(57)【要約】【課題】耐遠心力強度の回転子コアで低ジスプロシウム含有率のネオジム磁石を使用する。【解決手段】回転子コア３１が磁性鋼板１２と非強磁性金属板１３のハイブリッド構成に積層され、外周から幅広で高引張強度を有して磁石埋込用孔１８、１９で突出した非強磁性金属板１３のみで遠心力の作用するネオジム磁石を保持する。電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束が、径方向に長くできる磁束短絡防止孔２４、２５で周波数に無関係に熱損失なく漏洩され、磁極頭部コア２８の内側の凹凸に合わせて屈曲成形された金属板３６、３７で高い周波数成分が減衰されて、ネオジム磁石での逆極性磁場と温度上昇が抑制される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された磁性鋼板からなる回転子コアの各磁極に希土類磁石が埋設された埋込磁石同期電動機の回転子において、
交互に積み重ねられた磁性鋼板と非強磁性金属板に第１の磁石埋設用孔と第２の磁石埋設用孔が重なる位置に穿設されて形成される貫通した磁石埋設用孔に希土類磁石が埋設され、前記第１の磁石埋設用孔における第１の外周側端部より回転軸の位置する中心方向に突出された前記第２の磁石埋設用孔における第２の外周側端部のみによって遠心力の作用する希土類磁石が保持され、前記第１の磁石埋設用孔の周方向端部の近傍から径方向に延長された磁束短絡防止孔が穿設される、
ことを特徴とする埋込磁石同期電動機の回転子。
【請求項２】
前記希土類磁石にネオジム磁石が用いられる、
ことを特徴とする請求項１に記載の埋込磁石同期電動機の回転子。
【請求項３】
前記非強磁性金属板に穿設された前記第２の磁石埋設用孔の前記第２の外周側端部と側端部、および第２の径方向ブリッジ部の側端部で、前記ネオジム磁石の外方向磁極面と側部が止められる、
ことを特徴とする請求項２に記載の埋込磁石同期電動機の回転子。
【請求項４】
前記磁性鋼板と前記非強磁性金属板が交互に積層された磁極頭部コアの凹凸形状の積層面と前記ネオジム磁石の外方向磁極面の間に、山部と谷部を有する屈曲成形された金属板が配置され、前記山部が前記第１の外周側端部の連続面に、谷部が前記非強磁性金属板の前記第２の外周側端部に当たるようにされる、
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の埋込磁石同期電動機の回転子。
【請求項５】
前記山部が大きい面積の平坦状に、前記谷部が小さい面積にされる、
ことを特徴とする請求項４に記載の埋込磁石同期電動機の回転子。
【請求項６】
前記金属板の複数箇所に形成される片持ち弾性部が前記金属板の前記山部の平坦状の面から谷部方向に、前記山部と前記谷部の高さの差より大きく出る構成にされる、
ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の埋込磁石同期電動機の回転子。
【請求項７】
前記金属板が軟磁性の金属板である、
ことを特徴とする請求項４から請求項６までのいずれかに記載の埋込磁石同期電動機の回転子。
【請求項８】
屈曲成形された前記金属板が複数枚重ねて配置される、
ことを特徴とする請求項４から請求項７までのいずれかに記載の埋込磁石同期電動機の回転子。
【請求項９】
前記金属板の前記谷部が重なる前記非強磁性金属板の前記第２の外周側端部と対向する位置に外広がりのスリットが、前記金属板の外縁部において形成される、
ことを特徴とする請求項４から請求項８までのいずれかに記載の埋込磁石同期電動機の回転子。
【請求項１０】
前記磁性鋼板の前記第１の外周側端部に対する前記非強磁性金属板の前記第２の外周側端部の中心方向への室温における突出量が、回転軸の中心から前記第１の外周側端部までの長さと前記第２の外周側端部までの長さに対する室温と最高運転温度の温度差での線膨張の差分と、機械加工の公差、および組立の公差を加算した値以上にされる、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の埋込磁石同期電動機の回転子。
【請求項１１】
前記磁性鋼板に穿設された前記第１の磁石埋設用孔の周方向端部から連続し、外周に位置するブリッジ部まで径方向に延長して磁束短絡防止孔が穿設される、
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の埋込磁石同期電動機の回転子。
【請求項１２】
前記第１の磁石埋設用孔の周方向端部の近傍で、前記第１の外周側端部から連続して形成されて前記第１の磁石埋設用孔の周方向端部の近傍に位置するブリッジ部から外周まで径方向に延長して前記磁束短絡防止孔が穿設される、
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の埋込磁石同期電動機の回転子。
【請求項１３】
外周に位置する前記ブリッジ部から近似する幅が終わる位置までの磁束短絡防止孔の径方向中心の長さＬ、直交方向の平均間隔Ｄ、ネオジム磁石の外方向磁極面の幅Ｗ、および前記第１の磁石埋設用孔の間隔と前記第１の磁石埋設用孔における前記金属板を含む軟磁性の板厚との差分Ｔとし、前記磁極頭部コアにおける２箇所の前記磁束短絡防止孔の最外周部の間隔Ｓ、および前記間隔Ｓに入る電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束量Φとし、条件、
Φ×｛（Ｄ／２Ｌ）／（Ｄ／２Ｌ＋Ｔ／Ｗ）｝＜（２／３）×Φ
を満たす構成にされる、
ことを特徴とする請求項１１に記載の埋込磁石同期電動機の回転子。
【請求項１４】
前記第１の外周側端部から連続する前記ブリッジ部から外周まで径方向に延長された前記磁束短絡防止孔の径方向中心の長さＬ、直交方向の平均間隔Ｄ、ネオジム磁石の外方向磁極面の幅Ｗ、および前記第１の磁石埋設用孔の間隔と前記第１の磁石埋設用孔における前記金属板を含む軟磁性の板厚との差分Ｔとし、前記磁極頭部コアにおける２箇所の前記磁束短絡防止孔の最外周部の間隔Ｓ、および前記間隔Ｓに入る電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束量Φとし、条件、
Φ×｛（Ｄ／２Ｌ）／（Ｄ／２Ｌ＋Ｔ／Ｗ）｝＜（２／３）×Φ
を満たす構成にされる、
ことを特徴とする請求項１２に記載の埋込磁石同期電動機の回転子。
【請求項１５】
複数箇所に同一形状の同一形状の凹凸状の嵌合部を有する前記磁性鋼板が重ねられ、一体化され、前記非強磁性金属板において前記嵌合部と対向する位置に逃げ孔が設けられる、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の埋込磁石同期電動機の回転子。
【請求項１６】
前記磁性鋼板と前記非強磁性金属板の円形状の内周部から突出したキー部が回転子ハブの外周部の対応する位置に設けられたキー溝に嵌め込まれて、前記回転子コアの径方向と周方向の位置決めがされ、径の外方向に前記第１の磁石埋設用孔の一部に到る複数の突出部を有するエンドプレートが前記回転子コアの端面に当接されて外側から円環状リングで固定される、
ことを特徴とする請求項１、請求項２、および請求項１５のいずれかに記載の埋込磁石同期電動機の回転子。
【請求項１７】
前記回転子コアの端面において、周方向に等角度間隔の位置に重ねて配置された前記第１の磁石埋設用孔と前記第２の磁石埋設用孔が、前記端面に当接されたエンドプレートの一定角度の回転で、前記エンドプレートに対向する状態と対向しない状態が選択される、
ことを特徴とする請求項１６に記載の埋込磁石同期電動機の回転子。
【請求項１８】
前記回転子コアの端面において、周方向の等角度間隔の位置に形成された前記嵌合部の凸状の部分が、一定角度の回転で、前記エンドプレートに当たる状態と当たらない状態が選択される、
ことを特徴とする請求項１６に記載の埋込磁石同期電動機の回転子。
【請求項１９】
回転子の主たる回転方向に開口部を有する空気取入れ部が、前記回転子コアの端面におけるネオジム磁石周辺の貫通孔の位置に固定される、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の埋込磁石同期電動機の回転子。
【請求項２０】
固定子と回転子が外気からケースで閉じられ、前記貫通孔と前記回転子の内側で途中に熱交換部を介して空気が循環される、
ことを特徴とする請求項１９に記載の埋込磁石同期電動機の回転子。
【請求項２１】
前記熱交換部が、回転軸の中心を回転対称中心とする渦形状の一部からなる複数のフィンを有し、前記回転子の端面に対向して配置される、
ことを特徴とする請求項２０に記載の埋込磁石同期電動機の回転子。
【請求項２２】
電機子巻線の端子間が、回転子の磁極数と回転速度の積の逆数で規定される半周期より短い周期で電気的に断続される、
ことを特徴とする請求項４から請求項９までのいずれかに記載の埋込磁石同期電動機の回転子。
【請求項２３】
電機子巻線の端子間が電気的に断続される平均の前記周期が、埋込磁石同期電動機の所定の位置における温度が高い時に、より短くされる、
ことを特徴とする請求項２２に記載の埋込磁石同期電動機の回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、埋込磁石同期電動機の回転子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁性鋼板（電磁鋼板）が積層された回転子の各磁極に永久磁石が埋め込まれ、マグネットトルクに加え、リラクタンストルクも利用する埋込磁石同期電動機（別称として埋込磁石同期モータ、あるいはＩＰＭモータなど）がハイブリッド自動車や電気自動車などに用いられ、非特許文献１や特許文献１で開示されている。
【０００３】
図１６で示される従来例の埋込磁石同期電動機は、磁性鋼板が積層されて形成された回転子コア１にネオジム磁石（ＮｄＦｅＢ系焼結磁石）２がＶ字状に浅く埋設され、径方向に浅い磁束短絡防止孔３や、あらかじめネオジム磁石の磁束で磁気飽和されたブリッジ部５、および径方向ブリッジ部６での電機子電流による逆極性磁場にともなう同方向の磁束の漏洩が少ないため、多くがネオジム磁石２に加わり、渦電流損による温度上昇も大きくなる。また、ネオジム磁石２と回転子コア１の間に打ち抜き加工の隙間を生じることでパーミアンス係数が小さくなることからも、ネオジム磁石の耐熱性の確保には大きい保磁力Ｈｃｊのネオジム磁石が必要とされる。
【０００４】
埋込磁石同期電動機は、弱め磁束制御によって高回転速度に対応することができる。高回転速度に対する耐遠心力強度を持たせるため、ブリッジ部５と径方向ブリッジ部６の幅を大きくすることは、ネオジム磁石の磁束漏れが大きくなり、マグネットトルクが低下する問題が生じる。
【０００５】
ハイブリッド自動車などでは、エンジンからの熱や、固定子や回転子での銅損や鉄損で摂氏２００度ほどにもなる温度環境下においても、ネオジム磁石に不可逆減磁を生じさせないことが必須になる。ネオジム磁石の耐熱性のために大きい保磁力Ｈｃｊを持たせるには、重希土類元素であるジスプロシウム（Ｄｙ）の含有率が８ｗｔ％（重量パーセント）から１０ｗｔ％ほどにされたネオジム磁石が用いられる。しかし、残留磁束密度Ｂｒは低下し、産地や入手が制約されて高価なジスプロシウムを多く用いることになる。
【０００６】
ジスプロシウムを避けるため、ジスプロシウム添加とほぼ同様の耐熱性と磁気特性の変化を示すテルビウム（Ｔｂ）添加のネオジム磁石を用いることもできる。テルビウムはジスプロシウムより資源量がさらに希少であり、産地も重なる。他には、サマリウム・コバルト磁石が用いられることもある。サマリウム・コバルト磁石は耐熱性に優れ、温度による磁気特性の変化が小さく、鉄の含有率を高くしてジスプロシウム含有率の高いネオジム磁石に近似するエネルギー積も可能である。サマリウム（Ｓｍ）はネオジムに比べて資源量が少ない。コバルト（Ｃｏ）は鉄（Ｆｅ）に較べて高価格である。
【０００７】
耐遠心力性を持たせる構成が、特許文献２に開示されている。高強度部材の鋼板と軟磁性材料の鋼板（磁性鋼板）を積層し、いずれの鋼板においても、周方向の両側に連続した空孔を有する磁石孔（磁石埋設孔）に挿入された永久磁石を、主に、高強度部材の鋼板で遠心力から保つ。
【０００８】
異なる材質の鋼板が積層され、接着や機械的締め付けで互いの鋼板が強く固定されると、熱変化時での線膨張の差による歪み応力が大きくなり、磁性鋼板の磁気特性の劣化や、回転子の破壊に到る可能性がある。また、互いの鋼板が強く固定されず、ずれ移動が可能な場合、互いの磁石埋設用孔における外周側端部の位置関係が、温度変化による膨張の差や、機械的、組立の公差などで、特定されず、高強度部材が永久磁石に当たらないで永久磁石を遠心力から保持するのに寄与せず、軟磁性材料の鋼板で保持する場合には耐遠心力強度に問題が生じる。
【０００９】
回転子コアでの永久磁石の磁束漏洩と、耐遠心力強度（剛性強度）とのバランスをとる構成が、特許文献３で開示されている。磁極間での短絡防止部が打ち抜かれて幅狭のブリッジ部を有する第１の磁性鋼板と、短絡防止部が打ち抜かれることなく幅広な円環状の連結部が形成されている第２の磁性鋼板が、所定の割合で交互に積み重ねられる。第２の磁性鋼板単独で耐遠心力強ため、全体としての耐遠心力強度が大きくなるわけでない。
【００１０】
高強度材のみで耐遠心力の役割を果たし、永久磁石からの磁束漏洩を少なくする方法が、特許文献４で開示されている。永久磁石の外側の磁極頭部コアは構造的にも磁気的にも隣接する磁極頭部コアから分離されたもので、磁極頭部コアの積層方向に貫通された複数本のピンを介して各磁極の永久磁石とともに、複数枚の高強度材の部分で固定、支持される。永久磁石の磁束漏洩を少なくするには有利ではあるが、引張強度に較べて破断強度は弱いため、ピンで保持する構造は耐遠心力強度が小さく、高回転速度の用途には向かない。
【００１１】
永久磁石を用いないリラクタンスモータにおいて、高回転速度での遠心力に耐えることができる電動機のロータ（回転子）が、特許文献５で開示されている。積層され、分割された磁路の複数の凹凸部で嵌合された電磁鋼板の間に非磁性の板を配置し、互いが面接着されることでロータの各分割磁路が遠心力で飛び出すのを押さえる。オーステナイト系ステンレスなどの非磁性の金属板を用いることになり、磁性鋼板で、電機子電流のｑ軸成分で生じるｑ軸磁束が流れ易くするための複数の分割磁路が径方向に分離されていても、電磁鋼板と強く固着されることで、運転温度の範囲が大きい場合には、径とほぼ直交する方向での線膨張の差による歪み応力が非常に大きく、磁気特性の劣化や破壊に到る可能性がある。
【００１２】
非特許文献２、３で示されるように、結晶粒微細化や粒界面制御によってジスプロシウムの添加なしで大幅に低減して１．６ＭＡ／ｍ（２０ｋＯｅ）ほどの保磁力Ｈｃｊを確保したことが報告されている。しかし、高い温度環境下に晒されるハイブリッド自動車などでは、図１６のような従来の回転子の構成のままで、ネオジム磁石を入れ替えるだけでは不可逆減磁に耐えられる保証はない。
