特開 2023-125574 ロータおよび回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023125574

(43)【公開日】2023-09-07

(54)【発明の名称】ロータおよび回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/22 20060101AFI20230831BHJP

【ＦＩ】

H02K1/22 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022029760

(22)【出願日】2022-02-28

(71)【出願人】

【識別番号】000232302

【氏名又は名称】ニデック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100188673

【弁理士】

【氏名又は名称】成田 友紀

(74)【代理人】

【識別番号】100179833

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 将尚

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(72)【発明者】

【氏名】徐 豫偉

(72)【発明者】

【氏名】林 信男

(72)【発明者】

【氏名】顔 國智

(72)【発明者】

【氏名】劉 承宗

【テーマコード（参考）】

5H601

【Ｆターム（参考）】

5H601AA29

5H601CC01

5H601CC17

5H601DD01

5H601DD09

5H601DD11

5H601DD18

5H601FF02

5H601GA02

5H601GA28

5H601GA34

5H601GB12

5H601GB33

5H601GB49

(57)【要約】      （修正有）

【課題】回転電機の起動時に許容できる慣性負荷を向上できる構造を有するロータおよび回転電機を提供する。
【解決手段】ロータ１０は、中心軸線Ｊ回りに回転可能なロータであって、ロータコア２０と、ロータコアに設けられ、周方向に間隔を空けて配置された複数のフラックスバリア部群１３０と、を備える。複数のフラックスバリア部群のそれぞれは、径方向に間隔を空けて並んで配置された複数のフラックスバリア部３０を含み、ロータコアは、フラックスバリア部の縁部からフラックスバリア部の内側に突出する凸部５０を有し、複数のフラックスバリア部群のそれぞれにおいて、少なくとも１つのフラックスバリア部の縁部３０ｅには、２つ以上の凸部が設けられている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

中心軸線回りに回転可能なロータであって、
ロータコアと、
前記ロータコアに設けられ、周方向に間隔を空けて配置された複数のフラックスバリア部群と、
を備え、
前記複数のフラックスバリア部群のそれぞれは、径方向に間隔を空けて並んで配置された複数のフラックスバリア部を含み、
前記ロータコアは、前記フラックスバリア部の縁部から前記フラックスバリア部の内側に突出する凸部を有し、
前記複数のフラックスバリア部群のそれぞれにおいて、少なくとも１つの前記フラックスバリア部の縁部には、２つ以上の前記凸部が設けられている、ロータ。

【請求項2】

前記２つ以上の凸部は、周方向に間隔を空けて配置された一対の前記凸部を含み、
前記一対の凸部は、軸方向に見て、前記フラックスバリア部の周方向の中心を通って径方向に延びる仮想線を挟んで配置されている、請求項１に記載のロータ。

【請求項3】

前記一対の凸部は、軸方向に見て、前記仮想線に対して互いに線対称に配置されている、請求項２に記載のロータ。

【請求項4】

前記複数のフラックスバリア部群のそれぞれにおいて、２つ以上の前記フラックスバリア部の縁部に前記一対の凸部が設けられており、
径方向外側に位置する前記フラックスバリア部の縁部に設けられた前記一対の凸部ほど、前記一対の凸部同士の周方向の間隔が小さい、請求項２または３に記載のロータ。

【請求項5】

前記凸部は、前記フラックスバリア部の径方向外側の第１縁部に設けられた凸部を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のロータ。

【請求項6】

前記凸部は、前記フラックスバリア部の径方向内側の第２縁部に設けられた凸部を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のロータ。

【請求項7】

軸方向に見て、前記凸部が突出する方向と直交する方向における前記凸部の寸法は、均一、または前記フラックスバリア部の縁部から離れるに従って小さくなっている、請求項１から６のいずれか一項に記載のロータ。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか一項に記載のロータと、
前記ロータの径方向外側に位置するステータと、
を備える、回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロータおよび回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

ロータコアとロータコアに設けられた孔とを備える回転電機のロータが知られている。例えば、特許文献１のロータは、ロータの軸方向に見て、径方向外側に向かって凸形状であるフラックスバリアとなる複数の孔と、周方向外側に間隔を空けて配置された複数の孔とを有する。周方向外側に配置された孔の内側には導電体が配置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第７２８２８２９号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のロータでは、ロータの回転を開始する際に、ステータにより生じた磁束の流れの向きとフラックスバリア同士の間の磁路の延びる方向とが同じでないと、ステータにより生じた磁界をロータのトルクを生じさせる磁界として好適に利用できない場合があった。この場合、回転電機の起動時におけるロータの慣性負荷が、定格速度までロータを回転させた場合に許容できる回転電機の最大慣性負荷を越え、ロータの回転速度を定格速度まで上げられない場合があった。

