JP2021097457A - Rotator of rotary electric machine and rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は回転電機の回転子に関する。 The present invention relates to a rotor of a rotary electric machine.
自動車用の回転電機には、小型で高出力を得るために永久磁石式回転電機が用いられる。特に、磁石の磁束によって発生する磁石トルクと、電機子磁束とコアの突極性によって発生するリラクタンストルクの両方を利用できる埋め込み磁石式回転電機が主に使用される。 Permanent magnet type rotary electric machines are used for rotary electric machines for automobiles in order to obtain a small size and high output. In particular, an embedded magnet type rotary electric machine that can utilize both the magnet torque generated by the magnetic flux of the magnet and the reluctance torque generated by the magnetic flux of the armature and the salient pole of the core is mainly used.
本技術分野の背景技術として、以下の先行技術がある。特許文献1(国際公開2019/64801号)には、 磁石トルクとリラクタンストルクとの合計の最終的なトルクを向上させることができる永久磁石式回転電機を提供する。永久磁石式回転電機が備えるロータは、ロータコアと、ロータコア内に埋設される複数の磁石と、複数の磁石のうち1極の磁極を構成する磁石とギャップとの間の領域であるコア領域に設けられ、コア領域の透磁率よりも透磁率の低い領域であって、ロータの外周に近い端部は、1極の磁極の磁極中心よりもコイルに通電することによってロータにかかる周方向の力の方向と同方向側のコア領域に設けられ、ロータの回転軸中心に近い端部は、磁極中心上または磁極中心よりも力の方向と逆方向側のコア領域に設けられる磁気スリットと、を有している永久磁石式回転電機が記載されている(要約参照)。 The following prior arts are the background technologies in this technical field. Patent Document 1 (International Publication No. 2019/64801) provides a permanent magnet type rotary electric machine capable of improving the final torque of the sum of the magnet torque and the reluctance torque. The rotor provided in the permanent magnet type rotary electric machine is provided in a core region which is a region between a rotor core, a plurality of magnets embedded in the rotor core, and a magnet forming a magnetic pole of one pole among the plurality of magnets and a gap. The magnetic permeability is lower than the magnetic permeability of the core region, and the end near the outer circumference of the rotor is the force in the circumferential direction applied to the rotor by energizing the coil rather than the magnetic pole center of the one pole. The end portion provided in the core region on the same direction as the direction and close to the center of the rotation axis of the rotor has a magnetic slit provided on the center of the magnetic pole or in the core region on the side opposite to the direction of the force from the center of the magnetic pole. The permanent magnet type rotating electric machine that is used is described (see summary).
前述した埋め込み磁石式回転電機では、磁石に対して回転子表面側及び回転方向側のコアにおいてより大きな磁気飽和が発生して、磁石磁束が反回転方向へ傾いて、トルクが低下することがある。特に、磁気飽和が顕著に生じる大電流時にトルクが低下し、仕様上の最大トルクが得られない問題がある。 In the above-mentioned embedded magnet type rotary electric machine, larger magnetic saturation may occur in the core on the rotor surface side and the rotation direction side with respect to the magnet, and the magnet magnetic flux may be tilted in the counter-rotation direction to reduce the torque. .. In particular, there is a problem that the torque decreases at the time of a large current in which magnetic saturation occurs remarkably, and the maximum torque in the specifications cannot be obtained.
