JP2010088268A - Rotating electric machine - Google Patents

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Takashi Fukushige
孝志 福重
Tadayuki Hatsuda
匡之 初田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotating electric machine which can maintain high torque, has a low risk of resonance and eliminates the necessity of increasing the motor strength more than necessary. <P>SOLUTION: This rotating electric machine includes: a rotor 5 having P-units of permanent magnets 13 arranged substantially equally spaced on a circumference; and a stator 7 having S-units of slots arranged substantially equally spaced on a circumference. In the rotating electric machine, the relation between the number P of permanent magnets 13 and the number S of slots meets the following: P&ge;S+4 and P&lt;(5/4)&times;S, or P&le;S-4 and P&gt;(3/4)&times;S. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

この発明は、円周状にほぼ等間隔に配列された複数の磁極を有するロータと、円周状にほぼ等間隔に配列された複数のスロットを有するステータとを備える回転電機に関する。   The present invention relates to a rotating electrical machine including a rotor having a plurality of magnetic poles arranged circumferentially at approximately equal intervals and a stator having a plurality of slots arranged circumferentially at approximately equal intervals.

特許文献1には、円周状にほぼ等間隔に配列されたn個の磁極テイースと、各磁極テイースにそれぞれ集中巻きされ且つ3相接続される固定子巻線と、各磁極テイースと対向する外径側全周に亘って等間隔に配列されたm個の永久磁石磁極とを備え、磁極テイースの個数nを18(1+Z)、永久磁石磁極の個数mを16(1+Z)(但し、Zは1以上の整数)にそれぞれ設定してなるモータが開示されている。このようなモータによれば、テイース数nと磁極数mの最小公倍数が大きいため、コギングが高次数となりコギングトルクによる振動振幅を軽減することができる。
特開2000−201462号公報
Patent Document 1 discloses that n magnetic pole teeth arranged circumferentially at approximately equal intervals, a stator winding concentratedly wound on each magnetic pole tooth and connected in three phases, and each magnetic pole teeth face each other. M permanent magnet magnetic poles arranged at equal intervals over the entire circumference of the outer diameter side, the number n of magnetic pole teeth is 18 (1 + Z), and the number m of permanent magnet magnetic poles is 16 (1 + Z) Discloses a motor that is set to an integer of 1 or more. According to such a motor, since the least common multiple of the number of teeth n and the number of magnetic poles m is large, cogging becomes a high order and vibration amplitude due to cogging torque can be reduced.
JP 2000-201462 A

しかしながら、このようなモータは高トルク、且つ低コギングトルクという点で優れているが、モータ自身に発生する振動に対してモータの強度で吸収しなければならないという問題がある。特にモータ軸では、回転方向、つまりねじり方向の強度に対しては、モータ軸がトルクを伝達するための軸であるから問題ないが、軸方向と直交する方向に発生する振動に対しては何らかの強度補強を施す必要となる。   However, although such a motor is excellent in terms of high torque and low cogging torque, there is a problem that vibration generated in the motor itself must be absorbed by the strength of the motor. In particular, in the motor shaft, there is no problem with respect to the strength in the rotational direction, that is, the torsional direction because the motor shaft is a shaft for transmitting torque, but there is some problem with respect to vibration generated in the direction orthogonal to the axial direction. Strength reinforcement is required.

それゆえ本発明は、高トルクを維持しつつ、共振のリスクが少なくモータ強度を必要以上に高める必要のない回転電機を提供することを目的としている。   Therefore, an object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that maintains a high torque and has a low risk of resonance and does not need to increase motor strength more than necessary.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、第1の発明の回転電機は、円周状にほぼ等間隔に配列されたP個の磁極を有するロータと、円周状にほぼ等間隔に配列されたS個のスロットを有するステータとを備える回転電機において、前記磁極の個数Pと前記スロットの個数Sとの関係を、P≧S+4 且つ P<(5/4)×S としたことを特徴とするものである。   The present invention has been made to solve the above problems, and a rotating electric machine according to a first aspect of the present invention includes a rotor having P magnetic poles arranged at substantially equal intervals in a circumferential shape, and a circumferential shape. In a rotating electrical machine including a stator having S slots arranged at substantially equal intervals, the relationship between the number P of the magnetic poles and the number S of the slots is expressed by P ≧ S + 4 and P <(5/4) × S It is characterized by that.

