(57)【要約】【課題】回転子の周面に磁気抵抗となる溝を設けたことによる回転子の強度低下を回避するための補強を行なう。【解決手段】ロータコア１６の外周面に設けられた溝２０には補強具２１の一部が収容されている。補強具２１は、非磁性体の一対の端板１８，１９と、第１掛け止め体２２と、第２掛け止め体２３とから構成されている。第１掛け止め体２２と第２掛け止め体２３とは、第１掛け止め体２２の内側掛け止め部２２３と第２掛け止め体２３の内側掛け止め部２３３とを掛け止め合うことによって、直線形状に結合される。第１掛け止め体２２の外側掛け止め部２２２は、端板１８の掛け止め凹部１８１に掛け止められ、第２掛け止め体２３の外側掛け止め部２３２は、端板１９の掛け止め凹部１９１に掛け止められる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の固定子の内周に複数配列されたティース間のスロットに巻き線が施されており、前記固定子の内側で回転する回転子の回転軸線の方向の一端から他端にわたる溝が前記回転子の外周面に設けられている回転電機における回転子において、
前記回転子の回転に伴う遠心力に対抗するように前記回転子の強度を補強する補強具の一部が前記溝から前記回転子の半径方向にはみ出さないように前記溝内に収容されており、前記溝内に収容された前記補強具の前記一部の磁気抵抗は、前記回転子を構成するロータコアの磁気抵抗よりも大きい回転電機における回転子。
【請求項２】
前記補強具は、前記溝の長さ方向へ前記溝の両端から突出するように、且つ前記溝の底に接するように、前記溝内に一部を収容された押さえ部と、前記溝の一端から突出した前記押さえ部の第１突出部を前記回転子に対して固定する第１固定手段と、前記溝の他端から突出した前記押さえ部の第２突出部を前記回転子に対して固定する第２固定手段とを備えている請求項１に記載の回転電機における回転子。
【請求項３】
前記溝内に収容されている前記補強具の一部は、糸である請求項１に記載の回転電機における回転子。
【請求項４】
前記溝内に収容される前記補強具の前記一部は、非磁性体である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の回転電機における回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環状の固定子の内周に複数配列されたティース間のスロットに巻き線が施されており、前記固定子の内側で回転する回転子の回転軸線の方向に延びるように前記回転子の一端から他端にわたる溝が前記回転子の周面に設けられている回転電機における回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータの固定子側に設けられた巻き線のインダクタンスを小さくしてトルク低下を抑制する技術思想は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示のモータでは、横断面形状が円弧形状の永久磁石が回転子内に埋設されており、永久磁石の円弧の凸部側が回転子の回転軸線に向けられている。永久磁石の凹部と回転子の外周との間の鉄心部分にはスリット（溝）が設けられている。回転子の外周から回転子の回転軸線に向けて凹設されているスリットは、磁気抵抗として働き、固定子側に設けられた巻き線に流れる電流に基づく磁束のうち、永久磁石の凹部と回転子の外周との間の鉄心部分を通る割合が前記スリットの存在によって減少する。そのため、固定子側に設けられた巻き線のインダクタンスが小さくなり、トルク低下が抑制される。
【特許文献１】特開平７-３３６９１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、前記のようなスリットを回転子に設けると、回転子の強度が低下する。そこで、回転子が高速回転したときの遠心力に耐え得るような補強を施すことが望ましいが、特許文献１には、スリット（溝）を設けたことによる回転子の強度低下を回避するための補強の思想は開示されていない。
【０００４】
本発明は、回転子の周面に磁気抵抗となる溝を設けたことによる回転子の強度低下を回避するための補強を行なうことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、環状の固定子の内周に複数配列されたティース間のスロットに巻き線が施されており、前記固定子の内側で回転する回転子の回転軸線の方向の一端から他端にわたる溝が前記回転子の外周面に設けられている回転電機における回転子を対象とし、請求項１の発明は、前記回転子の回転に伴う遠心力に対抗するように前記回転子の強度を補強する補強具の一部が前記溝から前記回転子の半径方向にはみ出さないように前記溝内に収容されており、前記溝内に収容された前記補強具の前記一部の磁気抵抗は、前記回転子を構成するロータコアの磁気抵抗よりも大きいことを特徴とする。
