JP6381700B2 - Manufacturing method of rotor of rotating electric machine - Google Patents
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Description
本発明は、磁石と爪状磁極の周方向側面との間に発生する隙間を最小限にする機構を備えた、回転電機の回転子に関する。 The present invention relates to a rotor of a rotating electrical machine provided with a mechanism for minimizing a gap generated between a magnet and a circumferential side surface of a claw-shaped magnetic pole.
従来より、例えば車両に搭載される交流発電機では、回転子を構成する爪状磁極と固定子との間で磁束を確実に受け渡すため、隣合う爪状磁極の間に永久磁石を介在させて、爪状磁極の間から磁束が漏れることを防止している。このような交流発電機では、遠心力により、永久磁石が径方向外側に飛び出して破損するおそれがある。このため、回転子鉄心のディスク部に凹部を設けて永久磁石を保持するとともに、爪状磁極の外周部に設けた鍔部で永久磁石を拘束するものがある(例えば特許文献1参照)。また、回転子の側面に溝を設け、磁石の外周面と溝との隙間に、磁石よりも軟質な材料を配置して、遠心力による磁石の移動を抑止するものがある(例えば特許文献2参照)。 Conventionally, for example, in an AC generator mounted on a vehicle, a permanent magnet is interposed between adjacent claw-shaped magnetic poles in order to reliably transfer magnetic flux between the claw-shaped magnetic poles and the stator constituting the rotor. Thus, the magnetic flux is prevented from leaking between the claw-shaped magnetic poles. In such an AC generator, there is a risk that the permanent magnet may jump out radially outward due to centrifugal force and be damaged. For this reason, there exists a thing which restrains a permanent magnet with the collar part provided in the outer peripheral part of a claw-like magnetic pole while providing a crevice in a disk part of a rotor iron core, and holding a permanent magnet (for example, refer to patent documents 1). In addition, there is a type in which a groove is provided on a side surface of the rotor, and a material softer than the magnet is disposed in a gap between the outer peripheral surface of the magnet and the groove to suppress movement of the magnet due to centrifugal force (for example, Patent Document 2). reference).
ランデル型の爪状磁極は、プーリ側から延びる爪状磁極(フロントポール)と、インバータ側から延びる爪状磁極(リヤポール)の、一対の爪状磁極で形成されている。このため、これら一対の爪状磁極の加工誤差、又は回転軸への取付け時の位相ずれにより、磁石と爪状磁極の周方向側面との距離が変化して、性能にばらつきが生じるという問題があった。本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、磁石と爪状磁極の周方向側面との距離の変動を抑制するとともに、爪状磁極間の磁束の漏えいを抑制する、回転電機の回転子を得るものである。 The Landel-type claw-shaped magnetic pole is formed by a pair of claw-shaped magnetic poles, a claw-shaped magnetic pole (front pole) extending from the pulley side and a claw-shaped magnetic pole (rear pole) extending from the inverter side. For this reason, there is a problem that the distance between the magnet and the circumferential side surface of the claw-shaped magnetic pole changes due to a processing error of the pair of claw-shaped magnetic poles or a phase shift at the time of attachment to the rotating shaft, resulting in a variation in performance. there were. The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and suppresses fluctuations in the distance between the magnet and the circumferential side surface of the claw-shaped magnetic pole, and also prevents leakage of magnetic flux between the claw-shaped magnetic poles. An electric rotor is obtained.
本発明に係る回転電機の回転子は、一対の回転子鉄心と、複数の永久磁石とを備えている。一対の回転子鉄心は、それぞれ互いに噛み合うように軸方向に延出する、複数の爪状磁極を有している。複数の永久磁石は、周方向の両側面に、それぞれ回転子の径方向外側に面する傾斜面を有している。複数の爪状磁極は、周方向の側面に、永久磁石の傾斜面に沿う、回転子の径方向内側に面する傾斜面を有している。そして、複数の永久磁石は、周方向に隣接する2つの爪状磁極の間で、永久磁石の傾斜面と、爪状磁極の傾斜面とを当接させて配置される。 The rotor of the rotating electrical machine according to the present invention includes a pair of rotor cores and a plurality of permanent magnets. The pair of rotor cores have a plurality of claw-shaped magnetic poles extending in the axial direction so as to mesh with each other. The plurality of permanent magnets have inclined surfaces facing the outer side in the radial direction of the rotor on both side surfaces in the circumferential direction. The plurality of claw-shaped magnetic poles have inclined surfaces facing the radial inner side of the rotor along the inclined surfaces of the permanent magnets on the side surfaces in the circumferential direction. The plurality of permanent magnets are arranged such that the inclined surface of the permanent magnet and the inclined surface of the claw-shaped magnetic pole are brought into contact with each other between two claw-shaped magnetic poles adjacent in the circumferential direction.
