JP6399205B2 - 回転電機のロータ - Google Patents
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Description
本発明の目的は、突極比を大きくすることができる回転電機のロータを提供することにある。
上記課題を解決するための回転電機のロータは、コイルが巻装されたステータの径方向内側に配置されるように構成された円筒状のロータコアを有し、該ロータコアの外周面がギャップを介して前記ステータと対向する回転電機のロータであって、前記ロータコアは、周方向に複数の磁極領域を有するとともに、q軸磁路に沿って延びるフラックスバリアを前記各磁極領域に有し、前記フラックスバリアの内壁は、径方向外側壁面と径方向内側壁面とを有し、前記径方向内側壁面が前記q軸磁路に沿った位置より隣の磁極領域へ向かって広がっており、前記径方向外側壁面が円弧状をなしている。
図1に示すように、回転電機10は、磁石埋込式回転電機であって、ロータ20と、ステータ100とを備える。円筒状をなすロータ20の外周側にステータ100が配置されている。ステータ100の内周面は、ロータ20の外周面とギャップG(図2(a)参照)を介して対向している。なお、図は何れも模式図であり、形状を強調して記載している。本実施形態の回転電機10における極数は「4」である。
具体的には、フラックスバリア33,34,35,36は、径方向内側に配置される内側フラックスバリア層(33,34)と、この内側フラックスバリア層(33,34)から径方向外側に離間して配置される外側フラックスバリア層(35,36)とを有する。内側フラックスバリア層(33,34)及び外側フラックスバリア層(35,36)の各々は、d軸に対して対称となる形状を有する。また、ロータコア30は、ロータコア30の外周面においてd軸が通る箇所に、ロータコア30の軸線方向に沿って延びるとともにd軸に対して対称となる切欠き37を有する。ロータコア30の1極あたりの角度(各磁極領域の角度)をθr、d軸から切欠き37の周方向端部までの角度をθa、d軸から外側フラックスバリア層(35,36)における径方向外側壁面35b,36bの周方向端部(角部)までの角度をθb、d軸から内側フラックスバリア層(33,34)における径方向外側壁面33b,34bの周方向端部(角部)までの角度をθcとしている。そして、θa/θr、θb/θr、θc/θrは下記不等式(1),(2),(3)を満たしている。
0.26≦θb/θr≦0.29 ・・・(2)
0.40≦θc/θr≦0.42 ・・・(3)
次に、このように構成した回転電機10の作用を説明する。
図8に示すように、リプル率は、θa/θrが約0.127であるときに最小である。θa/θrが約0.127よりも小さくなるとリプル率が大きくなり、θa/θrが約0.127よりも大きくなるとリプル率が大きくなる。また、図8に示すように、トルクは、θa/θrが約0.148まで大きくなるに従い大きくなる。これらを考慮して、0.12≦θa/θr≦0.14がトルクの低下を抑制しつつリプル率を小さくする上で好ましいθa/θrの範囲となる。θa/θrが例えば0.115付近にあると、トルクリプルが小さくてもトルクが大きく低下してしまうのでθa/θrは好ましい範囲から外れている。
(1)回転電機10のロータ20は、コイル104が巻装されたステータ100の径方向内側に配置されるように構成された円筒状のロータコア30を有し、ロータコア30の外周面がギャップGを介してステータ100と対向する。ロータコア30は、周方向に複数の磁極領域を有するとともに、q軸磁路に沿って延びるフラックスバリア33,34を各磁極領域に有する。フラックスバリア33,34の内壁は、径方向内側壁面33a,34aを有し、径方向内側壁面33a,34aがq軸磁路に沿った位置より隣の磁極領域へ向かって広がって形成されている。図12を用いて説明したように、比較例のロータコア130はq軸磁路での磁束密度に余裕がある部位を有しており、有効にロータコア130を活用しきれていない。このことを考慮して、本実施形態では、フラックスバリア33,34の径方向内側壁面33a,34aがq軸磁路に沿った位置より隣の磁極領域へ向かって広がって形成されている。これにより、q軸インダクタンスLqの変化を少なくしつつd軸インダクタンスLdを小さくすることにより突極比(Lq/Ld)を大きくすることができる。
