JPWO2016104418A1 - 回転電機の回転子 - Google Patents

Abstract

１つの極を構成する磁石（６ａ）〜（６ｃ）を挿入する磁石挿入穴（５ａ）〜（５ｃ）を周方向に複数に分割するように内周側鉄心部（２）と外周側鉄心部（３）とをつなぐセンタブリッジ（４ａ）、（４ｂ）が設けられ、各センタブリッジ（４ａ）、（４ｂ）は、極軸（７）に対して平行かつ線対称に形成されるとともに、内周側鉄心部（２）および外周側鉄心部（３）にそれぞれ連なる各々の接続部（４２）、（４３）において磁石挿入穴（５ａ）〜（５ｃ）との縁部の形状が、極軸（７）と平行な方向に長軸を持つ楕円弧、または回転子鉄心（１）の外周に向かって曲率半径が順番に小さくなる複数の円弧を用意し、それら複数の円弧を滑らかに結んでなる曲線形状（５０）に形成されている。

Description

この発明は、例えば空調器用圧縮機等に搭載される回転電機を構成する回転子に係り、特に、鉄心内部に永久磁石を内包する回転子の構造に関する。

従来の回転電機においては、回転子鉄心に、径方向に複数個設けた磁石挿入穴部を、さらに周方向に複数に分割している。そして、内周側鉄心部と外周側鉄心部とをつなぐセンタブリッジを、極軸と１０〜５０ｄｅｇ傾けて、極軸と線対称に２箇所に配置し、２箇所の各センタブリッジを挟む磁石挿入穴の各々に磁石を配置している。さらに、各センタブリッジの磁石挿入穴との４か所の縁部のうち、２箇所を楕円弧で構成している（例えば、特許文献１参照）。

この構成により、センタブリッジに加わる応力の方向とセンタブリッジの形成方向を一致させて応力の分布を均一化するとともに、切り欠き係数を小さくして応力集中を避けつつ、機械強度を向上できる。その結果、ブリッジ幅を小さくして漏れ磁束の低減を図ることができる。

特表２０１３‐５３１４６２号公報（段落［００７３］〜［００７７］、図５〜図７）

ところで、回転子の回転に伴って回転子鉄心に生じる遠心力は、本来、極軸方向に加わるため、センタブリッジは極軸に平行になろうとして曲げ応力が働き、センタブリッジの対角２か所に応力が集中する。その応力集中部分に切り欠き、例えばセンタブリッジの磁石挿入穴との縁部において、直線部分と曲線部分との連結箇所で曲率半径が小さい箇所があると、切り欠き係数が高くなってさらに応力が集中する。

このため、上記の特許文献１記載の技術では、センタブリッジの磁石挿入穴との縁部の形状を楕円弧にすることで切り欠きによる応力集中を緩和している。しかし、センタブリッジに加わる曲げ応力は解消できず、曲げによる応力集中が残ったままとなる。そのため、センタブリッジの幅を広めに設定して応力を下げざるを得ず、その結果、磁気短絡の抑制が不十分であるという問題点があった。

また、上記の特許文献１記載の技術では、磁石挿入穴を径方向に沿って複数段にわたって設けているため、鉄心の剛性が全体的に低下している。このため、回転数を上げていくと、遠心力によって鉄心の変形が生じ易くなる。その対策のために、センタブリッジを極軸に対して傾斜して形成していると考えられる。しかし、センタブリッジの傾斜角度は特定の回転数に対してのみ成立するもので、それ以外の回転数ではセンタブリッジに依然として曲げ応力が加わることが避けられないという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、センタブリッジの機械強度を維持しつつ、センタブリッジの磁石挿入穴間の幅を狭く設定することができて漏れ磁束を従来以上に低減できる回転電機の回転子を得ることを目的としている。

この発明に係る回転電機の回転子は、回転子鉄心に複数の磁石を内包する磁石埋め込み型の回転電機の回転子であって、
上記回転子鉄心は、上記磁石を挿入する磁石挿入穴により分離された内周側鉄心部と外周側鉄心部を備え、
１つの極を構成する上記磁石を挿入する上記磁石挿入穴を周方向に複数に分割する、上記内周側鉄心部と上記外周側鉄心部をつなぐセンタブリッジを少なくとも一つ有し、
上記磁石挿入穴が極軸と線対称に形成されるとともに、上記磁石挿入穴の中に上記磁石が上記極軸と線対称に配置され、
上記センタブリッジは、上記極軸に対して平行かつ線対称に形成されるとともに、上記内周側鉄心部および上記外周側鉄心部にそれぞれ連なる各々の接続部において上記磁石挿入穴との縁部の形状が、上記極軸と平行な方向に長軸を持つ楕円弧、および上記回転子鉄心の外周に向かって曲率半径が順番に小さくなる複数の円弧を用意し、それら複数の円弧を滑らかに結んでなる曲線形状のうちの一つの形状である。

