JP2018085819A - ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】トルクに影響する磁束を妨げることが少なく、漏れ磁束を抑制すると共に、ロータコアの強度の低下が抑制された埋込磁石型回転電機のロータを提供する。【解決手段】１つの磁極Ｐがロータコア２の内部に埋め込まれた複数の永久磁石Ｍによって形成される埋込磁石型回転電機のロータ１は、回転軸Ｘに沿って孔状に形成されて永久磁石Ｍが挿入される磁石挿入部３１と、それぞれの磁極Ｐにおける複数の永久磁石Ｍの周方向Ｃの間に位置すると共に回転軸Ｘに沿って孔状に形成された空隙部７と、を有し、空隙部７に非磁性体の充填材Ｆが充填され、空隙部７の内壁７０と充填材Ｆとが結合している。【選択図】図１

Description

本発明は、埋込磁石型回転電機のロータに関する。

埋込磁石型回転電機のロータでは、１つの磁極が複数の永久磁石を用いて構成されることも多い。この際、磁極内での漏れ磁束を抑制するために、永久磁石が埋め込まれる磁性体のロータコアにフラックスバリアと称される空隙が形成される場合がある。但し、ロータコアに空隙を設けることによって、ロータコアの強度、特にロータが回転した際の遠心力に対抗する径方向の強度は低下する。例えば、下記に出典を示す特許文献１には、１つの磁極を形成する永久磁石の周方向の間に形成された空隙の径方向内側と径方向外側とにアンカー部分（外周凹部（５１，５２）及び内周凹部（７１，７２））を設け、当該アンカー部分同士を非磁性体のブリッジ（４６，４７）によって連結することによって強度を確保することが記載されている（特許文献１：図２等参照。背景技術において括弧内の符号は参照する文献のもの。）。但し、ロータの回転速度が高くなると、アンカー部分に掛かる力も増大するため、高い回転速度に対応可能なロータを構成するためには、アンカー部分（凹部）も大きくする必要がある。しかし、アンカー部分を大きくすると、ロータコアを通る磁束、特にトルクに影響する磁束を妨げる場合がある。

特開２０１５−１２２８２０号公報

上記背景に鑑みて、トルクに影響する磁束を妨げることが少なく、漏れ磁束を抑制できると共に、ロータコアの強度の低下も抑制できる埋込磁石型回転電機のロータが望まれる。

上記に鑑みた、１つの磁極がロータコアの内部に埋め込まれた複数の永久磁石によって形成される埋込磁石型回転電機のロータは、１つの態様として、回転軸に沿って孔状に形成されて前記永久磁石が挿入される磁石挿入部と、それぞれの前記磁極における複数の前記永久磁石の周方向の間に位置すると共に前記回転軸に沿って孔状に形成された空隙部と、を有し、前記空隙部に非磁性体の充填材が充填され、前記空隙部の内壁と前記充填材とが結合している。

この構成によれば、空隙部の内壁と結合された状態で、空隙部に充填材が充填されているため、漏れ磁束を抑制するために適切な空隙を設けても、ロータコアの強度の低下を抑制することができる。また、充填材が空隙部の内壁に結合されるので、強度を確保するためのブリッジ等を連結するために、ロータコアにアンカー部等を設ける必要がない。従って、アンカー部等により、ロータコアの強度が低下することや、トルクに影響する磁束が妨げられることがない。このように、本構成によれば、トルクに影響する磁束を妨げることが少なく、漏れ磁束を抑制できると共に、ロータコアの強度の低下も抑制できる埋込磁石型回転電機のロータを提供することができる。

埋込磁石型回転電機のロータのさらなる特徴と利点は、図面を参照して説明する実施形態についての以下の記載から明確となる。

ロータの模式的な部分斜視図 空隙部の模式的縦断面図 ロータ（第１例）の模式的な平面図 ロータ（第２例）の模式的な平面図 ロータ（第３例）の模式的な平面図 ロータ（第４例）の模式的な平面図 ロータ（第５例）の模式的な平面図 ロータ（第６例）の模式的な平面図 ロータ（第７例）の模式的な平面図 ロータ（第８例）の模式的な平面図 ロータの模式的な平面図において磁束の経路を示す説明図

以下、埋込磁石型回転電機のロータの実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、ロータ１の模式的な部分斜視図を示している。ロータ１は、複数の磁極Ｐ（複数組の磁極対）を有する。１つの磁極Ｐは、ロータコア２の内部に埋め込まれた複数の永久磁石Ｍによって形成されている。ロータコア２は、複数枚の板状の磁性体板４（電磁鋼板）が回転軸Ｘに沿って積層されて形成されている。磁性体板４には、磁石挿入孔３、フラックスバリアとなる貫通孔（空隙孔５）が形成されている。複数の磁性体板４が積層されることによってそれぞれの貫通孔が回転軸Ｘの方向に繋がり、ロータコア２に磁石挿入孔３及び空隙孔５が形成される。磁石挿入孔３は、回転軸Ｘに沿って孔状に形成され、磁石挿入孔３の一部又は全てが、永久磁石Ｍが挿入される磁石挿入部３１となる。本実施形態（図１の他、図３〜図１０を参照して例示する第１例〜第８例）では、磁石挿入孔３の一部に永久磁石Ｍが挿入されて磁石挿入部３１となる形態を例示している。このため、磁石挿入孔３には、永久磁石Ｍが存在しない空間、即ち空隙（３３，３５）がある。図示は省略するが、当然ながら磁石挿入孔３の全てが、永久磁石Ｍが挿入される磁石挿入部３１となる形態であってもよい。

