(57)【要約】  風損を抑制することができ、かつ、ロータの強度に優れた回転電機を提供する。また、同回転電機の磁極数を低減する。ロータ外周に各々連通する２個の連通穴３４からなる１対の連通穴対をロータ回転方向に沿ってロータ１３ｂに複数対形成した。各連通穴対の２個の連通穴３４の間は、ロータ１３ｂの芯部３１とロータ半径方向外側の傘状部３３とを繋ぐセンタブリッジ３２となっており、各連通穴は、センタブリッジ３２と反対側においてロータ外周と連通している。ロータ１３ｂは、連通穴対の各対の各間に回転中心軸１４ａからロータ半径方向に突出した複数の放射突起３６および３６ａを各々有する。放射突起３６および３６ａは、ロータ回転方向に隣り合った傘状部３３側に突出する側面突起３６１および３６２を各々有する。側面突起３６２は、傘状部３３の全部または一部をロータ外周側から覆う。
2016024325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ外周に各々連通する２個の連通穴からなる連通穴対をロータ回転方向に沿ってロータに複数対形成してなり、
前記連通穴対を構成する２個の連通穴の間は、前記ロータにおける当該２個の連通穴のロータ半径方向内側の芯部とロータ半径方向外側の傘状部とを繋ぐセンタブリッジとなっており、当該２個の連通穴は、当該センタブリッジと反対側において前記ロータ外周と連通しており、
前記ロータは、前記複数対の連通穴の各対の各間に前記ロータの回転中心から前記ロータ半径方向に突出した複数の放射突起を各々有し、
前記複数の放射突起の少なくとも一部は、前記ロータ回転方向に隣り合った前記傘状部側に突出する側面突起を有することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記複数の放射突起のうち少なくとも１つの放射突起の形状は他の放射状突起の形状と異なることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記複数の放射突起と隣接する前記傘状部との間の距離がそれぞれ異なることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記複数の放射突起は、前記側面突起を有する放射突起と前記側面突起を有しない放射突起とからなることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
前記複数の放射突起と隣接する前記傘状部との間の各距離は、磁極中央に位置する前記放射突起と前記傘状部との間の距離が、磁極間境界に位置する前記放射突起と前記傘状部との間の距離よりも短いことを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
【請求項６】
前記磁極中央に位置する放射突起は、ロータ回転方向両側の前記傘状部の一部または全部をロータ外周側から覆う側面突起を有することを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
【請求項７】
前記放射突起の前記ロータ回転方向の幅が前記複数の放射突起で異なることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項８】
前記複数の放射突起の各幅は、磁極中央に位置する前記放射突起の幅が、磁極間境界に位置する前記放射突起の幅よりも短いことを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項９】
前記複数の放射突起の各最外周とロータ回転中心との間の各距離が前記複数の放射突起で異なることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項１０】
磁極間境界と磁極中央との中間に位置する前記放射突起の最外周と前記ロータ回転中心との間の距離が、磁極中央に位置する前記放射突起の最外周と前記ロータ回転中心との間の距離よりも短いことを特徴とする請求項９に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記ロータにおける１磁極分の領域内に複数の前記センタブリッジを含むことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記複数の連通穴対の各連通穴に磁石およびオモリを混在させてなることを特徴とする請求項１１に記載の回転電機。
【請求項１３】
磁極中央付近の前記連通穴に磁石を埋め込み、磁極間の境界付近の前記連通穴にオモリを埋め込んでなることを特徴とする請求項１１に記載の回転電機。
【請求項１４】
前記放射突起が穴を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項１５】
前記放射突起の側面突起は、前記傘状部のロータ回転方向端部の前記ロータ回転方向外側の角部に頂上部を向けた山形状の断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項１６】
前記放射突起の側面突起は、前記傘状部の一部または全部をロータ外周側から覆うことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項１７】
前記放射突起の側面突起は、前記傘状部の前記ロータ回転方向端部の端面に面状の頂上部を向けた台形状の断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項１８】
