JP6019875B2 - 回転電機 - Google Patents
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Description
方向に交互に並ぶように配置された回転電機において、前記ロータコアには、該ロータコアにおける前記第1の極性の磁極が外周に現れた第1磁極部から軸方向の少なくとも一方側に突出した第1突起、及び該ロータコアにおける前記第2の極性の磁極が外周に現れた第2磁極部から軸方向の少なくとも一方側に突出するとともに前記第1突起よりも径方向内側に配置された第2突起が設けられ、前記ロータの軸方向の少なくとも一方側には、周方向に巻回されたコイル、及び前記コイルで作られる磁束の磁路となるヨークを有する補助界磁が配置され、前記補助界磁には、前記第1突起と軸方向において対向する外側磁極部が設けられるとともに、前記第2突起と軸方向において対向する内側磁極部が前記外側磁極部との間にギャップを介在させて設けられ、前記第1突起と前記第2突起とは、軸方向と直交する断面積が互いに等しくなるように形成されたことを要旨とする。
また、第1突起及び第2突起はそれぞれ補助界磁で作られる磁束の磁路となるため、例えば第1突起及び第2突起のいずれか一方の断面積のみを大きくしても、いずれか他方の断面積が小さく磁気抵抗が大きい場合には、補助界磁とロータとの間を通過する磁束は増加しない。したがって、上記構成のように第1突起及び第2突起の断面積を互いに等しくすることで、補助界磁とロータとの間を通過する磁束を効率的に増加させることが可能になる。
請求項6に記載の発明は、筒状部を有するハウジングと、前記筒状部の内側に固定されたステータと、前記ステータの内周に配置され、ロータコア及び前記ロータコアに埋め込まれる態様で固定された複数の埋込磁石を有するロータと、を備え、前記埋込磁石は、前記ロータの外周に第1の極性の磁極と第2の極性の磁極とが周方向に交互に並ぶように配置された回転電機において、前記ロータコアには、該ロータコアにおける前記第1の極性の磁極が外周に現れた第1磁極部から軸方向の少なくとも一方側に突出した第1突起、及び該ロータコアにおける前記第2の極性の磁極が外周に現れた第2磁極部から軸方向の少なくとも一方側に突出するとともに前記第1突起よりも径方向内側に配置された第2突起が設けられ、前記ロータの軸方向の少なくとも一方側には、周方向に巻回されたコイル、及び前記コイルで作られる磁束の磁路となるヨークを有する補助界磁が配置され、前記補助界磁には、前記第1突起と軸方向において対向する外側磁極部が設けられるとともに、前記第2突起と軸方向において対向する内側磁極部が前記外側磁極部との間にギャップを介在させて設けられ、前記補助界磁は、前記コイルで作られる磁束の磁路の途中に設けられ、該磁束に沿って磁化された可変磁石を有し、前記可変磁石は、環状に形成されるとともに、前記コイルが前記ロータとの間に介在されるように該コイルと軸方向に並置されたことを要旨とする。
以下、本発明を具体化した第1実施形態を図面に従って説明する。
図1及び図2に示す回転電機(電動モータ)1は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車の駆動源として用いられる。同図に示すように、回転電機1は、円筒状のハウジング2内に収容されたステータ3と、ステータ3の径方向内側において回転可能に支持されたロータ4とを備えている。ハウジング2は、一端側(図2における右側)が開口した有底筒状のハウジング本体5と、ハウジング本体5の開口端を閉塞するように設けられる円環状のカバー6とからなる。なお、本実施形態では、ハウジング本体5及びカバー6は、非磁性材料により構成されている。
図2及び図3に示すように、ロータコア22には、回転軸21が挿通される貫通孔31がその中央に形成されている。また、ロータコア22には、埋込磁石23が内部に配置される複数の空洞部32が設けられている。空洞部32は、軸方向に延びる断面長方形の孔状にそれぞれ形成されるとともに、その長手方向が径方向に沿うようにロータコア22に対して配置されている。また、空洞部32の径方向両側には、空洞部32と連続する断面略半円形の膨出部33が形成されている。さらに、ロータコア22における径方向内側部分には、複数の空隙34が形成されている。なお、本実施形態の各空隙34は、軸方向に延びる断面略円形状に形成されており、隣り合う膨出部33間に配置されている。
補助界磁SFは、導線を周方向に巻回してなる円環状のコイルとしての磁化コイル51と、磁化コイル51で作られる磁束の磁路となる円環状のヨーク52と、磁化コイル51で作られる磁束の磁路の途中に設けられた円環状の可変磁石53とを備えている。そして、補助界磁SFには、第1突起37と軸方向において対向する外側磁極部54が設けられるとともに、第2突起38と軸方向において対向する内側磁極部55が外側磁極部54との間に環状のギャップGを介在させて設けられている。
