WO2023166876A1 - 回転電機 - Google Patents

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WO2023166876A1
WO2023166876A1 PCT/JP2023/001535 JP2023001535W WO2023166876A1 WO 2023166876 A1 WO2023166876 A1 WO 2023166876A1 JP 2023001535 W JP2023001535 W JP 2023001535W WO 2023166876 A1 WO2023166876 A1 WO 2023166876A1
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WO
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rotor
core
electric machine
machine according
permanent magnets
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Application number
PCT/JP2023/001535
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English (en)
French (fr)
Inventor
徹也 峰雪
正嗣 中野
健 久保田
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Publication date
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    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
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    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures

Definitions

  • This application relates to rotating electric machines.
  • a rotating electric machine In order to reduce the vibration and noise of the rotating electric machine, between the rotor cores divided in the axial direction so that a magnetic skew of 60 electrical degrees is maintained between the rotor magnetic poles and the stator magnetic poles.
  • a rotating electric machine is disclosed in which the central axes of the respective rotating shafts are displaced from the center of rotation by a predetermined angle (see, for example, Patent Document 1).
  • JP 2012-157236 A (paragraphs 0035 to 0104, FIGS. 1 to 4) JP 2021-78256 A (paragraphs 0022 to 0037, FIGS. 1 and 2)
  • Patent Document 1 Although the effect of eliminating the torque ripple wave of the 12th electrical angle component can be expected, the induced voltage becomes close to a sine wave, so the air gap magnetic flux is increased in order to prevent the torque from decreasing. need to let Therefore, for example, if a large amount of permanent magnets is used, the cost increases, and if the magnet arrangement is made closer to the stator, the outer peripheral portion of the core becomes thin, which may cause a decrease in strength.
  • vibration suppression is expected by smoothing the magnetic flux distribution in the axial direction with a consequent pole type, but there is concern about the occurrence of vibration due to cogging torque and torque ripple.
  • the present application discloses a technique for solving the above problems, and aims to obtain a rotating electric machine that achieves both vibration suppression and structural strength while suppressing torque reduction.
  • a rotating electric machine disclosed in the present application includes a housing, a stator held by the housing, and an annular rotor core, which are arranged on the outer peripheral side of the rotor core with a gap along the circumferential direction.
  • a first rotor and a second rotor each forming a consequent pole type with permanent magnets are connected in the axial direction, and the rotor is coaxially arranged on the inner peripheral surface side of the stator;
  • the permanent magnets of the child and the second rotor have the same polarities different from each other, and the gap of the other rotor corresponds to the area where the permanent magnets of one rotor are arranged in the circumferential direction. and a step skew is formed between the first rotor and the second rotor.
  • the rotating electric machine disclosed in the present application includes a housing, a stator held by the housing, and an annular rotor core, which are arranged on the outer peripheral side of the rotor core with a gap in the circumferential direction.
  • a first rotor and a second rotor, each of which forms a consequent pole type with a permanent magnet, are connected in an axial direction with a stepped skew, and the rotor is arranged coaxially on the inner peripheral surface side of the stator.
  • each of the first rotor and the second rotor is formed by two core layers connected in the axial direction, and the two core layers have respective permanent magnets with different polarities.
  • a consequent pole type is formed in which the gap is arranged corresponding to the area where the permanent magnet on one side is arranged.
  • the rotating electric machine disclosed in the present application by combining the consequent pole type and the step skew, it is possible to obtain a rotating electric machine that achieves both vibration suppression and structural strength while suppressing a decrease in torque.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view along a rotating shaft for explaining the configuration of the rotary electric machine according to the first embodiment
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a rotor that constitutes the rotating electric machine according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of a shaft that constitutes the rotating electric machine according to the first embodiment
  • FIG. 4A and 4B are schematic plan views of a first rotor and a second rotor, respectively, which constitute the rotating electric machine according to the first embodiment
  • 5A and 5B are a schematic plan view and end views along the axial direction and the radial direction, respectively, of a first rotor that constitutes the rotating electrical machine according to the first embodiment.
  • 6A and 6B are a schematic plan view and end views along the axial direction and the radial direction, respectively, of a second rotor that constitutes the rotating electric machine according to the first embodiment.
  • 7A and 7B are schematic plan views of a portion of the first rotor in the circumferential direction provided with different axial coupling portions that constitute the rotating electric machine according to the first embodiment.
  • 8A and 8B are perspective views showing external appearances of shafts having different surface treatments, which constitute the rotary electric machine according to the first embodiment.
  • 9A, 9B, and 9C are schematic plan views of a first rotor that constitutes the rotating electric machine according to the second embodiment, and schematic plan views of different cutting positions along the axial direction and the radial direction, respectively.
  • FIGS. 1 to 8 are for explaining the configuration of a rotating electric machine according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view including a rotating shaft along the rotating shaft of the rotating electric machine
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of the shaft
  • FIGS. 4A and 4B are the first rotor and the second rotor, respectively. It is a schematic plan view of a two-rotor.
  • FIG. 5A is a schematic plan view of the first rotor
  • FIG. 5B is an end view along the axial direction and radial direction corresponding to line AA in FIG. 5A
  • FIG. 6A is a schematic diagram of the second rotor
  • FIG. 6B is an end view along the axial and radial directions corresponding to line BB of FIG. 6A
  • 7A and 7B are schematic plan views showing a part of the first rotor in the circumferential direction provided with different axial coupling portions
  • FIGS. 8A and 8B are shafts with different surface treatments.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the appearance of FIG. In the present application, in order to explain the positional relationship in the circumferential direction in an easy-to-understand manner, except for FIGS.
  • the rotary electric machine 100 is coaxially arranged with a gap between an annular stator 200 and the inner peripheral surface of the stator 200, and extends in the axial direction. and a rotor 300 rotatably held around the rotation axis X by a shaft 400 . Further, a housing 600 consisting of a bottomed cylindrical frame 610 and an end plate 620 closing the opening of the frame 610, and a bearing 500 supporting the shaft 400 are provided.
  • the frame 610 internally fixes the stator 200 at the cylindrical portion, and one of the bearings 500 is arranged at the radial center of the bottom, and the bearing 500 is arranged at the radial center of the end plate 620 . It is configured to hold the vicinity of both ends of the shaft 400 in the axial direction so as to be rotatable.
  • the stator 200 is composed of a plurality of coils 210 that generate magnetic flux, a connection plate 220 that distributes current to the plurality of coils 210, and a stator core 230 that allows the magnetic flux to flow.
  • Coil 210, wire connection plate 220, and stator core 230 are each fixed to bobbin 240 and electrically insulated.
  • Three connection plates 220 are provided for three phases, and are connected to the coils 210 of different phases.
  • the rotor 300 has a two-stage structure in which a first rotor 301 and a second rotor 302 are connected in the direction along the rotation axis X (axial direction).
  • the first rotor 301 is composed of a first rotor core 311 in which electromagnetic steel plates are laminated and a permanent magnet 321 of a first polarity. It is composed of a secondary core 312 and a second polarity permanent magnet 322 .
  • the first-polarity permanent magnet 321 and the second-polarity permanent magnet 322 are embedded in the outer peripheral surface side of the first rotor core 311 and the second rotor core 312, respectively, and are arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction to form magnetic poles. is configured (see FIG. 2). Further, an epoxy resin-based adhesive is used between the first polarity permanent magnet 321 and the first rotor core 311, and between the second polarity permanent magnet 322 and the second rotor core 312, and the rotor is cured by heating. 300 is structurally fixed.
  • the number of circumferential gaps 311g corresponding to half the total number of magnetic poles of the rotor 300 is formed along the circumferential direction. are equally spaced, and a first polarity permanent magnet 321 is arranged therebetween.
  • circumferential gaps 312g corresponding to half the total number of magnetic poles of the rotor 300 are arranged at equal intervals along the circumferential direction, A second polarity permanent magnet 322 different from the first polarity permanent magnet 321 is arranged therebetween.
  • axially extending fitting protrusions 311r and 312r for positioning in the circumferential direction are provided on the inner peripheral surface 311fi of the first rotor core 311 and the inner peripheral surface 312fi of the second rotor core 312, respectively.
  • an outer peripheral surface 400fo of the shaft 400 is provided with an axially extending fitting groove 400d that fits with the fitting protrusions 311r and 312r.
