JP2002034185A - 永久磁石式リラクタンス型回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転子鉄心内の応力を低減し、永久磁石の飛
散や回転子破損の恐れがなく、高速回転が可能な永久磁
石式リラクタンス型回転電機を提供する。 【解決手段】 永久磁石６を磁気吸引力により永久磁石
埋め込み穴５の内周側壁面９に固定して、回転時におけ
る回転子鉄心４内の応力を軽減する。このように、永久
磁石６は、鉄心４内において、より肉厚で回転軸に近い
位置に安定して固定されて、回転に伴う鉄心４内の応力
が最小限に押さえられるので、信頼性が向上するととも
に、製造が容易で、高速回転及び高出力が可能な永久磁
石式リラクタンス型回転電機を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石式リラク
タンス型回転電機の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、４極構成からなる従来の永久
磁石式リラクタンス型回転電機を示す径方向断面図であ
る。

【０００３】図１１において、固定子１は電機子コイル
２を有し、その内側には回転子３が設けられている。回
転子３は、（回転子）鉄心４と永久磁石６とを備えてい
て、回転子鉄心４は電磁鋼板の積層構成からなり、回転
軸を中心とした円周方向に磁化容易方向と磁化困難方向
とが交互に形成されている。

【０００４】回転子３は、外周面に磁気的な凹凸を形成
するために、鉄心４内に８個の永久磁石埋め込み穴５が
磁化容易方向に沿い形成され、永久磁石６がその永久磁
石埋め込み穴５内に嵌め込まれ接着剤により固定されて
いる。

【０００５】８個の永久磁石６は、回転中心から径方向
に向け十字状に配置構成されて４つの凸極、すなわち磁
極部４ａ（４極）を形成する。

【０００６】また、図１１において、凸極を形成した永
久磁石６の中間、すなわち２つの凸極間の鉄心４には、
空洞部からなる非磁性部８が設けられ、磁極間４ｂが形
成されている。すなわち、非磁性部８の両側に位置する
各永久磁石６で挟まれる部分が磁気的に凹部となり、永
久磁石埋め込み穴５内の永久磁石６はその磁極間４ｂを
通る電機子電流の磁束を打ち消すように磁化されてい
る。 磁極部４ａの両側に位置する一対の永久磁石６，
６は、いずれもその磁化方向は回転子３の円周方向に同
一であり、磁極間４ｂの両側に位置する一対の永久磁石
６，６は、反対に、磁化方向は円周方向に互いに逆とな
る。なお、永久磁石６は、好ましくは磁極（凸極）軸に
対しほぼ垂直な方向に磁化されている。

【０００７】次に、上記構成の従来の永久磁石式リラク
タンス型回転電機の作用を説明する。

【０００８】図１２には、ｄ軸（いわゆる磁束の通り易
い部分）の電機子電流による鉄心４の磁極軸に沿った方
向の成分の磁束φｄを示しており、磁束φｄは磁極部４
ａの鉄心４を磁路とするため、この方向の磁路では磁気
抵抗が極めて小さく、磁束が通り易い。

【０００９】図１３には、ｑ軸（いわゆる磁束の通り難
い部分）の電機子電流による磁極間４ｂの中央部と回転
子３の中心を結ぶ線に沿った方向の成分の磁束φｑを示
しており、磁束φｑは永久磁石６の非磁性部８並びに磁
極間４ｂを横断する磁路を形成する。そこで、空洞部か
らなる非磁性部８の比透磁率は“１”であり、永久磁石
６の比透磁率もほぼ“１”であるので、高磁気抵抗によ
り電機子電流による磁束φｑは低下する。

【００１０】磁極部４ａの両側に位置する各永久磁石
６，６は、上述のように、磁極軸に対しほぼ垂直な方向
に磁化されているので、図１４に示すように各永久磁石
６，６で発生した磁束は鉄心４の外周領域の磁性部７を
円周方向に流れ、磁極部４ａを通って、自己の反対の極
に戻る経路の磁気回路φｍａを形成する。このとき、各
永久磁石６，６の一部の磁束は空隙（いわゆる固定子１
と回転子３との間のエアギャップ部）を経て固定子１を
通り、互いに隣の永久磁石６及び回転子３の磁極部４ａ
を通り、元の永久磁石６に戻る磁気回路φｍｂをも形成
する。

【００１１】永久磁石６の鎖交磁束は、図１３に示した
ようにｑ軸の電機子電流による磁極間４ｂの中心軸方向
成分の磁束φｑとは逆方向に分布し、磁極間４ｂから侵
入する電機子磁束φｑに反発して打ち消し合う。

【００１２】従ってまた、磁極間４ｂの外側のエアギャ
ップ部においては、永久磁石６の磁束により電機子電流
が作るエアギャップの磁束密度を低下させ、磁極部４ａ
上のエアギャップ磁束密度と比較して大きな変化（差）
を呈する。その結果、回転子３の位置に対するエアギャ
ップ磁束密度の変化、すなわち大きな磁気エネルギ変化
が得られる。

【００１３】さらに、負荷時においても、磁極部４ａと
磁極間４ｂとの境界領域で磁気的に短絡する磁性部７を
有し、磁性部７は負荷電流によって大きく磁気飽和す
る。その結果、磁極間４ｂに分布する永久磁石６の磁束
が増加し、非磁性部８及び永久磁石６における高磁気抵
抗と永久磁石６の磁束とによって、エアギャップ磁束密
度分布、すなわち磁気エネルギ変化の大きい凹凸が形成
され、回転電機からは大出力が導出される。

