CN116670974A - 旋转电机 - Google Patents

旋转电机 Download PDF

Info

Publication number
CN116670974A
CN116670974A CN202180042112.1A CN202180042112A CN116670974A CN 116670974 A CN116670974 A CN 116670974A CN 202180042112 A CN202180042112 A CN 202180042112A CN 116670974 A CN116670974 A CN 116670974A
Authority
CN
China
Prior art keywords
axis
groove
slot
rotor core
circumferential direction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180042112.1A
Other languages
English (en)
Inventor
佐佐木直哉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp filed Critical Toshiba Corp
Publication of CN116670974A publication Critical patent/CN116670974A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/16—Stator cores with slots for windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/03—Machines characterised by aspects of the air-gap between rotor and stator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

本发明涉及一种旋转电机。在定子铁芯中，在相互异相的电枢绕组所通过的插槽之间对该插槽的开口的边缘进行规定的齿的前端部，具有使内周面的周向的两端缺损而成的一对倒角。在各个磁极中，转子铁芯具有外周面沿着中心轴线凹陷的多个槽，各个槽成为在凸部的两侧沿着旋转方向排列有凹部的波形，并具有在通过磁极的周向的两端的q轴之间相对于d轴配置在旋转方向的前进侧的第1槽部、以及配置在旋转方向的后进侧的第2槽部。第1槽部与第2槽部相对于d轴不对称。