  • a gap is provided between the fitting protrusions 311r and 312r and the fitting groove 400d to facilitate assembly.
  • the fitting protrusions 311r and 312r and the fitting groove 400d may be provided at a plurality of locations in the circumferential direction instead of at one location to adjust the positioning.
  • the arrangement of the permanent magnets 321 in the circumferential direction (center position P321c) is, as shown in FIG. are arranged at equal intervals starting from the position of .
  • the arrangement of the permanent magnets 322 in the circumferential direction (center position P322c) is counterclockwise around the rotation axis X with respect to the fitting projection 312r. placed at intervals.
  • the permanent magnets 321 and 322 with mutually different polarities arranged in the first rotor core 311 and the second rotor core 312 are arranged so as to be separated in the axial direction and arranged alternately in the circumferential direction.
  • an axial connecting portion 351 for connecting in the axial direction is arranged in the region of the circumferential gap 311g.
  • the electromagnetic steel plates forming the second rotor core 312 are also provided with an axial connecting portion 352 for connecting in the axial direction in the region of the circumferential gap 312g.
  • the axial connecting portion 351 and the axial connecting portion 352 each have a V-shaped cross-sectional shape in the axial direction when the electromagnetic steel sheets are pressed, and are connected in the axial direction to form a V-caulking structure that maintains that state.
  • the axial connecting portions 351 are arranged in the circumferential direction at regular intervals starting from the fitting protrusions 311r.
  • the axial connecting portion 351 and the axial connecting portion 352 are susceptible to eddy current loss due to residual stress at the time of punching or deterioration of interlayer insulation. 322 in the radial direction. Axial connecting portions 351 and 352 are provided in the circumferential gaps 311g and 312g between the magnets, respectively.
  • the rigidity of the circumferential gap 311g and the circumferential gap 312g where the axial connecting portion 351 and the axial connecting portion 352 are formed is greater than that of the permanent magnets 321 and 322 . Therefore, in the first rotor core 311 and the second rotor core 312, transmission of the radially inwardly applied stress in the radial direction where the permanent magnets 321 and 322 having weak structural strength are arranged is suppressed. be done.
  • the shaft 400 when the shaft 400 is press-fitted into the first rotor 301 and the second rotor 302, the inner peripheral surface 311fi of the first rotor core 311 and the second rotor core 312
  • the outer peripheral surface 400fo of the shaft 400 interferes with the inner peripheral surface 312fi of the shaft 400 .
  • the stress at the time of fastening may be excessively applied to the periphery of the fitting protrusion 311r of the first rotor core 311 that contacts first.
  • the axial connecting portion 351 and the axial connecting portion 352 are arranged radially inward of the permanent magnets 321 and 322, respectively, the magnetic fluxes from the permanent magnets 321 and 322 are less likely to be disturbed, and the magnetic flux is reduced. It is possible to suppress the deterioration of resistance and suppress the deterioration of torque characteristics.
  • the circumferential positions of the axial connecting portion 351 and the axial connecting portion 352 are respectively arranged at the central portion between the permanent magnets 321 adjacent in the circumferential direction and the central portion between the permanent magnets 322 adjacent in the circumferential direction. As a result, the magnetic flux from each of the permanent magnets 321 and 322 is less likely to be blocked, the deterioration of the magnetic resistance can be suppressed, and the deterioration of the torque characteristics can be suppressed.
  • Equation (2) indicates the mechanical angle (skew angle ⁇ ) of the stage skew for suppressing the torque ripple of the 12th electrical angle.
  • the torque ripple of the twelfth electrical angle has a period of 30 electrical degrees, it is known that adding two torque ripples of the twelfth electrical angle that are out of phase by an electrical angle of 15 degrees cancels each other. It is That is, by setting the skew angle ⁇ to match the electrical angle of 15 degrees, a structure that suppresses torque ripple can be formed. In addition, when the third-order electrical angle torque ripple is dominant, a step skew angle (60 electrical degrees) can be selected to reduce it.
  • the permanent magnet 321 and the permanent magnet 322 are divided into two in the axial direction, as shown in FIGS. 5A and 5B and FIGS. 6A and 6B, respectively.
  • the permanent magnet 321 and the permanent magnet 322 are not divided and are integrally shaped, or molded magnets that are not sintered magnets but directly injection molded on the first rotor core 311 and the second rotor core 312, or stator windings. A field winding with a core inserted into the core may also be used.
  • the optimal number of divisions can be set from the shape before cutting out the aspect ratio of the surface area in the radial direction. Therefore, the machinability is improved, the processing cost can be reduced, the magnetic domain orientation in the permanent magnet can be easily adjusted, and the magnetic properties can be easily stabilized.
  • a round caulking core using round caulking as shown in FIG. 7A may be formed. method may be used.
  • the axial connecting portion 351 and the axial connecting portion 352 do not have to be arranged at one position in each of the circumferential gap 311g and the circumferential gap 312g. It is also possible to arrange them intermittently, or alternately.
  • a vertical V-crimped core may be formed using vertical V-crimps in which the direction of the long side of the V-crimps is arranged in the radial direction.
  • FIG. 1 shows an example in which the first rotor 301 and the second rotor 302 are press-fitted and held by providing an interference for press-fitting the first rotor 301 and the second rotor 302 on the shaft 400. .
  • the accuracy of the outer diameter of the shaft 400 with respect to the inner diameter of the first rotor core 311 and the inner diameter of the second rotor core 312 if the contact state of each part is not stable, or if the fastening force is more structurally A need for an increase may arise.
  • a knurled surface 400fk or a staking processed surface 400fs is provided in the region where the first rotor 301 and the second rotor 302 are press-fitted on the outer peripheral surface 400fo of the shaft 400. You may do so. With such a configuration, the fastening force between first rotor core 311 and shaft 400 and between second rotor core 312 and shaft 400 can be increased.
  • Embodiment 2 In the first embodiment described above, the example in which permanent magnets of one type of polarity are intermittently arranged in the circumferential direction in order to form a consequent pole type in each of the first rotor and the second rotor that are connected in the axial direction. explained.
  • the first rotor and the second rotor, which are connected in the axial direction are configured by connecting core layers obtained by further dividing the core layers in the axial direction, and permanent magnets of different polarities are attached to each core layer. An example in which they are arranged intermittently in the circumferential direction will be described.
  • FIGS. 10A to 10C are for explaining the configuration of the rotating electric machine according to the second embodiment
  • FIG. 9A is a schematic plan view of the first rotor
  • FIG. 9A is an axial and radial end view corresponding to line CC of FIG. 9A
  • FIG. 9C is an axial and radial end view corresponding to line DD of FIG. 9A
  • 10A is a schematic plan view of the second rotor
  • FIG. 10B is an end view along the axial direction and radial direction corresponding to line EE in FIG. 10A
  • FIG. 10C is line FF in FIG. 10A
  • FIG. 4 is an end view along the axial and radial directions corresponding to .
  • the first rotor and the second rotor are the same as the first embodiment except for changing the arrangement of the permanent magnets according to the area in the axial direction, and the description of the same parts will be omitted.
  • each of the first rotor 301 and the second rotor 302 has a multi-layer structure in which the polarity of the permanent magnets and the arrangement in the circumferential direction are changed between one axial direction and the other axial direction. .
  • a core layer 301t on one side in the axial direction (the upper side in FIGS. 9B and 9C) has a first polarity permanent magnet 321t and a permanent magnet 321t as shown in FIG.
  • the circumferential gaps 311gt are arranged alternately in the circumferential direction to form a consequent pole type.
  • permanent magnets 321b having a polarity different from the first polarity and circumferential gaps 311gb are alternately arranged in the circumferential direction to form a consequent pole type.
  • a circumferential gap 311gb is arranged in a portion where the permanent magnet 321t of the core layer 301t is projected onto the core layer 301b along the axial direction, and the circumferential gap 311gt of the core layer 301t is projected onto the core layer 301b along the axial direction.
  • a permanent magnet 321b is arranged in the portion where the
  • the second rotor 302 has a core layer 302t on one side in the axial direction (upper side in FIGS. 10B and 10C), as shown in FIG.
  • the circumferential gaps 312gt are arranged alternately in the circumferential direction to form a consequent pole type.
