(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子コイルを持つ固定子と、中心部に回転子シャフトを有し、隣り合う磁極間を通る前記電機子の磁束を打ち消すように回転子鉄心内の永久磁石埋め込み穴に永久磁石を設け、かつ前記磁極間の永久磁石の外周側に非磁性部を設けることによって周方向に磁気的凹凸を有する回転子とを備えた永久磁石式リラクタンス型回転電機において、
前記回転子シャフトを中空とすると共にその空隙部の軸方向中央部分だけを中実にし、当該回転子シャフト内に冷媒の通る冷却パスを形成したことを特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項２】
前記固定子及び回転子を収容するフレームを有し、前記回転子シャフト、回転子鉄心及び固定子鉄心に半径方向の冷却パスを設け、この冷却パスに前記回転子の回転による遠心作用により冷媒を通すようにすると共に、前記回転子シャフトの軸方向両端の側面に冷媒が通る孔を設けたことを特徴とする請求項１記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項３】
前記回転子シャフトの片側の軸受けの外径を汎用の軸受けの外径よりも大きくすると共に、前記片側の軸受けを軸方向に与圧する与圧バネを設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項４】
前記片側の軸受けとは反対側の軸受けを前記回転子シャフトの内径側に配置して前記冷媒に接するようにすると共に、前記各軸受けを介して前記回転子シャフトを支持するフレームが内側に突出して前記反対側の軸受けを支持する中空の軸支部を有することを特徴とする請求項３記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項５】
電機子コイルを持つ固定子と、中心部に回転子シャフトを有し、隣り合う磁極間を通る前記電機子の磁束を打ち消すように回転子鉄心内の永久磁石埋め込み穴に永久磁石を設け、かつ前記磁極間の永久磁石の外周側に非磁性部を設けることによって周方向に磁気的凹凸を有する回転子とを備えた永久磁石式リラクタンス型回転電機において、
前記回転子シャフトは、パイプ形状のシャフトの周りにリングを溶接して構成し、前記シャフト内に冷媒を流すようにしたことを特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項６】
電機子コイルを持つ固定子と、中心部に回転子シャフトを有し、隣り合う磁極間を通る前記電機子の磁束を打ち消すように回転子鉄心内の永久磁石埋め込み穴に永久磁石を設け、かつ前記磁極間の永久磁石の外周側に非磁性部を設けることによって周方向に磁気的凹凸を有する回転子とを備えた永久磁石式リラクタンス型回転電機において、
固定子鉄心の最外周部の外側にパイプを配置し、当該パイプ内に冷媒を流すようにしたことを特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項７】
前記パイプの軸方向両端部を端板の周延部に結合し、当該端板の中心部に前記回転子シャフトを受持させたことを特徴とする請求項６記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項８】
電機子コイルを持つ固定子と、中心部に回転子シャフトを有し、隣り合う磁極間を通る前記電機子の磁束を打ち消すように回転子鉄心内の永久磁石埋め込み穴に永久磁石を設け、かつ前記磁極間の永久磁石の外周側に非磁性部を設けることによって周方向に磁気的凹凸を有する回転子とを備えた永久磁石式リラクタンス型回転電機において、
軸方向に伸び、固定子鉄心の周囲に円周状に配置したリブによって当該固定子鉄心の外周部を固定子フレームに支持させ、
前記リブにおける前記固定子鉄心の荷重を前記固定子フレームに伝える荷重点に対応する部分に軸方向の切り欠きを設けたことを特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項９】
電機子コイルを持つ固定子と、中心部に回転子シャフトを有し、隣り合う磁極間を通る前記電機子の磁束を打ち消すように回転子鉄心内の永久磁石埋め込み穴に永久磁石を設け、かつ前記磁極間の永久磁石の外周側に非磁性部を設けることによって周方向に磁気的凹凸を有する回転子とを備えた永久磁石式リラクタンス型回転電機において、
固定子鉄心の周囲に円周状に延び、軸方向に複数列に配置した棚板によって当該固定子鉄心の外周部を固定子フレームに支持させ、
