WO2017073172A1 - 回転電機 - Google Patents

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ferrite magnet
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佳宏 松岡
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株式会社エクセディ
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Definitions

  • the present invention relates to a rotating electrical machine.
  • Rotating electric machines are used as power sources for hybrid cars and electric cars.
  • hybrid cars and electric cars widely employ IPM (Interior / Permanent / Magnet) motors in which permanent magnets are embedded in a rotor core as rotating electric machines.
  • IPM Interior / Permanent / Magnet
  • An object of the present invention is to suppress demagnetization of a magnet while suppressing cost.
  • a rotating electrical machine includes a stator, a rotor core, a neodymium magnet, and a first ferrite magnet.
  • the rotor core has a receiving hole extending in the axial direction.
  • the rotor core is disposed so as to be rotatable about the rotation axis on the radially inner side of the stator.
  • the neodymium magnet is accommodated in the accommodation hole.
  • the first ferrite magnet covers the first end portion in the circumferential direction on the radially outer surface of the neodymium magnet.
  • the first ferrite magnet covers the first end of the neodymium magnet, demagnetization at the first end of the neodymium magnet can be suppressed.
  • a ferrite magnet is not so expensive, it is cheaper than adding dysprosium to a neodymium magnet.
  • the ferrite magnet is difficult to demagnetize in the temperature range where the rotating electrical machine operates. For this reason, demagnetization of the first ferrite magnet can also be suppressed.
  • the rotating electrical machine further includes a second ferrite magnet.
  • the second ferrite magnet covers the second end portion in the circumferential direction on the radially outer surface of the neodymium magnet. According to this configuration, demagnetization of the second end of the neodymium magnet can also be suppressed.
  • the central portion in the circumferential direction on the radially outer side surface of the neodymium magnet is in contact with the rotor core.
  • the first ferrite magnet is disposed at a distance from the second ferrite magnet.
  • the neodymium magnet does not contain dysprosium.
  • demagnetization of the magnet can be suppressed while suppressing cost.
  • the front view of a rotary electric machine The front view of a rotor core.
  • the front view of the rotor core concerning a modification.
  • the axial direction indicates the direction in which the rotation axis extends.
  • the radial direction indicates the radial direction of a circle around the rotation axis.
  • the circumferential direction indicates the circumferential direction of a circle around the rotation axis.
  • the rotating electrical machine 100 includes a stator 1 and a rotor 2.
  • a rotor 2 is rotatably disposed inside the stator 1 in the radial direction.
  • the rotating electrical machine 100 functions as, for example, a motor.
  • the rotating electrical machine 100 is specifically an IPM (Interior Permanent Magnet) motor.
  • the stator 1 has a substantially cylindrical shape.
  • the stator 1 has a stator core 11 and a stator coil 12 wound around the stator core 11.
  • the stator core 11 is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates in the axial direction.
  • the rotor 2 includes a rotor core 21, a plurality of neodymium magnets 22, a plurality of first ferrite magnets 23, and a plurality of second ferrite magnets 24.
  • the rotor 2 is configured to be rotatable about the rotation axis O on the radially inner side of the stator 1.
  • the rotor core 21 is substantially cylindrical and has a mounting hole 211 extending in the axial direction. An output shaft is attached to the attachment hole 211.
  • the rotor core 21 is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates in the axial direction.
  • the rotor core 21 is disposed so as to be rotatable about the rotation axis O on the radially inner side of the stator 1.
  • FIG. 2 is a front view showing the rotor core 21.
  • the rotor core 21 has a plurality of pairs of accommodation holes 212 and a plurality of bridge portions 213.
  • Each accommodation hole 212 extends in the axial direction.
  • the respective accommodation holes 212 are arranged at intervals in the circumferential direction.
  • the accommodation hole pair 210 which became a pair via the bridge part 213 is arrange
  • Each accommodation hole 212 is arranged at the outer peripheral end of the rotor core 21.
  • the two accommodation holes 212 that are paired are arranged at intervals in the circumferential direction.
  • a bridge portion 213 is disposed between the two accommodation holes 212.
