回転子コア、回転子および回転電機
【課題】永久磁石の磁束漏れを低減すること。
【解決手段】実施形態にかかる回転子コアは、複数の磁石穴と、空洞部とを備える。磁石穴は、周方向に並んで形成され、永久磁石が挿入される。また、空洞部は、複数の磁石穴のうち、互いに隣接し、かつ、径方向に対する磁極の向きが逆向きの永久磁石がそれぞれ挿入される２つの磁石穴によって挟まれる領域に対して形成される。
【解決手段】実施形態にかかる回転子コアは、複数の磁石穴と、空洞部とを備える。磁石穴は、周方向に並んで形成され、永久磁石が挿入される。また、空洞部は、複数の磁石穴のうち、互いに隣接し、かつ、径方向に対する磁極の向きが逆向きの永久磁石がそれぞれ挿入される２つの磁石穴によって挟まれる領域に対して形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、回転子コア、回転子および回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動機や発電機などの回転電機として、永久磁石式の回転電機が知られる。永久磁石式の回転電機は、回転子コアの周方向に並べて配設される複数の永久磁石を備える回転子と、回転子の外周面と空隙を介して対向配置される固定子とを備える回転電機である。
【０００３】
この種の回転電機としては、回転子コアの外周面に対して永久磁石が配置されるＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）型の回転電機のほか、回転子コアの内部に対して永久磁石が埋め込まれるＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）型の回転電機がある。ＩＰＭ型の回転電機は、特に、工作機械、電気自動車、ロボット等の分野において広く用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０３９９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の回転電機には、永久磁石間の磁束漏れを低減するという点でさらなる改善の余地がある。ここで、永久磁石間の磁束漏れとは、永久磁石から出た磁束が固定子を経ることなく永久磁石へ流れることである。
【０００６】
このような磁束漏れが発生すると、回転電機の出力に寄与する有効磁束が漏れ磁束の分だけ減少し、回転電機の出力が低下することとなる。このため、回転電機においては、磁束漏れの発生を低減することが好ましい。
【０００７】
実施形態の一態様は、永久磁石の磁束漏れを低減することができる回転子コア、回転子および回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の一態様に係る回転子コアは、複数の磁石穴と、空洞部とを備える。複数の磁石穴は、周方向に並んで形成され、永久磁石が挿入される。また、空洞部は、複数の磁石穴のうち、互いに隣接し、かつ、径方向に対する磁極の向きが逆向きの永久磁石がそれぞれ挿入される２つの磁石穴によって挟まれる領域に対して形成される。
【発明の効果】
【０００９】
実施形態の一態様によれば、永久磁石の磁束漏れを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態に係るモータをシャフトの軸方向から見た模式図である。
【図２】図２は、実施形態に係る回転子コアの構成を示す模式図である。
【図３】図３は、空洞部周辺の拡大模式図である。
【図４】図４は、磁石穴部の構成を示す模式図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第２の穴部周辺の拡大模式図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、第２の穴部の構成を示す模式図である。
【図６Ａ】図６Ａは、空洞部の他の構成を示す模式図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、空洞部の他の構成を示す模式図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、空洞部の他の構成を示す模式図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、空洞部の他の構成を示す模式図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、空洞部の他の構成を示す模式図である。
【図６Ｆ】図６Ｆは、回転子コアの他の構成を示す模式図である。
【図７】図７は、第２の穴部の他の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本願の開示する回転子コア、回転子および回転電機の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。たとえば、以下では、本願の開示する回転電機がモータである場合の例について説明するが、本願の開示する回転電機は、たとえば発電機であってもよい。
【００１２】
まず、実施形態に係るモータの構成について図１を用いて説明する。図１は、実施形態に係るモータをシャフトの軸方向から見た模式図である。図１に示すように、実施形態に係るモータ１は、回転子１０と、固定子２０と、シャフト３０とを備える。
【００１３】
回転子１０は、回転子コア１１と、永久磁石１２とを備える。回転子コア１１は、電磁鋼板などの薄板材（電磁鋼板形成体）を多数枚積層して形成される筒状の部材（電磁鋼板積層体）であり、内部には複数の永久磁石１２が周方向に沿って配設される。回転子１０は、シャフト３０に取り付けられており、かかるシャフト３０を中心軸として回転する。
【００１４】
固定子２０は、回転子１０の外周面と空隙を介して対向配置される部材である。かかる固定子２０は、固定子コア２１と、固定子巻線２２とを備える。
【００１５】
固定子コア２１は、略円筒状の部材であり、内周側には、径方向内側へ突出するティース２１１が周方向に沿って多数形成される。ティース２１１間の空間は、スロット２１２と呼ばれ、各スロット２１２内には、絶縁被覆電線を用いて巻装された固定子巻線２２が収められる。なお、固定子巻線２２は、分布巻線方式で巻装されるものとするが、集中巻線方式で巻装されてもよい。
【００１６】
固定子２０の固定子巻線２２に電流が流れることにより、固定子２０の内側には、回転磁界が発生する。この回転磁界と回転子１０の永久磁石１２が発生する磁界との相互作用によって回転子１０が回転し、この回転子１０の回転に伴ってシャフト３０が回転する。
【００１７】
また、図１に示すように、本実施形態に係るモータ１は、１極を構成する永久磁石１２が、第１の磁石１２ａおよび第２の磁石１２ｂの２つで形成される。第１の磁石１２ａおよび第２の磁石１２ｂは、径方向に対する磁極の向きが同じであり、互いの間隔が回転子コア１１の外周側へ向かって拡がるＶ字状に配置される。
【００１８】
たとえば、図１に示すように、第１の磁石１２ａがＮ極を外周側へ向けて配置される場合には、この第１の磁石１２ａのペアとなる第２の磁石１２ｂもＮ極を外周側へ向けて配置される。
【００１９】
また、隣接する永久磁石１２同士は、径方向に対する磁極の向きが互いに逆向きとなるように配置される。たとえば、図１に示すように、第１の磁石１２ａおよび第２の磁石１２ｂのＮ極が外周側を向く永久磁石１２の隣には、第１の磁石１２ａおよび第２の磁石１２ｂのＮ極が回転中心側を向く永久磁石１２が配置される。
