JP5990475B2 - 回転電機のロータ - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のロータに関する。

従来から、回転電機に使用されるロータとしては、ロータコアに周方向に所定間隔で複数個の永久磁石を配置したものが知られている（例えば特許文献１及び２参照）。

図１０に示すように、特許文献１のロータ１００は、シャフト圧入孔１０２を囲う内周部１０３と、内周部１０３から外方へ延びた複数本のリブ１０４と、リブ１０４の先端を連結する外周部１０５と、からなるロータコア１０１を備える。

ここで、複数のリブ１０４は、周方向に所定角度だけ傾斜しており、いわゆる風車形状となるように形成されている。このように構成することにより、リブ１０４の軸方向への歪みの発生を抑制している。

また、図１１に示すように、特許文献２のロータ２２１は、ロータコア２２２を有し、当該ロータコア２２２は、外周部２２２ｂと、内周部２２２ｃと、これら外周部２２２ｂと内周部２２２ｃとを接続する複数のリブ２２２ｄと、を有している。また、ロータコア２２２は、中心部の軸穴２２２ａに回転軸２２４が嵌合固定され、外周面に複数の永久磁石２２６が接着固定されている。

ここで、複数のリブ２２２ｄは、隣り合うリブ２２２ｄ同士が対称となるよう、周方向において互いに逆方向に角度αだけ傾斜するように配置されている。このように、複数のリブ２２２ｄを、いわゆるスポーク形状となるように形成することにより、リブ２２２ｄの強度を向上させて、リブ２２２ｄの幅を狭く（細く）し、ロータコア２２２の重量を低減することを図っている。

特許第３７４６８８５号広報 特開２００４−１９４４１９号公報

ところで、特許文献１及び２のロータ１００、２２１は、ロータコア１０１、２２２の外周面に複数の永久磁石が固定されるＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータ用のロータである。対して、ロータコアの内部に永久磁石が固定されるＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータ用のロータでは、永久磁石が挿入されるロータコアの磁石挿入孔周辺の疲労強度が最弱点となる場合が多い。したがって、特許文献１及び２のロータ１００、２２１のリブ形状を、ＩＰＭモータ用のロータに適用した場合、磁石挿入孔周辺の応力低減効果が十分でない虞がある。

また、特許文献１では、シャフト圧入孔１０２にシャフト（不図示）が圧入固定された際、ロータコア１０１の内周部１０３が中央部から外周側に向かって変位（圧入変位）するので、リブ１０４を介して外周部１０５の内部に応力（圧入応力）が発生する虞がある。ここで、複数のリブ１０４は、上述したようにいわゆる風車形状とされており、比較的剛性が低いので変形し易く、ロータコア１０１の内周部１０３の圧入変位がリブ１０４によって吸収され、ロータコア１０１の外周部１０５に過大な圧入応力が作用することが抑制される。

しかしながら、回転時においては、リブ１０４の剛性が低いため、遠心力によってロータコア１０１の外周部１０５は外周側に向かって引っ張られて変形し、ロータコア１０１の外周部１０５に作用する応力（遠心応力）が増大してしまう。

これに対して、特許文献２に記載された、比較的剛性が高いスポーク形状のリブ２２２ｄを適用することにより、ロータコア２２２の外周部２２２ｂに作用する遠心応力を低減することが考えられる。

しかし、リブ２２２ｄの剛性を単純に高くした場合、回転軸２２４が軸穴２２２ａに圧入される構成においては、圧入時にリブ２２２ｄが変形し難くなるので、ロータコア２２２の内周部２２２ｃの圧入変位を吸収できず、ロータコア２２２の外周部２２２ｂに過大な圧入応力が作用する虞があった。

以上のように、ロータコアの外周部に作用する応力が増大してしまう場合、磁石挿入孔周辺のロータコアの幅を比較的大きくしなければならないが、その場合永久磁石の磁束短絡を招きやすくなって効率が低下してしまう。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロータコア内部に発生する圧入応力及び遠心応力を共に低減可能な回転電機のロータを提供することにある。