【００１３】
回転子コア（ロータコア）の外周と永久磁石の間に非磁性部（磁束短絡防止孔に相当）を設けて、減磁界を通して永久磁石の端部で生じる減磁を抑える方法が特許文献６に開示されている。永久磁石に加わる着磁磁化と反対方向の逆極性磁場を大きく低減するには、径方向に長く、ある程度幅狭の空隙で漏洩を大きくすることが必要である。また、磁極頭部コアの質量増加に対応できる耐遠心力強度を確保することは、永久磁石の磁束漏洩を増加し、マグネットトルクの低下をもたらす。
【００１４】
永久磁石の上下に導電板が密着して配置され、加わる磁場を導電板の誘導電流による誘導磁場で打ち消す構成が、特許文献７に開示されている。回転子鉄心（コア）の各磁極に２個の固定磁力磁石と、間に可変磁力磁石が埋設され、固定磁力磁石の上下に導電板が配置される。可変磁力磁石の磁化電流による磁場が導電板を貫通すると、導電板に誘導電流が流れ、磁場が発生する。この磁場が固定磁力磁石を通る磁化電流による磁場と打ち消し合い、磁化電流により発生する磁場を可変磁力磁石に集中し、効率的に磁化を行う。永久磁石の着磁磁化と反対方向の固定子の電機子電流による逆極性磁場を減衰させるものではない。
【００１５】
ケースに収められて外気から閉ざされた回転子と固定子が空気流で直接冷却される方法がある。特許文献８では、回転子と固定子のいずれにも貫通された通風穴を通して空気が循環され、請求項９では、外部に設けられた熱交換器と回転子の内側を通して空気が循環される。
【００１６】
永久磁石のがたつきを抑えるため、板ばねを永久磁石の内方向磁極面と磁石支持孔（磁石埋設用孔）の内周面の間に配置する方法が、特許文献１０で開示されている。放熱やパーミアンス係数が考慮されていないため、軟磁性の板ばねで接触面積を大きくし、磁気空隙を小さくする工夫がなされていない。
【００１７】
回転子コアに埋め込まれた永久磁石の浅い部分が電機子電流による局所磁場で不可逆減磁されないため、特許文献１１のように、永久磁石の浅く埋め込まれた部分を厚さ方向に対して傾斜した異方性を形成する構成や、特許文献１２のように、磁石厚を大きくする方法がある。いずれも各磁極に埋め込まれる永久磁石の必要な部分に実効的に高い保磁力を持たせる方法であるが、効果が少なく、構成が複雑になる。
【００１８】
回転子コアに浅く埋め込まれた永久磁石での渦電流損を少なくする構成が、特許文献１３で開示されている。埋め込まれる深さに応じて幅を変えて断面積を小さくし、渦電流損と、それによる発熱を抑制しようとする構成であるが、磁石の断面積の低減には制約があるため製造し難く、効果も少ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００６−２３８５５３号公報
【特許文献２】特開２０１０−０３５２６４号公報
【特許文献３】特開２００１−１５７３９６号公報
【特許文献４】ＵＳ４４６９９７０
【特許文献５】特開平９−１９１６１８号公報
【特許文献６】特開２０００−０５０５４３号公報
【特許文献７】特開２０１０−１４８１７９号公報
【特許文献８】特開平１１―１４６５８５号公報
【特許文献９】特開２００８−１２５２３４号公報
【特許文献１０】特開２００４−３５７４１８号公報
【特許文献１１】特開２００９−２５４１４３号公報
【特許文献１２】特開２００９―０５３２４０号公報
【特許文献１３】ＵＳ６７０３７４３Ｂ２
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】ＴＯＹＯＴＡ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｖｏｌ．５４  Ｎｏ．１  Ａｕｇ．２００５
【非特許文献２】Ｓ．Ｓｕｇｉｍｏｔｏ  ：  ｔｈｅ  ２１ｓｔ  Ｉｎｔ．Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｒａｒｅ  Ｅａｒｔｈ  Ｐｅｒｍａ−ｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  ＆  ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，（２０１０．９．１  Ｂｌｅｄ−Ｓｌｏｖｅｎｉａ）
【非特許文献３】Ｃ．Ｍｉｓｈｉｍａ  ｅｔ  ａｌ．  ：Ｐｒｏｃ．  ｔｈｅ  ２１ｓｔ  Ｉｎｔ．Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｒａｒｅ  Ｅａｒｔｈ  Ｐｅｒｍａ−ｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｓ  ＆  ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，（Ｂｌｅｄ−Ｓｌｏｖｅｎｉａ）  ｅｄ．Ｓ．Ｋｏｂｅ，Ｐ．Ｔ．ＭｃＧｕｎｉｎｅｓ，ｐｐ．２５３−２５６（２０１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明の埋込磁石同期電動機の回転子の主たる課題は、磁性鋼板と非強磁性金属板が交互に積層されたハイブリッド構成の回転子コアが、幅広の外周部で高い引張強度を有する非強磁性金属板のみで遠心力の作用するネオジム磁石（希土類磁石）を保持することで大きい耐遠心力強度を有し、耐遠心力強度を根拠とする複数の手段を用いることで、ネオジム磁石（希土類磁石）に加わる電機子電流による逆極性磁場を小さくし、ネオジム磁石（希土類磁石）の温度上昇を抑制する。
【００２２】
遠心力が作用するネオジム磁石（希土類磁石）を保持しない磁性鋼板が耐遠心力強度に余裕を有すことで、高回転速度に対応しながら、磁極頭部コアを大きくしてネオジム磁石を深く埋め込み、磁気的短絡を一部で断つための磁束短絡防止孔を径方向に長く穿設して、ネオジム磁石の着磁磁化と反対方向の電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束を周波数に無関係に熱損失なく漏洩させて、ネオジム磁石での逆極性磁場と温度上昇を抑制する。
【００２３】
磁性鋼板と非強磁性金属板のハイブリッド構成の回転子コアにすることで、打ち抜き加工で穿設される磁石埋設用孔における磁性鋼板とネオジム磁石の磁極面の隙間を小さくすることが容易になり、パーミアンス係数を大きめに維持し、ネオジム磁石を不可逆減磁されにくくする。
【００２４】
非強磁性金属板が突出された磁極頭部コア内側の凹凸面とネオジム磁石の外方向磁極面の間に屈曲成形された金属板が配置することで、電機子電流による逆極性磁場の高い周波数成分を減衰させ、渦電流損として金属板で発生するジュール熱を磁極頭部コア側に多く非対称に熱伝導して、ネオジム磁石に加わる逆極性磁場とネオジム磁石の温度上昇を抑制する。
【００２５】
耐遠心力強度の余裕で大きくできる磁極頭部コアに比較的大きい貫通孔を穿設し、貫通孔を通して回転子の内側で熱交換部を途中に介して空気循環することでネオジム磁石の温度上昇を抑制する。この構成と複数の前記手段を合わせて、ジスプロシウム含有率の低いネオジム磁石を搭載した埋込磁石同期電動機を、ハイブリッド自動車など、高い温度環境下で用いる。
【００２６】
磁束短絡防止孔などでのネオジム磁石の磁束漏洩の増加分を、ジスプロシウム含有率の低減と温度上昇の抑制により残留磁束密度Ｂｒを大きめに保持することで補償し、マグネットトルクを大きめに維持する。
【００２７】
断面積を大きくできる磁極頭部コアでの鉄損低減とｑ軸インダクタンス低下の緩和、および、磁束短絡防止孔での漏洩で小さくなる逆極性磁場ネオジム磁石と近傍での熱損失低減で、高効率の運転領域を広げる。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明の埋込磁石同期電動機の回転子は、耐遠心力強度を大きくするため、請求項１のように、磁性鋼板と非強磁性金属板が交互に積み重ねられた回転子コアにおいて、円環状に幅広の外周部を有する引張強度の大きい非強磁性金属板のみで遠心力の作用する希土類磁石が保持される。磁性鋼板の第１の磁石埋設用孔と非強磁性金属板の第２の磁石埋設用孔が、回転子の各磁極での重なる位置に穿設され、第２の磁石埋設用孔における第２の外周側端部が、第１の磁石埋設用孔における第１の外周側端部より回転軸の位置する中心方向に突出される。非強磁性金属板の第２の外周側端部だけが希土類磁石の外方向磁極面に当たるようにされる。
【００２９】
電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束を周波数に無関係に熱損失なしに分岐、漏洩し、ネオジム磁石に加わる逆極性磁場を低減するため、さらに請求項１では、耐遠心力強度で余裕のある磁性鋼板の第１の磁石埋設用孔の周方向端部の近傍から、径方向に延長された磁束短絡防止孔が穿設される。
【００３０】
資源豊富な軽希土類元素のネオジム（Ｎｄ）を用いて、大きいエネルギー積の磁石として利用するため、請求項２では、希土類磁石にネオジム磁石が用いられる。
【００３１】
磁性鋼板がネオジム磁石の位置決めと保持の役割から解放されることで、ネオジム磁石の位置決め、保持を非強磁性金属板だけで行い、ネオジム磁石の磁極面と磁性鋼板の間の隙間の部分を小さくしてパーミアンス係数を大きめに保つため、請求項３のように、非強磁性金属板の第２の磁石埋設用孔での第２の外周側端部と、第２の外周側端部から円弧状角部を介して連続する側端部、および第２の径方向ブリッジ部の側端部で、角が面取りされたネオジム磁石の外方向磁極面と側部を止める。第１の磁石埋込用孔が穿設される磁性鋼板とネオジム磁石の磁極面の間には大きい隙間が作られることなく平行に近接される。
【００３２】
磁極頭部コアとネオジム磁石の外方向磁極面の間に配置される金属板で、電機子電流による逆極性磁場の高い周波数成分を熱損失で減衰させ、磁極頭部コアに熱を伝導させるため、請求項４のように、磁性鋼板の第１の外周側端部が連続した積層面と、突出された非強磁性金属板から成る磁極頭部コア内側の凹凸形状の積層面に合わせて金属板が山部と谷部を有する形状に屈曲成形され、山部が磁極頭部コア側に、谷部が突出した非強磁性金属板の第２の外周側端部とネオジム磁石の外方向磁極面側に当たるようにされる。
【００３３】
電機子電流による逆極性磁場を減衰させることにより金属板で発熱するジュール熱を磁極頭部コア側に多く、ネオジム磁石側に少ない非対称な熱伝導を行わせるため、請求項５のように、山部が面積の大きい平坦状にされて磁極頭部コア側に、谷部が小さい面積でネオジム磁石の外方向磁極面に当たるようにされる。
【００３４】
金属板が磁性鋼板の第１の外周側端部の積層面である磁極頭部コア側に常に当接されるようにするため、請求項６のように、金属板の複数箇所に形成される片持ち弾性部が、金属板の谷部と山部の高さの差より大きく山部の平坦状の面から谷部方向に出され、片持ち弾性部の弾性力で山部が磁極頭部コア側に当てられる。
【００３５】
電機子電流による逆極性磁場の減衰を大きくし、パーミアンス係数を大きめに維持するため、請求項７のように、磁極頭部コアとネオジム磁石の外方向磁極面の間に透磁率の大きい軟磁性の金属板が配置される。
【００３６】
電機子電流による逆極性磁場を大きく減衰させるために金属板全体の厚さを大きくしても、磁極頭部コアとネオジム磁石の間隔の変動に追随して柔軟に形状の変形が可能になるため、請求項８のように、屈曲成形された金属板が複数枚重ねて配置される。
【００３７】
屈曲成形された金属板が、第１の磁石埋設孔と第２の磁石埋設用孔が交互に配置される貫通された共通の磁石埋設用孔で位置を決められて、安定されるため、請求項９のように、非強磁性金属板が、突出された第２の外周側端部と対向する位置に谷部が重なるように配置されて、外広がりのスリットが外縁部に形成される。
【００３８】
遠心力の作用するネオジム磁石を非強磁性金属板のみで常に保持できるようにするため、請求項１０のように、磁性鋼板の第１の外周側端部に対する非強磁性金属板の第２の外周側端部の中心方向への突出量が、室温と最高運転温度の温度差で回転軸の中心からそれぞれの外周側端部までの長さに対する線膨張の差分に、機械加工や組立の公差を加算した値以上にされる。
【００３９】
電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束をネオジム磁石に加わる前に分岐、漏洩させる磁束短絡防止孔は、請求項１１では、第１の磁石埋設用孔の周方向端部から連続して外周に位置するブリッジ部まで径方向に延長して穿設される。請求項１２では、第１の磁石埋設用孔の第１の外周側端部から連続し、第１の磁石埋設用孔の周方向端部の近傍のブリッジ部から外周まで径方向に延長して穿設される。
【００４０】
従来の埋込磁石同期電動機の実績に基づいて、金属板による減衰分は考慮せず、磁束短絡防止孔で逆極性磁場にともなう磁束を漏洩させてネオジム磁石に入る磁束量を適正にすることで、ジスプロシウムの含有率が５ｗｔ％より低いネオジム磁石を高い温度環境下で用いる可能性に導くため、請求項１３と請求項１４では、ネオジム磁石に加わる電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束量が、磁極頭部コアの入口から入る磁束量の３分の２より小さくなる構成にされる。
【００４１】
積層厚比率の大きい磁性鋼板と積層厚比率の小さい非強磁性金属板で、隙間なく積層された回転子コアにするため、請求項１５では、磁性鋼板が凹凸状の嵌合部で一体化され、非強磁性金属板の対向する位置には嵌合部に当たらない逃げ孔が穿設される。
【００４２】
積層された回転子コアの位置決めとトルク伝達を強固にし、ネオジム磁石の後挿入を可能にしてネオジム磁石の端面を押さえることができるように、請求項１６では、回転子コアの内周部から突出したキーを回転軸と一体化された回転子ハブの外周部の対応する位置に設けられたキー溝に嵌合し、径の外方向に複数の突出部を有するエンドプレートで端面を押さえ、円環状リングを嵌め込んで積層方向に固定する。
【００４３】
ネオジム磁石を後から組み込む工程を容易にするため、請求項１７では、周方向の等角度間隔の位置に重ねて配置された第１の磁石埋込用孔と第２の磁石埋設用孔が、エンドプレートの一定角度回転によってエンドプレートに対向する状態と対向しない状態が選択できるようにされる。
【００４４】
回転子コアでの積層方向に加わる圧力を緩和して、磁性鋼板と非強磁性金属板の熱膨張時の残留応力を小さくして磁気特性の劣化を少なくするため、請求項１８では、回転子コアの端面から突出する嵌合部とエンドプレートが、エンドプレート一定角度の回転で、互いに当接する状態と当接しない状態を選択できるようにされる。
【００４５】
