JP6135770B2 - 永久磁石埋め込み式回転電機およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動機や発電機等、ロータを有する回転電機に係り、特にロータに永久磁石が埋め込まれた永久磁石埋め込み式回転電機に関する。

この種の永久磁石埋め込み式回転電機において、永久磁石は、ロータに形成された磁石埋め込み穴に挿入されている。この永久磁石は、比較的割れやすい部材である。しかし、この永久磁石が割れて分離すると、永久磁石埋め込み式回転電機の性能が劣化する。また、永久磁石の割れ方によっては磁石埋め込み穴内を磁石が移動するようになる。そして、磁石の移動が始まると、磁石が磁石埋め込み穴の内壁と衝突して、さらに磁石が割れる機会が増える。また、磁石埋め込み穴内を磁石が移動すると、ロータのバランスが崩れ、ロータに働く遠心力の影響によりロータの振動が増える危険があった。

特開平９−１６３６４９号公報

永久磁石埋め込み式回転電機における永久磁石の割れを防止する技術を開示した技術文献として特許文献１がある。この特許文献１に開示の技術では、外周部に接着剤を含浸または塗布した接着シートを配した永久磁石をロータの磁石埋め込み穴へ挿入する。このようにすることで、挿入時における永久磁石の割れを防止することができる。しかし、特許文献１に開示の技術では、永久磁石が接着シートによりロータの磁石埋め込み穴の内壁に接着固定される。ここで、永久磁石とロータ鋼材は線膨張係数が異なる。従って、永久磁石がロータの磁石埋め込み穴の内壁に接着固定された状態だと、例えば回転電機の稼働によりロータの温度が上昇した場合に、ロータと永久磁石の線膨張率の差異に起因した過大な応力が永久磁石に加わり、永久磁石に割れが生じるという問題がある。

この発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、永久磁石埋め込み式回転電機において、永久磁石のロータへの埋め込み時のみならず、埋め込み後においても永久磁石の割れを防止する技術的手段を提供することを目的としている。

この発明は、ロータに周方向に沿って形成された磁石埋め込み穴に補強用シートの付着した永久磁石を埋め込んでなり、前記補強用シートの表面が前記磁石埋め込み穴の内壁面に対して非接着状態であることを特徴とする永久磁石埋め込み式回転電機を提供する。

この発明によれば、ロータの磁石埋め込み穴に埋め込まれる永久磁石に補強用シートが付着している。従って、永久磁石の割れを防止することができる。また、この発明によれば、ロータの磁石埋め込み穴に埋め込まれた補強用シートの表面が磁石埋め込み穴の内壁面に対して非接着状態になっている。このため、例えば永久磁石埋め込み式回転電機の稼働によりロータの温度が上昇した場合に、ロータと永久磁石の線膨張係数の差異に起因した応力が永久磁石に加わるのを回避し、永久磁石の割れを防止することができる。

この発明の適用対象である永久磁石埋め込み式回転電機の構成を示す縦断面図である。 同永久磁石埋め込み式回転電機のロータの１極分の構成を示す斜視図である。 同永久磁石埋め込み式回転電機のロータの１極分の構成を示す正面図である。 この発明の第１実施形態においてロータの磁石埋め込み穴に埋め込まれる永久磁石および補強用シートの構成を示す正面図である。 この発明の第２実施形態においてロータの磁石埋め込み穴に埋め込まれる永久磁石および補強用シートの構成を示す正面図である。 この発明の第３実施形態においてロータの磁石埋め込み穴に埋め込まれる永久磁石および補強用シートの構成を示す正面図である。 この発明の第４実施形態においてロータの磁石埋め込み穴に埋め込まれる永久磁石および補強用シートの構成を示す正面図である。 この発明の第５実施形態においてロータの磁石埋め込み穴に埋め込まれる永久磁石、補強用シートおよびスペーサの構成を示す正面図である。 この発明の第６実施形態においてロータの磁石埋め込み穴に埋め込まれる永久磁石、補強用シートおよびスペーサの構成を示す正面図である。 この発明の第７実施形態において補強用シートの付着した永久磁石を製造する工程を示す図である。 この発明の第８実施形態において補強用シートの付着した永久磁石を製造する工程を示す図である。 この発明の他の実施形態において補強用シートの付着した永久磁石を製造する工程を示す図である。

