JP5482544B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

この発明は、一般的には、回転電機に関し、より特定的には、永久磁石が埋設されたロータコアを備える回転電機に関する。

従来の回転電機に関して、たとえば、特開２００９−１２４８９９号公報には、少ない磁石量にてトルク増大を実現することを目的としたＰＭ（Permanent Magnet）シンクロナスモータが開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示されたＰＭシンクロナスモータは、軟磁性のロータコア、前側永久磁石、後側永久磁石および軟磁性のセグメントからなるロータを備える。前側永久磁石および後側永久磁石は、ロータコアに埋め込まれている。

また、特開２００５−２２３９９５号公報には、ロータコアの外周面に沿って所定間隔で形成された永久磁石支持孔に挟まれた領域の応力集中を緩和してロータコアの耐久性を高めることを目的とした回転電機のロータが開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示された回転電機のロータにおいては、ロータコアに、その外周面に沿うように等間隔で１６個の永久磁石支持孔が形成されている。各永久磁石支持孔には、６角形の断面形状を有する永久磁石が挿入される。隣接する２つの永久磁石の傾斜面と、ロータコアの外周面とに挟まれたロータコアの領域には、３角形の貫通孔が形成されている。

また、特開２００８−１６７５４９号公報には、ロータコアの永久磁石支持孔の径方向外側の隅部における応力集中を緩和してロータコアの耐久性を高めることを目的とした回転電機のロータが開示されている（特許文献３）。特許文献３に開示された回転電機においては、ロータコアに、その外周面に沿うように等間隔で複数の永久磁石支持孔が形成されている。ロータコアの外周面と、隣接する永久磁石支持孔との間には、Ｖ字状の切り欠きが形成されている。

また、特開２００７−８９２９１号公報には、ロータコアの変形を抑制することを目的とした永久磁石式回転電機が開示されている（特許文献４）。特許文献４に開示された永久磁石式回転電機においては、ロータコアに、複数の開口部が形成されている。複数の開口部は、隣り合う一対の開口部が径方向内方に向かって凸となるＶ字型となるように、ロータコアの外周端部に形成されている。一対の開口部には、それぞれ永久磁石が配置され、これらの永久磁石が対となって磁極を構成する。ロータコアには、その磁極間ごと、および磁石の略中心ごとに貫通孔の形態を有するスリットが形成されている。

また、特開２００７−９７３８７号公報には、小型、高出力を維持した上で、電磁力により発生する振動と騒音とを低減することを目的とした永久磁石埋め込み型の回転電機が開示されている（特許文献５）。特許文献５に開示された回転電機においては、回転子鉄心に、複数個の永久磁石が埋め込まれている。

特開２００９−１２４８９９号公報 特開２００５−２２３９９５号公報 特開２００８−１６７５４９号公報 特開２００７−８９２９１号公報 特開２００７−９７３８７号公報

上述の特許文献に開示されるように、ロータコアに永久磁石が埋設されたＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータが知られている。ＩＰＭモータに用いられるロータコアには、永久磁石を挿入するための磁石挿入孔が形成される構造上、ロータコアの外周面と磁石挿入孔との間にリブ状に延びる外周ブリッジが形成される。このような構造を備えるＩＰＭモータにおいてロータコアの内周にシャフトを嵌め合わせると、外周ブリッジで応力集中が生じ、ロータコアの耐久性が低下するおそれがある。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、ロータコアの耐久性の向上が図られる回転電機を提供することである。

この発明に従った回転電機は、内周にシャフトが嵌め合わされるロータコアと、ロータコアに設けられる複数の磁石とを備える。ロータコアは、外周面を有する。ロータコアには、その回転軸を中心とする周方向に間隔を隔てて設けられ、磁石が挿入される複数の挿入孔が形成される。磁石は、磁石の両端に、第１空間と、第１空間よりも外周側に配置される第２空間とを設けるように挿入孔内に保持される。複数の挿入孔は、第１挿入孔と、第１挿入孔と隣り合って設けられた第２挿入孔とを含む。ロータコアをその回転軸に直交する平面により切断した場合に、第１挿入孔および第２挿入孔の断面形状は、外周側に凸となり、内周側に凹となるＶ字状をなす。ロータコアには、第１挿入孔と第２挿入孔との間の中心位置に設けられるスリットがさらに形成される。ロータコアをその回転軸に直交する平面により切断した場合に、スリットの断面形状は、外周面から、ロータコアの回転軸を中心とする半径方向に延びるスリット本体部を有する。

このように構成された回転電機によれば、ロータコアの外周面から半径方向に延びるスリット本体部を有するスリットが、Ｖ字状をなす第１挿入孔と第２挿入孔との間の中心位置に形成される。これにより、ロータコアの内周にシャフトが嵌め合わされた時に生じる半径方向外側に向けたロータコアの歪みを、スリット本体部により吸収し、ロータコアの外周面と、第１挿入孔および第２挿入孔との間で発生する応力集中を緩和することができる。これにより、ロータコアの耐久性を向上させることができる。

また好ましくは、ロータコアをその回転軸に直交する平面により切断した場合に、スリットの断面形状は、スリット本体部の端部に設けられ、ロータコアの回転軸を中心とする周方向においてスリット本体部よりも大きい幅を有するスリット端部をさらに有する。このように構成された回転電機によれば、スリット本体部による歪みの吸収に伴ってスリット本体部の端部で発生する応力集中を、スリット端部により緩和することができる。

