JP2010068605A - 永久磁石回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】現行のサイズを維持しつつ、優れた高トルク、高出力、低トルクリップル性能の永久磁石回転電機を提供する。
【解決手段】永久磁石回転電機において、回転鉄心に電機子巻線を有する固定子１と電動機の各極を構成する複数の永久磁石５を内蔵した回転子４とを備える。永久磁石外周の頂点と軸中心とでなす永久磁石領域角度αに対し、固定子ティース３の内周側先端部頂点と軸中心とでなすティース先端角度βの割合を磁石・ティース領域比率Ａとする。また回転子各極において、永久磁石領域角度αに対し、ティース先端角度βが投影され重複する割合を磁石・ティース重複率Ｂとする。磁石・ティース領域比率Ａ％、磁石・ティース重複比率Ｂ％より（Ａ＋Ｂ）／２を算出する。その値Ｃとし、５０≦Ｃ≦９５となるように永久磁石５、固定子ティース３を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、幅広い分野で動力源として用いられている永久磁石を用いた永久磁石回転電機に関する。

今年、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・高出力が進められている。特に、電気自動車（以下、ＥＶ）、ハイブリット自動車（以下、ＨＥＶ）向けの車両向けの用途とする回転電機では、排出ガスの抑制、燃費向上のため、効率化を強く効率化を強く求められている。また、搭載スペースが小さく、限られた空間の中で高トルク、高出力が必要となっており、加えて、乗り心地、並びに車室内の静粛性が求められ、トルクリップルの低減が必要となっている。

また、ＥＶ，ＨＥＶモータでは、多種多様な用途が求められており、例えばパラレルＨＥＶ方式（主に既存のエンジンの補助、エンジンの始動を目的）では低速大トルク、またＥＶ，シリーズパラレルＨＥＶ（主にモータ単独で走行、高出力、高効率を目的）では高速高出力の要求が高く、用途によって駆動モータに求められている仕様、特性が異なってきている。

しかも、ＥＶ，ＨＥＶ等では、駆動部スペースに大きな制約があり、軸方向寸法が非常に小さい扁平型の回転電機が必要であるため、電機子巻線の軸方向の寸法を小さくできることができる集中巻線方式の回転動機が用いられている。しかし、集中巻方式は分布巻方式に比べ、トルクリップルが大きく、有効にトルクが活用されず、更に永久磁石磁束によって発生する電圧が大きくゆがみ、電圧波形の最大値が高くなることから、バッテリー電源の制限電圧に達し、出力が低下する結果となっていた。

また、低速高出力仕様のモータ（例えば、パラレルＨＥＶモータ等）では、限られた搭載スペースの中でトルクを増大する必要があり、永久磁石を増やし、トルクに寄与する起磁力を増加させる、または電機子巻線の巻き数を増やし、アンペア導体数を増加させる手段が考えられるが、この場合電機子巻線での鎖交磁束の増加、及び電機子巻線での発生電圧の増加により、バッテリー電源電圧（制限電圧）に達してしまうことから、高い出力を得ることが不可能になってしまう。

一方、高速高出力モータ（例えば、ＥＶ，シリーズパラレルＨＥＶモータ等）では、高速運転での出力を優先するため、負荷電圧を抑制する必要があり、永久磁石量、アンペア導体数を大きくすることができず、トルクを大きくすることが難しいという問題が発生している。

そこで、磁路形成部の径方向外側端部における周方向幅を、前記ティースの径方向内側端部における周方向幅の２０％〜４０％の範囲内に設定することにより、トルクの低下を防止しながら、コギングトルク及びトルクリップルを低減する埋込磁石型モータ（特許文献１）や、磁極幅θｒとティース先端幅θｒとの比θｒ／θｓを３／４ないし３／３．５の範囲とすることにより、磁極位置の検出を行うことができる集中巻磁石モータなどが提案されている。（特許文献２）

