WO2023248385A1 - 回転子コア、回転子、および電動機 - Google Patents

回転子コア、回転子、および電動機 Download PDF

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rotor
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龍矢 安田
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ファナック株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a rotor core, a rotor, and an electric motor.
  • a plurality of pairs of magnet slots arranged in a V-shape are formed on the end face of the rotor core of the motor, and a magnet is inserted into each magnet slot.
  • holes are formed in the rotor core (for example, see Japanese Patent No. 6987310).
  • holes are formed inside each pair of magnet slots arranged in a V-shape, the flow of magnetic flux is inhibited and torque is reduced.
  • the rotor core is provided with a plurality of pairs of magnet slots extending in the axial direction of the rotor core, and the plurality of pairs of magnet slots are formed in the rotor core.
  • the magnet slots are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the rotor core in the radial cross section of the rotor core, and the magnet slots of each pair of the plurality of pairs of magnet slots are arranged in a radius of the rotor core.
  • the rotor core is composed of a substantially isosceles triangle whose apex angle is directed toward the center of the rotor core, and a circular arc protruding outward in the radial direction of the rotor core from the base of the isosceles triangle.
  • At least a portion of the arc in the hole includes a portion of the first magnet slot located at the outermost side of the rotor core and a part of the second magnet slot located at the outermost side of the rotor core.
  • a rotor core is provided that is located radially outward of the rotor core with respect to a first line segment between the rotor core and a portion of the rotor core.
  • FIG. 1 is an axial cross-sectional view of an electric motor according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a radial cross-sectional view of the rotor of the electric motor according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a first partially enlarged view of the rotor shown in FIG. 2;
  • FIG. 3 is a second partially enlarged view of the rotor shown in FIG. 2;
  • FIG. 3 is a third partially enlarged view of the rotor shown in FIG. 2;
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the magnetic flux of an electric motor in the prior art.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between time and torque of an electric motor in the prior art.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing the magnetic flux of the electric motor based on the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between time and torque of the electric motor according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a radial cross-sectional view of the rotor core of the electric motor according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is an axial cross-sectional view of an electric motor according to a first embodiment of the present invention.
  • the electric motor 1 includes a stator 9 and a rotor 10 rotatably supported by the stator 9.
  • a first bearing 7 and a second bearing 8 are arranged on the inner peripheral surface of the stator 9.
  • a shaft portion 5 passing through the rotor 9 is rotatably supported by the stator 9 by a first bearing 7 and a second bearing 8.
  • a detector 6 is attached to one end of the stator 9 to detect the rotational speed of the shaft portion 5 and the like.
  • FIG. 2 is a radial cross-sectional view of the rotor of the electric motor according to the first embodiment.
  • the rotor 10 shown in FIG. 2 is approximately ring-shaped with a through hole for the shaft portion 5 in the center. However, as will be described later, it is preferable that the outer peripheral surface of the rotor 10 is not smooth.
  • a plurality of pairs of magnet slots 20 extending in the axial direction of the rotor 10 are formed in the rotor 10 at equal intervals in the circumferential direction.
  • Each pair of magnet slots 20 includes a first magnet slot 21 tilted counterclockwise with respect to the radius of the rotor 10 and a second magnet slot 22 tilted clockwise with respect to the aforementioned radius of the rotor 10.
  • the absolute values of the inclination angles of the first magnet slot 21 and the second magnet slot 22 with respect to the radius are equal to each other.
  • the magnet slots 21 and 22 have a substantially rectangular shape corresponding to the shape of the permanent magnets 21a and 21b, and preferably have the same shape. Furthermore, additional cutouts or the like are preferably formed in the magnet slots 21 and 22 for the purpose of easily inserting/removing the permanent magnets 21a and 21b.
  • magnet slots 21 and 22 are arranged so as to converge toward each other inward in the radial direction of the rotor 10. In other words, these magnet slots 21 and 22 are formed in a substantially V-shape. However, these magnet slots 21 and 22 do not need to be connected to each other radially inside.
  • the outer circumference of the rotor 10 is composed of a plurality of first outer circumferential portions 11 and a plurality of second outer circumferential portions 12 that connect each of the plurality of first outer circumferential portions 11. That is, the plurality of first outer circumferential portions 11 and the plurality of second outer circumferential portions 12 are alternately arranged in the circumferential direction of the rotor 10.
  • the plurality of first outer circumferential portions 11 correspond to respective regions of the plurality of pairs of magnet slots 20.
  • the plurality of second outer circumferential portions 12 each correspond to a region between two mutually adjacent pairs of magnet slots 20 among the plurality of pairs of magnet slots 20.
  • the outermost portion of the first outer circumferential portion 11 is located further outward in the radial direction of the rotor 10 than the outermost portion of the second outer circumferential portion 12 .
  • the plurality of first outer peripheral portions 11 as convex portions and the plurality of second outer peripheral portions 12 as recessed portions are arranged alternately in the circumferential direction of the rotor 10.
  • the entire first outer circumferential portion 11 is located inside a circle (indicated by a broken line in FIG. 8 described later) whose radius is a line segment connecting the center O of the rotor 10 and the outermost portion of the first outer circumferential portion 11. positioned.