本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、石収納部が設けられた回転子コアと、前記磁石収納部に収納される永久磁石とを備える回転電機の回転子であって、前記永久磁石は、回転側磁石と反回転側磁石とがV字形に組み合わされて一極を形成しており、前記回転側磁石と前記反回転側磁石の間の領域を、反回転側磁石の主磁束面と対向する第1領域と、前記回転側磁石の主磁束面と対向する第2領域とに区分し、前記回転子コアを軸方向に貫通する貫通孔が前記第2領域に形成されており、前記貫通孔は、前記回転側磁石の主磁束面の中央の法線と交差する位置から前記V字配置された前記回転側磁石と前記反回転側磁石の間で、当該磁石が近接する位置まで形成されることを特徴とする。 A typical example of the invention disclosed in the present application is as follows. That is, it is a rotor of a rotating electric machine including a rotor core provided with a stone storage portion and a permanent magnet housed in the magnet storage portion, and the permanent magnets are a rotating side magnet and a counter-rotating side magnet. Are combined in a V shape to form one pole, and the region between the rotating side magnet and the counter-rotating side magnet is a first region facing the main magnetic flux surface of the counter-rotating side magnet and the rotating side. It is divided into a second region facing the main magnetic flux surface of the magnet, and a through hole that penetrates the rotor core in the axial direction is formed in the second region, and the through hole is the main of the rotating magnet. It is characterized in that the magnet is formed from a position intersecting the central normal line of the magnetic flux surface to a position close to the rotating magnet and the counter-rotating magnet arranged in a V shape.
本発明の一態様によれば、回転電機のトルクを向上できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明によって明らかにされる。 According to one aspect of the present invention, the torque of the rotary electric machine can be improved. Issues, configurations and effects other than those mentioned above will be clarified by the description of the following examples.
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。 Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings.
(回転電機の全体構成)
本実施例に係る回転電機は、自動車の走行への使用が好適な回転電機である。ここで、回転電機を使用するいわゆる電気自動車には、エンジンと回転電機の両方を備えるハイブリッドタイプの電気自動車(HEV)と、エンジンを用いないで回転電機のみで走行する純粋な電気自動車(EV)とがあるが、以下に説明する回転電機は両方のタイプに利用できる。
(Overall configuration of rotary electric machine)
The rotary electric machine according to the present embodiment is a rotary electric machine suitable for use in running an automobile. Here, the so-called electric vehicles that use a rotating electric vehicle include a hybrid type electric vehicle (HEV) that has both an engine and a rotating electric vehicle, and a pure electric vehicle (EV) that runs only on the rotating electric vehicle without using an engine. However, the rotary electric machines described below can be used for both types.
