JP2017028807A - 回転電機のロータ - Google Patents

Abstract

【課題】耐減磁性を向上させることができる回転電機のロータを提供する。【解決手段】フラックスバリア３２における外周側壁は、第１の壁３３と、第１の壁３３から連続して延びる第２の壁３４を有する。第１の壁３３は、平板状永久磁石４０の外周側磁極面４０ａのｄ軸寄りの位置から外周側に平板状永久磁石４０から離れるようにｑ軸に向かって斜状に延びている。第２の壁３４は、平板状永久磁石４０の周方向での端面４０ｂよりもｄ軸側を境にして第１の壁３３から連続して内周側の平板状永久磁石４０に近づき、かつ、ｑ軸に向かって斜状に延びている。【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機のロータに関するものである。

ロータコアに平板状永久磁石を埋め込むとともに平板状永久磁石挿入孔の周方向での両端部にフラックスバリアを連続するように形成した回転電機が知られている（例えば、特許文献１）。

特開平１０−１２６９８５号公報

ところで、耐減磁性の向上を図りたいという要求がある。
本発明の目的は、耐減磁性を向上させることができる回転電機のロータを提供することにある。

請求項１に記載の発明では、円筒状のステータコアの内周側において外周側がギャップを介して対向するように配置され、平板状永久磁石挿入孔および前記平板状永久磁石挿入孔の周方向での両端部に連続する状態でフラックスバリアを有するロータコアと、前記ロータコアの平板状永久磁石挿入孔に挿入され、１極あたり１枚設けられる平板状永久磁石と、を備えた回転電機のロータであって、前記フラックスバリアにおける外周側壁は、第１の壁と、前記第１の壁から連続して延びる第２の壁を有し、前記第１の壁は、前記平板状永久磁石の外周側磁極面のｄ軸寄りの位置から外周側に前記平板状永久磁石から離れるようにｑ軸に向かって斜状に延び、前記第２の壁は、前記平板状永久磁石の周方向での端面よりもｄ軸側を境にして前記第１の壁から連続して内周側の前記平板状永久磁石に近づき、かつ、ｑ軸に向かって斜状に延びることを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、フラックスバリアにおける外周側壁の第１の壁は、平板状永久磁石の外周側磁極面のｄ軸寄りの位置から外周側に平板状永久磁石から離れるようにｑ軸に向かって斜状に延び、第２の壁は、平板状永久磁石の周方向での端面よりもｄ軸側を境にして第１の壁から連続して内周側の平板状永久磁石に近づき、かつ、ｑ軸に向かって斜状に延びることにより、耐減磁性を向上させることができる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の回転電機のロータにおいて、前記第２の壁における前記平板状永久磁石の周方向での端面よりもｑ軸側には内周側に突出する突部を有するとよい。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の回転電機のロータにおいて、前記第２の壁における前記突部の周方向のｄ軸側で区画される前記ロータコアのブリッジの幅Ｗ１と、前記第２の壁における前記突部の周方向のｑ軸側で区画される前記ロータコアのブリッジの幅Ｗ２は、Ｗ１＜Ｗ２を満足していることを要旨とする。

請求項３に記載の発明によれば、強度の向上を図ることができる。
請求項４に記載の発明では、請求項２または３に記載の回転電機のロータにおいて、前記第１の壁の平板状永久磁石の延設方向での長さＬ１と、前記第２の壁の平板状永久磁石の延設方向での前記平板状永久磁石の端面までの長さＬ２は、Ｌ１＜Ｌ２を満足するとともに、前記第１の壁と前記平板状永久磁石の外周側磁極面とでなす角度θ１と、前記第２の壁と前記平板状永久磁石の外周側磁極面とでなす角度θ２は、θ１＞θ２を満足していることを要旨とする。

