JP7270806B1 - 回転電機 - Google Patents

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Abstract

【課題】遠心力を緩和することができるとともに、リラクタンストルクを向上させることのできる回転電機を提供する。【解決手段】ロータコア21のd軸を中心として内径側にいくにしたがって互いに距離が狭まるように対向して設けられた1対の磁石スロット241、242と、1対の磁石スロット241、242に挿入された1対の磁石221、222と、1対の磁石スロット241、242の間であってd軸上に設けられている中央フラックスバリア231、232を有し、1層目中央フラックスバリア231と2層目中央フラックスバリア232の間の径方向の距離は、1層目のフラックスバリア層と2層目のフラックスバリア層の距離の中で最も小さくなるように構成する。【選択図】図3

Description

本願は、回転電機に関するものである。
自動車の駆動用モータ又は発電機において、永久磁石をロータコアの内部に埋め込むことによって、マグネットトルクとリラクタンストルクを複合して用い、トルク並びに出力を向上させた埋込磁石型同期電動機が回転電機として一般的に用いられている。リラクタンストルクを向上させるために、磁石を多層に配置した回転電機が使用されている。そしてこの多層に配置された磁石の層間の鉄心に、電機子の磁束と磁石の磁束が通ることによって磁気飽和が発生し、トルクが低下することを回避するために、以下に示すような技術があった。
即ち、磁極中央に埋設された第1永久磁石と、第1永久磁石の周方向両側に埋設され径方向内方へ向かって互いの間隔が狭まるように配置された一対の第2永久磁石とを含み、第1永久磁石および一対の第2永久磁石により形成される磁路領域において一対の第2永久磁石間の最も狭い間隔が第1永久磁石の長手方向幅よりも広く設定されているものがあった。このように構成することにより、第1永久磁石と第2永久磁石との間に形成される磁路領域を広く確保し、磁気飽和を生じ難くすることによりトルクの向上を図るものである(特許文献1参照)。
特開2012-161227号公報
上記特許文献においては、磁気飽和を生じ難くするために鉄心を多く用いているため、特に最も内径側にある磁石の層の径方向外側にある鉄心の重量が増加し、永久磁石を埋込んでいるロータコアのブリッジ部にはたらく遠心力が増加し、遠心力による応力によりロータコアが破損するという問題がある。この応力を低減するためには、ブリッジの幅を増加させることが考えられるが、このようにすると磁石の磁束がロータコア内で短絡する量が増加するとともに、リラクタンストルクも低下してしまい、トルクの低下につながるという問題点があった。
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、遠心力を緩和することができるとともに、リラクタンストルクを向上させることができる回転電機を提供することを目的とする。
本願に開示される回転電機は、
ステータと、前記ステータの内周に配置されたロータを有するものであって、
前記ロータはシャフトに固定されたロータコアを有し、前記ロータコアの磁極中心であるd軸を中心として内径側にいくにしたがって互いに距離が狭まるように対向して設けられた1対の磁石スロットと、1対の前記磁石スロットに挿入された1対の磁石と、1対の前記磁石スロットの間であってd軸上に設けられている中央フラックスバリアが設けられ、Nを2以上の整数としたとき、前記磁石スロットと前記磁石と前記中央フラックスバリアはN層にわたり構成され、
N層からなる前記磁石スロットおよびN層からなる前記中央フラックスバリアによりN層からなるフラックスバリア層が形成されるとともに、(N-1)層目中央フラックスバリアとN層目中央フラックスバリアの間の径方向の距離は、(N-1)層目のフラックスバリア層とN層目のフラックスバリア層の距離の中で最も小さくなるように構成されたものである。
本願に開示される回転電機によれば、遠心力を緩和することができるとともに、リラクタンストルクを向上させることができる。
実施の形態1に係る回転電機を示す軸方向に沿った断面図である。 実施の形態1に係る回転電機の回転軸に対して垂直な方向の断面図である。 実施の形態1に係る回転電機のロータの回転軸に対して垂直な方向の断面図である。 実施の形態1に係る回転電機のロータの回転軸に対して垂直な方向の断面図である。 実施の形態2に係る回転電機のロータの回転軸に対して垂直な方向の断面図である。 実施の形態3に係る回転電機のロータの回転軸に対して垂直な方向の断面図である。 実施の形態4に係る回転電機のロータの回転軸に対して垂直な方向の断面図である。 実施の形態5に係る回転電機のロータの回転軸に対して垂直な方向の断面図である。 実施の形態6に係る回転電機のロータの回転軸に対して垂直な方向の断面図である。 実施の形態7に係る回転電機のロータの回転軸に対して垂直な方向の断面図である。
実施の形態1.
