JP2013034344A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石の内周面側から漏れる漏れ磁束を低減するとともに、永久磁石の内周面側の端部の不可逆減磁が発生するのを抑制することが可能な回転電機を提供する。
【解決手段】この電動機１００（回転電機）は、ロータコア２２と、ロータコア２２の外周部に対向するように配置されたステータティース１１と、ロータコア２２の内部に設けられ、周方向の幅がロータコア２２の内周部側から外周部側に向かって大きくなるように形成された永久磁石２３ａおよび２３ｂとを備え、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面側には、空隙３０が設けられている。
【選択図】図３

Description

この発明は、回転電機に関し、特に、永久磁石を備える回転電機に関する。

従来、永久磁石を備える回転電機が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、積層鉄心（ロータコア）と、積層鉄心の内部に半径方向に延びるように埋め込まれた永久磁石とを備える埋め込み磁石式モータ（回転電機）が開示されている。この埋め込み磁石式モータでは、永久磁石の内周面が積層鉄心に密着するように形成されている。

特開２０１０−２１３４５７号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された埋め込み磁石式モータ（回転電機）では、永久磁石の内周面が積層鉄心（ロータコア）という軟磁性体に密着するように形成されているため、永久磁石の内周面側から磁束が漏れやすいという問題点がある。

また、上記特許文献１に開示されたような永久磁石がロータコアの内部に半径方向に延びるように設けられた従来の回転電機では、永久磁石をロータコアの内周部側から外周部側に向かって放射状に複数設ける場合に、ロータコアという軟磁性体を介して周方向に隣接する２つの永久磁石の内周面側の端部同士が互いに近接することに起因して、永久磁石の内周面側の端部の不可逆減磁が発生しやすいという問題点もある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、永久磁石の内周面側から漏れる漏れ磁束を低減するとともに、永久磁石の内周面側の端部の不可逆減磁が発生するのを抑制することが可能な回転電機を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による回転電機は、ロータコアと、ロータコアの外周部に対向するように配置されたステータコアと、ロータコアの内部に設けられ、周方向の幅がロータコアの内周部側から外周部側に向かって大きくなるように形成された永久磁石とを備え、永久磁石の内周面側には、空隙が設けられている。

この一の局面による回転電機では、上記のように、永久磁石の内周面側に空隙を設けることによって、永久磁石をロータコアの内周部側から外周部側に向かって放射状に複数設ける場合に、ロータコアという軟磁性体を介して周方向に隣接する２つの永久磁石の内周面側の端部同士の間隔を大きくすることができるので、永久磁石の内周面側の端部の不可逆減磁が発生するのを抑制することができる。また、永久磁石の内周面をロータコアなどの軟磁性体に密着するように形成する場合と異なり、永久磁石の内周面側の空隙により、永久磁石の内周面側で形成される磁気回路の磁気抵抗を大きくすることができるので、永久磁石の内周面側から漏れる漏れ磁束を低減することもできる。

本発明の一実施形態による電動機のロータおよびステータを軸方向から見た図である。 図１の２００−２００線に沿った断面図である。 本発明の一実施形態による電動機のロータの軸方向と直交する方向に沿った断面図である。 本発明の一実施形態による電動機の永久磁石の着磁方向を説明するための拡大断面図である。 本発明の一実施形態による電動機の複数のコア部と複数の永久磁石との配置関係を示した斜視図である。 本発明の一実施形態の第１変形例による電動機のロータの軸方向と直交する方向に沿った断面図である。 本発明の一実施形態の第２変形例による電動機のロータの軸方向と直交する方向に沿った断面図である。 本発明の一実施形態の第３変形例による電動機のロータの軸方向と直交する方向に沿った拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１〜図５を参照して、本発明の一実施形態による電動機１００の構成について説明する。

図１および図２に示すように、電動機１００は、固定部であるステータ１と、回転部であるロータ２とを備えている。なお、電動機１００は、本発明の「回転電機」の一例である。

図１に示すように、ステータ１は、ステータティース１１と、巻線１２と、ステータヨーク１３とにより構成されている。ステータティース１１は、ロータ２の後述するロータコア２２の外周部に対向するように所定の空間（ギャップ３）を隔てて配置されている。また、ステータティース１１の内側には、複数（本実施形態では、１２個）のスロット１４が形成されている。なお、ステータティース１１は、本発明の「ステータコア」の一例である。

複数のスロット１４は、ロータ２の回転方向（以下、周方向と呼ぶ）に沿って略等角度間隔（本実施形態では、約３０°間隔）で配置されている。巻線１２は、複数のスロット１４の各々の内部に収納されている。ステータヨーク１３は、ステータティース１１の外周部を取り囲むように設けられている。