  • the bridge portion 213 extends in the radial direction.
  • the pair of accommodation holes 212 are arranged in a V shape when viewed in the axial direction.
  • FIG. 3 is an enlarged view showing details of the rotor 2. As shown in FIG. 3, each neodymium magnet 22 is accommodated in the accommodation hole 212. Each neodymium magnet 22 extends in the axial direction. The pair of neodymium magnets 22 are arranged in a V shape when viewed in the axial direction. The radially outer side surface of the neodymium magnet 22 has a first end 221, a second end 222, and a center 223 in the circumferential direction. In the present embodiment, the first end portion 221 is an end portion on the side away from the bridge portion 213, and the second end portion 222 is an end portion on the bridge portion 213 side.
  • the central portion 223 is a region between the first end 221 and the second end 222.
  • the radially outer surface of the neodymium magnet 22 is a surface facing the radially outer side. That is, the radially outer side surface of the neodymium magnet 22 faces the stator 1 in the radial direction.
  • the neodymium magnet 22 preferably does not contain dysprosium.
  • the first ferrite magnet 23 is disposed in the accommodation hole 212.
  • the first ferrite magnet 23 covers the first end 221 on the radially outer side surface of the neodymium magnet 22.
  • the first ferrite magnet 23 extends in the axial direction.
  • the first ferrite magnet 23 has substantially the same length as the neodymium magnet 22 in the axial direction. Thus, since the first end 221 of the neodymium magnet 22 is covered with the first ferrite magnet 23, it does not contact the rotor core 21.
  • the second ferrite magnet 24 is disposed in the accommodation hole 212.
  • the second ferrite magnet 24 covers the second end 222 of the radially outer surface of the neodymium magnet 22.
  • the second ferrite magnet 24 extends in the axial direction.
  • the second ferrite magnet 24 has substantially the same length as the neodymium magnet 22 in the axial direction. That is, the second ferrite magnet 24 has the same configuration as that of the first ferrite magnet 23 except for the arrangement location.
  • the second end portion 222 of the neodymium magnet 22 is covered with the second ferrite magnet 24 and thus does not contact the rotor core 21.
  • the first ferrite magnet 23 and the second ferrite magnet 24 are arranged with a space therebetween in the circumferential direction. For this reason, the central portion 223 of the neodymium magnet 22 is not covered by the first ferrite magnet 23 or the second ferrite magnet 24. For this reason, the central part 223 of the neodymium magnet 22 is in contact with the rotor core 21.
  • the first end portion 221 is an end portion on the side away from the bridge portion 213 and the second end portion 222 is an end portion on the bridge portion 213 side.
  • the first end portion 221 may be an end portion on the bridge portion 213 side
  • the second end portion 222 may be an end portion on the side away from the bridge portion 213.
  • the first ferrite magnet 23 covers the first end 221 that is the end on the bridge portion 213 side
  • the second ferrite magnet 24 covers the second end 222 on the side away from the bridge portion 213.
  • the two accommodation holes 212 are paired, but the accommodation holes 212 may not be paired.
  • the accommodation holes 212 may be arranged at equal intervals.
  • FIG. 5 is a diagram showing an electromagnetic analysis result when a neodymium magnet is used alone
  • FIG. 6 is a diagram showing an electromagnetic analysis result regarding the neodymium magnet whose both ends are covered with the first and second ferrite magnets.
  • T residual magnetic flux density
  • FIG. 7 is a graph showing the magnetic flux density and magnetic field strength of each magnet.
  • line X shows the characteristics of the neodymium magnet
  • line Y shows the characteristics of the ferrite magnet.
  • the residual magnetic flux density at the end of the neodymium magnet is 0.29T.
  • the residual magnetic flux density of the neodymium magnet becomes 0.29 T, it belongs to the irreversible region A. For this reason, it turns out that the edge part of a neodymium magnet is demagnetizing.
  • the residual magnetic flux density at the end of the neodymium magnet is 0.59T, 0.56T, and 0.58T.
