(57)【要約】【課題】高速回転時の遠心力によって発生する応力を低減することができるとともに磁気特性に優れた永久磁石埋め込み型回転子を提供する。【解決手段】この発明に係る永久磁石埋め込み型回転子は、永久磁石１０３を埋め込む複数の磁石挿入穴１０４と、軸穴１１５とを備え、磁石挿入穴１０４はが略コの字状で、磁石挿入穴１０４の両端は内側に屈曲して永久磁石１０３が存在しない周方向端部が円弧状の空気領域１０４ａを形成し、空気領域１０４ａは、永久磁石１０３の外周側表面よりも軸穴１１５側に配置するように構成されるとともに、永久磁石１０３の内周側表面よりも軸穴１１５側に延びるように形成され、回転子鉄心１１０は、極間部１１２の磁路の径方向寸法が所定値より小さくなるように構成されるとともに、極間部１１２に位置する空気領域１０４ａの円弧の半径を、極間部１１２以外における空気領域１０４ａの円弧の半径よりも大きくしたものである。【選択図】図２６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁鋼板を積層して形成される回転子鉄心と、
前記回転子鉄心の外周部に沿って設けられ、永久磁石を埋め込む複数の磁石挿入穴と、
前記回転子鉄心の略中心部に設けられる軸穴とを備え、１極を構成する前記永久磁石を複数に分割して、前記磁石挿入穴に埋め込むものであって、
前記磁石挿入穴は、全体が略コの字状であり、該磁石挿入穴の両端は内側に屈曲して前記永久磁石が存在しない周方向端部が円弧状の空気領域を形成し、
前記空気領域は、前記永久磁石の外周側表面よりも前記軸穴側に配置するように構成されるとともに、前記永久磁石の内周側表面よりも前記軸穴側に延びるように形成され、
前記回転子鉄心は、極間部の磁路の径方向寸法が所定値より小さくなるように構成されるとともに、前記極間部に位置する前記空気領域の円弧の半径を、該極間部以外における前記空気領域の円弧の半径よりも大きくしたことを特徴とする永久磁石埋め込み型回転子。
【請求項２】
前記回転子鉄心は、前記極間部付近の外周部を切り欠くことにより、前記極間部の磁路の径方向寸法を所定値より小さくなるように構成されることを特徴とする請求項１又は請求項１記載の永久磁石埋め込み型回転子。
【請求項３】
前記回転子鉄心は、前記磁石挿入穴の前記極間部側の端部を前記回転子鉄心の外周部に近づけることにより、前記極間部の磁路の径方向寸法を所定値より小さくなるように構成されることを特徴とする請求項１記載の永久磁石埋め込み型回転子。
【請求項４】
前記空気領域の周方向端部の円弧は、前記磁石挿入穴の外周側の直線部に接する円の一部であり、前記円弧の半径を前記磁石挿入穴の外周側の前記直線部の長さを一定として変化させ、磁石挿入穴間薄肉部の所定の周方向幅が確保される範囲内で大きくしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の永久磁石埋め込み型回転子。
【請求項５】
前記磁石挿入穴に、前記永久磁石の周方向の端部を固定する磁石固定部を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の永久磁石埋め込み型回転子。
【請求項６】
前記空気領域に接着剤もしくは樹脂等を充填して前記永久磁を固定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の永久磁石埋め込み型回転子。
【請求項７】
前記永久磁石は、希土類磁石で構成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の永久磁石埋め込み型回転子。
【請求項８】
前記回転子鉄心は、電磁鋼板の夫々に接着剤を塗布した後、接着にて固定して積層されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の永久磁石埋め込み型回転子。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の永久磁石埋め込み型回転子を搭載したことを特徴とする掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、掃除機等に使用され、高速回転を行う永久磁石埋め込み型ロータに関する。また、その永久磁石埋め込み型回転子を搭載した掃除機に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁石埋め込み式回転子では、磁極間の漏れ磁束を低減するために、回転子の磁極間外周部の磁路を狭く設計する方法が従来より用いられている。この際、高速回転するモータ（電動）では、磁石に作用する遠心力による磁石挿入穴外周薄肉部の機械的強度が課題となる。
【０００３】
従来、永久磁石式リラクタンス型回転電機の組立時における永久磁石の挿入を容易にし、製造の機械化を可能とする。また永久磁石を固定する接着剤が劣化した場合においても、永久磁石式リラクタンス型回転電機の中の永久磁石の飛散及び回転子の破損の恐れをなくし、高出力化、高効率化、高速化、高信頼性を図るため、永久磁石埋め込み穴に永久磁石位置決め用突起を設けることにより、永久磁石を支持するようにした。また回転子鉄心内の薄肉部の形状を最適化することにより、永久磁石より発生する磁束の漏れを低減し、かつ応力の集中する薄肉部の強度を確保するようにした永久磁石式リラクタンス型回転電機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、ロータ（回転子）の機械的強度の確保と、漏れ磁束の抑制との両立を図るために、ステータ（固定子）とロータとを有するモータであって、ロータは、回転軸と、複数の磁極を有し、各磁極に対応する位置にスロットが形成されたヨークと、各スロットに挿入された永久磁石とを備えてなり、ヨークは、スロットの両端部にブリッジを有し、このブリッジの厚さが、ロータの回転中心側から外周へ向けて連続的または段階的に減少していることを特徴とするモータが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３３９９１９号公報
【特許文献２】特開平９−２２４３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、高速回転時には永久磁石より外周側の空気孔と回転子鉄心外周との間の薄肉部に大きな応力集中が生じる。そのため、薄肉部の径方向幅を遠心力に耐えるように大きく設計する必要があり、その場合、極間の磁束漏れが大きくなり回転電機特性の低下をもたらすという課題があった。
【０００７】
また、上記特許文献２に記載されたモータでも、回転子の回転速度が１万ｒｐｍ（回転数／分）を超えるような超高速回転では十分な機械的強度が得られない場合がある。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、高速回転時の遠心力によって発生する応力を低減することができるとともに磁気特性に優れた永久磁石埋め込み型回転子及び掃除機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る永久磁石埋め込み型回転子は、
電磁鋼板を積層して形成される回転子鉄心と、
回転子鉄心の外周部に沿って設けられ、永久磁石を埋め込む複数の磁石挿入穴と、
回転子鉄心の略中心部に設けられる軸穴とを備え、１極を構成する前記永久磁石を複数に分割して、前記磁石挿入穴に埋め込むものであって、
磁石挿入穴は、全体が略コの字状であり、磁石挿入穴の両端は内側に屈曲して永久磁石が存在しない周方向端部が円弧状の空気領域を形成し、
