JPWO2015087773A1 - 永久磁石埋込型電動機 - Google Patents

Abstract

永久磁石埋込型電動機は、ステータ２と、ロータ１とを備え、ロータは、１つの磁極につき、複数の分離した永久磁石７を有しており、ロータコアは、１つの磁極につき、複数の永久磁石と同数の分離した複数の磁石挿入穴９を有しており、それぞれの磁極において、隣り合う磁石挿入穴の間毎に、ブリッジ１５が設けられており、ブリッジは、一対の平行な直線部１６と、二対の曲がり部１７とを含んでおり、一対の直線部は、永久磁石が磁石挿入穴に挿入された状態で、永久磁石の端面と接触しており、二対の曲がり部は、直線部の端部に接続しており、一対の曲がり部の間隔は、直線部から離れるに従い拡大する。

Description

本発明は、永久磁石埋込型電動機に関するものである。

一般的な永久磁石埋込型電動機では、所定の形状に打ち抜かれた複数の電磁鋼板を積層固着してなるロータコアに、あらかじめ極数に対応して周方向に略等間隔に磁石挿入穴が設けられており、各磁石挿入穴に、軸方向から視た断面形状が略長方形を成す一つの永久磁石が挿入されている。磁石挿入穴の両端部とロータコアの外周面との間には、薄肉部が存在する。これは、磁石挿入穴の両端部とロータコアの外周面との間の部分が、永久磁石の表面から出た磁束がステータコアを通らずに永久磁石の別の表面に入って出力に寄与しない、いわゆる漏れ磁束の通り道となるため、強度上必要最低限の肉厚に設計されることが多いからである。

しかしながら、このような薄肉部を有するロータコアにおいては、磁石挿入穴よりも径方向外側の部分と、径方向内側の部分とが、薄肉部でつながることとなる。よって、電動機の回転数上限を上げる場合、ロータに作用する遠心力の大きさは回転数の２乗に比例するため、ロータコアの強度向上が必要となる。

このような事情に対し、例えば、特許文献１には、一つの磁極の磁石挿入穴を周方向に複数に分割（よって一つの磁極の永久磁石も周方向に複数に分割）し、その分割位置に、径方向外側の部分と、径方向内側の部分とを連結するブリッジを設け、遠心力に対するロータコアの強度向上を図ることを意図する構成が開示されている。また、この特許文献１では、ブリッジの付け根に形成される角部に応力が集中することを考慮し、ブリッジの付け根に形成される角部に円弧部を設けることも開示している。

また、特許文献２には、同様に、ブリッジの付け根に形成される角部に応力が集中することを考慮し、ブリッジ自体を湾曲形状に形成することが開示されている。

特開２００２−２８１７００号公報 国際公開第２００９／０６９７１８号パンフレット

しかしながら、特許文献１に開示の構成及び特許文献２に開示の構成のいずれにおいても、略長方形の断面形状の永久磁石とブリッジとの間には、隙間が生じるため、その分だけ永久磁石の挿入スペースを活かしきれていないこととなる。換言すれば、永久磁石は、隙間が生じている分だけ、周方向の寸法が小さく設定されていることとなる。このため、永久磁石の寸法が小さい分だけ磁束量が減ることとなり、効率・出力の低下を招いている。一方、隙間が生じないように永久磁石の形状を複雑化することは、永久磁石の製造コストを大幅に増加させるという別の問題を生じさせる。特に、ロータコアの強度を上げるべくブリッジを設けた態様においては、一極あたりの永久磁石の数が一つではないので、永久磁石のコスト増加は、永久磁石埋込型電動機全体では、極めて大きな問題となる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、永久磁石の製造コストの増加を回避しつつ、ロータコアの強度を向上させ、尚且つ、出力の高効率化も図ることができる、永久磁石埋込型電動機を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明は、ステータと、前記ステータに対向して回転可能に支持されたロータとを備え、前記ロータは、１つの磁極につき、複数の分離した永久磁石を有している、永久磁石埋込型電動機であって、前記ロータのロータコアは、１つの磁極につき、複数の前記永久磁石と同数の分離した複数の磁石挿入穴を有しており、それぞれの磁極において、隣り合う前記磁石挿入穴の間毎に、ブリッジが設けられており、前記ブリッジのそれぞれは、一対の平行な直線部と、二対の曲がり部とを含んでおり、一対の前記直線部はそれぞれ、前記複数の永久磁石が、対応する複数の前記磁石挿入穴に挿入された状態で、対応する前記永久磁石における、整列方向でいう対応する端面と接触しており、前記二対の曲がり部は、前記直線部の延長方向の対応する端部に接続しており、対応する一対の前記曲がり部の間隔は、前記直線部から離れるに従い拡大する。

