(57)【要約】  製造を容易にすることができ、永久磁石の減磁を抑制することができる回転電機の回転子、及び回転電機を得ることを目的とする。回転電機では、導電性部材がシャフトと、シャフトの外周部に設けられた複数の永久磁石とをまとめて囲み、保持部材がシャフト、複数の永久磁石及び導電性部材をまとめて囲んでいる。導電性部材の導電率は、永久磁石の導電率よりも高くなっている。導電性部材は、周方向について互いに離れて対向する第１及び第２の対向部を有している。第１及び第２の対向部間に存在する対向部間領域は、周方向について互いに隣り合う永久磁石間に存在する磁石間領域の周方向の範囲内に位置している。
2017047253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子コア、
前記回転子コアの外周部に設けられ、周方向へ互いに離して配置されている複数の永久磁石、
前記回転子コア及び前記複数の永久磁石をまとめて囲んでいる導電性部材、及び
前記回転子コア、前記複数の永久磁石及び前記導電性部材をまとめて囲んでいる保持部材
を備え、
前記導電性部材の導電率は、前記永久磁石の導電率よりも高くなっており、
前記導電性部材は、周方向について互いに離れて対向する第１及び第２の対向部を有し、
前記第１及び第２の対向部間に存在する対向部間領域は、周方向について互いに隣り合う前記永久磁石間に存在する磁石間領域の周方向の範囲内に位置している回転電機の回転子。
【請求項２】
前記導電性部材の径方向の厚みをｔ、前記導電性部材の抵抗率をρ、前記導電性部材の透磁率をμ、前記回転電機を駆動させるインバータのキャリア角周波数をωc、前記導電性部材の表皮厚さをｄとすると、
ｄは、
【数１】
2017047253.tif 000006
で定義され、
ｔとｄとの間には、
【数２】
2017047253.tif 000007
を満たす関係が成立している請求項１に記載の回転電機の回転子。
【請求項３】
ｔとｄとの間には、
【数３】
2017047253.tif 000008
をさらに満たす関係が成立している請求項２に記載の回転電機の回転子。
【請求項４】
前記磁石間領域に設けられている極間部材、及び
前記複数の永久磁石及び前記極間部材のそれぞれと前記導電性部材との間に介在している電気絶縁層
を備えている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の回転電機の回転子。
【請求項５】
前記極間部材は、前記磁石間領域に設けられている極間部材本体と、前記極間部材本体から前記電気絶縁層を貫通して前記対向部間領域内に達し、前記保持部材に接触している突起部とを有している請求項４に記載の回転電機の回転子。
【請求項６】
前記突起部は、前記導電性部材の前記第１及び第２の対向部のそれぞれから離れている請求項５に記載の回転電機の回転子。
【請求項７】
前記磁石間領域に設けられている極間部材、
前記複数の永久磁石及び前記極間部材のそれぞれと前記導電性部材との間に介在している電気絶縁層、及び
前記複数の永久磁石及び前記極間部材のそれぞれと前記電気絶縁層との間に介在している導電性被膜
を備え、
前記導電性被膜の導電率は、前記永久磁石の導電率よりも高くなっている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の回転電機の回転子。
【請求項８】
前記対向部間領域に設けられている充填部材
を備え、
前記充填部材は、電気絶縁体である請求項４又は請求項７に記載の回転電機の回転子。
【請求項９】
前記磁石間領域に設けられている極間部材
を備え、
前記極間部材は、前記磁石間領域に設けられている極間部材本体と、前記極間部材本体から前記対向部間領域へ突出し、前記保持部材に接触している突起部とを有している請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の回転電機の回転子。
【請求項１０】
請求項４〜請求項８のいずれか一項に記載の回転子、及び
径方向について隙間を介して前記回転子を囲む固定子
を備え、
前記回転子は、前記永久磁石の軸線方向外側に設けられているリング部材を有し、
前記リング部材は、前記回転子コアと前記電気絶縁層との間に介在しており、
前記固定子は、固定子コアと、前記固定子コアに設けられている固定子コイルとを有し、
前記固定子コイルは、軸線方向について前記固定子コアから突出するコイルエンドを有し、
前記固定子コアの軸線方向の寸法をＬｓ、前記永久磁石の軸線方向の寸法をＬｍ、前記導電性部材の軸線方向の寸法をＬａ、前記電気絶縁層の軸線方向の寸法をＬｉ、前記保持部材の軸線方向の寸法をＬｋとすると、
Ｌｋ≧Ｌａ＝Ｌｉ＞Ｌｍで、かつＬａ＞Ｌｓの関係が成立している回転電機。
【請求項１１】
請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の回転子、及び
径方向について隙間を介して前記回転子を囲む固定子
を備えている回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転子コアの外周部に永久磁石が設けられている回転電機の回転子、及び回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転子の回転時の遠心力によって回転子コアから永久磁石が剥離することを防止するために、回転子コアの外周部に永久磁石を設け、繊維強化プラスチックの保持部材で永久磁石の外側から回転子コア及び永久磁石をまとめて覆った回転電機の回転子が知られている（例えば特許文献１参照）。【０００３】
また、一般に、高速回転用の回転電機では、インバータを用いたＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御が行われると、キャリア周波数成分の高調波磁束が生じるため、回転子コア及び永久磁石に渦電流が発生し、回転子が発熱してしまう。回転子が発熱すると、永久磁石の温度が上昇して永久磁石の減磁が生じてしまう。【０００４】
従来、回転子での発熱を抑制するために、永久磁石及びシャフト等の他の構成部材よりも導電率の高い円筒状の高導電率部材を永久磁石と保持部材との間に配置した回転電機の回転子が提案されている。このような従来の回転電機の回転子では、高導電率部材に渦電流が発生し、渦電流によって発生する磁束がキャリア周波数成分の高調波磁束を打ち消すため、永久磁石及び回転子コアでの渦電流の発生が抑制され、永久磁石の減磁が抑制される（例えば特許文献２参照）。【０００５】
また、従来、シャフトと永久磁石との間に配置された円筒状の高導電率部材を、周方向について並ぶ複数の導電部に分割することにより、製造を容易にした回転電機の回転子も提案されている（例えば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２４３５８６号公報
【特許文献２】特開２００１−７８３７８号公報
【特許文献３】特開２０１１−１２５１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献２に示されている従来の回転電機の回転子では、回転電機の大径化の抑制のために、肉厚を薄くした円筒状の高導電率部材を製造する必要があるので、高導電率部材の製造に手間がかかってしまう。【０００８】
また、特許文献３に示されている従来の回転電機の回転子では、高導電率部材が複数の導電部に分割されているので、互いに隣り合う導電部間の隙間を通ってキャリア周波数成分の高調波磁束が永久磁石及びシャフトに達してしまい、永久磁石の減磁が生じてしまう。キャリア周波数成分の高調波磁束が磁石及びシャフトに達しないように、互いに隣り合う導電部同士を接触させても、各導電部の境界での接触抵抗が高くなることにより、各導電部の境界で発熱し、各導電部の境界からの熱が永久磁石に伝わって、永久磁石の減磁が生じてしまう。【０００９】
