JP2013051840A - ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】磁石埋め込み型の回転電気機械において、リベット等の固定部材を省略し、部品点数の低減を図ると共に、製造工程の簡略化を図る。
【解決手段】永久磁石（220）を挿入する複数の磁石用スロット（211）が形成された円筒状のロータコア（210）を設ける。板面が磁極となる複数（例えば２枚）の板状の永久磁石（220）で構成されて磁石用スロット（211）に挿入される複数の磁石対（500）を設ける。それぞれの永久磁石（220）には、ロータコア（210）の一方の端面（210a）に当接する突出部（220b）を形成する。磁石対（500）を構成する２枚の永久磁石（220）同士は、それぞれの突出部（220b）が当接する端面（210a）が互いに異なり、且つ磁力で互いに引き合う向きに磁極面が重なるようにする。
【選択図】図４

Description

本発明は、磁石埋め込み型の回転電気機械に用いるロータに関するものである。

従来、電動機には、特許文献１に示すように、圧縮機に実装されて圧縮機構を駆動するものがあり、この電動機には、埋込磁石型モータがある。そして、この埋込磁石型モータのロータは、多数の電磁鋼板を備えたロータコアと、該ロータコアのスロットに埋め込まれた永久磁石とロータコアの両端部に設けられた端板とより構成されている。

特開２００４-３３６８３１号公報

従来の埋込磁石型モータのロータは、ロータコアに永久磁石を挿入し、端板の両側に貫通するリベットによって一体に固定していた。

しかしながら、この従来のロータは、リベットによって電磁鋼板および永久磁石を固定しているので、部品点数が多くなると共に、リベットによる固定工程が必要であった。この結果、従来のロータは、コストが高くなるという問題があった。また、リベット挿入位置を確保するために、永久磁石の配置等に制約があった。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、リベット等の固定部材を省略し、部品点数の低減を図ると共に、製造工程の簡略化を図ることを目的とする。

前記の課題を解決するため、第１の発明は、
複数のロータ磁極を有したロータであって、
永久磁石（220）を挿入する複数の磁石用スロット（211）が形成された円筒状のロータコア（210）と、
板面が磁極となる複数の板状の永久磁石（220）で構成されて前記磁石用スロット（211）に挿入される複数の磁石対（500）とを備え、
それぞれの永久磁石（220）には、前記ロータコア（210）の一方の軸方向の端面（210a）に当接する突出部（220b）が形成され、
前記磁石対（500）を構成する永久磁石（220）のうち互いに接する２枚の永久磁石（220）同士は、それぞれの突出部（220b）が当接する前記端面（210a）が互いに異なり、且つ磁力で互いに引き合う向きに磁極面が重なっていることを特徴とする。

この構成では、磁石対（500）の中の、互いに接する２枚の磁石（220）は、磁力で互いに引き合うようになっている。２枚の磁石（220）が引き合うと、これらの磁石（220）は、両者間に形成される磁路の長さが最短となる位置に移動しようとする。本発明では、磁石対（500）を構成する２枚の磁石（220）同士は、それぞれの突出部（220b）が当接するロータコア（210）の端面（210a）が互いに逆になっているので、磁石対（500）を構成する２枚の磁石（220）の突出部（220b）によって、ロータコア（210）に対し該ロータコア（210）を挟み込む方向の力が加えられることになる。

また、第２の発明は、
第１の発明のロータにおいて、
前記磁石用スロット（211）には、２枚の板状の永久磁石（220）が挿入されていることを特徴とする。

この構成では、磁石対（500）が２枚の永久磁石（220）で形成される。

また、第３の発明は、
第１又は第２の発明のロータにおいて、
互いに隣接するロータ磁極同士は、内周側の永久磁石（220）の突出部（220b）が当接する前記端面（210a）が、互いに異なることを特徴とする。

この構成では、隣接するロータ磁極間において、内周側の磁石（220）が磁力で互いに引き合うようになっている。そのため、これらの磁石（220）も両者間に形成される磁路の長さが最短となる位置に収まろうとする。そして、互いに隣接するロータ磁極同士は、内周側の磁石（220）の突出部（220b）が当接する、ロータコア（210）の端面（210a）が互いに逆になっている。したがって、このロータ（200）では、隣接するロータ磁極を構成する内周側磁石（220）の突出部（220b）によって、ロータコア（210）を挟み込む方向の力が加えられることになる。

また、第４の発明は、
第１又は第３の発明のロータにおいて、
それぞれのロータ磁極は、前記ロータコア（210）の径方向に連なる複数の前記磁石対（500）で構成され、
同じロータ磁極において鉄心（210b）を介して対向する永久磁石（220）同士は、それぞれの突出部（220b）が当接する前記端面（210a）が、互いに異なることを特徴とする。

