(57)【要約】【課題】回転子鉄心の両端で排熱性が異なる場合において、回転子鉄心の軸方向温度を低減均一化させることが可能な永久磁石式電動機を得る。【解決手段】Ｓｉ＋Ａｌ含有量が小さい鋼板を成層形成した鋼板ブロック８ｂ、鋼板ブロック８ｂの鋼板よりもＳｉ＋Ａｌ含有量が大きい鋼板を成層形成した鋼板ブロック８ａがシャフト７の軸方向に組み合わされて回転子鉄心８が形成される。回転子鉄心８は、駆動時に高温化する領域に、熱伝導率が高い鋼板ブロック８ｂを配置し、残りの領域に熱伝導率が低い鋼板ブロック８ａを配置する。回転子鉄心８の軸方向の温度分布（昇温傾向）が、中央を基点として両側で異なっている場合であっても、高温化する領域に鋼板ブロック８ｂを配置することで、回転子鉄心８の温度を低減するとともに軸方向に均一化できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導率を変化させる材料を含む鋼板を成層形成した第一の鋼板ブロック、上記第一の鋼板ブロックの鋼板よりも熱伝導率を変化させる材料を多く含む鋼板を成層形成した第二の鋼板ブロック、上記第一、第二の鋼板ブロックがシャフトの軸方向に組み合わされて形成される回転子鉄心、上記回転子鉄心に固定された永久磁石を備え、上記回転子鉄心の駆動時に高温化する領域に、上記第一の鋼板ブロックを配置するとともに、残りの領域に上記第二の鋼板ブロックを配置し、上記回転子鉄心の上記材料の含有量は、軸方向において軸中央を基点として両側で異なっていることを特徴とする永久磁石式電動機。
【請求項２】
上記回転子鉄心の熱伝導率を変化させる上記材料は、ＳｉおよびＡｌのいずれか一方、もしくは両方であることを特徴とする請求項１記載の永久磁石式電動機。
【請求項３】
上記回転子鉄心の軸方向端部の少なくともいずれか一方、もしくは両方に冷却翼を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の永久磁石式電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、界磁に永久磁石を用いた構成の回転子を持つ永久磁石式電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石式電動機では、駆動回転時の回転子においては、固定子からの高調波磁束により、回転子表面に高調波渦電流損（表面損）が発生する。この回転子表面の損失（発熱）は、コア、ベアリングを介して軸中心側（シャフト）に伝わり、シャフトから軸方向に除熱される。すなわち、除熱される軸端部の温度は低く、除熱されない側の温度は高くなる。この結果、回転子に取り付けられている永久磁石の温度も同様の温度分布となる。永久磁石の温度が異なると磁石が発生する磁束量が異なってくるため、軸方向に磁束分布を有することになり、軸方向の力、スラスト力が発生する。それにより、ベアリングの寿命が低下し、場合によってはベアリングの破損に繋がる。
【０００３】
軸中心側と軸端部との温度差を低減する技術として、軸方向に板厚を変化させた技術があり、回転子を構成する積層鉄心では電磁鋼板間に付与される絶縁ワニス層はいずれも同じ厚みであるとし、鉄心の中央寄りを０．３５ｍｍ厚方向性電磁鋼板で形成し、その両端を０．５ｍｍ厚無方向性電磁鋼板で形成し鉄心の温度上昇の低減を図っている（例えば、特許文献１参照。）。
また、軸方向に板厚ならびにＳｉ量を変化させた技術があり、鉄心の中央部にＳｉ３．５％以下の低硅素鋼板（板厚０．５ｍｍ）で形成し、その両端を上記低硅素鋼板の板厚より薄いＳｉ６．５％の電磁鋼板（板厚０．３５ｍｍ）で形成し損失の低減を図っている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２８４７５６号公報
