JP6723478B1

JP6723478B1 - 回転電機

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Publication number: JP6723478B1
Application number: JP2019552648A
Authority: JP
Inventors: 勇気日高; 秀哲有田; 大河小松; 昇平藤倉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-04-10
Filing date: 2019-04-10
Publication date: 2020-07-15
Anticipated expiration: 2039-04-10
Also published as: JPWO2020208749A1; EP3955426A4; US11901771B2; EP3955426A1; WO2020208749A1; US20220200374A1; CN113661633A

Abstract

回転電機は、固定子と回転子とを備え、回転子は、回転子鉄心と、軸端部品と、回転子鉄心を軸方向に貫通した挿入穴に挿入された回転子磁石と、を有しており、軸端部品は、軸方向における回転子磁石の端部が挿入される凹部を有しており、回転子磁石は、第１側面と、第１側面とは別の第２側面と、を有しており、第１側面は、第１側面と対向する挿入穴の第１内壁面に固定されており、軸方向と垂直な断面において、第１側面に沿う方向での第１内壁面の幅は、第１側面の幅よりも広くなっており、第２側面は、第２側面と対向する凹部の第２内壁面に固定されており、軸方向と垂直な断面において、第２側面に沿う方向での第２内壁面の幅は、第２側面の幅よりも広くなっている。

Description

本発明は、回転子鉄心と、回転子鉄心を軸方向に貫通した挿入穴に挿入された回転子磁石と、を備えた回転電機に関する。

特許文献１には、固定子と回転子とを備えたブラシレスＤＣモータが記載されている。回転子は、回転子コアと、回転子コアに形成された挿入部と、挿入部に埋め込まれた永久磁石と、回転子コアの両端面に接合された一対の端板と、を有している。永久磁石の周方向両側方には、回転軸心方向に延びる両側一対の隙間が形成されている。少なくとも一方の端板と永久磁石との間には、板ばねが配置されている。板ばねは、周方向及び回転軸心方向での永久磁石の移動を規制するように、永久磁石を回転軸心方向に押圧している。

特開平９−１８２３３４号公報

特許文献１の構成によれば、永久磁石の周方向両側方に隙間が形成されているため、挿入部の周方向の寸法を変更しなくても、永久磁石の幅寸法を大きくすることができる。これにより、永久磁石の幅寸法が変更される場合であっても回転子コアの製造金型を共通化できるため、永久磁石の幅寸法の変更に伴う回転子の製造コストの増加を抑えることができる。しかしながら、特許文献１の構成では、挿入部内での永久磁石の位置は、板ばねによる回転軸心方向の押圧によって保持されるに過ぎない。したがって、特許文献１の構成では、永久磁石を安定して保持するのが困難であるという課題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、回転子磁石の寸法変更に伴う製造コストの増加を抑えつつ、回転子磁石を安定して保持できる回転電機を提供することを目的とする。

本発明に係る回転電機は、固定子と、前記固定子に対して回転自在に設けられた回転子と、を備え、前記回転子は、回転子鉄心と、前記回転子の軸方向における前記回転子鉄心の端部に設けられた軸端部品と、前記回転子鉄心を前記軸方向に貫通した挿入穴に挿入され、前記回転子鉄心及び前記軸端部品のそれぞれに対して固定された回転子磁石と、を有しており、前記軸端部品は、前記軸方向における前記回転子磁石の端部が挿入される凹部を有しており、前記回転子磁石は、前記軸方向に沿った側面として、第１側面と、前記第１側面とは別の第２側面と、を有しており、前記第１側面は、前記第１側面と対向する前記挿入穴の第１内壁面に固定されており、前記軸方向と垂直な断面において、前記第１側面に沿う方向での前記第１内壁面の幅は、前記第１側面の幅よりも広くなっており、前記第２側面は、前記第２側面と対向する前記凹部の第２内壁面に固定されており、前記軸方向と垂直な断面において、前記第２側面に沿う方向での前記第２内壁面の幅は、前記第２側面の幅よりも広くなっている。

本発明によれば、回転子磁石の寸法変更に伴う製造コストの増加を抑えつつ、回転子磁石を安定して保持できる。

本発明の実施の形態１に係る車両用交流回転機の構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係る車両用交流回転機の固定子の構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係る車両用交流回転機の回転子の構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係る車両用交流回転機の回転子から一対の軸端部品を除いた構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係る車両用交流回転機の回転子を軸方向と垂直に切断した構成を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る車両用交流回転機の軸端部品を軸方向と垂直に切断した構成を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る車両用交流回転機の回路構成を示す図である。本発明の実施の形態１に係る車両用交流回転機において、回転子磁石の寸法が変更された場合の回転子の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る車両用交流回転機において、回転子磁石の寸法が変更された場合の軸端部品の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る車両用交流回転機において、回転子磁石の磁化方向と垂直な側面の面積を変更した場合の出力特性の変化を示すグラフである。本発明の実施の形態１の変形例に係る車両用交流回転機の回転子を軸方向と垂直に切断した構成を示す断面図である。本発明の実施の形態１の変形例に係る車両用交流回転機の軸端部品を軸方向と垂直に切断した構成を示す断面図である。本発明の実施の形態２に係る車両用交流回転機を軸方向に沿って切断した構成を示す断面図である。本発明の実施の形態３に係る車両用交流回転機を軸方向に沿って切断した構成を示す断面図である。本発明の実施の形態４に係る車両用交流回転機を軸方向に沿って切断した構成を示す断面図である。本発明の実施の形態５に係る車両用交流回転機の回転子磁石及び一対の巻線巻付け部品の構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態６に係る車両用交流回転機を軸方向に沿って切断した構成を示す断面図である。本発明の実施の形態６に係る車両用交流回転機の軸端部品の構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態６に係る車両用交流回転機の軸端部品の構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態７に係る車両用交流回転機の回転子の構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態７に係る車両用交流回転機の軸端部品を軸方向と垂直に切断した構成を示す断面図である。本発明の実施の形態８に係る車両用交流回転機を軸方向に沿って切断した構成を示す断面図である。本発明の実施の形態９に係る車両用交流回転機を軸方向に沿って切断した構成を示す断面図である。図２３のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ断面を示す断面図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る回転電機について説明する。本実施の形態では、回転電機として、埋込磁石型の同期発電動機である車両用交流回転機１００を例示している。図１は、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００の構成を示す斜視図である。図１では、本実施の形態に直接関連しないフロントブラケット、リアブラケット、軸受などの部品を省略している。図２は、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００の固定子１０の構成を示す斜視図である。図３は、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００の回転子３０の構成を示す斜視図である。図４は、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００の回転子３０から一対の軸端部品４０、４１を除いた構成を示す斜視図である。図１〜図４では、回転子３０の軸心に沿う方向を軸方向とし、回転子３０の半径に沿う方向を径方向とし、回転子３０が回転する方向を回転方向としている。