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みて、回転電機の起動時に許容できる慣性負荷を向上できる構造を有するロータおよび回転電機を提供することを目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のロータの一つの態様は、中心軸線回りに回転可能なロータであって、ロータコアと、前記ロータコアに設けられ、周方向に間隔を空けて配置された複数のフラックスバリア部群と、を備える。前記複数のフラックスバリア部群のそれぞれは、径方向に間隔を空けて並んで配置された複数のフラックスバリア部を含む。前記ロータコアは、前記フラックスバリア部の縁部から前記フラックスバリア部の内側に突出する凸部を有し、前記複数のフラックスバリア部群のそれぞれにおいて、少なくとも１つの前記フラックスバリア部の縁部には、２つ以上の前記凸部が設けられている。

【0007】

本発明の回転電機の一つの態様は、上記のロータと、前記ロータの径方向外側に位置するステータと、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一つの態様によれば、回転電機の起動時に許容できる慣性負荷を向上できる構造を有するロータおよび回転電機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本実施形態の回転電機の模式図を示す断面図である。

【図2】図２は、本実施形態のロータおよびステータを示す断面図であって、図１におけるＩＩ－ＩＩ断面図である。

【図3】図３は、本実施形態のロータにおける磁束の流れを説明するための図である。

【図4A】図４Ａは、本実施形態のロータの変形例を示す断面図である。

【図4B】図４Ｂは、本実施形態のロータのその他の変形例を示す断面図である。

【図5A】図５Ａは、図４Ｂに示すロータにおける磁束の流れを説明するための図である。

【図5B】図５Ｂは、図５Ａに示す磁場が回転した際のロータにおける磁束の流れを説明するための図である。

【図5C】図５Ｃは、図５Ｂに示す磁場がさらに回転した際のロータにおける磁束の流れを説明するための図である。

【図6】図６は、本実施形態のロータのその他の変形例を示す断面図である。

【図7】図７は、本実施形態のロータのその他の変形例を示す断面図である。

【図8A】図８Ａは、本実施形態のロータのその他の変形例を示す、ロータの部分拡大図である。

【図8B】図８Ｂは、本実施形態のロータのその他の変形例を示す、ロータの部分拡大図である。

【図8C】図８Ｃは、本実施形態のロータのその他の変形例を示す、ロータの部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

各図に適宜示すＺ軸方向は、正の側を「上側」とし、負の側を「下側」とする上下方向である。各図に適宜示す中心軸線Ｊは、Ｚ軸方向と平行であり、上下方向に延びる仮想線である。以下の説明においては、中心軸線Ｊの軸方向、すなわち上下方向と平行な方向を単に「軸方向」と呼び、中心軸線Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸線Ｊを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。軸方向の上側から見て、周方向で時計回りに進む方向を＋θ側と呼び、反時計回りに進む方向を－θ側と呼ぶ。

【0011】

なお、上下方向、上側、および下側とは、単に各部の配置関係等を説明するための名称であり、実際の配置関係等は、これらの名称で示される配置関係等以外の配置関係等であってもよい。

【0012】

図１に示す本実施形態の回転電機１は、インナーロータ型のモータである。図１に示すように、本実施形態の回転電機１は、ハウジング２と、ロータ１０と、ステータ３と、ベアリングホルダ４と、ベアリング５ａ，５ｂと、を備える。ハウジング２は、ロータ１０、ステータ３、ベアリングホルダ４、およびベアリング５ａ，５ｂを内部に収容している。ハウジング２の底部は、ベアリング５ｂを保持している。ベアリングホルダ４は、ベアリング５ａを保持している。ベアリング５ａ，５ｂは、例えば、ボールベアリングである。

【0013】

ステータ３は、ロータ１０の径方向外側に位置する。図１に示すように、ステータ３は、ステータコア３ａと、インシュレータ３ｄと、複数のコイル３ｅと、を有する。図２に示すように、ステータコア３ａは、コアバック３ｂと、複数のティース３ｃと、を有する。コアバック３ｂは、中心軸線Ｊを中心とする円環状である。複数のティース３ｃは、コアバック３ｂから径方向内側に延びている。複数のティース３ｃは、周方向に沿って一周に亘って等間隔に配置されている。複数のコイル３ｅは、インシュレータ３ｄを介してステータコア３ａに装着されている。

【0014】

ロータ１０は、中心軸線Ｊを中心として回転可能である。図２に示すように、ロータ１０は、シャフト１１と、ロータコア２０と、を備える。シャフト１１は、中心軸線Ｊを中心として軸方向に延びる円柱状である。図１に示すように、シャフト１１は、ベアリング５ａ，５ｂによって中心軸線Ｊ回りに回転可能に支持されている。