前記棚板における前記固定子鉄心の荷重を前記固定子フレームに伝える荷重点に対応する部分に円周方向の切り欠きを設けたことを特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項１０】
前記切り欠きの断面形状を楕円形にしたことを特徴とする請求項８又は請求項９記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石を複合した永久磁石式リラクタンス型回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本願出願人の先願（特願平１１−０４３８６９号、特願平１１−１２２０００号）に係る永久磁石式リラクタンス型回転電機は、図１３の軸方向断面図、図１４の径方向断面図に示す構造である。
【０００３】
これらの図１３，１４において、固定子１は電機子コイル２を有し、回転子３を内部に収容している。回転子３は回転子鉄心４と永久磁石６を備え、中心部に回転子シャフト１１を備えている。この回転子３は両端部の軸受１２により支持され、その軸受１２を介してフレームｌ０に固定されている。固定子フレーム１０と軸受１２Ａとの対向面間に軸方向予圧バネ１８を設け、回転子シャフト１１に軸方向予圧をかけている。
【０００４】
回転子３における回転子鉄心４は磁化の容易方向と困難方向を形成している。すなわち、回転子鉄心４は、磁気的に凹凸を形成するために、磁化容易方向に沿って８個の永久磁石６を埋め込む永久磁石埋め込み穴５を設けた電磁銅板を積層して構成されている。８個の永久磁石埋め込み穴５は十字状に配置されることにより４極の凸極を形成する。つまり、平行な２つの永久磁石埋め込み穴５で挟まれる部分が磁極的な凹部で磁極間部４ｂとなる。そして隣り合う磁極間部４ｂを通る電機子電流の磁束を打ち消すように磁化された永久磁石６を、この永久磁石埋め込み穴５に配置してある。すなわち、磁極部４ａの両側にある永久磁石６の関係は、磁化方向が同一であり、磁極間部４ｂの両側に位置する２つの永久磁石６は回転子３の円周方向において互いに磁化方向は逆にしてある。この永久磁石６は好ましくはほぼ周方向に、より好ましくは磁極軸にほぼ垂直な方向に磁化されている。
【０００５】
次に、従来例の作用について説明する。図１５はｄ軸の電機子電流による回転鉄心４の磁極軸に沿った方向の成分の磁束φｄを示しており、磁極部４ａの鉄心を磁路とするため、この方向の磁路では磁気抵抗が極めて小であり、磁束が流れ易い磁気的構成になっている。なお、符号８は非磁性部を示す。
【０００６】
図１６はｑ軸の電機子電流による磁極間部４ｂを中心とした径方向の軸に沿った方向の成分の磁束φｑを示している。この磁極間部４ｂの磁束φｑは磁極間部４ｂの永久磁石６を横断する磁路を形成するが、永久磁石６の比透磁率がほぼ１であるので、永久磁石６の高磁気抵抗の作用で電機子電流による磁束は低下する。
【０００７】
磁極間の永久磁石６はほぼ磁極軸と垂直方向に磁化されており、図１７に示すように永久磁石６で発生した磁束は回転子鉄心４の外周境界の磁性部７を周方向に流れ、磁極部４ａを通り、自己の反対の極に戻る磁気回路φｍａを形成する。また、永久磁石６の一部の磁束は空隙を介して固定子１を通り、回転子３の磁極部４ａ又は隣り極の永久磁石６を通り、元の永久磁石６に戻る磁気回路φｍｂも形成する。
【０００８】
この永久磁石６の鎖交磁束は、図１６に示すようにｑ軸の電機子電流による磁極間中心軸方向成分の磁束φｑと逆方向に分布して、磁極間部４ｂから侵入する電機子磁束φｑと反発し、打ち消し合う。磁極間部４ｂの外側の空隙部においては、永久磁石６の磁束により電機子電流が作る空隙磁束密度が低下することになり、磁極上の空隙磁束密度と比較して大きく変化することになる。すなわち、回転子３の位置に対する空隙磁束密度の変化が大となり、磁気エネルギ変化が大となる。さらに、負荷時においては、磁極部４ａと磁極間部４ｂとの境界で磁気的に短絡する磁性部７があり、負荷電流により強く磁気飽和する。これにより、磁極間部４ｂに分布する永久磁石６の磁束が増加する。従って、永久磁石６の磁気抵抗と永久磁石６の磁束により空隙磁束密度分布に変化の大きな凹凸ができて磁気エネルギ変化が著しく大となり、大きな出力が得られる。
【０００９】
広範囲の可変速運転を得る端子電圧の調整幅については、次のようになる。この提案されている永久磁石式リラクタンス型回転電機では、磁極間の凹の部分の一部のみに永久磁石があることから、回転子３の表面のほぼ全周に永久磁石６がある一般的な永久磁石型回転電機よりも永久磁石の表面積が狭くなり、永久磁石による鎖交磁束量も少なくなっている。
【００１０】
さらに、無励磁状態では永久磁石６のかなりの磁束は磁極境界部の磁性部７を通り回転子鉄心４内の漏れ磁束となる。従って、この状態における誘導電圧は極めて小にできるので、無励磁時の鉄損は少なくなる。また、電機子コイル２が短絡故障した時にも過電流が小になる。
