JP7059058B2

JP7059058B2 - 回転電機のロータ

Info

Publication number: JP7059058B2
Application number: JP2018048500A
Authority: JP
Inventors: 忠伸高橋
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2018-03-15
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2022-04-25
Anticipated expiration: 2038-03-15
Also published as: JP2019161952A; US20190288573A1; CN110277845A

Description

本発明は、電動車両などに搭載される回転電機のロータに関する。

近年、ハイブリッド車両やＥＶ車両の駆動源として用いられる回転電機において、高回転化や高出力化が要望されている。回転電機の高回転化に伴って、回転電機のロータが軸方向に長くなる傾向がある。ロータには磁石が埋設されているため、磁石に作用する遠心力によりロータコアには外径側に広がるように応力が作用する。したがって回転電機の高回転化により、ロータコアに強度が必要になる。

図８に示すように、特許文献１に記載の永久磁石式回転電機のロータコア１００は、ブリッジ部１０１を挟んで設けられた一対の磁石挿入孔１０２に、それぞれ永久磁石１０３を配置して１つの磁極部１０４を構成している。ロータコア１００では、一対の磁石挿入孔１０２間のブリッジ部１０１によって回転強度が維持されている。

特開２０１３－８１３０２号公報

しかしながら、特許文献１では、ロータコア１００の強度を維持するためのブリッジ部１０１を介して磁石磁束の漏れが生じて磁石磁束の有効利用ができず、モータトルクが低下する課題があった。

本発明は、ロータの回転強度を向上させつつ、磁石トルク及びリラクタンストルクの向上可能な回転電機のロータを提供する。

本発明は、
ロータコアと、
該ロータコアと一体に回転するロータシャフトと、を備える、回転電機のロータであって、
前記ロータコアには、
周方向に複数設けられ、前記ロータコアの内部を軸方向に延び、外径側に向かって開く略Ｖ字形に形成される磁石挿入孔と、
周方向に複数設けられ、前記ロータコアの内部を軸方向に延びる貫通孔と、が設けられ、
各磁石挿入孔には、一対の磁石が配置され、
前記ロータは、周方向に複数の磁極部が設けられ、
各磁極部は、前記一対の磁石により構成され、
前記磁石挿入孔の周方向中心には、前記ロータコアの外径側に向かって延びる溝部が前記磁石挿入孔に連続して形成され、
前記貫通孔には、強度ピンが配置され、
前記強度ピンは、各磁極部において前記磁極部の中心に対し対称に一対設けられ、且つ、隣り合う前記磁極部間に設けられ、
前記溝部の前記ロータコアの外径側に向かって延びる端部と、前記複数の貫通孔は、同一の円周上に設けられており、
前記強度ピンは、前記ロータコアに介在された支持プレートに支持されている。

本発明によれば、ロータコアに設けられた貫通孔に強度ピンが配置されることで、複数の強度ピンがロータコアを軸方向に貫通するため、ロータの回転により磁石に遠心力が作用した場合でもロータが変形するのを抑制できる。これにより、ロータの回転強度と磁束通路を分けて設定できるので、磁石トルク及びリラクタンストルクを向上させることができる。また、強度ピンはロータコアに介在された支持プレートに支持されるので、強度ピンを細くすることができ、ロータコアの面積を広く確保できる。

本発明の一実施形態の回転電機のロータの斜視図である。図１のＡ－Ａ線断面図である。図１の回転電機のロータからロータコアを外して示す斜視図である。図１の回転電機のロータから一対のエンドプレートを外して示す斜視図である。支持プレートの斜視図である。ロータコアの正面図である。図６のロータコアの要部拡大図である。特許文献１のロータコアの要部拡大図である。

以下、本発明の回転電機のロータの一実施形態を、添付図面に基づいて説明する。

図１及び図２に示すように、本実施形態の回転電機のロータ１０は、ロータシャフト２０と、ロータシャフト２０に軸支されるロータコア３０と、ロータコア３０の軸方向の一側に配置される第一エンドプレート５０と、ロータコア３０の軸方向の他側に配置される第二エンドプレート６０と、複数の強度ピン７０と、支持プレート８０と、を備える。

