JP7396311B2 - 回転電機用ロータ - Google Patents

Description

本発明は回転電機用ロータに係り、特に、かしめ部の位置を適切に定めることができる技術に関するものである。

多数の積層鋼板から成る円筒形状のロータコアを有するとともに、前記ロータコアにはｑ軸を挟んで周方向の両側に磁石が配設されているとともに、前記ｑ軸上に前記積層鋼板を位置決めするかしめ部が設けられている回転電機用ロータが知られている（特許文献１の図８参照）。

特許文献２には、(a) ロータコアの外周側へ向かうに従って拡開するＶ字形状乃至はＵ字形状を成すように、前記ロータコアの回転中心線を通るｄ軸を対称軸として複数の磁石が対称的に、且つそのロータコアの径方向に離間して複数対設けられることにより１つの磁極が構成されており、(b) 前記ロータコアには、前記磁極が前記回転中心線まわりに等角度間隔で複数設けられている、回転電機用ロータが提案されている。この場合、周方向に隣接する２つの磁極の中間線が前記ｑ軸となり、そのｑ軸を挟んで周方向の両側に対称的に且つロータコアの径方向に離間して複数対の磁石が配置されることになり、その複数対の磁石の相互間に磁束通路が形成される。

特開２００７－８９２９１号公報 特開２０１９－５４６５９号公報

ところで、前記かしめ部は、積層鋼板に曲げ部を形成したり張出し加工乃至は絞り加工によって凹所を形成したりバーリング穴を形成したりするなどして設けられるため、そのかしめ部では磁気抵抗が大きくなって磁束の通過が阻害され、磁束量が減少してモータトルクが低下したり、周辺の磁束変動で渦電流による鉄損が増加してモータ効率が低下したりする恐れがある。すなわち、ｑ軸を挟んで一対の磁石が設けられ、その一対の磁石の相互間に磁束通路が形成される場合、磁束の通過を妨げないように磁束通路を避けてかしめ部を設けることが望ましいが、特許文献２に記載のようにｑ軸を挟んでロータコアの径方向に離間して複数対の磁石が配置される場合、かしめ部をどこに設けるかが問題になる。かしめ部を磁石から遠く離れたロータコアの外周縁部や内周縁部に設ければ磁束の通過を阻害する可能性は低いが、積層鋼板の位置決め性能などの条件によりロータコアの径方向の中間部分にかしめ部を設けたい場合がある。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、磁石の磁束の通過を阻害することを抑制しつつロータコアの径方向の中間部分にかしめ部が設けられるようにすることにある。

かかる目的を達成するために、第１発明は、(a) 多数の積層鋼板から成る円筒形状のロータコアを有するとともに、前記ロータコアにはｑ軸を挟んで周方向の両側に磁石が配設されているとともに、前記ｑ軸上に前記積層鋼板を位置決めするかしめ部が設けられている回転電機用ロータにおいて、(b) 前記ロータコアには、前記磁石として第１磁石および第２磁石がそれぞれ前記ｑ軸を挟んで対称的に一対ずつ設けられており、前記第２磁石は前記第１磁石よりも前記ロータコアの外周側へ離間して配置されているとともに、(c) 前記一対の第１磁石および前記一対の第２磁石は、何れも前記ロータコアの回転中心線と直角な断面が長方形断面で、それぞれ前記ロータコアの内周側へ向かうに従って拡開する逆Ｖ字形状を成す姿勢で配置されており、(d) 前記一対の第１磁石の前記長方形断面の前記ｑ軸側の長辺をそれぞれ延長した交点である前記逆Ｖ字形状の頂点Ｓ１の角度（逆Ｖ字形状の開き角度）は、前記一対の第２磁石の前記長方形断面の前記ｑ軸側の長辺をそれぞれ延長した交点である前記逆Ｖ字形状の頂点Ｓ２の角度（逆Ｖ字形状の開き角度）よりも大きく、(e) 前記一対の第１磁石の相互間に第１磁束通路が形成され、前記一対の第２磁石の相互間に第２磁束通路が形成される一方、(f) 前記第１磁石の前記長方形断面の前記ｑ軸側の長辺における前記ロータコアの外周側の角部、または磁石取付孔との間にコーナー間隙が設けられている場合は前記長辺上であって前記外周側の角部からそのコーナー間隙部分を除いた位置に、前記第１磁束通路の外周側境界点を設定して、前記頂点Ｓ２を中心として前記一対の第１磁石の前記外周側境界点を通る円弧を第１境界仮想線とし、(g) 前記第２磁石の前記長方形断面の前記ｑ軸側の長辺における前記ロータコアの内周側の角部、または磁石取付孔との間にコーナー間隙が設けられている場合は前記長辺上であって前記内周側の角部からそのコーナー間隙部分を除いた位置に、前記第２磁束通路の内周側境界点を設定して、前記頂点Ｓ２を中心として前記一対の第２磁石の前記内周側境界点を通る円弧を第２境界仮想線とした場合、(h) 前記ｑ軸上であって前記第１境界仮想線と前記第２境界仮想線との間の領域に前記かしめ部が設けられていることを特徴とする。

