回転電機および回転電機の製造方法
【課題】装置全体が大きくなるのを抑制しながら高出力化を図ることが可能な回転電機を提供する。
【解決手段】この回転電機１００は、外周を有する回転子２と、ギャップＧを介して回転子２の外周を取り囲む固定子１とを備える。また、回転子２は、回転子２の内部に周方向に所定の間隔を隔てて設けられた複数の第１永久磁石２２と、複数の第１永久磁石２２の間にそれぞれ設けられて外周側に磁極が形成された複数の回転子コア積層片２４１とを有し、複数の第１永久磁石２２の磁化方向は、回転子２の半径方向に対して略垂直な方向であり、隣接する第１永久磁石２２の磁化方向は、互いに反対であり、複数の回転子コア積層片２４１の各々は、第１永久磁石２２から発生する磁束を磁極の中心Ｐに集中させるように設定された磁化容易方向を有する磁性材料を含む。
【解決手段】この回転電機１００は、外周を有する回転子２と、ギャップＧを介して回転子２の外周を取り囲む固定子１とを備える。また、回転子２は、回転子２の内部に周方向に所定の間隔を隔てて設けられた複数の第１永久磁石２２と、複数の第１永久磁石２２の間にそれぞれ設けられて外周側に磁極が形成された複数の回転子コア積層片２４１とを有し、複数の第１永久磁石２２の磁化方向は、回転子２の半径方向に対して略垂直な方向であり、隣接する第１永久磁石２２の磁化方向は、互いに反対であり、複数の回転子コア積層片２４１の各々は、第１永久磁石２２から発生する磁束を磁極の中心Ｐに集中させるように設定された磁化容易方向を有する磁性材料を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機および回転電機の製造方法に関し、特に、永久磁石を備える回転電機および回転電機の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、永久磁石を備える回転電機および回転電機の製造方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、固定子と回転子との間に介在するギャップ中の磁束密度（ギャップ磁束密度）の最大値を増加させる永久磁石可動電機（回転電機）が開示されている。この永久磁石可動電機では、回転子に用いられる永久磁石がＭＦＣＳＰＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｌｕｘ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）配列と称される配列方法により配列されている。
【０００４】
上記特許文献１に記載されたＭＦＣＳＰＭ配列の永久磁石可動電機は、回転子と、回転子の外周を取り囲むように設けられた固定子とを備えている。回転子は、シャフト、回転子コア、第１永久磁石および第２永久磁石を備えている。シャフトの外周には、回転子コア（回転子鉄心）が設けられている。第２永久磁石は、回転子コアの外周に回転子コアの周方向に沿って複数設けられている。第１永久磁石は、第２永久磁石の外周側の端部に回転子コアの周方向に沿って所定の間隔を隔てて複数配置されている。なお、回転子コアの周方向に隣り合う第１永久磁石の間には、それぞれ、間隙部（空気の層）が形成されている。この永久磁石可動電機では、第２永久磁石のみを用いるＲＳＰＭ（Ｒｉｎｇ−ｓｈａｐｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）配列と比べて、第１永久磁石を用いる分、ギャップ磁束密度の最大値を増加させることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２１７７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の永久磁石可動電機では、回転子コアの周方向に隣り合う第１永久磁石の間には、間隙部（空気などの透磁率の低い物質）が形成されているため、隣り合う第１永久磁石の間の間隙部におけるギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を増加させることが困難であるという不都合がある。このため、回転電機の高出力化を図ることが困難である。また、たとえば、ギャップ磁束密度の最大値を増加させて高出力化を図るために第１永久磁石および第２永久磁石の大きさを大きくした場合には、装置全体が大きくなるという不都合がある。このため、装置全体が大きくなるのを抑制しながら回転電機の高出力化を図ることが困難であるという問題点がある。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、装置全体が大きくなるのを抑制しながら高出力化を図ることが可能な回転電機および回転電機の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００８】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による回転電機は、外周を有する回転子と、ギャップを介して回転子の外周を取り囲む固定子とを備え、回転子は、回転子の内部に周方向に所定の間隔を隔てて設けられた複数の第１永久磁石と、複数の第１永久磁石の間にそれぞれ設けられて外周側に磁極が形成された複数のコア片とを有し、複数の第１永久磁石の磁化方向は、回転子の半径方向に対して略垂直な方向であり、隣接する第１永久磁石の磁化方向は、互いに反対となっており、複数のコア片の各々は、第１永久磁石から発生する磁束を磁極に集中させるように設定された磁化容易方向を有する磁性材料を含む。
【０００９】
この第１の局面による回転電機では、上記のように、回転子が複数の第１永久磁石の間にそれぞれ設けられた複数のコア片を有することによって、複数の第１永久磁石の間に空気などの透磁率の低い物質（間隙部）が形成されている場合と異なり、複数の第１永久磁石の間の間隙部に配置された複数のコア片を介して第１永久磁石から発生する磁束が固定子側に通り易くなる。これにより、回転子と固定子との間のギャップにおけるギャップ磁束密度の基本波成分の振幅が増加するので、装置全体が大きくなるのを抑制しながら高出力化を図ることができる。また、複数のコア片の各々が第１永久磁石から発生する磁束を磁極に集中させるように設定された磁化容易方向を有する磁性材料を含むことによって、第１永久磁石から発生する磁束が磁化容易方向に沿って磁極に集中し易くなるので、回転子と固定子との間のギャップにおけるギャップ磁束密度の基本波成分の振幅をより確実に増加させることができる。これにより、装置全体が大きくなるのを抑制しながらより確実に高出力化を図ることができる。
【００１０】
この発明の第２の局面による回転電機の製造方法は、複数の第１永久磁石の各々から発生する磁束を外周側に形成された磁極に集中させるように設定された磁化容易方向を有する磁性材料を含み、円周状に所定の間隔を隔てて内部に設けられた磁性材料を含む複数のコア片の所定の間隔に複数の第１永久磁石の各々を設けることにより、回転子を形成する工程と、ギャップを介して回転子の外周を取り囲むように固定子を形成する工程とを備える。
【００１１】
この第２の局面による回転電機の製造方法では、上記のように、円周状に所定の間隔を隔てて内部に設けられた磁性材料を含む複数のコア片の所定の間隔に複数の第１永久磁石の各々を設けることにより、回転子を形成する工程と、ギャップを介して回転子の外周を取り囲むように固定子を形成する工程とを備えることによって、複数の第１永久磁石の間に空気などの透磁率の低い物質（間隙部）が形成されている場合と異なり、複数の第１永久磁石の間の間隙部に配置された複数のコア片を介して第１永久磁石から発生する磁束が固定子側に通り易くなる。これにより、回転子と固定子との間のギャップにおけるギャップ磁束密度の基本波成分の振幅が増加するので、装置全体が大きくなるのを抑制しながら高出力化を図ることが可能な回転電機を製造することができる。また、複数の第１永久磁石の各々から発生する磁束を外周側に形成された磁極に集中させるように設定された磁化容易方向を有する磁性材料を含む複数のコア片の所定の間隔に複数の第１永久磁石の各々を設けることにより、回転子を形成する工程を備えることによって、第１永久磁石から発生する磁束が磁化容易方向に沿って磁極に集中し易くなるので、回転子と固定子との間のギャップにおけるギャップ磁束密度の基本波成分の振幅をより確実に増加させることができる。これにより、装置全体が大きくなるのを抑制しながらより確実に高出力化を図ることが可能な回転電機を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態による回転電機の断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による回転子コアを示した図である。
【図３】本発明の第１実施形態による回転子コア積層片を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態による回転子コア積層片が積層された状態を示す図である。
【図５】図１の４００−４００線に沿った断面図である。
【図６】従来のＭＦＣＳＰＭ配列における磁気回路を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態による回転電機の拡大断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態による回転子の磁極数が６の場合における磁界解析結果を示す等高線図である。
【図９】本発明の第１実施形態による回転子の磁極数が８の場合における磁界解析結果を示す等高線図である。
【図１０】本発明の第１実施形態による回転子の磁極数が１０の場合における磁界解析結果を示す等高線図である。
【図１１】本発明の第１実施形態による回転子の磁極数が１２の場合における磁界解析結果を示す等高線図である。
【図１２】本発明の第１実施形態による第２永久磁石の厚みＬが３ｍｍの場合における磁界解析結果を示す等高線図である。
【図１３】本発明の第１実施形態による第２永久磁石の厚みＬが６ｍｍの場合における磁界解析結果を示す等高線図である。
【図１４】本発明の第１実施形態による第２永久磁石の厚みＬが９ｍｍの場合における磁界解析結果を示す等高線図である。
【図１５】本発明の第１実施形態による回転子の磁極数が１０の場合における割合ηに対するギャップ磁束密度の基本波成分の振幅［Ｔ］の変化を示す折れ線グラフである。
【図１６】図１５の折れ線グラフの近似曲線および近似曲線のそれぞれのピーク値を結んだグラフである。
【図１７】割合ηと割合ζとの関係を示す図である。
【図１８】本発明の第２実施形態による回転電機の回転子コアを示す斜視図である。
【図１９】本発明の第３実施形態による回転電機の断面図である。
【図２０】本発明の第３実施形態による回転子コアの断面図である。
【図２１】図１９の５００−５００線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
まず、図１〜図５を参照して、本発明の第１実施形態による回転電機１００の構成について説明する。
【００１５】
本発明の第１実施形態による回転電機１００では、回転子に用いる永久磁石は、ＭＭＡＳＰＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ａｔｔａｃｈｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）配列により配列されており、電動機（モータ）として機能するものとする。この回転電機１００は、図１に示すように、固定子１および回転子２を備えている。固定子１は、固定子１と回転子２との間に存在するギャップＧを介して、略円筒状の回転子２の外周を取り囲むように形成されている。固定子１は、固定子コア１１および固定子巻線１２を備えている。固定子巻線１２は、固定子コア１１のティース部１１ａに巻回されている。固定子コア１１は、１２個のティース部１１ａを有している。また、回転電機１００では、固定子1の固定子巻線１２に電流を流すことにより回転磁界が発生し、回転磁界により回転子２が周方向に回転するように構成されている。
【００１６】
回転子２は、シャフト２１、第１永久磁石２２、第２永久磁石２３および回転子コア２４を備えている。第２永久磁石２３は、略円柱状のシャフト２１の外周に沿って１０個設けられている。
【００１７】
１０個の第２永久磁石２３の各々は、シャフト２１の外周に形成されたスプライン溝２１ａに配置されている。また、第２永久磁石２３は、図５に示すように、シャフト２１の延びる方向に延びるように形成されている。また、第２永久磁石２３は、図１に示すように、磁化方向がシャフト２１の外側と内側とに交互に向くように、シャフト２１（回転子２）の周方向に沿って等角度間隔（３６度間隔）で配置されている。これにより、第２永久磁石２３のそれぞれの磁化方向Ｄ０方向は、シャフト２１の半径方向と略平行な方向となり、シャフト２１の周方向に隣り合う第２永久磁石２３の磁化方向は、互いに反対となる。また、周方向に隣り合う第２永久磁石２３の間には、空間２３ａが形成されている。
【００１８】
第１永久磁石２２は、略平板形状を有し、回転子２の内部に所定の間隔を隔てて設けられている。なお、第１永久磁石２２は、第２永久磁石２３と同じ個数（１０個）設けられている。また、第１永久磁石２２は、隣り合う第２永久磁石２３の間で、かつ、第２永久磁石２３の配置される位置よりも固定子１側（外側）に配置されている。また、第１永久磁石２２は、隣り合う回転子コア２４に挟まれるように配置されている。第１永久磁石２２の磁化方向Ｄ１は、シャフト２１（回転子２）の半径方向とは略垂直な方向である。また、シャフト２１の周方向に隣り合う第１永久磁石２２の磁化方向は、互いに反対となる。
