JP7124247B1 - 回転電機の回転子 - Google Patents
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Abstract
Description
円柱状のシャフトと、前記シャフトが挿入される内孔を有する円環状の電磁鋼板を前記シャフトの中心軸方向に複数枚積層して構成され、それぞれ円筒状の外周面まで貫通した第1磁石孔及び第2磁石孔を有する回転子鉄心と、前記回転子鉄心において磁極を構成し、前記第1磁石孔に挿入された第1永久磁石及び前記第2磁石孔に挿入された第2永久磁石と、を備え、前記シャフトの中心軸と前記磁極の周方向の中心とを通る軸をd軸とし、前記第1永久磁石の前記d軸に最も近い第1角と前記第2永久磁石の前記d軸に最も近い第2角とを通る直線を第1直線とし、前記第1角と前記中心軸とを通る直線を第2直線とし、前記第2角と前記中心軸とを通る直線を第3直線とし、前記第1磁石孔の内壁上の点のうち前記第2直線と前記第3直線との間で最も内周側の点を第1点とし、前記第2磁石孔の内壁上の点のうち前記第2直線と前記第3直線との間で最も内周側の点を第2点とし、前記第1点と前記第2点とを通る直線を第4直線としたとき、前記第1直線、前記第2直線、前記第3直線、及び、前記第4直線で囲まれた領域内に前記回転子鉄心の実肉部であるブリッジが存在し、前記第1直線及び前記第4直線から等距離の直線を第5直線とし、前記第1磁石孔の内壁上の点のうち前記第5直線上の点を第3点とし、前記第2磁石孔の内壁上の点のうち前記第5直線上の点を第4点とし、前記第5直線上で前記第3点及び前記第4点から等距離の点を中間点とし、前記中間点と前記中心軸とを通る直線をブリッジ中心線とし、前記第4直線上の前記第1点と前記第2点と結ぶ線分をブリッジ内周側端とし、前記回転子鉄心のうちの前記ブリッジ内周側端、前記ブリッジ中心線、前記回転子鉄心の外接円、及び、前記第1磁石孔の内壁で囲まれた第1領域に存在する穴及び切欠をKmとし、前記穴Kmの稜線で囲まれた領域の面積及び前記切欠Kmの稜線と前記回転子鉄心の外接円とで囲まれた領域の面積をSkmとし、前記穴Kmの稜線で囲まれた領域及び前記切欠Kmの稜線と前記回転子鉄心の外接円とで囲まれた領域に実肉が存在する場合の重心をKgmとし、前記中心軸から重心Kgmまでの距離をrmとし、前記ブリッジ中心線と前記第4直線との交点から重心Kgmまでの距離をrbmとし、前記中心軸と重心Kgmとを通る直線を第6直線とし、前記第6直線と前記ブリッジ中心線とのなす角をθkmとし、前記交点と前記重心Kgmとを通る直線を第7直線とし、前記第7直線と前記ブリッジ中心線とのなす角度をθbkmとし(但し、前記のmはいずれも自然数である)、前記回転子鉄心のうちの前記ブリッジ内周側端、前記ブリッジ中心線、前記回転子鉄心の外接円、及び、前記第2磁石孔の内壁で囲まれた第2領域に存在する穴及び切欠をJnとし、前記穴Jnの稜線で囲まれた領域の面積及び前記切欠Jnの稜線と前記回転子鉄心の外接円とで囲まれた領域の面積をSjnとし、前記穴Jnの稜線で囲まれた領域及び前記切欠Jnの稜線と前記回転子鉄心の外接円とで囲まれた領域に実肉が存在する場合の重心をJgnとし、前記中心軸から重心Jgnまでの距離をRnとし、前記交点から重心Jgnまでの距離をRbnとし、前記中心軸と重心Jgnとを通る直線を第8直線とし、前記第8直線と前記ブリッジ中心線とのなす角をθjnとし、前記交点と前記重心Jgnとを通る直線を第9直線とし、前記第9直線と前記ブリッジ中心線とのなす角度をθbjnとしたとき(但し、前記のnはいずれも自然数である)、前記第1領域及び前記第2領域が前記d軸に関して非対称であり、前記回転子鉄心が次の式を満たす構造を有している、回転電機の回転子。