本実施の形態は、遠心力を低減しつつ、リラクタンストルクを向上させる回転電機に関する。
図1は回転電機を示す軸方向に沿った断面図である。尚図1において、回転軸が延びる方向を軸方向とし、軸方向に対して垂直な方向を径方向とする。図1において、回転電機としてのモータ1はフレーム100内に収納されたステータ10及びロータ20により構成されている。そしてロータ20においては、シャフト5の軸方向両端を負荷側軸受け6および反負荷側軸受け7より回転自在に保持されている。ステータ10は、環状のヨーク部からロータ20に向かって径方向に突設されたティース部を有するステータコア11とティース部に巻回されたステータコイル13により構成される。
図2は実施の形態1に係る回転電機の回転軸に対して垂直な方向の断面図、図3は実施の形態1に係る回転電機のロータの回転軸に対して垂直な方向の断面図である。図2、図3において、磁石が並べられる円周方向を周方向とする。
図2において、回転電機であるモータ1は、ステータ10と、ステータ10の内周側に同軸に配置されたロータ20を有する。
図2に示すように、ステータ10は円環状のステータコア11から内径側に延伸されたステータティース12と、隣り合うステータティース12とステータコア11によってコの字型に囲まれた領域であるステータスロットと、このステータスロットに配置されたステータコイル13で構成される。実施の形態1において、ステータティース12は周方向に均等に48個構成されており、同じく48個のステータスロットにはそれぞれ6個のステータコイル13が径方向に配置されている。ステータコイル13は、周方向に6個隣りのステータコイル13と直列に接続されており、分布巻に構成されている。尚図2においては、回転電機の1/8部分が示されており、図2に示された部分が8個円環状に繋がって全体としての回転電機の断面を構成する。
図3に示すように、ロータ20は、シャフト5に固定された円環状のロータコア21と、ロータコア21の磁極中心であるd軸を中心として内径側にいくにしたがって互いに距離が狭まるように対向して設けられた1対の1層目磁石スロット241、および2層目磁石スロット242を有している。そして1対の1層目磁石スロット241には、1対の1層目磁石(永久磁石)221が挿入されるとともに、1対の2層目磁石スロット242には、1対の2層目磁石222が挿入されている。更に1対の1層目磁石スロット241の間に1層目中央フラックスバリア231が設けられるとともに、1層目中央フラックスバリア231はd軸上に設けられている。尚フラックスバリアとは漏れ磁束の発生を防止するために設けられたものである。又1対の2層目磁石スロット242の間に2層目中央フラックスバリア232が設けられるとともに、2層目中央フラックスバリア232はd軸上に設けられている。
又本実施の形態においては、マグネットトルクは、回転磁界の極とロータの永久磁石の磁極との吸引及び反発によって発生するとともに、リラクタンストルクはステータの回転磁界による極とロータの突極との吸引力だけによって生ずるトルクである。そしてq軸においては、磁路の磁気抵抗(リラクタンス)が小さくなる方向であって、ロータの極のS、Nに関係していないものである。更にロータの磁極の軸において、磁極がつくる磁束の方向(永久磁石の中心軸)をd軸とし、それと電気的、磁気的に直交する軸をq軸に設定する。
1対の1層目磁石221および2層目磁石222は平板状の形状をしており、図3においてS極、N極と示されるように、短辺に並行に配向されるとともに、径方向にすべて同じ方向を向くように着磁されている。これら4個の磁石で1セットを構成する磁石が周方向に等間隔に8セット配置され、周方向隣り合うものにおいて、着磁方向が径方向内径側及び外径側に交互に向くように配置されている。即ち図示した1/8部分の形状の隣においては、S極とN極が反転する構造となる。