前述した目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
周方向に所定間隔で形成された複数の磁石挿入孔（例えば後述する実施形態の磁石挿入孔４０）を有する略円環状のロータコア（例えば後述する実施形態のロータコア２０）と、
前記磁石挿入孔に挿入される永久磁石（例えば後述する実施形態の永久磁石３０）と、
前記ロータコアの中央部に形成されたシャフト孔（例えば後述する実施形態のシャフト孔２２）に圧入される回転シャフトと、
を備えた回転電機のロータ（例えば後述する実施形態の回転電機のロータ１０）であって、
前記ロータコアは、前記磁石挿入孔の内周側において、軸方向に貫通する略円環状の貫通孔（例えば後述する実施形態の貫通孔２４）と、前記貫通孔の内周側の内周側ロータコア（例えば後述する実施形態の内周側ロータコア２５）と、前記貫通孔の外周側の外周側ロータコア（例えば後述する実施形態の外周側ロータコア２６）と、を有し、
前記内周側ロータコアと、前記外周側ロータコアと、は周方向に所定間隔で配置された複数のリブ（例えば後述する実施形態のリブ７０）によって連結され、
前記リブは、内周側から外周側に向かうに従い周方向一方側に延びるとともに、前記内周側ロータコア及び前記外周側ロータコアとの両連結部を結ぶ直線（例えば後述する実施形態の直線Ａ）よりも外周側及び周方向他方側に向かって膨らんだ曲線形状である第１湾曲リブ（例えば後述する実施形態の第１湾曲リブ７２）と、内周側から外周側に向かうに従い周方向他方側に延びるとともに、前記内周側ロータコア及び前記外周側ロータコアとの両連結部を結ぶ直線（例えば後述する実施形態の直線Ｂ）よりも外周側及び周方向一方側に向かって膨らんだ曲線形状である第２湾曲リブ（例えば後述する実施形態の第２湾曲リブ７４）と、を有する
ことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、
前記第１湾曲リブ及び前記第２湾曲リブは、前記貫通孔の内部において交差すると共に、交差する位置で互いに連結されて連結部（例えば後述する実施形態の連結部７６）が形成される
ことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２の構成に加えて、
前記連結部は、径方向において、前記外周側ロータコア及び前記内周側ロータコアよりも、前記貫通孔の径方向中間部（例えば後述する実施形態の径方向中間部Ｍ）に近くなるように形成される
ことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項２又は３の構成に加えて、
前記第１湾曲リブの外周側端部は、前記外周側ロータコアとの連結位置において、前記第２湾曲リブの外周側端部と連結されており、
前記第１湾曲リブの内周側端部は、前記内周側ロータコアとの連結位置において、前記第２湾曲リブの内周側端部と連結されている
ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、内周側ロータコアと外周側ロータコアとは周方向に所定間隔で配置された複数のリブによって連結されており、リブは、内周側から外周側に向かうに従い周方向一方側に延びるとともに、内周側ロータコア及び外周側ロータコアとの両連結部を結ぶ直線よりも外周側及び周方向他方側に向かって膨らんだ曲線形状である第１湾曲リブと、内周側から外周側に向かうに従い周方向他方側に延びるとともに、内周側ロータコア及び外周側ロータコアとの両連結部を結ぶ直線よりも外周側及び周方向一方側に向かって膨らんだ曲線形状である第２湾曲リブと、を有する。
ここで、シャフト孔に回転シャフトが圧入された際、内周側ロータコアが中央部から外周側に向かって変位（圧入変位）することにより、リブを介して外周側ロータコアの内部に応力（圧入応力）が発生する。しかしながら、請求項１に記載の発明では、リブを構成する第１及び第２湾曲リブが、外周側に向かって膨らんだ曲線形状であるので、内周側ロータコアを内周側から外周側に向かって押し込む力に対して第１及び第２湾曲リブが適度に変形することによって圧入変位が吸収され、外周側ロータコアの内部に発生する圧入応力を低減することが可能となる。
また、回転時においては、ロータコア自身に作用する遠心力により、外周側ロータコアは外周側に向かって引っ張られて変形し、ロータコア内部、特に磁石挿入孔の周囲に応力（遠心応力）が作用する。しかしながら、請求項１に記載の発明では、リブを構成する第１及び第２湾曲リブが外周側に向かって膨らんだ曲線形状であるので、外周側ロータコアを外周側に向かって引っ張る力に対して、リブの剛性を高く維持することができる。さらに、リブを構成する第１及び第２湾曲リブは、それぞれ周方向他方側及び周方向一方側に膨らみ、互いに対をなす曲線形状とされるので、外周側ロータコアを外周側に向かって引っ張る力に対して、一方の湾曲リブが開くように変形しようとしても他方の湾曲リブが対抗することにより、リブの剛性をより高く維持することができる。このように、外周側ロータコアを外周側に向かって引っ張る力に対してリブの剛性を高めることにより、外周側ロータコアの変形を抑制することができ、当該変形に起因して磁石挿入孔の周囲に発生する遠心応力を低減することが可能である。

