(57)【要約】【課題】隣接する永久磁石の間に非磁性体のブリッジを配置したロータにおいて、ロータ内に生じる応力集中を抑制する。【解決手段】ロータコア３０の磁石挿入孔２２には、隣接する永久磁石２４の間に、磁石挿入孔２２より径方向Ｒ内側のロータコア３０と径方向Ｒ外側のロータコア３０とを橋渡しするように非磁性体のブリッジ３６が配置される。そして、径方向Ｒ内側における前記ブリッジ３６とロータコア３０との固定構造３８は、径方向Ｒ外側における前記ブリッジ３６とロータコア３０との固定構造４０に比べ、前記ブリッジ３６の変位を許容するように形成される。この構成により、ロータコア３０の外周面にある外周ブリッジ３４と前記固定構造３８において過大な応力が発生してしまうことを防止することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータコアと、
ロータコアに形成された磁石挿入孔に、周方向に互いに間隔を空けて挿入される永久磁石と、
隣接する永久磁石の間に位置するように磁石挿入孔に挿入され、磁石挿入孔より径方向内側のロータコアと径方向外側のロータコアとを橋渡しするように固定される非磁性体のブリッジと、
を有するロータにおいて、
径方向内側における前記ブリッジとロータコアの固定構造は、径方向外側における前記ブリッジとロータコアの固定構造に比べ、ロータコアに対する前記ブリッジの変位を許容するように形成される、
ことを特徴とするロータ。
【請求項２】
請求項１に記載のロータにおいて、
前記径方向内側及び外側の固定構造は、それぞれ、前記ブリッジの端部がロータコアに係止する係止部を有し、
前記径方向内側の係止部の数は、前記径方向外側の係止部の数より少ない、
ことを特徴とするロータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のロータを備える回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロータ及びこのロータを備える回転電機に関し、特に、ロータコアに埋設される永久磁石の間に設けられるブリッジの構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ロータが、ロータシャフトに固定されるロータコアと、このロータコアに形成された磁石挿入孔に挿入された永久磁石とを有し、そのロータと回転磁界との間に働く電磁的作用によりロータを回転させる回転電機が知られている。
【０００３】
下記特許文献１には、１つの磁石挿入孔に、同極の一対の永久磁石が間隔を空けて挿入され、これらの永久磁石の間に非磁性体のブリッジが挿入される構成が記載されている。非磁性体のブリッジは、磁石挿入孔より径方向内側のロータコアと径方向外側のロータコアとを橋渡しするようにロータコアに対して固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２０１２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に開示されるロータにおいては、上述のように、永久磁石間に配置されるブリッジを非磁性体からなる部材とすることにより、ブリッジを通って漏れる永久磁石の磁束の低減を図っている。しかしながら、ロータコアとは異なる部材である非磁性体のブリッジを用いたことで生じるロータの応力分布に関する問題点については考慮されていない。
【０００６】
具体的には、回転電機の駆動時に、非磁性体のブリッジが遠心力により径方向外側へと変位することによって、磁石挿入孔の外周側端部とロータコアの外周面との間に形成される外周ブリッジに、過大な応力が発生してしまうという問題がある。この問題を解決するため、非磁性体のブリッジの移動を防止すべく、このブリッジをロータコアに対して強固に固定する構造を採用することが考えられる。しかし、この構造では、外周ブリッジにおける応力集中は緩和されるものの、今度は、非磁性体のブリッジとロータコアとの固定箇所に過大な応力が発生してしまう。
【０００７】
