JP5873924B2 - 回転電機のロータ - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車、ハイブリッド自動車などに搭載される回転電機のロータに関する。

現在、車両駆動用回転電機では、高保磁力特性を得るため、高価なディスプロシウム（Ｄｙ）などのレアアースを多く含有したネオジウム磁石が使用されている。しかしながら、レアアースの価格高騰に伴い、Ｄｙを低減、或は、無くしても減磁耐量を損なうことが抑制された高性能な回転電機が求められている。

例えば、特許文献１では、ロータコアに複数の永久磁石を埋設したＩＰＭモータのロータにおいて、埋設磁石の減磁耐量を向上するようにしたものが考案されている。図１１に示すように、この回転電機の回転子１００は、略Ｖ字型に配置された複数対の永久磁石１１７Ａ，１１７Ｂが、両端部に空隙１２０Ａ，１２０Ｂを有する永久磁石収容部１１９Ａ，１１９Ｂに収容されている。永久磁石１１７Ａ，１１７Ｂの磁極端部１７２Ａ、１７２Ｂ付近の磁極面１７０Ａ、１７０Ｂとロータコア１６０の外周面１６２との間には、それぞれ複数のスリット１２１Ａ，１２２Ａ，１２３Ａ、及び１２１Ｂ，１２２Ｂ，１２３Ｂが、磁極面１７０Ａ、１７０Ｂに略直交して互いに平行に配置されている。スリット１２１Ａ，１２２Ａ，１２３Ａ、及び１２１Ｂ，１２２Ｂ，１２３Ｂの径方向長さは、永久磁石１１７Ａ，１１７Ｂの磁極面１７０Ａ，１７０Ｂの中央側から磁極端部１７２Ａ、１７２Ｂに向かうに従って次第に長くなっている。このスリット１２１Ａ，１２２Ａ，１２３Ａ、及び１２１Ｂ，１２２Ｂ，１２３Ｂは、磁極面１７０Ａ，１７０Ｂの中央側から出る磁束が、磁極端部１７２Ａ、１７２Ｂとロータコアの外周面１６２との間の部位に向かうのを抑制し、これにより、永久磁石１１７Ａ，１１７Ｂの磁極端部１７２Ａ、１７２Ｂ付近での磁気飽和を抑制して減磁耐量の向上を図っている。

また、特許文献２に記載のロータでは、矩形状の永久磁石のロータ外周側長手方向外周辺両端部に、磁束短絡の形成を阻止する短絡防止手段として、単一の空隙を設け、磁石両端部の磁気抵抗を大きくして相隣り合う永久磁石の端部間の磁束の短絡を防止して、有効に磁石トルクを利用できるようにしている。

日本国特開２０１１−１９９９４７号公報（第２図） 日本国特許第３４８７６６７号公報（第３図）

ところで、回転電機の運転時においては、ステータのコイルに通電される電流の大きさ、進み角、ロータの回転角度、ロータの磁気回路構造などに応じて、様々な方向からステータの反磁界がロータに作用する。特許文献１に記載の回転電機では、磁極面１７０Ａ，１７０Ｂの中央側から出る磁束が、磁極端部１７２Ａ、１７２Ｂとロータコアの外周面１６２との間の部位に向かうのを抑制する点を考慮して設計されているが、永久磁石１１７Ａ，１１７Ｂの磁極面１７０Ａ，１７０Ｂに対して垂直な方向から作用するステータの反磁界が、永久磁石１１７Ａ，１１７Ｂに直接作用してしまうため、永久磁石１１７Ａ，１１７Ｂが減磁しやすい。また、大きなリラクタンストルクを発生させるためには、ＬｑとＬｄの突極差（Ｌｑ−Ｌｄ）が重要であり、通常、ＬｑＩｑ磁路を低磁気抵抗化し、ＬｄＩｄ磁路を高磁気抵抗化することで、突極差を大きくしてリラクタンストルクを効果的に発生させている。しかし、特許文献１の回転電機は、ＬｑＩｑ磁路上にスリット１２１Ａ，１２２Ａ，１２３Ａ、及び１２１Ｂ，１２２Ｂ，１２３Ｂが配置されて磁気抵抗が高く、ＬｄＩｄ磁路上にはスリット１２１Ａ，１２２Ａ，１２３Ａ、及び１２１Ｂ，１２２Ｂ，１２３Ｂが磁路と平行に配置されて磁気抵抗が低くなっている。このため、突極差が生じ難く、結果としてリラクタンストルクが小さくなってしまっている。

