(57)【要約】【課題】ロータコアへの永久磁石の配置が容易で、且つ、トルクの低下を最小限に抑えることができるようにする。【解決手段】２組の永久磁石１２，１３の各々は、回転子２の周方向に沿って隣接配置された３個の同極の磁石（３個の同極の磁石１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、３個の同極の磁石１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）からなる。ロータコア１１には、同極の磁石１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１３ａ，１３ｂ，１３ｃを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂが同極の磁石毎に形成されている。ロータコア１１の同極間部分１８の厚みａは、ロータコア１１の異極間部分１９の厚みｂよりも薄い。【選択図】図２
2016135081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２組の永久磁石が内部に埋め込まれたロータコアを有する回転子と、
前記回転子に対して対向配置される固定子と、
前記ロータコアの中心に挿通された、磁性体からなる出力軸と、
を有し、
前記２組の永久磁石の各々は、前記回転子の周方向に沿って隣接配置された３個以上の同極の磁石からなり、
前記ロータコアには、前記同極の磁石を収容する磁石嵌め込み穴が前記同極の磁石毎に形成されており、
前記ロータコアにおいて、互いに同じ組の前記同極の磁石をそれぞれ収容して隣接する前記磁石嵌め込み穴同士の間の部分を同極間部分、互いに異なる組の前記同極の磁石をそれぞれ収容して隣接する前記磁石嵌め込み穴同士の間の部分を異極間部分とすると、前記回転子の周方向において、前記同極間部分の厚みは、前記異極間部分の厚みよりも薄いことを特徴とする磁石埋込型回転電機。
【請求項２】
前記ロータコアにおける、互いに異なる組の前記同極の磁石をそれぞれ収容して隣接する前記磁石嵌め込み穴同士の間には、空隙または非磁性体が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の磁石埋込型回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石が内部に埋め込まれたロータコアを有する回転子と、当該回転子に対して対向配置される固定子とを備える磁石埋込型回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
まず、回転電機とは、電動機、発電機、電動機兼発電機の総称のことである。本発明を電動機として利用した場合、その電動機はＩＰＭ(Interior Permanent Magnet)モータと呼ばれる。これに対して、永久磁石がロータコアの表面に貼り付けられた回転子を有する電動機はＳＰＭ(Surface Permanent Magnet)モータと呼ばれる。また、ＩＰＭモータとＳＰＭモータとを合わせてＰＭモータと呼ばれる。
【０００３】
ＩＰＭモータではなくＳＰＭモータに関する発明ではあるが、特許文献１には、永久磁石の表面側に保持環を配置した回転電機が開示されている。
【０００４】
回転子が回転すると、ロータコアの表面に貼り付けられた永久磁石に遠心力が作用する。遠心力は角速度の２乗に比例するため、回転子が高速で回転する回転電機においては、永久磁石が飛散するという問題が生じる。そこで、特許文献１では、永久磁石の表面側に保持環を配置することで、永久磁石をロータコアに強固に固定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１４９５７２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、２極の回転電機の場合、ＩＰＭ構造ではロータコアへの永久磁石の配置が難しいという問題がある。即ち、ＩＰＭ構造では、ロータコアの中心に位置する出力軸に永久磁石が干渉しないようにする必要がある。また、永久磁石の体積とトルクとがほぼ比例することから、極数が少ないほど１つ当たりの磁石量を増やす必要がある。そのため、２極の場合には、１極当たりの永久磁石のサイズが大きくなり、ロータコアへの配置が困難になる。特に、回転電機が高出力化されて、回転電機が大型化するほど、永久磁石のサイズが大きくなるので、ロータコアへの配置は一層困難になる。また、永久磁石のサイズが大きくなると、永久磁石に作用する遠心力が大きくなるという問題もある。
【０００７】
また、ＩＰＭ構造では、遠心力に耐える強度をロータコアに持たせるために、ロータコアの外周面と永久磁石との間の部分である磁束短絡路におけるロータコアの半径方向の幅を広くする必要がある。しかし、磁束短絡路の幅を広くすると、ロータコア内を流れる短絡磁束が増加するので、固定子と回転子との間の空隙部において磁束が減少し、トルクが低下する。