円柱状のシャフトと、前記シャフトが挿入される内孔を有する円環状の電磁鋼板を前記シャフトの中心軸方向に複数枚積層して構成され、それぞれ円筒状の外周面まで貫通した第1磁石孔及び第2磁石孔と、周方向において前記第1磁石孔と前記第2磁石孔との間に位置する空孔と、を有する回転子鉄心と、前記回転子鉄心において磁極を構成し、前記第1磁石孔に挿入された第1永久磁石及び前記第2磁石孔に挿入された第2永久磁石と、を備え、前記シャフトの中心軸と前記磁極の周方向の中心とを通る軸をd軸とし、前記第1永久磁石の前記d軸に最も近い第1角と前記第2永久磁石の前記d軸に最も近い第2角とを通る直線を第1直線とし、前記第1角と前記中心軸とを通る直線を第2直線とし、前記第2角と前記中心軸とを通る直線を第3直線とし、前記第1磁石孔の内壁上の点のうち前記第2直線と前記第3直線との間で最も内周側の点を第1点とし、前記第2磁石孔の内壁上の点のうち前記第2直線と前記第3直線との間で最も内周側の点を第2点とし、前記第1点と前記第2点とを通る直線を第4直線としたとき、前記第1直線、前記第2直線、前記第3直線、及び、前記第4直線で囲まれた領域内に前記回転子鉄心の実肉部である第1ブリッジ及び第2ブリッジが存在し、前記第1直線及び前記第4直線から等距離の直線を第5直線とし、前記第1磁石孔の内壁上の点のうち前記第5直線上の点を第3点とし、前記空孔の内壁上の点のうち前記第2直線と前記d軸との間で前記第5直線上の点を第4点とし、前記空孔の内壁上の点のうち前記d軸と前記第3直線との間で前記第5直線上の点を第5点とし、前記第2磁石孔の内壁上の点のうち前記第5直線上の点を第6点とし、前記第5直線上で前記第3点及び前記第4点から等距離の点を第1中間点とし、前記第5直線上で前記第5点及び前記第6点から等距離の点を第2中間点とし、前記第1中間点と前記中心軸とを通る直線を第1ブリッジ中心線とし、前記第2中間点と前記中心軸とを通る直線を第2ブリッジ中心線とし、前記第4直線上の前記第1点と前記第2点と結ぶ線分をブリッジ内周側端とし、前記回転子鉄心のうちの前記ブリッジ内周側端、前記第1ブリッジ中心線、前記回転子鉄心の外接円、及び、前記第1磁石孔の内壁で囲まれた第1領域に存在する穴及び切欠をKmとし、前記穴Kmの稜線で囲まれた領域の面積及び前記切欠Kmの稜線と前記回転子鉄心の外接円とで囲まれた領域の面積をSkmとし、前記穴Kmの稜線で囲まれた領域及び前記切欠Kmの稜線と前記回転子鉄心の外接円とで囲まれた領域に実肉が存在する場合の重心をKgmとし、前記中心軸から重心Kgmまでの距離をrmとし、前記第1ブリッジ中心線と前記第4直線との第1交点から重心Kgmまでの距離をrbmとし、前記中心軸と重心Kgmとを通る直線を第6直線とし、前記第6直線と前記第1ブリッジ中心線とのなす角をθkmとし、前記第1交点と前記重心Kgmとを通る直線を第7直線とし、前記第7直線と前記第1ブリッジ中心線とのなす角度をθbkmとし(但し、前記のmはいずれも自然数である)、前記回転子鉄心のうちの前記ブリッジ内周側端、前記第2ブリッジ中心線、前記回転子鉄心の外接円、及び、前記第2磁石孔の内壁で囲まれた第2領域に存在する穴及び切欠をJnとし、前記穴Jnの稜線で囲まれた領域の面積及び前記切欠Jnの稜線と前記回転子鉄心の外接円とで囲まれた領域の面積をSjnとし、前記穴Jnの稜線で囲まれた領域及び前記切欠Jnの稜線と前記回転子鉄心の外接円とで囲まれた領域に実肉が存在する場合の重心をJgnとし、前記中心軸から重心Jgnまでの距離をRnとし、前記第2ブリッジ中心線と前記第4直線との第2交点から重心Jgnまでの距離をRbnとし、前記中心軸と重心Jgnとを通る直線を第8直線とし、前記第8直線と前記第2ブリッジ中心線とのなす角をθjnとし、前記第2交点と前記重心Jgnとを通る直線を第9直線とし、前記第9直線と前記第2ブリッジ中心線とのなす角度をθbjnとしたとき(但し、前記のnはいずれも自然数である)、前記第1領域及び前記第2領域が前記d軸に関して非対称であり、前記回転子鉄心が次の式を満たす構造を有している、回転電機の回転子。
