特開 2024-7285 埋込磁石型回転子および回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024007285

(43)【公開日】2024-01-18

(54)【発明の名称】埋込磁石型回転子および回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/276 20220101AFI20240111BHJP

【ＦＩ】

H02K1/276

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022108699

(22)【出願日】2022-07-05

(71)【出願人】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100116001

【弁理士】

【氏名又は名称】森 俊秀

(74)【代理人】

【識別番号】100208580

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 玲奈

(72)【発明者】

【氏名】内山 翔

【テーマコード（参考）】

5H622

【Ｆターム（参考）】

5H622AA03

5H622CA02

5H622CA07

5H622CA10

5H622PP10

(57)【要約】

【課題】高速回転時に遠心力に対する強度を確保しつつ、誘起電圧を抑制できる埋込磁石型回転子を提供する。
【解決手段】鉄心の周方向に磁極を複数形成した埋込磁石型回転子であって、鉄心の各々の磁極には、主磁石を収容する磁石孔が形成され、主磁石の回転子内周側に臨む第１面と磁石孔の間には、主磁石に沿って延びる空隙部が形成され、主磁石の回転子外周側に臨む第２面は磁石孔と面接触する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉄心の周方向に磁極を複数形成した埋込磁石型回転子であって、
前記鉄心の各々の前記磁極には、主磁石を収容する磁石孔が形成され、
前記主磁石の回転子内周側に臨む第１面と前記磁石孔の間には、前記主磁石に沿って延びる空隙部が形成され、
前記主磁石の回転子外周側に臨む第２面は前記磁石孔と面接触する
埋込磁石型回転子。

【請求項2】

前記主磁石および前記磁石孔は磁極中心に配置され、
前記主磁石の前記第１面および前記空隙部は、前記磁極中心と直交する方向に延在する
請求項１に記載の埋込磁石型回転子。

【請求項3】

前記主磁石および前記磁石孔は磁極中心を隔ててテーパー状に対向配置され、
前記主磁石の前記第１面および前記空隙部は、前記磁極中心の直交方向に対して傾いて延在する
請求項１に記載の埋込磁石型回転子。

【請求項4】

固定子と、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の埋込磁石型回転子と
を備える回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、埋込磁石型回転子および回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、コイルが巻回された固定子と、固定子の内側において固定子に対して回転軸周りに回転自在に設けられ回転子を備える回転電機が利用されている。この種の回転電機に適用される埋込磁石型回転子として、周方向に延在する第１の磁石と、径方向外側に広がるように傾斜配置された一対の第２の磁石を１つの磁極に配置する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

また、特許文献２では、鉄心の磁石挿入孔の外壁側と内壁側に空隙を設け、無負荷誘起電圧を低減して回転電機の高トルク化を図ることが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－１４７８１０号公報

【特許文献2】国際公開２０１９／０８７７４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

例えば、自動車向けの主機モータに適用される回転電機には高出力密度化が要求されている。回転電機の高出力密度化の手法としては、回転電機の回転速度を高めて同出力を得るために必要なトルクを低減し、鉄心体格を小型化することが挙げられる。

【0006】

上記のような高速回転化に適した回転電機の設計では、回転子の周速が高まるため、回転子の耐遠心力強度の確保が重要となる。また、埋込磁石型回転子は、固定磁束となる永久磁石を有するため、その回転に伴って誘起電圧が発生する。誘起電圧は回転子の回転数に比例して高まるため、誘起電圧をインバータの耐圧よりも抑制する必要もある。

【0007】

特に高速回転化に適した回転電機の設計では、より高速な回転速度を許容できることが小型に直結する。そのため、遠心力に対する強度を確保しつつ、誘起電圧を抑制することが非常に重要となる。

【0008】

一方、上記の特許文献２の場合、磁石挿入孔の外壁面に空隙を設けるため、鉄心と磁石の接触面が極端に狭くなる。これにより、回転子に回転遠心力がかかると磁石挿入孔の外壁側で磁石との狭い接触面に応力が集中するので、現実には高速回転に対応することが困難である。

