(57)【要約】【課題】本発明の目的は、特に負荷時の脈動トルクを小さくして、騒音問題を解決できる永久磁石式回転電機を提供することにある。【解決手段】固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を固定した回転子が、固定子の内周にギャップを介して回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、固定子鉄心のティースの内周面を略直線形状に形成し、回転子鉄心の外周面に固定した永久磁石の厚みを周方向に不等となる形状とすることにより、脈動トルクを最小化でき、騒音の発生を防止できる。【選択図】  図１
2004208341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を配置した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、前記ティースの内周面を略直線形状とし、前記永久磁石の厚みを周方向に不等となる形状としたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を配置した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された多極の永久磁石式回転電機において、前記永久磁石式回転電機の極数を６極以上とし、前記ティースの内周面を略直線形状とし、前記永久磁石の厚みを周方向に不等となる形状としたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項３】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を固定した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、前記ティースの内周面を略直線形状とし、前記永久磁石の厚みを周方向に不等となる形状にすると共に、該永久磁石の中央部厚みをｈ１、該永久磁石の周方向端部の厚みをｈ２とした時、ｈ２／ｈ１の値を４０％以上に設定したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項４】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を固定した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、前記ティースの内周面を略直線形状とし、前記永久磁石の厚みを周方向に不等となる形状とし、該永久磁石の極ピッチをθ１、該永久磁石の開度をθ２とした時、θ２／θ１の値を７５〜８５％の範囲に設定したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項５】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を固定した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、前記ティースの内周面を略直線形状とし、前記永久磁石の厚みを周方向に不等となる形状にすると共に、該永久磁石の中央部厚みをｈ１、該永久磁石の周方向端部の厚みをｈ２とした時、ｈ２／ｈ１の値を４０％以上に設定し、該永久磁石の極ピッチをθ１、該永久磁石の開度をθ２とした時、θ２／θ１の値を７５〜８５％の範囲に設定したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項６】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を配置した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、前記ティースの内周面を略直線形状とし、前記永久磁石の厚みを周方向に不等となる形状にすると共に、該永久磁石を前記回転子の軸方向に分割し、該分割した永久磁石を周方向にずらして配置したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項７】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を配置した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された多極の永久磁石式回転電機において、前記永久磁石式回転電機の極数を６極以上とし、前記ティースの内周面を略直線形状とし、前記永久磁石の厚みを周方向に不等となる形状にすると共に、該永久磁石を前記回転子の軸方向に分割し、該分割した永久磁石を周方向にずらして配置したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項８】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を固定した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、前記ティースの内周面を略直線形状とし、前記永久磁石の厚みを周方向に不等となる形状にすると共に、該永久磁石の中央部厚みをｈ１、該永久磁石の周方向端部の厚みをｈ２とした時、ｈ２／ｈ１の値を４０％以上に設定すると共に、該永久磁石を前記回転子の軸方向に分割し、該分割した永久磁石を周方向にずらして配置したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