JP5987369B2 - 永久磁石式電動機のロータ - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石式電動機のロータに関するものである。

電機子を有するステータ部と、所定の中心軸を中心にステータ部に対して回転可能に支持されるロータ部と、を備え、ロータ部が、外周面が電機子と対向する略円筒状の磁性体であるロータコアと、ロータコアの外周面よりも中心軸側において中心軸を中心とする円周上に配置され、それぞれが中心軸に平行に伸びる複数の界磁用磁石と、を備えた永久磁石式電動機が知られている。このような永久磁石式電動機として、ロータコアに、複数の界磁用磁石が挿入される複数の磁石保持穴と、電機子に対向する磁極の極性が互いに異なるとともに隣接する複数の界磁用磁石対間において中心軸に平行に伸びる複数のフラックスバリア穴と、を備えると共に、複数の磁石保持穴のそれぞれにおいて、保持される界磁用磁石の側面から隣接するフラックスバリア穴に向かって広がる隙間が設けられた永久磁石式電動機が知られている（特許文献１）。

特開２００８−１４８４８２号公報

しかしながら、上記のような永久磁石式電動機においてはフラックスバリアを設けることによるロータコアの強度低下が問題となっていた。

本発明が解決しようとする課題は、効果的にロータコアの強度低下を抑制する永久磁石式電動機のロータを提供することである。

本発明は、ロータコアの径方向においてロータコアの外縁と複数の永久磁石との間の位置で、ｑ軸に対応する部分にロータ回転軸に沿って延びる孔により形成された第１フラックスバリアと、ロータコアの円周方向に沿って、第１フラックスバリアと隣接して孔により形成された第２フラックスバリアと、ロータコアの外縁側でコアにより形成された第１ブリッジと、永久磁石と前記第１フラックスバリアとの間、及び、永久磁石と前記第１フラックスバリアとの間をコアで結ぶ第２ブリッジと、第１フラックスバリアと第２フラックスバリアとの間で、第１ブリッジと第２ブリッジとをコアで結ぶ第３ブリッジとを有するによって上記課題を解決する。

本発明によれば、第３ブリッジが第１ブリッジを補強するため、ロータの回転時に生じる遠心力に対する強度低下を抑制でき、その結果、ロータの量産性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係るロータ及びステータの断面図である。 図１のロータの要部拡大図である。 図１のブリッジの幅に対する鎖交磁束割合の特性を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係るロータの要部拡大図である。 図４のロータコア上のｑ軸からブリッジ中心までの距離に対する最大応力割合の特性を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係るロータの要部拡大図である。 本発明の他の実施形態に係るロータの要部拡大図である。 図４のロータコア上のｑ軸からブリッジまでの電気角に対する最大応力割合の特性を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
《第１実施形態》
図１は、本実施形態に係る永久磁石式電動機のステータ及びロータの断面図を示す。本例の永久磁石式電動機（以下、モータと称す。）は、インナーロータ型のモータであり、固定子であるステータ１と、回転子であるロータ２とを備えている。図１では、図示を省略しているが、本例のモータは、ステータ１及びロータ２の他に、ロータ２の回転軸となるシャフトやハウジングなどの他の部品を備えている。

ステータ１は、内部にロータ２を回転可能に配置する円筒状の組立体である。ステータ１の中心軸は、ロータ２の回転軸と同軸となる。ステータ１は、円環状の鋼板であるステータコア１１を複数積層させることで構成されている。ステータコア１１には、ステータコア１１の中心点から放射状に配置されたティース１１１と、ティース１１１に対して外側に配置された円環状のコアバック１１２を有している。ティース１１１は、コア本体部１１２から中心点に向かって延在させることで形成されている。そして、複数のティース間に巻線を巻き付けることで、ロータ２に回転磁界を発生させるコイル（図示しない）が形成されている。

ロータ２は、薄型の円環状の、例えば珪素鋼板等の磁性体鋼板を絶縁材を間に挟みつつ複数積層させた円筒状の積層体のロータコア２１と、該ロータコア２１の他に、永久磁石２２を備えている。ロータコア２１は、中心軸を、モータの回転軸と同軸状になるよう構成されている。ロータコア２１の中央には、中心点を中心とする円環状の中心孔２２が形成されている。そして、この中心孔２２に、ロータ２の回転軸となるシャフト（図示しない）が挿入されている。

永久磁石２３は、磁極の数を８極として、１極あたり２個の計１６個設けられている。永久磁石２３は、ロータ２の中心軸（ロータの回転軸中心）に対して垂直な方向に沿う断面において、長方形の形状をし、中心軸Ｏの軸方向に沿う棒状の磁石である。永久磁石２３は、ロータコア２１の円周方向に沿って、所定の間隔毎で、ロータコア２１の外周部分に配置されている。また、永久磁石２３は、２個を１組とした隣り合う磁石をＶ字状に配置して１極を形成し、当該Ｖ字状の磁石がロータコア２１の外側に向かって拡がるように、配置されている。

