JP5696137B2 - 電磁鋼板形成体、回転子コア、回転子、回転電機および車両 - Google Patents
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Description
本願は、2010年3月30日に、日本に出願された特願2010−079448号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
また、特許文献2には、ロータコア内に永久磁石が埋め込まれた埋込磁石型モータにおいて、ロータコアをインナーロータとアウターロータとの2分割構造にし、インナーロータとアウターロータとの対向部に、永久磁石をロータコアの円周方向に対して傾斜させた状態で挟着させたロータコアが開示されている。
また、これら電磁鋼板形成体、回転子コアおよび回転子を備えることで、起動時や急激な負荷変動に大きなトルクを得ることが可能で効率が良い回転電機およびこれを用いた車両の提供も課題とする。
〔1〕本発明の一態様に係る電磁鋼板形成体は、軸中心を含む視線より見た場合に、同軸中心回りの周方向に沿って時計回りに正回転方向及び逆回転方向が付与された回転子コアに用いられる電磁鋼板形成体であって、前記視線より見た場合に、複数の極を構成する永久磁石が前記周方向に沿って所定の極ピッチ角で略等間隔に配置され、かつ、1つの極に配される前記永久磁石が第1永久磁石および第2永久磁石として分割配置されるように、
前記第1永久磁石が挿入される第1空洞部と、前記第2永久磁石が挿入される第2空洞部と、これら第1空洞部および第2空洞部間を仕切るリブとが、この電磁鋼板形成体に形成され;前記視線より見た場合の前記第1空洞部が、前記極ピッチ角の中心角を通る中心線よりも正回転方向側に位置し、かつ、同第1空洞部の長手方向軸線が前記中心線の垂線に対して時計回り方向に傾斜して交差するように配置され、前記視線より見た場合の前記第2空洞部が、前記中心線よりも逆回転方向側に位置し、かつ、同第2空洞部の長手方向軸線が前記中心線の前記垂線に対して時計回り方向に傾斜して交差するように配置され、前記第1空洞部に設けられて、前記第1永久磁石が挿入される略矩形状の第1挿入孔と、前記第2空洞部に設けられて、前記第2永久磁石が挿入される略矩形状の第2挿入孔と、を有し;前記視線より見た場合に、前記第1永久磁石の前記正回転方向側における外周側角部と、前記第2永久磁石の前記逆回転方向側における外周側角部とが前記軸中心回りの同一円周上に配されるように、前記第1挿入孔および前記第2挿入孔が形成されている。
図1は車両用パワートレインの概略構成断面図である。なお、以下の説明では回転子15(以下ロータ15という。)の周方向をθ方向とし、ロータ15の正回転方向側を+θ側とし、ロータ15の逆回転方向側を−θ側とする。また、ロータ15の径方向をR方向とし、ロータ15の外周側を+R側とし、ロータ15の中心側を−R側とする。さらに、ロータ15の軸方向をZ方向とし、センサハウジング13側を+Z側とし、ミッションハウジング12側を−Z側とする。以下、必要に応じてθ、R、Zの円筒座標系を用いて説明する。
また、モータハウジング11の内部にはモータ室36が構成されている。このモータ室36には、ステータ21およびロータ15を備えたモータ23が収容されている。
ミッションハウジング12は、モータハウジング11に締結された共用ハウジング12Aと、共用ハウジング12Aに締結されたギアハウジング12Bとで構成されている。ミッションハウジング12の内部はミッション室37が構成されている。このミッション室37には、モータ23の出力軸24からの動力を伝達する動力伝達部(不図示)が収容されている。
センサハウジング13の内部にはセンサ室38が構成されている。このセンサ室38内には、モータ23の回転センサ25が収容されている。
