図1は本発明の実施例を示す回転子コア成形 用に打ち抜いた電磁鋼板形成体の正面図、図 2は本発明の電磁鋼板形成体を適用した回転� �の構造を拡大した正断面図である。
 図1において、1は電磁鋼板形成体、2、3は第 1、第2の磁石穴、4はアウターブリッジである 。また、図2において、5はセンターブリッジ� ��6、7は第1、第2の永久磁石、8は空洞部、10は 回転子、11は回転子コア、20、21、22、23、24、 25は漏洩磁束防止用の円弧空間、Oは回転中心 、OPは極ピッチ線、OCは極ピッチ線の中心線� �θは極ピッチ角、LaおよびLbはそれぞれ第1、� ��2の磁石穴2、3の半径方向長さ、Crは磁石穴2� ��3の上端面から回転子コア11の外周部までの� ��の鉄心部の間隔である。

 本発明の特徴は以下のとおりである。
 図1において、電磁鋼板形成体1は回転子コ� �を形成するための1枚の薄肉円盤状の電磁鋼� ��よりなる。この円盤状の電磁鋼板形成体1に おける所定の極ピッチ角で設けた放射状の極 ピッチ線の範囲内に、該コアの回転中心側を 頂点とするV字に沿って1極に対する磁石が2個 挿入されるための2つの磁石穴2、3が設けられ ている。この電磁鋼板形成体1の磁石穴2、3の 上端部から回転子外周部までの間の部分にア ウターブリッジ4が形成されている。また、� �磁鋼板形成体1に該V字形の磁石穴2、3の頂点� ��に位置するように該磁石穴を仕切るセンタ� ��ブリッジ5が設けられている。なお、電磁鋼 板形成体1を複数積層してブロック状に形成� �ると、電磁鋼板積層体(図2の回転子コア11)が 製作される。
 次に図2では、図1に示した電磁鋼板形成体1� ��り構成される回転子コア11に1極あたり2個の 永久磁石6、7をそれぞれ挿入するための第1、 第2の磁石穴2、3の特徴を具体的に説明する。 該コア11の回転中心O側を頂点とするV字に沿� �て所定の極ピッチ角θで設けた放射状の極ピ ッチ線OPの範囲内において、第1の磁石穴2が� �極ピッチ線OPの中心を通る中心線OCから遠ざ� ��る方向にずらし、第2の磁石穴3が該極ピッ� �線OPの中心を通る中心線OCに近づく方向にず� ��して設けられた点である。
 この第1、第2の磁石穴2、3の形状を非対称に 構成すると共に、第1の磁石穴2の半径方向長� ��Laを長くし、第2の磁石穴3の半径方向長さLb� ��短くしてある。
 また、第1、第2の磁石穴2、3は、回転子コア 11に磁石6、7が挿入される該穴のそれぞれの� �端面から回転子コア11の外周部までの間の鉄 心部の間隔Crが同一になるような位置に設け� ��れている。
 また、第1、第2の磁石穴2、3に、それぞれ該 磁石穴の半径方向における両端部に外周側ま たは内周側に向けて膨らむ形状の漏洩磁束防 止用の円弧空間20、21、22、23が設けられてい� ��。
 また、第1、第2の磁石穴2、3に、それぞれ該 磁石穴の角部を含むように、角部の曲率より 大きな曲率で外周側に向けて膨らむ形状の漏 洩磁束防止用の円弧空間24、25が設けられて� �る。ここで、本実施例に記載した第1、第2の 磁石穴2、3の形状は、基本的には略矩形状で� ��成されているが、これに替えて円弧形状と� ��ても構わない。
 さらに、電磁鋼板形成体1より構成される回 転子コア11には、遠心力による応力限界によ� ��決定され且つ該放射状の極ピッチ線OP上に� �置するエリアに空洞部8が設けられている。