Description

旋转电机
技术领域
本发明的实施方式涉及一种旋转电机。
背景技术
例如，作为汽车、铁道车辆等所搭载的车辆驱动用的旋转电机，存在永久磁铁同步马达(PMSM：Permanent Magnet Synchronous Motor)，将永久磁铁埋入于转子铁芯的IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)的形式较为多见。
IPMSM具备电枢绕组(线圈)卷绕于定子铁芯而成的定子以及相对于该定子旋转自如地设置且在转子铁芯的插槽中埋入永久磁铁而成的转子。在IPMSM中，当在电枢绕组中流动所期望的电流时，电枢绕组产生磁通。通过在该磁通与永久磁铁之间产生磁吸引力、磁反作用力而转子旋转。
在IPMSM这样的旋转电机中，例如根据转子的磁极数与插槽的组合，旋转扭矩、电磁力会出现高次谐波。作为一例，在作为车载马达使用较多的8极48插槽的旋转电机中，产生电角6次、其整数倍的高次谐波的情况不少。这样的高次谐波成为振动、噪声的原因的情况较多，要求适当地抑制这些情况。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6075034号公报
专利文献2：日本专利第5073805号公报
专利文献3：日本特开2013-106496号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明是鉴于该情况而完成的，其目的在于提供一种旋转电机，能够抑制设为目标的动作点的电磁力的高次谐波并降低振动、噪声。
用于解决课题的手段
实施方式的旋转电机具备定子和转子。上述定子具有：圆筒状的定子铁芯，在周向上交替地配置有齿和插槽；以及多相的电枢绕组，通过上述插槽卷绕于上述齿。上述转子设置成以与上述定子铁芯同心的中心轴线为中心旋转自如，上述转子具备：转子铁芯，具有沿着与上述定子铁芯的内周面隔开间隙地对置的外周面排列的多个磁极；以及设置于各个上述磁极的多个永久磁铁。在上述定子铁芯中，对在相互异相的上述电枢绕组所通过的上述插槽之间的上述内周面上的该插槽的开口的边缘进行规定的上述齿的前端部，具有使上述内周面的周向的两端缺损的一对倒角。在与上述中心轴线正交的上述转子铁芯的横截面中，在未设置后述的外周面的槽形状的横截面状态下，将通过上述磁极的周向的端部以及上述中心轴线而沿着放射方向延伸的轴设为q轴，将相对于上述q轴在周向上电分离90度的轴设为d轴。在各个上述磁极中，上述转子铁芯具有上述外周面沿着上述中心轴线凹陷的多个槽，各个上述槽成为在凸部的两侧沿着上述旋转方向排列有凹部的波形，并具有在通过上述磁极的周向的两端的上述q轴之间相对于上述d轴配置在上述旋转方向的前进侧的第1槽部、以及配置在上述旋转方向的后进侧的第2槽部。上述第1槽部与上述第2槽部相对于上述d轴不对称。
附图说明
图1是实施方式的永久磁铁型的旋转电机的截面图。
图2是放大表示图1所示的旋转电机中的定子的定子铁芯以及转子的转子铁芯的各自一部分的截面图。
图3是放大表示图1以及图2所示的槽(第1槽部与第2槽部)的形态的图。
图4是作为定子铁芯的齿的前端部的形态而放大表示图2所示的齿的前端部附近的图。
图5是表示齿的缺损部即一对倒角的周向的长度与电磁力比之间的关系的图。
图6是表示齿的缺损部即一对倒角的面积比例与电磁力比之间的关系的图。
图7是放大表示图1以及图2所示的第1槽部与第2槽部的配置的图。
图8是表示第1槽部的电角(θLP1)与电磁力比之间的关系的图。
图9是表示第1槽部的电角(θLP2)与电磁力比之间的关系的图。
图10是表示第1范围(θLW)与电磁力比之间的关系的图。
图11是表示第2槽部的电角(θRP1)与电磁力比之间的关系的图。
图12是表示第2槽部的电角(θRP2)与电磁力比之间的关系的图。
图13是表示第2范围(θRW)与电磁力比之间的关系的图。
图14是表示第1槽部的两个凹部的深度之差与电磁力比之间的关系的图。
图15是表示第2槽部的两个凹部的深度之差与电磁力比之间的关系的图。
图16A是表示转子铁芯的槽形态与本申请不同的比较例(A)的图。
图16B是表示转子铁芯的槽形态与本申请不同的比较例(B)的图。
图16C是表示转子铁芯的槽形态与本申请不同的比较例(C)的图。
图16D是表示转子铁芯的槽形态与本申请不同的比较例(E)的图。
图17是以将本申请设为0时的比例来表示各比较例的电磁力比的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，对于贯穿实施方式而共通的构成标注相同的符号，并简化或省略重复的说明。此外，各图是用于促进实施方式及其理解的示意图，其形状、尺寸、比等存在与实际装置不同之处，但这些能够参照以下的说明和公知技术而适当地进行设计变更。
图1是实施方式的永久磁铁型的旋转电机的截面图，具体而言是以与该旋转电机的中心轴线正交的平面进行截面的横截面图。旋转电机例如被应用为混合动力汽车(HEV)、电动汽车(EV)中的驱动马达或者发电机。但是，旋转电机的用途并不限定于此，也能够应用于其他用途。
如图1所示，旋转电机10例如构成为内转子型的旋转电机。旋转电机10具备：支承于未图示的固定框的环状或者圆筒状的定子12；以及围绕中心轴线CL旋转自如且与定子12同心状地支承在定子12内侧的转子14。在以下的说明中，将在旋转电机10中转子14旋转时的沿着中心轴线CL的方向设为轴向，将转子14围绕中心轴线CL旋转的方向设为周向。此外，将与轴向以及周向正交的方向设为径向，将在径向上接近中心轴线CL的一侧设为内，将远离的一侧设为外。
定子12具备圆筒状的定子铁芯16以及卷绕于定子铁芯16的电枢绕组(线圈)18。定子铁芯16通过将多张磁性材料例如硅钢等的圆环状的电磁钢板呈同心状层叠而构成。定子铁芯16分别具有多个插槽20和多个齿21。多个插槽20在周向上大致等间隔地排列。各个插槽20分别向定子铁芯16的内周面开口，并从该内周面沿着径向(放射方向)延伸。此外，各个插槽20遍及定子铁芯16的轴向全长连续。通过形成多个插槽20，由此在定子铁芯16的内周部，在周向上相邻的插槽20之间分别形成面向转子14的多个(在本实施方式中作为一例为48个)齿21。换言之，在周向上相邻的齿21之间的各空隙分别构成为插槽20。由此，齿21与插槽20在周向上交替地配置。电枢绕组18通过插槽20卷绕于齿21。电枢绕组18与多相例如U相、V相、W相这三相对应。在本实施方式中，同一相的电枢绕组18分别通过在周向上相邻的两个插槽20，与U相、V相、W相对应的插槽20在周向上依次排列。通过在电枢绕组18中流动电流，由此在定子12、具体地说在齿21中形成规定的交链磁通。