  • the outermost portion of the second outer peripheral portion 12 rotates more than one pair of permanent magnets 21b and the other pair of permanent magnets 21a of the two pairs of magnet slots 20 adjacent to the second outer peripheral portion 12. Preferably, it is located radially outward of the child 10.
  • the controllability of the electric motor 1 including the rotor 10 can be improved.
  • each of the outermost portions of the first outer circumferential portion 11 is composed of at least one curved line.
  • Each of the outermost portions of the second outer peripheral portion 12 is composed of at least one straight line.
  • the outermost portion of the second outer circumferential portion 12 is connected to one side of the permanent magnets 21 a of one pair of the two pairs of magnet slots 20 adjacent to the second outer circumferential portion 12 , and the other side includes a straight line that is approximately parallel to one side of the pair of permanent magnets 21b.
  • the outermost portion of the first outer circumferential portion 11 may be configured with at least one straight line
  • the outermost portion of the second outer circumferential portion 12 may be configured with at least one curved line.
  • both the outermost portion of the first outer circumferential portion 11 and the outermost portion of the second outer circumferential portion 12 may be configured with at least one straight line
  • the outermost portion of the first outer circumferential portion 11 Both the portion and the outermost portion of the second outer circumferential portion 12 may consist of at least one curve.
  • at least one of the outermost portion of the first outer circumferential portion 11 and the outermost portion of the second outer circumferential portion 12 may be configured with at least one straight line and at least one curved line.
  • the outermost portion of the plurality of first outer circumferential portions 11 is located radially outward of the rotor 10 than the outermost portion of the plurality of second outer circumferential portions 12, so that The outer circumference becomes a shape different from a perfect circle. Therefore, it can be seen that the same effect as described above can be obtained.
  • the first outer circumferential portion 11 may be located radially inward of the rotor 10 than the second outer circumferential portion 12. Even in such a case, effects similar to those described above can be obtained and are included in the scope of the first embodiment.
  • FIG. 2 a plurality of holes 30 extending in the axial direction of the rotor 10 are formed at equal intervals in the circumferential direction on the end surface of the rotor 10.
  • 3 is a first partially enlarged view of the rotor shown in FIG. 2.
  • FIG. 2 and 3 each of the plurality of holes 30 is formed in a region of the rotor 10 corresponding to the first outer peripheral portion 11. Strictly speaking, the hole 30 is formed between the first magnet slot 21 and the second magnet slot 22 of the pair of magnet slots 20. The shape of the hole 30 will be described later.
  • a plurality of pairs of holes 41 and 42 extending in the axial direction of the rotor 10 are formed at equal intervals in the circumferential direction on the end face of the rotor 10.
  • each of the plurality of sets of holes 41, 42 is formed in a region of the rotor 10 corresponding to the second outer circumferential portion 12.
  • the hole 41 is formed on the outer side of the rotor 10 in the radial direction than the hole 42, and the hole 41 is smaller than the hole 42.
  • the hole 41 is circular
  • the hole 42 is an oval shape whose width decreases from the inside to the outside in the radial direction of the rotor 10.
  • at least one of the holes 41, 42 may be oval or oval.
  • each of the holes 30 includes a first portion 31 and a second portion 32 located outside the first portion 31 in the radial direction of the rotor 10.
  • the center lines of the first portion 31 and the second portion 32 are located on one radius R of the rotor 10.
  • the "radius R" in this specification is a portion of a straight broken line extending from the center O of the rotor 10 and passing through the center line of the hole 30 in FIG. 8 described later.
  • the "radius R" is the center O of the rotor 10 and a line segment connecting the center O to the edge of the first outer peripheral portion 11.
  • the first portion 31 has the shape of a substantially isosceles triangle T whose apex angle faces the center O of the rotor 10.
  • the second portion 32 has a circular arc shape, for example, a semicircular arc, which projects outward in the radial direction of the rotor 10 from the base of the isosceles triangle T.
  • the first part 31 and the second part 32 are smoothly connected to each other.
  • the reason for the term “substantially isosceles triangle” is that when the apex of the isosceles triangle T is rounded, when each of the two hypotenuses 33 of the isosceles triangle T is composed of a plurality of straight lines, This is to include cases different from a perfect isosceles triangle, such as a case where each of the two hypotenuses 33 of the isosceles triangle T includes a curve.
  • the arc serving as the second portion 32 may be longer or shorter than the semicircular arc.
  • the arc serving as the second portion 32 may be an elliptical arc.
  • a part of the first magnet slot 21 located at the outermost side of the rotor 10 is designated as "X"
  • a part of the first magnet slot 21 located at the outermost side of the rotor 10 A part of is designated as "X'”.
  • At least a portion of the arc serving as the second portion 32, for example, point A, is located on the outer side of the rotor 10 in the radial direction than the straight line XX'.
  • the length of the hole 30 on the radius R is equal to the length of the permanent magnet facing the hole 30. It is longer than the length of one surface of 21a and 21b (corresponding to the width of the permanent magnet). Therefore, in the first embodiment, the large hole 30 can be formed, and as a result, the weight of the rotor 10 can be reduced, and the speed of the electric motor 1 can be increased. Further, since the second portion 32 is an arc, the flow of magnetic flux is not inhibited when the electric motor 1 having the rotor 10 is driven.