本発明によれば、永久磁石の製造コストの増加を回避しつつ、ロータコアの強度を向上させ、尚且つ、出力の高効率化も図ることができる。

本発明の実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機を側方からみた縦断面図である。 図１の永久磁石埋込型電動機のロータを回転軸方向に沿ってみた横断面図である。 同一の磁極に含まれる磁石挿入穴の整列方向において端となっている磁石挿入穴の周囲を拡大して示す図である。 本発明の実施の形態２に関する、ブリッジの形状及びブリッジに伴う空隙の形状を説明する図である。 図４の形状の説明に関し、応力と、角度θとの関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態３に関する、ブリッジの形状及びブリッジに伴う空隙の形状を説明する図である。 本発明の実施の形態４の第１例に関する、ブリッジの形状及びブリッジに伴う空隙の形状を説明する図である。 本発明の実施の形態４の第２例に関する、ブリッジの形状及びブリッジに伴う空隙の形状を説明する図である。 本発明の実施の形態５に関する、図３と同態様の図である。 本発明の実施の形態６に関する、図３と同態様の図である。 本発明の実施の形態７に関する、ブリッジの部分の拡大図である。 本発明の実施の形態８に関する、図３と同態様の図である。

以下、本発明に係る永久磁石埋込型電動機の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機を側方からみた縦断面図であり、図２は、図１の永久磁石埋込型電動機のロータを回転軸方向に沿ってみた横断面図である。また、図３以降の部分拡大図については、図の明瞭性を優先し、ハッチングは省略する。

本実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機は、ロータ１と、ステータ２と、フレーム３と、ブラケット４とを備えている。ロータ１は、ロータコア５と、シャフト６と、永久磁石の一例としての希土類磁石７と、端板８とを備えている。

ロータコア５は、例えば所定の形状に打ち抜かれた複数の電磁鋼板を積層固着して形成される。ロータコア５の形状は、例えば略円環形状である。ロータコア５は、複数の磁石挿入穴９を有している。複数の磁石挿入穴９はそれぞれ、ロータコア５において回転軸方向に延びており、磁石挿入穴９のそれぞれには、希土類磁石７が回転軸方向に挿入されている。複数の希土類磁石７は、ロータ１の回転軸方向から視た断面形状が長方形である。なお、これら複数の磁石挿入穴９の詳細については、後述する。

ロータコア５には、軸方向の両端面のそれぞれに、希土類磁石７が磁石挿入穴９から抜け出さないようにするための端板８が取り付けられている。端板８のロータコア５の端面への取り付け手段は図示していないが、例えば、溶接、接着、貫通穴を設けてのボルトやリベットを用いた締結、インロー部を設けての圧入などである。

ロータコア５の中央に設けられたシャフト嵌合穴には、シャフト６が嵌合される。シャフト６の一端は、ベアリング１０を介してフレーム３に回転自在に支持され、シャフト６の他端は、ベアリング１１を介してブラケット４に回転自在に支持される。ベアリング１０の座面には、予圧をかけるためのウェーブワッシャ１２が敷かれる。シャフト６は例えば断面円形であり、シャフト嵌合穴もこれに応じた円形である。

ステータ２は、ステータコア１３と巻線１４とを備えて構成される。ステータコア１３は、例えば所定の形状に打ち抜かれた複数の電磁鋼板を積層固着して形成される。ステータコア１３の形状は、例えば略円環形状である。

ステータコア１３の径方向内側の部分には、周方向に例えば略等間隔で複数のティース（図示しない）が設けられており、これらのティースには、インシュレータ（図示しない）を介して巻線１４が巻装される。

ステータ２は、例えば焼嵌めなどの方法でフレーム３の内側に固定され、ロータ１の外側に、所定の空隙３０を隔ててロータ１と対向して設置される。

フレーム３は、ベアリング１０を介してロータ１の反負荷側を支持し、ステータ２を収容する。フレーム３は、例えば略円筒形状であり、その軸方向の一端は開口して鍔状を成し、他端には底が設けられている。

ブラケット４は、ベアリング１１を介してロータ１の負荷側を支持する。ブラケット４は、例えば略円筒形状であり、その軸方向の一端は開口して鍔状を成し、他端にはシャフト６の出力端を出すための穴が設けられている。フレーム３とブラケット４とはそれぞれの鍔状部分を当接させてネジ止めなどの態様で締結されている。

続いて、磁石挿入穴９の詳細について説明する。本発明においては、複数の磁石挿入穴９が、１つの磁極単位でまとまっており、そのような複数の磁極単位の構成が、電動機の極数と同数だけ設けられている。具体的一例を説明すると、図２に示す永久磁石埋込型電動機は、６極の極数の例であり、６つの磁極単位を備えており、それぞれの磁極単位において、３つの磁石挿入穴９が割り当てられている。

複数の磁石挿入穴９は、ロータコア５における径方向の外側寄りに配置されている。それぞれの磁極においては、３つの磁石挿入穴９は、対応する磁極中心線ＭＣと直交する整列方向Ｅに間隔を空けて並んでいる。

