JP6668984B2 - Rotating electric machine rotor - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機のロータに係り、特に、ロータコアの磁石挿入孔内に固定された永久磁石が分割されているロータに関する。 The present invention relates to a rotor of a rotating electric machine, and more particularly to a rotor in which a permanent magnet fixed in a magnet insertion hole of a rotor core is divided.
従来、例えば下記特許文献1には、ロータコアの各磁極に対応してそれぞれ設けられる2つの磁石挿入孔と、各磁石挿入孔の幅方向に複数個に分割されて磁石挿入孔に配置されている磁石組と、各磁石組の長手方向の一方の端部を覆う絶縁テープとを備え、隣接する磁石挿入孔において、磁石組の絶縁テープで覆われる端部の向きを異ならせることを特徴とする回転電機ロータが開示されている。 Conventionally, for example, in Patent Document 1 below, two magnet insertion holes provided respectively corresponding to the magnetic poles of the rotor core, and a plurality of magnet insertion holes are divided in the width direction of the magnet insertion holes and arranged in the magnet insertion holes. A magnet set and an insulating tape that covers one end of each magnet set in the longitudinal direction are provided, and in the adjacent magnet insertion holes, the direction of the end covered with the insulating tape of the magnet set is made different. A rotating electrical machine rotor is disclosed.
上記特許文献1に開示される回転電機ロータでは、1つの磁極に設けられる2つの磁石挿入孔内にそれぞれ配置された磁石組間に形成され得る渦電流経路を遮断することができ、渦電流損失を低減できる効果がある。 In the rotating electric machine rotor disclosed in Patent Document 1, an eddy current path that can be formed between magnet sets respectively arranged in two magnet insertion holes provided in one magnetic pole can be cut off, and eddy current loss This has the effect of reducing
しかしながら、各磁石挿入孔に配置された磁石組について見れば、磁石組を構成する2つの分割磁石同士が接触した状態に配置され、また、絶縁テープが設けられていない側の磁石組の他方側端部がロータコアに形成された磁石挿入孔の内壁面に接触する。そのため、磁石組を構成する分割磁石の外周面に絶縁被膜が形成されていない場合には、2つの分割磁石同士が電気的に導通して分割磁石間でループ状の渦電流経路が形成され、分割磁石と磁石挿入孔の内壁面とが接触して電気的に導通することによって磁石組とロータコアにまたがるループ状の渦電流経路が形成される可能性があり、その結果、渦電流損失が大きくなるおそれがある。 However, as for the magnet set arranged in each magnet insertion hole, the two divided magnets constituting the magnet set are arranged in contact with each other, and the other side of the magnet set on which the insulating tape is not provided. The end contacts the inner wall surface of the magnet insertion hole formed in the rotor core. Therefore, when the insulating coating is not formed on the outer peripheral surface of the divided magnets constituting the magnet set, the two divided magnets are electrically conducted to form a loop-shaped eddy current path between the divided magnets, When the split magnet and the inner wall surface of the magnet insertion hole come into contact with each other and become electrically conductive, a loop-shaped eddy current path may be formed across the magnet set and the rotor core, resulting in a large eddy current loss. Could be.
本発明の目的は、各磁石挿入孔に固定される永久磁石に分割磁石を用いた場合に簡易な構成で渦電流損失を確実に抑制できる回転電機のロータを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a rotor of a rotating electric machine that can reliably suppress eddy current loss with a simple configuration when a divided magnet is used as a permanent magnet fixed to each magnet insertion hole.
