JP2018137968A - Rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば回転軸の径方向でロータとステータとが対向配置されたラジアルギャップ型であって、モータ、発電機、あるいはモータ兼発電機として用いられるような回転電機に関する。 The present invention relates to a rotary electric machine of a radial gap type in which, for example, a rotor and a stator are opposed to each other in the radial direction of a rotating shaft, and used as a motor, a generator, or a motor / generator.
モータ、発電機、あるいはモータ兼発電機のような回転電機として、回転軸の径方向でロータとステータとが、エアギャップを介して対向配置されたラジアルギャップ型の回転電機がある(特許文献1参照)。
このようなラジアルギャップ型の回転電機は、永久磁石をステータに近接させるほど、その性能、特に回転軸に生じる軸トルクの向上を図ることができる。
As a rotating electric machine such as a motor, a generator, or a motor / generator, there is a radial gap type rotating electric machine in which a rotor and a stator are arranged to face each other via an air gap in a radial direction of a rotating shaft (Patent Document 1). reference).
In such a radial gap type rotating electrical machine, as the permanent magnet is brought closer to the stator, the performance thereof, in particular, the axial torque generated in the rotating shaft can be improved.
例えば、特許文献1に記載のロータ(回転子)は、永久磁石が挿入される磁石挿入孔を、ロータコア(ロータ鉄心)の外周近傍に開口形成している。これにより、特許文献1は、永久磁石をステータに近接させることができるため、回転電機の性能の向上を図ることができるとされている。 For example, in the rotor (rotor) described in Patent Document 1, a magnet insertion hole into which a permanent magnet is inserted is formed in the vicinity of the outer periphery of the rotor core (rotor core). Thereby, since patent document 1 can make a permanent magnet adjoin to a stator, it is supposed that the performance of a rotary electric machine can be improved.
ところで、特許文献1の永久磁石は、磁石挿入孔における位置決めを容易にするために、ステータと対向する対向面が径方向外側へ突出するように湾曲した断面略蒲鉾形状に形成されている。 By the way, in order to facilitate positioning in the magnet insertion hole, the permanent magnet of Patent Document 1 is formed in a substantially cross-sectional shape that is curved so that a facing surface facing the stator protrudes radially outward.
このような断面略蒲鉾形状の永久磁石を有する回転電機において、ロータが回転開始すると、図10に示すように、永久磁石60の対向面61における頂部近傍に、渦電流Eが発生することが出願人によって確認されている。
In such a rotating electrical machine having a substantially saddle-shaped permanent magnet, when the rotor starts to rotate, an application is made that an eddy current E is generated in the vicinity of the top of the facing
このような渦電流が発生すると、永久磁石の対向面における頂部近傍が、渦電流によって発熱し、永久磁石における他の部分に比べて高温になる。このため、ロータが回転した際、渦電流による発熱によって永久磁石の磁力が低下して、所望される軸トルクを得られないおそれがあった。 When such an eddy current is generated, the vicinity of the top portion of the facing surface of the permanent magnet generates heat due to the eddy current, and the temperature becomes higher than other portions of the permanent magnet. For this reason, when the rotor rotates, the magnetic force of the permanent magnet decreases due to heat generated by the eddy current, and the desired shaft torque may not be obtained.
本発明は、上述の問題に鑑み、渦電流による永久磁石の磁力低下を抑制できる回転電機を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that can suppress a decrease in magnetic force of a permanent magnet due to eddy current.
この発明は、回転軸に一体的に設けられるとともに、前記回転軸の軸方向から見た軸方視の外周形状が略円形状のロータと、回転不可に支持されたステータとを備えたラジアルギャップ型の回転電機であって、前記ロータが、前記ステータに対向する対向面を有する複数の永久磁石と、前記ロータの周方向に沿って配設された前記複数の永久磁石を保持するロータコアとで構成され、前記永久磁石の前記対向面が、前記ロータの径方向に沿った断面において、前記ロータの外周面に沿った仮想円の半径よりも小さい半径の断面円弧状に形成され、前記ロータコアが、前記仮想円上に前記対向面の頂部を略一致させて配設した前記永久磁石における径方向内側の面に当接する当接面と、前記周方向で隣接する前記当接面の間から前記径方向の外側へ向けて突出するともに、その先端面が前記ロータコアの外周面をなす複数の突出部とを備えたことを特徴とする。 The present invention provides a radial gap that is provided integrally with a rotating shaft, and that includes a rotor having a substantially circular outer circumferential shape when viewed from the axial direction of the rotating shaft, and a stator that is supported so as not to rotate. A rotary electric machine of the type, wherein the rotor includes a plurality of permanent magnets having opposing surfaces facing the stator, and a rotor core holding the plurality of permanent magnets arranged along a circumferential direction of the rotor. The opposing surface of the permanent magnet is formed in a cross-sectional arc shape having a radius smaller than the radius of a virtual circle along the outer peripheral surface of the rotor in a cross-section along the radial direction of the rotor; The abutment surface that contacts the radially inner surface of the permanent magnet disposed substantially coincident with the top of the opposing surface on the virtual circle, and the contact surface that is adjacent in the circumferential direction is between the contact surface. Radially outside Both projecting towards, characterized in that a plurality of protrusions the distal end surface forms the outer peripheral surface of the rotor core.