【０００８】
本発明の目的は、ロータコアへの永久磁石の配置が容易で、且つ、トルクの低下を最小限に抑えることが可能な磁石埋込型回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、２組の永久磁石が内部に埋め込まれたロータコアを有する回転子と、前記回転子に対して対向配置される固定子と、前記ロータコアの中心に挿通された、磁性体からなる出力軸と、を有し、前記２組の永久磁石の各々は、前記回転子の周方向に沿って隣接配置された３個以上の同極の磁石からなり、前記ロータコアには、前記同極の磁石を収容する磁石嵌め込み穴が前記同極の磁石毎に形成されており、前記ロータコアにおいて、互いに同じ組の前記同極の磁石をそれぞれ収容して隣接する前記磁石嵌め込み穴同士の間の部分を同極間部分、互いに異なる組の前記同極の磁石をそれぞれ収容して隣接する前記磁石嵌め込み穴同士の間の部分を異極間部分とすると、前記回転子の周方向において、前記同極間部分の厚みは、前記異極間部分の厚みよりも薄いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、永久磁石を構成する３個以上の同極の磁石を回転子の周方向に沿って隣接配置することで、同極の磁石を出力軸に干渉しないようにすることができる。また、永久磁石を３個以上の同極の磁石に分割することで、１個当たりの同極の磁石のサイズが小さくなるので、ロータコアへの配置が容易になる。よって、ロータコアに永久磁石を容易に配置することができる。この効果は、磁石埋込型回転電機が大型化するほど一層顕著となる。
【００１１】
また、永久磁石を３個以上の同極の磁石に分割することで、１個当たりの同極の磁石に作用する遠心力を低減させることができる。よって、ロータコアにおける磁石嵌め込み穴の周囲の部分で同極の磁石の遠心力を受け止めた際に、ロータコアの外周面と同極の磁石との間の部分である磁束短絡路に作用する応力を低減させることができる。その結果、ロータコアの半径方向における磁束短絡路の厚みを薄くすることができるので、磁束短絡路に流れる短絡磁束を減少させることができる。これにより、固定子と回転子との間の空隙部を流れる磁束が多くなるので、トルクの低下を抑えることができる。
【００１２】
また、出力軸が磁性体からなるので、ロータコア内において、２組の永久磁石間に流れる磁束が出力軸を通過する。その結果、ロータコア内において２組の永久磁石間に磁束が流れやすくなり、ロータコア内において２組の永久磁石間に流れる磁束が増加するので、ロータコア内で短絡する磁束を減少させることができる。これにより、固定子と回転子との間の空隙部を流れる磁束が多くなるので、トルクの低下を抑えることができる。
【００１３】
また、ロータコアにおいて、互いに同じ組の同極の磁石をそれぞれ収容して隣接する磁石嵌め込み穴同士の間の部分を同極間部分、互いに異なる組の同極の磁石をそれぞれ収容して隣接する磁石嵌め込み穴同士の間の部分を異極間部分とすると、回転子の周方向において、同極間部分の厚みを、異極間部分の厚みよりも薄くする。この構成において、同極の磁石に作用する遠心力を、ロータコアの中心から異極間部分を通る方向に平行な成分と、これに直交する成分とに分解すると、同じ組の同極の磁石の各々の直交する成分の合計は、同じ組の同極の磁石の各々の平行な成分の合計よりも大きい。よって、ロータコアにおける磁石嵌め込み穴の周囲の部分で同極の磁石の遠心力を受け止めた際に、磁石嵌め込み穴の異極間部分側に作用する曲げ応力が大きくなるので、磁石嵌め込み穴の異極間部分側において、曲げ応力と引張応力とを合わせた応力が大きくなる。これにより、磁石嵌め込み穴の異極間部分側に応力が集中するが、異極間部分は厚みが厚いので、この応力を吸収することができる。また、磁石嵌め込み穴の異極間部分側に応力が集中した結果、磁石嵌め込み穴の同極間部分側に作用する曲げ応力が小さくなるので、厚みが薄い同極間部分でこの応力を吸収することができる。これにより、ロータコアの強度を維持することができる。
【００１４】
そして、同極間部分の厚みを薄くすることで、同じ組の同極の磁石の間を流れる短絡磁束を減少させることができる。また、同極間部分の厚みを薄くするほど、異極間部分の厚みを厚くすることができるので、異極間部分を構成する鉄に作用する吸引力が、同極間部分を構成する鉄に作用する吸引力よりも強くなる。これにより、マグネットトルクとは異なるトルクを得ることができる。また、同極間部分の厚みを薄くするほど、異極間部分の厚みを厚くすることができて、２組の永久磁石同士の間隔が広くなるので、大きなリタクタンストルクを得ることができる。その結果、トルクの低下を最小限に抑えることができる。
【００１５】
