JP2014082834A - ロータと、それを備える回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石の磁束の短絡を多くし、ロータから出る磁束量を十分に低減すると共に、簡易な構造で、渦電流を防止して、鉄損失を抑制することで効率を向上することができるロータと、それを備える回転電機を提供する。
【解決手段】アーム１７の幅の長さＬ１を、磁石用孔１８Ｘを回転周方向に略等間隔に配置したときのアーム１７Ｘの幅の長さＬＸよりも広く形成すると共に、アーム１７を介して一方の極が向き合う永久磁石１３ａと１３ｂの間の間隔θ１を、アーム１７を介さず他方の極が向き合う永久磁石１３ｂと１３ｃの間の間隔θ２よりも大きく形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータコアを積層電磁鋼板で構成し、簡易な構造で渦電流を防止して、鉄損失を抑制することで効率を向上するロータと、それを備える回転電機に関する。

環境への影響を配慮して、ＥＶ（電気自動車）やＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車）などが年々増加している。また、車両の低燃費化に伴いパワーステアリングや冷却ポンプなどの補機類の電動化も進んでいる。

このため、車両における電力消費量は年々増加しており、電力を供給するオルタネータ（発電機）及びモータ（電動機）などの回転電機の高出力化が必須となっている。しかしながら、出力を向上させる相応分に体格を大きくすることは、車両への搭載性を悪化させるため、出力密度のみを高めること、及び高効率化を図ることが必要となっている。

これに対応するものに、クローポール型のロータがある（例えば、特許文献１参照）。この装置では、中央部のシャフトに励磁コイルを巻き、永久磁石をクローポールとクローポールの間に周方向に磁極面（Ｎ極、Ｓ極）を向け、Ｎ極とＳ極が交互になるように、周方向に嵌め込む。

この方式はクローポール間の寸法精度を出すのが困難で、特に、高速回転時に、永久磁石を遠心力で飛び出さないようにすることが極めて困難であった。

一方、クローポール型のロータの代わりに、電磁鋼板を軸方向に積層したロータコアを用いるロータがある（例えば、特許文献２参照）。ここで、この積層電磁鋼板を用いたロータについて、図１３を参照しながら説明する。

このロータ１０Ｘは、ロータコア１１Ｘ、励磁コイル１２Ｘ、永久磁石１３Ｘ、及び補強ピン１４Ｘを備え、ステータ２０は、ステータコア（固定子鉄心）２１、ティース部２２、及びコイル２３を備える。

このロータ１０Ｘは、シャフトＳ１の回りに励磁コイル１２Ｘを巻き、その外側の円筒状のロータコア１１Ｘに永久磁石１３Ｘを回転半径方向、磁極面を回転周方向で互いに同極が向き合うように挿入し、内側の励磁コイル１２Ｘと外側の永久磁石１３Ｘが磁気的に繋がるようにして、励磁コイル１２Ｘの電流を変化させることにより、ロータ１０Ｘからステータ２０に入る磁束量を変化させて効率のよいモータやオルタネータを提供することができる。

しかし、外周側の永久磁石１３Ｘの磁力が強く、内側の励磁コイル１２Ｘに逆電流を流しても、シャフトＳ１やロータコア１１Ｘの両端部のアーム部１６Ｘの断面積が小さく、永久磁石１３Ｘの磁束の短絡が少なくて、ロータ１０Ｘから出る磁束量を十分に減らすことができなかった。

一方、図１４の（ａ）の断面図と（ｂ）の斜視断面図に示すように、ロータ１０Ｘは、図示しないステータの内側で回転するインナーロータ型で、且つロータ１０Ｘとステータの間のエアーギャップ（空隙）を回転の半径方向に配置したラジアルギャップ型のブラシレス回転電機のロータである。

ロータ１０Ｘは、シャフトＳ１とロータコア１１Ｘを備え、ロータコア１１Ｘを積層電磁鋼板で構成すると共に、励磁コイル１２Ｘ、永久磁石１３Ｘ、及び補強ピン１４を備える。このロータ１０Ｘは、ロータコア１１Ｘを積層電磁鋼板で構成することによって、前述のクローポール型のロータよりも簡易な構造で、渦電流を防止して、鉄損失を抑制することで効率を向上することができる。

しかしながら、積層電磁鋼板は強度が弱く、このロータコア１１Ｘに遠心力がかかると、図１４の（ａ）に示すように、ロータコア１１Ｘの外周面１５Ｘの中央部が膨らみ、破線のように変形する。そして、図中のＷＰで示す最弱部ＷＰに最も大きな力が加わり、この最弱部ＷＰが切れて、破損する。

