JP2018198534A

JP2018198534A - 回転電機

Info

Publication number: JP2018198534A
Application number: JP2018175351A
Authority: JP
Inventors: 佳純北原; Yoshizumi Kitahara
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-09-19
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2018-12-13

Abstract

【課題】周方向ブリッジを通る漏れ磁束を減少させること。【解決手段】回転電機は、２個一対のＶ字状に配置された磁石収容孔を有するロータコアと、磁石収容孔に収容され一つの磁極を形成する一対の永久磁石と、を備える。ロータコアは、永久磁石の反磁極中心側に形成されたフラックスバリアと、フラックスバリアとロータコアの外周面との間に形成された周方向ブリッジと、を有する。周方向ブリッジの反磁極中心側端部の径方向幅は、磁極中心側端部のものよりも小さい。永久磁石の外周側端面とロータコアの外周面との間の径方向幅は、周方向ブリッジの磁極中心側端部の径方向幅より永久磁石の磁極中心側端面に向かうほど大きい。フラックスバリアの径方向外側端面は、周方向ブリッジの磁極中心側端部からその磁極中心側端部を通る円弧と永久磁石の外周側端面の延長線との間へ延び、永久磁石の外周側端面との間に角部を形成する。【選択図】図３

Description

本発明は、例えば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に関する。

従来、車両等に搭載されて使用される回転電機として、ロータの内部に永久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永久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、ステータと、ステータと径方向に対向配置されるロータとを備えている。そして、ロータとして、回転軸が圧入や焼きばめ等により嵌合される回転軸孔、及び２個で対をなしＶ字状に配置された複数対の磁石収容孔を有するロータコアと、Ｖ字状に配置され対をなす磁石収容孔に収容されてそれぞれ一つの磁極を形成する複数対の永久磁石と、を備えたものが知られている。この場合、ロータコアのＶ字状に配置された一対の磁石収容孔の間には、径方向に延びる中央ブリッジが形成されている。

また、特許文献１には、ＩＰＭモータのロータにおいて、ロータコアの磁石収容孔に収容された永久磁石の反磁極中心側に形成されたフラックスバリアを有するロータコアが開示されている。

特開２０１３−１８８０２３号公報

本発明は、周方向ブリッジを通る漏れ磁束を減少させることが可能な回転電機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、
２個で対をなしＶ字状に配置された複数対の磁石収容孔（３２）を有するロータコア（３１）と、Ｖ字状に配置され対をなす前記磁石収容孔に収容されてそれぞれ一つの磁極を形成する複数対の永久磁石（３３）と、を有するロータ（３０）と、
前記ロータの径方向外側に所定のエアギャップを介して同軸上に配置され円環状に形成されて周方向に複数のスロットが配列されたステータコアと、前記ステータコアの前記スロットに巻装されたステータコイルと、を有するステータ（２０）と、
を備えた回転電機において、
前記ロータコアは、前記磁石収容孔に収容された前記永久磁石の反磁極中心側に形成されたフラックスバリア（３４）と、前記フラックスバリアと前記ロータコアの外周面（３１ｂ）との間に形成された周方向に延びる周方向ブリッジ（３５）と、を有し、
前記周方向ブリッジは、反磁極中心側端部の径方向幅（Ｗ１）が磁極中心側端部の径方向幅（Ｗ２）よりも小さくされ、
前記永久磁石の外周側端面（３３ｂ）と前記ロータコアの外周面との間の径方向幅は、前記周方向ブリッジの磁極中心側端部の径方向幅（Ｗ２）より、前記永久磁石の磁極中心側端面（３３ｄ）に向かうに従って徐々に大きくされ、
前記フラックスバリアの径方向外側端面は、前記周方向ブリッジの磁極中心側端部から、前記ロータコアの回転中心線（Ｏ）を中心として前記周方向ブリッジの磁極中心側端部を通る円弧（Ｓ１）と、前記永久磁石の外周側端面を径方向外側に延長した線との間に向けて延びていると共に、前記永久磁石の外周側端面との間に角部を形成していることを特徴とする。

