JP5910464B2

JP5910464B2 - 回転電機のロータ

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Publication number: JP5910464B2
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Inventors: 高橋　裕樹; 裕樹高橋
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Filing date: 2012-11-02
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Description

本発明は、ハイブリッド車両や電気自動車等の車両に搭載されて電動機や発電機として用いられる回転電機のロータに関する。

従来、車両に搭載されて使用される回転電機として、ロータの内部に磁石を埋め込んだ構造をもつ回転界磁形式の同期モータ（以下、「ＩＰＭモータ」という。）が知られている。このＩＰＭモータは、ロータの磁化によるリラクタンストルクと磁石の磁化によるトルクの両方を利用することができるので高効率であることから、ハイブリッド車両や電気自動車等に好適に採用されている。

このようなＩＰＭモータは、互いに径方向に対向配置されるステータ及びロータを備えている。ロータとしては、ステータに対して径方向に対向配置され周方向に配列された複数の磁石収容孔を有するロータコアと、磁石収容孔にそれぞれ収容されて周方向に配列された複数の磁極を形成する複数の磁石とを備えたもの知られている。

そして、特許文献１には、ロータの周方向に隣接する磁極間に形成されるｑ軸コア部と磁石との間に形成されたフラックスバリア（磁気的空隙）と、磁石のステータ側に位置するステータ側コア部とｑ軸コア部との間に形成されたブリッジ部とを有するロータコアが開示されている。この場合、ブリッジ部は、ｑ軸コア部側の端部において磁石側からｑ軸コア部側に向かうにつれて径方向の幅を大きくすることにより、ロータ回転時の遠心力に基づいてブリッジ部に発生する応力集中を分散させることが可能とされている。

特開２０１１−１０１５０４号公報

ところで、上記従来のロータにおいて、ロータコアに埋設される磁石は、磁石収容孔の壁面との間に充填される樹脂等の非磁性材料よりなる充填材によって固定保持される。そして、磁石を固定保持する充填材は、磁石収容孔のｑ軸コア部側に磁石収容孔と連続して一体に形成されたフラックスバリアにも充填される場合もある。充填材がフラックスバリアにも充填されている場合には、回転電機の運転時や停止時における環境温度の変化に伴って充填材が膨張及び収縮を繰り返す際に、ロータコアのブリッジ部に応力集中が発生し易い。なお、特許文献１には、フラックスバリアに充填された充填材の温度変化に伴ってブリッジ部に発生する応力集中について何ら開示されていない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、フラックスバリアに充填された充填材の温度変化により発生する応力とロータ回転時の遠心力により発生する応力をより確実に分散させて応力集中を抑制し、ブリッジ部の十分な強度を確保し得るようにした回転電機のロータを提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明は、ステータに対して径方向に対向配置され周方向に配列された複数の磁石収容孔（１２）を有するロータコア（１１）と、前記磁石収容孔にそれぞれ収容されて周方向に配列された複数の磁極を形成し充填材（１４）で前記磁石収容孔に固定保持された複数の磁石（１３）と、を備えた回転電機のロータにおいて、前記ロータコアは、周方向に隣接する２つの前記磁極の間に形成されるｑ軸コア部（１７）と、前記ｑ軸コア部と前記磁石との間に形成され前記充填材が充填された外側フラックスバリア（１８）と、前記磁石収容孔の前記ステータ側に位置するステータ側コア部（１９）と前記ｑ軸コア部との間に形成されたブリッジ部（２０）と、を有し、前記ステータ側コア部は、前記磁石のステータ側端面（１３ａ）とｑ軸コア部側端面（１３ｄ）とが交わる角部（１３ｅ）を起点として前記ｑ軸コア部側に張り出す張出部（１９ａ）を有し、前記ブリッジ部は、径方向の幅に関して、最も大きい大幅部（２０ａ）、最も小さい小幅部（２０ｂ）及び中間となる大きさの中幅部（２０ｃ）が、前記ｑ軸コア部側から前記ステータ側コア部側に向かって順に配置されているとともに、前記張出部と前記ブリッジ部の前記中幅部との境界は、前記張出部の平坦面で形成された内周側壁面と、前記中幅部の曲面で形成された内周側壁面とが交わる箇所とされていることを特徴とする。

