(57)【要約】【課題】大型化を抑えつつ、高回転時に逆起電圧の発生を抑制することが可能な電動機のロータを提供すること。【解決手段】ロータコア１１と、ロータコア１１の軸線方向に貫通してロータコア１１に埋設された永久磁石１３と、ロータコア１１の少なくとも一方の軸線方向端面に対向し、永久磁石１３に対応させて設けられ、第１位置と、第１位置よりもロータコア１１の径方向外側であって永久磁石１３の軸線方向端面を覆う第２位置との間にて、ロータコア１１の径方向に移動可能な磁束短絡板１５と、磁束短絡板１５をロータコア１１の径方向内側に向かって付勢する弾性体と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータコアと、
前記ロータコアの軸線方向に貫通して該ロータコアに埋設された永久磁石と、
前記ロータコアの少なくとも一方の軸線方向端面に対向し、前記永久磁石に対応させて設けられ、第１位置と、該第１位置よりも該ロータコアの径方向外側であって該永久磁石の軸線方向端面を覆う第２位置との間にて、該ロータコアの径方向に移動可能な磁束短絡板と、
前記磁束短絡板を前記ロータコアの径方向内側に向かって付勢する弾性体と、
を備えたことを特徴とする電動機のロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機のロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、永久磁石が埋設されたロータコアの軸線方向両端部に、永久磁石の磁束の一部を漏洩させるための短絡部材を備えた電動機が開示されている。短絡部材は、ロータコアの軸線方向から見て永久磁石の軸線方向端面と重なる第１位置と、前記第１位置とは異なる第２位置との間にて、駆動モータからの駆動力により遊星歯車機構を介して軸線を中心に回転可能に設けられている。そして、ロータの高回転時には、短絡部材を第１位置に移動させて、永久磁石の磁束の一部を短絡部材に漏洩させることにより、永久磁石からステータコイルへの磁束を弱める弱め界磁制御を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１４３０５５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に開示された技術では、ロータの高回転時に弱め界磁制御を行うことによって、逆起電圧の発生を抑制することが可能である。しかしながら、短絡部材を移動させるために、駆動モータと遊星歯車機構とを設ける必要があるため、大型化を招くといった問題がある。
【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、大型化を抑えつつ、高回転時に逆起電圧の発生を抑制することが可能な電動機のロータ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、本発明に係る電動機のロータは、ロータコアと、前記ロータコアの軸線方向に貫通して該ロータコアに埋設された永久磁石と、前記ロータコアの少なくとも一方の軸線方向端面に対向し、前記永久磁石に対応させて設けられ、第１位置と、該第１位置よりも該ロータコアの径方向外側であって該永久磁石の軸線方向端面を覆う第２位置との間にて、該ロータコアの径方向に移動可能な磁束短絡板と、前記磁束短絡板を前記ロータコアの径方向内側に向かって付勢する弾性体と、を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る電動機のロータにおいては、ロータの高回転時に、磁束短絡板が遠心力により弾性体の付勢力に抗して、第１位置よりもロータコアの径方向外側の第２位置に移動し、永久磁石の磁束の一部を磁束短絡板に漏洩させて、弱め界磁制御を行うことが可能となる。よって、本発明に係る電動機のロータは、大型化を抑えつつ、高回転時に逆起電圧の発生を抑制することが可能であるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態に係るロータの概略構成を示す断面図である。
【図２】図２は、ロータを軸線方向から見た図である。
【図３】図３は、低回転時のロータの断面図である。
【図４】図４は、低回転時のロータを軸線方向から見た図である。
【図５】図５は、高回転時のロータの断面図である。
【図６】図６は、高回転時のロータを軸線方向から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明に係る電動機のロータの一実施形態について説明する。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。
【００１０】
図１は、実施形態に係るロータ１の概略構成を示す断面図である。図２は、ロータ１を軸線方向から見た図である。図１及び図２に示すように、実施形態に係るロータ１は、ロータコア１１、永久磁石１３、仕切り板１４、磁束短絡板１５、及び、圧縮コイルばね１６などを備えている。ロータコア１１は、複数の電磁鋼板を軸線方向に積層して構成されており、シャフト１２と共に回転可能にシャフト１２に固設されている。永久磁石１３は、図１に示すように、ロータコア１１の内部に軸線方向に貫通して複数埋設されている。また、永久磁石１３は、図２に示すように、ロータコア１１の周方向に一定間隔をあけて複数設けられている。なお、永久磁石１３は、図２に示すように、ロータ１を軸線方向から見たときに、ロータコア１１の内径側に凸となるＶ字状に配置された、第１磁石１３ａと第２磁石１３ｂとによって構成されている。
【００１１】