この発明に係る回転電機の回転子によれば、センタブリッジにおける曲げ応力および切り欠きによる応力の集中をなくしてセンタブリッジ全域で応力を略均等にすることができる。このため、従来よりもセンタブリッジの断面積を小さくしながら機械強度を維持でき、ひいては磁気短絡抑制効果を高めることができる。

この発明の実施の形態１による回転電機の回転子を示す平面図である。 この発明の実施の形態１による回転子の１極部分を示す平面図である。 図２における符号Ａで示す部分を拡大して示す平面図である。 センタブリッジの接続部の磁石挿入穴との縁部を円弧に形成した場合の応力分布を示す特性図である。 センタブリッジの接続部の磁石挿入穴との縁部を楕円弧に形成した場合の応力分布を示す特性図である。 センタブリッジの接続部において楕円弧のアスペクト比を変化させた場合に伴う接続部と長方形部との連結点Ｐ１、および接続部の楕円弧の長軸端Ｐ２における応力変化を示す特性図である。 センタブリッジの接続部の磁石挿入穴との縁部を曲線形状に形成した場合を拡大して示す平面図である。 この発明の実施の形態２による回転電機の回転子において、センタブリッジの近傍を拡大して示す平面図である。 この発明の実施の形態３による回転電機の回転子において、センタブリッジの近傍を拡大して示す平面図である。 この発明の実施の形態４による回転電機の回転子の１極部分を示す平面図である。 この発明の実施の形態５による回転電機の回転子の１極部分を示す平面図である。 この発明の実施の形態６による回転電機の回転子の全体形状を示す平面図である。 この発明の実施の形態６による回転電機の回転子の１極部分を示す平面図である。 この発明の実施の形態７による回転電機の回転子の１極部分を示す平面図である。 この発明の実施の形態８による回転電機の回鉄心の１極部分を示す平面図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による回転電機の回転子の全体形状を示す平面図である。

この実施の形態１の回転電機の回転子は、外周が円形の回転子鉄心１を有する。この回転子鉄心１は、電磁鋼板などの薄板をプレス加工で打ち抜き成形したものを積層して構成されている。そして、上記プレス加工により、回転子鉄心１の周方向に沿って磁石挿入穴５ａ，５ｂ，５ｃが打ち抜き形成される。また、上記プレス加工により回転子鉄心１の中央部にはシャフト挿入穴１１が打ち抜き形成される。そして、周方向に沿って形成された磁石挿入穴５ａ、５ｂ、５ｃによって回転子鉄心１は内周側鉄心部２と外周側鉄心部３に分離される。

図２は、図１に示す回転子の１極部を拡大して示す平面図である。
図２において、回転子の１極部に相当する回転子鉄心１には、極軸７と線対称に３つの磁石挿入穴５ａ、５ｂ、５ｃが形成されている。この場合、極軸７と交差する中央の磁石挿入穴５ｃを除く左右の磁石挿入穴５ａ、５ｂは、中央の磁石挿入穴５ｃと対面する側とは反対側の端部が略Ｌ字状に形成されており、このＬ字状部分５ａ１、５ｂ１と直線部分５ａ２、５ｂ２との境界部分に磁石止め１０ａ、１０ｂが形成されている。

そして、これらの磁石挿入穴５ａ、５ｂ、５ｃによって回転子鉄心１は内周側鉄心部２と外周側鉄心部３に分離されるとともに、内周側鉄心部２および外周側鉄心部３が２つのセンタブリッジ４ａ、４ｂおよび磁石の極間に位置する外周側ブリッジ９ａ、９ｂを介して一体的に連結されている。この場合、センタブリッジ４ａ、４ｂは、極軸７と平行で、かつ線対称になるように形成されている。

上記の各磁石挿入穴５ａ、５ｂ、５ｃには１つの極を形成する板状の希土類焼結永久磁石（以下、磁石と称する）６ａ、６ｂ、６ｃが極軸７に直交して直線状に、かつ極軸７に対して線対称に挿入配置されている。さらに、左右両端側の磁石６ａ、６ｂは、各々磁石止め１０ａ、１０ｂによって極軸７と垂直で、極軸７から遠ざかる方向に移動しないように保持されている。

図３は、図２における符号Ａで示す部分、つまり図２の左側のセンタブリッジ４ａの部分を拡大して示す平面図である。
ここに、センタブリッジ４ａは、一対の磁石挿入穴５ａ、５ｃの対向する端部間に挟まれて各磁石挿入穴５ａ、５ｃの極軸７の方向の幅と略同じ長さの長辺を有する長方形部４１と、この長方形部４１から内周側鉄心部２および外周側鉄心部３にそれぞれ連なる接続部４２、４３とから構成されている。

