特許 7642131 回転電機及びそのロータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-27

(45)【発行日】2025-03-07

(54)【発明の名称】回転電機及びそのロータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/276 20220101AFI20250228BHJP

【ＦＩ】

H02K1/276

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2024096364

(22)【出願日】2024-06-14

【審査請求日】2024-06-14

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000236056

【氏名又は名称】三菱電機ビルソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003568

【氏名又は名称】弁理士法人加藤国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】立木 宏紀

【審査官】池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２２－０３４０１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０１２５９９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１４８６３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０７５９２３（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】

複数のスロットが設けられている円筒状のロータコア、及び
前記ロータコアの周方向に互いに間隔をおいて、前記複数のスロットにそれぞれ挿入されている複数の磁石
を備え、
前記ロータコアは、
前記複数の磁石に対して前記ロータコアの径方向内側に位置している内径側ヨーク部と、
前記ロータコアの径方向における前記複数の磁石の外側にそれぞれ位置している複数の外径側ヨーク部と、
前記内径側ヨーク部と前記複数の外径側ヨーク部とをそれぞれ連結している複数のヨーク連結部と
を有しており、
各前記ヨーク連結部は、
前記複数の外径側ヨーク部のうちの隣り合う２つの外径側ヨーク部に繋がっている一対の第１ブリッジと、
前記内径側ヨーク部から前記ロータコアの径方向に沿って突出しており、かつ前記一対の第１ブリッジと前記内径側ヨーク部とを繋いでいるブリッジ連結柱と、
前記ロータコアの径方向における前記ブリッジ連結柱の一部から、前記ロータコアの周方向両側へ突出している一対のストッパ部と
を有しており、
各前記ヨーク連結部において、
前記ブリッジ連結柱の中心線は、前記ロータコアの径方向に沿っており、
前記一対の第１ブリッジは、前記ブリッジ連結柱の中心線に対して互いに反対方向へ傾斜しており、
前記ロータコアの周方向における前記ブリッジ連結柱の両端面は、前記ブリッジ連結柱の中心線に平行であり、
各前記スロットは、磁石挿入部と、前記ロータコアの周方向における前記磁石挿入部の両側に位置している一対のフラックスバリアとを有しており、
各前記ストッパ部は、前記磁石に当たって、前記磁石の前記フラックスバリアへの侵入を阻止している回転電機のロータ。

【請求項2】

各前記ヨーク連結部において、前記一対の第１ブリッジが前記ブリッジ連結柱の中心線に対してなす角度は、それぞれ２０度以上５５度以下である請求項１に記載の回転電機のロータ。

【請求項3】

各前記ヨーク連結部は、前記一対の第１ブリッジ間を繋いでいる第２ブリッジをさらに有しており、
各前記ヨーク連結部において、前記一対の第１ブリッジと前記第２ブリッジとの間には、ブリッジ間孔が設けられている請求項１又は請求項２に記載の回転電機のロータ。

【請求項4】

請求項１又は請求項２に記載のロータ
を備えている回転電機。

【請求項5】

請求項３に記載のロータ
を備えている回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、回転電機及びそのロータに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来の永久磁石埋込型モータのロータでは、ロータコアにおける隣り合う２つの磁石挿入穴の端部空隙間に、極間中心線に沿う直線状のブリッジが形成されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１２／０２６０３２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような従来の永久磁石埋込型モータのロータでは、ロータコアにシャフトを圧入する際、ロータコアが径方向外側へ広げられる。これにより、ロータコアの径方向に沿ってブリッジが伸ばされ、ブリッジに高い引張応力が発生し、ブリッジが破断する懸念がある。

【0005】

本開示は、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、ロータコアのヨーク連結部に生じる引張応力を低減することができる回転電機及びそのロータを得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る回転電機のロータは、複数のスロットが設けられている円筒状のロータコア、及びロータコアの周方向に互いに間隔をおいて、複数のスロットにそれぞれ挿入されている複数の磁石を備え、ロータコアは、複数の磁石に対してロータコアの径方向内側に位置している内径側ヨーク部と、ロータコアの径方向における複数の磁石の外側にそれぞれ位置している複数の外径側ヨーク部と、内径側ヨーク部と複数の外径側ヨーク部とをそれぞれ連結している複数のヨーク連結部とを有しており、各ヨーク連結部は、複数の外径側ヨーク部のうちの隣り合う２つの外径側ヨーク部に繋がっている一対の第１ブリッジを有しており、各ヨーク連結部における一対の第１ブリッジは、それぞれロータコアの径方向に対して傾斜している。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、ロータコアのヨーク連結部に生じる引張応力を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１による回転電機を示す半断面図である。