本発明によれば、ロータコアのフラックスバリアと外周面との間に形成された周方向ブリッジは、反磁極中心側端部の径方向幅が磁極中心側端部の径方向幅よりも小さくされている。そのため、回転軸とロータコアを圧入又は焼きばめにより締結する際に、ロータコアの周方向ブリッジに発生する伸び変形を、強度が小さい反磁極中心側端部へ逃がして周方向ブリッジ全体で受けることができるので、磁極中心側端部での応力集中を抑制することができる。これにより、応力集中によるロータコアの変形を緩和することができるので、ロータコアとステータとの間に設定された所定のエアギャップの変化を抑制することができる。

また、本発明によれば、周方向ブリッジの一部の径方向幅が小さくされていることから、周方向ブリッジを通る漏れ磁束を減少させることができるので、漏れ磁束によるトルク低下を抑制し、性能の向上を図ることができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載された各部材や部位の後の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載された具体的な部材や部位との対応関係を示すものであり、特許請求の範囲に記載された各請求項の構成に何ら影響を及ぼすものではない。

本発明の実施形態１に係るロータを有する回転電機の軸方向の断面図である。本発明の実施形態１に係るロータの１磁極部分を示す部分平面図である。図２の一部を拡大して示す部分拡大図である。

以下、本発明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〕
本実施形態に係る回転電機について図１〜図３を参照して説明する。本実施形態に係るロータ３０は、例えば車両用モータとして使用される図１に示す回転電機１０に搭載されるものである。この回転電機１０は、電機子として働くステータ２０と、界磁として働くロータ３０と、ステータ２０及びロータ３０を収容し、締結ボルト（図示せず）によって連結、固定されたフロントハウジング１１ａ及びリアハウジング１１ｂ等を含んで構成されている。

ステータ２０は、円環状に形成されて周方向に配列された複数のスロット（図示せず）を有するステータコア２１と、ステータコア２１のスロットに巻装され電力変換用のインバータ（図示せず）に接続された三相のステータコイル２５とを有する。このステータ２０は、フロントハウジング１１ａ及びリアハウジング１１ｂ間で挟持されることにより固定されており、ロータ３０の径方向外側に所定の隙間（エアギャップ）を介して同軸上に配置されている。

ロータ３０は、フロントハウジング１１ａ及びリアハウジング１１ｂに軸受け１２を介して回転自在に支承された回転軸１３と一体になって回転するもので、円環状の複数の鋼板を軸方向に積層して形成されたロータコア３１を有する。このロータコア３１は、中央に回転軸１３が圧入により嵌合される回転軸孔３１ａ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。

ロータコア３１は、ステータ２０の内周面と対向する外周面３１ｂ側に、軸方向に貫通する複数（本実施形態では１６個）の磁石収容孔３２が周方向に所定距離を隔てて設けられている。本実施形態の場合には、２個で対をなし外周側に向かうにつれて互いに離間距離が大きくなるようにＶ字状に配置された複数対（本実施形態では８対）の磁石収容孔３２が周方向に等間隔に設けられている。

各磁石収容孔３２には、ロータコア３１の回転中心線Ｏと直角方向の断面形状が矩形（長方形）の永久磁石３３がそれぞれ埋め込まれている。本実施形態の場合、Ｖ字状に配置された一対の磁石収容孔３２，３２に収容された一対の永久磁石３３，３３により一つの磁極が形成されている。この場合、８対の永久磁石３３，３３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８極（Ｎ極：４、Ｓ極：４））が形成されている。

なお、図２に示すように、ロータ３０の１磁極分において、一対の磁石収容孔３２，３２は、ロータコア３１の回転中心線Ｏ及び磁極中心を通る磁極中心線Ｃ１に対して線対称となる状態に形成されている。また、一つの磁極を形成する一対の永久磁石３３，３３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。

対をなす磁石収容孔３２，３２に収容された一対の永久磁石３３，３３のそれぞれの反磁極中心側には、各永久磁石３３の反磁極中心側端面からロータコア３１の周方向外側に広がる磁気的空隙部としての第１フラックスバリア３４が形成されている。この第１フラックスバリア３４は、ロータコア３１の軸方向に貫通するように形成されている。各第１フラックスバリア３４とロータコア３１の外周面３１ｂとの間には、周方向に延びる周方向ブリッジ３５がそれぞれ形成されている。