【００１９】
第１永久磁石２２は、シャフト２１の延びる方向に垂直な断面形状における短手方向に磁化方向が向くように着磁されている。着磁された第１永久磁石２２は、回転子コア２４に設けられた空隙部２４ａ（図２参照）に挿入され、回転子コア２４と接着されている。空隙部２４ａは、第２永久磁石２３と同じ個数形成されている。なお、第１永久磁石２２は、空隙部２４ａに挿入されて回転子コア２４と接着された後に、磁化方向を有するように着磁されてもよい。
【００２０】
回転子２は、第１永久磁石２２を保持する外側構造体５１および第２永久磁石２３を保持する内側構造体５２の２つの構造体を含む。内側構造体５２は、外側構造体５１の内周側に配置されている。外側構造体５１は、第１永久磁石２２および回転子コア２４を含む。回転子コア２４は、図２に示すように、回転子２の周方向に所定の間隔を隔てて配置された複数の回転子コア積層片２４１により構成されている。また、複数の回転子コア積層片２４１の各々は、図５に示すように、シャフト２１の延びる方向（軸方向）に積層されている。回転子コア積層片２４１は、図２に示すように、第２永久磁石２３の固定子１側であって、シャフト２１の周方向に隣り合う第１永久磁石２２の間に第２永久磁石２３と同じ個数（１０個）設けられている。なお、複数の回転子コア積層片２４１の間の空隙部２４ａには、第１永久磁石２２が配置されている。
【００２１】
ここで、第１実施形態では、回転子コア積層片２４１は、回転子２の周方向に２分割された回転子コア積層片２４１ａおよび回転子コア積層片２４１ｂを含んでいる。なお、回転子コア積層片２４１ａおよび回転子コア積層片２４１ｂは、それぞれ、本発明の「第１コア片」および「第２コア片」の一例である。２つの回転子コア積層片２４１ａおよび２４１ｂは、磁化容易方向（Ｄ２方向）を有する方向性電磁鋼板などの磁性材料（軟磁性体）からなる。また、２つの回転子コア積層片２４１ａおよび２４１ｂの磁化容易方向（Ｄ２方向）は、回転子２の回転中心Ｏと回転子２の外周に現れる磁極の中心Ｐとを結ぶ直線に対して所定の角度φ傾斜している。これにより、第１永久磁石２２および第２永久磁石２３から発生した磁束は、２つの回転子コア積層片２４１ａおよび２４１ｂの磁化容易方向（Ｄ２方向）に沿って、回転子２の外周に現れる磁極の中心Ｐに集中するように構成されている。
【００２２】
また、回転子コア積層片２４１の内周に隣接する第２永久磁石２３と、回転子コア積層片２４１の周方向（両側方）に隣接する２つの第１永久磁石２２とは、回転子コア積層片２４１側の磁極が相互に同一極となっている。
【００２３】
また、図１に示すように、回転子コア積層片２４１の開角は、角度αである。また、回転子２の周方向に隣り合う１つの第１永久磁石２２と１つの回転子コア積層片２４１との合計の開角は、角度θｐである。なお、開角の定義については、後述する。
【００２４】
また、回転子コア積層片２４１ａおよび２４１ｂは、図３に示すように、方向性電磁鋼板２４０から、磁化容易方向（Ｄ２方向）が回転子コア積層片２４１ａおよび２４１ｂに対して所望の角度φだけ傾くように、ワイヤカットやプレス加工により切り出されることによって形成されている。そして、図４に示すように、切り出された回転子コア積層片２４１ａおよび２４１ｂを順次積層することによって、回転子コア積層片２４１が形成されている。
【００２５】
また、回転子コア積層片２４１ａおよび２４１ｂの各々には、半円形の貫通穴２４４が設けられている。この貫通穴２４４は、図２に示すように、回転子コア２４（回転子コア積層片２４１ａと回転子コア積層片２４１ｂとが連結された状態）においては、円形の貫通穴２４５となるように構成されている。また、回転子コア積層片２４１は、図１に示すように、貫通穴２４５に円筒形の支持部材２５が取り付けられている。支持部材２５は、鉄またはセラミックなどの材料からなる。
【００２６】
内側構造体５２および外側構造体５１は、図５に示すように、シャフト２１の延びる方向の両端に配置されたブラケット２６およびブラケット２７により固定されている。なお、ブラケット２６およびブラケット２７は、本発明の「第１ブラケット」および「第２ブラケット」の一例である。
【００２７】
また、ブラケット２６および２７は、丸棒状(円柱状)の支持部材２５が係合される係合部である丸穴２６ａおよび２７ａを有する。ブラケット２６のシャフト２１側でかつ第２永久磁石２３側には、シャフト２１のスプライン溝２１ａの一方端部と係合可能な形状を有する係合部２６ｂが形成されている。また、ブラケット２７のシャフト２１側でかつ第２永久磁石２３側には、シャフト２１のスプライン溝２１ａの他方端部と係合可能な形状を有する係合部２７ｂが形成されている。なお、丸穴２６ａおよび２７ａは、本発明の「第２係合部」の一例である。なお、係合部２６ｂおよび２７ｂは、本発明の「第１係合部」の一例である。
【００２８】
また、ブラケット２６は、シャフト２１の一方端部から挿入可能に構成されている。これにより、シャフト２１のスプライン溝２１ａの一方端部とブラケット２６の係合部２６ｂとが係合され、ブラケット２６の丸穴２６ａに支持部材２５が圧入または接着されるように構成されている。同様に、ブラケット２７は、シャフト２１の他方端部から挿入可能に構成されている。これにより、シャフト２１のスプライン溝２１ａの他方端部とブラケット２７の係合部２７ｂとが係合され、ブラケット２７の丸穴２７ａに支持部材２５が圧入または接着されるように構成されている。
【００２９】
また、シャフト２１の外周面に形成されたスプライン溝２１ａのシャフト２１の延びる方向の長さは、第２永久磁石２３のシャフト２１の延びる方向の長さよりも大きく形成されている。
【００３０】
次に、図６を参照して、第１実施形態で用いるＭＭＡＳＰＭ配列が、従来のＭＦＣＳＰＭ配列よりもギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を増加させ易い原理について説明する。なお、ＭＭＡＳＰＭ配列とは、図１に示すように、シャフト２１のスプライン溝２１ａに隣り合うように配置された第１永久磁石２２の間に回転子コア積層片２４１を配置する配列のことをいい、ＭＦＣＳＰＭ配列とは、シャフトのスプライン溝に隣り合うように配置された第１永久磁石の間に間隙部（空隙部）が形成された従来の配列のことをいう。また、図６に示す従来のＭＦＣＳＰＭ配列では、第１永久磁石および第２永久磁石の起磁力をＦｍ、固定子と回転子との間のギャップＧの磁気抵抗をＲｍ１、回転子の周方向に隣り合う第１永久磁石の間の磁気抵抗をＲｍ２とする。また、従来のＭＦＣＳＰＭ配列における磁気回路を構成する要素には、上記要素以外に第２永久磁石の内周に設けられた回転子コアも含まれるが、回転子コアの磁気抵抗は空気に比べて十分小さいので、ここでは無視する。
【００３１】
従来のＭＦＣＳＰＭ配列では、図６に示すように、磁気回路において発生する磁束Φは、起磁力Ｆｍを磁気抵抗の総和（Ｒｍ１＋Ｒｍ２）で除算した値となる。したがって、固定子と回転子との間のギャップＧの磁気抵抗Ｒｍ１と、隣り合う第１永久磁石の間の磁気抵抗Ｒｍ２との総和を小さくすることにより、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を増加させることができる。ここで、固定子と回転子との間のギャップＧ長が一定ならギャップの磁気抵抗Ｒｍ１は一定とみなせるので、隣り合う第１永久磁石の間の磁気抵抗Ｒｍ２を小さくすれば、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を増加させることができる。
【００３２】
しかしながら、従来のＭＦＣＳＰＭ配列では、隣り合う第１永久磁石の間には、間隙部が形成されている。つまり、隣り合う第１永久磁石の間には、空気という透磁率の低い物質が存在している。このため、隣り合う第１永久磁石の間の磁気抵抗Ｒｍ２を小さくしにくいため、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を増加させることが困難である。
【００３３】
これに対して、第１実施形態で用いているＭＭＡＳＰＭ配列では、隣り合う第１永久磁石の間には、透磁率の高い回転子コア積層片２４１を設けている。これにより、隣り合う第１永久磁石の間の磁気抵抗Ｒｍ２を従来のＭＦＣＳＰＭ配列を用いた場合の磁気抵抗よりも小さくすることが可能である。その結果、磁気抵抗の総和（Ｒｍ１＋Ｒｍ２）を従来のＭＦＣＳＰＭ配列を用いた場合よりも小さくすることが可能であるので、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を増加させることが可能である。
【００３４】
次に、図７を参照して、第１実施形態で用いているＭＭＡＳＰＭ配列において、回転子コア積層片２４１の開角αの大きさによって、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅に最大値（ピーク値）が存在する理由について説明する。なお、説明を分かりやすくするために、以下では、回転子コア積層片２４１の開角αを変えても、第２永久磁石２３により発生する磁束の量は一定であり、第２永久磁石２３により発生する磁束の大きさは第１永久磁石２２により発生する磁束の量に比べて十分小さいとみなす。この場合、固定子１と回転子２との間のギャップＧ中の磁束の総量は第１永久磁石２２により発生する磁束の量と略等しくなる。
【００３５】
なお、図１に示すように、回転子コア積層片２４１の周方向における一方端面であって径方向における中心点をＺ１とし、回転子コア積層片２４１の周方向における他方端面であって半径方向における中心点をＺ２とする。また、第１永久磁石２２の周方向における他方端面であって径方向における中心点をＺ３とする。なお、第１永久磁石２２の周方向における一方端面であって径方向における中心点は、Ｚ２となる。このとき、１磁極範囲を構成する１対の回転子コア積層片２４１ａおよび２４１ｂのなす開角αは、中心点Ｚ１と回転中心Ｏとを結ぶ直線と、中心点Ｚ２と回転中心Ｏとを結ぶ直線とがなす鋭角に等しい。また、１磁極（隣り合う第１永久磁石２２と回転子コア積層片２４１）の開角θｐは、中心点Ｚ１と回転中心Ｏとを結ぶ直線と、中心点Ｚ３と回転中心Ｏとを結ぶ直線とがなす鋭角に等しい。
【００３６】
第１永久磁石２２の形状が決定した場合には、第１永久磁石２２から発生する磁束の量は、以下の式（１）〜式（３）により一意に定まる。式（１）は永久磁石のパーミアンスｐを与える式であり、式（２）は第１永久磁石２２の動作点における磁束密度Ｂｄを与える式であり、式（３）は第１永久磁石２２により発生する磁束Φ２を与える式である。なお、μ０は空気の透磁率、σおよびｆは漏れ係数、Ｌｍａｇは第１永久磁石２２の磁路長、Ａｍａｇは第１永久磁石２２の磁路断面積、ＬｇａｐはギャップＧ長、Ａｇａｐはギャップの磁路断面積、Ｂｒは第１永久磁石２２の残留磁束密度、ｂＨｃは第１永久磁石２２の保磁力である。
【００３７】
【数１】
【００３８】
【数２】
【００３９】
【数３】
【００４０】
ここで、ギャップ磁束密度の分布波形は一般的に台形波である。この分布波形の最大値Ｂｇｍは下記の式（４）で与えられる。なお、Ａｃｏｒｅは、回転子コア積層片２４１のギャップＧ側の表面積である。
【００４１】
【数４】
【００４２】
式（１）〜式（４）から、第１永久磁石２２が磁路方向に厚みの大きい形状になるほど、Ｌｍａｇ／Ａｍａｇの値が大きくなるとともに、パーミアンスｐが大きくなる。パーミアンスｐが大きくなると、動作点における磁束密度Ｂｄが増加し、ギャップ磁束密度の最大値Ｂｇｍが増加し、ギャップ磁束密度の分布波形が台形波であるので、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅も増加する。
【００４３】
ただし、第１永久磁石２２が磁路方向に厚みの大きい形状になりすぎると、回転子コア積層片２４１の開角αが小さくなりすぎるため、ギャップ磁束密度の分布波形が鋭く尖ったピークをもつ三角波に変化する。その結果、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅Ｂｇ１が減少する。このことは、下記の式（５）により表現される。
【００４４】
【数５】
【００４５】
ここで、割合ηは、回転子コア積層片２４１の開角αと、１磁極（隣り合う第１永久磁石２２と回転子コア積層片２４１）の開角θｐとを用いて下記の式（６）により定義される。式（６）において定義されるように、割合ηは、回転子２の周方向に隣り合う第１永久磁石２２と回転子コア積層片２４１との両開角の合計角θｐに対して、回転子コア積層片２４１の開角αの占める割合を示すものである。なお、割合ηは、本発明の「第１割合」の一例である。
【００４６】
【数６】
【００４７】
このように、回転子コア積層片２４１の開角αに対し、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅にピーク値が存在することが判明した。
【００４８】
次に、図１および図７〜図１７を参照して、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅がピーク値になるときの回転子コア積層片２４１の開角αの値について磁界解析結果を用いて説明する。磁界解析では、図７に示すように、固定子１の固定子コア１１を電磁鋼板からなる平滑円筒鉄心とした。また、ギャップＧ長を０．８ｍｍ、回転子２の外周半径Ｒ１を４１．７ｍｍ、固定子１の内周半径Ｒ２を４２．５ｍｍ、固定子１の外周半径Ｒ３を６１ｍｍとした。そして、式（６）により定義される割合ηと、下記の式（７）により定義される割合ζとを変化させた場合のギャップ磁束密度の基本波成分の振幅の変化を調べた。Ｒは、シャフト２１の外周に設けられた第２永久磁石２３の外周半径を示す。Ｌは、回転子２の径方向における第２永久磁石２３の厚みを示す。下記の式（７）で定義されるように、割合ζは、回転子２の外周半径Ｒ１に対して回転子２の径方向における回転子コア積層片２４１の厚みの占める割合を示す。回転子コア積層片２４１の開角αと、１磁極の開角θｐとを上式（６）に代入して求められる割合をηとする。また、シャフト２１の外周に設けられた第２永久磁石２３の外周半径Ｒを下記の式（７）に代入して求められる割合をζとする。なお、割合ζは、本発明の「第２割合」の一例である。
