特許 7190019 回転電機及びこれを備えた電動機車両

(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】

(24)【登録日】2022-12-06

(45)【発行日】2022-12-14

(54)【発明の名称】回転電機及びこれを備えた電動機車両

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/276 20220101AFI20221207BHJP

【ＦＩ】

H02K1/276

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021208939

(22)【出願日】2021-12-23

(62)【分割の表示】P 2017201635の分割

【原出願日】2017-10-18

(65)【公開番号】P2022034011

(43)【公開日】2022-03-02

【審査請求日】2021-12-23

(73)【特許権者】

【識別番号】319007240

【氏名又は名称】株式会社日立インダストリアルプロダクツ

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 誠

(72)【発明者】

【氏名】高橋 暁史

(72)【発明者】

【氏名】杉本 愼治

(72)【発明者】

【氏名】民谷 周一

【審査官】谿花 正由輝

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０４６４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２２６３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２３６４１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １／２７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定子と、磁性体で構成された回転子コアを備える回転子と、前記回転子に固定されたシャフトとを備えた回転電機において、
前記回転子コアには磁極１極あたり少なくとも１つの磁石挿入孔が周方向に設けられると共に、前記磁石挿入孔に対して内周側に配置されたコア領域Ａと、前記磁石挿入孔に対して外周側に配置されたコア領域Ｂとが設けられ、
前記磁石挿入孔には永久磁石が挿入され、
前記コア領域Ａと前記コア領域Ｂとは、磁極中心から周方向に離れた第一ブリッジ及び第二ブリッジの少なくとも２本のブリッジにより機械的に連結され、
前記第一ブリッジと前記第二ブリッジの前記コア領域Ａとの接続部間の距離をＬ１とし、前記第一ブリッジと前記第二ブリッジの前記コア領域Ｂとの接続部間の距離をＬ２としたとき、Ｌ２＜Ｌ１の関係を満足し、
磁極中心側であって前記第一ブリッジと前記コア領域Ｂの内周面とでなす角をθ１とし、前記第二ブリッジと前記コア領域Ｂの内周面とでなす角をθ２としたとき、θ１＞９０°、θ２＞９０°の関係を満足し、
前記コア領域Ｂの周方向端部は内周側と外周側にあり、いずれか長い方の端部間を結ぶ距離をＬ３としたとき、Ｌ２＜Ｌ３の関係を満足することで、前記第一ブリッジと前記第二ブリッジの前記コア領域Ｂとの接続部の周方向両側に、前記コア領域Ｂが存在し、
前記永久磁石は外周側に向かって開くようにＶ字型もしくはＵ字型に配置されたことを特徴とする回転電機。

【請求項2】

固定子と、磁性体で構成された回転子コアを備える回転子と、前記回転子に固定されたシャフトとを備えた回転電機において、
前記回転子コアには磁極１極あたり少なくとも１つの磁石挿入孔が周方向に設けられると共に、前記磁石挿入孔に対して内周側に配置されたコア領域Ａと、前記磁石挿入孔に対して外周側に配置されたコア領域Ｂとが設けられ、
前記磁石挿入孔には永久磁石が挿入され、
前記コア領域Ａと前記コア領域Ｂとは、磁極中心から周方向に離れた第一ブリッジ及び第二ブリッジの少なくとも２本のブリッジにより機械的に連結され、
前記第一ブリッジと前記第二ブリッジの前記コア領域Ａとの接続部であって、前記第一ブリッジと前記第二ブリッジの径方向幅を形成する２つの周方向端部のうち、前記磁石挿入孔を形成する周方向端部とは反対側の周方向端部をそれぞれ結ぶ距離をＬ１とし、前記第一ブリッジと前記第二ブリッジの前記コア領域Ｂとの接続部であって、前記第一ブリッジと前記第二ブリッジの径方向幅を形成する２つの周方向端部のうち、前記磁石挿入孔を形成する周方向端部とは反対側の周方向端部をそれぞれ結ぶ距離をＬ２としたとき、Ｌ２＜Ｌ１の関係を満足し、
磁極中心側であって前記第一ブリッジと前記コア領域Ｂの内周面とでなす角をθ１とし、前記第二ブリッジと前記コア領域Ｂの内周面とでなす角をθ２としたとき、θ１＞９０°、θ２＞９０°の関係を満足し、
前記コア領域Ｂの周方向端部は内周側と外周側にあり、いずれか長い方の端部間を結ぶ距離をＬ３としたとき、Ｌ２＜Ｌ３の関係を満足し、
前記永久磁石は外周側に向かって開くようにＶ字型もしくはＵ字型に配置されたことを特徴とする回転電機。

【請求項3】

請求項１において、
前記磁石挿入孔の磁極中心にブリッジを設けたことを特徴とする回転電機。

【請求項4】

請求項１乃至３の何れか１項において、
前記永久磁石は略直方体形状であり、前記永久磁石の短軸が磁極中心線と略平行であることを特徴とする回転電機。

【請求項5】

請求項１、３、４の何れか１項において、
前記コア領域Ａ及び前記コア領域Ｂの最外周面をむすぶ第三ブリッジを有することを特徴とする回転電機。

【請求項6】

請求項１又は２において、
前記コア領域Ｂを複数設け、隣合う前記コア領域Ｂ同士の間に、径方向の外周側に突出した複数のｑ軸コアを設けたことを特徴とする回転電機。

【請求項7】

請求項１又は２において、
前記磁石挿入孔は、径方向に重なるように複数設けたことを特徴とする回転電機。

【請求項8】

請求項６において、
前記コア領域Ｂは、径方向に重なるように複数設けたことを特徴とする回転電機。

【請求項9】

請求項７又は８において、
前記第一ブリッジ及び前記第二ブリッジは、径方向に多段に設けたことを特徴とする回転電機。

【請求項10】

回転電機と、車輪と、ギアと、台車を備え、前記回転電機は前記ギアを介して前記車輪を駆動する電動機車両において、
前記回転電機は、請求項１乃至９の何れか１項を備えたことを特徴とする電動機車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は回転電機及びこれを備えた電動機車両に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に永久磁石を使用する回転電機は、永久磁石の残留磁束をトルク発生に活用することでコイルに流れる電流を低減し、小型化及び高効率化できるようにしている。永久磁石を貫く磁力線にはコイルと鎖交するいわゆる電機子鎖交磁束があり、電機子鎖交磁束はトルク発生に寄与する。一方、永久磁石を貫く磁力線の中にはコイルと鎖交しない漏洩磁束があり、漏洩磁束はトルク発生に寄与しない。そのため、回転電機の小型化及び高効率化をするためには、この漏洩磁束を低減し、永久磁石の残留磁束を有効活用する構造が必要となる。

【0003】

回転子に永久磁石を使用する場合、回転子の回転に伴う遠心力が永久磁石に働き、この永久磁石による遠心力荷重を機械的に支持するための構成が回転子に要求される。特に、永久磁石を回転子コアの中に埋め込んだ埋込磁石同期回転電機の場合、永久磁石の遠心力荷重を機械的に支持するためのブリッジが必要となる。ブリッジは、一般には回転子コアと一体で構成されているため磁束が通りやすい。

【0004】

永久磁石を貫く磁力線の一部は、永久磁石とブリッジのみを短絡した漏洩磁束となる。ブリッジを通る漏洩磁束は、ブリッジの比透磁率が１に近づきブリッジが磁気飽和するまで発生する。このため、ブリッジを通る漏洩磁束を低減するには、ブリッジの幅を狭めて磁気飽和しやすくする必要がある。しかしながら、この場合、機械的支持をするための十分な強度を得るのが難しいという問題があった。

