(57)【要約】【課題】  アキシャルギャップ回転電機の強度を保ちつつ、回転子の保持部材で発生する渦電流損を低減することである。また、本発明の回転電機を使用することにより電動車両から排出される環境負荷を軽減することを目的とする。【解決手段】  アキシャルギャップ回転電機の回転子は、永久磁石やロータコアを挿入する挿入孔を有する保持部材を備え、前記挿入孔は磁束の軸方向成分を挿入口に亘って積分した場合、常に０Ｗｂとなるような幅を備える。極数p、スロット数sの構成のアキシャルギャップ回転電機の回転子であって、永久磁石やロータコアを挿入する挿入孔を有する保持部材を備え、前記挿入孔は周方向の幅が機械角で３６０／ｇｃｄ（ｐ／２、ｓ） ［ｄｅｇ］であることを特徴とする。【選択図】図３
2016226133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アキシャルギャップ回転電機の回転子であって、永久磁石やロータコアを挿入する挿入孔を有する保持部材を備え、前記挿入孔は磁束の軸方向成分を挿入口に亘って積分した場合、常に０Ｗｂとなるような幅であることを特徴とする回転子。
【請求項２】
極数p、スロット数sの構成のアキシャルギャップ回転電機の回転子であって、永久磁石やロータコアを挿入する挿入孔を有する保持部材を備え、前記挿入孔は周方向の幅が機械角で３６０／ｇｃｄ（ｐ／２、ｓ） ［ｄｅｇ］であることを特徴とする回転子。
【請求項３】
請求項１乃至請求項２に記載の回転子であって、極数とスロット数の比が２：３であることを特徴とする回転子。
【請求項４】
請求項１乃至請求項２に記載の回転子であって、極数とスロット数の比が４：３であることを特徴とする回転子。
【請求項５】
請求項１乃至請求項２に記載の回転子であって、極数とスロット数の比が８：９であることを特徴とする回転子。
【請求項６】
請求項１乃至請求項２に記載の回転子であって、極数とスロット数の比が１０：９であることを特徴とする回転子。
【請求項７】
請求項１乃至請求項２に記載の回転子であって、極数とスロット数の比が１０：１２であることを特徴とする回転子。
【請求項８】
極数p、固定子が分布巻で巻装される構成のアキシャルギャップ回転電機の回転子であって、永久磁石やロータコアを挿入する挿入孔を有する保持部材を備え、前記挿入孔は周方向の幅が機械角で３６０／（ｐ／２） ［ｄｅｇ］であることを特徴とする回転子。
【請求項９】
請求項８に記載の回転電機の回転子であって、弱め界磁が可能になるようにｄ軸インダクタンスがｑ軸インダクタンスより小さいことを特徴とする回転子。
【請求項１０】
電力を供給するバッテリと、前記供給された電力により駆動トルクを出力する回転電機と、前記駆動トルクを制御する制御装置とを備えた電動駆動システムにおいて、前記回転電機の回転子は、請求項１乃至９記載の回転電機の回転子であることを特徴とする電動駆動システム。
【請求項１１】
電力を供給するバッテリと、前記供給された電力により電力を供給するバッテリと、前記供給された電力により車両を駆動する駆動トルクを出力する回転電機と、前記駆動トルクを制御する制御装置からなる駆動システムを備えた電動車両において、前記駆動システムは、請求項１０記載の駆動システムであることを特徴とする電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子、電動駆動システム、及びこれらを備えた電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の回転電機、例えばハイブリッド電気自動車の駆動用電動機などでは、発進、追い越し等、加速性能が必要となるため、モータには瞬時的な加速トルクが要求される。
また、回生時には回転方向とは逆向きにトルクが発生するような位相で電流を流すことで、バッテリにエネルギを戻している。
自動車用途に用いられる回転電機の場合、瞬時的なトルクを発生させるため、電動機として永久磁石式の回転電機を採用し、大電流を通電し、かつ磁気飽和を発せさせないようロータの磁路を拡げることで高応答な瞬時トルク発生を実現している。更にモータ軸長を薄くするために、アキシャルギャップモータを採用することが望ましい。
【０００３】
しかし、アキシャルギャップモータの回転子は磁石やロータコアが飛散しないようにロータリングとよばれる金属製の保持部材を備える必要があるため、ロータリングで発生する渦電流損が問題になっていた。
【０００４】
この渦電流損を低減するために渦電流の経路を遮断することで対策している例が挙げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−５５５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、アキシャルギャップ回転電機の強度を保ちつつ、回転子の保持部材で発生する渦電流損を低減することである。また、本発明の回転電機を使用することにより電動車両から排出される環境負荷を軽減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の特徴は次のとおりである。
【０００８】
アキシャルギャップ回転電機の回転子であって、永久磁石やロータコアを挿入する挿入孔を有する保持部材を備え、前記挿入孔は磁束の軸方向成分を挿入口に亘って積分した場合、常に０Ｗｂとなるような幅であることを特徴とする回転子である。
【０００９】
請求項２に記載の特徴は次のとおりである。
【００１０】
