(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に略沿って所定角度ごとに穿設された複数の磁束障壁を有するロータを備え、該磁束障壁の周方向一側及び他側には該磁束障壁を区画して該磁束障壁の周方向一側及び他側にそれぞれ第１磁束障壁を形成するとともに両第１磁束障壁間に第２磁束障壁を形成する保持壁が設けられ、該第２磁束障壁には永久磁石が埋設された永久磁石型同期機において、
前記各保持壁の前記第１磁束障壁側の壁面は、前記第２磁束障壁の長手方向の端面に対向する部位において、接線が前記埋設された永久磁石よりも外周側で交差するように形成された面部と、前記面部の接線と交差する方向に延びる平面部とを有し、前記面部は、前記保持壁の前記第１磁束障壁側の壁面の内周側に配置されたことを特徴とする永久磁石型同期機。
【請求項２】
請求項１に記載の永久磁石型同期機において、
前記平面部は、外径方向に平行に延びるように形成され、前記面部は、前記平面部よりも前記第１磁束障壁側の壁面の内周側に配置されていることを特徴とする永久磁石型同期機。
【請求項３】
周方向に略沿って所定角度ごとに穿設された複数の磁束障壁を有するロータを備え、該磁束障壁の周方向一側及び他側には該磁束障壁を区画して該磁束障壁の周方向一側及び他側にそれぞれ第１磁束障壁を形成するとともに両第１磁束障壁間に第２磁束障壁を形成する保持壁が設けられ、該第２磁束障壁には永久磁石が埋設された永久磁石型同期機において、
前記各保持壁の前記第２磁束障壁側の壁面は、該第２磁束障壁の長手方向の端面の部位において、接線が前記埋設された永久磁石よりも外周側で交差するように形成された面部と、前記面部の接線と交差する方向に延びる平面部とを有し、前記面部は、前記保持壁の前記第２磁束障壁側の壁面の外周側に配置されたことを特徴とする永久磁石型同期機。
【請求項４】
請求項３に記載の永久磁石型同期機において、
前記平面部は、外径方向に平行に延びるように形成され、前記面部は、前記平面部よりも前記第２磁束障壁側の壁面の外周側に配置されていることを特徴とする永久磁石型同期機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の永久磁石型同期機において、
前記面部は、平面状又は曲面状に形成されたことを特徴とする永久磁石型同期機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の永久磁石型同期機において、
前記保持壁は前記磁束障壁の周方向中心部を通る径線に対して略対称に配置され、前記面部は接線が該径線上で交差するように形成されたことを特徴とする永久磁石型同期機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の永久磁石型同期機において、
前記保持壁の前記第２磁束障壁側の壁面と前記埋設された永久磁石との間に非磁性部を設けたことを特徴とする永久磁石型同期機。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の永久磁石型同期機において、
前記磁束障壁は、径方向に複数層を形成してなり、
内周側の層に配置された前記面部の接線は、外周側の層に配置された前記面部の接線よりも外周側で交差することを特徴とする永久磁石型同期機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石型同期機（同期電動機及び同期発電機）に係り、特にロータに永久磁石が埋設された永久磁石型同期機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、巻線の施されたステータの内側に、永久磁石の埋設されたロータを設けた永久磁石型同期機が知られている（例えば、「’９８モータ技術シンポジウム  ’９８．４．２２〜４．２４」Ｐ．Ｂ２−１−２）。こうした永久磁石型同期機において、例えば電動機ではステータに回転磁界を発生させることでロータは同磁界に従って回転する。
【０００３】
図１３は、こうした永久磁石型同期機が備えるロータ構造の一例を示す平面図である。同図に示されるように、この永久磁石型同期機が備えるロータ９１は、積層鋼板で構成される略円柱体の鉄心構造を形成しており、周方向に略沿って所定角度ごとに穿設された複数（図１３においては１つのみ図示）の磁束障壁９２を有している。そして、この磁束障壁９２の内、外周側は各磁気通路部９７，９３を形成している。この磁束障壁９２の周方向一側及び他側には、同磁束障壁９２を区画してその周方向一側及び他側にそれぞれ第１磁束障壁９２ａを形成するとともに両第１磁束障壁９２ａ間に第２磁束障壁９２ｂを形成する保持壁９４が設けられている。そして、第２磁束障壁９２ｂには永久磁石９５が埋設されている。従って、上記磁気通路部９３を形成する外周側の構造体（及び永久磁石９５）は、上記保持壁９４及びロータ９１の外周面と第１磁束障壁９２ａとの間に形成される外周側保持壁９６によって保持されている。
【０００４】
このような構造において、例えば電動機では永久磁石９５が発生する磁束とこれに直交するｑ軸成分の電流との電磁作用により磁石トルクを発生する。また、ｑ軸成分の電流による上記磁気通路部９３，９７を通過する磁束とこれに直交するｄ軸成分の電流との電磁作用によりリラクタンストルクを発生する。これら磁石トルク及びリラクタンストルクによりロータ９１は回転駆動される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記磁気通路部９３として形成される構造体（及び永久磁石９５）には、ロータ９１の回転時において遠心力が加わることになる。従って、上述の保持壁９４，９６は、遠心力に抗して当該構造体を保持している。