【0009】

本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであって、高速回転時に遠心力に対する強度を確保しつつ、誘起電圧を抑制できる埋込磁石型回転子を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一態様は、鉄心の周方向に磁極を複数形成した埋込磁石型回転子であって、鉄心の各々の磁極には、主磁石を収容する磁石孔が形成され、主磁石の回転子内周側に臨む第１面と磁石孔の間には、主磁石に沿って延びる空隙部が形成され、主磁石の回転子外周側に臨む第２面は磁石孔と面接触する。

【0011】

上記の埋込磁石型回転子において、主磁石および磁石孔は磁極中心に配置されてもよい。また、主磁石の第１面および空隙部は、磁極中心と直交する方向に延在してもよい。
上記の埋込磁石型回転子において、主磁石および磁石孔は磁極中心を隔ててテーパー状に対向配置されてもよい。また、主磁石の第１面および空隙部は、磁極中心の直交方向に対して傾いて延在してもよい。
本発明の他の態様の回転電機は、固定子と、上記の埋込磁石型回転子とを備える。

【発明の効果】

【0012】

本発明の一態様によれば、高速回転時に遠心力に対する強度を確保しつつ、誘起電圧を抑制できる埋込磁石型回転子を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施形態の回転電機の横断面図である。

【図2】本実施形態における１磁極分のロータおよびステータを示す図である。

【図3】図２のロータの鉄心を示す図である。

【図4】第１磁石の内周側長辺に臨む空隙部の幅および高さを示す概要図である。

【図5】（ａ）は、空隙部の高さに対する電機子鎖交磁束の変化を示すグラフである。（ｂ）は、空隙部の高さに対するｄ軸ｑ軸間のインダクタンス差の変化を示すグラフである。

【図6】（ａ）は、空隙部の幅に対する電機子鎖交磁束の変化を示すグラフである。（ｂ）は、空隙部の幅に対するｄ軸ｑ軸間のインダクタンス差の変化を示すグラフである。

【図7】空隙部の高さに対する誘起電圧、マグネットトルク、リラクタンストルクおよびトルクの変化率を示すグラフである。

【図8】空隙部の幅に対する誘起電圧、マグネットトルク、リラクタンストルクおよびトルクの変化率を示すグラフである。

【図9】（ａ）は、実施例のロータの応力分布を示す図である。（ｂ）は、比較例のロータの応力分布を示す図である。

【図10】実施例および比較例における無負荷時のギャップ磁束密度の基本波成分を示すグラフである。

【図11】最大トルク電流を印加したときの実施例と比較例の平均トルクを示す図である。

【図12】実施例と比較例における磁石の減磁率の変化を示すグラフである。

【図13】本実施形態の第１変形例における１磁極分のロータおよびステータを示す図である。

【図14】図１３のロータの鉄心を示す図である。

【図15】本実施形態の第２変形例における１磁極分のロータおよびステータを示す図である。

【図16】図１５のロータの鉄心を示す図である。

【図17】本実施形態の第３変形例における１磁極分のロータおよびステータを示す図である。

【図18】図１７のロータの鉄心を示す図である。

【図19】本実施形態の第４変形例における１磁極分のロータおよびステータを示す図である。

【図20】図１９のロータの鉄心を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
実施形態では説明を分かり易くするため、本発明の主要部以外の構造や要素については、簡略化または省略して説明する。また、図面において、同じ要素には同じ符号を付す。なお、図面に示す各要素の形状、寸法などは模式的に示したもので、実際の形状、寸法などを示すものではない。

【0015】

図１は、本実施形態の回転電機における回転軸Ａｘに直交する方向の横断面を示す断面図である。

【0016】

図１に示す回転電機１は、インナーロータ型モータであり、例えば車両用モータなどの高出力密度を要求される埋込磁石型同期型モータ（ＩＰＭＳＭ）である。回転電機１は、埋込磁石型回転子の一例であるロータ２と、ロータ２の外周に配置される円筒形状のステータ３とを有する。図１において、回転電機１の回転軸Ａｘの延長方向は紙面垂直方向である。