図１〜図４に示すように、車両用交流回転機１００は、固定子１０と、固定子１０の内周側に設けられ、シャフト２０を中心として回転する回転子３０と、を有している。固定子１０は、空隙を介して回転子３０の外周を囲むように設けられている。固定子１０は、フロントブラケット及びリアブラケットのそれぞれに固定されている。シャフト２０は、フロントブラケット及びリアブラケットのそれぞれに軸受を介して回転自在に支持されている。

固定子１０は、円筒状の固定子鉄心１１と、固定子鉄心１１に巻き付けられた固定子巻線１２と、を有している。固定子巻線１２には、回転子３０の回転に伴って、後述する回転子磁石３３からの磁束が鎖交する。

回転子３０は、円筒状の回転子鉄心３１と、回転子鉄心３１を軸方向に貫通した挿入穴３２に挿入された少なくとも１つの回転子磁石３３と、を備える埋込磁石型回転子である。図４に示す回転子３０は、２４個の回転子磁石３３を備えている。回転子鉄心３１は、複数の回転子鉄心板が軸方向に積層された構成を有している。回転子磁石３３は、一方向に長い長方形平板状の形状を有している。挿入穴３２に挿入された回転子磁石３３の長手方向は、回転子３０の軸方向に沿っている。回転子磁石３３の軸方向両端部はそれぞれ、回転子鉄心３１の軸方向両端部から軸方向外側に突出している。回転子磁石３３の軸方向両端部には、軸方向と垂直な一対の軸方向端面３３ａ、３３ｂが形成されている。図４では、手前側の軸方向端面３３ａのみを示している。回転子磁石３３は、一対の軸方向端面３３ａ、３３ｂの間に、軸方向に沿った４つの側面３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆを有している。

回転子３０は、回転子磁石３３の軸方向位置を保持する一対の軸端部品４０、４１をさらに有している。一対の軸端部品４０、４１は、回転子鉄心３１を挟んで回転子鉄心３１の軸方向両端部に設けられている。一対の軸端部品４０、４１のそれぞれは、回転子鉄心３１と同一の材料、又は回転子鉄心３１とは異なる材料で形成されている。一対の軸端部品４０、４１のそれぞれには、回転子磁石３３の軸方向端部が挿入される凹部４２（図６参照）が形成されている。回転子磁石３３は、非磁性体からなる不図示の固定部材により、回転子鉄心３１、軸端部品４０及び軸端部品４１のそれぞれに固定されている。固定部材としては、例えば接着剤が用いられる。

図５は、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００の回転子３０を軸方向と垂直に切断した構成を示す断面図である。図５及び後述する図６では、回転子磁石３３のそれぞれの磁化方向を太矢印で示している。図５に示すように、回転子磁石３３は、長方形状の断面形状を有している。側面３３ｃ及び側面３３ｄは、回転子磁石３３を軸方向と垂直に切断した断面において長辺となる面である。側面３３ｃ及び側面３３ｄは互いに平行になっており、いずれも回転子磁石３３の磁化方向と垂直になっている。側面３３ｅ及び側面３３ｆは、回転子磁石３３を軸方向と垂直に切断した断面において短辺となる面である。側面３３ｅ及び側面３３ｆは、互いに平行になっており、いずれも回転子磁石３３の磁化方向と平行になっている。回転子磁石３３の軸方向に沿って見たとき、側面３３ｅは、側面３３ｃ及び側面３３ｄのそれぞれと垂直になっている。すなわち、側面３３ｅは、側面３３ｃ及び側面３３ｄのいずれとも平行ではない。また、回転子磁石３３の軸方向に沿って見たとき、側面３３ｆは、側面３３ｃ及び側面３３ｄのそれぞれと垂直になっている。すなわち、側面３３ｆは、側面３３ｃ及び側面３３ｄのいずれとも平行ではない。

側面３３ｃは、回転子磁石３３の磁化方向に垂直な２つの側面３３ｃ、３３ｄのうち、回転子３０の径方向で外側に位置する側面である。側面３３ｃは、当該側面３３ｃと対向する挿入穴３２の内壁面３２ａに固定されている。側面３３ｃと内壁面３２ａとは、不図示の接着剤層を挟んで互いに接合されている。図５に示す断面において、側面３３ｃに沿う方向での内壁面３２ａの幅は、側面３３ｃの幅よりも広くなっている。

