特許 6357859 永久磁石埋め込み式回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6357859

(24)【登録日】2018年6月29日

(45)【発行日】2018年7月18日

(54)【発明の名称】永久磁石埋め込み式回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/27 20060101AFI20180709BHJP

   H02K 1/22 20060101ALI20180709BHJP

【ＦＩ】

   H02K1/27 501C

   H02K1/27 501A

   H02K1/27 501M

   H02K1/27 501K

   H02K1/22 A

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-98716(P2014-98716)

(22)【出願日】2014年5月12日

(65)【公開番号】特開2015-216786(P2015-216786A)

(43)【公開日】2015年12月3日

【審査請求日】2017年2月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100111763

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 隆

(74)【代理人】

【識別番号】100163832

【弁理士】

【氏名又は名称】後藤 直哉

(72)【発明者】

【氏名】島田 大志

(72)【発明者】

【氏名】持田 敏治

(72)【発明者】

【氏名】丹羽 義之

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 英男

(72)【発明者】

【氏名】西村 博文

【審査官】 マキロイ 寛済

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０４６４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−００４４８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０５４０６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３３４１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ １／２７

Ｈ０２Ｋ １／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転子の内部に、前記回転子の周方向に沿って、１極当たり２個の永久磁石を複数極埋め込んでなる永久磁石埋め込み式回転電機において、
前記回転子には、１極を構成するために、前記回転子の周方向に並んだ２個のスロットが形成され、この２個のスロットに２個の永久磁石が埋め込まれており、
前記１極を構成する２個のスロットの各々は、回転方向外側において前記回転子の外周と連通しており、当該２個のスロット間に挟まれた前記回転子の薄肉部分に臨む領域に非磁性材からなる磁石支持部材を各々収容し、かつ、前記薄肉部分から前記回転子の周方向に離れた位置に前記回転子の径方向に突出して前記永久磁石の端面に係合する突起を有し、前記磁石支持部材および前記突起により前記永久磁石を挟んで当該スロット内に位置固定してなり、前記回転子の回転中心軸を中心とする前記１極を構成する２個のスロットの内接円よりも前記回転子の外周方向に前記薄肉部分を有することを特徴とする永久磁石埋め込み式回転電機。

【請求項2】

前記回転子は、隣接する極間に前記回転子の回転中心軸から離れる方向に突出したｑ軸突起を有することを特徴とする請求項１に記載の永久磁石埋め込み式電動機。

【請求項3】

前記磁石支持部材が絶縁紙であ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。

【請求項4】

前記磁石支持部材が樹脂であ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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動機や発電機等、回転子を有する回転電機に係り、特に回転子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。

【背景技術】

【0002】

永久磁石埋め込み式回転電機では、回転子の内部に、回転子の周方向に沿って、複数極分の永久磁石が埋め込まれている。この永久磁石埋め込み式回転電機では、永久磁石から発生され、固定子巻線と鎖交する磁束量に応じたマグネットトルクと、回転子コアの磁気抵抗を減らす方向に回転子コアを回転させるリラクタンストルクとが回転子に発生する。従って、永久磁石埋め込み式回転電機は、小型高出力高効率回転電機として広く用いられている。

【0003】

図１１は、従来の永久磁石埋め込み式回転電機の回転子１の構成を示す断面図である。図１１に示す例において、回転子１は、回転子鋼板を積層してなる回転子コア２を有する。この回転子コア２には、その周方向に沿って２個のスロット３および３’の組が４組形成されている。そして、各スロット３および３’の中に永久磁石４および４’が各々挿入されている。この２個のスロット３および３’と２個の永久磁石４および４’の組が、回転子コア２の１極を構成している。１極分の永久磁石４および４’は、回転子コア２の外周面に対して同じ極性の磁極を向けている。

【0004】

１極を構成する２個のスロット３および３’の間には、回転子コア２の薄肉部分であるセンタブリッジ８がある。また、各スロット３（３’）と回転子コア２の外周との間には、回転子コア２の薄肉部分であるサイドブリッジ９（９’）がある。

