(57)【要約】【課題】磁束の漏洩及び永久磁石の温度上昇を防止することができる永久磁石式回転電機の回転子、及び永久磁石式回転電機を提供すること。【解決手段】回転子１は、複数の磁性鋼板３０を積層してなるロータコア３と該ロータコア３に対して軸方向に埋め込まれた複数の永久磁石５とを有する。ロータコア３は、永久磁石５を挿入配置する磁石収容部３２を備え、該磁石収容部３２は外周側に開放した連通部３２１を備えている。連通部３２１を構成する一対の壁面のうち、後方壁面３４の後方外周端部３４１とロータコア３の中心軸Ｐとの間の距離Ｌ１は、前方壁面３３の外周端部３３１とロータコア３の中心軸Ｐとの間の距離Ｌ２よりも大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁性鋼板を積層してなるロータコアと該ロータコアに対して軸方向に埋め込まれた複数の永久磁石とを有する永久磁石式回転電機の回転子であって、
上記ロータコアは、上記永久磁石を挿入配置する複数の磁石収容部を備え、該磁石収容部は外周側に開放した連通部を備えており、
該連通部を構成する一対の壁面のうち、一方の壁面における外周端部は、他方の壁面の外周端部よりも、上記ロータコアの中心軸との間の距離が大きいことを特徴とする永久磁石式回転電機の回転子。
【請求項２】
請求項１に記載の永久磁石式回転電機の回転子において、上記一方の壁面における外周端部は、上記一方の壁面における内周端部とロータコアの中心軸とを含む平面よりも上記他方の壁面側の位置にあることを特徴とする永久磁石式回転電機の回転子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の永久磁石式回転電機の回転子において、上記一対の壁面のいずれか一方又は両方が曲面を含んで形成されていることを特徴とする永久磁石式回転電機の回転子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の永久磁石式回転電機の回転子において、上記複数の磁性鋼板が、上記磁石収容部を形成する磁石配置用貫通部を備えた第１磁性鋼板と、上記磁石配置用貫通部よりも外径の大きい拡大貫通部を備えた第２磁性鋼板とからなることを特徴とする永久磁石式回転電機の回転子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の永久磁石式回転電機の回転子と、該回転子の外周に配された固定子とを備えてなることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の磁性鋼板を積層してなるロータコアと該ロータコアに対して軸方向に埋め込まれた複数の永久磁石とを有する永久磁石式回転電機の回転子、及びこれを備えた永久磁石式回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石式回転電機の回転子は、一般に、複数の磁性鋼板を積層してなるロータコアと該ロータコアに対して軸方向に埋め込まれた複数の永久磁石とからなる。それゆえ、ロータコアには、永久磁石を埋め込むための磁石収容部を軸方向に設けてなる。
【０００３】
永久磁石式回転電機においては、回転子における永久磁石の磁束が、回転子の外周側に配置された固定子の磁極に作用することで、回転子にトルクを発生させる。ところが、磁石収容部を取り巻くようにその全周にロータコアが形成されていると、永久磁石のＮ極から出た磁束が磁石収容部の周囲におけるロータコアを通って永久磁石のＳ極に漏洩することになる。そうすると、この漏洩した磁束は、回転子のトルクに寄与しないため、その分だけ永久磁石式回転電機の出力が低下することになる。
そこで、特許文献１には、ロータコアにおける磁石収容部をロータコアの外周側へ開放させることにより、上述の磁束の漏洩を防ぎ、永久磁石式回転電機の出力低下を防ぐ技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１０４９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示された永久磁石式回転電機の回転子には以下の問題点がある。