上述したように、１つの磁極Ｐは複数の永久磁石Ｍを有しており、それぞれの磁極Ｐにおける複数の永久磁石Ｍの周方向Ｃの間には、空隙孔５が形成されている。空隙孔５は、同一の永久磁石Ｍの磁束Ｂがロータコア２を通って周回する漏れ磁束Ｂ２、Ｂ３を低減するために設けられている（図１１参照）。フラックスバリアとして機能する空隙孔５の一部、又は全ては、充填材Ｆが充填される空隙部７に相当する。磁石挿入孔３に空隙（３３，３５）が存在する場合、当該空隙（３３，３５）もフラックスバリアとして機能する。詳細は後述するが、磁石挿入孔３に形成された径方向内側の空隙（内側空隙３３）は、それぞれの磁極Ｐにおける複数の永久磁石Ｍの周方向Ｃの間に形成されており、充填材Ｆが充填される空隙部７に含むことができる。磁石挿入孔３に形成された径方向外側の空隙（外側空隙３５）は、それぞれの磁極Ｐにおける複数の永久磁石Ｍの周方向Ｃの間には形成されていないが、フラックスバリアとして機能する場合は、空隙部７（第１空隙部）と同様に、充填材Ｆが充填される第２空隙部８とすることができる。

図１に示すような空隙孔５は、漏れ磁束Ｂ２を適切に軽減することができるが、一方でロータコア２の機械的強度を低下させる。特に、ロータ１が高速回転するとその遠心力がブリッジ部６に作用するため、ロータ１の回転速度を制限しなければならない場合がある。本実施形態では、適切に漏れ磁束Ｂ３及びＢ２を抑制すると共に、空隙孔５によるロータコア２の機械的な強度の低下を抑制し、より高速回転に対応可能なロータ１を実現している。

具体的には、それぞれの磁極Ｐにおける複数の永久磁石Ｍの周方向Ｃの間に位置すると共に回転軸Ｘに沿って孔状に形成された空隙部７には、非磁性体の充填材Ｆが充填され、空隙部７の内壁７０と充填材Ｆとが結合している。上述したように、ロータコア２は、複数枚の板状の磁性体板４が回転軸Ｘに沿って積層されて形成されている。好適には、空隙部７の模式的縦断面図である図２に示すように、空隙部７の内壁７０には、磁性体板４の回転軸Ｘに沿った方向の厚みＤより小径の複数の凹凸が形成されている。充填材Ｆは、当該複数の凹凸にも充填されている。内壁７０に形成された凹凸に充填材が入り込むことによって、内壁７０と充填材Ｆとが強固に接合される。当然ながら、内壁７０と充填材Ｆとが結合していれば、ロータコア２がこのように複数枚の板状の磁性体板４を積層することなく形成されていなくてもよい。

ロータコア２における磁石挿入孔３、空隙孔５，空隙部７等の配置は、種々の態様を取ることができる。以下、回転軸Ｘに沿った方向からロータ１を見た模式的な平面図である図３から図１０も参照してロータ１の構成例（第１例〜第８例）を説明する。尚、全ての構成例に共通して、ロータ１は、１つの磁極Ｐがロータコア２の内部に埋め込まれた複数の永久磁石Ｍによって形成される埋込磁石型回転電機のロータ１であり、磁石挿入部３１と空隙部７とを有している。そして、空隙部７には非磁性体の充填材Ｆが充填され、空隙部７の内壁７０と充填材Ｆとが結合している。

空隙部７（第２空隙部８を含む）に充填される充填材Ｆは、ロータコア２を形成する磁性体板４よりも透磁率が低い低透磁率材料であり、例えば樹脂である。樹脂の他、充填材Fは、アルミニウム、ステンレス等の金属や、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastic）などであってもよい。一般的には、樹脂に比べて熱膨張等が少なく、遠心力に対しても高い強度を得ることができる。

また、図２では、空隙部７の全てが樹脂による充填材Ｆによって充填される形態を例示しているが、空隙部７は複数の材料を用いた充填材Ｆによって充填されてもよい。例えば、アルミニウム、ステンレス、ＣＦＲＰ等を充填材Ｆの中核材料として用い、中核材料と内壁７０（及び内壁８０）とを樹脂性の接合材によって接合する形態であってもよい。

