JP2014082836A - Rotor and rotary electric machine having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロータコアを積層電磁鋼板で構成し、簡易な構造で渦電流を防止して、鉄損失を抑制することで効率を向上するロータと、それを備える回転電機に関する。 The present invention relates to a rotor in which a rotor core is composed of laminated electromagnetic steel sheets, an eddy current is prevented with a simple structure, and efficiency is improved by suppressing iron loss, and a rotating electrical machine including the rotor.
環境への影響を配慮して、EV(電気自動車)やHEV(ハイブリッド電気自動車)などが年々増加している。また、車両の低燃費化に伴いパワーステアリングや冷却ポンプなどの補機類の電動化も進んでいる。 Considering the impact on the environment, EVs (electric vehicles) and HEVs (hybrid electric vehicles) are increasing year by year. In addition, with the reduction in fuel consumption of vehicles, the use of auxiliary machinery such as power steering and cooling pumps is also progressing.
このため、車両における電力消費量は年々増加しており、電力を供給するオルタネータ(発電機)及びモータ(電動機)などの回転電機の高出力化が必須となっている。しかしながら、出力の高出力化に伴い装置を大きくすることは、車両への搭載性を悪化させるため、出力密度を高めること、及び高効率化を図ることが必要となっている。 For this reason, the electric power consumption in vehicles is increasing year by year, and it is essential to increase the output of rotating electrical machines such as an alternator (generator) and a motor (electric motor) for supplying electric power. However, enlarging the device as the output becomes higher deteriorates the mountability on the vehicle, so that it is necessary to increase the output density and to improve the efficiency.
これに対応するものに、クローポール型のロータが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この装置では、中央部のシャフトに励磁コイルを巻き、永久磁石をクローポールとクローポールの間に周方向に磁極面(N極、S極)を向け、N極とS極が交互になるように、周方向に嵌め込む。 In response to this, a claw pole type rotor has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this device, an exciting coil is wound around a central shaft, and a permanent magnet is oriented with the magnetic pole face (N pole, S pole) in the circumferential direction between the claw pole and the claw pole so that the N pole and the S pole alternate. In the circumferential direction.
この方式はクローポール間の寸法精度を出すのが困難で、特に、高速回転時に、永久磁石を遠心力で飛び出さないようにすることが極めて困難であった。 In this method, it is difficult to obtain the dimensional accuracy between the claw poles, and it is extremely difficult to prevent the permanent magnet from jumping out by the centrifugal force particularly at high speed rotation.
一方、クローポール型のロータの代わりに、電磁鋼板を軸方向に積層したロータコアを用いるロータがある(例えば、特許文献2参照)。ここで、この積層電磁鋼板を用いたロータについて、図12を参照しながら説明する。 On the other hand, instead of a claw pole type rotor, there is a rotor that uses a rotor core in which electromagnetic steel sheets are laminated in the axial direction (see, for example, Patent Document 2). Here, a rotor using this laminated electrical steel sheet will be described with reference to FIG.
図12の(a)の断面図と(b)の斜視断面図に示すように、ロータ10Xは、図示しないステータの内側で回転するインナーロータ型で、且つロータ10Xとステータの間のエアーギャップ(空隙)を回転の半径方向に配置したラジアルギャップ型のブラシレス回転電機のロータである。
As shown in the sectional view of FIG. 12A and the perspective sectional view of FIG. 12B, the
ロータ10Xは、シャフト(ロータ軸)S1とロータコア11Xを備え、ロータコア11Xを積層電磁鋼板で構成すると共に、励磁コイル12X、永久磁石13X、及び補強ピン14を備える。このロータ10Xは、ロータコア11Xを積層電磁鋼板で構成することによって、前述のクローポール型のロータよりも簡易な構造で、渦電流を防止して、鉄損失を抑制することで効率を向上することができる。
The
しかしながら、積層電磁鋼板は強度が弱く、このロータコア11Xに遠心力がかかると、図12の(a)に示すように、ロータコア11Xの外周面15Xの中央部が膨らみ、破線のように変形する。そして、図中のWPで示す最弱部WPに最も大きな力が加わり、この最弱部WPが切れて、破損する。
However, the strength of the laminated electrical steel sheet is weak, and when a centrifugal force is applied to the
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構造で、渦電流を防止して、鉄損失を抑制することで効率を向上する積層電磁鋼板で構成したロータコアの強度を向上すると共に、補強に伴って性能が低下することを抑制することができるロータと、それを備える回転電機を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide a rotor core composed of a laminated electrical steel sheet that has a simple structure, prevents eddy currents, and suppresses iron loss to improve efficiency. The rotor which can improve the intensity | strength of this, and can suppress that a performance falls with reinforcement, and a rotary electric machine provided with the same are provided.