【0017】

ロータ２の外周には、エアギャップを隔ててステータ３が配置される。回転電機１においては、コイル３ｂの電流制御によりステータ３の磁界を順番に切り替えることで、ロータ２の磁界との吸引力または反発力により、回転軸Ａｘを中心としてロータ２が回転する。

【0018】

ステータ３は、回転軸Ａｘを中心とする中央の空間部分にロータ２を収容する。ステータ３の内周側には、それぞれ回転軸Ａｘに向けて径方向内側に突出するティース３ａが周方向に等間隔をおいて複数並んで設けられている。隣り合うティース３ａの間には、それぞれスロットが形成される。ステータ３のスロットには、ロータ２の外周に沿ってコイル３ｂが装着される。

【0019】

ロータ２は、鉄心４と、シャフト５と、永久磁石である第１磁石６および第２磁石７を有する。
ロータ２の鉄心４は、例えば、打ち抜き加工された珪素鋼板を軸方向に積層して形成される円筒状の部材である。鉄心４を構成する個々の珪素鋼板の間には絶縁性接着剤が介在しており、個々の珪素鋼板は互いに絶縁状態にある。そして、鉄心４の軸心部には、回転軸Ａｘに沿ってシャフト５が嵌入されている。回転電機１において、シャフト５は軸受（不図示）により回転自在に支持されている。

【0020】

本実施形態のロータ２は８極ロータであり、ロータ２の鉄心４には、周方向に沿って等間隔に８つの磁極が構成されるように所定の配列で第１磁石６、第２磁石７が配置される。なお、ロータ２において周方向に隣り合う磁極は、それぞれ逆の極性となるように第１磁石６、第２磁石７が配置される。なお、第１磁石６および第２磁石７は、軸方向に交差する断面形状がいずれも矩形状である。

【0021】

図２は、本実施形態における１磁極分のロータ２およびステータ３を示す図である。図３は、図２のロータ２の鉄心４を示す図である。

【0022】

ここで、鉄心４の１磁極では、図１のロータ２の軸心（回転軸Ａｘ）と、マグネットトルクを生成する磁極中心を結ぶ軸がｄ－ｑ軸座標のｄ軸となる。また、上記のｄ軸と電気角で直交する軸がｄ－ｑ軸座標のｑ軸となる。ロータ２のうち、互いに隣り合う一対のｑ軸の間の部分は、リアクタンストルクを生成する補助磁極部となる。

【0023】

鉄心４のｄ軸上には、外径側に第１磁石孔１１が形成されている。また、鉄心４には、第１磁石孔１１よりも内径側に一対の第２磁石孔１２が形成されている。第１磁石孔１１および第２磁石孔１２は、それぞれ回転軸Ａｘの延長方向（軸方向）に沿って鉄心４を貫通して形成されている。

【0024】

第１磁石孔１１には、主磁石としての第１磁石６が嵌入され、第２磁石孔１２には、第２磁石７が嵌入されている。第１磁石６および第２磁石７は、回転軸Ａｘと直交する平面において磁石の長辺と直交する方向に磁化されている。そして、同一磁極における第１磁石６および第２磁石７は、外周側に臨む磁極面がいずれも同一の磁気極性（Ｓ極またはＮ極）に揃えられている。

【0025】

第１磁石孔１１は、鉄心４の外周近傍に形成され、回転軸Ａｘと直交する平面においてｄ軸と直交する方向に延びている。第１磁石孔１１は、第１磁石６の配置領域１１ａと、当該配置領域１１ａに連通する空隙部１１ｂ、１１ｃを有している。第１磁石孔１１の空隙部１１ｂは第１磁石６の内周側の面（第１面）６ａに臨み、空隙部１１ｃは第１磁石６の長辺両端にそれぞれ臨む。空隙部１１ｂは、外周側よりも内周側の幅が小さい台形状をなしている。これらの空隙部１１ｂ、１１ｃは、磁束の流れを円滑化してトルクの向上や磁石の損失を低減するフラックスバリアとして機能する。

