(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機であって、
複数の永久磁石が周方向に取り付けられ、回転自在に配置された回転子と、
前記回転子の内周側に空隙をもって配置され、固定子鉄心および前記固定子鉄心に設けられた固定子巻線を有する固定子と、を備え、
前記回転子の停止時に、風下側の磁束密度が、風上側の磁束密度よりも低くなるように構成され、
前記回転子の停止時における風下側の前記回転子と前記固定子との間の空隙が、風上側の空隙よりも広い
ことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２】
軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機であって、
複数の永久磁石が周方向に取り付けられ、回転自在に配置された回転子と、
前記回転子の内周側に空隙をもって配置され、固定子鉄心および前記固定子鉄心に設けられた固定子巻線を有する固定子と、を備え、
前記回転子の停止時に、風下側の磁束密度が、風上側の磁束密度よりも低くなるように構成され、
前記回転子において、風下側の永久磁石の周方向長さが、風上側の永久磁石の周方向長さよりも短い
ことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項３】
前記回転子の停止時における風下側の前記回転子と前記固定子との間の空隙が、風上側の空隙よりも広い
ことを特徴とする請求項２に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項４】
軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機であって、
複数の永久磁石が周方向に取り付けられ、回転自在に配置された回転子と、
前記回転子の外周側に空隙をもって配置され、固定子鉄心および前記固定子鉄心に設けられた固定子巻線を有する固定子と、を備え、
前記回転子の停止時に、風下側の磁束密度が、風上側の磁束密度よりも高くなるように構成され、
前記回転子の停止時における風上側の前記回転子と前記固定子との間の空隙が、風下側の空隙よりも広い
ことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項５】
軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機であって、
複数の永久磁石が周方向に取り付けられ、回転自在に配置された回転子と、
前記回転子の外周側に空隙をもって配置され、固定子鉄心および前記固定子鉄心に設けられた固定子巻線を有する固定子と、を備え、
前記回転子の停止時に、風下側の磁束密度が、風上側の磁束密度よりも高くなるように構成され、
前記回転子において、風上側の永久磁石の周方向長さが、風下側の永久磁石の周方向長さよりも短い
ことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項６】
前記回転子の停止時における風上側の前記回転子と前記固定子との間の空隙が、風下側の空隙よりも広い
ことを特徴とする請求項５に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項７】
前記複数の永久磁石は、各々が軸方向に複数に分割され、
前記回転子において、風下側の永久磁石の保磁力が、風上側の永久磁石の保磁力よりも大きくなるように構成されている
ことを特徴とする請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項８】
前記回転子において、風下側に高保磁力磁石が取り付けられ、風上側に低保磁力磁石が取り付けられている
ことを特徴とする請求項７に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項９】
前記高保磁力磁石は、前記低保磁力磁石に重希土類元素を粒界に集中的に拡散させた永久磁石である
ことを特徴とする請求項８に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項１０】
前記回転子において、風上側の永久磁石の厚みが、風下側の永久磁石の厚みよりも薄い
ことを特徴とする請求項７に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項１１】
前記回転子において、風下側の永久磁石の軸方向長さが、風上側の永久磁石の軸方向長さよりも短い
ことを特徴とする請求項１から請求項１０までの何れか１項に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項１２】
前記回転子において、前記複数の永久磁石の各々は、軸方向に複数に分割され、分割された永久磁石に対してスキューが施されており、風上側のスキュー角度と風下側のスキュー角度とが、互いに異なる
ことを特徴とする請求項１から請求項１１までの何れか１項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、例えば風力発電に用いられる永久磁石式回転電機であって、軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、永久磁石式回転電機は、複数の永久磁石が取り付けられた回転子と、回転子と空隙をもって配置され、固定子鉄心に設けられた固定子巻線を有する固定子とを備えている。なお、回転子が固定子の外周側に配置されたものをアウターロータ型といい、回転子が固定子の内周側に配置されたものをインナーロータ型という。
