(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記第1のブリッジ部の前記第1のブリッジ部が延びる方向と直交する方向の最小の幅、または、前記第2のブリッジ部の前記第2のブリッジ部が延びる方向と直交する方向の最小の幅のうちの少なくとも一方は、前記連結部の前記連結部が延びる方向と直交する方向の最小の幅と等しくなるように構成されている、請求項1または2に記載の回転電機。
【背景技術】
【0002】
従来、永久磁石が埋め込まれたロータコアを備える回転電機が知られている(たとえば、特許文献1および特許文献2参照)。
【0003】
上記特許文献1には、永久磁石が埋め込まれたロータコアを備える埋込磁石型モータを備えた回転電機が開示されている。この回転電機には、回転方向両側に空隙からなるフラックスバリアを備えるように埋め込まれる複数の永久磁石を含むロータヨーク(ロータコア)と、ロータヨークの径方向外側にロータヨークと所定の間隔を有して環状に配置されるステータコアと、ステータコアを励磁させる励磁コイル(巻線)とが備えられている。ロータヨークは、永久磁石の径方向外側に突出する凸極部と、フラックスバリアの径方向外側で凸極部間を連結するブリッジ部と、を含む。また、ロータヨーク上において、回転中心からの距離が最大となる最外周点近傍における凸極部の外周表面の曲率は、ロータヨークの回転中心を中心とし、ロータヨークの最外周点を通る最外周円の曲率よりも大きくなるように構成されている。
【0004】
上記特許文献2には、上記特許文献1と同様に、マグネット(永久磁石)が埋め込まれたロータコアを備える埋込磁石型モータを備えた回転電機が開示されている。この回転電機では、ロータコアは、ロータシャフトに固定されたコアボディと、コアボディから径方向に突出するように設けられた6個の磁極部とを含む。磁極部には、マグネットが挿入されるマグネット取付孔が設けられ、隣接する磁極部との間には溝状の凹部が形成されている。磁極部の周方向両端には、切欠部が設けられている。また、上記特許文献1と同様に、ロータコア上において、回転中心からの距離が最大となる最外周点近傍における磁極部の外周表面の曲率は、ロータコアの回転中心を中心とし、ロータコアの最外周点を通る最外周円の曲率よりも大きくなるように構成されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上記特許文献1(特許文献2)に記載の回転電機では、ロータヨーク(ロータコア)上において、最外周点における凸極部(磁極部)の外周表面の曲率が、最外周円の曲率よりも大きい。ここで、最外周点における凸極部(磁極部)の外周表面の曲率が、最外周円の曲率よりも大きくなる程、凸極部(磁極部の円弧状の部分)の周方向の幅が小さくなるので、永久磁石の周方向の幅を小さくするか、または、永久磁石をロータコアの回転中心側に寄せる必要がある。しかし、永久磁石の周方向の幅を小さくした場合には、ステータコアに対向する側の永久磁石の表面積が小さくなるので、磁束量が低下する。また、永久磁石をロータコアの回転中心側に寄せた場合には、永久磁石とステータコアとの間の距離が大きくなるので、磁束量が低下する。このように、磁束量が低下する場合には、モータトルクが減少するという問題点がある。
【0007】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、磁束量の低下に起因したモータトルクの減少を抑制することが可能な回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面における回転電機は、ステータコアと、ステータコアに対向するように設けられ、複数の永久磁石が埋め込まれた磁石穴を有するロータコアとを備え、ロータコアは、永久磁石よりも径方向外側に突出するとともに、ロータコアの最外周円の曲率と等しい円弧状の円弧部を有する凸極部と、凸極部の周方向の両側に設けられるとともに、半径方向外側に突出する凸部を有し、凸部がロータコアの最外周点を通る最外周円の範囲内に設けられるブリッジ部とを有
