JP6759893B2 - Rotating electric rotor - Google Patents
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Description
本発明は、ロータコアと、ロータコアの磁石孔に挿入された状態でロータコアに対し固定された磁石とを備える回転電機ロータに関する。 The present invention relates to a rotary electric rotor including a rotor core and a magnet fixed to the rotor core while being inserted into a magnet hole of the rotor core.
従来から回転電機ロータにおいて、ロータコアの磁石孔に挿入された状態でロータコアに対し磁石が固定された、いわゆる埋め込み磁石型ロータの構成が知られている。 Conventionally, in a rotary electric rotor, a so-called embedded magnet type rotor in which a magnet is fixed to the rotor core while being inserted into a magnet hole of the rotor core is known.
特許文献1には、埋め込み磁石型ロータにおいて、ロータコアにおける磁石孔の内周側に貫通孔を形成することにより、ロータコアを軽量化し、それによってロータコアの遠心力を低減する効果を得られることが記載されている。 Patent Document 1 describes that in an embedded magnet type rotor, by forming a through hole on the inner peripheral side of a magnet hole in the rotor core, the weight of the rotor core can be reduced, and thereby the effect of reducing the centrifugal force of the rotor core can be obtained. Has been done.
特許文献1に記載された埋め込み磁石型ロータでは、製造時に、磁石孔に磁石を挿入した状態で磁石固定材である樹脂材料を磁石孔に注入し加熱硬化させ、常温まで冷却させることにより、ロータコアに対し磁石を固定する場合がある。このような構成では、製造時において、ロータコアと磁石との熱膨張係数の違いによって、ロータコアと磁石との間での接触圧が上昇する場合がある。この場合には、磁石の絶縁皮膜による磁石とロータコアとの間での絶縁効果が低下するので、磁石に渦電流が生じやすくなり、その渦電流によって磁石に発熱が生じて磁力が低下する可能性がある。これによって、ロータを組み込んで構成する回転電機のトルクが低下する可能性がある。 In the embedded magnet type rotor described in Patent Document 1, at the time of manufacture, a resin material as a magnet fixing material is injected into the magnet hole with the magnet inserted in the magnet hole, heat-cured, and cooled to room temperature to cool the rotor core. The magnet may be fixed to the object. In such a configuration, the contact pressure between the rotor core and the magnet may increase due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the rotor core and the magnet during manufacturing. In this case, the insulating effect between the magnet and the rotor core due to the insulating film of the magnet is reduced, so that an eddy current is likely to be generated in the magnet, and the eddy current may generate heat in the magnet to reduce the magnetic force. There is. As a result, the torque of the rotary electric machine formed by incorporating the rotor may decrease.
一方、ロータコアにおいて、磁石孔の周辺近傍に大きい貫通孔を形成することにより、製造時における、ロータコアと磁石との間での接触圧の上昇を抑制することも考えられる。しかしながら、このようにロータコアに単に大きい貫通孔を形成した場合には、使用時に磁石から生じる磁束が貫通孔で妨げられて、ロータコアを組み込んで構成する回転電機のトルクの低下を招くおそれがある。 On the other hand, in the rotor core, it is conceivable to suppress an increase in the contact pressure between the rotor core and the magnet during manufacturing by forming a large through hole in the vicinity of the periphery of the magnet hole. However, when a large through hole is simply formed in the rotor core in this way, the magnetic flux generated from the magnet during use is hindered by the through hole, which may cause a decrease in the torque of the rotary electric machine formed by incorporating the rotor core.
本発明の回転電機ロータは、磁石における渦電流の発生を抑制することにより、ロータを組み込んで構成する回転電機のトルクの低下を抑制することを目的とする。 An object of the rotary electric rotor of the present invention is to suppress a decrease in torque of a rotary electric machine configured by incorporating the rotor by suppressing the generation of an eddy current in a magnet.