【０００３】
このような永久磁石式回転電機では、固定子電流による発熱の他に、回転子の回転駆動により、永久磁石内で渦電流が発生する。永久磁石に渦電流が流れると、永久磁石が発熱して、永久磁石の不可逆減磁が発生する恐れがある。なお、回転子の軸方向中央部で最も熱の逃げが悪く、回転駆動中に軸方向中央部の磁石温度が最も高くなる。
【０００４】
そこで、永久磁石が回転子の周方向に複数配置され、かつ各永久磁石が回転子の軸方向に延設された永久磁石式回転電機であって、各永久磁石を回転子の軸方向に沿った複数箇所で分割するとともに、分割した永久磁石のうち、高保磁力磁石を回転子の中央部に配置し、低保磁力磁石を回転子の両端部に配置した永久磁石式回転電機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、高保磁力磁石を用いる代わりに、低保磁力磁石に対して、ディスプロシウムやテルビウムといった重希土類元素を粒界に集中的に拡散させることにより、永久磁石の保磁力を局所的に向上させることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２１３５１６号公報
【特許文献２】特開２００９−１６５３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１、２に記載された永久磁石式回転電機では、軸方向の一方向から通風冷却される場合について、何等考慮されていない。すなわち、軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機では、特許文献１、２に記載されたものとは、温度分布が異なる。
【０００８】
軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機では、主に固定子巻線電流による発熱が通風により冷却されるが、風上側の温度と比較して風下側の温度が高くなる。そのため、アウターロータ型の永久磁石式回転電機では、固定子の熱伸びによって、風上側の固定子外径と比較して風下側の固定子外径が大きくなる。すなわち、回転子と固定子との間に設けられた空隙が、風上側よりも風下側で小さくなる。
【０００９】
このように、アウターロータ型では、回転子と固定子との間の空隙が、風上側と風下側とで変化すると、風上側の磁束密度よりも風下側の磁束密度の方が高くなる。このとき、回転子において、この磁束密度の平均方向、すなわち通風方向に電磁力が発生する。軸方向に電磁力が働くと、軸受けの損傷等が生じる恐れがあり、永久磁石式回転電機の信頼性を損ねるという問題がある。なお、軸方向の電磁力の影響は、装置が大型になるほど顕著になる。
【００１０】
また、インナーロータ型の永久磁石式回転電機では、風上側の温度と比較して風下側の温度が高くなると、アウター側固定子の熱伸びにより風下側の空隙が広がる。さらに、風下側の永久磁石の温度が高くなるため、残留磁束密度（磁力）が低くなる。このとき、風上側の磁束密度よりも風下側の磁束密度の方が高くなることで、通風方向とは逆方向に電磁力が発生する。軸方向に電磁力が働くと、上記と同様に軸受けの損傷等が生じる恐れがあり、永久磁石式回転電機の信頼性を損ねるという問題がある。
【００１１】
また、アウターロータ型の永久磁石式回転電機においても、インナーロータ型の永久磁石式回転電機においても、風上側よりも風下側の温度が高い場合には、風下側の永久磁石の温度により、永久磁石の不可逆減磁が発生する恐れがあり、やはり永久磁石式回転電機の信頼性を損ねるという問題がある。
【００１２】
なお、最も温度が高くなる風下側の永久磁石に合わせて、すべての永久磁石を高保磁力磁石とすると、一般に、永久磁石の残留磁束密度が弱くなるので、永久磁石式回転電機の効率が低下する。さらに、高保磁力磁石は、重希土類元素を多く含むので、省レアアースの観点からも、すべての永久磁石を高保磁力磁石とすることは望ましくない。
【００１３】
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、軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機において、軸方向の温度分布に起因して信頼性を損ねる現象を緩和し、信頼性の高い永久磁石式回転電機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に係る永久磁石式回転電機は、軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機であって、複数の永久磁石が周方向および軸方向に取り付けられ、回転自在に配置された回転子と、回転子の内周側に空隙をもって配置され、固定子鉄心および固定子鉄心に設けられた固定子巻線を有する固定子と、を備え、回転子の停止時に、風下側の磁束密度が、風上側の磁束密度よりも低くなるように構成され、回転子の停止時における風下側の回転子と固定子との間の空隙が、風上側の空隙よりも広いか、または回転子において、風下側の永久磁石の周方向長さが、風上側の永久磁石の周方向長さよりも短いものである。
【００１６】
