(57)【要約】【課題】ロータコアに空隙を形成しても、トルクを低下させることなくトルクリプルを抑えることができる永久磁石埋込型回転子、及び該永久磁石埋込型回転子を備える回転電機を提供する。【解決手段】永久磁石埋込型回転子１５において、ロータコア１６の外周面１６ｂ寄りに、ｄ軸に直交する方向に延びるように第１永久磁石１７が埋込まれるとともに、第１永久磁石１７の両側にｑ軸に沿って延びるように第２永久磁石１８が埋込まれている。第１永久磁石１７のｑ軸寄りの両端から離れて第２空隙２２がロータコア１６に形成されている。第２空隙２２は、第１永久磁石１７よりｑ軸側の基部２２１と、基部２２１からｄ軸側へ延びる空隙延長部２２２とから構成されている。ロータコア１６の径方向に沿った空隙延長部２２２の開口幅が、基部２２１の開口幅より狭く形成されている。【選択図】図２
2012023855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子内側のロータコアの外周面寄りに、ｄ軸に直交する方向に延びるように第１永久磁石が埋込まれるとともに、前記第１永久磁石の両側にｑ軸に沿って延びるように第２永久磁石が埋込まれ、さらに、前記第１永久磁石の前記ｑ軸寄りの両端から離れて空隙が前記ロータコアに形成された永久磁石埋込型回転子において、
前記空隙は、前記第１永久磁石より前記ｑ軸側の基部と、該基部から前記ｄ軸側へ延びる空隙延長部とから構成され、前記ロータコアの径方向に沿った前記空隙延長部の開口幅が、前記基部の開口幅より狭く形成されている永久磁石埋込型回転子。
【請求項２】
前記ｄ軸に直交する方向に沿った、前記基部からの前記空隙延長部の延長長さは、前記ｄ軸に直交する方向に沿った前記第１永久磁石の長さの１／１２〜１／４倍に設定されている請求項１に記載の永久磁石埋込型回転子。
【請求項３】
前記空隙の形成面は、前記ロータコアの外周面に沿って延びる外周側形成面を有し、該外周側形成面と前記ロータコアの外周面との間には、ロータコアの周方向に沿って一定幅で延びるブリッジが形成されている請求項１又は請求項２に記載の永久磁石埋込型回転子。
【請求項４】
前記空隙は、前記ロータコアの最外周面寄りに位置する外周側端部を有するとともに、前記ロータコアの最内周面寄りに位置する内周側端部を有し、前記第１永久磁石は、該第１永久磁石の磁極面が、前記空隙の外周側端部より前記ロータコアの内周面側に位置し、かつ前記空隙の内周側端部より前記ロータコアの外周面側に位置するように配置されている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の永久磁石埋込型回転子。
【請求項５】
前記固定子は、環状のステータコアの内周に複数配列されたティースを備え、前記ステータコアの径方向に沿って延び、かつ前記ティースの幅方向の中間点を通過する直線を前記ティースの中心軸とし、隣り合うティースの前記中心軸間のピッチをＰとしたとき、前記ｄ軸に沿った前記ロータコアの外周面から前記磁極面までの前記第１永久磁石の埋込深さが、
１／１０Ｐ＜埋込深さ＜２／３Ｐ
を満たすように第１永久磁石が配置される請求項４に記載の永久磁石埋込型回転子。
【請求項６】
前記第１永久磁石は、前記ｄ軸に直交する方向に細長に延びる平板形状であり、前記第１永久磁石の長辺方向への長さは、前記ピッチの１〜３倍に設定される請求項５に記載の永久磁石埋込型回転子。
【請求項７】
前記第２永久磁石と前記空隙との間隔は、前記ピッチの０．３〜２倍に設定される請求項５又は請求項６に記載の永久磁石埋込型回転子。
【請求項８】
前記第２永久磁石は、前記ロータコアの内周面側から外周面側に向かって広がるＶ字状、又はロータコアの外周面側から内周面側に向かって凹む円弧状に配置されている請求項１〜請求項７のうちいずれか一項に記載の永久磁石埋込型回転子。
【請求項９】
固定子と、
該固定子内側のロータコアの外周面寄りに、ｄ軸に直交する方向に延びるように第１永久磁石が埋込まれるとともに、前記第１永久磁石の両側にｑ軸に沿って延びるように第２永久磁石が埋込まれ、さらに、前記第１永久磁石の両端から前記ｑ軸側に離れて空隙が前記ロータコアに形成された永久磁石埋込型回転子と、からなる回転電機であって、
前記永久磁石埋込型回転子が、請求項１〜請求項８のうちいずれか一項に記載の永久磁石埋込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、ロータコアの外周面寄りに、ｄ軸に直交する方向に延びるように第１永久磁石が埋込まれるとともに、第１永久磁石の両側にｑ軸に沿って延びるように第２永久磁石が埋込まれ、第１永久磁石の両端からｑ軸側に離れて空隙がロータコアに形成された永久磁石埋込型回転子、及び該永久磁石埋込型回転子を備える回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の回転電機としては、例えば、特許文献１が挙げられる。図５に示すように、特許文献１の永久磁石式リラクタンス型回転電機９０は、複数の電機子コイル９１を備える固定子９２と、その固定子９２の内側の回転子９３とから構成されている。
