JP2020156198A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】 エネルギ効率の高い回転電機を提供する。又は、高出力化を図ることのできる回転電機を提供する。【解決手段】 回転電機は、固定子と、複数の埋め込み孔３４が形成された回転子鉄心２４と、複数の永久磁石２６と、非磁性の材料で形成された複数の第１スペーサ６１及び複数の第２スペーサ６２と、を有する回転子１４と、を備える。埋め込み孔３４は、装填領域３４ａと、永久磁石の磁化方向に凹んだ第１凹面Ｓｃ１を有する外周側空隙領域３４ｃと、上記磁化方向に凹んだ第２凹面Ｓｃ２を有する内周側空隙領域３４ｂと、を有する。永久磁石２６は、外周側端面２６ｃと、内周側端面２６ｄと、を有する。第１スペーサ６１は、外周側端面２６ｃと第１凹面Ｓｃ１との間に装填されている。第２スペーサ６２は、内周側端面２６ｄと第２凹面Ｓｃ２との間に装填されている。【選択図】図５

Description

本発明の実施形態は、回転電機に関する。

近年、永久磁石の目覚しい研究開発により、高磁気エネルギ積の永久磁石が開発され、このような永久磁石を用いた永久磁石型の回転電機が電車や自動車の電動機あるいは発電機として適用されつつある。通常、永久磁石型の回転電機は、円筒状の固定子と、この固定子の内側に回転自在に支持された円柱形状の回転子と、を備えている。回転子は、回転子鉄心と、この回転子鉄心内に埋め込まれた複数の永久磁石と、を備えている。
このような中、エネルギ効率を高めるための様々な構造の回転電機が検討されている。

特開２００４−２６０９２０号公報

本実施形態は、エネルギ効率の高い回転電機を提供する。又は、高出力化を図ることのできる回転電機を提供する。

一実施形態に係る回転電機は、
固定子鉄心及びコイルを有する固定子と、複数の埋め込み孔が形成された回転子鉄心と、複数の永久磁石と、非磁性の材料で形成された複数の第１スペーサ及び複数の第２スペーサと、を有し、中心軸線の回りで前記固定子に対して回転自在に設けられた回転子と、を備え、各々の前記埋め込み孔は、前記永久磁石が装填された装填領域と、前記永久磁石の磁化方向と直交する方向において前記装填領域から前記回転子鉄心の外周側に延出し前記磁化方向に凹んだ第１凹面を有する外周側空隙領域と、前記磁化方向と直交する方向において前記装填領域から前記回転子鉄心の内周側に延出し前記磁化方向に凹んだ第２凹面を有する内周側空隙領域と、を有し、各々の前記永久磁石は、前記第１凹面と対向し前記回転子鉄心に接触していない外周側端面と、前記第２凹面と対向し前記回転子鉄心に接触していない内周側端面と、を有し、前記第１スペーサは、前記外周側端面と前記第１凹面との間に装填され、前記第２スペーサは、前記内周側端面と前記第２凹面との間に装填されている。

図１は、一実施形態に係る回転電機を示す断面図である。 図２は、図１の固定子及び回転子を線ＩＩ−ＩＩに沿って示す断面図である。 図３は、上記回転電機の比較例の回転子の一部を拡大して示す断面図である。 図４は、図３に示した回転子の一部をさらに拡大して示す断面図であり、磁束線を併せて示す図である。 図５は、上記回転電機の実施例１の回転子の一部を拡大して示す断面図である。 図６は、上記回転電機の実施例２の回転子の一部を拡大して示す断面図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

本実施形態において、回転電機１について説明する。回転電機１は、埋込磁石同期モータである。回転電機１は、例えば、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）において、駆動モータあるいは発電機に好適に適用される。
図１は、本実施形態に係る回転電機１を示す断面図である。図２は、図１の固定子１２及び回転子１４を線ＩＩ−ＩＩに沿って示す断面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態の回転電機１は、永久磁石型の回転電機として構成されている。回転電機１は、固定子１２と、回転子１４と、回転子１４の一部及び固定子１２を収容するハウジング６と、ハウジング６に固定されるカバー７と、を備えている。回転子１４は、固定子１２の内側に位置し、中心軸線Ｃの回りで回転自在に支持され、かつ固定子１２と同軸的に支持されている。

固定子１２は、円筒状の固定子鉄心１６と、固定子鉄心１６に装着されたコイル（固定子コイル）１８と、絶縁紙２５と、を備えている。固定子鉄心１６は、磁性材、例えば、ケイ素鋼などの円環状の電磁鋼板１６ａを多数枚、同心状に積層した積層体として構成されている。固定子鉄心１６は、中心軸線Ｃを有している。また、中心軸線Ｃに平行な方向において、固定子鉄心１６は、一端に位置する第１端面１６ｂと、第１端面１６ｂとは反対側の他端に位置する第２端面１６ｃと、を有している。固定子鉄心１６の内周面１６ｄには、複数のスロット２０が形成されている。複数のスロット２０は、固定子鉄心１６の周方向に等間隔を置いて並んでいる。各スロット２０は、固定子鉄心１６の内周面１６ｄに開口し、この内周面から放射方向（固定子鉄心１６の半径方向）に延出している。また、中心軸線Ｃに平行な方向において、各スロット２０は、固定子鉄心１６の全長に亘って延在し、第１端面１６ｂ及び第２端面１６ｃに開口している。