ロータシャフト２０は、その中心部に軸方向孔２１が形成され、一端部（図２において左側端部）に位置決め部２２が形成されている。

図４及び図６も参照して、ロータコア３０は、それぞれ複数の円環状の電磁鋼板が積層されることで構成された一対のロータコア部３０Ａ、３０Ｂを備える。

一対のロータコア部３０Ａ、３０Ｂは、その中央に軸方向に貫通するロータ挿通孔３１が形成されている。一対のロータコア部３０Ａ、３０Ｂは、同じ形状を有し、その積厚（軸方向長さ）は略同じ積厚に設定されている。ロータコア３０は、一対のロータコア部３０Ａ、３０Ｂ間に支持プレート８０を介在した状態で、ロータ挿通孔３１にロータシャフト２０が圧入固定される。

ロータコア３０は、軸方向に延びる複数の磁石挿入孔３２と、軸方向に延びる複数の貫通孔３３と、が周方向に所定のパターンで設けられている。磁石挿入孔３２は、ロータコア３０の外径側に向かって開く略Ｖ字形に形成される。磁石挿入孔３２の周方向中心には、外径側に向かって延びる溝部３４が、磁石挿入孔３２に連続して形成されている。また、磁石挿入孔３２より内径側には、軽量化のため断面略五角形の軸方向孔３７がロータコア３０の内部に軸方向に貫通して設けられている。

複数の磁石挿入孔３２には、それぞれ磁石３５が配置されている。一つの磁石挿入孔３２に配置された一対の磁石３５は、一つの磁極部３６を構成する。即ち、ロータコア３０は、磁石挿入孔３２と同数の磁極部３６が周方向に所定の間隔で設けられている。

複数の貫通孔３３は、磁石挿入孔３２より外径側の同径位置（同一の円周上）に設けられている。また、貫通孔３３は、一つの磁石挿入孔３２、即ち、一つの磁極部３６の中心Ｃ（図７参照）に対して対称に配置される。また、貫通孔３３は、隣り合う磁石挿入孔３２間、即ち、一つの磁極部３６間にも一つ設けられている。

図３に示すように、ロータコア３０を挟むように配置された第一エンドプレート５０及び第二エンドプレート６０は、その中央にロータシャフト孔５１、６１が形成される。また、外径側には、ロータコア３０の複数の貫通孔３３に対応して複数の貫通孔５２、６２が形成されている。

図３及び図５に示すように、支持プレート８０は、非磁性材からなる円板であり、ロータコア３０、第一エンドプレート５０、及び第二エンドプレート６０と同じ外径寸法に形成されている。支持プレート８０は、その中央にロータシャフト孔８１が形成される。また、支持プレート８０の外周側には、複数の貫通孔８２が、ロータコア３０の複数の貫通孔３３と同一円周上に同一位相で形成されている。さらに、支持プレート８０は、ロータコア３０の軸方向孔３７に対応する位置に、軸方向孔３７と略同一形状の複数の貫通孔８３が設けられている。

そして、図２に示すように、支持プレート８０を一対のロータコア３０部Ａ、３０Ｂで挟んで、さらに軸方向両側に第一エンドプレート５０、及び第二エンドプレート６０を配置した状態で、第一エンドプレート５０のロータシャフト孔５１、ロータコア部３０Ａのロータ挿通孔３１、支持プレート８０のロータシャフト孔８１、ロータコア部３０Ｂのロータ挿通孔３１、及び第二エンドプレート６０のロータシャフト孔６１にロータシャフト２０が挿入されて組み付けられる。第二エンドプレート６０は、ロータシャフト２０の位置決め部２２に当接する。

更に、第一エンドプレート５０の貫通孔５２、ロータコア部３０Ａの貫通孔３３、支持プレート８０の貫通孔８２、ロータコア部３０Ｂの貫通孔３３、及び第二エンドプレート６０の貫通孔６２には、強度ピン７０が挿通される。強度ピン７０の両端は、第一エンドプレート５０及び第二エンドプレート６０に加締めや溶接により固定される。

