永久磁石回転電機
【課題】回転電機に設けられている電機子巻線の発熱を効率よく冷却する永久磁石回転電機を提供することである。
【解決手段】コイル巻線４を有する固定子と、前記固定子に対し回転可能に支持され、ハルバッハ配列された永久磁石１６を有する回転子５からなる回転電機の前記回転子５が回転軸の中心から周方向に鉄心レスでハルバッハ配列された２列の永久磁石列２，３を設け、前記永久磁石列２，３の間に前記固定子のコイル巻線４を設け、前記永久磁石列２，３は、永久磁石列２の外側永久磁石１６の磁極の向きと永久磁石列３の内側永久磁石１６の磁極の向きとが、径方向の磁極の向きについては同一方向で、周方向の磁極向きについては逆方向を向く前記固定子において、前記コイル巻線４を非磁性体のモールド部材で成型する。
【解決手段】コイル巻線４を有する固定子と、前記固定子に対し回転可能に支持され、ハルバッハ配列された永久磁石１６を有する回転子５からなる回転電機の前記回転子５が回転軸の中心から周方向に鉄心レスでハルバッハ配列された２列の永久磁石列２，３を設け、前記永久磁石列２，３の間に前記固定子のコイル巻線４を設け、前記永久磁石列２，３は、永久磁石列２の外側永久磁石１６の磁極の向きと永久磁石列３の内側永久磁石１６の磁極の向きとが、径方向の磁極の向きについては同一方向で、周方向の磁極向きについては逆方向を向く前記固定子において、前記コイル巻線４を非磁性体のモールド部材で成型する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子巻線を有する固定子に対し回転可能に支持された回転子にハルバッハ配列された永久磁石を有する永久磁石回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石をハルバッハ配列した永久磁石回転電機は、径方向にＮ極とＳ極を交互に配置した主磁極磁石と、この主磁極磁石の周方向両面に径方向以外（例えば周方向）に着磁された補助磁石を備えたものである（例えば、特許文献１、２参照）。永久磁石をハルバッハ配列した永久磁石回転電機の主磁極磁石と補助磁石とは、全体で略円筒状をなしており、永久磁石をハルバッハ配列にすると、特定の方向の磁力を強めることができる。このハルバッハ配列された永久磁石を有する回転電機は、大きくすることなく高出力化を図ることが可能になる。
【０００３】
また、従来の永久磁石回転電機は、鉄心が設けられている。したがって、鉄心に磁束が集中し、回転子と固定子間のギャップの磁束が滑らかに変化しない。このため、高調波のトルクむら（トルクリップル）が発生し、振動・騒音発生の要因となっていた。これに対して、磁石列にハルバッハ配列を適用して磁束をギャップ間に集中させるとともに、鉄心レスの永久磁石回転電機は、磁束が滑らかに変化し、大きなトルクを発生させてもトルクリップルが大きくならない。
【０００４】
図１８は、従来のハルバッハ配列した永久磁石列を有する回転電機の磁束密度分布を示した磁束密度分布図である。ヨーク鉄心１５に電機子巻線４が巻かれており、永久磁石１６、電機子巻線４、ヨーク鉄心１５の間に磁束が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３２０１０９号公報（第１図）
【特許文献２】特開２００４−３５０４２７号公報（第１乃至２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１のものでは、固定子や回転子に鉄心を用いているため回転電機の質量が重くなり、高出力を図るには、回転電機の軸方向若しくは径方向に長くする必要がある。また、特許文献２のものにおいても、固定子に鉄心を用いているため回転電機の質量が重くなり、高出力を図るには、回転電機の軸方向若しくは径方向に長くする必要がある。また、このようなハルバッハ配列した永久磁石列を有する回転電機では、電機子巻線に対して冷却する必要がある。
【０００７】
具体的には、コイルから発生するジュール熱は主に熱伝導により取付べ一スヘと伝導し、固定子フレームの表面から大気へと自然対流により放熱される。したがって、コイルから取付ベースと固定子フレームヘの熱抵抗を小さくすることが重要である。コイルと固定子フレームは、一見接触しているように見えていても、実際には空気層が存在する。空気層は、熱抵抗が大きく、コイルの熱を固定子のフレームへ伝えにくい。
【０００８】
また、鉄心レスの永久磁石回転電機は、鉄心がないことからリップルが小さい。しかしながら、鉄心レスの永久磁石回転電機は、固定子フレームに非磁性体を用いているため、伝達してきた振動に対して振動減衰が小さい。そのため、振動が固定子フレームで拡大する場合がある。
【０００９】
さらに、固定子フレームは、非磁性体の金属からの削りだしのため加工時間がかかる。そのため、鉄心レスの永久磁石回転電機は、コスト低減が課題となっている。
【００１０】
この発明の目的は、回転電機に設けられているコイル巻線の発熱を効率よく冷却できる永久磁石回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施形態に係る永久磁石回転電機は、コイル巻線を有する固定子と、前記固定子に対し回転可能に支持され、ハルバッハ配列された永久磁石を有する回転子からなる回転電機の前記回転子が回転軸の中心から周方向に鉄心レスでハルバッハ配列された２列の永久磁石列を設け、前記永久磁石列の間に前記固定子のコイル巻線を設け、前記永久磁石列は、永久磁石列の外側永久磁石の磁極の向きと永久磁石列の内側永久磁石の磁極の向きとが、径方向の磁極の向きについては同一方向で、周方向の磁極向きについては逆方向を向き、前記コイル巻線を非磁性体のモールド部材で成型する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、回転電機に設けられているコイル巻線の発熱を効率よく冷却でき、固定子フレームに振動減衰を持たせ、量産時の生産性効果が上がる永久磁石回転電機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る永久磁石回転電機の軸方向断面図。
【図２】第１の実施形態に係る固定子フレームの斜視図。
【図３】第１の実施形態に係る固定子フレームの斜視図。
【図４】第１の実施形態に係る永久磁石回転電機の径方向断面図。
【図５】第１の実施形態に係る永久磁石回転電機の磁束密度分布の一例を示す磁束密度分布図。
【図６】第１の実施形態に係る永久磁石回転電機の磁力線分布の一例を示す磁力線分布図。
【図７】第１の実施形態に係る永久磁石回転電機の軸方向断面図。
【図８】第２の実施形態に係る永久磁石回転電機の軸方向断面図。
【図９】第３の実施形態に係る永久磁石回転電機の軸方向断面図。
【図１０】第４の実施形態に係る永久磁石回転電機の軸方向断面図。
【図１１】第５の実施形態に係る永久磁石回転電機の軸方向断面図。
【図１２】第６の実施形態に係る永久磁石回転電機の軸方向断面図。
【図１３】第６の実施形態に係る固定子フレームの斜視図。
【図１４】第７の実施形態に係る永久磁石回転電機の軸方向断面図。
【図１５】第７の実施形態に係る固定子フレームの斜視図。
【図１６】第８の実施形態に係る永久磁石回転電機の軸方向断面図。
【図１７】第７の実施形態に係る固定子フレームの斜視図。
