギーを機械エネルギーに変換する永久磁石形同期回転電機に関しては、例えば特許文献１のようなものが開示されている。図６に従来例を示す永久磁石形同期回転電機の回転子の断面図を示す。図６に示す断面は、回転子の回転軸に対し垂直な断面である。
【０００３】
図６に示すように、回転子コア２内には、シャフト１の回転軸Ｏ側を頂点とするＶ字の磁石穴４が設けられる。磁石穴４のＶ字の辺を構成する部分（辺部）それぞれには、永久磁石３が配置される。回転軸Ｏの点（回転中心）から磁石穴４のＶ字の頂点を結び径方向に伸びる直線をＡ軸とした場合、Ａ軸を挟んで対峙するＶ字の辺を構成する２つの永久磁石３は、それぞれの断面におけるＶ字の辺と平行な方向の長さ（幅）、およびＶ字の辺と垂直な方向の長さ（厚さ）、および、Ａ軸と成すそれぞれの角度が等しくなるように、Ａ軸に対して対称に配置されている。Ａ軸に対して対称にＶ字に配置された１対の永久磁石を磁極５と呼ぶとすると、回転子コア２内には、磁極５が所望の極数となるように周方向に等間隔で配置されている。
この構成の場合、磁極５の作るギャップ中の基本波磁束の分布は、Ａ軸が頂点となる正弦波に分布し、ｄｑ軸制御を行う場合のｄ軸に一致する。また、Ａ軸から電気的に９０度位相が異なる回転子上の位置をＢ軸とすると、該Ｂ軸はｄｑ軸制御を行う場合のｑ軸に一致すると共に、周方向に隣り合う磁極５間の中心と回転軸Ｏの点を結ぶ直線に一致する。
図７に従来例でのトルクカーブを示す。永久磁石形同期回転電機には、ｄ軸上に位置する固定子巻線にｉｑ電流を流すことにより磁極５が作る磁束との間で生じる磁石トルクと、ｑ軸上に位置する固定子巻線に−ｉｄ電流を流すことにより生じるリラクタンストルクが生じる。そして、磁石トルクとリラクタンストルクの合成トルクが最大となる位置にある固定子巻線に電流を流すことにより、最大の出力トルクを得ることが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２５４６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記のような従来の永久磁石形同期回転電機の磁石配置では、出力トルクを大きくするために永久磁石３の投入量を増やして磁石トルクを増やそうとすると、回転子コア２の量が減るため、リラクタンストルクが減少する傾向にある。また、逆にリラクタンストルクを増やすには回転子コア２の量を増やす必要がある。回転子コア２の量を増やすと、永久磁石３の投入量が減るので、磁石トルクが減少する。
【０００６】
このように、永久磁石３の投入量を増やして磁石トルクを増やすことと、回転子コア２の量を増やしてリラクタンストルクを増やすこととはトレードオフの関係にある。このため、従来の永久磁石形同期回転電機では、出力トルクを大きくすることは困難であるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、出力トルクを大きくすることのできる永久磁石形同期回転電機の回転子、当該永久磁石形同期回転電機、当該永久磁石形同期回転電機を用いた車両、昇降機、流体機械、または加工機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決されるためになされたものであり、本発明に係る回転子は、回転軸を有する回転子コアと、回転軸に対し垂直な回転子コアの断面において回転軸側を頂点とするＶ字の各辺を互いで描くように設けられ、かつ互いで１極を形成する第１および第２永久磁石と、を備え、回転子コアの断面において、第１および第２永久磁石は、回転軸の点とＶ字の頂点を結ぶ直線を互いで挟むように設けられており、直線と第１永久磁石とがなす角度は、直線と第２永久磁石とがなす角度よりも小さく、第１永久磁石が描くＶ字の一辺と平行な方向における第１永久磁石の幅は、第２永久磁石が描くＶ字の他辺と平行な方向における第２永久磁石の幅よりも短い。
【０００９】
好ましくは、回転子コアの断面において、Ｖ字の一辺と垂直な方向における第１永久磁石の厚みは、Ｖ字の他辺と垂直な方向における第２永久磁石の厚みよりも厚いとよい。または、第１永久磁石のエネルギー積は、第２永久磁石のエネルギー積よりも高くてもよい。
【００１０】
また本発明は、永久磁石形同期回転電機にも向けられており、本発明に係る永久磁石形同期回転電機は、固定子コアと、固定子コアに設けられた固定子巻線と、回転軸を有し、固定子コアに外周を囲まれた回転子コアと、回転軸に対し垂直な回転子コアの断面において回転軸側を頂点とするＶ字の各辺を互いで描くように設けられ、かつ互いで１極を形成する第１および第２永久磁石と、を備え、回転子コアの断面において、第１および第２永久磁石は、回転軸の点とＶ字の頂点を結ぶ直線を互いで挟むように設けられており、直線と第１永久磁石とがなす角度は、直線と第２永久磁石とがなす角度よりも小さく、第１永久磁石が描くＶ字の一辺と平行な方向における第１永久磁石の幅は、第２永久磁石が描くＶ字の他辺と平行な方向における第２永久磁石の幅よりも短い。