【0026】

これにより、第１磁石孔１１に嵌入された第１磁石６は、ｄ軸と直交方向に延在して配置され、空隙部１１ｂも第１磁石６に沿ってｄ軸と直交方向に延在して形成される。一方、第１磁石６の外周側には空隙部が形成されておらず、第１磁石６の外周側の面（第２面）６ｂは両端を除いて第１磁石孔１１と面接触している。

【0027】

一対の第２磁石孔１２は、ｄ軸を隔てて対向し、鉄心４の外周に近づくにつれて互いの間隔が広がるテーパー状のパターンで鉄心４に形成されている。第２磁石孔１２は、第２磁石７の配置領域１２ａを中心に有し、第２磁石７の長辺両端にはそれぞれフラックスバリアを形成する空隙部１２ｂが臨んでいる。

【0028】

以下、本実施形態における第１磁石６に臨む空隙部１１ｂの作用について詳細に説明する。

【0029】

（鎖交磁束および誘起電圧）
図４は、第１磁石６に臨む空隙部１１ｂの幅ｗおよび高さｈを示す概要図である。空隙部１１ｂにおいて、第１磁石６の内周側の面６ａに沿った部位の長さｗを空隙部１１ｂの幅と称し、空隙部１１ｂの幅と直交方向の長さ（高さ）ｈを空隙部１１ｂの高さと称する。なお、図４の例では、主磁石である第１磁石６の寸法は高さ３ｍｍ、幅１２ｍｍに設定されるものとする。

【0030】

図５（ａ）は、空隙部１１ｂの高さに対する電機子鎖交磁束ψ_ａの変化を示すグラフである。図５（ｂ）は、空隙部１１ｂの高さに対するｄ軸ｑ軸間のインダクタンス差｜Ｌ_ｄ－Ｌ_ｑ｜の変化を示すグラフである。図５（ａ）、（ｂ）の横軸は図４の空隙部１１ｂの高さｈを示す。図５（ａ）の縦軸は電機子鎖交磁束ψ_ａを示し、図５（ｂ）の縦軸はインダクタンス差｜Ｌ_ｄ－Ｌ_ｑ｜を示す。

【0031】

また、図６（ａ）は、空隙部１１ｂの幅に対する電機子鎖交磁束ψ_ａの変化を示すグラフである。図６（ｂ）は、空隙部１１ｂの幅に対するｄ軸ｑ軸間のインダクタンス差｜Ｌ_ｄ－Ｌ_ｑ｜の変化を示すグラフである。図６（ａ）、（ｂ）の横軸は図４の空隙部１１ｂの幅ｗを示す。図６（ａ）の縦軸は電機子鎖交磁束ψ_ａを示し、図６（ｂ）の縦軸はインダクタンス差｜Ｌ_ｄ－Ｌ_ｑ｜を示す。

【0032】

図５（ａ）、図６（ａ）から、主磁石に臨む空隙部１１ｂの寸法が大きくなると電機子鎖交磁束ψ_ａは低下する傾向を示す。また、図５（ｂ）、図６（ｂ）から、主磁石に臨む空隙部１１ｂの寸法が大きくなるとインダクタンス差｜Ｌ_ｄ－Ｌ_ｑ｜は拡大する傾向を示す。

【0033】

ここで、誘起電圧Ｖ_０ｕｖは、下記の式（１）から角速度ωと電気子鎖交磁束ψ_ａの積となるため、誘起電圧Ｖ_０ｕｖの大きさは電気子鎖交磁束ψ_ａの大きさに比例する。