本発明に係るロータを備えた回転電機は、運転時や停止時における環境温度の変化に伴って、ロータコアの外側フラックスバリアに充填された充填材が膨張及び収縮を繰り返す際に、ロータコアのブリッジ部に応力が発生する。また、ロータの回転時には、遠心力によりロータコアのブリッジ部に応力が発生する。このとき、ブリッジ部は、径方向の幅に関して、大幅部、小幅部及び中幅部がｑ軸コア部側からステータ側コア部側に向かって順に配置されているので、ブリッジ部の周方向（長さ方向）両端の大幅部及び中幅部に集中する応力を、周方向中央部の小幅部に移動させることができる。そのため、外側フラックスバリアに充填された充填材の温度変化に伴ってブリッジ部に発生する応力と、ロータ回転時の遠心力によりブリッジ部に発生する応力をより確実に分散させて、応力集中を抑制することができる。これにより、ブリッジ部の十分な強度を確保することができる。

本発明において、充填材としては、絶縁性で金属と近い線膨張係数をもつものを好適に採用することができる。具体的には、例えばポリエーテルイミド（ＰＥＩ）や、ガラス繊維を多量（例えば４０％以上）に含む樹脂、シリカをフィラーとして線膨張係数を金属と近づけた樹脂など挙げることができる。

実施形態１に係る回転電機のロータの１磁極分の範囲の部分平面図である。図１の要部を拡大した拡大部分平面図である。変形例１に係るロータの１磁極分の範囲の部分平面図である。変形例２に係るロータの１磁極分の範囲の部分平面図である。試験１において測定されたブリッジ部の大幅部の応力図である。試験１において測定されたブリッジ部の小幅部の応力図である。試験１において測定されたブリッジ部の中幅部の応力図である。試験１において得られたブリッジ部に応力集中が起きない好適な範囲を示す応力図である。実施形態２に係る回転電機のロータの１磁極分の範囲の部分平面図である。比較例１に係るロータの磁束線を示す説明図である。試験２において測定されたｑ軸コア部の極弧率を示すグラフである。試験３において測定されたブリッジ部の極弧率を示すグラフである。実施形態３に係る回転電機のロータの１磁極分の範囲の部分平面図である。

以下、本発明に係る回転電機のロータの実施形態について図面を参照して具体的に説明する。

〔実施形態１〕
実施形態１に係る回転電機のロータについて図１及び図２を参照して説明する。実施形態１のロータ１０は、例えば車両用モータとして使用される回転電機（図示せず）に搭載されるものであって、回転電機のハウジング内において、ステータ（図示せず）の内周側に回転自在に収容配置されている。回転電機は、ハウジングに軸受を介して両端部を回転自在に支持された回転軸（図示せず）を有する。実施形態１のロータ１０Ａは、この回転軸の外周面に嵌合固定されて、ステータ対して径方向に対向配置されている。ステータの内周面とロータ１０Ａの外周面との間には、所定のエアギャップが形成されている。

ステータの内周面には、軸方向に貫通し周方向に等間隔に配列された複数のスロット（図示せず）が設けられている。実施形態１では、ロータ１０Ａの磁極数（１２極）に対応して、３相のステータコイル（図示せず）を収容するように、７２個のスロットが、周方向に等間隔に配置されている。

実施形態１のロータ１０Ａは、図１に示すように、回転軸の外周に嵌合固定され、周方向に配列された複数の磁石収容孔１２を有するロータコア１１と、各磁石収容孔１２にそれぞれ収容された複数の磁石（永久磁石）１３と、磁石収容孔１２の壁面と磁石１３の間に充填された樹脂（非磁性体）よりなる充填材１４と、を備えている。

ロータコア１１は、中央に貫通孔１１ａを有する円環状の電磁鋼板を軸方向に複数積層して厚肉円筒状に形成されている。このロータコア１１は、回転軸の外周に貫通孔１１ａを嵌合することにより固定されている。このロータコア１１の、ステータの内周面と対向する外周面側には、軸方向に貫通する複数（本実施形態では２４個）の磁石収容孔１２が周方向に所定距離を隔てて設けられている。

