JP6126859B2 - 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１３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１４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に応力（圧入応力）が伝達され、外周部１０５が外周側に向かって膨らんでしまう虞がある。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。

また、複数のリブ１０４の剛性が低く設定されることにより、内周部１０３と外周部１０５とは力学的に切り離された状態に近づく。したがって、回転時において外周部１０５に作用する大きな遠心力は、リブ１０４を介して内周部１０３に伝達し難くなり、内周部１０３が外周側に膨らむことが抑制される。

しかしながら、リブ１０４の剛性が低いため、外周部１０５に大きな遠心力が作用することによって、すなわち、外周部１０５を外周側に向かって引っ張る大きな力が作用することによって、外周部１０５は外周側に向かって大きく膨らんでしまう。その結果、外周部１０５に変形に起因する大きな応力（遠心応力）が発生してしまうことになる。

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、外周部１０５を外周側に向かって引っ張る大きな力に対して、外周部２２２ｂの外周側への膨らみを抑制して、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、シャフトがロータコア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、内周部２２２ｃの圧入変位を吸収できず、外周部２２２ｂに過大な圧入応力が作用する虞がある。

さらに、リブ２２２ｄの剛性を単純に高くした場合、内周部２２２ｃと外周部２２２ｂとが力学的に接続された状態に近づくので、回転時において外周部２２２ｂに作用する遠心力は、リブ２２２ｄを介して内周部２２２ｃに伝達され、内周部２２２ｃが外周側に膨らんでしまう虞がある。この場合、軸穴２２２ａも外周側に膨らむので、回転軸２２４に対するスリップタフネスが低下してしまう。

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、外周側ロータコア及び内周側ロータコアの外周側への膨らみを抑制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、後述の実施形態の）を有する略円環状のロータコア（例えば、後述の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、後述の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、後述の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、後述の実施形態の回転電機のロータ１０、１０Ａ、１０Ｂ）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、後述の実施形態の貫通孔２４）と、前記貫通孔の内周側の内周側ロータコア（例えば、後述の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、後述の実施形態の外周側ロータコア２６）と、を有し、
前記貫通孔の内部には、略円環状の円環部（例えば、後述の実施形態の円環部２７）が形成され、
前記内周側ロータコアと、前記円環部と、は周方向に所定間隔で配置された複数の内周側リブ（例えば、後述の実施形態の内周側リブ７０）によって連結され、
前記外周側ロータコアと、前記円環部と、は周方向に所定間隔で配置された複数の外周側リブ（例えば、後述の実施形態の外周側リブ８０）によって連結され、
外周側に向かう引張に対する前記外周側リブの剛性は、外周側に向かう引張に対する前記内周側リブの剛性よりも高く、
前記内周側リブは、前記内周側ロータコアから前記円環部に向かうに従って、周方向一方側に延びる第１内周側リブと、前記内周側ロータコアから前記円環部に向かうに従って、周方向他方側に延びる第２内周側リブと、からなり、
前記外周側リブは、前記円環部から前記外周側ロータコアに向かうに従って、周方向一方側に延びる第１外周側リブと、前記円環部から前記外周側ロータコアに向かうに従って、周方向他方側に延びる第２外周側リブと、からなり、
前記ロータコアの中心（例えば、後述の実施形態の中心Ｏ）を基準として、隣接する前記内周側リブ同士の角度間隔（例えば、後述の実施形態の角度間隔θ１）は、隣接する前記外周側リブ同士の角度間隔（例えば、後述の実施形態の角度間隔θ２）より大きい
ことを特徴とする。

請求項２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、後述の実施形態の）を有する略円環状のロータコア（例えば、後述の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、後述の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、後述の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、後述の実施形態の回転電機のロータ１０、１０Ａ、１０Ｂ）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、後述の実施形態の貫通孔２４）と、前記貫通孔の内周側の内周側ロータコア（例えば、後述の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、後述の実施形態の外周側ロータコア２６）と、を有し、
前記貫通孔の内部には、略円環状の円環部（例えば、後述の実施形態の円環部２７）が形成され、
前記内周側ロータコアと、前記円環部と、は周方向に所定間隔で配置された複数の内周側リブ（例えば、後述の実施形態の内周側リブ７０）によって連結され、
前記外周側ロータコアと、前記円環部と、は周方向に所定間隔で配置された複数の外周側リブ（例えば、後述の実施形態の外周側リブ８０）によって連結され、
前記内周側リブは、前記内周側ロータコアから前記円環部に向かうに従って、周方向一方側に延び、
前記外周側リブは、前記円環部から前記外周側ロータコアに向かうに従って、周方向一方側に延びる第１外周側リブ（例えば、後述の実施形態の第１外周側リブ８２）と、前記円環部から前記外周側ロータコアに向かうに従って、周方向他方側に延びる第２外周側リブ（例えば、後述の実施形態の第２外周側リブ８４）と、からなる
ことを特徴とする。