  • permanent magnets 322b having a polarity different from the second polarity and circumferential gaps 312gb are alternately arranged in the circumferential direction to form a consequent pole type.
  • a circumferential gap 312gb is arranged in a portion where the permanent magnet 322t of the core layer 302t is projected onto the core layer 302b along the axial direction, and the circumferential gap 312gt of the core layer 302t is projected onto the core layer 302b along the axial direction.
  • a permanent magnet 322b is arranged in the portion where the magnet is formed.
  • each of the first rotor 301 and the second rotor 302 permanent magnets with magnetic poles different from each other in the circumferential direction are separated in the axial direction and arranged alternately.
  • the number of gaps corresponding to half the total number of magnetic poles of the rotor 300 is arranged at equal intervals along the circumferential direction. It is At this time, the one core layer and the other core layer share the centrifugal force load applied to each of the one permanent magnet and the other permanent magnet of the multi-layered structure divided in the axial direction during rotation. Therefore, it is possible to further disperse the stress applied to each core layer at the time of overrotation.
  • magnet materials are must be inserted continuously in a divided state.
  • necessary magnet materials are inserted into each core layer before the core layers are joined together, so insertion can be facilitated.
  • step skew structure indicated by the angles ⁇ 1 and ⁇ 2 described in FIGS. 4A and 4B of the first embodiment can also be formed in the second embodiment.
  • a step skew can also be formed between the core layer 302t and the core layer 302b.
  • Embodiment 3 In the third embodiment, an example will be described in which an axial connecting portion is formed by injecting a resin into a cavity through which the core passes in the stacking direction.
  • 11A and 11B are for explaining the configuration of the rotating electric machine according to the third embodiment
  • FIG. 11A is a schematic plan view of the first rotor
  • FIG. 11B is a schematic plan view of the second rotor. is a plan view.
  • the configuration other than the configuration of the axial connecting portion is the same as that of Embodiment 1 or Embodiment 2, and the description of the same portion will be omitted.
  • the first rotor 301 and the second rotor 302 each having a consequent pole type form a step skew.
  • an axial hollow portion 361 and an axial hollow portion 362 extending in the axial direction are formed in the radial inner portions of the circumferential gaps 311g and 312g, respectively, and resin is injected. It has a holding function in the axial direction by molding along the cavity.
  • Thermoplastic resins such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, and polyphenylene sulfide, and resin materials such as thermosetting resins can be used for the resins used for the axial cavity 361 and the axial cavity 362, respectively.
  • the region where the axial cavity portion 361 and the axial cavity portion 362 are arranged has a higher ferromagnetic property than the core material. It can consist of a body. Therefore, if the formation regions of the axial cavity portion 361 and the axial cavity portion 362 are expanded radially outward to include the arrangement regions of the permanent magnets 321 and 322, the torque characteristics can be improved as compared with the first embodiment. , it is possible to increase the demagnetization resistance.
  • the arrangement range of the cavity (resin) in the radial direction is expanded to the area of the permanent magnets 321 and 322, and the stress received during press-fitting of the parts is absorbed by the flexibility of the resin, and the resin is radially outward. It is also possible to suppress the propagation of Further, if flow paths are provided between the permanent magnets 321 and 322 in each of the first rotor core 311 and the second rotor core 312, the resin is supplied to the axial cavity 361 and the axial cavity 362. It is also possible to fix the permanent magnets during the inflow. This eliminates the need to use an epoxy resin-based adhesive that is generally used to fix permanent magnets.
  • Embodiment 4 the radial thickness of the core and the stress relaxation structure at the time of press-fitting will be described. 12 and 13 are for explaining the configuration of the rotary electric machine according to the fourth embodiment, FIG. 12 is a schematic plan view of the core portion of the (first) rotor, and FIG. ) is a schematic plan view showing the dimensional relationship between the core of the rotor and the rotation holding portion.
  • FIG. 12 is a schematic plan view of the core portion of the (first) rotor
  • FIG. ) is a schematic plan view showing the dimensional relationship between the core of the rotor and the rotation holding portion.
  • this Embodiment 4 although a 1st rotor is demonstrated to an example among a 1st rotor and a 2nd rotor, the same may be said of a 2nd rotor.
  • the configuration other than the radial thickness of the core and the configuration related to the stress relaxation structure at the time of press-fitting is the same as in the first to third embodiments, and
  • the first rotor core 311 has permanent magnets 321 of the same polarity intermittently arranged at equal intervals in the circumferential direction.
  • axial connecting portions 351 are arranged at equal intervals in the circumferential direction in half the number of magnetic poles.
  • a fitting protrusion 311r extending in the axial direction is provided on the inner peripheral surface 311fi for positioning in the circumferential direction. Further, a recess 311ic recessed (diametrically outward) from the inner peripheral surface 311fi is formed in a range covering the region in the circumferential direction where the axial connecting portion 351 is arranged.
  • the concave portions 311ic are arranged in the same number as the axial connecting portions 351, that is, half the number of magnetic poles. I have to. In the figure, the number of poles is 24 (the number of magnets x 2), so the width ⁇ c is 15° or more.
  • the axial connecting portion 351 has a V-caulking structure that holds the magnetic steel sheet in the direction (axial direction) along the rotation axis X during punching so that the cross-sectional shape in the circumferential direction becomes a V-shape when the electromagnetic steel sheet is pressed. .
  • the axial connecting portion 351 is arranged radially inside the permanent magnet 321 in order to reduce the influence of the magnetic properties. I am trying to
  • Equation (3) the relationship shown in Equation (3) is established. ( ⁇ a ⁇ b)/2 ⁇ 0.1 ⁇ a (3) That is, the radial thickness of the first rotor core 311 is set to 10% or less of the core outer diameter ⁇ a.
  • the rotors 302 are connected in the axial direction and coaxially arranged on the inner peripheral surface side of the stator 200.
  • the permanent magnets of the first rotor 301 and the second rotor 302 have the same polarities different from each other, and correspond to the regions in which the permanent magnets 321 of one rotor (eg, the first rotor 301) are arranged in the circumferential direction of the other rotor (eg, the first rotor 301).
  • a clearance (circumferential clearance 312g) is provided between the two rotors 302), and a step skew is formed between the first rotor 301 and the second rotor 302. Therefore, it was possible to obtain the rotary electric machine 100 that achieves both vibration suppression and structural strength while suppressing a decrease in torque.
  • the housing 600, the stator 200 held in the housing 600, and the annular rotor cores (the first rotor core 311 and the second rotor core 312) and the rotor cores 311 and 312 rotate.
  • a first rotor 301 and a second rotor 302 each forming a consequent pole type with permanent magnets (permanent magnets 321 and 322) arranged circumferentially with a gap on the outer peripheral side of the child core.
  • a rotor 300 is arranged axially on the inner peripheral surface side of the stator 200 with a step skew, and the first rotor 301 and the second rotor 302 are each composed of two core layers.
  • core layer 301t and core layer 301b, core layer 302t and core layer 302b are formed in series in the axial direction, and the two core layers are connected to respective permanent magnets (permanent magnet 321t and permanent magnet 321b, permanent magnet 322t and permanent magnet 322t).
  • magnets 322b) have polarities different from each other, and a gap (for example, a circumferential gap 311gb) is arranged corresponding to a region where one permanent magnet (for example, a permanent magnet 321t) is arranged in the circumferential direction.
  • the first rotor 301 and the second rotor 302 can further reduce vibration by forming a stepped skew between the two core layers.
  • a shaft 400 for fixing the rotor 300 on the outer peripheral side is further provided.
  • the fitting projection 311r and the second fitting projection (fitting projection 312r) are respectively provided.
  • the fitting projections 312r are arranged in the circumferential region where the permanent magnets 321 of the first rotor 301 are arranged, and the fitting projections 312r are arranged in the circumferential region where the permanent magnets 322 of the second rotor 302 are arranged. In this way, a stepped skew structure can be efficiently realized.
  • the rotor core (first rotor core 311, second rotor core 312) is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates in the axial direction, and the gap in the circumferential direction (circumferential gap 311g, circumferential gap 312g) is On the inner peripheral surface side of the arranged area, there are axial connecting portions (axial connecting portion 351 and axial connecting portion 352, or axial cavity portion 361 and axial cavity portion 361 and axial cavity portion 352) for axially coupling and holding the plurality of electromagnetic steel sheets. If the resin injected into the portion 362 is formed, the structural strength is high, and the transmission of the stress applied to the inner peripheral side to the outer peripheral side can be suppressed.