し、凸極部は、円弧部の周方向の両側の端部からブリッジ部の端部まで半径方向の内側に傾斜して延びる直線部をさらに有し、直線部は、ロータコアの最外周円よりも内径側に設けられ、凸極部の円弧部の両端間の長さは、凸極部の両端に設けられた直線部と交わるブリッジ部の両端部間の長さよりも小さくなるように構成されており、ブリッジ部は、一端が直線部の端部に接続される第1のブリッジ部と、第1のブリッジ部の他端に接続され、他端から半径方向の内径側に傾斜して延びる第2のブリッジ部とを有し、隣接する永久磁石のうちの一方に対応する凸極部の一方側に設けられる第2のブリッジ部と、隣接する永久磁石のうちの他方に対応する凸極部の他方側に設けられる第2のブリッジ部とは接続されており、ロータコアは、隣接する第2のブリッジ部同士の接続部と、ロータコアの中心側とを連結するとともに断面が矩形形状の永久磁石の短辺を支持する連結部を有する。
【0009】
この発明の一の局面による回転電機では、凸極部の円弧部の曲率を、ロータコアの最外周円の曲率と等しくなるように構成することによって、凸極部の円弧部の曲率が、最外周円の曲率よりも大きい場合に比べて、永久磁石の周方向の幅を小さくすることなく磁石穴および永久磁石をより径方向外側に配置することができる。これにより、永久磁石の表面積の低下を抑制することができる。その結果、磁束量の低下に起因したモータトルクの減少を抑制することができる。
【0011】
このように構成すれば、半径方向の内側に傾斜した直線部を設けることによって、円弧部の周方向の両側の端部からブリッジ部まで円弧で接続する場合に比べて、ロータコアの外周面と永久磁石との間の距離が小さくなるので、ブリッジ部の、直線部に接続されている部分の近傍がより細くなる。これにより、ブリッジ部の磁気的抵抗を増大させることができるので、ブリッジ部からの磁束の漏れを抑制することができる。また、円弧部の両端間の長さを、直線部と交わるブリッジ部の両端部間の長さよりも小さくすることによって、円弧部の両端間の長さが、直線部と交わるブリッジ部の両端部間の長さ以上である場合よりも、直線部とブリッジ部とが接続される角度が大きくなる。その結果、ロータコアの回転によって凸極部にかかる遠心力による荷重が、ブリッジ部と直線部との接続部に集中することを抑制することができる。これにより、ロータコアの耐久性を向上させることができる。
【0013】
このように構成すれば、永久磁石が連結部まで延びる構成となるので、永久磁石の周方向の幅が大きくなり、その結果、ステータコアに対向する側の永久磁石の表面積の低下を抑制することができるとともに、磁束量の低下に起因したモータトルクの減少をさらに抑制することができる。
【0014】
上記永久磁石の短辺を支持する連結部を有する回転電機において、好ましくは、連結部は、永久磁石の短辺を支持するように、半径方向の中央部近傍の周方向の幅が、他の部分の周方向の幅よりも大きくなるように構成されている。
【0015】
このように構成すれば、永久磁石の短辺と連結部とが接するので、容易に永久磁石を支持することができる。また、連結部の周方向の幅が、一様に半径方向の中央部近傍の周方向の幅である場合よりも、連結部の周方向の最小幅が小さくなるので、連結部の磁気的抵抗を増大させることができ、その結果、連結部からの磁束の漏れを抑制することができる。
【0016】
上記第1のブリッジ部、第2のブリッジ部および連結部を有する回転電機において、好ましくは、第1のブリッジ部の第1のブリッジ部が延びる方向と直交する方向の最小の幅、または、第2のブリッジ部の第2のブリッジ部が延びる方向と直交する方向の最小の幅のうちの少なくとも一方は、連結部の連結部が延びる方向と直交する方向の最小の幅と等しくなるように構成されている。
【0017】
このように構成すれば、第1のブリッジ部または第2のブリッジ部のうちの少なくとも一方と、連結部とによって応力が分散されるので、ロータコアの耐久性を向上させることができる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0020】
図1〜
図3を参照して、本実施形態による回転電機100の構成について説明する。
【0022】
図1に示すように、回転電機100は、たとえば、後述する永久磁石31がロータコア30に埋め込まれたIPMモータである。また、回転電機100は、ステータコア20と、ロータコア30とを備えている。ロータコア30は、ステータコア20に対向するように、円環状のステータコア20の内側に設けられている。なお、本願明細書では、「周方向」とは、ロータコア30(ステータコア20)の周方向を意味し、「径方向」とは、ロータコア30の径方向を意味するものとして記載している。
