JP6110151B2 - 回転電機のロータ - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のロータに関する。

従来から、回転電機に使用されるロータとしては、ロータコアの内部に周方向に所定の間隔で複数個の永久磁石を配置したものが知られている（例えば特許文献１参照）。

図１６に示すように、特許文献１のロータ１１０では、ロータコア１１１の永久磁石１１２の周方向端面側の外周部に径方向のフラックスバリア（磁束遮断部）１１３、１１４が設けられる。また、フラックスバリア１１３，１１４の外周側端部には、突出部１１３ａ，１１４ａが設けられ、フラックスバリア１１３，１１４の間隔１００Ｌが、永久磁石１１２の幅１００Ｗよりも短くなる。また、フラックスバリア１１３，１１４の突出部１１３ａ，１１４ａと永久磁石１１２との間には、鉄心部分１１５が設けられる。

このように構成することによって、永久磁石１１２の磁束短絡を抑制して、永久磁石１１２の磁束の分布を最適化し、ロータトルクを向上させることを図っている。

特開２０００−２７８８９６号公報

しかしながら、特許文献１のロータ１１０では、フラックスバリア１１３、１１４に突出部１１３ａ、１１４ａがそれぞれ一体に形成されているため、ロータコア１１１の強度が低下する。したがって、当該ロータ１１０を高速回転させた場合、遠心力に耐えられず、ロータ１１０が損傷してしまう虞がある。

さらに、上記遠心力に耐えられるように、フラックスバリア１１３、１１４の径方向幅を小さくした場合、フラックスバリア１１３、１１４の外周部をロータコア１１１の外周面の近傍に位置させることができず、永久磁石１１２の磁束短絡が大きくなってしまう。磁束短絡が大きくなると、所望のロータトルクを得るために永久磁石１１２の量を増加させる必要があり、回転電機が高価になってしまう。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、永久磁石の磁束の短絡を抑制し、回転電機のトルクを向上させることが可能な回転電機のロータを提供することにある。