よって、本発明の磁石埋込型回転電機は、ロータコアへの永久磁石の配置が容易で、且つ、トルクの低下を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】磁石埋込型回転電機の断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図２の要部Ｂの拡大図である。
【図４】機械角度とトルクとの関係を解析した結果を示す図である。
【図５】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図６】図１のＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明の磁石埋込型回転電機は、車載用の電動機、航空機に搭載される発電機など、様々な機械の電動機、発電機、電動機兼発電機として利用することができる。
【００１８】
［第１実施形態］
（ＩＰＭモータの構成）
本発明の第１実施形態による磁石埋込型回転電機は、ＩＰＭモータである。ＩＰＭモータ１は、断面図である図１、および、図１のＡ−Ａ断面図である図２に示すように、回転子（ロータ）２と、回転子２の径方向外側において回転子２に対して対向配置される筒状の固定子（ステータ）３と、回転子２の中心に挿通された出力軸５と、回転子２の外周面に取り付けられた保護管４と、を有している。回転子２は、その軸心が固定子３の軸心に一致するように（同軸になるように）固定子３内に配置される。また、回転子２と固定子３とは、図示しないケーシング内に収納されている。
【００１９】
（回転子）
回転子２は、筒状のロータコア１１と、ロータコア１１の内部に埋め込まれた２組の永久磁石１２，１３と、ロータコア１１に設けられた空隙１５と、を有している。即ち、本実施形態のＩＰＭモータ１は２極である。回転子２は、図２に示すＣ方向、および、その逆方向に回転可能である。
【００２０】
ロータコア１１は、例えば、リング板状の電磁鋼板が軸心方向に積層されることによって形成されている。ロータコア１１の中心には、軸心（回転軸）方向に貫通する穴１１ａが形成されている。この穴１１ａには、回転子２の回転を外部に取り出す出力軸（シャフト）５が挿通される。ロータコア１１は、平行キー１４で出力軸５に固定される。出力軸５は軸受（図示せず）によって回転可能に支持される。なお、ロータコア１１の一部を凸状とし、出力軸５の一部を凹状にして、これらを係合させることで、ロータコア１１を出力軸５に固定してもよい。
【００２１】
図２に示すように、永久磁石１２は、回転子２の周方向に沿って隣接配置された３個の同極の磁石１２ａ，１２ｂ，１２ｃからなる。また、永久磁石１３は、回転子２の周方向に沿って隣接配置された３個の同極の磁石１３ａ，１３ｂ、１３ｃからなる。
【００２２】
ロータコア１１には、同極の磁石１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１３ａ，１３ｂ，１３ｃを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂが同極の磁石毎に形成されている。具体的には、ロータコア１１の外周部には、永久磁石１２を構成する３個の同極の磁石１２ａ，１２ｂ，１２ｃの各々を収容する３つの磁石嵌め込み穴１１ｂと、永久磁石１３を構成する３個の同極の磁石１３ａ，１３ｂ，１３ｃの各々を収容する３つの磁石嵌め込み穴１１ｂとがそれぞれ形成されている。各磁石嵌め込み穴１１ｂは、ロータコア１１を軸心方向に貫通している。６つの磁石嵌め込み穴１１ｂには、３個の同極の磁石１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、および、３個の同極の磁石１３ａ，１３ｂ，１３ｃがそれぞれ嵌め込まれる。
【００２３】
２組の永久磁石１２，１３は、ネオジム磁石等であって、ロータコア１１の磁石嵌め込み穴１１ｂに嵌め込まれることによって、回転子２（ロータコア１１）の磁極を形成する。永久磁石１２と永久磁石１３とは、回転子２の周方向に隣り合う磁極が互いに反対の磁極となるように（即ち、ロータコア１１の外周面においてＳ極とＮ極とが周方向に交互に並ぶように）、各磁石嵌め込み穴１１ｂに嵌め込まれる。
【００２４】
同じ組の３個の同極の磁石１２ａ，１２ｂ，１２ｃにおけるロータコア１１の中心に対向する面は、それぞれＳ極であって、その形状は平面にされている。また、同じ組の３個の同極の磁石１２ａ，１２ｂ，１２ｃにおける固定子３に対向する面は、それぞれＮ極であって、その形状は平面にされている。よって、同極の磁石１２ａ，１２ｂ，１２ｃを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂにおけるロータコア１１の中心に対向する面、および、固定子３に対向する面は、それぞれ平面にされている。なお、同極の磁石１２ａ，１２ｂ，１２ｃの面の形状は平面に限定されず、曲面であってもよい。