【0015】

ロータコア２０は、磁性体である。ロータコア２０の材質は、例えば、鉄と炭素との合金よりも透磁率の高く電気伝導率の低いケイ素鋼である。ロータコア２０は、シャフト１１の外周面に固定されている。ロータコア２０は、ロータコア２０を軸方向に貫通する貫通孔２０ａを有する。図２に示すように、貫通孔２０ａは、軸方向に見て、中心軸線Ｊを中心とする円形状である。貫通孔２０ａには、シャフト１１が通されている。シャフト１１は、例えば圧入等により、貫通孔２０ａ内に固定されている。図示は省略するが、ロータコア２０は、例えば、複数の電磁鋼板が軸方向に積層されて構成されている。

【0016】

ロータコア２０は、複数のフラックスバリア部３０を有する。本実施形態において各フラックスバリア部３０はロータコア２０に設けられた孔によって構成されている。フラックスバリア部３０は、例えば、ロータコア２０を軸方向に貫通している。各フラックスバリア部３０は、軸方向と直交する平面に沿って延びており、軸方向に見て径方向外側に凸となる形状となっている。ロータコア２０には、２つ以上のフラックスバリア部３０を含む組が複数組設けられている。１組のフラックスバリア部３０をフラックスバリア部群１３０とも呼ぶ。各フラックスバリア部群１３０は、複数のフラックスバリア部３０を含む。

【0017】

このようにフラックスバリア部３０が設けられたロータ１０は、磁気突極構造を有するシンクロナスリラクタンスモータのロータとなる。より詳しくは、軸方向から見て、隣り合う２組のフラックスバリア部群１３０同士の間は磁束が通りやすい突極方向となり、１組のフラックスバリア部群１３０の周方向における中央部には磁束が通りにくい方向が設けられる。なお、以下の説明では、上記の磁束が通りやすい突極方向を「ｄ軸方向」と呼び、上記の磁束が通りにくい方向を「ｑ軸方向」と呼ぶ。ロータ１０はｑ軸方向およびｄ軸方向において磁気的な異方性を有するため、ステータ３により磁界が発生した際にリラクタンストルクが発生し、ロータ１０を回転させることが可能となる。
また、ｄ軸方向はロータ１０の磁極部Ｐの周方向の中心を通る径方向であり、ｑ軸方向は周方向で隣り合う磁極部Ｐ同士の間における周方向中心を通る径方向である。周方向で隣り合う磁極部Ｐ同士の間に位置する部分を、以降、磁極中間部Ｍと呼ぶ。ｑ軸は磁極中間部Ｍを通る。
このように、ロータ１０には、周方向に沿って設けられた複数の磁極部Ｐと、周方向に隣り合う磁極部Ｐ同士の間にそれぞれ位置する複数の磁極中間部Ｍと、が設けられる。磁極中間部Ｍは、フラックスバリア部群１３０をそれぞれ有する。

【0018】

本実施形態では、フラックスバリア部３０内には導電体４０が配置されている。複数のフラックスバリア部３０のうち、すべてのフラックスバリア部３０の内側に導電体４０が充填されている。導電体４０を構成する材料は、電気伝導率の高い材料である。導電体４０を構成する材料としては、例えばアルミニウム、銅、およびアルミニウムと銅との合金等が挙げられる。導電体４０を構成する材料は、フラックスバリア部３０により構成された磁気突極構造に影響を与えないよう、強磁性体でない金属である。
フラックスバリア部３０内の導電体４０は、導電体４０となる金属を加熱してフラックスバリア部３０内に流し込むことで作られている。

【0019】

シンクロナスリラクタンスモータのフラックスバリア部３０内に導電体４０が配置された場合、回転する磁界の中に導体が配置されることになる。このため、ステータ３により発生した磁界が回転した際に、電磁誘導により導電体４０に誘導電流が流れ、誘導電流のローレンツ力によりロータ１０に回転力を発生させることが可能となる。特に、静止したロータ１０の回転を開始する時にローレンツ力によるトルクを得ることができるため、回転電機１の起動時に許容できる慣性負荷を向上させることができる。このように、起動時の特性を向上させたシンクロナスリラクタンスモータは、特にＤＯＬ ＳｙｎＲＭ（Direct-On-Line Synchronous Reluctance Motor）とも呼ばれる。

