JP2018007438A - 回転電機のロータ - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機のロータにおいて、ロータとしての電磁力のアンバランスを防ぎながら、永久磁石を位置決めし、隣接する永久磁石の間の磁束の漏れを抑制することである。【解決手段】回転電機のロータにおいて、磁性体薄板は、１磁極分として、磁極の中心線に対し線対称に配置され、ロータの外周側に向かって互いの間隔距離が拡がり内周側で互いに近接したブリッジ部を形成するＶ字状に配置された一対の磁石挿入孔を有し、一対の磁石挿入孔の外周側短辺のそれぞれに永久磁石の位置決めをする外周側突起部を有し、内周側短辺のそれぞれには位置決め用の突起部を有さない第一磁極部分Ｐ１と、一対の磁石挿入孔の内周側短辺のそれぞれに永久磁石の位置決めをする内周側突起部を有し、外周側短辺のそれぞれには位置決め用の突起部を有さない第二磁極部分Ｐ２と、が交互に周方向に配置されている。【選択図】図２

Description

本開示は、回転電機のロータに係り、特に、埋込磁石型の回転電機のロータに関する。

埋込磁石型（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）回転電機のロータコアは、永久磁石を配置するための磁石挿入孔が設けられた磁性体薄板を複数枚積層した積層体を形成し、各磁石挿入孔に永久磁石を挿入して埋め込むことで製造される。矩形断面の永久磁石の場合、磁石挿入孔は、永久磁石より大きめの矩形孔とされるが、矩形孔の両端部を延ばして隣接する磁石挿入孔の間の磁気通路を狭くしてブリッジ部を形成し、隣接する永久磁石間での磁束の漏れを抑制することが行われる。

特許文献１では、ロータコアにおいてＶ字状に配置された１対の永久磁石で各磁極を形成し、各磁極のＶ字状配置の１対の磁石挿入孔において、永久磁石の周方向の位置決めをする突起部を設けることが開示されている。ここでは、各磁石挿入孔において、中央ブリッジ部側の外周側側面と、反中央ブリッジ部側の内周側側面にそれぞれ突起部が設けられている。

特許文献２では、磁石挿入孔における永久磁石の位置決めのために、磁石挿入孔の縁部に永久磁石に向かって位置決め部を突出形成すると、位置決め部によって隣接する磁石挿入孔の間の磁気通路の面積が大きくなり、磁束の漏れが多くなることを指摘する。

そこで、１枚の磁性体薄板における複数の磁極の内、１つの磁極に対応する磁石挿入孔にのみ位置決め部を設け、他の磁極に対応する磁石挿入孔には位置決め部を設けず、積層の際に１磁極分ずらす転積を行い、全ての永久磁石の位置決めを可能にしている。

特開２０１４−６０８３５号公報 特開２０１４−０７９２５号公報

永久磁石の位置決めと、隣接する永久磁石の間の磁束の漏れの抑制とを両立させるために、位置決めのある磁石挿入孔と位置決めのない磁石挿入孔とを設けると、ロータとしての電磁力にアンバランスが生じ、ベアリング荷重や騒音特性の低下を招く。そこで、ロータとしての電磁力のアンバランスを防ぎながら、永久磁石の位置決めと、隣接する永久磁石の間の磁束の漏れの抑制とを図る回転電機のロータが要望される。

本開示に係る回転電機のロータは、磁極を形成する永久磁石の配置用の磁石挿入孔が周方向に沿って配置された複数の磁性体薄板について、互いに１磁極分ずつずらす転積が行われた状態で積層された積層体において、磁石挿入孔のそれぞれに永久磁石が挿入された状態で形成された回転電機のロータであって、磁性体薄板は、１磁極分として、磁極の中心線に対し線対称に配置され、ロータの外周側に向かって互いの間隔距離が拡がり内周側で互いに近接したブリッジ部を形成するＶ字状に配置された一対の磁石挿入孔を有し、一対の磁石挿入孔の外周側短辺のそれぞれに永久磁石の位置決めをする外周側突起部を有し、内周側短辺のそれぞれには位置決め用の突起部を有さない第一磁極部分と、一対の磁石挿入孔の内周側短辺のそれぞれに永久磁石の位置決めをする内周側突起部を有し、外周側短辺のそれぞれには位置決め用の突起部を有さない第二磁極部分と、が交互に周方向に配置されている。