本発明に係る回転電機のロータは、ロータコアの周方向に所定間隔をおいて形成された複数の磁石挿入孔内に永久磁石がそれぞれ挿入固定され、前記各磁石挿入孔内の永久磁石は、前記ロータの軸方向にそれぞれ延びる少なくとも2つの分割磁石を並べて構成され、前記2つの分割磁石には、それぞれ、前記ロータの軸方向に離間した2箇所以上において、軸方向周りの全外周囲に絶縁テープが巻かれており、前記2以上の絶縁テープが前記2つの分割磁石で重ならないように軸方向に互い違いに配置されている。 In the rotor of the rotating electric machine according to the present invention, permanent magnets are respectively inserted and fixed in a plurality of magnet insertion holes formed at predetermined intervals in a circumferential direction of the rotor core, and the permanent magnets in the respective magnet insertion holes are At least two divided magnets each extending in the axial direction of the rotor are arranged side by side, and the two divided magnets are respectively provided with insulating tape around the entire outer periphery around the axial direction at two or more locations separated in the axial direction of the rotor. Are wound, and the two or more insulating tapes are alternately arranged in the axial direction so as not to overlap with the two divided magnets.
本発明に係る回転電機のロータによれば、各磁石挿入孔内に固定された永久磁石を構成する少なくとも2つの分割磁石は、絶縁テープを介して接触するので、互いに電気的に絶縁された状態に配置される。また、絶縁テープが分割磁石の軸方向周りの全外周囲に巻かれているので、分割磁石は磁石挿入孔の内壁面に対して、絶縁テープが巻かれた箇所で接触することはあっても、絶縁テープが巻かれていない部分でロータコアに接触しない。したがって、絶縁テープを重ならないように互い違いに巻くという簡易な方法で、磁石挿入孔内に並んで配置された複数の永久磁石間、および、これら複数の分割磁石とロータコア間でループ状の渦電流経路が形成されるのを防止することができ、その結果、渦電流損失を確実に抑制できる。 According to the rotor of the rotary electric machine according to the present invention, the at least two divided magnets constituting the permanent magnet fixed in each magnet insertion hole are in contact with each other via the insulating tape, so that they are electrically insulated from each other. Placed in Also, since the insulating tape is wound around the entire outer circumference of the divided magnet in the axial direction, the divided magnet may come into contact with the inner wall surface of the magnet insertion hole at the location where the insulating tape is wound. Also, the portion where the insulating tape is not wound does not contact the rotor core. Therefore, in a simple method of winding the insulating tape alternately so as not to overlap, a loop-shaped eddy current is generated between the plurality of permanent magnets arranged in the magnet insertion hole and between the plurality of divided magnets and the rotor core. A path can be prevented from being formed, and as a result, eddy current loss can be reliably suppressed.
