JP7224987B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、回転電機に関する。

近年、永久磁石の目覚しい研究開発により、高磁気エネルギ積の永久磁石が開発され、このような永久磁石を用いた永久磁石型の回転電機が電車や自動車の電動機あるいは発電機として適用されつつある。通常、永久磁石型の回転電機は、円筒状の固定子と、この固定子の内側に回転自在に支持された円柱形状の回転子と、を備えている。回転子は、回転子鉄心と、この回転子鉄心内に埋め込まれた複数の永久磁石と、を備えている。
このような中、エネルギ効率を高めるための様々な構造の回転電機が検討されている。

特開２０１４－４５６３４号公報 特開平６－１３３５１３号公報 特開平９－１８２３３２号公報 特開平９－２１５２３６号公報 特開２００２－１０５４４号公報 特開２００１－３３９８８５号公報 特開２００４－２６０９２０号公報 特開２００４－３２８９７０号公報

本実施形態は、エネルギ効率の高い回転電機を提供する。又は、高出力化を図ることのできる回転電機を提供する。

一実施形態に係る回転電機は、
固定子鉄心及びコイルを有する固定子と、複数の埋め込み孔が形成された回転子鉄心と、複数の永久磁石と、非磁性の材料で形成された複数のスペーサと、を有し、中心軸線の回りで前記固定子に対して回転自在に設けられた回転子と、を備え、各々の前記埋め込み孔は、前記永久磁石が装填された装填領域と、前記永久磁石の磁化方向と直交する方向において前記装填領域から前記回転子鉄心の外周側に延出し前記スペーサが装設された外周側空隙領域と、を有し、各々の前記永久磁石は、第１磁極面と、第２磁極面と、前記外周側空隙領域に面し前記回転子鉄心に接触していない外周側端面と、を有し、各々の前記スペーサは、前記永久磁石の前記外周側端面に接触した接触部と、前記回転子鉄心のうち外周縁と前記外周側空隙領域との間のブリッジ部の端の円弧面のみに当接し前記接触部と一体に形成された突起部と、を有し、前記円弧面は、前記第１磁極面から延長する第１面と前記第２磁極面から延長する第２面との間に位置し、前記回転子は、複数の弾性体をさらに有し、各々の前記埋め込み孔は、さらに、前記磁化方向と直交する方向において前記装填領域から前記回転子鉄心の内周側に延出し前記弾性体が装設された内周側空隙領域を有し、各々の前記永久磁石は、さらに、前記内周側空隙領域に面し前記回転子鉄心に接触していない内周側端面を有し、各々の前記弾性体は、前記内周側空隙領域の内面に接触し、前記内周側端面を押圧している。

図１は、一実施形態に係る回転電機を示す断面図である。 図２は、図１の固定子及び回転子を線ＩＩ－ＩＩに沿って示す断面図である。 図３は、上記回転電機の比較例の回転子の一部を拡大して示す断面図である。 図４は、図３に示した回転子の一部をさらに拡大して示す断面図であり、磁束線を併せて示す図である。 図５は、上記回転電機の実施例１の回転子の一部を拡大して示す断面図である。 図６は、上記回転電機の実施例２の回転子の一部を拡大して示す断面図である。 図７は、上記回転電機の実施例３の回転子の一部を拡大して示す断面図である。 図８は、上記回転電機の実施例４の回転子の一部を拡大して示す断面図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

本実施形態において、回転電機１について説明する。回転電機１は、埋込磁石同期モータである。回転電機１は、例えば、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）において、駆動モータあるいは発電機に好適に適用される。
図１は、本実施形態に係る回転電機１を示す断面図である。図２は、図１の固定子１２及び回転子１４を線ＩＩ－ＩＩに沿って示す断面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態の回転電機１は、永久磁石型の回転電機として構成されている。回転電機１は、固定子１２と、回転子１４と、回転子１４の一部及び固定子１２を収容するハウジング６と、ハウジング６に固定されるカバー７と、を備えている。回転子１４は、固定子１２の内側に位置し、中心軸線Ｃの回りで回転自在に支持され、かつ固定子１２と同軸的に支持されている。

固定子１２は、円筒状の固定子鉄心１６と、固定子鉄心１６に装着されたコイル（固定子コイル）１８と、絶縁紙２５と、を備えている。固定子鉄心１６は、磁性材、例えば、ケイ素鋼などの円環状の電磁鋼板１６ａを多数枚、同心状に積層した積層体として構成されている。固定子鉄心１６は、中心軸線Ｃを有している。また、中心軸線Ｃに平行な方向において、固定子鉄心１６は、一端に位置する第１端面１６ｂと、第１端面１６ｂとは反対側の他端に位置する第２端面１６ｃと、を有している。固定子鉄心１６の内周面１６ｄには、複数のスロット２０が形成されている。複数のスロット２０は、固定子鉄心１６の周方向に等間隔を置いて並んでいる。各スロット２０は、固定子鉄心１６の内周面１６ｄに開口し、この内周面から放射方向（固定子鉄心１６の半径方向）に延出している。また、中心軸線Ｃに平行な方向において、各スロット２０は、固定子鉄心１６の全長に亘って延在し、第１端面１６ｂ及び第２端面１６ｃに開口している。