ネオジム磁石を空気流で冷却できるようにするため、請求項１９のように、回転子の主たる回転方向に開口部を有する空気取入れ部が、磁極頭部コアに埋め込まれたネオジム磁石周辺の貫通孔の位置に合わせて回転子の端面に固定される。
【００４６】
防水、防塵、防音のために外気から閉じられたケース内で回転子に埋め込まれたネオジム磁石を効率的に冷却するため、請求項２０のように、空気取入れ部で貫通孔に流し込まれる空気が回転子コアの内側を途中に熱交換部を介して循環される。
【００４７】
空気の熱交換部での熱交換の効率と、径方向の流動を促進するため、請求項２１では、回転軸の中心を回転対称中心とする渦形状の一部からなる複数のフィンを有する熱交換部が回転子の端面に対向して配置される。
【００４８】
主に発電用途の場合、誘導電流による不可逆減磁を避けるため、請求項２２のように、（磁極数×回転速度）の逆数で規定される半周期より短い周期で電機子巻線の端子間が電気的に断続される。
【００４９】
スイッチング損失を少なくしながら効果的に逆極性磁場を減衰させるため、請求項２３では、埋込磁石同期電動機の所定の位置での温度が高い時に、電機子巻線の端子間の電気的な断続の平均の周期が短くされる。
【００５０】
本発明の構成において、埋め込まれるエネルギー積の大きいネオジム磁石にテルビウム（Ｔｂ）添加のネオジム磁石を用いてもよい。
【００５１】
本発明の構成において、ネオジム磁石の代わりにサマリウム・コバルト磁石を用いてもよい。
【発明の効果】
【００５２】
積層厚比率の大きい磁性鋼板と積層厚比率の小さい非強磁性金属板でハイブリッド構成に積層された回転子コアは、外周から幅広にされて引張強度の大きい非強磁性金属板のみで遠心力の作用するネオジム磁石が保持されることで、大きい耐遠心力強度を有すことになる。
【００５３】
磁性鋼板は、遠心力の作用するネオジム磁石を保持することから解放されるため、耐遠心力強度に余裕を有し、その分だけでも断面積の大きい磁極頭部コアを用いることができる。ネオジム磁石を深く埋め込む磁性鋼板の一部に磁気的短絡を断ち、同時に電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束の一部を漏洩させるため、ネオジム磁石の周方向端部の近傍から径方向に長く磁束短絡防止孔を穿設できる。
【００５４】
磁性鋼板はネオジム磁石の位置決めから解放されるため、ネオジム磁石の磁極面と磁性鋼板との間に大きい隙間を設けなくても打ち抜き加工が容易になり、パーミアンス係数を大きめに維持できるため、不可逆減磁を回避しやすい。また、Ｂ−Ｈ減磁曲線における動作点での磁束密度Ｂｄを大きく確保できる。
【００５５】
径方向に長く穿設できる磁束短絡防止孔で電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束を周波数に無関係に、熱損失なく分岐、漏洩することで、ネオジム磁石に加わる逆極性磁場とネオジム磁石でのジュール熱による温度上昇を抑制できる。
【００５６】
非強磁性金属板が突出された磁極頭部コア内側の凹凸な面に合わせて屈曲成形された金属板がネオジム磁石の磁極面に配置されることで、電機子電流による逆極性磁場の高い周波数成分がネオジム磁石に入る前に熱損失で減衰され、磁極頭部コアに当たる側の面積が大きくされた非対称な熱伝導を行う金属板で発生するジュール熱が磁極頭部コアに多く伝導されることで、ネオジム磁石に加わる逆極性磁場とネオジム磁石の温度上昇を抑制できる。
【００５７】
耐遠心力強度の余裕から大きくできる磁極頭部コアに穿設された比較的大きい貫通孔と回転子の内側で熱交換部を介して空気を循環させることでネオジム磁石を冷却できる。前記複数の手段と組み合わせることで、ジスプロシウム含有率の低いネオジム磁石をハイブリッド自動車などの埋込磁石同期電動機に使用できる。
【００５８】
ネオジム磁石の磁束の磁束短絡防止孔などでの漏洩増加分を、ジスプロシウム含有率の低減とネオジム磁石の温度上昇で大きめに保持できる残留磁束密度Ｂｒで補うことで、マグネットトルクを大きめに維持できる。
【００５９】
断面積を大きくできる磁極頭部コアでの低鉄損とｑ軸インダクタンスの低下の抑制、さらに磁束短絡防止孔での熱損失なしの磁束によるネオジム磁石や近傍での損失低下で、高効率な運転領域を広くできる。
【００６０】
ハイブリッド構成の回転子コアでの非強磁性金属鋼板の積層厚比率を大きくすることで耐遠心力強度をより向上し、回転子の最高回転速度を大きくできる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の埋込磁石同期電動機の回転子の実施例１を一部拡大した端面で示す。
【図２】実施例１を、電機子を含む全体図で示す。
【図３】実施例１の磁性鋼板と非強磁性金属板の形状を示す。
【図４】実施例１の回転子コアの分解構成図を示す。
【図５】実施例１の磁束経路を説明する図である。
【図６】実施例１に金属板を付加した断面を拡大して示す。
【図７】実施例１に異なる金属板を付加した断面を拡大して示す。
【図８】実施例１に重ねた金属板を付加した断面を拡大して示す。
【図９】実施例１の端面の構成を示す。
【図１０】実施例１の冷却構成の一部を示す。
【図１１】実施例１の冷却構成の断面を示す。
【図１２】実施例１の冷却構成の他の一部を示す
【図１３】本発明の実施例２を、一部拡大した積層方向の端面で示す。
【図１４】実施例２の回転子コアの分解構成図を示す。
【図１５】本発明の実施例３を、一部拡大した積層方向の端面で示す。
【図１６】従来の埋込磁石同期電動機の回転子を示す。
【図１７】従来のネオジム磁石の特性を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
本発明の埋込磁石同期電動機の回転子は、耐遠心力強度を大きくする構成と、耐遠心力強度が大くできることに基づいてネオジム磁石での逆極性磁場と温度上昇を抑制する手段を、（００６３）の項から（００８０）の項までを前提にして、実施の形態で示す。
【００６３】
ハイブリッド自動車などの埋込磁石同期電動機の用途には、耐遠心力強度と広い高効率領域とともに耐熱性が必要で、永久磁石を埋め込む回転子の構成で対応することが求められる。
【００６４】
磁石の磁気特性は磁化曲線（ヒステリシスループ）で示され、磁束密度Ｂは、加えられる磁場Ｈと磁石の磁気分極Ｊの和で表される。
Ｂ＝μＨ＋Ｊ
Ｂ：磁束密度（Ｔ、テスラ）、Ｈ：磁場（Ａ／ｍ）、Ｊ：磁気分極（Ｔ）、
μ：真空の透磁率
磁化曲線の第２象限の部分で示される減磁曲線は、磁場Ｈにより変化する磁気分極Ｊの大きさを示すＪ−Ｈ減磁曲線と、磁場Ｈに磁石の磁気分極Ｊを加えた全体の磁束密度Ｂを示すＢ−Ｈ減磁曲線がある。
【００６５】
Ｊ−Ｈ減磁曲線における磁場Ｈ＝０での磁気分極Ｊが残留磁気分極Ｊｒに、磁気分極Ｊ＝０になる磁場の値が保磁力Ｈｃｊとなる。また、Ｂ−Ｈ減磁曲線における磁場Ｈ＝０での磁束密度Ｂが残留磁束密度Ｂｒとなる。第２象限の部分で、パーミアンス係数を負の傾きとした動作線とＢ−Ｈ減磁曲線との交点である動作点での磁束密度はＢｄで示される。保磁力Ｈｃｊが大きいほど耐熱性があり、温度が上昇するほど保磁力Ｈｃｊと残留磁束密度Ｂｒ（あるいは残留磁気分極Ｊｒ）が低下する。磁束密度Ｂｄを大きくし、また温度上昇時にも不可逆減磁を起こし難くするためには、パーミアンス係数を大きくする必要がある。
【００６６】
埋込磁石同期電動機はインバータでＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）駆動される。電気角周期の逆数に対して相対的に高いキャリア周波数で、電流ベクトル制御の自由度の大きい正弦波電流駆動が一般的に用いられる。ネオジム磁石に加わる電機子電流による磁場は、電機子巻線のインダクタンスや抵抗の影響でキャリア周波数以外の周波数成分を含むが、１ｋＨｚ近傍を主な成分とするＰＷＭキャリア周波数を基本波として有している。
【００６７】
埋込磁石同期電動機の小型化にはエネルギー積の大きいネオジム磁石が有利であり、ハイブリッド自動車などに用いられるためには耐熱性の向上が必要で、高い保磁力Hｃｊを持たせるために、重希土類元素のジスプロシウムが添加される。しかし、ジスプロシウムの高価格や入手の制約、および残留磁束密度Ｂｒ低下の理由でジスプロシウム含有率を低減するためには、ネオジム磁石に加わる着磁磁化と反対方向の逆極性磁場を小さくし、ネオジム磁石での温度上昇を抑制することが必要になる。
【００６８】
磁気抵抗が最も大きい方向で、永久磁石によって発生する巻線鎖交磁束の方向をｄ軸に、磁気抵抗が最小でｄ軸と電気角で直交する磁極間の方向をｑ軸にすることで、固定子に静止していた３相巻線は、永久磁石が埋設された回転子に同期して回転する２つのｄ、ｑ巻線に変換されて静止しているのと等価となり、それぞれ抵抗とインダクタンスを有する電気的に独立した２つの直流回路とみなされることで、電流ベクトル制御が容易になる。
【００６９】
埋込磁石同期電動機は、永久磁石と電機子電流による電機子鎖交磁束の変化によってエネルギー変換が行われることによるマグネットトルクと、磁気的な突極性で回転位置による電機子巻線のインダクタンスの変化で空隙に貯えられる磁気エネルギーが機械エネルギーに変換されることによるリラクタンストルクを、電機子電流でベクトル制御することでトルクや効率を選択できる。
【００７０】
トルクは電流ベクトルと電機子鎖交磁束ベクトルの外積より求まる。トルクＴを示す式は、永久磁石によって発生するマグネットトルクを第１項、インダクタンスの差によって発生するリラクタンストルクを第２項にして、以下の式で表される。
Ｔ＝Ｐｎ・ψａ・ｉｑ＋Ｐｎ・（Ｌｄ−Ｌｑ）ｉｄ・ｉｑ
＝Ｐｎ｛ψａ・Ｉａ・ｃｏｓβ＋１／２・（Ｌｑ−Ｌｄ）Ｉａ・Ｉａ・ｓｉｎ２β｝
Ｐｎ：対極数
ψａ：永久磁石による電機子鎖交磁束の実効値
ｉｄ、ｉｑ：電機子電流のｄ、ｑ軸成分
Ｌｄ：ｄ軸電機子巻線の自己インダクタンス（ｄ軸インダクタンス）
Ｌｑ：ｑ軸電機子巻線の自己インダクタンス（ｑ軸インダクタンス）
Ｉａ：電機子電流の振幅（電流ベクトルの大きさ）
β  ：電機子電流のｑ軸からの進み角（電流位相）
【００７１】
埋込磁石同期電動機（モータ）の電機―機械変換の効率は、負荷と回転数に対応した電流ベクトル制御で高めに確保される必要がある。弱め磁束制御で誘起電圧を抑えながら、高回転速度まで定出力の領域を広げ、高い効率で運転するためには、リラクタンストルクに大きく依存することになる。また、最大トルク制御の定トルク領域のように、低い回転速度においても大きいトルクを得るためにはリラクタンストルクが用いられる。結果、電機子電流の電流位相βに依存するｄ軸電流（電機子電流のｄ軸成分）を流すことでネオジム磁石の着磁滋化と反対方向の負のｄ軸電気子反作用磁束-Ｌｄ・ｉｄがネオジム磁石を減磁する。ネオジム磁石に加わる電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束、あるいは、逆極性磁場を小さくする対応が、不可逆減磁を生じさせないジスプロシウム含有率の範囲を主に決める。
【００７２】
電機子巻線に流れる電流による銅損は、高負荷で運転する場合には全体の損失においての比率が大きくなる。低負荷では渦電流損を主とした鉄損の比率が大きい。鉄損は、固定子においては固定子歯で多く生じ、回転子においては回転子コアのｑ軸磁路（ｑ軸磁束の磁路）における断面積の小さい部分で多く生じる。固有抵抗の小さいネオジム磁石においては、電機子電流のｄ軸成分（ｄ軸電流）による高い周波数成分の逆極性磁場で渦電流損が生じる。
【００７３】
リラクタンストルクを大きくするためには、電機子電流のｑ軸からの進み角（電流位相）βを大きくするが、効率が最大となる電流位相βは、電機子電流が最小で銅損が最小となる電流位相と、総合の電機子鎖交磁束が最小で鉄損が最小となる電流位相の間に存在する。結果、電流位相方向の電機子電流の振幅Ｉａ（電流ベクトルの大きさ）のｄ軸成分であるｉｄが対応して大きくなり、電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束と等価であるｄ軸電機子反作用磁束-Ｌｄ・ｉｄも相応に大きくなる。
【００７４】
ネオジム磁石の着磁磁化と反対方向の逆極性磁場には、電機子巻線に生じる誘起電流による逆極性磁場もある。高回転速度ほど誘起電流にともなう誘起電圧が高くなるため、一定電圧を越えないように-Ｌｄ・ｉｄを大きくすることで誘起電圧を抑える弱め磁束制御で高回転速度まで対応できるようにされる。
【００７５】
ネオジム磁石には他の逆極性磁場が加わる可能性がある。駆動しているインバータの保護機能の作動でシャットダウンしたときに発生する誘起電圧や、スイッチング素子のオフ時のスパイク電圧などであるが、高い周波数成分が多く、図１６で示される従来の埋込磁石同期電動機での実績から、より深くネオジム磁石が磁極頭部コアに埋め込まれる本発明の実施例では、ネオジム磁石の不可逆減磁は生じないとして扱う。逆極性磁場の記述は、電機子電流のｄ軸成分（ｄ軸電流）による逆極性磁場と、回転時の誘起電流による逆極性磁束を意味し、電機子電流による逆極性磁場としてまとめて記述される。誘起電流による逆極性磁場の主な周波数成分は５００Ｈｚ以下で低いことが一般的である。
【００７６】
回転子の耐遠心力強度が確保されると、高回転速度においても、ネオジム磁石の外方向磁極面からｄ軸方向に配置される磁極頭部コアの大きさと形状を選ぶ余裕が生じ、電機子電流による逆極性磁場をネオジム磁石以外の経路で熱損失なしに分岐、漏洩させる磁束短絡防止孔を径方向に長く設けてネオジム磁石に加わる逆極性磁場を低減できる。また、磁極頭部コアの断面積を大きくできることで磁気飽和を緩和し、ｑ軸インダクタンスLｑの低減を抑制できるなど、選択幅が広くなる。
【００７７】
磁極頭部コアに深めに埋め込まれたネオジム磁石は、透磁率が空気と同じほどであっても固有抵抗が小さく、磁石厚が数ｍｍ（ミリメートル）ほどに厚くされるため、比較的低い周波数の逆極性磁場でも渦電流として大きく減衰されるまでジュール熱に変換され、自らの温度を上げることになる。ネオジム磁石の温度をできるだけ上げないためには、ネオジム磁石に加わる高い周波数成分を中心とした逆極性磁場を小さくする必要がある。
【００７８】
電機子電流による逆極性磁場をネオジム磁石に加わる直前で低減する方法として、金属板、特に軟磁性の金属板をネオジム磁石の外方向磁極面に配置する方法がある。逆極性磁場の高い周波数成分を表皮効果によるジュール熱損失で減衰させる。
【００７９】
表面が絶縁処理され、導電率が相対的に低く、高い透磁率を有する磁性鋼板である硅素鋼板が積層された回転子コアや、その一部である磁極頭部コアにおいては、電機子電流による逆極性磁場の減衰は少ないとして扱う。減衰があるとする場合には、ネオジム磁石に加わる電機子電流による逆極性磁場をさらに小さくでき、その分、ジスプロシウム含有率や保磁力Hｃｊに余裕が生じる。