【図2】図１のシャフト及びロータの組立体から第１端板及び第２端板を取り除いた状態を示す斜視図である。

【図3】図２の要部を拡大して示す斜視図である。

【図4】図３のロータコアの一部をロータコアの軸心に沿って見た正面図である。

【図5】図４のスロットに磁石が挿入された状態を示す正面図である。

【図6】実施の形態１のブリッジ連結柱の中心線に対する各第１ブリッジの角度と、ヨーク連結部に生じる応力との関係を示すグラフである。

【図7】実施の形態２による回転電機のロータの要部を示す斜視図である。

【図8】図７のロータコアの一部をロータコアの軸心に沿って見た正面図である。

【図9】図８のスロットに磁石が挿入された状態を示す正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による回転電機を示す半断面図である。実施の形態１の回転電機は、ハウジング１０、第１ベアリング２１、第２ベアリング２２、シャフト２３、ステータ３０、及びロータ４０を備えている。

【0010】

ハウジング１０は、ハウジング本体１１と、円板状の蓋部材１２とを有している。ハウジング本体１１は、円筒部１１ａと、円板状の底板部１１ｂとを有している。底板部１１ｂは、円筒部１１ａの軸方向の一端部に設けられている。蓋部材１２は、円筒部１１ａの軸方向の他端部に設けられている。

【0011】

第１ベアリング２１は、底板部１１ｂの中央に保持されている。第２ベアリング２２は、蓋部材１２の中央に保持されている。シャフト２３は、第１ベアリング２１及び第２ベアリング２２を介して、ハウジング１０に回転可能に支持されている。

【0012】

ステータ３０は、円筒部１１ａの内周に固定されている。また、ステータ３０は、円筒状のステータコア３１と、コイル３２とを有している。

【0013】

ロータ４０は、シャフト２３に固定されている。また、ロータ４０は、ハウジング１０に対して、シャフト２３と一体に回転する。

【0014】

また、ロータ４０は、円筒状のロータコア４１と、複数の平板状の磁石４２と、円板状の第１端板４３と、円板状の第２端板４４とを有している。

【0015】

シャフト２３は、ロータコア４１の中心に圧入されている。これにより、ロータコア４１は、シャフト２３に固定されている。ロータコア４１の外周面は、ステータコア３１の内周面に対向している。ロータコア４１は、内部に発生する渦電流を抑制するため、複数の電磁鋼板を積層することにより構成されている。

【0016】

複数の磁石４２は、ロータコア４１に埋め込まれている。各磁石４２としては、永久磁石が用いられている。即ち、ロータ４０は、永久磁石型ロータである。

【0017】

第１端板４３は、ロータコア４１の軸方向の一端面に固定されている。第２端板４４は、ロータコア４１の軸方向の他端面に固定されている。ロータコア４１の軸方向は、ロータコア４１の軸心Ｃ１に沿う方向であり、図１の上下方向である。また、ロータコア４１の軸心Ｃ１は、シャフト２３及びロータ４０の回転中心と一致している。

【0018】

第１端板４３及び第２端板４４は、ロータコア４１からの複数の磁石４２の飛び出しを阻止している。第１端板４３及び第２端板４４は、それぞれ非磁性材料により構成されている。

【0019】

図２は、図１のシャフト２３及びロータ４０の組立体から第１端板４３及び第２端板４４を取り除いた状態を示す斜視図である。複数の磁石４２は、ロータコア４１の周方向に互いに間隔をおいて、かつロータコア４１の周方向に等ピッチで配置されている。ロータコア４１の周方向は、ロータコア４１の軸心Ｃ１を中心とする円周に沿う方向である。