特開２００７−１１６８２２ 特開２００３−３７９６７

しかし、前記特許文献１の埋込磁石型モータ、特許文献２の集中巻線型モータのように、磁極幅、ティース幅の角度に着目し、トルク、出力の増加、並びにトルクリップルの低減を図る試みが行われている。しかし、回転電機特性は、回転電機のサイズ、スロット数、使用する磁石の形状などに異なる。従って、スロット数と使用する磁石の形状がＭＯＤＥＬ１（１８スロット平行磁石），ＭＯＤＥＬ２（２４スロットＶ字磁石），ＭＯＤＥＬ３（２４スロット平行磁石）と変化した場合、図１６に示すように、それぞれのケースで最良の範囲が異なることから、十分な回転電機特性を得ることができないという問題が生じている。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、現行のサイズを維持（小型化）しつつ、高トルク、高出力化が可能で、且つトルクリップルを低減できる永久磁石回転電機を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の永久磁石回転電機は、複数極の電機子巻線を有する固定子と、前記複数極の電機子巻線に対応する複数極の永久磁石を外周部に内蔵した回転子とを備え、前記固定子における各極の内周には、電機子巻線の巻回用の溝に挟まれた固定子ティースがそれぞれ設けられ、前記各極の永久磁石の回転子外周側に位置する２頂点と回転子中心とで成す永久磁石領域角度αに対して、前記固定子ティースの回転子内周側先端部に位置する２頂点と回転子中心とで成すティース先端角度βの割合を、磁石・ティース領域比率Ａ％とし、前記回転子各極において、前記永久磁石領域角度αに対しティース先端角度βが投影された場合に、両者の重複する部分の割合を磁石・ティース重複率Ｂ％とし、これら磁石・ティース領域比率Ａ％と磁石・ティース重複率Ｂ％の平均値（Ａ＋Ｂ）／２を磁石・ティース関係比Ｃとした場合に、前記磁石・ティース関係比Ｃが、５０≦Ｃ≦９５としたことを特徴とする。

上記の構成を有する本発明によれば、磁石・ティース関係比を５０≦Ｃ≦９５の範囲とすることで、回転子内の永久磁石の極数が複数極ある永久磁石回転電機において、回転電機のサイズ、スロット数やスロットの形状が変更となった場合でも、高トルク性能、高出力性能及び低トルクリップル性能のいずれかに優れた回転電機を得ることができる。

本発明の他の態様では、永久磁石回転電機が１２極のものであって、前記磁石・ティース関係比が、５０≦Ｃ≦８０としたことを特徴とする。この態様によれば、磁石・ティース関係比を５０≦Ｃ≦８０の範囲とすることで、回転子内の永久磁石の極数が１２極である永久磁石回転電機において、回転電機のサイズ、スロット数やスロットの形状が変更となった場合でも、回転電機のサイズ、スロット数やスロットの形状が変更となった場合でも、高トルク性能、高出力性能又は低トルクリップル性能のいずれかに優れた回転電機を得ることができる。

本発明の他の態様では、永久磁石回転電機が１２極のものであって、前記磁石・ティース関係比が、６０≦Ｃ≦７０としたことを特徴とする。この態様によれば、磁石・ティース関係比を６０≦Ｃ≦７０の範囲とすることで、回転子内の永久磁石の極数が１２極である永久磁石回転電機において、回転電機のサイズ、スロット数やスロットの形状が変更となった場合でも、回転電機のサイズ、スロット数やスロットの形状が変更となった場合でも、高トルク性能、高出力性能及び低トルクリップル性能のすべてに優れた回転電機を得ることができる。

本発明の他の態様では、永久磁石回転電機が１６極のものであって、前記磁石・ティース関係比が、５０≦Ｃ≦９０としたことを特徴とする。この態様によれば、磁石・ティース関係比が５０≦Ｃ≦９０の範囲とすることで、回転子内の永久磁石の極数が１６極である永久磁石回転電機において、回転電機のサイズ、スロット数やスロットの形状が変更となった場合でも、高トルク性能、高出力性能又は低トルクリップル性能のいずれかに優れた回転電機特性を得ることができる。

本発明の他の態様では、永久磁石回転電機が１６極のものであって、前記磁石・ティース関係比が、６０≦Ｃ≦７０としたことを特徴とする。この態様によれば、磁石・ティース関係比が６０≦Ｃ≦７０の範囲とすることで、回転子内の永久磁石の極数が１６極である永久磁石回転電機において、回転電機のサイズ、スロット数やスロットの形状が変更となった場合でも、高出力性能及び低トルクリップル性能に優れた回転電機特性を得ることができる。

本発明の他の態様では、永久磁石回転電機が２０極のものであって、前記磁石・ティース関係比が、５０≦Ｃ≦８０としたことを特徴とする。この態様によれば、磁石・ティース関係比を５０≦Ｃ≦８０とすることで、回転子内の永久磁石の極数が２０極である永久磁石回転電機において、回転電機のサイズ、スロット数やスロットの形状が変更となった場合でも、高出力性能に優れた回転電機特性を得ることができる。