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あり、製造を容易にすることができ、永久磁石の減磁を抑制することができる回転電機の回転子、及び回転電機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明による回転電機の回転子は、回転子コア、回転子コアの外周部に設けられ、周方向へ互いに離して配置されている複数の永久磁石、回転子コア及び複数の永久磁石をまとめて囲んでいる導電性部材、及び回転子コア、複数の永久磁石及び導電性部材をまとめて囲んでいる保持部材を備え、導電性部材の導電率は、永久磁石の導電率よりも高くなっており、導電性部材は、周方向について互いに離れて対向する第１及び第２の対向部を有し、第１及び第２の対向部間に存在する対向部間領域は、周方向について互いに隣り合う永久磁石間に存在する磁石間領域の周方向の範囲内にのみ位置している。
【発明の効果】
【００１１】
この発明による回転電機の回転子、及び回転電機によれば、回転子コア及び複数の永久磁石を導電性部材でまとめて巻くだけで導電性部材を回転子に組み込むことができ、回転子の製造を容易にすることができる。また、固定子で発生した高調波磁束を導電性部材と鎖交させることにより永久磁石に達する高調波磁束を低減することができ、対向部間領域を通過した高調波磁束が磁石間領域を通ることにより高調波磁束を永久磁石と鎖交させにくくすることができる。これにより、永久磁石の減磁を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１による回転電機を示す断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図１の回転子の対向部間領域が存在する部分を示す拡大図である。
【図４】図１の回転子の導電性部材が永久磁石の外周面に重なっている部分を示す拡大図である。
【図５】比較例１による回転子を示す一部拡大図である。
【図６】比較例２による回転子を示す一部拡大図である。
【図７】この発明の実施の形態１による回転電機の回転子の他の例を示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態１による回転電機の回転子の他の例を保持部材の表示を省略して示す斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態２による回転電機の回転子の要部を示す拡大断面図である。
【図１０】図９の保持部材に発生する応力の応力集中係数と、対向部間領域の周方向の寸法との関係を示すグラフである。
【図１１】この発明の実施の形態３による回転電機の回転子の要部を示す拡大断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態４による回転電機の回転子の要部を示す拡大断面図である。
【図１３】この発明の実施の形態５による回転電機の回転子の要部を示す拡大断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態６による回転電機を示す断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態７による導電性部材の径方向の厚みと、インバータ駆動時の回転子の損失との関係を表したグラフである。
【図１６】この発明の実施の形態１による回転電機の回転子の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による回転電機を示す断面図である。また、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図において、回転電機１は、回転子２と、径方向について隙間を介して回転子２を囲む筒状の固定子３とを有している。回転子２及び固定子３は、同軸に配置されている。これにより、回転子２及び固定子３は、共通の軸線Ａを持っている。また、この例では、図２に示すように、固定子コア４の軸線方向の中心位置で軸線Ａに直交する軸線直交線Ｂに関して、回転子２及び固定子３のそれぞれの構成が対称になっている。
【００１４】
固定子３は、磁性体である筒状の固定子コア４と、固定子コア４に設けられている固定子コイル５とを有している。
【００１５】
固定子コア４は、筒状のバックヨーク４１と、バックヨーク４１の内周部から径方向内側へ突出する複数のティース４２とを有している。各ティース４２は、回転電機１の周方向について互いに間隔を置いて配置されている。各ティース４２間には、固定子３の径方向内側へ開放された空間であるスロット４３が形成されている。
【００１６】
固定子コイル５は、各スロット４３に配置されている。また、固定子コイル５は、図２に示すように、軸線方向、即ち軸線Ａに沿った方向について固定子コア４から突出するコイルエンド５ａを有している。固定子コイル５には、インバータを用いたＰＷＭ制御により電流が供給される。固定子３には、固定子コイル５への給電により回転磁界が生じる。
【００１７】
回転子２は、軸線Ａを中心として回転可能になっている。また、回転子２は、回転子コアとしてのシャフト２１と、シャフト２１の外周部に設けられている複数の永久磁石２２と、シャフト２１及び複数の永久磁石２２をまとめて囲んでいる板状の導電性部材２３と、シャフト２１、複数の永久磁石２２及び導電性部材２３をまとめて囲んでいるシート状の保持部材２４とを有している。
【００１８】
シャフト２１は、軸線Ａを中心軸線とする円柱状部材である。また、シャフト２１は、磁性材料によって構成されている。
【００１９】
複数の永久磁石２２は、回転子２の周方向について互いに間隔を置いて配置されている。この例では、４個の永久磁石２２が回転子２の周方向について等間隔に配置されている。各永久磁石２２は、シャフト２１の外周面に沿った円弧状の断面を持つセグメント磁石である。周方向について互いに隣り合う永久磁石２２間には、空間である磁石間領域２５が存在している。永久磁石２２としては、例えば希土類磁石又はフェライト磁石等が用いられている。
【００２０】
導電性部材２３は、各永久磁石２２の外周面に重なった状態で各永久磁石２２及び各磁石間領域２５を覆っている。即ち、導電性部材２３は、シャフト２１及び各永久磁石２２よりも固定子３に近い位置に配置されている。これにより、導電性部材２３は、各永久磁石２２及び各磁石間領域２５のそれぞれと保持部材２４との間に配置されている。導電性部材２３の導電率は、永久磁石２２の導電率よりも高くなっている。導電性部材２３を構成する材料としては、例えば銅又はアルミニウム等が挙げられる。
【００２１】
また、導電性部材２３は、回転子２の周方向について互いに離れて対向する第１の対向部２３１及び第２の対向部２３２を有している。第１の対向部２３１と第２の対向部２３２との間には、空間である対向部間領域２６が存在している。この例では、回転子２の周方向について導電性部材２３の１箇所にのみ対向部間領域２６が存在している。また、この例では、対向部間領域２６が軸線Ａに沿って導電性部材２３に形成されている。
【００２２】
保持部材２４は、導電性部材２３の外周面に重なった状態で、シャフト２１、複数の永久磁石２２及び導電性部材２３を回転子２の周方向の全周にわたって覆っている。これにより、回転子２が補強され、回転子２の高速回転時に永久磁石２２が遠心力でシャフト２１から飛散することが防止される。保持部材２４は、非磁性材料によって構成されている。保持部材２４を構成する材料としては、例えば炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ：Glass Fiber Reinforced Plastics）、チタン又はステンレス等が用いられている。
【００２３】