特開２００５−０９４９７８号公報 特開２００９−２４００１３号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、永久磁石の磁束の短絡を多くし、ロータから出る磁束量を十分に低減すると共に、簡易な構造で、渦電流を防止して、鉄損失を抑制することで効率を向上する積層電磁鋼板で構成したロータコアの強度を向上することができるロータと、それを備える回転電機を提供することである。

上記の目的を解決するための本発明のロータは、積層電磁鋼板で構成されるロータコアの端部に、回転周方向に略等間隔で配置される複数のアームを備えると共に、前記ロータコアのステータと対向する対向面の付近に、回転軸方向に貫通するように設けられ、前記アームの幅端部に隣接する磁石用孔と、同極が略向き合うように前記磁石用孔に収められる永久磁石と、を備えるロータにおいて、前記アームの幅の長さを、前記磁石用孔を回転周方向に略等間隔に配置したときの前記アームの幅の長さよりも広く形成すると共に、前記アームを介して一方の極が向き合う前記永久磁石の間の間隔を、前記アームを介さず他方の極が向き合う前記永久磁石の間の間隔よりも大きく形成して構成される。

この構成によれば、アームの幅端部に隣接する永久磁石同士の間の間隔を開けて、アームの幅を広げることができる。これにより、ロータコアの端部のアームを含む断面積を大きくし、永久磁石の磁束の短絡を多くして、ロータから出る磁束量を減らすことができる。

また、アームの幅の長さを広くすると共に、ロータと一体に回転する回転軸の径を大きくするとより効果的であり、好ましくは、その径を大きくした回転軸の断面積よりも、ロータコアの端部の断面積を大きくするとよい。

なお、積層電磁鋼板とは、電気エネルギーと磁気エネルギーの変換効率が高い鋼板であり、鉄損が低い鋼板の一枚一枚の表面に絶縁皮膜を処理し、電気を流さないようにしてから、回転軸方向に積層したものであり、例えば、鉄に珪素を添加することにより製造できる珪素鋼板などのことである。また、非磁性材料とは、磁化されないため、磁界の影響を受けない金属材料のことであり、例えば、強化アルミニウム、又はオーステナイト系ステンレスなどのことである。

また、上記のロータにおいて、前記磁石用孔と前記永久磁石とを回転軸方向に分割する
と共に、前記ロータコアの一方の端部の前記アームと、前記ロータコアの他方の端部の前記アームを、回転軸方向で重ならないように配置し、前記ロータコアの一方の端部側の前記磁石用孔と前記永久磁石と、前記ロータコアの他方の端部側の前記磁石用孔と前記永久磁石との位置が回転周方向にずらすと、非励磁状態で回転子を動かした際に発生する磁気吸引力であるコギングトルクを低減することができる。

加えて、上記のロータにおいて、非磁性材で形成し、前記対向面を回転軸方向に分割する補強板を備えると、積層電磁鋼板で構成したロータコアにかかる遠心力による変形、又はその変形による破損を補強板によって補強することができる。

特に、遠心力の影響が大きいロータコアの回転軸方向の中央部に補強板を備えると、その中央部の膨らみを補強板が押さえ込むので、ロータコアの変形を抑制することができ、ロータコアで最も強度の弱い角部の破損を防ぐことができる。

これにより、電動機や発電機などの回転電機に、上記の補強された積層電磁鋼板で構成されるロータコアを用いると、簡易な構造で、渦電流を防止して、鉄損失を抑制することで効率を向上することができる。

さらに、上記のロータにおいて、前記対向面を前記ロータコアの外周面とし、円環状に形成した前記補強板の内周面の半径を、前記ロータコアのロータ軸の外周面の半径以上になるように形成すると共に、前記補強板が前記対向面と前記磁石用孔と前記永久磁石とを前記回転軸方向に分割すると、円環状の補強板の幅を広くすることができ、遠心力に対する強度を増すことができる。

例えば、補強板の内周面の内径を小さくして、補強板をロータ軸の外周面まで伸ばしたものや、永久磁石を挿入した外周面の近傍とロータ軸の外周面との中間まで伸ばしたものを、軸方向に分割したロータコアで狭持して、ロータコアの回転軸方向の中央部を補強することができる。

