JP2015162980A - 回転電機の永久磁石埋設型回転子、及び回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータコアの外周部の強度を確保しつつも、ブリッジ部を跨いだ磁束の短絡を抑制すること。【解決手段】第１貫通孔２３における第１コア板２１の外周部側の外縁部２３１を、第２貫通孔３３における第２コア板３１の外周部側の外縁部３３１よりも永久磁石１７側に位置させた。さらに、第２ブリッジ長Ｈ２は、第１ブリッジ長Ｈ１よりも短く設定されている。【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機の永久磁石埋設型回転子、及び回転電機に関する。

回転電機の永久磁石埋設型回転子のロータコアには、ロータコアの周方向に配列された複数の貫通孔が設けられている。各貫通孔には、ロータコアの周方向において交互に異なる磁極となるように永久磁石がそれぞれ収容されている。ここで、異なる磁極を構成する隣り合う永久磁石間においては、ロータコアの外周縁と貫通孔の縁部との間で、ロータコアの周方向に沿って延びるブリッジ部を跨いだ磁束の短絡が生じ易い。磁束の短絡が生じるとトルクが低下する。

そこで、ブリッジ部において、ロータコアの外周縁に切欠部（凹部）を形成したものが、例えば特許文献１に開示されている。また、各永久磁石を二分割して、二分割した永久磁石の間に支持部を形成し、ブリッジ部において、永久磁石に接するとともに、ロータコアの外周面に開口する開口部（フラックスバリア）をロータコアに形成したものが、例えば特許文献２に開示されている。このような切欠部又は開口部をロータコアに形成することにより、ブリッジ部を跨いだ磁束の短絡が抑制され、トルクが低下してしまうことが抑制される。

特許第５３５９２３９号公報 特開２００４−１０４９６２号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２のように、ロータコアに切欠部又は開口部を形成すると、ロータコアの外周部の強度が低下するため、ロータコアが回転しているときの遠心力による永久磁石からロータコアの外周部に掛かる荷重に対して、ロータコアの外周部が耐え得ることができなくなり、ロータコアの一部が破損してしまう虞がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ロータコアの外周部の強度を確保しつつも、ブリッジ部を跨いだ磁束の短絡を抑制することができる回転電機の永久磁石埋設型回転子、及び回転電機を提供することにある。

上記課題を解決する回転電機の永久磁石埋設型回転子は、ロータコアの周方向に配列された複数の貫通孔が前記ロータコアに設けられるとともに、各貫通孔には、前記ロータコアの周方向において交互に異なる磁極となるように永久磁石がそれぞれ収容され、異なる磁極を構成する隣り合う永久磁石間において、前記ロータコアの外周縁と前記貫通孔の縁部との間で、前記ロータコアの周方向に沿って延びるブリッジ部を有する回転電機の永久磁石埋設型回転子であって、前記ロータコアは、第１コア板と第２コア板とが複数積層されてなり、前記第１コア板は、前記貫通孔を形成する第１貫通孔と、前記ブリッジ部を形成する第１ブリッジ部とを有するとともに、前記第２コア板は、前記貫通孔を形成する第２貫通孔と、前記ブリッジ部を形成する第２ブリッジ部とを有し、前記第１貫通孔における前記第１コア板の外周部側の外縁部は、前記第２貫通孔における前記第２コア板の外周部側の外縁部よりも前記永久磁石側に位置しており、前記第１ブリッジ部における前記第１コア板の外周縁と前記第１貫通孔の縁部との最小距離を第１ブリッジ長とするとともに、前記第２ブリッジ部における前記第２コア板の外周縁と前記第２貫通孔の縁部との最小距離を第２ブリッジ長とし、前記第２ブリッジ長は、前記第１ブリッジ長よりも短く設定されている。

これによれば、第１ブリッジ長と第２ブリッジ長とが同じ場合に比べると、ロータコア全体としてブリッジ部の領域が少なくなるため、ブリッジ部を跨いだ磁束の短絡を抑制することができる。また、第２コア板は、第２ブリッジ長が第１ブリッジ長よりも短く設定されていることから、第１コア板に比べて強度が低下している。しかし、第１貫通孔における第１コア板の外周部側の外縁部が、第２貫通孔における第２コア板の外周部側の外縁部よりも永久磁石側に位置しているため、ロータコアが回転することによる遠心力が永久磁石に作用して、永久磁石がロータコアの外周部側に移動しても、永久磁石は第１貫通孔の外周部側の外縁部と接触する。よって、第１コア板よりも強度が低下している第２コア板には、遠心力による永久磁石からの荷重を受けることが回避されており、第２コア板よりも強度のある第１コア板によって、遠心力による永久磁石からの荷重が受け止められる。したがって、ロータコアの外周部の強度を確保しつつも、ブリッジ部を跨いだ磁束の短絡を抑制することができる。

