JP2021118671A - ロータ、ロータの製造方法及び回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術と比較してリブを薄くしても遠心力に耐えることができるとともに、トルクを向上したロータ、このロータの製造方法及びこのロータを用いた回転電機を提供する。【解決手段】ロータ５は、複数の磁石挿入孔２１を有する環状のロータコア６と、ロータコア６の磁石挿入孔２１に挿入される永久磁石７と、ロータコア６の径方向の外側からロータコア６を覆う円環部材８と、を備え、円環部材８は、ロータコア６に対して径方向に圧縮応力を付与した状態でロータコア６の外周部に固定される。この圧縮応力は、ロータコア６の疲労限度線図に基づいて設定される。【選択図】図３

Description

本発明は、ロータ、ロータの製造方法及び回転電機に関するものである。

従来、永久磁石が内部に埋設されたロータコアを有する磁石埋込型回転電機（いわゆるＩＰＭモータ。ＩＰＭ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）の構成が知られている。磁石埋込型回転電機に用いられるロータでは、ロータ回転時の遠心力に対するロータの強度を向上する技術が種々提案されている。

例えば特許文献１には、永久磁石が内部に埋め込まれたロータコアを有する回転電機において、繊維強化プラスチック管がロータコアに外挿されて固定されている構成が開示されている。繊維強化プラスチック管を構成する繊維は格子状に配置され、周方向の繊維密度よりも軸方向の繊維密度の方が大きくされている。特許文献１に記載の技術によれば、軸方向に延在する繊維と周方向に延在する繊維との間に樹脂を介在させることにより、軸方向に延在する繊維と周方向に延在する繊維との間で絶縁性を確保し、渦電流を発生させるループを形成しないようにする。よって、ロータの強度を高めつつ、ロータで発生する渦電流損失を抑制することができるとされている。

特許第６２２０３２８号公報

ところで、一般に磁石埋込型回転電機では、ロータコアのうち、永久磁石の外周側に位置し、ロータ回転時に永久磁石の遠心力を受ける部分（リブ）において大きな応力が作用する。このため、遠心力に対するロータコアの強度を高めるためには、リブを厚くするのが望ましい、一方、リブを厚くすると、永久磁石の漏れ磁束が増加し、トルクが減少する。このため、ロータの強度とトルクとはトレードオフの関係にあり、例えば回転時の遠心力でリブが破断しない程度に十分なリブの厚みを確保した場合は、所望のトルクが得られないという課題があった。
ここで、特許文献１に記載の技術にあっては、繊維強化プラスチック管をロータコアの外周部に配置するのみに留まる。このため、上記の課題に対して、ロータコアに作用する遠心力の影響を十分に低減できないおそれがあった。また、リブの厚みを薄くすることに限界があり、十分なトルクが得られないおそれがあった。

そこで、本発明は、従来技術と比較してリブを薄くしても遠心力に耐えることができるとともに、トルクを向上したロータ、このロータの製造方法及びこのロータを用いた回転電機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明に係るロータ（例えば、第１実施形態におけるロータ５）は、複数の磁石挿入孔（例えば、第１実施形態における磁石挿入孔２１）を有する環状のロータコア（例えば、第１実施形態におけるロータコア６）と、前記ロータコアの前記磁石挿入孔に挿入される永久磁石（例えば、第１実施形態における永久磁石７）と、前記ロータコアの径方向の外側から前記ロータコアを覆う円環部材（例えば、第１実施形態における円環部材８）と、を備え、前記円環部材は、前記ロータコアに対して前記径方向に圧縮応力を付与した状態で前記ロータコアの外周部に固定されることを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明に係るロータは、前記圧縮応力は、前記ロータコアの疲労限度線図に基づいて設定されることを特徴としている。

また、請求項３に記載の発明に係るロータは、前記円環部材は、前記ロータコアに圧入されていることを特徴としている。

また、請求項４に記載の発明に係るロータは、前記ロータコアは、前記外周部から前記径方向の外側に向かって突出する凸部（例えば、第２実施形態における凸部２０６）を有し、前記凸部は、前記ロータコアに挿入された前記永久磁石の角部（例えば、第２実施形態における角部２５０）と対応する位置に設けられることを特徴としている。

また、請求項５に記載の発明に係るロータは、前記磁石挿入孔は、前記ロータコアの軸方向から見て、前記ロータコアの外周面より前記径方向の外側に円弧中心を有し、前記ロータコアの外周部に位置する前記磁石挿入孔の一端から他端まで前記ロータコアのｄ軸を跨いで連続する円弧状に形成されており、前記ロータコアは、前記磁石挿入孔の端部と対応する位置において、前記磁石挿入孔と前記ロータコアの外周面とを接続する連通部（例えば、第４実施形態における連通部４７０）を有することを特徴としている。

また、請求項６に記載の発明に係るロータは、前記磁石挿入孔は、前記ロータコアの軸方向から見て、前記ロータコアの外周面より前記径方向の外側に円弧中心を有し、前記ロータコアの外周部に位置する前記磁石挿入孔の一端から他端まで前記ロータコアのｄ軸を跨いで連続する円弧状に形成されており、前記磁石挿入孔は、前記径方向に並んで複数設けられ、前記ロータコアは、複数の前記磁石挿入孔のうち前記径方向の最も内側に位置する前記磁石挿入孔の端部と対応する位置において、前記径方向の内側に向かって凹むとともに前記軸方向に沿って延びる凹部（例えば、第１実施形態における凹部２５）を有することを特徴としている。

また、請求項７に記載の発明に係るロータの製造方法は、上述のロータの製造方法であって、前記ロータコアの前記磁石挿入孔に前記永久磁石を挿入する磁石挿入工程と、前記ロータコアに対して前記径方向に前記圧縮応力を付与した状態で、前記ロータコアの前記外周部に前記円環部材を配置する円環部材配置工程と、を有することを特徴としている。