【図１８】従来のハルバッハ配列した永久磁石列を有する永久磁石回転電機の磁束密度分布を示した磁束密度分布図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を参照して、実施形態について説明する。図１は第１の実施形態に係る永久磁石回転電機１の軸方向断面図である。永久磁石回転電機１は、鉄心レスの回転電機である。永久磁石回転電機１は、固定子フレーム６に電機子巻線４及びとシャフト７が形成され、回転子５に永久磁石列２、３及び軸受１４が形成されて構成される。第１の実施形態では、固定子フレーム６及び電機子巻線４が樹脂モールド部材８で成型されている。
【００１５】
ここで、図２は、樹脂モールド部材８で成型された電機子巻線４及びとシャフト７が設けられた固定子フレーム６の斜視図である。図３は、図２に示す状態から電機子巻線４の径方向の樹脂モールド部材８を取り除いた状態の電機子巻線４及びとシャフト７が設けられた固定子フレーム６の斜視図である。
【００１６】
固定子フレーム６には、中心にシャフト７が形成されている。電機子巻線４は、例えば三相交流を用いる場合、Ｕ相−Ｖ相−Ｗ相の順に巻かれている。電機子巻線４は、集中巻きの巻線で形成されている。電機子巻線４は、ボビン４１に巻線を巻いたコイル４２により形成されている。そして、電機子巻線４は、回転軸であるシャフト７を中心として周方向に複数のボビン４１で構成されている。
【００１７】
固定子フレーム６と回転子５との間には、軸受１４が構成されており、回転子５は固定子フレーム６の上で回転する構造になっている。回転子５にはハルバッハの配列で構成された略円筒形状の２列の永久磁石列２、３が周方向に設けられている。回転子５は、固定子フレーム６に対向する側に凸部を２列有し、回転子５の外側の凸部には永久磁石列（外側）２の永久磁石１６を、内側の凸部には永久磁石列（内側）３の永久磁石１６が例えば接着等により取付けられている。そして、回転子５に取り付けられた永久磁石列２、３の間に電機子巻線４を配置するように構成されている。
【００１８】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る永久磁石回転電機の径方向断面図である。回転子５に取り付けられた永久磁石列２，３は、図４に示すような磁極の配列とする。つまり、径方向に着磁された磁極については、外側の永久磁石列２の磁極と内側の永久磁石列３の永久磁石の磁極とが同一方向になるように構成する。径方向に着磁された磁極の間にある周方向に着磁された永久磁石については、外側の永久磁石列２の磁極と内側の永久磁石列３の磁極とが反対方向になるように構成する。
【００１９】
次に、図５は本発明の第１の実施形態に係る永久磁石回転電機１の磁束密度分布の一例を示す磁束密度分布図、図６は本発明の第１の実施形態に係る永久磁石回転電機１の磁力線分布の一例を示す磁力線分布図である。
【００２０】
図５に示すように、永久磁石列２、３の磁束が電機子巻線４を鎖交する様子が分かる。電機子巻線４に例えば三相交流を流すことで回転子５が回転する。図５及び図６から分かるように、径方向に着磁された永久磁石に多くの磁束が発生していることが分かる。つまり、電機子巻線４に鎖交することにより大きなトルクを得ることが可能になる。周方向に着磁された永久磁石の磁束は、外側の永久磁石列２と内側の永久磁石列３とでは反対の向きになり、互いの磁束をキャンセルする働きをする。径方向の磁束密度分布について、従来例の図１８と対比すると、図５の磁束密度分布は、図１８の磁束密度分布に比べ約２倍の磁束が得られることが分かる。また、図１８ではヨーク鉄心１５に電機子巻線４を巻いた結果であり、質量増大の要因になっている。
【００２１】
このように、回転子５にハルバッハ配列した略円筒形状の２列の永久磁石列２、３を設け、略円筒形状の永久磁石列２、３の間に固定子フレーム６の電機子巻線４を設けることで、永久磁石回転電機１の軸方向の幅を薄くすることができる。また、ハルバッハ配列した略円筒形状の永久磁石列を２列構成することで、従来例に比べ磁束密度が大きいことから、永久磁石回転電機１の形状を大きくすることなく高出力化が可能になる。
【００２２】
次に、第１の実施形態に係る樹脂モールド部材８で成型されたコイル巻線４及び固定子フレーム６について説明する。第１の実施形態では、コイル巻線４及び固定子フレーム６は一体として共に樹脂モールド部材８で成型されて構成されている。コイル巻線４は、固定子フレーム６と接する底面及び径方向の内周面、外周面を樹脂モールド部材８で覆うように成型されている。コイル巻線４は、回転子５と対向する面も外周面を樹脂モールド部材８で覆うように成型されていてもよい。
【００２３】
次に、樹脂モールド部材８の材料について説明する。樹脂モールド部材８は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、プラスチック系樹脂とする。樹脂モールド部材８は、非磁性体で、熱伝導性の高い材料あればよい。したがって、コイル巻線４及び固定子フレーム６は、樹脂の代わりにアルミ材を材料としてモールド成型されてもよい。永久磁石回転電機１の径方向断面図である図７に示すように、樹脂モールド部材８は、前記した樹脂と窒化アルミなどの金属粉である非磁性体材粉体の複合材である非磁性体材料で構成されていてもよい。
【００２４】
次に、第１の実施形態に係る永久磁石回転電機１の作用を説明する。第１点目は、コイル巻線４で発生した熱を効率よく冷却できる点である。永久磁石回転電機１の動作時にコイル巻線４で発生した熱は、樹脂モールド部材８を介して、固定子フレーム６へ熱伝導する。熱伝導を良くするためには、コイル巻線４から取付ベースと固定子フレーム６ヘの熱抵抗を小さくすることが重要である。
【００２５】
ここで、比較例として、コイル巻線４と固定子フレーム６を接着剤で接着した場合、一見接触しているように見えていても、実際には空気層が存在する。そのため、空気層は、熱抵抗が大きく、コイル巻線４の熱を固定子フレーム６へ伝えにくい。空気層の熱伝導率は０．０２４、これに対して、第１の実施形態に係る樹脂モールド部材８の一例であるエポキシ樹脂の熱伝導率は０．２１である。したがって、樹脂モールド部材８の熱伝導率は、空気層の１０倍と大きい。
【００２６】
したがって、コイル巻線４の熱は、固定子フレーム６に効率よく伝導する。固定子フレーム６に伝導した熱は、固定子フレーム６の表面から自然対流により大気へと放熱される。これ以外にも、空気と接している部材からも対流により放熱される。したがって、コイル巻線４で発生した熱は、効率よく冷却される。
【００２７】
第２点目は、固定子フレーム６の振動減衰を持たせる点である。永久磁石回転電機１は鉄心が設けられていないため、リップルが小さい。ここで、比較例として、固定子フレーム６が例えば非磁性体であるアルミ材で成型されている場合、永久磁石回転電機１の動作に伴い振動伝達してきた振動に対する固定子フレーム６の振動減衰率は０．０１％である。これに対して、第１の実施形態に係る樹脂モールド材８で成型される固定子フレーム６の振動減衰率は０．５％である。したがって、樹脂モールド材８で成型される固定子フレーム６の振動減衰は、非磁性体で成型される固定子フレーム６の５０倍程度と大きい。よって、第１の実施形態に係る固定子フレーム６に振動減衰を持たせせることができる。永久磁石回転電機１は、動作時であっても低振動となる。
【００２８】
