JP6064369B2 - 回転子コア、回転子および回転電機 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、回転子コア、回転子および回転電機に関する。

従来、電動機や発電機などの回転電機として、永久磁石式の回転電機が知られる。永久磁石式の回転電機は、回転子コアの周方向に並べて配設される複数の永久磁石を備える回転子と、回転子の外周面と空隙を介して対向配置される固定子とを備える回転電機である。

この種の回転電機としては、回転子コアの外周面に対して永久磁石が配置されるＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）型の回転電機のほか、回転子コアの内部に対して永久磁石が埋め込まれるＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）型の回転電機がある。ＩＰＭ型の回転電機は、特に、工作機械、電気自動車、ロボット等の分野において広く用いられる。

特開２００５−０３９９６３号公報

しかしながら、従来の回転電機には、永久磁石の減磁を生じ難くするという点でさらなる改善の余地がある。ここで、永久磁石の減磁とは、永久磁石の残留磁束が低下することである。永久磁石の減磁は、たとえば、電機子反作用による逆磁界の発生等によって生じる。

永久磁石の減磁は、回転電機の性能低下の一因となり得るため、回転電機においては、永久磁石の減磁を生じさせないことが望ましい。

実施形態の一態様は、永久磁石の減磁を生じ難くすることができる回転子コア、回転子および回転電機を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る回転子コアは、外周側へ向かって互いの間隔が拡がるように配置され、径方向に対する磁極の向きが同じである一対の永久磁石がそれぞれ挿入される一対の磁石穴を備える。磁石穴は、永久磁石の形状に沿って形成される第１の穴部と、第１の穴部に対して永久磁石が挿入された場合に、この永久磁石の角部のうち他方の永久磁石に最も近い角部を空隙を介して覆う第２の穴部とが連結した形状である。そして、第２の穴部は、この第２の穴部と他方の第２の穴部との間に長手方向が径方向を向いた四角形状のブリッジ部を形成する。また、双方の第２の穴部は、互いに対向する側面同士が、外周側へ向かうに従って遠ざかる形状に形成される。

実施形態の一態様によれば、永久磁石の減磁を生じ難くすることができる。

図１は、第１の実施形態に係るモータをシャフトの軸方向から見た模式図である。 図２は、第１の実施形態に係る回転子コアの構成を示す模式図である。 図３は、図２に示す磁石穴部周辺の拡大図である。 図４は、図３に示す第２の穴部周辺の拡大図である。 図５Ａは、第２の穴部の他の形状例を示す図である。 図５Ｂは、第２の穴部の他の形状例を示す図である。 図６は、第２の実施形態に係るモータをシャフトの軸方向から見た模式図である。 図７は、第２の実施形態に係る回転子コアの構成を示す模式図である。 図８は、空洞部周辺の拡大模式図である。 図９は、磁石穴部の構成を示す模式図である。 図１０Ａは、第２の穴部周辺の拡大模式図である。 図１０Ｂは、第２の穴部の構成を示す模式図である。 図１１Ａは、空洞部の他の構成を示す模式図である。 図１１Ｂは、空洞部の他の構成を示す模式図である。 図１１Ｃは、空洞部の他の構成を示す模式図である。 図１１Ｄは、空洞部の他の構成を示す模式図である。 図１１Ｅは、空洞部の他の構成を示す模式図である。 図１１Ｆは、回転子コアの他の構成を示す模式図である。 図１２は、第２の穴部の他の構成を示す模式図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する回転子コア、回転子および回転電機の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。たとえば、以下では、本願の開示する回転電機がモータである場合の例について説明するが、本願の開示する回転電機は、たとえば発電機であってもよい。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係るモータの構成について図１を用いて説明する。図１は、第１の実施形態に係るモータをシャフトの軸方向から見た模式図である。図１に示すように、実施形態に係るモータ１は、回転子１０と、固定子２０と、シャフト３０とを備える。

回転子１０は、回転子コア１１と、永久磁石１２とを備える。回転子コア１１は、電磁鋼板などの薄板材（電磁鋼板形成体）を多数枚積層して形成される筒状の部材（電磁鋼板積層体）であり、内部には複数の永久磁石１２が周方向に沿って配設される。回転子１０は、シャフト３０に取り付けられており、かかるシャフト３０を中心軸として回転する。

固定子２０は、回転子１０の外周面と空隙を介して対向配置される部材である。かかる固定子２０は、固定子コア２１と、固定子巻線２２とを備える。

固定子コア２１は、略円筒状の部材であり、内周側には、径方向内側へ突出するティース２１１が周方向に沿って多数形成される。ティース２１１間の空間は、スロット２１２と呼ばれ、各スロット２１２内には、絶縁被覆電線を用いて巻装された固定子巻線２２が収められる。なお、固定子巻線２２は、分布巻線方式で巻装されるものとするが、集中巻線方式で巻装されてもよい。

固定子２０の固定子巻線２２に電流が流れることにより、固定子２０の内側には、回転磁界が発生する。この回転磁界と回転子１０の永久磁石１２が発生する磁界との相互作用によって回転子１０が回転し、この回転子１０の回転に伴ってシャフト３０が回転する。

第１の実施形態に係るモータ１は、１極を構成する永久磁石１２が、第１の磁石１２ａおよび第２の磁石１２ｂの２つで形成される。第１の磁石１２ａおよび第２の磁石１２ｂは、径方向に対する磁極の向きが同じであり、互いの間隔が回転子コア１１の外周側へ向かって拡がるＶ字状に配置される。