第２発明は、第１発明の回転電機用ロータにおいて、(a) 前記ロータコアの外周側へ向かうに従って拡開するＶ字形状乃至はＵ字形状を成すように、前記ロータコアの回転中心線を通るｄ軸を対称軸として前記磁石が対称的に、且つそのロータコアの径方向に離間して複数対設けられることにより１つの磁極が構成されており、(b) 前記ロータコアには、前記磁極が前記回転中心線まわりに等角度間隔で複数設けられており、(c) 前記複数の磁極のうち周方向に隣接する２つの磁極の中間線が前記ｑ軸であり、そのｑ軸を挟んで周方向の両側に対称的に且つ前記ロータコアの径方向に離間して位置する２対の磁石のうち、内周側の一対の磁石が前記第１磁石で、外周側の一対の磁石が前記第２磁石であることを特徴とする。

第３発明は、第２発明の回転電機用ロータにおいて、前記磁極は、前記一対の第１磁石および前記一対の第２磁石を含む計４つ以上の磁石が前記Ｖ字形状乃至はＵ字形状を成すように配置された第１層と、その第１層よりも前記ロータコアの外周側に前記Ｖ字形状乃至はＵ字形状を成すように複数の磁石が配置された第２層と、を有する複数層構造を成していることを特徴とする。

第４発明は、第１発明～第３発明の何れかの回転電機用ロータにおいて、前記頂点Ｓ１の角度は前記頂点Ｓ２の角度の３倍以上であることを特徴とする。

このような回転電機用ロータにおいては、一対の第１磁石の長方形断面のｑ軸側の長辺におけるロータコアの外周側の角部、またはコーナー間隙部分を除いた位置に、第１磁束通路の外周側境界点を設定して、頂点Ｓ２を中心としてその外周側境界点を通る円弧を第１境界仮想線とし、一対の第２磁石の長方形断面のｑ軸側の長辺におけるロータコアの内周側の角部、またはコーナー間隙部分を除いた位置に、第２磁束通路の内周側境界点を設定して、頂点Ｓ２を中心としてその内周側境界点を通る円弧を第２境界仮想線とする。そして、ｑ軸上であって第１境界仮想線と第２境界仮想線との間の領域、言い換えればロータコアの径方向の中間部分に、かしめ部が設けられている。

一方、第１磁石よりもロータコアの外周側に第１磁石の頂点Ｓ１の角度よりも小さい角度となる逆Ｖ字形状の姿勢で第２磁石が配置されており、その第２磁石の頂点Ｓ２を中心として、第１磁石の外周側境界点を通る円弧が第１境界仮想線とされているが、その第１境界仮想線は第１磁束通路におけるロータコアの外周側の境界線に近似している。また、頂点Ｓ２を中心として第２磁石の内周側境界点を通る円弧が第２境界仮想線とされているが、その第２境界仮想線は第２磁束通路におけるロータコアの内周側の境界線に近似している。このため、その第１境界仮想線と第２境界仮想線との間の領域にかしめ部が設けられることにより、第１磁束通路および第２磁束通路を阻害することが適切に抑制され、かしめ部に起因するモータトルクやモータ効率の低下が抑制される。

第２発明は、複数の磁石がｄ軸を対称軸としてＶ字形状乃至はＵ字形状を成すように対称的に複数対設けられた磁極が、ロータコアの回転中心線まわりに複数設けられており、周方向に隣接する２つの磁極の中間線がｑ軸で、そのｑ軸を挟んで周方向の両側に位置する２対の磁石が前記第１磁石、第２磁石である場合であり、第１磁束通路および第２磁束通路を阻害することを抑制しつつロータコアの径方向の中間部分にかしめ部が設けられるようにするための本発明が好適に適用される。

第３発明は、上記磁極が、一対の第１磁石および一対の第２磁石を含む計４つ以上の磁石が配置された第１層と、その第１層よりもロータコアの外周側にＶ字形状乃至はＵ字形状を成すように複数の磁石が配置された第２層と、を有する複数層構造を成している場合で、この場合にも頂点Ｓ２に基づいて第１境界仮想線および第２境界仮想線を定めてかしめ部の位置を設定することにより、第１磁束通路および第２磁束通路を阻害することを抑制しつつロータコアの径方向の中間部分にかしめ部が設けられるようにする、という本発明の効果が適切に得られる。

第４発明は、頂点Ｓ１の角度が頂点Ｓ２の角度の３倍以上の場合で、一対の第１磁石の逆Ｖ字形状の開き角度（頂点Ｓ１の角度）が比較的大きく、その第１磁石に関する第１境界仮想線をどのように設定するかが問題になるが、頂点Ｓ２を中心として第１磁石の外周側境界点を通る円弧を第１境界仮想線としてかしめ部の位置を設定することにより、第１磁束通路を阻害することを抑制しつつロータコアの径方向の中間部分にかしめ部を設けることができる。すなわち、頂点Ｓ１を中心として一対の第１磁石の外周側境界点を通る円弧を第１境界仮想線とすることが考えられるが、その場合、頂点Ｓ１の角度が大きいことから第１境界仮想線はロータコアの内周側へ大きく膨らみ、第１境界仮想線よりもロータコアの外周側すなわちかしめ部が設けられる側にも第１磁束通路が形成されて、かしめ部により磁束の通過が阻害される可能性がある。また、一対の第１磁石の外周側境界点を直線で結んで第１境界仮想線とすることが考えられるが、かしめ部を設けることができる領域が狭くなり、かしめ部を適切に設けることができなくなる可能性がある。