【0005】

各スロット３（３’）の内壁面のうち回転子１の内周側（回転中心に近い側）の内壁面には、回転子１の径方向に突出して永久磁石４（４’）の端面に係合する２個の突起７（７’）が２個形成されている。これらの突起７（７’）は、永久磁石４（４’）を回転子１の周方向両側から挟み、スロット３（３’）内に位置決め固定している。そして、各スロット３（３’）内において、センタブリッジ８に臨む領域には、永久磁石４（４’）の詰まっていない内側空洞部３ａ（３ａ’）があり、サイドブリッジ９（９’）に臨む領域には永久磁石４（４’）の詰まっていない外側空洞部３ｂ（３ｂ’）がある。

【0006】

この永久磁石埋め込み式回転電機の回転子１には、次式に示すトルクＴが発生する。
Ｔ＝Ｐ×ψａ×Ｉｑ＋Ｐ×（Ｌｄ−Ｌｑ）×Ｉｄ×Ｉｑ ……（１）
上記式（１）において、Ｐは回転子１の極対数、ψａは固定子巻線と鎖交する磁束数、ＩｄおよびＩｑは固定子巻線に流れる電流のｄ軸成分およびｑ軸成分、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンスである。ここで、ｄ軸とは回転子１の磁極の中心を通る軸、すなわち、図１１の例では回転子１の回転中心軸１２から２個のスロット３および３’間のセンタブリッジ８を通過する軸である。また、ｑ軸は、ｄ軸から電気角９０度ずれた磁極間方向の軸である。そして、上記式（１）において右辺第１項がマグネットトルクであり、右辺第２項がリラクタンストルクである。

【0007】

上記式（１）に示すように、リラクタンストルクは、ｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑとの差分を増加させることにより増加させることができる。図１１に示す構成では、ｑ軸方向の磁束が回転子コア２の鋼板からなる磁気抵抗の低い磁路を通過するため、ｑ軸インダクタンスＬｑは小さい。一方、ｄ軸方向の磁束の磁路は、永久磁石４および４’があるため、その磁気抵抗が高い。このため、ｄ軸インダクタンスは大きくなる。従って、図１１に示す永久磁石埋め込み式回転電機の回転子１によれば、リラクタンストルクを大きくすることができる。

【0008】

また、図１１に示す永久磁石埋め込み式回転電機において、回転子１が高速回転すると、回転子コア２に遠心力が発生する。そして、特に、スロット３（３’）と回転子コア２の外周との間のサイドブリッジ９（９’）に遠心力に起因するせん断応力が掛かる。また、大トルク化を考えた場合、シャフト１２を回転子コア２へ圧入もしくは焼き嵌めする際の締め代を大きくする必要があるため、シャフト１２挿入後の回転子コア２に掛かる残留応力が大きくなる。図１１に示す永久磁石埋め込み式回転電機では、１極内の２個のスロット３および３’間のセンタブリッジ８により、サイドブリッジ９および９’に掛かるせん断応力や残留応力を緩和している。なお、この永久磁石埋め込み式回転電機は例えば特許文献１に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１０−８１７５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

ところで、上述した従来の永久磁石埋め込み式回転電機において、永久磁石固定用の突起７（７’）は応力集中が生じやすい。このため、回転子１を高速回転させ、または大トルクを発生させようとすると、突起７（７’）に過大な応力が集中し、最悪の場合、突起７（７’）が破損する。この場合、突起の数が多いほど破損する可能性のある箇所が増えるため、回転電機の故障リスクが増加する。

【0011】

また、従来の永久磁石埋め込み式回転電機では、リラクタンストルクを増加させるために、固定子巻線の電流を増加させ、永久磁石４（４’）の磁束を弱めるｄ軸方向の磁束を発生させる。その際に、永久磁石４（４’）のＮ極から発した磁束がセンタブリッジ８を経由して同永久磁石のＳ極に至る磁束漏れが増加し、永久磁石４（４’）の減磁耐量を低下させる問題が発生する。