【0023】
ステータコア20には、
図1に示すように、バックヨーク21から内周側に突出するように、複数(たとえば、9個)のティース22が設けられている。そして、隣接するティース22の間に、それぞれスロット23が形成されている。各ティース22(スロット23)には、巻線(図示せず)が巻回されている。
【0024】
[ロータコアの構成]
ここで、本実施形態では、
図1〜
図3に示すように、ロータコア30は、回転軸方向(Z方向)から見て、断面が矩形形状(長方形形状)の複数(たとえば、6個)の永久磁石31が埋め込まれた磁石穴31aを有している。また、6つの永久磁石31は、周方向に等角度間隔に埋め込まれている。また、
図2および
図3に示すように、ロータコア30には、6つの永久磁石31のそれぞれの径方向外側に突出するとともに外径側が円弧状の円弧部30aを有する凸極部30bが設けられている。また、ロータコア30は、凸極部30bの周方向の両側に設けられるとともに、ロータコア30の外径側と磁石穴31aとの間に設けられる、ブリッジ部30cを含んでいる。ブリッジ部30cは、半径方向外側に突出している。具体的には、回転軸方向から見て、ブリッジ部30cにおいて、後述する第1のブリッジ部301cと第2のブリッジ部302cとの接続部C(
図3参照)は最外周円300に重なり、接続部C以外は、最外周円300より内径側に設けられる。また、ブリッジ部30cの接続部C近傍は、最外周円300よりも曲率が大きい円弧状に形成されている。なお、接続部Cは、特許請求の範囲の「凸部」または「第1のブリッジ部の他端」の一例である。
【0025】
そして、本実施形態では、ロータコア30の回転軸方向から見て、凸極部30bの円弧部30aの外径側の曲率は、最外周円300の曲率と等しくなる。すなわち、最外周円300と円弧部30aとは、互いに重なる。
【0026】
回転軸方向から見て、磁石穴31aは、永久磁石31を挿入した状態において、永久磁石31の2つの長辺310を支持するとともに、永久磁石31の2つの短辺311それぞれの中央部近傍から内径側を支持する。また、回転軸方向から見て、磁石穴31aには、永久磁石31を挿入した状態において、永久磁石31の2つの短辺311それぞれの中央部近傍から外径側を覆うとともに、周方向に突出した空隙部31bが形成されるように構成されている。
【0027】
また、本実施形態では、凸極部30bには、円弧部30aの周方向の両側の端部である接続部Aからブリッジ部30cの端部まで半径方向の内側に傾斜して延びる直線部30eが設けられている。直線部30eは、回転軸方向から見て、直線状に延びており、最外周円300よりも内径側に設けられている。また、円弧部30aの周方向の中心の接線方向における、円弧部30aの両端の接続部A間の長さL1(
図2参照)は、ブリッジ部30cと直線部30eとの接続部B間の長さL2(
図2参照)よりも小さくなるように構成されている。具体的には、長さL1および長さL2は、L2/L1が1より大きく3以下となるように構成されている。なお、接続部Aは、特許請求の範囲の「円弧部の周方向の両側の端部」の一例である。また、接続部Bは、特許請求の範囲の「直線部と交わるブリッジ部の両端部」または「第1のブリッジ部の一端」の一例である。
【0028】
また、本実施形態では、
図2および
図3に示すように、ブリッジ部30cは、直線部30e(
図3参照)の外側端部(接続部B)に接続される第1のブリッジ部301cと、第1のブリッジ部301cの外側端部(接続部C)に接続され、回転軸方向から見て、第1のブリッジ部301cの延びる方向に対してより半径方向の内径側に傾斜して延びる第2のブリッジ部302cとを有する。また、隣接する永久磁石31のうちの一方に対応する凸極部30bの一方側に設けられる第2のブリッジ部302cと、隣接する永久磁石31のうちの他方に対応する凸極部30bの他方側に設けられる第2のブリッジ部302cとは直接的に接続されている。
【0029】