本発明は、一対の回転子鉄心に設けられた複数の爪状磁極と、これら複数の爪状磁極の間に配置される永久磁石との間の距離の変動を抑制することができる。また、爪状磁極と永久磁石を密着させることができる。これにより、爪状磁極間の、磁束の漏えいを抑制することができる。 The present invention can suppress fluctuations in distance between a plurality of claw-shaped magnetic poles provided on a pair of rotor cores and a permanent magnet disposed between the plurality of claw-shaped magnetic poles. Further, the claw-shaped magnetic pole and the permanent magnet can be brought into close contact with each other. Thereby, the leakage of the magnetic flux between the claw-shaped magnetic poles can be suppressed.
以下、本発明の回転電機の回転子の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a rotor of a rotating electrical machine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における回転子を備えた回転電機の正面図である。図2は、図1のII−II線に沿う、回転電機の断面図、図3は回転子の側面図である。図4は回転子の側面の部分的な斜視図であり、図5は回転子の側面の概略図である。また、図6及び図7は、図5のVI−VI線に沿う、回転子の断面を示す概略図である。なお、図1は、制御装置のカバーを取り外した状態で示している。
1 is a front view of a rotating electrical machine including a rotor according to
図2に示すように、回転電機1は、回転電機本体2と制御装置3とを有する、制御装置一体型の回転電機である。実施の形態1による回転電機1は、ブラシ付の交流発電電動機(ACモータジェネレータ)であり、内燃機関により駆動される車両に搭載される。
As shown in FIG. 2, the rotating
回転電機本体2は、筒状の固定子4と、固定子4の内側に配置された回転子5と、固定子4及び回転子5を支持するケース6とを有している。ケース6は、固定子4の軸方向の一端側を保持するフロントブラケット7と、他端側を保持するリヤブラケット8を有している。フロントブラケット7とリヤブラケット8は金属製であり、複数の締結ボルト9によって、互いに接近する方向に締め付けられて固定されている。
The rotating electrical machine
固定子4は、筒状の固定子鉄心10と、固定子鉄心10に巻き掛けられた固定子巻線11とを有している。固定子巻線11は、それぞれスター結線またはデルタ結線からなる1つもしくは複数の3相交流巻線により構成されている。
The
回転子5は、回転軸12と、一対の回転子鉄心13と、回転子巻線14とを有している。一対の回転子鉄心13は鉄製であり、所謂、クローポール型磁極を構成している。図2に示すように、一対の回転子鉄心13は、回転軸12の軸方向の中間部に、互いに対向するように固定されている。回転子巻線14は、一対の回転子鉄心13に囲まれるように配置されている。一対の回転子鉄心13は、回転軸12に圧入される円筒状のボス部60と、ボス部60から、回転軸12の径方向外側に延びるディスク部61とを有している。そして、図3に示すように、一対の回転子鉄心13は、ディスク部61の外周から、回転軸12の軸方向に、互いに対向するように延出する、8つの爪状磁極131を有している。
The
回転軸12は、フロントブラケット7及びリヤブラケット8を貫通している。そして、回転軸12は、一対の軸受15を介して、フロントブラケット7及びリヤブラケット8に回転自在に支持されている。回転子鉄心13の外周と固定子4の内周とは、所定の間隙を有している。また、回転子鉄心13の、軸方向の両端部には、回転子5と一体に回転する一対の冷却ファン16が取付けられている。
The rotating
回転軸12の、フロントブラケット7側にはプーリ17が固定されている。プーリ17には、内燃機関の駆動軸と連動する、図示しないベルトが巻き掛けられ、このベルトを介して、回転電機1と内燃機関との間で、動力の伝達を行なう。一方、回転軸12の、リヤブラケット8側には、回転軸12の回転位置を検出するセンサ18と、一対のスリップリング19と、一対のスリップリング19に接触する一対のブラシ20が取付けられている。
A