本発明の他の態様では、永久磁石回転電機が２０極のものであって、前記磁石・ティース関係比が、８５≦Ｃ≦９５としたことを特徴とする。この態様によれば、磁石・ティース関係比が８５≦Ｃ≦９５の範囲とすることで、回転子内の永久磁石の極数が２０極である永久磁石回転電機において、回転電機のサイズ、スロット数やスロットの形状が変更となった場合でも、高トルク性能及び低トルクリップル性能のいずれか一方に優れた回転電機特性を得ることができる。

本発明の他の態様では、永久磁石回転電機の各極の永久磁石が、回転子の周方向に２分割されており、かつこれら２分割された永久磁石が回転子の外周側が広がったＶ字状に配置されていることを特徴とする。この態様によれば、ロータの１極当りの表面積に対して永久磁石の表面積を増加させることにより界磁束を増加できることにより、永久磁石回転動機のサイズの小型化および高トルク化が実現可能である。

本発明の他の態様では、永久磁石回転電機の各極の永久磁石が、回転子の外周側が広がったＵ字状の断面を有する部材であることを特徴とする。この態様によれば、永久磁石回転電機の各極の永久磁石が、回転子の周方向に２分割されており、且つこれら２分割された永久磁石が回転子の外周側が広がったＶ字状に配置したときと同様に、ロータの１極当りの表面積に対して永久磁石の表面積を増加させることにより界磁束を増加できることにより、永久磁石回転動機のサイズの小型化および高トルク化が実現可能である。

本発明の他の態様では、永久磁石回転電機の各極の永久磁石が、回転子の外周側が狭くなった台形状の断面を有する部材であることを特徴とする。この態様によれば、永久磁石回転電機の各極の永久磁石が、回転子の周方向に２分割されており、かつこれら２分割された永久磁石が回転子の外周側が広がったＶ字状に配置したときと同様に、ロータの１極当りの表面積に対して永久磁石の表面積を増加させることにより界磁束を増加できることにより、永久磁石回転動機のサイズの小型化および高トルク化が実現可能である。

本発明の他の態様では、永久磁石回転電機における固定子巻線が、磁極間をまたがることなく各磁極毎に巻線を行う集中巻線方式の巻線によって構成されていることを特徴とする。この態様によれば、各磁極毎に巻線を行う集中巻線方式の巻線とすることで、巻線の占積率を高めることができ、小型かつ高トルク性能、高出力性能及び低トルクリップルの永久磁石回転電機を供することができる。

以上のような構成を有する本発明によれば、回転電機のサイズ、スロット数やスロットの形状が変更となった場合でも、高トルク性能、高出力性能及び低トルクリップル性能のいずれかに優れた回転子内の永久磁石の極数が複数極ある永久磁石回転電機を得ることができる。

［基本的な構成］
本発明に係る永久磁石回転電機の実施形態について、図１〜１５を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態の永久磁石回転電機の半径断面拡大図である。図１において、固定子１と電機子巻線２とを有し、その内側には回転子４が設けられている。固定子１は、電磁鋼板の積層構成からなり、その内周側には電機子巻線２を収容する固定子スロットと、回転子４に面する固定子ティース３が具備させている。

回転子４は、固定子ティース３との間隙（エアギャップ）を介して、固定子１の内側に配置され、回転子４と複数の永久磁石５とが備えられている。回転子４は、電磁鋼板の積層構造からなり、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が交互に形成されている。また、回転子４は外周面に磁気的な凹凸を形成するために、永久磁石埋め込み穴を磁化容易方向に形成され、永久磁石５がその永久磁石埋め込み穴に嵌め込まれ、接着剤などにより固定されている。回転子４は、固定子１に施された電機子鉄心を流れる電流による回転磁界によって回転子シャフトを中心に回転している。

さらに、回転子４内に配置されている永久磁石５の外周頂点と回転子軸中心とでなす永久磁石角度αに対し、固定子ティース３の内周側先端側頂点と軸中心とでなすティース先端角度βの割合を磁石・ティース領域比率Ａ％とする。

図２において、回転子４の極には極の番号（１，２，３…ｎ−１，ｎ）が記載され、同じく固定子ティース３にもティース番号（＃１，＃２，＃３…＃ｎ−１，＃ｎ）が記載されている。

