JP4131276B2

JP4131276B2 - 電動機並びにその回転子及び回転子用磁心

Info

Publication number: JP4131276B2
Application number: JP2005364982A
Authority: JP
Inventors: 桂治青田; 昭雄山際; 善紀安田
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2025-12-19
Also published as: ES2633642T3; EP1965484B1; KR20080068106A; CN101326699B; EP1965484A4; JP2007174738A; KR101025084B1; WO2007072707A1; AU2006327378A1; EP1965484A1; US8853909B2; CN101326699A; US20090026865A1; AU2006327378B2

Description

この発明は電動機、特に永久磁石埋込型の電動機の回転子の構造に関する。

永久磁石埋込型の電動機の回転子においては、例えば鋼板が積層されて構成された磁心に永久磁石が埋め込まれる。また回転子の外周又は内周には、固定子が設けられる。

当該永久磁石が発生する磁束の内、磁心のみを経由して固定子を経由しないものは、トルクの発生には有効に寄与しない。そこで磁心のみを経由する磁束を軽減するため、永久磁石の、磁極面とは異なる端部に、非磁性部を設ける構造が提案されている（例えば特許文献１）。この非磁性部の形状を工夫することにより、鉄損、銅損の減少を企図した技術（特許文献２）や、擬似的なスキューを得る技術（特許文献３）や、奇数次高調波を低減する技術（特許文献４）も提案されている。

特開平１１−９８７３１号公報特開２００２−４４８８号公報特開２０００−６９６９５号公報国際公開第２００５／００４３０７号パンフレット

一般に、回転子表面の磁束密度が正弦波状に分布していれば、固定子に鎖交する磁束も正弦波状となる。逆に高調波成分は鉄損や騒音の増加、制御性の困難を招来する。

そこで本発明は、回転子表面の磁束密度を改善する構造を提供することを目的とする。

この発明にかかる回転子用磁心（１８）の第１乃至第５の態様及び第８の態様は、軸（Ｑ）の周囲に配置された永久磁石埋設用孔（１２）と、各々の前記永久磁石埋設用孔の端部から中央へと軸回りに配置された、第１非磁性部（１３）、第２非磁性部（１４）、第３非磁性部（１６）とを備える。

この発明にかかる回転子用磁心の第１の態様では、前記第３非磁性部（１６）の、前記永久磁石埋設用孔（１２）の中央部側の端部の位置を、隣接する前記永久磁石埋設用孔（１２）同士の間の位置を基準位置として前記軸（Ｑ）回りの角度に換算した値（θ３）は、前記永久磁石埋設用孔（１２）の個数の３倍の値で３６０度を除した値である。

この発明にかかる回転子用磁心の第２の態様では、前記隣接する前記永久磁石埋設用孔（１２）同士の間の位置を基準位置として前記軸（Ｑ）回りの角度に換算した場合、前記第１非磁性部（１３）と前記第２非磁性部（１４）との間の位置に相当する角度（θ７）は、前記永久磁石埋設用孔（１２）の個数の７倍の値で３６０度を除した値である。

この発明にかかる回転子用磁心の第３の態様では、前記第１非磁性部（１３）、前記第２非磁性部（１４）、前記第３非磁性部（１６）は空隙である。

この発明にかかる回転子用磁心の第４の態様では、前記第１非磁性部（１３）、前記第２非磁性部（１４）、前記第３非磁性部（１６）と共に前記軸（Ｑ）回りに配置され、前記第２非磁性部と前記第３非磁性部との間に配置された第４の非磁性部（１５）を更に備える。そして隣接する前記永久磁石埋設用孔（１２）同士の間の位置を基準位置として前記軸（Ｑ）回りの角度に換算した場合、前記第３非磁性部（１６）と前記第４非磁性部（１５）との間の位置に相当する角度（２・θ７）が、前記第１非磁性部（１３）と前記第２非磁性部（１４）との間の位置に相当する角度（θ７）の２倍である。

この発明にかかる回転子用磁心の第５の態様では、前記第１非磁性部（１３）、前記第２非磁性部（１４）、前記第３非磁性部（１６）と共に前記軸（Ｑ）回りに配置され、前記第２非磁性部と前記第３非磁性部との間に配置された第４の非磁性部（１５）を更に備える。そして前記第２非磁性部（１４）と前記第４磁性部（１５）との間の位置を、隣接する前記永久磁石埋設用孔（１２）同士の間の位置を基準位置として前記軸（Ｑ）回りの角度に換算した値（θ５）は、前記永久磁石埋設用孔（１２）の個数の５倍の値で３６０度を除した値である。

この発明にかかる回転子用磁心の第６の態様は、その第４の態様乃至第５の態様のいずれかであって、前記軸（Ｑ）に沿った方向からみて、前記第４非磁性部（１５）の面積は前記第２非磁性部（１４）の面積よりも小さく、かつ前記第３非磁性部（１６）の面積よりも大きい。