このようにして、本実施の形態のモータ1は8極48スロットの埋込磁石同期モータに構成されている。図3において、フラックスバリアである1対の1層目磁石スロット241および1層目中央フラックスバリア231は、d軸磁束を遮り、q軸磁束Qを通すように配置され、これにより1層目のフラックスバリア層を作る。また、フラックスバリアである1対の2層目磁石スロット242および2層目中央フラックスバリア232は、2層目のフラックスバリア層を作る。これら1層目のフラックスバリア層および2層目のフラックスバリア層によってd軸とq軸のインダクタンスに差が発生し、リラクタンストルクを発生させることができる。即ちd軸の磁気抵抗(リラクタンス)がq軸の磁気抵抗(リラクタンス)より大きく、インダクタンスではd軸のインダクタンスはq軸のインダクタンスより小さくなり、この差によりリラクタンストルクが発生する。
2層目中央フラックスバリア232は2層目のフラックスバリア層において、2層目磁石スロット242よりも層の外径側及び内径側より突出して構成される。そして、1層目中央フラックスバリア231と2層目中央フラックスバリア232間の径方向の距離は、1層目のフラックスバリア層と2層目のフラックスバリア層の距離の中で最も小さいものであり、この部分を狭小部250とする。1層目磁石スロット241と1層目中央フラックスバリア231の間には、1層目磁石221の磁石短絡磁束B(点線矢印)の短絡磁路となる1対の1層目リブ部251が構成される。そしてこの1層目リブ部251の2層目中央フラックスバリア232側の端部251Aは、狭小部250よりも周方向外側に構成されている。図4は図3と同じく実施の形態1に係る回転電機のロータの回転軸に対して垂直な方向の断面図であり、図4において、狭小部250は実際には斜線で示された全体を構成する。上記のことを言い換えると、1層目リブ部251の2層目中央フラックスバリア232側端部は、狭小部の端部deを通るとともにd軸に対して平行に引いた線F、Gよりも狭小部250の周方向外側に位置するということになる。
これにより1層目リブ部251を通過する磁石短絡磁束Bが狭小部250に入り込まない。すなわち、狭小部250に、磁石の短絡磁路となる鉄心部を経由した磁束が存在しなくなるように構成されている。ここで鉄心部を経由した磁束が存在しないとは、狭小部250が磁石の短絡磁束の主磁路とならない状態をいい、即ち対象となる磁石間にて、狭小部250を通る経路以外に最も磁気抵抗が低い経路である1層目リブ部251が存在する状態を意味する。従って、磁石の短絡磁束の主磁路とならない状態とは、狭小部250に磁石短絡磁束Bがまったく侵入しない状態のみを指すのではなく、空隙を経由してわずかな磁束が侵入してくる場合、又は鉄心を経由して短絡磁束がわずかに侵入してくる場合も含む。このような場合でも、フラックスバリアを大きくして、リラクタンストルクを向上させることができる。
このような構成によると、1層目中央フラックスバリア231と2層目中央フラックスバリア232の間に構成される狭小部250に、1層目磁石221および2層目磁石222の鉄心を介した短絡磁束が入り込まなくなる。従って狭小部250はステータ10が発生する電機子磁束のみを通せばよく、1層目中央フラックスバリア231と2層目中央フラックスバリア232の距離を小さくすることができる。そして2層目中央フラックスバリア232を2層目のフラックスバリア層より外径側に突出させることができ、d軸のインダクタンスを減少させ、リラクタンストルクを向上させることができる。
また、2層目中央フラックスバリア232が2層目のフラックスバリア層よりも外径側に突出して構成されているため、2層目のフラックスバリア層よりも外径側のロータコア21の重量を低減することができる。これにより2層目磁石スロット242と2層目中央フラックスバリア232の間に構成される1対の2層目リブ部252にかかるロータ20の回転によって発生する遠心力を緩和することができる。そのため、2層目リブ部252の周方向の幅を小さくすることができ、2層目リブ部252を通って短絡させる2層目磁石222の短絡磁束を低減させることができる。更にはd軸方向の磁束を通すための鉄心を削減することができるため、d軸の磁気抵抗が大きくなり、d軸インダクタンスを減少させることができ、リラクタンストルクを向上させることができる。
実施の形態2.