【００１１】
負荷時には、永久磁石６による鎖交磁束に、電機子電流（リラクタンス回転電機の励磁電流成分とトルク電流成分）による鎖交磁束が加わって、端子電圧を誘導する。
【００１２】
一般的な永久磁石型回転電機では、永久磁石６の鎖交磁束が端子電圧のほとんどを占めているので端子電圧を調整することは困難であるが、この永久磁石式リラクタンス型回転電機は、永久磁石６の鎖交磁束が小であるので、励磁電流成分を広く調整することにより、端子電圧を幅広く調整できる。すなわち、速度に応じて電圧が電源電圧以下となるように励磁電流成分を調整することができるので、基底速度から一定電圧で広範囲の可変速運転が可能となる。
【００１３】
また、強制的制御で弱め界磁を行って電圧を抑制していないので、高速回転時に制御が動作しなくなっても過電圧が発生することはない。さらに、永久磁石６の磁束の一部φｍａが磁気的短絡の磁性部７を通って漏れるため、永久磁石内部の反磁界を小とすることができる。すなわち、永久磁石のＢ（磁束密度）−Ｈ（磁界の強さ）特性である減磁曲線上の動作点が高くなり（パーミアンス係数は大となる）、温度、電機子反作用に対する耐減磁特性が向上する。さらにまた、同時に永久磁石６を鉄心４内に埋め込むことになるので、回転子鉄心４が永久磁石６の保持機構となり、回転により永久磁石６が飛散するのを防止する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、提案されている永久磁石式リラクタンス型回転電機にも、次のような改善すべき点がある。すなわち、近年では、小型・高出力化の要求から回転電機の構造的な熱容量に対し、回転電機の発生する熱量が増加している。そのため、提案されている構造ではその熱量を十分に熱交換できず、温度上昇による電機子巻線の絶縁の劣化、効率の低下及び回転電機各部の破損等の恐れが拭えず、回転電機として改善する必要がある。
【００１５】
また、低コスト・高効率化の要求から、回転電機自身の重量軽減が迫られている。さらに、ランニングコストの低減や低騒音化の要求から、その回転電機を外部に露出する開放型よりも、フレーム１０やシェル等で回転電機を完全に覆った、いわゆる全閉型回転電機が主流となってきている。このような回転電機そのものをフレーム１０等によって覆うものは、当然ながら回転電機内部で発生する熱がフレーム１０内に停留する傾向にあり、回転電機自体の性能を著しく低下させる恐れがある。また、車両用を用途とする永久磁石６を用いた回転電機では、起動時に必要とされるトルクが定格の２〜４倍となっており、それに伴って回転電機に発生する電磁力も増加し、振動問題が生じる。
【００１６】
さらに、近年、永久磁石の目覚しい研究開発により、高磁気エネルギー積の永久磁石が開発され、回転電機の小型・高出力化が可能となっているが、構造的に小型・高出力に対応していないため、提案されている回転電機にこのような高性能の永久磁石を採用して小型・高出力化しようとすると、発生する電磁力に打勝つことができず、振動問題を生じる。また、回転子３を支持する軸受１２には、バネ等によって予圧をかけ、軸受１２を軸方向にスライドさせることによって熱伸びを許容し、また軸方向の挙動を抑制しているが、回転電機の小型化・高速化に伴って軸受１２にもコンパクト化が迫られており、外径の小さいものが用いられる。このようにして軸受１２の外径が小さくなると、軸受固定部との接触面積が減少し、かつ軸方向の厚みも小さくなり、軸方向ヘスライドする場合に軸受１２が傾きやすく、かじり等が生じて軸受１２が軸方向にスライドできなくなり、軸受に加わる荷重が大きくなって、最終的には軸受１２の焼損へとつながる恐れがあった。
【００１７】
本発明はこのような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、回転子の重量を低減させ、かつ冷却性能を向上し、回転電機の全閉化、小型・高出力化を可能にした永久磁石式リラクタンス型回転電機を提供することを目的とする。
【００１８】
本発明はまた、軸受を軸方向にスライドし易い構造とすることで軸受の焼損を防止し、信頼性を向上させた永久磁石式リラクタンス型回転電機を提供することを目的とする。
【００１９】
本発明はさらに、固定子鉄心の冷却性能を向上させ、全閉化、小型・高出力化を可能とした永久磁石式リラクタンス型回転電機を提供することを目的とする。
【００２０】
