JP2019115205A

JP2019115205A - 回転電機のロータ

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Publication number: JP2019115205A
Application number: JP2017248058A
Authority: JP
Inventors: 芳永久保田; Yoshinaga Kubota; 友貴壱岐; Tomotaka Iki
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2017-12-25
Filing date: 2017-12-25
Publication date: 2019-07-11
Anticipated expiration: 2037-12-25
Also published as: CN109995160A; JP6573654B2; CN109995160B

Abstract

【課題】トルクリプルを低減可能な設計自由度の高い回転電機のロータを提供する。【解決手段】回転電機のロータは、軸方向に積層された第１ロータコア１１Ａと第２ロータコア１１Ｂとを有するロータコア１１と、周方向に所定の間隔で該ロータコア１１に設けられた複数の磁極部５０とを備える。第１ロータコア１１Ａの外周面１１ａには、ロータコア１１の中心Ｏｒと磁極部５０の中心Ｏｍを結ぶ中心線Ｃ１に対し周方向で対称となる位置に、軸方向に延びる少なくとも１組の溝部２１，２２が設けられている。また、第２ロータコア１１Ｂの外周面１１ｂには、中心線Ｃ２に対し周方向で対称となる位置に、軸方向に延びる少なくとも１組の溝部２３，２４が設けられている。第１ロータコアの中心線Ｃ１と第２ロータコアの中心線Ｃ２とは、周方向で一致する。第１ロータコア１１Ａの２組の溝部２１，２２と、第２ロータコアの２組の溝部２３，２４とは、周方向で異なる位置に配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機のロータに関する。

車両駆動用の回転電機には、広くＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）同期電動機が採用され、近年の制御技術の向上により、滑らかな走りが実現されている。しかし、回転電機の構造上、トルクリプル(トルクの脈動)の発生は避けられず、それが低速運転時の脈動や、高速運転時の騒音及び振動の要因の一つとなっている。

特許文献１に記載の回転電機では、ロータコアの外周面に軸方向に延びる複数の溝を設けている。すなわち、ロータコアの表面の磁石両脇部に磁極部の一極おきに溝を設けることで、溝あり極が発生するトルクリプル波形と溝なし極が発生するトルクリプル波形とを互いに逆位相に近づけることでトルクリプルを抑えている。

特開２０１６−２２０３８２号公報

一般に回転電機は、高負荷側のトルクリプルが小さくなるようにロータを設計すると、低負荷側のトルクリプルは増加する。逆に、低負荷側のトルクリプルが小さくなるようにロータを設計すると、高負荷側のトルクリプルは増加してしまう。また、トルクリプルは、回転電機のコイルを流れる電流の振幅や位相によっても大きく変化する。このため、トルクリプルの小さな回転電機を設計する上で、ロータの設計には自由度が求められる。

本発明の目的は、トルクリプルを低減可能な設計自由度の高い回転電機のロータを提供することである。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
ロータコア（例えば、後述の実施形態でのロータコア１１）と、
周方向に所定の間隔で該ロータコアに設けられた複数の磁極部（例えば、後述の実施形態での磁極部５０）と、を備え、
前記ロータコアの外周面には、前記ロータコアの中心と前記磁極部の中心とを結ぶ中心線（例えば、後述の実施形態での中心線Ｃ，Ｃ１，Ｃ２）に対し周方向で対称となる位置に、軸方向に延びる１組の溝部（例えば、後述の実施形態での１組の溝部２１，２２，２３，２４）が少なくとも１つ設けられた、回転電機のロータ（例えば、後述の実施形態でのロータ１０）であって、
前記ロータコアは、軸方向に積層された第１ロータコア（例えば、後述の実施形態での第１ロータコア１１Ａ）と第２ロータコア（例えば、後述の実施形態での第２ロータコア１１Ｂ）とを有し、
前記第１ロータコアの前記中心線と前記第２ロータコアの前記中心線とは、前記周方向で一致し、
前記第１ロータコアの前記１組の溝部と、前記第２ロータコアの前記１組の溝部とは、前記周方向で異なる位置に配置された、回転電機のロータである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記第１ロータコアと前記第２ロータコアとは、軸方向長さが異なる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、
前記第１ロータコアは、前記溝部を２組有し、
前記第２ロータコアは、前記溝部を２組有し、
前記第１ロータコアの前記２組の溝部と、前記第２ロータコアの前記２組の溝部とは、前記周方向で異なる位置に配置されている。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の発明において、
前記第１ロータコア及び前記第２ロータコアは、板状の鋼板を複数積層することで構成されている。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の発明において、
前記磁極部は、前記ロータコアの磁石挿入孔（例えば、後述の実施形態での磁石挿入孔１３）に配置された永久磁石（例えば、後述の実施形態での永久磁石１２）によって構成されている。