【0005】

回転子に磁石を使用しない同期回転機においても同様の課題がある。同期回転機の場合、d軸インダクタンスとq軸インダクタンスの差を大きくするため、フラックスバリアを設けることがある。特にシンクロナスリラクタンスモータ等では、フラックスバリアを設けることでコアが分離するため、遠心力荷重を機械的に支持するためのブリッジが必要となる。一般にブリッジを通る磁束量が増えるとd軸インダクタンスとq軸インダクタンスの差が小さくなり、モータのトルクは小さくなる。モータトルクの不足分を補うためには電流を増やす必要があり、回転電機の小型化及び高効率化が難しいという問題があった。

【0006】

従来、回転子のブリッジからの漏洩磁束を低減する構造として、例えば特許文献１に示すように、磁束の漏洩経路となるブリッジの一部を非磁性体で構成して漏洩磁束を低減する技術が開示されている。

【0007】

また、例えば特許文献２に示すように、磁極中心線と、回転子の回転軸心からブリッジまでを結ぶ直線とのなす角よりも、磁極中心線とブリッジの連結方向を通る直線とのなす角を小さくし、ブリッジに働く応力を軽減する技術が開示されている。

【0008】

さらに、例えば特許文献３には、ブリッジを長くすることにより、ブリッジを通る永久磁石からの磁束経路を長くして漏洩磁束を低減する技術が開示されている。

【0009】

さらにまた、特許文献４には、ブリッジの強度を向上する技術として、ボンド磁石の射出成形に伴うロータコアの変形を抑制するために、磁石スロットの外周面に対して法線方向にブリッジを延ばした技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特開平９―１６３６４８号公報

【文献】特開２０１３－２３６４１８号公報

【文献】特開２０１１－９７７８３号公報

【文献】特開２０１４－５７３９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

特許文献１に開示されている構造では、非磁性体は磁性体に比べて磁束を通しにくいため、十分な機械強度を得るためにブリッジ幅を広げても、ブリッジからの漏洩磁束を低減することができる。しかしながら、回転子コアと非磁性体のそれぞれにおいて別加工が必要であり、さらには両者を組み合わせる工程が増えるため、製作コストがアップする課題があった。

【0012】

また、特許文献２に記載の技術においては、特に、ブリッジの連結方向と磁極中心線とを平行に形成することにより、ブリッジに作用する遠心力の向きが連結方向になり、ブリッジには引張応力が主に作用し、曲げ応力は小さくなるとされている。この考え方は回転子コアを剛体として扱うことを仮定している。しかしながら、実際の回転子コアは弾性変形するため、回転子コアの弾性変形に伴うブリッジの変形モードが変化する場合、必ずしも前記構造により曲げ応力を軽減することができない。特に、回転数が大きい場合や、外周側の回転子コアの径方向厚みが小さい場合、回転子コアは遠心作用により弾性変形しやすく、ブリッジに大きな曲げ応力が作用し、機械強度が不足するといった課題があった。

【0013】

また、特許文献４に記載の技術においては、内側スロットと外側スロットとにボンド磁石を射出成型する際に、内側スロットと外側スロットに均一な圧力が発生する。このため、磁石スロット外周面とブリッジを垂直に交わらせることにより、ブリッジには圧縮と引張応力が主に作用し、曲げ応力は小さくなると考えられる。一方で、回転子に遠心力が作用する場合、遠心力は回転中心から放射状に作用する力であるため、内側スロットと外側スロットにあるそれぞれの永久磁石に作用する遠心力は向きも大きさも異なり、磁石スロット外周面とブリッジとが垂直に交わった構造では、ブリッジに曲げ応力が発生する。このため、漏洩磁束を低減するためにブリッジを細めると機械強度が不足するといった課題があった。

【0014】

さらに、特許文献３に記載の技術においては、外周側の回転子コアとブリッジの接点よりも回転子内径側に永久磁石を埋め込み、これによりブリッジを長くしている。ブリッジを長くすることにより、永久磁石からの磁束経路を長くでき、漏洩磁束を低減している。しかしながら、永久磁石を回転子内径側に埋め込むことにより、外周側の回転子コア質量が増加し、ブリッジにはたらく遠心力荷重が増大する。このためブリッジ幅は広げる必要があり、ブリッジを長くしてもブリッジ幅が広がった分だけ漏洩磁束が増加するといった課題があった。

【0015】

以上より、ブリッジからの漏洩磁束を低減する構造として、従来、ブリッジを非磁性体で置き換える構造、ブリッジを長くする構造およびブリッジの傾きを限定する構造が提案されているものの、ブリッジを非磁性体で置き換えるとコストアップの課題があり、またブリッジを長くする構造は、コア荷重の増加によりブリッジ幅が広がり漏洩磁束が増加する課題があった。さらには、ブリッジの傾きを限定する構造では回転子コアが剛体であることが仮定されており、実際の回転子コアの弾性を考慮した漏洩磁束低減構造はこれまで提案されていなかった。

【0016】

上記事情を鑑み、本発明の目的は、回転子コアの弾性によるブリッジ周りの変形モードを考慮し、これによりブリッジ幅を狭め、ブリッジからの漏洩磁束を低減できる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】

【0017】

前記課題を解決するために本発明の特徴とするところは、固定子と、磁性体で構成された回転子コアを備える回転子と、前記回転子に固定されたシャフトとを備えた回転電機において、前記回転子コアには磁極１極あたり少なくとも１つの磁石挿入孔が周方向に設けられると共に、前記磁石挿入孔に対して内周側に配置されたコア領域Ａと、前記磁石挿入孔に対して外周側に配置されたコア領域Ｂとが設けられ、前記磁石挿入孔には永久磁石が挿入され、前記コア領域Ａと前記コア領域Ｂとは、磁極中心から周方向に離れた第一ブリッジ及び第二ブリッジの少なくとも２本のブリッジにより機械的に連結され、前記第一ブリッジと前記第二ブリッジの前記コア領域Ａとの接続部間の距離をＬ１とし、前記第一ブリッジと前記第二ブリッジの前記コア領域Ｂとの接続部間の距離をＬ２としたとき、Ｌ２＜Ｌ１の関係を満足し、磁極中心側であって前記第一ブリッジと前記コア領域Ｂの内周面とでなす角をθ１とし、前記第二ブリッジと前記コア領域Ｂの内周面とでなす角をθ２としたとき、θ１＞９０°、θ２＞９０°の関係を満足し、前記コア領域Ｂの周方向端部は内周側と外周側にあり、いずれか長い方の端部間を結ぶ距離をＬ３としたとき、Ｌ２＜Ｌ３の関係を満足することで、前記第一ブリッジと前記第二ブリッジの前記コア領域Ｂとの接続部の周方向両側に、前記コア領域Ｂが存在し、前記永久磁石は外周側に向かって開くようにＶ字型もしくはＵ字型に配置されたことにある。