【0034】

【数1】

【0035】

本実施形態では、上記のように第１磁石６に臨む空隙部１１ｂによって鎖交磁束が低下するので、誘起電圧を低減できる。

【0036】

（マグネットトルクおよびリラクタンストルク）
次に、上記の空隙部１１ｂを形成したロータ２のトルク特性について説明する。一般に、ＩＰＭＳＭで発生するトルクＴは下記の式（２）で表される。式（２）の第１項は磁石磁束によるマグネットトルクを示し、式（２）の第２項はインダクタンス差によるリラクタンストルクを示す。

【0037】

【数2】

【0038】

マグネットトルクは、式（２）に示すように、極対数Ｐ_ｎ、電気子鎖交磁束ψ_ａおよび線電流のｑ軸成分（ｉ_ｑ）の積となるため、マグネットトルクの大きさは電気子鎖交磁束ψ_ａに比例する。本実施形態では、上記のように第１磁石６に臨む空隙部１１ｂによって鎖交磁束が低下するので、マグネットトルクも低下する。

【0039】

その一方で、本実施形態では、上記の空隙部１１ｂによってｄ軸のインダクタンスが低下するとともにｑ軸のインダクタンスが増加し、ｄ軸ｑ軸間のインダクタンス差（Ｌ_ｄ－Ｌ_ｑ）が大きくなる。そのため、本実施形態の構成ではリラクタンストルクが大きくなるため、マグネットトルクの低下分をリラクタンストルクで補うことができる。したがって、本実施形態の構成によれば、上記の空隙部１１ｂを有しない構成（後述の比較例）とほぼ同等のトルクを維持できる。

【0040】

図７は、空隙部１１ｂの高さｈに対する誘起電圧、マグネットトルクＴｍａｇ、リラクタンストルクＴｒｅおよびトルクＴの変化率を示すグラフである。図８は、空隙部１１ｂの幅ｗに対する誘起電圧、マグネットトルクＴｍａｇ、リラクタンストルクＴｒｅおよびトルクＴの変化率を示すグラフである。図７の横軸は図４の空隙部１１ｂの高さｈを示し、図８の横軸は図４の空隙部１１ｂの幅ｗを示す。図７、図８の縦軸は、誘起電圧に関しては誘起電圧の低減率（図中左側の縦軸）を示し、トルクに関してはトルクの増加率（図中右側の縦軸）を示す。なお、図７、図８では、トルクに関して所定の電流振幅および電流位相を用いて計算している。

【0041】

誘起電圧の要因となる電気子鎖交磁束ψ_ａを低減するには、空隙部１１ｂによる磁気抵抗を考慮する必要がある。電気子鎖交磁束ψ_ａはギャップ磁束に比例し、ギャップ磁束は磁石磁束からブリッジ部の漏洩磁束と上記の空隙部１１ｂによる空隙磁束を差し引いた値として求めることができる。そして、上記の空隙部１１ｂによる空隙磁束はその磁気抵抗に反比例する。したがって、上記の空隙部１１ｂの高さが高くなると、空隙磁束が大きくなってギャップ磁束および電気子鎖交磁束ψ_ａが低減する。なお、上記の空隙部１１ｂは、使用する永久磁石の磁力と寸法、許容されるトルク値もしくは要求される誘起電圧の低減率などのパラメータにより寸法の仕様が決定される。

【0042】

（耐遠心力強度）
図９は、実施例および比較例のロータにおける遠心力に対する応力分布を示す図である。
図９（ａ）は、上記実施形態の図２の構成に対応する実施例のロータの応力分布を示す図であり、図９（ｂ）は、比較例のロータの応力分布を示す図である。図９（ａ）、（ｂ）は、いずれも回転速度30,000min^-1のときの応力分布を示す。また、図９（ｂ）の比較例は、図９（ａ）の実施例から第１磁石６の内周側の面６ａに臨む空隙部１１ｂを除いた構成（空隙部１１ｂが鉄心４で埋められている構成）に相当する。