【００８０】
固定子は、電機子巻線での銅損や固定子歯などでの鉄損で発熱量が大きくなりやすいが、外側で固定されているため、容易に冷やされる。回転子は回転軸で支えられているだけで、エアギャップを相対的に高速流動する空気を介して回転子と固定子の間で熱が伝導されるが、積層された回転子コアは積層方向の熱伝導はよくないため、ネオジム磁石の温度を固定子歯の温度より低くすることは簡単ではない。
【００８１】
以下、図に基づいて本発明の磁石埋込同期電動機の回転子について説明する。図１から図１２までは本発明の実施例１を、図１３と図１４は実施例２を、図１５は実施例３を、図１６は従来の磁石埋込同期電動機の回転子を、図１７は従来のネオジム磁石の特性を説明する図である。異なる図において、同じ部分は原則的に同じ符号で示される。
【実施例１】
【００８２】
図１は、本発明の回転子の実施例１を、固定子とともに拡大した一部を軸方向（積層方向）の端面で示すものである。回転子１１は、複数枚重ねられた磁性鋼板１２と、磁性鋼板１２で大半が隠された非強磁性金属板１３が交互に積層され、回転子ハブ１４に嵌合されて形成される。固定子１５の固定子歯１６と回転子１１の間にエアギャップ１７が設けられる。
【００８３】
磁性鋼板１２と非強磁性金属板１３の各磁極に相当する位置には、それぞれＶ字状に穿設された第１の磁石埋設用孔１８、１９と、第２の磁石埋設用孔２０、２１が重なる位置に設けられ、エネルギー積の大きいネオジム磁石（ＮｄＦｅＢ系焼結磁石）２２、２３が埋設されて配置される。
【００８４】
外周の幅が大きい磁性鋼板１２の一部における磁気的短絡を断つために、磁束短絡防止孔２４、２５が第１の磁石埋込用孔１８、１９の周方向の端部から連続して径方向に外周部のブリッジ部２６、２７まで延長されて穿設される。磁極頭部コア２８は、周方向の両端で磁束短絡防止孔２４、２５と接し、Ｖ字状配置のネオジム磁石２２、２３と対向する外側の位置に形成され、ブリッジ部２６、２７および第１の径方向ブリッジ部２９で保持される。非強磁性金属板１３は大きい引張強度を得るために、磁束短絡防止孔２４、２５に相当する孔は穿設されず、外周から幅広の円環状の部分が形成されることで、ネオジム磁石２２、２３を保持しても高速回転時の耐遠心力強度を有すことになる。
【００８５】
磁性鋼板１２は遠心力が作用するネオジム磁石２２、２３を保持する必要がないため、その分の余裕で大きくされる磁極頭部コア２８の中央部には、円弧状の外周と、ネオジム磁石２２、２３のＶ字状の外方向磁極面にほぼ沿った逆三角近似の貫通孔３０が磁性鋼板１２と非強磁性金属板１３に共通に比較的大きい断面積で穿設される。回転子１１の一方の端面から貫通孔３０に空気が入り、他方の端面から流れ出るようにされる。貫通孔３０は、逆三角近似でなくてもよいが、磁極頭部コア２８におけるｑ軸磁束の磁束経路の断面積は大きくされる必要がある。
【００８６】
非強磁性金属板１３の第２の磁石埋設用孔２０、２１での第２の外周側端部３２、３３が、磁性鋼板１２の第１の磁石埋設用孔１８、１９での第１の外周側端部３４、３５より回転軸が位置する中心方向に突出される。金属板３６、３７は、ネオジム磁石２２、２３の外方向磁極面と磁極頭部コア２８の間に配置され、第１の外周側端部３４、３５の積層連続面である磁極頭部コア２８の内側の面と、突出された非強磁性金属板１３の第２の外周側端部３２、３３、および、ネオジム磁石２２、２３の外方向磁極面のいずれにも当接できるように屈曲成形される。
【００８７】
非強磁性金属板１３の第２の磁石埋設用孔２０、２１での第２の外周側端部３２、３３が、磁性鋼板１２における第１の磁石埋設用孔１８、１９での第１の外周側端部３４、３５から回転軸が位置する中心方向に判別できるほどに突出して示されているが、その突出量は、室温で０．３ｍｍ程度にされる。また、厚さ０．３ｍｍほどの金属板３６、３７が厚めの断面で示されている。
【００８８】
ネオジム磁石２２、２３の内方向磁極面と第１の磁石埋設用孔１８、１９での第１の内周側端部３８、３９の間に、軟磁性ばね板４０、４１が配置される。厚さが０．３ｍｍほどの軟磁性ばね板４０、４１が厚めの断面で示されている。
【００８９】
ネオジム磁石２２、２３は、非強磁性金属板１３に穿設された第２の磁石埋設用孔２０、２１で位置決めされる。非強磁性金属板１３における第２の磁石埋設用孔２０、２１での第２の外周側端部３２、３３、および、第２の外周側端部３２、３３から円弧状の角部を介して連続する周方向の側端部と第２の径方向ブリッジ部４２の側端部で、角部が面取りされたネオジム磁石２２、２３の外方向磁極面と側部が隙間を少なくされて、位置決めされる。図１６の従来の埋込磁石同期電動機の回転子に較べ、ネオジム磁石２２、２３の磁極面と磁性鋼板１２の間の一部に相対的に大きい隙間が形成されないため、パーミアンス係数を大きめに維持し、ネオジム磁石２２、２３を有効に利用することができる。パーミアンス係数を大きめに維持することで、ネオジム磁石２２、２３が不可逆減磁され難くなる。
【００９０】
角が面取りされていないネオジム磁石を用いる場合には、非強磁性金属板１３の第２の磁石埋設用孔は打ち抜き加工できる形状で、ネオジム磁石の外方向磁極面と端部を位置決めできればよい。磁性鋼板は、ネオジム磁石の内方向磁極面以外は当たらないようにされ、ネオジム磁石の磁極面との間は平行にされて大きい隙間がないようにされる。
【００９１】
回転子１１の回転時にネオジム磁石２２、２３に作用する遠心力は、非強磁性金属板１３の第２の磁石埋設用孔２０、２１の突出した第２の外周側端部３２、３３で殆どが、また、第２の磁石埋設用孔２０、２１での側端部で一部が保持され、磁性鋼板１２では保持されない。ネオジム磁石２２、２３と自らに作用する遠心力を受ける非強磁性金属板１３は、大きい引張強度を有するように外周から幅広の円環状の部分が形成され、隣接する第２の磁石埋設用孔２０と４３、および２１と４４の間の、積層された磁性鋼板１２の磁極間コア５２、５３の下に隠された、幅広の径方向支持部を経て、同じく、積層された磁性鋼板１２のバックコア５４の下に隠された、内周から幅広で円環状の部分に連結されるため、大きい耐遠心力強度を有すことになる。強度安全率を十分に取った場合でも、回転子コア３１における非強磁性金属板１３の磁性鋼板１２に対する積層厚の比率を小さくできる。
【００９２】
磁性鋼板１２のみに穿設された磁束短絡防止孔２４、２５は、ネオジム磁石２２、２３を深く埋めることで生じる磁性鋼板１２の磁気的短絡の断面積の増大を防ぐ目的で穿設されるが、結果的に磁束短絡防止孔２４、２５でネオジム磁石２２、２３の着磁磁化と反対方向の電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束を、ネオジム磁石２２、２３に加える前に分岐、漏洩させることになる。ただし、ネオジム磁石２２、２３からの磁束をあまり多く漏洩しないことが求められる。
【００９３】
ネオジム磁石２２、２３の内方向磁極面は、磁性鋼板１２の第１の磁石埋設用孔１８、１９の第１の内周側端部３８、３９の積層面と、軟磁性ばね板４０、４１を間に介して当接される。非強磁性金属板１３の第２の磁石埋設用孔２０、２１の破線で示される第２の内周側端部は、磁性鋼板１２における第１の内周側端部３８、３９より回転軸の位置する中心方向へ窪んで形成される。
【００９４】
ネオジム磁石２２、２３は、磁極頭部コア２８によって深めに埋設され、固定子１５の複数の固定子歯１６の先端から大きく離される。複数の固定子歯１６を跨いで巻かれた電機子巻線（図示されず）の電流で、固定子歯１６の先端部近傍で生じる局所磁場はネオジム磁石２２、２３に加わる際には小さくされる。実施例１では分布巻で示されているが、集中巻の構成では、隣接する固定子歯の間における先端部近傍では大きい局所磁場が発生し易く、永久磁石が深く埋められることよって不可逆減磁が生じにくくされることは既知である。
【００９５】
図２は、本発明の埋込磁石同期電動機の回転子を、固定子を含む端面全体で示す。回転子１１は、４対極数に対応する数のネオジム磁石が埋め込まれ、Ｖ字状にネオジム磁石が配置された各磁極において、隣接する磁極のネオジム磁石２２、２３と４５、４６が径方向に異なる着磁極性にされる。回転子コア３１は、突出した複数のキー４７の部分がキー溝４８に合わされて回転子ハブ１４に嵌合されることで固定され、回転軸４９で回転自在にされる。
【００９６】
固定子１５は形状を簡略化して示され、分布巻の電機子巻線が省いてある。ひとつの磁極において、Ｖ字状のネオジム磁石２２、２３の外方向磁極面から出る磁束の多くは、磁極頭部コア２８からエアギャップ１７を跨いで複数の固定子歯１６に入り、固定子１５を回り込んで複数の固定子歯５０、５１を通り、エアギャップ１７を再度跨いで磁極間コア５２、５３に入り、バックコア５４からネオジム磁石２２、２３の内方向磁極面に戻る。複数の固定子歯１６を鎖交する磁束の流れは電機子鎖交磁束としてマグネットトルクに寄与する。
【００９７】
ネオジム磁石２２、２３の外方向磁極面から磁極頭部コア２８に入る磁束の一部は、外周部のブリッジ部２６、２７と第１の径方向ブリッジ部２９を磁気飽和状態まで通る磁束と、打ち抜かれた部分が空気のために透磁率が小さい磁束短絡防止孔２４、２５を跨いで漏れる磁束として回転子コア３１の内部で閉じた経路を形成する。これらの磁束はトルクには寄与しない。
【００９８】
図３は、ハイブリッド構成に積層される磁性鋼板と非強磁性金属板の形状を示すものである。図３（ａ）は、積層厚の比率が大きい磁性鋼板１２の形状を示し、図３（ｂ）は、積層厚の比率が小さい非強磁性金属板１３の形状を示すものである。磁性鋼板１２には、各磁極に対応して、第１の磁石埋設用孔１８、１９、および、第１の磁石埋設用孔１８、１９の周方向の端部から連続する磁束短絡防止孔２４、２５が径方向に延長されて穿設される。非強磁性金属板１３には、磁性鋼板１２の第１の磁石埋設用孔１８、１９と重なる位置に、第２の磁石埋設用孔２０、２１が形成される。
【００９９】
非強磁性金属板１３に穿設された第２の磁石埋設用孔２０、２１における第２の外周側端部３２、３３は、磁性鋼板１２に穿設された第１の磁石埋設用孔１８、１９における第１の外周側端部３４、３５に対してほぼ平行で、回転軸の位置する中心方向に０．３ｍｍほど突出される。回転時に遠心力が作用するネオジム磁石は、突出した第２の外周側端部３２、３３を有する非強磁性金属板１３のみによって保持される。
【０１００】
ネオジム磁石と自らに作用する遠心力を受ける非強磁性金属板１３は、外周から幅広の円環状で大きい引張強度を有する部分５５と、隣接する第２の磁石埋設用孔２０と４３、２１と４４の間の幅広の径方向支持部５６、５７、および内周から幅広の円環状で大きい引張強度を有する部分５８が一体化されて、積層厚の比率が小さくても耐遠心力強度を有する構成にされる。
【０１０１】
非強磁性金属板１３における第２の磁石埋設用孔２０、２１の側端部５９、６０、および６１、６２は、第２の外周側端部３２、３３から円弧状の角部６３、６４、および、６５、６６を介して連続して形成され、角が面取りされたネオジム磁石が各側部との隙間を小さくして位置決めされる。角が面とりされてないネオジム磁石を用いる場合は、第２の外周側端部３２、３３、および側端部５９から６２に対応する位置決め部が形成されるが、円弧状の角部６３から６６に対応する部分は、第２の外周側端部３２、３３の一部を凹状に食い込む形状にされる。
【０１０２】
磁性鋼板１２と非強磁性金属板１３の内周部はほぼ同じ径の円にされ、突出した複数のキー４７と６７が複数の同じ位置に形成されて、位置決めとトルク伝達が可能にされる。外周は必ずしも同じ径の円にされる必要はないが、非強磁性金属板１３に大きい引張強度を持たせるためには、磁性鋼板１２の外周の径より少し小さいか、同じ径の円にされるとよい。
【０１０３】
磁性鋼板１２には、硅素（Ｓｉ）の含有率が３％ほどの硅素鋼板が、高透磁率、低導電率、小ヒステリシスおよび打ち抜き性のバランスにおいて適当であるが、引張強度を求めるあまり硅素の含有率を大きくして打ち抜き加工での金型消耗が激しい材料を選択する必要はない。また、非強磁性金属板１３には、オーステナイト系ステンレス鋼の板が、非磁性、低い導電率、大きい引張強度、加工しやすさ、および汎用性において適する材料の一例である。
【０１０４】
磁性鋼板１２に硅素鋼板が、非強磁性金属板１３にオーステナイト系ステンレス鋼の板が用いられる場合、それぞれの線膨張係数は１３（×１０マイナス６乗／Ｋ）と１７．３（×１０マイナス６乗／Ｋ）であるため、例として、中心から６５ｍｍの長さでは、常温と最高運転温度が摂氏２００度の温度差で約０．０５ｍｍの線膨張の差分だけオーステナイト系ステンレス鋼の板が大きく伸びる。常温で位置が揃っていると、常に露出して突出すべき第２の外周側端部３２、３３は、高温度時において、第１の外周側端部３４、３５の位置より中心からの距離が大きくなって回転子コアに埋もれてしまう。
【０１０５】
常温において、非強磁性金属板１３の第２の外周側端部３２、３３が、磁性鋼板１２の第１の外周側端部３４、３５の位置から、室温（摂氏２０度）と最高運転温度の温度差で生じる回転軸の中心からの長さの線膨張の差分より大きく中心方向に突出され、さらに、機械加工の公差や組立の公差を加算した値を突出量に加えることで、想定運転温度の範囲において非強磁性金属板１３の第２の外周側端部３２、３３で、遠心力の作用するネオジム磁石を保持することができる。
【０１０６】
磁性鋼板１２に硅素鋼板を、非強磁性金属板１３にニッケル・クロム金属の板を用いる場合には、互いの線膨張係数は近似しているため、線膨張の差を殆ど考慮することなく、機械加工の公差や、組立の公差を加算した値より大きく、第１の外周側端部３４、３５の位置から中心方向へ突出させる第２の外周側端部３２、３３で遠心力の作用するネオジム磁石を回転時の遠心力から保持する。
【０１０７】
図４は、本発明の実施例１における回転子コアの構成を示すものである。磁性鋼板の積層厚の比率は、非強磁性金属板の積層厚の比率より大きくされる。回転子コアの内部に埋め込まれるネオジム磁石の磁束や、電機子電流のｑ軸成分によるｑ軸磁束（ｑ軸電機子反作用磁束）によって回転子コアで磁気飽和が生じにくくされることが必要である。ネオジム磁石を遠心力から保持する非強磁性金属板の積層厚の比率は、非強磁性金属板の形状と材料強度、ネオジム磁石の質量と埋め込み位置、回転子の外径、最高回転速度、および強度安全率などを考慮して決められる。
【０１０８】
図４（ａ）は、回転子ハブ１４に嵌合された積層状態の回転子コア３１と、回転子コア３１に埋め込まれる部材を示す。図４（ｂ）は、ハイブリッド構成に積層される前の磁性鋼板１２と非強磁性金属板１３の単位構成を、０．３ｍｍ厚の磁性鋼板が２１枚、０．３ｍｍ厚の非強磁性金属板が３枚重ねられた状態で示す。磁性鋼板と非強磁性金属板の積層厚の比率が７対１ほどにされている。積層厚の比較においては、磁性鋼板１２の表面に形成される絶縁処理層や接着層の厚さは省いてある。