可変磁石53は、制御装置から磁化コイル51に大きな電流が供給されて強い磁界を形成されることで、不可逆的に減磁又は増磁、あるいは磁化方向が変更される。そして、可変磁石53の磁化方向が変更されることにより、外側磁極部54及び内側磁極部55に現れる極性が変更される。
(1)ハウジング2の筒状部5aをほとんど通過しない磁束を発生させる補助界磁SFによってステータ3とロータ4との間を通過する磁束を増加又は減少させるようにしたため、筒状部5aを薄肉化してもその磁気抵抗が大きくならず、容易に回転電機1を径方向に小型化することができる。
ここで、磁化コイル51で作られる磁束は、第1突起37及び第2突起38を介してロータ4に出入りするため、磁化コイル51の磁路における第1突起37及び第2突起38に近接した部分(外側磁極部54及び内側磁極部55)を通過する磁束は、第1突起37及び第2突起38と対向する位置に集中し易い。つまり、磁化コイル51で作られる磁束の磁束密度が、周方向において均一とはならず、ばらつきが生じる。そのため、例えば可変磁石53を外側磁極部54又は内側磁極部55の近傍に配置すると、磁化コイル51で形成される強い磁界によって可変磁石53の磁化方向を変更等する際に、磁化の程度にばらつきが生じる虞がある。一方、磁化コイル51の磁路における第1突起37及び第2突起38から離間した部分では、磁束が特定の箇所に集中し難くなる。したがって、本実施形態のように、可変磁石53を磁化コイル51がロータ4との間に介在されるようにして該磁化コイル51と軸方向に並置することで、可変磁石53の磁化の程度が周方向においてばらつくことを抑制できる。
ここで、第1突起37及び第2突起38は、それぞれ補助界磁SFで作られる磁束の磁路となるため、例えば第1突起37及び第2突起38のいずれか一方の断面積のみを大きくしても、いずれか他方の断面積が小さく磁気抵抗が大きい場合には、補助界磁SFとロータ4との間を通過する磁束は増加しない。したがって、本実施形態のように第1突起37及び第2突起38の断面積を互いに等しくすることで、補助界磁SFとロータ4との間を通過する磁束を効率的に増加させることが可能になる。
次に、本発明を具体化した第2実施形態を図面に従って説明する。なお、本実施形態と上記第1実施形態との主たる相違点は、第1突起及び第2突起の構成である。そのため、説明の便宜上、同一の構成については上記第1実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
(7)第1突起37を第1磁極部35の軸端面における外側磁極部54と対向する位置に固定された短尺状の第1磁性体71により構成し、第2突起38を第2磁極部36の軸端面における内側磁極部55と対向する位置に固定された短尺状の第2磁性体72により構成した。そのため、第1磁極部35及び第2磁極部36に挿入孔を形成するとともにこの挿入孔に磁性体を挿入する場合(例えば、上記第1実施形態)に比べ、第1磁極部35及び第2磁極部36の径方向の磁気抵抗が大きくなることを抑制できる。
次に、本発明を具体化した第3実施形態を図面に従って説明する。なお、本実施形態と上記第1実施形態との主たる相違点は、補助界磁の構成である。そのため、説明の便宜上、同一の構成については上記第1実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態では、外側磁極部54及び内側磁極部55に現れる極性は、界磁コイル81への通電方向に応じて変更される。また、界磁コイル81への通電量に応じて、ステータ3とロータ4との間を通過する磁束の増加量(減少量)が調整される。そして、上記第1実施形態と同様に、補助界磁SFで作られる磁束が第1突起37及び第2突起38を介してロータ4に出入りすることで、ステータ3とロータ4との間を通過する磁束が増加又は減少する。
なお、上記各実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記各実施形態では、埋込磁石23にフェライト系のボンド磁石を用いたが、これに限らず、例えばネオジウム系の焼結磁石等の他の磁石を用いてもよい。同様に、可変磁石53にサマリウム−コバルト系の焼結磁石以外の磁石を用いてもよい。
・上記各実施形態では、外側部材61及び内側部材62、また、第1磁性体71及び第2磁性体72を圧粉磁心により構成したが、例えば低炭素綱等を用いてもよい。
(イ)前記回転電機において、前記各埋込磁石は、板状に形成されるとともに、前記ロータコアに対して放射状に配置され、隣り合う前記埋込磁石と周方向において同じ極性が対向するように磁化されていることを特徴とする回転電機。上記構成によれば、第1磁極部及び第2磁極部を径方向の広範囲に広がった形状とするとともに、軸方向から見た第1磁極部及び第2磁極部の面積を大きくすることができるため、第1突起及び第2突起の断面積をそれぞれ大きくすることが可能になり、効果的にステータとロータとの間を通過する磁束を増加又は減少させることができる。