コイル１８には絶縁紙２５が巻かれ、コイル１８は絶縁紙２５とともにスロット２０に埋め込まれている。絶縁紙２５は、コイル１８を外部から電気的に絶縁し、コイル１８を物理的に保護している。複数のスロット２０を形成することにより、固定子鉄心１６の内周部は、回転子１４に面する多数のティース２１を構成している。なお、各ティース２１は、中心軸線Ｃに平行な方向に延在している。

コイル１８は、コイルエンド１８ａ，１８ｂを有している。コイルエンド１８ａ，１８ｂは、中心軸線Ｃに平行な方向にて固定子鉄心１６の両側から突出し、固定子鉄心１６の外側に露出している。ここでは、コイルエンド１８ａは第１端面１６ｂと対向し、コイルエンド１８ｂは第２端面１６ｃと対向している。コイルエンド１８ａ，１８ｂのうち、固定子鉄心１６側の端部は、絶縁紙２５で覆われている。
ハウジング６は、略円筒状の内周面６ａを有している。固定子１２は、ハウジング６に固定されている。

回転子１４は、固定子１２より中心軸線Ｃ側に位置している。回転子１４は、固定子１２との間に僅かな隙間（エアギャップ）をおいて配置され、固定子１２の内側に回転自在に且つ固定子１２と同軸的に支持されている。回転子１４は、回転軸２２と、円筒形状の回転子鉄心２４と、回転子鉄心２４に埋設された複数の永久磁石２６と、円筒形状の第１エンドプレート２と、円筒形状の第２エンドプレート５と、座金３と、ナット４と、を備えている。

回転軸２２は、中心軸線Ｃに平行な方向に延在し、回転子鉄心２４と同軸的に設けられている。回転軸２２には、軸受８及び９が取り付けられている。軸受８及び９は、ハウジング６及びカバー７によって固定されている。回転軸２２は、軸受８及び９を介して回転自在にハウジング６及びカバー７に支持されている。なお、図示した例は、回転軸２２を支持する軸受構造の一例を簡略的に示すものであり、詳細な構造についての説明は省略する。

回転軸２２には、回転子鉄心２４、第１エンドプレート２、及び第２エンドプレート５が固定されている。本実施形態において、回転軸２２は、突出部２２ａと、雄ねじ２２ｂと、を有している。突出部２２ａ及び雄ねじ２２ｂは、回転軸２２の外周面側に位置し、中心軸線Ｃに平行な方向に間隔を空けて位置している。突出部２２ａは、鍔部であり、円環状の形状を有している。

第１エンドプレート２、回転子鉄心２４、及び第２エンドプレート５は、回転軸２２に挿入されている。中心軸線Ｃに平行な方向において、第１エンドプレート２、回転子鉄心２４、及び第２エンドプレート５は、突出部２２ａと、雄ねじ２２ｂとの間に位置している。回転子鉄心２４は、中心軸線Ｃに平行な方向にて第１エンドプレート２と第２エンドプレート５とで挟まれている。ナット４は、雄ねじ２２ｂに対応する雌ねじ４ａを有している。雌ねじ４ａが雄ねじ２２ｂに螺合され、ナット４は座金３を介して第１エンドプレート２、回転子鉄心２４、及び第２エンドプレート５を突出部２２ａに押し付けている。ナット４は、止めねじとしての機能を有している。そのため、回転軸２２に対する第１エンドプレート２、回転子鉄心２４、及び第２エンドプレート５の相対的な位置は固定されている。

本実施形態において、回転軸２２は、筒状の形状を有し、内部が中空に形成されている。筒状の回転軸２２を使用することにより、回転子１４の軽量化を図ることができる。但し、本実施形態と異なり、回転軸２２は、中実軸であってもよい。
回転子鉄心２４は、磁性材、例えば、多数枚の円環状の電磁鋼板２４ａを有している。回転子鉄心２４は、同心状の複数の電磁鋼板２４ａを中心軸線Ｃに平行な方向に積層した積層体として構成されている。回転子鉄心２４は、複数の埋め込み孔３４と、複数の空隙孔（空洞部）３０と、を有している。例えば、埋め込み孔３４及び空隙孔３０は、それぞれプレス加工が施された複数の電磁鋼板２４ａを積層することにより形成されている。

