WO2014178227A1 - 回転電機および回転電機の回転子 - Google Patents

回転電機および回転電機の回転子 Download PDF

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rotor
electrical machine
rotating electrical
permanent magnet
magnet
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祐二 狩野
宏 濱野
泰行 齋藤
良司 小林
洋介 梅崎
学 押田
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a rotor of a rotating electric machine.
  • Patent Document 1 discloses a permanent magnet type rotating electrical machine capable of achieving both high output and high mechanical rotation. The structure of is described.
  • Patent Document 1 Although the structure of the rotating electrical machine described in Patent Document 1 achieves both high output and high mechanical rotation, it is necessary to improve the mechanical strength against the centrifugal force of the rotor for higher speed rotation. is there.
  • the rotor of the rotating electrical machine has a stator, a magnet insertion hole formed in the rotor core, and a permanent magnet inserted in the magnet insertion hole.
  • a relief portion having a facing surface and a bending portion is provided at a portion of a magnet insertion hole located at a corner portion of the permanent magnet, and two facing portions that are continuous with the bending portion.
  • the angle between the surfaces is an obtuse angle.
  • a rotor of a rotating electrical machine that relieves stress concentration generated in a relief portion of a magnet insertion hole of a rotor core and thereby improves mechanical strength against centrifugal force of the rotor. it can.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hybrid electric vehicle equipped with a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention. It is a circuit diagram of power converter device 600 in an embodiment of the present invention. It is sectional drawing of the rotary electric machine of embodiment of this invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3 showing cross sections of the stator 230 and the rotor 250 of the embodiment of the present invention. It is explanatory drawing of the reluctance torque in the rotor of a rotary electric machine. It is an expanded sectional view for 1 magnetic pole of the stator 230 and the rotor 250 in Example 1 of this invention.
  • FIG. 7 is an enlarged view of a portion B in FIG.
  • the stress generated in the escape portion of the magnet insertion hole of the rotor core can be reduced and the rotation speed can be increased. Therefore, for example, it is suitable as a driving motor for an electric vehicle.
  • the rotating electrical machine according to the present invention can be applied to a pure electric vehicle that runs only by the rotating electrical machine and a hybrid type electric vehicle that is driven by both the engine and the rotating electrical machine.
  • a hybrid type electric vehicle is taken as an example. explain.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a hybrid electric vehicle equipped with a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention.
  • the vehicle 100 is mounted with an engine 120, a first rotating electrical machine 200, a second rotating electrical machine 202, and a battery 180.
  • the battery 180 supplies DC power to the rotating electrical machines 200 and 202, and receives DC power from the rotating electrical machines 200 and 202 during regenerative travel. Transfer of direct-current power between the battery 180 and the rotating electrical machines 200 and 202 is performed via the power converter 600.
  • the vehicle is equipped with a battery that supplies low-voltage power (for example, 14 volt system power) and supplies DC power to a control circuit described below.
  • low-voltage power for example, 14 volt system power
  • Rotational torque generated by the engine 120 and the rotating electrical machines 200 and 202 is transmitted to the front wheels 110 via the transmission 130 and the differential gear 160.
  • the transmission 130 is controlled by a transmission control device 134
  • the engine 120 is controlled by an engine control device 124.
  • the battery 180 is controlled by the battery control device 184.
  • the transmission control device 134, the engine control device 124, the power conversion device 600, the battery control device 184, and the integrated control device 170 are connected by a communication line 174.
  • the integrated control device 170 is a higher-level control device than the transmission control device 134, the engine control device 124, the power conversion device 600, and the battery control device 184.
  • And information representing each state of the battery control device 184 is received from each of them via the communication line 174.
  • the integrated control device 170 calculates a control command for each control device based on the acquired information. The calculated control command is transmitted to each control device via the communication line 174.
  • the high voltage battery 180 is composed of a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery, and outputs a high voltage DC power of 250 to 600 volts or more.
  • the battery control device 184 outputs the charge / discharge status of the battery 180 and the state of each unit cell battery constituting the battery 180 to the integrated control device 170 via the communication line 174.
  • the integrated control device 170 determines that the battery 180 needs to be charged based on the information from the battery control device 184, the integrated control device 170 instructs the power conversion device 600 to perform a power generation operation.
  • the integrated control device 170 mainly manages the output torque of the engine 120 and the rotating electrical machines 200 and 202, and calculates the integrated torque and torque distribution ratio between the output torque of the engine 120 and the output torque of the rotating electrical machines 200 and 202. And a control command based on the calculation processing result is transmitted to the transmission control device 134, the engine control device 124, and the power conversion device 600.
  • the power conversion device 600 controls the rotating electrical machines 200 and 202 so that torque output or generated power is generated according to the command.
  • the power converter 600 is provided with a power semiconductor that constitutes an inverter for operating the rotating electrical machines 200 and 202.
  • the power conversion device 600 controls the switching operation of the power semiconductor based on a command from the integrated control device 170. By the switching operation of the power semiconductor, the rotary electric machines 200 and 202 are operated as an electric motor or a generator.
  • DC power from the high voltage battery 180 is supplied to the DC terminal of the inverter of the power converter 600.
  • the power conversion device 600 converts the DC power supplied by controlling the switching operation of the power semiconductor into three-phase AC power, and supplies it to the rotating electrical machines 200 and 202.
  • the rotary electric machines 200 and 202 are operated as a generator, the rotors of the rotary electric machines 200 and 202 are rotationally driven by a rotational torque applied from the outside, and the stator windings of the rotary electric machines 200 and 202 are 3 Phase AC power is generated.
  • the generated three-phase AC power is converted into DC power by the power converter 600, and the DC power is supplied to the high-voltage battery 180, whereby the battery 180 is charged.
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of the power conversion device 600 of FIG.
  • the power conversion device 600 is provided with a first inverter device for the rotating electrical machine 200 and a second inverter device for the rotating electrical machine 202.
  • the first inverter device includes a power module 610, a first drive circuit 652 that controls the switching operation of each power semiconductor 21 of the power module 610, and a current sensor 660 that detects the current of the rotating electrical machine 200.
  • the drive circuit 652 is provided on the drive circuit board 650.
  • the second inverter device includes a power module 620, a second drive circuit 656 that controls the switching operation of each power semiconductor 21 in the power module 620, and a current sensor 662 that detects the current of the rotating electrical machine 202.
  • the drive circuit 656 is provided on the drive circuit board 654.
  • the control circuit 648 provided on the control circuit board 646, the capacitor module 630, and the transmission / reception circuit 644 mounted on the connector board 642 are used in common by the first inverter device and the second inverter device.
  • the power modules 610 and 620 are operated by drive signals output from the corresponding drive circuits 652 and 656, respectively. Each of the power modules 610 and 620 converts DC power supplied from the battery 180 into three-phase AC power and supplies the power to stator windings that are armature windings of the corresponding rotating electric machines 200 and 202. Further, the power modules 610 and 620 convert AC power induced in the stator windings of the rotating electrical machines 200 and 202 into DC and supply it to the high voltage battery 180.