図5は、実施の形態2に係る回転電機のロータの回転軸に対して垂直な方向の断面図である。図5において、1層目中央フラックスバリア231は、1層目のフラックスバリア層において、1層目磁石スロット241よりも内径側に突出している。2層目の中央フラックスバリア232の外径側は2層目のフラックスバリア層と外径側が概ね揃っている。その他の構成は実施の形態1と同様である。このような構成においても、1層目中央フラックスバリア231と2層目中央フラックスバリア232の間の狭小部250に1層目リブ部251を介して短絡する磁石磁束が入らない。従って1層目中央フラックスバリア231と2層目中央フラックスバリア232の距離を小さくすることができ、1層目中央フラックスバリア231を大きく構成でき、d軸の磁気抵抗が大きくなり、d軸インダクタンスを低減させることができる。
また、2層目のフラックスバリア層よりも外径側のロータコア21の重量を軽量化することができるため、2層目中央フラックスバリア232と2層目磁石スロット242の間に構成される1対の2層目リブ部252にかかるロータ20の回転によって発生する遠心力を緩和することができる。そのため、2層目リブ部252の周方向の幅を小さくすることができ、2層目リブ部252を通って短絡させる2層目磁石222の短絡磁束を低減することができる。更にはd軸方向の磁束を通すための鉄芯を削減することができるため、d軸の磁気抵抗が大きくなり、d軸インダクタンスを減少させることができ、リラクタンストルクを向上させることができる。1層目中央フラックスバリア231を内径側に拡大するので、2層目中央フラックスバリア232を大きくするよりも、ロータコア21の径方向外径側の重量を低減することができる。従って2層目リブ部252に発生する遠心力をより一層低減することができるため、2層目リブ部252の周方向幅を小さくすることができ、d軸インダクタンスとq軸インダクタンスの差を一層大きくすることができ、リラクタンストルクをより一層向上させることができる。
実施の形態3.
図6は、実施の形態3に係る回転電機のロータの回転軸に対して垂直な方向の断面図である。図6において、1層目中央フラックスバリア231の内径側は1層目のフラックスバリア層と内径側が概ね揃っている。2層目中央フラックスバリア232の外径側は2層目のフラックスバリア層と外径側が概ね揃っている。1層目中央フラックスバリア231と2層目中央フラックスバリア232の径方向における間には中間中央フラックスバリア230がd軸を通過するように配置されている。1層目中央フラックスバリア231と中間中央フラックスバリア230の間には狭小部260が形成されるとともに、2層目中央フラックスバリア232と中間中央フラックスバリア230の間には狭小部261が形成されており、狭小部260と狭小部261の距離の和は、狭小部以外における1層目のフラックスバリア層と2層目のフラックスバリア層の距離よりも小さくなっている。その他の構成は実施の形態1と同様である。
このような構成においても、1層目中央フラックスバリア231と中間中央フラックスバリア230の間の狭小部260、及び2層目中央フラックスバリア232と中間中央フラックスバリア230の間の狭小部261に、1層目リブ部251及び2層目リブ部252を介して短絡する磁石短絡磁束Bが入らないため、1層目中央フラックスバリア231と中間中央フラックスバリア230の距離を小さくすることができるとともに、2層目中央フラックスバリア232と中間中央フラックスバリア230の距離を小さくすることができ、中間中央フラックスバリア230の径方向における寸法を大きくすることができる。従ってd軸インダクタンスを低減することができる。
また、2層目のフラックスバリア層よりも外径側のロータコア21の重量を軽量化することができるため、2層目中央フラックスバリア232と2層目磁石スロット242の間に構成される1対の2層目リブ部252にかかるロータ20の回転によって発生する遠心力を緩和することができる。そのため、2層目リブ部252の周方向の幅を小さくすることができ、2層目リブ部252を追加して短絡する2層目磁石222の短絡磁束を低減することができる。更にd軸方向の磁束を通す鉄心を削減することができるため、d軸の磁気抵抗が大きくなり、d軸インダクタンスを減少させることができ、リラクタンストルクを向上させることができる。1層目のフラックスバリア層と2層目のフラックスバリア層の間にフラックスバリアを別途追加するため、中間中央フラックスバリア230の径方向位置を自由に選択することができ、フラックスバリアを追加することによるリラクタンストルクを向上させる効果と、重量軽減によるリブ部の周方向幅減少によるリラクタンストルクを向上させる効果を併せて最適に回転電機を設計することができる。
実施の形態4.