たとえば、図１に示すように、第１の磁石１２ａがＮ極を外周側へ向けて配置される場合には、この第１の磁石１２ａのペアとなる第２の磁石１２ｂもＮ極を外周側へ向けて配置される。

また、隣接する永久磁石１２同士は、径方向に対する磁極の向きが互いに逆向きとなるように配置される。たとえば、図１に示すように、第１の磁石１２ａおよび第２の磁石１２ｂのＮ極が外周側を向く永久磁石１２の隣には、第１の磁石１２ａおよび第２の磁石１２ｂのＮ極が回転中心側を向く永久磁石１２が配置される。

ここで、従来の回転電機には、たとえば電機子反作用による固定子からの逆磁界によって永久磁石の減磁が生じる可能性があった。永久磁石の減磁は、回転電機の性能を低下させる一因となり得る。

そこで、第１の実施形態に係るモータ１は、永久磁石１２において減磁が生じ易い箇所の周辺に所定の空隙を設けることとした。具体的には、永久磁石１２を挿入するために回転子コア１１に形成される磁石穴に対して、永久磁石１２が挿入されない部分（後述する第２の穴部１１２ｂ，１１３ｂ）を形成することとした。これにより、固定子２０からの逆磁界が発生した場合であっても、永久磁石１２の減磁を生じ難くすることができる。

なお、従来の回転電機には、永久磁石間において磁束漏れが発生する可能性もあった。このため、モータ１は、隣接する永久磁石１２同士によって挟まれる領域に対して空洞部１１１を形成することによって磁束漏れの低減を図っている。かかる点については、第２の実施形態において説明する。

次に、回転子コア１１の構成について具体的に説明する。図２は、第１の実施形態に係る回転子コア１１の構成を示す模式図である。

図２に示すように、回転子コア１１には、第１の磁石穴１１２および第２の磁石穴１１３を１組とする磁石穴部１１４が、周方向に並んで形成される。それぞれの磁石穴部１１４は、４５度の極ピッチ角で設けられる極ピッチ線Ｐに対して第１の磁石穴１１２と第２の磁石穴１１３とが線対称となるように配置される。

第１の磁石穴１１２は、第１の磁石１２ａ（図１参照）が挿入される磁石穴である。また、第２の磁石穴１１３は、第２の磁石１２ｂ（図１参照）が挿入される磁石穴である。第１の磁石穴１１２および第２の磁石穴１１３は、互いの間隔が外周側へ向かって拡がるＶ字状に配置される。

なお、ここでは、回転子コア１１に対して８組の磁石穴部１１４が形成される場合の例を示すが、回転子コア１１に形成される磁石穴部１１４の組数は、８組に限定されない。

次に、磁石穴部１１４の構成について図３を用いて具体的に説明する。図３は、磁石穴部１１４周辺の拡大図である。なお、図３には、第１の磁石穴１１２および第２の磁石穴１１３に対してそれぞれ第１の磁石１２ａおよび第２の磁石１２ｂが挿入された状態を示している。

図３に示すように、第１の磁石穴１１２は、第１の穴部１１２ａと、第２の穴部１１２ｂと、第３の穴部１１２ｃとが連結した形状を有する。同様に、第２の磁石穴１１３も、第１の穴部１１３ａと、第２の穴部１１３ｂと、第３の穴部１１３ｃとが連結した形状を有する。なお、第２の磁石穴１１３は、第１の磁石穴１１２と対称形状である。このため、以下では、第１の磁石穴１１２の形状についてのみ説明する。

第１の穴部１１２ａは、第１の磁石１２ａの形状に沿って形成される穴部である。具体的には、第１の磁石１２ａは矩形状の永久磁石であるため、第１の穴部１１２ａも矩形状に形成される。第１の磁石１２ａは、この第１の穴部１１２ａに対して挿入される。

第２の穴部１１２ｂは、第１の磁石１２ａおよび第２の磁石１２ｂが互いに最も近接する位置の近傍に形成される。具体的には、第２の穴部１１２ｂは、第１の磁石１２ａの角部のうち、第２の磁石１２ｂに最も近い角部１２０ａを覆う形状に形成される。

かかる角部１２０ａは、第１の磁石１２ａにおいて減磁が生じ易い箇所である。具体的には、電機子反作用等によって生じる逆向きの磁束、すなわち、固定子２０から回転子コア１１の中心へ向かって流れる磁束は、第１の磁石１２ａおよび第２の磁石１２ｂ間の領域に集中する傾向がある。このため、第２の磁石１２ｂに最も近い第１の磁石１２ａの角部１２０ａは、減磁の影響を受け易い。

特に、第１の磁石１２ａの角部１２０ａと、第１の磁石１２ａに最も近い第２の磁石１２ｂの角部１２０ｂとの間の領域は、他の部分と比較して間隔が狭くなっているため、固定子２０から回転子１０の中心へ向かって流れる磁束がさらに集中し易い。

これに対して第１の実施形態にかかる回転子コア１１には、第１の磁石１２ａの角部１２０ａを覆うように第２の穴部１１２ｂが形成されている。これにより、第１の磁石１２ａの角部１２０ａと回転子コア１１との間には空隙が形成されることとなる。空隙中の空気は、回転子コア１１を形成する鉄等の金属と比較して透磁率が低い。したがって、第２の穴部１１２ｂが空隙を介して角部１２０ａを覆うことによって、角部１２０ａの減磁を生じ難くすることができる。

