JP7112340B2 - Rotor of rotating electric machine and rotating electric machine - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機のロータおよび回転電機に関する。 The present invention relates to a rotor of a rotating electrical machine and a rotating electrical machine.
ハイブリッド自動車や電気自動車等に搭載される回転電機では、コイルに電流が供給されることでステータコアに磁界が形成され、ロータの磁石とステータコアとの間に磁気的な吸引力や反発力が生じる。これにより、ロータがステータに対して回転する。 2. Description of the Related Art In a rotating electric machine mounted on a hybrid vehicle, an electric vehicle, or the like, a magnetic field is formed in a stator core by supplying current to a coil, and magnetic attraction and repulsion are generated between the magnets of the rotor and the stator core. This causes the rotor to rotate relative to the stator.
回転電機に使用されるロータとしては、ロータコアの軸方向から見て、磁石(例えば永久磁石)がロータコアの内部において複数の磁石挿入孔のそれぞれに埋設された、いわゆるIPM(Interior Permanent Magnet)が知られている。例えば、特許文献1には、IPMモータにおいて、磁石の減磁を生じにくくするために、磁石挿入孔に挿入された磁石の角部の周囲を覆うようにロータコアに空隙を形成した構造が開示されている。
As a rotor used in a rotating electric machine, a so-called IPM (Interior Permanent Magnet) is known, in which magnets (for example, permanent magnets) are embedded in each of a plurality of magnet insertion holes inside the rotor core when viewed from the axial direction of the rotor core. It is For example,
しかしながら、磁石挿入孔に挿入された磁石の角部の周囲を覆うようにロータコアに空隙を形成した場合、磁石において磁束が通る部分が大きくなり、逆起電圧が増大する可能性がある。
そのため、磁石の減磁を抑えつつ逆起電圧を低減する上で改善の余地があった。
However, if a gap is formed in the rotor core so as to cover the corners of the magnets inserted into the magnet insertion holes, there is a possibility that the portion of the magnets through which the magnetic flux passes will increase and the back electromotive force will increase.
Therefore, there is room for improvement in reducing the back electromotive force while suppressing demagnetization of the magnet.
そこで本発明は、磁石の減磁を抑えつつ逆起電圧を低減することができる回転電機のロータおよび回転電機を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a rotor of a rotating electrical machine and a rotating electrical machine that can reduce back electromotive force while suppressing demagnetization of magnets.
(1)本発明の一態様に係る回転電機(例えば、実施形態における回転電機1)のロータ(例えば、実施形態におけるロータ4)は、複数の磁石挿入孔(例えば、実施形態における磁石挿入孔25)を有するロータコア(例えば、実施形態におけるロータコア21)と、前記磁石挿入孔に埋め込まれた磁石(例えば、実施形態における磁石22)と、を備え、前記ロータコアの軸方向から見て、前記複数の磁石挿入孔が前記ロータコアの周方向に間隔をあけて形成され、かつ、前記磁石が前記ロータコアの内部において前記複数の磁石挿入孔のそれぞれに埋設されたIPMであり、前記磁石挿入孔は、前記磁石が挿入される磁石挿入部(例えば、実施形態における磁石挿入部26)と、前記磁石挿入部に隣接し、前記磁石挿入部への前記磁石の挿入状態で樹脂が注入される空隙部(例えば、実施形態における空隙部30)と、を有し、前記軸方向から見て、前記空隙部は、前記磁石において磁束が通る磁束通過面(例えば、実施形態における磁束通過面22a)に隣接する隣接面(例えば、実施形態における隣接面22b)を覆うように形成された第一空隙(例えば、実施形態における第一空隙31)と、前記第一空隙に連通し、前記磁石の前記磁束通過面を覆うように形成された第二空隙(例えば、実施形態における第二空隙32)と、を有し、前記軸方向から見て、前記第二空隙は、前記磁石の前記磁束通過面において磁束が最も強い部分(例えば、実施形態における磁束最大部Mp)から前記磁石の端部(例えば、実施形態における磁石の端部E1)に向かって漸次大きくなっており、前記磁束が最も強い部分は、前記軸方向から見て矩形状をなす前記磁石の長手方向中央部である。
(2)本発明の一態様において、前記ロータコアは、前記磁石を位置決め固定するための凸部(例えば、実施形態における凸部40)を備え、前記第二空隙は、前記磁石を介して前記凸部と対向して配置されていてもよい。
(3)本発明の一態様において、前記第二空隙は、前記磁石よりも前記ロータコアの外周側に配置されていてもよい。
(4)本発明の一態様において、前記ロータコアは、前記第一空隙を形成する第一壁(例えば、実施形態における第一壁41)と、前記第二空隙を形成する第二壁(例えば、実施形態における第二壁42)と、を有し、前記軸方向から見て、前記第二壁は、前記磁石の前記磁束通過面において磁束が最も強い部分と対向する部分から前記第一壁に向かって湾曲しながら連続していてもよい。
(5)本発明の一態様において、前記軸方向から見て、前記複数の磁石挿入孔は、V字状に配置されていてもよい。
(6)本発明の一態様において、前記軸方向から見て、前記第二空隙は、前記磁石の前記磁束通過面において磁束が最も強い部分から前記磁石の両端部に向かって漸次大きくなっていてもよい。
(7)本発明の一態様において、前記軸方向から見て、前記第二空隙は、前記磁石の前記磁束通過面において磁束が最も強い方向に沿う仮想直線(例えば、実施形態における仮想直線K1)を対称軸として線対称形状を有してもよい。
(8)本発明の一態様に係る回転電機は、環状のステータ(例えば、実施形態におけるステータ3)と、前記ステータに対して径方向の内側に配置された上記のロータと、を備える。
(1) A rotor (eg, the
(2) In one aspect of the present invention, the rotor core includes a convex portion (for example, the
(3) In one aspect of the present invention, the second gap may be arranged closer to the outer periphery of the rotor core than the magnets.