Ｖ字状に配置された永久磁石２３ａ、２３ｂのうちＶ字の付け根部分を通り、かつ、中心軸に対して垂直な径方向へ伸びる直線がｄ軸に相当する。また、Ｖ字状に配置された永久磁石２３ａと永久磁石２３ｂとの間で、ロータコア２１の外縁側の先端部分と通る直線であって、かつ、中心軸に対して垂直な径方向へ伸びる直線がｑ軸に相当する。言い換えると、永久磁石２３ａ、２３ｂの両端部のうち、ロータコア２１の中心軸側（ロータコア２１の内縁側）で、互いに接近する部分と、図１の中心点Ｏとを結ぶ線がｄ軸になる。また、ロータコア２１の外縁側（外径側）で、Ｖ字状に配置された永久磁石２３ａ、２３ｂと、当該永久磁石２３ａ、２３ｂと隣接してＶ字状に配置された永久磁石２３ｃ、２３ｄとの間（すなわち隣接する２極間）で、互いに接近する部分（磁石２３ｂと磁石２３ｃとが互いに接近する端部）と、ロータコア２１の中心点（図１の中心点Ｏ）とを結ぶ線がｑ軸になる。

なお、本実施例において、以下ではロータコア２１の中心軸に垂直な方向（ロータ２の回転軸中心に対して垂直な方向）を径方向と言い、径方向でロータコア２１の中心軸から離れる方向の側を外径側あるいは外縁側、径方向ロータコア２１の中心軸に近接する方向の側を内径側あるいは内縁側、ロータ２回転時の回転方向を周方向と言う。

次に、図２を用いて、永久磁石２３ｂ、２３ｃが埋め込まれた部分について説明する。図２は、図１のロータのうち、永久磁石２３ｂ、２３ｃが埋め込まれた部分の拡大図である。

ロータコア２１は、永久磁石２３ｂ、２３ｃを保持するための貫通孔２４ｂ、２４ｃと、フラックスバリア２５、２６とで形成された極間フラックスバリア２９、短絡防止フラックスバリア２７、２８とを有している。貫通孔２４ｂ、２４ｃは、ロータコア２１の中心軸の軸方向に貫通し、かつ、ロータコア２１の積層面と平行な面においてロータコア２１の円周方向に沿って所定の間隔毎に貫通された孔である。貫通孔２４ｂは、ロータコア２１の中心軸に対して垂直な断面で長方形の形状に形成されている。貫通孔２４ｃも貫通孔２４ｂと同様に、長方形の形状に形成されている。貫通孔２４ｂ、２４ｃの両端のうち、ロータコア２１の外縁側の端部はｑ軸に接近して配置され、ロータコア２１の内縁側（ロータコア２１の中心点Ｏ側）の端部は、このｑ軸の隣のｄ軸に接近して配置されている。また、ロータコア２１の中心点Ｏから貫通孔２４ｂ、２４ｃのｄ軸に接近した端部（ロータコア２１の内縁側の端部）までの半径は、ロータコア２１の中心点Ｏから貫通孔２４ｂ、２４ｃのｑ軸に接近した端部（ロータコア２１の外縁側の端部）までの半径より短くなっている。

フラックスバリア２５、２６及び短絡防止フラックスバリア２７、２８は、ロータコア２１の中心軸の軸方向に貫通し、かつ、ロータコア２１の積層面と平行な面においてロータコア２１の円周方向に沿って、後述する所定の規則性をもって配置され、貫通された孔である。フラックスバリア２５、２６及び短絡防止フラックスバリア２７、２８は、磁束がｑ軸側に回り込みステータ１と鎖交しない漏れ磁束の発生を防ぐために設けられている。また短絡防止フラックスバリア２７、２８は、例えば永久磁石２５ｂの先端部から出た磁力線が当該永久磁石２５ｂの先端部付近のロータコア２１を通って同じ永久磁石２５ｂに戻ってくる磁気短絡を防ぐために設けられている。

極間フラックスバリア２９は、ロータコア２１の中心軸に対して垂直な方向の面（ロータコア２１の積層面と平行な面）において、ｑ軸上に形成され、隣り合う二極間に形成されている。この極間フラックスバリア２９はフラックスバリア２５と、該フラックスバリア２５のロータコア２１の周方向で両側に設けられたフラックスバリア２６で構成されている。フラックスバリア２５は、ロータコア２１の積層面で、略五角形の形状をした孔である。なお、略五角形とは五角形の頂点部分を曲線状にした形状を含む。略五角形状のフラックスバリア２５のうち、最も辺の長さが長い底辺が、ロータコア２１の外縁側であって、外周に沿うように形成されている。また、フラックスバリア２５はｑ軸に対して線対称な形状であって、フラックスバリア２５の空間内にｑ軸を含んでいる。言い換えると、フラックスバリア２５は孔によりｑ軸を跨ぐような形状である。