本発明はさらに、固定子鉄心を弾性支持し、固定子鉄心の振動をフレームに伝達されない構造とすることで、回転電機外側に放出される振動・騒音を遮断し、かつ信頼性を向上させることができる永久磁石式リラクタンス型回転電機を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、電機子コイルを持つ固定子と、中心部に回転子シャフトを有し、隣り合う磁極間を通る前記電機子の磁束を打ち消すように回転子鉄心内の永久磁石埋め込み穴に永久磁石を設け、かつ前記磁極間の永久磁石の外周側に非磁性部を設けることによって周方向に磁気的凹凸を有する回転子とを備えた永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記回転子シャフトを中空とすると共にその空隙部の軸方向中央部分だけを中実にし、当該回転子シャフト内に冷媒の通る冷却パスを形成したものである。
【００２２】
請求項２の発明は、請求項１の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記固定子及び回転子を収容するフレームを有し、前記回転子シャフト、回転子鉄心及び固定子鉄心に半径方向の冷却パスを設け、この冷却パスに前記回転子の回転による遠心作用により冷媒を通すようにすると共に、前記回転子シャフトの軸方向両端の側面に冷媒が通る孔を設けたものである。
【００２３】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記回転子シャフトの片側の軸受けの外径を汎用の軸受けの外径よりも大きくすると共に、前記片側の軸受けを軸方向に与圧する与圧バネを設けたものである。
【００２４】
請求項４の発明は、請求項３の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記片側の軸受けとは反対側の軸受けを前記回転子シャフトの内径側に配置して前記冷媒に接するようにすると共に、前記各軸受けを介して前記回転子シャフトを支持するフレームが内側に突出して前記反対側の軸受けを支持する中空の軸支部を有するものである。
【００２５】
請求項５の発明は、電機子コイルを持つ固定子と、中心部に回転子シャフトを有し、隣り合う磁極間を通る前記電機子の磁束を打ち消すように回転子鉄心内の永久磁石埋め込み穴に永久磁石を設け、かつ前記磁極間の永久磁石の外周側に非磁性部を設けることによって周方向に磁気的凹凸を有する回転子とを備えた永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記回転子シャフトは、パイプ形状のシャフトの周りにリングを溶接して構成し、前記シャフト内に冷媒を流すようにしたものである。
【００２６】
請求項６の発明は、電機子コイルを持つ固定子と、中心部に回転子シャフトを有し、隣り合う磁極間を通る前記電機子の磁束を打ち消すように回転子鉄心内の永久磁石埋め込み穴に永久磁石を設け、かつ前記磁極間の永久磁石の外周側に非磁性部を設けることによって周方向に磁気的凹凸を有する回転子とを備えた永久磁石式リラクタンス型回転電機において、固定子鉄心の最外周部の外側にパイプを配置し、当該パイプ内に冷媒を流すようにしたものである。
【００２７】
請求項７の発明は、請求項６の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記パイプの軸方向両端部を端板の周延部に結合し、当該端板の中心部に前記回転子シャフトを受持させたものである。
【００２８】
請求項８の発明は、電機子コイルを持つ固定子と、中心部に回転子シャフトを有し、隣り合う磁極間を通る前記電機子の磁束を打ち消すように回転子鉄心内の永久磁石埋め込み穴に永久磁石を設け、かつ前記磁極間の永久磁石の外周側に非磁性部を設けることによって周方向に磁気的凹凸を有する回転子とを備えた永久磁石式リラクタンス型回転電機において、軸方向に伸び、固定子鉄心の周囲に円周状に配置したリブによって当該固定子鉄心の外周部を固定子フレームに支持させ、前記リブにおける前記固定子鉄心の荷重を固定子フレームに伝える荷重点に対応する部分に軸方向の切り欠きを設けたものである。
【００２９】
請求項９の発明は、電機子コイルを持つ固定子と、中心部に回転子シャフトを有し、隣り合う磁極間を通る前記電機子の磁束を打ち消すように回転子鉄心内の永久磁石埋め込み穴に永久磁石を設け、かつ前記磁極間の永久磁石の外周側に非磁性部を設けることによって周方向に磁気的凹凸を有する回転子とを備えた永久磁石式リラクタンス型回転電機において、固定子鉄心の周囲に円周状に延び、軸方向に複数列に配置した棚板によって当該固定子鉄心の外周部を固定子フレームに支持させ、前記棚板における前記固定子鉄心の荷重を固定子フレームに伝える荷重点に対応する部分に円周方向の切り欠きを設けたものである。
【００３０】