【００２５】
また、同じ組の３個の同極の磁石１３ａ，１３ｂ，１３ｃにおけるロータコア１１の中心に対向する面は、それぞれＮ極であって、その形状は平面にされている。また、同じ組の３個の同極の磁石１３ａ，１３ｂ，１３ｃにおける固定子３に対向する面は、それぞれＳ極であって、その形状は平面にされている。よって、同極の磁石１３ａ，１３ｂ，１３ｃを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂにおけるロータコア１１の中心に対向する面、および、固定子３に対向する面は、それぞれ平面にされている。なお、同極の磁石１３ａ，１３ｂ，１３ｃの面の形状は平面に限定されず、曲面であってもよい。
【００２６】
ロータコア１１における、ロータコア１１の外周面と磁石嵌め込み穴１１ｂとの間の部分は、ロータコア１１内で磁束が短絡する磁束短絡路１１ｃである。なお、磁束の短絡とは、Ｎ極から出た磁束が固定子３と回転子２との間の空隙部６に到達することなくそのままロータコア１１を通ってＳ極に入ることを意味する。
【００２７】
永久磁石１２を構成する３個の同極の磁石１２ａ，１２ｂ，１２ｃを回転子２の周方向に沿って隣接配置することで、同極の磁石を出力軸５に干渉しないようにすることができる。また、永久磁石１２を３個の同極の磁石１２ａ，１２ｂ，１２ｃに分割することで、１個当たりの同極の磁石１２ａ，１２ｂ，１２ｃのサイズが小さくなるので、ロータコア１１への配置が容易になる。よって、ロータコア１１に永久磁石１２を容易に配置することができる。この効果は、ＩＰＭモータ１が大型化するほど一層顕著となる。永久磁石１３を構成する３個の同極の磁石１３ａ，１３ｂ，１３ｃについても同様である。
【００２８】
また、永久磁石１２を３個の同極の磁石１２ａ，１２ｂ，１２ｃに分割することで、１個当たりの同極の磁石１２ａ，１２ｂ，１２ｃに作用する遠心力を低減させることができる。よって、ロータコア１１における磁石嵌め込み穴１１ｂの周囲の部分で同極の磁石１２ａ，１２ｂ，１２ｃの遠心力を受け止めた際に、磁束短絡路１１ｃに作用する応力を低減させることができる。その結果、ロータコア１１の半径方向における磁束短絡路１１ｃの厚みを薄くすることができるので、磁束短絡路１１ｃに流れる短絡磁束を減少させることができる。これにより、固定子３と回転子２との間の空隙部６を流れる磁束が多くなるので、トルクの低下を抑えることができる。永久磁石１３を構成する３個の同極の磁石１３ａ，１３ｂ，１３ｃについても同様である。
【００２９】
出力軸５は、磁性体からなる。ここで、磁性体とは、鉄などの強磁性体を指す。図２の要部Ａの拡大図である図３に示すように、出力軸５が磁性体からなるので、ロータコア１１内において、２組の永久磁石１２，１３間に流れる磁束が出力軸５を通過する。その結果、ロータコア１１内において２組の永久磁石１２，１３間に磁束が流れやすくなり、ロータコア１１内において２組の永久磁石１２，１３間に流れる磁束が増加するので、ロータコア１１内で短絡する磁束を減少させることができる。これにより、固定子３と回転子２との間の空隙部６を流れる磁束が多くなるので、トルクの低下を抑えることができる。
【００３０】
なお、磁石嵌め込み穴１１ｂの各々は、回転子２の周方向において同極の磁石の両側に空隙が形成されるように同極の磁石を収容していてもよい。これら空隙を設けた場合には、ロータコア１１内で短絡する磁束を減少させることができる。
【００３１】
空隙１５は、ロータコア１１における、互いに異なる組の同極の磁石をそれぞれ収容して隣接する磁石嵌め込み穴１１ｂ，１１ｂ同士の間に設けられている。具体的には、空隙１５は、同極の磁石１２ａを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂと同極の磁石１３ｃを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂとの間、および、同極の磁石１２ｃを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂと同極の磁石１３ａを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂとの間にそれぞれ設けられている。空隙１５内は、空気で満たされている。
【００３２】
図３に示すように、空隙１５を設けることで、ロータコア１１内において、回転子２の周方向に沿って２組の永久磁石１２，１３間に流れる短絡磁束を減少させることができる。これにより、固定子３と回転子２との間の空隙部６を流れる磁束が多くなるので、トルクの低下をさらに抑制することができる。
【００３３】