【００１４】なお、永久磁石式リラクタンス型回転電機
では、永久磁石６は回転子３の円周方向に間隔を置いて
配置されていることから、回転子３の外側円周方向のほ
ぼ全周囲にわたり永久磁石６を配置したいわゆる一般的
な永久磁石型回転電機と比較し、永久磁石６自体の表面
積は小さく、永久磁石６による鎖交磁束量も少ない。

【００１５】また、永久磁石式リラクタンス型回転電機
では、無励磁状態での永久磁石６のほとんどの磁束は、
磁性部７を通る回転子鉄心４内の漏れ磁束となる。従っ
て、この状態では誘導電圧を極めて小さくできるので、
無励磁時の鉄損は少なくなる。また、電機子コイル２が
短絡故障した際に流れる過電流も少ない。

【００１６】また、永久磁石式リラクタンス型回転電機
は、負荷時において、永久磁石６による鎖交磁束に、電
機子電流（リラクタンス型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。

【００１７】一方、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、永久磁
石式リラクタンス型回転電機は、永久磁石６による鎖交
磁束が少ないので、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特徴がある。

【００１８】すなわち、永久磁石式リラクタンス型回転
電機は、回転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、基底速度から
一定電圧で広範囲な可変速運転が可能となる。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
生するようなことはない。

【００１９】さらにまた、永久磁石式リラクタンス型回
転電機は、永久磁石６を回転子鉄心４内に埋め込む構成
となっているので、積層構造からなる電磁鋼板の鉄心４
そのものが永久磁石６の保持機構となり、回転の遠心力
による永久磁石６の飛散等は防止される。

【００２０】また、上記従来の永久磁石式リラクタンス
型回転電機では、図１３に示した電機子電流が形成する
回転子３へのｑ軸電流による磁束φｑは、図１５に示し
たように、永久磁石埋め込み穴５の外周側薄肉部１８、
及び磁極間４ｂの回転中心軸寄りのブリッジ薄肉部１９
を流れるため、ｄ軸電流による磁束φｄとｑ軸電流によ
る磁束φｑとの差が小さくなり、リラクタンストルクが
減少する。

【００２１】そこで、回転トルクに無効なｑ軸電流によ
る磁束φｑが、非磁性部８の外周側から永久磁石埋め込
み穴５の外周側薄肉部１８に流れる無効磁束を少なく
し、且つ永久磁石６より発生する磁束の漏れ（永久磁石
無効磁束１７）を小さくするために、鉄心４の永久磁石
埋め込み穴５周辺、及び磁極間４ｂの外周側はできる限
り径方向に狭くすることが考えられる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の永久磁石式リラクタンス型回転電機では、永久磁石
埋め込み穴５周辺、及び磁極間４ｂの外周側を径方向に
狭くすると、強度的に回転による永久磁石６自体の遠心
力を回転子鉄心４で支えることが難しくなり、特に高速
回転機に適用しようとした場合は、永久磁石６の飛散、
回転子３の破損が生じ回転電機としての成立が難くな
る。

【００２３】また、従来の永久磁石式リラクタンス型回
転電機では、無効磁束及び漏れ磁束の磁束量を補い、特
性上必要な有効磁束を確保するために永久磁石６の量を
増加させることも考えられるが、回転子３全体の体積に
対する永久磁石埋め込み穴５の占める容積の割合が大き
くなるというスペース上の問題と、遠心力による永久磁
石６の応力がさらに増加することから構造上並びに強度
上問題であり、単純に永久磁石６の量を増加させること
は困難である。

【００２４】また従来、永久磁石６は接着剤により永久
磁石埋め込み穴５に固定されたが、接着剤の劣化等によ
り接着力が低下し、永久磁石埋め込み穴５内で永久磁石
６で脱落する恐れもある。永久磁石埋め込み穴５内で脱
落した永久磁石６は、回転子３の回転に伴う遠心力によ
り、永久磁石埋め込み穴５の外周側、すなわち回転軸よ
り遠い方の側の壁を押圧するので、それが磁極間４ｂ外
周側を支えている永久磁石埋め込み穴５の外周側薄肉部
１８、及び磁極間４ｂの中央側ブリッジ薄肉部１９に対
する応力の増加につながることとなった。

【００２５】従って、上記構成の回転子を高速回転及び
高出力の回転電機へ適用しようとすると、増加した遠心
力により外周側薄肉部１８や中央側ブリッジ薄肉部１９
が損傷を受け、永久磁石６の飛散や回転子３の破損等が
懸念される。

【００２６】また、従来の永久磁石式リラクタンス型回
転電機における永久磁石６は、その形状が磁化方向に対
し等方性を有し方向性を持たないので、永久磁石６の着
磁方向を目視では識別することが出来ず、作業員は回転
子３の組立作業時に方向を間違えて永久磁石６を挿入す
る可能性があり改善が要望されていた。

【００２７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
電機子コイルを有する固定子と、この固定子の内側にあ
って、永久磁石を隣り合う磁極間を通る電機子の磁束を
打ち消すように鉄心内の永久磁石の埋め込み穴中に設
け、かつ前記磁極間の永久磁石外周側に非磁性部を設け
て、周方向に磁気的凹凸を形成した回転子とを有する永
久磁石式リラクタンス型回転電機において、永久磁石
は、その着磁方向にほぼ直交し、かつ非磁性部とは反対
側の前記永久磁石埋め込み穴の壁面に固定し、かつ前記
非磁性部側の壁面との間に隙間を設けたことを特徴とす
る。

