JP6131100B2 - 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２０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よりも短くなるように構成される。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。

特許第３６５９０５５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の内周側において、ロータコア１１１と永久磁石１１２の周方向端面１１２ａとが当接するように配置されているため、永久磁石１１２の外周面１１２ｂから周方向端面１１２ａに直接回り込む短絡磁束の経路が発生してしまう恐れがある。

さらに、フラックスバリア１１３、１１４の周方向内側端面１１３ｂ、１１４ｂは、永久磁石１１２の周方向端面１１２ａの延長線上に形成されている。したがって、永久磁石１１２の外周面１１２ｂの周方向端部からステータ側（外周側）へ向かう磁束の経路の幅が狭くなってしまい、永久磁石１１２の外周面１１２ｂの周方向端部からステータ側へ向かう磁束の経路における透磁率が低下し、永久磁石１１２の周方向端部のパーミアンスが低下してしまう。この結果、永久磁石１１２が減磁し易くなってしまう。

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つつ、パーミアンスの低下を抑制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）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３０３０）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（例えば、後述の実施形態における側方バリア６０）が形成され、
前記側方バリアは、前記永久磁石の前記周方向端面と、少なくとも前記周方向端面の径方向厚み（例えば、後述の実施形態における径方向厚み３２Ｌ）全体に亘って対向する径方向厚み（例えば、後述の実施形態における径方向厚み６０Ｌ）を有し、
前記側方バリアは、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）上に延びる延長線上縁部（例えば、後述の実施形態における延長線上縁部６１）と、前記延長線上縁部の周方向における前記磁極部端部側の端部から、前記永久磁石の前記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（例えば、後述の実施形態における突出バリア部６２）と、を有し、
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、
前記空隙部は、前記突出バリア部において最も外周側に位置する頂部（例えば、後述の実施形態における頂部６２ａ）と略同一半径であり前記ロータの回転軸を中心とした円の円周（例えば、後述の実施形態における円周６２ａＣ）上に配置された第２空隙（例えば、後述の実施形態における第２空隙７２ａ、７２ｂ）と、前記第２空隙と前記永久磁石の前記外周面との間の半径方向位置に配置された第１空隙（例えば、後述の実施形態における第１空隙７１）と、を有し、
前記延長線上縁部と、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、がなす角度（例えば、後述の実施形態における角度α）は、７５度から９０度の間に形成される
ことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の構成に加えて、
前記側方バリアの内周側縁部（例えば、後述の実施形態における内周側縁部６４ｃ）から前記ロータコアの一部が外周側に突出して、前記永久磁石の前記周方向端面と当接する当接部（例えば、後述の実施形態における当接部２３）が形成される
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に記載の構成に加えて、
前記第２空隙は、前記突出バリア部の前記頂部と略同一半径の前記円周上において、周方向に沿って複数形成され、
複数の前記第２空隙の周方向における間で、且つ複数の前記第２空隙よりも内周側に前記第１空隙が配置される
ことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の構成に加えて、
前記突出バリア部は、前記頂部と、前記頂部の周方向における前記磁極部中央側に接続して内周側に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、前記頂部の周方向における前記磁極部端部側に接続して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、
前記第２空隙は、前記端部側周縁部の延長線（例えば、後述の実施形態における延長線６２ｃＬ）上又は延長線よりも内径側に設けられる
ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、側方バリアは、永久磁石の外周面の延長線上に延びる延長線上縁部と、延長線上縁部の周方向における磁極部端部側の端部から、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と、を備えている。これにより、永久磁石の周方向端部において、ステータ側へ向かう磁束の経路の幅を広げることができ、永久磁石の周方向端部からステータ側へ向かう磁束の経路における透磁率の低下を抑制でき、永久磁石の周方向端部のパーミアンスが低下してしまうことを抑制できる。
また、永久磁石の周方向端部に作用するステータの反磁界が、永久磁石の外周面に対して垂直に近い方向から作用するため、永久磁石の周方向端部を減磁しにくくすることができる。
また、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、第２空隙が突出バリア部の頂部と略同一半径でありロータの回転軸を中心とした円の円周上に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、空隙部の第１空隙を、第２空隙と永久磁石の外周面との間の半径方向位置に配置することにより、永久磁石の外周面から延長縁部を通じて永久磁石の周方向端面へ向かう経路における磁束の短絡を抑制することができる。したがって、永久磁石の周方向端部において、ステータ側へ向かう磁束の経路の幅を広げつつ、永久磁石の磁束短絡をより効果的に抑制することができる。
また、延長線上縁部と、突出バリア部の周方向における磁極部中央側の周縁部と、がなす角度は、９０度から角度が小さくなっていくにつれて、永久磁石の周方向端部において、ステータ側へ向かう磁束の経路の幅が狭くなってしまうが、７５度〜９０度の範囲に設定することで、永久磁石の周方向端部におけるステータ側へ向かう磁束の経路の幅を確保することができる。
また、延長線上縁部と、突出バリア部の周方向における磁極部中央側の周縁部と、がなす角度は、９０度から角度が小さくなっていくにつれて、突出バリア部の周方向における磁極部中央側の周縁部の周囲において発生する応力が大きくなりやすくなってしまうが、７５度〜９０度の範囲に設定することで、応力の集中を抑制することができる。