各磁石収容孔１２は、ロータコア１１の中心軸線Ｏと直角方向の断面形状が異形の略長方形に形成されており、２個で対をなす合計１２対の磁石収容孔１２が周方向に等間隔に設けられている。対をなす２個の磁石収容孔１２，１２は、ロータコア１１の外周側（ステータ側）に向かうにつれて対向間距離が大きくなるようにＶ字状に配置されている。一対の磁石収容孔１２，１２の間には、当該部位に磁束飽和を起こさせ、磁気回路の形成を阻害させるための中央ブリッジ１５が略一定の周方向幅で径方向に延伸するよう形成されている。

各磁石収容孔１２には、ロータコア１１の中心軸線Ｏと直角方向の断面形状が長方形の磁石（永久磁石）１３がそれぞれ収容されている。実施形態１の場合、Ｖ字状に配置された一対の磁石収容孔１２，１２に収容された一対の磁石１３，１３により１つの磁極が形成されている。この場合、１２対の磁石１３，１３によって、周方向に極性が交互に異なる複数の磁極（本実施形態では１２極（Ｎ極：６、Ｓ極：６））が形成されている。

なお、ロータ１０Ａの１磁極分において、一対の磁石収容孔１２，１２は、ロータコア１１の中心軸線Ｏと磁極中心とを通る磁極中心線Ｃ１に対して線対称となる状態に形成されている。また、１つの磁極を形成する一対の磁石１３，１３は、磁極中心線Ｃ１に対して線対称となる状態（外周側が開くＶ字状）に配置されている。

各磁石収容孔１２に収容された磁石１３は、ステータ側端面１３ａと中央ブリッジ側端面１３ｂとが交わる角部１３ｃが中央ブリッジ１５の外周側端部（付け根部）の角部に当接した状態で位置決めされている。この場合、互いに対向する磁石１３の中央ブリッジ側端面１３ｂと中央ブリッジ１５の側壁面は、ロータコア１１の内周側に向かうにつれて互いに離間するように形成されている。これにより、各磁石収容孔１２に収容された磁石１３の中央ブリッジ１５側には、磁気的空隙部としての断面三角形の内側フラックスバリア１６が設けられている。

ロータコア１１の周方向に隣接する２つの磁極の間には、磁極間から他の磁極間へ磁束が流れる部位となるｑ軸コア部１７が形成されている。そして、各磁石収容孔１２に収容された磁石１３とｑ軸コア部１７との間、即ち、各磁石収容孔１２のｑ軸コア部１７側には、磁気的空隙部としての外側フラックスバリア１８が設けられている。

各磁石収容孔１２に収容された磁石１３は、磁石収容孔１２の壁面との間に充填された、例えばエポキシ系の樹脂（非磁性体）よりなる充填材１４で磁石収容孔１２内に固定保持されている。本実施形態の場合、内側フラックスバリア１６及び外側フラックスバリア１８にも、充填材１４が全域に充填されている。これにより、各磁石収容孔１２に収容された磁石１３は、磁石収容孔１２内に強固に固定保持されている。

ロータコア１１は、Ｖ字状に配置された一対の磁石収容孔１２，１２のステータ側にステータ側コア部１９を有する。このステータ側コア部１９は、磁石収容孔１２に収容された磁石１３のステータ側端面１３ａとｑ軸コア部側端面１３ｄとが交わる角部１３ｅを起点としてｑ軸コア部１７側に張り出す張出部１９ａを有する。本実施形態では、張出部１９ａの内周側壁面は、磁石収容孔１２のステータ側壁面１２ａから連続して平面状に広がる平坦面で形成されている。そして、磁石収容孔１２に収容された磁石１３の角部１３ｅが、磁石収容孔１２のステータ側壁面１２ａに接触するようにされている。これにより、磁石１３のステータ側端面１３ａと磁石収容孔１２のステータ側壁面１２ａとの間に充填材１４が進入し難くされている。

