特許 6870457 回転子及び永久磁石式回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6870457

(24)【登録日】2021年4月19日

(45)【発行日】2021年5月12日

(54)【発明の名称】回転子及び永久磁石式回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/27 20060101AFI20210426BHJP

   H02K 21/14 20060101ALI20210426BHJP

   H02K 1/22 20060101ALI20210426BHJP

【ＦＩ】

   H02K1/27 501K

   H02K21/14 M

   H02K1/22 A

【請求項の数】7

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2017-86355(P2017-86355)

(22)【出願日】2017年4月25日

(65)【公開番号】特開2018-99012(P2018-99012A)

(43)【公開日】2018年6月21日

【審査請求日】2020年3月13日

(31)【優先権主張番号】特願2016-243173(P2016-243173)

(32)【優先日】2016年12月15日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(72)【発明者】

【氏名】大口 英樹

(72)【発明者】

【氏名】山川 晋弥

【審査官】 島倉 理

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−２２６４１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０８１７５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１１６３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２３３３６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ １／２７

Ｈ０２Ｋ １／２２

Ｈ０２Ｋ ２１／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中心に形成された軸穴、１つの磁極あたり２個配置され、外周に沿って並べられた複数の磁石スロット、該複数の磁石スロットの径方向外側に形成された外周部、及び前記複数の磁石スロットの径方向内側に形成された芯部を備えた円筒形状の回転子コアと、前記複数の磁石スロットの各々内に固定された複数の永久磁石と、前記軸穴に嵌合した回転軸とを備え、前記回転子コアの外周部及び芯部が、各磁極において隣接する磁石スロットの間に形成されるｄ軸側の複数のセンターブリッジと、隣り合う磁極の磁石スロットの間に形成されるｑ軸側の複数のサイドブリッジとにより繋がっている回転子であって、
前記複数のサイドブリッジの各々に、隣り合う磁極の磁石スロット同士を連通させて前記外周部と前記芯部とを切り離す切り離し路を設け、
前記複数の磁石スロットの各々が、前記回転子コアの周方向に細長く延びる略矩形状に形成され、
前記複数のサイドブリッジの各々に、前記切り離し路から延びる、フラックスバリアとしての孔部を形成し、
前記孔部が、ｑ軸を挟んで一対形成され、
前記一対の孔部の各々が、前記磁石スロットのｑ軸側の周方向側面に対して肉を残すように前記切り離し路から延びる半円弧状孔部と、該半円弧状孔部の磁石スロット側側面から前記磁石スロット及び前記切り離し路の双方に連通する連通孔部とで構成され、前記一対の孔部同士が連通していることを特徴とする回転子。

【請求項2】

前記切り離し路が、隣り合う磁極の磁石スロットの径方向外面に沿うように形成されることを特徴とする請求項１に記載の回転子。

【請求項3】

前記各磁極において、２個の前記磁石スロットの各々の径方向外面と径方向内面との中心をなす前記磁石スロットの各々の中心線がｄ軸に対して直交するように２個の前記磁石スロットが配置され、２個の前記磁石スロット内に固定される２個の永久磁石が一文字配置となっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転子。

【請求項4】

前記各磁極において、２個の前記磁石スロットの各々の径方向外面と径方向内面との中心をなす前記磁石スロットの各々の中心線がｄ軸に対して鋭角をなすように２個の前記磁石スロットが配置され、２個の前記磁石スロット内に固定される２個の永久磁石が略Ｖ字配置となっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転子。

【請求項5】

前記各磁極において、２個の前記磁石スロットの各々の径方向外面と径方向内面との中心をなす前記磁石スロットの各々の中心線がｄ軸に対して鈍角をなすように２個の前記磁石スロットが配置され、２個の前記磁石スロット内に固定される２個の永久磁石が略ハの字配置となっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転子。

【請求項6】

前記回転子コアの外周面の形状を、前記回転コアの外周面と固定子の固定子コアの内周面との間の空隙がｄ軸からｑ軸の周方向に向かって滑らかに増加するようにしたことを特徴とする請求項３乃至５のうちいずれか一項に記載の回転子。

【請求項7】

固定子巻線を固定子コアに巻装した固定子と、該固定子の前記固定子コアの内周側に回転自在に配置された、請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の回転子とを備えたことを特徴とする永久磁石式回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転軸を軸穴に嵌合した際に生じるサイドブリッジを含めた磁石スロット近傍における最大主応力を低減できる回転子及び永久磁石式回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のこの種の永久磁石形同期電動機のロータとして、例えば、特許文献１に示すものが知られている。
特許文献１に示す永久磁石形同期電動機のロータは、１つの磁極あたり、並べて２個配置された複数のロータスロットと、複数のロータスロットの径方向外側に形成された外周部と、複数のロータスロットの径方向内側に形成された芯部とを備えたロータコアと、複数のロータスロットの各々内に配置された複数の界磁用永久磁石と、軸穴に嵌合した回転軸とを備えている。
そして、ロータコアの外周部及び芯部は、各磁極において隣接するロータスロットの間に形成されるｄ軸側の複数のセンターブリッジと、隣り合う磁極のロータ磁石スロットの間に形成されるｑ軸側の複数のサイドブリッジとにより繋がっている。