【0020】

図３は、図２の要部を拡大して示す斜視図である。ロータコア４１には、複数のスロット４１ａが設けられている。複数のスロット４１ａは、軸心Ｃ１を中心とする同一円周上に、等ピッチで設けられている。複数の磁石４２は、複数のスロット４１ａにそれぞれ挿入されている。

【0021】

ロータコア４１は、内径側ヨーク部４１ｂと、複数の外径側ヨーク部４１ｃと、複数のヨーク連結部４１ｄとを有している。

【0022】

内径側ヨーク部４１ｂは、複数の磁石４２に対して、ロータコア４１の径方向内側に位置している部分である。ロータコア４１の径方向は、軸心Ｃ１に直交する方向である。内径側ヨーク部４１ｂは、隣り合う磁石４２の間に磁気回路を構成している。

【0023】

複数の外径側ヨーク部４１ｃは、ロータコア４１の径方向において、複数の磁石４２の外側にそれぞれ位置している部分である。複数の外径側ヨーク部４１ｃは、複数の磁石４２からの磁束をステータ３０に伝える。即ち、各外径側ヨーク部４１ｃには、磁極が形成されている。

【0024】

複数のヨーク連結部４１ｄは、内径側ヨーク部４１ｂと複数の外径側ヨーク部４１ｃとをそれぞれ連結している。

【0025】

図４は、図３のロータコア４１の一部をロータコア４１の軸心Ｃ１に沿って見た正面図である。図５は、図４のスロット４１ａに磁石４２が挿入された状態を示す正面図である。

【0026】

各スロット４１ａは、磁石挿入部４１ｅと、一対のフラックスバリア４１ｆとを有している。磁石挿入部４１ｅは、磁石４２が挿入されている部分である。一対のフラックスバリア４１ｆは、ロータコア４１の周方向における磁石挿入部４１ｅの両側に位置している。一対のフラックスバリア４１ｆは、それぞれ他の磁極への磁束の漏洩を抑制する空隙である。

【0027】

各ヨーク連結部４１ｄは、ブリッジ連結柱４１ｇと、一対の第１ブリッジ４１ｈと、一対のストッパ部４１ｉとを有している。

【0028】

ブリッジ連結柱４１ｇは、内径側ヨーク部４１ｂから、ロータコア４１の径方向に沿って外側へ突出している。各ヨーク連結部４１ｄにおいて、ブリッジ連結柱４１ｇの中心線Ｃ２は、ロータコア４１の径方向に沿っている。

【0029】

各ヨーク連結部４１ｄにおいて、ロータコア４１の周方向におけるブリッジ連結柱４１ｇの両端面は、ブリッジ連結柱４１ｇの中心線Ｃ２に平行である。

【0030】

各ヨーク連結部４１ｄにおいて、一対の第１ブリッジ４１ｈは、隣り合う２つの外径側ヨーク部４１ｃと、ブリッジ連結柱４１ｇとに繋がっている。即ち、各ヨーク連結部４１ｄにおいて、ブリッジ連結柱４１ｇは、一対の第１ブリッジ４１ｈと内径側ヨーク部４１ｂとを繋いでいる。

【0031】

各ヨーク連結部４１ｄにおける一対の第１ブリッジ４１ｈは、それぞれロータコア４１の径方向に対して角度θだけ傾斜している。即ち、各ヨーク連結部４１ｄにおいて、一対の第１ブリッジ４１ｈは、ブリッジ連結柱４１ｇの中心線Ｃ２に対して互いに反対方向へ角度θだけ傾斜している。

【0032】

角度θは、鋭角である。各ヨーク連結部４１ｄにおいて、ブリッジ連結柱４１ｇと一対の第１ブリッジ４１ｈとは、Ｙ字形をなしている。

【0033】

各ストッパ部４１ｉは、ヨーク連結部４１ｄからロータコア４１の周方向へ突出し磁石４２に当たっている。これにより、各ストッパ部４１ｉは、磁石４２のフラックスバリア４１ｆへの侵入を阻止している。

【0034】

このようなロータ４０では、シャフト２３を圧入又は焼嵌めによりロータコア４１に嵌合する場合、シャフト２３によってロータコア４１が押し広げられ、ヨーク連結部４１ｄに伸びが集中する。