【０１０９】
回転子１１の外径を１５０ｍｍ、最高回転数を１４０００ｒｐｍ、埋め込まれる個々のネオジム磁石の断面を５．６ｍｍ×１９ｍｍとし、V字状配置のネオジム磁石の周方向端部での埋め込み深さを９．０ｍｍ、ブリッジ部２６、２７の幅を２．２ｍｍ、第１の径方向ブリッジ部２９の幅を１．４ｍｍとした場合において、硅素の含有率３ｗｔ％の硅素鋼板を用いた磁性鋼板１２と、オーステナイト系ステンレス鋼の板を用いた非強磁性金属板１３との積層厚の比率の例を示すものである。
【０１１０】
図４（ｂ）で、磁性鋼板１２には周方向の複数箇所に凹凸状の嵌合部６８が設けられ、圧着されて複数枚が一体化される。非強磁性金属板１３には、磁性鋼板１２の嵌合部６８と積層時に対向する位置に逃げ孔６９が設けられる。単位構成の磁性鋼板１２と非強磁性金属板１３が重ねられた際に、互いの面の間に隙間が生じにくいようにされる。
【０１１１】
ネオジム磁石の外方向磁極面に当接して保持する非強磁性金属板１３の第２の外周側端部３２、３３は、磁性鋼板１２の第１の外周側端部３４、３５が積層された連続面に対してほぼ平行で、中心方向に突出される。磁性鋼板１２には磁束短絡防止孔２４、２５が穿設されるが、非強磁性金属板１３には形成されない。
【０１１２】
磁極頭部コア２８は磁性鋼板１２を打ち抜いて形成され、端の幅の狭いブリッジ部２６、２７、および、中央の第１の径方向ブリッジ部２９で回転時の遠心力や磁気力から保持され、各ブリッジ部を介して磁極間コア５２、５３と幅広で円環状に連続するバックコア５４と一体化される。
【０１１３】
非強磁性金属板１３は、外周と内周から幅広い円環状の構成にされることで大きい引張強度で耐遠心力強度を有することになる。また、非磁性であるため、磁気漏洩にほとんど関係なく、回転時に遠心力の作用するネオジム磁石を少ない枚数で保持できるように引張強度を中心に材料を選択することができる。
【０１１４】
非強磁性金属板１３の積層厚が、固定子（図示されず）と回転子コア３１の間に形成される０．５ｍｍから０．６ｍｍほどのエアギャップに較べて大きくなると、非強磁性金属板１３と対向する部分において実効エアギャップが大きくなる部分が生じる。固定子歯の先端は、電機子巻線が巻かれる部分に較べて周方向に相対的に幅が大きくされ、先端部の周方向端の近傍を除いて磁気飽和が生じにくくされるため、非強磁性金属板１３の積層厚が０．９ｍｍほどではエアギャップが大きくなる問題はない。
【０１１５】
積層厚の比率が大きい磁性鋼板１２に対して非強磁性金属板１３が７対１の積層厚の比率で交互に積層された回転子コア３１の場合、積層方向で平均化された回転子コア３１の飽和磁束密度は１２％ほど低くなる。磁極頭部コア２８とブリッジ部２６、２７、第１の径方向ブリッジ部２９、さらに、磁極間コア５２、５３、バックコア５４においても同様に低くなる。
【０１１６】
磁極頭部コア２８は、非強磁性金属板１３を含むハイブリッド構成で積層されることによる１２％ほどの飽和磁束密度の低下があっても、周方向の両端の部分が大きい傾斜で磁束短絡防止孔２４、２５に沿って深く、断面が大きくされることで、電機子電流による磁束、特にｑ軸磁束で磁気飽和が生じにくくされる。また、磁束短絡防止孔２４、２５の幅は比較的小さくされるため、固定子からの磁束が回転子１１の外周部から邪魔されずに入りやすい。
【０１１７】
磁極間コア５２、５３においては、積層方向に平均化された飽和磁束密度の低下があっても、隣接する磁極のネオジム磁石から逆向きの磁束が通ることで互いに打ち消し合うため、電機子電流のｑ軸成分（ｑ軸電流）によるｑ軸磁束だけでは飽和は生じにくい。結果、ｑ軸インダクタンスの低下が緩和され、高回転速度までリラクタンストルクを確保できる。当然ながら鉄損も小さくなる。マグネットトルクが確保できている前提で、弱め磁束制御の方法を取り入れることにより、広い運転領域で大きい出力と高効率な特性を得ることができる。
【０１１８】
対照として、図１６で示される従来例の磁極頭部コア４は、磁性鋼板のみで積層され、積層方向に平均化された飽和磁束密度は相対的に大きいが、Ｖ字状に配置されたネオジム磁石２の周方向端部が浅くて断面積が小さいため、ｑ軸磁束による磁気飽和でｑ軸インダクタンスの低下が生じやすい。結果、リラクタンストルクが低下したり効率低下がおきる。
【０１１９】
非強磁性金属板１３が積層されることで、磁性鋼板１２のブリッジ部２６、２７、および第１の径方向ブリッジ部２９での飽和磁束密度が１２％ほど積層方向において平均的に小さくされることは、ブリッジ部２６、２７、および第１の径方向ブリッジ部２９から漏れる磁束の量が１２パーセントほど少なくなることに相当し、ネオジム磁石の磁束を有効利用するには望ましいことである。その分、磁性鋼板１２の磁極頭部コア２８自身に作用する遠心力に対する強度を上げるため、磁性鋼板１２のブリッジ部２６、２７、および第１の径方向ブリッジ部２９の幅を大きくし、あるいは回転子コア３１に埋め込まれるネオジム磁石２２、２３を少なくすることに振り向ける余裕が生じる。
【０１２０】
図４（ａ）で、図４（ｂ）で示された磁性鋼板１２の第１の磁石埋設用孔１８、１９、および非強磁性金属板１３の第２の磁石埋設用孔２０、２１が積層されて出来る貫通した磁石埋設用孔に埋め込まれるネオジム磁石２２、２３は、それぞれ２つに分割されて示され、回転子コア３１の積層方向の厚さに近い長さにされる。挿入されるネオジム磁石２２、２３の外方向磁極面と磁極頭部コア２８の間には、屈曲成形された金属板３６、３７が配置される。ネオジム磁石２２、２３の内方向磁極面と回転子コア３１の間には、軟磁性ばね板４０、４１が配置される。軟磁性ばね板４０、４１は、外縁部が中央部と段差を有し、弾性変形可能にされて、ネオジム磁石２２、２３の内方向磁極面と回転子コア３１に当接される。
【０１２１】
図５は、本発明の実施例１におけるネオジム磁石からの磁束の経路、あるいは電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束と等価な、電機子電流のｄ軸成分（ｄ軸電流）による磁束の経路を説明するためのものである。ネオジム磁石２２、２３の外方向磁極面から出る磁束は、磁極頭部コア２８からエアギャップ１７を跨いで、磁極頭部コア２８に対向する複数の固定子歯１６を鎖交し、固定子１５を回り込み、磁極間コア５２、５３に対向する固定子歯５０、５１を鎖交し、エアギャップ１７を再度跨いで、磁極間コア５２、５３に入り、バックコア５４からネオジム磁石２２、２３の内方向磁極面に到る第１の磁束経路、
【０１２２】
磁極頭部コア２８から磁束短絡防止孔２４、２５で漏れて磁極間コア５２、５３に入り、バックコア５４からネオジム磁石２２、２３の内方向磁極面に到る第２の磁束経路、さらには、磁極頭部コア２８からブリッジ部２６、２７および第１の径方向ブリッジ部２９を磁気飽和状態まで流れて、バックコア５４からネオジム磁石２２、２３の内方向磁極面に到る第３の磁束経路、の３つの磁束経路に主に分岐される。
【０１２３】
複数の固定子歯１６を鎖交する第１の磁束経路での磁束は電機子鎖交磁束となり、トルクに寄与する。回転子コア１２の内で閉じる第２の磁束経路、および第３の磁束経路はトルクに寄与しない経路である。ネオジム磁石２２、２３にとって、磁束短絡防止孔２４、２５はエアギャップ面積の拡大と等価と見なされ、ネオジム磁石２２、２３の磁極面と第１の磁石埋設用孔１８、１９との隙間の拡大で小さくなるパーミアンス係数の低下を補完する。ネオジム磁石２２、２３の磁束で無駄に減少した分を補償しないとマグネットトルクは低下する。
【０１２４】
電機子電流のｄ軸成分（ｄ軸電流）による磁束は、ネオジム磁石２２、２３の着磁磁化を減磁させる方向を向く逆極性磁場にともなう磁束となる。この電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束は、複数の固定子歯１６からエアギャップ１７を跨いで磁極頭部コア２８に入り、磁束短絡防止孔２４、２５で漏れる磁束と、ネオジム磁石２２、２３に入る磁束とに分岐される。他には、磁極頭部コア２８に深く入るほど減衰される磁束と、回転子コア３１の外へ漏れる磁束であるが、これら２種類の磁束の減衰と漏洩はないとして扱う。後でその影響を考慮しても、ネオジム磁石のジスプロシウム含有率を低くすることはあっても、高くすべき結論にはならない。
【０１２５】
ブリッジ部２６、２７、および第１の径方向ブリッジ部２９は、あらかじめネオジム磁石２２、２３からの磁束でほぼ磁気飽和の状態にされているため、ネオジム磁石２２、２３の着磁磁化を減磁する方向の磁束である電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束は、ブリッジ部２６、２７、および第１の径方向ブリッジ部２９での磁気飽和の磁化の向きと同じ極性の向きになるため磁気飽和状態にプラスされる余地はなく、ほとんど通らない。
【０１２６】
磁極頭部コア２８は、高透磁率で、導電率が相対的に低く、薄い硅素鋼板が絶縁されて積層されているため、電機子電流による逆極性磁場の減衰は小さい。磁極頭部コア２８の内で、ブリッジ部２６、２７、および第１の径方向ブリッジ部２９の近傍を除いた磁極頭部コア２８の周方向端部、および、第１の磁石埋設用孔１８、１９の第１の外周側端部３４、３５での磁位は近似的に等しいとする。
【０１２７】
ネオジム磁石の透磁率は空気とほぼ同じであるため、構成の寸法のみによる磁気抵抗の比に応じて、複数の固定子歯１６から磁極頭部コア２８に入る電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束は、磁束短絡防止孔２４、２５で漏れて磁極間コア５２、５３に入る１の磁束経路と、ネオジム磁石２２、２３に入り、バックコア５４に到る２の磁束経路に分岐される。
【０１２８】
意図することは、ハイブリッド自動車に用いられる図１６の従来の埋込磁石同期電動機に、保磁力Ｈｃｊが２．４ＭＡ／ｍ（３０ｋＯｅ）ほどで、ジスプロシウム含有率が８ｗｔ％から１０ｗｔ％のネオジム磁石が用いられている実績に基づいて、また、ネオジム磁石の厚さ、回転子の径、および磁石開き角（磁束短絡防止孔の最外周部の間隔が回転軸の中心となす角）がほぼ同じとする。金属板３６、３７での減衰はないものとして、ネオジム磁石２２、２３に加わる電機子電流による逆極性磁場を低減するために、逆極性磁場にともなう磁束を周波数に関係なく磁束短絡防止孔２４、２５から漏洩させ、１．６ＭＡ／ｍ（２０ｋＯｅ）より小さい保磁力の、あるいは、ジスプロシウム含有率が５ｗｔ％より低いネオジム磁石を使える可能性に導くことである。
【０１２９】
電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束が、複数の固定子歯１６から磁極頭部コア２８に入った後、磁束短絡防止孔２４、２５で漏れて磁極間コア５２、５３に入り込み、再び磁極間コア５２、５３に対向する複数の固定子歯５０、５１から固定子１５に入る磁束経路において、磁束短絡防止孔２４、２５から磁束が漏れるほど、金属板３６、３７とネオジム磁石２２、２３に入る逆極性磁場にともなう磁束の量、および密度が小さくなる。結果、ネオジム磁石２２、２３を不可逆減磁する可能性が低くなる。
【０１３０】
電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束が、複数の電機子歯１６から磁極頭部コア２８に入った後、磁束短絡防止孔２４、２５を跨いで漏れる磁束の量と、金属板３６、３７を横切りネオジム磁石２２、２３に入る磁束の量の比率は、磁束短絡防止孔２４、２５の径方向中心の長さと、直交方向の平均の幅の関係で決まる１の磁気回路の並列の磁気抵抗と、ネオジム磁石２２、２３の外方向磁極面の（合計の）幅と、ネオジム磁石２２、２３を挟む磁性鋼板１２の間隔である第１の磁石埋設用孔１８、１９の間隔から軟磁性の金属板の板厚および軟磁性ばね板４０、４１の合計の板厚の差分で決まる２の磁気回路での磁気抵抗の比で決まる。磁気抵抗の比に反比例して、磁束短絡防止孔２４、２５から漏れる磁束量と、金属板３６、３７、およびネオジム磁石２２、２３に入る磁束量の比率が決まる。
【０１３１】
磁束短絡防止孔２４、２５の径方向中心でのブリッジ部２６、２７から近似する間隔が終わる位置までの長さＬ、直交方向の平均間隔Ｄ、ネオジム磁石２２、２３のそれぞれの外方向磁極面の合計の幅Ｗ、磁性鋼板１２における第１の磁石埋設用孔１８、１９の間隔と軟磁性の金属板３６、３７および軟磁性ばね板４０、４１を合計した板厚の差分Ｔとする。磁束短絡防止孔２４、２５の最外周部の２箇所の位置７０、７１の間隔Ｓ（積層方向の単位長を乗じて面積）とする。磁極頭部コアの間隔Ｓの入り口から入る電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束の量をΦとする。
【０１３２】
磁束短絡防止孔２４、２５を跨ぐ並列の磁気抵抗と、ネオジム磁石２２、２３を跨ぐ磁気抵抗の比は、（Ｄ／２Ｌ）：（Ｔ／Ｗ）となり、磁極頭部コア２８の間隔Ｓの入り口から入る電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束量のうち、磁束短絡防止孔２４、２５を跨ぐ磁束量と、金属板３６、３７を横切りネオジム磁石２２、２３に入る磁束量の比は、
（Ｔ／Ｗ）：（Ｄ／２Ｌ）  になる。
その結果、磁極頭部コア２８の入り口である間隔Ｓから入る電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束量Φのうち、
Φ×｛（Ｄ／２Ｌ）／（Ｄ／２Ｌ＋Ｔ／Ｗ）｝の磁束量が金属板３６、３７とネオジム磁石２２、２３に入る。
【０１３３】
金属板３６、３７での減衰はないものとして、ネオジム磁石２２、２３に入る磁束量を磁極頭部コア２８の入り口での磁束量の３分の２より小さくするためには、
Φ×｛（Ｄ／２Ｌ）／（Ｄ／２Ｌ＋Ｔ／Ｗ）｝＜（２／３）×Φ
を満たすことで、ジスプロシウム含有率が８ｗｔ％から１０ｗｔ％のネオジム磁石を用いる図１６の従来の埋込磁石同期電動機の実績から、保磁力２．４ＭＡ／ｍ（３０Ｏｅ）の３分の２より小さい、あるいはジスプロシウム含有率が５ｗｔ％より低いネオジム磁石をハイブリッド自動車に用いる可能性に導く。
【０１３４】
実施例１の図５では、ネオジム磁石２２、２３の厚さは５．８ｍｍほどにされる。ネオジム磁石２２、２３が厚いほどパーミアンス係数を大きくでき、パーミアンス係数を負の傾きとする動作線とＢ−Ｈ減磁曲線の交点である動作点での磁束密度Ｂｄを大きくでき、不可逆減磁され難くなる。固定子１５と回転子１１の間のエアギャップ１７が０．６ｍｍの場合、ネオジム磁石２２、２３の厚さを５．８ミリメートルほどにすることで、ネオジム磁石２２、２３の磁束の磁束短絡防止孔２４、２５から漏れる比率が比較的小さくされ、電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束の磁束短絡防止孔２４、２５を跨いで漏れる比率は大きくされ易い。図１６の従来例での磁束短絡防止孔３では、ネオジム磁石２の端部に入った磁束が漏れる。
