JP6127893B2 - Rotor for rotating electrical machines - Google Patents
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Description
本発明は、複数の磁石孔を有するロータコアと、各磁石孔に複数に分割配置されている永久磁石とを含む回転電機用ロータに関する。 The present invention relates to a rotor for a rotating electrical machine including a rotor core having a plurality of magnet holes and a permanent magnet divided into a plurality of magnet holes.
従来から回転電機用ロータにおいて、ロータコアの磁石孔に挿入される永久磁石を複数に分割して配置する構成が知られている。この構成では、ロータの回転時にステータから作用する磁束の変動が生じる場合でも、永久磁石における渦電流損を抑制できる場合がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a rotor for a rotating electrical machine, a configuration is known in which a permanent magnet inserted into a magnet hole of a rotor core is divided into a plurality of parts. In this configuration, even when the magnetic flux acting from the stator varies during rotation of the rotor, eddy current loss in the permanent magnet may be suppressed.
特許文献1には、磁石孔のそれぞれに2つの磁石が挿入された回転電機用ロータであって、それぞれの磁石の間に樹脂が注入されることにより2つの磁石の接触を抑制する構成が記載されている。磁石間の接触が抑制されることによって渦電流損の抑制が期待される。 Patent Document 1 describes a rotor for a rotating electrical machine in which two magnets are inserted into each of magnet holes, and a structure that suppresses contact between the two magnets by injecting resin between the magnets. Has been. Suppression of eddy current loss is expected by suppressing contact between magnets.
特許文献2には、回転電機用ロータにおいて、磁石孔に複数の磁石が挿入され、各磁石の間に発砲樹脂シートまたは弾性シートが挟み込まれた構成が記載されている。 Patent Document 2 describes a configuration in which a plurality of magnets are inserted into magnet holes in a rotor for a rotating electrical machine, and a foamed resin sheet or an elastic sheet is sandwiched between the magnets.
磁石孔に配置される複数の磁石間の接触が抑制される場合でも、各磁石がロータコアを介して電気的に導通する場合には、各磁石に生じる渦電流が短絡して渦電流損が大きくなる場合がある。特許文献1に記載された構成において、各磁石を樹脂で覆う場合、使用樹脂量が多くなるので製造コストが高くなる要因となる。一方、磁石孔に分割して配置された各磁石の表面全体に絶縁皮膜を設ける場合には、皮膜量が多くなるのでコストが増大する要因となる。特許文献2には、このような課題を解決する手段は開示されていない。 Even when contact between a plurality of magnets arranged in the magnet hole is suppressed, if each magnet is electrically connected via the rotor core, the eddy current generated in each magnet is short-circuited, resulting in a large eddy current loss. There is a case. In the configuration described in Patent Document 1, when each magnet is covered with a resin, the amount of resin used increases, which is a factor that increases the manufacturing cost. On the other hand, when an insulating film is provided on the entire surface of each magnet arranged by being divided into magnet holes, the amount of the film increases, resulting in an increase in cost. Patent Document 2 does not disclose means for solving such a problem.
本発明の目的は、低コストで磁石における渦電流損を抑制できる回転電機用ロータを提供することである。 The objective of this invention is providing the rotor for rotary electric machines which can suppress the eddy current loss in a magnet at low cost.
本発明に係る回転電機用ロータは、周方向複数個所に軸方向に延伸するように設けられた磁石孔を有するロータコアと、前記各磁石孔に、複数に分割配置された永久磁石と、を備え、前記各磁石孔内の複数の前記永久磁石は、少なくとも前記ロータコアに接触するコア接触面に設けられた絶縁皮膜を有する皮膜付磁石と、前記絶縁皮膜が存在しない皮膜なし磁石とを含み、前記皮膜付磁石は、前記コア接触面のみに設けられた前記絶縁皮膜を有する。
Rotating electric machine rotor according to the present invention includes: a rotor core having a magnet hole provided to extend in the axial direction in the circumferential direction a plurality of locations, wherein each magnet hole, and permanent magnets distributed in a plurality, the A plurality of the permanent magnets in each of the magnet holes include at least a coated magnet having an insulating film provided on a core contact surface that contacts the rotor core, and a non-coated magnet without the insulating film ; The film-coated magnet has the insulating film provided only on the core contact surface .
本発明に係る回転電機用ロータによれば、低コストで磁石における渦電流損を抑制できる。 The rotor for a rotating electrical machine according to the present invention can suppress eddy current loss in a magnet at low cost.