前述した目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
ロータコア（例えば、後述の実施形態におけるロータコア２０、２０Ａ、２０Ｂ）と、
前記ロータコアの内部に、周方向に所定の間隔で配置された複数の磁極部（例えば、後述の実施形態における磁極部５０）と、
を備え、
前記磁極部が、径方向に磁化されており且つ周方向で交互に磁化方向が異なるように構成された回転電機のロータ（例えば、後述の実施形態における回転電機のロータ１０）であって、
前記磁極部は、前記ロータコアに形成された磁石挿入孔（例えば、後述の実施形態における磁石挿入孔４０）に永久磁石（例えば、後述の実施形態における永久磁石３０）が挿入されることによって構成され、
前記永久磁石の周方向端面（例えば、後述の実施形態における永久磁石片３２の周方向外側端面３２ｄ）と隣接する部分には、磁気的空隙からなる側方バリア部（例えば、後述の実施形態における側方バリア部６０）が形成されており、
前記側方バリア部には、前記永久磁石の外周面（例えば、後述の実施形態における永久磁石片３２の外周面３２ｂ）の延長線（例えば、後述の実施形態における延長線３２ｂＬ）よりも外周側に向かって突出した突出バリア部（例えば、後述の実施形態における突出バリア部６２）が一体に形成されており、
前記突出バリア部の周方向における前記磁極部中央側の周縁部（例えば、後述の実施形態における中央側周縁部６２ｂ）と、前記永久磁石の前記外周面の周方向端部と、の各々に対向する領域には、前記突出バリア部及び前記磁石挿入孔とは離間した磁気的空隙からなる空隙部（例えば、後述の実施形態における第１空隙部７０）が形成されており、
前記空隙部は、
前記ロータコアの外周面と前記磁石挿入孔の外周面との間において、周方向に沿って配置された２つの第１空隙（例えば、後述の実施形態における第１空隙７１ａ、７１ｂ）と、
前記２つの第１空隙の周方向における間で、且つ前記２つの第１空隙よりも内周側に形成された第２空隙（例えば、後述の実施形態における第２空隙７２）と、を備え、
前記２つの第１空隙の一方と前記第２空隙との間又は前記２つの第１空隙の他方と前記第２空隙との間に形成された第１リブ（例えば、後述の実施形態における中央側リブ７４）、及び前記２つの第１空隙の間に形成された第２リブ（例えば、後述の実施形態における中間リブ７５）が、互いに角度を有して配置され、前記永久磁石の外周面から外周側へ向かう斜めの磁路（例えば、後述の実施形態における磁路Ｅ）上に存在し、
前記磁路上には前記空隙部の空隙が存在しない
ことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、
ロータコア（例えば、後述の実施形態におけるロータコア２０、２０Ａ、２０Ｂ）と、
前記ロータコアの内部に、周方向に所定の間隔で配置された複数の磁極部（例えば、後述の実施形態における磁極部５０）と、
を備え、
前記磁極部が、径方向に磁化されており且つ周方向で交互に磁化方向が異なるように構成された回転電機のロータ（例えば、後述の実施形態における回転電機のロータ１０）であって、
前記磁極部は、前記ロータコアに形成された磁石挿入孔（例えば、後述の実施形態における磁石挿入孔４０）に永久磁石（例えば、後述の実施形態における永久磁石３０）が挿入されることによって構成され、
前記永久磁石の周方向端面（例えば、後述の実施形態における永久磁石片３２の周方向外側端面３２ｄ）と隣接する部分には、磁気的空隙からなる側方バリア部（例えば、後述の実施形態における側方バリア部６０）が形成されており、
前記側方バリア部には、前記永久磁石の外周面（例えば、後述の実施形態における永久磁石片３２の外周面３２ｂ）の延長線（例えば、後述の実施形態における延長線３２ｂＬ）よりも外周側に向かって突出した突出バリア部（例えば、後述の実施形態における突出バリア部６２）が一体に形成されており、
前記突出バリア部の周方向における前記磁極部中央側の周縁部（例えば、後述の実施形態における中央側周縁部６２ｂ）と、前記永久磁石の前記外周面の周方向端部と、の各々に対向する領域には、前記突出バリア部及び前記磁石挿入孔とは離間した磁気的空隙からなる空隙部（例えば、後述の実施形態における第１空隙部７０）が形成されており、
前記空隙部は、
前記ロータコアの外周面と前記磁石挿入孔の外周面との間において、周方向に沿って配置された２つの第１空隙（例えば、後述の実施形態における第１空隙７１ａ、７１ｂ）と、
前記２つの第１空隙の周方向における間で、且つ前記２つの第１空隙よりも内周側に形成された第２空隙（例えば、後述の実施形態における第２空隙７２）と、を備え、
前記２つの第１空隙の一方と前記第２空隙との間又は前記２つの第１空隙の他方と前記第２空隙との間に形成された第１リブ（例えば、後述の実施形態における中央側リブ７４）、及び前記２つの第１空隙の間に形成された第２リブ（例えば、後述の実施形態における中間リブ７５）が、該第１リブおよび該第２リブを介して前記２つの第１空隙および前記第２空隙を通過せずに前記永久磁石の外周面から外周側へ向かう斜めの磁路（例えば、後述の実施形態における磁路Ｅ）が形成されるように、互いに角度を有して配置される
ことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２の構成に加えて、
前記２つの第１空隙は、前記ロータコアの外周面（例えば、後述の実施形態における外周面２０ａ）と前記磁石挿入孔の外周面との間において、前記突出バリア部において最も外周側に位置する頂部（例えば、後述の実施形態における頂部６２ａ）と略同一半径の円周（例えば、後述の実施形態における円周６２ａＣ）上で、周方向に沿って配置された
ことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１又は２に記載の構成に加えて、
前記突出バリア部は、前記突出バリア部において最も外周側に位置する頂部と、前記頂部から周方向における前記磁極部中央側且つ内周側に向かって延びる中央側周縁部（例えば、後述の実施形態における中央側周縁部６２ｂ）と、前記頂部から周方向における前記磁極部端部側且つ内周側に向かって延びる端部側周縁部（例えば、後述の実施形態における端部側周縁部６２ｃ）と、を備えて略三角形状に形成されており、
前記２つの第１空隙のうち周方向における前記磁極部端部側の第１空隙と、前記第２空隙と、は前記中央側周縁部に沿うように配置されている
ことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４の何れか１項の構成に加えて、
前記突出バリア部は、前記突出バリア部において最も外周側に位置する頂部と、前記頂部から周方向における前記磁極部中央側且つ内周側に向かって延びる中央側周縁部と、前記頂部から周方向における前記磁極部端部側且つ内周側に向かって延びる端部側周縁部と、を備えて略三角形状に形成されており、
前記空隙部の外周側縁部（例えば、後述の実施形態における外周側縁部７３）は、前記端部側周縁部を周方向における前記磁極部中央側に延長させた延長線（例えば、後述の実施形態における延長線６２ｃＬ）上又は該延長線よりも内周側に設けられている
ことを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１〜５の何れか１項の構成に加えて、
前記突出バリア部の周方向における前記磁極部端部側に形成された他の空隙部（例えば、後述の実施形態における第２空隙部８０）を備える
ことを特徴とする。

請求項１の発明及び請求項２の発明によれば、突出バリア部を設けることによって、永久磁石からの磁束の短絡を抑制することができ、回転電機のトルクを向上することができる。
また、突出バリア部の磁極部中央側の周縁部と永久磁石の外周面の周方向端部との各々に対向する領域に、突出バリア部及び磁石挿入孔とは離間した空隙部を備えることにより、永久磁石の磁束の短絡をより効果的に抑制することができる。
また、空隙部は突出バリア部及び磁石挿入孔とは離間して形成されていることにより、従来文献１のように例えば突出バリア部をロータコア外周面近傍まで延ばす場合、あるいは突出バリア部と空隙部を一体に形成する場合に比べて、ロータコアの強度の低下を抑制することができる。
また、空隙部が２つの第１空隙及び第２空隙といった複数の空隙からなる空隙群によって構成されていることにより、単一の空隙に比べて、相対的に小さな空隙を複数形成することによって永久磁石の磁束の短絡を抑制することができるため、仮に比較的大きな単一の空隙を形成した場合に比べて、ロータコアの強度の低下を抑制することができる。
また、２つの第１空隙に加えて第２空隙が形成されることにより、永久磁石の磁束の短絡をさらに効果的に抑制することができる。
また、一方の第１空隙と第２空隙との間、及び他方の第１空隙と第２空隙との間にそれぞれリブが形成されることとなるため、ロータの回転時に永久磁石及びロータコアに遠心力が作用した場合においても、ロータの強度の低下を抑制することができる。
また、磁束短絡を抑制しながら、一方の第１空隙と第２空隙との間又は他方の第１空隙と第２空隙との間に形成された第１リブと、２つの第１空隙の間に形成された第２リブと、を介して、ロータの外周側に配置されるステータ側へ向かう磁路を確保しやすくなるため、透磁率の低下を抑制して、パーミアンスの低下を抑制することができる。
したがって、永久磁石の減磁を抑制することができるとともに、Ｂ−Ｈカーブにおける永久磁石の動作点をＢ軸側にシフトさせることができ、トルクを向上させることができる。