なお、図１に示すように、回転子２の両端にエンドプレート１６をそれぞれ設ける場合、一対のエンドプレート１６を回転子２に固定するボルト１７を挿通させるために、ロータコア１１に貫通して設けられるボルト穴を、空隙１５として好適に使用することができる。エンドプレート１６を介してロータコア１１の熱を外気に放出することで、ロータコア１１の放熱特性が向上する。また、エンドプレート１６を加工することで、回転子２のバランスを調整することができる。
【００３４】
なお、空隙１５を設ける代わりに、互いに異なる組の同極の磁石をそれぞれ収容して隣接する磁石嵌め込み穴１１ｂ，１１ｂ同士の間に、非磁性体を埋め込んでもよい。非磁性体としては、アルミニウム、ＳＵＳ、黄銅などの金属や、接着剤を挙げることができる。
【００３５】
（固定子）
図１および図２に示すように、固定子３は、筒状のステータコア２１と、ステータコア２１の内周面に巻回された巻線２２とを有している。
【００３６】
ステータコア２１は、例えば、複数の電磁鋼板（ケイ素鋼板など）が軸心方向に積層されることによって形成されている。ステータコア２１の内周面には、周方向に沿ってスロット２１ａと歯２１ｂとが交互に連続して形成されており、歯２１ｂには巻線２２が巻回されている。複数の歯２１ｂにそれぞれ巻回された巻線２２に対して所定の位相差の電流が供給されることにより、回転磁界が形成される。これにより、回転子２にマグネットトルクとリラクタンストルクとが発生して、回転子２が回転する。ここで、リラクタンストルクとは、磁気抵抗が小さくなろうとする箇所に発生するトルク、即ち、磁気が流れ難いところに磁束を流そうと回転子２が固定子３に対して回転することにより発生するトルクである。
【００３７】
（保護管）
保護管４は、絶縁体からなる。このような保護管４をロータコア１１の外周面に焼き嵌め等によって装着することで、ロータコア１１の強度が向上するとともに、永久磁石の飛散が防止される。なお、保護管４は、金属、磁性材、低透磁率の磁性材等からなるものであってもよい。
【００３８】
（同極間部分および異極間部分の厚み）
図２に示すように、ロータコア１１において、互いに同じ組の同極の磁石をそれぞれ収容して隣接する磁石嵌め込み穴１１ｂ，１１ｂ同士の間の部分を同極間部分１８、互いに異なる組の同極の磁石をそれぞれ収容して隣接する磁石嵌め込み穴１１ｂ，１１ｂ同士の間の部分を異極間部分１９とすると、回転子２の周方向において、同極間部分１８の厚みａは、異極間部分１９の厚みｂよりも薄くされている。具体的には、回転子２の周方向において、同極の磁石１２ａを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂと同極の磁石１２ｂを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂとの間の部分である同極間部分１８の厚みａ、および、同極の磁石１２ｂを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂと同極の磁石１２ｃを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂとの間の部分である同極間部分１８の厚みａは、同極の磁石１２ａを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂと同極の磁石１３ｃを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂとの間の部分である異極間部分１９の厚みｂ、および、同極の磁石１２ｃを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂと同極の磁石１３ａを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂとの間の部分である異極間部分１９の厚みｂよりも薄くされている。３個の同極の磁石１３ａ，１３ｂ，１３ｃの各々を収容する磁石嵌め込み穴１１ｂについても同様である。即ち、ロータコア１１には、異極間部分１９の厚みｂよりも、同極間部分１８の厚みａの方が薄くなるように、６つの磁石嵌め込み穴１１ｂがそれぞれ形成されている。
【００３９】
以下、永久磁石１２を構成する３個の同極の磁石１２ａ，１２ｂ，１２ｃについて説明するが、永久磁石１３を構成する３個の同極の磁石１３ａ，１３ｂ，１３ｃについても同様である。
【００４０】
同極の磁石１２ａ，１２ｂ，１２ｃに作用する遠心力Ｆを、ロータコア１１の中心Ｏから異極間部分１９を通る方向に平行な成分Ｆａと、これに直交する成分Ｆｂとに分解すると、同じ組の同極の磁石１２ａ，１２ｂ，１２ｃの各々の直交する成分Ｆｂの合計は、同じ組の同極の磁石１２ａ，１２ｂ，１２ｃの各々の平行な成分Ｆａの合計よりも大きい。よって、ロータコア１１における磁石嵌め込み穴１１ｂの周囲の部分で同極の磁石の遠心力を受け止めた際に、磁石嵌め込み穴１１ｂの異極間部分１９側に作用する曲げ応力が大きくなるので、磁石嵌め込み穴１１ｂの異極間部分１９側において、曲げ応力と引張応力とを合わせた応力が大きくなる。これにより、磁石嵌め込み穴１１ｂの異極間部分１９側に応力が集中するが、異極間部分１９は厚みが厚いので、この応力を吸収することができる。また、磁石嵌め込み穴１１ｂの異極間部分１９側に応力が集中した結果、磁石嵌め込み穴１１ｂの同極間部分１８側に作用する曲げ応力が小さくなるので、厚みが薄い同極間部分１８でこの応力を吸収することができる。これにより、ロータコア１１の強度を維持することができる。