同一の磁極単位において隣り合う２つの磁石挿入穴９の間（整列方向Ｅでいう間）には、ロータコア５の一部分であるブリッジ１５が形成されている。本実施の形態１の例では、１つの磁極単位において、３つの磁石挿入穴９が割り当てられているので、それぞれの磁極単位において、２つのブリッジ１５が設けられている。ブリッジ１５はそれぞれ、磁石挿入穴９の径方向外側となるコア外側部分５ａと、磁石挿入穴９の径方向内側となるコア内側部分５ｂとを接続している。

すなわち、ロータ１は、１つの磁極につき、複数の分離した希土類磁石７を有しており、ロータ１のロータコア５は、１つの磁極につき、１つの磁極に割り当てられている複数の希土類磁石７と同数の分離した複数の磁石挿入穴９を有しており、それぞれの磁極において、隣り合う磁石挿入穴９の間毎に、ブリッジ１５が設けられている。

図２及び図３をもとに、さらに詳細に説明する。図３は、同一の磁極に含まれる磁石挿入穴９の整列方向Ｅにおいて端となっている磁石挿入穴９の周囲を拡大して示す図である。同一の磁極に含まれる３つの磁石挿入穴９のうち、それら磁石挿入穴９の整列方向Ｅにおいて端となる２つの磁石挿入穴９には、フラックスバリア２１と、位置決め段差２２とが形成されている。フラックスバリア２１は、対応する磁石挿入穴９における対応する磁極中心線ＭＣと遠い側に設けられており、漏れ磁束を低減すると共に、ロータ表面の磁束を好適な正弦波状に近付けるようにする役割を持つ。また、位置決め段差２２は、そのようなフラックスバリア２１の形成されている側に形成されている。

ブリッジ１５のそれぞれは、一対の平行な直線部１６と、二対の曲がり部１７とを含んでいる。一対の直線部１６はそれぞれ、複数の希土類磁石７が対応する複数の磁石挿入穴９に挿入された状態で、対応する希土類磁石７における、整列方向Ｅでいう対応する端面７ａと面接触している。ただし、厳密には、希土類磁石７と磁石挿入穴９との間には、組立を可能とするための僅かな隙間を有する。二対の曲がり部１７は、一対の直線部１６の延長方向（本例では磁極中心線ＭＣと平行な方向）の対応する端部に接続しており、対応する一対の曲がり部１７の間隔（本例では磁極中心線ＭＣと直交する方向の間隔）は、直線部１６から離れるに従い拡大している。

一例として、本実施の形態１では、二対の曲がり部１７のそれぞれにおける、対応する直線部１６とは反対側には、ターン部１８の一端側が接続され、このターン部１８の他端側には、戻り部１９の一端側が接続されており、戻り部１９の他端側は、対応する磁石挿入穴９における対応する磁石保持部２０に接続している。そして、少なくとも、曲がり部１７の曲がり度合いは、ターン部１８の曲がり度合いよりも緩やかである。さらに、ターン部１８、戻り部１９及び曲がり部１７は、この順に、曲がり度合いが緩やかになっている。

なお、図３の図示例では、ターン部１８、戻り部１９及び曲がり部１７はそれぞれ円弧状に形成されており、よって、ターン部１８、戻り部１９及び曲がり部１７は、この順に、曲率半径が大きくなっている。図３中の符号を用いて説明すると、少なくとも曲がり部１７とターン部１８との関係においては、曲がり部１７の曲率半径Ｒ１＞ターン部１８の曲率半径Ｒ２である。さらに、ターン部１８、戻り部１９及び曲がり部１７の３つの関係においては、曲がり部１７の曲率半径Ｒ１＞戻り部１９の曲率半径Ｒ３＞ターン部１８の曲率半径Ｒ２である。また、ターン部１８の円弧中心は、戻り部１９及び曲がり部１７の間にあり、戻り部１９及び曲がり部１７の円弧中心は、対応する直線部１６から離れる側であって且つ戻り部１９と磁石保持部２０との間（磁石保持部２０上を含む）にある。

換言すると、本実施の形態１では、直線部１６と、磁石保持部２０とは直接、接続されてなく、直線部１６と磁石保持部２０との間には曲がり部１７が介在している。特に、図示例では、直線部１６は、曲がり部１７、ターン部１８及び戻り部１９をこの順に介在させて、磁石保持部２０と接続されている。

戻り部１９の他端側における磁石保持部２０との接続点（戻り部１９と磁石保持部２０との交点であり、磁石保持部２０の先端に一致）を、戻り部の終点Ｙとし、ブリッジ１５において、ブリッジ幅方向（磁石の長手方向、上記の整列方向Ｅ）でみて、直線部１６から最も離れた位置を、突端Ｚとする。このとき、戻り部の終点Ｙは、突端Ｚよりも、ブリッジ幅方向でみて、直線部１６に近い位置にある。なお、突端Ｚの捉え方の一例として、磁石保持部２０と直交する方向（上記磁極中心線ＭＣに沿う方向）に延びる仮想線Ｖを考えたとき、当該ブリッジ幅方向でみて、直線部１６から最も離れた仮想線Ｖと、ブリッジ１５との交点が、突端Ｚとなる。図示例では、突端Ｚは、ターン部１８に存在している。