  • a shaft 400 is further provided to fix the rotor 300 on the outer peripheral side, and the first rotor 301 is fitted into a fitting groove 400d formed in the shaft 400 in the region where the axial connecting portion 351 is arranged in the circumferential direction. Even if the first fitting protrusion (fitting protrusion 311r) is provided, the structural strength is high, and the transmission of the stress applied to the inner peripheral side to the outer peripheral side can be suppressed.
  • the manufacturing process can be simplified. Simplified.
  • the resin contains a magnetic material that is more ferromagnetic than the plurality of electromagnetic steel sheets, the torque characteristics and demagnetization resistance can be further improved.
  • the magnetic material is either ferrite or neodymium, it is possible to reliably improve torque characteristics and demagnetization resistance.
  • the flexibility of the resin causes the outer circumference to expand. It is possible to further suppress the transmission of stress to the side. Furthermore, if a ferromagnetic magnetic material is included, torque characteristics and demagnetization resistance can be further improved.
  • the axial connecting portion (axial connecting portion 351 and axial connecting portion 352) is formed by any one of V-crimping, round-crimping, pin-crimping, screwing, welding, and adhesion, Axial rigidity becomes stronger.

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Abstract

固定子（２００）、および円環状の回転子コアと回転子コアの外周側に周方向に沿って隙間をあけて配置された永久磁石とでそれぞれコンシクエントポール型を形成する第一回転子（３０１）と第二回転子（３０２）が軸方向に連なり、固定子（２００）の内周面側に同軸配置された回転子（３００）、を備え、第一回転子（３０１）と第二回転子（３０２）それぞれの永久磁石は、互いに異なる同じ極性を有し、周方向において一方の永久磁石が配置される領域に対応して他方の隙間が配置され、かつ第一回転子（３０１）と第二回転子（３０２）との間で段スキューが形成されている。

Description

回転電機
　本願は、回転電機に関するものである。
　回転電機の振動・騒音の改善のため、回転子の磁極と固定子の磁極との間で、電気角６０度の磁気スキューが保たれるように、軸方向に分割された回転子コア間でそれぞれ回転軸の中心軸線を回転中心に所定角度ずらすように配置する回転電機が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
　また、永久磁石の使用量の低減と、磁束分布の疎密による振動悪化の抑制のため、永久磁石を用いた磁極と永久磁石を設けずコア材で構成した逆方向の磁極を周方向に交互に配置したコンシクエントポール型の回転電機が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２０１２-１５７２３６号公報（段落００３５～０１０４、図１～図４） 特開２０２１-７８２５６号公報（段落００２２～００３７、図１、図２）
　しかしながら、特許文献１においては、電気角１２次成分のトルクリップル波を消失させる効果が期待できるものの、誘起電圧が正弦波に近くなるため、トルクが小さくなるのを防止するため、空隙磁束を増加させる必要がある。そのため、例えば永久磁石量を多用すると高コスト化し、磁石配置を固定子に近づけようとすると、コアの外周側部分が薄くなって強度低下を引き起こす可能性があった。
　また、特許文献２ではコンシクエントポール型で軸方向の磁束分布を平滑にすることで振動抑制を図ることが期待されるが、コギングトルク、トルクリップルによる振動発生が懸念される。
　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、トルク低下を抑制しつつ、振動抑制と構造強度を両立させる回転電機を得ることを目的とする。
　本願に開示される回転電機は、筐体、前記筐体に保持された固定子、および円環状の回転子コアと前記回転子コアの外周側に周方向に沿って隙間をあけて配置された永久磁石とでそれぞれコンシクエントポール型を形成する第一回転子と第二回転子が軸方向に連なり、前記固定子の内周面側に同軸配置された回転子、を備え、前記第一回転子と前記第二回転子それぞれの前記永久磁石は、互いに異なる同じ極性を有し、周方向において一方の回転子の前記永久磁石が配置される領域に対応して他方の回転子の前記隙間が配置され、かつ前記第一回転子と前記第二回転子との間で段スキューが形成されていることを特徴とする。
　また、本願に開示される回転電機は、筐体、前記筐体に保持された固定子、および円環状の回転子コアと前記回転子コアの外周側に周方向に沿って隙間をあけて配置された永久磁石とでそれぞれコンシクエントポール型を形成する第一回転子と第二回転子が段スキューを形成して軸方向に連なり、前記固定子の内周面側に同軸配置された回転子、を備え、前記第一回転子と前記第二回転子は、それぞれ２つのコア層が軸方向に連なって形成され、前記２つのコア層は、それぞれの前記永久磁石が互いに異なる極性を有し、かつ周方向において一方の前記永久磁石が配置される領域に対応して他方の前記隙間が配置されたコンシクエントポール型を形成していることを特徴とする。
　本願に開示される回転電機によれば、コンシクエントポール型と段スキューの組み合わせにより、トルク低下を抑制しつつ、振動抑制と構造強度を両立させる回転電機を得ることができる。
実施の形態１にかかる回転電機の構成を説明するための回転軸に沿った模式的な断面図である。 実施の形態１にかかる回転電機を構成する回転子の模式的な斜視図である。 実施の形態１にかかる回転電機を構成するシャフトの模式的な斜視図である。 図４Ａと図４Ｂは、それぞれ実施の形態１にかかる回転電機を構成する第一回転子と第二回転子の模式的な平面図である。 図５Ａと図５Ｂは、それぞれ実施の形態１にかかる回転電機を構成する第一回転子の模式的な平面図と軸方向と径方向に沿った端面図である。 図６Ａと図６Ｂは、それぞれ実施の形態１にかかる回転電機を構成する第二回転子の模式的な平面図と軸方向と径方向に沿った端面図である。 図７Ａと図７Ｂは、実施の形態１にかかる回転電機を構成するそれぞれ異なる軸方向連結部が設けられた第一回転子の周方向における一部分の模式的な平面図である。 図８Ａと図８Ｂは、実施の形態１にかかる回転電機を構成するそれぞれ異なる表面加工が施されたシャフトの外観を示す斜視図である。 図９Ａ、および図９Ｂと図９Ｃは、実施の形態２にかかる回転電機を構成する第一回転子の模式的な平面図、および軸方向と径方向に沿ったそれぞれ切断位置の異なる模式的な端面図である。 図１０Ａ、および図１０Ｂと図１０Ｃは、実施の形態２にかかる回転電機を構成する第二回転子の模式的な平面図、および軸方向と径方向に沿ったそれぞれ切断位置の異なる模式的な端面図である。 図１１Ａと図１１Ｂは、それぞれ実施の形態３にかかる回転電機を構成する第一回転子と第二回転子の模式的な平面図である。 実施の形態４にかかる回転電機を構成する回転子の模式的な斜視図である。 実施の形態４にかかる回転電機を構成する回転子の模式的な平面図である。