  • the power modules 610 and 620 are each provided with a three-phase bridge circuit as shown in FIG. 2, and series circuits corresponding to the three phases are electrically connected in parallel between the positive electrode side and the negative electrode side of the battery 180, respectively. ing.
  • Each series circuit includes a power semiconductor 21 constituting an upper arm and a power semiconductor 21 constituting a lower arm, and these power semiconductors 21 are connected in series.
  • the power module 610 and the power module 620 have substantially the same circuit configuration as shown in FIG. 2, and here, the power module 610 will be described as a representative.
  • an IGBT (insulated gate bipolar transistor) 21 is used as a switching power semiconductor element.
  • the IGBT 21 includes three electrodes, a collector electrode, an emitter electrode, and a gate electrode.
  • a diode 38 is electrically connected between the collector electrode and the emitter electrode of the IGBT 21.
  • the diode 38 includes two electrodes, a cathode electrode and an anode electrode.
  • the cathode electrode is the collector electrode of the IGBT 21 and the anode electrode is the IGBT 21 so that the direction from the emitter electrode to the collector electrode of the IGBT 21 is the forward direction.
  • Each is electrically connected to the emitter electrode.
  • a MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • the MOSFET includes three electrodes, a drain electrode, a source electrode, and a gate electrode.
  • a parasitic diode whose forward direction is from the drain electrode to the source electrode is provided between the source electrode and the drain electrode, so there is no need to provide the diode 38 of FIG.
  • the arm of each phase is configured such that the emitter electrode of the IGBT 21 and the collector electrode of the IGBT 21 are electrically connected in series.
  • the emitter electrode of the IGBT 21 and the collector electrode of the IGBT 21 are electrically connected in series.
  • only one IGBT of each upper and lower arm of each phase is illustrated, but since the current capacity to be controlled is large, a plurality of IGBTs are actually connected in parallel. Has been. Below, in order to simplify description, it demonstrates as one power semiconductor.
  • each upper and lower arm of each phase is composed of three IGBTs.
  • the collector electrode of the IGBT 21 of each upper arm of each phase is electrically connected to the positive electrode side of the battery 180, and the emitter electrode of the IGBT 21 of each lower arm of each phase is electrically connected to the negative electrode side of the battery 180.
  • the middle point of each arm of each phase (the connection portion between the emitter electrode of the upper arm side IGBT and the collector electrode of the IGBT on the lower arm side) is the armature winding (fixed) of the corresponding phase of the corresponding rotating electric machine 200, 202. Is electrically connected to the secondary winding.
  • the drive circuits 652 and 656 constitute a drive unit for controlling the corresponding inverter device (power modules 610 and 620), and drive the IGBT 21 based on the control signal output from the control circuit 648. Generate a drive signal.
  • the drive signals generated by the drive circuits 652 and 656 are output to the gates of the power semiconductor elements of the corresponding power modules 610 and 620, respectively.
  • the driving circuits 652 and 656 are each provided with six integrated circuits that generate driving signals to be supplied to the gates of the upper and lower arms of each phase, and the six integrated circuits are configured as one block.
  • the control circuit 648 constitutes a control unit of each inverter device (power modules 610 and 620), and is a micro that calculates a control signal (control value) for operating (turning on / off) a plurality of switching power semiconductor elements. Consists of a computer.
  • the control circuit 648 receives a torque command signal (torque command value) from the host controller, sensor outputs of the current sensors 660 and 662, and sensor outputs of rotation sensors (resolver 224 described later) mounted on the rotating electrical machines 200 and 202. Entered.
  • the control circuit 648 calculates a control value based on these input signals, and outputs a control signal for controlling the switching timing to the drive circuits 652 and 656.
  • the transmission / reception circuit 644 mounted on the connector board 642 is for electrically connecting the power conversion apparatus 600 and an external control apparatus, and communicates information with other apparatuses via the communication line 174 in FIG. Send and receive.
  • Capacitor module 630 constitutes a smoothing circuit for suppressing fluctuations in the DC voltage caused by the switching operation of IGBT 21, and is electrically connected to the DC side terminal of first power module 610 or second power module 620. Connected in parallel.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of the rotating electrical machine of FIG.
  • the rotating electrical machine 200 and the rotating electrical machine 202 have substantially the same structure, and the structure of the rotating electrical machine 200 will be described below as a representative example. However, the structure shown below does not need to be employed in both the rotating electrical machines 200 and 202, and may be employed in only one of them.
  • a stator 230 is held inside the housing 212, and the stator 230 includes a stator core 232 and a stator winding 238. On the inner peripheral side of the stator core 232, a rotor 250 is rotatably held through a gap.
  • the rotor 250 includes a rotor core 252 fixed to the shaft 218, a permanent magnet 254, and a non-magnetic contact plate 226.
  • the housing 212 has a pair of end brackets 214 provided with bearings 216, and the shaft 218 is rotatably held by these bearings 216.
  • the shaft 218 is provided with a resolver 224 that detects the pole position and rotation speed of the rotor 250.
  • the output from the resolver 224 is taken into the control circuit 648 shown in FIG.
  • the control circuit 648 outputs a control signal to the drive circuit 652 based on the fetched output.
  • the drive circuit 652 outputs a drive signal based on the control signal to the power module 610.
  • the power module 610 performs a switching operation based on the control signal, and converts DC power supplied from the battery 180 into three-phase AC power. This three-phase AC power is supplied to the stator winding 238 shown in FIG. 3 and a rotating magnetic field is generated in the stator 230.
  • the frequency of the three-phase alternating current is controlled based on the output value of the resolver 224, and the phase of the three-phase alternating current with respect to the rotor 250 is also controlled based on the output value of the resolver 224.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the stator 230 and the rotor 250, and shows a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • the housing 212, the shaft 218, and the stator winding 238 are not shown.
  • a large number of slots 237 and teeth 236 are arranged uniformly over the entire circumference.
  • all the slots and teeth are not labeled, and only some of the teeth and slots are represented by symbols.
  • a slot insulating material (not shown) is provided in the slot 237, and a plurality of U-phase, V-phase, and W-phase windings constituting the stator winding 238 shown in FIG.
  • 72 slots 237 are formed at equal intervals.
  • a plurality of magnet insertion holes 253 for inserting rectangular magnets are arranged along the circumferential direction.
  • Each magnet insertion hole 253 is formed along the axial direction of the rotor core 252, and permanent magnets 254 (254 a, 254 b) are respectively embedded in the magnet insertion holes 253 and fixed with an adhesive or the like.
  • the circumferential width of the magnet insertion hole 253 is set larger than the circumferential width of the permanent magnet 254, and the hole space provided on the outer side of the magnetic pole of the permanent magnet 254 (the end in the circumferential direction) is It functions as a magnetic gap 257.
  • the magnetic gap 257 may be embedded with an adhesive, or may be solidified integrally with the permanent magnet 254 with a molding resin.