【０００６】
図１４は、上記ロータ９１の回転時の遠心力の作用による応力分布を示す解析図である。これは、例えば有限要素法による解析にて求めたものである。同図から明らかなように、遠心力の作用により上記保持壁９４において著しい応力集中及び最大応力が発生していることがわかる。特に、保持壁９４の第１磁束障壁９２ａ側の壁面にあっては内周側に、同保持壁９４の第２磁束障壁９２ｂ側の壁面にあっては外周側に著しい応力集中及び最大応力が発生していることがわかる。従って、最高回転速度がより高速に設定される回転用途に当該ロータ９１を供するためには、保持壁９４に対して遠心力に耐え得る対策を講ずる必要がある。
【０００７】
ここで、上記保持壁９４の強度を確保すべく拡幅した場合、同期機特性が劣化することがある。これは、保持壁９４が拡幅されることで、例えば電動機にあっては本来、トルク発生に寄与すべき磁束が当該保持壁９４を通って漏れやすくなり、トルク特性が劣化してしまうことによる。
【０００８】
本発明の目的は、同期機特性を劣化させることなく、最高回転速度をより高速に設定可能な永久磁石型同期機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、周方向に略沿って所定角度ごとに穿設された複数の磁束障壁を有するロータを備え、該磁束障壁の周方向一側及び他側には該磁束障壁を区画して該磁束障壁の周方向一側及び他側にそれぞれ第１磁束障壁を形成するとともに両第１磁束障壁間に第２磁束障壁を形成する保持壁が設けられ、該第２磁束障壁には永久磁石が埋設された永久磁石型同期機において、前記各保持壁の前記第１磁束障壁側の壁面は、前記第２磁束障壁の長手方向の端面に対向する部位において、接線が前記埋設された永久磁石よりも外周側で交差するように形成された面部と、前記面部の接線と交差する方向に延びる平面部とを有し、前記面部は、前記保持壁の前記第１磁束障壁側の壁面の内周側に配置されたことを要旨とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の永久磁石型同期機において、前記平面部は、外径方向に平行に延びるように形成され、前記面部は、前記平面部よりも前記第１磁束障壁側の壁面の内周側に配置されていることを要旨とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、周方向に略沿って所定角度ごとに穿設された複数の磁束障壁を有するロータを備え、該磁束障壁の周方向一側及び他側には該磁束障壁を区画して該磁束障壁の周方向一側及び他側にそれぞれ第１磁束障壁を形成するとともに両第１磁束障壁間に第２磁束障壁を形成する保持壁が設けられ、該第２磁束障壁には永久磁石が埋設された永久磁石型同期機において、前記各保持壁の前記第２磁束障壁側の壁面は、該第２磁束障壁の長手方向の端面の部位において、接線が前記埋設された永久磁石よりも外周側で交差するように形成された面部と、前記面部の接線と交差する方向に延びる平面部とを有し、前記面部は、前記保持壁の前記第２磁束障壁側の壁面の外周側に配置されたことを要旨とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の永久磁石型同期機において、前記平面部は、外径方向に平行に延びるように形成され、前記面部は、前記平面部よりも前記第２磁束障壁側の壁面の外周側に配置されていることを要旨とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の永久磁石型同期機において、前記面部は、平面状又は曲面状に形成されたことを要旨とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の永久磁石型同期機において、前記保持壁は前記磁束障壁の周方向中心部を通る径線に対して略対称に配置され、前記面部は接線が該径線上で交差するように形成されたことを要旨とする。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の永久磁石型同期機において、前記保持壁の前記第２磁束障壁側の壁面と前記埋設された永久磁石との間に非磁性部を設けたことを要旨とする。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の永久磁石型同期機において、前記磁束障壁は、径方向に複数層を形成してなり、内周側の層に配置された前記面部の接線は、外周側の層に配置された前記面部の接線よりも外周側で交差することを要旨とする。
【００１６】
（作用）
請求項１又は２に記載の発明によれば、各保持壁の第１磁束障壁側の壁面は、接線が上記埋設された永久磁石よりも外周側で交差するように形成された面部を有している。すなわち、各保持壁の第１磁束障壁側の壁面は、上記面部において外径方向に狭まる形状となっている。ここで、磁束障壁（第１及び第２磁束障壁）の外周側に磁気通路部として形成される構造体（及び永久磁石）には、ロータ回転時において遠心力が加わることになる。このとき、各保持壁の第１磁束障壁側の壁面を上記態様で形成することで、例えば各保持壁の第１磁束障壁側の壁面が略一様に外径方向に平行に伸びたり拡がる形状である場合に比べて同保持壁への応力集中が緩和されるとともにその最大応力が低減されることが本発明者らによって解析的に確認されている。これは、遠心力に抗して上記保持壁が当該構造体等を保持する際、このときの荷重が２方向に分散されるためと考えられる。
【００１７】
以上により、例えば各保持壁の最小幅・最大許容応力を変えることなく、各保持壁の第１磁束障壁側の壁面が一様に外径方向に平行に伸びたり拡がる形状である場合に比べて、最高回転速度がより高速に設定される回転用途に当該ロータを供することが可能となる。また、各保持壁の最小幅が変わらないため、同保持壁を通る磁束漏れも同等であって同期機特性（例えば電動機にあってはトルク特性）の劣化も回避される。