【０００３】
回転子９３は、円筒形の回転子鉄心９４を備えるとともに、複数の磁極が設けられている。回転子鉄心９４の各磁極軸に沿った方向には、磁極幅の間隔をあけて長方形状の第１の空洞部９５が形成されている。第１の空洞部９５は、各磁極を両側から挟み込む位置に形成されている。第１の空洞部９５それぞれには第１の永久磁石９６が埋込まれている。また、回転子鉄心９４において、各磁極間には回転子鉄心９４の外周に沿って長方形状の第２の空洞部９７が形成されている。第２の空洞部９７それぞれには第２の永久磁石９８が埋込まれている。
【０００４】
そして、永久磁石式リラクタンス型回転電機９０においては、回転子鉄心９４に第１の永久磁石９６と第２の永久磁石９８とを設けることで、リラクタンストルクを増大させ、永久磁石式リラクタンス型回転電機９０のトルクが増大されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５９７８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１の永久磁石式リラクタンス型回転電機９０において、第２の永久磁石９８は回転子鉄心９４の表面に配置されているため、この第２の永久磁石９８に鎖交する交番磁界が多く、第２の永久磁石９８には大きな渦電流損が発生してしまっている。この大きな渦電流損により、第２の永久磁石９８の温度が上昇してしまい、第２の永久磁石９８が減磁されてしまって永久磁石式リラクタンス型回転電機９０のトルクが低下してしまう。
【０００７】
このため、第２の永久磁石９８に鎖交する交番磁界を減らすため、第２の永久磁石９８を回転子鉄心９４の表面から離すべく、図５の２点鎖線に示すように、第２の永久磁石９８の埋込位置（第２の空洞部９７の形成位置）を、回転子鉄心９４の内周面側へ移動させることが考えられる。しかし、第２の永久磁石９８の埋込位置を、回転子鉄心９４の内周面側へ移動させると、第２の永久磁石９８と第１の永久磁石９６とが近付いて短絡磁束が増加してしまい、第２の永久磁石９８から固定子９２に渡る磁束が減少して、永久磁石式リラクタンス型回転電機９０のトルクが低下してしまう。
【０００８】
そこで、第２の永久磁石９８の埋込位置を回転子鉄心９４の内周面側へ若干移動させつつも、第２の永久磁石９８と第１の永久磁石９６との間での短絡磁束を低減させるには、図５の２点鎖線に示すように、第２の永久磁石９８の長辺方向の両側に空隙９９を設けることが考えられる。しかし、第２の永久磁石９８の両側に空隙９９を設けると、回転子鉄心９４において空隙９９が形成された部位は磁束が通過しにくくなり、空隙９９が形成されていない部位は磁束が通過しやすくなる。このため、トルクを低下させないことを目的として回転子鉄心９４に空隙９９を設けると、回転子鉄心９４の周方向に沿って磁気抵抗の大きい部位と小さい部位とが生じてしまい、回転子鉄心９４の周方向の磁気抵抗の変化が大きくなってトルクリプルが増大してしまう。
【０００９】
本発明は、ロータコアに空隙を形成しても、トルクを低下させることなくトルクリプルを抑えることができる永久磁石埋込型回転子、及び該永久磁石埋込型回転子を備える回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、固定子内側のロータコアの外周面寄りに、ｄ軸に直交する方向に延びるように第１永久磁石が埋込まれるとともに、前記第１永久磁石の両側にｑ軸に沿って延びるように第２永久磁石が埋込まれ、さらに、前記第１永久磁石の前記ｑ軸寄りの両端から離れて空隙が前記ロータコアに形成された永久磁石埋込型回転子において、前記空隙は、前記第１永久磁石より前記ｑ軸側の基部と、該基部から前記ｄ軸側へ延びる空隙延長部とから構成され、前記ロータコアの径方向に沿った前記空隙延長部の開口幅が、前記基部の開口幅より狭く形成されているものである。
【００１１】
また、請求項９に記載の発明は、固定子と、該固定子内側のロータコアの外周面寄りに、ｄ軸に直交する方向に延びるように第１永久磁石が埋込まれるとともに、前記第１永久磁石の両側にｑ軸に沿って延びるように第２永久磁石が埋込まれ、さらに、前記第１永久磁石の両端から前記ｑ軸側に離れて空隙が前記ロータコアに形成された永久磁石埋込型回転子と、からなる回転電機であって、前記永久磁石埋込型回転子が、請求項１〜請求項８のうちいずれか一項に記載の永久磁石埋込型回転子よりなるものである。
