JP2021125971A - 回転電機のロータ - Google Patents

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Tatsuya Ozu
達也 大図
芳永 久保田
Yoshinaga Kubota
芳永 久保田
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慎吾 相馬
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Abstract

【課題】磁石の回り込み磁束を低減することができる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10のロータコア20には、周方向において、d軸と交差するように形成された空隙部60と、第1内径側円弧磁石821と空隙部60との間を径方向に延びる第1リブ51と、第2内径側円弧磁石822と空隙部60との間を径方向に延びる第2リブ52と、が設けられている。第1リブ径方向外側接続領域2321及び第2リブ径方向外側接続領域2322には、第1孔部261及び第2孔部262が設けられている。
【選択図】図3

Description

本発明は、電動車両などに搭載される回転電機のロータに関する。
従来から、ハイブリッド車、バッテリ駆動車、燃料電池車等の電動車両には電動機、発電機等の回転電機が搭載されている。これら電動車両の普及に伴い、電動車両に搭載される回転電機には、出力性能の向上がより一層求められている。
そこで、例えば特許文献1には、永久磁石を径方向に複数層配置し、外径側磁石と、d軸に対して対称に配置された一対の内径側磁石と、を有する回転電機のロータが開示されている。これにより、ロータの各磁極部におけるマグネットトルクを増大させることができるので、回転電機の出力性能を向上できる。
さらに、特許文献1のロータは、d軸と交差するように空隙部が形成されているため、d軸インダクタンスが低減されるので、d軸インダクタンスとq軸インダクタンスとの差が大きくなり、リラクタンストルクを有効に利用することが可能となる。また、特許文献1のロータは、d軸に対して対称に一対のリブが形成されているので、一対の内径側磁石から受ける遠心荷重を、二つのリブで分散して受けることができ、一対のリブに生じる応力を低減することができる。
特開2018−157669号公報
しかしながら、特許文献1のロータでは、一対の内径側磁石それぞれのd軸側端面近傍に、リブを通って短絡する磁石の回り込み磁束が生じる。この磁石の回り込み磁束は、回転電機の出力性能向上の妨げとなっていた。
本発明は、磁石の回り込み磁束を低減することができる回転電機のロータを提供する。
本発明は、
略円環形状のロータコアと、
前記ロータコアの周方向に所定の間隔で形成された複数の磁極部と、を備え、
各磁極部は、
少なくとも一つの外径側磁石から構成される外径側磁石部と、
前記外径側磁石部よりも径方向において内側に位置し、少なくとも一対の内径側磁石から構成される内径側磁石部と、を有し、
前記ロータコアは、
前記外径側磁石部を構成する前記外径側磁石が挿入される外径側磁石挿入孔と、
前記内径側磁石部を構成する前記内径側磁石が挿入される一対の内径側磁石挿入孔と、を有する回転電機のロータであって、
各磁極部の中心軸をd軸、該d軸に対し電気角で90度隔てた軸をq軸とした場合、
前記内径側磁石部は、前記d軸に対して対称に形成されており、
前記ロータコアの一対の前記内径側磁石挿入孔は、
前記d軸に対し前記周方向において一方側に形成された第1内径側磁石挿入孔と、
前記d軸に対し前記周方向において他方側に形成された第2内径側磁石挿入孔と、を有し、
一対の前記内径側磁石は、
前記第1内径側磁石挿入孔に挿入され、前記d軸に対し前記周方向において前記一方側に位置する第1内径側磁石と、
前記第2内径側磁石挿入孔に挿入され、前記d軸に対し前記周方向において前記他方側に位置する第2内径側磁石と、を有し、
前記ロータコアは、前記外径側磁石挿入孔の前記径方向の外側に形成された前記周方向に延びる第1ロータヨーク部と、前記外径側磁石挿入孔と前記第1内径側磁石挿入孔及び前記第2内径側磁石挿入孔との間に形成され、前記径方向の内側に凸となるように湾曲して前記周方向に延びる第2ロータヨーク部と、前記第1内径側磁石挿入孔及び前記第2内径側磁石挿入孔の前記径方向の内側に形成され、前記径方向の内側に凸となるように湾曲して前記周方向に延びる第3ロータヨーク部と、を有し、
前記ロータコアには、前記周方向において、
前記d軸と交差するように形成された空隙部と、
前記第1内径側磁石挿入孔と前記空隙部との間を前記径方向に延びる第1リブと、
前記第2内径側磁石挿入孔と前記空隙部との間を前記径方向に延びる第2リブと、が設けられており、
前記第1リブの前記径方向において外側に位置する径方向外側端部が前記第2ロータヨーク部に接続する第1リブ径方向外側接続領域及び前記第2リブの前記径方向において外側に位置する径方向外側端部が前記第2ロータヨーク部に接続する第2リブ径方向外側接続領域と、前記第1リブの前記径方向において内側に位置する径方向内側端部が前記第3ロータヨーク部に接続する第1リブ径方向内側接続領域及び前記第2リブの前記径方向において内側に位置する径方向内側端部が前記第3ロータヨーク部に接続する第2リブ径方向内側接続領域と、の少なくとも一方には、第1孔部及び第2孔部が設けられている。
本発明によれば、第1リブ径方向外側接続領域及び第2リブ径方向外側接続領域と、第1リブ径方向内側接続領域及び第2リブ径方向内側接続領域と、の少なくとも一方には、第1孔部及び第2孔部が設けられているので、第1リブ径方向外側接続領域及び第2リブ径方向外側接続領域と、第1リブ径方向内側接続領域及び第2リブ径方向内側接続領域と、の少なくとも一方は、第1孔部及び第2孔部によって磁気抵抗が大きくなる。これにより、第1内径側円弧磁石のd軸側端部近傍の回り込み磁束、及び第2内径側円弧磁石のd軸側端部近傍の回り込み磁束を低減することができる。