上記の目的を解決するための本発明のロータは、積層電磁鋼板で構成されるロータコアと、前記ロータコアのステータと対向する対向面の付近に、回転軸方向に貫通するように複数設けられると共に、回転周方向に配置される磁石用孔と、前記磁石用孔に収められる永久磁石とを備えるロータにおいて、非磁性材で形成し、前記対向面、前記磁石用孔、及び前記永久磁石を回転軸方向に分割する補強板を備え、前記補強板により分割された永久磁石の、前記補強板の回転周方向の断面積分を補うように、前記分割された永久磁石の回転周方向の断面積を大きく形成して構成される。 The rotor of the present invention for solving the above-mentioned object is provided with a plurality of rotor cores formed of laminated electromagnetic steel sheets, and in the vicinity of an opposing surface facing the stator of the rotor core so as to penetrate in the rotation axis direction, A rotor including a magnet hole arranged in a circumferential direction of rotation and a permanent magnet accommodated in the magnet hole, formed of a nonmagnetic material, wherein the opposed surface, the magnet hole, and the permanent magnet are rotated. The permanent magnet divided by the reinforcing plate has a sectional area in the rotational circumferential direction of the divided permanent magnet so as to compensate for a cross-sectional integral in the rotational circumferential direction of the reinforcing plate. Formed and configured.
この構成によれば、積層電磁鋼板で構成したロータコアにかかる遠心力による変形、又はその変形による破損を補強板によって補強することができる。特に、遠心力の影響が大きいロータコアの回転軸方向の中央部に補強板を備えると、その中央部の膨らみを補強板が押さえ込むので、ロータコアの変形を抑制することができ、ロータコアで最も強度の弱い角部の破損を防ぐことができる。 According to this structure, the deformation | transformation by the centrifugal force concerning the rotor core comprised with the laminated electromagnetic steel plate, or the damage by the deformation | transformation can be reinforced with a reinforcement board. In particular, if a reinforcing plate is provided at the central portion of the rotor core in the rotational axis direction where the centrifugal force has a large effect, the reinforcing plate presses the bulge of the central portion, so that deformation of the rotor core can be suppressed, and the rotor core has the strongest strength. Breakage of weak corners can be prevented.
また、補強板を備えることで短くなった分の永久磁石の磁力を、永久磁石の一端を磁石用孔よりも大きくすることで補い、性能の低下を抑制することができる。この永久磁石の一端の形状や大きさは任意に決定することができる。 Moreover, the magnetic force of the permanent magnet which became short by providing a reinforcement board can be supplemented by making one end of a permanent magnet larger than the hole for magnets, and the fall of a performance can be suppressed. The shape and size of one end of the permanent magnet can be arbitrarily determined.
これにより、電動機や発電機などの回転電機に、上記の補強された積層電磁鋼板で構成されるロータコアを用いると、簡易な構造で、渦電流を防止して、鉄損失を抑制することで効率を向上することができる。 As a result, when a rotor core made of the above-mentioned reinforced laminated electromagnetic steel sheet is used for a rotating electrical machine such as an electric motor or a generator, an eddy current can be prevented and iron loss can be suppressed with a simple structure. Can be improved.
なお、積層電磁鋼板とは、電気エネルギーと磁気エネルギーの変換効率が高い鋼板であり、鉄損が低い鋼板の一枚一枚の表面に絶縁皮膜を処理し、電気を流さないようにしてから、回転軸方向に積層したものであり、例えば、鉄に珪素を添加することにより製造できる珪素鋼板などのことである。また、非磁性材料とは、磁化されないため、磁界の影響を受けない金属材料のことであり、例えば、強化アルミニウム、又はオーステナイト系ステンレスなどのことである。 In addition, the laminated electrical steel sheet is a steel sheet with high conversion efficiency of electric energy and magnetic energy, and after treating the insulating film on the surface of each steel sheet with low iron loss, so as not to flow electricity, For example, a silicon steel sheet that can be manufactured by adding silicon to iron. The non-magnetic material is a metal material that is not magnetized and is not affected by a magnetic field, such as reinforced aluminum or austenitic stainless steel.
また、上記のロータにおいて、前記分割された永久磁石のそれぞれの一方の端部が、他方の端部よりも回転半径方向に長くなるように、前記分割された永久磁石のそれぞれをL字型に形成することが好ましい。 Further, in the rotor described above, each of the divided permanent magnets is formed in an L shape so that one end of each of the divided permanent magnets is longer in the rotational radius direction than the other end. It is preferable to form.
加えて、上記のロータにおいて、円環状に形成した前記補強板の内周面の半径を、前記ロータコアのロータ軸の外周面の半径以上になるように形成し、前記補強板を、回転軸方向に分割された前記ロータコアで挟持すると、円環状の補強板の幅を広くすることができ、遠心力に対する強度を増すことができる。 In addition, in the above-described rotor, a radius of the inner peripheral surface of the annular reinforcing plate formed in an annular shape is formed to be equal to or larger than a radius of the outer peripheral surface of the rotor shaft of the rotor core. When sandwiched between the rotor cores divided into two, the width of the annular reinforcing plate can be increased, and the strength against centrifugal force can be increased.
