JP5975123B2 - 内包磁石型同期機およびその回転子 - Google Patents

Description

本発明は、希土類ボンド磁石を内包した内包磁石型同期機およびその回転子に関する。

永久磁石電動機（発電機を含めて単に「モータ」という。）には種々のタイプがある。最近ではインバータ制御の発達と高磁気特性の希土類磁石の普及に伴い、省電力で高効率であり高トルクまたは高出力が望める同期機が着目されている。

同期機は、界磁用の永久磁石を回転子（ロータ）に有し、電機子巻線（コイル）を固定子（ステータ）に有するモータであって、その電機子巻線に多相交流（ＡＣ）を供給することにより固定子に回転磁界が生じて回転するモータである。同期機は、永久磁石を回転子の表面に配設した表面磁石型モータ（ＳＰＭ）と、永久磁石を回転子の内部に埋め込んだ埋込（内包）磁石型モータ（ＩＰＭ）とに大別されるが、リラクタンストルクの活用による高効率化と磁石の飛散防止を図れ信頼性が高いＩＰＭが現在の主流となりつつある。

従来のＩＰＭでは、回転子の磁極を構成する永久磁石として、所定の形状に切削や研磨等した焼結磁石を用いていた。しかし、このような焼結磁石は、形状自由度が小さく、スロットへの挿入時に欠損等を生じ易く、その固定には接着等工程が必要となっていた。このため最近のＩＰＭでは、回転子の磁極を構成する永久磁石として、直接スロット内で充填成形されたボンド磁石が用いられるようになってきた。このようなボンド磁石を用いた回転子に関する記載が、例えば、下記の特許文献にある。

特開２０１４−８２９２８号公報

特許文献１は、ロータの回転制御性（特に弱め磁束制御性）の向上を図るため、ｄ軸インダクタンス（Ｌｄ）に対する鎖交磁束量（φａ）の割合（φａ／Ｌｄ）を大きくできるボンド磁石の形状（つまりロータコアのスロット形状）を提案している。具体的にいうと、ロータに内包するボンド磁石を、ロータコアの外縁側に凸状に曲がる本体部と、本体部の周方向の両端からロータコアの外周縁に向けて延びる端部とを有する形状にすることを提案している。

しかし、ステータ側から大きな逆磁界が印加される高性能モータの場合、そのような形状のボンド磁石では、ロータ外周縁に近い領域が減磁され易くなる。これでは稀少な希土類元素を含むボンド磁石全体を有効に活用できなくなり、希土類磁石の使用量に応じた出力を十分には確保できない。

本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、ボンド磁石となる希土類磁石を有効に活用しつつ、出力の維持または向上を図れる内包磁石型同期機と、その回転子を提供することを目的とする。

本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、ロータコアのスロット形状を工夫することにより、そのスロットに充填されたボンド磁石から生じる磁束密度分布を改善し、そのボンド磁石（正確には、それを構成する希土類磁石）の減磁を抑制することを思いついた。この着想を具体的に発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。

《内包磁石型同期機の回転子》
（１）本発明の内包磁石型同期機の回転子（単に「回転子」という。）は、略円柱状または略円筒状の軟磁性体からなり、外周側に向けて凹状に湾曲し回転中心軸方向へ延在する閉環筒状の空隙である内包部が該回転中心軸の周りに複数配置されている本体と、該内包部に充填されている希土類ボンド磁石からなる永久磁石と、を備える内包磁石型同期機の回転子であって、前記内包部は、前記本体の外周縁に最も近い外周端から前記本体の回転中心軸に最も近い内周端までの区間に、該回転中心軸方向に延在し平行に対向した平面状の内壁面からなり、外周側にある該内壁面が接して隣接する複数の矩形部を有することを特徴とする。

（２）本発明の回転子によれば、ボンド磁石を構成する希土類磁石の減磁を抑制することができ、稀少な希土類磁石の使用量を増加させずに、内包磁石型同期機（単に「ＩＰＭ」、「同期機」または「モータ」という。）の性能向上を図ったり、希土類磁石の使用量を抑制しつつモータの性能維持を図ったりできる。