また好ましくは、スリット端部は、ロータコアの回転軸を中心とする半径方向において、第１空間の内周端よりも外周側に配置される。

このように構成された回転電機によれば、スリット端部を第１空間の内周端よりも内周側に配置した場合と比較して、周方向におけるロータコアの形状の均一性がスリット端部によって損なわれ、スリット端部に過大な応力集中が発生するという懸念を縮小できる。これにより、スリット端部の断面積を小さくしつつ、スリット端部で生じる応力集中を十分に緩和することができる。結果、スリット端部がロータコア内部の磁束流れの妨げとなったり、ロータコアの強度を低下させたりすることを抑制できる。

また好ましくは、スリット端部は、円形の断面形状を有する。このように構成された回転電機によれば、スリット端部で発生する応力集中が局所的に大きくなることを抑制できる。

また好ましくは、複数の挿入孔は、第１挿入孔を挟んで第２挿入孔とは反対側に設けられた第３挿入孔をさらに含む。ロータコアの回転軸を中心とする周方向において、第１挿入孔と第２挿入孔とは、第１間隔を有して配置され、第１挿入孔と第３挿入孔とは、第１間隔よりも小さい第２間隔を有して配置される。

このように構成された回転電機によれば、第１挿入孔と第２挿入孔との間は、第１挿入孔と第３挿入孔との間と比較して、大きい間隔を有するため、ロータコアの内周にシャフトが嵌め合わされた場合に、半径方向外側に向けたロータコアの歪みが大きくなる。このため、その第１挿入孔と第２挿入孔との間にスリットを設けることによって、ロータコアの外周面と第１挿入孔および第２挿入孔との間で生じる応力集中をより効果的に緩和することができる。

また好ましくは、複数の挿入孔は、第１挿入孔を挟んで第２挿入孔とは反対側に設けられた第３挿入孔をさらに含む。ロータコアをその回転軸に直交する平面により切断した場合に、第１挿入孔および第３挿入孔の断面形状は、外周側に凹となり、内周側に凸となるＶ字状をなす。

このように構成された回転電機によれば、第１挿入孔および第２挿入孔の断面形状が、外周側に凸となり、内周側に凹となるＶ字状をなすため、第１挿入孔と第２挿入孔との間は、第１挿入孔と第３挿入孔との間と比較して、隣り合う挿入孔間における第２空間の距離が小さくなる。このため、その第１挿入孔と第２挿入孔との間にスリットを設けることによって、ロータコアの外周面と、第１挿入孔および第２挿入孔の第２空間との間で生じる応力集中をより効果的に緩和することができる。

また好ましくは、スリット本体部は、ロータコアにその回転軸方向に沿ったせん断力が作用されることによって形成される。このように構成された回転電機によれば、スリット本体部のスリット幅を極力小さく抑えることにより、スリット本体部がロータコア内部の磁束流れの妨げとなることを抑制できる。

また好ましくは、ロータコアをその回転軸に直交する平面により切断した場合に、第１空間は、第２空間よりも大きい断面積を有する。このように構成された回転電機によれば、磁石の両端に、第２空間よりも大きい断面積を有する第１空間と、第１空間よりも外周側に配置される第２空間とが設けられるロータコアを備えた回転電機において、ロータコアの外周面と第２空間との間で発生する応力集中を緩和することができる。

以上に説明したように、この発明に従えば、ロータコアの耐久性の向上が図られる回転電機を提供することができる。

車両用駆動ユニットを模式的に表わす断面図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿ったロータコアを示す断面図である。 図２中の２点鎖線ＩＩＩで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。 比較のためのモータジェネレータにおいて、ロータシャフトが嵌合された時のロータコアの変形の様子を示す断面図である。 図１中のモータジェネレータにおいて、ロータシャフトが嵌合された時のロータコアの変形の様子を示す断面図である。 図５中のロータコアの変形例を示す断面図である。 図３中のロータコアにスリット本体部を形成する製造工程を示す図である。 図１中のモータジェネレータの第１変形例を示す断面図である。 図１中のモータジェネレータの第２変形例を示す断面図である。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（実施の形態１）
図１は、車両用駆動ユニットを模式的に表わす断面図である。図中に示す車両用駆動ユニットは、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な２次電池（バッテリ）から電力供給を受けるモータとを動力源とするハイブリッド自動車に設けられている。

図１を参照して、車両用駆動ユニットは、モータジェネレータ１０を有する。モータジェネレータ１０は、ハイブリッド自動車の走行状態に合わせて電動機もしくは発電機として機能する回転電機である。まず、本実施の形態におけるモータジェネレータ１０と、そのモータジェネレータ１０を搭載する車両用駆動ユニットとの基本的な構造について説明する。

モータジェネレータ１０は、その構成部品として、ロータシャフト４１と、ロータコア２１と、ステータコア３１とを有する。ロータコア２１は、ロータシャフト４１と一体となって、仮想軸である中心軸１０１を中心に回転する。すなわち、中心軸１０１がロータコア２１の回転軸である。ロータコア２１の外周上には、ステータコア３１が配置されている。

ロータシャフト４１は、中心軸１０１の軸方向に延びる。ロータシャフト４１は、中空部４２が形成された円筒形状を有する。ロータシャフト４１は、中心軸１０１の軸方向に距離を隔てて設けられたベアリング４６およびベアリング４７を介して、図示しないケース体としてのモータケースに対して回転自在に支持されている。ロータシャフト４１は、複数の歯車を含んで構成された減速機構１５に接続されている。