仕切り板１４は、シャフト１２と共に回転可能にシャフト１２に固設されており、ロータコア１１の軸線方向両端にそれぞれ対向して一対設けられている。仕切り板１４には、ロータコア１１に埋設された複数の永久磁石１３に対応した位置に、複数の開口部１４１が形成されている。開口部１４１内には、ロータコア１１の軸線方向端面に対向し、永久磁石１３に対応させて設けられた、磁性材からなる磁束短絡板１５が配置されている。なお、磁束短絡板１５は、ロータコア１１及び永久磁石１３と接触していない。磁束短絡板１５は、開口部１４１内にて、ロータコア１１の軸線方向と直交する方向であるロータコア１１の径方向に移動可能であり、弾性体である圧縮コイルばね１６によって径方向内側に付勢されている。このため、少なくともロータ１の回転が停止している状態では、磁束短絡板１５が、図１及び図２に示すように、開口部１４１の径方向内側面に当接した、開口部１４１内での最も径方向内側の位置である第１位置に位置している。
【００１２】
実施形態に係るロータ１は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車などの車両に搭載される、インバータを介して直流電源からの直流電圧により駆動される電動機であるモータに設けられる。なお、前記モータにおいては、ロータコア１１の径方向外方に、内周部にステータコイルが巻き回された筒状のステータコアが、所定のギャップを隔てて配置される。そして、実施形態に係るロータ１を備えた前記モータでは、ロータ１の低回転時と高回転時とにおいて磁束短絡板１５の挙動が異なる。
【００１３】
図３は、低回転時のロータ１の断面図である。なお、図３は、シャフト１２の軸線を境にロータ１を半分だけ示している。図４は、低回転時のロータ１を軸線方向から見た図である。ロータ１の低回転時には、磁束短絡板１５に作用する遠心力が、磁束短絡板１５を径方向内側に付勢する圧縮コイルばね１６の付勢力よりも小さい。そのため、磁束短絡板１５は、図３及び図４に示すように、開口部１４１内にて前記第１位置に位置している。この際、磁束短絡板１５が、永久磁石１３の軸線方向端面を殆どまたは全く覆わない状態である。そのため、永久磁石１３の磁束は、図３中に矢印Ａで示すように、永久磁石１３の軸線方向全域にわたってロータコア１１よりも径方向外側に向かい、磁束短絡板１５には漏洩しない。
【００１４】
図５は、高回転時のロータ１の断面図である。なお、図５は、シャフト１２の軸線を境にロータ１を半分だけ示している。図６は、高回転時のロータ１を軸線方向から見た図である。ロータ１の高回転時には、磁束短絡板１５に作用する遠心力が、磁束短絡板１５を径方向内側に付勢する圧縮コイルばね１６の付勢力よりも大きくなる。そのため、磁束短絡板１５は、圧縮コイルばね１６の付勢力に抗して、開口部１４１内を前記第１位置から径方向外側の第２位置に向かって移動する。そして、図５及び図６に示すように、磁束短絡板１５が前記第２位置に位置することによって、ロータ１を軸線方向から見て、永久磁石１３の軸線方向端面の全部または大部分が、磁束短絡板１５に覆われた状態になる。この状態では、永久磁石１３の軸線方向中央側の磁束は、図５中に矢印Ａで示すように、ロータコア１１よりも径方向外側に向かうが、永久磁石１３の軸線方向両端側の磁束は、図５及び図６中に矢印Ｂで示すように、磁束短絡板１５へ漏洩する。よって、ロータ１の高回転時には、ロータ１の低回転時に比べてロータコア１１よりも径方向外側に向かう磁束が少なくなる。その結果、永久磁石１３から前記ステータコイルへの磁束を弱めて、逆起電圧の発生を抑制することができる。
【００１５】
したがって、実施形態に係るロータ１を備えた前記モータを搭載した前記車両においては、ロータ１の高回転時に弱め界磁制御を実施して逆起電圧の発生を抑制できるため、前記逆起電圧による前記インバータの破損を抑制することができる。また、実施形態１に係るロータ１を備えた前記モータでは、弱め界磁制御にて、ロータ１に設けられる界磁コイルに流す弱め界磁電流が不要であり、前記弱め界磁電流を流す場合よりも、モータ出力やモータ効率を向上させることができる。なお、実施形態１に係るロータ１を備えた前記モータでは、ロータ１の高回転時に低回転時に比べて磁束は弱まるが、逆起電圧が発生する場合よりもモータ効率を向上させることができ、無負荷状態では特に効果がある。
【００１６】
また、実施形態に係るロータ１においては、仕切り板１４に形成した開口部１４１内にて、ロータコア１１の軸線方向端面に沿って磁束短絡板１５を径方向に移動させる。そのため、実施形態１に係るロータ１では、磁束短絡板１５を軸線方向に移動させる場合よりも、ロータコア１１の軸線方向端面近傍のスペースを有効に利用することができ、スペース効率を高めることができる。
【００１７】
また、磁束短絡板１５は、磁束短絡板１５に作用する遠心力と、圧縮コイルばね１６の付勢力との力関係によって、前記第１位置と前記第２位置との間を移動するため、電気や油圧によって駆動するアクチュエータを別途で設ける必要がない。よって、前記アクチュエータを設ける場合よりも、ロータ１ひいては前記モータの大型化を抑制することができる。
【００１８】
なお、実施形態に係るロータ１においては、仕切り板１４や磁束短絡板１５などを、ロータコア１１の軸線方向両端面に対向させて設けているが、ロータコア１１の少なくとも一方の軸線方向端面に対向させて設ければよい。
【００１９】
また、実施形態に係るロータ１においては、圧縮コイルばね１６に替えて、仕切り板１４の開口部１４１内における磁束短絡板１５よりも径方向内側に、磁束短絡板１５を径方向内側に引っ張る引っ張りコイルばねを設けてもよい。そして、ロータ１の高回転時には、磁束短絡板１５に作用する遠心力が、引っ張りコイルばねの磁束短絡板１５を径方向内側に引っ張る力よりも大きくなり、磁束短絡板１５を前記第２位置に移動させて、永久磁石１３の磁束の一部を磁束短絡板１５に漏洩させる。
【符号の説明】
【００２０】
１  ロータ
１１  ロータコア
１２  シャフト
１３  永久磁石
１３ａ  第１磁石
１３ｂ  第２磁石
１４  仕切り板
１５  磁束短絡板
１６  圧縮コイルばね
１４１  開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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