【００２０】
ここで、従来の回転電機には、永久磁石間における磁束漏れが発生する可能性がある。かかる磁束漏れが発生した場合、回転電機の出力に寄与する有効磁束が漏れ磁束の分だけ減少するため、回転電機の出力が低下するおそれがある。
【００２１】
そこで、本実施形態に係るモータ１は、隣接する永久磁石１２同士によって挟まれる領域に対して空洞部１１１を形成することとした。
【００２２】
具体的には、この空洞部１１１は、第１の磁石１２ａと、第１の磁石１２ａに隣接する第２の磁石１２ｂのうち、磁極の向きが逆向きに配置される第２の磁石１２ｂとによって挟まれる領域に形成される。かかる空洞部１１１を形成することで、透磁率の低い空気層が漏れ磁束の磁路中に介在することとなるため、磁束漏れを低減することができる。
【００２３】
また、従来の回転電機には、たとえば、電機子反作用による固定子からの逆磁界によって永久磁石の減磁が生じる可能性がある。かかる永久磁石の減磁も、永久磁束間における磁束漏れと同様に、回転電機の性能を低下させる一因となり得る。
【００２４】
そこで、本実施形態に係るモータ１は、永久磁石１２における減磁の影響を受け易い箇所の周辺に所定の空隙を設けることとした。具体的には、永久磁石１２を挿入するために回転子コア１１に形成される磁石穴に対して、永久磁石が挿入されない部分（後述する第２の穴部１１２ｂ，１１３ｂ）を形成することとした。これにより、固定子２０からの逆磁界が発生した場合であっても、永久磁石１２の減磁を生じ難くすることができる。
【００２５】
以下では、上記の空洞部１１１や第２の穴部１１２ｂ，１１３ｂを備える回転子コア１１の構成について具体的に説明する。図２は、実施形態に係る回転子コア１１の構成を示す模式図である。
【００２６】
図２に示すように、回転子コア１１には、第１の磁石穴１１２および第２の磁石穴１１３を１組とする磁石穴部１１４が、周方向に並んで形成される。それぞれの磁石穴部１１４は、４５度の極ピッチ角で設けられる極ピッチ線Ｐに対して第１の磁石穴１１２と第２の磁石穴１１３とが線対称となるように配置される。
【００２７】
第１の磁石穴１１２は、第１の磁石１２ａが挿入される磁石穴である。また、第２の磁石穴１１３は、第２の磁石１２ｂが挿入される磁石穴である。第１の磁石穴１１２および第２の磁石穴１１３は、互いの間隔が外周側へ向かって拡がるＶ字状に配置される。
【００２８】
なお、ここでは、回転子コア１１に対して８組の磁石穴部１１４が形成される場合、すなわち、モータ１が８極モータである場合の例について示すが、回転子コア１１に形成される磁石穴部１１４の数は、８組以外であってもよい。
【００２９】
空洞部１１１は、第１の磁石穴１１２と、第１の磁石穴１１２に隣接し、磁極が逆向きである第２の磁石１２ｂが挿入される第２の磁石穴１１３（すなわち、他の磁石穴部１１４が備える第２の磁石穴１１３）とで挟まれる領域Ｒに対して形成される。
【００３０】
具体的には、この領域Ｒは、上記２つの磁石穴１１２，１１３の最も外周側に位置する点ａ１，ａ２同士を結ぶ仮想線Ｌ１および最も回転中心Ｏ側に位置する点ａ３，ａ４同士を結ぶ仮想線Ｌ２と、上記２つの磁石穴１１２，１１３とによって囲まれる領域である。
【００３１】
ここで、空洞部１１１の具体的な配置および形状について図３を用いて説明する。図３は、空洞部１１１周辺の拡大模式図である。
【００３２】
なお、図３の説明においては、図３に示す第２の磁石穴１１３、すなわち、第１の磁石穴１１２に隣接する２つの第２の磁石穴１１３のうち、磁極が逆向きである第２の磁石１２ｂが挿入される第２の磁石穴１１３を「第２の磁石穴１１３」と呼ぶ。
【００３３】
図３に示すように、空洞部１１１は、領域Ｒ（図２参照）のうち、第１の磁石穴１１２と第２の磁石穴１１３とが近接する領域に形成される。これは、仮に、永久磁石１２のＮ極からＳ極へと回り込む漏れ磁束が発生する場合、上記の領域を通る可能性が高いためである。
【００３４】
ここで、たとえば第１の磁石穴１１２に挿入される第１の磁石１２ａに漏れ磁束が発生したと仮定すると、第１の磁石１２ａのＳ極へ到達する漏れ磁束は、第１の磁石穴１１２における点ａ６に近い位置ほど多く、点ａ６から離れるほど少なくなる。点ａ６は、第１の磁石１２ａの角部が位置する点であり、第２の磁石穴１１３と最も近接する点でもある。一方、第１の磁石穴１１２における点ａ８よりも点ａ４（図２参照）側に到達する漏れ磁束は僅かであり、モータ１の性能に影響を与えることはほとんどない。点ａ８は、点ａ６から点ａ４へ向かって１／３の距離にある点である。
【００３５】
そこで、本実施形態では、第２の磁石穴１１３上の点ａ７と第１の磁石穴１１２上の点ａ８とで結ばれる仮想線Ｌ４よりも外周側、かつ、第２の磁石穴１１３上の点ａ５と第１の磁石穴１１２上の点ａ６とで結ばれる仮想線Ｌ３よりも回転中心Ｏ（図２参照）側の領域Ｒ１に空洞部１１１を形成することとした。ここで、第２の磁石穴１１３における点ａ５は、第２の磁石１２ｂの角が位置する点であり、第１の磁石穴１１２と最も近接する点でもある。また、点ａ７は、点ａ５から点ａ３（図２参照）へ向かって１／３の距離にある点である。これにより、永久磁石１２間の磁束漏れを効果的に低減することができる。
【００３６】
また、具体的には図４を用いて説明するが、第１の磁石穴１１２には第３の穴部１１２ｃが形成される。第３の穴部１１２ｃは、第１の磁石１２ａが挿入された場合に第１の磁石１２ａとの間で空隙を形成する穴部である。
【００３７】
第３の穴部１１２ｃを設けることで、第１の磁石穴１１２と回転子コア１１の外周との間の間隔が狭くなる。この結果、第３の穴部１１２ｃおよび回転子コア１１の外周間の領域において磁気飽和が生じ易くなり、この領域を磁束が通り難くなる。漏れ磁束は、この領域を通過してＳ極へと流れるため、第３の穴部１１２ｃを設けることによって磁束漏れを低減することができる。
【００３８】
また、空洞部１１１は、第１の磁石穴１１２との間の最小間隔が、第１の磁石穴１１２と回転子コア１１の外周との間の最小間隔と同一となるように配置される。空洞部１１１と第２の磁石穴１１３との間の最小間隔についても同様である。
【００３９】
このように、空洞部１１１および磁石穴１１２，１１３間の間隔を、磁石穴１１２，１１３および回転子コア１１の外周間の間隔と同程度とすることにより、空洞部１１１および磁石穴１１２，１１３間においても磁気飽和が生じ易くなる。このため、磁束漏れをさらに低減することができる。
【００４０】
また、空洞部１１１は、第１の磁石穴１１２と対向する側面５０ａが、空洞部１１１と対向する第１の磁石穴１１２の側面６０ａに対して平行に形成される。同様に、空洞部１１１は、第２の磁石穴１１３と対向する側面５０ｂが、空洞部１１１と対向する第２の磁石穴１１３の側面６０ｂに対して平行に形成される。なお、側面５０ａと側面６０ａとが平行、側面５０ｂと側面６０ｂとが平行としたが、平行に限定されるものではない。
【００４１】
すなわち、空洞部１１１における側面５０ａ，５０ｂと磁石穴１１２，１１３における側面６０ａ，６０ｂとは、常に上述した最小間隔で接した状態で配置される。これにより、空洞部１１１および磁石穴１１２，１１３間における磁気抵抗が大きくなるため、磁気飽和がさらに起こり易くなる。したがって、磁束漏れをさらに低減することができる。なお、空洞部は、磁石穴と対向する側面の全てが平行であってもよいし、一部だけが平行であってもよい。
【００４２】
次に、磁石穴部１１４の構成について説明する。図４は、磁石穴部１１４の構成を示す模式図である。