側面３３ｄは、回転子磁石３３の磁化方向に垂直な２つの側面３３ｃ、３３ｄのうち、回転子３０の径方向で内側に位置する側面である。側面３３ｄは、当該側面３３ｄと対向する挿入穴３２の内壁面３２ｂに対し、間を空けて配置されている。側面３３ｄと内壁面３２ｂとの間には、空間が形成されていてもよいし、樹脂等の充填部材が充填されていてもよい。また、側面３３ｄは、内壁面３２ｂに固定されていてもよい。図５に示す断面において、側面３３ｄに沿う方向での内壁面３２ｂの幅は、側面３３ｄの幅よりも広くなっている。

側面３３ｅは、当該側面３３ｅと対向する挿入穴３２の内壁面３２ｃに対し、間を空けて配置されている。側面３３ｅと内壁面３２ｃとの間には、空間が形成されていてもよいし、樹脂等の充填部材が充填されていてもよい。

側面３３ｆは、当該側面３３ｆと対向する挿入穴３２の内壁面３２ｄに対し、間を空けて配置されている。側面３３ｆと内壁面３２ｄとの間には、空間が形成されていてもよいし、樹脂等の充填部材が充填されていてもよい。側面３３ｅと内壁面３２ｃとの間、又は、側面３３ｆと内壁面３２ｄとの間のいずれか一方は、接着剤層を挟んで接合されていてもよい。

図６は、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００の軸端部品４０を軸方向と垂直に切断した構成を示す断面図である。なお、本実施の形態の軸端部品４１の断面構成は、軸端部品４０の断面構成と同様である。図６に示すように、回転子磁石３３の側面３３ｃは、当該側面３３ｃと対向する凹部４２の内壁面４２ａに対し、間を空けて配置されている。側面３３ｃと内壁面４２ａとの間には、空間が形成されていてもよいし、樹脂等の充填部材が充填されていてもよい。

側面３３ｄは、当該側面３３ｄと対向する凹部４２の内壁面４２ｂに対し、間を空けて配置されている。側面３３ｄと内壁面４２ｂとの間には、空間が形成されていてもよいし、樹脂等の充填部材が充填されていてもよい。

側面３３ｅは、当該側面３３ｅと対向する凹部４２の内壁面４２ｃに固定されている。側面３３ｅと内壁面４２ｃとは、不図示の接着剤層を挟んで互いに接合されている。図６に示す断面において、側面３３ｅに沿う方向での内壁面４２ｃの幅は、側面３３ｅの幅よりも広くなっている。

側面３３ｆは、当該側面３３ｆと対向する凹部４２の内壁面４２ｄに固定されている。側面３３ｆと内壁面４２ｄとは、不図示の接着剤層を挟んで互いに接合されている。図６に示す断面において、側面３３ｆに沿う方向での内壁面４２ｄの幅は、側面３３ｆの幅よりも広くなっている。なお、本実施の形態では、側面３３ｅ及び側面３３ｆの両方が凹部４２の内壁面に固定されているが、側面３３ｅ又は側面３３ｆは、凹部４２の内壁面に対して間を空けて配置されていてもよい。

ここで、図５及び図６を参照して、軸方向に垂直な断面における挿入穴３２の寸法と、軸方向に垂直な断面における凹部４２の寸法と、を比較する。側面３３ｃに沿う方向での挿入穴３２の内壁面３２ａの幅は、同方向での凹部４２の内壁面４２ａの幅よりも広い。側面３３ｄに沿う方向での挿入穴３２の内壁面３２ｂの幅は、同方向での凹部４２の内壁面４２ｂの幅よりも広い。側面３３ｅに沿う方向での挿入穴３２の内壁面３２ｃの幅、すなわち内壁面３２ａと内壁面３２ｂとの間隔は、同方向での凹部４２の内壁面４２ｃの幅よりも狭い。側面３３ｆに沿う方向での挿入穴３２の内壁面３２ｄの幅、すなわち内壁面３２ａと内壁面３２ｂとの間隔は、同方向での凹部４２の内壁面４２ｄの幅よりも狭い。

回転子磁石３３は、回転子鉄心３１に対して、側面３３ｃと内壁面３２ａとが面同士で接合されることによって固定されている。また、回転子磁石３３は、軸端部品４０に対しても、側面３３ｅと内壁面３２ｃとが面同士で接合され、側面３３ｆと内壁面３２ｄとが面同士で接合されることによって固定されている。これにより、回転子磁石３３が保持部品との点接触により保持されることが回避され、回転子磁石３３が安定して保持される。回転子磁石３３が固定されている状態で回転子磁石３３に発生する応力は、固定される面の大きさに応じて分散される。このため、本実施の形態によれば、回転子磁石３３の強度の低下を抑えることができる。

また、本実施の形態では、回転子鉄心３１及び軸端部品４０のそれぞれに対し、弾性部材を用いずに回転子磁石３３を固定することができる。したがって、本実施の形態によれば、回転子磁石３３に発生する応力を低減できるため、回転子磁石３３の強度の低下を抑えることができる。

図７は、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００の回路構成を示す図である。車両用交流回転機１００は、エンジンを備えたハイブリッド自動車に搭載されているものとする。図７に示すように、車両用交流回転機１００は、固定子１０及び回転子３０を含む交流発電電動機部１１０と、交流発電電動機部１１０に交流電力を供給するパワー回路部１２０と、パワー回路部１２０に直流電力を供給するバッテリ１３０と、パワー回路部１２０を制御する制御回路部１４０と、を有している。

車両用交流回転機１００の電動機としての動作について説明する。パワー回路部１２０には、バッテリ１３０からの直流電力が電源端子を介して供給される。制御回路部１４０は、パワー回路部１２０の各スイッチング素子のオンオフ制御を行う。これにより、パワー回路部１２０に供給された直流電力が交流電力に変換される。変換された交流電力は、交流発電電動機部１１０の固定子巻線１２に供給される。回転子磁石３３により形成された磁束は、交流電流が流れる固定子巻線１２と鎖交する。これにより、駆動トルクが発生し、回転子３０が回転駆動される。

