JP5796569B2 - 回転子、および、これを用いた回転電機 - Google Patents
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Description
一方、希土類磁石は、資源の偏在性から調達リスクが顕在化しており、使用量の削減が求められている。例えば特許文献1には、周方向に交互に並ぶ軟磁性極および磁石極を形成し、磁石極のみに永久磁石が埋め込まれて成るコンシクエントポール型の回転子が提案されている。この回転子は、軟磁性極が永久磁石の径方向内側の極性に磁化されて回転子表面に磁束を誘導することによってN極とS極とを交互に形成することを利用した回転子である。これにより、希土類磁石の使用個数が半減し、コスト低減と調達リスクの軽減とを達成している。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、出力トルクの低下を抑制しつつコギングトルクを低減することができる回転子を提供することである。
本発明による回転子は、回転軸と、回転軸に嵌合している筒状のボスと、ボスから放射状に延びている複数のリブと、各リブの径方向外側の端部同士をつないでいる筒状のヨークと、ヨークから放射状に突き出している複数の軟磁性極と、ヨークのうち各軟磁性極間から放射状に突き出している複数の磁石極と、板状に形成され、厚さ方向がヨークの径方向と一致するように磁石極の磁石収容孔に収容されている複数の永久磁石とを備える。
特に本発明は、ヨークのうち、磁石極の周方向中央部に対し径方向内側に位置する部分の径方向幅をaとし、磁石極の磁気伝達部のうち、磁石極の周方向中央部に対応する部分の径方向幅をbとすると、次式の関係が成り立つことを特徴とする。
2.0≦(a/b)≦2.7
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による回転子が適用された「回転電機」としてのモータを図1に示す。先ず、モータ10の概略構成を図1〜図3に基づき説明する。モータ10は、3相ブラシレスモータであり、ハウジング20、固定子30および回転子40を備えている。
固定子30のティース32は、径方向内側の端部から周方向へ延びる鍔部34を形成しており、周方向に等角度間隔に60個設けられている。スロット36の数は60個である。巻線35の巻き方は全節巻きである。
E = a/b・・・(1)
2.0≦(a/b)≦2.7・・・(2)
磁石収容孔46の径方向幅をcとすると、式(3)の関係が成り立つ。
b≦c≦a・・・(3)
a≦e≦(a+b)・・・(4)
2δ≦b≦4δ・・・(5)
1.0≦(w1/t0)≦2.0・・・(6)
また、ティース32のうち鍔部34の突き出し長さw2とすると、式(7)の関係が成り立つ。
w1≦w2・・・(7)
また、磁石極45の接続部72の接続方向すなわち延伸方向と、永久磁石48の厚さ方向とのなす角度をαとすると、式(8)の関係が成り立つ。
α≦25[deg]・・・(8)
また、本実施形態では、軟磁性極43の凸曲面44と肉盗み孔67の凹曲面68との最短距離eは、式(4)が成り立つように設定されている。このように定量化すると適切な磁気回路の設計を容易に行うことができる。
また、板部材50のうち磁石極45の接続部72を構成する部分51は、例えばプレス成形などにより容易に形成することができる。
本発明の第2実施形態による回転子を図9および図10に基づき説明する。
回転子80では、板部材50の薄肉部82は、凸曲面47まで延びている。また、薄肉部82は、周方向位置が永久磁石48の周方向幅範囲βに重ならないように形成されている。
第2実施形態によれば、第1実施形態よりも一層コギングトルクを低減することができる。また、第2実施形態によれば、薄肉部82の周方向位置が永久磁石48の周方向幅範囲βに重なることに起因したコギングトルクの増大を回避することができる。
本発明の第3実施形態による回転子を図11に基づき説明する。
回転子85では、磁石極45と軟磁性極43との間の隙間86は、永久磁石48よりも径方向内側に延びている。
第3実施形態によれば、磁石極45と軟磁性極43との間の漏れ磁束を一層抑制することができ、回転子85と固定子30との間の空隙における磁束分布を一層滑らかにすることができる。
本発明の他の実施形態では、巻線の巻き方は、短節巻きなど他の巻き方であってもよい。
本発明の他の実施形態では、永久磁石は、周方向や軸方向に分割されていてもよい。すなわち、1つの磁石収容孔に複数の永久磁石が収容されてもよい。
本発明の他の実施形態では、ヨークの磁気抵抗部は、肉盗み孔に限らず、例えば板部材の板厚を薄くする等によって構成されてもよい。また、磁気抵抗部を肉盗み孔から構成する場合であっても、当該肉盗み孔は軸方向に貫通していなくてもよい。
本発明の他の実施形態では、リブは、必ずしも磁石極に対し径方向内側に位置していなくてもよい。例えば、リブは、軟磁性極に対し径方向内側に位置していてもよい。