第３点目は、固定子フレーム６の生産性を向上させる点である。ここで、比較例として、固定子フレーム６が非磁性体で成型される場合、固定子フレーム６は非磁性体の金属から削りだしで成型される。永久磁石回転電機１の量産時の生産性において、加工時間がかかりコスト低減が課題となっている。これに対して、第１の実施形態に係る樹脂モールド部材８によれば、削り出しがないため量産時の生産性が向上する。
【００２９】
次に、第１の実施形態に係る永久磁石回転電機１による効果について説明する。第１の実施形態によれば、第１にコイル巻線４の発熱を効率よく冷却でき、第２に固定子フレーム６に振動減衰を持たせることができ、第３に永久磁石回転電機１の量産時の生産性を向上させることができる。コイル巻線４が効率よく冷却されると、コイル巻線４に流す電流を増やすことができる。そのため、永久磁石回転電機１の出力をより増やすことができる。
【００３０】
第１の実施形態では、コイル巻線４及び固定子フレーム６は樹脂モールド部材８で成型されているが、回転子５のフレームが樹脂モールド部材８で成型されていてもよい。この場合、第１に、回転子５に振動減衰を持たせることができる。第２に、回転子５の生産性を向上させることができる。
【００３１】
次に、第２の実施形態について説明する。図８は、第２の実施形態に係る永久磁石回転電機１の軸方向断面図である。回転子５は、説明の都合上取り除いた状態である。図１に示す第１の実施形態で説明した構成と同一の構成については、同一番号を付して説明を省略する。
【００３２】
コイル巻線４は、固定子フレーム６と接する底面及び径方向の内周面、外周面を樹脂モールド部材８で覆うように成型されている。コイル巻線４は、回転子５と対向する面も外周面を樹脂モールド部材８で覆うように成型されていてもよい。
【００３３】
固定子フレーム６は、コイル巻線４とは別体として樹脂モールド部材８で成型されている。固定子フレーム６は、コイル巻線４の成形型として用いられる。コイル巻線４を固定子フレーム６に嵌め込むことで、コイル巻線４と固定子フレーム６は結合し、一体となる。コイル巻線４は、固定子フレーム６との結合部形状が、永久磁石回転電機１の軸方向断面において、矩形状の凸形状である。固定子フレーム６は、コイル巻線４との結合部形状が、永久磁石回転電機１の軸方向断面において、矩形状の凹形状である。
【００３４】
第２の実施形態における作用、効果は、第１の実施形態で説明した作用、効果と同様である。第２の実施形態では、コイル巻線４と固定子フレーム６が共に別体として樹脂モールド部材８で成型されているが、コイル巻線４のみ樹脂モールド部材８で整形されていても、同様の作用、効果を奏する。第２の実施形態では、コイル巻線４と固定子フレーム６は、別体として成型される。したがって、永久磁石回転電機１のサイズが大きい場合、永久磁石回転電機１は、コイル巻線４と固定子フレーム６を一体として樹脂モールド部材８で成型するよりも作成しやすくなる。
【００３５】
次に、第３の実施形態について説明する。図９は、第３の実施形態に係る永久磁石回転電機１の軸方向断面図である。回転子５は、説明の都合上取り除いた状態である。図１に示す第１の実施形態で説明した構成と同一の構成については、同一番号を付して説明を省略する。
【００３６】
第３の実施形態は、第２の実施形態と同様にコイル巻線４は、樹脂モールド部材８で成型されている。固定子フレーム６は、コイル巻線４とは別体として樹脂モールド部材８で成型されている。固定子フレーム６は、コイル巻線４の成形型として用いられる。
【００３７】
コイル巻線４は、固定子フレーム６との結合部形状が、永久磁石回転電機１の軸方向断面において、丸みを持った略Ｕ形状の凸形状である。固定子フレーム６は、コイル巻線４との結合部形状が、永久磁石回転電機１の軸方向断面において、丸みを持った略Ｕ形状の凹形状である。コイル巻線４の凸部は、固定子フレーム６の凹部に対してちょうど嵌り込む。
【００３８】
第３の実施形態における作用、効果は、第１の実施形態で説明した作用、効果と同様である。さらに、第３の実施形態によれば、永久磁石回転電機１の量産時の生産性において、樹脂モールド部材８が浸透しやすく、固定子フレーム６の結合部にも樹脂モールド部材８が入り込むため熱伝導と、コイル巻線４の固定強度が向上する。したがって、第３の実施形態によれば、永久磁石回転電機１の動作時であっても、強度を上げることができる。
【００３９】
次に、第４の実施形態について説明する。図１０は、第４の実施形態に係る永久磁石回転電機１の軸方向断面図である。回転子５は、説明の都合上取り除いた状態である。図１に示す第１の実施形態で説明した構成と同一の構成については、同一番号を付して説明を省略する。
【００４０】
第４の実施形態は、第２の実施形態と同様にコイル巻線４は、樹脂モールド部材８で成型されている。固定子フレーム６は、コイル巻線４とは別体として樹脂モールド部材８で成型されている。固定子フレーム６は、コイル巻線４の成形型として用いられる。
【００４１】
コイル巻線４は、固定子フレーム６との結合部形状が、永久磁石回転電機１の軸方向断面において、角部に丸みを持った略台形状の凸形状である。固定子フレーム６は、コイル巻線４との結合部形状が、永久磁石回転電機１の軸方向断面において、角部に丸みを持った略台形状の凹形状である。コイル巻線４の凸部は、固定子フレーム６の凹部に対してちょうど嵌り込む。
【００４２】
第４の実施形態における作用、効果は、第１の実施形態で説明した作用、効果と同様である。さらに、第３の実施形態によれば、永久磁石回転電機１の量産時の生産性において、樹脂モールド部材８が浸透しやすく、固定子フレーム６の結合部にも樹脂モールド部材８が入り込むため熱伝導と、コイル巻線４の固定強度が向上する。したがって、第４の実施形態によれば、永久磁石回転電機１の動作時であっても、強度を上げることができる。
【００４３】
次に、第５の実施形態について説明する。図１１は、第５の実施形態に係る永久磁石回転電機１の軸方向断面図である。図１に示す第１の実施形態で説明した構成と同一の構成については、同一番号を付して説明を省略する。コイル巻線４及び固定子フレーム６は、第１の実施形態のように一体として樹脂モールド部材８で成型されていても、第２の実施形態のように別体として樹脂モールド部材８で成型されていてもよい。
【００４４】
固定子フレーム６の外縁には断面が矩形状の凸状部６１が設けられている。凸状部６１は、例えば電機子巻線４の先端部と軸方向に同位置となる高さを有している。凸状部６１は、回転子５に設けられた断面が矩形状の凸状部５１よりも径方向の外側に位置するように固定子フレーム６に設けられている。
【００４５】
固定子フレーム６に設けられた凸状部６１と回転子５に設けられた凸状部５１は、径方向に所定間隔離間して設けられている。また、回転子５は、永久磁石列（外側）２の永久磁石１６が取り付けられた凸状部６１よりも径方向の外側に延在した平面部５３を有する。そのため、回転子５は、固定子フレーム６に設けられた凸状部６１と軸方向に対向する。固定子フレーム６と軸方向に対向する回転子５に設けられた凸状部５１および回転子５と軸方向に対向する固定子６に設けられた凸状部６１は、それぞれ軸方向に所定間隔離間して設けられている。
【００４６】
また、固定子６に設けられた凸状部６１には、径方向に延在するようにフィン６２が設けられている。フィン６２は、複数の凹凸形状で構成されているため、固定子フレーム６の外側表面積を増すことができる。フィン６２の凹凸の数、サイズは、永久磁石回転電機１のサイズ、用途などによって可変である。固定子フレーム６は、フィン６２を含めて樹脂モールドで成型されている。