【０００６】
溝から回転子の半径方向にはみ出さない領域とは、回転子の回転軸線から最も離れた最外周が回転軸線を中心にして回転したときの回転円（回転軌跡）の内にある領域のことである。磁気抵抗となる溝に収容された補強具は、高速回転に伴う遠心力に耐え得るように回転子を補強する。溝内に収容された補強具が回転子の半径方向に溝からはみ出さないので、回転子の外周と固定子の内周とのギャップを拡げる必要がなく、補強具を設けることによってトルク低下が生じることはない。
【０００７】
好適な例では、前記補強具は、前記溝の長さ方向へ前記溝の両端から突出するように、且つ前記溝の底に接するように、前記溝内に一部を収容された押さえ部と、前記溝の第１端部から突出した前記押さえ部の第１突出部を前記回転子に対して固定する第１固定手段と、前記溝の第２端部から突出した前記押さえ部の第２突出部を前記回転子に対して固定する第２固定手段とを備えている。
【０００８】
第１固定手段と第２固定手段とによって溝の底に接するように保持された溝内の押さえ部は、回転子の回転に伴う遠心力に対抗する。
好適な例では、前記溝内に収容されている前記補強具の一部は、前記溝の底に接する糸である。
【０００９】
溝の底に接する糸は、回転子の回転に伴う遠心力に対抗する。
好適な例では、前記溝内に収容される前記補強具の前記一部は、非磁性体である。
非磁性体の補強具の部位は、溝の磁気抵抗を低下させることはない。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、回転子の周面に磁気抵抗となる溝を設けたことによる回転子の強度低下を回避することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図３に示すように、回転電機Ｍを構成する固定子１１は、環状のステータコア１２と、ステータコア１２の内周に複数配列されたティース１２１間のスロット１２２に施された巻き線１３とからなる。スロット１２２は、環状の固定子１１の周方向に等ピッチで配列されている。図２（ａ）に示すように、ステータコア１２は、磁性体（電磁鋼板）の複数枚のコア板１４を積層して構成されている。回転電機Ｍを構成する回転子１５は、円柱形状のロータコア１６と、ロータコア１６内に埋設された複数（本実施形態では４個）の永久磁石１７と、ロータコア１６の両端に接合された円板形状の一対の端板１８，１９とを備えている。
【００１２】
図３に示すように、横断面形状が円弧形状の同形同大に形成された複数の永久磁石１７は、回転子１５の周方向に等ピッチに配列されている。ロータコア１６は、磁性体（電気鋼板）の複数枚のコア板１６０を積層して構成されている。ロータコア１６及び端板１８，１９の中心部には軸孔１５１が貫設されている。軸孔１５１には出力軸（図示略）が通されてロータコア１６と端板１８，１９とが前記出力軸に固定される。
【００１３】
永久磁石１７は、軸孔１５１の方向にロータコア１６に貫設された収容孔１６２に嵌入されている。永久磁石１７は、回転子１５の周方向に隣り合うようにロータコア１６内に磁極として埋設されている。回転子１５の周方向に隣り合う一対の永久磁石１７の磁極は、互いに異なっている。つまり、複数の永久磁石１７は、周方向に交互に異なる極性となるように埋設されている。
【００１４】
円弧形状の永久磁石１７の円弧の凸面１７１の中央は、回転子１５の回転軸線Ｃに向けられている。永久磁石１７の円弧の凹面１７２の中央と回転子１５の外周面１６１との間の回転子１５の部分には溝２０が設けられている。外周面１６１は、回転軸線Ｃを中心とした円周面である。
【００１５】
溝２０は、回転子１５の回転軸線Ｃの方向に延び、且つ回転子１５の一端（端板１８の外端面１８２）から他端（端板１９の外端面１９２）にわたるように回転子１５の外周面１６１に設けられている。複数の溝２０（本実施形態では４つ）は、永久磁石１７の磁極端部１７３と磁極端部１７４との間の中央にある磁極中心部１７５を通る回転子１５の半径線１５２上にあって、ロータコア１６と端板１８，１９との外周面１６１から回転子１５の回転軸線Ｃに向けて凹設されている。永久磁石１７の磁極端部１７３と磁極端部１７４付近のロータコア１６は、機械強度が低くなる。これらの中央にある溝２０において、後述の補強具２１を用いることにより、磁極端部１７３と磁極端部１７４付近のロータコア１６を効果的に補強できる。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、溝２０には補強具２１の一部である第１掛け止め体２２と第２掛け止め体２３とが収容されている。回転子１５の一部となる補強具２１は、一対の端板１８，１９と、第１掛け止め体２２と、第２掛け止め体２３とから構成されている。第１掛け止め体２２及び第２掛け止め体２３は、非磁性体（本実施形態では合成樹脂）である。