コイル１８には絶縁紙２５が巻かれ、コイル１８は絶縁紙２５とともにスロット２０に埋め込まれている。絶縁紙２５は、コイル１８を外部から電気的に絶縁し、コイル１８を物理的に保護している。複数のスロット２０を形成することにより、固定子鉄心１６の内周部は、回転子１４に面する多数のティース２１を構成している。なお、各ティース２１は、中心軸線Ｃに平行な方向に延在している。

コイル１８は、コイルエンド１８ａ，１８ｂを有している。コイルエンド１８ａ，１８ｂは、中心軸線Ｃに平行な方向にて固定子鉄心１６の両側から突出し、固定子鉄心１６の外側に露出している。ここでは、コイルエンド１８ａは第１端面１６ｂと対向し、コイルエンド１８ｂは第２端面１６ｃと対向している。コイルエンド１８ａ，１８ｂのうち、固定子鉄心１６側の端部は、絶縁紙２５で覆われている。
ハウジング６は、略円筒状の内周面６ａを有している。固定子１２は、ハウジング６に固定されている。

回転子１４は、固定子１２より中心軸線Ｃ側に位置している。回転子１４は、固定子１２との間に僅かな隙間（エアギャップ）をおいて配置され、固定子１２の内側に回転自在に且つ固定子１２と同軸的に支持されている。回転子１４は、回転軸２２と、円筒形状の回転子鉄心２４と、回転子鉄心２４に埋設された複数の永久磁石２６と、円筒形状の第１エンドプレート２と、円筒形状の第２エンドプレート５と、座金３と、ナット４と、を備えている。

回転軸２２は、中心軸線Ｃに平行な方向に延在し、回転子鉄心２４と同軸的に設けられている。回転軸２２には、軸受８及び９が取り付けられている。軸受８及び９は、ハウジング６及びカバー７によって固定されている。回転軸２２は、軸受８及び９を介して回転自在にハウジング６及びカバー７に支持されている。なお、図示した例は、回転軸２２を支持する軸受構造の一例を簡略的に示すものであり、詳細な構造についての説明は省略する。

回転軸２２には、回転子鉄心２４、第１エンドプレート２、及び第２エンドプレート５が固定されている。本実施形態において、回転軸２２は、突出部２２ａと、雄ねじ２２ｂと、を有している。突出部２２ａ及び雄ねじ２２ｂは、回転軸２２の外周面側に位置し、中心軸線Ｃに平行な方向に間隔を空けて位置している。突出部２２ａは、鍔部であり、円環状の形状を有している。

第１エンドプレート２、回転子鉄心２４、及び第２エンドプレート５は、回転軸２２に挿入されている。中心軸線Ｃに平行な方向において、第１エンドプレート２、回転子鉄心２４、及び第２エンドプレート５は、突出部２２ａと、雄ねじ２２ｂとの間に位置している。回転子鉄心２４は、中心軸線Ｃに平行な方向にて第１エンドプレート２と第２エンドプレート５とで挟まれている。ナット４は、雄ねじ２２ｂに対応する雌ねじ４ａを有している。雌ねじ４ａが雄ねじ２２ｂに螺合され、ナット４は座金３を介して第１エンドプレート２、回転子鉄心２４、及び第２エンドプレート５を突出部２２ａに押し付けている。ナット４は、止めねじとしての機能を有している。そのため、回転軸２２に対する第１エンドプレート２、回転子鉄心２４、及び第２エンドプレート５の相対的な位置は固定されている。

本実施形態において、回転軸２２は、筒状の形状を有し、内部が中空に形成されている。筒状の回転軸２２を使用することにより、回転子１４の軽量化を図ることができる。但し、本実施形態と異なり、回転軸２２は、中実軸であってもよい。
回転子鉄心２４は、磁性材、例えば、多数枚の円環状の電磁鋼板２４ａを有している。回転子鉄心２４は、同心状の複数の電磁鋼板２４ａを中心軸線Ｃに平行な方向に積層した積層体として構成されている。回転子鉄心２４は、複数の埋め込み孔３４と、複数の空隙孔（空洞部）３０と、を有している。例えば、埋め込み孔３４及び空隙孔３０は、それぞれプレス加工が施された複数の電磁鋼板２４ａを積層することにより形成されている。