項９】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を固定した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、前記ティースの内周面を略直線形状とし、前記永久磁石の厚みを周方向に不等となる形状とし、該永久磁石の極ピッチをθ１、該永久磁石の開度をθ２とした時、θ２／θ１の値を７５〜８５％の範囲に設定すると共に、該永久磁石を前記回転子の軸方向に分割し、該分割した永久磁石を周方向にずらして配置したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１０】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を固定した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、前記ティースの内周面を略直線形状とし、前記永久磁石の厚みを周方向に不等となる形状にすると共に、該永久磁石の中央部厚みをｈ１、該永久磁石の周方向端部の厚みをｈ２とした時、ｈ２／ｈ１の値を４０％以上に設定し、該永久磁石の極ピッチをθ１、該永久磁石の開度をθ２とした時、θ２／θ１の値を７５〜８５％の範囲に設定すると共に、該永久磁石を前記回転子の軸方向に分割し、該分割した永久磁石を周方向にずらして配置したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１１】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を配置した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、前記ティースの内周面を略直線形状とし、前記永久磁石に異方性リング磁石を用いたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１２】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を配置した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された多極の永久磁石式回転電機において、前記永久磁石式回転電機の極数を６極以上とし、前記ティースの内周面を略直線形状とし、前記永久磁石に異方性リング磁石を用いると共に、該異方性リング磁石を前記回転子の軸方向に分割し、該分割した異方性リング磁石を周方向にずらして配置したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１２において、前記回転子の極数と前記固定子のスロット数との比が２：３であることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１４】
請求項６ないし請求項１２において、前記分割した異方性リング磁石間に隙間を設けたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１５】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を配置した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、前記永久磁石を前記回転子の軸方向に分割するとともに、該分割した永久磁石を周方向に階段状にずらして配置したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１６】
請求項１５において、前記分割した永久磁石間に隙間を設けたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１７】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を配置した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、前記永久磁石を前記回転子の軸方向に分割するとともに、該分割した永久磁石を周方向に階段状にずらして配置し、前記永久磁石の前記回転子軸中心からの開度を電気角で１２０度以上かつ１３０度以下に設定し、該分割した永久磁石間に隙間を設けたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１８】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を固定した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、前記永久磁石を前記回転子の軸方向に分割するとともに、該分割した永久磁石間に隙間を設けて該永久磁石を周方向にＶ字状にずらすように配置したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１９】
請求項１８において、前記永久磁石の前記回転軸中心からの電気角で１２０度以上１３０度以下に設定し、前記分割した永久磁石間に隙間を設けて該永久磁石を周方向にＶ字状にずらして配置したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２０】
請求項１６に記載の永久磁石式回転電機において、前記回転子鉄心のシャフトに前記永久磁石間の隙間に当て板部を形成したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２１】