この構成では、同じロータ磁極において鉄心（210b）を介して対向する永久磁石（220）同士は、両者間に形成される磁路の長さが最短となる位置に移動しようとする。そして、対向する永久磁石（220）同士は、それぞれの突出部（220b）が当接する前記端面（210a）が互いに異なるので、突出部（220b）によって、ロータコア（210）を挟み込む方向の力が加えられることになる。

また、第５の発明は、
第１から第４の発明の何れかのロータにおいて、
前記突出部（220b）は、非着磁状態、又は前記磁極面よりも弱い着磁状態であることを特徴とする。

この構成では、突出部（220b）からロータコア（210）に向かう磁束（ロータコア内部の軸方向に流れる磁束）を低減ないし無くすことが可能になる。

また、第６の発明は、
第１から第５の発明の何れかのロータにおいて、
前記永久磁石（220）の前記磁石用スロット（211）への挿入長さ（Lm）は、前記磁石用スロット（211）の深さ（Lc）よりも小さいことを特徴とする。

この構成では、磁石（220）の先端（突出部（220b）とは反対側の端）と突出部（220b）との間に所定の隙間が設けられるので、両者が干渉しないようにできる。

また、第７の発明は、
第１から第６の発明の何れかのロータにおいて、
前記ロータコア（210）は、電磁鋼板が積層されて形成され、
前記ロータコア（210）の両端部の電磁鋼板は、中間の電磁鋼板よりも板厚が大きいことを特徴とする。

この構成では、両端部の電磁鋼板が、中間の電磁鋼板よりも板厚が大きいので、ロータコア（210）の剛性を高めることができる。

また、第８の発明は、
第１から第６の発明の何れかのロータにおいて、
前記ロータコア（210）は、電磁鋼板が積層されて形成されるとともに、両端面（210a）には電磁鋼板とは別の非磁性体の端板（230）がそれぞれ設けられ、
それぞれの端板（230）には、前記永久磁石（220）を挿入する貫通孔（231）が形成されてることを特徴とする。

この構成では、端板（230）とロータコア（210）が磁石（220）の突出部（220b）によって挟み込まれて固定される。

また、第９の発明は、
第１から第７の発明の何れかのロータにおいて、
前記磁石用スロット（211）は、前記永久磁石（220）の入口部（211c）が奥部（211d）よりも拡幅されていることを特徴とする。

磁石（220）の本体部（220a）と突出部（220b）との間にコーナーＲが形成されることがあるが、この構成では、入口部（211c）が拡幅されているので、ロータコア（210）と前記コーナーＲとが干渉しないようにできる。

第１の発明によれば、磁石（220）に設けた突出部（220b）によって、ロータコア（210）に、該ロータコア（210）を挟み込む方向の力が加えられる。これにより、リベット等の固定部材を省略し、部品点数の低減を図ると共に、製造工程の簡略化を図ることが可能になる。

また、第２の発明によれば、磁石対（500）を構成する永久磁石（220）の数を最小限にできるので、部品点数が減り、製造が容易になる。

また、第３の発明によれば、隣接するロータ磁極間に作用する磁力によって、磁石（220）に設けた突出部（220b）がロータコア（210）を挟み込むように力が発生する。そのため、より強固にロータコア（210）を挟み込むことが可能になる。

また、第４の発明によれば、同一ロータ磁極において鉄心（210b）を介して対向する永久磁石（220）によって、ロータコア（210）を挟み込む力が発生する。そのため、より強固にロータコア（210）を挟み込むことが可能になる。

また、第５の発明によれば、突出部（220b）からロータコア（210）に向かう磁力を低減ないし無くすことができるので、突出部（220b）によるロータコア（210）の渦電流の発生を低減ないし防止することが可能になる。

また、第６の発明によれば、磁石（220）の先端（突出部（220b）とは反対側の端）と突出部（220b）とが干渉しないようにできるので、より確実にロータコア（210）を突出部（220b）で挟み込むことが可能になる。

また、第７の発明によれば、ロータコア（210）の剛性を高めることができるので、ロータコア（210）の強度を強度を大きくすることが可能になる。

また、第８の発明によれば、端板（230）も磁石（220）によって固定されるので、端板（230）を有したロータ（200）においても、前記発明と同様にロータ構造の簡略化を図ることが可能になる。

また、第９の発明によれば、本体部（220a）と突出部（220b）との間のコーナーＲとロータコア（210）とが干渉しないようにできるので、より確実にロータコア（210）を突出部（220b）で挟み込むことが可能になる。