この発明にかかる回転子用磁心の第７の態様は、その第４の態様乃至第６の態様のいずれかであって、前記第１非磁性部（１３）、前記第２非磁性部（１４）、前記第３非磁性部（１６）、前記第４非磁性部（１５）は空隙である。

この発明にかかる回転子用磁心の第８の態様では、一の前記永久磁石埋設用孔（１２）の端部に配置された前記第１非磁性部（１３）と、前記一の前記永久磁石埋設用孔に隣接する、他の前記永久磁石埋設用孔の端部に設けられた前記第１非磁性部との間の距離（Ｌ）は、固定子が対向する側へと前記軸（Ｑ）から近づくほど広がる。
この発明にかかる回転子用磁心の第９の態様は、その第１乃至第８の態様のいずれかであって、前記軸（Ｑ）に沿った方向からみて、前記第１非磁性部（１３）の面積は前記第２非磁性部（１４）の面積よりも大きく、前記第２非磁性部の面積は前記第３非磁性部（１６）の面積よりも大きい。

この発明にかかる回転子用磁心の第１０乃至第１３の態様は、軸（Ｑ）の周囲に配置された永久磁石埋設用孔（１２）と、各々の前記永久磁石埋設用孔の端部から中央へと軸回りに延在し、少なくとも一つ段差（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）を有してその延在方向に対する幅が狭くなる非磁性部（１３ｄ；１３ｅ）とを備える。

この発明にかかる回転子用磁心の第１０の態様では、一の前記段差（Ｐ２）の位置を、隣接する前記永久磁石埋設用孔（１２）同士の間の位置を基準位置として前記軸（Ｑ）回りの角度に換算した値（θ５）は、前記永久磁石埋設用孔（１２）の個数の５倍の値で３６０度を除した値である。

この発明にかかる回転子用磁心の第１１の態様では、一の前記段差（Ｐ１）の位置を、隣接する前記永久磁石埋設用孔（１２）同士の間の位置を基準位置として前記軸（Ｑ）回りの角度に換算した値（θ７）は、前記永久磁石埋設用孔（１２）の個数の７倍の値で３６０度を除した値である。

この発明にかかる回転子用磁心の第１２の態様では、前記段差は少なくとも二つ設けられ、隣接する前記永久磁石埋設用孔（１２）同士の間の位置を基準位置として前記軸（Ｑ）回りの角度に換算した場合、第１の前記段差（Ｐ３）の位置に相当する角度（２・θ７）が、第２の前記段差（Ｐ１）の位置に相当する角度（θ７）の２倍である。
この発明にかかる回転子用磁心の第１３の態様では、一の前記永久磁石埋設用孔（１２）の端部に配置された前記非磁性部（１３ｄ：１３ｅ）と、前記一の前記永久磁石埋設用孔に隣接する、他の前記永久磁石埋設用孔の端部に設けられた前記非磁性部との間の距離（Ｌ）は、固定子が対向する側へと前記軸（Ｑ）から近づくほど広がる。

この発明にかかる回転子用磁心の第１４の態様は、その第１０の態様乃至第１３の態様のいずれかであって、前記段差は前記永久磁石埋設用孔（１２）側に現れる。

この発明にかかる回転子用磁心の第１５の態様は、その第１０の態様乃至第１３の態様のいずれかであって、前記段差は前記永久磁石埋設用孔（１２）とは反対側に現れる。

この発明にかかる回転子用磁心の第１６の態様は、その第１０の態様乃至第１３の態様のいずれかであって、前記非磁性部（１３ｄ；１３ｅ）は空隙である。

この発明にかかる回転子用磁心の第１７の態様は、その第１０の態様乃至第１６の態様のいずれかであって、前記非磁性部（１３ｄ，１３ｅ）の、前記永久磁石埋設用孔（１２）の中央部側の端部（Ｐ４）の位置を、隣接する前記永久磁石埋設用孔（１２）同士の間の位置を基準位置として前記軸（Ｑ）回りの角度に換算した値（θ３）は、前記永久磁石埋設用孔（１２）の個数の３倍の値で３６０度を除した値である。

この発明にかかる回転子は、本発明にかかる回転子用磁心の第１乃至第１７の態様のいずれかと、前記永久磁石埋設用孔（１２）に埋設された永久磁石（１０）とを備える。

この発明にかかる電動機は、本発明にかかる回転子と、前記軸（Ｑ）に平行に前記回転子と対向する固定子（２）とを備える。望ましくは、前記固定子（２）には分布巻で電機子巻線が巻回される。

この発明にかかる回転子用磁心の第１乃至第５の態様及び第８の態様によれば、永久磁石埋設用孔に永久磁石を埋設して回転子を形成した場合に、当該永久磁石によって得られる磁極の、極間と磁極中央部との間で、永久磁石から外部へと流れる界磁磁束の量の段差を緩和することができる。よって回転子表面の磁束密度を正弦波に近づけることができる。