本発明の一実施例である回転電機用ロータを備えている回転電機を説明する概略断面図である。 回転中心線Ｏと直角なロータの断面図で、回転中心線Ｏまわりの１／４部分を拡大して示した図である。 図２のｑ軸上に設けられたかしめ部の拡大断面図である。 図２のロータのｑ軸近傍部分を更に拡大して示した図である。 本発明の他の実施例を説明する図で、図４に対応するｑ軸近傍部分の拡大図である。

回転電機は回転電気機械のことで、回転機と言われることもあり、電動モータや発電機、或いはその両方で用いられるモータジェネレータで、例えば永久磁石型同期モータなどである。磁石は、希土類磁石が好適に用いられるが、他の永久磁石が用いられても良い。ロータコアの外周側へ向かうに従って拡開するＶ字形状乃至はＵ字形状を成すように複数対の磁石が設けられることにより１つの磁極が構成され、ロータコアの回転中心線まわりに等角度間隔で複数の磁極が設けられる場合、周方向に隣接する２つの磁極の中間線がｑ軸で、そのｑ軸の両側の２対の磁石が第１磁石、第２磁石であるが、磁石の配置パターンは、少なくともｑ軸を挟んで対称的に且つロータコアの径方向に離間して２対の磁石が配置されるように適宜定められる。上記磁極は、一対の第１磁石および一対の第２磁石を含む計４つ以上の磁石がＶ字形状乃至はＵ字形状を成すように配置された第１層と、第１層よりもロータコアの外周側にＶ字形状乃至はＵ字形状を成すように複数の磁石が配置された第２層と、を有する複数層構造が望ましいが、第１層のみから成る単層構造の磁極であっても良い。

磁石は、フラックスバリア等の磁石取付孔に挿入されて固定され、磁石取付孔のコーナーには、例えば磁石の角部との間に間隙（コーナー間隙）が設けられるようになっているが、間隙が殆ど無い状態で磁石が挿入されても良い。コーナー間隙が無い場合、第１磁石については、長方形断面のｑ軸側の長辺におけるロータコアの外周側の角部を外周側境界点とし、第２磁石については、長方形断面のｑ軸側の長辺におけるロータコアの内周側の角部を内周側境界点とすれば良い。コーナー間隙がある場合、第１磁石については、長方形断面のｑ軸側の長辺上であって外周側の角部からコーナー間隙部分を除いた位置を外周側境界点とし、第２磁石については、長方形断面のｑ軸側の長辺上であって内周側の角部からコーナー間隙部分を除いた位置を内周側境界点とすれば良い。第１磁石および第２磁石は、第１磁石の長方形断面のｑ軸側の長辺におけるロータコアの外周側の角部に対して、第２磁石の長方形断面のｑ軸側の長辺におけるロータコアの内周側の角部が、ロータコアの径方向の外周側に離間して位置するように配置される。

かしめ部は、例えば積層鋼板に張出し加工乃至は絞り加工によって凹所を設けたり、両側部にスリットが設けられた部分をＶ字状に曲げ加工したり、バーリング穴を形成したりするなどして設けられる。このかしめ部は、例えばｑ軸に沿って通過するステータ磁束を阻害しないように、ｑ軸に沿って長い長方形や長円形等の長手形状を成すように設けられるが、円形や正方形、或いはｑ軸に対して直角方向に長い長方形等のかしめ部が設けられても良い。

一対の第１磁石の逆Ｖ字形状の頂点Ｓ１の角度は、例えば一対の第２磁石の逆Ｖ字形状の頂点Ｓ２の角度の３倍以上とされ、４倍以上であっても良いが、少なくとも頂点Ｓ１の角度が頂点Ｓ２の角度よりも大きければ３倍未満でも本発明は適用され得る。

以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において、図は説明のために適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比や角度、形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明の一実施例である回転電機用ロータ１２（以下、単にロータ１２という）を備えている回転電機１０を説明する図で、回転中心線Ｏに沿って切断した概略断面図である。図２は、回転中心線Ｏと直角なロータ１２の断面図で、１／４部分（９０°の角度範囲）を拡大して示した図である。この回転電機１０は永久磁石埋込型同期モータで、電動モータおよび発電機として択一的に用いることができるモータジェネレータであり、例えばハイブリッド車両を含む電気自動車の駆動力源として好適に用いられる。回転電機１０は、回転中心線Ｏと同心に設けられたロータ１２およびステータ１４を備えている。本実施例の説明では回転電機１０の回転中心線Ｏを、ロータ１２やステータ１４、ロータ軸２０の中心線としても使用する。ステータ１４は、ロータ１２の外周側に配設された円筒形状のステータコア１６と、そのステータコア１６に巻回された複数のステータコイル１８とを備えている。ステータコア１６は、多数の円環形状の鋼板１７を回転中心線Ｏに対して垂直な姿勢で軸方向、すなわち回転中心線Ｏと平行な方向に積層したもので、圧入或いは取付ボルト等を介して図示しないケースに固定されている。

ロータ１２は、ロータ軸２０の外周面に取り付けられた円筒形状のロータコア２２と、そのロータコア２２に埋設された多数の磁石２４とを備えている。ロータコア２２は、多数の円環形状の鋼板２３を回転中心線Ｏに対して垂直な姿勢で軸方向、すなわち回転中心線Ｏと平行な方向に積層したもので、その両端部に一対のエンドプレート３０、３０が設けられてロータ軸２０に固定されている。鋼板２３は積層鋼板に相当し、以下、積層鋼板２３とも言う。ロータ軸２０には鍔部３２が設けられているとともにナット３４が螺合されるようになっており、多数の積層鋼板２３から成るロータコア２２は、鍔部３２とナット３４との間で挟圧されてロータ軸２０に固定される。磁石２４は希土類磁石で、必要に応じて絶縁被膜によって被覆される。