請求項３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、後述の実施形態の）を有する略円環状のロータコア（例えば、後述の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、後述の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、後述の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、後述の実施形態の回転電機のロータ１０、１０Ａ、１０Ｂ）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、後述の実施形態の貫通孔２４）と、前記貫通孔の内周側の内周側ロータコア（例えば、後述の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、後述の実施形態の外周側ロータコア２６）と、を有し、
前記貫通孔の内部には、略円環状の円環部（例えば、後述の実施形態の円環部２７）が形成され、
前記内周側ロータコアと、前記円環部と、は周方向に所定間隔で配置された複数の内周側リブ（例えば、後述の実施形態の内周側リブ７０）によって連結され、
前記外周側ロータコアと、前記円環部と、は周方向に所定間隔で配置された複数の外周側リブ（例えば、後述の実施形態の外周側リブ８０）によって連結され、
前記内周側リブは、前記内周側ロータコアから前記円環部に向かうに従って、周方向一方側に延びる第１内周側リブ（例えば、後述の実施形態の第１内周側リブ７２）と、前記内周側ロータコアから前記円環部に向かうに従って、周方向他方側に延びる第２内周側リブ（例えば、後述の実施形態の第２内周側リブ７４）と、からなり、
前記外周側リブは、前記円環部から前記外周側ロータコアに向かうに従って、周方向一方側に延びる第１外周側リブと、前記円環部から前記外周側ロータコアに向かうに従って、周方向他方側に延びる第２外周側リブと、からなり、
前記第１内周側リブと前記第２内周側リブとがなす狭角（例えば、後述の実施形態の狭角α）は、前記第１外周側リブと前記第２外周側リブとがなす狭角（例えば、後述の実施形態の狭角β）よりも大きい
ことを特徴とする。

請求項４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、後述の実施形態の）を有する略円環状のロータコア（例えば、後述の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、後述の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、後述の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、後述の実施形態の回転電機のロータ１０、１０Ａ、１０Ｂ）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、後述の実施形態の貫通孔２４）と、前記貫通孔の内周側の内周側ロータコア（例えば、後述の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、後述の実施形態の外周側ロータコア２６）と、を有し、
前記貫通孔の内部には、略円環状の円環部（例えば、後述の実施形態の円環部２７）が形成され、
前記内周側ロータコアと、前記円環部と、は周方向に所定間隔で配置された複数の内周側リブ（例えば、後述の実施形態の内周側リブ７０）によって連結され、
前記外周側ロータコアと、前記円環部と、は周方向に所定間隔で配置された複数の外周側リブ（例えば、後述の実施形態の外周側リブ８０）によって連結され、
前記内周側リブは、前記内周側ロータコアから前記円環部に向かうに従って、周方向一方側に延びる第１内周側リブと、前記内周側ロータコアから前記円環部に向かうに従って、周方向他方側に延びる第２内周側リブと、からなり、
前記外周側リブは、前記円環部から前記外周側ロータコアに向かうに従って、周方向一方側に延びる第１外周側リブと、前記円環部から前記外周側ロータコアに向かうに従って、周方向他方側に延びる第２外周側リブと、からなり、
前記ロータコアの中心（例えば、後述の実施形態の中心Ｏ）を基準として、隣接する前記内周側リブ同士の角度間隔（例えば、後述の実施形態の角度間隔θ１）は、隣接する前記外周側リブ同士の角度間隔（例えば、後述の実施形態の角度間隔θ２）より大きい
ことを特徴とする。