【００１１】
また本発明は、車両、昇降機、流体機械、加工機にも向けられており、本発明に係る車両、昇降機、流体機械、加工機は、上記永久磁石形同期回転電機を、車輪を駆動するための駆動用モータとして用い、本発明に係る他の車両は、上記永久磁石形同期回転電機を発電機として用いる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、出力トルクを大きくすることのできる永久磁石形同期回転電機の回転子、当該永久磁石形同期回転電機、当該永久磁石形同期回転電機を用いた車両、昇降機、流体機械、または加工機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１に係る永久磁石形同期回転電機の断面図
【図２】本発明の実施例１に係る永久磁石形同期回転電機の回転子の断面図
【図３】本発明の実施例１に係る永久磁石形同期回転電機のトルクカーブ
【図４】本発明の実施例２に係る永久磁石形同期回転電機の回転子の断面図
【図５】本発明の実施例３に係る永久磁石形同期回転電機の回転子の断面図
【図６】従来の永久磁石形同期回転電機の回転子の断面図
【図７】従来の永久磁石形同期回転電機のトルクカーブ
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１に係る永久磁石形同期回転電機の断面図を示している。図２は、本発明の実施例１に係る永久磁石形同期回転電機の回転子の断面図を示している。図１および２に示す断面は、回転子の回転軸に対し垂直な断面である。図２では、図６に示した構成部品と同一のものには同一の符号を付している。図３は本発明の実施例１に係る永久磁石形同期回転電機のトルクカーブを示している。
【００１６】
本実施例に係る永久磁石形回転電機は、例えば、車両（ハイブリッド自動車、燃料電池自動車、電気自動車等）、昇降機（クレーン、巻上げ機、エレベータ、立体駐車場等）、流体機械（風水力用のコンプレッサ、ブロワ、ポンプ等）、加工機（半導体製造装置、工作機械等）等の産業用省力機械の駆動用モータ、発電機として用いられる。
【００１７】
図１に示すように、本実施例に係る永久磁石形回転電機は、固定子１００および回転子２００を備える。固定子１００は、固定子コア１０１および固定子巻線１０２を備え、回転子２００の外周を取り囲む。固定子巻線１０２は、固定子コア１０１に形成されたスロット内に設けられている。
【００１８】
回転子２００は、図２に示すように、シャフト１、回転子コア２、第１永久磁石３１、第２永久磁石３２を備える。回転子コア２は、シャフト１の外周に固定される。回転子コア２内には、シャフト１の回転軸Ｏ側を頂点とするＶ字の磁石穴４１が設けられる。磁石穴４１のＶ字の第１辺部４１ａには、第１永久磁石３１が配置され、第２辺部４１ｂには、第２永久磁石３２が配置される。このように、第１永久磁石３１および第２永久磁石３２は、回転軸Ｏに対し垂直な回転子コア２の断面において、回転軸Ｏ側を頂点とするＶ字の各辺を互いで描くように設けられる。回転軸Ｏの点から磁石穴４１のＶ字の頂点を結び径方向に伸びる直線をＡ軸とした場合、第１永久磁石３１および第２永久磁石３２は、Ａ軸を互いで挟んで対峙するように設けられる。また、Ａ軸を挟んで設けられた第１永久磁石３１および第２永久磁石３２は、互いで１つの磁極５１を形成する。回転子コア２内には、磁極５１が所望の極数となるように周方向に等間隔で配置されている。図２の例では、磁極５１が８つある。
【００１９】
また、本実施例では、第１永久磁石３１のエネルギー積と第２永久磁石３２のエネルギー積は等しくなっている。また、回転子コア２の断面において、第１永久磁石３１が描くＶ字の一辺と垂直な方向における第１永久磁石３１の長さ（厚さ）は、第２永久磁石３２が描くＶ字の他辺と垂直な方向における第２永久磁石３２の長さ（厚さ）も等しくなっている。
【００２０】
一方、本実施例では、回転子コア２の断面において、第１永久磁石３１が描くＶ字の一辺と平行な方向における第１永久磁石３１の長さ（幅）３１ｗは、第２永久磁石３２が描くＶ字の他辺と平行な方向における第２永久磁石３２の長さ（幅）３２ｗよりも短くなっている。また、第１永久磁石３１とＡ軸との成す角度をθ１、第２永久磁石３２とＡ軸との成す角度をθ２とすると、θ２＞θ１の関係が成り立っている。