請求項１０の発明は、請求項８又は請求項９の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記切り欠きの断面形状を楕円形にしたものである。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の永久磁石式リラクタンス型回転電機の実施の形態を、図に基づいて詳説する。
【００３５】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の軸方向断面図であり、図２はその径方向断面図である。図１及び図２において、固定子１は電機子コイル２を有し、回転子３を内部に収容している。回転子３は回転子鉄心４と永久磁石６を備え、また中心部に回転子シャフト１１を備えている。
【００３６】
回転子３は両端部の軸受１２Ａ，１２Ｂによって支持され、その軸受１２Ａ，１２Ｂを介しフレーム１０に回転支持されている。また、回転子鉄心４は磁化の容易方向と困難方向を形成している。すなわち、回転子鉄心４は、磁気的に凹凸を形成するために、磁化容易方向に沿って８個の永久磁石６を埋め込むための永久磁石埋め込み穴５を設けた電磁鋼板を積層して構成されている。８個の永久磁石埋め込み穴５は十字状に配置されることにより４極の凸極を形成する。つまり、平行な２つの永久磁石埋め込み穴５で挟まれる部分が磁極的な凹部で磁極間部４ｂとなる。
【００３７】
さらに、隣り合う磁極間部４ｂを通る電機子電流の磁束を打ち消すように磁化された永久磁石６を永久磁石埋め込み穴５に配置している。すなわち、磁極部４ａの両側にある永久磁石６の関係は、磁化方向が同一であり、磁極間部４ｂの両側に位置する２つの永久磁石６は回転子３の円周方向において互いに磁化方向は逆となっている。永久磁石６は好ましくはほぼ周方向に、より好ましくは磁極軸にほぼ垂直な方向に磁化されている。磁極間部４ｂにある非磁性部８は、空隙となっている。
【００３８】
回転子シャフト１１は空隙部１３を有する中空シャフトとなっている。ただし、回転子シャフト１１の軸方向の中央部１４は中実となっている。
【００３９】
回転子シャフト１１、回転子鉄心４そして固定子鉄心１に半径方向の冷却パス１６を設けてある。また、回転子中空シャフト軸端部１５の形状がファン効果を有する形状にしてある。さらに、固定子フレーム１０と軸受１２Ａとの対向面間に軸方向予圧バネ１８を設け、回転子シャフト１１に軸方向に予圧をかけている。
【００４０】
上記の構造の第１の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の動作を説明する。この構造の第１の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、先願で提案されている永久磁石式リラクタンス型回転電機と同様、永久磁石６の磁気抵抗と永久磁石６の磁束により空隙磁束密度分布に変化の大きな凹凸ができるので、磁気エネルギ変化が著しく大となる。
【００４１】
また、回転子シャフト１１を空隙部１３を有する中空シャフトとし、かつ回転子シャフト１１、回転子鉄心４そして固定子鉄心１に半径方向の冷却パス１６を設けることによって、回転による遠心効果により冷媒１７が矢印で示したように半径方向に流れる。さらに、回転子シャフト１１の中央部１４を中実とした構造とすることにより、回転子シャフト１１の剛性が増加する。さらにまた、回転子シャフト１１の軸端部１５の形状をファン効果を有する形状としたことにより、冷媒１７を流入、流出させることにより、冷媒１７の流量が増加する。
【００４２】
これにより、第１の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機では、回転子シャフト１１に空隙部１３を有する中空シャフトとしたので回転子重量を低減することができ、またこの中空の回転子シャフト１１内に冷媒１７を流すことによって回転子３の冷却性能を向上させることができ、信頼性も向上させることができる。
【００４３】
また、回転子シャフト１１の中央部１４を中実としたので、回転子シャフト１１の剛性が増加し、より高い高速回転が可能となり、かつ回転子シャフト１１内に冷媒１７を流すことによって回転子の冷却性能が向上し、また信頼性も向上させることができる。
【００４４】
さらに、回転子シャフト１１、回転子鉄心４、固定子鉄心１に半径方向の冷却パス１６を設け、回転による遠心効果により冷媒１７を流すことにより、回転子シャフト１１のみならず、回転子鉄心４、固定子鉄心１、電機子コイル２及び回転電機全体を冷却することができ、冷却性能が格段に向上し、これによって小型化が可能となり、また信頼性も向上させることができる。
【００４５】
さらにまた、中空の回転子シャフト１１の軸端部１５の形状がファン効果を有する形状とし、ここを通じて冷媒１７を流入、流出させることにより、冷媒１７の流量を増加させることができ、冷却性能が格段に向上し、小型・高出力化が可能となり、また信頼性も向上させることができる。