以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施形態を説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等に合わせて適宜変更することができる。以下では、回転電機を構成するステータコアとロータコアとを、それぞれ電磁鋼板を積層して形成されるものとして説明するが、これは例示であって、電磁鋼板以外の板材を積層したものでもよい。また、これ以外のステータコア及びロータコアであってもよい。例えば、板材の積層型ではなく、鋼材を加工した一体型コアでも、磁性粉末の圧粉体により形成されるコアでもよい。また、ステータコア及びロータコアは、周方向に分割される複数の要素を環状に連結してなる分割型コアとしてもよい。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In this description, specific shapes, materials, numerical values, directions, and the like are examples for facilitating the understanding of the present invention, and can be appropriately changed according to the application, purpose, specification, and the like. Hereinafter, the stator core and the rotor core constituting the rotating electrical machine will be described as being formed by laminating electromagnetic steel plates, but this is an example, and a laminate of plate materials other than the electromagnetic steel plates may be used. Other stator cores and rotor cores may be used. For example, instead of a laminated type of plate materials, an integrated core obtained by processing a steel material or a core formed by a green powder compact may be used. In addition, the stator core and the rotor core may be a split core formed by annularly connecting a plurality of elements that are split in the circumferential direction.
以下において複数の実施形態や、変形例などが含まれる場合、それらを適宜組み合わせて実施することができる。以下ではすべての図面において同様の要素には同一の符号を付して説明する。 In the following, when a plurality of embodiments and modified examples are included, they can be implemented by appropriately combining them. In the following description, similar elements are denoted by the same reference numerals in all drawings.
本実施形態の回転電機用ロータ(以下、単に「ロータ」という。)12を含む回転電機10は、例えばハイブリッド車両を駆動するモータとして、または、発電機として、または、その両方の機能を有するモータジェネレータとして用いられる。回転電機10は、ハイブリッド車両以外の電気自動車または燃料電池車の走行モータとして用いることもできる。
A rotating
図1は、ロータ12を含む回転電機10の概略断面図である。図2は、図1のA−A断面の拡大図である。回転電機10は、例えば、3相交流電流で駆動する永久磁石付の同期電動機であり、図示しないモータケースの内側に固定されたステータ14と、ステータ14と所定の空隙をあけて径方向内側に対向配置され、ステータ14に対し回転可能なロータ12とを備える。なお、「径方向」は、ロータ12の回転中心軸に対し直交する放射方向である。「軸方向」は、ロータ12の回転中心軸に平行な方向であり、「周方向」は、ロータ12の回転中心軸を中心として描かれる円形に沿う方向である。ロータ12は、回転軸16に固定され回転軸16と一体に回転する。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a rotating
ステータ14は、ステータコア18と、ステータコア18の周方向複数個所の等間隔位置に配置されたティース19と、各ティース19に巻かれた複数相(より具体的にはu相、v相、w相の3相)のステータ巻線20とを含む。具体的には、ステータコア18の内周面には、径方向内側へ(ロータ12へ向けて)突出する複数のティース19がステータ14の周方向に沿って互いに間隔をおいて配列されている。各ティース19間にスロット22(図2)が形成される。ステータコア18及び複数のティース19は、電磁鋼板を複数積層した積層体により、一体に形成されている。
The