前記複数の放射突起は、前記傘状部の前記ロータ回転方向端部の前記ロータ回転方向外側の角部に頂上部を向けた山形状の断面形状の側面突起を有する第１の放射突起と、前記傘状部の一部または全部をロータ外周側から覆う側面突起を有する第２の放射突起とが混在してなるものであることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項１９】
１または複数の前記第２の放射突起を間に挟んで前記第１の放射突起を前記ロータ回転方向に複数配列してなることを特徴とする請求項１６に記載の回転電機。
【請求項２０】
前記第１および第２の放射突起において前記側面突起より前記ロータ半径方向内側の部分の前記ロータ回転方向の幅は、前記第１の放射突起の幅よりも前記第２の放射突起の幅の方が狭いことを特徴とする請求項１８に記載の回転電機。
【請求項２１】
磁極中央に位置する前記第２の放射突起の最外周とロータ回転中心との距離が、前記傘状部の最外周とロータ回転中心との距離よりも長いことを特徴とする請求項２０に記載の回転電機。
【請求項２２】
前記複数の放射突起は、前記傘状部の前記ロータ回転方向端部の前記ロータ回転方向外側の角部に頂上部を向けた山形状の断面形状を有する側面突起を有する第３の放射突起と、前記傘状部の前記ロータ回転方向端部の端面に面状の頂上部を向けた台形状の断面形状を有する側面突起を有する第４の放射突起とが混在してなるものであることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項２３】
１または複数の前記第４の放射突起を間に挟んで前記第３の放射突起を前記ロータ回転方向に複数配列してなることを特徴とする請求項２１に記載の回転電機。
【請求項２４】
前記回転電機がリラクタンストルクのみをトルクとして出力することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動機や発電機等、ロータを有する回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は従来の永久磁石埋め込み式電動機１の構成を示す断面図である。また、図７および図８は、同永久磁石埋め込み式電動機１のロータ２の構成を示す断面図である。ここで、図７は磁石挿入穴６Ａ等に永久磁石８が挿入された状態を示しており、図８は磁石挿入穴６Ａ等に磁石８が挿入されていない状態を示している。永久磁石埋め込み式電動機１は、ロータ２とロータ２の外周に配置されるステータ３を備えている。ロータ２を構成するロータコア４は、磁性体からなる鋼板を複数積層することにより構成されている。また、ロータコア４の中心に形成した軸穴５には、回転軸（図示せず）が挿入され、圧入や接着等の適宜手段により固定される。ステータ３には、コイル（図示せず）が巻線されている。【０００３】
ロータコア４を構成する鋼板には、図８に示すように、２つの磁石挿入穴６Ａが配置され、鋼板の外縁４Ａに向けてＶ字状に広がるように穿設されている。Ｖ字状に配置した２つの磁石挿入穴６Ａにおいて、後述するｑ軸側端部となる外縁４Ａ側の位置には、磁石挿入穴６Ａのそれぞれから後述するｄ軸側に屈曲する形で延長され、鋼板の外縁４Ａに連通される２つの切欠き穴７Ａが穿設されている。【０００４】
２つの磁石挿入穴６Ａ及び２つの切欠き穴７Ａは一対として設けられ、一対の磁石挿入穴６Ａ及び切欠き穴７Ａと同じものが鋼板に８対均等に分布されるように配設されている。図６では、各対の磁石挿入穴を６Ａ〜６Ｈ、切欠き穴を７Ａ〜７Ｈで示している。従って、ロータコア４は、８対の磁石挿入穴６Ａ〜６Ｈ及び切欠き穴７Ａ〜７Ｈが穿設された同一構造の鋼板を複数枚積層することにより構成されている。【０００５】
各対の磁石挿入穴６Ａ〜６Ｈには、それぞれネオジム磁石等の希土類磁石で構成される平板状の永久磁石８がそれぞれの対において同極が向かい合うように挿入され、埋設されている。一対の磁石挿入穴６Ａに埋設された２枚の永久磁石８は一対で１極分を構成し、ロータコア４には８対の永久磁石８が埋設され、８極分が形成されている。なお、永久磁石８は、希土類磁石に限らず、合金磁石やフェライト磁石等の他の磁石を用いても良い。また、永久磁石８は、回転軸方向断面において湾曲した断面をもつ板形状でもよい。このような磁石埋設型電動電動機では、図６〜図８に示すようにｄ軸とｑ軸が設定される。【０００６】
一対の磁石挿入穴６Ａを延長して一対の切欠き穴７Ａを形成する構成は、一対の永久磁石８と、隣接する磁極の異なる永久磁石８との間における磁束漏れを抑制する利点がある。一対の切欠き穴７Ａが一対の磁石挿入穴６Ａからｄ軸側に屈曲して鋼板の外縁４Ａに連通する構成は、一対の切欠き穴７Ａが一対の磁石挿入穴６Ａの直線的な延長線上に形成される構成に比して、コア領域Ｘの面積を可能な限り小さくすることができる。このため、コア領域Ｘの遠心力を小さくし、後述するセンタブリッジＹへかかる応力をより小さくすることができる。【０００７】
一方、切欠き穴７Ａ（他の対の切欠き穴７Ｂ〜７Ｈにおいても同様）の形成により分断されたコア領域Ｘは、一対の磁石挿入穴６Ａ（他の対の磁石挿入穴６Ｂ〜６Ｈにおいても同様）の間に存在するコア領域であるセンタブリッジＹによって支えられる。従って、ロータ２が回転する時、コア領域Ｘにかかる遠心力に伴う荷重によりセンタブリッジＹに応力が集中する。このためセンタブリッジＹは、応力に対応可能な一定幅（周方向の寸法）を有するように形成されている。【０００８】
以上のように、従来例によれば、ロータの強度に優れ、低コストで製造することができ、大きなトルクの得られる永久磁石埋め込み式回転電機を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１３−０４６４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上述した従来技術には以下の問題がある．【００１１】