【００１２】
これによれば、第１永久磁石両側の空隙により、第１永久磁石の第２永久磁石への短絡磁束を減らし、回転電機のトルク低下を防止することができる。そして、ｑ軸からｄ軸に向かうに従い、ロータコアでは基部が形成された部位、空隙延長部が形成された部位、空隙が形成されていない部位が並んでいる。そして、ロータコアにおいて、基部が形成された部位よりも空隙延長部が形成された部位の方が磁気抵抗が小さく、空隙延長部が形成された部位よりも空隙が形成されていない部位の方が磁気抵抗が小さくなる。よって、ロータコアに、基部と空隙延長部とから構成される空隙を形成することにより、回転子が回転したとき、ロータコアでは磁気抵抗が徐々に変化し、トルクリプルを抑えることができる。
【００１３】
また、前記ｄ軸に直交する方向に沿った、前記基部からの前記空隙延長部の延長長さは、前記ｄ軸に直交する方向に沿った前記第１永久磁石の長さの１／１２〜１／４倍に設定されていてもよい。
【００１４】
これによれば、ロータコアに空隙延長部を形成してトルクリプルを抑えつつ、そのトルクリプルを最小となるようにすることができる。
また、前記空隙は、前記ロータコアの外周面に沿って延びる外周側形成面を有し、該外周側形成面と前記ロータコアの外周面との間には、ロータコアの周方向に沿って一定幅で延びるブリッジが形成されていてもよい。
【００１５】
これによれば、ロータコアに空隙延長部を形成しながらも、ブリッジの幅を維持してロータコアの強度を維持することができる。
また、前記空隙は、前記ロータコアの最外周面寄りに位置する外周側端部を有するとともに、前記ロータコアの最内周面寄りに位置する内周側端部を有し、前記第１永久磁石は、該第１永久磁石の磁極面が、前記空隙の外周側端部より前記ロータコアの内周面側に位置し、かつ前記空隙の内周側端部より前記ロータコアの外周面側に位置するように配置されていてもよい。
【００１６】
これによれば、ロータコアでの第１永久磁石の配置位置を設定することにより、第１永久磁石がロータコアの外周面寄りに配置されていても、第１永久磁石が外周面に近付き過ぎることが防止され、第１永久磁石の表面に発生する渦電流損を抑えることができる。また、第１永久磁石に鎖交する交番磁界を減らすため、第１永久磁石をロータコアの外周面から離し、第１永久磁石をロータコアの内周面側に配置したとき、第１永久磁石が第２永久磁石に近付き過ぎることが防止され、第１永久磁石から固定子に渡る磁束が減少してしまうことが防止される。その結果として、回転電機のトルクを低下させることなく渦電流損を低減させることができる。
【００１７】
また、前記固定子は、環状のステータコアの内周に複数配列されたティースを備え、前記ステータコアの径方向に沿って延び、かつ前記ティースの幅方向の中間点を通過する直線を前記ティースの中心軸とし、隣り合うティースの前記中心軸間のピッチをＰとしたとき、前記ｄ軸に沿った前記ロータコアの外周面から前記磁極面までの前記第１永久磁石の埋込深さが、１／１０Ｐ＜埋込深さ＜２／３Ｐを満たすように第１永久磁石が配置されていてもよい。
【００１８】
これによれば、第１永久磁石の埋込深さの範囲を設定することにより、回転電機のトルクを低下させることなく渦電流損を低減させることができるという効果を好適に発揮させることができる。
【００１９】
また、前記ｄ軸に直交する方向に細長に延びる平板形状であり、前記第１永久磁石の長辺方向への長さは、前記ピッチの１〜３倍に設定されていてもよい。
これによれば、第１永久磁石の長辺方向への長さを設定することで、第１永久磁石が短くなりすぎることに起因した磁束の減少を防止しつつ、磁極における空隙及び第２永久磁石の配置を好適に設定することができる。
【００２０】
また、前記第２永久磁石と前記空隙との間隔は、前記ピッチの０．３〜２倍に設定されていてもよい。
これによれば、間隔を設定することで、回転電機のトルクの低下を抑えつつ、トルクリプルの増加を抑えることができる。
【００２１】
また、前記第２永久磁石は、前記ロータコアの内周面側から外周面側に向かって拡がるＶ字状、又はロータコアの外周面側から内周面側に向かって凹む円弧状に配置されていてもよい。
【００２２】
これによれば、ｑ軸を通る磁束を増加させることができ、回転電機のリラクタンストルクを増加させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ロータコアに空隙を形成しても、トルクを低下させることなくトルクリプルを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態の永久磁石埋込型回転電機を示す平面図。