図１は、本発明の実施形態１に係るモータを適用した電動圧縮機の構成を模式的に示す縦断面図である。 図２は、電動圧縮機におけるモータ付近の横断面図である。 図３は、ロータコアを軸方向から見た平面図である。 図４は、ロータの断面図である。 図５は、磁石の斜視図である。 図６は、磁石の断面形状の一例を示す図である。 図７は、磁石の断面形状のさらに他の一例を示す図である。 図８は、磁石用スロットの断面図であり、（Ａ）は磁石を挿入した状態、（Ｂ）は磁石が未挿入の状態をそれぞれ示している。 図９は、磁石用スロットの形状の一例を示す断面図である。 図１０は、磁石対を構成する磁石のオーバーラップ状態を説明する図である。 図１１は、隣接するロータ磁極同士の磁石における突出部の位置関係を説明する図である。 図１２は、ロータコアに磁石を挿入した後の状態を示す斜視図である。 図１３は、本発明の実施形態２にかかるロータの断面図である。 図１４は、実施形態２にかかるロータコアの斜視図である。 図１５は、突出部の他の例を説明する断面図である。 図１６は、磁石の挿入長さの設定例を説明する図である。 図１７は、電磁鋼板の板厚の設定例を説明する図である。 図１８は、端板を有したロータの例を示す図である。 図１９は、端板でバランサを構成した例を説明する断面図である。 図２０は、バランサの平面図である。 図２１は、磁石を仮止めするツメの例を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

《発明の実施形態１》
〈概要〉
図１は、本発明の実施形態１に係るモータ（10）を適用した電動圧縮機（1）（圧縮機）の構成を模式的に示す縦断面図である。モータ（10）は、本発明の回転電気機械の一例である。電動圧縮機（1）は、例えば空気調和機（図示は省略）に用いられ、空気調和機の室外機（図示は省略）に設置される。

電動圧縮機（1）は、モータ（10）、圧縮機構（20）、及びケーシング（30）を備えている。モータ（10）は、同図に示すように、ステータ（100）、ロータ（200）、及び駆動軸（300）を備え、電動圧縮機（1）のケーシング（30）に収容されている。圧縮機構（20）には、例えば、スクロール型、或いはロータリ型などの種々の圧縮機構を採用することができる。図１ではステータ（100）とロータ（200）は接触して描かれているが、実際には小さい空隙を介して、ロータ（200）が回転可能にステータ（100）と対向している。モータ（10）は、ブラシレスＤＣモータである。より具体的には、ロータコアがステータコアに直接対向する埋め込み磁石形モータ（いわゆるＩＰＭモータ）である。モータ（10）は、圧縮機構（20）を駆動する。

〈モータ（10）の構成〉
以下では、モータ（10）の構成を説明する。なお、以下の説明において、軸方向とは駆動軸（300）の軸心の方向をいい、径方向とは前記軸心と直交する方向をいう。また、外周側とは前記軸心からより遠い側をいい、内周側とは前記軸心により近い側をいう。

〈ステータ〉
図２は、電動圧縮機（1）におけるモータ（10）付近の横断面図である。ステータ（100）は、図２に示すように、円筒状のステータコア（110）と、コイル（120）を備えている。

ステータコア（110）は、電磁鋼板をプレス加工によって打ち抜いて積層板を作成し、複数の積層板を軸方向に積層した積層コアである。ステータコア（110）は、図２に示すように、１つのバックヨーク部（111）、それぞれ複数（この例では６つ）のティース部（112）、及びツバ部（113）を備えている。

それぞれのティース部（112）は、図２に示すように、ステータコア（110）において径方向に伸びる直方体状の部分である。各ティース部（112）の間の空間が、コイル（120）が収容されるコイル用スロット（114）である。ティース部（112）には、いわゆる集中巻方式で、コイル（120）が巻回されている。すなわち、１つのティース部（112）ごとにコイル（120）が巻回され、巻回されたコイル（120）はコイル用スロット（114）内に収容されている。これにより各ティース部（112）において電磁石が形成される。

バックヨーク部（111）は、円環状の形態を有している。バックヨーク部（111）は、各ティース部（112）を該ティース部（112）の外周側で連結している。ステータコア（110）は、バックヨーク部（111）の外周でケーシング（30）の内面に固定されている。

ツバ部（113）は、それぞれのティース部（112）の内周側に連なる部分である。ツバ部（113）は、ティース部（112）よりも幅（周方向の長さ）が大きく構成されている。ツバ部（113）は、内周側の面が円筒面である。その円筒面は、ロータコア（210）の外周面（円筒面）と所定の距離（エアギャップ（G））をもって対向している。

