(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄芯に形成された複数の閉じられたスロットに各々永久磁石を挿入してなる永久磁石式回転機の回転子であって、
前記スロットの外周側角部に、該角部を含み該角部より大きな曲率で該角部から外周側の辺もしくは径側の辺に向けて膨らむ円弧と、該円弧より小さな曲率の第２の円弧を介して前記円弧と接続し前記外周側の辺もしくは径側の辺に至る略直線とからなるエアギャップが形成されてなる回転子。
【請求項２】
鉄芯に形成された複数の閉じられたスロットに各々永久磁石を挿入してなる永久磁石式回転機の回転子であって、
前記スロットの外周側角部に生じる応力集中を拡散すると共に該拡散した応力集中を外周から最短の部位からずれた部位に生じさせるエアギャップが形成されてなる回転子。
【請求項３】
前記応力集中は、前記回転子が回転した際に遠心力により生じる応力集中である請求項２記載の回転子。
【請求項４】
前記スロットは、略矩形形状に形成されてなる請求項１ないし３のいずれか１に記載の回転子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石式回転機の回転子に関し、詳しくは、鉄芯に形成された複数の閉じられたスロットに各々永久磁石を挿入してなる永久磁石式回転機の回転子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の永久磁石式回転機の回転子としては、矩形形状のスロットの角部に、この角部を含んでこの角部より曲率の大きな円弧で形成したエアギャップを備えるものが提案されている（例えば、特開平９−２９４３４４号公報など）。この公報に記載されている回転子におけるスロットの形状を図１２，図１３，図１４に示す。この回転子１２０Ｃ〜１２０Ｅでは、図１２に示すようなスロット１２２Ｃの角部を中心とした円弧によるエアギャップ１２４Ｃや、図１３や図１４に示すようなスロット１２２Ｄ，１２２Ｅの角部の外周側の辺や径側の辺を直径とする円弧によるエアギャップ１２４Ｄ，１２４Ｅを形成することにより、角部に生じる応力集中を低減することができるとされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来例の回転子１２０Ｃ〜１２０Ｅでは、応力集中の低減はほとんどなされず、回転子としての性能を低下させる場合を生じるという問題があった。図１５は、図１２に示す従来例の回転子１２０Ｃのスロット１２２Ｃに形成されたエアギャップ１２４Ｃの周辺の応力を計算して図示した説明図である。図示するように、図中矢印の部位に応力集中が発生している。また、応力集中は、回転子１２０Ｃの外周との最短の部位付近で生じている。回転子の外周とスロットとの最短の部位は、破壊力学の観点から見ると、回転子の最も弱い部位に相当するから、その部位での応力に対応できる厚さにする必要があり、外周とスロットとの距離を大きくするか、回転子の回転速度を低いものにしなければならない。外周とスロットとの距離を大きくすると、磁束の漏れが大きくなって効率が低下し、回転子の回転速度を低いものにすると、その適用範囲が狭められてしまう。図１３や図１４に示した従来例の回転子１２０Ｄ，１２０Ｅに形成されたエアギャップ１２４Ｄ，１２４Ｅも円弧であるから、エアギャップ１２４Ｄ，１２４Ｅの周りの応力は、図１２の回転子１２０Ｃの場合と同様に計算でき、同一の箇所に応力集中が生じる。即ち、図１３および図１４中の矢印の部位に応力集中が生じ、回転子１２０Ｃについて上述した同様の問題を生じる。
【０００４】
本発明の永久磁石式回転機の回転子は、スロットの角部で生じる応力集中を低減することを目的の一つとする。また、本発明の永久磁石式回転機の回転子は、応力集中を外周とスロットの最短部からずれた部位に生じさせることを目的の一つとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の永久磁石式回転機の回転子は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の第１の永久磁石式回転機の回転子は、
鉄芯に形成された複数の閉じられたスロットに各々永久磁石を挿入してなる永久磁石式回転機の回転子であって、
前記スロットの外周側角部に、該角部を含み該角部より大きな曲率で該角部から外周側の辺もしくは径側の辺に向けて膨らむ円弧と、該円弧より小さな曲率の第２の円弧を介して前記円弧と接続し外周側の辺もしくは径側の辺に至る略直線とからなるエアギャップが形成されてなることを要旨とする。
【０００７】