フラックスバリア２６は、フラックスバリア２５に対してロータコア２１の周方向で隣接する、ロータコア２１に形成された孔である。フラックスバリア２６は、ロータコア２１の積層面で、略三角形の形状をした孔である。なお、略三角形とは三角形の頂点部分を曲線状にした形状を含む。略三角形状のフラックスバリア２６の三辺のうちロータコア２１の外縁側の一辺は、ロータコア２１の外周に沿うように形成されている。そして、フラックスバリア２６の当該三辺のうちロータコア２１の円周方向の一辺は、フラックスバリア２５の五辺の内の一辺と間で、ロータコア２１の外周方向に所定の間隔を空けて、対向している。

フラックスバリア２６は、フラックスバリア２５に対してロータコア２１の周方向両側において隣接する、二つのフラックスバリア２６が対になるように形成されている。またこれらのフラックスバリア２６は、ｑ軸に対して線対称な形状であるが、極間フラックスバリア２６の空間内にｑ軸を含んでいない。これにより、フラックスバリア２６とフラックスバリア２５、２５とによって、ロータコア２１の外径方向を底辺とした、ｑ軸に対して線対称な略三角形状の極間フラックスバリア２９を形成している。

短絡防止フラックスバリア２７は、永久磁石２３ｂの両端のうち、ロータコア２１の外縁側の端部（永久磁石２３ｂの側面）から極間フラックスバリア２９に近接する方向へ延びる、貫通孔２４ｃに連通した孔である。また、短絡防止フラックスバリア２７は、永久磁石２３ｂの端部と、後述するブリッジ２１２との間に形成されている。短絡防止フラックスバリア２７は、ロータコア２１の積層面で、永久磁石２６ｂの端部を臨む辺を含んだ略四角形の形状に形成されている。なお、略四角形とは四角形の頂点部分を曲線状にした形状を含む。

短絡防止フラックスバリア２８は、永久磁石２３ｂの両端のうち、ロータコア２１の内縁側の端部（永久磁石２３ｂの側面）から延びる、貫通孔２４ｃに連通した孔である。

ブリッジ２１１は、ロータコア２１の円周方向に沿って、フラックスバリア２５、２６よりロータコア２１の外縁側でコアにより形成されている。言い換えると、ブリッジ２１１は、ロータコア２１の外縁側の側面と、フラックスバリア２５、２６の（極間フラックスバリア２９の）外縁側の側面との間に形成されている。ブリッジ２１１は、磁気抵抗を大きくするために、ロータコア２１の径方向における幅（図２のｗ_１に相当）を小さくすることで、当該中心軸に垂直な平面において、ロータコア２１の円周方向に沿って帯状に形成されている。

ブリッジ２１２は、短絡防止フラックスバリア２７と極間フラックスバリア２９との間（図２においてはフラックスバリア２５との間）に、コアにより形成されている。ロータコア２１の中心軸に垂直な平面において、フラックスバリア２５の内縁側の側面と短絡防止フラックスバリア２７の外縁側の側面との間である、ブリッジ２１２の幅（図２のｗ_２に相当）は、上記のブリッジ２１１の幅よりも大きくなるよう、形成されている。

ブリッジ２１３は、フラックスバリア２５とフラックスバリア２６との間で、ブリッジ２１１とブリッジ２１２とをコアで結ぶように形成されている。すなわちブリッジ２１３は、極間フラックスバリア２９のロータ外径側に位置するブリッジ２１１とロータ内径側に位置するブリッジ２１２とを接続して、極間フラックスバリア２９をフラックスバリア２５とフラックスバリア２６とに分断するように形成されている。

言い換えると、ブリッジ２１３は、ブリッジ２１２からロータコア２１の外縁側に向かって延在して、ブリッジ２１１のロータコア２１の内縁側の側面に繋がるように形成されている。以上により、極間フラックスバリア２９と、該極間フラックスバリア２９のロータ内径側に位置する短絡防止フラックスバリア２７、２７との間にはブリッジ２１２、２１２が形成され、極間フラックスバリア２９とロータコア２１の外周縁との間にはブリッジ２１１が形成され、且つブリッジ２１２、２１２とブリッジ２１１とを結ぶブリッジ２１３によって極間フラックスバリア２９がフラックスバリア２５とフラックスバリア２６とに分断されている。

ロータコア２１の中心軸に対して垂直方向の平面において、フラックスバリア２５とフラックスバリア２６との間であるブリッジ２１３の幅（図２のｗ_３に相当））は、ロータコア２１の外縁側の側面とフラックスバリア２５、２６の外縁側の側面との間であるブリッジ２１１の幅（ｗ_１）より小さく、フラックスバリア２５の内縁側の側面と短絡防止フラックスバリア２７の外縁側の側面との間であるブリッジ２１２の幅（ｗ_２）よりも小さい。また、ブリッジ２１３の幅（ｗ_３）は、ロータコア２１を形成する磁性体鋼板の板厚（ロータコア２１の中心軸の軸方向における磁性体鋼板の厚さ）の約２倍である。