各相のステータ巻線20は、スロット22を通ってティース19に集中巻または分布巻で巻装されている。このようにティース19にステータ巻線20が巻装されることでステータ磁極が構成される。そして、複数相のステータ巻線20に複数相の交流電流が流れることによって、周方向に複数配置されたティース19が磁化し、周方向に回転する回転磁界がステータ14に生成される。ティース19に形成された回転磁界は、その先端面からロータ12に作用する。
The stator winding 20 of each phase is wound around the
ロータ12は、円筒状のロータヨークであるロータコア24と、ロータコア24の周方向の等間隔複数個所に配置された磁極26とを含む。ロータコア24は、電磁鋼板を軸方向に複数積層した積層体により一体に形成されている。各磁極26は、断面V字形に配置された永久磁石である後述の2組の皮膜なし磁石28及び皮膜付磁石30を含んで形成される。ロータコア24及び複数の磁石28,30は後で詳しく説明する。
The
回転軸16は、モータケースに軸受(図示せず)により回転可能に支持される。ロータ12は、回転軸16の軸方向中間部の外径側に固定され、ステータ14の径方向内側に空隙を介して対向配置される。
The rotating
ロータコア24は、周方向複数個所において、軸方向に延伸して、かつ、貫通するように設けられた磁石孔32(図2)を含んでいる。複数の磁石孔32は、2つを1組としてロータコア24の周方向複数個所に複数組が形成される。各組の磁石孔32は、径方向外側に向かって互いに間隔が広がる断面V字形に形成される。図2では1組のV字形配置された磁石孔32を示しており、これがロータ12の周方向複数個所に同様に配置される。
The
複数の磁石28,30は、各磁石孔32のそれぞれに、複数に分割配置された永久磁石である皮膜なし磁石28と皮膜付磁石30とを含んでいる。各磁石孔32内の磁石28,30は、各磁石孔32に、周方向に2つに分かれるように分割配置されている。なお、「分割配置」とは、1つの磁石から複数の磁石に分割した場合において、それぞれの分割された磁石と同様の磁気特性を有するように、複数の磁石が分かれて配置されることを意味する。
The plurality of
皮膜なし磁石28及び皮膜付磁石30は、それぞれ軸方向に対し直交する断面が矩形である直方体形状を有する。各磁石28,30において、断面形状の矩形の長手方向の辺と軸方向の辺とで形成される面である径方向外側面S1a,S1bと径方向内側面S2a,S2bが着磁面である。後述するように1つの磁石孔32に配置される1組の磁石28,30では、互いに着磁方向が同じとなっている。
The
皮膜なし磁石28及び皮膜付磁石30において、径方向外側面S1a、S1b及び径方向内側面S2a、S2bは、磁石孔32の内側面でロータコア24に接触するコア接触面である。
In the
皮膜なし磁石28は、全部の表面に絶縁皮膜が存在せず、いわゆる皮膜レスとしている。一方、皮膜付磁石30は、少なくとも径方向外側面S1b及び径方向内側面S2bを含む面に設けられた絶縁皮膜34を含んでいる。具体的には、皮膜付磁石30は、径方向外側面S1b及び径方向内側面S2bと周方向両側面S3,S4とを含んで、軸方向に対し直交する断面矩形部分を囲む全周面にわたって設けられた絶縁皮膜34を含んでいる。皮膜付磁石30の軸方向両端面はステータ14からの磁界の影響を受けにくいので、絶縁皮膜34を設けない。回転電機の仕様によっては、皮膜付磁石30において、軸方向両端面を含む全表面に絶縁皮膜を設けてもよい。
The
皮膜なし磁石28及び皮膜付磁石30のそれぞれを形成する磁石の種類は限定するものではなく、例えば希土類磁石、フェライト磁石、またはアルニコ磁石を用いることができる。希土類磁石として、ネオジムに鉄とボロンとを加えた3成分系のネオジム磁石、サマリウムとコバルトとの2元系合金からなるサマリウムコバルト磁石、またはサマリウム鉄窒素磁石を用いてもよい。これらの磁石は、導電率が比較的大きくなるので、ステータ14からの磁界の影響によって渦電流が発生し、それによる損失が生じる場合がある。
The type of magnet forming each of the
絶縁皮膜34は、渦電流による損失を抑制するために皮膜付磁石30に設けられる。絶縁皮膜34として、ポリイミド樹脂(PA)、またはポリアミドイミド樹脂(PAI)を用いてもよい。
The insulating
皮膜なし磁石28及び皮膜付磁石30は、各磁石孔32に周方向に並んで挿入配置されている。好ましくは、皮膜なし磁石28と皮膜付磁石30との間には、周方向の隙間が設けられる。皮膜なし磁石28と皮膜付磁石30との間に隙間を設けず互いに接触させてもよい。1つの磁石孔32に並んで配置される1組の磁石28,30のうち、磁石30のみに絶縁皮膜34を設ける理由は、後述するように2つの磁石28,30のそれぞれに発生する渦電流が短絡することを抑制でき、しかも2つの磁石28,30の両方に絶縁皮膜34を設けないので皮膜コストを低減できるためである。
The
各磁極26は、断面V字形に配置された磁石28,30により形成され、各磁極26を形成する2組の磁石28,30では径方向に同じ側が同じ磁気特性を有するように着磁されている。この場合、1組の磁石28,30では、互いに着磁方向が同じとなっている。周方向に隣り合う磁極26では、互いに磁気特性が異なっている。これによって、ロータ12の外周面には、N極の磁極26とS極の磁極とが周方向に交互に配置される。
Each
各磁極26を形成する2組の磁石28,30は、周方向の磁極中央を通る径方向線である磁極中央線Cに対して両側に対称配置されている。なお、2組の磁石28,30が磁極中央線Cに対して非対称に配置されてもよい。また、1つの磁極26を形成する磁石を、1つの磁石孔に挿入配置された複数の永久磁石のみにより構成してもよい。例えば、ロータコア24の周方向に沿って配置された磁石孔に、皮膜なし磁石28と皮膜付磁石30とを周方向に並んで挿入配置することによって、1つの磁極を形成してもよい。