本実施形態の回転電機1は、埋め込み永久磁石型(IPM:Interior Permanent Magnet)回転電機として構成され、例えば、ハイブリッド自動車(HEV)や電気自動車(EV)において、駆動モータあるいは発電機に適用される。回転電機1は、略円筒状の固定子2と、永久磁石が埋設された略円筒状の回転子3と、固定子2及び回転子3を収容するハウジング10と、ハウジング10に固定されるカバー11と、を備えている。
本実施形態において、回転子3は、複数の磁極、例えば、8磁極を有している。回転子鉄心32において、周方向に隣り合う磁極間の境界と中心軸Rcとを通り回転子鉄心32の径方向に延びる軸をq軸と称し、q軸に対して周方向に電気的に90°離間した軸、つまり、1磁極の周方向の中心と中心軸Rcと通る軸をd軸と称する。ここでは、固定子によって形成される鎖交磁束の流れ易い方向をq軸と称する。d軸及びq軸は、回転子鉄心32の周方向に交互に、かつ、所定の位相で設けられている。回転子鉄心32の1磁極分とは、周方向に隣り合う2本のq軸間の領域(1/8周の周角度領域)をいう。
図3に示す例において、d軸を挟んで左側に位置する磁石孔を第1磁石孔H1とし、第1磁石孔H1に挿入された永久磁石を第1永久磁石M1とし、d軸を挟んで右側に位置する磁石孔を第2磁石孔H2とし、第2磁石孔H2に挿入された永久磁石を第2永久磁石M2として示している。第1永久磁石M1及び第2永久磁石M2は、長方形状の横断面を有している。
本明細書において、ブリッジ中心線BCは、以下の通り定義する。すなわち、第1直線L1及び第4直線L4から等距離の直線を第5直線L5としたとき、ブリッジBRは、第5直線L5と交差する。第1磁石孔H1の内壁上の点のうち、第5直線L5上の点を第3点P3とする。第2磁石孔H2の内壁上の点のうち、第5直線L5上の点を第4点P4とする。第5直線L5上で第3点P3及び第4点P4から等距離の点を中間点Eとする。このとき、ブリッジ中心線BCは、中間点E及び中心軸Rcを通る線として定義する。この定義のブリッジ中心線BCは、d軸に一致している。ブリッジ中心線BCと第4直線L4とが交差する点を交点Fとする。
図5に示す構成例では、回転子鉄心32は、周方向において第1磁石孔H1と第2磁石孔H2との間に位置する空孔321を有している。空孔321は、回転子鉄心32を軸方向に貫通している。
図7に示す構成例では、回転子鉄心32は、第1永久磁石M1の長辺方向両端において第1永久磁石M1の一方の長辺と対向する縁B1から突出した一対の保持突起C1及びC2と、第1永久磁石M1の他方の長辺と対向する縁B2から突出した一対の保持突起C3及びC4と、を有している。保持突起C3は保持突起C2と対向し、保持突起C4は保持突起C1と対向している。第1永久磁石M1は、これらの保持突起C1乃至C4によって保持されている。また、回転子鉄心32は、第2永久磁石M2を保持するための保持突起C1乃至C4も有している。
例えば、回転子3の磁極数、寸法、形状等は、前述した実施形態に限定されることなく、設計に応じて種々変更可能である。回転子3の各磁極における永久磁石Mの設置数は、2つに限らず、必要に応じて、増加可能である。
Claims (2)
- 円柱状のシャフトと、
前記シャフトが挿入される内孔を有する円環状の電磁鋼板を前記シャフトの中心軸方向に複数枚積層して構成され、それぞれ円筒状の外周面まで貫通した第1磁石孔及び第2磁石孔を有する回転子鉄心と、