以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。

＜本発明の適用対象＞
図１は本発明の適用対象である永久磁石埋め込み式回転電機の構成例を示す縦断面図である。図１において、フレーム１は、永久磁石埋め込み式回転電機全体を覆う筐体であり、鉄、アルミ、ステンレスなどにより構成されている。フレーム１の内側には、中空円筒状の固定側鉄心２が設けられている。この固定側鉄心２は、けい素鋼板を積層してなるものである。この固定側鉄心２には、複数のティースが形成されており、各ティースには銅線などによるステータ巻線が巻装されている（図示略）。固定側鉄心２の内側には、固定側鉄心２との間に所定の隙間を挟んだ状態で、回転側鉄心であるロータ３が挿通されている。このロータ３は、けい素鋼板を積層してなるものである。なお、単純な鉄ブロックを切削加工することによりロータ３が構成される場合もある。ロータ３は、その中心を鉄などによるシャフト４が貫通している。理想的には、シャフト４の中心軸がロータ３の回転中心軸４ａとなる。そして、シャフト４は、ベアリング鋼などからなる転がり軸受け５を介して、フレーム１の前後両端に設けられたシールド６に支持されている。

ここでは、永久磁石埋め込み式回転電機としてモータを例に挙げて説明するが、発電機の場合も同様である。このモータにおいてロータ３は、ステータ巻線（図示せず）によって作られる回転磁界によってエネルギを与えられ、回転中心軸４ａ廻りに回転する。

図２はロータ３の１極分の構成を示す斜視図である。また、図３は回転中心軸４ａ方向からロータ３の１極分を見た正面図である。なお、図３では、ロータ３の構成の理解を容易にするため、１極分の構成に加えて、その回転方向両隣の極の構成を破線により示した。

ロータ３は、回転中心軸４ａ寄りの芯部３１と、極毎に設けられた２個の永久磁石３４ａおよび３４ｂと、回転中心軸４ａからみて永久磁石３４ａおよび３４ｂの外側のロータ鋼材からなる各極の外周縁部３３と、磁石埋め込み穴３５ａおよび３５ｂの間に形成され、芯部３１と外周縁部３３とを各々繋ぐ各極のセンタブリッジ３２と、極間に設けられたｑ軸突起３７とに大別することができる。

１極分の外周縁部３３は、略円弧状の断面形状を有しており、ロータ回転方向中央において、センタブリッジ３２を介して芯部３１と繋がっている。この外周縁部３３の外周面は、回転中心軸４ａからロータ最外周部までの距離よりも小さい曲率半径を有している。なお、このように外周縁部３３の全部ではなく、外周縁部３３の一部の曲率半径を回転中心軸４ａからロータ最外周部までの距離より小さくしてもよい。また、外周縁部３３の外周面は曲面である必要はなく、ロータ回転中心からみてセンタブリッジ３２を通る延長線上に位置する外周縁部３３の外周面がその他の位置の外周面に対し、ロータ回転中心からの距離が長ければよい。このようにして、センタブリッジ３２は磁気抵抗を高くし、ロータの外周に配置されたステータと外周縁部３３との磁気抵抗を低くすることで永久磁石埋め込み式回転電機のトルクを増大することができる。外周縁部３３をこのような形状とすることで、トルクの高調波成分が削減され、その削減された分だけロータ３に発生するトルクの基本波成分を増加させることができる。

外周縁部３３の内側には、永久磁石３４ａを保持するための磁石埋め込み穴３５ａと、永久磁石３４ｂを保持するための磁石埋め込み穴３５ｂが設けられている。この磁石埋め込み穴３５ａおよび３５ｂは、外周縁部３３、センタブリッジ３２および芯部３１により３方向から囲まれている。外周縁部３３は、ロータ３の回転時に永久磁石３４ａおよび３４ｂに働く遠心力に対抗して永久磁石３４ａおよび３４ｂを回転中心軸４ａ側に支持する。各極に対応した各外周縁部３３は、隣のものとの間に隙間を挟んでロータ回転方向に並んでいる。２個の外周縁部３３間の隙間は、センタブリッジ３２と反対側、すなわち、極間の中央に位置している。磁石埋め込み穴３５ａおよび３５ｂは、この２個の外周縁部３３間の隙間を介してロータ外周に連通している。なお、従来公知の一般的なロータには、２個の外周縁部３３間に隙間がなく、２個の外周縁部３３間を接続するサイドブリッジを有するものが多い。このサイドブリッジをなくしたところに図２および図３に示すロータ３の１つの特徴がある。