上記回転電機は、モータ、発電機、あるいはモータ兼発電機とすることができる。
この発明により、渦電流による永久磁石の磁力低下を抑制することができる。
具体的には、ロータの外周面に沿った仮想円、すなわちロータコアにおける突出部の先端面に沿った仮想円上に永久磁石の頂部を略一致させているため、ステータとロータとの間の空隙であるエアギャップは、ロータコアの突出部、及び永久磁石の頂部で最小となる。
The rotating electrical machine may be a motor, a generator, or a motor / generator.
According to the present invention, it is possible to suppress a decrease in the magnetic force of the permanent magnet due to the eddy current.
Specifically, since the top of the permanent magnet substantially coincides with the virtual circle along the outer peripheral surface of the rotor, that is, the virtual circle along the tip surface of the protrusion in the rotor core, the gap between the stator and the rotor The air gap is minimum at the protrusion of the rotor core and the top of the permanent magnet.
さらに、仮想円の半径よりも小さい半径で永久磁石の対向面が形成されているため、ステータと永久磁石との間の空隙は、永久磁石の頂部から周方向における永久磁石の端部にかけて徐々に大きくなり、周方向における永久磁石の端部において最大となる。 Furthermore, since the opposing surface of the permanent magnet is formed with a radius smaller than the radius of the virtual circle, the air gap between the stator and the permanent magnet gradually increases from the top of the permanent magnet to the end of the permanent magnet in the circumferential direction. It becomes larger and becomes the maximum at the end of the permanent magnet in the circumferential direction.
このため、回転電機は、エアギャップが最小となる部分と、エアギャップが最小となる部分よりもエアギャップが大きい部分とが周方向に交互に形成されている。
このようなエアギャップを有する回転電機において、ロータが回転開始すると、エアギャップ中の空気が、ロータの回転によるせん断力によって流動開始することになる。
For this reason, in the rotating electrical machine, portions where the air gap is minimum and portions where the air gap is larger than the portion where the air gap is minimum are alternately formed in the circumferential direction.
In the rotating electrical machine having such an air gap, when the rotor starts to rotate, the air in the air gap starts to flow due to the shearing force due to the rotation of the rotor.
この際、エアギャップ中には、仮想円とステータとの間において、ロータの回転方向へ流動する空気の流れと、仮想円、永久磁石の対向面、及びロータコアの突出部で囲われた範囲において、渦巻くように流動する空気の流れとが生じる。 At this time, in the air gap, between the virtual circle and the stator, in the range surrounded by the air flow flowing in the rotation direction of the rotor, the virtual circle, the opposed surface of the permanent magnet, and the protrusion of the rotor core And a flow of air flowing in a swirling manner.
このため、仮想円とステータとの間における空気の流れは、仮想円、永久磁石の対向面、及びロータコアの突出部で囲われた範囲を流動する空気の流速よりも相対的に速い流れとなる。 For this reason, the flow of air between the virtual circle and the stator is a flow that is relatively faster than the flow velocity of the air flowing in the range surrounded by the virtual circle, the opposing surface of the permanent magnet, and the protrusion of the rotor core. .
さらに、仮想円、永久磁石の対向面、及びロータコアの突出部で囲われた範囲における空気は、周方向における永久磁石の端部近傍と接するため、その温度が高温になり難い。このため、回転電機は、仮想円とステータとの間を流動する空気の流れに、比較的低温な空気を合流させることができる。 Furthermore, since the air in the range surrounded by the virtual circle, the opposing surface of the permanent magnet, and the protrusion of the rotor core is in contact with the vicinity of the end of the permanent magnet in the circumferential direction, the temperature is unlikely to be high. For this reason, the rotating electrical machine can join relatively low-temperature air to the air flow flowing between the virtual circle and the stator.
これにより、回転電機は、エアギャップが一様な大きさの回転電機に比べて、永久磁石の頂部とステータとの空隙を流動する空気の流量を増加させるとともに、その温度を下げることができる。 As a result, the rotating electrical machine can increase the flow rate of the air flowing through the gap between the top of the permanent magnet and the stator and lower the temperature compared to the rotating electrical machine having a uniform air gap.