【0018】

また、本発明の特徴とするところは、固定子と、磁性体で構成された回転子コアを備える回転子と、前記回転子に固定されたシャフトとを備えた回転電機において、前記回転子コアには磁極１極あたり少なくとも１つの磁石挿入孔が周方向に設けられると共に、前記磁石挿入孔に対して内周側に配置されたコア領域Ａと、前記磁石挿入孔に対して外周側に配置されたコア領域Ｂとが設けられ、前記磁石挿入孔には永久磁石が挿入され、前記コア領域Ａと前記コア領域Ｂとは、磁極中心から周方向に離れた第一ブリッジ及び第二ブリッジの少なくとも２本のブリッジにより機械的に連結され、前記第一ブリッジと前記第二ブリッジの前記コア領域Ａとの接続部であって、前記第一ブリッジと前記第二ブリッジの径方向幅を形成する２つの周方向端部のうち、前記磁石挿入孔を形成する周方向端部とは反対側の周方向端部をそれぞれ結ぶ距離をＬ１とし、前記第一ブリッジと前記第二ブリッジの前記コア領域Ｂとの接続部であって、前記第一ブリッジと前記第二ブリッジの径方向幅を形成する２つの周方向端部のうち、前記磁石挿入孔を形成する周方向端部とは反対側の周方向端部をそれぞれ結ぶ距離をＬ２としたとき、Ｌ２＜Ｌ１の関係を満足し、磁極中心側であって前記第一ブリッジと前記コア領域Ｂの内周面とでなす角をθ１とし、前記第二ブリッジと前記コア領域Ｂの内周面とでなす角をθ２としたとき、θ１＞９０°、θ２＞９０°の関係を満足し、前記コア領域Ｂの周方向端部は内周側と外周側にあり、いずれか長い方の端部間を結ぶ距離をＬ３としたとき、Ｌ２＜Ｌ３の関係を満足し、前記永久磁石は外周側に向かって開くようにＶ字型もしくはＵ字型に配置されたことにある。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、ブリッジからの漏洩磁束を低減できる回転電機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の第１実施例に係る回転電機の回転軸に平行な平面での断面図である。

【図2】本発明の第１実施例に係る回転子の回転軸に垂直な平面での断面図である。

【図3】本発明の第１実施例に係る回転子の回転軸に垂直な平面での部分断面図である。

【図4】本発明の第２実施例に係る回転子の回転軸に垂直な平面での断面図である。

【図5】本発明の第２実施例に係る回転子の回転軸に垂直な平面での断面図である。

【図6】本発明の第１実施例に係る回転子の回転軸に垂直な平面での部分断面図である。

【図7】第一ブリッジ及び第二ブリッジに発生する応力を計算するための片持梁モデルを示す図である。

【図8】比較例に係る回転子の回転軸に垂直な平面での断面図である。

【図9】本発明の第１実施例に係る回転子に作用する力と曲げモーメントの変化を示す図である。

【図10】比較例と本実施例の構造における遠心力荷重に対する応力分布を比較した１磁極あたりの応力解析結果を示す図である。

【図11】本発明の第３実施例に係る回転子の回転軸に垂直な平面での断面図である。

【図12】本発明の第３実施例に係る回転子の回転軸に垂直な平面での断面図である。

【図13】本発明の第４実施例に係る回転子の回転軸に垂直な平面での断面図である。

【図14】本発明の第５実施例に係る回転子の回転軸に垂直な平面での断面図である。

【図15】本発明の第５実施例に係る回転子の回転軸に垂直な平面での断面図である。

【図16】本発明の第６実施例に係る回転子の回転軸に垂直な平面での断面図である。

【図17】本発明の第７実施例に係る回転子の回転軸に垂直な平面での断面図である。

【図18】本発明の第８実施例に係る回転電機を搭載した電動機車両の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施例を図面に従い詳細に説明する。本発明においては複数の実施例を提案しているが、下記はあくまでも実施例に過ぎず、本発明の実施態様が下記具体的態様に限定されることを意図する趣旨ではない。

【実施例1】

【0022】

図１～１０を用いて、本発明の第１実施例に係る回転電機を説明する。図１は本発明の第１実施例に係る回転電機の回転軸に平行な平面での断面図である。図２は本発明の第１実施例に係る回転子の回転軸に垂直な平面での断面図である。

【0023】

図１において、回転電機１は、固定子１０と、固定子１０の径方向内側に回転可能に支持された回転子２０と、回転子２０に固定されたシャフト９０と、固定子１０及び回転子２０を覆うフレーム１５から構成されている。回転子２０は固定子１０に対してギャップ１００を介して回転可能に支持されている。固定子１０には、固定子スロットに巻装された固定子巻線１１が備えられている。

【0024】

図２において、回転子２０は回転軸心Ｘを中心に回転する。以下では断りのない限り、「内周側」「外周側」という言葉は、それぞれ回転軸心Ｘに対して距離が近い側を「内周側」、遠い側を「外周側」と定義する。また「径方向」は回転軸心Ｘと垂直に交わる直線方向と定義し、「周方向」は回転軸心Ｘまわりの回転方向と定義する。

【0025】

図２に示すように、回転子２０は、磁性体である回転子コア３０と、回転子コア３０を貫通し、回転子２０の回転軸であるシャフト９０から構成される。また、回転子２０は、偶数個（図２では８個）の磁極を有している。各磁極は少なくとも１つの空孔４０を有している。回転子コア３０は空孔４０に対して内周側に配置されたコア領域Ａと、空孔４０に対して外周側に配置されたコア領域Ｂを有している。各磁極のコア領域Ａとコア領域Ｂとは、磁極中心Ｃを挟んで磁極中心Ｃから周方向に離れた第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２の少なくとも２本のブリッジにより機械的に連結されている。空孔４０は、第一ブリッジ５１、第二ブリッジ５２、コア領域Ａ及びコア領域Ｂによって形成されている。

【0026】

回転子コア３０の材料としては、回転子コア３０に発生する渦電流損失を低減するために、電気的絶縁体でラミネーションされた積層鋼鈑を使用することが望ましいが、材料費や加工費を低減するためにソリッドの磁性体を使用しても良い。回転子コア３０は、シャフト９０に対して接着、溶接、圧入、焼き嵌め等の方法を用いて固定される。回転子コア３０をソリッドの磁性体で構成する場合は、回転子コア３０とシャフト９０を一体成型しても良い。また、図２では空孔４０の断面形状を略台形としているが、コア領域Ａとコア領域Ｂを分割する空孔であれば、その形状は例えば略三角形や略円弧形状でも良い。

【0027】

以下、本実施例の構造を図３で説明する。図３は本発明の第１実施例に係る回転子の回転軸に垂直な平面での部分断面図である。

【0028】

第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２は磁極中心Ｃ（図２）を挟んで離間されており、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２のコア領域Ａとの接続部１０２間の距離をＬ１とし、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２のコア領域Ｂとの接続部１０１間の距離をＬ２とすると、本実施例の構造は距離Ｌ１よりも距離Ｌ２の方が短い。すなわちＬ２＜Ｌ１の関係式が成り立つ。

【0029】

さらに、第一ブリッジ５１と、コア領域Ｂの内周側の空孔４０との境界面（以下、内周面と呼称する）とで、磁極中心Ｃ側でなす角をθ１とし、第二ブリッジ５２とコア領域Ｂの内周面とで、磁極中心Ｃ側でなす角をθ２とすると、角θ１及び角θ２は鈍角である。すなわちθ１＞９０°、θ２＞９０°の関係式が成り立つ。