さらに、モータハウジング11の壁部31内の、ブリーザ通路35よりも内周側には、モータ23を冷却するためのウォータジャケット40が、モータ23のステータ21を全周覆うように設けられている。また、ステータ21は、モータハウジング11に焼き嵌めされており、モータハウジング11の内周面に密着するように配されている。
図2はロータの平面図である。図3はロータの部分拡大図(平面図)である。
図2に示すように、ロータ15は、電磁鋼板形成体(以下「ロータコア片」という。)22Aが複数積層された回転子コア(以下「ロータコア」という。)22と、ロータコア22に形成された挿入孔57(57A,57B)内に保持された永久磁石58(58A,58B)とを備え、出力軸24に回転可能に支持されている。ロータ15はコイル20(図1参照)が巻回された円環状のステータ21(図1参照)と所定間隔を空けて対向配置されている。
ロータコア22は、出力軸24の軸中心24Aを含む視線より見た場合に、同軸中心24A回りの周方向に沿って時計回り方向に正回転(+θ)方向及び逆回転(−θ)方向が付与されている。
図2に示すように、本実施形態のロータコア片22Aは、略円盤状の電磁鋼板等の磁性板からなる部材である。ロータコア片22Aは、プレスにより成型されている。
ロータコア片22Aの略中央部には、出力軸24を挿通させるための貫通孔28が形成されている。貫通孔28の直径は、出力軸24の外径よりも若干小さく形成されている。これにより、後述するようにロータコア22を形成した後に、ロータコア22を出力軸24に圧入して固定することができる。また、貫通孔28の周辺には肉抜き部29が複数形成されている。本実施形態では、例えば、略三角形状の肉抜き部29が、円周方向に沿って8箇所形成されている。これにより、ロータコア22を軽量化できる。なお、肉抜き部29は形成されていなくてもよい。
図3に示すように、第1空洞部55Aは、前記視線より見た場合に、中心線Cよりも+θ側に位置している。第1空洞部55Aは、リブ60の側面に対応し、平面視で直線状に示される第1端部52と、リブ60の+R側端部から+θ側に向かって、第1端部52に対して略直角方向に延設された第1外側面63Aと、リブ60の−R側端部から+θ側に向かって第1端部52に対して略直角方向に延設された第1内側面64Aと、第1外側面63Aの+θ側端部と第1内側面64Aの+θ側端部とを略円弧状に繋げることによって形成される。
以下に第2空洞部55Bについて説明する。なお、第1空洞部55Aと同一の構成の部分については説明を省略する。
図3に示すように、第2空洞部55Bは、前記視線より見た場合に、中心線Cよりも−θ側に位置している。リブ60の側面に対応し、平面視で直線状に示される第2端部53と、リブ60の+R側端部から−θ側に向かって、第2端部53に対して略直角方向に延設された第2外側面63Bと、リブ60の−R側端部から−θ側に向かって第2端部53に対して略直角方向に延設された第2内側面64Bと、第2外側面63Bの−θ側端部と第2内側面64Bの−θ側端部とを略円弧状に繋げることによって形成される。
第2挿入孔57Bの角部には、前記視線より見た場合に例えば円弧状の空間部67Bが形成されている。具体的には、第2端部53と第2外側面63Bとの角部、第2端部53と第2内側面64Bとの角部、および短側辺65Bと第2内側面64Bとの角部の3箇所に空間部67Bが形成されている。これにより、第2永久磁石58Bを第2挿入孔57Bに挿入して固定する際に、第2永久磁石58Bの角部58B1が第2挿入孔57Bと干渉することを防止できる。また、ロータコア22が回転した際に、ロータコア22の遠心力によって第2永久磁石58Bの角部58B1にロータコア22の応力が集中することが防止されるため第2永久磁石58Bやロータコア片22Aが破損されることを防止できる。