  • the first outer circumferential portion 11 in which the hole 30 is formed protrudes more outward in the radial direction of the rotor 10 than the second outer circumferential portion 12.
  • the hole 30 can be formed longer in the radial direction of the rotor 10 only in the protruding portion of the first outer peripheral portion 11. Therefore, it will be understood that the hole 30 can be made larger and the rotor 10 can be made lighter.
  • FIG. 4 is a second partially enlarged view of the rotor shown in FIG. 2.
  • each oblique side 33 of the first portion 31 of the hole 30 has a first straight portion 33a extending from the base of the approximately isosceles triangle T, and an apex angle of the approximately isosceles triangle T from the distal end of the first straight portion 33a. It has a second straight portion 33b extending toward point B of .
  • the first straight portion 33a is connected to the second portion 32. Further, the intersection B between the two second straight portions 33b may be rounded.
  • the first straight portion 33a and the second straight portion 33b intersect at an intersection C.
  • the intersection C is located on the outside of the substantially isosceles triangle T with respect to the hypotenuse corresponding to the intersection C.
  • the angle between the radius R and the first straight section 33a shown in FIG. 4 is smaller than the angle between the radius R and the second straight section 33b.
  • the first part 31 with the shape described above is larger than the first part 31 as a perfect isosceles triangle T. Therefore, the hole 30 becomes larger and the weight of the rotor 10 can be reduced accordingly. Furthermore, the second straight portion 33b extends from the vicinity of point B so that the hole 30 becomes larger, whereas the first straight portion 33a extends so as to suppress the hole 30 from becoming larger.
  • the holes 30 are preferably formed to be larger on the radially inner side of the rotor 10 and smaller on the radially outer side of the rotor 10. This prevents the hole 30 from becoming extremely large and prevents the flow of magnetic flux outside the rotor 10 in the radial direction from being inhibited.
  • a part of the first magnet slot 21 closest to the radius R is designated as "Y"
  • a part of the second magnet slot 22 closest to the same radius R is designated as "Y". '''.
  • the apex B on the apex side of the substantially isosceles triangle T is located near the straight line YY'.
  • the vertex B may be located at the intersection of the straight line YY' and the radius R, or may be located inside the rotor 10 in the radial direction from the straight line YY'. In this way, since the end of the hole 30 located inside the rotor 10 in the radial direction is located near the straight line YY', the hole 30 is enlarged, and as a result, the rotor 10 can be made lighter.
  • the vertex B is located on the outer side of the rotor 10 in the radial direction than the straight line YY'. Thereby, the strength of the rotor 10 can be ensured.
  • the rotor 10 is formed by laminating a plurality of magnetic plates in the axial direction of the rotor 10, the above configuration is particularly preferable because the strength of the plurality of magnetic plates can be ensured.
  • FIG. 5 is a third partially enlarged view of the rotor shown in FIG. 2.
  • the maximum width L2 of the hole 30 perpendicular to the radius R (see FIGS. 3 and 4) roughly corresponds to the base of the substantially isosceles triangle T described above.
  • the maximum width L2 is preferably 1/3 or less of the length L1 of the straight line XX'. This prevents the hole 30 from becoming extremely large and prevents the flow of magnetic flux outside the rotor 10 in the radial direction from being inhibited.
  • the line segment L3 shown in FIG. 5 is the length between the edge 5a of the through hole of the rotor 10 into which the shaft portion 5 is inserted and the outermost part of the rotor 10, and is The length of a portion on radius R is shown.
  • the line segment L4 indicates the length between the outermost portion of the hole 30 in the radial direction of the rotor 10 and the outermost portion of the rotor 10 in the radial direction. In other words, the line segment L4 is the shortest distance between the first outer peripheral portion 11 and the second portion 32 of the hole 30.
  • the length of line segment L3 is preferably shorter than 10 times the length of line segment L4. In one example, the length of line segment L3 is ten times the length of line segment L4. In such a case, it is possible to keep the hole 30 large while preventing the flow of magnetic flux outside the rotor 10 in the radial direction from being inhibited.
  • FIG. 6A is a partial sectional view showing the magnetic flux of the electric motor in the prior art
  • FIG. 7A is a partial sectional view showing the magnetic flux of the electric motor based on the first embodiment.
  • the electric motor 1' shown in FIG. 6A includes a stator 9' and a rotor 10'.
  • the electric motor 1 shown in FIG. 7A includes a stator 9 and the rotor 10 described above.
  • the structure of the rotors 10, 10' is well known, so a description thereof will be omitted.
  • FIGS. 6A and 7A even when holes 30, 41, and 42 are formed as in the electric motor 1, the flow of magnetic flux is not obstructed by the holes 30 etc. .
  • the electric motor 1 is lighter than the electric motor 1' due to the holes 30, 41, and 42 formed therein.
  • FIG. 6B is a diagram showing the relationship between time and torque of the electric motor in the conventional technology
  • FIG. 7B is a diagram showing the relationship between time and torque of the electric motor based on the first embodiment.