〔第１例〕
図３に示すように、第１例のロータ１では、磁石挿入孔３と空隙孔５とが、それぞれ独立した孔として形成されている。磁石挿入孔３は、回転軸Ｘに沿って孔状に形成され、第１例では、磁石挿入孔３の一部が、永久磁石Ｍが挿入される磁石挿入部３１となる。空隙孔５は、１つの磁極Ｐにおける複数の永久磁石Ｍの周方向Ｃの間に形成されており、空隙孔５の全てが空隙部７となる。第１例では、磁石挿入孔３に、永久磁石Ｍが存在しない空間（３３，３５）が存在する。磁石挿入孔３に形成された径方向内側Ｒ２の空隙（内側空隙３３）は、それぞれの磁極Ｐにおける複数の永久磁石Ｍの周方向Ｃの間に形成されており、空隙部７に含むことができる。第１例では、空隙部７に含まれる内側空隙３３にも、非磁性体の充填材Ｆが充填され、その内壁７０と充填材Ｆとが結合されている。

尚、後述するように、第１例では、それぞれの磁極Ｐにおける複数の永久磁石Ｍの周方向Ｃの間とは異なる位置にも、符号８で示す空隙部が形成される。この空隙部と区別するため、第１例では、それぞれの磁極Ｐにおける複数の永久磁石Ｍの周方向Ｃの間に形成される空隙部７を第１空隙部７と称する。

磁石挿入孔３に形成された径方向外側の空隙（外側空隙３５）は、それぞれの磁極Ｐにおける複数の永久磁石Ｍの周方向Ｃの間には形成されていないが、空隙部７（第１空隙部）と同様に充填材Ｆが充填された空隙部とすることができる。第１空隙部７と区別するため、永久磁石Ｍよりもロータコア２の外周側に、回転軸Ｘに沿って孔状に形成されたこの空隙部を第２空隙部８と称する。第１空隙部７と同様に、第２空隙部８にも、非磁性体の充填材Ｆが充填され、第２空隙部８の内壁８０と充填材Ｆとが結合されている。好適には、第１空隙部７と同様に、図２に示すように、第２空隙部８の内壁８０にも、磁性体板４の回転軸Ｘに沿った方向の厚みＤより小径の複数の凹凸が形成され、充填材Ｆは、当該複数の凹凸にも充填されている。

上述したように、空隙孔５を設けることによるロータコア２の強度は、ロータ１が回転した際の遠心力に対する耐力が必要である。従って、内壁７０の内、径方向外側Ｒ１及び径方向内側Ｒ２の内壁（第１径方向内壁７１，第２径方向内壁７３）が少なくとも充填材Ｆと結合していることが望ましい。このように、第１例では、磁石挿入孔３及び空隙孔５の全ての空隙が充填材Ｆによって充填されている。

〔第２例〕
第１例では、図３に示すように、磁石挿入孔３と空隙孔５とが、それぞれ独立した孔として形成されている形態を示した。第２例では、図４に示すように、複数の永久磁石Ｍを挿入できるように形成された１つの磁石挿入孔３に磁石挿入部３１及び空隙部（第１空隙部７及び第２空隙部８）が形成される。換言すれば、単独の空隙孔５は形成されておらず、磁石挿入孔３と空隙孔５とが共通した孔として、ここでは磁石挿入孔３として形成されている。

第２例の磁石挿入孔３は、回転軸Ｘに沿って孔状に形成され、永久磁石Ｍが挿入される磁石挿入部３１が磁石挿入孔３の２箇所に形成されている。磁石挿入孔３において、２箇所の磁石挿入部３１の周方向Ｃの間は、空隙部７（第１空隙部）に相当する。第１例と同様に第２例でも、磁石挿入孔３に、永久磁石Ｍが存在しない空間（３３，３５）が存在する。磁石挿入孔３に形成された径方向内側の空隙（内側空隙３３）は、第２例では、空隙部７（第１空隙部）となる。第１例と同様、磁石挿入孔３に形成された径方向外側Ｒ１の空隙（外側空隙３５）も、空隙部７（第１空隙部）と同様に空隙部とすることができる。第２例においても、第１空隙部７と区別するため、永久磁石Ｍよりもロータコア２の外周側に、回転軸Ｘに沿って孔状に形成されたこの空隙部を第２空隙部８と称する。このように、第２例においては、１つの共通の磁石挿入孔３に、２箇所の磁石挿入部３１、第１空隙部７、第２空隙部８が形成されている。

第１例と同様に、第２例でも、第１空隙部７及び第２空隙部８に非磁性体の充填材Ｆが充填され、第１空隙部７の内壁７０と充填材Ｆとが結合されると共に第２空隙部８の内壁８０と充填材Ｆとが結合されている。好適には、第１空隙部７の内壁、及び、第２空隙部８の内壁８０には、図２に示すように、磁性体板４の回転軸Ｘに沿った方向の厚みＤより小径の複数の凹凸が形成され、充填材Ｆは、当該複数の凹凸にも充填されている。第１例と同様に、第２例でも、磁石挿入孔３の全ての空隙が充填材Ｆによって充填されている。