【0003】

また、各サイドブリッジには、漏洩磁束を低減するためのフラックスバリアとしての抜き穴が形成され、この抜き穴と軸穴と間に形成されるロータコアの芯部には、略円弧状の複数のスリットが形成されている。そして、各スリットの径方向の厚みは、ロータスロットと軸穴との間の芯部の径方向厚みに対して均一となっている。
このように、ロータコアにおいて、サイドブリッジに形成された抜き穴と軸穴との間に形成されるロータコアの芯部に、略円弧状のスリットを形成することにより、軸穴と回転軸の締まりばめのロータコアにおける変形はスリットで緩和される。これにより、回転軸を軸穴に嵌合した際に生じるサイドブリッジに形成された抜き穴とロータスロットとの間の薄肉部への応力集中を軽減することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２−３５４７２６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、従来の特許文献１に示した永久磁石形同期電動機のロータにあっては、以下の問題点があった。
即ち、回転軸を軸穴に嵌合した際に、サイドブリッジに形成された抜き穴とロータスロットとの間の薄肉部への応力集中を軽減することができるものの、ロータコアの芯部に形成された各スリットの近傍に応力が集中してしまう問題があった。このため、軸穴と回転軸の締まりばめの締め代を大きくできず、更なる高速回転が望めないものとなっていた。

【0006】

従って、本発明はこの従来の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、芯部に応力集中を発生させる箇所を形成することなく、回転軸を軸穴に嵌合した際に生じるサイドブリッジを含めた磁石スロット近傍における最大主応力の最大値を低減できる回転子及び永久磁石式回転電機を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る回転子は、中心に形成された軸孔、１つの磁極あたり２個配置され、外周に沿って並べられた複数の磁石スロット、該複数の磁石スロットの径方向外側に形成された外周部、及び前記複数の磁石スロットの径方向内側に形成された芯部を備えた円筒形状の回転子コアと、前記複数の磁石スロットの各々内に固定された複数の永久磁石と、前記軸穴に嵌合した回転軸とを備え、前記回転子コアの外周部及び芯部が、各磁極において隣接する磁石スロットの間に形成されるｄ軸側の複数のセンターブリッジと、隣り合う磁極の磁石スロットの間に形成されるｑ軸側の複数のサイドブリッジとにより繋がっている回転子であって、前記複数のサイドブリッジの各々に、隣り合う磁極の磁石スロット同士を連通させて前記外周部と前記芯部とを切り離す切り離し路を設けたことを要旨とする。

【0008】

また、本発明の別の態様に係る永久磁石式回転電機は、固定子巻線を巻装した固定子と、該固定子の内周側に回転自在に配置された、前述の回転子とを備えたことを要旨とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明に係る回転子及び永久磁石式回転電機によれば、芯部に応力集中を発生させる箇所を形成することなく、回転軸を軸穴に嵌合した際に生じるサイドブリッジを含めた磁石スロット近傍における最大主応力の最大値を低減できる回転子及び永久磁石式回転電機を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１実施形態に係る回転子を備えた永久磁石式回転電機の概略構成を示す断面図である。

【図2】図１に示す永久磁石式回転電機における回転子の１つの磁極の半分の断面図である。

【図3】本発明の第２実施形態に係る回転子の１つの磁極の半分の一部の断面図である。

【図4】本発明の第３実施形態に係る回転子の１つの磁極の半分の一部の断面図である。

【図5】本発明の第４実施形態に係る回転子の１つの磁極の半分の一部の断面図である。

【図6】本発明の第５実施形態に係る回転子の１つの磁極の半分の一部の断面図である。

【図7】本発明の第６実施形態に係る回転子の１つの磁極の半分の一部の断面図である。

【図8】本発明の第７実施形態に係る回転子の１つの磁極の半分の断面図である。

【図9】本発明の第８実施形態に係る回転子の１つの磁極の半分の一部の断面図である。

【図10】本発明の第９実施形態に係る回転子の１つの磁極の半分の一部の断面図である。

【図11】比較例に係る回転子の軸穴に回転軸が嵌合（焼嵌め）した時の磁石スロット近傍の最大主応力の分布を示す図である。

【図12】図１１に示す比較例に係る回転子を最高回転速度（約２０，０００ｒ／ｍｉｎ）で回転させた時の磁石スロット近傍の応力振幅と平均応力との関係を示すグラフである。

【図13】図５に示す第４実施形態の本発明例に係る回転子の軸穴に回転軸が嵌合（焼嵌め）した時の磁石スロット近傍の最大主応力の分布を示す図である。

【図14】図１３に示す第４実施形態の本発明例に係る回転子を最高回転速度（約２０，０００ｒ／ｍｉｎ）で回転させた時の磁石スロット近傍の応力振幅と平均応力との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る回転子を備えた永久磁石式回転電機は、図１に示されており、永久磁石式回転電機１は、８極４８スロットの埋込磁石型同期電動機である。なお、本発明は、極数やスロット数、その他の各部分の寸法などによって何ら制約を受けるものではない。