図１〜図３に示すように、ロータ２は、シャフト２１と、ロータコア２２と、複数の永久磁石２３ａおよび２３ｂと、プレート２４とにより構成されている。シャフト２１は、ロータ２の中心を貫通してＸ方向（図２参照）（以下、軸方向と呼ぶ）に延びるように設けられている。ロータコア２２は、シャフト２１を取り囲むように設けられている。また、ロータコア２２は、軸方向に積層された複数の電磁鋼板（図２参照）という軟磁性体により形成されている。なお、シャフト２１は、本発明の「回転軸部」の一例であり、機械構造用炭素鋼のような軟磁性体により形成されている。

ここで、本実施形態では、図３〜図５に示すように、ロータコア２２は、ロータ２のＮ極として機能する複数（本実施形態では、５つ）のコア部２２ａと、ロータ２のＳ極として機能する複数（本実施形態では、５つ）のコア部２２ｂとにより構成されている。これら複数のコア部２２ａおよび２２ｂは、図３に示すように、周方向に沿って略等角度間隔（本実施形態では、略３６°間隔）で１つずつ交互に配置されている。また、これら複数のコア部２２ａおよび２２ｂの各々の外周部近傍の周方向の中央部には、後述するバー５０が挿入されるバー挿入穴２２ｃが形成されている。

また、コア部２２ａ（２２ｂ）の外周部の周方向の両端部には、周方向に突出する磁石被覆部２２ｄが設けられている。磁石被覆部２２ｄは、コア部２２ａ（２２ｂ）と隣接する永久磁石２３ａ（２３ｂ）の外周面のコア部２２ａ（２２ｂ）側の端部近傍を覆うように形成されている。また、磁石被覆部２２ｄは、コア部２２ａ（２２ｂ）の外周に沿って周方向に延びるように形成されている。

図１〜図５に示すように、永久磁石２３ａおよび２３ｂは、ロータコア２２の内部に内周部側から外周部側に向かって放射状に複数設けられている。すなわち、複数の永久磁石２３ａおよび２３ｂの各々は、ロータコア２２の内周部側から外周部側に向かって半径方向に延びるように設けられている。なお、図３および図４に示すように、永久磁石２３ａおよび２３ｂは、コア部２２ａおよび２２ｂの間に、コア部２２ａおよび２２ｂを介さずに周方向に２つ隣接するように配置されている。

ここで、図３〜図５に示すように、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面は、シャフト２１の外周面と接しないように、シャフト２１の外周面よりも半径方向の外側に離間した位置に配置されている。これにより、永久磁石２３ａ（２３ｂ）の内周面側には、空隙３０が設けられている。なお、この空隙３０の半径方向の長さｌ（図４参照）は、シャフト２１の外周面から磁石被覆部２２ｄの内周面までの半径方向の長さＬ（図４参照）の約５分の１以下の長さに設定するのが好ましい。

本実施形態では、図２〜図４に示すように、空隙３０の内部には、非磁性材料である接着剤からなる接着剤層４０が充填されている。また、図２〜図４には図示していないが、周方向に隣接する永久磁石２３ａ（２２ｂ）とコア部２２ａ（２２ｂ）との間の隙間、周方向に隣接する永久磁石２３ａと永久磁石２３ｂとの間の隙間、および、永久磁石２３ａ（２３ｂ）の外周面とコア部２２ａ（２２ｂ）の磁石被覆部２２ｄの内周面との間の隙間にも、接着剤層が充填されている。

図３および図４に示すように、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面と、シャフト２１の外周面とは、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面の周方向の全長に渡って離間している。また、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面の周方向の端部は、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面の周方向の中央部よりもシャフト２１の外周面からより大きく離間している。具体的には、永久磁石２３ａおよび２３ｂのそれぞれコア部２２ａおよび２２ｂに隣接する側面の内周面側の端部（図４の点Ｐ１およびＰ２参照）は、永久磁石２３ａおよび２３ｂの互いに隣接する側面の内周面側の端部（図４の点Ｑ参照）よりもシャフト２１の外周面からより大きく離間している。すなわち、空隙３０は、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面の周方向の中央部から周方向の端部に向かって大きくなるように構成されている。また、円柱状のシャフト２１の外周面に対向する永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面は、曲面形状（曲線形状）ではなく、直線状に連続して延びる平坦面形状を有している。

また、図３〜図５に示すように、コア部２２ａ（２２ｂ）を介して周方向に隣接する２つの永久磁石２３ａ（２３ｂ）の互いに対向する側面同士は、永久磁石２３ａ（２３ｂ）の外周面側から内周面側に向かって互いに徐々に近づき、かつ、内周面側の端部において互いに近接した状態で離間するように、半径方向に一直線状に延びるように形成されている。本実施形態では、図４に示すように、コア部２２ａを介して周方向に隣接する２つの永久磁石２３ａの互いに対向する側面同士は、内周面側の端部（点Ｐ１およびＰ３参照）において互いに所定の距離Ｄ１だけ離間している。同様に、図４には図示していないが、コア部２２ｂを介して周方向に隣接する２つの永久磁石２３ｂの互いに対向する側面同士も、内周面側の端部において互いに所定の距離Ｄ１だけ離間している。なお、この所定の距離Ｄ１は、約０．５ｍｍ以上に設定するのが好ましい。