【００４６】
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機について、図３に基づいて説明する。なお、図３において、図１及び図２に示した第１の実施の形態と同様の要素については同一の符号を用いて示してある。
【００４７】
この第２の実施の形態では、回転子シャフト１１の側面に通風孔２０を設け、冷媒１７をここに流入、流出させ、かつ固定子フレーム１０の両端の内側に冷却フィン１９を設置したことを特徴としている。
【００４８】
このように構成された第２の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機では、回転子シャフト１１の側面に通風孔２０を形成して、ここに冷媒１７を流入、流出させることで、回転電機内における冷却ループを形成する。また、固定子フレーム１０の両端の内側に冷却フィン１９を設置して、冷媒１７がこの冷却フィン１９を通過する時に熱交換を行う。
【００４９】
これにより、第２の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機によれば、回転電機を全閉化することができ、メンテナンス周期の延長、低騒音化が可能となり、信頼性も向上する。また、固定子フレーム１０の両端の内側に設けた冷却フィン１９により冷却性能が向上する。
【００５０】
＜第３の実施の形態＞
図４は本発明の第３の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の軸方向断面図を示している。なお、図４において、図１及び図２に示した第１の実施の形態と共通する要素には同一の符号を付して示してある。
【００５１】
第３の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の特徴は、第１の実施の形態に対して、さらに、回転子シャフト１１の片側の軸受１２Ａに軸方向予圧を与える点にある。すなわち、回転子シャフト１１の片側の軸受１２Ａはその外径を大きくし、固定子フレーム１０と軸受１２Ａとの対向面間に軸方向予圧バネ１８を設け、回転シャフト１１の他側の軸受１２Ｂは第１の実施の形態と同様の構造、形状にしている。
【００５２】
この第３の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機では、回転子シャフト１１の軸方向予圧を与える片側の軸受１２Ａの外径を大きくしたことにより軸受固定部との接触面積が増加し、軸受１２Ａ，１２Ｂが軸方向にスライドし易い構造となり、軸受が傾きにくく、かじり等による軸受１２Ａ，１２Ｂの焼損を防止し、軸受の高寿命化及び信頼性を向上させることができる。また、軸方向の予圧を与えないもう片方の軸受１２Ｂは、外径の小さい汎用のものを用いており、軸受１２Ｂのコストを抑えることが可能となり、最終的に全体のコスト低減が図れる。
【００５３】
＜第４の実施の形態＞
次に、図５に基づいて、本発明の第４の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機について説明する。なお、図５において、図１及び図２に示した第１の実施の形態、図４に示した第３の実施の形態それぞれと共通する要素については同一の符号を付して示してある。
【００５４】
第４の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、図４に示した第３の実施の形態に対して、軸方向の予圧を与えない片方の軸受１２Ｂを回転子シャフト１１の内径側に配置したことを特徴とする。
【００５５】
このように構成された第４の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機では、軸方向の予圧を与えない片側の軸受１２Ｂを回転子シャフト１１の内径側に配置したことにより、回転子シャフト１１の内側を流れる冷媒１７により、軸受１２Ａ，１２Ｂが直接冷却されるようになり、軸受の冷却性能が向上し、また信頼性も向上する。
【００５６】
＜第５の実施の形態＞
図６は本発明の第５の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の軸方向断面図である。なお、図５において、図１及び図２に示した第１の実施の形態と共通する要素については同一の符号を付して示してある。
【００５７】
第５の実施の形態の特徴は、回転シャフト１１をパイプ形状とし、その回転シャフト１１に溶接リング２１を溶接し、この溶接リング２１の外周部で回転子鉄心４の内周面を支持する構造にした点にある。
【００５８】