請求項２の発明によれば、側方バリアに永久磁石の外周面の延長線上に延びる延長線上縁部が形成されている場合であっても、当接部が永久磁石の周方向端面と当接することにより永久磁石を位置決めすることができ、永久磁石の位置ずれを抑制することができる。
仮に、側方バリアの外周側端部に、永久磁石の周方向端面と当接する当接部を設けた場合には、ロータコア及び永久磁石に作用する遠心力によって当接部に比較的大きな応力が発生してしまうが、側方バリアの内周側縁部における当接部によって永久磁石を位置決めするため、当接部における応力の集中を抑制することができる。
また、側方バリアは、永久磁石の周方向端面と、少なくとも周方向端面の径方向厚み全体に亘って対向する径方向厚みを有しており、且つ当接部は側方バリアの内周側縁部から外周側に突出して、永久磁石の円周方向端面と当接する。したがって、従来の特許文献１のように永久磁石の周方向端面に直接短絡磁束の回り込んでしまう経路が発生することを抑制でき、永久磁石の磁束短絡を抑制することができる。

請求項３の発明によれば、第１空隙と複数の第２空隙との間、及び複数の第２空隙同士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、第１空隙と複数の第２空隙との間に形成されたリブと、複数の第２空隙同士の間に形成されたリブと、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４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周側には、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、第２空隙を帯状の領域よりも内径側に設けることによって、第２空隙を設けた場合であってもロータコアの強度低下を抑制することができる。

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変形例に係るロータコアの部分拡大図である。 第２比較例に係るロータコアの部分拡大図である。 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。 第１変形例に係るロータコア中の磁路を示す部分拡大図である。 第２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。 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り、（ａ）は無負荷時、（ｂ）は負荷時の状態を示す図である。 第１変形例の永久磁石片のパーミアンス分布を示す図であり、（ａ）は無負荷時、（ｂ）は負荷時の状態を示す図である。 第２比較例の永久磁石片のパーミアンス分布を示す図であり、（ａ）は無負荷時、（ｂ）は負荷時の状態を示す図である。 実施形態の永久磁石片の減磁分布を示す図である。 第１変形例の永久磁石片の減磁分布を示す図である。 第２比較例の永久磁石片の減磁分布を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ第２比較例、第１比較例、実施形態の永久磁石の減磁率を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ第２比較例、第１比較例、実施形態のロータトルクを示す図である。 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。 永久磁石の減磁率を示す図である。 従来のロータコアの部分拡大図である。

以下、本発明の一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、本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、磁石挿入孔片４１の内周縁部４２には、内周側に向かって複数の樹脂充填孔４２ａが凹設されており、この樹脂充填孔４２ａ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６０が形成される。

側方バリア６０は、永久磁石片３２の外周面３２ｂの延長線３２ｂＬ上に延びる延長線上縁部６１と、延長線上縁部６１の周方向における磁極部５０端部側（図３中、右側）の端部から、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の周方向における磁極部５０中央側（図３中、左側）に接続して、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曲線状の中央側周縁部６２ｂと、頂部６２ａの周方向における磁極部５０端部側に接続して、磁極部５０端部側且つ内周側に向かって延びる曲線状の端部側周縁部６２ｃと、を有して断面略三角形状に形成されている。