次に、第２の穴部１１２ｂのより具体的な構成について図４を用いて説明する。図４は、図３に示す第２の穴部１１２ｂ周辺の拡大図である。

図４に示すように、第２の穴部１１２ｂは、第１の磁石１２ａ（図３参照）の外周側の側面１２１の一部および第２の磁石１２ｂ（図３参照）と対向する第１の磁石１２ａ（図３参照）の側面１２２の一部を覆う形状に形成される。なお、これら側面１２１および側面１２２の一部をそれぞれ含んだ部分が第１の磁石１２ａの角部１２０ａである。

ここで、第１の磁石穴１１２と第２の磁石穴１１３との間の領域をブリッジ部と称する。電機子反作用等によって生じた磁束は、かかるブリッジ部を主に通過する。

角部１２０ａは、かかるブリッジ部１１０から離れた位置に配置される。このため、角部１２０ａは、ブリッジ部１１０と接する位置に配置される場合と比較して、減磁の影響を受け難くなる。

また、第２の穴部１１２ｂは、外周側の側面６０ｃと、第１の磁石１２ａにおける外周側に位置する側面１２１との間の距離Ｌ１が、ブリッジ部１１０へ向かうにつれて大きくなる形状に形成される。

すなわち、第１の磁石１２ａは、第２の穴部１１２ｂの形状を大きくするほど、減磁の影響を受け難くなるが、一方で、第１の磁石１２ａから固定子２０へ流れる有効磁束が第２の穴部１１２ｂによって阻害される可能性も高くなる。このため、第１の磁石１２ａの角部１２０ａに近いほど距離Ｌ１が大きくなるように第２の穴部１１２ｂを形成することで、第１の磁石１２ａの角部１２０ａの減磁を生じ難くしつつ、有効磁束の減少を抑えることができる。

また、第１の実施形態では、角部１２０ａがブリッジ部１１０から離れた位置に配置されるため、角部１２０ａがブリッジ部１１０から離れた位置に配置されない場合と比べて角部１２０ａが減磁しにくい。このため、角部１２０ａがブリッジ部１１０から離れた位置に配置されない場合と比べて、距離Ｌ１を小さくすることができる。距離Ｌ１が小さくなるほど、有効磁束が第２の穴部１１２ｂによって阻害されにくくなるため、第１の実施形態によれば、有効磁束の減少をさらに抑えることができる。

また、図４に示すように、第２の穴部１１２ｂ，１１３ｂは、互いに対向する側面６０ａ，６０ｂ同士が平行に形成される。

すなわち、ブリッジ部１１０は、回転子コア１１の中で相対的に強度の低い領域である。このため、側面６０ａ，６０ｂ同士を平行に形成することで、ブリッジ部１１０の強度低下を抑えつつ、角部１２０ａの減磁を生じ難くすることができる。

なお、図４では、第２の穴部１１２ｂ，１１３ｂの対向する側面６０ａ，６０ｂ同士を平行に形成する場合の例を示したが、側面６０ａ，６０ｂ同士は、必ずしも平行である必要はない。

また、第１の実施形態では、第２の穴部１１２ｂ，１１３ｂ間におけるブリッジ部１１０において磁気飽和が生じるように第２の穴部１１２ｂ，１１３ｂが形成される。磁気飽和が生じると、ブリッジ部１１０にはそれ以上の量の磁束が流れなくなる。すなわち、ブリッジ部１１０を流れる磁束の量が制限されるため、第１の磁石１２ａの漏れ磁束を低減させることができ、有効磁束の減少を抑えることができる。

なお、ブリッジ部１１０が飽和すると、第１の磁石１２ａの漏れ磁束を低減させることができ、有効磁束の減少を抑えることができるが、角部１２０ａが減磁し易い傾向になる。逆に、ブリッジ部１１０が飽和しないと、角部１２０ａが減磁しにくい傾向になるが、第１の磁石１２ａの漏れ磁束が増え、有効磁束の減少する傾向になる。これらを考慮し、ブリッジ部１１０の幅が決定されればよく、第１の実施形態では、ブリッジ部１１０を飽和させるとしたが、これに限定されない。

なお、ブリッジ部１１０を飽和させ易くする場合には、幅を狭くすればよい。逆に、ブリッジ部１１０を飽和させにくくする場合には、幅を広くすればよい。

図５Ａに、第２の穴部の他の形状例を示す。たとえば、図５Ａに示すように、第２の穴部１１２ｂ＿１，１１３ｂ＿１の対向する側面６０ａ＿１，６０ｂ＿１は、外周側へ向かうに従って遠ざかる形状に形成されてもよい。

また、角部１２０ａの減磁をより確実に生じ難くするためには、ブリッジ部１１０の長さを短くすることによって、ブリッジ部１１０にできるだけ多くの磁束を流すことが望ましい。これは、磁気飽和によりブリッジ部１１０を流れ切れなかった磁束が、第２の穴部１１２ｂ等を流れることによって角部１２０ａが減磁されることを防止することができるためである。

このため、第２の磁石１２ｂと対向する第１の磁石１２ａの側面１２２における、角部１２０ａの頂点ａ１から第２の穴部１１２ｂの端部ａ３までの長さＬ２は、側面１２２の長さ（頂点ａ１〜頂点ａ２までの長さ）の１／２よりも短いことが望ましい。言い換えれば、長さＬ２は、第１の磁石１２ａにおける短手方向の側面の長さの１／２よりも短いことが望ましい。