本発明の回転電機ロータは、ロータコアと、前記ロータコアに形成された複数の磁石孔に挿入された状態で磁石固定材により前記ロータコアに対し固定された複数の磁石とを備える回転電機ロータであって、前記ロータコアは、複数のスリットであって、それぞれの前記スリットが、前記複数の磁石孔のそれぞれの周辺近傍に形成され、かつ、前記磁石固定材が加熱硬化され、常温まで冷却されたときに、前記ロータコアと前記磁石との間での熱膨張差によって生じる応力によって、前記スリットの対向する内側面が接触するように変形する複数のスリットを含み、前記複数のスリットのそれぞれは、当該スリットの近傍の前記磁石孔に配置される断面長方形の前記磁石の一方の長辺を軸として、当該磁石を鏡映させた範囲内に当該スリットの少なくとも一部が位置するように形成される、回転電機ロータである。 The rotary electric rotor of the present invention is a rotary electric rotor including a rotor core and a plurality of magnets fixed to the rotor core by a magnet fixing material while being inserted into a plurality of magnet holes formed in the rotor core. The rotor core has a plurality of slits, and when each of the slits is formed in the vicinity of each periphery of the plurality of magnet holes, and the magnet fixing material is heat-cured and cooled to room temperature. The stress generated by the thermal expansion difference between the rotor core and the magnet includes a plurality of slits that are deformed so that the opposing inner surfaces of the slits come into contact with each other, and each of the plurality of slits is of the slit. A rotating electric machine formed so that at least a part of the slit is located within a mirrored range of the magnet with one long side of the magnet having a rectangular cross section arranged in the magnet hole in the vicinity as an axis. It is a rotor.
本発明の回転電機ロータによれば、ロータの製造時に磁石固定材を加熱硬化し、常温まで冷却したときに、磁石とロータコアとの間での熱膨張差によって、磁石の周辺近傍のスリットの内側面が接触するように変形する。そして、これにより磁石とロータコアとの間で作用する接触圧を小さくできるので、磁石における渦電流の発生を抑制できる。また、スリットの内側面が接触することにより、磁石から出る磁束がスリットにより妨げられることを防止できる。この結果、ロータを組み込んで構成する回転電機のトルクの低下を抑制できる。
According to the rotary electric rotor of the present invention, when the magnet fixing material is heat-cured during the manufacture of the rotor and cooled to room temperature, the difference in thermal expansion between the magnet and the rotor core causes the inside of the slit near the periphery of the magnet. Deforms so that the sides come into contact . As a result, the contact pressure acting between the magnet and the rotor core can be reduced, so that the generation of eddy current in the magnet can be suppressed. Further, it is possible to prevent the magnetic flux emitted from the magnet from being obstructed by the slit due to the contact between the inner side surfaces of the slit. As a result, it is possible to suppress a decrease in torque of the rotary electric machine configured by incorporating the rotor.
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。以下で説明する形状、材料、及び個数は、説明のための例示であって、回転電機ロータの仕様に応じて適宜変更することができる。以下ではすべての図面において同等の要素には同一の符号を付して説明する。また、本文中の説明においては、必要に応じてそれ以前に述べた符号を用いるものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The shapes, materials, and numbers described below are examples for explanation and can be appropriately changed according to the specifications of the rotary electric rotor. In the following, the equivalent elements will be described with the same reference numerals in all the drawings. In addition, in the explanation in the text, the reference numerals described above shall be used as necessary.