【００４９】
【数７】
【００５０】
図８に示すように、磁極数が６の場合、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅がピーク値となるときの割合ηの値は、約０．５以上約０．７以下の範囲に存在することが判明した。このことは、図９〜図１１に示すように、磁極数８、１０、１２の場合でもピーク値となるときの割合ηの値は０．５以上０．７以下の範囲に存在しており、図１２〜図１４に示すように、第２永久磁石２３の厚みＬが３ｍｍ、６ｍｍ、９ｍｍの場合でもピーク値となるときの割合ηの値は０．５以上０．７以下の範囲に存在している。また、図８〜図１４に示すように、割合ζが変化してもピーク値となるときの割合ηの値は０．５以上０．７以下の範囲に存在している。また、Ｒ１〜Ｒ３が変化しても、ピーク値となるときの割合ηの値は０．５以上０．７以下の範囲に存在している。
【００５１】
以上のことより、割合ηを０．５以上０．７以下の範囲内の値に設定することにより、任意の割合ζ、磁極数、Ｒ１〜Ｒ３、Ｌに対して、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅をピーク値付近の値に設定することが可能であることがわかった。
【００５２】
また、図８に示すように、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅がピーク値となるときの割合ηの値は、上記０．５以上０．７以下の範囲内で、割合ζの値に応じて変化することがわかった。また、図８〜図１１に示すように、磁極数が変化してもギャップ磁束密度の分布はほとんど変化しないことがわかった。同様に、図１２〜図１４に示すように、Ｌが変化してもギャップ磁束密度の分布はほとんど変化しないことがわかった。つまり、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅がピーク値となるときの割合ηの値は、磁極数やＬにはあまり依存しないことがわかった。なお、Ｒ１〜Ｒ３が変化しても、ギャップ磁束密度の分布はほとんど変化しないことがわかった。
【００５３】
次に、図１５〜図１７を参照して、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅がピーク値となるときの割合ηの値と、割合ζの値との関係について説明する。なお、一例として、磁極数が１０、Ｌが３ｍｍの場合の磁界解析結果に基づいて説明する。また、図１６は、図１５に示したそれぞれの折れ線の近似曲線である。
【００５４】
図１６に示すように、割合ζの大きさ（０．６、０．６４、０．６８、０．７１、０．７５、０．７８）に関わらず、割合ηが略０．６の場合に、ピーク位置が得られることがわかった。また、ピーク位置を結ぶ曲線の近似式は、グラフの縦軸であるギャップ磁束密度の基本波成分の振幅をＢｇ１で表すと下記の式（８）で表現される。
【００５５】
【数８】
【００５６】
また、図１７に示すように、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅がピーク値の割合ηと割合ζとの関係を示す結果より、割合ηを略０．６に設定することにより、任意の割合ζ、磁極数、Ｒ１〜Ｒ３、Ｌに対して、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅をピーク値に近づけることが可能であることがわかった。
【００５７】
なお、２つの割合ηと割合ζとは、図１７に示す折れ線グラフの近似式である下記の式（９）によって表現される。下記の式（９）に従って割合ηおよび割合ζを設定することにより、任意の磁極数、Ｒ１〜Ｒ３、Ｌに対し、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅をピーク値にすることが可能である。
【００５８】
【数９】
【００５９】
上記のように、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を最大（ピーク値）にするための２つの割合η、割合ζを決定する手順としては次のとおりである。まず、第２永久磁石２３の外周半径Ｒと回転子２の外周半径Ｒ１より、上式（７）に従い割合ζを計算する。次に、上式（９）に従い割合ηを計算する。これらの結果から、割合ζの値に対する割合ηの最適な値が定まる。最後に、求めた割合ηの値を上式（８）に代入することにより、割合ζの値に対するギャップ磁束密度の基本波成分の振幅のピーク値が求まる。
【００６０】
第１実施形態では、上記のように、回転子２が複数の第１永久磁石２２の間にそれぞれ設けられた複数の回転子コア積層片２４１を有することによって、複数の第１永久磁石２２の間に空気などの透磁率の低い物質（間隙部）が形成されている場合と異なり、複数の第１永久磁石２２の間の間隙部に配置された複数の回転子コア積層片２４１を介して第１永久磁石２２から発生する磁束が固定子１側に通り易くなる。これにより、固定子１と回転子２との間のギャップＧにおけるギャップ磁束密度の基本波成分の振幅が増加するので、装置全体が大きくなるのを抑制しながら高出力化を図ることができる。また、複数の回転子コア積層片２４１（２４１ａ、２４１ｂ）の各々が、第１永久磁石２２から発生する磁束を磁極に集中させるように設定された磁化容易方向を有する方向性電磁鋼板（磁性材料）を含むことによって、第１永久磁石２２から発生する磁束が方向性電磁鋼板の磁化容易方向に沿って磁極に集中し易くなるので、固定子１と回転子２との間のギャップＧにおけるギャップ磁束密度の基本波成分の振幅をより確実に増加させることができる。これにより、より確実に装置全体が大きくなるのを抑制しながら高出力化を図ることができる。
【００６１】
また、第１実施形態では、上記のように、複数の回転子コア積層片２４１の各々を、回転子２の軸方向に積層することによって、１つの回転子コア積層片２４１のみを設ける場合と比べて、複数の回転子コア積層片２４１を設ける分、第１永久磁石２２および第２永久磁石２３から発生する磁束をより確実に磁化容易方向へ導くことができる。
【００６２】
また、第１実施形態では、上記のように、回転子コア積層片２４１ａおよび２４１ｂの各々の磁化容易方向を磁化方向が集中するように回転子２の回転中心Ｏから半径方向に延びる直線に対して所定の角度φ傾斜させることによって、第１永久磁石２２および第２永久磁石２３から発生する磁束が回転子２の外周に現れる磁極の中心Ｐに向かって集中し易くなるとともに、磁極の中心Ｐ以外の方向へ向かう磁束の量が減るので、固定子１と回転子２との間のギャップＧにおけるギャップ磁束密度の基本波成分の振幅をより確実に増加させることができる。これにより、回転子コア積層片２４１の回転子２の外周側における境界部での漏れ磁束の割合を低減することができる。その結果、回転子２の外周から固定子１の内周へ進む磁束の割合が増加することにより、固定子巻線１２と鎖交する磁束が増加するので、より回転電機１００の高出力化を図ることができる。
【００６３】
また、第１実施形態では、上記のように、複数の第２永久磁石２３の磁化方向が回転子２の半径方向に対して略平行な方向であり、隣接する第２永久磁石２３の磁化方向が互いに反対であり、回転子コア積層片２４１に隣接する第１永久磁石２２と２つの第２永久磁石２３のそれぞれが有する回転子コア積層片２４１側の磁極が相互に同一極であることによって、第１永久磁石２２と２つの第２永久磁石２３との両方から発生する磁束を回転子コア積層片２４１側に導くことができる。
【００６４】
また、第１実施形態では、上記のように、シャフト２１の外周に設けられたスプライン溝２１ａに第２永久磁石２３が配置されることによりシャフト２１と第２永久磁石２３とを連結するとともに、回転子コア積層片２４１が第１永久磁石２２を保持することにより回転子コア積層片２４１と第１永久磁石２２とを連結することによって、シャフト２１と第２永久磁石２３とを容易に固定することができるとともに、回転子コア積層片２４１と第１永久磁石２２とを容易に固定することができる。
【００６５】
また、第１実施形態では、上記のように、シャフト２１の延びる方向における回転子コア積層片２４１の一方端部と第１永久磁石２２の一方端部とに固定されたブラケット２６と、シャフト２１の延びる方向における回転子コア積層片２４１の他方端部と第１永久磁石２２の他方端部とに固定されたブラケット２７とを有することによって、ブラケット２６とブラケット２７とにより回転子２を強固に保持することができる。
【００６６】
また、第１実施形態では、上記のように、ブラケット２６およびブラケット２７に、シャフト２１の外周に設けられたスプライン溝２１ａと係合する係合部２６ｂおよび２７ｂを設けることによって、係合部２６ｂおよび２７ｂにおいて、容易に、ブラケット２６およびブラケット２７とシャフト２１とを係合させることができる。
【００６７】
また、第１実施形態では、上記のように、ブラケット２６およびブラケット２７に、支持部材２５と係合する丸孔３６ａおよび２７ａを設けることによって、容易に、ブラケット２６およびブラケット２７と支持部材２５とを係合させることができる。
【００６８】
また、第１実施形態では、上記のように、周方向に所定の間隔を隔てて設けられた回転子コア積層片２４１と、第１永久磁石２２との両開角の合計角θｐに対して回転子コア積層片２４１の開角αの占める割合ηを０．５以上０．７以下にすることによって、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅をピーク値付近の値に近づけることができる。
【００６９】
また、第１実施形態では、上記のように、周方向に所定の間隔を隔てて設けられた回転子コア積層片２４１と、第１永久磁石２２との両開角の合計角θｐに対して回転子コア積層片２４１の開角αの占める割合ηを略０．６にすることによって、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅をピーク値付近の値により近づけることができる。
【００７０】
また、第１実施形態では、上記のように、周方向に所定の間隔を隔てて設けられた回転子コア積層片２４１と第１永久磁石２２との両開角の合計角θｐに対して回転子コア積層片２４１の開角αの占める割合ηと、回転子２の半径に対して回転子２の径方向における回転子コア積層片２４１の厚みの占める割合ζとをギャップＧ中の磁束密度の基本波振幅が最大となるように設定することによって、固定子１と回転子２との間のギャップＧにおけるギャップ磁束密度の基本波成分の振幅が増加するので、容易に、回転電機１００の高出力化を図ることができる。
【００７１】
また、第１実施形態では、上記のように、回転子２の周方向に隣り合う第１永久磁石２２と回転子コア積層片２４１との両開角の合計角θｐに対して、回転子コア積層片２４１の開角αの占める割合をηとするとともに、回転子２の外周半径Ｒ１に対して回転子２の径方向における回転子コア積層片２４１の厚みの占める割合をζとした場合に、割合ηと割合ζとをη＝−３．５１８８×ζ３＋３．３６２８×ζ２＋０．８０９４×ζ−０．３７９４の関係式を満たすように設定することによって、関係式を満たすように割合ηと割合ζとを設定するだけで容易にギャップ磁束密度の基本波の振幅をピーク値付近の値により確実に近づけることができる。
【００７２】
（第２実施形態）
次に、図１８を参照して、本発明の第２実施形態による回転電機２００について説明する。この第２実施形態では、複数の回転子コア積層片２４１が所定の間隔を隔てて分離して配置された第１実施形態とは異なり、複数の回転子コア積層片２４１が回転子コア３４によって互いに接続された例について説明する。
【００７３】
この第２実施形態では、図１８に示すように、回転電機２００の回転子コア４４は、回転子コア２４および回転子コア３４を含んでいる。回転子コア３４は、無方向性電磁鋼板をワイヤカットやプレス加工などを行うことにより形成されている。回転子コア３４は、隣接する回転子コア片３４１どうしが連結部３４２により互いに連結するように構成されている。また、回転子コア２４は、方向性電磁鋼板をワイヤカットやプレス加工により形成されている。
【００７４】
また、回転子コア３４の外形形状は、回転子コア積層片２４１を周方向に一定間隔で精度良く並べるための位置基準として利用することが可能である。これにより、回転子コア積層片２４１の貫通穴２４５の形状のみを位置基準として利用する上記第１実施形態の回転子２に比べて、回転子の組み立て精度を向上させることが可能である。
【００７５】
また、回転子コア３４の１磁極を構成する回転子コア片３４１と、回転子コア２４の１磁極を構成する回転子コア積層片２４１とは、互いの磁極中心が一致するように構成されている。具体的には、丸棒状（円柱状）の支持部材２５が貫通する穴３５ａと穴２４５とが一致するするとともに、第１永久磁石２２を保持する凹部３４ａと凹部２４ａとが一致し、かつ、回転子コア３４と回転子コア２４との内周および外周が一致するように積層されるように構成されている。また、回転子コア４４の回転子コア２４の合計厚みと、回転子コア３４の厚みとの比は、１：３になるように構成されている。