また第１非磁性部と第２非磁性部との間、第２非磁性部と第３非磁性部との間、のそれぞれの位置が、永久磁石埋設用孔同士の間の位置を基準とする軸回りの角度に換算された値を、ゼロクロスする角度として有する高調波を低減しつつ、機械的強度を高めることができる。

この発明にかかる回転子用磁心の第６の態様及び第９の態様によれば、永久磁石埋設用孔の端部の方が、中央部よりも非磁性体の面積が大きくなるので、永久磁石埋設用孔に永久磁石を埋設して回転子を形成した場合に、当該永久磁石から発生する磁束は、永久磁石埋設用孔の端部の方が外部に流れにくくなる。よって回転子表面の磁束密度を正弦波に近づけることができる。

この発明にかかる回転子用磁心の第１の態様によれば、第３非磁性部の、永久磁石埋設用孔の中央部側の端部は、永久磁石埋設用孔に埋設される永久磁石が発生する磁束の３次高調波が零となる位相に相当する位置であるので、この位置近傍で磁束が外部に流れても、３次高調波の抑制を損なわない。

この発明にかかる回転子用磁心の第２の態様によれば、第１非磁性部と第２非磁性部との間の位置に相当する角度は、永久磁石埋設用孔に埋設される永久磁石が発生する磁束の７次高調波が零となる位相に相当する位置であるので、この位置近傍で磁束が外部に流れても、７次高調波の抑制を損なわず、機械的強度を高めることができる。

この発明にかかる回転子用磁心の第３の態様、第７の態様、第１６の態様によれば、打ち抜かれた鋼板を積層することで、容易に構成することができる。

この発明にかかる回転子用磁心の第４の態様によれば、第１非磁性部と第２非磁性部との間の位置に相当する角度を、ゼロクロスする角度として有する高調波を低減しつつ、機械的強度を更に高めることができる。

この発明にかかる回転子用磁心の第５の態様によれば、第２非磁性部と第４磁性部との間の位置は、永久磁石埋設用孔に埋設される永久磁石が発生する磁束の５次高調波が零となる位相に相当する位置であるので、この位置近傍で磁束が外部に流れても、５次高調波の抑制を損なわず、機械的強度を高めることができる。

この発明にかかる回転子用磁心の第８態様及び第１３の態様によれば、固定子が対向する側において、磁心は磁気飽和しにくくなる。よって固定子が対向する側において、一の永久磁石埋設用孔において挿入される永久磁石から発生する磁束が、これに隣接する他の永久磁石埋設用孔において挿入される永久磁石へと、回転子内で短絡的に流れることを防止し、固定子に鎖交してトルク発生に寄与する磁束が低減することを防止する。

この発明にかかる回転子用磁心の第１０乃至第１３の態様によれば、永久磁石埋設用孔に永久磁石を埋設して回転子を形成した場合に、当該永久磁石によって得られる磁極の、極間と磁極中央部との間で、永久磁石から外部へと流れる磁束量の段差は、非磁性部の幅が相違することによって緩和することができる。よって回転子表面の磁束密度を正弦波に近づけることができる。

また非磁性部が有する段差の位置が、永久磁石埋設用孔同士の間の位置を基準とする軸回りの角度に換算された値を、ゼロクロスする角度として有する高調波を低減できる。

この発明にかかる回転子用磁心の第１７の態様によれば、非磁性部の永久磁石埋設用孔の中央部側の端部は、永久磁石埋設用孔に埋設される永久磁石が発生する磁束の３次高調波が零となる位相に相当する位置であるので、この位置近傍で磁束が外部に流れても、３次高調波の抑制を損なわない。

この発明にかかる回転子用磁心の第１０の態様によれば、当該段差の位置は、永久磁石埋設用孔に埋設される永久磁石が発生する磁束の５次高調波が零となる位相に相当する位置であるので、この位置近傍で磁束が外部に流れても、５次高調波の抑制を損なわない。

この発明にかかる回転子用磁心の第１１の態様によれば、当該段差の位置に相当する角度は、永久磁石埋設用孔に埋設される永久磁石が発生する磁束の７次高調波が零となる位相に相当する位置であるので、この位置近傍で磁束が外部に流れても、７次高調波の抑制を損なわない。

この発明にかかる回転子用磁心の第１２の態様によれば、第２の段差の位置に相当する角度を、ゼロクロスする角度として有する高調波を低減できる。

分布巻で電機子巻線が巻回される固定子を採用する場合には３次高調波を抑制する要求が大きいので、当該発明にかかる電動機はかかる固定子について好適である。

第１の実施の形態．
図１は本発明の第１の実施の形態にかかる回転子１０３の構造を示す断面図であり、軸Ｑに垂直な断面を示す。回転子１０３は軸Ｑを回転軸として、固定子（図示せず）に対して相対的に回転する。ここでは固定子が回転子１０３の外側に存在する、いわゆるインナーロータ型の回転子を例示する。但し本発明は、固定子が回転子１０３の内側に存在する、いわゆるアウターロータ型の回転子への適用を排除するものではない。