請求項１の発明によれば、ロータコアが、軸方向に積層した２つのロータコア（第１ロータコア及び第２ロータコア）から構成され、各ロータコアの外周面には、中心線に対し周方向で対称となる位置に軸方向に延びる１組の溝部が少なくとも１つ設けられている。また、第１ロータコアの１組の溝部と、第２ロータコアの１組の溝部とは、周方向で異なる位置に配置されている。当該溝部の配置がロータコア毎に異なるために、第１ロータコアに対応するトルクリプルと第２ロータコアに対応するトルクリプルが逆位相の関係となって互いに打ち消し合うように各溝部を配置すれば、ロータ全体としてのトルクリプルを低減できる。また、各ロータコアの溝部の配置が各ロータコアに対応するトルクリプルに影響するため、トルクリプルを低減するためのロータの設計変更を容易に行うことができる。このように、トルクリプルを低減可能な設計自由度の高いロータを実現できる。

請求項２の発明によれば、第１ロータコアの軸方向長さと第２ロータコアの軸方向長さが異なれば、各ロータコアに対応するトルクリプルの振幅が変化するため、２つのロータコアの軸方向長さの比率を調整すれば、ロータ全体としてのトルクリプルをさらに低減できる。

請求項３の発明によれば、配置の変更によって各ロータに対応するトルクリプルが変化する溝部の組数が２つあれば、各ロータに対応するトルクリプルを多様に変更できるため、ロータ全体としてのトルクリプルを低減するためのロータの設計自由度を上げることができる。

請求項４の発明によれば、２つのロータコアの軸方向長さの比率を容易に調整できる。

請求項５の発明によれば、各ロータコアの溝部の配置を変更すれば、各ロータコアに対応するトルクリプルの位相が変わるため、永久磁石をスキューすることなくトルクリプルを低減できる。

本発明に係る一実施形態の回転電機のロータの正面図である。図１に示す回転電機のロータの１つの磁極部を抜き出して示す斜視図である。図２の磁極部の外周面を示す図である。図１に示す回転電機に発生するトルクリプルの一例を示す図である。軸方向長さが異なる２つのロータコアから構成されたロータコアの１つの磁極部の外周面を示す図である。図１に示す回転電機に発生するトルクリプルの他の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

図１は、本発明に係る一実施形態の回転電機のロータの正面図である。図２は、図１に示す回転電機のロータの１つの磁極部を抜き出して示す斜視図である。回転電機は、円環状に配置されたステータ（図示せず）の内周側に、ロータ１０が回転自在に設けられ、ステータに巻回されたコイルに通電することによりロータ１０が回転するように構成される。

図１に示すように、ロータ１０は、ロータコア１１と、ロータコア１１に保持された永久磁石１２とから構成される。ロータコア１１の外周面近傍には、軸方向に貫通する磁石挿入孔１３が周方向に所定のパターンで設けられており、各磁石挿入孔１３に永久磁石１２が配置されることにより、ロータ１０の周方向には複数の磁極部５０が等間隔に形成されている。より具体的に説明すると、１つの磁極部５０を構成する３つ磁石挿入孔１３には、磁化方向が同じ永久磁石１２が配置される。周方向で隣り合う磁極部５０には、この永久磁石１２と磁化方向が異なる永久磁石１２が配置されることで、周方向で交互に磁極が反転するようになっている。磁石挿入孔１３には、永久磁石１２間の磁束の短絡を防止するためのフラックスバリアとなる空隙１４が形成され、その空隙１４に樹脂材を充填することで、永久磁石１２がロータコア１１に固定される。