請求項２の発明によれば、第１及び第２湾曲リブが貫通孔の内部において交差するので、交差しない場合と比べて、第１及び第２湾曲リブの円周長を長く形成することができる。したがって、ロータコアのシャフト孔への回転シャフトの圧入時に、第１及び第２湾曲リブが変形し易くなるので、外周側ロータコアにおいて発生する圧入応力をより効果的に低減することが可能である。
さらに、第１及び第２湾曲リブは、交差する位置で互いに連結されて連結部が形成されるので、外周側ロータコアを外周側に向かって引っ張る力に対して第１及び第２湾曲リブの剛性が高められ、外周側ロータコアの変形をより効果的に抑制することができ、当該変形に起因して磁石挿入孔の周囲に発生する遠心応力をより低減することが可能である。

請求項３の発明によれば、連結部は、径方向において、外周側ロータコア及び内周側ロータコアよりも、貫通孔の径方向中間部に近くなるように形成される。したがって、ロータコアのシャフト孔への回転シャフトの圧入時に、第１及び第２湾曲リブの変形が連結部によって妨げられてしまうことを抑制でき、外周側ロータコアにおいて発生する圧入応力をより効果的に低減することが可能である。

請求項４の発明によれば、第１湾曲リブの外周側端部は、外周側ロータコアとの連結位置において、第２湾曲リブの外周側端部と連結されており、第１湾曲リブの内周側端部は、内周側ロータコアとの連結位置において、第２湾曲リブの内周側端部と連結されている。したがって、第１及び第２湾曲リブは、内周側端部同士及び外周側端部同士が連結されない場合に比べて、円周長が長く形成できるので、ロータコアのシャフト孔への回転シャフトの圧入時に、第１及び第２湾曲リブが変形し易くなり、外周側ロータコアにおいて発生する圧入応力をより効果的に低減することが可能である。

第１実施形態に係るロータの正面図である。 図１のロータの部分拡大図である。 比較例１に係るロータの部分拡大図である。 ロータコアの溝部における遠心応力及び圧入応力を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、それぞれ実施例１〜４に係るロータの部分拡大図である。 ロータコアの溝部における遠心応力及び圧入応力を示す図である。 ロータコア中における最大応力を示す図である。 比較例２に係るロータの部分拡大図である。 実施例５に係るロータの部分拡大図である。 特許文献１のロータの正面図である。 特許文献２のロータの正面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る回転電機のロータを説明する。

図１及び図２に示すように、実施形態に係る回転電機のロータ１０は、周方向に所定間隔で形成された複数の磁極部５０を有する略円環状のロータコア２０と、ロータコア２０の中央部に形成されたシャフト孔２２に圧入される回転シャフト（不図示）と、を備え、ステータ（不図示）の内周側に配置されている。

ロータコア２０は、略同一形状の円環状の電磁鋼板例えばケイ素鋼板２１を多数積層して形成されていると共に、周方向に所定の間隔で複数の磁石挿入孔４０が形成される。

磁極部５０は、径方向に磁化され、且つ周方向で交互に磁化方向が異なるように、永久磁石３０が磁石挿入孔４０に挿入されて構成されている。より具体的には、永久磁石３０Ａが磁石挿入孔４０に挿入されて構成された磁極部５０Ａにおいて、その外周側がＮ極とすると、隣接する磁極部５０Ｂは、その外周側がＳ極となるように、永久磁石３０Ｂが磁石挿入孔４０に挿入されて構成されている。

永久磁石３０は、周方向に３分割された３つの永久磁石片３２ａ、３２ｂ、３２ｃによって構成されており、これら３つの永久磁石片３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、同一の断面略矩状に形成される。

磁石挿入孔４０は、周方向に３分割された３つの空孔４２ａ、４２ｂ、４２ｃから構成されており、これら３つの空孔４２ａ、４２ｂ、４２ｃに、それぞれ永久磁石片３２ａ、３２ｂ、３２ｃが挿入されて固定される。３つの空孔４２ａ、４２ｂ、４２ｃは、周方向に隣り合う永久磁石片３２ａ、３２ｂ、３２ｃの外周面同士が１８０°未満の角度をなすよう、略Ｖ字形状に形成されている。