〈ロータ（200）〉
図３は、ロータコア（210）を軸方向から見た平面図である。また、図４は、ロータ（200）の断面図である。図４は、図２のＡ-Ｏ-Ｂ断面に対応する。ロータ（200）は、ロータコア（210）、及び複数の永久磁石（220）を備え、円筒状の形態である（図２を参照）。この例では、ロータ（200）は、４つの磁極を備えている。なお、以下では、ロータ（200）の磁極を、磁石（220）の磁極と区別するため、ロータ磁極とよぶことにする。

−永久磁石（220）−
それぞれの永久磁石（220）（以下では、単に磁石ともよぶ）は、希土類金属を用いた磁石である。望ましくは、ネオジウム鉄ボロン系の磁石が磁力が強くて望ましいが、フェライト磁石等であっても同様の効果を奏する。図５は、磁石（220）の斜視図である。磁石（220）は、図４，図５に示すように、平板状の本体部（220a）と、突出部（220b）とを備え、Ｔ字状の断面形状を有している。本体部（220a）と突出部（220b）とは同一材料で一体形成されているが、図４では、説明の便宜のため、突出部（220b）の断面に斜線を付し、本体部（220a）の断面にドットを付して両者を識別してある。

磁石（220）は、本体部（220a）の板面が磁極である。本体部（220a）の厚さは、磁石挿入部（211a）の径方向の幅の１／２よりもロータコア（210）と永久磁石（220）のクリアランスの分だけ僅かに小さくなっている。

突出部（220b）は、磁石（220）の軸方向の一端側のみに設けられた、本体部（220a）に直交して連なる部分である。突出部（220b）は、磁石（220）を磁石用スロット（211）に挿入した状態で、ロータコア（210）の軸方向の端面（210a）と平行になる平面部（220c）を有している。この平面部（220c）は、突出部（220b）を磁石用スロット（211）に挿入した状態で、ロータコア（210）の端面（210a）に当接するようになっている。また、本体部（220a）の軸方向の全長（Lm）（磁石用スロット（211）への挿入長さ）は、磁石用スロット（211）の深さ（Lc）以下（すなわちＬｃ≧Ｌｍ）である。図４では、挿入長さ（Lm）が深さ（Lc）よりも小さい例を図示してある。

突出部（220b）は、板面（磁極面）よりも弱い着磁状態となっている。磁石（220）用の材料を磁石用スロット（211）に挿入した後に着磁してやれば、突出部（220b）をこのような着磁状態にすることができる。これにより、突出部（220b）からロータコア（210）に向かう磁力（軸方向の磁力）を低減ないし無くすことが可能になる。例えば、突出部（220b）の磁力が大きいと、その磁力によってロータコア（210）に鋼板面に垂直な磁束が流れ、渦電流が増大する可能性があるが、突出部（220b）を板面よりも弱い着磁状態にすることで、渦電流を低減ないし防止することが可能になる。

なお、磁石（220）は、図６に示すように、断面をテーパー状にしたり、図７に示すように、本体部（220a）の先端（突出部（220b）とは反対側の端）に面取りを設けたりしてもよい。こうすることで、磁石（220）を磁石用スロット（211）に挿入しやすくなる。

−ロータコア（210）−
ロータコア（210）は、電磁鋼板をプレス加工によって打ち抜いて積層板（P）を作成し、複数の積層板（P）を軸方向に積層した積層コアである。ロータコア（210）の中心には、軸穴（212）を形成してある。この軸穴（212）には、駆動軸（300）を、例えば焼き嵌めによって固定する。なお、駆動軸（300）は、圧縮機構（20）を駆動するためのものである。

ロータコア（210）には、図３に示すように、磁石（220）をそれぞれ挿入する４つの磁石用スロット（211）が形成されている。図３では、４つの磁石用スロット（211）を識別するために、符号の後に枝番（-１，２…）を付してある。

それぞれの磁石用スロット（211）は、ロータコア（210）の軸心回りに９０°ピッチで配置されている。各磁石用スロット（211）は、軸方向から見て概ねＵ字状の穴形状を有し、ロータコア（210）を軸方向に貫通している。詳しくは、図３に示すように、磁石用スロット（211）は、ロータコア（210）の半径と直交する磁石挿入部（211a）と、該磁石挿入部（211a）から外周側に延びる２つのバリア部（211b）とで構成されている。磁石挿入部（211a）は、図３における平面視が長方形である。

また、図８は、磁石用スロット（211）の断面図であり、（Ａ）は磁石（220）を挿入した状態、（Ｂ）は磁石（220）が未挿入の状態をそれぞれ示している。図８は、図２のＡ-Ｏ-Ｂ断面に対応している。磁石用スロット（211）は、図８に示すように、入口部（211c）が奥部（211d）よりも幅が広くなっている（拡幅されている）。このように入口部（211c）の幅を拡げるのは、磁石（220）の本体部（220a）と突出部（220b）との間に形成されるコーナーＲ（図８参照）と、入り入口部（211c）付近の電磁鋼板とが干渉しないようにするためである。なお、図８に示した入口部（211c）の拡幅形状は例示であり、その他にも例えば図９に示す形状が考えられる。図９の例では、入口部（211c）は、前記コーナーＲに合わせて、階段状に幅が変化している。