【0043】

また、回転速度30,000min^-1のときの実施例と比較例のミーゼス応力値を表１に示す。表１において、センターリブとは図９（ａ）、（ｂ）において破線で囲んだ領域（第２磁石孔１２の内径側端部に挟まれた領域）である。また、最大ミーゼス応力は、ロータ外径部に生じる応力の最大値である。

【0044】

【表1】

【0045】

実施例および比較例を比較すると、上記の空隙部１１ｂの有無によって応力分布はほとんど変化せず、実施例の構成で局所的な応力集中も生じていない。そのため、実施例の構成の対遠心力強度は、比較例の構成の対遠心力強度とほぼ同等であるといえる。

【0046】

（無負荷特性）
図１０は、実施例および比較例における無負荷時のギャップ磁束密度の基本波成分を示すグラフである。図１０の横軸は電気角を示し、図１０の縦軸はギャップ磁束密度の基本波の振幅を示す。図１０では、比較例の基本波成分の最大値を１として、実施例の基本波成分を正規化して示している。さらに、実施例および比較例における無負荷特性の算出結果を表２に示す。

【0047】

【表2】

【0048】

実施例の構成では、上記の空隙部１１ｂによって電気子鎖交磁束が低下する。これにより、図１０に示すように、実施例では比較例と比べてギャップ磁束密度が低下し、以下の効果を得ることができる。

【0049】

第１に、実施例ではギャップ磁束密度の低減に比例して、誘起電圧も低減する。第２に、実施例ではギャップ磁束密度の低減によりトルク脈動の振幅が減少し、これによりコギングトルクが低減する。第３に、実施例ではギャップ磁束密度の低減により、無負荷時のステータ鉄損も低減する。

【0050】

（最大トルク特性）
図１１は、最大トルクが得られる電流（最大トルク電流）をコイルに印加したときの実施例と比較例の平均トルクを示す図である。図１１の横軸は電流位相を示し、図１１の縦軸は平均トルクを示す。また、実施例および比較例において、最大トルク電流をコイルに印加したときの平均トルクとトルクリプルの算出結果を表３に示す。

【0051】

【表3】

【0052】

実施例と比較例の電流位相が０［ｄｅｇ］のときの平均トルクを参照すると、実施例の場合、上記の空隙部１１ｂによって電気子鎖交磁束が低下することで、比較例よりもマグネットトルクが低下することが分かる。また、実施例と比較例の電流位相が５０［ｄｅｇ］のときの平均トルクを参照すると、実施例ではリラクタンストルクの増加により、実施例と比較例の平均トルクはほぼ同様となることが分かる。また、最大トルク電流をコイルに印加したときのトルクリプルは、実施例と比較例でほぼ同様である。そのため、最大トルクの回転領域において、実施例の構成による影響はほとんど生じない。

【0053】

（耐減磁性）
図１２は、実施例と比較例における磁石の減磁率の変化を示すグラフである。図１２では、実施例および比較例のロータの第１磁石孔にネオジム焼結磁石を収容し、各磁石温度（保磁力）のときの反磁界による減磁を解析により確認した結果を示している。図１２の横軸は磁石温度を示し、図１２の縦軸は減磁率を示す。なお、減磁率は、反磁界を与える前の誘起電圧基本波成分に対する減少率を意味する。図１２から、実施例の減磁率は、比較例の減磁率とほぼ同様の傾向を示す。そのため、上記の空隙部１１ｂによって耐減磁性が損なわれないことが分かる。

【0054】

（まとめ）
以上のように、本実施形態のロータ２の鉄心４には、主磁石としての第１磁石６を収容する第１磁石孔１１が形成され、第１磁石孔１１と第１磁石６の内周側の面６ａの間には、第１磁石６に沿って延びる空隙部１１ｂが形成される。本実施形態では、上記の空隙部１１ｂの形成により、ロータ２の誘起電圧を抑制して低誘起電圧化を図りつつ、コギングトルクおよび無負荷鉄損を低減できる。なお、上記の空隙部１１ｂを第１磁石６の内周側に形成した場合においても、ロータ２のトルク特性、耐遠心力強度および耐減磁性を損なうことはない。