上記回転電機の永久磁石埋設型回転子において、前記第１貫通孔における前記第１コア板の外周部側の外縁部が、前記ロータコアにおいて、前記第１コア板及び前記第２コア板の積層方向の両側に配置されるように前記第１コア板及び前記第２コア板が積層されていることが好ましい。

これによれば、例えば、第１貫通孔における第１コア板の外周部側の外縁部が、ロータコアにおいて、第１コア板及び第２コア板の積層方向の中央部に配置されるように第１コア板及び第２コア板が積層されている場合に比べると、第１コア板によって、遠心力による永久磁石からの荷重を効率良く受け止めることができる。

上記回転電機の永久磁石埋設型回転子において、前記貫通孔は、前記永久磁石から前記ロータコアの外周縁に向かって延びる空隙を有しており、前記第１貫通孔は、前記空隙を形成する第１空隙を有するとともに、前記第２貫通孔は、前記空隙を形成する第２空隙を有し、前記第２空隙は、前記第１空隙よりも、前記ロータコアの外周縁に向かって延びていることにより、前記第２ブリッジ長が前記第１ブリッジ長よりも短く設定されることが好ましい。

これによれば、例えば、第２コア板の外周縁に切欠部（凹部）を形成することで、第２ブリッジ長を第１ブリッジ長よりも短く設定する場合のように、ロータコアの外周縁が凹凸となってしまうことが無い。よって、ロータコアの回転時に、凹凸が回転の抵抗になってしまうといった問題を回避することができる。

上記回転電機の永久磁石埋設型回転子において、前記第２コア板の積層枚数は、前記第１コア板の積層枚数よりも多いことが好ましい。
これによれば、ロータコア全体としてブリッジ部の領域を少なくすることができる。よって、ブリッジ部を跨いだ磁束の短絡を抑制し易くすることができ、トルクを向上させることができる。

上記課題を解決する回転電機は、ロータコアの周方向に配列された複数の貫通孔が前記ロータコアに設けられるとともに、各貫通孔には、前記ロータコアの周方向において交互に異なる磁極となるように永久磁石がそれぞれ収容され、異なる磁極を構成する隣り合う永久磁石間において、前記ロータコアの外周縁と前記貫通孔の縁部との間で、前記ロータコアの周方向に沿って延びるブリッジ部を有する永久磁石埋設型回転子を備えた回転電機であって、前記永久磁石埋設型回転子は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の永久磁石埋設型回転子である。

この発明によれば、ロータコアの外周部の強度を確保しつつも、ブリッジ部を跨いだ磁束の短絡を抑制することができる。

実施形態における回転電機の平断面図。 回転子の部分拡大側断面図。 （ａ）及び（ｂ）は回転子の部分拡大平断面図。

以下、回転電機の永久磁石埋設型回転子（以下、単に「回転子」と記載する）を具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。本実施形態の回転子は、車両に搭載される。

図１に示すように、回転電機１０を構成する固定子１１は、環状のステータコア１２と、ステータコア１２の内周に複数配列されたティース１３間のスロット１３ｓに施されたコイル１４とからなる。スロット１３ｓは、環状の固定子１１の周方向に等ピッチで配列されている。

回転電機１０を構成する回転子１５は、ロータコア１６と、ロータコア１６内に埋設された複数の永久磁石１７とからなる。各永久磁石１７は平板形状である。ロータコア１６には、支持部１８を間に置いてロータコア１６の周方向に配列された複数の貫通孔１９が設けられている。各貫通孔１９は、ロータコア１６の厚み方向に貫通している。各貫通孔１９には、ロータコア１６の周方向において交互に異なる磁極となるように永久磁石１７がそれぞれ収容されている。ロータコア１６の中心部には軸孔１６ｈが貫設されている。そして、回転子１５は、ロータコア１６の軸孔１６ｈに貫挿される出力軸（図示略）と一体的に回転可能になっている。