図３において、１極あたりの永久磁石領域角度とティース先端角度の関係を示したものであり、ティース先端角度が永久磁石角度に投影され、重複する割合を一極毎に算出し、平均化したものを磁石・ティース比率Ｂとする。これら、磁石・ティース領域比率Ａ％と磁石・ティース重複比率Ｂ％とを組合せ、（Ａ＋Ｂ）／２で算出したものを磁石・ティース関係比率Ｃとする。

以下の実施形態１〜１２において、磁石・ティース関係比率Ｃと出力、トルク及びトルクリップルの関係を示した図が、図４〜１２である。この中で、固定子１に設けられたスロットの数と各磁石の形状の条件を変えたものがＭＯＤＥＬ１〜４であり、各ＭＯＤＥＬはそれぞれ、ＭＯＤＥＬ１（１８スロット平行磁石），ＭＯＤＥＬ２（２４スロットＶ字磁石），ＭＯＤＥＬ３（２４スロット平行磁石），ＭＯＤＥＬ４（３６スロット平行磁石）である。

［第１の実施形態］（１２極、トルクが最大及び良好な範囲）
図４は、本発明の第１の実施形態における永久磁石回転電機の磁石・ティース関係比率Ｃとトルクの関係を示した図である。この第１実施形態は、回転子４内の永久磁石５の極数を１２極としたものである。図４によれば、ＭＯＤＥＬ１〜ＭＯＤＥＬ４の永久磁石回転電機において、トルクが０．９０以上になるのは、磁石・ティース関係比Ｃが５０≦Ｃ≦７０であることが判る。また、トルクが最大になるＣの値は、Ｃ＝６０であることが判る。

図４より、回転子４内の永久磁石５の極数が１２極で構成で構成されている場合にトルクを最大及び良好な範囲に設定できる場合の永久磁石５、固定子ティース３の配置が判る。永久磁石、固定子ティース３を最適な配置にすることにより、永久磁石回転電機の高トルク性能を維持することが可能となる。また、コイルに電流を流すことで発生する銅損を低減でき、同時にその損失による発熱を抑えることが可能となることから、巻線の絶縁劣化、永久磁石５の熱減磁を生じることなく、信頼性が向上する。

［第２の実施形態］（１６極、トルクが最大及び良好な範囲）
図５は、本発明の第２の実施形態における永久磁石回転電機の磁石・ティース関係比率Ｃとトルクの関係を示した図である。この第２実施形態は、回転子４内の永久磁石５の極数を１６極としたものである。図５によれば、ＭＯＤＥＬ１〜ＭＯＤＥＬ４の永久磁石回転電機において、トルクが０．９０以上になるのは、磁石・ティース関係比Ｃ％が７０≦Ｃ≦９０の範囲内であることが判る。また、トルクが最大になるＣの値は、Ｃ＝８０であることが判る。

図５より、回転子４内の永久磁石５の極数が１６極で構成で構成されている場合にトルクを最大及び良好な範囲に設定できる場合の永久磁石５、固定子ティース３の配置が判る。永久磁石５、固定子ティース３を最適な配置にすることにより、永久磁石回転電機の高トルク性能を維持することが可能となる。なお、その他の効果についても、回転子４内の永久磁石５の極数が１２極で構成で構成されている第１の実施形態と同様の効果が得られる。

［第３の実施形態］（２０極、トルクが最大及び良好な範囲）
図６は、本発明の第３の実施形態における永久磁石回転電機の磁石・ティース関係比率Ｃとトルクの関係を示した図である。この第２実施形態は、回転子４内の永久磁石５の極数を２０極としたものである。図６によれば、ＭＯＤＥＬ１〜ＭＯＤＥＬ４の永久磁石回転電機において、トルクが０．９０以上になるのは、磁石・ティース関係比Ｃ％が８８≦Ｃ≦９５の範囲内であることが判る。また、トルクが最大になるＣの値は、Ｃ＝９１であることが判る。

図６より、回転子４内の永久磁石５の極数が２０極で構成されている場合にトルクを最大及び良好な範囲に設定できる場合の永久磁石５、固定子ティース３の配置が判る。永久磁石５、固定子ティース３を最適な配置にすることにより、永久磁石回転電機の高トルク性能を維持することが可能となる。なお、その他の効果についても、回転子４内の永久磁石５の極数が１２極で構成で構成されている第１の実施形態と同様の効果が得られる。

