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公開番号2025067545
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-24
出願番号2023177607
出願日2023-10-13
発明の名称回転子およびその回転子を備えた回転電機
出願人株式会社東芝,東芝インフラシステムズ株式会社
代理人弁理士法人スズエ国際特許事務所
主分類H02K 1/276 20220101AFI20250417BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】各永久磁石の材質や厚みの変更を要することなく、各永久磁石の減磁率を抑えることができる回転子およびその回転子を備えた回転電機を提供する。
【解決手段】回転子は、回転子鉄心の磁極ごとに、各第1永久磁石の長手方向長さW1と各第2永久磁石の長手方向長さW2との比α(=W1/W2)が、0.55≦α≦0.68の関係を満たす。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
電機子巻線を有する固定子の内側に回転自在に設けられる回転子であって、
回転子鉄心と、
前記回転子鉄心に設けられ、その回転子鉄心の周方向に複数の磁極を形成する複数の永久磁石と、
を備え、
前記回転子鉄心は、
前記磁極ごとに、当該回転子鉄心の軸心から各々の磁極の中心を通って径方向に延びる磁極中心軸の周方向両側に設けられ、その磁極中心軸に近接する第１内周側空隙および前記磁極中心軸から周方向に離れたところで当該回転子鉄心の外周面に近接する第１外周側空隙を有するとともに、その第１内周側空隙から第１外周側空隙に至る第１外周側長辺および第１内周側長辺を有し、前記第１内周側空隙が前記外周面から径方向内側に第１所定距離を置いたところに位置し、前記第１外周側空隙が前記磁極中心軸から周方向両側に第１所定間隔を置いたところに位置する一対の第１磁石収容孔と、
前記磁極ごとに、前記磁極中心軸の周方向両側に設けられ、その磁極中心軸に近接する第２内周側空隙および前記磁極中心軸から周方向に離れたところで前記外周面に近接する第２外周側空隙を有するとともに、その第２内周側空隙から第２外周側空隙に至る第２外周側長辺および第２内周側長辺を有し、前記第２内周側空隙が前記外周面から径方向内側に第２所定距離（＞前記第１所定距離）を置いたところに位置し、前記第２外周側空隙が前記磁極中心軸から周方向両側に第２所定間隔（＞前記第１所定間隔）を置いたところに位置する一対の第２磁石収容孔と、
を含み、
前記複数の永久磁石は、
前記各第１磁石収容孔に収容され、前記第１内周側空隙に臨む第１内周側短辺、前記第１外周側長辺に接する第１外周側長辺、前記第１外周側空隙に臨む第１外周側短辺、および前記第１内周側長辺に接する第１内周側長辺で囲まれる板形状を有し、その第１内周側短辺と第１外周側短辺との間の長手方向長さがＷ１である複数の第１永久磁石と、
前記各第２磁石収容孔に収容され、前記第２内周側空隙に臨む第２内周側短辺、前記第２外周側長辺に接する第２外周側長辺、前記第２外周側空隙に臨む第２外周側短辺、および前記第２内周側長辺に接する第２内周側長辺で囲まれる板形状を有し、その第２内周側短辺と第２外周側短辺との間の長手方向長さがＷ２である複数の第２永久磁石と、
を含み、
前記各第１永久磁石の長手方向長さＷ１と前記各第２永久磁石の長手方向長さＷ２との比α（＝Ｗ１／Ｗ２）が、0.55≦α≦0.68の関係を満たす、
回転子。
続きを表示（約 3,100 文字）【請求項２】
前記各第２永久磁石の長手方向長さＷ２は固定で、前記各第１永久磁石の長手方向長さＷ１が可変である、
請求項１に記載の回転子。
【請求項３】
前記回転子鉄心の前記軸心から、前記第１磁石収容孔の前記第１外周側空隙のうち前記磁極中心軸から最も離れた部位を通って、前記回転子鉄心の径方向に延びる線を第１径方向線とし、