また、この発明に係る永久磁石式回転電機は、軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機であって、複数の永久磁石が周方向および軸方向に取り付けられ、回転自在に配置された回転子と、回転子の外周側に空隙をもって配置され、固定子鉄心および固定子鉄心に設けられた固定子巻線を有する固定子と、を備え、回転子の停止時に、風下側の磁束密度が、風上側の磁束密度よりも高くなるように構成され、回転子の停止時における風上側の回転子と固定子との間の空隙が、風下側の空隙よりも広いか、または回転子において、風上側の永久磁石の周方向長さが、風下側の永久磁石の周方向長さよりも短いものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明に係る永久磁石式回転電機によれば、軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機であって、複数の永久磁石が周方向および軸方向に取り付けられ、回転自在に配置された回転子と、回転子の内周側に空隙をもって配置され、固定子鉄心および固定子鉄心に設けられた固定子巻線を有する固定子と、を備え、回転子の停止時に、風下側の磁束密度が、風上側の磁束密度よりも低くなるように構成され、回転子の停止時における風下側の回転子と固定子との間の空隙が、風上側の空隙よりも広いか、または回転子において、風下側の永久磁石の周方向長さが、風上側の永久磁石の周方向長さよりも短いものである。これにより、空隙磁束密度の軸方向アンバランスを軽減し、軸方向の電磁力を低減することができる。
また、この発明に係る永久磁石式回転電機によれば、軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機であって、複数の永久磁石が周方向および軸方向に取り付けられ、回転自在に配置された回転子と、回転子の外周側に空隙をもって配置され、固定子鉄心および固定子鉄心に設けられた固定子巻線を有する固定子と、を備え、回転子の停止時に、風下側の磁束密度が、風上側の磁束密度よりも高くなるように構成され、回転子の停止時における風上側の回転子と固定子との間の空隙が、風下側の空隙よりも広いか、または回転子において、風上側の永久磁石の周方向長さが、風下側の永久磁石の周方向長さよりも短いものである。これにより、空隙磁束密度の軸方向アンバランスを軽減し、軸方向の電磁力を低減することができる。
そのため、軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機において、軸方向の温度分布に起因して信頼性を損ねる現象を緩和し、信頼性の高い永久磁石式回転電機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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を示す断面図である。
【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を示す別の断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る永久磁石式回転電機の回転子を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る永久磁石式回転電機を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係る永久磁石式回転電機を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態５に係る永久磁石式回転電機を示す断面図である。
【図７】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を示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態７に係る永久磁石式回転電機を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態８に係る永久磁石式回転電機を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態８に係る永久磁石式回転電機を示す別の断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態９に係る永久磁石式回転電機を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、この発明に係る永久磁石式回転電機の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
【００２０】
実施の形態１．
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を示す断面図である。図１において、この永久磁石式回転電機は、軸方向の一方向（図の右側）から通風冷却されるアウターロータ型のものであり、回転自在に配置された回転子１０と、回転子１０の内周側に空隙３０をもって配置された固定子２０とを備えている。
【００２１】
回転子１０は、回転子鉄心１１と、複数の永久磁石が回転子鉄心１１の周方向に取り付けられ、この複数の永久磁石の各々が軸方向に複数に分割された永久磁石１２ａ〜１２ｅとを有している。固定子２０は、固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１に設けられたスロットに巻かれた固定子巻線２２とを有している。この永久磁石式回転電機は、永久磁石の起磁力と固定子巻線２２の電流による起磁力とにより、回転動力を与えるか、または固定子巻線２２に発電電力を供給する。
【００２２】