また、ロータコア２０は、永久磁石片３２ａ、３２ｃの周方向外側端面３２ｄと隣接する部分に、軸方向に貫通して磁気的空隙を構成する側方バリア部６０（図２参照）が形成される。このように、ロータコア２０に側方バリア部６０が形成されることにより、側方バリア部６０とロータコア２０の外周面２０ａとの間には、周方向に延びる周方向リブ２３が設けられる。

ここで、周方向リブ２３は、径方向幅が比較的短く形成されるので、永久磁石３０の外周面から生じた磁束が、周方向リブ２３を介して同じ永久磁石３０の内周面に短絡したり、周方向リブ２３を介して隣の磁極部５０を構成する永久磁石３０の内周面に短絡することが抑制される。

また、ロータコア２０には、磁石挿入孔４０の内周側において、軸方向に貫通する略円環状の貫通孔２４が形成される。貫通孔２４は、外周面２４ａ及び内周面２４ｂがロータコア２０の外周面２０ａ及びシャフト孔２２と平行となるように形成されている。このように、ロータコア２０は、貫通孔２４が形成されることにより、貫通孔２４の内周側の内周側ロータコア２５と、貫通孔２４の外周側の外周側ロータコア２６と、を有することになる。

内周側ロータコア２５と、外周側ロータコア２６と、は周方向に所定間隔で配置された複数のリブ７０によって連結されている。リブ７０は、内周側から外周側に向かうに従い周方向一方側（図２中、左側）に延びるとともに、内周側ロータコア２５及び外周側ロータコア２６との両連結部を結ぶ直線（図２中、破線Ａで表されている。）よりも外周側及び周方向他方側（図２中、右側）に向かって膨らんだ曲線形状である第１湾曲リブ７２と、内周側から外周側に向かうに従い周方向他方側に延びるとともに、内周側ロータコア２５及び外周側ロータコア２６との両連結部を結ぶ直線（図２中、破線Ｂで表されている。）よりも外周側及び周方向一方側に向かって膨らんだ曲線形状である第２湾曲リブ７４と、から構成される。

第１湾曲リブ７２の外周側端部は、外周側ロータコア２６との連結位置において、隣接するリブ７０を構成する第２湾曲リブ７４の外周側端部と連結されて、接点結合されている。同様に第１湾曲リブ７２の内周側端部は、内周側ロータコア２５との連結位置において、隣接するリブ７０を構成する第２湾曲リブ７４の内周側端部と連結されて、接点結合されている。このように構成することで、第１湾曲リブ７２及び第２湾曲リブ７４の円周長を長くすることができる。

また、第１湾曲リブ７２と第２湾曲リブ７４とは、貫通孔２４の内部において交差すると共に、当該交差する位置において互いに連結されて連結部７６が形成される。

ここで、連結部７６は、径方向において、外周側ロータコア２６及び内周側ロータコア２５よりも、貫通孔２４の径方向中間部Ｍに近くなるように形成されることが好ましい。すなわち、外周側ロータコア２６と貫通孔２４の径方向中間部Ｍとの径方向中間部を外周側中間部Ｍ１とし、内周側ロータコア２５と貫通孔２４の径方向中間部Ｍとの径方向中間部を内周側中間部Ｍ２としたとき、連結部７６は、径方向において、外周側中間部Ｍ１と内周側中間部Ｍ２との間に位置するように形成されることが好ましい。本実施形態では、連結部７６は、径方向において、径方向中間部Ｍと外周側中間部Ｍ１との間に位置する。

次に、本実施形態に係るロータコア２０と、リブ７０の構成を従来の特許文献１のように所定角度だけ周方向に傾斜させ、いわゆる風車形状とした比較例１に係るロータコア３２０（図３参照）と、を比較するため、ロータコア２０、３２０に発生する応力について解析を行った。

図４には、応力が高くなり易い部位であるロータコア２０の周方向リブ２３で発生する遠心応力、及び圧入応力について、シュミレーションによって求めた結果が示されている。

なお、上述の遠心応力とは、シャフト孔２２に回転シャフトを圧入していない状態で、ロータコア２０を回転させた場合に、ロータコア２０に作用する遠心力により発生する応力を意味し、圧入応力とは、ロータコア２０を回転させない状態において、シャフト孔２２に回転シャフトを圧入した場合に、ロータコア２０に発生する応力を意味する。