 次に本発明の回転子を適用した埋込磁石型� ��期モータについて説明する。
 図3は本発明の回転子を適用した埋込磁石型 同期モータの主要部の正断面図であり、最適 回転トルクを発生する固定子と回転子との磁 極の位置関係を模式的に表わしたものである 。なお、図示されたモータにおける回転子の 永久磁石磁極数は8極、固定子の突極磁極(ス� ��ット数と同数)は48個となっており、この磁� ��数とスロット数の組合せは第2従来技術と同 じである。
 埋込磁石型同期モータにおいて、回転子10� �埋め込まれた永久磁石6、7は、V字形配列で� �互いに同極同士が向き合い、かつ、円周方� �の厚みは同じだが、一方の永久磁石6の径方� ��長さが長く、他方の永久磁石7の径方向長さ が短くなっており、かつ、それぞれの永久磁 石の上端面から回転子10の外周部までの鉄心� ��の間の間隔Crは同一深さに設けられている� �また、図3に示す永久磁石6、7の回転子10の回 転中心に対する開角は第2従来技術の図10に示 す永久磁石55、56の開角と同じ角度にしてい� �。したがって、2つの同極で長さの異なる永� ��磁石6、7に挟まれた外鉄心部内の永久磁石� �よる磁束の反発境点は、半径方向長さの短� �永久磁石7側に近い方、即ち変形V字形配列の 永久磁石6、7の開き角度α(開角)の中心を通る 中心線Q―Qから円周方向に向かってδ偏った� �置(回転子10の極ピッチ線の中心線OC上)に位� �する。

 なお、図3において、回転子の磁石穴に配列 される永久磁石磁極数=8極、固定子の突極磁� ��に配列される突極磁極数(スロット数)=48個� �例を示したが、この組合せについては、回� �子の永久磁石の磁極数P、固定子突極磁極数M として、以下の関係で表わされるのが好まし い。
 すなわち、P=2(n+1)(但しnは1以上の整数)かつM =6P
 これらの組合せにより、コギングが少なく� ��振動の少ない、高出力で高効率の回転電機� ��得られる。

[本発明による回転電機の正回転動作の説明]
 次に動作について説明する。
 図4は本発明による埋込磁石型同期モータの 動作を説明するための図であって、(a)はモー タ正回転時における動作を示す模式図、(b)は モータの回転磁界を発生させる電流位相とト ルクの関係を示した図である。
 図4(a)において、2つの長さの異なる同極永� �磁石6、7に囲まれた外鉄心部内のd軸の磁気� �発境点はV字配列の底部の外側に位置する回� ��子10の表面にあり、その表面でのずれ量が� �3で示すように、極ピッチ線OPの中心線OCより 固定子の約1スロット分のずれ量とする偏角(� �)として説明を行うものとする。
 固定子コア13のスロット14に装着の固定子巻 線(不図示)により作られる極が図4(a)のような 場合、固定子と回転子間のギャップ面は、磁 気反発境点(OC上に存在)より左側が固定子巻� �側をN極、永久磁石側をS極とする吸引部とな り、右側が固定子巻線側および永久磁石側両 方をS極とする反発部となる。吸引部は磁束� �密になり反発部は磁束が疎になるが、吸引� �は従来技術の図10の例に比べて固定子巻線の 電流方向によって生じる固定子側のN極が少� �い分、図10の例より磁束密度は高く、反発部 は図10の例に比べて固定子側のS極が多い分、 図10の例より磁束密度は低い。その密度差が� ��きい中で、磁束が密な方から疎の方に動か� ��うとして回転子に働く磁石トルクは図10の� �より大きくなる。また、図4(a)において、回� ��子の回転中心に対して2つの永久磁石6、7の� ��角αの大きさは図10の例と同じだが、d軸内� �磁気反発境点を約1スロット分(図3、図4中の� �)ずらすことにより、q軸磁束の流れる回転子 の突極に対向している固定子の突極磁極(テ� �ース)は図10の例の1つに比べてほぼ2つとなり 、磁気飽和しにくくなる。図3の説明箇所で� �、回転子の永久磁石による磁界と巻線によ� �回転磁界の吸引、巻線による回転磁界に回� �子のd軸突極部が吸引されるので、図4(a)にお ける斜線部分の磁束密度が特に高くなる。こ の時永久磁石のS極成分と巻線によるS極成分� ��対して図10の例よりさらに1スロット分だけN 極成分は短くなり、S極成分の磁束を短くす� �方向に、即ち時計方向に回転子を動かそう� �するリラクタンストルクが、図10の例より強 く働く。