【0020】

ここで、磁気突極構造を有するロータ１０では、磁極部Ｐには導電体４０が配置されていないため、周方向において導電体４０の配置される量は均等ではない。また、図３に示すように、起動時にステータ３により生じる磁束Ｆの流れる向きが、ロータコア２０において磁束が流れる磁路ＭＰの延びる方向と一致していない場合、磁束Ｆがロータ１０を好適に通過できず、起動時に発生するローレンツ力が充分に得られない場合があった。なお、磁路ＭＰとは、ロータコア２０のうち、複数のフラックスバリア部３０同士の間の領域およびフラックスバリア部３０の近傍の領域である。

【0021】

そこで、発明者らは、フラックスバリア部３０の縁部３０ｅからフラックスバリア部３０の内側に突出するロータコア２０の凸部５０を配置することで、起動時にステータ３により生じる磁束Ｆの流れる向きによらず、磁束Ｆをロータ１０に好適に通過させられることを見出した。凸部５０を配置することで、図３に示すように磁路ＭＰの延びる方向とステータ３により発生した磁束Ｆの流れの向きとが一致しない状態であっても、ステータ３により発生した磁束Ｆを凸部５０に沿って好適に流すことができる。これにより、静止したロータ１０の回転を開始する時にローレンツ力によるトルクを得ることができるため、ロータ１０の起動時に許容できる慣性負荷を向上することができる。

【0022】

以下、図２および図３を用い、ロータ１０のフラックスバリア部３０および凸部５０の構成についてより詳細に説明する。

【0023】

（フラックスバリア部３０）
図２に示すように、本実施形態のロータ１０は、第１バリア部３１と、第２バリア部３２と、第３バリア部３３と、第４バリア部３４と、第５バリア部３５と、をそれぞれ備える２組のフラックスバリア部群１３０を有する。
本実施形態では５つのフラックスバリア部３０が、１組のフラックスバリア部群１３０に配置されている。１組のフラックスバリア部群１３０におけるフラックスバリア部３０の数は５つに限られず、２つ以上であれば特に限定されない。フラックスバリア部３０の数は、ロータ１０の大きさにより適宜変更されてもよい。
以降、第１バリア部３１～第５バリア部３５のいずれかを指す場合は、単にフラックスバリア部３０とも呼ぶ。

【0024】

２組のフラックスバリア部群１３０はロータ１０の周方向に沿って等間隔に並べられている。また、２組のフラックスバリア部群１３０は貫通孔２０ａを挟んで対向している。
フラックスバリア部群１３０の各組は、それぞれ周方向に１８０°回転した姿勢で配置されている点を除いて、同様の構成である。以下の各フラックスバリア部３０の説明においては、２組のフラックスバリア部群１３０のうち代表して１つの組に含まれるフラックスバリア部３０について説明する。

【0025】

フラックスバリア部群１３０に含まれる複数のフラックスバリア部３０のうち、第１バリア部３１と、第２バリア部３２と、第３バリア部３３と、第４バリア部３４と、第５バリア部３５と、は径方向外側から径方向内側に向かって、この順に配置されている。各フラックスバリア部３０はそれぞれ接触しておらず、径方向において離れて位置している。ロータコア２０のうち、第１バリア部３１の径方向外側の領域と、径方向に隣り合う２つのフラックスバリア部３０同士の間の領域と、第５バリア部３５の径方向内側の領域と、は、磁束の流れる磁路ＭＰとなる。

【0026】

第１バリア部３１～第５バリア部３５は、軸方向に見てｑ軸に交差する方向にそれぞれ伸びている。本実施形態において第１バリア部３１～第５バリア部３５のそれぞれは、軸方向に見て、ｑ軸を対称軸とする線対称な形状である。
以下の説明においては、軸方向に見てフラックスバリア部３０が延びる方向を「延伸方向」と呼ぶ。軸方向に見て第１バリア部３１、第２バリア部３２、第３バリア部３３、第４バリア部３４、および第５バリア部３５が延びる方向をそれぞれ「第１延伸方向」、「第２延伸方向」、「第３延伸方向」、「第４延伸方向」、および「第５延伸方向」と呼ぶ。

【0027】

軸方向に見て、径方向外側に位置するフラックスバリア部３０ほど、フラックスバリア部３０の延伸方向の寸法が短い。すなわち、第１バリア部３１の第１延伸方向の寸法は第２バリア部３２の第２延伸方向の寸法よりも短い。第２バリア部３２の第２延伸方向の寸法は第３バリア部３３の第３延伸方向の寸法よりも短い。第３バリア部３３の第３延伸方向の寸法は第４バリア部３４の第４延伸方向の寸法よりも短い。第４バリア部３４の第４延伸方向の寸法は第５バリア部３５の第５延伸方向の寸法よりも短い。