各々の埋め込み孔３４は、中心軸線Ｃに平行な方向に延在し、回転子鉄心２４を貫通している。各々の永久磁石２６は、中心軸線Ｃに平行な方向に延在し、対応する埋め込み孔３４に挿入されている。複数の永久磁石２６（複数の埋め込み孔３４）は、中心軸線Ｃを中心とする周方向に並べられている。例えば、図２に示した回転子１４は、８磁極を有し、１６個の永久磁石２６を使用している。これらの１６個の永久磁石２６は、同一形状及び同一サイズを有している。

回転子鉄心２４は、中心軸線Ｃに直交する方向あるいは回転子鉄心２４の半径方向に延びるｄ軸ＡＸ１と、ｄ軸ＡＸ１に対して電気的に直交するｑ軸ＡＸ２と、を有している。ｄ軸ＡＸ１及びｑ軸ＡＸ２は、回転子鉄心２４の円周方向に交互に、かつ、所定の位相で設けられている。回転子鉄心２４の１磁極は、ｑ軸ＡＸ２間の領域（１／８周の周角度領域）をいう。このため、回転子鉄心２４は、８極（磁極）に構成されている。１磁極のうちの周方向中央がｄ軸ＡＸ１となる。

空隙孔３０は、中心軸線Ｃに平行な方向に延在し、回転子鉄心２４を貫通している。空隙孔３０は、それぞれｑ軸ＡＸ２上で、回転子鉄心２４の径方向ほぼ中央に位置し、隣合う磁極の２つ埋め込み孔３４の間に設けられている。空隙孔３０は、多角形、例えば、三角形の断面形状を有している。空隙孔３０の断面は、ｑ軸ＡＸ２に直交する一辺と、それぞれ埋め込み孔３４に間隔を置いて対向する２辺と、を有している。空隙孔３０は、磁束を通り難くするフラックスバリアとして機能し、固定子１２の鎖交磁束の流れや永久磁石２６の磁束の流れを規制する。また、空隙孔３０を形成することにより、回転子鉄心２４の軽量化を図ることができる。

回転子鉄心２４は、第１端面２４ｓ１と、中心軸線Ｃに平行な方向において第１端面２４ｓ１とは反対側の第２端面２４ｓ２と、を有している。各永久磁石２６は回転子鉄心２４のほぼ全長に亘って埋め込まれている。第１エンドプレート２は、第１端面２４ｓ１及び複数の永久磁石２６と対向し、第１端面２４ｓ１及び複数の永久磁石２６を覆っている。

第１エンドプレート２は、第１端面２４ｓ１に当接している。第１エンドプレート２は、複数の永久磁石２６のうち、第１端面２４ｓ１側に露出する端面にさらに当接していてもよい。第２エンドプレート５は、第２端面２４ｓ２及び複数の永久磁石２６と対向し、第２端面２４ｓ２及び複数の永久磁石２６を覆っている。第２エンドプレート５は、第２端面２４ｓ２に当接している。第２エンドプレート５は、複数の永久磁石２６のうち、第２端面２４ｓ２側に露出する端面にさらに当接していてもよい。
上記回転電機１において、コイル１８に電流を流すと、コイル１８の周囲に磁束が発生する。上記の磁束が回転子１４の永久磁石２６に作用することで、中心軸線Ｃを中心に回転子１４（回転軸２２）が回転する。

次に、本実施形態に係る回転電機１の実施例１の回転子１４、実施例２の回転子１４、実施例３の回転子１４、実施例４の回転子１４、及び比較例の回転子１４について説明する。

（比較例）
まず、比較例の回転子１４について説明する。図３は、回転電機１の比較例の回転子１４の一部を拡大して示す断面図である。

図３に示すように、回転子鉄心２４には、１磁極ごとに、２つの永久磁石２６が埋設されている。回転子鉄心２４の円周方向において、各ｄ軸ＡＸ１の両側に、永久磁石２６の形状に対応した形状の埋め込み孔（磁石埋め込み孔）３４が形成されている。２つの永久磁石２６は、それぞれ埋め込み孔３４内に装填及び配置されている。永久磁石２６は、例えば、接着剤等により回転子鉄心２４に固定されてもよい。

