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公開番号2021103928
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210715
出願番号2019234808
出願日20191225
発明の名称回転電機
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人特許業務法人酒井国際特許事務所
主分類H02K 21/14 20060101AFI20210618BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】界磁コイルに通電して界磁磁束を発生させても効率の低下を抑制することができる回転電機を提供すること。
【解決手段】回転軸部材と、複数の軟磁性板を積層したロータコア及び複数の永久磁石を有するロータと、複数の軟磁性板を積層したステータコア及びステータコイルを有するステータと、軸線方向に対してロータ及びステータコアの外側に配置された界磁コイルと、を備えた回転電機であって、ロータ端部は、ロータ中央部よりも少ない数の永久磁石が設けられている、または、永久磁石が設けられておらず、ロータ中央部において、一方の磁極では磁石磁束と界磁磁束との径方向の向きが同じであり、他方の磁極では磁石磁束と界磁磁束との径方向の向きが反対であり、ロータ端部は、周方向にて一方の磁極に対応する位置での径方向における磁気抵抗が、周方向にて他方の磁極に対応する位置での径方向における磁気抵抗よりも小さい。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項1】
軸線を中心に回転可能な回転軸部材と、
前記回転軸部材に固定されており、複数の軟磁性板を前記回転軸部材の軸線方向に積層して円環状に形成されたロータコアを有し、前記ロータコアの周方向に複数の永久磁石を設けてN極の磁極とS極の磁極とが交互に形成されたロータと、
前記ロータに対して、前記回転軸部材の軸線方向と直交する方向である径方向に間隔をあけて配置されており、複数の軟磁性板を前記軸線方向に積層して円環状に形成されたステータコアを有し、前記ステータコアにステータコイルが設けられたステータと、
前記軸線方向に対して前記ロータ及び前記ステータコアの外側に配置され、通電することにより前記ロータコアと前記ステータコアとの間に界磁磁束を発生させる界磁コイルと、
を備えた回転電機であって、
前記ロータにおける前記軸線方向の前記界磁コイル側の端部であるロータ端部には、前記ロータにおける前記軸線方向の中央部であるロータ中央部よりも少ない数の前記永久磁石が設けられている、または、前記永久磁石が設けられておらず、
前記ロータ中央部において、前記N極の磁極と前記S極の磁極とのうち、一方の磁極では、前記永久磁石によって発生する磁石磁束の前記径方向の向きが、前記ロータコアと前記ステータコアとの間での前記界磁磁束の前記径方向の向きと同じであり、他方の磁極では、前記磁石磁束の前記径方向の向きが、前記ロータコアと前記ステータコアとの間での前記界磁磁束の前記径方向の向きと反対であり、
前記ロータ端部では、前記周方向にて前記ロータ中央部の前記一方の磁極に対応する位置での前記径方向における磁気抵抗が、前記周方向にて前記ロータ中央部の前記他方の磁極に対応する位置での径方向における磁気抵抗よりも小さいことを特徴とする回転電機。
続きを表示(約 1,100 文字)【請求項2】
前記ロータ中央部は、前記一方の磁極と前記他方の磁極とにそれぞれ前記永久磁石が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。
【請求項3】
前記ロータ中央部は、前記一方の磁極に前記永久磁石が設けられておらず、前記他方の磁極に前記永久磁石が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。
【請求項4】
前記ロータ端部における前記ロータコアは、前記周方向にて前記ロータ中央部の前記一方の磁極に対応する位置と、前記周方向にて前記ロータ中央部の前記他方の磁極に対応する位置とに、前記径方向への前記界磁磁束の流れやすさに違いがある形状であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の回転電機。
【請求項5】
前記ロータ端部には、前記永久磁石が設けられておらず、
前記ロータ端部における前記ロータコアには、前記周方向にて前記ロータ中央部の前記他方の磁極に対応する位置の外周部に、前記径方向の外側から内側に向かって凹状に切り欠かれた切り欠き部が設けられていることを特徴とする請求項4に記載の回転電機。
【請求項6】
前記ロータ端部には、前記永久磁石が設けられておらず、
前記ロータ端部における前記ロータコアには、前記周方向にて前記ロータ中央部の前記他方の磁極に対応する位置に空隙部が設けられていることを特徴とする請求項4に記載の回転電機。