特許文献１においては、磁石収容部に永久磁石を埋設しているため、永久磁石の空気との接触が小さく放熱量が小さい。また、磁石収容部は、ロータコアの外周側へ開放されているものの、その開口端は回転軸を中心とする円周に沿って形成されている。そのため、磁石収容部内の磁石の露出面に接する空気が停滞しやすい。これにより、永久磁石式回転電機を駆動させた際に生じる熱により永久磁石が加熱されても放熱しにくく、永久磁石の温度が上昇する。これにより、永久磁石の磁束が減少する減磁が生じ、永久磁石式回転電機の出力が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上述した背景に鑑みてなされたものであり、永久磁石の温度上昇を防止することができる永久磁石式回転電機の回転子、及びこれを備えた永久磁石式回転電機を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、複数の磁性鋼板を積層してなるロータコアと該ロータコアに対して軸方向に埋め込まれた複数の永久磁石とを有する永久磁石式回転電機の回転子であって、
上記ロータコアは、上記永久磁石を挿入配置する複数の磁石収容部を備え、該磁石収容部は外周側に開放した連通部を備えており、
該連通部を構成する一対の壁面のうち、一方の壁面における外周端部は、他方の壁面の外周端部よりも、上記ロータコアの中心軸との間の距離が大きいことを特徴とする永久磁石式回転電機の回転子にある（請求項１）。
【０００８】
本発明の他の態様は、上記回転子と、該回転子の外周に配された固定子とを備えてなることを特徴とする永久磁石式回転電機にある（請求項５）。
【発明の効果】
【０００９】
上記回転子において、上記連通部を構成する上記一対の壁面のうち、一方の壁面における外周端部は、他方の壁面の外周端部よりも、上記ロータコアの中心軸との間の距離が大きい。すなわち、一方の壁面の外周端部は、他方の壁面の外周端部よりも外周側へ突出している。そのため、一方の壁面から他方の壁面へ向かう方向に上記回転子を回転させた際に、上記回転子の周囲の空気が上記一方の壁面と衝突し攪拌される。このとき、上記一方の壁面と衝突した空気には、上記連通部から上記永久磁石表面へと向かう流れが形成される。したがって、上記永久磁石表面へと流れ込む空気と上記永久磁石との間において熱交換が行われる。それゆえ、上記回転子を回転させることにより、上記回転子の周囲の空気を永久磁石表面へと効率よく送り、上記永久磁石の温度上昇を防止することができる。
【００１０】
上記のごとく、本発明によれば、永久磁石の温度上昇を防止することができる永久磁石式回転電機の回転子、及びこれを備えた永久磁石式回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１における、永久磁石式回転電機を示す説明図。
【図２】実施例１における、回転子を示す説明図。
【図３】図２における、部分拡大図。
【図４】実施例１における、磁性鋼板を示す説明図。
【図５】実施例２における、回転子を示す部分拡大図。
【図６】実施例３における、第２磁性鋼板を示す説明図。
【図７】実施例３における、回転子の部分断面図（図２における、Ａ−Ａ線矢視相当断面図）。
【図８】実施例４における、回転子の一形態を示す説明図。
【図９】実施例４における、回転子の他の形態を示す説明図。
【図１０】実施例４における、回転子のさらに他の形態を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
上記永久磁石式回転電機の回転子において、上記ロータコアの外周面とは、隣り合う上記連通部の間に形成された曲面を指すものである。
【００１３】
また、上記ロータコアにおける上記磁石収容部は、外周へ開放しているが、必ずしも上記ロータコアを構成するすべての磁性鋼板の上記磁石配置用貫通部が外周へ開放していなくてもよい。すなわち、例えば、上記ロータコアを構成する複数の磁性鋼板のうちの一部が、外周に開放していない上記磁石配置用貫通部を備えるものであってもよい。ただし、磁束漏洩を防ぐ観点、及び放熱性の観点から、上記ロータコアを構成するすべての磁性鋼板の上記磁石配置用貫通部が外周へ開放していることが好ましい。
【００１４】
