JP6848135B1

JP6848135B1 - ロータ

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Publication number: JP6848135B1
Application number: JP2020569914A
Authority: JP
Inventors: 秀範内田
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2020-09-18
Filing date: 2020-09-18
Publication date: 2021-03-24
Anticipated expiration: 2040-09-18
Also published as: WO2022059199A1; JPWO2022059199A1

Abstract

本実施形態のロータのロータコアは、第１永久磁石が挿入される第１孔と、第２永久磁石が挿入される第２孔と、第１孔と第２孔との間に位置する空孔と、を有し、第１永久磁石及び第２永久磁石の各々はｄ軸に最も接近した第１点とロータコアの最も内周側の第２点とを有し、空孔はｄ軸と交差し、空孔の内壁とｄ軸との距離は第１点同士を結んだ直線と第２点同士を結んだ直線との間の区間においてロータコアの内周に近づくにしたがって単調に増加し、空孔の内壁のうちロータコアの最も内周側の点は第１孔の内壁のうちロータコアの最も内周側の点よりも内周側に位置し、空孔の内壁のうちｄ軸から第１永久磁石側に最も離れた点は第１孔の内壁のうち第１点よりもｄ軸側の部分においてロータコアの最も内周側の点よりｄ軸側に位置している。

Description

本発明の実施形態は、ロータに関する。

円筒形状のステータと、ステータの内側において回転自在に支持されたロータとを備え、ステータによって発生される回転磁界によってロータを回転させる回転電機が知られている。また、回転電機に関して、ロータの軽量化あるいは漏れ磁束を抑制するために、ロータコアに空孔を形成する技術も知られている。また、空孔に非磁性体の充填材が充填される技術も知られている。

特開２０１８−８５８１９号公報

本実施形態の目的は、磁束漏れを低減するとともに強度の低下を抑制することが可能なロータを提供することにある。

本実施形態のロータは、
略円筒状のロータコアと、前記ロータコアにおいて磁極を構成する第１永久磁石及び第２永久磁石と、を備え、前記ロータコアは、前記第１永久磁石が挿入される第１孔と、前記第２永久磁石が挿入される第２孔と、前記第１孔と前記第２孔との間に位置する空孔と、前記第１孔及び前記第２孔よりも外周側の第１コア部と、前記第１孔及び前記第２孔よりも内周側の第２コア部と、前記第１孔と前記空孔との間において前記第１コア部と前記第２コア部とを接続する第１ブリッジと、前記第２孔と前記空孔との間において前記第１コア部と前記第２コア部とを接続する第２ブリッジと、を有し、前記ロータコアの中心軸と前記磁極の周方向の中心とを通る軸をｄ軸とすると、前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石の各々は、前記ｄ軸に最も接近した第１点と、前記ロータコアの最も内周側の第２点と、を有し、前記空孔は、前記ｄ軸と交差し、前記空孔の内壁と前記ｄ軸との距離は、前記第１点同士を結んだ直線と前記第２点同士を結んだ直線との間の区間において、前記ロータコアの内周に近づくにしたがって単調に増加し、前記空孔の内壁のうち前記ロータコアの最も内周側の点は、前記第１孔の内壁のうち前記ロータコアの最も内周側の点よりも内周側に位置し、前記空孔の内壁のうち前記ｄ軸から前記第１永久磁石側に最も離れた点は、前記第１孔の内壁のうち前記第１点よりも前記ｄ軸側の部分において前記ロータコアの最も内周側の点より前記ｄ軸側に位置している。

図１は、本実施形態の回転電機１の断面図である。図２は、図１に示した回転電機１に適用可能なロータ３のＡ−Ｂ線に沿った横断面図である。図３は、図２に示したロータ３のうち、１磁極分のロータコア３２を拡大して示す横断面図である。図４は、図１に示した回転電機１に適用可能なロータ３の他の構成例を示す横断面図である。図５は、図１に示した回転電機１に適用可能なロータ３の他の構成例を示す横断面図である。図６は、図１に示した回転電機１に適用可能なロータ３の他の構成例を示す横断面図である。図７は、図１に示した回転電機１に適用可能なロータ３の他の構成例を示す横断面図である。図８は、図１に示した回転電機１に適用可能なロータ３の他の構成例を示す横断面図である。

以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、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、実際の態様に比べて、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一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