【0012】

図１に示す永久磁石式回転電機１は、固定子１０と、固定子１０の固定子コア１１の内周側に回転自在に配置された回転子２０とを備えている。
ここで、固定子１０は、円筒状の固定子コア１１を備えている。固定子コア１１の内周面側には、円周方向に等間隔で形成された複数（本実施形態にあっては４８個）のスロット１２及び複数（本実施形態にあっては４８個）の磁極ティース１３が形成される。各スロット１２には、複数の固定子巻線１４が巻装されている。

【0013】

また、回転子２０は、回転子コア２１と、複数（本実施形態にあっては、８極で１６個）の永久磁石３０と、回転軸３１とを備えている。
回転子コア２１は、軸心Ｃを中心とした円筒形状に形成され、積層鉄心で構成される。回転子コア２１は、図１に示すように、中心に形成された軸穴２３と、１つの磁極２２あたり２個配置され、外周に沿って並べられた複数（本実施形態にあっては、８極で１６個）の磁石スロット２４と、複数の磁石スロット２４の径方向外側に形成された外周部２５と、複数の磁石スロット２４の径方向内側に形成された芯部２６とを備えている。

【0014】

ここで、「芯部２６」は、複数の磁石スロット２４と軸穴２３との間の部分を意味する。
各磁石スロット２４は、図２に示すように、径方向外面２４ａ、径方向内面２４ｂ、ｄ軸側の周方向側面２４ｃ及びｑ軸側の周方向側面２４ｄを有する、回転子コア２１の周方向に細長く延びる略矩形状に形成されている。そして、各磁石スロット２４は、回転子コア２１の軸方向の両端にまで延びる貫通孔で形成される。そして、各磁極２２において、２個の磁石スロット２４の径方向外面２４ａと径方向内面２４ｂとの中心をなす磁石スロット２４の中心線ＣＬがｄ軸に対して直交するように２個の磁石スロット２４が配置されている。

【0015】

また、回転子コア２１における外周部２５及び芯部２６は、各磁極２２において隣接する磁石スロット２４の間に形成されるｄ軸側の複数（本実施形態にあっては８極で８個）のセンターブリッジ２７と、図１に示すように、隣り合う磁極２２の磁石スロット２４の間に形成されるｑ軸側の複数（本実施形態にあっては、８極で８個）のサイドブリッジ２８とにより繋がっている（このサイドブリッジ２８には、後述する切り離し路２９が形成され、最終的には切り離し路２９によって外周部２５及び芯部２６は切り離される）。

【0016】

また、各永久磁石３０は、略矩形状体で構成され、図１及び図２に示すように、各磁石スロット２４内に固定される。隣り合う磁極２２の永久磁石３０の極性は互いに異なっている。各磁極２２において、２個の磁石スロット２４の中心線ＣＬがｄ軸に対して直交するように２個の磁石スロット２４が配置されているので、各永久磁石３０を各磁石スロット２４内に固定することで、各磁極２２における２個の磁石スロット２４内に固定される２個の永久磁石３０が一文字配置となっている。

【0017】

更に、回転軸３１は、回転子コア２１の軸穴２３に焼嵌めによって嵌合固定され、回転子２０は、回転軸３１によって回転する。
そして、回転子コア２１の各サイドブリッジ２８には、図１及び図２に示すように、隣り合う磁極２２の磁石スロット２４同士を連通させて外周部２５と芯部２６とを切り離す切り離し路２９が形成されている。この切り離し路２９は、隣り合う磁極２２の磁石スロット２４の径方向外面２４ａに沿うように形成されている。切り離し路２９は、回転子コア２１の軸方向の両端を貫通するように形成される。この切り離し路２９の径方向の幅は、電磁鋼板の板厚程度が好適である。その理由は、リラクタンストルクを大きくするために突極比を大きくするには、ｑ軸インダクタンスを大きくする必要があり、すなわちｑ軸上の磁気抵抗を低下させる必要があり、そのためには切り離し路２９の径方向の幅は狭いほど良く、また金型で打ち抜ける幅の限界は電磁鋼板の板厚程度であるためである。

【0018】

ここで、回転軸３１を回転子コア２１の軸穴２３に焼嵌めによって嵌合固定すると、回転子コア２１の芯部２６、センターブリッジ２７、サイドブリッジ２８、及び外周部２５が外周側に変形しようとする。しかし、サイドブリッジ２８に、外周部２５と芯部２６とを切り離す切り離し路２９が形成されている。このため、芯部２６のサイドブリッジ２８における変形が切り離し路２９のところで吸収され、サイドブリッジ２８の近傍の外周部２５付近の外周側への変形が抑制される。このため、芯部２６に応力集中を発生させる箇所を形成することなく、回転軸３１を軸穴２３に嵌合した際に生じるサイドブリッジ２８を含めた磁石スロット２４近傍における最大主応力の最大値を低減できる。