−磁石（220）のロータコア（210）への取り付け−
本実施形態では、図４に示すように、２枚の板状の磁石（220）によって磁石対（500）を構成している。１つの磁石用スロット（211）には、１つの磁石対（500）（すなわち２枚の磁石（220））を嵌め込んでいる。磁石対（500）を構成する２枚の磁石（220）は、それぞれの突出部（220b）が当接する端面（210a）が互いに異なっている。例えば、図４の例では、外周側の磁石（220）は、図４における上側に突出部（220b）があり、ロータコア（210）の上側端面（210a）に当接している。また、内周側の磁石（220）は、図４における下側に突出部（220b）があり、ロータコア（210）の下側端面（210a）に当接している。

磁石対（500）の２つの磁石（220）は、磁石用スロット（211）内で、板面（磁極面）がオーバーラップする。ただし、図４の例では、Ｌｃ＞Ｌｍなので、磁石用スロット（211）内では、磁石（220）の磁極面の一部は、互いにオーバーラップしないことになる（図１０参照）。互いにオーバーラップする磁極面は、一方がＳ極で、もう一方がＮ極となるようにそれぞれの磁石（220）が着磁されている。例えば、磁石用スロット（211-1）において、内周側のロータ磁極がＮ極であるとすると、磁石用スロット（211-1）の磁石対（500）では、外周側の磁石（220）は内周側の磁極がＮ極であり、内周側の磁石（220）は、外周側磁石（220）と対向する磁極がＳ極となっている（図５を参照）。つまり、磁石対（500）をなす両磁石（220）は互いに磁力によって引き合うように重なり合っている。

−隣接するロータ磁極同士の突出部（220b）の関係−
本実施形態では、隣接するロータ磁極同士の磁石（220）における突出部（220b）の関係にも特徴がある。図１１は、隣接するロータ磁極同士の磁石（220）における突出部（220b）の位置関係を説明する図である。また、図１２は、ロータコア（210）に磁石（220）を挿入した後の状態を示す斜視図である。

図１１、図１２に示すように、互いに隣接するロータ磁極同士は、内周側の磁石（220）の突出部（220b）が当接する、ロータコア（210）の端面（210a）が互いに異なっている。図１１の例では、磁石用スロット（211-1）では、内周側の磁石（220）は、ロータコア（210）の図１１における下側端面（210a）に突出部（220b）が当接している。磁石用スロット（211-1）におけるロータ磁極の内周側がＮ極であるとすれば、磁石用スロット（211-1）の内周側磁石（220）の内周側磁極面はＮ極である。なお、磁石用スロット（211-3）の磁石対（500）における磁石（220）の構成は、この磁石用スロット（211-1）と同様である。

一方、磁石用スロット（211-2）では、内周側の磁石（220）は、ロータコア（210）の図１１における上側端面（210a）に突出部（220b）が当接している。なお、磁石用スロット（211-4）の磁石対（500）における磁石（220）の構成は、磁石用スロット（211-2）と同様である。この磁石用スロット（211-2）は、磁石用スロット（211-1）に隣接しているので、該磁石用スロット（211-2）ではロータ磁極は内周側がＳ極となる。したがって、隣接するこれらの磁石用スロット（211-1,2）では、内周側の磁石（220）が磁力で互いに引き合うことになる。なお、図１１では省略しているが、磁石用スロット（211-3,211-4）にも同様に永久磁石を挿入する。

〈ロータコア（210）における磁石（220）の作用〉
前記のように、磁石対（500）を構成する２枚の磁石（220）同士は、磁力で互いに引き合うようになっている。このように２枚の磁石（220）が引き合うと、これらの磁石（220）は、両者間に形成される磁路の長さが最短となる位置（以下、説明の便宜のため安定位置と呼ぶ）に移動しようとする。そのため、図１０の例では、突出部（220b）が上側にある磁石（220）は、下に向かって移動しようとし、突出部（220b）が下側にある磁石（220）は、上に向かって移動しようとする。

本実施形態では、磁石対（500）を構成する２枚の磁石（220）同士は、それぞれの突出部（220b）が当接するロータコア（210）の端面（210a）が互いに逆になっている。そして、磁石対（500）を構成する２枚の磁石（220）同士は、一部の磁極面が互いにオーバーラップしないようになっているので、これらの磁石（220）は、ロータコア（210）に突出部（220b）が当接した状態では両者間の磁路が最短とはならず、両者の間にはその前記安定位置に移動する方向（具体的には軸方向）の力が作用する。したがって、ロータ（200）では、磁石対（500）を構成する２枚の磁石（220）の突出部（220b）によって、各電磁鋼板を挟み込む方向の力が加えられる。

