JP2012023856A - 永久磁石埋込型回転子及び回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】補強ブリッジによる機械的強度を維持しつつ、短絡磁束を抑制す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】ロータコア１６において、第１埋込孔１９よりもｑ軸寄りの位置それぞれには空隙部２３が形成されている。空隙部２３は、第１埋込孔１９に連続し、かつ第１永久磁石１７の磁石端面１７ｃからｑ軸に向けて延びる第１空隙２１と、第１空隙２１からｑ軸側に離れた第２空隙２２と、からなる。第１空隙２１と第２空隙２２との間には補強ブリッジ２５が形成され、磁石端面１７ｃから、補強ブリッジ２５の側面を形成する第１空隙２１のｑ軸側形成面２１ｅに至るまでの最短距離Ｖが、１／３Ｔ＜最短距離≦Ｔとなるように空隙部２３が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、第１永久磁石が埋込まれた第１埋込孔と、第２永久磁石が埋込まれた第２埋込孔がロータコアに形成され、ロータコアにおける第１埋込孔よりもｑ軸寄りの位置それぞれに空隙部が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。

回転電機としては、例えば、特許文献１が挙げられる。図４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。

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。

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。

特許第３５９７８２１号公報

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。

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４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。

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４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、第２の空洞部９７から離れた空隙９９を設けることが考えられる。この空隙９９によって第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が低減される。

しかし、第２の空洞部９７から離れた位置に空隙９９を設けると、回転子鉄心９４における空隙９９と第２の空洞部９７との間の肉部が機械的な補強ブリッジ１００となり、補強ブリッジ１００は第２の空洞部９７に連続して設けられる。そして、補強ブリッジ１００の機械的強度を確保するために補強ブリッジ１００の幅を大きくすると、第２の永久磁石９８の磁極面（回転子鉄心９４外周面側の面）から補強ブリッジ１００を経路として流れる短絡磁束が増大してしまい、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。

本発明は、補強ブリッジによる機械的強度を維持しつつ、短絡磁束を抑制す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。

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埋込孔が形成され、該第１埋込孔に第１永久磁石が埋込まれるとともに、前記ロータコアにおける前記第１永久磁石の両側にｑ軸に沿って延びるように第２埋込孔が形成され、該第２埋込孔に第２永久磁石が埋込まれており、さらに、前記ロータコアにおける前記第１埋込孔よりも前記ｑ軸寄りの位置それぞれに空隙部が形成された永久磁石埋込型回転子に関する。この永久磁石埋込型回転子において、前記空隙部は、前記第１埋込孔に連続し、かつ前記第１永久磁石のｑ軸寄りの磁石端面から該ｑ軸に向けて延びる第１空隙と、該第１空隙から前記ｑ軸側に離れた第２空隙と、からなるとともに、前記第１空隙と第２空隙との間に補強ブリッジが形成され、前記ｄ軸に沿った前記第１永久磁石の厚みをＴとしたとき、前記磁石端面から前記第１空隙における前記補強ブリッジの形成面に至るまでの最短距離が、１／３Ｔ＜最短距離≦Ｔとなるように前記空隙部が形成されている。

また、請求項１０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矩形状の第１埋込孔が形成され、該第１埋込孔に第１永久磁石が埋込まれるとともに、前記ロータコアにおける前記第１永久磁石の両側にｑ軸に沿って延びるように第２埋込孔が形成され、該第２埋込孔に第２永久磁石が埋込まれており、さらに、前記ロータコアにおける前記第１埋込孔よりも前記ｑ軸寄りの位置それぞれに空隙部が形成された永久磁石埋込型回転子と、からなる回転電機に関し、前記永久磁石埋込型回転子が、請求項１〜請求項９のうちいずれか一項に記載の永久磁石埋込型回転子になっている。

これによれば、最短距離が、第１永久磁石の厚みＴを基準として、１／３Ｔ＜最短距離≦Ｔに設定されるため、補強ブリッジは、第１空隙を介して磁石端面から所定距離だけ遠ざけられた位置に設けられている。このため、背景技術のように、補強ブリッジが磁石端面に連続するように設けられる場合と比べると、磁極面から補強ブリッジに至るまでの磁束経路を長くし、磁極面からの磁束が即座に補強ブリッジに到達してしまうことが防止される。そして、磁極面から補強ブリッジに至るまでの磁束経路を長くすることで磁束経路での磁気抵抗を増加させることができ、補強ブリッジを経路とする短絡磁束を低減させることができる。その結果として、補強ブリッジを磁石端面から所定距離だけ遠ざけるだけで、補強ブリッジの幅を変更することなくその機械的強度を維持しつつ、補強ブリッジを経路とした短絡磁束を低減させ、回転電機のトルク低下を防止することができる。

また、前記ロータコアは、磁性体製のコア板を複数枚積層して形成され、前記第１空隙における前記補強ブリッジの形成面と、前記第２空隙における前記補強ブリッジの形成面との間の距離は、前記コア板の厚みの２倍以上に設定されていてもよい。

また、前記第１空隙及び第２空隙それぞれは、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備え、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延びる外周側ブリッジが形成され、前記外周側形成面と、前記ロータコアの外周面との間の距離は、前記コア板の厚みの２倍以上に設定されていてもよい。

これによれば、コア板の打ち抜きの際の強度を確保することができ、打ち抜きの際の補強ブリッジ及び外周側ブリッジ形成部位の変形を防止することができる。
また、前記第１永久磁石の両磁石端面側に位置する一対の補強ブリッジは、前記ロータコアの外周面側から内周面側に向かって補強ブリッジ間の間隔を広げるハの字状をなすように形成されていてもよい。

これによれば、磁石端面から、補強ブリッジの側面までの距離は、ロータコアの外周面側から内周面側に向かって徐々に長くなる。よって、ロータコアの外周面側から内周面側に向かうに従い、第１空隙による磁気抵抗を大きくして、第１空隙を介した補強ブリッジへの短絡磁束を低減させることができる。

また、前記第１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、前記第１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、かつ前記第１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。

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。

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もよい。

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。

また、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、磁極における空隙部及び第２永久磁石の配置を好適に設定することができる。

また、前記第２永久磁石と前記第２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。

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。

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。

本発明によれば、補強ブリッジによる機械的強度を維持しつつ、短絡磁束を抑制することができる。

実施形態の永久磁石埋込型回転電機を示す平面図。 永久磁石埋込型回転子における磁極を示す部分拡大図。 第２永久磁石の別例を示す部分拡大図。 背景技術を示す平面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図２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。

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。

次に、回転子１５について説明する。図１に示すように、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。

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。

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。

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（矩形状）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。

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とを有する。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のｑ軸２７寄りの端面が磁石端面１７ｃとなっている。

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。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。

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。

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。

第１空隙２１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２１ａを有するとともに、この外周側形成面２１ａ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２１ｂを有する。また、第１空隙２１の形成面は、ｄ軸側形成面２１ｂ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形成面２１ｃを有するとともに、その形成面２１ｃの端縁からｄ軸２６と平行に延びる延長面２１ｄを有する。さらに、第１空隙２１の形成面は、外周側形成面２１ａのｑ軸２７側の端縁から、ロータコア１６の内周面側に向けて延びるｑ軸側形成面２１ｅを有するとともに、ｑ軸側形成面２１ｅの端縁から第１永久磁石１７の磁石端面１７ｃに向けて延びる内周側形成面２１ｆを有する。そして、第１空隙２１の形成面は、外周側形成面２１ａと、ｄ軸側形成面２１ｂ、形成面２１ｃと、延長面２１ｄと、ｑ軸側形成面２１ｅと、内周側形成面２１ｆとから構成されている。

また、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側の端縁から第１空隙２１のｑ軸側形成面２１ｅと平行に延びるｄ軸側形成面２２ｂを有する。また、第２空隙２２の形成面は、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。

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ｑ軸側形成面２１ｅ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によって形成されている。そして、ｑ軸側形成面２１ｅとｄ軸側形成面２２ｂの間隔は一定であり、補強ブリッジ２５は一定の幅に形成されている。補強ブリッジ２５の幅は、コア板１６１の厚みの２倍以上に設定されるのが好ましい。各仮想領域Ｗ（磁極）では、第１永久磁石１７の両磁石端面１７ｃ側に補強ブリッジ２５が形成されているが、一対の補強ブリッジ２５は、ロータコア１６の外周面１６ｂ側から内周面側に向かって互いの間隔を広げるハの字状に配置されている。

ロータコア１６において、ロータコア１６の外周面１６ｂと、第１空隙２１の外周側形成面２１ａ及び第２空隙２２の外周側形成面２２ａとの間が外周側ブリッジ２４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の幅で延びるように形成され、外周側ブリッジ２４の幅は、コア板１６１の厚みの２倍以上に設定されるのが好ましい。

第１空隙２１は、第１永久磁石１７の磁極面１７ａよりも外周面１６ｂ側へ延びるように形成されるとともに、磁石端面１７ｃよりもｑ軸２７側へ延びるように形成されている。ここで、ｄ軸２６に沿った第１永久磁石１７の厚みをＴとしたとき、ｄ軸２６に直交する方向に沿った磁石端面１７ｃからｑ軸側形成面２１ｅに至るまでの最短距離Ｖが、１／３Ｔ＜最短距離Ｖ≦Ｔとなるように第１空隙２１が形成される。

最短距離Ｖが１／３Ｔより短くなると、第１永久磁石１７の磁極面１７ａと補強ブリッジ２５とが近くなり、磁極面１７ａから補強ブリッジ２５を通る磁束経路が短くなり、該磁束経路での磁気抵抗が小さくなってしまい好ましくない。また、最短距離Ｖが１／３Ｔより短くなると、第１空隙２１の開口幅が狭くなり、磁石端面１７ｃから補強ブリッジ２５に短絡する磁束が増えてしまい好ましくない。一方、最短距離Ｖが第１永久磁石１７の厚みＴより長くなると、第１空隙２１が大きくなりすぎて、磁極における第１空隙２１及び第２空隙２２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。

第１空隙２１において、延長面２１ｄ及び磁石端面１７ｃを通過し、ｄ軸２６に平行に延びる直線を仮想線Ｅとした場合、第１空隙２１は、仮想線Ｅよりもｑ軸２７側の基部２１１と、仮想線Ｅよりもｄ軸２６側に延長された延長部２１２とから構成される。そして、第１空隙２１において、基部２１１は、第１永久磁石１７よりｑ軸２７側に位置し、延長部２１２は基部２１１からｄ軸２６側へ延びるように形成されている。

この延長部２１２は、仮想線Ｅよりもｄ軸２６側の外周側形成面２１ａの一部と、ｄ軸側形成面２１ｂと、形成面２１ｃとから形成されている。そして、ロータコア１６の径方向に沿った開口幅が、延長部２１２の方が基部２１１よりも狭くなっている。よって、第１空隙２１においては、基部２１１側では磁束が通過し難く、開口幅の狭くなる延長部２１２では磁束が通過しやすくなっている。このため、第１空隙２１においては、延長部２１２の方が基部２１１に比べると、磁気抵抗が小さくなっている。

また、第１空隙２１において、内周側形成面２１ｆにより、第１空隙２１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が形成されている。また、第１空隙２１の外周側形成面２１ａが、第１空隙２１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。

そして、第１永久磁石１７は、その磁極面１７ａが第１空隙２１の外周側形成面２１ａ（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１空隙２１の内周側形成面２１ｆ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。

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しまい好ましくない。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しまい好ましくない。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は一対の空隙部２３の間に位置するように配置される。

第１永久磁石１７の長辺方向への長さ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。

また、各磁極において、各第２空隙２２（空隙部２３）のｑ軸側形成面２２ｄと、そのｑ軸側形成面２２ｄのｑ軸２７側に隣り合う第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。

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。

回転子１５の回転による遠心力により、第１永久磁石１７にはロータコア１６の外周面１６ｂ側へ向かう力が作用するが、機械的強度を有する補強ブリッジ２５により第１永久磁石１７の移動が防止される。

また、固定子１０に生じる回転磁界による磁束及び第１永久磁石１７の磁極面１７ａからの磁束が、第１永久磁石１７の磁石端面１７ｃ側とロータコア１６の外周面１６ｂとの間に集中する。そして、コイル３０への通電量が大きくなって第１空隙２１とロータコア１６の外周面１６ｂとの間で磁気飽和状態になったとする。このとき、第１空隙２１の最短距離Ｖを所定範囲に設定し、補強ブリッジ２５を磁石端面１７ｃから遠ざけることで、第１永久磁石１７の磁極面１７ａから補強ブリッジ２５を経路とする磁束経路が長くなり、磁気抵抗が大きくなっている。このため、磁極面１７ａから補強ブリッジ２５へ流れる短絡磁束が低減される。

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）ロータコア１６において、第１埋込孔１９よりもｑ軸２７寄りの位置に空隙部２３が形成され、この空隙部２３は、第１埋込孔１９に連続し、かつ第１永久磁石１７の磁石端面１７ｃからｑ軸２７に向けて延びる第１空隙２１と、この第１空隙２１からｑ軸２７側に離れた第２空隙２２とからなる。そして、磁石端面１７ｃから第１空隙２１のｑ軸側形成面２１ｅに至るまでの最短距離Ｖは、第１永久磁石１７の厚みＴを基準として、１／３Ｔ＜最短距離Ｖ≦Ｔに設定され、補強ブリッジ２５が、磁石端面１７ｃから所定距離だけ遠ざけられるように空隙部２３が形成されている。このため、磁極面１７ａから補強ブリッジ２５を通り、ロータコア１６の外周面１６ｂ又は反磁極面１７ｂに至るまでの磁束経路での磁気抵抗を増加させることができ、補強ブリッジ２５を経路とする短絡磁束を低減させることができる。その結果として、補強ブリッジ２５を磁石端面１７ｃから所定距離だけ遠ざけることで、補強ブリッジ２５の幅を変更することなくその機械的強度を維持しつつ、補強ブリッジ２５を経路とした短絡磁束を低減させ、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。

（２）第１空隙２１のｑ軸側形成面２１ｅと、第２空隙２２のｄ軸側形成面２２ｂとの間の距離である補強ブリッジ２５の幅は、コア板１６１の厚みの２倍以上に設定されている。第１空隙２１及び第２空隙２２は、コア板１６１の所定部位を打ち抜き除去して形成されているが、補強ブリッジ２５の幅がコア板１６１の２倍以上に設定されることで、コア板１６１の打ち抜きの際の強度を確保することができ、打ち抜きの際の補強ブリッジ２５の形成部位の変形を防止することができる。

（３）ロータコア１６の外周面１６ｂと、第１空隙２１の外周側形成面２１ａ及び第２空隙２２の外周側形成面２２ａとの間の距離である外周側ブリッジ２４の幅は、コア板１６１の厚みの２倍以上に設定されている。第１空隙２１及び第２空隙２２は、コア板１６１の所定部位を打ち抜き除去して形成されているが、外周側ブリッジ２４の幅がコア板１６１の２倍以上に設定されることで、コア板１６１の打ち抜きの際の強度を確保することができ、打ち抜きの際の外周側ブリッジ２４形成部位での変形を防止することができる。

（４）各磁極において、第１永久磁石１７の両磁石端面１７ｃ側に位置する一対の補強ブリッジ２５は、ロータコア１６の外周面１６ｂ側から内周面側に向かって補強ブリッジ２５間の間隔を広げるハの字状に配置されている。このため、磁石端面１７ｃから、補強ブリッジ２５の側面であるｑ軸側形成面２１ｅまでの距離は、ロータコア１６の外周面１６ｂ側から内周面側に向かって徐々に長くなっている。よって、ロータコア１６の外周面１６ｂ側から内周面側に向かうに従い、第１空隙２１による磁気抵抗を大きくして、第１空隙２１を介した補強ブリッジ２５への短絡磁束を低減させることができる。

（５）第１空隙２１は、第１永久磁石１７の磁極面１７ａからロータコア１６の外周面１６ｂに向けて延びるように形成され、さらに、補強ブリッジ２５が、磁石端面１７ｃから所定距離だけ遠ざけられている。このため、磁極面１７ａからの磁束は、一旦、第１空隙２１に沿ってロータコア１６の外周面１６ｂ側に向けて流れた後に補強ブリッジ２５を流れる。よって、最短距離Ｖを確保することに加え、補強ブリッジ２５に至るまでの磁束経路での磁気抵抗を増加させることができ、補強ブリッジ２５を経路とする短絡磁束をより一層低減させることができる。

（６）第１空隙２１は、基部２１１と、この基部２１１よりもロータコア１６の径方向に沿った開口幅が狭い延長部２１２とから構成されている。このため、延長部２１２では基部２１１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２１１と延長部２１２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、延長部２１２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。

（７）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１空隙２１における、ロータコア１６の外周面１６ｂ側の外周側形成面２１ａよりもロータコア１６の内周面側に位置し、かつ第１空隙２１の内周側形成面２１ｆ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。

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、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。

（８）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。

（９）第１永久磁石１７の長辺方向への長さ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の長さＮを設定することで、第１永久磁石１７が短くなりすぎることによる磁束の減少を防止しつつ、磁極における空隙部２３及び第２永久磁石１８の配置を好適に設定することができる。

（１０）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。

（１１）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、ロータコア１６の内周面側から外周面１６ｂ側に向かって拡がるＶ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、リラクタンストルクを増加させることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図３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。

○ 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。

○ 実施形態では、第１永久磁石１７の両磁石端面１７ｃ側に位置する一対の補強ブリッジ２５は、ロータコア１６の外周面１６ｂ側から内周面側に向かって補強ブリッジ２５間の間隔を拡げるハの字状をなすように配置されたが、以下のように変更してもよい。すなわち、一対の補強ブリッジ２５は、ロータコア１６の外周面１６ｂ側から内周面側に向かって補強ブリッジ２５間の間隔を狭くする逆ハの字状をなすように配置されていてもよいし、補強ブリッジ２５間の間隔が一定となるように配置されていてもよい。

○ 外周側ブリッジ２４、及び補強ブリッジ２５の幅は、コア板１６１の厚みの２倍以下でもよい。
○ 第１空隙２１において、延長部２１２は、基部２１１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の径方向に沿った延長部２１２の開口幅は、基部２１１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２１１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、トルクリプルを抑えることができる。

○ 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。

○ 実施形態では、磁極数を８極にしたが、変更してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記第１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請求項１〜請求項９のうちいずれか一項に記載の永久磁石埋込型回転子。

Ｈ…間隔、Ｍ…回転電機としての永久磁石埋込型回転電機、Ｎ…長さ、Ｐ…ピッチ、Ｔ…厚み、Ｖ…最短距離、ＴＬ…中心軸、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、１７ｃ…磁石端面、１８…第２永久磁石、１９…第１埋込孔、２０…第２埋込孔、２１…第１空隙、２１ｅ…補強ブリッジの形成面としてのｑ軸側形成面、２１ａ，２２ａ…外周側端部としての外周側形成面、２１ｆ…内周側端部としての内周側形成面、２２…第２空隙、２２ｂ…補強ブリッジの形成面としてのｄ軸側形成面、２３…空隙部、２４…外周側ブリッジ、２５…補強ブリッジ、２６…ｄ軸、２７…ｑ軸、１６１…コア板。

Claims (10)

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埋込孔が形成され、該第１埋込孔に第１永久磁石が埋込まれるとともに、前記ロータコアにおける前記第１永久磁石の両側にｑ軸に沿って延びるように第２埋込孔が形成され、該第２埋込孔に第２永久磁石が埋込まれており、さらに、前記ロータコアにおける前記第１埋込孔よりも前記ｑ軸寄りの位置それぞれに空隙部が形成された永久磁石埋込型回転子において、
   前記空隙部は、前記第１埋込孔に連続し、かつ前記第１永久磁石のｑ軸寄りの磁石端面から該ｑ軸に向けて延びる第１空隙と、該第１空隙から前記ｑ軸側に離れた第２空隙と、からなるとともに、前記第１空隙と第２空隙との間に補強ブリッジが形成され、前記ｄ軸に沿った前記第１永久磁石の厚みをＴとしたとき、前記磁石端面から前記第１空隙における前記補強ブリッジの形成面に至るまでの最短距離が、
   １／３Ｔ＜最短距離≦Ｔ
   となるように前記空隙部が形成されている永久磁石埋込型回転子。
2. 前記ロータコアは、磁性体製のコア板を複数枚積層して形成され、前記第１空隙における前記補強ブリッジの形成面と、前記第２空隙における前記補強ブリッジの形成面との間の距離は、前記コア板の厚みの２倍以上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。
3. 前記第１空隙及び第２空隙それぞれは、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備え、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延びる外周側ブリッジが形成され、前記外周側形成面と、前記ロータコアの外周面との間の距離は、前記コア板の厚みの２倍以上に設定されている請求項２に記載の永久磁石埋込型回転子。
4. 前記第１永久磁石の両磁石端面側に位置する一対の補強ブリッジは、前記ロータコアの外周面側から内周面側に向かって補強ブリッジ間の間隔を広げるハの字状をなすように形成されている請求項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。
5. 前記第１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、前記第１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、かつ前記第１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４のうちいずれか一項に記載の永久磁石埋込型回転子。
6. 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５に記載の永久磁石埋込型回転子。
7. 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６に記載の永久磁石埋込型回転子。
8. 前記第２永久磁石と前記第２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６又は請求項７に記載の永久磁石埋込型回転子。
9. 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る請求項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。
10. 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矩形状の第１埋込孔が形成され、該第１埋込孔に第１永久磁石が埋込まれるとともに、前記ロータコアにおける前記第１永久磁石の両側にｑ軸に沿って延びるように第２埋込孔が形成され、該第２埋込孔に第２永久磁石が埋込まれており、さらに、前記ロータコアにおける前記第１埋込孔よりも前記ｑ軸寄りの位置それぞれに空隙部が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９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。

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