回転子１０３はその磁心１８と永久磁石１０とを備える。磁心１８は軸Ｑの周囲に配置される永久磁石埋設用孔１２を有しており、永久磁石埋設用孔１２に永久磁石１０が埋設される。永久磁石１０は相互に極性が異なる磁極面１０Ｎ，１０Ｓを有している。隣接する永久磁石１０は、相互に異なる極性の磁極面を回転子１０３の外周面に呈している。かかる磁極面の存在により、回転子１０３はその外周側に磁極を発生させる。ここでは永久磁石１０は４個（二対）設けられており、磁極対数は２となる場合が例示されている。

磁心１８は、例えば鋼板の積層によって形成することができ、締結孔１９に挿入される締結具（図示せず）によって軸Ｑ方向に沿って隣接する鋼板が相互に積層される。

永久磁石埋設用孔１２の各々の端部からは、その中央へと軸Ｑ回りに配置された、非磁性部１３，１４，１５，１６を備える。非磁性部１３，１４，１５，１６は例えば空隙であると、非磁性部１３，１４，１５，１６の位置を打ち抜いた鋼板の積層によって磁心１８を容易に構成することができる観点から望ましい。

非磁性部１３，１４，１５，１６が永久磁石１０よりも回転子１０３の外周面側に設けられており、回転子１０３は外周面側で固定子と対向するので、非磁性部１３，１４，１５，１６は永久磁石１０から発生する磁束（界磁磁束）が固定子へと鎖交することを阻害する。よって回転子１０３の外部へと流れる界磁磁束（これは固定子に鎖交する磁束量に相当する）の量は、磁極の極間と、磁極の中央部との間で段差を生じにくい。

非磁性部１３は、磁心のみを経由して固定子を経由しない界磁磁束を低減する機能を有しているが、上述した界磁磁束の量の段差を軽減する機能も併有する。しかしながら、非磁性部１３のみでは、界磁磁束の量の段差の緩和は不十分であり、回転子１０３の表面の磁束密度の変化と正弦波との相違は大きい。

しかし、非磁性部１４，１５，１６を備えることにより、回転子１０３の表面の磁束密度の変化を正弦波に、より近づけることができる。非磁性部１３，１４，１５，１６を連続的に形成する場合と比較すると、これらの間に磁心１８が介在している本実施の形態の態様は、機械的強度の観点から望ましい。

図１において、永久磁石埋設用孔１２同士の間の位置を基準とする軸Ｑ回りの角度を示している。非磁性部１３，１４の間の位置は角度θ７で表され、非磁性部１４，１５の間の位置は角度θ５で表され、非磁性部１５，１６の間の位置は角度２・θ７で表される。また非磁性部１６の、磁極中央側の端部は角度θ３で表される。換言すれば、これらの角度で表される位置で非磁性部は磁心１８を介して隣接することになる。但し、設計上の事情から、図１に示されるように、非磁性部の配置に若干の位置ずれがあってもよい。

上記角度で示される位置において非磁性部が存在しなくても、当該位置が、高調波のゼロクロスする角度に対応していれば、そのような高調波の低減を損なうことがなく、かつ磁心１８の機械的強度を高めることができる。

図２は回転子表面に現れる界磁磁束の波形を示すグラフである。本実施の形態では極対数は２であるので、回転子表面の角度に換算して１８０度が界磁磁束の一周期となり、０〜９０度の範囲が、磁極一つ分に相当する。

曲線Ｌ０は回転子表面に現れる界磁磁束の波形であり、曲線Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５，Ｌ７はそれぞれ上記界磁磁束の基本波、３次高調波、５次高調波、７次高調波を示す。角度θ３，θ５，θ７において、それぞれ３次高調波、５次高調波、７次高調波はゼロクロスする。換言すれば、永久磁石埋設用孔１２の３倍の値で３６０度を除した値を角度θ３とし、永久磁石埋設用孔１２の５倍の値で３６０度を除した値を角度θ５とし、永久磁石埋設用孔１２の７倍の値で３６０度を除した値を角度θ７とし、非磁性部１３，１４，１５，１６を上述のように配置すれば、高調波を抑制する効果を阻害せず、回転子表面に現れる界磁磁束の曲線Ｌ０は曲線Ｌ１、即ち正弦波に近づく。しかも機械的強度を得ることができる。