【0035】

これに対して、実施の形態１では、各ヨーク連結部４１ｄに、一対の第１ブリッジ４１ｈが設けられている。そして、各ヨーク連結部４１ｄにおける一対の第１ブリッジ４１ｈは、それぞれロータコアの径方向に対して傾斜している。

【0036】

このため、ヨーク連結部４１ｄに生じる伸びが、一対の第１ブリッジ４１ｈの変形により吸収され、ヨーク連結部４１ｄに生じる引張応力を低減することができる。これにより、ヨーク連結部４１ｄの破断を抑制し、回転電機の品質を向上させることができる。

【0037】

また、各ヨーク連結部４１ｄにおいて、一対の第１ブリッジ４１ｈと内径側ヨーク部４１ｂとは、ブリッジ連結柱４１ｇによって繋がれている。また、ブリッジ連結柱４１ｇの中心線Ｃ２は、ロータコア４１の径方向に沿っている。そして、一対の第１ブリッジ４１ｈは、中心線Ｃ２に対して互いに反対方向へ傾斜している。

【0038】

このため、ロータコア４１の周方向における磁石４２の長さを長くしてトルクを稼ぎつつ、フラックスバリア４１ｆを大きくして、他の磁極への磁束漏れを十分に抑制することができる。これにより、回転電機の出力の向上を図ることができる。

【0039】

また、各ヨーク連結部４１ｄにおいて、ロータコア４１の周方向におけるブリッジ連結柱４１ｇの両端面は、中心線Ｃ２に平行である。このため、他の磁極への磁束漏れをより確実に抑制しつつ、遠心力等の外力による応力集中を抑制することができる。

【0040】

ここで、図６は、ブリッジ連結柱４１ｇの中心線Ｃ２に対する各第１ブリッジ４１ｈの角度θと、ヨーク連結部４１ｄに生じる応力との関係を示すグラフである。

【0041】

図６に示すように、角度θが小さいほど、ヨーク連結部４１ｄに生じる応力は小さくなる。しかし、角度θが小さ過ぎると、隣の磁極への磁束漏れが増大する。

【0042】

また、角度θが大きくなると、ヨーク連結部４１ｄに生じる応力が大きくなる。また、角度θが５０度の場合、最大応力は引っ張りによる応力であるが、角度θが６０度の場合、最大応力は曲げによる応力でる。

【0043】

これらのことから、各ヨーク連結部４１ｄにおいて、一対の第１ブリッジ４１ｈがブリッジ連結柱４１ｇの中心線Ｃ２に対してなす角度θは、それぞれ２０度以上５５度以下とすることが好ましい。これにより、各ヨーク連結部４１ｄに生じる応力を低減しつつ、磁束漏れを効率的に抑制することができる。

【0044】

実施の形態２．
次に、図７は、実施の形態２による回転電機のロータ４０の要部を示す斜視図である。図８は、図７のロータコア４１の一部をロータコア４１の軸心Ｃ１に沿って見た正面図である。図９は、図８のスロット４１ａに磁石４２が挿入された状態を示す正面図である。

【0045】

実施の形態２の各ヨーク連結部４１ｄは、ブリッジ連結柱４１ｇ、一対の第１ブリッジ４１ｈ、及び一対のストッパ部４１ｉに加えて、第２ブリッジ４１ｊをさらに有している。

【0046】

各ヨーク連結部４１ｄにおいて、第２ブリッジ４１ｊは、一対の第１ブリッジ４１ｈ間を繋いでいる。具体的には、第２ブリッジ４１ｊは、一対の第１ブリッジ４１ｈにおける外径側端部間を繋いでいる。各第１ブリッジ４１ｈにおける外径側端部は、外径側ヨーク部４１ｃ側の端部、即ちブリッジ連結柱４１ｇとは反対側の端部である。

【0047】

各ヨーク連結部４１ｄにおいて、一対の第１ブリッジ４１ｈと第２ブリッジ４１ｊとの間には、ブリッジ間孔４１ｋが設けられている。

【0048】

実施の形態２における他の構成は、実施の形態１と同様である。

【0049】

このような構成によっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、各ヨーク連結部４１ｄにおいて、一対の第１ブリッジ４１ｈが第２ブリッジ４１ｊによって繋がれている。これにより、各ヨーク連結部４１ｄにおける一対の第１ブリッジ４１ｈの応力振幅を低減することができる。