【0012】

この減磁耐量の低下を防止するための方法として、永久磁石４（４’）の磁軸方向の厚みを増加させる方法が考えられる。しかし、この方法を採った場合、必要な磁石量が増加するため、材料費が増加し、永久磁石埋め込み式回転電機のコストが高くなる問題が発生する。

【0013】

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、その目的は、高速回転かつ大トルク化が可能であって、故障リスクが低く、かつ、減磁耐量が高く、少ない磁石量で構成可能な永久磁石埋め込み式回転電機を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

この発明は、回転子の内部に、前記回転子の周方向に沿って、１極当たり２個の永久磁石を複数極埋め込んでなる永久磁石埋め込み式回転電機において、前記回転子には、１極を構成するために、前記回転子の周方向に並んだ２個のスロットが形成され、この２個のスロットに２個の永久磁石が埋め込まれており、前記１極を構成する２個のスロットの各々は、当該２個のスロット間に挟まれた前記回転子の薄肉部分に臨む領域に非磁性材からなる磁石支持部材を各々収容し、かつ、前記薄肉部分から前記回転子の周方向に離れた位置に前記回転子の径方向に突出して前記永久磁石の端面に係合する突起を有し、前記磁石支持部材および前記突起により前記永久磁石を挟んで当該スロット内に位置固定してな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。

【発明の効果】

【0015】

この発明によれば、１極を構成するための２個のスロットの各々は、当該２個のスロット間に挟まれた回転子の薄肉部分に臨む領域に非磁性材からなる磁石支持部材を各々収容している。このため、２個の永久磁石間の非磁性領域の幅を増加させ、減磁耐量を増加させることができる。また、各スロットには、突起を１個しか設けていないので、高速回転する永久磁石埋め込み式回転電機や大トルクを発生する永久磁石埋め込み式回転電機を構成する場合に故障リスクを減少させることができる。従って、この発明によれば、高速回転かつ大トルク化が可能であって、故障リスクが低く、かつ、減磁耐量が高く、少ない磁石量で構成可能な永久磁石埋め込み式回転電機を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】この発明の第１実施形態である回転子の１極分の構成を示す断面図である。

【図2】同実施形態の比較例である永久磁石埋め込み式回転電機の無負荷時における磁束の流れを示す断面図である。

【図3】同永久磁石埋め込み式回転電機の負荷時における磁束の流れを示す断面図である。

【図4】同実施形態における永久磁石とセンタブリッジの間の距離と減磁率の関係を示したグラフである。

【図5】この発明の第２実施形態である回転子の１極分の構成を示す断面図である。

【図6】この発明の第３実施形態である回転子の１極分の構成を示す断面図である。

【図7】この発明の第４実施形態である回転子の１極分の構成を示す断面図である。

【図8】この発明の第５実施形態である回転子の１極分の構成を示す断面図である。

【図9】この発明の第６実施形態である回転子の１極分の構成を示す断面図である。

【図10】この発明の第７実施形態である回転子の１極分の構成を示す断面図である。

【図11】従来の永久磁石埋め込み式回転電機の回転子の構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照しつつこの発明の実施形態について説明する。

【0018】

＜第１実施形態＞
図１は、この発明の第１実施形態である永久磁石埋め込み式回転電機の回転子１Ａの１極分の構成を示す断面図である。図１では回転子１Ａが中央に有する回転軸や固定子の図示は省略している。