車両用交流回転機１００の発電機としての動作について説明する。エンジンが運転されている状態では、エンジンの回転トルクがクランクシャフトからベルト、ギア等の機械接続部品を介してシャフト２０に伝達され、回転子３０が回転する。このとき、回転子磁石３３により形成された磁束が固定子巻線１２と鎖交し、三相交流電圧が固定子巻線１２に誘起される。制御回路部１４０によってパワー回路部１２０の各スイッチング素子のオンオフ制御が行われることにより、固定子巻線１２に誘起された三相交流電力が直流電力に変換され、バッテリ１３０が充電される。

次に、図５及び図６に示す回転子磁石３３を基準として、回転子鉄心３１に固定される側面３３ｃの面積が増加するように回転子磁石３３の寸法が変更される場合について説明する。図８は、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００において、回転子磁石３３の寸法が変更された場合の回転子３０の構成を示す断面図である。図９は、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００において、回転子磁石３３の寸法が変更された場合の軸端部品４０の構成を示す断面図である。図８及び図９に示す回転子磁石３３の寸法は、図５及び図６に示す回転子磁石３３と比較すると、側面３３ｃの幅が増加するように変更されている。

図６に示す軸端部品４０では、側面３３ｃに沿う方向での内壁面４２ａの幅が側面３３ｃの幅と実質的に等しい。このため、側面３３ｃの幅が増加するように回転子磁石３３の寸法が変更された場合、図９に示すように側面３３ｃの幅に合わせて内壁面４２ａの幅を増加させる必要がある。したがって、回転子磁石３３を保持するために、軸端部品４０の製造金型を変更する必要がある。

一方、図５に示す回転子鉄心３１では、側面３３ｃに沿う方向での内壁面３２ａの幅が側面３３ｃの幅よりも広く形成されている。これにより、側面３３ｃの幅が増加するように回転子磁石３３の寸法が変更されたとしても、回転子鉄心３１の形状を変更する必要がなく、同形状の回転子鉄心３１を用いることができるため、回転子鉄心３１の製造金型を共通化できる。すなわち、回転子鉄心３１に固定される側面３３ｃの面積が増加するように回転子磁石３３の寸法が変更される場合には、軸端部品４０の製造金型の変更が必要になることがあるものの、回転子鉄心３１の製造金型を共通化できる。

本実施の形態では、側面３３ｃは、回転子磁石３３の磁化方向と垂直な側面である。図１０は、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００において、回転子磁石３３の磁化方向と垂直な側面３３ｃの面積を変更した場合の出力特性の変化を示すグラフである。横軸は回転数［ｒ／ｍｉｎ］を表しており、縦軸はトルク［Ｎｍ］を表している。グラフ中の破線は、側面３３ｃの面積が相対的に小さい場合の出力特性を表しており、実線は、側面３３ｃの面積が相対的に大きい場合の出力特性を表している。図１０に示すように、側面３３ｃの面積が増加するように回転子磁石３３の寸法が変更されることにより、全ての回転数でトルクが向上することが分かる。したがって、本実施の形態によれば、側面３３ｃの面積を増加させることにより、回転子鉄心３１の製造金型を変更しなくても回転電機のトルクを向上させることができる。

図示を省略するが、軸端部品４０に固定される側面３３ｅ及び側面３３ｆの面積がそれぞれ増加するように回転子磁石３３の寸法が変更される場合には、少なくとも軸端部品４０の形状を共通化できるため、軸端部品４０の製造金型を共通化できる。また、側面３３ｃの面積が減少するように回転子磁石３３の寸法が変更される場合には、回転子鉄心３１の形状及び軸端部品４０の形状をいずれも共通化できるため、回転子鉄心３１の製造金型及び軸端部品４０の製造金型を共通化できる。側面３３ｅ及び側面３３ｆの面積がそれぞれ減少するように回転子磁石３３の寸法が変更される場合にも、回転子鉄心３１の形状及び軸端部品４０の形状をいずれも共通化できるため、回転子鉄心３１の製造金型及び軸端部品４０の製造金型を共通化できる。

このように、本実施の形態では、回転子磁石３３の寸法が変更される場合であっても、回転子鉄心３１の製造金型及び軸端部品４０の製造金型の少なくとも一方を共通化できる。したがって、本実施の形態によれば、回転子磁石３３の寸法変更に伴う製造コストの増加を抑えることができる。

また、本実施の形態では、複数の回転子磁石３３のそれぞれは、径方向内側から径方向外側に向かって磁束が形成されるように着磁されている。これにより、回転子磁石３３により生じる磁束が、回転子３０の外周側に設けられる固定子１０に鎖交しやすくなるため、所望の回転機出力を得るのに必要な回転子磁石３３の数量を低減することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００は、固定子１０と、固定子１０に対して回転自在に設けられた回転子３０と、を備えている。回転子３０は、回転子鉄心３１と、回転子３０の軸方向における回転子鉄心３１の端部に設けられた軸端部品４０と、回転子鉄心３１を軸方向に貫通した挿入穴３２に挿入され、回転子鉄心３１及び軸端部品４０のそれぞれに対して固定された回転子磁石３３と、を有している。軸端部品４０は、軸方向における回転子磁石３３の端部が挿入される凹部４２を有している。回転子磁石３３は、軸方向に沿った側面として、側面３３ｃと、側面３３ｃとは別の側面３３ｅと、を有している。側面３３ｃは、当該側面３３ｃと対向する挿入穴３２の内壁面３２ａに固定されている。軸方向と垂直な断面において、側面３３ｃに沿う方向での内壁面３２ａの幅は、側面３３ｃの幅よりも広くなっている。側面３３ｅは、当該側面３３ｅと対向する凹部４２の内壁面４２ｃに固定されている。軸方向と垂直な断面において、側面３３ｅに沿う方向での内壁面４２ｃの幅は、側面３３ｅの幅よりも広くなっている。ここで、車両用交流回転機１００は、回転電機の一例である。側面３３ｃは、第１側面の一例である。側面３３ｅは、第２側面の一例である。内壁面３２ａは、第１内壁面の一例である。内壁面４２ｃは、第２内壁面の一例である。