図１は、本実施形態の回転電機１の断面図である。
本実施形態の回転電機１は、埋め込み永久磁石型（ＩＰＭ：ＩｎｔｅｒｉｏｒＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔ）回転電機として構成され、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。回転電機１は、略円筒状のステータ２と、永久磁石が埋設された略円筒状のロータ３と、ステータ２及びロータ３を収容するハウジング１０と、ハウジング１０に固定されるカバー１１と、を備えている。

ステータ２は、円筒形状のステータコア２１と、ステータコア２１に装着された巻線２２と、を備えている。ステータコア２１は、磁性材、例えば、円環状の電磁鋼板を多数枚、同芯状に積層した積層体として構成されている。ハウジング１０は、略円筒状の内周面１０Ａを有している。ステータコア２１は、内周面１０Ａに固定されている。なお、ステータ２の構造は、特に制限されるものではなく、一般的な構造を広く採用することができる。

ロータ３は、ステータ２の内側に位置し、ステータ２との間に僅かな隙間（エアギャップ）をおいて配置されている。ロータ３は、シャフト３１と、略円筒状のロータコア３２と、図１に図示されていない永久磁石と、を備えている。シャフト３１及びロータコア３２は、中心軸Ｃを中心として回転可能に構成されている。

シャフト３１には、ベアリング４１及び４２が取り付けられている。ベアリング４１及び４２は、ハウジング１０及びカバー１１によって固定されている。シャフト３１は、ベアリング４１及び４２を介して、中心軸Ｃの周りで回転自在にハウジング１０及びカバー１１に支持されている。なお、図示した例は、シャフト３１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。

ロータコア３２は、磁性材、例えば、ケイ素鋼などの円環状の電磁鋼板を多数枚、同芯状に積層した積層体として構成されている。ロータコア３２の外周面３２Ｓは、僅かな隙間をおいて、ステータ２の内周面２Ｓに対向している。ロータコア３２は、その中心部に、中心軸Ｃと同軸的に形成された孔３２Ｈを有している。孔３２Ｈは、ロータコア３２を軸方向に貫通している。シャフト３１は、孔３２Ｈに圧入され、ロータコア３２と同軸的に延在している。

なお、本明細書において、軸方向とは、図１に示したシャフト３１あるいは中心軸Ｃが延びる方向に相当する。また、後述する径方向とは、中心軸Ｃと直交する横断面において、中心軸Ｃとロータコア３２の外周面３２Ｓとを結ぶ直線が延びる方向に相当し、周方向とは、横断面において、ロータ３の円周に沿った方向に相当する。

図２は、図１に示した回転電機１のうちロータ３のＡ−Ｂ線に沿った横断面図である。
本実施形態において、ロータ３は、複数の磁極、例えば、８磁極を有している。ロータコア３２において、周方向に隣合う磁極間の境界と中心軸Ｃとを通りロータコア３２の径方向に延びる軸をｑ軸と称し、ｑ軸に対して周方向に電気的に９０°離間した軸、つまり、１磁極の周方向の中心と中心軸Ｃと通る軸をｄ軸と称する。ここでは、ステータによって形成される鎖交磁束の流れ易い方向をｑ軸と称する。ｄ軸及びｑ軸は、ロータコア３２の周方向に交互に、かつ、所定の位相で設けられている。ロータコア３２の１磁極分とは、周方向に隣合う２本のｑ軸間の領域（１／８周の周角度領域）をいう。

ロータ３は、シャフト３１と、ロータコア３２と、複数の永久磁石Ｍと、を備えている。ロータコア３２には、１磁極ごとに、複数の永久磁石Ｍ、例えば、２つの永久磁石Ｍが挿入されている。各磁極において、２つの永久磁石Ｍは、ｄ軸に対して線対称に配置されている。これらの永久磁石Ｍは、例えば、接着剤などでロータコア３２に固定されている。

永久磁石Ｍは、例えば、横断面が矩形状の細長い平板状に形成され、ロータコア３２の軸方向長さとほぼ等しい長さを有している。つまり、各永久磁石Ｍは、ロータコア３２のほぼ全長に亘って埋め込まれている。なお、永久磁石Ｍは、軸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い。各永久磁石Ｍは、横断面において、一対の長辺及び一対の短辺を有している。なお、永久磁石Ｍの横断面の形状は、矩形状（長方形）に限らず、平行四辺形であってもよい。各永久磁石Ｍは、長辺に垂直な方向に磁化されている。ｄ軸を挟んで周方向の両側に位置する２つの永久磁石Ｍ、すなわち、１磁極を構成する２つの永久磁石Ｍは、磁化方向が同一となるように配置されている。また、ｑ軸を挟んで周方向の両側に位置する２つの永久磁石Ｍは、磁化方向が逆向きとなるように配置されている。

