(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外縁（２１）を有するロータコア（２０）と、
磁石（５０）と、
を備えるロータ（１０）であって、
前記ロータコアには、
前記磁石を収容する磁石収容穴（２３）と
前記磁石収容穴から延びる空隙部（２４）と、
が形成されており、
前記ロータコアは、
前記空隙部と前記外縁との間に位置するブリッジ部（２５）、
を有しており、
前記ブリッジ部は、複数のブリッジ（３１、３２、３３）を有しており、
前記複数のブリッジは、
第１ブリッジ（３１）と、
前記第１ブリッジよりも径方向内側に位置する第２ブリッジ（３２）と、
前記第２ブリッジよりも径方向内側に位置する第３ブリッジ（３３）と、
を有しており、
前記ブリッジ部には、複数の開口（４１、４２）が形成されており、
前記複数の開口は、
前記第１ブリッジと前記第２ブリッジの間に位置する第１開口（４１）と、
前記第２ブリッジと前記第３ブリッジの間に位置する第２開口（４２）と、
を有しており、
前記第１ブリッジの幅（Ｗ１）よりも前記第２ブリッジの幅（Ｗ２）のほうが大きく、
前記第２ブリッジの幅（Ｗ２）よりも前記第３ブリッジの幅（Ｗ３）のほうが大きい、
ロータ（１０）。
【請求項２】
前記第１開口と前記第２開口とは、少なくとも部分的に、径方向に重なり合っている、請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記空隙部は、前記第１開口と前記第２開口のいずれとも、少なくとも部分的に、径方向に重なり合っている、請求項２に記載のロータ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載のロータと、
電流を通過させることによって、前記磁石と協同して前記ロータを回転させることのできるコイル（１２５）と、
を備える、モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータ、および、それを用いたモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータの中には、永久磁石を埋め込まれたロータを有するものがある。このような磁石埋込型ロータは、電流を通過させることによって磁束を発生させるための励磁コイルが取り付けられたステータと共に用いられる。
【０００３】
磁石埋込型ロータは、ロータコアと永久磁石を有する。ロータコアは複数の磁石収容穴を有し、その各々が１つの永久磁石を収容する。ロータコアが収容する永久磁石の数に応じて、ロータは複数の磁極を有する。これらの磁極から発される磁束が、励磁コイルから発された磁束と相互作用することにより、ロータの回転が生み出される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、ロータとステータの相互作用によって、モータは動力を生み出す。したがって、ロータが有する磁極の一つから発される磁束が、ステータではなく、ロータ内の隣接する磁極と磁気的に短絡してしまうと、電気エネルギーから機械的動力エネルギーへの変換効率が悪化する。よって、ロータ内の隣接する磁極どうしは、磁気的に遮断されていることが好ましい。しかし、磁石埋込型ロータにおいては、隣接する磁石の間にロータコアの一部が介在しているため、磁気的な短絡が発生しやすい。
【０００５】
磁極間の磁気的な短絡を抑制する目的で、特許文献１（特開２０１３−１８８０２３号公報）は、ロータに「フラックスバリア」と呼ばれる貫通孔を設けることを提案している。しかし、このような穴の存在によって、ロータの回転や振動に起因して生じる応力に対するロータの耐久性が、悪化してしまう場合がある。
【０００６】
本発明の課題は、耐久性を有する磁石埋込型ロータ、および、そのようなロータを有するモータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１観点に係るロータは、ロータコアと、磁石と、を備える。ロータコアは、外縁を有する。ロータコアには、磁石収容穴と、空隙部と、が形成されている。磁石収容穴は、磁石を収容する。空隙部は、磁石収容穴から延びる。ロータコアは、ブリッジ部を有している。ブリッジ部は、空隙部と外縁との間に位置する。ブリッジ部は、複数のブリッジを有している。複数のブリッジは、第１ブリッジと、第２ブリッジと、第３ブリッジと、を有している。第２ブリッジは、第１ブリッジよりも径方向内側に位置する。第３ブリッジは、第２ブリッジよりも径方向内側に位置する。ブリッジ部には、複数の開口が形成されている。複数の開口は、第１開口と、第２開口と、を有している。第１開口は、第１ブリッジと第２ブリッジの間に位置する。第２開口は、第２ブリッジと第３ブリッジの間に位置する。第１ブリッジの幅よりも第２ブリッジの幅のほうが大きい。第２ブリッジの幅よりも第３ブリッジの幅のほうが大きい。