本発明の目的は、隣接する永久磁石の間に設けられる非磁性体のブリッジによって発生するロータ内の応力集中を抑制することができるロータ及びこのロータを備え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】
【０００８】
本発明は、ロータコアと、ロータコアに形成された磁石挿入孔に、周方向に互いに間隔を空けて挿入される永久磁石と、隣接する永久磁石の間に位置するように磁石挿入孔に挿入され、磁石挿入孔より径方向内側のロータコアと径方向外側のロータコアとを橋渡しするように固定される非磁性体のブリッジと、を有するロータにおいて、径方向内側における前記ブリッジとロータコアの固定構造は、径方向外側における前記ブリッジとロータコアの固定構造に比べ、ロータコアに対する前記ブリッジの変位を許容するように形成されることを特徴とする。
【０００９】
また、前記径方向内側及び外側の固定構造は、それぞれ、前記ブリッジの端部がロータコアに係止する係止部を有し、前記径方向内側の係止部の数は、前記径方向外側の係止部の数より少ないことを特徴とする。
【００１０】
また、ロータを備える回転電機であることが好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のロータ及びこのロータを備える回転電機によれば、隣接する永久磁石の間に設けられる非磁性体のブリッジによって発生するロータ内の応力集中を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る回転電機の構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係るロータの平面図である。
【図３】ロータの一部を拡大した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係るロータ及びこのロータを備える回転電機の実施形態について、図を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る回転電機の構成を示す図である。
【００１４】
回転電機１０は、例えば車両の原動機として用いられる。回転電機１０は、ロータシャフト１２に固定されるロータ１４と、ロータ１４を囲うように回転電機１０のケース１６に固定されたステータ１８とを有する。
【００１５】
ロータ１４は、ロータシャフト１２と同心の円筒状の磁性体であり、例えば積層鋼板を軸線方向２０に積層して構成される。積層鋼板には軸線方向２０に延びる磁石挿入孔２２が形成され、この磁石挿入孔２２に永久磁石２４が挿入され配置される。なお、ロータ１４の詳細な構成については後述する。
【００１６】
ロータシャフト１２は、ケース１６に設けられる軸受２６により回転可能に支持される。本実施形態のロータシャフト１２は、回転電機１０の出力を車両の駆動輪（図示せず）に伝達する出力シャフトであり、このロータシャフト１２と駆動輪は、歯車機構（図示せず）を介して接続される。
【００１７】
ステータ１８は、ロータ１４の周囲に空隙を空けて配置される。ステータ１８には、このステータ１８の内周側に突出し、周方向に所定の間隔を空けて配置される磁極（図示せず）を有する。この磁極の間の空間であるスロットには、導線を磁極に巻きつけて形成されるコイル２８が配置される。図１には、ステータ１８の両端において、スロット間を橋渡しするコイル２８、すなわちコイルエンドが示される。このコイル２８の通電により、ステータ１８に回転磁界が発生し、この回転磁界に吸引される力が、永久磁石２４を有するロータ１４に発生して、ロータ１４が回転する。
【００１８】
次に、ロータ１４の構成について、図２，３を用いて説明する。図２は、本実施形態のロータ１４の平面図である。また、図３は、ロータ１４の一部を拡大した平面図であり、詳しくは、ロータ１４の一つの磁極部を拡大した平面図である。本実施形態におけるロータ１４の磁極数は８極である。しかし、本発明はこの磁極の数８極に限定されない。なお、図中の矢印θは周方向を示し、矢印Ｒは径方向を示す。
【００１９】
図２に示されるように、ロータ１４は、ロータコア３０と、ロータコア３０に埋設される永久磁石２４とを有する。ロータコア３０は環状に形成されており、ロータコア３０の中央部には、ロータシャフト１２が挿入される貫通孔３２が形成されている。