ロータコア３２は、複数の孔Ｈを有している。複数の孔Ｈは、それぞれロータコア３２を軸方向に貫通している。永久磁石Ｍは、孔Ｈに挿入されている。このような孔Ｈは、磁石保持孔、磁石挿入孔などと称される場合がある。１磁極に着目すると、孔Ｈは、ｄ軸を挟んで周方向の両側にそれぞれ形成されている。これらの２つの孔Ｈは、横断面において、中心軸Ｃからロータコア３２の外周面３２Ｓに向かうにしたがって、周方向の距離が徐々に広がるよう配置されている。

図３は、図２に示したロータ３のうち、１磁極分のロータコア３２を拡大して示す横断面図である。
図３に示す例において、ｄ軸を挟んで左側に位置する永久磁石を第１永久磁石Ｍ１とし、孔を第１孔Ｈ１として示し、また、ｄ軸を挟んで右側に位置する永久磁石を第２永久磁石Ｍ２とし、孔を第２孔Ｈ２として示している。第１永久磁石Ｍ１は、第１孔Ｈ１に挿入されている。第２永久磁石Ｍ２は、第２孔Ｈ２に挿入されている。第１永久磁石Ｍ１及び第２永久磁石Ｍ２の各々は、ｄ軸に対向する短辺を有し、ロータコア３２の外周から内周に向かうにしたがって、ｄ軸と短辺との距離が徐々に広がるように配置されている。

ロータコア３２は、第１孔Ｈ１及び第２孔Ｈ２に加えて、空孔Ａと、第１コア部Ｃ１と、第２コア部Ｃ２と、第１ブリッジＢＲ１と、第２ブリッジＢＲ２と、を有している。第１コア部Ｃ１は、ロータコア３２のうち、第１孔Ｈ１及び第２孔Ｈ２よりも外周側の部分に相当する。あるいは、第１コア部Ｃ１は、ロータコア３２の外周面３２Ｓと第１孔Ｈ１及び第２孔Ｈ２とで囲まれた扇状の部分に相当する。第２コア部Ｃ２は、ロータコア３２のうち、第１孔Ｈ１及び第２孔Ｈ２よりも内周側の部分に相当する。以下に述べる第１孔Ｈ１の内壁とは第１孔Ｈ１を形成するロータコア３２の軸方向に延びる内壁に相当し、第２孔Ｈ２の内壁とは第２孔Ｈ２を形成するロータコア３２の軸方向に延びる内壁に相当し、空孔Ａの内壁とは空孔Ａを形成するロータコア３２の軸方向に延びる内壁に相当する。

第１孔Ｈ１は、第１永久磁石Ｍ１の断面形状に対応した矩形状の磁石保持領域Ｈ１１と、磁石保持領域Ｈ１１から第１ブリッジＢＲ１に向かって延出した空隙領域Ｈ１２と、磁石保持領域Ｈ１１から外周面３２Ｓに向かって延出した空隙領域Ｈ１３と、を有している。第２コア部Ｃ２は、磁石保持領域Ｈ１１の長手方向両端において第１永久磁石Ｍ１の長辺と対向する縁Ｃ２１から第１コア部Ｃ１に向かって突出した一対の保持突起Ｃ２２及びＣ２３を有している。保持突起Ｃ２２は空隙領域Ｈ１２に面し、保持突起Ｃ２３は空隙領域Ｈ１３に面している。第１コア部Ｃ１は、第１永久磁石Ｍ１の長辺と対向する縁Ｃ１１から第２コア部Ｃ２に向かって突出した保持突起Ｃ１３を有している。保持突起Ｃ１３は、保持突起Ｃ２３と対向している。磁石保持領域Ｈ１１は、縁Ｃ１１と縁Ｃ２１との間に形成されている。縁Ｃ１１及び縁Ｃ２１は、互いにほぼ平行であり、それぞれｄ軸に対して傾斜している。第１孔Ｈ１における空隙領域Ｈ１２及びＨ１３は、第１永久磁石Ｍ１の長手方向両端部からロータコア３２への磁束漏れを抑制するフラックスバリアとして機能するとともに、ロータコア３２の軽量化にも寄与する。