磁石埋め込み穴３５ａおよび３５ｂは、逆Ｖ字状に配列されている。そして、磁石埋め込み穴３５ａおよび３５ｂの内周壁における回転中心軸４ａ側の領域（芯部３１）は、隣接する極間の中心から離れて２個の磁石埋め込み穴の間（すなわち、センタブリッジ３２）に近づくに従って回転中心軸４ａから離れる方向に傾いている。このため、センタブリッジ３２は、ロータ３の全ての磁石埋め込み穴３５ａ、３５ｂの内接円３６からロータ半径方向外側に離れた位置にある。

ｑ軸突起３７は、芯部３１の極間の中央の位置において２個の外周縁部３３間の隙間を通過して遠心方向（回転中心軸４ａから離れる方向）に突き出している。磁石埋め込み穴３５ａおよび３５ｂには、このｑ軸突起３７側への永久磁石３４ａおよび３４ｂの移動を規制する位置決め突起３８ａおよび３８ｂが設けられている。この位置決め突起３８ａおよび３８ｂは、磁石埋め込み穴３５ａおよび３５ｂの内壁のうち永久磁石３４ａおよび３４ｂからみてロータ半径方向外側にある領域、すなわち、外周縁部３３の内側のｑ軸突起３７側の端部において、回転中心軸４ａに向けて突出している。永久磁石３４ａおよび３４ｂは、この位置決め突起３８ａおよび３８ｂに押し当てられ、磁石埋め込み穴３５ａおよび３５ｂ内に固定される。なお、ロータ３の軸方向両端には一対の端板（図示せず）が設けられ、永久磁石３４ａおよび３４ｂが軸方向に抜け落ちないようにしている。
以上がロータ３の構成である。

ロータ３において、磁石埋め込み穴３５ａおよび３５ｂをロータ外周に連通させている理由は次の通りである。モータの製造では、焼き嵌めなどの締り嵌めによって、シャフトとロータ鋼材を組み立てる方法が一般的である。この締り嵌めの工程において、ロータ鋼材には周方向に引張応力が残留する。この残留応力は、ロータ鋼材に穴や窪みなどのある部分と同じ半径を持つ円周上には殆ど発生しない（すなわち、穴も窪みもなく、リング状につながっている部分でないと応力は残存しない）。

一方、ロータ３の高速回転時には、ロータの各部分に強大な遠心力が発生する。その際、ロータがセンタブリッジとサイドブリッジを持つ場合には、このセンタブリッジとサイドブリッジに大きな応力が発生する。この場合、ロータの回転により発生する遠心力により、センタブリッジに引っ張り応力が働くのに対し、サイドブリッジにはせん断応力が発生する。このため、高速回転によるロータの破損を防止するためには、センタブリッジよりはむしろサイドブリッジの強度を十分に高くする必要があり、この点がロータの強度設計を難しくしていた。そこで、この例では、ロータの構成として、磁石埋め込み穴３５ａおよび３５ｂがロータ外周に連通した構成、すなわち、サイドブリッジのない構成を採用した。この構成によれば、ロータが最外周にサイドブリッジを有していないため、ロータの最外周には組み立て残留応力が残存しない。ロータの回転時の遠心力により発生する応力はセンタブリッジに集中するが、このセンタブリッジに働く応力は引っ張り応力であるため、センタブリッジの幅の調整等によりセンタブリッジが破損に至らないように対処することが容易である。

しかしながら、以上説明した永久磁石埋め込み式回転電機は、サイドブリッジを有しておらず、磁石埋め込み穴３５ａおよび３５ｂがロータ外周に連通しているため、永久磁石３４ａまたは３４ｂに割れが発生した場合に、永久磁石の破片が磁石埋め込み穴３５ａおよび３５ｂからロータ外周に排出され、最悪の場合、この破片を噛み込んでロータが回転不能になる問題が発生し得る。そこで、この発明の各実施形態では、外周面に補強用シートの付着した永久磁石３４ａおよび３４ｂを磁石埋め込み穴３５ａおよび３５ｂに挿入する。ここで、磁石埋め込み穴３５ａおよび３５ｂに挿入された状態において、永久磁石３４ａおよび３４ｂの補強用シートは、磁石埋め込み穴３５ａおよび３５ｂの内壁と非接着状態であり、内壁に対して互いに摺動可能である。この点にこの発明の最大の特徴がある。