この場合、各々の接続部４２、４３は、以下のように形成されている。すなわち、互いに対向する磁石挿入穴５ａ、５ｃの端部において極軸７の方向に凹部を形成するように、各磁石挿入穴５ａ、５ｃとの縁部の形状が、極軸７と平行な方向に長軸を持つ仮想楕円Ｅ１（図３中、破線で示す）の一部である楕円弧となるように形成されている。なお、図２の右側のセンタブリッジ４ｂについても同様の形状に形成されている。

この構成によれば、回転子を回転した場合、外周側鉄心部３および磁石６ａ、６ｂ、６ｃに遠心力が作用する。このとき、外周側鉄心部３は一体でかつ極軸７に対して線対称な形状であるため、遠心力の内、極軸７の方向に対して垂直な成分は相殺され、極軸７の方向成分のみが生じる。

同様に、極軸７上の磁石挿入穴５ｃに配置された中央の磁石６ｃは、極軸７に対して線対称な形状であるため、磁石６ｃに作用する遠心力は極軸７の方向と一致する。また、中央の磁石６ｃを挟んで左右に位置する磁石６ａ、６ｂについても、同一形状の磁石６ａ、６ｂが極軸７に対して線対称に配置されている。よって、各磁石６ａ、６ｂに作用する遠心力を、極軸７に沿う方向と極軸７に垂直な方向とに分割して考えると、極軸７に垂直な方向に作用する成分は磁石止め１０ａ、１０ｂが受け止めて、極軸７に沿って平行な成分のみが同じ大きさで各々のセンタブリッジ４ａ、４ｂに加わることになる。

したがって、外周側鉄心部３および磁石６ａ、６ｂ、６ｃに作用する遠心力を総合しても、センタブリッジ４ａ、４ｂは、極軸７に沿って平行な成分のみを支持すればよいことが分かる。この状態は、回転数に依存しないことは言うまでもない。

さらに、上記の特許文献１に開示されているように、外周側鉄心部３の内部に磁石挿入穴やスリットを形成した構成であると、外周側鉄心部３の剛性が低下し、遠心力によって外周側鉄心部３が変形し、センタブリッジ４ａ、４ｂに曲げ応力が作用する恐れがある。この実施の形態１では、外周側鉄心部３には磁石挿入穴等の穴およびスリットは形成されていないので、外周側鉄心部３の剛性が過剰に低下することがない。

以上のことから、各センタブリッジ４ａ、４ｂには極軸７と平行な方向でかつ同じ大きさの力が作用し、曲げ方向の応力が作用しない状態にできる。また、センタブリッジ４ａ、４ｂの長方形部４１は、その長辺が極軸７と平行な方向に沿っているので、長方形部４１内の応力はほぼ均一化され、長方形部４１の短辺側の幅を細くすることができ、磁気短絡抑制効果が向上する。

ここで、図３において、センタブリッジ４ａに加わる応力の方向がセンタブリッジ４ａの長手方向と一致している場合、遠心力に伴う応力集中は、以下の箇所で発生する。すなわち、センタブリッジ４ａの長方形部４１における磁石挿入穴５ａ、５ｃとの縁部と、接続部４２、４３における磁石挿入穴５ａ、５ｃとの縁部との連結点、例えば図３の符号Ｐ１で示す連結点で形状変化が生じているために、応力集中は上記連結点で発生する。したがって、応力集中を緩和するためには、連結点（例えば図３の符号Ｐ１）における形状変化を緩やかに、つまり曲率半径が大きくなるようにすればよい。

いま仮に、センタブリッジ４ａの各接続部４２、４３における磁石挿入穴５ａ、５ｃとＰ１の縁部の形状が楕円弧でなくて円弧であるとした場合、直線部と円弧とをつなげる連結点に応力が集中し、疲労破壊の起点となりうる。これを防止するためには、形状の変化を緩やかにするために円弧の径を大きくする、もしくは平均応力を下げるために長方形部４１の短辺方向の幅を広げる方法が考えられる。しかし、円弧の半径を大きくすれば鉄心面積が減少して磁気抵抗が大きくなるという不具合が生じる。また、長方形部４１の短辺方向の幅を広げれば、磁気短絡が増大し、かつ磁石の極軸７と直交する方向の長さが短くなり、磁気特性が悪化する。