また、請求項８に記載の発明に係るロータの製造方法は、上述のロータの製造方法であって、前記磁石挿入孔の前記永久磁石と前記ロータコアとの空隙に樹脂を充填する樹脂充填工程と、前記樹脂が硬化した後、前記ロータコアのうち前記磁石挿入孔の端部と対応する位置に前記連通部を形成する連通部形成工程と、を有することを特徴としている。

また、請求項９に記載の発明に係る回転電機（例えば、第１実施形態における回転電機１）は、上述のロータと、前記ロータに対して前記径方向の外側に隙間をあけて配置されるステータ（例えば、第１実施形態におけるステータ３）と、を備えることを特徴としている。

本発明の請求項１に記載のロータによれば、円環部材は、ロータコアに対して圧縮応力を付与した状態でロータコアの外周部に固定される。これにより、ロータコアのうち、永久磁石と円環部材との間に位置するリブに径方向内側を向く円環部材からの初期圧縮応力が作用する。ロータが回転すると、ロータコアのリブには、円環部材からの初期圧縮応力と、永久磁石及びロータコアの遠心力と、が作用する。これにより、ロータコアのリブに作用する径方向外側を向く引張応力を低減できる。このため、ロータコアを形成する材料の許容応力範囲内における広い領域を使用することができる。よって、従来技術と比較してリブを薄くした場合であっても、遠心力に対してロータコアの強度を高めることができる。
また、従来技術と比較してリブを薄くすることができるので、永久磁石からの磁束漏れを低減し、トルク密度を増加させることができる。
したがって、従来技術と比較してリブを薄くしても遠心力に耐えることができるとともに、トルクを向上したロータを提供できる。

本発明の請求項２に記載のロータによれば、圧縮応力は、ロータコアの疲労限度線図に基づいて設定される。これにより、ロータ回転時の遠心力と、円環部材により付与される圧縮応力と、を考慮した、高回転時の遠心力に耐え得るロータ設計が可能となる。また、疲労限度線図を最大限に利用できるので、従来技術と比較してリブを薄くすることができる。

本発明の請求項３に記載のロータによれば、円環部材は、ロータコアに圧入されている。このように、円環部材をロータコアに圧入することにより、ロータコアに圧縮応力を付与できる。よって、容易にロータコアに圧縮応力を付与できる。

本発明の請求項４に記載のロータによれば、ロータコアは、凸部を有し、凸部は、ロータコアに挿入された永久磁石の角部と対応する位置に設けられる。これにより、ロータコアのうち、永久磁石の遠心力を受け易いリブと対応する位置に凸部を設けることができる。この状態で、ロータコアの外周部に円環部材を配置した場合、凸部が設けられたリブには、他の場所と比較して大きな初期圧縮応力を付与できる。よって、特に大きな遠心力が作用し易い永久磁石の角部と対応するリブにおいて、円環部材による初期圧縮応力と、遠心力と、が作用することにより、ロータコアのリブに作用する径方向外側を向く引張応力を低減できる。
また、例えば複数の永久磁石を設ける場合であって、各永久磁石の角部と対応する位置に設けられたリブの厚みが互いに異なる場合がある。この場合、積極的に圧縮応力を付与したい部分にのみ凸部を設けることができる。よって、周方向において任意の部分に必要な大きさの圧縮応力を付与できる。また、リブの厚みや永久磁石の大きさ等、ロータの設計自由度を向上できる。

本発明の請求項５に記載のロータによれば、磁石挿入孔は、軸方向から見て、ロータコアのｄ軸を跨いで連続する円弧状に形成されており、ロータコアは、磁石挿入孔の端部と対応する位置に連通部を有する。連通部は、磁石挿入孔の端部とロータコアの外周面とを接続するので、磁石挿入孔の端部と対応する位置にロータコアのリブが設けられることを抑制できる。これにより、磁石挿入孔の端部にリブが設けられる場合と比較して、リブからの磁束漏れを抑制できる。すなわち、磁石挿入孔の端部と対応する部分からの磁束漏れを効果的に抑制できる。ロータコアの外周部には円環部材が設けられる。これにより、連通部を形成したことで磁石挿入孔に対して径方向の内側と外側とで分割されたロータコアが分解されることを抑制できる。よって、遠心力に対するロータ強度を高めつつ、磁束漏れを抑制した高性能なロータとすることができる。

本発明の請求項６に記載のロータによれば、磁石挿入孔は、軸方向から見て、ロータコアのｄ軸を跨いで連続する円弧状に形成されており、ロータコアは、複数の磁石挿入孔のうち最も径方向の内側に位置する磁石挿入孔の端部と対応する位置に凹部を有する。凹部は軸方向に沿って延びているので、ロータコアの外周部に円環部材を配置した場合、凹部と円環部材との間に軸方向に延びる貫通孔が形成される。この貫通孔に冷却用の冷媒を流通させることができる。よって、ロータコアを効果的に冷却できる。
凹部は、磁石挿入孔の端部と対応する位置において径方向の内側に向かって凹んでいる。これにより、凹部を有しない場合と比較して、磁石挿入孔の円弧長さが短くなるので、磁石挿入孔に挿入された永久磁石の端部と磁石挿入孔の端部との空隙の体積が小さくできる。よって、永久磁石をロータコアに固定するために磁石挿入孔内に充填される樹脂の量を削減できる。したがって、ロータコアの冷却効果を高めつつ加工コストを削減できる。

本発明の請求項７に記載のロータの製造方法によれば、ロータの製造方法は、磁石挿入工程と、円環部材配置工程と、を有する。円環部材配置工程では、ロータコアに対して圧縮応力を付与した状態で、ロータコアの外周部に円環部材を配置する。これにより、ロータコアのうち、永久磁石と円環部材との間に位置するリブに円環部材からの初期圧縮応力が作用する。この状態でロータが回転すると、ロータコアのリブには、円環部材からの初期圧縮応力と、永久磁石及びロータコアの遠心力と、が作用する。これにより、ロータコアのリブに作用する径方向外側を向く引張応力を低減できる。よって、従来技術と比較してリブを薄くした場合であっても、遠心力に対してロータコアの強度を高めることができる。
また、従来技術と比較してリブを薄くすることができるので、永久磁石からの磁束漏れを低減し、トルク密度を増加させることができる。
したがって、リブの厚みを低減しても遠心力に耐えることができるとともに、リブの厚みを低減することによりトルク効率を向上したロータの製造方法を提供できる。

