JP2014082832A - ロータと、それを備える回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で、渦電流を防止して、鉄損失を抑制することで効率を向上する積層電磁鋼板で構成したロータコアの強度を向上することができるロータと、それを備える回転電機を提供する。
【解決手段】積層電磁鋼板で構成されるロータコア１１と、ロータコア１１の外周面１５の付近に、ロータコア１１の回転軸方向ｘに貫通するように複数設けられると共に、ロータコア１１の回転周方向に略等間隔に配置される磁石用孔１８ａと１８ｂ、磁石用孔１８ａと１８ｂに挿入又は圧入される永久磁石１３ａと１３ｂとを備え、非磁性材で形成し、少なくともロータコア１１の外周面１５ａと１５ｂを回転軸方向ｘに分割する補強板３０を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロータコアを積層電磁鋼板で構成し、簡易な構造で渦電流を防止して、鉄損失の抑制により効率を向上するロータと、それを備える回転電機に関する。

環境への影響を配慮して、ＥＶ（電気自動車）やＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車）などが年々増加している。また、車両の低燃費化に伴いパワーステアリングや冷却ポンプなどの補機類の電動化も進んでいる。

このため、車両における電力消費量は年々増加しており、電力を供給するオルタネータ（発電機）及びモータ（電動機）などの回転電機の高出力化が必須となっている。しかしながら、出力の高出力化に伴い装置を大きくすることは、車両への搭載性を悪化させるため、出力密度を高めること、及び高効率化を図ることが必要となっている。

これに対応するものに、クローポール型のロータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、中央部のシャフトに励磁コイルを巻き、永久磁石をクローポールとクローポールの間に周方向に磁極面（Ｎ極、Ｓ極）を向け、Ｎ極とＳ極が交互になるように、周方向に嵌め込む。

この方式はクローポール間の寸法精度を出すのが困難で、特に、高速回転時に、永久磁石を遠心力で飛び出さないようにすることが極めて困難であった。

一方、クローポール型のロータの代わりに、電磁鋼板を軸方向に積層したロータコアを用いるロータがある（例えば、特許文献２参照）。ここで、この積層電磁鋼板を用いたロータについて、図１２を参照しながら説明する。

図１２の（ａ）の断面図と（ｂ）の斜視断面図に示すように、ロータ１０Ｘは、図示しないステータの内側で回転するインナーロータ型で、且つロータ１０Ｘとステータの間のエアーギャップ（空隙）を回転の半径方向に配置したラジアルギャップ型のブラシレス回転電機のロータである。

ロータ１０Ｘは、シャフト（ロータ軸）Ｓ１とロータコア１１Ｘを備え、ロータコア１１Ｘを積層電磁鋼板で構成すると共に、励磁コイル１２Ｘ、永久磁石１３Ｘ、及び補強ピン１４を備える。このロータ１０Ｘは、ロータコア１１Ｘを積層電磁鋼板で構成することによって、前述のクローポール型のロータよりも簡易な構造で、渦電流を防止して、鉄損失を抑制することで効率を向上することができる。

しかしながら、積層電磁鋼板は強度が弱く、このロータコア１１Ｘに遠心力がかかると、図１２の（ａ）に示すように、ロータコア１１Ｘの外周面１５Ｘの中央部が膨らみ、破線のように変形する。そして、図中のＷＰで示す最弱部ＷＰに最も大きな力が加わり、この最弱部ＷＰが切れて、破損する。

特開２００５−０９４９７８号公報 特開２００９−２４００１３号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構造で、渦電流を防止して、鉄損失の抑制により効率を向上する積層電磁鋼板で構成されたロータコアの強度を向上することができるロータと、それを備える回転電機を提供することである。

上記の目的を解決するための本発明のロータは、積層電磁鋼板で構成されるロータコアと、前記ロータコアのステータと対向する対向面の付近に、回転軸方向に貫通するように複数設けられると共に、回転周方向に配置される磁石用孔と、前記磁石用孔に挿入又は圧入される永久磁石とを備えるロータにおいて、非磁性材で形成し、前記対向面を回転軸方向に分割する補強板を備えて構成される。

この構成によれば、積層電磁鋼板で構成したロータコアにかかる遠心力による変形、又はその変形による破損を補強板によって補強することができる。特に、遠心力の影響が大きいロータコアの回転軸方向の中央部に補強板を備えると、その中央部の膨らみを補強板が押さえ込むので、ロータコアの変形を抑制することができ、ロータコアで最も強度の弱い角部の破損を防ぐことができる。