これに対して、この実施の形態１では、接続部４２、４３における磁石挿入穴５ａ、５ｃとの縁部の形状を、極軸７と平行な方向の長軸を持つ楕円弧としているので、連結点Ｐ１の形状の変化を緩やかにする、つまり曲率半径を大きくすることができる。これにより、各接続部４２、４３の磁石挿入穴５ａ、５ｃとの縁部の形状を円弧とした場合に比べて、切り欠き係数を下げて応力集中が生じるのを緩和することができ、円弧に形成した場合のような上記の不具合を無くすことができる。なお、ここでは、図２の左側のセンタブリッジ４ａについて説明したが、図２の右側のセンタブリッジ４ｂについても同様の作用、効果を得ることができる。

このことを立証するために、センタブリッジ（例えばセンタブリッジ４ａ）の近傍の応力分布を解析した結果を図４および図５に示す。ここに、図４は、各接続部４２、４３における磁石挿入穴５ａ、５ｃとの縁部の形状を円弧に形成した場合である。また、図５は各接続部４２、４３における磁石挿入穴５ａ、５ｃとの縁部の形状を楕円弧（アスペクト比（長軸／短軸）２）に形成した場合である。なお、図４および図５の応力分布において、黒色の箇所が応力が最も高く、色の濃度が薄くなるにつれて応力も低くなるように表している。

図４および図５からも分かるように、図４では直線部と円弧の連結点Ｐ１で応力が集中している。一方、図５では直線部と楕円弧の連結点Ｐ１で応力が集中しておらず、応力が均一化されていることが分かる。

このように、センタブリッジ４ａで応力が均一化されることから、各接続部４２、４３における磁石挿入穴５ａ、５ｃとの縁部の形状が全て同じならば、その部分における応力集中の状態は略同じとなる。そのため、各接続部４２、４３の楕円弧の形状を４か所全て同じ形状とすればバランスがよい。

図６は、楕円の（長軸半径／短軸半径）であるアスペクト比の変化に対する応力の変化を示す解析結果である。
図６より分かるように、直線と楕円弧の連結点Ｐ１では、アスペクト比が増えて行くと応力が低下して行く。一方、楕円弧の長軸端Ｐ２では、アスペクト比が増えて行くと応力が増大して行き、アスペクト比が４を超えた当たりで連結点Ｐ１の応力を超えている。このことから、楕円のアスペクト比は２以上、４以下が望ましいことが分かる。そして、楕円弧をこのアスペクト比（２以上、４以下）の範囲内に設定すれば、応力の集中を緩和する効果が大きくなる。また、機械強度を維持しながらセンタブリッジ幅をさらに狭くできるので磁気短絡抑制効果が向上する。

上記の説明では、接続部４２、４３における磁石挿入穴５ａ、５ｃとの縁部の形状を、極軸７と平行な方向の長軸を持つ楕円弧としているが、この形状に限定されない。すなわち、接続部４２、４３における磁石挿入穴５ａ、５ｃとの縁部の形状を、回転子鉄心１の外周に向かって曲率半径が順番に小さくなる複数の円弧を用意し、それら複数の円弧を滑らかに結んでなる曲線形状５０にしても良い。
図７に示すように、長方形部４１の縁部である直線縁部５１と接続部４３の縁部との連結点Ｐ１では、最も曲率半径の大きな円弧（半径Ｒ１の円弧）に接するような曲線形状にする。そして、接続部４３における磁石挿入穴５ａとの縁部の形状を、曲率半径が順番に小さくなる円弧を複数個、例えば半径Ｒ２の円弧、半径Ｒ３の円弧を用意し、それら複数の円弧を滑らかに結んでなる曲線形状にする。
この場合、連結点Ｐ１と曲線部端Ｐ２の極軸７と平行な方向の距離をＨ１とし、連結点Ｐ１と曲線部端Ｐ２の極軸７と垂直な方向の距離をＨ２とすると、Ｈ１／Ｈ２が２以上、４以下の範囲にすることが好ましく、この範囲で応力の集中を緩和する効果を大きくすることができる。
なお、図７の例では、半径の比がＲ１：Ｒ２：Ｒ３＝４：２：０．５である３つの円弧を用意し、それら３つの円弧を滑らかに結んで、アスペクト比（長軸／短軸）が２の楕円Ｅ２に近似する曲線形状５０を形成している。

以上のように、この実施の形態１によれば、各センタブリッジ４ａ、４ｂの接続部４２、４３における磁石挿入穴５ａ、５ｂ、５ｃとの縁部の形状を、極軸７と平行な方向に長軸を持つ楕円弧、または回転子鉄心１の外周に向かって曲率半径が順番に小さくなる複数の円弧を用意し、それら複数の円弧を滑らかに結んでなる曲線形状としているので、連結点Ｐ１の形状の変化を緩やかにすることができ、切り欠き係数を下げて応力集中が生じるのを緩和することが可能となる。これにより、センタブリッジ４ａ、４ｂの全域で応力を略均等にできるため、センタブリッジ４ａ、４ｂの断面積を小さくしながら機械強度を維持でき、ひいては磁気短絡抑制効果を向上することができる。