図1は、本発明の実施例に係る回転電機100の全体構成を示す模式図であり、回転電機100の一部分を断面として、回転電機100の内部を示している。回転電機100は、ケース10の内部に配設され、ハウジング112と、ハウジング112に固定される固定子コア132を有する固定子130と、固定子130内に回転自在に配設される回転子150とを有する。ケース10は、エンジンのケースや変速機のケースによって構成されてもよい。
FIG. 1 is a schematic view showing the overall configuration of the rotary
この回転電機100は、永久磁石内蔵型の三相同期モータである。
The rotary
本実施例の回転電機100は、固定子コア132に巻回される固定子コイル138に三相交流電流が供給されることで、回転子150を回転させる電動機として作動する。また、回転電機100は、エンジンによって駆動されると、発電機として作動して三相交流の発電電力を出力する。つまり、回転電機100は、電気エネルギーに基づいて回転トルクを発生する電動機としての機能と、機械エネルギーに基づいて発電する発電機としての機能の両方を有しており、自動車の走行状態によって前述した機能を選択的に利用できる。
The rotary
固定子130はハウジング112に固定されている。固定子130は、ハウジング112の軸方向一端に設けられたフランジ115がボルト12によりケース10に締結されることによって、ケース10内に固定され、保持されている。ハウジング112は、厚さ2〜5mm程度の鋼板(高張力鋼板など)を絞り加工によって円筒形状に形成されている。フランジ115は、絞り加工によってハウジング112と一体に形成される。なお、ハウジング112を設けずに、固定子130をケース10に直接固定してもよい。回転軸118に固定された回転子150は、ケース10の軸受け14A、14Bにより支承され、固定子コア132の内側において回転可能に保持される。
The
図2は、本実施例の固定子130及び回転子150を示す軸方向断面図である。
FIG. 2 is an axial sectional view showing the
固定子130は、ハウジング112の内周側に固定される。固定子130の内側には、固定子130と回転子150が接触しない距離のギャップを介して、回転子150が軸支される。
The
固定子130は、円筒状の固定子コア132と、固定子コア132に装着される固定子コイル138とを有している。固定子コア132は、例えば、厚さが0.05〜1.0mm程度の打ち抜き加工又はエッチング加工によって成形された複数の電磁鋼板を積層して形成される。積層された電磁鋼板は溶接、カシメ、積層接着などによって接続されて、固定され、ハウジング112に取り付けた際の締め付け力に起因する電磁鋼板の変形が抑制される。
The
固定子コア132には、軸方向に延在する複数のスロット420が周方向に等間隔となるように形成されている。スロット420の数は、例えば本実施の形態では72個である。スロット420には、固定子コイル138が収容される。スロット420は開スロットであり、固定子コア132の内周側には開口が形成されている。この開口の周方向の幅は、固定子コイル138が装着される各スロット420のコイル装着部とほぼ同等又はコイル装着部よりも若干小さいとよい。
The
なお、各スロット420内には、絶縁紙(いわゆるスロットライナー)が配置されている。絶縁紙は、例えば耐熱ポリアミド紙の絶縁シートであり、厚さは0.1〜0.5mm程である。絶縁紙は、スロット420やコイルエンドに配設される。絶縁紙をスロット420に配設することによって、スロット420に挿通される固定子コイル138の相互間、及び固定子コイル138とスロット420の内面との間に配設されて、固定子コイル138間や固定子コイル138とスロット420の内面との間の絶縁耐圧を向上している。
Insulating paper (so-called slot liner) is arranged in each
スロット420の間にはティース430が形成されており、各ティース430は環状のコアバック440と一体に成形されている。固定子コア132は、各ティース430とコアバック440とが一体に成形された一体型コアとされている。ティース430は、固定子コイル138によって発生した回転磁界を回転子150に導き、回転子150に回転トルクを発生させる。
<実施例1>
図3は、本発明の実施例1の回転子150の1極分を示す軸方向断面図である。
<Example 1>
FIG. 3 is an axial sectional view showing one pole of the
回転子150は、成形された複数の電磁鋼板を積層して溶接によって固定される回転子コア(ロータコア)152と、回転子コア152に形成された磁石収納部153に保持されている永久磁石154とを有している。
The