図４より、本実施形態では、比較例１に比べて遠心応力が低減されているのが分かる。これは、本実施形態に係るリブ７０の剛性が、比較例１に比べて高いことに起因する。

すなわち、本実施形態に係るリブ７０を構成する第１及び第２湾曲リブ７２、７４が、外周側に向かって膨らんだ曲線形状であるため、外周側ロータコア２６を外周側に向かって引っ張る力に対して、リブ７０の剛性を高く維持することができる。さらに、リブ７０を構成する第１及び第２湾曲リブ７２、７４は、それぞれ周方向他方側及び周方向一方側に膨らみ、互いに対をなす曲線形状とされるので、外周側ロータコア２６を外周側に向かって引っ張る力に対して、一方の湾曲リブ７２（７４）が開くように変形しようとしても他方の湾曲リブ７４（７２）が対抗することにより、リブ７０の剛性をより高く維持することができる。また、第１及び第２湾曲リブ７２、７４は、交差する位置で互いに連結されて連結部７６が形成されるので、外周側ロータコア２６を外周側に向かって引っ張る力に対して第１及び第２湾曲リブ７２、７４の剛性が高められる。

このように、外周側ロータコア２６を外周側に向かって引っ張る力に対してリブ７０の剛性を向上させることによって、外周側ロータコア２６の変形を抑制することができ、当該変形に起因して磁石挿入孔４０の周囲、特にロータコア２０の周方向リブ２３に発生する遠心応力を低減することが可能となる。

また、本実施形態では、比較例１に比べて圧入応力が増大しているものの、圧入応力と遠心応力とを考慮した総合的観点によれば、応力は低減しており、優位性が維持される。これは、本実施形態では、上述したように外周側ロータコア２６を外周側に向かって引っ張る力に対するリブ７０の剛性を高める一方で、内周側ロータコア２５を内周側から外周側に向かって押し込む力に対してはリブ７０が変形し易い構成とされたことに起因する。

すなわち、リブ７０を構成する第１及び第２湾曲リブ７２、７４が、外周側に向かって膨らんだ曲線形状であるので、これら第１及び第２湾曲リブ７２、７４が適度に変形する。さらに、第１及び第２湾曲リブ７２、７４が貫通孔２４の内部において交差するので、交差しない場合と比べて、第１及び第２湾曲リブ７２、７４の円周長を長く形成することができ、シャフト孔２２への回転シャフトの圧入時に、第１及び第２湾曲リブ７２、７４が変形し易くなる。また、第１湾曲リブ７２の外周側端部は、外周側ロータコア２６との連結位置において第２湾曲リブ７４の外周側端部と連結されており、第１湾曲リブ７２の内周側端部は、内周側ロータコア２５との連結位置において第２湾曲リブ７４の内周側端部と連結されているので、第１及び第２湾曲リブ７２、７４は、内周側端部同士及び外周側端部同士が連結されない場合に比べて、円周長が長く形成でき、シャフト孔２２への回転シャフトの圧入時に変形し易くなる。

このように、リブ７０が変形し易い構成とされたことによって、内周側ロータコア２５の圧入変位が吸収され、外周側ロータコア２６の内部に発生する圧入応力を低減することが可能となる。

（実施例１〜４）
次に、連結部７６の径方向位置を変化させ、ロータコア２０に発生する応力がどのように変化するか解析を行った。

図５（ａ）〜（ｄ）に示すロータコア２０では、第１湾曲リブ７２及び第２湾曲リブ７４の曲率半径を変化させることによって、連結部７６の径方向位置を変化させている。

具体的には、図５（ａ）の実施例１に係るロータコア２０では、曲率半径がＲ１０００とされることにより、第１湾曲リブ７２及び第２湾曲リブ７４は、ほぼ直線に近い形状とされ、連結部７６は、内周側中間部Ｍ２上に位置する。

また、図５（ｂ）の実施例２に係るロータコア２０では、第１湾曲リブ７２及び第２湾曲リブ７４の曲率半径がＲ１５０とされることにより、連結部７６は、径方向中間部Ｍと内周側中間部Ｍ２との間に位置する。

図５（ｃ）の実施例３に係るロータコア２０では、第１湾曲リブ７２及び第２湾曲リブ７４の曲率半径がＲ６５とされることにより、連結部７６は、径方向中間部Ｍと外周側中間部Ｍ１との間に位置する。