しかし、頂点ａ１から第２の穴部１１２ｂの端部ａ３までの長さは、これに限ったものではない。図５Ｂに、第２の穴部の他の形状例を示す。

たとえば、図５Ｂに示すように、頂点ａ１から第２の穴部１１２ｂ＿２の端部ａ３＿１までの長さＬ３は、第１の磁石１２ａの側面１２２の長さ（頂点ａ１〜頂点ａ２までの長さ）の１／２よりも長くてもよい。言い換えれば、長さＬ３は、第１の磁石１２ａにおける短手方向の側面の長さの１／２よりも長くてもよい。このようにすることで、ブリッジ部１１０＿１に磁束が流れ難くなるため、通常運転時においてブリッジ部１１０＿１を通過して第１の磁石１２ａへと回り込む漏れ磁束の量を低減することができる。

図３に戻り、第３の穴部１１２ｃについて説明する。第３の穴部１１２ｃは、第１の穴部１１２ａの端部を外周側へ向けて拡張させた穴部である。この第３の穴部１１２ｃは、回転子コア１１の外周との間で磁気飽和を生じさせて漏れ磁束を低減するために形成される。

かかる第３の穴部１１２ｃを設けることで、第１の磁石穴１１２と回転子コア１１の外周との間の間隔が狭くなる。この結果、第３の穴部１１２ｃおよび回転子コア１１の外周間の領域において磁気飽和が生じ易くなり、この領域を磁束が通り難くなる。漏れ磁束は、この領域を通過してＳ極へと流れるため、第３の穴部１１２ｃを設けることによって磁束漏れを低減することができる。

上述してきたように、第１の実施形態に係る回転子コアは、外周側へ向かって互いの間隔が拡がるように配置され、径方向に対する磁極の向きが同じである一対の永久磁石がそれぞれ挿入される一対の磁石穴を備える。

磁石穴は、永久磁石の形状に沿って形成される第１の穴部と、第１の穴部に対して永久磁石が挿入された場合に、この永久磁石の角部のうち他方の永久磁石に最も近い角部を所定の空隙を介して覆う第２の穴部とが連結した形状である。そして、第２の穴部は、この第２の穴部と他方の磁石穴における第２の穴部との間にブリッジ部を形成する。

したがって、第１の実施形態に係る回転子コアによれば、永久磁石の減磁を生じ難くすることができる。

（第２の実施形態）
ところで、回転子コアに形成される磁石穴等の形状は、上述した第１の実施形態において例示した形状に限ったものではない。そこで、以下では、回転子コアの他の形状例について説明する。図６は、第２の実施形態に係るモータをシャフトの軸方向から見た模式図である。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同様の部分については、既に説明した部分と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図６に示すように、第２の実施形態に係るモータ１＿１は、回転子１０＿１と、固定子２０と、シャフト３０とを備える。また、回転子１０＿１は、回転子コア１１＿１と、永久磁石１２とを備える。そして、回転子コア１１＿１には、隣接する永久磁石１２同士によって挟まれる領域に対して空洞部１１１＿１が形成される。

また、第２の実施形態に係るモータ１＿１も、第１の実施形態に係るモータ１と同様、第１の磁石１２ａおよび第２の磁石１２ｂが、回転子コア１１＿１の外周側へ向かって互いの間隔が拡がるＶ字状に配置される。

なお、ここでは、モータ１＿１が、第１の実施形態に係る永久磁石１２と同一の永久磁石１２を備える場合の例を示すが、モータ１＿１は、永久磁石１２と異なる永久磁石を備えていてもよい。また、ここでは、モータ１＿１が、第１の実施形態に係る固定子２０およびシャフト３０と同一の固定子２０およびシャフト３０を備える場合の例を示すが、モータ１＿１は、固定子２０およびシャフト３０とは異なる固定子およびシャフトを備えていてもよい。

次に、第２の実施形態に係る回転子コア１１＿１の構成について図７を用いて説明する。図７は、第２の実施形態に係る回転子コア１１＿１の構成を示す模式図である。

図７に示すように、回転子コア１１＿１には、第１の磁石穴１１２＿１および第２の磁石穴１１３＿１を１組とする磁石穴部１１４＿１が、周方向に並んで形成される。それぞれの磁石穴部１１４＿１は、４５度の極ピッチ角で設けられる極ピッチ線Ｐに対して第１の磁石穴１１２＿１と第２の磁石穴１１３＿１とが線対称となるように配置される。

第１の磁石穴１１２＿１は、第１の磁石１２ａが挿入される磁石穴である。また、第２の磁石穴１１３＿１は、第２の磁石１２ｂが挿入される磁石穴である。第１の磁石穴１１２＿１および第２の磁石穴１１３＿１は、外周側へ向かって互いの間隔が拡がるＶ字状に配置される。

図７に示すように、空洞部１１１＿１は、領域Ｒに対して形成される。領域Ｒは、第１の磁石穴１１２＿１と、この第１の磁石穴１１２＿１に隣接し、磁極が逆向きである第２の磁石１２ｂが挿入される第２の磁石穴１１３＿１（すなわち、他の磁石穴部１１４＿１が備える第２の磁石穴１１３＿１）とで挟まれる領域である。