＜第１実施形態＞
図４はこの発明の第１実施形態においてロータ３の磁石埋め込み穴３５ａおよび３５ｂ（図２、図３参照）に挿入される永久磁石３４１および補強用シート３４２の構成を示す正面図である。この例では、永久磁石３４１の着磁面（永久磁石のＮ極またはＳ極がある面）を含む４面に、補強用シート３４２としてＦＲＰ（繊維強化樹脂）が５ターン巻かれている。ここで、１ターン分の補強用シート３４２の厚さは８０μｍ程度である。この補強用シート３４２を巻き付けた状態で補強用シート３４２および永久磁石３４１を加熱し、補強用シート３４２を熱硬化させて永久磁石３４１の表面に付着させる。ＦＲＰとしては樹脂としてエポキシを、繊維としてガラス繊維を用いたものを適用する。このエポキシは、樹脂の硬化温度が永久磁石のキュリー温度を越えない硬化条件のものを用いることにより、熱硬化の際に永久磁石の磁気特性が変化するのを防止することができる。熱硬化後、温度が下がると、補強用シート３４２の表面は乾燥し、接着作用を生じない状態となる。この状態において、補強用シート３４２の付着した永久磁石３４１をロータ３の磁石埋め込み穴３５ａおよび３５ｂに挿入し、永久磁石３４１の着磁を行う。

本実施形態によれば、補強用シート３４２の付着した永久磁石３４１をロータ３の磁石埋め込み穴３５ａおよび３５ｂに挿入するので、挿入時に永久磁石３４１を割れ難くすることができる。また、本実施形態において、永久磁石３４１に付着した補強用シート３４２の表面は、磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂの内壁に対して非接着状態であり、摺動可能である。従って、永久磁石埋め込み式回転電機の稼働時、例えばロータ３の温度が上昇したとしても、ロータ３と永久磁石３４１の線膨張係数の差異に起因した応力が永久磁石３４１に加わるのを回避し、永久磁石３４１の割れを防止することができる。また、この構成では、たとえ永久磁石３４１が割れたとしても破片が分離し難く、永久磁石３４１が磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂ内を移動するような事態にはなりにくい。

＜第２実施形態＞
図５はこの発明の第２実施形態においてロータ３の磁石埋め込み穴３５ａおよび３５ｂに挿入される永久磁石３４１および補強用シート３４２の構成を示す正面図である。上記第１実施形態では、永久磁石３４１の着磁面を含む４面に補強用シート３４２を５ターン分巻いたが、本実施形態では２つの着磁面と１つの非着磁面からなる３面に補強用シート３４２を５ターン分巻いている。すなわち、本実施形態では、永久磁石３４１の周囲の４面のうち１つの非着磁面には、補強用シート３４２が付着していない。

本実施形態では、ロータ３への永久磁石３４１の埋め込み時、永久磁石３４１において補強用シート３４２の付着してない非着磁面がセンタブリッジ３２側となるようにして永久磁石３４１を磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂに挿入する。このようにすると、永久磁石３４１の周囲の４面のうち補強用シート３４２により覆われた非着磁面が、磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂをロータ３の外周に連通させる隙間に臨むこととなる。従って、この非着磁面における永久磁石３４１の割れを防止し、永久磁石３４１の破片がロータ３の外周に向けて飛散するのを防止することができる。また、この構成によれば、たとえ補強用シート３４２の付着してない非着磁面において永久磁石３４１の割れが発生したとしても、永久磁石３４１の破片が磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂからロータ３の外周に向けて出ようとするのを永久磁石３４１の本体が妨げる。従って、ロータ３の外周への永久磁石３４１の破片の飛散を防止することができる。従って、本実施形態においても上記第１実施形態と同様な効果が得られる。また、本実施形態では、補強用シート３４２を永久磁石３４１の３面にしか巻かないので、４面に巻く第１実施形態に比べて、補強用シート３４２の永久磁石３４１への巻き付け処理を簡単に行うことができる。

＜第３実施形態＞
図６はこの発明の第３実施形態においてロータ３の磁石埋め込み穴３５ａおよび３５ｂに挿入される永久磁石３４１および補強用シート３４２の構成を示す正面図である。上記第２実施形態（図５）では、５ターン分の補強用シート３４２を永久磁石３４１の２つの着磁面および１つの非着磁面に巻いたが、本実施形態では１ターン分の補強用シート３４２を永久磁石３４１の２つの着磁面および１つの非着磁面に巻いている。また、本実施形態において、補強用シート３４２の端部は永久磁石３４１の２つの着磁面から僅かにはみ出して折れ曲がり、非着磁面に付着している。

