JP2011135728A - 磁石埋め込み型回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】風力発電用磁石埋め込み型回転子等の、特に大型磁石埋め込み型回転子において、遠心力による回転子コアからの永久磁石飛び出し防止を可能とする構成を採用することで、永久磁石から発生する磁束を有効に利用でき磁気的効率の高い磁石埋め込み型回転子を提供する。
【解決手段】永久磁石３と磁性体ヨーク４が接合一体化された磁石構造体を回転子コア１に形成された磁石穴２に挿入配置する構成において、前記磁性体ヨーク４に形成した磁性体ヨーク嵌合部６と磁石穴に形成した磁石穴嵌合部７の各々嵌合部を嵌合させ、固定したことを特徴とする磁石埋め込み型回転子である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリット自動車、エレベータ、加工機等の駆動用モータ、風水力発電等の発電機の他、多くの回転機に用いられる磁石埋め込み型回転子に関する。

従来の磁石埋め込み型回転子の最も一般的な構成として、図８に示す様に回転子を構成する電磁鋼板の積層体からなる回転子コア１０１に周方向９０°毎に形成された磁石穴１０２に厚み方向に磁化された永久磁石１０３を挿入配置した磁石埋め込み型回転子１００が知られている。この磁石埋め込み型回転子１００では、図示のように、回転子コア１０１の外周面に周方向に交互に異なる４極の磁極が形成される。

磁石埋め込み型回転子は、回転子コアの外周面に形成される磁極の数や磁石穴の形成位置等に応じて図８以外に種々の構成が提案されており、例えば、特許文献１には、回転子コアの外周面に６極及び８極の磁極を形成する構成が示されている。
図９に示すように周方向６０°毎に形成された磁石穴１１２を形成した回転子コア１1１、及び、図１０に示すように周方向４５°毎に形成された一対の磁石穴１２２a及び１２２ｂからなるV字型磁石穴１２２を形成した回転子コア１２１の、各々磁石穴１１２及び１２２に厚み方向に磁化した永久磁石（図示せず）を挿入配置し、前者は回転子コア１１１の外周面に６極、後者は回転子コア１２１の外周面に８極の磁極を形成する磁石埋め込み型回転子である。

上記いずれの構成からなる磁石埋め込み型回転子においても、磁石穴に挿入配置される永久磁石は、磁石穴に挿入配置する前に着磁しその後挿入する方法（所謂着磁組立方法）か、無着磁の永久磁石を磁石穴に挿入配置した後に回転子コアとともに着磁する方法（所謂組立着磁方法）のいずれかによって着磁（磁化）される。

比較的小型の回転機を構成する磁石埋め込み型回転子は、必然的に回転子コアの外径も小さくなり使用する永久磁石の寸法も制限されるため、回転子コアに形成された磁石穴に永久磁石を挿入配置した後に着磁する方法（前記後者の方法）を選択しても、永久磁石は回転子コアの表面に形成される磁極から所望の磁束を発生可能に十分に着磁される。
また、着磁した後の永久磁石の取り扱いや製造工程の自動化等を考慮し、永久磁石を回転子コアに形成された磁石穴に挿入配置した後で着磁する方法が一般的に採用されている。

一方、比較的大型の回転機を構成する磁石埋め込み型回転子は、必然的に回転子コアの外径も大きくなり使用する永久磁石の寸法も大きくなることから、前記の組立着磁方法では、十分な着磁が達成されないことが懸念される。
近年、地球温暖化ガスの削減の観点から注目されている発電出力１ＭＷを超える風力発電機では、回転子コアの直径、軸方向の長さともに１ｍ以上となる。
また、磁石穴に挿入配置される永久磁石も磁気特性に優れたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石が多用されるため、着磁用のコイルは大型化するばかりでなく着磁磁場を形成するために着磁用コイルに流す電流は極めて大きなものとなり着磁磁場発生用の電源が大型化し、工業的規模における生産には前記組立着磁方法の採用は不向きであるとされている。

風力発電用等の大型発電機に用いられる回転機の磁石埋め込み型回転子においては、永久磁石自体の寸法が非常に大きく、製造性や機械的強度等の観点から、予め着磁された複数のブロック状永久磁石を平板状の磁性体ヨークに順次積層しながら接着固定して一体化した磁石構造体を回転子コアに形成された磁石穴に挿入配置する方法が採用されている。

なお、回転子コアは渦電流対策として、電磁鋼板の積層体が用いられる。
前記電磁鋼板は打ち抜き加工によって所定形状に形成されるが、一般的な機械加工に比べて高い寸法精度を得ることは困難であり、各電磁鋼板に形成された磁石穴の寸法および位置に変動が発生する。又、積層過程における各電磁鋼板の積層方向のずれにより、必ずしも十分な磁石穴内部の寸法精度が得られるわけではない。結果として最終的に得られる磁石穴の壁面に凹凸が発生する。
永久磁石を無着磁の状態で挿入配置する場合には、このように磁石穴の壁面に凹凸が存在しても、永久磁石と磁石穴の壁面との間で磁力による吸引力（磁気的吸引力）が発生しないため、永久磁石と磁石穴の壁面とが接触しても永久磁石が受ける衝撃は軽微となり前記凹凸の存在による永久磁石への影響は少ない。

しかし、予め着磁された永久磁石を磁石穴に挿入配置する場合、磁石穴の壁面に存在する凹凸の存在による永久磁石への影響は大きなものとなる。すなわち、永久磁石と磁石穴の壁面との間で磁気的吸引力が発生し、その吸引力は永久磁石を磁石穴に挿入するにつれて大きくなり、特に、前記凹凸部との接触によって永久磁石に大きな衝撃が加わることになる。この衝撃によって永久磁石へ傷がつくことも多く、場合によっては破損することもある。回転子コアの直径が１ｍ以上となる風力発電機用磁石埋め込み型回転子では、上記磁気的吸引力も非常に強力となり、この永久磁石の磁石穴への挿入配置作業は非常に煩雑なものとなる。
また、着磁されている永久磁石が回転子コアの磁石穴内部で破損した場合、磁石穴内部から破損した永久磁石を除去し回転子コアを再利用するのも困難を極める。

直径が大きな回転子コアを用いる磁石埋め込み型回転子では、上記に説明したような永久磁石の大型化にともなう着磁方法や磁気的吸引力を要因とする問題以外に、その寸法自体を要因とする次のような問題がある。
すなわち、風力発電機用磁石埋め込み型回転子等の直径が大きい回転子に作用する遠心力は、従来から多用される直径が小さい回転子に作用する遠心力に比べて極めて大きくなる。したがって、回転中の回転子コアからの永久磁石の飛び出し防止のためには、磁気的な効率よりも機械的強度を優先し、永久磁石を回転子コアのより内部に配置する構造を採用せざるを得ないのが現状である。

特許文献２には、上記遠心力による問題を解決し、構造が簡単であり、製造が容易である磁石埋め込み型回転子を用いた回転機（モータ）が提案されている。特許文献２に記載される磁石埋め込み型回転子１３０は、従来の、予め磁石穴を形成した電磁鋼板の積層体からなる回転子コアを用いない構成をその主たる特徴としている。図１１に示すように、回転軸１３１に、取付部材１３２を介して永久磁石１３３を直接取り付ける構成を採用している。この取り付けの際、回転軸１３１に設けられた凹部１３４の低部両側に形成された張出凹部１３５と取付部材１３２の両側に形成された張出凸部１３６を嵌合させ、永久磁石１３３とともに取付部材１３２を回転軸凹部１３４内に挿入配置する。
磁石埋め込み型回転子が回転した時、上記張出凹部１３５と張出凸部１３６の係合によって遠心力による取付部材１３２の外れ防止をすることができると記載されている。
なお、永久磁石１３３の着磁（磁化）方法について具体的な説明はないが、最終的な磁化方向は図示のように永久磁石１３３の厚み方向と推測される。

特開２００８−２３６８９０号公報 特開２００８−１５４３２９号公報

しかし、特許文献２の構成では、取付部材１３２自体が回転子の外周面の一部を形成することから、取付部材１３２と永久磁石１３３との両部材の遠心力による外れ防止を上記張出凹部１３５と張出凸部１３６の係合によって実現するためには、機械的強度確保の観点から、張出凹部１３５と張出凸部１３６の厚さを十分に厚くする必要がある。結果として、永久磁石１３３と回転子コア１３０の外周面との間隔（永久磁石１３３と回転子コア１３０の外周面とが最も接近する回転子コア薄肉部）が大きくなり、図中太い実線イで示すような閉磁路の形成による磁気的な損失が大きくなる。
したがって、特許文献２の構成を、直径の大きな回転子コアを有する磁石埋め込み型回転子に採用しても、磁気的な効率よりも機械的強度を優先した従来から公知の構造と大差なく、昨今の要望を満足する構成とは言い難い。

また、特許文献２の構成において、予め厚み方向に着磁（磁化）した永久磁石１３３を取り付けた取付部材１３２を回転軸１３１の凹部１３４内に挿入配置する場合、永久磁石１３３と回転軸１３１との間に発生する磁気的吸引力の影響は避け難く、永久磁石１３３と凹部１３４表面との直接的な接触による、永久磁石１３３の傷や破損を防止できない。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、特に、風力発電用磁石埋め込み型回転子等の比較的大きな直径からなる回転子コアに形成された磁石穴に永久磁石を挿入配置する構成において有効である磁石埋め込み型回転子の提供を目的とする。
すなわち、予め着磁（磁化）された永久磁石の磁石穴での保持構成を工夫することにより、永久磁石と回転子コアの外周面との間隔を狭く（肉厚を薄く）しても、遠心力による永久磁石の回転子コアからの飛び出しが防止でき、もって上記間隔の増大を要因とする閉磁路
形成（永久磁石から発生する磁束の短絡）による磁気的な損失増大を抑制し、永久磁石の持つポテンシャルを有効に使う事のできる磁石埋め込み型回転子の提供を目的とする。
また、予め着磁された永久磁石の磁石穴への挿入配置を容易にし、永久磁石の傷の発生や、破損を防止することが容易な磁石埋め込み型回転子の提供を目的する。

上記問題を解決するために発明者は鋭意検討を行った結果、磁石埋め込み型回転子において、予め着磁された永久磁石の磁石穴での保持構成を、永久磁石に一体的に接合配置した磁性体ヨークに形成された所定形状の嵌合部と、磁石穴に形成された所定形状の嵌合部との嵌合によることで、目的達成可能であることを知見し、本発明を完成したのである。

すなわち、本発明の磁石埋め込み型回転子は、請求項１に記載するように、回転子コアに形成された磁石穴に永久磁石を挿入配置し、前記回転子コアの外周面に磁極を形成した磁石埋め込み型回転子であって、前記永久磁石の前記回転子コアの外周面に対向する主面とは反対側の主面に磁性体ヨークを一体的に接合配置するとともに、前記磁性体ヨークの永久磁石接合面とは反対側の面に凹状または凸状からなる磁性体ヨーク嵌合部を形成し、かつ、前記磁石穴の前記磁性体ヨーク嵌合部に対応する位置に凸状または凹状からなる磁石穴嵌合部を形成し、前記磁性体ヨーク嵌合部と磁石穴嵌合部を嵌合して前記永久磁石を前記磁石穴に固定したことを特徴とする磁石埋め込み型回転子である。
上記構成とすることにより、遠心力による永久磁石の回転子コアからの飛び出し防止手段を、従来の構成に比べて実質的に回転子コアの内側（中心側）に移動することで機械的強度が比較的容易に確保でき、従来の構成に比べて永久磁石を回転子コア外周面に近付けて配置することが可能となり、磁気的効率に優れた磁石埋め込み型回転子の提供を可能にする。
また、前記磁性体ヨーク嵌合部と磁石穴嵌合部を嵌合することで、予め着磁された永久磁石を磁石穴へ挿入配置する場合でも、安全かつ比較的容易に実現でき、永久磁石と磁石穴壁面との間に発生する磁気的吸引力を要因とする衝突を低減し、永久磁石の傷発生や破損防止を可能とする。

また、請求項２に記載する本発明の磁石埋め込み型回転子は、前記磁性体ヨーク嵌合部が蟻ほぞ状であり、前記磁石穴嵌合部が蟻ほぞ穴状であることを特徴とする請求項１に記載の磁石埋め込み型回転子である。
この構成によれば、最も簡単な構造で目的とする嵌合を達成することができる。

また、請求項３に記載する本発明の磁石埋め込み型回転子は、前記磁性体ヨーク嵌合部及び前記磁石穴嵌合部が前記回転子コアの軸方向に複数列形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の磁石埋め込み型回転子である。
この構成によれば、嵌合部の形状とともにその列数を選定することで、嵌合部に作用する遠心力を効果的に分散することができる。

また、請求項４に記載する前記永久磁石が複数のブロック状永久磁石を接合一体化した接合磁石であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁石埋め込み型回転子である。
この構成によれば、特に永久磁石が大型化した場合に効果的であり、予め着磁されたブロック状永久磁石を磁性体ヨーク上面に順次接合配置することで、機械的強度を確保した上で、大型化が可能となり、取扱いが容易となる。

また、請求項５に記載する前記回転子コアの外径が１０００mm以上であることを特徴とする請求項１乃至4のいずれかに記載の磁石埋め込み型回転子である。
このような外径が大きな磁石埋め込み型回転子に本発明を適用した場合に、最もその効果を有効に活用可能となる。

本発明によれば、大型（大径）回転子の大きな遠心力を回転子コアの外周面でなく、回転子コアの内側（中心側）に位置する磁性体ヨークの内側で保持する事ができるので、回転子コアにおける永久磁石の外周面側の肉厚を薄くすることができ、結果として、永久磁石が発生する磁束を有効に活用でき磁気的効率向上を達成できる。
また、予め着磁された永久磁石を磁石穴へ挿入配置する場合でも、永久磁石と磁石穴壁面との磁気的吸引力による衝突が低減され、永久磁石の傷発生や破損を防止することが可能となる。

本発明の磁石埋め込み型回転子の部分縦断面図である。 図１の磁石埋め込み型回転子における、永久磁石と磁性体ヨークとの配置関係を示す側面図である。 図１の磁石埋め込み型回転子における、他の実施形態からなる永久磁石と磁性体ヨークとの配置関係を示す側面図である。 本発明の他の実施形態からなる磁石埋め込み型回転子の部分縦断面図である。 本発明の他の実施形態からなる磁石埋め込み型回転子の縦断面図である。 図５の部分拡大図である。 本発明の他の実施形態からなる磁石埋め込み型回転子の縦断面図である。 従来の磁石埋め込み型回転子の縦断面図である。 従来の他の形態からなる磁石埋め込み型回転子に用いられる回転子コアの概略図である。 従来の他の形態からなる磁石埋め込み型回転子に用いられる回転子コアの概略図である。 従来の他の形態からなる磁石埋め込み型回転子の縦断面図である。

以下本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の磁石埋め込み型回転子１０の部分縦断面図である。また、図２は、図１の磁石埋め込み型回転子における、永久磁石と磁性体ヨークとの配置関係を示す側面図である。
図において１は回転子コアであり、電磁鋼板の積層体からなり、所定位置に磁石穴２を形成している。３は厚さ方向に着磁された複数のブロック状永久磁石を接合一体化した永久磁石であり、回転子コア１の外周面に対向する主面とは反対側の主面に磁性体ヨーク４を一体的に接合配置している。磁性体ヨーク４は、永久磁石３と接合する平板状部５と、永久磁石３の接合面とは反対側の面に形成される蟻ほぞ状の凸状部からなる磁性体ヨーク嵌合部６とからなる。なお、図の構成では平板状部５と磁性体ヨーク嵌合部６との軸方向の長さは同一であり、磁性体ヨーク嵌合部６は遠心力への作用だけでなく機械的剛性向上、磁石穴２への挿入時のガイドとしての機能を備える。
７は前記磁石穴２のほぼ底面中央部にて軸方向に伸延する蟻ほぞ穴状の凹状部からなる磁石穴嵌合部であり、前記磁性体ヨーク嵌合部６と嵌合する。
なお、磁石穴２の大きさは、永久磁石３と磁性体ヨーク４が一体化された所謂磁石構造体が挿入配置可能な寸法とし、磁石構造体と磁石穴壁面との間に接着剤や緩衝材を配置することが可能なクリアランスを形成できる大きさとなっているのが好ましい。図においては、クリアランスを誇張して示すが、永久磁石３の回転子コア１外周面に対向する主面側のクリアランスは磁気的な空隙にもなることから、必要以上に大きくすることは磁気的効率の観点からは好ましくなく、各構成部材の加工精度に応じて最適なクリアランスを選定することが好ましい。
前記永久磁石３と磁性体ヨーク４が一体化された磁石構造体は、前記磁性体ヨーク嵌合部６と磁石穴嵌合部７を嵌合して磁石穴２内に挿入配置され、本発明の磁石埋め込み型回転子を構成する。
このような構成において、本発明の磁石埋め込み型回転子１０の外周面には前記永久磁石３から発生する磁束によって、所定位置に磁極が形成（図においてはN極が形成）される。

従来から多用される一般的な磁石埋め込み型回転子においては、遠心力を受け止めるのは回転子コアに形成された磁石穴の壁面（磁石構造体側から見て回転子コアの外周面側の壁面）だけであるが、本発明の磁石埋め込み型回転子１０の場合は、前記磁石穴２の及び前記磁性体ヨーク嵌合部６と磁石穴嵌合部７からなる嵌合部の２ケ所で受け止められている。
よって磁石構造体にかかる遠心力は分散して受け止められており、磁石穴２の壁面で受け止める遠心力が最終的に伝達される部分（永久磁石３と回転子コアの外周面との間）にかかる応力が低減され、この部分の強度を大きくする必要が無く、磁石構造体の位置をより回転子コアの外周面近くに配置する事ができる。
したがって、本発明の磁石埋め込み型回転子１０によれば、永久磁石３と回転子コア１の外周面とが最も接近する回転子コア薄肉部８を従来構成よりも狭く（薄く）することができ、この回転子コア薄肉部８を介して形成される閉磁路による磁気的損失を低減し、前記磁極部に効率的に磁束を発生することが可能となる。

また、図２に示す予め着磁されている永久磁石３と磁性体ヨーク４で形成された磁石構造体を回転子コア１の磁石穴２に挿入配置する際、磁石構造体は磁石穴２の壁面（特に、回転子コアの外周面側壁面）に吸引されるが、磁石構造体を構成する磁性体ヨーク嵌合部６は磁石穴嵌合部７と嵌合されているため、磁石構造体に対して実質的に前記吸引される向きとは反対向きに力が働き、結果として永久磁石３と磁石穴２の壁面とが接触しないで、磁石構造体が磁石穴２の所定位置に挿入配置されるか、仮に接触しても挿入に伴う摩擦力は軽減され永久磁石３表面の傷や破損といった問題は大幅に低減される。仮に、磁石穴２壁面に電磁鋼板積層体特有の凹凸が存在していたとしても、その影響は非常に少ない。

なお、図１及び図２においては、磁性体ヨーク嵌合部６として、磁性体平板状部５と軸方向の長さが同一である蟻ほぞ状の凸状部からなる構成にて説明したが、磁石構造体に作用する遠心力等に応じて、図３に示すように、前記蟻ほぞ状の凸状部を磁性体平板状部５の軸方向両端部にのみ設ける構成でも本発明の目的は達成できる。

また、磁性体ヨーク嵌合部６の形状は、前記蟻ほぞ状の凸状部に限定されることなく、例えば、図４に示すような逆T字型形状等を選択することも可能である。すなわち、磁石構造体に作用する遠心力に抗する力を発揮できる形状であれば任意の形状が選択でき、その凸状部形状に対応して形成される磁石穴嵌合部の凹状部の加工手段等を考慮して適宜選定することができる。
さらに、磁性体ヨーク嵌合部６は、平板状部５と一体物にて形成する必要はなく、別々に加工作成した後、ボルトや接着剤等を用いて一体化する構成でも良い。

さらにまた、図１及び図４においては、磁性体ヨーク嵌合部６が軸方向に一列だけ設けられている構成が示されているが、上記嵌合部６の形状とともにその列数を選定することで、嵌合部６に作用する遠心力を効果的に分散することができる。

なお、以上では、磁性体ヨーク４に凸状の嵌合部、磁石穴２に凹状の嵌合部を形成した構成を示したが、各々嵌合部の加工性等を考慮し、磁性体ヨーク４に凹状の嵌合部、磁石穴２に凸状の嵌合部を形成しても同様な効果を得ることができる。

図１及び図２に示す構成では、磁石構造体の長さは回転子コア１の軸方向の長さと同じ寸法の場合を想定して説明したが、磁石構造体の取扱い等を考慮し軸方向に複数に分割作製し、分割された複数の磁石構造体を順次回転子コア１に形成された磁石穴２に挿入し最終的に回転子コア１の軸方向の長さと同じ長さとしても良い。

なお、先に図１に示す永久磁石３は厚さ方向に着磁（磁化）された複数のブロック状永久磁石を接合一体化した構成であると説明した。通常、磁性体ヨーク４への接着作業の効率の観点から、予め磁性体ヨーク４への接着後に一括して着磁することが好ましいとされる。しかし、磁気特性に優れたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を磁性体ヨーク４とともに着磁することは容易ではない。また、各ブロック状永久磁石は同磁極が隣接して並置するため互いに反発状態となる。
本発明者は、複数のブロック状磁石を着磁可能な大きさに接着固定した小接合体磁石を形成し、この状態で一度に着磁した後、この小接合体磁石を特定治具にて磁性体ヨーク４の平板状部５に移動し、一旦これら小接合体磁石と磁性体ヨーク４とを強固に接着固定し、さらに、着磁済みの別の小接合体磁石を順次前記と同様な方法にて磁性体ヨーク４の平板状部５に接着固定し、最終的に本発明の磁石埋め込み型回転子を構成する磁石構造体を作成した。
また、着磁前の複数のブロック状磁石を予め磁性体ヨーク４の平板状部５に接着固定した後に、これら一体品を所定面積の磁極面を形成する一対の着磁ヨーク（図示せず）間に挟持し、前記ブロック状磁石を部分的に着磁しながら、この着磁方法を複数回繰り返すことで、最終的に本発明の磁石埋め込み型回転子を構成する磁石構造体を作成することも可能であることを確認した。

本発明の磁石埋め込み型回転子を構成する各部材の材質は、従来から公知の材質のものを使用することが可能である。
例えば、永久磁石は、公知の種々材質のものが適用可能であるが、磁気特性の観点からＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を用いるのが最も好ましい。
回転子コアの材質は、電磁鋼板等の軟磁性材料からなる積層体が加工性や渦電流対策の観点から好ましいが、その他パーマロイ（ＦｅＮｉを主体とした合金）等の積層体の使用も可能であり、また電磁鋼や圧粉磁心等の軟磁性材料のブロック体から切り出し加工して形成しても良い。
磁性体ヨークも、 電磁鋼板、パーマロイ、圧粉磁心、軟鉄 等の軟磁性材料を使用することが可能である。

図５は本発明の磁石埋め込み型回転子の他の実施形態を示す縦断面図である。
周方向４５°毎に形成された一対の磁石穴２a及び２ｂからなるV字型磁石穴２を形成した回転子コア１の、各々磁石穴２a及び２ｂに厚み方向に磁化した永久磁石３を挿入配置し、回転子コア１の外周面に周方向に極性が交互に異なる８極の磁極を形成する磁石埋め込み型回転子３０である。
なお、前記永久磁石３は、図１と同様に、永久磁石３と接合する平板状部５と永久磁石３の接合面とは反対側の面に形成される蟻ほぞ状の凸状部からなる磁性体ヨーク嵌合部６とからなる磁性体ヨーク４に一体的に固定されている。
また、磁石穴2の前記磁性体ヨーク嵌合部６との対応部には磁石穴嵌合部７（図示せず）が形成され、互いが嵌合している。
なお、図中９は、回転軸配置用の貫通孔である。

図６は、図５の部分拡大図である。
回転子３０の回転により永久磁石３と磁性体ヨーク４とからなる各磁石構造体には黒塗の太矢印で示す遠心力が回転子コア１の軸心から外側に向かって働く。しかし、その遠心力による磁石構造体を回転子コアの外側に飛び出さそうとする力は、磁石穴２壁面だけでなく前記磁性体ヨーク嵌合部６前記磁石穴嵌合部７との嵌合部によって抑制（分散）される。
上記作用により、永久磁石３と回転子コア１の外周面とが最も接近する回転子コア薄肉部８を非常に狭く（薄く）することができ、この薄肉部８を介して形成される閉磁路（図中太実線ロで示す）
による磁気的な損失を低減することが可能となる。
すなわち、回転子コア1の表面に形成される磁極に永久磁石３から発生する磁束を有効に作用させ、結果として磁気的効率を向上することが可能となる。

図７は本発明の磁石埋め込み型回転子の他の実施形態を示す縦断面図である。
回転子コア１の周方向に４５°毎に形成された磁石穴２に厚み方向に磁化した永久磁石３を挿入配置し、回転子コア１の外周面に周方向に極性が交互に異なる８極の磁極を形成する磁石埋め込み型回転子４０である。
なお、前記永久磁石３は、永久磁石３と接合する平板状部５と永久磁石３の接合面とは反対側の面に形成される２列の蟻ほぞ状の凸状部６a、６bからなる磁性体ヨーク嵌合部６とからなる磁性体ヨーク４に一体的に固定されている。
また、磁石穴2の前記磁性体ヨーク嵌合部６との対応部には、前記蟻ほぞ状の凸状部６a、６bに対応する位置に２列の蟻ほぞ穴状の凹部からなる磁石穴嵌合部７（図示せず）が形成され、互いが嵌合している。
なお、図中９は、回転軸配置用の貫通孔である。
この構成においては、嵌合部が複数になることから遠心力がより分散され、各々嵌合部の形状・寸法の設計の自由度が向上する。
なお、この構成においても、永久磁石３と回転子コア１の外周面とが最も接近する回転子コア薄肉部８を非常に狭く（薄く）することができ、先に説明した本発明の磁石埋め込み型回転子と同様に磁気的効率を向上することが可能となる。

本発明の磁石埋め込み型回転子は、以上に示す磁石穴の形状や個数及び配置形態の回転子コアに限定されることなく、回転子コアに形成される磁石穴に永久磁石を配置する所謂磁石埋め込み型回転子であれば、任意の構成に採用可能である。

本発明の磁石埋め込み型回転子として、電磁鋼板の積層体からなる外径（直径）１０００ｍｍ×軸方向長さ１０００ｍｍの回転子コア１の周方向９０°毎に４箇所に形成された磁石穴２に、複数のブロック状永久磁石の接合磁石からなるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石３（厚さ（磁化方向）２０ｍｍ×幅４００ｍｍ×長さ１０００ｍｍ、最大エネルギー積：３００ｋＪ／ｍ^３）を挿入配置した図１の構成の磁石埋め込み型回転子１０を製作した。
同一寸法の回転子コア及び永久磁石を用い、図１に示す嵌合部以外は全く同一形状の構成からなる磁石埋め込み型回転子を比較例として製作した。
各々磁石埋め込み型回転子において、遠心力による永久磁石３の飛び出し防止可能な設計とし、永久磁石３が回転子コア１外周面に最も接近した場合の薄肉部８寸法（厚さ）及び回転子コア１外周面に形成される磁極から発生する磁束量を比較したところ、本発明の磁石埋め込み型回転子１０は比較例の磁石埋め込み型回転子に比べ、薄肉部８寸法は約２３ｍｍが１２ｍｍ程度となり、磁束量は１０%程度向上していることが確認できた。

本発明によれば、
磁石埋め込み型回転子の回転により永久磁石に発生する遠心力を、磁石穴壁面だけでなく、永久磁石を一体的に接合配置する磁性体ヨークに形成した磁性体ヨーク嵌合部と磁石穴に形成した磁石穴嵌合部からなるこれら嵌合部により分散して受け止めるため、永久磁石と回転子コア外周面との間隔を狭く設定する事が可能となり、結果として磁気的効率を向上するため、従来から多用される比較的小型（小径）の磁石埋め込み型回転子だけでなく、特に風力発電機用等の大型（大径）の磁石埋め込み型回転子に採用した場合に有効である。

１、１０１、１１１、１２１ 回転子コア
２、２a、２b、１０２、１１２、１２２、１２２a、１２２ｂ 磁石穴
３、１０３、１３３ 永久磁石
４ 磁性体ヨーク
５ 磁性体ヨークの平板状部
６、６a、６b 磁性体ヨークの磁性体ヨーク嵌合部
７ 磁石穴嵌合部
８ 回転子コア薄肉部（永久磁石と回転子コア外周面の間隔）
９ 回転軸の配置用貫通孔
１０、２０、３０、４０、１００、１３０ 磁石埋め込み型回転子
１３５ 張出凹部
１３６ 張出凸部
イ、ロ 閉磁路
１３４ 回転軸の凹部

Claims (5)

1. 回転子コアに形成された磁石穴に永久磁石を挿入配置し、前記回転子コアの外周面に磁極を形成した磁石埋め込み型回転子であって、
   前記永久磁石の前記回転子コアの外周面に対向する主面とは反対側の主面に磁性体ヨークを一体的に接合配置するとともに、前記磁性体ヨークの永久磁石接合面とは反対側の面に凹状または凸状からなる磁性体ヨーク嵌合部を形成し、かつ、前記磁石穴に前記磁性体ヨーク嵌合部に対応する位置に凸状または凹状からなる磁石穴嵌合部を形成し、前記磁性体ヨーク嵌合部と磁石穴嵌合部を嵌合して前記永久磁石を前記磁石穴に固定したことを特徴とする磁石埋め込み型回転子。
2. 前記磁性体ヨーク嵌合部が蟻ほぞ状であり、前記磁石穴嵌合部が蟻ほぞ穴状であることを特徴とする請求項１に記載の磁石埋め込み型回転子。
3. 前記磁性体ヨーク嵌合部及び前記磁石穴嵌合部が前記回転子コアの軸方向に複数列形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の磁石埋め込み型回転子。
4. 前記永久磁石が複数のブロック状永久磁石を接合一体化した接合磁石であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁石埋め込み型回転子。
5. 前記回転子コアの外径が１０００mm以上であることを特徴とする請求項１乃至4のいずれかに記載の磁石埋め込み型回転子。