本発明の回転子により、ボンド磁石中の希土類磁石の減磁を抑制できる理由は次のように考えられる。本発明に係る内包部（「スロット」ともいう。）は、先ず、回転子の本体（「ロータコア」ともいう。）の外周側に向けて凹状に湾曲した閉じた筒状（溝状）の空隙からなる。このため、回転子の外部（固定子側）から強い逆磁界が加わっても、その逆磁界は、湾曲した内部に存在する軟磁性材により分散されつつ、内包部に充填成形されたボンド磁石中の希土類磁石へ作用する。このため、スロットがロータコアの外周側に凸状に形成されている場合よりも、本発明に係るボンド磁石中の希土類磁石は減磁され難い。

次に、本発明に係る内包部は、一定間隔（内幅）を維持した平行な対向する平面状の内壁面で区画される矩形部を有する。この矩形部の領域内にあるスロット（空隙）を通過する磁力線は、その内壁面（スロット（空隙）の外周面と内周面）に対して法線状となり、少なくとも矩形部内において、スロット（空隙）を通過する磁束線の磁束密度分布はほぼ均一的になる。このようなスロットに磁石粉末と溶融樹脂の混合物を充填（射出等）すると、上述の配向着磁磁場に沿って均一に配向着磁されたボンド磁石が得られる。その結果、この矩形部の領域内にあるボンド磁石を通過する磁力線は、その内壁面（ボンド磁石の外周面と内周面）に対して法線状となり、少なくとも矩形部内において、ボンド磁石を通過する磁束線の磁束密度分布はほぼ均一的になる（図１Ａ参照）。

逆に、リラクタンストルクを活用するＩＰＭに、成形時の形状自由度を有するボンド磁石を利用する場合、従来のスロット（内包部）では、内幅が一定な曲面（特に断面が円弧状となる曲面）からなる内壁面で区画されていたため、スロット（空隙）を通過する磁力線は、スロットの内側内壁面（本体の外周側）から外側内壁面（本体の内周側）へ放射状に拡がり、外側内壁面側で磁束密度が希釈化し、スロットの外側内壁面側で磁束密度が低くなり、スロット（空隙）で生じる磁束密度が総体的に小さくなっていた。

その結果、従来の内包部に充填されたボンド磁石を通過する磁力線は、ボンド磁石の内側内壁面（本体の外周側）から外側内壁面（本体の内周側）へ放射状に拡がり、外側内壁面側で磁束密度が希釈化し、スロットの外側内壁面側で磁束密度（分布）が薄くなり、ボンド磁石で生じる磁束密度は相対的に小さくなっていた（図１Ｂ参照）。なお、図１Ａと図１Ｂに示した磁束密度の分布図は、ボンド磁石を構成する原料（磁石粉末、樹脂等）、その配合比、供給磁場等の製造条件を同一とすると共に、スロットの断面積（磁石断面積）も同一に設定して作成したものである。

ステータの存在を考慮しないロータ単体の磁束密度分布（図１Ａ）から分かるように、本発明の矩形タイプのロータにおいて、例えば、図示した位置Ｘａにおける残留磁束密度Ｂｄ２ａは、従来の円弧タイプのロータ（図１Ｂ）における同等な位置Ｘｂにおける残留磁束密度Ｂｄ１ｂにくらべ、上述した配向着磁磁場の相違により、高い磁束密度を有し、ボンド磁石全体としても高い残留磁束密度分布を発揮する。

ここで、そのボンド磁石を内包した回転子を組み込んだ同期機を作動させる場合、ボンド磁石中の希土類磁石は、Ｂ−Ｈ減磁曲線上の動作点（Ｐ_１、Ｐ_２）を通るリコイル線（ｌ_１、ｌ_２）上で作動することになる（図３参照）。Ｐ_２は、本発明の矩形タイプのロータ（図１Ａ）の動作点を表し、Ｐ_１は、従来の円弧タイプのロータ（図１Ｂ）の動作点を示す。なお、当然ながら、Ｂ−Ｈ減磁曲線上の動作点（Ｐ_１、Ｐ_２）は、ロータ単体の動作点に比べ、相対的に高い位置にスライドしている。