转子14的轴向两端由轴承(省略图示)支承，转子14以中心轴线CL为中心与轴(旋转轴)22一起旋转自如。因而，转子14使外周面与定子12的内周面稍微隔开间隙地对置，而与定子12同心状地配置。在本实施方式中，转子14朝图1中示出的箭头A14所示的方向旋转。
转子14具备转子铁芯24以及永久磁铁26。转子铁芯24成为具有与中心轴线CL同心的内孔25的大致圆筒状。轴22插通以及嵌合于内孔25，且与转子铁芯24同心状地延伸。内孔25是用于供轴22嵌合而将其固定于转子14的孔部。转子铁芯24通过将多张磁性材料例如硅钢等的圆环状的电磁钢板呈同心状层叠而构成，具有多个磁极(在本实施方式中作为一例为8极)。磁极的数量没有特别限定。各个磁极沿着转子铁芯24的外周面24a排列，并与定子铁芯16的内周面16a隔开间隙地对置。各个永久磁铁26设置于转子铁芯24的磁极。
此处，在图1所示那样的与中心轴线CL正交的转子铁芯24的横截面中，如以下那样定义q轴以及d轴。另外，转子铁芯24的横截面是在后述的外周面24a上未设置槽50(第1槽51以及第2槽52)的状态的横截面。q轴是通过转子铁芯24的磁极的周向的端部以及中心轴线CL而沿着径向(放射方向)延伸的轴。d轴是相对于该q轴在周向上电分离90度的轴。此处，将由定子12形成的交链磁通容易流动的方向称作q轴。d轴以及q轴在转子铁芯24的圆周方向上交替且以规定相位设置。转子铁芯24的1个磁极是q轴之间的区域(1/8圆周的圆周角度区域)。因此，转子铁芯24构成为8极(磁极)。1个磁极中的周向中央成为d轴。
如图1所示，在转子铁芯24中，针对每1个磁极埋设有两个永久磁铁26。在转子铁芯24的圆周方向上，在各d轴的两侧形成有与永久磁铁26的形状相对应的形状的磁铁埋入孔(以下，称作埋入孔)34。两个永久磁铁26分别填装以及配置在埋入孔34内。永久磁铁26例如也可以通过粘接剂等固定于转子铁芯24。
各个埋入孔34遍及轴向全长贯通转子铁芯24。埋入孔34具有大致梯形的开口形状，且分别相对于d轴倾斜。在图1所示那样的与中心轴线CL正交的转子铁芯24的横截面中观察的情况下，两个埋入孔34例如呈大致V字状排列配置。即，两个埋入孔34的内周侧端分别与d轴邻接，并隔开少许间隙而相互对置。在转子铁芯24中，在两个埋入孔34的内周侧端之间形成有宽度较窄的磁路狭窄部(桥部)36。两个埋入孔34的外周侧端沿着转子铁芯24的周向从d轴离开，而位于转子铁芯24的外周面24a附近以及q轴附近。由此，埋入孔34的外周侧端隔着q轴而与相邻的磁极的埋入孔34的外周侧端对置。在转子铁芯24中，在各个埋入孔34的外周侧端与转子铁芯24的外周面24a之间形成有宽度较窄的磁路狭窄部(桥部)38。如此，两个埋入孔34被配置成，随着从内周侧端朝向外周侧端而离d轴的距离逐渐扩宽。
永久磁铁26填装于各埋入孔34而埋入到转子铁芯24中。永久磁铁26例如形成为图1所示那样的横截面为矩形状的细长平板状，具有相互平行地对置的第1面(表面)以及第2面(背面)、以及相互对置的一对侧面。永久磁铁26具有与转子铁芯24的轴向全长大致相等的长度。永久磁铁26也可以使在轴向(长边方向)上分割为多个的磁铁组合而构成，在该情况下形成为多个磁铁的合计长度与转子铁芯24的轴向全长大致相等。各个永久磁铁26遍及转子铁芯24的轴向的大致全长埋入。永久磁铁26的磁化方向成为与永久磁铁26的第1面以及第2面正交的方向。
在转子铁芯24中，位于各d轴两侧的两个永久磁铁26、即构成1个磁极的两个永久磁铁26，以磁化方向相同的方式配置。此外，位于各q轴两侧的两个永久磁铁26以磁化方向相反的方式配置。通过如此配置多个永久磁铁26，由此在转子铁芯24的外周部，各d轴上的区域以一个磁极为中心形成，各q轴上的区域以磁极间部为中心形成。在本实施方式中，旋转电机10构成为针对邻接的每1个磁极将永久磁铁26的N极和S极的正反交替地配置的8极(4极对)、48插槽、以分布卷绕进行绕线的永久磁铁埋入型的旋转电机。
如图1所示，转子铁芯24具有多个空隙孔(空洞部)30。空隙孔30遍及轴向全长贯通转子铁芯24。空隙孔30在q轴上位于转子铁芯24的径向的大致中央，且设置在相邻的磁极的两个埋入孔34之间。在图1所示的例子中，空隙孔30成为大致圆形的截面形状。空隙孔30作为使磁通难以通过的磁通壁垒发挥功能，限制定子12的交链磁通的流动、永久磁铁26的磁通的流动。此外，通过形成空隙孔30，能够实现转子铁芯24的轻量化。
如图1以及图2所示，在本实施方式中，定子铁芯16的齿21具有多个倒角40，转子铁芯24具有多个槽50。以下，对这些倒角40以及槽50进行说明。图2是放大表示图1所示的旋转电机10中的定子12的定子铁芯16以及转子14的转子铁芯24的各自一部分的截面图。
倒角40是在齿21的前端部23使内周面的周向两端的一部分缺损而形成的部分，在周向上成对地配置。一对倒角40成为相对于后述的前端部23的周向的最大宽度(W2)的平分线对称的形态。前端部23是对定子铁芯16的内周面16a进行规定的部分，且是在该内周面16a上对插槽20的开口20a的边缘进行规定的部分。在图2所示的例子中，前端部23比通过插槽20而卷绕于齿21的电枢绕组18的内周端部18a向内周侧伸出，并以包围该内周端部18a的方式进行保持。
多个齿21的前端部23中、在相互异相的电枢绕组18所通过的插槽20之间对该插槽20的开口20a的边缘进行规定的齿21的前端部23具有倒角40。与此相对，在相互同相的电枢绕组18所通过的插槽20之间对该插槽20的开口20a的边缘进行规定的齿21的前端部23不具有倒角40。
在图2所示的例子中，齿21a在W相的电枢绕组18w所通过的插槽20w与V相的电枢绕组18v所通过的插槽20v之间，对这些插槽20w、20v的开口20a的边缘进行规定。此外，齿21c在V相的电枢绕组18v所通过的插槽20v与U相的电枢绕组18u所通过的插槽20u之间，对这些插槽20v、20u的开口20a的边缘进行规定。因而，齿21a的前端部23a以及齿21c的前端部23c均具有倒角40。与此相对，齿21b在V相的电枢绕组18v所通过的插槽20v彼此之间，对这些插槽20v、20v的开口20a的边缘进行规定。因而，齿21b的前端部23b不具有倒角40。由此，定子铁芯16为，相对于在周向上大致等间隔地排列的多个齿21，每隔1个齿21地配置。换言之，定子铁芯16按照每1个齿21交替地配置。