図２に示されているように、ロータコア２２には４種類のフラックスバリア４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ（以下、特に区別しない場合は単にフラックスバリア４０という。）がそれぞれ軸方向に貫通して設けられており、そのフラックスバリア４０の磁石取付部にそれぞれ磁石２４が挿入されて接着剤等により一定の姿勢で固定されている。図２では、磁石２４を６種類の磁石Ａ、ａ、Ｂ、ｂ、Ｃ、ｃで区別して表しており、以下の説明では必要に応じて磁石２４を磁石Ａ、ａ、Ｂ、ｂ、Ｃ、ｃという。磁石Ａ、ａ、Ｂ、ｂ、Ｃ、ｃは、何れも回転中心線Ｏと直角な断面が長方形断面で、ロータコア２２と略同じ長さ寸法を有する直方体形状を成している。フラックスバリア４０ａには２個の磁石Ａ、Ｂが取り付けられ、フラックスバリア４０ｂには２個の磁石ａ、ｂが取り付けられ、フラックスバリア４０ｃには磁石Ｃが取り付けられ、フラックスバリア４０ｄには磁石ｃが取り付けられている。フラックスバリア４０ａ、４０ｂは、それぞれ途中で折れ曲がった長手形状を成しており、折れ曲がり部分の両側にそれぞれ磁石Ａ、Ｂ、ａ、ｂが固定されている。また、各フラックスバリア４０には、磁石２４の両側に空洞部分が残っており、磁石２４を冷却する冷却流体の通路として利用できる。フラックスバリア４０は磁石取付孔に相当する。

４種類のフラックスバリア４０ａ～４０ｄは、ロータコア２２の外周側へ向かうに従って拡開するＶ字形状乃至はＵ字形状を成すＶ字配置パターンで設けられており、その１つのＶ字配置パターンに配置された６つの磁石２４によって１つの磁極Ｍｖが構成されている。そして、ロータコア２２には、磁極Ｍｖが回転中心線Ｏまわりに等角度間隔で複数（本実施例では８つ）設けられている。磁極ＭｖのＶ字配置パターンは、回転中心線Ｏを通るｄ軸を中心線として対称形状を成している。すなわち、一対のフラックスバリア４０ａおよび４０ｂはｄ軸を挟んで対称形状で、フラックスバリア４０ａに設けられた磁石Ａ、Ｂと、フラックスバリア４０ｂに設けられた磁石ａ、ｂとは、ｄ軸を挟んで対称的に配置され、全体としてＶ字形状乃至はＵ字形状を成している。また、フラックスバリア４０ｃおよび４０ｄはｄ軸を挟んで対称形状で、フラックスバリア４０ｃに設けられた磁石Ｃと、フラックスバリア４０ｄに設けられた磁石ｃとは、ｄ軸を挟んで対称的に配置され、両方でＶ字形状乃至はＵ字形状を成している。本実施例の磁極Ｍｖは、Ｖ字形状乃至はＵ字形状を成すように４つの磁石Ａ、ａ、Ｂ、ｂが配置された第１層Ｍｖ１と、その第１層Ｍｖ１よりもロータコア２２の外周側にＶ字形状乃至はＵ字形状を成すように一対の磁石Ｃ、ｃが配置された第２層Ｍｖ２と、を有する２層構造を成している。なお、第２層Ｍｖ２を省略することも可能である。

このようなロータ１２においては、周方向に隣接する２つの磁極Ｍｖの境界の中間線がｑ軸となり、回転電機１０として使用される際にステータ１４によって形成される回転磁界の磁束（ステータ磁束）は、そのｑ軸に沿ってロータ１２内を通過する。この場合、ｑ軸の両側に最も近接して位置する一対のフラックスバリア４０ａ、４０ｂは、ロータコア２２の内周側へ向かうに従って拡開する逆Ｖ字形状を成すように、ｑ軸を挟んで周方向の両側に対称的に配置される。また、フラックスバリア４０ａ、４０ｂに固定された長方形断面の磁石Ａおよびａ、Ｂおよびｂは、それぞれ長方形断面の長辺が逆Ｖ字形状を形成する姿勢となり、ｑ軸を挟んで周方向の両側に対称的に配置される。ロータコア２２の内周側に配置された一対の磁石Ａおよびａは第１磁石で、外周側に配置された一対の磁石Ｂおよびｂは第２磁石であり、以下の説明では必要に応じて第１磁石Ａ、ａ、第２磁石Ｂ、ｂともいう。第２磁石Ｂ、ｂは、ロータコア２２の径方向において第１磁石Ａ、ａよりも外周側に離間して配置されている。詳細には、第１磁石Ａ、ａの長方形断面のｑ軸側の長辺Ａｓ、ａｓ（図４、図５参照）におけるロータコア２２の外周側の角部（図５における外周側境界点ＰＡ２、Ｐａ２）に対して、第２磁石Ｂ、ｂの長方形断面のｑ軸側の長辺Ｂｓ、ｂｓ（図４、図５参照）におけるロータコア２２の内周側の角部（図５における内周側境界点ＰＢ２、Ｐｂ２）が、ロータコア２２の径方向の外周側（図４、図５における上方側）に離間して位置するように、第１磁石Ａ、ａおよび第２磁石Ｂ、ｂが配置される。