本開示に係る回転電機のロータによれば、ロータとしての電磁力のアンバランスを防ぎながら、永久磁石の位置決めと、隣接する永久磁石の間の磁束の漏れの抑制とを図れる。

本実施の形態に係る回転電機のロータの斜視図である。 図１の上面図である。 図１の回転電機のロータの積層体の内、連続して積層された４枚の磁性体薄板を分離して示す図である。図３（ａ）は、４枚の磁性体薄板の斜視図であり、（ｂ）と（ｃ）は、（ａ）において斜線を付した永久磁石の位置決めを示す図である。

以下に図面を用いて本実施の形態につき詳細に説明する。以下に述べる形状、材質、孔部の個数、磁極数等は、説明のための例示であって、回転電機のロータの仕様等により、適宜変更が可能である。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、車両に搭載される回転電機に用いられる回転電機のロータ１０の斜視図である。以下では、特に断らない限り、回転電機のロータ１０を、ロータ１０と呼ぶ。ロータ１０が用いられる回転電機は、車両が力行するときは電動機として機能し、車両が制動時にあるときは発電機として機能するモータ・ジェネレータで、三相同期型回転電機である。回転電機は、ロータ１０と、ロータ１０の外周側に所定の間隔を隔てて配置され、巻線コイルが巻回される円環状のステータとを含む。

ロータ１０は、ロータコア１２と中心穴１４とを含む。ロータコア１２の中心穴１４には、回転電機の出力軸であるロータ軸が固定される。ロータ１０は、磁極数が８で、１磁極当り２つの永久磁石を含む。磁極数、１磁極当りの永久磁石の数は例示であり、ロータ１０の仕様によって変更可能である。各永久磁石はロータコア１２に設けられた貫通穴である磁石挿入孔３０に配置される。したがって、ロータ１０は、１６個の磁石挿入孔３０と、１６個の永久磁石を含む。図１では、１６個の永久磁石の内の２つの永久磁石６０，６３を示す。以下の図でも同様である。

永久磁石６０，６３は、軸方向に垂直な断面形状が矩形で、軸方向の長さはロータコア１２の軸方向の長さよりやや短めの直方形の棒磁石である。軸方向は、中心穴１４に固定されるロータ軸の軸方向である。図１には、軸方向と共に、周方向、径方向を示す。周方向は軸方向周りの方向であり、径方向はロータコア１２の内周側と外周側を指す方向である。

永久磁石６０，６３の材質としては、ネオジムと鉄とホウ素を主成分とするネオジム磁石、サマリウムとコバルトを主成分とするサマリウムコバルト磁石等の希土類磁石が用いられる。これ以外にフェライト磁石、アルニコ磁石等を用いてもよい。

ロータコア１２は、所定枚数の磁性体薄板２０を軸方向に積層した積層体である。ロータコア１２を磁性体薄板２０の積層体とするのは、ロータコア１２に生じ得る渦電流を抑制するためで、所定の形状に成形される前の磁性体薄板２０の両面には、絶縁コート等の絶縁処理が施される。これによって、積層された各磁性体薄板２０の間が電気的に絶縁されて、外部変動磁界により発生し得る渦電流が小さなループに分割され、渦電流損失が抑制される。

各磁性体薄板２０は、同じ形状を有するが、軸方向に積層される際に、互いに１磁極分ずつずらす転積が行われる。図１のロータコア１２は、磁極数＝８であるので、１磁極分は、中心穴１４から見た見込角度が４５度である。したがって、各磁性体薄板２０は、積層の際、中心穴１４から見た見込角度で４５度ずつ互いにずらして積み重ねる転積が行われる。