埋め込み孔３４は、ほぼ矩形の断面形状を有し、それぞれｄ軸ＡＸ１に対して傾斜している。回転子鉄心２４の中心軸線Ｃと直交する断面でみた場合、２つの埋め込み孔３４は、例えば、ほぼＶ字状に並んで配置されている。すなわち、２つの埋め込み孔３４の内周側端はそれぞれｄ軸ＡＸ１に隣接し、僅かな隙間をおいて互いに対向している。回転子鉄心２４において、２つの埋め込み孔３４の内周側端の間に、幅の狭いブリッジ部（磁路狭隘部）３６が形成されている。２つの埋め込み孔３４の外周側端は、回転子鉄心２４の円周方向に沿ってｄ軸ＡＸ１から離れ、回転子鉄心２４の外周面の近傍及びｑ軸ＡＸ２の近傍に位置している。これにより、埋め込み孔３４の外周側端は、隣合う磁極の埋め込み孔３４の外周側端と、ｑ軸ＡＸ２を挟んで対向している。回転子鉄心２４において、各埋め込み孔３４の外周側端と回転子鉄心２４の外周面との間に幅の狭いブリッジ部（磁路狭隘部）３８が形成されている。このように、２つの埋め込み孔３４は、内周側端から外周側端に向かうに従って、ｄ軸ＡＸ１からの距離が徐々に広がるように配置されている。

永久磁石２６の中心軸線Ｃと直交する断面形状は、例えば、矩形状の細長い平板状である。永久磁石２６は、中心軸線Ｃに平行な方向に複数に分割された磁石を組み合わせて構成されてもよく、この場合、複数の磁石の合計の長さが回転子鉄心２４の軸方向長さとほぼ等しくなるように形成される。各永久磁石２６は回転子鉄心２４のほぼ全長に亘って埋め込まれている。永久磁石２６の磁化方向は、永久磁石２６の第１磁極面２６ａ及び第２磁極面２６ｂと直交する方向としている。なお、第１磁極面２６ａ及び第２磁極面２６ｂの一方がＮ極面であり、第１磁極面２６ａ及び第２磁極面２６ｂの他方がＳ極面である。

各埋め込み孔３４は、永久磁石２６の断面形状に対応した矩形状の装填領域３４ａと、この装填領域３４ａの長手方向の両端からそれぞれ延出する２つの空隙（内周側空隙領域３４ｂ及び外周側空隙領域３４ｃ）と、更に、装填領域３４ａの長手方向両端において埋め込み孔３４の内周側内側面３５ａから埋め込み孔３４内に突出した一対の係止凸部３４ｄと、を有している。

装填領域３４ａは、平坦な矩形状の内周側内側面３５ａと、この内周側内側面３５ａと平行に対向する平坦な矩形状の外周側内側面３５ｂとの間に規定されている。

外周側空隙領域３４ｃは、第１内側面４６ａと、第２内側面４６ｂと、第３内側面４６ｃと、を有している。第１内側面４６ａは、装填領域３４ａの内周側内側面３５ａの一端（回転子鉄心外周面側の端、ここでは、係止凸部３４ｄ）から回転子鉄心２４の外周縁２４ｂに向かって延出している。第２内側面４６ｂは、装填領域３４ａの外周側内側面３５ｂの一端（回転子鉄心外周面側の端）から回転子鉄心２４の外周縁２４ｂに向かって延出している。第３内側面４６ｃは、第１内側面４６ａの延出端と第２内側面４６ｂの延出端とに跨り、回転子鉄心２４の外周縁２４ｂに沿って延出している。なお、第３内側面４６ｃの両端部は、円弧面を介して第１内側面４６ａ及び第２内側面４６ｂに繋がっている。第３内側面４６ｃと回転子鉄心２４の外周縁２４ｂとの間に、ブリッジ部３８が規定されている。

内周側空隙領域３４ｂは、第４内側面４４ａと、第５内側面４４ｂと、第６内側面４４ｃと、を有している。第４内側面４４ａは、装填領域３４ａの内周側内側面３５ａの他端（ｄ軸ＡＸ１側の端、ここでは、係止凸部３４ｄ）から回転子鉄心２４の中心軸線Ｃ（回転子鉄心２４の内周縁２４ｃ）に向かってｄ軸ＡＸ１とほぼ平行に延出している。第５内側面４４ｂは、外周側内側面３５ｂから連続している。第５内側面４４ｂは、外周縁２４ｂ側に突にしていない。第６内側面４４ｃは、第４内側面４４ａの延出端と第５内側面４４ｂの延出端とに跨り、ｄ軸ＡＸ１とほぼ平行に延在している。なお、第６内側面４４ｃの両端部は、円弧面を介して第４内側面４４ａ及び第５内側面４４ｂに繋がっている。２つの埋め込み孔３４の内周側空隙領域３４ｂは、第６内側面４４ｃ同士がｄ軸ＡＸ１及びブリッジ部３６を挟んで互いに対向して配置されている。