  • the horizontal axis shows time
  • the vertical axis shows the torque of the electric motors 1, 1'.
  • the maximum value of the torque of the electric motor 1' is between 100 Nm and 101 Nm.
  • the maximum value of the torque of the electric motor 1 is between 91.5 Nm and 92 Nm. In other words, even when the holes 30, 41, and 42 are formed, the decrease in torque is suppressed to less than 10%.
  • the weight of the rotor 10 can be reduced by forming the holes 30, etc., and the inertia can be reduced without significantly reducing the torque. becomes.
  • FIG. 8 is a radial cross-sectional view of the rotor core of the electric motor based on the first embodiment.
  • the rotor core 10a of the rotor 10 shown in FIG. 8 is obtained by removing all the permanent magnets 21a, 21b and the rotor 5 from the rotor 10 shown in FIG.
  • Other elements shown in FIG. 8 are similar to those described with reference to FIG.
  • the rotor core 10a shown in FIG. 8 and the electric motor 1 shown in FIG. 1 etc. are also included in the scope of the first embodiment of the present invention.

Landscapes

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Abstract

回転子コア（１０ａ）には、Ｖ字形状の複数対の磁石スロット（２０）が形成されている。各対の磁石スロットの間には、複数の孔（３０）が形成されている。孔（３０）は、その頂角が回転子コアの中心を向いている略二等辺三角形（Ｔ、３１）と、該二等辺三角形の底辺に接続する円弧（３２）とを含む。前記円弧の少なくとも一部分は、磁石スロットの最外方部分を接続する第一線分よりも、回転子コアの半径方向外側に位置している。

Description

回転子コア、回転子、および電動機
　本発明の実施形態は、回転子コア、回転子、および電動機に関する。
　モータの回転子コアの端面には、Ｖ字形状に配置された複数対の磁石スロットが形成されており、各磁石スロットに磁石が挿入されている。そして、回転子コアを軽量化する目的、およびイナーシャを低減する目的で、回転子コアに孔を形成することが行われている（例えば、特許第6987310号参照）。しかしながら、Ｖ字形状に配置された各対の磁石スロットの内側に孔を形成した場合には、磁束の流れが阻害され、トルクが低減する。
特許第6987310号
　トルクを増大させるために、各対の磁石スロットにおけるＶ字形状先端部を回転しコアの半径方向内側に延ばすことが考えられる。しかしながら、この場合には、孔を形成可能な回転子コアの領域が小さくなる。その結果、軽量化することが困難で、且つイナーシャを低減することも難しい。
　それゆえ、トルクが低下することなしに、イナーシャを低減することのできる、軽量の回転子コア、回転子、および電動機が望まれている。
　本開示の１番目の態様によれば、回転子コアであって、該回転子コアには、該回転子コアの軸線方向に延びる、複数対の磁石スロットが形成されており、前記複数対の磁石スロットは、前記回転子コアの半径方向断面において前記回転子コアの周方向に等間隔で配置されており、前記複数対の磁石スロットの各対の磁石スロットは、前記回転子コアの半径に対して反時計回りに傾斜する第一磁石スロットと、前記回転子コアの前記半径に対して時計回りに傾斜する第二磁石スロットとを含んでおり、さらに、前記各対の磁石スロットにおける前記第一磁石スロットと前記第二磁石スロットとの間には、該回転子コアの軸線方向に延びる複数の孔が形成されており、前記回転子コアの半径方向断面において前記複数の孔のそれぞれは、その頂角が前記回転子コアの中心を向いている略二等辺三角形と、該二等辺三角形の底辺から前記回転子コアの半径方向外側に突出する円弧とから構成されており、前記回転子コアの半径方向断面において前記孔における前記円弧の少なくとも一部分は、前記回転子コアの最外方に位置する前記第一磁石スロットの一部分と前記回転子コアの最外方に位置する前記第二磁石スロットの一部分との間の第一線分よりも、前記回転子コアの半径方向外側に位置している、回転子コアが提供される。