〔第３例〕
図５に示すように、第３例のロータ１でも、第１例と同様に、磁石挿入孔３と空隙孔５とが、それぞれ独立した孔として形成されている。磁石挿入孔３は、回転軸Ｘに沿って孔状に形成され、第１例と同様、第３例でも、磁石挿入孔３の一部が、永久磁石Ｍが挿入される磁石挿入部３１となる。空隙孔５は、１つの磁極Ｐにおける複数の永久磁石Ｍの周方向Ｃの間に形成されており、空隙孔５の全てが空隙部７となる。第１例と同様、第３例でも、磁石挿入孔３に、永久磁石Ｍが存在しない空間（３３，３５）が存在する。磁石挿入孔３に形成された径方向内側Ｒ２の空隙（内側空隙３３）は、それぞれの磁極Ｐにおける複数の永久磁石Ｍの周方向Ｃの間に形成されており、空隙部７に含むことができる。第３例でも、第１例と同様に、空隙部７に含まれる内側空隙３３にも、非磁性体の充填材Ｆが充填され、その内壁７０と充填材Ｆとが結合されている。

また、第１例と同様に、それぞれの磁極Ｐにおける複数の永久磁石Ｍの周方向Ｃの間とは異なる位置にも空隙が形成されている。第１例と同様に、磁石挿入孔３に形成された径方向外側Ｒ１の空隙（外側空隙３５）は、空隙部７（第１空隙部）と同様に空隙部（第２空隙部８）とすることができる。第１例では、第１空隙部７と同様に、第２空隙部８にも、非磁性体の充填材Ｆが充填され、第２空隙部８の内壁８０と充填材Ｆとが結合されている形態を示した。しかし、ロータコア２に充分な強度が確保できるような場合には、図５（第３例）に示すように、第２空隙部８には充填材Ｆが充填されていなくてもよい。

〔第４例〕
図６に示すように、第４例のロータ１でも、第１例及び第３例と同様に、磁石挿入孔３と空隙孔５とが、それぞれ独立した孔として形成されている。磁石挿入孔３は、回転軸Ｘに沿って孔状に形成され、第１例及び第３例と同様、磁石挿入孔３の一部が、永久磁石Ｍが挿入される磁石挿入部３１となる。空隙孔５は、１つの磁極Ｐにおける複数の永久磁石Ｍの周方向Ｃの間に形成されており、空隙孔５の全てが空隙部７となる。第１例及び第３例と同様、第４例でも、磁石挿入孔３に、永久磁石Ｍが存在しない空間（３３，３５）が存在する。第１例及び第３例では、磁石挿入孔３に形成された径方向内側Ｒ２の空隙（内側空隙３３）も空隙部７に含め、内側空隙３３にも非磁性体の充填材Ｆが充填され、その内壁７０と充填材Ｆとが結合されている形態を示した。しかし、ロータコア２に充分な強度が確保できるような場合には、図６に示すように、内側空隙３３には非磁性体の充填材Ｆが充填されなくてもよい。また、図５（第３例）と同様、ロータコア２に充分な強度が確保できるような場合には、第２空隙部８にも充填材Ｆが充填されなくてもよい。

〔第５例〕
第１例、第３例、第４例では、磁石挿入孔３と空隙孔５とが、それぞれ独立した孔として形成されている形態を示した。第５例では、第２例と同様、図７に示すように、複数の永久磁石Ｍを挿入できるように形成された１つの磁石挿入孔３に磁石挿入部３１及び空隙部（第１空隙部７及び第２空隙部８）が形成されている。つまり、単独の空隙孔５は形成されておらず、磁石挿入孔３と空隙孔５とが共通した孔として、ここでは磁石挿入孔３として形成されている。

第２例と同様に、第５例においても、磁石挿入孔３は、回転軸Ｘに沿って孔状に形成され、永久磁石Ｍが挿入される磁石挿入部３１が磁石挿入孔３の２箇所に形成されている。磁石挿入孔３において、２箇所の磁石挿入部３１の周方向Ｃの間は、空隙部７（第１空隙部）に相当する。第１例〜第４例と同様に第５例でも、磁石挿入孔３に、永久磁石Ｍが存在しない空間（３３，３５）が存在する。磁石挿入孔３に形成された径方向内側Ｒ２の空隙（内側空隙３３）は、第２例と同様に第５例でも、空隙部７（第１空隙部）となり、充填材Ｆが充填されて内壁７０と結合する。

また、第１例〜第４例と同様、磁石挿入孔３に形成された径方向外側Ｒ１の空隙（外側空隙３５）は、空隙部７（第１空隙部）と同様に空隙部（第２空隙部８）とすることができる。つまり、第２例と同様、第５例においても、１つの共通の磁石挿入孔３に、２箇所の磁石挿入部３１、第１空隙部７、第２空隙部８が形成されている。