請求項１５に記載の永久磁石式回転電機において、前記回転子の極数と前記固定子のスロット数との比が２：３であることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２２】
請求項１５に記載の永久磁石式回転電機において、前記永久磁石の外周面形状がアーク形状、もしくは非同心形状であることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２３】
請求項２に記載の永久磁石式回転電機において、前記分割した永久磁石間のギャップ長を前記永久磁石の軸方向長の５％以上に設定したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２４】
請求項１６に記載の永久磁石式回転電機において、前記永久磁石間に該永久磁石の固定位置を決定する非磁性当て板材を設けたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２５】
請求項１５に記載の永久磁石式回転電機において、前記固定子の内周面を略円弧形状とし、前記永久磁石の外周面形状を非同心形状としたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２６】
請求項１５に記載の永久磁石式回転電機において、前記固定子の内周面を略円弧形状とするとともに磁極端部にベベリングを設け、前記永久磁石の外周面形状を略アーク形状としたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２７】
請求項１５に記載の永久磁石式回転電機を使用したパワーステアリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、界磁用の永久磁石を回転子に備えている永久磁石式回転電機に関し、特に、産業用や自動車などに搭載される表面磁石構造のブラシレスＤＣモータ等の永久磁石式回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の永久磁石式回転電機においては、コギングトルクを低減するために様々な形状が採用されている。例えば、特開２００２−２０４５５７号公報に記載の永久磁石式回転電機においては、固定子磁極数Ｍと回転子の永久磁石磁極数Ｐとの比をＭ：Ｐ＝６ｎ：６ｎ±２に設定するとともに磁極位置検出素子の取り付け位置を電気角で進ませることにより、低振動・低騒音を実現している。特開２００２−１０１６２９号公報に記載の永久磁石式回転電機においては、永久磁石の外周表面を非同心形状とすることが提案されている。特開平１０−１２６９８１号公報に記載のモールドモータにおいては、ティースの内面をストレート状に形成することが提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２０４５５７号公報
【特許文献２】
特開２００２−１０１６２９号公報
【特許文献３】
特開平１０−１２６９８１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、コギングトルク低減に着目しているが、引例１はＭ：Ｐの組み合わせによる最小公倍数を大きくしてコギングトルクを低減するものであり、巻線パターンが複雑となるために数十Ｗの小形機にしか適用できない問題がある。引例２は永久磁石の外周面を非同心としているためにコギングトルクは小さくできるが、負荷時の脈動トルクについては言及されていない。引例３はモールドモータの固定子鉄心のティースの内周面をストレート状に形成しているが、ティース内面に発生するプリミックスの薄膜を最小限に抑えるためであり、モールドモータとしてコギングトルクを小さくして騒音低減を図るものであるが、負荷時の脈動トルクについては言及されていないため、負荷時に騒音を低減できない問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、特に負荷時の脈動トルクを小さくして、騒音問題を解決できる永久磁石式回転電機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を配置した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、ティースの内周面を略直線形状とし、永久磁石の厚みを周方向に不等となる形状にした永久磁石式回転電機を提案する。
【０００７】
本発明では、また、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を配置した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された多極の永久磁石式回転電機において、永久磁石式回転電機の極数を６極以上とし、ティースの内周面を略直線形状とし、永久磁石の厚みを周方向に不等となる形状にした永久磁石式回転電機を提案する。
【０００８】
本発明では、更に、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を固定した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、ティースの内周面を略直線形状とし、永久磁石の厚みを周方向に不等となる形状にすると共に、永久磁石の中央部厚みをｈ１、永久磁石の周方向端部の厚みをｈ２とした時、
ｈ２／ｈ１の値を４０％以上に設定した永久磁石式回転電機を提案する。