ロータシャフト４１の一方端には、オイルポンプ４８が設けられている。オイルポンプ４８は、ロータシャフト４１の回転に伴ってオイルを吐出するギヤ式オイルポンプである。オイルポンプ４８から吐出されたオイルは、モータジェネレータ１０の各部を冷却もしくは潤滑するため、中空部４２に導入される。ロータシャフト４１には、中空部４２に導入されたオイルをロータコア２１およびステータコア３１に向けて供給するためのオイル供給孔４３が形成されている。

なお、中空部４２にオイルを供給する手段は、図中に示すようなポンプに限られず、たとえば、ギヤによって掻き揚げられたオイルをキャッチタンクに集合させ、そのオイルを重力により中空部４２に導く機構であってもよい。

ロータコア２１は、中心軸１０１の軸方向に円筒状に延びる形状を有する。ロータコア２１は、中心軸１０１の軸方向に積層された複数枚の電磁鋼板２２から構成されている。電磁鋼板２２は、中心軸１０１に直交する平面内で延在する平板状の円盤形状を有する。

ロータコア２１は、中心軸１０１が延びる方向の一方端側に面する端面２１ａと、中心軸１０１が延びる方向の他方端側に面する端面２１ｂとを有する。端面２１ａおよび端面２１ｂは、それぞれ、中心軸１０１に直交する平面内で延在している。ロータコア２１は、外周面２１ｃをさらに有する。外周面２１ｃは、中心軸１０１を中心にその外周上で延在している。ステータコア３１は、ロータコア２１の外周上において外周面２１ｃと隙間を設けて配置されている。

ロータコア２１には、中空孔２８が形成されている。中空孔２８は、中心軸１０１の軸方向においてロータコア２１を貫通し、端面２１ａおよび端面２１ｂに開口するように形成されている。ロータコア２１を中心軸１０１に直交する平面で切断した場合に、中空孔２８は、中心軸１０１を中心とする円形の断面形状を有する。ロータシャフト４１は、ロータコア２１の内周、すなわち中空孔２８に嵌め合わされている。ロータシャフト４１とロータコア２１とは、しまりばめの関係により互いに嵌合されている。ロータシャフト４１は、焼嵌めによってロータコア２１の内周に嵌め合わされている。

モータジェネレータ１０は、その構成部品として、永久磁石２６をさらに有する。永久磁石２６は、ロータコア２１に埋設されている。より具体的には、ロータコア２１には、磁石挿入孔２７が形成されている。磁石挿入孔２７は、中心軸１０１の軸方向においてロータコア２１を貫通し、端面２１ａおよび端面２１ｂに開口するように形成されている。永久磁石２６は、磁石挿入孔２７に挿入されている。

ステータコア３１は、中心軸１０１の軸方向に円筒状に延びる形状を有する。ステータコア３１は、中心軸１０１の軸方向に積層された複数枚の電磁鋼板３２から構成されている。ステータコア３１は、中心軸１０１が延びる方向の一方端側に面する端面３１ａと、中心軸１０１が延びる方向の他方端側に面する端面３１ｂとを有する。

モータジェネレータ１０は、その構成部品として、コイル３６をさらに有する。ステータコア３１には、コイル３６が巻回されている。コイル３６は、たとえば絶縁被膜された銅線から形成されている。コイル３６は、コイルエンド部３６ｐおよびコイルエンド部３６ｑを有する。コイルエンド部３６ｐおよびコイルエンド部３６ｑは、それぞれ、端面３１ａおよび端面３１ｂから中心軸１０１の軸方向に突出するように形成されている。コイルエンド部３６ｐ，３６ｑは、端面３１ａ，３１ｂ上において、中心軸１０１を中心に環状に周回する形態に設けられている。

コイル３６は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相コイルを含んで構成されている。これら各相コイルに対応する端子が、端子台１２に接続されている。端子台１２は、インバータ１３を介してバッテリ１４に電気的に接続されている。インバータ１３は、バッテリ１４からの直流電流をモータ駆動用の交流電流に変換するとともに、回生ブレーキにより発電された交流電流を、バッテリ１４に充電するための直流電流に変換する。

本実施の形態では、ロータコア２１、ロータシャフト４１および永久磁石２６によって、モータジェネレータ１０のロータが構成され、ステータコア３１およびコイル３６によって、モータジェネレータ１０のステータが構成されている。

モータジェネレータ１０から出力された動力は、減速機構１５からディファレンシャル機構１６を介してドライブシャフト受け部１７に伝達される。ドライブシャフト受け部１７に伝達された動力は、ドライブシャフトを介して図示しない車輪に回転力として伝達される。

一方、ハイブリッド自動車の回生制動時には、車輪は車体の慣性力により回転させられる。車輪からの回転力によりドライブシャフト受け部１７、ディファレンシャル機構１６および減速機構１５を介してモータジェネレータ１０が駆動される。このとき、モータジェネレータ１０が発電機として作動する。モータジェネレータ１０により発電された電力は、インバータ１３を介してバッテリ１４に蓄えられる。

図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿ったロータコアを示す断面図である。図３は、図２中の２点鎖線ＩＩＩで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。なお、ロータコア２１を中心軸１０１に直交する任意の平面により切断した場合、図２および図３中に示す断面形状と同じ形状が得られる。