例えば、補強板の内周面の内径を小さくして、補強板をロータ軸の外周面まで伸ばしたものや、永久磁石を挿入した外周面の近傍とロータ軸の外周面との中間まで伸ばしたものを、軸方向に分割したロータコアで狭持して、ロータコアの回転軸方向の中央部を補強することができる。 For example, by reducing the inner diameter of the inner peripheral surface of the reinforcing plate and extending the reinforcing plate to the outer peripheral surface of the rotor shaft, or extending it to the vicinity of the outer peripheral surface where the permanent magnet is inserted and the outer peripheral surface of the rotor shaft A thing can be pinched by the rotor core divided | segmented into the axial direction, and the center part of the rotating shaft direction of a rotor core can be reinforced.
さらに、上記のロータにおいて、前記ロータコアの外周面付近に、回転軸方向に貫通するように複数設けられると共に、回転周方向に略等間隔に、且つ前記磁石用孔の間に配置される補強ピン用孔と、前記補強ピン用孔に挿入される補強ピンを備え、円環状に形成した前記補強板に前記補強ピンが挿通する挿通孔を備えると、上記の作用効果に加えて、補強ピンで回転軸方向に積層した電磁鋼板の剥離を防止すると共に、磁気を通さないようにすることができる。 Further, in the above rotor, a plurality of reinforcing pins are provided near the outer peripheral surface of the rotor core so as to penetrate in the rotation axis direction, and are arranged at substantially equal intervals in the rotation circumferential direction and between the magnet holes. And a reinforcing pin to be inserted into the reinforcing pin hole, and if the reinforcing plate formed in an annular shape has an insertion hole through which the reinforcing pin is inserted, It is possible to prevent the magnetic steel sheets laminated in the direction of the rotation axis from being peeled off and to prevent magnetism from passing therethrough.
この補強ピンは、好ましくは非磁性材料で形成するとよいが、S20Cなどの鉄材で形成する場合には、渦電流の発生を懸念してできるだけ細く形成するとよい。なお、ロータコアに備えた全ての補強ピンの断面積の合計の値を、ロータ軸の断面積以上にすると、より磁気漏れを防ぐことができる。 This reinforcing pin is preferably made of a non-magnetic material, but when it is made of an iron material such as S20C, it is better to make it as thin as possible in consideration of the generation of eddy currents. Note that if the total value of the cross-sectional areas of all the reinforcing pins provided in the rotor core is greater than or equal to the cross-sectional area of the rotor shaft, magnetic leakage can be further prevented.
また、上記の目的を解決するための本発明の回転電機は、上記に記載のいずれかのロータを備えて構成される。この構成によれば、強度が向上した積層電磁鋼板で構成されたロータコアを用いることで、車両への搭載性を悪化することなく、出力密度を高めると共に、高効率化を図ることができる。 Moreover, the rotating electrical machine of the present invention for solving the above object is configured to include any of the rotors described above. According to this configuration, by using the rotor core made of the laminated electromagnetic steel sheet having improved strength, the output density can be increased and the efficiency can be improved without deteriorating the mounting property on the vehicle.
なお、電動機や発電機などの回転電機は、インナーロータ式、又はアウターロータ式のどちらでも適用することができ、加えて、ラジアルギャップ方式、又はアキシャルギャップ方式のどちらでも適用することができる。 The rotating electric machine such as an electric motor or a generator can be applied to either an inner rotor type or an outer rotor type, and in addition, can be applied to either a radial gap method or an axial gap method.
さらに、上記の回転電機において、上記に記載の回転電機を、インナーロータ式、且つラジアルギャップ方式であるブラシレス回転電機で形成することが好ましい。 Furthermore, in the above rotating electric machine, the rotating electric machine described above is preferably formed of a brushless rotating electric machine that is an inner rotor type and a radial gap type.
本発明によれば、簡易な構造で、簡易な構造で、渦電流を防止して、鉄損失を抑制することで効率を向上することができる積層電磁鋼板で構成されたロータコアの強度を向上すると共に、補強に伴って性能が低下することを抑制することができる。これにより、回転電機の車両への搭載性を悪化することなく、出力密度を高めると共に、高効率化を図ることができる。 According to the present invention, the strength of a rotor core composed of laminated electrical steel sheets that can improve efficiency by preventing eddy current and suppressing iron loss with a simple structure and simple structure is improved. At the same time, it is possible to suppress the performance from being lowered due to the reinforcement. As a result, the output density can be increased and the efficiency can be increased without deteriorating the mountability of the rotating electrical machine on the vehicle.