ここで、補強用シート３４２として用いるＦＲＰは、複数ターンを巻き付けた場合のＦＲＰ間の接着強度は高いが、ＦＲＰと永久磁石３４１との接着強度は低い。そこで、本実施形態では、例えば強い巻き締め力でＦＲＰを永久磁石３４１の表面に押し当て、熱硬化させることによりＦＲＰを永久磁石３４１の表面に接着させることによりＦＲＰの永久磁石３４１への接着強度を高めている。

本実施形態においても、ロータ３への永久磁石３４１の埋め込み時、永久磁石３４１において補強用シート３４２の付着してない非着磁面がセンタブリッジ３２側となるようにして永久磁石３４１を磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂに挿入する。

本実施形態においても、上記第１および第２実施形態と同様な効果が得られる。また、本実施形態において、永久磁石３４１の着磁面と磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂの内壁面との間に挟まっている補強用シート３４２は１ターン分の厚さしか有しない。従って、永久磁石３４１の着磁面と磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂの内壁面との間の磁束密度を高めることができ、小規模の永久磁石３４１により大きなトルクをロータ３に発生させることができる。また、本実施形態では、補強用シート３４２の端部が永久磁石３４１の２つの着磁面から僅かにはみ出して折れ曲がり、非着磁面に付着している。このように本実施形態では、補強用シート３４２が永久磁石３４１の着磁面と非着磁面との境界の角部を覆っている。従って、永久磁石３４１における着磁面と非着磁面の境界の角部が磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂの内壁に直接衝突するのを防止して、永久磁石３４１の割れを防止することができる。

＜第４実施形態＞
図７はこの発明の第４実施形態においてロータ３の磁石埋め込み穴３５ａおよび３５ｂに挿入される永久磁石３４１および補強用シート３４２の構成を示す正面図である。本実施形態では、５ターン分の補強用シート３４２を永久磁石３４１の２つの着磁面を含む４面に巻いて熱硬化させた後、磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂの内壁の形状に合わせて左面に面取り加工を加える。

本実施形態では、ロータ３への永久磁石３４１の埋め込み時、永久磁石３４１において面取りされた補強用シート３４２の付着している非着磁面がセンタブリッジ３２側となるようにして永久磁石３４１を磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂに挿入する。これにより図３に例示するような丸みを帯びた磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂに永久磁石３４１および補強用シート３４２を挿入する場合に、面取りされて丸みを帯びた補強用シート３４２が磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂの内壁に当接する。ここで、図７における補強用シート３４２の左側端部の曲率半径が小さければ磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂの内壁との接触部が痛み易い。しかし、図７における補強用シート３４２の左側端部は、十分に大きな曲率半径を有しているので、磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂの内壁との接触の衝撃を緩和し、破損を避けることができる。

また、本実施形態では、図７において補強用シート３４２の上下２面に４ターン分の除去加工を加え、永久磁石３４１の着磁面と磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂの内壁との間の補強用シート３４２の厚さを１ターン分としている。従って、上記第３実施形態と同様、永久磁石３４１の着磁面と磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂの内壁面との間の磁束密度を高めることができ、小規模の永久磁石３４１により大きなトルクをロータ３に発生させることができる。

＜第５実施形態＞
図８はこの発明の第５実施形態においてロータ３の磁石埋め込み穴３５ａおよび３５ｂに挿入される永久磁石３４１、補強用シート３４２およびスペーサ３４３の構成を示す正面図である。本実施形態では、上記第４実施形態と同様な形態の補強用シート３４２を永久磁石３４１に付着させるが、この補強用シート３４２の１ターン目の内側にナイロン等からなる非磁性かつ非導電性のスペーサ３４３を設けている。具体的には、本実施形態では、予め永久磁石３４１の左面にナイロンのスペーサ３４３を接着固定した後、ＦＲＰからなる補強用シート３４２を巻いて熱硬化させ、上記第４実施形態と同様なＦＲＰの面取りおよび除去処理を行っている。スペーサ３４３は、接着剤により永久磁石３４１に接着固定する他、ネジ等の固定具に永久磁石３４１に固定してもよい。

本実施形態では、ロータ３への永久磁石３４１の埋め込み時、永久磁石３４１においてスペーサ３４３の固定されている非着磁面がセンタブリッジ３２側となるようにして永久磁石３４１を磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂに挿入する。本実施形態によれば、永久磁石３４１に対して磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂが大幅に大きい場合にも、スペーサ３４３により補強用シート３４２を磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂの内壁に押し当てることができる。従って、補強用シート３４２のターン数・除去加工量をともに減らすことができ、経済的である。