この構成によれば、回転子磁石３３の寸法が変更される場合であっても、回転子鉄心３１の形状及び軸端部品４０の形状の少なくとも一方を共通化できるため、回転子鉄心３１の製造金型及び軸端部品４０の製造金型の少なくとも一方を共通化できる。これにより、回転子磁石３３の寸法変更に伴う製造コストの増加を抑えることができる。また、この構成によれば、回転子磁石３３が回転子鉄心３１及び軸端部品４０のいずれに対しても面同士の接合によって固定されるため、回転子磁石３３を安定して保持することができる。したがって、本実施の形態によれば、回転子磁石３３の寸法変更に伴う製造コストの増加を抑えつつ、回転子磁石３３を安定して保持できる。

また、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００において、側面３３ｃは、回転子磁石３３の磁化方向と垂直な２つの側面３３ｃ、３３ｄのうち、回転子３０の径方向で外側に位置する側面である。側面３３ｅは、回転子磁石３３の磁化方向と平行な側面である。この構成によれば、回転子磁石３３の磁束出力面となる側面３３ｃの面積が増加するように回転子磁石３３の寸法が変更される場合であっても、回転子鉄心３１の形状を共通化できるため、回転子鉄心３１の製造金型を共通化できる。したがって、出力の異なる回転電機の間で回転子鉄心３１の製造金型を共通化することができる。

なお、本実施の形態では、長方形状の断面形状を有する回転子磁石３３を用いた構成を例に挙げたが、回転子磁石３３の断面形状は長方形状に限られない。図１１は、本実施の形態の変形例に係る車両用交流回転機１００の回転子３０を軸方向と垂直に切断した構成を示す断面図である。図１１に示すように、本変形例における複数の回転子磁石３３のそれぞれは、円弧状の断面形状を有している。回転子磁石３３は、軸方向に沿った側面として、部分円筒面状の側面３３ｃ及び側面３３ｄと、平面状の側面３３ｅ及び側面３３ｆと、を有している。側面３３ｃ及び側面３３ｄは、回転子磁石３３を軸方向と垂直に切断した断面において長辺となる面である。同断面において、側面３３ｃ及び側面３３ｄは、いずれも回転子３０の回転方向に沿っている。側面３３ｅ及び側面３３ｆは、回転子磁石３３を軸方向と垂直に切断した断面において短辺となる面である。同断面において、側面３３ｅ及び側面３３ｆは、いずれも回転子３０の径方向に沿っている。

側面３３ｃは、回転子磁石３３の磁化方向に概ね垂直な２つの側面３３ｃ、３３ｄのうち、回転子３０の径方向で外側に位置する側面である。側面３３ｃは、当該側面３３ｃと対向する挿入孔３２の内壁面３２ａに固定されている。内壁面３２ａは、側面３３ｃに沿う部分円筒面状に形成されている。側面３３ｃと内壁面３２ａとは、不図示の接着剤層を挟んで互いに接合されている。図１１に示す断面において、側面３３ｃに沿う方向での内壁面３２ａの幅は、側面３３ｃの幅よりも広くなっている。

側面３３ｄは、当該側面３３ｄと対向する挿入孔３２の内壁面３２ｂに対し、間を空けて配置されている。内壁面３２ｂは、側面３３ｄに沿う部分円筒面状に形成されている。側面３３ｄと内壁面３２ｂとの間には、空間が形成されていてもよいし、樹脂等の充填部材が充填されていてもよい。側面３３ｄは、内壁面３２ｂに固定されていてもよい。図１１に示す断面において、側面３３ｄに沿う方向での内壁面３２ｂの幅は、側面３３ｄの幅よりも広くなっている。

側面３３ｆは、当該側面３３ｆと対向する挿入穴３２の内壁面３２ｄに対し、間を空けて配置されている。側面３３ｆと内壁面３２ｄとの間には、空間が形成されていてもよいし、樹脂等の充填部材が充填されていてもよい。

図１２は、本実施の形態の変形例に係る車両用交流回転機１００の軸端部品４０を軸方向と垂直に切断した構成を示す断面図である。図１２に示すように、回転子磁石３３の側面３３ｃは、当該側面３３ｃと対向する凹部４２の内壁面４２ａに対し、間を空けて配置されている。側面３３ｃと内壁面４２ａとの間には、空間が形成されていてもよいし、樹脂等の充填部材が充填されていてもよい。

側面３３ｅは、当該側面３３ｅと対向する凹部４２の内壁面４２ｃに固定されている。側面３３ｅと内壁面４２ｃとは、不図示の接着剤層を挟んで互いに接合されている。図１２に示す断面において、側面３３ｅに沿う方向での内壁面４２ｃの幅は、側面３３ｅの幅よりも広くなっている。

側面３３ｆは、当該側面３３ｆと対向する凹部４２の内壁面４２ｄに固定されている。側面３３ｆと内壁面４２ｄとは、不図示の接着剤層を挟んで互いに接合されている。図１２に示す断面において、側面３３ｆに沿う方向での内壁面４２ｄの幅は、側面３３ｆの幅よりも広くなっている。