　本発明の目的、特徴及び利点は、添付図面に関連した以下の実施形態の説明により一層明らかになろう。
本発明の第一の実施形態に基づく電動機の軸線方向断面図である。 第一の実施形態に基づく電動機の回転子の半径方向断面図である。 図２に示される回転子の第一の部分拡大図である。 図２に示される回転子の第二の部分拡大図である。 図２に示される回転子の第三の部分拡大図である。 従来技術における電動機の磁束を示す部分断面図である。 従来技術における電動機の時間とトルクとの間の関係を示す図である。 第一の実施形態に基づく電動機の磁束を示す部分断面図である。 第一の実施形態に基づく電動機の時間とトルクとの間の関係を示す図である。 第一の実施形態に基づく電動機の回転子コアの半径方向断面図である。
　以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。
　図１は本発明の第一の実施形態に基づく電動機の軸線方向断面図である。図１に示されるように、電動機１は固定子９と、固定子９に回転可能に支持された回転子１０とを含んでいる。固定子９の内周面には第一軸受７および第二軸受８が配置されている。そして、回転子９を貫通する軸部５が第一軸受７および第二軸受８により固定子９に回転可能に支持されている。なお、固定子９の一端には、軸部５の回転数などを検出する検出器６が取付けられている。
　図２は第一の実施形態に基づく電動機の回転子の半径方向断面図である。図２に示される回転子１０は、中央に軸部５用の貫通孔を備えた略リング型である。ただし、後述するように、回転子１０の外周面は平滑でないのが好ましい。
　回転子１０には、回転子１０の軸線方向に延びる複数対の磁石スロット２０が周方向に等間隔で形成されている。各対の磁石スロット２０は、回転子１０の半径に対して反時計回りに傾斜する第一磁石スロット２１と、回転子１０の前述した半径に対して時計回りに傾斜する第二磁石スロット２２とを含んでいる。第一磁石スロット２１および第二磁石スロット２２の半径に対する傾斜角度の絶対値は互いに等しいのが好ましい。
　これら磁石スロット２１、２２には、永久磁石２１ａ、２１ｂがそれぞれ挿入される。従って、磁石スロット２１、２２は、永久磁石２１ａ、２１ｂの形状に対応した略矩形であり、互いに同形状であるのが好ましい。また、永久磁石２１ａ、２１ｂを容易に挿入／取出す目的で、磁石スロット２１、２２には追加切欠などが形成されるのが好ましい。
　これら磁石スロット２１、２２は、回転子１０の半径方向内側に向かって互いに収斂するように配置されている。言い換えれば、これら磁石スロット２１、２２は略Ｖ字形状をなすように形成されている。ただし、これら磁石スロット２１、２２は半径方向内側で互いに連結される必要はない。
　さらに、図２において、回転子１０の外周は複数の第一外周部分１１と、該複数の第一外周部分１１のそれぞれを連結する複数の第二外周部分１２とで構成されている。つまり、複数の第一外周部分１１と複数の第二外周部分１２とが回転子１０の周方向に交互に配置されている。図２から分かるように、複数の第一外周部分１１は、複数対の磁石スロット２０のそれぞれの領域に対応している。そして、複数の第二外周部分１２は、複数対の磁石スロット２０のうちの互いに隣接する二つの対の磁石スロット２０の間の領域にそれぞれ対応している。
　また、第一外周部分１１の最外方部分は第二外周部分１２の最外方部分よりも回転子１０の半径方向外側に位置している。言い換えれば、凸部としての複数の第一外周部分１１と、凹部としての複数の第二外周部分１２とが回転子１０の周方向に交互に配置されている。第一外周部分１１の全体は、回転子１０の中心Ｏと第一外周部分１１の最外方部分とを結ぶ線分を半径とする円（後述する図８に破線で示される）の内部に位置している。そして、第二外周部分１２の最外方部分は、第二外周部分１２に隣接する二対の磁石スロット２０のうちの一方の対の永久磁石２１ｂと他方の対の永久磁石２１ａよりも、回転子１０の半径方向外側に位置するのが好ましい。
　このように、回転子１０の外周が真円ではないために、回転子１０を有する電動機１の駆動時に磁束鎖交数の変化が小さくなり、その結果、コギングトルクやトルクリップルが大きくなるのを防止できる。従って、本発明の第一の実施形態では、回転子１０を備えた電動機１の制御性を高めることができる。
　また、図２においては、第一外周部分１１の最外方部分のそれぞれは少なくとも一つの曲線で構成されている。一つの例における第一外周部分１１は、ｒ＝Ｄ－Ｅ／ｃｏｓ（Ｆθ）、の式により定義される（Ｄ、Ｅ、Ｆは正数）。この場合には、第一外周部分１１は、前述した円の内部に確実に位置し、且つ円滑になる。
　そして、第二外周部分１２の最外方部分のそれぞれは少なくとも一つの直線で構成されている。図示される実施形態においては、第二外周部分１２の最外方部分は、第二外周部分１２に隣接する二対の磁石スロット２０のうちの一方の対の永久磁石２１ａの一側と、他方の対の永久磁石２１ｂの一側とに対して、概ね平行な直線を含む。