磁石保持部２０の先端からブリッジ１５（直線部１６）までの距離Ｌｇ（本例では磁極中心線ＭＣと直交する方向の距離）の部分では、希土類磁石７の表面を出入りする磁束が空隙３０を通ることになり、電動機の効率および出力を低下させる要因となるため、製造上可能な限りＬｇを短く設定するのが良い。したがって、電磁鋼板の打ち抜き加工による場合、Ｌｇは板厚の１〜２倍程度に設定するのが適当である。また、ブリッジ１５の幅Ｗｂは、大きいほど耐遠心力の強度が増す一方で、小さいほど漏れ磁束が減り、さらに希土類磁石７の周方向寸法（本例では磁極中心線ＭＣと直交する方向の寸法）を大きくとれるため、十分な強度が確保できる範囲で、製造上可能な限りＷｂを短く設定するのが良い。電磁鋼板の打ち抜き加工による場合、Ｗｂは板厚の１〜１．５倍程度に設定するのが適当である。

以上のように構成された本実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機によれば、次のような利点が得られる。電動機の運転中、ロータの回転によりロータに遠心力が作用しているとき、ブリッジには、大きな応力が作用する。ここで、特に磁石挿入穴の磁石保持部がブリッジにほぼ直角に交差するように接続している態様では、その交差部に極めて大きな応力が作用し、いわゆる応力集中を生じさせることとなる。その一方で、ブリッジにおいて、隣り合う磁石挿入穴の間の部分を湾曲させれば、若干、応力集中を緩和させることができる見込みはあるものの、隣り合う磁石挿入穴の間の部分が湾曲する分だけ、磁石挿入穴においてブリッジが占めていないスペースに、磁石の配置に活用できない領域が存在してしまい、出力の高効率化を阻害する問題が生じうる。さらに、この問題に対して、磁石の端面を、ブリッジの湾曲に合わせて形成しても、磁石のコストが増加するという別の問題が生じる。また、応力集中の問題についても、ブリッジにおける隣り合う磁石挿入穴の間の部分が、直接、磁石保持部につながる限り、応力集中の大幅な緩和は期待できない。

このような問題に対し、本実施の形態１では、ブリッジにおいて、隣り合う磁石挿入穴の間の部分は、直線部として構成されており、その直線部の端部は、磁石保持部に直接、接続されることなく、直線部から離れるに従い間隔が拡がる曲がり部に接続されている。よって、本実施の形態１では、ブリッジの直線部の端部に生じうる応力を、大幅に低減することができる。また、曲がり部と空隙との関係でみると、曲がり部の曲率半径を大きくすると、曲がり部は緩やかに曲がり応力集中が緩和できる一方、空隙は大きくなり空隙を通る磁束が増え電動機の効率および出力は低下する恐れがある。逆に、曲がり部の曲率半径を小さくすると、空隙は小さくなり空隙を通る磁束を減らして電動機の効率および出力の低下は回避できる一方、曲がり部は急激に曲がり応力集中の緩和効果が低下する恐れがある。これに関し、本実施の形態１では、ターン部、戻り部及び曲がり部という、複数の曲がり具合を採用することで、応力集中の緩和効果の獲得と、電動機の効率および出力の低下抑制との両立を図ることができる。

また、ブリッジにおいて、隣り合う磁石挿入穴の間の部分は、あくまでも直線部として構成されているので、隣り合う磁石挿入穴の間の領域の全体を、ブリッジの強度を担う部分として活用することができると共に、長方形のような単純形状の磁石を用いても、磁石の端面全体がブリッジと当接し、磁石とブリッジとの間に大きな隙間を作ることなく磁石挿入穴内に磁石を配置し尽くすことができる。永久磁石の製造コストの増加を回避しながら、磁石の配置量を効率よく稼いで出力の高効率化を図ることができる。特に、希土類磁石の場合は、通常、材料の粉体を大きな直方体に焼成したあと所望の小さい直方体に切り出して使うため、最終形状として直方体（すなわち断面が長方形）の場合、最も安価に用意することができる。逆に、曲面や面取を設ける場合は、別途加工が必要になり、追加のコストが発生する。

また、戻り部の終点Ｙが、突端Ｚよりも、ブリッジ幅方向でみて、直線部１６に近い位置にあるので、磁石保持部２０の先端からブリッジ１５の直線部１６までの距離Ｌｇを短く設定することができる。よって、曲がり部、ターン部、戻り部により形成される空隙の領域を小さくすることができ、この空隙を通る磁束が減ることから、電動機の効率および出力の低下を抑制できる利点がある。