また、貫通孔１９は、永久磁石１７からロータコア１６の外縁部に向かって延びる空隙２０を有している。空隙２０は、ロータコア１６において、永久磁石１７と支持部１８との間に形成されている。空隙２０は、フラックスバリア（磁束障壁）として磁石磁束を効果的にトルクに作用させるものである。

ロータコア１６には、異なる磁極を構成する隣り合う永久磁石１７間において、ロータコア１６の外周縁と貫通孔１９の縁部との間で、ロータコア１６の周方向に沿って延びるブリッジ部４０が形成されている。ブリッジ部４０は、各永久磁石１７のロータコア１６の外周縁に最も近い角部（端部）の近くに形成されている。

図２に示すように、ロータコア１６は、磁性体（鋼板）製の第１コア板２１及び第２コア板３１をそれぞれ複数枚積層することで構成されている。
図３（ａ）に示すように、第１コア板２１には、支持部１８を形成する第１支持部２２を間に置いて第１コア板２１の周方向に配列された複数の第１貫通孔２３（図３（ａ）では一つの第１貫通孔２３のみ図示）が設けられている。第１貫通孔２３は、空隙２０を形成する第１空隙２４を有する。第１空隙２４は、第１コア板２１において、永久磁石１７と第１支持部２２との間に形成されている。また、第１コア板２１には、ブリッジ部４０を形成する第１ブリッジ部２５が形成されている。第１ブリッジ部２５は、第１コア板２１の外周縁と第１貫通孔２３の縁部との間で、第１コア板２１の周方向に沿って延びている。

図３（ｂ）に示すように、第２コア板３１には、支持部１８を形成する第２支持部３２を間に置いて第２コア板３１の周方向に配列された複数の第２貫通孔３３（図３（ｂ）では一つの第２貫通孔３３のみ図示）が設けられている。第２貫通孔３３は、空隙２０を形成する第２空隙３４を有する。第２空隙３４は、第２コア板３１において、永久磁石１７と第２支持部３２との間に形成されている。また、第２コア板３１には、ブリッジ部４０を形成する第２ブリッジ部３５が形成されている。第２ブリッジ部３５は、第２コア板３１の外周縁と第２貫通孔３３の縁部との間で、第２コア板３１の周方向に沿って延びている。

図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１貫通孔２３における第１コア板２１の外周部側の外縁部２３１は、第２貫通孔３３における第２コア板３１の外周部側の外縁部３３１よりも永久磁石１７側に位置している。第１貫通孔２３における第１コア板２１の内周部側の内縁部２３２と、第２貫通孔３３における第２コア板３１の内周部側の内縁部３３２とは同一平面上に位置している。第１コア板２１の外周縁と第２コア板３１の外周縁とは同一円周上に位置している。

第２空隙３４は、第１空隙２４よりも、ロータコア１６の外周縁に向かって延びている。そして、第１ブリッジ部２５における第１コア板２１の外周縁と第１貫通孔２３の縁部との最小距離を第１ブリッジ長Ｈ１とするとともに、第２ブリッジ部３５における第２コア板３１の外周縁と第２貫通孔３３の縁部との最小距離を第２ブリッジ長Ｈ２とすると、第２ブリッジ長Ｈ２は、第１ブリッジ長Ｈ１よりも短く設定されている。第１ブリッジ長Ｈ１は、第１コア板２１の外周面の接線Ｆに対して直交する方向に延びるとともに、第１コア板２１の外周縁と第１空隙２４におけるロータコア１６の外周縁に最も近い部位とを結ぶ直線Ｌ１の長さに相当する。また、第２ブリッジ長Ｈ２は、第２コア板３１の外周面の接線Ｆに対して直交する方向に延びるとともに、第２コア板３１の外周縁と第２空隙３４における第２コア板３１の外周縁に最も近い部位とを結ぶ直線Ｌ２の長さに相当する。