第１に従来の永久磁石埋め込み式回転電機は風損が大きい。
従来の永久磁石埋め込み式回転電機では、切欠き穴７Ａ〜７Ｈがロータ外周部に大きく開口しているため、この付近において気流の剥離が起こり易い。これが大きな風損を生み易い。この風損は出力トルクの損失のみならず、温度上昇の原因になる。【００１２】
第２に従来の永久磁石埋め込み式回転電機は磁極数を減らすのが難しい。
従来の永久磁石埋め込み式回転電機では、切欠き穴７Ａ〜７Ｈが全て同等の大きさであるため、切欠き穴７Ａ〜７Ｈ部分の周方向の磁気抵抗が全て同等である。この特性は、従来例のように２つの磁石挿入穴６Ａ、６Ａで１磁極とする場合は好都合であるが、例えば合計４つの磁石挿入穴６Ａ、６Ａ、６Ｂ、６Ｂで、１磁極を形成しようとする場合には不都合がある。一般にロータ回転方向に沿った起磁力の分布の理想形状は２磁極で１正弦波となることであるが、この場合は２磁極で２正弦波になる。勿論、センタブリッジＹや磁石挿入穴６Ａ〜６Ｈの数そのものを半減する方法もあるが、これでは磁石８の個数が半減するため、出力トルクが半減し、大きな性能低下となる。その対策として磁石８の大きさを２倍とする方法もあるが、その場合センタブリッジＹには元の２倍近い遠心力が加わるため、強度不足となる。【００１３】
第３にセンタブリッジＹを通して漏れる磁束が多い。
漏れ磁束を減らせれば同じ磁石量でも出力トルクに寄与する磁束量を増やせる。漏れ磁束を減らすにはセンタブリッジＹを細くすることが有効であるが、従来例のようなＶ字配置の磁石挿入穴の場合、これが難しい。これについて以下説明する。【００１４】
一般に、ロータコアとシャフトとの固定法としては、焼嵌めなどのしまり嵌めを用いることが多い。しかし、このしまり嵌めをした場合、シャフト中心軸を中心とした同心円状に切れ目のない部分（言い換えるとリング状につながった部分）に、周方向の大きな引張応力が発生する。この周方向引張応力は嵌め合い作業後も残留し、シャフトを外すまで解除されない。当然電動機として組み立てられ、回転している間にもこの応力は残存したままである。【００１５】
従来例のようなロータコア形状の場合、この周方向の組立残留引張応力の発生する領域は、全ての磁石挿入穴の内接円の内側とほぼ等しい。従来例の問題点は、この領域（全磁石挿入穴内接円の内側）と、センタブリッジＹが近接していることにある。すなわち、ロータの回転中は、そもそも組立残留応力が発生している領域に、加えて回転に伴う遠心力による応力が重畳するため、合計応力は非常に大きくなる。必要なこの合計応力に耐えられるだけの十分な強度を確保するにはセンタブリッジを太くする必要がある。このため、従来例は漏れ磁束を減らすことが困難であった。【００１６】
第４に起磁力に高調波が多く、その分基本波成分を逸している。つまり出力トルクに向上の余地がある。一般にロータ外周面の半径を調整することで、起磁力の高調波成分を減らし、その分基本波成分を増やせることが知られている。【００１７】
しかし、通常の磁石穴とロータ外周面が連通していないロータの場合には、そもそもロータ外周面付近が組立残留応力発生領域になっているため、応力集中を回避しつつ外周面半径を調整することは難しい。【００１８】
この発明は以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、風損を抑制することができ、かつ、ロータの強度に優れた回転電機を提供することにある。また、この発明の第２の目的は、同回転電機の磁極数を低減して駆動周波数を減らすことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この発明は、ロータ外周に各々連通する２個の連通穴からなる連通穴対をロータ回転方向に沿ってロータに複数対形成してなり、前記連通穴対を構成する２個の連通穴の間は、前記ロータにおける当該２個の連通穴のロータ半径方向内側の芯部とロータ半径方向外側の傘状部とを繋ぐセンタブリッジとなっており、当該２個の連通穴は、当該センタブリッジと反対側において前記ロータ外周と連通しており、前記ロータは、前記複数対の連通穴の各対の各間に前記ロータの回転中心から前記ロータ半径方向に突出した複数の放射突起を各々有し、前記複数の放射突起の少なくとも一部は、前記ロータ回転方向に隣り合った前記傘状部側に突出する側面突起を有することを特徴とする回転電機を提供する。【００２０】
好ましい態様において、回転電機では、前記複数の放射突起のうち少なくとも１つの放射突起の形状は他の放射状突起の形状と異なる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、放射突起に側面突起を設けたことにより、ロータ最外周の輪郭が切れ目の少ない滑らかな輪郭となり、風損を抑制することができる。また、放射突起の形状が複数の放射突起間で異ならせることにより、ロータ回転方向に沿った起磁力の分布の調整が可能になり、ロータに形成する磁極数の低減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の各実施形態における永久磁石埋め込み式回転電機の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】この発明の第１実施形態である永久磁石埋め込み式回転電機のロータの構成を示す横断面図である。
【図３】この発明の第２実施形態である永久磁石埋め込み式回転電機のロータの構成を示す横断面図である。
【図４】この発明の第３実施形態である永久磁石埋め込み式回転電機のロータの構成を示す横断面図である。