これにより、電動機や発電機などの回転電機に、上記の補強された積層電磁鋼板で構成されるロータコアを用いると、簡易な構造で、渦電流を防止して、鉄損失の抑制により効率を向上することができる。

なお、積層電磁鋼板とは、電気エネルギーと磁気エネルギーの変換効率が高い鋼板であり、鉄損が低い鋼板の一枚一枚の表面に絶縁皮膜を処理し、電気を流さないようにしてから、回転軸方向に積層したものであり、例えば、鉄に珪素を添加することにより製造できる珪素鋼板などのことである。また、非磁性材料とは、磁化されないため、磁界の影響を受けない金属材料のことであり、例えば、強化アルミニウム、又はオーステナイト系ステンレスなどのことである。

また、上記のロータにおいて、前記対向面を前記ロータコアの外周面とし、円環状に形成した前記補強板が前記対向面と前記磁石用孔と前記永久磁石とを回転軸方向に分割すると、インナーロータ式の回転電機のロータの強度を向上することができる。

加えて、上記のロータにおいて、円環状に形成した前記補強板の内周面の半径を、前記ロータコアのロータ軸の外周面の半径以上になるように形成し、前記補強板を、回転軸方向に分割した前記ロータコアで挟持すると、円環状の補強板の幅を広くすることができ、遠心力に対する強度を増すことができる。

例えば、補強板の内周面の内径を小さくして、補強板をロータ軸の外周面まで伸ばしたものや、永久磁石を挿入した外周面の近傍とロータ軸の外周面との中間まで伸ばしたものを、軸方向に分割したロータコアで狭持して、ロータコアの回転軸方向の中央部を補強することができる。

さらに、上記のロータにおいて、前記対向面の付近に、回転軸方向に貫通するように複数設けられると共に、回転周方向に略等間隔に、且つ前記磁石用孔の間に配置される補強ピン用孔と、前記補強ピン用孔に挿入される補強ピンを備え、円環状に形成した前記補強板に前記補強ピンが挿通する挿通孔を備えると、上記の作用効果に加えて、補強ピンで回転軸方向に積層した電磁鋼板の剥離を防止すると共に、磁気を通さないようにすることができる。

この補強ピンは、好ましくは非磁性材料で形成するとよいが、Ｓ２０Ｃなどの鉄材で形成する場合には、渦電流の発生を懸念してできるだけ細く形成するとよい。なお、ロータコアに備えた全ての補強ピンの断面積の合計の値を、ロータ軸の断面積以上にすると、より磁気漏れを防ぐことができる。

その上、上記のロータにおいて、前記挿通孔の内径を前記補強ピン用孔の外径よりも大きくすると共に、前記補強ピンの前記挿通孔の近傍の外径を前記挿通孔の内径と略等しくすると、補強ピンの全長に渡って細くして、渦電流の発生を抑制すると共に、補強ピンに磁束が軸方向に流れ易くすることができる。これにより、励磁コイルから発生した磁束を通しやすくすることができる。

また、上記の目的を解決するための本発明の回転電機は、上記に記載のいずれかのロータを備えて構成される。この構成によれば、強度が向上した積層電磁鋼板で構成されたロータコアを用いることで、車両への搭載性を悪化することなく、出力密度を高めると共に、高効率化を図ることができる。

なお、電動機や発電機などの回転電機は、インナーロータ式、又はアウターロータ式のどちらでも適用することができ、加えて、ラジアルギャップ方式、又はアキシャルギャップ方式のどちらでも適用することができる。

さらに、上記の回転電機において、上記に記載の回転電機を、インナーロータ式、且つラジアルギャップ方式であるブラシレス回転電機で形成することが好ましい。

本発明によれば、簡易な構造で、渦電流を防止して、鉄損失の抑制により効率を向上する積層電磁鋼板で構成したロータコアの強度を向上することができる。これにより、回転電機の車両への搭載性を悪化することなく、出力密度を高めると共に、高効率化を図ることができる。

本発明に係る第１の実施の形態のロータを備える回転電機を示した平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面を示す断面図である。 図２の補強板を示す平面図である。 本発明に係る第２の実施の形態のロータを備える回転電機を示した断面図である。 本発明に係る第３の実施の形態のロータを備える回転電機を示した断面図である。 図５の補強板を示し、（ａ）と（ｂ）はそれぞれ別のパターンの補強板の平面図である。 本発明に係る第４の実施の形態のロータを備える回転電機を示した断面図である。 図７の補強ピンと補強板を示し、（ａ）は補強ピンの斜視図であり、（ｂ）は補強板の平面図である。 本発明に係る第５の実施の形態のロータを備える回転電機を示した断面図である。 図９の補強ピンと補強板を示し、（ａ）は補強ピンの斜視図であり、（ｂ）は補強板の平面図である。 本発明に係る第６の実施の形態のブラシレス回転電機を示した断面図である。 従来技術の回転電動機のロータを示し、（ａ）はロータの断面図であり、（ｂ）はロータの斜視断面図である。