図２の実線の矢印ｆｓは、ｑ軸に沿って通過するステータ磁束の磁力線の一例であり、ｑ軸の両側に設けられたフラックスバリア４０ａ、４０ｂの内側をステータ磁束が通過させられる。ステータ磁束の磁力線ｆｓの方向は逆向きでも良い。また、ｑ軸上であって、フラックスバリア４０ａ、４０ｂよりもロータコア２２の内周側部分には、ロータコア２２を軸方向に貫通するように空洞部４２が設けられている。空洞部４２は、例えば磁石２４の中の特にロータコア２２の最も内周側に配設された一対の第１磁石Ａ、ａを冷却するために内部を冷却流体が流通させられる冷却孔、或いは磁束の流れを規制する磁束迂回孔として用いられるもので、その両方として機能するものでも良い。空洞部４２は、ｑ軸を対称軸として周方向の両側に対称的に延び出すように設けられており、ロータコア２２の外周側に向かって凸となる湾曲形状を成している。

第１磁石Ａとａ、第２磁石Ｂとｂは、それぞれＮＳの極性が反対で、第１磁石Ａとａの対面部分の間、第２磁石Ｂとｂの対面部分の間には、それぞれ磁束通路が形成される。図２の破線の矢印ｆｒ１～ｆｒ４は、第１磁石Ａとａとの間、第２磁石Ｂとｂとの間、の磁石磁束の磁力線を例示したもので、第１磁石Ａおよびａのｑ軸を挟んで互いに対面する側の長辺Ａｓ、ａｓの相互間を結ぶ磁力線ｆｒ１、ｆｒ２の間の領域が、第１磁石Ａとａとの間の磁石磁束の通過領域で、第１磁束通路αである。また、第２磁石Ｂおよびｂのｑ軸を挟んで互いに対面する側の長辺Ｂｓ、ｂｓの相互間を結ぶ磁力線ｆｒ３、ｆｒ４との間の領域が、第２磁石Ｂとｂとの間の磁石磁束の通過領域で、第２磁束通路βである。磁束通路α、βの磁力線ｆｒ１～ｆｒ４の方向は逆向きでも良く、磁力線ｆｒ１～ｆｒ４の経路は、磁石Ａ、ａ、Ｂ、ｂの姿勢や磁気量（磁気モーメント）、ロータコア２２の透磁率等によって相違する。また、フラックスバリア４０の磁石取付部には、磁石２４の角部との間に間隙（コーナー間隙）が設けられるが、このコーナー間隙は磁気抵抗になるため、図２の磁力線ｆｒ１～ｆｒ４は、磁石２４の角部からコーナー間隙部分を除いた内側位置を結ぶように形成される。

ロータコア２２には、ｑ軸上であって空洞部４２と異なる位置に、多数の積層鋼板２３を位置決めするかしめ部５０が設けられている。図３は、かしめ部５０の一例を説明する断面図で、ロータコア２２を構成する多数の積層鋼板２３を重ね合わせた状態で、両端の積層鋼板２３に設けられた貫通穴５２の一方にパンチを挿入して押圧することにより、張出し加工乃至は絞り加工が施されて凹所５４が形成され、この凹所５４が互いに嵌合されることによって多数の積層鋼板２３が位置決めされ、回転中心線Ｏと直角な平面内（図２の紙面と平行な平面内）において相対変位不能に結合される。ロータコア２２を構成する多数の積層鋼板２３を、所定枚数ずつに分けて凹所５４を形成しても良い。

上記かしめ部５０では磁気抵抗が大きくなって磁束の通過が阻害され、磁束量が減少してモータトルクが低下したり、周辺の磁束変動で渦電流による鉄損が増加してモータ効率が低下したりする可能性がある。このため、かしめ部５０は、図２の実線の矢印ｆｓで示されるようにｑ軸に沿って通過するステータ磁束を阻害しないように、ｑ軸に沿って長い長方形状を成している。かしめ部５０はまた、第１磁石Ａとａとの間に形成される第１磁束通路α、および第２磁石Ｂとｂとの間に形成される第２磁束通路βを阻害しないように設ける必要がある一方、多数の積層鋼板２３の位置決め性能などの条件によりロータコア２２の径方向の中間部分に設ける必要がある場合があり、ｑ軸上であって第１磁束通路αと第２磁束通路βとの間の領域にかしめ部５０を設けることが望まれる。その場合に、第１磁束通路αおよび第２磁束通路βをどのように想定するか、言い換えれば第１磁束通路αと第２磁束通路βとの間の領域をどのように定めるかが問題になる。すなわち、磁束通路α、βを定めた前記磁力線ｆｒ１～ｆｒ４は、第１磁石Ａおよびａ、第２磁石Ｂおよびｂの姿勢等から概念的に例示したもので、磁束通路α、βを阻害しないようにかしめ部５０を設けるためには、磁束通路α、βの境界を具体的に定める必要がある。