ここで、延長線上縁部６１と、突出バリア部６２の中央側周縁部６２ｂと、がなす角度αは、７５度から９０度の間に設定される。また、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側縁部６４ａと、外周側縁部６４ａに接続し、内周側に向かって延びる直線状の延出縁部６４ｂと、延出縁部６４ｂに接続し、内周側に向かう凸である曲線状の内周側縁部６４ｃと、を有する。

ここで、内周側バリア部６４の内周側縁部６４ｃの最も内周側の部分は、永久磁石片３２の内周面３２ａの延長線３２ａＬ上に位置している（図２参照）。したがって、側方バリア６０の径方向厚み６０Ｌは、突出バリア部６２の径方向厚み６２Ｌ分だけ、永久磁石片３２の径方向厚み３２Ｌよりも厚く形成される。すなわち、側方バリア６０は、永久磁石片３２の周方向外側端面３２ｄと、少なくとも当該周方向外側端面３２ｄの径方向厚み３２Ｌ全体に亘って対向する径方向厚み６０Ｌを有する。なお、内周側バリア部６４の内周側縁部６４ｃの最も内周側の部分が、永久磁石片３２の内周面３２ａの延長線３２ａＬよりも内周側に位置するように形成される構成としても構わない。

また、内周側バリア部６４の内周側縁部６４ｃから、ロータコア２０の一部が外周側に突出して当接部２３が形成される。そして、当接部２３は、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は、一対の永久磁石片３２の周方向内側端面３２ｃと当接し、これら当接部２３及び磁石挿入孔片４１の周方向内側縁部４３によって永久磁石片３２が周方向に位置決めされて保持される。

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、突出バリア部６２の頂部６２ａよりも内周側、より具体的には頂部６２ａと略同一半径の円周６２ａＣよりも内周側に配置された第１空隙７１と、頂部６２ａと略同一半径の円周６２ａＣ上で、周方向に沿って配置された２つの第２空隙７２ａ、７２ｂと、からなる空隙群によって構成されている。なお、第１空隙７１と第２空隙７２ａ、７２ｂとは、略同一の直径を有する円形状に形成されている。

第１空隙７１は、２つの第２空隙７２ａ、７２ｂとの間の周方向位置、且つ２つの第２空隙７２ａ、７２ｂと永久磁石片３２の外周面３２ｂとの間の半径方向位置に配置されている。言い換えると、第１空隙７１の中心位置が、２つの第２空隙７２ａ、７２ｂの中心位置との間の周方向位置、且つ２つの第２空隙７２ａ、７２ｂの中心位置と永久磁石片３２の外周面３２ｂとの間の半径方向位置に配置されている。

なお、図３においては、第１空隙７１の中心位置は、第２空隙７２ａ、７２ｂの中心位置よりも、第１空隙７１及び第２空隙７２ａ、７２ｂの直径程度だけ内周側にずれた位置に配置されている。

また、図３において、２つの第２空隙７２ａ、７２ｂとの間の周方向間隔を狭めることにより、第１空隙７１の一部と、２つの第２空隙７２ａ、７２ｂの一部と、が互いに周方向にオーバーラップするように配置されていてもよい。また、中間リブ７５の幅方向の中央に沿って延びる仮想線方向から見たときに、第１空隙７１の一部と、２つの第２空隙７２ａ、７２ｂの一部と、が互いにオーバーラップするように配置されていてもよい。

第２空隙７２ａ、７２ｂ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、第２空隙７２ａ、７２ｂ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、第２空隙７２ａ、７２ｂ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２空隙７２ａ、７２ｂのうち、周方向における磁極部５０中央側の第２空隙７２ａを中央側第２空隙と呼び、磁極部５０端部側の第２空隙７２ｂを端部側第２空隙と呼ぶことがある。

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、第１空隙７１と中央側第２空隙７２ａとの間に中央側リブ７４が形成され、２つの第２空隙７２ａ、７２ｂの間には中間リブ７５が形成され、第１空隙７１と端部側第２空隙７２ｂ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。

（実施形態と第１及び第２比較例との比較）
次に、実施形態のロータコア２０（図２参照）と、第１及び第２比較例としてのロータコア２００Ａ、２００Ｂ（図５及び図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、２００Ａ、２００Ｂ中の磁気回路（磁路）の解析を行った。