本発明の第1実施形態の回転電機のロータを軸方向から見た正面図である。 図1の回転電機のロータの磁極部周辺の拡大図である。 図2の回転電機のロータの孔部周辺の拡大図である。 本発明の第2実施形態の回転電機のロータの孔部周辺の拡大図である。
以下、本発明の回転電機のロータの各実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
[第1実施形態]
まず、本発明の第1実施形態の回転電機のロータ10について図1〜図3を参照しながら説明する。
(ロータ)
図1に示すように、本発明の第1実施形態の回転電機のロータ10は、ロータシャフト(不図示)の外周部に取り付けられ、円環中心CLを中心とする略円環形状のロータコア20と、ロータコア20の周方向に所定の間隔で形成された複数の磁極部30(本実施形態では12個)と、を備える。ロータ10は、ステータ(不図示)の内周側に配置される。
なお、本明細書等では、断りなく軸方向、径方向、周方向というときは、ロータ10の円環中心CLを基準にした方向をいう。
ロータコア20は、同一形状の略円環形状の電磁鋼板200が軸方向に複数積層されて形成されている。ロータコア20は、円環中心CLと同中心のロータシャフト孔21を有する。さらに、円環中心CLと各磁極部30の中心とを結ぶ、各磁極部30の中心軸をd軸(図中d−axis)、d軸に対し電気角で90度隔てた軸をq軸(図中q−axis)とした場合、ロータコア20の各磁極部30は、d軸と交差するように形成され、d軸に対して対称な形状を有する外径側磁石挿入孔410を備える。ロータコア20の各磁極部30は、外径側磁石挿入孔410よりも径方向において内側に位置し、d軸を挟んで対称に形成された一対の内径側磁石挿入孔420を備える。外径側磁石挿入孔410及び一対の内径側磁石挿入孔420は、いずれも径方向の内側に凸となる円弧形状を有する。
ロータコア20の各磁極部30には、周方向において、一対の内径側磁石挿入孔420の間に、d軸と交差するように形成された空隙部60が設けられている。ロータコア20には、一対の内径側磁石挿入孔420と空隙部60との間を径方向に延びる一対のリブ50が設けられている。
ロータコア20は、各磁極部30の空隙部60よりも径方向の内側でd軸と交差する位置に形成された第1肉抜孔71と、隣接する磁極部30間でq軸と交差する位置に形成された第2肉抜孔72と、を有する。第1肉抜孔71は、d軸に対して対称な形状となっている。第2肉抜孔72は、q軸に対して対称な形状となっている。
各磁極部30は、外径側磁石部310と、外径側磁石部310よりも径方向において内側に位置する内径側磁石部320と、を有する。外径側磁石部310は、径方向の内側に凸となるように配置された外径側円弧磁石810から構成される。内径側磁石部320は、径方向の内側に凸となるように配置された少なくとも一対の内径側円弧磁石820から構成される。外径側磁石部310及び内径側磁石部320は、d軸に対して対称に形成されている。
外径側磁石部310を構成する外径側円弧磁石810は、ロータコア20の外径側磁石挿入孔410に挿入されている。内径側磁石部320を構成する一対の内径側円弧磁石820は、ロータコア20の一対の内径側磁石挿入孔420に挿入されている。
外径側円弧磁石810及び一対の内径側円弧磁石820は、径方向に磁化されている。また、外径側円弧磁石810及び一対の内径側円弧磁石820は、隣り合う磁極部30と磁化方向が異なり、磁極部30が周方向で交互に磁化方向が異なるように配置されている。
(磁極部)
図2に示すように、一対の内径側磁石挿入孔420は、d軸に対し周方向において一方側(図2中左側)に形成された第1内径側磁石挿入孔421と、d軸に対し周方向において他方側(図2中右側)に形成された第2内径側磁石挿入孔422と、を有する。
第1内径側磁石挿入孔421と第2内径側磁石挿入孔422とは、径方向の外側に向かって、互いの周方向の距離が長くなるように広がる略ハの字状に設けられている。
一対の内径側円弧磁石820は、第1内径側磁石挿入孔421に挿入され、d軸に対し周方向において一方側(図2の向かって左側)に位置する第1内径側円弧磁石821と、第2内径側磁石挿入孔422に挿入され、d軸に対し周方向において他方側(図2の向かって右側)に位置する第2内径側円弧磁石822と、を有する。
ロータコア20の各磁極部30は、外径側磁石挿入孔410の径方向の外側に形成された周方向に延びる第1ロータヨーク部221と、外径側磁石挿入孔410と第1内径側磁石挿入孔421及び第2内径側磁石挿入孔422との間に形成され、径方向の内側に凸となるように湾曲して周方向に延びる第2ロータヨーク部222と、第1内径側磁石挿入孔421及び第2内径側磁石挿入孔422の径方向の内側に形成され、径方向の内側に凸となるように湾曲して周方向に延びる第3ロータヨーク部223と、を有する。
以降、本明細書等では説明を簡単かつ明確にするために、ロータ10を軸方向から見て、円環中心CLを下方、d軸方向外径側を上方としたときに、周方向における一方側(図2の向かって左側)を左側、周方向における他方側(図2の向かって右側)を右側、と便宜上定義する。
外径側円弧磁石810は、同じ円弧中心C10を有する内周面810N及び外周面810Fと、周方向において一方側に位置する左側端部810Lと、周方向において他方側に位置する右側端部810Rと、を有する。外径側円弧磁石810の円弧中心C10は、d軸上に位置している。外径側円弧磁石810の内周面810Nは、円弧中心C10を中心とする内周半径r10Nの略円弧形状である。外径側円弧磁石810の外周面810Fは、円弧中心C10を中心とする外周半径r10Fの略円弧形状である。外径側円弧磁石810の肉厚t10は、(外周半径r10F)−(内周半径r10N)の値と略同一となっている。