【0050】

このため、回転数が高い回転電機、トルク密度の高い回転電機等においても、運転中に生じる繰り返し荷重による各ヨーク連結部４１ｄの疲労破壊を抑制することができる。従って、より堅牢かつ高品質な回転電機を提供することができる。

【0051】

なお、実施の形態１、２において、各磁石４２のロータコア４１への固定方法としては、スロット４１ａ内に樹脂を充填して固定する方法、スロット４１ａ内に圧入する方法、第１端板４３と第２端板４４との間に挟み込む方法等が挙げられる。

【0052】

また、実施の形態１、２において、磁石４２の数は、特に限定されない。

【0053】

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

【0054】

以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。

【0055】

（付記１）
複数のスロットが設けられている円筒状のロータコア、及び
前記ロータコアの周方向に互いに間隔をおいて、前記複数のスロットにそれぞれ挿入されている複数の磁石
を備え、
前記ロータコアは、
前記複数の磁石に対して前記ロータコアの径方向内側に位置している内径側ヨーク部と、
前記ロータコアの径方向における前記複数の磁石の外側にそれぞれ位置している複数の外径側ヨーク部と、
前記内径側ヨーク部と前記複数の外径側ヨーク部とをそれぞれ連結している複数のヨーク連結部と
を有しており、
各前記ヨーク連結部は、前記複数の外径側ヨーク部のうちの隣り合う２つの外径側ヨーク部に繋がっている一対の第１ブリッジを有しており、
各前記ヨーク連結部における前記一対の第１ブリッジは、それぞれ前記ロータコアの径方向に対して傾斜している回転電機のロータ。
（付記２）
各前記ヨーク連結部は、
前記内径側ヨーク部から前記ロータコアの径方向に沿って突出しており、かつ前記一対の第１ブリッジと前記内径側ヨーク部とを繋いでいるブリッジ連結柱
をさらに有しており、
各前記ヨーク連結部において、
前記ブリッジ連結柱の中心線は、前記ロータコアの径方向に沿っており、
前記一対の第１ブリッジは、前記ブリッジ連結柱の中心線に対して互いに反対方向へ傾斜している付記１に記載の回転電機のロータ。
（付記３）
各前記ヨーク連結部において、前記一対の第１ブリッジが前記ブリッジ連結柱の中心線に対してなす角度は、それぞれ２０度以上５５度以下である付記２に記載の回転電機のロータ。
（付記４）
各前記ヨーク連結部において、前記ロータコアの周方向における前記ブリッジ連結柱の両端面は、前記ブリッジ連結柱の中心線に平行である付記２又は付記３に記載の回転電機のロータ。
（付記５）
各前記ヨーク連結部は、前記一対の第１ブリッジ間を繋いでいる第２ブリッジをさらに有しており、
各前記ヨーク連結部において、前記一対の第１ブリッジと前記第２ブリッジとの間には、ブリッジ間孔が設けられている付記１から付記４までのいずれか１項に記載の回転電機のロータ。
（付記６）
付記１から付記５までのいずれか１項に記載のロータ
を備えている回転電機。

【符号の説明】

【0056】

４０ ロータ、４１ ロータコア、４１ａ スロット、４１ｂ 内径側ヨーク部、４１ｃ 外径側ヨーク部、４１ｄ ヨーク連結部、４１ｇ ブリッジ連結柱、４１ｈ 第１ブリッジ、４１ｊ 第２ブリッジ、４１ｋ ブリッジ間孔、４２ 磁石。

【要約】

【課題】ロータコアのヨーク連結部に生じる引張応力を低減することができる回転電機及びそのロータを得ることを目的とする。
【解決手段】各ヨーク連結部４１ｄは、ブリッジ連結柱４１ｇと、一対の第１ブリッジ４１ｈとを有している。ブリッジ連結柱４１ｇは、内径側ヨーク部４１ｂから、ロータコア４１の径方向に沿って突出している。ブリッジ連結柱４１ｇは、一対の第１ブリッジ４１ｈと内径側ヨーク部４１ｂとを繋いでいる。一対の第１ブリッジ４１ｈは、それぞれロータコア４１の径方向に対して角度θだけ傾斜している。
【選択図】図４

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】