一方、第2フラックスバリア61Bが第1フラックスバリア61Aよりも大きい面積を有するように形成されていることにより、ロータコア片22Aのうち、第2空洞部55Bよりも+R方向における領域の面積から第2フラックスバリア61Bの面積を引いた有効面積と、ロータコア片22Aのうち、第1空洞部55Aよりも+R方向における領域の面積から第1フラックスバリア61Aの面積を引いた有効面積と、が略一致する。したがって、中心線Cを挟んで+θ側の領域と−θ側の領域との間で重量のバランスを取ることができる。このため、ロータコア片22Aが回転する際の動バランスを確保することができ、トルク脈動の少ないロータコア22およびロータ15を形成することができる。
ロータコア22は、上述した第1空洞部55Aおよび第2空洞部55Bを有する円盤状のロータコア片22Aを複数積層することにより形成される。具体的には、ロータコア片22Aを重ねてカシメることにより、各ロータコア片22Aにはダボ(不図示)が形成される。このダボにより各ロータコア片22Aを連結して積層固定することができる。ダボを形成して複数箇所カシメることにより、各ロータコア片22Aが位置ずれするのを防止している。なお、各ロータコア片22Aを接着することにより積層してもよい。
ここで、ロータコア片22Aの表面は、無機質材等の絶縁被膜により絶縁処理がなされている。ロータコア片22Aの表面を無機質材等の絶縁被膜でコーティングすることにより、複数のロータコア片22Aを積層した時に、隣接する各ロータコア片22A間における電気的絶縁状態を確保することができる。これにより、渦電流の通路を狭小にすることができるため、磁力を効率よく回転力に変換することができる。なお、ロータコア片22Aは、できるだけ薄く形成することが好ましい。ロータコア片22Aを薄くすることで渦電流の通路を狭小にすることができるため、より効率の高いロータコア22を提供することができる。
第1永久磁石58AはZ方向からみて略矩形状に形成されている。具体的には、第1空洞部55Aの第1端部52と、第1外側面63Aと、第1内側面64Aと、短側辺65Aと、に対応した略直線状の各側面により略矩形状に形成されている。
第2永久磁石58Bは、第1永久磁石58Aと同様にZ方向からみて略矩形状に形成されている。具体的には、第2空洞部55Bの第2端部53と、第2外側面63Bと、第2内側面64Bと、短側辺65Bと、に対応した略直線状の各側面により略矩形状に形成されている。なお、本実施形態では、第1永久磁石58Aと第2永久磁石58Bとは、同一の永久磁石58を使用している。これにより、部品の共用化によるコストダウンを図ることができる。
ロータ15は、上述したロータコア22の貫通孔28に出力軸24を固定し、さらに第1挿入孔57Aに第1永久磁石58Aを、第2挿入孔57Bに第2永久磁石58Bを固定することにより形成される。
図4はトルク位相図である。
上述のように、第1永久磁石58Aを第1空洞部55Aに挿入すると、第1永久磁石58Aの長手方向軸線(第1軸線L1)が、中心線Cの垂線Dに対して+θ方向に傾斜して交差するように配置される。このため、第1永久磁石58Aが作るd軸磁束が、中心線Cよりも+θ側に偏って分布する。このため、図4に示すように、d軸磁束が中心線Cに沿って分布している場合の磁石トルクTmaピーク時の位相と比較して、本実施形態における磁石トルクTmのピーク時の位相は、リラクタンストルクTrのピーク時の位相に近付く。したがって、磁石トルクTmとリラクタンストルクTrとの合成トルクT、すなわちモータのトルクを、d軸磁束が各極間の中心線Cに沿って分布している場合の合成トルクTaよりも向上させることができる。これにより、起動時や急激な負荷変動に対しても大きな合成トルクを得ることが可能となる。以上により、効率の良いモータおよびこれを用いた車両を提供することができる。
本実施形態では、第2空洞部55Bの第2軸線L2が、中心線Cの垂線Dに対して+θ方向に傾斜して交差するように配置されている。しかし、第2軸線L2は必ずしも垂線Dに対して+θ方向に傾斜している必要はなく、少なくとも第1軸線L1が垂線Dに対して+θ方向に傾斜して交差するように配置されていれば構わない。具体的には例えば、第2軸線L2が、中心線Cと直交する方向に沿って配置されていてもよい。