実施の形態１．
　図１～図８は、実施の形態１にかかる回転電機の構成について説明するためのものであり、図１は回転電機の回転軸に沿った回転軸を含む模式的な断面図、図２は軸方向に沿って連なる第一回転子と第二回転子を切り離して並べた模式的な斜視図、図３はシャフトの模式的な斜視図、図４Ａと図４Ｂはそれぞれ第一回転子と第二回転子の模式的な平面図である。
　そして、図５Ａは第一回転子の模式的な平面図、図５Ｂは図５ＡのＡ－Ａ線に対応する軸方向と径方向に沿った端面図、図６Ａは第二回転子の模式的な平面図、図６Ｂは図６ＡのＢ－Ｂ線に対応する軸方向と径方向に沿った端面図である。また、図７Ａと図７Ｂはそれぞれ異なる軸方向連結部が設けられた第一回転子の周方向における一部分を示す模式的な平面図、図８Ａと図８Ｂはそれぞれ異なる表面加工が施されたシャフトの外観を示す斜視図である。なお、本願では、周方向における位置関係をわかりやすく説明するため、図１、図８Ａ、図８Ｂを除き、軸方向および径方向における大きさを変形して描画している。
　実施の形態１にかかる回転電機１００は、図１に示すように、円環状の固定子２００と、固定子２００の内周面との間に間隔を設けて同軸配置され、軸方向に延びたシャフト４００によって回転軸Ｘ周りに回転自在に保持された回転子３００とを備えている。さらに、有底円筒状のフレーム６１０およびフレーム６１０の開口部を塞口する端板６２０からなるハウジング６００と、シャフト４００を支持するベアリング５００を備えている。
　フレーム６１０は、円筒部で固定子２００を内嵌状態に固定し、底部の径方向の中心部にベアリング５００の一方が配置され、端板６２０の径方向の中心部に配置されたベアリング５００によってシャフト４００の軸方向における両端付近を回転自在に保持するように構成している。
　固定子２００は、磁束を発生する複数のコイル２１０と、複数のコイル２１０に電流を分配する結線板２２０、磁束を流す固定子コア２３０で構成されている。コイル２１０、結線板２２０、固定子コア２３０はそれぞれボビン２４０に固定され電気的に絶縁されている。また、結線板２２０は、３相分となる３枚設けられ、それぞれ別の相のコイル２１０に接続される。
　回転子３００は、回転軸Ｘに沿った方向（軸方向）において第一回転子３０１と第二回転子３０２が連なる２段構成となっている。第一回転子３０１は、電磁鋼板を積層配置した第一回転子コア３１１と第一極性の永久磁石３２１とで構成し、同様に第二回転子３０２は、電磁鋼板を積層配置した第二回転子コア３１２と第二極性の永久磁石３２２とで構成している。
　第一極性の永久磁石３２１と第二極性の永久磁石３２２は、それぞれ第一回転子コア３１１と第二回転子コア３１２の外周面側に埋設されて周方向に所定のピッチで配列されて磁極を構成（図２参照）している。また、第一極性の永久磁石３２１と第一回転子コア３１１、第二極性の永久磁石３２２と第二回転子コア３１２の間にエポキシ樹脂系の接着剤を用いて加熱硬化させることで回転子３００として構造的に固定されている。
　第一回転子３０１では、図２に示すように、第一回転子コア３１１の径方向外側において、回転子３００としての総磁極数の半数に対応する数の周方向隙間３１１ｇが周方向に沿って等間隔に配置され、その間に第一極性の永久磁石３２１が配置されている。第二回転子３０２では、第二回転子コア３１２の径方向外側において、回転子３００としての総磁極数の半数に対応する数の周方向隙間３１２ｇが周方向に沿って等間隔に配置され、その間に第一極性の永久磁石３２１とは異なる第二極性の永久磁石３２２が配置されている。
　さらに、第一回転子コア３１１の内周面３１１ｆｉと第二回転子コア３１２の内周面３１２ｆｉそれぞれには、周方向における位置決め用の軸方向に延びる嵌合突起３１１ｒ、３１２ｒが設けられている。一方、図３に示すように、シャフト４００の外周面４００ｆｏには、嵌合突起３１１ｒ、３１２ｒと嵌合する軸方向に延びる嵌合溝４００ｄが設けられている。嵌合突起３１１ｒ、３１２が嵌合溝４００ｄに嵌合することで、シャフト４００に対する第一回転子コア３１１と第二回転子コア３１２の周方向（回転方向）での位置関係が規定される。
　なお、嵌合突起３１１ｒ、３１２ｒと嵌合溝４００ｄとの間には、組み立てを容易にするための隙間を設けている。一方、位置決め精度が要求される場合、嵌合突起３１１ｒ、３１２ｒと嵌合溝４００ｄは１箇所ではなく、周方向における複数個所に設けて位置決めを調整してもよい。
　そして、第一回転子３０１では、永久磁石３２１の周方向における配置（中心位置Ｐ３２１ｃ）は、図４Ａに示すように、嵌合突起３１１ｒに対して回転軸Ｘを中心として反時計回りに角度θ１の位置を起点として等間隔に配置している。それに対して第二回転子３０２では、永久磁石３２２の周方向における配置（中心位置Ｐ３２２ｃ）は、嵌合突起３１２ｒに対して回転軸Ｘを中心として反時計回りに角度θ２の位置を起点として等間隔に配置している。
　そして、第一回転子コア３１１と第二回転子コア３１２それぞれに配置された互いに異なる極性の永久磁石３２１と永久磁石３２２が、軸方向で分かれて周方向において交互に並ぶように配列される。この構造により、永久磁石の使用量を半数にすることで材料費のコストダウンのみならず、永久磁石をコアに挿入する作業工数も削減することができる。
　また、第一回転子コア３１１を構成する電磁鋼板には、軸方向に連結するための軸方向連結部３５１が周方向隙間３１１ｇの領域に配置されている。同様に、第二回転子コア３１２を構成する電磁鋼板にも、軸方向に連結するための軸方向連結部３５２が周方向隙間３１２ｇの領域に配置されている。軸方向連結部３５１と軸方向連結部３５２は、それぞれ電磁鋼板をプレス加工する際に軸方向の断面形状がＶ字形状となり、軸方向に連結してその状態を保持するＶかしめ構造をなしている。
　軸方向連結部３５１の周方向における配置は、嵌合突起３１１ｒを起点として等間隔に配置している。一方、第二回転子コア３１２において軸方向連結部３５２の周方向における配置は、嵌合突起３１２ｒを起点として、永久磁石３２１と永久磁石３２２とのなす角（＝θ２－θ１）度に対応する角度分ずらして配置している。
　軸方向連結部３５１と軸方向連結部３５２は、打ち抜き時の残留応力、あるいは積層間絶縁性の低下により渦電流損が発生しやすいため、磁気特性影響を小さくするために永久磁石３２１と永久磁石３２２より径方向の内側に配置している。そして、軸方向連結部３５１と軸方向連結部３５２をそれぞれ磁石間の周方向隙間３１１ｇと周方向隙間３１２ｇに設けている。
　軸方向連結部３５１と軸方向連結部３５２が形成されている周方向隙間３１１ｇと周方向隙間３１２ｇ部分の剛性は永久磁石３２１、３２２よりも大きい。そのため、第一回転子コア３１１と第二回転子コア３１２においては、径方向の内側にかかる応力の、構造強度が弱い永久磁石３２１と永久磁石３２２が配置されている径方向への伝達が抑制される。
　ここで、回転電機１００の製造工程において、第一回転子３０１と第二回転子３０２に対してシャフト４００を圧入する際、第一回転子コア３１１の内周面３１１ｆｉと第二回転子コア３１２の内周面３１２ｆｉに対してシャフト４００の外周面４００ｆｏが干渉する。例えば、第一回転子３０１から挿入する場合、先に接触する第一回転子コア３１１の嵌合突起３１１ｒの周辺に締結時の応力が過大にかかることがある。
　しかし、先に接触する第一回転子コア３１１の嵌合突起３１１ｒの周辺に過大に応力がかかっても、径方向の外側への伝達が抑制される。そのため、組み立て時の応力低減、および過回転時の疲労強度の設計においてロバスト性が向上できる。
　また、軸方向連結部３５１と軸方向連結部３５２をそれぞれ永久磁石３２１と永久磁石３２２よりも径方向の内側に配置したことで、永久磁石３２１と永久磁石３２２それぞれからの磁束を妨げにくく、磁気抵抗の悪化を抑制し、トルク特性低下を抑制できる。また、軸方向連結部３５１と軸方向連結部３５２の周方向位置を、それぞれ、周方向で隣り合う永久磁石３２１どうしの中央部と、周方向に隣り合う永久磁石３２２どうしの中央部に配置することで、永久磁石３２１と永久磁石３２２それぞれからの磁束を妨げにくく、磁気抵抗の悪化を抑制し、トルク特性低下を抑制できる。