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。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、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、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、それらの構成を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying 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 uses, purposes, specifications, and the like. Further, when a plurality of embodiments and modified examples are included below, it is assumed from the beginning that these configurations are appropriately combined and used.
図1は、一実施形態である回転電機のロータ10を示す軸方向端面図である。図1には、ロータ10の周方向θ、径方向R、軸方向Zが示されている。以下では、特に断らない限り、単にロータ10という。
FIG. 1 is an axial end view showing a
ロータ10が用いられる回転電機は、車両の駆動源として用いる場合、車両が力行するときは電動機として機能し、車両が制動時にあるときは発電機として機能するモータ・ジェネレータで、三相同期型回転電機である。回転電機は、図1に示されるロータ10と、ロータ10の外周側に所定の隙間を隔てて配置されて巻線コイルが巻回される円環状のステータとで構成される。図1ではステータの図示が省略されている。
When used as a drive source of a vehicle, the rotating electric machine that uses the
ロータ10は、回転軸12と、ロータコア14と、ロータコア14に設けられる複数の磁石挿入孔18,20と、各磁石挿入孔18,20内にそれぞれ固定される永久磁石22を含んで構成される。ロータ10が回転電機に用いられるときには、ロータコア14と一体化された回転軸12の軸方向の両端が軸受によって回転自在に支持され、図示されていないステータと協働してロータコア14と共に回転軸12が回転する。このように、回転電機においては、回転軸12がトルクを出力する出力軸となる。
The
ロータコア14は、円環状をなす磁性体薄板を所定枚数だけ積層した積層体である。磁性体薄板は、例えば、電磁鋼板を打ち抜き加工したものを用いることができる。ロータコア14は、回転軸12を通す円形の中心穴15と、複数の磁石挿入孔18,20とを含む。
The
ロータコア14を磁性体薄板の積層体で構成するのは、ロータコア14に生じ得る渦電流を抑制するためで、所定の形状に成形される前の磁性体薄板のウェブの両面には絶縁コート等の絶縁処理が施される。これによって、積層された各磁性体薄板の間が電気的に絶縁され、外部変動磁界により発生し得る渦電流を小さなループに分割できるので、渦電流損失を抑制することができる。なお、磁石挿入孔18等の内壁面は、打ち抜き加工時に絶縁コーティング等が除かれてしまうので、導電性の磁性体薄板が露出した状態になっている。
The
磁石挿入孔18,20は、ロータコア14の外周部分において周方向に所定間隔をおいて形成されている。磁石挿入孔18,20は、ロータ10の各磁極を形成する永久磁石を埋め込んで配置するための孔で、図1の端面図で略長方形の形状を有する。ここでは、磁石挿入孔18,20について、略長方形の形状の長辺に沿った方向を幅方向と呼ぶ。本実施形態のロータ10では、磁極数が8であり、各磁極には、所定の傾斜角度を有して略V字形に配置され、かつ、ロータコア14を軸方向Zに貫通する2つの磁石挿入孔18,20が形成されている。
The
永久磁石22は、磁石挿入孔18,20内にそれぞれ配置され、ロータ10の磁極を形成する磁石である。永久磁石22は、磁石挿入孔18,20内において幅方向に並んで配置された2つの分割磁石22a,22bによって構成される。各分割磁石22a,22bは、ロータ10の軸方向Zにそれぞれ延びている。なお、各磁石挿入孔18,20内に配置される永久磁石22は、3つ以上の分割磁石を並べて構成してもよい。
The
本実施形態では、2つの分割磁石22a,22bを並べて配置することで、磁石挿入孔18,20の形状である長方形状に合致した外形を呈する。そして、図1の例では、各磁石挿入孔18,20に、2つの分割磁石22a,22bで構成された永久磁石22がそれぞれ配置されている。このように1つの磁石挿入孔に配置される永久磁石22を幅方向に分割するのは、外部からの変動磁界により磁石に発生する渦電流のループを小さく分割して、渦電流損失を低下させるためである。
In the present embodiment, by arranging the two divided