槽50是在转子铁芯24的各磁极中、外周面24a沿着中心轴线CL凹陷的部分，遍及转子铁芯24的轴向全长连续。各磁极是在转子铁芯24的周向、即转子14的旋转方向(图1中示出的箭头A14所示的方向，以下称作旋转方向A14)上相邻的两个q轴之间的区域。在本实施方式中，转子14向旋转方向A14所示的一个方向旋转，未假定相反方向的旋转。槽50具有第1槽部51以及第2槽部52。即，转子铁芯24的各磁极中的槽50由第1槽部51和第2槽部52构成。第1槽部51是在各磁极中在通过该磁极的周向两端的q轴之间相对于d轴配置在旋转方向A14的前进侧的槽50。第2槽部52是在各磁极中在通过该磁极的周向两端的q轴之间相对于d轴配置在旋转方向A14的后进侧的槽50。另外，d轴是指在转子铁芯24的各磁极中位于通过该磁极的周向两端的q轴之间的d轴。在图2所示的例子中，配置在旋转方向A14的相当于前进侧的左侧的槽50为第1槽部51，配置在相当于后进侧的右侧的槽50为第2槽部52。
第1槽部51以及第2槽部52成为在凸部53的两侧沿着旋转方向A14、即周向排列有凹部54、55的波形。即，凹部54、凸部53、凹部55在旋转方向A14上连续而分别形成第1槽部51以及第2槽部52的波形。
第1槽部51和第2槽部52相对于d轴成为不对称。在图2所示的例子中，第1槽部51和第2槽部52彼此的波形的形态不同，并且周向的位置不同，由此相对于d轴成为不对称。
图3是放大表示图1以及图2所示的第1槽部51和第2槽部52的形态的图。如图3所示，在第1槽部51中，从两个凹部54、55中的靠近d轴的一方的凹部541到与转子铁芯24的外周面24a相接的外接圆CO的最大距离D541大于从另一方的凹部551到该外接圆CO的最大距离D551。最大距离D541、D551是从凹部541、551的最深部到外接圆CO的距离，且是通过该最深部并与外接圆CO的切线正交的直线上的距离。凸部531配置在外接圆CO的内侧。换言之，凸部531的顶部不与外接圆CO接触。在第2槽部52中，从两个凹部54、55中的靠近d轴的一方的凹部552到外接圆CO的最大距离D552大于从另一方的凹部542到该外接圆CO的最大距离D542。最大距离D552、D542是从凹部552、542的最深部到外接圆CO的距离，且是通过该最深部并与外接圆CO的切线正交的直线上的距离。凸部532配置在外接圆CO的内侧。换言之，凸部532的顶部不与外接圆CO接触。
如此，本实施方式的旋转电机10具有上述倒角40和槽50(第1槽部51以及第2槽部52)。以具有这些倒角40以及槽50的双方的情况为前提，对倒角40以及槽50的最佳形态分别进行说明。
首先，参照图4对齿21的倒角40的最佳形态进行说明。图4是作为齿21的前端部23的形态而放大表示图2所示的齿21b、21c的前端部23b、23c附近的图。齿21c是具有倒角40的齿21的一例，齿21b是不具有倒角40的齿21的一例。另外，具有倒角40的除了齿21c以外的齿21(例如齿21a)的形态与齿21c相同。此外，不具有倒角40的除了齿21b以外的齿21的形态与齿21b相同。
如图4所示，在齿21b、21c中，将该齿21b、21c的周向的最大宽度设为W1，将前端部23b、23c的周向的最大宽度设为W2。周向的宽度是与轴向以及径向正交的方向上的齿21的面间距离。齿21b、21c的周向的最大宽度(W1)是齿21b、21c中的除了前端部23b、23c以外的部分的周向的最大宽度。在本实施方式中，齿21b、21c的前端部23b、23c的周向的最大宽度(W2)大于该齿21b、21c的周向的最大宽度(W1)(W1<W2)。
而且，在齿21c中，将各个倒角40的径向的长度设为L1，将周向的长度设为L2。从中心轴线CL的方向观察到的倒角40的平面形状，成为由长度L1的边和长度L2的边规定的大致三角形状。
此外，在不具有倒角40的齿21b中，将从中心轴线CL的方向(轴向)观察到的前端部23b的面积(以下，称作前端面积)设为S。前端面积(S)是由圆弧S1、S2、直线状的两边S3、S4包围的部分的面积。圆弧S1规定定子铁芯16的内周面16a。圆弧S2是与圆弧S1平行的圆弧，规定前端部23b为周向的最大宽度(W2)的区域与除此以外的区域之间的边界。两边S3、S4在内周面16a上规定插槽20的开口20a的边缘。此外，在具有倒角40的齿21c中，将从轴向观察到的倒角40的面积设为Ac。该面积(Ac)是由长度L1的边和长度L2的边规定的大致三角形状的面积，通过L1×L2/2来估算。因而，从轴向观察到的一对倒角40的合计面积(以下，称作缺损面积)为倒角40的上述面积的2倍(Ac×2)。
图5是表示齿21的缺损部即一对倒角40的周向长度(以下，称作周向比例)与电磁力比之间的关系的图。周向比例是一对倒角40的周向的合计长度(L2×2)相对于具有倒角40的齿21的前端部23的周向的最大宽度(W2)的比例(L2×2/W2)，在图5中表示为缺损比例。电磁力比是如下的指标：对于旋转电机10的径向的电角6次、12次、24次以及周向的电角6次、12次、24次这6种次数成分的电磁力，通过合计比例(％)来表示将允许范围设为0的情况下的过度率。此处的电磁力比是在具有倒角40以及槽50(第1槽部51以及第2槽部52)的旋转电机10中变更了倒角40的周向比例的情况下的指标。如果电磁力比为0％，则表示6种次数成分的电磁力的过度率停留在允许范围内。
如图5所示，在周向比例小于42％的情况或者超过89％的情况下，存在电磁力比不成为0％的倾向。因而，倒角40的周向比例优选为42％以上89％以下(0.42≦L2×2/W2≦0.89)。因此，在本实施方式中，将倒角40的周向比例设为上述范围(0.42≦L2×2/W2≦0.89)。
图6是表示齿21的缺损部即一对倒角40的面积比例与电磁力比之间的关系的图。面积比例是缺损面积(Ac×2)相对于前端面积(S)的比例(Ac×2/S)，在图6中表示为缺损比例。电磁力比符合图5所示的指标。但是，此处的电磁力比是在具有倒角40以及槽50(第1槽部51以及第2槽部52)的旋转电机10中变更了倒角40的面积比例的情况下的指标。
如图6所示，在一对倒角40的面积比例小于5％的情况或者超过13％的情况下，存在电磁力比不成为0％的倾向。因而，缺损面积(Ac×2)相对于前端面积(S)的比例优选为5％以上13％以下(0.05≦Ac×2/S≦0.13)。因此，在本实施方式中，将缺损面积的比例设为上述范围(0.05≦Ac×2/S≦0.13)。
接着，对槽50的第1槽部51和第2槽部52的配置进行说明。
