(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１極当たり、回転中心軸（α）に凸となるように半径方向に設けられた複数の磁束バリアスリット（２、３、４）を有することにより磁束の流れやすい方向と磁束の流れにくい方向との間に形成されるリラクタンストルクを利用して回転するロータコア（１）において、
前記複数の磁束バリアスリット（２、３、４）のそれぞれの両端部は外周縁を形成する外周ブリッジ（２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ）によって閉じられており、
前記複数の磁束バリアスリット（２、３、４）のうち少なくとも１つの磁束バリアスリット（３、４）は、遠心力による半径方向の膨張を抑制する複数のブリッジ（３ｃ、３ｄ、４ｃ、４ｄ）を有しており、
前記複数の磁束バリアスリット（２、３、４）の内、最内周側の磁束バリアスリット（４）を含みこの最内周側の磁束バリアスリット（４）より外周側の前記１極内の領域の重心（Ｇ）を通り前記回転中心軸（α）に直交する直線方向を重心方向とすると、
前記複数のブリッジ（３ｃ、３ｄ、４ｃ、４ｄ）のうち前記最内周側の磁束バリアスリット（４）より外周側の磁束バリアスリットの複数のブリッジ（３ｃ、３ｄ）は前記重心方向に前記磁束バリアスリット（３）を跨いでおり、
前記最内周側の磁束バリアスリット（４）の複数のブリッジ（４ｃ、４ｄ）のそれぞれは、それぞれのブリッジ（４ｃ、４ｄ）が支える前記それぞれのブリッジ（４ｃ、４ｄ）より外周側の前記１極内のそれぞれの領域の重心（ｇ）の方向に前記最内周側の磁束バリアスリット（４）を跨いでいることを特徴とするロータコア（１）。
【請求項２】
請求項１に記載のロータコア（１）において、
前記複数の磁束バリアスリット（２、３、４）のいずれかに磁石が埋め込まれていることを特徴とするロータコア（１）。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のロータコア（１）において、
前記複数の磁束バリアスリット（２、３、４）は円弧形状を呈する部分を有することを特徴とするロータコア（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リラクタンストルクを利用して回転するロータコアに係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、リラクタンスモータ用のロータコアとして、１極当たり、回転中心軸に凸となるように半径方向に設けられる複数の磁束バリアスリットを有することで磁束の流れやすい方向と磁束の流れにくい方向との間に形成されるリラクタンストルクを利用して回転する構成が周知となっている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
しかし、近年、リラクタンスモータの高速化の要望に伴うロータコアの高速回転の要求が高くなっており、従来の磁束バリアスリットを設けたのみの構成ではロータコアの高速回転時における回転遠心力負荷に対する変形に対応することが困難となってきている。
そこで、高速回転時におけるロータコアの回転遠心力負荷に対する変形に対応すべく機械的強度を増した構成が公知となっている（例えば、特許文献３、４参照。）。
これらの構成では、磁束バリアスリットを跨ぐブリッジを設けることで、回転遠心力負荷に対する機械的強度を高めロータコアの変形を抑制している。
【０００４】
しかし、特許文献３のブリッジの配置の構成では、それぞれの磁束バリアスリットに配されるブリッジの数は１個だけであり、機械的強度は十分ではなく、またブリッジの配置についても、ブリッジの長さ方向に発生する引っ張り応力だけではなくブリッジの幅方向に発生する曲げ応力も発生し得る配置となっている。このため、曲げ応力にも抗する必要が生じ、ブリッジの幅を狭くしにくい構成となっている。
なお、ブリッジの幅が広いとロータコアの突極比を減少させることになり、リラクタンストルクの減少を招くことになるため好ましくない。
【０００５】