図７に示すように、本実施形態のロータコア３０は、従来、回転強度確保のために設けられていたブリッジ部１０１（図８参照）を備えず、ブリッジ部１０１が設けられていた部分には、磁石挿入孔３２から外径側に向かって延びる溝部３４が形成されている。溝部３４内の空気層は、ｄ軸のリラクタンストルクＬｄを低減する低減用磁気シールドとして作用する。

ｄ軸のリラクタンストルクＬｄを最小にすることで、突極比を最大化することができ、これにより回転電機の発生トルクを最大化することができる。さらに、本実施形態のロータコア３０には、ブリッジ部１０１がないので、図８の矢印で示す、ブリッジ部１０１を介して永久磁石１０３を回り込む磁束漏れを防止できる。

また、磁石挿入孔３２より外径側に設けられた複数の貫通孔３３には、その軸方向中間が支持プレート８０の貫通孔８２で保持され、且つ両端が第一及び第二エンドプレート５０、６０で保持された強度ピン７０がそれぞれ挿通されている。従って、回転に伴って磁石３５に作用する遠心力は、ロータコア３０を外径方向に変形させる力として作用するが、該遠心力は強度ピン７０によって受けられるので、ブリッジ部１０１がなくてもロータコア３０の回転強度が低下することはなく、ロータコア３０の変形が抑制される。

また、強度ピン７０は、両端部が第一及び第二エンドプレート５０、６０で支持され、中央部が支持プレート８０で支持される３点支持構造であるので、支持点間のスパンが短く、ロータコア３０の軸方向長さを長く設定できる。さらに、強度ピン７０の直径を細くしてロータコア３０の面積を増やすことができ、ロータコア３０の変形が抑制される。

また、強度ピン７０は、磁極部３６の中心Ｃに対して周方向対称に配置され、さらに支持プレート８０は、ロータコア３０の軸方向中央部に配置されるため、回転時に発生するロータコア３０のアンバランスも防止できる。

このように、ロータコア３０の回転強度向上策と、磁気特性の向上策が、それぞれ個別に実施可能であり、設計の自由度が向上する。従って、本実施形態によれば、ロータコア３０の回転強度を向上させつつ、磁石トルク及びリラクタンストルクの向上を図ることができる。

なお、前述した実施形態は、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上記実施形態では、一つの磁石挿入孔３２に配置された一対の磁石３５によって一つの磁極部３６を構成したが、ブリッジ部を備えるものであってもよい。即ち、ブリッジ部を挟んで設けられた一対の磁石挿入孔に配置された一対の磁石によって一つの磁極部を構成するものでもよい。さらに、一つの磁極部は、一つの磁石によって構成されてもよく、三つ以上の磁石によって構成されてもよい。

また、本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。
（１）ロータコア（ロータコア３０）と、
該ロータコアと一体に回転するロータシャフト（ロータシャフト２０）と、を備える、回転電機のロータ（回転電機のロータ１０）であって、
前記ロータコアには、
周方向に複数設けられ、前記ロータコアの内部を軸方向に延びる磁石挿入孔（磁石挿入孔３２）と、
周方向に複数設けられ、前記ロータコアの内部を軸方向に延びる貫通孔（貫通孔３３）と、が設けられ、
前記磁石挿入孔には、磁石（磁石３５）が配置され、
前記貫通孔には、強度ピン（強度ピン７０）が配置され、
前記強度ピンは、前記ロータコアに介在された支持プレート（支持プレート８０）に支持されている、回転電機のロータ。

（１）によれば、ロータコアに設けられた貫通孔に強度ピンが配置されることで、複数の強度ピンがロータコアを軸方向に貫通するため、ロータの回転により磁石に遠心力が作用した場合でもロータが変形するのを抑制できる。これにより、ロータの回転強度と磁気特性を分けて設定できるので、磁石トルク及びリラクタンストルクを向上させることができる。また、強度ピンはロータコアに介在された支持プレートに支持されるので、強度ピンを細くすることができ、ロータコアの面積を広く確保できる。

（２）（１）に記載の回転電機のロータであって、
前記ロータは、周方向に複数の磁極部（磁極部３６）が設けられ、
各磁極部は、一対の前記磁石により構成され、
１つの前記磁極部を構成する前記一対の磁石は、一つの前記磁石挿入孔に設けられている、回転電機のロータ。