これにより、フラックスバリア２５とフラックスバリア２６とで形成される略三角形状の極間フラックスバリア２９がブリッジ２１３で複数に分割され、フラックスバリア２５及びフラックスバリア２６がブリッジ２１３を境に独立した孔になるように、フラックスバリア２５、２６及びブリッジ２１３が形成されている。

ここで、ブリッジ２１３の幅（ｗ_３）とｑ軸からの漏れ磁束との関係について説明する。図３は、ブリッジ２１３の幅（ｗ_３）に対する、ｑ軸からの漏れ磁束の割合いの特性を示すグラフである。横軸は、ブリッジ２１３の幅（ｗ_３）に対応し、縦軸は、ブリッジ２１３を設けない場合（極間フラックスバリア２９を、ブリッジ２１３でフラックスバリア２５とフラックスバリア２６とに分割せずに、単一の孔で形成した場合）におけるｄ軸からステータ１に鎖交する磁束を１００パーセントとした時に、ブリッジ２１３を設けることによる鎖交磁束の変化量（減少量）を割合（鎖交磁束割合）で示している。すなわち、当該割合が少ないほど、ｄ軸からステータ１に鎖交する磁束が少なくなり、ｑ軸からの漏れ磁束が増加することとなる。

図３に示すように、ブリッジ２１３の幅（ｗ_３）がブリッジ２１３の幅（ｗ_１）以下である場合には、鎖交磁束割合は１００パーセントを維持しており、ブリッジ２１３の幅（ｗ_３）がブリッジ２１３の幅（ｗ_２）と同じ大きさにした場合には、鎖交磁束割合が１００パーセントより低くなっていることが分かる。すなわち、本例は、ブリッジ２１３の幅（ｗ_１）より小さいブリッジ２１３の幅（ｗ_３）を設けたことで、鎖交磁束割合が減少することなく、漏れ磁束が増加することもない。

上記のように、本例のロータ２１は、フラックスバリア２５、２６のロータコア２１の外縁側のブリッジ２１１と、短絡防止フラックスバリア２７とフラックスバリア２５との間に形成されたブリッジ２１２とを、ブリッジ２１３で結合するように、形成されている。

ところで、ブリッジ２１２は、磁気抵抗を大きくするために、幅を狭くして、細長くすることが好ましいが、ロータ２の回転時に生じる遠心力（遠心力）に対して強度を確保する必要がある。本例では、ブリッジ２１２を、ブリッジ２１３を介してブリッジ２１１に結合させることで、ブリッジ２１３がブリッジ２１２を補強するよう機能するため、ブリッジ２１２の幅を小さくすることができ、フラックスバリア２５、２６を小さくしなくてもよい。

ゆえに本例は、ブリッジ２１３を有していない場合（極間フラックスバリア２９を、ブリッジ２１３でフラックスバリア２５とフラックスバリア２６とに分割せずに、単一の孔で形成した場合）と比較して、ロータ２１の回転時の遠心力に対する強度を高めることができ、当該場合と比較して、ブリッジ２１２の幅をより狭くすることができ、ブリッジ２１２の磁気抵抗も高めることができる。さらに、極間フラックスバリア２９の大きさを十分に確保して、ｑ軸方向への漏れ磁束を防ぎ、かつ、ロータ２の強度を高めることできる。その結果として、本例は、高速回転領域で回転することができるロータ２の量産性を高めることができる。

なお、上記のフラックスバリア２５が本発明の「第１フラックスバリア」に相当し、フラックスバリア２６が本発明の「第２フラックスバリア」に、ブリッジ２１１が本発明の「第１ブリッジ」に、ブリッジ２１２が本発明の「第２ブリッジ」に、ブリッジ２１３が本発明の「第３ブリッジ」に相当する。

《第２実施形態》
図４は、発明の他の実施形態に係るモータのロータの断面の拡大図である。本例では上述した第１実施形態に対して、短絡防止フラックスバリア２７の形状が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。

図４に示すように、短絡防止フラックスバリア２７は、永久磁石２３ｃの端部である側面の一部から極間フラックスバリア２９に近接する方向へ延びる、貫通孔２４ｃに連通して形成された孔である。短絡防止フラックスバリア２７の外縁側の側面は、フラックスバリア２５の内縁側の側面と平行になっていない。ロータ２１の中心軸に対して垂直な平面において、短絡防止フラックスバリア２７の外周は曲線になっており、短絡防止フラックスバリア２７の外縁側とフラックスバリア２５の内縁側との間の距離が連続的に変化することになる。ここで、当該距離が最小になる（図４のｗ_４に相当）、短絡防止フラックスバリア２７の外縁上の点を点ａとする。また短絡防止フラックスバリア２７の外周が頂点を有さないような曲線により、Ｒをもたせた形状にしている。