【0030】

加えて、コア領域Ｂの周方向端部間を結ぶ距離をＬ３とすると、距離Ｌ３よりも距離Ｌ２の方が短い。すなわちＬ２＜Ｌ３の関係式が成り立つ。

【0031】

図２及び図３ではコア領域Ａの形状を略正八角形としているが、前記の関係を満たしていれば、例えば円形や図４、図５に示すような略歯車形状でも良い。なお、図４、図５の詳細については後述する。

【0032】

また、コア領域Ｂの形状としては、コア領域Ｂの周方向端部は内周側と外周側の何れか一方が長くても良く、距離Ｌ３はコア領域Ｂの周方向端部の内周側または外周側のいずれか長い方の端部間を結ぶ距離であると定義する。図２～５において、第一ブリッジ５１及び第二ブリッジ５２は、径方向幅が一定の略長方形としているが、例えば円弧状でもよく、また径方向幅が一定でない形状でも良い。

【0033】

次に本実施例の作用について説明する。回転子２０が回転すると、回転子コア３０には各部分で遠心力が働く。遠心力が働くと、コア領域Ｂはコア領域Ａから離間しようとするため、コア領域Ａとコア領域Ｂを機械的に接続する第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２には、略径方向の引張力が作用する。回転子コア３０が剛体であると仮定できれば、コア領域Ａ、コア領域Ｂ、第一ブリッジ５１及び第二ブリッジ５２の変形は無視できるので、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２には、各磁極の磁極中心Ｃ方向に引張力のみが作用する。従来技術では回転子コア３０が剛体であると仮定していたため、各ブリッジに作用する力としては、この磁極中心Ｃ方向の引張力のみを考慮すれば良かった。

【0034】

しかしながら、実際の回転子コア３０の応力分布を厳密に評価するには、回転子コア３０が剛体であるという仮定は適切ではなく、コア材料の弾性を考慮する必要がある。

【0035】

コア領域Ｂが遠心力を受けると、コア領域Ｂは回転軸心Ｘから離れようとするが、同時に第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２との接続部１０１は第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２による内径方向の張力を受ける。このため、コア領域Ｂは接続部１０１が内径側に寄り、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２の接続部１０１間のコア領域Ｂが外周側に寄った弓形の変形をする。このコア領域Ｂの変形により、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２には、引張力、剪断力及び曲げモーメントが作用する。第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２に作用する力と曲げモーメントを図６に示す。

【0036】

図６は本発明の第１実施例に係る回転子２０の回転軸に垂直な平面での部分断面図である。図６では、部分断面図に、第一ブリッジ５１に作用する力とモーメントを接続部１０１支点として描いた。

【0037】

まず、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２にはコア領域Ｂの遠心作用による力Ｆ１が働く。力Ｆ１はコア領域Ｂが剛体と仮定しても発生する力であり、各磁極において磁極中心Ｃに平行である。本実施例では第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２はＬ２＜Ｌ１かつθ１＞９０°、θ２＞９０°であるから、力Ｆ１は第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２それぞれに対して、引張力Ｔ１成分と剪断力Ｑ成分に分解できる。回転子コア３０の弾性を考慮すると、コア領域Ｂの弓形の変形に伴い、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２には、距離Ｌ２を縮めるような力Ｆ２が働く。力Ｆ１と同様に、力Ｆ２は引張力Ｔ２成分と剪断力Ｐ成分に分解できる。また、コア領域Ｂは接続部１０１を軸に曲がりながら弓形の変形をするため、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２には曲げモーメントＭが働く。

【0038】

図６では、磁極中心Ｃよりも左に位置する第一ブリッジ５１の接続部１０１には反時計回りの曲げモーメントＭが働き、磁極中心Ｃよりも右に位置する第二ブリッジ５２の接続部１０１には時計回りの曲げモーメントＭが働く。したがって、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２のそれぞれには、引張力Ｔ１とＴ２、剪断力ＰとＱ、及び曲げモーメントＭが作用する。

【0039】

第一ブリッジ５１及び第二ブリッジ５２に発生する応力について説明する。コア領域Ａは回転子２０の内周側に位置しており、各極で一体につながった構造をしているため、コア領域Ｂと比較して変形量は少ない。このため、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２は、コア領域Ａとの接続部１０２を固定端、コア領域Ｂとの接続部１０１を自由端とした片持梁に見立てることができる。

【0040】

図７は第一ブリッジ５１及び第二ブリッジ５２に発生する応力を計算するための片持梁モデルを示す図である。第一ブリッジ５１または第二ブリッジ５２の接続部１０１から接続部１０２までの長さ、すなわち梁の長さをＬと定義し、第一ブリッジ５１または第二ブリッジ５２に作用する種々の力と曲げモーメントが図７に示すように作用すると仮定する。この時、接続部１０１には大きさＭの曲げモーメントが発生し、接続部１０２には－（Ｐ－Ｑ）Ｌ＋Ｍの曲げモーメントが発生し、曲げ応力分布は、接続部１０１から接続部１０２にかけて線形に変化する。加えて、梁の全領域で引張力Ｔ１＋Ｔ２が発生する。したがって、第一ブリッジ５１及び第二ブリッジ５２の接続部１０１側では、式１で表される局所応力σ1が発生する。

【0041】

σ1＝ Ｍ／Ｚ＋（Ｔ１＋Ｔ２）／Ｓ・・・（式１）
ここで、Ｚは第一ブリッジ５１及び第二ブリッジ５２の断面係数、Ｓは第一ブリッジ５１及び第二ブリッジ５２の断面積である。また、接続部１０２側では、式２で表される局所応力σ2が発生する。

【0042】

σ2＝｜（Ｐ－Ｑ）Ｌ－Ｍ｜／Ｚ＋（Ｔ１＋Ｔ２）／Ｓ・・・（式２）
図８に比較例を示す。図８は比較例に係る回転子の回転軸に垂直な平面での断面図を示す。

【0043】

図８比較例の構造では、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２がＬ２＝Ｌ１であり、θ１＝９０°、θ２＝９０°であることから、剪断力Ｑと引張力Ｔ２はほぼ０である一方で、剪断力Ｐと引張力Ｔ１は大きい。またＬ２＝Ｌ３の場合、コア領域Ｂが弓形に変形する際の曲げモーメントＭは大きかった。このため、局所応力は、曲げモーメントＭが大きい場合は式１で表される接続部１０１側で大きくなり、剪断力Ｐが大きい場合は式２で表される接続部１０２側で大きくなりやすかった。

【0044】

一方、本実施例の回転子構造では、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２をＬ２＜Ｌ１とし、かつθ１＞９０°、θ２＞９０°とすることで、力Ｆ１及び力Ｆ２の張力成分及び剪断力成分の割合を変化させることができる。

【0045】

具体的には、比較例の構造と比較して、引張力Ｔ１と剪断力Ｐは小さくなり、引張力Ｔ２と剪断力Ｑは大きくなる。また、Ｌ２＜Ｌ３とすると、接続部１０１の周方向両側にコア領域Ｂが存在するようになる。接続部１０１の周方向磁極中心Ｃ側のコア３５と周方向ｑ軸側のコア３６にはそれぞれ遠心力が働き、それぞれのコアが接続部１０１につくる曲げモーメントの回転方向は逆になる。このためＬ２＜Ｌ３とすると、曲げモーメントＭは小さくなる。またＬ２＜Ｌ３とすると、Ｌ２＝Ｌ３の場合と比較してＬ２が短くなる分、コア領域Ｂの弓形のたわみも減少するため、力Ｆ２が小さくなり、引張力Ｔ２と剪断力Ｐは小さくなる。