請求項５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、後述の実施形態の）を有する略円環状のロータコア（例えば、後述の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、後述の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、後述の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、後述の実施形態の回転電機のロータ１０、１０Ａ、１０Ｂ）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、後述の実施形態の貫通孔２４）と、前記貫通孔の内周側の内周側ロータコア（例えば、後述の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、後述の実施形態の外周側ロータコア２６）と、を有し、
前記貫通孔の内部には、略円環状の円環部（例えば、後述の実施形態の円環部２７）が形成され、
前記内周側ロータコアと、前記円環部と、は周方向に所定間隔で配置された複数の内周側リブ（例えば、後述の実施形態の内周側リブ７０）によって連結され、
前記外周側ロータコアと、前記円環部と、は周方向に所定間隔で配置された複数の外周側リブ（例えば、後述の実施形態の外周側リブ８０）によって連結され、
前記内周側リブの径方向幅は、前記外周側リブの径方向幅よりも短い
ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ロータコアの貫通孔の内部には略円環状の円環部が形成され、内周側ロータコアと円環部とは、周方向に所定間隔で配置された複数の内周側リブによって連結され、外周側ロータコアと円環部とは、周方向に所定間隔で配置された複数の外周側リブによって連結される。したがって、内周側リブ及び外周側リブの形状や配置をそれぞれ独立して設定することが可能となるため、内周側リブ及び外周側リブの剛性をそれぞれ所望の特性となるように設定することが可能となる。
これにより、シャフト孔への回転シャフトの圧入時にロータコアの内部で発生する圧入応力や、ロータ回転時の遠心力によりロータコア内部に発生する遠心応力、これら圧入応力や遠心応力に起因する外周側ロータコア及び内周側ロータコアの膨らみ、の各々を所定の条件内に収めるようにコントロールすることが容易となる。
また、外周側ロータコアは、内周側ロータコアよりも外周側に位置するため、内周側ロータコアよりも大きな遠心力が作用するが、外周側ロータコアに連結される外周側リブの剛性を内周側リブの剛性よりも高くすることにより、回転時において外周側ロータコアの膨らみを抑制し、外周側ロータコアにおいて発生する遠心応力を抑制することが可能となる。
また、外周側ロータコアで発生する比較的大きな遠心力は、剛性が比較的高い外周側リブを介して円環部に伝達される。また、円環部自身にも、内周側ロータコアよりも大きな遠心力が作用する。ここで、円環部と内周側ロータコアとを連結する内周側リブは、剛性が外周側リブの剛性よりも低く設定されていので、外周部及び円環部を外周側に向かって引っ張る力に対して内周側リブが容易に変形するため、外周側ロータコア及び円環部に作用する比較的大きな遠心力は内周側ロータコアに伝達し難くなり、内周側ロータコアの膨らみが抑制される。これにより、シャフト孔の膨らみが抑制され、スリップトルクの低下を抑制することが可能となる。
また、シャフト孔への回転シャフトの圧入時においては、内周側リブが外周側リブよりも剛性が低く容易に変形するため、内周側リブによって圧入変位が吸収され、内周側ロータコアにおいて発生した圧入変位は、内周側リブを介して円環部及び外周側ロータコアに伝達し難くなり、外周側ロータコアにおいて発生する圧入応力を抑制することが可能となる。
また、ロータコアの中心を基準として、隣接する内周側リブ同士の角度間隔は、隣接する外周側リブ同士の角度間隔より大きく設定されるので、外周側に向かう引張り力に対する剛性は、外周側リブの方が内周側リブに比べて高くなり、上記と同様の効果を奏することが可能となる。
さらに、内周側リブの剛性が比較的高くなるので、請求項３と同様の効果を奏することが可能となる。
また、隣接する内周側リブ同士の角度間隔を、隣接する外周側リブ同士の角度間隔より大きく設定することにより、内周側リブの変形し易さ（剛性）を調整可能とすることができる。これにより、外周側ロータコア及び内周側ロータコアの膨らみを、適切な値に抑制することが可能となる。

請求項２の発明によれば、内周側リブは、内周側ロータコアから円環部に向かうに従って、周方向一方側に延び、外周側リブを構成する第１及び第２外周側リブは、円環部から外周側ロータコアに向かうに従って、それぞれ周方向一方側及び他方側に延び、互いに対をなす形状とされる。したがって、外周側に向かう引張り力に対する剛性は、外周側リブの方が内周側リブに比べて高くなる。これにより、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏することが可能となる。

請求項３の発明によれば、第１内周側リブと第２内周側リブとがなす狭角は、第１外周側リブと第２外周側リブとがなす狭角よりも大きく設定される。したがって、外周側に向かう引張り力に対する剛性は、外周側リブの方が内周側リブに比べて高くなり、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏することが可能となる。
さらに、内周側リブの剛性が比較的高くなるので、外周側ロータコアの膨らみが抑制され、円環部及び外周側ロータコアに作用する遠心応力を低減できる。