以上のように、本実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機によれば、永久磁石の製造コストの増加を回避しつつ、ロータコアの強度を向上させ、尚且つ、出力の高効率化も図ることができる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２に係る永久磁石埋込型電動機を説明する。図４は、本実施の形態２に関する、ブリッジの形状及びブリッジに伴う空隙の形状を説明する図である。また、図５は、図４の形状の説明に関し、応力と、角度θとの関係を示すグラフである。なお、本実施の形態２は、以下に説明する部分を除いては、上記実施の形態１と同様であり、換言すると、上記実施の形態１をさらに限定した形態である。

図４に示されるように、曲がり部１７の円弧半径をＲとし、ターン部１８の円弧半径をｒとする。本実施の形態２では、曲がり部１７、ターン部１８及び戻り部１９は、曲がり部１７及び戻り部１９の間隔を直径（２×ｒ）とする半円を、直線部１６から遠ざかるように扇状に回転移動させた際の軌跡で形成されており、その半円の回転移動角度はθである。なお、本実施の形態２においても、少なくとも曲がり部１７とターン部１８との関係においては、曲がり部１７の曲率半径Ｒ１＞ターン部１８の曲率半径Ｒ２である。さらに、ターン部１８、戻り部１９及び曲がり部１７の３つの関係においては、曲がり部１７の曲率半径Ｒ１＞戻り部１９の曲率半径Ｒ３＞ターン部１８の曲率半径Ｒ２である。また、戻り部の終点Ｙは、突端Ｚよりも、ブリッジ幅方向でみて、直線部１６に近い位置にある。

図５は、ブリッジ幅Ｗｂ＝０．６（ｍｍ）、Ｒ＝２（ｍｍ）、ｒ＝０．５（ｍｍ）として遠心力を作用させた場合のブリッジ付け根の応力集中箇所ＳＴ（直線部１６と曲がり部１７との境界部）における応力の値の一例（弾性解析の結果）である。この場合の「応力」とは、正確には「ミーゼス応力」と呼ばれる値で、１軸引張り時の引張応力に相当する値（降伏条件の判定に用いる）を指す。図５におけるσｐは、許容値（ＯＫ／ＮＧの閾値）を示し、電磁鋼板の強度や安全率を考慮して設定される。

本実施の形態２では、回転移動角度θが、回転移動角度θと応力集中箇所ＳＴの応力σとの関係線（図５の線）において、許容値σｐよりも低い応力σとなる角度範囲に設定されている。

本実施の形態２によっても、永久磁石の製造コストの増加を回避しつつ、ロータコアの強度を向上させ、尚且つ、出力の高効率化も図ることができる。また、通常はターン部１８の曲率半径Ｒ２よりも曲がり部１７の曲率半径Ｒ１が遙かに大きいので、曲がり部１７の曲率半径Ｒ１＞戻り部１９の曲率半径Ｒ３＞ターン部１８の曲率半径Ｒ２とすることで、本実施の形態２の上記説明のようにＲ１＝Ｒ３＋（２×Ｒ２）の関係が得やすくなる。つまり、曲がり部１７の曲率半径Ｒ１＞戻り部１９の曲率半径Ｒ３＞ターン部１８の曲率半径Ｒ２とすることで、曲がり部１７と戻り部１９との間隔が、上記角度θの弧の範囲にわたって一定である理想的な形状にすることが容易となっている。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３に係る永久磁石埋込型電動機を説明する。図６は、本発明の実施の形態３に関する、ブリッジの形状及びブリッジに伴う空隙の形状を説明する図である。なお、本実施の形態３は、以下に説明する部分を除いては、上記実施の形態１と同様である。

本実施の形態３もまた、ターン部１８、戻り部１９及び曲がり部１７の３つの関係においては、曲がり部１７の曲率半径Ｒ１＞戻り部１９の曲率半径Ｒ３＞ターン部１８の曲率半径Ｒ２である。ただし、本実施の形態３における、戻り部１９の曲率半径は、上記実施の形態１、２における、戻り部１９の曲率半径よりも小さい。特に、上記実施の形態２では、曲がり部１７、ターン部１８及び戻り部１９が、曲がり部１７及び戻り部１９の間隔を直径（２×ｒ）とする半円を、直線部１６から遠ざかるように扇状に回転移動させた際の軌跡で形成されている特徴があるが、本実施の形態３における、戻り部１９の曲率半径は、そのような特徴を有する上記実施の形態２における、戻り部１９の曲率半径よりも小さい。なお、本実施の形態３においても、少なくとも曲がり部１７とターン部１８との関係においては、曲がり部１７の曲率半径Ｒ１＞ターン部１８の曲率半径Ｒ２であり、また、戻り部の終点Ｙは、突端Ｚよりも、ブリッジ幅方向でみて、直線部１６に近い位置にある。