【特許文献２】特開平４-１７８１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１および特許文献２の電磁機器にあっては、積層する鋼板板厚を鉄心軸方向の中央部と端部とで異ならせ鉄心部の損失低減を図っている。複数の板厚を製造過程で扱うことは、複数種の打ち抜き行程が必要となり、さらに加工工程が増え、複数種の金型が必要もしくは金型変更の行程が増える等によりコストの上昇となる。さらには、積層化において、積層鋼板の軸方向締結に用いられるカシメでは、薄板のカシメ幅と深さ、厚板のカシメ幅と深さの最適形状が異なる。このことから、カシメによる締結では、締結強度不足であったり、同一のブロックにおいての占積率の低下であったりなど電磁機器性能への影響が大きな課題を抱える。
【０００６】
また、特許文献２の電磁機器にあっては異なるＳｉ含有量を持つ電磁鋼板を軸方向中心に対しＳｉ含有量の配置が対称となるよう構成しているが、この構成では回転子鉄心の非対称温度分布を均一とする鉄心の適切な熱伝導を得るには不十分であるという問題点もあった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、回転子鉄心の昇温傾向が、軸中央から両端部向かって非対称である場合においても、駆動時の鉄心温度の上昇を軸方向に平均化させ、安定した状態で回転する永久磁石式電動機を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係わる永久磁石式電動機は、熱伝導率を変化させる材料を含む鋼板を成層形成した第一の鋼板ブロック、上記第一の鋼板ブロックの鋼板よりも熱伝導率を変化させる材料を多く含む鋼板を成層形成した第二の鋼板ブロック、上記第一、第二の鋼板ブロックがシャフトの軸方向に組み合わされて形成される回転子鉄心、上記回転子鉄心に固定された永久磁石を備え、上記回転子鉄心の駆動時に高温化する領域に、上記第一の鋼板ブロックを配置するとともに、残りの領域に上記第二の鋼板ブロックを配置し、上記回転子鉄心の上記材料の含有量は、軸方向において軸中央を基点として両側で異なっていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の永久磁石式電動機によれば、回転子鉄心の高温化する領域が、軸方向において軸中央を基点として両側に異なっていた場合に、その高熱化する領域に上記第一の鋼板ブロックを配置し、残りの領域に上記第二の鋼板ブロックを配置することで回転子鉄心の温度を低減均一化することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１の説明に必要な、永久磁石式電動機の基本的な構成および放熱経路を示す断面図および回転子鉄心表面の温度分布を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１の説明に必要な、永久磁石式電動機の回転子鉄心の周囲雰囲気の通風状態を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１の永久磁石式電動機の要部を示す断面図および回転子鉄心表面の温度分布を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２の永久磁石式電動機の要部を示す断面図および回転子鉄心表面の温度分布を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態３の永久磁石式電動機の要部を示す断面図および回転子鉄心表面の温度分布を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態４の永久磁石式電動機の要部を示す断面図および回転子鉄心表面の温度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１の永久磁石式電動機について図１〜図３を用いて説明する。
図１（ａ）は、一般的な永久磁石式電動機１の基本的な構成および放熱経路を示す断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＧ−Ｇ´上の回転子鉄心表面の温度分布を示す図であり、横軸は軸長で規格化した回転子軸方向距離を、縦軸は最大温度で規格化した軸方向温度を示している。Ｇ−Ｇ´とは、回転子３外周の固定子２とのギャップにおけるフランジ１３側から反フランジ側にかけて軸方向に伸びるライン（回転子表面の温度測定部１０）上である。
