JP2023102517A - ロータ及び回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の高速回転に対応することができる機械強度を有するロータを提供すること。【解決手段】ロータは、径方向に沿って複数層設けられると共にｄ軸を挟んで周方向に対称に設けられた磁石装填孔が形成されたロータコア、磁石装填孔内に配置された磁石を含む。ロータコアは、ｄ軸を挟んで隣接する一対の第１磁石装填孔の間に設けられた第１ブリッジ部、第１磁石装填孔よりも径方向内側に位置し、ｄ軸を挟んで隣接する一対の第２磁石装填孔の間に設けられた第２ブリッジ部、ロータコアの外周面と第１磁石装填孔との間に設けられた第３ブリッジ部、ロータコアの外周面と第２磁石装填孔との間に設けられた第４ブリッジ部を有する。第１ブリッジ部の最小幅をＬ１、第２ブリッジ部の最小幅をＬ２、第３ブリッジ部の最小幅をＬ３、第４ブリッジ部の最小幅をＬ４としたときに、Ｌ３＜Ｌ１＜Ｌ４＜Ｌ２の関係を満たす。【選択図】図７

Description

本発明は、ロータ及び回転電機に関する。

ロータに永久磁石を埋め込んで磁極を構成する埋込磁石式の回転電機では、永久磁石によって生成されるマグネットトルクと、ロータコアの磁気異方性に基づいて生成されるリラクタンストルクとの合成トルクが出力トルクとなる。従来、この出力トルクを増加させるため、永久磁石をロータの径方向に沿って複数層配置する技術が提案されている（例えば、特許文献１、２）。

国際公開第２０２０／０５７８４７号公報 特開２０２０－１３７１３９号公報

永久磁石をロータの径方向に沿って複数層配置する回転電機は、出力トルクを増加させることができる。しかしながら、ロータコアに永久磁石を配置するための磁石装填孔が設けられており、磁石装填孔間に形成されたブリッジ部にロータが回転することによる遠心力に起因する応力集中が生じる。応力集中を発生させる遠心力は、ロータの回転速度が高くなるほど大きくなる。このため、従来の回転電機におけるロータの回転速度を高めようとする場合、特許文献１や特許文献２に開示された回転電機を含め、ロータは、その機械強度の面で改善の余地があった。

そこで、本明細書開示の発明は、回転電機の高速回転に対応することができる機械強度を有するロータを提供することを課題とする。

本明細書開示のロータは、ステータの内側に回転可能に同心配置され、ｑ軸を挟んで周方向に並ぶ複数の磁極が形成されるロータであって、前記ロータは、前記磁極毎に、径方向に沿って複数層設けられると共に、ｄ軸を挟んで周方向に対称に設けられた磁石装填孔が形成されたロータコアと、前記磁石装填孔内に配置された磁石と、を含み、前記ロータコアは、前記径方向に沿って複数層設けられた前記磁石装填孔に含まれ、前記ｄ軸を挟んで隣接する一対の第１磁石装填孔の間に設けられた第１ブリッジ部と、当該一対の第１磁石装填孔よりも径方向内側に位置し、前記ｄ軸を挟んで隣接する一対の第２磁石装填孔の間に設けられた第２ブリッジ部と、前記ロータコアの外周面と前記第１磁石装填孔との間に設けられた第３ブリッジ部と、前記ロータコアの外周面と前記第２磁石装填孔との間に設けられた第４ブリッジ部と、を有し、前記第１ブリッジ部の最小幅をＬ１とし、前記第２ブリッジ部の最小幅をＬ２とし、前記第３ブリッジ部の最小幅をＬ３とし、前記第４ブリッジ部の最小幅をＬ４としたときに、Ｌ３＜Ｌ１＜Ｌ４＜Ｌ２
の関係を満たす。