【0019】

また、サイドブリッジ２８に、外周部２５と芯部２６とを切り離す切り離し路２９を形成することにより、回転軸３１に嵌合された回転子２０を回転させた時のサイドブリッジ２８を含めた磁石スロット２４近傍の応力振幅を低減させることができる。
また、切り離し路２９は、隣り合う磁極２２の磁石スロット２４の径方向外面２４ａに沿うように形成されるので、高速回転時のセンターブリッジ２７の応力低減が可能となる。つまり、センターブリッジ２７が回転子鉄心外側を支えており、切り離し路２９が外側に有る方が回転子鉄心外側全体の重量を低下させることができるためである。

【0020】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る回転子について図３を参照して説明する。図３において、図１及び図２に示す部材と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
図３に示す回転子は、図１に示す回転子２０と基本構成は同様であるが、複数（８個）のサイドブリッジ２８の各々に、切り離し路２９から延びる、フラックスバリアとしての孔部４０を形成した点で相違している。

【0021】

この孔部４０は、図３に示すように、ｑ軸を挟んで一対形成されている。そして、各孔部４０は、回転子コア２１の軸方向の両端を貫通するように形成され、磁石スロット２４のｑ軸側の周方向側面２４ｄ及びｑ軸のそれぞれに対して肉を残すように切り離し路２９から先細形状に内径側に延びる略三角形状孔部で形成されている。
このように、各サイドブリッジ２８に、切り離し路２９から延びる、フラックスバリアとしての孔部４０を形成したので、永久磁石３０の径方向外側から径方向内側に向けてサイドブリッジ２８を通る漏れ磁束を低減することができる。また、孔部４０は、ｑ軸を挟んで一対形成されているので、ｑ軸を挟んだ隣り合う磁極２２の各永久磁石３０の径方向外側から径方向内側に向けてサイドブリッジ２８を通る漏れ磁束を低減することができる。

【0022】

なお、第２実施形態に係る回転子においても、回転子コア２１の各サイドブリッジ２８に、外周部２５と芯部２６とを切り離す切り離し路２９が形成されているので、芯部２６に応力集中を発生させる箇所を形成することなく、回転軸３１を軸穴２３に嵌合した際に生じるサイドブリッジ２８を含めた磁石スロット２４近傍における最大主応力の最大値を低減できる。
また、各サイドブリッジ２８に、外周部２５と芯部２６とを切り離す切り離し路２９を形成することにより、回転軸３１に嵌合された回転子２０を回転させた時のサイドブリッジ２８を含めた磁石スロット２４近傍の応力振幅を低減させることができる。

【0023】

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る回転子について図４を参照して説明する。図４において、図１及び図２に示す部材と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
図４に示す回転子は、図１に示す回転子２０と基本構成は同様であるが、複数（８個）のサイドブリッジ２８の各々に、切り離し路２９から延びる、フラックスバリアとしての孔部４０を形成した点で相違している。

【0024】

この孔部４０は、図３に示す第２実施形態に係る回転子と同様に、ｑ軸を挟んで一対形成されている。そして、各孔部４０は、回転子コア２１の軸方向の両端を貫通するように形成されるとともに、第２実施形態に係る回転子の各孔部４０と異なり、磁石スロット２４のｑ軸側の周方向側面２４ｄ及びｑ軸のそれぞれに対して肉を残すように切り離し路２９から先細形状に延びる略三角形状孔部４１と、略三角形状孔部４１の磁石スロット側側面から磁石スロット２４及び切り離し路２９の双方に連通する連通孔部４２とで構成されている。

【0025】

このように、第３実施形態に係る回転子においても、各サイドブリッジ２８に、切り離し路２９から延びる、フラックスバリアとしての孔部４０を形成したので、永久磁石３０の径方向外側から径方向内側に向けてサイドブリッジ２８を通る漏れ磁束を低減することができる。また、孔部４０は、ｑ軸を挟んで一対形成されているので、ｑ軸を挟んだ隣り合う磁極２２の各永久磁石３０の径方向外側から径方向内側に向けてサイドブリッジ２８を通る漏れ磁束を低減することができる。

【0026】

そして、各孔部４０は、磁石スロット２４のｑ軸側の周方向側面２４ｄ及びｑ軸のそれぞれに対して肉を残すように切り離し路２９から先細形状に延びる略三角形状孔部４１と、略三角形状孔部４１の磁石スロット側側面から磁石スロット２４及び切り離し路２９の双方に連通する連通孔部４２とで構成されているので、第２実施形態に係る回転子の各孔部４０よりも連通孔部４２の分だけ磁気抵抗となる領域が大きい。このため、サイドブリッジ２８を通る漏れ磁束を第２実施形態に係る回転子の各孔部４０よりも低減することができる。