請求項４の発明によれば、ロータコアの中心を基準として、隣接する内周側リブ同士の角度間隔は、隣接する外周側リブ同士の角度間隔より大きく設定されるので、外周側に向かう引張り力に対する剛性は、外周側リブの方が内周側リブに比べて高くなり、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏することが可能となる。
さらに、内周側リブの剛性が比較的高くなるので、請求項３と同様の効果を奏することが可能となる。
また、隣接する内周側リブ同士の角度間隔を、隣接する外周側リブ同士の角度間隔より大きく設定することにより、内周側リブの変形し易さ（剛性）を調整可能とすることができる。これにより、外周側ロータコア及び内周側ロータコアの膨らみを、適切な値に抑制することが可能となる。

請求項５の発明によれば、内周側リブの径方向幅を外周側リブの径方向幅よりも短く設定することにより、回転時において外周部及び円環部を外周側に向かって引っ張る力に対して内周側リブを変形容易にしつつ、内周側リブの径方向への変形量を抑制することができる。これにより、内周側ロータコアの膨らみを抑制しつつ、内周側リブに連結される円環部及び外周側リブの膨らみを抑制して外周側ロータコアの膨らみを抑制することができる。

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。 第１実施形態に係るロータコアの変位図である。 （ａ）は比較例１に係るロータの正面図であり、（ｂ）はロータコアの変位図である。 （ａ）は比較例２に係るロータの正面図であり、（ｂ）はロータコアの変位図である。 内周側ロータコアの内周面、及び外周側ロータコアの外周面の外周側への膨らみ量を示す図である。 第２実施形態に係るロータの正面図である。 図７のロータの部分拡大図である。 第２実施形態に係るロータコアの変位図である。 第３実施形態に係るロータの正面図である。 図１０のロータの部分拡大図である。 第３実施形態に係るロータコアの変位図である。 特許文献１に係るロータの正面図である。 特許文献２に係るロータの正面図である。

以下、本発明の各実施形態に係る回転電機のロータを説明する。

（第１実施形態）
図１及び図２に示すように、第１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。なお、図１中、符号Ｏはロータ１０の中心である。

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６０ｂ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、図１中、２本の円周状の点線で表された外周面２４ａ及び内周面２４ｂを有し、これら外周面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。

貫通孔２４の内部には、略円環状の円環部２７が形成されており、円環部２７の外周面２７ａ及び内周面２７ｂ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。

内周側ロータコア２５と、円環部２７と、は周方向に所定間隔で配置された複数の内周側リブ７０によって連結されており、外周側ロータコア２６と、円環部２７と、は周方向に所定間隔で配置された複数の外周側リブ８０によって連結されている。

内周側リブ７０は、内周側ロータコア２５から円環部２７に向かうに従って、周方向一方側（図２中、右側）に延びるよう、一定の角度で傾斜しており、複数の内周側リブ７０全体として、いわゆる風車形状とされている。

外周側リブ８０は、円環部２７から外周側ロータコア２６に向かうに従って、周方向一方側（図２中、右側）に延びる第１外周側リブ８２と、円環部２７から外周側ロータコア２６に向かうに従って、周方向他方側（図２中、左側）に延びる第２外周側リブ８４と、からなる。周方向に隣り合う外周側リブ８０同士は、所定の間隔を空けて配置されており、一方の外周側リブ８０を構成する第１外周側リブ８２と、他方の外周側リブ８０を構成する第２外周側リブ８４と、が互いに交わらないように配置されている。

このように、複数の外周側リブ８０はいわゆるスポーク形状とされており、外周側に向かって引っ張る力に対する外周側リブ８０の剛性は、外周側に向かって引っ張る力に対する内周側リブ７０の剛性よりも高くなる。また、内周側リブ７０の径方向幅は、外周側リブ８０の径方向幅よりも短く設定される。

次に、第１実施形態に係るロータコア２０と、比較例１及び２に係るロータコア３２０、４２０と、を比較するため、回転中におけるロータコア２０、３２０、４２０の変位について解析を行った。

図４（ａ）に示すように、比較例１に係るロータコア３２０は、第１実施形態に係るロータコア２０と基本的構成を同一としており、円環部２７、内周側リブ７０、外周側リブ８０が設けられない点で相違する。また、ロータコア３２０は、内周側ロータコア２５と外周側ロータコア２６とが、周方向に所定間隔で配置された複数のリブ３７０によって連結されている。リブ３７０は、内周側ロータコア２５から外周側ロータコア２６に向かうに従って、周方向一方側（図４（ａ）中、時計回り）に傾斜して延びている。したがって、複数のリブ３７０は、いわゆる風車形状とされ、その剛性が比較的低く形成される。