图7是放大表示图1以及图2所示的第1槽部51和第2槽部52的配置的图。
如图7所示，第1槽部51配置在相对于d轴的电角为第1范围θLW的角度内。第1范围θLW是通过电角θLP2与电角θLP1的差分计算出的电角的范围。电角θLP1是规定第1范围θLW的下限值，电角θLP2是规定第1范围θLW的上限值。电角θLP1是表示第1槽部51的旋转方向A14的后进侧的槽端的位置的电角，且是凹部541与转子铁芯24的外周面24a之间的连续部位P541相对于d轴的电角。电角θLP2是表示第1槽部51的旋转方向A14的前进侧的槽端的位置的电角，且是凹部551与转子铁芯24的外周面24a之间的连续部位P551相对于d轴的电角。
此外，如图7所示，第2槽部52配置在相对于d轴的电角为第2范围θRW的角度内。第2范围θRW是通过电角θRP2与电角θRP1的差分计算出的电角的范围。电角θRP1是规定第2范围θRW的下限值，电角θRP2是规定第2范围θRW的上限值。电角θRP1是表示第2槽部52的旋转方向A14的前进侧的槽端的位置的电角，且是凹部552与转子铁芯24的外周面24a之间的连续部位P552相对于d轴的电角。电角θRP2是表示第2槽部52的旋转方向A14的后进侧的槽端的位置的电角，且是凹部542与转子铁芯24的外周面24a之间的连续部位P542相对于d轴的电角。
图8是表示第1槽部51的电角θLP1与电磁力比之间的关系的图。电角θLP1在图8中表示为槽的下限值(e.deg：electrical degree)。电磁力比符合图5所示的指标。但是，此处的电磁力比是在具有倒角40以及槽50(第1槽部51以及第2槽部52)的旋转电机10中变更了第1槽部51的电角θLP1的情况下的指标。如图8所示，在电角θLP1超过大致22度的情况下，存在电磁力比不成为0％的倾向。此外，电磁力比成为0％的电角θLP1的最小值为21.2度。另外，在图8中未描绘电磁力比超过10.0％的情况。
图9是表示第1槽部51的电角θLP2与电磁力比之间的关系的图。电角θLP2在图9中被表示为槽的上限值(e.deg)。电磁力比符合图5所示的指标。但是，此处的电磁力比是在具有倒角40以及槽50(第1槽部51以及第2槽部52)的旋转电机10中变更了第1槽部51的电角θLP2的情况下的指标。如图9所示，在电角θLP2小于大致41度的情况下，存在电磁力比不成为0％的倾向。此外，电磁力比成为0％的电角θLP2的最大值为42.3度。另外，在图9中未描绘电磁力比超过10.0％的情况。
因而，在本实施方式中，将第1范围θLW设为电角θLP1为21.2度以上、电角θLP2为42.3度以下的范围，并在该第1范围θLW内配置第1槽部51即可。
图10是表示第1范围θLW与电磁力比之间的关系的图。第1范围θLW在图10中被表示为槽的范围(e.deg)。该槽的范围表示通过电角θLP2与电角θLP1的差分计算出的第1范围θLW的最佳范围。电磁力比符合图5所示的指标。但是，此处的电磁力比是在具有倒角40以及槽50(第1槽部51以及第2槽部52)的旋转电机10中变更了第1范围θLW的情况下的指标。如图10所示，在第1范围θLW为19.4度以上20.8度以下的情况下，电磁力比能够成为0％。在第1范围θLW在该范围外的情况下，电磁力比超过10.0％，因此在图10中未描绘。
因而，在本实施方式中，遍及第1范围θLW中的电角θLP1为19.4度以上、电角θLP2为20.8度以下的整个范围配置有第1槽部51。
图11是表示第2槽部52的电角θRP1与电磁力比之间的关系的图。电角θRP1在图11中被表示为槽的下限值(e.deg)。电磁力比符合图5所示的指标。但是，此处的电磁力比是在具有倒角40以及槽50(第1槽部51以及第2槽部52)的旋转电机10中变更了第2槽部52的电角θRP1的情况下的指标。如图11所示，在电角θRP1超过大致19度的情况下，存在电磁力比不成为0％的倾向。此外，电磁力比成为0％的电角θRP1的最小值为18.4度。另外，在图11中未描绘电磁力比超过10.0％的情况。
图12是表示第2槽部52的电角θRP2与电磁力比之间的关系的图。电角θRP2在图12中被表示为槽的上限值(e.deg)。电磁力比符合图5所示的指标。但是，此处的电磁力比是在具有倒角40以及槽50(第1槽部51以及第2槽部52)的旋转电机10中变更了第2槽部52的电角θRP2的情况下的指标。如图12所示，在电角θRP2小于大致34度的情况下，存在电磁力比不成为0％的倾向。此外，电磁力比成为0％的电角θRP2的最大值为34.4度。另外，在图12中未描绘电磁力比超过10.0％的情况。
因而，在本实施方式中，将第2范围θRW设为电角θRP1为18.4度以上、电角θRP2为34.4度以下的范围，并在该第2范围θRW内配置第2槽部52即可。
图13是表示第2范围θRW与电磁力比之间的关系的图。第2范围θRW在图13中被表示为槽的范围(e.deg)。该槽的范围表示通过电角θRP2与电角θRP1的差分计算出的第2范围θRW的最佳范围。电磁力比符合图5所示的指标。但是，此处的电磁力比是在具有倒角40以及槽50(第1槽部51以及第2槽部52)的旋转电机10中变更了第2范围θRW的情况下的指标。如图13所示，在第2范围θRW为15.4度以上16.0度以下的情况下，电磁力比能够成为0％。在第2范围θRW超过16.0度的情况下，电磁力比超过10.0％，因此在图13中未描绘。
因而，在本实施方式中，遍及第2范围θRW中的电角θRP1为15.4度以上、电角θRP2为16.0度以下的整个范围配置有第2槽部52。
对槽50的第1槽部51和第2槽部52的深度进行说明。
图14是表示第1槽部51的两个凹部541与凹部551的深度之差和电磁力比之间的关系的图。该深度之差是图3所示的凹部541的最大距离D541与凹部551的最大距离D551之差(D541-D551)相对于外接圆CO的直径(图1所示的距离Dia)的比例(％)，在图14中被表示为槽的深度之差。电磁力比符合图5所示的指标。但是，此处的电磁力比是在具有倒角40以及槽50(第1槽部51以及第2槽部52)的旋转电机10中变更了第1槽部51的槽的深度的情况下的指标。如图14所示，在槽的深度之差、即最大距离D541、D551之差相对于外接圆CO的直径Dia的比例((D541-D551/Dia)×100)小于0％的情况或者超过0.17％的情况下，存在电磁力比不成为0％的倾向。在这些情况下，电磁力比超过10.0％，因此在图14中未描绘。因而，第1槽部51的槽的深度为0％以上0.17％以下(0≦(D541-D551/Dia)×100≦0.17)即可。