（２）によれば、１つの磁極部を構成する一対の磁石は一つの磁石挿入孔に設けられているので、一対の磁石間にブリッジ部が不要になる。即ち、ロータコアは強度ピンによって強度が確保されるためブリッジ部がなくてもロータコアの変形が抑制される。また、ブリッジ部を不要とすることで、ブリッジ部を介した磁束漏れを防止できる、磁石磁束を有効に利用できる。これにより、回転電機の出力が向上する。

（３）（１）又は（２）に記載の回転電機のロータであって、
前記ロータコアの両端部には一対のエンドプレート（エンドプレート５０、６０）が設けられ、
前記強度ピンは、前記一対のエンドプレートに固定されている、回転電機のロータ。

（３）によれば、エンドプレートを強度ピンの支持部として利用することができる。

（４）（１）～（３）のいずれかに記載の回転電機のロータであって、
前記強度ピンは、前記磁石の外周側に配置されている、回転電機のロータ。

（４）によれば、強度ピンは磁石の外周側に配置されているので、ロータの回転により磁石に遠心力が作用した場合でもロータが変形するのを効果的に抑制できる。

（５）（１）～（４）のいずれかに記載の回転電機のロータであって、
前記強度ピンは、各磁極部に対し一対設けられ、
前記一対の強度ピンは、前記磁極部の中心（磁極部の中心Ｃ）に対し対称に配置されている、回転電機のロータ。

（５）によれば、ロータコアにアンバランスが発生するのを防止できる。

（６）（１）～（５）のいずれかに記載の回転電機のロータであって、
前記支持プレートは、非磁性材により形成されている、回転電機のロータ。

（６）によれば、支持プレートによる磁気特性への影響を抑制できる。

（７）（１）～（６）のいずれかに記載の回転電機のロータであって、
前記支持プレートは、前記ロータコアの軸方向中央部に配置されている、回転電機のロータ。

（７）によれば、支持プレートはロータコアの軸方向中央部に配置されているので、ロータコアにアンバランスが発生するのを防止できる。

１０回転電機のロータ
２０ロータシャフト
３０ロータコア
３０Ａロータコア部
３０Ｂロータコア部
３２磁石挿入孔
３３貫通孔
３５磁石
３６磁極部
５０第一エンドプレート（エンドプレート）
６０第二エンドプレート（エンドプレート）
７０強度ピン
８０支持プレート
Ｃ磁極部の中心

Claims

ロータコアと、
該ロータコアと一体に回転するロータシャフトと、を備える、回転電機のロータであって、
前記ロータコアには、
周方向に複数設けられ、前記ロータコアの内部を軸方向に延び、外径側に向かって開く略Ｖ字形に形成される磁石挿入孔と、
周方向に複数設けられ、前記ロータコアの内部を軸方向に延びる貫通孔と、が設けられ、
各磁石挿入孔には、一対の磁石が配置され、
前記ロータは、周方向に複数の磁極部が設けられ、
各磁極部は、前記一対の磁石により構成され、
前記磁石挿入孔の周方向中心には、前記ロータコアの外径側に向かって延びる溝部が前記磁石挿入孔に連続して形成され、
前記貫通孔には、強度ピンが配置され、
前記強度ピンは、各磁極部において前記磁極部の中心に対し対称に一対設けられ、且つ、隣り合う前記磁極部間に設けられ、
前記溝部の前記ロータコアの外径側に向かって延びる端部と、前記複数の貫通孔は、同一の円周上に設けられており、
前記強度ピンは、前記ロータコアに介在された支持プレートに支持されている、回転電機のロータ。
請求項１に記載の回転電機のロータであって、
前記ロータコアの両端部には一対のエンドプレートが設けられ、
前記強度ピンは、前記一対のエンドプレートに固定されている、回転電機のロータ。
請求項１又は２に記載の回転電機のロータであって、
前記強度ピンは、前記磁石の外周側に配置されている、回転電機のロータ。
請求項１～３のいずれか１項に記載の回転電機のロータであって、
前記支持プレートは、非磁性材により形成されている、回転電機のロータ。
請求項１～４のいずれか１項に記載の回転電機のロータであって、
前記支持プレートは、前記ロータコアの軸方向中央部に配置されている、回転電機のロータ。