また、特許文献２に記載のロータでは、磁束短絡を防止するための技術であり、また、耐減磁特性については記載されていない。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、永久磁石に作用する反磁界を分散、低減させて耐減磁特性を向上させることができる回転電機のロータを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
磁石挿入孔（例えば、後述の実施形態における磁石挿入孔１３）が形成されるロータコア（例えば、後述の実施形態におけるロータコア１１）と、
前記磁石挿入孔に挿入される永久磁石（例えば、後述の実施形態における永久磁石１２）と、
を備えた回転電機のロータ（例えば、後述の実施形態におけるロータ１０）であって、
前記永久磁石の長手方向端部（例えば、後述の実施形態における端部２１）の外周側において、複数の空隙（例えば、後述の実施形態における空隙２２）からなる空隙群（例えば、後述の実施形態における空隙群２３）が形成されており、
前記空隙群は、
第１空隙（例えば、後述の実施形態における第１空隙２２ａ）と、
前記第１空隙よりも外周側において、複数の第２空隙（例えば、後述の実施形態における第２空隙２２ｂ）が所定のピッチ（例えば、後述の実施形態におけるピッチＰ２）で形成された第２空隙列（例えば、後述の実施形態における第２空隙列３２）と、
を備え、
前記第２空隙列の隣接する一対の前記第２空隙間にリブ（例えば、後述の実施形態におけるリブ５５）が形成されており、
前記第１空隙の前記永久磁石の外周面（例えば、後述の実施形態における外周面２４）に沿う方向における両側の端部（例えば、後述の実施形態における端部４１）は、前記リブの幅方向の中央に沿って延びる仮想線（例えば、後述の実施形態における仮想線６０）に平行な方向から見たときに、前記第２空隙列の隣接する一対の前記第２空隙に対して、前記永久磁石の前記外周面に沿う方向において各々オーバーラップしており、
前記リブの幅方向の中央に沿って延びる前記仮想線が、前記第１空隙の少なくとも一部を通過しており、
前記空隙群の磁極中央側端部は、前記永久磁石の長手方向端部の外周側表面と該外周側表面に向かい合う前記ロータコアの外周面との間に配置されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、
前記空隙群は、複数の前記第１空隙が前記永久磁石の外周面に沿って所定のピッチで形成された第１空隙列（例えば、後述の実施形態における第１空隙列３１）を備えることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２の構成に加えて、
隣接する一対の第１空隙の内の一方の中心（例えば、後述の実施形態における中心Ｏ１）と、前記永久磁石の外周面に沿う方向において前記一対の第１空隙間に位置する前記第２空隙の中心（例えば、後述の実施形態における中心Ｏ３）とを結ぶ第１の仮想線（例えば、後述の実施形態における第１の仮想線３５）と、前記一対の第１空隙の内の他方の中心（例えば、後述の実施形態における中心Ｏ２）と、該第２空隙の中心とを結ぶ第２の仮想線（例えば、後述の実施形態における第２の仮想線３６）との角度をθとするとき、θ＜９０°であることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかの構成に加えて、
前記空隙は、軸方向から見たときに円形状に形成されていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜３のいずれかの構成に加えて、
前記空隙は、軸方向から見たときに多角形状（例えば、後述の実施形態における正方形空隙６２、菱形空隙６３、正六角形空隙６４）に形成されていることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項５の構成に加えて、
前記空隙は、軸方向から見たときに略正六角形状に形成されていることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項１〜６のいずれかの構成に加えて、
前記各空隙列の内の磁極中央側の端部に位置する前記空隙は、前記永久磁石の外周面から前記ロータコアの外周面に向かう前記空隙列の順に、磁極端部側に配置されていることを特徴とする。

請求項８に係る発明は、請求項２〜７のいずれかの構成に加えて、
前記空隙群は、前記永久磁石の外周面の円周方向端部よりも、該永久磁石の外周面に沿った方向における前記ロータコアの外周面側に亘って形成されていることを特徴とする。

請求項９に係る発明は、
磁石挿入孔（例えば、後述の実施形態における磁石挿入孔１３）が形成されるロータコア（例えば、後述の実施形態におけるロータコア１１）と、
前記磁石挿入孔に挿入される永久磁石（例えば、後述の実施形態における永久磁石１２）と、
を備えた回転電機のロータ（例えば、後述の実施形態におけるロータ１０）であって、
前記永久磁石の長手方向端部（例えば、後述の実施形態における端部２１）の外周側において、複数の空隙（例えば、後述の実施形態における空隙２２）からなる空隙群（例えば、後述の実施形態における空隙群２３）が形成されており、
前記空隙群は、
軸方向から見たときに、複数の第１空隙（例えば、後述の実施形態における第１空隙２２ａ）が前記永久磁石の外周面に沿って所定のピッチ（例えば、後述の実施形態におけるピッチＰ１）で形成された第１空隙列（例えば、後述の実施形態における第１空隙列３１）と、
前記第１空隙列よりも外周側において、隣接する一対の第１空隙の間に形成された第２空隙（例えば、後述の実施形態における第２空隙２２ｂ）と、
を備え、
前記第２空隙と、前記一対の第１空隙の内の一方との間にリブ（例えば、後述の実施形態におけるリブ５７）が形成されており、
前記リブの幅方向の中央に沿って延びる仮想線（例えば、後述の実施形態における仮想線４６）が、前記一対の第１空隙の内の他方を通過しており、
前記空隙群の磁極中央側端部は、前記永久磁石の長手方向端部の外周側表面と該外周側表面に向かい合う前記ロータコアの外周面との間に配置されていることを特徴とする。