図２および図３を参照して、モータジェネレータ１０のより詳細な構造について説明を進めると、ロータコア２１には、複数の磁石挿入孔２７が形成されている。複数の磁石挿入孔２７は、中心軸１０１を中心にその周方向に互いに間隔を隔てて設けられている。複数の磁石挿入孔２７の各々には、永久磁石２６が挿入されている。永久磁石２６は、その表面と磁石挿入孔２７の内壁との間に介挿された樹脂モールド部６１（図３を参照のこと）によって、磁石挿入孔２７の内部に保持されている。

ロータコア２１を中心軸１０１に直交する平面により切断した場合に、磁石挿入孔２７の断面形状は、外周部５３と、中間部５４と、内周部５５とを有する。外周部５３、中間部５４および内周部５５は、外周側から内周側に挙げた順に並んで連設されている。

外周部５３は、外周面２１ｃに隣り合って設けられている。外周部５３は、略３角形の断面形状を有する。中間部５４は、永久磁石２６の形状に即した形状、本実施の形態では、矩形の断面形状を有する。永久磁石２６は、中間部５４に位置決めされている。内周部５５は、中間部５４から、中心軸１０１を中心とする半径方向内側に向けて拡張するように形成されている。内周部５５は、外周部５３よりも大きい断面積を有する。中間部５４は、外周部５３と内周部５５との間で、中心軸１０１を中心とする半径方向に対して斜め方向に延びている。

図３中には、ロータコア２１に形成された複数の磁石挿入孔２７のうち、第３挿入孔としての磁石挿入孔２７ｓと、第１挿入孔としての磁石挿入孔２７ｔと、第２挿入孔としての磁石挿入孔２７ｕと、磁石挿入孔２７ｖとが示されている。磁石挿入孔２７ｓ、磁石挿入孔２７ｔ、磁石挿入孔２７ｕおよび磁石挿入孔２７ｖは、挙げた順に中心軸１０１を中心とする周方向に並んで設けられている。

図３中に示された磁石挿入孔２７ｓおよび磁石挿入孔２７ｔに注目すると、磁石挿入孔２７ｓと磁石挿入孔２７ｔとは、対称形状を有し、磁石挿入孔２７ｓおよび磁石挿入孔２７ｔの中心位置と、中心軸１０１とを通る仮想線１０３を想定した場合に、磁石挿入孔２７ｓを直線１０３に対して反転させると、磁石挿入孔２７ｓと磁石挿入孔２７ｔとが完全に重なり合う。磁石挿入孔２７ｓおよび磁石挿入孔２７ｔは、外周側に凹となり、内周側に凸となるＶ字状をなすように形成されている。磁石挿入孔２７ｓおよび磁石挿入孔２７ｔは、中心軸１０１を中心とする周方向において内周部５５で最も近接し、中間部５４および外周部５３に移るほど互いが遠ざかるように形成されている。

次に、図３中に示された磁石挿入孔２７ｕおよび磁石挿入孔２７ｖに注目すると、磁石挿入孔２７ｕおよび磁石挿入孔２７ｖは、それぞれ、磁石挿入孔２７ｓおよび磁石挿入孔２７ｔと同一形状を有し、磁石挿入孔２７ｕおよび磁石挿入孔２７ｖを、中心軸１０１を中心に所定の角度だけ回転させると、磁石挿入孔２７ｕと磁石挿入孔２７ｓとが完全に重なり合い、磁石挿入孔２７ｖと磁石挿入孔２７ｔとが完全に重なり合う。さらに図３中に示された磁石挿入孔２７ｔおよび磁石挿入孔２７ｕに注目すると、磁石挿入孔２７ｔおよび磁石挿入孔２７ｕは、外周側に凸となり、内周側に凹となるＶ字状をなすように形成されている。磁石挿入孔２７ｔおよび磁石挿入孔２７ｕは、中心軸１０１を中心とする周方向において外周部５３で最も近接し、中間部５４において内周部５５に向かうほど互いが遠ざかるように形成されている。

本実施の形態では、中心軸１０１を中心とする周方向において、磁石挿入孔２７ｓ（磁石挿入孔２７ｕ）と磁石挿入孔２７ｔ（磁石挿入孔２７ｖ）とが、相対的に小さい間隔Ｂ１を設けて配置され、磁石挿入孔２７ｔと磁石挿入孔２７ｕとが、相対的に大きい間隔Ｂ２を設けて配置されている。

図２中に示すロータコア２１の全体で見れば、磁石挿入孔２７ｓおよび磁石挿入孔２７ｔに対応する２つの磁石挿入孔２７が、複数組、中心軸１０１を中心とする周方向に並んで設けられている。

図３中に示す範囲において、磁石挿入孔２７ｓ、磁石挿入孔２７ｔ、磁石挿入孔２７ｕおよび磁石挿入孔２７ｖには、それぞれ、永久磁石２６Ａ、永久磁石２６Ｂ、永久磁石２６Ｃおよび永久磁石２６Ｄが挿入されている。

永久磁石２６Ａと永久磁石２６Ｂとが対になって、１つの磁極（本実施の形態ではＮ極）を構成し、永久磁石２６Ｃと永久磁石２６Ｄとが対になって、永久磁石２６Ａおよび永久磁石２６Ｂとは異なる１つの磁極（本実施の形態ではＳ極）を構成している。図２中に示すロータコア２１の全体で見れば、中心軸１０１を中心とする周方向においてＮ極とＳ極とが交互に並ぶように、複数の永久磁石２６がそれぞれ複数の磁石挿入孔２７に挿入されている。