以下、本発明に係る実施の形態のロータとそれを備える回転電機について、図面を参照しながら説明する。なお、図面に関しては、構成が分かり易いように寸法を変化させており、各部材、各部品の板厚や幅や長さなどの比率も必ずしも実際に製造するものの比率とは一致させていない。 Hereinafter, a rotor according to an embodiment of the present invention and a rotating electrical machine including the rotor will be described with reference to the drawings. Note that the dimensions of the drawings are changed so that the configuration can be easily understood, and the ratios of the thicknesses, widths, lengths, and the like of the respective members and parts do not necessarily match the ratios of actually manufactured parts.
まず、本発明に係る第1の実施の形態のロータを備える回転電機について、図1〜図4を参照しながら説明する。ここで、図2に示すように、回転電機の回転軸方向をxとし、回転半径方向をyとする。 First, a rotating electrical machine including the rotor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, as shown in FIG. 2, the rotation axis direction of the rotating electrical machine is x, and the rotation radius direction is y.
図1〜図3に示すモータ(回転電機)1のロータ(回転子)10は、図12に示す従来技術のロータ10Xのステータ20に対向する対向面である外周面15Xを回転軸方向xに分割する、好ましくは外周面15Xに加えて磁石用孔18Xと永久磁石13Xも回転軸方向xに分割するように、新たに図3に示す補強板30を、図2に示すように備えることにより、ロータコア(回転子鉄心)11の強度を向上することができる。
The rotor (rotor) 10 of the motor (rotating electrical machine) 1 shown in FIGS. 1 to 3 has an outer
さらに、補強板30を備えることで、図2に示すように、補強板30により分割された永久磁石13a及び13bの、補強板30の回転周方向の断面積分を補うように、永久磁石13a及び13bの回転周方向の断面積を大きく形成することにより、性能の低下を抑制することができる。
Further, by providing the reinforcing
詳しくは、図3に示す非磁性材料で形成された円環状の補強板30を、図2に示すように、ロータコア11の中央部の外周面15aと15bの間に、好ましくは外周面15aと15bに加えて、磁石用孔18aと18b、且つ永久磁石13aと13bのそれぞれの間に配置し、接合する。加えて、永久磁石13a及び13bの一端を磁石用孔18a及び18bよりも大きく形成する。
Specifically, as shown in FIG. 2, an annular reinforcing
この構成によれば、ロータ10が回転したときに発生する遠心力による積層電磁鋼板で構成されたロータコア11の外周面15aと15bの変形を抑制することができる。これにより、積層電磁鋼板で構成したロータコア11の強度を向上することができる。
According to this structure, the deformation | transformation of the outer
さらに、補強板30で分割され、短くなった分の永久磁石13a及び13bの磁力を補い、性能の低下を抑制することができる。
Furthermore, the magnetic force of the
また、この補強板30は、図3に示すように、積層電磁鋼板の剥離を抑制し、且つ磁気漏れを防ぐことができる補強ピン14が挿通する挿通孔31を備える。これにより、補強ピン14の効果をそのままに、ロータコア11の強度を向上することができる。
Further, as shown in FIG. 3, the reinforcing
このロータ10及び、そのロータ10を備えるモータ1について、さらに詳しく説明する。図1と図2に示すように、このモータ1は、シャフト(回転軸)S1に固定されたロータ10とステータ(固定子)20とを備える。また、ロータ10は、ロータコア11、励磁コイル12、永久磁石13aと13b、及び補強ピン14を備え、ステータ20は、ステータコア(固定子鉄心)21、ティース部22、及びコイル23を備える。
The
このモータ1は、シャフトS1の回りに励磁コイル12を巻き、その外側の円筒状のロ
ータコア11に永久磁石13aと13bを回転半径方向、磁極面を回転周方向で互いに同極が向き合うように挿入し、内側の励磁コイル12と外側の永久磁石13aと13bが磁気的に繋がるようにして、励磁コイル12の電流を変化させることにより、ロータ10からステータ20に入る磁束量を変化させて効率を向上することができる。
In this
ロータコア11は、回転軸方向xに積層した電磁鋼板(以下、積層電磁鋼板という)から構成され、円筒部16と、円筒部16の両端部で中心から放射状に複数配置されたアーム(支持部)17とを備える。円筒部16には、磁石用孔18a及び18bと、補強ピン用孔19とをそれぞれを交互に、回転軸方向xに貫通するように、且つ回転の周方向に略等間隔に配置する。
The