1つの磁極では、2つの磁石挿入孔18,20が略V字形に配置されているので、これに対応して、2つの永久磁石22も略V字形に配置される。1つの磁極を形成する2つの永久磁石22は、図示されていないステータに向かい合う外周側(すなわち径方向外側)の面の極性が共にN極またはS極である。周方向に隣接する磁極の間ではその極性が互いに逆になる。例えば、図1中の磁極Aは、径方向外側外周側の面の極性がN極であるので、これに周方向に隣接する磁極Bの永久磁石22はその外周側の面の極性がS極となるように配置される。
In one magnetic pole, the two
かかる永久磁石22の材質としては、ネオジムと鉄とホウ素を主成分とするネオジム磁石、サマリウムとコバルトを主成分とするサマリウムコバルト磁石等の希土類磁石が用いられる。これ以外にフェライト磁石、アルニコ磁石等を用いてもよい。なお、永久磁石22は、表面に絶縁コーティングなどの電気的絶縁処理が施されていない。これにより、絶縁コーティング処理等の手間を省き、コストを低減できる。
As the material of the
次に、図2および図3を参照して、各磁石挿入孔18,20に挿入固定される永久磁石22の構成について詳細に説明する。図2は、磁石挿入孔に挿入される2つの分割磁石22a,22bを分離した状態で示す斜視図である。図3は、図2に示した2つの分割磁石22a,22bが磁石挿入孔に挿入されるときの状態を示す斜視図である。図2および図3において、ロータ10(すなわちロータコア14)の軸方向Zが矢印で示されている。
Next, the configuration of the
上述したように、各磁石挿入孔18,20には、2つの分割磁石22a,22bで構成された永久磁石22がそれぞれ挿入配置される。各磁石挿入孔18,20に挿入配置される永久磁石22の構成は同じであるため、以下では、磁石挿入孔18,20の区別なく1つの永久磁石22について説明する。
As described above, the
図2に示すように、永久磁石22を構成する2つの分割磁石22a,22bは、同じ形状および大きさに形成されている。すなわち、各分割磁石22a,22bは、軸方向Zに沿って延びる直方体形状をなし、同じ軸方向長さに形成されている。
As shown in FIG. 2, the two divided
また、各分割磁石22a,22bには、軸方向Zに離間した2箇所において、軸方向周りの全外周囲に絶縁テープ24a,24bが巻かれている。より詳しくは、絶縁テープ24aは、各分割磁石22a,22bの軸方向Zの一方側端部の全外周囲を覆うように貼り付けられている。また、絶縁テープ24bは、各分割磁石22a,22bにおいて上記絶縁テープ24aから軸方向Zに離間した位置であって、各分割磁石22a,22bの軸方向Zの他方端部を覆わない位置に貼り付けられている。これにより、絶縁テープ24a,24bの間には、絶縁処理されていない磁石部分23が露出しているとともに、軸方向Zの他方側端部の外周面も同様に露出した磁石部分25となっている。
Also, at each of the divided
ここで、絶縁テープ24a,24bの軸方向Zの幅をWとしたとき、各分割磁石22a,22bにおける絶縁テープ24a,24b間の距離Dは上記幅Wより大きく設定されている(D>W)。このように設定することで、後述するように一方の分割磁石22aに対して他方の分割磁石22bを軸方向Zで逆向きにして並べたとき、各分割磁石22a,22bにおいて絶縁テープ24a,24b間に露出した磁石部分23に絶縁テープ24bが接触した状態になる。
Here, assuming that the width of the insulating
絶縁テープ24a,24bは、永久磁石22が磁石挿入孔18,20内に挿入配置されたとき、分割磁石22a,22b同士間、および、分割磁石22a,22bとロータコア14間を電気的に絶縁する機能を有する。絶縁テープ24a,24bには、例えば、絶縁性樹脂製フィルムの一方面に接着剤層が設けられている粘着テープを用いることができる。また、絶縁テープ24a,24bは、図示されていないが、所定の厚さtを有する。
The insulating
本実施形態では、絶縁テープ24a,24bは、分割磁石22a,22bの外周面の全てに配置されるのでなく、分割磁石22a,22bの軸方向Zの一部を覆うように部分的に配置される。これにより、絶縁テープを分割磁石22a,22bに配置するための手間を少なくでき、絶縁テープ24a,24bの使用量を削減できる。
In the present embodiment, the insulating
上述したように絶縁テープ24a,24bが巻かれた分割磁石22a,22bは、ロータコア14の磁石挿入孔18,20(図1参照)に挿入される際、図3に示すように並んだ状態に配置される。本実施形態では、同じ様に絶縁テープ24a,24bが巻かれた各分割磁石22a,22bについて、一方の分割磁石22aに対して、他方の分割磁石22bを軸方向Zで逆向きにして並べた状態にする。これにより、永久磁石22を構成する2つの分割磁石22a,22bでは、絶縁テープ24a,24bが軸方向Zで重ならないように互い違いに配置された状態になる。
As described above, when the divided