【0028】

軸方向に見て、各フラックスバリア部３０は径方向外側に向かう凸状に湾曲している。これにより、貫通孔２０ａが配置された部分を避けつつ、複数のフラックスバリア部３０を配置することができる。
軸方向に見て、第１バリア部３１～第５バリア部３５のそれぞれの延伸方向における中央部３０ａでは、径方向外側に凸となる円弧を含む形状になっている。各フラックスバリア部３０の中央部３０ａに含まれる円弧のうち、径方向内側に配置されているフラックスバリア部３０ほど円弧半径が小さく、径方向外側のフラックスバリア部３０になるほど円弧半径は大きくなっている。なお、軸方向に見て、径方向外側に位置する１つまたは２つ以上のフラックスバリア部３０は、中央部３０ａに円弧を含まず、ｑ軸に直交する方向に直線状に伸びていてもよい。

【0029】

各フラックスバリア部３０の延伸方向両側の端部３０ｂはロータコア２０の径方向外周縁部に位置する。フラックスバリア部３０の両方の端部３０ｂの径方向位置は、それぞれ同等の位置となっている。

【0030】

軸方向に見て、フラックスバリア部３０の延伸方向の中央部３０ａでは、フラックスバリア部３０の幅が端部３０ｂにおけるフラックスバリア部３０の幅よりも小さくなっている。さらに、複数のフラックスバリア部３０の中央部３０ａにおいて、径方向内側のフラックスバリア部３０ほど幅が狭くなっている。なお、フラックスバリア部３０の幅とは、軸方向に見て各フラックスバリア部３０の延伸方向と直交する方向の寸法である。
このようにフラックスバリア部３０の幅の狭い領域を設けることで、磁路ＭＰの幅を好適に確保しつつ複数のフラックスバリア部３０を配置することができる。
なお、第１バリア部３１～第５バリア部３５の幅は、例えば、それぞれ均一であってもよい。

【0031】

なお、本明細書において「或るパラメータ同士が互いに同じである」とは、或るパラメータ同士が厳密に互いに同じである場合に加えて、或るパラメータ同士が互いに略同じである場合も含む。「或るパラメータ同士が互いに略同じである」とは、例えば、公差の範囲内で、或るパラメータ同士が僅かにずれていることを含む。

【0032】

（凸部５０）
ロータコア２０は、フラックスバリア部３０の縁部３０ｅからフラックスバリア部３０の内側に突出する凸部５０を有する。
縁部３０ｅは、フラックスバリア部３０の径方向外側の第１縁部３０ｅ１と、径方向内側の第２縁部３０ｅ２と、を含む。本実施形態では、凸部５０は、フラックスバリア部３０の径方向外側の第１縁部３０ｅ１に設けられている。これにより、径方向外側から流れてくる磁束Ｆを凸部５０に通しやすくなる。
複数のフラックスバリア部群１３０のそれぞれにおいて、少なくとも１つのフラックスバリア部３０の縁部３０ｅには、２つ以上の凸部５０が設けられている。本実施形態では、第２バリア部３２、第３バリア部３３、第４バリア部３４、および第５バリア部３５に、それぞれ、一対の凸部５０が配置されている。

【0033】

径方向の最も外側に配置されている第１バリア部３１には、凸部５０が設けられていない。ステータ３に最も近い位置に配置されている第１バリア部３１では、凸部５０により磁束Ｆを制御する効果が他のフラックスバリア部３０の凸部５０よりも弱く、また、凸部５０を設けなくてもステータ３により生じる磁束Ｆの流れを制御可能である場合があるためである。
なお、第１バリア部３１に凸部５０が設けられていてもよい。

【0034】

１つのフラックスバリア部３０に含まれる２つの凸部５０は、周方向に間隔を空けて配置されている。
第２バリア部３２、第３バリア部３３、第４バリア部３４、および第５バリア部３５にそれぞれ配置された一対の凸部５０は、軸方向に見て、フラックスバリア部３０の周方向の中心を通って径方向に延びる仮想線ＩＬを挟んで配置されている。これにより、ロータ１０の起動時に、回転する磁界により生じる磁束Ｆが、仮想線ＩＬに対して＋θ側または－θ側のいずれの位置を通過する場合であっても、一対の凸部５０のうちの一つの凸部５０によりフラックスバリア部３０の幅方向を貫通する方向に磁束Ｆを好適に流すことが可能となる。なお、仮想線ＩＬはｑ軸と重なる位置に配置されていてもよい。