以下、本発明に係る実施の形態のロータとそれを備える回転電機について、図面を参照しながら説明する。なお、図面に関しては、構成が分かり易いように寸法を変化させており、各部材、各部品の板厚や幅や長さなどの比率も必ずしも実際に製造するものの比率とは一致させていない。

まず、本発明に係る第１の実施の形態のロータを備える回転電機について、図１〜図３を参照しながら説明する。ここで、図２に示すように、回転電機の回転軸方向をｘとし、回転半径方向をｙとする。

図１〜図３に示すモータ（回転電機）１のロータ（回転子）１０は、図１２に示す従来技術のロータ１０Ｘのステータ２０に対向する対向面である外周面１５Ｘを回転軸方向ｘに分割する、好ましくは外周面１５Ｘに加えて磁石用孔１８Ｘと永久磁石１３Ｘも回転軸方向ｘに分割するように、新たに図３に示す補強板３０を、図２に示すように備えることにより、ロータコア（回転子鉄心）１１の強度を向上することができる。

詳しくは、図３に示す非磁性材料で形成された円環状の補強板３０を、図２に示すように、ロータコア１１の中央部の外周面１５ａと１５ｂの間に、好ましくは外周面１５ａと１５ｂに加えて、磁石用孔１８ａと１８ｂ、且つ永久磁石１３ａと１３ｂのそれぞれの間に配置し、接合する。

この構成によれば、ロータ１０が回転したときに発生する遠心力による積層電磁鋼板で構成されたロータコア１１の外周面１５ａと１５ｂの変形を抑制することができる。これにより、積層電磁鋼板で構成したロータコア１１の強度を向上することができる。

また、この補強板３０は、図３に示すように、積層電磁鋼板の剥離を抑制し、且つ磁気漏れを防ぐことができる補強ピン１４が挿通する挿通孔３１を備える。これにより、補強ピン１４の効果をそのままに、ロータコア１１の強度を向上することができる。

このロータ１０及び、そのロータ１０を備えるモータ１について、さらに詳しく説明する。図１と図２に示すように、このモータ１は、シャフト（回転軸）Ｓ１に固定されたロータ１０とステータ（固定子）２０とを備える。また、ロータ１０は、ロータコア１１、励磁コイル１２、永久磁石１３ａと１３ｂ、及び補強ピン１４を備え、ステータ２０は、ステータコア（固定子鉄心）２１、ティース部２２、及びコイル２３を備える。

このモータ１は、シャフトＳ１の回りに励磁コイル１２を巻き、その外側の円筒状のロータコア１１に永久磁石１３ａと１３ｂを回転半径方向、磁極面を回転周方向で互いに同極が向き合うように挿入し、内側の励磁コイル１２と外側の永久磁石１３ａと１３ｂが磁気的に繋がるようにして、励磁コイル１２の電流を変化させることにより、ロータ１０からステータ２０に入る磁束量を変化させて効率を向上することができる。

ロータコア１１は、回転軸方向ｘに積層した電磁鋼板（以下、積層電磁鋼板という）から構成され、円筒部１６と、円筒部１６の両端部で中心から放射状に複数配置されたアーム（支持部）１７とを備える。円筒部１６には、磁石用孔１８ａ及び１８ｂと、補強ピン用孔１９とをそれぞれを交互に、回転軸方向ｘに貫通するように、且つ回転の周方向に略等間隔に配置する。

このとき、一方の端部に設けられるアーム１７の数は、特に限定しないが、一方の端部に設けられた全てのアーム１７の断面積の合計の値を、シャフトＳ１の断面積以上にすると、ロータ１０を回転させたときに、ロータ１０から漏れる磁気を低減することができる。

ここで積層電磁鋼板について補足する。電磁鋼板とは、電気エネルギーと磁気エネルギーの変換効率が高い鋼板であり、鉄損（磁化したときに鉄が消費するエネルギー）を低下することができるものである。この電磁鋼板の一枚一枚表面に絶縁皮膜を処理し、電気を通電しないように加工し、ロータ１０の回転軸方向ｘに積層したものが積層電磁鋼板である。