【００１８】
あるいは、所定の最高回転速度が設定された回転用途に当該ロータを供するとして、ロータ回転時の遠心力の作用による同保持壁への応力集中が緩和されるとともに最大応力が低減される分、同保持壁を縮幅できロータの小型化、ひいては同期機自体の小型化が可能となる。また、上記保持壁が縮幅されることで、同保持壁を通る磁束漏れが低減されて同期機特性が向上される。
【００１９】
請求項３又は４に記載の発明によれば、各保持壁の第２磁束障壁側の壁面は、接線が上記埋設された永久磁石よりも外周側で交差するように形成された面部を有している。すなわち、各保持壁の第２磁束障壁側の壁面は、上記面部において外径方向に狭まる形状となっている。ここで、磁束障壁（第１及び第２磁束障壁）の外周側に磁気通路部として形成される構造体（及び永久磁石）には、ロータ回転時において遠心力が加わることになる。このとき、各保持壁の第２磁束障壁側の壁面を上記態様で形成することで、例えば各保持壁の第２磁束障壁側の壁面が略一様に外径方向に平行に伸びたり拡がる形状である場合に比べて同保持壁への応力集中が緩和されるとともにその最大応力が低減されることが本発明者らによって解析的に確認されている。これは、遠心力に抗して上記保持壁が当該構造体等を保持する際、このときの荷重が２方向に分散されるためと考えられる。
【００２０】
以上により、例えば各保持壁の最小幅・最大許容応力を変えることなく、各保持壁の第２磁束障壁側の壁面が一様に外径方向に平行に伸びたり拡がる形状である場合に比べて、最高回転速度がより高速に設定される回転用途に当該ロータを供することが可能となる。また、各保持壁の最小幅が変わらないため、同保持壁を通る磁束漏れも同等であって同期機特性（例えば電動機にあってはトルク特性）の劣化も回避される。
【００２１】
あるいは、所定の最高回転速度が設定された回転用途に当該ロータを供するとして、ロータ回転時の遠心力の作用による同保持壁への応力集中が緩和されるとともに最大応力が低減される分、同保持壁を縮幅できロータの小型化、ひいては同期機自体の小型化が可能となる。また、上記保持壁が縮幅されることで、同保持壁を通る磁束漏れが低減されて同期機特性が向上される。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、上記面部は、平面状又は曲面状に形成される。なお、上記面部が平面状であるときの接線とは、当該ロータの平面図における面部のなす直線である。また、上記面部が曲面状であるとして同面部は、例えば一般的に構造体の角部において応力緩和用に設定されるＲ形状とは明確に区別されるべきものである。換言すると、上記面部が曲面状である場合には、同面部はこのＲ形状が設定される角部以外の位置で定義される。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、上記保持壁は磁束障壁の周方向中心部を通る径線に対して略対称に配置され、上記面部は接線が径線上で交差するように形成される。従って、ロータ回転時の遠心力の作用により両保持壁に加わる荷重は略均等となり、全体としての強度が向上される。
【００２４】
請求項７に記載の発明によれば、上記保持壁の第２磁束障壁側の壁面と上記埋設された永久磁石との間に非磁性部が設けられる。ここで、磁性部である上記保持壁と永久磁石とが接近している場合には、コイル通電による逆磁界が強くなって同磁石を減磁してしまう。特に、上記永久磁石の角部では磁気抵抗が小さいため、上記逆磁界による減磁が著しくなる。しかしながら、上記保持壁の第２磁束障壁側の壁面と永久磁石との間に非磁性部を設けたことで、この非磁性部を介してこれら保持壁と永久磁石（角部）とが離隔される分、上述の逆磁界による永久磁石の減磁が抑制される。
【００２５】
請求項８に記載の発明によれば、上記磁束障壁は、径方向に複数層を形成してなり、内周側の層に配置された面部の接線は、外周側の層に配置された面部の接線よりも外周側で交差する。ここで、各層に配置された面部の接線が上述の態様となるように同面部を形成することで、例えば各層に配置された面部の接線が略平行に伸びたり外周側の層に配置された面部の接線が内周側の層に配置された面部の接線よりも外周側で交差する場合に比べてロータ回転時の遠心力の作用による同保持壁への応力集中が緩和されるとともにその最大応力が低減されることが本発明者らによって解析的に確認されている。
【００２６】
従って、例えば各保持壁の最小幅・最大許容応力を変えることなく、最高回転速度が更に高速に設定される回転用途に当該ロータを供することが可能となる。あるいは、所定の最高回転速度が設定された回転用途に当該ロータを供するとして、ロータ回転時の遠心力の作用による同保持壁への応力集中が緩和されるとともにその最大応力が低減される分、同保持壁を縮幅でき更なるロータの小型化、ひいては同期機自体の小型化が可能となる。また、上記保持壁が縮幅されることで、同保持壁を通る磁束漏れが低減されて同期機特性が更に向上される。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態について図１〜図４に従って説明する。
【００２８】
図２は、本実施形態の永久磁石型同期機としての永久磁石型同期モータ１を示す平面図である。この永久磁石型同期モータ１は、例えば３相交流による駆動タイプであって、ステータ２と、ロータ３とを備えている。
【００２９】
上記ステータ２は、４８スロット内に巻線（図示略）が施されて回転磁界を発生させる。このステータ２の内側には、ロータ３が設けられている。
上記ロータ３は、積層鋼板で構成される略円柱体の鉄心構造を形成しており、周方向に略沿って所定角度ごとに穿設された極数（８極）分の複数（８つ）の磁束障壁１１，１２を有している。これら磁束障壁１１，１２は、それぞれロータ３の外周面との間で概ね閉空間を形成するようにその周方向両側が外周側に伸びている。これら磁束障壁１１，１２は、略同一の径方向に複数層（２層）を形成しており、磁束障壁１１が外周側の層を、磁束障壁１２が内周側の層をそれぞれ形成している。そして、これら磁束障壁１１，１２の外周側（磁束障壁１２では磁束障壁１１との間の外周側）はそれぞれ磁気通路部１３，１４を形成している。磁束障壁１１，１２の周方向一側及び他側には、それぞれ同磁束障壁１１，１２を区画する保持壁１５，１６が設けられている。そして、磁束障壁１１は、上記保持壁１５により区画されてその周方向一側及び他側にそれぞれ第１磁束障壁１１ａを形成するとともに両第１磁束障壁１１ａ間に第２磁束障壁１１ｂを形成する。また、磁束障壁１２は、上記保持壁１６により区画されてその周方向一側及び他側にそれぞれ第１磁束障壁１２ａを形成するとともに両第１磁束障壁１２ａ間に第２磁束障壁１２ｂを形成する。そして、第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂにはそれぞれ永久磁石１７，１８が埋設されている。なお、２層をなす上記永久磁石１７，１８は、径方向に異極が対向するように着磁されている。また、永久磁石１７，１８は、それぞれ周方向に異極が隣接するように着磁されている。従って、上記磁気通路部１３，１４を形成する外周側の構造体（及び永久磁石１７，１８）は、上記保持壁１５，１６及びロータ３の外周面と第１磁束障壁１１ａ，１２ａとの間にそれぞれ形成される外周側保持壁１９，２０によって保持されている。
【００３０】
このような構造において、永久磁石型同期モータ１は、永久磁石１７，１８が発生する磁束とこれに直交するｑ軸成分の電流との電磁作用により磁石トルクを発生する。また、ｑ軸成分の電流による上記磁気通路部１３，１４を通過する磁束とこれに直交するｄ軸成分の電流との電磁作用によりリラクタンストルクを発生する。これら磁石トルク及びリラクタンストルクによりロータ３は回転駆動される。そしてこのとき、上記保持壁１５，１６及び外周側保持壁１９，２０は、遠心力に抗して上記磁気通路部１３，１４を形成する外周側の構造体（及び永久磁石１７，１８）を保持している。
【００３１】
図１は、本実施形態のロータ３の構造を示す部分平面図である。同図に示されるように、各磁束障壁１１はその周方向中心部を通る径線（ロータ３の回転中心と磁束障壁１１の周方向中心部を通る径方向の直線）ｒに対して略対称に形成されている。そして、第１及び第２磁束障壁１１ａ，１１ｂ、永久磁石１７、保持壁１５及び外周側保持壁１９は、上記径線ｒに対して略対称に配置されている。
【００３２】
上記第２磁束障壁１１ｂは、上記径線ｒに略直交して伸びる長孔形状をなしている。そして、上記各保持壁１５の第２磁束障壁１１ｂ側の壁面は、角部を形成するＲ形状間においてそれぞれ平面状に形成された面部２１を有している。この平面図において各面部２１がなす直線ｔ１，ｔ２（接線）は、当該第２磁束障壁１１ｂに埋設された永久磁石１７よりも外周側で交差するように設定されている。
【００３３】
一方、上記第１磁束障壁１１ａは、第２磁束障壁１１ｂの周方向各外側においてロータ３の外周面寄りにそれぞれ配置されている。そして、上記各保持壁１５の第１磁束障壁１１ａ側の壁面は、角部を形成するＲ形状間においてそれぞれ平面状に形成された面部２２を有している。この平面図において各面部２２がなす直線ｔ３，ｔ４（接線）も、当該第２磁束障壁１１ｂに埋設された永久磁石１７よりも外周側で交差するように設定されている。
【００３４】
なお、上記保持壁１５は径線ｒに対して略対称に配置されているため、上記直線ｔ１，ｔ２及び直線ｔ３，ｔ４はそれぞれ径線ｒ上で交差するように設定されている。すなわち、これら直線ｔ１，ｔ２及び直線ｔ３，ｔ４の各交点はそれぞれ径線ｒ上に存在する。また、本実施形態では直線ｔ１，ｔ３及び直線ｔ２，ｔ４はそれぞれ平行に設定されている。
【００３５】
同様に、第２磁束障壁１２ｂも、上記径線ｒに略直交して伸びる長孔形状をなしている。そして、上記各保持壁１６の第２磁束障壁１２ｂ側の壁面も、角部を形成するＲ形状間においてそれぞれ平面状に形成された面部２３を有している。この平面図において各面部２３がなす直線ｔ５，ｔ６（接線）は、当該第２磁束障壁１２ｂに埋設された永久磁石１８よりも外周側で交差するように設定されている。
【００３６】
一方、上記第１磁束障壁１２ａは、第２磁束障壁１２ｂの周方向各外側においてロータ３の外周面近傍まで伸びる長孔形状を有してそれぞれ配置されている。そして、上記各保持壁１６の第１磁束障壁１２ａ側の壁面は、角部を形成するＲ形状間においてそれぞれ平面状に形成された面部２４を有している。この平面図において各面部２４がなす直線ｔ７，ｔ８（接線）も、当該第２磁束障壁１２ｂに埋設された永久磁石１８よりも外周側で交差するように設定されている。
【００３７】
なお、上記保持壁１５は径線ｒに対して略対称に配置されているため、上記直線ｔ５，ｔ６及び直線ｔ７，ｔ８はそれぞれ径線ｒ上で交差するように設定されている。すなわち、これら直線ｔ５，ｔ６及び直線ｔ７，ｔ８の各交点はそれぞれ径線ｒ上に存在する。また、本実施形態では直線ｔ５，ｔ７及び直線ｔ６，ｔ８はそれぞれ平行に設定されている。
【００３８】
さらに、径線ｒに対して直線ｔ５〜ｔ８のなす傾斜角度は、直線ｔ１〜ｔ４のなす傾斜角度よりも小さく設定されている。そして、内周側の層に配置された面部２３，２４の直線ｔ５，ｔ６及び直線ｔ７，ｔ８は、外周側の層に配置された前記面部２１，２２の直線ｔ１，ｔ２及び直線ｔ３，ｔ４よりも外周側で交差する。つまり、永久磁石１８から内周側の層に配置された面部２３，２４の直線ｔ５，ｔ６及び直線ｔ７，ｔ８がなす交点の位置までの最短距離が、永久磁石１７から外周側の層に配置された前記面部２１，２２の直線ｔ１，ｔ２及び直線ｔ３，ｔ４がなす交点の位置までの最短距離よりも大きく設定されている。
【００３９】
なお、上記永久磁石１７，１８の長さは、それぞれ第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂの長さよりも短く設定されており、従って保持壁１５，１６の第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂ側の壁面と永久磁石１７，１８との間にそれぞれ非磁性部としての空隙２５，２６が設けられている。
【００４０】
図３は、本実施形態において、上記ロータ３の回転時の遠心力の作用による応力分布を示す解析図である。また、図４は、本実施形態に類似する従来のロータ３１において、その回転時の遠心力の作用による応力分布を示す解析図である。これは、例えば有限要素法による解析にて求めたものである。いうまでもなく、これら応力分布はロータ３，３１が互いに同等の回転速度で回転しているとして解析したものである。図３の凡例Ａの数値は図４の凡例Ａの数値に概ね対応しており、各凡例間の変動幅は図３の方が図４よりも小さく設定されている。これは、本実施形態での応力が全体的に小さいことに対応して応力分布の表示を好適に行うためである。なお、ロータ３１は、各保持壁３２，３３の第１磁束障壁３４ａ，３５ａ側の壁面及び第２磁束障壁３４ｂ，３５ｂ側の壁面が略一様に外径方向に平行に伸びた形状であることが本実施形態のロータ３と大きく異なる。ちなみに、保持壁３２，３３の最小幅は保持壁１５，１６の最小幅と同等に設定されている。
【００４１】
同図から明らかなように、各ロータ３，３１において、保持壁１５，１６，３２，３３での応力が大きくなっている。しかしながら、保持壁３２，３３に比べて本実施形態での保持壁１５，１６への応力集中が緩和されるとともにその最大応力が低減されることがわかる。例えば保持壁１５，１６に発生する最大応力を「１」として保持壁３２，３３に発生する最大応力の比率を計算すると、「１．６３」であることが発明者らによって求められている。これは、遠心力に抗して上記保持壁１５，１６が磁気通路部１３，１４及び永久磁石１７，１８（構造体等）を保持する際、このときの荷重が２方向に分散されるためと考えられる。
【００４２】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、各保持壁１５，１６の第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂ側の壁面は、直線（接線）ｔ１，ｔ２、直線（接線）ｔ５，ｔ６が永久磁石１７，１８よりも外周側で交差するように形成された面部２１，２３をそれぞれ有している。すなわち、各保持壁１５，１６の第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂ側の壁面は、それぞれ上記面部２１，２３において外径方向に狭まる形状となっている。また、各保持壁１５，１６の第１磁束障壁１１ａ，１２ａ側の壁面は、直線（接線）ｔ３，ｔ４、直線（接線）ｔ７，ｔ８が永久磁石１７，１８よりも外周側で交差するように形成された面部２２，２４をそれぞれ有している。すなわち、各保持壁１５，１６の第１磁束障壁１１ａ，１２ａ側の壁面は、それぞれ上記面部２２，２４において外径方向に狭まる形状となっている。このとき、ロータ３の回転時において、例えば各保持壁の第１磁束障壁側の壁面若しくは第２磁束障壁側の壁面が略一様に外径方向に平行に伸びたり拡がる形状である場合に比べて同保持壁１５，１６への応力集中が緩和されるとともにその最大応力が低減される。
【００４３】
以上により、例えば各保持壁１５，１６の最小幅・最大許容応力を変えることなく、各保持壁の第１磁束障壁側の壁面若しくは第２磁束障壁側の壁面が一様に外径方向に平行に伸びたり拡がる形状である場合に比べて、最高回転速度がより高速に設定される回転用途に当該ロータ３を供することが可能となる。また、各保持壁１５，１６の最小幅が変わらないため、同保持壁１５，１６を通る磁束漏れも同等であってモータ特性（トルク特性）の劣化も回避できる。
【００４４】
あるいは、所定の最高回転速度が設定された回転用途に当該ロータ３を供するとして、ロータ３の回転時の遠心力の作用による同保持壁１５，１６への応力集中が緩和されるとともに最大応力が低減される分、同保持壁１５，１６を縮幅できロータ３の小型化、ひいてはモータ自体の小型化が可能となる。また、上記保持壁１５，１６が縮幅されることで、同保持壁１５，１６を通る磁束漏れが低減されてモータ特性（トルク特性）を向上できる。
【００４５】
（２）本実施形態では、上記保持壁１５，１６は径線ｒに対して略対称に配置され、上記面部２１〜２４は直線（接線）ｔ１〜ｔ８が径線ｒ上で交差するように形成される。従って、ロータ３の回転時の遠心力の作用により両保持壁１５，１６に加わる荷重は、作用力の対称性により略均等となり、全体としての強度を向上できる。
【００４６】
（３）本実施形態では、上記保持壁１５，１６の第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂ側の壁面と永久磁石１７，１８との間にそれぞれ非磁性部となる空隙２５，２６が設けられる。ここで、磁性部（積層鋼板）である上記保持壁１５，１６と永久磁石１７，１８とが接近している場合には、コイル通電による逆磁界が強くなって同磁石１７，１８を減磁してしまう。特に、上記永久磁石１７，１８の角部では磁気抵抗が小さいため、上記逆磁界による減磁が著しくなる。しかしながら、上記保持壁１５，１６の第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂ側の壁面と永久磁石１７，１８との間に空隙２５，２６を設けたことで、この空隙２５，２６を介してこれら保持壁１５，１６と永久磁石１７，１８（角部）とが離隔される分、上述の逆磁界による永久磁石１７，１８の減磁を抑制できる。
【００４７】
（４）本実施形態では、内周側の層に配置された面部２３，２４の直線（接線）ｔ５〜ｔ８は、外周側の層に配置された面部２１，２２の直線（接線）ｔ１〜ｔ４よりも外周側で交差する。このとき、例えば各層に配置された面部の直線（接線）が略平行に伸びたり外周側の層に配置された面部の直線（接線）が内周側の層に配置された面部の直線（接線）よりも外周側で交差する場合に比べてロータ３の回転時の遠心力の作用による同保持壁１５，１６への応力集中が緩和されるとともにその最大応力が低減される。
【００４８】
従って、例えば各保持壁１５，１６の最小幅・最大許容応力を変えることなく、最高回転速度が更に高速に設定される回転用途に当該ロータ３を供することが可能となる。
【００４９】
あるいは、所定の最高回転速度が設定された回転用途に当該ロータ３を供するとして、ロータ３の回転時の遠心力の作用による同保持壁１５，１６への応力集中が緩和されるとともにその最大応力が低減される分、同保持壁１５，１６を縮幅でき更なるロータ３の小型化、ひいてはモータ自体の小型化が可能となる。また、上記保持壁１５，１６が縮幅されることで、同保持壁１５，１６を通る磁束漏れが低減されてモータ特性（トルク特性）を更に向上できる。
【００５０】
（５）本実施形態では、例えばプレス打ち抜きによる極めて簡易な製法で成形した積層鋼板にてロータ３を構成することができる。すなわち、磁束障壁１１，１２（第１磁束障壁１１ａ，１２ａ、第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂ）、磁気通路部１３，１４及び保持壁１５，１６等をプレス打ち抜きに併せて同時に成形することができる。
【００５１】
（第２実施形態）
以下、本発明を具体化した第２実施形態について図５及び図６に従って説明する。
【００５２】
図５は、本実施形態のロータ３の構造を示す部分平面図である。同図に示されるように、本実施形態において、外周側の層に配置された各保持壁４１の第２磁束障壁１１ｂ側の壁面、内周側の層に配置された各保持壁４２の第２磁束障壁１２ｂ側の壁面は、それぞれ外径方向（径線ｒ）に平行に伸びる平面部４３，４４と、同平面部４３，４４のロータ外周側において角部を形成するＲ形状間に平面状に形成された面部４５，４６とを有していることが第１実施形態と異なる。また、上記各保持壁４１の第１磁束障壁１１ａ側の壁面、各保持壁４２の第１磁束障壁１２ａ側の壁面は、それぞれ外径方向（径線ｒ）に平行に伸びる平面部４７，４８と、同平面部４７，４８のロータ内周側において角部を形成するＲ形状間に平面状に形成された面部４９，５０とを有していることも第１実施形態と異なる。
【００５３】
この平面図において、各面部４５がなす直線ｔ１１，ｔ１２（接線）、各面部４９がなす直線ｔ１３，ｔ１４（接線）は、それぞれ当該第２磁束障壁１１ｂに埋設された永久磁石１７よりも外周側で交差するように設定されている。また、各面部４６がなす直線ｔ１５，ｔ１６（接線）、各面部５０がなす直線ｔ１７，ｔ１８（接線）は、それぞれ当該第２磁束障壁１２ｂに埋設された永久磁石１８よりも外周側で交差するように設定されている。
【００５４】
なお、本実施形態では直線ｔ１１，ｔ１３，ｔ１５，ｔ１７及び直線ｔ１２，ｔ１４，ｔ１６，ｔ１８は、それぞれ平行に設定されている。そして、これら直線ｔ１１，ｔ１２、直線ｔ１３，ｔ１４、直線ｔ１５，ｔ１６及び直線ｔ１７，ｔ１８の各交点はそれぞれ径線ｒ上に存在する。
【００５５】
図６は、本実施形態において、上記ロータ３の回転時の遠心力の作用による応力分布を示す解析図である。これは、例えば有限要素法による解析にて求めたものである。これら応力分布は、ロータ３が前記従来例（ロータ３１）と同等の回転速度で回転しているとして解析したものである。図６の凡例Ａの数値は図４の凡例Ａの数値に概ね対応している。これは、本実施形態での応力が従来例に比べて全体的に小さいことに対応して応力分布の表示を好適に行うためである。ちなみに、保持壁４１，４２の最小幅は保持壁３２，３３の最小幅と同等に設定されている。
【００５６】
同図から明らかなように、本実施形態でも保持壁４１，４２での応力が大きくなっている。しかしながら、従来例（図４参照）に比べて本実施形態での保持壁４１，４２への応力集中が緩和されるとともにその最大応力が低減されることがわかる。例えば第１実施形態の保持壁１５，１６に発生する最大応力を「１」として保持壁４１，４２に発生する最大応力の比率を計算すると、「１．４２」であることが発明者らによって求められている。
【００５７】
以上詳述したように、本実施形態によれば、前記第１実施形態における（１）〜（３）、（５）の効果と同様の効果が得られるようになる。
（第３実施形態）
以下、本発明を具体化した第３実施形態について図７及び図８に従って説明する。
【００５８】
図７は、本実施形態のロータ３の構造を示す部分平面図である。同図に示されるように、本実施形態では、平面図において外周側の層に配置された各保持壁５１の第１磁束障壁１１ａ側及び第２磁束障壁１１ｂ側の面部５２，５３、内周側の層に配置された各保持壁５６の第１磁束障壁１２ａ側及び第２磁束障壁１２ｂ側の面部５７，５８がなす直線（接線）が互いに平行であることが第１実施形態と異なる。