第2の発明の回転電機は、円周状にほぼ等間隔に配列されたP個の磁極を有するロータと、円周状にほぼ等間隔に配列されたS個のスロットを有するステータとを備える回転電機において、前記磁極の個数Pと前記スロットの個数Sとの関係を、P≦S−4 且つ P>(3/4)×S としたことを特徴とするものである。   A rotating electrical machine according to a second aspect of the present invention includes a rotor having P magnetic poles arranged in a circumferential manner at approximately equal intervals, and a stator having S slots arranged in a circumferential manner at substantially equal intervals. In the rotary electric machine, the relationship between the number P of the magnetic poles and the number S of the slots is P ≦ S−4 and P> (3/4) × S.

一般にロータが回転する間には、ステータから吸引又は引っ張りの力が発生する。つまりロータには、スロットS個分の振動が加わるとともに、磁極数Pとスロット数Sの差からZ次(Zは磁極数Pとスロット数Sの差)の変形モードをもたらす力がステータと対向する方向に潜在的に加わることとなる。上述した第1及び第2の発明の回転電機にあっては、この次数Zが4以上となるので、ステータと対向する方向のロータの変形が複雑化し、その分変形が小さくなる。   In general, during the rotation of the rotor, a suction or pulling force is generated from the stator. In other words, the rotor is subjected to vibrations corresponding to S slots, and a force that causes a Z-order deformation mode (Z is the difference between the number of magnetic poles P and the number of slots S) from the difference between the number of magnetic poles P and the number of slots S faces the stator. Will be potentially added in the direction of In the rotary electric machine according to the first and second inventions described above, since the order Z is 4 or more, the deformation of the rotor in the direction facing the stator is complicated, and the deformation is reduced accordingly.

従ってこの発明の回転電機によれば、回転時のロータの変形を小さくし、共振となり得る振動を回避することができるので、モータ強度を必要以上に高める必要がない。また、磁極数Pとスロット数Sとの比率を1に近づけて設定したことから高いトルクを維持することが可能である。   Therefore, according to the rotating electrical machine of the present invention, it is possible to reduce the deformation of the rotor during rotation and avoid vibrations that can cause resonance, so that it is not necessary to increase the motor strength more than necessary. Further, since the ratio between the number of magnetic poles P and the number of slots S is set close to 1, high torque can be maintained.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。ここに図1は、本発明に従う実施形態のアキシャルギャップ型の回転電機の概略断面図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view of an axial gap type rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention.

図1に示す回転電機1は、ディスク型モータであり、ケース3内にロータ5及びステータ7を備える。これらロータ5及びステータ7は、両者間の空隙(エアギャップ)9を介してロータ回転軸線方向に相互に対向配置されている。   A rotating electrical machine 1 shown in FIG. 1 is a disk type motor, and includes a rotor 5 and a stator 7 in a case 3. The rotor 5 and the stator 7 are arranged to face each other in the rotor rotational axis direction through a gap (air gap) 9 between them.

ロータ5は、磁性体よりなるディスク状のロータコア11に対し円周方向にほぼ等間隔に配設されたP個の永久磁石13を有する。これらの永久磁石13はステータに向く側の磁極がロータコア11の周方向に交互に異なるよう所定の間隔をおいて配置されている。ロータコア11の中心部11aはロータ回転軸15に固着して取り付けられ、この回転軸15は軸受16によりその両端が軸線方向変位不能にケース3内に回転自在に支持されている。   The rotor 5 has P permanent magnets 13 disposed at substantially equal intervals in the circumferential direction with respect to a disk-shaped rotor core 11 made of a magnetic material. These permanent magnets 13 are arranged at predetermined intervals so that the magnetic poles facing the stator are alternately different in the circumferential direction of the rotor core 11. The central portion 11a of the rotor core 11 is fixedly attached to the rotor rotating shaft 15, and both ends of the rotating shaft 15 are rotatably supported in the case 3 by bearings 16 so that the axial direction cannot be displaced.