図４を参照して、上記かしめ部５０の位置を具体的に説明する。図４は、ｑ軸の両側の一対のフラックスバリア４０ａ、４０ｂの近傍部分を、図２よりも更に拡大して示した図である。この図４において、頂点Ｓ１は、ロータコア２２の内周側の一対の第１磁石Ａおよびａの長方形断面のｑ軸側の長辺Ａｓ、ａｓをそれぞれ延長した交点で、長方形断面の第１磁石Ａ、ａの逆Ｖ字形状の頂点である。また、頂点Ｓ２は、ロータコア２２の外周側の一対の第２磁石Ｂおよびｂの長方形断面のｑ軸側の長辺Ｂｓ、ｂｓをそれぞれ延長した交点で、長方形断面の第２磁石Ｂ、ｂの逆Ｖ字形状の頂点である。そして、頂点Ｓ１の角度（逆Ｖ字形状の開き角度）は、頂点Ｓ２の角度（逆Ｖ字形状の開き角度）よりも大きく、本実施例では３倍以上である。具体的には、頂点Ｓ１の角度は１００°～１４０°の範囲内で、実施例では約１２０°であり、頂点Ｓ２の角度は２０°～４０°の範囲内で、実施例では約２５°であり、頂点Ｓ１の角度は頂点Ｓ２の角度の４倍以上である。

そして、本実施例では、第１磁石Ａ、ａの長方形断面のｑ軸側の長辺Ａｓ、ａｓ上であって、ロータコア２２の外周側に位置する角部からコーナー間隙部分を除いた位置に、第１磁束通路αの外周側境界点ＰＡ１、Ｐａ１を設定し、前記頂点Ｓ２を中心として一対の第１磁石Ａ、ａの外周側境界点ＰＡ１、Ｐａ１を通る円弧を、第１磁束通路αの外周側の境界仮想線である第１境界仮想線Ｌａ１とする。また、第２磁石Ｂ、ｂの長方形断面のｑ軸側の長辺Ｂｓ、ｂｓ上であって、ロータコア２２の内周側に位置する角部からコーナー間隙部分を除いた位置に、第２磁束通路βの内周側境界点ＰＢ１、Ｐｂ１を設定し、前記頂点Ｓ２を中心として一対の第２磁石Ｂ、ｂの内周側境界点ＰＢ１、Ｐｂ１を通る円弧を、第２磁束通路βの内周側の境界仮想線である第２境界仮想線Ｌｂ１とする。かしめ部５０は、ｑ軸上であって第１境界仮想線Ｌａ１と第２境界仮想線Ｌｂ１との間の領域に設けられている。これにより、かしめ部５０が磁束通路αおよびβを阻害することが抑制され、かしめ部５０に起因するモータトルクやモータ効率の低下が抑制される。境界仮想線Ｌａ１、Ｌｂ１は、それぞれ図２の磁力線ｆｒ２、ｆｒ３と近似しており、かしめ部５０が第１境界仮想線Ｌａ１と第２境界仮想線Ｌｂ１との間の領域に設けられることにより、かしめ部５０が第１磁石Ａ、ａ間および第２磁石Ｂ、ｂ間の磁石磁束の通過を阻害することが適切に抑制される。

ここで、頂点Ｓ１の角度が頂点Ｓ２の角度の３倍以上で、一対の第１磁石Ａ、ａの逆Ｖ字形状の開き角度（頂点Ｓ１の角度）が比較的大きく、その第１磁石Ａ、ａに関する第１境界仮想線Ｌａ１をどのように設定するかが問題になる。本実施例では、頂点Ｓ２を中心として第１磁石Ａ、ａの外周側境界点ＰＡ１、Ｐａ１を通る円弧を第１境界仮想線Ｌａ１としてかしめ部５０の位置を定めるため、第１磁束通路αを阻害することを抑制しつつロータコア２２の径方向の中間部分にかしめ部５０を設けることができる。すなわち、頂点Ｓ１を中心として一対の第１磁石Ａ、ａの外周側境界点ＰＡ１、Ｐａ１を通る円弧を第１境界仮想線Ｌａ１とすることが考えられるが、その場合、頂点Ｓ１の角度が大きいことから第１境界仮想線Ｌａ１はロータコア２２の内周側へ大きく膨らみ、第１境界仮想線Ｌａ１よりもロータコア２２の外周側すなわちかしめ部５０が設けられる側にも第１磁束通路αが形成されて、かしめ部５０により磁束の通過が阻害される可能性がある。また、一対の第１磁石Ａ、ａの外周側境界点ＰＡ１、Ｐａ１を直線で結んで第１境界仮想線Ｌａ１とすることが考えられるが、かしめ部５０を設けることができる領域が狭くなり、かしめ部５０を適切に設けることができなくなる可能性がある。

このように本実施例の回転電機１０のロータ１２によれば、一対の第１磁石Ａ、ａの長方形断面のｑ軸側の長辺Ａｓ、ａｓ上であってコーナー間隙部分を除いた位置に、第１磁束通路αの外周側境界点ＰＡ１、Ｐａ１を設定して、頂点Ｓ２を中心としてその外周側境界点ＰＡ１、Ｐａ１を通る円弧を第１境界仮想線Ｌａ１とし、一対の第２磁石Ｂ、ｂの長方形断面のｑ軸側の長辺Ｂｓ、ｂｓ上であってコーナー間隙部分を除いた位置に、第２磁束通路βの内周側境界点ＰＢ１、Ｐｂ１を設定して、頂点Ｓ２を中心としてその内周側境界点ＰＢ１、Ｐｂ１を通る円弧を第２境界仮想線Ｌｂ１とする。そして、ｑ軸上であって第１境界仮想線Ｌａ１と第２境界仮想線Ｌｂ１との間の領域、言い換えればロータコア２２の径方向の中間部分に、かしめ部５０が設けられている。これにより、例えば積層鋼板２３の位置決め性能等の条件を満たすことができる。