(4) In one aspect of the present invention, the rotor core includes a first wall forming the first gap (for example, the
(5) In one aspect of the present invention, the plurality of magnet insertion holes may be arranged in a V shape when viewed from the axial direction.
(6) In one aspect of the present invention, when viewed from the axial direction, the second gap gradually increases from a portion where magnetic flux is strongest on the magnetic flux passing surface of the magnet toward both ends of the magnet. good too.
(7) In one aspect of the present invention, when viewed from the axial direction, the second gap is a virtual straight line (for example, the virtual straight line K1 in the embodiment) along the direction of the strongest magnetic flux on the magnetic flux passing surface of the magnet. may have a symmetrical shape with the axis of symmetry.
(8) A rotary electric machine according to an aspect of the present invention includes an annular stator (for example, the
上記(1)の態様によれば、軸方向から見て、空隙部は、磁石において磁束が通る磁束通過面に隣接する隣接面を覆うように形成された第一空隙と、第一空隙に連通し、磁石の磁束通過面を覆うように形成された第二空隙と、を有することで、磁石において減磁が生じやすい角部が空隙部で覆われることにより、磁石の減磁を抑えることができる。加えて、軸方向から見て、第二空隙は、磁石の磁束通過面において磁束が最も強い部分から磁石の端部に向かって漸次大きくなっていることで、磁石挿入孔に挿入された磁石の角部の周囲のみを覆うようにロータコアに空隙を形成した場合と比較して、磁石において磁束が通る部分が可及的に小さくなるため、逆起電圧を低減することができる。したがって、磁石の減磁を抑えつつ逆起電圧を低減することができる。
上記(2)の態様によれば、ロータコアは、磁石を位置決め固定するための凸部を備え、第二空隙は、磁石を介して凸部と対向して配置されていることで、空隙部への樹脂注入時、樹脂によって磁石が凸部に押圧されるため、磁石を位置決めすることができる。
上記(3)の態様によれば、第二空隙は、磁石よりもロータコアの外周側に配置されていることで、磁石においてステータに最も近接する角部(ステータからの逆磁界等によって磁石において減磁が生じやすい角部)が空隙部で覆われるため、磁石の減磁をより一層抑えることができる。
上記(4)の態様によれば、ロータコアは、第一空隙を形成する第一壁と、第二空隙を形成する第二壁と、を有し、軸方向から見て、第二壁は、磁石の磁束通過面において磁束が最も強い部分と対向する部分から第一壁に向かって湾曲しながら連続していることで、第二壁への応力集中を抑制することができる。
上記(5)の態様によれば、軸方向から見て、複数の磁石挿入孔は、V字状に配置されていることで、磁石がV字型に配置された構成において、磁石の減磁を抑えつつ逆起電圧を低減することができる。
上記(6)の態様によれば、軸方向から見て、第二空隙は、磁石の磁束通過面において磁束が最も強い部分から磁石の両端部に向かって漸次大きくなっていることで、以下の効果を奏する。第二空隙が、磁石の磁束通過面において磁束が最も強い部分から磁石の一端部のみに向かって漸次大きくなっている場合と比較して、磁石において磁束が通る部分が小さくなるため、逆起電圧をより一層低減することができる。
上記(7)の態様によれば、軸方向から見て、第二空隙は、磁石の磁束通過面において磁束が最も強い方向に沿う仮想直線を対称軸として線対称形状を有することで、磁石の一端側と他端側とで磁束量のバランスを保持することができる。
上記(8)の態様によれば、環状のステータと、ステータに対して径方向の内側に配置された上記のロータと、を備えることで、磁石の減磁を抑えつつ逆起電圧を低減することができる回転電機を提供することができる。
According to the above aspect (1), when viewed from the axial direction, the air gap portion communicates with the first air gap formed so as to cover the surface adjacent to the magnetic flux passing surface through which the magnetic flux passes in the magnet, and the first air gap. and a second gap formed so as to cover the magnetic flux passing surface of the magnet. By covering the corners of the magnet where demagnetization is likely to occur with the gap, demagnetization of the magnet can be suppressed. can. In addition, when viewed from the axial direction, the second gap gradually increases from the area where the magnetic flux is strongest on the magnetic flux passage surface of the magnet toward the end of the magnet, so that the magnet inserted into the magnet insertion hole is Compared to the case where the gap is formed in the rotor core so as to cover only the periphery of the corners, the portion of the magnet through which the magnetic flux passes becomes as small as possible, so that the back electromotive force can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the back electromotive force while suppressing demagnetization of the magnet.