【0019】

回転子１Ａは、高透磁率の鋼板を回転軸方向に積層した回転子コア２Ａを有する。なお、このような構造の他、磁性鉄粉を必要な形状に成形して回転子コア２Ａを構成してもよい。回転子コア２Ａには、１極を構成するために、回転子コア２Ａの周方向に並んだ２個のスロット３および３’が形成されている。これらの２個のスロット３および３’は、回転子コア２Ａの薄肉部分であるセンタブリッジ８を間に挟んでいる。また、２個のスロット３および３’におけるセンタブリッジ８と反対側の各端部と回転子コア２Ａの外周との間は、回転子コア２Ａの薄肉部分であるサイドブリッジ９および９’となっている。回転子コア２Ａにおいて、永久磁石４および４’よりも内周側の領域と外周側の外周縁部１５は、センタブリッジ８とこのサイドブリッジ９および９’を介して繋がっている。

【0020】

本実施形態において、２個のスロット３および３’は、センタブリッジ８寄りの各端部が回転子コア２Ａの回転中心軸（図示略）に近く、サイドブリッジ９および９’寄りの各端部が回転子コア２Ａの外周寄りに位置しており、回転中心軸を下にして見た場合に全体としてＶ字形状をなしている。そして、このＶ字形状をなす１極分の２個のスロット３および３’内に、２個の永久磁石４および４’が各々埋め込まれている。これらの永久磁石４および４’は回転子コア２Ａの外周面に対して同じ極性の磁極を向けている。

【0021】

各スロット３（３’）において、センタブリッジ８に臨む領域３ａ（３ａ’）には、磁石支持部材１０（１０’）が各々収容されている。そして、磁石支持部材１０および１０’は、永久磁石４および４’の相互に向かい合った内側端部６および６’に各々当接している。この磁石支持材１０（１０’）は、磁束漏れを防ぐために、絶縁紙や樹脂等の非磁性材により構成されている。

【0022】

一方、各スロット３（３’）における回転子コア２Ａの内周側（回転中心軸に近い側）の内壁において、センタブリッジ８から離れた位置には、回転子コア２Ａの径方向に突出した突起７（７’）が形成されている。この突起７（７’）は、永久磁石４（４’）における回転子コア２Ａの極間寄りの外側端部５（５’）に係合している。

【0023】

そして、各スロット３（３’）内において、永久磁石４（４’）は、磁石支持部材１０（１０’）および突起７（７’）により回転子コア２Ａの周方向両側から挟まれて位置固定されている。

【0024】

各スロット３（３’）において、サイドブリッジ９（９’）から突起７（７’）までの領域は、永久磁石４（４’）の詰まっていない外側空洞部３ｂ（３ｂ’）となっている。

【0025】

本実施形態において、永久磁石４（４’）は、回転子コア２Ａの極間寄りの外側端部５（５’）が突起７（７’）によって支持される一方、回転子コア２Ａの極中心寄りの内側端部６（６’）は磁石支持材１０（１０’）によって支持される。このように本実施形態では、永久磁石４（４’）を支持するための突起が１スロット当たり１箇所しかない。そのため、１スロット当たり２箇所の突起がある従来例（図１１）と比較すると、本実施形態における回転子コア２Ａは、高速回転時に応力集中の生じやすい突起の数が減っているため、故障リスクが減少する効果がある。なお、１スロット当たり２箇所に突起を設けたとしても、この場合は、高速回転時の応力が突起と磁石支持材１０（１０’）に分散されるため、突起の破損リスクが減少し、回転電機の故障リスクも減少する。

【0026】

また、本実施形態では、各スロット３（３’）内において永久磁石４（４’）とセンタブリッジ８との間に非磁性材からなる磁石支持部材１０（１０’）を介挿したので、２個の永久磁石４および４’間の非磁性領域の幅を増加させ、永久磁石４および４’の減磁耐量を増加させることができる。