請求項４に記載の発明によれば、トルクを確保しつつトルクリップルを抑制できる。

本発明によれば、耐減磁性を向上させることができる。

実施形態における回転電機の模式図。 実施形態における回転電機の部分拡大模式図。 実施形態における回転電機の部分拡大模式図。 回転電機の部分拡大模式図。 回転電機の部分拡大模式図。 回転電機の部分拡大模式図。 回転電機の部分拡大模式図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、磁石埋込式の回転電機１０は、永久磁石埋込型のロータ（回転子）２０と、ステータ（固定子）１００とを備える。ステータ１００は、円筒状のステータコア１０１を有する。ロータ２０は、ロータコア３０と、１極あたり１枚設けられる平板状永久磁石４０を備えている。ロータコア３０は、ステータコア１０１の内周側において外周側がギャップＧ（図２参照）を介して対向するように配置されている。

図１，２に示すように、ステータコア１０１の内側には周方向に複数個のスロット１０２が形成されている。各スロット１０２はステータコア１０１の内周面に開口し、周方向に並設されている。スロット１０２の間にティース１０３が形成されている。

ティース１０３には、３相交流が通電されるコイル（巻線）１０４が巻回されている。このように、ステータ１００は、内周側にコイル１０４が巻回されたティース１０３が周方向に並設されている。

ロータコア３０は、略円板状の電磁鋼板を複数枚（例えば数十枚）積層して構成されている。ロータコア３０の中心にシャフト（図示略）が貫挿されている。ロータ２０は、ロータコア３０の外周面がティース１０３と所定の間隔を置いた状態で、図示しないハウジングの軸受けにシャフトを介して回転可能に支持されている。

ロータコア３０は、平板状永久磁石挿入孔３１および平板状永久磁石挿入孔３１の周方向での両端部に連続する状態でフラックスバリア３２を有する。なお、実際には角に面取りやＲを設けるが、以下の形状の説明は面取りやＲを省略する。平板状永久磁石挿入孔３１およびフラックスバリア３２は軸方向に延びている。平板状永久磁石挿入孔３１には平板状永久磁石４０が挿入されている。詳しくは、平板状永久磁石４０は、断面矩形の平板状に形成され、厚さ方向に着磁されている。本実施形態では、平板状永久磁石４０は希土類永久磁石である。

隣り合う領域（一極）に配置された平板状永久磁石４０同士は、ロータ２０の外周側が異なる極になるように配置されている。例えば、ある平板状永久磁石４０が、ティース１０３側がＳ極になるように配置されると、隣の領域（一極）に配置される平板状永久磁石４０は、ティース１０３側がＮ極になるように配置される。

図３に示すように、フラックスバリア３２における外周側壁は、第１の壁３３と、第１の壁３３から連続して延びる第２の壁３４を有する。第１の壁３３は、平板状永久磁石４０の外周側磁極面４０ａのｄ軸寄りの位置から外周側に平板状永久磁石４０から離れるようにｑ軸に向かって斜状に延びている。

第２の壁３４は、平板状永久磁石４０の周方向での端面４０ｂよりもｄ軸側を境にして第１の壁３３から連続して内周側の平板状永久磁石４０に近づき、かつ、ｑ軸に向かって斜状に延びている。

第２の壁３４における平板状永久磁石４０の周方向での端面４０ｂよりもｑ軸側には内周側に突出する突部３５を有する。突部３５は二等辺三角形状をなしている。
第２の壁３４における突部３５の周方向のｄ軸側で区画されるロータコアのブリッジ３８の幅Ｗ１と、第２の壁３４における突部３５の周方向のｑ軸側で区画されるロータコアのブリッジ３９の幅Ｗ２は、Ｗ１＜Ｗ２を満足している。具体的には、例えば、Ｗ１＝１．２ｍｍ程度であり、Ｗ２＝１．４ｍｍ程度ある。

第１の壁３３の平板状永久磁石４０の延設方向での長さＬ１と、第２の壁３４の平板状永久磁石４０の延設方向での平板状永久磁石４０の端面４０ｂまでの長さＬ２は、Ｌ１＜Ｌ２を満足する。また、第１の壁３３と平板状永久磁石４０の外周側磁極面４０ａとでなす角度θ１と、第２の壁３４と平板状永久磁石４０の外周側磁極面４０ａとでなす角度θ２は、θ１＞θ２を満足している。