第２例では、第１空隙部７及び第２空隙部８に非磁性体の充填材Ｆが充填され、第１空隙部７の内壁７０と充填材Ｆとが結合されると共に第２空隙部８の内壁８０と充填材Ｆとが結合されている形態を示した。しかし、ロータコア２に充分な強度が確保できるような場合には、図５（第３例）及び図６（第４例）と同様、図７（第５例）に示すように、第２空隙部８に充填材Ｆが充填されていなくてもよい。

〔第６例及び第７例〕
図８及び図９は、それぞれ、第６例、第７例を示している。図８及び図９に示すように、第６例及び第７例のロータ１も、第１例、第３例、第４例と同様に、磁石挿入孔３と空隙孔５とが、それぞれ独立した孔として形成されている。但し、磁石挿入孔３は、ロータコア２の外周部に開放されており、回転軸Ｘに沿って溝状に形成されている。しかし、磁石挿入孔３は、径方向Ｒに深い溝状であり、永久磁石Ｍが挿入される磁石挿入部３１は孔状ということもできるので、ここでは「孔」と称する。第１例と同様に第６例及び第７例でも、磁石挿入孔３の一部が、永久磁石Ｍが挿入される磁石挿入部３１となる。第１例、第３例、第４例と同様に、空隙孔５は、１つの磁極Ｐにおける複数の永久磁石Ｍの周方向Ｃの間に形成されており、空隙孔５の全てが空隙部７となる。

第６例においても、第１例、第３例、第４例と同様に、磁石挿入孔３に、永久磁石Ｍが存在しない空間（３３，３５）が存在する。磁石挿入孔３に形成された径方向内側Ｒ２の空隙（内側空隙３３）は、それぞれの磁極Ｐにおける複数の永久磁石Ｍの周方向Ｃの間に形成されており、空隙部７に含むことができる。第６例においても、第１例、第３例と同様に、空隙部７に含まれる内側空隙３３に、非磁性体の充填材Ｆが充填され、その内壁７０と充填材Ｆとが結合されている。

第６例でも、それぞれの磁極Ｐにおける複数の永久磁石Ｍの周方向Ｃの間とは異なる位置にも空隙が形成されている。磁石挿入孔３に形成された径方向外側Ｒ１の空隙（外側空隙３５）も、空隙部７（第１空隙部）と同様に空隙部（空隙溝部９）とすることができる。空隙溝部９は、永久磁石Ｍよりもロータコア２の外周側に、回転軸Ｘに沿って溝状に形成されると共にロータコア２の外周部に開放されている。空隙溝部９は、図３〜図７を参照して説明した第１例〜第５例における第２空隙部８に相当する。

第６例では、ロータコア２の外周部において、磁石挿入孔３が開放されるため、径方向内側Ｒ２のブリッジ部６に機械的な負荷が掛かることとなる。しかし、空隙部７（空隙孔５及び内側空隙３３）に充填材Ｆが充填されることによって、ロータコア２の強度が強化されるため、径方向外側Ｒ１において磁石挿入孔３を開放端とすることができる。尚、図８には、空隙溝部９（第２空隙部）に充填材Ｆが充填されていない形態を例示しているが、空隙溝部９に充填材Ｆが充填されていてもよい。空隙溝部９にも充填材Ｆが充填されると、ロータコア２の強度を強化することができる。

第７例においても、第１例、第３例、第４例、第６例と同様に、磁石挿入孔３に、永久磁石Ｍが存在しない空間（３３，３５）が存在する。磁石挿入孔３に形成された径方向内側の空隙（内側空隙３３）は、それぞれの磁極Ｐにおける複数の永久磁石Ｍの周方向Ｃの間に形成されているが、第７例では第６例とは異なり、内側空隙３３には充填材Ｆは充填されていない。第７例では、図９に示すように、空隙部７としての空隙孔５にのみ、充填材Ｆが充填され、内壁７０と充填材Ｆとが結合されている。

第７例でも、それぞれの磁極Ｐにおける複数の永久磁石Ｍの周方向Ｃの間とは異なる位置にも空隙が形成されている。磁石挿入孔３に形成された径方向外側Ｒ１の空隙（外側空隙３５）も、空隙部７（第１空隙部）と同様に空隙部（空隙溝部９）とすることができる。空隙溝部９は、永久磁石Ｍよりもロータコア２の外周側に、回転軸Ｘに沿って溝状に形成されると共にロータコア２の外周部に開放されている。空隙溝部９は、図３〜図７を参照して説明した第１例〜第５例における第２空隙部８に相当する。