【0027】

なお、第３実施形態に係る回転子においても、回転子コア２１の各サイドブリッジ２８に、外周部２５と芯部２６とを切り離す切り離し路２９が形成されているので、芯部２６に応力集中を発生させる箇所を形成することなく、回転軸３１を軸穴２３に嵌合した際に生じるサイドブリッジ２８を含めた磁石スロット２４近傍における最大主応力の最大値を低減できる。
また、各サイドブリッジ２８に、外周部２５と芯部２６とを切り離す切り離し路２９を形成することにより、回転軸３１に嵌合された回転子２０を回転させた時のサイドブリッジ２８を含めた磁石スロット２４近傍の応力振幅を低減させることができる。

【0028】

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る回転子について図５を参照して説明する。図５において、図１及び図２に示す部材と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
図５に示す回転子は、図１に示す回転子２０と基本構成は同様であるが、複数（８個）のサイドブリッジ２８の各々に、切り離し路２９から延びる、フラックスバリアとしての孔部４０を形成した点で相違している。

【0029】

この孔部４０は、図３に示す第２実施形態に係る回転子と同様に、ｑ軸を挟んで一対形成されている。そして、各孔部４０は、回転子コア２１の軸方向の両端を貫通するように形成されるとともに、第２実施形態及び第３実施形態に係る回転子の各孔部４０と異なり、磁石スロット２４のｑ軸側の周方向側面２４ｄに対して肉を残すように切り離し路２９から延びる半円弧状孔部４３と、半円弧状孔部４３の磁石スロット側側面から磁石スロット２４及び切り離し路２９の双方に連通する連通孔部４４とで構成され、一対の孔部４０同士が連通している。

【0030】

このように、第４実施形態に係る回転子においても、各サイドブリッジ２８に、切り離し路２９から延びる、フラックスバリアとしての孔部４０を形成したので、永久磁石３０の径方向外側から径方向内側に向けてサイドブリッジ２８を通る漏れ磁束を低減することができる。また、孔部４０は、ｑ軸を挟んで一対形成されているので、ｑ軸を挟んだ隣り合う磁極２２の各永久磁石３０の径方向外側から径方向内側に向けてサイドブリッジ２８を通る漏れ磁束を低減することができる。

【0031】

そして、各孔部４０は、磁石スロット２４のｑ軸側の周方向側面２４ｄに対して肉を残すように切り離し路２９から延びる半円弧状孔部４３と、半円弧状孔部４３の磁石スロット側側面から磁石スロット２４及び切り離し路２９の双方に連通する連通孔部４４とで構成され、一対の孔部４０同士が連通しているので、第３実施形態に係る回転子の各孔部４０よりも磁気抵抗となる領域が大きい。このため、サイドブリッジ２８を通る漏れ磁束を第３実施形態に係る回転子の各孔部４０よりも低減することができる。

【0032】

なお、第４実施形態に係る回転子においても、回転子コア２１の各サイドブリッジ２８に、外周部２５と芯部２６とを切り離す切り離し路２９が形成されているので、芯部２６に応力集中を発生させる箇所を形成することなく、回転軸３１を軸穴２３に嵌合した際に生じるサイドブリッジ２８を含めた磁石スロット２４近傍における最大主応力の最大値を低減できる。
また、各サイドブリッジ２８に、外周部２５と芯部２６とを切り離す切り離し路２９を形成することにより、回転軸３１に嵌合された回転子２０を回転させた時のサイドブリッジ２８を含めた磁石スロット２４近傍の応力振幅を低減させることができる。

【0033】

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係る回転子について図６を参照して説明する。図６において、図１及び図２に示す部材と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
図６に示す回転子は、図１に示す回転子２０と基本構成は同様であるが、各磁極２２において、２個の磁石スロット２４の各々の径方向外面２４ａと径方向内面２４ｂとの中心をなす磁石スロット２４の各々の中心線ＣＬがｄ軸に対して鋭角をなすように２個の磁石スロット２４が配置され、２個の磁石スロット２４内に固定される２個の永久磁石３０が略Ｖ字配置となっている点で相違している。

【0034】

つまり、ｄ軸と２個の磁石スロット２４の各々の径方向外面２４ａと径方向内面２４ｂとの中心をなす磁石スロット２４の各々の中心線ＣＬとのなす角度（ｄ軸に対して右側の磁石スロット２４につき、当該中心線ＣＬがｄ軸に対して時計回りに回ったときの回転角度と同じ意味、ｄ軸に対して左側の磁石スロット２４につき、当該中心線ＣＬがｄ軸に対して反時計回りに回ったときの回転角度と同じ意味）θ１が、鋭角をなすように２個の磁石スロット２４が配置され、２個の磁石スロット２４内に固定される２個の永久磁石３０が略Ｖ字配置となっている。