【００２１】
以上のように第１永久磁石３１および第２永久磁石３２を配置することで、固定子１００および回転子２００との間のギャップ中において、第１永久磁石３１および第２永久磁石３２が作る磁束の分布に偏りが生じる。このため、図３に示すように、磁束が最大となるＡ軸を、ｑ軸位置から電気角で９０度の場所に位置するｄ軸に対し位相差を生じさせることができ、リラクタンストルクの最大値側へシフトさせることができる。これにより、図３に示すように、出力トルクを大きくすることができる。
【００２２】
なお、図１および図２の例では、第１永久磁石３１および第２永久磁石３２の断面形状を長方形状としたが、これに限定されない。第１永久磁石３１および第２永久磁石３２の断面形状は、例えば、矩形形状であってもよいし、円弧形状であってもよい。
【実施例２】
【００２３】
図４は、本発明の実施例２に係る永久磁石形同期回転電機の回転子の断面図を示している。実施例２が実施例１と異なる点は、第１永久磁石３１の厚さ（第１永久磁石３１が描くＶ字の一辺と垂直な方向における第１永久磁石３１の長さ）を、第２永久磁石３２より厚くしたことである。図４では、図２に示した実施例１の構成部品と同じものについては同一符号を付し、説明を省略する。以下、厚さを第２永久磁石３２より大きくした第１永久磁石３１を第１永久磁石３１ａとして、異なる点を中心に説明する。
【００２４】
第１永久磁石３１ａの幅３１ｗは、図２に示したように第２永久磁石３２の幅３２ｗに比べて短いため、磁石動作点が低い。このため、第１永久磁石３１ａの作る磁束密度は第２永久磁石３２に比べて低くなる傾向にある。しかし、第１永久磁石３１ａの厚さ３１ｔを、第２永久磁石３２の厚さ３２ｔよりも厚くすることで、磁石動作点を高めることができ、第１永久磁石３１ａが作る磁束密度が増やすことができる。これにより、固定子１００および回転子２００との間のギャップ中において、第１永久磁石３１ａおよび第２永久磁石３２が作る磁束の分布に、更に偏りを持たせることができる。その結果、Ａ軸とｄ軸の間の位相差を更に大きくすることができ、出力トルクを更に大きくすることができる。
【実施例３】
【００２５】
図５は、本発明の実施例３に係る永久磁石形同期回転電機の回転子の断面図を示している。実施例３が実施例１と異なる点は、第１永久磁石３１のエネルギー積を第２永久磁石３２より大きくしたことである。図５では、図２に示した実施例１の構成部品と同じものについては同一符号を付し、説明を省略する。以下、エネルギー積を第２永久磁石３２より大きくした第１永久磁石３１を第１永久磁石３１ｂとして、異なる点を中心に説明する。
【００２６】
第１永久磁石３１ｂの幅３１ｗは、図２に示したように第２永久磁石３２の幅３２ｗに比べて短いため、磁石動作点が低い。このため、第１永久磁石３１ｂの作る磁束密度は第２永久磁石３２に比べて低くなる傾向にある。しかし、第１永久磁石３１ｂのエネルギー積を第２永久磁石３２よりも高くすることで、第１永久磁石３１ｂが作る磁束密度を増やすことができる。これにより、固定子１００および回転子２００との間のギャップ中において、第１永久磁石３１ｂおよび第２永久磁石３２が作る磁束の分布に、更に偏りを持たせることができる。その結果、Ａ軸とｄ軸の間の位相差を更に大きくすることができ、出力トルクを更に大きくすることができる。
【００２７】
以上、本発明の実施形態について説明した。ただし、いわゆる当業者であればこの実施形態から適宜変更が可能であることは言うまでも無く、このような変更が施された場合でも、本発明の技術的範囲に含まれることも付言しておく。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の永久磁石形同期回転電機は、高出力化の効果を有し、例えば、車両、昇降機、流体機械、加工機等の産業用省力機械の駆動用モータ、発電機等として適用され得る。
【符号の説明】
【００２９】
１  シャフト
２  回転子コア
３  永久磁石
３１、３１ａ、３１ｂ  第１永久磁石
３２  第２永久磁石
４、４１  磁石穴
４１ａ  第１辺部
４１ｂ  第２辺部
５、５１  磁極
１００  固定子
１０１  固定子コア
１０２  固定子巻線
２００  回転子
【図１】
2011167055.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2011167055.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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