第1内径側円弧磁石821は、同じ円弧中心C21を有する内周面821N及び外周面821Fと、q軸側端部821Qと、d軸側端部821Dと、を有する。第1内径側円弧磁石821の円弧中心C21は、d軸に対して第1内径側円弧磁石821と反対側の右側に位置している。第1内径側円弧磁石821の内周面821Nは、円弧中心C21を中心とする内周半径r21Nの略円弧形状である。第1内径側円弧磁石821の外周面821Fは、円弧中心C21を中心とする外周半径r21Fの略円弧形状である。第1内径側円弧磁石821の肉厚t21は、(外周半径r21F)−(内周半径r21N)の値と略同一となっている。
第2内径側円弧磁石822は、同じ円弧中心C22を有する内周面822N及び外周面822Fと、q軸側端部822Qと、d軸側端部822Dと、を有する。第2内径側円弧磁石822の円弧中心C22は、d軸に対して第2内径側円弧磁石822と反対側の左側に位置している。第2内径側円弧磁石822の内周面822Nは、円弧中心C22を中心とする内周半径r22Nの略円弧形状である。第2内径側円弧磁石822の外周面822Fは、円弧中心C22を中心とする外周半径r22Fの略円弧形状である。第2内径側円弧磁石822の肉厚t22は、(外周半径r22F)−(内周半径r22N)の値と略同一となっている。
第1内径側円弧磁石821の円弧中心C21は、d軸に対して第1内径側円弧磁石821と反対側の右側に位置しており、第2内径側円弧磁石822の円弧中心C22は、d軸に対して第2内径側円弧磁石822と反対側の左側に位置しているので、第1内径側円弧磁石821と外径側円弧磁石810との距離L11及び第2内径側円弧磁石822と外径側円弧磁石810との距離L12は、いずれも、q軸からd軸に近づくに従って長くなっている。
これにより、磁極部30の周方向長さが大きくなることを抑制できるので、ロータ10が大型化するのを抑制できる。また、ロータ10におけるq軸に沿った磁路(以下、q軸磁路とも呼ぶ)を広くとることができ、回転電機のリラクタンストルクを大きくできるので、回転電機の出力性能を向上できる。さらに、第1内径側円弧磁石821及び第2内径側円弧磁石822と、外径側円弧磁石810とによるマグネット磁束がd軸に集約されやすくなり、回転電機のマグネットトルクを効率的に利用でき、回転電機の出力性能を向上できる。
また、第1内径側円弧磁石821及び第2内径側円弧磁石822は、それぞれ径方向の内側に凸となるように配置された円弧磁石であるので、外径側磁石挿入孔410と第1内径側磁石挿入孔421との間に形成されるq軸磁路、及び外径側磁石挿入孔410と第2内径側磁石挿入孔422との間に形成されるq軸磁路を、磁気抵抗の少ない形状とすることができる。
外径側円弧磁石810、第1内径側円弧磁石821、及び第2内径側円弧磁石822は、例えば、熱間押出し成形等の熱間加工プロセスを用いた成形により形成されたリング磁石を径方向に切断した円弧磁石を用いることができる。
本実施形態では、外径側円弧磁石810の肉厚t10と、第1内径側円弧磁石821の肉厚t21と、第2内径側円弧磁石822の肉厚t22とは、同一の厚さとなっている。外径側円弧磁石810の内周面810Nの内周半径r10Nと、第1内径側円弧磁石821の内周面821Nの内周半径r21Nと、第2内径側円弧磁石822の内周面822Nの内周半径r22Nとは、同一の長さとなっている。外径側円弧磁石810の外周面810Fの外周半径r10Fと、第1内径側円弧磁石821の外周面821Fの外周半径r21Fと、第2内径側円弧磁石822の外周面822Fの外周半径r22Fとは、同一の長さとなっている。
したがって、外径側円弧磁石810と、第1内径側円弧磁石821と、第2内径側円弧磁石822とは、軸方向から見た形状が略同一となっている。
これにより、同一の成形機で略円環状に成形されたリング磁石から、外径側円弧磁石810、第1内径側円弧磁石821及び第2内径側円弧磁石822を製造することができる。これにより、外径側円弧磁石810、第1内径側円弧磁石821及び第2内径側円弧磁石822の製造コストを低減できる。
さらに、本実施形態では、軸方向から見て、外径側円弧磁石810の円弧中心C10を中心とする、外径側円弧磁石810の左側端部810Lと右側端部810Rとの成す角θ10、第1内径側円弧磁石821の円弧中心C21を中心とする、q軸側端部821Qとd軸側端部821Dとの成す角θ21、及び、第2内径側円弧磁石822の円弧中心C22を中心とする、q軸側端部822Qとd軸側端部822Dとの成す角θ22、は、それぞれ整数倍すると360度となる角度であることが望ましい。これにより、リング磁石を周方向において成す角θ10の間隔で径方向に切断することによって、外径側円弧磁石810を製造でき、リング磁石を周方向において成す角θ21の間隔で径方向に切断することによって、第1内径側円弧磁石821を製造でき、リング磁石を周方向において成す角θ22の間隔で径方向に切断することによって、第2内径側円弧磁石822を製造することができる。したがって、リング磁石から、余りを生じさせずに、外径側円弧磁石810、第1内径側円弧磁石821及び第2内径側円弧磁石822を製造することができるので、外径側円弧磁石810、第1内径側円弧磁石821及び第2内径側円弧磁石822の製造コストをより低減できる。
本実施形態では、成す角θ10、成す角θ21、及び成す角θ22は、略同一となっている。すなわち、外径側円弧磁石810、第1内径側円弧磁石821及び第2内径側円弧磁石822は、軸方向から見た形状が略同一となっている。これにより、外径側円弧磁石810、第1内径側円弧磁石821及び第2内径側円弧磁石822に同一の円弧磁石を用いることができるので、外径側円弧磁石810、第1内径側円弧磁石821及び第2内径側円弧磁石822の製造コストをさらに低減できる。
外径側磁石挿入孔410は、外径側円弧磁石810の内周面810N及び外周面810Fにそれぞれ対向する内周壁面410N及び外周壁面410Fと、左側壁面410Lと、右側壁面410Rと、を有する。第1内径側磁石挿入孔421は、第1内径側円弧磁石821の内周面821N及び外周面821Fにそれぞれ対向する内周壁面421N及び外周壁面421Fと、q軸側壁面421Qと、d軸側壁面421Dと、を有する。第2内径側磁石挿入孔422は、第2内径側円弧磁石822の内周面822N及び外周面822Fにそれぞれ対向する内周壁面422N及び外周壁面422Fと、q軸側壁面422Qと、d軸側壁面422Dと、を有する。