  • the permanent magnet 254 acts as a field pole of the rotor 250, and has a 12-pole configuration in this embodiment.
  • the magnetization direction of the permanent magnet 254 is in the radial direction, and the direction of the magnetization direction is reversed for each field pole. That is, if the stator side surface of the permanent magnet 254a is N-pole and the shaft side surface is S pole, the stator side surface of the permanent magnet 254b is S pole and the shaft side surface is N pole. These permanent magnets 254a and 254b are alternately arranged in the circumferential direction.
  • the permanent magnet 254 may be inserted into the magnet insertion hole 253 after being magnetized, or may be magnetized by applying a strong magnetic field after being inserted into the magnet insertion hole 253 of the rotor core 252.
  • the magnetized permanent magnet 254 is a strong magnet, if the magnet is magnetized before the permanent magnet 254 is fixed to the rotor 250, a strong attractive force between the rotor core 252 and the permanent magnet 254 is fixed. Occurs and hinders assembly work. Further, due to the strong attractive force of the permanent magnet 254, dust such as iron powder may adhere to the permanent magnet 254. Therefore, when the productivity of the rotating electrical machine is taken into consideration, it is preferable that the permanent magnet 254 is magnetized after being inserted into the rotor core 252.
  • the permanent magnet 254 may be a neodymium-based or samarium-based sintered magnet, a ferrite magnet, a neodymium-based bonded magnet, or the like.
  • the residual magnetic flux density of the permanent magnet 254 is approximately 0.4 to 1.3 T.
  • the product of the fundamental wave components becomes a torque ripple that is a harmonic component of the torque. That is, in order to reduce the torque ripple, the harmonic component of the flux linkage may be reduced.
  • the harmonic component of the interlinkage magnetic flux since the product of the interlinkage magnetic flux and the angular acceleration that the rotor rotates is the induced voltage, reducing the harmonic component of the interlinkage magnetic flux is substantially equivalent to reducing the harmonic component of the induced voltage.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the reluctance torque.
  • the axis through which the magnetic flux passes through the center of the magnet is called the d axis
  • the axis through which the magnetic flux flows from one pole to another between the poles is called the q axis.
  • the iron core portion at the center between the magnets is called an auxiliary salient pole portion 259. Since the magnetic permeability of the permanent magnet 254 provided on the rotor 250 is substantially the same as that of air, the d-axis portion is magnetically concave and the q-axis portion is magnetically convex when viewed from the stator side. It has become. Therefore, the core part of the q-axis part is called a salient pole.
  • the reluctance torque is generated by the difference in the ease of passage of the magnetic flux between the d-axis and the q-axis, that is, the salient pole ratio.
  • FIG. 6 and 7 show the configuration of the first embodiment of the present invention.
  • 6 is an enlarged view of one magnetic pole in the cross-sectional view of FIG. 4, and
  • FIG. 7 is an enlarged view of a portion B of FIG.
  • the rotor core 252 is formed with a magnetic gap 257 outside the magnetic pole of the permanent magnet 254 (the side perpendicular to the magnetization direction), which reduces cogging torque and torque pulsation during energization. It is provided for this purpose.
  • the radial thickness of the magnetic gap 257 is smaller than the radial thickness of the permanent magnet 254, and the rotor core on the inner peripheral side of the magnetic gap 257 restricts the movement of the permanent magnet 254 in the circumferential direction. is doing.
  • the width W1 of the magnetic pole end bridge portion 258 is set to be the smallest in the radial dimension. ing.
  • escape portions 263 shown in FIG. 7 are provided so that the corners of the magnet 254 do not hit the circumferential inner ends of the permanent magnet 254 and the inner peripheral side of the rotor core 252. .
  • the shape of the escape portion 263 is symmetrical with respect to the d-axis 300 in FIG. 6 where the magnetic flux passes through the center of the magnet.
  • the escape portion 263 includes a facing surface 266 that is formed through a gap so as to face the surface of the permanent magnet 254 inserted into the magnet insertion hole 253 on the axial center side of the rotor core 252.
  • the facing surface 266 is formed continuously from the magnet insertion hole 253 by processing the rotor core 252.
  • the facing surface 266 of the escape portion 263 has a plurality of, in this embodiment, four inflection portions, and the angle between the two facing surfaces that are continuous with the inflection portions is an obtuse angle.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3, that is, a cross-sectional view taken along a plane surrounded by a circumferential line and a radial line of the rotor core 252.
  • the inflection part is represented as four inflection points 264a to 264d in FIG.
  • the inflection portion is expressed as an inflection point
  • the opposed surface connecting adjacent inflection portions among the opposed surfaces 266 is represented as a straight line.
  • the angle formed by the straight lines connecting the four inflection points 264a to 264d is an obtuse angle. That is, an angle 267a formed by a straight line connecting the inflection points 264a and 264b and a straight line connecting the inflection points 264b and 264c is an obtuse angle. An angle 267b formed by a straight line connecting the inflection points 264b and 264c and a straight line connecting the inflection points 264c and 264d is also formed as an obtuse angle.
  • the boundary line 265 of the permanent magnet 254 with the magnet insertion hole 253 that regulates the side along the circumferential direction of the rotor core 252 is located at the lower bottom, and the side near the rotor core inner peripheral side of the escape portion 263 If the upper side is 266a (a straight line connecting the inflection points 264b and 264c), it is set to be a trapezoid. Accordingly, the side 266a is formed in parallel with the surface of the permanent magnet 254 facing the side 266a.
  • the inflection points 264a to 264d cannot be corners because of the manufacture of the rotor core, and the corner R is equal to or less than R1. This angle R is also included as an inflection point.
  • a straight line connecting the inflection points of the escape portion 263 is used, but a boundary line having a large curvature radius may be used.
  • the stress is dispersed at each corner of the inflection points 264a to 264d of the relief portion 263, and the stress of the relief portion 263 can be reduced without stress concentration at one corner. High speed rotation is possible.
  • the stress concentration can be suppressed by providing the relief portion 263 having an inflection point and an obtuse angle formed between two straight lines continuous with the inflection point.
  • an angle between two straight lines continuous to the inflection point is formed as an obtuse angle, and a straight line (opposite surface of the relief portion 263) parallel to the surface of the permanent magnet 254 is provided as in the side 266a of FIG.
  • the relief portion 263 has a shape parallel to the direction of the stress vector, so that the stress concentration suppressing effect is further improved.
  • the number of inflection points is four or more, it is easy to form an obtuse angle between two straight lines continuous to the inflection point. Therefore, the greater the number of inflection points, the greater the stress concentration. The suppression effect is improved.
  • the stress concentration suppressing effect is slightly inferior to that in the case of four or more inflection points.
  • the angle between two straight lines continuous to the inflection point is formed as an obtuse angle, the stress concentration suppression is performed. The effect can be expected.
  • the inside of the escape portion 263 that disperses the stress concentration is an air layer, the magnetic flux generated by the permanent magnet 254 is less likely to pass than in the rotor core 252. For this reason, if many escape parts 263 are provided in the magnetization direction, for example, the effect of effectively utilizing the magnetic force of the magnet may be slightly inferior.