［第４の実施形態］（１２極、出力が最大及び良好な範囲）
図７は、本発明の第４の実施形態における永久磁石回転電機の磁石・ティース関係比率Ｃと出力の関係を示した図である。この第４実施形態は、回転子４内の永久磁石５の極数を１２極としたものである。図７によれば、ＭＯＤＥＬ１〜ＭＯＤＥＬ４の永久磁石回転電機において、出力が１．００以上になるのは、磁石・ティース関係比Ｃ％が５５≦Ｃ≦７０の範囲内であることが判る。また、出力が最大になるＣの値は、Ｃ＝６２であることが判る。

図７より、回転子４内の永久磁石５の極数が１２極で構成で構成されている場合に出力を最大及び良好な範囲に設定できる場合の永久磁石５、固定子ティース３の配置が判る。永久磁石５、固定子ティース３を最適な配置にすることにより、固定子１を流れる高調波磁束が低減され、発生電圧が抑制される。よって、永久磁石回転電機の高出力性能を維持することが可能となる。

［第５の実施形態］（１６極、出力が最大及び良好な範囲）
図８は、本発明の第５の実施形態における永久磁石回転電機の磁石・ティース関係比率Ｃと出力の関係を示した図である。この第５実施形態は、回転子４内の永久磁石５の極数を１６極としたものである。図８によれば、ＭＯＤＥＬ１〜ＭＯＤＥＬ４の永久磁石回転電機において、出力が１．００以上になるのは、磁石・ティース関係比Ｃ％が５０≦Ｃ≦７０の範囲内であることが判る。また、出力が最大になるＣの値は、Ｃ＝６０であることが判る。

図８より、回転子４内の永久磁石５の極数が１６極で構成で構成されている場合に出力を最大及び良好な範囲に設定できる場合の永久磁石５、固定子ティース３の配置が判る。永久磁石５、固定子ティース３を最適な配置にすることにより、固定子１を流れる高調波磁束が低減され、発生電圧が抑制されることにより、回転子４内の永久磁石５の極数が１２極で構成で構成されている第４の実施形態と同様の効果が得られる。

［第６の実施形態］（２０極、出力が最大及び良好な範囲）
図９は、本発明の第６の実施形態における永久磁石回転電機の磁石・ティース関係比率Ｃと出力の関係を示した図である。この第６実施形態は、回転子４内の永久磁石５の極数を２０極としたものである。図９によれば、ＭＯＤＥＬ１〜ＭＯＤＥＬ４の永久磁石回転電機において、出力が１．００以上になるのは、磁石・ティース関係比Ｃ％が５０≦Ｃ≦８０の範囲内であることが判る。また、出力が最大になるＣの値は、Ｃ＝７５であることが判る。

図９より、回転子４内の永久磁石５の極数が２０極で構成で構成されている場合に出力を最大及び良好な範囲に設定できる場合の永久磁石５、固定子ティース３の配置が判る。永久磁石５、固定子ティース３を最適な配置にすることにより、固定子１を流れる高調波磁束が低減され、発生電圧が抑制される。ことにより、回転子４内の永久磁石５の極数が１２極で構成で構成されている第４の実施形態と同様の効果が得られる。

［第７の実施形態］（１２極、トルクリップルが最低または最良の範囲）
図１０は、本発明の第７の実施形態における永久磁石回転電機の磁石・ティース関係比率Ｃとトルクリップルの関係を示した図である。この第７実施形態は、回転子４内の永久磁石５の極数を１２極としたものである。図１０によれば、ＭＯＤＥＬ１〜ＭＯＤＥＬ４の永久磁石回転電機において、トルクリップルが２．００以下になるのは、磁石・ティース関係比Ｃ％が６０≦Ｃ≦８０の範囲内であることが判る。また、トルクリップルが最低になるＣの値は、Ｃ＝７０であることが判る。

図１０より、回転子４内の永久磁石５の極数が１２極で構成で構成されている場合にトルクリップルを最小または最良の範囲に設定できる場合の永久磁石５、固定子ティース３の配置が判る。永久磁石５、固定子ティース３を最適な配置にすることにより、トルクリップルを低減することができ、動力の変動が小さくなることから、ＥＶ，ＨＥＶでは乗り心地が格段に向上する。また、車室内外の静粛性を高めることができる。さらに、トルクリップルの低減により、高調波が抑制させることから、固定子１内で発生する高調波鉄損が小さくなり、効率の向上を図ることができる。