図５（ｄ）の実施例４に係るロータコア２０では、第１湾曲リブ７２及び第２湾曲リブ７４の曲率半径がＲ４５とされることにより、連結部７６は、外周側中間部Ｍ１上に位置する。

図６には、実施例１〜４において、応力が高くなり易い部位であるロータコア２０の周方向リブ２３で発生する遠心応力、及び圧入応力の各々について、シュミレーションによって求めた結果が示されている。また、図７には、シャフト孔２２に回転シャフトを圧入した状態で、ロータコア２０を回転させた場合に、ロータコア２０の中で最も応力が高い部分の値（最大応力）を、シュミレーションによって求めた結果が示されている。すなわち、図７に示す結果は、遠心応力と圧入応力、両方の応力が考慮されたものであり、実際の運転時に対応する条件においてロータコア２０に発生する最大応力を表すものである。したがって、図７の応力が低い程、実際の運転時におけるロータコア強度が高いことを示している。

なお、図６及び図７には、参考のため、上述したリブ７０の構成を風車形状とした比較例１に係るロータコア３２０（図３参照）における結果も、示されている。また、図６及び図７には、比較例２及び実施例５における結果も示されているが、これらについては後述する。

図６によると、第１湾曲リブ７２及び第２湾曲リブ７４の曲率半径が大きくなる程、リブ７０の剛性が高まり、遠心応力低減効果が向上していることがわかる。一方、上記曲率半径が大きくなるほど、第１湾曲リブ７２及び第２湾曲リブ７４が直線形状に近づくことから、リブ７０は変形し難くなり、圧入応力が増大する傾向にある。特に、図５（ａ）の実施例１のロータコア２０では、連結部７６が内周側中間部Ｍ２上に位置することから、第１湾曲リブ７２及び第２湾曲リブ７４の変形が連結部７６によって妨げられ易く、圧入応力が増大する。これは、図５（ｄ）の実施例４のロータコア２０でも同様であり、連結部７６が外周側中間部Ｍ１上に位置することから、第１湾曲リブ７２及び第２湾曲リブ７４の変形が連結部７６によって妨げられ易いので、実施例２及び実施例３よりも上記曲率半径が低い値に設定されているにも拘らず、圧入応力が増大してしまう。

さらに、図７を参照すると、遠心応力及び圧入応力がバランスよく低減可能な実施例２及び実施例３において、実際の運転時に対応する条件下でのロータコア２０中の最大応力が低減していることがわかる。このように、実際の運転時に対応する条件においては、実施例２及び実施例３に係るロータコア２０が好適であり、すなわち、連結部７６は、外周側ロータコア２６及び内周側ロータコア２５よりも、貫通孔２４の径方向中間部Ｍに近くなるように形成される構成が好適であることが明らかとなった。

（比較例２）
次に、比較例２に係るロータコア４２０に発生する応力がどのように変化するか解析を行った。

図８に示すように、比較例２に係るロータコア４２０では、第１湾曲リブ７２が、内周側ロータコア２５及び外周側ロータコア２６との両連結部を結ぶ直線（図８中、破線Ａで表されている。）よりも内周側及び周方向一方側（図８中、左側）に向かって膨らんだ曲線形状に形成され、第２湾曲リブ７４が、内周側ロータコア２５及び外周側ロータコア２６との両連結部を結ぶ直線（図８中、破線Ｂで表されている。）よりも内周側及び周方向他方側（図８中、右側）に向かって膨らんだ曲線形状に形成される。すなわち、実施例１〜４においては、第１湾曲リブ７２及び第２湾曲リブ７４の曲率中心が、それぞれ直線Ａ及びＢの周方向一方側及び他方側に形成されるのに対して、比較例２においては、第１湾曲リブ７２及び第２湾曲リブ７４の曲率中心が、それぞれ直線Ａ及びＢの周方向他方側及び一方側に形成される。このように、比較例２においては、第１湾曲リブ７２及び第２湾曲リブ７４が、実施例１〜４と比べて逆Ｒに形成されている。

図６によれば、比較例２に係るロータコア４２０では、リブ７０の剛性が高まり、実施例１〜４に比べて遠心応力が低減されている。しかしながら、比較例２では、リブ７０が逆Ｒに形成されているので、内周側ロータコア２５を内周側から外周側に向かって押し込む力に対してリブ７０が変形し難く、圧入応力が非常に大きくなってしまう。さらに、比較例２では、圧入応力と遠心応力との両方を考慮した場合にロータコア４２０中の最大応力が非常に大きくなってしまうので（図７参照）、応力低減の観点から、比較例２のロータコア４２０は不適当であることが明らかとなった。