空気領域は、永久磁石の外周側表面よりも軸穴側に配置するように構成されるとともに、永久磁石の内周側表面よりも軸穴側に延びるように形成され、
回転子鉄心は、極間部の磁路の径方向寸法が所定値より小さくなるように構成されるとともに、極間部に位置する空気領域の円弧の半径を、極間部以外における空気領域の円弧の半径よりも大きくしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る永久磁石埋め込み型回転子は、回転子鉄心が、極間部の磁路の径方向寸法が所定値より小さくなるように構成されるとともに、極間部に位置する空気領域の円弧の半径を、極間部以外における空気領域の円弧の半径よりも大きくしたことにより、高速回転時の遠心力によって発生する応力を低減することができるとともに磁気特性に優れた永久磁石埋め込み型回転子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１を示す図で、ブラシレスＤＣモータ１００の横断面図。
【図２】実施の形態１を示す図で、ブラシレスＤＣモータ１００の縦断面図。
【図３】実施の形態１を示す図で、永久磁石埋め込み型回転子である回転子１の横断面図。
【図４】実施の形態１を示す図で、空気領域４ａが永久磁石外周側表面３ａよりも外側にある仕様１（ａ）と内側にある仕様２（ｂ）との回転子１を示す断面図。
【図５】実施の形態１を示す図で、仕様１（図４（ａ））の回転時における応力解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）。
【図６】実施の形態１を示す図で、仕様２（図４（ｂ））の回転時における応力解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）。
【図７】実施の形態１を示す図で、仕様１（ａ）を基準にして最大応力を比較した結果を表で示す図。
【図８】実施の形態１を示す図で、空気領域４ａの周方向端部の円弧４ｂの半径を磁石挿入穴４の外周側の直線部４ｃの長さを一定として変化させた仕様３（ａ）と仕様４（ｂ）との回転子１を示す横断面図。
【図９】実施の形態１を示す図で、仕様３（図８（ａ））の回転時における応力解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）。
【図１０】実施の形態１を示す図で、仕様４（図８（ｂ））の回転時における応力解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）。
【図１１】実施の形態１を示す図で、仕様２（図４（ｂ））を基準にして最大応力を比較した結果を表で示す図。
【図１２】実施の形態１を示す図で、ブラシレスＤＣモータ１００の固定子２及び回転子１の磁束線の分布を示す図。
【図１３】実施の形態１を示す図で、４個の磁石挿入穴４を有する回転子１の横断面図。
【図１４】実施の形態１を示す図で、回転子１が２極で構成される場合に２枚の永久磁石３で構成した従来の回転子１と、１極を３枚の永久磁石３に分割して６枚の永久磁石３で構成し且つ本実施の形態の形状で構成した回転子１を示す横断面図。
【図１５】従来の回転子１の回転時における応力解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）。
【図１６】実施の形態１を示す図で、従来の回転子１を基準にして最大応力を比較した結果を表で示す図。
【図１７】実施の形態１を示す図で、磁石挿入穴４に永久磁石３の固定用の磁石固定部４ｄを設けた回転子１の横断面図。
【図１８】実施の形態１を示す図で、磁石挿入穴４の空気領域４ａに接着剤もしくは樹脂を流し込み永久磁石３を固定した回転子１の横断面図。
【図１９】実施の形態２を示す図で、極間部１２に空気孔１６を設けた回転子１の横断面図（（ａ）は空気孔１６が円で永久磁石３が４個で４極の例、（ｂ）は空気孔１６が円で永久磁石３が６個で２極の例、（ｃ）は空気孔１６が略三角形で永久磁石３が４個で４極の例）。
【図２０】実施の形態２を示す図で、極間部１２の外周部に窪み１７を設けた回転子１の横断面図。
【図２１】実施の形態２を示す図で、極間部１２の外周部付近にカシメ１８（ａ）もしくはリベット１９（ｂ）を設けた回転子１を示す横断面図。
【図２２】実施の形態３を示す図で、回転子１の横断面図（（ａ）は永久磁石３を２分割した２極の回転子１で空気孔１６を用いる回転子１の横断面図、（ｂ）は永久磁石３を３分割した２極の回転子１で空気孔１６を用いる回転子１の横断面図、（ｃ）は永久磁石３を２分割した２極の回転子１でカシメ１８を用いる回転子１の横断面図、（ｄ）は永久磁石３を２分割した２極の回転子１で軸位置決め用キー溝１５ａを用いる回転子１の横断面図）。
【図２３】実施の形態４を示す図で、永久磁石外周側表面３ａの外側にスリット２１を設けた回転子１の横断面図。
【図２４】実施の形態５を示す図で、ブラシレスＤＣモータ２００の横断面図。
【図２５】実施の形態５を示す図で、ブラシレスＤＣモータ２００の縦断面図。
【図２６】実施の形態５を示す図で、回転子１０１の断面図。
【図２７】実施の形態５を示す図で、回転子鉄心１１０の平面図。
【図２８】実施の形態５を示す図で、円弧１０４ｂの半径が小さい回転子の応力解析結果を示す図。
【図２９】実施の形態５を示す図で、図２８と同じ磁石量（肉厚も同じ）で円弧１０４ｂの半径を大きくした回転子の応力解析結果を示す図。
【図３０】実施の形態５を示す図で、図１に示すブラシレスＤＣモータ１００の無負荷時の磁束線図。
【図３１】実施の形態５を示す図で、ブラシレスＤＣモータ２００の無負荷時の磁束線図。
【図３２】実施の形態５を示す図で、極間部１１２を直線状にカットし極間外周部を狭くした回転子の応力解析結果を示す図。
【図３３】実施の形態５を示す図で、図３２に対して極間部１１２の円弧１０４ｂの半径を大きくした回転子の応力解析結果を示す図。
【図３４】実施の形態５を示す図で、変形例１の回転子２０１の断面図。
【図３５】実施の形態５を示す図で、変形例２の回転子３０１の断面図。
【図３６】実施の形態５を示す図で、磁石挿入穴１０４の空気領域１０４ａに接着剤もしくは樹脂を流し込み永久磁石１０３を固定した回転子１０１の横断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１乃至図１８は実施の形態１を示す図で、図１はブラシレスＤＣモータ１００の横断面図、図２はブラシレスＤＣモータ１００の縦断面図、図３は永久磁石埋め込み型回転子である回転子１の横断面図、図４は空気領域４ａが永久磁石外周側表面３ａよりも外側にある仕様１（ａ）と内側にある仕様２（ｂ）との回転子１を示す断面図、図５は仕様１（