さらに、従来では、トルクリップルの低減のために行っているロータスキュー（ロータ磁極を構造的にずらし、トルク波形、電圧波形を滑らかにする）をなくすことが可能となり、部品数の削減や製造性が向上し、コスト軽減を図ることができる。

［第８の実施形態］（１６極、トルクリップルが最低または最良の範囲）
図１１は、本発明の第８の実施形態における永久磁石回転電機の磁石・ティース関係比率Ｃとトルクリップルの関係を示した図である。この第８実施形態は、回転子４内の永久磁石５の極数を１６極としたものである。図１１によれば、ＭＯＤＥＬ１〜ＭＯＤＥＬ４の永久磁石回転電機において、トルクリップルが２．００以下になるのは、磁石・ティース関係比Ｃ％が６０≦Ｃ≦８０の範囲内であることが判る。また、トルクリップルが最低になるＣの値は、Ｃ＝７０であることが判る。

図１１より、回転子４内の永久磁石５の極数が１６極で構成で構成されている場合にトルクリップルを最小または最良の範囲に設定できる場合の永久磁石５、固定子ティース３の配置が判る。永久磁石５、固定子ティース３を最適な配置にすることにより、トルクリップルを低減することができる。なお、その他の効果についても、回転子４内の永久磁石５の極数が１２極で構成で構成されている第７の実施形態と同様の効果が得られる。

［第９の実施形態］（２０極、トルクリップルが最低または最良の範囲）
図１２は、本発明の第９の実施形態における永久磁石回転電機の磁石・ティース関係比率Ｃとトルクリップルの関係を示した図である。この第９実施形態は、回転子４内の永久磁石５の極数を２０極としたものである。図１２によれば、ＭＯＤＥＬ１〜ＭＯＤＥＬ４の永久磁石回転電機において、トルクリップルが２．００以下になるのは、磁石・ティース関係比Ｃ％が８５≦Ｃ≦９３の範囲内であることが判る。また、最低になるＣの値は、Ｃ＝９０であることが判る。

図１２より、回転子４内の永久磁石５の極数が２０極で構成で構成されている場合にトルクリップルを最小または最良の範囲に設定できる場合の永久磁石５、固定子ティース３の配置が判る。永久磁石５、固定子ティース３を最適な配置にすることにより、トルクリップルを低減することができる。なお、その他の効果についても、回転子４内の永久磁石５の極数が１２極で構成で構成されている第７の実施形態と同様の効果が得られる。

［第１０〜１２の実施形態］（永久磁石の断面形状）
図１３〜図１５は、本発明の第１０〜１２の実施形態における永久磁石回転電機の回転子４内に埋め込まれている永久磁石５の断面形状を示した図である。

図１３に示す第１０の実施形態では、各極の永久磁石が、回転子４の周方向に２分割されており、且つこれら２分割された永久磁石５を回転子４の外周側が広がったＶ字状に配設する。この構成によれば、ロータの１極当りの表面積に対して永久磁石５の表面積を増加させることにより界磁束を増加できるので、永久磁石回転動機のサイズの小型化および高トルク化が実現可能である。

図１４に示す第１１の実施形態では、回転子４内に外周側が広がったＵ字型の永久磁石５を配設する。また、複数の平板状の永久磁石５を組み合わせてＵ字型としても良い。この構成でも、永久磁石５をＶ字型に組み合わせた構成と同様に、長方形型の永久磁石５を配設した場合に比べて、１極当りの表面積に対して永久磁石５の表面積を増加させることにより界磁束を増加できるので、回転子４内の永久磁石５をＶ字型に配設した場合と同様の効果が得られる。

図１５に示す第１２の実施形態では、回転子４の外周側が狭くなった台形型の永久磁石５を配設する。この構成とすることにより、両端のテーパー辺と回転子鉄心磁石穴の対応する辺とが接することで、回転遠心力により、永久磁石が半径方向に飛び出ることを防止する（強度的に有利となる）効果がある。

［他の実施形態］
本実施形態の他の実施形態として、固定子１の巻線の方式を複数のティース間にまたがって巻き付ける分布巻方式ではなく、１つのティースに対して巻線を巻き付ける集中巻方式で構成してもよい。固定子巻線方式を集中巻とすることで、巻線の占積率を高めることができ、小型かつ高トルク性能、高出力性能及び低トルクリップルの永久磁石回転電機を供することができる。さらに、巻線を全て同じ形状とすることができるので量産性に優れ、かつ低コストな永久磁石回転電機を供することができる。