【００７６】
なお、第２実施形態のその他の構成および効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００７７】
（第３実施形態）
次に、図１９〜図２１を参照して、本発明の第３実施形態による回転電機３００について説明する。この第３実施形態では、回転子コア積層片の磁化容易方向が回転子の回転中心から半径方向に延びる直線に対して所定の角度傾斜するように構成された第１実施形態とは異なり、回転子コア積層片の磁化容易方向が回転子の半径方向と略平行方向の場合について説明する。
【００７８】
この第３実施形態では、図１９に示すように、回転電機３００の外側構造体６１は、第１永久磁石２２および回転子コア５４を含む。回転子コア５４は、図２０に示すように、複数の回転子コア積層片５４１と円筒状部材５４２とを含む。なお、回転子コア積層片５４１は、本発明の「コア片」の一例である。また、回転子コア積層片５４１の各々は、図１９に示すように、回転子３の周方向に一定の間隔を隔てて配置されている。また、回転子コア積層片５４１を構成する方向性電磁鋼板の磁化容易方向は、回転子３の半径方向と略平行な方向（Ｄ３方向）である。また、回転子コア積層片５４１の断面形状は、略台形形状である。
【００７９】
また、回転子コア積層片５４１は、複数枚の方向性電磁鋼板の磁化容易方向を一致させながら積層した後に、積層された方向性電磁鋼板をワイヤカットやプレス機によって加工することにより、断面形状が略台形状となるように形成されている。なお、回転子コア積層片５４１の積層方向は、回転子３の周方向であってもよいし、回転子３の軸方向であってもよい。
【００８０】
円筒状部材５４２は、回転子コア積層片５４１の外周に設けられている。回転子コア積層片５４１の各々は、円筒状部材５４２により互いに連結されるように構成されている。円筒状部材５４２は、肉厚の薄い略円筒形状からなるとともに、ステンレス系の鋼管のように機械強度が高い部材などからなる。また、円筒状部材５４２をアモルファス箔帯を円筒状に巻いて半径方向に積層してもよいし、圧粉磁心により構成してもよい。
【００８１】
また、図２１に示すように、回転子コア積層片５４１、第１永久磁石２２および第２永久磁石２３のシャフト２１の延びる方向の両端部には、ブラケット３６およびブラケット３７が設けられている。なお、ブラケット３６およびブラケット３７は、本発明の「第１ブラケット」および「第２ブラケット」の一例である。
【００８２】
また、ブラケット３６は、シャフト２１のスプライン溝２１ａの一方端部から挿入されることにより、ブラケット３６の係合部３６ｂにおいて、ブラケット３６と、回転子コア積層片５４１の一方端部、第１永久磁石２２および第２永久磁石２３の一方端部とが係合されるように構成されている。また、ブラケット３７は、シャフト２１のスプライン溝２１ａの他方端部から挿入されることにより、ブラケット３７の係合部３７ｂにおいて、ブラケット３７と、回転子コア積層片５４１の他方端部、第１永久磁石２２および第２永久磁石２３の他方端部とが係合されるように構成されている。なお、係合部３６ｂおよび係合部３７ｂは、本発明の「第１係合部」の一例である。
【００８３】
なお、第３実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００８４】
第３実施形態では、上記のように、複数の回転子コア積層片５４１の各々の磁化容易方向が回転子３の半径方向と略平行な方向へ向かう方向を有することによって、第１永久磁石２２および第２永久磁石２３から発生する磁束が回転子３の半径方向と略平行な方向へ通り易くなるので、固定子１と回転子３との間のギャップＧにおけるギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を増加させることができる。これにより、回転子３の外周から固定子１の内周へ進む磁束の割合が増加することにより、固定子巻線１２と鎖交する磁束が増加するので、より回転電機３００の高出力化を図ることができる。
【００８５】
また、第３実施形態では、上記のように、円筒状部材５４２が鋼管を含むことによって、鋼管を含む円筒状部材５４２により回転子２の回転方向（周方向）に対する機械的強度を向上させることができる。また、回転子３が回転駆動する際に、回転子コア積層片５４１の各々が遠心力またはトルクにより飛散する危険度を低減することができる。
【００８６】
なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００８７】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００８８】
たとえば、上記第１〜第３実施形態では、本発明の回転電機をモータとして機能させる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、回転電機を発電機として機能させてもよい。
【００８９】
また、上記第１〜第３実施形態では、磁化容易方向を有する磁性材料の一例として方向性電磁鋼板を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、磁化容易方向を有する磁性材料であれば、方向性電磁鋼板以外の磁性材料でもよい。
【００９０】
また、上記第１〜第３実施形態では、回転子コア積層片を２分割する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、回転子コア積層片を３分割以上に分割してもよい。
【００９１】
また、上記第１〜第３実施形態では、回転子コア積層片を回転子の周方向に沿って分割する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、回転子コア積層片を回転子の半径方向に沿って分割してもよい。
【００９２】
また、上記第１〜第３実施形態では、回転子コア積層片を回転子の軸方向に積層する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、回転子コア積層片を積層せずに１つの回転子コア積層片のみを設けてもよい。
【００９３】
また、第１〜第３実施形態では、１０個の回転子コア積層片を配置する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、本発明では、１０個以外の個数の回転子コア積層片を配置してもよい。
【００９４】
また、第１および第２実施形態では、磁化容易方向を有する回転子コア積層片に貫通穴を設けて、貫通穴に丸棒状（円柱状）の支持部材を設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、回転子コア積層片に貫通穴を設けなくてもよい。
【００９５】
また、第１実施形態では、回転子コア積層片の各々が非接触の状態になるように所定の間隔を隔てて配置される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、回転子コア積層片の各々を接続するように構成してもよい。
【００９６】
また、上記第２実施形態では、回転子コア２４の厚みと、回転子コア３４の厚みとの比が１：３になるように構成される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、回転子コア２４の厚みと、回転子コア３４の厚みとの比が１：３以外の比になるように構成してもよい。また、回転子コア４４を単位構造として、任意の数の回転子コア４４を積層してもよい。
【符号の説明】
【００９７】
１ 固定子
２、３ 回転子
２１ シャフト（回転軸）
２２ 第１永久磁石
２３ 第２永久磁石
２５ 支持部材
２６、３６ ブラケット（第１ブラケット）
２６ａ、２７ａ 丸穴（第２係合部）
２６ｂ、２７ｂ、３６ｂ、３７ｂ 係合部（第１係合部）
２７、３７ ブラケット（第２ブラケット）
１００、２００、３００ 回転電機
２４１、５４１ 回転子コア積層片（コア片）
２４１ａ 回転子コア積層片（第１コア片）
２４１ｂ 回転子コア積層片（第２コア片）
５４２ 円筒状部材
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機および回転電機の製造方法に関し、特に、永久磁石を備える回転電機および回転電機の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、永久磁石を備える回転電機および回転電機の製造方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、固定子と回転子との間に介在するギャップ中の磁束密度（ギャップ磁束密度）の最大値を増加させる永久磁石可動電機（回転電機）が開示されている。この永久磁石可動電機では、回転子に用いられる永久磁石がＭＦＣＳＰＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｌｕｘ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）配列と称される配列方法により配列されている。
【０００４】
上記特許文献１に記載されたＭＦＣＳＰＭ配列の永久磁石可動電機は、回転子と、回転子の外周を取り囲むように設けられた固定子とを備えている。回転子は、シャフト、回転子コア、第１永久磁石および第２永久磁石を備えている。シャフトの外周には、回転子コア（回転子鉄心）が設けられている。第２永久磁石は、回転子コアの外周に回転子コアの周方向に沿って複数設けられている。第１永久磁石は、第２永久磁石の外周側の端部に回転子コアの周方向に沿って所定の間隔を隔てて複数配置されている。なお、回転子コアの周方向に隣り合う第１永久磁石の間には、それぞれ、間隙部（空気の層）が形成されている。この永久磁石可動電機では、第２永久磁石のみを用いるＲＳＰＭ（Ｒｉｎｇ−ｓｈａｐｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）配列と比べて、第１永久磁石を用いる分、ギャップ磁束密度の最大値を増加させることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２１７７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の永久磁石可動電機では、回転子コアの周方向に隣り合う第１永久磁石の間には、間隙部（空気などの透磁率の低い物質）が形成されているため、隣り合う第１永久磁石の間の間隙部におけるギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を増加させることが困難であるという不都合がある。このため、回転電機の高出力化を図ることが困難である。また、たとえば、ギャップ磁束密度の最大値を増加させて高出力化を図るために第１永久磁石および第２永久磁石の大きさを大きくした場合には、装置全体が大きくなるという不都合がある。このため、装置全体が大きくなるのを抑制しながら回転電機の高出力化を図ることが困難であるという問題点がある。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、装置全体が大きくなるのを抑制しながら高出力化を図ることが可能な回転電機および回転電機の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００８】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による回転電機は、外周を有する回転子と、ギャップを介して回転子の外周を取り囲む固定子とを備え、回転子は、回転子の内部に周方向に所定の間隔を隔てて設けられた複数の第１永久磁石と、複数の第１永久磁石の間にそれぞれ設けられて外周側に磁極が形成された複数のコア片とを有し、複数の第１永久磁石の磁化方向は、回転子の半径方向に対して略垂直な方向であり、隣接する第１永久磁石の磁化方向は、互いに反対となっており、複数のコア片の各々は、第１永久磁石から発生する磁束を磁極に集中させるように設定された磁化容易方向を有する磁性材料を含む。
【０００９】
この第１の局面による回転電機では、上記のように、回転子が複数の第１永久磁石の間にそれぞれ設けられた複数のコア片を有することによって、複数の第１永久磁石の間に空気などの透磁率の低い物質（間隙部）が形成されている場合と異なり、複数の第１永久磁石の間の間隙部に配置された複数のコア片を介して第１永久磁石から発生する磁束が固定子側に通り易くなる。これにより、回転子と固定子との間のギャップにおけるギャップ磁束密度の基本波成分の振幅が増加するので、装置全体が大きくなるのを抑制しながら高出力化を図ることができる。また、複数のコア片の各々が第１永久磁石から発生する磁束を磁極に集中させるように設定された磁化容易方向を有する磁性材料を含むことによって、第１永久磁石から発生する磁束が磁化容易方向に沿って磁極に集中し易くなるので、回転子と固定子との間のギャップにおけるギャップ磁束密度の基本波成分の振幅をより確実に増加させることができる。これにより、装置全体が大きくなるのを抑制しながらより確実に高出力化を図ることができる。
【００１０】
この発明の第２の局面による回転電機の製造方法は、複数の第１永久磁石の各々から発生する磁束を外周側に形成された磁極に集中させるように設定された磁化容易方向を有する磁性材料を含み、円周状に所定の間隔を隔てて内部に設けられた磁性材料を含む複数のコア片の所定の間隔に複数の第１永久磁石の各々を設けることにより、回転子を形成する工程と、ギャップを介して回転子の外周を取り囲むように固定子を形成する工程とを備える。
【００１１】