图15是表示第2槽部52的两个凹部542与凹部552的深度之差和电磁力比之间的关系的图。该深度之差是图3所示的凹部542的最大距离D542与凹部552的最大距离D552之差(D542-D552)相对于外接圆CO的直径(图1所示的距离Dia)的比例(％)，在图15中被表示为槽的深度之差。电磁力比符合图5所示的指标。但是，此处的电磁力比是在具有倒角40以及槽50(第1槽部51以及第2槽部52)的旋转电机10中变更了第2槽部52的槽的深度的情况下的指标。如图15所示，在槽的深度之差、即最大距离D541、D551之差相对于外接圆CO的直径Dia的比例((D542-D552/Dia)×100)小于-0.4％的情况或者超过0.1％的情况下，存在电磁力比不成为0％的倾向。在槽的深度之差小于-0.4％的情况下，电磁力比超过10.0％，因此在图15中未描绘。因而，第2槽部52的槽的深度为-0.4％以上0.1％以下(-0.4≦(D541-D551/Dia)×100≦0.1)即可。
如此，根据本实施方式，能够减小与在旋转电机10中产生的电角6次(机械角24次)的整数倍相关的高次谐波，尤其是径向的电角6次、12次、24次以及周向的电角6次、12次、24次这6种次数成分的电磁力。通过与比较例的比较来对本实施方式的高次谐波的电磁力的减小效果进行说明。
本实施方式的旋转电机10(以下，称作本申请)具有图1以及图2所示的倒角40和槽50(第1槽部51以及第2槽部52)。作为与这样的本申请相对的比较例，在图16A、图16B、图16C、图16D中分别示出转子铁芯24的槽501、502、503的形态与槽50不同的比较例。另外，对于这些比较例中与本申请相同或者类似的构成部件，在附图中标注与本申请相同的符号。
在图16A中，在转子铁芯24的各磁极中，仅通过不具有凸部53的一个凹部形成槽501。槽501整体弯曲成凹圆弧状，槽底56也不平坦而弯曲。
在图16B中，在转子铁芯24的各磁极中，仅通过不具有凸部53的一个凹部形成槽502。槽502与槽501不同，槽底57形成平坦，槽底57以外的部位弯曲成凹圆弧状。
在图16C中，在转子铁芯24的各磁极中，具有隔着凸部58在周向的两侧各存在一个的两个凹部59而构成槽503。这些凸部58以及凹部59成为矩形状。
在图16D中，转子铁芯24不具有相当于槽50的部位。即，转子铁芯24的外周面24a成为没有凹凸的连续面。
此外，对于定子铁芯16的齿21，也假定倒角的配置与本申请不同的比较例。作为这些比较例，假定如下三个例子：在所有齿21设置有与倒角40相同形态的倒角的例子；在相互同相的电枢绕组18所通过的插槽20之间规定该插槽20的开口20a的边缘的齿21，设置有与倒角40相同形态的倒角的例子；哪个齿21都不具有相当于倒角40的部位的例子。
此处，对于将图16A～16D所示的转子铁芯24的槽形态以及图2所示的转子铁芯24的槽形态的5个槽形态与上述定子铁芯16的倒角形态以及图2所示的定子铁芯16的倒角形态的4个倒角形态组合而得到的20个例子，研究电磁力比。图17是以将本申请设为0的情况下的比例来表示各比较例的电磁力比的图。在为0％的情况下，表示电磁力比为本申请同等或以下。因而，如果电磁力比大于本申请，则比较例的电磁力比成为正值，如果为同等或以下，则比较例的电磁力比成为0。
在图17中，横轴所示的A～E分别表示转子铁芯24的槽形态，A表示图16A所示的槽501的槽形态，B表示16B所示的槽502的槽形态，C表示图16C所示的槽503的槽形态，D表示图2所示的槽50的槽形态，E表示图16D所示的槽形态(无槽)。横轴所示的1～4表示定子铁芯16的倒角形态，1表示在所有齿21都设置有倒角40的形态，2表示在相互异相的插槽20之间的齿21设置有倒角40的形态，3表示在相互同相的插槽20之间的齿21设置有倒角的形态，4表示未设置倒角的形态。在图17中，通过这些A～E与1～4的组合来表示本申请以及比较例中的槽形态与倒角形态的组合。例如，图16A表示A1所示的组合，图16A表示A2所示的组合，图16B表示B2所示的组合，图16C表示C2所示的组合，图16D表示E2所示的组合，D2所示的组合为本申请。
如图17所示，除了D2所示的本申请以外的比较例，电磁力比均超过0％。即，除了D2所示的本申请以外的比较例，对于旋转电机10的径向的电角6次、12次、24次以及周向的电角6次、12次、24次这6种次数成分的电磁力，将允许范围设为0的情况下的过度率的合计比例(％)高于本申请。因而，通过将槽形态以及倒角形态设为D2所示的本申请的形态，由此能够减少与在旋转电机10中产生的电角6次(机械角24次)的整数倍相关的高次谐波、尤其是径向的电角6次、12次、24次以及周向的电角6次、12次、24次这6种次数成分的电磁力。即，在旋转电机10中，能够抑制设为目标的动作点处的电磁力的高次谐波，因此能够实现振动、噪声的降低。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式是作为例子而提示的，并不意图对发明的范围进行限定。这种新的实施方式能够以其他各种方式加以实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨中，并且包含于专利请求范围所记载的发明和与其等同的范围中。
符号的说明
10：旋转电机；12：定子；14：转子；16：定子铁芯；16a：定子铁芯的内周面；18、18u、18v、18w：电枢绕组(线圈)；18a：电枢绕组的内周端部；20、20u、20v、20w：插槽；20a：开口；21、21a、21b、21c：齿；22：轴(旋转轴)；23、23a、23b、23c：前端部；24：转子铁芯；24a：转子铁芯的外周面；25：内孔；26：永久磁铁；40：倒角；50、501、502、503：槽；51：第1槽部；52：第2槽部；53、58、531、532：凸部；54、59、541、542：凹部；55、551、552：凹部；56、57：槽底；Ac：倒角的面积；A14：转子的旋转方向；CL：中心轴线；CO：外接圆；D541、D551、D542、D552：从凹部到外接圆的最大距离；Dia：外接圆的直径；L1：倒角的径向的长度；L2：倒角的周向的长度；P541、P551、P542、P552：凹部与外周面的连续部位；S：前端部的面积(前端面积)；W1：齿的周向的最大宽度；W2：齿前端部的周向的最大宽度；θLP1、θLP2、θRP1、θRP2：槽的电角；θLW：第1范围；θRW：第2范围。