その上、上記のロータにおいて、前記対向面の付近に、回転軸方向に貫通するように複数設けられると共に、回転周方向に略等間隔に、且つ前記磁石用孔の間に配置される補強ピン用孔と、前記補強ピン用孔に挿入される補強ピンを備え、円環状に形成した前記補強板に前記補強ピンが挿通する挿通孔を備えると、上記の作用効果に加えて、補強ピンで回転軸方向に積層した電磁鋼板の剥離を防止すると共に、磁気を通さないようにすることができる。

この補強ピンは、好ましくは非磁性材料で形成するとよいが、Ｓ２０Ｃなどの鉄材で形成する場合には、渦電流の発生を懸念してできるだけ細く形成するとよい。なお、ロータコアに備えた全ての補強ピンの断面積の合計の値を、ロータ軸の断面積以上にすると、より磁気漏れを防ぐことができる。

また、上記の目的を解決するための本発明の回転電機は、上記に記載のいずれかのロータを備えて構成される。この構成によれば、強度が向上した積層電磁鋼板で構成されたロータコアを用いることで、車両への搭載性を悪化することなく、出力密度を高めると共に、高効率化を図ることができる。

なお、電動機や発電機などの回転電機は、インナーロータ式、又はアウターロータ式のどちらでも適用することができ、加えて、ラジアルギャップ方式、又はアキシャルギャップ方式のどちらでも適用することができる。

さらに、上記の回転電機において、上記に記載の回転電機を、インナーロータ式、且つラジアルギャップ方式であるブラシレス回転電機で形成することが好ましい。

本発明によれば、永久磁石の磁束の短絡を多くし、ロータから出る磁束量を十分に低減すると共に、簡易な構造で、渦電流を防止して、鉄損失を抑制することで効率を向上することができる。これにより、回転電機の車両への搭載性を悪化することなく、出力密度を高めると共に、高効率化を図ることができる。

本発明に係る第１の実施の形態のロータを備える回転電機を示した平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面を示す断面図である。 本発明に係る第２の実施の形態のロータを備える回転電機を示す図であり、（ａ）はロータを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面を示す断面図である。 本発明に係る第３の実施の形態のロータを備える回転電機を示した断面図である。 図４に示す補強板を示す図であり、（ａ）は補強板を示す平面図であり、（ｂ）は補強板を示す断面図である。 本発明に係る第４の実施の形態のロータを備える回転電機を示した断面図である。 本発明に係る第５の実施の形態のロータを備える回転電機を示した断面図である。 図７の補強板を示し、（ａ）と（ｂ）はそれぞれ別のパターンの補強板の平面図である。 本発明に係る第６の実施の形態のロータを備える回転電機を示した断面図である。 図９の補強ピンと補強板を示し、（ａ）は補強ピンの斜視図であり、（ｂ）は補強板の平面図である。 本発明に係る第７の実施の形態のロータを備える回転電機を示した断面図である。 図１１の補強ピンと補強板を示し、（ａ）は補強ピンの斜視図であり、（ｂ）は補強板の平面図である。 従来のロータを備える回転電機を示す平面図である。 従来の回転電動機のロータを示し、（ａ）はロータの断面図であり、（ｂ）はロータの斜視断面図である。

以下、本発明に係る実施の形態のロータとそれを備える回転電機について、図面を参照しながら説明する。なお、図面に関しては、構成が分かり易いように寸法を変化させており、各部材、各部品の板厚や幅や長さなどの比率も必ずしも実際に製造するものの比率とは一致させていない。

まず、本発明に係る第１の実施の形態のロータを備える回転電機について、図１及び図２を参照しながら、説明する。ここで、図２に示すように、回転電機の回転軸方向をｘとし、回転半径方向をｙとする。

図１と図２に示すモータ（回転電機）１のロータ（回転子）１０は、図１３に示す従来のロータ１０Ｘのロータコア１１Ｘの回転周方向に略等間隔に配置された幅ＬＸのアーム１７Ｘに換えて、図１に示すように、幅ＬＸよりも広い幅Ｌ１のアーム１７を備えること
により、円筒状のロータコア１１の端部のアーム部１６の断面積を大きくすることができる。

ここで、永久磁石１３ａと１３ｂを、一方の同極（図中では、Ｎ極とする）が略向き合うものとし、永久磁石１３ｂと１３ｃを、他方の同極（図示しないが、Ｓ極とする）が略向き合うものとする。また、永久磁石１３ａと永久磁石１３ｂとの間の間隔の大きさを示す円弧のなす角をθ１（以下、間隔θ１とする）、また、永久磁石１３ｂと永久磁石１３ｃとの間の間隔の大きさを示す円弧のなす角をθ２（以下、間隔θ２とする）とする。