本実施の形態３によっても、永久磁石の製造コストの増加を回避しつつ、ロータコアの強度を向上させ、尚且つ、出力の高効率化も図ることができる。特に、本実施の形態３では、ターン部１８に近い側における曲がり部１７と戻り部１９との間隔よりも、直線部１６に近い側における曲がり部１７と戻り部１９との間隔の方が小さいため、上記実施の形態１、２よりもさらに、磁石保持部２０の先端からブリッジ１５の直線部１６までの距離Ｌｇを短くできるという効果が期待できる。

実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４に係る永久磁石埋込型電動機を説明する。図７および図８はそれぞれ、本発明の実施の形態４の第１例および第２例に関する、ブリッジの形状及びブリッジに伴う空隙の形状を説明する図である。なお、本実施の形態４は、以下に説明する部分を除いては、上記実施の形態１と同様である。

本発明は、少なくとも、曲がり部１７の曲率半径Ｒ１＞ターン部１８の曲率半径Ｒ２であればよく、曲がり部１７およびターン部１８と、戻り部１９との関係が、上述した態様であることには限定されない。

図７に示す本実施の形態４の第１例では、戻り部１９の曲率半径Ｒ３＞曲がり部１７の曲率半径Ｒ１＞ターン部１８の曲率半径Ｒ２の関係を有する。また、戻り部の終点Ｙは、突端Ｚよりも、ブリッジ幅方向でみて、直線部１６に近い位置にある。また、図８に示す本実施の形態４の第２例では、戻り部１９は、図８の紙面において、直線的に延びる部分であり、戻り部１９に関して、曲率半径Ｒ３が存在しない。図８においても、また、戻り部の終点Ｙは、突端Ｚよりも、ブリッジ幅方向でみて、直線部１６に近い位置にある。

本実施の形態４によっても、永久磁石の製造コストの増加を回避しつつ、ロータコアの強度を向上させ、尚且つ、出力の高効率化も図ることができる。また、本実施の形態４の第１例でも第２例でも、共に、曲がり部１７の曲率半径Ｒ１＞ターン部１８の曲率半径Ｒ２であり、戻り部の終点Ｙは、突端Ｚよりも、ブリッジ幅方向でみて、直線部１６に近い位置にある。よって、磁石保持部２０の先端からブリッジ１５の直線部１６までの距離Ｌｇを短くできるという効果が期待できる。

実施の形態５．
次に、本発明の実施の形態５に係る永久磁石埋込型電動機を説明する。図９は、本実施の形態５に関する、図３と同態様の図である。なお、本実施の形態５は、以下に説明する部分を除いては、上記実施の形態１と同様である。

本実施の形態５における、ブリッジ１１５のそれぞれは、上記実施の形態１と同様な一対の平行な直線部１６と、二対の曲がり部１１７とを含んでいる。二対の曲がり部１１７は、一対の直線部１６の延長方向の対応する端部に接続しており、対応する一対の曲がり部１１７の間隔は、直線部１６から離れるに従い拡大している。

また、二対の曲がり部１１７のそれぞれにおける、対応する直線部１６の反対側には、ターン部１１８の一端側が接続され、このターン部１１８の他端側には、戻り部１１９の一端側が接続されており、戻り部１１９の他端側は、対応する磁石挿入穴９における対応する磁石保持部２０に接続している。本実施の形態５では、ターン部１１８、戻り部１１９及び曲がり部１１７は、同じ曲がり度合いを有しており、つまり、ターン部１１８、戻り部１１９及び曲がり部１１７は、相互に明確な境界はなく配置されており、単一半径の一つの円弧（本例は半円弧）を構成している。

なお、図示例では、ブリッジ１１５の幅Ｗｂは、実施の形態１のブリッジ１５の幅と同じであり、磁石保持部２０の先端からブリッジ１１５（直線部１６）までの距離Ｌｇは、上述した実施の形態１におけるブリッジ１５のターン部１８の円弧の直径と同一に設定している。

本実施の形態５によっても、永久磁石の製造コストの増加を回避しつつ、ロータコアの強度を向上させ、尚且つ、出力の高効率化も図ることができる。

実施の形態６．
次に、本発明の実施の形態６に係る永久磁石埋込型電動機を説明する。図１０は、本実施の形態６に関する、図３と同態様の図である。なお、本実施の形態６は、以下に説明する部分を除いては、上記実施の形態５と同様である。

本実施の形態６における、ブリッジ２１５のそれぞれは、相似関係を維持して上記実施の形態５のブリッジ１１５を大きくしたものに相当する。ブリッジ２１５のそれぞれは、上記実施の形態１と同様な一対の平行な直線部１６と、二対の曲がり部２１７とを含んでいる。ターン部２１８、戻り部２１９及び曲がり部２１７は、相互に明確な境界はなく配置されており、単一半径の一つの円弧（本例は半円弧）を構成している。図示例では、ブリッジ２１５の幅Ｗｂは、実施の形態１のブリッジ１５の幅と同じであり、磁石保持部２０の先端からブリッジ２１５（直線部１６）までの距離Ｌｇは、上述した実施の形態１におけるブリッジ１５の曲がり部１７の円弧の直径と同一に設定している。