(空隙部)
空隙部60は、周方向において、第1内径側円弧磁石821のd軸側壁面421Dと、第2内径側磁石挿入孔422のd軸側壁面422Dとの間に、d軸と交差するように形成されている。
これにより、内径側磁石部320において、d軸上が空隙となるため、d軸インダクタンスを低減することができる。よって、d軸インダクタンスとq軸インダクタンスとの差を大きくすることができるので、リラクタンストルクを有効に利用することが可能となり、回転電機の出力性能を向上できる。
(リブ)
一対のリブ50は、一対の内径側円弧磁石820と空隙部60との間を径方向に延びるように設けられている。
一対のリブ50は、第1内径側円弧磁石821のd軸側端部821Dとd軸との間を径方向に延びる第1リブ51と、第2内径側円弧磁石822のd軸側端部822Dとd軸との間を径方向に延びる第2リブ52と、を有する。
第1リブ51は、第1内径側磁石挿入孔421のd軸側壁面421Dと、空隙部60の左側壁面61によって構成されている。第1リブ51は、径方向において内側に位置する径方向内側端部511と、径方向において外側に位置する径方向外側端部512と、を有する。
第2リブ52は、第2内径側磁石挿入孔422のd軸側壁面422Dと、空隙部60の右側壁面62によって構成されている。第2リブ52は、径方向において内側に位置する径方向内側端部521と、径方向において外側に位置する径方向外側端部522と、を有する。
したがって、第1内径側円弧磁石821による遠心荷重は第1リブ51が受け、第2内径側円弧磁石822による遠心荷重は、第2リブ52が受けることとなる。すなわち、第1リブ51と第2リブ52は、第1内径側円弧磁石821による遠心荷重と第2内径側円弧磁石822による遠心荷重とを、それぞれ別個に受けることとなる。これにより、第1内径側円弧磁石821と第2内径側円弧磁石822の重量バラツキに起因してロータコア20に発生する曲げ応力を低減することができる。
さらに、第1リブ51と第2リブ52は、径方向の内側に向かって互いの周方向の距離L5が長くなるように、略ハの字状に設けられている。これにより、第1リブ51の径方向内側端部511及び径方向外側端部512と、第2リブ52の径方向内側端部521及び径方向外側端部522と、のいずれも、角Rを大きくすることができるので、第1リブ51の径方向内側端部511及び径方向外側端部512、ならびに第2リブ52の径方向内側端部521及び径方向外側端部522、すなわち、第1リブ51及び第2リブ52の径方向両端部への応力集中を緩和することができる。
第1リブ51は、第1内径側円弧磁石821の外周面821Fに沿った第1仮想円VC1と交差するように配置されている。第1仮想円VC1は、すなわち、第1内径側円弧磁石821の円弧中心C21を中心とする半径r21Fの仮想円である。
第2リブ52は、第2内径側円弧磁石822の外周面822Fに沿った第2仮想円VC2と交差するように配置されている。第2仮想円VC2は、すなわち、第2内径側円弧磁石822の円弧中心C22を中心とする半径r22Fの仮想円である。
これにより、第1リブ51の長さL51及び第2リブ52の長さL52を長くすることができる。第1リブ51の長さL51及び第2リブ52の長さL52を長くすると、第1リブ51及び第2リブ52における磁気抵抗が大きくなるので、第1内径側円弧磁石821のd軸側端部821D近傍で生じる回り込み磁束、及び第2内径側円弧磁石822のd軸側端部822D近傍で生じる回り込み磁束を低減することができる。
さらに、d軸上における空隙部60の径方向の長さを長くすることができる。これにより、d軸インダクタンスをより低減することができる。
第1リブ51の径方向内側端部511は、周方向における第1内径側円弧磁石821の外周面821Fの中央部821Fcから延びる接線である第1接線TL1よりも径方向において外側に位置している。
第2リブ52の径方向内側端部521は、周方向における第2内径側円弧磁石822の外周面822Fの中央部822Fcから延びる接線である第2接線TL2よりも径方向において外側に位置している。
これにより、第1リブ51及び第2リブ52は、ロータコア20において、第1内径側磁石挿入孔421とq軸との間に形成されるq軸磁路、及び第2内径側磁石挿入孔422とq軸との間に形成されるq軸磁路の妨げとならない。したがって、回転電機のq軸インダクタンスを低下させることなく、第1リブ51及び第2リブ52を設けることができる。
ここで、第1内径側磁石挿入孔421とq軸との最短距離をA1、第2内径側磁石挿入孔422とq軸との最短距離をA2、第1内径側磁石挿入孔421と、磁極部30における周方向左側の第2肉抜孔72との最短距離をB1、第2内径側磁石挿入孔422と、磁極部30における周方向右側の第2肉抜孔72との最短距離をB2、空隙部60と、第1肉抜孔71との最短距離をC、とすると、B1及びCはA1以上であり、B2及びCはA2以上となっている。
これにより、第1内径側磁石挿入孔421とq軸との間に形成されるq軸磁路、及び第2内径側磁石挿入孔422とq軸との間に形成されるq軸磁路の妨げとなることなく、第1リブ51、第2リブ52、空隙部60、第1肉抜孔71及び第2肉抜孔72を設けることができる。
また、B1はC以上であり、B2はC以上であることが、好ましい。これにより、第1内径側磁石挿入孔421とq軸との間に形成されるq軸磁路、及び第2内径側磁石挿入孔422とq軸との間に形成されるq軸磁路の妨げとなることなく、空隙部60及び第1肉抜孔71を大きくすることができるので、回転電機のq軸インダクタンスを低下させることなくロータを軽量化できる。