周方向ブリッジ３５は、図３に示すように、反磁極中心側端部の径方向幅Ｗ１が磁極中心側端部の径方向幅Ｗ２よりも小さくされている。この場合、周方向ブリッジ３５の磁極中心側端部（径方向幅Ｗ２が最大となる部位）は、磁石収容孔３２に収容された永久磁石３３の反磁極中心側端面３３ａと外周側端面３３ｂとが交わる角部３３ｃと対応する部位である。この周方向ブリッジ３５の、永久磁石３３の角部３３ｃと対応する部位は、回転軸とロータコアを圧入又は焼きばめにより締結する際に、応力集中が最も発生し易い部位となる。よって、周方向ブリッジ３５の反磁極中心側端部の径方向幅Ｗ１は、磁極中心側端部の径方向幅Ｗ２を基準にして、径方向幅Ｗ２よりも小さくなるように設定される。

なお、図３において、角部３３ｃを通る円弧Ｓ１は、ロータコア３１の回転中心線Ｏ（図２参照）を中心として描かれる円の一部を示している。この円弧Ｓ１を含む円は、ロータコア３１の外周面３１ｂを描く円と同心円である。

また、対をなす磁石収容孔３２，３２のそれぞれの磁極中心側には、各永久磁石３３の磁極中心側端面からロータコア３１の周方向外側に広がる磁気的空隙部としての第２フラックスバリア３６が形成されている。この第２フラックスバリア３６は、ロータコア３１の軸方向に貫通するように形成されている。対をなす第２フラックスバリア３６，３６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中央ブリッジ３７が径方向に延伸するよう形成されている。

第１フラックスバリア３４の内周側端部には、永久磁石３３の反磁極中心側端面３３ａを保持する第１保持部３８が設けられている。また、第２フラックスバリア３６の内周側端部には、永久磁石３３の磁極中心側端面３３ｄを保持する第２保持部３９が設けられている。これら第１及び第２保持部３８，３９により、各磁石収容孔３２に収容された各永久磁石３３は、周方向両側が保持されている。そして、各磁石収容孔３２に収容された各永久磁石３３は、磁石収容孔３２の内周側壁面及び外周側壁面との間の隙間に充填された非磁性材料よりなる接着材（図示せず）によりロータコア３１に強固に固定されている。

以上のように構成された本実施形態のロータ３０によれば、ロータコア３１の第１フラックスバリア３４と外周面３１ｂとの間に形成された周方向ブリッジ３５は、反磁極中心側端部の径方向幅Ｗ１が磁極中心側端部の径方向幅Ｗ２よりも小さくされている。そのため、回転軸１３とロータコア３１を圧入又は焼きばめにより締結する際に、ロータコア３１の周方向ブリッジ３５に発生する伸び変形を、強度が小さい反磁極中心側端部へ逃がして周方向ブリッジ３５全体で受けることができるので、磁極中心側端部での応力集中を抑制することができる。これにより、応力集中によるロータコア３１の変形を緩和することができるので、ロータコア３１とステータ２０との間に設定された所定のエアギャップの変化を抑制することができる。

特に、本実施形態では、周方向ブリッジ３５の磁極中心側端部の径方向幅Ｗ２は、磁石収容孔３２に収容された永久磁石３３の角部３３ｃと対応する部位、即ち、応力集中が最も発生し易い部位を基準にしているため、ロータコア３１に発生する応力集中をより確実に抑制することが可能となる。

また、本実施形態では、周方向ブリッジ３５の一部（反磁極中心側端部）の径方向幅Ｗ１が小さくされていることから、周方向ブリッジ３５を通る漏れ磁束を減少させることができるので、漏れ磁束によるトルク低下を抑制し、性能の向上を図ることができる。

〔他の実施形態〕
なお、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、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、本発明は、車両に搭載される回転電機として、発電機、あるいは電動機、さらには両者を選択的に使用し得る回転電機のロータにも利用することができる。