【図２】永久磁石埋込型回転子における磁極を示す部分拡大図。
【図３】空隙延長部の長さと、平均トルク及びトルクリプルとの関係を示すグラフ。
【図４】第２永久磁石の別例を示す部分拡大図。
【図５】背景技術を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１に示すように、回転電機としての永久磁石埋込型回転電機Ｍは、環状の固定子１０と、この固定子１０内に回転可能に設けられた永久磁石埋込型回転子１５（以下、単に回転子１５と記載する）とから形成されている。固定子１０は、環状のステータコア１１を備えるとともに、このステータコア１１は磁性体（鋼板）製の複数枚のコア板を積層して構成されている。
【００２６】
ステータコア１１の内周には複数配列されたティース１３が形成されている。また、ステータコア１１の周方向に隣り合うティース１３の間にはスロット１２が形成されている。固定子１０は、複数のスロット１２に組み込まれた複数のコイル３０を備えている。ここで、図２に示すように、ステータコア１１の径方向に直交する方向に沿ったティース１３の長さを、ティース１３の幅とした場合、そのティース１３の幅の中間点を通過し、かつステータコア１１の径方向に延びる直線をティース１３の中心軸ＴＬとする。このようにした場合、隣り合うティース１３での中心軸ＴＬ間の幅をティース１３間のピッチＰとする。ピッチＰは、ティース１３の先端から基端に向かうに従い徐々に大きくなるため、本実施形態では、ピッチＰは、ティース１３先端での中心軸ＴＬ間の幅とし、中心軸ＴＬ間の幅が最も小さい値とする。
【００２７】
次に、回転子１５について説明する。回転子１５は、円環状のロータコア１６を備え、このロータコア１６は、磁性体（鋼板）製の複数枚のコア板１６１を積層して構成されている。また、ロータコア１６の中心部には軸孔１６ａが貫設されるとともに、この軸孔１６ａには永久磁石埋込型回転電機Ｍの出力軸（図示略）が通されて固定される。
【００２８】
図１の２点鎖線に示すように、ロータコア１６を周方向に等分割（本実施形態では８分割）した各仮想領域Ｗそれぞれには、１つの第１永久磁石１７、及び２つの第２永久磁石１８が埋込まれている。第１永久磁石１７及び第２永久磁石１８それぞれは、平板形状をなし、ロータコア１６の中心軸Ｃに直交する断面が矩形状に形成されている。
【００２９】
そして、各仮想領域Ｗにおいて、１つの第１永久磁石１７、及び２つの第２永久磁石１８の１組の磁石群により、ロータコア１６には１つの磁極が構成されている。本実施形態では、磁石群がロータコア１６の周方向に沿って８箇所に配設されることで、回転子１５は８つの磁極を備えるとともに、複数の磁極はロータコア１６の周方向に交互に異なる磁極となるように設けられている。なお、図１に示すｄ軸２６は、各磁極が作る磁束の方向（第１永久磁石１７の長辺方向に直交し、かつ２つの第２永久磁石１８間を通過する軸）を表し、ｑ軸２７は、ｄ軸２６と電気的、磁気的に直交する軸を表し、円弧状に延びている。
【００３０】
図２に示すように、各仮想領域Ｗにおいて、ロータコア１６の外周面１６ｂ寄りには、第１埋込孔１９がロータコア１６の中心軸Ｃと平行な方向に貫設されるとともに、この第１埋込孔１９はロータコア１６の周方向にほぼ沿って延びる細長に形成されている。詳述すると、第１埋込孔１９は、第１埋込孔１９の長辺に対しｄ軸が直交するように形成されている。そして、この第１埋込孔１９に第１永久磁石１７が嵌入されている。
【００３１】
また、第１埋込孔１９の形成面は、長辺側の形成面のうちロータコア１６の外周面１６ｂに近い方の外側形成面１９ａと、この外側形成面１９ａに対向し、かつロータコア１６の内周面に近い方の内側形成面１９ｂとを有している。そして、第１埋込孔１９に嵌入された第１永久磁石１７においては、ロータコア１６の外周面１６ｂに近い方の端面であり、外側形成面１９ａに対向する面が磁極面１７ａとなっており、ロータコア１６の内周面に近い方の端面であり、内側形成面１９ｂに対向する面が反磁極面１７ｂとなっている。さらに、第１永久磁石１７において、両短辺側の端面であり、第１永久磁石１７におけるｑ軸２７寄りの端面が磁石端面１７ｃとなっている。
【００３２】