【０００９】
本発明では、更に、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を固定した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、ティースの内周面を略直線形状とし、永久磁石の厚みを周方向に不等となる形状とし、永久磁石の極ピッチをθ１、永久磁石の開度をθ２とした時、θ２／θ１の値を７５〜８５％の範囲に設定した永久磁石式回転電機を提案する。
【００１０】
本発明では、更に、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を固定した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、ティースの内周面を略直線形状とし、永久磁石の厚みを周方向に不等となる形状にすると共に、永久磁石の中央部厚みをｈ１、永久磁石の周方向端部の厚みをｈ２とした時、
ｈ２／ｈ１の値を４０％以上に設定し、永久磁石の極ピッチをθ１、永久磁石の開度をθ２とした時、θ２／θ１の値を７５〜８５％の範囲に設定した永久磁石式回転電機を提案する。
【００１１】
本発明では、更に、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を配置した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、ティースの内周面を略直線形状とし、永久磁石の厚みを周方向に不等となる形状にすると共に、永久磁石を回転子の軸方向に分割し、分割した永久磁石を周方向にずらして配置した永久磁石式回転電機を提案する。
【００１２】
本発明では、更に、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を配置した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された多極の永久磁石式回転電機において、永久磁石式回転電機の極数を６極以上とし、ティースの内周面を略直線形状とし、永久磁石の厚みを周方向に不等となる形状にすると共に、永久磁石を回転子の軸方向に分割し、分割した永久磁石を周方向にずらして配置した永久磁石式回転電機を提案する。
【００１３】
本発明では、更に、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を固定した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、ティースの内周面を略直線形状とし、永久磁石の厚みを周方向に不等となる形状にすると共に、永久磁石の中央部厚みをｈ１、永久磁石の周方向端部の厚みをｈ２とした時、
ｈ２／ｈ１の値を４０％以上に設定すると共に、永久磁石を回転子の軸方向に分割し、分割した永久磁石を周方向にずらして配置した永久磁石式回転電機を提案する。
【００１４】
本発明では、更に、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を固定した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、ティースの内周面を略直線形状とし、永久磁石の厚みを周方向に不等となる形状とし、永久磁石の極ピッチをθ１、永久磁石の開度をθ２とした時、θ２／θ１の値を７５〜８５％の範囲に設定すると共に、永久磁石を回転子の軸方向に分割し、分割した永久磁石を周方向にずらして配置した永久磁石式回転電機を提案する。
【００１５】
本発明では、更に、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を固定した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、ティースの内周面を略直線形状とし、永久磁石の厚みを周方向に不等となる形状にすると共に、永久磁石の中央部厚みをｈ１、永久磁石の周方向端部の厚みをｈ２とした時、
ｈ２／ｈ１の値を４０％以上に設定し、永久磁石の極ピッチをθ１、永久磁石の開度をθ２とした時、θ２／θ１の値を７５〜８５％の範囲に設定すると共に、永久磁石を回転子の軸方向に分割し、分割した永久磁石を周方向にずらして配置した永久磁石式回転電機を提案する。
【００１６】
本発明では、更に、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を配置した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、ティースの内周面を略直線形状とし、永久磁石に異方性リング磁石を用いた永久磁石式回転電機を提案する。
【００１７】
本発明では、更に、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心の外周表面に複数の永久磁石を配置した回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転軸により回転自在に支承された多極の永久磁石式回転電機において、永久磁石式回転電機の極数を６極以上とし、ティースの内周面を略直線形状とし、永久磁石に異方性リング磁石を用いると共に、異方性リング磁石を回転子の軸方向に分割し、分割した異方性リング磁石を周方向にずらして配置した永久磁石式回転電機を提案する。
【００１８】