【0035】

１つのフラックスバリア部３０に含まれる一対の凸部５０は、軸方向に見て、仮想線ＩＬに対して互いに線対称に配置されている。これにより、ロータ１０を＋θ方向および－θ方向のいずれの方向に回転を開始する場合にも、同等の大きさのトルクを得ることができる。また、＋θ方向および－θ方向のいずれの方向にロータ１０の回転を開始する場合にも、起動時に許容できる慣性負荷を向上させることができる。

【0036】

径方向外側に位置するフラックスバリア部３０の縁部３０ｅに設けられた一対の凸部５０ほど、一対の凸部５０同士の周方向の間隔が小さい。すなわち、第２バリア部３２の一対の凸部５０同士の間の間隔は、第３バリア部３３の一対の凸部５０同士の間の間隔よりも小さい。第３バリア部３３の一対の凸部５０同士の間の間隔は、第４バリア部３４の一対の凸部５０同士の間の間隔よりも小さい。第４バリア部３４の一対の凸部５０同士の間の間隔は、第５バリア部３５の一対の凸部５０同士の間の間隔よりも小さい。
これにより、複数の凸部５０を好適に配置して、複数の凸部５０に沿って磁束Ｆを流しやすくできる。また、貫通孔２０ａを避けつつ、複数のフラックスバリア部群１３０にわたって磁束Ｆを通過させることができる。
なお、１つのフラックスバリア部３０に含まれる一対の凸部５０同士の間の距離は、５ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、導電体４０をフラックスバリア部３０内に配置する際に、溶融した導電体４０を２つの凸部５０同士の間にも適切に流れ込ませることが可能となる。

【0037】

軸方向に見て、凸部５０が突出する方向と直交する方向における凸部５０の寸法は、均一である。すなわち、凸部５０は矩形形状となっている。以降、凸部５０が突出する方向と直交する方向における凸部５０の寸法を凸部５０の幅とも呼ぶ。凸部５０の幅は磁束Ｆの流れをガイドすることが可能である寸法とすることが好ましい。
凸部５０の先端は第２縁部３０ｅ２に接触していない。また、１つのフラックスバリア部３０内の導電体４０は凸部５０により電気的に分断されていない。さらに、軸方向に見て、凸部５０の先端と、凸部５０が配置されている第１縁部３０ｅ１に対向する第２縁部３０ｅ２と、の間の距離が１．５ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、導電体４０をフラックスバリア部３０内に配置する際に、溶融した導電体４０をフラックスバリア部３０内に適切に流れ込ませることが可能となる。

【0038】

以上説明したように、本実施形態のロータは、中心軸線Ｊ回りに回転可能なロータ１０であって、ロータコア２０と、ロータコア２０に設けられ、周方向に間隔を空けて配置された複数のフラックスバリア部群１３０と、を備え、複数のフラックスバリア部群１３０のそれぞれは、径方向に間隔を空けて並んで配置された複数のフラックスバリア部３０を含み、ロータコア２０は、フラックスバリア部３０の縁部３０ｅからフラックスバリア部３０の内側に突出する凸部５０を有し、複数のフラックスバリア部群１３０のそれぞれにおいて、少なくとも１つのフラックスバリア部３０の縁部３０ｅには、２つ以上の凸部５０が設けられている。
本実施形態のロータ１０では、静止したロータ１０の回転を開始する時に、凸部５０により、図３に示すようにステータ３から生じる磁束Ｆを好適にロータ１０に流すことが可能となる。このように、本実施形態のロータ１０は、回転電機１の起動時に許容できる慣性負荷を向上できる構造を有する。ステータ３により生じた磁界を好適に利用できるため、回転電機１の起動時におけるロータ１０の慣性負荷が、定格速度までロータ１０を回転させた場合に許容できる回転電機１の最大慣性負荷を超えることを抑制でき、ロータ１０の回転速度を定格速度まで良好に上げることが可能となる。
さらに、ロータ１０の回転速度が定格速度となる定常状態では、フラックスバリア部群１３０が配置されることにより生じるリラクタンストルクにより、ロータ１０を好適に回転させることができる。

【0039】

また、本実施形態の回転電機１は、上述のロータ１０と、ロータ１０の径方向外側に位置するステータ３と、を備える。
上述のように、回転電機１は回転する磁界の磁束Ｆを好適に通すことができるロータ１０を有しているため、回転電機１の起動時に許容できる慣性負荷を向上させることができる。