【0035】

このように、各磁極２２において、２個の永久磁石３０を略Ｖ字配置とすると、突極比（＝Ｌｑ／Ｌｄ、Ｌｑはｑ軸方向のインダクタンス、Ｌｄはｄ軸方向のインダクタンス）が大きくなり、リラクタンストルクを大きくすることができる。
なお、第５実施形態に係る回転子においても、回転子コア２１の各サイドブリッジ２８に、外周部２５と芯部２６とを切り離す切り離し路２９が形成されているので、芯部２６に応力集中を発生させる箇所を形成することなく、回転軸３１を軸穴２３に嵌合した際に生じるサイドブリッジ２８を含めた磁石スロット２４近傍における最大主応力の最大値を低減できる。
また、各サイドブリッジ２８に、外周部２５と芯部２６とを切り離す切り離し路２９を形成することにより、回転軸３１に嵌合された回転子２０を回転させた時のサイドブリッジ２８を含めた磁石スロット２４近傍の応力振幅を低減させることができる。

【0036】

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態に係る回転子について図７を参照して説明する。図７において、図１及び図２に示す部材と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
図７に示す回転子は、図１に示す回転子２０と基本構成は同様であるが、各磁極２２において、２個の磁石スロット２４の各々の径方向外面２４ａと径方向内面２４ｂとの中心をなす磁石スロット２４の各々の中心線ＣＬがｄ軸に対して鈍角をなすように２個の磁石スロット２４が配置され、２個の磁石スロット２４内に固定される２個の永久磁石３０が略ハの字配置となっている点で相違している。

【0037】

つまり、ｄ軸と、２個の磁石スロット２４の各々の径方向外面２４ａと径方向内面２４ｂとの中心をなす磁石スロット２４の各々の中心線ＣＬとのなす角度（ｄ軸に対して右側の磁石スロット２４につき、当該中心線ＣＬがｄ軸に対して時計回りに回ったときの回転角度と同じ意味、ｄ軸に対して左側の磁石スロット２４につき、当該中心線ＣＬがｄ軸に対して反時計回りに回ったときの回転角度と同じ意味）θ２が、鈍角をなすように２個の磁石スロット２４が配置され、２個の磁石スロット２４内に固定される２個の永久磁石３０が略ハの字配置となっている。

【0038】

このように、各磁極２２において、２個の永久磁石３０を略ハの字配置とすると、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑが小さくなり、突極比が小さくなるものの、応答性が良好になる。これにより、端子電圧を低くすることができる。
また、各磁極２２において、２個の永久磁石３０を略ハの字配置とすると、図７に示すように、磁石スロット２４の径方向外側の外周部２５の肉厚が図２に示す２個の永久磁石３０を一文字配置した場合よりも薄くなる。これにより、外周部２５の質量が低減でき、回転子２０を高速回転したときにセンターブリッジ２７に生じる応力を小さくすることができる。

【0039】

また、第６実施形態に係る回転子においても、回転子コア２１の各サイドブリッジ２８に、外周部２５と芯部２６とを切り離す切り離し路２９が形成されているので、芯部２６に応力集中を発生させる箇所を形成することなく、回転軸３１を軸穴２３に嵌合した際に生じるサイドブリッジ２８を含めた磁石スロット２４近傍における最大主応力の最大値を低減できる。

【0040】

また、各サイドブリッジ２８に、外周部２５と芯部２６とを切り離す切り離し路２９を形成することにより、回転軸３１に嵌合された回転子２０を回転させた時のサイドブリッジ２８を含めた磁石スロット２４近傍の応力振幅を低減させることができる。
なお、図２に示す第１実施形態に係る回転子２０の場合には、２個の永久磁石３０が一文字配置されている。この場合、ｑ軸方向のインダクタンスが２個の永久磁石３０を略Ｖ字配置した時と略ハの字配置した時とのほぼ中間の大きさとなる。このため、突極比が２個の永久磁石３０を略Ｖ字配置した時と略ハの字配置した時とのほぼ中間の大きさとなりリラクタンストルクの大きさの中間の特性となる。また、応答性についても２個の永久磁石３０を略Ｖ字配置した時と略ハの字配置した時とのほぼ中間の特性となる。

【0041】

（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態に係る回転子について図８を参照して説明する。図８において、図１及び図２に示す部材と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
図８に示す回転子は、図１及び図２に示す第１実施形態に係る回転子２０と基本構成は同様であるが、図１及び図２に示す回転子２０の回転子コア２１の外周面の形状は円形で構成され、回転コア２１の外周面と円形で構成される固定子コア１１の内周面との間の空隙がｄ軸からｑ軸の周方向に向かって均一になっているのに対し、図８に示す回転子の回転子コア２１の外周面２１ａの形状は、回転子コア２１の外周面２１ａと円形で構成される固定子コア１１の内周面１１ａとの間の空隙Ｇがｄ軸からｑ軸の周方向に向かって滑らかに増加するようになっている点で相違している。

【0042】

このように、回転子コア２１の外周面２１ａの形状を、回転子コア２１の外周面２１ａと固定子コア１１の内周面１１ａとの間の空隙Ｇがｄ軸からｑ軸の周方向に向かって滑らかに増加するようにすることで、エアギャップ部の磁束の空間高調波成分を低減することができ、コギングトルクを低減することができ、磁石スロット２４近傍における最大主応力の最大値を低減しつつモータの応答性を向上することができる。