このとき、一方の端部に設けられるアーム17の数は、特に限定しないが、一方の端部に設けられた全てのアーム17の断面積の合計の値を、シャフトS1の断面積以上にすると、ロータ10を回転させたときに、ロータ10から漏れる磁気を低減することができる。
At this time, the number of
ここで積層電磁鋼板について補足する。電磁鋼板とは、電気エネルギーと磁気エネルギーの変換効率が高い鋼板であり、鉄損(磁化したときに鉄が消費するエネルギー)を低下することができるものである。この電磁鋼板の一枚一枚表面に絶縁皮膜を処理し、電気を通電しないように加工し、ロータ10の回転軸方向xに積層したものが積層電磁鋼板である。
Here, it supplements about a laminated electromagnetic steel plate. An electromagnetic steel plate is a steel plate having high conversion efficiency between electric energy and magnetic energy, and can reduce iron loss (energy consumed by iron when magnetized). A laminated electromagnetic steel sheet is obtained by processing an insulating film on each surface of each electromagnetic steel sheet, processing it so as not to pass electricity, and laminating it in the rotation axis direction x of the
その積層電磁鋼板でロータコア11を構成することで、渦電流を防止して、鉄損失の抑制により効率を向上することができる。この積層電磁鋼板は、例えば、鉄に珪素を添加することによって製造できる珪素鋼板などを用いる。この実施の形態では、電磁鋼板を回転軸方向xに積層して、遠心力による剥離を防止している。
By configuring the
補強ピン14は、ロータコア11の補強ピン用孔19と、補強板30の挿通孔31に挿入又は圧入されるロータコア11の補強部材であり、回転軸方向xに積層した電磁鋼板の剥離を防ぐことができる。また、ロータ10が回転したときに、ロータ10から漏れる磁気を低減することもできる。特に、補強板30の挿通孔31の近傍の全ての補強ピン14の断面積の合計の値を、シャフトS1の断面積以上にすると、効果的に回転半径方向yへの磁気漏れを防ぐことができる。
The reinforcing
補強板30は、図3に示すように、円環状の非磁性材料で形成される。ここでいう非磁性材料とは、磁化されず、したがって磁界の影響を受けない金属材料のことであり、例えば、強化アルミニウム、又はオーステナイト系ステンレスなどのことである。補強板30は、ロータコア11の強度の向上を目的としており、そのため、補強板30の用いる非磁性材料は強度と靱性に優れたものが好ましい。
As shown in FIG. 3, the reinforcing
ここで、図2及び図3において、補強板30の内周面の半径をR1、補強板30の外周面の半径をR2、補強板30の円環の幅をH1、及び挿通孔31の直径をD1とする。また、シャフトS1の半径をR3、及び補強ピン14の直径をD2とする。
2 and 3, the radius of the inner peripheral surface of the reinforcing
図2と図3に示すように、補強板30が少なくともロータコア11の外周面15aと15bを回転軸方向xに分割するように、補強板30の外周面の半径R2をロータコア11の外周面15aと15bの半径以上にする。また、補強板30がロータコア11の外周面15a及び15bに加えて、磁石用孔18a及び18bと、永久磁石13a及び13bを回転軸方向xに分割するように、補強板30の円環の幅H1を設定する。
2 and 3, the radius R2 of the outer peripheral surface of the reinforcing
その補強板30の円環の幅H1が広ければより遠心力に対しての強度を向上することができるため、補強板30の内周面の半径R1は、シャフトS1の半径R3以上とする。加えて、挿通孔31の直径D1は、補強ピン14が挿通可能な大きさであり、補強ピン14の直径D2以上とする。この挿通孔31の直径D1を大きくすると、非磁性材料によって抑制されていたその部分の回転軸方向xの磁束の流れを良くすることができるので、励磁コイル12から発生した磁束を通し易くすることができる。
Since the strength against centrifugal force can be improved if the annular width H1 of the reinforcing
積層電磁鋼板で構成されたロータコア11の強度を向上するために、補強板30をロータコア11の中央部に備えることにより、永久磁石13aと13bは回転軸方向xに分割されている。モータ1の車両への搭載性を考慮して、従来技術のロータの回転軸方向xの全長を変化させずに、補強板30を備えると、補強板30の厚さの分だけ永久磁石13aと13bの回転軸方向xの長さの合計の値を、ロータコア11の回転軸方向xの全長よりも短くする必要がある。そのため、永久磁石13aと13bの回転周方向の断面積は、補強板30の回転周方向の断面積分だけ減る。
In order to improve the strength of the
これにより、永久磁石13aと13bの磁束が弱まる可能性がある。そこで、この第1の実施の形態では、永久磁石13aと13bの回転軸方向xの長さが短くなった分を、つまり補強板30の回転周方向の断面積分を補うように、図2示すように、永久磁石13aと13bのそれぞれの一方の端部を回転半径方向yに長くして、永久磁石13aと13bの回転周方向の断面積を増加する。好ましくは図4に示すように、永久磁石13aと13bをL字型に形成する。