その積層電磁鋼板でロータコア１１を構成することで、渦電流を防止して、鉄損失の抑制により効率を向上することができる。この積層電磁鋼板は、例えば、鉄に珪素を添加することによって製造できる珪素鋼板などを用いる。この実施の形態では、電磁鋼板を回転軸方向ｘに積層して、遠心力による剥離を防止している。

補強ピン１４は、ロータコア１１の補強ピン用孔１９と、補強板３０の挿通孔３１に挿入又は圧入されるロータコア１１の補強部材であり、回転軸方向ｘに積層した電磁鋼板の剥離を防ぐことができる。また、ロータ１０が回転したときに、ロータ１０から漏れる磁気を低減することもできる。特に、補強板３０の挿通孔３１の近傍の全ての補強ピン１４の断面積の合計の値を、シャフトＳ１の断面積以上にすると、効果的に回転半径方向ｙへの磁気漏れを防ぐことができる。

補強板３０は、図３に示すように、円環状の非磁性材料で形成される。ここでいう非磁性材料とは、磁化されず、したがって磁界の影響を受けない金属材料のことであり、例えば、強化アルミニウム、又はオーステナイト系ステンレスなどのことである。補強板３０は、ロータコア１１の強度の向上を目的としており、そのため、補強板３０の用いる非磁性材料は強度と靱性に優れたものが好ましい。

ここで、図２及び図３において、補強板３０の内周面の半径をＲ１、補強板３０の外周面の半径をＲ２、補強板３０の円環の幅をＨ１、及び挿通孔３１の直径をＤ１とする。また、シャフトＳ１の半径をＲ３、及び補強ピン１４の直径をＤ２とする。

図２と図３に示すように、補強板３０が少なくともロータコア１１の外周面１５ａと１５ｂを回転軸方向ｘに分割するように、補強板３０の外周面の半径Ｒ２をロータコア１１の外周面１５ａと１５ｂの半径以上にする。また、補強板３０がロータコア１１の外周面１５ａ及び１５ｂに加えて、磁石用孔１８ａ及び１８ｂと、永久磁石１３ａ及び１３ｂを回転軸方向ｘに分割するように、補強板３０の円環の幅Ｈ１を設定する。

その補強板３０の円環の幅Ｈ１が広ければより遠心力に対しての強度を向上することができるため、補強板３０の内周面の半径Ｒ１は、シャフトＳ１の半径Ｒ３以上とする。加えて、挿通孔３１の直径Ｄ１は、補強ピン１４が挿通可能な大きさであり、補強ピン１４の直径Ｄ２以上とする。この挿通孔３１の直径Ｄ１を大きくすると、非磁性材料によって抑制されていたその部分の回転軸方向ｘの磁束の流れを良くすることができるので、励磁コイル１２から発生した磁束を通し易くすることができる。

このモータ１は、図１〜図３に示すように、ロータ１０の外側にステータ２０を配置するインナーロータ式であり、且つロータ１０とステータ２０の間のエアーギャップ（空隙）ＡＧ１を、回転半径方向（ラジアル方向）ｘに配置したラジアルギャップ方式のブラシレスＤＣモータであり、ステータ２０にコイル２３を、及びロータ１０に永久磁石１３ａと１３ｂをそれぞれ配置し、コイル２３の電流を永久磁石１３ａと１３ｂの回転角に応じて、図示しないコントローラ（制御装置）で切り換えて回転制御している。

また、励磁コイル１２に逆電流を流すことで、ロータ１０から出てくる磁束の量を減らすことができる。加えて、内側の励磁コイル１２と外側の永久磁石１３ａと１３ｂとで性能を上げることができ、励磁コイル１２の電流を変化（逆電流も含む）させることにより、モータ１の効率を向上することができる。発電機として使用する場合には、低速で発電量を増大させ、中高速で発電量を減らすことができる。

上記の構成によれば、簡易な構造で、渦電流を防止して、鉄損失の抑制により効率を向上することができるロータ１０の積層電磁鋼板で構成されたロータコア１１を、補強板３０で補強することができ、ロータコア１１の強度を向上することができる。特に、この実施の形態のように、ロータコア１１の回転軸方向ｘの略中央部に補強板３０を配置すると、ロータコア１１の回転により発生する遠心力によるロータコア１１の外周面１５ａと１５ｂの変形を押さえ込むことができ、より強度を向上することができる。