図１では、軸方向について、紙面上の上方側を一方端として、一方端側から他方端に向かって、４枚の磁性体薄板２０−１，２０−２，２０−３，２０−４を区別した符号を付して示す。磁性体薄板２０−１と磁性体薄板２０−２との間は、中心穴１４から見た見込角度で４５度ずれた配置関係となり、磁性体薄板２０−２と磁性体薄板２０−３との間も、中心穴１４から見た見込角度で４５度ずれた配置関係となる。以下同様に、隣接する磁性体薄板２０の間では、中心穴１４から見た見込角度で互いに４５度ずれた配置関係となる。

図２は、ロータコア１２の上面図であり、これは、ロータコア１２の軸方向の一方端側の１枚の磁性体薄板２０−１の平面図でもある。ロータコア１２における各磁性体薄板２０は、いずれも同じ形状を有するので、磁性体薄板２０−１についてその構成を述べる。磁性体薄板２０−１は、ロータ軸を通す中心穴１４と、１６個の磁石挿入孔とを含み、所定の形状に成形された円環状形状を有する。かかる磁性体薄板２０−１としては、電磁鋼板が用いられる。

磁性体薄板２０−１は、８個の磁極に対応し、中心穴１４に対する見込み角度を４５度とする８個の磁極部分を有する。８個の磁極部分は、４個の第一磁極部分Ｐ１と４個の第二磁極部分Ｐ２で構成され、これらが周方向に交互に配置される。第一磁極部分Ｐ１と４個の第二磁極部分Ｐ２との相違は、磁石挿入孔の形状と配置である。第一磁極部分Ｐ１と第二磁極部分Ｐ２とは、周方向に沿って交互に配置される。

第一磁極部分Ｐ１は、一対の磁石挿入孔３０，３１を有し、第二磁極部分Ｐ２は、一対の磁石挿入孔３２，３３を有する。一対の磁石挿入孔３０，３１及び一対の磁石挿入孔３２，３３は、それぞれ磁極の中心線ＣＰに対し線対称に配置され、外周側に向かって互いの間隔距離が拡がり内周側で互いに近接したＶ字状に配置される。

また、一対の磁石挿入孔３０，３１及び一対の磁石挿入孔３２，３３は、平面図において、永久磁石の短辺寸法よりやや大きめの孔幅を有し、長手方向には永久磁石の長辺の両端部からさらに延びた端部を有する。永久磁石の長辺の両端部からさらに延びた端部は、ロータコア１２において磁束の流れを規制するため、ブリッジ部を形成する形状に設定され、また、永久磁石の固定のために充填される樹脂の注入口として用いられる。

永久磁石の固定のための樹脂としては、成形性と耐熱性に優れた熱硬化樹脂が用いられる。熱硬化樹脂としては、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等が用いられる。

ブリッジ部は、同じ磁極部分内の一対の磁石挿入孔の内周側の端部の間、隣接する磁極部分との境目において互いに隣接する磁石挿入孔の外周側の端部の間、及び、各磁石挿入孔の外周側の端部とロータコア１２の外周面との間に形成される。図２において、ブリッジ部４０は、第一磁極部分Ｐ１内における一対の磁石挿入孔３０，３１の内周側の端部の間のブリッジ部であり、ブリッジ部４２は、第二磁極部分Ｐ２内における一対の磁石挿入孔３２，３３の内周側の端部の間のブリッジ部である。

第一磁極部分Ｐ１における一対の磁石挿入孔３０，３１は、それぞれ、外周側の短辺において、永久磁石の位置決めをする外周側突起部５０，５１を有する。外周側突起部５０，５１は、磁性体薄板２０−１の磁性体部分が永久磁石に向けて突き出す部分である。一対の磁石挿入孔３０，３１において、内周側の短辺には永久磁石の位置決め用の突起部が設けられない。

これに対し、第二磁極部分Ｐ２における一対の磁石挿入孔３２，３３は、それぞれ、内周側の短辺において、永久磁石の位置決めをする内周側突起部５２，５３を有する。内周側突起部５２，５３は、磁性体薄板２０−１の磁性体部分が永久磁石に向けて突き出す部分である。一対の磁石挿入孔３２，３３において、外周側の短辺には永久磁石の位置決め用の突起部が設けられない。