【００１７】
図２（ｂ）に示すように、第１掛け止め体２２は、角柱形状の押さえ部２２０と、押さえ部２２０の外端部２２１に一体形成された外側掛け止め部２２２と、押さえ部２２０の内端に一体形成された内側掛け止め部２２３とを備えている。第２掛け止め体２３は、角柱形状の押さえ部２３０と、押さえ部２３０の外端部２３１に一体形成された外側掛け止め部２３２と、押さえ部２３０の内端に一体形成された内側掛け止め部２３３とを備えている。第１掛け止め体２２の押さえ部２２０と第２掛け止め体２３の押さえ部２３０とは、第１掛け止め体２２の内側掛け止め部２２３と第２掛け止め体２３の内側掛け止め部２３３とを掛け止め合うことによって、図２（ａ），（ｂ）に示すように直線形状に結合される。外端部２２１は、溝２０の一端２０２から溝２０の長さ方向（回転軸線Ｃの方向）へはみ出す第１突出部であり、外端部２３１は、溝２０の他端２０３から溝２０の長さ方向（回転軸線Ｃの方向）へはみ出す第２突出部である。
【００１８】
図１（ｂ）に示すように、端板１８，１９の外端面には掛け止め凹部１８１，１９１が溝２０と回転子１５の回転軸線Ｃとを結ぶ半径線上に位置するように形成されている。図２（ａ）に示すように、第１掛け止め体２２の外側掛け止め部２２２は、端板１８の掛け止め凹部１８１に掛け止められ、第２掛け止め体２３の外側掛け止め部２３２は、端板１９の掛け止め凹部１９１に掛け止められる。端板１８、掛け止め凹部１８１及び外側掛け止め部２２２は、前記第１突出部を回転子１５に対して固定する第１固定手段を構成する。端板１９、掛け止め凹部１９１及び外側掛け止め部２３２は、前記第２突出部を回転子１５に対して固定する第２固定手段を構成する。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、外側掛け止め部２２２，２３２を掛け止め凹部１８１，１９１に掛け止めた状態では、内側掛け止め部２２３，２３３は、溝２０内にあり、直線形状に結合された押さえ部２２０，２３０は、溝２０の底２０１に接するように溝２０内に収容されている。押さえ部２２０の外端部２２１は、溝２０の一端２０２から突出しており、押さえ部２３０の外端部２３１は、溝２０の他端２０３から突出しているが、溝２０内に収容された押さえ部２２０，２３０の部位は、回転子１５の半径方向に溝２０からはみ出さない。溝２０から回転子１５の半径方向へのはみ出しとは、ロータコア１６の外周面１６１を含む仮想の円周面から外方へはみ出すことである。
【００２０】
回転子１５は、巻き線１３への通電制御によって回転軸線Ｃを中心にして回転する。溝２０は、固定子１１側に設けられた巻き線１３に流れる電流に基づく磁束のうち、永久磁石１７の凹面１７２とロータコア１６の外周面１６１との間のロータコア１６部位を通る割合を減少させる。そのため、巻き線１３のインダクタンスが小さくなり、トルク低下が抑制される。
【００２１】
回転子１５が回転すると、永久磁石１７に遠心力が作用する。回転子１５の回転が高速になると、遠心力が大きくなり、磁気抵抗となるように設けられた溝２０付近のロータコア１６の部位が大きな遠心力を受けて変形しようとする。補強具２１は、溝２０付近のロータコア１６の部位に作用する大きな遠心力に対抗して溝２０付近のロータコア１６の部位の変形を防止する。補強具２１は、回転子１５の回転に伴う遠心力に対抗するように回転子１５の強度を補強する。
【００２２】
第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）回転子１５は、磁気抵抗となる溝２０内に押さえ部２２０，２３０の一部を収容された補強具２１によって高速回転に伴う遠心力に耐え得るように補強される。しかも、溝２０内に収容された押さえ部２２０，２３０が回転子１５の半径方向に溝２０からはみ出さないので、ロータコア１６の外周面１６１と固定子１１の内周（ティース１２１の先端）とのギャップを拡げる必要がない。その結果、補強具２１を設けることによってトルク低下が生じることはない。
【００２３】