【００２８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の永
久磁石式リラクタンス型回転電機において、永久磁石
は、永久磁石の磁気吸引力により、埋め込み穴の壁面に
固定されたことを特徴とする。

【００２９】請求項３記載の発明は、請求項２記載の永
久磁石式リラクタンス型回転電機において、永久磁石
は、その着磁方向の両端部間において、永久磁石埋め込
み穴の壁面との間の磁気吸引力に差を有し、常にいずれ
か一方の端面が、永久磁石埋め込み穴の壁面に固定され
ることを特徴とする。

【００３０】このように請求項１から請求項３に記載の
各発明によれば、永久磁石は非磁性部とは反対側の永久
磁石埋め込み穴の壁面に固定され、回転子の回転に伴う
永久磁石の遠心力が構造的に弱い非磁性部に加わること
がないので、回転子の破損や永久磁石の外側への飛散を
回避することができる。

【００３１】請求項４または５に記載の発明は、請求項
３記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、
永久磁石は、永久磁石埋め込み穴の壁面に対向する着磁
方向の両端部のいずれか一方の面、または永久磁石の着
磁方向の両端部にそれぞれ対向する永久磁石埋め込み穴
の壁面のいずれか一方の面に段差を設け、永久磁石の両
端部の磁気吸引力に差を設けたことを特徴とする。

【００３２】このように、請求項４または５に記載の発
明によれば、段差を形成して磁気吸引力に差を設けたの
で、請求項３記載の発明の作用と同様に、回転子の破損
や永久磁石の外側への飛散を回避することができる。

【００３３】請求項６記載の発明は、請求項３記載の永
久磁石式リラクタンス型回転電機において、永久磁石の
着磁方向の永久磁石埋め込み穴の壁面との間のいずれか
一方に、永久磁石埋め込み穴の壁面に面する側に段差を
設けた磁性部材を介在させたことを特徴とする。

【００３４】このように、請求項６記載の発明によれ
ば、磁性部材を介在させたので、請求項３記載の発明の
作用に加えて、永久磁石の固定がより強固に行われる。

【００３５】請求項７または８記載の発明は、請求項１
記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、永
久磁石の着磁方向の永久磁石埋め込み穴の壁面との間の
いずれか一方に、ばね等の弾性部材の介装、または永久
磁石埋め込み穴と非磁性部との間の鉄心に切り欠きない
しは切り起こし加工により弾性部を形成し、永久磁石を
押圧するように構成したことを特微とする。

【００３６】このように、請求項７または８に記載の発
明によれば、弾性部材または弾性部の構成により、請求
項１記載の発明の作用に加えて、永久磁石はより強固に
固定される。

【００３７】請求項９または１０に記載の発明は、請求
項１から８のうちのいずれか１項に記載の永久磁石式リ
ラクタンス型回転電機において、回転子の鉄心の内径寸
法を、鉄心の外形寸法の２５％から５５％の範囲、また
は回転子の回転に伴う鉄心の応力値が最小となるように
鉄心の内径寸法を設定しことを特徴とする。

【００３８】このように、請求項９または１０に記載の
発明は、回転子の鉄心の内径寸法を、鉄心の外形寸法の
２５％から５５％の範囲、または回転子の回転に伴う鉄
心の応力値が最小となるように鉄心の内径寸法を設定
し、回転子自体の回転にともなう応力が最小となるよう
にしたので、請求項１から８の各発明における作用に加
えて、より機械的に強固な回転子を提供することができ
る。

【００３９】請求項１１記載の発明は、電機子コイルを
有する固定子と、この固定子の内側にあって、永久磁石
を、隣り合う磁極間を通る電機子の磁束を打ち消すよう
に鉄心内の永久磁石埋め込み穴中に設け、かつ前記磁極
間の永久磁石外周側に非磁性部を設けて、円周方向に磁
気的凹凸を形成した回転子とを有する永久磁石式リラク
タンス型回転電機において、永久磁石は、永久磁石の着
磁方向と略直交する面の面積が着磁方向に沿い変化する
ように構成されたことを特徴とする。

【００４０】請求項１２記載の発明は、請求項１１記載
の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、永久磁
石埋め込み穴の壁面を、永久磁石の着磁方向の一方の端
部を係止するように変形させたことを特徴とする。

【００４１】上記のように、請求項１１及び１２に記載
の発明によれば、永久磁石の形状を着磁方向に変化させ
方向性を持たせたので、回転子の組み立て製造に際し、
作業員は永久磁石の組み込み方向を間違えることがな
く、効率良く作業を行うことができる。

【００４２】

【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一実施の形態を、図１ないし図１０
を参照して詳細に説明する。なお、図１１ないし図１５
に示した従来の構成と同一構成には同一符号を付し詳細
な説明は省略する。

【００４３】（第１の実施の形態：請求項１、２、３、
４に対応） （構成）図１は、本発明の永久磁石式リラクタンス型回
転電機の第１の実施の形態を示す径方向断面図である。
また、図２は図１に示す回転子の径方向拡大断面図であ
る。

【００４４】図１において、固定子１は電機子コイル２
を有し、内側には、電磁鋼板の積層構成からなる回転子
３が収容されている。回転子３は、回転子鉄心４と永久
磁石６とを備えていて、回転子鉄心４は磁化容易方向
（ｄ軸方向）と磁化困難方向（ｑ軸方向）を形成してい
る。