図7は、実施の形態4に係る回転電機のロータの回転軸に対して垂直な方向の断面図である。図7において、1層目中央フラックスバリア231と1層目磁石スロット241は一体に構成されている。2層目中央フラックスバリア232の外径側は2層目のフラックスバリア層よりも外径側及び内径側に突出している。1層目中央フラックスバリア231と2層目中央フラックスバリア232の間には狭小部250が形成され、1層目中央フラックスバリア231と2層目中央フラックスバリア232の間の距離は、1層目のフラックスバリア層と2層目のフラックスバリア層の距離の最小部となっている。その他の構成は実施の形態1と同様である。
このような構成においても、1層目中央フラックスバリア231と2層目中央フラックスバリア232の間の狭小部250に2層目リブ部252を介して短絡する磁石短絡磁束が入らないため、1層目中央フラックスバリア231と2層目中央フラックスバリア232の距離を小さくすることができ、2層目中央フラックスバリア232の径方向の大きさを大きく取ることができるため、d軸の磁気抵抗が大きくなり、d軸インダクタンスを低減することができる。
また、2層目のフラックスバリア層よりも外径側のロータコア21の重量を軽量化することができるため、2層目中央フラックスバリア232と2層目磁石スロット242の間に構成される1対の2層目リブ部252にかかるロータ20の回転によって発生する遠心応力を緩和することができる。そのため、2層目リブ部252の周方向の幅を小さくすることができ、2層目リブ部252を通過して短絡する2層目磁石222の短絡磁束を低減することができる。更にd軸方向の磁束を通す鉄心を削減することができるため、d軸インダクタンスを減少させることができ、リラクタンストルクを向上させることができる。1層目中央フラックスバリア231と1層目磁石スロット241を一体に構成するため、間に介在するリブ部がなくなり、d軸インダクタンスを更に低減することができる。
実施の形態5.
図8は、実施の形態5に係る回転電機のロータの回転軸に対して垂直な方向の断面図である。図8において、フラックスバリアである1対の1層目磁石スロット241および1層目中央フラックスバリア231はd軸方向の磁束を遮り、q軸磁束Qを通すように配置される1層目のフラックスバリア層を作る。また、フラックスバリアである1対の2層目磁石スロット242および2層目中央フラックスバリア232は、同様にして、2層目のフラックスバリア層を作る。さらに、フラックスバリアである1対の3層目磁石スロット243および3層目中央フラックスバリア233は、同様にして、3層目のフラックスバリア層を作る。これら1層目のフラックスバリア層、2層目のフラックスバリア層及び3層目のフラックスバリア層によって、d軸インダクタンスとq軸インダクタンスに差が発生し、リラクタンストルクを発生させることができる。
2層目中央フラックスバリア232は、2層目のフラックスバリア層において、2層目磁石スロット242よりも層全体の内径側および外径側に突出して構成される。そして、1層目中央フラックスバリア231と2層目中央フラックスバリア232の間の距離は、径方向の距離が1層目のフラックスバリア層と2層目のフラックスバリア層の間の距離の中で最も小さいものであり、この部分により狭小部270を構成する。また2層目中央フラックスバリア232と3層目中央フラックスバリア233の間の距離は、径方向の距離が2層目のフラックスバリア層と3層目のフラックスバリア層の間の距離の中で最も小さいものであり、この部分により狭小部271を構成する。1層目磁石スロット241と1層目中央フラックスバリア231の間には、1層目磁石221の短絡磁路となる1対のリブ部280が構成されるが、リブ部280を介して狭小部270に磁石短絡磁束Bが入り込まないように、リブ部280の2層目中央フラックスバリア232側端部は、狭小部270の周方向外側に構成されている。