Thereby, the magnetic flux of the
この永久磁石13aは、補強板30により回転軸方向xに分割され、その分割された端部E1の反対側の端部E2の回転半径方向yの長さH2を、端部E1の回転半径方向yの長さH1よりも長くして、L字型に形成する。永久磁石13bも同様に形成する。
The
そして、円筒部16は、このL字型に形成された永久磁石13aと13bを挿入又は圧入することができるように、永久磁石13aと13bの形状に合わせて形成される。詳しくは、円筒部16の端部側の内周面16aの一部を、永久磁石13aと13bに合せて凹ませる。また、磁石用孔18aと18bも永久磁石13aと13bに合せた形状に形成する。
And the
この構成によれば、簡易な構造で、渦電流を防止して、鉄損失を抑制することで効率を向上することができる積層電磁鋼板で構成されたロータコア11の強度を、補強板30によって向上すると共に、回転軸方向xに短くなった分を回転半径方向yに長くすることで、つまり補強板30の回転周方向の断面積分を補うように自身の回転周方向の断面積を増やした永久磁石13aと13bを備えることで、補強に伴って性能が低下することを抑制することができる。
According to this configuration, the reinforcing
また、補強板30を備えても、ロータコア11の回転軸方向xの全長を長くする必要がないため、モータ1の車両への搭載性を悪化させずに、強度と性能を向上することができる。特に、この実施の形態のように、永久磁石13aと13bをL字型に形成することで、ロータコア11内の励磁コイル12への干渉を避けて、永久磁石13aと13bの磁束が低減することを抑制することができる。
Even if the reinforcing
本発明は、永久磁石の一方の端部を任意の形状に形成してもよいが、励磁コイル12への影響を考慮すると、ロータコア11の端部に当たる部分の長さを回転半径方向yに伸ばすことができるL字型が好ましい。
In the present invention, one end of the permanent magnet may be formed in an arbitrary shape, but considering the influence on the
このモータ1は、図1〜図4に示すように、ロータ10の外側にステータ20を配置す
るインナーロータ式であり、且つロータ10とステータ20の間のエアーギャップ(空隙)AG1を、回転半径方向(ラジアル方向)xに配置したラジアルギャップ方式のブラシレスDCモータであり、ステータ20にコイル23を、及びロータ10に永久磁石13aと13bをそれぞれ配置し、コイル23の電流を永久磁石13aと13bの回転角に応じて、図示しないコントローラ(制御装置)で切り換えて回転制御している。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
また、励磁コイル12に逆電流を流すことで、ロータ10から出てくる磁束の量を減らすことができる。加えて、内側の励磁コイル12と外側の永久磁石13aと13bとで性能を上げることができ、励磁コイル12の電流を変化(逆電流も含む)させることにより、モータ1の効率を向上することができる。発電機として使用する場合には、低速で発電量を増大させ、中高速で発電量を減らすことができる。
In addition, by applying a reverse current to the
上記の構成によれば、簡易な構造で、渦電流を防止して、鉄損失の抑制により効率を向上することができるロータ10の積層電磁鋼板で構成されたロータコア11を、補強板30で補強することができ、ロータコア11の強度を向上することができる。特に、この実施の形態のように、ロータコア11の回転軸方向xの略中央部に補強板30を配置すると、ロータコア11の回転により発生する遠心力によるロータコア11の外周面15aと15bの変形を押さえ込むことができ、より強度を向上することができる。
According to the above configuration, the
加えて、補強に伴って、永久磁石13a及び13bの性能が低下することを、永久磁石13a及び13bの形状を工夫することで、抑制することができる。これにより、補強板30を備えた分低下する永久磁石13a及び13bの磁力を補うことができる。
In addition, it can suppress that the performance of
次に、本発明に係る第2の実施の形態のロータを備える回転電機について、図5を参照しながら説明する。このモータ2のロータ40は、図2に示す第1の実施の形態のロータ10の補強板30と同様の構成の補強板41a、41b、及び41cを、図5に示すように、ロータコア11の中央部だけではなく、ロータコア11の両端部にも備える構成である。
Next, a rotating electrical machine including the rotor according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
この構成によれば、ロータコア11の両側にも補強板41bと41cを備えることで、ロータコア11の全長が長くなるが、より強度を向上することができる。
According to this configuration, by providing the reinforcing
次に、本発明に係る第3の実施の形態のロータを備える回転電機について、図6と図7を参照しながら説明する。なお、第1の実施の形態と同一の構成や半径などは、同一の符号を用いることとする。 Next, a rotary electric machine including the rotor according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol shall be used for the same structure, radius, etc. as 1st Embodiment.