より詳しくは、図3を上側から順番に見ると、一方の分割磁石22aの絶縁テープ24aは、他方の分割磁石22bの露出した磁石部分25に対向して接触する。次に、他方の分割磁石22bの絶縁テープ24bは、一方の分割磁石22aの絶縁テープ24aとは軸方向Zにずれた位置において一方の分割磁石22aの露出した磁石部分23に対向して接触している。次に、一方の分割磁石22aの絶縁テープ24bは、他方の分割磁石22bの絶縁テープ24bとは軸方向Zにずれた位置において他方の分割磁石22bの露出した磁石部分23に対向して接触している。そして、他方の分割磁石22bの絶縁テープ24aは、一方の分割磁石22aの絶縁テープ24bとは軸方向Zにずれた位置において一方の分割磁石22aの露出した磁石部分25に対向して接触する。
More specifically, when FIG. 3 is viewed in order from the upper side, the insulating
このようにして2つの分割磁石22a,22bは1つの永久磁石22として構成され、絶縁テープ24aは露出した磁石部分25に接触し、絶縁テープ24bは露出した磁石部分23に接触する。また、本実施形態の永久磁石22では、絶縁テープ24a,24bが巻かれた部分同士が重ならないように構成されている。これにより、本実施形態における永久磁石22では、絶縁テープ24a,24bが磁石部分23,25に接触し、磁石部分23,25同士は絶縁テープ24a,24bが所定の厚さtを有するために互いに接触しない。したがって、2つの分割磁石22a,22bは、絶縁テープ24a,24bによって電気的に絶縁される。
Thus, the two divided
このように2つの分割磁石22a,22bを並べて構成される永久磁石22は、図3中に矢印で示されるように、ロータコア14に形成された各磁石挿入孔18,20内に軸方向一方側の開口部から挿入されて配置される。
The
図4は、図3に示した永久磁石22が磁石挿入孔18,20内に挿入配置された後に、固定材が充填される様子を示す図である。
FIG. 4 is a view showing a state where the fixing material is filled after the
ロータコア14の磁石挿入孔18,20内に永久磁石22がそれぞれ挿入配置された後、図4中に矢印で示すように、ロータコア14の軸方向一方側に位置する磁石挿入孔18,20の開口部から固定材が注入される。ここで固定材には、例えば、溶融した樹脂が用いられる。
After the
図4に示す例では、固定材が上方から注入される。このとき、分割磁石22bの磁石部分25には絶縁テープが巻かれていないため、絶縁テープ24a,24bの厚さt以上に相当する隙間が磁石挿入孔18,20の内壁面との間に形成されている。したがって、注入された固定材は、まず、他方の分割磁石22bの磁石部分25の全周囲に注入される。
In the example shown in FIG. 4, the fixing material is injected from above. At this time, since the insulating tape is not wound around the
上述したように、他方の分割磁石22bの絶縁テープ24bは一方の分割磁石22aの磁石部分23に接触し、絶縁テープ24a,24b同士は重なっていない。そのため、他方の分割磁石22bの磁石部分25と一方の分割磁石22aの磁石部分23との間には、絶縁テープ24a,24bの厚さt以上に相当する隙間が磁石挿入孔18,20の内壁面との間に形成される。したがって、この隙間を介して固定材が注入されて、一方の分割磁石22aの磁石部分23の周囲に充填される。同様にして、固定材は、一方の分割磁石22aの磁石部分23の周囲から他方の分割磁石22bの磁石部分23の周囲に充填され、それから他方の分割磁石22bの磁石部分23の周囲から一方の分割磁石22aの磁石部分25の周囲に充填される。このように永久磁石22の周囲に注入された固定材が硬化することによって、永久磁石22を構成する各分割磁石22a,22bが磁石挿入孔18,20内に固定される。
As described above, the insulating
上述したように本実施形態のロータ10によれば、各磁石挿入孔18,20内に固定された永久磁石22を構成する2つの分割磁石22a,22bは、絶縁テープ24a,24bを介して接触するので、互いに電気的に絶縁された状態に配置される。また、絶縁テープ24a,24bが分割磁石22a,22bの軸方向周りの全外周囲に巻かれているので、永久磁石22は磁石挿入孔18,20の内壁面に対して、絶縁テープ24a,24bが巻かれた箇所で接触することはあっても、絶縁テープ24a,24bが巻かれていない部分(すなわち磁石部分23,25)でロータコア14に接触しない。このことは、磁石挿入孔18,20内で永久磁石22が軸方向Zに対して傾いた場合も同様である。したがって、2つの分極磁石22a,22bに絶縁テープ24a,24bを重ならないように互い違いに巻くという簡易な方法で、磁石挿入孔18,20内に並んで配置された2つの分割磁石22a,22b間、および、これら2つの分割磁石22a,22bとロータコア14間で、ループ状の渦電流経路が形成されるのを防止することができ、その結果、渦電流損失を確実に抑制できる。
As described above, according to the