図５に示すように、第１比較例に係るロータコア２００Ａは、実施形態に係るロータコア２０において、第１及び第２空隙部７０、８０を設けない構成である。

図６に示すように、第２比較例に係るロータコア２００Ｂは、側方バリア６０が、延長線上縁部６１を有しておらず、突出バリア部６２の中央側周縁部６２ｂが、頂部６２ａから周方向における磁極部５０中央側且つ内周側に向かって延び、磁石挿入孔片４１の外周縁部４４と接続する点で、第１比較例のロータコア２００Ａと相違するが、他の構成は同一である。

図７、図８、及び図９には、それぞれ実施形態、第１比較例、及び第２比較例における、ロータコア２０、２００Ａ、２００Ｂ中の磁路が示されている。図１０、図１１、図１２には、それぞれ実施形態、第１比較例及び第２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、図１０（ａ）、図１１（ａ）、図１２（ａ）は無負荷時の、図１０（ｂ）、図１１（ｂ）、図１２（ｂ）は負荷時の状態を示すものである。ここで、永久磁石片３２において濃い部分はパーミアンスＰ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。図１３、図１４、図１５には、それぞれ実施形態、第１比較例及び第２比較例における一対の永久磁石片３２の減磁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減磁量が大きく、淡い部分は減磁量が小さいことを示している。図１６（ａ）〜（ｃ）には、第２比較例の永久磁石３０の減磁率を１００とした場合において、それぞれ第２比較例、第１比較例、実施形態における永久磁石３０の減磁率が示されている。図１７（ａ）〜（ｃ）には、第２比較例のロータトルクを１００とした場合において、それぞれ第２比較例、第１比較例、実施形態におけるロータトルクが示されている。

先ず、第１比較例と第２比較例とを比較すると、第１比較例に係る永久磁石片３２（図１１参照）は、第２比較例に係る永久磁石片３２（図１２参照）に比べ、外周側の周方向外側端部（図１２及び図１１中、左側端部）においてパーミアンスが高いことがわかる。

これは、図９に示すように、第２比較例に係るロータコア２００Ｂにおいては、側方バリア６０の突出バリア部６２が、永久磁石片３２の周方向外側端面３２ｄと周方向にオーバーラップするように形成されているので、永久磁石片３２の周方向外側端部から、ステータ側（径方向外側）へ向かう磁束の経路の幅が狭くなってしまい、永久磁石片３２の周方向外側端部からステータ側へ向かう磁束の経路における透磁率μ（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意味する。）が低下してしまうことに起因する。すなわち、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、第２比較例に係る永久磁石片３２の周方向外側端部におけるパーミアンスＰが低下する。

これに対し、図８に示すように、第１比較例に係るロータコア２００Ａにおいては、側方バリア６０は、永久磁石片３２の外周面３２ｂの延長線３２ｂＬ上に延びる延長線上縁部６１と、延長線上縁部６１の周方向における磁極部５０端部側の端部から、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６２と、を備えている。これにより、第２比較例に比べて、永久磁石片３２の周方向外側端部において、ステータ側へ向かう磁束の経路の幅を広げることができ、永久磁石片３２の周方向端部からステータ側へ向かう磁束の経路における透磁率μの低下を抑制でき、永久磁石片３２の周方向外側端部のパーミアンスＰが低下してしまうことを抑制できる。

ここで、図１８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１８中、○で示した部分）で決まる。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１８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。

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。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。

したがって、第１比較例に係る永久磁石片３２の周方向外側端部のパーミアンスＰは、第２比較例に係る永久磁石片３２の周方向外側端部のパーミアンスＰよりも大きいので、図１４に示すように第１比較例に係る永久磁石片３２の周方向外側端部の減磁率は、図１５に示すように第２比較例に係る永久磁石片３２の周方向外側端部の減磁率よりも小さくなる。

さらに、図１６に示すように、永久磁石３０としても、第１比較例における減磁率（図１６（ｂ）参照）は、第２比較例における減磁率（図１６（ａ）参照）と比べて３０％以上小さくなっており、第１比較例に係る回転電機のロータ１０の構成は、減磁に対して有効であることが明らかとなった。

また、図１７に示すように、第１比較例のロータトルク（図１７（ｂ）参照）は、第２比較例のロータトルク（図１７（ａ）参照）に比べ、１．２％程度減少する。これは、第１比較例の側方バリア６０には、延長線上縁部６１が形成されたことによって、永久磁石片３２の外周面３２ｂから延長線上縁部６１を介して永久磁石片３２の周方向外側端面３２ｄへ磁束の短絡経路が発生したためであると考えられる。