According to the above aspect (2), the rotor core includes the convex portion for positioning and fixing the magnet, and the second gap is arranged to face the convex portion through the magnet. When the resin is injected, the resin presses the magnet against the convex portion, so the magnet can be positioned.
According to the above aspect (3), the second air gap is arranged on the outer peripheral side of the rotor core relative to the magnets, so that the corners of the magnets closest to the stator (the corners of the magnets that are attenuated by the reverse magnetic field from the stator, etc.) Since the corners where magnetism is likely to occur are covered with air gaps, demagnetization of the magnets can be further suppressed.
According to the aspect (4) above, the rotor core has a first wall that forms the first gap and a second wall that forms the second gap, and when viewed in the axial direction, the second wall: Concentration of stress on the second wall can be suppressed by curving and continuing from the portion facing the strongest portion of the magnetic flux passage surface of the magnet toward the first wall.
According to the above aspect (5), the plurality of magnet insertion holes are arranged in a V shape when viewed from the axial direction. can be reduced while suppressing the back electromotive voltage.
According to the aspect (6) above, when viewed from the axial direction, the second gap gradually increases from the portion where the magnetic flux is strongest on the magnetic flux passing surface of the magnet toward both end portions of the magnet. Effective. Compared to the case where the second gap gradually increases toward only one end of the magnet from the area where the magnetic flux is strongest on the magnetic flux passage surface of the magnet, the area through which the magnetic flux passes becomes smaller in the magnet, resulting in a back electromotive force. can be further reduced.
According to the above aspect (7), when viewed from the axial direction, the second gap has a line-symmetrical shape with an imaginary straight line along the direction of the strongest magnetic flux on the magnetic flux passing surface of the magnet as an axis of symmetry. It is possible to maintain the balance of magnetic flux between the one end side and the other end side.
According to the above aspect (8), by including the annular stator and the rotor arranged radially inward with respect to the stator, counter electromotive force is reduced while suppressing demagnetization of the magnet. It is possible to provide a rotating electric machine that can
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。実施形態においては、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される回転電機(走行用モータ)を挙げて説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the embodiments, a rotary electric machine (running motor) mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle will be described.
<回転電機>