【００４１】
そして、同極間部分１８の厚みａを薄くすることで、同じ組の同極の磁石１２ａ，１２ｂの間を流れる短絡磁束を減少させることができる。これにより、トルクの低下を抑えることができる。
【００４２】
また、同極間部分１８の厚みａを薄くするほど、異極間部分１９の厚みｂを厚くすることができるので、異極間部分１９を構成する鉄に作用する吸引力が、同極間部分１８を構成する鉄に作用する吸引力よりも強くなる。これにより、マグネットトルクとは異なるトルクを得ることができる。
【００４３】
また、同極間部分１８の厚みａを薄くするほど、異極間部分１９の厚みｂを厚くすることができて、２組の永久磁石１２，１３同士の間隔が広くなるので、大きなリタクタンストルクを得ることができる。
【００４４】
以上のように、同極間部分１８の厚みａを、異極間部分１９の厚みｂよりも薄くすることで、トルクの低下を最小限に抑えることができる。
【００４５】
同極間部分１８の厚みａを異ならせたときの機械角度とトルクとの関係を解析した結果を図４に示す。機械角度は、図２において、直線Ｌを０°としてＣ方向に１８０度変化させている。なお、直線Ｌは、ロータコア１１（回転子２）の中心Ｏを通り、永久磁石１２と永久磁石１３との中間に位置する仮想線である。同極間部分１８の厚みａを狭くすることで、トルクが向上することがわかる。
【００４６】
（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係るＩＰＭモータ（磁石埋込型回転電機）１によると、永久磁石を構成する３個の同極の磁石を回転子２の周方向に沿って隣接配置することで、同極の磁石を出力軸５に干渉しないようにすることができる。また、永久磁石を３個の同極の磁石に分割することで、１個当たりの同極の磁石のサイズが小さくなるので、ロータコア１１への配置が容易になる。よって、ロータコア１１に永久磁石を容易に配置することができる。この効果は、ＩＰＭモータ１が大型化するほど一層顕著となる。
【００４７】
また、永久磁石を３個の同極の磁石に分割することで、１個当たりの同極の磁石に作用する遠心力を低減させることができる。よって、ロータコア１１における磁石嵌め込み穴１１ｂの周囲の部分で同極の磁石の遠心力を受け止めた際に、ロータコア１１の外周面と同極の磁石との間の部分である磁束短絡路１１ｃに作用する応力を低減させることができる。その結果、ロータコア１１の半径方向における磁束短絡路１１ｃの厚みを薄くすることができるので、磁束短絡路１１ｃに流れる短絡磁束を減少させることができる。これにより、固定子３と回転子２との間の空隙部６を流れる磁束が多くなるので、トルクの低下を抑えることができる。
【００４８】
また、出力軸５が磁性体からなるので、ロータコア１１内において、２組の永久磁石１２，１３間に流れる磁束が出力軸５を通過する。その結果、ロータコア１１内において２組の永久磁石１２，１３間に磁束が流れやすくなり、ロータコア１１内において２組の永久磁石１２，１３間に流れる磁束が増加するので、ロータコア１１内で短絡する磁束を減少させることができる。これにより、固定子３と回転子２との間の空隙部６を流れる磁束が多くなるので、トルクの低下を抑えることができる。
【００４９】
また、ロータコア１１において、互いに同じ組の同極の磁石をそれぞれ収容して隣接する磁石嵌め込み穴１１ｂ，１１ｂ同士の間の部分を同極間部分１８、互いに異なる組の同極の磁石をそれぞれ収容して隣接する磁石嵌め込み穴１１ｂ，１１ｂ同士の間の部分を異極間部分１９とすると、回転子２の周方向において、同極間部分１８の厚みａを、異極間部分１９の厚みｂよりも薄くする。この構成において、同極の磁石に作用する遠心力Ｆを、ロータコア１１の中心Ｏから異極間部分１９を通る方向に平行な成分Ｆａと、これに直交する成分Ｆｂとに分解すると、同じ組の同極の磁石の各々の直交する成分Ｆｂの合計は、同じ組の同極の磁石の各々の平行な成分Ｆａの合計よりも大きい。よって、ロータコア１１における磁石嵌め込み穴１１ｂの周囲の部分で同極の磁石の遠心力を受け止めた際に、磁石嵌め込み穴１１ｂの異極間部分１９側に作用する曲げ応力が大きくなるので、磁石嵌め込み穴１１ｂの異極間部分１９側において、曲げ応力と引張応力とを合わせた応力が大きくなる。これにより、磁石嵌め込み穴１１ｂの異極間部分１９側に応力が集中するが、異極間部分１９は厚みが厚いので、この応力を吸収することができる。また、磁石嵌め込み穴１１ｂの異極間部分１９側に応力が集中した結果、磁石嵌め込み穴１１ｂの同極間部分１８側に作用する曲げ応力が小さくなるので、厚みが薄い同極間部分１８でこの応力を吸収することができる。これにより、ロータコア１１の強度を維持することができる。