ここで、この永久磁石式回転電機は、回転子１０の停止時に、風下側の磁束密度が、風上側の磁束密度よりも低くなるように構成されている。具体的には、回転子１０の停止時における風下側の回転子１０と固定子２０との間の空隙３０が、風上側の空隙３０よりも広くなるように、風下側の永久磁石１２ｄ、１２ｅが永久磁石１２ａ〜１２ｃの外周側に配置されている。なお、風下側の永久磁石１２ｄ、１２ｅを外周側に配置する代わりに、風下側に向けて空隙３０が広くなるような傾斜した形状を有する複数の永久磁石を、回転子鉄心１１の周方向に取り付けてもよい。
【００２３】
固定子鉄心２１に巻かれた固定子巻線２２に電流が流れ、発熱すると、風上側の温度よりも風下側の温度が高くなり、冷時（回転子１０の停止時）と比較して固定子鉄心２１が熱伸びによって径方向に大きくなる。この熱伸びによって、回転子１０と固定子２０との間に設けられた空隙３０が、風上側よりも風下側で小さくなる。
【００２４】
そこで、風下側の永久磁石１２ｄ、１２ｅを永久磁石１２ａ〜１２ｃの外周側に配置し、回転子１０の停止時における風下側の回転子１０と固定子２０との間の空隙３０を、風上側の空隙３０よりも広くとることにより、空隙３０の不均一が是正され、空隙磁束密度の軸方向アンバランスが軽減されて、軸方向の電磁力が低減される。なお、この永久磁石式回転電機を含め、以下の各実施の形態に示す永久磁石式回転電機は、ギアレスの永久磁石式風力発電機に適用することができる。
【００２５】
以上のように、実施の形態１によれば、軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機であって、複数の永久磁石が周方向に取り付けられ、回転自在に配置された回転子と、回転子の内周側に空隙をもって配置され、固定子鉄心および固定子鉄心に設けられた固定子巻線を有する固定子と、を備え、回転子の停止時における風下側の回転子と固定子との間の空隙が、風上側の空隙よりも広くされ、風下側の磁束密度が、風上側の磁束密度よりも低くなるように構成されている。これにより、空隙磁束密度の軸方向アンバランスを軽減し、軸方向の電磁力を低減することができる。
そのため、軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機において、軸方向の温度分布に起因して信頼性を損ねる現象を緩和し、信頼性の高い永久磁石式回転電機を得ることができる。
【００２６】
なお、上記実施の形態１では、風下側の永久磁石１２ｄ、１２ｅが外周側に配置され、永久磁石１２ａ〜１２ｅが２段の空隙３０をとる構成を示した。しかしながら、これに限定されず、図２に示されるように、永久磁石１２ａ〜１２ｅが多段の空隙３０をとる構成としてもよい。図２において、永久磁石１２ｃが永久磁石１２ａ、１２ｂの外周側に配置され、永久磁石１２ｄ、１２ｅが、永久磁石１２ｃの外周側に配置されている。固定子鉄心２１の熱伸びは、軸方向の温度勾配に起因するので、この温度勾配に合わせて空隙３０を多段に変化させることにより、さらに空隙３０の不均一が是正され、空隙磁束密度の軸方向アンバランスが軽減されて、軸方向の電磁力が低減される。
【００２７】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係る永久磁石式回転電機の回転子１０を示す構成図である。図３において、回転子１０は、回転子鉄心１１と、複数の永久磁石が回転子鉄心１１の周方向に取り付けられ、この複数の永久磁石の各々が軸方向に複数に分割された永久磁石１２ａ〜１２ｇとを有している。
【００２８】
ここで、この永久磁石式回転電機は、回転子１０の停止時に、風下側の磁束密度が、風上側の磁束密度よりも低くなるように構成されている。具体的には、回転子１０において、風下側の永久磁石１２ｇの周方向長さが、風上側の永久磁石１２ａ〜１２ｆの周方向長さよりも短くなるように構成されている。なお、その他の構成は、上述した実施の形態１と同様なので、説明を省略する。また、周方向長さの短い永久磁石が、永久磁石１２ｇのみの１段でなく、多段に構成されてもよい。
【００２９】
風下側の永久磁石１２ｇの周方向長さが、風上側の永久磁石１２ａ〜１２ｆの周方向長さよりも短くなるように構成することにより、固定子鉄心２１が熱伸びによって径方向に大きくなり、回転子１０と固定子２０との間に設けられた空隙３０が風下側で小さくなった場合であっても、磁力が軸方向に均一化され、空隙磁束密度の軸方向アンバランスが軽減されて、軸方向の電磁力が低減される。
【００３０】
以上のように、実施の形態２によれば、軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機であって、複数の永久磁石が周方向に取り付けられ、回転自在に配置された回転子と、回転子の内周側に空隙をもって配置され、固定子鉄心および固定子鉄心に設けられた固定子巻線を有する固定子と、を備え、回転子において、風下側の永久磁石の周方向長さが、風上側の永久磁石の周方向長さよりも短くされ、風下側の磁束密度が、風上側の磁束密度よりも低くなるように構成されている。これにより、空隙磁束密度の軸方向アンバランスを軽減し、軸方向の電磁力を低減することができる。
そのため、軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機において、軸方向の温度分布に起因して信頼性を損ねる現象を緩和し、信頼性の高い永久磁石式回転電機を得ることができる。また、全体的な磁石使用量を低減することができる。