  • FIG. 7 shows that even if the residual magnetic flux density of the neodymium magnet becomes 0.59T, 0.56T, and 0.58T, it does not belong to the irreversible region A. For this reason, it turns out that the edge part of a neodymium magnet is not demagnetized. That is, it can be seen that demagnetization at each end of the neodymium magnet can be suppressed by covering both ends with the ferrite magnet. Further, as shown in FIG. 6, the residual magnetic flux density at the end of the ferrite magnet is 0.17T. Referring to FIG. 7, since the ferrite magnet does not have an irreversible region, it does not demagnetize even when the residual magnetic flux density is 0.17T.
  • Stator 2 Rotor 21: Rotor core 22: Neodymium magnet 23: 1st ferrite magnet 24: 2nd ferrite magnet 100: Rotating electrical machine 212: Housing hole 221: 1st end 222: 2nd end 223: Center part O :Axis of rotation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

回転電機は、ステータと、ロータコア（２１）と、ネオジム磁石（２２）と、第１フェライト磁石（２３）と、を備えている。ネオジム磁石（２２）は、ロータコア（２１）の収容孔（２１２）に収容されている。第１フェライト磁石（２３）は、ネオジム磁石（２２）の径方向外側面における周方向の第１端部（２２１）を覆っている。

Description

回転電機
　本発明は、回転電機に関するものである。
　ハイブリッドカー及び電気自動車などに、動力源として回転電機が用いられている。なお、ハイブリッドカー及び電気自動車は、回転電機として、ロータコア内に永久磁石が埋め込まれたＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータを広く採用している。この永久磁石にステータコイルによる逆磁界が作用すると、磁界と直行する方向における永久磁石の両端部で減磁が発生するという問題がある（特許文献１参照）。
特許第４４６６６８１号公報
　上述したような永久磁石の減磁を防ぐため、例えば、ジスプロシウムを添加した磁石をロータコアに埋め込むなどの対応を施している。しかしながら、ジスプロシウムは高価であるため、コストが高くなるという問題が生じる。
　本発明の課題は、コストを抑えつつ磁石の減磁を抑制することにある。
　本発明のある側面に係る回転電機は、ステータと、ロータコアと、ネオジム磁石と、第１フェライト磁石と、を備えている。ロータコアは、軸方向に延びる収容孔を有している。ロータコアは、ステータの径方向内側において回転軸を中心に回転可能に配置されている。ネオジム磁石は、収容孔に収容されている。第１フェライト磁石は、ネオジム磁石の径方向外側面における周方向の第１端部を覆っている。
　この構成によれば、第１フェライト磁石がネオジム磁石の第１端部を覆っているため、ネオジム磁石の第１端部における減磁を抑制することができる。なお、フェライト磁石はあまり高価ではないため、ジスプロシウムをネオジム磁石に添加させるよりも安価である。また、回転電機が作動する温度域において、フェライト磁石は減磁しにくい。このため、第１フェライト磁石の減磁も抑制することができる。
　好ましくは、回転電機は、第２フェライト磁石をさらに備える。第２フェライト磁石は、ネオジム磁石の径方向外側面における周方向の第２端部を覆っている。この構成によれば、ネオジム磁石の第２端部の減磁も抑制することができる。