なお、特許文献４のブリッジの配置構成では、最内周側の磁束バリアスリットのみが、複数のブリッジを有し機械的強度が確保された構成が開示されているが、最内周側の磁束バリアスリットの強度を高めるのみでは十分ではなく、また、複数のブリッジの磁束バリアスリット内での配置についての詳細な説明もなされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１７２５５９号公報
【特許文献２】特開２００２−１０５９４号公報
【特許文献３】特開２００１−２５８２２２号公報
【特許文献４】特開平１０−２５７７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、リラクタンストルクを維持しつつ回転遠心力負荷に対する変形を防ぐロータコアを提供することにある。
【０００８】
本願第１発明によれば、ロータコアは、１極当たり、回転中心軸に凸となるように半径方向に設けられた複数の磁束バリアスリットを有することにより磁束の流れやすい方向と磁束の流れにくい方向との間に形成されるリラクタンストルクを利用して回転する。
そして、複数の磁束バリアスリットのそれぞれの両端部は外周縁を形成する外周ブリッジによって閉じられている。
また、複数の磁束バリアスリットのうち少なくとも１つの磁束バリアスリットは、遠心力による半径方向の膨張を抑制する複数のブリッジを有している。
そして、複数の磁束バリアスリットの内、最内周側の磁束バリアスリットを含み最内周側の磁束バリアスリットより外周側の１極内の領域の重心を通り回転中心軸に直交する直線方向を重心方向とすると、複数のブリッジは重心方向に磁束バリアスリットを跨いでいる。
そして、最内周側の磁束バリアスリットの複数のブリッジのそれぞれは、それぞれのブリッジが支えるそれぞれのブリッジより外周側の１極内のそれぞれの領域の重心の方向に最内周側の磁束バリアスリットを跨いでいる。
【０００９】
これにより、磁束バリアスリット内に複数のブリッジを有することとなり、遠心力による半径方向の膨張を抑制することができる。
また、複数のブリッジは、重心方向に磁束バリアスリットを跨いでいるため、複数のブリッジのそれぞれは、ブリッジの長さ方向に発生する引っ張り応力のみが発生する構成となっており、磁束バリアスリットの変形時においてもブリッジの幅方向に発生する曲げ応力の発生を抑制できる構成となっている。このため、それぞれのブリッジの幅を狭くすることができ、突極比の減少を抑制して、リラクタンストルクを維持することができる。
この結果、リラクタンストルクを維持しつつ回転遠心力負荷に対する変形を防ぐロータコアを提供することができる。
また、最内周側の磁束バリアスリットの複数のブリッジに発生する曲げ応力を抑制できるため、最内周側の磁束バリアスリットの複数のブリッジの幅を狭くすることができ、突極比の減少をより抑制して、リラクタンストルクをより維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ロータコアの説明図である（参考例）。
【図２】発生応力の従来例との比較図である（参考例）。
【図３】（ａ）ロータコアの説明図、（ｂ）発生応力の第１実施例との比較図である（第１実施例）。
【図４】対称性の低い場合における重心方向の説明図である（変形例）。
【図５】最内周側の磁束バリアスリットにおける他のブリッジ数の例である（変形例）。
【図６】磁束バリアスリットの他の形状の例である（変形例）。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、発明を実施するための形態を実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００１４】
〔参考例〕
本発明の参考例によるロータコア１を図１に示す。なお、図１はロータコア１の１極部分のみを示している。以下、特に断りのない場合、ロータコア１は１極部分のみを示し説明する。
ロータコア１は、電磁鋼板等からなる高透磁率材からなる複数の同一形状の円板状のコアシートを回転中心軸α方向に積層したものである。
ロータコア１は、１極当たり、回転中心軸αに凸となるように半径方向に設けられた複数の磁束バリアスリット２〜４を有することにより磁束の流れやすい方向と磁束の流れにくい方向との間に形成されるリラクタンストルクを利用して回転する。