次に、実施形態（図１０参照）について着目すると、第２比較例（図１２参照）に比べて、永久磁石片３２の外周側の周方向外側端部においてパーミアンスＰが高いことがわかる。これは、実施形態は、第１比較例と同様に、側方バリア６０が永久磁石片３２の外周面３２ｂの延長線３２ｂＬ上に延びる延長線上縁部６１を備えることにより、第２比較例に比べて、永久磁石片３２の周方向外側端部においてステータ側へ向かう磁束の経路の幅を広げることが可能であるためである。

したがって、図１３に示すように実施形態に係る永久磁石片３２の周方向外側端部の減磁率は、図１５に示すように第２比較例に係る永久磁石片３２の周方向外側端部の減磁率よりも小さくなる。

また、実施形態では、ロータコア２０に第１空隙部７０、８０が設けられるので、第１比較例に比べて、透磁率μが減少する結果、パーミアンスＰが減少し（図１０及び図１１参照）、減磁率も大きくなる（図１３及び図１４参照）。

しかしながら、実施形態に係るロータコア２０においては、第１空隙部７０の第１空隙７１が、頂部６２ａよりも内周側（円周６２ａＣよりも内周側）に配置されるので、永久磁石片３２の外周面３２ｂから延長線上縁部６１を介して永久磁石片３２の周方向外側端面３２ｄへ向かう経路における磁束の短絡が抑制され、透磁率μが大きくなる。また、第１空隙部７０において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、ステータへ向かう磁束経路が多くなり、透磁率μが大きくなる。また、２つの第１空隙７１ａ、７１ｂが円周６２ａＣ上で周方向に沿って配置されるので、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、透磁率μが大きくなる。また、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、透磁率μが大きくなる。

このように、実施形態では、第１及び第２空隙部７０、８０が設けられたことにより、第１比較例に比べて、永久磁石片３２の透磁率μ及びパーミアンスＰが若干減少するものの、第１及び第２空隙部７０、８０を特徴ある構成とすることにより、透磁率μ及びパーミアンスＰの減少量は最小限に抑制される。

これにより、図１６に示すように、永久磁石３０としても、実施形態における減磁率（図１６（ｃ）参照）は、第１比較例おける減磁率（図１６（ｂ）参照）と比べて数％程度の増加に留まっている。

さらに、図１７に示すように、実施形態（図１７（ｃ）参照）では、上述したように第１空隙部７０及び第２空隙部８０が設けられたことにより、磁束の短絡が抑制されるので、第１比較例（図１７（ｂ）参照）に比べて、ロータトルクが増大する。この結果、実施形態のロータトルクを、第２比較例のロータトルク（図１７（ａ）参照）に比べて０．６％程度の減少に留まらせることが可能である。

（実施例）
次に、実施形態のロータコア２０において、延長線上縁部６１と、突出バリア部６２の中央側周縁部６２ｂと、がなす角度α（図３参照）を、３０度から１２０度の間に設定し、永久磁石３０の減磁率について解析を行った。図１９には、角度αを１０５度又は１２０度に設定した場合の永久磁石３０の減磁率を１とした場合の永久磁石３０の減磁率が示されている。

これによると、角度αが１０５度又は１２０に設定された場合よりも、角度αが９０度以下に設定された場合の方が、減磁率が低いことがわかる。これは、角度αが９０度以下に設定された場合、永久磁石片３２の周方向外側端部に作用するステータの反磁界が、角度αが９０度より大きく形成された場合に比べて、永久磁石片３２の外周面３２ｂに対して垂直に近い方向から作用するため、永久磁石片３２の周方向外側端部を減磁しにくくなるからである。なお、角度αが９０度より大きくした場合、永久磁石片３２の周方向外側端部に作用するステータの反磁界が、永久磁石片３２の外周面３２ｂに対して斜めから作用するため、減磁しやすくなってしまう。

また、角度αが３０度又は６０度に設定された場合よりも、７５度又は９０に設定された場合の方が、減磁率が低いことがわかる。これは、角度αが９０度から小さくなっていくにつれて、永久磁石片３２の周方向外側端部からステータ側へ向かう磁束の経路の幅が狭くなってしまい、透磁率μが減少し、パーミアンスＰが減少するためである。