図２に示すように、ロータコア１１は、軸方向に積層された第１ロータコア１１Ａと第２ロータコア１１Ｂとを有する。第１ロータコア１１Ａ及び第２ロータコア１１Ｂは、略同一形状の円環状に打ち抜き形成された電磁鋼板を多数積層してそれぞれ形成される。なお、第１ロータコア１１Ａと第２ロータコア１１Ｂとでは、後述する溝部の配置以外共通している。したがって、図１に示したロータコア１１の中心０ｒと磁極部５０の中心Ｏｍとを結ぶ中心線Ｃは、第１ロータコア１１Ａの中心線Ｃ１及び第２ロータコア１１Ｂの中心線Ｃ２と周方向で一致する。

図３は、図２の磁極部５０の外周面を示す図である。なお、図３に示す一点鎖線は、第１ロータコア１１Ａの中心線Ｃ１と第２ロータコア１１Ｂの中心線Ｃ２をロータコア１１の外周面上で結ぶ線である。図２及び図３に示すように、第１ロータコア１１Ａ及び第２ロータコア１１Ｂの各外周面１１ａ，１１ｂには、各磁極部５０の近傍に、軸方向（矢印Ａ方向）に延びる２組の溝部が設けられている。第１ロータコア１１Ａの外周面１１ａに設けられた各組の溝部２１，２２は、周方向（矢印Ｂ方向）で異なる位置に配置され、第２ロータコア１１Ｂの外周面１１ｂに設けられた各組の溝部２３，２４も、周方向（矢印Ｂ方向）で異なる位置に配置されている。

外周面１１ａに設けられた２組の溝部を構成する１組の溝部２１は、第１ロータコア１１Ａの中心線Ｃ１に対し周方向（矢印Ｂ方向）で対称となる位置に、軸方向（矢印Ａ方向）に伸びる２つの溝部２１ｒ，２１ｌから構成される。また、もう一方の１組の溝部２２は、先の１組の溝部２１よりも中心線Ｃ１から周方向に離れ、中心線Ｃ１に対し周方向（矢印Ｂ方向）で対称となる位置に、軸方向（矢印Ａ方向）に伸びる２つの溝部２２ｒ，２２ｌから構成される。

同様に、外周面１１ｂに設けられた２組の溝部を構成する１組の溝部２３は、第２ロータコア１１Ｂの中心線Ｃ２に対し周方向（矢印Ｂ方向）で対称となる位置に、軸方向（矢印Ａ方向）に伸びる２つの溝部２３ｒ，２３ｌから構成される。また、もう一方の１組の溝部２４は、先の１組の溝部２３よりも中心線Ｃ２から周方向に離れ、第２ロータコア１１Ｂの中心線Ｃ２に対し周方向（矢印Ｂ方向）で対称となる位置に、軸方向（矢印Ａ方向）に伸びる２つの溝部２４ｒ，２４ｌから構成される。

なお、１つの磁極部５０近傍に設けられた各溝部の深さは、全て同一である必要はない。また、各溝部の周方向の幅も、全て同じである必要はない。

以上説明したように、本実施形態では、ロータコア１１が、軸方向に積層した２つのロータコア１１Ａ，１１Ｂから構成され、各ロータコアの外周面１１ａ，１１ｂには、各磁極部５０の近傍に、中心線Ｃ１，Ｃ２に対し周方向で対称となる位置に軸方向に延びる１組の溝部が２つ設けられている。また、各ロータコア１１Ａ，１１Ｂにおける各組の溝部の配置は周方向で異なり、図４に示すように、第１ロータコア１１Ａに対応するトルクリプルＴＲ１と第２ロータコア１１Ｂに対応するトルクリプルＴＲ２が逆位相の関係となって互いに打ち消し合うように各溝部が配置されているため、ロータ１０全体としてのトルクリプルＴＲ０の振幅が減少する。

また、トルクリプルを低減する方法には、永久磁石１２をスキューするといった手法があるが、この手法は平均トルクが低下するといった欠点がある。しかし、本実施形態のように、各ロータコア１１Ａ，１１Ｂの溝部の配置を変更すれば、各ロータコアに対応するトルクリプルの位相が変わるため、ロータ１０全体としての平均トルクを下げることなく、トルクリプルを低減できる。すなわち、トルクリプルを低減するためのロータの設計変更を容易に行うことができる。このように、トルクリプルを低減可能な設計自由度の高いロータ１０を実現できる。