【0027】

以下、この効果について比較例を参照しつつ説明する。図２および図３は、比較例として、図１において磁石支持部材１０（１０’）を設けない構成の回転子１Ａ’を用いた永久磁石埋め込み式回転電機の磁束の流れを示すものである。ここで、図２は無負荷時における磁束の流れを示し、図３は固定子巻線用スロット１４内の固定子巻線に電流を流した場合の磁束の流れを示している。図２に示すように、無負荷時には永久磁石４（４’）の磁束のみが発生し、この場合、センタブリッジ８を介した磁束漏れはわずかであり、ほとんど発生していない。しかし、永久磁石埋め込み式回転電機に負荷を与え、固定子巻線用スロット１４にある固定子巻線に電流を流すと、図３に示すように、この固定子巻線からの反磁束により磁束線が図２とは異なり、センタブリッジ８に磁束漏れが発生する。

【0028】

センタブリッジ８での磁束漏れは、永久磁石４（４’）がセンタブリッジ８に近いほど発生しやすく、それに伴い、永久磁石４（４’）の減磁を生じやすい。そのため、永久磁石４（４’）の減磁耐量が減少し、大トルク化を図ることが難しくなる。そこで、減磁耐量を増加させるために、永久磁石４（４’）の磁軸方向の厚みを増やして磁束を増加させる、もしくは、磁束漏れが生じ難いようにセンタブリッジ８の幅を細くする施策が必要となる。しかし、永久磁石４（４’）の厚みを増すと、必要な磁石量が増加して材料費が増え、永久磁石埋め込み式回転電機の製造費が高くなる問題が生じる。一方、センタブリッジ８の幅を細くすると、センタブリッジ８の強度が弱くなり、永久磁石埋め込み式回転電機が高速回転に対応できなくなるという問題が生じる。

【0029】

そこで、本実施形態では、図１に示すように、スロット３（３’）内において永久磁石４（４’）とセンタブリッジ８との間に非磁性材からなる磁石支持部材１０（１０’）を介挿し、２個の永久磁石４および４’間の非磁性領域の幅を増加させているのである。

【0030】

図４は、永久磁石４および４’とセンタブリッジ８の間の距離と減磁率の関係を示したグラフである。このグラフは、本願発明者らが有限要素法を用いた磁界解析により得たものである。図４において、縦軸の減磁率とは減磁した割合を示した値であり、減磁率と減磁耐量は反比例の関係にある。すなわち、減磁率が減少すると減磁耐量は増加し、減磁率が増加すると減磁耐量は減少する。

【0031】

本実施形態では、図１に示すように、永久磁石４および４’の各々とセンタブリッジ８との間に非磁性材からなる磁石支持材１０および１０’を各々挿入し、永久磁石４および４’とセンタブリッジ８の間の距離を長くしている。従って、本実施形態によれば、減磁率を減少させて減磁耐量を増加させることができる。

【0032】

以上説明したように、本実施形態によれば、１極を構成するための２個のスロット３および３’の各々において、センタブリッジ８に臨む領域に非磁性材からなる磁石支持部材１０（１０’）を各々収容しているため、２個の永久磁石４および４’間の非磁性領域の幅を増加させ、減磁耐量を増加させることができる。また、各スロット３および３’には、突起７（７’）を１個しか設けていないので、高速回転する永久磁石埋め込み式回転電機や大トルクを発生する永久磁石埋め込み式回転電機を構成する場合に故障リスクを減少させることができる。従って、本実施形態によれば、高速回転かつ大トルク化が可能であって、故障リスクが低く、かつ、減磁耐量が高く、少ない磁石量で構成可能な永久磁石埋め込み式回転電機を実現することができる。

【0033】

＜第２実施形態＞
図５は、この発明の第２実施形態である永久磁石埋め込み式回転電機の回転子１Ｂの１極分の構成を示す断面図である。回転子１Ｂは、回転子コア２Ｂを有する。上記第1実施形態と同様、回転子コア２Ｂには、１極分として、２つのスロット３および３’が形成されている。

【0034】

第１実施形態の回転子コア２Ａと本実施形態の回転子コア２Ｂの違いは、スロット３および３’の配置の違いにある。すなわち、本実施形態において２個のスロット３および３’は、センタブリッジ８寄りの各端部が回転子コア２Ｂの外周寄りに位置し、センタブリッジ８と反対側の各端部が回転子コア２Ｂの回転中心軸寄りに位置しており、回転中心軸を下側にして見た場合に全体として逆Ｖ字形状をなしている。