請求項３の発明によれば、永久磁石の磁束は、突出バリア部の頂部とロータコアの外周面との間を回り込むようにして短絡するが、２つの第１空隙が突出バリア部の最外周部と略同一半径の円周上において、周方向に沿って配置されていることにより、磁束の回り込みの経路上に配置されることとなり、永久磁石の磁束短絡を効果的に抑制することができる。
また、ロータの回転時には永久磁石及びロータコアに遠心力が作用して磁石挿入孔の外周側には応力が発生しやすくなるが、２つの第１空隙の間には径方向に沿って延びるリブが形成されることとなるため、磁石挿入孔の外周側におけるロータコアの強度の低下を抑制することができる。

請求項４の発明によれば、永久磁石の周方向端部の外周側で、且つ突出バリア部に近接する位置におけるスペースを有効に活用して空隙部（第１空隙及び第２空隙）を配置することができる。したがって、ロータコアにおいて幅の細い部分が発生してしまうことを抑制し、ロータコアの強度低下を抑制しつつ、永久磁石の磁束の短絡をより効果的に抑制することができる。

請求項５の発明によれば、突出バリア部の端部側周縁部を周方向において磁極部中央側に延長させた延長線よりも外側には、比較的大きな応力の発生する帯状の領域が生じることとなるが、空隙部を上記帯状の領域よりも内周側に設けることによって、ロータコアの強度低下を抑制することができる。

請求項６の発明によれば、空隙部が突出バリア部の周方向における磁極部中央側及び磁極端部側の各々に形成されていることにより、永久磁石の磁束の短絡をより効果的に抑制することができる。

第１実施形態に係るロータの正面図である。 図１のロータコアの部分拡大図である。 図２のロータコアの要部拡大図である。 図３のロータコア中の応力分布を示す図である。 第１実施形態に係るロータコア中の磁路を示す部分拡大図である。 比較例に係るロータコア中の磁路を示す部分拡大図である。 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ第１実施形態及び比較例の永久磁石片のパーミアンス分布を示す図である。 永久磁石の減磁曲線とパーミアンス線を示すグラフである。 第２実施形態に係るロータコアの部分拡大図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ第１〜第３実施形態の永久磁石片のパーミアンス分布を示す図である。 （ａ）は、第１実施形態に係るロータコア中の磁路を示す要部拡大図であり、（ｂ）は、（ａ）をさらに拡大した図である。 （ａ）は、第２実施形態に係るロータコア中の磁路を示す要部拡大図であり、（ｂ）は、（ａ）をさらに拡大した図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ第１〜第３実施形態のロータトルクを示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ第１〜第３実施形態の永久磁石の減磁率を示す図である。 第３実施形態に係るロータコアの部分拡大図である。 従来のロータコアの部分拡大図である。

以下、本発明の各実施形態に係る回転電機のロータを説明する。

図１及び図２に示すように、第１実施形態の回転電機のロータ１０は、回転軸である略円筒状のロータシャフト（不図示）の外周側に取り付けられるロータコア２０と、ロータコア２０の内部に周方向に所定の間隔で形成された複数の磁極部５０と、を備え、ステータ（不図示）の内周側に配置されている。

ロータコア２０は、略同一形状の円環状の電磁鋼板例えばケイ素鋼板２１を多数積層して形成されていると共に、周方向に所定の間隔で複数の磁石挿入孔４０が形成され、隣り合う磁石挿入孔４０の間には溝部２９が凹設される。

磁極部５０は、径方向に磁化され、且つ周方向で交互に磁化方向が異なるように、永久磁石３０が磁石挿入孔４０に挿入されて構成されている。より具体的には、永久磁石３０Ａが磁石挿入孔４０に挿入されて構成された磁極部５０Ａにおいて、その外周側がＮ極とすると、隣接する磁極部５０Ｂは、その外周側がＳ極となるように、永久磁石３０Ｂが磁石挿入孔４０に挿入されて構成されている。

永久磁石３０は、周方向に分割された一対の永久磁石片３２によって構成されており、一対の永久磁石片３２は、同一の断面略矩状に形成される

磁石挿入孔４０は、周方向に分割された一対の磁石挿入孔片４１によって構成されている。一対の磁石挿入孔片４１は、周方向に隣り合う一対の永久磁石片３２の外周面３２ｂ同士が１８０°未満の角度θをなすよう、断面略Ｖ字形状とされており、一対の永久磁石片３２が一対の磁石挿入孔片４１に挿入されることによって固定されている。また、磁石挿入孔片４１は、内周縁部４２及び外周縁部４４がそれぞれ一対の永久磁石片３２の内周面３２ａ及び外周面３２ｂと当接するように形成されており、一対の永久磁石片３２を径方向に位置決めする。