このように、角度αは、７５度〜９０度の範囲に設定する構成が、永久磁石片３２の周方向端部におけるステータ側へ向かう磁束の経路の幅を確保し、減磁率を減少させるために、最も好適であることが明らかとなった。

なお、角度αは、９０度から小さくなっていくにつれて、突出バリア部６２の中央側周縁部６２ｂの周囲において発生する応力が大きくなるが、７５度〜９０度の範囲に設定することで、応力の集中を抑制することが可能である。

以上、説明したように、本実施形態の回転電機のロータ１０によれば、側方バリア６０は、永久磁石片３２の外周面３２ｂの延長線３２ｂＬ上に延びる延長線上縁部６１と、延長線上縁部６１の周方向における磁極部端部側の端部から、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６２と、を備えている。これにより、第２比較例に係るロータコア２００Ｂのように、側方バリア６０の突出バリア部６２が、永久磁石片３２の周方向外側端面３２ｄと周方向にオーバーラップするように形成される場合に比べて、永久磁石片３２の周方向端部において、ステータ側へ向かう磁束の経路の幅を広げることができ、永久磁石片３２の周方向端部からステータ側へ向かう磁束の経路における透磁率μの低下を抑制でき、永久磁石片３２の周方向端部のパーミアンスＰが低下してしまうことを抑制できる。
また、延長線上縁部６１と、突出バリア部６２の中央側周縁部６２ｂと、がなす角度αが、７５度から９０度の間に形成されるので、永久磁石片３２の周方向端部に作用するステータの反磁界が、永久磁石片３２の外周面３２ｂに対して垂直に近い方向から作用するため、永久磁石片３２の周方向端部を減磁しにくくすることができる。
また、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及び磁石挿入孔片４１とは離間した磁気的空隙からなる第１空隙部７０が形成され、第１空隙部７０は、突出バリア部６２の頂部６２ａと略同一半径の円周６２ａＣ上に配置された第２空隙７２ａ（７２ｂ）が形成される。したがって、永久磁石片３２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２０ａとの間を回り込むようにして短絡するが、第２空隙７２ａ（７２ｂ）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、永久磁石片３２の磁束短絡を効果的に抑制することができる。
また、第１空隙部７０は、第２空隙７２ａ（７２ｂ）と永久磁石片３２の外周面３２ｂとの間の半径方向位置に配置される第１空隙７１を有する。これにより、永久磁石片３２の外周面３２ｂから延長線上縁部６１を通じて永久磁石片３２の周方向外側端面３２ｄへ向かう経路における磁束の短絡を抑制することができる。したがって、永久磁石片３２の周方向外側端部において、ステータ側へ向かう磁束の経路の幅を広げつつ、永久磁石片３２の磁束短絡をより効果的に抑制することができる。

また、角度αは、９０度から角度が小さくなっていくにつれて、永久磁石片３２の周方向端部において、ステータ側へ向かう磁束の経路の幅が狭くなってしまうが、７５度〜９０度の範囲に設定することで、永久磁石片３２の周方向端部におけるステータ側へ向かう磁束の経路の幅を確保することができ、透磁率μ低下を抑制し、パーミアンスＰ低下を抑制できる。
また、角度αは、９０度から角度が小さくなっていくにつれて、突出バリア部６２の中央側周縁部６２ｂの周囲において発生する応力が大きくなりやすくなってしまうが、７５度〜９０度の範囲に設定することで、応力の集中を抑制することができる。

また、側方バリア６０の内周側縁部６４ｃからロータコア２０の一部が外周側に突出して、永久磁石片３２の周方向外側端面３２ｄと当接する当接部２３が形成されるので、側方バリア６０に永久磁石片３２の外周面３２ｂの延長線３２ｂＬ上に延びる延長線上縁部６１が形成されている場合であっても、当接部２３が永久磁石片３２の周方向外側端面３２ｄと当接することにより永久磁石片３２を位置決めすることができ、永久磁石片３２の位置ずれを抑制することができる。
なお、仮に、側方バリア６０の外周側端部に、永久磁石片３２の周方向外側端面３２ｄと当接する当接部を設けた場合には、ロータコア２０及び永久磁石片３２に作用する遠心力によって当接部２３に比較的大きな応力が発生してしまうが、側方バリア６０の内周側縁部６４ｃにおける当接部２３によって永久磁石片３２を位置決めするため、当接部２３における応力の集中を抑制することができる。
また、側方バリア６０は、永久磁石片３２の周方向外側端面３２ｄと、少なくとも周方向外側端面３２ｄの径方向厚み３２Ｌ全体に亘って対向する径方向厚みを有しており、且つ当接部２３は側方バリア６０の内周側縁部６４ｃから外周側に突出して、永久磁石片３２の周方向外側端面３２ｄと当接する。したがって、従来の特許文献１（図２０参照）のように永久磁石片３２の周方向外側端面３２ｄに直接短絡磁束の回り込んでしまう経路が発生することを抑制でき、磁束短絡を抑制することができる。