 次に、本発明の永久磁石形同期回転電機の� ��流位相とトルクの関係について説明する。
 本発明の回転子は図4(a)に示すように、第1� �第2の磁石穴2、3の上端面と回転子コア11の外 周部との間に形成される鉄心部において、第 1、第2の永久磁石6、7の作る磁束が回転子コ� �11における所定の極ピッチ角で設けた放射状 の極ピッチ線OPの中心OCに対して円周方向に� �って分布させている。これによって、d軸の� ��束を偏らせることによりd軸の磁気抵抗は大 きくなり、d軸インダクタンスLdよりq軸イン� �クタンスLqがますます大きくなり、突極性が 顕著になるのでリラクタンストルクを発生し やすくなる。同時にq軸磁束飽和を抑えるた� �に、極ピッチOP内におけるq軸に対向する固� �子の突極磁極(ティース)の数を増やせるよう な偏った永久磁石配列とする。これにより、 q軸磁束の飽和を緩和することができる。磁� �による磁界と巻線による回転磁界とが磁気� �引力、磁気反発力によって発生する磁石ト� �クは図4(b)の曲線のような関係になり、巻線� ��よる回転磁界に回転子の突極部が吸引され� ��発生するリラクタンストルクは図4(b)の曲線 のような関係になる。これにより、磁石トル クとリラクタンストルクの両方を合わせると 、図4(b)の太実線で示されたトルク(総合トル� ��)を発生することができる。

[本発明による回転電機の逆回転動作の説明]
 図5は本発明による埋込磁石型同期モータの 動作を説明するための図であって、(a)はモー タ逆回転時における動作を示す模式図、(b)は モータの回転磁界を発生させる電流位相とト ルクの関係を示した図である。
 図4に示す本発明の回転電機が時計方向に回 転(正回転)している場合の最適回転トルク位� ��を示しているのに対し、図5は回転電機が反 時計方向に回転(逆回転)している場合の最適� ��転トルク位置を示している。
 図5(a)では回転子のd軸の同極磁気反発境点� �り左側が固定子巻線側および永久磁石側両� �をS極とする反発部、右側が固定子巻線側をN 極、永久磁石側をS極とする吸引部で、磁束� �度の密な吸引部より疎の反発部の方向、即� �反時計方向に回転子を動かそうとする磁石� �ルクが働く。この場合の永久磁石形同期回� �電機の電流位相とトルクの関係は図5(b)で示� ��れるが、基本的に総合トルクは回転電機の� ��回転動作の場合と同じであるので省略する� ��

 以上、本発明の実施例について詳細に説明� ��たが、図10の第2従来技術で示したように、� ��転子に埋め込まれた永久磁石が2等辺V字形� �列された回転子に比べ、図3に示す本発明は� ��回転子コア11における所定の極ピッチ角θで 設けた放射状の極ピッチ線OPの範囲内に、V字 に沿って1極に対する永久磁石6、7を2個挿入� �るための2個の磁石穴2、3のうち、一方の磁� �穴2を該極ピッチ線OPの中心線OCから遠ざかる 方向にずらし、他方の磁石穴3を該極ピッチ� �OPの中心線OCに近づく方向にずらして設ける� ��とにより、2個の永久磁石6、7の作る磁束が� ��転子コア11における該極ピッチ線OPの中心OC� ��対して円周方向に偏って分布するため、一� ��向の回転方向に対して永久磁石の半径方向� ��長さを変えたV字形配列では磁石トルク、リ ラクタンストルクともに向上し、永久磁石形 同期回転電機の効率を上げることができる。 そして、一方向の回転方向に対する磁石トル ク向上は、永久磁石形同期回転電機の電流の 低い低速・軽負荷領域の効率を大きく改善で きる。
 また、一般に回転子10の回転により埋め込� �れた永久磁石には遠心力が作用し、永久磁� �は回転子の外周側に抜け出そうとする。永� �磁石と永久磁石挿入穴との接触面積が多い� �ど、永久磁石が回転中心に対して水平に近� �ほど、永久磁石の重量が軽いほど遠心力に� �くなる。本発明のように二つの永久磁石6、7 のうち、片方の半径方向の長さが短く、他方 のそれを長くしたV字形永久磁石配列では、� �径方向の長さが短い方の永久磁石7は回転中� ��に対して立っているが短い分重量が軽く、� ��径方向の長さが長い方の永久磁石6は比較対 象とする2等辺V字形より回転中心に対して構� ��上水平に近くなるので回転遠心力に強い。
 また、図2に示すように第1、第2の磁石穴2、 3に、それぞれ磁石穴の半径方向における両� �部に外周側または内周側に向けて膨らむ形� �の漏洩磁束防止用の円弧空間20~23を設ける構 成、さらに第1、第2の磁石穴2、3に、それぞ� �磁石穴の角部を含むように、角部の曲率よ� �大きな曲率で外周側に向けて膨らむ形状の� �洩磁束防止用の円弧空間24、25を設ける構成� ��したので、この円弧空間により、回転子10� �磁石穴における応力の集中を拡散し、緩和� �ることができる。
 また、図2に示すように回転子コア11にV字に 沿って1極あたり2個の磁石を挿入するための� ��石穴2、3と該磁石穴の間にセンターブリッ� �5を設ける構成にしたので、このセンターブ� ��ッジによって遠心耐力がさらに増加する。� ��なわちより高速回転化が可能になる。
 また、図2に示すように回転子コア11に8個の 空洞部8を形成するようにしたので、その分� �け本来重量物であった回転子10の軽量化を図 ることができ、回転子10の中空部に嵌合され� ��図示しない回転子軸を支承する軸受部(不図 示)での機械的損失を少なくし、効率よくす� �ことができる。この場合、空洞部8は、回転� ��10に作用する遠心力により発生する応力限� �により決定される形状寸法と、磁路に対し� �影響が少ないところを判断して決定される� �状寸法とにより設定されたエリア内に位置� �て形成されているので、回転遠心力に対す� �機械的強度を損なうことがなく、また、固� �子12のスロット14に装着された固定子巻線(不 図示)および回転子10の永久磁石6、7による磁� ��の流れ(磁路)を阻害することがなく、特性� �悪影響を与えることもない。
 しかも、上述した回転子コア11の空洞部8に� ��媒を取り入れて流通させることができるの� ��、回転子コアを直接冷却することができて� ��回転子10の冷却性能の向上を図ることがで� �る。

 なお、第2従来技術の図10において、回転� ��に設けたd軸内磁気反発境点を、通常の2等� �V字形永久磁石配列では必然的に中央になる� ��に対し、本発明の図3では、1スロット分だ� �短い方の永久磁石側にずらした原理説明を� �ったが、このずらし量は回転電機の固定子� �スロット数、回転子の極数の組合せにより� �宜異なるものである。

 また、上記の実施例の説明及び図として、� ��わゆるスロット付き形固定子にて説明して� ��るが、本発明は、主に回転子の構造に関わ� ��発明であるため、スロット付き形固定子に� ��らず、いわゆるスロットレス形固定子を用� ��ても同様の効果があることは、勿論である� ��
 また、本発明は回転モータに替えて直線運� ��する直線モータにも適用することができる� ��