Two sets of
また、各磁石孔32の周方向両側端部には、磁石28,30の周方向両端面よりも外側に拡張されたポケット部36が形成される。各ポケット部36内には絶縁性の溶融樹脂が注入され固化することによって、磁石孔32からの磁石28,30の抜け防止が図られる。各ポケット部36に樹脂を注入せず、空隙部としてもよい。
Further,
各磁石孔32に磁石28,30が配置された状態で、ロータコア24の軸方向両側に図示しない一対のエンドプレートを配置し、一対のエンドプレートによりロータコア24を軸方向両側から挟み付けることもできる。
In a state where the
上記のロータ12によれば、皮膜付磁石30の磁石部分とロータコア24との間に絶縁皮膜34が設けられるので、1つの磁石孔32に挿入された皮膜付磁石30と皮膜なし磁石28とに生じる渦電流が短絡して大きな渦電流となることを防止できる。また、各磁石孔32内の磁石28,30は皮膜なし磁石28を含むので、各磁石孔32内の磁石28,30のすべてに絶縁皮膜34を設ける必要がない。このため、低コストで磁石28,30における渦電流損を抑制できる。
According to the
このような渦電流損の抑制効果について図2、図3を用いて詳しく説明する。図3は、図2から1つの磁極26を形成する2組の磁石28,30を取り出して渦電流経路を示す図である。図3では皮膜付磁石30に設けられる絶縁皮膜34を砂地で示している。
The effect of suppressing such eddy current loss will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 3 is a diagram showing an eddy current path by taking out two sets of
図2、図3に示すように、ステータ14(図1)で形成される回転磁界に含まれる交番磁界中でロータ12が動作して各磁石28,30に磁束が鎖交した場合に、この磁束の変動を打ち消すように、磁石28,30に矢印α(図3)で示す方向に渦電流がそれぞれ形成される可能性がある。この渦電流が大きくなると渦電流損が大きくなって磁石の発熱が大きくなる要因となる。
As shown in FIGS. 2 and 3, when the
本実施形態では、皮膜付磁石30において、コア接触面である径方向外側面S1b及び径方向内側面S2bを含む全周面に絶縁皮膜34が設けられるので、各磁石孔32(図2)に配置された2つの磁石28,30間でそれぞれの渦電流が、ロータコア24を介して短絡して大きな渦電流となることはない。また、2つの磁石28,30間に皮膜付磁石30の絶縁皮膜34が設けられるので、磁石28,30の間を介して、それぞれの渦電流が短絡することもない。このため、磁石28,30に形成される渦電流は各磁石28,30の単独で形成される小さいものとなるので、渦電流損が小さくなる。さらに、各磁石孔32に配置される磁石28,30のうち、皮膜なし磁石28には絶縁皮膜34を設ける必要がないので、皮膜量の低減によってロータ12の低コスト化を図れる。
In the present embodiment, in the
図4は、比較例における図2に対応する図であり、図5は、比較例における図3に対応する図である。図4、図5に示す比較例では、各磁石孔32(図2)に2つの皮膜なし磁石28が挿入配置される。皮膜なし磁石28のそれぞれの表面には絶縁皮膜が設けられていない。その他の構成は、図1から図3の構成と同様である。
FIG. 4 is a diagram corresponding to FIG. 2 in the comparative example, and FIG. 5 is a diagram corresponding to FIG. 3 in the comparative example. In the comparative example shown in FIGS. 4 and 5, two
このような比較例では、ステータ14(図2)で形成される回転磁界に含まれる交番磁界中でロータ12が動作して各磁石28に磁束が鎖交した場合に、この磁束の変動を打ち消すように、磁石28に矢印βで示す方向に渦電流が形成される場合がある。この場合、仮に1つの磁石孔32に配置される2つの磁石28間に隙間が形成されており、磁石28の間が絶縁されていたとしても、2つの磁石28に生じる渦電流は、ロータコア24に形成される電気的な短絡路37で短絡して、大きなループの渦電流となる。この場合、渦電流損が大きくなり磁石28の発熱が大きくなる要因となる。この場合、2つの皮膜なし磁石28を分割配置する場合に、2つの磁石28における渦電流がロータコア24で短絡してしまうので、分割による渦電流損低減効果が得られなくなる。すべての磁石に絶縁皮膜を設けることでこのような不都合を解消できる可能性はあるが、その場合にはコスト増大につながる。本実施形態ではこのような不都合を解消できる。
In such a comparative example, when the