【0035】

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、本実施形態によれば、回転子コア２Ｂにおいてスロット３および３’を逆Ｖ字形状に配置したので、さらに別の効果が得られる。この効果について説明すると、次の通りである。

【0036】

まず、図示しないシャフトの回転子１Ｂへの締り嵌め工程において、回転子鋼材には周方向に残留応力が残留する。この残留応力は、回転子１Ｂの高速回転中にも残ったままである。本願発明者らが有限要素法により計算したところ、この残留応力は、回転子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ことが確認された（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）。

【0037】

従って、第１実施形態における回転子コア２Ａでは、スロット３および３’においてセンタブリッジ８に臨む内側空洞部３ａおよび３ａ’が回転子コア２Ａの回転中心軸に最も近い。このため、内側空洞部３ａおよび３ａ’が接する円の円周内に残留応力が集中する。これに対し、本実施形態における回転子コア２Ｂでは、スロット３および３’においてセンタブリッジ８と反対側の各端部に内接する円の円周内に残留応力が集中する。

【0038】

一方、回転子１Ｂの高速回転時には、遠心力による引っ張り応力（遠心応力）がセンタブリッジ８に発生する。第１実施形態における回転子コア２Ａでは、センタブリッジ８の位置は、残留応力が集中する内接円内に近いのに対し、本実施形態における回転子コア２Ｂでは、センタブリッジ８の位置は、残留応力が集中する内接円内よりも回転子コア２Ｂの半径方向外側に遠ざかる。

【0039】

このように本実施形態によれば、回転子１Ｂの高速回転時に遠心力による引っ張り応力が集中するセンタブリッジ８は、締り嵌め加工による残留応力が集中する内接円内から遠ざかっているため、回転子１Ｂの高速回転時におけるセンタブリッジ８の強度を高めることができる。従って、本実施形態による回転子１Ｂは、上記第1実施形態の回転子１Ａに比べて、高速回転、大トルク化により有利な構成であるといえる。

【0040】

＜第３実施形態＞
図６は、この発明の第３実施形態である永久磁石埋め込み式回転電機の回転子１Ｃの１極分の構成を示す断面図である。上記第1実施形態と同様、回転子１Ｃの回転子コア２Ｃには、１極分として、２つのスロット３および３’が形成されている。そして、本実施形態における回転子コア２Ｃでは、1極分のスロット３および３’が一文字形状に配置されている。他の点は上記第1実施形態と同様である。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。

【0041】

＜第４実施形態＞
図７は、この発明の第４実施形態である永久磁石埋め込み式回転電機の回転子１Ｄの１極分の構成を示す断面図である。この回転子１Ｄの回転子コア２Ｄには、１極分として、２つのスロット３および３’が形成されている。上記第1実施形態と同様、２つのスロット３および３’は、回転軸中心を下側にして見た場合に全体としてＶ字形状をなしている。上記第1実施形態と異なり、本実施形態における回転子１Ｄは、スロット３および３’における外側空洞部３ｂおよび３ｂ’を回転子１Ｄ外側に各々連通させる切り欠き部１１および１１’を有している。他の構成は、上記第1実施形態と同様である。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。

【0042】

本実施形態における回転子コア２Ｄは、スロット３および３’が回転子コア２Ｄ外周に連通した構成となっている。以下、この構成を採用した理由を説明する。

【0043】

回転子１Ｄの特に高速回転時には、回転子コア２Ｄの各部分に強大な遠心力が発生する。その際、第１実施形態、第２実施形態および第３実施形態のように、回転子コア２Ａ〜２Ｃがセンタブリッジ８とサイドブリッジ９および９’を持つ場合には、このセンタブリッジ８とサイドブリッジ９および９’に大きな応力が発生する。この場合、回転子１Ａ〜１Ｃの回転により発生する遠心力により、センタブリッジ８に引っ張り応力が働くのに対し、サイドブリッジ９および９’にはせん断応力が発生する。このため、高速回転による回転子１Ａ〜１Ｃの破損を防止するためには、センタブリッジ８よりはむしろサイドブリッジ９および９’の強度を十分に高くする必要がある。しかし、このようなセンタブリッジ８とサイドブリッジ９および９’の強度設計を行うことは一般的に難しい。

