特許ウォッチ

公開番号2025012080
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2023114637
出願日2023-07-12
発明の名称回転電機
出願人株式会社日立製作所
代理人弁理士法人開知
主分類H02K 1/276 20220101AFI20250117BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】高出力・高効率を維持しながら、突発短絡に対しても十分な減磁耐力を有する信頼性の高い回転電機を提供する。
【解決手段】回転電機は、ステータと、ステータの内側にギャップを介して同心配置されるロータと、を備え、回転電機の軸方向視において、ロータは、周方向に並ぶ複数の磁極を有し、磁極は、径方向外周側に設けられた第一スロットと、径方向内周側に設けられた第二スロットを有し、第一スロットの辺のうち、第二スロットと対向する第一対向部は、鈍角の屈曲点を3つ以上有するとともに、第二スロットの辺のうち、第一スロットと対向する第二対向部は、第一対向部の屈曲点と同数以上の鈍角の屈曲点を有し、第一スロットに挿入される第一磁石および第二スロットに挿入される第二磁石は、磁極中心線に近づくほどギャップからの距離が遠くなるように配置され、第二磁石は、磁極中心線からの距離が遠くなるほど第二磁石の磁化方向幅が小さくなる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
円筒形のステータと、前記ステータの内側にギャップを介して同心配置されるロータと、を備えた回転電機であって、
前記回転電機の軸方向視において、
前記ロータは、周方向に並ぶ複数の磁極を有し、前記磁極は、径方向外周側に設けられた第一スロットと、径方向内周側に設けられた第二スロットを有し、前記第一スロットと前記第二スロットは、それぞれ磁極中心線に対して線対称に配置され、
前記第一スロットの辺のうち、前記第二スロットと対向する第一対向部は、鈍角の屈曲点を３つ以上有するとともに、前記第二スロットの辺のうち、前記第一スロットと対向する第二対向部は、前記第一対向部の前記屈曲点と同数以上の鈍角の屈曲点を有し、
前記第一スロットに挿入される第一磁石および前記第二スロットに挿入される第二磁石は、前記磁極中心線に近づくほど前記ギャップからの距離が遠くなるように配置され、
前記第二磁石は、前記磁極中心線からの距離が遠くなるほど前記第二磁石の磁化方向幅が小さくなること、を特徴とする回転電機。
続きを表示（約 770 文字）【請求項２】
前記回転電機の軸方向視において、前記第一磁石の磁化方向幅Ｔ１と、前記第二磁石の最も小さな磁化方向幅Ｔ２とが、Ｔ１＞Ｔ２の関係を有すること、を特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記回転電機の軸方向視において、前記第一磁石の磁化方向に対して直交方向の磁石幅Ｗ１と、前記第二磁石のうち磁化方向幅が最も小さな磁石の磁化方向に対して直交方向の磁石幅Ｗ２とが、Ｗ１＜Ｗ２の関係を有すること、を特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記回転電機の軸方向視において、前記第一磁石は、前記磁極中心線からの距離が遠くなるほど前記第一磁石の磁化方向幅が小さくなること、を特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項５】
前記回転電機の軸方向視において、前記第一磁石と前記第二磁石は、それぞれ基本となる形状を備えた１つ以上の単位磁石からなること、を特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項６】
前記回転電機の軸方向視において、前記第一磁石と前記第二磁石の磁化方向幅は、前記第一スロットと前記第二スロットに挿入される前記単位磁石の個数によって決まること、を特徴とする請求項５に記載の回転電機。
【請求項７】
前記回転電機の軸方向視において、前記第一磁石、前記第二磁石の磁化方向に対して直交方向の磁石幅は、前記第一スロットと前記第二スロットに挿入される前記単位磁石の個数によって決まること、を特徴とする請求項５に記載の回転電機。
【請求項８】
前記回転電機の軸方向視において、前記単位磁石の寸法は、前記磁極に含まれる前記単位磁石の個数が最小となるように決定されること、を特徴とする請求項５に記載の回転電機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は鉄道車両、自動車、トラック、バス、建設機械などに搭載される回転電機に関わる。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