【００４５】回転子鉄心４は、円周方向に磁気的な凹凸
を形成するため８個の永久磁石埋め込み穴５が磁化容易
方向に沿い形成され、永久磁石埋め込み穴５内に永久磁
石６が装着されている。

【００４６】空洞（空隙）からなる非磁性部８は、磁極
的に凹部（磁極間４ｂ）を形成し、その両側に位置する
永久磁石６，６は、磁極間４ｂを通る電機子電流の磁束
を打ち消すように磁化されている。

【００４７】一方、磁極部４ａの両側に位置する一対
（２個）の永久磁石６，６は、磁化方向が同一であり、
磁極間４ｂの両側に位置する２個の永久磁石６，６は、
回転子３の円周方向に沿い互いに磁化方向は逆となる。
なお、永久磁石６は、磁極（凸極）軸にほぼ垂直な方向
に磁化されているのが望ましい。

【００４８】図２に示すように、永久磁石６は、永久磁
石埋め込み穴５内にあって、非磁性部８とは反対側の回
転軸により近い内周側壁面９に、着磁方向とはほぼ直交
する面で自己の磁気吸引力により密着固定されている。

【００４９】そして永久磁石６の固定された内周側壁面
９とは反対側（すなわち非磁性部８側）の内周側壁面、
すなわち回転軸からはより遠い外周側壁面１０と永久磁
石６との間には隙間（空間）が設けられている。なお、
図１以下の説明図では、永久磁石６の着磁方向の両端面
に対応する、永久磁石埋め込み穴５の内周側壁面９及び
外周側壁面１０の該当部分位置を破線で囲んで示すもの
とする。

【００５０】そこで、図２に示すように、永久磁石理め
込み穴５の外周側壁面１０に対向する側の永久磁石６面
には段部（凹凸）が形成されていて、段部の凸部によ
り、外周側壁面１０近くに対向する部分の表面積が小さ
くなるように構成されている。尚、本実施の形態では、
永久磁石６は半径方向に沿って凹凸（段部）が連なるよ
うに段差を設けたが、半径方向に沿ってではなく、回転
子３の軸方向に沿って凹凸（段部）が連なるように段差
を設けることもできる。

【００５１】（作用）このように第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、従来と相違し、永
久磁石６は、永久磁石埋め込み穴５の内周側壁面９に固
定されていて、より回転軸側に近いので、永久磁石６の
回転子３の回転に伴う永久磁石６自体の平均的な遠心力
はより小さいものとなり、回転子鉄心４への応力を軽減
させることができる。

【００５２】従って、回転子３の外周側を支える永久磁
石埋め込み穴５の外周側薄肉部１８、及び磁極間中央側
ブリッジ薄肉部１９は、いずれも厚みが薄く強度的に厳
しい状況にあるが、永久磁石６自体は、永久磁石埋め込
み穴５内の肉厚な内周側壁面９に固定されていて、回転
子３の回転に伴う外周側薄肉部１８やブリッジ薄肉部１
９にかかる応力は軽減される。

【００５３】また、永久磁石６は、自己の磁気吸引力に
より、永久磁石埋め込み穴５の内周側壁面９に固定さ
れ、従来のように、経年変化による接着剤の枯れや劣化
等による剥がれがないので、永久磁石６は永久磁石埋め
込み穴５内にあって安定する。

【００５４】さらにまた、この実施の形態では、永久磁
石６は、永久磁石理め込み穴５の外周側壁面１０に空隙
を形成して対向する面に凹凸を設けているため、外周側
壁面１０により近い部分の表面積（すなわち凸部の先端
面積）は小さいので、その永久磁石６の凸部を通る磁束
は減少する。その結果、永久磁石理め込み穴５の周側壁
面に対する永久磁石６の磁気吸引力は、外周側壁面１０
との間の磁気吸引力よりも内周側壁面９との間の磁気吸
引力がより強くなり、永久磁石６は着磁方向に内周側壁
面９に強固に固定される。

【００５５】（効果）上記のように、図１及び２に示す
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
によれば、永久磁石６が永久磁石埋め込み穴５の中で、
（平均）遠心力がより小さく、しかも肉厚の内周側壁面
９に固定されるので、回転子鉄心４に及ぼす応力を低減
することができ、回転子３の損傷を回避し信頼性を向上
させ得るとともに、より高速な回転及び出力の増大を実
現できる。

【００５６】また、永久磁石６は、永久磁石埋め込み穴
５の外周側壁面１０に間隙を介して対向する側の表面に
凹凸（段差）を形成したので、永久磁石６と永久磁石埋
め込み穴５の着磁方向各面に働く磁気吸引力により一層
強弱がつき、その吸引力の差により、永久磁石埋め込み
穴５の内周側壁面９への固定をより強固なものとするこ
とができる。

【００５７】さらに、この実施の形態では、永久磁石６
は自己の磁気吸引力により永久磁石埋め込み穴５内に固
定され、従来のように接着剤を使用することがないの
で、接着剤の枯れや劣化による脱落はなく安定するとと
もに、永久磁石６の鉄心４内への実装が容易となり製造
の効率化を図ことができる。

【００５８】（第２の実施の形態：請求項５に対応） （構成）図３は、本発明の永久磁石式リラクタンス型回
転電機の第２の実施の形態を示す回転子の径方向拡大断
面図である。