【0046】

以上、本実施例の回転子構造とそれによる力と曲げモーメントの変化を図９に示す。図９は本発明の第１実施例に係る回転子に作用する力と曲げモーメントの変化を示す図である。
Ｌ２＜Ｌ１かつθ１＞９０°、θ２＞９０°とすると、式２の（Ｐ－Ｑ）Ｌの項が小さくなるため、接続部１０２側の局所応力を低減できる。またＬ２＜Ｌ３とすると、曲げモーメントＭと引張力Ｔ２が小さくなるため、式１の値が小さくなり、接続部１０１側の局所応力を低減できる。さらに、個々の効果だけでなく、Ｌ２＜Ｌ１かつθ１＞９０°、θ２＞９０°とＬ２＜Ｌ３を組み合わせることで、接続部１０１または接続部１０２の一方に応力が集中しない条件、すなわち式１の曲げモーメント成分Ｍと式２の曲げモーメント成分（Ｐ－Ｑ）Ｌ－Ｍが等しくなる条件式３を満たす解を得ることができる。

【0047】

２Ｍ＝（Ｐ－Ｑ）Ｌ・・・（式３）
これにより、本実施例では、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２に働く曲げ応力を低減できるので、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２の径方向幅を狭めることができる。そして、本実施例では、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２からの漏洩磁束を低減することができる。

【0048】

また、本実施例では、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２からの漏洩磁束が低減できるため、同じモータトルクを出す従来構造と比較して、電流低減による高効率化ができる。もしくは従来構造と同電流量の場合、本実施例では、同体格とするとｄ軸インダクタンス低減によるリラクタンストルク増加によりモータトルクが増加し、同じモータトルクとすると回転電機の小型化が可能である。

【0049】

なお、本実施例は、式３を必ず成立させることを保証するものではなく、本実施例の構造を適用することにより、曲げモーメントＭ、剪断力Ｐ及び剪断力Ｑをバランスさせ、式３の左辺と右辺の値を近づけることができることを特徴としている。

【0050】

次に応力解析の結果について図１０を用いて説明する。図１０は比較例と本実施例の構造における遠心力荷重に対する応力分布を比較した１磁極あたりの応力解析結果を示す図である。

【0051】

本応力解析では、比較例の構造と本実施例の構造において、回転子コア３０は同一の材料物性を用い、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２の短手方向幅は等しくし、またコア領域Ａとコア領域Ｂの形状は同一とし、等しい回転数で回転させた場合の応力分布を比較した。

【0052】

解析の結果、比較例の構造の局所応力最大値を１と規格化したとき、本実施例の構造の局所応力最大値は０．４５まで低減した。以上の解析から、本実施例の構造を適用することにより、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２に発生する応力を低減し、ブリッジ部を細めることができることが確認できる。

【0053】

以上説明したように、本実施例では、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２のコア領域Ａとの接続部１０２間の距離をＬ１とし、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２のコア領域Ｂとの接続部１０１間の距離をＬ２としたとき、Ｌ２＜Ｌ１の関係を満足し、磁極中心Ｃ側であって第一ブリッジ５１とコア領域Ｂの内周面とでなす角をθ１とし、第二ブリッジ５２とコア領域Ｂの内周面とでなす角をθ２としたとき、θ１＞９０°、θ２＞９０°の関係を満足し、コア領域Ｂの周方向端部間を結ぶ距離をＬ３としたとき、Ｌ２＜Ｌ３の関係を満足するようにしている。

【0054】

本実施例では前記のように構成することにより、ブリッジからの漏洩磁束を低減した回転電機を提供することができる。

【0055】

なお、本実施例ではコア領域Ａの形状を略正八角形としているが、式1～３の関係を満たしていれば、円形もしくは、その他の多角形であっても良い。

【0056】

また、本実施例では第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２の２本のブリッジを設けるようにしているが、磁極中心Ｃに位置する空孔４０に別のブリッジを設けるようにしても良い。

【実施例2】

【0057】

次に回転子コアの形状を変えた例について、図４及び図５を用いて説明する。
図４及び図５は本発明の第２実施例に係る回転子の回転軸に垂直な平面での断面図である。第１実施例と重複する事項については説明を省略する。

【0058】

図４に示す構成では、複数設けたコア領域Ｂの隣合うコア領域Ｂ同士の間に、径方向の外周側に突出した複数のｑ軸コア３２を設けている。

【0059】

コア領域Ａの最外周に位置するｑ軸コア３２は磁束を通すため、ｑ軸インダクタンスが大きくなり、リラクタンストルクを活用することができる。第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２の径方向幅が広い従来構造では、ｑ軸コア３２の幅が狭くなり、リラクタンストルクを十分に活用できなかった。

【0060】

一方、本実施例の構造では第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２の径方向幅を狭くできるので、ｑ軸コア３２の幅を広げることができる。さらに第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２の漏洩磁束低減効果として、ｄ軸インダクタンスは低減する。このため、本実施例では、リラクタンストルクを増加させ、モータトルクを増大させることができる。

【0061】

また、図５に示すように、コア領域Ｂ及び空孔４０が径方向に重なるように構成しても良い。図５において、コア領域Ａの径方向外周側には、径方向に重なるように複数の空孔４０ａ、４０ｂが形成されている。また、空孔４０ａ、４０ｂの径方向外周側には、径方向に重なるように複数のコア領域Ｂ１、Ｂ２が形成されている。さらに、図４と同様に、複数設けたコア領域Ｂの隣合うコア領域Ｂ同士の間に、径方向の外周側に突出した複数のｑ軸コア３２を設けている。

【0062】

さらにまた、第一ブリッジ５１（５１ａ、５１ｂ）及び第二ブリッジ５２（５２ａ、５２ｂ）が径方向に多段に配置されている。加えて、接続部１０１（１０１ａ、１０１ｂ）及び接続部１０２（１０２ａ、１０２ｂ）も多段に形成されている。

【0063】

図５においては、第一ブリッジ５１ｂと第二ブリッジ５２ｂは磁極中心Ｃを挟んで離間されており、第一ブリッジ５１ｂと第二ブリッジ５２ｂのコア領域Ｂ１との接続部１０２ｂ間の距離をＬ１とし、第一ブリッジ５１ｂと第二ブリッジ５２ｂのコア領域Ｂ２との接続部１０１ｂ間の距離をＬ２とすると、本実施例の構造は距離Ｌ１よりも距離Ｌ２の方が短い。すなわちＬ２＜Ｌ１の関係式が成り立つ。

【0064】

さらに、第一ブリッジ５１ｂと、コア領域Ｂ２の内周側の空孔４０ｂとの境界面（以下、内周面と呼称する）とで、磁極中心Ｃ側でなす角をθ１とし、第二ブリッジ５２ｂとコア領域Ｂ２の内周面とで、磁極中心Ｃ側でなす角をθ２とすると、角θ１及び角θ２は鈍角である。すなわちθ１＞９０°、θ２＞９０°の関係式が成り立つ。