また、本実施形態では、第2軸線L2が第1軸線L1と略平行になるように形成されているが、第2軸線L2は、必ずしも第1軸線L1と略平行になるように形成されている必要はない。第2軸線L2の傾斜度合いについては、各永久磁石58(58A、58B)の磁石トルクの特性やリラクタンストルクの特性に応じて適宜選択することができる。
4 ワイドレンズ
5 照明ランプ
15 ロータ(回転子)
21 ステータ(固定子)
22 ロータコア(回転子コア)
22A ロータコア片(電磁鋼板形成体)
23 モータ(回転電機)
24 出力軸
24A 軸中心
52 第1端部(端部)
53 第2端部(端部)
55A 第1空洞部
55B 第2空洞部
57 挿入孔
57A 第1挿入孔
57B 第2挿入孔
58 永久磁石
58A 第1永久磁石
58A1 角部
58B 第2永久磁石
58B1 角部
59 周縁部
59A 第1周縁部
59B 第2周縁部
60 リブ
61 フラックスバリア
61A 第1フラックスバリア
61B 第2フラックスバリア
62A,62B 角部
63A 側面(第1外側面)
64A 側面(第1内側面)
63B 側面(第2外側面)
64B 側面(第2内側面)
67A,67B 空間部
+θ 正回転方向
−θ 逆回転方向
C 中心線
α ピッチ角
L1 第1軸線(第1空洞部の長手方向軸線)
L2 第2軸線(第2空洞部の長手方向軸線)
D 垂線
Claims (8)
- 軸中心を含む視線より見た場合に、同軸中心回りの周方向に沿って時計回りに正回転方向及び逆回転方向が付与された回転子コアに用いられる電磁鋼板形成体であって、
前記視線より見た場合に、複数の極を構成する永久磁石が前記周方向に沿って所定の極ピッチ角で略等間隔に配置され、かつ、1つの極に配される前記永久磁石が第1永久磁石および第2永久磁石として分割配置されるように、
前記第1永久磁石が挿入される第1空洞部と、前記第2永久磁石が挿入される第2空洞部と、これら第1空洞部および第2空洞部間を仕切るリブとが、この電磁鋼板形成体に形成され;
前記視線より見た場合の前記第1空洞部が、
前記極ピッチ角の中心角を通る中心線よりも正回転方向側に位置し、かつ、
同第1空洞部の長手方向軸線が前記中心線の垂線に対して時計回り方向に傾斜して交差するように配置され、
前記視線より見た場合の前記第2空洞部が、
前記中心線よりも逆回転方向側に位置し、かつ、
同第2空洞部の長手方向軸線が前記中心線の前記垂線に対して時計回り方向に傾斜して交差するように配置され、
前記第1空洞部に設けられて、前記第1永久磁石が挿入される略矩形状の第1挿入孔と、前記第2空洞部に設けられて、前記第2永久磁石が挿入される略矩形状の第2挿入孔と、を有し;
前記視線より見た場合に、前記第1永久磁石の前記正回転方向側における外周側角部と、前記第2永久磁石の前記逆回転方向側における外周側角部とが前記軸中心回りの同一円周上に配されるように、前記第1挿入孔および前記第2挿入孔が形成されていることを特徴とする電磁鋼板形成体。 - 軸中心を含む視線より見た場合に、同軸中心回りの周方向に沿って時計回りに正回転方向及び逆回転方向が付与された回転子コアに用いられる電磁鋼板形成体であって、
前記視線より見た場合に、複数の極を構成する永久磁石が前記周方向に沿って所定の極ピッチ角で略等間隔に配置され、かつ、1つの極に配される前記永久磁石が第1永久磁石および第2永久磁石として分割配置されるように、
前記第1永久磁石が挿入される第1空洞部と、前記第2永久磁石が挿入される第2空洞部と、これら第1空洞部および第2空洞部間を仕切るリブとが、この電磁鋼板形成体に形成され;
前記視線より見た場合の前記第1空洞部が、
前記極ピッチ角の中心角を通る中心線よりも正回転方向側に位置し、かつ、
同第1空洞部の長手方向軸線が前記中心線の垂線に対して時計回り方向に傾斜して交差するように配置され、
前記視線より見た場合の前記第2空洞部が、
前記中心線よりも逆回転方向側に位置し、かつ、
同第2空洞部の長手方向軸線が前記中心線の前記垂線に対して時計回り方向に傾斜して交差するように配置され、