【図５】この発明の第４実施形態である永久磁石埋め込み式回転電機のロータの構成を示す横断面図である。
【図６】従来の永久磁石埋め込み式電動機の構成を示す横断面図である。
【図７】同永久磁石埋め込み式電動機のロータの構成を示す横断面図である。
【図８】同永久磁石埋め込み式電動機のロータの構成を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。
【００２４】
＜各実施形態の全体構成＞
図１はこの発明の各実施形態である永久磁石埋め込み式回転電機の全体構成を示す縦断面図である。図１において、フレーム１１は、永久磁石埋め込み式回転電機全体を覆う筐体であり、鉄、アルミ、ステンレスなどにより構成されている。フレーム１１の内側には、中空円筒状のステータ１２が設けられている。
【００２５】
このステータ１２は、けい素鋼板を積層してなるものである。このステータ１２には、穴が設けられており、この穴には銅線などによるステータ巻線が挿通されている（図示略）。ステータ１２内側には、ステータ１２との間に所定のエアギャップを挟んだ状態で、ロータ１３が挿通されている。
【００２６】
このロータ１３も、けい素鋼板を積層してなるものである。なお、固定側・回転側の鉄心として、珪素鋼板を積層したものを実施形態としたが、珪素鋼板以外の磁性材料の場合もある。あるいは単純な鉄などの磁性材ブロックを切削加工若しくは組み合わせすることにより鉄心が構成される場合もある。ロータ１３は、その中心を鉄などによるシャフト１４が貫通している。理想的には、シャフト１４の中心軸１４ａがロータ１３の回転中心軸となる。そして、シャフト１４は、ベアリング鋼などからなるベアリング１５を介して、フレーム１１の前後両端に設けられたシールド１６に支持されている。
【００２７】
＜第１実施形態＞
図２はこの発明の第１実施形態による永久磁石埋め込み式回転電機のロータ１３ａをシャフト１４と直交する平面により切断した構成を示す横断面図である。本実施形態におけるロータ１３ａは、回転中心軸１４ａ寄りの芯部３1と、芯部３１から半径方向外側に伸びたセンタブリッジ３２と、センタブリッジ３２からみて半径方向外側に位置する傘状部３３と、センタブリッジ３２の両脇に開けられ、センタブリッジ３２の中心線を対称軸として左右対称をなし、ロータ外周面に連通した２個で１対の連通穴３４と、１つの連通穴にそれぞれ２個ずつ配置された磁石３５と、２つの傘状部３３の中間に配され、芯部３１から放射状に長く伸びた放射突起３６とに大別することができる。
【００２８】
傘状部３３は、略円弧状の断面形状を有しており、センタブリッジ３２を介して芯部３１と繋がっている。この傘状部３３の外周面は、回転中心軸１４ａからロータ最外周部までの距離よりも小さい曲率半径を有している。なお、このように傘状部３３の全部ではなく、傘状部３３の一部の曲率半径を回転中心軸１４ａからロータ最外周部までの距離より小さくしてもよい。また、傘状部３３の外周面は曲面である必要はなく、ロータ回転中心からみてセンタブリッジ３２を通る延長線上に位置する傘状部３３の外周面がその他の位置の外周面に対し、ロータ回転中心からの距離が長ければよい。このようにして、センタブリッジ３２は磁気抵抗を高くし、ロータの外周に配置されたステータと傘状部３３との磁気抵抗を低くすることで永久磁石埋め込み式回転電機のトルクを増大することができる。
【００２９】
１対の連通穴３４は、回転中心軸１４ａを下にして見た場合に逆Ｖ字状に配列されている。また、連通穴３４は、センタブリッジ３２と反対側、すなわち放射突起３６付近の隙間を介してロータ外周に連通している。そして、連通穴３４の内周壁における回転中心軸１４ａ側の領域（芯部３１）は、隣接するセンタブリッジ３２に近づくに従って回転中心軸１４ａから離れる方向に傾いている。このため、センタブリッジ３２は、全ての連通穴３４の内接円３４ｃからロータ１３ａ半径方向外側に遠い位置に置かれている。
【００３０】
傘状部３３のロータ回転方向両側には、この放射突起３６側への磁石３５の移動を規制する位置決め突起３３ａが設けられている。この位置決め突起３３ａは、連通穴３４の内壁のうち磁石３５からみてロータ１３ａ半径方向外側にある領域、すなわち、傘状部３３の内側の放射突起３６側の端部において、回転中心軸１４ａに向けて突出している。磁石３５は、この位置決め突起３３ａに押し当てられ、連通穴３４内に固定される。
【００３１】
その際、磁石３５の連通穴３４への固定を補助するために接着剤が使用される。あるいは充填剤などにより連通穴３４内で移動しないよう磁石３５を固定していても良い。
【００３２】
放射突起３６は、隣り合う傘状部３３の中間の位置において回転中心軸１４ａから離れる方向に突き出している。この放射突起３６のロータ回転方向両側の側面には、放射突起３６の両側の傘状部３３の外周面の角部に頂上部を向けた山形状の側面突起３６１が形成されている。
以上が本実施形態の構成である。
【００３３】
本実施形態において、ロータ外周面は、小さな切れ目はあるものの、傘状部３３と帯状の放射突起３６とが概略滑らかに繋がっており、気流の剥離が起こり難い。従って、本実施形態によれば、風損を低減することができる。
【００３４】
なお、帯状の放射突起３６の最外周部分の角には面取り形状が施されており、この部分で起こる気流の剥離も防いでいる。また、側面突起３６１と傘状部３３は、極一部しか近接しておらず、この部分による磁束の漏れは軽微である。
【００３５】
また、本実施形態の効果として、傘状部３３の形状に起因した効果がある。
【００３６】