この本発明の第１の永久磁石式回転機の回転子では、スロットの外周側角部に形成されたエアギャップの角部を含みこの角部より大きな曲率でこの角部から外周側の辺もしくは径側の辺に向けて膨らむ円弧が角部に生じる応力集中を低減することができる。また、エアギャップが、円弧より小さな曲率の第２の円弧を介して円弧と接続し外周側の辺もしくは径側の辺に至る略直線により形成されることにより、低減した応力集中を回転子の外周とスロットとの最短部からずれた部位に生じさせることができる。この結果、効率が良く、高回転に回転させることができる回転子とすることができる。
【０００９】
本発明の第２の永久磁石式回転機の回転子は、
鉄芯に形成された複数の閉じられたスロットに各々永久磁石を挿入してなる永久磁石式回転機の回転子であって、
前記スロットの外周側角部に生じる応力集中を拡散すると共に該拡散した応力集中を外周から最短の部位からずれた部位に生じさせるエアギャップが形成されてなることを要旨とする。
【００１０】
この本発明の第２の永久磁石式回転機の回転子では、エアギャップが、スロットの外周側角部に生じる応力集中を拡散すると共にこの拡散した応力集中を外周から最短の部位からずれた部位に生じさせる。この結果、効率が良く、高回転に回転させることができる回転子とすることができる。
【００１１】
本発明の第２の永久磁石式回転機の回転子において、前記応力集中は、前記回転子が回転した際に遠心力により生じる応力集中であるものとすることもできる。
【００１２】
こうした本発明の第１または第２の永久磁石式回転機の回転子において、前記スロットは、略矩形形状に形成されてなるものとすることもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は本発明の第１実施例および第２実施例の永久磁石式回転機の回転子２０，２０Ｂの構成の概略を示す構成図であり、図２は第１実施例の回転子２０に形成されたスロット２２の一部を拡大して例示する拡大図であり、図３は第２実施例の回転子２０Ｂに形成されたスロット２２Ｂの一部を拡大して例示する拡大図である。第１実施例および第２実施例の回転子２０，２０Ｂは、母体としての鉄芯に形成された略矩形形状の８つのスロット２２，２２Ｂに略矩形形状の永久磁石を挿入して構成されている。
【００１４】
第１実施例の回転子２０のスロット２２の外周側の角部には、図２に示すように、角部を含みこの角部より大きな曲率で回転子２０の外周側に向けて膨らむ円弧２６と、この円弧２６より小さな曲率の円弧２９を介して円弧２６に連続するようにスロット２２に至る直線２８とを輪郭とするエアギャップ２４が形成されている。
【００１５】
第２実施例の回転子２０Ｂのスロット２２Ｂの外周側の角部には、図３に示すように、角部を含みこの角部より大きな曲率で回転子２０Ｂの径側に向けて膨らむ円弧２６Ｂと、この円弧２６Ｂより小さな曲率の円弧２９Ｂを介して円弧２６Ｂに連続するようにスロット２２Ｂに至る直線２８Ｂとを輪郭とするエアギャップ２４Ｂが形成されている。
【００１６】
なお、図示しないが、第１実施例および第２実施例の回転子２０，２０Ｂに形成された各スロット２２，２２Ｂの外周側の角部には、図２および図３に例示したエアギャップ２４，２４Ｂと同様なエアギャップが形成されている。
【００１７】
こうして構成された第１実施例および第２実施例の回転子２０，２０Ｂのエアギャップ２４，２４Ｂの周りの応力の状態を図４および図５に示す。比較例として、図６に例示するエアギャップを備えない回転子１２０の角部の周りの応力の状態を図７に、第１実施例のエアギャップ２４を形成する円弧２６に代えて直線１２６Ａとした図８に例示する回転子１２０Ａのエアギャップ１２４Ａの周りの応力の状態を図９に、第２実施例のエアギャップ２４Ｂを形成する円弧２６Ｂに代えて直線１２６Ｂとした図１０に例示する回転子１２０Ｂのエアギャップ１２４Ｂの周りの応力の状態を図１１に示す。各図には、エアギャップ周りの応力の程度がハッチングが濃くなるほど大きくなるように示した。図示するように、第１実施例および第２実施例の回転子２０，２０Ｂのエアギャップ２４，２４Ｂの周りの応力（特に第２実施例の回転子２０Ｂの応力）は、エアギャップを備えない回転子１２０や図１２〜図１４に示す従来例の回転子１２０Ｃ〜１２０Ｅ，さらに図８および図１０に例示する比較例の回転子１２０Ａ，１２０Ｂに比して、応力集中が大幅に低減されている。この結果、第１実施例および第２実施例の回転子２０，２０Ｂでは、回転子２０，２０Ｂの外周とスロット２２，２２Ｂとの最短の部位の肉厚を薄くすることができ、磁束の漏れのより少ない回転子とすることができる。なお、図９および図１１に示す比較例の回転子１２０Ａ，１２０Ｂの応力の状態から解るように、応力集中を低減あるいは緩和するためには、角部を含んで角部より大きな曲率の円弧を用いる必要がある。