このため、回転電機は、永久磁石における対向面の頂部近傍を効率よく空冷することができ、永久磁石の頂部近傍における温度が、渦電流によって上昇することを抑制できる。
従って、回転電機は、渦電流による永久磁石の磁力低下を抑制することができる。
For this reason, the rotating electrical machine can efficiently air-cool the vicinity of the top of the opposing surface of the permanent magnet, and can suppress the temperature in the vicinity of the top of the permanent magnet from rising due to the eddy current.
Therefore, the rotating electrical machine can suppress a decrease in the magnetic force of the permanent magnet due to the eddy current.
この発明の態様として、前記ロータコアの前記突出部が、前記径方向の外側端部から前記周方向へ向けて延設されるとともに、前記周方向における前記対向面の端部近傍と、前記径方向で当接する当接部を備えている。 As an aspect of the present invention, the projecting portion of the rotor core extends from the radially outer end portion toward the circumferential direction, near the end portion of the facing surface in the circumferential direction, and the radial direction The contact part which contact | abuts is provided.
この発明により、回転電機は、対向面の一部をエアギャップに露出させた永久磁石をロータコアで確実に保持することができる。
これにより、回転電機は、ロータが回転開始した際、遠心力による径方向外側への永久磁石の移動を規制でき、安定したエアギャップを確保することができる。
According to the present invention, the rotating electrical machine can reliably hold the permanent magnet having a part of the opposed surface exposed to the air gap with the rotor core.
Thereby, when the rotor starts to rotate, the rotating electrical machine can restrict the movement of the permanent magnet to the outside in the radial direction due to the centrifugal force, and can secure a stable air gap.
このため、回転電機は、永久磁石の頂部とステータとの空隙に安定した流量の空気を流動させることができる。
従って、回転電機は、ステータに近接配置した永久磁石を確実に保持できるとともに、永久磁石の磁力低下を抑制することができる。
For this reason, the rotating electrical machine can flow air with a stable flow rate in the gap between the top of the permanent magnet and the stator.
Therefore, the rotating electrical machine can reliably hold the permanent magnet disposed close to the stator and can suppress a decrease in magnetic force of the permanent magnet.
本発明により、渦電流による永久磁石の磁力低下を抑制できる回転電機を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a rotating electrical machine that can suppress a decrease in magnetic force of a permanent magnet due to an eddy current.
この発明の一実施形態を以下図面と共に説明する。
なお、図1は軸方向視における回転電機1の正面図を示し、図2は回転電機1における1極あたりの正面図を示し、図3は径方向断面における1極あたりのロータ3の断面図を示し、図4は径方向断面における永久磁石31の断面図を示し、図5は径方向断面におけるロータコア32の断面図を示している。
また、図1中において、図示を明確にするため、ハウジング5を断面で図示している。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1 shows a front view of the rotating electrical machine 1 as viewed in the axial direction, FIG. 2 shows a front view per pole in the rotating electrical machine 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the
Further, in FIG. 1, the housing 5 is shown in a cross section for clarity of illustration.
本実施形態における回転電機1は、図1に示すように、例えば16極24スロットのラジアルギャップ型モータであって、回転軸2と、回転軸2に一体的に設けられるとともに、回転軸2の軸方向から見た外周形状が略円形状のロータ3と、ロータ3の径方向外側に配置された略円環状のステータ4と、これらを収容保持する略円筒状のハウジング5とで構成されている。