【００４３】
図４に示すように、磁石穴部１１４は、第１の磁石穴１１２と第２の磁石穴１１３とで構成される。また、第１の磁石穴１１２は、第１の穴部１１２ａと、第２の穴部１１２ｂと、第３の穴部１１２ｃとが連結した形状を有する。同様に、第２の磁石穴１１３も、第１の穴部１１３ａと、第２の穴部１１３ｂと、第３の穴部１１３ｃとが連結した形状を有する。第２の磁石穴１１３は、第１の磁石穴１１２と線対称の形状であるため、以下では、第１の磁石穴１１２の形状についてのみ説明する。
【００４４】
第１の穴部１１２ａは、第１の磁石１２ａの形状に沿って形成される穴部である。具体的には、第１の磁石１２ａが矩形状であるため、第１の穴部１１２ａも矩形状に形成される。第１の磁石１２ａは、この第１の穴部１１２ａに対して挿入される。
【００４５】
第２の穴部１１２ｂおよび第３の穴部１１２ｃは、第１の穴部１１２ａに対して第１の磁石１２ａが挿入された場合に、第１の磁石１２ａとの間で空隙を形成する穴部である。
【００４６】
第３の穴部１１２ｃは、第１の穴部１１２ａの端部を外周側へ向けて拡張させた穴部である。この第３の穴部１１２ｃは、上述したように、回転子コア１１の外周との間で磁気飽和を生じさせて漏れ磁束を低減するために形成される。
【００４７】
第２の穴部１１２ｂは、第１の磁石穴１１２における第１の穴部１１２ａと第２の磁石穴１１３における第１の穴部１１３ａとが最も近接する位置の近傍に形成される。第２の穴部１１２ｂは、第１の磁石１２ａが減磁の影響を受け易い箇所に形成される。
【００４８】
以下では、この第２の穴部１１２ｂの具体的な形状および配置について図５Ａおよび図５Ｂを用いて説明する。図５Ａは、第２の穴部１１２ｂ周辺の拡大模式図である。また、図５Ｂは、第２の穴部１１２ｂの構成を示す模式図である。
【００４９】
図５Ａに示すように、第２の穴部１１２ｂは、第１の穴部１１２ａの外周側に位置する側面６０ｅの一部を外周側へ向けて拡張した形状を有する。
【００５０】
ここで、第１の磁石１２ａは、外周側の側面のうち第２の磁石１２ｂと最も近接する位置（第１の磁石穴１１２の点ａ１０に相当する位置）に近いほど減磁の影響を受け易い。
【００５１】
また、第２の穴部１１２ｂの形状を大きくするほど、減磁の発生を防ぎ易くなるが、第１の磁石１２ａから固定子２０へ流れる有効磁束が第２の穴部１１２ｂによって阻害される可能性も高くなる。このため、第２の穴部１１２ｂは、第２の磁石穴１１３に最も遠い点ａ９から第２の磁石穴１１３に最も近い点ａ１０へ向けて徐々に厚みが大きくなるように形成される。
【００５２】
具体的には、図５Ｂに示すように、第２の穴部１１２ｂは、第１の穴部１１２ａの側面６０ｅを基準とする厚み分布が、第２の磁石穴１１３側へ寄った形状を有する。すなわち、第２の穴部１１２ｂは、点ａ９および点ａ１０間の中点ａ１１よりも点ａ１０側に頂点が位置する略三角形形状を有する。
【００５３】
このように、第２の穴部１１２ｂの形状を、第１の穴部１１２ａの側面６０ｅを基準とする厚み分布が他方の磁石穴１１３側へ寄った形状とすることで、有効磁束の減少を抑えつつ、第１の磁石１２ａの減磁を生じ難くすることができる。
【００５４】
また、図５Ａの例では、第２の穴部１１２ｂは、第１の穴部１１２ａの側面６０ｅを基準とする最大厚みＴ１が、第１の穴部１１２ａにおける最大厚みＴ２に対して約１／２となるように形成される。これにより、第１の磁石１２ａにおける減磁の発生および有効磁束の減少の双方を適切に防止することができる。なお、最大厚みＴ１が最大厚みＴ２に対して約１／４〜約１／２の範囲内であると、より望ましい。
【００５５】
また、第１の磁石穴１１２の第２の穴部１１２ｂおよび第２の磁石穴１１３の第２の穴部１１３ｂは、互いに対向する側面６０ｃ，６０ｄ同士が平行に形成される。
【００５６】
すなわち、第１の磁石穴１１２と第２の磁石穴１１３とが最も近接する領域は、回転子コア１１の中で相対的に強度の低い領域である。このため、第２の穴部１１２ｂ，１１３ｂの対向する側面６０ｃ，６０ｄ同士を平行に形成することで、第１の磁石穴１１２と第２の磁石穴１１３とが最も近接する領域の強度の低下を可及的に抑えることができる。また、第２の穴部１１２ｂ，１１３ｂの対向する側面６０ｃ，６０ｄ同士を平行に形成することで、これら側面６０ｃ，６０ｄ間の領域を通ってＳ極へと流れる漏れ磁束を低減することができる。
【００５７】
上述してきたように、本実施形態に係る回転子コアは、複数の磁石穴と、空洞部とを備える。複数の磁石穴は、周方向に並んで形成され、永久磁石が挿入される。そして、空洞部は、複数の磁石穴のうち、互いに隣接し、かつ、磁極の向きが逆向きの永久磁石がそれぞれ挿入される２つの磁石穴によって挟まれる領域に対して形成される。したがって、永久磁石の磁束漏れを低減することができる。
【００５８】
また、本実施形態に係る回転子コアは、磁石穴が、永久磁石の形状に沿って形成される第１の穴部と、第１の穴部に対して永久磁石が挿入された場合に永久磁石との間で空隙を形成する第２の穴部とが連結した形状を有する。そして、本実施形態に係る回転子コアは、第２の穴部が、第１の穴部同士が最も近接する位置の近傍に形成される。したがって、永久磁石の減磁を生じ難くすることができる。
【００５９】
ところで、空洞部の配置や形状は、上述した空洞部１１１の配置や形状に限ったものではない。そこで、以下では、空洞部の配置や形状の他の例について説明する。図６Ａ〜図６Ｅは、空洞部の他の構成を示す模式図であり、図６Ｆは、回転子コアの他の構成を示す模式図である。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同様の部分については、既に説明した部分と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００６０】
たとえば、上述してきた実施形態では、空洞部１１１と第１の磁石穴１１２との間の最小間隔が、第１の磁石穴１１２と回転子コア１１の外周との間の最小間隔と同じである場合の例について説明した。しかし、空洞部と第１の磁石穴との間の最小間隔は、第１の磁石穴と回転子コアの外周との間の最小間隔より小さくてもよい。
【００６１】
たとえば、図６Ａに示すように、回転子コア１１ａが備える空洞部１１１ａは、第１の磁石穴１１２との間の最小間隔Ｔ３が、第１の磁石穴１１２と回転子コア１１ａの外周との間の最小間隔Ｔ４の約１／２に形成される。このように、空洞部１１１ａと第１の磁石穴１１２との間の最小間隔をさらに小さくすることで、漏れ磁束が空洞部１１１ａおよび第１の磁石穴１１２間の領域をさらに通り難くなるため、磁束漏れをさらに低減することができる。
【００６２】
また、図３に示す領域Ｒ１から点ａ１，ａ２，ａ５，ａ６によって囲まれる領域へ向けて空洞部を延在させてもよい。たとえば、図６Ｂに示すように、回転子コア１１ｂは、図６Ａに示す空洞部１１１ａの先端部を外周側へ向けて延在させた空洞部１１１ｂを備える。このように、点ａ１，ａ２，ａ５，ａ６によって囲まれる領域にも空洞部を形成することで、磁束漏れをさらに低減することができる。
【００６３】
なお、空洞部１１１ｂは、第３の穴部１１２ｃと対向する側面５０ｃおよびこの側面５０ｃと対向する第３の穴部１１２ｃの側面６０ｇ間の最小間隔が、第１の穴部１１２ａと対向する側面５０ａおよびこの側面５０ａと対向する第１の穴部１１２ａの側面６０ａ間の最小間隔と等しく形成される。これにより、空洞部１１１ｂおよび第１の磁石穴１１２間における磁気抵抗をさらに大きくすることができ、磁束漏れをさらに低減することができる。