各仮想領域Ｗ（磁極）において、矩形状をなす２つの第２埋込孔２０が、その長辺がロータコア１６の内周面側から外周面側に向かって延びるようにロータコア１６に形成されるとともに、中心軸Ｃと平行な方向に延びるように貫設されている。各仮想領域Ｗ（磁極）において、２つの第２埋込孔２０は、ロータコア１６の内周面側から外周面側に向かうに従い互いに間隔を広げるように配置され、Ｖ字状をなすように配置されている。各仮想領域Ｗ（磁極）において、２つの第２埋込孔２０は、ｑ軸２７の一部に対して平行をなすように（沿うように）長辺が延びて形成されている。そして、各第２埋込孔２０に、第２永久磁石１８が嵌入されている。また、第２埋込孔２０の形成面は、長辺側の形成面のうち第１埋込孔１９に近い方の第１形成面２０ａと、この第１形成面２０ａに対向し、かつ隣りの磁極の第２埋込孔２０に近い方の第２形成面２０ｂとから構成されている。
【００３３】
各仮想領域Ｗ（磁極）において、２つの第２永久磁石１８は、同じ側（例えば、ロータコア１６の外周面１６ｂ側）が同極となるように配置されている。また、隣り合う磁極に配置された第２永久磁石１８同士は、ロータコア１６の外周面１６ｂ側が異なる極となるように配置されている。例えば、ある一組の第２永久磁石１８が、ロータコア１６の外周面１６ｂ側がＳ極となるように配置されると、隣りの磁極に配置される一組の第２永久磁石１８は、ロータコア１６の外周面１６ｂ側がＮ極になるように配置される。本実施形態では、回転子１５が正逆両方向へ回転可能とするため、ｄ軸２６に対し、２つの第２永久磁石１８が線対称となる位置に配置されている。
【００３４】
ロータコア１６には、第１埋込孔１９の両短辺に連続するように第１空隙２１が形成されている。また、ロータコア１６には、第１永久磁石１７及び第１空隙２１からｑ軸２７側に離れて第１空隙２１とは別の第２空隙２２が形成されている。第１空隙２１及び第２空隙２２それぞれは、中心軸Ｃと平行な方向に延びるようにロータコア１６に貫設されている。そして、本実施形態では、この第１空隙２１と第２空隙２２とから１つの空隙部２３が構成されている。
【００３５】
第１空隙２１は、第１永久磁石１７の両磁石端面１７ｃからｑ軸２７側へ離れるに従い、ロータコア１６の内周面側に向いながら徐々に細くなるように形成されている。第１空隙２１の形成面は、第１埋込孔１９の外側形成面１９ａに連続してロータコア１６の内周面側へ向かって延びる第１形成面２１ａと、磁石端面１７ｃからロータコア１６の内周面側へ向かって延びる第２形成面２１ｂとから構成されている。
【００３６】
各第２空隙２２の形成面は、ロータコア１６の外周面１６ｂに沿って円弧状に延びる外周側形成面２２ａを有するとともに、この外周側形成面２２ａの両端縁のうちｄ軸２６側の端縁からｄ軸２６と平行に延びるｄ軸側形成面２２ｂを有する。また、各第２空隙２２の形成面は、ｄ軸側形成面２２ｂの第１永久磁石１７側の端縁からｑ軸２７に向かって磁極面１７ａに対し平行に延びる内周側形成面２２ｃを有するとともに、外周側形成面２２ａのｑ軸２７側の端縁からｑ軸２７に沿って延びるｑ軸側形成面２２ｄを有する。さらに、各第２空隙２２の形成面は、内周側形成面２２ｃとｑ軸側形成面２２ｄとを繋ぐとともに、第１空隙２１の第２形成面２１ｂと平行に延びる連結形成面２２ｅを有する。
【００３７】
図２において、仮想線Ｅは、各第２空隙２２での内周側形成面２２ｃと連結形成面２２ｅとの交点を通過し、かつｄ軸２６と平行に延びている。そして、各第２空隙２２それぞれは、仮想線Ｅよりｑ軸２７側の基部２２１と、基部２２１よりｄ軸２６側へ延長された空隙延長部２２２とから構成されている。基部２２１は、第１永久磁石１７よりｑ軸２７側に位置している。すなわち、ロータコア１６には、ｑ軸２７からｄ軸２６に向かって、基部２２１が形成された部位、空隙延長部２２２が形成された部位、及び第２空隙２２が形成されていない部位が並んでいる。
【００３８】
空隙延長部２２２は、その領域の中でも仮想線Ｅ寄りの部位が第１空隙２１に重なり、ｄ軸２６寄りの部位が第１永久磁石１７に重なっている。また、各第２空隙２２において、ロータコア１６の径方向に沿った開口幅が、空隙延長部２２２の方が基部２２１より狭くなっている。よって、第２空隙２２においては、開口幅の広い基部２２１では磁束が通過し難く、開口幅の狭くなる空隙延長部２２２では基部２２１に比べると磁束が通過しやすくなっている。このため、第２空隙２２においては、空隙延長部２２２の方が基部２２１に比べると磁気抵抗が小さくなっている。さらには、ロータコア１６において、空隙延長部２２２が形成された部位と、空隙延長部２２２が形成されていない部位とでは、空隙延長部２２２が形成されていない部位の方が、磁気抵抗が小さくなっている。よって、ロータコア１６では、第２空隙２２を形成することによってｑ軸２７からｄ軸２６に向かって徐々に磁気抵抗が小さくなっている。
【００３９】