張出部１９ａとｑ軸コア部１７の間には、ブリッジ部２０が形成されている。このブリッジ部２０は、径方向の幅に関して、最も大きい大幅部２０ａと、最も小さい小幅部２０ｂと、それらの中間となる大きさの中幅部２０ｃとが、ｑ軸コア部１７側からステータ側コア部１９側に向かって順に配置されている。なお、ブリッジ部２０の内周側壁面は、大幅部２０ａと小幅部２０ｂと中幅部２０ｃを区画する少なくとも１つの円弧面（曲面）で形成されている。また、ブリッジ部２０の径方向の幅は、ロータコア１１の外周面から外側フラックスバリア１８までの径方向の距離である。本実施形態では、ブリッジ部２０の大幅部２０ａと小幅部２０ｂとの径方向幅の寸法比が１．７：１に設定されている。この寸法比の好適な範囲は、後述の試験１により確認されている。

なお、張出部１９ａとブリッジ部２０との境界は、張出部１９ａの平坦面で形成された内周側壁面と、ブリッジ部２０の中幅部２０ｃの曲面で形成された内周側壁面とが交わる箇所となる。

ここで、図１に示すように、磁石１３の１磁極当たりの極ピッチ（ロータ１０Ａの全円周角３６０°を磁極数で除した角度）の角度をθとし、ｑ軸コア部１７の周方向幅の角度をαとし、ブリッジ部２０の周方向長さの角度をβとしたときに、ｑ軸コア部１７の極弧率（α／θ）が９％以上となり、ブリッジ部２０の極弧率（β／θ）が１２％以上となるように設定されている。これらｑ軸コア部１７及びブリッジ部２０の極弧率の好適な範囲は、後述の試験２及び試験３により確認されている。

以上のように構成された実施形態１のロータ１０Ａによれば、回転電機の運転時や停止時における環境温度の変化に伴って、外側フラックスバリア１８に充填された充填材１４が膨張及び収縮を繰り返す際に、ブリッジ部２０に応力が発生する。また、ロータ１０Ａの回転時には、遠心力によりブリッジ部２０に応力が発生する。

このとき、ブリッジ部２０は、径方向の幅に関して、大幅部２０ａ、小幅部２０ｂ及び中幅部２０ｃがｑ軸コア部１７側からステータ側コア部１９側に向かって順に配置されているので、ブリッジ部２０の周方向（長さ方向）両端の大幅部２０ａ及び中幅部２０ｃに集中する応力を、周方向中央部の小幅部２０ｂに移動させることができる。そのため、ブリッジ部２０に発生する応力をより確実に分散させることが可能となり、応力集中を抑制することができる。これにより、ブリッジ部２０の十分な強度を確保することができる。

また、実施形態１では、ステータ側コア部１９は、各磁石収容孔１２に収容された磁石１３のステータ側端面１３ａとｑ軸コア部側端面１３ｄとが交わる角部１３ｅを起点としてｑ軸コア部１７側に張り出す張出部１９ａを有する。これにより、磁石１３のステータ側端面１３ａと磁石収容孔１２のステータ側壁面１２ａとが接触するようにして、その間に充填される充填材１４の量を低減させることによって、充填材１４側に掛かる応力を大幅に低減させることができる。さらに、磁石１３とロータコア１１との結合がよくなることから、磁石１３の減磁をし難くすることができる。また、張出部１９ａを有することによって、磁束がブリッジ部２０に流れ難くすることができるので、有効磁束量の低減を抑制することができる。

また、実施形態１では、磁石１３の１磁極当たりの極ピッチに対するｑ軸コア部１７の極弧率が９％以上とされ、磁石１３の１磁極当たりの極ピッチに対するブリッジ部２０の極弧率が１２％以上とされているので、ブリッジ部２０の全部位での応力値を同等にすることができる。さらに、ブリッジ部２０の大幅部２０ａと小幅部２０ｂとの径方向幅の寸法比が１．７：１に設定されているので、モータ能力的に最適となる形状において、応力分布が一律となるようにすることができる。