ロータ１３ａの外周面に凹凸を設けると、発生するトルクの高調波成分を基本波成分に転換することができ、トルク脈動を減らし、出力トルクを増大させることができる。一方、凹凸部に力が加わると、応力集中と呼ばれる現象により、局所的に高い応力が発生することが広く知られている。
【００３７】
一般に広く使われている永久磁石電動機のように、連通穴がロータ外周に連通しておらず、外周がリング状に連続したロータの場合、ロータ外周面付近のリング状の領域に組み立て残留応力が残存する。このため一般電動機のロータにおいて、このような残留応力の残存しているロータの外周面に応力集中を招く凹凸を設けるのは困難である。
【００３８】
しかしながら、本実施形態において、連通穴３４をロータ外周と連通させているため、ロータ１３ａの外周領域である傘状部３３に残留応力は残存しない。従って、本実施形態では、トルクを増大させるために、ロータ１３ａの外周領域に凹凸を設けることが容易である。
【００３９】
そこで、本実施形態において、回転中心軸１４ａからみて磁石３５の外側にある傘状部３３の外周面の曲率半径を、回転中心軸１４ａからロータ１３ａ最外周部までの距離よりも小さくしている。このように、本実施形態では、発生応力を高めることなく、ロータ１３ａに発生するトルクの脈動を減らし、出力トルクを増大させることができる。
【００４０】
また、本実施形態の特徴として、逆Ｖ字状に配列された連通穴３４がある。この特徴により得られる効果を説明すると、次の通りである。
【００４１】
まず、ロータ１３ａのシャフトへの締り嵌め工程において、ロータ鋼材にはロータ回転方向に引張応力が残留する。この残留応力は、回転軸を中心とする切れ目なくリング状に繋がった部分以外には殆ど発生しない。従って、本実施形態におけるロータ１３ａの形状では、連通穴３４の内接円３４ｃよりもロータ１３ａの半径方向外側には、組み立て残留応力は殆ど残存しない。一方、ロータ１３ａの回転時には、遠心力による引っ張り応力（遠心応力）がセンタブリッジ３２を中心に発生する。連通穴３４を逆Ｖ字状に配列した場合、このセンタブリッジ３２を、残留応力が主に発生する内接円３４ｃ内よりもロータ１３ａの半径方向外側に離して配置することができる。
【００４２】
このように本実施形態によれば、締り嵌め加工による残留応力が主に発生する内接円３４ｃと、ロータ１３ａの回転時に遠心応力が発生するセンタブリッジ３２とを、分散して配置することができる。このため、それぞれに発生する応力を抑えることができる。
【００４３】
また、本実施形態では、磁石３５からみて半径方向外側にある傘状部３３に位置決め突起３３ａが設けられている。従って、磁石３５を位置決め突起３３ａに押し当てて固定することで、２個ずつが１対をなす４個の磁石３５に発生する遠心力のアンバランスを防ぐとともに、各磁石３５が発生する磁束分布のアンバランスを防ぐことができる。
【００４４】
なお、従来例のように、磁石から見て半径方向内側のロータ鋼材に位置決め突起を設ける方法もあるが、連通穴を逆Ｖ字状に配置してこれを行うには問題がある。組み立て残留応力が発生する範囲近くに、位置決め突起を設けることになるからである。位置決め突起を設ければ同時に磁石から見て半径方向内側のロータ鋼材の表面に凹みを設けることになる。この凹みは元来応力集中が発生し易い。この場合、面取り半径を大きくして半径方向内側のロータ鋼材の外周面の凹部の面取りをすることができれば、応力集中をある程度は緩和することができる。しかし、十分に応力を緩和できる面取り半径は、磁石の厚みと同等、若しくはそれ以上になることが多く、このような面取りされた凹部は位置決めの用を成さない。よって従来例のように磁石から見て半径方向内側のロータ鋼材に位置決め突起を設けることは、組み立て残留応力に対する位置決め突起の強度を弱めることとなるので好ましくない。
【００４５】
＜第２実施形態＞
図３はこの発明の第３実施形態である永久磁石埋め込み式回転電機のロータ１３ｂの構成を示す断面図である。なお、この図において、前掲図２に示された各部と対応する部分には共通の符号が使用されている。
【００４６】
本実施形態におけるロータ１３ｂでは、２個のセンタブリッジ３２と、２個の傘状部３３と、６個の磁石３５、２個のオモリ３５ａと、磁極間の境界付近に位置する２個の帯状の放射突起３６および磁極中央付近に位置する１個の放射突起３６ａなどにより１磁極が構成されている。そして、図３に示す例では、ロータ１３ｂ全体で４磁極が構成されている。
【００４７】
３個の放射突起のうちロータ回転方向両側の２個の放射突起３６は、上記第１実施形態（図２参照）の帯状の放射突起３６と同じ形状のものである。また、３個の放射突起のうち中央の放射突起３６ａは傘状になっている。そこで、以下、このロータ回転方向中央の放射突起３６ａを傘状放射突起３６ａという。この傘状放射突起３６ａは、ロータ回転方向両側の２個の傘状部３３の一部または全部をロータ外周側から覆う側面突起３６２を有している。これに対し、２個の放射突起３６は、山形状の側面突起３６１を有しているものの、この側面突起３６１は、傘状部３３の端部からロータ回転方向に離れている。すなわち、本実施形態では、ロータ回転方向の傘状部３３との距離が複数の放射突起間で異なっており、磁極中央に位置する傘状放射突起３６ａと傘状部３３との距離は、磁極間境界に位置する帯状の放射突起３６と傘状部３３との距離よりも短い。
【００４８】
また、本実施形態において、磁極中央に位置する傘状放射突起３６ａの側面突起３６２よりもロータ半径方向内側の部分の幅（ロータ回転方向の寸法）は、そのロータ回転方向両側の帯状の放射突起３６の幅よりも狭くなっている。
【００４９】
また、本実施形態において、磁極中央に位置する傘状放射突起３６ａの最外周と回転中心軸１４ａとの間の距離は、傘状部３３の最外周と回転中心軸１４ａとの間の距離よりも長い。すなわち、傘状放射突起３６ａの最外周は、傘状部３３の最外周よりもステータ１２に接近している。