【請求項7】
前記空隙部は、前記径方向の外側から内側に向かって凹状の円弧をなしたスリットであり、
前記ロータ端部における前記ロータコアには、複数の前記スリットが、前記径方向にて離間して設けられていることを特徴とする請求項6に記載の回転電機。
【請求項8】
前記ロータ端部は、前記周方向にて前記ロータ中央部の前記他方の磁極に対応する位置に前記永久磁石が設けられており、前記周方向にて前記ロータ中央部の前記一方の磁極に対応する位置には前記永久磁石が設けられていないことを特徴とする請求項1または2に記載の回転電機。
【請求項9】
前記界磁磁束は、前記径方向にて前記ステータコアから前記ロータコアに向かって流れており、
前記一方の磁極は前記S極の磁極であり、前記他方の磁極は前記N極の磁極であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の回転電機。
【請求項10】
前記ロータ及び前記ステータの前記軸線方向の外側に界磁ヨークを設けており、
前記界磁コイルは、前記界磁ヨークに巻き回されて配置されていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の回転電機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、回転電機に関する。
続きを表示(約 5,900 文字)【背景技術】
【0002】
特許文献1には、シャフトに設けられ、複数の永久磁石が埋設された円環状のロータコアを有するロータと、ロータコアに対して径方向に間隔をあけて配置された円環状のステータコア及びステータコイルを有するステータと、ロータ及びステータの軸線方向の外側に配置された界磁ヨークと、界磁ヨークに設けられ、界磁ヨークとロータコアとステータコアとの間を流れる界磁磁束を発生させる界磁コイルと、を備えた回転電機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2008−043099号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に開示された回転電機では、界磁コイルに通電して界磁磁束を発生させたときに、永久磁石によって発生させた磁石磁束の一部と界磁磁束の一部とが干渉して、ロータとステータとの間での磁石磁束及び界磁磁束が減少し、回転電機の効率が低下するおそれがある。
【0005】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、界磁コイルに通電して界磁磁束を発生させても効率の低下を抑制することができる回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る回転電機は、軸線を中心に回転可能な回転軸部材と、前記回転軸部材に固定されており、複数の軟磁性板を前記回転軸部材の軸線方向に積層して円環状に形成されたロータコアを有し、前記ロータコアの周方向に複数の永久磁石を設けてN極の磁極とS極の磁極とが交互に形成されたロータと、前記ロータに対して、前記回転軸部材の軸線方向と直交する方向である径方向に間隔をあけて配置されており、複数の軟磁性板を前記軸線方向に積層して円環状に形成されたステータコアを有し、前記ステータコアにステータコイルが設けられたステータと、前記軸線方向に対して前記ロータ及び前記ステータコアの外側に配置され、通電することにより前記ロータコアと前記ステータコアとの間に界磁磁束を発生させる界磁コイルと、を備えた回転電機であって、前記ロータにおける前記軸線方向の前記界磁コイル側の端部であるロータ端部には、前記ロータにおける前記軸線方向の中央部であるロータ中央部よりも少ない数の前記永久磁石が設けられている、または、前記永久磁石が設けられておらず、前記ロータ中央部において、前記N極の磁極と前記S極の磁極とのうち、一方の磁極では、前記永久磁石によって発生する磁石磁束の前記径方向の向きが、前記ロータコアと前記ステータコアとの間での前記界磁磁束の前記径方向の向きと同じであり、他方の磁極では、前記磁石磁束の前記径方向の向きが、前記ロータコアと前記ステータコアとの間での前記界磁磁束の前記径方向の向きと反対であり、前記ロータ端部では、前記周方向にて前記ロータ中央部の前記一方の磁極に対応する位置での前記径方向における磁気抵抗が、前記周方向にて前記ロータ中央部の前記他方の磁極に対応する位置での径方向における磁気抵抗よりも小さいことを特徴とするものである。
【0007】