第２孔Ｈ２は、第２永久磁石Ｍ２の断面形状に対応した矩形状の磁石保持領域Ｈ２１と、磁石保持領域Ｈ２１から第２ブリッジＢＲ２に向かって延出した空隙領域Ｈ２２と、磁石保持領域Ｈ２１から外周面３２Ｓに向かって延出した空隙領域Ｈ２３と、を有している。第２コア部Ｃ２は、磁石保持領域Ｈ２１の長手方向両端において第２永久磁石Ｍ２の長辺と対向する縁Ｃ２４から第１コア部Ｃ１に向かって突出した一対の保持突起Ｃ２５及びＣ２６を有している。保持突起Ｃ２５は空隙領域Ｈ２２に面し、保持突起Ｃ２６は空隙領域Ｈ２３に面している。第１コア部Ｃ１は、第２永久磁石Ｍ２の長辺と対向する縁Ｃ１４から第２コア部Ｃ２に向かって突出した保持突起Ｃ１６を有している。保持突起Ｃ１６は、保持突起Ｃ２６と対向している。磁石保持領域Ｈ２１は、縁Ｃ１４と縁Ｃ２４との間に形成されている。縁Ｃ１４及び縁Ｃ２４は、互いにほぼ平行であり、それぞれｄ軸に対して傾斜している。第２孔Ｈ２における空隙領域Ｈ２２及びＨ２３は、第２永久磁石Ｍ２の長手方向両端部からロータコア３２への磁束漏れを抑制するフラックスバリアとして機能するとともに、ロータコア３２の軽量化にも寄与する。

第１ブリッジＢＲ１は、第１孔Ｈ１と空孔Ａとの間に位置し、第１コア部Ｃ１と第２コア部Ｃ２とを接続している。第１ブリッジＢＲ１は、ｄ軸とは重ならず、ｄ軸よりも第１永久磁石Ｍ１側に位置し、径方向に延出している。第２ブリッジＢＲ２は、第２孔Ｈ２と空孔Ａとの間に位置し、第１コア部Ｃ１と第２コア部Ｃ２とを接続している。第２ブリッジＢＲ２は、ｄ軸とは重ならず、ｄ軸よりも第２永久磁石Ｍ２側に位置し、径方向に延出している。第１ブリッジＢＲ１及び第２ブリッジＢＲ２の各々のｄ軸に近接する外壁は、空孔Ａの内壁の一部を構成している。

空孔Ａは、第１孔Ｈ１と第２孔Ｈ２との間に位置している。空孔Ａは、ロータコア３２を軸方向に貫通している。空孔Ａは、ｄ軸と交差するように形成されている。また、空孔Ａの内壁は、ｄ軸に対して線対称に形成されている。空孔Ａの形状について、ｄ軸と直交する空孔Ａの幅に関して、ロータコア３２の外周から内周に向かって次第に拡大している。

第１永久磁石Ｍ１は、ｄ軸に最も接近した第１点Ｆ１と、ロータコア３２の最も内周側の第２点Ｇ１と、を有している。第２永久磁石Ｍ２は、ｄ軸に最も接近した第１点Ｆ２と、ロータコア３２の最も内周側の第２点Ｇ２と、を有している。

ここで、第１永久磁石Ｍ１の第１点Ｆ１と第２永久磁石Ｍ２の第１点Ｆ２とを結んだ直線を直線ＬＦとし、第１永久磁石の第２点Ｇ１と第２永久磁石Ｍ２の第２点Ｇ２と結んだ直線を直線ＬＧとする。空孔Ａの内壁とｄ軸との距離は、直線ＬＦと直線ＬＧとの間の区間において、ロータコア３２の内周に近づくにしたがって単調に増加する。つまり、空孔Ａの内壁のうち、ｄ軸よりも第１永久磁石Ｍ１側の部分とｄ軸との距離Ｗ１、及び、ｄ軸よりも第２永久磁石Ｍ２側の部分とｄ軸との距離Ｗ２は、直線ＬＦと直線ＬＧとの間の区間において、ロータコア３２の内周に近づくにしたがって単調に増加する。空孔Ａの内壁のうち、ｄ軸よりも第１永久磁石Ｍ１側の部分、及び、ｄ軸よりも第２永久磁石Ｍ２側の部分は、ｄ軸に対して線対称である。なお、直線ＬＦと直線ＬＧとの間の区間において、空孔Ａの内壁は、ｄ軸からの距離が変わらない区間、つまり、ｄ軸と平行な直線区間を含んでいる場合があり得る。