図４（ａ））の回転時における応力解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）、図６は仕様２（図４（ｂ））の回転時における応力解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）、図７は仕様１（ａ）を基準にして最大応力を比較した結果を表で示す図、図８は空気領域４ａの周方向端部の円弧４ｂの半径を磁石挿入穴４の外周側の直線部４ｃの長さを一定として変化させた仕様３（ａ）と仕様４（ｂ）との回転子１を示す横断面図、図９は仕様３（図８（ａ））の回転時における応力解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）、図１０は仕様４（図８（ｂ））の回転時における応力解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）、図１１は仕様２（図４（ｂ））を基準にして最大応力を比較した結果を表で示す図、図１２はブラシレスＤＣモータ１００の固定子２及び回転子１の磁束線の分布を示す図、図１３は４個の磁石挿入穴４を有する回転子１の横断面図、図１４は回転子１が２極で構成される場合に２枚の永久磁石３で構成した従来の回転子１と、１極を３枚の永久磁石３に分割して６枚の永久磁石３で構成し且つ本実施の形態の形状で構成した回転子１を示す横断面図、図１５は従来の回転子１の回転時における応力解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）、図１６は従来の回転子１を基準にして最大応力を比較した結果を表で示す図、図１７は磁石挿入穴４に永久磁石３の固定用の磁石固定部４ｄを設けた回転子１の横断面図、図１８は磁石挿入穴４の空気領域４ａに接着剤もしくは樹脂を流し込み永久磁石３を固定した回転子１の横断面図である。
【００１３】
図１、図２により、ブラシレスＤＣモータ１００の構成を説明する。
【００１４】
ブラシレスＤＣモータ１００は、固定子２と、永久磁石埋め込み型回転子である回転子１とを備える。
【００１５】
固定子２は、周方向に略等間隔に配置される３個のティース６が、リング状のコアバック８の内側に形成される固定子鉄心５と、各ティース６に施される巻線７とを備える。
【００１６】
ティース６は、コアバック８側から内側に向かって略平行の形状を有している。ティース６の先端部６ａ（内径側）は、両サイドが周方向に広がるような円弧状をなしている。但し、円弧状でなくてもよく、例えば、直線状でもよい。
【００１７】
夫々のティース６には、集中巻方式の巻線７が施される。巻線７には、銅線に絶縁被覆が施されたマグネットワイヤが用いられる。
【００１８】
３個の集中巻方式の巻線７により、三相の巻線（例えば、三相Ｙ結線の巻線）が形成される。
【００１９】
固定子鉄心５は、厚さ０．１〜０．７ｍｍ程度の薄い電磁鋼板を一枚一枚打ち抜いて所定の枚数を積層することで構成される。一例では、０．２７ｍｍの電磁鋼板を用いている。
【００２０】
固定子鉄心５の外径は、一例では４０ｍｍ程度である。
【００２１】
回転子１は、回転子鉄心１０と、回転子鉄心１０の６個の磁石挿入穴４に挿入される平板状の６個の永久磁石３と、回転軸９とを備える。詳細は後述するが、６個の永久磁石３で２極の回転子１を構成する。
【００２２】
回転子鉄心１０も、固定子鉄心１と同様、厚さ０．１〜０．７ｍｍ程度の薄い電磁鋼板を一枚一枚打ち抜いて所定の枚数を積層することで構成される。一例では、０．２７ｍｍの電磁鋼板を用いている。
【００２３】
回転子鉄心１０の外径は、一例では２０ｍｍである。
【００２４】
回転子１と固定子２との間の空隙１１は、例えば、径方向幅が０．３〜１．０ｍｍ程度であり、一例では、０．５ｍｍである。
【００２５】
図３は永久磁石埋め込み型回転子である回転子１を示す。回転子鉄心１０には、永久磁石３を埋め込むための磁石挿入穴４が設けられている。本実施の形態では、６箇所に磁石挿入穴４があり、６枚の平板状の永久磁石３が埋め込まれている。詳細は後述するが、永久磁石３は、磁力の強い希土類永久磁石が好ましい。但し、他のフェライト磁石等でもよい。
【００２６】
厚さ０．１〜０．７ｍｍ程度の薄い電磁鋼板の積層方法については、本実施の形態では、電磁鋼板の夫々に接着剤を塗布した後、積層し接着にて固定している。但し、カシメ及びリベット等で固定しても良い。
【００２７】
磁石挿入穴４は、平板状の永久磁石３の形状と同一形状ではなく、全体が略コの字状である。そして、磁石挿入穴４の両端は、内側に屈曲している。この屈曲した部分には、永久磁石３は存在せず、ここは空気領域４ａになっている。
【００２８】
永久磁石３の周方向端部に隣接して存在する空気領域４ａは、電磁鋼板よりも透磁率が低いため磁束が通りにくく、磁束の通る磁路を制御する役割を有する。
【００２９】
永久磁石３の側部（周方向）に関して、通常は異なる極性の永久磁石３間には空気領域４ａを広く取り、極間部１２の磁路を狭くすることにより，磁束の短絡を低減し、ブラシレスＤＣモータ１００の磁気特性を向上させるよう設計される。回転子１の中心に、回転子１の回転力を伝達する回転軸９と嵌合する軸穴１５が設けられている。
【００３０】
本実施の形態では、回転子１は永久磁石埋め込み型であり、磁石挿入穴４の周方向端部の空気領域４ａの端部の形状が円弧４ｂとなるように構成する。この円弧４ｂは、磁石挿入穴４の外周側の直線部４ｃに接する円の一部である。
【００３１】
空気領域４ａは、永久磁石外周側表面３ａよりも軸穴１５側に配置するように構成され、かつ、空気領域４ａは、永久磁石内周側表面３ｂよりも軸穴１５側に延びるように構成される。
【００３２】
尚、空気領域４ａの周方向端部の円弧４ｂの半径を、磁石挿入穴４の外周側の直線部４ｃの長さを一定として変化させると、円弧４ｂの半径が大きくなるにつれ、磁石挿入穴間薄肉部１４の周方向幅が狭くなる。後述する理由により、円弧４ｂの半径は大きい程好ましいが、最小限の磁石挿入穴間薄肉部１４の周方向幅が確保される範囲内にする必要がある。
【００３３】
磁石挿入穴間薄肉部１４の最小限の周方向幅は、電磁鋼板の厚さ（０．１〜０．７ｍｍ程）である。回転子１が回転すると磁石挿入穴間薄肉部１４にも、高速回転時の永久磁石３及び磁石挿入穴４の外側の鉄心部分に作用する遠心力が加わるので、それに耐える強度が必要である。また、回転子鉄心１０を所望の形状に打ち抜く際にも、所定値以上の磁石挿入穴間薄肉部１４の周方向幅が必要である。
【００３４】
次に動作について説明する。
このように構成された永久磁石埋め込み型回転子である回転子１では、高速回転時の永
久磁石３及び磁石挿入穴４の外側の鉄心部分に作用する遠心力による応力が、磁石挿入穴４の空気領域４ａの端部（磁石挿入穴間薄肉部１４に連結する根元部分）に集中する。
【００３５】
本実施の形態では、空気領域４ａを永久磁石外周側表面３ａよりも内側に配置しているため、応力集中する空気領域４ａの端部（磁石挿入穴間薄肉部１４に連結する根元部分）における外周肉厚を大きく取ることができ、この部分の強度を高くすることができる。
【００３６】
更に空気領域４ａの端部を円弧４ｂで構成することにより、永久磁石３、及び、磁石挿入穴４の外側の鉄心部分に作用する応力を分散させ、遠心力による強度を向上させることができる。
【００３７】
空気領域４ａの端部の円弧４ｂは、径が大きいほど応力を分散させる効果は大きい。円弧４ｂの径は、永久磁石３の径方向厚さよりも大きく、最小限の磁石挿入穴間薄肉部１４の周方向幅が確保される範囲内になるように設計することが好ましい。磁石挿入穴間薄肉部１４の最小限の周方向幅は、電磁鋼板の厚さ（０．１〜０．７ｍｍ程）である。
【００３８】
図４は空気領域４ａが永久磁石外周側表面３ａよりも外側にある仕様１（ａ）と内側にある仕様２（ｂ）との回転子１を示す断面図である。また、図５は仕様１（図４（ａ））の回転時における応力解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）である。さらに、図６は仕様２（図４（ｂ））の回転時における応力解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）である。回転時における応力解析は、いずれのケースも同一回転数、同一磁石量とした。
【００３９】
図５、図６に示すように、応力の大きさは、色の濃さで表している。色が濃いほど応力は大きく、応力の小さい方からレベル１〜レベル６の６段階で表示している。
【００４０】