【００６４】
また、上述してきた実施形態では、空洞部１１１が、第２の磁石穴１１３上の点ａ７と第１の磁石穴１１２上の点ａ８とで結ばれる仮想線Ｌ４よりも回転子コア１１の外周側に形成される場合の例について説明した。しかし、空洞部１１１は、かかる仮想線Ｌ４よりも回転中心Ｏ側に形成されてもよい。
【００６５】
たとえば、図６Ｃに示すように、空洞部１１１ｃは、領域Ｒのうち、仮想線Ｌ５よりも外周側であり、かつ、仮想線Ｌ３よりも回転中心Ｏ側の領域Ｒ２に形成される。ここで、仮想線Ｌ５は、領域Ｒを径方向に二分する仮想線である。すなわち、仮想線Ｌ１から仮想線Ｌ５までの距離Ｔ５は、仮想線Ｌ１から仮想線Ｌ２までの距離Ｔ６の半分である。
【００６６】
このように、空洞部は、領域Ｒを径方向に二分する仮想線Ｌ５よりも外周側の領域Ｒ２に形成されてもよい。
【００６７】
また、上述してきた実施形態では、空洞部を略三角形形状としたが、空洞部の形状は、これに限ったものではない。具体的には、空洞部は、磁石穴１１２，１１３と対向する側面の少なくとも一部が、磁石穴１１２，１１３の側面に対して平行であれば、その他の部分はどのような形状であってもよい。
【００６８】
たとえば、図６Ｄに示すように、空洞部１１１ｄは、回転中心Ｏ側の側面を外周側へ向けて凹ませた略ブーメラン形状であってもよい。また、図６Ｅに示すように、空洞部１１１ｅは、第１の磁石穴１１２の側面および第２の磁石穴１１３の側面に対してそれぞれ平行に形成される２つの空洞部１１１ｅ＿１，１１１ｅ＿２に分割されてもよい。
【００６９】
また、上述してきた実施形態では、１極を構成する永久磁石１２が、第１の磁石１２ａおよび第２の磁石１２ｂの２つで構成される場合の例について説明したが、空洞部は、１つの永久磁石が１極を構成する回転子に対して形成されてもよい。
【００７０】
たとえば、図６Ｆに示すように、回転子コア１１ｃは、周方向に並んで形成され、永久磁石が挿入される６つの磁石穴１１５を備える。これら磁石穴１１５のうち、互いに隣接する２つの磁石穴１１５には、径方向に対する磁極の向きが逆向きの永久磁石がそれぞれ挿入される。
【００７１】
そして、空洞部１１１ｃは、各磁石穴１１５によって挟まれる領域Ｒ３に形成される。具体的には、領域Ｒ３は、隣接する２つの磁石穴１１５，１１５の最も外周側に位置する点ａ１２，ａ１３同士を結ぶ仮想線Ｌ６および最も回転中心Ｏ側に位置する点ａ１４，ａ１５同士を結ぶ仮想線Ｌ７と、上記２つの磁石穴１１５，１１５とによって形成される領域である。
【００７２】
このように、１つの永久磁石が１極を構成する回転子の回転子コア１１ｃに対して空洞部１１１ｆを形成した場合にも、上述した実施形態に係る空洞部１１１と同様、永久磁石間の磁束漏れを低減することができる。
【００７３】
また、上述してきた実施形態では、空洞部１１１内の空気によって漏れ磁束を通し難くする場合の例について説明した。しかし、これに限ったものではなく、本願の開示する回転子また回転電機は、空洞部内に、たとえば樹脂やアルミニウム等の非磁性部材を充填してもよい。同様に、第２の穴部１１２ｂ，１１３ｂ内や、第３の穴部１１２ｃ，１１３ｃ内に、たとえば樹脂やアルミニウム等の非磁性部材を充填してもよい。
【００７４】
また、第１の磁石穴および第２の磁石穴が備える第２の穴部の形状も、上述した実施形態にかかる第２の穴部１１２ｂ，１１３ｂの形状に限ったものではない。そこで、第２の穴部の他の構成例について図７を用いて説明する。図７は、第２の穴部の他の構成を示す模式図である。
【００７５】
たとえば、上述した実施形態では、回転子コア１１の強度を確保するために、第２の穴部１１２ｂ，１１３ｂの互いに対向する側面６０ｃ，６０ｄ同士を平行に形成する場合の例について説明した（図５Ａ参照）。しかし、第２の穴部の対向する側面同士は、必ずしも平行である必要はない。
【００７６】
たとえば、図７に示すように、第２の穴部１１２ｂ＿１および第２の穴部１１３ｂ＿１は、互いに対向する側面６０ｈ，６０ｉが、回転子コアの外周側へ向かうに従って遠ざかるように形成されてもよい。
【００７７】
このように、第２の穴部間の最小間隔が、第１の磁石穴および第２の磁石穴間の最小間隔を下回らないようにすることとすれば、第１の磁石穴と第２の磁石穴とが最も近接する領域の強度の低下を可及的に抑えることができる。
【００７８】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１ モータ
１０ 回転子
１１，１１ａ〜１１ｃ 回転子コア
１１１，１１１ａ〜１１１ｆ 空洞部
１１２ 第１の磁石穴
１１２ａ 第１の穴部
１１２ｂ 第２の穴部
１１２ｃ 第３の穴部
１１３ 第２の磁石穴
１１３ａ 第１の穴部
１１３ｂ 第２の穴部
１１３ｃ 第３の穴部
１１４ 磁石穴部
１２ 永久磁石
１２ａ 第１の磁石
１２ｂ 第２の磁石
２０ 固定子
２１ 固定子コア
２１１ ティース
２１２ スロット
２２ 固定子巻線
３０ シャフト
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、回転子コア、回転子および回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動機や発電機などの回転電機として、永久磁石式の回転電機が知られる。永久磁石式の回転電機は、回転子コアの周方向に並べて配設される複数の永久磁石を備える回転子と、回転子の外周面と空隙を介して対向配置される固定子とを備える回転電機である。
【０００３】
この種の回転電機としては、回転子コアの外周面に対して永久磁石が配置されるＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）型の回転電機のほか、回転子コアの内部に対して永久磁石が埋め込まれるＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）型の回転電機がある。ＩＰＭ型の回転電機は、特に、工作機械、電気自動車、ロボット等の分野において広く用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０３９９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の回転電機には、永久磁石間の磁束漏れを低減するという点でさらなる改善の余地がある。ここで、永久磁石間の磁束漏れとは、永久磁石から出た磁束が固定子を経ることなく永久磁石へ流れることである。
【０００６】
このような磁束漏れが発生すると、回転電機の出力に寄与する有効磁束が漏れ磁束の分だけ減少し、回転電機の出力が低下することとなる。このため、回転電機においては、磁束漏れの発生を低減することが好ましい。
【０００７】
実施形態の一態様は、永久磁石の磁束漏れを低減することができる回転子コア、回転子および回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の一態様に係る回転子コアは、複数の磁石穴と、空洞部とを備える。複数の磁石穴は、周方向に並んで形成され、永久磁石が挿入される。また、空洞部は、複数の磁石穴のうち、互いに隣接し、かつ、径方向に対する磁極の向きが逆向きの永久磁石がそれぞれ挿入される２つの磁石穴によって挟まれる領域に対して形成される。
【発明の効果】
【０００９】
実施形態の一態様によれば、永久磁石の磁束漏れを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態に係るモータをシャフトの軸方向から見た模式図である。