ここでの「単調に増加する」とは、直線ＬＦと直線ＬＧとの間の区間において、空孔Ａの内壁がｄ軸に向かって局所的に突出したり、ｄ軸に対して局所的に凹んだりしていないことを意味するものである。内壁とｄ軸との距離が単調増加でない場合、例えば、内壁の一部がｄ軸に向かって突出している場合、この部分に応力が集中し、強度の低下を招くおそれがある。これに対して、内壁とｄ軸との距離が単調に増加する本実施形態の一構成例によれば、応力が緩和され、強度の低下が抑制される。

なお、空孔Ａの内壁は、曲線状に形成されてもよいし、直線状に形成されてもよいし、部分的に曲線部あるいは直線部を含んでいてもよい。

空孔Ａの内壁のうちロータコア３２の最も内周側の点Ｂは、第１孔Ｈ１の内壁のうち最も内周側の点Ｃ１よりも内周側に位置している。また、点Ｂは、第２孔Ｈ２の内壁のうち最も内周側の点Ｃ２よりも内周側に位置している。つまり、点Ｃ１と点Ｃ２とを結んだ直線を直線ＬＣとしたとき、点Ｂは、直線ＬＣよりも内周側に位置している。また、空孔Ａは、直線ＬＣと交差し、しかも、直線ＬＣよりも内周側に延出している。図示した例では、空孔Ａの内壁は、直線ＬＣと平行な部分を含み、この部分に点Ｂが位置している。なお、点Ｂは、ｄ軸上に位置しているが、ｄ軸からずれた位置であってもよい。

空孔Ａの内壁のうち、ｄ軸よりも第１永久磁石Ｍ１側の部分において、ｄ軸から最も離れた点、つまり、ｄ軸から第１永久磁石Ｍ１側に最も離れた点を点Ｅ１とする。第１孔Ｈ１の内壁のうち第１点Ｆ１よりもｄ軸側の部分、つまり、第１点Ｆ１を通りｄ軸に平行な直線を直線ＬＦ１とすると、第１孔Ｈ１のうち直線ＬＦ１よりもｄ軸側の部分において、ロータコア３２の最も内周側の点を点Ｄ１とする。点Ｅ１は、点Ｄ１よりもｄ軸側に位置している。つまり、点Ｄ１を通りｄ軸に平行な直線を直線ＬＤ１としたとき、点Ｅ１は、ｄ軸と直線ＬＤ１との間に位置している。

空孔Ａの内壁のうち、ｄ軸よりも第２永久磁石Ｍ２側の部分において、ｄ軸から最も離れた点、つまり、ｄ軸から第２永久磁石Ｍ２側に最も離れた点を点Ｅ２とする。第２孔Ｈ２の内壁のうち第１点Ｆ２よりもｄ軸側の部分、つまり、第１点Ｆ２を通りｄ軸に平行な直線を直線ＬＦ２とすると、第１孔Ｈ１のうち直線ＬＦ２よりもｄ軸側の部分において、ロータコア３２の最も内周側の点を点Ｄ２とする。点Ｅ２は、点Ｄ２よりもｄ軸側に位置している。つまり、点Ｄ２を通りｄ軸に平行な直線を直線ＬＤ２としたとき、点Ｅ２は、ｄ軸と直線ＬＤ２との間に位置している。

また、点Ｅ１及び点Ｅ２は、直線ＬＤ１と直線ＬＤ２との間に位置している。つまり、空孔Ａは、直線ＬＤ１と直線ＬＤ２との間に形成され、直線ＬＤ１及び直線ＬＤ２のいずれとも交差しない。また、点Ｅ１及び点Ｅ２は、いずれも、直線ＬＧよりも内周側に位置している。図示した例では、点Ｅ１及び点Ｅ２は、いずれも、直線ＬＣよりも内周側に位置している。つまり、空孔Ａにおいてｄ軸と直交する幅は、直線ＬＧよりも内周側、あるいは、直線ＬＣよりも内周側において、最大となる。

外周面３２Ｓは、第１孔Ｈ１に連通する第１切欠Ｎ１と、第２孔Ｈ２に連通する第２切欠Ｎ２と、を有している。つまり、第１孔Ｈ１及び第２孔Ｈ２の各々は、外周面３２Ｓに向かって延出し、ロータコア３２の外周に開放あるいは開口している。要するに、ロータコア３２において、外周面３２Ｓと第１孔Ｈ１との間、及び、外周面３２Ｓと第２孔Ｈ２との間にはブリッジが形成されていない。これらの第１切欠Ｎ１及び第２切欠Ｎ２は、それぞれロータコア３２を軸方向に貫通している。このような第１切欠Ｎ１及び第２切欠Ｎ２が形成されているため、磁束漏れが抑制される。一方で、第１切欠Ｎ１及び第２切欠Ｎ２が形成されことにより、第１コア部Ｃ１は、第１ブリッジＢＲ１及び第２ブリッジＢＲ２によって第２コア部Ｃ２に接続されている。このため、外周面３２Ｓと第１孔Ｈ１との間及び外周面３２Ｓと第２孔Ｈ２との間にそれぞれブリッジが設けられている構成（第１切欠及び第２切欠が形成されていない構成）と比較して、本実施形態の構成は、第１コア部Ｃ１の支持強度が低く、第１ブリッジＢＲ１及び第２ブリッジＢＲ２に応力が集中しやすい。