【0044】

そこで、本実施形態では、回転子コア２Ｄの構成として、スロット３および３’が回転子１Ｄ外周に連通した構成、すなわち、第１実施形態におけるサイドブリッジ９および９’のない構成を採用した。本実施形態によれば、回転子コア２Ｄが最外周にサイドブリッジ９および９’を有していないため、回転子コア２Ｄの最外周には組み立て残留応力が残存しない。回転子１Ｄ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８に集中するが、このセンタブリッジ８に働く応力は引っ張り応力であるため、センタブリッジ８の幅の調整等によりセンタブリッジ８が破損に至らないように対処することが容易である。しかも、外側空洞部３ｂおよび３ｂ’が回転子コア２Ｄの最外周に連通した回転子１Ｄの構成は、以下に述べる大きな利点をもたらす。

【0045】

本実施形態における回転子コア２Ｄは、サイドブリッジ９および９’のある第１実施形態、第２実施形態および第３実施形態の回転子コア２Ａ〜２Ｃに比して磁束の漏れ経路が少ない。このため、永久磁石４および４’の磁束が固定子巻線に鎖交しやすく、これがトルクの増加に貢献する。

【0046】

さらに本実施形態の回転子コア２Ｄは冷却面でも利点がある。すなわち、本実施形態の回転子コア２Ｄは、回転軸方向の風通しがよく、冷却、とりわけ磁石冷却に有利である。従って、本実施形態による回転子コア２Ｄを採用することにより、モータ容量に関する規制を緩和することができる。

【0047】

＜第５実施形態＞
図８は、この発明の第５実施形態である永久磁石埋め込み式回転電機の回転子１Ｅの１極分の構成を示す断面図である。回転子１Ｅの回転子コア２Ｅには、１極分として、２つのスロット３および３’が形成されている。上記第２実施形態と同様、１極分のスロット３および３’は逆Ｖ字状に配置されている。そして、上記第２実施形態と異なり、本実施形態における回転子コア２Ｅは、スロット３および３’の外側空洞部３ｂおよび３ｂ’を回転子コア２Ｅの外周に各々連通させる切り欠き部１１および１１’を有している。他の構成は上記第２実施形態と同様である。

【0048】

本実施形態によれば、上記第２実施形態と同様な効果が得られる。また、本実施形態によれば、上記第４実施形態と同様、回転子コア２Ｅにサイドブリッジを設けない構成としたため、上記第４実施形態と同様な効果が得られる。また、本実施形態では、サイドブリッジがなく、かつ、スロット３および３’が逆Ｖ字状に配列されているため、永久磁石４および４’は、スロット３および３’の外側の外周縁部１５により全長に亙って均一な応力で支えられることになる。このため、永久磁石４および４’の内部に応力が発生しにくく、永久磁石４および４’を破損から保護することができる。

【0049】

＜第６実施形態＞
図９は、この発明の第６実施形態である永久磁石埋め込み式回転電機の回転子１Ｆの１極分の構成を示す断面図である。上記第３実施形態と同様、回転子１Ｆの回転子コア２Ｆには、１極分として、２つのスロット３および３’が一文字状に配置されている。また、上記第４実施形態と同様、本実施形態における回転子コア２Ｆは、スロット３および３’の外側空洞部３ｂおよび３ｂ’を回転子コア２Ｆの外周に各々連通させる切り欠き部１１および１１’を有している。他の構成は上記第３実施形態と同様である。本実施形態によれば、上記第３実施形態および上記第４実施形態と同様な効果が得られる。