なお、図２中に示す永久磁石２６の数は、一例であり、モータジェネレータ１０に要求される性能等によって適宜選択される。

中心軸１０１を中心に周方向に並ぶＮ極およびＳ極の各磁極の中心位置（図３中に示す範囲において、永久磁石２６Ａと永久磁石２６Ｂとの間の中心位置および永久磁石２６Ｃと永久磁石２６Ｄとの中心位置）と、中心軸１０１とを通る仮想線１０３に沿った軸を、ｄ軸という。中心軸１０１を中心とする周方向において隣り合うＮ極とＳ極との中心位置（図３中に示す範囲では、永久磁石２６Ｂと永久磁石２６Ｃとの間の中心位置）と、中心軸１０１とを通る仮想線１０２に沿った軸を、ｑ軸という。

永久磁石２６が磁石挿入孔２７内に保持された状態で、永久磁石２６の両端には、それぞれ外径側フラックスバリア５１および内径側フラックスバリア５２が形成されている。

外径側フラックスバリア５１は、外周部５３により形成されている。外径側フラックスバリア５１は、永久磁石２６と外周部５３の内壁との間の空隙により形成されている。内径側フラックスバリア５２は、内周部５５により形成されている。内径側フラックスバリア５２は、永久磁石２６と内周部５５の内壁との間の空隙により形成されている。外径側フラックスバリア５１は、内径側フラックスバリア５２よりも外周側に設けられている。ロータコア２１を中心軸１０１に直交する平面により切断した場合に、内径側フラックスバリア５２は、外径側フラックスバリア５１よりも大きい断面積を有する。

複数の内径側フラックスバリア５２は、各内径側フラックスバリア５２の内周端が、中心軸１０１を中心に描かれた仮想円１０４（図３を参照のこと）の円周上で揃うように形成されている。仮想円１０４と中空孔２８との間のロータコア２１には、孔および凹部が形成されていない。

ロータコア２１の外周面２１ｃと外径側フラックスバリア５１との間には、外周ブリッジ８１が形成されている。外周ブリッジ８１は、外周面２１ｃに隣り合って形成されている。外周ブリッジ８１は、中心軸１０１を中心とする周方向に沿ってリブ状に延びて形成されている。外周ブリッジ８１は、中心軸１０１を中心とする半径方向において薄肉を有して形成されている。図３中に示す範囲において、磁石挿入孔２７ｔにより形成された外周ブリッジ８１と、磁石挿入孔２７ｕにより形成された外周ブリッジ８１とが、仮想線１０２に沿ったｑ軸を挟んで対峙する。

ロータコア２１には、スリット７６が形成されている。スリット７６は、互いに隣り合う磁石挿入孔２７間に設けられている。スリット７６は、外周側に凸となり、内周側に凹となるようにＶ字状に配置された磁石挿入孔２７間に設けられている。スリット７６は、Ｎ極およびＳ極のうち一方の磁極を構成する永久磁石２６が挿入される磁石挿入孔２７と、Ｎ極およびＳ極のうち他方の磁極を構成する永久磁石２６が挿入される磁石挿入孔２７との間に設けられている。図３中に示す範囲では、スリット７６は、Ｎ極を構成する永久磁石２６Ｂが挿入される磁石挿入孔２７ｔと、Ｓ極を構成する永久磁石２６Ｃが挿入される磁石挿入孔２７ｕとの間に設けられている。スリット７６は、磁石挿入孔２７ｔと磁石挿入孔２７ｕとの間の中心位置に設けられている。スリット７６は、仮想線１０２に沿ったｑ軸と重なるように設けられている。複数のスリット７６が、中心軸１０１を中心とする周方向において等間隔に設けられている。

図３を参照して、スリット７６は、中心軸１０１の軸方向においてロータコア２１を貫通し、端面２１ａおよび端面２１ｂに開口するように形成されている。ロータコア２１を中心軸１０１に直交する平面により切断した場合に、スリット７６の断面形状は、スリット本体部７１およびスリット端部７２を有する。

スリット本体部７１は、外周面２１ｃから中心軸１０１を中心とする半径方向内側に向けて線状に延びている。スリット本体部７１は、外周面２１ｃに開口する一方端７１ｐと、一方端７１ｐから線状に延びた先端に配置される他方端７１ｑとを有する。スリット本体部７１は、一方端７１ｐと他方端７１ｑとの間で、仮想線１０２に沿ったｑ軸と重なり合うように形成されている。中心軸１０１を中心とする周方向において、スリット本体部７１は、幅Ｂ３を有する。スリット本体部７１は、一方端７１ｐと他方端７１ｑとの間で一定の幅Ｂ３を有する。幅Ｂ３は、たとえば１０μｍ以下の値である。

スリット端部７２は、スリット本体部７１の他方端７１ｑに設けられている。スリット端部７２は、他方端７１ｑに連設されている。中心軸１０１を中心とする周方向において、スリット端部７２は、幅Ｂ３よりも大きい幅Ｂ４を有する。スリット端部７２は、円形の断面形状を有する。スリット端部７２は、仮想線１０２に沿ったｑ軸上の点を中心とする円形の断面形状を有する。