また、図２および図５に示すように、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面と、シャフト２１の外周面とは、ロータコア２２の軸方向の全長に渡って離間している。すなわち、空隙３０は、ロータコア２２の軸方向の全長に渡って設けられている。なお、図５は、ロータコア２２を構成する複数のコア部２２ａ（２２ｂ）と、ロータコア２２の内部に設けられる複数の永久磁石２３ａ（２３ｂ）とを示した斜視図であるが、説明の便宜上、シャフト２１および接着剤層４０を図示していない。

また、図３および図４に示すように、永久磁石２３ａおよび２３ｂは、周方向の幅がロータコア２２（コア部２２ａおよび２２ｂ）の内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなる矩形形状の断面を有するように形成されている。また、図４に示すように、永久磁石２３ａ（２３ｂ）は、永久磁石２３ａ（２３ｂ）のロータコア２２の外周部側の端部のうちのコア部２２ａ（２２ｂ）に隣接する角部と、永久磁石２３ａ（２３ｂ）のロータコア２２の内周部側の端部のうちの永久磁石２３ｂ（２３ａ）に隣接する角部とが直角になるように形成されている。

また、図４に示すように、永久磁石２３ａおよび２３ｂは、電動機１００のｑ軸（主磁束に沿った方向の軸（ｄ軸）と電気的に直交する方向の軸）と直交する方向（矢印Ａ方向）に対して所定の角度θだけ傾いた方向に着磁されている。具体的には、コア部２１ａに隣接する永久磁石２３ａは、ｑ軸と直交する方向（矢印Ａ方向）に対して所定の角度θだけ外周側に傾いた方向に着磁されている一方、コア部２１ｂに隣接する永久磁石２３ｂは、ｑ軸と直交する方向（矢印Ａ方向）に対して所定の角度θだけ内周側に傾いた方向に着磁されている。すなわち、コア部２２ａおよびコア部２２ｂの間で周方向に隣接する永久磁石２３ａおよび永久磁石２３ｂの着磁方向は、ｑ軸に対して略線対称になっている。

なお、図１および図４に示すように、本実施形態による電動機１００のｑ軸は、周方向に隣接する永久磁石２３ａと永久磁石２３ｂとが接している線に一致する。また、本実施形態による電動機１００のｑ軸は、図４に示すコア部２２ａを基準磁極とした場合、ロータ２の回転中心Ｏ（図１参照）と、基準磁極と周方向に隣接する磁極（図４に示すコア部２２ｂ）との磁気的な境界とを結ぶ直線（磁極境界線）に一致する。

本実施形態では、上記永久磁石２３ａ（２３ｂ）の着磁方向の傾き角度θは、０°＜θ≦４５°の範囲に設定されている。これにより、永久磁石２３ａ（２３ｂ）をｑ軸と直交する方向（矢印Ａ方向（図４参照））に着磁する場合に比べて、永久磁石２３ａ（２３ｂ）の着磁方向に沿った方向の厚みを大きくすることが可能になるので、永久磁石２３ａ（２３ｂ）の動作点を高くすることが可能になる。なお、この角度θは、電動機１００の磁極数（コア部２２ａおよび２２ｂの個数（本実施形態では、１０個））を変更する場合でも、一定の範囲（０°＜θ≦４５°）に設定するのが好ましい。

なお、図２に示すように、永久磁石２３ａは、ロータコア２２および永久磁石２３ａ（２３ｂ）を軸方向の両側から挟み込む２つのプレート２４の間に配置されているとともに、軸方向に延びるように形成されている。また、図５に示すように、永久磁石２３ｂも、永久磁石２３ａと同様に軸方向に延びるように形成されている。図２および図５に示すように、永久磁石２３ａおよび２３ｂの軸方向の長さは、ロータコア２２の軸方向の長さと略等しくなるように形成されている。

図１および図２に示すように、プレート２４は、軸方向から見て略円環形状を有する板状に形成されている。このプレート２４は、ステンレスや樹脂などの非磁性材料により形成されている。なお、図１に示すように、プレート２４の直径は、ロータ２の外径よりも小さくなるように形成されている。また、図２に示すように、プレート２４は、ロータコア２２および永久磁石２３ａ（２３ｂ）の軸方向の両端面を露出させずに覆うように形成されている。

また、図１に示すように、プレート２４の内周部（中央部近傍）には、開口からなるシャフト挿入部２４ａが設けられている。このシャフト挿入部２４ａには、歯車状の係合部２４ｂが形成されている。ここで、シャフト２１の外周面のロータコア２２から軸方向にはみ出した部分（図２参照）には、プレート２４の係合部２４ｂに対応する歯車状（図１参照）の係合部２１ａが形成されている。本実施形態では、プレート２４の歯車状の係合部２４ｂと、シャフト２１の歯車状の係合部２１ａとが係合（噛合）することにより、プレート２４とシャフト２１とが固定されている。なお、係合部２１ａは、本発明の「第１係合部」の一例であるとともに、係合部２４ｂは、本発明の「第２係合部」の一例である。