図５（ａ）に示すように、比較例２に係るロータコア４２０も、比較例１に係るロータコア３２０と同様に、第１実施形態に係るロータコア２０と基本的構成を同一としており、円環部２７、内周側リブ７０、外周側リブ８０が設けられない点で相違する。また、ロータコア４２０は、内周側ロータコア２５と外周側ロータコア２６とが、周方向に所定間隔で配置された複数のリブ４７０によって連結されている。リブ４７０は、内周側ロータコア２５から径方向に向かって延びる第１リブ４７２と、第１リブ４７２の外周側端部から径方向に延びると共に、それぞれ周方向一方側及び他方側に傾斜して延び、外周側ロータコア２６に連結される第２リブ４７４及び第３リブ４７６と、から構成される。したがって、複数のリブ４７０は、いわゆるスポーク形状とされ、その剛性が比較的高く形成される。

図３、図４（ｂ）、図５（ｂ）には、回転中における第１実施形態、比較例１、比較例２のロータコア２０、３２０、４２０の変位について、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、図中において、実線は回転前、破線は回転中のロータコア２０、３２０、４２０を示すものである。

また、図６には、それぞれの内周側ロータコア２５の内周面（シャフト孔２２）、及び外周側ロータコア２６の外周面（外周面２０ａ）の外周側への膨らみ量が示されている。なお、図６において、内周側ロータコア２５の内周面の膨らみ量と、外周側ロータコア２６の外周面の膨らみ量と、はそれぞれスケールが異なる２つの縦軸によって表されている。また、図中における、第２及び第３実施形態に係る結果については後述する。

図３〜図６より、内周側ロータコア２５の内周面（シャフト孔２２）の外周側への膨らみ量は、第１実施形態＜比較例１＜比較例２となっており、外周側ロータコア２６の外周面の外周側への膨らみ量は、比較例２＜第１実施形態＜比較例１となっていることがわかる。

ここで、比較例１における外周側ロータコア２６の外周面の膨らみ量と、比較例２における内周側ロータコア２５の内周面の膨らみ量と、は非常に大きな値となっており、ロータ動作に悪影響を及ぼす可能性がある。一方、第１実施形態においては、両方の膨らみ量ともバランス良く低減されている。このような結果になる理由について、以下考察する。

比較例１のロータコア３２０では、リブ３７０の剛性が比較的低いので、内周側ロータコア２５と外周側ロータコア２６とは力学的に切り離された状態に近づくことによって、回転時において外周側ロータコア２６に作用する大きな遠心力が、リブ３７０を介して内周側ロータコア２５に伝達し難くなり、内周側ロータコア２５が外周側に膨らむことが抑制される。しかしながら、リブ３７０の剛性が低いため、外周側ロータコア２６には大きな遠心力が作用することによって、外周側ロータコア２６は外周側に向かって大きく膨らんでしまう。その結果、外周側ロータコア２６に変形に起因する大きな遠心応力が発生してしまうことになる。

また、比較例２のロータコア４２０では、リブ４７０の剛性が比較的高いので、外周側ロータコア２６の外周側への膨らみが抑制され、外周側ロータコア２６に作用する遠心応力が低減される。しかし、内周側ロータコア２５と外周側ロータコア２６とが力学的に接続された状態に近づくので、回転時において外周側ロータコア２６に作用する遠心力は、リブ４７０を介して内周側ロータコア２５に伝達され、内周側ロータコア２５が外周側に大きく膨らんでしまう。

これらに対し、第１実施形態のロータコア２０では、外周側ロータコア２６に連結される外周側リブ８０の剛性が内周側リブ７０の剛性よりも高いので、回転時において外周側ロータコア２６の膨らみが抑制され、外周側ロータコア２６において発生する遠心応力が抑制される。

また、外周側ロータコア２６で発生する比較的大きな遠心力は、剛性が比較的高い外周側リブ８０を介して円環部２７に伝達される。また、円環部２７自身にも、内周側ロータコア２５よりも大きな遠心力が作用する。ここで、円環部２７と内周側ロータコア２５とを連結する内周側リブ７０は、剛性が外周側リブ８０の剛性よりも低く設定されているので、外周側ロータコア２６及び円環部２７を外周側に向かって引っ張る力に対して内周側リブ７０が容易に変形するため、外周側ロータコア２６及び円環部２７に作用する比較的大きな遠心力は内周側ロータコア２５に伝達し難くなり、内周側ロータコア２５の膨らみが抑制される。