この第２の局面による回転電機の製造方法では、上記のように、円周状に所定の間隔を隔てて内部に設けられた磁性材料を含む複数のコア片の所定の間隔に複数の第１永久磁石の各々を設けることにより、回転子を形成する工程と、ギャップを介して回転子の外周を取り囲むように固定子を形成する工程とを備えることによって、複数の第１永久磁石の間に空気などの透磁率の低い物質（間隙部）が形成されている場合と異なり、複数の第１永久磁石の間の間隙部に配置された複数のコア片を介して第１永久磁石から発生する磁束が固定子側に通り易くなる。これにより、回転子と固定子との間のギャップにおけるギャップ磁束密度の基本波成分の振幅が増加するので、装置全体が大きくなるのを抑制しながら高出力化を図ることが可能な回転電機を製造することができる。また、複数の第１永久磁石の各々から発生する磁束を外周側に形成された磁極に集中させるように設定された磁化容易方向を有する磁性材料を含む複数のコア片の所定の間隔に複数の第１永久磁石の各々を設けることにより、回転子を形成する工程を備えることによって、第１永久磁石から発生する磁束が磁化容易方向に沿って磁極に集中し易くなるので、回転子と固定子との間のギャップにおけるギャップ磁束密度の基本波成分の振幅をより確実に増加させることができる。これにより、装置全体が大きくなるのを抑制しながらより確実に高出力化を図ることが可能な回転電機を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態による回転電機の断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による回転子コアを示した図である。
【図３】本発明の第１実施形態による回転子コア積層片を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態による回転子コア積層片が積層された状態を示す図である。
【図５】図１の４００−４００線に沿った断面図である。
【図６】従来のＭＦＣＳＰＭ配列における磁気回路を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態による回転電機の拡大断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態による回転子の磁極数が６の場合における磁界解析結果を示す等高線図である。
【図９】本発明の第１実施形態による回転子の磁極数が８の場合における磁界解析結果を示す等高線図である。
【図１０】本発明の第１実施形態による回転子の磁極数が１０の場合における磁界解析結果を示す等高線図である。
【図１１】本発明の第１実施形態による回転子の磁極数が１２の場合における磁界解析結果を示す等高線図である。
【図１２】本発明の第１実施形態による第２永久磁石の厚みＬが３ｍｍの場合における磁界解析結果を示す等高線図である。
【図１３】本発明の第１実施形態による第２永久磁石の厚みＬが６ｍｍの場合における磁界解析結果を示す等高線図である。
【図１４】本発明の第１実施形態による第２永久磁石の厚みＬが９ｍｍの場合における磁界解析結果を示す等高線図である。
【図１５】本発明の第１実施形態による回転子の磁極数が１０の場合における割合ηに対するギャップ磁束密度の基本波成分の振幅［Ｔ］の変化を示す折れ線グラフである。
【図１６】図１５の折れ線グラフの近似曲線および近似曲線のそれぞれのピーク値を結んだグラフである。
【図１７】割合ηと割合ζとの関係を示す図である。
【図１８】本発明の第２実施形態による回転電機の回転子コアを示す斜視図である。
【図１９】本発明の第３実施形態による回転電機の断面図である。
【図２０】本発明の第３実施形態による回転子コアの断面図である。
【図２１】図１９の５００−５００線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
まず、図１〜図５を参照して、本発明の第１実施形態による回転電機１００の構成について説明する。
【００１５】
本発明の第１実施形態による回転電機１００では、回転子に用いる永久磁石は、ＭＭＡＳＰＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ａｔｔａｃｈｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）配列により配列されており、電動機（モータ）として機能するものとする。この回転電機１００は、図１に示すように、固定子１および回転子２を備えている。固定子１は、固定子１と回転子２との間に存在するギャップＧを介して、略円筒状の回転子２の外周を取り囲むように形成されている。固定子１は、固定子コア１１および固定子巻線１２を備えている。固定子巻線１２は、固定子コア１１のティース部１１ａに巻回されている。固定子コア１１は、１２個のティース部１１ａを有している。また、回転電機１００では、固定子1の固定子巻線１２に電流を流すことにより回転磁界が発生し、回転磁界により回転子２が周方向に回転するように構成されている。
【００１６】
回転子２は、シャフト２１、第１永久磁石２２、第２永久磁石２３および回転子コア２４を備えている。第２永久磁石２３は、略円柱状のシャフト２１の外周に沿って１０個設けられている。
【００１７】
１０個の第２永久磁石２３の各々は、シャフト２１の外周に形成されたスプライン溝２１ａに配置されている。また、第２永久磁石２３は、図５に示すように、シャフト２１の延びる方向に延びるように形成されている。また、第２永久磁石２３は、図１に示すように、磁化方向がシャフト２１の外側と内側とに交互に向くように、シャフト２１（回転子２）の周方向に沿って等角度間隔（３６度間隔）で配置されている。これにより、第２永久磁石２３のそれぞれの磁化方向Ｄ０方向は、シャフト２１の半径方向と略平行な方向となり、シャフト２１の周方向に隣り合う第２永久磁石２３の磁化方向は、互いに反対となる。また、周方向に隣り合う第２永久磁石２３の間には、空間２３ａが形成されている。
【００１８】
第１永久磁石２２は、略平板形状を有し、回転子２の内部に所定の間隔を隔てて設けられている。なお、第１永久磁石２２は、第２永久磁石２３と同じ個数（１０個）設けられている。また、第１永久磁石２２は、隣り合う第２永久磁石２３の間で、かつ、第２永久磁石２３の配置される位置よりも固定子１側（外側）に配置されている。また、第１永久磁石２２は、隣り合う回転子コア２４に挟まれるように配置されている。第１永久磁石２２の磁化方向Ｄ１は、シャフト２１（回転子２）の半径方向とは略垂直な方向である。また、シャフト２１の周方向に隣り合う第１永久磁石２２の磁化方向は、互いに反対となる。
【００１９】
第１永久磁石２２は、シャフト２１の延びる方向に垂直な断面形状における短手方向に磁化方向が向くように着磁されている。着磁された第１永久磁石２２は、回転子コア２４に設けられた空隙部２４ａ（図２参照）に挿入され、回転子コア２４と接着されている。空隙部２４ａは、第２永久磁石２３と同じ個数形成されている。なお、第１永久磁石２２は、空隙部２４ａに挿入されて回転子コア２４と接着された後に、磁化方向を有するように着磁されてもよい。
【００２０】
回転子２は、第１永久磁石２２を保持する外側構造体５１および第２永久磁石２３を保持する内側構造体５２の２つの構造体を含む。内側構造体５２は、外側構造体５１の内周側に配置されている。外側構造体５１は、第１永久磁石２２および回転子コア２４を含む。回転子コア２４は、図２に示すように、回転子２の周方向に所定の間隔を隔てて配置された複数の回転子コア積層片２４１により構成されている。また、複数の回転子コア積層片２４１の各々は、図５に示すように、シャフト２１の延びる方向（軸方向）に積層されている。回転子コア積層片２４１は、図２に示すように、第２永久磁石２３の固定子１側であって、シャフト２１の周方向に隣り合う第１永久磁石２２の間に第２永久磁石２３と同じ個数（１０個）設けられている。なお、複数の回転子コア積層片２４１の間の空隙部２４ａには、第１永久磁石２２が配置されている。
【００２１】
ここで、第１実施形態では、回転子コア積層片２４１は、回転子２の周方向に２分割された回転子コア積層片２４１ａおよび回転子コア積層片２４１ｂを含んでいる。なお、回転子コア積層片２４１ａおよび回転子コア積層片２４１ｂは、それぞれ、本発明の「第１コア片」および「第２コア片」の一例である。２つの回転子コア積層片２４１ａおよび２４１ｂは、磁化容易方向（Ｄ２方向）を有する方向性電磁鋼板などの磁性材料（軟磁性体）からなる。また、２つの回転子コア積層片２４１ａおよび２４１ｂの磁化容易方向（Ｄ２方向）は、回転子２の回転中心Ｏと回転子２の外周に現れる磁極の中心Ｐとを結ぶ直線に対して所定の角度φ傾斜している。これにより、第１永久磁石２２および第２永久磁石２３から発生した磁束は、２つの回転子コア積層片２４１ａおよび２４１ｂの磁化容易方向（Ｄ２方向）に沿って、回転子２の外周に現れる磁極の中心Ｐに集中するように構成されている。
【００２２】
また、回転子コア積層片２４１の内周に隣接する第２永久磁石２３と、回転子コア積層片２４１の周方向（両側方）に隣接する２つの第１永久磁石２２とは、回転子コア積層片２４１側の磁極が相互に同一極となっている。
【００２３】
また、図１に示すように、回転子コア積層片２４１の開角は、角度αである。また、回転子２の周方向に隣り合う１つの第１永久磁石２２と１つの回転子コア積層片２４１との合計の開角は、角度θｐである。なお、開角の定義については、後述する。
【００２４】
また、回転子コア積層片２４１ａおよび２４１ｂは、図３に示すように、方向性電磁鋼板２４０から、磁化容易方向（Ｄ２方向）が回転子コア積層片２４１ａおよび２４１ｂに対して所望の角度φだけ傾くように、ワイヤカットやプレス加工により切り出されることによって形成されている。そして、図４に示すように、切り出された回転子コア積層片２４１ａおよび２４１ｂを順次積層することによって、回転子コア積層片２４１が形成されている。
【００２５】
また、回転子コア積層片２４１ａおよび２４１ｂの各々には、半円形の貫通穴２４４が設けられている。この貫通穴２４４は、図２に示すように、回転子コア２４（回転子コア積層片２４１ａと回転子コア積層片２４１ｂとが連結された状態）においては、円形の貫通穴２４５となるように構成されている。また、回転子コア積層片２４１は、図１に示すように、貫通穴２４５に円筒形の支持部材２５が取り付けられている。支持部材２５は、鉄またはセラミックなどの材料からなる。
【００２６】
内側構造体５２および外側構造体５１は、図５に示すように、シャフト２１の延びる方向の両端に配置されたブラケット２６およびブラケット２７により固定されている。なお、ブラケット２６およびブラケット２７は、本発明の「第１ブラケット」および「第２ブラケット」の一例である。
【００２７】
また、ブラケット２６および２７は、丸棒状(円柱状)の支持部材２５が係合される係合部である丸穴２６ａおよび２７ａを有する。ブラケット２６のシャフト２１側でかつ第２永久磁石２３側には、シャフト２１のスプライン溝２１ａの一方端部と係合可能な形状を有する係合部２６ｂが形成されている。また、ブラケット２７のシャフト２１側でかつ第２永久磁石２３側には、シャフト２１のスプライン溝２１ａの他方端部と係合可能な形状を有する係合部２７ｂが形成されている。なお、丸穴２６ａおよび２７ａは、本発明の「第２係合部」の一例である。なお、係合部２６ｂおよび２７ｂは、本発明の「第１係合部」の一例である。
【００２８】
また、ブラケット２６は、シャフト２１の一方端部から挿入可能に構成されている。これにより、シャフト２１のスプライン溝２１ａの一方端部とブラケット２６の係合部２６ｂとが係合され、ブラケット２６の丸穴２６ａに支持部材２５が圧入または接着されるように構成されている。同様に、ブラケット２７は、シャフト２１の他方端部から挿入可能に構成されている。これにより、シャフト２１のスプライン溝２１ａの他方端部とブラケット２７の係合部２７ｂとが係合され、ブラケット２７の丸穴２７ａに支持部材２５が圧入または接着されるように構成されている。
【００２９】
また、シャフト２１の外周面に形成されたスプライン溝２１ａのシャフト２１の延びる方向の長さは、第２永久磁石２３のシャフト２１の延びる方向の長さよりも大きく形成されている。
【００３０】
次に、図６を参照して、第１実施形態で用いるＭＭＡＳＰＭ配列が、従来のＭＦＣＳＰＭ配列よりもギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を増加させ易い原理について説明する。なお、ＭＭＡＳＰＭ配列とは、図１に示すように、シャフト２１のスプライン溝２１ａに隣り合うように配置された第１永久磁石２２の間に回転子コア積層片２４１を配置する配列のことをいい、ＭＦＣＳＰＭ配列とは、シャフトのスプライン溝に隣り合うように配置された第１永久磁石の間に間隙部（空隙部）が形成された従来の配列のことをいう。また、図６に示す従来のＭＦＣＳＰＭ配列では、第１永久磁石および第２永久磁石の起磁力をＦｍ、固定子と回転子との間のギャップＧの磁気抵抗をＲｍ１、回転子の周方向に隣り合う第１永久磁石の間の磁気抵抗をＲｍ２とする。また、従来のＭＦＣＳＰＭ配列における磁気回路を構成する要素には、上記要素以外に第２永久磁石の内周に設けられた回転子コアも含まれるが、回転子コアの磁気抵抗は空気に比べて十分小さいので、ここでは無視する。
【００３１】