図1は、実施形態に係る回転電機1の全体構成を示す概略構成図である。図1は、軸線Cを含む仮想平面で切断した断面を含む図である。
図1に示すように、回転電機1は、ケース2、ステータ3、ロータ4およびシャフト5を備える。
<Rotating electric machine>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the overall configuration of a rotating
As shown in FIG. 1 , the rotating
ケース2は、ステータ3およびロータ4を収容する筒状の箱形をなしている。ケース2内には、冷媒(不図示)が収容されている。ステータ3の一部は、ケース2内において冷媒に浸漬されている。例えば、冷媒としては、トランスミッションの潤滑や動力伝達等に用いられる作動油である、ATF(Automatic Transmission Fluid)等が用いられる。
The
シャフト5は、ケース2に回転可能に支持されている。図1において符号6は、シャフト5を回転可能に支持する軸受を示す。以下、シャフト5の軸線Cに沿う方向を「軸方向」、軸線Cに直交する方向を「径方向」、軸線C周りの方向を「周方向」とする。
Shaft 5 is rotatably supported by
ステータ3は、ステータコア11と、ステータコア11に装着された複数層(例えば、U相、V相、W相)のコイル12と、を備える。
ステータコア11は、軸線Cと同軸に配置された環状をなしている。ステータコア11は、ケース2の内周面に固定されている。例えば、ステータコア11は、電磁鋼板(ケイ素鋼板)を軸方向に複数枚積層することにより形成されている。なお、ステータコア11は、金属磁性粉末(軟磁性粉)を圧縮成形した、いわゆる圧粉コアであってもよい。
The
The
ステータコア11は、コイル12が挿入されるスロット13を有する。スロット13は、周方向に間隔をあけて複数配置されている。コイル12は、ステータコア11のスロット13に挿通された挿通部12aと、ステータコア11から軸方向に突出したコイルエンド部12bと、を備える。ステータコア11は、コイル12に電流が流れることで磁界を発生する。
<ロータ>
ロータ4は、ステータ3に対して径方向の内側に、間隔をあけて配置されている。ロータ4は、シャフト5に固定されている。ロータ4は、軸線C周りにシャフト5と一体で回転可能に構成されている。ロータ4は、ロータコア21、磁石22および端面板23を備える。例えば、磁石22は永久磁石である。
<Rotor>
The
ロータコア21は、軸線Cと同軸に配置された環状をなしている。ロータコア21は、径方向内側においてシャフト5が圧入固定されるシャフト固定孔8を有する。ロータコア21は、電磁鋼板(ケイ素鋼板)を軸方向に複数枚積層することにより形成されている。なお、ロータコア21は、金属磁性粉末(軟磁性粉)を圧縮成形した、いわゆる圧粉コアであってもよい。
The
端面板23は、ロータコア21に対して軸方向の両端部に配置されている。端面板23は、ロータコア21における少なくとも磁石挿入孔25を軸方向の両端側から覆っている。端面板23は、ロータコア21の軸方向の外端面に当接している。
The
ロータコア21は、ロータコア21を軸方向に貫通する複数の磁石挿入孔25を有する。複数の磁石挿入孔25は、ロータコア21の外周部において周方向に間隔をあけて配置されている。各磁石挿入孔25内には、磁石22が埋め込まれている。
The
図2は、実施形態に係るロータ4を軸方向から見た、図1のII矢視図である。図2においては、シャフト5および端面板23などの図示を省略している。
軸方向から見て、複数の磁石挿通孔25は、V字状に配置されている。具体的に、軸方向から見て、周方向に隣り合う2つの磁石挿通孔25は、径方向外方に開放するV字状をなしている。軸方向から見て、周方向に隣り合う2つの磁石22は、径方向外方に開放するV字状をなしている。
FIG. 2 is a view of the
When viewed from the axial direction, the plurality of magnet insertion holes 25 are arranged in a V shape. Specifically, when viewed from the axial direction, two magnet insertion holes 25 adjacent in the circumferential direction are V-shaped and open radially outward. When viewed in the axial direction, two
図中において、符号51はロータコア21の内周部に配置された複数の第一孔を有する第一孔部群、符号52は第一孔部群51と磁石挿通孔25との間に配置された複数の第二孔を有する第二孔部群をそれぞれ示す。これにより、ロータコア21の軽量化に寄与する。
In the figure,
磁石22は、軸方向に直交する断面形状が矩形状をなす直方体状を有している。磁石22は、磁束が通る磁束通過面22aと、磁束通過面22aに隣接する隣接面22bと、を有する。磁石22は、ロータコア21の内部において複数の磁石挿入孔25のそれぞれに埋設されている。ロータコア21は、磁石22を位置決め固定するための凸部40を備える。凸部40は、ロータコア21の内部において複数の磁石挿入孔25のそれぞれに臨むように配置されている。図中において、符号45は凸部40を挟んで対向する一対の突起部、符号46は応力集中を緩和するために一対の突起部45と凸部40との間に形成された一対の貫通孔をそれぞれ示す。
The
本実施形態のロータ4は、磁石22がロータコア21の内部において複数の磁石挿入孔25のそれぞれに埋設されたIPMである。本実施形態では、軸方向から見てV字状に配置された一対の磁石挿入孔25が周方向に実質的に等間隔に複数対(図2の例では8対)配列されている。すなわち、複数対の磁石挿入孔25は、ロータコア21の外周部において周方向に実質的に45°間隔毎に配置されている。
The
本実施形態では、軸方向から見てV字状に配置された一対の磁石22が周方向に実質的に等間隔に複数対(図2の例では8対)配列されている。すなわち、複数対の磁石22は、ロータコア21の外周部において周方向に実質的に45°間隔毎に配置されている。各対の磁石22は、周方向において互いに対向する面が同一の極性(N極またはS極)となっている。各対の磁石22は、磁石22によってロータコア21の外周面に形成される磁極(ロータコア21において一対の磁石22に挟まれた部分)の極性が周方向に交互に並ぶように磁化されている。図2において、矢印Vdは磁石22によって構成される磁極のd軸方向、矢印Vqはq軸方向をそれぞれ示す。