回転子コア152には、複数の磁石収納部153が設けられる。磁石収納部153は、1極内に二つが磁極中心軸(d軸)に対して所定の角度でV字形に配置され、各々に一つの永久磁石154が収納され、接着剤などで固定されている。永久磁石154は、回転子150の回転方向に位置する回転側永久磁石154Aと、回転子150の反回転方向に位置する反回転側永久磁石154BとがV字形に組み合わされて一極を形成している。磁石収納部153の内周の両側には磁石止め部が設けられ,磁石止め部の凸部によって磁石収納部153内の永久磁石154の位置が定まる。磁石収納部153の周方向の幅は、永久磁石154の周方向の幅より大きく形成されており、永久磁石154の両側には磁気的空隙が設けられている。この磁気的空隙は接着剤を埋め込んでもよいし、樹脂で永久磁石154と一体に固めてもよい。磁石収納部153の外周側には、細く形成されるアウターブリッジが設けられている。アウターブリッジが細く形成されることによって、当該部分の磁気抵抗を大きくして、永久磁石154から生じる磁束の隣接する磁極への漏れを抑制している。永久磁石154は、回転子150の界磁極を形成する。永久磁石154には、ネオジウム系、サマリウム系の焼結磁石やフェライト磁石、ネオジウム系のボンド磁石などを用いることができ、残留磁束密度Br=0.2T以上であることが望ましい。
The
1極を構成する二つの磁石収納部153の間の回転子コア152には、回転子コア152を軸方向に貫通する貫通孔155が設けられる。貫通孔155は、回転側永久磁石154Aの主磁束面1541と対向する第2領域158において、回転側永久磁石154Aの主磁束面1541の法線のうち中央軸1542と回転子コア152内で交差する位置から、当該二つの磁石収納部153の間のインナーブリッジ156の位置(例えば、永久磁石154の最近接位置より内周側に)まで形成される。貫通孔155は、回転子コア152より透磁率が低く、磁気的に絶縁する磁気抵抗として機能する。貫通孔155は、二つの磁石収納部153の間で径方向に延伸する垂直部155Aと、回転側永久磁石154Aの主磁束面1541の中央軸1542と交差する位置へ延伸する斜め部155Bとで形成される。貫通孔155の幅は、永久磁石154の強さ、永久磁石154の配置、固定子コイル138に流れる電流、回転電機100の仕様(トルク、回転数など)によって決めるとよい。例えば、貫通孔155の幅は、垂直部155Aにおいて0.5mm程度、斜め部155Bにおいて0.5mmから3.5mm程度が望ましい。貫通孔155の幅が広いと当該部分の回転子コア152の磁気抵抗が大きくなり、磁石磁束の方向を容易に制御できるようになる。
The
三相交流電流が固定子コイル138に供給されることによって、固定子130に発生した回転磁界が永久磁石154に作用して、磁石トルクが発生する。回転子150には、この磁石トルクに加えて、上述のリラクタンストルクが発生するので、回転子150には上述の磁石トルクとリラクタンストルクとの両方のトルクが回転トルクとして作用し、大きな回転トルクを得ることができる。
When the three-phase AC current is supplied to the
図4、図5、図6を参照して、本発明の効果を説明する。本実施例では、図4に示すように、V字に配置された磁石の間まで貫通孔155を形成することによって、回転側永久磁石154Aが発生する磁束1543を反回転側の第1領域157に流れないようにしている。また、貫通孔155は、q軸電流磁束1545を第1領域157内に留め、第2領域158に流れない位置に形成されている。このため、q軸電流磁束1545は、反回転側磁石のアウターブリッジ近傍より流入し、貫通孔近傍より流出する経路を通る。そして、反回転側永久磁石154Bが発生する磁束1544とq軸電流磁束1545との合成によって第1領域157で磁気飽和が発生し、回転側永久磁石154Aが発生する磁束1543によって第2領域158で磁気飽和が発生する。
The effects of the present invention will be described with reference to FIGS. 4, 5, and 6. In this embodiment, as shown in FIG. 4, the
一般的に、埋め込み磁石式回転電機では、固定子コイル138に通電する際に、回転側永久磁石154Aの外径側のコアにおいて磁気飽和が発生する。これにより、図5に示すように、コイル通電時に回転側永久磁石154Aが発生する磁束1546が、反回転側(反回転側永久磁石154Bの主磁束面に対向する第1領域157)へ流れる。このような磁気飽和を抑制するため、本実施例では、図6に示すように、V字形に配置された永久磁石154の間のインナーブリッジ156に貫通孔155(垂直部155A)を設け、回転側永久磁石154Aの磁束1543が反回転側の第1領域157漏れる経路を遮断して、反回転側への磁束1546の流れを抑制する。
Generally, in an embedded magnet type rotary electric machine, magnetic saturation occurs in the core on the outer diameter side of the
このため、回転側永久磁石154A及び反回転側永久磁石154Bが発生する磁束を阻害することなく、かつ回転側永久磁石154Aが発生する磁束1543が反回転側へ漏れる経路を完全に遮断できる。このため、固定子コイル138に通電した場合に回転側と反回転側とに発生する磁気飽和の偏りによる磁石磁束の傾きを低減できる。よって、磁気飽和による影響を低減し、磁石磁束の利用率を向上できる。そして、回転を抑制する方向の磁束が低減され、トルクを向上できる。
Therefore, the path through which the
また、狭く形成されたインナーブリッジ156の幅は貫通孔155によってさらに狭くなるので、短絡磁束の発生を抑制できる。
