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公開番号2025067124
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-24
出願番号2023176842
出願日2023-10-12
発明の名称回転電機の回転子
出願人株式会社東芝,東芝インフラシステムズ株式会社
代理人弁理士法人スズエ国際特許事務所
主分類H02K 1/276 20220101AFI20250417BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】ブリッジ幅を増加することなく、応力の発生を抑制することが可能な回転電機の回転子を提供する。
【解決手段】回転子14の回転子鉄心24に設けられた少なくとも1層のフラックスバリアFB1は、d軸と交差して延びる磁石装填領域30aと、一対の磁気空隙と、それぞれ磁気空隙に連通した一対の開口32a、32bと、を有する磁石保持スロット30と、d軸の両側に設けられた2本のブリッジ40a、40bと、磁石装填領域内で2本のブリッジの間に配置された第1永久磁石M1と、磁石装填領域内でブリッジと磁気空隙との間にそれぞれ配置された2つの第2永久磁石M2と、を含んでいる。磁石保持スロット、2本のブリッジ、第1永久磁石、第2永久磁石は、d軸に対して左右対称に配置されている。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
中心軸線を中心とする周方向に複数並べて設けられた磁極と、前記磁極に設けられた少なくとも１層のフラックスバリアと、前記フラックスバリアの外周側に位置する第１鉄心部と、前記フラックスバリアの内周側に位置する第２鉄心部と、前記第１鉄心部と前記第２鉄心部とを繋ぐ２本のブリッジと、を有する円筒形状の回転子鉄心と、
前記フラックスバリアに配置された複数の永久磁石と、を備え、
前記中心軸線と前記磁極の前記周方向の中心とを通り径方向に延びる軸をｄ軸とすると、
複数の前記フラックスバリアのうち、少なくとも１層のフラックスバリアは、前記ｄ軸と交差して延びる磁石装填領域と、前記磁石装填領域の両端に連通する一対の磁気空隙と、前記回転子鉄心の外周面に形成されそれぞれ前記磁気空隙に連通した一対の開口と、を有する磁石保持スロットを含み、
前記２本のブリッジは、前記ｄ軸の両側で前記磁石保持スロット内に設けられ、
前記永久磁石は、前記磁石装填領域内で前記２本のブリッジの間に配置された第１永久磁石と、前記磁石装填領域内で前記ブリッジと前記磁気空隙との間にそれぞれ配置された２つの第２永久磁石と、を含み、
前記磁石保持スロット、前記２本のブリッジおよび前記第１永久磁石、前記第２永久磁石は、前記ｄ軸に対して左右対称に配置され、
前記回転子鉄心の半径をＲ、前記周方向における前記第１鉄心部の開角をθ、前記ｄ軸上の前記第１鉄心部の厚さをｙ、前記ブリッジの中心軸と前記ｄ軸との間の距離をｘ、前記磁石装填領域に装填された重量物の質量の合計に対する前記２本のブリッジの間に装填された重量物の質量の割合をα、とした場合、それぞれ以下の式（１）、（２）、（３）を満たしている、
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回転子。
続きを表示（約 990 文字）【請求項２】
前記２本のブリッジは、前記ｄ軸と平行に延びている、請求項１に記載の回転子。
【請求項３】
前記第１永久磁石および前記２つの第２永久磁石は、前記ｄ軸と直交する方向に直線状に並んでいる、請求項１に記載の回転子。
【請求項４】
前記第１永久磁石は、複数個に分割され、分割された各々の第１永久磁石は、前記第２永久磁石とほぼ同一の寸法を有している、請求項１に記載の回転子。
【請求項５】
前記回転子鉄心の少なくとも１つの磁極は、前記１層のフラックスバリアの内周側に設けられた２層目のフラックスバリアを更に有し、
前記２層目のフラックフラックスは、前記ｄ軸と交差して延び前記回転子鉄心の外周面に開口した両端部を有する磁石保持スロットと、１層目の前記フラックスバリアと前記２層目のフラックスバリアとの間に位置する中間鉄心部と前記２層目のフラックスバリアの内周側に位置する前記第２鉄心部とを連結した２本のブリッジと、前記磁石保持スロット内で前記２本のブリッジの間に装填された第1永久磁石と、前記磁石保持スロット内で前記２本のブリッジの両側に配置された２つの第２永久磁石と、を含み、
前記磁石保持スロット、２本のブリッジ、および前記第１永久磁石、第２永久磁石は、前記ｄ軸に対して左右対称に形成および配置され、前記式（１）、（２）、（３）の要件を満たしている、請求項１に記載の回転子。
【請求項６】
複数の前記磁極のうちの全磁極に前記１層のフラックスバリアが設けられている、請求項１に記載の回転子。
【請求項７】
複数の前記磁極のうちの複数の磁極のそれぞれに前記１層のフラックスバリアが設けられ、他の複数の磁極のそれぞれに外周ブリッジを有するフラックスバリアが設けられている、請求項１に記載の回転子。
【請求項８】
前記回転子鉄心は、前記１層のフラックスバリアを構成する磁石保持スロットおよび２本のブリッジが設けられた磁性鋼板を複数枚積層して構成された第１ブロックと、フラックスバリアを構成する磁石保持スロット、２本のブリッジ、および２本の外周ブリッジが設けられた磁性鋼板を複数積層して構成された第２ブロックと、を交互に複数段積層して構成されている、請求項１に記載の回転子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、回転電機の回転子に関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、永久磁石を用いた永久磁石型の回転電機が電車や自動車の電動機あるいは発電機として適用されつつある。通常、永久磁石型の回転電機は、円筒状の固定子と、固定子の内側に回転自在に支持された円柱形状の回転子と、を備えている。回転子は、回転子鉄心と、回転子鉄心内に埋め込まれた複数の永久磁石と、を備えている。
【０００３】