本実施形態の一構成例によれば、第１孔Ｈ１と第２孔Ｈ２との間に空孔Ａが形成されたことにより、同一の永久磁石Ｍの磁束のうちロータコア３２を通って周回する漏れ磁束が低減される。また、空孔Ａは、ロータコア３２の内周側に拡張され、しかも、保持突起Ｃ２２と保持突起Ｃ２５との間でｄ軸と直交する方向に拡張されている。このため、ロータコア３２が軽量化される。そして、ロータ３２にかかる遠心力およびトルクにより発生する応力が抑制され、第１ブリッジＢＲ１及び第２ブリッジＢＲ２により第１コア部Ｃ１を安定して支持することができる。

次に、本実施形態の他の構成例について説明する。以下の各構成例においては、１磁極分のロータコア３２を拡大した横断面図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する他の構成例において、前述した構成例と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略あるいは簡略化し、前述した構成例とは異なる部分を中心に詳しく説明する。

図４は、図１に示した回転電機１に適用可能なロータ３の他の構成例を示す横断面図である。
図４に示す構成例では、図３に示した構成例と比較して、ロータコア３２がさらに第１空孔Ｏ１及び第２空孔Ｏ２を有する点で相違している。第１空孔Ｏ１及び第２空孔Ｏ２は、空孔Ａよりもロータコア３２の外周側に位置している。また、第１空孔Ｏ１は第１ブリッジＢＲ１の外周側に位置し、第２空孔Ｏ２は第２ブリッジＢＲ２の外周側に位置している。これらの第１空孔Ｏ１及び第２空孔Ｏ２は、ロータコア３２を軸方向に貫通している。また、第１空孔Ｏ１及び第２空孔Ｏ２は、ロータコア３２の外周から内周に向かうにしたがって周方向の長さが次第に短くなる概略三角形状に形成されている。

第１孔Ｈ１の内壁のうちｄ軸に最も近い点Ｋ１を通りｄ軸に平行な直線を直線ＬＫ１としたとき、第１空孔Ｏ１は、直線ＬＫ１と交差し、且つ、ｄ軸とは交差しない。第１ブリッジＢＲ１は、ロータコア３２の外周側において、ブリッジＢＲ１１及びブリッジＢＲ１２に分岐している。ブリッジＢＲ１１は、第１孔Ｈ１の空隙領域Ｈ１２と第１空孔Ｏ１との間に形成されている。ブリッジＢＲ１２は、空孔Ａと第１空孔Ｏ１との間に形成されている。

第２孔Ｈ２の内壁のうちｄ軸に最も近い点Ｋ２を通りｄ軸に平行な直線を直線ＬＫ２としたとき、第２空孔Ｏ２は、直線ＬＫ２と交差し、且つ、ｄ軸とは交差しない。第２ブリッジＢＲ２は、ロータコア３２の外周側において、ブリッジＢＲ２１及びブリッジＢＲ２２に分岐している。ブリッジＢＲ２１は、第２孔Ｈ２の空隙領域Ｈ２２と第２空孔Ｏ２との間に形成されている。ブリッジＢＲ２２は、空孔Ａと第２空孔Ｏ２との間に形成されている。

第１永久磁石Ｍ１の第１コア部Ｃ１に対向する長辺の中点Ｐ１と、第２永久磁石Ｍ２の第１コア部Ｃ１に対向する長辺の中点Ｐ２とを結んだ直線を直線ＬＰとしたとき、第１空孔Ｏ１の少なくとも一部、及び、第２空孔Ｏ２の少なくとも一部は、直線ＬＰよりもロータコア３２の内周側に位置している。図示した例では、第１空孔Ｏ１及び第２空孔Ｏ２は、いずれも直線ＬＰと交差しているが、第１空孔Ｏ１の全体及び第２空孔Ｏ２の全体が直線ＬＰよりも内周側に位置している場合があり得る。