なお、回転電機1は、図1に示すように、回転軸2の軸方向から見た軸方向視において、回転軸2、ロータ3、ステータ4、及びハウジング5が同軸上に配置されている。
As shown in FIG. 1, the rotating electrical machine 1 according to the present embodiment is a radial gap type motor having, for example, 16 poles and 24 slots, and is provided integrally with the rotating
As shown in FIG. 1, the rotating electrical machine 1 includes a
回転軸2は、図1に示すように、所定方向に延びる略円柱状であって、図示を省略した軸受を介してハウジング5に回転自在に支持されている。なお、回転軸2には、回転軸2の軸方向へのロータ3の移動を規制するフランジ部2aが設けられている。
As shown in FIG. 1, the
ロータ3は、図1及び図2に示すように、16個の永久磁石31と、永久磁石31が外周近傍に配設されたロータコア32とで構成され、永久磁石31の一部がエアギャップに露出したインセットロータをなしている。
なお、ロータ3における1極あたりの構成については、後ほど詳述するため、ここでは簡単に説明する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
In addition, since the structure per pole in the
16個の永久磁石31は、ロータ3の径方向において、径方向外側の極性がS極である永久磁石と、径方向外側の極性がN極である永久磁石とが、ロータコア32の周方向に沿って交互に配置されている。
In the 16
ロータコア32は、図1及び図2に示すように、軸方向視略円形状の柱状体に対して、永久磁石31が嵌合装着される16個の磁石装着部を、周方向に沿って所定間隔隔てた外周近傍の位置に開口形成した形状に形成されている。なお、ロータコア32は、磁石装着部となる開口が予め形成された電磁鋼板製の薄板材を軸方向に積層した積層体で構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、ステータ4は、図1及び図2に示すように、ステータコア41と、ステータコア41に巻着された巻線42とで構成されている。
ステータコア41は、図2に示すように、電磁鋼板製の薄板材を軸方向に積層した積層体であって、軸方向視略円環状のバックヨーク部41aと、バックヨーク部41aから突出した24個のティース部41bとで一体形成されている。
The stator 4 includes a
As shown in FIG. 2, the
バックヨーク部41aは、軸方向視において、ステータ4の外周面をなす外径を有する軸方向視円環状に形成されている。
ティース部41bは、バックヨーク部41aの周方向に所定間隔を隔てて、バックヨーク部41aの内周面から、ステータ4の軸中心へ向けて所定長さだけ突出するように形成されている。
The
The
巻線42は、導電性を有する銅線などであって、ステータコア41のティース部41bに対して所定の巻き数で巻着されている。この巻線42の端部は、外部からの電力の供給を受付ける端子(図示省略)に電気的に接続されている。
The winding 42 is a conductive copper wire or the like, and is wound around the
また、ハウジング5は、図1に示すように、ステータ4よりも大径の略筒状体の本体を有する収容体であって、ステータ4を回転不可に保持するとともに、回転軸2を回転自在に支持するよう構成されている。
Further, as shown in FIG. 1, the housing 5 is a housing body having a substantially cylindrical main body larger in diameter than the stator 4, and holds the stator 4 in a non-rotatable manner and allows the
このような回転電機1において、1極あたりのロータ3の構成について具体的に説明する。
1極あたりのロータ3の構成は、図2及び図3に示すように、1つの永久磁石31と、接着剤(図示省略)を介して永久磁石31が固定される1つの磁石装着部とで構成されている。
In such a rotating electrical machine 1, the configuration of the
As shown in FIGS. 2 and 3, the configuration of the
永久磁石31は、減磁防止のために粒界拡散による表面処理がなされた磁石である。この永久磁石31は、図3及び図4に示すように、径方向に沿った断面形状が断面略蒲鉾形状であって、断面略蒲鉾形状を回転軸2の軸方向に所定の長さ延設した形状に形成されている。
The
より詳しくは、永久磁石31は、図3及び図4に示すように、径方向に沿った断面において、径方向と直交する直交方向に長い断面略矩形における径方向外側の面を、略円弧状に湾曲した断面略蒲鉾形状に形成されている。
More specifically, as shown in FIG. 3 and FIG. 4, the
なお、径方向に沿った断面において、直交方向で対向する永久磁石31の面を一対の磁石側面31aとし、径方向内側で磁石側面31aを連結する直交方向に沿った面を磁石平面31bとし、径方向外側で磁石平面31bと対向するとともに、ステータ4に対して近接対向する略円弧状の面を磁石円弧面31cとし、磁石円弧面31cと磁石側面31aとの境界が所定半径で面取りされた部分を面取り部分31dとする。
In the cross section along the radial direction, the surfaces of the
そして、ロータコア32の径方向中心を中心とし、該中心からロータコア32の外周面(後述する係止部322の外周面322a)までの直線距離を半径Rとする仮想の円を仮想円VCとした場合、永久磁石31の磁石円弧面31cは、図4に示すように、仮想円VCの半径Rよりも小さい半径rで、かつ仮想円VCの中心とは異なる位置を中心とする円の円弧状に形成されている。換言すると、磁石円弧面31cの半径rは、仮想円VCの半径Rに対する比率が「1.0」未満となる所定範囲内の値に設定されている。