具体的には、この領域Ｒは、仮想線Ｌ１１と、仮想線Ｌ１２と、上記２つの磁石穴１１２＿１，１１３＿１とによって囲まれる領域である。仮想線Ｌ１１は、上記２つの磁石穴１１２＿１，１１３＿１の最も外周側に位置する点ａ１１，ａ１２同士を結ぶ仮想線である。また、仮想線Ｌ１２は、上記２つの磁石穴１１２＿１，１１３＿１の最も回転中心Ｏ側に位置する点ａ１３，ａ１４同士を結ぶ仮想線である。

ここで、空洞部１１１＿１の具体的な配置および形状について図８を用いて説明する。図８は、空洞部１１１＿１周辺の拡大模式図である。

なお、図８の説明では、図７に示す第２の磁石穴１１３＿１、すなわち、第１の磁石穴１１２＿１に隣接する２つの第２の磁石穴１１３＿１のうち、磁極が逆向きである第２の磁石１２ｂが挿入される第２の磁石穴１１３＿１を「第２の磁石穴１１３＿１」と呼ぶ。

図８に示すように、空洞部１１１＿１は、領域Ｒ（図７参照）のうち、第１の磁石穴１１２＿１と第２の磁石穴１１３＿１とが近接する領域に形成される。これは、仮に、永久磁石１２のＮ極からＳ極へと回り込む漏れ磁束が発生する場合、上記の領域を通る可能性が高いためである。

ここで、たとえば第１の磁石穴１１２＿１に挿入される第１の磁石１２ａに漏れ磁束が発生したと仮定すると、第１の磁石１２ａのＳ極へ到達する漏れ磁束は、第１の磁石穴１１２＿１における点ａ１６に近い位置ほど多く、点ａ１６から第１の磁石穴１１２＿１の側面６５ａに沿って遠ざかるほど少なくなる。点ａ１６は、第１の磁石穴１１２＿１と第２の磁石穴１１３＿１とが最も近接する点の１つである。

一方、第１の磁石穴１１２＿１における点ａ１８よりも点ａ１４（図７参照）側に到達する漏れ磁束は僅かであり、モータ１＿１の性能に影響を与えることはほとんどない。点ａ１８は、点ａ１６から点ａ１４へ向かって１／３の距離にある点である。

そこで、第２の実施形態では、図８に示すように、空洞部１１１＿１を領域Ｒ１に形成することとした。領域Ｒ１は、第２の磁石穴１１３＿１上の点ａ１７と第１の磁石穴１１２＿１上の点ａ１８とを結ぶ仮想線Ｌ１４よりも外周側、かつ、第２の磁石穴１１３＿１上の点ａ１５と第１の磁石穴１１２＿１上の点ａ１６とを結ぶ仮想線Ｌ１３よりも回転中心Ｏ側の領域である。ここで、第２の磁石穴１１３＿１における点ａ１５は、第２の磁石１２ｂの角部１２０ｂの頂点が位置する点であり、第１の磁石穴１１２＿１と最も近接する点でもある。また、点ａ１７は、点ａ１５から点ａ１３（図７参照）へ向かって１／３の距離にある点である。これにより、永久磁石１２間の磁束漏れを効果的に低減することができる。

また、具体的には図９を用いて説明するが、第１の磁石穴１１２＿１には第３の穴部１１２ｃ＿１が形成される。第３の穴部１１２ｃ＿１は、第１の磁石１２ａが挿入された場合に第１の磁石１２ａとの間で空隙を形成する穴部である。

第３の穴部１１２ｃ＿１を設けることで、第１の磁石穴１１２＿１と回転子コア１１＿１の外周との間の間隔が狭くなる。この結果、第３の穴部１１２ｃ＿１および回転子コア１１＿１の外周間の領域において磁気飽和が生じ易くなり、この領域を磁束が通り難くなる。漏れ磁束は、この領域を通過してＳ極へと流れるため、第３の穴部１１２ｃ＿１を設けることによって磁束漏れを低減することができる。

また、空洞部１１１＿１は、第１の磁石穴１１２＿１との間の最小間隔が、第１の磁石穴１１２＿１と回転子コア１１＿１の外周との間の最小間隔と同一となるように配置される。空洞部１１１＿１と第２の磁石穴１１３＿１との間の最小間隔についても同様である。

このように、空洞部１１１＿１および磁石穴１１２＿１，１１３＿１間の間隔を、磁石穴１１２＿１，１１３＿１および回転子コア１１＿１の外周間の間隔と同程度とする。これにより、空洞部１１１＿１および磁石穴１１２＿１，１１３＿１間においても磁気飽和が生じ易くなるため、磁束漏れをさらに低減することができる。

また、空洞部１１１＿１は、第１の磁石穴１１２＿１と対向する側面５０ａが、空洞部１１１＿１と対向する第１の磁石穴１１２＿１の側面６５ａに対して平行に形成される。同様に、空洞部１１１＿１は、第２の磁石穴１１３＿１と対向する側面５０ｂが、空洞部１１１＿１と対向する第２の磁石穴１１３＿１の側面６５ｂに対して平行に形成される。なお、側面５０ａと側面６５ａとが平行、側面５０ｂと側面６５ｂとが平行としたが、平行に限定されるものではない。