また、プレート２４の外周部近傍には、コア部２２ａ（２２ｂ）のバー挿入穴２２ｃに対応するようにバー挿入穴２４ｃが複数（本実施形態では、１０個）設けられている。これら複数のバー挿入穴２４ｃは、プレート２４の外周部近傍において周方向に沿って略等角度間隔（本実施形態では、約３６°間隔）で設けられている。図２に示すように、このプレート２４のバー挿入穴２４ｃと、コア部２２ａ（２２ｂ）のバー挿入穴２２ｃとの内部には、軸方向に延びる円柱状のバー５０が挿入されている。

次に、図１〜図５を参照して、本発明の一実施形態による電動機１００のロータ２の組み立て手順について説明する。

まず、図３〜図５に示すように、複数のコア部２２ａと、複数のコア部２２ｂとを１つずつ交互に周状に配置することにより、シャフト２１の外周面上でロータコア２２を構成し、ロータコア２２の内部に、半径方向に延びるとともに軸方向に延びる複数の永久磁石２３ａおよび２３ｂを取り付ける。具体的には、図３および図４に示すように、永久磁石２３ａ（２３ｂ）の内周面とシャフト２１の外周面とが半径方向に離間するとともに、永久磁石２３ａ（２３ｂ）の外周面とコア部２２ａ（２２ｂ）の磁石被覆部２２ｄの内周面とが接するように、ロータコア２２の内部に永久磁石２３ａおよび２３ｂを取り付ける。そして、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面とシャフト２１の外周面との間に形成される空間（空隙３０）の内部に、接着剤層４０を充填する。なお、このとき、周方向に隣接する永久磁石２３ａ（２２ｂ）とコア部２２ａ（２２ｂ）との間の隙間、周方向に隣接する永久磁石２３ａと永久磁石２３ｂとの間の隙間、および、永久磁石２３ａ（２３ｂ）の外周面とコア部２２ａ（２２ｂ）の磁石被覆部２２ｄの内周面との間の隙間にも、接着剤層（図示せず）を充填する。

次に、図２に示すように、上記のようにロータコア２２と永久磁石２３ａ（２３ｂ）とを取り付けたシャフト２１に対して、円板状のプレート２４を軸方向の両側から取り付ける。具体的には、まず、プレート２４の内周部のシャフト挿入部２４ａにシャフト２１を挿入する。そして、図１に示すように、シャフト２１の外周部に設けられた歯車状の係合部２１ａと、プレート２４のシャフト挿入部２４ａに設けられた歯車状の係合部２４ｂとを係合させることにより、シャフト２１とプレート２４とを固定する。なお、このとき、プレート２４のバー挿入穴２４ｃと、コア部２２ａ（２２ｂ）のバー挿入穴２２ｃとの位置を合わせる。

最後に、図２に示すように、上記のように位置を合わせたプレート２４のバー挿入穴２４ｃと、コア部２２ａ（２２ｂ）のバー挿入穴２２ｃとに対して、バー５０を軸方向に挿入し、プレート２４とコア部２２ａ（２２ｂ）とを固定する。このようにして、本発明の一実施形態による電動機１００のロータ２の組み立てが行われる。

本実施形態では、上記のように、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面側に空隙３０を設ける。これにより、永久磁石２３ａおよび２３ｂをロータコア２２の内周部側から外周部側に向かって放射状に複数設ける場合に、ロータコア２２（軟磁性体）を介して周方向に隣接する２つの永久磁石２３ａ（２３ｂ）の内周面側の端部同士の間隔（たとえば、図４の点Ｐ１と点Ｐ３との間の間隔Ｄ１）を大きくすることができるので、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面側の端部の不可逆減磁が発生するのを抑制することができる。また、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面をシャフト２１（軟磁性体）の外周面に近接するように形成する場合と異なり、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面側の空隙３０により、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面側で形成される磁気回路の磁気抵抗を大きくすることができるので、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面側から漏れる漏れ磁束を低減することもできる。

本実施形態では、上記のように、永久磁石２３ａおよび２３ｂを、周方向の幅がロータコア２２の内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなる矩形形状の断面を有するように形成する。これにより、ロータコア２２の外周部側の永久磁石２３ａおよび２３ｂの端部の周方向の幅が大きくなる分、ロータコア２２の外周部側の永久磁石２３ａおよび２３ｂの端部の着磁方向（電動機１００のｑ軸と交差する方向）に沿った方向の厚みが大きくなるので、永久磁石２３ａおよび２３ｂの動作点を高くすることができる。その結果、電動機１００の出力を高めることができるとともに、電機子反作用による反磁界の影響を受けやすいロータコア２２の外周部側の永久磁石２３ａおよび２３ｂの端部の不可逆減磁を抑制することができる。