上記構成のロータにおいて、前記ロータコアは、３．０≦Ｌ２／Ｌ１≦３．５
の関係をさらに満たす態様とすることができる。

また、上記構成のロータにおいて、前記ロータコアは、１．５≦Ｌ２／Ｌ４≦２．２の関係をさらに満たす態様とすることができる。

さらに、上記構成のロータにおいて、一つの前記磁極において、前記第１磁石装填孔は、前記ｄ軸が通過する前記第１ブリッジ部を隔てて前記ｄ軸を挟んで周方向に対称に設けられ、前記第１装填孔のそれぞれに前記磁石が配置された態様とすることができる。

また、上記構成のロータにおいて、一つの前記磁極において、前記第２磁石装填孔は、前記ｄ軸が通過する前記第２ブリッジ部を隔てて前記ｄ軸を挟んで周方向に対称に設けられ、前記第２磁石装填孔のそれぞれに前記磁石が配置された態様とすることができる。

さらに、上記構成のロータにおいて、前記磁石は、前記第２磁石装填孔に複数個配置された態様とすることができる。

また、上記構成のロータにおいて、前記第２磁石装填孔には、軸方向視における寸法が異なる磁石が配置された態様としてもよい。

上記構成のロータにおいて、一つの前記磁極において、前記第２磁石装填孔は、軸方向視において１以上の屈曲点を有する折れ線形状を有し、前記屈曲点の両側の領域にそれぞれ前記磁石が設けられた態様とすることができる。

また、上記構成のロータにおいて、前記磁石は、軸方向視において湾曲形状を示す形状を有する態様としてもよい。

本明細書開示の回転電機は、上記構成のロータを備えた態様とすることができる。

本明細書開示の発明は、回転電機の高速回転に対応することができる機械強度を有するロータを提供することができる。

図１は実施形態のロータを備えた回転電機を模式的に示す概略構成図である。 図２は実施形態のロータを備えた回転電機の横断面図である。 図３は実施形態のロータの横断面図である。 図４は実施形態のロータにおける主磁束の流れを模式的に示す説明図である。 図５は実施形態のロータにおけるマグネット磁束の流れを模式的に説明図である。 図６は実施形態のロータが備えるロータコアにおいて一つの磁極を形成する部分の周辺を拡大して示す説明図である。 図７はロータ回転数と遠心力による応力との関係の一例を示すグラフである。 図８は応力解析に供されたロータが備えるロータコアにおける応力分布の様子を示す模式図である。 図９はロータにおける漏れ磁束を模式的に示す説明図である。 図１０はＬ１／Ｌ２比率と、ロータコアにおける最大応力及び回転電機が発生させる最大トルクとの関係を示すグラフである。 図１１はＬ２／Ｌ４比率と、ロータコアにおける最大応力及び回転電機が発生させる最大トルクとの関係を示すグラフである。 図１２は第１変形例のロータにおいて一つの磁極を形成している部分を拡大して示す説明図である。 図１３は第２変形例のロータにおいて一つの磁極を形成している部分を拡大して示す説明図である。 図１４（Ａ）は軸方向視において矩形である磁石を示す説明図であり、図１４（Ｂ）は軸方向視において湾曲形状を示す磁石を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。

（実施形態）
[回転電機の構成]
図１や図２を参照すると、実施形態のロータ１４を備えた回転電機１０が模式的に示されている。回転電機１０は、ロータコア２２の内部にともに永久磁石である外側磁石３２、内側磁石３６が埋め込まれた永久磁石同期型回転電機、いわゆるＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータである。回転電機１０は、例えば、電動モータ、又は発電機、さらには、電動モータ及び発電機の両方の機能を有するモータジェネレータとして使用される。回転電機１０は、例えば、エンジンと走行用モータとを車両の駆動源として搭載したハイブリッド車両や、電気自動車、燃料電池車等の電動車両の走行モータ、又は、モータジェネレータとして使用される。なお、以下の説明において、「軸方向」、「径方向」、「周方向」とは、それぞれ、ロータ軸方向、ロータ径方向、ロータ周方向を意味するものとする。