各々の埋め込み孔３４は、中心軸線Ｃに平行な方向に延在し、回転子鉄心２４を貫通している。各々の永久磁石２６は、中心軸線Ｃに平行な方向に延在し、対応する埋め込み孔３４に挿入されている。複数の永久磁石２６（複数の埋め込み孔３４）は、中心軸線Ｃを中心とする周方向に並べられている。例えば、図２に示した回転子１４は、８磁極を有し、１６個の永久磁石２６を使用している。これらの１６個の永久磁石２６は、同一形状及び同一サイズを有している。

回転子鉄心２４は、中心軸線Ｃに直交する方向あるいは回転子鉄心２４の半径方向に延びるｄ軸ＡＸ１と、ｄ軸ＡＸ１に対して電気的に直交するｑ軸ＡＸ２と、を有している。ｄ軸ＡＸ１及びｑ軸ＡＸ２は、回転子鉄心２４の円周方向に交互に、かつ、所定の位相で設けられている。回転子鉄心２４の１磁極は、ｑ軸ＡＸ２間の領域（１／８周の周角度領域）をいう。このため、回転子鉄心２４は、８極（磁極）に構成されている。１磁極のうちの周方向中央がｄ軸ＡＸ１となる。

空隙孔３０は、中心軸線Ｃに平行な方向に延在し、回転子鉄心２４を貫通している。空隙孔３０は、それぞれｑ軸ＡＸ２上で、回転子鉄心２４の径方向ほぼ中央に位置し、隣合う磁極の２つ埋め込み孔３４の間に設けられている。空隙孔３０は、多角形、例えば、三角形の断面形状を有している。空隙孔３０の断面は、ｑ軸ＡＸ２に直交する一辺と、それぞれ埋め込み孔３４に間隔を置いて対向する２辺と、を有している。空隙孔３０は、磁束を通り難くするフラックスバリアとして機能し、固定子１２の鎖交磁束の流れや永久磁石２６の磁束の流れを規制する。また、空隙孔３０を形成することにより、回転子鉄心２４の軽量化を図ることができる。

回転子鉄心２４は、第１端面２４ｓ１と、中心軸線Ｃに平行な方向において第１端面２４ｓ１とは反対側の第２端面２４ｓ２と、を有している。各永久磁石２６は回転子鉄心２４のほぼ全長に亘って埋め込まれている。第１エンドプレート２は、第１端面２４ｓ１及び複数の永久磁石２６と対向し、第１端面２４ｓ１及び複数の永久磁石２６を覆っている。

第１エンドプレート２は、第１端面２４ｓ１に当接している。第１エンドプレート２は、複数の永久磁石２６のうち、第１端面２４ｓ１側に露出する端面にさらに当接していてもよい。第２エンドプレート５は、第２端面２４ｓ２及び複数の永久磁石２６と対向し、第２端面２４ｓ２及び複数の永久磁石２６を覆っている。第２エンドプレート５は、第２端面２４ｓ２に当接している。第２エンドプレート５は、複数の永久磁石２６のうち、第２端面２４ｓ２側に露出する端面にさらに当接していてもよい。
上記回転電機１において、コイル１８に電流を流すと、コイル１８の周囲に磁束が発生する。上記の磁束が回転子１４の永久磁石２６に作用することで、中心軸線Ｃを中心に回転子１４（回転軸２２）が回転する。

次に、本実施形態に係る回転電機１の実施例１の回転子１４、実施例２の回転子１４、及び比較例の回転子１４について説明する。

（比較例）
まず、比較例の回転子１４について説明する。図３は、回転電機１の比較例の回転子１４の一部を拡大して示す断面図である。

図３に示すように、回転子鉄心２４には、１磁極ごとに、２つの永久磁石２６が埋設されている。回転子鉄心２４の円周方向において、各ｄ軸ＡＸ１の両側に、永久磁石２６の形状に対応した形状の埋め込み孔（磁石埋め込み孔）３４が形成されている。２つの永久磁石２６は、それぞれ埋め込み孔３４内に装填及び配置されている。永久磁石２６は、例えば、接着剤等により回転子鉄心２４に固定されてもよい。

埋め込み孔３４は、ほぼ矩形の断面形状を有し、それぞれｄ軸ＡＸ１に対して傾斜している。回転子鉄心２４の中心軸線Ｃと直交する断面でみた場合、２つの埋め込み孔３４は、例えば、ほぼＶ字状に並んで配置されている。すなわち、２つの埋め込み孔３４の内周側端はそれぞれｄ軸ＡＸ１に隣接し、僅かな隙間をおいて互いに対向している。回転子鉄心２４において、２つの埋め込み孔３４の内周側端の間に、幅の狭いブリッジ部（磁路狭隘部）３６が形成されている。２つの埋め込み孔３４の外周側端は、回転子鉄心２４の円周方向に沿ってｄ軸ＡＸ１から離れ、回転子鉄心２４の外周面の近傍及びｑ軸ＡＸ２の近傍に位置している。これにより、埋め込み孔３４の外周側端は、隣合う磁極の埋め込み孔３４の外周側端と、ｑ軸ＡＸ２を挟んで対向している。回転子鉄心２４において、各埋め込み孔３４の外周側端と回転子鉄心２４の外周面との間に幅の狭いブリッジ部（磁路狭隘部）３８が形成されている。このように、２つの埋め込み孔３４は、内周側端から外周側端に向かうに従って、ｄ軸ＡＸ１からの距離が徐々に広がるように配置されている。