回転子鉄心は、永久磁石が挿入される磁石スロットと、磁石スロットの外周側に位置する外周鉄心部と、磁石スロットの内周側に位置する内周鉄心部と、内周鉄心部と外周鉄心部とを繋ぐブリッジと、を有している。ブリッジは、外周鉄心部および永久磁石に生じる遠心力を支持する役割がある。
回転電機の高回転化に伴い、ブリッジに発生する応力が増大する。そのため、ブリッジに発生する応力を軽減する構造が求められる。ブリッジ幅を増加することでブリッジの強度が向上するが、同時にブリッジに漏れる漏れ磁束が増加し、回転電機の性能低下を招く。従って、ブリッジ幅を増加することなく、遠心力に起因した応力の発生を抑制することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１６－１３０４６号公報
特開２０２０－１４３２２号公報
国際公開第２０１６／１０４４１８号
特表２０１５－５１１１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明の実施形態の課題は、ブリッジ幅を増加することなく、応力の発生を抑制することが可能な回転電機の回転子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、回転電機の回転子は、中心軸線を中心とする周方向に複数並べて設けられた磁極と、前記磁極に設けられた少なくとも１層のフラックスバリアと、前記フラックスバリアの外周側に位置する第１鉄心部と、前記フラックスバリアの内周側に位置する第２鉄心部と、前記第１鉄心部と前記第２鉄心部とを繋ぐ２本のブリッジと、を有する円筒形状の回転子鉄心と、前記フラックスバリアに配置された複数の永久磁石と、を備えている。前記中心軸線と前記磁極の前記周方向の中心とを通り径方向に延びる軸をｄ軸とすると、複数の前記フラックスバリアのうち、少なくとも１層のフラックスバリアは、前記ｄ軸と交差して延びる磁石装填領域と、前記磁石装填領域の両端に連通する一対の磁気空隙と、前記回転子鉄心の外周面に形成されそれぞれ前記磁気空隙に連通した一対の開口と、を有する磁石保持スロットを含み、前記２本のブリッジは、前記ｄ軸の両側で前記磁石保持スロット内に設けられている。前記永久磁石は、前記磁石装填領域内で前記２本のブリッジの間に配置された第１永久磁石と、前記磁石装填領域内で前記ブリッジと前記磁気空隙との間にそれぞれ配置された２つの第２永久磁石と、を含み、前記磁石保持スロット、前記２本のブリッジおよび前記第１永久磁石、前記第２永久磁石は、前記ｄ軸に対して左右対称に配置されている。
前記回転子鉄心の半径をＲ、前記周方向における前記第１鉄心部の開角をθ、前記ｄ軸上の前記第１鉄心部の厚さをｙ、前記ブリッジの中心軸と前記ｄ軸との間の距離をｘ、前記磁石装填領域に装填された重量物の質量の合計に対する前記２本のブリッジの間に装填された重量物の質量の割合をα、とした場合、それぞれ式（１）、（２）、（３）を満たしている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、第１実施形態に係る永久磁石型の回転電機の横断面図。
図２は、前記回転電機の回転子を示す斜視図。
図３は、前記回転子の一部を拡大して示す断面図。
図４は、前記回転子の一部を模式的に示す平面図。
図５は、比較例１に係る回転子および比較例２に係る回転子の一部を模式的に示す平面図。
図６は、比較例３に係る回転子および比較例４に係る回転子の一部を模式的に示す平面図。
図７は、第１変形例に係る回転子の一部を拡大して示す平面図。
図８は、第２変形例に係る回転子の一部を拡大して示す平面図。
図９は、第３変形例に係る回転子の一部を拡大して示す平面図。
図１０は、第２実施形態に係る回転子の平面図。
図１１は、第３実施形態に係る回転子の斜視図。
図１２は、第３実施形態に係る回転子の１ブロックを示す斜視図。
図１３は、第４実施形態に係る回転子の一部を模式的に示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、図面を参照しながら、この発明の実施形態について説明する。なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更であって容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。
【０００９】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る永久磁石型の回転電機の横断面図、図２は、回転子の斜視図である。
図１に示すように、回転電機１０は、例えば、インナーロータ型の回転電機として構成され、図示しない固定枠に支持された環状あるいは円筒状の固定子１２と、固定子１２の内側に中心軸線Ｃ１の回りで回転自在に、かつ固定子１２と同軸的に支持された回転子１４と、を備えている。回転電機１０は、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好適に適用される。
【００１０】
固定子１２は、円筒状の固定子鉄心１６と固定子鉄心１６に巻き付けられた電機子巻線（コイル）１８とを備えている。固定子鉄心１６は、磁性鋼板、例えば、ケイ素鋼などの円環状の電磁鋼板を多数枚、同芯状に積層して構成されている。固定子鉄心１６の内周部には、複数のスロット２０が形成されている。複数のスロット２０は、周方向に等間隔を置いて並んでいる。各スロット２０は、固定子鉄心１６の内周面に開口し、この内周面から放射方向に延出している。また、各スロット２０は、固定子鉄心１６の軸方向の全長に亘って延在している。複数のスロット２０を形成することにより、固定子鉄心１６の内周部は、回転子１４に面する複数（例えば、本実施形態では４８個）のティース２１を構成している。電機子巻線１８は複数のスロット２０に挿通され、各ティース２１に巻き付けられている。電機子巻線１８に電流を流すことにより、固定子１２（ティース２１）に所定の鎖交磁束が形成される。
（【００１１】以降は省略されています）

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