【0050】

＜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回転子１Ｇの１極分の構成を示す断面図である。本実施形態は、上記第５実施形態の変形例である。

【0051】

回転子１Ｇの回転子コア２Ｇにおいて、1極分のスロット３および３’は、上記第５実施形態と同様、逆Ｖ字状に配列されている。１極分の外周縁部１５は、略円弧状の断面形状を有しており、回転子コア２Ｇの回転方向中央において、センタブリッジ８を介して回転子コア２Ｇの芯部と繋がっている。この外周縁部１５の外周面は、回転中心軸Ｑから回転子コア２Ｇの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。これは、外周縁部１５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回転子１Ｇに発生するトルクの基本波成分が増加するからである。なお、このように外周縁部１５の全部ではなく、外周縁部１５の一部の曲率半径を回転中心軸Ｑから回転子最外周部までの距離より小さくしてもよい。

【0052】

上記第５実施形態と同様、スロット３（３’）においてセンタブリッジ８に臨む内側空洞部３ａ（３ａ’）には非磁性材からなる磁石支持部材１０（１０’）が挿入されている。一方、各スロット３（３’）の内壁のうち外周縁部１５の端部近傍には、回転子１Ｇの回転軸Ｑのある方向に突出した突起１７（１７’）が形成されている。この突起１７（１７’）は、永久磁石４（４’）における回転子１Ｇの極間寄りの外側端部５（５’）に係合している。本実施形態において、永久磁石４（４’）は、磁石支持部材１０（１０’）および突起１７（１７’）により、回転子１Ｇの周方向両側から挟まれてスロット３（３’）内に位置決め固定されている。本実地形態では、突起１７（１７’）の位置が上記第５実施形態と異なるが、この点を除けば、永久磁石４（４’）をスロット３（３’）内に固定するための構成は基本的に上記第１〜６実施形態と同様である。従って、本実施形態によれば上記第１〜第６実施形態と同様な効果が得られる。

【0053】

スロット３（３’）の外側空洞部３ｂ（３ｂ’）は、図１０に破線３ｗで示すように、回転中心軸Ｑ側に凹んでいる。そして、上記第２実施形態においても説明したように、本実施形態では、スロット３および３’が逆Ｖ字状に配列されているため、図１０に示すように、回転中心軸Ｑを中心とし、スロット３（３’）の外側空洞部３ｂ（３ｂ’）と接する内接円２１の円周上の領域に残留応力が集中する。

【0054】

一方、スロット３および３’が逆Ｖ字状に配列されているため、センタブリッジ８の内周側端部８ｂは、回転中心軸Ｑから見て内接円２１よりも離れたところにある。このため、本実施形態においても、上記第２実施形態と同様な効果が得られる。

【0055】

本実施形態の１つの特徴としｑ軸突起１９がある。このｑ軸突起１９は、回転子１Ｇの極間の中央の位置において２個の外周縁部１５間の隙間を通過して遠心方向（回転中心軸Ｑから離れる方向）に突き出している。

【0056】

本実施形態では、このｑ軸突起１９を設けたことにより、ｑ軸方向の磁束の磁路の磁気抵抗を低くし、リラクタンストルクを増加させることができる。従って、本実施形態によれば、上記第１〜第６実施形態に比べ、より大きなトルクの得られ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。

【符号の説明】

【0057】

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ……回転子、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ，２Ｇ……回転子コア、３，３’……スロット、３ａ，３ａ’……内側空洞部、３ｂ，３ｂ’……外側空洞部、４，４’……永久磁石、５，５’……永久磁石外周側端部、６，６’……永久磁石内周側端部、７，７’，１７，１７’……突起、８……センタブリッジ、９，９’……サイドブリッジ、１０，１０’……磁石支持部材、１１，１１’……切り欠き部、１２……シャフト、１３……固定子、１４……固定子巻線用スロット、１５……外周縁部、１９……ｑ軸突起。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】