　好ましくは、ネオジム磁石の径方向外側面における周方向の中央部は、ロータコアと接触する。
　好ましくは、第１フェライト磁石は、第２フェライト磁石と間隔をあけて配置される。
　好ましくは、ネオジム磁石は、ジスプロシウムを含まない。
　本発明によれば、コストを抑えつつ磁石の減磁を抑制することができる。
回転電機の正面図。 ロータコアの正面図。 ロータの拡大図。 変形例に掛かるロータコアの正面図。 従来の回転電機の解析結果を示す図。 本実施形態に係る回転電機の解析結果を示す図。 ネオジム磁石及びフェライト磁石の特性を示すグラフ。
　以下、本発明に係る回転電機の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、軸方向とは、回転軸が延びる方向を示す。径方向とは、回転軸を中心とした円の径方向を示す。周方向とは、回転軸を中心とした円の周方向を示す。
　［回転電機］
　図１に示すように、回転電機１００は、ステータ１と、ロータ２とを備えている。ステータ１の径方向内側にロータ２が回転可能に配置されている。この回転電機１００は、例えばモータとして機能する。なお、回転電機１００は、具体的にはＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ）モータである。
　［ステータ］
　ステータ１は、略円筒形状である。ステータ１は、ステータコア１１と、ステータコア１１に巻かれたステータコイル１２とを有している。ステータコア１１は、複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層してなる。
　［ロータ］
　ロータ２は、ロータコア２１と、複数のネオジム磁石２２と、複数の第１フェライト磁石２３と、複数の第２フェライト磁石２４を備えている。ロータ２は、ステータ１の径方向内側において、回転軸Ｏを中心に回転可能に構成されている。
　［ロータコア］
　ロータコア２１は、略円筒形状であって、軸方向に延びる取付孔２１１を有している。この取付孔２１１に出力軸が取り付けられる。ロータコア２１は、複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層してなる。ロータコア２１は、ステータ１の径方向内側において、回転軸Ｏを中心に回転可能に配置されている。
　図２はロータコア２１を示す正面図である。図２に示すように、ロータコア２１は、複数対の収容孔２１２と、複数のブリッジ部２１３と、を有している。各収容孔２１２は、軸方向に延びている。各収容孔２１２は、周方向において、互いに間隔をあけて配置されている。詳細には、ブリッジ部２１３を介して対となった収容孔対２１０が、隣り合う収容孔対２１０と間隔をあけて配置されている。また、各収容孔２１２は、ロータコア２１の外周端部に配置されている。
　対となった２つの収容孔２１２は、周方向において互いに間隔をあけて配置されている。この２つの収容孔２１２の間にブリッジ部２１３が配置されている。ブリッジ部２１３は、径方向に延びている。なお、一対の収容孔２１２は、軸方向視において、Ｖ字状に配置されている。
　［ネオジム磁石］
　図３はロータ２の詳細を示す拡大図である。図３に示すように、各ネオジム磁石２２は、収容孔２１２内に収容されている。各ネオジム磁石２２は、軸方向に延びている。軸方向視において、一対のネオジム磁石２２は、Ｖ字状に配置されている。ネオジム磁石２２の径方向外側面は、周方向において、第１端部２２１、第２端部２２２、中央部２２３を有する。本実施形態において、第１端部２２１は、ブリッジ部２１３から離れた側の端部であり、第２端部２２２は、ブリッジ部２１３側の端部である。中央部２２３は、第１端部２２１と第２端部２２２との間の領域である。なお、ネオジム磁石２２の径方向外側面は、径方向の外側を向く面である。すなわち、ネオジム磁石２２の径方向外側面は、径方向において、ステータ１を向いている。ネオジム磁石２２は、ジスプロシウムを含んでいないことが好ましい。
　［第1フェライト磁石］
　第１フェライト磁石２３は、収容孔２１２内に配置されている。第１フェライト磁石２３は、ネオジム磁石２２の径方向外側面の第１端部２２１を覆っている。第１フェライト磁石２３は、軸方向に延びている。好ましくは、第１フェライト磁石２３は、ネオジム磁石２２と軸方向において略同じ長さを有する。このように、ネオジム磁石２２の第１端部２２１は、第１フェライト磁石２３によって覆われているため、ロータコア２１と接触していない。
　［第２フェライト磁石］