【００３１】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３に係る永久磁石式回転電機を示す断面図である。図４において、回転子１０は、回転子鉄心１１と、複数の永久磁石が回転子鉄心１１の周方向に取り付けられ、この複数の永久磁石の各々が軸方向に複数に分割された永久磁石１２ａ〜１２ｅとを有している。
【００３２】
ここで、この永久磁石式回転電機は、回転子１０において、風下側の永久磁石１２ｅの保磁力が、風上側の永久磁石１２ａ〜１２ｄの保磁力よりも大きくなるように構成されている。具体的には、風下側の永久磁石１２ｅとして高保磁力磁石が取り付けられ、風上側の永久磁石１２ａ〜１２ｄとして低保磁力磁石が取り付けられている。なお、その他の構成は、上述した実施の形態１と同様なので、説明を省略する。また、高保磁力磁石が、永久磁石１２ｅのみの１段でなく、例えば軸方向の中央から風上側を風上側磁石、風下側を風下側磁石として、軸方向に多段に構成されてもよい。
【００３３】
風下側の永久磁石１２ｅとして高保磁力磁石を取り付け、風上側の永久磁石１２ａ〜１２ｄとして低保磁力磁石を取り付けることにより、風下側の永久磁石１２ｅの不可逆減磁に対して、軸方向に温度が高くなる永久磁石の熱減磁を低減することができる。また、風上側の永久磁石１２ａ〜１２ｄは、残留磁束密度（磁力）が風下側の永久磁石１２ｅよりも強くなるので、永久磁石式回転電機の効率の低下を最小限に抑制することができる。
【００３４】
以上のように、実施の形態３によれば、軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機であって、複数の永久磁石が周方向に取り付けられ、複数の永久磁石の各々が軸方向に複数に分割され、回転自在に配置された回転子と、回転子の内周側に空隙をもって配置され、固定子鉄心および固定子鉄心に設けられた固定子巻線を有する固定子と、を備え、回転子において、風下側に高保磁力磁石が取り付けられ、風上側に低保磁力磁石が取り付けられ、風下側の永久磁石の保磁力が、風上側の永久磁石の保磁力よりも大きくなるように構成されている。これにより、軸方向に温度が高くなる永久磁石の熱減磁を低減することができる。
そのため、軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機において、軸方向の温度分布に起因して信頼性を損ねる現象を緩和し、信頼性の高い永久磁石式回転電機を得ることができる。
【００３５】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４に係る永久磁石式回転電機を示す断面図である。図５において、この永久磁石式回転電機は、軸方向の一方向（図の右側）から通風冷却されるインナーロータ型のものであり、回転自在に配置された回転子１０と、回転子１０の外周側に空隙３０をもって配置された固定子２０とを備えている。
【００３６】
回転子１０は、回転子鉄心１１と、複数の永久磁石が回転子鉄心１１の周方向に取り付けられ、この複数の永久磁石の各々が軸方向に複数に分割された永久磁石１２ａ〜１２ｅとを有している。固定子２０は、固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１に設けられたスロットに巻かれた固定子巻線２２とを有している。この永久磁石式回転電機は、永久磁石の起磁力と固定子巻線２２の電流による起磁力とにより、回転動力を与えるか、または固定子巻線２２に発電電力を供給する。
【００３７】
ここで、この永久磁石式回転電機は、回転子１０において、風下側の永久磁石１２ｅの保磁力が、風上側の永久磁石１２ａ〜１２ｄの保磁力よりも大きくなるように構成されている。具体的には、風下側の永久磁石１２ｅとして高保磁力磁石が取り付けられ、風上側の永久磁石１２ａ〜１２ｄとして低保磁力磁石が取り付けられている。なお、高保磁力磁石が、永久磁石１２ｅのみの１段でなく、例えば軸方向の中央から風上側を風上側磁石、風下側を風下側磁石として、軸方向に多段に構成されてもよい。
【００３８】
風下側の永久磁石１２ｅとして高保磁力磁石を取り付け、風上側の永久磁石１２ａ〜１２ｄとして低保磁力磁石を取り付けることにより、風下側の永久磁石１２ｅの不可逆減磁に対して、軸方向に温度が高くなる永久磁石の熱減磁を低減することができる。また、風上側の永久磁石１２ａ〜１２ｄは、残留磁束密度（磁力）が風下側の永久磁石１２ｅよりも強くなるので、永久磁石式回転電機の効率の低下を最小限に抑制することができる。
【００３９】
以上のように、実施の形態４によれば、軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機であって、複数の永久磁石が周方向に取り付けられ、複数の永久磁石の各々が軸方向に複数に分割され、回転自在に配置された回転子と、回転子の外周側に空隙をもって配置され、固定子鉄心および固定子鉄心に設けられた固定子巻線を有する固定子と、を備え、回転子において、風下側に高保磁力磁石が取り付けられ、風上側に低保磁力磁石が取り付けられ、風下側の永久磁石の保磁力が、風上側の永久磁石の保磁力よりも大きくなるように構成されている。これにより、軸方向に温度が高くなる永久磁石の熱減磁を低減することができる。
そのため、軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機において、軸方向の温度分布に起因して信頼性を損ねる現象を緩和し、信頼性の高い永久磁石式回転電機を得ることができる。
【００４０】