回転電機１０は、概ね円筒形のステータ１２と、このステータ１２の内側に同心配置されたロータ１４と、ロータ１４の中心に固着された回転軸１６と、を備えている。ステータ１２は、その内周に複数のティース（不図示）が形成された概ね円筒形のステータコア１８と、各ティースに巻回されたステータコイル２０を有する。ロータ１４の外周面とステータ１２の内周面との間には、ほぼ均一な距離のギャップＧが形成されている。

本実施形態において、ステータ１２はＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相からなり、ステータコイル２０は分布巻きによって巻回される（不図示）。ステータコア１８は、周方向に２４個のスロットが設けられ、スロット内にコイルが配置される。すなわち、本実施形態の回転電機１０は、８極２４スロットのモータを形成している。

ロータ１４には、概ね円筒形のロータコア２２と、このロータコア２２に埋め込まれた外側磁石３２と内側磁石３６とにより、磁極２４（図３参照）が形成されている。ロータコア２２の中心には回転軸１６が固着されており、この回転軸１６は、軸受け（不図示）により支持され、ロータ１４とともに回転する。ロータコア２２は、電磁鋼板によって形成されている。

図３を参照すると、ロータ１４には、ｑ軸を挟んで周方向に等間隔で並ぶ偶数個（図３では、８個）の磁極２４が形成されている。偶数個の磁極２４の極性は、周方向に交互に反転している。ロータ１４が備えるロータコア２２には、磁極２４毎に、径方向に沿って複数層設けられると共に、ｄ軸を挟んで周方向に対称に設けられた第１磁石装填孔３０、第２磁石装填孔３４が設けられている。ロータコア２２の外側に位置している第１磁石装填孔３０には、外側磁石３２が一つずつ配置されている。一方、ロータコア２２の内側、つまり、第１磁石装填孔３０よりも径方向内側に設けられている第２磁石装填孔３４には、内側磁石３６ａ、３６ｂが配置されている。本実施形態では、径方向に２層の磁石装填孔が設けられているが、層の数は、３層以上であってもよい。

第１磁石装填孔３０は、各磁極において、ｄ軸を挟んで周方向に対称に配置されており、各第１磁石装填孔３０は、ロータコア２２を軸方向に貫通する孔とされている。各第１磁石装填孔３０は、軸方向視では、一方向に長尺な略長方形（矩形）の外形を有している。各第１磁石装填孔３０は、中心側から外周縁側に向かうに従ってｄ軸から離れるように傾斜しており、これにより、二つの第１磁石装填孔３０は、図４に示すように略Ｖ字状を成している。二つの第１磁石装填孔３０の間には、ロータコア２２の一部分である第１ブリッジ部５０が設けられている。この第１ブリッジ部５０については、後に詳述する。

各外側磁石３２は、第１磁石装填孔３０と同様に、軸方向視で略長方形の外形を有している。また、各外側磁石３２は、その厚み方向（短軸方向）に磁化されている。この外側磁石３２の幅方向（長軸方向）寸法は、第１磁石装填孔３０の幅方向寸法よりも十分に小さくなっている。このため、外側磁石３２を第１磁石装填孔３０に装填した際、外側磁石３２の幅方向両側には、空隙が形成される。この空隙は、磁束の流れを阻害するフラックスバリアとして機能する。

第２磁石装填孔３４は、第１磁石装填孔３０の径方向内側に設けられており、ｄ軸を挟んで周方向に対称に配置された一対の第２磁石装填孔３４は、略Ｖ字または略Ｕ字を成すよう設けられている。各第２磁石装填孔３４は、第１磁石装填孔３０と同様に、ロータコア２２を軸方向に貫通する孔である。ただし、第２磁石装填孔３４は、軸方向視において、１以上の屈曲点４０を有する折れ線形状の外形を有している。より具体的に説明すると、本実施形態の第２磁石装填孔３４は、屈曲点４０から磁極２４中心側に延びる中心側部分３４ｃと、屈曲点４０からロータ１４外周縁に向かって延びる外側部分３４ｏと、を有した略Ｖ字の外形を有している。二つの第２磁石装填孔３４の間には、ロータコア２２の一部分である第２ブリッジ部５２が設けられている。この第２ブリッジ部５２については、後に詳述する。