本発明の請求項８に記載のロータの製造方法によれば、ロータの製造方法は、樹脂充填工程と、連通部形成工程と、を有する。樹脂充填工程では、磁石挿入孔の永久磁石とロータコアとの空隙に樹脂を充填する。これにより、磁石挿入孔内に永久磁石を確実に固定できる。連通部形成工程では、樹脂充填工程で充填された樹脂が硬化した後、ロータコアのうち磁石挿入孔の端部と対応する位置に連通部を形成する。連通部は、例えば機械加工によりロータコアを除去することにより形成される。このように、連通部形成工程では、磁石挿入孔に充填された樹脂により、磁石挿入孔に対して径方向の内側及び外側に位置するロータコア同士が固定された状態で連通部を形成する。このため、連通部を形成した際にロータコアが分解されることを抑制できる。よって、製造工程を煩雑化することなく、磁気特性に優れたロータコアを製造できる。

本発明の請求項９に記載の回転電機によれば、上述のロータと、ロータに対して径方向の外側に隙間をあけて配置されるステータと、を備える。これにより、従来技術と比較してリブを薄くしても遠心力に耐えることができるとともに、従来技術と比較してリブの厚みを低減することによりトルク効率を向上したロータを備えた、高効率な回転電機を提供できる。

第１実施形態に係る回転電機の断面図。 第１実施形態に係るロータの正面図。 図２のＩＩＩ部拡大図。 第１実施形態に係るロータコアの疲労限度線図。 第２実施形態に係るロータコアの部分正面図。 図５のＶＩ部拡大図。 第３実施形態に係るロータコアの部分正面図。 第４実施形態に係るロータの部分正面図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
（回転電機）
図１は、第１実施形態に係る回転電機１の断面図である。
回転電機１は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される走行用モータである。但し、本発明の構成は、走行用モータに限らず、発電用モータやその他用途のモータ、車両用以外の回転電機１（発電機を含む）としても適用可能である。
回転電機１は、ケース２と、ステータ３と、シャフト４と、ロータ５と、を備える。

（ケース）
ケース２は、ステータ３、シャフト４及びロータ５を収容している。ケース２の内部には、不図示の冷媒が収容されている。上述したステータ３、シャフト４及びロータ５は、ケース２の内部において、一部が冷媒に浸漬された状態で配置されている。なお、冷媒としては、トランスミッションの潤滑や動力伝達等に用いられる作動油である、ＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｆｌｕｉｄ）等が好適に用いられている。
以下の説明では、シャフト４の回転軸である軸線Ｃに沿う方向を単に軸方向といい、軸線Ｃに直交する方向を径方向といい、軸線Ｃ周りの方向を周方向という場合がある。

（ステータ）
ステータ３は、ケース２の内壁面に固定されている。ステータ３は、環状に形成されている。ステータ３は、ステータコア１１と、コイル１２と、を有する。
ステータコア１１は、複数の鋼板を軸方向に積層して形成される積層コアである。ステータコア１１は、軸線Ｃを中心とする環状に形成されている。ステータコア１１の外周部は、ケース２の内壁面に固定されている。ステータコア１１は、ステータコア１１の内周部から径方向内側に向かって突出する不図示のティースを有する。ティースは周方向に複数設けられている。各ティース間はスロット（不図示）とされている。

コイル１２は、ステータコア１１のスロットに挿入されている。コイル１２は、例えば複数の銅線セグメントをスロットに挿入することにより、ステータコア１１に装着されている。コイル１２は、ステータコア１１のスロットに挿入されるコイル挿通部１２ａと、ステータコア１１から軸方向の両側に突出するコイルエンド１２ｂと、を有する。

（シャフト）
シャフト４は、軸線Ｃを中心とする筒状に形成されている。シャフト４は、ケース２に取り付けられた軸受１５を介してケース２に対して回転可能に支持されている。シャフト４は、軸線Ｃ回りに回転する。

（ロータ）
ロータ５は、シャフト４の外周面に固定されている。ロータ５は、環状に形成されている。ロータ５は、ステータ３に対して径方向の内側に、間隔をあけて配置されている。ロータ５は、軸線Ｃ回りにシャフト４と一体で回転可能に構成されている。ロータ５は、ロータコア６と、永久磁石７と、円環部材８と、を有する。

図２は、第１実施形態に係るロータ５の正面図である。図３は、図２のＩＩＩ部拡大図であって、ロータコア６に作用する平均応力σ１を表すコンター図である。図３のコンター図において、色が濃くなるほど、ロータコア６に作用する圧縮応力（平均応力σ１は負の値）が大きいことを示している。
図１及び図２に示すように、ロータコア６は、軸線Ｃを中心とする環状に形成されている。ロータコア６は、磁石挿入孔２１と、エンドリブ２２（図３参照）と、シャフト挿通孔２３と、貫通孔２４と、を有する。

磁石挿入孔２１は、ロータコア６の外周部に設けられている。磁石挿入孔２１は、径方向に並んで複数設けられている。具体的に、磁石挿入孔２１は、第一磁石挿入孔３１と、第二磁石挿入孔３２と、第三磁石挿入孔３３と、を有する。
第一磁石挿入孔３１は、ロータコア６を軸方向に貫通している。第一磁石挿入孔３１は、軸方向から見て、ロータコア６の外周面６ａより径方向の外側に円弧中心を有する円弧状に形成されている。第一磁石挿入孔３１は、軸方向から見て、ロータコア６のｄ軸を跨いで連続する円弧状に形成されている。図３に示すように、第一磁石挿入孔３１の両端部３５は、ロータコア６の外周部に位置している。具体的に、第一磁石挿入孔３１の両端部３５は、ロータコア６の外周面６ａより径方向の内側に位置している。第一磁石挿入孔３１は、周方向において等間隔に複数（本実施形態では８個）設けられている。