【0040】

本発明は上述の実施形態に限られず、本発明の技術的思想の範囲内において、他の構成を採用することもできる。
例えば、図４Ａに示すように、一つのフラックスバリア部３０に配置される複数の凸部５０の数が、２つ以上であってもよい。図４Ａに示す例では、第１バリア部３１には凸部５０が配置されておらず、第２～第４バリア部３２～３４には、それぞれ２つの凸部５０が配置され、第５バリア部３５には４つの凸部５０が配置されている。図４Ａにおける第５バリア部３５の凸部５０は、第１凸部５０ａと、第５バリア部３５の延伸方向において第１凸部５０ａよりも端部３０ｂ側に配置された第２凸部５０ｂと、を含む。図４Ａに示す例において、第２～第５バリア部３２～３５の複数の凸部５０は、仮想線ＩＬに対して互いに線対称な位置に配置されている。

【0041】

また、各フラックスバリア部３０に、それぞれ４つ、または６つの凸部５０が配置されていてもよい。図４Ｂに示されるロータ１０は、第２～第５バリア部３２～３５にそれぞれ６つずつ凸部５０が配置されている。図４Ｂに示す例において、第２～第５バリア部３２～３５の凸部５０は、それぞれ、第１凸部５０ａと、第２凸部５０ｂと、第３凸部５０ｃと、を含む。図４Ｂに示す第２～第５バリア部３２～３５では、延伸方向において中央部３０ａから端部３０ｂに向かって、第１凸部５０ａと、第２凸部５０ｂと、第３凸部５０ｃと、がこの順で配置されている。図４Ｂに示す例において、第２～第５バリア部３２～３５の複数の凸部５０は、仮想線ＩＬに対して互いに線対称な位置に配置されている。

【0042】

なお、凸部５０の数はロータ１０の大きさおよびフラックスバリア部３０の形状を考慮し適宜変更してもよい。例えば、ｑ軸上に凸部５０を配置せず、かつｑ軸対称に複数の凸部５０を配置するため、１つのフラックスバリア部３０に配置される凸部５０の数は２以上の偶数であってもよい。
ただし、各フラックスバリア部３０に配置される凸部５０の数は２つ以上４つ以下であることが好ましい。これは、凸部５０の数が過度に多すぎるとロータ１０の回転が定常状態となった時に磁束Ｆの流れに影響を及ぼす可能性があるためである。

【0043】

図５Ａ～図５Ｃでは、矢印Ａ１の方向にステータ３により生じる磁界が回転を開始した際の、図４Ｂに示すロータ１０内における、磁束Ｆの流れを示している。複数の凸部５０が配置されることで、図５Ａ～図５Ｃに示すように、回転する磁界が中心軸線Ｊに対していずれの角度に配置された状態でも、複数の凸部５０により磁束Ｆをロータ１０に通過させることができる。これにより、静止したロータ１０が回転を開始する際にローレンツ力によるトルクを好適に得ることが可能となる。

【0044】

また、１つのフラックスバリア部３０に一対の凸部５０のみが設けられている場合の一対の凸部５０同士の間の間隔は、図２に示す例に限られない。例えば、フラックスバリア部３０には、図４Ｂに示す第１凸部５０ａの位置に配置された一対の凸部５０のみが設けられていてもよいし、第２凸部５０ｂの位置に配置された一対の凸部５０のみが設けられていてもよいし、第３凸部５０ｃの位置に配置された一対の凸部５０のみが設けられていてもよい。

【0045】

また、ロータ１０の磁極部Ｐの数は２極に限られず、２極より多くてもよい。ロータ１０の磁極部Ｐの数は、例えば、４極、６極、または８極であってもよい。
図６に、４極構造のロータ１０を示す。４組のフラックスバリア部群１３０はロータ１０の周方向に沿って等間隔に並べられている。周方向で隣り合うフラックスバリア部群１３０同士の間に、磁極部Ｐが設けられるため、図６に示すロータ１０では４極の磁極部Ｐが設けられている。
なお、図６に示すロータ１０では、複数のフラックスバリア部３０の形状は、軸方向に見て径方向内側に凸となる円弧状となっている。このように、フラックスバリア部３０の形状は軸方向に見て径方向内側に凸となる円弧状であってもよいし、軸方向に見て径方向内側に凸となる折れ線状となっていてもよい。また、１組のフラックスバリア部群１３０において、円弧状のフラックスバリア部３０と折れ線状のフラックスバリア部３０との両方が含まれていてもよい。

【0046】

また、凸部５０は、フラックスバリア部３０の径方向内側の第２縁部３０ｅ２に設けられた凸部５０を含んでいてもよい。これにより、他のフラックスバリア部群１３０を通り径方向内側から流れてくる磁束Ｆを凸部５０に通しやすくなる。
例えば、図７に示すように、径方向外側の第１縁部３０ｅ１に設けられた外側凸部５１と径方向内側の第２縁部３０ｅ２に設けられた内側凸部５２とがフラックスバリア部３０に設けられていてもよい。外側凸部５１と内側凸部５２とはフラックスバリア部３０の延伸方向において異なる位置に配置されている。これにより、径方向外側から流れてくる磁束Ｆと、径方向内側から流れてくる磁束Ｆと、のいずれも凸部５０により好適に導きやすくなる。