【００１５】
ここで、複数のバリアスリット２〜４は、回転中心軸αとは異なる軸βを中心とする円弧形状を呈しており、外周側からバリアスリット２、３、４の順で並んでいる。
そして、複数の磁束バリアスリット２〜４のそれぞれの両端部は外周縁を形成する外周ブリッジ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂによって閉じられている。
【００１６】
また、複数の磁束バリアスリット２〜４のうち内周側の２つの磁束バリアスリット３、４は、遠心力による半径方向の膨張を抑制する複数のブリッジ３ｃ、３ｄおよび４ｃ、４ｄを有している。
そして、複数の磁束バリアスリットの内、最内周側の磁束バリアスリット４を含み最内周側の磁束バリアスリット４より外周側の１極内の領域の重心Ｇを通り回転中心軸αに直交する直線方向を重心方向とすると、複数のブリッジ３ｃ、３ｄおよび４ｃ、４ｄは重心方向にそれぞれ磁束バリアスリット３および４を跨いでいる。
【００１７】
また、複数のブリッジ３ｃ、３ｄおよび４ｃ、４ｄの設けられた磁束バリアスリット３および４の外周ブリッジ３ａ、３ｂおよび４ａ、４ｂの幅は、複数のブリッジの設けられていない磁束バリアスリット２の外周ブリッジ２ａ、２ｂの幅より小さくなっている。
【００１８】
また、複数のブリッジ３ｃ、３ｄおよび４ｃ、４ｄの設けられる磁束バリアスリット３、４において、異なる磁束バリアスリット３、４に設けられたブリッジ３ｃ、４ｃおよび３ｄ、４ｄが重心方向の一直線上に存するように配されている。
【００１９】
さらに、複数の磁束バリアスリット２〜４は、中空である場合と、磁石、が埋め込まれている場合とがある。
なお、磁束スリット２〜４に磁石が埋め込まれている場合、すべての磁束バリアスリット２〜４に磁石が埋め込まれていても、複数の磁束バリアスリット２〜４の少なくとも１つの磁束バリアスリット２〜４に磁石が埋め込まれていてもよい。
【００２０】
〔参考例の効果〕
参考例のロータコア１は、１極当たり、回転中心軸αに凸となるように半径方向に設けられた複数の磁束バリアスリット２〜４を有することにより磁束の流れやすい方向と磁束の流れにくい方向との間に形成されるリラクタンストルクを利用して回転する。
そして、複数の磁束バリアスリット２〜４のそれぞれの両端部は外周縁を形成する外周ブリッジ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂによって閉じられている。
【００２１】
また、複数の磁束バリアスリット２〜４のうち内周側の２つの磁束バリアスリット３、４は、遠心力による半径方向の膨張を抑制する複数のブリッジ３ｃ、３ｄおよび４ｃ、４ｄを有している。
そして、複数の磁束バリアスリット２〜４の内、最内周側の磁束バリアスリット４を含み最内周側の磁束バリアスリット４より外周側の１極内の領域の重心Ｇを通り回転中心軸αに直交する直線方向を重心方向とすると、複数のブリッジ３ｃ、３ｄおよび４ｃ、４ｄは重心方向にそれぞれ磁束バリアスリット３および４を跨いでいる。
【００２２】
これにより、磁束バリアスリット３、４内に複数のブリッジを３ｃ、３ｄおよび４ｃ、４ｄを有することとなり、遠心力による半径方向の膨張を抑制することができる。
また、複数のブリッジ３ｃ、３ｄおよび４ｃ、４ｄは、重心方向に磁束バリアスリット３および４を跨いでいるため、複数のブリッジ３ｃ、３ｄおよび４ｃ、４ｄのそれぞれは、ブリッジ３ｃ、３ｄ、４ｃ、４ｄの長さ方向に発生する引っ張り応力のみが発生する構成となっており、磁束バリアスリット３、４の変形時においてもブリッジ３ｃ、３ｄ、４ｃ、４ｄの幅方向に発生する曲げ応力の発生を抑制できる構成となっているため、それぞれのブリッジ３ｃ、３ｄ、４ｃ、４ｄの幅を狭くすることができ、突極比の減少を抑制して、リラクタンストルクを維持することができる。
このため、リラクタンストルクを維持しつつ回転遠心力負荷に対する変形を防ぐロータコア１を提供することができる。
【００２３】
参考例のロータコア１は、複数のブリッジ３ｃ、３ｄおよび４ｃ、４ｄの設けられた磁束バリアスリット３、４の外周ブリッジ３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂの幅は、複数のブリッジの設けられていない磁束バリアスリット２の外周ブリッジ２ａ、２ｂの幅より小さくなっている。