　つぎに、第一回転子３０１と第二回転子３０２とで形成する段スキューについて説明する。第一回転子３０１における総磁極数Ｐ(本実施の形態ではＰ＝２４)とした場合、角度θ１と角度θ２は、式（１）、式（２）のような関係となる。
　θ１＝３６０／Ｐ　　　（１）
　θ２＝２×３６０／Ｐ＋α　　　（２）
　ここで、式（２）のαは、電気角１２次のトルクリップルを抑制するための段スキューの機械角（スキュー角α）を示している。
　電気角１２次のトルクリップルは、周期が電気角３０度のトルクリップルであるため、位相が電気角１５度だけずれた２つの電気角１２次のトルクリップルを足し合わせるとキャンセルされることが知られている。つまり電気角１５度に合わせたスキュー角αを設定することでトルクリップルを抑制する構造が形成できる。また、電気角３次のトルクリップルが支配的な場合、低減を狙う段スキュー角（電気角６０°）も選択可能である。
　本実施の形態においては、永久磁石３２１、および永久磁石３２２は、それぞれ図５Ａと図５Ｂ、および図６Ａと図６Ｂに示すように、軸方向に２分割した構成にしている。永久磁石３２１と永久磁石３２２は分割せずに一体形状のもの、あるいは焼結磁石でなく、第一回転子コア３１１と第二回転子コア３１２に直接射出成形した成形磁石、あるいは固定子巻線をコアに挿入した界磁巻線を用いてもよい。しかし、永久磁石３２１と永久磁石３２２をそれぞれ軸方向に分割することで、径方向表面の面積のアスペクト比を切削で切り出す前の形状から最適な分割数を設定することができる。そのため、切削加工性が上がって加工コストが低減でき、かつ永久磁石内の磁区配向を調整しやすく、磁気特性を安定させやすい。
　なお、軸方向連結部３５１と軸方向連結部３５２として、図７Ａに示すような、丸かしめを用いた丸かしめコアを形成してもよく、ピンかしめ、ネジ止め、溶接、接着など、他の方法を用いたものでもよい。また、軸方向連結部３５１と軸方向連結部３５２は、それぞれ周方向隙間３１１ｇと周方向隙間３１２ｇに各１箇所でなくてもよく、構造強度と磁気回路構成上の見地から、複数個所に配置する、あるいはひとつ置きに間欠的に配置することも可能である。
　また、図７Ｂに示すように、Ｖかしめの長辺の方向を径方向に配置した縦Ｖかしめを用いた縦Ｖかしめコアを形成してもよい。縦Ｖかしめを用いることで、径方向の剛性が上がり、第一回転子３０１と第二回転子３０２のシャフト４００への圧入時の応力伝搬をより抑制することができる。
　さらに、図１では、シャフト４００に第一回転子３０１と第二回転子３０２を圧入するための締め代を設けて、第一回転子３０１と第二回転子３０２を圧入保持した例を示した。その際に、第一回転子コア３１１の内径と第二回転子コア３１２の内径に対するシャフト４００の外径の精度により、それぞれの部品の接触状態が安定しない場合、あるいはより構造的に締結力を増加する必要性が生じる場合がある。
　その際、例えば図８Ａ、図８Ｂに示すように、シャフト４００の外周面４００ｆｏの第一回転子３０１と第二回転子３０２を圧入する領域にローレット加工面４００ｆｋ、あるいはステーキング加工面４００ｆｓを設けるようにしてもよい。そのように構成することで、第一回転子コア３１１とシャフト４００、および第二回転子コア３１２とシャフト４００との締結力を増大させることができる。
実施の形態２．
　上記実施の形態１においては、軸方向に連なる第一回転子、第二回転子それぞれにコンシクエントポール型を形成するために１種類の極性の永久磁石を周方向に間欠的に配置した例について説明した。本実施の形態２においては、軸方向に連なる第一回転子、第二回転子それぞれをさらに軸方向に分割したコア層を連結して構成し、さらにコア層ごとに互いに異なる極性の永久磁石を周方向に間欠的に配置した例について説明する。
　図９Ａ～図９Ｃ、および図１０Ａ～図１０Ｃは、実施の形態２にかかる回転電機の構成について説明するためのものであり、図９Ａは第一回転子の模式的な平面図、図９Ｂは図９ＡのＣ－Ｃ線に対応する軸方向と径方向に沿った端面図、図９Ｃは図９ＡのＤ－Ｄ線に対応する軸方向と径方向に沿った端面図である。また、図１０Ａは第二回転子の模式的な平面図、図１０Ｂは図１０ＡのＥ－Ｅ線に対応する軸方向と径方向に沿った端面図、図１０Ｃは図１０ＡのＦ－Ｆ線に対応する軸方向と径方向に沿った端面図である。なお、第一回転子、第二回転子それぞれを軸方向における領域に応じて永久磁石の配置を変えるための構成以外については、実施の形態１と同様であり、同様部分の説明を省略する。
　実施の形態２にかかる回転電機１００についても、実施の形態１と同様に、それぞれコンシクエントポール型をなす第一回転子３０１と第二回転子３０２とで段スキューを形成している。そして、本実施の形態２においては、第一回転子３０１と第二回転子３０２それぞれが、軸方向の一方と他方とで、永久磁石の極性と周方向における配置を変えた複層構造とした。
　第一回転子３０１は、軸方向の一方側のコア層３０１ｔ（図９Ｂ、図９Ｃにおける上側）では、実施の形態１と同様に、図９Ａに示すように、第一極性の永久磁石３２１ｔと周方向隙間３１１ｇｔを周方向で交互に配置してコンシクエントポール型を形成している。一方、他方側のコア層３０１ｂ（同、下側）では第一極性と異なる極性の永久磁石３２１ｂと周方向隙間３１１ｇｂを周方向で交互に配置してコンシクエントポール型を形成している。そして、コア層３０１ｔの永久磁石３２１ｔを軸方向に沿ってコア層３０１ｂに投影した部分に周方向隙間３１１ｇｂを配置し、コア層３０１ｔの周方向隙間３１１ｇｔを軸方向に沿ってコア層３０１ｂに投影した部分に永久磁石３２１ｂを配置している。
　同様に、第二回転子３０２は、軸方向の一方側のコア層３０２ｔ（図１０Ｂ、図１０Ｃにおける上側）では、図１０Ａに示すように、第一極性と異なる第二極性の永久磁石３２２ｔと周方向隙間３１２ｇｔを周方向で交互に配置してコンシクエントポール型を形成している。一方、他方側のコア層３０２ｂ（同、下側）では第二極性と異なる極性の永久磁石３２２ｂと周方向隙間３１２ｇｂを周方向で交互に配置してコンシクエントポール型を形成している。そして、コア層３０２ｔの永久磁石３２２ｔを軸方向に沿ってコア層３０２ｂに投影した部分に周方向隙間３１２ｇｂが配置され、コア層３０２ｔの周方向隙間３１２ｇｔを軸方向に沿ってコア層３０２ｂに投影した部分に永久磁石３２２ｂが配置されるようにした。
　つまり、第一回転子３０１，第二回転子３０２それぞれで、周方向に互いに異なる磁極の永久磁石が軸方向で分かれて交互に配列されている。そして、第一回転子コア３１１および第二回転子コア３１２それぞれの径方向の外側部分において、回転子３００としての総磁極数の半数に対応する数の隙間が周方向に沿って等間隔に配置されている。このとき、軸方向に分割された複層構造の一方の永久磁石と他方の永久磁石それぞれにかかる回転時の遠心力荷重を一方のコア層と他方のコア層で分担して受けるようになる。そのため、それぞれのコア層にかかる過回転時の応力をより分散できるようになる。
　また、製造面において、第一回転子コア３１１と第二回転子コア３１２それぞれに永久磁石３２１と永久磁石３２２を挿入する際、実施の形態１の場合、図５Ｂ、図６Ｂのように磁石材を分割した状態で連続挿入する必要がある。しかし、本実施の形態２のように、複層構造にすれば、コア層どうしを合わせる前に、それぞれのコア層に必要な磁石材を挿入するため、容易に挿入することができる。
　なお、本実施の形態２においても実施の形態１の図４Ａ、図４Ｂで説明した角度θ１と角度θ２で示した段スキューの構造を形成できることは言うまでもない。さらに、本実施の形態２では、第一回転子コア３１１と第二回転子コア３１２に形成する嵌合突起３１１ｒ、３１２ｒをプレス打ち抜き時に位置調整することで、コア層３０１ｔとコア層３０１ｂ間、コア層３０２ｔとコア層３０２ｂ間でも段スキューを形成することができる。
実施の形態３．
　本実施の形態３においては、コアを積層方向に抜ける空洞を設けて樹脂を注入することで、軸方向連結部を形成する例について説明する。図１１Ａと図１１Ｂは、実施の形態３にかかる回転電機の構成について説明するためのものであり、図１１Ａは第一回転子の模式的な平面図、図１１Ｂは第二回転子の模式的な平面図である。なお、軸方向連結部の構成以外については、実施の形態１、あるいは実施の形態２と同様であり、同様部分の説明を省略する。