　第２フェライト磁石２４は、収容孔２１２内に配置されている。第２フェライト磁石２４は、ネオジム磁石２２の径方向外側面の第２端部２２２を覆っている。第２フェライト磁石２４は、軸方向に延びている。好ましくは、第２フェライト磁石２４は、ネオジム磁石２２と軸方向において略同じ長さを有する。すなわち、第２フェライト磁石２４は、配置場所を除き、第１フェライト磁石２３と同じ構成である。このように、ネオジム磁石２２の第２端部２２２は、第２フェライト磁石２４によって覆われているため、ロータコア２１と接触していない。
　第１フェライト磁石２３と第２フェライト磁石２４とは、互いに周方向において間隔をあけて配置されている。このため、ネオジム磁石２２の中央部２２３は、第１フェライト磁石２３にも第２フェライト磁石２４にも覆われていない。このため、ネオジム磁石２２の中央部２２３は、ロータコア２１と接触している。
　［変形例］
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
　変形例１
　上記実施形態のネオジム磁石２２において、第１端部２２１はブリッジ部２１３から離れた側の端部であり、第２端部２２２はブリッジ部２１３側の端部であるが、逆であってもよい。すなわち、第１端部２２１はブリッジ部２１３側の端部であり、第２端部２２２はブリッジ部２１３から離れた側の端部であってもよい。この場合、第１フェライト磁石２３はブリッジ部２１３側の端部である第１端部２２１を覆い、第２フェライト磁石２４はブリッジ部２１３から離れた側の第２端部２２２を覆う。
　変形例２
　上記実施形態では、２つの収容孔２１２が対となっているが、収容孔２１２は対になっていなくてもよい。例えば、図４に示すように、各収容孔２１２は、互いに等間隔に配置されていてもよい。
　（実施例）
　図５は、ネオジム磁石を単独で用いた場合の電磁解析結果を示す図であり、図６は第１及び第２フェライト磁石によって両端部が覆われたネオジム磁石に関する電磁解析結果を示す図である。図５及び図６において、図中の数字は、矢印で示した箇所における残留磁束密度（Ｔ：テスラ）を示す。また、図７は、各磁石の磁束密度と磁界の強さを示すグラフである。図７において、線Ｘはネオジム磁石の特性を示し、線Ｙはフェライト磁石の特性を示す。
　図５に示すように、ネオジム磁石を単独で用いた場合では、ネオジム磁石の端部の残留磁束密度は０．２９Ｔである。図７を見ると、ネオジム磁石の残留磁束密度が０．２９Ｔとなると、不可逆領域Ａに属する。このため、ネオジム磁石の端部が減磁していることが分かる。
　これに対して、図６に示すように、ネオジム磁石の端部の残留磁束密度は、０．５９Ｔ、０．５６Ｔ、及び０．５８Ｔである。図７を見ると、ネオジム磁石の残留磁束密度が０．５９Ｔ、０．５６Ｔ、及び０．５８Ｔになっても、不可逆領域Ａには属していない。このため、ネオジム磁石の端部が減磁していないことが分かる。すなわち、フェライト磁石で両端部を覆うことによって、ネオジム磁石の各端部の減磁を抑制できることが分かる。また、図６に示すように、フェライト磁石の端部の残留磁束密度は、０．１７Ｔとなっている。図７を見ると、フェライト磁石は不可逆領域がないため、残留磁束密度が０．１７Ｔになっても、減磁しない。
１　　　　：ステータ
２　　　　：ロータ
２１　　　：ロータコア
２２　　　：ネオジム磁石
２３　　　：第１フェライト磁石
２４　　　：第２フェライト磁石
１００　　：回転電機
２１２　　：収容孔
２２１　　：第１端部
２２２　　：第２端部
２２３　　：中央部
Ｏ　　　　：回転軸

Claims (5)

  1. 　ステータと、
    　軸方向に延びる収容孔を有し、前記ステータの径方向内側において回転軸を中心に回転可能に配置されたロータコアと、
    　前記収容孔に収容されたネオジム磁石と
    　前記ネオジム磁石の径方向外側面における周方向の第１端部を覆う第１フェライト磁石と、
    を備える、回転電機。
  2. 　前記ネオジム磁石の径方向外側面における周方向の第２端部を覆う第２フェライト磁石をさらに備えた、
    請求項１に記載の回転電機。
  3. 　前記ネオジム磁石の径方向外側面における周方向の中央部は、前記ロータコアと接触する、
    請求項１又は２に記載の回転電機。
  4. 　前記第１フェライト磁石は、前記第２フェライト磁石と間隔をあけて配置される、
    請求項１から３のいずれかに記載の回転電機。
  5. 　前記ネオジム磁石は、ジスプロシウムを含まない、
    請求項１から４のいずれかに記載の回転電機。
     
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