【0043】

また、図８に示す第７実施形態に係る回転子においても、回転子コア２１の各サイドブリッジ２８に、外周部２５と芯部２６とを切り離す切り離し路２９が形成されているので、図１及び図２に示す第１実施形態に係る回転子２０に切り離し路２９を形成した効果と同様の効果を得ることができる。

【0044】

（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態に係る回転子について図９を参照して説明する。図９において、図６に示す部材と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
図９に示す回転子は、図６に示す第５実施形態に係る回転子と基本構成は同様であるが、図６に示す回転子の回転子コア２１の外周面の形状は円形で構成され、回転コア２１の外周面と円形で構成される固定子コアの内周面との間の空隙がｄ軸からｑ軸の周方向に向かって均一になっているのに対し、図９に示す回転子の回転子コア２１の外周面２１ａの形状は、回転子コア２１の外周面２１ａと円形で構成される固定子コア１１の内周面１１ａとの間の空隙Ｇがｄ軸からｑ軸の周方向に向かって滑らかに増加するようになっている点で相違している。

【0045】

このように、回転子コア２１の外周面２１ａの形状を、回転子コア２１の外周面２１ａと固定子コア１１の内周面１１ａとの間の空隙Ｇがｄ軸からｑ軸の周方向に向かって滑らかに増加するようにすることで、エアギャップ部の磁束の空間高調波成分を低減することができ、コギングトルクを低減することができ、磁石スロット２４近傍における最大主応力の最大値を低減しつつモータの応答性を向上することができる。

【0046】

また、図９に示す第８実施形態に係る回転子においても、回転子コア２１の各サイドブリッジ２８に、外周部２５と芯部２６とを切り離す切り離し路２９が形成されているので、図６に示す第５実施形態に係る回転子２０に切り離し路２９を形成した効果と同様の効果を得ることができる。
更に、図９に示す第８実施形態に係る回転子においても、図６に示す第５実施形態に係る回転子と同様に、ｄ軸と２個の磁石スロット２４の各々の径方向外面２４ａと径方向内面２４ｂとの中心をなす磁石スロット２４の各々の中心線ＣＬとのなす角度θ１が、鋭角をなすように２個の磁石スロット２４が配置され、２個の磁石スロット２４内に固定される２個の永久磁石３０が略Ｖ字配置となっている。各磁極において、２個の永久磁石３０を略Ｖ字配置とすると、突極比（＝Ｌｑ／Ｌｄ、Ｌｑはｑ軸方向のインダクタンス、Ｌｄはｄ軸方向のインダクタンス）が大きくなり、リラクタンストルクを大きくすることができる。

【0047】

（第９実施形態）
次に、本発明の第９実施形態に係る回転子について図１０を参照して説明する。図１０において、図７に示す部材と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
図１０に示す回転子は、図７に示す第６実施形態に係る回転子と基本構成は同様であるが、図７に示す回転子の回転子コア２１の外周面の形状は円形で構成され、回転コア２１の外周面と円形で構成される固定子コアの内周面との間の空隙がｄ軸からｑ軸の周方向に向かって均一になっているのに対し、図１０に示す回転子の回転子コア２１の外周面２１ａの形状は、回転子コア２１の外周面２１ａと円形で構成される固定子コア１１の内周面１１ａとの間の空隙Ｇがｄ軸からｑ軸の周方向に向かって滑らかに増加するようになっている点で相違している。

【0048】

このように、回転子コア２１の外周面２１ａの形状を、回転子コア２１の外周面２１ａと固定子コア１１の内周面１１ａとの間の空隙Ｇがｄ軸からｑ軸の周方向に向かって滑らかに増加するようにすることで、エアギャップ部の磁束の空間高調波成分を低減することができ、コギングトルクを低減することができ、磁石スロット２４近傍における最大主応力の最大値を低減しつつモータの応答性を向上することができる。

【0049】

また、図１０に示す第９実施形態に係る回転子においても、回転子コア２１の各サイドブリッジ２８に、外周部２５と芯部２６とを切り離す切り離し路２９が形成されているので、図７に示す第６実施形態に係る回転子２０に切り離し路２９を形成した効果と同様の効果を得ることができる。
更に、図１０に示す第９実施形態に係る回転子においても、図７に示す第６実施形態に係る回転子と同様に、ｄ軸と、２個の磁石スロット２４の各々の径方向外面２４ａと径方向内面２４ｂとの中心をなす磁石スロット２４の各々の中心線ＣＬとのなす角度θ２が、鈍角をなすように２個の磁石スロット２４が配置され、２個の磁石スロット２４内に固定される２個の永久磁石３０が略ハの字配置となっている。各磁極において、２個の永久磁石３０を略ハの字配置とすると、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑが小さくなり、突極比が小さくなるものの、応答性が良好になる。これにより、端子電圧を低くすることができる。

【0050】

また、各磁極において、２個の永久磁石３０を略ハの字配置とすると、磁石スロット２４の径方向外側の外周部２５の肉厚が図２に示す２個の永久磁石３０を一文字配置した場合よりも薄くなる。これにより、外周部２５の質量が低減でき、回転子を高速回転したときにセンターブリッジ２７に生じる応力を小さくすることができる。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。