また、上記一方の壁面における外周端部は、上記一方の壁面における内周端部と上記ロータコアの中心軸とを含む平面よりも上記他方の壁面側の位置にあってもよい（請求項２）。この場合、上記一方の壁面は、その外周端部側が上記他方の壁面側へと傾斜した斜面により形成される。そのため、上記他方の壁面と衝突した空気が上記磁石収容部へと流入しやすくなり、上記永久磁石の温度上昇をより効果的に防止することができる。
【００１５】
また、上記一対の壁面のいずれか一方又は両方が曲面を含んで形成されていてもよい（請求項３）。この場合には、上記回転子を回転させた際に空気が上記磁石収容部へと流入しやすくなり、上記永久磁石の温度上昇をより効果的に防止することができる。
【００１６】
また、上記複数の磁性鋼板が、上記磁石収容部を形成する磁石配置用貫通部を備えた第１磁性鋼板と、上記磁石配置用貫通部よりも外径の大きい拡大貫通部を備えた第２磁性鋼板とからなっていてもよい（請求項４）。この場合には、上記第２磁性鋼板と上記永久磁石との間に空隙が形成されるため、上記連通部から流入した空気を、上記空隙にも流入させることとなる。これにより、上記永久磁石における空気との接触面積を拡大することができる。したがって、上記永久磁石をより多くの空気と接触させ、上記永久磁石の温度上昇をより効果的に防止することができる。
【実施例】
【００１７】
（実施例１）
実施例にかかる永久磁石式回転電機の回転子、及びこれを備えた永久磁石式回転電機について、図１〜図４を用いて説明する。
本例の永久磁石式回転電機１０は、図１に示すごとく、回転子１を備えている。回転子１は、図２に示すごとく、複数の磁性鋼板３０を積層してなるロータコア３と該ロータコア３に対して軸方向に埋め込まれた複数の永久磁石５とを有する。ロータコア３は、永久磁石５を挿入配置する磁石収容部３２を備え、該磁石収容部３２は外周側に開放した連通部３２１を備えている。連通部３２１を構成する一対の壁面のうち、後方壁面３４における後方外周端部３４１は、前方壁面３３における外周端部３３１よりもロータコア３の中心軸Ｐとの間の距離が大きい。
【００１８】
以下、本例の永久磁石式回転電機１０の回転子１、及び永久磁石式回転電機１０についてさらに詳細に説明する。
図１に示すごとく、本例の永久磁石式回転電機１０は、回転子１とその外周に配された固定子１００とを備えてなる。
【００１９】
固定子１００は、環状のステータコア１０１と、該ステータコア１０１の内周に複数配列されたティース１０２間のスロットに施されたコイル１０３とを備えている。コイル１０３の軸方向は、回転子１の径方向を向くように配置され、対向する磁石対５０のｄ軸（磁石対５０が作る磁束の方向）に平行となる。
なお、本例の永久磁石式回転電機１０は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載される。
【００２０】
図１及び図２に示すごとく、回転子１は、複数の磁性鋼板３０を積層してなるロータコア３と該ロータコア３に対して軸方向に埋め込まれた複数の永久磁石５とを有している。
【００２１】
図４に示すごとく、複数の磁性鋼板３０は、略円板形状をなしており、永久磁石５を収容する磁石収容部３２と回転軸を挿通配置する軸孔３５とを有する。磁石収容部３２は、略矩形形状をなしており、外周側に開口した連通部３２１を形成している。一対の磁石収容部３２は、周方向に互いの内周側端部３２２を近接すると共に、外周へ向かうにつれて互いに離れるように配置されている。
【００２２】
また、磁性鋼板３０は、互いに周方向に近接する一対の磁石収容部３２における内周側端部３２２の間に形成されたブリッジ部３６と、ブリッジ部３６よりも外周側の部分であって一対の磁石収容部３２の間に形成された第一半島部３７１とを有している。また、隣り合う第一半島部３７１第１半島部３７１の間には、第２半島部３７２が形成されている。
【００２３】
複数の磁性鋼板３０を積層してなるロータコア３は、図１〜図３に示すごとく、略円柱状をなしており、永久磁石５を挿入配置する複数の磁石収容部３２を備えている。磁石収容部３２は、磁性鋼板３０を積層方向に連なって形成されており、積層方向から見たとき磁石収容部３２の形状及び配置は、磁性鋼板３０の形状及び配置と同一である。