  • the corner portion on the outer peripheral side of the rotor core 252 is not provided with a relief portion. Also, a relief portion may be provided.
  • the inside of the escape portion 263 is not an air layer, but is filled with a non-magnetic material such as an adhesive or a resin that does not easily pass magnetic flux or a magnetic material that easily passes magnetic flux, as long as the material has a lower Young's modulus than the rotor core 252. Even if it is an air layer, the same stress reduction effect can be acquired.
  • FIG. 8 shows an enlarged view of a cross section (a cross section taken along line AA in FIG. 3) of the rotating electrical machine according to the second embodiment of the present invention.
  • the permanent magnet 254 in order to increase the mechanical strength of the rotor core 252 against the centrifugal force at the time of rotation, the permanent magnet 254 (and the magnet insertion hole) for one magnetic pole is divided in the circumferential direction to form a pair.
  • the permanent magnets 254aa and 254ab are provided, and an inter-magnet bridge portion 260 is provided between them so as to mechanically connect the rotor core on the outer peripheral side of the permanent magnet and the rotor core on the inner peripheral side. .
  • the relief portions of the present invention are also provided at four corner portions of the pair of permanent magnets 254aa and 254ab arranged via the inter-magnet bridge portion 260 so as to face each other.
  • the stress concentration generated in 260 is also reduced.
  • the relief portion 263 on the magnet-to-magnet bridge portion 260 side is provided on either the radial side (263b, 263e, 263g, 263j) or the circumferential side (263c, 263d, 263h, 263i).
  • the radial direction side or the circumferential direction side may be provided.
  • the pair of permanent magnets 254aa and 254ab for one magnetic pole are arranged linearly, the effect of the present invention can be obtained even when they are not arranged linearly.
  • the stress concentration at each corner of the permanent magnet is suppressed and the stress at the escape portion is reduced. This can be reduced, and the rotor can be rotated at a high speed. Further, since the inter-magnet bridge portion 260 is provided between the pair of divided permanent magnets, high strength can be obtained.
  • FIG. 9 shows an enlarged view of a cross section (a cross section taken along line AA in FIG. 3) of the rotating electrical machine according to the third embodiment of the present invention.
  • three (or three or more) divided permanent magnets 254 (and magnet insertion holes) are provided per magnetic pole, and an inter-magnet bridge portion 260 is provided between the permanent magnets.
  • the escape portions 263 described in FIG. 7 are provided at the corners of the permanent magnet 254 facing each other with the inter-magnet bridge portion 260 interposed therebetween.
  • the stress concentration at each corner of the permanent magnet is suppressed to reduce the stress at the escape portion. Therefore, the rotor can be rotated at a high speed. Further, since the inter-magnet bridge portion 260 is provided between the plurality of divided permanent magnets, high strength can be obtained.
  • FIG. 10 shows an enlarged view of a cross section (a cross section taken along line AA of FIG. 3) of the rotating electrical machine according to the fourth embodiment of the present invention.
  • a pair of permanent magnets 254 (and magnet insertion holes) divided into two per magnetic pole are not arranged linearly as shown in FIG.