希土類磁石が当初に有する残留磁束密度（Ｂｒ_０ ）と、リコイル線の延長線から求まる残留磁束密度（Ｂｒ_１、Ｂｒ_２）との差が、磁束密度の減少量（単に「減磁量」という。）となる。このため、同じボンド磁石使用量でのボンド磁石（希土類磁石）に生じる磁束密度が大きいほど、Ｂ−Ｈ減磁曲線上の動作点は磁束密度の大きい側へシフトし（Ｐ_１→Ｐ_２）、減磁量も小さくなる（ΔＢ_１＞ΔＢ_２）。

通常、磁石のパーミアンス係数は磁石形状で決まるが、スロットに隙間無くボンド磁石が充填成形されたロータをステータに近接配置したＩＰＭの場合、動作点は非常に高く、その鎖交磁束がほぼ磁石体積により定まる。このようなＩＰＭの場合、実質的なパーミアンス係数は、磁石全体としての外形形状のみならず、ボンド磁石内に分布している希土類異方性磁石粒子が配向、着磁される態様を含む総合的な結果としての磁石性能により定まるといえる。

このような状況の下、本発明によれば、ロータのスロットに充填成形する磁石原料として、比較的配向の困難な微細結晶を有する異方性希土類磁石粉末を用いる場合でも、従来と同一磁石断面積でありながら、従来よりも高い磁束密度領域の拡大を図れ、実効的パーミアンス係数をより高くすることができ、ＩＰＭの出力向上と、耐減磁特性を向上させることができる。

また、従来の逆円弧上のスロットでは、スロット（空隙）を通過する磁力線は、スロット（空隙）の内側内壁面（本体の外周側）から外側内壁面（本体の内周側）へ放射状にスロット全範囲において拡がっている状態であった。これに対して本発明のスロットでは、外周側に向けて凹状に湾曲し回転中心軸方向へ延在する閉環筒状の空隙である内包部であって、かつ、内包部は、本体の外周縁に最も近い外周端から本体の回転中心軸に最も近い内周端までの区間に、回転中心軸方向に延在し平行に対向した平面状の内壁面からなる矩形部を有し、磁力線は矩形部の接続部に内側内壁面から外側内壁面へ放射状に拡がっている部分へ集中させることができる。これにより本発明のロータでは、全体としてリラクタンストルクを活用しつつ、磁石の磁気特性の向上と耐減磁特性の向上を図ることができる。なお、本発明の場合も、別途、着磁を行ってもよい。

こうして本発明の回転子では、少なくとも矩形部に充填されたボンド磁石が均一的で大きな磁束密度を発揮すると共に、そのボンド磁石中の希土類磁石の減磁量が抑制されるため、希土類磁石の使用量を抑制しつつも、同期機の性能維持または性能向上等を図ることが可能となる。

なお、便宜上、内包部（特に矩形部）内のボンド磁石が発揮する磁束密度分布について説明したが、上述した内容は、その内包部へ外部から作用する磁界についても同様に該当し得る。例えば、ボンド磁石に作用する着磁場の分布や、希土類異方性磁石からなるボンド磁石の充填成形時に内包部へ印加する配向磁場の分布についても、上述した磁束密度の分布と同様なことがいえる。

《内包磁石型同期機》
（１）本発明は上述した回転子としてのみならず、その回転子を用いた内包磁石型同期機としても把握できる。すなわち本発明は、上述した回転子と、該回転子の外周囲に（均等に）配設されたコイルと該コイルの外周側で磁気回路を構成するヨークとを有する固定子と、を備えることを特徴とする内包磁石型同期機でもよい。なお、適宜、ヨークはコイル内にあるティースを含む。

（２）同期機は、基本的に、回転子に設けた永久磁石により形成される磁極と固定子により回転子の外周囲に形成される回転磁界とで生じる吸引力および反発力に基づいて回転力（マグネットトルク）を生じる。もっとも、表面磁石型同期機と異なり埋込磁石型（内包磁石型）同期機の場合、磁極に生じる（ｄ軸）インダクタンス（Ｌｄ）と磁極間に生じる（ｑ軸）インダクタンス（Ｌｑ）との間に差を生じ易いため、吸引力に基づくリラクタンストルクも回転子に生じることが多い。特にＬｄ＜Ｌｑとなる場合、リラクタンストルクとマグネットトルクは同方向となり、出力トルクが増大し得る。