さらに、A1とB1とCとは等しく、A2とB2とCとは等しいことが、より好ましい。これにより、第1内径側磁石挿入孔421とq軸との間に形成されるq軸磁路、及び第2内径側磁石挿入孔422とq軸との間に形成されるq軸磁路の妨げとなることなく、空隙部60、第1肉抜孔71及び第2肉抜孔72をより大きくすることができるので、回転電機のq軸インダクタンスを低下させることなくロータ10をより軽量化できる。
(孔部)
図3に示すように、第1リブ51の径方向外側端部512が第2ロータヨーク部222に接続する第1リブ径方向外側接続領域2321には、第1孔部261が設けられている。第2リブ52の径方向外側端部522が第2ロータヨーク部222に接続する第2リブ径方向外側接続領域2322には、第2孔部262が設けられている。
したがって、第1リブ径方向外側接続領域2321及び第2リブ径方向外側接続領域2322は、第1孔部及261及び第2孔部262によって、磁路が狭くなり、磁気抵抗が大きくなる。これにより、第1リブ径方向外側接続領域2321及び第1リブ51を通る磁路の磁気抵抗が大きくなるので、第1内径側円弧磁石821のd軸側端部821D近傍の回り込み磁束を低減することができる。同様に、第2リブ径方向外側接続領域2322及び第2リブ52を通る磁路の磁気抵抗が大きくなるので、第2内径側円弧磁石822のd軸側端部822D近傍の回り込み磁束を低減することができる。
さらに、第1孔部261及び第2孔部262は、軸方向から見て、同径の円形状となっている。すなわち、軸方向から見て、第1孔部261の直径D261及び第2孔部262の直径D262は、同径となっている。
これにより、第1孔部及261及び第2孔部262は、軸方向から見て、同径の円形状となっているので、ロータ10の遠心荷重やロータシャフトの圧入荷重等に起因してロータコア20に生じる応力が、第1孔部261及び第2孔部262周辺に集中することを抑制できる。
第1孔部261の直径D261は、第1リブ51の周方向における最短幅a1よりも小さくなっている。第2孔部262の直径D262は、第2リブ52の周方向における最短幅a2よりも小さくなっている。
これにより、外径側磁石挿入孔410と第1内径側磁石挿入孔421との間に形成されるq軸磁路、及び外径側磁石挿入孔410と第2内径側磁石挿入孔422との間に形成されるq軸磁路の妨げとなることを抑制しつつ、第1孔部261及び第2孔部262を設けることができる。
さらに、第1孔部261と空隙部60との最短距離b11、及び第1孔部261と第1内径側磁石挿入孔421との最短距離c11は、第1リブ51の周方向における最短幅a1の略2分の1となっている。また、第2孔部262と空隙部60との最短距離b21、及び第2孔部262と第2内径側磁石挿入孔422との最短距離c21は、第2リブ52の周方向における最短幅a2の略2分の1となっている。
これにより、ロータ10の遠心荷重やロータシャフトの圧入荷重等に起因してロータコア20に応力が生じても、ロータコア20の第1孔部261と空隙部60との間、第1孔部261と第1内径側磁石挿入孔421との間、第2孔部262と空隙部60との間、及び第2孔部262と第2内径側磁石挿入孔422との間が変形することを防止しつつ、第1内径側円弧磁石821のd軸側端部821D近傍の回り込み磁束、及び第2内径側円弧磁石822のd軸側端部822D近傍の回り込み磁束を、より低減することができる。
[第2実施形態]
続いて、本発明の第2実施形態の回転電機のロータ10Aについて図4を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、第1実施形態のロータ10と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。第1実施形態のロータ10では、第1リブ51の径方向外側端部512が第2ロータヨーク部222に接続する第1リブ径方向外側接続領域2321に、第1孔部261が設けられており、第2リブ52の径方向外側端部522が第2ロータヨーク部222に接続する第2リブ径方向外側接続領域2322に、第2孔部262が設けられているが、第2実施形態のロータ10Aでは、第1リブ51の径方向内側端部511が第3ロータヨーク部223に接続する第1リブ径方向内側接続領域2331に、第1孔部271が設けられており、第2リブ52の径方向内側端部521が第3ロータヨーク部223に接続する第2リブ径方向内側接続領域2332に、第2孔部272が設けられている。
したがって、第1リブ径方向内側接続領域2331及び第2リブ径方向内側接続領域2332は、第1孔部及271及び第2孔部272によって、磁路が狭くなり、磁気抵抗が大きくなる。これにより、第1リブ51及び第1リブ径方向内側接続領域2331を通る磁路の磁気抵抗が大きくなるので、第1内径側円弧磁石821のd軸側端部821D近傍の回り込み磁束を低減することができる。同様に、第2リブ52及び第2リブ径方向内側接続領域2332を通る磁路の磁気抵抗が大きくなるので、第2内径側円弧磁石822のd軸側端部822D近傍の回り込み磁束を低減することができる。
さらに、第1孔部271及び第2孔部272は、軸方向から見て、同径の円形状となっている。すなわち、軸方向から見て、第1孔部271の直径D271及び第2孔部272の直径D272は、同径となっている。
これにより、第1孔部及271及び第2孔部272は、軸方向から見て、同径の円形状となっているので、ロータ10の遠心荷重やロータシャフトの圧入荷重等に起因してロータコア20に生じる応力が、第1孔部271及び第2孔部272周辺に集中することを抑制できる。
第1孔部271の直径D271は、第1リブ51の周方向における最短幅a1よりも小さくなっている。第2孔部272の直径D272は、第2リブ52の周方向における最短幅a2よりも小さくなっている。
これにより、第1内径側磁石挿入孔421の径方向の内側に形成されるq軸磁路、及び第2内径側磁石挿入孔422の径方向の内側に形成されるq軸磁路の妨げとなることを抑制しつつ、第1孔部271及び第2孔部272を設けることができる。