このような構成例によれば、第１ブリッジＢＲ１の外周側に第１空孔Ｏ１が形成され、第２ブリッジＢＲ２の外周側に第２空孔Ｏ２が形成されたことにより、さらに、ロータコア３２が軽量化される。また、ロータ３２にかかる遠心力およびトルクにより発生する応力が抑制される。

図５は、図１に示した回転電機１に適用可能なロータ３の他の構成例を示す横断面図である。
図５に示す構成例では、図３に示した構成例と比較して、ロータコア３２がさらに第１空孔Ｏ１、第２空孔Ｏ２、及び、第３空孔Ｏ３を有する点で相違している。第１空孔Ｏ１、第２空孔Ｏ２、及び、第３空孔Ｏ３は、空孔Ａよりもロータコア３２の外周側に位置している。第３空孔Ｏ３は、第１空孔Ｏ１と第２空孔Ｏ２との間に位置している。また、第１空孔Ｏ１は第１ブリッジＢＲ１の外周側に位置し、第２空孔Ｏ２は第２ブリッジＢＲ２の外周側に位置し、第３空孔Ｏ３は空孔Ａの外周側に位置している。第３空孔Ｏ３はｄ軸と交差しているが、第１空孔Ｏ１及び第２空孔Ｏ２はｄ軸とは交差していない。これらの第１空孔Ｏ１、第２空孔Ｏ２、及び、第３空孔Ｏ３は、ロータコア３２を軸方向に貫通している。第３空孔Ｏ３は、ロータコア３２の外周から内周に向かうにしたがって周方向の長さが次第に短くなる概略三角形状に形成されている。

第１ブリッジＢＲ１は、ロータコア３２の外周側において、ブリッジＢＲ１１及びブリッジＢＲ１２に分岐している。ブリッジＢＲ１１は、第１孔Ｈ１と第１空孔Ｏ１との間に形成されている。ブリッジＢＲ１２は、空孔Ａと第１空孔Ｏ１との間に形成されている。第２ブリッジＢＲ２は、ロータコア３２の外周側において、ブリッジＢＲ２１及びブリッジＢＲ２２に分岐している。ブリッジＢＲ２１は、第２孔Ｈ２と第２空孔Ｏ２との間に形成されている。ブリッジＢＲ２２は、空孔Ａと第２空孔Ｏ２との間に形成されている。空孔Ａと第３孔Ｏ３との間の第３ブリッジＢＲ３は、ブリッジＢＲ１２とブリッジＢＲ２２とを接続している。第３ブリッジＢＲ３は、ロータコア３２の外周側において、ブリッジＢＲ３１及びブリッジＢＲ３２に分岐している。ブリッジＢＲ３１は、第１空孔Ｏ１と第３空孔Ｏ３との間に形成されている。ブリッジＢＲ３２は、第２空孔Ｏ２と第３空孔Ｏ３との間に形成されている。

このような構成例によれば、第１空孔Ｏ１及び第２空孔Ｏ２に加えて、第３空孔Ｏ３が形成されたことにより、ロータコア３２がさらに軽量化され、ロータ３２にかかる遠心力およびトルクにより発生する応力が抑制される。

図６は、図１に示した回転電機１に適用可能なロータ３の他の構成例を示す横断面図である。
図６に示した構成例は、図３に示した構成例と比較して、空孔Ａがロータコア３２の外周側に拡張された点で相違している。空孔Ａの内壁のうちロータコア３２の最も外周側の点Ｒは、直線ＬＦよりも外周側に位置している。つまり、空孔Ａは、直線ＬＦと交差し、しかも、直線ＬＦよりも外周側に延出している。なお、点Ｒは、ｄ軸上に位置しているが、ｄ軸からずれた位置であってもよい。

このような構成例によれば、空孔Ａが外周側に拡張されたことにより、ロータコア３２がさらに軽量化され、上記の構成例と同様の効果が得られる。

図７は、図１に示した回転電機１に適用可能なロータ３の他の構成例を示す横断面図である。
図７に示した構成例は、図４に示した構成例と比較して、第１空孔Ｏ１及び第２空孔Ｏ２が丸穴である点で相違している。図示した第１空孔Ｏ１及び第２空孔Ｏ２は、直線ＬＰと交差しているが、それらの全体が直線ＬＰより内周側に位置していてもよい。