【００５０】
そして、同極間部分１８の厚みａを薄くすることで、同じ組の同極の磁石の間を流れる短絡磁束を減少させることができる。また、同極間部分１８の厚みａを薄くするほど、異極間部分１９の厚みｂを厚くすることができるので、異極間部分１９を構成する鉄に作用する吸引力が、同極間部分１８を構成する鉄に作用する吸引力よりも強くなる。これにより、マグネットトルクとは異なるトルクを得ることができる。また、同極間部分１８の厚みａを薄くするほど、異極間部分１９の厚みｂを厚くすることができて、２組の永久磁石１２，１３同士の間隔が広くなるので、大きなリタクタンストルクを得ることができる。その結果、トルクの低下を最小限に抑えることができる。
【００５１】
よって、本発明のＩＰＭモータ１は、ロータコア１１への永久磁石１２，１３の配置が容易で、且つ、トルクの低下を最小限に抑えることができる。
【００５２】
また、ロータコア１１における、互いに異なる組の同極の磁石をそれぞれ収容して隣接する磁石嵌め込み穴１１ｂ，１１ｂ同士の間に、空隙１５または非磁性体を設けることで、ロータコア１１内において、回転子２の周方向に沿って２組の永久磁石１２，１３間に流れる短絡磁束を減少させることができる。これにより、固定子３と回転子２との間の空隙部６を流れる磁束が多くなるので、トルクの低下をさらに抑制することができる。
【００５３】
［第２実施形態］
（回転子）
次に、本発明の第２実施形態に係るＩＰＭモータ（磁石埋込型回転電機）２０１について説明する。なお、上述した構成要素と同じ構成要素については、同じ参照番号を付してその説明を省略する。本実施形態のＩＰＭモータ２０１が第１実施形態のＩＰＭモータ１と異なる点は、図１のＡ−Ａ断面図である図５に示すように、２組の永久磁石１２，１３の各々は、回転子２の周方向に沿って隣接配置された４個の同極の磁石からなる点である。
【００５４】
具体的には、永久磁石１２は、回転子２の周方向に沿って隣接配置された４個の同極の磁石１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄからなる。また、永久磁石１３は、回転子２の周方向に沿って隣接配置された４個の同極の磁石１３ａ，１３ｂ、１３ｃ，１３ｄからなる。
【００５５】
回転子２の周方向において、同極間部分１８の厚みａは、異極間部分１９の厚みｂよりも薄くされている。具体的には、回転子２の周方向において、同極の磁石１２ａを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂと同極の磁石１２ｂを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂとの間の部分である同極間部分１８の厚みａ、同極の磁石１２ｂを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂと同極の磁石１２ｃを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂとの間の部分である同極間部分１８の厚みａ、および、同極の磁石１２ｃを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂと同極の磁石１２ｄを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂとの間の部分である同極間部分１８の厚みａは、同極の磁石１２ａを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂと同極の磁石１３ｄを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂとの間の部分である異極間部分１９の厚みｂ、および、同極の磁石１２ｄを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂと同極の磁石１３ａを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂとの間の部分である異極間部分１９の厚みｂよりも薄くされている。永久磁石１３を構成する４個の同極の磁石１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの各々を収容する磁石嵌め込み穴１１ｂについても同様である。
【００５６】
このような構成であっても、第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００５７】