前記回転子鉄心の前記軸心から、前記第２磁石収容孔の前記第２外周側長辺に沿って延びる延長線と前記第２外周側空隙のうち前記回転子鉄心の前記外周面に最も近い部位から前記回転子鉄心の周方向に延びる延長線の交点を通って、前記回転子鉄心の径方向に延びる線を第２径方向線とした場合、
前記磁極中心軸から前記第１径方向線までの電気角θ１と前記磁極中心軸から前記第２径方向線までの電気角θ２との差Δθ（＝θ２－θ１）が、15≦Δθ≦24の関係を満たす、
請求項１に記載の回転子。
【請求項４】
前記回転子鉄心の前記軸心から、前記第１永久磁石の前記第１内周側長辺と前記第１外周側短辺が交わる部位を通って、前記回転子鉄心の径方向に延びる線を第３径方向線とし、
前記回転子鉄心の前記軸心から、前記第２永久磁石の前記第２外周側長辺と前記第２外周側短辺が交わる部位を通って、前記回転子鉄心の径方向に延びる線を第４径方向線とした場合に、
前記磁極中心軸から前記第３径方向線までの電気角θ１ｘと前記磁極中心軸から前記第４径方向線までの電気角θ２ｘとの差Δθｘ（＝θ２ｘ－θ１ｘ）が、3.5≦Δθｘ≦4.9の関係を満たす、
請求項１に記載の回転子。
【請求項５】
前記各第２永久磁石の長手方向長さＷ２は固定で、前記各第１永久磁石の長手方向長さＷ１は前記第１磁石収容孔の前記第１内周側空隙の側の位置では固定で前記第１磁石収容孔の前記第１外周側空隙の側の位置で可変である、
請求項４に記載の回転子。
【請求項６】
前記回転子鉄心の前記軸心から、前記第１永久磁石の前記第１内周側長辺と前記第１内周側短辺が交わる部位を通って、前記回転子鉄心の径方向に延びる線を第５径方向線とし、
前記回転子鉄心の前記軸心から、前記第２永久磁石の前記第２外周側長辺と前記第２内周側短辺が交わる部位を通って、前記回転子鉄心の径方向に延びる線を第６径方向線とした場合に、
前記磁極中心軸から前記第５径方向線までの電気角θ１оと前記磁極中心軸から前記第６径方向線までの電気角θ２оとの差Δθо（＝θ１о－θ２о）が、－0.5≦Δθо≦1.2の関係を満たす、
請求項１に記載の回転子。
【請求項７】
前記各第２永久磁石の長手方向長さＷ２は固定で、前記各第１永久磁石の長手方向長さＷ１は前記第１磁石収容孔の前記第１外周側空隙の側の位置では固定で前記第１磁石収容孔の前記第１内周側空隙の側の位置で可変である、
請求項６に記載の回転子。
【請求項８】
前記各第２永久磁石の長手方向長さＷ２は固定で、前記各第１永久磁石の長手方向長さＷ１はその中央位置では固定で前記第１磁石収容孔の前記第１内周側空隙の側の位置または前記第１外周側空隙の側の位置で可変である、
請求項４または請求項６に記載の回転子。
【請求項９】
電機子巻線を有する固定子の内側に回転自在に設けられる回転子であって、
回転子鉄心と、
前記回転子鉄心に設けられ、その回転子鉄心の周方向に複数の磁極を形成する複数の永久磁石と、
を備え、
前記回転子鉄心は、
前記磁極ごとに、当該回転子鉄心の軸心から各々の磁極の中心を通って径方向に延びる磁極中心軸の周方向両側に設けられ、その磁極中心軸に近接する第１内周側空隙および前記磁極中心軸から周方向に離れたところで当該回転子鉄心の外周面に近接する第１外周側空隙を有するとともに、その第１内周側空隙から第１外周側空隙に至る第１外周側長辺および第１内周側長辺を有し、前記第１内周側空隙が前記外周面から径方向内側に第１所定距離を置いたところに位置し、前記第１外周側空隙が前記磁極中心軸から周方向両側に第１所定間隔を置いたところに位置する一対の第１磁石収容孔と、
前記磁極ごとに、前記磁極中心軸の周方向両側に設けられ、その磁極中心軸に近接する第２内周側空隙および前記磁極中心軸から周方向に離れたところで前記外周面に近接する第２外周側空隙を有するとともに、その第２内周側空隙から第２外周側空隙に至る第２外周側長辺および第２内周側長辺を有し、前記第２内周側空隙が前記外周面から径方向内側に第２所定距離（＞前記第１所定距離）を置いたところに位置し、前記第２外周側空隙が前記磁極中心軸から周方向両側に第２所定間隔（＞前記第１所定間隔）を置いたところに位置する一対の第２磁石収容孔と、