Then, a virtual circle having a radius R as a linear distance from the center in the radial direction of the
一方、ロータコア32は、図3及び図5に示すように、永久磁石31の磁石平面31bが接するコア基部321と、コア基部321から径方向外側へ突出するとともに、永久磁石31が係止される16個の係止部322とで一体形成されている。
On the other hand, as shown in FIGS. 3 and 5, the
コア基部321は、図5に示すように、径方向に沿った断面において、永久磁石31の磁石平面31bと略同等の直交方向の長さの平面部分321aを16個有するとともに、仮想円VCよりも小さい半径の円に内接する軸方向視多角形状に形成されている。
As shown in FIG. 5, the
このコア基部321の平面部分321aは、径方向に沿った断面において、直交方向略中央をとおる径方向に沿った仮想線と仮想円VCとの交点からの径方向の長さH1が、永久磁石31における磁石円弧面31cの頂部から磁石平面31bまでの長さH2(図4参照)と略同等になる位置に形成されている。
すなわち、コア基部321の平面部分321aは、永久磁石31が装着された際、永久磁石31の磁石円弧面31cにおける頂部が、仮想円VC上に位置するように形成されている。
The
That is, the
係止部322は、図3及び図5に示すように、径方向に沿った断面において、周方向で隣接するコア基部321の平面部分321aの間から、径方向外側へ延設された断面略T字状に形成されている。
As shown in FIGS. 3 and 5, the locking
この係止部322は、図5に示すように、径方向に沿った断面において、径方向外側でステータ4と対向する外周面322aが、仮想円VCに沿った面となる半径Rの円弧状に形成されている。
As shown in FIG. 5, the engaging
より詳しくは、係止部322は、図3及び図5に示すように、径方向に沿った断面において、周方向への永久磁石31の移動を規制する周方向規制部分323、及び径方向への永久磁石31の移動をコア基部321とで規制する径方向規制部分324で断面略T字状に形成されている。
More specifically, as shown in FIGS. 3 and 5, the locking
周方向規制部分323は、図5に示すように、径方向に沿った断面において、周方向で隣接する平面部分231aの間から、径方向外側へ延設されるとともに、径方向内側が短辺の断面略台形状に形成されている。この周方向規制部分323は、周方向で隣接する係止部322と対向する面である内壁面323aが、永久磁石31の磁石側面31aと周方向で当接するように形成されている。
As shown in FIG. 5, the
径方向規制部分324は、図5に示すように、径方向に沿った断面において、周方向で隣接する係止部322へ向けて、周方向規制部分323の径方向外側端部から所定長さ延設されている。
As shown in FIG. 5, the
さらに、径方向規制部分324は、径方向に沿った断面において、径方向内側で永久磁石31と対面する面である内側対向面324aが、永久磁石31の磁石円弧面31cに沿った面となる半径rの円弧状に形成されている。
Further, in the cross section along the radial direction of the radial
換言すると、ステータ4と対向する係止部322の外周面322aが仮想円VCと同径で形成されるため、径方向規制部分324は、径方向に沿った断面形状が、内壁面323aから先端にかけて徐々に先細りする断面形状に形成されている。
In other words, since the outer
なお、径方向規制部分324の内側対向面324aと周方向規制部分323の内壁面323aとの境界部分は、図3及び図5に示すように、径方向に沿った断面において、永久磁石31における面取り部分31dの半径よりも小さい半径で面取りされた面取り部分322bをなしている。
このような構成の係止部322は、周方向で隣接する係止部322と、コア基部321の平面部分321aとで、1つの永久磁石31が嵌合装着される磁石装着部を構成している。
Note that the boundary portion between the inner facing
The locking
そして、回転電機1は、上述した構成のロータ3によって、ステータ4とロータ3との空隙であるエアギャップの小さい部分と、エアギャップの大きい部分とが周方向で交互に形成されている。
より詳しくは、回転電機1のエアギャップは、図3に示すように、径方向に沿った断面において、ロータコア32の係止部322、及び永久磁石31の頂部において最も小さくなる。
In the rotating electrical machine 1, the
More specifically, as shown in FIG. 3, the air gap of the rotating electrical machine 1 is the smallest at the locking
さらに、回転電機1のエアギャップは、図3に示すように、永久磁石31の頂部から周方向の端部にかけて徐々に大きくなり、永久磁石31における周方向の端部において最も大きくなる。
このように回転電機1は、周方向における位置によってエアギャップの大きさが異なるように構成されている。
Furthermore, as shown in FIG. 3, the air gap of the rotating electrical machine 1 gradually increases from the top of the
Thus, the rotary electric machine 1 is configured such that the size of the air gap varies depending on the position in the circumferential direction.