すなわち、空洞部１１１＿１における側面５０ａ，５０ｂと磁石穴１１２＿１，１１３＿１における側面６５ａ，６５ｂとは、常に上述した最小間隔で接した状態で配置される。これにより、空洞部１１１＿１および磁石穴１１２＿１，１１３＿１間における磁気抵抗が大きくなるため、磁気飽和がさらに起こり易くなる。したがって、磁束漏れをさらに低減することができる。なお、空洞部は、磁石穴と対向する側面の全てが平行であってもよいし、一部だけが平行であってもよい。

次に、磁石穴部１１４＿１の構成について図９を用いて説明する。図９は、磁石穴部１１４＿１の構成を示す模式図である。

図９に示すように、磁石穴部１１４＿１は、第１の磁石穴１１２＿１と第２の磁石穴１１３＿１とで構成される。また、第１の磁石穴１１２＿１は、第１の穴部１１２ａ＿１と、第２の穴部１１２ｂ＿３と、第３の穴部１１２ｃ＿１とが連結した形状を有する。同様に、第２の磁石穴１１３＿１も、第１の穴部１１３ａ＿１と、第２の穴部１１３ｂ＿３と、第３の穴部１１３ｃ＿１とが連結した形状を有する。第２の磁石穴１１３＿１は、第１の磁石穴１１２＿１と対称形状であるため、以下では、第１の磁石穴１１２＿１の形状についてのみ説明する。

第１の穴部１１２ａ＿１は、第１の磁石１２ａの形状に沿って形成される穴部である。第１の磁石１２ａは、この第１の穴部１１２ａ＿１に対して挿入される。

第２の穴部１１２ｂ＿３および第３の穴部１１２ｃ＿１は、第１の穴部１１２ａ＿１に対して第１の磁石１２ａが挿入された場合に、第１の磁石１２ａとの間で空隙を形成する穴部である。

第３の穴部１１２ｃ＿１は、第１の穴部１１２ａ＿１の端部を外周側へ向けて拡張させた穴部である。この第３の穴部１１２ｃ＿１は、上述したように、回転子コア１１＿１の外周との間で磁気飽和を生じさせて漏れ磁束を低減するために形成される。

第２の穴部１１２ｂ＿３は、第１の磁石穴１１２＿１における第１の穴部１１２ａ＿１と第２の磁石穴１１３＿１における第１の穴部１１３ａ＿１とが最も近接する位置の近傍に形成される。第２の穴部１１２ｂ＿３は、第１の磁石１２ａが減磁の影響を受け易い箇所に形成される。

以下では、この第２の穴部１１２ｂ＿３の具体的な形状および配置について図１０Ａおよび図１０Ｂを用いて説明する。図１０Ａは、第２の穴部１１２ｂ＿３周辺の拡大模式図である。また、図１０Ｂは、第２の穴部１１２ｂ＿３の構成を示す模式図である。

図１０Ａに示すように、第２の穴部１１２ｂ＿３は、第１の穴部１１２ａ＿１の外周側に位置する側面６５ｅの一部を外周側へ向けて拡張した形状を有する。

ここで、第１の磁石１２ａは、外周側の側面のうち第２の磁石１２ｂと最も近接する位置（第１の磁石穴１１２＿１の点ａ２０に相当する位置）に近いほど減磁の影響を受け易い。

また、第２の穴部１１２ｂ＿３の形状を大きくするほど、減磁の発生を防ぎ易くなるが、第１の磁石１２ａから固定子２０へ流れる有効磁束が第２の穴部１１２ｂ＿３によって阻害される可能性も高くなる。このため、第２の穴部１１２ｂ＿３は、第２の磁石穴１１３＿１に最も遠い点ａ１９から第２の磁石穴１１３＿１に最も近い点ａ２０へ向けて徐々に厚みが大きくなるように形成される。

具体的には、図１０Ｂに示すように、第２の穴部１１２ｂ＿３は、第１の穴部１１２ａ＿１の側面６５ｅを基準とする厚み分布が、第２の磁石穴１１３＿１側へ寄った形状を有する。すなわち、第２の穴部１１２ｂ＿３は、点ａ１９および点ａ２０間の中点ａ２１よりも点ａ２０側に頂点が位置する略三角形形状を有する。

このように、第２の穴部１１２ｂ＿３の形状を、第１の穴部１１２ａ＿１の側面６５ｅを基準とする厚み分布が他方の磁石穴１１３＿１側へ寄った形状とすることで、有効磁束の減少を抑えつつ、第１の磁石１２ａの減磁を生じ難くすることができる。

また、図１０Ａの例では、第２の穴部１１２ｂ＿３は、第１の穴部１１２ａ＿１の側面６５ｅを基準とする最大厚みＴ１が、第１の穴部１１２ａ＿１における最大厚みＴ２に対して約１／２となるように形成される。これにより、第１の磁石１２ａにおける減磁の発生および有効磁束の減少の双方を適切に防止することができる。なお、最大厚みＴ１が最大厚みＴ２に対して約１／４〜約１／２の範囲内であると、より望ましい。

また、第１の磁石穴１１２＿１の第２の穴部１１２ｂ＿３および第２の磁石穴１１３＿１の第２の穴部１１３ｂ＿３は、互いに対向する側面６５ｃ，６５ｄ同士が平行に形成される。