これにより、本発明に係る回転電機においては、ロータコア及びステータコアが、それぞれ複数の軟磁性板を前記軸線方向に積層して形成されているため、ロータコア及びステータコアのそれぞれの前記軸線方向の磁気抵抗が、前記径方向の磁気抵抗よりも大きい。よって、ロータコア及びステータコアでは、前記軸線方向よりも前記径方向に界磁磁束が流れやすい。そのため、ロータにおける前記軸線方向の界磁コイル側の端部であるロータ端部には、ロータ中央部よりも多くの界磁磁束が流れる。そして、ロータ端部は、ロータ中央部よりも少ない数の永久磁石が設けられている、または、永久磁石が設けられていないため、ロータ端部の界磁磁束が、磁石磁束と干渉し難くなり、ロータ端部の界磁磁束が磁石磁束と打ち消し合って減少することを抑制できる。また、ロータ端部では、磁石磁束と界磁磁束との径方向の向きが同じであるロータ中央部の一方の磁極に対応する位置の磁気抵抗が、磁石磁束と界磁磁束との径方向の向きが反対であるロータ中央部の他方の磁極に対する位置の磁気抵抗よりも小さい。そのため、ロータ端部では、前記一方の磁極に対応する位置のほうが、前記他方の磁極に対応する位置よりも界磁磁束が流れやすくなる。これにより、ロータ中央部の前記一方の磁極における磁石磁束の一部が、ロータ端部の界磁磁束と干渉し難くなり、前記磁石磁束の一部が界磁磁束と打ち消し合って減少することを抑制できる。よって、本発明に係る回転電機では、界磁コイルに通電して界磁磁束を発生させても、ロータとステータとの間での磁石磁束及び界磁磁束が減少して、回転電機の効率が低下することを抑制できる。
【0008】
また、上記において、前記ロータ中央部は、前記一方の磁極と前記他方の磁極とにそれぞれ前記永久磁石が設けられていてもよい。
【0009】
これにより、ロータ中央部の永久磁石によって発生する磁石磁束を多くすることができる。
【0010】
また、上記において、前記ロータ中央部は、前記一方の磁極に前記永久磁石が設けられておらず、前記他方の磁極に前記永久磁石が設けられていてもよい。
【0011】
これにより、ロータ中央部における永久磁石の数を減らすことができ、低コスト化を図ることができる。
【0012】
また、上記において、前記ロータ端部における前記ロータコアは、前記周方向にて前記ロータ中央部の前記一方の磁極に対応する位置と、前記周方向にて前記ロータ中央部の前記他方の磁極に対応する位置とに、前記径方向への前記界磁磁束の流れやすさに違いがある形状であるようにしてもよい。
【0013】
これにより、ロータ端部におけるロータコアの形状によって、ロータ端部の前記他方の磁極に対応する位置よりも、ロータ端部の前記一方の磁極に対応する位置にて、界磁磁束を流れやすくし、ロータ端部の界磁磁束と、ロータ中央部の磁石磁束の一部とを、干渉し難くすることができる。
【0014】
また、上記において、前記ロータ端部には、前記永久磁石が設けられておらず、前記ロータ端部における前記ロータコアには、前記周方向にて前記ロータ中央部の前記他方の磁極に対応する位置の外周部に、前記径方向の外側から内側に向かって凹状に切り欠かれた切り欠き部が設けられていてもよい。
【0015】
これにより、ロータ端部の界磁磁束と、ロータ中央部の磁石磁束の一部とを、干渉し難くすることができる。
【0016】
また、上記において、前記ロータ端部には、前記永久磁石が設けられておらず、前記ロータ端部における前記ロータコアには、前記周方向にて前記ロータ中央部の前記他方の磁極に対応する位置に空隙部が設けられていてもよい。
【0017】
これにより、ロータ端部の界磁磁束と、ロータ中央部の磁石磁束の一部とを、干渉し難くすることができる。
【0018】
また、上記において、前記空隙部は、前記径方向の外側から内側に向かって凹状の円弧をなしたスリットであり、前記ロータ端部における前記ロータコアには、複数の前記スリットが、前記径方向にて離間して設けられていてもよい。
【0019】
これにより、ロータ端部におけるロータコアに設けられた複数のスリットよって、径方向に界磁磁束を流れ難くしつつ、前記ロータコアの複数のスリット間に、ステータからの三相磁束を流しやすくすることができる。よって、界磁磁束と三相磁束とを干渉し難くし、三相磁束によって生じる回転磁界によってロータ端部に回転トルクを生じさせることができる。
【0020】
また、上記において、前記ロータ端部は、前記周方向にて前記ロータ中央部の前記他方の磁極に対応する位置に前記永久磁石が設けられており、前記周方向にて前記ロータ中央部の前記一方の磁極に対応する位置には前記永久磁石が設けられていないようにしてもよい。
【0021】
これにより、ロータ端部において界磁磁束が磁石磁束と干渉し難くなるとともに、ロータ端部に磁石磁束による回転トルクを生じさせることができる。
【0022】
また、上記において、前記界磁磁束は、前記径方向にて前記ステータコアから前記ロータコアに向かって流れており、前記一方の磁極は前記S極の磁極であり、前記他方の磁極は前記N極の磁極であるようにしてもよい。
【0023】
これにより、径方向にてステータコアからロータコアに向かって流れる界磁磁束と、前記一方の磁極での磁石磁束の向きとを合わせることができる。
【0024】
また、上記において、前記ロータ及び前記ステータの前記軸線方向の外側に界磁ヨークを設けており、前記界磁コイルは、前記界磁ヨークに巻き回されて配置されているようにしてもよい。