また、ロータコア２０は、一対の永久磁石片３２の周方向外側において、磁石挿入孔片４１の内周縁部４２から径方向外側に延出するように形成された一対の保持部２３を有する。そして、磁石挿入孔片４１の周方向内側縁部４３は、一対の永久磁石片３２の周方向内側端面３２ｃと当接し、一対の保持部２３は、それぞれ永久磁石片３２の周方向外側端面３２ｄと当接し、磁石挿入孔片４１の周方向内側縁部４３及び一対の第２保持部２３によって一対の永久磁石片３２を周方向に位置決めして保持する。

また、磁石挿入孔片４１の外周縁部４４には、外周側に向かって複数の樹脂充填孔４４ａが凹設されており、この樹脂充填孔４４ａに樹脂を充填することにより、ロータコア２０に対する一対の永久磁石片３２の固定をより強固なものとする。

図３も参照し、ロータコア２０は、永久磁石片３２の周方向外側端面３２ｄと隣接する部分に、軸方向に貫通して磁気的空隙を構成する側方バリア部６０が形成される。

側方バリア部６０は、永久磁石片３２の外周面３２ｂの延長線３２ｂＬ上よりも外側に向かって突出した突出バリア部６２と、突出バリア部６２よりも内周側に配置された内周側バリア部６４と、が一体に形成されて構成される。

突出バリア部６２は、最も外周側に位置する頂部６２ａと、頂部６２ａから周方向における磁極部５０中央側（図３中、左側）且つ内周側に向かって延びる中央側周縁部６２ｂと、頂部６２ａから周方向における磁極部５０端部側（図３中、右側）且つ内周側に向かって延びる端部側周縁部６２ｃと、を有して断面略三角形状に形成されている。ここで、突出バリア部６２の頂部６２ａと、ロータコア２０の外周面２０ａと、の間の肉厚Ｌは、磁束短絡を抑制しつつ、ロータ回転時に発生する遠心力に耐えられる強度となるよう、適宜設定されている。

内周側バリア部６４は、突出バリア部６２の端部側周縁部６２ｃに接続し、磁極部５０端部側且つ内周側に向かって延びる曲線状の外周部６４ａと、外周部６４ａに接続し、内周側に向かって延びる直線状の延出部６４ｂと、延出部６４ｂ及び第２保持部２３を接続し、内周側に向かう凸である曲線状の内周部６４ｃと、を有する。

また、ロータコア２０において、突出バリア部６２の中央側周縁部６２ｂと、永久磁石片３２の外周面３２ｂの周方向外側端部と、の各々に対向する領域には、突出バリア部６２及び磁石挿入孔４０（永久磁石片３２）とは離間し、軸方向に貫通して磁気的空隙を構成する第１空隙部７０が形成される。

第１空隙部７０は、ロータコア２０の外周面２０ａと磁石挿入孔４０の外周縁部４４との間において、周方向に沿って配置された２つの第１空隙７１ａ、７１ｂと、２つの第１空隙７１ａ、７１ｂの周方向における間で、且つ当該２つの第１空隙７１ａ、７１ｂよりも内周側に形成された第２空隙７２と、からなる空隙群によって構成されている。当該空隙群は、その外周側縁部７３が突出バリア部６２の端部側周縁部６２ｃを周方向において磁極部５０中央側に延長させた延長線６２ｃＬよりも内周側に設けられる。ここで、図４には、ロータコア２０中の応力分布が濃淡によって示されており、濃い部分は遠心応力が大きく、淡い部分は遠心応力が小さいことを示している。このように、上記延長線６２ｃＬよりも外側には、比較的大きな遠心応力が発生する帯状の領域が生じるが、空隙群を延長線６２ｃＬよりも内周側に設けることによって、ロータコア２０の強度低下が抑制される。したがって、空隙群は、その外周側縁部７３が延長線６２ｃＬよりも内周側に設けられる構成に限定されず、延長線６２ｃＬ上に配置されても構わない。

なお、以下、２つの第１空隙７１ａ、７１ｂのうち、周方向における磁極部５０中央側の第１空隙７１ａを中央側第１空隙と呼び、磁極部５０端部側の第１空隙７１ｂを端部側第１空隙と呼ぶことがある。

ここで、２つの第１空隙７１ａ、７１ｂは、突出バリア部６２の頂部６２ａと略同一半径の円周６２ａＣ上に配置されている。また、端部側第１空隙７１ｂと第２空隙７２は、突出バリア部６２の中央側周縁部６２ｂに沿うように配置されている。

このように第１空隙部７０を構成することによって、ロータコア２０は、中央側第１空隙７１ａと第２空隙７２との間に中央側リブ７４が形成され、２つの第１空隙７１ａ、７１ｂの間には中間リブ７５が形成され、端部側第１空隙７１ｂと第２空隙７２との間には端部側リブ７６が形成される。

また、ロータコア２０において、側方バリア部６０と、ロータコア２０の外周面２０ａ及び溝部２９と、の間には、周方向及び径方向に延び、永久磁石片３２の外周側の領域と溝部２９の内周側の領域とを接続する接続リブ２５が形成される。

接続リブ２５には、軸方向に貫通して磁気的空隙を構成する第２空隙部８０が形成されており、第２空隙部８０は、円周６２ａＣ上において互いに離間して配置された２つの第３空隙８２によって構成されている。

（第１実施形態と比較例との比較）
次に、本実施形態のロータコア２０（図５参照）と、第１空隙部７０及び第２空隙部８０を設けなかった比較例としてのロータコア２００（図６参照）と、を比較するため、永久磁石片３２のパーミアンス分布の解析、及びロータコア２０、２００中の磁気回路（磁路）の解析を行った。