【００４７】
第５の実施形態における作用、効果は、第１の実施形態で説明した作用、効果と同様である。さらに、第３の実施形態によれば、外気と直接触れるフィン６２を固定子６に設けることで、固定子フレーム６は、電機子巻線４で発生した熱の放熱面積を大きく得られる。したがって、樹脂モールド８で成型されたフィン６２は、放熱作用を高めることができる。第５の実施形態によれば、コイル巻線４の発熱をさらに効率よく冷却できる永久磁石回転電機１を提供できる。
【００４８】
次に、第６の実施形態について説明する。図１２は、第６の実施形態に係る永久磁石回転電機１の軸方向断面図である。回転子５は、説明の都合上取り除いた状態である。図１３は、第６の実施形態に係る樹脂モールド部材８で成型された電機子巻線４及びとシャフト７が設けられた固定子フレーム６の斜視図である。図１に示す第１の実施形態で説明した構成と同一の構成については、同一番号を付して説明を省略する。コイル巻線４及び固定子フレーム６は、第１の実施形態のように一体として樹脂モールド部材８で成型されていても、第２の実施形態のように別体として樹脂モールド部材８で成型されていてもよい。
【００４９】
固定子フレーム６は、樹脂モールド部材８と非磁性体材部材８１の複合部材で構成されている。非磁性体材部材８１は、例えば、固定子フレーム６の内部であって、シャフト７の回転軸の位置を中心として放射状、かつ、周方向に等間隔で複数本設けられている。非磁性体材部材８１は、板状または棒状である。
【００５０】
第６の実施形態における作用、効果は、第１の実施形態で説明した作用、効果と同様である。第６の実施形態では、非磁性体材部材８１により、固定子フレーム６の強度を向上させることができる。したがって、非磁性体材部材８１は、固定子フレーム６全体に熱伝導するため、固定子フレーム６は冷却特性が向上する。非磁性体材部材８１の形状、本数及び固定子フレーム６における非磁性体材部材８１の配置は、任意に変更できる。
【００５１】
次に、第７の実施形態について説明する。図１４は、第７の実施形態に係る永久磁石回転電機１の軸方向断面図である。回転子５は、説明の都合上取り除いた状態である。図１５は、樹脂モールド部材８で成型された電機子巻線４及びとシャフト７が設けられた固定子フレーム６の斜視図である。図１に示す第１の実施形態で説明した構成と同一の構成については、同一番号を付して説明を省略する。コイル巻線４及び固定子フレーム６は、第１の実施形態のように一体として樹脂モールド部材８で成型されていても、第２の実施形態のように別体として樹脂モールド部材８で成型されていてもよい。
【００５２】
固定子フレーム６は、樹脂モールド部材８と非磁性体材部材８１の複合部材で構成されている。非磁性体材部材８１は、例えば、固定子フレーム６の内部であって、シャフト７の回転軸の位置を中心とした任意の位置、かつ、周方向に等間隔で複数設けられている。非磁性体材部材８１は、板材もしくは網材である。
【００５３】
非磁性体材部材８１の形状及び固定子フレーム６における非磁性体材部材８１の配置は、任意に変更できる。第７の実施形態における作用、効果は、第６の実施形態で説明した作用、効果と同様である。
【００５４】
次に、第８の実施形態について説明する。図１６は、第８の実施形態に係る永久磁石回転電機１の軸方向断面図である。回転子５は、説明の都合上取り除いた状態である。図１７は、第８の実施形態に係る樹脂モールド部材８で成型された電機子巻線４及びとシャフト７が設けられた固定子フレーム６の斜視図である。図１に示す第１の実施形態で説明した構成と同一の構成については、同一番号を付して説明を省略する。コイル巻線４及び固定子フレーム６は、第１の実施形態のように一体として樹脂モールド部材８で成型されていても、第２の実施形態のように別体として樹脂モールド部材８で成型されていてもよい。
【００５５】
固定子フレーム６は、樹脂モールド部材８と非磁性体のヒートパイプ９で構成されている。ヒートパイプ９は、例えば、固定子フレーム６の内部であって、シャフト７の回転軸の位置を中心とした同心円状に設けられている。ヒートパイプ９の形状、本数及び固定子フレーム６におけるヒートパイプ９の配置は、任意に変更できる。
【００５６】
第８の実施形態における作用、効果は、第１の実施形態で説明した作用、効果と同様である。第８の実施形態では、ヒートパイプ９により、固定子フレーム６の強度を向上させることができる。さらに、ヒートパイプ９は、固定子フレーム６全体にわたって冷却特性を向上させる。
【００５７】
上記説明した第１の実施形態から第８の実施形態は、適宜組み合わせることができる。本発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１…永久磁石回転電機、２…永久磁石列（外側）、３…永久磁石列（内側）、４…電機子巻線、５…回転子、６…固定子フレーム、７…シャフト、８…樹脂モールド部材、９…ヒートパイプ、１６…永久磁石、６２…フィン、８１…非磁性体材部材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子巻線を有する固定子に対し回転可能に支持された回転子にハルバッハ配列された永久磁石を有する永久磁石回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石をハルバッハ配列した永久磁石回転電機は、径方向にＮ極とＳ極を交互に配置した主磁極磁石と、この主磁極磁石の周方向両面に径方向以外（例えば周方向）に着磁された補助磁石を備えたものである（例えば、特許文献１、２参照）。永久磁石をハルバッハ配列した永久磁石回転電機の主磁極磁石と補助磁石とは、全体で略円筒状をなしており、永久磁石をハルバッハ配列にすると、特定の方向の磁力を強めることができる。このハルバッハ配列された永久磁石を有する回転電機は、大きくすることなく高出力化を図ることが可能になる。
【０００３】
また、従来の永久磁石回転電機は、鉄心が設けられている。したがって、鉄心に磁束が集中し、回転子と固定子間のギャップの磁束が滑らかに変化しない。このため、高調波のトルクむら（トルクリップル）が発生し、振動・騒音発生の要因となっていた。これに対して、磁石列にハルバッハ配列を適用して磁束をギャップ間に集中させるとともに、鉄心レスの永久磁石回転電機は、磁束が滑らかに変化し、大きなトルクを発生させてもトルクリップルが大きくならない。
【０００４】
図１８は、従来のハルバッハ配列した永久磁石列を有する回転電機の磁束密度分布を示した磁束密度分布図である。ヨーク鉄心１５に電機子巻線４が巻かれており、永久磁石１６、電機子巻線４、ヨーク鉄心１５の間に磁束が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３２０１０９号公報（第１図）
【特許文献２】特開２００４−３５０４２７号公報（第１乃至２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１のものでは、固定子や回転子に鉄心を用いているため回転電機の質量が重くなり、高出力を図るには、回転電機の軸方向若しくは径方向に長くする必要がある。また、特許文献２のものにおいても、固定子に鉄心を用いているため回転電機の質量が重くなり、高出力を図るには、回転電機の軸方向若しくは径方向に長くする必要がある。また、このようなハルバッハ配列した永久磁石列を有する回転電機では、電機子巻線に対して冷却する必要がある。