第２磁石装填孔３４には、二つの内側磁石３６が装填されている。二つの内側磁石３６は、屈曲点４０を挟んで両側に配されている。すなわち第２磁石装填孔３４の中心側部分３４ｃに内側磁石３６ａが装填され、外側部分３４ｏに内側磁石３６ｂが装填されている。内側磁石３６ａ,３６ｂも、外側磁石３２と同様に、軸方向視で略長方形の外形を有しており、その厚み方向（短軸方向）に磁化されている。

図１４（Ａ）に、外側磁石３２及び内側磁石３６の軸方向視の形状を示しているが、このような略長方形（矩形）に替えて、図１４（Ｂ）に示すような軸方向視で湾曲形状を有する磁石４３６を用いるようにしてもよい。また、本実施形態における外側磁石３２および内側磁石３６は、同一形状・同一体積であり、外側磁石３２および内側磁石３６は、同一組成・同一特性であるが、永久磁石が配置される位置ごとに、異なる形状、体積の磁石を採用してもよい。また、永久磁石が配置される位置ごとに、異なる組成、さらには、異なる特性を有する磁石を採用してもよい。

次に、本実施形態のロータ１４に流れる磁束について図４及び図５を参照して説明する。図４は、主磁束４６を示す概略図であり、図５はマグネット磁束４８を示す概略図である。本実施形態の回転電機１０が採用する永久磁石同期型回転電機の出力トルクは、リラクタンストルクとマグネットトルクとの合成トルクとなる。リラクタンストルクは、ステータ１２の回転磁界による極とロータ１４の突極との吸引力によって生じるトルクである。このリラクタンストルクは、ロータコア２２内において、ｄ軸を跨ぐように、略周方向に流れる主磁束４６が多いほど増加する。また、マグネットトルクは、ステータ１２の回転磁界の極とロータ１４の磁極２４との吸引および反発によって生じるトルクである。

このマグネットトルクは、ロータコア２２内において、各外側磁石３２，内側磁石３６ａ,３６ｂを経由しながら流れるマグネット磁束４８が多いほど向上する。本実施形態では、第１磁石装填孔３０と第２磁石装填孔３４を備え、各磁石装填孔に外側磁石３２，内側磁石３６ａ，３６ｂを装填した２層構造としているため、１層配置の場合に比べて、永久磁石の数を増やし、マグネット磁束４８の総量を増やすことができる。また、本実施形態では、一つの第２磁石装填孔３４に二つの内側磁石３６ａ,３６ｂを装填している。その結果、一つの第２磁石装填孔３４に一つの永久磁石のみを装填する場合に比べて、永久磁石の数を増やし、マグネット磁束４８を増やすことができる。そして、マグネット磁束４８が増加することで、回転電機１０の出力トルクも向上できる。なお、一つの外側磁石３２のＮ極から出たマグネット磁束が直接自身のＳ極に流れる漏れ磁束が生じることがある。内側磁石３６ａ,３６ｂにおいても同様に漏れ磁束が生じることがある。漏れ磁束は、回転電機１０の出力に寄与しない。この漏れ磁束については、後に詳述する。

ここで、図６を参照してロータコア２２に設けられた第１ブリッジ部５０、第２ブリッジ部５２、第３ブリッジ部５４及び第４ブリッジ部５６について説明する。

第１ブリッジ部５０は、ｄ軸を挟んで隣接する一対の第１磁石装填孔３０の間に設けられている。第１ブリッジ部５０の最小幅はＬ１である。本実施形態では、一対の第１磁石装填孔３０の対向する辺縁は、それぞれｄ軸に対して平行とされているが、対向する辺縁がｄ軸に対して傾斜している場合には、対向する辺縁が最も近づいている箇所の幅が最小幅Ｌ１とされる。