【0051】

例えば、切り離し路２９は、隣り合う磁極２２の磁石スロット２４同士を連通させて外周部２５と芯部２６とを切り離すのであれば、サイドブリッジ２８の径方向のいずれの位置に形成されてもよく、必ずしも、隣り合う磁極２２の磁石スロット２４の径方向外面２４ａに沿うように形成されている必要はない。

【実施例】

【0052】

本発明の効果を検証すべく、本発明例に係る回転子の軸穴に回転軸が嵌合（焼嵌め）した時の磁石スロット近傍の最大主応力の分布と、比較例に係る回転子の軸穴に回転軸が嵌合（焼嵌め）した時の磁石スロット近傍の最大主応力の分布とを調査した。
また、本発明例に係る回転子を最高回転速度（約２０，０００ｒ／ｍｉｎ）で回転させた時の磁石スロット近傍の応力振幅と平均応力との関係と、比較例に係る回転子を最高回転速度（約２０，０００ｒ／ｍｉｎ）で回転させた時の磁石スロット近傍の応力振幅と平均応力との関係とを調査した。

【0053】

なお、調査の対象となる本発明例に係る回転子は、図１３に示すように、図５に示す第４実施形態に係る回転子と同様である。
また、調査の対象となる比較例に係る回転子は、図１１に示すように、回転子コア２１が、中心に形成された軸穴２３、外周に沿って１つの磁極２２あたり並べて２個配置された複数（８個）の磁石スロット２４、複数の磁石スロットの径方向外側に形成された外周部２５、及び複数の磁石スロット２４の径方向内側に形成された芯部２６を備えた円筒形状に形成されている。そして、各磁石スロット１２のｑ軸側の周方向側面２４ｄから空気領域２４ｅが延びている。この空気領域２４ｅは、各磁石スロット１２のｑ軸側の周方向側面２４ｄから周方向外側に延びた後、径方向内方に延び、更に径方向内側の先端が周方向内側に湾曲するように形成されている。

【0054】

本発明例に係る回転子の軸穴に回転軸が嵌合（焼嵌め）した時の磁石スロット近傍の最大主応力の分布を図１３に、比較例に係る回転子の軸穴に回転軸が嵌合（焼嵌め）した時の磁石スロット近傍の最大主応力の分布を図１１に示す。
図１１に示すように、比較例に係る回転子の軸穴に回転軸が嵌合（焼嵌め）した時、最大主応力の最大値は、各磁石スロット２４に形成された空気領域２４ｅの先端近傍に発生し、その大きさは４５３ＭＰａであった。

【0055】

これに対し、図１３に示すように、本発明例に係る回転子の軸穴に回転軸が嵌合（焼嵌め）した時、最大主応力の最大値は、各磁石スロット２４の径方向内面のセンターブリッジ２７側の端部近傍に発生し、その大きさは４０１ＭＰａであり、最大主応力の最大値が比較例に対し約１１％低下した。
また、本発明例に係る回転子を最高回転速度（約２０，０００ｒ／ｍｉｎ）で回転させた時の磁石スロット近傍の応力振幅と平均応力との関係を図１４に、比較例に係る回転子を最高回転速度（約２０，０００ｒ／ｍｉｎ）で回転させた時の磁石スロット近傍の応力振幅と平均応力との関係を図１２に示す。

【0056】

図１２に示すように、比較例に係る回転子を当該最高回転速度で回転させた時の図１１においてａで示すセンターブリッジ２７の径方向外周側、ｂで示すセンターブリッジ２７の径方向内周側、及びｃで示すサイドブリッジ２８の径方向外周側のいずれにおいても、応力振幅が疲労限度を超えた。
これに対し、図１４に示すように、本発明例に係る回転子を当該最高回転速度で回転させた時の図１３においてａで示すセンターブリッジ２７の径方向外周側、ｂで示すセンターブリッジ２７の径方向内周側、及びｃで示すサイドブリッジ２８の径方向外周側のいずれにおいても、応力振幅が疲労限度内となった。

【符号の説明】

【0057】

１ 永久磁石式回転電機
１０ 固定子
１１ 固定子コア
１１ａ 内周面
１２ スロット
１３ 磁極ティース
１４ 固定子巻線
２０ 回転子
２１ 回転子コア
２１ａ 外周面
２２ 磁極
２３ 軸穴
２４ 磁石スロット
２４ａ 径方向外面
２４ｂ 径方向内面
２４ｃ ｄ軸側の周方向側面
２４ｄ ｑ軸側の周方向側面
２５ 外周部
２６ 芯部
２７ センターブリッジ
２８ サイドブリッジ
２９ 切り離し路
３０ 永久磁石
３１ 回転軸
４０ 孔部
４１ 略三角形状孔部
４２ 連通孔部
４３ 半円弧状孔部
４４ 連通孔部
Ｃ 軸心
ＣＬ 磁石スロットの中心線
Ｇ 空隙

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】