さらに、第1孔部271と空隙部60との最短距離b12、及び第1孔部271と第1内径側磁石挿入孔421との最短距離c12は、第1リブ51の周方向における最短幅a1の略2分の1となっている。また、第2孔部272と空隙部60との最短距離b22、及び第2孔部272と第2内径側磁石挿入孔422との最短距離c22は、第2リブ52の周方向における最短幅a2の略2分の1となっている。
これにより、ロータ10の遠心荷重やロータシャフトの圧入荷重等に起因してロータコア20に応力が生じても、ロータコア20の第1孔部271と空隙部60との間、第1孔部271と第1内径側磁石挿入孔421との間、第2孔部272と空隙部60との間、及び第2孔部272と第2内径側磁石挿入孔422との間が変形することを防止しつつ、第1内径側円弧磁石821のd軸側端部821D近傍の回り込み磁束、及び第2内径側円弧磁石822のd軸側端部822D近傍の回り込み磁束を、より低減することができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記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、第1実施形態及び第2実施形態では、外径側磁石挿入孔410及び一対の内径側磁石挿入孔420は、いずれも径方向の内側に凸となる円弧形状を有するものとしたが、外径側磁石挿入孔410及び一対の内径側磁石挿入孔420は、軸方向から見て、略長方形状であってもよい。
また、例えば、第1実施形態及び第2実施形態では、外径側磁石部310は、径方向の内側に凸となるように配置された外径側円弧磁石810から構成されており、内径側磁石部320は、径方向の内側に凸となるように配置された少なくとも一対の内径側円弧磁石820から構成されているものとしたが、外径側磁石部310及び内径側磁石部320は、軸方向から見た断面形状が略長方形の板状の磁石から構成されていてもよい。
また、例えば、第1実施形態及び第2実施形態では、外径側円弧磁石810と、第1内径側円弧磁石821と、第2内径側円弧磁石822とは、軸方向から見た形状が略同一となっているものとしたが、外径側円弧磁石810と、第1内径側円弧磁石821及び第2内径側円弧磁石822とは、軸方向から見た形状が異なっていてもよい。なお、第1内径側円弧磁石821と、第2内径側円弧磁石822とは、軸方向から見た形状が略同一であることが好ましい。
また、例えば、第1実施形態のロータ10は、第1リブ51の第1リブ径方向外側接続領域2321に、第1孔部261が設けられており、第2リブ52の第2リブ径方向外側接続領域2322に、第2孔部262が設けられているものとし、第2実施形態のロータ10Aは、第1リブ51の第1リブ径方向内側接続領域2331に、第1孔部271が設けられており、第2リブ52の第2リブ径方向内側接続領域2332に、第2孔部272が設けられているものとしたが、ロータは、第1リブ51の第1リブ径方向外側接続領域2321と第1リブ径方向内側接続領域2331との双方に第1孔部261、271が設けられており、第2リブ52の第2リブ径方向外側接続領域2322と第2リブ径方向内側接続領域2332との双方に第2孔部262、272が設けられているものとしてもよい。
また、本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。
(1) 略円環形状のロータコア(ロータコア20)と、
前記ロータコアの周方向に所定の間隔で形成された複数の磁極部(磁極部30)と、を備え、
各磁極部は、
少なくとも一つの外径側磁石(外径側円弧磁石810)から構成される外径側磁石部(外径側磁石部310)と、
前記外径側磁石部よりも径方向において内側に位置し、少なくとも一対の内径側磁石(内径側円弧磁石820)から構成される内径側磁石部(内径側磁石部320)と、を有し、
前記ロータコアは、
前記外径側磁石部を構成する前記外径側磁石が挿入される外径側磁石挿入孔(外径側磁石挿入孔410)と、
前記内径側磁石部を構成する前記内径側磁石が挿入される一対の内径側磁石挿入孔(内径側磁石挿入孔420)と、を有する回転電機のロータ(ロータ10)であって、
各磁極部の中心軸をd軸、該d軸に対し電気角で90度隔てた軸をq軸とした場合、
前記内径側磁石部は、前記d軸に対して対称に形成されており、
前記ロータコアの一対の前記内径側磁石挿入孔は、
前記d軸に対し前記周方向において一方側(左側)に形成された第1内径側磁石挿入孔(第1内径側磁石挿入孔421)と、
前記d軸に対し前記周方向において他方側(右側)に形成された第2内径側磁石挿入孔(第2内径側磁石挿入孔422)と、を有し、
一対の前記内径側磁石は、
前記第1内径側磁石挿入孔に挿入され、前記d軸に対し前記周方向において前記一方側に位置する第1内径側磁石(第1内径側円弧磁石821)と、
前記第2内径側磁石挿入孔に挿入され、前記d軸に対し前記周方向において前記他方側に位置する第2内径側磁石(第2内径側円弧磁石822)と、を有し、
前記ロータコアは、前記外径側磁石挿入孔の前記径方向の外側に形成された前記周方向に延びる第1ロータヨーク部(第1ロータヨーク部221)と、前記外径側磁石挿入孔と前記第1内径側磁石挿入孔及び前記第2内径側磁石挿入孔との間に形成され、前記径方向の内側に凸となるように湾曲して前記周方向に延びる第2ロータヨーク部(第2ロータヨーク部222)と、前記第1内径側磁石挿入孔及び前記第2内径側磁石挿入孔の前記径方向の内側に形成され、前記径方向の内側に凸となるように湾曲して前記周方向に延びる第3ロータヨーク部(第3ロータヨーク部223)と、を有し、
前記ロータコアには、前記周方向において、
前記d軸と交差するように形成された空隙部(空隙部60)と、
前記第1内径側磁石挿入孔と前記空隙部との間を前記径方向に延びる第1リブ(第1リブ51)と、
前記第2内径側磁石挿入孔と前記空隙部との間を前記径方向に延びる第2リブ(第2リブ52)と、が設けられており、