【００１２】
図１（ａ）に示すように、永久磁石式電動機１は、回転駆動する回転子３の外周には固定子２が配置されている。回転子３の構成では、シャフト７の外周に回転子鉄心８が焼き嵌めや圧入等で挿入されており、回転子鉄心８とシャフト７の間では熱伝達が行われる状態にある。また、回転子鉄心８の外周および内部に永久磁石９が挿入または接着材での貼り付けにて固定されており、永久磁石９には、回転時の遠心力に対する飛散防止用の遠心力保持部材が取り付けられている。回転子鉄心８の軸方向外側にベアリング１１ａと１１ｂがあり、ベアリング１１ａの外周には、ベアリング１１ａを保持するブラケット１２ａが、ベアリング１１ｂの外周には、ベアリング１１ｂを保持するブラケット１２ｂがそれぞれ配置されている。
【００１３】
また、固定子２は、図１（ａ）に示すように、固定子鉄心５、フレーム６、電機子コイル４から主に構成されており、フレーム６の軸方向両端には、上述したブラケット１２ａ、１２ｂが配置されている。固定子２の固定子鉄心５は、電機子コイル４が挿入されているスロットと呼ばれる部位と、永久磁石９の磁束および電機子コイル４にて発生する磁束を通すティースと呼ばれる部位、および、固定子鉄心５をフレーム６に締結し、永久磁石９の磁束および電機子コイル４にて発生する磁束を通すコアバックと呼ばれる部位にて構成されている。また、ブラケット１２ａは、フランジ１３ヘネジなどの締結部材により固定されており、ブラケット１２ａ、１２ｂの内周側にはベアリング１１ａ、１１ｂが配置されている。
ブラケット１２ａと隣接し回転子鉄心８とは軸方向反対側に、フランジ１３があり、固定子２を保持するブラケット１２ａとフランジ１３とをネジなどの固定部材を介して固定することより永久磁石式電動機１全体をフランジ１３に固定する構造となっている。  
【００１４】
永久磁石式電動機１においては、トルクをブラケット１２ａ側からシャフト７を介して外部（負荷側）に伝達する構造となっている。図１（ａ）には示していないが、シャフト７の端部にはトルク伝達のためのカップリング等の軸継ぎ手が連結構成されている。フレーム６と固定子鉄心５との締結は、焼き嵌めや圧入などの機械的挿入方法でもよく、樹脂系の接着剤による固定でも良い。
【００１５】
ここで、永久磁石式電動機１の放熱経路について説明する。固定子鉄心５にて発生した鉄損に伴う熱は、放熱経路１４ｂに示すとおり、固定子鉄心５からフレーム６に伝わることで放熱される。よって、フレーム６の材質は、Ａｌなどの熱伝導性が高い材料が望ましく、フレーム６外周を強制空冷や水冷を行うことで、永久磁石式電動機１の固定子２側の冷却が可能となる。また、固定子鉄心５や電機子コイル４にて発生した熱をフレーム６に伝達するためには、焼き嵌めや圧入などにて固定子鉄心５とフレーム６との距離をできるだけ近接させる、もしくは接触させることが望ましく、例えば、伝熱性の高い接着樹脂を用いて固定子鉄心５とフレーム６とを接着することで、上記の距離を近接させる、もしくは接触させることと同様な効果を得ることが可能である。
【００１６】
固定子２側の電機子コイル４に発生する銅損による熱は、放熱経路１４ａに示すように、一旦、電機子コイル４から固定子鉄心５を経由してフレーム６から外気および冷却水などの冷却手段により冷却される。このとき、電機子コイル４と固定子鉄心５の間での熱抵抗を小さくするために、樹脂などで固定子鉄心５のスロット内部および電機子コイル４の渡り線やコイルエンドなどを覆うことで、固定子鉄心５への伝熱効果を上げることが可能である。また、図示していないが、電機子コイル４に発生する銅損による熱は、電機子コイル４を伝熱しその両端部からも外部へ排出することで冷却が可能となる。
【００１７】