永久磁石２６の中心軸線Ｃと直交する断面形状は、例えば、矩形状の細長い平板状である。永久磁石２６は、中心軸線Ｃに平行な方向に複数に分割された磁石を組み合わせて構成されてもよく、この場合、複数の磁石の合計の長さが回転子鉄心２４の軸方向長さとほぼ等しくなるように形成される。各永久磁石２６は回転子鉄心２４のほぼ全長に亘って埋め込まれている。永久磁石２６の磁化方向は、永久磁石２６の第１磁極面２６ａ及び第２磁極面２６ｂと直交する方向としている。なお、第１磁極面２６ａ及び第２磁極面２６ｂの一方がＮ極面であり、第１磁極面２６ａ及び第２磁極面２６ｂの他方がＳ極面である。

各埋め込み孔３４は、永久磁石２６の断面形状に対応した矩形状の装填領域３４ａと、この装填領域３４ａの長手方向の両端からそれぞれ延出する２つの空隙（内周側空隙領域３４ｂ及び外周側空隙領域３４ｃ）と、を有している。

装填領域３４ａは、平坦な矩形状の内周側内側面３５ａと、この内周側内側面３５ａと平行に対向する平坦な矩形状の外周側内側面３５ｂとの間に規定されている。

外周側空隙領域３４ｃは、第１内側面４６ａと、第２内側面４６ｂと、第３内側面４６ｃと、を有している。第１内側面４６ａは、装填領域３４ａの内周側内側面３５ａの一端から回転子鉄心２４の外周縁２４ｂに向かって延出している。第１内側面４６ａは、永久磁石２６の磁化方向に凹んだ第１凹面Ｓｃ１を有している。第１凹面Ｓｃ１は、外周側空隙領域３４ｃ内に突出した係止凸部３４ｄにより形成されている。

第２内側面４６ｂは、装填領域３４ａの外周側内側面３５ｂの一端（回転子鉄心外周面側の端）から回転子鉄心２４の外周縁２４ｂに向かって延出している。第３内側面４６ｃは、第１内側面４６ａの延出端と第２内側面４６ｂの延出端とに跨り、回転子鉄心２４の外周縁２４ｂに沿って延出している。なお、第３内側面４６ｃの両端部は、円弧面を介して第１内側面４６ａ及び第２内側面４６ｂに繋がっている。第３内側面４６ｃと回転子鉄心２４の外周縁２４ｂとの間に、ブリッジ部３８が規定されている。

内周側空隙領域３４ｂは、第４内側面４４ａと、第５内側面４４ｂと、第６内側面４４ｃと、を有している。第４内側面４４ａは、装填領域３４ａの内周側内側面３５ａの他端から回転子鉄心２４の中心軸線Ｃ（回転子鉄心２４の内周縁２４ｃ）に向かってｄ軸ＡＸ１とほぼ平行に延出している。第４内側面４４ａは、永久磁石２６の磁化方向に凹んだ第２凹面Ｓｃ２を有している。第２凹面Ｓｃ２は、内周側空隙領域３４ｂ内に突出した係止凸部３４ｄにより形成されている。

第５内側面４４ｂは、外周側内側面３５ｂから連続している。第５内側面４４ｂは、外周縁２４ｂ側に突にしていない。第６内側面４４ｃは、第４内側面４４ａの延出端と第５内側面４４ｂの延出端とに跨り、ｄ軸ＡＸ１とほぼ平行に延在している。なお、第６内側面４４ｃの両端部は、円弧面を介して第４内側面４４ａ及び第５内側面４４ｂに繋がっている。２つの埋め込み孔３４の内周側空隙領域３４ｂは、第６内側面４４ｃ同士がｄ軸ＡＸ１及びブリッジ部３６を挟んで互いに対向して配置されている。

永久磁石２６は、埋め込み孔３４の装填領域３４ａに装填され、第１磁極面２６ａが内周側内側面３５ａに当接し、第２磁極面２６ｂが外周側内側面３５ｂに当接している。永久磁石２６の一方の角部は第１凹面Ｓｃ１（係止凸部３４ｄ）に当接し、永久磁石２６の他方の角部は第２凹面Ｓｃ２（係止凸部３４ｄ）に当接している。これにより、永久磁石２６は、装填領域３４ａ内に位置決めされている。