永久磁石２２の軸線方向の寸法をＬｍ、導電性部材２３の軸線方向の寸法をＬａ、保持部材２４の軸線方向の寸法をＬｋ、固定子コア４の軸線方向の寸法をＬｓとすると、この例では、図２に示すように、Ｌｍ＝Ｌａ＝Ｌｋ＝Ｌｓの関係が成立している。
【００２４】
図３は、図１の回転子２の対向部間領域２６が存在する部分を示す拡大図である。対向部間領域２６の周方向の寸法ｄ１は、磁石間領域２５の周方向の寸法ｄ２よりも小さくなっている。また、対向部間領域２６は、磁石間領域２５の周方向の範囲内にのみ位置している。この例では、磁石間領域２５の周方向の中央位置に対向部間領域２６が位置している。
【００２５】
次に、回転子２を組み立てる手順について説明する。シャフト２１の外周部に複数の永久磁石２２を取り付けた後、シャフト２１及び複数の永久磁石２２を板状の導電性部材２３でまとめて巻く。これにより、複数の永久磁石２２の外周が導電性部材２３で覆われる。このとき、導電性部材２３の両端部を第１の対向部２３１及び第２の対向部２３２として周方向について互いに離して対向させる。これにより、第１の対向部２３１と第２の対向部２３２との間の空間が対向部間領域２６として形成される。この後、シャフト２１、複数の永久磁石２２及び導電性部材２３を導電性部材２３の径方向外側からシート状の保持部材２４でまとめて巻く。これにより、導電性部材２３の外周が保持部材２４で覆われ、回転子２が完成する。
【００２６】
次に、動作について説明する。インバータからＰＷＭ制御により固定子コイル５に電流が供給されると、固定子３には回転磁界が生じる。固定子３に回転磁界が生じると、回転子２が軸線Ａを中心として回転する。
【００２７】
ＰＷＭ制御によって固定子コイル５に供給される電流は、キャリア周波数に起因するキャリア高調波成分を含んでいる。キャリア高調波成分を含む電流が固定子コイル５に供給されると、トルクに寄与する基本波磁束に加えてキャリア高調波成分による高調波磁束も固定子３で発生する。
【００２８】
図４は、図１の回転子２の導電性部材２３が永久磁石２２の外周面に重なっている部分を示す拡大図である。固定子３で発生した高調波磁束Ｐ１が導電性部材２３と鎖交すると、導電性部材２３に渦電流Ｃが発生する。導電性部材２３に渦電流Ｃが発生すると、磁束Ｐ２が高調波磁束Ｐ１を打ち消す方向へ発生する。これにより、シャフト２１及び永久磁石２２と鎖交する高調波磁束Ｐ１が低減され、シャフト２１及び永久磁石２２での発熱が低減される。導電性部材２３は渦電流Ｃの発生によって発熱するが、導電性部材２３の導電率が永久磁石２２の導電率よりも高いため、高調波磁束が永久磁石２２と鎖交した場合の永久磁石２２の発熱に比べて、導電性部材２３の発熱は小さい。これにより、回転子２の全体の発熱が抑制される。なお、図４〜図６では、紙面の奥側から手前側に向けて流れる渦電流Ｃを白丸内に黒丸印を付した記号で示し、紙面の手前側から奥側に向けて流れる渦電流Ｃを白丸内に×印を付した記号で示している。
【００２９】
ここで、本実施の形態１による回転子２と、比較例１及び比較例２によるそれぞれの回転子とを比較して検討する。
【００３０】
図５は、比較例１による回転子を示す一部拡大図である。なお、図５は、比較例１による回転子の図４に対応する部分を示す図である。比較例１による回転子では、導電性部材２３がなく、永久磁石２２の外周面に保持部材２４が直接重なっている。比較例１による回転子の他の構成は実施の形態１と同様である。
【００３１】
比較例１による回転子では、導電性部材２３が存在しないので、固定子３で発生した高調波磁束Ｐ１が導電性部材２３で低減されずに永久磁石２２及びシャフト２１と鎖交する。これにより、永久磁石２２及びシャフト２１に発生する渦電流が大きくなり、永久磁石２２及びシャフト２１が発熱しやすくなる。
【００３２】
図６は、比較例２による回転子を示す一部拡大図である。なお、図６は、比較例２による回転子の図４に対応する部分を示す図である。比較例２による回転子では、導電性部材２３が永久磁石２２の外周には配置されておらず、シャフト２１の外周面と永久磁石２２との間に導電性部材２３が配置されている。比較例２による回転子の他の構成は実施の形態１と同様である。
【００３３】
比較例２による回転子では、永久磁石２２よりも固定子３から遠い位置に導電性部材２３が配置されているので、固定子３で発生した高調波磁束Ｐ１が導電性部材２３で低減されずに永久磁石２２と鎖交する。これにより、永久磁石２２に発生する渦電流が大きくなり、永久磁石２２が発熱しやすくなる。
【００３４】
このように、比較例１及び２による回転子のいずれにおいても、高調波磁束Ｐ１が導電性部材２３で低減されずに永久磁石２２と鎖交し、本実施の形態１による回転子２よりも、永久磁石２２が発熱しやすいことが分かる。
【００３５】
また、本実施の形態１による回転子２では、固定子３で発生した高調波磁束Ｐ１が導電性部材２３の対向部間領域２６をそのまま通過してしまうが、永久磁石２２が存在しない磁石間領域２５の周方向の範囲内に対向部間領域２６が位置していることから、高調波磁束Ｐ１が永久磁石２２と鎖交しにくくなり、永久磁石２２の発熱が抑制される。
【００３６】
このような回転電機１及び回転子２では、永久磁石２２よりも導電率の高い導電性部材２３がシャフト２１及び複数の永久磁石２２をまとめて囲み、導電性部材２３の第１の対向部２３１と第２の対向部２３２とが周方向について互いに離れているので、シャフト２１及び各永久磁石２２をまとめて板状の導電性部材２３で巻くだけで、導電性部材２３を回転子２に組み込むことができる。これにより、導電性部材２３の形状を簡単にすることができるだけでなく、導電性部材２３の回転子２への取り付け作業も容易にすることができる。従って、回転子２の製造を容易にすることができる。また、固定子３で発生した高調波磁束Ｐ１が永久磁石２２に達する前に高調波磁束Ｐ１を導電性部材２３と鎖交させて高調波磁束Ｐ１を低減させることができる。これにより、永久磁石２２が発熱しにくくすることができ、永久磁石２２の減磁を抑制することができる。
【００３７】
また、導電性部材２３の第１の対向部２３１と第２の対向部２３２との間に存在する対向部間領域２６が、互いに隣り合う永久磁石２２間に存在する磁石間領域２５の周方向の範囲内にのみ位置しているので、対向部間領域２６を通過した高調波磁束Ｐ１を永久磁石２２と鎖交させにくくすることができる。これにより、永久磁石２２の減磁をさらに抑制することができる。
【００３８】
さらに、導電性部材２３の第１の対向部２３１と第２の対向部２３２とを互いに接触させた場合、高調波磁束Ｐ１が導電性部材２３を通過しにくくすることができるが、第１の対向部２３１と第２の対向部２３２との境界での接触抵抗が高くなる。この場合、第１の対向部２３１と第２の対向部２３２との境界を渦電流が流れることにより、大きな渦電流損失が生じ、渦電流による磁束によって高調波磁束Ｐ１を低減させる効果が低下してしまう。また、この場合、第１の対向部２３１と第２の対向部２３２との境界で発熱しやすくなり、第１の対向部２３１と第２の対向部２３２との境界で発生した熱が永久磁石２２に伝わり、永久磁石２２が減磁しやすくなる。これに対して、本実施の形態では、導電性部材２３の第１の対向部２３１と第２の対向部２３２とが周方向について互いに離れているので、導電性部材２３に接触抵抗が生じることもなく、導電性部材２３における接触抵抗による発熱もない。従って、本実施の形態では、永久磁石２２の減磁をさらに抑制することができる。
【００３９】
また、回転子２の軸線方向については導電性部材２３を分割する必要がないので、渦電流の経路が回転子２の軸線方向について短くなってしまうことを防止することができる。これにより、導電性部材２３に発生する渦電流が低減してしまうことを防止することができ、高調波磁束Ｐ１を低減させる効果の低下を防止することができる。
【００４０】