図3に示すように、ロータコア30は、隣接する第2のブリッジ部302c同士の接続部Dと、ロータコア30の内径側とを連結するとともに永久磁石31の短辺311を支持する連結部30fを有する。具体的には、第1のブリッジ部301cは、回転軸方向から見て、永久磁石31の外径側の長辺310の端部310aの近傍に沿って延びている。第2のブリッジ部302cは、回転軸方向から見て、空隙部31bの外径側の辺310bに沿って延びている。また、接続部Dと、ロータコア30の回転中心30d(
図2参照)とを通る線分α(
図2参照)は、隣接する磁石穴31a同士の間に設けられる連結部30fを通る。また、ブリッジ部30cおよび連結部30fはそれぞれ、フラックスバリアとして機能する。
【0030】
また、本実施形態では、連結部30fは、永久磁石31の短辺311を支持するように、半径方向の中央部近傍の周方向の幅W1が、他の部分の周方向の幅よりも大きくなるように構成されている。具体的には、連結部30fは、外径側から中央部に向かって、徐々に幅が大きくなり、中央部から内径側に向かって幅が徐々に小さくなっている。
【0031】
また、本実施形態では、第1のブリッジ部301cの第1のブリッジ部301cが延びる方向と直交する方向の最小の幅W2と、第2のブリッジ部302cの第2のブリッジ部302cが延びる方向と直交する方向の最小の幅W3と、連結部30fの連結部30fが延びる方向と直交する方向の最小の幅W1とが等しくなるように構成されている。具体的には、回転軸方向から見て、第1のブリッジ部301cおよび第2のブリッジ部302cのそれぞれは、一様に延びているので、第1のブリッジ部301cの第1のブリッジ部301cの延びる方向と直交する方向の幅は一様にW2であり、第2のブリッジ部302cの第2のブリッジ部302cの延びる方向と直交する方向の幅は一様にW3である。また、磁石穴31aの一方側の空隙部31bと、隣接する磁石穴31aの他方側の空隙部31bとが最も接近している部分において、連結部30fが延びる方向と直交する方向の幅が最小値W1となる。
【0032】
また、直接的に接続される第2のブリッジ部302c同士の間には、内径側に窪んでいる凹部30gが設けられている。具体的には、接続部Cが最外周円300上にあるとともに、接続部Dが最外周円300の内径側にあるので、第2のブリッジ部302c同士の間に凹部30gが形成される。
【0033】
また、直接的に接続される第2のブリッジ部302c同士は、V字形状に配置されている。具体的には、第2のブリッジ部302cは、回転軸方向から見て、凹部30gが形成されるように、直線状に延びており、V字形状に配置されている。
【0034】
また、磁石穴31aは、磁石穴31aに永久磁石31を埋め込んだ状態で、永久磁石31の内径側の端部310c近傍に、空隙部31cを有するように構成されている。具体的には、回転軸方向から見て、永久磁石31の内径側の長辺310の端部310c近傍を覆うとともに、内径側に突出した半円状の空隙部31cが設けられている。
【0035】
[本実施形態の効果]
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【0036】
本実施形態では、凸極部30bの円弧部30aの曲率を、ロータコア30の最外周円300の曲率と等しくなるように構成することによって、凸極部30bの円弧部30aの曲率が、最外周円300の曲率よりも大きい場合に比べて、永久磁石31の周方向の幅を小さくすることなく磁石穴31aおよび永久磁石31をより径方向外側に配置することができる。これにより、永久磁石31の表面積の低下を抑制することができる。その結果、磁束量の低下に起因したモータトルクの減少を抑制することができる。
【0037】
また、本実施形態では、半径方向の内側に傾斜した直線部30eを設けることによって、円弧部30aの周方向の両側の接続部Aからブリッジ部30cまで円弧で接続する場合に比べて、ロータコア30の外周面と永久磁石31との間の距離が小さくなるので、ブリッジ部30cの、直線部30eに接続されている部分の近傍がより細くなる。これにより、ブリッジ部30cの磁気的抵抗を増大させることができるので、ブリッジ部30cからの磁束の漏れを抑制することができる。また、円弧部30aの両端間の長さを、直線部30eと交わるブリッジ部30cの両端部間の長さよりも小さくすることによって、円弧部30aの両端間の長さが、直線部30eと交わるブリッジ部30cの両端部間の長さ以上である場合よりも、直線部30eとブリッジ部30cとが接続される角度が大きくなる。その結果、ロータコア30の回転によって凸極部30bにかかる遠心力による荷重が、ブリッジ部30cと直線部30eとの接続部Bに集中することを抑制することができる。これにより、ロータコア30の耐久性を向上させることができる。