一方、第１磁石Ａ、ａよりもロータコア２２の外周側に、第１磁石Ａ、ａの頂点Ｓ１の角度よりも小さい角度となる逆Ｖ字形状の姿勢で第２磁石Ｂ、ｂが配置されており、その第２磁石Ｂ、ｂの頂点Ｓ２を中心として第１磁石Ａ、ａの外周側境界点ＰＡ１、Ｐａ１を通る円弧が第１境界仮想線Ｌａ１とされているが、その第１境界仮想線Ｌａ１は第１磁石Ａ、ａ間の第１磁束通路αにおけるロータコア２２の外周側の境界線（磁力線ｆｒ２）に近似している。また、頂点Ｓ２を中心として第２磁石Ｂ、ｂの内周側境界点ＰＢ１、Ｐｂ１を通る円弧が第２境界仮想線Ｌｂ１とされているが、その第２境界仮想線Ｌｂ１は第２磁石Ｂ、ｂ間の第２磁束通路βにおけるロータコア２２の内周側の境界線（磁力線ｆｒ３）に近似している。このため、その第１境界仮想線Ｌａ１と第２境界仮想線Ｌｂ１との間の領域にかしめ部５０が設けられることにより、第１磁束通路αおよび第２磁束通路βを阻害することが適切に抑制され、かしめ部５０に起因するモータトルクやモータ効率の低下が抑制される。

また、本実施例のロータ１２は、複数の磁石２４がｄ軸を対称軸としてＶ字形状乃至はＵ字形状を成すように対称的に複数対設けられた磁極Ｍｖが、ロータコアの回転中心線Ｏまわりに複数設けられており、周方向に隣接する２つの磁極Ｍｖの中間線がｑ軸で、そのｑ軸を挟んで周方向の両側に位置する２対の磁石２４が第１磁石Ａおよびａ、第２磁石Ｂおよびｂの場合であり、第１磁石Ａ、ａ間の第１磁束通路αおよび第２磁石Ｂ、ｂ間の第２磁束通路βを阻害することを抑制しつつロータコア２２の径方向の中間部分にかしめ部５０が設けられるようにするための本発明が好適に適用される。

また、上記磁極Ｍｖは、一対の第１磁石Ａ、ａおよび一対の第２磁石Ｂ、ｂの計４つの磁石２４が配置された第１層Ｍｖ１と、その第１層Ｍｖ１よりもロータコア２２の外周側にＶ字形状乃至はＵ字形状を成すように一対の磁石Ｃ、ｃが配置された第２層Ｍｖ２と、を有する２層構造を成しているが、頂点Ｓ２に基づいて第１境界仮想線Ｌａ１および第２境界仮想線Ｌｂ１を定めてかしめ部５０の位置を設定することにより、第１磁束通路αおよび第２磁束通路βを阻害することを抑制しつつロータコア２２の径方向の中間部分にかしめ部５０が設けられるようにする、という本発明の効果が適切に得られる。

また、頂点Ｓ１の角度が頂点Ｓ２の角度の３倍以上で、一対の第１磁石Ａ、ａの逆Ｖ字形状の開き角度（頂点Ｓ１の角度）が比較的大きく、その第１磁石Ａ、ａに関する第１境界仮想線Ｌａ１をどのように設定するかが問題になるが、頂点Ｓ２を中心として第１磁石Ａ、ａの外周側境界点ＰＡ１、Ｐａ１を通る円弧を第１境界仮想線Ｌａ１としてかしめ部５０の位置を設定することにより、第１磁石Ａ、ａ間の第１磁束通路αを阻害することを抑制しつつロータコア２２の径方向の中間部分にかしめ部５０を設けることができる。