次に、図１（ａ）に、回転子３側の回転子鉄心８に発生した鉄損および永久磁石９に発生した渦電流損による熱の放熱経路１４ｃを示して説明する。回転子鉄心８に発生する鉄損は、固定子２からの高調波磁束により回転子３の外周表面にて発生する高調波渦電流損失（表面損）が主であり、永久磁石９に発生する渦電流損も回転子３の外周側にて発生する損失が主である。この回転子３の表面の損失（発熱）は、回転子鉄心８を介し、その外周側から内周側へ伝熱されて、放熱経路１４ｃに示すようにシャフト７へと伝熱される。シャフト７に伝熱された熱は、一部、ベアリング１１ｂ側へ伝熱され、ベアリング１１ｂからブラケット１２ｂ、フレーム６へと伝熱される成分と、ベアリング１１ｂ側の軸端に取り付けられたエンコーダ（図示せず。）などから大気へ放熱される成分がある。しかしながら、シャフト７に伝熱された熱の主成分は、放熱経路１４ｄに示すように、ベアリング１１ａおよびフランジ１３へ、シャフト７の負荷側軸端への二経路へ分割される。なお、負荷側とは、この永久磁石式電動機１（モータ）の出力を伝達する側を言う。
【００１８】
回転子３からフランジ１３へ伝熱された熱は、周辺固定部位へと放熱される。シャフト７の負荷側軸端へ伝熱された熱は、トルク伝達のためのカップリング等の軸継ぎ手から負荷側へ伝熱される。電機子コイル４や固定子鉄心５、回転子鉄心８から雰囲気媒体中に放熱された熱は、放熱経路１４ｅによりブラケット１２ａおよびフランジ１３側へ、また軸方向反対側の放熱経路１４ｆによりブラケット１２ｂ側へ放熱される。
【００１９】
図１（ｂ）を用いて、仮に、回転子鉄心８をＡ材（熱伝導率を変化させる元素含有量の多いハイグレード電磁鋼板）またはＢ材（Ａ材より熱伝導率を変化させる元素含有量が少ないローグレード電磁鋼板）の１種類の鋼板を成層形成して得た場合の、回転子鉄心８表面の温度の特性について説明する。回転子鉄心８の放熱経路１４ｃは、シャフト７を伝熱する成分が主成分であるため、固定子２側の放熱経路とは独立していると考えることができる。これに基づき簡略的な熱回路網に落とし込み、回転子３表面に熱源を与えた後に熱平衡に達した時点での回転子表面の温度測定部（Ｇ−Ｇ´上）１０における温度分布を解析的に計算し、図１（ｂ）に示した。図１（ｂ）に示すデータは、本発明適用前（改善前）のデータであり、Ａ材のみのデータを黒菱形で示し、Ｂ材のみのデータを黒四角形で示す。
【００２０】
図１（ｂ）に示すように、回転子鉄心８のフランジ１３側は放熱経路が多く、放熱経路の熱抵抗が小さい。このため回転子鉄心８のフランジ１３側であるＧ点の温度は、反フランジ側であるＧ´点より小さく、回転子３における放熱経路が、シャフト７を伝熱する成分が主成分であるため、反フランジ側（Ｇ´点側）からフランジ側（Ｇ点側）に向かうにつれ低くなる温度分布を示している。つまり、温度ピークは反フランジ側に位置しており、温度分布は、軸中央を基点として非対称となっている。
また、Ａ材とＢ材では、熱伝導率を変化させる材料（元素）含有量が多いＡ材に対し、同元素含有量が少ないＢ材の方が、熱伝導率が良いために、全範囲においてＡ材よりもＢ材の温度が低い傾向にあることが分かる。
また、回転子鉄心８に取り付けられている永久磁石９の温度も回転子３の表面と同様の温度分布になる。このようにＡ材またはＢ材のみで鋼板が構成された回転子鉄心８での温度上昇は、永久磁石９の磁気特性を変化させ、強いてはモータ特性を低下させる。後述する本発明の実施の形態１では、このような問題を解決し、回転子鉄心８の温度を低減均一化できる永久磁石式電動機１について説明する。
【００２１】
また、図２は、永久磁石式電動機１内の負荷側にのみ冷却翼１５ａを設けた断面構成図を示しており、回転子鉄心８の周囲雰囲気の通風状態を示している。固定子２と回転子３の隙間に、軸方向に沿って、負荷側から他端側へ風の流路１６ａ、１６ｂが形成されることを示している。このように片側通風等、冷却方式に起因する特異な鉄心の軸方向温度分布（昇温傾向）がある場合、つまり、回転子鉄心の一端側は排熱性が高く、他端側は排熱性が低いなど、両端部で排熱特性に偏りがあり、回転子鉄心温度が、軸中央を基点として非対称となり、温度ピークおよび高温化する領域が軸中央からずれた位置となる場合がある。このような場合においても、回転子鉄心の温度を低減均一化できる本発明実施の形態１の永久磁石式電動機１について、次に説明する。