なお、Ｌｃ＝Ｌｍとした場合には、各磁石用スロット（211）では、磁石（220）は前記安定位置に収まる。そのため、これらの磁石（220）の突出部（220b）は、ロータコア（210）を挟む込むような力を発揮しない。しかしながら、この場合でも、両磁石（220）はその位置で安定しているので、電磁鋼板を固定状態にできる。

また、隣接するロータ磁極間では、内周側の磁石（220）が磁力で互いに引き合うようになっている。そのため、これらの内周側磁石（220）も両者間に形成される磁路の長さが最短となる位置に移動しようとする。そして、互いに隣接するロータ磁極同士は、内周側の磁石（220）の突出部（220b）が当接する、ロータコア（210）の端面（210a）が互いに逆になっている。したがって、互いに隣接するロータ磁極を構成する内周側磁石（220）の突出部（220b）によって、各電磁鋼板を挟み込む方向に力が加えられることになる。

以上のように、磁石埋め込み型のモータ（10）では、隣接する永久磁石（220）同士は、互いの間に形成される磁路が最短になる位置（安定位置）に移動しようとする。そのため、本実施形態のロータ（200）では、各磁石（220）に設けた突出部（220b）によって、ロータコア（210）を構成する電磁鋼板を挟み込む方向の力が加えられる。したがって、本実施形態では、ロータコア（210）の電磁鋼板を、リベットなどを用いなくても固定できる。なお、磁石用スロット（211）に２枚の永久磁石（220）を挿入した例を示したが、１つの磁石用スロット（211）に３枚以上の永久磁石（220）を挿入しても良い。その場合、互いに接する２枚の永久磁石（220）間では、突出部（220b）が互いに反対側とすればよい。例えば、４枚の永久磁石（220）が挿入される場合、外周側から１番目と３番目の磁石（220）において一方の側に突出部（220b）を設けた場合は、２番目と４番目の磁石（220）は他方の側に突出部（220b）に設ける。ただし、１の磁石用スロット（211）に多くの磁石（220）を埋設する場合、突出部（220b）を大きくしたり、突出部（220b）の形状を異ならせたりする必要があるため、２枚が最も望ましい。

《本実施形態の効果》
以上のように、本実施形態では、ロータ磁極を構成する永久磁石によって電磁鋼板を固定できる。そのため、本実施形態では、電磁鋼板を固定するリベットが不要になる。また、一般的なＩＰＭモータにおいて電磁鋼板の固定等のために設けられていた端板が必須ではなくなる。すなわち、本実施形態によれば、リベット等の固定部材を省略し、部品点数の低減を図ると共に、製造工程の簡略化を図ることが可能になる。

また、本実施形態では。磁石（220）を脱磁すれば、磁石（220）とロータコア（210）とを簡単に分離でき、磁石（220）、すなわち希土類金属を容易にリサイクルすることが可能になる。

なお、本実施形態のロータ（200）は、磁極面のオーバーラップ部（図１０参照）のみをステータ（100）と対向させるのが好ましい。ロータ（200）の磁石（220）は、ステータ（100）の電磁石との間に形成される磁路が最短となる位置が最も安定する位置である。そのため、磁石（220）が電磁鋼板を挟み込んだ位置から移動しないようにするには、前記オーバーラップ部のみがステータ（100）と対向させるのがよいのである。

《発明の実施形態２》
図１３は、本発明の実施形態２にかかるロータ（200）の断面図である。また、図１４は、実施形態２にかかるロータコア（210）の斜視図である。図１３は、図１４のＡ-Ａ断面に対応している。図１３では、各磁石を識別するために、符号の後に枝番（-１，２…）を付してある。これら図に示すように、１つのロータ磁極は、ロータコア（210）の径方向に連なる多層（この例では２つ）の磁石対（500）で構成されている。

また、本実施形態は、１つのロータ磁極において中間鉄心（210b）（２層に並んだ磁石対（500）間の鉄心。図１３参照）を介して対向する磁石（220）同士は、それぞれの突出部（220b）が当接する端面（210a）が互いに異なっている。図１３の例では、外周側の磁石対（500）において中間鉄心（210b）に対向する磁石（220-2）は、図１３の下側の端面（210a）に突出部（220b）が当接している。また、内周側の磁石対（500）において鉄心（210b）に対向する磁石（220-3）は、図１３の上側の端面（210a）に突出部（220b）が当接している。また、磁石（220-2）の内周側がＮ極とすれば、磁石（220-3）の外周側はＳ極となり、これらの磁石（220-2,3）は、互いに引き合って、両者間に形成される磁路の長さが最短となる位置に移動しようとする。したがって、中間鉄心（210b）部分は、該中間鉄心（210b）を介して対向する磁石（220）の突出部（220b）によって挟み込まれて固定される。