次に、本発明に係る第２の実施の形態のロータを備える回転電機について、図４を参照しながら説明する。このモータ２のロータ４０は、図２に示す第１の実施の形態のロータ１０の補強板３０と同様の構成の補強板４１ａ、４１ｂ、及び４１ｃを、図４に示すように、ロータコア１１の中央部だけではなく、ロータコア１１の両端部にも備える構成である。

この構成によれば、ロータコア１１の両側にも補強板４１ｂと４１ｃを備えることで、ロータコア１１の全長が長くなるが、より強度を向上することができる。

次に、本発明に係る第３の実施の形態のロータを備える回転電機について、図５と図６を参照しながら説明する。なお、第１の実施の形態と同一の構成や半径などは、同一の符号を用いることとする。

このモータ３のロータ５０は、図２に示す第１の実施の形態のロータ１０の補強板３０に換えて、図６の（ａ）に示す補強板６０を備え、その補強板６０を、図５に示すように、回転軸方向ｘに分割された第１ロータコア５１ａと第２ロータコア５１ｂとで狭持している。

第１ロータコア５１ａは、円筒部５６ａとアーム５７ａとから構成され、励磁コイル５２ａ、永久磁石５３ａ、補強ピン５４、外周面５５ａ、磁石用孔５８ａ、及び補強ピン用孔５９ａを備える。第２ロータコア５１ｂも略同様の構成のため説明は省略する。

ここで、補強板６０の内周面の半径をＲ４とすると、この補強板６０は、補強板６０の内周面の半径Ｒ４をシャフトＳ１の外周面の半径Ｒ３と同一にすることで、補強板６０の幅Ｈ２を、第１の実施の形態の幅Ｈ１よりも広くすることができ、ロータ５０の回転軸方向ｘの中央部の遠心力に対する強度を増大することができる。

また、回転軸方向ｘに第１ロータコア５１ａと第２ロータコア５１ｂとに分割されているが、第１ロータコア５１ａと補強板６０と第２ロータコア５１ｂとを周知の技術で接合すると共に、第１ロータコア５１ａと補強板６０と第２ロータコア５１ｂとを貫通する補強ピン５４により、その接合を補強することができる。

この補強板６０は、図６の（ａ）に示すように、補強板６０の内周面の半径Ｒ４を小さ
くして、その内周面をシャフトＳ１の外周面まで伸ばしたものである。よって、補強板６０の円環の幅Ｈ２が広くなった分、第１の実施の形態の補強板３０よりも重くなるので、図６の（ｂ）に示すように、補強板６０に軽量孔６２を備えると、その分、補強板６０を軽量化することができ、効率を低下することなく維持することができる。

なお、第２の実施の形態のように、この補強板６０をロータコア５１ａ及び５１ｂの前後に設け、さらに強度を向上することもできる。

次に、本発明に係る第４の実施の形態のロータを備える回転電機について、図７と図８を参照しながら説明する。このモータ４のロータ７０は、図５に示す第３の実施の形態の補強ピン５４に換えて、図８の（ａ）に示す補強ピン７１を、図７に示すように備えると共に、図５に示す第３の実施の形態の補強板６０に換えて、図８の（ｂ）に示す、より直径の大きい挿通孔７５を有する補強板７４を、図７に示すように備える。

この補強ピン７１は、図８の（ａ）に示すように、直径Ｄ２のピン部７２と、直径Ｄ３の磁束流通部７３とを備える。また、この補強板７４は、図８の（ｂ）に示すように、挿通孔７５の直径Ｄ４を、図６の（ａ）に示す挿通孔６１の直径Ｄ１よりも大きく、好ましくは磁束流通部７３の直径Ｄ３と略同じに形成する。

前述したように、補強板７４の挿通孔７５の近傍の全ての補強ピン７１の断面積の合計の値をシャフトＳ１の断面積以上に設定することで、ロータ７０を回転させたときに発生する回転半径方向ｙの磁気漏れを防ぐことができる。しかし、挿通孔７５の直径Ｄ４を、第１又は第２の実施の形態の補強ピンの直径よりも大きくすると共に、補強ピン７１のピン径の全長を大きくすると、渦電流の発生する恐れがあるため、補強板７４の挿通孔７５の近傍以外はピン径が細い方が好ましい。

そこで、図７に示すように、この補強板７４に設けた補強ピン７１を挿通する挿通孔７５の直径Ｄ４を直径Ｄ２よりも大きくし、且つ補強ピン７１に直径Ｄ３の磁束流通部７３を備えることで、渦電流を発生することなく、両側（回転軸方向ｘの左右の流れ）の磁束の流れを良くすることができ、この磁束の流れにより、励磁コイル５２ａと５２ｂから発生した磁束を通し易くすることができる。