【００２０】
ロータコア３０は、電磁鋼板を軸線方向２０（図１に示す）に積層して形成される。具体的には、ロータコア３０は、薄板状の電磁鋼板をプレスで打ち抜いて、打ち抜かれた電磁鋼板を軸方向に所定の枚数を積層して、積層された複数の電磁鋼板を加圧カシメ等の処理を施して結合され形成される。本実施形態においては、ロータコア３０が電磁鋼板を積層して構成される場合について説明したが、この構成に限定されず、ロータコア３０が磁性体であれば、圧粉磁心から成形されるものであってもよい。
【００２１】
ロータコア３０には、永久磁石２４が挿入される磁石挿入孔２２が形成される。磁石挿入孔２２は、周方向θの接線に沿って延びる第一磁石挿入孔２２ａと、径方向Ｒ内側に凸となる略Ｖ字状の第二磁石挿入孔２２ｂとを含む。第一磁石挿入孔２２ａは、第二磁石挿入孔２２ｂより径方向Ｒ外側のロータコア３０に形成される。第一及び第二磁石挿入孔２２ａ，２２ｂは、ロータ１４の磁極数となる８個ずつ形成され、それらが周方向θに等間隔に配置される。なお、第二磁石挿入孔２２ｂより径方向Ｒ外側に位置するロータコア３０の領域を、単に外側ロータコア３０ａと記す。そして、第二磁石挿入孔２２ｂより径方向Ｒ内側に位置するロータコア３０の領域を、単に内側ロータコア３０ｂと記す。
【００２２】
第二磁石挿入孔２２ｂには、２個の永久磁石２４が周方向θに間隔を空けて挿入される。また、この第二磁石挿入孔２２ｂより径方向Ｒ外側にある第一磁石挿入孔２２ａには、１個の永久磁石２４が挿入される。そして、これらの第一及び第二磁石挿入孔２２ａ，２２ｂに挿入される計３個の永久磁石２４によって、１つの磁極（図３ではＮ極）が形成される。すなわち、第一磁石挿入孔２２ａ内の永久磁石２４における径方向Ｒ外側の極性と、第二磁石挿入孔２２ｂ内の永久磁石２４における外側ロータコア３０ａ側の極性とは一致している。そして、これらの永久磁石２４によって、１つの磁極が形成されている。
【００２３】
第二磁石挿入孔２２ｂは、上述したように、径方向Ｒ内側に凸となる略Ｖ字状に形成される。径方向Ｒ外側における第二磁石挿入孔２２ｂの両端部と、ロータコア３０の外周面との間隔は、薄く薄肉状である。以降、この狭く薄肉状の領域を、外周ブリッジ３４と記す。外周ブリッジ３４は、外側ロータコア３０ａと内側ロータコア３０ｂとを橋渡しするように形成される。
【００２４】
また、第二磁石挿入孔２２ｂの周方向θ中心部においては、外側ロータコア３０ａと内側ロータコア３０ｂとを橋渡しするブリッジ３６が挿入される。すなわち、このブリッジ３６は、第二磁石挿入孔２２ｂを挟んで隣接するロータコア３０を径方向Ｒに橋渡しする。このブリッジ３６は、ロータコア３０とは異なる部材であり、非磁性体、例えばステンレスから構成される。非磁性体のブリッジ３６は、２個の永久磁石２４の間に挿入され、外側ロータコア３０ａと内側ロータコア３０ｂとにそれぞれ固定される。
【００２５】
本実施形態においては、非磁性体のブリッジ３６と内側ロータコア３０ｂとが固定される固定構造３８は、このブリッジ３６と外側ロータコア３０ａとが固定される固定構造４０に比べ、非磁性体のブリッジ３６の変位を許容するように形成される。すなわち、内側ロータコア３０ｂ側の固定構造３８は、非磁性体のブリッジ３６が変位し易い強度になるように形成され、外側ロータコア３０ａ側の固定構造４０は、非磁性体のブリッジ３６が変位し難い強度に形成される。
【００２６】
上述のように、外側ロータコア３０ａ側の固定構造４０を、非磁性体のブリッジ３６が変位し難い構造とすることで、非磁性体のブリッジ３６の径方向Ｒ外側への変位量が抑制されるので、この変位量に起因して発生する外周ブリッジ３４における応力集中を緩和することができる。また、内側ロータコア３０ｂ側の固定構造３８を、非磁性体のブリッジ３６が変位し易い構造とすることで、この固定構造３８に対して強固に固定する構造を採用した場合に比べて、固定構造３８に発生する応力集中を緩和することができる。
【００２７】