図５及び図６には、それぞれ第１実施形態及び比較例における、ロータコア２０、２００中の磁路が示されている。図７（ａ）及び（ｂ）には、それぞれ本実施形態及び比較例における永久磁石片３２のパーミアンス分布が濃淡によって示されており、永久磁石片３２において濃い部分はパーミアンスが大きく、淡い部分はパーミアンスＰが小さいことを示している。これによると、本実施形態に係る永久磁石片３２（図７（ａ）参照）は、比較例に係る永久磁石片３２（図７ｂ）参照）に比べ、パーミアンスが高い領域が広いことがわかる。

これは、図６に示すように、比較例に係るロータコア２００において、永久磁石片３２の外周面３２ｂの周方向外側端部から生じた磁束が、接続リブ２５を介して同じ永久磁石片３２の内周面３２ａに短絡したり（矢印Ａ参照）、接続リブ２５を介して隣の磁極部５０を構成する永久磁石片３２の内周面３２ａに短絡する（矢印Ｂ参照）ことが原因である。

すなわち、比較例では、これらの短絡磁束が発生することによって、ロータ１０の外周に配置されるステータ（不図示）へ向かう磁束量が減少し、透磁率が減少する。

これに対し、図５に示すように、本実施形態に係るロータコア２０においては、磁束短絡経路上、すなわち、突出バリア部６２の中央側周縁部６２ｂと、永久磁石片３２の外周面３２ｂの周方向外側端部と、の各々に対向する領域に第１空隙部７０が形成されているので、磁束短絡が抑制される。さらに、磁束短絡経路上である接続リブ２５においても、第２空隙部８０が形成されるので、さらに磁束短絡が抑制される。この結果、本実施形態のロータコア２０の透磁率は、比較例のロータコア２００に比べて向上する。

したがって、パーミアンスＰは、透磁率をμ、磁路断面積をＡ、磁路長をＬとすると、Ｐ＝μ×（Ａ／Ｌ）で表されるので、図７も示したように、本実施形態に係る永久磁石片３２のパーミアンスは、比較例よりも大きくなる。この際、透磁率μは、永久磁石３０からステータ側へ作用する磁束のループにおける磁束の通り易さを表すため、ステータ側へ作用しない磁束が多く発生する場合、すなわち磁束短絡が多く発生している場合には、透磁率μが低下する。

ここで、図８に、縦軸を磁束密度{Ｂ（Ｔ）}、横軸を保磁力{−Ｈ（Ａ／ｍ）}として、永久磁石の減磁曲線とパーミアンス線を示すグラフを示した。永久磁石の動作点は、減磁曲線とパーミアンス線の交点（図８中、○で示した部分）で決まる。ここで、ステータに電流を印加すると永久磁石に反磁界が作用し、矢印Ｃ及びＣ´で示すようにパーミアンス線が負の方向に移動する。

永久磁石に作用する反磁界が小さい場合は、矢印Ｃで示されるようにパーミアンス線の負方向への移動も小さいので、減磁曲線とパーミアンス線との交点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は、屈曲点の手前（図８中、上側）に位置する。したがって、永久磁石には減磁が発生せず、若しくは、減磁が発生した場合であってもその減磁量は小さい。

一方、永久磁石に作用する反磁界が大きい場合は、矢印Ｃ´で示されるようパーミアンス線の負方向への移動も大きいので、減磁曲線とパーミアンス線との交点Ｂ１´、Ｂ２´、Ｂ３´は、屈曲点近傍に位置し、永久磁石が減磁してしまうおそれがある。

このとき、永久磁石のパーミアンスが大きい箇所では、パーミアンス線の傾き（パーミアンス係数）が大きいので、減磁曲線とパーミアンス線との交点Ｂ１´は屈曲点の手前側（Ｂ軸側）に位置し、永久磁石の減磁量は小さい。さらに、Ｂ−Ｈカーブにおける永久磁石の動作点がＢ軸側に位置するので、磁束密度が大きく、トルクも大きくなる。

しかしながら、永久磁石のパーミアンスが小さい箇所では、パーミアンス線の傾きが小さく矢印Ｄで示す方向に傾くので、減磁曲線とパーミアンス線との交点Ｂ３´は屈曲点を越え、磁束密度が急激に小さくなる。したがって、永久磁石の一部において一旦屈曲点を越えて磁束密度が低下してしまった場合、反磁界の作用がなくなった際にも、永久磁石の磁束密度が元の磁束密度より低下し、永久磁石が減磁してしまうと共に、トルクも減少してしまう。

このように、パーミアンスが小さい程、永久磁石の減磁量は増大すると共に、トルクは減少する。すなわち、パーミアンスが大きい程、永久磁石の減磁を抑制できると共に、トルクは増大する。

したがって、本実施形態に係る回転電機のロータ１０では、永久磁石片３２のパーミアンスが比較例よりも大きいので、永久磁石３０の減磁が抑制されると共に、ロータトルクが増大する。

（第１及び第２実施形態の比較）
次に、第１実施形態のロータコア２０（図１〜３参照）と、第１空隙部７０の構成のみを変更した第２実施形態に係るロータコア２０Ａ（図９参照）と、を比較するため、永久磁石片３２のパーミアンス分布の解析、ロータコア２０、２０Ａの磁気回路（磁路）の解析、ロータトルクの解析、及び永久磁石片３２の減磁の解析を行った。