このように構成された第５の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機では、パイプ形状のシャフトに溶接リング２１を溶接し、回転子シャフト１１を構成したことによって構造が単純となり、製作に要する時間が短縮でき、かつ回転子シャフト１１の重量を低減でき、コストを低減することができる。また、パイプ形状のシャフト内に冷媒１７を流すことにより冷却性能が向上し、さらに信頼性も向上させることができる。
【００５９】
＜第６の実施の形態＞
次に、本発明の第６の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機を、図７及び図８に基づいて説明する。なお、図７及び図８において、図１及び図２に示した第１の実施の形態と共通する要素については同一の符号を付して示してある。
【００６０】
第６の実施形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、固定子鉄心１の最外周部の外側に冷却パイプ２２を配置し、これらを両側の端板２３によって支持する構造にして、図１における固定子フレーム１０を省略した点に特徴を有する。
【００６１】
このように構成された第６の実施形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機では、固定子鉄心１の最外周部の外側に冷却パイプ２２を配置し、その冷却パイプ２２に冷媒を流すことにより、固定子鉄心１が冷却される。また、図１に示した第１の実施の形態に対して固定子フレーム１０が省略されており、そのフレーム分の重量が低減される。さらに固定子鉄心１が露出することにより、外気と直接的に熱交換が行われる。
【００６２】
これにより、第６の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機によれば、固定子鉄心１の冷却性能が向上し、信頼性も向上する。また、冷却パイプ２２により、固定子鉄心１の剛性が増加し、機械的強度及び耐振動性を向上させ、かつ円周方向トルクに対する周り止めを省略することが可能となり、回転電機の性能を低下させることなく、軽量化と構造の簡略化が図れる。
【００６３】
＜第７の実施の形態＞
次に、本発明の第７の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機を、図９の軸方向断面図、図１０の径方向断面図、図１１の軸方向断面拡大図を用いて説明する。なお、図９〜図１１において、図１及び図２に示した第１の実施の形態と共通する要素については同一の符号を付して示してある。
【００６４】
第７の実施の形態の特徴は、固定子フレーム１０に対して固定子鉄心１を固定するためにフレーム１０の内側に円周方向に並ぶように棚板２５を設け、これらの棚板２５の内周端面に軸方向に延びるリブ２４を設け、さらにこのリブ２４における棚板２６との接合部に軸方向の切り欠き２６を設けた点にある。このリブ２４の切り欠き２６は楕円形状にしてある。
【００６５】
このような構造の第７の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機では、固定子鉄心１の半径方向変位に対し、棚板２５と接続するリブ２４の狭隘部２４ａが弾性的なバネ構造となるため、そのバネ効果により固定子鉄心１を弾性支持し、固定子鉄心１の振動を減衰させ、フレーム１０に伝達せず、回転電機の外側に放出される振動・騒音を遮断することができる。また、リブ２４の切り欠き２６の形状を楕円形状としたことにより、棚板２５と接続するリブ狭隘部２４ａの半径方向の変形によって発生する応力を小さくできる。
【００６６】
なお、第７の実施の形態においては、図１２の径方向拡大断面図に示すように、リブ２４に切り欠き２６を設ける代わりに、あるいはリブ２４側に切り欠き２６を設けると共に、固定子鉄心１を固定する棚板２５に円周方向の切り欠き２６を設けることができる。
【００６７】
このような構造にすれば、固定子鉄心１の半径方向変位に対し、リブ２４及びフレーム１０と接続する棚板の狭隘部２５ａが弾性的なバネ構造となるため、そのバネ効果により、固定子鉄心１を弾性支持し、固定子鉄心１の振動をフレーム１０に伝達しなくなる。これにより、回転電機の外側に放出される振動・騒音を遮断することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の永久磁石式リラクタンス型回転電機によれば、回転子シャフトを空隙部を有する中空シャフトとしたので、回転子重量が低減され、かつ回転による遠心効果により冷媒を流すことによって回転子シャフトのみならず、回転子鉄心、固定子鉄心、電機子コイル及び回転電機全体を冷却することが可能となり、回転子の冷却性能が向上し、また信頼性も向上する。さらに、回転子シの空隙部の軸方向中央部分だけを中実にしたことで、回転子シャフトの剛性が増加し、より高い速度での高速回転が可能となる。