また、永久磁石２３ａおよび２３ｂの周方向の幅をロータコア２２の内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくすることにより、ロータコア２２の内周部側の永久磁石２３ａおよび２３ｂの端部の周方向の幅が小さくなる分、ロータコア２２の内周部に接する永久磁石２３ａおよび２３ｂの表面積が増加するので、電動機１００の出力をさらに高めることができる。また、永久磁石２３ａおよび２３ｂを矩形形状の断面を有するように形成することにより、永久磁石２３ａおよび２３ｂを矩形形状以外の形状（たとえば、周方向の幅がロータコア２２の内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなる扇形形状）の断面を有するように形成する場合に比べて、周方向の幅がロータコア２２の内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなる永久磁石２３ａおよび２３ｂを容易に製造することができる。

また、本実施形態では、上記のように、ロータコア２２の内周部に取り付けるシャフト２１を設け、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面の周方向の端部（図４の点Ｐ１〜Ｐ３参照）をシャフト２１の外周面から半径方向の外側に離間した位置に配置することにより、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面側に空隙３０を設ける。これにより、ロータコア２２を介して周方向に隣接する２つの永久磁石２３ａ（２３ｂ）の内周面側の端部（たとえば、図４の点Ｐ１およびＰ３参照）同士を容易に離間させることができるので、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面側の端部の不可逆減磁が発生するのを容易に抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面の周方向の中央部（たとえば、図４の点Ｑ参照）よりも周方向の端部（たとえば、図４の点Ｐ１およびＰ２参照）をシャフト２１からより大きく離間させることにより、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面の中央部から周方向の端部に向かって空隙３０を大きくするように、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面側に空隙３０を設ける。これにより、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面の中央部と周方向の端部とで空隙３０の大きさが変化しない場合に比べて、ロータコア２２を介して周方向に隣接する２つの永久磁石２３ａ（２３ｂ）の内周面側の端部同士の間隔（たとえば、図４の点Ｐ１と点Ｐ３との間の間隔Ｄ１）をより大きくすることができる。その結果、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面側の端部の不可逆減磁が発生するのをより抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、ロータコア２２を介して周方向に隣接する２つの永久磁石２３ａ（２３ｂ）の互いに対向する側面同士を、ロータコア２２の外周部側から内周部側に向かって互いに徐々に近づき、かつ、内周面側の端部（図４の点Ｐ１〜Ｐ３参照）において互いに近接した状態で離間するように、半径方向に一直線状に延びるように形成する。そして、永久磁石２３ａ（２３ｂ）の側面の内周面側の端部近傍に空隙３０を設ける。これにより、ロータコア２２を介して周方向に隣接する２つの永久磁石２３ａ（２３ｂ）の内周面側の端部（たとえば、図４の点Ｐ１およびＰ３参照）同士を確実に離間させることができるので、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面側の端部の不可逆減磁が発生するのを確実に抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、周方向に間隔を隔てて配置される複数のコア部２２ａおよび２２ｂを含むようにロータコア２２を構成し、コア部２２ａ（２２ｂ）の外周部に、コア部２２ａ（２２ｂ）と隣接する永久磁石２３ａ（２３ｂ）の外周面のコア部２２ａ（２２ｂ）側の部分を覆う磁石被覆部２２ｄを設ける。そして、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面側に空隙３０を有するとともに、永久磁石２３ａおよび２３ｂの外周面の磁石被覆部２２ｄに覆われていない部分が露出するように、永久磁石２３ａおよび２３ｂを隣接するコア部２２ａおよび２２ｂの間に配置する。これにより、ロータコア２２が周方向に間隔を隔てて配置された複数のコア部２２ａおよび２２ｂに完全に別個に分離されるので、ロータコア２２が外周部または内周部において連続するように形成されている場合と異なり、永久磁石２３ａおよび２３ｂから発生する磁束の一部がステータティース１１側に流れずにロータコア２２の外周部または内周部の連続する部分を介して循環してしまうのを抑制することができる。その結果、漏れ磁束を低減することができるので、電動機１００の出力をより高めることができる。

また、コア部２２ａ（２２ｂ）の外周部に、コア部２２ａ（２２ｂ）と隣接する永久磁石２３ａ（２３ｂ）の外周面のコア部２２ａ（２２ｂ）側の部分を覆う磁石被覆部２２ｄを設けることによって、ロータ２が回転する際の遠心力によって永久磁石２３ａ（２３ｂ）が外周側に外れるのを抑制しながら、ロータコア２２（コア部２２ａおよび２２ｂ）の外周面上のステータティース１１側に流れる磁束が通過する領域の面積を大きくすることができる。これにより、ロータ２が回転する際におけるロータコア２２（コア部２２ａおよび２２ｂ）とステータティース１１との間のギャップ３を流れる磁束の変化をより滑らかにすることができるので、電動機１００のコギングトルクをより低減することができる。また、永久磁石２３ａおよび２３ｂの外周面の磁石被覆部２２ｄに覆われていない部分を露出させることによって、永久磁石２３ａおよび２３ｂの外周面の磁石被覆部２２ｄに覆われていない部分を磁性体などにより覆う場合に比べて、漏れ磁束をより低減することができる。これにより、電動機１００の出力をより高めることができる。