【図２】図２は、実施形態に係る回転子コアの構成を示す模式図である。
【図３】図３は、空洞部周辺の拡大模式図である。
【図４】図４は、磁石穴部の構成を示す模式図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第２の穴部周辺の拡大模式図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、第２の穴部の構成を示す模式図である。
【図６Ａ】図６Ａは、空洞部の他の構成を示す模式図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、空洞部の他の構成を示す模式図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、空洞部の他の構成を示す模式図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、空洞部の他の構成を示す模式図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、空洞部の他の構成を示す模式図である。
【図６Ｆ】図６Ｆは、回転子コアの他の構成を示す模式図である。
【図７】図７は、第２の穴部の他の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本願の開示する回転子コア、回転子および回転電機の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。たとえば、以下では、本願の開示する回転電機がモータである場合の例について説明するが、本願の開示する回転電機は、たとえば発電機であってもよい。
【００１２】
まず、実施形態に係るモータの構成について図１を用いて説明する。図１は、実施形態に係るモータをシャフトの軸方向から見た模式図である。図１に示すように、実施形態に係るモータ１は、回転子１０と、固定子２０と、シャフト３０とを備える。
【００１３】
回転子１０は、回転子コア１１と、永久磁石１２とを備える。回転子コア１１は、電磁鋼板などの薄板材（電磁鋼板形成体）を多数枚積層して形成される筒状の部材（電磁鋼板積層体）であり、内部には複数の永久磁石１２が周方向に沿って配設される。回転子１０は、シャフト３０に取り付けられており、かかるシャフト３０を中心軸として回転する。
【００１４】
固定子２０は、回転子１０の外周面と空隙を介して対向配置される部材である。かかる固定子２０は、固定子コア２１と、固定子巻線２２とを備える。
【００１５】
固定子コア２１は、略円筒状の部材であり、内周側には、径方向内側へ突出するティース２１１が周方向に沿って多数形成される。ティース２１１間の空間は、スロット２１２と呼ばれ、各スロット２１２内には、絶縁被覆電線を用いて巻装された固定子巻線２２が収められる。なお、固定子巻線２２は、分布巻線方式で巻装されるものとするが、集中巻線方式で巻装されてもよい。
【００１６】
固定子２０の固定子巻線２２に電流が流れることにより、固定子２０の内側には、回転磁界が発生する。この回転磁界と回転子１０の永久磁石１２が発生する磁界との相互作用によって回転子１０が回転し、この回転子１０の回転に伴ってシャフト３０が回転する。
【００１７】
また、図１に示すように、本実施形態に係るモータ１は、１極を構成する永久磁石１２が、第１の磁石１２ａおよび第２の磁石１２ｂの２つで形成される。第１の磁石１２ａおよび第２の磁石１２ｂは、径方向に対する磁極の向きが同じであり、互いの間隔が回転子コア１１の外周側へ向かって拡がるＶ字状に配置される。
【００１８】
たとえば、図１に示すように、第１の磁石１２ａがＮ極を外周側へ向けて配置される場合には、この第１の磁石１２ａのペアとなる第２の磁石１２ｂもＮ極を外周側へ向けて配置される。
【００１９】
また、隣接する永久磁石１２同士は、径方向に対する磁極の向きが互いに逆向きとなるように配置される。たとえば、図１に示すように、第１の磁石１２ａおよび第２の磁石１２ｂのＮ極が外周側を向く永久磁石１２の隣には、第１の磁石１２ａおよび第２の磁石１２ｂのＮ極が回転中心側を向く永久磁石１２が配置される。
【００２０】
ここで、従来の回転電機には、永久磁石間における磁束漏れが発生する可能性がある。かかる磁束漏れが発生した場合、回転電機の出力に寄与する有効磁束が漏れ磁束の分だけ減少するため、回転電機の出力が低下するおそれがある。
【００２１】
そこで、本実施形態に係るモータ１は、隣接する永久磁石１２同士によって挟まれる領域に対して空洞部１１１を形成することとした。
【００２２】
具体的には、この空洞部１１１は、第１の磁石１２ａと、第１の磁石１２ａに隣接する第２の磁石１２ｂのうち、磁極の向きが逆向きに配置される第２の磁石１２ｂとによって挟まれる領域に形成される。かかる空洞部１１１を形成することで、透磁率の低い空気層が漏れ磁束の磁路中に介在することとなるため、磁束漏れを低減することができる。
【００２３】
また、従来の回転電機には、たとえば、電機子反作用による固定子からの逆磁界によって永久磁石の減磁が生じる可能性がある。かかる永久磁石の減磁も、永久磁束間における磁束漏れと同様に、回転電機の性能を低下させる一因となり得る。
【００２４】
そこで、本実施形態に係るモータ１は、永久磁石１２における減磁の影響を受け易い箇所の周辺に所定の空隙を設けることとした。具体的には、永久磁石１２を挿入するために回転子コア１１に形成される磁石穴に対して、永久磁石が挿入されない部分（後述する第２の穴部１１２ｂ，１１３ｂ）を形成することとした。これにより、固定子２０からの逆磁界が発生した場合であっても、永久磁石１２の減磁を生じ難くすることができる。
【００２５】
以下では、上記の空洞部１１１や第２の穴部１１２ｂ，１１３ｂを備える回転子コア１１の構成について具体的に説明する。図２は、実施形態に係る回転子コア１１の構成を示す模式図である。
【００２６】
図２に示すように、回転子コア１１には、第１の磁石穴１１２および第２の磁石穴１１３を１組とする磁石穴部１１４が、周方向に並んで形成される。それぞれの磁石穴部１１４は、４５度の極ピッチ角で設けられる極ピッチ線Ｐに対して第１の磁石穴１１２と第２の磁石穴１１３とが線対称となるように配置される。
【００２７】
第１の磁石穴１１２は、第１の磁石１２ａが挿入される磁石穴である。また、第２の磁石穴１１３は、第２の磁石１２ｂが挿入される磁石穴である。第１の磁石穴１１２および第２の磁石穴１１３は、互いの間隔が外周側へ向かって拡がるＶ字状に配置される。
【００２８】
なお、ここでは、回転子コア１１に対して８組の磁石穴部１１４が形成される場合、すなわち、モータ１が８極モータである場合の例について示すが、回転子コア１１に形成される磁石穴部１１４の数は、８組以外であってもよい。
【００２９】
空洞部１１１は、第１の磁石穴１１２と、第１の磁石穴１１２に隣接し、磁極が逆向きである第２の磁石１２ｂが挿入される第２の磁石穴１１３（すなわち、他の磁石穴部１１４が備える第２の磁石穴１１３）とで挟まれる領域Ｒに対して形成される。
【００３０】
具体的には、この領域Ｒは、上記２つの磁石穴１１２，１１３の最も外周側に位置する点ａ１，ａ２同士を結ぶ仮想線Ｌ１および最も回転中心Ｏ側に位置する点ａ３，ａ４同士を結ぶ仮想線Ｌ２と、上記２つの磁石穴１１２，１１３とによって囲まれる領域である。
【００３１】
ここで、空洞部１１１の具体的な配置および形状について図３を用いて説明する。図３は、空洞部１１１周辺の拡大模式図である。