【0047】

また、外側凸部５１と内側凸部５２とはフラックスバリア部３０の延伸方向において同じ位置に配置されていてもよい。すなわち、フラックスバリア部３０内で、軸方向および延伸方向の両方と直交する方向において、外側凸部５１と内側凸部５２とは対向する位置に配置されていてもよい。この場合においても、径方向外側から流れてくる磁束Ｆと、径方向内側から流れてくる磁束Ｆと、のいずれも凸部５０により好適に導きやすくなる。
ここで、例えば、凸部５０が突出する方向における凸部５０の寸法を長く設計した場合、製造時に凸部５０が変形しやすくなる場合がある。このような場合に、１つの凸部５０を、外側凸部５１と内側凸部５２との２つに分けることで、凸部５０の合計の突出寸法を確保し磁束Ｆを導く効果を得つつ、製造プロセスにおける凸部５０の変形を防ぐことができる。
なお、外側凸部５１の先端と内側凸部５２の先端との間の距離は、前述のように、導電体４０を流し込めるように１．５ｍｍ以上であることが好ましい。

【0048】

また、凸部５０の形状は矩形に限られない。すなわち、軸方向に見て、凸部５０が突出する方向と直交する方向における凸部５０の寸法は、均一でなくてもよい。例えば、図８Ａに示すように、凸部５０は軸方向に見て半楕円形状であってもよく、図８Ｂに示すように凸部５０は軸方向に見て三角形状でもよく、図８Ｃに示すように凸部５０は軸方向に見て台形状であってもよい。
より詳しくは、図８Ａ～図８Ｃに示すロータ１０では、軸方向に見て、凸部５０が突出する方向と直交する方向における凸部５０の寸法はフラックスバリア部３０の縁部３０ｅから離れるに従って小さくなっている。これにより、凸部５０に流れた磁束Ｆを凸部５０に沿って好適に導きやすい。また、図８Ｂに示すロータ１０では、径方向外側のフラックスバリア部３０に配置された凸部５０の三角形状の先端が指す方向に径方向内側に配置された他のフラックスバリア部３０の凸部５０が配置されている。これにより、１つの凸部５０に流れた磁束Ｆを他の凸部５０に導きやすい。したがって、複数の凸部５０に沿って磁束Ｆをより好適に導きやすくなる。

【0049】

なお、起動時と定常回転時との両方における慣性負荷を考慮し、凸部５０の形状は適宜変更されてもよい。また、起動時に凸部５０に流れた磁束Ｆをフラックスバリア部３０の幅方向に貫通させる方向に好適に導くため、軸方向に見て、凸部５０が突出する方向と直交する方向における凸部５０の寸法はフラックスバリア部３０の縁部３０ｅから離れるに従って大きくなっていないことが好ましい。

【0050】

また、複数の凸部５０は仮想線ＩＬまたはｑ軸に対して対称な位置に配置されていなくてもよい。また、１つのフラックスバリア部３０は、奇数個の凸部５０を有していてもよい。このように、凸部５０の配置を非対称にすることで、ロータ１０が＋θ側および－θ側のうちのいずれか一方の方向に回転を開始する際の慣性負荷を特に向上させることができる。

【0051】

また、フラックスバリア部３０は、ロータコア２０を軸方向に貫通しなくてもよい。フラックスバリア部３０は、ロータコア２０の軸方向の端面に開口していてもよい。

【0052】

フラックスバリア部３０は、磁束Ｆの流れを抑制できるならば、特に限定されない。上述した実施形態においてフラックスバリア部３０内に導電体４０を配置した構成としたが、フラックスバリア部３０内は空隙部としてもよい。また、当該空隙部に樹脂等の非磁性体が埋め込まれることで、フラックスバリア部３０が構成されてもよい。導電体４０がフラックスバリア部３０内に配置されていなくても、凸部５０により磁束Ｆの流れを好適に導くことができる。

【0053】

本発明が適用される回転電機の用途は、特に限定されない。回転電機は、例えば、車両に搭載されてもよいし、車両以外の機器に搭載されてもよい。以上、本明細書において説明した構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0054】

１…回転電機、３…ステータ、１０…ロータ、２０…ロータコア、３０…フラックスバリア部、３０ｅ…縁部、３０ｅ１…第１縁部、３０ｅ２…第２縁部、５０…凸部、１３０…フラックスバリア部群、ＩＬ…仮想線、Ｊ…中心軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】