極数p、スロット数sの構成のアキシャルギャップ回転電機の回転子であって、永久磁石やロータコアを挿入する挿入孔を有する保持部材を備え、前記挿入孔は周方向の幅が機械角で３６０／ｇｃｄ（ｐ／２、ｓ） ［ｄｅｇ］であることを特徴とする回転子である。
【００１１】
請求項３に記載の特徴は極数とスロット数の比が２：３であることである。
【００１２】
請求項４に記載の特徴は極数とスロット数の比が４：３であることである。
【００１３】
請求項５に記載の特徴は極数とスロット数の比が８：９であることである。
【００１４】
請求項６に記載の特徴は極数とスロット数の比が１０：９であることである。
【００１５】
請求項７に記載の特徴は極数とスロット数の比が１０：１２であることである。
【００１６】
請求項８に記載の特徴はつぎのとおりである。
【００１７】
極数p、固定子が分布巻で巻装される構成のアキシャルギャップ回転電機の回転子であって、永久磁石やロータコアを挿入する挿入孔を有する保持部材を備え、前記挿入孔は周方向の幅が機械角で３６０／（ｐ／２） ［ｄｅｇ］であることを特徴とする回転子である。
【００１８】
請求項９に記載の特徴は、請求項８に記載の回転電機であって、弱め界磁が可能になるようにｄ軸インダクタンスがｑ軸インダクタンスより小さいことを特徴とする回転子であることである。
【００１９】
請求項１０に記載の特徴は、電力を供給するバッテリと、前記供給された電力により駆動トルクを出力する回転電機と、前記駆動トルクを制御する制御装置とを備えた電動駆動システムにおいて、前記回転電機は、請求項１乃至９記載の回転電機であることである。
【００２０】
請求項１１に記載の特徴は、電力を供給するバッテリと、前記供給された電力により電力を供給するバッテリと、前記供給された電力により車両を駆動する駆動トルクを出力する回転電機と、前記駆動トルクを制御する制御装置からなる駆動システムを備えた電動車両において、前記駆動システムは、請求項１０記載の駆動システムであることである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、アキシャルギャップ回転電機において、回転子の強度を落とすこと無く、ロータリングで発生する渦電流損低減を図ることができる。またこのアキシャルギャップ回転電機を備えた電動車両においては、電動車両の低燃費化により、環境負荷低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を適用する、２ロータ-１ステータ型のアキシャルギャップ型回転電機の基本構成を示す斜視図。
【図２】本発明を適用する、２ロータ-１ステータ型のアキシャルギャップ型回転電機の基本構成を示す断面図。
【図３】本発明の第１実施例のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造を示す斜視図。
【図４】本発明の第２実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造を示す斜視図。
【図５】本発明の第３実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造を示す斜視図。
【図６】本発明の第４実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造を示す斜視図。
【図７】本発明の第５実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施例を説明する。図１および図２に、本発明を適用する2ロータ-1ステータ型アキシャルギャップ型回転電機の基本構成を示す斜視図および断面図を示す。2ロータ-1ステータ型のアキシャルギャップ型回転電機では、２枚の回転子を有するため、１ロータ型のアキシャルギャップ型回転電機と比較し、より多くの磁石磁束を利用できる。そのため、高効率化・高出力密度化の点で有利である。
【００２４】
＜アキシャルギャップ型回転電機構造＞
図１および図２に示すように、２ロータ-１ステータ型のアキシャルギャップ型回転電機１００は、回転軸６０方向に一対の円板形状の回転子１０を対向するように配置し、一対の回転子１０の間に所定のギャップＧを介して固定子２０を挟み込んだ構造を有している。
【００２５】
＜固定子＞
固定子２０は、周方向に配置される複数のコア２１と、各コアの周囲に巻回されるコイル２２と、コア２１を保持する保持部材３０から構成され、保持部材３０の外周側でハウジング４０へと保持する。コア２１は、渦電流の発生を抑制するために、例えば電磁鋼板やアモルファス箔帯などの磁性薄板の積層体で構成されており、各磁性薄板間は絶縁層で絶縁されている。
【００２６】
＜回転子＞
回転子１０は、ロータコア１２と、磁石１１と、ロータ保持部材１４を有する。磁石１１は、例えば接着や溶接によってバックヨーク１２に接している。
【００２７】
なお、本発明は２ロータ−１ステータ型のアキシャルギャップ型回転電機に限定されるものではないことは言うまでもない。
以後、回転子構造に関する実施例を説明する。
【実施例１】
【００２８】
図３は、第１実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造を示す斜視図である。２ロータ-１ステータ型であるが、簡略のため軸方向上半分だけ図示する。
【００２９】
本実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機の回転子は、ロータコア１２（図示せず）と、磁石１１とロータ保持部材１４で構成される。