第６例と同様、第７例でも、ロータコア２の外周部において、磁石挿入孔３が開放されるため、径方向内側Ｒ２のブリッジ部６に機械的な負荷が掛かることとなる。しかし、空隙部７（空隙孔５）に充填材Ｆが充填されることによって、ロータコア２の強度が強化されるため、径方向外側Ｒ１において磁石挿入孔３を開放端とすることができる。第６例と第７例とを比較すると、第７例では、磁石挿入孔３に形成された径方向内側の空隙（内側空隙３３）に充填材Ｆが充填されていない点が異なる。ロータコア２に充分な強度が確保できるような場合には、第７例に示すように、内側空隙３３に充填材Ｆが充填されていなくてもよい。尚、第６例（図８）と同様に、図９には、空隙溝部９（第２空隙部）に充填材Ｆが充填されていない形態を例示しているが、空隙溝部９に充填材Ｆが充填されていてもよい。空隙溝部９にも充填材Ｆが充填されると、ロータコア２の強度を強化することができる。

〔第８例〕
第６例及び第７例では、磁石挿入孔３と空隙孔５とが、それぞれ独立した孔として形成されており、磁石挿入孔３がロータコア２の外周部に開放されて回転軸Ｘに沿って溝状に形成されている形態を示した。図１０に示す第８例では、磁石挿入孔３がロータコア２の外周部に開放されて回転軸Ｘに沿って溝状に形成されている点で第６例及び第７例と共通するが、空隙孔５は磁石挿入孔３とは独立して形成されていない。第８例では、図４や図７を参照して上述した第２例や第５例と同様に、複数の永久磁石Ｍを挿入できるように形成された１つの磁石挿入孔３に磁石挿入部３１及び空隙部７（第１空隙部）が形成されている。

尚、図８及び図９を参照して上述した第６例及び第７例と同様、磁石挿入孔３は、ロータコア２の外周部に開放されており、回転軸Ｘに沿って溝状に形成されている。しかし、磁石挿入孔３は、径方向Ｒに深い溝状であり、永久磁石Ｍが挿入される磁石挿入部３１は孔状ということもできるので、ここでは「孔」と称する。

第２例及び第５例と同様に、第８例の磁石挿入孔３は、回転軸Ｘに沿って孔状に形成され、永久磁石Ｍが挿入される磁石挿入部３１が磁石挿入孔３の２箇所に形成されている。磁石挿入孔３において、２箇所の磁石挿入部３１の周方向Ｃの間（内側空隙３３）は、空隙部７（第１空隙部）に相当する。空隙部７には非磁性体の充填材Ｆが充填され、その内壁７０と充填材Ｆとが結合されている。

第８例でも、第６例及び第７例と同様に、それぞれの磁極Ｐにおける複数の永久磁石Ｍの周方向Ｃの間とは異なる位置にも空隙が形成されている。磁石挿入孔３に形成された径方向外側の空隙（外側空隙３５）も、空隙部７（第１空隙部）と同様に空隙部（空隙溝部９）とすることができる。空隙溝部９は、永久磁石Ｍよりもロータコア２の外周側に、回転軸Ｘに沿って溝状に形成されると共にロータコア２の外周部に開放されている。第６例及び第７例と同様に、空隙溝部９は、図３〜図７を参照して説明した第１例〜第５例における第２空隙部８に相当する。

第８例でも、ロータコア２の外周部において、磁石挿入孔３が開放されるため、径方向内側Ｒ２のブリッジ部６に機械的な負荷が掛かることとなる。しかし、空隙部７（内側空隙３３）に充填材Ｆが充填されることによって、ロータコア２の強度が強化されるため、径方向外側Ｒ１において磁石挿入孔３を開放端とすることができる。尚、第６例（図８）及び第７例（図９）と同様に、図１０には、空隙溝部９（第２空隙部）に充填材Ｆが充填されていない形態を例示しているが、空隙溝部９にも充填材Ｆが充填されていてもよい。空隙溝部９にも充填材Ｆが充填されると、ロータコア２の強度を強化することができる。

図１１は、ロータ１の模式的な平面図において磁束Ｂの経路を示している。図１１では、第１例等と同様に、磁石挿入孔３と空隙孔５とが、それぞれ独立した孔として形成されている場合の磁束Ｂの経路を示している。磁石挿入孔３と空隙孔５とが独立した孔として形成されている場合には、磁石挿入孔３と空隙孔５との間のブリッジ部６（径方向ブリッジ部６１）が、ロータコア２の強度を保つ役割を担うが、一方で当該ブリッジ部６が漏れ磁束Ｂ２の経路となる場合がある。第２例（図４）、第５例（図７）、第８例（図１０）では、磁石挿入孔３と空隙孔５とを共通化することによって、当該ブリッジ部６を無くし、漏れ磁束Ｂ２の発生を軽減することができる。一方、ブリッジ部６が無いことによってロータコア２の強度は低下するが、空隙部７（第１空隙部）に充填材Ｆを充填して内壁７０と充填材Ｆとを結合することによって、又は、第１空隙部７及び第２空隙部８に充填材Ｆを充填して充填材Ｆと内壁７０及び８０とを結合することによってロータコア２の強度を確保するようにしている。