各ｄ軸ＡＸ１の両側に位置する２つの永久磁石２６、すなわち、１磁極を構成する２つの永久磁石２６は、磁化方向が同一となるように配置されている。また、各ｑ軸ＡＸ２の両側に位置する２つの永久磁石２６は、磁化方向が逆向きとなるように配置されている。複数の永久磁石２６を上記のように配置することにより、回転子鉄心２４の外周部において各ｄ軸ＡＸ１上の領域は１つの磁極を中心に形成し、各ｑ軸ＡＸ２上の領域は磁極間部を中心に形成している。本比較例では、回転電機１は、隣接する１磁極毎に永久磁石２６のＮ極とＳ極の表裏を交互に配置した、８極（４極対）、４８スロットで、単層分布巻で巻線した永久磁石埋め込み型の回転電機を構成している。

図４は、図３に示した回転子１４の一部をさらに拡大して示す断面図であり、上記コイル１８が発生する磁束線を併せて示す図である。
図４に示すように、比較例において、永久磁石２６のガイド（係止凸部３４ｄ）を通り、永久磁石２６の外周側端部及び内周側端部に反磁界がかかり易いことが分かる。ここで、上記反磁界とは、永久磁石２６の磁界方向に対してコイル１８が逆向きに発生する磁界である。永久磁石２６の外周側端部及び内周側端部において、見掛けの厚みが実際の厚みより薄くみえると、磁化が壊れ易くなるものである。そのため、永久磁石２６の外周側端部及び内周側端部において、減磁（磁力低下）し易くなる。例えば、高速回転時の逆起電圧抑制を目的として反磁界を与える際、反磁界が係止凸部３４ｄに集中し、係止凸部３４ｄ付近で不可逆減磁が発生し易くなる。

そのため、永久磁石２６の外周側端部及び内周側端部において、見掛けの厚みが実際の厚みと同一である方が望ましい。言い換えると、永久磁石２６の外周側端部及び内周側端部に反磁界を入り難くした方が望ましい。さらに言い換えると、永久磁石２６の外周側端部及び内周側端部に、コイル１８が発生する磁界を通り難くした方が望ましい。これにより、永久磁石２６の外周側端部及び内周側端部における減磁を抑制することができるものである。永久磁石２６の減磁を抑制することで、エネルギ効率の高い回転電機１を得ることができる。又は、高出力化を図ることのできる回転電機１を得ることができる。

なお、外周側の係止凸部３４ｄに永久磁石２６の遠心力がかかるため、外周側の係止凸部３４ｄのサイズが内周側の係止凸部３４ｄのサイズより大きくなる傾向にある。そのため、永久磁石２６の外周側端部における減磁を、一層、抑制できる方が望ましい。そこで、実施例１及び実施例２では、永久磁石２６の外周側端部及び内周側端部における減磁を抑制する技術について開示する。

（実施例１）
次に、実施例１の回転子１４について説明する。図５は、回転電機１の実施例１の回転子１４の一部を拡大して示す断面図である。
図５に示すように、埋め込み孔３４は、装填領域３４ａと、内周側空隙領域３４ｂと、外周側空隙領域３４ｃと、を有している。埋め込み孔３４のうち、装填領域３４ａは、上記比較例（図３）と同様に構成されている。

外周側空隙領域３４ｃは、永久磁石２６の磁化方向と直交する方向において、装填領域３４ａから回転子鉄心２４の外周側に延出している。外周側空隙領域３４ｃは、第１内側面４６ａと、第２内側面４６ｂと、第３内側面４６ｃと、を有している。

第１内側面４６ａは、装填領域３４ａのうち第１磁極面２６ａと対向した内周側内側面３５ａから連続している。第１内側面４６ａは、永久磁石２６の磁化方向に凹んだ第１凹面Ｓｃ１を有している。第１凹面Ｓｃ１は、外周側空隙領域３４ｃ内に突出した係止凸部３４ｄにより形成されている。

第２内側面４６ｂは、装填領域３４ａのうち第２磁極面２６ｂと対向した外周側内側面３５ｂから連続している。第３内側面４６ｃは、第１内側面４６ａと第２内側面４６ｂとの間に位置し、外周縁２４ｂに沿って延在している。第３内側面４６ｃは、円弧面４６ｄ，４６ｅを介して第１内側面４６ａ及び第２内側面４６ｂに繋がっている。円弧面４６ｄは、第１内側面４６ａと第３内側面４６ｃとの間に位置している。円弧面４６ｅは、第２内側面４６ｂと第３内側面４６ｃとの間に位置している。

内周側空隙領域３４ｂは、永久磁石２６の磁化方向と直交する方向において、装填領域３４ａから回転子鉄心２４の内周側に延出している。内周側空隙領域３４ｂは、外周縁２４ｂ側に突にしていない。内周側空隙領域３４ｂは、第４内側面４４ａと、第５内側面４４ｂと、第６内側面４４ｃと、を有している。