特に、非磁性部１６の、永久磁石埋設用孔１２の中央部（磁極中央）側の端部は、界磁磁束の３次高調波が零となる位相に相当する位置（角度θ３）である。そしてこの位置近傍で磁束が外部に流れても、３次高調波の抑制を損なわない。この位置よりも磁極中央側の領域で非磁性部を設ける必要性は小さい。当該領域でゼロクロスする高調波は５次以上の高調波であるが、磁極中央においては正弦波の変動は小さく、また当該領域において界磁磁束の量を稼ぐことも、トルクに寄与する界磁磁束を大きくする観点では望ましい設計事項であるからである。

他方、角度θ３に対応する位置よりも、永久磁石埋設用孔１２の端部（磁極の極間側）側では、７次高調波が角度θ７，２・θ７の二個所でゼロクロスする。よって非磁性部１５，１６の間の位置を角度２・θ７に設定することにより、非磁性部１３，１４の間の位置（角度θ７に相当）をゼロクロスとする７次高調波の抑制を阻害することなく、機械的強度をより高めることができる。

また、図１に示されるように、非磁性部１３の面積は非磁性部１４の面積よりも大きく、非磁性部１４の面積は非磁性部１５の面積よりも大きく、非磁性部１５の面積は非磁性部１６の面積よりも大きいことが望ましい。磁極の中央部から極間に近づくほど非磁性体の面積が大きくなるので、永久磁石１０から発生する磁束は、永久磁石埋設用孔１２の端部の方が、外部に流れにくくなる。よって回転子１０３の表面の磁束密度をより正弦波に近づけることができる。

図３乃至図５は磁極対が２の回転子において、磁極一つ分を取り出して磁束の分布を示す図である。図３は回転子１０１と固定子２との組み合わせを示し、図４は回転子１０２と固定子２との組み合わせを示し、図５は上述の回転子１０３と固定子２との組み合わせを示す。固定子２はスロット２１を有しており、スロット２１には電機子巻線が巻回される。電機子巻線の巻回方法としては、集中巻、分布巻のいずれでもよいが、分布巻の場合には、集中巻と比較すると３次高調波が顕著に発生し易いため、本発明は分布巻の固定子と組み合わせた電動機において好適である。

図３において回転子１０１は、図１の非磁性体１３に相当する、永久磁石１０の両端に非磁性体１３ａを設けているが、非磁性体１４，１５，１６に相当する非磁性体は設けられていない。

図４において回転子１０２は、図１の非磁性体１３，１４に相当する、非磁性体１３ｂ、１４ｂを設けているが、非磁性体１５，１６に相当する非磁性体は設けられていない。

図６は図３に示された構成の回転子１０１の表面磁束密度を、回転子表面の角度に対して示すグラフである。また図７は図３に示された構成の電動機において、固定子２に鎖交する磁束を回転子１０１の回転角度に対して示すグラフである。

図８は図４に示された構成の回転子１０２の表面磁束密度を、回転子表面の角度に対して示すグラフである。また図９は図４に示された構成の電動機において、固定子２に鎖交する磁束を回転子１０２の回転角度に対して示すグラフである。

図１０は図５に示された構成の回転子１０３の表面磁束密度を、回転子表面の角度に対して示すグラフである。また図１１は図５に示された構成の電動機において、固定子２に鎖交する磁束を回転子１０３の回転角度に対して示すグラフである。

図７、図９，図１１のいずれにおいても、実線及び破線は、それぞれ固定子２のバックヨーク部及びティース部を通る磁束の磁束密度を示している。

図６，図８，図１０を比較してわかるように、回転子表面の磁束密度は、回転子１０１よりも回転子１０２が、回転子１０３は回転子１０２よりも更に、正弦波に近いことがわかる。図１０に示されるように、回転子１０３の表面における磁束密度は、階段状になる。しかしこのような階段状の磁束密度が回転子表面に発生していても、固定子に鎖交する磁束は回転角に対して正弦波状になる。

図１２は図６，図８，図１０に示された回転子表面の磁束密度の空間的変化（表面の角度に対する変化に相当）について、基本波成分に対する高調波成分の大きさを示すグラフである。また図１３は図７，図９，図１１に示された鎖交磁束の磁束密度の大きさの時間的変化（回転角に対する変化に相当）について、基本波成分に対する高調波成分の大きさを示すグラフである。各次数において、左側棒グラフ、中央棒グラフ、右側棒グラフは、それぞれ回転子１０１，１０２，１０３に対応する。

回転子１０２は回転子１０３と同程度に、回転子１０１に対して５次高調波、７次高調波を大きく低減させている。しかし３次高調波については、回転子１０３の方が回転子１０２よりも顕著に低減させている。そしてこれは磁束密度の時間的変化についても同様である。