ブリッジ２１２は、フラックスバリア２５及びフラックスバリア２６とで形成された極間フラックスバリア２９と、短絡防止フラックスバリア２７との間の、コアで形成されている。ロータコア２１の中心軸に対して垂直な平面において、短絡防止フラックスバリア２７の外周方向縁は図４中の点ａでフラックスバリア２５に最も近接している。すなわち、ブリッジ２１２の幅は、フラックスバリア２５と短絡防止フラックスバリア２７との間では、点ａを通る直線で最短距離（Ｗ_４）になっており、ｑ軸に対して当該平面の外周方向に沿うように大きくなっている。言い換えると、ロータコア２１の中心軸に対して垂直な平面において、ブリッジ２１２の幅は、点ａを通る最小幅（Ｗ_４）の直線を基準に、ｄ軸方向に近づくにつれて徐々に大きくなり、かつ、ｑ軸方向に近づくにつれて徐々に大きくなっている。これにより、本例は、短絡防止フラックスバリア２７を上記のような形状にすることで、ロータ２の回転時に生じる応力をできるだけ分散させて、ブリッジ２１２の幅を小さくして、ｑ軸への磁束漏れを防いでいる。

ブリッジ２１３は、ロータコア２１の中心軸に対して垂直な径方向に延びる直線であって、かつ、点ａを通る直線（直線Ａ）を含む位置に形成されている。ここで、図４において、直線Ａはロータコア２１の中心点（図１、図４の点Ｏ）から点ａを通る直線に相当する。言い換えると、フラックスバリア２５の内縁側の側面とフラックスバリア２６の内縁側の側面との間で、ブリッジ２１２に臨むブリッジ２１３の側面（図４の点線で示す線分Ｂに相当）が、直線Ａと交差するように、ブリッジ２１３を形成する。

ロータ２の回転時に発生する応力は、短絡防止フラックスバリア２７の外縁側の側面のうち、点ａの部分に最も大きく加わり、その応力の方向は直線Ａに向かう方向となる。ブリッジ２１２において、遠心力に対する強度は、フラックスバリア２５、２６を設けた部分よりも、ブリッジ２１３を設けた部分の方が大きくなる。そのため本例では、短絡防止フラックスバリア２７の外縁側の側面のうち、最も遠心力が大きくなる部分に、ブリッジ２１３を設けることで、当該遠心力に対する強度を高めている。

図５を用いて、ブリッジ２１３を形成する位置と遠心力との関係について、説明する。図５は、ｑ軸からブリッジ２１３の中心の位置までの距離に対する最大応力割合の特性を示すグラフである。ｑ軸からブリッジ２１３の中心の位置までの距離は、図４の紙面上（ロータコア２１の中心軸に対して垂直な平面上）において、ｑ軸に対して鉛直方向で、ｑ軸から、ブリッジ２１３の周方向両側面（フラックスバリア２５、２６の、それぞれブリッジ２１３を形成する側面）間の中点までの距離に相当する。また、最大応力割合は、ブリッジ２１３を設けない場合に加わる応力を１００パーセントとしている。また、図５に示す領域Ｃが、直線Ａがブリッジ２１３上にある場合、言い換えると、直線Ａが線分Ｂと交差する場合に相当する。

図５に示すように、直線Ａの位置に対して、ブリッジ２１３をずらした位置に（直線Ａを含まない位置に）ブリッジ２１３を設けたとしても、最大応力割合は減少している。そして、直線Ａがブリッジ２１３上にある場合には、応力は小さくなり、ブリッジ２１３の中点が直線Ａ上にある場合には、短絡防止フラックスバリア２７の外縁上で集中していた応力が最も分散されて、最大応力割合を９３パーセント以下に減少させることができる。これにより、ブリッジ２１３が直線Ａを含む位置に形成されることで、短絡防止フラックスバリア２７の外縁上（ブリッジ２１２）における遠心力の集中を緩和することができる。

上記のように、本例は、ロータコア２１の中心軸に対して垂直な径方向に延びる直線であって、かつ、極間フラックスバリア２９と短絡防止フラックスバリア２７との間の距離が最も短くなる、短絡防止フラックスバリア２７の外縁上の点ａを通る直線Ａを含む位置に、ブリッジ２１３を形成する。これにより、短絡防止フラックスバリア２７の外縁上における遠心力の集中を緩和し、当該外縁上における最大応力を小さくすることができる。その結果として、ロータ２の回転時に生じる遠心力に対する強度を高めることができる。