【００２２】
図３（ａ）に、本発明の永久磁石式電動機１の要部断面図を示すように、回転子３において、永久磁石９、シャフト７の構成は、図１において示した基本構成と同様である。図３（ａ）に回転子鉄心８のＳｉ＋Ａｌ含有量配置を示すように、本発明の回転子鉄心８は、Ａ材よりなる鋼板が成層形成された鋼板ブロック８ａ（第二の鋼板ブロックに相当する。ドットのハッチングで表示する。）と、Ｂ材よりなる鋼板が成層形成された鋼板ブロック８ｂ（第一の鋼板ブロックに相当する。格子のハッチングで表示する。）の二つの鋼板ブロックを組み合わせた構成である。
鋼板ブロック８ａ、８ｂを構成するＡ材およびＢ材は、熱伝導率を変化させる材料（元素）としてＳｉとＡｌを含有しており、同元素含有量とは、鉄心の鋼板に含まれるＳｉ、Ａｌ元素の質量％の合算値（Ｓｉ＋Ａｌ含有量）を意味している。Ａ材の方がＢ材よりもＳｉ＋Ａｌ含有量が大きく、熱伝導率はＢ材の方が高いという特徴がある。Ｓｉ、Ａｌ元素は、磁気特性に悪影響を与えずに熱伝導率を変化させることが可能な添加物で、Ｓｉが最も効果が高く、ＡｌはＳｉに次いで効果が高いものである。ここで、例えば、Ａ材は、Ｓｉ＋Ａｌ含有量が３．５〜４％であり、Ｂ材は、０〜０．１％である。なお、Ｓｉ、Ａｌ元素の両方を、熱伝導率を変化させる材料として添加する例を示しているが、Ｓｉのみ、またはＡｌのみを用いることも可能である。
【００２３】
図３（ａ）に示すように、Ｓｉ＋Ａｌ含有量が異なる鋼板ブロック８ａ、８ｂが組み合わされて一つの回転子鉄心８が構成され、二つの鋼板ブロック（８ａ、８ｂ）がシャフト７に圧入、もしくは焼き嵌め等の締結方法により固定されている。
このように、Ｓｉ＋Ａｌ含有量に反比例して熱伝導率が高くなる特性を見出し、Ｓｉ＋Ａｌ含有量が部分的に異なる回転子鉄心８を設け、図１（ｂ）の温度分布に対して、回転子鉄心８表面のＧ−Ｇ´間平均温度より低い部位（低温度部）には、Ｓｉ＋Ａｌ含有量が大きな鋼板ブロック８ａ（Ａ材、第二の鋼板ブロック。）を、平均温度より高い部位（高温度部。高温化する領域。）にはＳｉ＋Ａｌ含有量が小さな鋼板ブロック８ｂ（Ｂ材、第一の鋼板ブロック。）を配する、といった回転子３の表面の温度勾配に応じ回転子３の軸中心に対してＳｉ＋Ａｌ含有量が非対称配置となるよう（Ｓｉ＋Ａｌ含有量が、軸方向において軸中央を基点として両側で異なるよう）、熱伝導率が異なる鋼板ブロック８ａ、８ｂを組み合わせて用いることで回転子鉄心８表面温度分布の均一化を図ることが可能である。
【００２４】
図３（ｂ）は、図１（ｂ）と同様に回転子３にのみに着目した簡易型熱回路網計算にて熱平衡後の回転子３の表面温度を計算し、Ｓｉ＋Ａｌ含有量の大きなＡ材のみを用い回転子鉄心８を構成した比較例（黒菱形＋破線のデータ。図１（ｂ）のものと同様。）と、本実施の形態１のＡ材とＢ材を組み合わせて回転子鉄心８を構成した場合（白四角形＋実線のデータ）の比較結果を示す図であり、縦軸、横軸は図１（ｂ）と同様である。計算では、Ｓｉ＋Ａｌ含有量の大きなＡ材と、Ｓｉ＋Ａｌ含有量の小さなＢ材では約４倍の熱伝導率差とした。比較例のＡ材のみで回転子鉄心８を構成した場合は、除熱される軸端部の温度は低く、除熱されない側の温度は高くなるため右上がりの温度分布であった。これに対し、本案適用後のものは、改善前の高温度部での温度が抑制され回転子軸方向での温度差が小さくなっている。このとき、放熱経路としては、図１に示す放熱経路１４ｃと１４ｄが主な経路となる。
【００２５】
本実施の形態１では熱伝導率が４倍異なる２個の鋼板ブロックを軸方向に組み合わせた事例を示したが、２個の鋼板ブロック間に、中間的なＳｉ＋Ａｌ含有量の鋼板ブロックを追加することで、より段階的にＳｉ＋Ａｌ含有量を異ならせ、即ち熱伝導率の異なるブロック数を増やすことで回転子３の軸方向での温度変化をさらになめらかにさせることができることは容易に想定できる。また、また各鋼板ブロック毎にＳｉ＋Ａｌ含有量を適宜調整することで、回転子３の軸方向での温度変化をなめらかにできることは言うまでもない。