【００５９】図３に示すように、本実施の形態では、永
久磁石６の着磁方向の両端部においてそれぞれ対向する
永久磁石埋め込み穴５の壁面のうち、非磁性部８側の外
周側壁面１０自体に段差（凹凸）が構成され、これによ
り永久磁石６の両端部における磁気吸引力に差を有する
ように形成したものである。

【００６０】従って、この構成によっても、永久磁石６
と永久磁石埋め込み穴５の外周側壁面１０との間に、間
隙を有するのに加えて、永久磁石６の凸部により、外周
側壁面１０に近接する部分の表面積（すなわち凸部の先
端面積）が小さいので、第１の実施の形態と同様に、永
久磁石６の着磁方向に働く磁気吸引力に強弱がつき、そ
の吸引力の差により、永久磁石６は永久磁石埋め込み穴
５の内周側壁面９側に強固に固定される。

【００６１】尚、本実施の形態において、回転子鉄心４
は半径方向に沿って段差（凹凸）を設けているが、第１
の実施の形態と同様に、回転子鉄心４の軸方向に沿って
段差（凹凸）を設けても良い。

【００６２】（作用）このように第２の実施の形態の永
久磁石式リラクタンス型回転電機は、永久磁石埋め込み
穴５の外周側壁面１０に段差を形成したので、永久磁石
６と外周側壁面１０とを通る磁束は減少し、反対側の内
周側壁面９との間の磁気吸引力より小さくなり、永久磁
石６は遠心力のより小さくな方向の内周側壁面９に強固
に固定される。

【００６３】（効果）上記のように、図３に示す第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、永久磁石埋め込み穴５の外周側壁面１０、すなわち
回転子鉄心４側に段差（凹凸）を形成したことにより、
永久磁石６を永久磁石埋め込み穴５の内周側壁面９に強
固に固定することができる。

【００６４】従って、この実施の形態においても、永久
磁石６は永久磁石埋め込み穴５の回転軸側により近く、
しかも肉厚側の内周側壁面９に固定され、回転子鉄心４
に対する応力を低減することができるので、回転子３を
損傷を回避して信頼性を向上させることができるととも
に、より回転速度が早く、出力の大きい永久磁石式リラ
クタンス型回転電機を実現できる。

【００６５】また、永久磁石６は自己の磁気吸引力によ
り永久磁石埋め込み穴５内に固定されるので固定は安定
し、永久磁石６は簡単な形状及び構造を有するので、回
転子３の製造が容易となる。

【００６６】（第３の実施の形態：請求項６に対応） （構成）図４は、本発明の永久磁石式リラクタンス型回
転電機の第３の実施の形態を示す回転子の径方向拡大断
面図である。

【００６７】すなわち、本実施の形態では、永久磁石６
は、永久磁石埋め込み穴５の内周側壁面９との間に、磁
性部材１１を介して固定され、磁性部材１１は内周側壁
面９に接する側の面に、図示のように断面コ字状の段差
（凹凸）を設けたものである。

【００６８】そして、第１及び第２の実施の形態と同様
に、永久磁石６と永久磁石埋め込み穴５の外周側壁面１
０との間には隙間を形成したので、永久磁石６は、磁性
部材１１を介した磁気吸引力により、永久磁石埋め込み
穴５の内周側壁面９に強固に固定される。尚、本実施の
形態では、磁性部材１１は、半径方向に沿い段差（凹
凸）を設けるように図示してあるが、磁性部材１１の段
差（凹凸）は、回転子３の回転軸方向に沿って設けても
良い。

【００６９】（作用）上記構成による第３の実施の形態
の永久磁石式リラクタンス型回転電機によれば、永久磁
石６は着磁方向に磁性部材１１を介して内周側壁面９に
固定されていて、しかも磁性部材１１の内周側壁面９側
は段差を有するので、永久磁石６から発生するほとんど
の磁束は磁性部材１１を通って回転子鉄心４内に到達す
る。従って、端部断面積の小さい磁性部材１１の凸部と
永久磁石埋め込み穴５の内周側壁面９との間の磁束密度
は大となり磁気吸引力も増加し、永久磁石６は磁性部材
１１を介して永久磁石埋め込み穴５の内周側壁面９に強
固に固定される。

【００７０】（効果）上記のように、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によれば、永久磁
石６は磁性部材１１を介して回転子鉄心４に強固に固定
されて安定するので、第１及び第２の実施の形態と同様
に、高信頼性を有し、高速回転、高出力の回転電機を提
供することができる。

【００７１】（第４の実施の形態：請求項７に対応） （構成）図５は、本発明による永久磁石式リラクタンス
型回転電機の第４の実施の形態を示す回転子の径方向拡
大断面図である。

【００７２】図５に示したように、本実施の形態の回転
子３は、永久磁石６と永久磁石埋め込み穴５の外周側壁
面１０との間に、ばね等の弾性部材１２をその弾性力の
付勢方向が永久磁石６の着磁方向と一致するように挿入
し、弾性部材１２が永久磁石６を押圧し、永久磁石６が
常に永久磁石埋め込み穴５の内周側壁面９に強固に押圧
固定されるように構成されている。

【００７３】尚、本実施の形態では、回転子３の径方向
に沿い２個の弾性部材１２を配列挿入したが弾性部材１
２の個数は１個でも、あるいは３個以上の複数個でも良
い。また、複数個の弾性部材１２の配列方向も回転子３
の径方向に限らず、回転軸方向に沿い配列挿入すること
ができる。