上記のように、本実施の形態に係るロータ１０は、磁極を形成する永久磁石の配置用の磁石挿入孔が周方向に沿って磁極数＝８で配置された複数の磁性体薄板２０を含む。ロータ１０は、複数の磁性体薄板２０について、互いに１磁極分ずつずらす転積が行われた状態で積層された積層体であるロータコア１２において、各磁石挿入孔にそれぞれ永久磁石が挿入された状態で形成された回転電機のロータである。磁性体薄板２０−１は、１磁極分として、磁極の中心線ＣＰに対し線対称に配置され、ロータ１０の外周側に向かって互いの間隔距離が拡がり内周側で互いに近接したブリッジ部４０（または４２）を形成するＶ字状に配置された一対の磁石挿入孔を有する。一対の磁石挿入孔３０，３１の外周側短辺のそれぞれに永久磁石の位置決めをする外周側突起部５０，５１を有し、内周側短辺のそれぞれには位置決め用の突起部を有さない磁極部分を第一磁極部分Ｐ１とする。また、一対の磁石挿入孔３２，３３の内周側短辺のそれぞれに永久磁石の位置決めをする内周側突起部５２，５３を有し、外周側短辺のそれぞれには位置決め用の突起部を有さない磁極部分を第二磁極部分Ｐ２とする。第一磁極部分Ｐ１と第二磁極部分Ｐ２とは、交互に周方向に配置される。

上記構成によれば、各磁石挿入孔３０，３１，３２，３３は、外周側短辺または内周側短辺のいずれかにのみ、永久磁石の位置決め用の突起部を有する。例えば、特許文献１に開示されるように、外周側短辺及び内周側短辺の双方に位置決め用の突起部を設けることに比べ、隣接する磁石挿入孔の間における磁束の漏れを抑制できる。

また、上記構成によれば、各磁石挿入孔３０，３１，３２，３３の配置、及び、永久磁石の位置決め用の外周側突起部５０，５１と内周側突起部５２，５３は、各磁極部分Ｐ１，Ｐ２の磁極の中心線ＣＰに対し線対称に配置される。例えば、特許文献２に開示されるように、複数の磁極部分の内の１つの磁極部分にのみ永久磁石の位置決め用の突起部を設けることに比べ、ロータ１０としての電磁力のアンバランスが生じない。

また、上記構成によれば、積層体であるロータコア１２は、磁極数＝８で配置された複数の磁性体薄板２０について、互いに１磁極分ずつずらす転積が行われた状態で積層された積層体である。この転積によって、各磁石挿入孔３０，３１，３２，３３が、外周側短辺または内周側短辺のいずれかにのみ永久磁石の位置決め用の突起部を有していても、各永久磁石は、ロータコア１２に対してしっかりと位置決めされる。

図２に示すように、第一磁極部分Ｐ１において磁石挿入孔３０，３１及び外周側突起部５０，５１は磁極の中心線ＣＰに対し線対称であるので、磁石挿入孔３０，３１のいずれに挿入された永久磁石も同じような位置決めを受ける。そこで、第一磁極部分Ｐ１については、磁石挿入孔３０に挿入される永久磁石６０についての転積を述べる。同様に、第二磁極部分Ｐ２において磁石挿入孔３２，３３及び内周側突起部５２，５３は磁極の中心線ＣＰに対し線対称であるので、磁石挿入孔３２，３３のいずれに挿入された永久磁石も同じような位置決めを受ける。そこで、そこで、第二磁極部分Ｐ２については、磁石挿入孔３３に挿入される永久磁石６３についての転積を述べる。

図３は、永久磁石６０，６３について転積による位置決めを示す図で、図３（ａ）は、図１に示す連続して積層された４枚の磁性体薄板２０−１，２０−２，２０−３，２０−４を分離して示す図である。（ｂ），（ｃ）は、永久磁石６０，６３のそれぞれについて、各磁性体薄板２０−１，２０−２，２０−３，２０−４において対応する磁石挿入孔に挿入された状態を示す図である。