【0065】

加えて、コア領域Ｂ２の周方向端部間を結ぶ距離をＬ３とすると、距離Ｌ３よりも距離Ｌ２の方が短い。すなわちＬ２＜Ｌ３の関係式が成り立つ。

【0066】

本実施例において、距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３および角θ１、θ２の定義は前記の定義のみによらず、磁極中心Ｃを挟んで離間された第一ブリッジ５１ａと第二ブリッジ５２ａのコア領域Ａとの接続部１０２ａ間の距離をＬ１とし、第一ブリッジ５１ａと第二ブリッジ５２ａのコア領域Ｂ１との接続部１０１ａ間の距離をＬ２とし、コア領域Ｂ１の周方向端部間を結ぶ距離をＬ３とし、第一ブリッジ５１ａと、コア領域Ｂ１の内周側の空孔４０ａとの境界面（以下、内周面と呼称する）とで、磁極中心Ｃ側でなす角をθ１とし、第二ブリッジ５２ａとコア領域Ｂ１の内周面とで、磁極中心Ｃ側でなす角をθ２としてもよい。コア領域Ｂ１の形状としては、コア領域Ｂ１の周方向端部は内周側と外周側の何れか一方が長くても良く、距離Ｌ３はコア領域Ｂ１の周方向端部の内周側または外周側のいずれか長い方の端部間を結ぶ距離であると定義する。この場合、ここで定義した距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３および角θ１、θ２について、Ｌ２＜Ｌ１、θ１＞９０°、θ２＞９０°、Ｌ２＜Ｌ３の関係式が成り立つ。

【0067】

同様に、いずれのコア領域Ｂおよび空孔４０においても、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２を有する場合、距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３および角θ１、θ２を定義できる。少なくとも１つのコア領域Ｂおよび空孔４０において、Ｌ２＜Ｌ１、θ１＞９０°、θ２＞９０°、Ｌ２＜Ｌ３の関係式が成り立っていれば、本実施例の効果を得ることができる。

【0068】

図５に示すような径方向に第一ブリッジ５１及び第二ブリッジ５２が多段に配置された構造は、一般にシンクロナスリラクタンスモータとして用いられている。従来構造では、コアを多段にし、ｄ軸リラクタンスとｑ軸リラクタンスの差を大きくすることにより、リラクタンストルクを活用しようとしていたが、コアを多段にすることでブリッジの数が増えるか、または、ブリッジの周方向幅が広くなっていた。これにより、ｄ軸リラクタンスとｑ軸リラクタンスの差を十分に大きくすることができなかった。

【0069】

一方、本実施例の構造では、第一ブリッジ５１及び第二ブリッジ５２の周方向幅を狭めることが可能であるため、ｄ軸リラクタンスとｑ軸リラクタンスの差を大きくすることができ、リラクタンストルクを活用することができる。これにより、モータの大トルク化や高効率化、小型化が可能となる。

【実施例3】

【0070】

次に本発明の第３実施例について、図１１及び図１２を用いて説明する。図１１及び図１２は本発明の第３実施例に係る回転子の回転軸に垂直な平面での断面図である。第１実施例及び第２実施例と重複する事項については説明を省略する。

【0071】

図１１及び図１２において、各磁極には少なくとも１つの磁石挿入孔４５が形成されている。磁石挿入孔４５には、磁極を形成するための永久磁石７０が収容されている。

【0072】

回転子コア３０は磁石挿入孔４５に対して内周側に配置されたコア領域Ａと、磁石挿入孔４５に対して外周側に配置されたコア領域Ｂを有している。各磁極のコア領域Ａとコア領域Ｂとは、磁極中心Ｃを挟んで磁極中心Ｃから周方向に離れた第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２の少なくとも２本のブリッジにより機械的に連結されている。

【0073】

永久磁石７０の材質には制約はなく、フェライト系、ネオジム系、サマリウムコバルト系などを例とする、いずれの材料を使用しても良い。また、本実施例では矩形状の永久磁石を用いているが、円弧形状の永久磁石であっても構わない。さらに、磁石挿入孔４５にボンド磁石を射出成型するようにしても良い。また、永久磁石７０を回転軸方向に分割積層した構造でも良い。

【0074】

各磁極は１つの永久磁石７０で構成されている。また、図１２に示しように、ｑ軸が通るコア領域Ａの最外周に位置する部分には、ｑ軸コア３２を設けるようにしても良い。このｑ軸コア３２は磁束を通すため、ｑ軸インダクタンスが大きくなり、リラクタンストルクを活用することができる。

【0075】

第３実施例は、第１実施例及び第２実施例と同様に、Ｌ２＜Ｌ１及びＬ２＜Ｌ３の関係式が成り立つ。さらに、第一ブリッジ５１とコア領域Ｂの内周側の磁石挿入孔４５との境界面（以下、内周面と呼称する）とで、磁極中心Ｃ側でなす角をθ１とし、第二ブリッジ５２とコア領域Ｂの内周面とで、磁極中心Ｃ側でなす角をθ２とすると、角θ１及び角θ２は鈍角である。すなわちθ１＞９０°、θ２＞９０°の関係式が成り立つ。

【0076】

また、コア領域Ｂの形状としては、コア領域Ｂの周方向端部は内周側と外周側の何れか一方を長く形成しても良く、距離Ｌ３はコア領域Ｂの周方向端部の内周側または外周側の何れか長い方の端部間を結ぶ距離であると定義する。第一ブリッジ５１及び第二ブリッジ５２は、径方向幅が一定の略長方形としているが、例えば円弧状でも良く、また径方向幅が一定でない形状でも良い。

【0077】

第３実施例の回転電機の場合、回転子２０が回転すると、回転子コア３０だけでなく永久磁石７０の各部分においても遠心力が働く。永久磁石７０はコア領域Ｂをコア領域Ａと離間させようとしてコア領域Ｂに荷重をかける。このため、永久磁石７０の遠心作用は、コア領域Ｂの遠心力の増加とみなすことができ、基本的には第１実施例と同様の応力分布となる。

【0078】

したがって、第３実施例の構造においても、式１及び式２を低減し、かつ式３に近づくように曲げモーメントＭ、剪断力Ｐ及び剪断力Ｑをバランスさせることにより、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２に働く曲げ応力を低減することができる。これにより第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２の径方向幅を狭めることができ、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２からの漏洩磁束を低減することができる。

【0079】

また、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２からの漏洩磁束が低減できるため、同じモータトルクを出す従来構造と比較して、永久磁石量の低減による低コスト化や、電流低減による高効率化ができる。もしくは従来構造と同永久磁石量、同電流量の場合、同体格とすると永久磁石７０の電機子鎖交磁束の増加によるマグネットトルク増加と、ｄ軸インダクタンス低減によるリラクタンストルク増加によりモータトルクが増加し、同じモータトルクとすると回転電機の小型化が可能である。

【0080】

また、永久磁石７０の電機子鎖交磁束の増加により、誘導起電力が向上し、力率が向上する。

【0081】

特に、略直方体形状の永久磁石７０を、その短軸が磁極中心Ｃ上の直線と略平行となるように配置することにより、永久磁石量を削減でき、またはこれによるコストの低減が可能となる。従来は永久磁石量を削減すると、マグネットトルクが減少するため、モータトルク低下または電流増加に伴う効率低下が免れなかった。

【0082】

しかしながら、本実施例の構造では、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２からの漏洩磁束を低減できるため、永久磁石量を削減しても従来構造と比較して、電機子鎖交磁束を増加させることができる。このため、マグネットトルクの増加によるモータトルクの増加または電流低減による効率向上が可能である。