Further, since the width of the narrowly formed
<実施例2>
図7は、本発明の実施例2の固定子コア132の1極分を示す軸方向断面図である。
<Example 2>
FIG. 7 is an axial sectional view showing one pole of the
実施例2では実施例1と異なり、貫通孔155の内周側端部が磁石収納部153の最近接位置より内周側に位置する。貫通孔155の内周側端部は、永久磁石154の内周側端部位置よりより内周側に位置してもよい。より望ましくは、貫通孔155の内周側端部は、磁石収納部153の内周側端部と同位置又は内周側に位置するとよい。他の構成は、前述した実施例1と同一なので、それらの説明は省略する。
In the second embodiment, unlike the first embodiment, the inner peripheral side end portion of the through
実施例2では、貫通孔155をインナーブリッジ156を通り磁石収納部153より内周側まで延伸することによって、インナーブリッジ156を通る短絡磁束を抑制でき、磁石が発生する磁束の利用率をより向上して、より大きなトルクが得られる。
In the second embodiment, by extending the through
また、実施例2では、回転子コア152の外周側が貫通孔155によって磁気的に分割されており、貫通孔155によってインナーブリッジ156の幅が狭くなっているので、回転側永久磁石154Aの磁束1543の反回転側の第1領域157への漏れを抑制できる。
Further, in the second embodiment, the outer peripheral side of the
以上に説明したように、本実施例の回転電機100の回転子150では、回転子コア152を軸方向に貫通する貫通孔155が回転側永久磁石154Aと対向する第2領域158に形成されており、貫通孔155は、回転側永久磁石154Aの主磁束面1541の中央の法線と交差する位置からV字配置された永久磁石154A、154Bの間で、永久磁石154A、154Bが近接する位置まで形成されるので、回転側永久磁石154Aが発生する磁束のうち、永久磁石154A、154Bと貫通孔155の間を通り、反回転側の第1領域157へ漏れる磁束を抑制できる。このため、トルクの低下を抑制できる。
As described above, in the
また、貫通孔155は、反回転側永久磁石154Bより回転側永久磁石154Aに近い位置であって、回転側永久磁石154Aの主磁束面1541の中央の法線(中央軸)1542と回転子コア152内で交差する位置から、インナーブリッジ156まで形成される。第1領域157において、反回転側永久磁石154Bが発生する磁束とq軸電流磁束1545との合成により、貫通孔155近傍にて磁気飽和が発生する。第2領域158において、回転側永久磁石154Aが発生する磁束の経路が貫通孔155によって回転側へ補正され、回転側永久磁石154Aが発生する磁束がギャップ近傍の断面積が小さい第2領域158の外周部に密集するため、磁気飽和が発生する。このため、第1領域157と第2領域158との透磁率の差が小さくなるため、磁石が発生する磁束が反回転側へ傾く現象が抑制される。このため、トルクの低下を抑制できる。
Further, the through
また、貫通孔155は、反回転側永久磁石154Bより回転側永久磁石154Aに近い位置であって、回転側永久磁石154Aの主磁束面1541の中央の法線(中央軸)1542と回転子コア152内で交差する位置から、インナーブリッジ156を通り、一極を構成する磁石収納部153の最近接位置より内周側まで形成されるので、インナーブリッジ156を通る短絡磁束を抑制し、磁石磁束の利用率を向上でき、トルクの低下を抑制できる。
Further, the through
なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described examples, but includes various modifications and equivalent configurations within the scope of the appended claims. For example, the above-described examples have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and the present invention is not necessarily limited to those having all the described configurations. Further, a part of the configuration of one embodiment may be replaced with the configuration of another embodiment. Further, the configuration of another embodiment may be added to the configuration of one embodiment. In addition, other configurations may be added / deleted / replaced with respect to a part of the configurations of each embodiment.