【０００７】
具体的には、コイルから発生するジュール熱は主に熱伝導により取付べ一スヘと伝導し、固定子フレームの表面から大気へと自然対流により放熱される。したがって、コイルから取付ベースと固定子フレームヘの熱抵抗を小さくすることが重要である。コイルと固定子フレームは、一見接触しているように見えていても、実際には空気層が存在する。空気層は、熱抵抗が大きく、コイルの熱を固定子のフレームへ伝えにくい。
【０００８】
また、鉄心レスの永久磁石回転電機は、鉄心がないことからリップルが小さい。しかしながら、鉄心レスの永久磁石回転電機は、固定子フレームに非磁性体を用いているため、伝達してきた振動に対して振動減衰が小さい。そのため、振動が固定子フレームで拡大する場合がある。
【０００９】
さらに、固定子フレームは、非磁性体の金属からの削りだしのため加工時間がかかる。そのため、鉄心レスの永久磁石回転電機は、コスト低減が課題となっている。
【００１０】
この発明の目的は、回転電機に設けられているコイル巻線の発熱を効率よく冷却できる永久磁石回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施形態に係る永久磁石回転電機は、コイル巻線を有する固定子と、前記固定子に対し回転可能に支持され、ハルバッハ配列された永久磁石を有する回転子からなる回転電機の前記回転子が回転軸の中心から周方向に鉄心レスでハルバッハ配列された２列の永久磁石列を設け、前記永久磁石列の間に前記固定子のコイル巻線を設け、前記永久磁石列は、永久磁石列の外側永久磁石の磁極の向きと永久磁石列の内側永久磁石の磁極の向きとが、径方向の磁極の向きについては同一方向で、周方向の磁極向きについては逆方向を向き、前記コイル巻線を非磁性体のモールド部材で成型する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、回転電機に設けられているコイル巻線の発熱を効率よく冷却でき、固定子フレームに振動減衰を持たせ、量産時の生産性効果が上がる永久磁石回転電機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る永久磁石回転電機の軸方向断面図。
【図２】第１の実施形態に係る固定子フレームの斜視図。
【図３】第１の実施形態に係る固定子フレームの斜視図。
【図４】第１の実施形態に係る永久磁石回転電機の径方向断面図。
【図５】第１の実施形態に係る永久磁石回転電機の磁束密度分布の一例を示す磁束密度分布図。
【図６】第１の実施形態に係る永久磁石回転電機の磁力線分布の一例を示す磁力線分布図。
【図７】第１の実施形態に係る永久磁石回転電機の軸方向断面図。
【図８】第２の実施形態に係る永久磁石回転電機の軸方向断面図。
【図９】第３の実施形態に係る永久磁石回転電機の軸方向断面図。
【図１０】第４の実施形態に係る永久磁石回転電機の軸方向断面図。
【図１１】第５の実施形態に係る永久磁石回転電機の軸方向断面図。
【図１２】第６の実施形態に係る永久磁石回転電機の軸方向断面図。
【図１３】第６の実施形態に係る固定子フレームの斜視図。
【図１４】第７の実施形態に係る永久磁石回転電機の軸方向断面図。
【図１５】第７の実施形態に係る固定子フレームの斜視図。
【図１６】第８の実施形態に係る永久磁石回転電機の軸方向断面図。
【図１７】第７の実施形態に係る固定子フレームの斜視図。
【図１８】従来のハルバッハ配列した永久磁石列を有する永久磁石回転電機の磁束密度分布を示した磁束密度分布図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を参照して、実施形態について説明する。図１は第１の実施形態に係る永久磁石回転電機１の軸方向断面図である。永久磁石回転電機１は、鉄心レスの回転電機である。永久磁石回転電機１は、固定子フレーム６に電機子巻線４及びとシャフト７が形成され、回転子５に永久磁石列２、３及び軸受１４が形成されて構成される。第１の実施形態では、固定子フレーム６及び電機子巻線４が樹脂モールド部材８で成型されている。
【００１５】
ここで、図２は、樹脂モールド部材８で成型された電機子巻線４及びとシャフト７が設けられた固定子フレーム６の斜視図である。図３は、図２に示す状態から電機子巻線４の径方向の樹脂モールド部材８を取り除いた状態の電機子巻線４及びとシャフト７が設けられた固定子フレーム６の斜視図である。
【００１６】
固定子フレーム６には、中心にシャフト７が形成されている。電機子巻線４は、例えば三相交流を用いる場合、Ｕ相−Ｖ相−Ｗ相の順に巻かれている。電機子巻線４は、集中巻きの巻線で形成されている。電機子巻線４は、ボビン４１に巻線を巻いたコイル４２により形成されている。そして、電機子巻線４は、回転軸であるシャフト７を中心として周方向に複数のボビン４１で構成されている。
【００１７】
固定子フレーム６と回転子５との間には、軸受１４が構成されており、回転子５は固定子フレーム６の上で回転する構造になっている。回転子５にはハルバッハの配列で構成された略円筒形状の２列の永久磁石列２、３が周方向に設けられている。回転子５は、固定子フレーム６に対向する側に凸部を２列有し、回転子５の外側の凸部には永久磁石列（外側）２の永久磁石１６を、内側の凸部には永久磁石列（内側）３の永久磁石１６が例えば接着等により取付けられている。そして、回転子５に取り付けられた永久磁石列２、３の間に電機子巻線４を配置するように構成されている。
【００１８】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る永久磁石回転電機の径方向断面図である。回転子５に取り付けられた永久磁石列２，３は、図４に示すような磁極の配列とする。つまり、径方向に着磁された磁極については、外側の永久磁石列２の磁極と内側の永久磁石列３の永久磁石の磁極とが同一方向になるように構成する。径方向に着磁された磁極の間にある周方向に着磁された永久磁石については、外側の永久磁石列２の磁極と内側の永久磁石列３の磁極とが反対方向になるように構成する。
【００１９】
次に、図５は本発明の第１の実施形態に係る永久磁石回転電機１の磁束密度分布の一例を示す磁束密度分布図、図６は本発明の第１の実施形態に係る永久磁石回転電機１の磁力線分布の一例を示す磁力線分布図である。
【００２０】
図５に示すように、永久磁石列２、３の磁束が電機子巻線４を鎖交する様子が分かる。電機子巻線４に例えば三相交流を流すことで回転子５が回転する。図５及び図６から分かるように、径方向に着磁された永久磁石に多くの磁束が発生していることが分かる。つまり、電機子巻線４に鎖交することにより大きなトルクを得ることが可能になる。周方向に着磁された永久磁石の磁束は、外側の永久磁石列２と内側の永久磁石列３とでは反対の向きになり、互いの磁束をキャンセルする働きをする。径方向の磁束密度分布について、従来例の図１８と対比すると、図５の磁束密度分布は、図１８の磁束密度分布に比べ約２倍の磁束が得られることが分かる。また、図１８ではヨーク鉄心１５に電機子巻線４を巻いた結果であり、質量増大の要因になっている。
【００２１】