また、外周側鉄心部３には、磁石挿入穴等の穴またはスリットが形成されていないので、外周側鉄心部３の変形に起因するセンタブリッジ４ａ、４ｂにおける曲げ応力発生を抑制することができる。

さらに、センタブリッジ４ａ、４ｂの長方形部４１は、その長辺側が各磁石挿入穴５ａ、５ｂ、５ｃの極軸７の方向の幅と略同じ長さを有し、また、接続部４２、４３は互いに対向する磁石挿入穴５ａ、５ｃの端部において極軸７の方向に上記楕円弧または上記曲線形状の凹部を設けるように形成されているので、磁石６ａ、６ｂ、６ｃはセンタブリッジ４ａ、４ｂに接触する直前の状態になるまで極軸７に直交する方向の長さを確保することが可能となり、さらなる磁気量のアップが期待できる。

実施の形態２．
図８は、この発明の実施の形態２による回転電機の回転子において、センタブリッジの近傍を示す拡大図（図２のＡ部拡大図）である。図８において、実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。

この発明の実施の形態２において、センタブリッジ４ａの各接続部４２、４３の内、外周側鉄心部３に連なる接続部４３の各磁石挿入穴５ａ、５ｃとの縁部の形状は、実施の形態１と同じアスペクト比を持つ仮想楕円Ｅ１（図３中、破線で示す）の一部である楕円弧とする。一方、内周側鉄心部２に連なる接続部４２の各磁石挿入穴５ａ、５ｃとの縁部の形状については、上記の仮想楕円Ｅ１よりもアスペクト比の大きな仮想楕円Ｅ２の一部である楕円弧となるように形成されている。なお、両仮想楕円Ｅ１、Ｅ２の一部を構成する各楕円弧は、いずれも極軸７と平行な方向に長軸を持つように形成されている。
また、複数の円弧を滑らかに結んでなる曲線形状５０とする場合は、内周側鉄心部２に連なる接続部４２の縁部の形状である曲線形状５０の上記Ｈ１／Ｈ２が、外周側鉄心部３に連なる接続部４３の縁部の形状である曲線形状５０の上記Ｈ１／Ｈ２より大きくなるように形成する。

この実施の形態２の構成によれば、内周側鉄心部２は、比較的鉄の量が多くて強度的に余裕があるため、楕円弧のアスペクト比または曲線形状のＨ１／Ｈ２を大きく設定することにより、磁石挿入穴５ａ、５ｃの端部に形成される楕円弧または曲線形状による凹部の形状が大きくなったとしても、構造強度にはほとんど影響がない。そのため、構造強度を維持したままセンタブリッジ４ａの極軸７の方向に沿った長さを長くすることができ、漏れ磁束の低減効果を大きくすることができる。

なお、ここでは、図２の左側のセンタブリッジ４ａについて説明したが、図２の右側のセンタブリッジ４ｂについても同様の作用、効果を得ることができる。また、その他の構成は、図１〜図３に示した実施の形態１と同様であるので、ここでは詳しい説明は省略する。

実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３による回転電機の回転子において、センタブリッジの近傍を拡大して示す拡大図（図２のＡ部拡大図）である。図９において、実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。

この発明の実施の形態３では、センタブリッジ４ａの内周側鉄心部２に連なる接続部４２の各磁石挿入穴５ａ、５ｃとの縁部に磁石止め１０ｃ、１０ｄが形成されている。

この実施の形態３の構成によれば、センタブリッジ４ａの長方形部４１に対し直接に磁石６ａ、６ｃが触れることが無い。そのため、回転子鉄心１の磁石挿入穴５ａ、５ｃへ磁石６ａ、６ｃを挿入する際に、センタブリッジ４ａに誤って無理な力をかけて変形させてしまうといった恐れが無くなる。したがって、センタブリッジ４ａの長方形部４１の短辺方向の幅をさらに細くすることができ、漏れ磁束の低減効果を大きくすることができる。

なお、磁石止め１０ｂ、１０ｃは、外周側鉄心部３との接続部４３側に設けてもよい。また、ここでは、図２の左側のセンタブリッジ４ａについて説明したが、図２の右側のセンタブリッジ４ｂについても同様である。また、その他の構成については、図１〜図３に示した実施の形態１と同じであるので、ここでは詳しい説明は省略する。