モータ（回転電機）を小型・軽量にしながら、高出力・高効率化を図るため、トルクを増加可能な構造が考案されている。特許文献１には、径方向外周側に配置される外側磁石と径方向内周側に配置される内側磁石とによって、２層構造の磁極が形成された回転電機が開示されている。特許文献１に記載の回転電機では、外側磁石と内側磁石と間のコア部の磁化作用を活用することで、磁石トルクに加えてリラクタンストルクの増大を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第７１０７２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
磁石の磁化方向と反対向きの磁界を減磁磁界と呼び、磁化の強さ（以下、保持力）よりも大きな減磁磁界が印加されると、磁石は減磁して本来の磁力を失う。一般的なモータでは、このような減磁磁界に対しても十分な耐力（以下、減磁耐力）を有するように、磁石の保持力や磁化方向幅が設計されている。しかし、モータ駆動中において、モータ巻線の経年劣化等に伴う絶縁性能の低下や、電気配線の断線、インバータ回路の故障などが原因となり突発的な短絡（以下、突発短絡）が引き起こされると、磁石磁束が発生する逆起電力によって短絡電流が発生し、これが甚大な減磁磁界を発生する。従来の２層構造では、このような減磁磁界に対して十分な減磁耐力を確保することが困難であった。
【０００５】
本発明の目的は、高出力・高効率を維持しながら、突発短絡に対しても十分な減磁耐力を有する信頼性の高い回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明には様々な実施形態を含むが、その一例をあげると、本発明の回転電機は、円筒形のステータと、前記ステータの内側にギャップを介して同心配置されるロータと、を備えた回転電機であって、前記回転電機の軸方向視において、前記ロータは、周方向に並ぶ複数の磁極を有し、前記磁極は、径方向外周側に設けられた第一スロットと、径方向内周側に設けられた第二スロットを有し、前記第一スロットと前記第二スロットは、それぞれ磁極中心線に対して線対称に配置され、前記第一スロットの辺のうち、前記第二スロットと対向する第一対向部は、鈍角の屈曲点を３つ以上有するとともに、前記第二スロットの辺のうち、前記第一スロットと対向する第二対向部は、前記第一対向部の前記屈曲点と同数以上の鈍角の屈曲点を有し、前記第一スロットに挿入される第一磁石および前記第二スロットに挿入される第二磁石は、前記磁極中心線に近づくほど前記ギャップからの距離が遠くなるように配置され、前記第二磁石は、前記磁極中心線からの距離が遠くなるほど前記第二磁石の磁化方向幅が小さくなる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高出力・高効率を維持しながら、突発短絡に対しても十分な減磁耐力を有する信頼性の高い回転電機を提供できる。
【０００８】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、本発明の第１の実施例における回転電機（モータ）の全体構造の説明図である。
図２は、本発明の第１の実施例における磁極構造の説明図である。
図３Ａは、本発明の第２の実施例における磁極構造の説明図である。
図３Ｂは、図３Ａの磁石挿入孔１０２、２０２の拡大図であり、各磁石の寸法を示す。
図４は、本発明の第２の実施例における磁石構成の変形例の説明図である。
図５は、本実施形態の比較例における磁極構造の説明図である。
図６Ａは、モータ駆動中における電圧・電流ベクトル図である。
図６Ｂは、突発短絡時における電圧・電流ベクトル図である。
図７Ａは、本実施形態の比較例における磁極構造を示す図であって、第二磁石２２０ａと第二磁石２２０ｂの磁化方向幅が等しい場合の磁路について示す。
図７Ｂは、本実施形態の比較例における磁極構造を示す図であって、第二磁石２２０ａの磁化方向幅が第二磁石２２０ｂの磁化方向幅よりも大きい場合の磁路について示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。以下の説明では、同一の構成要素には同一の記号を付してある。それらの名称および機能は同じであり、重複説明は避ける。また、以下の説明では自動車、トラック、バスなど可変速駆動の永久磁石同期モータを対象としているが、本発明の効果はこれに限定されるものではなく、一定速を含む永久磁石同期機全般に適用可能である。
【実施例】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許