永久磁石２６は、埋め込み孔３４の装填領域３４ａに装填され、第１磁極面２６ａが内周側内側面３５ａに当接し、第２磁極面２６ｂが外周側内側面３５ｂに当接している。永久磁石２６は、一対の角部が係止凸部３４ｄにそれぞれ当接している。これにより、永久磁石２６は、装填領域３４ａ内に位置決めされている。

各ｄ軸ＡＸ１の両側に位置する２つの永久磁石２６、すなわち、１磁極を構成する２つの永久磁石２６は、磁化方向が同一となるように配置されている。また、各ｑ軸ＡＸ２の両側に位置する２つの永久磁石２６は、磁化方向が逆向きとなるように配置されている。複数の永久磁石２６を上記のように配置することにより、回転子鉄心２４の外周部において各ｄ軸ＡＸ１上の領域は１つの磁極を中心に形成し、各ｑ軸ＡＸ２上の領域は磁極間部を中心に形成している。本比較例では、回転電機１は、隣接する１磁極毎に永久磁石２６のＮ極とＳ極の表裏を交互に配置した、８極（４極対）、４８スロットで、単層分布巻で巻線した永久磁石埋め込み型の回転電機を構成している。

図４は、図３に示した回転子１４の一部をさらに拡大して示す断面図であり、上記コイル１８が発生する磁束線を併せて示す図である。
図４に示すように、比較例において、永久磁石２６のガイド（係止凸部３４ｄ）を通り、永久磁石２６の外周側端部及び内周側端部に反磁界がかかり易いことが分かる。ここで、上記反磁界とは、永久磁石２６の磁界方向に対してコイル１８が逆向きに発生する磁界である。永久磁石２６の外周側端部及び内周側端部において、見掛けの厚みが実際の厚みより薄くみえると、磁化が壊れ易くなるものである。そのため、永久磁石２６の外周側端部及び内周側端部において、減磁（磁力低下）し易くなる。例えば、高速回転時の逆起電圧抑制を目的として反磁界を与える際、反磁界が係止凸部３４ｄに集中し、係止凸部３４ｄ付近で不可逆減磁が発生し易くなる。

そのため、永久磁石２６の外周側端部及び内周側端部において、見掛けの厚みが実際の厚みと同一である方が望ましい。言い換えると、永久磁石２６の外周側端部及び内周側端部に反磁界を入り難くした方が望ましい。さらに言い換えると、永久磁石２６の外周側端部及び内周側端部に、コイル１８が発生する磁界を通り難くした方が望ましい。これにより、永久磁石２６の外周側端部及び内周側端部における減磁を抑制することができるものである。永久磁石２６の減磁を抑制することで、エネルギ効率の高い回転電機１を得ることができる。又は、高出力化を図ることのできる回転電機１を得ることができる。

特に、永久磁石２６の外周側端部における減磁を抑制できる方が望ましい。外周側の係止凸部３４ｄに永久磁石２６の遠心力がかかるため、外周側の係止凸部３４ｄのサイズが内周側の係止凸部３４ｄのサイズより大きくなる傾向にあるためである。そこで、実施例１乃至実施例４では、永久磁石２６の外周側端部における減磁を抑制する技術について開示する。実施例４では、さらに永久磁石２６の内周側端部における減磁を抑制する技術について開示する。

（実施例１）
次に、実施例１の回転子１４について説明する。図５は、回転電機１の実施例１の回転子１４の一部を拡大して示す断面図である。
図５に示すように、埋め込み孔３４は、装填領域３４ａと、内周側空隙領域３４ｂと、外周側空隙領域３４ｃと、を有している。埋め込み孔３４のうち、装填領域３４ａは、上記比較例（図３）と同様に構成されている。内周側空隙領域３４ｂは、外周縁２４ｂ側に突にしていない。

外周側空隙領域３４ｃは、永久磁石２６の磁化方向と直交する方向において、装填領域３４ａから回転子鉄心２４の外周側に延出している。外周側空隙領域３４ｃにはスペーサ４０が装設されている。各々の外周側空隙領域３４ｃにスペーサ４０が装設されているため、回転子１４は、複数のスペーサ４０を備えている。

外周側空隙領域３４ｃは、第１内側面４６ａと、第２内側面４６ｂと、第３内側面４６ｃと、を有している。第１内側面４６ａは、装填領域３４ａのうち第１磁極面２６ａと対向した内周側内側面３５ａから連続している。第２内側面４６ｂは、装填領域３４ａのうち第２磁極面２６ｂと対向した外周側内側面３５ｂから連続している。第３内側面４６ｃは、第１内側面４６ａと第２内側面４６ｂとの間に位置し、外周縁２４ｂに沿って延在している。第３内側面４６ｃは、円弧面４６ｄ，４６ｅを介して第１内側面４６ａ及び第２内側面４６ｂに繋がっている。円弧面４６ｄは、第１内側面４６ａと第３内側面４６ｃとの間に位置している。円弧面４６ｅは、第２内側面４６ｂと第３内側面４６ｃとの間に位置している。