また、本実施形態のロータ10では、絶縁テープ24a,24bを同じ様に巻いた2つの分割磁石22a,22bについて、一方の分割磁石に対して他方の分割磁石22bを軸方向に逆向きにして隣接した状態に並べて永久磁石22を構成した。そのため、絶縁テープを異なる巻き方にした2種類の分割磁石を準備する必要がなく、製造が容易になってコストを低減できる。
Further, in the
さらに、本実施形態のロータ10では、永久磁石22を構成する2つの分割磁石22a,22bの絶縁テープ24a,24b同士が重ならないように配置したことで、永久磁石22が磁石挿入孔18,20内に挿入配置された後に固定材を注入する際に各分割磁石22a,22bの露出した磁石部分23,25の周囲に確実に注入および充填することができ、固定材による永久磁石22の強固な固定を実現できる。また、絶縁テープ24a,24b同士が重ならないことで、永久磁石22を小型にできて磁束密度が高くなり、トルク向上につながる利点がある。
Further, in the
なお、本発明は、上述した実施形態およびその変形例の構成に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲で種々の変更が可能である。 It should be noted that the present invention is not limited to the configurations of the above-described embodiment and the modifications thereof, and various changes can be made within the matters described in the claims of the present application and their equivalents.
例えば、上記においては各分割磁石22a,22bについて軸方向に離間した2箇所に絶縁テープ24a,24bを巻く形態について説明したが、これに限定されるものではない。絶縁テープは、各分割磁石において軸方向に離間して3箇所以上において巻かれてもよい。
For example, in the above description, the form in which the insulating
また、上記においては、長方形状をなす磁石挿入孔18,20の幅方向に2つの分割磁石22a,22bを並べて配置した例について説明した。ここで、磁石挿入孔の幅方向がロータの周方向または径方向に沿って形成されている場合には、少なくとも2つの分割磁石はロータコアの周方向または径方向に並んで配置されてもよい。
In the above description, an example in which two divided
10 ロータ、12 回転軸、14 ロータコア、15 中心穴、18,20 磁石挿入孔、22 永久磁石、22a,22b 分割磁石、23,25 磁石部分、24a,24b 絶縁テープ、A,B 磁極、D 距離、R 径方向、W 幅、Z 軸方向、θ 周方向。
Claims (1)
前記各磁石挿入孔内の永久磁石は、前記ロータの軸方向にそれぞれ延びる少なくとも2つの分割磁石を並べて構成され、
前記2つの分割磁石には、それぞれ、前記ロータの軸方向に離間した2箇所以上において、軸方向周りの全外周囲に絶縁テープが巻かれており、
前記2以上の絶縁テープが前記2つの分割磁石で重ならないように軸方向に互い違いに配置されている、
回転電機のロータ。 Permanent magnets are respectively inserted and fixed in a plurality of magnet insertion holes formed at predetermined intervals in the circumferential direction of the rotor core, a rotor of the rotating electrical machine,
The permanent magnet in each of the magnet insertion holes is configured by arranging at least two divided magnets each extending in the axial direction of the rotor,
At each of the two split magnets, at two or more locations separated in the axial direction of the rotor, an insulating tape is wound around the entire outer periphery around the axial direction,
The two or more insulating tapes are arranged alternately in the axial direction so as not to overlap with the two divided magnets,
Rotor of rotating electric machine.
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