このような構成によると、1層目中央フラックスバリア231と2層目中央フラックスバリア232の間に構成される狭小部270、および2層目中央フラックスバリア232と3層目中央フラックスバリア233の間に構成される狭小部271に、1層目磁石221、2層目磁石222及び3層目磁石223の鉄心を介した磁石短絡磁束が入り込まない。従って狭小部270、271はステータ10が発生する電機子磁束のみを通せばよく、1層目中央フラックスバリア231と2層目中央フラックスバリア232の距離を小さくすることができ、更に2層目中央フラックスバリア232と3層目中央フラックスバリア233の距離を小さくすることができる。そのため、2層目中央フラックスバリア232を2層目のフラックスバリア層より内外径側に突出させることができ、d軸の磁気抵抗が大きくなり、d軸のインダクタンスを減少させることができ、リラクタンストルクを向上させることができる。
また、2層目中央フラックスバリア232が2層目のフラックスバリア層よりも内外径側に突出して構成されているため、2層目のフラックスバリア層よりも外径側のロータコア21の重量を低減することができるとともに、3層目のフラックスバリア層よりも外径側のロータコア21の重量を低減することができる。従って2層目磁石スロット242と2層目中央フラックスバリア232の間に構成される1対の2層目リブ部281にかかるロータ20の回転によって発生する遠心力を緩和することができる。又3層目磁石スロット243と3層目中央フラックスバリア233の間に構成される1対の3層目リブ部282にかかるロータ20の回転によって発生する遠心力を緩和することができる。そのため、2層目リブ部281および3層目リブ部282の周方向の幅を小さくすることができ、2層目リブ部281を通って短絡する2層目磁石222の短絡磁束、および3層目リブ部282を通って短絡する3層目磁石223の短絡磁束を低減することができる。更にd軸方向の磁束を通す鉄心を削減することができるため、d軸の磁気抵抗が大きくなり、d軸インダクタンスを減少させることができ、リラクタンストルクを向上させることができる。
尚以上においては、2層または3層のフラックスバリア層を設けた場合について説明したが、4層以上のフラックスバリア層を設けてもよい。
そしてロータコア21の磁極中心であるd軸を中心として内径側にいくにしたがって互いに距離が狭まるように対向して設けられた1対の磁石スロットと、1対の磁石スロットに挿入された1対の磁石と、1対の磁石スロットの間であってd軸上に設けられている中央フラックスバリアが設けられ、Nを2以上の整数としたとき、磁石スロットと磁石と中央フラックスバリアはN層にわたり構成され、
N層からなる磁石スロットおよびN層からなる中央フラックスバリアによりN層からなるフラックスバリア層が形成されるとともに、(N-1)層目中央フラックスバリアとN層目中央フラックスバリアの間の径方向の距離は、(N-1)層目のフラックスバリア層とN層目のフラックスバリア層の距離の中で最も小さくなるように構成される。
又(N-1)層目磁石スロットと(N-1)層目中央フラックスバリアの間に形成されたリブ部のN層目中央フラックスバリア側の端部は、(N-1)層目中央フラックスバリアとN層目中央フラックスバリアの間に形成された狭小部よりも周方向外側に構成される。
更にN層からなる中央フラックスバリアのうちの少なくとも1つの中央フラックスバリアの内径側及び外径側のうちの少なくとも1つの側は、中央フラックスバリアと同層に属する磁石スロットよりも突出して構成される。
又(N-1)層目中央フラックスバリアとN層目中央フラックスバリアの径方向における間のうちの少なくとも1つの間であってd軸上に中間中央フラックスバリアを設ける。
実施の形態6.