第４内側面４４ａは、内周側内側面３５ａから連続している。第４内側面４４ａは、永久磁石２６の磁化方向に凹んだ第２凹面Ｓｃ２を有している。第２凹面Ｓｃ２は、内周側空隙領域３４ｂ内に突出した係止凸部３４ｄにより形成されている。

第５内側面４４ｂは、外周側内側面３５ｂから連続している。第６内側面４４ｃは、第４内側面４４ａと第５内側面４４ｂとの間に位置し、ｄ軸ＡＸ１とほぼ平行に延在している。第６内側面４４ｃは、円弧面４４ｄ，４４ｅを介して第４内側面４４ａ及び第５内側面４４ｂに繋がっている。円弧面４４ｄは、第４内側面４４ａと第６内側面４４ｃとの間に位置している。円弧面４４ｅは、第５内側面４４ｂと第６内側面４４ｃとの間に位置している。

永久磁石２６は、第１磁極面２６ａ及び第２磁極面２６ｂの他、外周側端面２６ｃと、外周側端面２６ｃと反対側の内周側端面２６ｄと、をさらに有している。外周側端面２６ｃは、外周側空隙領域３４ｃに面し、第１凹面Ｓｃ１（係止凸部３４ｄ）と対向し、回転子鉄心２４に接触していない。内周側端面２６ｄは、内周側空隙領域３４ｂに面し、第２凹面Ｓｃ２（係止凸部３４ｄ）と対向し、回転子鉄心２４に接触していない。そのため、永久磁石２６の外周側端部及び外周側端部の各々における減磁を抑制することができる。永久磁石２６は、例えば、接着剤等により回転子鉄心２４に固定されてもよい。

第１スペーサ６１及び第２スペーサ６２は、非磁性の材料で形成されている。本実施例１において、第１スペーサ６１及び第２スペーサ６２は、アルミニウム、非磁性鋼、ステンレス鋼などの非磁性の金属で形成されている。また、第１スペーサ６１及び第２スペーサ６２が十分な剛性を有し、永久磁石２６の位置ずれを防止できるのであれば、第１スペーサ６１及び第２スペーサ６２は、樹脂など金属以外の材料で形成されていてもよい。

第１スペーサ６１は、外周側端面２６ｃと第１凹面Ｓｃ１との間に装填されている。第１スペーサ６１は、外周側端面２６ｃ及び第１凹面Ｓｃ１に接触している。第１スペーサ６１は、外周側端面２６ｃと第１凹面Ｓｃ１との間の隙間を保持している。第１スペーサ６１は、例えば、接着剤等により永久磁石２６や回転子鉄心２４に固定されてもよい。

第２スペーサ６２は、内周側端面２６ｄと第２凹面Ｓｃ２との間に装填されている。第２スペーサ６２は、内周側端面２６ｄ及び第２凹面Ｓｃ２に接触している。第２スペーサ６２は、内周側端面２６ｄと第２凹面Ｓｃ２との間の隙間を保持している。第２スペーサ６２は、例えば、接着剤等により永久磁石２６や回転子鉄心２４に固定されてもよい。

本実施例１において、第１スペーサ６１は、外周側端面２６ｃと第１凹面Ｓｃ１との間のみに位置している。第２スペーサ６２は、内周側端面２６ｄと第２凹面Ｓｃ２との間のみに位置している。第１スペーサ６１及び第２スペーサ６２の小型化を図ることができるため、第１スペーサ６１及び第２スペーサ６２の製造コストの低減を図ることができる。

第１スペーサ６１及び第２スペーサ６２は、それぞれ、埋め込み孔３４のほぼ全長に亘って装設されていなくともよいが、埋め込み孔３４のほぼ全長に亘って装設されていた方が望ましい。これにより、第１凹面Ｓｃ１の凹み（係止凸部３４ｄの突起）や、第２凹面Ｓｃ２の凹み（係止凸部３４ｄの突起）を小さくすることができる。

各々の外周側空隙領域３４ｃに第１スペーサ６１が装設され、各々の内周側空隙領域３４ｂに第２スペーサ６２が装設されているため、回転子１４は、複数の第１スペーサ６１及び複数の第２スペーサ６２を備えている。

本実施例１では、第２内側面４６ｂではなく第１内側面４６ａが第１凹面Ｓｃ１を有している。これにより、回転子鉄心２４にかかる永久磁石２６の遠心力を、互いに離れて位置した外周側内側面３５ｂと、第１凹面Ｓｃ１（係止凸部３４ｄ）とに分散させることができ、回転子鉄心２４の破損を抑制することができる。

次に、回転子１４における厚みと距離との関係について説明する。永久磁石２６の磁化方向の厚みをＴとする。第２磁極面２６ｂと外周側端面２６ｃとの間の第１角部２６ｅから第１凹面Ｓｃ１までの最短距離をＬ１とする。第２磁極面２６ｂと内周側端面２６ｄとの間の第２角部２６ｆから第２凹面Ｓｃ２までの最短距離をＬ２とする。