前記第1空洞部の前記正回転方向側に設けられて前記第1永久磁石の磁束の漏洩を防ぐ第1フラックスバリアと;
前記第2空洞部の前記逆回転方向側に設けられて前記第2永久磁石の磁束の漏洩を防ぐ第2フラックスバリアと;
をさらに備え、
前記第2フラックスバリアが、前記第1フラックスバリアよりも大きい面積を有することを特徴とする電磁鋼板形成体。 - 軸中心を含む視線より見た場合に、同軸中心回りの周方向に沿って時計回りに正回転方向及び逆回転方向が付与された回転子コアに用いられる電磁鋼板形成体であって、
前記視線より見た場合に、複数の極を構成する永久磁石が前記周方向に沿って所定の極ピッチ角で略等間隔に配置され、かつ、1つの極に配される前記永久磁石が第1永久磁石および第2永久磁石として分割配置されるように、
前記第1永久磁石が挿入される第1空洞部と、前記第2永久磁石が挿入される第2空洞部と、これら第1空洞部および第2空洞部間を仕切るリブとが、この電磁鋼板形成体に形成され;
前記視線より見た場合の前記第1空洞部が、
前記極ピッチ角の中心角を通る中心線よりも正回転方向側に位置し、かつ、
同第1空洞部の長手方向軸線が前記中心線の垂線に対して時計回り方向に傾斜して交差するように配置され、
前記視線より見た場合の前記第2空洞部が、
前記中心線よりも逆回転方向側に位置し、かつ、
同第2空洞部の長手方向軸線が前記中心線の前記垂線に対して時計回り方向に傾斜して交差するように配置され、
前記第1空洞部の前記正回転方向側に設けられて前記第1永久磁石の磁束の漏洩を防ぐ第1フラックスバリアと;
前記第2空洞部の前記逆回転方向側に設けられて前記第2永久磁石の磁束の漏洩を防ぐ第2フラックスバリアと;
をさらに備え、
前記第1フラックスバリアの周縁部および前記第2フラックスバリアの周縁部が湾曲しており、かつ、前記各周縁部の外径側の曲率半径がこれら周縁部の内径側の曲率半径より大きいことを特徴とする電磁鋼板形成体。 - 軸中心を含む視線より見た場合に、同軸中心回りの周方向に沿って時計回りに正回転方向及び逆回転方向が付与された回転子コアに用いられる電磁鋼板形成体であって、
前記視線より見た場合に、複数の極を構成する永久磁石が前記周方向に沿って所定の極ピッチ角で略等間隔に配置され、かつ、1つの極に配される前記永久磁石が第1永久磁石および第2永久磁石として分割配置されるように、
前記第1永久磁石が挿入される第1空洞部と、前記第2永久磁石が挿入される第2空洞部と、これら第1空洞部および第2空洞部間を仕切るリブとが、この電磁鋼板形成体に形成され、
前記視線より見た場合の前記第1空洞部が、
前記極ピッチ角の中心角を通る中心線よりも正回転方向側に位置し、かつ、
同第1空洞部の長手方向軸線が前記中心線の垂線に対して時計回り方向に傾斜して交差するように配置され、
前記軸中心に直交する径方向における前記第1空洞部よりも外側の前記電磁鋼板形成体の幅は、前記正回転方向に向かうに従い狭くなっており、
前記視線より見た場合の前記第2空洞部が、
前記中心線よりも逆回転方向側に位置し、かつ、
同第2空洞部の長手方向軸線が前記中心線の前記垂線に対して時計回り方向に傾斜して交差するように配置されていることを特徴とする電磁鋼板形成体。 - 請求項1〜4の何れか1項に記載の電磁鋼板形成体を複数積層して形成された回転子コアであって、
前記各電磁鋼板形成体がそれぞれ絶縁処理されていることを特徴とする回転子コア。 - 請求項5に記載の回転子コアと;
この回転子コアの前記第1空洞部に挿入された前記第1永久磁石および前記第2空洞部に挿入された前記第2永久磁石と;
を有することを特徴とする回転子。 - 請求項6に記載の回転子と;
この回転子の外周面を覆うように配置される略円環状の固定子と;
を有することを特徴とする回転電機。 - 請求項7に記載の回転電機が、駆動用の回転電機として用いられていることを特徴とする車両。
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