【００７４】（作用）上記のように、この実施の形態の
永久磁石式リラクタンス型回転電機では、永久磁石６
は、自己磁気吸引力に加えて、ばね等の弾性部材１２に
より、永久磁石埋め込み穴５の内周側壁面９に押し付け
られるので、永久磁石６は永久磁石埋め込み穴５の内周
側壁面９に確実かつ強固に固定される。

【００７５】（効果）上記第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、永久磁石６が、弾性部材
１２により、永久磁石６は永久磁石埋め込み穴５の内周
側壁面９に押し付け固定されるので、永久磁石６は安定
し、信頼性が向上するとともに、回転子３のより高速回
転が可能となる。

【００７６】（第５の実施の形態：請求項８、９、１０
に対応） （構成）図６は、本発明の永久磁石式リラクタンス型回
転電機の第５の実施の形態を示す回転子の径方向拡大断
面図である。

【００７７】すなわち、本実施の形態では、図６に示し
たように、永久磁石埋め込み穴５と非磁性部８との間の
回転子鉄心４に、切り欠きないしは切り起こし加工によ
る弾性部１３を設け、その弾性部１３が永久磁石６を永
久磁石埋め込み穴５内の内周側壁面９に向け常に押圧す
るように構成されている。

【００７８】また、本実施の形態の永久磁石式リラクタ
ンス型回転電機は、（回転子）鉄心４の内径寸法ｄが外
形寸法ｄｏｕｔの２５％〜５５％の範囲にあるように構
成されている。

【００７９】すなわち、図７は図６に示す回転子３の回
転時における鉄心４の内径寸法ｄ（横軸）に対する鉄心
４内の最大応力値σ（縦軸）の関係を示した特性図であ
る。

【００８０】回転電機は、図７に示すように、（回転
子）鉄心４の内径寸法ｄが、ｄ１→ｄα→ｄ２へと順次
大きくなるに従い、鉄心４内の最大応力値αは一旦小さ
な値を示した後、途中（ｄα）における最小値を境に順
次大きくなる特性を呈する。そこで、この実施の形態の
発明は、鉄心４内の最大応力値αが最小となる内径寸法
ｄαは、回転子鉄心外径ｄｏｕｔに対し、２５％〜５５
％の範囲内に存在することに着目してなされたものであ
る。

【００８１】従って、回転子鉄心４の内径寸法ｄが外径
ｄｏｕｔに対し２５％〜５５％の範囲内、さらに好まし
くは最大応力値αが最小となる略ｄαとなるように内径
寸法ｄを設定することにより、回転遠心力による鉄心４
内の応力は軽減され、剛性の高い回転子３を得ることが
できる。

【００８２】なお、永久磁石６及び永久磁石埋め込み穴
５の各形状や配置の傾き等が異なるものとなると、回転
子鉄心４内の応力値が最小となる最適な内径寸法ｄαも
若干変化する。しかしながら、最適な内径寸法ｄαは鉄
心外径ｄｏｕｔに対し、やはり２５％〜５５％の範囲内
に存在する。

【００８３】従って、この実施の形態の永久磁石式リラ
クタンス型回転電機は、永久磁石埋め込み穴５内の永久
磁石６は、自己の磁気吸引力に加えて、弾性部１３によ
る付勢を受けて内周側壁面９に押圧され固定され、さら
に回転子鉄心４の内径寸法ｄを外径ｄｏｕｔに対し、２
５％〜５５％の範囲内に、なお好ましくは回転子鉄心４
内の応力値が最小となる最適な内径寸法ｄαに設定して
構成されたものである。

【００８４】尚、本実施の形態では、（回転子）鉄心４
の径方向に沿った切り欠きないしは切り起こしにより弾
性部１３を形成したが、もちろん回転軸方向に沿い設け
ることもできる。

【００８５】（作用）上記のように構成された永久磁石
式リラクタンス型回転電機によれば、永久磁石埋め込み
穴５と非磁性部８との間の回転子鉄心４に弾性部１３が
設けられ、永久磁石６は弾性部１３により付勢されつ
つ、永久磁石６の永久磁石埋め込み穴５の内周側壁面９
へ固定され安定する。

【００８６】また、回転子鉄心４の内径寸法ｄが外形寸
法ｄｏｕｔに対し、２５％〜５５％の範囲内にあるよう
に構成されたので、回転に伴う回転子鉄心４内の応力を
最小限に抑えることができる。

【００８７】（効果）上記のように、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は、回転子鉄心４
の弾性部１３により、永久磁石６は永久磁石埋め込み穴
５の内周側壁面９に押し付けられるので、永久磁石６は
自己の磁気吸引力と相俟って強固に固定され、高速回転
が可能となり、信頼性も向上する。

【００８８】また、弾性部１３は、鉄心４への単なる切
り欠きないしは切り起こし加工により形成され、ばね等
の弾性部材を挿入することがないので、部品点数を増す
ことなく製造できる。

【００８９】また、この実施の形態によれば、回転子鉄
心４の内径寸法ｄが外形寸法ｄｏｕｔの２５％〜５５％
の範囲となるように形成したので、回転子鉄心４内の遠
心力に対する応力値を最小限に抑えることが可能とな
り、信頼性の向上と同時に、より高速回転及び高出力を
実現できる。

【００９０】（第６の実施の形態：請求項１１、１２に
対応） （構成）図８は、本発明の永久磁石式リラクタンス型回
転電機の第６の実施の形態を示す径方向断面図、図９は
図８に示す回転子の径方向拡大断面図、図１０は図８に
示す永久磁石の斜視図である。

