(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心のティースに巻線を施した固定子と、放射状に配置された永久磁石挿入孔と回転軸とを有する回転子鉄心と、前記永久磁石挿入孔に埋め込まれた永久磁石と、前記回転子鉄心の前記回転軸側に配置された非磁性体とを有し、前記回転軸から伸びるスパイダが前記永久磁石間下部に配置され、前記永久磁石の前記非磁性体側の中心をｍｃ１，ｍｃ２とし、このｍｃ１，ｍｃ２の距離をｄ１とし、ｍｃ１から前記スパイダの前記非磁性体側の中心ｐまでの距離をｄ２とし、スパイダ位置係数Ｃｐを用いてｄ２＝Ｃｐ・ｄ１と表したとき、スパイダ位置係数ＣｐをＣｐ≒０.５ としたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２】
固定子鉄心のティースに巻線を施した固定子と、放射状に配置された永久磁石挿入孔と回転軸とを有する回転子鉄心と、前記永久磁石挿入孔に埋め込まれた永久磁石と、前記回転子鉄心の前記回転軸側に配置された非磁性体とを有し、前記回転軸から伸びるスパイダが前記永久磁石間下部に配置され、前記永久磁石の前記非磁性体側の中心をｍｃ１，ｍｃ２とし、このｍｃ１，ｍｃ２の距離をｄ１とし、ｍｃ１から前記スパイダの前記非磁性体側の中心ｐまでの距離をｄ２とし、スパイダ位置係数Ｃｐを用いてｄ２＝Ｃｐ・ｄ１と表したとき、スパイダ位置係数Ｃｐを０.４≦Ｃｐ≦０.６としたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石式回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、永久磁石式回転電機の永久磁石の表面磁束を有効に活用する構造として、特開２０００−１５２５３４号公報（以下引例１と称す）には、永久磁石を放射状に配置し、回転子鉄心の外径を磁極の中心で大きく、磁極と磁極の境で小さくし、回転子鉄心と軸の間に非磁性体を介在させたものが記載されている。また、回転子の径が大きい場合には、スパイダ構造を用いる。特開平１０−174325号公報（以下引例２と称す）には、スパイダに永久磁石及び、非磁性の極間スペーサ，非磁性の側面保護部材と外周保護部材で構成された回転子が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
永久磁石式回転電機では、永久磁石を放射状に配置することにより、磁石の磁束を有効に使うことができ、磁石量の低減を図ることができ、回転電機を小型軽量化することができる。しかしながら、軸が磁性体の場合では、軸に磁束が流れてしまうため特性が低下してしまう。そのため引例１では回転子鉄心と軸の間に非磁性体を介在させている。しかしながら、軸は磁性体のため、非磁性体を厚くしなければならないという問題がある。また、回転子鉄心を大径化し、スパイダを用いることにより非磁性体の厚さを低減することも可能であるが、磁性体であるスパイダの取り付け位置によっては、スパイダを磁束が通ってしまうため、回転電機の特性が低下してしまう問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
以上の点に鑑み本発明は、永久磁石式回転電機において、強度を保ちつつ、非磁性体の厚さを低減し、磁石の磁束を有効に活用でき、小型軽量化を図ることができる永久磁石式回転電機を提供する。
【０００５】
本発明の特徴は、固定子鉄心のティースに巻線を施した固定子と、永久磁石を回転子鉄心に放射状に埋め込んだ回転子を備えた永久磁石式回転電機において、回転軸から伸びるスパイダを磁極下に設けることにある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
【０００７】
図１に、３０極の永久磁石式回転電機に適用した第１実施例につき回転子軸方向断面を示した図である。回転子１０は、回転軸１１から伸びるスパイダ１２に非磁性体１３を接合し、非磁性体１３上部に回転子鉄心１４を嵌合固着し、この回転子鉄心１４に放射状に形成された永久磁石挿入孔１５に、永久磁石１６を軸方向から、着磁方向１７のように、隣り合う永久磁石１６のＮ極とＳ極とが向かい合うように３０個挿入し、組込むことによって構成され、固定子２０の内部に固定子ティース先端部２１とギャップ２２を有する状態で回転可能に配置されている。固定子ティース２３の間にはスロット２４があり、ここには図示されていないが、スロット２４には三相の分布巻巻線、あるいは固定子ティース２３に集中的に巻かれた三相の集中巻巻線が配置される。