（実施例５）
次に、実施例５に係るロータコア２０に発生する応力がどのように変化するか解析を行った。

図９に示すように、実施例５に係るロータコア２０では、第１湾曲リブ７２の内周側端部が、内周側ロータコア２５との連結位置において、隣のリブ７０を構成する第２湾曲リブ７４の内周側端部と連結されて、接点結合されている。一方、第１湾曲リブ７２の外周側端部は、外周側ロータコア２６との連結位置において、隣のリブ７０を構成する第２湾曲リブ７４の外周側端部と連結されていない。この場合、他の実施例１〜４に比べ、第１湾曲リブ７２及び第２湾曲リブ７４の円周長が短くなる。

図６によれば、実施例５では、他の実施例によりも遠心応力は減少し、圧入応力は増大する。これは、上述したように、第１湾曲リブ７２及び第２湾曲リブ７４の円周長が短く形成されたことにより、内周側ロータコア２５を内周側から外周側に向かって押し込む力に対してリブ７０が変形し難くなり、内周側ロータコア２５の圧入変位を吸収し難くなったためであると考えられる。この結果、図７に示すように、実施例５では、ロータコアの最大応力が、他の実施例よりも大きくなってしまうが、比較例１及び２に比べると小さくなり、優れた応力低減効果を有していることが明らかとなった。

以上、説明したように、本実施形態の回転電機のロータ１０によれば、内周側ロータコア２５と外周側ロータコア２６とは周方向に所定間隔で配置された複数のリブ７０によって連結されており、リブ７０は、内周側から外周側に向かうに従い周方向一方側に延びるとともに、内周側ロータコア２５及び外周側ロータコア２６との両連結部を結ぶ直線Ａよりも外周側及び周方向他方側に向かって膨らんだ曲線形状である第１湾曲リブ７２と、内周側から外周側に向かうに従い周方向他方側に延びるとともに、内周側ロータコア２５及び外周側ロータコア２６との両連結部を結ぶ直線Ｂよりも外周側及び周方向一方側に向かって膨らんだ曲線形状である第２湾曲リブ７４と、を有する。
ここで、シャフト孔２２に回転シャフトが圧入された際、内周側ロータコア２５が中央部から外周側に向かって変位（圧入変位）することにより、リブ７０を介して外周側ロータコア２６の内部に応力（圧入応力）が発生する。しかしながら、本実施形態では、リブ７０を構成する第１及び第２湾曲リブ７２、７４が、外周側に向かって膨らんだ曲線形状であるので、第１及び第２湾曲リブ７２、７４が、内周側ロータコア２５を内周側から外周側に向かって押し込む力に対して適度に変形することによって圧入変位が吸収され、外周側ロータコア２６の内部に発生する圧入応力を低減することが可能となる。
また、回転時においては、ロータコア２０自身に作用する遠心力により、外周側ロータコア２６は外周側に向かって引っ張られて変形し、ロータコア２０内部、特に磁石挿入孔４０の周囲に応力（遠心応力）が作用する。しかしながら、本実施形態では、リブ７０を構成する第１及び第２湾曲リブ７２、７４が外周側に向かって膨らんだ曲線形状であるので、外周側ロータコア２６を外周側に向かって引っ張る力に対して、リブ７０の剛性を高く維持することができる。さらに、リブ７０を構成する第１及び第２湾曲リブ７２、７４は、それぞれ周方向他方側及び周方向一方側に膨らみ、互いに対照的な曲線形状とされるので、外周側ロータコア２６を外周側に向かって引っ張る力に対して、リブ７０の剛性をより高く維持することができる。このように、リブ７０の剛性を高めることにより、外周側ロータコア２６の変形を抑制することができ、当該変形に起因して磁石挿入孔４０の周囲に発生する遠心応力を低減することが可能である。