　図示しない実施例においては、第一外周部分１１の最外方部分が少なくとも一つの直線で構成されていて、第二外周部分１２の最外方部分が少なくとも一つの曲線で構成されていてもよい。さらに、第一外周部分１１の最外方部分と第二外周部分１２の最外方部分との両方が少なくとも一つの直線で構成されていてもよく、また、第一外周部分１１の最外方部分と第二外周部分１２の最外方部分との両方が少なくとも一つの曲線で構成されていてもよい。さらに、第一外周部分１１の最外方部分と第二外周部分１２の最外方部分とのうちの少なくとも一方が、少なくとも一つの直線と少なくとも一つの曲線とで構成されていてもよい。このような場合にも、複数の第一外周部分１１の最外方部分は複数の第二外周部分１２の最外方部分よりも回転子１０の半径方向外側に位置するので、回転子１０の外周が、真円とは異なる形状になる。従って、前述したのと同様な効果を得られるのが分かるであろう。
　さらに、第一の実施形態の図示しない変形例においては、第一外周部分１１は第二外周部分１２よりも回転子１０の半径方向内側に位置していてもよい。このような場合であっても、前述したのと同様な効果が得られ、第一の実施形態の範囲に含まれる。
　図２に示されるように、回転子１０の端面には、回転子１０の軸方向に延びる複数の孔３０が周方向に等間隔で形成されている。図３は図２に示される回転子の第一の部分拡大図である。図２および図３から分かるように、複数の孔３０のそれぞれは、第一外周部分１１に対応する回転子１０の領域に形成されている。厳密に言えば、孔３０は、一対の磁石スロット２０の第一磁石スロット２１と第二磁石スロット２２との間に形成されている。孔３０の形状については後述する。
　同様に、回転子１０の端面には、回転子１０の軸方向に延びる孔４１、４２からなる複数の組が周方向に等間隔で形成されている。図２および図３から分かるように、孔４１、４２からなる複数の組のそれぞれは、第二外周部分１２に対応する回転子１０の領域に形成されている。また、孔４１は、孔４２よりも回転子１０の半径方向外側に形成されており、孔４１は孔４２よりも小さい。一つの例においては、孔４１は円形であり、孔４２は回転子１０の半径方向内側から外側に向かって、その幅が小さくなる長円形である。あるいは、孔４１、４２の少なくとも一方は、長円形または楕円形であってもよい。
　以下、孔３０の形状について説明する。図３に示されるように、孔３０のそれぞれは、第一部分３１と、該第一部分３１よりも回転子１０の半径方向外側に位置する第二部分３２とから構成されている。第一部分３１および第二部分３２の中心線は回転子１０の一つの半径Ｒ上に位置している。なお、本願明細書における「半径Ｒ」は、後述する図８において、回転子１０の中心Ｏから延びていて孔３０の中心線を通る直線状の破線の一部分である。言い換えれば、「半径Ｒ」は回転子１０の中心Ｏと、該中心Ｏから第一外周部分１１の縁部と結ぶ線分である。
　図３に示されるように、第一部分３１は、その頂角が回転子１０の中心Ｏを向いている略二等辺三角形Ｔの形状である。そして、第二部分３２は、二等辺三角形Ｔの底辺から回転子１０の半径方向外側に突出する円弧、例えば半円の円弧形状である。第一部分３１および第二部分３２は互いに平滑に接続されるのが好ましい。
　なお、「略二等辺三角形」とした理由は、二等辺三角形Ｔの頂点部分が丸みを帯びている場合、二等辺三角形Ｔの二つの斜辺３３のそれぞれが複数の直線から構成されている場合、二等辺三角形Ｔの二つの斜辺３３のそれぞれが曲線を含む場合など、完全な二等辺三角形とは異なる場合を包含するためである。さらに、第二部分３２としての円弧は、半円の円弧よりも長くても短くてもよい。また、第二部分３２としての円弧は、楕円の円弧であってもよい。
　図３においては、一つの対の磁石スロット２０において、回転子１０の最外方に位置する第一磁石スロット２１の一部分を「Ｘ」とし、回転子１０の最外方に位置する磁石スロット２２の一部分を「Ｘ’」としている。そして、第二部分３２としての円弧の少なくとも一部分、例えば点Ａは、直線ＸＸ’よりも、回転子１０の半径方向外側に位置している。
　このように、孔３０の少なくとも一部分は、直線ＸＸ’よりも、回転子１０の半径方向外側に位置していることから、半径Ｒ上における孔３０の長さは、孔３０に対面する永久磁石２１ａ、２１ｂ一面の長さ（永久磁石の幅に相当する）よりも長い。従って、第一の実施形態においては、大型の孔３０を形成することができ、その結果、回転子１０を軽量化でき、電動機１の高速化を図ることができる。また、第二部分３２が円弧であることにより、回転子１０を有する電動機１の駆動時に、磁束の流れが阻害されない。
　前述したように、孔３０が形成される第一外周部分１１は、第二外周部分１２よりも回転子１０の半径方向外側に突出しているのが好ましい。この場合には、第一外周部分１１の突出部分だけ、孔３０を回転子１０の半径方向に更に長く形成することができる。それゆえ、孔３０を大型化でき、回転子１０を軽量化できるのが分かるであろう。
　図４は図２に示される回転子の第二の部分拡大図である。図４においては、孔３０の第一部分３１のそれぞれの斜辺３３は、略二等辺三角形Ｔの底辺から延びる第一直線部３３ａと、第一直線部３３ａの遠位端から略二等辺三角形Ｔの頂角の点Ｂに向かって延びる第二直線部３３ｂとを有する。図３および図４を参照して分かるように、第一直線部３３ａは、第二部分３２に接続している。また、二つの第二直線部３３ｂの間の交点Ｂは、アールが付けられていてもよい。