　実施の形態３にかかる回転電機１００も、実施の形態１、２と同様に、それぞれコンシクエントポール型をなす第一回転子３０１と第二回転子３０２とで段スキューを形成している。そして、図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、周方向隙間３１１ｇ、３１２ｇのそれぞれ径方向内側部分に、軸方向に抜ける軸方向空洞部３６１と軸方向空洞部３６２を形成し、樹脂を注入して空洞に沿って成形することで軸方向での保持機能を有するようにした。
　軸方向空洞部３６１と軸方向空洞部３６２それぞれに使用する樹脂には、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルファイドなどの熱可塑性樹脂、および熱硬化樹脂等の樹脂材を使用することができる。
　その際、フェライト、ネオジムのような強磁性の磁性粉末の混ざった成形材料を使用することで、軸方向空洞部３６１と軸方向空洞部３６２が配置された領域をコア材よりも強磁性の磁性体で構成することができる。そのため、軸方向空洞部３６１、および軸方向空洞部３６２それぞれの形成領域を径方向における外側に向かって永久磁石３２１、および永久磁石３２２の配置領域まで拡大すれば、実施の形態１よりもトルク特性、減磁耐力を上げることが可能となる。
　その際、空洞（樹脂）の径方向における配置範囲が永久磁石３２１と永久磁石３２２の領域まで拡大され、部品の圧入の際に受ける応力を樹脂の柔軟性により吸収して、径方向の外側への伝搬を抑制することも可能となる。また、第一回転子コア３１１と第二回転子コア３１２それぞれで永久磁石３２１と永久磁石３２２との間に流路を設けていれば、軸方向空洞部３６１と軸方向空洞部３６２に樹脂を流入する際に永久磁石を固定することも可能となる。これにより、一般的に永久磁石の固定に用いられるエポキシ樹脂系の接着剤を用いる必要がなくなる。
実施の形態４．
　本実施の形態４においては、コアの径方向厚みと圧入時の応力緩和構造について説明する。図１２と図１３は実施の形態４にかかる回転電機の構成について説明するためのものであり、図１２は（第一）回転子のコア部分の模式的な平面図、図１３は（第一）回転子のコアと回転保持部の寸法関係を示す模式的な平面図である。なお、本実施の形態４では、第一回転子と第二回転子のうち、第一回転子を例に説明するが、第二回転子についても同様である。また、コアの径方向厚みと圧入時の応力緩和構造に関連する構成以外については、実施の形態１～３と同様であり、同様部分の説明を省略する。
　図１２に示すように、実施の形態４にかかる回転電機１００においても、第一回転子コア３１１は、同じ極性の永久磁石３２１が周方向において等間隔に間欠的に配置されている。そして、周方向における永久磁石３２１の間の位置（周方向隙間３１１ｇ）に、軸方向連結部３５１が磁極数の半数で周方向に等間隔に配置されている。
　また、内周面３１１ｆｉには、周方向の位置決め用として、軸方向に延びる嵌合突起３１１ｒが設けられている。さらに、周方向における軸方向連結部３５１が配置された領域を網羅する範囲に、内周面３１１ｆｉから（径方向外側に向かって）窪んだ凹部３１１ｉｃが形成されている。凹部３１１ｉｃは軸方向連結部３５１と同数、つまり磁極数の半数で配置され、凹部３１１ｉｃの周方向の幅θｃ（図１３）を永久磁石３２１による１極当たりの角度（３６０°／極数）以上にしている。図では、極数は２４極（磁石数×２）なので、幅θｃは１５°以上となる
　軸方向連結部３５１は電磁鋼板をプレス加工する際に周方向の断面形状がＶ字形状になるよう打ち抜き時の回転軸Ｘに沿った方向（軸方向）に保持するＶかしめ構造を備えている。また、軸方向連結部３５１は、打ち抜き時の残留応力、および積層間絶縁性の低下により渦電流損が発生しやすいため、磁気特性影響を小さくするために径方向において永久磁石３２１より内側に配置するようにしている。
　上記構成を前提とすると、図１３に示すように、第一回転子コア３１１の最外径部となる外周面３１１ｆｏの直径をコア外径φａ、第一回転子コア３１１の最内径部となる内周面３１１ｆｉの直径をコア内径φｂとした場合、式（３）に示す関係性を有するようにしている。
　　　（φａ－φｂ）／２≦０．１・φａ　　　（３）
　つまり、第一回転子コア３１１の径方向における厚みをコア外径φａの１０％以下に設定している。
　また、回転保持部（シャフト４００）の内周面４００ｆｉの直径を保持内径φｃとした場合、式（４）に示す関係性を有するようにしている。
　　　（φｂ－φｃ）／２≦０．１・φａ　　　（４）
　シャフト４００の外周面４００ｆｏは、第一回転子コア３１１の内周面３１１ｆｉと密着するため、シャフト４００の径方向における厚み（＝（φｂ－φｃ）／２）は、第一回転子コア３１１のコア外径φａの１０％以下に設定していることになる。
　なお、本願は、様々な例示的な実施の形態およ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よう様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態で開示した内容の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組合せで実施の形態に適用可能である。したがって、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、他の実施の形態で開示した構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
　以上のように、本願の回転電機１００によれば、筐体６００、筐体６００に保持された固定子２００、および円環状の回転子コア（第一回転子コア３１１と第二回転子コア３１２）と回転子コアの外周側に周方向に沿って隙間をあけて配置された永久磁石（永久磁石３２１と永久磁石３２２）とでそれぞれコンシクエントポール型を形成する第一回転子３０１と第二回転子３０２が軸方向に連なり、固定子２００の内周面側に同軸配置された回転子３００、を備え、第一回転子３０１と第二回転子３０２それぞれの永久磁石（永久磁石３２１と永久磁石３２２）は、互いに異なる同じ極性を有し、周方向において一方の回転子（例えば、第一回転子３０１）の永久磁石３２１が配置される領域に対応して他方の回転子（同、第二回転子３０２）の隙間（周方向隙間３１２ｇ）が配置され、かつ第一回転子３０１と第二回転子３０２との間で段スキューが形成されているように構成した。そのため、トルク低下を抑制しつつ、振動抑制と構造強度を両立させる回転電機１００を得ることができた。
　また、本願の回転電機１００によれば、筐体６００、筐体６００に保持された固定子２００、および円環状の回転子コア（第一回転子コア３１１と第二回転子コア３１２）と回転子コアの外周側に周方向に沿って隙間をあけて配置された永久磁石（永久磁石３２１と永久磁石３２２）とでそれぞれコンシクエントポール型を形成する第一回転子３０１と第二回転子３０２が段スキューを形成して軸方向に連なり、固定子２００の内周面側に同軸配置された回転子３００、を備え、第一回転子３０１と第二回転子３０２は、それぞれ２つのコア層（コア層３０１ｔとコア層３０１ｂ、コア層３０２ｔとコア層３０２ｂ）が軸方向に連なって形成され、２つのコア層は、それぞれの永久磁石（永久磁石３２１ｔと永久磁石３２１ｂ、永久磁石３２２ｔと永久磁石３２２ｂ）が互いに異なる極性を有し、かつ周方向において一方の永久磁石（例えば、永久磁石３２１ｔ）が配置される領域に対応して他方の隙間（例えば、周方向隙間３１１ｇｂ）が配置されたコンシクエントポール型を形成しているようにすれば、過回転時の応力をさらに分散することができる。
　その際、第一回転子３０１と第二回転子３０２は、それぞれ２つのコア層間で段スキューが形成されているようにすれば、さらに振動を低減することができる。
　また、回転子３００を外周側で固定するシャフト４００をさらに備え、第一回転子３０１と第二回転子３０２は、シャフト４００に形成された嵌合溝４００ｄと嵌め合う第一嵌合突起（嵌合突起３１１ｒと第二嵌合突起（嵌合突起３１２ｒ）をそれぞれ有し、嵌合突起３１１ｒと嵌合突起３１２ｒは、段スキューに相当する角度分周方向にずれており、嵌合突起３１１ｒは、周方向における第一回転子３０１の永久磁石３２１が配置された領域に配置され、嵌合突起３１２ｒは、周方向における第二回転子３０２の永久磁石３２２が配置される領域に配置されているようにすれば、効率的に段スキュー構造を実現できる。