【０１３５】
磁束短絡防止孔２４、２５の径方向中心の長さＬを６．０ｍｍ、直交方向の平均間隔Ｄを３．２ｍｍ、ネオジム磁石２２、２３の外方向磁極面の（合計の）幅Ｗを３８ｍｍ、第１の磁石埋設用孔１８、１９の間隔と軟磁性の金属板３６、３７および軟磁性ばね板３８、３９の合計の板厚の差分Ｔを６．３ｍｍにすると、磁束短絡防止孔２４、２５を跨ぐ磁気抵抗と、ネオジム磁石２２、２３を跨ぐ磁気抵抗の比は、（３．２／６．０）÷２：（６．３／３８）、簡単にして１：０．６２となる。電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束は、磁極頭部コア２８で分岐され、金属板３６、３７とネオジム磁石２２、２３を通る磁束量は、磁極頭部コア２８に入る磁束量の３分の２より小さい６２％ほどになる。
【０１３６】
図１６で示される従来の埋込磁石同期電動機の回転子において、磁極頭部コア４の入り口の間隔S（積層方向の単位長を乗じて面積）に対し、ネオジム磁石の外方向磁極面の幅Ｗに相当する長さ（積層方向の単位長を乗じた面積）は０．９４倍ほどにされ、本発明の実施例１の構成では０．９３倍ほどにされている。図１６の従来例の磁極頭部コア４、および図５の実施例１の磁極頭部コア２８における電機子電流による逆極性磁場の減衰を考えず、金属板３６、３７での減衰も考慮しない場合、実施例１のネオジム磁石２２、２３に加わる電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束の密度は０．６２×（０．９４／０．９３）で、図１６の従来例の磁極頭部コア４の入り口の間隔Ｓでの磁束の密度の０．６３倍で、磁束密度でも３分の２より小さくなる。ただし、より深く埋め込まれることによる磁極頭部コアでの逆極性磁場の高い周波数成分の減衰を考慮すると、さらに磁束密度は小さくなる。
【０１３７】
図１６の従来例と、図５の実施例１での磁束短絡防止孔の最外周部の間隔Ｓが回転軸中心となす角である磁石開き気角、ネオジム磁石の厚さ、および回転子の径が近似していることを前提にして、従来例で保磁力Ｈｃｊが２．４ＭＡ／ｍ（３０ｋＯｅ）ほどのネオジム磁石が使用されていると、常温での比例計算で、金属板３６、３７での減衰を考慮せずに、実施例１においては２．４×０．６３＝１．５１ＭＡ／ｍ（１９ｋＯｅ）ほどの保磁力を有する、あるいは５ｗｔ％よりジスプロシウム含有率の低いネオジム磁石を用いることができることになる。磁束の密度が３分の２より小さくなることで、磁束の密度の自乗に比例し、磁石面積を乗じた発熱量が４０％ほどに少なくなることでネオジム磁石の温度上昇を抑制し、温度が高くなるとジスプロシウム含有率の低いネオジム磁石の保磁力Ｈｃｊの低下が大きくなることを補償する。
【０１３８】
従来のネオジム磁石の温度による磁気特性を図１７で示す。図１７（ａ）では、温度変化にともなう保磁力Ｈｃｊ（ＭＡ／ｍ）の値の変化を、図１７（ｂ）では、残留磁束密度Ｂｒ（Ｔ：テスラ）の値の変化を表す。ジスプロシウム含有率が、●印は零ｗｔ％、○印は２ｗｔ％、△印は５ｗｔ％、および、＊印は１０ｗｔ％、のネオジム（焼結）磁石での値を示す。
【０１３９】
保磁力Ｈｃｊに関しては、常温では＊印のジスプロシウム含有率１０ｗｔ％の保磁力に対して、△印の５ｗｔ％の保磁力は６４パーセント（約２／３）、●印の零ｗｔ％の保磁力は３３％（約１／３）に小さくなる。
【０１４０】
残留磁束密度Ｂｒに関しては、常温では＊印のジスプロシウム含有率１０ｗｔ％の残留磁束密度に対して、△印の５ｗｔ％の残留磁束密度は１５％、また、●印の零ｗｔ％の残留磁束密度は２５％大きくなる。
【０１４１】
ネオジム磁石の保磁力Ｈｃｊを大きくするには、重希土類元素のジスプロシウム（Ｄｙ）を添加して焼結するのが一般的である。ジスプロシウム含有率が零ｗｔ％、５ｗｔ％、および１０ｗｔ％の含有率では、それぞれの保磁力は０．８ＭＡ／ｍ（１０ｋＯｅ）、１．６ＭＡ／ｍ（２０ｋＯｅ）、および２．４ＭＡ／ｍ（３０ｋＯｅ）ほどになる。ジスプロシウム含有率が高いほど、温度が高くなった場合の保磁力の低下率が小さくなる傾向がある。摂氏２００度ほどの最高運転温度が想定されるハイブリッド自動車では、ジスプロシウム含有率が８ｗｔ％から１０ｗｔ％で、保磁力が２．４ＭＡ／ｍ（３０ｋＯｅ）ほどのネオジム磁石が用いられる。
【０１４２】
ジスプロシウム含有率が高いと、その分だけ軽希土類元素のネオジム（Ｎｄ）の含有率が低くされる。Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ相のネオジウムの一部をジスプロシウムで置換することにより主相の結晶磁気異方性を高め、それにより保磁力を高めている。ところがジスプロシウム置換した（Ｎｄ、Ｄｙ）２Ｆｅ１４Ｂ相はネオジムとジスプロシウムのスピンが反平行に結合し、フェリ磁性的となり、磁化が下がってしまう。ジスプロシウムが１０ｗｔ％と、ジスプロシウムを含まないネオジム磁石の残留磁束密度Ｂｒの大きさの違いは、前者は後者に対して２５％ほど小さくなる。ネオジム磁石からの磁束の漏洩を意図的に大きくし、磁石量を大きくしない場合には、ネオジム磁石のジスプロシウム含有率を大幅に低くして残留磁束密度Ｂｒを大きくし、あるいはネオジム磁石の温度上昇を抑制して、一定のパーミアンス係数を負の傾きとする動作線とＢ−Ｈ減磁曲線の交点である動作点の磁束密度Ｂｄを大きくすることを前提にしないと、マグネットトルクの大きさを維持できない。
【０１４３】
実施例１の構成例で５ｗｔ％のネオジム磁石を用いた場合には、図１６の従来例でジスプロシウム含有率が１０ｗｔ％のネオジム磁石が用いられるのと比較すると、残留磁束密度Ｂrが１５％ほど大きい。ネオジム磁石の面積が１％ほど小さくなることを差し引くと、１４％ほど電機子鎖交磁束が大きくなる余裕が生じる。マグネットトルクを同じ大きさで対応する場合、ネオジム磁石２２、２３で生じる磁束量の１４％ほどを磁束短絡防止孔２４、２５から漏洩させてよいことになり、増加する漏洩は１３％ほどであるため、マグネットトルクが小さくなることはない。さらにネオジム磁石の温度上昇を少なくすることによる残留磁束密度Ｂｒの低下を抑制することでマグネットトルクを大きめに維持することができる。
【０１４４】
ジスプロシウム含有率が５ｗｔ％より低い、あるいはジスプロシウムを含まないネオジム磁石２２、２３を使用できるようにするには、ネオジム磁石での逆極性磁場と温度上昇をさらに低減する構成にすることを１の対応に、保磁力Hｃｊの向上を磁石材料で可能にすることを２の対応として解決する必要がある。ネオジム磁石が不可逆減磁されないためには、１の対応と２の対応を組み合わせることが有効である。
【０１４５】
１の対応としては、実施例１の図１で示された磁束短絡防止孔を穿設する他に、逆極性磁場を減衰させる金属板をネオジム磁石の外方向磁極面に付加し、さらにネオジム磁石を冷却する構成を組み込むことである。２の対応としては、結晶粒微細化や粒界面制御などでジスプロシウムを含まずに１．６ＭＡ／ｍほどの保磁力Ｈｃｊを有するネオジム磁石を用いることである。
【０１４６】
図６は、減衰用の金属板を付加した構成の断面を拡大して示す。図６（ａ）は、図１の回転軸方向（積層方向）に平行でネオジム磁石２２の磁極面に対して直交方向に切断された断面図である。金属板３６の表皮効果による減衰で、電機子電流による逆極性磁場をネオジム磁石２２に加える前に減衰させ、ネオジム磁石２２でのジュール熱の発生を少なくする。
【０１４７】
表皮効果は、無限近似の導体に垂直方向から交番磁場が加わった際、表面で多く、内部に行くにしたがって指数関数的に減少する電流が、加わる交番磁場を打ち消す方向に流れる。この電流が渦電流として表面における電流密度の０．３６８倍に減少するまでの深さは電流浸透深さδと呼ばれ、１／（π×μ×σ×ｆ）の平方根で表される。
μ：透磁率    σ：導電率    ｆ：周波数
また、導体表面から電流浸透深さδまでの間で、発熱量の８６パーセントが発熱する。透磁率μの大きい軟鉄を用いると、５００Ｈｚで１．４ｍｍ、１ｋＨｚで０．８４ｍｍ、３ｋＨｚで０．４ｍｍ、１０ｋＨｚで０．１９ｍｍほどのδになり、導電率σは大きいが透磁率が１で小さい銅のδより大きい値になる。ただし、透磁率の大きさは数ｋＨｚ以上で頭打ちになり、ネオジム磁石の大きい磁束密度が加わることで小さくなることもある。
【０１４８】
金属板３６に、軟磁性の金属板である、厚さ０．３ｍｍほどの軟磁性の鉄板を用いる。リラクタンストルクを用いて高回転速度で運転する場合には、大きい逆極性磁場が必然的に生じるため、ネオジム磁石２２に加わる前に逆極性磁場の高い周波数成分を金属板３６でフィルター的に減衰させることが効果的になる。パーミアンス係数を負の傾きとする動作線とＢ−Ｈ減磁曲線での動作点の磁束密度Ｂｄで生じる磁束が加わる軟磁性の鉄板の透磁率μは、最大透磁率の数分の１ほどにされるが、表皮効果によってネオジム磁石２２に加わる電機子電流による逆極性磁場は、１ｋＨｚにおいて２５％ほど、３ｋＨｚで４０％ほど低減される。周波数に関係なく、熱損失もない磁束短絡防止孔での漏洩と、金属板３６での高い周波数成分の減衰を合わせることで、ネオジム磁石２２に加わる逆極性磁場は小さくされ、ネオジム磁石２２での温度上昇も少なくされる。
【０１４９】
軟磁性の金属板に硅素鋼板（ＦｅＳｉ）を用いてもよい。硅素鋼板は、透磁率が大きいため電流浸透深さδが小さく、減衰の効果は大きい。しかし、屈曲形成や柔軟な変形に対応するには固い。また、パーマロイ（ＦｅＮｉ）は、透磁率が大きいが飽和磁束密度はやや小さいため、ネオジム磁石の磁極面に直接当てられると透磁率は大幅に低下し、減衰の効果は相対的に小さくなる。
【０１５０】
逆極性磁場を金属板３６で多く減衰させるほど、金属板３６での渦電流損としてジュール熱が多く生じる。金属板３６で生じる熱を磁極頭部コア２８側に多く伝導させ、ネオジム磁石２２側への伝導が少ない非対称な熱伝導を行う構成にできれば、ネオジム磁石２２での温度上昇をさらに抑制することができる。
【０１５１】
金属板３６を非対称な熱伝導を行う構成にするため、磁極頭部コア２８の内側である磁性鋼板１２の第２の外周側端部３２の積層面には幅広の山部７２が大きい面積で、ネオジム磁石２２の外方向磁極面には幅狭の谷部７３が小さい面積で当たるように金属板３６が屈曲成形される。幅広の山部７２で電機子電流による逆極性磁場の多くが減衰され、発生するジュール熱は磁極頭部コア２８側に多く伝導される。
【０１５２】
軟磁性の鉄板である金属板３６の谷部７３から山部７２に到る傾斜した部分７４は、ネオジム磁石２２からの磁束で磁気飽和されて実効的な透磁率は小さくなり、表皮効果による逆極性磁場の低減は多く望めないが、非強磁性金属板１３の突出部７５に近接した空間に位置するため、逆極性磁場は相対的に小さくなっている。したがって、傾斜した部分７４での逆極性磁場の減衰と発熱は少ない。
【０１５３】
ネオジム磁石２２で生じた熱は、非強磁性金属板１３と金属板３６の傾斜した部分７４から熱伝導で磁極頭部コア２８の方へ放熱される。しかし、金属板３６での発熱が多く、高い温度の状態であると、ネオジム磁石２２は高い温度を維持することになりかねない。また、非強磁性金属板１３に熱伝導の低いオーステナイト系ステンレスが用いられた場合などでは、ネオジム磁石２２から磁極頭部コアへの熱伝導はあまり大きくできない。
【０１５４】
回転時の遠心力でネオジム磁石２２が磁性鋼板１２の第１の内周側端部３８から浮いた熱伝導の悪い状態を避けるため、ネオジム磁石２２の内方向磁極面と磁性鋼板１２の第1の内周側端部３８の間に軟磁性ばね板４０を配置することで、ネオジム磁石２２の熱を磁性鋼板１２の第１の内周側端部３８から回転子コアに放熱される。また、埋め込まれた各磁石埋設用孔でのネオジム磁石２２のがたつきも抑制される。熱伝導率を優先し、パーミアンス係数の多少の減少が許容される場合には銅板などを使用してもよい。
【０１５５】
屈曲成形された軟磁性の鉄板である金属板３６の剛性とばね弾性は、高回転速度時にネオジム磁石２２に作用する遠心力に対して小さい。屈曲形状の金属板３６がつぶされて、形状やばね弾性を維持できなくなることを避けるには、谷部７３の部分において非強磁性金属板１３の突出した部分７５で支持されることが必要になる。パーミアンス係数とのバランスから、非強磁性金属板１３の突出量は０．３ｍｍほどにされる。透磁率と飽和磁束密度の大きい軟磁性の鉄板を金属板３６に用いることで、金属板３６の厚さはパーミアンス係数を低下させない。
【０１５６】
図６（ｂ）は、金属板３６を、長さ方向を切り欠き、中央を短縮した平面図で示すものである。金属板３６の外縁部には、図６（ａ）の非強磁性金属板１３の第２の外周側端部である突出した部分７５と対向する位置７６に外広がりのスリット７７が形成される。スリット７７が非強磁性金属板１３の第２の磁石埋設用孔の端部にはめ込まれることで、金属板３６の位置が決められる。
【０１５７】
図７は、図６の金属板と異なる構成で、本発明の実施例１を一部拡大して示す。図７（ａ）は、回転軸方向に平行でネオジム磁石２２の磁極面に対して直交方向に切断された断面図である。電機子電流による逆極性磁場を減衰させる金属板７８が、山部７９と谷部８０を有する屈曲形状にされてネオジム磁石２２の外方向磁極面と磁極頭部コア２８の間に配置されることは同じである。また、谷部８０がネオジム磁石２２と相対的に小さい面積で当接し、平坦状の山部７９が磁極頭部コア２８の下面である磁性鋼板１２の第２の外周側端部の積層面と大きい面積で接することで、金属板７８に生じる熱を磁極頭部コア２８側に多く非対称に熱伝導させることも同じである。
【０１５８】
組立後、特にネオジム磁石２２が着磁された後に、ネオジム磁石２２と内周側端部３８との吸着力によって軟磁性ばね板４０が配置される空隙が潰され、金属板７８が磁極頭部コア２８から離れて、金属板７８から磁極頭部コア２８側への熱伝導の悪い状態を避ける必要がある。金属板７８の山部７９の複数箇所に形成される片持ち弾性部８１が屈曲変形で金属板７８の面から谷部８０と同じ方向に出る構成にされ、谷部８０と山部７９の差より高くされることで、片持ち弾性部８１の先端部が組立時に最初にネオジム磁石２２の外方向磁極面に、また組立後にも常に当接される。片持ち弾性部８１の弾性力で、金属板７８の山部７９が磁極頭部コア２８に接触された状態が維持され、金属板７８で発生する熱を磁極頭部コア２８側へ多く熱伝導する非対称な熱伝導が維持される。
【０１５９】
図７（ｂ）は、軟磁性の鉄板である金属板７８を、長さ方向を切り欠き、幅方向を短縮した平面図で示すものである。金属板７８の山部７９の複数箇所には片持ち弾性部８１が形成される。片持ち弾性部８１が屈曲変形され、その一部である先端部８２の近傍がネオジム磁石の外方向磁極面に接触し、適当な弾性で金属板７８の山部７９が磁極頭部コア２８側に常に当接するようにされる。