すると、距離Ｌ１及び距離Ｌ２の各々は、厚みＴの０．５倍以上である方が望ましい（０．５Ｔ≦Ｌ１及び０．５Ｔ≦Ｌ２）。永久磁石２６の位置を第１凹面Ｓｃ１及び第２凹面Ｓｃ２から離すことができるため、永久磁石２６の外周側端部及び内周側端部における減磁を抑制することができる。

また、距離Ｌ１及び距離Ｌ２の各々は、厚みＴの０．９倍以下である方が望ましい（Ｌ１≦０．９Ｔ及びＬ２≦０．９Ｔ）。永久磁石２６の位置を第１凹面Ｓｃ１及び第２凹面Ｓｃ２から必要以上に離さないことにより、永久磁石２６のサイズの縮小や回転子鉄心２４の大型化を抑制することができる。
上記のことから、０．５Ｔ≦Ｌ１≦０．９Ｔであり、０．５Ｔ≦Ｌ２≦０．９Ｔである方が望ましい。

次に、第１凹面Ｓｃ１（係止凸部３４ｄ）と第２凹面Ｓｃ２（係止凸部３４ｄ）と、第１スペーサ６１と、第２スペーサ６２との関係について説明する。本実施例１において、第１凹面Ｓｃ１は、第２凹面Ｓｃ２より永久磁石２６磁化方向に大きく凹んでいる。ここで、上記磁化方向において、内周側内側面３５ａの延長面Ｓ１を基準とした場合、第１凹面Ｓｃ１の深さをＤ１、第２凹面Ｓｃ２の深さをＤ２、とする。上記磁化方向と直交する方向において、第１スペーサ６１の第１幅をＷ１、第２スペーサ６２の第２幅をＷ２、とする。

すると、上記磁化方向において、第１凹面Ｓｃ１は第２凹面Ｓｃ２より深い（Ｄ２＜Ｄ１）。上記のようにＤ２＜Ｄ１である場合、第１幅Ｗ１は第２幅Ｗ２以上である方が望ましい（Ｗ２≦Ｗ１）。第２幅Ｗ２を、例えば０（ゼロ）に近づけることができる。そのため、永久磁石２６のサイズの縮小や回転子鉄心２４の大型化を抑制することができる。

（実施例２）
次に、実施例２の回転子１４について説明する。図６は、回転電機１の実施例２の回転子１４の一部を拡大して示す断面図である。本実施例２は、第１スペーサ６１及び第２スペーサ６２の形状に関して上記実施例１と相違している。

図６に示すように、本実施例２において、第１スペーサ６１は、外周側端面２６ｃと第１凹面Ｓｃ１との間以外にも位置している。第２スペーサ６２は、内周側端面２６ｄと第２凹面Ｓｃ２との間以外にも位置している。第１スペーサ６１は、第１内側面４６ａ及び第２内側面４６ｂの両方に接触している。第２スペーサ６２は、第４内側面４４ａ及び第５内側面４４ｂの両方に接触している。

第１スペーサ６１は外周側端面２６ｃと第１凹面Ｓｃ１との間から外れ難くなり、第２スペーサ６２は内周側端面２６ｄと第２凹面Ｓｃ２との間から外れ難くなる。そのため、永久磁石２６の位置ずれを抑制することができる。

なお、本実施例２においても、０．５Ｔ≦Ｌ１≦０．９Ｔであり、０．５Ｔ≦Ｌ２≦０．９Ｔである方が望ましい。また、Ｄ２＜Ｄ１であるため、Ｗ２≦Ｗ１である方が望ましい。

上記のように構成された実施形態によれば、エネルギ効率の高い回転電機１を得ることができる。又は、高出力化を図ることのできる回転電機１を得ることができる。永久磁石２６に重希土類元素を添加し保磁力を向上させたり、永久磁石２６の厚みを大きくしたり、すること無しに、回転電機１のエネルギ効率を高めたり、高出力化を図ることができるため、永久磁石２６の製造コストの高騰を抑制することができる。

本発明の実施形態を説明したが、上記の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記の新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記の実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、第２内側面４６ｂが第１凹面Ｓｃ１を有してもよい。その場合、距離Ｌ１は、第１磁極面２６ａと外周側端面２６ｃとの間の角部から第１凹面Ｓｃ１までの最短距離である。同様に、第５内側面４４ｂが第２凹面Ｓｃ２を有してもよい。その場合、距離Ｌ２は、第１磁極面２６ａと内周側端面２６ｄとの間の角部から第２凹面Ｓｃ２までの最短距離である。

回転子の磁極数、寸法、形状等は、上述した実施形態に限定されることなく、設計に応じて種々変更可能である。内周側空隙領域、外周側空隙領域、および空隙孔の断面形状は、実施形態の形状に限定されることなく、種々の形状を選択可能である。各磁極において、永久磁石の数は、一対に限らず、３個以上としてもよい。