前記第1リブの前記径方向において外側に位置する径方向外側端部(径方向外側端部512)が前記第2ロータヨーク部に接続する第1リブ径方向外側接続領域(第1リブ径方向外側接続領域2321)及び前記第2リブの前記径方向において外側に位置する径方向外側端部(径方向外側端部522)が前記第2ロータヨーク部に接続する第2リブ径方向外側接続領域(第2リブ径方向外側接続領域2322)と、前記第1リブの前記径方向において内側に位置する径方向内側端部(径方向内側端部511)が前記第3ロータヨーク部に接続する第1リブ径方向内側接続領域(第1リブ径方向内側接続領域2331)及び前記第2リブの前記径方向において内側に位置する径方向内側端部(径方向内側端部521)が前記第3ロータヨーク部に接続する第2リブ径方向内側接続領域(第2リブ径方向内側接続領域2332)と、の少なくとも一方には、第1孔部(第1孔部261、271)及び第2孔部(第2孔部262、272)が設けられている、回転電機のロータ。
(1)によれば、周方向において、第1内径側磁石挿入孔と空隙部との間で径方向に延びる第1リブと、第2内径側磁石挿入孔と空隙部との間で径方向に延びる第2リブと、が設けられているので、第1リブが第1内径側磁石による遠心荷重を受け、第2リブが第2内径側磁石による遠心荷重を受けることになる。これにより、第1内径側磁石及び第2内径側磁石の磁石量を増やした場合でも、第1内径側磁石と第2内径側磁石との重量バラつきに起因して生じる曲げ応力を第1リブ及び第2リブに分散することができ、第1リブ及び第2リブに生じる応力を低減することができる。
さらに、d軸と交差するように空隙部が形成されているので、内径側磁石部においてd軸上が空隙となるため、d軸インダクタンスを低減することができる。これにより、d軸インダクタンスとq軸インダクタンスとの差を大きくすることができるので、リラクタンストルクを有効に利用することが可能となる。
また、第1リブ径方向外側接続領域及び第2リブ径方向外側接続領域と、第1リブ径方向内側接続領域及び第2リブ径方向内側接続領域と、の少なくとも一方には、第1孔部及び第2孔部が設けられているので、第1リブ径方向外側接続領域及び第2リブ径方向外側接続領域と、第1リブ径方向内側接続領域及び第2リブ径方向内側接続領域と、の少なくとも一方は、第1孔部及び第2孔部によって磁気抵抗が大きくなる。これにより、第1内径側円弧磁石のd軸側端部近傍の回り込み磁束、及び第2内径側円弧磁石のd軸側端部近傍の回り込み磁束を低減することができる。
(2) (1)に記載の回転電機のロータであって、
前記第1孔部及び前記第2孔部は、軸方向から見て、円形状である、回転電機のロータ。
(2)によれば、第1孔部及び第2孔部は、軸方向から見て、円形状であるので、ロータの遠心荷重やロータシャフトの圧入荷重等に起因してロータコアに生じる応力が、第1孔部及び第2孔部周辺に集中することを抑制できる。
(3) (2)に記載の回転電機のロータであって、
前記第1孔部の直径(直径D261、D271)は、前記第1リブの前記周方向における最短幅(最短幅a1)よりも小さく、
前記第2孔部の直径(直径D262、D272)は、前記第2リブの前記周方向における最短幅(最短幅a2)よりも小さい、回転電機のロータ。
(3)によれば、第1孔部の直径は、第1リブの周方向における最短幅よりも小さく、第2孔部の直径は、第2リブの周方向における最短幅よりも小さいので、外径側磁石挿入孔と第1内径側磁石挿入孔との間に形成されるq軸磁路及び外径側磁石挿入孔と第2内径側磁石挿入孔との間に形成されるq軸磁路と、第1内径側磁石挿入孔の径方向の内側に形成されるq軸磁路及び第2内径側磁石挿入孔の径方向の内側に形成されるq軸磁路と、の少なくとも一方のq軸磁路の妨げとなることを抑制しつつ、第1孔部及び第2孔部を設けることができる。
(4) (2)または(3)に記載の回転電機のロータであって、
前記第1リブの前記周方向における最短幅をa1、
前記第1孔部と前記空隙部との最短距離をb1(最短距離b11、b12)、
前記第1孔部と前記第1内径側磁石挿入孔との最短距離をc1(最短距離c11、c12)、とし、
前記第2リブの前記周方向における最短幅をa2、
前記第2孔部と前記空隙部との最短距離をb2(最短距離b21、b22)、
前記第2孔部と前記第2内径側磁石挿入孔との最短距離をc2(最短距離c21、c22)、とすると、
前記b1及び前記c1は、前記a1の略2分の1であり、前記b2及び前記c2は、前記a2の略2分の1である、回転電機のロータ。
(4)によれば、b1及びc1は、a1の略2分の1であり、b2及びc2は、a2の略2分の1であるので、ロータの遠心荷重やロータシャフトの圧入荷重等に起因してロータコアに応力が生じても、ロータコアの第1孔部と空隙部との間、第1孔部と第1内径側磁石挿入孔との間、第2孔部と空隙部との間、及び第2孔部と第2内径側磁石挿入孔との間が変形することを防止しつつ、第1内径側円弧磁石のd軸側端部近傍の回り込み磁束、及び第2内径側円弧磁石のd軸側端部近傍の回り込み磁束を、より低減することができる。
(5) (1)〜(4)のいずれかに記載の回転電機のロータであって、
前記第1内径側磁石及び前記第2内径側磁石は、それぞれ前記径方向の内側に凸となるように配置された円弧磁石である、回転電機のロータ。
(5)によれば、第1内径側磁石及び第2内径側磁石は、それぞれ径方向の内側に凸となるように配置された円弧磁石であるので、外径側磁石挿入孔と第1内径側磁石挿入孔との間に形成されるq軸磁路、及び外径側磁石挿入孔と第2内径側磁石挿入孔との間に形成されるq軸磁路を、磁気抵抗の少ない形状とすることができる。
(6) (1)〜(5)のいずれかに記載の回転電機のロータであって、
前記第1リブ及び前記第2リブは、前記径方向の内側に向かって互いの前記周方向の距離(距離L5)が長くなるように設けられている、回転電機のロータ。
(6)によれば、第1リブ及び第2リブは、径方向の内側に向かって互いの周方向の距離が長くなるように設けられているので、第1リブ及び第2リブの径方向両端部における角Rを大きくすることができる。これにより、第1リブ及び第2リブの径方向両端部への応力集中を緩和することができる。