【０００８】
この構成によれば、応力に対して耐久性を有する磁石埋込型ロータを得ることができる。このようなロータは、高速モータにも利用できる可能性が高い。
【０００９】
本発明の第２観点に係るロータは、第１観点に係るロータにおいて、第１開口と第２開口とが、少なくとも部分的に、径方向に重なり合っている。
【００１０】
この構成によれば、ロータの隣接する磁極間の磁気的な短絡を、より抑制できる。
【００１１】
本発明の第３観点に係るロータは、第２観点に係るロータにおいて、空隙部が、第１開口と第２開口のいずれとも、少なくとも部分的に、径方向に重なり合っている。
【００１２】
この構成によれば、ロータの隣接する磁極間の磁気的な短絡を、第２観点の構成よりもさらに抑制できる。
【００１３】
本発明の第４観点に係るモータは、第１観点から第３観点のいずれか１つに係るロータと、コイルと、を備える。コイルは、電流を通過させることによって、磁石と協同してロータを回転させることができる。
【００１４】
この構成によれば、耐久性を有するモータを得ることができる。このようなモータは、ロータを高速で回転できる可能性が高い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の第１観点に係るロータは、応力に対して耐久性を有する。
【００１６】
本発明の第２観点または第３観点に係るロータは、ロータの隣接する磁極間の磁気的な短絡を抑制できる。
【００１７】
本発明の第４観点に係るモータは、耐久性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るロータの平面図である。
【図２】図１のII−II線で切断したロータの断面図である。
【図３】図１に示したロータを用いたモータの構造の概略図である。
【図４】図１に示したロータが有するブリッジ部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るロータおよびモータの一実施形態について、図１から図４を用いて説明する。なお、本発明に含まれるロータおよびモータの具体的な構成は、下記に説明する実施形態に限られるものではない。具体的な構成は、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００２０】
（１）全体構成
図１および図２に示すとおり、ロータ１０は、全体として、中心軸Ｃを囲む円筒形状を有している。ロータ１０は、ロータコア２０と、４個の永久磁石５０と、２枚の端板７０とを有している。ただし、図１では、端板７０は省略されている。
【００２１】
図３は、図１および図２に示されたロータ１０を用いたモータ１００である。
【００２２】
（２）ロータ１０の構成
（２−１）ロータコア２０
図１および図２に示すとおり、ロータコア２０は、全体として厚い円筒の形状を有し、例えば積層された複数の円盤状の鋼板からなる。図２に示すように、ロータコア２０は、上面２７、下面２８、および、上面２７と下面２８をつなぐ外縁２１を有する。
【００２３】
図１に示すように、ロータコア２０には、シャフト保持穴２２、磁石収容穴２３、空隙部２４が形成されている。さらに、ロータコア２０は、後述するブリッジ部２５を有する。
【００２４】
（２−１−１）シャフト保持穴２２
シャフト保持穴２２は、ロータコア２０を中心軸Ｃと平行に貫く貫通孔であり、ロータ１０の回転軸として機能するシャフト１１０（図３参照）を保持するためものである。
【００２５】
（２−１−２）磁石収容穴２３
４つの磁石収容穴２３は、いずれも、ロータコア２０を中心軸Ｃと平行に貫く貫通孔であり、永久磁石５０を収容するためのものである。
【００２６】
（２−１−３）空隙部２４
空隙部２４は、ロータコア２０を中心軸Ｃと平行に貫く貫通孔であり、かつ、磁石収容穴２３の端部より延びた空間である。空隙部２４は、永久磁石５０を収容していない。
【００２７】
（２−１−４）ブリッジ部２５