【0025】
これにより、ロータ及びステータの軸線方向の端部と界磁ヨークとの間にて、界磁コイルによって発生させた界磁磁束による磁気回路を形成することができる。
【発明の効果】
【0026】
本発明に係る回転電機においては、ロータコア及びステータコアが、それぞれ複数の軟磁性板を前記軸線方向に積層して形成されているため、ロータコア及びステータコアのそれぞれの前記軸線方向の磁気抵抗が、前記径方向の磁気抵抗よりも大きい。よって、ロータコア及びステータコアでは、前記軸線方向よりも前記径方向に界磁磁束が流れやすい。そのため、ロータにおける前記軸線方向の界磁コイル側の端部であるロータ端部には、ロータ中央部よりも多くの界磁磁束が流れる。そして、ロータ端部は、ロータ中央部よりも少ない数の永久磁石が設けられている、または、永久磁石が設けられていないため、ロータ端部の界磁磁束が、磁石磁束と干渉し難くなり、ロータ端部の界磁磁束が磁石磁束と打ち消し合って減少することを抑制できる。また、ロータ端部では、磁石磁束と界磁磁束との径方向の向きが同じであるロータ中央部の一方の磁極に対応する位置の磁気抵抗が、磁石磁束と界磁磁束との径方向の向きが反対であるロータ中央部の他方の磁極に対する位置の磁気抵抗よりも小さい。そのため、ロータ端部では、前記一方の磁極に対応する位置のほうが、前記他方の磁極に対応する位置よりも界磁磁束が流れやすくなる。これにより、ロータ中央部の前記一方の磁極における磁石磁束の一部が、ロータ端部の界磁磁束と干渉し難くなり、前記磁石磁束の一部が界磁磁束と打ち消し合って減少することを抑制できる。よって、本発明に係る回転電機では、界磁コイルに通電して界磁磁束を発生させても、ロータとステータとの間での磁石磁束及び界磁磁束が減少して、回転電機の効率が低下することを抑制できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0027】
図1は、実施形態1に係る回転電機を軸線方向と直交する方向から見た断面図である。
図2(a)は、実施形態1に係るロータ中央部の図1におけるC1−C1断面図である。図2(b)は、実施形態1に係るロータ端部の図1におけるA1−A1断面図である。
図3は、界磁磁束の流れを示した、実施形態1に係る回転電機を軸線方向と直交する方向から見た断面図である。
図4(a)は、実施形態1に係るロータ中央部の図3におけるC2−C2断面図である。図4(b)は、実施形態1に係るロータ端部の図3におけるA2−A2断面図である。
図5(a)は、実施形態2に係るロータ中央部の図1におけるC1−C1断面図である。図5(b)は、実施形態2に係るロータ端部の図1におけるA1−A1断面図である。
図6(a)は、実施形態2に係るロータ中央部の図3におけるC2−C2断面図である。図6(b)は、実施形態2に係るロータ端部の図3におけるA2−A2断面図である。
図7(a)は、実施形態3に係るロータ中央部の図1におけるC1−C1断面図である。図7(b)は、実施形態3に係るロータ端部の図1におけるA1−A1断面図である。
図8(a)は、実施形態3に係るロータ中央部の図3におけるC2−C2断面図である。図8(b)は、実施形態3に係るロータ端部の図3におけるA2−A2断面図である。
図9(a)は、実施形態4に係るロータ中央部の図1におけるC1−C1断面図である。図9(b)は、実施形態4に係るロータ端部の図1におけるA1−A1断面図である。
図10(a)は、実施形態4に係るロータ中央部の図3におけるC2−C2断面図である。図10(b)は、実施形態4に係るロータ端部の図3におけるA2−A2断面図である。
図11(a)は、実施形態5に係るロータ中央部の図1におけるC1−C1断面図である。図11(b)は、実施形態5に係るロータ端部の図1におけるA1−A1断面図である。
図12(a)は、実施形態5に係るロータ中央部の図3におけるC2−C2断面図である。図12(b)は、実施形態5に係るロータ端部の図3におけるA2−A2断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
(実施形態1)
以下に、本発明に係る回転電機の実施形態1について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。
【0029】
図1は、実施形態1に係る回転電機1を軸線方向D1と直交する方向から見た断面図である。
【0030】
図1に示すように、実施形態1に係る回転電機1は、シャフト2、ロータ3、ステータ4、界磁ヨーク5A、界磁ヨーク5B、界磁コイル6A、及び、界磁コイル6Bなどを備えており、電動機と発電機との少なくとも一方として機能させて用いられる。
(【0031】以降は省略されています)

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