なお、図３中のロータコア２１には、真円の断面形状を有するスリット端部７２が示されているが、これに限られず、スリット端部７２は、たとえば、楕円などの真円以外の円形断面を有してもよい。

本実施の形態では、スリット端部７２が、中心軸１０１を中心とする半径方向において、内径側フラックスバリア５２の内周端よりも外周側に配置されている。すなわち、スリット端部７２は、図３中に中心軸１０１と中心として描かれた仮想円１０４よりも外周側に配置されている。スリット端部７２は、中心軸１０１を中心とする周方向に回転された場合に内径側フラックスバリア５２と重なる位置に配置されている。

続いて、図１のモータジェネレータ１０によって奏される作用、効果について説明する。図４は、比較のためのモータジェネレータにおいて、ロータシャフトが嵌合された時のロータコアの変形の様子を示す断面図である。図５は、図１中のモータジェネレータにおいて、ロータシャフトが嵌合された時のロータコアの変形の様子を示す断面図である。

なお、以下では、図４および図５中に示された磁石挿入孔２７ｔと磁石挿入孔２７ｕとの間に注目して説明を行なうが、ロータコア２１の他の位置でも同様の作用、効果が奏される。

図４を参照して、本比較例におけるモータジェネレータでは、ロータコア２１に図２および図３中に示すスリット７６が形成されていない。

焼嵌めによってロータコア２１にロータシャフト４１を嵌合すると、ロータコア２１に対して中心軸１０１を中心とした半径方向外側への力が作用する。その力が磁石挿入孔２７ｔと磁石挿入孔２７ｕとの間を通って外周側に達する結果、ロータコア２１の外周面２１ｃは、点線２１ｃ´に示すように半径方向外側に変形しようとする。この際、外周面２１ｃと外径側フラックスバリア５１との間の外周ブリッジ８１は、中心軸１０１を中心とする半径方向において薄肉形状を有するため、このような外周ブリッジ８１に応力集中が発生する。

図５を参照して、これに対して、本実施の形態におけるモータジェネレータ１０においては、ロータコア２１の磁石挿入孔２７ｔと磁石挿入孔２７ｕとの間にスリット本体部７１が形成されている。このような構成により、ロータコア２１に中心軸１０１を中心とする半径方向外側への力が作用するのに伴って、ロータコア２１がスリット本体部７１を起点にその両側に微小に歪む。これにより、ロータコア２１の外周面２１ｃの半径方向外側への変形は、点線２１ｃ´に示すように大幅に縮小され、外周ブリッジ８１で発生する応力集中を緩和することができる。

一方、ロータコア２１がスリット本体部７１を起点にその両側に歪むと、スリット本体部７１の他方端７１ｑに応力集中が発生する。これに対して、本実施の形態におけるモータジェネレータ１０では、スリット本体部７１の他方端７１ｑに、スリット本体部７１よりも大きい幅を有するスリット端部７２が設けられる。このような構成により、ロータコア２１にスリット本体部７１を起点とした歪みが生じた時に発生する力を、スリット端部７２の周縁部で大きく分散して受けることができる。これにより、スリット本体部７１の他方端７１ｑで生じる応力集中を緩和することができる。この際、スリット端部７２は、円形の断面形状を有するため、スリット端部７２が角部を含んだ断面形状を有する場合と比較して、スリット端部７２の周縁部において局所的な応力集中が生じることを回避できる。

図３中に示すロータコア２１の形態に対して、磁石挿入孔２７ｓと磁石挿入孔２７ｔとの間および磁石挿入孔２７ｕと磁石挿入孔２７ｖとの間のｄ軸上にスリット７６を形成する場合が想定される。

しかしながら、磁石挿入孔２７ｔと磁石挿入孔２７ｕとの間は、磁石挿入孔２７ｓと磁石挿入孔２７ｔとの間もしくは磁石挿入孔２７ｕと磁石挿入孔２７ｖとの間よりも大きい間隔を有するため、ロータコア２１の内周にロータシャフト４１が嵌め合わされた場合に、半径方向外側に向けたロータコア２１の歪みが大きくなる。図３中に示すロータコア２１では、そのロータコア２１の歪みが大きくなる磁石挿入孔２７ｔと磁石挿入孔２７ｕとの間にスリット７６が設けられるため、外周ブリッジ８１で生じる応力集中を緩和するという効果を顕著に得ることができる。また、図３中に示すロータコア２１の形態では、磁石挿入孔２７ｔの外周フラックスバリア５１と磁石挿入孔２７ｕの外周フラックスバリア５１との間の距離が短くなり、その位置にスリット７６が設けられる。このような理由からも、外周ブリッジ８１で生じる応力集中を緩和するという効果を顕著に得ることができる。

図６は、図５中のロータコアの変形例を示す断面図である。図６を参照して、本変形例では、ロータコア２１の断面形状が、図５中のスリット端部７２に替えてスリット端部７３を有する。スリット端部７３は、中心軸１０１を中心とする半径方向において、内径側フラックスバリア５２の内周端よりも内周側に配置されている。すなわち、スリット端部７３は、図６中において中心軸１０１と中心として描かれた仮想円１０４よりも内周側に配置されている。

このような構成を備えるロータコア２１においても、ロータコア２１がスリット本体部７１を起点にその両側に微小に歪むことによって、外周ブリッジ８１で発生する応力集中を緩和することができる。また、ロータコア２１にスリット本体部７１を起点とした歪みが生じた時に発生する力をスリット端部７３の周縁部で分散して受けることにより、スリット本体部７１の他方端７１ｑで生じる応力集中を緩和することができる。