そこで本発明に係る回転子も、回転子中における永久磁石（内包部）の形状や配置等を調整して、例えば、永久磁石により形成される隣接する磁極間に、この磁極により生じるマグネットトルクと同一方向に作用するリラクタンストルクを生じさせる突極を有するものであると好適である。

《内包磁石型同期機の回転子の製造方法》
さらに本発明は、上述した内包磁石型同期機やその回転子としてのみならず、その回転子の製造方法としても把握できる。すなわち本発明は、上述した矩形部を有する内包部へ溶融したバインダ樹脂中に希土類異方性磁石粉末を分散させた溶融混合物を配向磁場中で射出充填して、前記永久磁石となる希土類異方性ボンド磁石を成形する射出成形工程を備えることを特徴とする内包磁石型同期機の回転子の製造方法としても把握できる。

《その他》
（１）本発明の内包磁石型同期機には電動機のみならず発電機も含まれ、本明細書でいう電動機（モータ）も特に断らない限り、発電機（ジェネレータ）を含む。また本発明の内包磁石型同期機には、固定子に設けたコイル（電機子巻線）へ供給する交流電流の周波数に同期して回転数が変化する本来的な同期機の他、ホール素子、ロータリエンコーダ、レゾルバ等の検出手段により検出された回転子の位置に基づいて固定子側に回転磁界を生じさせるブラシレス直流（ＤＣ）モータも含まれる。ちなみに、ブラシレスＤＣモータは、インバータに供給する直流電圧を変化させて回転数を変化させ得るため、通常の直流モータと同様に制御性に優れる。

（２）本明細書では、対象物または対象部を相対的に観て、本体の回転中心に近い側を「内周側」といい、逆にその回転中心から遠い側を「外周側」という。また、本体の円筒側面または円柱側面を「外周側面」といい、その最外円（円弧）を「外周縁」という。さらに、対象部（内包部等）の回転中心に最も近い部位を「内周端」といい、逆に回転中心に最も遠い部位（外周縁に最も近い部位）を「外周端」という。そして「内周端側」とは、その内周端のさらなる内周側をいい、「外周端側」とは、その外周端のさらなる外周側をいう。なお、本明細書でいう「端」の形状は線状でも面状でもよく、「端部」はその「端」の近傍という意味である。

（３）特に断らない限り本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は下限値ｘおよび上限値ｙを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を、新たな下限値または上限値として「ａ〜ｂ」のような範囲を新設し得る。

矩形部のある内包部に充填成形されたボンド磁石の磁束密度の分布図である。 矩形部のない内包部に充填成形されたボンド磁石の磁束密度の分布図である。 本発明の実施例に係るロータとステータの部分断面図である。 Ｂ−Ｈ減磁曲線とリコイル線を示す図である。

本明細書で説明する内容は、本発明の回転子のみならず、それを用いた同期機等にも適宜該当し得る。製造方法に関する事項も、プロダクトバイプロセスとして理解すれば物に関する構成要素となり得る。そして本明細書中に記載した事項から任意に選択した一つまたは二つ以上を上述した本発明の構成要素に付加し得る。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。

《内包磁石型同期機の回転子》
（１）内包部
回転子の内包部は、上記本体中に設けられ、永久磁石を配設するための空隙からなる。内包部は、磁極となる永久磁石を内包するため、少なくとも２以上あり、通常、これらは本体の回転中心軸周りに均等に配置される。

内包部の具体的な形状は同期機の仕様等に応じて適宜調整されるが、少なくとも本発明に係る内包部は、本体の外周側に向けて凹状に湾曲し回転中心軸方向へ延在する閉環筒状をしており、さらに上述した矩形部を有する。

内包部の湾曲形状は、概略、Ｕ字型、Ｖ字型、Ｗ字型、Ｊ字型等があり、それらは１磁極あたり半径方向に複数設けた多層型内包部でもよい。内包部は、磁束密度や配向磁場の局所的な集中を回避するため、均一的な溝幅（内周側と外周側の内壁面間の距離）からなると好ましい。