このように、回転子５にハルバッハ配列した略円筒形状の２列の永久磁石列２、３を設け、略円筒形状の永久磁石列２、３の間に固定子フレーム６の電機子巻線４を設けることで、永久磁石回転電機１の軸方向の幅を薄くすることができる。また、ハルバッハ配列した略円筒形状の永久磁石列を２列構成することで、従来例に比べ磁束密度が大きいことから、永久磁石回転電機１の形状を大きくすることなく高出力化が可能になる。
【００２２】
次に、第１の実施形態に係る樹脂モールド部材８で成型されたコイル巻線４及び固定子フレーム６について説明する。第１の実施形態では、コイル巻線４及び固定子フレーム６は一体として共に樹脂モールド部材８で成型されて構成されている。コイル巻線４は、固定子フレーム６と接する底面及び径方向の内周面、外周面を樹脂モールド部材８で覆うように成型されている。コイル巻線４は、回転子５と対向する面も外周面を樹脂モールド部材８で覆うように成型されていてもよい。
【００２３】
次に、樹脂モールド部材８の材料について説明する。樹脂モールド部材８は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、プラスチック系樹脂とする。樹脂モールド部材８は、非磁性体で、熱伝導性の高い材料あればよい。したがって、コイル巻線４及び固定子フレーム６は、樹脂の代わりにアルミ材を材料としてモールド成型されてもよい。永久磁石回転電機１の径方向断面図である図７に示すように、樹脂モールド部材８は、前記した樹脂と窒化アルミなどの金属粉である非磁性体材粉体の複合材である非磁性体材料で構成されていてもよい。
【００２４】
次に、第１の実施形態に係る永久磁石回転電機１の作用を説明する。第１点目は、コイル巻線４で発生した熱を効率よく冷却できる点である。永久磁石回転電機１の動作時にコイル巻線４で発生した熱は、樹脂モールド部材８を介して、固定子フレーム６へ熱伝導する。熱伝導を良くするためには、コイル巻線４から取付ベースと固定子フレーム６ヘの熱抵抗を小さくすることが重要である。
【００２５】
ここで、比較例として、コイル巻線４と固定子フレーム６を接着剤で接着した場合、一見接触しているように見えていても、実際には空気層が存在する。そのため、空気層は、熱抵抗が大きく、コイル巻線４の熱を固定子フレーム６へ伝えにくい。空気層の熱伝導率は０．０２４、これに対して、第１の実施形態に係る樹脂モールド部材８の一例であるエポキシ樹脂の熱伝導率は０．２１である。したがって、樹脂モールド部材８の熱伝導率は、空気層の１０倍と大きい。
【００２６】
したがって、コイル巻線４の熱は、固定子フレーム６に効率よく伝導する。固定子フレーム６に伝導した熱は、固定子フレーム６の表面から自然対流により大気へと放熱される。これ以外にも、空気と接している部材からも対流により放熱される。したがって、コイル巻線４で発生した熱は、効率よく冷却される。
【００２７】
第２点目は、固定子フレーム６の振動減衰を持たせる点である。永久磁石回転電機１は鉄心が設けられていないため、リップルが小さい。ここで、比較例として、固定子フレーム６が例えば非磁性体であるアルミ材で成型されている場合、永久磁石回転電機１の動作に伴い振動伝達してきた振動に対する固定子フレーム６の振動減衰率は０．０１％である。これに対して、第１の実施形態に係る樹脂モールド材８で成型される固定子フレーム６の振動減衰率は０．５％である。したがって、樹脂モールド材８で成型される固定子フレーム６の振動減衰は、非磁性体で成型される固定子フレーム６の５０倍程度と大きい。よって、第１の実施形態に係る固定子フレーム６に振動減衰を持たせせることができる。永久磁石回転電機１は、動作時であっても低振動となる。
【００２８】
第３点目は、固定子フレーム６の生産性を向上させる点である。ここで、比較例として、固定子フレーム６が非磁性体で成型される場合、固定子フレーム６は非磁性体の金属から削りだしで成型される。永久磁石回転電機１の量産時の生産性において、加工時間がかかりコスト低減が課題となっている。これに対して、第１の実施形態に係る樹脂モールド部材８によれば、削り出しがないため量産時の生産性が向上する。
【００２９】
次に、第１の実施形態に係る永久磁石回転電機１による効果について説明する。第１の実施形態によれば、第１にコイル巻線４の発熱を効率よく冷却でき、第２に固定子フレーム６に振動減衰を持たせることができ、第３に永久磁石回転電機１の量産時の生産性を向上させることができる。コイル巻線４が効率よく冷却されると、コイル巻線４に流す電流を増やすことができる。そのため、永久磁石回転電機１の出力をより増やすことができる。
【００３０】
第１の実施形態では、コイル巻線４及び固定子フレーム６は樹脂モールド部材８で成型されているが、回転子５のフレームが樹脂モールド部材８で成型されていてもよい。この場合、第１に、回転子５に振動減衰を持たせることができる。第２に、回転子５の生産性を向上させることができる。
【００３１】
次に、第２の実施形態について説明する。図８は、第２の実施形態に係る永久磁石回転電機１の軸方向断面図である。回転子５は、説明の都合上取り除いた状態である。図１に示す第１の実施形態で説明した構成と同一の構成については、同一番号を付して説明を省略する。
【００３２】
コイル巻線４は、固定子フレーム６と接する底面及び径方向の内周面、外周面を樹脂モールド部材８で覆うように成型されている。コイル巻線４は、回転子５と対向する面も外周面を樹脂モールド部材８で覆うように成型されていてもよい。
【００３３】
固定子フレーム６は、コイル巻線４とは別体として樹脂モールド部材８で成型されている。固定子フレーム６は、コイル巻線４の成形型として用いられる。コイル巻線４を固定子フレーム６に嵌め込むことで、コイル巻線４と固定子フレーム６は結合し、一体となる。コイル巻線４は、固定子フレーム６との結合部形状が、永久磁石回転電機１の軸方向断面において、矩形状の凸形状である。固定子フレーム６は、コイル巻線４との結合部形状が、永久磁石回転電機１の軸方向断面において、矩形状の凹形状である。
【００３４】
第２の実施形態における作用、効果は、第１の実施形態で説明した作用、効果と同様である。第２の実施形態では、コイル巻線４と固定子フレーム６が共に別体として樹脂モールド部材８で成型されているが、コイル巻線４のみ樹脂モールド部材８で整形されていても、同様の作用、効果を奏する。第２の実施形態では、コイル巻線４と固定子フレーム６は、別体として成型される。したがって、永久磁石回転電機１のサイズが大きい場合、永久磁石回転電機１は、コイル巻線４と固定子フレーム６を一体として樹脂モールド部材８で成型するよりも作成しやすくなる。
【００３５】
次に、第３の実施形態について説明する。図９は、第３の実施形態に係る永久磁石回転電機１の軸方向断面図である。回転子５は、説明の都合上取り除いた状態である。図１に示す第１の実施形態で説明した構成と同一の構成については、同一番号を付して説明を省略する。
【００３６】
第３の実施形態は、第２の実施形態と同様にコイル巻線４は、樹脂モールド部材８で成型されている。固定子フレーム６は、コイル巻線４とは別体として樹脂モールド部材８で成型されている。固定子フレーム６は、コイル巻線４の成形型として用いられる。
【００３７】
コイル巻線４は、固定子フレーム６との結合部形状が、永久磁石回転電機１の軸方向断面において、丸みを持った略Ｕ形状の凸形状である。固定子フレーム６は、コイル巻線４との結合部形状が、永久磁石回転電機１の軸方向断面において、丸みを持った略Ｕ形状の凹形状である。コイル巻線４の凸部は、固定子フレーム６の凹部に対してちょうど嵌り込む。