このロータ１０は、積層電磁鋼板で構成されるロータコア１１の端部に、回転周方向に略等間隔で配置される複数のアーム１７を有するアーム部１６と、ロータコア１１のステータ２０と対向する対向面である外周面１５の付近に、回転軸方向に貫通するように設けられ、アーム１７の幅端部１７ａと１７ｂに隣接する磁石用孔１８と、同極が略向き合うように磁石用孔１８に収められる永久磁石１３と、を備える。

そして、アーム１７の幅の長さＬ１を、図１３に示す従来のロータ１０Ｘのように、磁石用孔１８Ｘを回転周方向に略等間隔に配置したときのアーム１７Ｘの幅の長さＬＸよりも広く形成すると共に、図１に示すように、アーム１７を介して一方の極（Ｎ極）が向き合う永久磁石１３ａと１３ｂの間の間隔θ１を、アーム１７を介さず他方の極（Ｓ極）が向き合う永久磁石１３ｂと１３ｃの間の間隔θ２よりも大きく形成する。

この構成によれば、図１３に示す従来のロータ１０Ｘの構成、つまり永久磁石１３Ｘを回転周方向に略等間隔に配置する構成では、その断面が小さく、永久磁石１３Ｘの短絡が少なかったアーム１７Ｘに比べて、図１に示すように、アーム１７の幅Ｌ１を広くすることができるので、永久磁石１３の磁束の短絡が大きく、ロータ１０から出る磁束量を十分に減らすことができる。

このロータ１０及び、そのロータ１０を備えるモータ１について、さらに詳しく説明する。図１と図２に示すように、ロータコア１１は、回転軸方向ｘに積層した電磁鋼板（以下、積層電磁鋼板という）から構成され、円筒状に形成され、両端部にアーム部１６を備える。このアーム部１６の中心（回転軸）から放射状に複数配置されたアーム（支持部）１７を備える。

円筒状のロータコア１１の外周面１５の近傍、つまりステータ２０と対向する対向面の近傍には、磁石用孔１８と、補強ピン用孔１９とをそれぞれを交互に、回転軸方向ｘに貫通するように設ける。そして、磁石用孔１８を、アーム１７の両側に配置されるものを一組とし、その一組の磁石用孔１８を回転周方向に略等間隔に配置する。一方、補強ピン用孔１９を回転周方向に略等間隔に配置する。

積層電磁鋼板で構成されたアーム１７は、円筒状のロータコア１１を支持すると共に、永久磁石１３の磁束の短絡を少なくするために設けられるので、その両側に永久磁石１３を備える。本発明は、このアーム１７の両側に配置した永久磁石１３の距離を開けて、アーム１７の幅Ｌ１を広げアーム部１６の断面積を大きくすることにより、ロータ１０から漏れる磁束量を低減することができる。

このとき、一方の端部に設けられるアーム１７の数は、特に限定しない。また、一方の端部に設けられた全てのアーム１７の断面積の合計の値を、シャフトＳ１の断面積以上にすると、ロータ１０を回転させたときに、ロータ１０から漏れる磁気をより低減することができる。さらに、シャフトＳ１の断面積もできるだけ大きくすることで、ロータ１０から漏れる磁気を低減することができる。

ここで積層電磁鋼板について補足する。電磁鋼板とは、電気エネルギーと磁気エネルギーの変換効率が高い鋼板であり、鉄損（磁化したときに鉄が消費するエネルギー）を低下することができるものである。この電磁鋼板の一枚一枚表面に絶縁皮膜を処理し、電気を通電しないように加工し、ロータ１０の回転軸方向ｘに積層したものが積層電磁鋼板である。

その積層電磁鋼板でロータコア１１を構成することで、渦電流を防止して、鉄損失を抑制することで効率を向上することができる。この積層電磁鋼板は、例えば、鉄に珪素を添加することによって製造できる珪素鋼板などを用いる。この実施の形態では、電磁鋼板を回転軸方向ｘに積層して、遠心力による剥離を防止している。

補強ピン１４は、ロータコア１１の補強ピン用孔１９に挿入又は圧入されるロータコア１１の補強部材であり、回転軸方向ｘに積層した電磁鋼板の剥離を防ぐことができる。また、ロータ１０が回転したときに、ロータ１０から漏れる磁気を低減することもできる。