実施の形態４．
図１０はこの発明の実施の形態４による回転電機の回転子の１極部分を示す平面図である、図１０において、実施の形態１〜３と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。

この発明の実施の形態４において、２つの磁石挿入穴５ａ、５ｂが、極軸７に対して線対称に形成され、かつ回転子鉄心１の内周側に向けて凸形状を成すようにＶ字状に形成されている。このため、センタブリッジ４は、極軸７の上に重なるように１本のみ形成されている。そして、これらの各磁石挿入穴５ａ、５ｂに同一形状の磁石（図示せず）が挿入されている。なお、センタブリッジ４を構成する長方形部４１や接続部４２、４３の形状などは図９に示した実施の形態３と同じであるので、ここでは詳しい説明は省略する。

この実施の形態４の構成によれば、実施の形態１の場合よりも、磁石挿入穴５ａ、５ｂの長さを長くできるため、磁石挿入量を増やすことが可能となる。また、磁石も極軸７に対して線対称に配置されるため、センタブリッジ４に加わる遠心力の方向は極軸７の方向と一致し、さらに接続部４２、４３における磁石挿入穴５ａ、５ｂとの縁部の形状を全て極軸７と平行な方向に長軸を持つ楕円弧または曲線形状としているので、応力集中をなくして応力分布が均一となる。

その結果、センタブリッジ４の極軸７と直交する方向の幅を必要最小限に設定することができ、磁石量を増やし、かつセンタブリッジ４での磁束短絡を最小限に抑制でき、さらなる高性能な回転子を得ることが可能となる。

実施の形態５．
図１１はこの発明の実施の形態５による回転電機の回転子の１極部分を示す平面図である。図１１において、実施の形態１〜４と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。

この発明の実施の形態５において、３つの磁石挿入穴５ａ、５ｂ、５ｃが、極軸７に対して線対称に形成されるとともに、回転子鉄心１の内周側に向けて凸形状を成すように逆台形状に形成されている。すなわち、極軸７と直交する中央の磁石挿入穴５ｃは極軸７に対して線対称に形成され、また、この中央の磁石挿入穴５ｃを除く左右の磁石挿入穴５ａ、５ｂは回転子鉄心１の内周側に向けて傾斜して極軸７に対して線対称に形成されている。

そして、磁石挿入穴５ａ、５ｃおよび５ｂ、５ｃが折れ曲がる位置に、極軸７と平行で、かつ線対称になるようセンタブリッジ４ａ、４ｂが形成されている。したがって、１極分の図示しない磁石がそれぞれの磁石挿入穴５ａ、５ｂ、５ｃにそれぞれ極軸７に対して線対称に挿入配置される。さらに、各センタブリッジ４ａ、４ｂの接続部４２、４３における磁石挿入穴５ａ、５ｂ、５ｃとの縁部の形状を全て極軸７と平行な方向に長軸を持つ楕円弧または曲線形状として形成されている。

この実施の形態５の構成によれば、実施の形態４と同様に、磁石挿入量を増やすことが可能となる。また、磁石の配置も極軸７に対して平行かつ線対称であるため、センタブリッジ４ａ、４ｂに加わる遠心力の大きさは同一で、かつ遠心力の方向は極軸７の方向と一致する。さらに接続部４２、４３における磁石挿入穴５ａ、５ｂとの縁部の形状を全て極軸７と平行な方向に長軸を持つ楕円弧または曲線形状としている。そのため、応力集中をなくして均一な応力分布となる。その結果、センタブリッジ４ａ、４ｂの極軸７と直交する方向の幅を必要最小限に構成でき、磁石量を増やしてかつセンタブリッジ４ａ、４ｂでの磁束の短絡を最小限に抑制でき、さらなる高性能な回転子を得ることができる。

実施の形態６．
図１２はこの発明の実施の形態６による回転電機の回転子の全体形状を示す平面図であり、図１３はこの発明の実施の形態６による回転電機の回転子の１極部分を示す平面図である。図１２および図１３において、実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。

この発明の実施の形態６においては、実施の形態１と同様に、回転子鉄心１の周方向に沿って磁石挿入穴５ａ，５ｂ，５ｃが形成されており、これらの磁石挿入穴５ａ、５ｂ、５ｃによって回転子鉄心１が内周側鉄心部２と外周側鉄心部３に分離されるとともに、両鉄心部２、３が２つのセンタブリッジ４ａ、４ｂを介して１体的に連結されている。この場合、センタブリッジ４ａ、４ｂは、極軸７と平行で、かつ線対称になるように形成されている。

ただし、この実施の形態６では、実施の形態１のような回転子鉄心１の外周部分において磁石の極間に位置する内周側鉄心部２と外周側鉄心部３を結ぶ外周側ブリッジ９ａ、９ｂは設けられておらず、２つのセンタブリッジ４ａ、４ｂのみが内周側鉄心部２と外周側鉄心部３とを連結している。