また、本実施形態においても、上記第４実施形態と同様、永久磁石３４１の着磁面と磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂの内壁との間の補強用シート３４２の厚さを１ターン分としている。従って、永久磁石３４１の着磁面と磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂの内壁面との間の磁束密度を高めることができ、小規模の永久磁石３４１により大きなトルクをロータ３に発生させることができる。なお、スペーサ３４３の材料として、予め積層されたＦＲＰを用いてもよい。

＜第６実施形態＞
図９はこの発明の第６実施形態においてロータ３の磁石埋め込み穴３５ａおよび３５ｂに挿入される永久磁石３４１、補強用シート３４２およびスペーサ３４３の構成を示す正面図である。

本実施形態において、永久磁石３４１および補強用シート３４２の構成は上記第３実施形態（図６）と同様である。本実施形態では、補強用シート３４２の付着していない永久磁石３４１の非着磁面にナイロン等によるスペーサ３４３が固定されている。スペーサ３４３は接着剤により永久磁石３４１に固定してもよく、ネジ等の固定具により永久磁石３４１に固定してもよい。また、スペーサ３４３の材料として、予め積層されたＦＲＰを用いてもよい。

本実施形態では、ロータ３への永久磁石３４１の埋め込み時、永久磁石３４１においてスペーサ３４３の固定されている非着磁面がセンタブリッジ３２側となるようにして永久磁石３４１を磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂに挿入する。本実施形態においても上記第５実施形態と同様な効果が得られる。

＜第７実施形態＞
図１０はこの発明の第７実施形態である永久磁石埋め込み式回転電機の製造工程の一部を示すものである。本実施形態は、永久磁石埋め込み式回転電機の製造工程の各工程のうち、特にＦＲＰからなる補強用シート３４２を永久磁石３４１に固定する工程に関するものである。本実施形態は、例えば上記第１実施形態（図４）、第４実施形態（図７）、第５実施形態（図８）のように補強用シート３４２を永久磁石３４１の４面に固定するのに好適である。

本実施形態では、まず、図１０（ａ）に示すように、永久磁石３４１の周囲の１つの面（図１０（ａ）に示す例では左側の非着磁面）に補強用シート３４２の端部を固定した状態において、この端部を局所的に加熱して熱硬化させ、永久磁石３４１に固定する。次に図１０（ｂ）に示すように、補強用シート３４２にテンションを与えつつ、補強用シート３４２を永久磁石３４１の周囲に巻き付ける。必要なターン数だけ補強用シート３４２を永久磁石３４１の周囲に巻き付けると、図１０（ｃ）に示すように、補強用シート３４２の一部を局所的に加熱して熱硬化させ、その部分を内側のターンの補強用シート３４２に接着させる。そして、この接着箇所以降の余った補強用シート３４２を切り離す。このようにして永久磁石３４１の周囲に必要なターン数の補強用シート３４２を巻き付けて固定したものが得られる。この永久磁石３４１の周囲に必要なターン数の補強用シート３４２を巻き付けて固定したものを炉に入れて加熱し、永久磁石３４１に巻き付けられた補強用シート３４２全体を熱硬化させ、永久磁石３４１の周囲に固定するのである。

本実施形態によれば、永久磁石３４１に巻き付けるときに補強用シート３４２に与えるテンションを十分な大きさにすることにより、補強用シート３４２の永久磁石３４１に対する接着強度、各ターンの補強用シート３４２間の接着強度を高めることができる。

＜第８実施形態＞
図１１はこの発明の第８実施形態である永久磁石埋め込み式回転電機の製造工程の一部を示すものである。上記第７実施形態と同様、本実施形態は、ＦＲＰからなる補強用シート３４２を永久磁石３４１に固定する工程に関するものである。本実施形態は、例えば上記第２実施形態（図５）、第３実施形態（図６）、第６実施形態（図９）のように補強用シート３４２を永久磁石３４１に固定するのに好適である。

本実施形態では、図１１に示すように、所望のターン数（図１１に示す例では１ターン）の補強用シート３４２を永久磁石３４１における所望の面（図１１に示す例では上下右の３面）に接触させた状態において、補強用シート３４２を永久磁石３４１に向けて押し当て、この状態において補強用シート３４２および永久磁石３４１を加熱し、補強用シート３４２を熱硬化させる。

本実施形態によれば、補強用シート３４２を永久磁石３４１に押し当てる圧力を十分な大きさにすることにより、補強用シート３４２の永久磁石３４１に対する接着強度、各ターンの補強用シート３４２間の接着強度（複数ターンの補強用シート３４２を永久磁石３４１に固定する場合）を高めることができる。