【００３０】
以上に示した第１実施例のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造によれば、回転子１０が回転した際、磁石１１に作用する遠心力によって磁石１１が外径側に抜け出ることを抑制し、高強度に磁石１１を保持することが可能となる。
【００３１】
また、第1実施例における回転電機では極数が１６、スロット数が２４の２ｐ：３ｓの系列で構成される。そのため、ロータ保持部材の挿入孔の周方向の幅が機械角で（１）式となる。
（数１）
３６０／ｇｃｄ（１６／２、２４）＝３６０／８＝４５ ［ｄｅｇ］  ・・・（１）
【００３２】
ロータ保持部材に発生する起電力は（２）式で示すことができる。
（数２）
Ｕ＝−ｄΦ／ｄｔ［Ｖ］  ・・・（２）
【００３３】
ここで
Ｕ：発生する起電力
Φ：ロータ保持部材の挿入口に鎖交する磁束数［Ｗｂ］
ｔ：時間［ｓｅｃ］
ロータ保持部材の挿入孔の周方向の幅を上記のとおりにすることで、挿入口を軸方向に鎖交する磁束数の総和が磁極位置に係らず常に０Ｗｂになる。そのため、上式により起電力が０Ｖとなりロータ保持部材に発生する渦電流が発生しない。
【００３４】
また、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂで構成された磁石を用いる場合は磁石に導電性があるため、磁石とロータ保持部材との絶縁を確保することが望ましい。
【実施例２】
【００３５】
図４は、第２実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造を示す斜視図である。
【００３６】
本実施例における回転電機では極数が３２、スロット数が２４の４ｐ：３ｓの系列で構成される。そのため、ロータ保持部材の挿入孔の周方向の幅が機械角で（３）式となる。
（数３）
３６０／ｇｃｄ（３２／２、２４）＝３６０／８＝４５ ［ｄｅｇ］  ・・・（３）
【実施例３】
【００３７】
図５は、第３実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造を示す斜視図である。簡略のためステータのコイルは省略した。
【００３８】
本実施例における回転電機では極数が３２、スロット数が３６の８ｐ：９ｓの系列で構成される。そのため、ロータ保持部材の挿入孔の周方向の幅が機械角で（４）式となる。
（数４）
３６０／ｇｃｄ（３２／２、３６）＝３６０／８＝４５ ［ｄｅｇ］  ・・・（４）
【実施例４】
【００３９】
図６は、第４実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造を示す斜視図である。簡略のためステータは省略した。
【００４０】
本実施例における回転電機では８極１２スロットの２ｐ：３ｓの系列もしくは、分布巻ステータで構成される。そのため、ロータ保持部材の挿入孔の周方向の幅が機械角で（５）式、（６）式となる。
（数５）
３６０／ｇｃｄ（８／２、１２）＝３６０／４＝９０ ［ｄｅｇ］（集中巻の場合）  ・・・（５）
（数６）
３６０／（ｐ／２）＝３６０／４＝９０ ［ｄｅｇ］（分布巻の場合）  ・・・（６）
【００４１】
本実施例では磁石とロータコアが周方向に交互に配置されているため、ｄ軸インダクタンスがｑ軸インダクタンスより小さくなる。そのため、弱め界磁が可能なロータ構造となる。また、ロータコアは磁性薄板の積層体で構成されているが、ロータ保持部材との絶縁を確保することが望ましい。
【００４２】
また、磁石脇にスポーク状保持部材１４ｃが設けられているが、 スポーク状保持部材は必ずしも径方向に配置される必要はない。
【実施例５】
【００４３】
図７は、第５実施例におけるアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造を示す斜視図である。簡略のためステータは省略した。
【００４４】
本実施例における回転電機では実施例４と同じ極数スロット数であるが、スポーク状保持部材１４ｃがロータコア１２を横切るように設けられている。
【００４５】
なお、これらの実施例では表面磁石モータを対象に述べてきたが、ＳＲモータ、シンクロナスリラクタンスモータでもロータ保持部材に発生する起電力が０Ｖになるように設計することで適用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１００：アキシャルギャップ型回転電機 
１０：回転子
１１：磁石
１２：ロータコア
１３：磁性薄板（例えば、電磁鋼板やアモルファス箔）
１４：リング状保持部材
１４ａ：外周側のリング状保持部材
１４ｂ：内周側のリング状保持部材
１４ｃ：外周側と内周側を接続するスポーク状保持部材
２０：固定子
２１：コア
２２：コイル
３０：保持部材
４０：ハウジング
５０：ベアリング
６０：シャフト（回転軸）
【図１】
2016226133.tif 000003
【図２】
2016226133.tif 000004
【図３】
2016226133.tif 000005
【図４】
2016226133.tif 000006
【図５】
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【図６】
2016226133.tif 000008
【図７】
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