第二磁石挿入孔３２は、第一磁石挿入孔３１より径方向の内側に設けられている。第二磁石挿入孔３２は、ロータコア６を軸方向に貫通している。軸方向から見て、第二磁石挿入孔３２は、第一磁石挿入孔３１と同等な曲率を有する円弧状に形成されている。第二磁石挿入孔３２は、軸方向から見て、ロータコア６のｄ軸を跨いで連続する円弧状に形成されている。第二磁石挿入孔３２の両端部３６は、ロータコア６の外周部に位置している。具体的に、第二磁石挿入孔３２の両端部３６は、ロータコア６の外周面６ａより径方向の内側に位置している。第二磁石挿入孔３２は、周方向において等間隔に複数（本実施形態では８個）設けられている。

第三磁石挿入孔３３は、第二磁石挿入孔３２より径方向の内側に設けられている。第三磁石挿入孔３３は、径方向に並ぶ複数の磁石挿入孔２１のうち最も径方向の内側に位置している。第三磁石挿入孔３３は、ロータコア６を軸方向に貫通している。軸方向から見て、第三磁石挿入孔３３は、第二磁石挿入孔３２と同等な曲率を有する円弧状に形成されている。第三磁石挿入孔３３は、軸方向から見て、ロータコア６のｄ軸を跨いで連続する円弧状に形成されている。第三磁石挿入孔３３の両端部３７は、ロータコア６の外周部に位置している。具体的に、第三磁石挿入孔３３の両端部３７は、第一磁石挿入孔３１の端部３５及び第二磁石挿入孔３２の端部３６よりも径方向の内側で終端している。第三磁石挿入孔３３は、周方向において等間隔に複数（本実施形態では８個）設けられている。

ロータコア６は、第三磁石挿入孔３３の端部３７と対応する位置に凹部２５を有する。凹部２５は、ロータコア６の外周面６ａから径方向の内側に向かって凹んでいる。凹部２５は、１個の第三磁石挿入孔３３において、第三磁石挿入孔３３の両端部３７に対応して一対設けられている。凹部２５は、軸方向に沿って延びている。

エンドリブ２２は、磁石挿入孔２１の端部３５，３６，３７よりも径方向の外側に設けられている。エンドリブ２２は、第一エンドリブ４１と、第二エンドリブ４２と、第三エンドリブ４３と、を有する。
第一エンドリブ４１は、第一磁石挿入孔３１の端部３５と、ロータコア６の外周面６ａと、の間に設けられている。第一エンドリブ４１は、１個の第一磁石挿入孔３１における両端部３５に対応して一対設けられている。第一エンドリブ４１は、ロータコア６のうち、第一磁石挿入孔３１より径方向の内側に位置する部分と、第一磁石挿入孔３１より径方向の外側に位置する部分と、を接続している。

第二エンドリブ４２は、第二磁石挿入孔３２の端部３６と、ロータコア６の外周面６ａと、の間に設けられている。第二エンドリブ４２は、１個の第二磁石挿入孔３２における両端部３６に対応して一対設けられている。第二エンドリブ４２は、ロータコア６のうち、第二磁石挿入孔３２より径方向の内側に位置する部分と、第二磁石挿入孔３２より径方向の外側に位置する部分と、を接続している。軸方向から見て、第二エンドリブ４２の厚みは、第一エンドリブ４１の厚みと同等となっている。

第三エンドリブ４３は、第三磁石挿入孔３３の端部３７と、凹部２５の底部２５ａと、の間に設けられている。第三エンドリブ４３は、１個の第三磁石挿入孔３３における両端部３７に対応して一対設けられている。第三エンドリブ４３は、ロータコア６のうち、第三磁石挿入孔３３より径方向の内側に位置する部分と、第三磁石挿入孔３３より径方向の外側に位置する部分と、を接続している。軸方向から見て、第三エンドリブ４３の厚みは、第二エンドリブ４２の厚みと同等となっている。
図３のコンター図に示すように、このように形成された各エンドリブ４１，４２，４３には、後述する円環部材８が装着されることにより、径方向に沿う圧縮応力が作用している。

ここで、第三磁石挿入孔３３の端部３７と対応する位置に設けられた第三エンドリブ４３には、第一エンドリブ４１及び第二エンドリブ４２と比較して大きな遠心力（径方向に沿う引張応力）が作用する。軸方向から見た第三エンドリブ４３の傾斜角度は、第一エンドリブ４１及び第二エンドリブ４２と比較して、ロータコアのｄ軸とのなす角度が小さくなるように形成されている。具体的に、本実施形態において、第三エンドリブ４３は、軸方向から見て、ｄ軸から周方向に離間するにつれて径方向の内側に位置するように傾斜している。このように、大きな遠心力が作用する第三エンドリブ４３の傾斜角度をｄ軸に沿うように形成することで、ロータ回転時に第三エンドリブ４３に作用する引張応力に対して第三エンドリブ４３の剛性を高めることが可能となる。
なお、第三エンドリブ４３の傾斜角度は、図３等に図示した傾斜角度に限定されない。第三エンドリブ４３は、ロータコアのｄ軸とのなす角度が小さいほど望ましい。

図２に示すように、シャフト挿通孔２３は、磁石挿入孔２１より径方向の内側に設けられている。シャフト挿通孔２３は、ロータコア６を軸方向に貫通している。シャフト挿通孔２３は、軸線Ｃと同軸上に設けられている。シャフト挿通孔２３には、シャフト４が挿入されている（図１参照）。シャフト４は、例えばシャフト挿通孔２３に圧入されて固定されている。