【００２６】
このように本実施の形態１の永久磁石式電動機１の構成とすることで、回転子鉄心８における熱伝導性を向上させることが可能となり、永久磁石９の残留磁束密度の軸方向変動を低減させスラスト力の発生を抑制する効果あるいは熱減磁を低減させ電動機出力の減少を抑制する効果、永久磁石９の接着性の低下防止など磁石保持構造の安定化効果が得られ、永久磁石９の割れやカケと言った回転子鉄心８と固定子鉄心５の間で起こりえた固着する誘因を排除することが可能となる。
【００２７】
また、永久磁石９を軸方向に分割した際に、回転子鉄心８の鋼板ブロック８ａもしくは８ｂの分割箇所と異なる位置にて、永久磁石９を分割することで、永久磁石９もしくは回転子鉄心８の鋼板ブロック８ａ、８ｂにて軸方向のズレや傾きに対して強固な回転子３を得ることが可能となる。
【００２８】
この実施の形態１では、回転子鉄心８のフランジ側端部は、反フランジ側の端部よりも排熱性が高かったため、熱伝導率がＡ材より高いＢ材よりなる鋼板ブロック８ｂ（第一の鋼板ブロック）の中心を、軸中央よりも、反フランジ側の端部寄りに配置することで、軸方向全体に回転子鉄心８表面温度の低減均一化が可能となった。
【００２９】
実施の形態２．
図４（ａ）に本発明の実施の形態２の永久磁石式電動機１の断面図を示す。この実施の形態２は、実施の形態１で示した永久磁石式電動機１に対し、フランジ１３側に冷却翼１５ａを付加的に設け、Ａ材とＢ材よりなる回転子鉄心８の、Ｂ材の比率を大きくした構成である。この冷却翼１５ａを設けた場合の、回転子鉄心８の軸方向温度特性を図４（ｂ）に示す。Ａ材のみで得た改善前のデータ（黒菱形＋破線）に示すように、冷却翼１５ａを付加的に設けることで、冷却翼１５ａ無しの状態よりフランジ１３側の回転子鉄心８表面側での温度を下げることができる。すなわち、回転子鉄心８のフランジ１３側の排熱性をより向上させることができる。また、冷却翼１５ａの形態は、軸流タイプでもよく遠心タイプでもよい。遠心タイプのとき、電機子コイル４のコイルエンドに当たった風が回転子３と固定子２の間のギャップもしくは、固定子鉄心５のコアバック部、フレーム６の一部に風のガイド（図示せず。）を設けることで、軸方向に風の流路１６ａ、１６ｂを形成することができる。軸方向に沿って風の流路１６ａ、１６ｂを形成することで、フランジ１３側だけでなく反フランジ側においても温度を低下させることが可能となる。
【００３０】
また、回転子３と固定子２の間のギャップを風が通過することで、回転子３表面からも放熱され、より表面温度の低減が可能となる。このようにフランジ１３側に冷却翼１５ａを設けた構成では、回転子全体の冷却効果が向上する半面、軸方向での伝熱性の差異も大きくなる。図４（ｂ）に示したように、回転子鉄心８を熱伝導率が一種類の鋼板ブロック（Ａ材）のみで構成した場合は、回転子鉄心８表面温度の温度差が拡大し、永久磁石９の残留磁束密度も軸方向に大きく変動することになり、スラスト応力が発生する等、好ましい状態が得られない。
そこで、本実施の形態２では、図４（ｂ）に示すように、冷却翼１５ａを設けない実施の形態１のものよりも、軸方向の反フランジ側においてＳｉ＋Ａｌ含有量が小さい鋼板ブロック８ｂ（Ｂ材）の比率を多くすることで軸方向での温度差を軽減している。実施の形態２の改善後の鉄心温度を、図４（ｂ）に、白四角形＋実線データで示す。図示するように、改善後は、回転子鉄心温度が低減し、軸方向の温度差が小さくなることが分かる。
【００３１】
また、Ｓｉ＋Ａｌ含有量を異ならせて同元素含有量を三段階以上に変化させる（熱伝導率の異なるブロック数を増やす）ことで、回転子３の軸方向での温度変化をさらになめらかにすることができることは実施の形態１と同様である。また各鋼板ブロック毎にＳｉ＋Ａｌ含有量を適宜調整することで、回転子３の軸方向での温度変化をなめらかにできることは言うまでもない。