図９に示すように、第２実施形態に係るロータコア２０Ａは、第１空隙部７０が、周方向に配列され、互い離間する３つの第４空隙７７からなる空隙群によって構成されている点で、第１実施形態のロータコア２０（図１〜３参照）と相違するが、その他の構成は同一である。ここで、３つの第４空隙７７の径方向位置は、第１実施形態における第１空隙７１ａ、７１ｂ（図３参照）と略等しく設定されている。また、隣り合う第４空隙７７の間には、径方向に延びるリブ７８が形成される。

図１０（ａ）〜（ｃ）には、それぞれ第１、第２、及び後述の第３実施形態における永久磁石片３２のパーミアンス分布が濃淡によって示されており、永久磁石片３２において濃い部分はパーミアンスが高く、淡い部分はパーミアンスが低いことを示している。図１１及び図１２には、それぞれ第１及び第２実施形態における、ロータコア２０、２０Ａ中の磁路が示されている。図１３（ａ）〜（ｃ）には、第１実施形態のロータトルクを１００とした場合において、それぞれ第１〜第３実施形態におけるロータトルクが示されている。図１４（ａ）〜（ｃ）には、第１実施形態の永久磁石片３２の減磁率を１とした場合において、それぞれ第１〜第３実施形態における永久磁石片３２の減磁率が示されている。

図１１を参照し、第１実施形態に係るロータコア２０においては、空隙群の間に形成される中央側リブ７４、中間リブ７５、及び端部側リブ７６が、互いに接続されると共に、互いに角度を有して配置されるので、点線の矢印（図１１１（ｂ）参照）で示すように、ステータへ向かう磁束経路を多くすることができる。さらに、永久磁石片３２の外周面３２ｂからステータへ向かう斜めの磁路Ｅ上に、第１空隙７１ａ、７１ｂ及び第２空隙７２が存在せず、中央側リブ７４と中間リブ７５とを介してステータ側に向かう磁路が確保される。また、２つの第１空隙７１ａ、７１ｂが円周６２ａＣ（図３参照）上で周方向に沿って、周方向に沿って配置されているので、短絡磁束の回り込みの経路上に配置されることとなり、磁束の短絡が抑制される。この結果、第１実施形態に係るロータコア２０は、透磁率が大きくなる。

これに対して、図１２に示すように、第２実施形態に係るロータコア２０Ａにおいては、磁束短絡経路上に、３つの第４空隙７７を配置しようとした場合、これら第４空隙７７の間に形成されるリブ７８の周方向幅が短くなってしまう。したがって、永久磁石片３２の外周面３２ｂからステータへ向かう斜めの磁路Ｅ上に、第４空隙７７が位置してしまうと共に、リブ７８を介してステータ側に向かう磁路が少なくなってしまう。したがって、ステータに向かう磁路は、リブ７８上に形成され難く、点線の矢印（図１２（ｂ）参照）で示すように、３つの第４空隙７７の内周側を通る磁路と、外周側を通る磁路と、に大きく二分されるため、磁束飽和が起こり易くなる。したがって、第２実施形態に係るロータコア２０Ａの透磁率は、第１実施形態に比べて小さくなる。

そして、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１実施形態に係る永久磁石片３２は、第２実施形態に比べて、パーミアンスＰが高い領域が広くなる。この結果、図１３（ａ）及び（ｂ）、図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１実施形態では第２実施形態に比べて、ロータトルクは増大し、減磁量は小さくなる。

なお、第２実施形態に係るロータコア２０Ａは、第１実施形態に係るロータコア２０と比較すると、ロータトルク及び減磁量の観点から劣っているが、第１空隙部７０及び第２空隙部８０が設けられていることにより磁束の短絡が抑制されるので、比較例に係るロータコア２００（図６参照）と比較すると、ロータトルクは増大し、減磁量は小さくなる。

（第１及び第２実施形態と第３実施形態との比較）
次に、第１及び第２実施形態のロータコア２０、２０Ａ（図２及び図９参照）と、第１空隙部７０の構成のみを変更した第３実施形態に係るロータコア２０Ｂ（図１５参照）と、を比較するため、永久磁石片３２のパーミアンス分布の解析、ロータトルクの解析、及び永久磁石片３２の減磁の解析を行った。

図１５に示すように、第３実施形態に係るロータコア２０Ｂは、第１空隙部７０が、単一の逆三角形状の第５空隙７９から構成されている点で、第１実施形態のロータコア２０（図２参照）と相違するが、その他の構成は同一である。ここで、第５空隙７９は、第１実施形態の第１空隙部７０（図３参照）において、中央側リブ７４、中間リブ７５、及び端部側リブ７６を設けず、２つの第１空隙７１ａ、７１ｂ及び第２空隙７２を隙間なく接続した形状と略同一である。

第３実施形態に係るロータコア２０Ｂでは、第１空隙部７０にリブが設けられないため、ステータに向かう磁路は、第１空隙部７０（第５空隙７９）の内周側に通る磁路と、外周側を通る磁路と、に二分され、第２実施形態よりも磁束飽和が起こり易くなる。したがって、第３実施形態に係るロータコア２０Ｂは、第２実施形態のロータコア２０Ａに比べて、透磁率が低くなる。

そして、図１０に示すように、第３実施形態に係る永久磁石片３２は、第１及び第２実施形態に比べて、パーミアンスが低い領域が広くなり、図１４に示すように、減磁量が大きくなる。なお、図１３に示すように、ロータトルクについては、第２実施形態に比べて第３実施形態の方が大きくなっているが、これは、ロータの回転制御条件や、ステータの形状等、パーミアンス以外のパラメータの影響であると考えられる。