【００９１】本実施の形態の永久磁石式リラクタンス型
回転電機は、回転子鉄心４の永久磁石埋め込み穴５に挿
入される永久磁石１４の形状を、図１０に拡大して示し
たように、着磁方向１５に向け台形状に、すなわち符号
１６で示す着磁方向１５に直交する面（図示では横断
面）の面積が着磁方向に向け変化し、順次小さくなるよ
うに構成されている。

【００９２】また、永久磁石１４が挿入された永久磁石
埋め込み穴５の形状を、図８及び図９に示したように、
回転子鉄心４の内周側壁面９から内側に向けて一対の突
起部が形成され、その一対の突起部間に永久磁石１４の
台形状の底部を抱え込み固定するように加工構成されて
いる。

【００９３】従って、この実施の形態では、永久磁石埋
め込み穴５内で永久磁石１４は、内周側壁面９の突起部
間への嵌め込み操作によって装着できる。

【００９４】（作用）上記のように、この実施の形態の
永久磁石式リラクタンス型回転電機は、永久磁石１４の
形状を、着磁方向１５に面積（横面積）が変化するよう
に方向性を持たせたので、作業員は永久磁石６の着磁方
向１５を目視で識別できる。

【００９５】（効果）従って、第６の実施の形態によれ
ば、上記第１から第５の各実施の形態と同様に、永久磁
石６は自己の磁気吸引力により強固に固定されるととも
に、形状を着磁方向１５に沿い変化させたので、作業員
が永久磁石６の方向を間違えて回転子鉄心４内に装着す
るような不具合は回避され、製造効率を高めることがで
きる。

【００９６】なお、上記説明の各実施の形態では、回転
電機が４極であるとして説明したが、極数には４極に限
定されないことは言うまでもない。

【００９７】以上説明のように、本発明の永久磁石式リ
ラクタンス型回転電機によれば、永久磁石を、自己の磁
気吸引力により、永久磁石埋め込み穴の内周側壁面に固
定するので、回転に伴う回転子鉄心内の応力は低減さ
れ、高速回転、高出力を実現し得るものであり、実用に
際し顕著な効果を得ることができる。

【００９８】

【発明の効果】請求項１から３に記載の発明によれば、
永久磁石は非磁性部とは反対側の永久磁石埋め込み穴の
壁面に固定され、回転子の回転に伴う永久磁石の遠心力
が、回転子内の応力を軽減し、回転子の損傷を回避する
ことができる。

【００９９】請求項４または５に記載の発明によれば、
永久磁石の磁気吸引力に、その着磁方向の両端部間に差
を設けたので、請求項１から３の発明と同様に、回転子
の損傷を回避することができる。

【０１００】請求項６記載の発明によれば、磁性部材の
存在により、請求項３記載の発明の効果に加えて、永久
磁石のより強固な固定が可能となる。

【０１０１】請求項７または８に記載の発明において
も、弾性部材または弾性部の存在により、請求項１記載
の発明の効果に加えて、永久磁石のより強固な固定が可
能となる。

【０１０２】請求項９または１０に記載の発明によれ
ば、回転子自体の回転に伴う鉄心内の応力を軽減するこ
とができ、より高速回転の回転電機を実現することがで
きる。

【０１０３】請求項１１または１２に記載の発明によれ
ば、永久磁石の形状に着磁方向への方向性を持たせたの
で、鉄心内への装着を容易かつ確実に行うことができ、
製造効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる永久磁石式
リラクタンス型回転電機の径方向断面図である。

【図２】図１に示す回転子の径方向拡大断面図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係わる永久磁石式
リラクタンス型回転電機の回転子径方向拡大断面図であ
る。

【図４】本発明の第３の実施の形態に係わる永久磁石式
リラクタンス型回転電機の回転子径方向拡大断面図であ
る。

【図５】本発明の第４の実施の形態に係わる永久磁石式
リラクタンス型回転電機の回転子径方向拡大断面図であ
る。

【図６】本発明の第５の実施の形態に係わる永久磁石式
リラクタンス型回転電機の回転子径方向拡大断面図であ
る。

【図７】図６に示す永久磁石式リラクタンス型回転電機
の回転子鉄心内径寸法と回転子鉄心内の最大応力値との
関係を示す特性図である。

【図８】本発明の第６の実施の形態に係わる永久磁石式
リラクタンス型回転電機の回転子の径方向断面図であ
る。

【図９】図８に示す回転子の径方向拡大断面図である。

【図１０】図９に示す永久磁石の斜視図である。

【図１１】従来の永久磁石式リラクタンス型回転電機の
径方向断面図である。

【図１２】図１１に示す永久磁石式リラクタンス型回転
電機の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
である。

【図１３】図１１に示す永久磁石式リラクタンス型回転
電機のｑ軸の電機子電流による磁極間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の流れを示し
た径方向断面図である。

【図１４】図１１に示す永久磁石式リラクタンス型回転
電機の永久磁石が発生する磁束の流れを示した径方向断
面図である。

【図１５】図１１に示す永久磁石式リラクタンス型回転
電機の永久磁石が発生する磁束の流れを示した回転子の
径方向拡大断面図である。

【符号の説明】

１・・・固定子 ２・・・電機子コイル ３・・・回転子 ４・・・（回転子）鉄心 ５・・・永久磁石埋め込み穴 ６・・・永久磁石 ７，１４・・・磁性部 ８・・・非磁性部 ９・・・永久磁石埋め込み穴の内周側壁面 １０・・・永久磁石埋め込み穴の外周側壁面 １１・・・磁性部材 １２・・・弾性部材 １３・・・弾性部 １８・・・外周側薄肉部 １９・・・ブリッジ薄肉部 ４ａ・・・磁極部 ４ｂ・・・磁極間