また、図１１では、磁石挿入孔３がロータコア２の外周面に開放しておらず、磁石挿入孔３の径方向外側Ｒ１にブリッジ部６（周方向ブリッジ部６２）が形成されている。このブリッジ部６は、ロータコア２の強度を保つ役割を担うが、一方で当該ブリッジ部６が漏れ磁束Ｂ３の経路となる場合がある。第６例〜第８例（図８〜図１０）では、磁石挿入孔３がロータコア２の外周部に開放されているため、当該ブリッジ部６を無くし、漏れ磁束Ｂ３の発生を軽減することができる。一方、ブリッジ部６が無いことによってロータコア２の強度は低下するが、空隙部７（第１空隙部）に充填材Ｆを充填して内壁７０と充填材Ｆとを結合することによって、又は、第１空隙部７及び第２空隙部８に充填材Ｆを充填して充填材Ｆと内壁７０及び８０とを結合することによってロータコア２の強度を確保するようにしている。図示は省略しているが、第６例〜第８例（図８〜図１０）において、空隙溝部９にも充填材Ｆを充填されると、さらにロータコア２の強度を高くすることができる。

ところで、上述したように、第１空隙部７の内壁、及び、第２空隙部８の内壁８０には、図２に示すように、磁性体板４の回転軸Ｘに沿った方向の厚みＤより小径の複数の凹凸が形成され、充填材Ｆは、当該複数の凹凸にも充填されている。この凹凸は、例えば、内壁７０及び８０に相当する磁性体板４の端面を薬品又はレーザによって処理することによって形成することができる。薬品処理又はレーザ処理によって形成される凹凸は、概ね１００［μｍ］以下であり、ロータコア２の寸法や強度に対してはほとんど影響しない。

また、上述したようにロータコア２が複数枚の磁性体板４を積層して形成される場合には、積層方向（回転軸Ｘに沿った方向）において磁性体板４を連結するために、しばしばカシメ処理等が施される。しかし、空隙部７（第１空隙部）に充填される充填材Ｆにより、積層方向において磁性体板４が連結される（第２空隙部８に充填材Ｆが充填される場合には第２空隙部８に充填される充填材Ｆによる連結も含む。）。これにより、カシメ処理による損失も低減することができる。

〔実施形態の概要〕
以下、上記において説明したロータ（１）の概要について簡単に説明する。

請求項１
１つの磁極（Ｐ）がロータコア（２）の内部に埋め込まれた複数の永久磁石（Ｍ）によって形成される埋込磁石型回転電機のロータ（１）は、１つの態様として、回転軸（Ｘ）に沿って孔状に形成されて前記永久磁石（Ｍ）が挿入される磁石挿入部（３１）と、それぞれの前記磁極（Ｐ）における複数の前記永久磁石（Ｍ）の周方向（Ｃ）の間に位置すると共に前記回転軸（Ｘ）に沿って孔状に形成された空隙部（７）と、を有し、前記空隙部（７）に非磁性体の充填材（Ｆ）が充填され、前記空隙部（７）の内壁（７０）と前記充填材（Ｆ）とが結合している。

この構成によれば、空隙部（７）の内壁（７０）と結合された状態で、空隙部（７）に充填材（Ｆ）が充填されているため、漏れ磁束を抑制するために適切な空隙を設けても、ロータコア（２）の強度の低下を抑制することができる。また、充填材（Ｆ）が空隙部（７）の内壁（７０）と結合されるので、強度を確保するためのブリッジ等を連結するために、ロータコア（２）にアンカー部等を設ける必要がない。従って、アンカー部等により、ロータコア（２）の強度が低下することや、トルクに影響する磁束が妨げられることが少ない。このように、本構成によれば、トルクに影響する磁束を妨げることが少なく、漏れ磁束を抑制できると共に、ロータコアの強度の低下も抑制できる埋込磁石型回転電機のロータを提供することができる。

１つの態様として、前記空隙部（７）の内壁（７０）の内、少なくとも径方向外側（Ｒ１）及び径方向内側（Ｒ２）の内壁（７１，７３）が、前記充填材（Ｆ）と結合していると好適である。

ロータ（１）が高速で回転すると、遠心力が空隙部（７）を径方向（Ｒ）に拡大する方向に作用する。径方向外側（Ｒ１）及び径方向内側（Ｒ２）の内壁（７１，７３）が、充填材（Ｆ）と結合することによって、この遠心力に対抗することができ、ロータコア（２）の強度の低下が適切に抑制される。