【０００８】
図２は、第１実施例につき、回転子１０を拡大して示したものである。スパイダ１２は、磁極２５の下部に配置されている。このスパイダ１２の位置は、永久磁石１６の非磁性体１３側の中心をｍｃ１，ｍｃ２で表し、このｍｃ１，ｍｃ２の距離をｄ１とし、ｍｃ１からスパイダ１２の非磁性体１３側の中心ｐまでの距離をｄ２としたとき、スパイダ位置係数Ｃｐを用いてｄ２＝Ｃｐ・ｄ１となるように設定する。第１実施例においてはＣｐ＝０.５となる。
【０００９】
また、非磁性体１３の厚さをｔ１，回転子鉄心１４の厚さをｔ２で表している。
【００１０】
図３は、比較例１として、スパイダ１２を永久磁石１６下部、すなわちＣｐ＝０あるいはＣｐ＝１の位置に設けた回転子３０を拡大して示したものである。図２と図３を用いて本発明の効果を説明すると、比較例１のようにスパイダ１２を永久磁石１６下部に設けると、永久磁石１６から発生する磁束はスパイダ１２を通るため、漏れ磁束が増え、誘導起電力の実効値が低下する。しかしながら、第１実施例のように、スパイダ１２を磁極２５下部に設けることにより、永久磁石１６から発生する磁束はスパイダ１２を通り難くなるため、漏れ磁束が減少し、誘導起電力の実効値が増加することとなる。誘導起電力の実効値により、回転電機の体格を決定するため第１実施例の構造とすることにより、回転電機を小型軽量化することができる。
【００１１】
図４は、縦軸を誘導起電力値とし、横軸を回転子位置（電気角で表示）としてスパイダ１２を磁極２５下部に設けた第１実施例の誘導起電力波形４１と、比較例１としてスパイダ１２を永久磁石１６下部に設けた場合の誘導起電力波形４２を示す。スパイダの取り付け位置により、誘導起電力の実効値が変化していることがわかる。誘導起電力波形４１の実効値は３７６.３Ｖ であり、誘導起電力波形４２の実効値は３１１.９Ｖ であるため、スパイダ１２を磁極２５下部に設けることにより、誘導起電力の実効値を約１.２ 倍することができる。
【００１２】
図５は、縦軸を誘導起電力値とし、横軸を厚さ係数Ｃとしてスパイダ１２を磁極２５下部に設けた第１実施例の効果５１と比較例１の効果５２を示す。ここで、前記非磁性体の厚さｔ１と前記回転子鉄心の厚さｔ２を用いてｔ１＝Ｃ・ｔ２と表したとき同図より、厚さ係数Ｃが０.８ 以下において第１実施例と比較例１の誘導起電力に差が生じており、厚さ係数Ｃ＝０.０４ において第１実施例の誘導起電力は３７５.０Ｖ であり、比較例１の誘導起電力２６３.３Ｖの１.４２倍とすることができる。但し、非磁性体の厚さｔ１は製作限界を考慮し１mm以上とする。
【００１３】
図６は、縦軸を誘導起電力値とし、横軸をスパイダ位置係数Ｃｐとして、第１実施例においてスパイダ位置を変化させた場合の効果６１を示す。同図より
０.１６７≦Ｃｐ≦０.８３３の範囲では、誘導起電力値がＣｐ＝０あるいはＣｐ＝１と比較して約１割高い。そのためスパイダ位置係数Ｃｐは０.１６７≦Ｃｐ≦０.８３３と設定することが望ましい。さらに、Ｃｐ≒０.５(０.４≦Ｃｐ≦
０.６）に設定すると最も誘導起電力値が高くなる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、永久磁石式回転電機において、磁石の磁束を有効に活用でき、小型軽量化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の永久磁石式回転電機における主要断面の概略を示す図。
【図２】図１の部分拡大図。
【図３】本発明の比較例の部分拡大図。
【図４】本発明の第１実施例の効果を示す図。
【図５】本発明の第１実施例の効果を示す図。
【図６】本発明の第１実施例の効果を示す図。
【符号の説明】
１０，３０…回転子、１１…回転軸、１２…スパイダ、１３…非磁性体、１４…回転子鉄心、１５…永久磁石挿入孔、１６…永久磁石、２０…固定子、２１…固定子ティース先端部、２２…ギャップ、２５…磁極。
【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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