【０１６０】
図８は、複数枚の金属板を重ねた構成の本発明の実施例１を一部拡大して示す。磁極頭部コア２８とネオジム磁石２２の外方向磁極面の間に、幅広の山部８３と幅狭の谷部８４に屈曲成形された金属板８５、８６が２層重ねて配置される。変形し易くされた金属板８５の山部８４と金属板８６の谷部が、磁極頭部コア２８側とネオジム磁石２２側に必ず当接される。磁極頭部コア２８側に銅などの導電率σが大きく非磁性の金属板８５が、ネオジム磁石２２側に軟鉄などの軟磁性の金属板８６が用いられてもよい。
【０１６１】
大きい遠心力が作用するネオジム磁石２２の外方向磁極面で非強磁性金属板１３の突出部７５に押し当てられた場合に、重ねられた相対的に薄い金属板８５と金属板８６は変形しやすく、非強磁性金属板１３の突出部７５の突出量に変化があっても、山部８３と磁極頭部コア２８側との接触を維持しやすい。金属板８６に図７で示される片持ち弾性部８１を設けて、重ねられた金属板８５と金属板８６が、常に、それぞれ磁極頭部コア２８側とネオジム磁石２２側に当接されるようにしてもよい。非回転時に金属板８５と金属板８６のそれぞれの山部が離れていても、高回転速度時には自らに作用する遠心力や、ネオジム磁石２２の遠心力によって相互が密着することになる。
【０１６２】
図９は、実施例１における回転子３１の端面の構成を示す。耐遠心力強度の余裕から大きくできる磁極頭部コア２８の比較的大きい断面積の貫通孔３０に空気を流し込む構成を主に説明するものである。図９（ａ）はエンドプレート８７が、各磁極でＶ字状に穿設された第１の磁石埋設用孔１８、１９を覆うことなく、嵌合部６８（隠されて示されず）の凸側の部分に当接され、円環状リング８８で固定される。図９（ａ）の状態の回転子１１の構成で、ネオジム磁石２２、２３が挿入される。図９（ｂ）は、エンドプレート８７が回転軸を中心にして適当な角度だけ回されて、突出した部分８９で第１の磁石埋設用孔１８、１９の一部を覆い、挿入されたネオジム磁石２２、２３の端面を止めて、ネオジム磁石２２、２３が外へ飛び出ない構成にされる。
【０１６３】
エンドプレート８７が、隠された凸状の嵌合部６８に当接した図９（ａ）の状態から、エンドプレート８７が回されて凸状の嵌合部６８に当接しない図９（ｂ）の状態にされることで、円環状リング８８で回転軸方向（積層方向）に加わった強い圧力状態から開放される。交互に積層された磁性鋼板１２と非強磁性金属板が温度差で線膨張に差が生じても、互いのずれ移動が可能にされる。また、磁性鋼板に大きい残留応力が残らず、磁気特性の劣化が生じないようにされる。
【０１６４】
凸状の嵌合部６８が高すぎる場合、逃げ孔を有する非強磁性金属板を端面に配置することで、逃げ孔から出る凸状の嵌合部６８を低くし、嵌合部６８に当接していたエンドプレート８７が回転されて、嵌合部６８からはずれて強い圧力状態から解放された時に、磁性鋼板１２と非強磁性金属板の間が過度に緩くなることを防ぐことができる。
【０１６５】
図９（ｂ）で示されるように、磁極頭部コア２８の中央の貫通孔３０に強制的に空気を取り込む部分が設けられる。エンドプレート８７の突出した部分８９の一部に、主たる回転方向に開口部９０を有する空気取入れ部９１が設けられる。固定子（図示されず）と回転子１１の間のエアギャップで相対的に高速流動する空気による熱伝導に依存するだけでは、回転子コア３１は固定子歯（図示されず）の温度より低い温度にされにくいため、貫通孔３０に空気を流して冷却する方法が導入される。
【０１６６】
回転子１１の回転時に、空気取入れ部９１の開口部９０から空気が取り込まれた空気は、貫通孔３０に空気が強制的に流し込まれる。貫通孔３０を乱流として流れる空気が磁極頭部コア２８から熱を受け取る。空気取入れ部９１は、厚いエンドプレート８７の一部でなく、薄い板材を用いて形成されることで、風損や風切り音を低減してもよい。磁極頭部コア２８が冷やされることで、ネオジム磁石２２、２３の温度上昇が小さくされる。
【０１６７】
図１０は、本発明の実施例１の冷却構成の一部を示す。実施例１の図４までの回転子１１における回転軸周りの構成と異なるが、回転子コアが共通構成であるため、対応する箇所には同じ符号が付与される。防水、防塵、防音のため、外気から閉じられたケースの中に固定子と回転子が収められる。磁性鋼板と非強磁性金属板がハイブリッド構成に積層された回転子コア３１の各磁極の磁極頭部コア２８に穿設された貫通孔３０に空気を強制的に流し込むため、主たる回転方向に開口部９２を有する空気取入れ部９３がエンドプレート９４の複数箇所に設けられて、回転子１１の一方の端面９５に固定される。
【０１６８】
空気取入れ部９３は貫通孔３０を覆う位置に配置され、回転子１１の回転にともない空気取入れ部９３の開口部９２から取り込まれた空気は、貫通孔３０へ強制的に流し込まれて乱流として流れることで磁極頭部コア２８から熱を吸収し、他方の端面９６から排出される。ネオジム磁石２２、２３を冷やすためには、空気取り入れ部９３に入る空気の温度が相対的に低いことが必要になる。
【０１６９】
回転子１１の他方の端面９６に対向して配置される熱交換部９９は、回転子１１の他方の端面９６から軸方向に平行に離されて表示される。貫通孔３０から排出されて回転方向に運動量を有する空気は、回転軸の中心を回転対称中心として主たる回転方向に外から中心方向へ収斂する渦形状の一部からなるフィン９８を有する熱交換部９９に当たることで熱交換される。渦形状の溝１００に沿って内部１０１に案内された空気は流れる方向を変えられて、回転子１１の内側を通り、回転子１１の一方の端面９５に戻され、空気取入れ部９３から貫通孔３０に再度入る循環が繰り返される。循環は、回転子１１の径の内側で主に行われる。
【０１７０】
図１１は、本発明の実施例１の冷却構成を断面で示す。固定子１５と回転子１１は、防水、防塵、防音のため閉ざされたケース９７、１０９の中に配置される。回転子１１の一方の端面９５の貫通孔３０を覆う位置に空気取入れ部９３が固定され、他方の端面９６に対向して回転子１１の回転から独立した熱交換部９９が配置される。開口部９２から入り込み、空気取入れ部９３によって貫通孔３０に流し込まれ、熱交換部９９に当たる空気は、回転子ハブ１０２の内側に設けられた還流孔１０３を通り、熱交換部１０８で当たることで内から外側に流れを変えられフィン１０５と溝１０６に沿って空気取入れ部９３から貫通孔３０に流し込まれて還流される。
【０１７１】
フィン９８に空気が大きい面積で当たるようにされた熱交換部９９が相対的に低い温度に維持されるように、熱交換部９９が一体化されるケース９７に冷却用の油路１０７が設けられる。同様に、フィン１０５に空気が大きい面積で当たるようにされた熱交換部１０８が相対的に低い温度に維持されるように、熱交換部１０８が一体化されるケース１０９に外気で冷やすための外に突出された外フィン１１０を設けてもよい。さらには、熱電変換素子がケース１０９に取り付けられてもよい。当然ながら、水冷や液冷（油冷）の構成にされてもよい。
【０１７２】
回転子１１の径より外の固定子１５の方に空気が循環しないようにする。熱交換部９９の渦形状の外周部に沿って円形状の壁面１０８がフィン９８の高さ以上にして設けられる。同様に熱交換部１０８の渦形状の外周部に沿って円形状の壁面１０４がフィン１０５の高さ以上に設けられる。固定子１５の方に流れる空気の量の比率を少なくすることで、固定子１５で生じる銅損や鉄損の熱の影響を小さくし、集中的にネオジム磁石周辺を冷やす。
【０１７３】
図１２は、本発明の実施例１の冷却構成の一部を示す。回転子１１の一方の端面９５に対向して配置される熱交換部１０８が、全体を示すため、実際より一方の端面９５から離れて展開される。熱交換部１０８は、ケース１０９に設けられ、回転軸の中心を回転対称中心として主たる回転方向に中心から外方向へ発散する渦形状の一部で形成されるフィン１０５と溝１０６を有する。空気は複数のフィン１０５と溝１０６に沿って内側から外方向へ流れ、多くが空気取入れ部９３から貫通孔３０に再度入る。空気の流れを導くため、熱交換部１０８の円形状の壁面１０４の内側と溝１０６の底部とはＲ曲面状に連結されることが望ましい。
【０１７４】
本発明のようなハイブリッド積層構成の回転子を用いて耐遠心力強度を持たせることで高回転速度でも磁極頭部コアを大きくでき、ネオジム磁石を深く埋め込むことができる。必然的に径方向に長くされる磁束短絡防止孔で電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束を周波数に無関係に熱損失なく分岐、漏洩してネオジム磁石に加わる逆極性磁場を低減する。非対称な熱伝導を行う金属板がネオジム磁石の外方向磁極面に配置され、高い周波数成分の逆極性磁場を熱損失で減衰させて、ネオジム磁石に加わる前に逆極性磁場をさらに小さくする。金属板で生じる熱は、磁極頭部コア側に多く非対称に熱伝導されることで、ネオジム磁石の温度上昇が抑制される。耐遠心力強度の向上により大きくできる磁極頭部コアに設けられた断面積の大きい貫通孔と回転子の内側で熱交換部を介した空気循環がなされことで、ネオジム磁石の温度上昇が抑制される。耐遠心力強度に基づいた複数の手段によって、ジスプロシウム含有率が５ｗｔ％より低いネオジム磁石をハイブリッド自動車などの高回転速度用途の埋込磁石同期電動機の回転子に用いることができる。そして、結晶粒微細化や粒界面制御などで保磁力Ｈｃｊが向上されたネオジム磁石を用いることで、ジスプロシウムを含まないネオジム磁石を用いることも可能になる。
【実施例２】
【０１７５】
図１３は、本発明の埋込磁石同期電動機の回転子の実施例２を、拡大した端面の一部で示す。耐遠心力強度を有することに基づいて、ネオジム磁石を深く埋め込み、ネオジム磁石に加わる電機子電流による逆極性磁場を低減し、温度上昇を抑制する。各磁極にはV字状でなく、平行な形状のネオジム磁石１１１が埋め込まれ、磁極頭部コア１１２に貫通孔を有しないことが実施例１と異なる。実施例１の図１０から図１２で示された回転子の冷却構成を同様に採用して、ネオジム磁石の冷却を効果あるものにするには、磁極頭部コア１１２の中央に楕円形状の貫通孔を穿設するとよい。
【０１７６】
回転子コア１１３は、複数枚の磁性鋼板１１４の積層部と、磁性鋼板１１４に大半が隠された非強磁性金属板１１５が、外周と内周の形状をほぼ共通にして積層され、回転子ハブ１１６に嵌合されることで回転子１１７が形成される。回転子１１７は、固定子１１８の固定子歯１１９との間にエアギャップ１２０を有している。磁性鋼板１１４と非強磁性金属板１１５には、いずれも打ち抜きで穿設された第１の磁石埋設用孔１２１と第２の磁石埋設用孔１２２の主要部が重ねて設けられ、エネルギー積の大きいネオジム磁石１１１が埋設される。
【０１７７】
非強磁性金属板１１５の第２の磁石埋設用孔１２２の第２の外周側端部１２３が、磁性鋼板１１４の第１の磁石埋設用孔１２１の第１の外周側端部１２５より回転軸が位置する中心方向に突出され、断面で示される金属板１２６を間に介して、ネオジム磁石１１１の外方向磁極面に当接するようにされる。図１３では、第２の外周側端部１２３が第１の外周側端部１２５から大きく突出した状態で示されるが、突出量は室温において０．３ｍｍほどにされる。
【０１７８】
回転子１１７の回転時に遠心力が作用するネオジム磁石１１１は、金属板１２６を間に介して突出した第２の外周側端部１２３によって保持される。ネオジム磁石１１１の遠心力と自らに作用する遠心力を受ける非強磁性金属板１１５は、外周から幅広で大きい引張強度を有する円環状にされ、隣接する第２の磁石埋設用孔１２２、１２７、および１２２、１２８の間の、積層された磁性鋼板１１４の下に隠された、幅広の径方向支持部を経て、内周から幅広で大きい引張強度を有する円環状の部分に一体化されることで、強度の安全率を十分に取った場合でも、非強磁性金属板１１５の積層厚の比率を小さくできる。
【０１７９】
磁性鋼板１１４にのみ打ち抜かれた磁束短絡防止孔１２９、１３０が第１の磁石埋設用孔１２１から連続し、外周部に位置するブリッジ部１３１、１３２まで径方向に延長されて形成される。磁束短絡防止孔１２９、１３０は、磁性鋼板１１４の一部における磁気的短絡を断ち、電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束を意図的に漏洩させるために形成されるが、ネオジム磁石１１１からの磁束をあまり多く漏洩しないことも求められる。
【０１８０】
ネオジム磁石１１１は、回転時に作用する遠心力や加速力を保持され、位置が保たれるために、非強磁性金属板１１５に打ち抜かれた第２の磁石埋設用孔１２２の外方向磁極面と側面で位置決めされる。角部が面取りされたネオジム磁石１１１の側部は、第２の磁石埋設用孔１２２の第２の外周側端部１２３から円弧状角部を介して連続する側端部で、隙間を少なくされて位置決めされる。ネオジム磁石の角が面取りされていない場合でも、打ち抜き加工ができる形状でネオジム磁石の外方向磁極面と側面が、非強磁性金属板で保持、位置決めされることは可能である。
【０１８１】
ネオジム磁石１１１の内方向磁極面は、軟磁性ばね板１３３を間に介して第１の磁石埋設用孔１２１の第１の内周側端部１３４に当接するようにされる。非強磁性金属板１１５の第２の磁石埋設用孔１２２における破線で示される第２の内周側端部は、第１の内周側端部１３４より中心方向に窪んで置かれる。
【０１８２】
ネオジム磁石１１１の外方向磁極面および内方向磁極面は、平行に打ち抜くことができる磁性鋼板１１４の第１の外周側端部１２５と第１の内周側端部１３４との間に隙間を少なくして配置されるため、パーミアンス係数の低下が小さく、ネオジム磁石１１１のＢ−Ｈ減磁曲線における動作点の磁束密度Ｂｄを有効に利用することになる。また、不可逆減磁を避けるための効果もある。これは、図１６の従来例のように磁性鋼板でネオジム磁石を位置決めする場合のように、打ち抜き型の制約でネオジム磁石の端部の磁極面と回転子コア１１３の間に隙間がミリメートル単位で生じる構成に較べて有利である。
【０１８３】
ネオジム磁石１１１は磁極頭部コア１１２の内側に深めに埋設され、固定子１１８の固定子歯１１９の先端から大きく離されることで、複数の固定子歯１１９を跨いで巻かれた電機子巻線の電流で生じる局所磁場は弱められ、ネオジム磁石１１１に加わる際には小さくされる。
【０１８４】
図１４は、本発明の実施例２における回転子コアの分解構成図を示すものである。磁性鋼板の積層厚の比率は、非強磁性金属板の積層厚の比率より大きくされる。回転子コアの内部に埋め込まれるネオジム磁石の磁束や、電機子電流による磁束で、回転子コアの内において磁気飽和が生じにくくされることが必要である。ネオジム磁石を遠心力から保持する非強磁性金属板の積層厚の比率は、非強磁性金属板の形状と材料強度、ネオジム磁石の質量と埋め込み位置、回転子の外径、最高回転速度、および強度安全率などを考慮して決められる。