また、シャフト孔２２への回転シャフトの圧入時においては、内周側リブ７０が外周側リブ８０よりも剛性が低く容易に変形するため、内周側リブ７０によって圧入変位が吸収され、内周側ロータコア２５において発生した圧入変位は、内周側リブ７０を介して円環部２７及び外周側ロータコア２６に伝達し難くなり、外周側ロータコア２６において発生する圧入応力を抑制することが可能となる。

また、内周側リブ７０の径方向幅は、外周側リブ８０の径方向幅よりも短く設定されるので、回転時において、外周側ロータコア２６及び円環部２７を外周側に向かって引っ張る力に対して内周側リブ７０を変形容易にしつつ、内周側リブ７０の径方向への変形量を抑制することができる。これにより、内周側ロータコア２５の膨らみを抑制しつつ、内周側リブ７０に連結される円環部２７及び外周側ロータコア２６の膨らみを抑制することができる。

このように、第１実施形態のロータコア２０においては、圧入応力及び遠心応力を共に低減可能であり、内周側ロータコア２５及び外周側ロータコア２６の外周側への膨らみをバランス良く抑制可能であることが明らかとなった。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る回転電機のロータについて説明する。本実施形態に係る回転電機のロータ１０Ａは、第１実施形態と基本的構成が同一であり、内周側リブ７０及び外周側リブ８０の構成が相違するので、同一部分については同一符号を付すことによりその説明を省略又は簡略化する。

図７及び図８に示すように、本実施形態に係る回転電機のロータ１０Ａにおいては、内周側リブ７０が、内周側ロータコア２５から円環部２７に向かうに従って、周方向一方側（図７中、時計回り）に延びる第１内周側リブ７２と、内周側ロータコア２５から円環部２７に向かうに従って、周方向他方側（図７中、反時計回り）に延びる第２内周側リブ７４と、からなる。

第１内周側リブ７２の外周側端部は、円環部２７との連結位置において、隣接する内周側リブ７０を構成する第２内周側リブ７４の外周側端部と連結されて、接点結合されている。また、第１内周側リブ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、隣接する内周側リブ７０を構成する第２内周側リブ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、隣接する内周側リブ７０は、周方向において間隔を空けることなく配置される。

また、第１外周側リブ８２の内周側端部は、円環部２７との連結位置において、隣接する外周側リブ８０を構成する第２外周側リブ８４の内周側端部と連結されて、接点結合されている。また、周方向に隣り合う外周側リブ８０同士は、所定の間隔を空けて配置されており、一方の外周側リブ８０を構成する第１外周側リブ８２と、他方の外周側リブ８０を構成する第２外周側リブ８４と、が互いに交わらないように配置されている。

複数の内周側リブ７０及び複数の外周側リブ８０の個数は、等しく設定されると共に、内周側リブ７０の周方向中間部（図８中、破線の線分Ａで表される。）及び外周側リブ８０の周方向中間部（図８中、破線の線分Ｂで表される。）は、周方向において略同一位置となるように配置される。したがって、ロータコア１０の中心Ｏを基準として、隣接する内周側リブ７０同士の角度間隔θ１は、隣接する外周側リブ８０同士の角度間隔θ２と略同一となる（θ１＝θ２）。

第１内周側リブ７２と第２内周側リブ７４とがなす狭角αは、第１外周側リブ８２と第２外周側リブ８４とがなす狭角βよりも大きく設定される（α＞β）。したがって、外周側リブ８０は、外周側に向かって引っ張る力に対する剛性が、内周側リブ７０に比べて高くなる。

ここで、図９には、回転中における第２実施形態のロータコア２０の変位について、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、図中において、実線は回転前、破線は回転中のロータコア２０を示すものである。

図６も参照し、第２実施形態のロータコア２０においても、第１実施形態と同様、比較例１及び２に比べて、内周側ロータコア２５及び外周側ロータコア２６の外周側への膨らみがバランス良く抑制されている。

より具体的に、外周側ロータコア２６の外周面の外周側への膨らみは、第２実施形態≒比較例２＜第１実施形態＜比較例１となっていることがわかる。これは、第２実施形態においては、内周側リブ７０がいわゆるスポーク形状とされて、剛性が比較的高くなるので、外周側ロータコア２６の膨らみが抑制されたためである。