図1は、実施形態の回転電機ロータ10において、磁石固定材である樹脂材料30の加熱硬化前における周方向一部を軸方向一方側から見た図である。図2は、実施形態において、樹脂材料30を加熱硬化させ、常温まで冷却したときにスリット22が変形した状態を示している図1に対応する図である。以下では、回転電機ロータ10は、ロータ10と記載する場合がある。
FIG. 1 is a view of a part of the
ロータ10は、回転電機(図示せず)を形成するために用いられる。例えば、回転電機は、3相交流電流で駆動する永久磁石型同期電動機である。例えば、回転電機は、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。
The
ロータ10は、円筒状の部材であり、使用時には、回転軸(図示せず)がロータ10の内側に挿入されて固定される。ロータ10は、使用時にケース(図示せず)の内側に配置される。ケースの内側にロータ10が配置された状態で、回転軸の両端部は、軸受(図示せず)によってケースに対し回転可能に支持される。ケースの内側において、ロータ10の半径方向外側には、円筒状のステータ(図示せず)が固定される。ステータは、略筒状のステータコアと、ステータコアの内周面から突出する複数のティースに巻回されたステータコイルとを含んで構成される。ロータ10の外周面とステータの内周面との間には、半径方向の隙間が形成される。これによって、回転電機が形成される。以下の説明では、「半径方向」は、ロータ10の半径方向である放射方向をいい、「周方向」はロータ10の中心軸を中心とした円形に沿う方向をいう。「軸方向」は、ロータ10の中心軸に沿う方向をいう。
The
図1に示すように、ロータ10は、ロータコア12と、ロータコア12の周方向複数位置に埋め込まれた永久磁石である磁石14とを含んでいる。具体的には、ロータコア12は、磁性材である複数の円板状の電磁鋼板16を積層することにより形成される積層体である。ロータコア12の中心部には軸孔(図示せず)が形成され、軸孔の周囲には複数の磁石孔20が形成される。軸孔の内側には回転軸が固定される。
As shown in FIG. 1, the
また、各磁石孔20の半径方向内側で、各磁石孔20の周辺近傍には、スリット22がそれぞれ形成される。スリット22は、各磁石孔20の半径方向内側面に沿うように、磁石孔20の半径方向内側面の近傍に、磁石孔20から所定距離d分離れて形成される。スリット22は、軸方向一方側から見た場合に、磁石孔20の径方向内側面20aに沿う方向に長く、磁石孔20の径方向内側面20aに対し直交する方向に短い扁平の長方形状である。スリット22の短手方向寸法L1は、スリット22の長手方向寸法L2に対して例えば1/10以下の割合で小さい。スリット22の長手方向寸法L2は、磁石14におけるスリット22に沿う周方向寸法L3(図2)より大きい(L2>L3)。各スリット22の存在により、後述のように、ロータ10の製造時における、磁石14とロータコア12との間での熱膨張差によって磁石14とロータコア12との間で作用する接触圧を小さくして、磁石14における渦電流の発生を抑制できる。
Further,
磁石孔20は、軸方向一方側から見た形状が略長方形である。複数の磁石孔20は、ロータコア12の周方向に沿って間隔をあけて配置される。
The
電磁鋼板16は、円盤形状であり、例えばケイ素電磁鋼板である。電磁鋼板16は、例えば厚みが0.5mm以下の薄板の鋼板を環状に打ち抜いて形成される。電磁鋼板16では、その打ち抜きによって中心部の軸孔と、その周囲の複数の磁石孔21と、各磁石孔の半径方向内側の複数の矩形孔であるスリット要素22aとが形成される。
The
複数の電磁鋼板16の軸孔が軸方向に接続されることにより、ロータコア12の軸孔が形成される。複数の電磁鋼板16の複数の磁石孔21が軸方向に接続されることにより、ロータコア12の複数の磁石孔20が形成される。ロータコア12の複数の磁石孔20は、2つを1組として、各組の磁石孔20は2つが組み合わされて半径方向外側に向かって開くV字形に形成される。各磁石孔20には磁石14が挿入される。このとき、磁石孔の周方向両端の空隙に注入されて固化された磁石固定材である樹脂材料30によって、ロータコア12に対し磁石14が固定される。図1、図2では、樹脂材料30を砂地で示している。
The shaft holes of the
また、複数の電磁鋼板16の複数のスリット要素22aが軸方向に接続されることにより、ロータコア12の複数のスリット22が形成される。
Further, by connecting the plurality of
磁石14は、軸方向に長尺な直方体形状であり、その磁化方向は外周側面及び内周側面に対し直交する方向である。磁石14は、表面に酸化被膜または樹脂コーティングによる絶縁皮膜が設けられる。この絶縁皮膜は、磁石14とロータコア12との間での絶縁を図り、使用時に磁石14に渦電流が発生することを抑制する機能を有する。磁石孔20に注入された樹脂材料30が加熱されることにより、磁石孔20内に磁石14が固定される。このとき、樹脂材料30は加熱硬化された後、常温まで冷却される。