【００１８】
また、第１実施例および第２実施例の回転子２０，２０Ｂのエアギャップ２４，２４Ｂの周りの応力のうち最も大きな応力は、回転子２０，２０Ｂの外周との最短の部位からずれた位置に生じている。この結果、回転子２０，２０Ｂの外周とスロット２２，２２Ｂとの最短の部位の肉厚を更に薄くすることができ、磁束の漏れのより少ない回転子とすることができる。
【００１９】
以上説明した第１実施例および第２実施例の回転子２０，２０Ｂによれば、角部を含みこの角部より大きな曲率で回転子２０の外周側または径側に向けて膨らむ円弧２６，２６Ｂを輪郭とするエアギャップ２４，２４Ｂを形成することにより、スロットの角部に生じる応力集中を大幅に低減することができる。この結果、回転子２０，２０Ｂの外周とスロット２２，２２Ｂとの肉厚を薄くすることができ、磁束の漏れのより少ない回転子とすることができる。しかも、エアギャップ２４，２４Ｂの周りで生じる応力のうち最も大きな応力は回転子２０，２０Ｂの外周との最短の部位からずれた位置に生じるから、回転子２０，２０Ｂの外周とスロット２２，２２Ｂとの肉厚を更に薄くすることができ、磁束の漏れの更に少ない回転子とすることができる。
【００２０】
第１実施例や第２実施例の回転子２０，２０Ｂでは、８つのスロット２２，２２Ｂを備えるものとしたが、スロットの数は幾つでもかまわない。また、第１実施例や第２実施例の回転子２０，２０Ｂでは、略矩形形状のスロット２２，２２Ｂにエアギャップ２４，２４Ｂを形成したが、スロットの外周側の角部に応力集中が生じ得る形状であれば如何なる形状のスロットの角部にエアギャップ２４，２４Ｂを形成するものとしてもよい。
【００２１】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例および第２実施例の永久磁石式回転機の回転子２０，２０Ｂの構成の概略を示す構成図である。
【図２】第１実施例の回転子２０に形成されたスロット２２の一部を拡大して例示する拡大図である。
【図３】第２実施例の回転子２０Ｂに形成されたスロット２２Ｂの一部を拡大して例示する拡大図である。
【図４】第１実施例の回転子２０のエアギャップ２４の周りの応力の状態を例示する説明図である。
【図５】第２実施例の回転子２０Ｂのエアギャップ２４Ｂの周りの応力の状態を例示する説明図である。
【図６】比較例としての回転子１２０に形成されたスロット１２２の一部を拡大して示す拡大図である。
【図７】比較例の回転子１２０のスロット１２２の角部の周りの応力の状態を例示する説明図である。
【図８】比較例としての回転子１２０Ａに形成されたスロット１２２Ａの一部を拡大して示す拡大図である。
【図９】比較例の回転子１２０Ａのエアギャップ１２４Ａの周りの応力の状態を例示する説明図である。
【図１０】比較例としての回転子１２０Ｂに形成されたスロット１２２Ｂの一部を拡大して示す拡大図である。
【図１１】比較例の回転子１２０Ｂのエアギャップ１２４Ｂの周りの応力の状態を例示する説明図である。
【図１２】従来例としての回転子１２０Ｃに形成されたスロット１２２Ｃの一部を拡大して示す拡大図である。
【図１３】従来例としての回転子１２０Ｄに形成されたスロット１２２Ｄの一部を拡大して示す拡大図である。
【図１４】従来例としての回転子１２０Ｅに形成されたスロット１２２Ｅの一部を拡大して示す拡大図である。
【図１５】従来例の回転子１２０Ｃのエアギャップ１２４Ｃの周りの応力の状態を例示する説明図である。
【符号の説明】
２０，２０Ｂ，１２０，１２０Ａ〜１２０Ｅ  回転子、２２，２２Ｂ，１２２，１２２Ａ〜１２２Ｅ  スロット、２４，２４Ｂ，１２４Ａ〜１２４Ｅ  エアギャップ、２６，２６Ｂ  円弧、２８，２８Ｂ  直線、２９，２９Ｂ  円弧、１２６Ａ，１２６Ｂ  直線。
【図１】
0003598887.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003598887.tif 000007
【図７】
0003598887.tif 000008
【図８】
0003598887.tif 000009
【図９】
0003598887.tif 000010
【図１０】
0003598887.tif 000011
【図１１】
0003598887.tif 000012
【図１２】
0003598887.tif 000013
【図１３】
0003598887.tif 000014
【図１４】
0003598887.tif 000015
【図１５】
0003598887.tif 000016