本実施の形態６によっても、永久磁石の製造コストの増加を回避しつつ、ロータコアの強度を向上させ、尚且つ、出力の高効率化も図ることができる。

実施の形態７．
次に、本発明の実施の形態７に係る永久磁石埋込型電動機を説明する。図１１は、本実施の形態７に関する、図３と同態様の図である。なお、本実施の形態７は、以下に説明する部分を除いては、上記実施の形態１と同様である。

本発明において、応力集中を緩和する構成としては、直線部１６との境界を持つ曲がり部１７が設けられていることが重要であり、曲がり部１７と磁石保持部２０とをつなぐラインは、ブリッジ付け根の応力への影響は小さく、形状の自由度は大きい。本実施の形態７は、曲がり部、ターン部及び戻り部からなるラインが、一様な円弧ではなく、共通の円弧中心を持たず、且つ、直線が部分的に含まれる態様の一例である。

本実施の形態７における、ブリッジ３１５のそれぞれは、上記実施の形態１と同様な一対の平行な直線部１６と、二対の曲がり部３１７とを含んでいる。二対の曲がり部３１７は、一対の直線部１６の延長方向の対応する端部に接続しており、対応する一対の曲がり部３１７の間隔は、直線部１６から離れるに従い拡大している。

二対の曲がり部３１７のそれぞれにおける、対応する直線部１６の反対側には、ターン部３１８の一端側が接続され、このターン部３１８の他端側には、戻り部３１９の一端側が接続されており、戻り部３１９の他端側は、対応する磁石挿入穴９における対応する磁石保持部２０に接続している。本実施の形態７では、戻り部３１９が直線的に延びている。

より詳細には、二対の曲がり部３１７は、磁石保持部２０上に円弧中心を有し、角度範囲θａにわたって広がる半径Ｒａの円弧と、磁石保持部２０から角度範囲θａを規定する線上に円弧中心を持ち角度範囲θｂにわたって広がる半径Ｒｂの円弧とで構成されている。また、ターン部３１８は、曲がり部３１７に関する角度範囲θｂを規定する線上に円弧中心を持ち角度範囲θｃにわたって広がる半径Ｒｃの円弧で構成されている。さらに、戻り部３１９は、ターン部３１８の終端部から磁石保持部２０に直交するように延びる直線で構成されている。

本実施の形態７によっても、永久磁石の製造コストの増加を回避しつつ、ロータコアの強度を向上させ、尚且つ、出力の高効率化も図ることができる。

実施の形態８．
次に、本発明の実施の形態８に係る永久磁石埋込型電動機を説明する。図１２は、本実施の形態８に関する、図３と同態様の図である。なお、本実施の形態８は、以下に説明する部分を除いては、上記実施の形態１と同様である。

本実施の形態８においては、実施の形態１と同様なブリッジ１５及び空隙３０（曲がり部１７、ターン部１８、戻り部１９及び希土類磁石７の対応の面によって囲まれた空間）が形成されている。そして、その空隙３０に、透磁率が少なくとも空気より大きい材料３１が配置される。

本実施の形態８によっても、永久磁石の製造コストの増加を回避しつつ、ロータコアの強度を向上させ、尚且つ、出力の高効率化も図ることができる。さらに、本実施の形態８では、磁石保持部２０の端からブリッジ１５までの距離Ｌｇの部分において、希土類磁石７の表面を出入りする磁束が、透磁率の小さい空気を通らなくて済み、磁気回路の効率をより一層向上することができ、電動機の更なる高効率化・高出力化を図ることができる。

実施の形態９．
次に、本発明の実施の形態９について説明する。本実施の形態９は、図示すると図１２と同様となる。なお、本実施の形態９は、以下に説明する部分を除いては、上記実施の形態１と同様である。

本実施の形態９においては、上記実施の形態８において空隙３０を埋める材料３１として、樹脂と粉末状の磁性材料を混ぜたものを空隙３０に注入して成型する。

本実施の形態９によっても、永久磁石の製造コストの増加を回避しつつ、ロータコアの強度を向上させ、尚且つ、出力の高効率化も図ることができる。また、実施の形態８と同様、磁気回路の効率をより一層向上することができ、電動機の更なる高効率化・高出力化を図ることができる。さらに、空隙を埋める材料が固形物（例えば細長い柱状の鉄など）である場合に比べ、本実施の形態９は、空隙に材料を充填するにあたって、極めて生産性が良い。