【００３２】
なお、図３の説明においては、図３に示す第２の磁石穴１１３、すなわち、第１の磁石穴１１２に隣接する２つの第２の磁石穴１１３のうち、磁極が逆向きである第２の磁石１２ｂが挿入される第２の磁石穴１１３を「第２の磁石穴１１３」と呼ぶ。
【００３３】
図３に示すように、空洞部１１１は、領域Ｒ（図２参照）のうち、第１の磁石穴１１２と第２の磁石穴１１３とが近接する領域に形成される。これは、仮に、永久磁石１２のＮ極からＳ極へと回り込む漏れ磁束が発生する場合、上記の領域を通る可能性が高いためである。
【００３４】
ここで、たとえば第１の磁石穴１１２に挿入される第１の磁石１２ａに漏れ磁束が発生したと仮定すると、第１の磁石１２ａのＳ極へ到達する漏れ磁束は、第１の磁石穴１１２における点ａ６に近い位置ほど多く、点ａ６から離れるほど少なくなる。点ａ６は、第１の磁石１２ａの角部が位置する点であり、第２の磁石穴１１３と最も近接する点でもある。一方、第１の磁石穴１１２における点ａ８よりも点ａ４（図２参照）側に到達する漏れ磁束は僅かであり、モータ１の性能に影響を与えることはほとんどない。点ａ８は、点ａ６から点ａ４へ向かって１／３の距離にある点である。
【００３５】
そこで、本実施形態では、第２の磁石穴１１３上の点ａ７と第１の磁石穴１１２上の点ａ８とで結ばれる仮想線Ｌ４よりも外周側、かつ、第２の磁石穴１１３上の点ａ５と第１の磁石穴１１２上の点ａ６とで結ばれる仮想線Ｌ３よりも回転中心Ｏ（図２参照）側の領域Ｒ１に空洞部１１１を形成することとした。ここで、第２の磁石穴１１３における点ａ５は、第２の磁石１２ｂの角が位置する点であり、第１の磁石穴１１２と最も近接する点でもある。また、点ａ７は、点ａ５から点ａ３（図２参照）へ向かって１／３の距離にある点である。これにより、永久磁石１２間の磁束漏れを効果的に低減することができる。
【００３６】
また、具体的には図４を用いて説明するが、第１の磁石穴１１２には第３の穴部１１２ｃが形成される。第３の穴部１１２ｃは、第１の磁石１２ａが挿入された場合に第１の磁石１２ａとの間で空隙を形成する穴部である。
【００３７】
第３の穴部１１２ｃを設けることで、第１の磁石穴１１２と回転子コア１１の外周との間の間隔が狭くなる。この結果、第３の穴部１１２ｃおよび回転子コア１１の外周間の領域において磁気飽和が生じ易くなり、この領域を磁束が通り難くなる。漏れ磁束は、この領域を通過してＳ極へと流れるため、第３の穴部１１２ｃを設けることによって磁束漏れを低減することができる。
【００３８】
また、空洞部１１１は、第１の磁石穴１１２との間の最小間隔が、第１の磁石穴１１２と回転子コア１１の外周との間の最小間隔と同一となるように配置される。空洞部１１１と第２の磁石穴１１３との間の最小間隔についても同様である。
【００３９】
このように、空洞部１１１および磁石穴１１２，１１３間の間隔を、磁石穴１１２，１１３および回転子コア１１の外周間の間隔と同程度とすることにより、空洞部１１１および磁石穴１１２，１１３間においても磁気飽和が生じ易くなる。このため、磁束漏れをさらに低減することができる。
【００４０】
また、空洞部１１１は、第１の磁石穴１１２と対向する側面５０ａが、空洞部１１１と対向する第１の磁石穴１１２の側面６０ａに対して平行に形成される。同様に、空洞部１１１は、第２の磁石穴１１３と対向する側面５０ｂが、空洞部１１１と対向する第２の磁石穴１１３の側面６０ｂに対して平行に形成される。なお、側面５０ａと側面６０ａとが平行、側面５０ｂと側面６０ｂとが平行としたが、平行に限定されるものではない。
【００４１】
すなわち、空洞部１１１における側面５０ａ，５０ｂと磁石穴１１２，１１３における側面６０ａ，６０ｂとは、常に上述した最小間隔で接した状態で配置される。これにより、空洞部１１１および磁石穴１１２，１１３間における磁気抵抗が大きくなるため、磁気飽和がさらに起こり易くなる。したがって、磁束漏れをさらに低減することができる。なお、空洞部は、磁石穴と対向する側面の全てが平行であってもよいし、一部だけが平行であってもよい。
【００４２】
次に、磁石穴部１１４の構成について説明する。図４は、磁石穴部１１４の構成を示す模式図である。
【００４３】
図４に示すように、磁石穴部１１４は、第１の磁石穴１１２と第２の磁石穴１１３とで構成される。また、第１の磁石穴１１２は、第１の穴部１１２ａと、第２の穴部１１２ｂと、第３の穴部１１２ｃとが連結した形状を有する。同様に、第２の磁石穴１１３も、第１の穴部１１３ａと、第２の穴部１１３ｂと、第３の穴部１１３ｃとが連結した形状を有する。第２の磁石穴１１３は、第１の磁石穴１１２と線対称の形状であるため、以下では、第１の磁石穴１１２の形状についてのみ説明する。
【００４４】
第１の穴部１１２ａは、第１の磁石１２ａの形状に沿って形成される穴部である。具体的には、第１の磁石１２ａが矩形状であるため、第１の穴部１１２ａも矩形状に形成される。第１の磁石１２ａは、この第１の穴部１１２ａに対して挿入される。
【００４５】
第２の穴部１１２ｂおよび第３の穴部１１２ｃは、第１の穴部１１２ａに対して第１の磁石１２ａが挿入された場合に、第１の磁石１２ａとの間で空隙を形成する穴部である。
【００４６】
第３の穴部１１２ｃは、第１の穴部１１２ａの端部を外周側へ向けて拡張させた穴部である。この第３の穴部１１２ｃは、上述したように、回転子コア１１の外周との間で磁気飽和を生じさせて漏れ磁束を低減するために形成される。
【００４７】
第２の穴部１１２ｂは、第１の磁石穴１１２における第１の穴部１１２ａと第２の磁石穴１１３における第１の穴部１１３ａとが最も近接する位置の近傍に形成される。第２の穴部１１２ｂは、第１の磁石１２ａが減磁の影響を受け易い箇所に形成される。
【００４８】
以下では、この第２の穴部１１２ｂの具体的な形状および配置について図５Ａおよび図５Ｂを用いて説明する。図５Ａは、第２の穴部１１２ｂ周辺の拡大模式図である。また、図５Ｂは、第２の穴部１１２ｂの構成を示す模式図である。
【００４９】
図５Ａに示すように、第２の穴部１１２ｂは、第１の穴部１１２ａの外周側に位置する側面６０ｅの一部を外周側へ向けて拡張した形状を有する。
【００５０】
ここで、第１の磁石１２ａは、外周側の側面のうち第２の磁石１２ｂと最も近接する位置（第１の磁石穴１１２の点ａ１０に相当する位置）に近いほど減磁の影響を受け易い。
【００５１】
また、第２の穴部１１２ｂの形状を大きくするほど、減磁の発生を防ぎ易くなるが、第１の磁石１２ａから固定子２０へ流れる有効磁束が第２の穴部１１２ｂによって阻害される可能性も高くなる。このため、第２の穴部１１２ｂは、第２の磁石穴１１３に最も遠い点ａ９から第２の磁石穴１１３に最も近い点ａ１０へ向けて徐々に厚みが大きくなるように形成される。
【００５２】
具体的には、図５Ｂに示すように、第２の穴部１１２ｂは、第１の穴部１１２ａの側面６０ｅを基準とする厚み分布が、第２の磁石穴１１３側へ寄った形状を有する。すなわち、第２の穴部１１２ｂは、点ａ９および点ａ１０間の中点ａ１１よりも点ａ１０側に頂点が位置する略三角形形状を有する。
【００５３】
このように、第２の穴部１１２ｂの形状を、第１の穴部１１２ａの側面６０ｅを基準とする厚み分布が他方の磁石穴１１３側へ寄った形状とすることで、有効磁束の減少を抑えつつ、第１の磁石１２ａの減磁を生じ難くすることができる。
【００５４】