〔変形例１〕
実施形態１のロータ１０Ａでは、外側フラックスバリア１８に充填された充填材１４は、外側フラックスバリア１８の全域に充填されていた。これに対して、図３に示す変形例１のロータ１０Ｂのように、外側フラックスバリア１８の中央部に、充填材１４が充填されていない空隙部１４ａを設けるようにしてもよい。このようにした場合でも、実施形態１と同様の作用及び効果を奏する。また、高温時に熱膨張により充填材１４に発生する熱応力が空隙部１４ａにより緩和されるという効果を奏する。

〔変形例２〕
上記実施形態１のロータ１０Ａに対して、図４に示す変形例２のロータ１０Ｃように、外側フラックスバリア１８の内周側の略半分の部位に、充填材１４が充填されていない空隙部１４ｂを設けるようにしてもよい。この場合、充填材１４は、ブリッジ部２０の長さ方向全域に接触するようにし、磁石１３のｑ軸コア部側端面１３ｄの少なくとも一部に接触するようにする。このようにすることによって、実施形態１の場合と同様に、ブリッジ部２０に発生する応力をより確実に分散させることが可能となり、応力集中を抑制することができる。また、変形例１と同様に、高温時に熱膨張により充填材１４に発生する熱応力が、空隙部１４ｂにより緩和されるという効果を奏する。

〔試験１〕
上記実施形態１のロータ１０Ａにおいて、ブリッジ部２０の大幅部２０ａと小幅部２０ｂと中幅部２０ｃとの径方向幅の寸法比を設定するに際して、好適な範囲を調べる試験を行った。この試験では、応力測定装置を用いて、小幅部２０ｂ＝１としたときの大幅部２０ａの比と、小幅部２０ｂ＝１としたときの中幅部２０ｃの比とをそれぞれ変化させて、大幅部２０ａと小幅部２０ｂと中幅部２０ｃにそれぞれ発生する応力を測定した。

図５は大幅部の応力図であり、図６は小幅部の応力図であり、図７は中幅部の応力図であり、図８は大幅部２０ａと小幅部２０ｂと中幅部２０ｃの測定応力を総合してブリッジ部に応力集中が起きない好適な範囲を示す応力図である。なお、図５〜図７には、大幅部＝２のときの応力を１としたときの比を示した。

図８には、図５〜図７において、大幅部＝２のときの応力を１としたときの比がそれぞれ１．３０となる３本の線Ｌ１〜Ｌ３が選択されて記載されている。なお、１．３０の比が選択された理由は、３本の線で同一応力の領域を囲む（特定する）場合に、同一応力の領域を囲む（特定する）ことができる最も小さい比の数値となるからである。図８において、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ及び点Ｄのそれぞれの点における、中幅部２０ｃと大幅部２０ａと小幅部２０ｂの比は図８に示した通りである。

図８に示すように、ブリッジ部２０は、大幅部２０ａと小幅部２０ｂと中幅部２０ｃとの径方向幅の寸法比を、点Ａと点Ｂとを結ぶ線分Ａ−Ｂと、点Ｂと点Ｃとを結ぶ線分Ｂ−Ｃと、点Ｃと点Ｄとを結ぶ線分Ｃ−Ｄと、点Ｄと点Ａとを結ぶ線分Ｄ−Ａとに囲まれた領域の範囲で設定することによって、応力集中を効果的に抑制することができ、ブリッジ部２０の十分な強度を確保し得ることが解った。因みに、実施形態１では、ブリッジ部２０の大幅部２０ａと小幅部２０ｂとの径方向幅の寸法比が、１．７：１に設定されており、図８に示される好適な範囲内である。

〔実施形態２〕
実施形態２に係る回転電機のロータ１０Ｄについて図９を参照して説明する。実施形態１のロータ１０Ａは、Ｖ字状に配置された一対の磁石１３，１３により１つの磁極が形成されるように構成されていたのに対して、実施形態２のロータ１０Ｄは、１個の磁石１３Ａにより１つの磁極が形成されるように構成されている点で異なる。よって、実施形態１と共通する部材や構成についての詳しい説明は省略し、以下、異なる点及び重要な点について説明する。なお、実施形態１と共通する部材については同じ符号を用いる。