前記回転子鉄心において磁極を構成し、前記第1磁石孔に挿入された第1永久磁石及び前記第2磁石孔に挿入された第2永久磁石と、を備え、
前記シャフトの中心軸と前記磁極の周方向の中心とを通る軸をd軸とし、前記第1永久磁石の前記d軸に最も近い第1角と前記第2永久磁石の前記d軸に最も近い第2角とを通る直線を第1直線とし、前記第1角と前記中心軸とを通る直線を第2直線とし、前記第2角と前記中心軸とを通る直線を第3直線とし、前記第1磁石孔の内壁上の点のうち前記第2直線と前記第3直線との間で最も内周側の点を第1点とし、前記第2磁石孔の内壁上の点のうち前記第2直線と前記第3直線との間で最も内周側の点を第2点とし、前記第1点と前記第2点とを通る直線を第4直線としたとき、前記第1直線、前記第2直線、前記第3直線、及び、前記第4直線で囲まれた領域内に前記回転子鉄心の実肉部であるブリッジが存在し、
前記第1直線及び前記第4直線から等距離の直線を第5直線とし、前記第1磁石孔の内壁上の点のうち前記第5直線上の点を第3点とし、前記第2磁石孔の内壁上の点のうち前記第5直線上の点を第4点とし、前記第5直線上で前記第3点及び前記第4点から等距離の点を中間点とし、前記中間点と前記中心軸とを通る直線をブリッジ中心線とし、前記第4直線上の前記第1点と前記第2点と結ぶ線分をブリッジ内周側端とし、前記回転子鉄心のうちの前記ブリッジ内周側端、前記ブリッジ中心線、前記回転子鉄心の外接円、及び、前記第1磁石孔の内壁で囲まれた第1領域に存在する穴及び切欠をKmとし、前記穴Kmの稜線で囲まれた領域の面積及び前記切欠Kmの稜線と前記回転子鉄心の外接円とで囲まれた領域の面積をSkmとし、前記穴Kmの稜線で囲まれた領域及び前記切欠Kmの稜線と前記回転子鉄心の外接円とで囲まれた領域に実肉が存在する場合の重心をKgmとし、前記中心軸から重心Kgmまでの距離をrmとし、前記ブリッジ中心線と前記第4直線との交点から重心Kgmまでの距離をrbmとし、前記中心軸と重心Kgmとを通る直線を第6直線とし、前記第6直線と前記ブリッジ中心線とのなす角をθkmとし、前記交点と前記重心Kgmとを通る直線を第7直線とし、前記第7直線と前記ブリッジ中心線とのなす角度をθbkmとし(但し、前記のmはいずれも自然数である)、前記回転子鉄心のうちの前記ブリッジ内周側端、前記ブリッジ中心線、前記回転子鉄心の外接円、及び、前記第2磁石孔の内壁で囲まれた第2領域に存在する穴及び切欠をJnとし、前記穴Jnの稜線で囲まれた領域の面積及び前記切欠Jnの稜線と前記回転子鉄心の外接円とで囲まれた領域の面積をSjnとし、前記穴Jnの稜線で囲まれた領域及び前記切欠Jnの稜線と前記回転子鉄心の外接円とで囲まれた領域に実肉が存在する場合の重心をJgnとし、前記中心軸から重心Jgnまでの距離をRnとし、前記交点から重心Jgnまでの距離をRbnとし、前記中心軸と重心Jgnとを通る直線を第8直線とし、前記第8直線と前記ブリッジ中心線とのなす角をθjnとし、前記交点と前記重心Jgnとを通る直線を第9直線とし、前記第9直線と前記ブリッジ中心線とのなす角度をθbjnとしたとき(但し、前記のnはいずれも自然数である)、前記第1領域及び前記第2領域が前記d軸に関して非対称であり、前記回転子鉄心が次の式を満たす構造を有している、回転電機の回転子。
- 円柱状のシャフトと、
前記シャフトが挿入される内孔を有する円環状の電磁鋼板を前記シャフトの中心軸方向に複数枚積層して構成され、それぞれ円筒状の外周面まで貫通した第1磁石孔及び第2磁石孔と、周方向において前記第1磁石孔と前記第2磁石孔との間に位置する空孔と、を有する回転子鉄心と、
前記回転子鉄心において磁極を構成し、前記第1磁石孔に挿入された第1永久磁石及び前記第2磁石孔に挿入された第2永久磁石と、を備え、