［第３実施形態］
（回転子）
次に、本発明の第３実施形態に係るＩＰＭモータ（磁石埋込型回転電機）３０１について説明する。なお、上述した構成要素と同じ構成要素については、同じ参照番号を付してその説明を省略する。本実施形態のＩＰＭモータ３０１が第１実施形態のＩＰＭモータ１と異なる点は、図１のＡ−Ａ断面図である図６に示すように、２組の永久磁石１２，１３の各々は、回転子２の周方向に沿って隣接配置された５個の同極の磁石からなる点である。
【００５８】
具体的には、永久磁石１２は、回転子２の周方向に沿って隣接配置された５個の同極の磁石１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅからなる。また、永久磁石１３は、回転子２の周方向に沿って隣接配置された４個の同極の磁石１３ａ，１３ｂ、１３ｃ，１３ｄ，１３ｅからなる。
【００５９】
回転子２の周方向において、同極間部分１８の厚みａは、異極間部分１９の厚みｂよりも薄くされている。具体的には、回転子２の周方向において、同極の磁石１２ａを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂと同極の磁石１２ｂを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂとの間の部分である同極間部分１８の厚みａ、同極の磁石１２ｂを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂと同極の磁石１２ｃを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂとの間の部分である同極間部分１８の厚みａ、同極の磁石１２ｃを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂと同極の磁石１２ｄを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂとの間の部分である同極間部分１８の厚みａ、および、同極の磁石１２ｄを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂと同極の磁石１２ｅを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂとの間の部分である同極間部分１８の厚みａは、同極の磁石１２ａを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂと同極の磁石１３ｅを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂとの間の部分である異極間部分１９の厚みｂ、および、同極の磁石１２ｅを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂと同極の磁石１３ａを収容する磁石嵌め込み穴１１ｂとの間の部分である異極間部分１９の厚みｂよりも薄くされている。永久磁石１３を構成する５個の同極の磁石１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅの各々を収容する磁石嵌め込み穴１１ｂについても同様である。
【００６０】
このような構成であっても、第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００６１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【００６２】
例えば、２組の永久磁石の各々は、回転子２の周方向に沿って隣接配置された６個以上の同極の磁石からなっていてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１，２０１，３０１  ＩＰＭモータ（磁石埋込型回転電機）
２  回転子
３  固定子
４  保護管
５  出力軸
６  空隙部
１１  ロータコア
１１ａ  穴
１１ｂ  磁石嵌め込み穴
１１ｃ  磁束短絡路
１２，１３  永久磁石
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ  同極の磁石
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ  同極の磁石
１４  平行キー
１５  空隙
１６  エンドプレート
１７  ボルト
１８  同極間部分
１９  異極間部分
２１  ステータコア
２１ａ  スロット
２１ｂ  歯
２２  巻線
【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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