貫通孔２４は、径方向において、磁石挿入孔２１とシャフト挿通孔２３との間に設けられている。貫通孔２４は、ロータコア６を軸方向に貫通している。貫通孔２４は、周方向に隣り合う第三磁石挿入孔３３（磁石挿入孔２１）の間に設けられている。軸方向から見て、貫通孔２４は、径方向の外側に頂部を有する三角形状に形成されている。貫通孔２４の内部は、冷媒が流通可能とされている。

永久磁石７は、複数設けられている。永久磁石７は、各磁石挿入孔２１に挿入されている。各永久磁石７は、軸方向から見て、各永久磁石７が挿入される磁石挿入孔２１の形状に沿う円弧状に形成されている。磁石挿入孔２１に永久磁石７が挿入された状態で、永久磁石７の径方向の外側を向く面には、樹脂材料５１が充填されて固定されている。永久磁石７の長手方向に沿う長さは、磁石挿入孔２１の長手方向に沿う長さより短い。永久磁石７の端部とロータコア６との間には、間隙５２が設けられている。この間隙５２は、フラックスバリアとして機能する。

図２及び図３に示すように、円環部材８は、ロータコア６の外周面６ａに設けられている。円環部材８は、径方向の外側からロータコア６を覆っている。円環部材８は、非磁性体であって、導電率が低い材料により形成されている。具体的に、円環部材８は、例えばステンレス等の金属材料や、ＣＦＲＰなどの合成繊維材料等により形成されている。円環部材８は、軸線Ｃを中心とする環状に形成されている。円環部材８の軸方向に沿う長さ寸法は、ロータコア６の軸方向に沿う長さ寸法と同等となっている。円環部材８は、ロータコア６に対して径方向に圧縮応力を付与した状態でロータコア６の外周面６ａに固定されている。具体的に、円環部材８は、ロータコア６に圧入されることにより、ロータコア６に圧縮応力を付与している。円環部材８によりロータコア６に付与される圧縮応力の大きさは、ロータコア６の疲労限度線図に基づいて設定される。

図４は、第１実施形態に係るロータコア６の疲労限度線図である。
図４の横軸は、ロータコア６のエンドリブ２２に作用する平均応力σ１を表す。ロータコア６のエンドリブ２２に径方向の外側を向く引張応力が作用した場合、平均応力σ１は正の値となる。ロータコア６のエンドリブ２２に径方向の内側を向く圧縮応力が作用した場合、平均応力σ１は負の値となる。図４の縦軸は、ロータ５が回転した際にロータコア６のエンドリブ２２に作用する応力振幅σ２の大きさを表している。図４の折れ線Ｌは、各平均応力σ１の値に対してロータコア６のエンドリブ２２が疲労破壊する応力振幅σ２の値をプロットした降伏限界を示している。つまり、折れ線Ｌより外側の領域は、ロータコア６のエンドリブ２２が疲労破壊する領域（以下、破断エリアという場合がある。）となっている。

ここで、図４の矢印Ａに示すように、円環部材８がロータコア６に対して圧縮応力を付与しない状態でロータコア６に固定される従来技術にあっては、回転による遠心力や応力振幅σ２によりエンドリブ２２に作用する応力が折れ線Ｌで示す値を超えやすくなる。具体的に、従来技術において、ロータコア６のエンドリブ２２に作用する初期圧縮応力はほぼ零である。この状態で、ロータコア６のシャフト４挿入孔にシャフト４が例えば圧入される場合がある。この場合、シャフト４の圧入応力により、ロータコア６には、径方向の外側を向く引張応力が作用する（矢印Ａ１参照）。さらに、ロータ５が高速回転すると、回転による遠心力がロータコア６に作用してエンドリブ２２の平均応力σ１が増加するとともに、応力振幅σ２が上昇する（矢印Ａ２参照）。これにより、ロータコア６におけるエンドリブ２２の疲労限度が破断エリアに達し易い。

一方、図４の矢印Ｂに示すように、円環部材８がロータコア６に圧入固定された場合、円環部材８からの圧縮応力により、ロータコア６のエンドリブ２２には、径方向の内側を向く初期圧縮応力が作用する（矢印Ｂ１参照）。この状態で、ロータコア６にシャフト４が挿入されてロータ５が高速回転すると、シャフト４の圧入応力及び回転による遠心力がロータコア６に作用する。よって、エンドリブ２２の平均応力σ１が増加するとともに、応力振幅σ２が上昇する（矢印Ｂ２参照）。
このとき、ロータコア６のエンドリブ２２には、円環部材８による圧縮応力と、遠心力等による引張応力と、が作用している。これにより、ロータコア６のエンドリブ２２に作用する平均応力σ１は、従来技術と比較して小さくなる。よって、応力振幅σ２が作用した場合であっても、ロータコア６におけるエンドリブ２２の疲労限度が破断エリアに達しない。つまり、本実施形態において、ロータコア６は、ロータ５回転時の遠心力等に耐え得る構造となっている。

（ロータの製造方法）
次に、上述したロータ５の製造方法について説明する。
ロータ５の製造方法は、磁石挿入工程と、円環部材配置工程と、を有する。
磁石挿入工程では、ロータコア６の各磁石挿入孔２１に永久磁石７をそれぞれ挿入する。

円環部材配置工程では、ロータコア６に対して径方向に圧縮応力を付与した状態で、ロータコア６の外周部に円環部材８を配置する。本実施形態において、円環部材配置工程では、円環部材８をロータコア６に圧入することにより、ロータコア６の外周面６ａに円環部材８を固定する。具体的に、ロータコア６に装着される前の円環部材８の内径は、ロータコア６の外径より小さく形成されている。ロータコアに円環部材８を装着する際には、円環部材８を径方向の外側に向けて押し広げるとともに、軸方向から円環部材８の内周部にロータコア６を挿入する。円環部材配置工程において、円環部材８は、ロータコア６装着時にロータコア６に付与する圧縮応力が所定の値となるように設定される。所定の値は、上述したロータコア６の疲労限度線図に基づいて設定される。