請求項１０に係る発明は、
磁石挿入孔（例えば、後述の実施形態における磁石挿入孔１３）が形成されるロータコア（例えば、後述の実施形態におけるロータコア１１）と、
前記磁石挿入孔に挿入される永久磁石（例えば、後述の実施形態における永久磁石１２）と、
を備えた回転電機のロータ（例えば、後述の実施形態におけるロータ１０）であって、
前記永久磁石の長手方向端部（例えば、後述の実施形態における端部２１）の外周側において、複数の空隙（例えば、後述の実施形態における空隙２２）からなる空隙群（例えば、後述の実施形態における空隙群２３）が形成されており、
前記空隙群は、
軸方向から見たときに、複数の第１空隙（例えば、後述の実施形態における第１空隙２２ａ）が前記永久磁石の外周面に沿って第１のピッチで形成された第１空隙列（例えば、後述の実施形態における第１空隙列３１）と、
前記第１空隙列よりも外周側において、複数の第２空隙（例えば、後述の実施形態における第２空隙２２ｂ）が前記永久磁石の前記外周面に沿って第２のピッチで形成された第２空隙列（例えば、後述の実施形態における第２空隙列３２）と、
前記第２空隙列よりも外周側において、隣接する一対の第２空隙の間に形成された第３空隙（例えば、後述の実施形態における第３空隙２２ｃ）と、
を備え、
前記第３空隙と、前記一対の第２空隙の内の一方との間にリブ（例えば、後述の実施形態におけるリブ７１）が形成されており、
前記リブの幅方向の中央に沿って延びる仮想線（例えば、後述の実施形態における仮想線７２）が、前記第１空隙を通過しており、
前記空隙群の磁極中央側端部は、前記永久磁石の長手方向端部の外周側表面と該外周側表面に向かい合う前記ロータコアの外周面との間に配置されていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、回転電機の運転時において、永久磁石の外周面に様々な方向から反磁界が作用した場合においても、反磁界が永久磁石の端部の特定の箇所に集中することを抑制することができ、永久磁石の端部の特定の箇所が減磁してしまうことを抑制できる。

請求項２の発明によれば、さらに効果的に反磁界を永久磁石の外周面に沿う方向に分散することができる。

請求項３の発明によれば、一対の第１空隙の内の一方と第２空隙との間に形成されたリブを通過する反磁界の経路上に、一対の第１空隙の内の他方が位置することになる。したがって、仮に反磁界が、一対の第１空隙の内の一方と第２空隙との間に形成されたリブの延設方向に沿って作用する場合でも、永久磁石の端部に直接作用することを抑制でき、永久磁石の端部に作用する反磁界を、永久磁石の外周面に沿う方向に効果的に分散して減磁を抑制することができる。

請求項４の発明によれば、空隙間に形成されたリブの一部に角部（屈曲部）が形成されることを抑制でき、ロータが回転する際、ロータコアに作用する遠心力の応力がリブ全体に分散されて、ロータコアの強度の低下をより効果的に抑制することができる。

請求項５及び６の発明によれば、１つの空隙列における空隙同士の間のリブ、および隣合う空隙列における空隙同士の間のリブの太さを均一にすることができ、リブの局所的な強度の低下が抑制される。したがって、空隙の大きさを確保しつつ、リブの強度の低下を抑制することができる。

請求項７の発明によれば、永久磁石の磁極中央側から磁極外端部側に向かう磁束を効果的に抑制することができる。

請求項８の発明によれば、永久磁石の外周面に作用する反磁界の一部を、空隙同士間のリブによって永久磁石の外周面の円周方向端部よりも、永久磁石の外周面に沿った方向におけるロータコアの外周面側にも分散させることができるため、永久磁石の端部の特定の箇所が減磁してしまうことをさらに効果的に抑制することができる。

請求項９の発明によれば、リブに沿ってリブを通過する反磁界の経路上に、一対の第１空隙の内の他方が位置することになる。したがって、請求項１と同様の効果に加えて、仮に反磁界がリブの延設方向に沿って作用する場合でも、永久磁石の端部に直接作用することが抑制され、永久磁石の外周面に沿う方向に効果的に分散できる。

請求項１０の発明によれば、リブに沿ってリブを通過する反磁界の経路上に、第１空隙が位置することになる。したがって、請求項１と同様の効果に加えて、仮に反磁界がリブの延設方向に沿って作用する場合でも、永久磁石の端部に直接作用することが抑制され、永久磁石の端部に作用する反磁界を、永久磁石の外周面に沿う方向に効果的に分散できる。

本発明に係る第１実施形態のロータの正面図である。 図１における部分拡大図である。 （ａ）は、空隙の配置関係を説明するための図２のＡで囲まれた部分の拡大図であり、（ｂ）は、空隙間に形成されるリブを説明するための図２のＡで囲まれた部分の拡大図である。 （ａ）は従来のロータの部分拡大図、（ｂ）は第１実施形態のロータの部分拡大図、（ｃ）は従来のロータと本発明のロータの減磁率を比較して示すグラフである。 空隙の他の配置関係を説明するための図２のＡで囲まれた部分の拡大図である。 本発明に係る第２実施形態のロータの部分拡大図である。 第２実施形態の空隙の配置関係を説明するための図６のＢで囲まれた部分の拡大図である。 （ａ）は第３実施形態のロータの部分拡大図、（ｂ）は第３実施形態の変形例のロータの部分拡大図である。 （ａ）は本発明の第４実施形態のロータの部分拡大図、（ｂ）は第４実施形態の変形例のロータの部分拡大図、（ｃ）は第４実施形態の他の変形例のロータの部分拡大図である。 図９（ａ）の空隙の配置関係を説明するための拡大図である。 従来のロータの部分拡大図である。

以下、本発明の各実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の回転電機のロータ１０は、不図示のステータの内側に間隙を介して回転可能に配置されている。ロータ１０は、同一形状の円板状の電磁鋼板を多数積層して形成されるロータコア１１と、ロータコア１１に設けられた複数の磁石挿入孔１３に充填材を用いてそれぞれ埋め込まれた複数の永久磁石１２とを備える。