【００３２】
なお、電動機内部にガイドを設けることで軸方向に風の流路１６ａ、１６ｂを形成できるとしたが、フランジ１３側のみで巡回する風の流れを発生させることでも冷却効果を有することは、容易に想定できる。また、フレーム６の一部に切りかけがあり、外部の空気を吸入し冷却翼１５ａによって巡回、もしくは軸方向に風の流路１６ａ、１６ｂとなることで排熱効果が向上することも容易に想定できる。
また、この実施の形態２の永久磁石式電動機１においても、回転子鉄心８のフランジ側端部は、反フランジ側の端部よりも排熱性が高かったため、熱伝導率のよいＢ材よりなる鋼板ブロック８ｂ（第一の鋼板ブロック）の中心を、軸中央よりも、反フランジ側の端部側寄りに配置することで、軸方向全体に回転子鉄心８表面の熱の低減均一化が可能となった。
【００３３】
実施の形態３．
図５（ａ）に本発明の実施の形態３の永久磁石式電動機１の断面図を示す。上述の実施の形態２では、回転子鉄心８の軸方向のフランジ１３側に冷却翼１５ａが設けられた例を示したが、この実施の形態３では、回転子鉄心８の軸方向の反フランジ側に冷却翼１５ｂが設けられた場合について説明する。図３（ｂ）、図４（ｂ）の破線データで示したように、冷却翼１５ｂが無い状態では反フランジ側の回転子鉄心８表面の温度は、軸方向反フランジ側にかけ右上がりの温度上昇となったのに対し、図５（ｂ）に黒菱形＋破線データで示すように、反フランジ側に冷却翼１５ｂを設けることで、反フランジ側寄りに一旦温度のピークができ、さらに反フランジ側に行くにつれ温度が低下する温度分布とすることができる。この結果、回転子３全体での軸方向の平均温度は実施の形態２と同程度であるが、軸方向温度差は他の実施の形態よりも小さくすることが可能となる。
【００３４】
この反フランジ側に冷却翼１５ｂを設けた構成では、鋼板ブロック８ａ、８ｂ、８ｃを組み合わせた回転子鉄心８を構成することで対応する。反フランジ側での回転子鉄心８表面温度の低下に合わせ、反フランジ側にＳｉ＋Ａｌ含有量が大きく熱伝導率が低い鋼板ブロック８ｃ（ただしＡ材によって構成される。）を設け、残りの領域はＳｉ＋Ａｌ含有量が大きく熱伝導率が低い鋼板ブロック８ａとＳｉ＋Ａｌ含有量が小さく熱伝導率が高い鋼板ブロック８ｂを同量の比率として配置することで回転子鉄心８を構成する。このとき、鋼板ブロック８ｃの比率は、鋼板ブロック８ａ、８ｂの比率より小さいものとすることで、改善前の温度ピークが反フランジ側である本実施の形態３に対応した構成ができ、図５（ｂ）に白四角形＋実線データで示すように、軸方向での温度差をより低減でき、変化が小さな温度分布とすることが可能となる。
【００３５】
さらに、Ｓｉ＋Ａｌ含有量が異なる鋼板ブロック同士が接する境界付近で、Ｓｉ＋Ａｌ含有量が異なる、即ち熱伝導率の異なる鋼板ブロック数を増やすことで回転子軸方向での温度変化をさらになめらかとすることができることは実施の形態１および２と同様である。また、各鋼板ブロック毎にＳｉ＋Ａｌ含有量を適宜調整することによって回転子軸方向での温度変化を均一化させることが可能である。
【００３６】
また、上述の実施の形態２と同様に、冷却翼１５ｂの形態は問わず、遠心タイプの場合にはガイド部を設けることで、軸方向の風の流路１６ａ、１６ｂを形成することが可能である。なお、実施の形態２において示した外気による効果等を同様に得られることは言うまでもない。
【００３７】
この実施の形態３では、冷却翼１５ｂの配置を反フランジ側とする効果によって、回転子鉄心８の反フランジ側の排熱性が向上するものの、回転子鉄心８全体としては、依然、回転子鉄心８のフランジ側端部は、反フランジ側の端部よりも排熱性が高い傾向にある。そこで、上述の実施の形態１および２と同様に、熱伝導率のよいＢ材よりなる鋼板ブロック８ｂ（第一の鋼板ブロック）の中心を、軸中央よりも、反フランジ側の端部側寄りに配置することで、軸方向全体に回転子鉄心８表面の熱の低減均一化が可能となった。
【００３８】
実施の形態４．