また、図５Ａの例では、第２の穴部１１２ｂは、第１の穴部１１２ａの側面６０ｅを基準とする最大厚みＴ１が、第１の穴部１１２ａにおける最大厚みＴ２に対して約１／２となるように形成される。これにより、第１の磁石１２ａにおける減磁の発生および有効磁束の減少の双方を適切に防止することができる。なお、最大厚みＴ１が最大厚みＴ２に対して約１／４〜約１／２の範囲内であると、より望ましい。
【００５５】
また、第１の磁石穴１１２の第２の穴部１１２ｂおよび第２の磁石穴１１３の第２の穴部１１３ｂは、互いに対向する側面６０ｃ，６０ｄ同士が平行に形成される。
【００５６】
すなわち、第１の磁石穴１１２と第２の磁石穴１１３とが最も近接する領域は、回転子コア１１の中で相対的に強度の低い領域である。このため、第２の穴部１１２ｂ，１１３ｂの対向する側面６０ｃ，６０ｄ同士を平行に形成することで、第１の磁石穴１１２と第２の磁石穴１１３とが最も近接する領域の強度の低下を可及的に抑えることができる。また、第２の穴部１１２ｂ，１１３ｂの対向する側面６０ｃ，６０ｄ同士を平行に形成することで、これら側面６０ｃ，６０ｄ間の領域を通ってＳ極へと流れる漏れ磁束を低減することができる。
【００５７】
上述してきたように、本実施形態に係る回転子コアは、複数の磁石穴と、空洞部とを備える。複数の磁石穴は、周方向に並んで形成され、永久磁石が挿入される。そして、空洞部は、複数の磁石穴のうち、互いに隣接し、かつ、磁極の向きが逆向きの永久磁石がそれぞれ挿入される２つの磁石穴によって挟まれる領域に対して形成される。したがって、永久磁石の磁束漏れを低減することができる。
【００５８】
また、本実施形態に係る回転子コアは、磁石穴が、永久磁石の形状に沿って形成される第１の穴部と、第１の穴部に対して永久磁石が挿入された場合に永久磁石との間で空隙を形成する第２の穴部とが連結した形状を有する。そして、本実施形態に係る回転子コアは、第２の穴部が、第１の穴部同士が最も近接する位置の近傍に形成される。したがって、永久磁石の減磁を生じ難くすることができる。
【００５９】
ところで、空洞部の配置や形状は、上述した空洞部１１１の配置や形状に限ったものではない。そこで、以下では、空洞部の配置や形状の他の例について説明する。図６Ａ〜図６Ｅは、空洞部の他の構成を示す模式図であり、図６Ｆは、回転子コアの他の構成を示す模式図である。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同様の部分については、既に説明した部分と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００６０】
たとえば、上述してきた実施形態では、空洞部１１１と第１の磁石穴１１２との間の最小間隔が、第１の磁石穴１１２と回転子コア１１の外周との間の最小間隔と同じである場合の例について説明した。しかし、空洞部と第１の磁石穴との間の最小間隔は、第１の磁石穴と回転子コアの外周との間の最小間隔より小さくてもよい。
【００６１】
たとえば、図６Ａに示すように、回転子コア１１ａが備える空洞部１１１ａは、第１の磁石穴１１２との間の最小間隔Ｔ３が、第１の磁石穴１１２と回転子コア１１ａの外周との間の最小間隔Ｔ４の約１／２に形成される。このように、空洞部１１１ａと第１の磁石穴１１２との間の最小間隔をさらに小さくすることで、漏れ磁束が空洞部１１１ａおよび第１の磁石穴１１２間の領域をさらに通り難くなるため、磁束漏れをさらに低減することができる。
【００６２】
また、図３に示す領域Ｒ１から点ａ１，ａ２，ａ５，ａ６によって囲まれる領域へ向けて空洞部を延在させてもよい。たとえば、図６Ｂに示すように、回転子コア１１ｂは、図６Ａに示す空洞部１１１ａの先端部を外周側へ向けて延在させた空洞部１１１ｂを備える。このように、点ａ１，ａ２，ａ５，ａ６によって囲まれる領域にも空洞部を形成することで、磁束漏れをさらに低減することができる。
【００６３】
なお、空洞部１１１ｂは、第３の穴部１１２ｃと対向する側面５０ｃおよびこの側面５０ｃと対向する第３の穴部１１２ｃの側面６０ｇ間の最小間隔が、第１の穴部１１２ａと対向する側面５０ａおよびこの側面５０ａと対向する第１の穴部１１２ａの側面６０ａ間の最小間隔と等しく形成される。これにより、空洞部１１１ｂおよび第１の磁石穴１１２間における磁気抵抗をさらに大きくすることができ、磁束漏れをさらに低減することができる。
【００６４】
また、上述してきた実施形態では、空洞部１１１が、第２の磁石穴１１３上の点ａ７と第１の磁石穴１１２上の点ａ８とで結ばれる仮想線Ｌ４よりも回転子コア１１の外周側に形成される場合の例について説明した。しかし、空洞部１１１は、かかる仮想線Ｌ４よりも回転中心Ｏ側に形成されてもよい。
【００６５】
たとえば、図６Ｃに示すように、空洞部１１１ｃは、領域Ｒのうち、仮想線Ｌ５よりも外周側であり、かつ、仮想線Ｌ３よりも回転中心Ｏ側の領域Ｒ２に形成される。ここで、仮想線Ｌ５は、領域Ｒを径方向に二分する仮想線である。すなわち、仮想線Ｌ１から仮想線Ｌ５までの距離Ｔ５は、仮想線Ｌ１から仮想線Ｌ２までの距離Ｔ６の半分である。
【００６６】
このように、空洞部は、領域Ｒを径方向に二分する仮想線Ｌ５よりも外周側の領域Ｒ２に形成されてもよい。
【００６７】
また、上述してきた実施形態では、空洞部を略三角形形状としたが、空洞部の形状は、これに限ったものではない。具体的には、空洞部は、磁石穴１１２，１１３と対向する側面の少なくとも一部が、磁石穴１１２，１１３の側面に対して平行であれば、その他の部分はどのような形状であってもよい。
【００６８】
たとえば、図６Ｄに示すように、空洞部１１１ｄは、回転中心Ｏ側の側面を外周側へ向けて凹ませた略ブーメラン形状であってもよい。また、図６Ｅに示すように、空洞部１１１ｅは、第１の磁石穴１１２の側面および第２の磁石穴１１３の側面に対してそれぞれ平行に形成される２つの空洞部１１１ｅ＿１，１１１ｅ＿２に分割されてもよい。
【００６９】
また、上述してきた実施形態では、１極を構成する永久磁石１２が、第１の磁石１２ａおよび第２の磁石１２ｂの２つで構成される場合の例について説明したが、空洞部は、１つの永久磁石が１極を構成する回転子に対して形成されてもよい。
【００７０】
たとえば、図６Ｆに示すように、回転子コア１１ｃは、周方向に並んで形成され、永久磁石が挿入される６つの磁石穴１１５を備える。これら磁石穴１１５のうち、互いに隣接する２つの磁石穴１１５には、径方向に対する磁極の向きが逆向きの永久磁石がそれぞれ挿入される。
【００７１】
そして、空洞部１１１ｃは、各磁石穴１１５によって挟まれる領域Ｒ３に形成される。具体的には、領域Ｒ３は、隣接する２つの磁石穴１１５，１１５の最も外周側に位置する点ａ１２，ａ１３同士を結ぶ仮想線Ｌ６および最も回転中心Ｏ側に位置する点ａ１４，ａ１５同士を結ぶ仮想線Ｌ７と、上記２つの磁石穴１１５，１１５とによって形成される領域である。
【００７２】
このように、１つの永久磁石が１極を構成する回転子の回転子コア１１ｃに対して空洞部１１１ｆを形成した場合にも、上述した実施形態に係る空洞部１１１と同様、永久磁石間の磁束漏れを低減することができる。
【００７３】
また、上述してきた実施形態では、空洞部１１１内の空気によって漏れ磁束を通し難くする場合の例について説明した。しかし、これに限ったものではなく、本願の開示する回転子また回転電機は、空洞部内に、たとえば樹脂やアルミニウム等の非磁性部材を充填してもよい。同様に、第２の穴部１１２ｂ，１１３ｂ内や、第３の穴部１１２ｃ，１１３ｃ内に、たとえば樹脂やアルミニウム等の非磁性部材を充填してもよい。
【００７４】
また、第１の磁石穴および第２の磁石穴が備える第２の穴部の形状も、上述した実施形態にかかる第２の穴部１１２ｂ，１１３ｂの形状に限ったものではない。そこで、第２の穴部の他の構成例について図７を用いて説明する。図７は、第２の穴部の他の構成を示す模式図である。