複数の磁石挿入孔１３は、ロータコア１１の外周方向に向かって開くように略Ｖ字状に形成された一対の磁石挿入孔１３毎に所定の間隔で形成されており、各永久磁石１２は、一対の磁石挿入孔１３毎に磁極の向きを変えながら、各磁石挿入孔１３にそれぞれ挿入されている。例えば、２つの永久磁石１２ａでは、外周側がＮ極とすると、隣接する２つの永久磁石１２ｂでは、外周側がＳ極となる。

図２も参照して、磁石挿入孔１３には、ロータコア１１の外周面１５に近い側の端部に空隙１７が磁石挿入孔１３に連続して形成されている。また、ロータコア１１の内周面１６に近い側の端部にも空隙１８が磁石挿入孔１３に連続して形成されている。従って、磁石挿入孔１３に永久磁石１２が埋め込まれた状態では、永久磁石１２の両端部に磁束短絡防止用の空隙１７、１８が設けられる。

永久磁石１２の長手方向外端部２１（２１ａ、２１ｂ）の外周側には、円形状に形成された複数の空隙２２からなる空隙群２３が形成されている。空隙群２３は、永久磁石１２の外周面２４に沿って複数の第１空隙２２ａが所定のピッチＰ１で形成された第１空隙列３１と、第１空隙列３１よりも外周側において、複数の第２空隙２２ｂが所定のピッチＰ２で形成された第２空隙列３２と、第２空隙列３２よりも外周側において、複数の第３空隙２２ｃが所定のピッチＰ３で形成された第３空隙列３３と、永久磁石１２の外周面２４の外周側の延長線上に位置し、空隙１７の外周側に所定のピッチで形成される側方空隙列３４と、を含んでいる。なお、空隙群２３は、第１空隙列３１と第２空隙列３２とから構成されてもよく、第３空隙列３３よりも外周側に更に、第４空隙列を備えることもできる。

また、空隙群２３の磁極中央側端部は、永久磁石１２の外周面２４からロータコア１１の外周面１５に向かって延びている。特に、第１、第２、第３空隙列３１、３２、３３の磁極中央側端部に位置する空隙２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、永久磁石１２の外周面２４からロータコア１１の外周面１５に向かうに従って磁極外端部２１ａ，２１ｂ側に配置されている。

ここで、図３（ａ）に示すように、空隙群２３では、隣接する一対の第１空隙２２ａの内の一方の中心Ｏ１と、永久磁石１２の外周面２４に沿った方向において一対の第１空隙２２ａ間に位置する第２空隙２２ｂの中心Ｏ３とを結ぶ第１の仮想線３５と、一対の第１空隙２２ａの内の他方の中心Ｏ２と第２空隙２２ｂの中心Ｏ３とを結ぶ第２の仮想線３６との角度θは、９０°より小さく（θ＜９０°）設定されている。また、隣接する一対の第２空隙２２ｂの内の一方の中心Ｏ３と、永久磁石１２の外周面２４に沿った方向において一対の第２空隙２２ｂ間に位置する第３空隙２２ｃの中心Ｏ５とを結ぶ第３の仮想線３７と、一対の第２空隙２２ｂの内の他方の中心Ｏ４と第３空隙２２ｃの中心Ｏ５とを結ぶ第４の仮想線３８との角度ψも、９０°より小さく（ψ＜９０°）設定されている。なお、図３（ａ）では、第１の仮想線３５と第３の仮想線３７とを同一直線として示しているが、別々の直線を構成するものであってもよい。

また、図３（ａ）に示すように、第１空隙２２ａの永久磁石１２の外周面２４に沿う方向における両側の端部４１は、永久磁石１２の外周面２４に対して垂直な方向（後述するリブ５５の幅方向の中央に沿って延びる仮想線６０に平行な方向）から見たときに、第２空隙列３２の隣接する一対の第２空隙２２ｂに対して、永久磁石１２の外周面２４に沿う方向において各々オーバーラップしている。

また、第２空隙列３２の隣接する一対の第２空隙２２ｂ、２２ｂ間に形成されるリブ５５の幅方向の中央に沿って延びる仮想線６０が、第１空隙２２ａの少なくとも一部を通過する。なお、本実施形態のような空隙２２が円形状の場合には、第２空隙列３２の隣接する一対の第２空隙２２ｂ同士が最も近接する部位４４における、隣接する一対の第２空隙２２ｂの各々の接線４２、４２に挟まれた領域４３内に、第１空隙２２ａの少なくとも一部が位置しているとして規定することもできる。

これにより、図３（ｂ）に示すように、隣接する一対の第２空隙２２ｂ同士の間と、一対の第２空隙２２ｂの内の一方と第１空隙２２ａとの間と、一対の第２空隙２２ｂの内の他方と第１空隙２２ａの間とに、それぞれリブ５５、５６、５７が形成され、分岐部において連結される少なくとも３つのリブ５５、５６、５７が形成される。３つのリブ５５、５６、５７には、回転電機の運転時においては、ステータのコイルに通電される電流の大きさ・進み角、ロータの回転角度、ロータの磁気回路構造等に応じて、永久磁石の端部に対して様々な方向から反磁界が作用することとなる。しかし、所定の方向から作用する反磁界が、３つのリブ５５、５６、５７の内のいずれかのリブを通って永久磁石１２に向かう場合には、分岐部において他の２つのリブに分岐しながら永久磁石１２に作用することになる。よって、永久磁石１２の端部２１に作用する反磁界は、永久磁石１２の外周面２４に沿う方向に分散することになるため、回転電機の運転時において、様々な方向から反磁界が作用した場合においても、反磁界が永久磁石１２の端部２１の特定の箇所に集中することが抑制され、特定の箇所における減磁を抑制できる。