本発明の他の実施形態では、モータは、車両用電動パワーステアリング以外の装置に設けられてもよい。
本発明の他の実施形態では、回転子は、発電機に適用されてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
40、80、85・・・回転子
41・・・回転軸
43・・・軟磁性極
45・・・磁石極
46・・・磁石収容孔
48・・・永久磁石
61・・・ボス
62・・・リブ
63・・・ヨーク
71・・・第2磁気伝達部(磁気伝達部)
72・・・接続部
Claims (14)
- 回転電機(10)の回転子(40、80、85)であって、
回転軸(41)と、
前記回転軸に嵌合している筒状のボス(61)と、
前記ボスから放射状に延びている複数のリブ(62)と、
各前記リブの径方向外側の端部同士をつないでいる筒状のヨーク(63)と、
前記ヨークから放射状に突き出している複数の軟磁性極(43)と、
前記ヨークのうち各前記軟磁性極間から放射状に突き出し、磁石収容孔(46)を有している複数の磁石極(45)と、
板状に形成され、厚さ方向が前記ヨークの径方向と一致するように前記磁石収容孔に収容されている複数の永久磁石(48)と、
を備え、
前記磁石極は、前記磁石収容孔に対し径方向外側に隣接している磁気伝達部(71)、および、前記磁気伝達部のうち周方向の一端部および他端部と前記ヨークとを接続している接続部(72)を形成し、
前記ヨークのうち、前記磁石極の周方向中央部に対し径方向内側に位置する部分の径方向幅をaとし、前記磁石極の前記磁気伝達部のうち、前記磁石極の周方向中央部に対応する部分の径方向幅をbとすると、
2.0≦(a/b)≦2.7
の関係が成り立つことを特徴とする回転子。 - 前記磁石収容孔の径方向幅をcとすると、
b≦c≦a
の関係が成り立つことを特徴とする請求項1に記載の回転子。 - 前記ヨークは、前記軟磁性極の周方向中央部に対し径方向内側に位置している磁気抵抗部(65)を有することを特徴とする請求項1または2に記載の回転子。
- 前記ヨークの前記磁気抵抗部は肉盗み孔(67)から構成されていることを特徴とする請求項3に記載の回転子。
- 前記軟磁性極の径方向外側の凸曲面(44)と前記肉盗み孔の凹曲面(68)との径方向の最短距離をeとすると、
a≦e≦(a+b)
の関係が成り立つことを特徴とする請求項4に記載の回転子。 - 前記軟磁性極の径方向外側の凸曲面(44)および前記磁石極の径方向外側の凸曲面(47)は、周方向の中央部が端部よりも径方向外側に位置する曲面であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の回転子。
- 前記磁石極の前記接続部は、前記磁気伝達部よりも磁気抵抗が高いことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の回転子。
- 前記ボス、前記リブ、前記ヨーク、前記軟磁性極および前記磁石極は、軸方向に積層された複数の板部材(50)から構成され、
前記板部材のうち前記磁石極の前記接続部を構成する部分(51)の少なくとも一部は、前記板部材のうち前記磁石極の前記磁気伝達部を構成する部分(54)よりも板厚が薄いことを特徴とする請求項7に記載の回転子。 - 前記板部材のうち前記磁石極の前記接続部を構成する部分は、板厚が連続的に変化していることを特徴とする請求項8に記載の回転子。
- 前記板部材のうち前記磁石極の前記接続部を構成する部分の最薄部(52、82)は、前記板部材のうち前記磁石極の前記磁気伝達部を構成する部分よりも板厚が10%以上薄いことを特徴とする請求項8または9に記載の回転子。
- 前記板部材の前記最薄部(82)は、前記磁石極の径方向外側の凸曲面まで延びていることを特徴とする請求項10に記載の回転子(80)。
- 前記板部材のうち前記磁石極の前記接続部を構成する部分の周方向幅をw1とし、前記板部材のうち前記磁石極の前記磁気伝達部を構成する部分の板厚をt0とすると、
1.0≦(w1/t0)≦2.0
の関係が成り立つことを特徴とする請求項8〜11のいずれか一項に記載の回転子。 - 請求項1〜12のいずれか一項に記載の回転子と、
前記回転子に対し径方向外側で放射状に延びている複数のティース(32)と、
各前記ティースのうち径方向外側の端部同士をつないでいる筒状のバックヨーク(31)と、
各前記ティース間に区画形成されたスロット(36)に設けられている巻線(35)と、
を備え、
前記回転子と前記ティースとの間の空隙の最短距離をδとすると、
2δ≦b≦4δ
の関係が成り立つことを特徴とする回転電機。 - 前記巻線の巻き方は全節巻きであり、
車両用電動パワーステアリングに用いられるブラシレスモータであることを特徴とする請求項13に記載の回転電機。
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