次に、上述した構成の回転電機1において、ロータ3が回転開始した際、エアギャップ中を流動する空気の流れ、及び永久磁石31の表面温度について、図6から図9を用いて詳しく説明する。
なお、図6は比較例におけるエアギャップ中の空気の流れを説明する説明図を示し、図7は本実施形態におけるエアギャップ中の空気の流れを説明する説明図を示し、図8は本実施形態における永久磁石31の表面温度を説明する説明図を示し、図9は磁石円弧面31cの大きさが異なる永久磁石31の表面温度を説明する説明図を示している。
Next, in the rotary electric machine 1 having the above-described configuration, the flow of air flowing in the air gap and the surface temperature of the
6 shows an explanatory view for explaining the flow of air in the air gap in the comparative example, FIG. 7 shows an explanatory view for explaining the flow of air in the air gap in the present embodiment, and FIG. 8 shows the present embodiment. The explanatory view explaining the surface temperature of
なお、図6及び図7中において、図示を明確にするため、ステータ4の内周面を二点鎖線で示している。
また、図8及び図9中において、図示を明確にするため、回転電機1の構成要素のうち、永久磁石31のみを図示するとともに、エアギャップにおける空気の層を立体的に、かつロータ3の外周面が明確になるように透過させて図示している。
6 and 7, the inner peripheral surface of the stator 4 is indicated by a two-dot chain line for clarity of illustration.
8 and 9, for the sake of clarity, only the
まず、比較例として、永久磁石51の磁石円弧面51aが、上述した本実施形態とは異なる回転電機50において、ステータ52とロータ53との空隙であるエアギャップ中を流動する空気の流れについて簡単に説明する。
First, as a comparative example, the flow of air flowing in an air gap, which is a gap between the
比較例における永久磁石51の磁石円弧面51aは、図6に示すように、ロータコア54の外周半径、すなわち仮想円の半径Rと同径で形成されている。そして、永久磁石51は、磁石円弧面51aの頂部が仮想円上に位置するように、ロータコア54に装着されている。このため、回転電機50におけるエアギャップは、図6に示すように、一様な大きさとなる。
As shown in FIG. 6, the
このような回転電機50の場合、軸方向視時計回りの回転方向Dへロータ53が回転開始すると、図6に示すように、エアギャップ中の空気は、ロータ53のせん断力によって、回転方向Dへ向けて流動開始する。この回転電機50におけるエアギャップが一様な大きさのため、エアギャップ中の空気は、一様な流速の流れFとなる。
In the case of such a rotating
これに対して、本実施形態における回転電機1の場合、ロータ3が回転方向Dへ回転開始すると、図7に示すように、ロータコア32における係止部322の外周面322aに沿った仮想円(図5参照)とステータ4との間の空隙において、一様な流速の空気の流れF1が生じる。
一方、仮想円と永久磁石31の磁石円弧面31cとの間の空隙には、仮想円とステータ4との間における空気の流れF1よりも相対的に低速な渦流F2が生じる。
On the other hand, in the case of the rotating electrical machine 1 in the present embodiment, when the
On the other hand, in the gap between the virtual circle and the
より詳しくは、仮想円と永久磁石31の磁石円弧面31cとの間の空隙には、図7に示すように、永久磁石31の磁石円弧面31cの表面に沿って渦巻くように流れたのち、仮想円とステータ4との間を流動する空気の流れF1に合流する渦流F2が生じる。
More specifically, after flowing in a space between the virtual circle and the
このように、ロータ3が回転開始すると、回転電機1のエアギャップには、流動方向、及び流速が異なる空気の流れF1、及び渦流F2が生じる。そして、ステータ4と永久磁石31の頂部との間の空隙には、仮想円とステータ4との間を流動する空気の流れF1に、上述した渦流F2が合流した空気が流動することになる。
Thus, when the
この際、永久磁石31の磁石円弧面31cにおける表面温度を見ると、図8に示すように、低い温度域を示す黒色部分が、磁石円弧面31cにおける周方向の端部近傍、及び磁石円弧面31cの頂部近傍に生じていることが確認できる。つまり、渦電流によって他の部分より高温になり易い永久磁石31の頂部近傍が、永久磁石31の頂部を流動する空気によって空冷されていることが確認できる。
At this time, when the surface temperature of the
また、例えば、仮想円VCの半径Rにより近い半径rで永久磁石31の磁石円弧面31cを形成した場合、図9に示すように、磁石円弧面31cの頂部近傍において、図8に比べて低い温度域を示す黒色部分が減少するものの、永久磁石31の頂部近傍が、永久磁石31の頂部を流動する空気によって空冷されていることが確認できる。
Further, for example, when the
このため、仮想円VCの半径Rにより近い半径rで永久磁石31の磁石円弧面31cを形成した場合であっても、永久磁石31の頂部を流動する空気の流れによる一定の空冷効果が得られていることが確認できた。
For this reason, even when the
換言すると、永久磁石31における磁石円弧面31cの半径rが、仮想円VCの半径Rに近いほど、永久磁石31の頂部を流動する空気の流れによる空冷効果が低減し、図6のように永久磁石31における磁石円弧面31cの半径rが仮想円VCの半径Rと略一致すると、永久磁石31の頂部を流動する空気の流れによる空冷効果が得られにくくなるといえる。
In other words, as the radius r of the
以上のような空気の流れを実現する回転電機1は、渦電流による永久磁石31の磁力低下を抑制することができる。
具体的には、ロータ3の外周面に沿った仮想円VC、すなわちロータコア32における係止部322の外周面322aに沿った仮想円VC上に永久磁石31の頂部を略一致させているため、ステータ4とロータ3との間の空隙であるエアギャップは、ロータコア32の係止部322、及び永久磁石31の頂部で最小となる。
The rotating electrical machine 1 that realizes the air flow as described above can suppress a decrease in the magnetic force of the
Specifically, since the top of the
さらに、仮想円VCの半径Rよりも小さい半径rで永久磁石31の磁石円弧面31cが形成されているため、ステータ4と永久磁石31との間の空隙は、永久磁石31の頂部から周方向における永久磁石31の端部にかけて徐々に大きくなり、周方向における永久磁石31の端部において最大となる。