このモータ１は、図１と図２に示すように、ロータ１０の外側にステータ２０を配置するインナーロータ式であり、且つロータ１０とステータ２０の間のエアーギャップ（空隙）ＡＧを、回転半径方向（ラジアル方向）ｘに配置したラジアルギャップ方式のブラシレスＤＣモータであり、ステータ２０にコイル２３を、及びロータ１０に永久磁石１３をそれぞれ配置し、コイル２３の電流を永久磁石１３の回転角に応じて、図示しないコントローラ（制御装置）で切り換えて回転制御している。

また、永久磁石１３と励磁コイル１２とを磁気的に繋がるようにして、励磁コイル１２の電流を変化させることにより、ロータ１０からステータ２０に入る磁束量を変化させることで、効率を向上することができる。

また、励磁コイル１２に逆電流を流すことで、ロータ１０から出てくる磁束の量を減らすことができる。加えて、内側の励磁コイル１２と外側の永久磁石１３とで性能を上げることができ、励磁コイル１２の電流を変化（逆電流も含む）させることにより、モータ１の効率を向上することができる。発電機として使用する場合には、低速で発電量を増大させ、中高速で発電量を減らすことができる。

次に、本発明に係る第２の実施の形態のロータを備える回転電機について、図３を参照しながら説明する。ここで、図３の（ａ）の実線は図示できるアーム部３６ａ側を示し、点線は図示できないアーム部３６ｂを示す。このモータ２のロータ３０は、図１に示すロータ１０を回転軸方向ｘに分割し、且つアーム部１６に換えて、図３の（ａ）に示すように、ロータコア３１の両端部のアーム３７ａと３７ｂが、互いに重ならないように配置されたアーム部３６ａと３６ｂを備える。

詳しくは、永久磁石３３ａと３３ｂとを回転軸方向ｘに分割すると共に、ロータコア３１の一方のアーム部３６ａのアーム３７ａと、ロータコア３１の他方のアーム部３６ｂのアーム３７ｂを、回転軸方向ｘで重ならないように配置し、ロータコア３１の一方のアーム部３６ｂ側の永久磁石３３ａと、ロータコア３１の他方のアーム部３６ａ側の永久磁石３３ｂとの位置を回転周方向にずらす。

また、ロータコア３１の一端のアーム部３６ａのアーム３７ａを、Ｎ極同士が向かい合う永久磁石３３ａの間に配置し、一方、他端のアーム部３６ｂのアーム３７ｂを、Ｓ極同士が向かい合う永久磁石３３ｂの間に配置する。この配置によれば、ロータコア３１の両端部でそれぞれ重ならないように配置されたアーム３７ａと３７ｂにより、ロータ３０か
ら漏れる磁束量を低減することができる。

また、図３の（ｂ）に示すように、アーム部３６ａ側に配置された永久磁石３３ａとアーム部３６ｂ側に配置された永久磁石３３ｂは、ロータコア３１の回転軸方向ｘの中央部で互いにずれることになる。この永久磁石３３ａと３３ｂが回転軸方向ｘに分割され、回転周方向にずれることによって、非励磁状態で回転子を動かした際に発生する磁気吸引力であるコギングトルクを低減することができる。

次に、本発明に係る第３の実施の形態のロータを備える回転電機について、図４及び図５を参照しながら説明する。このモータ３のロータ４０は、図１に示すロータ１０の外周面１５を回転軸方向ｘに分割する、好ましくは外周面１５に加えて磁石用孔１８と永久磁石１３も回転軸方向ｘに分割する補強板５０を備えることにより、前述したロータ４０から出る磁束量を低減する効果に加えて、ロータコア４１の強度を向上することができる。

詳しくは、図５の（ａ）に示す円環状の補強板５０を、図４に示すように、ロータコア４１の中央部の外周面４５ａと４５ｂの間に、好ましくは外周面４５ａと４５ｂに加えて、磁石用孔４８ａと４８ｂ、且つ永久磁石４３ａと４３ｂのそれぞれの間に配置し、接合する。

この構成によれば、ロータ４０が回転したときに発生する遠心力による外周面４５ａと４５ｂの変形を抑制することができる。これにより、積層電磁鋼板で構成したロータコア４１の強度を向上することができる。

また、この補強板５０は、図５の（ａ）に示すように、積層電磁鋼板の剥離を抑制し、且つ磁気漏れを防ぐことができる補強ピン４４が挿通する挿通孔５１を備える。これにより、補強ピン４４の効果をそのままに、ロータコア４１の強度を向上することができる。