各空隙延長部２２２において、仮想線Ｅからｄ軸側形成面２２ｂまでの距離を延長長さＧとする。また、第１永久磁石１７の長辺方向への長さを磁石長さＮとする。図３は、空隙延長部２２２の延長長さＧに対する、平均トルク及びトルクリプルの関係を示すグラフであり、横軸に延長長さＧが示され、縦軸にトルクが示されている。図３のグラフに示すように、延長長さＧが所定範囲（ａ〜ｂ）内に設定されると、永久磁石埋込型回転電機Ｍのトルクリプルが最小に抑えられることが示されている。しかし、延長長さＧが所定範囲より短い場合、及び長い場合には、永久磁石埋込型回転電機Ｍのトルクリプルが増加していることが示されている。
【００４０】
本実施形態では、延長長さＧの所定範囲（ａ〜ｂ）が、磁石長さＮを基準としたとき、その磁石長さＮの１／１２〜１／４倍（ａ＝１／１２Ｎ、ｂ＝１／４Ｎ）となるように設定している。この延長長さＧが、磁石長さＮの１／１２倍より短いと、空隙延長部２２２がほぼ無い状態になる。すると、回転子１５が回転したときの基部２２１と空隙延長部２２２との間での磁気抵抗の変化が大きくなって、永久磁石埋込型回転電機Ｍのトルクリプルが増加してしまい好ましくない。一方、延長長さＧが磁石長さＮの１／４倍より長いと、空隙延長部２２２が長くなりすぎ、回転子１５が回転したときの基部２２１と空隙延長部２２２との間での磁気抵抗の変化が大きくなってトルクリプルが増加してしまい好ましくない。
【００４１】
ロータコア１６において、外周面１６ｂと第２空隙２２との間が外周側ブリッジ２４となっており、外周側ブリッジ２４の第２空隙２２側の側面は、第２空隙２２の外周側形成面２２ａとなっている。外周側ブリッジ２４は、ロータコア１６の周方向に沿って一定幅で延びるように形成されている。
【００４２】
また、ロータコア１６において、第１空隙２１と第２空隙２２の間が補強ブリッジ２５となっている。補強ブリッジ２５の第１空隙２１側の側面は、第１空隙２１の第１形成面２１ａによって形成され、補強ブリッジ２５の第２空隙２２側の側面は、第２空隙２２のｄ軸側形成面２２ｂと連結形成面２２ｅによって形成されている。補強ブリッジ２５は一定幅で延びるとともに、外周側ブリッジ２４と同じ幅に形成されている。
【００４３】
また、各第２空隙２２において、ｑ軸側形成面２２ｄと連結形成面２２ｅの交点により、第２空隙２２の中で、最もロータコア１６の内周面寄りに位置する部位となる内周側端部Ｙが形成されている。また、本実施形態では、第２空隙２２の外周側形成面２２ａが、第２空隙２２の中で、最もロータコア１６の外周面寄りに位置する部位となる外周側端部を構成している。
【００４４】
そして、第１永久磁石１７は、その磁極面１７ａが第２空隙２２の外周側形成面２２ａ（外周側端部）よりロータコア１６の内周面側に位置し、かつ第２空隙２２の内周側端部Ｙよりロータコア１６の外周面側に位置するように配置されている。ここで、ｄ軸２６に沿ったロータコア１６の外周面１６ｂから磁極面１７ａまでの距離を、第１永久磁石１７の埋込深さとする。この場合、埋込深さは、ティース１３間のピッチＰを基準とすると、１／１０Ｐ＜埋込深さ＜２／３Ｐに設定されるのが好ましい。
【００４５】
埋込深さが２／３Ｐより大きくなると、第１永久磁石１７がロータコア１６の内周面に近付く。このとき、２つの第２永久磁石１８は、ロータコア１６の内周面に向かうに従い互いの間隔を狭めるように配置されているため、第１永久磁石１７がロータコア１６の内周面に近付くと、第１永久磁石１７の磁石端面１７ｃが第２永久磁石１８に近付いてしまい、第２永久磁石１８との短絡磁束が増えて好ましくない。一方、埋込深さが１／１０Ｐより小さくなると、第１永久磁石１７がロータコア１６の外周面１６ｂに近付くこととなり、第１永久磁石１７に鎖交する交番磁界が増加してしまい、第１永久磁石１７表面での渦電流損が増えて好ましくない。そして、第１永久磁石１７の埋込深さの範囲を設定することで、第１永久磁石１７は一対の第２空隙２２の間に位置するように配置される。
【００４６】
第１永久磁石１７の長辺方向への磁石長さＮは、ティース１３間のピッチＰを基準とすると、ピッチＰの１〜３倍に設定されるのが好ましい。第１永久磁石１７の磁石長さＮがピッチＰの１倍より短くなると、第１永久磁石１７の磁力が低下し、第１永久磁石１７から発生する磁束が減少してしまい好ましくない。一方、第１永久磁石１７の磁石長さＮがピッチＰの３倍より長くなると、第１永久磁石１７が長くなりすぎて、磁極における第２空隙２２（空隙部２３）及び第２永久磁石１８の配置を好適に設定することが困難になり好ましくない。
【００４７】
また、各磁極において、各第２空隙２２（空隙部２３）と、その第２空隙２２のｑ軸側に隣り合う第２永久磁石１８との間隔Ｈ（第２空隙２２のｑ軸側形成面２２ｄと、第２埋込孔２０の長辺側形成面２０ａとの間隔）は、ピッチＰを基準とすると、ピッチＰの０．３〜２倍に設定されるのが好ましい。この間隔ＨがピッチＰの０．３倍より短くなると、第２永久磁石１８と第２空隙２２の間を通過する磁束が減少し、トルクの低下を招いて好ましくない。一方、間隔ＨがピッチＰの２倍より長くなると、第２永久磁石１８と第２空隙２２の間を通過する磁束を増加させることができるが、トルクリプルが増加してしまい好ましくない。