【００５９】
図８は、本実施形態において、上記ロータ３の回転時の遠心力の作用による応力分布を示す解析図である。これは、例えば有限要素法による解析にて求めたものである。これら応力分布は、ロータ３が前記従来例（ロータ３１）と同等の回転速度で回転しているとして解析したものである。図８の凡例Ａの数値は図４の凡例Ａの数値に概ね対応している。これは、本実施形態での応力が従来例に比べて全体的に小さいことに対応して応力分布の表示を好適に行うためである。ちなみに、保持壁５１，５６の最小幅は保持壁３２，３３の最小幅と同等に設定されている。
【００６０】
同図から明らかなように、本実施形態でも保持壁５１，５６での応力が大きくなっている。しかしながら、従来例（図４参照）に比べて本実施形態での保持壁５１，５６への応力集中が緩和されるとともにその最大応力が低減されることがわかる。例えば第１実施形態の保持壁１５，１６に発生する最大応力を「１」として保持壁５１，５６に発生する最大応力の比率を計算すると、「１．７３」であることが発明者らによって求められている。
【００６１】
以上詳述したように、本実施形態によれば、前記第１実施形態における（１）〜（３）、（５）の効果と同様の効果が得られるようになる。
（第４実施形態）
以下、本発明を具体化した第４実施形態について図９及び図１０に従って説明する。
【００６２】
図９は、本実施形態のロータ３の構造を示す部分平面図である。同図に示されるように、本実施形態では、内周側の層に配置された磁束障壁１２及び周辺構造（磁気通路部１４、永久磁石１８など）を割愛した１層の磁束障壁１１としたことが第１実施形態と異なる。
【００６３】
図１０は、本実施形態において、上記ロータ３の回転時の遠心力の作用による応力分布を示す解析図である。これは、例えば有限要素法による解析にて求めたものである。これら応力分布は、ロータ３が前記従来例（ロータ９１）と同等の回転速度で回転しているとして解析したものである。なお、図１４において、各保持壁９４の第１磁束障壁９２ａ側の壁面及び第２磁束障壁９２ｂ側の壁面は、略一様に外径方向に平行に伸びた形状になっている。図１０の凡例Ｂの数値は図１４の凡例Ｂの数値に概ね対応しており、各凡例間の変動幅は図１０の方が図１４よりも小さく設定されている。これは、本実施形態での応力が従来例に比べて全体的に小さいことに対応して応力分布の表示を好適に行うためである。ちなみに、保持壁１５の最小幅は保持壁９４の最小幅と同等に設定されている。
【００６４】
同図から明らかなように、本実施形態でも保持壁１５での応力が大きくなっている。しかしながら、従来例（図１４参照）に比べて本実施形態での保持壁１５への応力集中が緩和されるとともにその最大応力が低減されることがわかる。例えば本実施形態の保持壁１５に発生する最大応力を「１」として保持壁９４に発生する最大応力の比率を計算すると、「１．７４」であることが発明者らによって求められている。
【００６５】
以上詳述したように、本実施形態によれば、前記第１実施形態における（１）〜（３）、（５）の効果と同様の効果が得られるようになる。
（第５実施形態）
以下、本発明を具体化した第５実施形態について図１１及び図１２に従って説明する。
【００６６】
図１１は、本実施形態のロータ３の構造を示す部分平面図である。同図に示されるように、本実施形態では、内周側の層に配置された磁束障壁１２及び周辺構造（磁気通路部１４、永久磁石１８など）を割愛した１層の磁束障壁１１としたことが第２実施形態と異なる。なお、本実施形態では、各保持壁４１の第１磁束障壁１１ａ側の壁面は、略一様に外径方向に平行に伸びた形状になっている。
【００６７】
図１２は、本実施形態において、上記ロータ３の回転時の遠心力の作用による応力分布を示す解析図である。これは、例えば有限要素法による解析にて求めたものである。これら応力分布は、ロータ３が前記従来例（ロータ９１）と同等の回転速度で回転しているとして解析したものである。なお、図１４において、図１２の凡例Ｂの数値は図１４の凡例Ｂの数値に概ね対応しており、各凡例間の変動幅は図１２の方が図１４よりも小さく設定されている。これは、本実施形態での応力が従来例に比べて全体的に小さいことに対応して応力分布の表示を好適に行うためである。ちなみに、保持壁４１の最小幅は保持壁９４の最小幅と同等に設定されている。
【００６８】
同図から明らかなように、本実施形態でも保持壁４１での応力が大きくなっている。しかしながら、従来例（図１４参照）に比べて本実施形態での保持壁４１への応力集中が緩和されるとともにその最大応力が低減されることがわかる。例えば第４実施形態の保持壁１５に発生する最大応力を「１」として保持壁４１に発生する最大応力の比率を計算すると、「１．３３」であることが発明者らによって求められている。
【００６９】
以上詳述したように、本実施形態によれば、前記第１実施形態における（１）〜（３）、（５）の効果と同様の効果が得られるようになる。
なお、本発明の実施の形態は上記実施形態に限定されるものではなく、次のように変更してもよい。
【００７０】
・前記第１、第３、第４実施形態においては、角部を形成するＲ形状間において各保持壁１５，１６，５１，５６の第１磁束障壁１１ａ，１２ａ側の壁面、同各保持壁１５，１６，５１，５６の第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂ側の壁面にそれぞれ平面状に形成された面部２１〜２４を設けた。これに対して、角部を形成するＲ形状間において各保持壁１５，１６，５１，５６の第１磁束障壁１１ａ，１２ａ側の壁面若しくは同各保持壁１５，１６，５１，５６の第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂ側の壁面のいずれかに曲面状に形成された面部を設けてもよい。このように変更をしても、上記面部の接線の交差を同様に設定することで前記第１、第３、第４実施形態とそれぞれ同様の効果が得られる。