一対のスリップリング19及び一対のブラシ20は、導電性材料により形成されており、一対のスリップリング19は、回転子巻線14に電気的に接続されている。一対のブラシ20は、リヤブラケット8に固定されたブラシホルダ21に保持され、それぞれ、押圧バネ22により、スリップリング19に接触する方向に付勢されている。ブラシ20とスリップリング19は、回転子5の回転にともなって摺動し、界磁電流を発生させて、固定子巻線11に供給する。
The pair of
制御装置3は、一対のパワーモジュール構成体23と、界磁回路部24と、制御回路部25と、信号中継装置26とを有している。一対のパワーモジュール構成体23は、固定子巻線11に電気的に接続されている。一方、界磁回路部24は、図示しないバッテリからの直流電力を調整して界磁電流とし、回転子巻線14に供給する。パワーモジュール構成体23と界磁回路部24は、信号中継装置26を介して、制御回路部25により制御される。制御装置3は、絶縁樹脂により形成されたカバー38によって覆われている。また、制御回路部25は、例えば内燃機関制御ユニットなどの外部機器との間で、信号の送受信を行うための外部接続用のコネクタ27を有している。
The
制御回路部25は、樹脂252により保護された制御基板251を有している。制御回路部25には、信号中継装置26を介して、センサ18から信号が入力される。また、制御回路部25には、コネクタ27を介して、内燃機関制御ユニットなどの外部機器から信号が入力される。制御回路部25は、入力されたこれらの信号に基づいて、界磁回路部24及びパワーモジュール構成体23が有するスイッチング素子を制御し、回転子巻線14に出力する界磁電流を調整する。
The
界磁回路部24は、冷却フィン242を備えたヒートシンク241を有している。界磁回路部24から出力された界磁電流は、回転子巻線14に供給されて直流磁界を発生させる。回転子巻線14に発生した直流磁界による磁束は、回転子5の周面において、一方の回転子鉄心13から他方の回転子鉄心13に流れ、その間に固定子巻線11と鎖交する。
The
一対のパワーモジュール構成体23は、それぞれ、パワーモジュール30を有している。各パワーモジュール30は、6個のスイッチング素子を備えた電力変換回路を有している。電力変換回路は、バッテリからの直流電力を交流電力に変換して、固定子巻線11に供給するインバータ回路として動作する。また、電力変換回路は、固定子巻線11からの交流電力を直流電力に変換して、バッテリを充電すると共に、車載機器に直流電力を供給する、コンバータ回路として動作する。電力変換回路を構成するスイッチング素子は、例えば、パワートランジスタ、MOSFET、IGBTなどの半導体スイッチング素子により構成される。一対のパワーモジュール構成体23は、2組の電機子巻線に1対1で対応する、3相電力変換回路を構成している。
Each of the pair of
信号中継装置26は、パワーモジュール構成体23と界磁回路部24のそれぞれに電気的に接続された、信号中継用部材28を有している。そして、信号中継用部材28は、制御回路部25に接続される信号中継用接続部29を有している。
The
次に、本発明の実施の形態1における、回転子5について説明する。
Next, the
図3は、回転子5の側面図であり、図4は、回転子5の側面の、部分的な斜視図である。そして、図5は、回転子5を側面から見た模式図である。図4及び図5は、爪状磁極131と永久磁石40の配置のみを示している。また、図6は、図5のVI−VI線に沿う断面の模式図である。図6に示す両矢印は、固定子側をST、回転軸側をSHとして示している。なお、図6では、引出線を見やすくするために、永久磁石40と爪状磁極131のハッチングを省略している。
FIG. 3 is a side view of the
図3に示すように、回転子5は、回転軸12と、一対の回転子鉄心13とを有している。一対の回転子鉄心13は、それぞれ複数の爪状磁極131を有している。一対の回転子鉄心13は、互いに対向するように回転軸12に取付けられており、各回転子鉄心13が有する複数の爪状磁極131が、互いに噛み合うように配置される。
As shown in FIG. 3, the
図4及び図5に示すように、各爪状磁極131の間には、永久磁石40が配置される。図6に示すように、永久磁石40における、爪状磁極131と接する両側面には、傾斜面Pが形成されている。そして、永久磁石40の断面は台形状となっている。また、爪状磁極131における、永久磁石40の側面と接する周方向側面には、永久磁石40の傾斜面Pに沿う角度で形成された、傾斜面Qが形成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, a
このように、実施の形態1の回転子5によれば、永久磁石40の両側面に形成された傾斜面Pを、爪状磁極131の周方向側面に形成された傾斜面Qに当接させている。これにより、爪状磁極131の加工誤差などにより、隣合う爪状磁極131間の距離が長くなった場合であっても、永久磁石40をSTの方向に移動させて、永久磁石40と爪状磁極131とを密着させることができる。逆に、隣合う爪状磁極131間の距離が短くなった場合には、永久磁石40の位置をSHの方向にずらして取り付けることにより、永久磁石40と爪状磁極131を密着させることができる。よって、爪状磁極131からの磁束の漏えいを抑制することができる。