（作用、効果）
次に、上述のロータ５、ロータ５の製造方法及び回転電機１の作用、効果について説明する。
本実施形態のロータ５によれば、円環部材８は、ロータコア６に対して圧縮応力を付与した状態でロータコア６の外周部に固定される。これにより、ロータコア６のうち、永久磁石７と円環部材８との間に位置するエンドリブ２２に径方向内側を向く円環部材８からの初期圧縮応力が作用する（図３参照）。図３のコンター図に示すように、このとき、各エンドリブ４１，４２，４３には、同等の大きさの初期圧縮応力が作用している。これにより、ロータコア６のエンドリブ４１，４２，４３には、ロータコア６の他の部分と比較して大きな圧縮応力が作用している。

ロータ５が回転すると、ロータコア６のエンドリブ２２には、円環部材８からの初期圧縮応力と、永久磁石７及びロータコア６の遠心力と、が作用する。これにより、ロータコア６のエンドリブ２２に作用する径方向外側を向く引張応力を低減できる。このため、ロータコア６を形成する材料の許容応力範囲内における広い領域を使用することができる。よって、従来技術と比較してエンドリブ２２を薄くした場合であっても、遠心力に対してロータコア６の強度を高めることができる。
また、従来技術と比較してエンドリブ２２を薄くすることができるので、永久磁石７からの磁束漏れを低減し、トルク密度を増加させることができる。
したがって、従来技術と比較してエンドリブ２２を薄くしても遠心力に耐えることができるとともに、トルクを向上したロータ５を提供できる。

圧縮応力は、ロータコア６の疲労限度線図に基づいて設定される。これにより、ロータ回転時の遠心力と、円環部材８により付与される圧縮応力と、を考慮した、高回転時の遠心力に耐え得るロータ５設計が可能となる。また、疲労限度線図を最大限に利用できるので、従来技術と比較してエンドリブ２２を薄くすることができる。

円環部材８は、ロータコア６に圧入されている。このように、円環部材８をロータコア６に圧入することにより、ロータコア６に圧縮応力を付与できる。よって、容易にロータコア６に圧縮応力を付与できる。

磁石挿入孔２１は、軸方向から見て、ロータコア６のｄ軸を跨いで連続する円弧状に形成されており、ロータコア６は、複数の磁石挿入孔２１のうち最も径方向の内側に位置する第三磁石挿入孔３３の端部と対応する位置に凹部２５を有する。凹部２５は軸方向に沿って延びているので、ロータコア６の外周部に円環部材８を配置した場合、凹部２５と円環部材８との間に軸方向に延びる貫通孔が形成される。この貫通孔に冷却用の冷媒を流通させることができる。よって、ロータコア６を効果的に冷却できる。
凹部２５は、磁石挿入孔２１の端部と対応する位置において径方向の内側に向かって凹んでいる。これにより、凹部２５を有しない場合と比較して、磁石挿入孔２１の円弧長さが短くなるので、磁石挿入孔２１に挿入された永久磁石７の端部と磁石挿入孔２１の端部との空隙の体積が小さくできる。よって、永久磁石７をロータコア６に固定するために磁石挿入孔２１内に充填される樹脂材料５１の量を削減できる。したがって、ロータコア６の冷却効果を高めつつ加工コストを削減できる。

本実施形態のロータ５の製造方法によれば、ロータ５の製造方法は、磁石挿入工程と、円環部材配置工程と、を有する。円環部材配置工程では、ロータコア６に対して圧縮応力を付与した状態で、ロータコア６の外周部に円環部材８を配置する。これにより、ロータコア６のうち、永久磁石７と円環部材８との間に位置するエンドリブ２２に円環部材８からの初期圧縮応力が作用する。この状態でロータ５が回転すると、ロータコア６のリブには、円環部材８からの初期圧縮応力と、永久磁石７及びロータコア６の遠心力と、が作用する。これにより、ロータコア６のエンドリブ２２に作用する径方向外側を向く引張応力を低減できる。よって、従来技術と比較してエンドリブ２２を薄くした場合であっても、遠心力に対してロータコア６の強度を高めることができる。
また、従来技術と比較してエンドリブ２２を薄くすることができるので、永久磁石７からの磁束漏れを低減し、トルク密度を増加させることができる。
したがって、エンドリブ２２の厚みを低減しても遠心力に耐えることができるとともに、エンドリブ２２の厚みを低減することによりトルク効率を向上したロータ５の製造方法を提供できる。

本実施形態の回転電機１によれば、上述のロータ５と、ロータ５に対して径方向の外側に隙間をあけて配置されるステータ３と、を備える。これにより、従来技術と比較してリブを薄くしても遠心力に耐えることができるとともに、従来技術と比較してエンドリブ２２の厚みを低減することによりトルク効率を向上したロータ５を備えた、高効率な回転電機１を提供できる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について説明する。図５は、第２実施形態に係るロータコア６の部分正面図である。図６は、図５のＶＩ部拡大図である。以下の説明において、上述した第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態では、ロータコア６の外周部に凸部２０６が設けられる点において上述した実施形態と相違している。

本実施形態において、ロータコア６は、ロータコア６の外周部から径方向の外側に向かって突出する凸部２０６を有する。図６に示すように、凸部２０６は、ロータコア６に挿入された永久磁石７の角部２５０と対応する位置に設けられている。具体的に、本実施形態において、凸部２０６は、第一エンドリブ４１及び第二エンドリブ４２と対応する位置にそれぞれ設けられている。このロータコア６の外周部に円環部材８（図２参照）が配置されることにより、凸部２０６が設けられた第一エンドリブ４１及び第二エンドリブ４２には、凸部２０６が設けられていない他の部分（例えば、第三エンドリブ４３等）と比較して大きな圧縮応力が作用する。