ところで、上記の特許文献１に開示された回転電機のロータにおいて、ロータコアの回転軸孔に回転軸が圧入又は焼きばめにより嵌合される場合には、ロータコアに応力が発生する。また、ロータの回転時には、ロータコアや永久磁石に遠心力が作用する。これらの応力や遠心力は、ロータコアのフラックスバリアと外周面との間の部位に集中し易い。そのため、応力集中や遠心力によってロータコアが変形し、ロータコアと径方向に対向して配置されるステータとの間に設定された所定のエアギャップが変化するという問題が発生する。そこで、本明細書は、回転軸とロータコアを圧入又は焼きばめにより締結する際に、応力集中によるロータコアの変形を緩和し得るようにした回転電機のロータを提供すべく、更に、以下の形態も開示する。

［形態１］
回転軸（１３）が圧入又は焼きばめにより嵌合される回転軸孔（３１ａ）、及び２個で対をなしＶ字状に配置された複数対の磁石収容孔（３２）を有するロータコア（３１）と、Ｖ字状に配置され対をなす前記磁石収容孔に収容されてそれぞれ一つの磁極を形成する複数対の永久磁石（３３）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、前記磁石収容孔に収容された前記永久磁石の反磁極中心側に形成されたフラックスバリア（３４）と、前記フラックスバリアと前記ロータコアの外周面（３１ｂ）との間に形成された周方向に延びる周方向ブリッジ（３５）と、を有し、
前記周方向ブリッジは、反磁極中心側端部の径方向幅（Ｗ１）が磁極中心側端部の径方向幅（Ｗ２）よりも小さくされていることを特徴とする回転電機のロータ。
［形態２］
前記周方向ブリッジの前記磁極中心側端部は、前記磁石収容孔に収容された前記永久磁石の反磁極中心側端面（３３ａ）と外周側端面（３３ｂ）とが交わる角部（３３ｃ）と対応する部位であることを特徴とする上記形態１に記載の回転電機のロータ。

１０：回転電機、１３：回転軸、３０：ロータ、３１：ロータコア、３１ａ：回転軸孔、３１ｂ：外周面、３２：磁石収容孔、３３：永久磁石、３３ａ：反磁極中心側端面、３３ｂ：外周側端面、３３ｃ：角部、３４：第１フラックスバリア、３５：周方向ブリッジ、Ｗ１：周方向ブリッジの反磁極中心側端部の径方向幅、Ｗ２：周方向ブリッジの磁極中心側端部の径方向幅。

Claims

２個で対をなしＶ字状に配置された複数対の磁石収容孔（３２）を有するロータコア（３１）と、Ｖ字状に配置され対をなす前記磁石収容孔に収容されてそれぞれ一つの磁極を形成する複数対の永久磁石（３３）と、を有するロータ（３０）と、
前記ロータの径方向外側に所定のエアギャップを介して同軸上に配置され円環状に形成されて周方向に複数のスロットが配列されたステータコアと、前記ステータコアの前記スロットに巻装されたステータコイルと、を有するステータ（２０）と、
を備えた回転電機において、
前記ロータコアは、前記磁石収容孔に収容された前記永久磁石の反磁極中心側に形成されたフラックスバリア（３４）と、前記フラックスバリアと前記ロータコアの外周面（３１ｂ）との間に形成された周方向に延びる周方向ブリッジ（３５）と、を有し、
前記周方向ブリッジは、反磁極中心側端部の径方向幅（Ｗ１）が磁極中心側端部の径方向幅（Ｗ２）よりも小さくされ、
前記永久磁石の外周側端面（３３ｂ）と前記ロータコアの外周面との間の径方向幅は、前記周方向ブリッジの磁極中心側端部の径方向幅（Ｗ２）より、前記永久磁石の磁極中心側端面（３３ｄ）に向かうに従って徐々に大きくされ、
前記フラックスバリアの径方向外側端面は、前記周方向ブリッジの磁極中心側端部から、前記ロータコアの回転中心線（Ｏ）を中心として前記周方向ブリッジの磁極中心側端部を通る円弧（Ｓ１）と、前記永久磁石の外周側端面を径方向外側に延長した線との間に向けて延びていると共に、前記永久磁石の外周側端面との間に角部を形成していることを特徴とする回転電機。