すなわち、第１の磁石穴１１２＿１と第２の磁石穴１１３＿１とが最も近接する領域は、回転子コア１１＿１の中で相対的に強度の低い領域である。このため、第２の穴部１１２ｂ＿３，１１３ｂ＿３の対向する側面６５ｃ，６５ｄ同士を平行に形成することで、第１の磁石穴１１２＿１と第２の磁石穴１１３＿１とが最も近接する領域の強度の低下を可及的に抑えることができる。また、第２の穴部１１２ｂ＿３，１１３ｂ＿３の対向する側面６５ｃ，６５ｄ同士を平行に形成することで、これら側面６５ｃ，６５ｄ間の領域を通ってＳ極へと流れる漏れ磁束を低減することができる。

上述してきたように、第２の実施形態に係る回転子コアは、複数の磁石穴と、空洞部とを備える。複数の磁石穴は、周方向に並んで形成され、永久磁石が挿入される。そして、空洞部は、複数の磁石穴のうち、互いに隣接し、かつ、磁極の向きが逆向きの永久磁石がそれぞれ挿入される２つの磁石穴によって挟まれる領域に対して形成される。したがって、永久磁石の磁束漏れを低減することができる。

また、第２の実施形態に係る回転子コアは、磁石穴が、永久磁石の形状に沿って形成される第１の穴部と、第１の穴部に対して永久磁石が挿入された場合に永久磁石との間で空隙を形成する第２の穴部とが連結した形状を有する。そして、第２の実施形態に係る回転子コアは、第２の穴部が、第１の穴部同士が最も近接する位置の近傍に形成される。したがって、永久磁石の減磁を生じ難くすることができる。

ところで、空洞部の配置や形状は、上述した空洞部１１１＿１の配置や形状に限ったものではない。そこで、以下では、空洞部の配置や形状の他の例について説明する。図１１Ａ〜図１１Ｅは、空洞部の他の構成を示す模式図であり、図１１Ｆは、回転子コアの他の構成を示す模式図である。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同様の部分については、既に説明した部分と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

たとえば、第２の実施形態では、空洞部１１１＿１と第１の磁石穴１１２＿１との間の最小間隔が、第１の磁石穴１１２＿１と回転子コア１１＿１の外周との間の最小間隔と同じである場合の例について説明した。しかし、空洞部と第１の磁石穴との間の最小間隔は、第１の磁石穴と回転子コアの外周との間の最小間隔より小さくてもよい。

たとえば、図１１Ａに示すように、回転子コア１１＿２が備える空洞部１１１＿２は、第１の磁石穴１１２＿１との間の最小間隔Ｔ３が、第１の磁石穴１１２＿１と回転子コア１１＿２の外周との間の最小間隔Ｔ４の約１／２に形成される。このように、空洞部１１１＿２と第１の磁石穴１１２＿１との間の最小間隔をさらに小さくすることで、漏れ磁束が空洞部１１１＿２および第１の磁石穴１１２＿１間の領域をさらに通り難くなるため、磁束漏れをさらに低減することができる。

また、図８に示す領域Ｒ１から点ａ１１，ａ１２，ａ１５，ａ１６によって囲まれる領域へ向けて空洞部を延在させてもよい。たとえば、図１１Ｂに示すように、回転子コア１１＿３は、図１１Ａに示す空洞部１１１＿２の先端部を外周側へ向けて延在させた空洞部１１１＿３を備える。このように、点ａ１１，ａ１２，ａ１５，ａ１６によって囲まれる領域にも空洞部を形成することで、磁束漏れをさらに低減することができる。

なお、空洞部１１１＿３は、第３の穴部１１２ｃ＿１と対向する側面５０ｃおよびこの側面５０ｃと対向する第３の穴部１１２ｃ＿１の側面６５ｇ間の最小間隔が、第１の穴部１１２ａ＿１と対向する側面５０ａおよびこの側面５０ａと対向する第１の穴部１１２ａ＿１の側面６５ａ間の最小間隔と等しく形成される。これにより、空洞部１１１＿３および第１の磁石穴１１２＿１間における磁気抵抗をさらに大きくすることができ、磁束漏れをさらに低減することができる。

また、第２の実施形態では、空洞部１１１＿１が、第２の磁石穴１１３＿１上の点ａ１７と第１の磁石穴１１２＿１上の点ａ１８とで結ばれる仮想線Ｌ１４よりも回転子コア１１＿１の外周側に形成される場合の例について説明した（図８参照）。しかし、空洞部は、かかる仮想線Ｌ１４よりも回転中心Ｏ側に形成されてもよい。

たとえば、図１１Ｃに示すように、空洞部１１１＿４は、領域Ｒのうち、仮想線Ｌ１５よりも外周側であり、かつ、仮想線Ｌ１３よりも回転中心Ｏ側の領域Ｒ２に形成される。ここで、仮想線Ｌ１５は、領域Ｒを径方向に二分する仮想線である。すなわち、仮想線Ｌ１１から仮想線Ｌ１５までの距離Ｔ５は、仮想線Ｌ１１から仮想線Ｌ１２までの距離Ｔ６の半分である。

このように、空洞部は、領域Ｒを径方向に二分する仮想線Ｌ１５よりも外周側の領域Ｒ２に形成されてもよい。

また、第２の実施形態では、空洞部を略三角形形状としたが、空洞部の形状は、これに限ったものではない。具体的には、空洞部は、磁石穴１１２＿１，１１３＿１と対向する側面の少なくとも一部が、磁石穴１１２＿１，１１３＿１の側面に対して平行であれば、その他の部分はどのような形状であってもよい。