前記シャフトの中心軸と前記磁極の周方向の中心とを通る軸をd軸とし、前記第1永久磁石の前記d軸に最も近い第1角と前記第2永久磁石の前記d軸に最も近い第2角とを通る直線を第1直線とし、前記第1角と前記中心軸とを通る直線を第2直線とし、前記第2角と前記中心軸とを通る直線を第3直線とし、前記第1磁石孔の内壁上の点のうち前記第2直線と前記第3直線との間で最も内周側の点を第1点とし、前記第2磁石孔の内壁上の点のうち前記第2直線と前記第3直線との間で最も内周側の点を第2点とし、前記第1点と前記第2点とを通る直線を第4直線としたとき、前記第1直線、前記第2直線、前記第3直線、及び、前記第4直線で囲まれた領域内に前記回転子鉄心の実肉部である第1ブリッジ及び第2ブリッジが存在し、
前記第1直線及び前記第4直線から等距離の直線を第5直線とし、前記第1磁石孔の内壁上の点のうち前記第5直線上の点を第3点とし、前記空孔の内壁上の点のうち前記第2直線と前記d軸との間で前記第5直線上の点を第4点とし、前記空孔の内壁上の点のうち前記d軸と前記第3直線との間で前記第5直線上の点を第5点とし、前記第2磁石孔の内壁上の点のうち前記第5直線上の点を第6点とし、前記第5直線上で前記第3点及び前記第4点から等距離の点を第1中間点とし、前記第5直線上で前記第5点及び前記第6点から等距離の点を第2中間点とし、前記第1中間点と前記中心軸とを通る直線を第1ブリッジ中心線とし、前記第2中間点と前記中心軸とを通る直線を第2ブリッジ中心線とし、前記第4直線上の前記第1点と前記第2点と結ぶ線分をブリッジ内周側端とし、前記回転子鉄心のうちの前記ブリッジ内周側端、前記第1ブリッジ中心線、前記回転子鉄心の外接円、及び、前記第1磁石孔の内壁で囲まれた第1領域に存在する穴及び切欠をKmとし、前記穴Kmの稜線で囲まれた領域の面積及び前記切欠Kmの稜線と前記回転子鉄心の外接円とで囲まれた領域の面積をSkmとし、前記穴Kmの稜線で囲まれた領域及び前記切欠Kmの稜線と前記回転子鉄心の外接円とで囲まれた領域に実肉が存在する場合の重心をKgmとし、前記中心軸から重心Kgmまでの距離をrmとし、前記第1ブリッジ中心線と前記第4直線との第1交点から重心Kgmまでの距離をrbmとし、前記中心軸と重心Kgmとを通る直線を第6直線とし、前記第6直線と前記第1ブリッジ中心線とのなす角をθkmとし、前記第1交点と前記重心Kgmとを通る直線を第7直線とし、前記第7直線と前記第1ブリッジ中心線とのなす角度をθbkmとし(但し、前記のmはいずれも自然数である)、前記回転子鉄心のうちの前記ブリッジ内周側端、前記第2ブリッジ中心線、前記回転子鉄心の外接円、及び、前記第2磁石孔の内壁で囲まれた第2領域に存在する穴及び切欠をJnとし、前記穴Jnの稜線で囲まれた領域の面積及び前記切欠Jnの稜線と前記回転子鉄心の外接円とで囲まれた領域の面積をSjnとし、前記穴Jnの稜線で囲まれた領域及び前記切欠Jnの稜線と前記回転子鉄心の外接円とで囲まれた領域に実肉が存在する場合の重心をJgnとし、前記中心軸から重心Jgnまでの距離をRnとし、前記第2ブリッジ中心線と前記第4直線との第2交点から重心Jgnまでの距離をRbnとし、前記中心軸と重心Jgnとを通る直線を第8直線とし、前記第8直線と前記第2ブリッジ中心線とのなす角をθjnとし、前記第2交点と前記重心Jgnとを通る直線を第9直線とし、前記第9直線と前記第2ブリッジ中心線とのなす角度をθbjnとしたとき(但し、前記のnはいずれも自然数である)、前記第1領域及び前記第2領域が前記d軸に関して非対称であり、前記回転子鉄心が次の式を満たす構造を有している、回転電機の回転子。
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