　図４においては、第一直線部３３ａと第二直線部３３ｂとは交点Ｃで交差している。図３および図４を参照して分かるように、交点Ｃは、交点Ｃに対応する斜辺に対して、略二等辺三角形Ｔの外側に位置している。言い換えれば、図４に示される半径Ｒと第一直線部３３ａとがなす角は、半径Ｒと第二直線部３３ｂとがなす角よりも小さい。
　従って、前述した形状を備えた第一部分３１は、完全な二等辺三角形Ｔとしての第一部分３１よりも大きい。従って、孔３０がより大型化し、回転子１０をその分だけ軽量化できる。さらに、第二直線部３３ｂは孔３０が大型化するように点Ｂ近傍から延びるが、第一直線部３３ａは孔３０の大型化を抑えるように延びる。言い換えれば、孔３０は回転子１０の半径方向内側で大きく、且つ、回転子１０の半径方向外側で小さくなるように形成されるのが好ましい。これにより、孔３０が極端に大型化するのを避けられると共に、回転子１０の半径方向外側における磁束の流れが阻害されるのを抑えられる。
　さらに、図４においては、一対の磁石スロット２０において、半径Ｒに最も近接する第一磁石スロット２１の一部分を「Ｙ」とし、同じ半径Ｒに最も近接する第二磁石スロット２２の一部分を「Ｙ’」とする。そして、略二等辺三角形Ｔの頂角側の頂点Ｂは、直線ＹＹ’の近傍に位置している。頂点Ｂは直線ＹＹ’と半径Ｒとの交点に位置していてもよく、また直線ＹＹ’よりも回転子１０の半径方向内側に位置していてもよい。このように、回転子１０の半径方向内側に位置する孔３０の端部は直線ＹＹ’近傍に位置しているので、孔３０は大型化し、その結果、回転子１０を軽量化できる。
　さらに、頂点Ｂは、直線ＹＹ’よりも回転子１０の半径方向外側に位置するのが好ましい。これにより、回転子１０の強度を確保することができる。回転子１０が複数の磁性板を回転子１０の軸線方向に積層することにより形成されている場合には、複数の磁性板の強度を確保できるので、上記の構成は特に好ましい。
　さらに、図５は図２に示される回転子の第三の部分拡大図である。図５に示される例においては、半径Ｒ（図３、図４参照）に対して垂直な孔３０の最大幅Ｌ２は、前述した略二等辺三角形Ｔの底辺に概ね相当する。そして、この最大幅Ｌ２は、直線ＸＸ’の長さＬ１の１／３以下であるのが好ましい。これにより、孔３０が極端に大型化するのを避けつつ、回転子１０の半径方向外側における磁束の流れが阻害されるのを抑えられる。
　さらに、図５に示される線分Ｌ３は、軸部５が挿入される回転子１０の貫通孔の縁部５ａと回転子１０の最外方部分との間の長さであって、前述した半径Ｒ上の一部分の長さを示している。そして、線分Ｌ４は回転子１０の半径方向における孔３０の最外方部分と、回転子１０の半径方向における最外方部分との間の長さを示している。言い換えれば、線分Ｌ４は第一外周部分１１と孔３０の第二部分３２との間の最短距離である。
　そして、図５においては、線分Ｌ３の長さは、線分Ｌ４の長さの１０倍よりも短いのが好ましい。一つの例においては、線分Ｌ３の長さは、線分Ｌ４の長さの１０倍である。このような場合には、孔３０を大きく維持しつつ、回転子１０の半径方向外側における磁束の流れが阻害されるのを抑えられる。
　ここで、図６Ａは従来技術における電動機の磁束を示す部分断面図であり、図７Ａは第一の実施形態に基づく電動機の磁束を示す部分断面図である。図６Ａに示される電動機１’は固定子９’と回転子１０’とを含む。一方、図７Ａに示される電動機１は固定子９と前述した回転子１０とを含んでいる。回転子１０、１０’の構造は周知であるので説明を省略する。図６Ａと図７Ａとを比較して分かるように、電動機１のように孔３０、４１、４２が形成されている場合であっても、磁束の流れが孔３０などで阻害されることはない。そして、電動機１は、孔３０、４１、４２が形成されている分だけ、電動機１’よりも軽量である。
　さらに、図６Ｂは従来技術における電動機の時間とトルクとの間の関係を示す図であり、図７Ｂは第一の実施形態に基づく電動機の時間とトルクとの間の関係を示す図である。これら図面においては、横軸は時間を示すと共に、縦軸は電動機１、１’のトルクを示している。図６Ｂにおいては電動機１’のトルクの最大値は１００Ｎｍ～１０１Ｎｍの間である。これに対し、図７Ｂにおいては電動機１のトルクの最大値は９１．５Ｎｍ～９２Ｎｍの間である。つまり、孔３０、４１、４２が形成されている場合であっても、トルクの低下は１０％未満に抑えられている。
　このように、孔３０、４１、４２が形成されている場合であっても、トルクが大幅に低下することはなく、実用的なトルクを発生させられる。また、第一の実施形態において孔３０のみが形成されている場合にも、同様な効果が得られるのは当業者には明らかであろう。
　従って、本発明の第一の実施形態においては、孔３０等を形成することにより回転子１０の軽量化が図られ、且つ、トルクが大幅に低下することなしに、イナーシャを低減することが可能となる。つまり、トルクが低下することなしに、イナーシャを低減できる軽量の回転子１０を提供することができる。従って、回転子１０を有する電動機１の高加速化が可能となる。