図２に示すように、第２コア板３１を複数枚（例えば４枚）積層するとともに、第１コア板２１を複数枚（例えば５枚）積層する。さらに、第２コア板３１を複数枚（例えば２２枚）積層するとともに、第１コア板２１を複数枚（例えば５枚）積層し、最後に、第２コア板３１を複数枚（例えば４枚）積層することでロータコア１６が形成されている。そして、第１貫通孔２３における第１コア板２１の外周部側の外縁部２３１が、ロータコア１６において、第１コア板２１及び第２コア板３１の積層方向の両側に配置されるように、第１コア板２１及び第２コア板３１が積層されている。第２コア板３１の積層枚数は、第１コア板２１の積層枚数よりも多くなっている。このように、第１コア板２１及び第２コア板３１を複数枚積層することにより、第１貫通孔２３及び第２貫通孔３３が重なり合って貫通孔１９が形成されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２ブリッジ長Ｈ２は、第１ブリッジ長Ｈ１よりも短く設定されている。これによれば、第１ブリッジ長Ｈ１と第２ブリッジ長Ｈ２とが同じ場合に比べると、ロータコア１６全体としてブリッジ部４０の領域が少なくなり、ブリッジ部４０を跨いだ磁束の短絡が抑制される。

また、第２コア板３１は、第２ブリッジ長Ｈ２が第１ブリッジ長Ｈ１よりも短く設定されていることから、第１コア板２１に比べて強度が低下している。しかし、第１貫通孔２３における第１コア板２１の外周部側の外縁部２３１が、第２貫通孔３３における第２コア板３１の外周部側の外縁部３３１よりも永久磁石１７側に位置している。このため、ロータコア１６が回転することによる遠心力が永久磁石１７に作用して、永久磁石１７がロータコア１６の外周部側に移動しても、永久磁石１７は第１貫通孔２３の外周部側の外縁部２３１と接触する。よって、第１コア板２１よりも強度が低下している第２コア板３１には、遠心力による永久磁石１７からの荷重を受けることが回避されており、第２コア板３１よりも強度のある第１コア板２１によって、遠心力による永久磁石１７からの荷重が受け止められる。

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）第１貫通孔２３における第１コア板２１の外周部側の外縁部２３１を、第２貫通孔３３における第２コア板３１の外周部側の外縁部３３１よりも永久磁石１７側に位置させた。さらに、第２ブリッジ長Ｈ２は、第１ブリッジ長Ｈ１よりも短く設定されている。これによれば、第１ブリッジ長Ｈ１と第２ブリッジ長Ｈ２とが同じ場合に比べると、ロータコア１６全体としてブリッジ部４０の領域が少なくなるため、ブリッジ部４０を跨いだ磁束の短絡を抑制することができる。さらに、第２コア板３１よりも強度のある第１コア板２１によって、遠心力による永久磁石１７からの荷重が受け止められる。したがって、ロータコア１６の外周部の強度を確保しつつも、ブリッジ部４０を跨いだ磁束の短絡を抑制することができる。

（２）第１貫通孔２３における第１コア板２１の外周部側の外縁部２３１が、ロータコア１６において、第１コア板２１及び第２コア板３１の積層方向の両側に配置されるように第１コア板２１及び第２コア板３１が積層されている。これによれば、例えば、第１貫通孔２３の外縁部２３１が、ロータコア１６において、第１コア板２１及び第２コア板３１の積層方向の中央部に配置されるように第１コア板２１及び第２コア板３１が積層されている場合に比べると、第１コア板２１によって、遠心力による永久磁石１７からの荷重を効率良く受け止めることができる。

（３）第２空隙３４は、第１空隙２４よりも、ロータコア１６の外周縁に向かって延びていることにより、第２ブリッジ長Ｈ２が第１ブリッジ長Ｈ１よりも短く設定されている。これによれば、例えば、第２コア板３１の外周縁に切欠部（凹部）を形成することで、第２ブリッジ長Ｈ２を第１ブリッジ長Ｈ１よりも短く設定する場合のように、ロータコア１６の外周縁が凹凸となってしまうことが無い。よって、ロータコア１６の回転時に、凹凸が回転の抵抗になってしまうといった問題を回避することができる。

（４）第２コア板３１の積層枚数を、第１コア板２１の積層枚数よりも多くした。これによれば、ロータコア１６全体としてブリッジ部４０の領域を少なくすることができる。よって、ブリッジ部４０を跨いだ磁束の短絡を抑制し易くすることができ、トルクを向上させることができる。

（５）複数の第１コア板２１は、第１コア板２１及び第２コア板３１の積層方向において、第２コア板３１によって挟まれているため、複数の第１コア板２１における積層方向の結合を強固なものとすることでき、遠心力による永久磁石１７からの荷重を受け止めるための強度を確保することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、第１コア板２１及び第２コア板３１の積層枚数は、特に限定されるものではない。例えば、第１コア板２１の積層枚数を、第２コア板３１の積層枚数よりも多くすることで、遠心力による永久磁石１７からの荷重を受け止めるための強度を確保することができる。