The
隣り合う2つの磁石14で1つの磁極15が形成される。1つの磁極15を形成する2つの磁石14は、複数の磁石孔20の配置にしたがって、ロータコア12の外周側に向かって略V字形に広がって配置される。なお、3つ以上の磁石で1つの磁極が形成されてもよい。
One
上記のロータ10を製造する場合には、複数の電磁鋼板16が積層されて積層体が形成され、かつ、各磁石孔20に磁石14が挿入された状態で、磁石孔20の周方向両端の空隙に樹脂材料30が注入される。そして、積層体が加熱装置(図示せず)で加熱されることにより、樹脂材料30が加熱硬化され、その後、常温まで冷却されることにより、ロータコア12に対し各磁石14が固定される。
In the case of manufacturing the
この際、図1に示すように、樹脂材料30の加熱硬化前の状態では、スリット22の短手方向寸法L1が比較的大きく、スリット22の内側に空隙が形成される。これによって、磁石14から出る磁束が図1に矢印αで示すように、スリット22の直前で大きく曲げられて、スリット22が磁束を妨げる。
At this time, as shown in FIG. 1, in the state before heat curing of the
一方、図2に示すように、樹脂材料30を加熱硬化させ、常温まで冷却した後では、磁石14とロータコア12との熱膨張差に基づいて、冷却後に磁石14とロータコア12とが半径方向に強く押し付け合うようにロータコア12に大きい応力が生じる傾向となる。例えば、ロータコア12は、加熱により膨張し、冷却により収縮するが、磁石14では磁石の種類によって、加熱により収縮し、冷却により膨張する場合がある。これによって、上記の熱膨張差によって、冷却後にロータコア12と磁石14との間での接触圧が大きくなる傾向となる場合がある。この場合において、実施形態では、スリット22がロータコア12の半径方向の応力を吸収するように、スリット22が短手方向に対向する内側面が近接または接触するように変形する。
On the other hand, as shown in FIG. 2, after the
上記のロータ10によれば、ロータ10の製造時に樹脂材料30を加熱硬化し、常温まで冷却したときに、磁石14とロータコア12との間での熱膨張差によって、磁石14の周辺のスリット22の径方向内側面が近接または接触するように変形する。これにより、磁石14とロータコア12との間で作用する接触圧を小さくできることにより、磁石14の絶縁皮膜による磁石14とロータコア12との間での絶縁効果が低下することを防止できる。このため、磁石14における渦電流の発生を抑制できる。また、スリット22の内側面が近接または接触することにより、図2に矢印βで示すように、磁束がスリット22をまたぐように通過するので、図1の状態とは異なり磁束がスリット22の直前で大きく曲げられることがない。これにより、磁石14から出る磁束がスリット22により妨げられることを防止できる。この結果、ロータ10を組み込んで構成する回転電機のトルクの低下を抑制できる。
According to the
また、スリット22の長手方向寸法L2が、磁石14におけるスリット22に沿う周方向寸法L3(図2)より大きいので、樹脂材料30の加熱硬化後に常温まで冷却した後でも、磁石14とロータコア12との間で作用する接触圧を十分に小さくできる。
Further, since the longitudinal dimension L2 of the
図3は、比較例の回転電機ロータ10において、磁石14から大きく離れた位置に貫通孔34が形成されている構成における、磁石固定材を加熱硬化して常温まで冷却した後の状態を示している、図2に対応する図である。図3に示す比較例では、図1、図2に示した実施形態の構成において、各磁石孔20の径方向内側に大きく離れた位置に、幅広の貫通孔34が形成される。貫通孔34は、軸方向一方側から見た形状が長方形状である。例えば、貫通孔34の短手方向寸法L1aは、長手方向寸法L2aに対して例えば1/3程度の割合で小さい。また、磁石孔20に磁石14が挿入された状態で、磁石固定材である樹脂材料30が加熱硬化され、常温まで冷却されたときに、貫通孔34がほとんど変形せず、対向する内側面は近接も接触もしない。
FIG. 3 shows a state after the magnet fixing material is heat-cured and cooled to room temperature in the rotary