また、第１及び第２湾曲リブ７２、７４が貫通孔２４の内部において交差するので、交差しない場合と比べて、第１及び第２湾曲リブ７２、７４の円周長を長く形成することができる。したがって、ロータコア２０のシャフト孔２２への回転シャフトの圧入時に、第１及び第２湾曲リブ７２、７４が変形し易くなるので、外周側ロータコア２６において発生する圧入応力をより効果的に低減することが可能である。
さらに、第１及び第２湾曲リブ７２、７４は、交差する位置で互いに連結されて連結部７６が形成されるので、外周側ロータコア２６を外周側に向かって引っ張る力に対して第１及び第２湾曲リブ７２、７４の剛性が高められ、外周側ロータコア２６の変形をより効果的に抑制することができ、当該変形に起因して磁石挿入孔４０の周囲に発生する遠心応力をより低減することが可能である。

また、連結部７６は、径方向において、外周側ロータコア２６及び前記内周側ロータコア２５よりも、前記貫通孔の径方向中間部に近くなるように形成される。したがって、ロータコア２０のシャフト孔２２への回転シャフトの圧入時に、第１及び第２湾曲リブ７２、７４の変形が連結部７６によって妨げられてしまうことを抑制でき、外周側ロータコア２６において発生する圧入応力をより効果的に低減することが可能である。

また、第１湾曲リブ７２の外周側端部は、外周側ロータコア２６との連結位置において、第２湾曲リブ７４の外周側端部と連結されており、第１湾曲リブ７２の内周側端部は、内周側ロータコア２５との連結位置において、第２湾曲リブ７４の内周側端部と連結されている。したがって、第１及び第２湾曲リブ７２、７４は、内周側端部同士及び外周側端部同士が連結されない場合に比べて、円周長が長く形成できるので、ロータコア２０のシャフト孔２２への回転シャフトの圧入時に、第１及び第２湾曲リブ７２、７４が変形し易くなり、外周側ロータコア２６において発生する圧入応力をより効果的に低減することが可能である。

なお、本発明の回転電機のロータ１０は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良などが可能である。

１０ 回転電機のロータ
２０ ロータコア
２０ａ 外周面
２１ ケイ素鋼板
２２ シャフト孔
２３ 周方向リブ
２４ 貫通孔
２４ａ 外周面
２４ｂ 内周面
２５ 内周側ロータコア
２６ 外周側ロータコア
３０ 永久磁石
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ 永久磁石片
３２ｄ 周方向外側端面
４０ 磁石挿入孔
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ 空孔
５０ 磁極部
６０ 側方バリア部
７０ リブ
７２ 第１湾曲リブ
７４ 第２湾曲リブ
７６ 連結部
Ａ、Ｂ 直線
Ｍ 径方向中間部
Ｍ１ 外周側中間部
Ｍ２ 内周側中間部

Claims (4)

1. 周方向に所定間隔で形成された複数の磁石挿入孔を有する略円環状のロータコアと、
   前記磁石挿入孔に挿入される永久磁石と、
   前記ロータコアの中央部に形成されたシャフト孔に圧入される回転シャフトと、
   を備えた回転電機のロータであって、
   前記ロータコアは、前記磁石挿入孔の内周側において、軸方向に貫通する略円環状の貫通孔と、前記貫通孔の内周側の内周側ロータコアと、前記貫通孔の外周側の外周側ロータコアと、を有し、
   前記内周側ロータコアと、前記外周側ロータコアと、は周方向に所定間隔で配置された複数のリブによって連結され、
   前記リブは、内周側から外周側に向かうに従い周方向一方側に延びるとともに、前記内周側ロータコア及び前記外周側ロータコアとの両連結部を結ぶ直線よりも外周側及び周方向他方側に向かって膨らんだ曲線形状である第１湾曲リブと、内周側から外周側に向かうに従い周方向他方側に延びるとともに、前記内周側ロータコア及び前記外周側ロータコアとの両連結部を結ぶ直線よりも外周側及び周方向一方側に向かって膨らんだ曲線形状である第２湾曲リブと、を有する
   ことを特徴とする回転電機のロータ。
2. 前記第１湾曲リブ及び前記第２湾曲リブは、前記貫通孔の内部において交差すると共に、交差する位置で互いに連結されて連結部が形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ。
3. 前記連結部は、径方向において、前記外周側ロータコア及び前記内周側ロータコアよりも、前記貫通孔の径方向中間部に近くなるように形成される
   ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機のロータ。
4. 前記第１湾曲リブの外周側端部は、前記外周側ロータコアとの連結位置において、前記第２湾曲リブの外周側端部と連結されており、
   前記第１湾曲リブの内周側端部は、前記内周側ロータコアとの連結位置において、前記第２湾曲リブの内周側端部と連結されている
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の回転電機のロータ。