図9は、実施の形態6に係る回転電機のロータの回転軸に対して垂直な方向の断面図である。図9において、1層目中央フラックスバリア231は内径側が1層目のフラックスバリア層の内径側より突出して構成されている。2層目中央フラックスバリア232は内径側および外径側が2層目のフラックスバリア層と概ね等しくなるように構成されている。3層目中央フラックスバリア233は外径側が3層目のフラックスバリア層の外径側より突出して構成されているとともに、内径側も3層目のフラックスバリア層の内径側より突出して構成されている。その他の構成は実施の形態5と同様である。
このような構成によると、1層目中央フラックスバリア231と2層目中央フラックスバリア232の間に構成される狭小部270、および2層目中央フラックスバリア232と3層目中央フラックスバリア233の間に構成される狭小部271に、1層目磁石221、2層目磁石222及び3層目磁石223の鉄心を介した短絡磁束が入り込まない。従って狭小部270、271はステータ10が発生する電機子磁束のみを通せばよく、1層目中央フラックスバリア231と2層目中央フラックスバリア232の距離を小さくすることができるとともに、2層目中央フラックスバリア232と3層目中央フラックスバリア233の距離を小さくすることができる。
そのため、1層目中央フラックスバリア231を1層目のフラックスバリア層より内径側に突出させることができ、d軸のインダクタンスを減少させることができ、リラクタンストルクを向上させることができる。また、3層目中央フラックスバリア233が3層目のフラックスバリア層よりも外径側に突出して構成されているため、2層目のフラックスバリア層よりも外径側のロータコア21の重量、および3層目のフラックスバリア層よりも外径側のロータコア21の重量を低減することができる。従って2層目磁石スロット242と2層目中央フラックスバリア232の間に構成される1対の2層目リブ部281にかかるロータ20の回転によって発生する遠心力を緩和することができる。又3層目磁石スロット243と3層目中央フラックスバリア233の間に構成される1対の3層目リブ部282にかかるロータ20の回転によって発生する遠心力を緩和することができる。そのため2層目リブ部281および3層目リブ部282の周方向の幅を小さくすることができ、2層目リブ部281を通って短絡する2層目磁石222の短絡磁束を低減することができるとともに、3層目リブ部282を通って短絡する3層目磁石223の短絡磁束を低減することができる。更にはd軸方向の磁束を通す鉄心を削減することができるため、d軸の磁気抵抗が大きくなり、d軸インダクタンスを減少させることができ、リラクタンストルクを向上させることができる。
実施の形態7.
図10は、実施の形態7に係る回転電機のロータの回転軸に対して垂直な方向の断面図である。図10において、1層目のフラックスバリア層の外径側に、磁石を有しないフラックスバリア240が配置されている。これによりd軸インダクタンスとq軸のインダクタンスの差を更に大きくすることができるため、リラクタンストルクをより一層向上させることができる。1層目中央フラックスバリア231の内径側は1層目のフラックスバリア層よりも内径側に突出している。また、2層目中央フラックスバリア232の外径側及び内径側は2層目のフラックスバリア層よりも外径側及び内径側に突出している。その他の構成は実施の形態1と同様である。
このような構成においても、1層目中央フラックスバリア231と2層目中央フラックスバリア232の間の狭小部250に1層目リブ部251を介して短絡する磁石短絡磁束が入らないため、1層目中央フラックスバリア231と2層目中央フラックスバリア232の間の距離を小さくすることができ。又1層目中央フラックスバリア231および2層目中央フラックスバリア232の径方向の大きさを大きくすることができるため、d軸インダクタンスを低減することができる。また、2層目のフラックスバリア層よりも外径側のロータコア21の重量を軽量化することができるため、2層目中央フラックスバリア232と2層目磁石スロット242の間に構成される1対の2層目リブ部252にかかるロータ20の回転によって発生する遠心力を緩和することができる。
そのため、2層目リブ部252の周方向の幅を小さくすることができ、2層目リブ部252を通って短絡する2層目磁石222の磁石短絡磁束を低減することができる。更にd軸方向の磁束を通す鉄心を削減することができるため、d軸の磁気抵抗が大きくなり、d軸インダクタンスを減少させることができ、リラクタンストルクを向上させることができる。1層目中央フラックスバリア231を径方向に拡大するので、2層目中央フラックスバリア232を径方向に拡大する場合に比べると、ロータコア21の径方向外径側の重量を低減することができる。従って2層目リブ部252に発生する遠心力をより一層低減することができるため、2層目リブ部252の周方向幅を小さくすることができ、d軸インダクタンスとq軸インダクタンスの差を一層大きくすることができ、リラクタンストルクをより一層向上させることができる。