なお、第３実施形態に係るロータコア２０Ｂにおいても、第１空隙部７０及び第２空隙部８０が設けられていることにより磁束の短絡が抑制されるので、比較例に係るロータコア２００（図６参照）と比較すると、ロータトルクは増大し、減磁量は小さくなる。

以上、説明したように、第１〜第３実施形態の回転電機のロータ１０によれば、突出バリア部６２を設けることによって、永久磁石３０からの磁束の短絡を抑制することができ、回転電機のトルクを向上することができる。
突出バリア部６２の中央側周縁部６２ｂと、永久磁石片３２の外周面３２ｂの周方向外側端部と、の各々に対向する領域に第１空隙部７０が形成されているので、磁束短絡が抑制される。
また、第１空隙部７０は突出バリア部６２及び磁石挿入孔４０とは離間して形成されていることにより、従来の特許文献１のように、例えば突出バリア部６２をロータコア２０の外周面２０ａ近傍まで延ばす場合、あるいは突出バリア部６２と第１空隙部７０を一体に形成する場合に比べて、ロータコア２０の強度の低下を抑制することができる。

また、ロータコア２０、２０Ａ、２０Ｂには、突出バリア部６２の磁極部５０端部側（接続リブ２５）に、第２空隙部８０が形成されるので、さらに磁束短絡が抑制される。

次に、第１及び第２実施形態の回転電機のロータ１０によれば、第１空隙部７０は、複数の空隙（第１実施形態の場合、２つの第１空隙７１ａ、７１ｂ、及び第２空隙７２。第２実施形態の場合、３つの第４空隙７７）からなる空隙群によって構成されているので、比較的大きな単一の空隙を形成した場合に比べて、ロータコア２０、２０Ａの強度の低下を抑制することができる。

また、第１空隙部７０を構成する空隙群の外周側縁部７３は、突出バリア部６２の端部側周縁部６２ｃを周方向において磁極部５０中央側に延長させた延長線６２ｃＬよりも内周側に設けられるので、比較的大きな遠心応力が発生する延長線６２ｃＬよりも外周側の領域を避け、ロータコア２０の強度低下をさらに抑制することが可能である。

次に、第１実施形態の回転電機のロータ１０によれば、永久磁石３０の磁束は、突出バリア部６２の頂部６２ａとロータコア２０の外周面２０ｂとの間を回り込むようにして短絡するが、２つの第１空隙７１ａ、７１ｂが突出バリア部６２の頂部６２ａと略同一半径の円周６２ａＣ上において、周方向に沿って配置されていることにより、磁束の回り込みの経路上に配置されることとなり、永久磁石３０の磁束短絡を効果的に抑制することができる。
また、ロータ１０の回転時には永久磁石３０及びロータコア２０に遠心力が作用して磁石挿入孔４０の外周側には応力が発生しやすくなるが、２つの第１空隙７１ａ、７１ｂの間には径方向に沿って延びる中間リブ７５が形成されることとなるため、磁石挿入孔４０の外周側におけるロータコア２０の強度の低下を抑制することができる。

また、２つの第１空隙７１ａ、７１ｂに加えて第２空隙７２が形成されることにより、永久磁石３０の磁束の短絡をさらに効果的に抑制することができる。
また、中央側第１空隙７１ａと第２空隙７２との間、及び端部側第１空隙７１ｂと第２空隙７２との間にそれぞれ中央側リブ７４及び端部側リブ７６が形成されることとなるため、ロータ１０の回転時に永久磁石３０及びロータコア２０に遠心力が作用した場合においても、ロータコア２０の強度の低下を抑制することができる。
また、磁束短絡を抑制しながら、中央側リブ７４と中間リブ７５とを介してステータ側へ向かう磁路を確保しやすくなるため、透磁率の低下を抑制して、パーミアンスの低下を抑制することができる。
したがって、永久磁石３０の減磁を抑制できると共に、Ｂ−Ｈカーブにおける永久磁石３０の動作点をＢ軸側にシフトさせることができ、ロータトルクを向上させることができる。

また、端部側第１空隙７１ｂと、第２空隙７２と、は突出バリア部６２の中央側周縁部６２ｂに沿うように配置されているので、永久磁石片３２の周方向外側端部の外周側で、且つ突出バリア部６２に近接する位置におけるスペースを有効に活用して空隙群を配置することができる。したがって、ロータコア２０において薄肉の部分が発生してしまうことを抑制し、ロータコア２０の強度低下を抑制しつつ、永久磁石３０の磁束の短絡をより効果的に抑制することができる。

なお、本発明の回転電機のロータ１０は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良などが可能である。