また、第１空隙２２ａと一対の第２空隙２２ｂとの間には少なくとも３つのリブ５５、５６、５７が形成されるため、従来のように単一の空隙が形成された場合に比べて、ロータコアの強度の低下を抑制できる。更に、各空隙列間に形成されたリブは、ｑ軸方向の磁路（ＬｑＩｑ磁路）としても機能するため、ｑ軸方向に磁束が通過しやすく、ｑ軸方向のインダクタンス（Ｌｑ）が大きくなる。したがって、突極性（Ｌｑ−Ｌｄ）を大きくすることができ、リラクタンストルクを効果的に発生させることができる。

また、第２空隙２２ｂと第３空隙列３３の隣接する一対の第３空隙２２ｃとの位置関係も、上記した第１空隙２２ａと第２空隙列３２の隣接する一対の第２空隙２２ｂとの位置関係と同様の位置関係にある。
即ち、図３（ｂ）に示すように、第２空隙２２ｂの永久磁石１２の外周面２４に沿う方向における両側の端部９５は、永久磁石１２の外周面２４に対して垂直な方向から見たときに、第３空隙列３３の隣接する一対の第３空隙２２ｃに対して、永久磁石１２の外周面２４に沿う方向において各々オーバーラップしている。また、第３空隙列３３の隣接する一対の第３空隙２２ｃ、２２ｃ間に形成されるリブ９６の幅方向の中央に沿って延びる仮想線９７が、第２空隙２２ｂの少なくとも一部を通過する。

図４（ｃ）は、図４（ａ）に示す従来のロータと、図４（ｂ）に示す本実施形態のロータ（ｂ）とを用いて、各減磁率を比較して示すグラフであり、永久磁石１２の円周方向の端部２１（２１ａ、２１ｂ）の外周側に、複数の空隙２２からなる空隙群２３を配置することで、反磁界が分散及び低減され、耐減磁特性が大幅に向上していることが分かる。なお、図示しないが、空隙の配置位置を適宜調整することで、永久磁石１２の減磁する位置を制御することも可能となり、低保磁力の磁石のロータへの適用可能性が広がる。

以上説明したように、本実施形態のロータ１０によれば、永久磁石１２の円周方向の端部２１の外周側に形成された複数の空隙２２からなる空隙群２３は、第１空隙２２ａと、第１空隙２２ａの外周側において所定のピッチＰ２で形成された第２空隙列３２とを備え、第２空隙列３２の隣接する一対の第２空隙２２ｂ、２２ｂ間にリブ５５が形成されており、第１空隙２２ａの永久磁石１２の外周面２４に沿う方向における両側の端部４１は、リブ５５の幅方向の中央に沿って延びる仮想線６０に平行な方向から見たときに、第２空隙列３２の隣接する一対の第２空隙２２ｂに対して、永久磁石１２の外周面２４に沿う方向において各々オーバーラップしており、リブ５５の幅方向の中央に沿って延びる仮想線６０が、第１空隙２２ａの少なくとも一部を通過している。これにより、永久磁石１２の外周面２４に垂直な方向から作用する反磁界は、第２空隙２２ｂあるいは第１空隙２２ａを迂回し、空隙２２ａ，２２ｂ間に形成されたリブ５５、５６、５７で分岐しながら通過した上で、永久磁石１２の端部２１に作用することになる。したがって、永久磁石１２の外周面２４に垂直な方向から作用する反磁界が、永久磁石１２の端部２１に直接作用することが抑制され、永久磁石１２の外周面２４に垂直な方向から作用する反磁界によって、永久磁石１２の端部２１が減磁してしまうことを抑制できる。

また、空隙群２３は、複数の第１空隙２２ａが永久磁石１２の外周面２４に沿って所定のピッチｐ１で形成された第１空隙列３１を備えるので、さらに効果的に反磁界を永久磁石１２の外周面２４に沿う方向に分散することができる。

また、隣接する一対の第１空隙２２ａの内の一方の第１空隙２２ａの中心Ｏ１と、第２空隙２２ｂの中心Ｏ３とを結ぶ第１の仮想線３５と、他方の第１空隙２２ａの中心Ｏ２と第２空隙２２ｂの中心Ｏ３とを結ぶ第２の仮想線３６との角度θがθ＜９０°であるので、一対の第１空隙２２ａの内の一方の第１空隙２２ａと第２空隙２２ｂとの間に形成されたリブ５７を通過する反磁界の経路上に他方の第１空隙２２ａが位置することになる。従って、反磁界が一対の第１空隙２２ａの内の一方の第１空隙２２ａと第２空隙２２ｂとの間に形成されたリブ５７の延設方向に沿って作用しても永久磁石１２の端部２１に作用する反磁界は、永久磁石１２の外周面に沿う方向に分散されて特定の箇所における減磁を抑制できる。

更に、空隙２２は、軸方向から見たときに円形状に形成されているので、空隙２２間に形成されたリブの一部に角部（屈曲部）が形成されることを抑制でき、ロータ１０が回転する際、ロータコア１１に作用する遠心力の応力がリブ全体に分散されて、ロータコア１１の強度の低下をより効果的に抑制することができる。