次に、本発明に係る第５の実施の形態のロータを備える回転電機について、図９と図１０を参照しながら説明する。このモータ５のロータ８０は、図５に示す第３の実施の形態の補強ピン５４に換えて、補強ピン５４の直径Ｄ２よりも小さい、図１０の（ａ）に示す直径Ｄ５の補強ピン８１を複数備え、また、図５に示す第３の実施の形態の補強板６０に換えて、図１０の（ｂ）に示す内周面の半径Ｒ３よりも大きい内周面の半径Ｒ５の、且つ円環状の幅Ｈ２よりも狭く、補強板３０の円環状の幅Ｈ１よりも広い幅Ｈ３の補強板８３を備える。加えて、図５の第３の実施の形態の補強ピン用孔５９ａと５９ｂに換えて、補強ピン用孔５９ａと５９ｂの直径よりも大きい、図９に示す直径Ｄ７の補強ピン用孔８２ａ及び８２ｂとを備える。

この補強板８３は、図１０の（ｂ）に示すように、第１の実施の形態の挿通孔の直径Ｄ１よりも大きな直径Ｄ６の挿通孔８４を備え、補強板８３の内周面はシャフトＳ１の外周面と永久磁石５３ａと５３ｂの内側の略中間に配置される。この補強板８３の円環の幅Ｈ３は、第１の実施の形態の幅Ｈ１よりも広く、また、第３の実施の形態の幅Ｈ２よりも狭い。

この構成によれば、補強ピン用孔８２ａと８２ｂの直径Ｄ７を大きくすることで、ロータ８０が回転したときの磁気漏れを低減すると共に、複数の細い補強ピン８１を挿入又は
圧入することで、渦電流の発生を抑制することができる。

また、補強板８３の幅Ｈ３が第１の実施の形態の幅Ｈ１よりも広く、また、第３の実施の形態の幅Ｈ２よりも狭いことで、ロータ８０の強度を向上すると共に、軽量化も図ることができる。

上記の第１〜第５の実施の形態のロータ１０、４０、５０、７０、及び８０と、補強板３０、４１ａ〜４１ｃ、６０、７４、及び８３の組み合わせについては、上記に限定しない。例えば、第１の実施の形態の補強ピン１４に換えて、第５の実施の形態の直径Ｄ３の補強ピン８１を複数備えることもできる。

上記のモータ１〜５は、強度が向上した積層電磁鋼板で構成されたロータ１０、４０、５０、７０、及び８０を用いることで、簡易な構造で、渦電流を防止して、鉄損失を抑制することができるので、車両への搭載性を悪化することなく、出力密度を高めると共に、高効率化を図ることができる。

なお、上記の実施の形態では、インナーロータ式、且つラジアルギャップ方式のブラシレスＤＣモータを例に説明したが、例えば、本発明は、アウターロータ式のモータ（電動機）、又はオルタネータ（発電機）や、アキシャルギャップ方式のモータ、又はオルタネータなどにも適用することができる。また、ステータコア２１も積層電磁鋼板で構成するとよい。

次に、本発明に係る第６の実施の形態のブラシレス回転電機について、図１１を参照しながら説明する。このモータ１００は、ロータ１０１、ステータ２０、ヨーク１０２ａと１０２ｂ、フロントカバー１０３、リヤカバー１０４、ケース１０５、リアベアリング１０６、パイロットベアリング１０７、ボルト１０８、メインベアリング１０９、固定シャフトＳ２、及びギヤＧ（プーリなどの出力軸であればよい）を備える、両持ち構造のブラシレスモータである。

このモータ１００は、ロータ１０１の外側にステータ２０を配置し、ロータ１０１の内側にヨーク１０２ａ及び１０２ｂと配置する。ここでいう、ヨーク１０２ａと１０２ｂは、磁石が持つ吸着力を増幅するための軟鉄版のことである。磁力線は磁性体に透入すると、磁性体の両端に集中する性質があり、この性質を利用し、その磁石の持っているＮ極とＳ極を近づけるように組み合わせ、吸着力あるいは吸引力を増大させることができる。

このヨーク１０２ａは、ロータコア１１１ａの回転軸方向ｘの後方から、ステータ２０に対向する外周面１１５ａの反対側となる内周面１１６ａに圧入され、また、ヨーク１０２ｂは、ロータコア１１１ｂの回転軸方向ｘの前方から、ステータ２０に対向する外周面１１５ｂの反対側となる内周面１１６ｂに圧入される。