ブリッジ部２５とは、ロータコア２０の一部であり、外縁２１と空隙部２４の間に位置する比較的狭い箇所である。１つのブリッジ部２５は、（２−２）節で後述する４つの磁極中心Ｐ１〜Ｐ４のうちの隣接する２つの間に位置する。ブリッジ部２５の径方向の幅ＷＢ（図４参照）を狭くすることによって、当該隣接する２つの磁極中心をそれぞれ含む２つの磁極が、磁気的に短絡してしまうことを抑制できる。これにより、それぞれの永久磁石５０が発する磁束は、ロータ１０を囲むようにロータ１０の外側に配置されたステータ１２０（図３参照）と、効率的に相互作用することができる。
【００２８】
概して、ブリッジ部２５の径方向の幅ＷＢ（図４参照）が小さければ小さいほど、磁気的短絡の抑制効果は大きくなる。抑制効果については、（４）節で図４を参照しながら後述する。
【００２９】
（２−２）永久磁石５０
図１に示すように、永久磁石５０は、ロータ１０に磁極を与えるために、ロータコア２０の磁石収容穴２３の中に設置される。
【００３０】
本実施形態においては、永久磁石５０の数は４つである。しかし、設計上の要請に応じて、それ以外の数の永久磁石５０および磁石収容穴２３が設けられていてもよい。
【００３１】
磁極中心Ｐ１〜Ｐ４は、それぞれ、図１に示す外縁２１の上で、いずれかの永久磁石５０の中心に最も近い箇所に現れる。
【００３２】
（２−３）端板７０
端板７０は、例えば非磁性体であるステンレス鋼からなる、円盤である。図２に示すように、２枚の端板７０がロータコア２０の上面２７と下面２８に取り付けられており、磁石収容穴２３の中に配置された永久磁石５０が外に出るのを防いでいる。それぞれの端板７０の中心には、シャフトを通過させるためのシャフト通過穴７２が形成されている。
【００３３】
永久磁石５０が端板７０以外の何らかの方法によってロータコア２０に固定されている場合には、端板７０は必ずしも設けなくともよい。
【００３４】
（２−４）その他
ロータコア２０および端板７０の相互の固定は、さまざまな方法により行うことができ、例えば、リベットなどの締結具によって行われてもよい。その場合、ロータコア２０と端板７０はそれぞれ、締結具を通過させるための貫通孔を有していてもよい。
【００３５】
（３）モータ１００の構成
図３は、図１および図２に示されたロータ１０を用いたモータ１００の構造の概略図である。
【００３６】
モータ１００は、ケーシング１３０を有し、その中にロータ１０およびステータ１２０が設置されている。
【００３７】
ロータ１０のシャフト保持穴２２には、シャフト１１０が固定されている。シャフト１１０は、図示しないベアリングに支持されており、回転することができる。
【００３８】
ステータ１２０はロータ１０を囲むように配置されている。ステータ１２０には、複数の励磁コイル１２５が設けられている。本実施形態においては、励磁コイル１２５の数は４つである。しかし、設計上の要請に応じて、それ以外の数の励磁コイル１２５が設けられていてもよい。
【００３９】
これら４つの励磁コイル１２５のそれぞれが、所定のシーケンスにしたがって順次選択的に励磁される。これにより、励磁された励磁コイル１２５とロータ１０の磁極中心Ｐ１〜Ｐ４のいずれかとの間に、吸引力または反発力が発生し、ロータ１０が回転させられる。
【００４０】
（４）特徴
（４−１）第１開口４１および第２開口４２の形成
図４に、ブリッジ部２５の拡大図を示す。ブリッジ部２５には、第１開口４１と第２開口４２が形成されている。第１開口４１および第２開口４２は、ロータコア２０を貫く貫通孔であり、ロータ１０の中心軸Ｃ（図１または図２参照）と平行に延びている。
【００４１】
図４に示すとおり、第１開口４１は、第２開口４２よりも、外縁２１の近くに位置する。第１開口４１と第２開口４２とは、少なくとも部分的に、径方向に重なり合っていることが好ましい。ここで、「少なくとも部分的に、径方向に重なる」とは、外縁２１のある箇所から中心軸Ｃまで延びる１つの線分が、２つ以上の対象を貫くことを意味する。同様に、空隙部２４は、第１開口４１と、少なくとも部分的に、径方向に重なり合っていることが好ましい。加えて、空隙部２４は、第２開口４２と、少なくとも部分的に、径方向に重なり合っていることが好ましい。図４に示すロータコア２０に関しては、外縁２１のある箇所から中心軸Ｃまで延びる１つの線分が、第１開口４１、第２開口４２、および、空隙部２４のすべてを貫く。
【００４２】