また、本実施形態では、上記のように、空隙３０の内部に非磁性材料（接着剤層４０）を充填する。これにより、ロータコア２２を介して周方向に隣接する２つの永久磁石２３ａ（２３ｂ）の内周面側の端部同士の間隔（たとえば、図４の点Ｐ１と点Ｐ３との間の間隔Ｄ１）を所望の大きさに保ちながら、ロータ２が回転する際の遠心力によって永久磁石２３ａおよび２３ｂが半径方向にずれるのを抑制することができる。また、非磁性材料として接着剤層４０を用いることにより、永久磁石２３ａおよび２３ｂをロータコア２２の内部に接着することができるので、ロータ２が回転する際の遠心力によって永久磁石２３ａおよび２３ｂが半径方向にずれるのをより抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、永久磁石２３ａおよび２３ｂを、ｑ軸と直交する方向に対して所定の角度θだけ傾いた方向に着磁する。これにより、永久磁石２３ａおよび２３ｂをｑ軸と直交する方向（矢印Ａ方向（図４参照））に着磁する場合に比べて、永久磁石２３ａおよび２３ｂの着磁方向に沿った方向の厚みをより大きくすることができるので、永久磁石２３ａおよび２３ｂの動作点をより高くすることができる。その結果、電動機１００の出力をより高めることができるとともに、永久磁石２３ａおよび２３ｂの不可逆減磁をより抑制することができる。また、永久磁石２３ａおよび２３ｂの着磁方向をｑ軸と直交する方向（矢印Ａ方向）に対して傾けることにより、ロータコア２２が回転する際におけるロータコア２２とステータティース１１との間のギャップ３を流れる磁束の変化を滑らかにすることができる。その結果、電動機１００のコギングトルクを低減することができる。

また、本実施形態では、上記のように、永久磁石２３ａおよび２３ｂの着磁方向の傾き角度θを、０°＜θ≦４５°の範囲に設定する。この角度範囲に角度θを設定することにより、容易に、永久磁石２３ａおよび２３ｂの着磁方向に沿った方向の厚みを大きくすることができるとともに、ロータコア２２が回転する際におけるロータコア２２とステータティース１１との間のギャップ３を流れる磁束の変化を滑らかにすることができる。

また、本実施形態では、上記のように、ロータコア２２を軸方向に積層した複数の電磁鋼板により構成し、ロータコア２２の軸方向の端面を覆うように取り付けるプレート２４を設ける。そして、シャフト２１の外周部に係合部２１ａを形成するとともに、シャフト２１の係合部２１ａと係合する係合部２４ｂをプレート２４の内周部に形成する。これにより、シャフト２１の係合部２１ａとプレート２４の係合部２４ｂとを係合させることによって、プレート２４とシャフト２１とを強固に固定することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、永久磁石の内周面側（永久磁石の内周面とシャフト（回転軸部）の外周面との間）にのみ空隙を設ける例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、永久磁石の内周面側と、永久磁石の外周面側（永久磁石の外周面と磁石被覆部の内周面との間）との両方に空隙を設けてもよい。

また、上記実施形態では、永久磁石の内周面とシャフト（回転軸部）の外周面とを永久磁石の内周面の周方向の全長に渡って離間させることにより空隙を構成する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、永久磁石の内周面と回転軸部の外周面とを永久磁石の内周面の周方向の全長に渡って離間させなくてもよい。たとえば、回転軸部の外周面を永久磁石の内周面に接触（当接）する部分を有するように凹凸形状に形成することにより、その凹凸形状の回転軸部の外周面のうちの永久磁石の内周面に当接する部分以外の部分と、永久磁石の内周面との間に空隙を構成してもよい。

また、上記実施形態では、周方向の幅がロータコアの内周部側から外周部側に向かうにしたがって徐々に大きくなる矩形形状の断面を有するように永久磁石を形成する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、周方向の幅がロータコアの内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなる扇形形状の断面を有するように永久磁石を形成してもよい。

また、上記実施形態では、永久磁石の内周面の周方向の中央部から周方向の端部に向かって大きくなるように空隙を構成する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、永久磁石の内周面の周方向の中央部と周方向の端部とで大きさが等しくなるように空隙を構成してもよい。

また、上記実施形態では、永久磁石の内周面の周方向の全長に渡って空隙を設ける例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、少なくともロータコアを介して周方向に隣接する２つの永久磁石の互いに対向する側面の内周面側の端部近傍に空隙が設けられていればよい。すなわち、ロータコアを介して周方向に隣接する２つの永久磁石の互いに対向する側面の内周面側の端部近傍に空隙が設けられていれば、永久磁石の内周面とシャフトの外周面とを近接させてもよい。このように永久磁石の内周面とシャフトの外周面とを近接させる場合では、シャフトをステンレスなどの非磁性体により形成すれば、永久磁石の内周面側から漏れる漏れ磁束をより低減することができる。