本発明の第１の実施形態の永久磁石回転電機の半径断面拡大図。 本発明の第１の実施形態の永久磁石回転電機の半径断面拡大図。 本発明の第１の実施形態の永久磁石領域角度とティース先端領域角度の重複率を示した図。 本発明の第１の実施形態の関係比とトルクの関係を示した図。 本発明の第２の実施形態の関係比とトルクの関係を示した図。 本発明の第３の実施形態の関係比とトルクの関係を示した図。 本発明の第４の実施形態の関係比と出力の関係を示した図。 本発明の第５の実施形態の関係比と出力の関係を示した図。 本発明の第６の実施形態の関係比と出力の関係を示した図。 本発明の第７の実施形態の関係比とトルクリップルの関係を示した図。 本発明の第８の実施形態の関係比とトルクリップルの関係を示した図。 本発明の第９の実施形態の関係比とトルクリップルの関係を示した図。 本発明の第１０の実施形態（Ｖ字型磁石）の永久磁石回転動機の半径断面拡大図。 本発明の第１１の実施形態（Ｕ字型磁石）の永久磁石回転動機の半径断面拡大図。 本発明の第１２の実施形態（台形型磁石）の永久磁石回転動機の半径断面拡大図。 磁極幅θｒ、ティース先端幅θｓの割合とトルクの関係を示した図。

符号の説明

１…固定子
２…電機子巻線
３…固定子ティース
４…回転子
５…永久磁石

Claims (11)

1. 複数極の電機子巻線を有する固定子と、前記複数極の電機子巻線に対応する複数極の永久磁石を外周部に内蔵した回転子とを備える永久磁石回転電機において、
   前記固定子における各極の内周には、電機子巻線の巻回用の溝に挟まれた固定子ティースがそれぞれ設けられ、
   前記各極の永久磁石の回転子外周側に位置する２頂点と回転子中心とで成す永久磁石領域角度αに対して、前記固定子ティースの回転子内周側先端部に位置する２頂点と回転子中心とで成すティース先端角度βの割合を、磁石・ティース領域比率Ａ％とし、
   前記回転子各極において、前記永久磁石領域角度αに対しティース先端角度βが投影された場合に、両者の重複する部分の割合を磁石・ティース重複率Ｂ％とし、
   これら磁石・ティース領域比率Ａ％と磁石・ティース重複率Ｂ％の平均値（Ａ＋Ｂ）／２を磁石・ティース関係比Ｃとした場合に、
   前記磁石・ティース関係比Ｃが、５０≦Ｃ≦９５としたことを特徴とする永久磁石回転電機。
2. 前記永久磁石回転電機が１２極のものであって、
   前記磁石・ティース関係比が、５０≦Ｃ≦８０としたことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石回転電機。
3. 前記永久磁石回転電機が１２極のものであって、
   前記磁石・ティース関係比が、６０≦Ｃ≦７０としたことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石回転電機。
4. 前記永久磁石回転電機が１６極のものであって、
   前記磁石・ティース関係比が、５０≦Ｃ≦９０としたことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石回転電機。
5. 前記永久磁石回転電機が１６極のものであって、
   前記磁石・ティース関係比が、６０≦Ｃ≦７０としたことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石回転電機。
6. 前記永久磁石回転電機が２０極のものであって、
   前記磁石・ティース関係比が、５０≦Ｃ≦８０としたことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石回転電機。
7. 前記永久磁石回転電機が２０極のものであって、
   前記磁石・ティース関係比が、８５≦Ｃ≦９５としたことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石回転電機。
8. 前記各極の永久磁石が、回転子の周方向に２分割されており、且つこれら２分割された永久磁石が回転子の外周側が広がったＶ字状に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の永久磁石回転電機。
9. 前記各極の永久磁石が、回転子の外周側が広がったＵ字状の断面を有する部材であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の永久磁石回転電機。
10. 前記各極の永久磁石が、回転子の外周側が狭くなった台形状の断面を有する部材であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の永久磁石回転電機。
11. 前記固定子巻線が、磁極間をまたがうことなく各磁極毎に巻線を行う集中巻線方式の巻線によって構成されていることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の永久磁石回転電機。

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