図6は、本発明に係る実施形態のロータ12の別例を示している図2に対応する図である。本例のロータ12では、各磁石孔32内に分割配置される皮膜なし磁石28と皮膜付磁石38との間に隙間40が設けられており、皮膜なし磁石28と皮膜付磁石30とは直接に接触していない。また、皮膜付磁石30は、2つのコア接触面である径方向外側面S1b及び径方向内側面S2bのみに絶縁皮膜34が設けられている。皮膜なし磁石28と皮膜付磁石38との間に隙間40を設けるために、ポケット部36内への樹脂注入の条件、例えば樹脂の注入速度及び樹脂温度の一方または両方を制御してもよい。また、隙間40を設ける部分に磁石孔32の内方に突出する凸部を形成して、皮膜なし磁石28及び皮膜付磁石38が互いに近づく方向に変位するのを規制して、隙間40を形成してもよい。なお、磁石孔32において、ポケット部36以外の断面矩形部分の長手方向の辺が2つの磁石28,38の断面矩形部分の長手方向の辺の総和よりも大きければ、隙間40が成り行きで形成される場合もある。
FIG. 6 is a view corresponding to FIG. 2 showing another example of the
このような本例の構成の場合も、図1から図3の構成と同様に、低コストで磁石28,38における渦電流損を抑制できる。さらに、図1から図3の構成の場合に比べて皮膜付磁石30の絶縁皮膜34の量を少なくできるので、皮膜コストをさらに低減できる。その他の構成及び作用は、図1から図3の構成と同様である。
In the case of the configuration of this example as well, the eddy current loss in the
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。例えば、上記では1つの磁石孔32に皮膜付磁石30(または38)及び皮膜なし磁石28の合計2つの磁石を挿入配置する場合を説明したが、皮膜付磁石及び皮膜なし磁石を含んでいれば、1つの磁石孔に配置される永久磁石の数を3つ以上としてもよい。また、上記では、1つの磁石孔に配置される永久磁石を周方向に複数に分割された永久磁石としたが、軸方向または径方向に複数に分割された永久磁石としてもよい。また、各磁石孔内の永久磁石において、少なくともコア接触面に設けられた絶縁皮膜を有する皮膜付磁石と、皮膜なし磁石との間に絶縁皮膜または隙間が設けられていればよく、上記の実施の形態に限定するものではない。
As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to such embodiment at all, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can implement with a various form. Of course. For example, in the above description, the case where a total of two magnets, that is, the coated magnet 30 (or 38) and the
10 回転電機、12 ロータ、14 ステータ、16 回転軸、18 ステータコア、19 ティース、20 ステータ巻線、22 スロット、24 ロータコア、26 磁極、28 皮膜なし磁石、30 皮膜付磁石、32 磁石孔、34 絶縁皮膜、36 ポケット部、37 短絡路、38 皮膜付磁石、40 隙間。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記各磁石孔に、複数に分割配置された永久磁石と、を備え、
前記各磁石孔内の複数の前記永久磁石は、少なくとも前記ロータコアに接触するコア接触面に設けられた絶縁皮膜を有する皮膜付磁石と、前記絶縁皮膜が存在しない皮膜なし磁石とを含み、
前記皮膜付磁石は、前記コア接触面のみに設けられた前記絶縁皮膜を有する、回転電機用ロータ。 A rotor core having magnet holes provided to extend in the axial direction at a plurality of locations in the circumferential direction;
Wherein each magnet hole, comprising a permanent magnet are distributed in a plurality, and
The plurality of permanent magnets in each of the magnet holes includes a coated magnet having an insulating film provided on at least a core contact surface that contacts the rotor core, and a non-coated magnet having no insulating film ,
The magnet with a film is a rotor for a rotating electrical machine having the insulating film provided only on the core contact surface .
前記各磁石孔内の複数の前記永久磁石において、前記皮膜付磁石と前記皮膜なし磁石との間に隙間が設けられる、回転電機用ロータ。 The rotor for a rotating electrical machine according to claim 1 ,
A rotor for a rotating electrical machine, wherein a gap is provided between the coated magnet and the uncoated magnet in the plurality of permanent magnets in each magnet hole.
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