（２）永久磁石１７の磁極中心部１７５を通る回転子１５の半径線１５２上は、永久磁石１７の凹面１７２と回転子１５の外周との間の鉄心部分を通る割合を減らして巻き線１３のインダクタンスを小さくする溝２０の配設位置として好適である。このような溝２０に収容された掛け止め体２２，２３は、非磁性体であるので、掛け止め体２２，２３の存在によって溝２０の本来の磁気抵抗が低下することはなく、溝２０による巻き線１３のインダクタンス低減が補強具２１の存在によって損なわれることはない。
【００２４】
次に、図４，５の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合が用いてある。
第２の実施形態における補強具２１Ａは、第１掛け止め体２２と第２掛け止め体２３とを結合する第３掛け止め体２４と、第３掛け止め体２４を掛け止め支持する磁性体の一対の支持リング２５，２６とを備えている。支持リング２５，２６は、通常のコア板１４の径よりも小さい径の複数のコア板１４Ａに嵌合されている。
【００２５】
第３掛け止め体２４は、第１掛け止め体２２の内側掛け止め部２２３に掛け止められる掛け止め部２４１と、第２掛け止め体２３の内側掛け止め部２３３に掛け止められる掛け止め部２４２と、支持リング２５，２６に掛け止められる掛け止め部２４３とを備えている。第３掛け止め体２４は、溝２０から回転子１５の半径方向の外方へはみ出さないように溝２０内に収容されている。
【００２６】
支持リング２５，２６に掛け止められた掛け止め部２４３は、回転子１５の長さ方向（回転軸線Ｃの方向）の中央部における補強の役割を担う。第３掛け止め体２４の採用は、回転子１５の長さ（回転軸線Ｃの方向の長さ）が大きい場合に好適である。
【００２７】
次に、図６，７の第３の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合が用いてある。
第３の実施形態における補強具２１Ｂは、一部を溝２０内に収容された非磁性体の押さえ部としての押さえ棒２７と、端板１８，１９とから構成されている。押さえ棒２７は、溝２０の底２０１に接し、且つ溝２０から回転子１５の半径方向の外方へはみ出さないように溝２０内に収容されている。端板１８，１９には掛け止め孔１８３，１９３が形成されている。押さえ棒２７の一端部２７１（第１突出部）は、掛け止め孔１８３に圧入されており、押さえ棒２７の他端部２７２（第２突出部）は、掛け止め孔１９３に圧入されている。端板１８及び掛け止め孔１８３は、第１突出部を回転子１５に対して固定する第１固定手段を構成し、端板１９及び掛け止め孔１９３は、第２突出部を回転子１５に対して固定する第２固定手段を構成する。
【００２８】
第３の実施形態では、第１の実施形態と同じ効果が得られる。又、押さえ棒２７が一体物であるので、ロータコア１６への押さえ棒２７の組み付け作業は、第１の実施形態の場合に比べて容易である。
【００２９】
次に、図８〜図１０の第４の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合が用いてある。
図８（ｂ）に示すように、端板１８，１９の外端面１８２，１９２には掛け止め突起２８，２９が溝２０と回転子１５の回転軸線Ｃとを結ぶ半径線上に位置するように一体形成されている。掛け止め突起２８，２９と回転子１５の回転軸線Ｃとの間隔は、溝２０と回転子１５の回転軸線Ｃとの間隔よりも小さい。図８（ａ）及び図９に示すように、溝２０内には非磁性体の糸３０が通されており、溝２０を通る糸３０の両側は、図１０に示すように溝２０に最も近い掛け止め突起２８，２９に巻き掛けられている。糸３０は、例えば、炭素繊維、アラミド繊維あるいはガラス繊維である。
【００３０】
溝２０内を通る糸３０は、溝２０の底２０１に接する糸層上にさらに糸層を積層するように配設されている。各溝２０に通されている糸３０は、一繋がりとなっており、糸３０は、適度の張力を掛けられた緊張状態にある。糸３０は、溝２０付近のロータコア１６の部位に作用する大きな遠心力に対抗して溝２０付近のロータコア１６の部位の変形を防止する。糸３０は、回転子１５の回転に伴う遠心力に対抗するように回転子１５の強度を補強する。糸３０、端板１８，１９及び掛け止め突起２８，２９は、回転子１５の回転に伴う遠心力に対抗するように回転子１５の強度を補強する補強具を構成する。
【００３１】
第４の実施形態では以下のような効果が得られる。
（３）回転子１５は、磁気抵抗となる溝２０に全長の一部を収容された糸３０によって高速回転に伴う遠心力に耐え得るように補強される。しかも、溝２０内の糸３０が回転子１５の半径方向に溝２０からはみ出さないので、ロータコア１６の外周面１６１と固定子１１の内周（ティース１２１の先端）とのギャップを拡げる必要がない。その結果、糸３０によって回転子１５を補強することによってトルク低下が生じることはない。
【００３２】