【0038】
また、本実施形態では、永久磁石31が連結部30fまで延びる構成となるので、永久磁石31の周方向の幅が大きくなり、その結果、ステータコア20に対向する永久磁石31の表面積を低下を抑制することができるとともに、磁束量の低下に起因したモータトルクの減少をさらに抑制することができる。
【0039】
また、本実施形態では、永久磁石31の短辺311と連結部30fとが接するので、容易に永久磁石31を支持することができる。また、連結部30fの周方向の幅が、一様に半径方向の中央部近傍の周方向の幅(たとえば、W1)である場合よりも、連結部30fの周方向の最小幅が小さくなるので、連結部30fの磁気的抵抗を増大させることができ、その結果、連結部30fからの磁束の漏れを抑制することができる。
【0040】
また、本実施形態では、第1のブリッジ部301c、第2のブリッジ部302c、および、連結部30fのそれぞれによって応力が分散されるので、ロータコア30の耐久性を向上させることができる。
【0041】
[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
【0042】
たとえば、上記実施形態では、第1のブリッジ部の幅と第2のブリッジ部の幅と連結部の最小幅とが等しい例を示したが、本発明は、これに限られない。たとえば、本発明では、第1のブリッジ部の幅または第2のブリッジ部の幅のうちの一方と、連結部の最小幅とが等しくなるように構成してもよい。
【0043】
また、上記実施形態では、永久磁石が6個埋め込まれている例を示したが、本発明は、これに限られない。本発明では、6個以外(たとえば8個)の永久磁石が埋め込まれるように構成してもよい。
【0044】
また、上記実施形態では、第1のブリッジ部および第2のブリッジ部のそれぞれの幅が一様である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第1のブリッジ部および第2のブリッジ部のそれぞれの幅が一様でなくてもよい。
【0045】
また、上記実施形態では、空隙部31cが半円状である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、空隙部31cが半円状でなくてもよい。
【0046】
[付記項]
なお、上記一の局面による回転電機において、以下のような構成も考えられる。
【0047】
(付記項1)
上記第1のブリッジ部および第2のブリッジ部を有する回転電機において、好ましくは、第1のブリッジ部および第2のブリッジ部はそれぞれ、ロータコアの最外周円よりも内径側に設けられる。
【0048】
このように構成すれば、ロータコアの回転によって、第1のブリッジ部および第2のブリッジ部のそれぞれが、ステータコアと干渉することがない。したがって、ステータコアとロータコアの間のギャップを広げる必要がなく、磁束密度の低減を抑制することができるので、モータの出力の低減を抑制することができる。
【0049】
(付記項2)
上記第1のブリッジ部および第2のブリッジ部を有する回転電機において、好ましくは、直接的に接続される第2のブリッジ部同士の間には、内径側に窪んでいる凹部が設けられている。
【0050】
このように構成すれば、第2のブリッジ部同士が接続される部分の幅が小さくなるので、第2のブリッジ部の磁気的抵抗が増加し、第2のブリッジ部からの磁束の漏れを抑制することができる。
【0051】
(付記項3)
上記凹部が設けられている回転電機において、好ましくは、直接的に接続される第2のブリッジ部同士は、V字形状に配置されている。
【0052】
このように構成すれば、容易に凹部を形成することがことができる。
【0053】
(付記項4)
上記一の局面による回転電機において、好ましくは、磁石穴は、磁石穴に永久磁石を埋め込んだ状態で、永久磁石の内径側の端部近傍に、空隙部を有するように構成されている。
【0054】
このように構成すれば、磁石穴に永久磁石の逃げができるので、容易に永久磁石を磁石穴に挿入することができる。