なお、センタブリッジ４ａ、４ｂの形状的な特徴、およびその他の構成については図１〜図３に示した実施の形態１の場合と同様であるので、ここでは詳しい説明は省略する。

この実施の形態６の構成によれば、センタブリッジ４ａ、４ｂの全域で応力を略均等にできるため、センタブリッジ４ａ、４ｂの断面積を小さくしながら機械強度および磁束短絡抑制効果を維持することができる。しかも、外周側ブリッジを設けていないので、その箇所での磁束短絡を抑制することができ、さらなる高特性な回転子を得ることが可能となる。

実施の形態７．
図１４はこの発明の実施の形態７による回転電機の回転子の１極部分を示す平面図である。図１４において、実施の形態４と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。

この発明の実施の形態７においては、実施の形態４と同様に、極軸７に対して線対称に形成された２つの磁石挿入穴５ａ、５ｂが、回転子鉄心１の内周側に向けて凸形状を成すようにＶ字状に形成されている。

ただし、この実施の形態７では、実施の形態４のような回転子鉄心１の外周部分において磁石の極間に位置する内周側鉄心部２と外周側鉄心部３を結ぶ外周側ブリッジ９ａ、９ｂは設けられておらず、極軸７上に位置する一つのセンタブリッジ４のみが内周側鉄心部２と外周側鉄心部３とを連結している。

なお、このセンタブリッジ４の形状的な特徴、およびその他の構成については、図１０に示した実施の形態４と同様であるので、ここでは詳しい説明は省略する。

この実施の形態７の構成によれば、センタブリッジ４の全域で応力を略均等にできるため、センタブリッジ４の断面積を小さくできる。そのため、磁束短絡抑制効果を維持するとともに、磁石挿入量を増やすことができ、しかも外周側ブリッジを設けていないので、その箇所での磁束短絡を抑制することができ、さらなる高特性な回転子を得ることが可能となる。

実施の形態８．
図１５はこの発明の実施の形態８による回転電機の回転子の１極部分を示す平面図である。図１５において、実施の形態５と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。

この実施の形態８においては、実施の形態５と同様に、３つの磁石挿入穴５ａ、５ｂ、５ｃが、極軸７に対して線対称に形成されるとともに、回転子鉄心１の内周側に向けて凸形状を成すように逆台形状に形成されている。

ただし、この実施の形態８では、実施の形態５のような回転子鉄心１の外周部分において磁石の極間に位置する内周側鉄心部２と外周側鉄心部３を結ぶ外周側ブリッジ９ａ、９ｂは設けられておらず、極軸７に平行でかつ極軸７に対して線対称に形成された２つのセンタブリッジ４ａ、４ｂのみが内周側鉄心部２と外周側鉄心部３とを連結している。

なお、各センタブリッジ４ａ、４ｂの形状的な特徴、およびその他の構成については、図１１に示した実施の形態５と同様であるので、ここでは詳しい説明は省略する。

この実施の形態８の構成によれば、センタブリッジ４の全域で応力を略均等にできるため、センタブリッジ４ａ、４ｂの断面積を小さくしながら機械強度および磁束短絡抑制効果を維持することができる。しかも、磁石挿入量を増やすことができるとともに、外周側ブリッジを設けていないので、その箇所での磁束短絡を抑制することができ、さらなる高特性な回転子を得ることが可能となる。

なお、この発明は、上記の実施の形態１〜８の構成のみに限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲内において各実施の形態１〜８の構成に対して一部変形を加えたり、構成を省略することができ、また、各実施の形態１〜８の構成を適宜組み合わせることが可能である。

例えば、上記実施の形態６〜８においては、外周側鉄心部３および磁石６ａ、６ｂ、６ｃの遠心力をセンタブリッジ４、４ａ、４ｂのみで支える必要があり、強度アップのため、高強度の磁性鋼板（引張強度７００ＭＰａ以上）を用いることが望ましい。もちろん、他の実施の形態１〜５においても、高強度の磁性鋼板で鉄心を構成すれば、さらにセンタブリッジ４、４ａ、４ｂおよび外周側ブリッジ９ａ、９ｂの幅を狭くすることが可能となり、磁気短絡の抑制効果が高まることは言うまでもない。また、上記実施の形態１〜８においては、磁石として板状の希土類焼結永久磁石を例示したが、それ以外の種類や形状の磁石を用いてもよい。