なお、ロータ２の回転時に発生する応力は、短絡防止フラックスバリア２７の外縁上で、ロータコア２１の中心軸から最も離れた部分に、最も大きく加わるが、本例では、短絡防止フラックスバリア２７の外縁部分の長さはロータコア２１の大きさに対して十分に短い。そのため、本例では、短絡防止フラックスバリア２７の外縁に加わる遠心力が、点ａの部分で最も大きくなるとしている。しかしながら、短絡防止フラックスバリア２７の外縁の曲線形状により、ロータの遠心力が最も加わる点が、点ａ以外の場所である場合には、ロータコア２１の中心軸に対して垂直な径方向で、かつ、ロータ２の遠心力が最も加わる、短絡防止フラックスバリア２７の外縁上の点を通る直線を含む位置にブリッジ２１３を形成すればよい。

なお、本例において、ブリッジ２１３は直線Ａを含む位置に形成されているが、ブリッジ２１３が当該直線Ａに沿うよう形成されていればよい。言い換えると、仮想直線である直線Ａがブリッジ２１３上（ロータコア２１の中心軸に対して垂直な平面に沿う、ブリッジ２１３の表面上）に引かれるように、ブリッジ２１３が形成されていればよい。

《第３実施形態》
図６は、発明の他の実施形態に係るモータのロータの断面の拡大図である。本例では上述した第１実施形態に対して、短絡防止フラックスバリア２７の外縁の形状に対応して、ブリッジ２１３の位置を規定している点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、第１実施形態及び第２実施形態の記載を適宜、援用する。

図６に示すように、短絡防止フラックスバリア２７は、磁石２３ｃの端部である側面の一部から極間フラックスバリア２９に近接する方向へ延びる、貫通孔２４ｃに連通して形成された孔である。短絡防止フラックスバリア２７は、略四角形の形状に形成され、略四角形のうちの一辺はブリッジ２１２を介してフラックスバリア２５の内縁側と対向し、当該一辺に対して反対側の辺は磁石２３ｃの表面に沿うよう形成されている。また、短絡防止フラックスバリア２７の外縁側の側面は、極間フラックスバリア２９（図６中ではフラックスバリア２５）の内縁側の側面と平行になっている。すなわち、フラックスバリア２５と短絡防止フラックスバリア２７との対向する互いの辺が平行になるように、フラックスバリア２５、短絡防止フラックスバリア２７及びブリッジ２１２が形成されている。

第２実施形態に係る短絡防止フラックスバリア２７と異なり、本例の短絡防止フラックスバリア２７の外縁は、ロータ２の遠心力を分散させるような形状になっていない。本例の短絡防止フラックスバリア２７では、ロータ２の遠心力は、ロータ２の中心軸からの距離が最も長い、フラックスバリア２７の外縁上の点（図６の点ｅに相当）に集中する。

ブリッジ２１３は、ロータコア２１の中心軸に対して垂直な径方向で、かつ、点ｅを通る直線Ｅを含む位置に形成されている。ここで、図６において、直線Ｅはロータコア２１の中心点（図１、図６の点Ｏ）から点ｅを通る直線に相当する。言い換えると、フラックスバリア２５の内縁側の側面とフラックスバリア２６の内縁側の側面との間で、ブリッジ２１２に臨むブリッジ２１３の側面（図３の点線で示す線分Ｆに相当）が、直線Ｅと交差するように、ブリッジ２１３を形成する。

上記のように、本例は、ロータコア２１の中心軸に対して垂直な径方向で、かつ、ロータ２の遠心力が最も加わる、短絡防止フラックスバリア２７の外縁上の点を通る直線を含む位置に、ブリッジ２１３を形成する。これにより、短絡防止フラックスバリア２７の外縁上における遠心力の集中を緩和し、当該外縁上における最大応力を小さくすることができる。その結果として、ロータ２の回転時に生じる遠心力に対する強度を高めることができる。

なお、本例において、ブリッジ２１３は直線Ｅを含む位置に形成されているが、ブリッジ２１３が当該直線Ｅに沿うよう形成されていればよい。言い換えると、仮想直線である直線Ｅがブリッジ２１３上（ロータコア２１の中心軸に対して垂直な平面に沿う、ブリッジ２１３の表面上）に引かれるように、ブリッジ２１３が形成されていればよい。

《第４実施形態》
図７は、発明の他の実施形態に係るモータのロータの断面の拡大図である。本例では上述した第２実施形態に対して、ブリッジ２１３の位置が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、第２実施形態の記載を適宜、援用する。