前記磁極ごとに、前記磁極中心軸の周方向両側に設けられ、その磁極中心軸に近接する第３内周側空隙および前記磁極中心軸から周方向に離れたところで前記外周面に近接する第３外周側空隙を有するとともに、その第３内周側空隙から第３外周側空隙に至る第３外周側長辺および第３内周側長辺を有し、前記第３内周側空隙が前記外周面から径方向内側に第３所定距離（＞前記第２所定距離）を置いたところに位置し、前記第３外周側空隙が前記磁極中心軸から周方向両側に第３所定間隔（＞前記第２所定間隔）を置いたところに位置する一対の第３磁石収容孔と、
を含み、
前記複数の永久磁石は、
前記各第１磁石収容孔に収容され、前記第１内周側空隙に臨む第１内周側短辺、前記第１外周側長辺に接する第１外周側長辺、前記第１外周側空隙に臨む第１外周側短辺、および前記第１内周側長辺に接する第１内周側長辺で囲まれる板形状を有し、その第１内周側短辺と第１外周側短辺との間の長手方向長さがＷ１である複数の第１永久磁石と、
前記各第２磁石収容孔に収容され、前記第２内周側空隙に臨む第２内周側短辺、前記第２外周側長辺に接する第２外周側長辺、前記第２外周側空隙に臨む第２外周側短辺、および前記第２内周側長辺に接する第２内周側長辺で囲まれる板形状を有し、その第２内周側短辺と第２外周側短辺との間の長手方向長さがＷ２である複数の第２永久磁石と、
前記各第３磁石収容孔に収容され、前記第３内周側空隙に臨む第３内周側短辺、前記第３外周側長辺に接する第３外周側長辺、前記第３外周側空隙に臨む第３外周側短辺、および前記第３内周側長辺に接する第３内周側長辺で囲まれる板形状を有し、その第３内周側短辺と第３外周側短辺との間の長手方向長さがＷ３である複数の第３永久磁石と、
を含み、
前記各第１永久磁石の長手方向長さＷ１と前記各第２永久磁石の長手方向長さＷ２との比α１（＝Ｗ１／Ｗ２）が、0.62≦α１≦0.68の関係を満たし、
前記各第２永久磁石の長手方向長さＷ２と前記各第３永久磁石の長手方向長さＷ３との比α２（＝Ｗ２／Ｗ３）が、0.62≦α２≦0.68の関係を満たす、
回転子。
【請求項１０】
請求項１または請求項９に記載の回転子と、
固定子鉄心および電機子巻線を有する固定子と、
前記回転子を前記固定子内で回転自在に支持する回転軸と、
を備える回転電機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、永久磁石型回転電機の回転子およびその回転子を備えた回転電機に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、永久磁石の目覚しい研究開発により、高磁気エネルギー積の永久磁石が開発され、このような永久磁石を用いた永久磁石型回転電機が電車や自動車の電動機あるいは発電機として適用されつつある。通常、永久磁石型回転電機は、円筒状の固定子、およびこの固定子の内側に回転自在に支持される円柱形状の回転子を備える。
【０００３】
固定子は、円筒状の固定子鉄心、およびこの固定子鉄心に装着された複数の電機子巻線を備える。固定子鉄心の内周部には、各電機子巻線が嵌め込まれる複数のスロット、およびこれらスロットの相互間に存し各電機子巻線が巻き付けられる複数の固定子ティースが形成されている。回転子は、回転子鉄心およびこの回転子鉄心に埋設された複数の永久磁石を備える。これら永久磁石の埋設により、回転子鉄心の周方向に複数の磁極が形成される。
【０００４】
固定子の各電機子巻線に電流を流すことにより、固定子から回転子に回転磁界が印加される。より強い回転磁界を印加することで、回転電機のトルクと出力を強めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第５２５００２７号公報
特許第５６６３９３６号公報