更に、空隙列３１、３２、３３の内の磁極中央側の端部に位置する空隙２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、永久磁石１２の外周面２４からロータコア１１の外周面１５に向かう空隙列３１、３２、３３の順に、磁極外端部２１ａ、２１ｂ側に配置されているので、永久磁石１２の磁極中央側から磁極外端部２１ａ、２１ｂ側に向かう磁束を効果的に抑制することができる。

また、永久磁石１２の外周面２４からロータコア１１の外周面１５に向かう空隙列３１、３２、３３の順に、磁極外端部２１ａ、２１ｂ側に配置されているので、ＬｑＩｑ磁路を確保しやすく（図４（ｂ）参照。）、ｑ軸方向のインダクタンス（Ｌｑ）が大きくなる。したがって、突極性（Ｌｑ−Ｌｄ）を大きくすることができ、リラクタンストルクを効果的に発生させることができる。

さらに、空隙群２３は、永久磁石１２の外周面２４の円周方向端部２１ａ，２１ｂよりも、永久磁石１２の外周面２４に沿った方向におけるロータコア１１の外周面１５側に亘って形成されているので、永久磁石１２の外周面２４に作用する反磁界の一部を、空隙２２同士間のリブによって永久磁石１２の外周面２４の円周方向端部２１ａ，２１ｂよりも、永久磁石１２の外周面２４に沿った方向におけるロータコア１１の外周面１５側にも分散させることができるため、永久磁石１２の端部の特定の箇所が減磁してしまうことをさらに効果的に抑制することができる。なお、本実施形態では、第１、第２、及び側方空隙列３１，３２，３４が、当該位置に空隙２２を含んでいる。

なお、本実施形態は、図５に示すように、空隙の配置関係を規定してもよい。即ち、第２空隙２２ｂと一対の第１空隙２２ａ、２２ａの内の一方との間にリブ５７が形成されており、このリブ５７の幅方向の中央に沿って延びる仮想線４６は、一対の第１空隙２２ａ、２２ａの内の他方を通過している。これにより、リブ５７に沿ってリブ５７を通過する反磁界の経路上に、一対の第１空隙２２ａの内の他方が位置することになる。したがって、仮に反磁界がリブ５７の延設方向に沿って作用する場合でも、永久磁石１２の外周面２４に沿う方向に効果的に分散でき、永久磁石１２の端部２１に直接作用する反磁界を抑制できる。

なお、空隙２２が円形状あるいは楕円形状等のように曲線で形成される場合には、第２空隙２２ｂと、隣接する一対の第１空隙２２ａの内の一方とが最も近接する部位４７における、第２空隙２２ｂと第１空隙２２ａの内の一方の各々の接線４８に挟まれた領域４９内に、隣接する一対の第１空隙２２ａの他方の少なくとも一部が位置しているとして規定することもでき、上記と同様の効果を奏する。

（第２実施形態）
図６は本発明に係る第２実施形態のロータの部分拡大図、図７は空隙の配置関係を説明するための部分拡大図である。

図６に示すように、空隙群２３では、隣接する一対の第１空隙２２ａの内の一方の中心Ｏ１と第２空隙２２ｂの中心Ｏ３とを結ぶ第１の仮想線３５ａと、一対の第１空隙２２ａの内の他方の中心Ｏ２と第２空隙２２ｂの中心Ｏ３とを結ぶ第２の仮想線３６ａとの角度θは、９０°より大きく（θ＞９０°）設定されている。また、隣接する一対の第２空隙２２ｂの内の一方の中心Ｏ３と第３空隙２２ｃの中心Ｏ５とを結ぶ第３の仮想線３７ａと、一対の第２空隙２２ｂの内の他方の中心Ｏ４と第３空隙２２ｃの中心Ｏ５とを結ぶ第４の仮想線３８ａとの角度ψも、９０°より大きく（ψ＞９０°）設定されている。なお、図６では、第１の仮想線３５ａと第３の仮想線３７ａとを同一直線として示しているが、別々の直線を構成するものであってもよい。

図７に示すように、角度θ、ψを９０°より大きくして配列された空隙群２３では、第３空隙２２ｃと、一対の第２空隙２２ｂの内の一方との間にリブ７１が形成されており、リブ７１の幅方向の中央に沿って延びる仮想線７２が、第１空隙２２ａを通過している。これにより、リブ７１に沿ってリブ７１を通過する反磁界の経路上に、第１空隙２２ａが位置することになる。したがって、仮に反磁界がリブ７１の延設方向に沿って作用する場合でも、永久磁石１２の端部２１に直接作用することが抑制され、永久磁石１２の端部２１に作用する反磁界を、永久磁石１２の外周面２４に沿う方向に効果的に分散できる。

また、この実施形態においても、空隙群２３は、永久磁石１２の外周面２４の円周方向端部２１よりも、永久磁石１２の外周面２４に沿った方向におけるロータコア１１の外周面１５側に亘って形成されているので、当該位置にある空隙２２同士間のリブによって、永久磁石１２の外周面２４に作用する反磁界の一部を分散させることができる。
その他の構成及び効果については、第１実施形態のロータ１０と同様である。

なお、本実施形態の上記規定は、後述する第４実施形態のような、多角形状空隙によって構成される空隙群の場合においても適用可能である。
また、本実施形態では、空隙２２が円形状あるいは楕円形状等のように曲線で形成される場合には、第３空隙２２ｃと、隣接する一対の第２空隙２２ｂの内の一方とが最も近接する部位７３における、第３空隙２２ｃと、第２空隙２２ｂの内の一方の各々の接線７４に挟まれた領域７５内に、第１空隙２２ａの少なくとも一部が位置しているとして規定することもでき、上記と同様の効果を奏する。