10 ケース、12 ボルト、14A、14B 軸受け、100 回転電機、112 ハウジング、115 フランジ、118 回転軸、130 固定子、132 固定子コア、138 固定子コイル、150 回転子、152 回転子コア、153 磁石収納部、154 永久磁石、154A 回転側永久磁石、154B 反回転側永久磁石、155 貫通孔、155A 貫通孔の垂直部、155B 貫通孔の斜め部、156 インナーブリッジ、157 第1領域、158 第2領域、420 スロット、430 ティース、440 コアバック、1541 主磁束面、1542 中央軸、1543 回転側永久磁石154Aが発生する磁束、1544 反回転側永久磁石154Bが発生する磁束、1545 q軸電流磁束
10 cases, 12 bolts, 14A, 14B bearings, 100 rotors, 112 housings, 115 flanges, 118 rotors, 130 stators, 132 stator cores, 138 stator coils, 150 rotors, 152 rotor cores, 153 magnets Storage, 154 permanent magnet, 154A rotating side permanent magnet, 154B counter-rotating side permanent magnet, 155 through hole, 155A through hole vertical part, 155B through hole diagonal part, 156 inner bridge, 157 first area, 158 second Region, 420 slots, 430 teeth, 440 core back, 1541 main magnetic flux surface, 1542 central axis, 1543 magnetic flux generated by rotating
Claims (4)
前記永久磁石は、回転側磁石と反回転側磁石とがV字形に組み合わされて一極を形成しており、
前記回転側磁石と前記反回転側磁石の間の領域を、前記反回転側磁石の主磁束面と対向する第1領域と、前記回転側磁石の主磁束面と対向する第2領域とに区分し、
前記回転子コアを軸方向に貫通する貫通孔が前記第2領域に形成されており、
前記貫通孔は、前記回転側磁石の主磁束面の中央の法線と交差する位置から前記V字配置された前記回転側磁石と前記反回転側磁石の間で、当該磁石が近接する位置まで形成されることを特徴とする回転電機の回転子。 A rotor of a rotating electric machine including a rotor core provided with a magnet storage portion and a permanent magnet housed in the magnet storage portion.
In the permanent magnet, a rotating magnet and a counter-rotating magnet are combined in a V shape to form one pole.
The region between the rotating side magnet and the counter-rotating side magnet is divided into a first region facing the main magnetic flux surface of the counter-rotating side magnet and a second region facing the main magnetic flux surface of the rotating side magnet. And
A through hole that penetrates the rotor core in the axial direction is formed in the second region.
The through hole extends from a position intersecting the central normal line of the main magnetic flux surface of the rotating magnet to a position where the magnet is close to the rotating magnet and the counter-rotating magnet arranged in a V shape. A rotor of a rotating electric machine, characterized in that it is formed.
前記回転子コアの内周側において前記回転側磁石と前記反回転側磁石との間には、幅狭のインナーブリッジが形成されており、
前記貫通孔は、前記反回転側磁石より前記回転側磁石に近い位置であって、前記回転側磁石の主磁束面の中央の法線と前記回転子コア内で交差する位置から、前記インナーブリッジまで形成される回転電機の回転子。 The rotor of the rotary electric machine according to claim 1.
A narrow inner bridge is formed between the rotating magnet and the counter-rotating magnet on the inner peripheral side of the rotor core.
The through hole is located closer to the rotating side magnet than the counter-rotating side magnet, and from a position where it intersects the central normal line of the main magnetic flux surface of the rotating side magnet in the rotor core, the inner bridge. Rotor of a rotating electric machine formed up to.
前記貫通孔は、前記反回転側磁石より前記回転側磁石に近い位置であって、前記回転側磁石の主磁束面の中央の法線と回転子コア内で交差する位置から、インナーブリッジを通り、一極を形成する前記磁石収納部の最近接位置より内周側まで形成される回転電機の回転子。 The rotor of the rotary electric machine according to claim 1.
The through hole passes through the inner bridge from a position closer to the rotating side magnet than the counter-rotating side magnet and intersecting the central normal line of the main magnetic flux surface of the rotating side magnet in the rotor core. , A rotor of a rotating electric machine formed from the closest position to the inner peripheral side of the magnet housing portion forming one pole.
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-
2019
- 2019-12-16 JP JP2019226054A patent/JP2021097457A/en active Pending
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