なお、上述した実施の形態８及び９については、実施の形態１の空隙に組み合わせた例として説明したが、これに限定されず、実施の形態２〜７において生じる空隙に、実施の形態８又は９で説明した材料を充填することもできる。

以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。

例えば、上述した説明では、磁極数が６極で、１つの磁極あたりでは、磁石挿入穴及び希土類磁石が３つに分割され、したがって、ブリッジは２つ形成されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。よって、１つの磁極あたりで磁石挿入穴及び希土類磁石が２つに分割され、ブリッジは１つ形成されている態様や、１つの磁極あたりで磁石挿入穴及び希土類磁石が４つ以上に分割され、ブリッジは３つ以上形成されている態様として実施することもできる。

また、本発明においては、ブリッジに直線部及び曲がり部が含まれていればよく、回転軸と直交する断面においてみて、一端が直線部と接続する曲がり部の他端が、如何なるラインを描いて磁石保持部に接続されているかについては、様々に改変することが可能であろう。

上述した実施の形態１〜９の図示例は、ブリッジそれぞれにおいて、直線部、曲がり部、ターン部及び戻り部を、上下左右対称的（磁極中心線ＭＣと平行な方向及び整列方向Ｅとの双方の方向に関し対称的）に形成したものを示しているが、本発明は、これに限定されるものではない。

また、実施の形態８及び９は、複数の空隙のうちに一部の空隙に対して、又は、一つの空隙の内部を部分的に、透磁率が少なくとも空気より大きい材料で埋めるようにして実施することもできる。

また、本発明で用いる永久磁石は、希土類磁石に限定されず、他の種類の永久磁石であってもよく、例えばフェライト磁石を用いることもできる。

１ ロータ、２ ステータ、７ 希土類磁石（永久磁石）、９ 磁石挿入穴、１５、１１５、２１５、３１５ ブリッジ、１６ 直線部、１７、１１７、２１７、３１７ 曲がり部、１８、１１８、２１８、３１８ ターン部、１９、１１９、２１９、３１９ 戻り部、２０ 磁石保持部、３０ 空隙、３１ 材料。Ｅ 整列方向、ＭＣ 磁極中心線、Ｒ１ 曲がり部の曲率半径、Ｒ２ ターン部の曲率半径、Ｒ３ 戻り部の曲率半径、Ｙ 戻り部の終点、Ｚ 突端。

Claims (7)

1. ステータと、
   前記ステータに対向して回転可能に支持されたロータとを備え、
   前記ロータは、１つの磁極につき、複数の分離した永久磁石を有している、永久磁石埋込型電動機であって、
   前記ロータのロータコアは、１つの磁極につき、複数の前記永久磁石と同数の分離した複数の磁石挿入穴を有しており、
   それぞれの磁極において、隣り合う前記磁石挿入穴の間毎に、ブリッジが設けられており、
   前記ブリッジのそれぞれは、一対の平行な直線部と、二対の曲がり部とを含んでおり、
   一対の前記直線部はそれぞれ、前記複数の永久磁石が、対応する複数の前記磁石挿入穴に挿入された状態で、対応する前記永久磁石における、整列方向でいう対応する端面と接触しており、
   前記二対の曲がり部は、前記直線部の延長方向の対応する端部に接続しており、対応する一対の前記曲がり部の間隔は、前記直線部から離れるに従い拡大する、
   永久磁石埋込型電動機。
2. 前記二対の曲がり部のそれぞれにおける、対応する前記直線部とは反対側には、ターン部の一端側が接続され、該ターン部の他端側には、戻り部の一端側が接続されており、該戻り部の他端側は、対応する前記磁石挿入穴における対応する磁石保持部に接続している、
   請求項１の永久磁石埋込型電動機。
3. 前記曲がり部の曲率半径Ｒ１＞前記ターン部の曲率半径Ｒ２である、
   請求項２の永久磁石埋込型電動機。
4. 前記戻り部の終点Ｙは、前記ブリッジの突端Ｚよりも、ブリッジ幅方向でみて、前記直線部に近い位置にある、
   請求項２または３の永久磁石埋込型電動機。
5. 前記ターン部、前記戻り部及び前記曲がり部は、この順に、曲がり度合いが緩やかである、
   請求項２〜４の何れか一項の永久磁石埋込型電動機。
6. 前記ターン部、前記戻り部及び前記曲がり部は、該曲がり部及び該戻り部の間隔を直径とする半円を、前記直線部から遠ざかるように扇状に回転移動させた際の軌跡で形成されており、
   前記半円の回転移動角度θは、当該回転移動角度θと前記直線部の端部の応力σとの関係線において許容値σｐよりも低い応力σとなる角度範囲に設定されている、
   請求項５の永久磁石埋込型電動機。
7. 前記ブリッジの前記曲がり部と前記永久磁石との間に生じる空隙に、透磁率が少なくとも空気より大きい材料が充填されている、
   請求項１〜６の何れか一項の永久磁石埋込型電動機。

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