図１及び図７に示すように、本例の複数の永久磁石２３のうち、Ｖ字状に配置された永久磁石２３ａ及び永久磁石２３ｂが１極分の磁石であり、Ｖ字状に配置された永久磁石２３ｃ及び永久磁石２３ｄが１極分の磁石である。１極分の磁石２３ｃ、２３ｄ（永久磁石２３ｃ、２３ｄを合せた１極分の磁石）に対するロータ２の回転時の遠心力の合力の方向（すなわち、１極分の磁石各部位に付与される遠心力のベクトルを合成した合成ベクトルの方向）は、ロータ回転中心Ｏと１極分の永久磁石２３ｃ、２３ｄの重心とを通る直線上の方向となる。そして、１極分の永久磁石２３ｃ、２３ｄの重心はｄ軸上に配置されている。そのため、１極分の磁石２３ｃ、２３ｄに対する遠心力の合力の方向は、ロータコア２１の中心軸に対して垂直な径方向で、１極分の永久磁石２３ｃ、２３ｄの重心を通る直線の方向となり、ｄ軸と同じ方向になる。

ブリッジ２１３は、ｄ軸と平行な直線Ｇ上に沿うよう形成されている。すなわち、ブリッジ２１３の周方向両側面から、それぞれ等距離になる直線（フラックスバリア２５とフラックスバリア２６とからそれぞれ等距離になる直線）を、ブリッジ２１３の中心線とすると、当該中心線がｄ軸と平行になるよう、ブリッジ２１３が形成されている。

永久磁石２３に加わる遠心力は、永久磁石２３より外縁側に配置された極間フラックスバリア２９（フラックスバリア２５、２６）及びブリッジ２１１に対して、永久磁石２３からロータコア２１の外縁に向かって加わり、その合力の方向は１極分の磁石２３（永久磁石２３ｃ、２３ｄとを合せた１極分の磁石）の重心とロータコア２１の中心点を結ぶ直線の方向となる。本例では、ブリッジ２１３の中心線と、１極分の磁石２３の重心とロータコア２１の中心点を結ぶ直線とが平行になるように、ブリッジ２１３が形成されている。これにより、ブリッジ２１１のうち、遠心力の加わる方向に合せた方向に延びるブリッジ２１３を形成することで、遠心力に対する強度を高めることができる。

次に、ブリッジ２１３の中心線の傾きと遠心力との関係について、図８を用いて、説明する。図８は、ｑ軸に対するブリッジ２１３の中心線の電気角と、最大応力割合との特性を示すグラフである。最大応力割合は、ブリッジ２１３を設けない場合に加わる応力を１００パーセントとしている。

図８に示すように、ブリッジ２１３の中心線をｑ軸に平行な角度からｄ軸に平行な角度に向けて傾けるにつれて、最大応力割合が徐々に低減し、ブリッジ２１３の中心線がｄ軸と平行になったところで、最大応力割合が最も小さくなる。また、図８に示すように、ｑ軸に対するブリッジ２１３の中心線の電気角を、６０度から１２０度の範囲内にした場合に、ロータコア２１の遠心力に対する強度を高めることができる。なお、電気角６０度から１２０度の範囲は、６極以上の極をもつロータ２に限られる。

上記のように、本例は、ロータコア２１の中心軸に対して垂直な径方向に延びる直線であって、かつ、複数の永久磁石２３のうち１極分の永久磁石２３の重心を通る直線と平行になるよう、ブリッジ２１３を形成する。これにより、ｄ軸に対して対称に配置された１極分の磁石２３ｃ、２３ｄ、及び、磁石２３ｃ、２３ｄより外縁側に配置された、ブリッジ２１１〜２１３部分及びフラックスバリア２５、２６、２７に加わる応力に対して、強度を高めることができる。

また本例は、ｑ軸に対するブリッジ２１３の中心を通る線分の角度を、電気角で６０度から１２０度の間になるよう、ブリッジ２１３を形成する。これにより、ブリッジ２１３とｄ軸とが平行若しくは平行に近づけるよう、ブリッジ２１３を形成することでき、その結果として、ロータ２の遠心力に対する強度を高めることができる。

なお、本例は、ロータコア２１の中心軸に対して垂直な径方向で、一極分の永久磁石の重心を通る直線と、ｄ軸を示す直線とが同一の直線であるが、それぞれの直線が異なる直線になる場合には、ブリッジ２１３の中心線を、ロータコア２１の中心軸に対して垂直な径方向で、一極分の永久磁石の重心を通る直線と平行にしてもよい。また、本例においては二つの永久磁石（永久磁石２３ｃ、２３ｄ）で一極分の永久磁石を構成する例を挙げたがこれに限定されず、一つあるいは三つの永久磁石で一極分の永久磁石を構成してもよく、一極分の永久磁石を構成する永久磁石の個数に限定されない。

１…ステータ
１１…ステータコア
１１１…ティース
１１２…コアバック
２…ロータ
２１…ロータコア
２１１〜２１３…ブリッジ
２２…中心孔
２３、２３ａ〜２３ｄ…永久磁石
２４ｂ、２４ｃ…貫通孔
２５、２６…フラックスバリア
２７、２８…短絡防止フラックスバリア
２９…極間フラックスバリア

Claims (6)