本変形例によっても、図１〜図６に示した構成と同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る回転電機について説明する。図１３は、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００を軸方向に沿って切断した構成を示す断面図である。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１３に示すように、回転子磁石３３において径方向外側に位置する側面３３ｃは、当該側面３３ｃと対向する挿入穴３２の内壁面３２ａに固定されている。また、回転子磁石３３において径方向内側に位置する側面３３ｄは、当該側面３３ｃと対向する凹部４２の内壁面４２ｂに固定されている。このように、回転子磁石３３において、回転子鉄心３１に固定される側面３３ｃ、及び軸端部品４０に固定される側面３３ｄは、軸方向端面３３ａ及び軸方向端面３３ｂ以外に存在している。

本実施の形態によれば、回転子磁石３３において軸端部品４０に固定される側面３３ｄが軸方向端面以外に存在するため、回転子３０が回転する際に発生する径方向外側への遠心力に対し、回転子磁石３３を側面３３ｃ又は側面３３ｄで強固に固定することができる。したがって、回転子３０の耐遠心力強度を向上させることができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る回転電機について説明する。図１４は、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００を軸方向に沿って切断した構成を示す断面図である。なお、実施の形態１又は２と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１４に示すように、本実施の形態では、挿入穴３２に挿入される回転子磁石が軸方向で複数に分割されている。例えば、回転子磁石は、軸方向で軸端部品４０寄りに配置される回転子磁石３６と、軸方向で軸端部品４１寄りに配置される回転子磁石３７と、の２つに分割されている。

本実施の形態によれば、回転子磁石３６、３７が軸方向で分割されているため、固定子巻線１２からの励磁磁束が鎖交することにより発生する回転子磁石３６、３７の渦電流損を低減できる。したがって、車両用交流回転機１００の出力を向上させることができる。

また、回転子磁石が軸方向で３つ以上に分割されている場合、回転子磁石が軸端部品４０に固定される面は、分割された複数の回転子磁石のうち軸方向で最も軸端部品４０寄りの回転子磁石のみに設けられていれば十分である。同様に、回転子磁石が軸端部品４１に固定される面は、分割された複数の回転子磁石のうち軸方向で最も軸端部品４１寄りの回転子磁石のみに設けられていれば十分である。このため、軸端寄りの２つの回転子磁石以外の回転子磁石には、軸端部品４０又は軸端部品４１に固定される面が設けられている必要がない。これにより、軸端寄りの回転子磁石とそれ以外の回転子磁石との間で、磁化方向と垂直な側面の幅寸法を異ならせることができる。したがって、本実施の形態によれば、共通の軸端部品４０、４１を用いて、異なる磁気特性を有する車両用交流回転機１００を実現することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００において、回転子磁石３６、３７は、軸方向で複数に分割されている。この構成によれば、回転子磁石３６、３７の渦電流損を低減できるため、車両用交流回転機１００の出力を向上させることができる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る回転電機について説明する。図１５は、本発明の実施の形態４に係る車両用交流回転機１００を軸方向に沿って切断した構成を示す断面図である。なお、実施の形態１〜３のいずれかと同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１５に示すように、回転子３０は、回転子巻線３４を有している。回転子巻線３４は、回転子磁石３３に巻き付けられ、回転子磁石３３と共に、回転子鉄心３１の挿入穴３２に挿入されている。

シャフト２０の軸方向端部には、シャフト２０と共に回転するスリップリング保持部品２１が設けられている。スリップリング保持部品２１は、不図示のブラシと接触するスリップリング２３と、スリップリング２３と電気的に接続されるとともに回転子巻線３４と電気的に接続される接続端子２２と、を有している。回転子巻線３４には、外部電源からスリップリング２３及び接続端子２２を介して直流電力又は交流電力が供給される。これにより、回転子３０の起磁力が調整される。

以上説明したように、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００において、回転子３０は、回転子磁石３３に巻き付けられて回転子磁石３３と共に挿入穴３２に挿入される回転子巻線３４をさらに有している。この構成によれば、回転子巻線３４に流す電流量に基づいて、回転子３０により生成される磁束を調整することができる。このため、車両用交流回転機１００において所望の回転機出力を得ることができる。

実施の形態５．
本発明の実施の形態５に係る回転電機について説明する。図１６は、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００の回転子磁石３３及び一対の巻線巻付け部品３５ａ、３５ｂの構成を示す斜視図である。図１６中の破線太矢印は、回転子巻線３４の巻付け方向を表している。なお、実施の形態１〜４のいずれかと同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１６に示すように、回転子磁石３３の軸方向両端部には、一対の巻線巻付け部品３５ａ、３５ｂが取り付けられている。回転子磁石３３及び一対の巻線巻付け部品３５ａ、３５ｂには、回転子巻線３４が巻き付けられる。回転子巻線３４が巻き付けられた回転子磁石３３及び一対の巻線巻付け部品３５ａ、３５ｂは、回転子鉄心３１の挿入穴３２に挿入される。

巻線巻付け部品３５ａ、３５ｂのそれぞれは、回転子鉄心３１の軸方向端部に設けられる軸端部品として機能する。すなわち、巻線巻付け部品３５ａ、３５ｂのそれぞれは、回転子磁石３３の軸方向端部が挿入される凹部を有している。

以上説明したように、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００において、軸端部品は、回転子磁石３３の軸方向端部に取り付けられ回転子巻線３４が巻き付けられる巻線巻付け部品３５ａ又は３５ｂである。この構成によれば、側面３３ｃの面積が増加するように回転子磁石３３の寸法が変更される場合であっても、回転子鉄心３１の形状を共通化できるため、回転子鉄心３１の製造金型を共通化することができる。また、この構成によれば、熱伝導率の高い回転子巻線３４により形成される伝熱経路を介して、回転子磁石３３に発生した熱を外部に効率良く放熱することができる。したがって、回転子３０の放熱性を向上させることができる。