Claims (6)

1.一种旋转电机，具备：
定子，具有齿和插槽在周向上交替地配置的圆筒状的定子铁芯、以及通过上述插槽而卷绕于上述齿的多相的电枢绕组；以及
转子，设置成以与上述定子铁芯同心的中心轴线为中心旋转自如，具备：转子铁芯，具有沿着与上述定子铁芯的内周面隔开间隙地对置的外周面排列的多个磁极；以及设置于各个上述磁极的多个永久磁铁，
在上述定子铁芯中，在相互异相的上述电枢绕组所通过的上述插槽之间对上述内周面上的该插槽的开口的边缘进行规定的上述齿的前端部，具有使上述内周面的周向的两端的一部分缺损而成的一对倒角，
当在与上述中心轴线正交的上述转子铁芯的横截面中，将通过上述磁极的周向的端部以及上述中心轴线而沿着放射方向延伸的轴设为q轴，将相对于上述q轴在周向上电分离90度的轴设为d轴时，
在各个上述磁极中，上述转子铁芯具有上述外周面沿着上述中心轴线凹陷的多个槽，各个上述槽成为在凸部的两侧沿着上述转子的旋转方向排列有凹部的波形，并具有在通过上述磁极的周向的两端的上述q轴之间相对于上述d轴配置在上述旋转方向的前进侧的第1槽部、以及配置在上述旋转方向的后进侧的第2槽部，上述第1槽部与上述第2槽部相对于上述d轴不对称。
2.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，
在上述第1槽部中，从两个上述凹部中的靠近上述d轴的一方的上述凹部到与上述转子铁芯的上述外周面相接的外接圆的最大距离大于从另一方的上述凹部到上述外接圆的最大距离，上述凸部配置在上述外接圆的内侧，
在上述第2槽部中，从两个上述凹部中的靠近上述d轴的一方的上述凹部到上述外接圆的最大距离大于从另一方的上述凹部到上述外接圆的最大距离，上述凸部配置在上述外接圆的内侧。
3.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，
上述第1槽部配置在相对于上述d轴的电角为21.2度以上42.3度以下的第1范围内，上述第2槽部配置在相对于上述d轴的电角为18.4度以上34.4以下的第2范围内。
4.根据权利要求3所述的旋转电机，其中，
上述第1槽部遍及上述第1范围中的相对于上述d轴的电角为19.4度以上20.8度以下的整个范围配置，上述第2槽部遍及上述第2范围中的相对于上述d轴的电角为15.4度以上16.0度以下的整个范围配置。
5.根据权利要求3所述的旋转电机，其中，
从上述第1槽部的两个上述凹部分别到与上述转子铁芯的上述外周面相接的外接圆的最大距离之差相对于上述外接圆的直径的比例为0％以上0.17％以下，
从上述第2槽部的两个上述凹部分别到上述外接圆的最大距离之差相对于上述直径的比例为-0.4％以上0.1％以下。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的旋转电机，其中，
一对上述倒角的周向的合计长度相对于上述齿的前端部的周向的最大宽度的比例为42％以上89％以下，
从上述中心轴线的方向观察到的一对上述倒角的合计面积相对于从该方向观察到的不具有上述倒角的上述齿的前端部的面积的比例为5％以上13％以下，
上述齿的前端部的周向的最大宽度大于上述齿的前端部以外的周向的最大宽度。
CN202180042112.1A 2021-12-03 2021-12-03 旋转电机 Pending CN116670974A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2021/044390 WO2023100338A1 (ja) 2021-12-03 2021-12-03 回転電機