以上のように本実施の形態では、回転子表面の磁束密度を正弦波に近づけつつ、その機械的強度も向上させることができる。

第２の実施の形態．
図１４及び図１５は本発明の第２の実施の形態にかかる回転子の一部を示す断面図である。本実施の形態では第１の実施の形態における非磁性部１３，１４，１５，１６を非磁性部１３ｄ（図１４）又は非磁性部１３ｅ（図１５）で置換した構成を提示する。

非磁性部１３ｄ，１３ｅのいずれも、空隙であれば、非磁性部１３ｄ，１３ｅの位置が打ち抜かれた鋼板の積層によって磁心を容易に構成することができる観点から望ましい。

非磁性部１３ｄ，１３ｅのいずれも、永久磁石埋設用孔１２の端部から中央部へと軸回りに端部Ｐ４まで延在し、段差Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を有し、この延在方向に対する幅が狭くなる。つまり磁極の中央へと向かうに従って、幅が狭くなる。図１４，１５では図の拡大のため、永久磁石埋設用孔１２の端部一つ分の近傍のみ示したが、図１に示された永久磁石埋設用孔１２のいずれの端部においても設けられることが望ましい。

段差Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、非磁性部１３ｄでは永久磁石埋設用孔１２側に現れ、非磁性部１３ｅでは永久磁石埋設用孔１２とは反対側に現れる。

第２の実施の形態では非磁性体が連続して延在するので、非磁性体が離隔して複数設けられる第１の実施の形態の方が、機械的強度を得やすい観点からは望ましい。しかし打ち抜きなど、磁心を形成する観点からは、本実施の形態の方が望ましい。

段差Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３及び端部Ｐ４の位置は、それぞれ上記角度θ７，θ５，２・θ７，θ３に相当する。よって第１の実施の形態と類似して、磁極の極間と磁極中央部との間で、永久磁石１０から外部へと流れる界磁磁束の量の段差は、非磁性部１３ｄ，１３ｅの幅が相違することによって緩和することができる。よって回転子表面の磁束密度を正弦波に近づけることができる。

特に非磁性部１３ｄ，１３ｅの幅が永久磁石埋設用孔１２の端部から中央部へと延在する方向に沿って狭くなることは、第１の実施の形態における非磁性部１３，１４，１５，１６がこの順にそれらの面積が小さくなることと対応しており、回転子表面の磁束密度を正弦波に近づけ易い。

そして段差Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３及び端部Ｐ４の位置が、極間の位置を基準とする軸Ｑ回りの角度に換算された値を、ゼロクロスする角度として有する高調波を低減することができる。

変形．
(i)図１６は本発明の第１の実施の形態の変形として採用できる構造を例示する断面図である。相互に隣接する異なる永久磁石埋設用孔１２の端部に配置されて、磁心１８を介して対向する一対の非磁性部１３の間の距離Ｌは、固定子が対向する側（ここでは外周側）へと軸Ｑから近づくほど広がることが望ましい。

このような構成を採ることにより、固定子が対向する側において、磁心は磁気飽和しにくくなる。よって固定子が対向する側において、永久磁石１０から発生する界磁磁束が、これに隣接する他の永久磁石１０へと、回転子内で短絡的に流れることを防止する。これは、固定子に鎖交してトルク発生に寄与する磁束が低減することを防止する。

同様にして、第２の実施の形態の変形が可能である。即ち、相互に隣接する異なる永久磁石埋設用孔１２の端部に配置されて、磁心１８を介して対向する一対の非磁性部１３ｄ（あるいは非磁性部１３ｅ）の間の距離は、固定子が対向する側へと軸Ｑから近づくほど広がることが望ましい。

(ii)第１の実施の形態で示された非磁性部１３，１４，１５，１６と、第２の実施の形態で示された非磁性部１３ｄ，１３ｅの少なくともいずれか一方とを混在して磁心を形成してもよい。

本発明の第１の実施の形態にかかる回転子の構造を示す断面図である。回転子表面に現れる界磁磁束の波形を示すグラフである。磁極一つ分を取り出して磁束の分布を示す図である。磁極一つ分を取り出して磁束の分布を示す図である。磁極一つ分を取り出して磁束の分布を示す図である。図３に示された構成の回転子の表面磁束密度を、回転子表面の角度に対して示すグラフである。図３に示された構成の電動機において、固定子に鎖交する磁束を回転子の回転角度に対して示すグラフである。図４に示された構成の回転子の表面磁束密度を、回転子表面の角度に対して示すグラフである。図４に示された構成の電動機において、固定子に鎖交する磁束を回転子の回転角度に対して示すグラフである。図５に示された構成の回転子の表面磁束密度を、回転子表面の角度に対して示すグラフである。図５に示された構成の電動機において、固定子に鎖交する磁束を回転子の回転角度に対して示すグラフである。図６，図８，図１０に示された回転子表面の磁束密度の空間的変化について、基本波成分に対する高調波成分の大きさを示すグラフである。図７，図９，図１１に示された鎖交磁束の磁束密度の大きさの時間的変化について、基本波成分に対する高調波成分の大きさを示すグラフである。本発明の第２の実施の形態にかかる回転子の一部を示す断面図である。本発明の第２の実施の形態にかかる回転子の一部を示す断面図である。本発明の変形にかかる回転子の一部を示す断面図である。