このように、フラックスバリア３２を、平板状永久磁石４０の角部に対し、平板状永久磁石４０の中央寄り（ｄ軸側）の位置から立ち上げ、かつ、平板状永久磁石４０の角部から外側（ｑ軸側）にコアの突部（３５）をつくり、磁束を受けることにより、耐減磁性を向上させる。さらに、突部３５より先（ｑ軸側）はフラックスバリア３２を元の寸法（元のロータコアのブリッジ幅）近傍に戻すことにより、トルクの低下を最小限に抑えることができる。つまり、突部３５はトルク低下の要因となるが突部３５の外側（ｑ軸側）を元のブリッジ幅近傍に戻すことによってトルクの低下を最小限に抑えることができる。

即ち、フラックスバリア３２は、平板状永久磁石の外周側磁極面４０ａでの立ち上げ部と、ロータコアのブリッジ幅を戻す部分を有する突部３５を具備している。
より詳しくは、第２の壁３４における突部３５の周方向のｑ軸側で区画されるロータコアのブリッジ３９の幅Ｗ２は、第２の壁３４における突部３５の周方向のｄ軸側で区画されるロータコアのブリッジ３８の幅Ｗ１に比べ、少し大きく（太く）なっているので、強度を増すことができる。

なお、ロータコア３０の外周面でのｑ軸上には窪み３７が形成されている。また、図３において符号３６に示すフラックスバリア３２における壁は、平板状永久磁石４０の周方向での端面４０ｂに当接して平板状永久磁石４０を位置決めするためのものである。

フラックスバリア３２の平板状永久磁石４０の外周側磁極面４０ａでの立ち上げによる効果について言及する。
図４は、フラックスバリア３２の平板状永久磁石４０の外周側磁極面４０ａでの立ち上げのない形状を用いた場合を示す。

図５は、フラックスバリア３２の平板状永久磁石４０の外周側磁極面４０ａでの立ち上げを実施した形状を用いた場合を示す。
そして、パーミアンス係数（耐減磁性能）を測定した。

図４の場合には、パーミアンス係数（耐減磁性能）は「−０．１１」であった。なお、パーミアンス係数（耐減磁性能）は、数値が大きいほど良い。
図５の場合には、パーミアンス係数（耐減磁性能）は「０」であった。

このように、図４のようにフラックスバリア３２の平板状永久磁石４０の外周側磁極面４０ａでの立ち上げのない場合に比べ、図５のようにフラックスバリア３２の平板状永久磁石４０の外周側磁極面４０ａでの立ち上げがある場合にはパーミアンス係数（耐減磁性能）が大きくなることが分る。

次に、フラックスバリア３２を平板状永久磁石４０の外周側磁極面４０ａで立ち上げるとともに突部３５を形成することによる効果について言及する。
図６は、突部のみ形成した場合を示す。

図７は、フラックスバリア３２を平板状永久磁石４０の外周側磁極面４０ａで立ち上げるとともに突部を形成した形状を示す。
図６の場合には、パーミアンス係数（耐減磁性能）は「０．０６」であった。

図７の場合には、パーミアンス係数（耐減磁性能）は「０．１７」であった。
このように、図６のように突部のみ形成した場合に比べて図７に示すようにフラックスバリア３２を平板状永久磁石４０の外周側磁極面４０ａで立ち上げるとともに突部３５を形成した場合（本実施形態）においては、パーミアンス係数（耐減磁性能）が大きくなることが分る。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）回転電機のロータの構成として、フラックスバリア３２における外周側壁は、第１の壁３３と、第１の壁３３から連続して延びる第２の壁３４を有する。第１の壁３３は、平板状永久磁石４０の外周側磁極面４０ａのｄ軸寄りの位置から外周側に平板状永久磁石４０から離れるようにｑ軸に向かって斜状に延びている。第２の壁３４は、平板状永久磁石４０の周方向での端面４０ｂよりもｄ軸側を境にして第１の壁３３から連続して内周側の平板状永久磁石４０に近づき、かつ、ｑ軸に向かって斜状に延びている。よって、耐減磁性を向上させることができる。