（４）補強具２１は、非磁性体であるので、補強具２１の存在によって溝２０の本来の磁気抵抗が低下することはなく、溝２０による巻き線１３のインダクタンス低減が糸３０の存在によって損なわれることはない。
【００３３】
本発明では以下のような実施形態も可能である。
○第１，２の実施形態において、補強具２１，２１Ａの材質として、非磁性体の金属（例えばステンレス）を用いてもよい。
【００３４】
○第２の実施形態において、第３掛け止め体２４と支持リング２５，２６とを一体形成してもよい。この場合、第３掛け止め体２４と支持リング２５，２６との一体形成物は、非磁性体であることが望ましい。
【００３５】
○第４の実施形態において、ロータコア１６の長さ方向（回転軸線Ｃの方向）の中間部の外周を１周する環状溝を設け、溝２０内を通る糸３０を溝２０の底２０１に向けて押さえるように前記環状溝内でロータコア１６を巻き回す糸を用いてもよい。この場合、環状溝内の糸は、環状溝内から回転子１５の半径方向の外方へはみ出さないように設けられる。
【００３６】
○第４の実施形態において、端板と掛け止め突起とを別体に形成してもよい。
○溝２０内に収容される補強具の部位は、ロータコア１６の磁気抵抗よりも大きい磁性体の材質で形成してもよい。
【００３７】
○第４の実施形態において、糸の代わりに、針金を用いてもよい。針金の材質は、ロータコア１６よりも磁気抵抗が大きいものが望ましい。
○溝２０は、回転子１５の回転軸線Ｃの方向に延びる構成に限らない。溝２０は、回転軸線Ｃに対して斜めに形成されたものでもよい。
【００３８】
○平板形状の永久磁石を用いた回転子に本発明を適用してもよい。
○永久磁石を用いないリランクタンスモータにおける回転子に本発明を適用してもよい。
【００３９】
前記した実施形態から把握できる技術思想について以下に記載する。
〔１〕前記回転子は、両端に端板を備え、前記補強具は、一対の前記端板と、一対の前記端板の一方に外側掛け止め部を介して掛け止められる第１掛け止め体と、前記一対の端板の他方に外側掛け止め部を介して掛け止められると共に、前記第１掛け止め体に掛け止められる第２掛け止め体とを備え、前記第１掛け止め体と前記第２掛け止め体との互いの内側掛け止め部が前記溝内に収容された状態で掛け止められており、前記第１掛け止め体の外側掛け止め部及び前記第２掛け止め体の外側掛け止め部は、前記回転子の半径方向の外方へ移動不能に端板に掛け止められている請求項１に記載の回転電機における回転子。
【００４０】
〔２〕前記回転子は、両端に端板を備え、一対の前記端板は、掛け止め突起を有し、前記補強具は、一対の前記端板と、前記掛け止め突起と、前記掛け止め突起に巻き掛けられた糸とを備えている請求項１に記載の回転電機における回転子。
【００４１】
〔３〕前記回転子は、内部に複数の永久磁石を埋設されており、前記溝は、前記永久磁石の磁極中心部を通る前記回転子の半径線上に設けられている請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の回転電機における回転子。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１の実施形態を示し、（ａ）は回転子の斜視図。（ｂ）は分解斜視図。
【図２】（ａ）は側断面図。（ｂ）は側面図。
【図３】図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図。
【図４】第２の実施形態を示す側断面図。
【図５】分解斜視図。
【図６】第３の実施形態を示す斜視図。
【図７】側断面図。
【図８】第４の実施形態を示し、（ａ）は回転子の斜視図。（ｂ）は分解斜視図。
【図９】側断面図。
【図１０】正面図。
【符号の説明】
【００４３】
１１…固定子。１２１…ティース。１２２…スロット。１３…巻き線。１５…回転子。６…ロータコア。１６１…外周面。１８…第１固定手段を構成する端板。１８１…第１固定手段を構成する掛け止め凹部。２０…溝。２０１…底。２０２…両端のうちの一端。２０３…両端のうちの他端。２１，２１Ａ，２１Ｂ…補強具。２２０．２３０…押さえ部。２２１…第１突出部としての外端部。２２２…第１固定手段を構成する外側掛け止め部。１９…第２固定手段を構成する端板。１９１…第２固定手段を構成する掛け止め凹部。２３１…第２突出部としての外端部。２３２…第２固定手段を構成する外側掛け止め部。３０…補強具を構成する糸。Ｍ…回転電機。Ｃ…回転軸線。
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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