【０１８５】
図１４（ａ）は、回転子ハブ１１６に嵌合された積層状態の回転子コア１１３と、埋め込まれる部材を示す。図１４（ｂ）と、図１４（ｃ）は、ハイブリッド構成に積層される前の単位構成を示し、図１４（ｂ）は、０．３５ミリメートル厚の磁性鋼板１３５が１０枚、０．５ミリメートル厚の非強磁性金属板１３６が１枚の単位構成であり、図１４（ｃ）は、０．３ミリメートル厚の磁性鋼板１３７が２１枚、０．３ミリメートル厚の非強磁性金属板１３８が３枚重ねられた単位構成を示し、個々の単位構成が交互に積層されることで図１４（ａ）のハイブリッド構成の回転子コア１１３にされる。単位構成の磁性鋼板１３５、１３７と非強磁性金属板１３６、１３８の積層厚比率はそれぞれ７対１ほどにされている。
【０１８６】
図１４（ａ）での回転子１１７の外径を１５０ミリメートル、最高回転数を１４０００ｒｐｍ、ネオジム磁石１１１の断面を５．７ミリメートル×３７ミリメートルとし、ネオジム磁石１１１の周方向端部の埋め込み深さを９．０ミリメートル、ブリッジ部１３１、１３２の幅を２．４ミリメートルとした場合に、図１４（ｂ）、図１４（ｃ）において、硅素の含有率が３ｗｔ％の硅素鋼板を用いた磁性鋼板１３５、１３７と、オーステナイト系ステンレス鋼の板を用いた非強磁性金属板１３６、１３８での積層厚の比率の例である。
【０１８７】
磁性鋼板１３５、１３７を打ち抜いて形成される磁極頭部コア１３９、１４０が、外周部の両端に幅の狭いブリッジ部で保持され、幅広の磁極間コア１４１、１４２、および１４３、１４４を介して幅広で円環状に連続するバックコア１４５、１４６と一体化される。磁極頭部コア１３９、１４０の周方向端部に接して、磁気的短絡を一部で断つための磁束短絡防止孔１４７、１４８、および１４９、１５０が穿設される。
【０１８８】
図１４（ａ）で、磁性鋼板と非強磁性金属板の重なる位置に穿設された第１の磁石埋設用孔１２１と第２の磁石埋設用孔１２２に、２つに分割されたネオジム磁石１１１が挿入される。ネオジム磁石１１１の外方向磁極面と、第１の磁石埋設用孔１２１の第１の外周側端部、および第２の磁石埋設用孔１２２の第２の外周側端部の間に、屈曲成形された金属板１２６が配置される。ネオジム磁石１１１の内方向磁極面と第１の磁石埋設用孔１２１の第１の内周側端部の間に軟磁性ばね板１３３が配置される。
【０１８９】
金属板１２６は、電機子電流による逆極性磁場を表皮効果で減衰させてネオジム磁石１１１に加わる逆極性磁場を小さくし、ネオジム磁石１１１でのジュール熱の発生を少なくする。磁極頭部コア１１２側に広い面積で、ネオジム磁石１１１の外方向磁極面側に小さい面積で当接する金属板１２６で、金属板に発熱する熱を非対称に熱伝導を行うように、幅広の山部と幅狭の谷部に屈曲成形される。また、金属板１２６の外縁部に形成される外広がりのスリット部を非強磁性金属板にはめ込むことで位置決めがなされ、金属板１２６の谷部が非強磁性金属板の第２の磁石埋設用孔１２２における突出した第２の外周側端部に合わせられる。
【０１９０】
金属板１２６には、例えば、厚さ０．３ｍｍほどの軟磁性の鉄板が用いられる。電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束は、磁束短絡防止孔１２９、１３０で一部が周波数に無関係に熱損失なく分岐、漏洩され、さらにネオジム磁石１１１に加わる前に軟磁性の金属板１２６で高い周波数成分が熱損失をともなって減衰される。
【０１９１】
磁極頭部コア１１２は、非強磁性金属板がハイブリッド構成の一部として積層されることによる１２パーセントほどの飽和磁束密度の低下が平均的に生じても、周方向の両端の部分が大きい傾斜で磁束短絡防止孔１２９、１３０に沿って径方向に深く、断面積が大きくされるため、ｑ軸磁束による磁気飽和が遅くなり、ｑ軸インダクタンスの低下が抑制され、広い運転領域で高い効率を得ることができる。
【０１９２】
電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束が磁極頭部コア１１２に入った後、磁束短絡防止孔１２９、１３０を跨いで漏れる磁束量と、金属板１２６およびネオジム磁石１１１に入る磁束量の比率は、磁束短絡防止孔１２９、１３０の並列の磁気抵抗と、ネオジム磁石１１１を跨ぐ磁気抵抗の比に反比例する。
【０１９３】
実施例２の構成例として、図１３での磁束短絡防止孔１２９、１３０の径方向中心の長さＬを６．０ｍｍ、直交方向の平均間隔Ｄを３．２ｍｍ、ネオジム磁石１１１の外方向磁極面の幅Ｗを３５ｍｍ、第１の磁石埋設用孔１２１の間隔と金属板１２６および軟磁性ばね板１３３の合計の板厚との差分Ｔを６．３ｍｍ、磁極頭部コア１１２の入り口の間隔である磁束短絡防止孔１２９、１３０の最外周部の間隔Ｓ（積層方向の単位長さを乗じて面積）を４０ｍｍとして、間隔Ｓに入る電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束量をΦとする。
Φ×｛（Ｄ／２Ｌ）／（Ｄ／２Ｌ＋Ｔ／Ｗ）｝＝０．６０×Ф＜（２／３）×Ф
を満たし、金属板１２６での減衰を考慮しなくても、ネオジム磁石１１１に加わる磁束量が磁極頭部コア１１２の入り口の間隔Ｓに加わる磁束量の３分の２より小さくなる。
【０１９４】
ジスプロシウム含有率が８ｗｔ％から１０ｗｔ％のネオジム磁石が使用されている図１６の従来例のネオジム磁石２での磁束密度に較べて、ネオジム磁石１１１での磁束密度は３分の２より小さくなる。ネオジム磁石１１１の温度上昇が大きく抑制されることからも、ジスプロシウム含有率が５ｗｔ％より低いネオジム磁石を、ハイブリッド自動車などの埋込磁石同期電動機に用いる可能性に導く。ただし、入り口の間隔Ｓが回転軸の中心となす磁石開き角、ネオジム磁石の厚さ、および回転子の径は近似するものとする。また、図１６の従来例の磁束短絡防止孔３にはネオジム磁石２の端部に入る逆極性磁場にともなう磁束が漏れるとする。
【０１９５】
実施例２のように、ハイブリッド構成の回転子を用いて耐遠心力強度を持たせることで高回転速度でも磁極頭部コアを大きくでき、ネオジム磁石を深く埋め込むことができる。径方向に長くされる磁束短絡防止孔で電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束を周波数に無関係に熱損失なく分岐、漏洩してネオジム磁石に加わる逆極性磁場を低減する。非対称な熱伝導を行う金属板がネオジム磁石の外方向磁極面に配置され、高い周波数成分の逆極性磁場を熱損失で減衰させて、ネオジム磁石に加わる前に逆極性磁場をさらに小さくする。金属板で生じる熱は磁極頭部コア側に多く非対称に熱伝導されることで、ネオジム磁石の温度上昇が抑制される。必要に応じて、耐遠心力強度の向上により大きくできる磁極頭部コアに設けられた貫通孔と回転子の内側で熱交換部を介した空気循環がなされることで、ネオジム磁石の温度上昇が抑制される。大きい耐遠心力強度に基づいた複数の手段によって、ジスプロシウム含有率が５ｗｔ％より低いネオジム磁石をハイブリッド自動車などの高回転速度用途の埋込磁石同期電動機の回転子に用いることができる。さらに、結晶粒微細化や粒界面制御などで保磁力Ｈｃｊが向上されたネオジム磁石を用いることで、ジスプロシウムを含まないネオジム磁石を用いることも可能になる。
【実施例３】
【０１９６】
本発明の埋込磁石同期電動機の回転子の実施例３を、図１５の一部拡大した積層方向の端面で示す。実施例１とは、磁束短絡防止孔の位置が異なり、固定子は集中巻きの構成で示されている。磁性鋼板１５５の磁気的短絡を一部で断つための磁束短絡防止孔１５１、１５２が、ネオジム磁石１５３、１５４が挿入される磁性鋼板１５５の第１の磁石埋設用孔１５６、１５７の第１の外周側端部１６４、１６５から連続するブリッジ部１６８、１６９から回転子１５８の外周まで径方向に延長されて形成される。
【０１９７】
積層された磁性鋼板１５５に隠されて、内周と外周が磁性鋼板１５５と共通にされた非強磁性金属板１５９は、外周から幅広で大きい引張強度を有する円環状の構成にされる。また、第１の磁石埋設用孔１５６、１５７と重なる第２の磁石埋設用孔１６０、１６１が設けられる。さらに、第２の磁石埋設用孔１６０、１６１の第２の外周側端部１６２、１６３が、第１の磁石埋設用孔１５６、１５７の第１の外周側端部１６４、１６５より回転軸の位置する中心方向に突出され、屈曲成形された軟磁性の金属板１６６、１６７を間に介して、遠心力の作用するネオジム磁石１５３、１５４を保持する構成と効果は、実施例１と同じである。
【０１９８】
電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束が磁極頭部コア１７０に入った後、磁束短絡防止孔１５１、１５２を跨いで漏れる磁束量と、金属板１６６、１６７およびネオジム磁石１５３、１５４に入る磁束量の比率は、磁束短絡防止孔１５１、１５２の並列の磁気抵抗と、ネオジム磁石１５３、１５４を跨ぐ磁気抵抗の比に反比例する。
【０１９９】
ブリッジ部１６８、１６９から外周までの磁束短絡防止孔１５１、１５２の径方向中心の長さＬを６．０ｍｍ、直交方向の平均間隔Ｄを３．２ｍｍ、ネオジム磁石１５３、１５４の外方向磁極面の合計の幅Ｗを３７ｍｍ、第１の磁石埋設用孔１５６、１５７の間隔と金属板１６６、１６７、および軟磁性ばね板１７２、１７３の合計の板厚との差分Ｔを６．３ｍｍ、磁束短絡防止孔１５１、１５２の最外周部の間隔Ｓ（積層方向の単位長さを乗じて面積）を４０ｍｍとし、磁極頭部コア１７０の入り口の間隔Ｓに入る電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束量をΦとする。
Φ×｛（Ｄ／２Ｌ）／（Ｄ／２Ｌ＋Ｔ／Ｗ）｝＝０．６１×Φ＜（２／３）×Φ
を満たし、金属板１６６、１６７での減衰を考慮しなくても、ネオジム磁石１５３、１５４に加わる磁束量が磁極頭部コア１７０の入り口の間隔Ｓに加わる磁束量の３分の２より小さくなる。
【０２００】
ジスプロシウム含有率が８ｗｔ％から１０ｗｔ％のネオジム磁石が使用されている図１６の従来例のネオジム磁石２での磁束密度に較べて、ネオジム磁石１５３、１５４での磁束密度は３分の２より小さくなる。ネオジム磁石１５３、１５４の温度上昇が抑制されることからも、ジスプロシウム含有率が５ｗｔ％より低いネオジム磁石を、ハイブリッド自動車などの埋込磁石同期電動機に用いる可能性に導く。ただし、入り口の間隔Ｓが回転軸の中心となす磁石開き角、ネオジム磁石の厚さ、および回転子の径は近似するものとする。
【０２０１】
実施例３のように、ハイブリッド積層構成の回転子を用いて耐遠心力強度を持たせることで、高回転速度でも磁極頭部コアを大きくでき、ネオジム磁石を深く埋め込むことができる。必然的に径方向に長くされる磁束短絡防止孔で電機子電流による逆極性磁場にともなう磁束が周波数に無関係に熱損失なく分岐、漏洩して、ネオジム磁石に加わる逆極性磁場を低減する。非対称な熱伝導を行う金属板がネオジム磁石の外方向磁極面に配置され、高い周波数成分の逆極性磁場を熱損失で減衰させて、ネオジム磁石に加わる前の逆極性磁場をさらに小さくする。また、金属板で生じる熱は磁極頭部コアに多く非対称に熱伝導され、耐遠心力強度向上で大きくできる磁極頭部コアに設けられる貫通孔と回転子の内側で熱交換部を介して空気循環することでネオジム磁石での温度上昇がさらに抑制される。耐遠心力強度を有することに基づいた複数の手段によって、ジスプロシウム含有率が５ｗｔ％より低いネオジム磁石をハイブリッド自動車などの高回転速度用途の埋込磁石同期電動機の回転子に用いることができる。さらに、結晶粒微細化や粒界面制御などで保磁力Ｈｃｊが向上されたネオジム磁石を用いることで、ジスプロシウムを含まないネオジム磁石を用いることも可能になる。
【産業上の利用可能性】
【０２０２】
逆極性磁場と温度上昇の抑制で、ジスプロシウム含有率の低いネオジム磁石を搭載した埋込磁石同期電動機をハイブリッド自動車用途などに提供する。
【０２０３】
鉄損の低減とｑ軸インダクタンス低下の抑制で、高効率な運転領域の広い埋込磁石同期電動機を提供する。
【０２０４】
ジスプロシウム含有率の低減と温度上昇の抑制で、マグネットトルクを大きめに維持できる埋込磁石同期電動機を提供する。
【０２０５】
非強磁性金属板の積層厚比率を大きくすることで、高回転速度用途の埋込磁石同期電動機を提供できる。
【符号の説明】
【０２０６】
１１、１１７、１５８    回転子
１２、１１４、１３５、１３７、１５５    磁性鋼板
１３、１１５、１３６、１３８、１５９    非強磁性金属板
１４、１０２、１１６    回転子ハブ
１５、１２０    固定子
１６、５０、５１、１１９    固定子歯
１７、１２０    エアギャップ
１８、１９、１２１、１５６、１５７    第１の磁石埋設用孔
２０、２１、１２２、１６０、１６１    第２の磁石埋設用孔
２２、２３、１１１、１５３、１５４    ネオジム磁石
２４、２５、１２９、１３０、１５１、１５２    磁束短絡防止孔
２６、２７、１３１、１３２、１６８，１６９    ブリッジ部
２８、１１２、１７０    磁極頭部コア
２９    第１の径方向ブリッジ部
３０、１７１    貫通孔
３１、１１３、１７４    回転子コア
３２、３３、１２３、１６２、１６３    第２の外周側端部
３４、３５、１２５、１６４、１６５    第１の外周側端部
３６、３７、７８、８５、８６、１６６、１６７    金属板
３８、３９、１３４    第１の内周側端部
４０、４１、１３３、１５３、１５４、１７２、１７３    軟磁性ばね板
４２    第２の径方向ブリッジ部
４７、６７    キー
４８    キー溝
４９    回転軸
５２、５３、１４１、１４２、１４３、１４４    磁極間コア
５４、１４０、１４６    バックコア
６８    嵌合部
６９    逃げ孔
７２、７９、８３    山部
７３、８０、８４    谷部
７７    スリット部
８１    片持ち弾性部
８７、９４    エンドプレート
８８    円環状リング
９０、９２    開口部
９１、９３    空気取入れ部
９７、１０９    ケース
９８、１０５    フィン
９９、１０８    熱交換部
１０３    還流孔
１０７    油路
１１０    外フィン
【図１】
2014087075.tif 000003
【図２】
2014087075.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014087075.tif 000009
【図８】
2014087075.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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