（２）第２の壁３４における平板状永久磁石４０の周方向での端面４０ｂよりもｑ軸側には内周側に突出する突部３５を有するので、平板状永久磁石４０の端面４０ｂの周囲に漏れる磁束の一部を外径側へ拾い上げることができる。つまりフラックスバリア３２内を通る磁束のうち短絡する磁束を減らすことができるので、耐減磁性を向上させることができる。そして突部３５のｑ軸側のブリッジ３９の幅Ｗ２は突部３５より細くなるのでトルク低下を抑制できる。

（３）第２の壁３４における突部３５の周方向のｄ軸側で区画されるロータコアのブリッジ３８の幅Ｗ１と、第２の壁３４における突部３５の周方向のｑ軸側で区画されるロータコアのブリッジ３９の幅Ｗ２は、Ｗ１＞Ｗ２を満足している。よって、ロータコアのブリッジの強度の向上を図ることができる。

（４）第１の壁３３の平板状永久磁石の延設方向での長さＬ１と、第２の壁３４の平板状永久磁石の延設方向での平板状永久磁石４０の端面４０ｂまでの長さＬ２は、Ｌ１＜Ｌ２を満足する。また、第１の壁３３と平板状永久磁石４０の外周側磁極面４０ａとでなす角度θ１と、第２の壁３４と平板状永久磁石４０の外周側磁極面４０ａとでなす角度θ２は、θ１＞θ２を満足している。よって、トルクを確保しつつトルクリップルを抑制できる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・回転電機は、極数とスロット数は任意である。
・突部３５は二等辺三角形でなくても良い。

・ティース１０３に巻かれるコイル１０４は集中巻でも分布巻でも良い。また、集中巻の場合ボビン等を用いても良い。

１０…回転電機、２０…ロータ、３０…ロータコア、３１…平板状永久磁石挿入孔、３２…フラックスバリア、３３…第１の壁、３４…第２の壁、３５…突部、３８…ブリッジ、３９…ブリッジ、４０…平板状永久磁石、４０ａ…外周側磁極面、４０ｂ…端面、１０１…ステータコア、Ｇ…ギャップ、Ｌ１，Ｌ２…長さ、Ｗ１，Ｗ２…幅、θ１，θ２…角度。

Claims (4)

1. 円筒状のステータコアの内周側において外周側がギャップを介して対向するように配置され、平板状永久磁石挿入孔および前記平板状永久磁石挿入孔の周方向での両端部に連続する状態でフラックスバリアを有するロータコアと、
   前記ロータコアの平板状永久磁石挿入孔に挿入され、１極あたり１枚設けられる平板状永久磁石と、
   を備えた回転電機のロータであって、
   前記フラックスバリアにおける外周側壁は、第１の壁と、前記第１の壁から連続して延びる第２の壁を有し、
   前記第１の壁は、前記平板状永久磁石の外周側磁極面のｄ軸寄りの位置から外周側に前記平板状永久磁石から離れるようにｑ軸に向かって斜状に延び、
   前記第２の壁は、前記平板状永久磁石の周方向での端面よりもｄ軸側を境にして前記第１の壁から連続して内周側の前記平板状永久磁石に近づき、かつ、ｑ軸に向かって斜状に延びることを特徴とする回転電機のロータ。
2. 前記第２の壁における前記平板状永久磁石の周方向での端面よりもｑ軸側には内周側に突出する突部を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ。
3. 前記第２の壁における前記突部の周方向のｄ軸側で区画される前記ロータコアのブリッジの幅Ｗ１と、前記第２の壁における前記突部の周方向のｑ軸側で区画される前記ロータコアのブリッジの幅Ｗ２は、Ｗ１＜Ｗ２を満足していることを特徴とする請求項２に記載の回転電機のロータ。
4. 前記第１の壁の平板状永久磁石の延設方向での長さＬ１と、前記第２の壁の平板状永久磁石の延設方向での前記平板状永久磁石の端面までの長さＬ２は、Ｌ１＜Ｌ２を満足するとともに、
   前記第１の壁と前記平板状永久磁石の外周側磁極面とでなす角度θ１と、前記第２の壁と前記平板状永久磁石の外周側磁極面とでなす角度θ２は、θ１＞θ２を満足していることを特徴とする請求項２または３に記載の回転電機のロータ。