また、上記実施形態では、図３および図４に示すように、非磁性材料である接着剤層４０のみを用いて永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面側の空隙３０の内部を充填する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、図６に示す第１変形例のように、非磁性材料である接着剤層４１に加えて、非磁性材料である樹脂からなるリング部材４２をも用いて、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面側の空隙３１の内部を充填してもよい（埋めてもよい）。

この第１変形例では、図６に示すように、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面側の空隙３１の内部に、シャフト２１の外周面に接する内周面を有する円環形状のリング部材４２が設けられている。なお、リング部材４２の外周面は、ロータコア１２２を構成する複数のコア部１２２ａおよび１２２ｂの内周面と、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面の一部とに接するように配置されている。そして、リング部材４２の外周面と永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面との間に形成される空間（空隙３１）の内部に、接着剤層４１が充填されている。

第１変形例では、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面側の空隙３１の内部を充填する際に、一定の形状（円環形状）を有する樹脂からなるリング部材４２を用いることによって、硬化前においては一定の形状を有さない接着剤層４１のみを用いて空隙３１の内部を充填する場合と異なり、空隙３１の内部を効果的に充填することができる。

また、上記実施形態では、ロータコア２２を複数のコア部２２ａおよび２２ｂに分割可能に構成する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、図７に示す第２変形例のように、複数のコア部２２２ａおよび２２２ｂの内周部を連結することによって、ロータコア２２２を一部品として構成してもよい。

この第２変形例では、図７に示すように、ロータコア２２２を構成する複数のコア部２２２ａおよび２２２ｂの内周部に、周方向に隣接するコア部２２２ａおよび２２２ｂの内周部同士をロータコア２２２の内周に沿って連結する円環形状の連結コア部２２２ｅが設けられている。なお、連結コア部２２２ｅの内周面は、シャフト２１の外周面に接するように配置されている。また、連結コア部２２２ｅの外周面は、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面から半径方向の内側に離間した位置に配置されている。そして、連結コア部２２２ｅの外周面と永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面との間に形成される空間（空隙３２）の内部に、接着剤層４３が充填されている。

第２変形例では、周方向に隣接するコア部２２２ａおよび２２２ｂをロータコア２２２の内周に沿って連結する連結コア部２２２ｅを設けることによって、ロータコア２２２の強度を高めることができる。また、連結コア部２２２ｅの半径方向の厚みの分、永久磁石２３ａおよび２３ｂの内周面側の空隙３２を小さくすることができるので、空隙３２の内部に充填する接着剤層４３に用いる接着剤の量を減らすことができる。

また、上記実施形態では、図３および図４に示すように、半径方向に延びる矩形形状の断面を有する永久磁石２３ａ（２３ｂ）の内周面側に空隙３０を設ける例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、図８に示す第３変形例のように、ロータコア２２の内周部側の端部のうちのコア部２２ａ（２２ｂ）側の角部が面取りされた永久磁石１２３ａ（１２３ｂ）の内周面側に空隙３３を設けてもよい。

この第３変形例では、図８に示すように、面取り部分１２３ｃと非面取り部分１２３ｄとにより構成される永久磁石１２３ａおよび１２３ｂの内周面と、シャフト２１の外周面との間に形成される空間（空隙３３）の内部に、非磁性材料である接着剤層４４が充填されている。また、第３変形例では、コア部２２ａを介して周方向に隣接する２つの永久磁石１２３ａの互いに対向する側面同士は、内周面側の端部（面取り部分１２３ｃとコア部２２ａとが接する部分（図８の点Ｐ４およびＰ５参照））において互いに所定の距離Ｄ２だけ離間している。同様に、図８には図示していないが、コア部２２ｂを介して周方向に隣接する２つの永久磁石１２３ｂの互いに対向する側面同士も、内周面側の端部において互いに所定の距離Ｄ２だけ離間している。

第３変形例では、永久磁石１２３ａ（１２３ｂ）の内周面を面取り部分１２３ｃと非面取り部分１２３ｄとにより構成する。これにより、ロータコア２２を介して周方向に隣接する２つの永久磁石１２３ａ（１２３ｂ）の内周面側の端部（面取り部分１２３ｃとコア部２２ａとが接する部分（たとえば、図８の点Ｐ４およびＰ５参照））同士の間隔Ｄ２を所望の大きさに保ちながら、永久磁石１２３ａ（１２３ｂ）の内周面とシャフト２１の外周面との間に形成される空隙３３のうちの非面取り部分１２３ｄに対応する部分を小さくすることができる。その結果、永久磁石１２３ａ（１２３ｂ）の内周面側の端部の不可逆減磁が発生するのを抑制しながら、空隙３３の内部に充填する接着剤層４４に用いる接着剤の量を減らすことができる。