Thus, according to the
永久磁石40の傾斜面Pと爪状磁極131の傾斜面Qとを当接させて配置する構成では、爪状磁極131の加工誤差及び組立誤差などによって、爪状磁極131間の距離が変動した場合に、永久磁石40の径方向の位置が変化する。一般に、爪状磁極を持つ回転子鉄心は、外径に精度が要求され、鍛造により成形された後に切削加工される。このため、永久磁石40の位置がST側に大きくずれると、切削加工の妨げとなる。
In the configuration in which the inclined surface P of the
そこで、本発明の実施の形態1における回転子5では、爪状磁極131の加工精度の設定及び組立担当者の組立精度など(以下、「精度」という。)に応じて、永久磁石40の両側面が形成する角度αを決定している。以下に、図7及び図8を用いて、永久磁石40の角度αを決定する手順を説明する。
Therefore, in the
図7及び図8は、図6と同じ方向から見た回転子5の断面の模式図である。なお、図7及び図8では、図6と同様に、永久磁石40と爪状磁極131のハッチングを省略している。
7 and 8 are schematic views of a cross section of the
図7は、永久磁石40及び永久磁石40に隣接する一対の爪状磁極131の、設計上の形状及び設計上の位置関係を示している。図7に示すように、永久磁石40の両側面が形成する角度の設計値をα0とし、永久磁石40のST側の端面の設計位置をRmとする。また、爪状磁極131の傾斜面Qの角度の設計値をα0/2とする。そして、一対の爪状磁極131間の、外周面における距離の設計値をL0とする。さらに、回転子鉄心13の外径となる、各爪状磁極131の外径の設計値をRとする。
FIG. 7 shows a design shape and a design positional relationship between the
一対の爪状磁極131間の距離L0は、爪状磁極131の加工誤差及び組立位置の誤差(以下、「誤差」という。)により変動する。この一対の爪状磁極131間の距離が長くなると、永久磁石40を取付ける位置がSTの方向にずれる。永久磁石40の位置ずれ量が、R−Rmよりも大きくなると、永久磁石40の径方向外側の端部が、爪状磁極131の外周より外側に突出してしまう。このため、永久磁石40の位置ずれ量を、R−Rmよりも小さく抑える必要がある。
The distance L0 between the pair of claw-shaped
図8の(a)及び(b)は、爪状磁極131の精度を低く設定した場合の、永久磁石40と爪状磁極131の位置関係を示す図である。図8において、永久磁石40の角度はα1とし、爪状磁極131の傾斜面Qの角度は、永久磁石40の傾斜面Pに合わせて、α1/2とする。
8A and 8B are diagrams showing the positional relationship between the
図8(a)は、爪状磁極131の誤差がない場合の組立状態を示している。一方、図8(b)は、爪状磁極131の誤差が最大の場合の組立状態を示している。なお、図8(b)では、誤差がない状態の永久磁石40と爪状磁極131の位置を、破線で併記している。
FIG. 8A shows an assembled state when there is no error of the claw-shaped
図8(b)において、一対の爪状磁極131間の距離L0のずれ量を、ΔLmaxとする。そして、このときの永久磁石40のST方向の位置ずれ量を、ΔRmとする。すると、α1との間に、以下の関係がある。
tan(α1/2)=ΔLmax/ΔRm (1)
In FIG. 8B, the amount of deviation of the distance L0 between the pair of claw-shaped
tan (α1 / 2) = ΔLmax / ΔRm (1)
ここで、永久磁石40の位置ずれ量ΔRmは、R−Rmより小さく抑える必要があるので、以下の関係を条件として設定する。
ΔRm<R−Rm (2)
Here, since the positional deviation amount ΔRm of the
ΔRm <R−Rm (2)
式(2)を式(1)に代入すると、以下の関係が成り立つ。
tan(α1/2)>ΔLmax/(R−Rm) (3)
Substituting equation (2) into equation (1) establishes the following relationship:
tan (α1 / 2)> ΔLmax / (R−Rm) (3)
式(3)を整理すると、α1について、以下の関係が導出される。
α1>2×arctan{ΔLmax/(R−Rm)} (4)
Rearranging equation (3), the following relationship is derived for α1.