なお、上記の例では、導電性部材２３に存在する対向部間領域２６の数が１つのみとなっているが、図７に示すように、複数の対向部間領域２６を導電性部材２３に周方向について互いに離して設けてもよい。この場合、各対向部間領域２６は、磁石間領域２５の周方向の範囲内にのみ位置している。導電性部材２３に存在する対向部間領域２６の数が複数である場合、導電性部材２３は複数の導電片を有し、複数の導電片が周方向について対向部間領域２６を介して互いに離れて配置され、各導電片の両端部が第１の対向部２３１及び第２の対向部２３２となる。図７の例では、４つの対向部間領域２６が導電性部材２３に設けられ、４つの磁石間領域２５の周方向の範囲内に各対向部間領域２６が個別に位置している。また、図７の例では、４つの導電片２３３が各永久磁石２２の外周面に重ねられ、互いに隣り合う導電片２３３間に対向部間領域２６が存在している。このようにすれば、各永久磁石２２の外周面に各導電片２３３を貼り付けるだけで導電性部材２３を回転子２に組み込むことができ、回転子２の製造をさらに容易にすることができる。
【００４１】
また、上記の例では、導電性部材２３の軸線方向全域にわたって対向部間領域２６が連続しているが、導電性部材２３の第１の対向部２３１及び第２の対向部２３２のそれぞれの一部同士が連結部を介して互いに連結されていてもよい。この場合、連結部の導電率は、永久磁石２２の導電率よりも高くされる。連結部は、第１の対向部２３１及び第２の対向部２３２のそれぞれの一部同士を溶接によって直接接合することにより形成されていてもよいし、第１の対向部２３１及び第２の対向部２３２間に接合用片を介在させて接合用片を第１及び第２の対向部２３１，２３２に溶接によって接合することにより形成されていてもよい。
【００４２】
導電性部材２３の第１の対向部２３１及び第２の対向部２３２のそれぞれの一部同士を、連結部を介して互いに連結する場合、例えば、図８に示すように、導電性部材２３の軸線方向両端部でのみ第１の対向部２３１及び第２の対向部２３２が連結部２３４を介して互いに連結され、導電性部材２３の軸線方向中間部では空間である対向部間領域２６がそのまま残されている構成になっていてもよい。このようにすれば、導電性部材２３の軸線方向両端部に位置する２つの連結部２３４を通る渦電流Ｃの経路を長くすることができ、固定子３からの高調波磁束Ｐ１を渦電流Ｃによる磁束によって低減させる効果を高めることができる。
【００４３】
また、上記の例では、導電性部材２３の軸線方向の寸法Ｌａが永久磁石２２の軸線方向の寸法Ｌｍと同じになっているが、導電性部材２３の軸線方向の寸法Ｌａを永久磁石２２の軸線方向の寸法Ｌｍよりも大きくしてもよい。このようにすれば、導電性部材２３に生じる渦電流の経路をさらに長くすることができ、高調波磁束Ｐ１を低減させる効果をさらに高めることができる。
【００４４】
実施の形態２．
図９は、この発明の実施の形態２による回転電機の回転子の要部を示す拡大断面図である。なお、図９は、実施の形態２による回転子の図３に対応する部分を示す図である。回転子２は、各磁石間領域２５にそれぞれ設けられている複数の極間部材３１と、各永久磁石２２及び各極間部材３１のそれぞれと導電性部材２３との間に介在している電気絶縁層３２とをさらに有している。
【００４５】
各極間部材３１は、回転子２の軸線方向に沿って配置されている。また、各極間部材３１は、互いに隣り合う２つの永久磁石２２のそれぞれの側面間に隙間なく嵌っている。対向部間領域２６は、極間部材３１の周方向の範囲内に位置している。さらに、極間部材３１の外周面と永久磁石２２の外周面との境界には段差が生じていない。即ち、極間部材３１の外周面は永久磁石２２の外周面に滑らかに連続している。
【００４６】
各極間部材３１の導電率は、永久磁石２２の導電率よりも高くなっている。各極間部材３１を構成する材料は、導電性部材２３を構成する材料と同じであってもよいし異なっていてもよい。
【００４７】
極間部材３１と永久磁石２２との比重差が大きい場合、極間部材３１と永久磁石２２との境界部分で回転子２の遠心力によるせん断応力が導電性部材２３に加わるため、極間部材３１と永久磁石２２との比重差は小さいほどよく、極間部材３１の比重が永久磁石２２の比重と等しいことが望ましい。この例では、極間部材３１を構成する材料として、永久磁石２２に対する比重差の小さい鉄系合金、例えばステンレス等が用いられる。
【００４８】
電気絶縁層３２は、各永久磁石２２及び各極間部材３１のそれぞれの外周面に重なった状態で、シャフト２１、各永久磁石２２及び各極間部材３１をまとめて囲んでいる。電気絶縁層３２の外周面には、導電性部材２３が重なっている。従って、導電性部材２３は、各永久磁石２２及び各極間部材３１のそれぞれに対して電気絶縁層３２により電気的に絶縁されている。
【００４９】
本実施の形態では、固定子３で高調波磁束Ｐ１が発生すると、対向部間領域２６を通過した高調波磁束Ｐ１が極間部材３１と鎖交する。高調波磁束Ｐ１が極間部材３１と鎖交すると、極間部材３１に渦電流が発生し、渦電流の発生によって磁束が高調波磁束Ｐ１を打ち消す方向へ発生する。これにより、対向部間領域２６を通過した高調波磁束Ｐ１が、シャフト２１及び永久磁石２２に達する前に低減される。他の構成及び動作は実施の形態１と同様である。
【００５０】
このような回転電機１及び回転子２では、極間部材３１が磁石間領域２５に設けられ、極間部材３１の導電率が永久磁石２２の導電率よりも高くなっているので、固定子３で発生した高調波磁束Ｐ１が対向部間領域２６を通過した場合でも、対向部間領域２６を通過した高調波磁束Ｐ１を極間部材３１と鎖交させることができ、極間部材３１に発生する渦電流によって高調波磁束Ｐ１を打ち消す方向へ磁束を発生させることができる。これにより、導電性部材２３だけでなく極間部材３１によっても高調波磁束Ｐ１を低減することができ、永久磁石２２の減磁をさらに抑制することができる。
【００５１】
また、極間部材３１及び永久磁石２２のそれぞれと導電性部材２３との間に電気絶縁層３２が介在しているので、導電性部材２３を極間部材３１から電気的に絶縁させることができ、導電性部材２３と極間部材３１との間で渦電流が流れることを防止することができる。これにより、回転子２での渦電流損失及び発熱を抑制することができ、永久磁石２２の減磁をさらに抑制することができる。
【００５２】
即ち、導電性部材２３が極間部材３１に接触している場合、導電性部材２３と極間部材３１との境界では、接触抵抗が高くなっている。この場合、導電性部材２３と極間部材３１との境界を渦電流が流れると、大きな渦電流損失が生じ、渦電流による磁束によって高調波磁束Ｐ１を低減させる効果が低下してしまう。また、この場合、導電性部材２３と極間部材３１との境界で発熱しやすくなり、導電性部材２３と極間部材３１との境界で発生した熱が永久磁石２２に伝わり、永久磁石２２が減磁しやすくなる。これに対して、本実施の形態では、導電性部材２３と極間部材３１との間で渦電流が流れることを電気絶縁層３２によって防止することができるので、回転子２での渦電流損失及び発熱を抑制することができ、永久磁石２２の減磁をさらに抑制することができる。
【００５３】
なお、上記の例において、各永久磁石２２及び各極間部材３１のそれぞれの外周面に導電性部材２３を接着固定する接着層を電気絶縁層３２として用いてもよい。接着層を構成する接着剤としては、例えば、電気絶縁性能に優れているエポキシ樹脂系又はシリコン樹脂系等の接着剤が望ましいが、特に限定されない。
【００５４】
また、上記の例において、電気絶縁層３２は、回転子２の軸線方向について導電性部材２３の全範囲にわたって配置されていることが望ましい。即ち、電気絶縁層３２の軸線方向の寸法Ｌｉと、導電性部材２３の軸線方向の寸法Ｌａとが等しくなっていること、即ちＬｉ＝Ｌａであることが望ましい。
【００５５】