本発明では、永久磁石式回転電機の極数を６極以上でティースの内周面を略直線形状とし、かつ表面磁石構造の永久磁石の厚みを周方向に不等となる形状とし、永久磁石の開度を最適値に設定する。また、永久磁石を軸方向に分割し、かつ分割した永久磁石を周方向にずらし、永久磁石間のギャップの大きさを調整することにより、負荷時の脈動トルクを自由に調整できる。よって、回転電機の必要出力を確保しつつ騒音の小さな回転電機を提供できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１〜図１３を用いて詳細に説明する。各図中において、共通する符号は同一物を示す。また、ここでは１２極の永久磁石式回転電機について示し、回転子の極数と固定子のスロット数との比を２：３とした。
【００２０】
（実施形態１）
図１は本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１の径方向断面形状、図２は本発明による実施形態１の回転子の軸方向断面形状、図３は本発明による実施形態１の永久磁石式回転電機の拡大図の一部を示す。図１において、永久磁石式回転電機１は固定子２と回転子３から構成される。固定子２はティース４とコアバック５からなる固定子鉄心６と、ティース４間のスロット７内にはティース４を取り囲むように巻装された集中巻の電機子巻線８（三相巻線のＵ相巻線８ａ，Ｖ相巻線８ｂ，Ｗ相巻線８ｃからなる）から構成される。ここで、永久磁石式回転電機１は１２極１８スロットであるから、磁極ピッチは電気角で３０度、スロットピッチは電気角で２０度である。回転子３はシャフト（図示せず）孔９を形成した回転子鉄心１０の外周表面に表面が略非同心アーク状の非同心アーク永久磁石１１を固定している。
【００２１】
図２において、シャフト９ａとシャフト孔９を勘合した回転子鉄心（ここでは塊状鉄心で示した）１０の外周表面に永久磁石１１を固着した表面磁石構造の回転子３と、固定子鉄心６のスロット内７の巻装した電機子巻線８からなり、固定子鉄心６の軸長ＬＳ  に対し永久磁石１１の軸長ＬＲ  を長く設定している。
【００２２】
図３において、回転子３は回転子鉄心１０の外周表面に外周が非同心のアーク永久磁石１１を固定している。固定子２のコアバック５と一体のティース４の内周面を直線形状（ストレート）４ａに設定している。ここで、本発明ではティース４の内周面を直線形状（ストレート）４ａと永久磁石１１の配置に特徴がある。すなわち、回転子３の中心をＯとして、θ１が磁極ピッチ、θ２が永久磁石１１の開度とし、永久磁石１１の中央部厚みをｈ１、端部厚みをｈ２とする。
【００２３】
図４は図１〜図３の構成で極数Ｐを変化させた場合の電機子巻線８による銅損の増加率の逆数をｐ．ｕ．で表した図であり、１００％は銅損の最小値である。すなわちティース４の内周面を直線形状としているため、スロット７の巻線スペースが左右され、極数によって巻線スペースが変化する。極数を８極以上とすることにより、巻線スペースの変化がなく、銅損の増加率の逆数が１００ｐ．ｕ．となるが、６極に設定すると銅損の増加率の逆数が約２ｐ．ｕ．だけ低下するが、４極に設定すると銅損の増加率の逆数が約１０ｐ．ｕ．も低下する。これより、回転電機の性能に影響を与えずティース４の内周面を直線形状にできるのは６極以上になる。
【００２４】
図５は磁石厚み比ｈ２／ｈ１に対する永久磁石の減磁有無を示した図である。図５において、過負荷状態では従来のように磁石厚み比ｈ２／ｈ１を５０％に設定すると永久磁石の中央部は減磁しないが、図中に示す磁石端部に減磁は発生するので、定格出力を小さくするか、磁石端部厚みを６０％以上に設定する必要があった。磁石端部を厚く設定するとコギングトルクや負荷時の脈動トルクを小さくできず、設計自由度が狭くなる問題がある。これに対し、本発明では磁石厚み比ｈ２／ｈ１を３０％に設定すると永久磁石の中央部は減磁しないが、磁石端部に減磁は発生し、磁石厚み比ｈ２／ｈ１を４０％に設定すると永久磁石の中央部，磁石端部とも減磁は発生しないので、磁石端部を薄く設定でき、コギングトルクや負荷時の脈動トルクを小さくするような設計自由度が大きくなる効果がある。
【００２５】
図６は磁石開度の比θ２／θ１に対する脈動トルクを定格トルク比のｐ．ｕ．で示した図である。図６において、従来のように脈動トルクが１８ｐ．ｕ．の場合に対し、極数を６から１４まで変化させた場合、脈動トルクが最小になる上限値と下限値が生じる。６極の場合の脈動トルクに対し極数を増加すると脈動トルクが益々小さくなることを確認した。極数が６以上で磁石開度の比θ２／θ１を７５〜８５％に設定すると脈動トルクを５％以下にできる効果がある。
【００２６】
（実施形態２）
脈動トルクはゼロが望ましいが、出力と構造寸法制約から問題にならない回転電機の定数を決定する。しかし、負荷によっては回転電機の脈動トルクをゼロにする必要が生じる。図７は本発明による他の実施形態２の永久磁石式回転電機の回転子の軸方向断面形状の斜視図、図８には本発明による他の実施形態２の永久磁石式回転電機の正面図の一部拡大図を示す。図７において、回転子３の永久磁石１１を２分割した永久磁石１２（１２ａ，１２ｂからなる）を回転子３の周方向にずらして配置したものである。図８には磁石配置構造を示す。図８において、分割した永久磁石１２ａと永久磁石１２ｂの間には周方向にずれ幅Ｓ１を設け、かつ軸方向に隙間ｂ１を形成した。図９には磁石開度の比θ２／θ１に対する脈動トルクを定格トルク比のｐ．ｕ．で示した図である。図９において、従来のように脈動トルクが１８ｐ．ｕ．の場合に対し、極数を６から１４まで変化させた場合、脈動トルクが最小になる。極数が６以上で磁石開度の比θ２／θ１を７５〜８５％に設定すると脈動トルクを１％以下にできる効果がある。