従来のＭＦＣＳＰＭ配列では、図６に示すように、磁気回路において発生する磁束Φは、起磁力Ｆｍを磁気抵抗の総和（Ｒｍ１＋Ｒｍ２）で除算した値となる。したがって、固定子と回転子との間のギャップＧの磁気抵抗Ｒｍ１と、隣り合う第１永久磁石の間の磁気抵抗Ｒｍ２との総和を小さくすることにより、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を増加させることができる。ここで、固定子と回転子との間のギャップＧ長が一定ならギャップの磁気抵抗Ｒｍ１は一定とみなせるので、隣り合う第１永久磁石の間の磁気抵抗Ｒｍ２を小さくすれば、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を増加させることができる。
【００３２】
しかしながら、従来のＭＦＣＳＰＭ配列では、隣り合う第１永久磁石の間には、間隙部が形成されている。つまり、隣り合う第１永久磁石の間には、空気という透磁率の低い物質が存在している。このため、隣り合う第１永久磁石の間の磁気抵抗Ｒｍ２を小さくしにくいため、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を増加させることが困難である。
【００３３】
これに対して、第１実施形態で用いているＭＭＡＳＰＭ配列では、隣り合う第１永久磁石の間には、透磁率の高い回転子コア積層片２４１を設けている。これにより、隣り合う第１永久磁石の間の磁気抵抗Ｒｍ２を従来のＭＦＣＳＰＭ配列を用いた場合の磁気抵抗よりも小さくすることが可能である。その結果、磁気抵抗の総和（Ｒｍ１＋Ｒｍ２）を従来のＭＦＣＳＰＭ配列を用いた場合よりも小さくすることが可能であるので、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を増加させることが可能である。
【００３４】
次に、図７を参照して、第１実施形態で用いているＭＭＡＳＰＭ配列において、回転子コア積層片２４１の開角αの大きさによって、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅に最大値（ピーク値）が存在する理由について説明する。なお、説明を分かりやすくするために、以下では、回転子コア積層片２４１の開角αを変えても、第２永久磁石２３により発生する磁束の量は一定であり、第２永久磁石２３により発生する磁束の大きさは第１永久磁石２２により発生する磁束の量に比べて十分小さいとみなす。この場合、固定子１と回転子２との間のギャップＧ中の磁束の総量は第１永久磁石２２により発生する磁束の量と略等しくなる。
【００３５】
なお、図１に示すように、回転子コア積層片２４１の周方向における一方端面であって径方向における中心点をＺ１とし、回転子コア積層片２４１の周方向における他方端面であって半径方向における中心点をＺ２とする。また、第１永久磁石２２の周方向における他方端面であって径方向における中心点をＺ３とする。なお、第１永久磁石２２の周方向における一方端面であって径方向における中心点は、Ｚ２となる。このとき、１磁極範囲を構成する１対の回転子コア積層片２４１ａおよび２４１ｂのなす開角αは、中心点Ｚ１と回転中心Ｏとを結ぶ直線と、中心点Ｚ２と回転中心Ｏとを結ぶ直線とがなす鋭角に等しい。また、１磁極（隣り合う第１永久磁石２２と回転子コア積層片２４１）の開角θｐは、中心点Ｚ１と回転中心Ｏとを結ぶ直線と、中心点Ｚ３と回転中心Ｏとを結ぶ直線とがなす鋭角に等しい。
【００３６】
第１永久磁石２２の形状が決定した場合には、第１永久磁石２２から発生する磁束の量は、以下の式（１）〜式（３）により一意に定まる。式（１）は永久磁石のパーミアンスｐを与える式であり、式（２）は第１永久磁石２２の動作点における磁束密度Ｂｄを与える式であり、式（３）は第１永久磁石２２により発生する磁束Φ２を与える式である。なお、μ０は空気の透磁率、σおよびｆは漏れ係数、Ｌｍａｇは第１永久磁石２２の磁路長、Ａｍａｇは第１永久磁石２２の磁路断面積、ＬｇａｐはギャップＧ長、Ａｇａｐはギャップの磁路断面積、Ｂｒは第１永久磁石２２の残留磁束密度、ｂＨｃは第１永久磁石２２の保磁力である。
【００３７】
【数１】
【００３８】
【数２】
【００３９】
【数３】
【００４０】
ここで、ギャップ磁束密度の分布波形は一般的に台形波である。この分布波形の最大値Ｂｇｍは下記の式（４）で与えられる。なお、Ａｃｏｒｅは、回転子コア積層片２４１のギャップＧ側の表面積である。
【００４１】
【数４】
【００４２】
式（１）〜式（４）から、第１永久磁石２２が磁路方向に厚みの大きい形状になるほど、Ｌｍａｇ／Ａｍａｇの値が大きくなるとともに、パーミアンスｐが大きくなる。パーミアンスｐが大きくなると、動作点における磁束密度Ｂｄが増加し、ギャップ磁束密度の最大値Ｂｇｍが増加し、ギャップ磁束密度の分布波形が台形波であるので、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅も増加する。
【００４３】
ただし、第１永久磁石２２が磁路方向に厚みの大きい形状になりすぎると、回転子コア積層片２４１の開角αが小さくなりすぎるため、ギャップ磁束密度の分布波形が鋭く尖ったピークをもつ三角波に変化する。その結果、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅Ｂｇ１が減少する。このことは、下記の式（５）により表現される。
【００４４】
【数５】
【００４５】
ここで、割合ηは、回転子コア積層片２４１の開角αと、１磁極（隣り合う第１永久磁石２２と回転子コア積層片２４１）の開角θｐとを用いて下記の式（６）により定義される。式（６）において定義されるように、割合ηは、回転子２の周方向に隣り合う第１永久磁石２２と回転子コア積層片２４１との両開角の合計角θｐに対して、回転子コア積層片２４１の開角αの占める割合を示すものである。なお、割合ηは、本発明の「第１割合」の一例である。
【００４６】
【数６】
【００４７】
このように、回転子コア積層片２４１の開角αに対し、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅にピーク値が存在することが判明した。
【００４８】
次に、図１および図７〜図１７を参照して、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅がピーク値になるときの回転子コア積層片２４１の開角αの値について磁界解析結果を用いて説明する。磁界解析では、図７に示すように、固定子１の固定子コア１１を電磁鋼板からなる平滑円筒鉄心とした。また、ギャップＧ長を０．８ｍｍ、回転子２の外周半径Ｒ１を４１．７ｍｍ、固定子１の内周半径Ｒ２を４２．５ｍｍ、固定子１の外周半径Ｒ３を６１ｍｍとした。そして、式（６）により定義される割合ηと、下記の式（７）により定義される割合ζとを変化させた場合のギャップ磁束密度の基本波成分の振幅の変化を調べた。Ｒは、シャフト２１の外周に設けられた第２永久磁石２３の外周半径を示す。Ｌは、回転子２の径方向における第２永久磁石２３の厚みを示す。下記の式（７）で定義されるように、割合ζは、回転子２の外周半径Ｒ１に対して回転子２の径方向における回転子コア積層片２４１の厚みの占める割合を示す。回転子コア積層片２４１の開角αと、１磁極の開角θｐとを上式（６）に代入して求められる割合をηとする。また、シャフト２１の外周に設けられた第２永久磁石２３の外周半径Ｒを下記の式（７）に代入して求められる割合をζとする。なお、割合ζは、本発明の「第２割合」の一例である。
【００４９】
【数７】
【００５０】
図８に示すように、磁極数が６の場合、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅がピーク値となるときの割合ηの値は、約０．５以上約０．７以下の範囲に存在することが判明した。このことは、図９〜図１１に示すように、磁極数８、１０、１２の場合でもピーク値となるときの割合ηの値は０．５以上０．７以下の範囲に存在しており、図１２〜図１４に示すように、第２永久磁石２３の厚みＬが３ｍｍ、６ｍｍ、９ｍｍの場合でもピーク値となるときの割合ηの値は０．５以上０．７以下の範囲に存在している。また、図８〜図１４に示すように、割合ζが変化してもピーク値となるときの割合ηの値は０．５以上０．７以下の範囲に存在している。また、Ｒ１〜Ｒ３が変化しても、ピーク値となるときの割合ηの値は０．５以上０．７以下の範囲に存在している。
【００５１】
以上のことより、割合ηを０．５以上０．７以下の範囲内の値に設定することにより、任意の割合ζ、磁極数、Ｒ１〜Ｒ３、Ｌに対して、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅をピーク値付近の値に設定することが可能であることがわかった。
【００５２】
また、図８に示すように、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅がピーク値となるときの割合ηの値は、上記０．５以上０．７以下の範囲内で、割合ζの値に応じて変化することがわかった。また、図８〜図１１に示すように、磁極数が変化してもギャップ磁束密度の分布はほとんど変化しないことがわかった。同様に、図１２〜図１４に示すように、Ｌが変化してもギャップ磁束密度の分布はほとんど変化しないことがわかった。つまり、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅がピーク値となるときの割合ηの値は、磁極数やＬにはあまり依存しないことがわかった。なお、Ｒ１〜Ｒ３が変化しても、ギャップ磁束密度の分布はほとんど変化しないことがわかった。
【００５３】
次に、図１５〜図１７を参照して、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅がピーク値となるときの割合ηの値と、割合ζの値との関係について説明する。なお、一例として、磁極数が１０、Ｌが３ｍｍの場合の磁界解析結果に基づいて説明する。また、図１６は、図１５に示したそれぞれの折れ線の近似曲線である。
【００５４】
図１６に示すように、割合ζの大きさ（０．６、０．６４、０．６８、０．７１、０．７５、０．７８）に関わらず、割合ηが略０．６の場合に、ピーク位置が得られることがわかった。また、ピーク位置を結ぶ曲線の近似式は、グラフの縦軸であるギャップ磁束密度の基本波成分の振幅をＢｇ１で表すと下記の式（８）で表現される。
【００５５】
【数８】
【００５６】
また、図１７に示すように、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅がピーク値の割合ηと割合ζとの関係を示す結果より、割合ηを略０．６に設定することにより、任意の割合ζ、磁極数、Ｒ１〜Ｒ３、Ｌに対して、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅をピーク値に近づけることが可能であることがわかった。
【００５７】
なお、２つの割合ηと割合ζとは、図１７に示す折れ線グラフの近似式である下記の式（９）によって表現される。下記の式（９）に従って割合ηおよび割合ζを設定することにより、任意の磁極数、Ｒ１〜Ｒ３、Ｌに対し、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅をピーク値にすることが可能である。
【００５８】
【数９】
【００５９】
上記のように、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を最大（ピーク値）にするための２つの割合η、割合ζを決定する手順としては次のとおりである。まず、第２永久磁石２３の外周半径Ｒと回転子２の外周半径Ｒ１より、上式（７）に従い割合ζを計算する。次に、上式（９）に従い割合ηを計算する。これらの結果から、割合ζの値に対する割合ηの最適な値が定まる。最後に、求めた割合ηの値を上式（８）に代入することにより、割合ζの値に対するギャップ磁束密度の基本波成分の振幅のピーク値が求まる。
【００６０】
第１実施形態では、上記のように、回転子２が複数の第１永久磁石２２の間にそれぞれ設けられた複数の回転子コア積層片２４１を有することによって、複数の第１永久磁石２２の間に空気などの透磁率の低い物質（間隙部）が形成されている場合と異なり、複数の第１永久磁石２２の間の間隙部に配置された複数の回転子コア積層片２４１を介して第１永久磁石２２から発生する磁束が固定子１側に通り易くなる。これにより、固定子１と回転子２との間のギャップＧにおけるギャップ磁束密度の基本波成分の振幅が増加するので、装置全体が大きくなるのを抑制しながら高出力化を図ることができる。また、複数の回転子コア積層片２４１（２４１ａ、２４１ｂ）の各々が、第１永久磁石２２から発生する磁束を磁極に集中させるように設定された磁化容易方向を有する方向性電磁鋼板（磁性材料）を含むことによって、第１永久磁石２２から発生する磁束が方向性電磁鋼板の磁化容易方向に沿って磁極に集中し易くなるので、固定子１と回転子２との間のギャップＧにおけるギャップ磁束密度の基本波成分の振幅をより確実に増加させることができる。これにより、より確実に装置全体が大きくなるのを抑制しながら高出力化を図ることができる。
【００６１】
また、第１実施形態では、上記のように、複数の回転子コア積層片２４１の各々を、回転子２の軸方向に積層することによって、１つの回転子コア積層片２４１のみを設ける場合と比べて、複数の回転子コア積層片２４１を設ける分、第１永久磁石２２および第２永久磁石２３から発生する磁束をより確実に磁化容易方向へ導くことができる。
【００６２】