【0083】

一般に電機子鎖交磁束が増えるとコア領域Ｂは広い範囲で磁気飽和してしまい、これによりｑ軸インダクタンスが低下する恐れがある。一方、本実施例で示すような永久磁石７０の配置である場合、永久磁石７０がコア領域Ａの内周側深くまでは埋め込まれていないため、コア領域Ａを通る磁束のパスが形成されやすく、ｑ軸インダクタンスを増やすことが可能となる。このため、コア領域Ｂが広範囲で磁気飽和しても、リラクタンストルクが低下しない。

【0084】

したがって、小型化によりコア領域Ｂが磁気飽和しやすくなってもリラクタンストルク、ひいてはモータトルクが低下しないため、回転電機１の高トルク密度化及び高出力密度化が可能である。

【実施例4】

【0085】

次に本発明の第４実施例について、図１３を用いて説明する。図１３は本発明の第４実施例に係る回転子の回転軸に垂直な平面での断面図である。第１実施例から第３実施例と重複する事項については説明を省略する。

【0086】

図１３に示すように、コア領域Ｂ及び磁石挿入孔４５が径方向に重なるように構成されている。また、コア領域Ａの径方向外周側には、径方向に重なるように複数の磁石挿入孔４５ａ、４５ｂが形成されている。また、磁石挿入孔４５ａ、４５ｂの径方向外周側には、径方向に重なるように複数のコア領域Ｂ１、Ｂ２が形成されている。磁石挿入孔４５ａ、４５ｂには永久磁石７０ａ、７０ｂが挿入されている。本実施例では、磁極は複数の永久磁石７０ａ、７０ｂにより構成されている。さらに、複数設けたコア領域Ｂの隣合うコア領域Ｂ同士の間に、径方向の外周側に突出した複数のｑ軸コア３２を設けている。

【0087】

さらにまた、第一ブリッジ５１（５１ａ、５１ｂ）及び第二ブリッジ５２（５２ａ、５２ｂ）が径方向に多段に配置されている。加えて、接続部１０１（１０１ａ、１０１ｂ）及び接続部１０２（１０２ａ、１０２ｂ）も多段に形成されている。

【0088】

第４実施例においては、第一ブリッジ５１ｂと第二ブリッジ５２ｂは磁極中心Ｃを挟んで離間されており、第一ブリッジ５１ｂと第二ブリッジ５２ｂのコア領域Ｂ１との接続部１０２ｂ間の距離をＬ１とし、第一ブリッジ５１ｂと第二ブリッジ５２ｂのコア領域Ｂ２との接続部１０１ｂ間の距離をＬ２とすると、本実施例の構造は距離Ｌ１よりも距離Ｌ２の方が短い。すなわちＬ２＜Ｌ１の関係式が成り立つ。

【0089】

さらに、第一ブリッジ５１ｂと、コア領域Ｂ２の内周側の磁石挿入孔４５ｂとの境界面（以下、内周面と呼称する）とで、磁極中心Ｃ側でなす角をθ１とし、第二ブリッジ５２ｂとコア領域Ｂ２の内周面とで、磁極中心Ｃ側でなす角をθ２とすると、角θ１及び角θ２は鈍角である。すなわちθ１＞９０°、θ２＞９０°の関係式が成り立つ。

【0090】

加えて、コア領域Ｂ２の周方向端部間を結ぶ距離をＬ３とすると、距離Ｌ３よりも距離Ｌ２の方が短い。すなわちＬ２＜Ｌ３の関係式が成り立つ。

【0091】

本実施例において、距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３および角θ１、θ２の定義は前記の定義のみによらず、磁極中心Ｃを挟んで離間された第一ブリッジ５１ａと第二ブリッジ５２ａのコア領域Ａとの接続部１０２ａ間の距離をＬ１とし、第一ブリッジ５１ａと第二ブリッジ５２ａのコア領域Ｂ１との接続部１０１ａ間の距離をＬ２とし、コア領域Ｂ１の周方向端部間を結ぶ距離をＬ３とし、第一ブリッジ５１ａと、コア領域Ｂ１の内周側の磁石挿入孔４５ａとの境界面（以下、内周面と呼称する）とで、磁極中心Ｃ側でなす角をθ１とし、第二ブリッジ５２ａとコア領域Ｂ１の内周面とで、磁極中心Ｃ側でなす角をθ２としてもよい。コア領域Ｂ１の形状としては、コア領域Ｂ１の周方向端部は内周側と外周側の何れか一方が長くても良く、距離Ｌ３はコア領域Ｂ１の周方向端部の内周側または外周側のいずれか長い方の端部間を結ぶ距離であると定義する。この場合、ここで定義した距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３および角θ１、θ２について、Ｌ２＜Ｌ１、θ１＞９０°、θ２＞９０°、Ｌ２＜Ｌ３の関係式が成り立つ。

【0092】

同様に、いずれのコア領域Ｂおよび磁石挿入孔４５においても、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２を有する場合、距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３および角θ１、θ２を定義できる。少なくとも１つのコア領域Ｂおよび磁石挿入孔４５において、Ｌ２＜Ｌ１、θ１＞９０°、θ２＞９０°、Ｌ２＜Ｌ３の関係式が成り立っていれば、本実施例の効果を得ることができる。

【0093】

図１３に示すような径方向に第一ブリッジ５１及び第二ブリッジ５２が多段に配置された構造は、一般にシンクロナスリラクタンスモータとして用いられている。従来構造では、コアを多段にし、ｄ軸リラクタンスとｑ軸リラクタンスの差を大きくすることにより、リラクタンストルクを活用しようとしていたが、コアを多段にすることでブリッジの数が増えるか、または、ブリッジの周方向幅が広くなっていた。これにより、ｄ軸リラクタンスとｑ軸リラクタンスの差を十分に大きくすることができなかった。

【0094】

一方、本実施例の構造では、第一ブリッジ５１及び第二ブリッジ５２の周方向幅を狭めることが可能であるため、ｄ軸リラクタンスとｑ軸リラクタンスの差を大きくすることができ、リラクタンストルクを活用することができる。これにより、モータの大トルク化や高効率化、小型化が可能となる。

【0095】

さらに、図１３に示す構成では、複数設けたコア領域Ｂの隣合うコア領域Ｂ同士の間に、径方向の外周側に突出した複数のｑ軸コア３２を設けている。

【0096】

コア領域Ａの最外周に位置するｑ軸コア３２は磁束を通すため、ｑ軸インダクタンスが大きくなり、リラクタンストルクを活用することができる。第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２の径方向幅が広い従来構造では、ｑ軸コア３２の幅が狭くなり、リラクタンストルクを十分に活用できなかった。

【0097】

一方、本実施例の構造では第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２の径方向幅を狭くできるので、ｑ軸コア３２の幅を広げることができる。さらに第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２の漏洩磁束低減効果として、ｄ軸インダクタンスは低減する。このため、本実施例では、リラクタンストルクを増加させ、モータトルクを増大させることができる。

【実施例5】

【0098】

次に本発明の第５実施例について、図１４及び図１５を用いて説明する。図１４及び図１５は本発明の第５実施例に係る回転子の回転軸に垂直な平面での断面図である。第１実施例から第４実施例と重複する事項については説明を省略する。

【0099】

図１４及び図１５において、本実施例では、磁極一極に対し、永久磁石７０（７０ｃ、７０ｄ）が複数個に分割して配置されている。図１４においては、永久磁石７０ｃ、７０ｄが外周側に向かって開くようにＶ字型に配置されている。図１５においては、永久磁石７０ｃ、７０ｄ、７０ｅが外周側に向かって開くようにＵ字型に配置されている。