また、このヨーク１０２ａと固定シャフトＳ２との間、及びヨーク１０２ｂと固定シャフトＳ２との間は共に、エアーギャップＡＧ２を形成する。さらに、ロータ１０１と、ヨーク１０２ａ及び１０２ｂからなる回転体１１０が固定シャフトＳ２に非接触で回転可能になるように、ヨーク１０２ａをリアベアリング１０６で、ヨーク１０２ｂをパイロットベアリング１０７でそれぞれ支持する。加えて、励磁コイル１１２ａと１１２ｂを、固定シャフトＳ２に固定する。このとき、励磁コイル１１２ａ及び１１２ｂと、回転体１１０とは、非接触とする。

このモータ１００は、励磁コイル１１２ａと１１２ｂを固定シャフトＳ２に固定すると共に、ヨーク１０２ａと１０２ｂをロータコア１１１の両端部（励磁コイル１１２ａと１
１２ｂの回転軸方向ｘの前後）にそれぞれ圧入することにより、内側の励磁コイル１１２ａ及び１１２ｂと、外側の永久磁石１１３ａ及び１１３ｂと、ヨーク１０２ａ及び１０２ｂとが磁気的に繋がるようにして、励磁コイル１１２ａ及び１１２ｂの電流を変化させることにより、ロータ１０１からステータ１０２に入る磁束量を変化させて効率を向上することができる。

励磁コイル１１２ａと１１２ｂの磁束は、固定シャフトＳ２、エアーギャップＡＧ２、ヨーク１０２ａと１０２ｂ、積層電磁鋼板で構成したロータコア１１１ａと１１１ｂ、エアーギャップＡＧ１、ステータ２０、エアーギャップＡＧ１、積層電磁鋼板で構成したロータコア１１１ａと１１１ｂ、ヨーク１０２ａと１０２ｂ、及び永久磁石１１３ａと１１３ｂの順に流れる。

ヨーク１０２ａ及び１０２ｂと、固定シャフトＳ２の間にエアーギャップＡＧ２があるため励磁コイル１１２ａと１１２ｂに電気を流さないとき、ロータ１０１から出る磁束の量が少ない。このとき、励磁コイル１１２ａと１１２ｂに逆電流を流すことで、永久磁石１１３ａと１１３ｂの磁束を固定シャフトＳ２の両端部に流すことができるので、ロータ１０１から外へ流れ出る磁束を少なくするように、磁束の流れを制御することができる。これにより、モータ１００の効率をより向上することができる。

また、このモータ１００の固定シャフトＳ２を、出力側の反対側（ギヤＧの反対側）になるリヤカバー１０４にボルト１０８で固定すると共に、フロントカバー１０３とリヤカバー１０４を図示しない細いボルトで数箇所連結して、固定する。このフロントカバー１０３とリヤカバー１０４で、ロータ１０１、ステータ２０、ヨーク１０２ａと１０２ｂ、及び固定シャフトＳ２を囲って、ケース１０５に固定する。

さらに、ロータ１０１と、ヨーク１０２ａ及び１０２ｂからなる回転体１１０を、固定シャフトＳ２回りの回転軸方向ｘの後方のリアベアリング１０６と、回転軸方向ｘの前方のパイロットベアリング１０７で支える。その上、前方のヨーク１０２ｂを、フロントカバー１０３に対してメインベアリング１０９で支え、且つ後方のヨーク１０２ａをリヤカバー１０４に固定した固定シャフトＳ２に支える。

これにより、ロータ１０１と、ヨーク１０２ａ及び１０２ｂからなる回転体１１０を固定シャフトＳ２の前方と後方の両端で支持する、所謂両持ち構造で支持することができるので、モータ１００の剛性を高めることができる。これにより、回転しているときのロータ１０１のがたつきや歪みを起因とするギヤＧのがたつきや歪みを抑制すると共に、モータ１００の破損などを抑制することができる。

そして、積層電磁鋼板で構成したロータコア１１１を補強するために、第１〜第６の実施の形態の補強板３０、４１ａ〜４１ｃ、６０、７４、又は８３のどれか一つと同様の構成を有する補強板１２０を用いる。このロータ１０１は、ロータコア１１１ａと１１１ｂ、励磁コイル１１２Ａと１１２ｂ、永久磁石１１３ａと１１３ｂ、補強ピン１１４を備えると共に、補強ピン１１４の挿通する挿通孔１２１を有する補強板１２０を備える。