第２ブリッジ部５２は、ｄ軸を挟んで隣接する一対の第２磁石装填孔３４の間に設けられている。第２ブリッジ部５２の最小幅はＬ２である。本実施形態では、一対の第２磁石装填孔３４のｄ軸の直近で対向する辺縁は、それぞれｄ軸に対して平行とされているが、その対向する辺縁がｄ軸に対して傾斜している場合には、その対向する辺縁が最も近づいている箇所の幅が最小幅Ｌ２とされる。

第３ブリッジ部５４は、ロータコア２２の第１外周面２２ａと第１磁石装填孔３０との間に設けられている。第１外周面２２ａは、第１磁石装填孔３０の径方向外側に位置している外周面である。第３ブリッジ部５４の最小幅はＬ３である。

第４ブリッジ部５６は、ロータコア２２の第２外周面２２ｂと第２磁石装填孔３４との間に設けられている。第２外周面２２ｂは、第２磁石装填孔３４の径方向外側に位置している外周面である。第４ブリッジ部５６の最小幅はＬ４である。

第１外周面２２ａと第２外周面２２ｂは、いずれも回転中心軸ＡＸを中心とした同一半径の円弧を有している。第１外周面２２ａと第２外周面２２ｂは、ともに、ロータ１４の外側に位置するステータ１２との間にギャップＧを形成している（図１参照）。

このような第１ブリッジ部５０の最小幅Ｌ１、第２ブリッジ部５２の最小幅Ｌ２、第３ブリッジ部５４の最小幅Ｌ３及び第４ブリッジ部５６の最小幅Ｌ４は、以下の式（１）で示される関係を有している。
式（１） Ｌ３＜Ｌ１＜Ｌ４＜Ｌ２

図７を参照すると、回転電機１０におけるロータ回転数と遠心力によってロータコア２２に作用する最大応力との関係が示されている。図７によれば、ロータ回転数が高くなるほど、ロータコア２２に作用する最大応力が大きくなることがわかる。このため、ロータ１４の最大回転数は、ロータコア２２に作用する応力がロータコア２２を形成している電磁鋼板の機械的強度を下回る領域内に抑えられる。応力の大きさは、遠心力が作用する箇所の寸法の影響を受けるため、ロータコア２２の各部の寸法関係を適切に設定することで、ロータ１４の最大回転数を向上させることができる。式（１）は、このような観点から設定されたものであり、具体的には、図８に示す応力解析の結果に基づいて設定されている。

図８を参照すると、応力集中が生じている箇所に網掛けが施されている。応力の大きさの大小は網掛けの粗密によって表現されている。網掛けの密度が高くなるほど、応力が高いことを示している。図８によれば、第３ブリッジ部５４に作用している応力が最も小さく、次いで、第１ブリッジ部５０の応力が小さい。次いで、第４ブリッジ部５６の応力が小さく、第２ブリッジ部５２の応力が最も大きい。

そこで、本実施形態は、ロータコア２２における第１ブリッジ部５０の最小幅Ｌ１、第２ブリッジ部５２の最小幅Ｌ２、第３ブリッジ部５４の最小幅Ｌ３及び第４ブリッジ部５６の最小幅Ｌ４を、式（１）に示す関係としている。つまり、応力的に最も厳しい箇所となる第２ブリッジ部５２の最小幅Ｌ２を最も大きくし、他のブリッジ部についても、応力の序列に応じて設定されている。

本実施形態のロータ１４は、式（１）の関係を満たすことで回転電機１０の高速回転に対応することができる。

なお、第３ブリッジ部５４にはほとんど応力が作用していないことから、第３ブリッジ部５４の最小幅Ｌ３は、他のブリッジ部の最小幅と比較して、非常に薄くすることができる。つまり、最小幅Ｌ３については、Ｌ３≦Ｌ１の関係を満たしていればよい。

つぎに、図９～図１１を参照し、第２ブリッジ部５２の最小幅Ｌ２と第１ブリッジ部５０の最小幅Ｌ１との比率（Ｌ２／Ｌ１比率）と、第２ブリッジ部５２の最小幅Ｌ２と第４ブリッジ部Ｌ４との比率（Ｌ２／Ｌ４比率）について説明する。