図５、図６に示すように、仕様１（図４（ａ））、仕様２（図４（ｂ））は、ともに磁石挿入穴４の端部から外側にかけてと磁石挿入穴間薄肉部１４とに応力集中が見られる。
【００４１】
特に、空気領域４ａの端部（磁石挿入穴間薄肉部１４に連結する根元部分）の応力集中が顕著である。
【００４２】
図７は仕様１（図４（ａ））、仕様２（図４（ｂ））の最大応力を比較した図である。仕様１（図４（ａ））を基準にすると、仕様２（図４（ｂ））は約１１％最大応力が減少している。これは、永久磁石３の側部にある空気領域４ａが永久磁石外周側表面３ａよりも内側にあることの効果である。
【００４３】
図８に空気領域４ａの周方向端部の円弧４ｂの半径を磁石挿入穴４の外周側の直線部４ｃの長さを一定として変化させた仕様３（ａ）と仕様４（ｂ）との回転子１の断面図である。また、図９は仕様３（図８（ａ））の回転時における応力解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）、さらに図１０は仕様４（図８（ｂ））の回転時における応力解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）である。
【００４４】
図６に示すように、仕様２（図４（ｂ））では、空気領域４ａの端部（磁石挿入穴間薄肉部１４に連結する根元部分）でレベル６の応力集中が見られたが、仕様２（図４（ｂ））よりも円弧４ｂの半径が大きくなる仕様３（図８（ａ））では、図９に示すように、空気領域４ａの端部（磁石挿入穴間薄肉部１４に連結する根元部分）でレベル６の応力集中が僅かに認められる程度に低減している。
【００４５】
さらに、円弧４ｂの半径が大きい仕様４（図８（ｂ））では、認められるレベル６の応
力はさらに少なくなる程度に、空気領域４ａの端部の応力が低減している。
【００４６】
図１１は仕様２（図４（ｂ））を基準にして、各仕様の最大応力を比較した表である。図１１からわかるように、仕様３（図８（ａ））は、仕様２（図４（ｂ））に対して最大応力が約１１％減少している。
【００４７】
また、仕様４（図８（ｂ））は、仕様２（図４（ｂ））に対して最大応力が２２％減少している。
【００４８】
このように、空気領域４ａの周方向端部の円弧４ｂの半径を、最小限の磁石挿入穴間薄肉部１４の周方向幅（電磁鋼板の厚さ程度）が確保される範囲内で極力大きくすることにより、高速回転を行う回転子１の強度を大幅に向上し、製品の耐久性、安全性を大幅に向上できる。
【００４９】
また、通常異極間の磁路では、永久磁石３の磁束が短絡し、トルクに寄与するステータ鎖交磁束が低下してしまうので極間の磁路を狭くする構成が好ましい。
【００５０】
図１２に固定子２及び回転子１内の磁束線の分布を示す。図１２に示すように、本実施の形態の回転子１は２極の構成であるが、応力集中を緩和するため、１極の永久磁石３を分割している。図１２の例は、１極の永久磁石３を３分割している。
【００５１】
本実施の形態では、空気領域４ａを永久磁石内周側表面３ｂよりも内側に延びるよう構成しているので、極間の磁束の短絡の原因となる磁石挿入穴間薄肉部１４を、永久磁石３よりも内側の強度の高い部位に配置し、磁石挿入穴間薄肉部１４を狭く設計することができる。そのため、磁気特性に優れた回転子１を構成できる。
【００５２】
なお、遠心力による応力集中を緩和させるために、空気領域４ａ端部の円弧４ｂの半径を大きくとるほど磁石挿入穴間薄肉部１４が狭くなるように設計できるため、強度向上と磁気特性向上の両立を実現できる。
【００５３】
図４、図８からわかるように、仕様２（図４（ｂ））に対し、円弧４ｂの半径の大きい仕様３（図８（ａ））、仕様４（図８（ｂ））は、遠心力による応力が低く、かつ、磁石挿入穴間薄肉部１４が狭くなっており、とくに仕様４（図８（ｂ））は極間の磁束の短絡の少ない磁気特性に優れた構成である。
【００５４】
本実施の形態１は、６枚の永久磁石３で構成されるが、図１３に示すように、４枚の永久磁石３で構成される回転子１にも適用できる。永久磁石３の枚数、サイズ、形状にはよらず、前記と同様の効果が得られる。
【００５５】
特に、遠心力による応力が問題となる場合は、１枚の永久磁石３を分割して１枚あたりの磁石サイズを小さくすることで遠心力を低減し、応力を低減する。しかし、磁石枚数が多い分、一つの極における永久磁石３自身及び永久磁石３同士の磁束の漏れが多くなるため、磁石挿入穴間薄肉部１４を狭く設計できる本実施の形態は有効であるといえる。
【００５６】
図１４は回転子１が２極で構成される場合に２枚の永久磁石３で構成した従来の回転子１と、１極を３枚の永久磁石３に分割して６枚の永久磁石３で構成し且つ本実施の形態の形状で構成した回転子１を示す断面図である。また、図１５は従来の回転子１の回転時における応力解析図（（ａ）は回転子１全体の図、（ｂ）は一部を拡大した図）である。さらに、図１６は従来の回転子１を基準にして最大応力を比較した結果を表で示す図である。
【００５７】
図１６からわかるように、各極の永久磁石３を３分割した仕様４は、従来のものよりも最大応力が７１％低減できている。単に永久磁石３を分割した場合には、各極における永久磁石３自身及び永久磁石３同士の磁束の漏れが多くなるが、本実施の形態（例えば、仕様４）のように円弧４ｂの径が大きく、且つ磁石挿入穴間薄肉部１４が電磁鋼板の厚さと同程度まで狭い構成にすれば、各極における永久磁石３の磁束漏れを抑制でき、回転子１の磁気特性も優れている。
【００５８】
また、実施の形態１は、ロータの遠心力に対する強度を向上させることを目的としているため、既に述べたように、本実施の形態では、電磁鋼板の夫々に接着剤を塗布した後、積層し接着にて固定している。それにより、より強度の高い回転子１を得ることができる。
【００５９】
以上のような回転子１を構成する場合、永久磁石３の周方向へのすべりを抑制するために、図１７に示すように永久磁石３の周方向の端部を固定する磁石固定部４ｄを、磁石挿入穴４に設けるのが好ましい。尚、図１７では、磁石挿入穴４の数は４個のものを示しているが、磁石挿入穴４の数は任意でよい。
【００６０】
また、磁石固定部４ｄがない場合でも、図１８に示すように、空気領域４ａに接着剤もしくは樹脂等を流し込み固めて、永久磁石３の固定を行っても良い。これにより、永久磁石３の磁石挿入穴４内での回転時の変位を抑制するため、より強度の高い回転子１を構成することができる。
【００６１】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、永久磁石３の周方向側部の空気領域４ａの端部を一部円弧４ｂとなるような形状で構成し、空気領域４ａを永久磁石外周側表面３ａよりも内側に配置するよう構成し、且つ空気領域４ａを永久磁石外周側表面３ａよりも内側に延びるように構成し、高速回転時の遠心力を緩和するようにしたものであるが、この場合、強度は高くても、永久磁石３の極間の磁束の漏れが大きく十分な磁気特性を得られない場合がある。このような場合に、回転子１の遠心力に対する強度を保ったまま、極間部１２の磁束の漏れを低減できる実施の形態２について説明する。
【００６２】
図１９乃至図２１は実施の形態２を示す図で、図１９は極間部１２に空気孔１６を設けた回転子１の横断面図（（ａ）は空気孔１６が円で永久磁石３が４個で４極の例、（ｂ）は空気孔１６が円で永久磁石３が６個で２極の例、（ｃ）は空気孔１６が略三角形で永久磁石３が４個で４極の例）、図２０は極間部１２の外周部に窪み１７を設けた回転子１の横断面図、図２１は極間部１２の外周部付近にカシメ１８（ａ）もしくはリベット１９（ｂ）を設けた回転子１を示す横断面図である。
【００６３】
図１９は極間部１２に空気孔１６を設けた回転子１を示す。本実施の形態は、異極間の磁束の漏れを低減させるため、実施の形態１との組合せで、隣り合う永久磁石３が異極である場合に、極間部１２の外周表面付近に空気孔１６を設けた構成をとる。
【００６４】
図８〜図１１に示すように、実施の形態１では高速回転時の遠心力による応力を永久磁石外周側表面３ａより内側の空気領域４ａの円弧４ｂ部で分散させるため、極間部１２の外周部付近の応力は大きく低減している。
【００６５】
図１９に示すよう、極間部１２に円もしくは一部に円弧の形状を持ち略三角形の空気孔１６を設けることにより、応力を大きく増加させることはないが、空気孔１６により極間部１２の磁路が狭く設計できるため、極間部１２の磁束の漏れを低減させ、磁気特性を大
幅に向上させることができる。一つの空気孔１６の代わりに、小さい孔を多数設けることでもよい。
【００６６】
図１９（ａ）に示す例は、永久磁石３を４個使用した４極の回転子１である。この例では、極間部１２が４箇所にあり、夫々に円形の空気孔１６を設けている。
【００６７】
図１９（ｂ）に示す例は、永久磁石３を６個使用した２極の回転子１である。この例では、極間部１２が２箇所にあり、夫々に円形の空気孔１６を設けている。
【００６８】
図１９（ｃ）に示す例は、永久磁石３を４個使用した４極の回転子１である。この例では、極間部１２が４箇所にあり、夫々に略三角形の空気孔１６を設けている。
【００６９】
図２０に示すように、極間部１２に空気孔１６を設ける代わりに、極間部１２の外周部に窪み１７を設けてもよい。この場合も、窪み１７の分だけ極間部１２の磁路が狭くなるため、極間部１２の磁束の漏れを低減させ、磁気特性を大幅に向上させることができる。
【００７０】
また、図２１に示すように、隣り合う永久磁石３が異極である場合に、極間部１２の外周部付近にカシメ１８もしくは、リベット１９を設けても良い。
【００７１】
図２１（ａ）は、永久磁石３を４個使用した４極の回転子１であり、４箇所にある極間部１２の外周部付近にカシメ１８を夫々設けている。
【００７２】
図２１（ｂ）は、永久磁石３を４個使用した４極の回転子１であり、４箇所にある極間部１２の外周部付近にリベット１９を夫々設けている。
【００７３】
カシメ１８やリベット１９は、電磁鋼板の磁気特性を劣化させるため、極間部１２の磁路を狭くしたのと同様の効果を得ることができ、磁気特性を大幅に向上させることができる。同時に電磁鋼板の積層して固定する働きをもち、回転子１の強度向上にも有効である。
【００７４】
空気孔１６、カシメ１８、リベット１９は、夫々を単独に使用する以外に、それらを適宜組み合わせて用いることでもよい。
【００７５】
空気孔１６、カシメ１８、リベット１９は、極間部１２の磁路を狭くして磁束漏れを抑制するように作用するので、これらを総称して、「磁束漏れ抑制部」と呼ぶ。
【００７６】
空気孔１６もしくは窪み１７は、極間部１２の磁束漏れを抑制するとともに、それらの大きさを調節することにより回転子のバランスをとり、高速回転時の遠心力による強度を確保しつつ、振動・騒音を抑制することができる。
【００７７】
尚、空気孔１６、または窪み１７は軸方向に連通させる必要はなく、回転子の重量バランスがとれる範囲で設ければよい。
【００７８】
空気孔１６及び窪み１７は、夫々が同じ形状でなくてもよい。即ち、対称性は問わない。
【００７９】
実施の形態３．
遠心力を分散させるために１つの極の永久磁石３を分割して、１枚あたりの磁石サイズを小さくし、遠心力を低減させることについては、既に述べた。
【００８０】
実施の形態２の方法では、隣り合う永久磁石３が同極の場合には、空気孔１６、窪み１７、カシメ１８、リベット１９等の「磁束漏れ抑制部」は、有効磁束の磁路の妨害となる。そこで、実施の形態３では、隣り合う永久磁石３が異極の場合には、極間部１２の外周部付近に「磁束漏れ抑制部」を設け、隣り合う永久磁石３が同極の場合には、同極間部２０の内側で磁石挿入穴４よりも軸穴１５側に「磁束漏れ抑制部」を設ける構成をとるものである。
【００８１】
図２２は実施の形態３を示す図で、回転子１の横断面図（（ａ）は永久磁石３を２分割した２極の回転子１で空気孔１６を用いる回転子１の横断面図、（ｂ）は永久磁石３を３分割した２極の回転子１で空気孔１６を用いる回転子１の横断面図、（ｃ）は永久磁石３を２分割した２極の回転子１でカシメ１８を用いる回転子１の横断面図、（ｄ）は永久磁石３を２分割した２極の回転子１で軸位置決め用キー溝１５ａを用いる回転子１の横断面図）である。
【００８２】
図２２（ａ）に示す回転子１は、永久磁石３を２分割した２極の回転子１である。極間部１２には外周部付近に円形の空気孔１６が設けられる。また、同極の分割された永久磁石３の間の同極間部２０（２箇所）には、磁石挿入穴４よりも内側に空気孔１６を配置する。これにより、有効磁束の磁路を妨害することを回避できる。
【００８３】
図２２（ｂ）に示す回転子１は、永久磁石３を３分割した２極の回転子１である。極間部１２には外周部付近に空気孔１６が設けられる。また、同極の分割された永久磁石３の間の同極間部２０（４箇所）には、磁石挿入穴４よりも内側に空気孔１６を配置する。これにより、有効磁束の磁路を妨害することを回避できる。
【００８４】
図２２（ｃ）に示す回転子１は、永久磁石３を２分割した２極の回転子１である。極間部１２には外周部付近にカシメ１８が設けられる。また、同極の分割された永久磁石３の間の同極間部２０（２箇所）には、磁石挿入穴４よりも内側にカシメ１８を配置する。これにより、有効磁束の磁路を妨害することを回避できる。
【００８５】
図２２（ｄ）に示す回転子１は、永久磁石３を２分割した２極の回転子１である。極間部１２には外周部付近に円形の空気孔１６が設けられる。また、同極の分割された永久磁石３の間の同極間部２０（２箇所）には、磁石挿入穴４よりも内側に位置する軸穴１５に形成される軸位置決め用キー溝１５ａを配置する。これにより、有効磁束の磁路を妨害することを回避できる。
【００８６】
以上のように、本実施の形態によれば、異極間の磁束の漏れは低減し、同極間の磁束は有効に利用することができ、磁気特性を大幅に向上させることができる。
【００８７】
実施の形態４．
上記実施の形態１〜３のような回転子１よりも、更に強度、磁気特性を向上させる構成を説明する。
【００８８】
図２３は実施の形態４を示す図で、永久磁石外周側表面３ａの外側にスリット２１を設けた回転子１の断面図である。
【００８９】
図２３に示すように、永久磁石３の永久磁石外周側表面３ａの外側にスリット２１を設ける。この例では、長穴状のスリット２１が、一つの永久磁石３に対して４個形成されている。但し、スリット２１の形状、個数はこれに限定されない。
【００９０】
このスリット２１は、回転子１から固定子２へ流れる磁束の高調波成分を低減する効果
を有する。更に、回転子１の外周部の鉄の量を削減させるため、重量低減による遠心力低減効果があり、応力低減に有効である。
【００９１】
実施の形態１〜４は、ブラシレスＤＣモータのトルクに寄与する有効磁束を向上させるので、とくに磁束密度の高くなる希土類磁石を用いた回転子１においてより大きな効果を得ることができる。
【００９２】
実施の形態５．
先ず、本実施の形態の概要について説明する。永久磁石埋め込み型回転子においては、回転時の永久磁石及び磁石挿入穴の外側の鉄心部分に作用する遠心力による応力が、磁石挿入穴の空気領域の端部（円弧部分）に集中する。
【００９３】
このとき、空気領域を永久磁石外周側表面よりも内側に配置すると、応力集中する空気領域の端部（円弧部分）における外周肉厚を大きく取ることができ、この部分の強度を高くすることができる。
【００９４】
更に空気領域の端部を円弧で構成することにより、永久磁石、及び、磁石挿入穴外側の鉄心部分に作用する遠心力による応力を分散させ、遠心力による強度を向上させることができる。
【００９５】
但し、外周肉厚が大きいことは、磁気的には磁束が流れやすいということなので、極間部では磁石間で短絡する磁束が増加し、マグネットトルクを有効に利用することができない。
【００９６】
本実施の形態では、例えば極間部をストレートにカットし、極間部の磁路を狭くすることで、極間部の磁束の短絡を低減し、固定子に鎖交する有効磁束量を増加させている。
【００９７】
通常だと、ここで極間部の外周肉厚を薄くしたことにより、永久磁石、及び、磁石挿入穴の外側の鉄心部分に作用する遠心力による応力集中が大きくなり、局所的な強度の低下をもたらしてしまう。
【００９８】
本実施の形態では、更に、磁石挿入穴の周方向端部の空気領域を構成する円弧を、極間部に位置する円弧の半径が極間部以外の円弧の半径よりも大きくなるように構成することで、極間部の応力集中をより大きな効果で分散し緩和することができる。
【００９９】
磁石挿入穴の周方向端部の空気領域を構成する円弧形状を、極間部に位置する円弧の半径が極間部以外の円弧の半径よりも大きくなるように構成することで、漏れ磁束の多い極間部の磁路を狭くすることを可能としたことが本実施の形態の特徴である。
【０１００】
極間部をストレートにカットすることで、極間部の固定子と回転子の間の空隙が広がり、磁気抵抗が大きくなるため、モータのｑ軸インダクタンスが低下する。モータのインダクタンスを低減でき制御性を向上させることができる。
【０１０１】
以上のように、極間部の磁路を狭くなるよう構成するので、極間部の漏れ磁束が低減し、固定子の鎖交磁束を増加させ、マグネットトルクを増加することができる。これにより、電機子磁束が低減し、銅損を低減した高効率なブラシレスＤＣモータを構成することができる。
【０１０２】
図２４乃至図３６は実施の形態５を示す図で、図２４はブラシレスＤＣモータ２００の横断面図、図２５はブラシレスＤＣモータ２００の縦断面図、図２６は回転子１の断面図
、図２７は回転子鉄心１１０の平面図、図２８は円弧１０４ｂの半径が小さい回転子の応力解析結果を示す図、図２９は図２８と同じ磁石量（肉厚も同じ）で円弧１０４ｂの半径を大きくした回転子の応力解析結果を示す図、図３０は図１に示すブラシレスＤＣモータ１００の無負荷時の磁束線図、図３１はブラシレスＤＣモータ２００の無負荷時の磁束線図、図３２は極間部１１２を直線状にカットし極間外周部を狭くした回転子の応力解析結果を示す図、図３３は図３２に対して極間部１１２の円弧１０４ｂの半径を大きくした回転子の応力解析結果を示す図、図３４は変形例１の回転子２０１の断面図、図３５は変形例２の回転子３０１の断面図、図３６は磁石挿入穴１０４の空気領域１０４ａに接着剤もしくは樹脂を流し込み永久磁石１０３を固定した回転子１０１の横断面図である。
【０１０３】
図２４、図２５により、ブラシレスＤＣモータ２００の構成を説明する。尚、ブラシレスＤＣモータ２００を、単にモータと呼ぶ場合もある。
【０１０４】
ブラシレスＤＣモータ２００は、固定子１０２と、永久磁石埋め込み型回転子である回転子１０１とを備える。
【０１０５】
固定子１０２は、周方向に略等間隔に配置される６個のティース１０６がリング状のコアバック１０８の内側に形成されるとともに、ティース１０６の間にスロット１１３が形成された固定子鉄心１０５と、各スロット１１３に施される分布巻の巻線１０７とを備える。巻線１０７には、銅線に絶縁被覆が施されたマグネットワイヤが用いられる。但し、巻線１０７の巻線方式は、分布巻に限定されない。集中巻でもよい。
【０１０６】
図示はしていないが、巻線１０７とスロット１１３の間に、絶縁材が施される。
【０１０７】
ティース１０６は、コアバック１０８側から内側に向かって略平行に延びている。ティース１０６の先端部１０６ａ（内径側）は、両サイドが周方向に広がるような円弧状をなしている。但し、円弧状でなくてもよく、例えば、直線状でもよい。
【０１０８】
分布巻方式の巻線１０７により、三相の巻線（例えば、三相Ｙ結線の巻線）が形成される。
【０１０９】
固定子鉄心１０５は、厚さ０．１〜０．７ｍｍ程度の薄い電磁鋼板を一枚一枚所定の形状に打ち抜いて所定の枚数を積層することで構成される。一例では、０．２７ｍｍの電磁鋼板を用いている。
【０１１０】
固定子鉄心１０５の外径は、一例では４０ｍｍ程度である。
【０１１１】
回転子１０１は、回転子鉄心１１０と、回転子鉄心１１０の６個の磁石挿入穴１０４に挿入される平板状の６個の永久磁石１０３と、回転子鉄心１１０の軸方向の両端面に設けられ、永久磁石１０３の軸方向の抜けを防止する二枚の端板１２２と、回転子鉄心１１０の略中心部に設けられる回転軸１０９とを備える。詳細は後述するが、６個の永久磁石１０３で２極の回転子１０１を構成する。
【０１１２】
回転子鉄心１１０も、固定子鉄心１０５と同様、厚さ０．１〜０．７ｍｍ程度の薄い電磁鋼板を一枚一枚打ち抜いて所定の枚数を積層することで構成される。一例では、０．２７ｍｍの電磁鋼板を用いている。
【０１１３】
回転子鉄心１１０の外径は、一例では２０ｍｍである。
【０１１４】
回転子１０１と固定子１０２との間の空隙１１１は、例えば、径方向幅が０．３〜１．
０ｍｍ程度であり、一例では、０．５ｍｍである。
【０１１５】
図２６、図２７により、回転子１０１と、回転子鉄心１１０とについて、説明する。
【０１１６】
図２６は永久磁石埋め込み型回転子である回転子１０１を示す。回転子１０１は２極の構成である。１極を構成する永久磁石１０３が、複数に分割されている。ここで示す一例は、１極を構成する永久磁石１０３が、３分割されている。１極を構成する永久磁石１０３を分割することにより、１枚あたりの磁石重量が小さくなり、高速回転時の遠心力により発生する応力を低減することができる。また，磁石を分割することで，磁石の面内に流れる渦電流損を低減し、発熱を抑制し、磁石の信頼性が向上する。
【０１１７】
回転子１０１が２極の構成であり、１極を構成する永久磁石１０３が３分割されているので、回転子１０１全体では、６個の永久磁石１０３が使用される。
【０１１８】
永久磁石１０３の材料は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ（ネオジ、鉄、ホウ素）を主成分とするネオジウム希土類磁石であり、厚さは１〜２ｍｍ程度である。
【０１１９】
回転子鉄心１１０には、６個の永久磁石１０３を埋め込むための６個の磁石挿入穴１０４が設けられる。
【０１２０】
厚さ０．１〜０．７ｍｍ程度の薄い電磁鋼板の積層方法については、本実施の形態では、電磁鋼板の夫々に接着剤を塗布した後、積層し接着にて固定している。但し、カシメ及びリベット等で固定しても良い。
【０１２１】
磁石挿入穴１０４は、平板状の永久磁石１０３の形状と同一形状ではなく、全体が略コの字状である。そして、磁石挿入穴１０４の両端は、内側に屈曲している。この屈曲した部分には、永久磁石１０３は存在せず、ここは空気領域１０４ａになっている。
【０１２２】
永久磁石１０３の周方向端部に隣接して存在する空気領域１０４ａは、電磁鋼板よりも透磁率が低いため磁束が通りにくく、磁束の通る磁路を制御する役割を有する。
【０１２３】
回転子１０１の中心に、回転子１０１の回転力を伝達する回転軸１０９と嵌合する軸穴１１５が設けられている。
【０１２４】
本実施の形態では、回転子１０１は永久磁石埋め込み型であり、磁石挿入穴１０４の周方向端部の空気領域１０４ａの端部の形状が円弧１０４ｂとなるように構成する。この円弧１０４ｂは、磁石挿入穴１０４の外周側の直線部１０４ｃに接する円の一部である。
【０１２５】
空気領域１０４ａは、永久磁石外周側表面１０３ａよりも軸穴１１５側に配置するように構成され、かつ、空気領域１０４ａは、永久磁石内周側表面１０３ｂよりも軸穴１１５側に延びるように構成される。
【０１２６】
尚、空気領域１０４ａの周方向端部の円弧１０４ｂの半径を、磁石挿入穴１０４の外周側の直線部１０４ｃの長さを一定として変化させると、円弧１０４ｂの半径が大きくなるにつれ、磁石挿入穴間薄肉部１１４の周方向幅が狭くなる。円弧１０４ｂの半径は大きい程好ましいが、最小限の磁石挿入穴間薄肉部１１４の周方向幅が確保される範囲内にする必要がある。磁石挿入穴間薄肉部１１４の最小限の周方向幅は、電磁鋼板の厚さ（０．１〜０．７ｍｍ程）である。
【０１２７】
本実施の形態の回転子１０１は、外周が円ではなく、極間部１１２における回転子鉄心
１１０の外周が略直線状にカット（切り欠く）されている。この部分を、切り欠き部１２３とする。
【０１２８】
直線状（ストレート）でなくても極間部１１２の外周を窪ませても同様の効果がある。
【０１２９】
そのため、極間部１１２における磁路は、極における磁路よりも狭くなっている。
【０１３０】
即ち、ここで、
Ｌ１＝極における磁路の径方向寸法の最小値
Ｌ２＝極間部１１２における磁路の径方向寸法の最小値
とすると、
Ｌ１＞Ｌ２
の関係となる。
【０１３１】
また、極間部１１２における円弧１０４ｂの半径は、極における円弧１０４ｂの半径よりも大きい。
【０１３２】
即ち、ここで、
Ｒ１＝極における円弧１０４ｂの半径
Ｒ２＝極間部１１２における円弧１０４ｂの半径
とすると、
Ｒ１＜Ｒ２
の関係となる。
【０１３３】
極間部１１２における磁路（回転子鉄心１１０の外周部における磁路）が、極における磁路よりも狭くなっているので、例えば、図１に示すブラシレスＤＣモータ１００に比べて極間部１１２における漏れ磁束（短絡磁束）が減少する。そのため、トルクに寄与する磁束（ステータ鎖交磁束）が増加する。
【０１３４】
また、極間部１１２における回転子鉄心１１０の外周部を切り欠くことで、空隙１１１が大きくなり、インダクタンス（ｑ軸インダクタンス）が低減して、ブラシレスＤＣモータ２００の制御性が向上する。
【０１３５】
但し、極間部１１２における回転子鉄心１１０の外周部を切り欠いて、極間部１１２における磁路（回転子鉄心１１０の外周部における磁路）を狭くすると、高速回転時の永久磁石１０３及び磁石挿入穴１０４の外側の鉄心部分に作用する遠心力により、極間部１１２における磁石挿入穴１０４の空気領域１０４ａの端部（磁石挿入穴間薄肉部１１４に連結する根元部分、図２６のＸ付近）に集中する応力が局所的に大きくなる。
【０１３６】
そこで、極間部１１２における円弧１０４ｂの半径Ｒ１を、極における円弧１０４ｂの半径Ｒ２よりも大きくすることにより、極間部１１２における磁石挿入穴１０４の空気領域１０４ａの端部（磁石挿入穴間薄肉部１１４に連結する根元部分、図２６のＸ付近）に集中する局所的な応力を緩和することができる。
【０１３７】
次に、以下の構成要件と、磁石挿入穴１０４の空気領域１０４ａの端部（磁石挿入穴間薄肉部１１４に連結する根元部分）に集中する局所的な応力との関係を応力解析の結果を用いて説明する。
（１）円弧１０４ｂの半径；
（２）極間部１１２における磁路を、極における磁路よりも狭くする（即ち、Ｌ１＞Ｌ２）；
（３）極間部１１２における円弧１０４ｂの半径Ｒ２を、極における円弧１０４ｂの半径Ｒ１より大きくする。
【０１３８】
図２８は、本実施の形態５のブラシレスＤＣモータ２００よりも磁石挿入穴１０４の空気領域１０４ａにおける円弧１０４ｂの半径が小さい場合の応力解析結果を示している。応力の大小は、色の濃さで表わしている。色の濃い方が、応力が大きい。応力の最も小さい部分をレベル１とし、応力の最も大きい部分をレベル６とし、その間は応力に応じて、小さい方から順次レベル２〜レベル５で表わしている。
【０１３９】
この場合の空気領域１０４ａは、永久磁石外周側表面１０３ａよりも軸穴１１５側に配置するように構成されるが、空気領域１０４ａは、永久磁石内周側表面１０３ｂより軸穴１１５側に延びていない。空気領域１０４ａは、永久磁石内周側表面１０３ｂより外側に位置する。
【０１４０】
図に示すように、応力は、磁石挿入穴１０４の空気領域１０４ａの端部（磁石挿入穴間薄肉部１１４に連結する根元部分）に集中する。レベル６の箇所が若干ある。
【０１４１】
図２９は、図２８と同じ磁石量（肉厚も同じ）、同じ回転数で円弧１０４ｂの半径を大きくした回転子の応力解析結果を示している。
【０１４２】
空気領域１０４ａは、永久磁石外周側表面１０３ａよりも軸穴１１５側に配置するように構成され、且つ、空気領域１０４ａは、永久磁石内周側表面１０３ｂよりも軸穴１１５側に延びるように構成される。要するに、図１のブラシレスＤＣモータ１００の構成である。
【０１４３】
図に示すように、図２８に比べて、空気領域１０４ａの円弧１０４ｂの半径を大きくし、空気領域１０４ａが永久磁石内周側表面１０３ｂよりも軸穴１１５側に延びるように構成することにより、磁石挿入穴１０４の空気領域１０４ａの端部（磁石挿入穴間薄肉部１１４に連結する根元部分）に集中する応力は、レベル３〜４程度まで小さくなる。
【０１４４】
しかしながら、図３０に示すように、図１のブラシレスＤＣモータ１００は、極間部１１２における漏れ磁束が多く、トルクに寄与する有効磁束が十分とは言えない。
【０１４５】
図３０は、実施の形態１におけるブラシレスＤＣモータ１００（図１）の無負荷時の磁束線図であり、図１のブラシレスＤＣモータ１００は、極間部１１２の磁路が広いために、極間部１１２の漏れ磁束（短絡磁束）が多いことを示している。
【０１４６】
そこで、極間部１１２の磁路を狭くするために、例えば、図３１に示すように、図１のブラシレスＤＣモータ１００における回転子１の極間部１１２付近の外周をカットして、切り欠き部１２３を設けると、極間部１１２の漏れ磁束が減少し、トルクに寄与する有効磁束（ステータ鎖交磁束）が増加する。
【０１４７】
しかし、図１のブラシレスＤＣモータ１００における回転子１の極間部１１２付近の外周をカットして、切り欠き部１２３を設けると、極間部１１２の鉄心外周部が狭くなるため、極間部１１２の磁石挿入穴１０４の空気領域１０４ａの端部（磁石挿入穴間薄肉部１１４に連結する根元部分、図２６のＸ付近）に集中する応力が大きくなる。
【０１４８】
図３２は、図２９に対して極間部１１２を直線状にカットし極間外周部を狭くした回転子の応力解析結果を示す図であり、極間部１１２の磁石挿入穴１０４の空気領域１０４ａの端部（磁石挿入穴間薄肉部１１４に連結する根元部分、図２６のＸ付近）に集中する応
力が、レベル５程度まで増加している。
【０１４９】
そこで、本実施の形態５のように、極間部１１２における円弧１０４ｂの半径Ｒ２を、極における円弧１０４ｂの半径Ｒ１より大きくすることにより、極間部１１２の磁石挿入穴１０４の空気領域１０４ａの端部（磁石挿入穴間薄肉部１１４に連結する根元部分、図２６のＸ付近）に集中する応力を小さくすることができる。
【０１５０】
図３３は、図３２に対して極間部１１２の円弧１０４ｂの半径を大きくした（極における円弧１０４ｂの半径Ｒ１より大きくした）回転子の応力解析結果を示す図であり、Ｒ２＞Ｒ１とすることにより、極間部１１２における磁石挿入穴１０４の空気領域１０４ａの端部（磁石挿入穴間薄肉部１１４に連結する根元部分）に集中する応力が、レベル３〜４まで小さくなっていることがわかる。
【０１５１】