In this embodiment, a plurality of pairs (eight pairs in the example of FIG. 2) of a pair of
<ロータコアの構造>
図3は、実施形態に係るロータ4を軸方向から見た、図2の要部拡大図である。図3において、符号Ldは磁石22によって構成される磁極のd軸、符号Lqはq軸をそれぞれ示す。軸方向から見て、d軸Ldは、軸線Cを通り、かつ、V字状をなす一対の磁石22の間を二等分する仮想直線(磁極中心を通る仮想直線)に相当する。軸方向から見て、q軸Lqは、軸線Cを通り、かつ、周方向に隣り合う二対の磁石22の間を二等分する仮想直線(磁極間中心を通る仮想直線)に相当する。
<Structure of Rotor Core>
FIG. 3 is an enlarged view of a main portion of FIG. 2, when the
図3に示すように、磁石挿入孔25は、磁石22が挿入される磁石挿入部26と、磁石挿入部26に隣接する空隙部30と、を有する。
磁石挿入部26は、磁石挿入孔25において磁石22の外形と同一の外形を有する空隙である。軸方向から見て、磁石挿入部26は、磁石挿入孔25において磁石22と重なる部分である。
空隙部30は、磁石挿入部26への磁石22の挿入状態で樹脂が注入される部分である。軸方向から見て、空隙部30は、磁石挿入孔25において磁石22と重ならない部分(磁石22を避けた部分)である。
As shown in FIG. 3 , the
The
The
軸方向から見て、空隙部30は、磁石22の隣接面22bを覆うように形成された第一空隙31と、第一空隙31に連通し、磁石22の磁束通過面22aを覆うように形成された第二空隙32と、を有する。
When viewed from the axial direction, the
第一空隙31は、磁石22において磁束通過面22aに隣接する一対の隣接面22bのそれぞれを覆うように形成されている。第二空隙32は、磁石22よりもロータコア21の外周側に配置されている。空隙部30は、第一空隙31と第二空隙32とが連通することにより、磁石22において磁束通過面22aと隣接面22bとがなす角部E1,E2の周囲を覆うように形成されている。空隙部30は、4つの角部のうちロータコア21の外周側に位置する2つの角部E1,E2の周囲を覆っている。
The
軸方向から見て、第二空隙32は、磁石22の磁束通過面22aにおいて磁束が最も強い部分Mp(以下「磁束最大部Mp」ともいう。)から磁石22の端部に向かって漸次大きくなっている。ここで、磁束最大部Mpは、軸方向から見て矩形状をなす磁石22の長手方向中央部を意味する。磁石22の端部は、軸方向から見て矩形状をなす磁石の長手方向端部を意味する。
When viewed from the axial direction, the
軸方向から見て、第二空隙32は、磁石22の磁束最大部Mpから両端部(実施形態ではロータコア21の外周側に位置する2つの角部E1,E2)に向かって漸次大きくなっている。軸方向から見て、第二空隙32は、磁石22の磁束通過面22aにおいて磁束が最も強い方向に沿う仮想直線K1を対称軸として線対称形状を有する(図4参照)。
When viewed from the axial direction, the
第二空隙32は、磁石22を介して凸部40と対向して配置されている。軸方向から見て、凸部40は、仮想直線K1を対称軸として線対称形状を有する。凸部40は、磁石22において第二空隙32とは反対側の面に当接する当接面40aを有する。
The
ロータコア21は、第一空隙31を形成する第一壁41と、第二空隙32を形成する第二壁42と、を有する。軸方向から見て、第二壁42は、磁石22の磁束最大部Mpと対向する部分から第一壁41に向かって湾曲しながら連続している。
The
図4に示すように、第二壁42は、磁石22の磁束最大部Mpと対向する部分において磁石22に向けて凸をなす湾曲形状を有する。軸方向から見て、第二空隙32は、磁石22の磁束通過面22aと第二壁42との間において、磁石22の磁束最大部Mpから両端部(実施形態ではロータコア21の外周側に位置する2つの角部E1,E2)に向かって漸次大きくなる隙間を有する。第二空隙32は、磁石22の磁束最大部Mpにおいて最小隙間S1を有する。第二空隙32は、磁石22の端部において最大隙間S2を有する。
As shown in FIG. 4 , the
<作用効果>
次に、本実施形態のロータ4の作用効果について説明する。
まず、比較例のロータ4Xについて説明する。図5は、比較例に係るロータ4Xを軸方向から見た、図3に相当する要部拡大図である。図5において、符号22Xは磁石、符号25Xは磁石22Xを挿入するための磁石スロット、符号31Xは漏れ磁束を抑制するためのフラックスバリアをそれぞれ示す。
<Effect>
Next, the effect of the
First, the
図5に示すように、磁石スロット25Xは、磁石22Xの厚みに対して僅かに大きく形成されている。一般に、磁石スロット25Xにおいて磁石22Xの厚み方向の隙間SXを小さくすることで、磁石22Xの磁力を最大限に使っている。一方、隙間SXを小さくし過ぎると、以下の問題が発生する。
(1)磁石の磁束が大きくなることで、逆起電圧が大きくなる。
(2)磁石の磁束が大きくなることで、鉄損が増加する。
(3)磁石の端部の減磁が生じやすくなる。
(4)磁石を固定するために磁石スロットに充填する樹脂が磁石スロットに注入しにくくなる。
逆起電圧を小さくし、鉄損を低減するためには、フラックスバリア31Xを大きくすることが考えられる。しかし、フラックスバリア31Xを大きくし過ぎると、d軸インダクタンスおよびq軸インダクタンスがそれぞれ下がってしまい、リラクタンストルクが減少する可能性が高い。
As shown in FIG. 5, the
(1) As the magnetic flux of the magnet increases, the back electromotive force increases.
(2) Iron loss increases as the magnetic flux of the magnet increases.
(3) Demagnetization tends to occur at the ends of the magnet.
(4) It is difficult to inject resin into the magnet slots to fix the magnets.