  • the escape portions 263 are provided at each corner of the permanent magnet.
  • the stress concentration at each corner of the permanent magnet is suppressed, and the relief portion Stress can be reduced, and the rotor can be rotated at a high speed.
  • the inter-magnet bridge portion 260 is provided between the pair of divided permanent magnets, high strength can be obtained.
  • the pair of divided permanent magnets are arranged in a V-shaped cross section, the magnetic flux is good and the reluctance torque is large.
  • this invention is not limited to the above-mentioned Example, Various modifications are included.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.

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Abstract

　回転子の遠心力に対する機械的な強度を向上させた回転電機の回転子を提供する。　固定子と、固定子に空隙を介して配置された回転子鉄心２５２を有した回転子とを備え、前記回転子には、磁石挿入孔および該磁石挿入孔に挿入された永久磁石２５４を備えた回転電機において、永久磁石２５４の角部に位置する磁石挿入孔の部位に、永久磁石２５４の面に対向して空隙を介して形成された対向面２６６を有した逃げ部２６３を設け、逃げ部２６３の対向面２６６は変曲点２６４ａ～２６４ｄを有し、該変曲点２６４ｂ、２６４ｃに各々連続する２つの対向面を挟む角度２６７ａ，２６７ｂは各々鈍角に形成されている。

Description

回転電機および回転電機の回転子
　本発明は回転電機の回転子に関する。
　車両駆動用として用いられる回転電機においては、通常の回転電機に比べ、高速回転化が要求されている。高速回転化にあたって、回転子の遠心力に対する機械的な強度を向上させる必要があるが、例えば、特許文献１には高出力化と機械的な高回転化の両立が可能な永久磁石式回転電機の構造が記載されている。
特開２０１１－１０１５０４号公報
　特許文献１に記載された回転電機の構造は高出力化と機械的高回転化を両立させているが、さらに高速回転化するため、回転子の遠心力に対する機械的な強度を向上させる必要がある。
　本発明に係る回転電機の回転子は、固定子と、前記固定子に空隙を介して配置され、回転子鉄心に形成された磁石挿入孔および該磁石挿入孔に挿入された永久磁石を有した回転子とを備えた回転電機において、前記永久磁石の角部に位置する磁石挿入孔の部位に、対向面および変曲部を有した逃げ部を設け、該変曲部と連続する２つの対向面を挟む角度は鈍角に形成されていることを特徴とする。
　本発明によれば、回転子鉄心の磁石挿入孔の逃げ部に発生する応力集中を緩和し、これによって回転子の遠心力に対する機械的な強度を向上した回転電機の回転子を提供することができる。
　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の実施形態の回転電機を搭載したハイブリッド型電気自動車の概略構成図である。 本発明の実施形態における電力変換装置６００の回路図である。 本発明の実施形態の回転電機の断面図である。 本発明の実施形態の固定子２３０および回転子２５０の断面を示す、図３のＡ－Ａ断面矢視図である。 回転電機の回転子におけるリラクタンストルクの説明図である。 本発明の実施例１における固定子２３０および回転子２５０の１磁極分の拡大断面図である。 本発明の実施例１における逃げ部２６３の構成を表し、図６のＢ部分の拡大図である。 本発明の実施例２における固定子２３０および回転子２５０の１磁極分の拡大断面図である。 本発明の実施例３における固定子２３０および回転子２５０の１磁極分の拡大断面図である。 本発明の実施例４における２３０および回転子２５０の１磁極分の拡大断面図である。
　以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
　本実施例では、以下に説明するように回転子鉄心の磁石挿入孔の逃げ部に発生する応力を低減し高回転化が可能である。そのため、例えば、電気自動車の走行用モータとして好適である。本発明による回転電機は、回転電機のみによって走行する純粋な電気自動車や、エンジンと回転電機の双方によって駆動されるハイブリッド型の電気自動車にも適用できるが、以下ではハイブリッド型の電気自動車を例に説明する。
　図１は、本発明の一実施形態の回転電機を搭載したハイブリッド型電気自動車の概略構成を示す図である。車両１００には、エンジン１２０と第１の回転電機２００と第２の回転電機２０２とバッテリ１８０とが搭載されている。バッテリ１８０は、回転電機２００、２０２に直流電力を供給し、回生走行時には回転電機２００、２０２から直流電力を受ける。バッテリ１８０と回転電機２００、２０２との間の直流電力の授受は、電力変換装置６００を介して行われる。また、図示していないが、車両には低電圧電力（例えば、１４ボルト系電力）を供給するバッテリが搭載されており、以下に説明する制御回路に直流電力を供給する。
　エンジン１２０および回転電機２００、２０２による回転トルクは、変速機１３０とデファレンシャルギア１６０を介して前輪１１０に伝達される。変速機１３０は変速機制御装置１３４により制御され、エンジン１２０はエンジン制御装置１２４により制御される。バッテリ１８０は、バッテリ制御装置１８４により制御される。変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４、電力変換装置６００、バッテリ制御装置１８４および統合制御装置１７０は、通信回線１７４によって接続されている。
　統合制御装置１７０は、変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４、電力変換装置６００およびバッテリ制御装置１８４よりも上位の制御装置であり、変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４、電力変換装置６００およびバッテリ制御装置１８４の各状態を表す情報を通信回線１７４を介してそれらからそれぞれ受け取る。統合制御装置１７０は、取得したそれらの情報に基づき各制御装置の制御指令を演算する。演算された制御指令は通信回線１７４を介してそれぞれの制御装置へ送信される。
　高電圧のバッテリ１８０はリチウムイオン電池あるいはニッケル水素電池などの２次電池で構成され、２５０ボルトから６００ボルト、あるいはそれ以上の高電圧の直流電力を出力する。バッテリ制御装置１８４は、バッテリ１８０の充放電状況やバッテリ１８０を構成する各単位セル電池の状態を、通信回線１７４を介して統合制御装置１７０に出力する。
　統合制御装置１７０は、バッテリ制御装置１８４からの情報に基づいてバッテリ１８０の充電が必要と判断すると、電力変換装置６００に発電運転の指示を出す。また、統合制御装置１７０は、主に、エンジン１２０および回転電機２００、２０２の出力トルクの管理、エンジン１２０の出力トルクと回転電機２００、２０２の出力トルクとの統合トルクやトルク分配比の演算処理を行い、その演算処理結果に基づく制御指令を、変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４および電力変換装置６００へ送信する。電力変換装置６００は、統合制御装置１７０からのトルク指令に基づき、指令通りのトルク出力あるいは発電電力が発生するように回転電機２００、２０２を制御する。