永久磁石２６は、外周側端面２６ｃと、外周側端面２６ｃと反対側の内周側端面２６ｄと、をさらに有している。外周側端面２６ｃは、外周側空隙領域３４ｃに面し、回転子鉄心２４に接触していない。そのため、永久磁石２６の外周側端部における減磁を抑制することができる。内周側端面２６ｄは、内周側空隙領域３４ｂに面し、係止凸部３４ｄに接触している。

スペーサ４０は、非磁性の材料で形成されている。本実施例１において、スペーサ４０は、アルミニウム、非磁性鋼、ステンレス鋼などの非磁性の金属を利用し、押出成形により形成されている。永久磁石２６の遠心力がスペーサ４０に加わっても、スペーサ４０に座屈が生じないよう、スペーサ４０の材料が選定されている方が望ましい。また、スペーサ４０が十分な剛性を得ることができるのであれば、スペーサ４０は、樹脂など金属以外の材料で形成されていてもよい。

スペーサ４０は、接触部４１と、接触部４１と一体に形成された突起部４２と、を有している。接触部４１は、永久磁石２６の外周側端面２６ｃに接触した接触面４１ａを有している。接触面４１ａは、外周側端面２６ｃと平行である。突起部４２は、接触面４１ａの鉛直方向にほぼ平行に、かつ、直線状に延在している。本実施例１において、突起部４２は、Ｉ字の断面形状を有している。スペーサ４０は、接触面４１ａから最も距離が離れた部分で、外周側空隙領域３４ｃにおける回転子鉄心２４の内面に接触する部分を有している。

突起部４２は、回転子鉄心２４のうち外周縁２４ｂと外周側空隙領域３４ｃとの間のブリッジ部３８の端の円弧面４６ｄのみに当接している。本実施例１において、突起部４２の先端の円弧面４２ａは、円弧面４６ｄに沿って延在し、円弧面４６ｄのみに当接している。直線状に延在している。円弧面４２ａは、概ね、円弧面４６ｄに線接触している。スペーサ４０は、係止凸部３４ｄなどとともに永久磁石２６を装填領域３４ａ内に位置決めすることができる。

ここで、第１磁極面２６ａから延長する仮想の面を第１面Ｓ１とし、第２磁極面２６ｂから延長する仮想の面を第２面Ｓ２とする。すると、円弧面４６ｄは、第１面Ｓ１と、第２面Ｓ２との間に位置している。これにより、スペーサ４０に永久磁石２６の遠心力が加わっても、スペーサ４０は、永久磁石２６を装填領域３４ａ内に良好に位置決めすることができる。
なお、永久磁石２６を磁化方向に二等分する仮想の平面を平面Ｓ３とする。本実施例１において、円弧面４６ｄは、平面Ｓ３と第１面Ｓ１との間に位置している。

第１内側面４６ａのうち少なくとも内周側内側面３５ａから連続した一部、及び第２内側面４６ｂのうち少なくとも外周側内側面３５ｂから連続した一部は、それぞれ、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２との間に位置していない。これにより、永久磁石２６の外周側端部における減磁を一層、抑制することができる。
なお、本実施例１において、第１内側面４６ａのうち内周側内側面３５ａから連続した一部、及び第２内側面４６ｂの全部は、それぞれ、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２との間に位置していない。

接触部４１は、さらに、第１内側面４６ａ及び第２内側面４６ｂに接触していた方が望ましい。本実施例１において、接触部４１は、第１内側面４６ａ及び第２内側面４６ｂに接触している。永久磁石２６の磁化方向におけるスペーサ４０の位置ずれを抑制することができ、ひいては、スペーサ４０は、永久磁石２６を一層、良好に位置決めすることができる。

外周側空隙領域３４ｃにおいて、スペーサ４０と円弧面４６ｅとの間に空隙を残している。これにより、ブリッジ部３８の破損を抑制することができる。
外周側空隙領域３４ｃにおいて、スペーサ４０と第１内側面４６ａとの間に空隙を残している。これにより、スペーサ４０が永久磁石２６を不所望に押圧し難くなるため、第２磁極面２６ｂが外周側内側面３５ｂを過度に押圧し、永久磁石２６の位置がずれる事態を回避することができる。なお、本実施例１と異なり、外周側空隙領域３４ｃにおいて、スペーサ４０と第１内側面４６ａとの間に空隙が残っていなくともよい。

