(57)【要約】【課題】  本発明は、回転電機における回転子に使用される永久磁石の配置とその活用方法において、永久磁石を効果的に使用することにより効率、性能、出力を飛躍的に改善するとともに、小形化することができる回転電機を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明は、上記の目的を達成する為に、回転子においては永久磁石を放射状とリング状に配置し、放射状配置の永久磁石の磁束を、リング状配置の永久磁石の主磁束に対してほぼ２倍とし、回転子の回転面において、回転子の各磁極ごとの全永久磁石にもとづく磁束分布をほぼ正弦波となるように、回転子の強磁性体からなる磁極形状において、副磁束、溝の形状の調整、および調整溝の幅を設ける等にある。【選択図】      図１１
2005130689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石を用いた回転電機において、回転子における磁石を挿入する上で放射状の磁石を設けた構成とし、該回転子の磁極形状の一部を、該固定子の磁極に対して、相対的に同極（または異極）に対応するのみならず異極（または同極）に対応する位置までの非対称形状を設けた構成としたことを特徴する回転電機。
【請求項２】
磁石を用いた回転電機において、磁石からなる回転子の磁極形状は角度等分配置でなく角度ピッチを変えて、電磁結合からなる固定子の磁極に対して、相対的に角度位置を偏位させ、該回転子における磁石を挿入する上で、放射状の磁石およびリング状の磁石を設けた構成とし、該回転子のリング状の磁石の磁束を直接該回転子の磁石に戻らないように該磁石の周辺に空隙または非磁性体部を設け、回転子と固定子の空隙部の磁束増加を図ることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
磁石を使った回転電機において、該回転子における磁石を挿入する上で、放射状の磁石およびリング状の磁石を設けた構成とし、該回転子の磁極形状の一部を、電磁的結合からなる固定子の磁極に対して、相対的に同極（または異極）に対応するのみならず異極（または同極）対応する位置までの非対称形状を設けた構成としたことを特徴とする回転電機。
【請求項４】
磁石を使った回転電機において、磁石からなる回転子における磁石を挿入する上で、電磁結合による鉄心からなる固定子の軸方向の長さより長い部分の磁石からなる回転子のはみ出し部分においては、放射状の磁石とリング状の磁石の相対する内側を同極とし、電磁結合による鉄心からなる固定子の軸方向の長さより短い部分の磁石からなる回転子のはみ出さない部分においては放射状の磁石とリング状の磁石との相対する内側を異極とした構成を特徴とする回転電機。
【請求項５】
磁石を使った回転電機において、固定子は強磁性体からなる磁極と電機子巻線からなり、
回転子においては永久磁石を放射状とリング状に配置し、
放射状配置の永久磁石の磁束を、リング状配置の永久磁石の磁束に対してほぼ２倍とし、
回転子の回転面において、回転子の各磁極ごとの全永久磁石にもとづく磁束分布をほぼ正弦波となるように、回転子の強磁性体からなる磁極形状において溝の形状の調整、および調整溝の幅を設けたことを特徴とした回転電機。
【請求項６】
磁石を使った回転電機において、固定子は強磁性体からなる磁極と電機子巻線からなり、回転子においては永久磁石を放射状とリング状に配置し、
放射状配置の永久磁石の磁束を、リング状配置の永久磁石の主磁束に対してほぼ２倍とし、更にリング状配置の主磁束の永久磁石に対して副磁束の永久磁石を設けて、回転子の回転面において、回転子の各磁極ごとの全永久磁石にもとづく磁束分布をほぼ正弦波となるように、回転子の強磁性体からなる磁極形状において溝の形状の調整、および調整溝の幅を設けたことを特徴とした回転電機。
【請求項７】
請求項５、６における回転子の永久磁石の放射状配置において、回転軸側に磁束漏れ防止溝を設けるとともに、および回転軸を非磁性体としたことを特徴とした回転電機。
【請求項８】
請求項５、６、７において、回転子の各磁極ごとの間隔において、少なくとも１磁極と他磁極との間隔を不等間隔としたことを特徴とした回転電機。
【請求項９】
磁石を使った回転電機において、回転子の永久磁石を保持している鉄心部の鉄を非磁性体に換え、磁石間の磁束の漏洩を防ぎ、容量の大きい機器にも適用できるようにしたことを特徴とした回転電機や電磁機器。
【請求項１０】
磁石を使った回転電機において、回転子の永久磁石を保持している鉄心部を鉄より軽量な非磁性体に換え、容量の大きい機器にも適用できるように磁石間の磁束の漏洩を防ぎ、回転子の軽量化を可能にしたことを特徴とした回転電機や電磁機器。
【請求項１１】
請求項９、１０において、回転子の永久磁石を保持している鉄心部を鉄より導電性非磁性体に換え、磁石間の磁束の漏洩を防ぎ、容量の大きい機器にも適用できるようにし、誘導起動時に自起動可能にしたことを特徴とした回転電機や電磁機器。
【請求項１２】
磁石を使った回転電機において、回転子の放射状磁石を保持している鉄心部の外周部に磁石を装着できるスロットを設け、該磁石の磁界を放射方向に形成して、固定子磁束との間に、同期回転状態において駆動力を回転方向に付加的に作用させるようにしたことを特徴とした回転電機や電磁機器。
【請求項１３】
請求項１，２，３、５、６、７、８、９、１０、１１および１２における回転子の永久磁石を超伝導などの電磁コイルに置き換えて大容量の機器やリニアモーターなどの移動機に適用拡大したことを特徴とした回転電機や電磁機器。
【請求項１４】
請求項１、３、５、６、７、８、９、１０、１１、１２および１３において、放射やリング状磁石部の磁石を一部除去したり、磁石の磁力を調節したりして、該回転子に設けた非対称形状の磁極部の磁界を調整するようにして一層特性改善を可能にしたことを特徴とした回転電機や電磁機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石を使った回転電機や移動電機としての電動機や発電機において性能向上や効率向上などのための磁極構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の同期電動機は回転子には永久磁石が埋め込まれている永久磁石式同期電動機として定速度運転性及び効率の観点から広く使用されつつある。
特に永久磁石の希土類材料の発展により高性能化、小形化の進歩が著しい状況にある。
しかしながら、更に一層の高効率化、高性能、高出力において、永久磁石の活用方法は未だ不十分であった。永久磁石式発電機としても同様な状況にある。
【０００３】
例えば、特許文献１の磁石式電動機及び発電機がある。本特許では電動機や発電機においては、磁石の配置が放射状に配置して使用されている。さらに、性能向上のために磁石を挿入する回転子の軸方向の長さが巻線を施した固定子の軸方向の長さより大きくし、固定子と回転子間の空隙の磁束を増加できるようにしている。
特許文献２の電動機が他の例としてある。本特許では電動機においては、磁石の配置がリング状に配置して使用されている。複数の永久磁石部を内設したロータを備え、このロータの外周は永久磁石部の端部が隣合う部分に凹部を設けたことを特徴とする。ステータ内周とロータ外周との間の空隙が永久磁石が隣合う部分で大きくなる。つまりその空隙部での磁気抵抗が大きくなることによりステータ内周とロータ外周との磁束分布が正弦波に近づきコギングトルクが低減するとしている。
また、特許文献３が他の例としてある。
【０００４】
本願発明は、永久磁石を回転子内部に埋め込んだ構造を有する同期電動機において、回転子をスキューすることなくコギングトルクを低減可能な回転子構造を提供するために、 回転子内部に配置された永久磁石の磁極がＮからＳへ、もしくはＮからＳへ切り替わる回転子表面の位置が回転子の中心から成す角度を、それぞれの位置に配置された永久磁石毎に不等間隔に配置することでコギングトルクを低減するとしている。この場合は一般的に多い方法で、永久磁石の配置は、回転子の円周にリング状配置としている。しかしながら、高効率化、高性能、高出力においては未だ不十分である。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１５６９４７
【特許文献２】特開２００２−２３８１９３
【特許文献３】特開２００２−１１８９９４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前述の問題点を解決するためになされたものであり、回転電機における回転子に使用される永久磁石の配置とその活用方法において、永久磁石を効果的に使用することにより効率、性能、出力を飛躍的に改善するとともに、小形化することができる回転電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】
【０００７】
本発明は、上記の目的を達成する為に、課題の解決手段を順に追って説明する。
第１の発明は、磁石を用いた回転電機において、回転子における磁石を挿入する上で放射状の磁石を設けた構成とし、該回転子の磁極形状の一部を、該固定子の磁極に対して、相対的に同極（または異極）に対応するのみならず異極（または同極）に対応する位置までの非対称形状を設けた構成としたことを特徴する。
【０００８】
第２の発明は、磁石を用いた回転電機において、磁石からなる回転子の磁極形状は角度等分配置でなく角度ピッチを変えて、電磁結合からなる固定子の磁極に対して、相対的に角度位置を偏位させ、該回転子における磁石を挿入する上で、放射状の磁石およびリング状の磁石を設けた構成とし、該回転子のリング状の磁石の磁束を直接該回転子の磁石に戻らないように該磁石の周辺に空隙または非磁性体部を設け、回転子と固定子の空隙部の磁束増加を図ることを特徴とする。
【０００９】
第３の発明は、磁石を使った回転電機において、該回転子における磁石を挿入する上で、放射状の磁石およびリング状の磁石を設けた構成とし、該回転子の磁極形状の一部を、電磁的結合からなる固定子の磁極に対して、相対的に同極（または異極）に対応するのみならず異極（または同極）対応する位置までの非対称形状を設けた構成としたことを特徴とする。
【００１０】
第４の発明は、磁石を使った回転電機において、磁石からなる回転子における磁石を挿入する上で、電磁結合による鉄心からなる固定子の軸方向の長さより長い部分の磁石からなる回転子のはみ出し部分においては、放射状の磁石とリング状の磁石の相対する内側を同極とし、電磁結合による鉄心からなる固定子の軸方向の長さより短い部分の磁石からなる回転子のはみ出さない部分においては放射状の磁石とリング状の磁石との相対する内側を異極とした構成を特徴とする。
【００１１】
第５の発明は、磁石を使った回転電機において、固定子は強磁性体からなる磁極と電機子巻線からなり、回転子においては永久磁石を放射状とリング状に配置し、放射状配置の永久磁石の磁束を、リング状配置の永久磁石の磁束に対してほぼ２倍とし、回転子の回転面において、回転子の各磁極ごとの全永久磁石にもとづく磁束分布をほぼ正弦波となるように、回転子の強磁性体からなる磁極形状において溝の形状の調整、および調整溝の幅を設けたことを特徴とする。
【００１２】
第６の発明は、磁石を使った回転電機において、固定子は強磁性体からなる磁極と電機子巻線からなり、回転子においては永久磁石を放射状とリング状に配置し、放射状配置の永久磁石の磁束を、リング状配置の永久磁石の主磁束に対してほぼ２倍とし、更にリング状配置の主磁束の永久磁石に対して副磁束の永久磁石を設けて、回転子の回転面において、回転子の各磁極ごとの全永久磁石にもとづく磁束分布をほぼ正弦波となるように、回転子の強磁性体からなる磁極形状において溝の形状の調整、および調整溝の幅を設けたことを特徴とする。
【００１３】
第７の発明は、本発明５、６における回転子の永久磁石の放射状配置において、回転軸側に磁束漏れ防止溝を設けるとともに、および回転軸を非磁性体としたことを特徴とする。
【００１４】
第８の発明は、本発明５、６、７において、回転子の各磁極ごとの間隔において、少なくとも１磁極と他磁極との間隔を不等間隔としたことを特徴とする。
【００１５】
第９の発明は、磁石を使った回転電機において、回転子の永久磁石を保持している鉄心部を鉄より非磁性体に換え、容量の大きい機器にも適用できるように磁石間の磁束の漏洩を防ぐようにしたことを特徴とする。
【００１６】
第１０の発明は、磁石を使った回転電機において、回転子の永久磁石を保持している鉄心部を鉄より軽量な非磁性体に換え、容量の大きい機器にも適用できるように磁石間の磁束の漏洩を防ぎ、回転子の軽量化を可能にしたことを特徴とする。
【００１７】
第１１の発明は、本発明９、１０において、回転子の永久磁石を保持している鉄心部を鉄より導電性非磁性体に換え、磁石間の磁束の漏洩を防ぎ、容量の大きい機器にも適用できるようにし、自起動可能にしたことを特徴とする。
【００１８】
第１２の発明は、磁石を使った回転電機において、回転子の放射状磁石を保持している鉄心部の外周部に磁石を装着できるスロットを設け、該磁石の磁界を放射方向に形成して、固定子磁束との間に、同期回転状態において駆動力を回転または移動方向に付加的に作用させるようにしたことを特徴とする。
【００１９】
第１３の発明は、本発明１、２、３、５、６、７、８、９、１０、１１および１２における回転子の永久磁石を超伝導などの電磁コイルに置き換えて大容量の機器やリニアモーターなどの移動機に適用拡大したことを特徴とする。
【００２０】
第１４の発明は、本発明１、３、５、６、７、８、９、１０、１１、１２および１３において、放射やリング状磁石部の磁石を一部除去したり、磁石の磁力を調節したりして、該回転子に設けた非対称形状の磁極部の磁界を調整するようにして一層特性改善を可能にしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の効果として、第１の発明は、磁石を用いた回転電機において、回転子における磁石を挿入する上で放射状の磁石を設けた構成とし、回転子の磁極形状の一部を、巻き線を施した電磁的結合からなる固定子の磁極に対して、相対的に同極（または異極）に対応するのみならず異極（または同極）に対応する位置までの重なりの非対称形状を設けたことにより、固定子と回転子とが同極（または異極）が主たる位置の場合は反発（引込み）の作用があり、同時に隣接する固定子と回転子とが異極の一部の位置において引込み（反発）作用があり、固定子と回転子との相対的作用によるつながりがよくなり、回転電機の性能向上を図り、トルクのコギング現象を減らし、振動を抑制する効果が得られる。
【００２２】
第２の発明は、磁石を用いた回転電機において、磁石からなる回転子の磁極形状は角度等分配置でなく角度ピッチを変えて、電磁的結合からなる固定子の磁極に対して、相対的に位置を偏位させ、該回転子における磁石を挿入する上で、放射状の磁石およびリング状の磁石を設けた構成とし、該回転子のリング状の磁石の磁束を直接該回転子の磁石に戻らないように該磁石の周辺に空隙または非磁性体部を設け、回転子と固定子の空隙部の磁束の増加を図るとともに、磁石の磁束の漏洩を減じることにより、回転電機の性能向上を図り、トルクのコギング現象を減らし、振動を抑制する効果が得られる。
【００２３】
第３の発明は磁石を使った回転電機において、該回転子における磁石を挿入する上で、放射状の磁石およびリング状の磁石を設けた構成とし、該回転子の磁極形状の一部を、電磁的結合からなる固定子の磁極に対して、相対的に同極（または異極）に対応するのみならず異極（または同極）対応する位置までの非対称形状を設けたことにより、固定子と回転子とが同極（または異極）が主たる位置の場合は反発（引込み）の作用があり、同時に隣接する固定子と回転子とが異極の一部の位置において引込み（反発）作用があり、固定子と回転子との相対的作用によるつながりが良くなり、回転電機の性能向上を大幅に図り、トルクのコギング現象を減らし、振動を抑制するより一層大きな効果が得られる。
【００２４】
第４の発明は、磁石を使った回転電機において、磁石からなる回転子における磁石を挿入する上で、電磁結合による鉄心からなる固定子の軸方向の長さより長い部分の磁石からなる回転子の「はみ出し部分」においては、放射状の磁石とリング状の磁石の相対する内側を同極とし、
電磁結合による鉄心からなる固定子の軸方向の長さより短い部分の磁石からなる回転子の「はみ出さない部分」においては、放射状の磁石とリング状の磁石との相対する内側を異極とした構成としたことにより、回転子と固定子の空隙部の磁束の大幅な増加を図ることを可能とし、回転電機の性能向上をより大幅に図り、トルクのコギング現象を減らし、振動を抑制するより一層大きな効果が得られる。
【００２５】
第５の発明は、永久磁石式回転電機として、回転子において、狭いスペースにおいて永久磁石をリング状と放射状に配置し、且つ、放射状配置の永久磁石の磁束を、リング状配置の永久磁石の磁束に対してほぼ２倍とした構成であることにより、各磁極における磁束を大幅に増加できる。この各磁極における磁束の分布波形を回転面において高調波成分を減らしほぼ正弦波に近づけるために、回転子の強磁性体からなる磁極形状において磁極の中心線上で磁束が大きく、磁極の境界に近づくに従って低減するように、予め磁束計にて、溝の形状を扇形にして磁束分布を調整し、また調整溝の幅を設けることにより、小形回転電機において発電機として、数キロワットの高出力で、９５％以上の効率が得られている。
【００２６】
第６の発明は、永久磁石式回転電機として、回転子において、狭いスペースにおいて永久磁石をリング状と放射状に配置し、且つ、放射状配置の永久磁石の磁束を、リング状配置の永久磁石の主磁束に対してほぼ２倍とした構成に、更に、リング状配置の主磁束の永久磁石に対して副磁束の永久磁石を設けてあることにより、各磁極における磁束を大幅に増加できる。更に、この各磁極における磁束の分布波形を回転面において高調波成分を減らしほぼ正弦波に近づけるために、回転子の強磁性体からなる磁極形状において磁極の中心線上で磁束が大きく、磁極の境界に近づくに従って低減するように、予め磁束計にて、副磁束の永久磁石の磁束量、および溝の形状を扇形にして磁束分布を調整し、また調整溝の幅を設けることにより、小形回転電機において発電機として、数キロワットの高出力で、９５〜９７％の効率が得られている。
【００２７】
第７の発明は、上述における回転子の永久磁石の放射状配置において、回転軸側に磁束漏れの防止溝を設けるとともに、および回転軸を非磁性体とする構成とすることとにより、磁束をより一層有効に活用できる。小形回転電機において発電機として、数キロワットの高出力で、９５〜９８％の高効率が得られている。
【００２８】
第８の発明は、前述の効果のある構成の永久磁石式回転電機において、回転子における各磁極ごとの間隔において、少なくとも１磁極と他磁極との間隔を不等間隔とすることにより、回転子のコッキングトルクを防止できる。当然なことであるが、各列各組間において磁極の偏移（スキュー）と併用しても良い。
【００２９】
第９の発明は、磁石を使った回転電機において、回転子の永久磁石を保持している鉄心部を鉄より非磁性体に換え、回転子の大型化に伴う磁石間の磁束の漏洩を防ぐことにより容量の大きい機器にも適用できるようになる。
【００３０】
第１０の発明は、磁石を使った回転電機において、回転子の永久磁石を保持している鉄心部を鉄より軽い非磁性体に換え、容量の大きい機器にも適用できるように磁石間の磁束の漏洩を防ぎ、回転子の軽量化を可能にし、シャフトの軽量化や軸受の損失を少なくしうる。
【００３１】
第１１の発明は、回転子の永久磁石を保持している鉄心部を鉄より軽量な導電性非磁性体に換え、容量の大きい機器にも適用できるように磁石間の磁束の漏洩を防ぎ、回転子の軽量化をはかり、誘導起動時に自起動可能にしうる。
【００３２】
第１２の発明は、磁石を使った回転電機において、回転子の放射状磁石を保持している鉄心部の外周部に磁石を装着できるスロットを設け、該磁石の磁界を放射方向に形成して、固定子磁束との間に、同期回転状態において常時吸引および反撥力を発生させ、駆動力を回転方向に付加的に作用させるようにしうる。
【００３３】
第１３の発明は、回転子の永久磁石を超伝導等の電磁石で構成することにより、一層の高出力、高効率の回転電機リニアモーターなどの移動機に適用拡大可能となる。
【００３４】
第１４の発明は、上述の発明において、放射やリング状磁石部の磁石を一部除去したり、磁石の磁力を調節したりして、該回転子に設けた非対称形状の磁極部の磁界を調整するようにして一層特性改善を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明の実施例を以下説明する。
【００３６】
本発明の実施例１、実施例２、実施例３、実施例４の回転電機１を同時に図１に示す。２１、２２、２３、２４は回転子、３は固定子、１５は回転軸、１６は巻き線を示す。
本発明の実施例１を図２に示す。２１は回転子、４１は回転子２１の電磁鋼板からなる鉄心の磁極、５は回転子２１の磁石を示す。磁極４１には放射状に磁石５を配置する形状となっている。６は溝を示し、７は取付け穴を示す。
参考までに図３は従来の放射状に磁石を設けた回転子の形状の一例を示す。
回転子２１の磁極４１には放射状に磁石５を配置される形状において、回転子２１の磁極４１の形状の一部８は「突起形状」を非対称に設けてある。従来は図３に示すように対象形状となっている。さらに回転子２１の取付け穴７を介して反転して回転子２１を重ねることが可能となる。従って実質的に回転子２１の磁極４１の角度はさらに広がることになる。この結果、固定子３の磁極に対して、相対的に同極（または異極）に対応するのみならず異極（または同極）に対応する位置までの広がりをもっていることになる。
回転電機１が発電機作用または電動機作用において、固定子３と回転子２1とが同極（または異極）が主たる位置の場合は反発（引込み）の作用があり、同時に隣接する固定子３と回転子２1とが異極の一部の位置において引込み（反発）作用があり、固定子３と回転子２1との相対的作用によるつながりが良くなる。回転電機１の性能向上を図り、トルクのコギング現象を減らし、振動を抑制する効果が得られる。
【００３７】
本発明の実施例２を図４に示す。２２は回転子、４２は回転子２２の電磁鋼板からなる鉄心の磁極、５は回転子２２の磁石を示す。さらに、磁極４２には放射状に磁石５を配置する形状とするとともにリング状に磁石９配置する形状とし、さらに磁極４２に溝１０、１１を設けてある。参考までに図５は従来の放射状に磁石を設けた回転子の形状を示す。
該回転子２２のリング状の磁石９は磁束を直接該回転子２２の磁石９に戻らないように該磁石９の周辺の溝１０、１１には空隙または非磁性体部を設ける。係る構成によって、回転子２２と固定子３との空隙部の磁束の大幅な増加を図っている。
【００３８】
さらに、磁石５は相対する隣の磁石に対して同極で対面して設置されている。回転子２１の磁極５は、例えば６極の場合、６０度の角度の等分配置でなく５極は一極ずつ６０度×（１７０〜１７６）／１８０の角度ピッチとしてある。残りの一極は６０度＋５度×（１７０〜１７６）／１８０として配置されている。一方の固定子３の磁極はこの６極の場合６０度に等分割されている。従って、電磁的結合からなる固定子３の磁極に対して、相対的に位置を偏位されている。
係る構成にすることによって、回転電機１の性能の大幅な向上が図れるとともに、より一層トルクのコキングを抑制し、振動等を低減できる。
【００３９】
なお、各磁極鉄心の磁極４１、４２に磁石５を挿入する放射状のスロットを設け磁石５が放射方向に長さを調整できるようにしてあり、磁石５が放射方向に長さを調整できるようにし、また磁石５を挿入する放射状のスロットを設けてあるので、特に磁束を強くする時は強い磁石やスロットいっぱいの磁石を使うようにする。また磁石５、９を着脱自在の構造にすることにより、電動機や発電機の特性の変更や調整を容易にすることが可能となる。
【００４０】
本発明の実施例３を図６に示す。２３は回転子、４３は回転子２３の電磁鋼板からなる鉄心の磁極を示す。
回転子２３の磁極４３には、放射状に磁石５を配置し、磁極４３の形状の一部６を設けるとともに、リング状に磁石９を配置し、磁石９の周辺の溝１０、１１には空隙または非磁性体部を設けられている。
本構成は実施例１と実施例２の両者を組み合わせた構成となっている。
従って、両者の特徴により、両者の相乗効果を発揮する。
よって、回転子２３と固定子３との空隙部の磁束の大幅な増加を図っているとともに、回転子２３と固定子３の磁極間の結合を偏位、一部重なりの「突起形状」８等により、回転電機１の大幅な性能向上、トルクのコギングの抑制、振動の低減が図られている。
【００４１】
本発明の実施例４を図７、図８に示す。１は回転電機、２４、２４ａ、２４ｂは回転子、３は固定子、４４は回転子２４ａ、２４ｂの電磁鋼板からなる鉄心の磁極を示す。回転電機１において、磁石５、９からなる回転子２４における磁石５、９を挿入する上で、巻き線１６の電磁結合による鉄心からなる固定子３の軸方向の長さより長い部分の磁石５、９からなる回転子２４の「はみ出し部分」２４ａにおいては放射状の磁石５とリング状の磁石９の相対する内側を同極とし、電磁結合による鉄心からなる固定子３の軸方向の長さより短い部分の磁石５、９からなる回転子２４の「はみ出さない部分」２４ｂにおいては放射状の磁石５とリング状の磁石９との相対する内側を異極とした構成とされている。係る構成により、回転子２４の「はみ出し部分」２４ａの磁束は矢印の方向となり、回転子２４の「はみ出さない部分」２４ｂの磁束は矢印の方向となっている。従って回転子２４の「はみ出し部分」２４ａの磁束と「はみ出さない部分」２４ｂの磁束は重畳される。係る構成の結果、「はみ出し部分」２４ａの長さにほぼ比例して回転子２４と固定子３の空隙部の磁束の大幅な増加を図ることを可能とし、回転電機１の格段と性能向上をより大幅に図り、トルクのコギング現象を減らし、振動を抑制するより一層大きな効果が得られる。
この結果、回転電機１は小型の電動機でも９５〜９８％の高効率を得ている。また同出力容量の回転電機１の場合従来に比較し、より一層小型化が図られうる。
本発明の別の具体的な構成として、図９、図１０、図１１、図１２、図１３に回転電機の断面図を示す。
１０１、１０１’、１０２、１０２'は本発明の永久磁石式回転電機、１０２は固定子、１０３は回転子であって、固定子１０２は電機子巻線１０４と固定子磁極鉄心１０５によって構成されている。回転子１０３としては回転子磁極鉄心１０６に、各磁極ごとに永久磁石が放射状およびリング状に１７１、１７２、更には１７３をそれぞれ組み合わせて配置されている。１０８は各永久磁石の各相としての隔壁・組立板である。図９では３列３組の回転子１０３の構成を示している。
なお、１１２は回転軸、１１３は回転軸受、１１４は筐体を示す。
【００４２】
図１０、図１１において、各回転子１０３としては回転子磁極鉄心１０６において放射状配置の永久磁石１７１の磁束はリング状配置の永久磁石１７２の磁束はほぼ２倍に構成されている。
【００４３】
また、固定子１０２と回転子１０３との各磁極の回転面において、回転子３に設けた放射状配置の永久磁石１７１の磁束およびリング状配置の永久磁石１７２からなる各磁極の磁束は、予め磁束計を用いて、溝１０９の扇形形状ａ、ｂ、調整溝１１０の幅ｃを設けることにより磁束分布の加工調整を可能としている。
係る構成により、各磁極における磁束の分布波形を回転面において高調波成分を減らしほぼ正弦波に近づけうる。
【００４４】
また、固定子１０２と回転子１０３との各磁極の回転面において、回転子１０３に設けた放射状配置の永久磁石１７１の磁束及びリング状配置の主磁束の永久磁石１７２と副磁束の永久磁石１７３からなる各磁極の磁束は、予め磁束計を用いて、溝１０９の扇形形状ａ、ｂ、副磁束の永久磁石１７３のサイズ等による磁束量を設けることにより磁束分布の調整を可能としている。
係る構成により、磁束量の強化および各磁極における磁束の分布波形を回転面において高調波成分を減らしほぼ正弦波に近づけうる。
【００４５】
また、回転子１０３に設けた放射状配置の永久磁石１７１の磁束を回転軸側からの磁束漏れを防止するために、磁束漏れ防止溝１１１を設け、且つ回転軸１１２を非強磁性体としてある。係る構成により回転面への磁束に有効に寄与される。
【００４６】
また、回転子１０３における各磁極ごとの間隔において、例えば図１０、図１１は４極から構成され、３極間の間隔の角度は各８８度であり、他の１極の間隔の角度は９６度とすることは容易である（図示省略）。係る構成等により少なくとも１磁極と他磁極との間隔を不等間隔とすることにより、回転子のコッキングトルクを防止できる。当然なことであるが、各列各組間において磁極の偏移（スキュー）と併用しても良い。
【００４７】
以上、本発明の構成により、小形回転電機１０１、１０１’において発電機として、数キロワットの高出力で、９５〜９８％の高効率が得られている。
【００４８】
また、小形回転電機１０２において、発電機として本発明の回転子１０５の回転子鉄心１０６の放射状スロットに挿入している磁石１７１の外周部に新たにスロットを設け、磁石１７４の磁界の方向を放射方向に向くように入れ、回転子が同期速度で回転しているとき、固定子で形成される磁極と磁石１７４との間で常時反撥及び吸引力を発生させ、回転中常に駆動力が発生するようにし、出力増加と効率向上を図っている。
更に小形回転電機１０２’において、発電機として本発明の回転子１０５の回転子鉄心１０６を非磁性体１２０や導電性非磁性体１２１で構成することにより、一層の高出力、高効率及び誘導起動可能な回転電機とすることが可能である。
【００４９】
また、本発明の回転子１０３の永久磁石１７１、１７２、１７３、１７４を超伝導等の電磁石で構成することにより、一層の高出力、高効率の回転電機とすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の活用例として、一般産業用機器、家庭用電機器、自動車・車両用機器、風力・水力・火力等の電機器等、医療機器、応用範囲は極めて広く利用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明実施例１の回転電機
【図２】本発明実施例１の回転子２１の図
【図３】従来の回転子の例の図
【図４】本発明実施例２の回転子２２の図
【図５】従来の回転子の他の例の図
【図６】本発明実施例３の回転子２３の図
【図７】本発明実施例４の回転子２４ａ、２４ｂの磁束、および固定子３の磁束
【図８】本発明実施例４の回転子２４ａの図
【図９】本発明実施例５の回転電機の断面図
【図１０】本発明実施例６の回転電機の断面図
【図１１】本発明実施例７の回転電機の断面図
【図１２】本発明実施例８に駆動力嵩上げようの磁石を用いた回転電機の断面図
【図１３】本発明実施例８の回転子の鉄心の換りに非磁性体を用いた回転電機の断面図
【符号の説明】
【００５２】
１、１０１、１０１’、１０２、１０２’：回転電機
２１、２２、２３、２４、２４ａ、２４ｂ、１０３：回転子
３、１０２：固定子      ４１、４２、４３、４４：磁極
５、１７１、１７２、１７３、１７４：磁石      ６：溝
７：取付け穴      ８：突起形状      ９：磁石
１０：溝      １１：空隙、非磁性体
１６、１０４：固定子の電機子巻線
１０５：固定子磁極鉄心      １０６：回転子磁極鉄心
１０８：回転子の隔壁・組立板      １０９：溝（扇形形状）
１１０：調整溝      １１１：磁束漏れ防止溝
１５、１１２：回転軸      １１３：回転軸受
１１４：筐体      １２０、１２１：非磁性体磁石ホルダー
Ｎ、Ｓ：磁石の極性
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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