また、上記の例において、保持部材２４にかかるせん断応力は、対向部間領域２６の周方向の寸法ｄ１が大きくなるほど大きくなる。従って、対向部間領域２６の周方向の寸法ｄ１は、できるだけ小さいほうがよい。そこで、対向部間領域２６の周方向の寸法ｄ１の設定範囲を特定するために、保持部材２４に発生する応力の応力集中係数と、対向部間領域２６の周方向の寸法ｄ１との関係を解析により算出した。応力集中係数は、部材に発生する最大応力を平均応力で除した値であり、疲労強度を評価する上での指標として用いられている。
【００５６】
解析では、保持部材２４を構成する材料を炭素繊維強化プラスチックとし、導電性部材２３を構成する材料を銅とし、極間部材３１を構成する材料をステンレスとした。また、解析では、回転子２の回転数を３００００ｒｐｍに設定し、回転子２の外径を約１００ｍｍに設定した。
【００５７】
図１０は、図９の保持部材２４に発生する応力の応力集中係数と、対向部間領域２６の周方向の寸法ｄ１との関係を示すグラフである。保持部材２４において十分な疲労強度を確保するためには、応力集中係数が１．４以下であることが望ましい。図１０のグラフをみてみると、保持部材２４の応力集中係数が１．４以下になるのは、対向部間領域２６の周方向の寸法ｄ１が５ｍｍ以下のときである。従って、上記の例では、対向部間領域２６の周方向の寸法ｄ１を５ｍｍ以下にするのが望ましい。
【００５８】
また、上記の例において、導電性部材２３の第１の対向部２３１及び第２の対向部２３２のそれぞれの保持部材２４側の角部に面取りを行ってもよい。このようにすれば、導電性部材２３から保持部材２４にかかるせん断応力を軽減することができ、保持部材２４の破損の防止を図ることができる。
【００５９】
実施の形態３．
図１１は、この発明の実施の形態３による回転電機の回転子の要部を示す拡大断面図である。なお、図１１は、実施の形態３による回転子の図３に対応する部分を示す図である。回転子２は、対向部間領域２６に設けられている充填部材４５をさらに有している。
【００６０】
充填部材４５は、電気絶縁体である。また、充填部材４５は、対向部間領域２６に隙間なく配置されている。この例では、樹脂成形体が充填部材４５として対向部間領域２６に充填されている。充填部材４５の外周面と導電性部材２３の外周面との境界には段差が生じていない。即ち、充填部材４５の外周面は導電性部材２３の外周面に滑らかに連続している。他の構成及び動作は実施の形態２と同様である。
【００６１】
このような回転電機１及び回転子２では、充填部材４５が対向部間領域２６に設けられているので、対向部間領域２６では充填部材４５により保持部材２４を支えることができる。これにより、導電性部材２３の第１の対向部２３１及び第２の対向部２３２の位置で保持部材２４にかかるせん断応力を低減することができ、保持部材２４の破損の防止を図ることができる。また、充填部材４５が電気絶縁体であるので、第１の対向部２３１と第２の対向部２３２との間で渦電流が流れることをより確実に防止することができる。これにより、導電性部材２３における渦電流損失を低減することができ、永久磁石２２の減磁をより確実に抑制することができる。
【００６２】
なお、充填部材４５を構成する材料としては、特に限定されないが、充填部材４５と導電性部材２３との比重差が大きい場合、回転子２の回転時の遠心力の違いから保持部材２４にかかるせん断応力が大きくなってしまうおそれがある。従って、充填部材４５と導電性部材２３との比重差が小さいほどよく、充填部材４５の比重が導電性部材２３の比重と等しいことが望ましい。
【００６３】
また、上記の例では、充填部材４５を対向部間領域２６に配置した構成が実施の形態２の回転子２に適用されているが、充填部材４５を対向部間領域２６に配置した構成を実施の形態１の回転子２に適用してもよい。
【００６４】
実施の形態４．
図１２は、この発明の実施の形態４による回転電機の回転子の要部を示す拡大断面図である。なお、図１２は、実施の形態４による回転子の図３に対応する部分を示す図である。各磁石間領域２５のうち、対向部間領域２６の周方向位置に対応する磁石間領域２５に設けられている極間部材３１は、極間部材本体３１１と、極間部材本体３１１から径方向外側へ突出し電気絶縁層３２を貫通して対向部間領域２６内に達する突起部３１２とを有している。
【００６５】
極間部材本体３１１は、互いに隣り合う２つの永久磁石２２のそれぞれの側面間に隙間なく嵌っている。極間部材本体３１１の外周面と永久磁石２２の外周面との境界には段差が生じていない。即ち、極間部材本体３１１の外周面は永久磁石２２の外周面に滑らかに連続している。
【００６６】
突起部３１２の極間部材本体３１１からの突出寸法は、電気絶縁層３２の厚さ寸法及び導電性部材２３の厚さ寸法を合計した寸法になっている。また、突起部３１２の突出端面は、保持部材２４の内周面に接触している。従って、突起部３１２の突出端面は、保持部材２４に接触する導電性部材２３の外周面に重なる仮想円上で保持部材２４の内周面に接触している。さらに、突起部３１２の周方向の寸法、即ち突起部３１２の幅寸法ｄ３は、対向部間領域２６の周方向の寸法ｄ１よりも小さくなっている。これにより、突起部３１２は、導電性部材２３の第１の対向部２３１及び第２の対向部２３２のそれぞれから離れている。即ち、第１の対向部２３１及び第２の対向部２３２のそれぞれと突起部３１２との間には、周方向について微小な隙間ｇが生じている。他の構成及び動作は実施の形態２と同様である。
【００６７】
このような回転電機１及び回転子２では、磁石間領域２５に設けられている極間部材本体３１１から突出する突起部３１２が、電気絶縁層３２を貫通して対向部間領域２６に達し保持部材２４に接触しているので、導電性部材２３の第１の対向部２３１と第２の対向部２３２との間で保持部材２４を突起部３１２により支えることができ、第１の対向部２３１及び第２の対向部２３２のそれぞれから保持部材２４にかかるせん断応力を小さくすることができる。これにより、保持部材２４が破損することを防止することができる。また、突起部３１２が対向部間領域２６に配置されることにより、固定子３で発生した高調波磁束Ｐ１の対向部間領域２６に対する通過量をさらに低減することができ、永久磁石２２の減磁をさらに抑制することができる。
【００６８】
また、突起部３１２は、導電性部材２３の第１の対向部２３１及び第２の対向部２３２のそれぞれから離れているので、導電性部材２３と突起部３１２との間で渦電流が流れることをより確実に防止することができ、導電性部材２３及び極間部材３１のそれぞれでの渦電流損失を低減することができる。
【００６９】
なお、上記の例において、第１及び第２の対向部２３１，２３２から保持部材２４にかかるせん断応力は、導電性部材２３と突起部３１２との間に生じる隙間ｇの周方向の寸法が小さくなるほど小さくなるが、隙間ｇを小さくしすぎると、導電性部材２３と突起部３１２とが互いに接触する可能性が高まってしまう。従って、隙間ｇの寸法は、導電性部材２３と突起部３１２とが互いに接触しないように、突起部３１２の周方向の加工誤差と、導電性部材２３の周方向の加工誤差とを合計した寸法よりも大きい寸法にするのが望ましい。
【００７０】
また、上記の例では、実施の形態２の回転子２における磁石間領域２５に、極間部材本体３１１及び突起部３１２を持つ極間部材３１が配置されているが、電気絶縁層３２のない実施の形態１の回転子２における磁石間領域２５に、極間部材本体３１１及び突起部３１２を持つ極間部材３１を配置してもよい。この場合、極間部材本体３１１が磁石間領域２５に配置され、極間部材本体３１１から対向部間領域２６へ突出している突起部３１２が導電性部材２３の内周面に接触する。また、この場合、極間部材３１は電気絶縁体にされる。このようにしても、第１の対向部２３１及び第２の対向部２３２のそれぞれから保持部材２４にかかるせん断応力を小さくすることができ、保持部材２４の破損を防止することができる。
【００７１】
実施の形態５．