【００４８】
次に、回転子１５を備える永久磁石埋込型回転電機Ｍの作用を説明する。  
コイル３０への通電によって固定子１０に回転磁界が発生するとともに、回転子１５に回転磁界が作用する。そして、回転磁界と第１永久磁石１７及び第２永久磁石１８との間の磁気的な吸引力及び反発力により回転子１５が回転する。このとき、ロータコア１６に第１永久磁石１７と、第２永久磁石１８とが設けられているため、例えば、第１永久磁石１７又は第２永久磁石１８のみがロータコア１６に設けられる場合と比べると、第１及び第２永久磁石１７，１８によりリラクタンストルクが増大され、永久磁石埋込型回転電機Ｍのトルクが増大される。
【００４９】
また、第２空隙２２を基部２２１と空隙延長部２２２とから構成し、空隙延長部２２２の延長長さＧをａ〜ｂの範囲内に設定すると、図３のグラフに示すように、トルクリプルが低く抑えられることが示されている。また、トルクリプルが低く抑えられながらも、平均トルクについては、延長長さＧに関わらず、ほぼ一定であることが示されている。
【００５０】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）回転子１５のロータコア１６には、第１永久磁石１７がロータコア１６の外周面１６ｂ寄りに細長に延びるように配置されている。また、ロータコア１６には、第１永久磁石１７を長辺方向の両側から挟むように２つの第２永久磁石１８が配置されている。そして、第１永久磁石１７の両長辺側の磁石端面１７ｃ側には、第１永久磁石１７から離れて第２空隙２２が設けられている。このため、第２空隙２２により、第１永久磁石１７の第２永久磁石１８への短絡磁束を減らし、永久磁石埋込型回転電機Ｍのトルク低下を防止することができる。
【００５１】
そして、第２空隙２２は、基部２２１と、その基部２２１からロータコア１６の周方向に沿ってｄ軸２６側へ延長された空隙延長部２２２とからなり、第２空隙２２におけるロータコア１６の径方向に沿った開口幅が、基部２２１よりも空隙延長部２２２の方が狭くなっている。このため、空隙延長部２２２では基部２２１に比べると磁束が通過しやすく磁気抵抗が小さくなっている。よって、ロータコア１６においては、基部２２１と空隙延長部２２２により、ｑ軸２７からｄ軸２６に向かって徐々に磁気抵抗が小さくなっていき、空隙延長部２２２が形成されない場合と比べると、回転子１５が回転したときのロータコア１６での磁気抵抗の変化が緩やかになり、永久磁石埋込型回転電機Ｍのトルクリプルを抑えることができる。
【００５２】
（２）各第２空隙２２において、空隙延長部２２２の延長長さＧを、磁石長さＮの１／１２〜１／４倍に設定した。このため、ロータコア１６に空隙延長部２２２を形成して永久磁石埋込型回転電機Ｍのトルクリプルを抑えつつ、そのトルクリプルを最小となるようにすることができる。
【００５３】
（３）第２空隙２２を、基部２２１と空隙延長部２２２とから構成し、空隙延長部２２２をロータコア１６の周方向に沿って延びるように形成した。そして、第２空隙２２の外周側形成面２２ａを、ロータコア１６の外周面１６ｂに沿うように形成し、外周側ブリッジ２４の幅を一定にした。このため、ロータコア１６に空隙延長部２２２を形成しながらも、外周側ブリッジ２４の幅を維持してロータコア１６の強度を維持することができる。
【００５４】
（４）回転子１５のロータコア１６には、第１永久磁石１７がロータコア１６の外周面１６ｂ寄りに細長に延びるように配置されている。また、ロータコア１６には、第１永久磁石１７を挟むように２つの第２永久磁石１８が配置されている。そして、第１永久磁石１７は、ロータコア１６の外周面１６ｂ側の磁極面１７ａが、第２空隙２２における、ロータコア１６の外周面１６ｂ側の外周側形成面２２ａよりもロータコア１６の内周面側に位置し、かつ第２空隙２２の内周側端部Ｙよりロータコア１６の外周面側に配置されている。このように、第１永久磁石１７の位置を設定することにより、第１永久磁石１７がロータコア１６の外周面１６ｂ寄りに配置されていても、第１永久磁石１７が外周面１６ｂに近付き過ぎることが防止され、第１永久磁石１７の表面に発生する渦電流損を抑えることができる。さらには、第１永久磁石１７がロータコア１６の内周面に近付き過ぎることが防止され、第１永久磁石１７と第２永久磁石１８との間での短絡磁束が低減される。
【００５５】