この補強板１２０が、ロータコア１１１の回転軸方向ｘの略中央部を押さえ込むので、積層電磁鋼板で構成されたロータコア１１１に遠心力が作用しても、その中央部が変形することを抑制することができる。これにより、簡易な構造で、モータ１００の渦電流を防止して、鉄損失を抑制することで効率を向上することができる。

この構成によれば、ロータ１０１に補強板１２０を備え、且つロータ１０１を両持ち構造にすることで、モータ１００の剛性を上げることができる。加えて、ロータコア１１１
ａと１１１ｂを積層電磁鋼板で構成し、且つ励磁コイル１１２ａ及び１１２ｂと、ヨーク１０２ａ及び１０２ｂにより、ロータ１０１から外に出る磁束を低減することができるので、効率を上げることができる。

なお、ロータ１０１については、補強ピン１１４と補強板１２０の組み合わせも含めて、第１〜第５の実施の形態で説明したもののいずれかを用いることとする。例えば、第１の実施の形態のように、励磁コイルを回転軸方向ｘに分割しないものや、第５の実施の形態の直径Ｄ３の補強ピン８１を複数備えるものを用いることができる。

また、実施の形態では、固定シャフトＳ２とリヤカバー１０４との固定を、一本のボルト１０８で固定したが、複数本のボルトで固定してもよく、その固定方法は限定しない。加えて、ギヤＧをヨーク１０２ｂの回転軸方向ｘの前方側の端部にねじ込んで固定するものを用いたが、回転体１１０に固定することができればよい。

さらに、この実施の形態では、回転電機として、両持ち構造のブラシレスのモータ１００として説明したが、例えば、両持ち構造のブラシレスのオルタネータとして用いることができる。

本発明のロータは、簡易な構造で、渦電流を防止して、鉄損失を抑制することで効率を向上することができる積層電磁鋼板で構成されたロータコアの強度を向上することができるので、特に車両に搭載する電動機や発電機などの回転電機に利用することができる。

１〜５、１００ モータ（回転電機）
１０、４０、５０、７０、８０ ロータ
１１、５１ａ、５１ｂ ロータコア
１２、５２ａ、５２ｂ 励磁コイル
１３、５３ａ、５３ｂ 永久磁石
１４、５４、７１、８１ 補強ピン
１５ａ、１５ｂ、５５ａ、５５ｂ 外周面
１６、５６ａ、５６ｂ 円筒部
１７、５７ａ、５７ｂ アーム
１８ａ、１８ｂ、５８ａ、５８ｂ 磁石用孔
１９、５９ａ、５９ｂ 補強ピン用孔
２０ ステータ
３０、６０、７４、８３ 補強板
３１、６１、７５、８４ 挿通孔

Claims (7)

1. 積層電磁鋼板で構成されるロータコアと、前記ロータコアのステータと対向する対向面の付近に、回転軸方向に貫通するように複数設けられると共に、回転周方向に配置される磁石用孔と、前記磁石用孔に挿入又は圧入される永久磁石とを備えるロータにおいて、
   非磁性材で形成し、前記対向面を回転軸方向に分割する補強板を備えることを特徴とするロータ。
2. 前記対向面を前記ロータコアの外周面とし、
   円環状に形成した前記補強板が前記対向面と前記磁石用孔と前記永久磁石とを回転軸方向に分割することを特徴とする請求項１に記載のロータ。
3. 円環状に形成した前記補強板の内周面の半径を、前記ロータコアのロータ軸の外周面の半径以上になるように形成し、
   前記補強板を、回転軸方向に分割した前記ロータコアで挟持することを特徴とする請求項１又は２に記載のロータ。
4. 前記対向面の付近に、回転軸方向に貫通するように複数設けられると共に、回転周方向に略等間隔に、且つ前記磁石用孔の間に配置される補強ピン用孔と、前記補強ピン用孔に挿入される補強ピンを備え、
   円環状に形成した前記補強板に前記補強ピンが挿通する挿通孔を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータ。
5. 前記挿通孔の内径を前記補強ピン用孔の外径よりも大きくすると共に、前記補強ピンの前記挿通孔の近傍の外径を前記挿通孔の内径と略等しくすることを特徴とする請求項４に記載のロータ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のロータを備えることを特徴とする回転電機。
7. 請求項６に記載の回転電機が、インナーロータ式かつラジアルギャップ方式であるブラシレス回転電機であることを特徴とする回転電機。

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