　さらに、図８は第一の実施形態に基づく電動機の回転子コアの半径方向断面図である。図８に示される回転子１０の回転子コア１０ａは、図２に示される回転子１０から全ての永久磁石２１ａ、２１ｂと、回転子５とを除外したものである。図８に示される他の要素は図２を参照して説明したのと同様である。このような図８に示される回転子コア１０ａ、および図１等に示される電動機１も本発明の第一の実施形態の範囲に含まれる。
　本開示の実施形態について詳述したが、本開示は上述した個々の実施形態に限定されるものではない。これらの実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、または請求の範囲に記載された内容とその均等物から導き出される本発明の思想および趣旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、置き換え、変更、部分的削除などが可能である。例えば、上述した実施形態において、各動作の順序や各処理の順序は、一例として示したものであり、これらに限定されるものではない。また、上述した実施形態の説明に数値又は数式が用いられている場合も同様である。さらに、前述した実施形態の幾つかを適宜組み合わせることは本開示の範囲に含まれる。
　　１　　　電動機
　　５　　　軸部
　　９　　　固定子
　１０　　　回転子
　１０ａ　　　回転子コア
　１１　　　第一外周部分
　１２　　　第二外周部分
　２０　　　磁石スロット
　２１　　　第一磁石スロット
　２２　　　第二磁石スロット
　２１ａ、２１ｂ　　　永久磁石
　３０　　　孔
　３１　　　第一部分
　３２　　　第二部分
　３３　　　斜辺
　３３ａ　　　第一直線部
　３３ｂ　　　第二直線部
　４１、４２　　　孔
Ｔ　　　略二等辺三角形

Claims (8)

  1. 　回転子コアであって、
    　該回転子コアには、該回転子コアの軸線方向に延びる、複数対の磁石スロットが形成されており、
    　前記複数対の磁石スロットは、前記回転子コアの半径方向断面において前記回転子コアの周方向に等間隔で配置されており、
    　前記複数対の磁石スロットの各対の磁石スロットは、前記回転子コアの半径に対して反時計回りに傾斜する第一磁石スロットと、前記回転子コアの前記半径に対して時計回りに傾斜する第二磁石スロットとを含んでおり、
    　さらに、前記各対の磁石スロットにおける前記第一磁石スロットと前記第二磁石スロットとの間には、該回転子コアの軸線方向に延びる複数の孔が形成されており、
    　前記回転子コアの半径方向断面において前記複数の孔のそれぞれは、その頂角が前記回転子コアの中心を向いている略二等辺三角形と、該二等辺三角形の底辺から前記回転子コアの半径方向外側に突出する円弧とから構成されており、
    　前記回転子コアの半径方向断面において前記孔における前記円弧の少なくとも一部分は、前記回転子コアの最外方に位置する前記第一磁石スロットの一部分と前記回転子コアの最外方に位置する前記第二磁石スロットの一部分との間の第一線分よりも、前記回転子コアの半径方向外側に位置している、回転子コア。
  2. 　前記回転子コアの外周は複数の第一外周部分と、該複数の第一外周部分のそれぞれを連結する複数の第二外周部分とで構成されており、
    　前記複数の第一外周部分は、前記複数対の磁石スロットのそれぞれの領域に対応しており、
    　前記複数の第二外周部分は、前記複数対の磁石スロットのうちの互いに隣接する二対の磁石スロットの間の領域にそれぞれ対応しており、
    　前記複数の第一外周部分の最外方部分は前記複数の第二外周部分の最外方部分よりも前記回転子コアの半径方向外側に位置している、請求項１に記載の回転子コア。
  3. 　前記複数の第一外周部分は少なくとも一つの曲線で構成されており、
    　前記複数の第二外周部分は少なくとも一つの直線で構成されている、請求項２に記載の回転子コア。
  4. 　前記略二等辺三角形の二つの斜辺のそれぞれは、前記底辺から延びる第一直線部と、該第一直線部の遠位端から前記略二等辺三角形の頂角に向かって延びる第二直線部とを有し、
    　前記第一直線部と前記第二直線部との間の交点は、該交点に対応する斜辺に対して、前記略二等辺三角形の外側に位置している、請求項１から３のいずれか一項に記載の回転子コア。
  5. 　前記略二等辺三角形の前記底辺の長さは、前記第一線分長さの１／３以下であるようにした、請求項１から４のいずれか一項に記載の回転子コア。
  6. 　前記回転子コアに挿入されるべき軸部のための貫通孔が形成されており、
    　前記回転子コアの半径上に位置していて前記貫通孔の外縁から前記第一外周部分までを結ぶ第三線分の長さは、前記第三線分上において前記第一外周部分から前記円弧までの距離の１０倍よりも短いようにした、請求項１から５のいずれか一項に記載の回転子コア。
  7. 　請求項１から６のいずれか一項に記載の回転子コアと、
    　前記回転子コアに挿入された軸部と、
    　該回転子コアの前記複数対の磁石スロットのそれぞれに挿入された磁石とを具備する、回転子。
  8. 　請求項７に記載の回転子と、
    　該回転子回りに配置された固定子とを具備する電動機。
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