（実施例２）
次に、実施例２の回転子１４について説明する。図６は、回転電機１の実施例２の回転子１４の一部を拡大して示す断面図である。本実施例２は、スペーサ４０の形状に関して上記実施例１と相違している。
図６に示すように、スペーサ４０は、非磁性の材料で形成されている。本実施例２において、スペーサ４０は、アルミニウム、非磁性鋼、ステンレス鋼などの非磁性の金属を利用し、板材をプレス加工することにより形成されている。

接触部４１は、第１接触部５１及び第２接触部５２を有している。第１接触部５１及び第２接触部５２は、物理的に独立し、永久磁石２６の磁化方向に間隔を空けて位置している。第１接触部５１は永久磁石２６の外周側端面２６ｃに接触した接触面５１ａを有し、第２接触部５２は外周側端面２６ｃに接触した接触面５２ａを有している。

突起部４２は、第１接触部５１及び第２接触部５２と一体に形成されている。突起部４２は、接触面５１ａ，５２ａの鉛直方向にほぼ平行に、かつ、直線状に延在している。本実施例２において、突起部４２は、Ｕ字の断面形状を有している。突起部４２は、円弧面４６ｄのみに当接している。本実施例２において、突起部４２の先端の円弧面は、円弧面４６ｄに沿って延在し、円弧面４６ｄのみに当接している。

円弧面４６ｄは、第１面Ｓ１と、第２面Ｓ２との間に位置している。本実施例２において、円弧面４６ｄは、平面Ｓ３と第１面Ｓ１との間に位置している。
第１接触部５１は第１内側面４６ａに接触し、第２接触部５２は第２内側面４６ｂに接触していた方が望ましい。本実施例２において、第１接触部５１は第１内側面４６ａに接触し、第２接触部５２は第２内側面４６ｂに接触している。
また、外周側空隙領域３４ｃにおいて、スペーサ４０と円弧面４６ｅとの間に空隙を残し、スペーサ４０と第１内側面４６ａとの間に空隙を残している。

（実施例３）
次に、実施例３の回転子１４について説明する。図７は、回転電機１の実施例３の回転子１４の一部を拡大して示す断面図である。本実施例３は、スペーサ４０の形状に関して上記実施例２と相違している。
図７に示すように、突起部４２はＹ字の断面形状を有している。また、スペーサ４０は、実施例２のスペーサ４０と比較し、肉厚に形成されている。

（実施例４）
次に、実施例４の回転子１４について説明する。図８は、回転電機１の実施例４の回転子１４の一部を拡大して示す断面図である。本実施例４は、回転子１４の構成に関して、上記比較例、実施例１、実施例２、及び実施例３と相違している。

図８に示すように、係止凸部３４ｄ無しに内周側空隙領域３４ｂが形成されている。内周側空隙領域３４ｂは、永久磁石２６の磁化方向と直交する方向において、装填領域３４ａから回転子鉄心２４の内周側に延出している。各々の内周側空隙領域３４ｂに弾性体６０が装設されているため、回転子１４は、複数の弾性体６０を備えている。

内周側空隙領域３４ｂは、第４内側面４４ａと、第５内側面４４ｂと、第６内側面４４ｃと、を有している。第４内側面４４ａは、内周側内側面３５ａから連続している。第５内側面４４ｂは、外周側内側面３５ｂから連続している。第６内側面４４ｃは、第４内側面４４ａと第５内側面４４ｂとの間に位置し、ｄ軸ＡＸ１とほぼ平行に延在している。第６内側面４４ｃは、円弧面４４ｄ，４４ｅを介して第４内側面４４ａ及び第５内側面４４ｂに繋がっている。円弧面４４ｄは、第４内側面４４ａと第６内側面４４ｃとの間に位置している。円弧面４４ｅは、第５内側面４４ｂと第６内側面４４ｃとの間に位置している。
永久磁石２６の内周側端面２６ｄは、内周側空隙領域３４ｂに面し、回転子鉄心２４に接触していない。

弾性体６０は、非磁性の材料で形成されている。本実施例４において、弾性体６０は、アルミニウム、非磁性鋼、ステンレス鋼などの非磁性の金属を利用し、板材をプレス加工することにより形成されている。弾性体６０は、内周側空隙領域３４ｂの内面に接触し、永久磁石２６の内周側端面２６ｄを押圧している。弾性体６０は、スペーサ４０などとともに永久磁石２６を装填領域３４ａ内に位置決めすることができる。また、弾性体６０は、弾性変形するため、永久磁石２６及びスペーサ４０に高い寸法精度を求めること無しに、永久磁石２６を位置決めすることができる。