《その他の実施形態》
〈１〉実施形態１，２における突出部（220b）の形状は例示である。その他にも例えば図１５の（Ａ）〜（Ｄ）に示す突出部（220b）を採用してもよい。同図（Ａ），（Ｂ）に例示の磁石（220）では、突出部（220b）が一方の磁極面側にのみ延びており、Ｌ字状の断面形状を有している。また、同図（Ｄ）では、突出部（220b）が一方の磁極面側にのみ延びており、突出部（220b）とは反対の磁極面側は、窪んでいる。これらの例では、磁石（220）用材料を節約できる。なお、図１５（Ｂ）の例では、突出部（220b）が延びる方向と反対側となるロータコア（210）部分（図１５参照）には、電磁鋼板同士を互いに固定するカシメを設けてもよい。

また、（Ｃ）に示した例は、磁極面からの平面視がＴ字状となるように突出部（220b）が延びている。（Ｃ）の形状では、磁石（220）とロータコア（210）の当接範囲は他の例よりも小さくなるが、磁石用材料の節約が可能になる。

〈２〉磁石（220）は、製造方法によっては、本体部（220a）と突出部（220b）との間に所定のコーナーＲは形成される。そこで、実施形態１の例、図１５の（Ａ）、あるいは（Ｂ）の突出部（220b）を採用する場合には、磁石（220）の先端（突出部（220b）とは反対側の端）が、対を成す磁石（220）の前記コーナーＲに干渉しないように、挿入長さ（Lm）を調整するとよい（図１６参照）。具体的には、磁石用スロット（211）の深さ（Lc）からコーナーＲの大きさを差し引いた値よりも小さい値に、磁石（220）の挿入長さ（Lm）を設定する。

〈３〉また、ロータコア（210）は、軸方向両端部の電磁鋼板を、中間の電磁鋼板よりも板厚を大きくしてもよい（図１７参照）。こうすることで、ロータコア（210）の剛性を高めて強度を大きくすることが可能になる。なお、板厚の異なる電磁鋼板であっても、打ち抜き形状は同一とすると良い。

〈４〉また、ロータ（200）には、図１８に示すように、ロータコア（210）の両端に端板（230）を設けてもよい。端板（230）は、円板状の形態を有し、例えばステンレスなど非磁性金属で形成されている。この端板（230）の板厚は、ロータコア（210）を構成する電磁鋼板の板厚よりも厚く設定されている。

また、端板（230）には、図１８に示すように、磁石（220）を挿入するための貫通孔（231）が形成されている。軸方向から見た貫通孔（231）の形状は、同方向から見た磁石用スロット（211）と同じ形状である。この貫通孔（231）を介して磁石（220）を磁石用スロット（211）に組み込むと、両端の端板（230）とともに電磁鋼板が、突出部（220b）で挟み込まれて固定される。このように、端板（230）を設けることで、ロータ（200）の剛性を高めて強度を大きくすることが可能になる。もちろん、端板に設ける貫通孔は、突出部が当接する方の磁石が貫通できるだけあれば十分である。突出部が反対側にくる磁石は、その端板を貫通しないからである。こうすれば、孔の面積を小さくできるので、より強度を向上させることができる。

そして、端板（230）を設けたとしても、ロータ磁極を構成する磁石によって端板（230）を固定するので、従来のＩＰＭモータのようにリベットやボルトなどで端板をロータコアに固定する必要がない。すなわち、端板（230）を有していても、従来のモータよりもロータ構造の簡略化を図ることが可能になる。

〈５〉また、ロータ（200）に端板（230）を設ける場合には、端板（230）でバランサを兼ねてもよい。図１９は、端板（230）でバランサ（240）を構成した例を説明する断面図である。同図に示すように、突出部（220b）を収容する溝（241）を設けるとよい。こうすることで、モータ（10）が軸方向に不必要にに大きくならずにすむ。また、図２０は、バランサ（240）の平面図である。同図に示すように、バランサ（240）は、平面視で、該バランサ（240）の重心と、軸穴（212）の中心を結ぶ線に対し、溝（241）が線対称となるようにするのが好ましい。こうすることで、バランサ（240）の製造が容易になる。