【００７１】
・前記第２、第５実施形態においては、平面部４３，４４のロータ外周側と角部を形成するＲ形状との間において各保持壁４１，４２の第１磁束障壁１１ａ，１２ａ側の壁面、同各保持壁４１，４２の第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂ側の壁面にそれぞれ平面状に形成された面部４６，４７，４９，５０を設けた。これに対して、平面部４３，４４のロータ外周側と角部を形成するＲ形状との間において各保持壁４１，４２の第１磁束障壁１１ａ，１２ａ側の壁面若しくは同各保持壁４１，４２の第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂ側の壁面のいずれかに曲面状に形成された面部を設けてもよい。このように変更をしても、上記面部の接線の交差を同様に設定することで前記第２、第５実施形態とそれぞれ同様の効果が得られる。
【００７２】
・前記各実施形態においては、保持壁１５，１６，４１，４２，５１，５６の第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂ側の壁面と永久磁石１７，１８との間に非磁性部となる空隙２５，２６を設けた。これに対して、保持壁１５，１６，４１，４２，５１，５６の第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂ側の壁面と永久磁石１７，１８との間に非磁性材料を充填してもよい。このように変更することで、前記各実施形態と同様の効果に加えて、永久磁石１７，１８の固定を併せ行うことができる。
【００７３】
・前記各実施形態においては、各磁束障壁１１，１２及びその周辺構造を当該径線ｒに対して略対称に形成したが、必ずしも対象である必要はない。例えば、対となる保持壁の面部がなす直線の傾斜角度が互いに異なっていてもよい。このように変更をしても前記実施形態の（１）、（３）、（５）と同様の効果が得られる。
【００７４】
・前記各実施形態においては、径方向に１層若しくは２層をなす磁束障壁１１，１２（磁気通路部１３，１４）を備えたロータ３としたが、径方向に３つ以上の層をなす磁束障壁（磁気通路部）を備えたロータとしてもよい。
【００７５】
・前記各実施形態において、永久磁石型同期モータ１のスロット数（４８スロット）及び極数（８極）は一例であってその他のスロット数及び極数を採用してもよい。
【００７６】
・前記各実施形態においては、磁石トルク及びリラクタンストルクを併用してロータ３を回転駆動する永久磁石型同期モータ１に本発明を適用したが、磁石トルクのみを使用してロータを回転駆動する永久磁石型同期モータであってもよい。
【００７７】
・前記各実施形態においては、電動機（モータ）として使用される永久磁石型同期機に本発明を適用したが、発電機として使用される永久磁石型同期機であってもよい。
【００７８】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜５、８のいずれかに記載の発明によれば、同期機特性を劣化させることなく、最高回転速度をより高速に設定することができる。
【００７９】
請求項６に記載の発明によれば、ロータ回転時の遠心力の作用により両保持壁に加わる荷重は略均等となり、全体としての強度を向上できる。
請求項７に記載の発明によれば、コイル通電による逆磁界によって永久磁石が減磁されることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す部分平面図。
【図２】同実施形態を示す平面図。
【図３】同実施形態の応力分布を示す解析図。
【図４】従来例の応力分布を示す解析図。
【図５】本発明の第２実施形態を示す部分平面図。
【図６】同実施形態の応力分布を示す解析図。
【図７】本発明の第３実施形態を示す部分平面図。
【図８】同実施形態の応力分布を示す解析図。
【図９】本発明の第４実施形態を示す部分平面図。
【図１０】同実施形態の応力分布を示す解析図。
【図１１】本発明の第５実施形態を示す部分平面図。
【図１２】同実施形態の応力分布を示す解析図。
【図１３】従来例を示す部分平面図。
【図１４】従来例の応力分布を示す解析図。
【符号の説明】
１  永久磁石型同期機としての永久磁石型同期モータ
３  ロータ
１１，１２  磁束障壁
１１ａ，１２ａ  第１磁束障壁
１１ｂ，１２ｂ  第２磁束障壁
１５，１６，４１，４２，５１，５６  保持壁
１７，１８  永久磁石
２１〜２４，４６，４７，４９，５０  面部
２５，２６  非磁性部としての空隙
【図１】
0004120208.tif 000002
【図２】
0004120208.tif 000003
【図３】
0004120208.tif 000004
【図４】
0004120208.tif 000005
【図５】
0004120208.tif 000006
【図６】
0004120208.tif 000007
【図７】
0004120208.tif 000008
【図８】
0004120208.tif 000009
【図９】
0004120208.tif 000010
【図１０】
0004120208.tif 000011
【図１１】
0004120208.tif 000012
【図１２】
0004120208.tif 000013
【図１３】
0004120208.tif 000014
【図１４】
0004120208.tif 000015