Claims (6)
- 筒状部を有するハウジングと、
前記筒状部の内側に固定されたステータと、
前記ステータの内周に配置され、ロータコア及び前記ロータコアに埋め込まれる態様で固定された複数の埋込磁石を有するロータと、を備え、
前記埋込磁石は、前記ロータの外周に第1の極性の磁極と第2の極性の磁極とが周方向に交互に並ぶように配置された回転電機において、
前記ロータコアには、該ロータコアにおける前記第1の極性の磁極が外周に現れた第1磁極部から軸方向の少なくとも一方側に突出した第1突起、及び該ロータコアにおける前記第2の極性の磁極が外周に現れた第2磁極部から軸方向の少なくとも一方側に突出するとともに前記第1突起よりも径方向内側に配置された第2突起が設けられ、
前記ロータの軸方向の少なくとも一方側には、周方向に巻回されたコイル、及び前記コイルで作られる磁束の磁路となるヨークを有する補助界磁が配置され、
前記補助界磁には、前記第1突起と軸方向において対向する外側磁極部が設けられるとともに、前記第2突起と軸方向において対向する内側磁極部が前記外側磁極部との間にギャップを介在させて設けられ、
前記第1突起と前記第2突起とは、軸方向と直交する断面積が互いに等しくなるように形成されたことを特徴とする回転電機。 - 請求項1に記載の回転電機において、
前記補助界磁は、前記コイルで作られる磁束の磁路の途中に設けられ、該磁束に沿って磁化された可変磁石を有することを特徴とする回転電機。 - 請求項2に記載の回転電機において、
前記可変磁石は、環状に形成されるとともに、前記コイルが前記ロータとの間に介在されるように該コイルと軸方向に並置されたことを特徴とする回転電機。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の回転電機において、
前記ロータコアは、複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層してなるものであって、
前記第1磁極部には、軸方向の少なくとも一方側に開口した第1挿入孔が前記外側磁極部と対向する位置に形成されるとともに、前記第2磁極部には、軸方向の少なくとも一方側に開口した第2挿入孔が前記内側磁極部と対向する位置に形成され、
前記第1突起は、前記第1挿入孔に挿入され、前記ロータコアの軸方向の磁気抵抗よりも軸方向の磁気抵抗が小さな長尺状の第1磁性体により構成され、
前記第2突起は、前記第2挿入孔に挿入され、前記ロータコアの軸方向の磁気抵抗よりも軸方向の磁気抵抗が小さな長尺状の第2磁性体により構成されたことを特徴とする回転電機。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の回転電機において、
前記第1突起は、前記ロータコアの軸端面における前記外側磁極部と対向する位置に固定された第1磁性体により構成され、
前記第2突起は、前記ロータコアの軸端面における前記内側磁極部と対向する位置に固定された第2磁性体により構成されたことを特徴とする回転電機。 - 筒状部を有するハウジングと、
前記筒状部の内側に固定されたステータと、
前記ステータの内周に配置され、ロータコア及び前記ロータコアに埋め込まれる態様で固定された複数の埋込磁石を有するロータと、を備え、
前記埋込磁石は、前記ロータの外周に第1の極性の磁極と第2の極性の磁極とが周方向に交互に並ぶように配置された回転電機において、
前記ロータコアには、該ロータコアにおける前記第1の極性の磁極が外周に現れた第1磁極部から軸方向の少なくとも一方側に突出した第1突起、及び該ロータコアにおける前記第2の極性の磁極が外周に現れた第2磁極部から軸方向の少なくとも一方側に突出するとともに前記第1突起よりも径方向内側に配置された第2突起が設けられ、
前記ロータの軸方向の少なくとも一方側には、周方向に巻回されたコイル、及び前記コイルで作られる磁束の磁路となるヨークを有する補助界磁が配置され、
前記補助界磁には、前記第1突起と軸方向において対向する外側磁極部が設けられるとともに、前記第2突起と軸方向において対向する内側磁極部が前記外側磁極部との間にギャップを介在させて設けられ、
前記補助界磁は、前記コイルで作られる磁束の磁路の途中に設けられ、該磁束に沿って磁化された可変磁石を有し、
前記可変磁石は、環状に形成されるとともに、前記コイルが前記ロータとの間に介在されるように該コイルと軸方向に並置されたことを特徴とする回転電機。
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