実施形態２のロータコア１１は、ステータの内周面と対向する外周面側に、軸方向に貫通する複数（本実施形態では１２個）の磁石収容孔１２が周方向に所定距離を隔てて設けられている。各磁石収容孔１２は、ロータコア１１の中心軸線Ｏと直角方向の断面形状が略長方形の異形に形成されており、合計１２個の磁石収容孔１２が周方向に等間隔に設けられている。各磁石収容孔１２は、ロータコア１１の中心軸線Ｏと磁極中心とを通る磁極中心線Ｃ１に対して線対称となる状態に形成されている。

各磁石収容孔１２には、断面形状が長方形の平板状の磁石（永久磁石）１３が各磁石収容孔１２の周方向中央部に１個ずつ収容されており、各磁石収容孔１２に収容された１個の磁石１３により１つの磁極が形成されている。この場合、１２個の磁石１３によって、周方向に極性が交互に異なる複数の磁極（本実施形態では１２極（Ｎ極：６、Ｓ極：６））が形成されている。

ロータコア１１の周方向に隣接する２つの磁極の間には、磁極間から他の磁極間へ磁束が流れる部位となるｑ軸コア部１７が形成されている。そして、各磁石収容孔１２に収容された磁石１３とｑ軸コア部１７との間、即ち、各磁石収容孔１２に収容された磁石１３の周方向両側には、磁気的空隙部としての外側フラックスバリア１８が設けられている。

各磁石収容孔１２に収容された磁石１３は、磁石収容孔１２内に充填された、実施形態１と同様の充填材１４で磁石収容孔１２内に固定保持されている。本実施形態の場合にも、外側フラックスバリア１８の全域に充填材１４が充填されている。これにより、各磁石収容孔１２に収容された磁石１３は、磁石収容孔１２内に強固に固定保持されている。

また、ロータコア１１は、磁石収容孔１２のステータ側にステータ側コア部１９を有する。このステータ側コア部１９は、磁石収容孔１２に収容された磁石１３のステータ側端面１３ａとｑ軸コア部側端面１３ｄとが交わる角部１３ｅを起点としてｑ軸コア部１７側に張り出す張出部１９ａを有する。本実施形態の場合にも、実施形態１と同様に、磁石収容孔１２に収容された磁石１３の角部１３ｅが磁石収容孔１２のステータ側壁面１２ａと接触するようにされている。これにより、磁石１３のステータ側端面１３ａと磁石収容孔１２のステータ側壁面１２ａとの間に充填材１４が進入し難くされている。

そして、張出部１９ａとｑ軸コア部１７の間には、ブリッジ部２０が形成されている。このブリッジ部２０は、実施形態１の場合と同様に、径方向の幅に関して、最も大きい大幅部２０ａと、最も小さい小幅部２０ｂと、それらの中間となる大きさの中幅部２０ｃとが、ｑ軸コア部１７側からステータ側コア部１９側に向かって順に配置されている。また、実施形態２の場合にも、実施形態１の場合と同様に、ブリッジ部２０の大幅部２０ａと小幅部２０ｂとの径方向幅の寸法比が１．７：１に設定されている。さらに、実施形態２の場合にも、実施形態１の場合と同様に、ｑ軸コア部１７の極弧率（α／θ）が９％以上となり、ブリッジ部２０の極弧率（β／θ）が１２％以上となるように設定されている。

以上のように構成された実施形態２のロータ１０Ｄによれば、実施形態１のロータ１０Ａと同様に、ブリッジ部２０に発生する応力をより確実に分散させて応力集中を抑制し、ブリッジ部２０の十分な強度を確保することができる。

また、実施形態２のロータ１０Ｄの場合にも、ステータ側コア部１９は、各磁石収容孔１２に収容された磁石１３の角部１３ｅを起点としてｑ軸コア部１７側に張り出す張出部１９ａを有する。そのため、磁束がブリッジ部２０に流れ難くすることによって、有効磁束量の低減を抑制することができるなど、実施形態１のロータ１０Ａと同様の作用及び効果を奏する。