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116670974A true CN116670974A (zh) 2023-08-29

Family

ID=86606956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180042112.1A Pending CN116670974A (zh) 2021-12-03 2021-12-03 旋转电机

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230179042A1 (zh)
EP (1) EP4443705A1 (zh)
JP (1) JP7455994B2 (zh)
CN (1) CN116670974A (zh)
WO (1) WO2023100338A1 (zh)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5073805B2 (ja) 2010-11-22 2012-11-14 三菱電機株式会社 永久磁石型モータ及び永久磁石型リニアモータ
JP2013106496A (ja) 2011-11-16 2013-05-30 Suzuki Motor Corp 電動回転機
JP6075034B2 (ja) 2012-11-29 2017-02-08 スズキ株式会社 Ｉｐｍ型電動回転機
JP6507956B2 (ja) * 2015-09-09 2019-05-08 日産自動車株式会社 永久磁石式回転電機
WO2021060209A1 (ja) * 2019-09-24 2021-04-01 株式会社 東芝 回転電機の回転子
JP6870717B2 (ja) * 2019-10-31 2021-05-12 株式会社富士通ゼネラル 回転子及び電動機

Also Published As

Publication number Publication date
JP7455994B2 (ja) 2024-03-26
WO2023100338A1 (ja) 2023-06-08
JPWO2023100338A1 (zh) 2023-06-08
US20230179042A1 (en) 2023-06-08
EP4443705A1 (en) 2024-10-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3323187B1 (en) Combination structure between stator and rotor in a brushless motor
EP2887503B1 (en) Rotor for use in magnet-assisted reluctance motor, and brushless motor
EP2980969B1 (en) Synchronous reluctance motor and rotor for synchronous reluctance motor
US9172279B2 (en) Automotive embedded permanent magnet rotary electric machine
US11456633B2 (en) Permanent magnet rotating electric machine
EP2600498B1 (en) Rotor for electric motor
CN108352744B (zh) 永磁型马达
US9893577B2 (en) Motor including permanent magnet rotor with flux barrier
JP6821022B2 (ja) 回転電機の回転子
EP2712058B1 (en) Permanent-magnet type rotating electrical machine
JP4900132B2 (ja) 回転子及び回転電機
JP2008206308A (ja) 永久磁石式回転電機
CN107431397B (zh) 旋转电机的转子
WO2021084788A1 (ja) 回転子及び電動機
EP2626977A2 (en) Rotary electric machine
JP6507956B2 (ja) 永久磁石式回転電機
KR101106420B1 (ko) 로터 및 동기 릴럭턴스 모터
JP6760014B2 (ja) 回転電機
CN116670974A (zh) 旋转电机
CN117397149A (zh) 旋转电机的转子和包括这样的转子的旋转电机
JP2020102940A (ja) 回転電機のロータおよび回転電機
WO2021106153A1 (ja) 回転電機
JP2011036071A (ja) 電動機
JP2011083114A (ja) 電動機
JP7124247B1 (ja) 回転電機の回転子

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination