(57)【要約】【課題】永久磁石の磁極端部付近での磁気飽和を抑制して減磁耐量を向上できる永久磁石埋設型回転子を提供する。【解決手段】空隙２０Ａ，２０Ｂは、永久磁石１７Ａ，１７Ｂを収容する永久磁石収容部１９Ａ，１９Ｂに連ねられている。磁極端部１７２Ａ付近の磁極面１７０Ａとロータコア１６の外周面１６２との間には複数のスリット２１Ａ，２２Ａ，２３Ａが平行に配置されている。磁極端部１７２Ｂ付近の磁極面１７０Ｂとロータコア１６の外周面１６２との間には複数のスリット２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂが平行に配置されている。スリット２３Ａ，２３Ｂは、スリット２２Ａ，２２Ｂよりも長く、スリット２２Ａ，２２Ｂは、スリット２１Ａ，２１Ｂよりも長い。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータコアに形成された収容孔に永久磁石が収容されている回転電機の永久磁石埋設型回転子において、
前記収容孔は、少なくとも、前記永久磁石が収容可能な永久磁石収容部及び前記永久磁石収容部のｑ軸側の空隙からなり、
前記収容孔と前記ロータコアの外周面との間を始端として前記収容孔に向かう複数のスリットが前記ロータコアに形成されており、
前記スリットは、前記永久磁石の磁極面と向き合う前記収容孔の磁極側対向面に沿って前記永久磁石収容部から前記空隙に向かう方向に間隔をおいて配置されており、前記スリットの長さは、前記空隙寄りになるにつれて長くなり、前記スリットの始端は、前記空隙寄りになるにつれて前記磁極側対向面から遠くにある回転電機の永久磁石埋設型回転子。
【請求項２】
前記スリットは、互いに平行に形成されている請求項１に記載の回転電機の永久磁石埋設型回転子。
【請求項３】
前記スリットは、前記磁極側対向面に対して垂直に形成されている請求項２に記載の回転電機の永久磁石埋設型回転子。
【請求項４】
前記スリットは、前記収容孔から離れた位置に形成されている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の回転電機の永久磁石埋設型回転子。
【請求項５】
前記スリットと前記収容孔とが繋がっている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の回転電機の永久磁石埋設型回転子。
【請求項６】
ロータコアに形成された収容孔に永久磁石が収容されている永久磁石埋設型回転子を備えた回転電機において、
前記永久磁石埋設型回転子は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の永久磁石埋設型回転子である回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の永久磁石埋設型回転子及び回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転子のロータコアに埋設された複数の永久磁石によって複数の磁極を構成する永久磁石埋設型回転子では、隣り合う磁極が互いに異なっている。そのため、隣り合う磁極を構成する隣り合う永久磁石の磁石端部間で磁束の短絡が生じやすい。短絡磁束が多くなると、トルクが低下する。
【０００３】
特許文献１に開示の回転子では、永久磁石の磁石端部に接すると共に、ロータコアの外周面に近接する位置まで延びるフラックスバリア（空隙）がロータコアに設けられている。フラックスバリアは、フラックスバリアとロータコアの外周面との間の部位（ブリッジ部）の幅を狭めるため、隣り合う永久磁石の磁石端部間での磁束の短絡が抑制されて短絡磁束が低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２１１９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、磁極中央部付近から出る磁束が回転子の回転方向側のブリッジ部に向かうため、回転子の回転方向側の磁極端部付近での磁気飽和が生じ易い。このような磁気飽和は、磁石端部におけるパーミアンス係数を低下させて磁石端部の減磁耐量を低下させる。
【０００６】
本発明は、永久磁石の磁極端部付近での磁気飽和を抑制して減磁耐量を向上できる永久磁石埋設型回転子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】
【０００７】
請求項１乃至請求項５の発明は、ロータコアに形成された収容孔に永久磁石が収容されている回転電機の永久磁石埋設型回転子を対象とし、請求項１の発明では、前記収容孔は、少なくとも、前記永久磁石が収容可能な永久磁石収容部及び前記永久磁石収容部のｑ軸側の空隙からなり、前記収容孔と前記ロータコアの外周面との間を始端として前記収容孔に向かう複数のスリットが前記ロータコアに形成されており、前記スリットは、前記永久磁石の磁極面と向き合う前記収容孔の磁極側対向面に沿って前記永久磁石収容部から前記空隙に向かう方向に間隔をおいて配置されており、前記スリットの長さは、前記空隙寄りになるにつれて長くなり、前記スリットの始端は、前記空隙寄りになるにつれて前記磁極側対向面から遠くにある。
【０００８】
このような複数のスリットは、磁極面の中央側から出る磁束が空隙とロータコアの外周面との間の部位に向かうのを抑制する。そのため、永久磁石の磁極端部付近での磁気飽和が抑制されて減磁耐量が向上する。
【０００９】
好適な例では、前記スリットは、互いに平行に形成されている。
複数のスリットを平行とする構成は、スリット付きロータコアを形成するための型の形成を容易にする。
【００１０】
好適な例では、前記スリットは、前記磁極側対向面に対して垂直に形成されている。
好適な例では、前記スリットは、前記収容孔から離れた位置に形成されている。
収容孔内の永久磁石と収容孔の形成面との間に樹脂を充填して永久磁石を固定する場合、樹脂がスリット内へ流入することはなく、永久磁石と収容孔の形成面との間の樹脂充填が良好に行なわれる。
【００１１】
好適な例では、前記複数のスリットと前記収容孔とが繋がっている。
磁極面の中央側から出る磁束が空隙とロータコアの外周面との間の部位に向かうのを抑制する効果が高くなる。
【００１２】
請求項６の発明は、ロータコアに形成された収容孔に永久磁石が収容されている永久磁石埋設型回転子を備えた回転電機を対象とし、前記永久磁石埋設型回転子は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の永久磁石埋設型回転子である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の永久磁石埋設型回転子は、永久磁石の磁極端部付近での磁気飽和を抑制して減磁耐量を向上できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態を示し、（ａ）は、回転電機の断面図。（ｂ）は、回転電機の側断面図。
【図２】（ａ）は、部分拡大断面図。（ｂ）は、要部拡大断面図。
【図３】別の実施形態を示す部分拡大断面図。
【図４】別の実施形態を示す部分拡大断面図。
【図５】別の実施形態を示す部分拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
図１（ａ）に示すように、永久磁石埋設型回転電機Ｍを構成する固定子１１は、環状のステータコア１２と、ステータコア１２の内周に複数配列されたティース１２１間のスロット１２２に施されたコイル１３とからなる。スロット１２２は、環状の固定子１１の周方向に等ピッチで配列されている。
【００１６】
図１（ｂ）に示すように、ステータコア１２は、磁性体（鋼板）製の複数枚のコア板１４を積層して構成されている。
図１（ａ）に示すように、永久磁石埋設型回転電機Ｍを構成する回転子１５は、ロータコア１６と、ロータコア１６内に埋設された平板形状の複数対（本実施形態では８対）の永久磁石１７Ａ，１７Ｂとからなる。対となるように隣り合う永久磁石１７Ａ，１７Ｂは、全て同形同大である。複数対の永久磁石１７Ａ，１７Ｂは、対単位で回転子１５の回転軸線Ｃを中心とした回転対称に配置されている。
【００１７】
図１（ｂ）に示すように、ロータコア１６は、磁性体（鋼板）製の複数枚のコア板１８を積層して構成されている。ロータコア１６の中心部には軸孔１６１が貫設されている。軸孔１６１には出力軸（図示略）が通されて固定される。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、対の永久磁石１７Ａ，１７Ｂは、軸孔１６１〔図１（ａ）参照〕の方向にロータコア１６に貫設された永久磁石収容部１９Ａ，１９Ｂに嵌入されている。永久磁石収容部１９Ａ，１９Ｂ内の永久磁石１７Ａ，１７Ｂは、永久磁石１７Ａ，１７Ｂと永久磁石収容部１９Ａ，１９Ｂの形成面との間に充填されて固化された樹脂（図示略）によって永久磁石収容部１９Ａ，１９Ｂ内で固定されている。
【００１９】
ロータコア１６の外周面１６２側における永久磁石１７Ａの面１７０Ａと永久磁石１７Ｂの面１７０Ｂとは、同じ磁極の磁極面１７０Ａ，１７０Ｂである。つまり、対の永久磁石１７Ａ，１７Ｂが１つの磁極を構成しており、複数対の永久磁石１７Ａ，１７Ｂは、対単位で周方向に交互に異なる磁極となるようにロータコア１６内に磁極として埋設されている。永久磁石１７Ａにおける外周面１６２に近い方の端面１７１Ａは、対の永久磁石１７Ａ，１７Ｂの一方の磁石端面１７１Ａである。永久磁石１７Ｂにおける外周面１６２に近い方の端面１７１Ｂは、対の永久磁石１７Ａ，１７Ｂの他方の磁石端面１７１Ｂである。磁極面１７０Ａにおける外周面１６２に近い方の端部１７２Ａは、対の永久磁石１７Ａ，１７Ｂの一方の磁極端部１７２Ａである。磁極面１７０Ｂにおける外周面１６２に近い方の端部１７２Ｂは、対の永久磁石１７Ａ，１７Ｂの他方の磁極端部１７２Ｂである。
【００２０】
永久磁石収容部１９Ａにおける外周面１６２に近い方の端付近には空隙２０Ａが永久磁石収容部１９Ａに連なるように設けられている。永久磁石収容部１９Ｂにおける外周面１６２に近い方の端付近には空隙２０Ｂが永久磁石収容部１９Ｂに連なるように設けられている。
【００２１】
永久磁石収容部１９Ａ，１９Ｂに永久磁石１７Ａ，１７Ｂが収容された状態では、永久磁石１７Ａ，１７Ｂの両端側に磁束短絡防止用の空隙２０Ａ，２０Ｂが残される。永久磁石１７Ａを収容可能な永久磁石収容部１９Ａと、永久磁石１７Ａの磁極端部１７２Ａ側の空隙２０Ａとは、ロータコア１６に形成された収容孔を構成する。永久磁石１７Ｂを収容可能な永久磁石収容部１９Ｂと、永久磁石１７Ｂの磁極端部１７２Ｂ側の空隙２０Ｂとは、ロータコア１６に形成された収容孔を構成する。
【００２２】
図１（ａ）に示すｄ軸は、磁極がつくる磁束の方向（同磁極の永久磁石間の中心軸）を表し、ｑ軸は、ｄ軸と電気的、磁気的に直交する軸（異磁極の永久磁石間の軸）を表す。永久磁石１７Ａを収容する収容孔は、永久磁石収容部１９Ａ及び永久磁石収容部１９Ａのｑ軸側の空隙２０Ａからなる。永久磁石１７Ｂを収容する収容孔は、永久磁石収容部１９Ｂ及び永久磁石収容部１９Ｂのｑ軸側の空隙２０Ｂからなる。空隙２０Ａ，２０Ｂは、フラックスバリア（磁束障壁）として磁石磁束を効果的にトルクに作用するものである。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、一磁極当たりの永久磁石の個数は２個であり、磁極端部１７２Ａ，１７２Ｂは、永久磁石１７Ａ，１７Ｂのｑ軸側の磁極端部である。
永久磁石収容部１９Ａの形成面は、少なくとも、永久磁石１７Ａの磁極面１７０Ａと向き合う磁極側対向面１９１Ａと、永久磁石１７Ａの反磁極面１７３Ａと向き合う反磁極側対向面１９２Ａと、永久磁石１７Ａの磁石端面１７１Ａと向き合う対向端面１９３Ａとから構成されている。永久磁石収容部１９Ｂの形成面は、少なくとも、永久磁石１７Ｂの磁極面１７０Ｂと向き合う磁極側対向面１９１Ｂと、永久磁石１７Ｂの反磁極面１７３Ｂと向き合う反磁極側対向面１９２Ｂと、永久磁石１７Ｂの磁石端面１７１Ｂと向き合う対向端面１９３Ｂとから構成されている。
【００２４】
空隙２０Ａ側の磁極端部１７２Ａ付近の磁極面１７０Ａとロータコア１６の外周面１６２との間には複数のスリット２１Ａ，２２Ａ，２３Ａが回転軸線Ｃ〔図１（ｂ）参照〕と平行な方向へロータコア１６を貫通するように形成されている。複数のスリット２１Ａ，２２Ａ，２３Ａは、磁極側対向面１９１Ａに沿って永久磁石収容部１９Ａから空隙２０Ａに向かう方向に間隔をおいて平行に配置されている。
【００２５】
複数のスリット２１Ａ，２２Ａ，２３Ａは、磁極側対向面１９１Ａの空隙２０Ａ側の端１９４Ａを通って磁極側対向面１９１Ａに垂直、且つ回転軸線Ｃと平行な仮想平面Ｓ１と、磁極側対向面１９１Ａの中央１９５Ａを通って磁極側対向面１９１Ａに垂直、且つ回転軸線Ｃと平行な仮想平面Ｓ２との間にある。スリット２３Ａは、仮想平面Ｓ１から離れた位置に形成されている。
【００２６】
図２（ｂ）に示すように、複数のスリット２１Ａ，２２Ａ，２３Ａは、ロータコア１６の外周面１６２から離れた位置を始端２１０Ａ，２２０Ａ，２３０Ａとして磁極側対向面１９１Ａに向かっている。始端２１０Ａ，２２０Ａ，２３０Ａは、永久磁石１７Ａの収容孔とロータコア１６の外周面１６２との間にある。スリット２３Ａの始端２３０Ａは、スリット２２Ａの始端２２０Ａよりも磁極側対向面１９１Ａから遠くにある。スリット２２Ａの始端２２０Ａは、スリット２１Ａの始端２１０Ａよりも磁極側対向面１９１Ａから遠くにある。つまり、スリット２１Ａ，２２Ａ，２３Ａの始端２１０Ａ，２２０Ａ，２３０Ａは、空隙２０Ａ寄りになるにつれて磁極側対向面１９１Ａから遠くにある。
【００２７】
スリット２１Ａ，２２Ａ，２３Ａは、磁極側対向面１９１Ａに対して垂直であって磁極側対向面１９１Ａから離れた位置に形成されている。スリット２３Ａ，２２Ａ，２１Ａの長さ（磁極側対向面１９１Ａから遠ざかる方向の長さ）は、空隙２０Ａ寄りになるにつれて長くなる。つまり、スリット２３Ａの長さは、スリット２２Ａよりも長く、スリット２２Ａの長さは、スリット２１Ａよりも長い。つまり、複数のスリット２３Ａ，２２Ａ，２１Ａのうち１つのスリットに対して空隙２０Ａ側で隣り合うスリットの長さは、前記１つのスリットの長さよりも大きい。
【００２８】
図２（ａ）に示すように、空隙２０Ｂ側にも複数のスリット２１Ａ，２２Ａ，２３Ａと同様の複数のスリット２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂが形成されている。複数のスリット２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂは、磁極側対向面１９１Ｂに沿って永久磁石収容部１９Ｂから空隙２０Ｂに向かう方向に間隔をおいて平行に配置されている。
【００２９】
複数のスリット２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂは、磁極側対向面１９１Ｂの空隙２０Ｂの端１９４Ｂを通って磁極側対向面１９１Ｂに垂直である。又、複数のスリット２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂは、回転軸線Ｃ〔図１（ｂ）参照〕と平行な仮想平面Ｓ３と、磁極側対向面１９１Ｂの中央１９５Ｂを通って磁極側対向面１９１Ｂに垂直、且つ回転軸線Ｃと平行な仮想平面Ｓ４との間にある。スリット２３Ｂは、仮想平面Ｓ３から離れた位置に形成されている。
【００３０】
複数のスリット２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂは、ロータコア１６の外周面１６２から離れた位置を始端２１０Ｂ，２２０Ｂ，２３０Ｂとして磁極側対向面１９１Ｂに向かっている。スリット２３Ｂの始端２３０Ｂは、スリット２２Ｂの始端２２０Ｂよりも磁極側対向面１９１Ｂから遠くにある。スリット２２Ｂの始端２２０Ｂは、スリット２１Ｂの始端２１０Ｂよりも磁極側対向面１９１Ｂから遠くにある。つまり、スリット２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂの始端２１０Ｂ，２２０Ｂ，２３０Ｂは、空隙２０Ｂ寄りになるにつれて磁極側対向面１９１Ｂから遠くにある。
【００３１】
スリット２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂは、磁極側対向面１９１Ｂに対して垂直であって磁極側対向面１９１Ｂから離れた位置に形成されている。スリット２３Ｂ，２２Ｂ，２１Ｂの長さ（磁極側対向面１９１Ｂから遠ざかる方向の長さ）は、空隙２０Ｂ寄りになるにつれて長くなる。
【００３２】
コイル１３への通電によって回転子１５が図１（ａ）に矢印Ｒで示す方向に回転するとする。複数のスリット２１Ａ，２２Ａ，２３Ａは、永久磁石１７Ａの磁極面１７０Ａの中央部からの磁束をロータコア１６の外周面１６２へ向けさせる。つまり、永久磁石１７Ａの磁極面１７０Ａの中央部からの磁束は、磁極端部１７２Ａとロータコア１６の外周面１６２との間へ向かうのを複数のスリット２１Ａ，２２Ａ，２３Ａによって抑制される。そのため、空隙２０Ａとロータコア１６の外周面１６２との間での磁気飽和が抑制され、永久磁石１７Ａの減磁耐量が向上する。
【００３３】
コイル１３への通電によって回転子１５が図１（ａ）に矢印Ｒで示す方向とは反対方向に回転するとする。複数のスリット２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂは、永久磁石１７Ｂの磁極面１７０Ｂの中央部からの磁束をロータコア１６の外周面１６２へ向けさせる。つまり、永久磁石１７Ｂの磁極面１７０Ｂの中央部からの磁束は、磁極端部１７２Ｂとロータコア１６の外周面１６２との間へ向かうのを複数のスリット２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂによって抑制される。そのため、空隙２０Ｂとロータコア１６の外周面１６２との間での磁気飽和が抑制され、永久磁石１７Ｂの減磁耐量が向上する。
【００３４】
本実施形態では以下の効果が得られる。
（１）複数のスリット２１Ａ，２２Ａ，２３Ａは、永久磁石１７Ａの磁極面１７０Ａの中央側から出る磁束が磁極端部１７２Ａとロータコア１６の外周面１６２との間の部位に向かうのを抑制する。同様に、複数のスリット２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂは、永久磁石１７Ｂの磁極面１７０Ｂの中央側から出る磁束が磁極端部１７２Ｂとロータコア１６の外周面１６２との間の部位に向かうのを抑制する。そのため、対の永久磁石１７Ａ，１７Ｂの磁極端部１７２Ａ，１７２Ｂ付近での磁気飽和が抑制されて減磁耐量が向上する。
【００３５】
（２）複数のスリット２１Ａ，２２Ａ，２３Ａは、磁極側対向面１９１Ａから離れた位置に形成されており、複数のスリット２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂは、磁極側対向面１９１Ｂから離れた位置に形成されている。そのため、永久磁石１７Ａ，１７Ｂと永久磁石収容部１９Ａ，１９Ｂの形成面との間に充填された樹脂がスリット２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ内へ流入することはない。その結果、永久磁石１７Ａ，１７Ｂと永久磁石収容部１９Ａ，１９Ｂの形成面との間の樹脂充填が良好に行なわれる。
【００３６】
（３）複数のスリット２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂは、ロータコア１６を構成するコア板１８をプレス成形することによって形成される。複数のスリット２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂを平行とする構成は、コア板１８をプレス成形するためのプレス型の形成を容易にする。
【００３７】
（４）磁石端部付近における磁気飽和は、回転子１５の回転方向側の磁石端部とロータコア１６の外周面１６２との間に生じ易い。空隙２０Ａ，２０Ｂのいずれの側にも複数のスリット２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ及び複数のスリット２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂを設ける構成は、回転子１５を両方に回転して使用する場合に好適である。
【００３８】
本発明では以下のような実施形態も可能である。
○図３あるいは図４に示すように、複数のスリット２１Ｃ，２２Ｃ，２３Ｃが磁極側対向面１９１Ａに対して傾いていてもよく、複数のスリット２１Ｄ，２２Ｄ，２３Ｄが磁極側対向面１９１Ｂに対して傾いていてもよい。
【００３９】
○図５に示すように、複数のスリット２１Ｅ，２２Ｅ，２３Ｅが磁極側対向面１９１Ａ上に開口していてもよく、複数のスリット２１Ｆ，２２Ｆ，２３Ｆが磁極側対向面１９１Ｂ上に開口していてもよい。つまり、スリット２１Ｅ，２２Ｅ，２３Ｅは、空隙２０Ａ側の収容孔と繋がっていてもよく、スリット２１Ｆ，２２Ｆ，２３Ｆは、空隙２０Ｂ側の収容孔と繋がっていてもよい。このようにすれば、磁極中央部付近から出る磁束が磁極端部１７２Ａ，１７２Ｂとロータコア１６の外周面１６２との間の部位に向かうのを抑制する効果が更に高くなる。その結果、磁極端部１７２Ａ，１７２Ｂとロータコア１６の外周面１６２との間での磁気飽和の抑制効果が更に高くなる。
【００４０】
○最も長いスリット２３Ａ，２３Ｂが仮想平面Ｓ１，Ｓ３上にあってもよい。
○回転子１５が一方向にのみ回転される場合には、回転子１５の回転方向側の空隙側にのみ複数のスリットを設けてもよい。
【００４１】
○同じ磁極面を有する永久磁石の組み合わせは、1個であってもよいし、３個以上で一組であってもよい。
○単一の平板形状の永久磁石によって磁極を構成するようにした回転子に本発明を適用してもよい。この場合、仮想平面Ｓ２，Ｓ４は、単一の平板形状の永久磁石を収容する収容孔の磁極側対向面の端から磁極側対向面の長さの１／４の位置にある。この場合にも、（１）〜（４）項と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００４２】
１５…回転子。１６…ロータコア。１７Ａ，１７Ｂ…対の永久磁石。１７０Ａ，１７０Ｂ…磁極面。１７２Ａ，１７２Ｂ…磁極端部。１９Ａ，１９Ｂ…収容孔を構成する永久磁石収容部。１９１Ａ，１９１Ｂ…磁極側対向面。１９２Ａ，１９２Ｂ…反磁極側対向面。２０Ａ，２０Ｂ…収容孔を構成する空隙。２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２１Ｃ，２２Ｃ，２３Ｃ，２１Ｄ，２２Ｄ，２３Ｄ，２３Ｅ，２３Ｆ…スリット。２１０Ａ，２２０Ａ，２３０Ａ，２１０Ｂ，２２０Ｂ，２３０Ｂ…始端。Ｍ…永久磁石埋設型回転電機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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