第１開口４１と第２開口４２の存在により、ブリッジ部２５には、それぞれ、第１ブリッジ３１、第２ブリッジ３２、および、第３ブリッジ３３が形成されている。第１開口４１は、第１ブリッジ３１と第２ブリッジ３２を隔てており、第２開口４２は、第２ブリッジ３２と第３ブリッジ３３を隔てている。図４に示す、第１ブリッジ幅Ｗ１、第２ブリッジ幅Ｗ２、第３ブリッジ幅Ｗ３、第１開口幅ＷＧ１、第２開口幅ＷＧ２、および、ブリッジ部幅ＷＢは、それぞれ、第１ブリッジ３１、第２ブリッジ３２、第３ブリッジ３３、第１開口４１、第２開口４２、および、ブリッジ部２５が有する、ロータコア２０の径方向の幅である。本実施形態においては、第１ブリッジ幅Ｗ１、第２ブリッジ幅Ｗ２、第３ブリッジ幅Ｗ３、第１開口幅ＷＧ１、および、第２開口幅ＷＧ２の合計Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３＋ＷＧ１＋ＷＧ２は、ブリッジ部幅ＷＢと等しい。
【００４３】
第１ブリッジ幅Ｗ１、第２ブリッジ幅Ｗ２、および、第３ブリッジ幅Ｗ３の合計Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３が大きければ大きいほど、隣接磁極間の磁気的短絡の抑制効果は低減すると考えられる。図４に示した本実施形態のロータコア２０が発揮できる磁気的短絡の抑制効果は、幅の大きさがＷ１＋Ｗ２＋Ｗ３である単一のブリッジを有し、かつ、開口を有しないロータコアが発揮できる磁気的短絡の抑制効果と、同程度であることが推測される。
【００４４】
発明者らは、同程度の抑制効果が期待できる、表１に示した２つのロータコア、すなわち、ロータコアＡおよびロータコアＢについて、応力解析シミュレーションを行った。その結果、開口を有しないロータコアＡよりも、開口を有するロータコアＢの方が高い応力耐性を有するという知見が得られた。
【００４５】
【表１】
0006380001.tif 000002
【００４６】
（４−２）第１ブリッジ幅Ｗ１、第２ブリッジ幅Ｗ２，第３ブリッジ幅Ｗ３の大きさ
発明者らは、さらなる応力解析シミュレーションを行い、第１〜第３ブリッジ幅合計Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３の大きさを一定に保ちながら、それぞれのブリッジの幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の大きさをどのように決定すべきかについて検証した。
【００４７】
その結果、外縁２１に近いブリッジほど小さい幅を有するロータコアの応力耐性が比較的高いという知見が得られた。図４に示したロータコア２０は、この条件を満たしている。すなわち、第１ブリッジ幅Ｗ１は、第２ブリッジ幅Ｗ２よりも小さく、第２ブリッジ幅Ｗ２は、第３ブリッジ幅Ｗ３よりも小さい。
【００４８】
（４−３）その他
本実施形態においては、ブリッジ部２５におけるブリッジの数は３つであり、開口の数は２つである。しかし、本発明の構成におけるブリッジ部２５が有するブリッジおよび開口の数は、これらに限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、あらゆる技術分野におけるモータに利用可能である。例えば、本発明は、空気調整装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１０    ロータ
２０    ロータコア
２１    外縁
２２    シャフト保持穴
２３    磁石収容穴
２４    空隙部
２５    ブリッジ部
２７    上面
２８    下面
３１    第１ブリッジ
３２    第２ブリッジ
３３    第３ブリッジ
４１    第１開口
４２    第２開口
５０    永久磁石
７０    端板
７２    シャフト通過穴
１００  モータ
１１０  シャフト
１２０  ステータ
１２５  励磁コイル
１３０  ケーシング
Ｃ      中心軸
Ｐ１    磁極中心
Ｐ２    磁極中心
Ｐ３    磁極中心
Ｐ４    磁極中心
Ｗ１    第１ブリッジ幅
Ｗ２    第２ブリッジ幅
Ｗ３    第３ブリッジ幅
ＷＧ１  第１開口幅
ＷＧ２  第２開口幅
ＷＢ    ブリッジ部幅
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５１】
【特許文献１】特開２０１３−１８８０２３号公報
【図１】
0006380001.tif 000003
【図２】
0006380001.tif 000004
【図３】
0006380001.tif 000005
【図４】
0006380001.tif 000006