図１３は、この発明の実施の形態５による回転電機の回転子の要部を示す拡大断面図である。なお、図１３は、実施の形態５による回転子の図３に対応する部分を示す図である。回転子２は、各永久磁石２２及び各極間部材３１のそれぞれと電気絶縁層３２との間に介在している導電性被膜５１をさらに有している。
【００７２】
導電性被膜５１は、シャフト２１、各永久磁石２２及び各極間部材３１をまとめて囲んでいる。また、導電性被膜５１は、各永久磁石２２及び各極間部材３１のそれぞれの外周面に回転子２の周方向の全周にわたって重なっている。導電性被膜５１の導電率は、永久磁石２２の導電率よりも高くなっている。導電性被膜５１を構成する材料としては、例えばアルミニウム合金又は銅合金等が用いられている。
【００７３】
導電性被膜５１と導電性部材２３との間には、電気絶縁層３２が介在している。従って、導電性部材２３は、導電性被膜５１に対して電気絶縁層３２により電気的に絶縁されている。各極間部材３１の導電率については、特に限定されず、どのような値であってもよい。
【００７４】
本実施の形態では、固定子３で高調波磁束Ｐ１が発生すると、対向部間領域２６を通過した高調波磁束Ｐ１が導電性被膜５１と鎖交する。高調波磁束Ｐ１が導電性被膜５１と鎖交すると、導電性被膜５１に渦電流が発生し、渦電流の発生によって磁束が高調波磁束Ｐ１を打ち消す方向へ発生する。これにより、対向部間領域２６を通過した高調波磁束Ｐ１が、シャフト２１及び永久磁石２２に達する前に低減される。他の構成及び動作は実施の形態２と同様である。
【００７５】
このような回転電機１及び回転子２では、永久磁石２２よりも導電率の高い導電性被膜５１が、各永久磁石２２及び各極間部材３１のそれぞれと電気絶縁層３２との間に介在しているので、固定子３で発生した高調波磁束Ｐ１が対向部間領域２６を通過した場合でも、対向部間領域２６を通過した高調波磁束Ｐ１を導電性被膜５１と鎖交させることができ、導電性被膜５１に発生する渦電流によって高調波磁束Ｐ１を打ち消す方向へ磁束を発生させることができる。これにより、導電性部材２３だけでなく導電性被膜５１によっても高調波磁束Ｐ１を低減することができ、永久磁石２２の減磁をさらに抑制することができる。
【００７６】
また、導電性被膜５１と導電性部材２３との間に電気絶縁層３２が介在しているので、導電性部材２３を導電性被膜５１から電気的に絶縁させることができ、導電性部材２３と導電性被膜５１との間で渦電流が流れることを防止することができる。これにより、回転子２での渦電流損失及び発熱を抑制することができ、永久磁石２２の減磁をさらに抑制することができる。
【００７７】
なお、上記の例において、導電性被膜５１の厚さ寸法が大きすぎると、磁気ギャップが大きくなるので固定子３での損失が大きくなってしまう。一方、導電性被膜５１の厚さ寸法が小さすぎると、導電性被膜５１の抵抗が大きくなるので渦電流が導電性被膜５１に流れにくくなり、高調波磁束Ｐ１を打ち消す効果が低下してしまう。導電性被膜５１を構成する材料がアルミニウム合金である場合、導電性被膜５１の厚さ寸法を０．２ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内の寸法にすれば、磁気ギャップに大きな影響を与えることなく、高調波磁束Ｐ１を打ち消す効果が十分に得られる。
【００７８】
また、上記の例では、対向部間領域２６が空間になっているが、実施の形態３と同様に、対向部間領域２６に充填部材４５を配置してもよい。
【００７９】
実施の形態６．
図１４は、この発明の実施の形態６による回転電機を示す断面図である。回転子２は、永久磁石２２の軸線方向外側にそれぞれ設けられている一対のリング部材６１をさらに有している。永久磁石２２は、回転子２の軸線方向について一対のリング部材６１間に挟まれている。一方のリング部材６１は永久磁石２２の一端面に接触し、他方のリング部材６１は永久磁石２２の他端面に接触している。
【００８０】
一対のリング部材６１は、シャフト２１の外周面に嵌っている。また、一対のリング部材６１のそれぞれの径方向肉厚は、永久磁石２２の厚さ寸法と同じになっている。各リング部材６１の導電率については、特に限定されず、どのような値であってもよい。
【００８１】
電気絶縁層３２、導電性部材２３及び保持部材２４のそれぞれは、回転子２の軸線方向について一対のリング部材６１を覆う位置にまで達している。これにより、軸線方向についての各リング部材６１の位置では、リング部材６１の外周面が電気絶縁層３２で覆われ、電気絶縁層３２の外周面が導電性部材２３で覆われ、導電性部材２３の外周面が保持部材２４で覆われている。即ち、軸線方向についての各リング部材６１の位置では、回転子２の径方向について、シャフト２１と電気絶縁層３２との間にリング部材６１が配置され、電気絶縁層３２の外周面に導電性部材２３及び保持部材２４が径方向外側へ順次重なっている。また、この例では、図１４に示すように、固定子コア４の軸線方向の中心位置で軸線Ａに直交する軸線直交線Ｂに関して、回転子２及び固定子３のそれぞれの構成が対称になっている。
【００８２】
また、電気絶縁層３２の軸線方向の寸法Ｌｉ、永久磁石２２の軸線方向の寸法Ｌｍ、導電性部材２３の軸線方向の寸法Ｌａ、保持部材２４の軸線方向の寸法Ｌｋ、固定子コア４の軸線方向の寸法Ｌｓの関係としては、Ｌｋ≧Ｌａ＝Ｌｉ＞Ｌｍで、かつＬａ＞Ｌｓの関係が成立している。
【００８３】
ＰＷＭ制御により固定子コイル５に電流が供給されると、キャリア周波数に起因する高調波磁束Ｐ１が固定子３から発生する。このとき、固定子３の軸線方向両端部に位置するコイルエンド５ａにも電流が供給されることから、固定子コア４の軸線方向の範囲外でも高調波磁束Ｐ１が発生する。
【００８４】
ここで、固定子コア４の軸線方向の寸法Ｌｓが導電性部材２３の軸線方向の寸法Ｌａと等しい場合、即ちＬｓ＝Ｌａである場合、固定子コア４の軸線方向の範囲外には導電性部材２３が存在しないため、固定子コア４の軸線方向の範囲外で発生する高調波磁束Ｐ１は導電性部材２３で低減されずにシャフト２１と鎖交する。これにより、Ｌｓ＝Ｌａである場合には、固定子コア４の軸線方向の範囲外で大きな渦電流損失がシャフト２１に発生する。
【００８５】
これに対して、本実施の形態では、固定子コア４の軸線方向の範囲外でも導電性部材２３が存在している。従って、固定子コア４の軸線方向の範囲外で発生する高調波磁束Ｐ１は導電性部材２３と鎖交し、導電性部材２３に渦電流が発生する。これにより、高調波磁束Ｐ１を打ち消す方向へ磁束が発生し、シャフト２１に発生する渦電流損失が低減される。他の構成及び動作は実施の形態２と同様である。
【００８６】
このような回転電機１では、永久磁石２２の軸線方向外側に設けられているリング部材６１がシャフト２１と電気絶縁層３２との間に介在し、電気絶縁層３２の軸線方向の寸法Ｌｉ、永久磁石２２の軸線方向の寸法Ｌｍ、導電性部材２３の軸線方向の寸法Ｌａ、保持部材２４の軸線方向の寸法Ｌｋ、固定子コア４の軸線方向の寸法Ｌｓの関係が、Ｌｋ≧Ｌａ＝Ｌｉ＞Ｌｍで、かつＬａ＞Ｌｓの関係を満たしているので、固定子コア４の軸線方向の範囲外で発生する高調波磁束Ｐ１を導電性部材２３と鎖交させることができる。これにより、固定子コア４の軸線方向の範囲外でも、高調波磁束Ｐ１がシャフト２１に達する前に高調波磁束Ｐ１を低減させることができ、シャフト２１での渦電流損失を低減させることができる。これにより、回転子２での発熱をさらに抑制することができ、永久磁石２２の減磁をさらに抑制することができる。
【００８７】
また、シャフト２１と電気絶縁層３２との間が空間になっている場合には、回転子２の回転による遠心力により、電気絶縁層３２に対する永久磁石２２の軸線方向端部の接触位置で電気絶縁層３２及び導電性部材２３に発生するせん断応力が大きくなる。これに対して、本実施の形態では、固定子コア４の軸線方向の範囲外においてシャフト２１の外周面と電気絶縁層３２との間にリング部材６１が介在しているので、電気絶縁層３２及び導電性部材２３に発生するせん断応力を軽減することができる。