【００２７】
（実施形態３）
図１０は本発明による他の実施形態３の永久磁石式回転電機の径方向断面形状、図１１には本発明による他の実施形態３の回転子の径方向断面形状を示す。図１０，図１１において、回転子３の永久磁石１１を円筒状の異方性リング磁石１３で構成したものである。異方性リング磁石１３は図示するように、周方向の位置によって磁化の強さ１４が異なるものであり、永久磁石１１を非同心アーク磁石形状にしなくても図１と同様な効果が得られ、かつ永久磁石の取り付け配置が簡単になるので生産性が向上する効果がある。
【００２８】
（実施形態４）
図１２には本発明の他の実施形態４の永久磁石式回転電機の回転子の軸方向断面形状の斜視図を示す。図１２において、異方性リング磁石１３を２分割した永久磁石１５（１５ａ，１５ｂからなる）を回転子３の周方向にずらして配置したものである。図１２において、分割した永久磁石１５ａと永久磁石１５ｂの間には周方向にずれ幅Ｓ１を設け、かつ軸方向に隙間ｂ１を形成した。これによっても本発明と同様の効果が得られる。
【００２９】
（実施形態５）
図１３には本発明の他の実施形態５の永久磁石式回転電機の拡大図の一部を示す。図１３において図１と異なるのは、ティース４の内周面４ａの一部に同心円弧部１６を設けたものであり、ギャップゲージなどにより回転子３と固定子２のギャップが正常に形成されているか否か確認でき、永久磁石式回転電機の信頼性向上が図れる効果がある。
【００３０】
以下、本発明のその他の実施例を図１４〜図２５を用いて詳細に説明する。各図中において、共通する符号は同一物を示す。また、ここでは４極の永久磁石式回転電機について示し、回転子の極数と固定子のスロット数との比を２：３とした。
【００３１】
（実施形態６）
図１４は本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１の径方向断面形状、図１５は本発明による実施形態６の回転子の径方向断面形状を拡大したもの、図１６は本発明による実施形態６の回転子の斜視図であり、図１６のＡ−Ａ′断面図を図１４（ａ），図１５（ａ）に、Ｂ−Ｂ′断面図を図１４（ｂ），図１５（ｂ）に示す。図１４（ａ）において、永久磁石式回転電機１０１は固定子１０２と回転子１０３から構成される。
【００３２】
固定子１０２はティース１０４とコアバック１０５からなる固定子鉄心１０６と、ティース１０４間のスロット１０７内にはティース１０４を取り囲むように巻装された集中巻の電機子巻線１０８（三相巻線のＵ相巻線１０８ａ，Ｖ相巻線１０８ｂ，Ｗ相巻線１０８ｃからなる）から構成される。ここで、永久磁石式回転電機１０１は４極６スロットであるから、スロットピッチは電気角で１２０度である。回転子１０３はシャフト（図示せず）孔１０９を形成した回転子鉄心１１０の外周表面に表面が略非同心アーク状の非同心アーク永久磁石１１１を固定している。図１４（ａ）と図１４（ｂ）の違いは、回転子１０３の非同心アーク永久磁石１１１の固定位置にある。
【００３３】
図１５（ａ）において、回転子１０３はシャフト孔１０９を形成した回転子鉄心１１０の外周表面に非同心アーク永久磁石１１１（４極であるので１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄからなる）を固定しているが、非同心アーク永久磁石１１１の配置に特徴がある。すなわち、回転子１０３の中心をＯとして、横線をＸ軸、縦線をＹ軸とした場合、非同心アーク永久磁石１１１ａはＸ軸とＹ軸の角度をθ１、非同心アーク永久磁石１１１の開度をθ２、Ｘ軸と永久磁石１１１の右サイドのなす角度をθ３、Ｙ軸と永久磁石１１１の左サイドのなす角度をθ４としたとき、θ４＜θ３＜θ２＜θ１の関係にあり、θ１は４極機であるので機械角で９０度、電気角で１８０度となる。非同心アーク永久磁石１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄはＸ軸，Ｙ軸を基準に機械角でそれぞれ９０度ずつ左方向へ回転させた配置である。図１５（ｂ）は図１５（ａ）に対し、Ｘ軸と非同心アーク永久磁石１１１ａの右サイドのなす角度がθ４、Ｙ軸と非同心アーク永久磁石１１１の左サイドのなす角度がθ３になるのみで、他は同じである。
【００３４】
図１５の回転子の斜視図が図１６であり、図１５（ａ），図１５（ｂ）を回転子１０３の右，左に配置したものである。そして、非同心アーク永久磁石１１１間に隙間１１２を形成したものである。この結果、両サイドの非同心アーク永久磁石１１１は周方向配置が異なり、疑似スキューを形成することになる。
【００３５】
図１７は図１４〜図１６の構成で非同心アーク永久磁石間隙間１１２を変化させた場合の回転子１０３の回転角度に対するコギングトルク／定格トルク比の値を％で表したものである。永久磁石間隙間１１２が０ｍｍの場合、すなわち両非同心アーク永久磁石１１１を結合すると６％強のコギングトルクとなる。これに対し非同心アーク永久磁石間隙間１１２を大きくしていくと、コギングトルクが小さくなり、非同心アーク永久磁石間隙間１１２が１２ｍｍになるとコギングトルクの値が２％を下まわる。
【００３６】