一方、本変形例では、内径側フラックスバリア５２の内周端よりも内周側に配置されたスリット端部７３によって、中心軸１０１を中心とする周方向においてロータコア２１の形状の均一性が損なわれる。このため、ロータシャフト４１の嵌合によりロータコア２１に対して作用する力が、スリット端部７３に集中し、スリット端部７３で応力集中が発生するという現象が生じる。

このように発生した応力集中を緩和するには、スリット端部７３の断面積を大きくする必要があるが、この場合、スリット端部７３によってロータコア２１の強度が低下するという懸念が生じる。また、磁石挿入孔２７ｔと磁石挿入孔２７ｕとの間はＮ極とＳ極との磁極間に当たるため、モータジェネレータ１０の稼働に伴って矢印１１０に示すように磁束が流れる。スリット端部７３の断面積が大きいと、ロータコア２１における磁束流れがスリット端部７３によって大きく妨げられるという懸念も生じる。

図５を参照して、これに対して、スリット端部７２を内径側フラックスバリア５２の内周端よりも外周側に配置した場合、スリット端部７２の同一周上には、内径側フラックスバリア５２が存在するため、ロータシャフト４１の嵌合によりロータコア２１に対して作用する力がスリット端部７２に集中するという懸念が縮小される。また、図６中に示す変形例と比較して、スリット端部７２がより外周側に配置されているため、スリット端部７２に加わる力も周方向に大きく分散されている。このため、スリット端部７２の断面積を小さくして、ロータコア２１の強度を確保するとともにモータジェネレータ１０の磁気的特性を維持することができる。

続いて、図１中のモータジェネレータ１０に適用される特徴的な製造工程について説明を行なう。

図７は、図３中のロータコアにスリット本体部を形成する製造工程を示す図であり、図７（Ａ）が平面図であり、図７（Ｂ）が図７（Ａ）中のＢ−Ｂ線上に沿った断面図である。図７を参照して、本実施の形態では、上型８７および下型８８を有する金型装置８６を用いて、ロータコア２１にスリット本体部７１を形成する。

より具体的には、まず、ロータコア２１を構成する電磁鋼板２２に、プレス装置やドリルなどの適当な加工機械を用いてスリット端部７２を形成する。次に、電磁鋼板２２を金型装置８６にセッティングする。この際、電磁鋼板２２の上面に上型８７を配置し、電磁鋼板２２の下面であって、上型８７からずれた位置に下型８８を配置する。上型８７の端部８７ｍと下型８８の端部８８ｍとが、電磁鋼板２２の上下面で重なり、重なった端部８７ｍおよび端部８８ｍがスリット端部７２を起点に電磁鋼板２２の半径方向外側に線状に延びるように、上型８７および下型８８を配置する。上型８７および下型８８を電磁鋼板２２の板厚方向に移動させることによって、電磁鋼板２２にスリット本体部７１を形成する。

このような製造工程によれば、スリット本体部７１は、ロータコア２１を構成する電磁鋼板２２にその板厚方向のせん断力が作用させることによって形成される。この場合、スリット本体部７１のスリット幅を極力小さく抑えることが可能となり、ロータコア２１における磁束流れがスリット本体部７１によって妨げられることを抑制できる。

以上に説明した、この発明の実施の形態１におけるモータジェネレータ１０の構造についてまとめて説明すると、本実施の形態における回転電機としてのモータジェネレータ１０は、内周にシャフトとしてのロータシャフト４１が嵌め合わされるロータコア２１と、ロータコア２１に設けられる複数の磁石としての永久磁石２６とを備える。ロータコア２１は、外周面２１ｃを有する。ロータコア２１には、その回転軸としての中心軸１０１を中心とする周方向に間隔を隔てて設けられ、永久磁石２６が挿入される複数の挿入孔としての磁石挿入孔２７が形成される。永久磁石２６は、永久磁石２６の両端に、第１空間としての内径側フラックスバリア５２と、内径側フラックスバリア５２よりも外周側に配置される第２空間としての外径側フラックスバリア５１とを設けるように磁石挿入孔２７内に保持される。

複数の磁石挿入孔２７は、第１挿入孔としての磁石挿入孔２７ｔと、磁石挿入孔２７ｔと隣り合って設けられた第２挿入孔としての磁石挿入孔２７ｕとを含む。ロータコア２１を中心軸１０１に直交する平面により切断した場合に、磁石挿入孔２７ｔおよび磁石挿入孔２７ｕの断面形状は、外周側に凸となり、内周側に凹となるＶ字状をなす。ロータコア２１には、磁石挿入孔２７ｔと磁石挿入孔２７ｕとの間の中心位置に設けられるスリット７６がさらに形成される。ロータコア２１を中心軸１０１に直交する平面により切断した場合に、スリット７６の断面形状は、外周面２１ｃから、中心軸１０１を中心とする半径方向に延びるスリット本体部７１を有する。

このように構成された、この発明の実施の形態１におけるモータジェネレータ１０によれば、ロータコア２１で発生する応力集中を緩和することにより、ロータコア２１の耐久性を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、本発明における回転電機をハイブリッド自動車に搭載されるモータジェネレータに適用した場合を説明したが、これに限られず、電気自動車に搭載されるモータや、一般的な産業用モータに適用してもよい。