以下、本開示の諸態様を付記してまとめて記載する。
(付記1)
ステータと、前記ステータの内周に配置されたロータを有する回転電機であって、
前記ロータはシャフトに固定されたロータコアを有し、前記ロータコアの磁極中心であるd軸を中心として内径側にいくにしたがって互いに距離が狭まるように対向して設けられた1対の磁石スロットと、1対の前記磁石スロットに挿入された1対の磁石と、1対の前記磁石スロットの間であってd軸上に設けられている中央フラックスバリアが設けられ、Nを2以上の整数としたとき、前記磁石スロットと前記磁石と前記中央フラックスバリアはN層にわたり構成され、
N層からなる前記磁石スロットおよびN層からなる前記中央フラックスバリアによりN層からなるフラックスバリア層が形成されるとともに、(N-1)層目中央フラックスバリアとN層目中央フラックスバリアの間の径方向の距離は、(N-1)層目のフラックスバリア層とN層目のフラックスバリア層の距離の中で最も小さい回転電機。
(付記2)
(N-1)層目磁石スロットと前記(N-1)層目中央フラックスバリアの間に形成されたリブ部の前記N層目中央フラックスバリア側の端部は、前記(N-1)層目中央フラックスバリアと前記N層目中央フラックスバリアの間に形成された狭小部よりも周方向外側に構成されている付記1に記載の回転電機。
(付記3)
N層からなる前記中央フラックスバリアのうちの少なくとも1つの中央フラックスバリアの内径側及び外径側のうちの少なくとも1つの側は、前記中央フラックスバリアと同層に属する磁石スロットよりも突出して構成される付記1又は付記2に記載の回転電機。
(付記4)
(N-1)層目中央フラックスバリアとN層目中央フラックスバリアの径方向における間のうちの少なくとも1つの間であってd軸上に中間中央フラックスバリアを設けた付記1又は付記2に記載の回転電機。
(付記5)
1層目中央フラックスバリアと1層目磁石スロットは一体に構成されている付記1から付記4のいずれか1項に記載の回転電機。
(付記6)
1層目のフラックスバリア層の外径側に、磁石を有しないフラックスバリアを設けた付記1から付記5のいずれか1項に記載の回転電機。
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
5 シャフト、10 ステータ、20 ロータ、21 ロータコア、
221 1層目磁石、222 2層目磁石、230 中間中央フラックスバリア、
231 1層目中央フラックスバリア、232 2層目中央フラックスバリア、
240 フラックスバリア、241 1層目磁石スロット、
242 2層目磁石スロット。

Claims (6)

  1. ステータと、前記ステータの内周に配置されたロータを有する回転電機であって、
    前記ロータはシャフトに固定されたロータコアを有し、前記ロータコアの磁極中心であるd軸を中心として内径側にいくにしたがって互いに距離が狭まるように対向して設けられた1対の磁石スロットと、1対の前記磁石スロットに挿入された1対の磁石と、1対の前記磁石スロットの間であってd軸上に設けられている中央フラックスバリアが設けられ、Nを2以上の整数としたとき、前記磁石スロットと前記磁石と前記中央フラックスバリアはN層にわたり構成され、
    N層からなる前記磁石スロットおよびN層からなる前記中央フラックスバリアによりN層からなるフラックスバリア層が形成されるとともに、(N-1)層目中央フラックスバリアとN層目中央フラックスバリアの間の径方向の距離は、(N-1)層目のフラックスバリア層とN層目のフラックスバリア層の距離の中で最も小さい回転電機。
  2. (N-1)層目磁石スロットと前記(N-1)層目中央フラックスバリアの間に形成されたリブ部の前記N層目中央フラックスバリア側の端部は、前記(N-1)層目中央フラックスバリアと前記N層目中央フラックスバリアの間に形成された狭小部よりも周方向外側に構成されている請求項1に記載の回転電機。
  3. N層からなる前記中央フラックスバリアのうちの少なくとも1つの中央フラックスバリアの内径側及び外径側のうちの少なくとも1つの側は、前記中央フラックスバリアと同層に属する磁石スロットよりも突出して構成される請求項1又は請求項2に記載の回転電機。
  4. (N-1)層目中央フラックスバリアとN層目中央フラックスバリアの径方向における間のうちの少なくとも1つの間であってd軸上に中間中央フラックスバリアを設けた請求項1又は請求項2に記載の回転電機。
  5. 1層目中央フラックスバリアと1層目磁石スロットは一体に構成されている請求項1に記載の回転電機。
  6. 1層目のフラックスバリア層の外径側に、磁石を有しないフラックスバリアを設けた請求項1又は請求項2に記載の回転電機。
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