【0055】

また、本実施形態のロータ２は、第１磁石６の外周側の面６ｂが第１磁石孔１１と面接触するので、遠心力が作用するロータ２の外周側において、第１磁石６と鉄心４の接触面積を十分に広くすることができる。第１磁石６の外周側の面６ｂと鉄心４の接触面が大きいほど、遠心力による荷重を受ける面積が大きくなることから、ロータ２に生じる応力は小さくなる。そのため、本実施形態では、高速回転時に遠心力に対するロータ２の強度を確保することが容易となる。

【0056】

さらに、上記の空隙部１１ｂをロータ２に形成して低誘起電圧化するときの副次的な効果として、低誘起電圧化によりインバータ素子の耐圧に余裕が生じるので、回転電機１のさらなる高速回転を許容できるようになる。

【0057】

＜実施形態の変形例＞
以下、本実施形態の変形例について説明する。各変形例の説明において、上記実施形態と同様の構成には同じ符号を付して重複説明を省略する。

【0058】

図１３は、本実施形態の第１変形例における１磁極分のロータ２およびステータ３を示す図である。図１４は、図１３のロータ２の鉄心４を示す図である。

【0059】

第１変形例は、ロータ２に第１磁石６のみを配置した例であり、図２のロータ２から第２磁石孔１２および第２磁石７を取り除いた構成に相当する。第１変形例も、第１磁石６の内周側には第１磁石孔１１による空隙部１１ｂが形成されるとともに、第１磁石６の外周側の面６ｂは鉄心４と面接触しているので、上記実施形態と同様の効果を奏する。

【0060】

図１５は、本実施形態の第２変形例における１磁極分のロータ２およびステータ３を示す図である。図１６は、図１５のロータ２の鉄心４を示す図である。第２変形例は、一対の第１磁石６がテーパー状に配置される構成例である。

【0061】

第２変形例では、磁極中心から線対称をなすように一対の第１磁石孔１１がロータ２の鉄心４に形成されている。一対の第１磁石孔１１は、ｄ軸を隔てて対向し、鉄心４の外周に近づくにつれて互いの間隔が広がるテーパー状のパターンで配置されている。第１磁石孔１１は、第１磁石６の配置領域１１ａと、当該配置領域１１ａに連通する空隙部１１ｂ、１１ｃを有している。空隙部１１ｂは第１磁石６の内周側の面６ａに臨み、空隙部１１ｃは第１磁石６の長辺両端にそれぞれ臨む。第２変形例では、第１磁石６の内周側の面６ａと空隙部１１ｂはｄ軸およびその直交方向に対して傾いて延在している。

【0062】

第２変形例においても、第１磁石６の内周側には第１磁石孔１１による空隙部１１ｂが形成されるとともに、第１磁石６の外周側の面６ｂは鉄心４と面接触しているので、上記実施形態と同様の効果を奏する。

【0063】

図１７は、本実施形態の第３変形例における１磁極分のロータ２およびステータ３を示す図である。図１８は、図１７のロータ２の鉄心４を示す図である。第３変形例は、第１磁石６と第２磁石７がそれぞれ一対ずつテーパー状に配置される構成例である。

【0064】

第３変形例では、磁極中心から線対称をなすように第１磁石孔１１および第２磁石孔１２がそれぞれ一対ずつロータ２の鉄心４に形成されている。第１磁石孔１１および第２磁石孔１２は、ｄ軸を隔てて対向し、鉄心４の外周に近づくにつれて互いの間隔が広がるテーパー状のパターンでそれぞれ配置されている。

【0065】

第３変形例の第１磁石孔１１は、第１磁石６の配置領域１１ａと、当該配置領域に連通する空隙部１１ｂ、１１ｃを有している。空隙部１１ｂは第１磁石６の内周側の面６ａに臨み、に臨み、空隙部１１ｃは第１磁石６の長辺両端にそれぞれ臨む。