図１８は非同心アーク永久磁石間隙間１１２を変化した場合のコギングトルクの値を示す。すなわち、非同心アーク永久磁石間隙間／磁石軸長を変化させた場合のコギングトルク／定格トルク比の値を％で表したものである。図１８より、非同心アーク永久磁石間隙間１１２を大きくしていくと、コギングトルクが小さくなり、非同心アーク永久磁石間隙間１１２を１２％以上に設定するとコギングトルクが１％以下になる。磁石間隙間が５パーセント程度までであれば隙間を大きくすることによる効果は大きいが、１５％を超えるとコギングトルク低減の効果はほとんどなくなる。元々、非同心アーク永久磁石間に隙間１１２を設けず、非同心アーク永久磁石１１１を周方向にずらさない場合のコギングトルクの値は２４％であり、非同心アーク永久磁石１１１を周方向にずらした場合が６．７％  であるので、非同心アーク永久磁石間隙間１１２が０ｍｍでもコギングトルク低減に効果がある。さらに、非同心アーク永久磁石間に隙間１１２を設けることにより、コギングトルクを１％以下に低減できる。非同心アーク永久磁石間隙間を設けない場合は周方向にずらした非同心アーク永久磁石１１１同士が干渉しあってコギングトルクの値が大きくなるのに対し、非同心アーク永久磁石間隙間を設けた場合は周方向にずらした非同心アーク永久磁石１１１同士が干渉しなくなってコギングトルクの値が小さくなることを見い出したものである。
【００３７】
永久磁石の長さは、電気角で１３０度を超えるとコギングトルクの値が大きくなり、１２０度以下でもやはりコギングトルクの値が大きくなる。したがって、永久磁石の長さを１２０度以上１３０度以下とすることが望ましい。
【００３８】
永久磁石式回転電機１０１を用いる場合、特に電動パワーステアリング用永久磁石式回転電機ではコギングトルクによる脈動トルクがハンドルまで感じられ、ハンドル操作者に違和感を与える（ハンドル操作性）ことになるが、本発明では永久磁石を軸方向に分割し、分割した永久磁石を周方向にずらすことによりコギングトルクを低減し、さらに軸方向に分割した永久磁石間に隙間を設け、その隙間を調整することによってコギングトルクを１％以下にまで減少できるので、電動パワーステアリング用永久磁石式回転電機に用いても違和感のないハンドル操作を実現できる。
【００３９】
（実施形態７）
図１９は本発明による実施形態７の回転子１０３の斜視図であり、図１５（ｂ）の回転子１０３の両サイドに図１５（ａ）の回転子１０３を配置したものである。そして、非同心アーク永久磁石１１１間に隙間１１２（１１２ａ，１１２ｂ）を形成したものである。この結果、非同心アーク永久磁石１１１は軸方向にＶ字形状に配置され、疑似スキューを形成することになる。これによっても図１４と同様の効果が得られ、軸方向推力を打ち消すことができる。
【００４０】
（実施形態８）
図２０は本発明による実施形態３の回転子の径方向断面形状を拡大したものである。図２０（ａ）において、回転子１０３はシャフト孔１０９を形成した回転子鉄心１１０の外周表面に同心アーク永久磁石１１３（４極であるので１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄからなる）を固定し、表面が略同心形状の同心アーク永久磁石１１３の配置に特徴がある。すなわち、回転子１０３の中心をＯとして、横線をＸ軸、縦線をＹ軸とした場合、同心アーク永久磁石１１３ａはＸ軸とＹ軸の角度をθ１、同心アーク永久磁石１１３の開度をθ２、Ｘ軸と同心アーク永久磁石１１３ａの右サイドのなす角度をθ３、Ｙ軸と同心アーク永久磁石１１３ｂの左サイドのなす角度をθ４としたとき、θ４＜θ３＜θ２＜θ１の関係にあり、θ１は４極機であるので機械角で９０度、電気角で１８０度となる。同心アーク永久磁石１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄはＸ軸，Ｙ軸を基準に機械角でそれぞれ９０度ずつ左方向へ回転させた配置である。図２０（ｂ）は図２０（ａ）に対し、Ｘ軸と同心アーク永久磁石１１３ａの右サイドのなす角度がθ４、Ｙ軸と同心アーク永久磁石１１３ａの左サイドのなす角度がθ３になるのみで、他は同じである。
【００４１】
図２１は図２０の回転子の斜視図であり、図２０（ａ），図２０（ｂ）を回転子１０３の右，左に配置したものである。そして、同心アーク永久磁石１１３間に隙間１１２を形成したものである。この結果、両サイドの同心アーク永久磁石１１３は周方向配置が異なり、疑似スキューを形成することになる。これによっても図１４と同様の効果が得られる。
【００４２】
（実施形態９）
図２２は本発明による実施形態９の回転子１０３の斜視図であり、図２０（ｂ）の回転子１０３の両サイドに図２０（ａ）の回転子１０３を配置したものである。そして、同心アーク永久磁石１１３間に隙間１１２（１１２ａ，１１２ｂ）を形成したものである。この結果、同心アーク永久磁石１１３は軸方向にＶ字形状に配置され、疑似スキューを形成することになる。これによっても図１４と同様の効果が得られ、軸方向推力を打ち消すことができる。
【００４３】
（実施形態１０）
図２３は本発明による実施形態５の固定子２の径方向断面形状であり、図１４に示した固定子と異なるのはティース１０４の内周面に円弧部分１１４の他に、磁極の両サイドにベベリング１１５を施したものである。図２０，図２１，図２２に示した回転子１０３の実施例では永久磁石に同心アーク永久磁石１１３を用いているので、ティース１０４の両サイドでの磁束の変化が大きくなり、コギングトルクも大きくなるので、磁極の両サイドにベベリング１１５を施した固定子１０２と組み合わせることにより、図１４と同様の効果が得られる。
【００４４】
（実施形態１１）
図２４は本発明による実施形態１１の回転子１０３の正面図であり、図１４に示した回転子１０３と異なるのは隙間１１２の位置に当て板部１１６を設け、永久磁石の固定位置を規定するものであり、回転子１０３の組み立て精度が向上する。
【００４５】
（実施形態１２）