内包部がどのような形状であっても、そこで充填成形されるボンド磁石は、基本的に内包部に沿った形状となるが、内包部の形状とボンド磁石の形状は完全に一致していなくてもよい。例えば、内包部にスペーサー（ピン）を介在させて射出成形等すれば、意図的に内包部の形状とボンド磁石の形状とが異なるようにすることもできる。

内包部は、できるだけ多くの領域（区間）が矩形部で構成されていると好ましいが、全体が凹状に湾曲しているため、矩形部のみで構成することはできない。そこで各内包部は、矩形部を複数有すると共に、それら隣接する矩形部の間が滑らかに湾曲した接続部で接続されていると好ましい。その際、磁束密度の局所的な集中を回避するため、接続部と内包部の内幅は同じであると好ましい。例えば、隣接する矩形部の内周側の内壁面を接続する接続部の内周側の内壁面は、（回転中心軸に垂直な）断面が円弧状となる曲面状であると好ましい。なお、各内包部の形状は、磁極中心線（面）に関して対称であると、同期機の出力特性が滑らかとなり好ましい。

（２）本体
回転子の本体は、軟磁性体からなり、通常、両面を絶縁被覆した電磁鋼板の積層体や絶縁被覆された金属粒子を加圧成形した圧粉磁心等からなる。軟磁性材は、例えば、純鉄、ケイ素鋼、合金鋼等の鉄系材であると好ましい。

内包部の外周端は、本体の外周縁近傍にあってもよいが、その内包部に充填成形されたボンド磁石（希土類磁石）の外周端部は、固定子からの逆磁界により（不可逆）減磁され易い。そこで本体は、内包部の外周縁側に開口し回転中心軸方向へ延在する開溝部を有すると好ましい。これにより、同期機の出力に寄与する領域にのみ、希土類磁石を有効に配置でき、減磁される領域に無駄な希土類磁石を使用することを回避できる。

また、本体は、隣接する内包部の外周縁側にそれぞれ設けた開溝部の間に、外周縁まで延びる突部を有すると好ましい。隣接する内包部の外周縁側に開溝部を設ける場合、外周縁側に開口した一つの開溝部で兼用することも考えられる。しかし、隣接する内包部の外周縁側に、内包部の内幅に対応した開溝部をそれぞれ設け、それらの間に外周縁まで延びる突部を設けると、その突部が突極となってリラクタンストルクの向上が図られ、ひいては希土類磁石の使用量を抑制しつつ同期機の性能向上を図れる。

《希土類ボンド磁石》
（１）原料
希土類ボンド磁石は、基本的に希土類磁石粉末とバインダ樹脂からなる。希土類磁石粉末は、希土類等方性磁石粉末でもよいが、希土類異方性磁石粉末であると、希土類磁石の使用量を抑制しつつ高性能な同期機を得ることができる。

希土類磁石粉末は、例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石粉末等である。これら希土類磁石粉末は、一種のみならず複数種からなってもよい。ちなみに複数種の磁石粉末は、成分組成が異なるものに限らず、粒径分布が異なるものでもよい。例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末の粗粉と微粉を組み合わせたものでも、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末の粗粉とＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末の微粉を組み合わせたものでもよい。このような希土類磁石粉末を用いることにより、ボンド磁石内の磁石粉末の充填率を向上させることができ、高磁束密度を発揮するボンド磁石が得られる。なお、本発明に係るボンド磁石は、希土類異方性磁石粉末および／または希土類等方性磁石粉末と、フェライト磁石粉末等とが混在したものでもよい。

バインダ樹脂には、ゴムを含む公知の材料を用いることができる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリロニトリル/スチレン樹脂、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン樹脂、メタクリル樹脂、塩化ビニル、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、超高分子量ポリエチレン、ポリブチレンテレフタレート、メチルペンテン、ポリカーボネイト、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、ポリテトラフロロエチレン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアミドイミド等の熱可塑性樹脂を用いると好ましい。またエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アミノ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ジリアルフタレート樹脂、ポリウレタン等の熱硬化性樹脂も適宜用いることができる。