（第３実施形態）
図８（ａ）は第３実施形態のロータの部分拡大図であり、空隙群２３は、永久磁石１２の一端部２１ａ、２１ｂ近傍において、永久磁石１２の外周面２４の外周側だけでなく、内周面の内周側に、また、永久磁石１２の他端部２１ｃ、２１ｄ近傍において、永久磁石１２の外周面２４の外周側や内周面の内周側に配置されている。

また、図８（ｂ）は第３実施形態の変形例のロータの部分拡大図であり、空隙群２３は、永久磁石１２の外周面２４に沿って連続し、永久磁石１２の長手方向両端部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄに向かって空隙列数が増加するように形成されている。
いずれの場合も、空隙群２３によってロータコア１１の内周面１６に近い側の永久磁石１２の端部に作用する反磁界を更に抑制することができる。

（第４実施形態）
図９は、本発明の第４実施形態及びその変形例に係るロータの部分拡大図であり、（ａ）の空隙群６１は、多角形状空隙として、正方形空隙６２で形成され、（ｂ）の空隙群６１は菱形空隙６３で形成され、（ｃ）の空隙群６１は正六角形空隙６４で形成されている。いずれの空隙６２、６３、６４も、隣接する第１空隙の間に第２空隙が形成され、第２空隙の間に第３空隙が形成されている。即ち、隣接する空隙列の空隙６２、６３、６４同士は、永久磁石１２の外周面２４に沿って略半ピッチずつずらされて配置されている。

このように、各空隙の形状が異なる場合であっても、上記実施形態と同様に規定することができ、同様の効果を奏することができる。例えば、図９（ａ）に示す正方形空隙６２の場合、図１０に示すように、空隙群６１は、軸方向から見たときに、複数の第１空隙６２ａが永久磁石１２の外周面２４に沿って第１のピッチＰ１で形成された第１空隙列８１と、第１空隙列８１よりも外周側において、複数の第２空隙６２ｂが永久磁石１２の外周面２４に沿って第２のピッチＰ２で形成された第２空隙列８２と、第２空隙列８２よりも外周側において、複数の第３空隙６２ｃが永久磁石１２の外周面２４に沿って第３のピッチＰ３で形成された第３空隙列８３と、を備える。

そして、第２空隙列８２の隣接する一対の第２空隙６２ｂ間にリブ８５が形成され、また、第１空隙６２ａの永久磁石１２の外周面２４に沿う方向における両側の端部８４は、リブ８５の幅方向の中央に沿って延びる仮想線８６に平行な方向から見たときに、第２空隙列８２の隣接する一対の第２空隙６２ｂに対して、永久磁石１２の外周面２４に沿う方向において各々オーバーラップしており、リブ８５の幅方向の中央に沿って延びる仮想線８６が、第１空隙６２ａの少なくとも一部を通過している。

なお、この場合も、隣接する一対の第１空隙６２ａの内の一方の中心Ｏ１と、第２空隙６２ｂの中心Ｏ３とを結ぶ第１の仮想線８７と、一対の第１空隙６２ａの内の他方の中心Ｏ２と、第２空隙６２ｂの中心Ｏ３とを結ぶ第２の仮想線８８との角度をθとするとき、θ＜９０°である。また、隣接する一対の第２空隙２２ｂの内の一方の中心Ｏ３と、第３空隙２２ｃの中心Ｏ５とを結ぶ第３の仮想線８９と、一対の第２空隙２２ｂの内の他方の中心Ｏ４と第３空隙２２ｃの中心Ｏ５とを結ぶ第４の仮想線９０との角度ψも、９０°より小さく（ψ＜９０°）設定されている。なお、図１０では、第１の仮想線８７と第３の仮想線８９とを同一直線として示しているが、別々の直線を構成するものであってもよい。

本実施形態のロータ１０によれば、空隙６２、６３、６４は、軸方向から見たときに略正六角形状などの多角形状に形成されているので、１つの空隙列における空隙６２、６３、６４同士の間のリブ６５、および隣合う空隙列における空隙同士の間のリブ６６の太さを均一にすることができ、リブ６５、６６の局所的な強度の低下が抑制される。したがって、空隙６２、６３、６４の大きさを確保しつつ、リブ６５、６６の強度の低下を抑制することができる。

尚、本発明は、前述した各実施形態及び変形例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
本実施形態では、ロータコア１１の一対の磁石挿入孔１３毎に磁極の向きを変えているが、各磁石挿入孔毎に磁極の向きを変えてもよく、その場合には、永久磁石１２の長手方向両端部の外周側にそれぞれ空隙群が設けられてもよい。また、一対の磁石挿入孔は、協働してＶ字状を形成する場合に限定されず、直線状に並んで形成される場合にも適用可能であり、その場合にも、永久磁石の長手方向外端部の外周側に少なくとも空隙群が設けられればよい。
なお、本発明は、２０１２年４月１０日出願の日本特許出願（特願２０１２−０８９５２８）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