　電力変換装置６００には、回転電機２００、２０２を運転するためのインバータを構成するパワー半導体が設けられている。電力変換装置６００は、統合制御装置１７０からの指令に基づきパワー半導体のスイッチング動作を制御する。このパワー半導体のスイッチング動作により、回転電機２００、２０２は電動機としてあるいは発電機として運転される。
　回転電機２００、２０２を電動機として運転する場合は、高電圧のバッテリ１８０からの直流電力が電力変換装置６００のインバータの直流端子に供給される。電力変換装置６００は、パワー半導体のスイッチング動作を制御して供給された直流電力を３相交流電力に変換し、回転電機２００、２０２に供給する。一方、回転電機２００、２０２を発電機として運転される場合には、回転電機２００、２０２の回転子が外部から加えられる回転トルクで回転駆動され、回転電機２００、２０２の固定子巻線に３相交流電力が発生する。発生した３相交流電力は電力変換装置６００で直流電力に変換され、その直流電力が高電圧のバッテリ１８０に供給されることにより、バッテリ１８０が充電される。
　図２は、図１の電力変換装置６００の回路図を示す。電力変換装置６００には、回転電機２００のための第１のインバータ装置と、回転電機２０２のための第２のインバータ装置とが設けられている。第１のインバータ装置は、パワーモジュール６１０と、パワーモジュール６１０の各パワー半導体２１のスイッチング動作を制御する第１の駆動回路６５２と、回転電機２００の電流を検知する電流センサ６６０とを備えている。駆動回路６５２は駆動回路基板６５０に設けられている。
　一方、第２のインバータ装置は、パワーモジュール６２０と、パワーモジュール６２０における各パワー半導体２１のスイッチング動作を制御する第２の駆動回路６５６と、回転電機２０２の電流を検知する電流センサ６６２とを備えている。駆動回路６５６は駆動回路基板６５４に設けられている。制御回路基板６４６に設けられた制御回路６４８、コンデンサモジュール６３０およびコネクタ基板６４２に実装された送受信回路６４４は、第１のインバータ装置と第２のインバータ装置とで共通して使用される。
　パワーモジュール６１０、６２０は、それぞれ対応する駆動回路６５２、６５６から出力された駆動信号によって動作する。パワーモジュール６１０、６２０は、それぞれバッテリ１８０から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、その電力を対応する回転電機２００、２０２の電機子巻線である固定子巻線に供給する。また、パワーモジュール６１０、６２０は、回転電機２００、２０２の固定子巻線に誘起された交流電力を直流に変換し、高電圧バッテリ１８０に供給する。
　パワーモジュール６１０、６２０は図２に記載のごとく３相ブリッジ回路を備えており、３相に対応した直列回路が、それぞれバッテリ１８０の正極側と負極側との間に電気的に並列に接続されている。各直列回路は上アームを構成するパワー半導体２１と下アームを構成するパワー半導体２１とを備え、それらのパワー半導体２１は直列に接続されている。パワーモジュール６１０とパワーモジュール６２０とは、図２に示す如く回路構成はほぼ同じであり、ここではパワーモジュール６１０を代表して説明する。
　本実施の形態では、スイッチング用パワー半導体素子としてＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）２１を用いている。ＩＧＢＴ２１は、コレクタ電極、エミッタ電極及びゲート電極の３つの電極を備えている。ＩＧＢＴ２１のコレクタ電極とエミッタ電極との間にはダイオード３８が電気的に接続されている。ダイオード３８は、カソード電極及びアノード電極の２つの電極を備えており、ＩＧＢＴ２１のエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向となるように、カソード電極がＩＧＢＴ２１のコレクタ電極に、アノード電極がＩＧＢＴ２１のエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。
　なお、スイッチング用パワー半導体素子として、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いてもよい。ＭＯＳＦＥＴは、ドレイン電極、ソース電極及びゲート電極の３つの電極を備えている。ＭＯＳＦＥＴの場合には、ソース電極とドレイン電極との間に、ドレイン電極からソース電極に向かう方向が順方向となる寄生ダイオードを備えているので、図２のダイオード３８を設ける必要がない。
　各相のアームは、ＩＧＢＴ２１のエミッタ電極とＩＧＢＴ２１のコレクタ電極とが電気的に直列に接続されて構成されている。なお、本実施の形態では、各相の各上下アームのＩＧＢＴを１つしか図示していないが、制御する電流容量が大きいので、実際には複数のＩＧＢＴが電気的に並列に接続されて構成されている。以下では、説明を簡単にするため、１個のパワー半導体として説明する。
　図２に示す例では、各相の各上下アームはそれぞれ３個のＩＧＢＴによって構成されている。各相の各上アームのＩＧＢＴ２１のコレクタ電極はバッテリ１８０の正極側に、各相の各下アームのＩＧＢＴ２１のエミッタ電極はバッテリ１８０の負極側にそれぞれ電気的に接続されている。各相の各アームの中点（上アーム側ＩＧＢＴのエミッタ電極と下アーム側のＩＧＢＴのコレクタ電極との接続部分）は、対応する回転電機２００、２０２の対応する相の電機子巻線（固定子巻線）に電気的に接続されている。
　駆動回路６５２、６５６は、対応するインバータ装置（パワーモジュール６１０、６２０）を制御するための駆動部を構成しており、制御回路６４８から出力された制御信号に基づいて、ＩＧＢＴ２１を駆動させるための駆動信号を発生する。それぞれの駆動回路６５２、６５６で発生した駆動信号は、対応するパワーモジュール６１０、６２０の各パワー半導体素子のゲートにそれぞれ出力される。駆動回路６５２、６５６には、各相の各上下アームのゲートに供給する駆動信号を発生する集積回路がそれぞれ６個設けられており、６個の集積回路を１ブロックとして構成されている。
　制御回路６４８は各インバータ装置（パワーモジュール６１０、６２０）の制御部を構成しており、複数のスイッチング用パワー半導体素子を動作（オン・オフ）させるための制御信号（制御値）を演算するマイクロコンピュータによって構成されている。制御回路６４８には、上位制御装置からのトルク指令信号（トルク指令値）、電流センサ６６０、６６２のセンサ出力、回転電機２００、２０２に搭載された回転センサ（後述するレゾルバ２２４）のセンサ出力が入力される。制御回路６４８はそれらの入力信号に基づいて制御値を演算し、駆動回路６５２、６５６にスイッチングタイミングを制御するための制御信号を出力する。
　コネクタ基板６４２に実装された送受信回路６４４は、電力変換装置６００と外部の制御装置との間を電気的に接続するためのもので、図１の通信回線１７４を介して他の装置と情報の送受信を行う。コンデンサモジュール６３０は、ＩＧＢＴ２１のスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制するための平滑回路を構成するもので、第１のパワーモジュール６１０や第２のパワーモジュール６２０における直流側の端子に電気的に並列に接続されている。
　図３は、図１の回転電機の断面図を示す。なお、回転電機２００と回転電機２０２とはほぼ同じ構造を有しており、以下では回転電機２００の構造を代表例として説明する。ただし、以下に示す構造は回転電機２００、２０２の双方に採用されている必要はなく、一方だけに採用されても良い。