以上が本実施形態の構成である。
【００５０】
本実施形態によれば、ロータ外周面は、傘状部３３と側面突起３６１および３６２を各々有する放射突起３６および３６ａが概略滑らかに繋がったものとなり、気流の剥離が起こり難い。従って、本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様、風損を低減することができる。
【００５１】
また、本実施形態によれば、ロータ１３ｂの磁極数を低減することができる。以下、この効果について説明する。
【００５２】
（１）まず、本実施形態では、磁極中央の傘状放射突起３６ａが、そのロータ回転方向両側の傘状部３３の広い範囲を覆い、かつ、傘状部３３との距離が近い。このため、本実施形態では、磁極中央の傘状放射突起３６ａと２個の傘状部３３との間の磁気抵抗が小さい。
【００５３】
（２）また、磁極中央の傘状放射突起３６ａは、傘状部３３よりもステータに近く、ステータとの間の磁気抵抗が小さい。このため、本実施形態において磁束は、傘状放射突起３６ａのある磁極中央を通り易い。
【００５４】
（３）また、傘状放射突起３６ａは、半径方向中央付近の部分の幅が狭い。このため、本実施形態では、傘状放射突起３６ａを経路とした磁気短絡が起きにくい。
【００５５】
（４）また、本実施形態では、上記第１実施形態（図２参照）において２磁極の範囲（本実施形態では１磁極の範囲）内の８個の磁石３５のうちロータ回転方向両側の２個の磁石３５が起磁力を持たないオモリ３５ａに置き換えられ、傘状放射突起３６ａ付近の起磁力が高くなっている。このため、上記第１実施形態（図２参照）の２磁極の範囲（本実施形態では１磁極の範囲）内において、１正弦波に近い起磁力の分布が得られる。
【００５６】
以上の（１）〜（４）の効果により、本実施形態では、上記第１実施形態（図２参照）における２磁極分に当たる範囲を１磁極とし、ロータ全体の磁極数を半減させることができる。このため、永久磁石埋め込み式回転電機を駆動するインバータの制御速度が第１実施形態の半分で十分となる。
【００５７】
このように本実施形態によれば、出力トルクを半減させることなく、ロータの総磁極数を半減させることができる。そして、出力トルクを半減させることなくロータの総磁極数を半減させることができるので、電動機の性能を半減させることなく、供給する電源周波数を半減させることができる。そして、電源周波数を半減させることができるので、例えば電源インバータとしてさほど高速制御性能に優れない安価なインバータを選定することができる。あるいは従来通りの高速制御性能に優れるインバータを使用する場合は、更なる高速回転化に貢献することができる。
【００５８】
なお、オモリに置き換わっている部分を磁石に戻すことで、起磁力の合計値を元通りに戻すことも可能である。また、オモリを無くすことも可能である。その場合、センタブリッジ３２に加わる遠心力が左右非対称になる。しかし、その場合には傘状部３３を左右非対称にするなどの対策を採ることによりセンタブリッジ３２が強度不足となるのを防止することも可能である。
【００５９】
＜第３実施形態＞
図４はこの発明の第３実施形態である永久磁石埋め込み式回転電機のロータ１３ｃの構成を示す断面図である。なお、この図において、前掲図２および図３に示された各部と対応する部分には共通の符号が使用されている。
【００６０】
本実施形態におけるロータ１３ｃでは、４個のセンタブリッジ３２と、４個の傘状部３３と、１０個の磁石３５と、６個のオモリ３５ａと、磁極間境界に位置する２個の帯状の放射突起３６、そのロータ回転方向内側の２個の放射突起３６ａおよびそのさらに内側の磁極中央に位置する１個の放射突起３６ｂなどにより１磁極を構成している。そして、図示の例では、ロータ全体で２磁極を構成している。
【００６１】
５個の放射突起のうち両側の２個の放射突起３６は上記第１実施形態（図２参照）の放射突起３６と同じ形状のものである。２個の放射突起３６のロータ回転方向内側の２個の放射突起３６ａは、上記第２実施形態（図３）の傘状放射突起３６ａと同様な形状を有する傘状放射突起である。２個の放射突起３６ａの間の磁極中央に位置する放射突起３６ｂは、傘状放射突起３６ａと同様、傘状部３３の一部または全部をロータ外周側から覆う側面突起３６３を有するが、これに加えて軽量化のための穴３６４を有する。この穴３６４を設けたことにより、傘状放射突起３６ｂに加わる遠心力を低減させることができる。
【００６２】
また、図４において、磁極中央に位置する傘状放射突起３６ｂの最外周と回転中心軸１４ａとの間の距離Ｒ１は、磁極間境界と磁極中央との中間に位置する傘状放射突起３６ａの最外周と回転中心軸１４ａとの間の距離Ｒ２よりも長い。従って、磁極中央に位置する傘状放射突起３６ｂは、その両脇の傘状放射突起３６ａよりもステータ１２に接近している。
【００６３】
また、上記第１実施形態（図２参照）における４磁極分の１６個の磁石３５のうち両端の６個はオモリ３５ａに置き換えられている。
【００６４】
本実施形態によれば、以上の特徴により、磁極数を上記第２実施形態（図３参照）よりもさらに半減させ、かつ、１磁極分の範囲（上記第１実施形態の４磁極分の範囲）内において起磁力を正弦波に近い分布とすることができる。また、本実施形態において、最も中央に配されている傘状放射突起３６ｂには、中央部分に軽量化穴３６４が配されているので、この傘状放射突起３６ｂに加わる遠心力を減らすことができる。従って、この傘状放射突起３６ｂにおいて、側面突起３６３よりもロータ半径方向内側の部分の幅を十分に細くし、傘状放射突起３６ｂおよび芯部３１間の漏れ磁束を低減することができる。