第４内側面４４ａのうち少なくとも内周側内側面３５ａから連続した一部、及び第５内側面４４ｂのうち少なくとも外周側内側面３５ｂから連続した一部は、それぞれ、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２との間に位置していない。これにより、永久磁石２６の内周側端部における減磁を一層、抑制することができる。
なお、本実施例４において、第４内側面４４ａの全部、及び第５内側面４４ｂの全部は、それぞれ、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２との間に位置していない。

上記のように構成された実施形態によれば、エネルギ効率の高い回転電機１を得ることができる。又は、高出力化を図ることのできる回転電機１を得ることができる。永久磁石２６に重希土類元素を添加し保磁力を向上させたり、永久磁石２６の厚みを大きくしたり、すること無しに、回転電機１のエネルギ効率を高めたり、高出力化を図ることができるため、永久磁石２６の製造コストの高騰を抑制することができる。

本発明の実施形態を説明したが、上記の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記の新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記の実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、上記実施例１、実施例２、及び実施例３の各々に実施例４を組合せることも可能である。
回転子の磁極数、寸法、形状等は、上述した実施形態に限定されることなく、設計に応じて種々変更可能である。内周側空隙領域、外周側空隙領域、および空隙孔の断面形状は、実施形態の形状に限定されることなく、種々の形状を選択可能である。各磁極において、永久磁石の数は、一対に限らず、３個以上としてもよい。

１…回転電機、１２…固定子、１６…固定子鉄心、１８…コイル、１４…回転子、
２４…回転子鉄心、２４ｂ…外周縁、３４…埋め込み孔、３４ａ…装填領域、
３５ａ…内周側内側面、３５ｂ…外周側内側面、３４ｄ…係止凸部、
３４ｃ…外周側空隙領域、４６ａ…第１内側面、４６ｂ…第２内側面、
４６ｃ…第３内側面、４６ｄ，４６ｅ…円弧面、３４ｂ…内周側空隙領域、
４４ａ…第４内側面、４４ｂ…第５内側面、４４ｃ…第６内側面、
４４ｄ，４４ｅ…円弧面、３８…ブリッジ部、２６…永久磁石、２６ａ…第１磁極面、
２６ｂ…第２磁極面、２６ｃ…外周側端面、２６ｄ…内周側端面、４０…スペーサ、
４１…接触部、４１ａ…接触面、４２…突起部、４２ａ…円弧面、５１…第１接触部、
５２…第２接触部、５１ａ，５２ａ…接触面、６０…弾性体、Ｃ…中心軸線、
Ｓ１…第１面、Ｓ２…第２面、Ｓ３…平面。

Claims (2)

1. 固定子鉄心及びコイルを有する固定子と、
   複数の埋め込み孔が形成された回転子鉄心と、複数の永久磁石と、非磁性の材料で形成された複数のスペーサと、を有し、中心軸線の回りで前記固定子に対して回転自在に設けられた回転子と、を備え、
   各々の前記埋め込み孔は、前記永久磁石が装填された装填領域と、前記永久磁石の磁化方向と直交する方向において前記装填領域から前記回転子鉄心の外周側に延出し前記スペーサが装設された外周側空隙領域と、を有し、
   各々の前記永久磁石は、第１磁極面と、第２磁極面と、前記外周側空隙領域に面し前記回転子鉄心に接触していない外周側端面と、を有し、
   各々の前記スペーサは、前記永久磁石の前記外周側端面に接触した接触部と、前記回転子鉄心のうち外周縁と前記外周側空隙領域との間のブリッジ部の端の円弧面のみに当接し前記接触部と一体に形成された突起部と、を有し、
   前記円弧面は、前記第１磁極面から延長する第１面と前記第２磁極面から延長する第２面との間に位置し、
   前記回転子は、複数の弾性体をさらに有し、
   各々の前記埋め込み孔は、さらに、前記磁化方向と直交する方向において前記装填領域から前記回転子鉄心の内周側に延出し前記弾性体が装設された内周側空隙領域を有し、
   各々の前記永久磁石は、さらに、前記内周側空隙領域に面し前記回転子鉄心に接触していない内周側端面を有し、
   各々の前記弾性体は、前記内周側空隙領域の内面に接触し、前記内周側端面を押圧している、
   回転電機。
2. 前記内周側空隙領域は、前記装填領域のうち前記第１磁極面と対向した内周側内側面から連続した第４内側面と、前記装填領域のうち前記第２磁極面と対向した外周側内側面から連続した第５内側面と、を有し、
   前記第４内側面のうち少なくとも前記内周側内側面から連続した一部、及び前記第５内側面のうち少なくとも前記外周側内側面から連続した一部は、それぞれ、前記第１面と前記第２面との間に位置していない、
   請求項１に記載の回転電機。

Images