図６（ａ）に本発明の実施の形態４の永久磁石式電動機１の断面図を示す。フランジ１３側と反フランジ側の回転子３両端に冷却翼１５ａ、１５ｂを設けた構成である。図６（ｂ）に、黒菱形＋破線データで、改善前の回転子鉄心８の軸方向の温度特性を示すように、冷却翼１５ａの効果で、冷却翼１５ａが無い状態よりもフランジ１３側の回転子鉄心８表面の温度が下がり、回転子鉄心８を単一の鋼板（Ａ材）で構成した回転子鉄心８表面の温度分布（黒菱形＋破線データ）は、上述の実施の形態３（反フランジ側にのみ冷却翼１５ｂが有る。）で説明した場合よりも、冷却翼１５ａが追加されフランジ１３側の排熱特性が向上するために、回転子軸方向距離が小さい領域での温度が低下する傾向が見られる。そのため、回転子３表面での軸方向の平均温度は、本発明の実施の形態の中でも最も小さな部類となるが、軸方向両端部での低温化はあるものの、軸方向中央部近傍での低温化傾向が小さく、回転子３の軸方向での温度差は実施の形態３のものよりも大きくなる傾向となる。
【００３９】
本実施の形態４では、軸方向の全範囲における回転子３の温度差を低減するために、上述の実施の形態３の鋼板ブロック８ａ、８ｂ、８ｃの配置順序は同じとし、熱伝導率の高いＢ材の配置範囲を広く形成している。図６（ａ）に示す例では、鋼板ブロック８ｂ（Ｂ材）の比率が最も大きく、広い範囲を占めており、次に鋼板ブロック８ａ（Ａ材）、そして鋼板ブロック８ｃ（Ａ材）の比率が最も小さくなるような比率となっている。
図６（ｂ）に、改善後の鉄心温度を、白四角形＋実線データで示すように、鋼板ブロック８ａ（Ａ材）よりも鋼板ブロック８ｂ（Ｂ材）の比率を大きくすることで、回転子３の軸方向での温度差をより抑えた温度分布とすることが可能となる。さらに、Ｓｉ＋Ａｌ含有量が異なるブロック境界付近で、Ｓｉ＋Ａｌ含有量の含有率が異なる、即ち熱伝導率の異なるブロック数を増やすことで回転子軸方向での温度変化をさらになめらかにすることができることは他の実施の形態と同様である。
【００４０】
また、実施の形態２と同様に冷却翼１５ａ、１５ｂの形態は問わず、遠心タイプの場合にガイドを用いることで、軸方向の風の流路１６ａ、１６ｂを形成することが可能である。なお、実施の形態２に示した外気による効果等を同様に得られることは言うまでもない。
【００４１】
なお、この実施の形態４でも、回転子鉄心８のフランジ側端部は、反フランジ側の端部よりも排熱性が高かったため、上述の実施の形態３と同様に、熱伝導率のよいＢ材よりなる鋼板ブロック８ｂの中心を、軸の中央を基点として、反フランジ側の端部寄りに配置することで、軸方向全体に回転子鉄心８表面の熱の低減均一化が可能となった。
【００４２】
このように、本発明によれば、回転子３の回転子鉄心８での軸方向各部に、Ｓｉ＋Ａｌ含有量が異なる鋼板ブロックを組み合わせることで熱伝達率を変化させることができ、特異な鉄心の温度分布を考慮した回転子鉄心８を得ることが可能となる。その結果、永久磁石式電動機１の回転子鉄心８の温度が低減均一化し、永久磁石９の残留磁束密度の温度による変化や熱減磁を抑制でき、安定な磁石性能を保持し得ることで永久磁石式電動機１を安定した状態で回転させることができる。
【００４３】
なお、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。
【符号の説明】
【００４４】
１  永久磁石式電動機、２  固定子、３  回転子、４  電機子コイル、５  固定子鉄心、６  フレーム、７  シャフト、８  回転子鉄心、８ａ、８ｃ  第二の鋼板ブロック、
８ｂ  第一の鋼板ブロック、９  永久磁石、１０  回転子表面の温度測定部、
１１ａ、１１ｂ  ベアリング、１２ａ、１２ｂブラケット、１３  フランジ、
１４ａ〜１４ｆ  放熱経路、１５ａ、１５ｂ  冷却翼、１６ａ、１６ｂ  風の流路。
【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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