また、第２空隙７２ａ、７２ｂは、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、周方向に沿って複数形成され、複数の第２空隙７２ａ、７２ｂの周方向における間で、且つ複数の第２空隙７２ａ、７２ｂよりも内周側に第１空隙７１が配置される。これにより、第１空隙７１と中央側第２空隙７２ａとの間に中央側リブ７４が形成され、複数の第２空隙７２ａ、７２ｂの間には中間リブ７５が形成され、第１空隙７１と端部側第２空隙７２ｂとの間には端部側リブ７６が形成されることとなるため、ロータ回転時に永久磁石片３２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、中間、端部側リブ７４、７５、７６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μの低下を抑制して、パーミアンスＰの低下を抑制することができる。
したがって、永久磁石片３２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片３２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。

また、突出バリア部６２は、頂部６２ａと、頂部６２ａの周方向における磁極部５０中央側に接続して内周側に延びる中央側周縁部６２ｂと、頂部６２ａの周方向における磁極部５０端部側に接続して内周側に向かって延びる端部側周縁部６２ｃと、を備えて略三角形状に形成され、第２空隙７２ａ（７２ｂ）は、端部側周縁部６２ｃの延長線６２ｃＬ上又は延長線６２ｃＬよりも内径側に設けられる。ここで、延長線６２ｃＬよりも外周側には、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、第２空隙７２ａ（７２ｂ）を帯状の領域よりも内径側に設けることによって、第２空隙７２ａ（７２ｂ）を設けた場合であってもロータコア２０の強度低下を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 ロータコア
２３ 当接部
３０、３０Ａ、３０Ｂ 永久磁石
３２ 永久磁石片
３２Ｌ 径方向厚み
３２ａ 内周面
３２ａＬ 延長線
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
５０、５０Ａ、５０Ｂ 磁極部
６０ 側方バリア
６０Ｌ 径方向厚み
６１ 延長線上縁部
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
６４ｃ 内周側縁部
７０ 第１空隙部（空隙部）
７１ 第１空隙
７２ａ、７２ｂ 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
８０ 第２空隙部
８２ 第３空隙
α 角度

Claims (4)

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が形成され、
   前記側方バリアは、前記永久磁石の前記周方向端面と、少なくとも前記周方向端面の径方向厚み全体に亘って対向する径方向厚みを有し、
   前記側方バリアは、前記永久磁石の外周面の延長線上に延びる延長線上縁部と、前記延長線上縁部の周方向における前記磁極部端部側の端部から、前記永久磁石の前記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と、を有し、
   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、
   前記空隙部は、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略同一半径であり前記ロータの回転軸を中心とした円の円周上に配置された第２空隙と、前記第２空隙と前記永久磁石の前記外周面との間の半径方向位置に配置された第１空隙と、を有し、
   前記延長線上縁部と、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、がなす角度は、７５度から９０度の間に形成される
   ことを特徴とする回転電機のロータ。
2. 前記側方バリアの内周側縁部から前記ロータコアの一部が外周側に突出して、前記永久磁石の前記周方向端面と当接する当接部が形成される
   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. 前記第２空隙は、前記突出バリア部の前記頂部と略同一半径の前記円周上において、円周方向に沿って複数形成され、
   複数の前記第２空隙の周方向における間で、且つ複数の前記第２空隙よりも内周側に前記第１空隙が配置される
   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。
4. 前記突出バリア部は、前記頂部と、前記頂部の周方向における前記磁極部中央側に接続して内周側に延びる中央側周縁部と、前記頂部の周方向における前記磁極部端部側に接続して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、
   前記第２空隙は、前記端部側周縁部の延長線上又は延長線よりも内径側に設けられる
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の回転電機のロータ。