（２）充填成形
本発明に係る内包部にボンド磁石を充填成形する方法として、射出成形、圧縮成形、トランスファー成形等がある。もっとも、上記の原料からなるペレット等を加熱溶融させた溶融混合物を、内包部へ射出充填した後、冷却固化して成形される射出成形が量産性に優れて好ましい。磁石原料に希土類異方性磁石粉末を用いる場合は、配向磁場を印加した内包部へ、上記の溶融混合物を充填すると、希土類磁石の特性を有効に活用できて好ましい。なお、射出成形時の加熱温度（溶融混合物の温度）は希土類磁石粉末のキュリー点未満とするとよい。配向磁場源には永久磁石を用いると、製造装置の小型化を図れて好ましい。

《内包磁石型同期機の用途》
本発明の内包磁石型同期機は、その用途を問わないが、例えば、電気自動車、ハイブリッド車若しくは鉄道車両等に用いられる車両駆動用モータ、エアコン、冷蔵庫若しくは洗濯機等に用いられる家電製品用モータなどに好適である。

実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
《内包磁石型同期機：第一実施例》
本発明の内包磁石型同期機に係る一実施例である同期モータＳＭを構成する主要部であるステータＳとロータＲの部分断面図（回転中心軸Ｏに直交する断面の１／３）を図２に示した。図２に示した同期モータＳＭは、６極９スロットタイプである。この同期モータＳＭは自動車駆動用モータや家電製品用モータ等として用いられる。以下、ステータＳおよびロータＲについて詳しく説明する。なお、図２では、紙面に垂直な方向を回転中心軸Ｏの延在方向（単に「軸方向」という。）とした。

（１）ステータ
ステータＳは、図２に示すような形状に打ち抜いた電磁鋼板（軟磁性材）を積層してなり、環状のヨークＳａと、ヨークＳａから中心方向に向けて均等に突出したティースＳｂと、隣接するティースＳｂ間に形成されたスロットＳｃを有する。各スロットＳｃには、ティースＳｂの周囲に分布巻きされた電磁コイルＣが収納されている。各電磁コイルＣには、インバータ制御された三相交流が供給される。これにより、その周波数と極数に応じた同期速度の回転磁界がステータＳに発生する。

（２）ロータ
ロータＲは、図２に示すような形状に打ち抜いた電磁鋼板を積層してなるロータコア１（本体）と、ロータコア１に形成されたスロット１３（内包部）に充填成形された希土類異方性ボンド磁石２（単に「ボンド磁石２」という。）とからなる。なお、本実施例では、ボンド磁石２はスロット１３内に隙間無く充填されている。

ロータコア１は、回転軸（図略）に嵌挿される中心穴１１と、その外周側に均等に配置され軸方向に貫通した通気路１２と、通気路１２の外周側に６つ均等に配置され内周側に凸状に湾曲した形状（外周側に向けて凹状に湾曲した形状）の貫通した細長い閉環筒状のスロット１３と、スロット１３の延長状にありスロット１３と同じ内幅でロータコア１の外周縁側に向けて矩形状（コの字状）に開口して軸方向へ延在する切欠部１４（開溝部）と、隣接する切欠部１４の間にありロータコア１の外周縁まで延在する突部１５とを有する。なお、スロット１３の外周端と切欠部１４の内周端の間は、隣接する磁極を架橋するブリッジ１６となっている。

各スロット１３は、ｄ軸の磁極中心に関して線対称な連続した貫通溝からなるが、便宜的に、矩形部１３１ａ、１３２ａ、１３１ｂ、１３２ｂからなる４つの区間と、それらの隣接間を接続する接続部１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃからなる３つの区間に分けて考えることができる。

矩形部１３１ａ、１３１ｂは、ロータコア１の外周側に、ｄ軸に関して対称的に配置されている。矩形部１３２ａ、１３２ｂは、ロータコア１の内周側に、ｄ軸に関して対称的に配置されている。いずれも、軸方向に延在する平行な内壁面で構成されており、それら内壁面の間隔（内幅）は同一である。なお、本実施例では、各矩形部の外周側にある内壁面の端部を接続することにより、スロット１３内にできるだけ多くの矩形部が形成されるようにした。