図９には、漏れ磁束４９が模式的に描かれている。漏れ磁束４９は、永久磁石である外側磁石３２のＮ極から出たマグネット磁束が直接自身のＳ極に流れたり、内側磁石３６ａ,３６ｂのＮ極から出たマグネット磁束が直接自身のＳ極に流れたりする磁束である。漏れ磁束４９は、各ブリッジ部の幅に比例して増加する。漏れ磁束４９は、回転電機１０の出力に寄与しないことから、漏れ磁束４９が増加すると、回転電機１０の出力効率が低下する。本実施形態のロータ１４は、式（１）の関係を満たしているが、応力的に最も厳しい箇所となる第２ブリッジ部５２の最小幅Ｌ２を大きくすると、それだけ漏れ磁束４９が増加し、回転電機１０の出力効率が低下することが懸念される。

そこで、応力がロータコア２２を構成する電磁鋼板の機械的強度内に収まり、回転電機１０が高出力、低損失の状態で稼働することができるようにＬ２／Ｌ１比率とＬ２／Ｌ４比率の範囲を設定している。なお、第３ブリッジ部５４の最小幅Ｌ３を考慮していないのは、上述のように、第３ブリッジ部５４にはほとんど応力が作用せず、第３ブリッジ部５４の最小幅Ｌ３は、他のブリッジ部の最小幅と比較して、非常に薄くすることができるためである。

まず、Ｌ２／Ｌ１比率について、説明する。図１０を参照すると、一方の縦軸に応力［Ｐ．Ｕ．］（ロータコア２２における最大応力）が設定され、他方の縦軸にトルク［Ｐ．Ｕ．］（回転電機１０が発生させる最大トルク）が設定されている。

図１０において、応力［Ｐ．Ｕ．］＝１．０は電磁鋼板の許容応力を示しており、応力［Ｐ．Ｕ．］が１．０よりも大きくなると、ロータコア２２に作用する最大応力が電磁鋼板の機械的強度を超え、ロータコア２２に破損が生じることとなる。一方、応力［Ｐ．Ｕ．］が１．０以下であれば、電磁鋼板許容応力以下となり、ロータコア２２が破損することなく回転電機１０は稼働することができる。応力［Ｐ．Ｕ．］はＬ２／Ｌ１比率が大きくなるほど、つまり、最小幅Ｌ２が大きくなるほど低下し、Ｌ２／Ｌ１比率が３．０以上の状態であれば、応力［Ｐ．Ｕ．］を１．０以下の状態とすることができる。

これに対し、トルク［Ｐ．Ｕ．］＝１．０は回転電機１０の要求トルクを示しており、トルク［Ｐ．Ｕ．］が１．０よりも低い状態となると、回転電機１０は要求トルクを出力できていないことになる。一方、トルク［Ｐ．Ｕ．］が１．０以上であれば、回転電機１０は要求トルクを出力できる。トルク［Ｐ．Ｕ．］はＬ２／Ｌ１比率が大きくなるほど、つまり、最小幅Ｌ２が大きくなるほど低下し、Ｌ２／Ｌ１比率が３．５よりも大きくなると、トルク［Ｐ．Ｕ．］が１．０よりも小さくなる。これは、最小幅Ｌ２が大きくなると漏れ磁束４９が増加し、回転電機１０の出力効率が低下するためである。

そこで、本実施形態のロータ１４は、以下の式（２）で示される関係を有している。
式（２） ３．０≦Ｌ２／Ｌ１≦３．５

つぎに、Ｌ２／Ｌ４比率について、説明する。図１１を参照すると、図１０と同様に、一方の縦軸に応力［Ｐ．Ｕ．］（ロータコア２２における最大応力）が設定され、他方の縦軸にトルク［Ｐ．Ｕ．］（回転電機１０が発生させる最大トルク）が設定されている。