1. 円筒状に形成され、中心軸を中心に回転可能なロータコアと、
   前記ロータコアの円周方向に沿って所定の間隔毎に設けられ、前記ロータコアの中心軸の軸方向に貫通した複数の貫通孔内にそれぞれ保持された、複数の永久磁石とを備え、
   前記複数の永久磁石のうちの所定数の永久磁石毎に極を形成する事により、複数の極が形成された永久磁石式電動機のロータであって、
   前記ロータコアは、
   前記ロータコアの外縁と前記複数の永久磁石との間の位置で、前記所定数の永久磁石で形成された極間を跨ぐ位置に設けられた極間フラックスバリアと第３フラックスバリアを備え、
   前記極間フラックスバリアは、ｑ軸に対応する部分に孔により形成された第１フラックスバリアと、前記円周方向に沿って、前記第１フラックスバリアと隣接して孔により形成された第２フラックスバリアとで形成され、
   前記円周方向に沿って、前記第１フラックスバリア及び前記第２フラックスバリアと前記ロータコアの外縁側との間のコアにより形成された第１ブリッジと、
   前記永久磁石と前記第１フラックスバリアとの間のコアにより形成される第２ブリッジと、
   前記第１フラックスバリアと前記第２フラックスバリアとの間に形成され、前記第１ブリッジと前記第２ブリッジとをコアで結ぶ第３ブリッジとを有し、
   前記第３フラックスバリアは、前記永久磁石の端部から前記極間フラックスバリアに近接する方向に延びる、前記貫通孔に連通した孔により形成され、
   前記第３ブリッジの幅は前記第２ブリッジの幅より小さく、
   前記第３ブリッジの幅は前記第１フラックスバリアと前記第２フラックスバリアとの間の幅であり、
   前記第２ブリッジの幅は前記第１フラックスバリアの内縁側の側面と前記第３フラックスバリアの外縁側の側面との間の幅である
   ことを特徴とする永久磁石式電動機のロータ。
2. 前記第３ブリッジは、前記ロータコアの中心軸に対して垂直な径方向に延びる直線であって、かつ、前記第３フラックスバリアの外縁上で前記第１フラックスバリアと間の距離が最も短くなる点を通る直線を含む位置に形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の永久磁石式電動機のロータ。
3. 前記第３フラックスバリアの前記極間フラックスバリアに近接した外縁は、前記極間フラックスバリアに近接する方向に突出した曲線で形成されている
   ことを特徴とする請求項２記載の永久磁石式電動機のロータ。
4. 円筒状に形成され、中心軸を中心に回転可能なロータコアと、
   前記ロータコアの円周方向に沿って所定の間隔毎に設けられ、前記ロータコアの中心軸の軸方向に貫通した複数の貫通孔内にそれぞれ保持された、複数の永久磁石とを備え、
   前記複数の永久磁石のうちの所定数の永久磁石毎に極を形成する事により、複数の極が形成された永久磁石式電動機のロータであって、
   前記ロータコアは、
   前記ロータコアの外縁と前記複数の永久磁石との間の位置で且つ、前記所定数の永久磁石で形成された極間を跨ぐ位置に設けられた極間フラックスバリアを備え、
   前記極間フラックスバリアは、ｑ軸に対応する部分に孔により形成された第１フラックスバリアと、前記円周方向に沿って、前記第１フラックスバリアと隣接して孔により形成された第２フラックスバリアとで形成され、
   前記円周方向に沿って、前記第１フラックスバリア及び前記第２フラックスバリアと前記ロータコアの外縁側との間のコアにより形成された第１ブリッジと、
   前記永久磁石と前記第１フラックスバリアとの間のコアにより形成される第２ブリッジと、
   前記第１フラックスバリアと前記第２フラックスバリアとの間に形成され、前記第１ブリッジと前記第２ブリッジとをコアで結ぶ第３ブリッジと、
   前記永久磁石の端部から前記極間フラックスバリアに近接する方向に延びる、前記貫通孔に連通した孔により形成された第３フラックスバリアを有し、
   前記極間フラックスバリアと前記第３フラックスバリアとの対向する互いの辺は平行であり、
   前記第３ブリッジは、前記ロータコアの中心軸に対して垂直な径方向に延びる直線であって、かつ、前記第３フラックスバリアの外縁上であって最もロータコアの外径側の点を通る直線を含む位置に形成されている
   ことを特徴とする永久磁石式電動機のロータ。
5. 前記第３ブリッジは、前記ロータコアの中心軸に対して垂直な径方向に延びる直線であって、かつ、前記複数の永久磁石のうち１極分の永久磁石の重心を通る直線と平行な方向に延びて形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の永久磁石式電動機のロータ。
6. 前記ｑ軸に対する第３ブリッジの中心を通る線分の角度は、電気角で６０度から１２０度の間である
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の永久磁石式電動機のロータ。

Images