【００８８】
なお、上記の例において、電気絶縁層３２及び導電性部材２３に発生するせん断応力はリング部材６１と永久磁石２２との比重差が小さいほど小さくなることから、リング部材６１と永久磁石２２との比重差は小さいほどよく、リング部材６１の比重が永久磁石２２の比重と等しいのが望ましい。
【００８９】
また、リング部材は複数のリング状の薄板を複数積層することによって構成されていてもよい。
また、上記の例では、永久磁石２２の軸線方向外側に一対のリング部材６１を設けた構成が実施の形態２の回転子２に適用されているが、永久磁石２２の軸線方向外側に一対のリング部材６１を設けた構成を実施の形態３〜５の回転子２に適用してもよい。
【００９０】
実施の形態７．
図１５は、この発明の実施の形態７による導電性部材２３の径方向の厚みと、インバータ駆動時の回転子２の損失との関係を表したグラフである。本実施の形態による回転子２の構成は、導電性部材２３の径方向の厚みｔの設定範囲を特定したことを除き、実施の形態１による回転子２の構成と同様である。導電性部材２３の抵抗率をρ、導電性部材２３の透磁率をμ、回転電機を駆動させるインバータのキャリア角周波数をωcとすると、キャリア高調波磁束に反応した渦電流が導電性部材２３に流れるときの導電性部材２３の表皮深さｄは、以下の式（１）で定義される。
【００９１】
【数１】
2017047253.tif 000003
【００９２】
図１５は、導電性部材２３で発生する渦電流による損失、導電性部材２３よりも内周側にある部材である永久磁石２２及びシャフト２１で発生する渦電流による損失、及びそれらの総和である回転子２の損失の、導電性部材２３の径方向の厚みｔに対する依存性を示している。ここで、固定子３のティース４２の表面から永久磁石２２の外周面までの距離は、一定としている。また、図１５では、導電性部材２３の径方向の厚みｔを表皮深さｄによって規格化した値（ｔ／ｄ）を横軸に用い、導電性部材２３が存在しない場合（ｔ＝０）の回転子２の損失を１にして規格化した値を縦軸に用いている。
【００９３】
図１５に示されているように、導電性部材２３よりも内周側にある部材の損失は、導電性部材２３の径方向の厚みが増すにつれ小さくなっていく。これは、導電性部材２３の径方向の厚みが増すにつれ導電性部材２３の断面積が増すので抵抗が小さくなり、導電性部材２３に流れる渦電流が大きくなるので、キャリア高調波磁束が打ち消され、導電性部材２３の内周側にある部材に鎖交する磁束が減少するためである。
【００９４】
導電性部材２３の内周側にある部材の損失は、図１５から分かるように、ｔ／ｄが０．１であるときに、導電性部材２３がない場合の損失と比較して半分以下となり、ｔ／ｄが１になると、導電性部材２３がない場合の損失に対して１％以下にまで減少する。一方で、導電性部材２３の径方向の厚みｔが増すにつれて導電性部材２３に流れる渦電流が増加するので、導電性部材２３の損失も増加していくが、導電性部材２３の径方向の厚みｔが増すことにより導電性部材２３の抵抗値が減少していくので、ｔ／ｄが０．１５を超えた辺りで導電性部材２３の損失は減少に転ずる。さらに、導電性部材２３の径方向の厚みｔが増していくと導電性部材２３の表面から固定子３のティース４２までの距離が小さくなり、磁気抵抗の脈動による磁束密度の変動が大きくなるため、導電性部材２３の損失は増加していく。回転子２の損失は、ｔ／ｄが２であるときに、導電性部材が存在しないの場合（ｔ＝０）と同じになり、ｔ／ｄが２を超えると、導電性部材２３が存在しないの場合（ｔ＝０）よりも大きくなる。従って、導電性部材２３の損失と導電性部材２３の内周側にある部材の損失との総和である回転子２の損失は、ｔ／ｄ≦１で最小となる。即ち、導電性部材２３の径方向の厚みｔがｔ／ｄ≦１の範囲にあるときに、回転子２の損失が最小になる。
【００９５】
本実施の形態に係る導電性部材２３の厚みｔは、以下の式（２）を満たすように設定されている。
【００９６】
【数２】
2017047253.tif 000004
【００９７】
本実施の形態では、導電性部材２３の厚みｔが式（２）を満たすように設定されているので、導電性部材２３が存在しない場合よりも回転子２の損失を小さく抑えることができ、永久磁石２２の減磁を抑制することができる。
【００９８】
なお、この例では、導電性部材２３の径方向の厚みｔが式（２）を満たすように設定されているが、導電性部材２３の径方向の厚みｔの設定範囲をさらに限定して、以下の式（３）を満たすように導電性部材２３の径方向の厚みｔを設定してもよい。
【００９９】
【数３】
2017047253.tif 000005
【０１００】
このように、式（３）を満たすように導電性部材２３の径方向の厚みｔを設定すれば、ｔ／ｄの上限を１とすることができるので、導電性部材２３の径方向の厚みｔをｔ／ｄ≦２と設定した場合よりも回転子２の損失をさらに小さく抑えることができ、永久磁石２２の減磁を抑制することができる。また、式（３）を満たすように導電性部材２３の厚みｔを設定すれば、ｔ／ｄの下限を０．１とすることができるので、導電性部材２３よりも内周側にある部材の損失を、導電性部材２３が存在しない場合と比較して半分以下に抑えることができ、永久磁石２２の渦電流損失が低減し永久磁石２２の減磁を抑えることができる。
【０１０１】
なお、実施の形態１では、各対向部間領域２６は、磁石間領域２５の周方向の範囲内にのみ位置しているが、図１６に示すように、複数の対向部間領域２６のうち少なくとも１つが磁石間領域２５の周方向範囲内に位置していてもよい。図１６の回転子２では４つの対向部間領域２６のうち１つが磁石間領域２５の周方向範囲内に存在し、残りの３つの対向部間領域２６は磁石間領域２５ではなく、永久磁石２２上に対向部間領域２６が存在している。上記のような構成をとることで、対向部間領域２６の全てが永久磁石２２上に存在する場合と比較し、永久磁石２２に鎖交するキャリア高調波成分が導電性部材２３によって打ち消され、永久磁石２２の減磁を抑制することができる。さらに、複数の対向部間領域２６のうち少なくとも１つが磁石間領域２５の周方向範囲内に位置するようにした構成を、実施の形態２〜６のそれぞれに適用してもよい。
【０１０２】
また、各上記実施の形態では、回転子２及び固定子３のそれぞれの構成が軸線直交線Ｂに関して対称になっているが、回転子２及び固定子３のそれぞれの構成を軸線直交線Ｂに関して非対称にしてもよい。
【０１０３】
この発明は各上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の基本的技術的思想及び教示に基づいて種々変更して実施することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１  回転電機、２  回転子、３  固定子、４  固定子コア、５  固定子コイル、２１  シャフト（回転子コア）、２２  永久磁石、２３  導電性部材、２４  保持部材、２５  磁石間領域、２６  対向部間領域、３１  極間部材、３２  電機絶縁層、４１  充填部材、５１  導電性被膜、６１  リング部材、２３１  第１の対向部、２３２  第２の対向部、３１１  極間部材本体、３１２  突起部。
【図１】
2017047253.tif 000009
【図２】
2017047253.tif 000010
【図３】
2017047253.tif 000011
【図４】
2017047253.tif 000012
【図５】
2017047253.tif 000013
【図６】
2017047253.tif 000014
【図７】
2017047253.tif 000015
【図８】
2017047253.tif 000016
【図９】
2017047253.tif 000017
【図１０】