【００３８】
第３の実施形態における作用、効果は、第１の実施形態で説明した作用、効果と同様である。さらに、第３の実施形態によれば、永久磁石回転電機１の量産時の生産性において、樹脂モールド部材８が浸透しやすく、固定子フレーム６の結合部にも樹脂モールド部材８が入り込むため熱伝導と、コイル巻線４の固定強度が向上する。したがって、第３の実施形態によれば、永久磁石回転電機１の動作時であっても、強度を上げることができる。
【００３９】
次に、第４の実施形態について説明する。図１０は、第４の実施形態に係る永久磁石回転電機１の軸方向断面図である。回転子５は、説明の都合上取り除いた状態である。図１に示す第１の実施形態で説明した構成と同一の構成については、同一番号を付して説明を省略する。
【００４０】
第４の実施形態は、第２の実施形態と同様にコイル巻線４は、樹脂モールド部材８で成型されている。固定子フレーム６は、コイル巻線４とは別体として樹脂モールド部材８で成型されている。固定子フレーム６は、コイル巻線４の成形型として用いられる。
【００４１】
コイル巻線４は、固定子フレーム６との結合部形状が、永久磁石回転電機１の軸方向断面において、角部に丸みを持った略台形状の凸形状である。固定子フレーム６は、コイル巻線４との結合部形状が、永久磁石回転電機１の軸方向断面において、角部に丸みを持った略台形状の凹形状である。コイル巻線４の凸部は、固定子フレーム６の凹部に対してちょうど嵌り込む。
【００４２】
第４の実施形態における作用、効果は、第１の実施形態で説明した作用、効果と同様である。さらに、第３の実施形態によれば、永久磁石回転電機１の量産時の生産性において、樹脂モールド部材８が浸透しやすく、固定子フレーム６の結合部にも樹脂モールド部材８が入り込むため熱伝導と、コイル巻線４の固定強度が向上する。したがって、第４の実施形態によれば、永久磁石回転電機１の動作時であっても、強度を上げることができる。
【００４３】
次に、第５の実施形態について説明する。図１１は、第５の実施形態に係る永久磁石回転電機１の軸方向断面図である。図１に示す第１の実施形態で説明した構成と同一の構成については、同一番号を付して説明を省略する。コイル巻線４及び固定子フレーム６は、第１の実施形態のように一体として樹脂モールド部材８で成型されていても、第２の実施形態のように別体として樹脂モールド部材８で成型されていてもよい。
【００４４】
固定子フレーム６の外縁には断面が矩形状の凸状部６１が設けられている。凸状部６１は、例えば電機子巻線４の先端部と軸方向に同位置となる高さを有している。凸状部６１は、回転子５に設けられた断面が矩形状の凸状部５１よりも径方向の外側に位置するように固定子フレーム６に設けられている。
【００４５】
固定子フレーム６に設けられた凸状部６１と回転子５に設けられた凸状部５１は、径方向に所定間隔離間して設けられている。また、回転子５は、永久磁石列（外側）２の永久磁石１６が取り付けられた凸状部６１よりも径方向の外側に延在した平面部５３を有する。そのため、回転子５は、固定子フレーム６に設けられた凸状部６１と軸方向に対向する。固定子フレーム６と軸方向に対向する回転子５に設けられた凸状部５１および回転子５と軸方向に対向する固定子６に設けられた凸状部６１は、それぞれ軸方向に所定間隔離間して設けられている。
【００４６】
また、固定子６に設けられた凸状部６１には、径方向に延在するようにフィン６２が設けられている。フィン６２は、複数の凹凸形状で構成されているため、固定子フレーム６の外側表面積を増すことができる。フィン６２の凹凸の数、サイズは、永久磁石回転電機１のサイズ、用途などによって可変である。固定子フレーム６は、フィン６２を含めて樹脂モールドで成型されている。
【００４７】
第５の実施形態における作用、効果は、第１の実施形態で説明した作用、効果と同様である。さらに、第３の実施形態によれば、外気と直接触れるフィン６２を固定子６に設けることで、固定子フレーム６は、電機子巻線４で発生した熱の放熱面積を大きく得られる。したがって、樹脂モールド８で成型されたフィン６２は、放熱作用を高めることができる。第５の実施形態によれば、コイル巻線４の発熱をさらに効率よく冷却できる永久磁石回転電機１を提供できる。
【００４８】
次に、第６の実施形態について説明する。図１２は、第６の実施形態に係る永久磁石回転電機１の軸方向断面図である。回転子５は、説明の都合上取り除いた状態である。図１３は、第６の実施形態に係る樹脂モールド部材８で成型された電機子巻線４及びとシャフト７が設けられた固定子フレーム６の斜視図である。図１に示す第１の実施形態で説明した構成と同一の構成については、同一番号を付して説明を省略する。コイル巻線４及び固定子フレーム６は、第１の実施形態のように一体として樹脂モールド部材８で成型されていても、第２の実施形態のように別体として樹脂モールド部材８で成型されていてもよい。
【００４９】
固定子フレーム６は、樹脂モールド部材８と非磁性体材部材８１の複合部材で構成されている。非磁性体材部材８１は、例えば、固定子フレーム６の内部であって、シャフト７の回転軸の位置を中心として放射状、かつ、周方向に等間隔で複数本設けられている。非磁性体材部材８１は、板状または棒状である。
【００５０】
第６の実施形態における作用、効果は、第１の実施形態で説明した作用、効果と同様である。第６の実施形態では、非磁性体材部材８１により、固定子フレーム６の強度を向上させることができる。したがって、非磁性体材部材８１は、固定子フレーム６全体に熱伝導するため、固定子フレーム６は冷却特性が向上する。非磁性体材部材８１の形状、本数及び固定子フレーム６における非磁性体材部材８１の配置は、任意に変更できる。
【００５１】
次に、第７の実施形態について説明する。図１４は、第７の実施形態に係る永久磁石回転電機１の軸方向断面図である。回転子５は、説明の都合上取り除いた状態である。図１５は、樹脂モールド部材８で成型された電機子巻線４及びとシャフト７が設けられた固定子フレーム６の斜視図である。図１に示す第１の実施形態で説明した構成と同一の構成については、同一番号を付して説明を省略する。コイル巻線４及び固定子フレーム６は、第１の実施形態のように一体として樹脂モールド部材８で成型されていても、第２の実施形態のように別体として樹脂モールド部材８で成型されていてもよい。
【００５２】
固定子フレーム６は、樹脂モールド部材８と非磁性体材部材８１の複合部材で構成されている。非磁性体材部材８１は、例えば、固定子フレーム６の内部であって、シャフト７の回転軸の位置を中心とした任意の位置、かつ、周方向に等間隔で複数設けられている。非磁性体材部材８１は、板材もしくは網材である。
【００５３】
非磁性体材部材８１の形状及び固定子フレーム６における非磁性体材部材８１の配置は、任意に変更できる。第７の実施形態における作用、効果は、第６の実施形態で説明した作用、効果と同様である。
【００５４】
次に、第８の実施形態について説明する。図１６は、第８の実施形態に係る永久磁石回転電機１の軸方向断面図である。回転子５は、説明の都合上取り除いた状態である。図１７は、第８の実施形態に係る樹脂モールド部材８で成型された電機子巻線４及びとシャフト７が設けられた固定子フレーム６の斜視図である。図１に示す第１の実施形態で説明した構成と同一の構成については、同一番号を付して説明を省略する。コイル巻線４及び固定子フレーム６は、第１の実施形態のように一体として樹脂モールド部材８で成型されていても、第２の実施形態のように別体として樹脂モールド部材８で成型されていてもよい。