このモータ3のロータ50は、図2に示す第1の実施の形態のロータ10の補強板30に換えて、図7の(a)に示す補強板60を備え、その補強板60を、図6に示すように、回転軸方向xに分割された第1ロータコア51aと第2ロータコア51bとで狭持している。
The
第1ロータコア51aは、円筒部56aとアーム57aとから構成され、励磁コイル52a、永久磁石53a、補強ピン54、外周面55a、磁石用孔58a、及び補強ピン用孔59aを備える。第2ロータコア51bも略同様の構成のため説明は省略する。
The
ここで、補強板60の内周面の半径をR4とすると、この補強板60は、補強板60の内周面の半径R4をシャフトS1の外周面の半径R3と同一にすることで、補強板60の幅H2を、第1の実施の形態の幅H1よりも広くすることができ、ロータ50の回転軸方向xの中央部の遠心力に対する強度を増大することができる。
Here, assuming that the radius of the inner peripheral surface of the reinforcing
また、回転軸方向xに第1ロータコア51aと第2ロータコア51bとに分割されているが、第1ロータコア51aと補強板60と第2ロータコア51bとを周知の技術で接合すると共に、第1ロータコア51aと補強板60と第2ロータコア51bとを貫通する補強ピン54により、その接合を補強することができる。
Further, the
この補強板60は、図7の(a)に示すように、補強板60の内周面の半径R4を小さくして、その内周面をシャフトS1の外周面まで伸ばしたものである。よって、補強板60の円環の幅H3が広くなった分、第1の実施の形態の補強板30よりも重くなるので、図7の(b)に示すように、補強板60に軽量孔62を備えると、その分、補強板60を軽量化することができ、効率を低下することなく維持することができる。
As shown in FIG. 7A, the reinforcing
なお、第2の実施の形態のように、この補強板60をロータ50の前後に設け、さらに強度を向上することもできる。
In addition, as in the second embodiment, the reinforcing
次に、本発明に係る第4の実施の形態のロータを備える回転電機について、図8と図9を参照しながら説明する。このモータ4のロータ70は、図6に示す第3の実施の形態の補強ピン54に換えて、図9の(a)に示す補強ピン71を、図8に示すように備えると共に、図5に示す第3の実施の形態の補強板60に換えて、図9の(b)に示す、より直径の大きい挿通孔75を有する補強板74を、図8に示すように備える。
Next, a rotary electric machine including the rotor according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9. The
この補強ピン71は、図9の(a)に示すように、直径D2のピン部72と、直径D3の磁束流通部73とを備える。また、この補強板74は、図9の(b)に示すように、挿通孔75の直径D4を、図7の(a)に示す挿通孔61の直径D1よりも大きく、好ましくは磁束流通部73の直径D3と略同じに形成する。
As shown in FIG. 9A, the reinforcing
前述したように、補強板74の挿通孔75の近傍の全ての補強ピン71の断面積の合計の値をシャフトS1の断面積以上に設定することで、ロータ70を回転させたときに発生する回転半径方向yの磁気漏れを防ぐことができる。しかし、挿通孔75の直径D4を、第1又は第2の実施の形態の補強ピンの直径よりも大きくすると共に、補強ピン71のピン径の全長を大きくすると、渦電流の発生する恐れがあるため、補強板74の挿通孔75の近傍以外はピン径が細い方が好ましい。
As described above, it is generated when the
そこで、図8に示すように、この補強板74に設けた補強ピン71を挿通する挿通孔75の直径D4を直径D2よりも大きくし、且つ補強ピン71に直径D3の磁束流通部73を備えることで、渦電流を発生することなく、両側(回転軸方向xの左右の流れ)の磁束の流れを良くすることができ、この磁束の流れにより、励磁コイル52aと52bから発生した磁束を通し易くすることができる。
Therefore, as shown in FIG. 8, the diameter D4 of the
次に、本発明に係る第5の実施の形態のロータを備える回転電機について、図10と図11を参照しながら説明する。このモータ5のロータ80は、図6に示す第3の実施の形態の補強ピン54に換えて、補強ピン54の直径D2よりも小さい、図11の(a)に示す直径D5の補強ピン81を複数備え、また、図5に示す第3の実施の形態の補強板60に換えて、図11の(b)に示す内周面の半径R3よりも大きい内周面の半径R5の、且つ円環状の幅H3よりも狭く、補強板30の円環状の幅H1よりも広い幅H4の補強板83を備える。加えて、図6の第3の実施の形態の補強ピン用孔59aと59bに換えて、補強ピン用孔59aと59bの直径D1よりも大きい直径の補強ピン用孔82a及び82bとを備える。
Next, a rotary electric machine including the rotor according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 and 11. The
この補強板83は、図11の(b)に示すように、第1の実施の形態の挿通孔の直径D1よりも大きな直径D6の挿通孔84を備え、補強板83の内周面はシャフトS1の外周
面と永久磁石53aと53bの内側の略中間に配置される。この補強板83の円環の幅H4は、第1の実施の形態の幅H1よりも広く、また、第3の実施の形態の幅H3よりも狭い。
As shown in FIG. 11B, the reinforcing
この構成によれば、補強ピン用孔82aと82bの直径を大きくすることで、ロータ80が回転したときの磁気漏れを低減すると共に、複数の細い補強ピン81を挿入又は圧入することで、渦電流の発生を抑制することができる。
According to this configuration, by increasing the diameters of the reinforcing
また、補強板83の幅H4が第1の実施の形態の幅H1よりも広く、また、第3の実施の形態の幅H3よりも狭いことで、ロータ80の強度を向上すると共に、軽量化も図ることができる。
Further, since the width H4 of the reinforcing
上記の第1〜第6の実施の形態のロータ10、40、50、70、及び80と、補強板30、41a〜41c、60、74、及び83の組み合わせについては、上記に限定しない。例えば、第1の実施の形態の補強ピン14に換えて、第5の実施の形態の直径D3の補強ピン81を複数備えることもできる。
The combinations of the
上記のモータ1〜5は、強度が向上した積層電磁鋼板で構成されたロータ10、40、50、70、及び80を用いることで、簡易な構造で、渦電流を防止して、鉄損失を抑制することができるので、車両への搭載性を悪化することなく、出力密度を高めると共に、高効率化を図ることができる。
The
なお、上記の実施の形態では、インナーロータ式、且つラジアルギャップ方式のブラシレスDCモータを例に説明したが、例えば、本発明は、アウターロータ式のモータ(電動機)、又はオルタネータ(発電機)や、アキシャルギャップ方式のモータ、又はオルタネータなどにも適用することができる。また、ステータコア21も積層電磁鋼板で構成するとよい。
In the above embodiment, an inner rotor type and radial gap type brushless DC motor has been described as an example. However, for example, the present invention may be an outer rotor type motor (electric motor), an alternator (generator), The present invention can also be applied to an axial gap type motor or an alternator. The