（ｂ）に示すように、永久磁石６０は、磁性体薄板２０−１では、第一磁極部分Ｐ１の磁石挿入孔３０に挿入され、外周側突起部５０によって外周側の位置決めが行われている。磁性体薄板２０−２は、磁性体薄板２０−１に対し、１磁極分である４５度の見込角度分、中心穴１４に対し回転されて転積される。したがって、永久磁石６０は、磁性体薄板２０−２において、第二磁極部分Ｐ２の磁石挿入孔３２に挿入され、内周側突起部５２によって内周側の位置決めが行われる。このように、転積によって、永久磁石６０は、２枚の磁性体薄板２０−１，２０−２で、第一磁極部分Ｐ１の外周側突起部５０と第二磁極部分Ｐ２の内周側突起部５２の２つで、しっかり位置決めが行われる。

図３の例では、磁性体薄板２０−３，２０−４についてもさらに転積が続けられる。永久磁石６０は、磁性体薄板２０−３では、第一磁極部分Ｐ１の磁石挿入孔３０に挿入され、外周側突起部５０によって外周側の位置決めが行われる。磁性体薄板２０−４では、第二磁極部分Ｐ２の磁石挿入孔３２に挿入され、内周側突起部５２によって内周側の位置決めが行われる。

（ｃ）に示すように、永久磁石６３は、磁性体薄板２０−１では、第二磁極部分Ｐ２の磁石挿入孔３３に挿入され、内周側突起部５３によって内周側の位置決めが行われている。転積によって、磁性体薄板２０−２においては、永久磁石６３は、第一磁極部分Ｐ１の磁石挿入孔３１に挿入され、外周側突起部５１によって外周側の位置決めが行われる。このように、転積によって、永久磁石６３は、２枚の磁性体薄板２０−１，２０−２で、第二磁極部分Ｐ２の内周側突起部５３と第一磁極部分Ｐ１の外周側突起部５１の２つで、しっかり位置決めが行われる。磁性体薄板２０−３，２０−４についても同様である。永久磁石６３は、磁性体薄板２０−３では、第二磁極部分Ｐ２の磁石挿入孔３３に挿入され、内周側突起部５３によって内周側の位置決めが行われる。磁性体薄板２０−４では、第一磁極部分Ｐ１の磁石挿入孔３１に挿入され、外周側突起部５１によって外周側の位置決めが行われる。

このように、上記構成によれば、転積によって、各永久磁石は、磁石挿入孔における内周側の突起部と外周側の突起部とによって、ロータコア１２に対する位置決めが行われる。

上記のように、本実施の形態に係るロータ１０によれば、ロータ１０としての電磁力のアンバランスを防ぎながら、各永久磁石の位置決めと、隣接する永久磁石の間の磁束の漏れの抑制とを図れる。

１０ （回転電機の）ロータ、１２ ロータコア（積層体）、１４ 中心穴、２０，２０−１，２０−２，２０−３，２０−４ 磁性体薄板、３０，３１，３２，３３ 磁石挿入孔、４０，４２ ブリッジ部、５０，５１ 外周側突起部、５２，５３ 内周側突起部、６０，６３ 永久磁石。

Claims (1)

1. 磁極を形成する永久磁石の配置用の磁石挿入孔が周方向に沿って配置された複数の磁性体薄板について、互いに１磁極分ずつずらす転積が行われた状態で積層された積層体において、前記磁石挿入孔のそれぞれに前記永久磁石が挿入された状態で形成された回転電機のロータであって、
   前記磁性体薄板は、
   前記１磁極分として、磁極の中心線に対し線対称に配置され、前記ロータの外周側に向かって互いの間隔距離が拡がり内周側で互いに近接したブリッジ部を形成するＶ字状に配置された一対の前記磁石挿入孔を有し、
   前記一対の磁石挿入孔の外周側短辺のそれぞれに前記永久磁石の位置決めをする外周側突起部を有し、内周側短辺のそれぞれには位置決め用の突起部を有さない第一磁極部分と、
   前記一対の磁石挿入孔の前記内周側短辺のそれぞれに前記永久磁石の位置決めをする内周側突起部を有し、前記外周側短辺のそれぞれには位置決め用の突起部を有さない第二磁極部分と、
   が交互に周方向に配置されている、回転電機のロータ。

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