0.26≦θb/θr≦0.29
0.40≦θc/θr≦0.42
これにより、フラックスバリア33,34、35,36と切欠き37との最適配置によりトルクリプルを低減することができる。
・図1,2(a),2(b)に示す溶接部38で電磁鋼板60を固定することに代えて、他の手段で電磁鋼板60を固定し、切欠き37内に溶接部38が存在しないようにしてもよい。
・フラックスバリアの層および永久磁石40,41はそれぞれ径方向において2つ並んで配置されたが、3つ以上並んで配置されてもよく、その配置数は問わない。
Claims (8)
- コイルが巻装されたステータの径方向内側に配置されるように構成された円筒状のロータコアを有し、該ロータコアの外周面がギャップを介して前記ステータと対向する回転電機のロータであって、
前記ロータコアは、周方向に複数の磁極領域を有するとともに、q軸磁路に沿って延びるフラックスバリアを前記各磁極領域に有し、
前記フラックスバリアの内壁は、径方向外側壁面と径方向内側壁面とを有し、前記径方向内側壁面が前記q軸磁路に沿った位置より隣の磁極領域へ向かって広がっていることにより前記磁極領域の境界に平行な部分を有する回転電機のロータ。 - コイルが巻装されたステータの径方向内側に配置されるように構成された円筒状のロータコアを有し、該ロータコアの外周面がギャップを介して前記ステータと対向する回転電機のロータであって、
前記ロータコアは、周方向に複数の磁極領域を有するとともに、q軸磁路に沿って延びるフラックスバリアを前記各磁極領域に有し、
前記フラックスバリアの内壁は、径方向外側壁面と径方向内側壁面とを有し、前記径方向内側壁面が前記q軸磁路に沿った位置より隣の磁極領域へ向かって広がっており、前記径方向外側壁面が円弧状をなしている回転電機のロータ。 - 前記フラックスバリアは、径方向に並んで配置された複数のフラックスバリア層のうちの最も径方向内側に位置するフラックスバリア層である請求項1または2に記載の回転電機のロータ。
- 前記ロータコアは、その外周面においてd軸が通る箇所に、該ロータコアの軸線方向に沿って延びる切欠きを有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の回転電機のロータ。
- 前記ロータコアは、積層された複数の電磁鋼板から構成されるとともに、前記切欠きの箇所に、前記電磁鋼板同士を接合する溶接部または接着部を有する請求項4に記載の回転電機のロータ。
- 前記フラックスバリアは、径方向に並んで配置された複数のフラックスバリア層のうちの一つであり、
前記複数のフラックスバリア層は、内側フラックスバリア層と、該内側フラックスバリア層から径方向外側に離間して配置される外側フラックスバリア層とを有し、
前記内側フラックスバリア層及び前記外側フラックスバリア層の各々は、d軸に対して対称となる形状を有し、
前記ロータコアは、その外周面において前記d軸が通る箇所に、前記ロータコアの軸線方向に沿って延びるとともに前記d軸に対して対称となる切欠きを有し、
前記ロータコアは、
前記各磁極領域の角度θrと、
前記d軸から前記切欠きの周方向端部までの角度θaと、
前記d軸から前記外側フラックスバリア層における前記径方向外側壁面の周方向端部までの角度θbと、
前記d軸から前記内側フラックスバリア層における前記径方向外側壁面の周方向端部までの角度θcと、
が下記不等式
0.12≦θa/θr≦0.14
0.26≦θb/θr≦0.29
0.40≦θc/θr≦0.42
を満たすように構成される請求項1〜3のいずれか1項に記載の回転電機のロータ。 - 前記ロータコアは、積層された複数の電磁鋼板から構成されるとともに、前記切欠きの箇所に、前記電磁鋼板同士を接合する溶接部または接着部を有する請求項6に記載の回転電機のロータ。
- 前記ロータコアに埋め込まれた永久磁石を備える請求項1〜7のいずれか1項に記載の回転電機のロータ。
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