接続部１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃは、全体の断面が扇型をしており、断面が円弧状をしている内周側にある内壁面が、隣接する矩形部の内周側にある内壁面と滑らかに接続されている。なお、接続部１３３ａ、１３３ｂは、ｄ軸に関して対称的に配置されている。

切欠部１４が矩形部１３１ａ、１３１ｂの外周端側に設けられているため、矩形部１３１ａ、１３１ｂの外周端部に充填成形されたボンド磁石２は、切欠部１４によりロータコア１の外周縁よりも内周側に配置されることとなり、ステータＳから印加される逆磁界によっても減磁され難くなっている。また、突部１５は、隣接する切欠部１４を区画するのみならず、その先端はロータコア１の外周縁の一部を構成している。これにより突部１５はｑ軸の磁極（突極）を構成し、同期モータＳＭのリラクタンストルクの増大に寄与している。

（３）ボンド磁石
ボンド磁石２は、例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系異方性磁石粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末およびポリフェニレンサルファイド樹脂（バインダ樹脂）からなるペレットを、加熱溶融してなる溶融混合物がスロット１３へ射出充填されてなる。この射出成形後、磁場中射出充填装置の金型内で冷却されることによりスロット１３内で溶融混合物が固化し、スロット１３内にボンド磁石２（永久磁石）が一体成形される。こうして、スロット１３と同形なボンド磁石２を内包したロータＲが得られる。なお、ボンド磁石２は、磁場中射出成形時に配向されるのみならず、同時に着磁もされ、既に高磁束密度を発揮する状態となる。このため本実施例では別途、後着磁を行う必要がない。なお、本実施例の場合、スロット１３内における射出成形時の配向磁場分布も、ほぼ図１Ａに示すように均一的となる。

（４）モータ
同期モータＳＭは、シャフト（図略）をシャフト穴１１に嵌入して取り付けたロータＲをステータＳ内に回動自在に配設して得られる。同期モータＳＭは、インバータ制御された電源によりステータＳへ回転磁界を発生させることにより、その回転磁界に同期してロータＲが回転する。なお、本実施例に係る同期モータＳＭでは、ボンド磁石２の中央を通るｄ軸方向のインダクタンスＬｄ１よりも、そのｄ軸方向からπ／２（電気角）ずれたｑ軸方向のインダクタンスＬｑ１が大きくなる。このため同期モータＳＭには、永久磁石Ｍ１によるマグネットトルクＴｍ１のみならず、インダクタンス差（Ｌｑ１−Ｌｄ１）に基づくリラクタンストルクＴｒ１もマグネットトルクＴｍ１と同方向へ発生する。従って同期モータＳＭは、より大きな出力トルクを発揮する。

ＳＭ 同期モータ（内包磁石型同期機）
Ｓ ステータ
Ｒ ロータ
１ ロータコア（本体）
１３ スロット（内包部）
２ ボンド磁石

Claims (5)

1. 略円柱状または略円筒状の軟磁性体からなり、外周側に向けて凹状に湾曲し回転中心軸方向へ延在する閉環筒状の空隙である内包部が該回転中心軸の周りに複数配置されている本体と、
   該内包部に充填されている希土類ボンド磁石からなる永久磁石と、
   を備える内包磁石型同期機の回転子であって、
   前記内包部は、前記本体の外周縁に最も近い外周端から前記本体の回転中心軸に最も近い内周端までの区間に、該回転中心軸方向に延在し平行に対向した平面状の内壁面からなり、外周側にある該内壁面が接して隣接する複数の矩形部を有することを特徴とする内包磁石型同期機の回転子。
2. さらに、前記隣接する矩形部の間を接続する接続部を有する請求項１に記載の内包磁石型同期機の回転子。
3. 前記隣接する矩形部は、磁極中心面に関して対称に配設されている請求項１または２に記載の内包磁石型同期機の回転子。
4. 前記本体は、前記内包部の外周縁側に開口し前記回転中心軸方向へ延在する開溝部を有する請求項１〜３のいずれかに記載の内包磁石型同期機の回転子。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の回転子と、
   該回転子の外周囲に配設されたコイルと該コイルの外周側で磁気回路を構成するヨークとを有する固定子と、
   を備えることを特徴とする内包磁石型同期機。