また、内周側ロータコア２５の外周側への膨らみは、第１実施形態＜比較例１＜第２実施形態＜比較例２となっている。これは、第２実施形態においては、第１実施形態に比べて、外周側ロータコア２６及び円環部２７を外周側に向かって引っ張る力に対して内周側リブ７０が変形し難くなるので、回転時において外周側ロータコア２６及び円環部２７に作用する遠心力が内周側ロータコア２５に伝達され、内周側ロータコア２５が外周側に膨らみ易くなったためである。しかしながら、内周側ロータコア２５の膨らみ量は、比較例２に比べて大幅に減少しており、許容可能な値である。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る回転電機のロータについて説明する。本実施形態に係る回転電機のロータ１０Ｂは、第２実施形態と基本的構成が同一であり、内周側リブ７０及び外周側リブ８０の構成が相違するので、同一部分については同一符号を付すことによりその説明を省略又は簡略化する。

図１０及び図１１に示すように、本実施形態においても、第２実施形態と同様に、第１内周側リブ７２と第２内周側リブ７４とがなす狭角αは、第１外周側リブ８２と第２外周側リブ８４とがなす狭角βよりも大きく設定される（α＞β）。

さらに、本実施形態では、複数の外周側リブ８０の個数が、複数の内周側リブ７０の個数の２倍に設定されているので、ロータコア１０の中心Ｏを基準として、隣接する内周側リブ７０同士の角度間隔θ１は、隣接する外周側リブ８０同士の角度間隔θ２の二倍となる（θ１＝２×θ２）。したがって、内周側リブ７０の外周側に向かって引っ張る力に対する剛性は、第２実施形態に比べて低下することになる。

ここで、図１２には、回転中における第３実施形態のロータコア２０の変位について、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、図中において、実線は回転前、破線は回転中のロータコア２０を示すものである。

図６も参照し、第３実施形態のロータコア２０においても、第１実施形態と同様、比較例１及び２に比べて、内周側ロータコア２５及び外周側ロータコア２６の外周側への膨らみがバランス良く抑制されている。

特に、本実施形態では、隣接する内周側リブ７０同士の角度間隔θ１は、隣接する外周側リブ８０同士の角度間隔θ２の二倍に設定することで、内周側リブ７０の剛性を、第２実施形態に比べて低下させている。これにより、外周側ロータコア２６及び円環部２７を外周側に向かって引っ張る力に対して内周側リブ７０が変形し易くなるので、回転時において外周側ロータコア２６及び円環部２７に作用する遠心力が内周側ロータコア２５に伝達され難くなり、内周側ロータコア２５の膨らみが効果的に抑制される。

なお、ロータコア１０の中心Ｏを基準として、隣接する内周側リブ７０同士の角度間隔θ１は、隣接する外周側リブ８０同士の角度間隔θ２よりも大きく設定される限り（θ１＞θ２）、これら角度間隔θ１、θ２の関係は任意に設定可能であり、内周側リブの変形し易さ（剛性）を調整することによって、外周側ロータコア２６及び内周側ロータコア２５）の膨らみを適切な値に抑制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。

例えば、ロータコア２０は、貫通孔２４の内部に略円環所の円環部２７が形成され、内周側ロータコア２５と円環部２７とが周方向に所定間隔で配置された複数の内周側リブ７０によって連結され、外周側ロータコア２６と円環部２７とが周方向に所定間隔で配置された複数の外周側リブ８０によって連結される限り、その構成は限定されない。

このように構成することにより、内周側リブ７０及び外周側リブ８０の形状や配置をそれぞれ独立して設定することが可能となるため、内周側リブ及び外周側リブの剛性をそれぞれ所望の特性となるように設定することが可能となる。したがって、シャフト孔２２への回転シャフトの圧入時に、ロータコア２０の内部で発生する圧入応力や、ロータ回転時の遠心力によりロータコア２０内部に発生する遠心応力、これら圧入応力や遠心応力に起因する外周側ロータコア２６及び内周側ロータコア２５の膨らみ、の各々を所定の条件内に収めるようにコントロールすることが容易となる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ 回転電機のロータ
２０ ロータコア
２０ａ 外周面
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
２７ 円環部
２７ａ 外周面
２７ｂ 内周面
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 内周側リブ
７２ 第１内周側リブ
７４ 第２内周側リブ
８０ 外周側リブ
８２ 第１外周側リブ
８４ 第２外周側リブ
Ｏ 中心
α、β 狭角
θ１、θ２ 角度間隔

Claims (5)