　回転子コア（第一回転子コア３１１、第二回転子コア３１２）は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成され、周方向における隙間（周方向隙間３１１ｇ、周方向隙間３１２ｇ）が配置された領域の内周面側に、複数の電磁鋼板それぞれを軸方向に連結保持する軸方向連結部（軸方向連結部３５１と軸方向連結部３５２、あるいは軸方向空洞部３６１と軸方向空洞部３６２に注入された樹脂）が形成されているようにすれば、構造強度が高く、内周側にかかる応力の外周側への伝達を抑制できる。
　回転子３００を外周側で固定するシャフト４００をさらに備え、第一回転子３０１は、周方向における軸方向連結部３５１が配置された領域に、シャフト４００に形成された嵌合溝４００ｄと嵌め合う第一嵌合突起（嵌合突起３１１ｒ）を有しているようにしても、構造強度が高く、内周側にかかる応力の外周側への伝達を抑制できる。
　上述した軸方向連結部は、複数の電磁鋼板を軸方向に貫通する空洞（軸方向空洞部３６１と軸方向空洞部３６２）に注入された樹脂によって形成されているようにすれば、製造工程が簡略化される。
　その際樹脂が、複数の電磁鋼板よりも強磁性の磁性体を含んでいれば、トルク特性および減磁耐力をさらに向上させることができる。
　とくに磁性体が、フェライト、およびネオジムのいずれかであれば、確実にトルク特性および減磁耐力を向上させることができる。
　空洞（軸方向空洞部３６１と軸方向空洞部３６２）の形成範囲が径方向における永久磁石（永久磁石３２１、永久磁石３２２）が配置された範囲まで拡大している場合、樹脂の柔軟性によって外周側への応力の伝達をより抑制できる。さらに、強磁性の磁性体を含んでいれば、トルク特性および減磁耐力を一層向上させることができる。
　軸方向連結部（軸方向連結部３５１と軸方向連結部３５２）は、Ｖかしめ、丸かしめ、ピンかしめ、ねじ止め、溶接、および接着のうち、いずれかで形成されているようにすれば、軸方向の剛性がより強固なものになる。
　回転子コア（例えば、第一回転子コア３１１）の内周面３１１ｆｉの周方向における軸方向連結部３５１が配置された領域に、凹部３１１ｉｃが形成されているようにしても磁気特性影響が小さくなる。
　回転子コア（例えば、第一回転子コア３１１）の径方向における厚み（＝（φａ－φｂ）／２）が、コア外径φａの１０％以下であるようにすれば、さらに磁気特性影響が小さくなる。
　シャフト４００は円筒状をなし、径方向における厚み（＝（φｂ－φｃ）／２）が、コア外径φａの１０％以下であるようにしても、さらに磁気特性影響が小さくなる。
　１００：回転電機、　２００：固定子、　３００：回転子、　３０１：第一回転子、　３０１ｂ：コア層、　３０１ｔ：コア層、　３０２：第二回転子、　３０２ｂ：コア層、　３０２ｔ：コア層、　３１１：第一回転子コア、　３１１ｆｉ：内周面、　３１１ｇ：周方向隙間、　３１１ｉｃ：凹部、　３１１ｒ：（第一）嵌合突起、　３２１：（第一極性の）永久磁石、　３１２：第二回転子コア、　３１２ｆｉ：内周面、　３１２ｇ：周方向隙間、　３１２ｒ：（第二）嵌合突起、　３２２：（第二極性の）永久磁石、　３５１：軸方向連結部、　３５２：軸方向連結部、　４００：シャフト、　４００ｄ：嵌合溝、　４００ｆｏ：外周面、　４００ｆｋ：ローレット加工面、　４００ｆｓ：ステーキング加工面、　６００：ハウジング、　Ｐ３２１ｃ：（第一極性の永久磁石の周方向）中心位置、　Ｐ３２２ｃ：（第二極性の永久磁石の周方向）中心位置、　Ｘ：回転軸、　θ１：（第一極性の永久磁石の周方向）角度、　θ２：（第二極性の永久磁石の周方向）角度、　φａ：コア外径、　φｂ：コア内径、　φｃ：保持内径。

Claims (14)

  1. 　筐体、
    　前記筐体に保持された固定子、および
    　円環状の回転子コアと前記回転子コアの外周側に周方向に沿って隙間をあけて配置された永久磁石とでそれぞれコンシクエントポール型を形成する第一回転子と第二回転子が軸方向に連なり、前記固定子の内周面側に同軸配置された回転子、を備え、
    　前記第一回転子と前記第二回転子それぞれの前記永久磁石は、互いに異なる同じ極性を有し、周方向において一方の回転子の前記永久磁石が配置される領域に対応して他方の回転子の前記隙間が配置され、
    　かつ前記第一回転子と前記第二回転子との間で段スキューが形成されていることを特徴とする回転電機。
  2. 　筐体、
    　前記筐体に保持された固定子、および
    　円環状の回転子コアと前記回転子コアの外周側に周方向に沿って隙間をあけて配置された永久磁石とでそれぞれコンシクエントポール型を形成する第一回転子と第二回転子が段スキューを形成して軸方向に連なり、前記固定子の内周面側に同軸配置された回転子、を備え、
    　前記第一回転子と前記第二回転子は、それぞれ２つのコア層が軸方向に連なって形成され、前記２つのコア層は、それぞれの前記永久磁石が互いに異なる極性を有し、かつ周方向において一方の前記永久磁石が配置される領域に対応して他方の前記隙間が配置されたコンシクエントポール型を形成していることを特徴とする回転電機。
  3. 　前記第一回転子と前記第二回転子は、それぞれ前記２つのコア層間で段スキューが形成されていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
  4. 　前記回転子を外周側で固定するシャフトをさらに備え、
    　前記第一回転子と前記第二回転子は、前記シャフトに形成された嵌合溝と嵌め合う第一嵌合突起と第二嵌合突起をそれぞれ有し、前記第一嵌合突起と前記第二嵌合突起は、前記段スキューに相当する角度分周方向にずれており、前記第一嵌合突起は、周方向における前記第一回転子の前記永久磁石が配置された領域に配置され、前記第二嵌合突起は、周方向における前記第二回転子の前記永久磁石が配置される領域に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機。
  5. 　前記回転子コアは、複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成され、
    　周方向における前記隙間が配置された領域の内周面側に、前記複数の電磁鋼板それぞれを軸方向に連結保持する軸方向連結部が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機。
  6. 　前記回転子を外周側で固定するシャフトをさらに備え、
    　前記第一回転子は、周方向における前記軸方向連結部が配置された領域に、前記シャフトに形成された嵌合溝と嵌め合う第一嵌合突起を有していることを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
  7. 　前記軸方向連結部は、前記複数の電磁鋼板を軸方向に貫通する空洞に注入された樹脂によって形成されていることを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
  8. 　前記樹脂が、前記複数の電磁鋼板よりも強磁性の磁性体を含んでいることを特徴とする請求項７に記載の回転電機。
  9. 　前記磁性体が、フェライト、およびネオジムのいずれかであることを特徴とする請求項８に記載の回転電機。
  10. 　前記空洞の形成範囲が径方向における前記永久磁石が配置された範囲まで拡大していることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の回転電機。
  11. 　前記軸方向連結部は、Ｖかしめ、丸かしめ、ピンかしめ、ねじ止め、溶接、および接着のうち、いずれかで形成されていることを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
  12. 　前記回転子コアの内周面の周方向における前記軸方向連結部が配置された領域に、凹部が形成されていることを特徴とする請求項５から１１のいずれか１項に記載の回転電機。
  13. 　前記回転子コアの径方向における厚みが、前記回転子コアの外径の１０％以下であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の回転電機。
  14. 　前記回転子を外周側で固定するシャフトは円筒状をなし、径方向における厚みが、前記回転子コアの外径の１０％以下であることを特徴とする請求項１から１３のいずれか1項に記載の回転電機。
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