符号の説明

１０永久磁石
１２磁石埋設用孔
１３，１３ｄ，１３ｅ，１４，１５，１６非磁性部
１８磁心
Ｑ軸
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４段差

Claims

軸（Ｑ）の周囲に配置された永久磁石埋設用孔（１２）と、
各々の前記永久磁石埋設用孔の端部から中央へと軸回りに配置された、第１非磁性部（１３）、第２非磁性部（１４）、第３非磁性部（１６）と
を備え、
前記第３非磁性部（１６）の、前記永久磁石埋設用孔（１２）の中央部側の端部の位置を、隣接する前記永久磁石埋設用孔（１２）同士の間の位置を基準位置として前記軸（Ｑ）回りの角度に換算した値（θ３）は、前記永久磁石埋設用孔（１２）の個数の３倍の値で３６０度を除した値である回転子用磁心（１８）。
軸（Ｑ）の周囲に配置された永久磁石埋設用孔（１２）と、
各々の前記永久磁石埋設用孔の端部から中央へと軸回りに配置された、第１非磁性部（１３）、第２非磁性部（１４）、第３非磁性部（１６）と
を備え、
前記隣接する前記永久磁石埋設用孔（１２）同士の間の位置を基準位置として前記軸（Ｑ）回りの角度に換算した場合、前記第１非磁性部（１３）と前記第２非磁性部（１４）との間の位置に相当する角度（θ７）は、前記永久磁石埋設用孔（１２）の個数の７倍の値で３６０度を除した値である回転子用磁心（１８）。
軸（Ｑ）の周囲に配置された永久磁石埋設用孔（１２）と、
各々の前記永久磁石埋設用孔の端部から中央へと軸回りに配置された、第１非磁性部（１３）、第２非磁性部（１４）、第３非磁性部（１６）と
を備え、
前記第１非磁性部（１３）、前記第２非磁性部（１４）、前記第３非磁性部（１６）は空隙である回転子用磁心（１８）。
軸（Ｑ）の周囲に配置された永久磁石埋設用孔（１２）と、
各々の前記永久磁石埋設用孔の端部から中央へと軸回りに配置された、第１非磁性部（１３）、第２非磁性部（１４）、第３非磁性部（１６）と
前記第１非磁性部（１３）、前記第２非磁性部（１４）、前記第３非磁性部（１６）と共に前記軸（Ｑ）回りに配置され、前記第２非磁性部と前記第３非磁性部との間に配置された第４の非磁性部（１５）と、
を備え、
隣接する前記永久磁石埋設用孔（１２）同士の間の位置を基準位置として前記軸（Ｑ）回りの角度に換算した場合、前記第３非磁性部（１６）と前記第４非磁性部（１５）との間の位置に相当する角度（２・θ７）が、前記第１非磁性部（１３）と前記第２非磁性部（１４）との間の位置に相当する角度（θ７）の２倍である回転子用磁心（１８）。
軸（Ｑ）の周囲に配置された永久磁石埋設用孔（１２）と、
各々の前記永久磁石埋設用孔の端部から中央へと軸回りに配置された、第１非磁性部（１３）、第２非磁性部（１４）、第３非磁性部（１６）と、
前記第１非磁性部（１３）、前記第２非磁性部（１４）、前記第３非磁性部（１６）と共に前記軸（Ｑ）回りに配置され、前記第２非磁性部と前記第３非磁性部との間に配置された第４の非磁性部（１５）と
を備え、
前記第２非磁性部（１４）と前記第４磁性部（１５）との間の位置を、隣接する前記永久磁石埋設用孔（１２）同士の間の位置を基準位置として前記軸（Ｑ）回りの角度に換算した値（θ５）は、前記永久磁石埋設用孔（１２）の個数の５倍の値で３６０度を除した値である回転子用磁心（１８）。
前記軸（Ｑ）に沿った方向からみて、
前記第４非磁性部（１５）の面積は前記第２非磁性部（１４）の面積よりも小さく、かつ前記第３非磁性部（１６）の面積よりも大きい、請求項４又は請求項５に記載の回転子用磁心。
前記第１非磁性部（１３）、前記第２非磁性部（１４）、前記第３非磁性部（１６）、前記第４非磁性部（１５）は空隙である、請求項４乃至請求項６のいずれか一つに記載の回転子用磁心。
軸（Ｑ）の周囲に配置された永久磁石埋設用孔（１２）と、
各々の前記永久磁石埋設用孔の端部から中央へと軸回りに配置された、第１非磁性部（１３）、第２非磁性部（１４）、第３非磁性部（１６）と
を備え、
一の前記永久磁石埋設用孔（１２）の端部に配置された前記第１非磁性部（１３）と、前記一の前記永久磁石埋設用孔に隣接する、他の前記永久磁石埋設用孔の端部に設けられた前記第１非磁性部との間の距離（Ｌ）は、固定子が対向する側へと前記軸（Ｑ）から近づくほど広がる回転子用磁心（１８）。