なお、図１０は、比較例１として、ステータ側コア部１９に張出部１９ａが設けられていないロータ１０Ｇの磁束線を示す図である。図１０からも解るように、磁石１３とｑ軸コア部１７との間にあるブリッジ部２０の周方向長さが短すぎると、図１０に示す３本の磁束はブリッジ部２０を通ってロータ１０Ｇ内だけで磁束完結してしまっている。したがって、比較例１の場合には、有効磁束量の低減を確実に抑制できないことが解る。

〔試験２〕
上記実施形態１及び２のロータ１０Ａ，１０Ｄについて、ロータコア１１のｑ軸コア部１７の周方向幅を設定するに際して好適な範囲を調べる試験を行った。この試験では、ｑ軸コア部１７の周方向幅の極弧率を徐々に大きくなるように変化させて、極弧率が６％のときを１としたリラクタンストルク比を測定したところ、図１１に示す結果が得られた。

図１１から明らかなように、ｑ軸コア部１７の周方向幅の極弧率が９％を超えると、実施形態１及び２の何れの場合にも、リラクタンストルクが飽和状態となることが解る。したがって、ｑ軸コア部１７の周方向幅は、極弧率が９％以上となるように設定することが好ましい。

〔試験３〕
上記実施形態１及び２のロータ１０Ａ，１０Ｄについて、ロータコア１１のブリッジ部２０の周方向長さを設定するに際して好適な範囲を調べる試験を行った。この試験では、ブリッジ部２０の周方向長さの極弧率を１０％から徐々に大きくなるように変化させて磁束比を測定したところ、図１２に示す結果が得られた。

図１２から明らかなように、ブリッジ部２０の周方向長さの極弧率が１２％を超えると、実施形態１及び２の何れの場合にも線形となり、有効磁束量の増大が顕著となることが解る。したがって、ブリッジ部２０の周方向長さは、極弧率が１２％以上となるように設定することが好ましい。

〔実施形態３〕
実施形態３に係る回転電機のロータ１０Ｅについて図１３を参照して説明する。実施形態１のロータ１０Ａでは、張出部１９ａの内周側壁面が、磁石収容孔１２のステータ側壁面１２ａから連続して平面状に広がる平坦面で形成されていた。これに対して、実施形態３のロータ１０Ｅは、張出部１９ａの内周側壁面が、所定の曲率で形成された円弧面（曲面）で形成されており、この点で実施形態１と異なる。よって、実施形態１と共通する部材や構成についての詳しい説明は省略し、以下、異なる点及び重要な点について説明する。なお、実施形態１と共通する部材については同じ符号を用いる。

実施形態３のロータコア１１は、Ｖ字状に配置された一対の磁石収容孔１２，１２のステータ側にステータ側コア部１９を有する。このステータ側コア部１９は、磁石収容孔１２に収容された磁石１３のステータ側端面１３ａとｑ軸コア部側端面１３ｄとが交わる角部１３ｅを起点としてｑ軸コア部１７側に張り出す張出部１９ａを有する。

実施形態３では、張出部１９ａの内周側壁面が、外側フラックスバリア１８内にある点を中心とする半径ｒの円弧面で形成されており、張出部１９ａの周方向長さが実施形態１のものより短くされている。そして、実施形態３の場合にも、磁石収容孔１２に収容された磁石１３の角部１３ｅが、磁石収容孔１２のステータ側壁面１２ａに接触するようにされている。これにより、磁石１３のステータ側端面１３ａと磁石収容孔１２のステータ側壁面１２ａとの間に充填材１４が進入し難くされている。

張出部１９ａとｑ軸コア部１７との間に形成されたブリッジ部２０は、実施形態１と同様に、大幅部２０ａと小幅部２０ｂと中幅部２０ｃがｑ軸コア部１７側からステータ側コア部１９側に向かって順に配置されている。そして、実施形態３の場合にも、ブリッジ部２０の大幅部２０ａと小幅部２０ｂとの寸法比が１．７：１に設定されている。また、ｑ軸コア部１７の極弧率（α／θ）が９％以上となり、ブリッジ部２０の極弧率（β／θ）が１２％以上となるように設定されている点においても、実施形態１と同様である。

但し、実施形態３では、張出部１９ａの内周側壁面が円弧面で形成され、張出部１９ａの周方向長さが実施形態１のものより短くされていることから、ブリッジ部２０の周方向長さが実施形態１のものより大きくされている。即ち、実施形態３のブリッジ部２０は、周方向両端に位置する大幅部２０ａと中幅部２０ｃとの離間距離が、実施形態１のものより大きくされている。これにより、応力集中が発生し易いブリッジ部２０の周方向両端の位置を遠ざけるようにされている。

以上のように構成された実施形態３のロータ１０Ｅによれば、ブリッジ部２０に発生する応力をより確実に分散させて応力集中を抑制し、ブリッジ部２０の十分な強度を確保することができるなど、実施形態１のロータ１０Ａと同様の作用及び効果を奏する。

特に、実施形態３の場合には、張出部１９ａの内周側壁面が円弧面で形成され、張出部１９ａの周方向長さが実施形態１のものより短くされていることによって、応力集中が発生し易いブリッジ部２０の周方向両端の位置を遠ざけるようにされている。そのため、ブリッジ部２０に発生する応力集中をより一層確実に抑制することができるので、ブリッジ部２０の強度を大幅に向上させることが可能となる。

〔他の実施形態〕
本発明は、上記の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で種々変更することが可能である。

例えば、上記の実施形態では、ロータ１０Ａ〜１０Ｅがステータの内側に配置されるインナロータタイプの回転電機の例を説明したが、本発明は、ロータ１０Ａ〜１０Ｅがステータの外側に配置されるアウタロータタイプの回転電機にも適用することができる。

また、上記の実施形態では、本発明に係る回転電機のロータを車両用モータのロータに適用した例を説明したが、車両に搭載されて電動機や発電機として使用される回転電機のロータ、あるいは両者を選択的に使用し得る回転電機のロータにも、本発明を適用することができる。

１０Ａ〜１０Ｅ…ロータ、１１…ロータコア、１２…磁石収容孔、１３…磁石、１３ａ…ステータ側端面、１３ｄ…ｑ軸コア部側端面、１３ｅ…角部、１４…充填材、１７…ｑ軸コア部、１８…外側フラックスバリア、１９…ステータ側コア部、１９ａ…張出部、２０…ブリッジ部、２０ａ…大幅部、２０ｂ…小幅部、２０ｃ…中幅部。

Claims

ステータに対して径方向に対向配置され周方向に配列された複数の磁石収容孔（１２）を有するロータコア（１１）と、前記磁石収容孔にそれぞれ収容されて周方向に配列された複数の磁極を形成し充填材（１４）で前記磁石収容孔に固定保持された複数の磁石（１３）と、を備えた回転電機のロータにおいて、
前記ロータコアは、周方向に隣接する２つの前記磁極の間に形成されるｑ軸コア部（１７）と、前記ｑ軸コア部と前記磁石との間に形成され前記充填材が充填された外側フラックスバリア（１８）と、前記磁石収容孔の前記ステータ側に位置するステータ側コア部（１９）と前記ｑ軸コア部との間に形成されたブリッジ部（２０）と、を有し、
前記ステータ側コア部は、前記磁石のステータ側端面（１３ａ）とｑ軸コア部側端面（１３ｄ）とが交わる角部（１３ｅ）を起点として前記ｑ軸コア部側に張り出す張出部（１９ａ）を有し、
前記ブリッジ部は、径方向の幅に関して、最も大きい大幅部（２０ａ）、最も小さい小幅部（２０ｂ）及び中間となる大きさの中幅部（２０ｃ）が、前記ｑ軸コア部側から前記ステータ側コア部側に向かって順に配置されているとともに、
前記張出部と前記ブリッジ部の前記中幅部との境界は、前記張出部の平坦面で形成された内周側壁面と、前記中幅部の曲面で形成された内周側壁面とが交わる箇所とされていることを特徴とする回転電機のロータ。