10 ロータ
20 ロータコア
221 第1ロータヨーク部
222 第2ロータヨーク部
223 第3ロータヨーク部
2321 第1リブ径方向外側接続領域
2322 第2リブ径方向外側接続領域
2331 第1リブ径方向内側接続領域
2332 第2リブ径方向内側接続領域
261、271 第1孔部
262、272 第2孔部
30 磁極部
310 外径側磁石部
320 内径側磁石部
410 外径側磁石挿入孔
420 内径側磁石挿入孔
421 第1内径側磁石挿入孔
422 第2内径側磁石挿入孔
51 第1リブ
511 径方向内側端部
512 径方向外側端部
52 第2リブ
521 径方向内側端部
522 径方向外側端部
60 空隙部
810 外径側円弧磁石(外径側磁石)
820 内径側円弧磁石(内径側磁石)
821 第1内径側円弧磁石(第1内径側磁石)
822 第2内径側円弧磁石(第2内径側磁石)
L5 距離
a1、a2 最短幅
b11、b12 最短距離(b1)
b21、b22 最短距離(b2)
c11、c12 最短距離(c1)
c21、c22 最短距離(c2)
D261、D271 直径
D262、D272 直径

Claims (6)

  1. 略円環形状のロータコアと、
    前記ロータコアの周方向に所定の間隔で形成された複数の磁極部と、を備え、
    各磁極部は、
    少なくとも一つの外径側磁石から構成される外径側磁石部と、
    前記外径側磁石部よりも径方向において内側に位置し、少なくとも一対の内径側磁石から構成される内径側磁石部と、を有し、
    前記ロータコアは、
    前記外径側磁石部を構成する前記外径側磁石が挿入される外径側磁石挿入孔と、
    前記内径側磁石部を構成する前記内径側磁石が挿入される一対の内径側磁石挿入孔と、を有する回転電機のロータであって、
    各磁極部の中心軸をd軸、該d軸に対し電気角で90度隔てた軸をq軸とした場合、
    前記内径側磁石部は、前記d軸に対して対称に形成されており、
    前記ロータコアの一対の前記内径側磁石挿入孔は、
    前記d軸に対し前記周方向において一方側に形成された第1内径側磁石挿入孔と、
    前記d軸に対し前記周方向において他方側に形成された第2内径側磁石挿入孔と、を有し、
    一対の前記内径側磁石は、
    前記第1内径側磁石挿入孔に挿入され、前記d軸に対し前記周方向において前記一方側に位置する第1内径側磁石と、
    前記第2内径側磁石挿入孔に挿入され、前記d軸に対し前記周方向において前記他方側に位置する第2内径側磁石と、を有し、
    前記ロータコアは、前記外径側磁石挿入孔の前記径方向の外側に形成された前記周方向に延びる第1ロータヨーク部と、前記外径側磁石挿入孔と前記第1内径側磁石挿入孔及び前記第2内径側磁石挿入孔との間に形成され、前記径方向の内側に凸となるように湾曲して前記周方向に延びる第2ロータヨーク部と、前記第1内径側磁石挿入孔及び前記第2内径側磁石挿入孔の前記径方向の内側に形成され、前記径方向の内側に凸となるように湾曲して前記周方向に延びる第3ロータヨーク部と、を有し、
    前記ロータコアには、前記周方向において、
    前記d軸と交差するように形成された空隙部と、
    前記第1内径側磁石挿入孔と前記空隙部との間を前記径方向に延びる第1リブと、
    前記第2内径側磁石挿入孔と前記空隙部との間を前記径方向に延びる第2リブと、が設けられており、
    前記第1リブの前記径方向において外側に位置する径方向外側端部が前記第2ロータヨーク部に接続する第1リブ径方向外側接続領域及び前記第2リブの前記径方向において外側に位置する径方向外側端部が前記第2ロータヨーク部に接続する第2リブ径方向外側接続領域と、前記第1リブの前記径方向において内側に位置する径方向内側端部が前記第3ロータヨーク部に接続する第1リブ径方向内側接続領域及び前記第2リブの前記径方向において内側に位置する径方向内側端部が前記第3ロータヨーク部に接続する第2リブ径方向内側接続領域と、の少なくとも一方には、第1孔部及び第2孔部が設けられている、回転電機のロータ。
  2. 請求項1に記載の回転電機のロータであって、
    前記第1孔部及び前記第2孔部は、軸方向から見て、円形状である、回転電機のロータ。
  3. 請求項2に記載の回転電機のロータであって、
    前記第1孔部の直径は、前記第1リブの前記周方向における最短幅よりも小さく、
    前記第2孔部の直径は、前記第2リブの前記周方向における最短幅よりも小さい、回転電機のロータ。
  4. 請求項2または3に記載の回転電機のロータであって、
    前記第1リブの前記周方向における最短幅をa1、
    前記第1孔部と前記空隙部との最短距離をb1、
    前記第1孔部と前記第1内径側磁石挿入孔との最短距離をc1、とし、
    前記第2リブの前記周方向における最短幅をa2、
    前記第2孔部と前記空隙部との最短距離をb2、
    前記第2孔部と前記第2内径側磁石挿入孔との最短距離をc2、とすると、
    前記b1及び前記c1は、前記a1の略2分の1であり、前記b2及び前記c2は、前記a2の略2分の1である、回転電機のロータ。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の回転電機のロータであって、
    前記第1内径側磁石及び前記第2内径側磁石は、それぞれ前記径方向の内側に凸となるように配置された円弧磁石である、回転電機のロータ。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の回転電機のロータであって、
    前記第1リブ及び前記第2リブは、前記径方向の内側に向かって互いの前記周方向の距離が長くなるように設けられている、回転電機のロータ。
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