なお、上記実施の形態３、４では、風下側の永久磁石１２ｅの保磁力を、風上側の永久磁石１２ａ〜１２ｄの保磁力よりも大きくするために、風下側の永久磁石１２ｅとして高保磁力磁石を取り付け、風上側の永久磁石１２ａ〜１２ｄとして低保磁力磁石を取り付けると説明した。ここで、高保磁力磁石と低保磁力磁石とは、同種の永久磁石であって、高保磁力磁石は、低保磁力磁石に重希土類元素を粒界に集中的に拡散させた永久磁石であってもよい。
【００４１】
また、このとき、重希土類元素を粒界に集中的に拡散させた永久磁石が、永久磁石１２ｅのみの１段でなく、例えば軸方向の中央から風上側を風上側磁石、風下側を風下側磁石として、軸方向に多段に構成されてもよい。また、軸方向に同種の永久磁石を用いなくてもよい。
【００４２】
これにより、上記実施の形態３、４と同様に、風下側の永久磁石１２ｅの不可逆減磁に対して、軸方向に温度が高くなる永久磁石の熱減磁を低減することができる。また、重希土類元素を粒界に集中的に拡散させることにより、保磁力を高めたので、残留磁束密度（磁力）の低下はなく、永久磁石式回転電機の効率の低下を生じることはない。
【００４３】
実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５に係る永久磁石式回転電機を示す断面図である。図６において、回転子１０は、回転子鉄心１１と、複数の永久磁石が回転子鉄心１１の周方向に取り付けられ、この複数の永久磁石の各々が軸方向に複数に分割された永久磁石１２ａ〜１２ｅとを有している。
【００４４】
ここで、この永久磁石式回転電機は、回転子１０の停止時（冷時）に、風下側の磁束密度が、風上側の磁束密度よりも高くなるように構成されている。具体的には、回転子１０の停止時における風下側の回転子１０と固定子２０との間の空隙３０が、風上側の空隙３０よりも狭くなるように、風下側の永久磁石１２ｄ、１２ｅが永久磁石１２ａ〜１２ｃの外周側に配置されている。
【００４５】
また、風下側の永久磁石１２ｄ、１２ｅは、風上側より高い保持力を有する高保磁力磁石であってもかまわない。なお、風下側の永久磁石１２ｄ、１２ｅを外周側に配置する代わりに、風下側に向けて空隙３０が狭くなるような傾斜した形状を有する複数の永久磁石を、回転子鉄心１１の周方向に取り付けてもよい。なお、その他の構成は、上述した実施の形態４と同様なので、説明を省略する。
【００４６】
上述した不可逆減磁が発生しなくても、永久磁石は、温度が高いほど残留磁束密度（磁力）が弱くなる特性を有する。そのため、インナーロータ型の永久磁石式回転電機では、温度の高い風下側の空隙磁束密度が、風上側よりも低下する。また、風下側の永久磁石１２ｄ、１２ｅを高保磁力磁石とした場合も、風上側の永久磁石よりも、風下側の永久磁石の残留磁束密度（磁力）が弱くなる。さらに、固定子２０の熱伸びで固定子２０が外周側に膨らむと、温度の高い風下側で空隙が広くなることがある。これにより、空隙磁束密度が軸方向にアンバランスとなり、通風方向とは逆方向に電磁力が発生する。
【００４７】
そこで、風下側の永久磁石１２ｄ、１２ｅを永久磁石１２ａ〜１２ｃの外周側に配置し、回転子１０の停止時における風下側の回転子１０と固定子２０との間の空隙３０を、風上側の空隙３０よりも狭くすることにより、風下側の永久磁石の残留磁束密度（磁力）が温度による影響を受けて、または高保磁力磁石を用いることにより低下した場合であっても、空隙３０の不均一が是正され、空隙磁束密度の軸方向アンバランスが軽減されて、軸方向の電磁力が低減される。
【００４８】
以上のように、実施の形態５によれば、軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機であって、複数の永久磁石が周方向に取り付けられ、回転自在に配置された回転子と、回転子の外周側に空隙をもって配置され、固定子鉄心および固定子鉄心に設けられた固定子巻線を有する固定子と、を備え、回転子の停止時における風上側の回転子と固定子との間の空隙が、風下側の空隙よりも広くされ、風下側の磁束密度が、風上側の磁束密度よりも高くなるように構成されている。これにより、空隙磁束密度の軸方向アンバランスを軽減し、軸方向の電磁力を低減することができる。
そのため、軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機において、軸方向の温度分布に起因して信頼性を損ねる現象を緩和し、信頼性の高い永久磁石式回転電機を得ることができる。
【００４９】
なお、上記実施の形態５では、風下側の永久磁石１２ｄ、１２ｅが外周側に配置され、永久磁石１２ａ〜１２ｅが２段の空隙３０をとる構成を示した。しかしながら、これに限定されず、永久磁石１２ａ〜１２ｅが多段の空隙３０をとる構成としてもよい。
【００５０】
実施の形態６．
図７は、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１０を示す構成図である。図７において、回転子１０は、回転子鉄心１１と、複数の永久磁石が回転子鉄心１１の周方向に取り付けられ、この複数の永久磁石の各々が軸方向に複数に分割された永久磁石１２ａ〜１２ｄとを有している。
【００５１】
ここで、この永久磁石式回転電機は、回転子１０の停止時（冷時）に、風下側の磁束密度が、風上側の磁束密度よりも高くなるように構成されている。具体的には、回転子１０において、風上側の永久磁石１２ａの周方向長さが、風下側の永久磁石１２ｂ〜１２ｄの周方向長さよりも短くなるように構成されている。なお、その他の構成は、上述した実施の形態５と同様なので、説明を省略する。また、周方向長さの短い永久磁石が、永久磁石１２ａのみの１段でなく、多段に構成されてもよい。