これにより、複数のブリッジ３ｃ、３ｄおよび４ｃ、４ｄの設けられている磁束バリアスリット３、４のスリット領域を複数のブリッジ３ｃ、３ｄおよび４ｃ、４ｄの領域分大きくすることができるため、突極比の減少をより抑制することができ、リラクタンストルクをより維持することができる。
【００２４】
参考例のロータコア１は、複数のブリッジ３ｃ、３ｄおよび４ｃ、４ｄの設けられる磁束バリアスリット３、４において、異なる磁束バリアスリット３、４に設けられたブリッジ３ｃ、４ｃおよび３ｄ、４ｄが重心方向の一直線上に存するように配されている。
これにより、異なる磁束バリアスリット３、４に設けられたブリッジ３ｃ、４ｃおよび３ｄ、４ｄは一直線上に存するため、機械的強度をより高めることができ、回転遠心力負荷に対する変形をより抑制することができる。
【００２５】
また、参考例のロータコア１において、複数の磁束バリアスリット２〜４のいずれかに磁石を埋め込むことができる。
このため、磁石が埋め込まれた際に、リラクタンストルクのみではなく、磁気トルクをも利用してロータコア１は回転することができる。
なお、この場合、重心Ｇは埋め込まれる磁石をも含めた重心の位置となる。
【００２６】
また、複数のバリアスリット２〜４は、円弧形状を呈している。
このため、磁石が埋め込まれた際に、磁石の表面積を大きくすることができ、磁石の埋め込まれる際における磁気トルクを増大させることができる。
【００２７】
ここで、図２にはシミュレーションによる位置Ｉ、ＩＩおよびＩＩＩにおける発生する曲げ応力の大きさの相対比較を示している。
なお、図２（ａ）は参考例のロータコア１、図２（ｂ）は従来例のロータコア、図２（ｃ）は参考例のロータコア１と従来例のロータコアとの対応する位置における発生する曲げ応力の大きさの相対比較図を示している。
また、Ｉの位置は、図１における外周ブリッジ４ａ、ＩＩの位置は、図１におけるブリッジ３ｄ、ＩＩＩの位置は、図１におけるブリッジ４ｄに対応しており、それぞれの位置における参考例と従来例の外周ブリッジおよびブリッジの幅は等しくなっている。
【００２８】
図２（ｃ）より、Ｉの位置において発生する応力の大きさは、参考例の方が従来例より２０％小さくなっており、ＩＩの位置において発生する応力の大きさは、参考例の方が従来例より９％小さくなっている。
そして、ＩＩＩの位置において発生する応力の大きさは、参考例の方が従来例より５．５％小さくなっており、Ｉ、ＩＩ、およびＩＩＩの何れの位置においても参考例の方が従来例より発生する応力の大きさが小さくなっている。
【００２９】
〔実施例１〕
本発明の実施例１によるロータコア１を図３に示す。なお、参考例と同一機能物には同一符号を付して表している。
実施例１のロータコア１において、最内周側の磁束バリアスリット４に複数のブリッジ４ｃおよび４ｄが設けられており、最内周側の磁束バリアスリット４の複数のブリッジ４ｃ、４ｄのそれぞれは、それぞれのブリッジ４ｃ、４ｄが支えるそれぞれのブリッジ４ｃ、４ｄより外周側の１極内のそれぞれの領域の重心ｇの方向に磁束バリアスリット４を跨いでいる
【００３０】
ここで、発明者らはシミュレーションの解析結果より、最内周側の磁束バリアスリット４において、複数のブリッジ４ｃ、４ｄは、重心方向よりそれぞれの領域の重心ｇの方向に磁束バリアスリット４を跨いだ方がそれぞれのブリッジ４ｃ、４ｄに発生する曲げ応力が抑制されることを見出した（図３（ｂ）参照）。
ここで、発明者らによる詳細な解析の結果より、それぞれのブリッジ４ｃおよび４ｄが支えるそれぞれのブリッジ４ｃ、４ｄより外周側の１極内のそれぞれの領域の重心ｇの方向とは、ブリッジ４ｃおよびとブリッジ４ｄから等距離である重心方向の線分（以下、区画線分と呼ぶことがある。）によって区画され、最内周側の磁束バリアスリット４に隣合う磁束バリアスリット３を含めこの磁束バリアスリット３より外周側のロータコア１の１極内のそれぞれの領域の重心の方向としている。
すなわち、それぞれのブリッジ４ｃおよび４ｄは磁束バリアスリット３と磁束バリアスリット４の間の部分を介して、それぞれの領域を支えていることになっている。