図２５は本発明による実施形態１２の回転子１０３の正面図であり、図１４に示した回転子１０３と異なるのは隙間１１２の位置と永久磁石の周方向隙間１１８に当て板材１１７を設け、永久磁石の固定位置を規定するものであり、回転子１０３の組み立て精度が向上する。
【００４６】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、集中巻を採用した固定子を用い、固定子鉄心のティースの内周面を略直線形状に形成し、回転子鉄心の外周面に固定した永久磁石の厚みを周方向に不等となる形状とすることにより、脈動トルクを最小化でき、騒音問題の発生を防止できる。また永久磁石を軸方向に分割し、分割した永久磁石を周方向にずらし、軸方向に分割した永久磁石間に隙間を設けることにより、更なる脈動トルクの低減が図れる。さらに表面磁石構造の永久磁石を異方性リング磁石とすることにより、生産性を向上でき、騒音が少ない永久磁石式回転電機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１の径方向断面形状を示す断面図。
【図２】本発明による実施形態１の回転子の軸方向断面形状。
【図３】本発明による実施形態１の永久磁石式回転電機の拡大図の一部を示す図。
【図４】本発明による極数Ｐを変化させた場合の銅損の増加率の逆数を表した図。
【図５】本発明による磁石厚み比ｈ２／ｈ１に対する永久磁石の減磁有無を示した図。
【図６】本発明による磁石開度の比θ２／θ１に対する脈動トルク／定格トルク比を示した図。
【図７】本発明による他の実施形態２の永久磁石式回転電機の回転子の軸方向断面形状の斜視図。
【図８】本発明による他の実施形態２の永久磁石式回転電機の正面図の一部拡大図を示す図。
【図９】本発明による磁石開度の比θ２／θ１に対する脈動トルク／定格トルク比を示した図。
【図１０】本発明による他の実施形態３の永久磁石式回転電機の径方向断面形状を示す図。
【図１１】本発明による他の実施形態３の回転子の径方向断面形状を示す図。
【図１２】本発明による他の実施形態４の永久磁石式回転電機の回転子の軸方向断面形状の斜視図を示す図。
【図１３】本発明による他の実施形態５の永久磁石式回転電機の拡大図の一部を示す図。
【図１４】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態６の径方向断面形状を示す断面図。
【図１５】本発明による実施形態６の回転子の径方向断面形状を拡大したものを示す断面図。
【図１６】本発明による実施形態６の回転子の斜視図を示す図。
【図１７】本発明による実施形態６の非同心アーク永久磁石間隙間量に対するコギングトルクを表した図。
【図１８】本発明による実施形態６の非同心アーク永久磁石間隙間に対するコギングトルクの値を示す図。
【図１９】本発明による実施形態７の回転子１０３の斜視図を示す断面図。
【図２０】本発明による実施形態８の回転子の径方向断面形状を拡大した断面図。
【図２１】本発明による実施形態８の回転子の斜視図を示す図。
【図２２】本発明による実施形態９の回転子１０３の斜視図を示す図。
【図２３】本発明による実施形態１０の固定子１０２の径方向断面形状を示す断面図。
【図２４】本発明による実施形態１１の回転子３の正面図を示す図。
【図２５】本発明による実施形態１２の回転子３の正面図を示す図。
【符号の説明】
１，１０１…永久磁石式回転電機、２，１０２…固定子、３，１０３…回転子、４，１０４…ティース、４ａ…直線形状、５，１０５…コアバック、６，１０６…固定子鉄心、７，１０７…スロット、８，１０８…電機子巻線、９，１０９…シャフト孔、１０，１１０…回転子鉄心、１１…永久磁石、１２…分割永久磁石、１３…極異方性リング磁石、１４…磁化の強さ、１５…分割極異方性リング磁石、１６…同心円弧、１１１…非同心アーク永久磁石、１１２…永久磁石間隙間、１１３…同心アーク永久磁石、１１４…ティース円弧状部分、１１５…ベベリング、１１６…当て板部、１１７…当て板材、１１８…周方向隙間。
【図１】
2004208341.tif 000003
【図２】
2004208341.tif 000004
【図３】
2004208341.tif 000005
【図４】
2004208341.tif 000006
【図５】
2004208341.tif 000007
【図６】
2004208341.tif 000008
【図７】
2004208341.tif 000009
【図８】
2004208341.tif 000010
【図９】
2004208341.tif 000011
【図１０】
2004208341.tif 000012
【図１１】
2004208341.tif 000013
【図１２】
2004208341.tif 000014
【図１３】
2004208341.tif 000015
【図１４】
2004208341.tif 000016
【図１５】
2004208341.tif 000017
【図１６】
2004208341.tif 000018
【図１７】
2004208341.tif 000019
【図１８】
2004208341.tif 000020
【図１９】
2004208341.tif 000021
【図２０】
2004208341.tif 000022
【図２１】
2004208341.tif 000023
【図２２】
2004208341.tif 000024
【図２３】
2004208341.tif 000025
【図２４】
2004208341.tif 000026
【図２５】
2004208341.tif 000027