特許第６３８５５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高速回転動作時、回転磁界が作る磁極が反磁界（回転子の永久磁石が作る磁極の極性と反対の極性）に近づいた際に、回転子の各永久磁石に不可逆減磁が生じることが知られている。この不可逆減磁の対策として、各永久磁石の材質や厚みの変更による耐減磁性の向上がある。例えば、各永久磁石の材質を保磁力に優れた希土類とすることで各永久磁石の耐減磁性を向上させることができる。各永久磁石の厚みを増すことでも、耐減磁性を向上させることが可能である。
【０００７】
しかしながら、希土類は高価であり、その採用はコストの上昇を招いてしまう。また、永久磁石の厚みを増すことは、永久磁石の重量および体積の増加につながり、同じくコストの上昇を招いてしまう。
しかも、希土類には残留磁束を弱める副作用があり、その副作用による磁束量の減少を補うためには固定子側の各電機子巻線の巻き数を増加させたり、各電機子巻線に流す電流を大きくしなければならない。これは銅損の悪化による効率の低下、および反磁界の強化となるため、耐減磁性をさらに向上させねばならないという悪循環に陥る。
【０００８】
本発明の実施形態の目的は、各永久磁石の材質や厚みの変更を要することなく、各永久磁石の耐減磁性を向上させることができる回転子およびその回転子を備えた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】
【０００９】
本発明の実施形態の回転子は、電機子巻線を有する固定子の内側に回転自在に設けられる回転子であって、回転子鉄心と；前記回転子鉄心に設けられ、その回転子鉄心の周方向に複数の磁極を形成する複数の永久磁石と；を備える。前記回転子鉄心は、前記磁極ごとに、当該回転子鉄心の軸心から各々の磁極の中心を通って径方向に延びる磁極中心軸の周方向両側に設けられ、その磁極中心軸に近接する第１内周側空隙および前記磁極中心軸から周方向に離れたところで当該回転子鉄心の外周面に近接する第１外周側空隙を有するとともに、その第１内周側空隙から第１外周側空隙に至る第１外周側長辺および第１内周側長辺を有し、前記第１内周側空隙が前記外周面から径方向内側に第１所定距離を置いたところに位置し、前記第１外周側空隙が前記磁極中心軸から周方向両側に第１所定間隔を置いたところに位置する一対の第１磁石収容孔と；前記磁極ごとに、前記磁極中心軸の周方向両側に設けられ、その磁極中心軸に近接する第２内周側空隙および前記磁極中心軸から周方向に離れたところで前記外周面に近接する第２外周側空隙を有するとともに、その第２内周側空隙から第２外周側空隙に至る第２外周側長辺および第２内周側長辺を有し、前記第２内周側空隙が前記外周面から径方向内側に第２所定距離（＞前記第１所定距離）を置いたところに位置し、前記第２外周側空隙が前記磁極中心軸から周方向両側に第２所定間隔（＞前記第１所定間隔）を置いたところに位置する一対の第２磁石収容孔と、を含む。前記複数の永久磁石は、前記各第１磁石収容孔に収容され、前記第１内周側空隙に臨む第１内周側短辺、前記第１外周側長辺に接する第１外周側長辺、前記第１外周側空隙に臨む第１外周側短辺、および前記第１内周側長辺に接する第１内周側長辺で囲まれる板形状を有し、その第１内周側短辺と第１外周側短辺との間の長手方向長さがＷ１である複数の第１永久磁石と；前記各第２磁石収容孔に収容され、前記第２内周側空隙に臨む第２内周側短辺、前記第２外周側長辺に接する第２外周側長辺、前記第２外周側空隙に臨む第２外周側短辺、および前記第２内周側長辺に接する第２内周側長辺で囲まれる板形状を有し、その第２内周側短辺と第２外周側短辺との間の長手方向長さがＷ２である複数の第２永久磁石と；を含む。前記各第１永久磁石の長手方向長さＷ１と前記各第２永久磁石の長手方向長さＷ２との比α（＝Ｗ１／Ｗ２）が、0.55≦α≦0.68の関係を満たす。
【００１０】
また、本発明の実施形態の回転電機は、前記回転子と；固定子鉄心および電機子巻線を有する固定子と；前記回転子を前記固定子内で回転自在に支持する回転軸と；を備える。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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