このように、本実施形態のロータ１４によれば、内側ロータコア３０ｂ側の固定構造３８をより緩い固定構造、そして外側ロータコア３０ａ側の固定構造４０をよりきつい固定構造とすることで、外周ブリッジ３４と固定構造３８において過大な応力が発生してしまうことを防止することができる。そして、本実施形態のロータ１４を用いた実験において、従来技術で述べた外周ブリッジ３４又は固定構造３８で発生した過大な応力は、外周ブリッジ３４と固定構造３８の両領域に分散し、ロータ１４全体として応力が低減することがわかった。
【００２８】
次に、固定構造３８，４０の具体的な構成について、図３を用いて説明する。固定構造３８，４０は、それぞれ、非磁性体のブリッジ３６の端部がロータコア３０に係止する係止部４２を有する。係止部４２は、図３に示されるように、ブリッジ３６本体から突出する凸部４４と、ロータコア３０に形成され、凸部４４が嵌る凹部４６とから成る。凸部４４は、周方向θ両側に広がる引掛り部４４ａを有し、この引掛り部４４ａが凹部４６の縁に引っ掛かることで、凸部４４と凹部４６の離隔を規制する。この構成により、非磁性体のブリッジ３６が第二磁石挿入孔２２ｂに挿入され、凸部４４が凹部４６に嵌り合い、非磁性体のブリッジ３６がロータコア３０に係止し固定される。
【００２９】
内側ロータコア３０ｂ側の係止部４２の数は２個であり、外側ロータコア３０ａ側の係止部４２の数は６個である。このように、内側ロータコア３０ｂ側の係止部４２の数を、外側ロータコア３０ａ側の係止部４２の数より少なくすることにより、内側ロータコア３０ｂ側の固定構造３８は、外側ロータコア３０ａ側の固定構造４０に比べ、その締結力が小さくなる。よって、内側ロータコア３０ｂ側の固定構造３８のほうが、非磁性体のブリッジ３６より変位を許容することができる。
【００３０】
本実施形態においては、外側ロータコア３０ａ側の係止部４２が６個、内側ロータコア３０ｂ側の係止部４２が２個である場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。内側ロータコア３０ｂ側の係止部４２の数が、外側ロータコア３０ａ側の係止部４２の数より少なければ、内側ロータコア３０ｂの固定構造３８は、外側ロータコア３０ａの固定構造４０に比べ、ロータコア３０に対する非磁性体のブリッジ３６の変位を許容することができる。
【００３１】
また、本実施形態では、図３に示されるように、第二磁石挿入孔２２ｂに２個の永久磁石２４が挿入され、これらの永久磁石２４の間に非磁性体のブリッジ３６が配置される場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。隣接する永久磁石２４の間に非磁性体のブリッジ３６が配置される構成であるならば、第二磁石挿入孔２２ｂに、３個以上の永久磁石２４を互いに隙間を空けて挿入し、それぞれの隙間に非磁性体のブリッジ３６を配置することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、１つの磁極が、第一磁石挿入孔２２ａに挿入された永久磁石２４を含む場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。１つの磁極が、第一磁石挿入孔２２ａの永久磁石２４を無くし、第二磁石挿入孔２２ｂに挿入される複数の永久磁石２４のみで構成されてもよい。
【００３３】
また、本実施形態では、第二磁石挿入孔２２ｂの形状が、径方向Ｒ内側に凸となる略Ｖ字状である場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。周方向θに並んで隣接する永久磁石２４の間に非磁性体のブリッジ３４を配置することができるのであれば、第二磁石挿入孔２２ｂは他の形状であっても良い。
【符号の説明】
【００３４】
１０  回転電機、１２  ロータシャフト、１４  ロータ、１８  ステータ、２２  磁石挿入孔、２４  永久磁石、２８コイル、３０  ロータコア、３２  貫通孔、３４  外周ブリッジ、３６  非磁性体のブリッジ、３８，４０  固定構造、４２  係止部、４４  凸部、４６  凹部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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