In order to reduce the back electromotive voltage and reduce iron loss, it is conceivable to increase the
これに対し、本実施形態のロータ4は、磁石挿入孔25において磁石22の磁束最大部Mpの隙間が最小であり、磁石22の両端部に向かって隙間が漸次大きくなる構造を持つ(図3参照)。この構成によれば、比較例よりもd軸の磁気抵抗が大きくなるため、リラクタンストルクは減少せず、磁石22の磁束が小さくなる。これにより、逆起電圧を小さくし、鉄損を低減することができる。本実施形態では、比較例に対し磁石22の磁束が13%低下することで、無負荷条件での逆起電圧もそれに応じて低下する。本実施形態では、比較例に対し、無負荷条件での鉄損が23%低下する見込みがある。
加えて、本実施形態では、磁石挿入孔25において隙間が最大の部分で磁石22の端部が覆われるため、磁石22の端部の減磁を抑えることができる。
さらに、本実施形態では、樹脂注入時において樹脂が磁石22の両端部(最大隙間S2)から中央部(最小隙間S1)に向かって流れるため、比較例よりも樹脂を注入しやすい。
On the other hand, the
In addition, in this embodiment, since the end of the
Furthermore, in the present embodiment, the resin flows from both ends (maximum gap S2) of the
以上説明したように、上記実施形態の回転電機1のロータ4は、複数の磁石挿入孔25を有するロータコア21と、磁石挿入孔25に埋め込まれた磁石22と、を備え、ロータコア21の軸方向から見て、複数の磁石挿入孔25がロータコア21の周方向に間隔をあけて形成され、かつ、磁石22がロータコア21の内部において複数の磁石挿入孔25のそれぞれに埋設されたIPMであり、磁石挿入孔25は、磁石22が挿入される磁石挿入部26と、磁石挿入部26に隣接し、磁石挿入部26への磁石22の挿入状態で樹脂が注入される空隙部30と、を有し、軸方向から見て、空隙部30は、磁石22において磁束が通る磁束通過面22aに隣接する隣接面22bを覆うように形成された第一空隙31と、第一空隙31に連通し、磁石22の磁束通過面22aを覆うように形成された第二空隙32と、を有し、軸方向から見て、第二空隙32は、磁石22の磁束最大部Mpから磁石22の端部に向かって漸次大きくなっている。
この構成によれば、軸方向から見て、空隙部30は、磁石22において磁束が通る磁束通過面22aに隣接する隣接面22bを覆うように形成された第一空隙31と、第一空隙31に連通し、磁石22の磁束通過面22aを覆うように形成された第二空隙32と、を有することで、磁石22において減磁が生じやすい角部が空隙部30で覆われることにより、磁石22の減磁を抑えることができる。加えて、軸方向から見て、第二空隙32は、磁石22の磁束最大部Mpから磁石22の端部に向かって漸次大きくなっていることで、磁石挿入孔25に挿入された磁石22の角部の周囲のみを覆うようにロータコア21に空隙を形成した場合と比較して、磁石22において磁束が通る部分が可及的に小さくなるため、逆起電圧を低減することができる。したがって、磁石22の減磁を抑えつつ逆起電圧を低減することができる。
As described above, the
According to this configuration, when viewed from the axial direction, the
上記実施形態では、ロータコア21は、磁石22を位置決め固定するための凸部40を備え、第二空隙32は、磁石22を介して凸部40と対向して配置されていることで、空隙部30への樹脂注入時、樹脂によって磁石22が凸部40に押圧されるため、磁石22を位置決めすることができる。
In the above-described embodiment, the
上記実施形態では、第二空隙32は、磁石22よりもロータコア21の外周側に配置されていることで、磁石22においてステータ3に最も近接する角部(ステータ3からの逆磁界等によって磁石22において減磁が生じやすい角部)が空隙部30で覆われるため、磁石22の減磁をより一層抑えることができる。
In the above-described embodiment, the
上記実施形態では、ロータコア21は、第一空隙31を形成する第一壁41と、第二空隙32を形成する第二壁42と、を有し、軸方向から見て、第二壁42は、磁石22の磁束最大部Mpと対向する部分から第一壁41に向かって湾曲しながら連続していることで、第二壁42への応力集中を抑制することができる。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、軸方向から見て、複数の磁石挿入孔25は、V字状に配置されていることで、磁石22がV字型に配置された構成において、磁石22の減磁を抑えつつ逆起電圧を低減することができる。 In the above-described embodiment, the plurality of magnet insertion holes 25 are arranged in a V shape when viewed from the axial direction. It is possible to reduce the back electromotive voltage while
上記実施形態では、軸方向から見て、第二空隙32は、磁石22の磁束最大部Mpから磁石22の両端部に向かって漸次大きくなっていることで、以下の効果を奏する。第二空隙32が、磁石22の磁束最大部Mpから磁石22の一端部のみに向かって漸次大きくなっている場合と比較して、磁石22において磁束が通る部分が小さくなるため、逆起電圧をより一層低減することができる。
In the above-described embodiment, the
上記実施形態では、軸方向から見て、第二空隙32は、磁石22の磁束通過面22aにおいて磁束が最も強い方向に沿う仮想直線K1を対称軸として線対称形状を有することで、磁石22の一端側と他端側とで磁束量のバランスを保持することができる。
In the above-described embodiment, when viewed from the axial direction, the
上記実施形態の回転電機1は、環状のステータ3と、ステータ3に対して径方向の内側に配置された上記のロータ4と、を備えることで、磁石22の減磁を抑えつつ逆起電圧を低減することができる回転電機1を提供することができる。
The rotary
以下、実施形態の変形例について説明する。各変形例において、実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細説明を省略する。 Modifications of the embodiment will be described below. In each modified example, the same components as in the embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
上述した実施形態では、第二空隙32は、磁石22よりもロータコア21の外周側に配置されている構成について説明したが、これに限らない。例えば、第二空隙32は、磁石22よりもロータコア21の内周側に配置されていてもよい。
In the above-described embodiment, the configuration in which the
上述した実施形態では、軸方向から見て、第二壁42は、磁石22の磁束最大部Mpと対向する部分から第一壁41に向かって湾曲しながら連続している構成について説明したが、これに限らない。例えば、軸方向から見て、第二壁42は、磁石22の磁束最大部Mpと対向する部分から第一壁41に向かって直線状に連続していてもよい。
In the above-described embodiment, the configuration in which the
上述した実施形態では、軸方向から見て、複数の磁石挿入孔25は、V字状に配置されている構成について説明したが、これに限らない。例えば、複数の磁石挿入孔25は、放射状に配置されていてもよい。 In the embodiment described above, the configuration in which the plurality of magnet insertion holes 25 are arranged in a V shape when viewed from the axial direction has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the plurality of magnet insertion holes 25 may be arranged radially.