【００６５】
＜第４実施形態＞
図５はこの発明の第４実施形態である永久磁石埋め込み式回転電機のロータ１３ｄの構成を示す断面図である。なお、この図において、前掲図２に示された各部と対応する部分には共通の符号が使用されている。
【００６６】
本実施形態におけるロータ１３ｄでは、２個のセンタブリッジ３２と、２個の傘状部３３と、８個の磁石３５と、磁極間境界に位置する２個の放射突起３６および磁極中央に位置する１個の放射突起３６ｃなどにより１磁極を構成している。そして、図示の例では、ロータ１３ｄ全体で４磁極を構成している。３個の放射突起のうち両側の２個の放射突起３６は上記第１実施形態（図２参照）の放射突起３６と同様な形状のものである。２個の放射突起３６に挟まれた磁極中央の放射突起３６ｃは、傘状部３３のロータ回転方向端部の端面に面状の頂上部を向けた台形状の断面形状を有する側面突起３６５を有している。この側面突起３６５の端面は、傘状部３３のロータ回転方向両側の端面よりもロータ半径方向内側にはみ出しており、このはみ出した側面突起３６５が、磁石３５の放射突起３６ｃ側への移動を規制する位置決め突起として機能する。
本実施形態においても上記第２実施形態と同様な効果が得られる。
【００６７】
＜他の実施形態＞
以上、この発明の第１〜第４実施形態を説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。
【００６８】
（１）この発明は、電動機だけでなく、発電機にも適用することもできる。
【００６９】
（２）上記各実施形態では、永久磁石埋め込み式回転電機を例に説明したが、この発明は磁石を用いないリラクタンス電動機にも適用することができる。
【００７０】
（３）リラクタンス電動機においても、傘状部３３の外周面は曲面である必要はない。ロータ回転中心からみてセンタブリッジ３２を通る延長線上に位置する傘状部３３の外周面がその他の位置の外周面に対し、ロータ回転中心からの距離が長ければよい。この形状は、リラクタンスモータにおいてトルクを増大させる効果がある。
【００７１】
（４）センタブリッジ両脇に配する磁石・オモリの数は、４個に限らず、２個や６個以上としてもよい。
【００７２】
（５）この発明は、磁石の種類を問わず適用可能であり、ネオジム磁石・フェライト磁石なども勿論適用可能である。磁石の形状も四角いものを例に説明したが、磁石の一部または全部が湾曲していてもよい。
【００７３】
（６）上記各実施形態では、全周分のセンタブリッジの数として８個を例に説明し、例えば第１実施形態では２個で１対の連通穴３４とセンタブリッジ３２とで１磁極が構成される場合を説明したが、ロータに設けるセンタブリッジは４個や１２個などであってもよい。すなわち、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で１磁極を構成するセンタブリッジ３２の数を変更可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ……ロータ、３１……芯部、３２……センタブリッジ、３３……傘状部、３６，３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ……放射突起、３６１，３６２，３６３，３６５……側面突起、３４……連通穴、３５……磁石、３３ａ……位置決め突起、１４ａ……回転中心軸、１２……ステータ。
【図１】
2016024325.tif 000003
【図２】
2016024325.tif 000004
【図３】
2016024325.tif 000005
【図４】
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【図５】
2016024325.tif 000007
【図６】
2016024325.tif 000008
【図７】
2016024325.tif 000009
【図８】
2016024325.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成27年12月11日(2015.12.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ外周に各々連通する２個の連通穴からなる連通穴対をロータ回転方向に沿ってロータに複数対形成してなり、
前記連通穴対を構成する２個の連通穴の間は、前記ロータにおける当該２個の連通穴のロータ半径方向内側の芯部とロータ半径方向外側の傘状部とを繋ぐセンタブリッジとなっており、当該２個の連通穴は、当該センタブリッジと反対側において前記ロータ外周と連通しており、
前記ロータは、前記複数対の連通穴の各対の各間に前記ロータの回転中心から前記ロータ半径方向に突出した複数の放射突起を各々有し、
前記複数の放射突起の少なくとも一部は、前記ロータ回転方向に隣り合った前記傘状部側に突出する側面突起を有することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記複数の放射突起のうち少なくとも１つの放射突起の形状は他の放射状突起の形状と異なることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記複数の放射突起と隣接する前記傘状部との間の距離がそれぞれ異なることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記複数の放射突起は、前記側面突起を有する放射突起と前記側面突起を有しない放射突起とからなることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