【００５２】
風上側の永久磁石１２ａの周方向長さが、風下側の永久磁石１２ｂ〜１２ｄの周方向長さよりも短くなるように構成することにより、風下側の永久磁石の残留磁束密度（磁力）が温度による影響を受けて、または高保磁力磁石を用いることにより低下した場合であっても、空隙３０の不均一が是正され、空隙磁束密度の軸方向アンバランスが軽減されて、軸方向の電磁力が低減される。
【００５３】
以上のように、実施の形態６によれば、軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機であって、複数の永久磁石が周方向に取り付けられ、回転自在に配置された回転子と、回転子の外周側に空隙をもって配置され、固定子鉄心および固定子鉄心に設けられた固定子巻線を有する固定子と、を備え、回転子において、風上側の永久磁石の周方向長さが、風下側の永久磁石の周方向長さよりも短くされ、風下側の磁束密度が、風上側の磁束密度よりも高くなるように構成されている。これにより、空隙磁束密度の軸方向アンバランスを軽減し、軸方向の電磁力を低減することができる。
そのため、軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機において、軸方向の温度分布に起因して信頼性を損ねる現象を緩和し、信頼性の高い永久磁石式回転電機を得ることができる。また、全体的な磁石使用量を低減することができる。
【００５４】
実施の形態７．
図８は、この発明の実施の形態７に係る永久磁石式回転電機を示す断面図である。図８において、回転子１０は、回転子鉄心１１と、複数の永久磁石が回転子鉄心１１の周方向に取り付けられ、この複数の永久磁石の各々が軸方向に複数に分割された永久磁石１２ａ〜１２ｅとを有している。
【００５５】
ここで、この永久磁石式回転電機は、回転子１０の停止時（冷時）に、風下側の磁束密度が、風上側の磁束密度よりも高くなるように構成されている。具体的には、回転子１０において、風上側の永久磁石１２ａの厚みが、風下側の永久磁石１２ｂ〜１２ｅの厚みよりも薄くなるように構成されている。なお、その他の構成は、上述した実施の形態４と同様なので、説明を省略する。また、厚みの薄い永久磁石が、永久磁石１２ａのみの１段でなく、多段に構成されてもよい。
【００５６】
風上側の永久磁石１２ａの厚みが、風下側の永久磁石１２ｂ〜１２ｅの厚みよりも薄くなるように構成することにより、風下側の永久磁石の残留磁束密度（磁力）が温度による影響を受けて、または高保磁力磁石を用いることにより低下した場合であっても、空隙３０の不均一が是正され、空隙磁束密度の軸方向アンバランスが軽減されて、軸方向の電磁力が低減される。また、風上側では風下側よりも温度が低くなるので、永久磁石１２ａの厚みを薄くしても、不可逆減磁の心配が少なく、全体的な磁石使用量を低減することができる。
【００５７】
以上のように、実施の形態７によれば、軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機であって、複数の永久磁石が周方向に取り付けられ、複数の永久磁石の各々が軸方向に複数に分割され、回転自在に配置された回転子と、回転子の外周側に空隙をもって配置され、固定子鉄心および固定子鉄心に設けられた固定子巻線を有する固定子と、を備え、回転子において、風上側の永久磁石の厚みが、風下側の永久磁石の厚みよりも薄くされ、風下側の永久磁石の保磁力が、風上側の永久磁石の保磁力よりも大きくなるように構成されている。これにより、軸方向に温度が高くなる永久磁石の熱減磁を低減することができる。
そのため、軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機において、軸方向の温度分布に起因して信頼性を損ねる現象を緩和し、信頼性の高い永久磁石式回転電機を得ることができる。また、全体的な磁石使用量を低減することができる。
【００５８】
なお、上記実施の形態７の構成をアウターロータ型の永久磁石式回転電機に適用した場合、風上側の永久磁石を薄くしても、熱伸びによる影響を回避することはできないが、不可逆減磁の観点からは、温度が低い風上側の永久磁石を薄くすることにより、全体的な磁石使用量を低減することができる。
【００５９】
実施の形態８．
図９は、この発明の実施の形態８に係る永久磁石式回転電機を示す断面図である。図９において、回転子１０は、回転子鉄心１１と、複数の永久磁石が回転子鉄心１１の周方向に取り付けられ、この複数の永久磁石の各々が軸方向に複数に分割された永久磁石１２ａ〜１２ｅとを有している。
【００６０】
ここで、この永久磁石式回転電機は、回転子１０において、風下側の永久磁石１２ｄ、１２ｅの軸方向長さが、風上側の永久磁石１２ａ〜１２ｃの軸方向長さよりも短くなるように構成されている。なお、その他の構成は、上述した実施の形態１と同様なので、説明を省略する。また、軸方向長さの短い永久磁石が、永久磁石１２ｄ、１２ｅの２段でなく、多段に構成されてもよい。
【００６１】
永久磁石に希土類焼結磁石を用いた場合、永久磁石自身が導電性を有するので、固定子２０からの高調波磁束による渦電流が永久磁石に流れる。永久磁石は、この渦電流によって発熱する。軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機では、風上側の永久磁石よりも風下側の永久磁石の発熱を抑制することが重要であり、渦電流による発熱も、風下側で防止する必要がある。