上述した実施形態では、軸方向から見て、第二空隙32は、磁石22の磁束最大部Mpから磁石22の両端部に向かって漸次大きくなっている構成について説明したが、これに限らない。例えば、第二空隙32は、磁石22の磁束最大部Mpから磁石22の一端部のみに向かって漸次大きくなっていてもよい。
In the above-described embodiment, the
上述した実施形態では、ロータコア21の内部には、軸方向から見てV字状に配置された一対の磁石挿入孔25が周方向に8対配列されている例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、一対の磁石挿入孔25の配置数は、7対以下であってもよいし、9対以上であってもよい。
In the above-described embodiment, eight pairs of magnet insertion holes 25 arranged in a V shape when viewed from the axial direction are arranged in the
上述した実施形態では、回転電機1が、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される走行用モータである例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、回転電機1は、発電用モータやその他用途のモータ、車両用以外の回転電機(発電機を含む)であってもよい。
In the above-described embodiment, the rotary
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能であり、上述した変形例を適宜組み合わせることも可能である。 Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these, and additions, omissions, substitutions, and other modifications of the configuration are possible without departing from the scope of the present invention. It is also possible to appropriately combine the modifications described above.
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
[実施例]
実施例は、本実施形態に係る第二空隙32を有するロータ4を用いた(図3参照)。実施例では、第二空隙32の最大隙間S2(磁石22の角部における隙間の大きさ)は1.36mmとした。
[Example]
The example used the
[比較例1]
比較例1は、磁石22Xの厚みに対して僅かに大きい磁石スロット25Xを有するロータ4Xを用いた(図5参照)。
[Comparative Example 1]
Comparative Example 1 uses a
[比較例2]
比較例2は、磁石の中心から端部方向にオフセットした位置から徐々に隙間が大きくなるロータ4Yを用いた(図8参照)。比較例2では、磁石の角部における隙間(最大隙間)の大きさは0.65mmとした。
[Comparative Example 2]
Comparative Example 2 uses a
[実験例]
実施例、比較例1~2のそれぞれにおいて、無負荷条件での磁石の磁束量を測定した。また、実施例および比較例1のそれぞれにおいて、同じ電流条件での磁石の減磁特性を測定した。
[Experimental example]
In each of Examples and Comparative Examples 1 and 2, the magnetic flux amount of the magnet was measured under no-load conditions. Also, in each of the example and comparative example 1, the demagnetization characteristics of the magnet were measured under the same current conditions.
図6は、実施例に係る磁石の磁束量の説明図である。図7は、比較例1に係る磁石の磁束量の説明図である。図8は、比較例2に係る磁石の磁束量の説明図である。図6~図8においては、磁束密度の分布をドットハッチで示し、ロータコアにおいて磁束密度が大きい部分ほどドットハッチを濃くしている。
図6に示すように、実施例では、磁束線の本数は18本であった。
図7に示すように、比較例1では、磁束線の本数は21本であった。
図8に示すように、比較例2では、磁束線の本数は20本であった。
実施例では、比較例1および比較例2のそれぞれよりも磁石の磁束量が低減したことを確認できた。
FIG. 6 is an explanatory diagram of the amount of magnetic flux of the magnet according to the example. FIG. 7 is an explanatory diagram of the magnetic flux amount of the magnet according to Comparative Example 1. FIG. FIG. 8 is an explanatory diagram of the amount of magnetic flux of a magnet according to Comparative Example 2. FIG. In FIGS. 6 to 8, the distribution of the magnetic flux density is indicated by dot hatching, and the dot hatching becomes darker as the magnetic flux density increases in the rotor core.
As shown in FIG. 6, the number of magnetic flux lines was 18 in the example.
As shown in FIG. 7, in Comparative Example 1, the number of magnetic flux lines was 21.
As shown in FIG. 8, in Comparative Example 2, the number of magnetic flux lines was twenty.