たとえば、図１１Ｄに示すように、空洞部１１１＿５は、回転中心Ｏ側の側面を外周側へ向けて凹ませた略ブーメラン形状であってもよい。また、図１１Ｅに示すように、空洞部１１１＿６は、第１の磁石穴１１２＿１の側面および第２の磁石穴１１３＿１の側面に対してそれぞれ平行に形成される２つの空洞部１１１＿６ａ，１１１＿６ｂに分割されてもよい。

また、上述してきた各実施形態では、１極を構成する永久磁石１２が、第１の磁石１２ａおよび第２の磁石１２ｂの２つで構成される場合の例について説明したが、空洞部は、１つの永久磁石が１極を構成する回転子に対して形成されてもよい。

たとえば、図１１Ｆに示すように、回転子コア１１＿４は、周方向に並んで形成され、永久磁石が挿入される６つの磁石穴１１５を備える。これら磁石穴１１５のうち、互いに隣接する２つの磁石穴１１５には、径方向に対する磁極の向きが逆向きの永久磁石がそれぞれ挿入される。

そして、空洞部１１１＿７は、各磁石穴１１５によって挟まれる領域Ｒ３に形成される。具体的には、領域Ｒ３は、隣接する２つの磁石穴１１５，１１５の最も外周側に位置する点ａ２２，ａ２３同士を結ぶ仮想線Ｌ１６および最も回転中心Ｏ側に位置する点ａ２４，ａ２５同士を結ぶ仮想線Ｌ１７と、上記２つの磁石穴１１５，１１５とによって形成される領域である。

このように、１つの永久磁石が１極を構成する回転子の回転子コア１１＿４に対して空洞部１１１＿７を形成した場合にも、上述した各実施形態に係る空洞部と同様、永久磁石間の磁束漏れを低減することができる。

また、上述してきた各実施形態では、空洞部内の空気によって漏れ磁束を通し難くする場合の例について説明した。しかし、これに限ったものではなく、本願の開示する回転子また回転電機は、空洞部内に、たとえば樹脂やアルミニウム等の非磁性部材を充填してもよい。同様に、第２の穴部内や、第３の穴部内に、たとえば樹脂やアルミニウム等の非磁性部材を充填してもよい。

また、第１の磁石穴および第２の磁石穴が備える第２の穴部の形状も、第２の実施形態にかかる第２の穴部の形状に限ったものではない。そこで、第２の穴部の他の構成例について図１２を用いて説明する。図１２は、第２の穴部の他の構成を示す模式図である。

たとえば、第２の実施形態では、回転子コア１１＿１の強度を確保するために、第２の穴部１１２ｂ＿３，１１３ｂ＿３の互いに対向する側面６５ｃ，６５ｄ同士を平行に形成する場合の例について説明した（図１０Ａ参照）。しかし、第２の穴部の対向する側面同士は、必ずしも平行である必要はない。

たとえば、図１２に示すように、第２の穴部１１２ｂ＿４および第２の穴部１１３ｂ＿４は、互いに対向する側面６５ｈ，６５ｉが、回転子コアの外周側へ向かうに従って遠ざかるように形成されてもよい。

このように、第２の穴部間の最小間隔が、第１の磁石穴および第２の磁石穴間の最小間隔を下回らないようにすることとすれば、第１の磁石穴と第２の磁石穴とが最も近接する領域の強度の低下を可及的に抑えることができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ モータ
１０ 回転子
１１ 回転子コア
１１０ ブリッジ部
１１１ 空洞部
１１２ 第１の磁石穴
１１２ａ 第１の穴部
１１２ｂ 第２の穴部
１１２ｃ 第３の穴部
１１３ 第２の磁石穴
１１３ａ 第１の穴部
１１３ｂ 第２の穴部
１１３ｃ 第３の穴部
１１４ 磁石穴部
１２ 永久磁石
１２ａ 第１の磁石
１２ｂ 第２の磁石
１２０ａ １２０ｂ 角部
２０ 固定子
２１ 固定子コア
２１１ ティース
２１２ スロット
２２ 固定子巻線
３０ シャフト

Claims (5)

1. 外周側へ向かって互いの間隔が拡がるように配置され、径方向に対する磁極の向きが同じである一対の永久磁石がそれぞれ挿入される一対の磁石穴
   を備え、
   前記磁石穴は、
   前記永久磁石の形状に沿って形成される第１の穴部と、前記第１の穴部に対して前記永久磁石が挿入された場合に、該永久磁石の角部のうち他方の前記永久磁石に最も近い角部を空隙を介して覆う第２の穴部とが連結した形状であり、
   前記第２の穴部は、
   該第２の穴部と他方の前記磁石穴における前記第２の穴部との間に長手方向が径方向を向いた四角形状のブリッジ部を形成し、
   双方の前記第２の穴部は、
   互いに対向する側面同士が、前記外周側へ向かうに従って遠ざかる形状に形成されることを特徴とする回転子コア。
2. 前記第２の穴部は、
   前記ブリッジ部において磁気飽和を生じさせる大きさに形成されることを特徴とする請求項１に記載の回転子コア。
3. 前記第２の穴部は、
   前記永久磁石の前記外周側に位置する側面との間の距離が、前記ブリッジ部へ向かうにつれて大きくなる形状に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の回転子コア。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の回転子コアと、
   前記回転子コアが備える前記磁石穴に対して挿入される永久磁石と
   を備えることを特徴とする回転子。
5. 請求項４に記載の回転子と、
   前記回転子の外周面と空隙を介して対向配置される固定子と
   を備えることを特徴とする回転電機。

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