　ハウジング２１２の内部には固定子２３０が保持されており、固定子２３０は固定子鉄心２３２と固定子巻線２３８とを備えている。固定子鉄心２３２の内周側には、回転子２５０が空隙を介して回転可能に保持されている。回転子２５０は、シャフト２１８に固定された回転子鉄心２５２と、永久磁石２５４と、非磁性体のあて板２２６とを備えている。ハウジング２１２は軸受２１６が設けられた一対のエンドブラケット２１４を有しており、シャフト２１８はこれらの軸受２１６により回転自在に保持されている。
　シャフト２１８には、回転子２５０の極の位置や回転速度を検出するレゾルバ２２４が設けられている。このレゾルバ２２４からの出力は、図２に示した制御回路６４８に取り込まれる。制御回路６４８は、取り込まれた出力に基づいて制御信号を駆動回路６５２に出力する。駆動回路６５２は、その制御信号に基づく駆動信号をパワーモジュール６１０に出力する。パワーモジュール６１０は、制御信号に基づきスイッチング動作を行い、バッテリ１８０から供給される直流電力を３相交流電力に変換する。この３相交流電力は図３に示した固定子巻線２３８に供給され、回転磁界が固定子２３０に発生する。３相交流電流の周波数はレゾルバ２２４の出力値に基づいて制御され、３相交流電流の回転子２５０に対する位相も同じくレゾルバ２２４の出力値に基づいて制御される。
　図４は固定子２３０及び回転子２５０の断面を示す図であり、図３のＡ－Ａ断面図を示したものである。なお、図４ではハウジング２１２、シャフト２１８及び固定子巻線２３８の記載を省略した。固定子鉄心２３２の内周側には、多数のスロット２３７とティース２３６とが全周に渡って均等に配置されている。図４では、スロット及びティースの全てに符号を付すことはせず、代表として一部のティースとスロットにのみに符号を付した。スロット２３７内にはスロット絶縁材（図示省略）が設けられ、図３の固定子巻線２３８を構成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の複数の相巻線が装着されている。本実施の形態では、スロット２３７は等間隔に７２個形成されている。
　また、回転子鉄心２５２の外周近傍には、矩形の磁石を挿入するための複数の磁石挿入孔２５３が周方向に沿って１２個配設されている。各磁石挿入孔２５３は回転子鉄心２５２の軸方向に沿って形成されており、その磁石挿入孔２５３には永久磁石２５４（２５４ａ、２５４ｂ）がそれぞれ埋め込まれ、接着剤などで固定されている。磁石挿入孔２５３の円周方向の幅は、永久磁石２５４の円周方向の幅よりも大きく設定されており、永久磁石２５４の磁極外側（円周方向の端部）に設けられた穴空間は磁気的空隙２５７として機能する。この磁気的空隙２５７は接着剤で埋め込んでも良いし、成型用樹脂で永久磁石２５４と一体に固めても良い。永久磁石２５４は回転子２５０の界磁極として作用し、本実施の形態では１２極構成となっている。
　永久磁石２５４の磁化方向は径方向を向いており、界磁極毎に磁化方向の向きが反転している。すなわち、永久磁石２５４ａの固定子側面がＮ極、軸側の面がＳ極であったとすれば、永久磁石２５４ｂの固定子側面はＳ極、軸側の面はＮ極となっている。そして、それらの永久磁石２５４ａ、２５４ｂが円周方向に交互に配置されている。
　永久磁石２５４は、磁化した後に磁石挿入孔２５３に挿入しても良いし、回転子鉄心２５２の磁石挿入孔２５３に挿入した後に強力な磁界を与えて磁化するようにしても良い。ただし、磁化後の永久磁石２５４は強力な磁石なので、回転子２５０に永久磁石２５４を固定する前に磁石を着磁すると、永久磁石２５４の固定時に回転子鉄心２５２との間に強力な吸引力が生じて組み付け作業の妨げとなる。また、永久磁石２５４の強力な吸引力により、永久磁石２５４に鉄粉などのごみが付着する恐れがある。そのため、回転電機の生産性を考慮した場合、永久磁石２５４を回転子鉄心２５２に挿入した後に磁化するのが好ましい。
なお、永久磁石２５４には、ネオジウム系、サマリウム系の焼結磁石やフェライト磁石、ネオジウム系のボンド磁石などを用いることができる。永久磁石２５４の残留磁束密度はほぼ０．４～１．３Ｔ程度である。
　三相交流電流を固定子巻線２３８に流すことで回転磁界が固定子２３０に発生すると、この回転磁界が回転子２５０の永久磁石２５４ａ、２５４ｂに作用してトルクが生じる。このトルクは、永久磁石２５４から出される磁束のうち各相巻線に鎖交する成分と、各相巻線に流れる交流電流の鎖交磁束に直交する成分の積で表される。ここで、交流電流波形が正弦波形状であると考えれば、鎖交磁束の基本波成分と交流電流の基本波成分の積がトルクの時間平均成分となり、鎖交磁束の高調波成分と交流電流の基本波成分の積がトルクの高調波成分であるトルクリプルとなる。つまりトルクリプルを低減するには、鎖交磁束の高調波成分を低減すれば良い。言い換えれば、鎖交磁束と回転子の回転する角加速度の積が誘起電圧であるから、鎖交磁束の高調波成分を低減することは、誘起電圧の高調波成分を低減することに略等しい。
　図５はリラクタンストルクを説明する図である。一般に、磁束が磁石中心を通る軸をｄ軸、磁束が磁石の極間から極間へ流れる軸をｑ軸と呼ぶ。このとき、磁石の極間中心にある鉄心部分を補助突極部２５９と呼ぶ。回転子２５０に設けられた永久磁石２５４の透磁率は空気とほぼ同じであるため、固定子側から見た場合、ｄ軸部は磁気的に凹んでおり、ｑ軸部は磁気的に凸になっている。そのため、ｑ軸部の鉄心部分は突極と呼ばれる。リラクタンストルクは、このｄ軸とｑ軸の磁束の通りやすさの差、すなわち、突極比によって生じる。
　図６、図７に本発明の実施例１の構成を示す。図６は図４の断面図の１磁極分を拡大して示したものであり、図７は図６の部位Ｂを拡大して示したものである。図６において、回転子鉄心２５２には、永久磁石２５４の磁極外側（着磁方向に直交する側）に磁気的空隙２５７が形成されており、これはコギングトルクや通電時のトルク脈動を低減するために設けられたものである。さらには、磁気的空隙２５７の径方向の厚さは永久磁石２５４の径方向の厚さよりも小さく、磁気的空隙２５７の内周側の回転子鉄心は永久磁石２５４の周方向への動きを規制している。また、永久磁石２５４が挿入される磁石挿入孔２５３と回転子鉄心２５２の外周との間に存在する鉄心２５６では、径方向寸法において磁極端ブリッジ部２５８の幅Ｗ１が最も薄くなるように設定されている。
　磁石挿入孔２５３には、永久磁石２５４の周方向両端であって回転子鉄心２５２の内周側の部位に、磁石２５４の角が当たらないように図７に示す逃げ部２６３が設けられている。この逃げ部２６３の形状は磁束が磁石中心を通る図６のｄ軸３００に対して対称形状となっている。
　逃げ部２６３は、磁石挿入孔２５３に挿入された永久磁石２５４の、回転子鉄心２５２の軸心側の面に対向して空隙部を介して形成された対向面２６６を備えている。この対向面２６６は、回転子鉄心２５２を加工して、磁石挿入孔２５３に連続して形成される。
　逃げ部２６３の対向面２６６は、複数の、本実施例では４つの変曲部を有し、該変曲部と連続する２つの対向面を挟む角度は鈍角に形成されている。
　尚、図７は、図３のＡ－Ａ断面矢視図、すなわち回転子鉄心２５２の周方向線と径方向線で囲まれる平面に沿って切断したときの断面図であるため、前記４つの変曲部は図７上では４つの変曲点２６４ａ～２６４ｄとして表記される。そして以下の説明では、変曲部は変曲点として表現し、対向面２６６のうち、隣接する変曲部どうしを結ぶ対向面を直線として表現する。
　４つの変曲点２６４ａ～２６４ｄを結ぶ直線のなす角は鈍角に構成されている。すなわち、変曲点２６４ａおよび２６４ｂを結ぶ直線と変曲点２６４ｂおよび２６４ｃを結ぶ直線とのなす角２６７ａは鈍角に形成されている。また、変曲点２６４ｂおよび２６４ｃを結ぶ直線と変曲点２６４ｃおよび２６４ｄを結ぶ直線とのなす角２６７ｂも鈍角に形成されている。
　そして本実施例では、永久磁石２５４の、回転子鉄心２５２の周方向に沿う辺を規制する磁石挿入孔２５３との境界線２６５を下底、逃げ部２６３の回転子鉄心内周側に近い辺２６６ａ（変曲点２６４ｂおよび２６４ｃを結ぶ直線）を上辺とすると台形となるように設定されている。したがって辺２６６ａは、これに対向する永久磁石２５４の面と平行に形成されている。