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、
   前記貫通孔の内部には、略円環状の円環部が形成され、
   前記内周側ロータコアと、前記円環部と、は周方向に所定間隔で配置された複数の内周側リブによって連結され、
   前記外周側ロータコアと、前記円環部と、は周方向に所定間隔で配置された複数の外周側リブによって連結され、
   外周側に向かう引張に対する前記外周側リブの剛性は、外周側に向かう引張に対する前記内周側リブの剛性よりも高く、
   前記内周側リブは、前記内周側ロータコアから前記円環部に向かうに従って、周方向一方側に延びる第１内周側リブと、前記内周側ロータコアから前記円環部に向かうに従って、周方向他方側に延びる第２内周側リブと、からなり、
   前記外周側リブは、前記円環部から前記外周側ロータコアに向かうに従って、周方向一方側に延びる第１外周側リブと、前記円環部から前記外周側ロータコアに向かうに従って、周方向他方側に延びる第２外周側リブと、からなり、
   前記ロータコアの中心を基準として、隣接する前記内周側リブ同士の角度間隔は、隣接する前記外周側リブ同士の角度間隔より大きい
   ことを特徴とする回転電機のロータ。
2. 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、
   前記貫通孔の内部には、略円環状の円環部が形成され、
   前記内周側ロータコアと、前記円環部と、は周方向に所定間隔で配置された複数の内周側リブによって連結され、
   前記外周側ロータコアと、前記円環部と、は周方向に所定間隔で配置された複数の外周側リブによって連結され、
   前記内周側リブは、前記内周側ロータコアから前記円環部に向かうに従って、周方向一方側に延び、
   前記外周側リブは、前記円環部から前記外周側ロータコアに向かうに従って、周方向一方側に延びる第１外周側リブと、前記円環部から前記外周側ロータコアに向かうに従って、周方向他方側に延びる第２外周側リブと、からなる
   ことを特徴とする回転電機のロータ。
3. 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、
   前記貫通孔の内部には、略円環状の円環部が形成され、
   前記内周側ロータコアと、前記円環部と、は周方向に所定間隔で配置された複数の内周側リブによって連結され、
   前記外周側ロータコアと、前記円環部と、は周方向に所定間隔で配置された複数の外周側リブによって連結され、
   前記内周側リブは、前記内周側ロータコアから前記円環部に向かうに従って、周方向一方側に延びる第１内周側リブと、前記内周側ロータコアから前記円環部に向かうに従って、周方向他方側に延びる第２内周側リブと、からなり、
   前記外周側リブは、前記円環部から前記外周側ロータコアに向かうに従って、周方向一方側に延びる第１外周側リブと、前記円環部から前記外周側ロータコアに向かうに従って、周方向他方側に延びる第２外周側リブと、からなり、
   前記第１内周側リブと前記第２内周側リブとがなす狭角は、前記第１外周側リブと前記第２外周側リブとがなす狭角よりも大きい
   ことを特徴とする回転電機のロータ。
4. 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、
   前記貫通孔の内部には、略円環状の円環部が形成され、
   前記内周側ロータコアと、前記円環部と、は周方向に所定間隔で配置された複数の内周側リブによって連結され、
   前記外周側ロータコアと、前記円環部と、は周方向に所定間隔で配置された複数の外周側リブによって連結され、
   前記内周側リブは、前記内周側ロータコアから前記円環部に向かうに従って、周方向一方側に延びる第１内周側リブと、前記内周側ロータコアから前記円環部に向かうに従って、周方向他方側に延びる第２内周側リブと、からなり、
   前記外周側リブは、前記円環部から前記外周側ロータコアに向かうに従って、周方向一方側に延びる第１外周側リブと、前記円環部から前記外周側ロータコアに向かうに従って、周方向他方側に延びる第２外周側リブと、からなり、
   前記ロータコアの中心を基準として、隣接する前記内周側リブ同士の角度間隔は、隣接する前記外周側リブ同士の角度間隔より大きい
   ことを特徴とする回転電機のロータ。
5. 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、
   前記貫通孔の内部には、略円環状の円環部が形成され、
   前記内周側ロータコアと、前記円環部と、は周方向に所定間隔で配置された複数の内周側リブによって連結され、
   前記外周側ロータコアと、前記円環部と、は周方向に所定間隔で配置された複数の外周側リブによって連結され、
   前記内周側リブの径方向幅は、前記外周側リブの径方向幅よりも短い
   ことを特徴とする回転電機のロータ。