【0100】

永久磁石７０を用いる場合、渦電流による熱損失が問題となる。特に回転子を高速回転させる場合、磁石に加わる変動磁場の周波数が増加し、それに伴い熱損失も増加する。この渦電流による発熱損失を低減するために、本実施例では磁石挿入孔４５に挿入される永久磁石７０（７０ｃ、７０ｄ）（図１５では永久磁石７０ｃ、７０ｄ、７０ｅ）を複数個に分割して配置している。

【0101】

本実施例においても、第１実施例から第４実施例と同様、Ｌ２＜Ｌ１、Ｌ２＜Ｌ３の関係式、及びθ１＞９０°、θ２＞９０°の関係式が成り立つ。

【0102】

また、複数設けたコア領域Ｂの隣合うコア領域Ｂ同士の間に、径方向の外周側に突出した複数のｑ軸コア３２を設けている。

【0103】

本実施例の作用効果については、第１実施例から第４実施例と同様である。

【実施例6】

【0104】

次に本発明の第６実施例について、図１６を用いて説明する。図１６本発明の第６実施例に係る回転子の回転軸に垂直な平面での断面図である。第１実施例から第５実施例と重複する事項については説明を省略する。

【0105】

図１６において、各磁極の磁石挿入孔４５の磁極中心Ｃには、少なくとも１つのブリッジ６０を有する。ブリッジ６０により磁石挿入孔４５は分割され、少なくとも一方の磁石挿入孔４５には永久磁石７０が収容されている。図１６では全ての磁石挿入孔４５に永久磁石７０が収容されているが、磁石挿入孔４５は永久磁石７０が収容されていない空孔４０でもよく、全ての磁石挿入孔４５が空孔４０であってもよい。

【0106】

本実施例では、磁極中心Ｃにブリッジ６０を有することで、コア領域Ｂをコア領域Ａに機械的に支持する部分が、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２に加えて、ブリッジ６０の３つのブリッジとなる。

【0107】

第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２は磁極中心Ｃから周方向に離間した位置にあり、これにより曲げ応力が発生していたのに対して、ブリッジ６０は磁極中心Ｃに位置しているため、ブリッジ６０にはほとんど曲げ応力が発生せず、引張応力のみ発生する。このため、コア領域Ｂの遠心力をブリッジ６０で主に支持し、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２を補助的に使用することで、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２の周方向幅の合計より、ブリッジ６０を含めた３つのブリッジの周方向幅の合計の方が小さくでき、ブリッジからの漏洩磁束を低減することができる。

【0108】

本実施例においても、第１実施例から第５実施例と同様、Ｌ２＜Ｌ１、Ｌ２＜Ｌ３の関係式、及びθ１＞９０°、θ２＞９０°の関係式が成り立つ。

【0109】

また、複数設けたコア領域Ｂの隣合うコア領域Ｂ同士の間に、径方向の外周側に突出した複数のｑ軸コア３２を設けている。

【0110】

本実施例の作用効果については、第１実施例から第５実施例と同様である。

【実施例7】

【0111】

次に本発明の第７実施例について、図１７を用いて説明する。図１７本発明の第７実施例に係る回転子の回転軸に垂直な平面での断面図である。第１実施例から第６実施例と重複する事項については説明を省略する。

【0112】

図１７において、本実施例では、コア領域Ａとコア領域Ｂの最外周を機械的に接合する第三ブリッジ５３を設けている。

【0113】

これにより、回転子２０が回転した際の回転子２０表面上の空気の流れが滑らかになるため、空気摩擦による機械損失が低減し、効率を向上することができる。また、回転子２０による風切音が低減するため、モータ騒音を低減することができる。さらに、回転子２０の回転が加減速し、コア領域Ｂに周方向の慣性力が作用した際に、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２の２つのブリッジ、または、第一ブリッジ５１、第二ブリッジ５２、ブリッジ６０の３つのブリッジのみの場合にはブリッジが屈曲する恐れがあるが、第三ブリッジ５３を有する場合は、第三ブリッジ５３の弾性力でコア領域Ｂを支持できるため、他のブリッジが屈曲するリスクを軽減できる。

【0114】

本実施例においても、第１実施例から第６実施例と同様、Ｌ２＜Ｌ１、Ｌ２＜Ｌ３の関係式、及びθ１＞９０°、θ２＞９０°の関係式が成り立つ。

【0115】

また、複数設けたコア領域Ｂの隣合うコア領域Ｂ同士の間に、径方向の外周側に突出した複数のｑ軸コア３２を設けている。

【0116】

本実施例の作用効果については、第１実施例から第６実施例と同様である。

【実施例8】

【0117】

次に本発明の第８実施例について、図１８を用いて説明する。図１８本発明の第８実施例に係る回転電機を搭載した電動機車両の概略図である。第１実施例から第７実施例と重複する事項については説明を省略する。

【0118】

電動機車両の一例として、鉄道車両や高速車両がある。図１８において、電動機車両２００は、ギア２１０、車輪２２０、車軸２３０及び回転電機１を備えた台車２４０を備えている。回転電機１はギア２１０を介して車軸２３０に接続された車輪２２０を駆動する。なお、本実施例では、回転電機１は２基搭載して例で説明しているが、１基または３基以上の複数であっても良い。

【0119】

本実施例の回転電機１の回転子２０は、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２に発生する曲げ応力を低減でき、第一ブリッジ５１と第二ブリッジ５２の機械強度に余裕が生じるため、回転電機１を高速回転に対応させることができる。

【0120】

このため、本実施例の回転電機１は鉄道または高速車両等の電動機車両２００に適用することができる。また、電動機車両２００に用いる回転電機１は高効率化または小型化できる。本実施例では、高効率な回転電機１を電動機車両２００に適用することにより、回転電機１で消費される電力が低減できるため、これに伴う電動機車両２００の消費電力量の低減効果を得ることができる。

【0121】

また、本実施例では、小型な回転電機１を適用することで、電動機車両２００の床下スペースを拡大することができ、電動機車両２００の床下レイアウトの自由度を向上することができる。

【0122】

また、本実施例では、電動機車両２００を軽量化することができる。

【符号の説明】

【0123】

１ 回転電機
１０ 固定子
１１ 固定子巻線
１５ フレーム
２０ 回転子
３０ 回転子コア
３２ ｑ軸コア
３５ 磁極中心Ｃ側のコア
３６ ｑ軸側のコア
４０ 空孔
４０ａ 空孔
４０ｂ 空孔
４５ 磁石挿入孔
４５ａ 磁石挿入孔
４５ｂ 磁石挿入孔
５１ 第一ブリッジ
５１ａ 第一ブリッジ
５１ｂ 第一ブリッジ
５２ 第二ブリッジ
５２ａ 第二ブリッジ
５２ｂ 第二ブリッジ
５３ 第三ブリッジ
６０ ブリッジ
７０ 永久磁石
７０ａ 永久磁石
７０ｂ 永久磁石
７０ｃ 永久磁石
７０ｄ 永久磁石
７０ｅ 永久磁石
９０ シャフト
１００ ギャップ
１０１ 接続部
１０１ａ 接続部
１０１ｂ 接続部
１０２ 接続部
１０２ａ 接続部
１０２ｂ 接続部
２００ 電動機車両
２１０ ギア
２２０ 車輪
２３０ 車軸
２４０ 台車

【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】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】