○ 実施形態において、複数の第１コア板２１が、第１コア板２１及び第２コア板３１の積層方向において、第２コア板３１によって挟まれていなくてもよく、第１コア板２１が、第１コア板２１及び第２コア板３１の積層方向の両端に配置されていてもよい。

○ 実施形態において、第１コア板２１が、第１コア板２１及び第２コア板３１の積層方向において、中央部に配置されていてもよい。
○ 実施形態において、例えば、第２コア板３１の外周縁に切欠部（凹部）を形成することで、第２ブリッジ長Ｈ２を第１ブリッジ長Ｈ１よりも短く設定してもよい。

○ 実施形態において、各永久磁石１７を二分割して、二分割した永久磁石１７の間に支持部がさらに形成された構成としてもよい。

１０…回転電機、１５…回転子（永久磁石埋設型回転子）、１６…ロータコア、１７…永久磁石、１９…貫通孔、２０…空隙、２１…第１コア板、２３…第１貫通孔、２４…第１空隙、２５…第１ブリッジ部、３１…第２コア板、３３…第２貫通孔、３４…第２空隙、３５…第２ブリッジ部、４０…ブリッジ部、２３１，３３１…外縁部。

Claims (5)

1. ロータコアの周方向に配列された複数の貫通孔が前記ロータコアに設けられるとともに、各貫通孔には、前記ロータコアの周方向において交互に異なる磁極となるように永久磁石がそれぞれ収容され、異なる磁極を構成する隣り合う永久磁石間において、前記ロータコアの外周縁と前記貫通孔の縁部との間で、前記ロータコアの周方向に沿って延びるブリッジ部を有する回転電機の永久磁石埋設型回転子であって、
   前記ロータコアは、第１コア板と第２コア板とが複数積層されてなり、
   前記第１コア板は、前記貫通孔を形成する第１貫通孔と、前記ブリッジ部を形成する第１ブリッジ部とを有するとともに、前記第２コア板は、前記貫通孔を形成する第２貫通孔と、前記ブリッジ部を形成する第２ブリッジ部とを有し、
   前記第１貫通孔における前記第１コア板の外周部側の外縁部は、前記第２貫通孔における前記第２コア板の外周部側の外縁部よりも前記永久磁石側に位置しており、
   前記第１ブリッジ部における前記第１コア板の外周縁と前記第１貫通孔の縁部との最小距離を第１ブリッジ長とするとともに、前記第２ブリッジ部における前記第２コア板の外周縁と前記第２貫通孔の縁部との最小距離を第２ブリッジ長とし、
   前記第２ブリッジ長は、前記第１ブリッジ長よりも短く設定されていることを特徴とする回転電機の永久磁石埋設型回転子。
2. 前記第１貫通孔における前記第１コア板の外周部側の外縁部が、前記ロータコアにおいて、前記第１コア板及び前記第２コア板の積層方向の両側に配置されるように前記第１コア板及び前記第２コア板が積層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永久磁石埋設型回転子。
3. 前記貫通孔は、前記永久磁石から前記ロータコアの外周縁に向かって延びる空隙を有しており、
   前記第１貫通孔は、前記空隙を形成する第１空隙を有するとともに、前記第２貫通孔は、前記空隙を形成する第２空隙を有し、
   前記第２空隙は、前記第１空隙よりも、前記ロータコアの外周縁に向かって延びていることにより、前記第２ブリッジ長が前記第１ブリッジ長よりも短く設定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転電機の永久磁石埋設型回転子。
4. 前記第２コア板の積層枚数は、前記第１コア板の積層枚数よりも多いことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の回転電機の永久磁石埋設型回転子。
5. ロータコアの周方向に配列された複数の貫通孔が前記ロータコアに設けられるとともに、各貫通孔には、前記ロータコアの周方向において交互に異なる磁極となるように永久磁石がそれぞれ収容され、異なる磁極を構成する隣り合う永久磁石間において、前記ロータコアの外周縁と前記貫通孔の縁部との間で、前記ロータコアの周方向に沿って延びるブリッジ部を有する永久磁石埋設型回転子を備えた回転電機であって、
   前記永久磁石埋設型回転子は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の永久磁石埋設型回転子であることを特徴とする回転電機。