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１におけるモータジェネレータ１０の各種変形例について説明する。本実施の形態において説明するモータジェネレータは、実施の形態１におけるモータジェネレータ１０と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造についてはその説明を繰り返さない。

図８は、図１中のモータジェネレータの第１変形例を示す断面図である。図８を参照して、本変形例では、外径側フラックスバリア５１および内径側フラックスバリア５２に樹脂部８９が充填されている。このような構成においても、外周面２１ｃと外径側フラックスバリア５１との間にリブ状の外周ブリッジ８１が形成されるため、スリット７６の形成が有効である。

図９は、図１中のモータジェネレータの第２変形例を示す断面図である。図９を参照して、本変形例では、図３中のロータコア２１と比較して、磁石挿入孔２７ｓ（磁石挿入孔２７ｕ）と磁石挿入孔２７ｔ（磁石挿入孔２７ｖ）とが、より大きい角度をなすようにＶ字状に配置されている。内周部５５は、中間部５４の端部から、中心軸１０１を中心とする周方向に広がるように形成されており、この内周部５５によって内径側フラックスバリア５２が構成されている。

このように構成された、この発明の実施の形態２におけるモータジェネレータによれば、実施の形態１に記載の効果を同様に得ることができる。

以上に説明した実施の形態１および２における各種のモータジェネレータの構造を適宜組み合わせて、新たなモータジェネレータを構成してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、主に、動力源としてモータを備える車両に適用される。

１０ モータジェネレータ、１２ 端子台、１３ インバータ、１４ バッテリ、１５ 減速機構、１６ ディファレンシャル機構、１７ ドライブシャフト受け部、２１ ロータコア、２１ａ，２１ｂ，３１ａ，３１ｂ 端面、２１ｃ 外周面、２２，３２ 電磁鋼板、２６ 永久磁石、２７ 磁石挿入孔、２８ 中空孔、３１ ステータコア、３６ コイル、３６ｐ，３６ｑ コイルエンド部、４１ ロータシャフト、４２ 中空部、４３ オイル供給孔、４６，４７ ベアリング、４８ オイルポンプ、５１ 外径側フラックスバリア、５２ 内径側フラックスバリア、５３ 外周部、５４ 中間部、５５ 内周部、６１ 樹脂モールド部、７１ スリット本体部、７１ｐ 一方端、７１ｑ 他方端、７２，７３ スリット端部、７６ スリット、８１ 外周ブリッジ、８６ 金型装置、８７ 上型、８７ｍ，８８ｍ 端部、８９ 樹脂部。

Claims (6)

1. 内周にシャフトが嵌め合わされ、外周面を有するロータコアと、
   前記ロータコアに設けられる複数の磁石とを備え、
   前記ロータコアには、その回転軸を中心とする周方向に間隔を隔てて設けられ、前記磁石が挿入される複数の挿入孔が形成され、
   前記磁石は、前記磁石の両端に、第１空間と、前記第１空間よりも外周側に配置される第２空間とを設けるように前記挿入孔内に保持され、
   複数の前記挿入孔は、第１挿入孔と、前記第１挿入孔と隣り合って設けられた第２挿入孔とを含み、前記ロータコアをその回転軸に直交する平面により切断した場合に、前記第１挿入孔および前記第２挿入孔の断面形状は、外周側に凸となり、内周側に凹となるＶ字状をなし、
   前記ロータコアには、前記第１挿入孔と前記第２挿入孔との間の中心位置に設けられるスリットがさらに形成され、
   前記ロータコアをその回転軸に直交する平面により切断した場合に、前記スリットの断面形状は、前記外周面から、前記ロータコアの回転軸を中心とする半径方向に延びるスリット本体部を有し、
   前記ロータコアをその回転軸に直交する平面により切断した場合に、前記スリットの断面形状は、前記スリット本体部の端部に設けられ、前記ロータコアの回転軸を中心とする周方向において前記スリット本体部よりも大きい幅を有するスリット端部をさらに有し、
   前記スリット端部の全体が、前記ロータコアの回転軸を中心とする半径方向において、前記第１空間の内周端と前記第１空間の外周端との間に配置される、回転電機。
2. 前記スリット端部は、円形の断面形状を有する、請求項１に記載の回転電機。
3. 複数の前記挿入孔は、前記第１挿入孔を挟んで前記第２挿入孔とは反対側に設けられた第３挿入孔をさらに含み、
   前記ロータコアの回転軸を中心とする周方向において、前記第１挿入孔と前記第２挿入孔とは、第１間隔を有して配置され、前記第１挿入孔と前記第３挿入孔とは、前記第１間隔よりも小さい第２間隔を有して配置される、請求項１または２に記載の回転電機。
4. 複数の前記挿入孔は、前記第１挿入孔を挟んで前記第２挿入孔とは反対側に設けられた第３挿入孔をさらに含み、
   前記ロータコアをその回転軸に直交する平面により切断した場合に、前記第１挿入孔および前記第３挿入孔の断面形状は、外周側に凹となり、内周側に凸となるＶ字状をなす、請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機。
5. 前記スリット本体部は、前記ロータコアにその回転軸方向に沿ったせん断力が作用されることによって形成される、請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機。
6. 前記ロータコアをその回転軸に直交する平面により切断した場合に、前記第１空間は、前記第２空間よりも大きい断面積を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の回転電機。

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