本実施形態によれば、ロータコア６のうち、永久磁石７の遠心力を受け易いエンドリブ２２と対応する位置に凸部２０６を設けることができる。この状態で、ロータコア６の外周部に円環部材８を配置した場合、凸部２０６が設けられたエンドリブ２２には、他の場所と比較して大きな初期圧縮応力を付与できる。よって、特に大きな遠心力が作用し易い永久磁石７の角部２５０と対応するエンドリブ２２において、円環部材８による初期圧縮応力と、遠心力と、が作用することにより、ロータコア６のエンドリブ２２に作用する径方向外側を向く引張応力を低減できる。
また、例えば複数の永久磁石７を設ける場合であって、各永久磁石７の角部２５０と対応する位置に設けられたエンドリブ２２の厚みが互いに異なる場合がある。この場合、積極的に圧縮応力を付与したい部分にのみ凸部２０６を設けることができる。よって、周方向において任意の部分に必要な大きさの圧縮応力を付与できる。また、エンドリブ２２の厚みや永久磁石７の大きさ等、ロータ５の設計自由度を向上できる。

（第３実施形態）
次に、本発明に係る第３実施形態について説明する。図７は、第３実施形態に係るロータコア６の部分正面図である。以下の説明において、上述した第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態では、Ｖ字磁石を用いた点において上述した実施形態と相違している。

本実施形態において、ロータコア６は、Ｖ字状に配置される一対の磁石挿入孔３２１を有する。軸方向から見て、一対の磁石挿入孔３２１は、径方向の内側から径方向の外側へ向かうにつれて互いに周方向に離間するように延びている。磁石挿入孔３２１とロータコア６の外周面６ａとの間には、エンドリブ２２が設けられている。また、一対の磁石挿入孔３２１の間には、センターリブ３４０が設けられている。センターリブ３４０の厚みは、エンドリブ２２の厚みと同等となっている。一対の磁石挿入孔３２１には、それぞれ永久磁石３０７が挿入されている。各永久磁石３０７は、軸方向から見て矩形状に形成されている。
ロータコア６の外周部のうち、永久磁石３０７の角部３５０に対応する位置（すなわち、エンドリブ２２と対応する位置）には、凸部２０６が設けられている。凸部２０６は、ロータコア６の外周部から径方向の外側に向かって突出している。ロータコア６の外周部に円環部材８（図２参照）が配置されることにより、凸部２０６が設けられたエンドリブ２２には、凸部２０６が設けられていない他の部分と比較して大きな圧縮応力が作用する。

本実施形態によれば、Ｖ字磁石３０７を用いた場合に、従来技術と比較して各リブ（エンドリブ２２及びセンターリブ３４０）を薄くしても遠心力に耐えることができるとともに、トルクを向上したロータ５とすることができる。また、エンドリブ２２とセンターリブ３４０とを同等の厚みとすることにより、エンドリブ２２とセンターリブ３４０とに均等な圧縮応力を作用させることができる。
なお、本実施形態において、凸部２０６は設けられていなくてもよい。

（第４実施形態）
次に、本発明に係る第４実施形態について説明する。図８は、第４実施形態に係るロータ５の部分正面図である。図８では、円環部材８の図示を省略している。以下の説明において、上述した第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態では、ロータコア６に連通部４７０が設けられる点において上述した実施形態と相違している。

本実施形態の磁石挿入孔２１は、軸方向から見て、第１実施形態と同様、ロータコアの外周面より径方向の外側に円弧中心を有し、ｄ軸を跨いで連続する円弧状に形成されている。本実施形態において、ロータコア６は、磁石挿入孔２１の端部と対応する位置に連通部４７０を有する。連通部４７０は、磁石挿入孔２１とロータコア６の外周面６ａとを接続している。連通部４７０は、軸方向に沿って延びている。連通部４７０は、軸方向においてロータコア６の全体に亘って設けられている。連通部４７０が設けられることにより、ロータコア６は、第一コア４６１と、第二コア４６２と、第三コア４６３と、第四コア４６４と、に分割されている。第一コア４６１は、第三磁石挿入孔３３より径方向の内側に位置している。第二コア４６２は、第三磁石挿入孔３３と第二磁石挿入孔３２との間に位置している。第三コア４６３は、第二磁石挿入孔３２と第一磁石挿入孔３１との間に位置している。第四コア４６４は、第一磁石挿入孔３１より径方向の外側に位置している。

第一コア４６１、第二コア４６２、第三コア４６３、及び第四コア４６４は、各磁石挿入孔２１に充填された樹脂材料５１により、互いに固定されている。より具体的に、第一コア４６１と第二コア４６２とは、第三磁石挿入孔３３に充填された樹脂材料５１により互いに固定されている。第二コア４６２と第三コア４６３とは、第二磁石挿入孔３２に充填された樹脂材料５１により互いに固定されている。第三コア４６３と第四コア４６４とは、第一磁石挿入孔３１に充填された樹脂材料５１により互いに固定されている。これらの樹脂材料５１は、磁石挿入孔２１に挿入された永久磁石７をロータコア６に固定している。

次に、連通部４７０を有する上述のロータコアを製造するためのロータの製造方法について説明する。
本実施形態のロータ５の製造方法は、樹脂充填工程と、連通部形成工程と、を有する。
樹脂充填工程では、磁石挿入孔２１の永久磁石７とロータコア６との空隙に樹脂材料５１を充填する。このとき、樹脂材料５１は、磁石挿入孔２１のうち、永久磁石７の径方向の外側を向く面とロータコア６との空隙、及び永久磁石７の端部とロータコア６との空隙に充填される。
連通部形成工程では、樹脂充填工程で充填された樹脂材料５１が硬化した後、ロータコア６のうち磁石挿入孔２１の端部と対応する位置に連通部４７０を形成する。具体的に、連通部形成工程では、例えばワイヤカット等の機械加工によりロータコア６を除去することにより、連通部４７０を形成する。