実施の形態６．
本発明の実施の形態６に係る回転電機について説明する。図１７は、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００を軸方向に沿って切断した構成を示す断面図である。図１８及び図１９は、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００の軸端部品４１の構成を示す斜視図である。なお、実施の形態１〜５のいずれかと同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１７〜図１９に示すように、軸端部品４１は、回転子磁石３３の軸方向端部が挿入される凹部４２を有している。本実施の形態の軸端部品４１は、８つの凹部４２を有している。また、軸端部品４１は、不図示のブラシと接触するスリップリング２３と、スリップリング２３と電気的に接続されるとともに回転子巻線３４と電気的に接続される接続端子２２と、を有している。回転子巻線３４には、外部電源からスリップリング２３及び接続端子２２を介して直流電力又は交流電力が供給される。すなわち、軸端部品４１は、回転子磁石３３を保持する機能に加えて、回転子巻線３４に電力を供給する経路としての機能を有している。

以上説明したように、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００において、軸端部品４１は、スリップリング２３と、スリップリング２３と電気的に接続されるとともに回転子巻線３４と電気的に接続される接続端子２２と、を有している。この構成によれば、回転子磁石３３を保持する機能と、回転子巻線３４への電力供給経路としての機能と、を１つの部品で実現することができるため、車両用交流回転機１００の部品点数を削減することができる。

実施の形態７．
本発明の実施の形態７に係る回転電機について説明する。図２０は、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００の回転子３０の構成を示す斜視図である。図２１は、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００の軸端部品４０を軸方向と垂直に切断した構成を示す断面図である。なお、実施の形態１〜６のいずれかと同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図２０及び図２１に示すように、軸方向において軸端部品４０及び軸端部品４１のそれぞれの外側の面には、空気の強制対流を生じさせる複数のフィン４３が形成されている。複数のフィン４３は、回転子３０の回転方向に沿って等間隔で配列している。複数のフィン４３のそれぞれは、遠心ファン又は斜流ファンの翼として機能する。回転子３０の回転に伴って複数のフィン４３が回転すると、空気の強制対流が生じ、空気との熱交換によって回転子３０が冷却される。すなわち、軸端部品４０及び軸端部品４１のそれぞれは、回転子磁石３３を保持する機能に加えて、回転子３０を冷却する機能を有している。これにより、回転子磁石３３に発生した熱を外部に効率良く放熱することができるため、回転子３０の放熱性を向上させることができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００において、軸端部品４０は、空気の強制対流を生じさせる複数のフィン４３を有している。この構成によれば、回転子磁石３３に発生した熱を外部に効率良く放熱することができるため、回転子３０の放熱性を向上させることができる。

実施の形態８．
本発明の実施の形態８に係る回転電機について説明する。図２２は、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００を軸方向に沿って切断した構成を示す断面図である。なお、実施の形態１〜７のいずれかと同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図２２に示すように、軸端部品４１は、シャフト２０と一体化した構造を有している。すなわち、軸端部品４１及びシャフト２０は、一体成形により形成されている。これにより、軸端部品４１とシャフト２０との間の熱抵抗が減少するため、回転子磁石３６、３７に発生した熱は、軸端部品４１及びシャフト２０を経由して、軸受、フロントブラケット及びリアブラケットに効率良く放熱される。したがって、回転子３０の放熱性を向上させることができる。本実施の形態では、軸端部品４１がシャフト２０と一体化した構造を有しているが、軸端部品４０がシャフト２０と一体化した構造を有していてもよい。また、本実施の形態では、２つの回転子磁石３６、３７が設けられているが、実施の形態１と同様に１つの回転子磁石３３が設けられていてもよい。

以上説明したように、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００において、回転子３０は、回転子鉄心３１の内周側に設けられたシャフト２０をさらに有している。軸端部品４１は、シャフト２０と一体化した構造を有している。この構成によれば、回転子３０の放熱性を向上させることができる。

実施の形態９．
本発明の実施の形態９に係る回転電機について説明する。図２３は、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００を軸方向に沿って切断した構成を示す断面図である。図２４は、図２３のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ断面を示す断面図である。なお、実施の形態１〜８のいずれかと同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図２３及び図２４に示すように、車両用交流回転機１００は、回転子３０の回転位置を検知する回転位置センサ７０を有している。回転位置センサ７０は、回転位置センサ用回転子６０と、回転位置センサ用固定子５０と、を有している。回転位置センサ用回転子６０は、回転子鉄心６１を有している。回転子鉄心６１は、回転子３０の回転子鉄心３１の軸方向端部に取り付けられている。回転位置センサ用固定子５０は、複数の固定子巻線５１を有している。回転位置センサ用固定子５０は、空隙を介して回転位置センサ用回転子６０の外周を囲むように配置されており、車両用交流回転機１００のリアブラケット又はフロントブラケットに取り付けられている。

回転子３０と共に回転位置センサ用回転子６０が回転すると、回転位置センサ用回転子６０と回転位置センサ用固定子５０との間の空隙磁束密度分布が変化し、固定子巻線５１のそれぞれから出力される出力電圧が変化する。これらの出力電圧に基づいて、回転子３０の磁極の位置が検知される。

本実施の形態の回転位置センサ用回転子６０は、回転子鉄心３１の軸方向端部に設けられる軸端部品としても機能する。すなわち、回転位置センサ用回転子６０は、回転子磁石３７の軸方向端部が挿入される凹部４２を有している。凹部４２の軸方向深さは、回転子磁石３７と回転位置センサ用固定子５０とが径方向で対向しないような深さに設定されている。これにより、回転子磁石３７の磁束が回転位置センサ７０に影響しないようになっている。なお、本実施の形態では２つの回転子磁石３６、３７が設けられているが、実施の形態１と同様に１つの回転子磁石３３が設けられていてもよい。