【００６９】
また、軸方向予圧を与える片側の軸受外径を大きくしているので、軸受固定部との接触面積が増加し、軸受が軸方向にスライドし易い構造となるために軸受が傾きにくく、かじり等による軸受の焼損を防止し、軸受の高寿命化が図れる。
【００７０】
さらに、固定子鉄心を固定するリブに軸方向の切り欠きを設けたので、固定子鉄心の半径方向変位に対して固定子フレームと接続するリブの狭隘部が弾性的なバネ構造となり、そのバネ効果によって固定子鉄心を弾性的に支持し、固定子鉄心の振動をフレームに伝達しない構造となり、回転電機の外側に放出される振動・騒音を遮断することができる。
【００７１】
またさらに、固定フレームの内周に設けた固定子鉄心を受持するための棚板に切り欠きを設けたので、固定子鉄心の半径方向変位に対して棚板が弾性的なバネ構造となり、そのバネ効果によって固定子鉄心を弾性的に支持し、固定子鉄心の振動をフレームに伝達しない構造となり、回転電機の外側に放出される振動・騒音を遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の軸方向断面図。
【図２】上記第１の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の径方向断面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の軸方向断面図。
【図４】本発明の第３の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の軸方向断面図。
【図５】本発明の第４の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の軸方向断面図。
【図６】本発明の第５の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の軸方向断面図。
【図７】本発明の第６の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の径方向断面図。
【図８】本発明の第７の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の軸方向断面図。
【図９】上記第７の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の軸方向断面図。
【図１０】上記第７の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の径方向断面図。
【図１１】上記第７の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の軸方向断面拡大図。
【図１２】上記第７の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の変形例の軸方向断面図。
【図１３】先願の発明に係る永久磁石式リラクタンス型回転電機の軸方向断面図。
【図１４】先願の発明に係る永久磁石式リラクタンス型回転電機の径方向断面図。
【図１５】先願の発明に係る永久磁石式リラクタンス型回転電機においてｄ軸の電機子電流による回転子鉄心の磁極軸に沿った方向の成分の磁束Φｄの流れを示した径方向断面図。
【図１６】先願の発明に係る永久磁石式リラクタンス型回転電機においてｑ軸の電機子電流による磁極間部を中心とした径方向の軸に沿った方向の成分の磁束φｑの流れを示した径方向断面図。
【図１７】先願の発明に係る永久磁石式リラクタンス型回転電機において永久磁石が発生する磁束の流れを示し径方向断面図。
【符号の説明】
１  固定子（固定子鉄心）
２  電機子コイル
３  回転子
４  回転子鉄心
４ａ  磁極部
４ｂ  磁極間部
５  永久磁石埋め込み穴
６  永久磁石
７  磁性部
８  非磁性部
９  磁性部
１０  フレーム
１１  回転子シャフト
１２Ａ，１２Ｂ  軸受
１３  シャフト空隙部
１４  シャフト中央部
１５  軸端部ファン
１６  冷却パス
１７  冷媒
１８  軸受予圧バネ
１９  冷却フィン
２０  通風孔
２１  溶接リング
２２  冷却パイプ
２３  端板
２４  リブ
２５  棚板
２６  切り欠き
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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