【0066】

第３変形例の第２磁石孔１２は、第１磁石孔１１よりも内径側に形成されている。それぞれの第２磁石孔１２は、第２磁石７の配置領域１２ａを中心部に有し、第２磁石７の長辺両端にはそれぞれフラックスバリアを形成する空隙部１２ｂが臨んでいる。第３変形例では、第１磁石６の内周側の面６ａと空隙部１１ｂはｄ軸およびその直交方向に対して傾いて延在している。

【0067】

第３変形例においても、第１磁石６の内周側には第１磁石孔１１による空隙部１１ｂが形成されるとともに、第１磁石６の外周側の面６ｂは鉄心４と面接触しているので、上記実施形態と同様の効果を奏する。

【0068】

図１９は、本実施形態の第４変形例における１磁極分のロータ２およびステータ３を示す図である。図２０は、図１９のロータ２の鉄心４を示す図である。第４変形例は、１磁極に第１磁石６と径方向に延びるスポーク磁石８が配置される構成例である。

【0069】

第４変形例のロータ２の鉄心４は、外周側の第１ブロック４ａと内周側の第２ブロック４ｂを有し、第１ブロック４ａと第２ブロック４ｂの間には空隙が形成されている。第１ブロック４ａと第２ブロック４ｂは径方向に延びるブリッジ４ｃで接続されている。

【0070】

第１ブロック４ａには、磁極中心から線対称をなすように一対の第１磁石孔１１が形成されている。第１磁石孔１１は、ｄ軸を隔てて対向し、第１ブロック４ａの外周に近づくにつれて互いの間隔が広がるテーパー状のパターンで配置されている。第１磁石孔１１は、第１磁石６の配置領域１１ａと、当該配置領域１１ａに連通する空隙部１１ｂ、１１ｃを有している。空隙部１１ｂは第１磁石６の内周側の面６ａに臨み、空隙部１１ｃは第１磁石６の長辺両端にそれぞれ臨む。第４変形例では、第１磁石６の内周側の面６ａと空隙部１１ｂはｄ軸およびその直交方向に対して傾いて延在している。

【0071】

また、第１ブロック４ａのｑ軸上には径方向に延びる溝４ｄが形成されている。溝４ｄには、径方向に延びるスポーク磁石８がそれぞれ嵌合される。スポーク磁石８は、永久磁石であって、回転軸Ａｘと直交する平面において磁石の短辺と直交する方向（径方向）に磁化されている。

【0072】

第４変形例においても、第１磁石６の内周側には第１磁石孔１１による空隙部１１ｂが形成されるとともに、第１磁石６の外周側の面６ｂは鉄心４と面接触しているので、上記実施形態と同様の効果を奏する。なお、図１９では、第１ブロック４ａに一対の主磁石をテーパー状に配置した例を示しているが、第４変形例の第１ブロック４ａには、ｄ軸と直交方向に延びるように１つの主磁石を配置してもよい。

【0073】

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。

【0074】

上記の実施形態では８極ロータでの構成例を説明したが、ロータ２の極数は上記の実施形態には限定されない。また、上記実施形態ではモータの構成例を説明したが、本発明の埋込磁石型回転子は、発電機のロータとして適用されてもよい。また、本発明の埋込磁石型回転子をモータに適用する場合、モータの用途は電動車両に限定されない。

【0075】

また、上記の実施形態および変形例では、ロータ２の各空隙部は空間である例を示したが、これらの空隙部内には、非磁性で透磁率の低い金属（例えば、アルミニウムや真鍮など）や、接着剤、ワニス、樹脂等が充填されていてもよい。

【0076】

加えて、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0077】

１…回転電機、２…ロータ、３…ステータ、４…鉄心、５…シャフト、６…第１磁石、６…内周側の面、６ｂ…外周側の面、７…第２磁石、８…スポーク磁石、１１…第１磁石孔、１１ａ…配置領域、１１ｂ，１１ｃ…空隙部、１２…第２磁石孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】