【００２４】
図２及び図３に示すごとく、ロータコア３が有する複数の磁石収容部３２には、永久磁石５がそれぞれ埋設されている。各永久磁石５は、軸方向から見た形状が略長方形であり、その長辺部分の面が磁極面となっている。また、永久磁石５は、軸方向長さがロータコア３の軸方向長さと同等でかつ一体に形成された直方体をなしている。そして、隣り合う一対の永久磁石５によって一つの磁極を構成するように配置されている。
【００２５】
つまり、互いの内周側端部３２２を近接させて配置された一対の永久磁石５同士は、同じ磁極（Ｎ極又はＳ極）の磁極面を外周側に向けて配置してある。この一対の永久磁石５（磁石対５０）が、複数対、ロータコア３の周方向に配置されている。また、複数の磁石対５０は、外周側の磁極が交互にＮ極とＳ極となるように配置されている。また、これら複数の磁石対５０は、等間隔で周状に配列されている。
【００２６】
ロータコア３に設けられた磁石収容部３２は、図２及び図３に示すごとく、外周側に開放した連通部３２１を有している。これにより、永久磁石５から出る磁束がロータコア３内において永久磁石５の周囲を回って短絡すること（磁束漏洩）を防ぐことができる。特に、本例においては、ロータコア３を構成するすべての磁性鋼板３０が、磁石収容部３２を外周側に開放している。つまり、すべての磁性鋼板３０が外周側に開放している。そのため、磁性鋼板３０における磁束漏洩を防止することができる。
【００２７】
図３に示すごとく、連通部３２１は、隣り合う第１半島部３７１と第２半島部３７２との間にそれぞれ形成されている。連通部３２１は、前方壁面３３及び後方壁面３４からなる一対の壁面の間に形成されている。前方壁面３３は、第１半島部３７１及び第２半島部３７２における、回転方向Ｒの後方側に配された壁面を軸方向に連ねて形成されている。また、後方壁面３４は、第１半島部３７１及び第２半島部３７２における、回転方向Ｒの前方側に配された壁面を軸方向に連ねて形成されている。
【００２８】
図３に示すごとく、後方壁面３４における外周側に配された後方外周端部３４１とロータコア３の中心軸Ｐとの間の距離Ｌ１は、前方壁面３３における外周側に配された前方外周端部３３１とロータコア３の中心軸Ｐとの間の距離Ｌ２よりも大きい。つまり、後方外周端部３４１は、前方外周端部３３１よりも外周側へ突出している。
また、後方外周端部３４１は、後方壁面３４における内周側に配された後方内周端部３４２とロータコアの中心軸を含む平面Ａよりも、回転方向Ｒの前方側に配されている。つまり、後方壁面３４は、その外周側が前方にむかって傾斜した斜面をなしている。
【００２９】
次に本例の作用効果について説明する。
回転子１において、後方壁面３４の後方外周端部３４１とロータコア３の中心軸Ｐとの間の距離Ｌ１は、前方壁面３３の前方外周端部３３１とロータコア３の中心軸Ｐとの間の距離Ｌ２よりも大きい。すなわち、後方壁面３４の外周端部３４１は、前方壁面３３の外周端部３３１よりも外周側へ突出している。そのため、回転子１を回転させた際に、回転子１の周囲の空気が後方壁面３４と衝突し攪拌される。このとき、後方壁面３４と衝突した空気には、連通部３２１から永久磁石５表面へと向かう流れが形成される。
【００３０】
さらに、後方壁面３４は、後方外周端部３４１がロータコア３の回転方向前方へと傾斜した斜面により形成されている。これにより、永久磁石５表面へと向かう空気の流れが、より促進される。
【００３１】
したがって、永久磁石５表面へと流れ込む空気と永久磁石５との間において熱交換が行われる。それゆえ、回転子１を回転させることにより、回転子１の周囲の空気を永久磁石５の表面へと効率よく送り、永久磁石５の温度上昇を防止することができる。
【００３２】
上記のごとく、永久磁石の温度上昇を防止することができる永久磁石式回転電機の回転子、及びこれを備えた永久磁石式回転電機を提供することができる。
【００３３】
（実施例２）
本例は、図５に示すごとく、実施例１に対して連通部３２１の形状を変更した回転子１を示すものである。