図１１において、応力［Ｐ．Ｕ．］＝１．０は電磁鋼板の許容応力を示しており、応力［Ｐ．Ｕ．］が１．０よりも大きくなると、ロータコア２２に作用する最大応力が電磁鋼板の機械的強度を超え、ロータコア２２に破損が生じることとなる。一方、応力［Ｐ．Ｕ．］が１．０以下であれば、電磁鋼板許容応力以下となり、ロータコア２２が破損することなく回転電機１０は稼働することができる。応力［Ｐ．Ｕ．］はＬ２／Ｌ４比率が大きくなるほど、つまり、最小幅Ｌ２が大きくなるほど低下し、Ｌ２／Ｌ４比率が１．５以上の状態であれば、応力［Ｐ．Ｕ．］を１．０以下の状態とすることができる。

これに対し、トルク［Ｐ．Ｕ．］＝１．０は回転電機１０の要求トルクを示しており、トルク［Ｐ．Ｕ．］が１．０よりも低い状態となると、回転電機１０は要求トルクを出力できていないことになる。一方、トルク［Ｐ．Ｕ．］が１．０以上であれば、回転電機１０は要求トルクを出力できる。トルク［Ｐ．Ｕ．］はＬ２／Ｌ４比率が大きくなるほど、つまり、最小幅Ｌ２が大きくなるほど低下し、Ｌ２／Ｌ４比率が２．２よりも大きくなると、トルク［Ｐ．Ｕ．］が１．０よりも小さくなる。これは、最小幅Ｌ２が大きくなると漏れ磁束４９が増加し、回転電機１０の出力効率が低下するためである。

そこで、本実施形態のロータ１４は、以下の式（３）で示される関係を有している。
式（３） １．５≦Ｌ２／Ｌ４≦２．２

このように本実施形態のロータ１４は、ロータコア２２の機械的強度を確保しつつ、漏れ磁束４９の増加が抑制され、磁力を損失することなく高出力を得ることができる。ロータ１４は、ロータコア２２の機械的強度が確保されることで、回転電機１０の高速回転に対応することができる。

なお、ロータコア２２を形成する電磁鋼板１枚に加わる遠心力の大きさは、ロータコア２２の軸方向の長さが変わっても同じである。このため、ロータコア２２は、軸方向視において、上述の条件を満たす形状を備えていれば、その軸方向の長さは異なっていてもよく、種々設定することができる。換言すると、ロータコア２２は、その軸方向の長さを適宜設定することができるが、軸方向視の形状は上述の条件を満たしていることが求められる。

［変形例］
つぎに、図１２及び図１３を参照して変形例について説明する。以下の説明では、各変形例と、実施形態で説明したロータ１４との相違点を中心に説明し、実施形態のロータ１４と共通する構成要素については、図面中、同一の参照番号を付して、その詳細な説明は省略する。

＜第１変形例＞
図１２を参照すると、第１変形例のロータ１１４は、実施形態のロータ１４が備える第２磁石装填孔３４に配置された内側磁石３６ａ，３６ｂに替えて内側磁石１３６ａ,１３６ｂ,１３６ｃを備える。

このような形態のロータ１１４においても、上記式（１）を満たすように第１ブリッジ部５０の最小幅Ｌ１、第２ブリッジ部５２の最小幅Ｌ２、第３ブリッジ部５４の最小幅Ｌ３及び第４ブリッジ部５６の最小幅Ｌ４の関係が設定されている。これによりロータ１１４の機械的強度が確保され、回転電機１０の高速回転に対応することができる。また、式（２）や式（３）の関係を満たすことで、ロータコア２２の機械的強度を確保しつつ、漏れ磁束４９の増加が抑制され、磁力を損失することなく高出力を得ることができる。

＜第２変形例＞
図１３を参照すると、第２変形例のロータ２１４は、実施形態のロータ１４が備える内側磁石３６ａ，３６ｂに替えて、内側磁石２３６ａ,２３６ｂを備える。内側磁石２３６ａと内側磁石２３６ｂとは、軸方向視における寸法が異なっている。