このような構成例においても、上記の構成例と同様の効果が得られる。

図８は、図１に示した回転電機１に適用可能なロータ３の他の構成例を示す横断面図である。
図８に示した構成例は、図３に示した構成例と比較して、空孔Ａの内壁が直線ＬＧよりも内周側においてｄ軸に平行な部分Ｓ１及びＳ２を有する点で相違している。部分Ｓ１はｄ軸よりも第１永久磁石Ｍ１側に位置し、部分Ｓ２はｄ軸よりも第２永久磁石Ｍ２側に位置している。空孔Ａの内壁のうちｄ軸から第１永久磁石Ｍ１側に最も離れた点を点Ｅ１は、部分Ｓ１に位置している。空孔Ａの内壁のうちｄ軸から第２永久磁石Ｍ２側に最も離れた点を点Ｅ２は、部分Ｓ２に位置している。

以上説明したように、本実施形態によれば、磁束漏れを低減するとともに強度の低下を抑制することが可能なロータを提供することができる。

なお、この発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
例えば、ロータ３の磁極数、寸法、形状等は、前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。ロータ３の各磁極における永久磁石Ｍの設置数は、２つに限らず、必要に応じて、増加可能である。

１…回転電機２…ステータ３…ロータＣ…中心軸
３１…シャフト３２…ロータコア３２Ｓ…外周面
Ｃ１…第１コア部Ｃ２…第２コア部
ＢＲ１…第１ブリッジＢＲ２…第２ブリッジ
Ｈ１…第１孔Ｈ２…第２孔
Ａ…空孔Ｏ１…第１空孔Ｏ２…第２空孔Ｏ３…第３空孔
Ｍ１…第１永久磁石Ｍ２…第２永久磁石
Ｎ１…第１切欠Ｎ２…第２切欠

Claims

略円筒状のロータコアと、前記ロータコアにおいて磁極を構成する第１永久磁石及び第２永久磁石と、を備え、
前記ロータコアは、前記第１永久磁石が挿入される第１孔と、前記第２永久磁石が挿入される第２孔と、前記第１孔と前記第２孔との間に位置する空孔と、前記第１孔及び前記第２孔よりも外周側の第１コア部と、前記第１孔及び前記第２孔よりも内周側の第２コア部と、前記第１孔と前記空孔との間において前記第１コア部と前記第２コア部とを接続する第１ブリッジと、前記第２孔と前記空孔との間において前記第１コア部と前記第２コア部とを接続する第２ブリッジと、を有し、
前記ロータコアの中心軸と前記磁極の周方向の中心とを通る軸をｄ軸とすると、
前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石の各々は、前記ｄ軸に最も接近した第１点と、前記ロータコアの最も内周側の第２点と、を有し、
前記空孔は、前記ｄ軸と交差し、
前記空孔の内壁と前記ｄ軸との距離は、前記第１点同士を結んだ直線と前記第２点同士を結んだ直線との間の区間において、前記ロータコアの内周に近づくにしたがって単調に増加し、
前記空孔の内壁のうち前記ロータコアの最も内周側の点は、前記第１孔の内壁のうち前記ロータコアの最も内周側の点よりも内周側に位置し、
前記空孔の内壁のうち前記ｄ軸から前記第１永久磁石側に最も離れた点は、前記第１孔の内壁のうち前記第１点よりも前記ｄ軸側の部分において前記ロータコアの最も内周側の点より前記ｄ軸側に位置している、ロータ。
前記ロータコアは、さらに、前記空孔よりも前記ロータコアの外周側に位置する第１空孔及び第２空孔を有し、
前記第１空孔は、前記第１孔の内壁のうち前記ｄ軸に最も近い点を通り前記ｄ軸に平行な直線と交差し、且つ、前記ｄ軸とは交差せず、
前記第２空孔は、前記第２孔の内壁のうち前記ｄ軸に最も近い点を通り前記ｄ軸に平行な直線と交差し、且つ、前記ｄ軸とは交差せず、
前記第１空孔の少なくとも一部、及び、前記第２空孔の少なくとも一部は、前記第１永久磁石の前記第１コア部に対向する長辺の中点及び前記第２永久磁石の前記第１コア部に対向する長辺の中点を結んだ直線よりも内周側に位置している、請求項１に記載のロータ。
前記ロータコアは、さらに、前記第１空孔及び前記第２空孔の間に位置する第３空孔を有し、
前記第３空孔は、前記ｄ軸と交差している、請求項２に記載のロータ。
前記ロータコアの外周面は、前記第１孔に連通する第１切欠と、前記第２孔に連通する第２切欠と、を有している、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のロータ。