〈６〉また、磁石（220）ロータコア（210）に装着する場合には、磁石（220）用の部材を仮着磁状態（正規の着磁状態よりも弱い着磁状態）にして、それを磁石用スロット（211）に挿入し、その後に正規の状態に着磁するようにしてもよい。このように、仮着磁状態とすることで、ロータ（200）の組み立てがより容易になる。

また、磁石（220）を磁石用スロット（211）に装着する際に、圧入状態となるように磁石（220）と磁石用スロット（211）の寸法関係を定めてもよい。この場合には、磁石（220）の安定位置(磁路が最短となる位置)への移動を妨げないような圧入状態となるように、前記寸法関係を定める必要がある。

また、磁石用スロット（211）には、図２１に示すように、磁石（220）を仮止めするツメ（211e）を設けてもよい。ツメ（211e）は、磁石（220）をロータコア（210）に挿入した際に該磁石（220）で折れ曲がり、且つ磁石（220）の安定位置(磁路が最短となる位置)への移動を妨げない程度の力で該磁石（220）を仮止めするように、形状や寸法を設定しておく。このようなツメ（211e）を設けることにより、ロータ（200）の組み立てが容易になる。

〈７〉永久磁石（220）は板状で無く、例えば、円弧形状等であってもよい。

〈８〉また、ロータコア（210）は、圧粉磁心で構成してもよい。

〈９〉また、実施形態として説明したモータ（10）は、本発明に係るロータの適用の一例あり、例えば発電機に適用することも可能である。

本発明は、磁石埋め込み型の回転電気機械に用いるロータとして有用である。

２００ ロータ
２１０ ロータコア
２１０ａ 端面
２１０ｂ 中間鉄心（鉄心）
２１１ 磁石用スロット
２１１ｃ 入口部
２１１ｄ 奥部
２２０ 磁石（永久磁石）
２２０ｂ 突出部
２３０ 端板
２３１ 貫通孔
５００ 磁石対

Claims (9)

1. 複数のロータ磁極を有したロータであって、
   永久磁石（220）を挿入する複数の磁石用スロット（211）が形成された円筒状のロータコア（210）と、
   板面が磁極となる複数の板状の永久磁石（220）で構成されて前記磁石用スロット（211）に挿入される複数の磁石対（500）とを備え、
   それぞれの永久磁石（220）には、前記ロータコア（210）の一方の軸方向の端面（210a）に当接する突出部（220b）が形成され、
   前記磁石対（500）を構成する永久磁石（220）のうち互いに接する２枚の永久磁石（220）同士は、それぞれの突出部（220b）が当接する前記端面（210a）が互いに異なり、且つ磁力で互いに引き合う向きに磁極面が重なっていることを特徴とするロータ。
2. 請求項１のロータにおいて、
   前記磁石用スロット（211）には、２枚の板状の永久磁石（220）が挿入されていることを特徴とするロータ。
3. 請求項１又は請求項２のロータにおいて、
   互いに隣接するロータ磁極同士は、内周側の永久磁石（220）の突出部（220b）が当接する前記端面（210a）が、互いに異なることを特徴とするロータ。
4. 請求項１又は請求項３のロータにおいて、
   それぞれのロータ磁極は、前記ロータコア（210）の径方向に連なる複数の前記磁石対（500）で構成され、
   同じロータ磁極において鉄心（210b）を介して対向する永久磁石（220）同士は、それぞれの突出部（220b）が当接する前記端面（210a）が、互いに異なることを特徴とするロータ。
5. 請求項１から請求項４の何れかのロータにおいて、
   前記突出部（220b）は、非着磁状態、又は前記磁極面よりも弱い着磁状態であることを特徴とするロータ。
6. 請求項１から請求項５の何れかのロータにおいて、
   前記永久磁石（220）の前記磁石用スロット（211）への挿入長さ（Lm）は、前記磁石用スロット（211）の深さ（Lc）よりも小さいことを特徴とするロータ。
7. 請求項１から請求項６の何れかのロータにおいて、
   前記ロータコア（210）は、電磁鋼板が積層されて形成され、
   前記ロータコア（210）の両端部の電磁鋼板は、中間の電磁鋼板よりも板厚が大きいことを特徴とするロータ。
8. 請求項１から請求項６の何れかのロータにおいて、
   前記ロータコア（210）は、電磁鋼板が積層されて形成されるとともに、両端面（210a）には電磁鋼板とは別の非磁性体の端板（230）がそれぞれ設けられ、
   それぞれの端板（230）には、前記永久磁石（220）を挿入する貫通孔（231）が形成されてることを特徴とするロータ。
9. 請求項１から請求項７の何れかのロータにおいて、
   前記磁石用スロット（211）は、前記永久磁石（220）の入口部（211c）が奥部（211d）よりも拡幅されていることを特徴とするロータ。

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