本実施形態のロータ５によれば、磁石挿入孔２１は、軸方向から見て、ロータコア６のｄ軸を跨いで連続する円弧状に形成されており、ロータコア６は、磁石挿入孔２１の端部と対応する位置に連通部４７０を有する。連通部４７０は、磁石挿入孔２１の端部とロータコア６の外周面６ａとを接続するので、磁石挿入孔２１の端部と対応する位置にロータコア６のエンドリブ２２が設けられることを抑制できる。これにより、磁石挿入孔２１の端部にエンドリブ２２が設けられる場合と比較して、エンドリブ２２からの磁束漏れを抑制できる。すなわち、磁石挿入孔２１の端部と対応する部分からの磁束漏れを効果的に抑制できる。ロータコア６の外周部には円環部材８（図３参照）が設けられる。これにより、連通部４７０を形成したことで磁石挿入孔２１に対して径方向の内側と外側とで分割されたロータコア（第一コア４６１、第二コア４６２、第三コア４６３、及び第四コア４６４）が分解されることを抑制できる。よって、遠心力に対するロータ強度を高めつつ、磁束漏れを抑制した高性能なロータ５とすることができる。

また、本実施形態のロータの製造方法によれば、ロータ５の製造方法は、樹脂充填工程と、連通部形成工程と、を有する。樹脂充填工程では、磁石挿入孔２１の永久磁石７とロータコア６との空隙に樹脂材料５１を充填する。これにより、磁石挿入孔２１内に永久磁石７を確実に固定できる。連通部形成工程では、樹脂充填工程で充填された樹脂材料５１が硬化した後、ロータコア６のうち磁石挿入孔２１の端部と対応する位置に連通部４７０を形成する。連通部４７０は、例えば機械加工によりロータコア６を除去することにより形成される。このように、連通部形成工程では、磁石挿入孔２１に充填された樹脂材料５１により、磁石挿入孔２１に対して径方向の内側及び外側に位置するロータコア（第一コア４６１、第二コア４６２、第三コア４６３、及び第四コア４６４）同士が固定された状態で連通部４７０を形成する。このため、連通部４７０を形成した際にロータコア６が分解されることを抑制できる。よって、製造工程を煩雑化することなく、磁気特性に優れたロータ５を製造できる。

なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
第１実施形態では、ロータコア６は、円弧状に連なった磁石挿入孔２１を有する構成について説明したが、これに限らない。例えば第３実施形態で示すように、ロータコア６は、センターリブ３４０を挟んで周方向に並ぶ一対の磁石挿入孔２１を有してもよい。

凹部２５は設けられていなくてもよい。
磁石挿入孔２１の径方向に並ぶ個数及び周方向に並ぶ個数は、上述した実施形態に限定されない。
円環部材８によりロータコア６に圧縮応力を付与する方法としては、例えば熱間圧入や冷間圧入でもよい。また、円環部材８が合成繊維材料により形成される場合、ロータコア６の外周部に合成繊維を直接巻回するダイレクトワインディングにより圧縮応力を付与してもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した実施形態を適宜組み合わせてもよい。

１ 回転電機
３ ステータ
５ ロータ
６ ロータコア
７ 永久磁石
８ 円環部材
２１，３２１ 磁石挿入孔
２５ 凹部
２０６ 凸部
２５０，３５０ 角部
４７０ 連通部

Claims (9)

1. 複数の磁石挿入孔を有する環状のロータコアと、
   前記ロータコアの前記磁石挿入孔に挿入される永久磁石と、
   前記ロータコアの径方向の外側から前記ロータコアを覆う円環部材と、
   を備え、
   前記円環部材は、前記ロータコアに対して前記径方向に圧縮応力を付与した状態で前記ロータコアの外周部に固定されることを特徴とするロータ。
2. 前記圧縮応力は、前記ロータコアの疲労限度線図に基づいて設定されることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
3. 前記円環部材は、前記ロータコアに圧入されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロータ。
4. 前記ロータコアは、前記外周部から前記径方向の外側に向かって突出する凸部を有し、
   前記凸部は、前記ロータコアに挿入された前記永久磁石の角部と対応する位置に設けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のロータ。
5. 前記磁石挿入孔は、前記ロータコアの軸方向から見て、前記ロータコアの外周面より前記径方向の外側に円弧中心を有し、前記ロータコアの外周部に位置する前記磁石挿入孔の一端から他端まで前記ロータコアのｄ軸を跨いで連続する円弧状に形成されており、
   前記ロータコアは、前記磁石挿入孔の端部と対応する位置において、前記磁石挿入孔と前記ロータコアの外周面とを接続する連通部を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のロータ。
6. 前記磁石挿入孔は、前記ロータコアの軸方向から見て、前記ロータコアの外周面より前記径方向の外側に円弧中心を有し、前記ロータコアの外周部に位置する前記磁石挿入孔の一端から他端まで前記ロータコアのｄ軸を跨いで連続する円弧状に形成されており、
   前記磁石挿入孔は、前記径方向に並んで複数設けられ、
   前記ロータコアは、複数の前記磁石挿入孔のうち前記径方向の最も内側に位置する前記磁石挿入孔の端部と対応する位置において、前記径方向の内側に向かって凹むとともに前記軸方向に沿って延びる凹部を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のロータ。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のロータの製造方法であって、
   前記ロータコアの前記磁石挿入孔に前記永久磁石を挿入する磁石挿入工程と、
   前記ロータコアに対して前記径方向に前記圧縮応力を付与した状態で、前記ロータコアの前記外周部に前記円環部材を配置する円環部材配置工程と、
   を有することを特徴とするロータの製造方法。
8. 請求項５に記載のロータの製造方法であって、
   前記磁石挿入孔の前記永久磁石と前記ロータコアとの空隙に樹脂を充填する樹脂充填工程と、
   前記樹脂が硬化した後、前記ロータコアのうち前記磁石挿入孔の端部と対応する位置に前記連通部を形成する連通部形成工程と、
   を有することを特徴とするロータの製造方法。
9. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のロータと、
   前記ロータに対して前記径方向の外側に隙間をあけて配置されるステータと、
   を備えることを特徴とする回転電機。

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