なお、図２及び図３に示した例では、第１ロータコア１１Ａ及び第２ロータコア１１Ｂの軸方向（矢印Ａ方向）長さが略同じである。すなわち、第１ロータコア１１Ａ及び第２ロータコア１１Ｂは共に、同数の電磁鋼板を積層して形成されている。しかし、図５に示すように、第１ロータコア１１Ａ及び第２ロータコア１１Ｂの各軸方向長さが異なっても良い。例えば、第１ロータコア１１Ａの軸方向長さＬ１と第２ロータコア１１Ｂの軸方向長さＬ２との比が、「Ｌ１：Ｌ２＝４：６」の関係であっても良い。

各ロータコア１１Ａ，１１Ｂの軸方向長さＬ１，Ｌ２が異なると、各ロータコア１１Ａ，１１Ｂに対応するトルクリプルの振幅が変化する。このため、各ロータコア１１Ａ，１１Ｂに対応するトルクリプルの振幅が略同じとなるように軸方向長さＬ１，Ｌ２の比率を調整すれば、図６に示すように、各ロータコア１１Ａ，１１Ｂに対応するトルクリプルＴＲ１，ＴＲ２が互いに打ち消し合って、ロータ１０全体としてのトルクリプルＴＲ０をさらに低減できる。なお、各ロータコア１１Ａ，１１Ｂの軸方向長さＬ１，Ｌ２は、各ロータコア１１Ａ，１１Ｂにおける電磁鋼板の積層比率を変えることによって容易に変更可能である。また、本実施形態では、ロータコア１１が２つのロータコア１１Ａ，１１Ｂから構成されるため、トルクリプルを低減するためのロータコア１１の設計を容易に行うことができる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上記実施形態では、ロータコア１１の複数の磁極部５０の各々に対応して、各ロータコア１１Ａ，１１Ｂに２組の溝部を設けたが、溝部の組数は２つに限らず、１つ又は３つ以上であっても良い。また、上記実施形態では、ロータコア１１は、２つのロータコア１１Ａ，１１Ｂを軸方向に積層して構成されているが、３つ以上のロータコアを軸方向に積層して構成されても良い。

１０ロータ
１１ロータコア
１１Ａ第１ロータコア
１１Ｂ第２ロータコア
１１ａ外周面
１１ｂ外周面
１２永久磁石
１３磁石挿入孔
１４空隙
２１，２２，２３，２４１組の溝部
２１ｒ，２１ｌ，２２ｒ，２２ｌ，２３ｒ，２３ｌ，２４ｒ，２４ｌ溝部
５０磁極部

Claims

ロータコアと、
周方向に所定の間隔で該ロータコアに設けられた複数の磁極部と、を備え、
前記ロータコアの外周面には、前記ロータコアの中心と前記磁極部の中心とを結ぶ中心線に対し周方向で対称となる位置に、軸方向に延びる１組の溝部が少なくとも１つ設けられた、回転電機のロータであって、
前記ロータコアは、軸方向に積層された第１ロータコアと第２ロータコアとを有し、
前記第１ロータコアの前記中心線と前記第２ロータコアの前記中心線とは、前記周方向で一致し、
前記第１ロータコアの前記１組の溝部と、前記第２ロータコアの前記１組の溝部とは、前記周方向で異なる位置に配置された、回転電機のロータ。
請求項１に記載の回転電機のロータであって、
前記第１ロータコアと前記第２ロータコアとは、軸方向長さが異なる、回転電機のロータ。
請求項１又は２に記載の回転電機のロータであって、
前記第１ロータコアは、前記溝部を２組有し、
前記第２ロータコアは、前記溝部を２組有し、
前記第１ロータコアの前記２組の溝部と、前記第２ロータコアの前記２組の溝部とは、前記周方向で異なる位置に配置された、回転電機のロータ。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機のロータであって、
前記第１ロータコア及び前記第２ロータコアは、板状の鋼板を複数積層することで構成された、回転電機のロータ。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機のロータであって、
前記磁極部は、前記ロータコアの磁石挿入孔に配置された永久磁石によって構成された、回転電機のロータ。