【００５５】
固定子フレーム６は、樹脂モールド部材８と非磁性体のヒートパイプ９で構成されている。ヒートパイプ９は、例えば、固定子フレーム６の内部であって、シャフト７の回転軸の位置を中心とした同心円状に設けられている。ヒートパイプ９の形状、本数及び固定子フレーム６におけるヒートパイプ９の配置は、任意に変更できる。
【００５６】
第８の実施形態における作用、効果は、第１の実施形態で説明した作用、効果と同様である。第８の実施形態では、ヒートパイプ９により、固定子フレーム６の強度を向上させることができる。さらに、ヒートパイプ９は、固定子フレーム６全体にわたって冷却特性を向上させる。
【００５７】
上記説明した第１の実施形態から第８の実施形態は、適宜組み合わせることができる。本発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１…永久磁石回転電機、２…永久磁石列（外側）、３…永久磁石列（内側）、４…電機子巻線、５…回転子、６…固定子フレーム、７…シャフト、８…樹脂モールド部材、９…ヒートパイプ、１６…永久磁石、６２…フィン、８１…非磁性体材部材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル巻線を有する固定子と、前記固定子に対し回転可能に支持され、ハルバッハ配列された永久磁石を有する回転子からなる回転電機の前記回転子が回転軸の中心から周方向に鉄心レスでハルバッハ配列された２列の永久磁石列を設け、前記永久磁石列の間に前記固定子のコイル巻線を設け、前記永久磁石列は、永久磁石列の外側永久磁石の磁極の向きと永久磁石列の内側永久磁石の磁極の向きとが、径方向の磁極の向きについては同一方向で、周方向の磁極向きについては逆方向を向く前記固定子において、
前記コイル巻線を非磁性体のモールド部材で成型することを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項２】
前記固定子のフレームを前記モールド部材で成型することを特徴とする請求項１記載の永久磁石回転電機。
【請求項３】
前記固定子のフレームを成形型として用いて、前記コイル巻線と前記固定子を一体とすることを特徴とする請求項１記載の永久磁石回転電機。
【請求項４】
前記固定子のフレームの外周面を凸凹形状で成型することを特徴とする請求項２記載の永久磁石回転電機。
【請求項５】
前記モールド部材は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、プラスチック樹脂、アルミ材のいずれかであることを特徴とする請求項４記載の永久磁石回転電機。
【請求項６】
前記固定子のフレームは、前記モールド部材と非磁性体材部材との複合部材で成型されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の永久磁石回転電機。
【請求項７】
前記非磁性体材部材は、板材、網材、粉体のいずれかであることを特徴とする請求項６記載の永久磁石回転電機。
【請求項８】
前記非磁性体材部材は、前記回転軸を中心とした放射上および円周方向に配置したことを特徴とする請求項７記載の永久磁石回転電機。
【請求項９】
前記固定子のフレームは、ヒートパイプを有することを特徴とする請求項２記載の永久磁石回転電機。
【請求項１０】
前記固定子のフレーム及び前記コイル巻線は、結合部形状を凹状部に丸みを持った略Ｕ状とすることを特徴とする請求項３記載の永久磁石回転電機。
【請求項１１】
前記固定子のフレーム及び前記コイル巻線は、結合部形状を角部に丸みを持った略台形状とすることを特徴とする請求項３記載の永久磁石回転電機。
【請求項１２】
前記回転子のフレームをモールド部材で成型することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の永久磁石回転電機。
【請求項１】
コイル巻線を有する固定子と、前記固定子に対し回転可能に支持され、ハルバッハ配列された永久磁石を有する回転子からなる回転電機の前記回転子が回転軸の中心から周方向に鉄心レスでハルバッハ配列された２列の永久磁石列を設け、前記永久磁石列の間に前記固定子のコイル巻線を設け、前記永久磁石列は、永久磁石列の外側永久磁石の磁極の向きと永久磁石列の内側永久磁石の磁極の向きとが、径方向の磁極の向きについては同一方向で、周方向の磁極向きについては逆方向を向く前記固定子において、
前記コイル巻線を非磁性体のモールド部材で成型することを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項２】
前記固定子のフレームを前記モールド部材で成型することを特徴とする請求項１記載の永久磁石回転電機。
【請求項３】
前記固定子のフレームを成形型として用いて、前記コイル巻線と前記固定子を一体とすることを特徴とする請求項１記載の永久磁石回転電機。
【請求項４】
前記固定子のフレームの外周面を凸凹形状で成型することを特徴とする請求項２記載の永久磁石回転電機。
【請求項５】
前記モールド部材は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、プラスチック樹脂、アルミ材のいずれかであることを特徴とする請求項４記載の永久磁石回転電機。
【請求項６】
前記固定子のフレームは、前記モールド部材と非磁性体材部材との複合部材で成型されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の永久磁石回転電機。
【請求項７】
前記非磁性体材部材は、板材、網材、粉体のいずれかであることを特徴とする請求項６記載の永久磁石回転電機。
【請求項８】
前記非磁性体材部材は、前記回転軸を中心とした放射上および円周方向に配置したことを特徴とする請求項７記載の永久磁石回転電機。
【請求項９】
前記固定子のフレームは、ヒートパイプを有することを特徴とする請求項２記載の永久磁石回転電機。
【請求項１０】
前記固定子のフレーム及び前記コイル巻線は、結合部形状を凹状部に丸みを持った略Ｕ状とすることを特徴とする請求項３記載の永久磁石回転電機。
【請求項１１】
前記固定子のフレーム及び前記コイル巻線は、結合部形状を角部に丸みを持った略台形状とすることを特徴とする請求項３記載の永久磁石回転電機。
【請求項１２】
前記回転子のフレームをモールド部材で成型することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の永久磁石回転電機。
【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】
【公開番号】特開２０１２−１７５７５５（Ｐ２０１２−１７５７５５Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３３４３５（Ｐ２０１１−３３４３５）
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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