補強板５０は、円環状の非磁性材料で形成される。ここでいう非磁性材料とは、磁化されず、したがって磁界の影響を受けない金属材料のことであり、例えば、強化アルミニウム、又はオーステナイト系ステンレスなどのことである。補強板５０は、ロータコア４１の強度の向上を目的としており、そのため、補強板５０の用いる非磁性材料は強度と靱性に優れたものが好ましい。

ここで、図４と図５において、補強板５０の内周面の半径をＲ１、補強板５０の外周面の半径をＲ２、補強板５０の円環の幅をＨ１、及び挿通孔５１の直径をＤ１とする。また、シャフトＳ１の半径をＲ３、及び補強ピン４４の直径をＤ２とする。

補強板５０が少なくともロータコア４１の外周面４５ａと４５ｂを回転軸方向ｘに分割するように、補強板５０の外周面の半径Ｒ２をロータコア４１の外周面４５ａと４５ｂの半径以上にする。また、補強板５０がロータコア４１の外周面４５ａ及び４５ｂに加えて、磁石用孔４８ａ及び４８ｂと、永久磁石４３ａ及び４３ｂを回転軸方向ｘに分割するように、補強板５０の円環の幅Ｈ１を設定する。

その補強板５０の幅Ｈ１が広ければより遠心力に対しての強度を向上することができるため、補強板５０の内周面の半径Ｒ３は、シャフトＳ１の半径Ｒ１以上とする。加えて、挿通孔５１の直径Ｄ１は、補強ピン４４が挿通可能な大きさであり、補強ピン４４の直径Ｄ２以上とする。この挿通孔５１の直径Ｄ１は大きくすると、その部分の回転軸方向ｘの磁束の流れを良くすることができるので、励磁コイル４２から発生した磁束を通し易くすることができる。

特に、補強板５０の挿通孔５１の近傍の全ての補強ピン４４の断面積の合計の値を、シャフトＳ１の断面積以上にすると、効果的に回転半径方向ｙへの磁気漏れを防ぐことができる。

上記の構成によれば、簡易な構造で、渦電流を防止して、鉄損失を抑制することで効率を向上することができる積層電磁鋼板で構成されたロータコア４１を、補強板５０で補強することができ、ロータコア４１の強度を向上することができる。特に、この実施の形態のように、ロータコア４１の回転軸方向ｘの略中央部に補強板５０を配置すると、ロータコア４１の回転により発生する遠心力によるロータコア４１の外周面４５ａと４５ｂの変形を押さえ込むことができ、より強度を向上することができる。

加えて、図５の（ｂ）に示すように、永久磁石４３ａと４３ｂの間に非磁性材料の補強板５０を備えることで、回転軸方向ｘの磁気漏れを防ぐことができる。

次に、本発明に係る第４の実施の形態のロータを備える回転電機について、図６を参照しながら説明する。このモータ４のロータ６０は、図４に示す第３の実施の形態のロータ４０の補強板５０と同様の構成の補強板６１ａ、６１ｂ、及び６１ｃを、図６に示すように、ロータコア４１の中央部だけではなく、ロータコア４１の両端部にも備える構成である。

この構成によれば、ロータコア４１の両側にも補強板６１ｂと６１ｃを備えることで、ロータコア４１の全長が長くなるが、より強度を向上することができる。

次に、本発明に係る第５の実施の形態のロータを備える回転電機について、図７と図８を参照しながら説明する。なお、第１の実施の形態と同一の構成や半径などは、同一の符号を用いることとする。

このモータ５のロータ７０は、図４に示す第３の実施の形態のロータ４０の補強板５０に換えて、図７に示すように、補強板８０を備え、その補強板８０を、回転軸方向ｘに分割された第１ロータコア７１ａと第２ロータコア７１ｂとにより狭持している。

第１ロータコア７１ａは、円筒状に形成され、端部のアーム部７６ａにアーム７７ａを備え、励磁コイル７２ａ、永久磁石７３ａ、補強ピン７４、外周面７５ａ、磁石用孔７８ａ、及び補強ピン用孔７９ａを備える。第２ロータコア７１ｂも略同様の構成のため説明は省略する。

この補強板８０は、補強板８０の内周面の半径Ｒ４をシャフトＳ１の外周面の半径Ｒ４と同一にすることで、補強板８０の幅Ｈ２を広くすることができ、ロータ７０の回転軸方向ｘの中央部の遠心力に対する強度を増大することができる。

また、回転軸方向ｘに第１ロータコア７１ａと第２ロータコア７１ｂとに分割されているが、第１ロータコア７１ａと補強板８０と第２ロータコア７１ｂとを周知の技術で接合すると共に、第１ロータコア７１ａと補強板８０と第２ロータコア７１ｂとを貫通する補強ピン７４により、その接合を補強することができる。

この補強板８０は、図８の（ａ）に示すように、補強板８０の内周面の半径Ｒ２を小さくして、その内周面をシャフトＳ１の外周面まで伸ばしたものである。よって、補強板８０の円環の幅Ｈ２が広くなった分、第３の実施の形態の補強板５０よりも重くなるので、図８の（ｂ）に示すように、補強板８０に軽量孔８２を備えると、その分、補強板８０を軽量化することができ、効率を低下することなく維持することができる。

なお、第４の実施の形態のように、この補強板８０をロータ７０の前後に設け、さらに強度を向上することもできる。

次に、本発明に係る第６の実施の形態のロータを備える回転電機について、図９と図１０を参照しながら説明する。このモータ６のロータ９０は、図７に示す第５の実施の形態の補強ピン７４に換えて、図９に示すように、補強ピン９１を備えると共に、補強板８０に換えて、より直径の大きい挿通孔９５を有する補強板９４を備える。

この補強ピン９１は、図１０の（ａ）に示すように、直径Ｄ１のピン部９２と、直径Ｄ２の磁束調整部９３とを備える。また、この補強板９４は、図１０の（ｂ）に示すように、挿通孔９５の直径Ｄ２を、図８の（ａ）に示す挿通孔８１の直径Ｄ１よりも大きく形成する。

前述したように、図９に示すように、補強板９４の挿通孔９５の近傍の全ての補強ピン９１の断面積の合計の値をシャフトＳ１の断面積以上に設定することで、ロータ９０を回転させたときに発生する回転半径方向ｙの磁気漏れを防ぐことができる。しかし、挿通孔９５の直径Ｄ２を直径Ｄ１よりも大きくすると共に、補強ピン９１のピン径の全長を大きくすると、渦電流の発生する恐れがあるので、補強板９４の挿通孔９５の近傍以外はピン径が細い方が好ましい。

そこで、この補強板９４に設けた補強ピン９１を挿通する挿通孔９５の直径Ｄ２を直径Ｄ１よりも大きくし、且つ補強ピン９１に直径Ｄ２の磁束調整部９３を備えることで、渦電流を発生することなく、両側（回転軸方向ｘの左右の流れ）の磁束の流れを良くすることができ、この磁束の流れにより、励磁コイル７２ａと７２ｂから発生した磁束を通し易くすることができる。

次に、本発明に係る第７の実施の形態のロータを備える回転電機について、図１１と図１２を参照しながら説明する。このモータ７のロータ１００は、図７に示す第５の実施の形態の補強ピン７４に換えて、図１２の（ａ）に示すように、補強ピン７４の直径Ｄ１よりも小さい直径Ｄ３の補強ピン１０１を複数備え、また、図７の補強ピン用孔７９ａと７９ｂに換えて、図１１に示すように、補強ピン用孔７９ａと７９ｂの直径Ｄ１よりも大きい直径Ｄ２の補強ピン用孔１０２ａ及び１０２ｂとを備える。加えて、図７の補強板８０の円環状の幅Ｈ２よりも狭く、図５の補強板５０の円環状の幅Ｈ１よりも広い幅Ｈ３の補強板１０３を備える。

この補強板１０３は、図１２の（ｂ）に示すように、直径Ｄ１よりも大きな直径Ｄ２の挿通孔１０４を備え、図１１に示すように、補強板１０３の内周面はシャフトＳ１の外周面と永久磁石７３ａと７３ｂの内側の略中間に配置される。この補強板１０３の円環の幅Ｈ３は、第３の実施の形態の幅Ｈ１よりも広く、また、第５の実施の形態の幅Ｈ２よりも狭い。

この構成によれば、補強ピン用孔１０２ａと１０２ｂの直径Ｄ１を大きくすることで、ロータ１００が回転したときの磁気漏れを低減すると共に、複数の細い補強ピン１０１を挿入又は圧入することで、渦電流の発生を抑制することができる。

また、補強板１０３の幅Ｈ３が第３の実施の形態の幅Ｈ１よりも広く、また、第５の実施の形態の幅Ｈ２よりも狭いことで、ロータ１００の強度を向上すると共に、軽量化も図ることができる。