したがって、渦電流損による第１永久磁石１７の温度上昇を小さく抑えることができ、第１永久磁石１７の減磁を防止することができるとともに、短絡磁束の増加を防止することができる結果、永久磁石埋込型回転電機Ｍのトルク低下を防止することができる。そして、第１永久磁石１７の渦電流損を抑えることができるため、第１永久磁石１７に高保磁力の磁石を採用したり、厚みを厚くしたり、複数に分割する必要が無くなり、永久磁石埋込型回転電機Ｍのトルク低下防止のための第１永久磁石１７のコストアップを避けることができる。
【００５６】
（５）第１永久磁石１７の埋込深さの範囲を、ティース１３間のピッチＰを基準とした場合、１／１０Ｐ＜埋込深さ＜２／３Ｐに設定したため、永久磁石埋込型回転電機Ｍのトルクを低下させることなく渦電流損を低減させることができるという効果を好適に発揮させることができる。
【００５７】
（６）第１永久磁石１７の長辺方向への磁石長さＮは、ティース１３間のピッチＰを基準とした場合、ピッチＰの１〜３倍に設定されるのが好ましい。このように第１永久磁石１７の磁石長さＮを設定することで、第１永久磁石１７が短くなることによる磁束の減少を防止しつつ、磁極における第２空隙２２及び第２永久磁石１８の配置を好適に設定することができる。
【００５８】
（７）第２空隙２２と、隣り合う第２永久磁石１８との間隔Ｈは、ピッチＰを基準とした場合、ピッチＰの０．３〜２倍に設定されるのが好ましい。このように間隔Ｈを設定することで、永久磁石埋込型回転電機Ｍのトルクの低下を抑えつつ、トルクリプルの増加を抑えることができる。
【００５９】
（８）各磁極には、１つの第１永久磁石１７を挟むように２つの第２永久磁石１８が逆ハの字状に配置されている。このため、各磁極では、ｑ軸２７を通る磁束を増加させることができ、永久磁石埋込型回転電機Ｍのリラクタンストルクを増加させることができる。
【００６０】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  第２空隙２２において、空隙延長部２２２は、基部２２１からｄ軸２６に向かうに従い徐々に細くなるように形成されていてもよい。このように構成すると、ロータコア１６の径方向に沿った空隙延長部２２２の開口幅は、基部２２１からｄ軸２６に向かうに従い徐々に狭くなっていく。このため、ロータコア１６においては、基部２２１からｄ軸２６に向かって徐々に磁気抵抗が小さくなっていき、ロータコア１６での磁気抵抗の変化をより緩やかにして、永久磁石埋込型回転電機Ｍのトルクリプルを抑えることができる。
【００６１】
○  図４に示すように、ロータコア１６に形成する第２埋込孔２０を、ｑ軸２７に沿って延び、ロータコア１６の外周面側から内周面側に凹む円弧状に形成するとともに、第２埋込孔２０に嵌入される第２永久磁石１８を断面円弧状となる一枚の永久磁石によって形成してもよい。
【００６２】
○  実施形態では、ロータコア１６に２つの第２埋込孔２０を形成し、各第２埋込孔２０に第２永久磁石１８を嵌入したが、ロータコア１６に一繋がりのＶ字状をなす第２埋込孔２０を形成し、その第２埋込孔２０にＶ字状に一体成形された１枚の第２永久磁石１８を嵌入してもよいし、複数に分割した第２永久磁石１８を嵌入してもよい。
【００６３】
○  第２空隙２２は、永久磁石埋込型回転電機Ｍのトルクリプルを抑えることができれば空隙延長部２２２の延長長さＧや形状は適宜変更してもよい。
○  実施形態では、永久磁石埋込型回転子１５が正逆両方向へ回転するように、第１永久磁石１７及び２つの第２永久磁石１８をｄ軸２６に対し線対称となるように配置したが、永久磁石埋込型回転子１５が一方向にのみ回転される場合には、第１永久磁石１７及び２つの第２永久磁石１８をｄ軸２６に対し非線対称となるように配置してもよい。
【００６４】
○  実施形態では、磁極数を８極にしたが、変更してもよい。
【符号の説明】
【００６５】
Ｇ…延長長さ、Ｈ…間隔、Ｍ…回転電機としての永久磁石埋込型回転電機、Ｎ…磁石長さ、Ｐ…ピッチ、ＴＬ…中心軸、Ｙ…内周側端部、１０…固定子、１１…ステータコア、１３…ティース、１５…永久磁石埋込型回転子（回転子）、１６…ロータコア、１６ｂ…外周面、１７…第１永久磁石、１７ａ…磁極面、１８…第２永久磁石、２２…空隙としての第２空隙、２２ａ…外周側端部としての外周側形成面、２４…ブリッジとしての外周側ブリッジ、２６…ｄ軸、２７…ｑ軸、２２１…基部、２２２…空隙延長部。
【図１】
2012023855.tif 000003
【図２】
2012023855.tif 000004
【図３】
2012023855.tif 000005
【図４】
2012023855.tif 000006
【図５】
2012023855.tif 000007