また、上記実施形態では、永久磁石を電動機（回転電機）のｑ軸と直交する方向に対して傾いた方向に着磁する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、永久磁石を回転電機のｑ軸と直交する方向に着磁してもよい。

また、上記実施形態では、複数のコア部のうちの隣接する２つのコア部の間に、周方向の幅がロータコアの内周部から外周部に向かうにしたがって徐々に大きくなる２つの永久磁石を配置する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、隣接する２つのコア部の間に配置する永久磁石を１つとしてもよいし、３つ以上としてもよい。

また、上記実施形態では、シャフト２１（回転軸部）の外周部の係合部２１ａ（第１係合部）と、プレート２４の内周部の係合部２４ｂ（第２係合部）とを歯車状に形成する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、第１係合部と第２係合部とを歯車状以外の形状に形成してもよい。

１１ ステータティース（ステータコア）
２１ シャフト（回転軸部）
２１ａ 係合部（第１係合部）
２２、１２２、２２２ ロータコア
２２ａ、２２ｂ、１２２ａ、１２２ｂ、２２２ａ、２２２ｂ コア部
２２ｄ 磁石被覆部
２３ａ、２３ｂ、１２３ａ、１２３ｂ 永久磁石
２４ プレート
２４ｂ 係合部（第２係合部）
３０、３１、３２、３３ 空隙
４０、４１、４３、４４ 接着剤層（非磁性材料）
４２ リング部材（非磁性材料）
１００ 電動機（回転電機）

Claims (13)

1. ロータコアと、
   前記ロータコアの外周部に対向するように配置されたステータコアと、
   前記ロータコアの内部に設けられ、周方向の幅が前記ロータコアの内周部側から外周部側に向かって大きくなるように形成された永久磁石とを備え、
   前記永久磁石の内周面側には、空隙が設けられている、回転電機。
2. 前記永久磁石は、周方向の幅が前記ロータコアの内周部側から外周部側に向かうにしたがって徐々に大きくなる略矩形形状の断面を有するように形成されている、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記ロータコアの内周部に取り付けられる回転軸部をさらに備え、
   前記永久磁石の内周面の少なくとも周方向の端部が前記回転軸部の外周面から半径方向の外側に離間した位置に配置されることにより、前記永久磁石の内周面側に前記空隙が設けられている、請求項１または２に記載の回転電機。
4. 前記永久磁石の内周面の周方向の中央部よりも周方向の端部が前記回転軸部からより大きく離間することにより、前記永久磁石の内周面の中央部から周方向の端部に向かって前記空隙が大きくなるように、前記永久磁石の内周面側に前記空隙が設けられている、請求項３に記載の回転電機。
5. 前記永久磁石は、前記ロータコアを介して周方向に隣接する２つの永久磁石を含み、
   前記ロータコアを介して周方向に隣接する２つの永久磁石の互いに対向する側面同士は、前記ロータコアの外周部側から内周部側に向かって互いに徐々に近づき、かつ、内周面側の端部において互いに近接した状態で離間するように、半径方向に一直線状に延びており、
   前記空隙は、少なくとも前記永久磁石の側面の内周面側の端部近傍に設けられている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機。
6. 前記ロータコアは、周方向に間隔を隔てて配置される複数のコア部を含むように構成されており、
   前記コア部の外周部には、前記コア部と隣接する前記永久磁石の外周面の前記コア部側の部分を覆う磁石被覆部が設けられており、
   前記永久磁石は、前記複数のコア部のうちの隣接するコア部の間に、前記永久磁石の内周面側に前記空隙を有するするとともに、前記永久磁石の外周面の前記磁石被覆部に覆われていない部分が露出するように配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機。
7. 前記永久磁石は、前記複数のコア部のうちの隣接するコア部の間に、前記コア部を介さずに周方向に２つ隣接するように設けられている、請求項６に記載の回転電機。
8. 前記空隙の内部には、非磁性材料が充填されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転電機。
9. 前記非磁性材料は、接着剤層を含む、請求項８に記載の回転電機。
10. 前記永久磁石は、前記回転電機のｑ軸と交差する方向に着磁されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の回転電機。
11. 前記永久磁石は、前記ｑ軸と直交する方向に対して所定の角度θだけ傾いた方向に着磁されている、請求項１０に記載の回転電機。
12. 前記所定の角度θは、０°＜θ≦４５°の範囲に設定されている、請求項１１に記載の回転電機。
13. 前記ロータコアは、軸方向に積層された複数の電磁鋼板からなり、
    前記ロータコアの内周部に取り付けられる回転軸部と、
    前記回転軸部を取り囲むとともに、前記複数の電磁鋼板からなるロータコアの軸方向の端面を覆うように取り付けられるプレートとをさらに備え、
    前記回転軸部の外周部には、第１係合部が形成されており、
    前記プレートの内周部には、前記回転軸部の前記第１係合部と係合する第２係合部が形成されている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の回転電機。

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