前記軸（Ｑ）に沿った方向からみて、
前記第１非磁性部（１３）の面積は前記第２非磁性部（１４）の面積よりも大きく、
前記第２非磁性部の面積は前記第３非磁性部（１６）の面積よりも大きい、請求項１乃至請求項８のいずれか一つに記載の回転子用磁心。
軸（Ｑ）の周囲に配置された永久磁石埋設用孔（１２）と、
各々の前記永久磁石埋設用孔の端部から中央へと軸回りに延在し、少なくとも一つ段差（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）を有してその延在方向に対する幅が狭くなる非磁性部（１３ｄ；１３ｅ）と
を備え、
一の前記段差（Ｐ２）の位置を、隣接する前記永久磁石埋設用孔（１２）同士の間の位置を基準位置として前記軸（Ｑ）回りの角度に換算した値（θ５）は、前記永久磁石埋設用孔（１２）の個数の５倍の値で３６０度を除した値である回転子用磁心（１８）。
軸（Ｑ）の周囲に配置された永久磁石埋設用孔（１２）と、
各々の前記永久磁石埋設用孔の端部から中央へと軸回りに延在し、少なくとも一つ段差（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）を有してその延在方向に対する幅が狭くなる非磁性部（１３ｄ；１３ｅ）と
を備え、
一の前記段差（Ｐ１）の位置を、隣接する前記永久磁石埋設用孔（１２）同士の間の位置を基準位置として前記軸（Ｑ）回りの角度に換算した値（θ７）は、前記永久磁石埋設用孔（１２）の個数の７倍の値で３６０度を除した値である回転子用磁心（１８）。
軸（Ｑ）の周囲に配置された永久磁石埋設用孔（１２）と、
各々の前記永久磁石埋設用孔の端部から中央へと軸回りに延在し、少なくとも一つ段差（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）を有してその延在方向に対する幅が狭くなる非磁性部（１３ｄ；１３ｅ）と
を備え、
前記段差は少なくとも二つ設けられ、
隣接する前記永久磁石埋設用孔（１２）同士の間の位置を基準位置として前記軸（Ｑ）回りの角度に換算した場合、第１の前記段差（Ｐ３）の位置に相当する角度（２・θ７）が、第２の前記段差（Ｐ１）の位置に相当する角度（θ７）の２倍である回転子用磁心（１８）。
軸（Ｑ）の周囲に配置された永久磁石埋設用孔（１２）と、
各々の前記永久磁石埋設用孔の端部から中央へと軸回りに延在し、少なくとも一つ段差（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）を有してその延在方向に対する幅が狭くなる非磁性部（１３ｄ；１３ｅ）と
を備え、
一の前記永久磁石埋設用孔（１２）の端部に配置された前記非磁性部（１３ｄ：１３ｅ）と、前記一の前記永久磁石埋設用孔に隣接する、他の前記永久磁石埋設用孔の端部に設けられた前記非磁性部との間の距離（Ｌ）は、固定子が対向する側へと前記軸（Ｑ）から近づくほど広がる回転子用磁心（１８）。
前記段差は前記永久磁石埋設用孔（１２）側に現れる、請求項１０至請求項１３のいずれか一つに記載の回転子用磁心。
前記段差は前記永久磁石埋設用孔（１２）とは反対側に現れる、請求項１０乃至請求項１３のいずれか一つに記載の回転子用磁心。
前記非磁性部（１３ｄ；１３ｅ）は空隙である、請求項１０乃至請求項１５のいずれか一つに記載の回転子用磁心。
前記非磁性部（１３ｄ，１３ｅ）の、前記永久磁石埋設用孔（１２）の中央部側の端部（Ｐ４）の位置を、隣接する前記永久磁石埋設用孔（１２）同士の間の位置を基準位置として前記軸（Ｑ）回りの角度に換算した値（θ３）は、前記永久磁石埋設用孔（１２）の個数の３倍の値で３６０度を除した値である、請求項１０乃至請求項１６のいずれか一つに記載の回転子用磁心。
請求項１乃至請求項１７のいずれか一つに記載の回転子用磁心と、
前記永久磁石埋設用孔（１２）に埋設された永久磁石（１０）と
を備える回転子（１０３）。
請求項１８記載の回転子と、
前記軸（Ｑ）に平行に前記回転子と対向する固定子（２）と
を備える電動機。
前記固定子（２）には分布巻で電機子巻線が巻回される、請求項１９記載の電動機。