前記複数の放射突起と隣接する前記傘状部との間の各距離は、磁極中央に位置する前記放射突起と前記傘状部との間の距離が、磁極間境界に位置する前記放射突起と前記傘状部との間の距離よりも短いことを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
【請求項６】
前記磁極中央に位置する放射突起は、ロータ回転方向両側の前記傘状部の一部または全部をロータ外周側から覆う側面突起を有することを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
【請求項７】
前記放射突起の前記ロータ回転方向の幅が前記複数の放射突起で異なることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項８】
前記複数の放射突起の各幅は、磁極中央に位置する前記放射突起の幅が、磁極間境界に位置する前記放射突起の幅よりも短いことを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項９】
前記複数の放射突起の各最外周とロータ回転中心との間の各距離が前記複数の放射突起で異なることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項１０】
磁極間境界と磁極中央との中間に位置する前記放射突起の最外周と前記ロータ回転中心との間の距離が、磁極中央に位置する前記放射突起の最外周と前記ロータ回転中心との間の距離よりも短いことを特徴とする請求項９に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記ロータにおける１磁極分の領域内に複数の前記センタブリッジを含むことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記複数の連通穴対の各連通穴に磁石およびオモリを混在させてなることを特徴とする請求項１１に記載の回転電機。
【請求項１３】
磁極中央付近の前記連通穴に磁石を埋め込み、磁極間の境界付近の前記連通穴にオモリを埋め込んでなることを特徴とする請求項１１に記載の回転電機。
【請求項１４】
前記放射突起が穴を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項１５】
前記放射突起の側面突起は、前記傘状部のロータ回転方向端部の前記ロータ回転方向外側の角部に頂上部を向けた山形状の断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項１６】
前記放射突起の側面突起は、前記傘状部の一部または全部をロータ外周側から覆うことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項１７】
前記放射突起の側面突起は、前記傘状部の前記ロータ回転方向端部の端面に面状の頂上部を向けた台形状の断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項１８】
前記複数の放射突起は、前記傘状部の前記ロータ回転方向端部の前記ロータ回転方向外側の角部に頂上部を向けた山形状の断面形状の側面突起を有する第１の放射突起と、前記傘状部の一部または全部をロータ外周側から覆う側面突起を有する第２の放射突起とが混在してなるものであることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項１９】
１または複数の前記第２の放射突起を間に挟んで前記第１の放射突起を前記ロータ回転方向に複数配列してなることを特徴とする請求項１８に記載の回転電機。
【請求項２０】
前記第１および第２の放射突起において前記側面突起より前記ロータ半径方向内側の部分の前記ロータ回転方向の幅は、前記第１の放射突起の幅よりも前記第２の放射突起の幅の方が狭いことを特徴とする請求項１８に記載の回転電機。
【請求項２１】
磁極中央に位置する前記第２の放射突起の最外周とロータ回転中心との距離が、前記傘状部の最外周とロータ回転中心との距離よりも長いことを特徴とする請求項２０に記載の回転電機。
【請求項２２】
前記複数の放射突起は、前記傘状部の前記ロータ回転方向端部の前記ロータ回転方向外側の角部に頂上部を向けた山形状の断面形状を有する側面突起を有する第３の放射突起と、前記傘状部の前記ロータ回転方向端部の端面に面状の頂上部を向けた台形状の断面形状を有する側面突起を有する第４の放射突起とが混在してなるものであることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項２３】
１または複数の前記第４の放射突起を間に挟んで前記第３の放射突起を前記ロータ回転方向に複数配列してなることを特徴とする請求項２２に記載の回転電機。
【請求項２４】
前記回転電機がリラクタンストルクのみをトルクとして出力することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月24日(2016.11.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
＜第２実施形態＞
図３はこの発明の第２実施形態である永久磁石埋め込み式回転電機のロータ１３ｂの構成を示す断面図である。なお、この図において、前掲図２に示された各部と対応する部分には共通の符号が使用されている。
【国際調査報告】
2016024325.tif 000011
2016024325.tif 000012
2016024325.tif 000013
2016024325.tif 000014