１つの態様として、前記磁石挿入部（３１）と前記空隙部（７）とは、互いに独立した孔として形成されていると好適である。

この構成によれば、空隙部（７）として、漏れ磁束の抑制に適切な位置に適切な大きさの孔（５）を、永久磁石（Ｍ）を挿入する孔（３）とは別に設けることができる。

また、１つの態様として、前記ロータコア（２）は、複数枚の板状の磁性体板（４）が前記回転軸（Ｘ）に沿って積層されて形成され、前記内壁（７０）には、前記磁性体板（４）の前記回転軸（Ｘ）に沿った方向の厚み（Ｄ）より小径の複数の凹凸が形成され、前記充填材（Ｆ）は、当該複数の凹凸にも充填されていると好適である。

この構成によれば、内壁（７０）に形成された凹凸に充填材（Ｆ）が入り込むことにより、内壁（７０）と充填材（Ｆ）との接合面積が広くなり、内壁（７０）と充填材（Ｆ）とが強く結合する。従って、空隙部（７）によるロータコア（２）の強度の低下を適切に抑制することができる。

また、１つの態様として、前記空隙部（７）を第１空隙部（７）とし、前記永久磁石（Ｍ）よりも前記ロータコア（２）の外周側に、前記回転軸（Ｘ）に沿って孔状に形成された第２空隙部（８）が形成され、前記第２空隙部（８）にも、非磁性体の前記充填材（Ｆ）が充填され、前記第２空隙部（Ｆ）の内壁（８０）と前記充填材（Ｆ）とが結合されていると好適である。

漏れ磁束を抑制するための空隙は、永久磁石（Ｍ）よりもロータコア（２）の外周側にも設けられる場合がある。そのような空隙も、ロータコア（２）の強度を低下させる場合があるので、空隙部（７）と同様に、充填材（Ｆ）が充填されて内壁部（８０）と結合されると好適である。

また、１つの態様として、前記空隙部（７）を第１空隙部（７）とし、前記永久磁石（Ｍ）よりも前記ロータコア（２）の外周側に、前記回転軸（Ｘ）に沿って溝状に形成されると共に前記ロータコア（２）の外周部に開放された第２空隙部（９）が形成されていると好適である。

ロータコア（２）の外周部において当該空隙の周方向（Ｃ）に繋がった周方向ブリッジ部（６２）を有していると、当該周方向ブリッジ部が漏れ磁束の経路となる場合がある。そのような周方向ブリッジ部（６２）を設けず、外周部に開放された溝状の空隙部（９）を設けることによって、さらに漏れ磁束を軽減することができる。複数の永久磁石（Ｍ）の周方向（Ｃ）の間に形成された空隙部（７）が充填材（Ｆ）と結合されていることによって、ロータコア（２）の強度が確保されるため、このような溝状の空隙部（９）の形成によるロータコア（２）の強度の低下を許容して適切に漏れ磁束を軽減することができる。

１ ロータ
２ ロータコア
３１ 磁石挿入部
５ 空隙孔
７ 空隙部、第１空隙部
７０ 内壁
７１ 径方向外側の内壁
７３ 径方向内側の内壁
８ 第２空隙部
８０ 内壁
９ 空隙溝部（第２空隙部）
Ｃ 周方向
Ｄ 磁性体板の厚み
Ｆ 充填材
Ｍ 永久磁石
Ｐ 磁極
Ｒ 径方向
Ｒ１ 径方向外側
Ｒ２ 径方向内側
Ｘ 回転軸

Claims (6)

1. １つの磁極がロータコアの内部に埋め込まれた複数の永久磁石によって形成される埋込磁石型回転電機のロータであって、
   回転軸に沿って孔状に形成されて前記永久磁石が挿入される磁石挿入部と、
   それぞれの前記磁極における複数の前記永久磁石の周方向の間に位置すると共に前記回転軸に沿って孔状に形成された空隙部と、を有し、
   前記空隙部に非磁性体の充填材が充填され、前記空隙部の内壁と前記充填材とが結合しているロータ。
2. 前記空隙部の内壁の内、少なくとも径方向外側及び径方向内側の内壁が、前記充填材と結合している、請求項１に記載のロータ。
3. 前記磁石挿入部と前記空隙部とは、互いに独立した孔として形成されている、請求項１又は２に記載のロータ。
4. 前記ロータコアは、複数枚の板状の磁性体板が前記回転軸に沿って積層されて形成され、
   前記内壁には、前記磁性体板の前記回転軸に沿った方向の厚みより小径の複数の凹凸が形成され、前記充填材は、当該複数の凹凸にも充填されている、請求項１から３の何れか一項に記載のロータ。
5. 前記空隙部を第１空隙部とし、前記永久磁石よりも前記ロータコアの外周側に、前記回転軸に沿って孔状に形成された第２空隙部が形成され、前記第２空隙部にも、非磁性体の前記充填材が充填され、前記第２空隙部の内壁と前記充填材とが結合されている、請求項１から４の何れか一項に記載のロータ。
6. 前記空隙部を第１空隙部とし、前記永久磁石よりも前記ロータコアの外周側に、前記回転軸に沿って溝状に形成されると共に前記ロータコアの外周部に開放された第２空隙部が形成されている、請求項１から４の何れか一項に記載のロータ。

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