１０ 回転電機のロータ
２０、２０Ａ、２０Ｂ ロータコア
２０ａ 外周面
２１ ケイ素鋼板
２３ 第２保持部
２５ 接続リブ
２９ 溝部
３０ 永久磁石
３２ 永久磁石片
３２ａ 内周面
３２ｂ 外周面
３２ｂＬ 延長線
３２ｃ 周方向内側端面
３２ｄ 周方向外側端面（周方向端面）
４０ 磁石挿入孔
４１ 磁石挿入孔片
４２ 内周縁部
４３ 周方向内側縁部
４４ 外周縁部
４４ａ 樹脂充填孔
５０ 磁極部
６０ 側方バリア部
６２ 突出バリア部
６２ａ 頂部
６２ａＣ 円周
６２ｂ 中央側周縁部
６２ｃ 端部側周縁部
６２ｃＬ 延長線
６４ 内周側バリア部
６４ａ 外周部
６４ｂ 延出部
６４ｃ 内周部
７０ 第１空隙部（空隙部）
７１ａ 中央側第１空隙（第１空隙）
７１ｂ 端部側第１空隙（第１空隙）
７２ 第２空隙
７３ 外周側縁部
７４ 中央側リブ
７５ 中間リブ
７６ 端部側リブ
７７ 第４空隙
７８ リブ
８０ 第２空隙部（他の空隙部）
８３ 第３空隙

Claims (6)

1. ロータコアと、
   前記ロータコアの内部に、周方向に所定の間隔で配置された複数の磁極部と、
   を備え、
   前記磁極部が、径方向に磁化されており且つ周方向で交互に磁化方向が異なるように構成された回転電機のロータであって、
   前記磁極部は、前記ロータコアに形成された磁石挿入孔に永久磁石が挿入されることによって構成され、
   前記永久磁石の周方向端面と隣接する部分には、磁気的空隙からなる側方バリア部が形成されており、
   前記側方バリア部には、前記永久磁石の外周面の延長線よりも外周側に向かって突出した突出バリア部が一体に形成されており、
   前記突出バリア部の周方向における前記磁極部中央側の周縁部と、前記永久磁石の前記外周面の周方向端部と、の各々に対向する領域には、前記突出バリア部及び前記磁石挿入孔とは離間した磁気的空隙からなる空隙部が形成されており、
   前記空隙部は、
   前記ロータコアの外周面と前記磁石挿入孔の外周面との間において、周方向に沿って配置された２つの第１空隙と、
   前記２つの第１空隙の周方向における間で、且つ前記２つの第１空隙よりも内周側に形成された第２空隙と、を備え、
   前記２つの第１空隙の一方と前記第２空隙との間又は前記２つの第１空隙の他方と前記第２空隙との間に形成された第１リブ、及び前記２つの第１空隙の間に形成された第２リブが、互いに角度を有して配置され、前記永久磁石の外周面から外周側へ向かう斜めの磁路上に存在し、
   前記磁路上には前記空隙部の空隙が存在しない
   ことを特徴とする回転電機のロータ。
2. ロータコアと、
   前記ロータコアの内部に、周方向に所定の間隔で配置された複数の磁極部と、
   を備え、
   前記磁極部が、径方向に磁化されており且つ周方向で交互に磁化方向が異なるように構成された回転電機のロータであって、
   前記磁極部は、前記ロータコアに形成された磁石挿入孔に永久磁石が挿入されることによって構成され、
   前記永久磁石の周方向端面と隣接する部分には、磁気的空隙からなる側方バリア部が形成されており、
   前記側方バリア部には、前記永久磁石の外周面の延長線よりも外周側に向かって突出した突出バリア部が一体に形成されており、
   前記突出バリア部の周方向における前記磁極部中央側の周縁部と、前記永久磁石の前記外周面の周方向端部と、の各々に対向する領域には、前記突出バリア部及び前記磁石挿入孔とは離間した磁気的空隙からなる空隙部が形成されており、
   前記空隙部は、
   前記ロータコアの外周面と前記磁石挿入孔の外周面との間において、周方向に沿って配置された２つの第１空隙と、
   前記２つの第１空隙の周方向における間で、且つ前記２つの第１空隙よりも内周側に形成された第２空隙と、を備え、
   前記２つの第１空隙の一方と前記第２空隙との間又は前記２つの第１空隙の他方と前記第２空隙との間に形成された第１リブ、及び前記２つの第１空隙の間に形成された第２リブが、該第１リブおよび該第２リブを介して前記２つの第１空隙および前記第２空隙を通過せずに前記永久磁石の外周面から外周側へ向かう斜めの磁路が形成されるように、互いに角度を有して配置される
   ことを特徴とする回転電機のロータ。
3. 前記２つの第１空隙は、前記ロータコアの外周面と前記磁石挿入孔の外周面との間において、前記突出バリア部において最も外周側に位置する頂部と略同一半径の円周上で、周方向に沿って配置された
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機のロータ。
4. 前記突出バリア部は、前記突出バリア部において最も外周側に位置する頂部と、前記頂部から周方向における前記磁極部中央側且つ内周側に向かって延びる中央側周縁部と、前記頂部から周方向における前記磁極部端部側且つ内周側に向かって延びる端部側周縁部と、を備えて略三角形状に形成されており、
   前記２つの第１空隙のうち周方向における前記磁極部端部側の第１空隙と、前記第２空隙と、は前記中央側周縁部に沿うように配置されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機のロータ。
5. 前記突出バリア部は、前記突出バリア部において最も外周側に位置する頂部と、前記頂部から周方向における前記磁極部中央側且つ内周側に向かって延びる中央側周縁部と、前記頂部から周方向における前記磁極部端部側且つ内周側に向かって延びる端部側周縁部と、を備えて略三角形状に形成されており、
   前記空隙部の外周側縁部は、前記端部側周縁部を周方向における前記磁極部中央側に延長させた延長線上又は該延長線よりも内周側に設けられている
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の回転電機のロータ。
6. 前記突出バリア部の周方向における前記磁極部端部側に形成された他の空隙部を備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の回転電機のロータ。