In the example, it was confirmed that the amount of magnetic flux of the magnet was reduced more than in the comparative examples 1 and 2, respectively.
図9は、実施例に係る磁石の減磁特性を示すコンター図である。図10は、比較例1に係る磁石の減磁特性を示すコンター図である。図9~図10においては、減磁率の分布をドットハッチで示し、磁石において減磁率が大きい部分ほどドットハッチを濃くしている。
図9に示すように、実施例では、比較例1(図10参照)よりも磁石の端部の減磁率が低下したことを確認できた。
FIG. 9 is a contour diagram showing the demagnetization characteristics of the magnet according to the example. 10 is a contour diagram showing the demagnetization characteristics of the magnet according to Comparative Example 1. FIG. In FIGS. 9 and 10, the distribution of the demagnetization rate is indicated by dot hatching, and the dot hatching becomes darker as the demagnetization rate increases in the magnet.
As shown in FIG. 9, it was confirmed that in Example, the demagnetization rate at the end of the magnet was lower than in Comparative Example 1 (see FIG. 10).
1…回転電機
3…ステータ
4…ロータ
21…ロータコア
22…磁石
22a…磁束通過面
22b…隣接面
25…磁石挿入孔
26…磁石挿入部
30…空隙部
31…第一空隙
32…第二空隙
40…凸部
41…第一壁
42…第二壁
C…軸線
E1,E2…磁石の角部(磁石の端部)
K1…仮想直線
Mp…磁束最大部(磁束が最も強い部分)
DESCRIPTION OF
K1: virtual straight line Mp: maximum magnetic flux (part where the magnetic flux is the strongest)
Claims (8)
前記磁石挿入孔に埋め込まれた磁石と、を備え、
前記ロータコアの軸方向から見て、前記複数の磁石挿入孔が前記ロータコアの周方向に間隔をあけて形成され、かつ、前記磁石が前記ロータコアの内部において前記複数の磁石挿入孔のそれぞれに埋設されたIPMであり、
前記磁石挿入孔は、
前記磁石が挿入される磁石挿入部と、
前記磁石挿入部に隣接し、前記磁石挿入部への前記磁石の挿入状態で樹脂が注入される空隙部と、を有し、
前記軸方向から見て、前記空隙部は、
前記磁石において磁束が通る磁束通過面に隣接する隣接面を覆うように形成された第一空隙と、
前記第一空隙に連通し、前記磁石の前記磁束通過面を覆うように形成された第二空隙と、を有し、
前記軸方向から見て、前記第二空隙は、前記磁石の前記磁束通過面において磁束が最も強い部分から前記磁石の端部に向かって漸次大きくなっており、
前記磁束が最も強い部分は、前記軸方向から見て矩形状をなす前記磁石の長手方向中央部であることを特徴とする回転電機のロータ。 a rotor core having a plurality of magnet insertion holes;
a magnet embedded in the magnet insertion hole,
When viewed from the axial direction of the rotor core, the plurality of magnet insertion holes are formed at intervals in the circumferential direction of the rotor core, and the magnets are embedded in each of the plurality of magnet insertion holes inside the rotor core. is an IPM,
The magnet insertion hole is
a magnet insertion portion into which the magnet is inserted;
a gap adjacent to the magnet insertion portion and into which resin is injected while the magnet is inserted into the magnet insertion portion;
When viewed from the axial direction, the gap is
a first gap formed to cover an adjacent surface adjacent to the magnetic flux passage surface through which the magnetic flux passes in the magnet;
a second air gap communicating with the first air gap and formed to cover the magnetic flux passing surface of the magnet;
When viewed from the axial direction, the second gap gradually increases from a portion of the magnetic flux passing surface of the magnet where the magnetic flux is strongest toward the end of the magnet ,
A rotor for a rotary electric machine , wherein the portion where the magnetic flux is the strongest is a central portion in the longitudinal direction of the magnet, which has a rectangular shape when viewed from the axial direction .
前記第二空隙は、前記磁石を介して前記凸部と対向して配置されていることを特徴とする請求項1に記載の回転電機のロータ。 The rotor core has a protrusion for positioning and fixing the magnet,
2. The rotor of a rotary electric machine according to claim 1, wherein said second gap is arranged to face said protrusion via said magnet.
前記第一空隙を形成する第一壁と、
前記第二空隙を形成する第二壁と、を有し、
前記軸方向から見て、前記第二壁は、前記磁石の前記磁束通過面において磁束が最も強い部分と対向する部分から前記第一壁に向かって湾曲しながら連続していることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の回転電機のロータ。 The rotor core is
a first wall forming the first void;
a second wall forming the second gap,
When viewed from the axial direction, the second wall is continuous while curving toward the first wall from a portion facing a portion of the magnetic flux passing surface of the magnet where the magnetic flux is strongest. The rotor of the rotary electric machine according to any one of claims 1 to 3.
前記ステータに対して径方向の内側に配置された請求項1から7のいずれか一項に記載のロータと、を備えることを特徴とする回転電機。 an annular stator;
A rotary electric machine, comprising: a rotor according to any one of claims 1 to 7 arranged radially inside the stator.
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