なお、上記実施例では、フラックスバリア４０ａ、４０ｂの磁石取付部にコーナー間隙が設けられており、第１磁石Ａ、ａの外周側境界点ＰＡ１、Ｐａ１および第２磁石Ｂ、ｂの内周側境界点ＰＢ１、Ｐｂ１が、コーナー間隙部分を除いた位置に定められていたが、図５に示すようにフラックスバリア４０ａ、４０ｂの磁石取付部にコーナー間隙が無いか無視できる場合は、第１磁石Ａ、ａの角部を外周側境界点ＰＡ２、Ｐａ２とし、第２磁石Ｂ、ｂの角部を内周側境界点ＰＢ２、Ｐｂ２とすれば良い。具体的には、第１磁石Ａ、ａの長方形断面のｑ軸側の長辺Ａｓ、ａｓにおけるロータコア２２の外周側の角部を、第１磁束通路αの外周側境界点ＰＡ２、Ｐａ２に設定し、頂点Ｓ２を中心として一対の外周側境界点ＰＡ２、Ｐａ２を通る円弧を、第１磁束通路αの外周側の境界仮想線である第１境界仮想線Ｌａ２とする。また、第２磁石Ｂ、ｂの長方形断面のｑ軸側の長辺Ｂｓ、ｂｓにおけるロータコア２２の内周側の角部を、第２磁束通路βの内周側境界点ＰＢ２、Ｐｂ２に設定し、頂点Ｓ２を中心として一対の内周側境界点ＰＢ２、Ｐｂ２を通る円弧を、第２磁束通路βの内周側の境界仮想線である第２境界仮想線Ｌｂ２とする。そして、ｑ軸上であって第１境界仮想線Ｌａ２と第２境界仮想線Ｌｂ２との間の領域にかしめ部６０が設けられる。これにより、磁束通路αおよびβを阻害することを抑制しつつロータコア２２の径方向の中間部分にかしめ部６０を設けることができるなど、実質的に前記実施例と同様の作用効果が得られる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０：回転電機 １２：回転電機用ロータ ２２：ロータコア ２３：積層鋼板 ２４、Ａ、ａ、Ｂ、ｂ、Ｃ、ｃ：磁石 Ａ、ａ：磁石（第１磁石） Ｂ、ｂ：磁石（第２磁石） ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ：フラックスバリア（磁石取付孔） ５０、６０：かしめ部 Ｏ：回転中心線 ｄ：ｄ軸 ｑ：ｑ軸 Ｍｖ：磁極 Ｍｖ１：第１層 Ｍｖ２：第２層 α：第１磁束通路 β：第２磁束通路 Ｓ１：第１磁石の逆Ｖ字形状の頂点 Ｓ２：第２磁石の逆Ｖ字形状の頂点 Ａｓ、ａｓ：第１磁石の長辺 Ｂｓ、ｂｓ：第２磁石の長辺 ＰＡ１、Ｐａ１、ＰＡ２、Ｐａ２：外周側境界点 ＰＢ１、Ｐｂ１、ＰＢ２、Ｐｂ２：内周側境界点 Ｌａ１、Ｌａ２：第１境界仮想線 Ｌｂ１、Ｌｂ２：第２境界仮想線

Claims (4)

1. 多数の積層鋼板から成る円筒形状のロータコアを有するとともに、前記ロータコアにはｑ軸を挟んで周方向の両側に磁石が配設されているとともに、前記ｑ軸上に前記積層鋼板を位置決めするかしめ部が設けられている回転電機用ロータにおいて、
   前記ロータコアには、前記磁石として第１磁石および第２磁石がそれぞれ前記ｑ軸を挟んで対称的に一対ずつ設けられており、前記第２磁石は前記第１磁石よりも前記ロータコアの外周側へ離間して配置されているとともに、
   前記一対の第１磁石および前記一対の第２磁石は、何れも前記ロータコアの回転中心線と直角な断面が長方形断面で、それぞれ前記ロータコアの内周側へ向かうに従って拡開する逆Ｖ字形状を成す姿勢で配置されており、
   前記一対の第１磁石の前記長方形断面の前記ｑ軸側の長辺をそれぞれ延長した交点である前記逆Ｖ字形状の頂点Ｓ１の角度は、前記一対の第２磁石の前記長方形断面の前記ｑ軸側の長辺をそれぞれ延長した交点である前記逆Ｖ字形状の頂点Ｓ２の角度よりも大きく、
   前記一対の第１磁石の相互間に第１磁束通路が形成され、前記一対の第２磁石の相互間に第２磁束通路が形成される一方、
   前記第１磁石の前記長方形断面の前記ｑ軸側の長辺における前記ロータコアの外周側の角部、または磁石取付孔との間にコーナー間隙が設けられている場合は前記長辺上であって前記外周側の角部から該コーナー間隙部分を除いた位置に、前記第１磁束通路の外周側境界点を設定して、前記頂点Ｓ２を中心として前記一対の第１磁石の前記外周側境界点を通る円弧を第１境界仮想線とし、
   前記第２磁石の前記長方形断面の前記ｑ軸側の長辺における前記ロータコアの内周側の角部、または磁石取付孔との間にコーナー間隙が設けられている場合は前記長辺上であって前記内周側の角部から該コーナー間隙部分を除いた位置に、前記第２磁束通路の内周側境界点を設定して、前記頂点Ｓ２を中心として前記一対の第２磁石の前記内周側境界点を通る円弧を第２境界仮想線とした場合、
   前記ｑ軸上であって前記第１境界仮想線と前記第２境界仮想線との間の領域に前記かしめ部が設けられている
   ことを特徴とする回転電機用ロータ。
2. 前記ロータコアの外周側へ向かうに従って拡開するＶ字形状乃至はＵ字形状を成すように、前記ロータコアの回転中心線を通るｄ軸を対称軸として前記磁石が対称的に、且つ該ロータコアの径方向に離間して複数対設けられることにより１つの磁極が構成されており、
   前記ロータコアには、前記磁極が前記回転中心線まわりに等角度間隔で複数設けられており、
   前記複数の磁極のうち周方向に隣接する２つの磁極の中間線が前記ｑ軸であり、該ｑ軸を挟んで周方向の両側に対称的に且つ前記ロータコアの径方向に離間して位置する２対の磁石のうち、内周側の一対の磁石が前記第１磁石で、外周側の一対の磁石が前記第２磁石である
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機用ロータ。
3. 前記磁極は、前記一対の第１磁石および前記一対の第２磁石を含む計４つ以上の磁石が前記Ｖ字形状乃至はＵ字形状を成すように配置された第１層と、該第１層よりも前記ロータコアの外周側に前記Ｖ字形状乃至はＵ字形状を成すように複数の磁石が配置された第２層と、を有する複数層構造を成している
   ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機用ロータ。
4. 前記頂点Ｓ１の角度は前記頂点Ｓ２の角度の３倍以上である
   ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の回転電機用ロータ。

Images