以上説明したように、本実施の形態に係る車両用交流回転機１００は、回転子３０の回転位置を検知する回転位置センサ７０をさらに備えている。軸端部品は、回転位置センサ７０が有する回転位置センサ用回転子６０である。この構成によれば、回転子磁石３３を保持する機能と、回転子３０の回転位置を検知する機能と、を１つの部品で実現することができるため、車両用交流回転機１００の部品点数を削減することができる。

上記の各実施の形態１〜９は、互いに組み合わせて実施することが可能である。

１０固定子、１１固定子鉄心、１２固定子巻線、２０シャフト、２１スリップリング保持部品、２２接続端子、２３スリップリング、３０回転子、３１回転子鉄心、３２挿入穴、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ内壁面、３３回転子磁石、３３ａ、３３ｂ軸方向端面、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ側面、３４回転子巻線、３５ａ、３５ｂ巻線巻付け部品、３６、３７回転子磁石、４０、４１軸端部品、４２凹部、４３フィン、５０回転位置センサ用固定子、５１固定子巻線、６０回転位置センサ用回転子、６１回転子鉄心、７０回転位置センサ、１００車両用交流回転機、１１０交流発電電動機部、１２０パワー回路部、１３０バッテリ、１４０制御回路部。

Claims

固定子と、
前記固定子に対して回転自在に設けられた回転子と、
を備え、
前記回転子は、
回転子鉄心と、
前記回転子の軸方向における前記回転子鉄心の端部に設けられた軸端部品と、
前記回転子鉄心を前記軸方向に貫通した挿入穴に挿入され、前記回転子鉄心及び前記軸端部品のそれぞれに対して固定された回転子磁石と、
を有しており、
前記軸端部品は、前記軸方向における前記回転子磁石の端部が挿入される凹部を有しており、
前記回転子磁石は、前記軸方向に沿った側面として、第１側面と、前記第１側面とは別の第２側面と、を有しており、
前記第１側面は、前記回転子磁石の磁化方向と垂直な２つの前記側面のうち、前記回転子の径方向で外側に位置する前記側面であり、
前記第２側面は、前記回転子磁石の磁化方向と平行な前記側面であり、
前記第１側面は、前記第１側面と対向する前記挿入穴の第１内壁面に固定されており、
前記軸方向と垂直な断面において、前記第１側面に沿う方向での前記第１内壁面の幅は、前記第１側面の幅よりも広くなっており、
前記第２側面は、前記第２側面と対向する前記凹部の第２内壁面に固定されており、
前記軸方向と垂直な断面において、前記第２側面に沿う方向での前記第２内壁面の幅は、前記第２側面の幅よりも広くなっており、
前記回転子磁石は、前記回転子鉄心に対して、前記第１側面と前記第１内壁面とが面同士で接合されることによって固定されており、
前記回転子磁石は、前記軸端部品に対して、前記第２側面と前記第２内壁面とが面同士で接合されることによって固定されており、
前記第１側面は、前記第１側面と対向する前記凹部の内壁面に対し、間を空けて配置されている回転電機。
固定子と、
前記固定子に対して回転自在に設けられた回転子と、
を備え、
前記回転子は、
回転子鉄心と、
前記回転子の軸方向における前記回転子鉄心の端部に設けられた軸端部品と、
前記回転子鉄心を前記軸方向に貫通した挿入穴に挿入され、前記回転子鉄心及び前記軸端部品のそれぞれに対して固定された回転子磁石と、
前記回転子磁石に巻き付けられて前記回転子磁石と共に前記挿入穴に挿入される回転子巻線と、
を有しており、
前記軸端部品は、前記軸方向における前記回転子磁石の端部が挿入される凹部を有しており、
前記回転子磁石は、前記軸方向に沿った側面として、第１側面と、前記第１側面とは別の第２側面と、を有しており、
前記第１側面は、前記第１側面と対向する前記挿入穴の第１内壁面に固定されており、
前記軸方向と垂直な断面において、前記第１側面に沿う方向での前記第１内壁面の幅は、前記第１側面の幅よりも広くなっており、
前記第２側面は、前記第２側面と対向する前記凹部の第２内壁面に固定されており、
前記軸方向と垂直な断面において、前記第２側面に沿う方向での前記第２内壁面の幅は、前記第２側面の幅よりも広くなっている回転電機。
前記軸端部品は、前記回転子磁石の軸方向端部に取り付けられ前記回転子巻線が巻き付けられる巻線巻付け部品である請求項２に記載の回転電機。
前記軸端部品は、スリップリングと、前記スリップリングと電気的に接続されるとともに前記回転子巻線と電気的に接続される接続端子と、を有している請求項２又は請求項３に記載の回転電機。
前記第１側面は、前記回転子磁石の磁化方向と垂直な２つの前記側面のうち、前記回転子の径方向で外側に位置する前記側面であり、
前記第２側面は、前記回転子磁石の磁化方向と平行な前記側面である請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。
前記第１側面は、前記第１側面と対向する前記凹部の内壁面に対し、間を空けて配置されている請求項２〜請求項５のいずれか一項に記載の回転電機。
前記回転子磁石は、前記軸方向で複数に分割されている請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の回転電機。
前記軸端部品は、空気の強制対流を生じさせるフィンを有している請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の回転電機。
前記回転子は、前記回転子鉄心の内周側に設けられたシャフトをさらに有しており、
前記軸端部品は、前記シャフトと一体化した構造を有している請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の回転電機。
前記回転子の回転位置を検知する回転位置センサをさらに備え、
前記軸端部品は、前記回転位置センサが有する回転位置センサ用回転子である請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の回転電機。
前記軸方向と垂直な断面において前記第１側面に沿う方向での前記第１内壁面の幅は、前記軸方向と垂直な断面において前記第１側面に沿う方向での、前記第１側面と対向する前記凹部の内壁面の幅よりも広い請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の回転電機。