また、第１実施形態では、上記のように、回転子コア積層片２４１ａおよび２４１ｂの各々の磁化容易方向を磁化方向が集中するように回転子２の回転中心Ｏから半径方向に延びる直線に対して所定の角度φ傾斜させることによって、第１永久磁石２２および第２永久磁石２３から発生する磁束が回転子２の外周に現れる磁極の中心Ｐに向かって集中し易くなるとともに、磁極の中心Ｐ以外の方向へ向かう磁束の量が減るので、固定子１と回転子２との間のギャップＧにおけるギャップ磁束密度の基本波成分の振幅をより確実に増加させることができる。これにより、回転子コア積層片２４１の回転子２の外周側における境界部での漏れ磁束の割合を低減することができる。その結果、回転子２の外周から固定子１の内周へ進む磁束の割合が増加することにより、固定子巻線１２と鎖交する磁束が増加するので、より回転電機１００の高出力化を図ることができる。
【００６３】
また、第１実施形態では、上記のように、複数の第２永久磁石２３の磁化方向が回転子２の半径方向に対して略平行な方向であり、隣接する第２永久磁石２３の磁化方向が互いに反対であり、回転子コア積層片２４１に隣接する第１永久磁石２２と２つの第２永久磁石２３のそれぞれが有する回転子コア積層片２４１側の磁極が相互に同一極であることによって、第１永久磁石２２と２つの第２永久磁石２３との両方から発生する磁束を回転子コア積層片２４１側に導くことができる。
【００６４】
また、第１実施形態では、上記のように、シャフト２１の外周に設けられたスプライン溝２１ａに第２永久磁石２３が配置されることによりシャフト２１と第２永久磁石２３とを連結するとともに、回転子コア積層片２４１が第１永久磁石２２を保持することにより回転子コア積層片２４１と第１永久磁石２２とを連結することによって、シャフト２１と第２永久磁石２３とを容易に固定することができるとともに、回転子コア積層片２４１と第１永久磁石２２とを容易に固定することができる。
【００６５】
また、第１実施形態では、上記のように、シャフト２１の延びる方向における回転子コア積層片２４１の一方端部と第１永久磁石２２の一方端部とに固定されたブラケット２６と、シャフト２１の延びる方向における回転子コア積層片２４１の他方端部と第１永久磁石２２の他方端部とに固定されたブラケット２７とを有することによって、ブラケット２６とブラケット２７とにより回転子２を強固に保持することができる。
【００６６】
また、第１実施形態では、上記のように、ブラケット２６およびブラケット２７に、シャフト２１の外周に設けられたスプライン溝２１ａと係合する係合部２６ｂおよび２７ｂを設けることによって、係合部２６ｂおよび２７ｂにおいて、容易に、ブラケット２６およびブラケット２７とシャフト２１とを係合させることができる。
【００６７】
また、第１実施形態では、上記のように、ブラケット２６およびブラケット２７に、支持部材２５と係合する丸孔３６ａおよび２７ａを設けることによって、容易に、ブラケット２６およびブラケット２７と支持部材２５とを係合させることができる。
【００６８】
また、第１実施形態では、上記のように、周方向に所定の間隔を隔てて設けられた回転子コア積層片２４１と、第１永久磁石２２との両開角の合計角θｐに対して回転子コア積層片２４１の開角αの占める割合ηを０．５以上０．７以下にすることによって、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅をピーク値付近の値に近づけることができる。
【００６９】
また、第１実施形態では、上記のように、周方向に所定の間隔を隔てて設けられた回転子コア積層片２４１と、第１永久磁石２２との両開角の合計角θｐに対して回転子コア積層片２４１の開角αの占める割合ηを略０．６にすることによって、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅をピーク値付近の値により近づけることができる。
【００７０】
また、第１実施形態では、上記のように、周方向に所定の間隔を隔てて設けられた回転子コア積層片２４１と第１永久磁石２２との両開角の合計角θｐに対して回転子コア積層片２４１の開角αの占める割合ηと、回転子２の半径に対して回転子２の径方向における回転子コア積層片２４１の厚みの占める割合ζとをギャップＧ中の磁束密度の基本波振幅が最大となるように設定することによって、固定子１と回転子２との間のギャップＧにおけるギャップ磁束密度の基本波成分の振幅が増加するので、容易に、回転電機１００の高出力化を図ることができる。
【００７１】
また、第１実施形態では、上記のように、回転子２の周方向に隣り合う第１永久磁石２２と回転子コア積層片２４１との両開角の合計角θｐに対して、回転子コア積層片２４１の開角αの占める割合をηとするとともに、回転子２の外周半径Ｒ１に対して回転子２の径方向における回転子コア積層片２４１の厚みの占める割合をζとした場合に、割合ηと割合ζとをη＝−３．５１８８×ζ３＋３．３６２８×ζ２＋０．８０９４×ζ−０．３７９４の関係式を満たすように設定することによって、関係式を満たすように割合ηと割合ζとを設定するだけで容易にギャップ磁束密度の基本波の振幅をピーク値付近の値により確実に近づけることができる。
【００７２】
（第２実施形態）
次に、図１８を参照して、本発明の第２実施形態による回転電機２００について説明する。この第２実施形態では、複数の回転子コア積層片２４１が所定の間隔を隔てて分離して配置された第１実施形態とは異なり、複数の回転子コア積層片２４１が回転子コア３４によって互いに接続された例について説明する。
【００７３】
この第２実施形態では、図１８に示すように、回転電機２００の回転子コア４４は、回転子コア２４および回転子コア３４を含んでいる。回転子コア３４は、無方向性電磁鋼板をワイヤカットやプレス加工などを行うことにより形成されている。回転子コア３４は、隣接する回転子コア片３４１どうしが連結部３４２により互いに連結するように構成されている。また、回転子コア２４は、方向性電磁鋼板をワイヤカットやプレス加工により形成されている。
【００７４】
また、回転子コア３４の外形形状は、回転子コア積層片２４１を周方向に一定間隔で精度良く並べるための位置基準として利用することが可能である。これにより、回転子コア積層片２４１の貫通穴２４５の形状のみを位置基準として利用する上記第１実施形態の回転子２に比べて、回転子の組み立て精度を向上させることが可能である。
【００７５】
また、回転子コア３４の１磁極を構成する回転子コア片３４１と、回転子コア２４の１磁極を構成する回転子コア積層片２４１とは、互いの磁極中心が一致するように構成されている。具体的には、丸棒状（円柱状）の支持部材２５が貫通する穴３５ａと穴２４５とが一致するするとともに、第１永久磁石２２を保持する凹部３４ａと凹部２４ａとが一致し、かつ、回転子コア３４と回転子コア２４との内周および外周が一致するように積層されるように構成されている。また、回転子コア４４の回転子コア２４の合計厚みと、回転子コア３４の厚みとの比は、１：３になるように構成されている。
【００７６】
なお、第２実施形態のその他の構成および効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００７７】
（第３実施形態）
次に、図１９〜図２１を参照して、本発明の第３実施形態による回転電機３００について説明する。この第３実施形態では、回転子コア積層片の磁化容易方向が回転子の回転中心から半径方向に延びる直線に対して所定の角度傾斜するように構成された第１実施形態とは異なり、回転子コア積層片の磁化容易方向が回転子の半径方向と略平行方向の場合について説明する。
【００７８】
この第３実施形態では、図１９に示すように、回転電機３００の外側構造体６１は、第１永久磁石２２および回転子コア５４を含む。回転子コア５４は、図２０に示すように、複数の回転子コア積層片５４１と円筒状部材５４２とを含む。なお、回転子コア積層片５４１は、本発明の「コア片」の一例である。また、回転子コア積層片５４１の各々は、図１９に示すように、回転子３の周方向に一定の間隔を隔てて配置されている。また、回転子コア積層片５４１を構成する方向性電磁鋼板の磁化容易方向は、回転子３の半径方向と略平行な方向（Ｄ３方向）である。また、回転子コア積層片５４１の断面形状は、略台形形状である。
【００７９】
また、回転子コア積層片５４１は、複数枚の方向性電磁鋼板の磁化容易方向を一致させながら積層した後に、積層された方向性電磁鋼板をワイヤカットやプレス機によって加工することにより、断面形状が略台形状となるように形成されている。なお、回転子コア積層片５４１の積層方向は、回転子３の周方向であってもよいし、回転子３の軸方向であってもよい。
【００８０】
円筒状部材５４２は、回転子コア積層片５４１の外周に設けられている。回転子コア積層片５４１の各々は、円筒状部材５４２により互いに連結されるように構成されている。円筒状部材５４２は、肉厚の薄い略円筒形状からなるとともに、ステンレス系の鋼管のように機械強度が高い部材などからなる。また、円筒状部材５４２をアモルファス箔帯を円筒状に巻いて半径方向に積層してもよいし、圧粉磁心により構成してもよい。
【００８１】
また、図２１に示すように、回転子コア積層片５４１、第１永久磁石２２および第２永久磁石２３のシャフト２１の延びる方向の両端部には、ブラケット３６およびブラケット３７が設けられている。なお、ブラケット３６およびブラケット３７は、本発明の「第１ブラケット」および「第２ブラケット」の一例である。
【００８２】
また、ブラケット３６は、シャフト２１のスプライン溝２１ａの一方端部から挿入されることにより、ブラケット３６の係合部３６ｂにおいて、ブラケット３６と、回転子コア積層片５４１の一方端部、第１永久磁石２２および第２永久磁石２３の一方端部とが係合されるように構成されている。また、ブラケット３７は、シャフト２１のスプライン溝２１ａの他方端部から挿入されることにより、ブラケット３７の係合部３７ｂにおいて、ブラケット３７と、回転子コア積層片５４１の他方端部、第１永久磁石２２および第２永久磁石２３の他方端部とが係合されるように構成されている。なお、係合部３６ｂおよび係合部３７ｂは、本発明の「第１係合部」の一例である。
【００８３】
なお、第３実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００８４】
第３実施形態では、上記のように、複数の回転子コア積層片５４１の各々の磁化容易方向が回転子３の半径方向と略平行な方向へ向かう方向を有することによって、第１永久磁石２２および第２永久磁石２３から発生する磁束が回転子３の半径方向と略平行な方向へ通り易くなるので、固定子１と回転子３との間のギャップＧにおけるギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を増加させることができる。これにより、回転子３の外周から固定子１の内周へ進む磁束の割合が増加することにより、固定子巻線１２と鎖交する磁束が増加するので、より回転電機３００の高出力化を図ることができる。
【００８５】
また、第３実施形態では、上記のように、円筒状部材５４２が鋼管を含むことによって、鋼管を含む円筒状部材５４２により回転子２の回転方向（周方向）に対する機械的強度を向上させることができる。また、回転子３が回転駆動する際に、回転子コア積層片５４１の各々が遠心力またはトルクにより飛散する危険度を低減することができる。
【００８６】
なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００８７】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００８８】
たとえば、上記第１〜第３実施形態では、本発明の回転電機をモータとして機能させる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、回転電機を発電機として機能させてもよい。
【００８９】
また、上記第１〜第３実施形態では、磁化容易方向を有する磁性材料の一例として方向性電磁鋼板を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、磁化容易方向を有する磁性材料であれば、方向性電磁鋼板以外の磁性材料でもよい。
【００９０】
また、上記第１〜第３実施形態では、回転子コア積層片を２分割する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、回転子コア積層片を３分割以上に分割してもよい。
【００９１】
また、上記第１〜第３実施形態では、回転子コア積層片を回転子の周方向に沿って分割する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、回転子コア積層片を回転子の半径方向に沿って分割してもよい。
【００９２】
また、上記第１〜第３実施形態では、回転子コア積層片を回転子の軸方向に積層する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、回転子コア積層片を積層せずに１つの回転子コア積層片のみを設けてもよい。
【００９３】
また、第１〜第３実施形態では、１０個の回転子コア積層片を配置する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、本発明では、１０個以外の個数の回転子コア積層片を配置してもよい。
【００９４】
また、第１および第２実施形態では、磁化容易方向を有する回転子コア積層片に貫通穴を設けて、貫通穴に丸棒状（円柱状）の支持部材を設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、回転子コア積層片に貫通穴を設けなくてもよい。
【００９５】
また、第１実施形態では、回転子コア積層片の各々が非接触の状態になるように所定の間隔を隔てて配置される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、回転子コア積層片の各々を接続するように構成してもよい。
【００９６】