このような形態のロータ２１４においても、上記式（１）を満たすように第１ブリッジ部５０の最小幅Ｌ１、第２ブリッジ部５２の最小幅Ｌ２、第３ブリッジ部５４の最小幅Ｌ３及び第４ブリッジ部５６の最小幅Ｌ４の関係が設定されている。これによりロータ１１４の機械的強度が確保され、回転電機１０の高速回転に対応することができる。また、式（２）や式（３）の関係を満たすことで、ロータコア２２の機械的強度を確保しつつ、漏れ磁束４９の増加が抑制され、磁力を損失することなく高出力を得ることができる。

上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

１０ 回転電機 １２ ステータ
１４、１１４、２１４ ロータ １６ 回転軸
１８ ステータコア ２０ ステータコイル
２２ ロータコア ２２ａ 第１外周面
２２ｂ 第２外周面 ２４ 磁極
３０ 第1磁石装填孔 ３２ 外側磁石
３４ 第２磁石装填孔 ３６、３６ａ、３６ｂ 内側磁石
４６ 主磁束 ４８ マグネット磁束
４９ 漏れ磁束 ５０ 第１ブリッジ部
５２ 第２ブリッジ部 ５４ 第３ブリッジ部
５６ 第４ブリッジ部

Claims (10)

1. ステータの内側に回転可能に同心配置され、ｑ軸を挟んで周方向に並ぶ複数の磁極が形成されるロータであって、
   前記ロータは、前記磁極毎に、径方向に沿って複数層設けられると共に、ｄ軸を挟んで周方向に対称に設けられた磁石装填孔が形成されたロータコアと、前記磁石装填孔内に配置された磁石と、を含み、
   前記ロータコアは、前記径方向に沿って複数層設けられた前記磁石装填孔に含まれ、前記ｄ軸を挟んで隣接する一対の第１磁石装填孔の間に設けられた第１ブリッジ部と、当該一対の第１磁石装填孔よりも径方向内側に位置し、前記ｄ軸を挟んで隣接する一対の第２磁石装填孔の間に設けられた第２ブリッジ部と、前記ロータコアの外周面と前記第１磁石装填孔との間に設けられた第３ブリッジ部と、前記ロータコアの外周面と前記第２磁石装填孔との間に設けられた第４ブリッジ部と、を有し、
   前記第１ブリッジ部の最小幅をＬ１とし、前記第２ブリッジ部の最小幅をＬ２とし、前記第３ブリッジ部の最小幅をＬ３とし、前記第４ブリッジ部の最小幅をＬ４としたときに、
   Ｌ３＜Ｌ１＜Ｌ４＜Ｌ２
   の関係を満たす、
   ロータ。
2. 前記ロータコアは、
   ３．０≦Ｌ２／Ｌ１≦３．５
   の関係をさらに満たす、
   請求項１に記載のロータ。
3. 前記ロータコアは、
   １．５≦Ｌ２／Ｌ４≦２．２
   の関係をさらに満たす、
   請求項１又は２に記載のロータ。
4. 一つの前記磁極において、前記第１磁石装填孔は、前記ｄ軸が通過する前記第１ブリッジ部を隔てて前記ｄ軸を挟んで周方向に対称に設けられ、前記第１装填孔のそれぞれに前記磁石が配置された、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のロータ。
5. 一つの前記磁極において、前記第２磁石装填孔は、前記ｄ軸が通過する前記第２ブリッジ部を隔てて前記ｄ軸を挟んで周方向に対称に設けられ、前記第２磁石装填孔のそれぞれに前記磁石が配置された、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のロータ。
6. 前記磁石は、前記第２磁石装填孔に複数個配置された、
   請求項５に記載のロータ。
7. 前記第２磁石装填孔には、軸方向視における寸法が異なる磁石が配置された請求項５又は６に記載のロータ。
8. 一つの前記磁極において、前記第２磁石装填孔は、軸方向視において１以上の屈曲点を有する折れ線形状を有し、前記屈曲点の両側の領域にそれぞれ前記磁石が設けられた、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のロータ。
9. 前記磁石は、軸方向視において湾曲形状を示す形状を有する、
   請求項１から８のいずれか１項に記載のロータ。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載のロータを備えた、
    回転電機。

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