本発明のロータは、簡易な構造で、渦電流を防止して、鉄損失を抑制することで効率を向上することができる積層電磁鋼板で構成されたロータコアの強度を向上すると共に、補強に伴って性能が低下することを抑制することができるので、特に車両に搭載する電動機や発電機などの回転電機に利用することができる。 The rotor of the present invention has a simple structure, prevents the eddy current, and improves the efficiency of the rotor core composed of laminated electromagnetic steel sheets that can improve the efficiency by suppressing the iron loss. Therefore, it can be used for a rotating electric machine such as an electric motor or a generator mounted on a vehicle.
1〜6 モータ(回転電機)
10、40、50、70、80 ロータ
11、51a、51b ロータコア
12、52a、52b 励磁コイル
13a、13b、53a、53b 永久磁石
14、54、71、81 補強ピン
15a、15b、55a、55b 外周面
16、56a、56b 円筒部
17、57a、57b アーム
18a、18b、58a、58b 磁石用孔
19、59a、59b 補強ピン用孔
20 ステータ
30、41a〜41c、60、74、83 補強板
31、61、75、84 挿通孔
1-6 Motor (Rotating electric machine)
10, 40, 50, 70, 80
Claims (6)
非磁性材で形成し、前記対向面、前記磁石用孔、及び前記永久磁石を回転軸方向に分割する補強板を備え、
前記補強板により分割された永久磁石の、前記補強板の回転周方向の断面積分を補うように、前記分割された永久磁石の回転周方向の断面積を大きく形成することを特徴とするロータ。 A rotor core composed of laminated electromagnetic steel sheets, a plurality of magnet holes provided in the vicinity of a facing surface facing the stator of the rotor core so as to penetrate in the rotation axis direction, and a magnet hole disposed in the rotation circumferential direction, and the magnet In a rotor comprising a permanent magnet that is housed in a hole,
A reinforcing plate that is formed of a non-magnetic material and divides the facing surface, the magnet hole, and the permanent magnet in the rotation axis direction,
The rotor, wherein the permanent magnet divided by the reinforcing plate has a large cross-sectional area in the rotational circumferential direction of the divided permanent magnet so as to supplement the cross-sectional integral in the rotational circumferential direction of the reinforcing plate.
前記補強板を、回転軸方向に分割された前記ロータコアで挟持することを特徴とする請求項1又は2に記載のロータ。 The radius of the inner peripheral surface of the reinforcing plate formed in an annular shape is formed to be equal to or greater than the radius of the outer peripheral surface of the rotor shaft of the rotor core,
The rotor according to claim 1, wherein the reinforcing plate is sandwiched between the rotor cores divided in the direction of the rotation axis.
円環状に形成した前記補強板に前記補強ピンが挿通する挿通孔を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のロータ。 A plurality of reinforcing pin holes provided in the vicinity of the outer peripheral surface of the rotor core so as to penetrate in the rotation axis direction, and disposed at substantially equal intervals in the rotation circumferential direction and between the magnet holes, and the reinforcement pin Reinforcing pins inserted into the holes,
The rotor according to claim 1, further comprising an insertion hole through which the reinforcing pin is inserted in the reinforcing plate formed in an annular shape.
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JP2016208569A (en) * | 2015-04-15 | 2016-12-08 | 株式会社デンソー | Rotor for rotary electric machine |
CN107124054A (en) * | 2017-06-29 | 2017-09-01 | 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 | Consequent pole permanent magnet motor and its rotor |
-
2012
- 2012-10-15 JP JP2012227832A patent/JP2014082836A/en active Pending
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CN107124054A (en) * | 2017-06-29 | 2017-09-01 | 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 | Consequent pole permanent magnet motor and its rotor |
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