【００６２】
ここで、永久磁石の軸方向長さが短いほど、高調波磁束量に対する渦電流回路のインピーダンスが増加するので、永久磁石に発生する渦電流は、減少する。しかしながら、すべての永久磁石の軸方向長さを短くすると、永久磁石式回転電機の工作が複雑になる恐れがある。
【００６３】
そこで、風下側の永久磁石１２ｄ、１２ｅの軸方向長さを、風上側の永久磁石１２ａ〜１２ｃの軸方向長さよりも短くなるように構成することにより、風下側の永久磁石１２ｄ、１２ｅの発熱量を風上側の永久磁石１２ａ〜１２ｃの発熱量よりも低減させ、風下側の温度上昇を緩和することができる。
【００６４】
以上のように、実施の形態８によれば、回転子において、風下側の永久磁石の軸方向長さが、風上側の永久磁石の軸方向長さよりも短くされている。これにより、高温側の渦電流損失を軽減し、風下側の温度上昇を緩和することができる。
そのため、軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機において、軸方向の温度分布に起因して信頼性を損ねる現象を緩和し、信頼性の高い永久磁石式回転電機を得ることができる。また、全体的な磁石使用量を低減することができる。
【００６５】
なお、上記実施の形態８では、永久磁石式回転電機がアウターロータ型のものである場合について示したが、これに限定されず、図１０に示されるように、上記実施の形態８の構成をアウターロータ型の永久磁石式回転電機に適用してもよい。この場合も、上記実施の形態８と同様の効果を得ることができる。
【００６６】
実施の形態９．
図１１は、この発明の実施の形態９に係る永久磁石式回転電機の回転子１０を示す構成図である。図１１において、回転子１０は、回転子鉄心１１と、複数の永久磁石が回転子鉄心１１の周方向に取り付けられ、この複数の永久磁石の各々が軸方向に複数に分割された永久磁石１２ａ〜１２ｄとを有している。
【００６７】
ここで、この永久磁石式回転電機は、回転子１０において、軸方向に複数に分割された永久磁石１２ａ〜１２ｄが、軸方向に直線状に配置されるのではなく、永久磁石１２ａ〜１２ｄに対して、周方向に段ごとにスキューが施されており、風上側のスキュー角度と風下側のスキュー角度とが、互いに異なるように構成されている。
【００６８】
一般的に、スキューを施すことにより、コギングトルク等のトルク脈動を軽減することができる。このとき、軸方向のすべての永久磁石の残留磁束密度が等しければ、図１１に示されたような段スキューの場合（図１１では、２段で、かつ中央付近で折り返すＶスキューを示している）、極数Ｎｐ、スキューする段数Ｎｄ、固定子スロット数Ｎｓとし、ＮｐとＮｓとの最小公倍数をＮとすると、段スキュー角度は、機械角で３６０／Ｎ／Ｎｄで示される。
【００６９】
しかしながら、軸方向の一方向から通風冷却され、軸方向に温度分布が生じる場合（軸方向に残留磁束密度が変化する場合）、または上記実施の形態１〜８で示したような、軸方向に風上側と風下側とで永久磁石の種類が異なったり、周方向長さ、軸方向長さもしくは厚みが異なり軸方向に残留磁束密度が異なったりしている場合には、軸方向のすべての永久磁石の残留磁束密度が等しいとして示される通常のスキュー（３６０／Ｎ／Ｎｄ）では、コギングトルクを効果的に低減することが困難となる。
【００７０】
そこで、回転子１０において、永久磁石１２ａ〜１２ｄに対して、周方向に段ごとにスキューを施し、風上側のスキュー角度と風下側のスキュー角度とを互いに異なるように変化させることにより、コギングトルクを効果的に低減することができる。
【００７１】
以上のように、実施の形態９によれば、回転子において、軸方向に複数に分割された永久磁石が、軸方向に直線状に配置されるのではなく、永久磁石に対してスキューが施されており、風上側のスキュー角度と風下側のスキュー角度とが、互いに異なるように構成されている。これにより、コギングトルクを効果的に低減することができる。
そのため、軸方向の一方向から通風冷却される永久磁石式回転電機において、軸方向の温度分布に起因して信頼性を損ねる現象を緩和し、信頼性の高い永久磁石式回転電機を得ることができる。また、全体的な磁石使用量を低減することができる。
【００７２】
なお、上記実施の形態９では、図１１において、風上側２段、風下側２段の段スキューを構成する例を示しているが、多段であっても同様の効果を得ることができる。また、上記実施の形態９では、永久磁石式回転電機がインナーロータ型のものである場合について示したが、これに限定されず、上記実施の形態９の構成をアウターロータ型の永久磁石式回転電機に適用した場合も、上記実施の形態８と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７３】
１０  回転子、１１  回転子鉄心、１２ａ〜１２ｇ  永久磁石、２０  固定子、２１  固定子鉄心、２２  固定子巻線、３０  空隙。
【図１】
0005679899.tif 000002
【図２】
0005679899.tif 000003
【図３】
0005679899.tif 000004
【図４】
0005679899.tif 000005
【図５】
0005679899.tif 000006
【図６】
0005679899.tif 000007
【図７】
0005679899.tif 000008
【図８】
0005679899.tif 000009
【図９】
0005679899.tif 000010
【図１０】
0005679899.tif 000011
【図１１】
0005679899.tif 000012