　変曲点２６４ａ～２６４ｄは、回転子鉄心の製造の関係上、角とすることはできず、Ｒ１以下の角Ｒを設ける。この角Ｒも変曲点として含める。本実施例では、逃げ部２６３の変曲点同士を結んだ直線としているが、曲率半径の大きい境界線でも良い。
　このような構成をとることで、逃げ部２６３の変曲点２６４ａ～２６４ｄそれぞれの角に応力が分散し、一つの角に応力集中することなく逃げ部２６３の応力を低減でき、回転子２５０の高速回転化が可能となる。
　すなわち、変曲点を有し、それに連続する２つの直線を挟む角度を鈍角に形成した逃げ部２６３を設けたことにより、応力集中を抑制することができる。
　また、変曲点に連続する２つの直線を挟む角度を鈍角に形成し、且つ図７の辺２６６ａのように永久磁石２５４の面と平行となる直線（逃げ部２６３の対向面）を設けることにより、逃げ部２６３が、応力ベクトルの向きに対して平行な形状となるため応力集中抑制効果はさらに向上する。
　前記変曲点（変曲部）の個数は４つ以上であれば、前記変曲点に連続する２つの直線を挟む角度を鈍角に形成しやすいので、変曲点の個数は多いほど応力集中抑制効果は向上する。
　変曲点が３つの場合は、４つ以上の場合よりも前記応力集中抑制効果は少し劣るが、変曲点に連続する２つの直線を挟む角度を鈍角に形成するならば、前記応力集中抑制効果が期待できる。
　尚、本実施例では応力集中を分散させる逃げ部２６３の内部は空気の層であるため、永久磁石２５４で生じる磁束は、回転子鉄心２５２中よりも通りにくい。このため逃げ部２６３を例えば着磁方向に多数設けると、磁石の磁力を有効に活用するという効果が若干劣る可能性がある。
　したがって図６の実施例では、永久磁石２５４の４つの角部のうち、回転子鉄心２５２の外周側の角部には逃げ部を設けていないが、これに限らずこの外周側の角部にも逃げ部を設けるように構成してもよい。
　尚、逃げ部２６３の内部は空気の層でなくとも、回転子鉄心２５２よりヤング率の低い材料であれば接着剤や樹脂等の磁束の通りにくい非磁性体や磁束の通りやすい磁性体で充填しても空気層である場合と同様の応力低減効果を得ることができる。
　図８は本発明の実施例２における回転電機の断面（図３のＡ－Ａ線断面）の拡大図を示している。本実施例２では、回転時の遠心力に対し、回転子鉄心２５２の機械的強度を高めるために、１磁極分の永久磁石２５４（および磁石挿入孔）を円周方向に分割して一対の永久磁石２５４ａａ，２５４ａｂとし、それらの間に、永久磁石の外周側にある回転子鉄心と、内周側にある回転子鉄心とを機械的に接続するように磁石間ブリッジ部２６０を設けている。
　そして本実施例２では、この磁石間ブリッジ部２６０を介して配置された一対の永久磁石２５４ａａ，２５４ａｂの、互いに対向する４つの角部にも本発明の逃げ部を設けて、磁石間ブリッジ部２６０に発生する応力集中も低減するように構成した。
　すなわち、一対の永久磁石２５４ａａ，２５４ａｂに対し、図７で述べた逃げ部２６３と同様の１０個の逃げ部２６３ａ～２６３ｊを設けた。
　ここで、磁石間ブリッジ部２６０側の逃げ部２６３は、径方向側（２６３ｂ，２６３ｅ，２６３ｇ，２６３ｊ）、円周側（２６３ｃ，２６３ｄ，２６３ｈ，２６３ｉ）のいずれにも設けた構造となっているが、径方向側のみや円周方向側のみ設けても良い。また１磁極分の一対の永久磁石２５４ａａ，２５４ａｂを直線状に並べているが、直線状に並べない場合でも、本発明の効果を得ることができる。
　以上のように、本実施例２によれば１磁極分の永久磁石が一対の永久磁石に分割されている回転子において、永久磁石の各角部の応力集中を抑制して逃げ部の応力を低減することができ、回転子の高速回転化が可能となる。また分割された一対の永久磁石間には磁石間ブリッジ部２６０が設けられているため、高い強度が得られる。
　図９は本発明の実施例３における回転電機の断面（図３のＡ－Ａ線断面）の拡大図を示している。本実施例３では、１磁極当たり３個（３個以上の複数個でもよい）の分割した永久磁石２５４（および磁石挿入孔）を設け、それら永久磁石の間に各々磁石間ブリッジ部２６０を設け、磁石間ブリッジ部２６０を挟んで対向する永久磁石２５４の角部に各々図７で述べた逃げ部２６３を設けるように構成した。
　この実施例３によれば、１磁極分の永久磁石が３個以上の複数個に分割されている回転子において、永久磁石の各角部の応力集中を抑制して逃げ部の応力を低減することができ、回転子の高速回転化が可能となる。また分割された複数の永久磁石間には磁石間ブリッジ部２６０が設けられているため、高い強度が得られる。
　図１０は本発明の実施例４における回転電機の断面（図３のＡ－Ａ線断面）の拡大図を示している。本実施例４では、１磁極当たり２つに分割した一対の永久磁石２５４（および磁石挿入孔）を図８のように直線状に並べず、磁石間ブリッジ部２６０を挟んで断面Ｖ字形状に配置し、図８の逃げ部２６３ａ～２６３ｊと同様に永久磁石の各角部に逃げ部２６３を設けるように構成した。
　この実施例４によれば、１磁極分の永久磁石を２つに分割し、それらを断面Ｖ字形状に配置した回転子において、永久磁石の各角部の応力集中を抑制して逃げ部の応力を低減することができ、回転子の高速回転化が可能となる。また分割された一対の永久磁石間には磁石間ブリッジ部２６０が設けられているため、高い強度が得られる。また分割された一対の永久磁石は断面Ｖ字形状に配置されているため、磁束の通りが良好であり、リラクタンストルクが大となる。
　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　１００…車両
　２３０…固定子
　２５０…回転子
　２５２…回転子鉄心
　２５４，２５４ａ，２５４ｂ，２５４ａａ，２５４ａｂ…永久磁石
　２５７…磁気的空隙
　２５８…磁極端ブリッジ部
　２６０…磁石間ブリッジ部
　２６３，２６３ａ～２６３ｊ…逃げ部
　２６４ａ～２６４ｄ…変曲点
　２６５…境界線
　２６６…対向面
　２６６ａ…辺

Claims (7)

  1. 　固定子と、前記固定子に空隙を介して配置され、複数個の磁極が形成された回転子鉄心を有した回転子とを備え、前記回転子の各磁極は、前記回転子鉄心に形成された磁石挿入孔および該磁石挿入孔に挿入された永久磁石を備えた回転電機において、
    　前記挿入された永久磁石の角部に位置する磁石挿入孔の部位に、永久磁石の面に対向して空隙を介して形成された対向面を有した逃げ部を設け、
    　前記逃げ部の対向面は変曲部を有し、該変曲部と連続する２つの対向面を挟む角度は鈍角に形成されていることを特徴とする回転電機の回転子。
  2. 　請求項１に記載の回転電機の回転子において、
    　前記逃げ部は４つ以上の変曲部を有することを特徴とする回転電機の回転子。
  3. 　請求項１又は２に記載の回転電機の回転子において、
    　前記逃げ部の対向面は、該逃げ部の対向面に対向する永久磁石の面と平行な対向面を有することを特徴とする回転電機の回転子。
  4. 　請求項１ないし３のいずれか１項に記載の回転電機の回転子において、
    　前記逃げ部の変曲部を有した対向面と、該逃げ部の対向面に対向する永久磁石の面とを囲む領域を、回転子鉄心の周方向線と径方向線で囲まれる平面に沿って切断したときの断面形状が、台形又は台形に近い形状に形成されていることを特徴とする回転電機の回転子。
  5. 　請求項１ないし４のいずれか１項に記載の回転電機の回転子において、
    　前記回転子は、１磁極につき分割された複数の永久磁石と、それら永久磁石を各々挿入する複数の磁石挿入孔とを備え、
    　前記逃げ部は、前記分割された複数の永久磁石の角部に各々位置する磁石挿入孔の部位に設けられていることを特徴とする回転電機の回転子。
  6. 　請求項５に記載の回転電機の回転子において、
    　前記分割された複数の永久磁石は一対の永久磁石で構成され、該一対の永久磁石を、回転子鉄心の周方向線と径方向線で囲まれる平面に沿って切断したときの断面形状が、Ｖ字型になるように構成されていることを特徴とする回転電機の回転子。
  7. 　請求項１ないし６のいずれか１項に記載の回転子を備える回転電機。
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