以上のように、実施の形態１のブラシレスＤＣモータ１００に対して、極間部１１２における磁路を、極における磁路よりも狭くする（即ち、Ｌ１＞Ｌ２）とともに、極間部１１２における円弧１０４ｂの半径Ｒ２を、極における円弧１０４ｂの半径Ｒ１より大きくすることにより、極間部１１２における磁石挿入穴１０４の空気領域１０４ａの端部（磁石挿入穴間薄肉部１１４に連結する根元部分、図２６のＸ付近）に集中する応力をレベル３〜４程度に抑えつつ、極間部１１２の漏れ磁束を低減し、トルクに寄与する有効磁束（ステータ鎖交磁束）を増加することができる。
【０１５２】
図３４により変形例１の回転子２０１について説明する。図２６に示す回転子１０１は、回転子鉄心１１０の極間部１１２付近の外周部を切り欠いて、極間部１１２の磁路を狭くするようにしたが、磁石挿入穴１０４の配置を変えることで、極間部１１２の磁路を狭くするようにしてもよい。
【０１５３】
図３４に示す変形例１の回転子２０１は、回転子鉄心１１０の外形は円である。極間部１１２において、磁石挿入穴１０４の極間部１１２側の端部（空気領域１０４ａ）を、回転子鉄心１１０の外周に近づくように配置する。それにより、極間部１１２における磁路は、極における磁路よりも狭くなっている。
【０１５４】
即ち、ここで、
Ｌ１＝極における磁路の径方向寸法の最小値
Ｌ２＝極間部１１２における磁路の径方向寸法の最小値
とすると、
Ｌ１＞Ｌ２
の関係となる。
【０１５５】
このままだと、極間部１１２における磁石挿入穴１０４の空気領域１０４ａの端部（磁石挿入穴間薄肉部１１４に連結する根元部分）に集中する応力が大きくなるので、極間部１１２の円弧１０４ｂの半径Ｒ２を、極における円弧１０４ｂの半径Ｒ１より大きくする。
【０１５６】
即ち、
Ｒ１＝極における円弧１０４ｂの半径
Ｒ２＝極間部１１２における円弧１０４ｂの半径
とすると、
Ｒ１＜Ｒ２
の関係となる。
【０１５７】
このようにしても、図２６に示す回転子１０１と同様、極間部１１２における磁石挿入穴１０４の空気領域１０４ａの端部（磁石挿入穴間薄肉部１１４に連結する根元部分）に集中する応力をレベル３〜４程度に抑えつつ、極間部１１２の漏れ磁束を低減し、トルクに寄与する有効磁束（ステータ鎖交磁束）を増加することができる。
【０１５８】
図３５により変形例２の回転子３０１について説明する。変形例２の回転子３０１は、２極のものであり、分割された二つの永久磁石１０３で１極を構成する。従って、四個の永久磁石１０３が使用される。
【０１５９】
図３５に示すように、１極を構成する分割された二つの永久磁石１０３は、略Ｖ字状に配置される。それにより、直線状に分割する場合よりも、永久磁石１０３の磁石量を増やすことができる。
【０１６０】
また、図３４の３分割のときと同様に、極間部１１２における磁路を、極間部１１２での漏れ磁束を低減してトルクに寄与する有効磁束を増やすことができるように狭くする。極間部１１２における磁路の最小寸法（径方向）は、所定の寸法（Ｌ２）とする。
【０１６１】
所定の寸法（Ｌ２）は、極間部１１２での漏れ磁束を低減してトルクに寄与する有効磁束（ステータ鎖交磁束）を増やすことができるような寸法である。具体的には、例えば、回転子鉄心１１０の外径が２０ｍｍの場合、Ｌ２は１ｍｍ程度である。但し、電磁鋼板の板厚（０．１〜０．７ｍｍ）が好ましい。
【０１６２】
実施の形態１と同様、回転子１１０を構成する場合、永久磁石１０３の周方向へのすべりを抑制するために、永久磁石１０３の周方向の端部を固定する磁石固定部１０４ｄを、磁石挿入穴１０４に設けるのが好ましい。
【０１６３】
また、図３６に示すように、空気領域１０４ａに接着剤もしくは樹脂等を流し込み固めて、永久磁石１０３の固定を行っても良い。これにより、永久磁石１０３の磁石挿入穴１０４内での回転時の変位を抑制するため、より強度の高い回転子１１０を構成することができる。
【０１６４】
また、永久磁石１０３の周方向端部を、円弧状（丸取り）に形成することにより、回転子１０１が超高速（１万ｒｐｍ（回転数／分）を超える）で回転する場合に、永久磁石が磁石挿入穴１０４の空気領域１０４ａの端部（磁石挿入穴間薄肉部１１４に連結する根元部分）に局所的に接触することを防止し、局所的な応力集中を緩和することができる。
【０１６５】
以上のように、極間部１１２の磁路を狭くなるよう構成するので、極間部１１２の漏れ磁束が低減し、固定子１０２の鎖交磁束を増加させ、マグネットトルクを増加することができる。これにより、電機子磁束が低減し、銅損を低減した高効率なブラシレスＤＣモータ２００を構成することができる。
【０１６６】
磁石挿入穴１０４の周方向端部の空気領域１０４ａを構成する円弧１０４ｂの形状を、極間部１１２に位置する円弧１０４ｂの半径が極間部１１２以外の円弧１０４ｂの半径よりも大きくなるように構成することで、極間部１１２の磁路を狭くした場合でも、局所的な応力集中を緩和し、強度の低下を抑制できる。
【０１６７】
更に、極間部１１２を直線状（ストレート）にカットし、極間部１１２の磁路を狭くすることで、ブラシレスＤＣモータ２００のインダクタンスを低減でき制御性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１６８】
本発明は、最高回転数が１×１０４ｒｐｍ以上のモータの耐久性を大幅に向上させ、製品の寿命、安全性を向上させることができると共に、回転子の漏れ磁束を低減し、モータの効率を向上させることができる。
【０１６９】
具体的には、例えば掃除機用モータ等の高速回転を行うモータの耐久性を大幅に向上させ、製品の寿命、安全性を向上させると共に、省エネ性を向上させることができる。
【符号の説明】
【０１７０】
１  回転子、２  固定子、３  永久磁石、３ａ  永久磁石外周側表面、３ｂ  永久磁石内周側表面、４  磁石挿入穴、４ａ  空気領域、４ｂ  円弧、４ｃ  直線部、４ｄ  磁石固定部、５  固定子鉄心、６  ティース、６ａ  先端部、７  巻線、８  コアバック、９
回転軸、１０  回転子鉄心、１１  空隙、１２  極間部、１４  磁石挿入穴間薄肉部、１５  軸穴、１５ａ  軸位置決め用キー溝、１６  空気孔、１７  窪み、１８  カシメ、１９  リベット、２０  同極間部、２１  スリット、１００  ブラシレスＤＣモータ、１０１  回転子、１０２  固定子、１０３  永久磁石、１０３ａ  永久磁石外周側表面、１０３ｂ  永久磁石内周側表面、１０４  磁石挿入穴、１０４ａ  空気領域、１０４ｂ  円弧、１０４ｃ  直線部、１０４ｄ  磁石固定部、１０５  固定子鉄心、１０６  ティース、１０６ａ  先端部、１０７  巻線、１０８  コアバック、１０９  回転軸、１１０  回転子鉄心、１１１  空隙、１１２  極間部、１１４  磁石挿入穴間薄肉部、１１５  軸穴、１２２  端板、１２３  切り欠き部、２００  ブラシレスＤＣモータ。
【図１】
2011015572.tif 000003
【図２】
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【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】
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【図８】
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【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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