Furthermore, since the
このため、回転電機1は、エアギャップが最小となる部分と、エアギャップが最小となる部分よりもエアギャップが大きい部分とが周方向に交互に形成されている。
このようなエアギャップを有する回転電機1において、ロータ3が回転開始すると、エアギャップ中の空気が、ロータ3の回転によるせん断力によって流動開始することになる。
For this reason, in the rotating electrical machine 1, portions where the air gap is minimum and portions where the air gap is larger than the portion where the air gap is minimum are alternately formed in the circumferential direction.
In the rotating electrical machine 1 having such an air gap, when the
この際、エアギャップ中には、仮想円VCとステータ4との間において、ロータ3の回転方向へ流動する空気の流れF1と、仮想円VC、永久磁石31の磁石円弧面31c、及びロータコア32の係止部322で囲われた範囲において、渦巻くように流動する渦流F2とが生じる。
At this time, in the air gap, between the virtual circle VC and the stator 4, the air flow F <b> 1 flowing in the rotation direction of the
このため、仮想円VCとステータ4との間における空気の流れF1は、仮想円VC、永久磁石31の磁石円弧面31c、及びロータコア32の係止部322で囲われた範囲を流動する渦流F2の流速よりも相対的に速い流れとなる。
Therefore, the air flow F1 between the virtual circle VC and the stator 4 is a vortex flow F2 that flows in a range surrounded by the virtual circle VC, the
さらに、仮想円VC、永久磁石31の磁石円弧面31c、及びロータコア32の係止部322で囲われた範囲における空気は、周方向における永久磁石31の端部近傍と接するため、その温度が高温になり難い。このため、回転電機1は、仮想円VCとステータ4との間を流動する空気の流れF1に、比較的低温な渦流F2を合流させることができる。
Furthermore, since the air in the range surrounded by the virtual circle VC, the
これにより、回転電機1は、エアギャップが一様な大きさの回転電機に比べて、永久磁石31の頂部とステータ4との空隙を流動する空気の流動を増加させるとともに、その温度を下げることができる。
As a result, the rotating electrical machine 1 increases the flow of air flowing through the gap between the top of the
このため、回転電機1は、永久磁石31における磁石円弧面31cの頂部近傍を効率よく空冷することができ、永久磁石31の頂部近傍における温度が、渦電流によって上昇することを抑制できる。
従って、回転電機1は、渦電流による永久磁石31の磁力低下を抑制することができる。
For this reason, the rotary electric machine 1 can efficiently air-cool the vicinity of the top of the
Therefore, the rotating electrical machine 1 can suppress a decrease in the magnetic force of the
また、ロータコア32の係止部322が、径方向の外側端部から周方向へ向けて延設されるとともに、周方向における磁石円弧面31cの端部近傍と径方向で当接する径方向規制部分324を備えたことにより、回転電機1は、磁石円弧面31cの一部をエアギャップに露出させた永久磁石31をロータコア32で確実に保持することができる。
Further, the locking
これにより、回転電機1は、ロータ3が回転開始した際、遠心力による径方向外側への永久磁石31の移動を規制でき、安定したエアギャップを確保することができる。
このため、回転電機1は、永久磁石31の頂部とステータ4との空隙に安定した流量の空気を流動させることができる。
従って、回転電機1は、ステータ4に近接配置した永久磁石31を確実に保持できるとともに、永久磁石31の磁力低下を抑制することができる。
Thereby, when the
For this reason, the rotating electrical machine 1 can flow air with a stable flow rate in the gap between the top of the
Therefore, the rotating electrical machine 1 can reliably hold the
この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の対向面は、実施形態の磁石円弧面31cに対応し、
以下同様に、
仮想円の半径は、仮想円VCの半径Rに対応し、
仮想円の半径よりも小さい半径は、仮想円VCの半径Rよりも小さい半径rに対応し、
永久磁石における径方向内側の面は、永久磁石31の磁石平面31bに対応し、
当接面は、コア基部321の平面部分321aに対応し、
先端面は、係止部322の外周面322aに対応し、
突出部は、係止部322に対応し、
当接部は、係止部322の径方向規制部分324に対応するが、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。
In correspondence between the configuration of the present invention and the above-described embodiment,
The facing surface of the present invention corresponds to the
Similarly,
The radius of the virtual circle corresponds to the radius R of the virtual circle VC,
A radius smaller than the radius of the virtual circle corresponds to a radius r smaller than the radius R of the virtual circle VC,
The radially inner surface of the permanent magnet corresponds to the
The contact surface corresponds to the
The front end surface corresponds to the outer
The protruding portion corresponds to the locking
The contact portion corresponds to the radial
The present invention is not limited only to the configuration of the above-described embodiment, and many embodiments can be obtained.