このような比較例では、ロータ10の製造時に磁石孔20に磁石14が挿入された状態で、樹脂材料30が加熱硬化され、常温まで冷却される。このときに、磁石14とロータコア12との熱膨張差によって、図3に矢印αで示すように、ロータコア12から磁石14に磁石14を半径方向に圧縮するように大きい応力が発生する。この場合には、ロータコア12と磁石14との間での接触圧が大きく上昇する可能性がある。この場合には、磁石14の絶縁皮膜による磁石14とロータコア12との間での絶縁効果が低下するので、磁石14に渦電流が生じやすくなり、その渦電流によって磁石14に発熱が生じて磁力が低下しやすくなる。これによって、ロータ10を組み込んで構成する回転電機のトルクが低下する可能性がある。上記で説明した実施形態ではこのような不都合を防止できる。
In such a comparative example, the
なお、上記の実施形態では、ロータコア12が、複数の電磁鋼板16が積層されてなる積層体により構成される場合を説明したが、ロータコアは、積層体に限定するものではない。例えばロータコアは、樹脂バインダと磁性材粉末とを加圧成形することにより形成されたものでもよい。
In the above embodiment, the case where the
また、図1、図2の構成では、2つの磁石14がV字形に配置される場合を説明したが、ロータ10において各磁石14が周方向に沿うように配置され、磁石孔の周辺近傍にスリットが形成される構成としてもよい。また、上記では磁石固定材が樹脂材料である場合を説明したが、加熱により硬化されるものであれば種々の材料を用いることができる。
Further, in the configurations of FIGS. 1 and 2, the case where the two
10 回転電機ロータ(ロータ)、12 ロータコア、14 磁石、15 磁極 16 電磁鋼板、20 磁石孔、20a 径方向内側面、21 磁石孔、22 スリット、22a スリット要素、30 樹脂材料、34 貫通孔。
10 rotary electric rotor (rotor), 12 rotor core, 14 magnets, 15
Claims (1)
前記ロータコアは、複数のスリットであって、それぞれの前記スリットが、前記複数の磁石孔のそれぞれの周辺近傍に形成され、かつ、前記磁石固定材が加熱硬化され、常温まで冷却されたときに、前記ロータコアと前記磁石との間での熱膨張差によって生じる応力によって、前記スリットの対向する内側面が接触するように変形する複数のスリットを含み、
前記複数のスリットのそれぞれは、当該スリットの近傍の前記磁石孔に配置される断面長方形の前記磁石の一方の長辺を軸として、当該磁石を鏡映させた範囲内に当該スリットの少なくとも一部が位置するように形成される、
回転電機ロータ。 A rotary electric rotor including a rotor core and a plurality of magnets fixed to the rotor core by a magnet fixing material while being inserted into a plurality of magnet holes formed in the rotor core.
The rotor core has a plurality of slits, each of which is formed in the vicinity of each periphery of the plurality of magnet holes, and when the magnet fixing material is heat-cured and cooled to room temperature. It includes a plurality of slits that are deformed so that the opposing inner surfaces of the slits come into contact with each other due to the stress generated by the thermal expansion difference between the rotor core and the magnet.
Each of the plurality of slits has at least a part of the slit within a range in which the magnet is reflected with one long side of the magnet having a rectangular cross section arranged in the magnet hole in the vicinity of the slit as an axis. Is formed to be located,
Rotating electric rotor.
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