【００７５】
たとえば、上述した実施形態では、回転子コア１１の強度を確保するために、第２の穴部１１２ｂ，１１３ｂの互いに対向する側面６０ｃ，６０ｄ同士を平行に形成する場合の例について説明した（図５Ａ参照）。しかし、第２の穴部の対向する側面同士は、必ずしも平行である必要はない。
【００７６】
たとえば、図７に示すように、第２の穴部１１２ｂ＿１および第２の穴部１１３ｂ＿１は、互いに対向する側面６０ｈ，６０ｉが、回転子コアの外周側へ向かうに従って遠ざかるように形成されてもよい。
【００７７】
このように、第２の穴部間の最小間隔が、第１の磁石穴および第２の磁石穴間の最小間隔を下回らないようにすることとすれば、第１の磁石穴と第２の磁石穴とが最も近接する領域の強度の低下を可及的に抑えることができる。
【００７８】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１ モータ
１０ 回転子
１１，１１ａ〜１１ｃ 回転子コア
１１１，１１１ａ〜１１１ｆ 空洞部
１１２ 第１の磁石穴
１１２ａ 第１の穴部
１１２ｂ 第２の穴部
１１２ｃ 第３の穴部
１１３ 第２の磁石穴
１１３ａ 第１の穴部
１１３ｂ 第２の穴部
１１３ｃ 第３の穴部
１１４ 磁石穴部
１２ 永久磁石
１２ａ 第１の磁石
１２ｂ 第２の磁石
２０ 固定子
２１ 固定子コア
２１１ ティース
２１２ スロット
２２ 固定子巻線
３０ シャフト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に並んで形成され、永久磁石が挿入される複数の磁石穴と、
前記複数の磁石穴のうち、互いに隣接し、かつ、径方向に対する磁極の向きが逆向きの永久磁石がそれぞれ挿入される２つの磁石穴によって挟まれる領域に対して形成される空洞部と
を備えることを特徴とする回転子コア。
【請求項２】
前記領域は、
前記２つの磁石穴の最も外周側に位置する点同士を結ぶ仮想線および最も回転中心側に位置する点同士を結ぶ仮想線と、前記２つの磁石穴とによって形成される領域であることを特徴とする請求項１に記載の回転子コア。
【請求項３】
前記空洞部は、
前記領域のうち、前記２つの磁石穴が最も近接する点同士を結んだ仮想線よりも前記回転中心側の領域に形成されることを特徴とする請求項２に記載の回転子コア。
【請求項４】
前記空洞部は、
前記領域を径方向に二分する仮想線よりも前記外周側に形成されることを特徴とする請求項３に記載の回転子コア。
【請求項５】
前記磁石穴は、
略矩形状に形成され、
前記空洞部は、
前記磁石穴と対向する側面の少なくとも一部が、該磁石穴の側面に対して平行に形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の回転子コア。
【請求項６】
前記空洞部と前記磁石穴との間の最小間隔は、
前記磁石穴と前記外周との間の最小間隔以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の回転子コア。
【請求項７】
前記磁石穴は、
前記外周側へ向かって互いの間隔が広がるように配置され、径方向に対する磁極の向きが同じである２つの永久磁石がそれぞれ挿入される第１の磁石穴および第２の磁石穴を備え、
前記領域は、
前記第１の磁石穴と、該第１の磁石穴に隣接する他の前記磁石穴が備える前記第２の磁石穴とによって挟まれる領域であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の回転子コア。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一つに記載の回転子コアと、
前記回転子コアが備える前記磁石穴に対して挿入される永久磁石と
を備えることを特徴とする回転子。
【請求項９】
請求項８に記載の回転子と、
前記回転子の外周面と空隙を介して対向配置される固定子と
を備えることを特徴とする回転電機。
【請求項１】
周方向に並んで形成され、永久磁石が挿入される複数の磁石穴と、
前記複数の磁石穴のうち、互いに隣接し、かつ、径方向に対する磁極の向きが逆向きの永久磁石がそれぞれ挿入される２つの磁石穴によって挟まれる領域に対して形成される空洞部と
を備えることを特徴とする回転子コア。
【請求項２】
前記領域は、
前記２つの磁石穴の最も外周側に位置する点同士を結ぶ仮想線および最も回転中心側に位置する点同士を結ぶ仮想線と、前記２つの磁石穴とによって形成される領域であることを特徴とする請求項１に記載の回転子コア。
【請求項３】
前記空洞部は、
前記領域のうち、前記２つの磁石穴が最も近接する点同士を結んだ仮想線よりも前記回転中心側の領域に形成されることを特徴とする請求項２に記載の回転子コア。
【請求項４】
前記空洞部は、
前記領域を径方向に二分する仮想線よりも前記外周側に形成されることを特徴とする請求項３に記載の回転子コア。
【請求項５】
前記磁石穴は、
略矩形状に形成され、
前記空洞部は、
前記磁石穴と対向する側面の少なくとも一部が、該磁石穴の側面に対して平行に形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の回転子コア。
【請求項６】
前記空洞部と前記磁石穴との間の最小間隔は、
前記磁石穴と前記外周との間の最小間隔以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の回転子コア。
【請求項７】
前記磁石穴は、
前記外周側へ向かって互いの間隔が広がるように配置され、径方向に対する磁極の向きが同じである２つの永久磁石がそれぞれ挿入される第１の磁石穴および第２の磁石穴を備え、
前記領域は、
前記第１の磁石穴と、該第１の磁石穴に隣接する他の前記磁石穴が備える前記第２の磁石穴とによって挟まれる領域であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の回転子コア。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一つに記載の回転子コアと、
前記回転子コアが備える前記磁石穴に対して挿入される永久磁石と
を備えることを特徴とする回転子。
【請求項９】
請求項８に記載の回転子と、
前記回転子の外周面と空隙を介して対向配置される固定子と
を備えることを特徴とする回転電機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１０２６０５（Ｐ２０１３−１０２６０５Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４４６２１（Ｐ２０１１−２４４６２１）
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【特許番号】特許第４９９５９８３号（Ｐ４９９５９８３）
【特許公報発行日】平成２４年８月８日（２０１２．８．８）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【特許番号】特許第４９９５９８３号（Ｐ４９９５９８３）
【特許公報発行日】平成２４年８月８日（２０１２．８．８）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
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