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 19/10 Ｈ０２Ｋ 19/10 Ａ 21/14 21/14 Ｍ (72)発明者 堺 和人 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 新 政憲 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 風尾 幸彦 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 徳増 正 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 望月 資康 三重県三重郡朝日町大字縄生2121番地 株 式会社東芝三重工場内 (72)発明者 荒木 貴志 三重県三重郡朝日町大字縄生2121番地 株 式会社東芝三重工場内 (72)発明者 松原 正克 三重県三重郡朝日町大字縄生2121番地 株 式会社東芝三重工場内 Ｆターム(参考） 5H002 AA05 AB07 AC06 AE08 5H619 AA01 BB01 BB15 BB22 BB24 PP02 PP06 PP08 5H621 GA01 GA04 GA15 HH01 HH09 JK02 JK05 5H622 AA03 CA02 CA07 CA13 CB01 CB04 CB05 CB06 PP04 PP07 PP10 PP11 PP15 QB05

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電機子コイルを有する固定子と、この固
   定子の内側にあって、永久磁石を隣り合う磁極間を通る
   電機子の磁束を打ち消すように鉄心内の永久磁石埋め込
   み穴中に設け、かつ前記磁極間の永久磁石外周側に非磁
   性部を設けて、円周方向に磁気的凹凸を形成した回転子
   とを有する永久磁石式リラクタンス型回転電機におい
   て、 前記永久磁石は、その着磁方向にほぼ直交し、かつ非磁
   性部とは反対側の前記永久磁石埋め込み穴の壁面に固定
   し、かつ前記非磁性部側の壁面との間に隙間を設けたこ
   とを特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。
2. 【請求項２】 請求項１記載の永久磁石式リラクタンス
   型回転電機において、 前記永久磁石は、その磁気吸引
   力により、前記永久磁石埋め込み穴の壁面に固定された
   ことを特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。
3. 【請求項３】 請求項２記載の永久磁石式リラクタンス
   型回転電機において、 前記永久磁石は、その着磁方向
   の両端部間において、前記永久磁石埋め込み穴の壁面と
   の間の磁気吸引力に差を有し、いずれか一方の端面が、
   常に前記永久磁石埋め込み穴の壁面に固定されることを
   特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。
4. 【請求項４】 請求項３記載の永久磁石式リラクタンス
   型回転電機において、 前記永久磁石は、前記永久磁石
   埋め込み穴の壁面に対向する両端部のいずれか一方の面
   に段差を設け、前記両端部における磁気吸引力に差を設
   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。
5. 【請求項５】 請求項３記載の永久磁石式リラクタンス
   型回転電機において、 前記永久磁石の着磁方向の両端
   部にそれぞれ対向する前記永久磁石埋め込み穴の壁面の
   いずれか一方の面に段差を設け、前記永久磁石の前記両
   端部の磁気吸引力に差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。
6. 【請求項６】 請求項３記載の永久磁石式リラクタンス
   型回転電機において、 前記永久磁石の着磁方向の前記
   永久磁石埋め込み穴の壁面との間のいずれか一方に、前
   記永久磁石埋め込み穴の壁面に面する側に段差を有する
   磁性部材を介在させ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。
7. 【請求項７】 請求項１記載の永久磁石式リラクタンス
   型回転電機において、 前記永久磁石の着磁方向の前記
   永久磁石埋め込み穴の壁面との間のいずれか一方に、ば
   ね等の弾性部材を介装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。
8. 【請求項８】 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、 前記永久磁石埋め込み穴と前記非磁性部との間の前記鉄
   心に切り欠きないしは切り起こし加工により弾性部を形
   成し、その弾性部により前記永久磁石が押圧されるよう
   に構成されたことを特微とする永久磁石式リラクタンス
   型回転電機。
9. 【請求項９】 請求項１から８のうちのいずれか１項に
   記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、 前記回転子の鉄心の内径寸法が、鉄心の外形寸法の２５
   ％から５５％の範囲となるように設定されたことを特徴
   とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。
10. 【請求項１０】 請求項１から８のうちのいずれか１項
    に記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、 前記回転子の回転に伴う前記鉄心の応力値が最小となる
    ように鉄心の内径寸法が設定され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。
11. 【請求項１１】 電機子コイルを有する固定子と、この
    固定子の内側にあって、永久磁石を隣り合う磁極間を通
    る電機子の磁束を打ち消すように鉄心内の永久磁石埋め
    込み穴中に設け、かつ前記磁極間の永久磁石外周側に非
    磁性部を設けて、円周方向に磁気的凹凸を形成した回転
    子とを有する永久磁石式リラクタンス型回転電機におい
    て、 前記永久磁石は、前記永久磁石の着磁方向と略直交する
    面の面積が着磁方向に沿い変化するように構成されたこ
    とを特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載の永久磁石式リラクタ
    ンス型回転電機において、 前記永久磁石埋め込み穴の壁面を、前記永久磁石の前記
    着磁方向の一方の端部を係止するように変形させたこと
    を特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。