上記の第３〜第７の実施の形態については、第１の実施の形態、又は第２の実施の形態と組み合わせることができ、上記の構成に限定せず、例えば、第３の実施の形態の補強ピン４４に換えて、第７の実施の形態の直径Ｄ３の補強ピン１０１を複数備えることもできる。

上記のモータ１〜７は、強度が向上した積層電磁鋼板で構成されたロータ１０、３０、４０、６０、７０、９０、及び１００を用いることで、簡易な構造で、渦電流を防止して、鉄損失を抑制することができるので、車両への搭載性を悪化することなく、出力密度を高めると共に、高効率化を図ることができる。

なお、上記の実施の形態では、インナーロータ式、且つラジアルギャップ方式のブラシレスＤＣモータを例に説明したが、例えば、本発明は、アウターロータ式のモータ（電動機）、又はオルタネータ（発電機）や、アキシャルギャップ方式のモータ、又はオルタネータなどにも適用することができる。また、ステータコア２１も積層電磁鋼板で構成するとよい。

本発明のロータは、永久磁石の磁束の短絡を多くし、ロータから出る磁束量を十分に低減すると共に、簡易な構造で、渦電流を防止して、鉄損失を抑制することで効率を向上することができるので、特に車両に搭載する電動機や発電機などの回転電機に利用することができる。

１〜７ モータ（回転電機）
１０、３０、４０、６０、７０、９０、１００ ロータ
１１、３１、４１、７１ａ、７１ｂ ロータコア
１２、３２、４２、７２ａ、７２ｂ 励磁コイル
１３、３３、４３、７３ａ、７３ｂ 永久磁石
１４、３４、４４、７４、９２、１０１ 補強ピン
１５、４５ａ、４５ｂ、７５ａ、７５ｂ 外周面
１６、３６ａ、３６ｂ、４６ａ、４６ｂ、７６ａ、７６ｂ アーム部
１７、３７ａ、３７ｂ、４７ａ、４７ｂ、７７ａ、７７ｂ アーム
１８、４８ａ、４８ｂ、７８ａ、７８ｂ、９４ａ、９４ｂ 磁石用孔
１９、４９、７９ａ、７９ｂ、１０２ａ、１０２ｂ 補強ピン用孔
２０ ステータ
５０、６１ａ〜６１ｃ、８０、９４、１０３ 補強板
５１、８１、９５、１０４ 挿通孔

Claims (7)

1. 積層電磁鋼板で構成されるロータコアの端部に、回転周方向に略等間隔で配置される複数のアームを備えると共に、
   前記ロータコアのステータと対向する対向面の付近に、回転軸方向に貫通するように設けられ、前記アームの幅端部に隣接する磁石用孔と、同極が略向き合うように前記磁石用孔に収められる永久磁石と、を備えるロータにおいて、
   前記アームの幅の長さを、前記磁石用孔を回転周方向に略等間隔に配置したときの前記アームの幅の長さよりも広く形成すると共に、
   前記アームを介して一方の極が向き合う前記永久磁石の間の間隔を、前記アームを介さず他方の極が向き合う前記永久磁石の間の間隔よりも大きく形成することを特徴とするロータ。
2. 前記磁石用孔と前記永久磁石とを回転軸方向に分割すると共に、
   前記ロータコアの一方の端部の前記アームと、前記ロータコアの他方の端部の前記アームを、回転軸方向で重ならないように配置し、
   前記ロータコアの一方の端部側の前記磁石用孔と前記永久磁石と、前記ロータコアの他方の端部側の前記磁石用孔と前記永久磁石との位置が回転周方向にずれることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
3. 非磁性材で形成し、前記対向面を回転軸方向に分割する補強板を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のロータ。
4. 前記対向面を前記ロータコアの外周面とし、
   円環状に形成した前記補強板の内周面の半径を、前記ロータコアのロータ軸の外周面の半径以上になるように形成すると共に、前記補強板が前記対向面と前記磁石用孔と前記永久磁石とを前記回転軸方向に分割することを特徴とする請求項３に記載のロータ。
5. 前記対向面の付近に、回転軸方向に貫通するように複数設けられると共に、回転周方向に略等間隔に、且つ前記磁石用孔の間に配置される補強ピン用孔と、前記補強ピン用孔に挿入される補強ピンを備え、
   円環状に形成した前記補強板に前記補強ピンが挿通する挿通孔を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載のロータ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のロータを備えることを特徴とする回転電機。
7. 請求項６に記載の回転電機が、インナーロータ式かつラジアルギャップ方式であるブラシレス回転電機であることを特徴とする回転電機。

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