なお、それぞれの領域は、図中それぞれハッチングを付して表している。
また、それぞれの領域の重心ｇの方向は、磁束バリアスリット２〜４のいずれかに磁石が埋め込まれる際には、埋め込まれる磁石をも含めたそれぞれの領域の重心ｇの方向となっている。
【００３１】
よって、実施例１の構成により、最内周側の磁束バリアスリット４の複数のブリッジ４ｃ、４ｄに発生する曲げ応力を抑制できるため、最内周側の磁束バリアスリット４の複数のブリッジ４ｃ、４ｄの幅を狭くすることができ、突極比の減少をより抑制して、リラクタンストルクをより維持することができる。
【００３２】
［変形例］
本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形例を考えることができる。
参考例においては、磁束バリアスリット２〜４は、対称性の高い配置、および、対称性の高い形状となっていたが、図４に示すように磁束バリアスリット２〜４を非対称に配置、または、非対称な形状としてもよい。
【００３３】
例えば、図４（ａ）に示すように磁束バリアスリット２〜４を非対称に配置する場合には、重心方向は図示する方向となり、図４（ｂ）に示すように磁束バリアスリット２〜４の形状が非対称な場合には、重心方向は図示する方向となっている。
ここで、図４（ａ）では、磁束バリアスリット２〜４は中空となっており、図４（ｂ）では、磁束バリアスリット２〜４に磁石が埋め込まれている。
なお、図４（ｂ）においては、埋め込まれる磁石の比重がロータコア１の比重より大きい場合を示している。
なお、図４（ｂ）において、磁石の比重がロータコア１の比重より小さい場合には、重心Ｇの位置が変わるため重心方向は当然に異なってくる。
【００３４】
実施例１においては、最内周側の磁束バリアスリット４に設けられるブリッジは２つであったが、設けられるブリッジの数を２より多くしてもよい。例えば、図５には磁束バリアスリット４に設けられるブリッジの数が３（図５（ａ）参照。）、４（図５（ｂ）参照。）、５（図５（ｃ）参照。）の場合を示している。
ブリッジの数がそれぞれの場合における区画線分およびそれぞれのブリッジの支えるそれぞれの領域は図示する通りである。
なお、それぞれの領域は、図中それぞれハッチングを付して表している。
ここで、それぞれの区画線分は隣合うブリッジから等距離である重心方向の線分となっている。
【００３５】
参考例、実施例１において、磁束バリアスリット２〜４は円弧形状を呈していたが、磁束バリアスリット２〜４は、回転中心軸αに凸となるように半径方向に設けられていればよいため、磁束バリアスリット２〜４は直線形状を呈する部分を含んでいてもよい。
例えば、図６（ａ）に示すように、直線形状を呈する部分のみから構成されていてもよいし、図６（ｂ）に示すように、直線形状と円弧形状を呈する部分を組み合わせた構成としてもよい。
なお、直線形状を呈する部分については、加工精度を確保しやすくなっている。
【００３６】
また、参考例、実施例１においては、ロータコア１には、１極当たり半径方向に磁束バリアスリット２〜４が３つ設けられていたが、設けられる磁束バリアスリットの数はこの数に限定されるものではなく、複数であれば１極当たりいくつの磁束バリアスリットを設けてもよい。
また、参考例、実施例１においては、いわゆる４極のロータコア１の構成を示したが、ロータコア１の極数はこの数に拘るものではなく、ロータコア１の極数を６極、８極等としてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１  ロータコア  ２、３、４  磁束バリアスリット  ２ａ、２ｂ
２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ  外周ブリッジ  
３ｃ、３ｄ、４ｃ、４ｄ  ブリッジ  α  回転中心軸  Ｇ  重心
【図１】
0006413788.tif 000002
【図２】
0006413788.tif 000003
【図３】
0006413788.tif 000004
【図４】
0006413788.tif 000005
【図５】
0006413788.tif 000006
【図６】
0006413788.tif 000007