また、上記第２実施形態では、回転子コア２４の厚みと、回転子コア３４の厚みとの比が１：３になるように構成される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、回転子コア２４の厚みと、回転子コア３４の厚みとの比が１：３以外の比になるように構成してもよい。また、回転子コア４４を単位構造として、任意の数の回転子コア４４を積層してもよい。
【符号の説明】
【００９７】
１ 固定子
２、３ 回転子
２１ シャフト（回転軸）
２２ 第１永久磁石
２３ 第２永久磁石
２５ 支持部材
２６、３６ ブラケット（第１ブラケット）
２６ａ、２７ａ 丸穴（第２係合部）
２６ｂ、２７ｂ、３６ｂ、３７ｂ 係合部（第１係合部）
２７、３７ ブラケット（第２ブラケット）
１００、２００、３００ 回転電機
２４１、５４１ 回転子コア積層片（コア片）
２４１ａ 回転子コア積層片（第１コア片）
２４１ｂ 回転子コア積層片（第２コア片）
５４２ 円筒状部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周を有する回転子と、
ギャップを介して前記回転子の外周を取り囲む固定子とを備え、
前記回転子は、前記回転子の内部に周方向に所定の間隔を隔てて設けられた複数の第１永久磁石と、前記複数の第１永久磁石の間にそれぞれ設けられて外周側に磁極が形成された複数のコア片とを有し、
前記複数の第１永久磁石の磁化方向は、前記回転子の半径方向に対して略垂直な方向であり、
隣接する前記第１永久磁石の磁化方向は、互いに反対であり、
前記複数のコア片の各々は、前記第１永久磁石から発生する磁束を前記磁極に集中させるように設定された磁化容易方向を有する磁性材料を含む、回転電機。
【請求項２】
前記磁性材料を含むコア片の各々は、前記磁化容易方向を有する方向性電磁鋼板を含む、請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記磁化容易方向を有するコア片は、前記回転子の軸方向に複数積層されるように構成されている、請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記複数のコア片の各々は、前記回転子の周方向に分割された第１コア片および第２コア片を含み、
前記第１コア片および前記第２コア片の各々の磁化容易方向は、磁化方向が集中するように設定された方向を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記第１コア片および前記第２コア片の各々の磁化容易方向は、磁化方向が集中するように前記回転子の回転中心から半径方向に延びる直線に対して所定の角度傾斜した方向を有する、請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記複数のコア片の各々の磁化容易方向は、前記回転子の半径方向と略平行な方向へ向かう方向を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記回転子は、前記複数のコア片の回転中心側にそれぞれ配置され、周方向に所定の間隔を隔てて設けられた複数の第２永久磁石を含み、
前記複数の第２永久磁石の磁化方向は、前記回転子の半径方向に対して略平行な方向であり、
隣接する前記第２永久磁石の磁化方向は、互いに反対であり、
前記コア片に隣接する前記第１永久磁石と２つの前記第２永久磁石のそれぞれが有する前記コア片側の磁極は、相互に同一極である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
前記回転子は、前記第２永久磁石の固定子とは反対側に設けられ、外周を有するシャフトを有し、
前記シャフトの外周に設けられた溝に前記第２永久磁石が配置されることにより、前記シャフトと前記第２永久磁石とは、連結されており、
前記コア片が前記第１永久磁石を保持することにより、前記コア片と前記第１永久磁石とは、連結されている、請求項７に記載の回転電機。
【請求項９】
前記回転子は、前記回転子の回転軸方向における前記シャフトの一方端部から挿入され、前記回転軸方向における前記コア片の一方端部と前記第１永久磁石の一方端部とに固定された第１ブラケットと、前記回転軸方向における前記シャフトの他方端部から挿入され、前記回転軸方向における前記コア片の他方端部と前記第１永久磁石の他方端部とに固定された第２ブラケットとを有する、請求項８に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記第１ブラケットおよび前記第２ブラケットには、前記シャフトの外周に設けられた溝と係合する第１係合部が設けられている、請求項９に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記回転子は、前記コア片の前記回転軸方向に貫通するように設けられた支持部材を有し、
前記第１ブラケットおよび前記第２ブラケットには、前記支持部材と係合する第２係合部が設けられている、請求項９または１０に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記回転子は、前記コア片の前記固定子側に設けられた円筒状部材を有する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１３】
前記円筒状部材は、鋼管を含む、請求項１２に記載の回転電機。
【請求項１４】
前記周方向に所定の間隔を隔てて設けられた前記コア片と、前記第１永久磁石との両開角の合計角に対して前記コア片の開角の占める割合が０．５以上０．７以下である、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１５】
前記周方向に所定の間隔を隔てて設けられた前記コア片と、前記第１永久磁石との両開角の合計角に対して前記コア片の開角の占める割合が、略０．６である、請求項１４に記載の回転電機。
【請求項１６】
前記周方向に所定の間隔を隔てて設けられた前記コア片と前記第１永久磁石との両開角の合計角に対して前記コア片の開角の占める第１割合と、前記回転子の半径に対して前記回転子の径方向における前記コア片の厚みの占める第２割合とは、前記ギャップ中の磁束密度の基本波振幅が最大となるように設定されている、請求項１４または１５に記載の回転電機。
【請求項１７】
前記第１割合をηとするとともに、前記第２割合をζとした場合に、前記第１割合ηと前記第２割合ζとは、η＝−３．５１８８×ζ３＋３．３６２８×ζ２＋０．８０９４×ζ−０．３７９４の関係式を満たすように設定されている、請求項１６に記載の回転電機。
【請求項１８】
複数の第１永久磁石の各々から発生する磁束を外周側に形成された磁極に集中させるように設定された磁化容易方向を有する磁性材料を含み、円周状に所定の間隔を隔てて内部に設けられた前記磁性材料を含む複数のコア片の前記所定の間隔に前記複数の第１永久磁石の各々を設けることにより、回転子を形成する工程と、
ギャップを介して前記回転子の外周を取り囲むように固定子を形成する工程とを備える、回転電機の製造方法。
【請求項１】
外周を有する回転子と、
ギャップを介して前記回転子の外周を取り囲む固定子とを備え、
前記回転子は、前記回転子の内部に周方向に所定の間隔を隔てて設けられた複数の第１永久磁石と、前記複数の第１永久磁石の間にそれぞれ設けられて外周側に磁極が形成された複数のコア片とを有し、
前記複数の第１永久磁石の磁化方向は、前記回転子の半径方向に対して略垂直な方向であり、
隣接する前記第１永久磁石の磁化方向は、互いに反対であり、
前記複数のコア片の各々は、前記第１永久磁石から発生する磁束を前記磁極に集中させるように設定された磁化容易方向を有する磁性材料を含む、回転電機。
【請求項２】
前記磁性材料を含むコア片の各々は、前記磁化容易方向を有する方向性電磁鋼板を含む、請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記磁化容易方向を有するコア片は、前記回転子の軸方向に複数積層されるように構成されている、請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記複数のコア片の各々は、前記回転子の周方向に分割された第１コア片および第２コア片を含み、
前記第１コア片および前記第２コア片の各々の磁化容易方向は、磁化方向が集中するように設定された方向を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記第１コア片および前記第２コア片の各々の磁化容易方向は、磁化方向が集中するように前記回転子の回転中心から半径方向に延びる直線に対して所定の角度傾斜した方向を有する、請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記複数のコア片の各々の磁化容易方向は、前記回転子の半径方向と略平行な方向へ向かう方向を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記回転子は、前記複数のコア片の回転中心側にそれぞれ配置され、周方向に所定の間隔を隔てて設けられた複数の第２永久磁石を含み、
前記複数の第２永久磁石の磁化方向は、前記回転子の半径方向に対して略平行な方向であり、
隣接する前記第２永久磁石の磁化方向は、互いに反対であり、
前記コア片に隣接する前記第１永久磁石と２つの前記第２永久磁石のそれぞれが有する前記コア片側の磁極は、相互に同一極である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
前記回転子は、前記第２永久磁石の固定子とは反対側に設けられ、外周を有するシャフトを有し、
前記シャフトの外周に設けられた溝に前記第２永久磁石が配置されることにより、前記シャフトと前記第２永久磁石とは、連結されており、
前記コア片が前記第１永久磁石を保持することにより、前記コア片と前記第１永久磁石とは、連結されている、請求項７に記載の回転電機。
【請求項９】
前記回転子は、前記回転子の回転軸方向における前記シャフトの一方端部から挿入され、前記回転軸方向における前記コア片の一方端部と前記第１永久磁石の一方端部とに固定された第１ブラケットと、前記回転軸方向における前記シャフトの他方端部から挿入され、前記回転軸方向における前記コア片の他方端部と前記第１永久磁石の他方端部とに固定された第２ブラケットとを有する、請求項８に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記第１ブラケットおよび前記第２ブラケットには、前記シャフトの外周に設けられた溝と係合する第１係合部が設けられている、請求項９に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記回転子は、前記コア片の前記回転軸方向に貫通するように設けられた支持部材を有し、
前記第１ブラケットおよび前記第２ブラケットには、前記支持部材と係合する第２係合部が設けられている、請求項９または１０に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記回転子は、前記コア片の前記固定子側に設けられた円筒状部材を有する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１３】
前記円筒状部材は、鋼管を含む、請求項１２に記載の回転電機。
【請求項１４】
前記周方向に所定の間隔を隔てて設けられた前記コア片と、前記第１永久磁石との両開角の合計角に対して前記コア片の開角の占める割合が０．５以上０．７以下である、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１５】
前記周方向に所定の間隔を隔てて設けられた前記コア片と、前記第１永久磁石との両開角の合計角に対して前記コア片の開角の占める割合が、略０．６である、請求項１４に記載の回転電機。
【請求項１６】
前記周方向に所定の間隔を隔てて設けられた前記コア片と前記第１永久磁石との両開角の合計角に対して前記コア片の開角の占める第１割合と、前記回転子の半径に対して前記回転子の径方向における前記コア片の厚みの占める第２割合とは、前記ギャップ中の磁束密度の基本波振幅が最大となるように設定されている、請求項１４または１５に記載の回転電機。
【請求項１７】
前記第１割合をηとするとともに、前記第２割合をζとした場合に、前記第１割合ηと前記第２割合ζとは、η＝−３．５１８８×ζ３＋３．３６２８×ζ２＋０．８０９４×ζ−０．３７９４の関係式を満たすように設定されている、請求項１６に記載の回転電機。
【請求項１８】
複数の第１永久磁石の各々から発生する磁束を外周側に形成された磁極に集中させるように設定された磁化容易方向を有する磁性材料を含み、円周状に所定の間隔を隔てて内部に設けられた前記磁性材料を含む複数のコア片の前記所定の間隔に前記複数の第１永久磁石の各々を設けることにより、回転子を形成する工程と、
ギャップを介して前記回転子の外周を取り囲むように固定子を形成する工程とを備える、回転電機の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１２−１６５５７６（Ｐ２０１２−１６５５７６Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４５８１（Ｐ２０１１−２４５８１）
【出願日】平成２３年２月８日（２０１１．２．８）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月８日（２０１１．２．８）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]