例えば、16極24スロットの回転電機1としたが、これに限定せず、極数、及びスロット数は、回転電機の大きさや所望される軸トルクに応じた適宜の数としてもよい。
また、コア基部321と係止部322とで構成された磁石装着部に嵌合装着される永久磁石31としたが、これに限定せず、電磁鋼板製の薄板材を積層する際、薄板材同士の位置ズレを考慮して、磁石装着部に対して僅かに小さい外形形状の永久磁石としてもよい。
For example, the rotary electric machine 1 has 16 poles and 24 slots. However, the present invention is not limited to this, and the number of poles and the number of slots may be appropriate numbers according to the size of the rotary electric machine and a desired shaft torque.
Moreover, although it was set as the
本発明は、各種装置や自動車における駆動用モータ、電力を出力する発電機、あるいはモータ兼発電機として用いられる回転電機に適用することができ、より好ましくは高出力が所望される回転電機に適用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to a drive motor in various apparatuses and automobiles, a generator that outputs electric power, or a rotating electric machine used as a motor / generator, and more preferably to a rotating electric machine in which high output is desired. can do.
1…回転電機
2…回転軸
3…ロータ
4…ステータ
31…永久磁石
31b…磁石平面
31c…磁石円弧面
32…ロータコア
321a…平面部分
322…係止部
322a…外周面
324…径方向規制部分
R…半径
r…半径
VC…仮想円
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotary
Claims (2)
前記ロータが、
前記ステータに対向する対向面を有する複数の永久磁石と、
前記ロータの周方向に沿って配設された前記複数の永久磁石を保持するロータコアとで構成され、
前記永久磁石の前記対向面が、
前記ロータの径方向に沿った断面において、前記ロータの外周面に沿った仮想円の半径よりも小さい半径の断面円弧状に形成され、
前記ロータコアが、
前記仮想円上に前記対向面の頂部を略一致させて配設した前記永久磁石における径方向内側の面に当接する当接面と、
前記周方向で隣接する前記当接面の間から前記径方向の外側へ向けて突出するともに、その先端面が前記ロータコアの外周面をなす複数の突出部とを備えた
回転電機。 A radial gap type rotating electrical machine that is provided integrally with a rotating shaft and includes a rotor having a substantially circular outer peripheral shape when viewed from the axial direction of the rotating shaft, and a stator that is supported so as not to rotate. Because
The rotor is
A plurality of permanent magnets having opposing surfaces facing the stator;
A rotor core that holds the plurality of permanent magnets disposed along the circumferential direction of the rotor;
The facing surface of the permanent magnet is
In the cross section along the radial direction of the rotor, it is formed in a cross-section arc shape with a radius smaller than the radius of the virtual circle along the outer peripheral surface of the rotor,
The rotor core is
An abutting surface that abuts on a radially inner surface of the permanent magnet disposed on the imaginary circle with the tops of the opposing surfaces substantially coincided with each other;
A rotating electrical machine including a plurality of projecting portions that project outwardly in the radial direction from between the contact surfaces adjacent to each other in the circumferential direction and whose tip surfaces form the outer circumferential surface of the rotor core.
前記径方向の外側端部から前記周方向へ向けて延設されるとともに、前記周方向における前記対向面の端部近傍と、前記径方向で当接する当接部を備えた
請求項1に記載の回転電機。 The protrusion of the rotor core is
2. The apparatus according to claim 1, further comprising an abutting portion that extends from the outer end portion in the radial direction toward the circumferential direction, and abuts near the end portion of the facing surface in the circumferential direction and in the radial direction. Rotating electric machine.
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