α1> 2 × arctan {ΔLmax / (R−Rm)} (4)
よって、爪状磁極131の精度に基づいて、一対の爪状磁極131間の距離L0の最大誤差ΔLmaxを算出し、算出した値を式(4)に代入して、α1の許容範囲を求める。この許容範囲内で適当な値を選択することにより、爪状磁極131の精度に応じた、永久磁石40の角度α1が決定される。そして、決定されたα1の値に基づいて、爪状磁極131の傾斜面Qの角度α1/2が決定される。以上により、永久磁石40及び爪状磁極131の形状が決定される。
Therefore, based on the accuracy of the claw-shaped
このように、実施の形態1における回転子5によれば、爪状磁極131の精度に応じて、永久磁石40の角度α及び爪状磁極131の傾斜面Qの角度を決定している。これにより、爪状磁極131間の距離が、爪状磁極131の誤差により変動した場合であっても、永久磁石40の、径方向の位置ずれ量を抑制することができる。よって、爪状磁極131と永久磁石40とを密着させることができ、爪状磁極131間の磁束の漏えいを抑制することができる。
Thus, according to the
図8は、実施の形態1の回転子5の第1変形例である。図8に示すように、各爪状磁極131は、それぞれ鍔部133を有している。回転子5の製造過程では、熱硬化型の接着剤により、永久磁石40を回転子鉄心13に固着している。ところが、永久磁石40を接着剤で仮止めし、炉に搬送する途中で、永久磁石40が回転軸12側に落下することがある。そこで、この第1変形例では、各爪状磁極131に鍔部133を形成し、永久磁石40が回転軸12方向に落下することを防止している。
FIG. 8 is a first modification of the
なお、実施の形態1では、永久磁石40の周方向の側面全体を傾斜面Pとしたが、これに限るものではない。例えば、側面の一部に傾斜面Pを形成したものであってもよい。また、実施の形態1では、永久磁石40の断面形状を台形状としたが、これに限るものではない。例えば、図9に示す第2変形例の永久磁石41のように、四角形に面取りをした形状でもよいし、図10に示す第3変形例の永久磁石42のように、円形または楕円形に傾斜面を備えた断面としてもよい。
In the first embodiment, the entire side surface in the circumferential direction of the
1 回転電機、4 固定子、5 回転子、10 固定子鉄心、12 回転軸、13 回転子鉄心、40〜42 永久磁石、131 爪状磁極、133 鍔部。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
複数の永久磁石とを有し、
前記一対の回転子鉄心が、
回転軸に固定される円筒状のボス部と、
前記ボス部から、前記回転軸の径方向の外側に延びるディスク部と、
前記ディスク部の外周から、前記回転軸の軸方向に延出する複数の爪状磁極とを有し、
前記一対の回転子鉄心が、それぞれの前記複数の爪状磁極を、互いに対向させて配置され、
前記複数の永久磁石が、
周方向の両側面に、それぞれ前記径方向の外側に面する傾斜面を有し、
前記複数の爪状磁極が、
周方向の側面に、前記永久磁石の傾斜面に沿う、前記径方向の内側に面する傾斜面を有し、
複数の永久磁石が、
周方向に隣接する2つの前記爪状磁極の間で、前記永久磁石の前記傾斜面と、前記爪状磁極の前記傾斜面とを当接させて配置される回転電機の回転子の製造方法であって、
前記永久磁石における、前記両側面の前記傾斜面により形成される角度αを、下記の式により決定する、回転電機の回転子の製造方法。
α>2×arctan{ΔLmax/(R−Rm)}
但し
ΔLmax:爪状磁極の精度に基づく爪状磁極間の最大位置ずれ量
R :回転子鉄心の外径
Rm :永久磁石における、径方向外側の端部の基準位置 A pair of rotor cores;
A plurality of permanent magnets,
The pair of rotor cores is
A cylindrical boss fixed to the rotating shaft;
A disk portion extending from the boss portion to the outside in the radial direction of the rotating shaft;
A plurality of claw-shaped magnetic poles extending in the axial direction of the rotary shaft from the outer periphery of the disk portion;
The pair of rotor cores are arranged with the plurality of claw-shaped magnetic poles facing each other,
The plurality of permanent magnets are
On both sides in the circumferential direction, each has an inclined surface facing the outside in the radial direction,
The plurality of claw-shaped magnetic poles are
On the side surface in the circumferential direction, it has an inclined surface facing the inner side in the radial direction along the inclined surface of the permanent magnet,
Multiple permanent magnets
A method for manufacturing a rotor of a rotating electrical machine, wherein the inclined surface of the permanent magnet and the inclined surface of the claw-shaped magnetic pole are disposed in contact with each other between two claw-shaped magnetic poles adjacent in the circumferential direction. There,
The manufacturing method of the rotor of a rotary electric machine which determines the angle (alpha) formed by the said inclined surface of the said both side surfaces in the said permanent magnet by the following formula | equation.
α> 2 × arctan {ΔLmax / (R−Rm)}
Where ΔLmax is the maximum amount of positional deviation between the claw-shaped magnetic poles based on the accuracy of the claw-shaped magnetic poles R is the outer diameter of the rotor core Rm is the reference position of the radially outer end of the permanent magnet
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