以上説明したように、この発明の各実施形態によれば、補強用シート３４２を永久磁石３４１に付着させて磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂに埋め込むので永久磁石３４１を割れ難くすることができる。また、たとえ永久磁石３４１が割れても、磁石と破片との分離を防ぐことができる。また、この発明の各実施形態によれば、磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂに埋め込まれた状態において、永久磁石３４１に付着した補強用シート３４２の表面と磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂの内壁は非接着状態となっている。従って、永久磁石埋め込み式回転電機の稼働時、ロータ３の温度上昇により永久磁石３４１とロータ３の線膨張係数の差異に起因した応力が永久磁石３４１に加わるのを回避し、永久磁石３４１の割れを防止することができる。なお、上記では補強用シート３４２の表面と磁石埋め込み穴３５ａまたは３５ｂの内壁を非接着状態としているが、ロータ３と永久磁石３４１の線膨張率の差異に起因した熱応力により磁石が割れない低弾性接着状態としてもよい。従って、この発明の各実施形態によれば、元来割れ易い性質を持つ永久磁石を長期間に亘って安定的に使用することができる永久磁石埋め込み式回転電機を実現することができる。さらに、補強用シート３４２を熱硬化させて永久磁石３４１の素材に付着させた後、その素材の着磁を行うことにより、補強用シート３４２の熱硬化時の高温により減磁することがなくなる。また、この発明の各実施形態によれば、そのような永久磁石埋め込み式回転電機として、小型であり、低コストであり、かつ、メンテナンスの容易なものを提供することができる。

＜他の実施形態＞
以上、この発明の各実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。

（１）上記各実施形態では、補強用シート３４２を永久磁石３４１の３面または４面に巻き付けたが、永久磁石３４１の１面、２面や５面以上に巻き付けてもよい。

（２）上記各実施形態では、永久磁石３４１の形状として概６面体のものを用いたが、その他の形状の永久磁石を用いてもよい。

（３）上記第４実施形態（図７）、第５実施形態（図８）では、補強用シート３４２の面取り方法としてＲ面取りを行ったが、Ｃ面取りを行ってもよい。

（４）上記各実施形態では、ＦＲＰからなる熱硬化性の補強用シート３４２を用いたが、他の素材からなる補強用シートを用いてもよい。例えば図１２（ａ）に例示するように熱収縮性の素材からなるチューブ状の補強用シート３４２内に永久磁石３４１を収容し、補強用シート３４２を加熱して収縮させ、図１２（ｂ）に示すように永久磁石３４１の周囲に固定してもよい。

（５）上記各実施形態では、サイドブリッジのないロータに本発明を適用したが、サイドブリッジのあるロータに本発明を適用してもよい。

（６）上記各実施形態では、補強用シート３４２を熱硬化させて磁石の素材に付着させた後、その素材の着磁を行って永久磁石３４１としているが、着磁された永久磁石３４１に補強用シート３４２を付着させるようにしてもよい。

３……ロータ、２……ステータ、３５ａ，３５ｂ……磁石埋め込み穴、３４ａ，３４ｂ，３４１……永久磁石、３４２……補強用シート、３４３……スペーサ。

Claims (13)