１…回転電機、１２…固定子、１６…固定子鉄心、１８…コイル、１４…回転子、
２４…回転子鉄心、２４ｂ…外周縁、３４…埋め込み孔、３４ａ…装填領域、
３５ａ…内周側内側面、３５ｂ…外周側内側面、３４ｄ…係止凸部、
３４ｃ…外周側空隙領域、４６ａ…第１内側面、４６ｂ…第２内側面、
４６ｃ…第３内側面、Ｓｃ１…第１凹面、３４ｂ…内周側空隙領域、
４４ａ…第４内側面、４４ｂ…第５内側面、４４ｃ…第６内側面、Ｓｃ２…第２凹面、
３８…ブリッジ部、２６…永久磁石、２６ａ…第１磁極面、２６ｂ…第２磁極面、
２６ｃ…外周側端面、２６ｄ…内周側端面、２６ｅ…第１角部、２６ｆ…第２角部、
６１…第１スペーサ、６２…第２スペーサ、Ｌ１，Ｌ２…距離、Ｔ…厚み、
Ｗ１，Ｗ２…幅、Ｃ…中心軸線。

Claims (6)

1. 固定子鉄心及びコイルを有する固定子と、
   複数の埋め込み孔が形成された回転子鉄心と、複数の永久磁石と、非磁性の材料で形成された複数の第１スペーサ及び複数の第２スペーサと、を有し、中心軸線の回りで前記固定子に対して回転自在に設けられた回転子と、を備え、
   各々の前記埋め込み孔は、前記永久磁石が装填された装填領域と、前記永久磁石の磁化方向と直交する方向において前記装填領域から前記回転子鉄心の外周側に延出し前記磁化方向に凹んだ第１凹面を有する外周側空隙領域と、前記磁化方向と直交する方向において前記装填領域から前記回転子鉄心の内周側に延出し前記磁化方向に凹んだ第２凹面を有する内周側空隙領域と、を有し、
   各々の前記永久磁石は、前記第１凹面と対向し前記回転子鉄心に接触していない外周側端面と、前記第２凹面と対向し前記回転子鉄心に接触していない内周側端面と、を有し、
   前記第１スペーサは、前記外周側端面と前記第１凹面との間に装填され、
   前記第２スペーサは、前記内周側端面と前記第２凹面との間に装填されている、
   回転電機。
2. 各々の前記永久磁石は、第１磁極面及び第２磁極面をさらに有し、
   前記外周側空隙領域は、前記第１凹面を含み前記装填領域のうち前記第１磁極面と対向した内周側内側面から連続した第１内側面を有し、
   前記永久磁石の前記磁化方向の厚みをＴ、前記第２磁極面と前記外周側端面との間の第１角部から前記第１凹面までの最短距離をＬ１、とすると、
   ０．５Ｔ≦Ｌ１≦０．９Ｔである、
   請求項１に記載の回転電機。
3. 各々の前記永久磁石は、第１磁極面及び第２磁極面をさらに有し、
   前記外周側空隙領域は、前記第１凹面を含み前記装填領域のうち前記第１磁極面と対向した内周側内側面から連続した第１内側面と、前記装填領域のうち前記第２磁極面と対向した外周側内側面から連続した第２内側面と、を有し、
   前記第１スペーサは、前記第１内側面及び前記第２内側面の両方に接触している、
   請求項１に記載の回転電機。
4. 各々の前記永久磁石は、第１磁極面及び第２磁極面をさらに有し、
   前記内周側空隙領域は、前記第２凹面を含み前記装填領域のうち前記第１磁極面と対向した内周側内側面から連続した第４内側面を有し、
   前記永久磁石の前記磁化方向の厚みをＴ、前記第２磁極面と前記内周側端面との間の第２角部から前記第２凹面までの最短距離をＬ２、とすると、
   ０．５Ｔ≦Ｌ２≦０．９Ｔである、
   請求項１に記載の回転電機。
5. 各々の前記永久磁石は、第１磁極面及び第２磁極面をさらに有し、
   前記内周側空隙領域は、前記第２凹面を含み前記装填領域のうち前記第１磁極面と対向した内周側内側面から連続した第４内側面と、前記装填領域のうち前記第２磁極面と対向した外周側内側面から連続した第５内側面と、を有し、
   前記第２スペーサは、前記第４内側面及び前記第５内側面の両方に接触している、
   請求項１に記載の回転電機。
6. 前記第１凹面は、前記第２凹面より前記磁化方向に大きく凹み、
   前記磁化方向と直交する方向において、前記第１スペーサの幅をＷ１、前記第２スペーサの幅をＷ２、とすると、
   Ｗ２≦Ｗ１である、
   請求項１に記載の回転電機。

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