本例の回転子１における連通部３２１を構成する一対の壁面のうち前方壁面３３が曲面によって形成されている。前方壁面３３をなす曲面は、回転方向の後方側に膨らむように形成されており、外周面３１と連続して滑らかに形成されている。本例の外周面３１における前方外周端部３３１は、前方壁面３３と永久磁石５との接点に形成されている。
その他の構成は実施例１と同様である。
【００３４】
上記のごとく、一対の壁面のうち前方壁面３３が曲面を含んで形成されることによって、回転子１を回転させた際に空気が磁石収容部３２へと流入しやすくなり、永久磁石５の温度上昇をより効果的に防止することができる。尚、本例において、前方壁面３３が曲面を含んで形成されているが、これに限るものではなく、前方壁面３３と後方壁面３４の両方が曲面を含んで形成されていてもよいし、後方壁面３４のみが曲面を含んで形成されていてもよい。
【００３５】
また、前方壁面３３又は後方壁面３４を曲面により形成する場合には、回転方向Ｒの後方側に膨らむように形成されていることが好ましい。この場合には、連通部３２１に流入する空気をより効率よく永久磁石５の表面へと送ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００３６】
（実施例３）
本例は、図６及び図７に示すごとく、第１磁性鋼板３０１及び第２磁性鋼板３０２の２種類の磁性鋼板によってロータコア３を構成した例である。
第１磁性鋼板３０１は、実施例１に示す磁性鋼板（図４）と同形状からなる。
第２磁性鋼板３０２は、図６に示すごとく、第１磁性鋼板３０１が備える磁石収容部３２よりも外径の大きい拡大貫通部３０３を備えている。図７に示すごとく、拡大貫通部３０３は永久磁石５の外径に比べ大きいため、拡大貫通部３０３と永久磁石５との間には空隙Ｓが形成される。
本例においては、第１磁性鋼板３０１と第２磁性鋼板３０２とを交互に配し、ロータコア３を形成した。
その他の構成は実施例１と同様である。
【００３７】
本例に示す回転子１においては、第２磁性鋼板３０２と永久磁石５との間に空隙Ｓが形成されるため、連通部３２１から流入した空気を、空隙Ｓにも流入させることとなる。これにより、永久磁石５における空気との接触面積を拡大することができる。したがって、永久磁石５をより多くの空気と接触させ、永久磁石５の温度上昇をより効果的に防止することができる。
【００３８】
また、本例においては、第１磁性鋼板３０１と第２磁性鋼板３０２とを交互に積層したが、これに限るものではなく、種々の積層の仕方を用いることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００３９】
（実施例４）
本例は、連通部３２１の形状におけるバリエーションの例である。
図８は、連通部３２１における外周側開口幅を内周側開口幅よりも大きく形成した例である。
図９は、連通部３２１の後方壁面３４を回転方向Ｒの前方に向かって延設した例である。
図１０は、連通部３２１の後方壁面３４を回転方向Ｒの前方に向かって延設すると共に、前方壁面３３及び後方壁面３４を曲面によって形成した例である。
尚、図９及び図１０の前方壁面３３は、外周面３１と連続して滑らかに形成されている。
【００４０】
また、本例は連通部３２１の形状の一例を示したものであり、連通部３２１は、上述した他にも種々の形状を用いることができる。また、一つの磁石収容部３２において、複数の永久磁石５を軸方向に並べて埋設してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１  回転子
１０  永久磁石式回転電機
１００  固定子
３  ロータコア
３０  磁性鋼板
３１  外周面
３２  磁石収容部
３２１  連通部
５  永久磁石
【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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【図６】
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【図７】
2013115919.tif 000009
【図８】
2013115919.tif 000010
【図９】
2013115919.tif 000011
【図１０】
2013115919.tif 000012