1. ロータに周方向に沿って形成された磁石埋め込み穴に補強用シートの付着した永久磁石を埋め込んでなり、前記永久磁石の着磁方向に垂直な２つの着磁面と一方の非着磁面のみに１ターン分以上の補強用シートが付着し、前記補強用シートの表面が前記磁石埋め込み穴の内壁面に対して非接着状態であることを特徴とする永久磁石埋め込み式回転電機。
2. ロータに周方向に沿って形成された磁石埋め込み穴に補強用シートの付着した永久磁石を埋め込んでなり、前記永久磁石の着磁方向に垂直な２つの着磁面と一方の非着磁面に１ターン分の補強用シートが付着し、２つの着磁面に付着した前記補強用シートの端部が、僅かにはみ出して他方の非着磁面に付着し、前記補強用シートの表面が前記磁石埋め込み穴の内壁面に対して非接着状態であることを特徴とする永久磁石埋め込み式回転電機。
3. 前記ロータは前記磁石埋め込み穴の間にセンタブリッジが形成され、前記磁石埋め込み穴は前記センタブリッジと反対側において前記ロータの外周に連通し、前記永久磁石は、前記一方の非着磁面が前記ロータの外周に連通する側に位置するように前記磁石埋め込み穴に埋め込まれていることを特徴とする請求項１または２に記載の永久磁石埋め込み式回転電機。
4. 前記磁石埋め込み穴の内周壁における前記ロータ回転中心軸側の領域は、隣接する極間の中心から離れて前記センタブリッジに近づくに従って前記ロータ回転中心軸から離れる方向に傾いていることを特徴とする請求項３に記載の永久磁石埋め込み式回転電機。
5. 前記永久磁石は、前記他方の非着磁面に、非磁性かつ非導電性のスペーサを接着またはネジ等の固定具により固定してなることを特徴とする請求項４に記載の永久磁石埋め込み式回転電機。
6. ロータに周方向に沿って形成された磁石埋め込み穴に補強用シートの付着した永久磁石を埋め込んでなり、前記補強用シートの表面が前記磁石埋め込み穴の内壁面に対して非接着状態であり、前記ロータは前記磁石埋め込み穴の間にセンタブリッジが形成され、前記磁石埋め込み穴は前記センタブリッジと反対側において前記ロータの外周に連通し、前記磁石埋め込み穴の内周壁における前記ロータ回転中心軸側の領域は、隣接する極間の中心から離れて前記センタブリッジに近づくに従って前記ロータ回転中心軸から離れる方向に傾いていることを特徴とする永久磁石埋め込み式回転電機。
7. ロータに周方向に沿って形成された磁石埋め込み穴に補強用シートの付着した永久磁石を埋め込んでなり、前記補強用シートの表面が前記磁石埋め込み穴の内壁面に対して非接着状態であり、前記補強用シートの巻き付けターン数を複数ターンとし、前記補強用シートの一部に除去加工を加え、１ターン分以上の前記補強用シートを除去加工を加えずに残したことを特徴とする永久磁石埋め込み式回転電機。
8. 前記永久磁石の着磁方向に垂直な着磁面に付着した前記補強用シートを多く削り、前記着磁面以外の非着磁面に付着した前記補強用シートを多く残したことを特徴とする請求項７に記載の永久磁石埋め込み式回転電機。
9. 前記永久磁石に非磁性かつ非導電体のスペーサを付加し、前記永久磁石および前記スペーサに前記補強用シートを巻き付けてなることを特徴とする請求項７または８に記載の永久磁石埋め込み式回転電機。
10. 前記スペーサを接着またはネジ等の固定具により前記永久磁石に固定し、前記補強用シートを巻き付けてなることを特徴とする請求項９に記載の永久磁石埋め込み式回転電機。
11. 前記補強用シートの付着した永久磁石に非磁性かつ非導電体のスペーサを付加してなることを特徴とする請求項７または８に記載の永久磁石埋め込み式回転電機。
12. ロータに形成された磁石埋め込み穴に補強用シートの付着した永久磁石を埋め込んでなる永久磁石埋め込み式回転電機の製造方法において、
    前記補強用シートとして、熱硬化性の繊維強化樹脂のシートを用い、前記永久磁石の表面に熱硬化性の繊維強化樹脂のシートの一部を接触させ、かつ、加熱することにより当該一部を熱硬化させて前記永久磁石の表面に固定し、前記繊維強化樹脂のシートを前記永久磁石の周囲に巻き付け、繊維強化樹脂のシートの他の一部を接触させ、かつ、加熱することにより当該他の一部を熱硬化させて前記永久磁石の表面に固定することにより前記繊維強化樹脂のシートの巻き付けられた永久磁石を製造し、前記繊維強化樹脂のシートの巻き付けられた永久磁石を加熱することにより前記繊維強化樹脂のシートを熱硬化させて前記永久磁石の表面に付着させ、前記補強用シートの付着した永久磁石を製造することを特徴とする永久磁石埋め込み式回転電機の製造方法。
13. ロータに形成された磁石埋め込み穴に補強用シートの付着した永久磁石を埋め込んでなる永久磁石埋め込み式回転電機の製造方法において、
    前記補強用シートとして、熱硬化性の繊維強化樹脂のシートを用い、前記熱硬化性の繊維強化樹脂のシートを前記永久磁石の着磁方向に垂直な２つの着磁面と一方の非着磁面のみに押し当てつつ加熱することにより前記繊維強化樹脂のシートを熱硬化させて前記永久磁石の表面に付着させ、前記補強用シートの付着した永久磁石を製造することを特徴とする永久磁石埋め込み式回転電機の製造方法。

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