2017047253.tif 000018
【図１１】
2017047253.tif 000019
【図１２】
2017047253.tif 000020
【図１３】
2017047253.tif 000021
【図１４】
2017047253.tif 000022
【図１５】
2017047253.tif 000023
【図１６】
2017047253.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成29年4月27日(2017.4.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
また、上記の例では、実施の形態２の回転子２における磁石間領域２５に、極間部材本体３１１及び突起部３１２を持つ極間部材３１が配置されているが、電気絶縁層３２のない実施の形態１の回転子２における磁石間領域２５に、極間部材本体３１１及び突起部３１２を持つ極間部材３１を配置してもよい。この場合、極間部材本体３１１が磁石間領域２５に配置され、極間部材本体３１１から対向部間領域２６へ突出している突起部３１２が保持部材２４の内周面に接触する。また、この場合、極間部材３１は電気絶縁体にされる。このようにしても、第１の対向部２３１及び第２の対向部２３２のそれぞれから保持部材２４にかかるせん断応力を小さくすることができ、保持部材２４の破損を防止することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子コア、
前記回転子コアの外周部に設けられ、周方向へ互いに離して配置されている複数の永久磁石、
前記回転子コア及び前記複数の永久磁石をまとめて囲んでいる導電性部材、及び
前記回転子コア、前記複数の永久磁石及び前記導電性部材をまとめて囲んでいる保持部材
を備え、
前記導電性部材の導電率は、前記永久磁石の導電率よりも高くなっており、
前記導電性部材は、周方向について互いに離れて対向する第１及び第２の対向部を有し、
前記第１及び第２の対向部間に存在する対向部間領域は、周方向について互いに隣り合う前記永久磁石間に存在する磁石間領域の周方向の範囲内に位置しており、
前記導電性部材の径方向の厚みをｔ、前記導電性部材の抵抗率をρ、前記導電性部材の透磁率をμ、前記回転電機を駆動させるインバータのキャリア角周波数をωc、前記導電性部材の表皮厚さをｄとすると、
ｄは、
【数１】
2017047253.tif 000025
で定義され、
ｔとｄとの間には、
【数２】
2017047253.tif 000026
を満たす関係が成立している回転電機の回転子。
【請求項２】
ｔとｄとの間には、
【数３】
2017047253.tif 000027
をさらに満たす関係が成立している請求項１に記載の回転電機の回転子。
【請求項３】
回転子コア、
前記回転子コアの外周部に設けられ、周方向へ互いに離して配置されている複数の永久磁石、
前記回転子コア及び前記複数の永久磁石をまとめて囲んでいる導電性部材、及び
前記回転子コア、前記複数の永久磁石及び前記導電性部材をまとめて囲んでいる保持部材
を備え、
前記導電性部材の導電率は、前記永久磁石の導電率よりも高くなっており、
前記導電性部材は、周方向について互いに離れて対向する第１及び第２の対向部を有し、
前記第１及び第２の対向部間に存在する対向部間領域は、周方向について互いに隣り合う前記永久磁石間に存在する磁石間領域の周方向の範囲内に位置しており、
前記磁石間領域に設けられている極間部材、及び
前記複数の永久磁石及び前記極間部材のそれぞれと前記導電性部材との間に介在している電気絶縁層
を備えている回転電機の回転子。
【請求項４】
前記極間部材は、前記磁石間領域に設けられている極間部材本体と、前記極間部材本体から前記電気絶縁層を貫通して前記対向部間領域内に達し、前記保持部材に接触している突起部とを有している請求項３に記載の回転電機の回転子。
【請求項５】
前記突起部は、前記導電性部材の前記第１及び第２の対向部のそれぞれから離れている請求項４に記載の回転電機の回転子。
【請求項６】
回転子コア、
前記回転子コアの外周部に設けられ、周方向へ互いに離して配置されている複数の永久磁石、
前記回転子コア及び前記複数の永久磁石をまとめて囲んでいる導電性部材、及び
前記回転子コア、前記複数の永久磁石及び前記導電性部材をまとめて囲んでいる保持部材
を備え、
前記導電性部材の導電率は、前記永久磁石の導電率よりも高くなっており、
前記導電性部材は、周方向について互いに離れて対向する第１及び第２の対向部を有し、
前記第１及び第２の対向部間に存在する対向部間領域は、周方向について互いに隣り合う前記永久磁石間に存在する磁石間領域の周方向の範囲内に位置しており、
前記磁石間領域に設けられている極間部材、
前記複数の永久磁石及び前記極間部材のそれぞれと前記導電性部材との間に介在している電気絶縁層、及び
前記複数の永久磁石及び前記極間部材のそれぞれと前記電気絶縁層との間に介在している導電性被膜
を備え、
前記導電性被膜の導電率は、前記永久磁石の導電率よりも高くなっている回転電機の回転子。
【請求項７】
前記対向部間領域に設けられている充填部材
を備え、
前記充填部材は、電気絶縁体である請求項３又は請求項６に記載の回転電機の回転子。
【請求項８】
前記磁石間領域に設けられている極間部材
を備え、
前記極間部材は、前記磁石間領域に設けられている極間部材本体と、前記極間部材本体から前記対向部間領域へ突出し、前記保持部材に接触している突起部とを有している請求項１又は請求項２に記載の回転電機の回転子。
【請求項９】
請求項３から請求項７のいずれか一項に記載の回転子、及び
径方向について隙間を介して前記回転子を囲む固定子
を備え、
前記回転子は、前記永久磁石の軸線方向外側に設けられているリング部材を有し、
前記リング部材は、前記回転子コアと前記電気絶縁層との間に介在しており、
前記固定子は、固定子コアと、前記固定子コアに設けられている固定子コイルとを有し、
前記固定子コイルは、軸線方向について前記固定子コアから突出するコイルエンドを有し、
前記固定子コアの軸線方向の寸法をＬｓ、前記永久磁石の軸線方向の寸法をＬｍ、前記導電性部材の軸線方向の寸法をＬａ、前記電気絶縁層の軸線方向の寸法をＬｉ、前記保持部材の軸線方向の寸法をＬｋとすると、
Ｌｋ≧Ｌａ＝Ｌｉ＞Ｌｍで、かつＬａ＞Ｌｓの関係が成立している回転電機。
【請求項１０】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の回転子、及び
径方向について隙間を介して前記回転子を囲む固定子
を備えている回転電機。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2017047253.tif 000028
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2017047253.tif 000029
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2017047253.tif 000030
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2017047253.tif 000031
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１２】
2017047253.tif 000032
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１４】
2017047253.tif 000033
【国際調査報告】
2017047253.tif 000034
2017047253.tif 000035
2017047253.tif 000036
2017047253.tif 000037