(57)【要約】【課題】  磁石貼り付け後の後切削工程を省くことができ、高い磁束密度が得られ、高トルク化のモータを提供する。【解決手段】  回転軸と，回転子鉄心と，前記回転子鉄心の外周面に固定された複数極の磁極を持ち，前記磁極は１極当り複数個の永久磁石に分割されていて，各永久磁石の磁化方向が磁極中心に集中するように配置された磁石配列，いわゆるＨａｌｂａｃｈ磁石配列を備えた永久磁石型同期電動機の回転子において、１極を構成するＨａｌｂａｃｈ磁石配列の中心に配置される磁石を主磁石、他を補磁石としたとき、補磁石の厚みを主磁石の厚みよりも小さく設定した。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と，回転子鉄心と，前記回転子鉄心の外周面に固定された複数極の磁極を持ち，前記磁極は１極当り複数個の永久磁石に分割されていて，各永久磁石の磁化方向が磁極中心に集中するように配置された磁石配列，いわゆるＨａｌｂａｃｈ磁石配列を備えた永久磁石型同期電動機の回転子において，
１極を構成するＨａｌｂａｃｈ磁石配列の中心に配置される磁石を主磁石、他を補磁石とし、主磁石の厚みをＨ１、補磁石の厚みをＨ２としたときに、
Ｈ１＞Ｈ２
としたことを特徴とする永久磁石型同期電動機の回転子。
【請求項２】
中央部を空けて放射状に延びるティースを内包する環状の固定子鉄心と、該ティースに巻装された巻線と、から成る固定子と、
前記ティースの先端に形成された中央空間に配備される請求項１記載の回転子と、から成ることを特徴とする永久磁石型同期電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，いわゆる永久磁石型同期電動機に関し，特にその回転子の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、永久磁石型同期電動機の回転子の磁石配列には図２のようなものがある。図２はラジアル配向の磁石配列の一例を示している。
図において、回転子２０は回転軸２１の周囲に回転子鉄心２２とその周囲に永久磁石２３を偶数個（図では６個の場合を示している。）、磁極の向きを交互に逆にして周方向表面に配列して成るものである。
この構成によると、製造が簡単でコストダウンになるものの、高い磁束密度が得られにくく、したがってモータの高トルク化にあまり有効ではなかった。
【０００３】
これに対して、このラジアル配向の磁石配列の欠点を解決するものとして、いわゆるＨａｌｂａｃｈ（ハルバッハ）磁石配列が提案されている（例えば、非特許文献１、特許文献１〜３参照）。
【０００４】
【非特許文献１】大橋著「希土類磁石の応用」新磁性材料セミナ、２００１年１１月１６日、ｐｐ．６３−６６
【特許文献１】特開平５−１０１９５６号公報
【特許文献２】特開２００３−１２４０１９号公報
【特許文献３】特開平１０−１９１５８５号公報
【０００５】
図３は、上記非特許文献１記載のＨａｌｂａｃｈ磁石配列と同じような同期電動機の回転子の１例の横断面図である。
図３において、３０は回転子、３１は回転軸、３２は回転子鉄心である。３３は１極分の磁極で、ここでは主磁石（永久磁石）３４と３個の補磁石（永久磁石）３４’で１極を成している。したがって、ここでは磁極数が６極、１極の分割数が４個の場合のＨａｌｂａｃｈ磁石配列となっている。各永久磁石３４の中に描かれている矢印３５、３５’は各永久磁石の磁化方向を示している。３５は磁化方向が垂直方向を向く主磁石の磁化方向、３５’は磁化方向が垂直以外の方向を向く補磁石の磁化方向を示している。
このように、Ｈａｌｂａｃｈ磁石配列は１極当り複数個の永久磁石に分割し、各永久磁石の磁化方向３５’を少しずつ変えることにより、磁極中心に磁束が集中するように各永久磁石を配列しているので、高い磁束密度が得られ、モータの高トルク化などに極めて有効である。分割数は、通常１極当り２〜５分割が用いられる。
【０００６】
図４は図３のＨａｌｂａｃｈ磁石配列回転子を用いた同期電動機の一例を示す横断面図である。図において３０はＨａｌｂａｃｈ磁石配列回転子で、３１は回転軸、３２は回転子鉄心、３３は永久磁石、また４０は固定子で、４１は固定子鉄心、４１ａはティース、４２は固定子巻線である。固定子鉄心４２は珪素鋼板などの薄板材を多数枚積層して形成し、固定子４０の内側は放射状のティース４２ａとなっており、そのティース４２ａにそれぞれ絶縁被覆電線４２が巻装されている。固定子４０の中央空間内に、表面に永久磁石３４がＨａｌｂａｃｈ磁石配列された図３の回転子３０が配置されている。そこで固定子巻線３２に三相交流電流を流すことにより回転磁界が発生し、回転子３０を回転させている。
このようなＨａｌｂａｃｈ磁石配列を持つ同期電動機の回転子３０は、ラジアル配向の磁石配列と比較して、高い磁束密度が得られ、モータの高トルク化に極めて有効である。
【０００７】
図５は、同じくＨａｌｂａｃｈ磁石配列の１例を示すもので、ここでは磁極数が８極、１極の分割数が１個の場合の例を示している。
図において、５０は回転子、５１は回転軸、５２は回転子鉄心である。５３は１極分の磁極で、ここでは１個の主磁石（永久磁石）５４と１個の補磁石（永久磁石）５４’で１極を成している。各磁石５４、５４’の中に描かれている矢印５５、５５’はそれぞれ各磁石５４、５４’の磁化方向を示している。
この場合、主磁石５４の厚みＨ１と補磁石５４’の厚みＨ２は互いに等しく設定され（Ｈ１＝Ｈ２）、また主磁石５４１と補磁石５４’は互いに隙間なく配置されている。これは図３に示したＨａｌｂａｃｈ磁石配列の回転子についても全く同様のことが言える。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、従来のＨａｌｂａｃｈ磁石配列を用いた回転子は、複数の磁石を貼り付けるために、貼り付け作業のばらつき、磁石の厚みまたは幅の形状誤差等により、主磁石と補磁石との間に段差が生じ、磁石表面で凹凸が生じ易いという問題があった。
磁石貼り付け時に生じた段差は、磁石表面上の磁束分布に歪を生じさせるため、モータ特性に悪影響を与えるという問題がある。
このため磁石表面の段差をなくし、磁束密度の歪が生じないよう、磁石貼り付け後に切削を行わなければならないという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、磁石貼り付け後の切削工程を省き、良好な磁束密度分布を得ることのできるＨａｌｂａｃｈ磁石配列を用いた永久磁石型同期電動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】
【０００９】
上記問題を解決するため、請求項１記載の発明は、回転軸と，回転子鉄心と，前記回転子鉄心の外周面に固定された複数極の磁極を持ち，前記磁極は１極当り複数個の永久磁石に分割されていて，各永久磁石の磁化方向が磁極中心に集中するように配置された磁石配列，いわゆるＨａｌｂａｃｈ磁石配列を備えた永久磁石型同期電動機の回転子において，１極を構成するＨａｌｂａｃｈ磁石配列の中心に配置される磁石を主磁石、他を補磁石とし、主磁石の厚みをＨ１、補磁石の厚みをＨ２としたときに、Ｈ１＞Ｈ２としたことを特徴とするものである。
このように補磁石の厚みを主磁石の厚みよりもあらかじめ小さく設定したため、磁石貼り付け時の段差を吸収できるので、回転子製造時の後切削工程を省くことができる。
請求項２記載の永久磁石型同期電動機の発明は、中央部を空けて放射状に延びるティースを内包する環状の固定子鉄心および該ティースに巻装された巻線とから成る固定子と、前記ティースの先端に形成された中央空間に配備される請求項１記載の回転子と、から成ることを特徴とする。
このように補磁石の厚みを主磁石の厚みよりも小さくした回転子を用いるので切削工程を省くことができるため、磁石組み立て後に加工することなく高性能な同期電動機を提供することができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上述べたように、本発明によれば、回転軸と，回転子鉄心と，前記回転子鉄心の外周面に固定された複数極の磁極を持ち，前記磁極は１極当り複数個の永久磁石に分割されていて，各永久磁石の磁化方向が磁極中心に集中するように配置された磁石配列，いわゆるＨａｌｂａｃｈ磁石配列を備えた永久磁石型同期電動機の回転子において、１極を構成するＨａｌｂａｃｈ磁石配列の中心に配置される磁石を主磁石、他を補磁石としたとき、補磁石の厚みを主磁石の厚みよりも小さく設定したことにより、磁石貼り付け時の段差を吸収できるため、後切削工程を省くことができるという効果がある。
また、磁石表面における磁束分布の歪みを抑えることができるため、高性能な永久磁石型同期電動機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明について、図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る回転子の断面図である。
図において、１０は本発明に係る回転子、１１は回転軸、１２は回転子鉄心である。１３は１極分の磁極で、ここでは１個の主磁石（永久磁石）１４と１個の補磁石（永久磁石）１４’で１極を成している。各磁石１４、１４’の中に描かれている矢印１５、１５’はそれぞれ各磁石１４、１４’の磁化方向を示している。主磁石１５および補磁石１５’は回転軸１１上に接着などにより貼り付けられている。４は磁石の磁化方向を示しており、いわゆるＨａｌｂａｃｈ磁石配列構造となっている。そして、補磁石１５’の厚みＨ２は主磁石１５の厚みＨ１よりも小さくしている（Ｈ１＞Ｈ２）。
補磁石の厚みＨ２および主磁石の厚みＨ１は、磁石表面における磁束密度分布が正弦波になるよう設定する。また、補磁石の厚みＨ２の決定は有限要素法による解析結果などから求めることができる。
このように補磁石１５’の厚みＨ２を主磁石１５の厚みＨ１よりもあらかじめ小さく設定することにより、磁石貼り付け時の段差を吸収できるため、後切削工程を省くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る回転子の断面図である。
【図２】従来技術に係る回転子のラジアル配向の磁石配列の一例を示している。
【図３】従来技術に係るＨａｌｂａｃｈ磁石配列の一例を示している。
【図４】図３のＨａｌｂａｃｈ磁石配列回転子を用いた同期電動機の一例を示す横断面図である。
【図５】同じくＨａｌｂａｃｈ磁石配列の１例で磁極数が８極、１極の分割数が１個の場合の例を示している。
【符号の説明】
【００１３】
１０  本発明に係る回転子
１１  回転軸
１２  回転子鉄心
１３  １極分の磁極
１４  主磁石
１４’  補磁石
１５，１５’磁石の磁化方向
Ｈ１  主磁石の厚み
Ｈ２  補磁石の厚み
【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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