１０ ロータ
１１ ロータコア
１２、１２ａ、１２ｂ 永久磁石
１３ 磁石挿入孔
２１、２１ａ、２１ｂ 長手方向外端部
２２ 空隙
２２ａ、６２ａ 第１空隙
２２ｂ、６２ｂ 第２空隙
２２ｃ、６２ｃ 第３空隙
２３、６１ 空隙群
２４ 永久磁石の外周面
３１、８１ 第１空隙列
３２、８２ 第２空隙列
３３、８３ 第３空隙列
３５、３５ａ 第１の仮想線
３６、３６ａ 第２の仮想線
４１ 第１空隙の端部
５５、５６、５７、７１ リブ
４６、６０、７２ 仮想線
６２ 正方形空隙（多角形状空隙）
６３ 菱形空隙（多角形状空隙）
６４ 正六角形空隙（多角形状空隙）
Ｏ１ 隣接する一対の第１空隙の内の一方の中心
Ｏ２ 隣接する一対の第１空隙の内の他方の中心
Ｏ３ 第２空隙の中心
Ｐ１ ピッチ
Ｐ２ ピッチ
Ｐ３ ピッチ
θ、ψ 角度

Claims (10)

1. 磁石挿入孔が形成されるロータコアと、
   前記磁石挿入孔に挿入される永久磁石と、
   を備えた回転電機のロータであって、
   前記永久磁石の長手方向端部の外周側において、複数の空隙からなる空隙群が形成されており、
   前記空隙群は、
   第１空隙と、
   前記第１空隙よりも外周側において、複数の第２空隙が所定のピッチで形成された第２空隙列と、を備え、
   前記第２空隙列の隣接する一対の前記第２空隙間にリブが形成されており、
   前記第１空隙の前記永久磁石の外周面に沿う方向における両側の端部は、前記リブの幅方向の中央に沿って延びる仮想線に平行な方向から見たときに、前記第２空隙列の隣接する一対の前記第２空隙に対して、前記永久磁石の前記外周面に沿う方向において各々オーバーラップしており、
   前記リブの幅方向の中央に沿って延びる前記仮想線が、前記第１空隙の少なくとも一部を通過しており、
   前記空隙群の磁極中央側端部は、前記永久磁石の長手方向端部の外周側表面と該外周側表面に向かい合う前記ロータコアの外周面との間に配置されていることを特徴とする回転電機のロータ。
2. 前記空隙群は、複数の前記第１空隙が前記永久磁石の外周面に沿って所定のピッチで形成された第１空隙列を備えることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ。
3. 隣接する一対の第１空隙の内の一方の中心と、前記永久磁石の外周面に沿う方向において前記一対の第１空隙間に位置する前記第２空隙の中心とを結ぶ第１の仮想線と、前記一対の第１空隙の内の他方の中心と、該第２空隙の中心とを結ぶ第２の仮想線との角度をθとするとき、θ＜９０°であることを特徴とする請求項２に記載の回転電機のロータ。
4. 前記空隙は、軸方向から見たときに円形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機のロータ。
5. 前記空隙は、軸方向から見たときに多角形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機のロータ。
6. 前記空隙は、軸方向から見たときに略正六角形状に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の回転電機のロータ。
7. 前記各空隙列の内の磁極中央側の端部に位置する前記空隙は、前記永久磁石の外周面から前記ロータコアの外周面に向かう前記空隙列の順に、磁極端部側に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転電機のロータ。
8. 前記空隙群は、前記永久磁石の外周面の円周方向端部よりも、該永久磁石の外周面に沿った方向における前記ロータコアの外周面側に亘って形成されていることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の回転電機のロータ。
9. 磁石挿入孔が形成されるロータコアと、
   前記磁石挿入孔に挿入される永久磁石と、
   を備えた回転電機のロータであって、
   前記永久磁石の長手方向端部の外周側において、複数の空隙からなる空隙群が形成されており、
   前記空隙群は、
   軸方向から見たときに、複数の第１空隙が前記永久磁石の外周面に沿って所定のピッチで形成された第１空隙列と、
   前記第１空隙列よりも外周側において、隣接する一対の第１空隙の間に形成された第２空隙と、
   を備え、
   前記第２空隙と、前記一対の第１空隙の内の一方との間にリブが形成されており、
   前記リブの幅方向の中央に沿って延びる仮想線が、前記一対の第１空隙の内の他方を通過しており、
   前記空隙群の磁極中央側端部は、前記永久磁石の長手方向端部の外周側表面と該外周側表面に向かい合う前記ロータコアの外周面との間に配置されていることを特徴とする回転電機のロータ。
10. 磁石挿入孔が形成されるロータコアと、
    前記磁石挿入孔に挿入される永久磁石と、
    を備えた回転電機のロータであって、
    前記永久磁石の長手方向端部の外周側において、複数の空隙からなる空隙群が形成されており、
    前記空隙群は、
    軸方向から見たときに、複数の第１空隙が前記永久磁石の外周面に沿って第１のピッチで形成された第１空隙列と、
    前記第１空隙列よりも外周側において、複数の第２空隙が前記永久磁石の前記外周面に沿って第２のピッチで形成された第２空隙列と、
    前記第２空隙列よりも外周側において、隣接する一対の第２空隙の間に形成された第３空隙と、
    を備え、
    前記第３空隙と、前記一対の第２空隙の内の一方との間にリブが形成されており、
    前記リブの幅方向の中央に沿って延びる仮想線が、前記第１空隙を通過しており、
    前記空隙群の磁極中央側端部は、前記永久磁石の長手方向端部の外周側表面と該外周側表面に向かい合う前記ロータコアの外周面との間に配置されていることを特徴とする回転電機のロータ。

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