また、各実施の形態１〜８では、回転子鉄心１の形状として６極のものを例示したが、これに限らず４極や８極など、異なる極数のものにも適用できる。
また、回転子鉄心１の外周は円形のものを例示したが、それ以外の形状、例えば花びら型などの凹凸形状を持つものでも同様の効果を奏する。
また、各実施の形態１〜８では、鉄心をプレスで打ち抜き加工するものを例示したが、それ以外の加工方法、例えば切削やワイヤカットなどを用いても同様の効果を奏する。
さらに、各実施の形態１〜８では、圧縮機用の回転電機に適用した場合について例示したが、それ以外の用途の回転電機でも、磁石を回転子鉄心内に挿入する形態をとるもの全てにおいてこの発明を適用可能である。

Claims (13)

1. 回転子鉄心に複数の磁石を内包する磁石埋め込み型の回転電機の回転子であって、
   上記回転子鉄心は、上記磁石を挿入する磁石挿入穴により分離された内周側鉄心部と外周側鉄心部を備え、
   １つの極を構成する上記磁石を挿入する上記磁石挿入穴を周方向に複数に分割する、上記内周側鉄心部と上記外周側鉄心部をつなぐセンタブリッジを少なくとも一つ有し、
   上記磁石挿入穴が極軸と線対称に形成されるとともに、上記磁石挿入穴の中に上記磁石が上記極軸と線対称に配置され、
   上記センタブリッジは、上記極軸に対して平行かつ線対称に形成されるとともに、上記内周側鉄心部および上記外周側鉄心部にそれぞれ連なる各々の接続部において上記磁石挿入穴との縁部の形状が、上記極軸と平行な方向に長軸を持つ楕円弧、および上記回転子鉄心の外周に向かって曲率半径が順番に小さくなる複数の円弧を用意し、それら複数の円弧を滑らかに結んでなる曲線形状のうちの一つの形状である、回転電機の回転子。
2. 上記外周側鉄心部には、穴またはスリットが形成されていない、請求項１に記載の回転電機の回転子。
3. 上記センタブリッジの上記接続部の上記磁石挿入穴との縁部の形状が上記楕円弧である場合、上記楕円弧のアスペクト比は、２以上、４以下の範囲である、請求項１または請求項２に記載の回転電機の回転子。
4. 上記センタブリッジの上記接続部のうち、上記内周側鉄心部に連なる上記接続部の縁部の形状である上記楕円弧のアスペクト比が、上記外周側鉄心部に連なる上記接続部の縁部の形状である上記楕円弧のアスペクト比より大きい、請求項３に記載の回転電機の回転子。
5. 上記センタブリッジの上記接続部の上記磁石挿入穴との縁部における形状が上記曲線形状である場合、上記センタブリッジの直線縁部と上記曲線形状の連結点と、上記曲線形状の曲線部端との上記極軸と平行な方向の距離をＨ１とし、上記連結点と上記曲線部端との上記極軸と垂直な方向の距離をＨ２とすると、Ｈ１／Ｈ２が２以上、４以下の範囲である、請求項１または請求項２に記載の回転電機の回転子。
6. 上記センタブリッジの上記接続部のうち、上記内周側鉄心部に連なる上記接続部の縁部の形状である上記曲線形状の上記Ｈ１／Ｈ２が、上記外周側鉄心部に連なる上記接続部の縁部の形状である上記曲線形状の上記Ｈ１／Ｈ２より大きい、請求項５に記載の回転電機の回転子。
7. 上記センタブリッジは、一対の上記磁石挿入穴の対向する端部間に挟まれて上記磁石挿入穴の極軸方向の幅と略同じ長さを有する長方形部と、上記長方形部から上記内周側鉄心部および上記外周側鉄心部にそれぞれ連なる上記接続部とからなり、各々の上記接続部は上記磁石挿入穴との縁部の形状が、上記磁石挿入穴の上記極軸方向に凹部を設けるように形成されている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
8. 上記センタブリッジの上記内周側鉄心部または上記外周側鉄心部に連なる上記接続部の上記磁石挿入穴との縁部に、上記磁石を止める磁石止めを形成した、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
9. 複数の上記磁石挿入穴は、上記極軸の直交方向に直線状に形成されている、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
10. 複数の上記磁石挿入穴は、上記回転子鉄心の内周側に向けて凸形状を成すように形成されている、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
11. 上記磁石の極間において上記内周側鉄心部と上記外周側鉄心部を連結する外周側ブリッジが形成されている、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
12. 上記センタブリッジのみで上記内周側鉄心部と上記外周側鉄心部とを連結している、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
13. 上記回転子鉄心は複数の磁性薄板を回転軸方向に積層して構成され、上記磁性薄板は７００ＭＰａ以上の引張強度を有する高強度の磁性鋼板が使用されている、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。

Images