ステータ7は、バックコア17に対し円周方向にほぼ等間隔に配置された、電磁コイル19を巻装してなるS個のステータコア21を有する。ステータ7は、ステータコア21がエアギャップ9を挟んでロータ5と対面する向きにロータ5と同心に配置されている。さらにステータ7は、バックコア17を介してケース3に取り付けられている。さらにケース3には冷却水路23が設けられ、ステータ7が発する熱を吸収し冷却するための冷却液(図示省略)が循環される。回転軸15の端部にはロータの回転位置を検出するためのエンコーダ25が設けられている。   The stator 7 has S stator cores 21 wound with electromagnetic coils 19 and arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction with respect to the back core 17. The stator 7 is disposed concentrically with the rotor 5 so that the stator core 21 faces the rotor 5 with the air gap 9 interposed therebetween. Further, the stator 7 is attached to the case 3 via a back core 17. Further, a cooling water passage 23 is provided in the case 3, and a coolant (not shown) for absorbing and cooling the heat generated by the stator 7 is circulated. An encoder 25 for detecting the rotational position of the rotor is provided at the end of the rotating shaft 15.

また、この実施形態では、永久磁石13の個数すなわち磁極の個数Pと、ステータコア21の個数すなわちステータコア21間のスロットの個数Sとは、P≧S+4 且つ P<(5/4)×S の関係を満たしている。なお、本発明の他の実施形態では、永久磁石の個数Pとステータコアの個数Sとは、P≦S−4 且つ P>(3/4)×S の関係を満たしている。   In this embodiment, the number P of permanent magnets 13, that is, the number P of magnetic poles, and the number of stator cores 21, that is, the number S of slots between the stator cores 21, are P ≧ S + 4 and P <(5/4) × S. Meet. In another embodiment of the present invention, the number P of permanent magnets and the number S of stator cores satisfy the relationship of P ≦ S−4 and P> (3/4) × S.

図1に示すアキシャルギャップ型の回転電機において、電磁コイル19を図示しないインバータにより励磁すると、ステータ7の周方向に回転磁界が形成され、周方向に交互に磁性が異なるP個の永久磁石13が埋設されたディスク状のロータ5が、ステータ7の発生する回転磁界に吸引反発され、回転磁界と同期速度で回転する。   In the axial gap type rotating electrical machine shown in FIG. 1, when the electromagnetic coil 19 is excited by an inverter (not shown), a rotating magnetic field is formed in the circumferential direction of the stator 7, and P permanent magnets 13 having different magnetism alternately in the circumferential direction are formed. The embedded disk-like rotor 5 is attracted and repelled by the rotating magnetic field generated by the stator 7 and rotates at a synchronous speed with the rotating magnetic field.

次いで、本発明者が発明に至った経緯をスロット数Sが18、磁極数Pが20の従来のアキシャルギャップ型の回転電機を参考に説明する。   Next, the background of the inventor of the present invention will be described with reference to a conventional axial gap type rotating electrical machine having a slot number S of 18 and a magnetic pole number P of 20.

一般的な集中巻モータにおいて、スロット数をS、磁極数をPとするとロータに作用する磁気吸引加振力は、回転S次及びステータ対向方向|P−S|次モードの成分を多く持つ。ここにおけるS=18、P=20のアキシャルギャップ型の例では、潜在的に回転18次の影響と面2次モードの影響が大きくなる。つまり、図2に示すような低次(図2の例では面2次)の変形モードが生じるおそれがある。これによりロータ5の円盤強度、円盤の大きさに応じた振幅が生じ、回転数によっては共振を引き起こし、大きな振動となるおそれがある。特に、上記実施形態のアキシャルギャップ型のような回転電機において、高トルク化を期待してロータ直径を大きくした場合には、振動の問題はより顕著となる。   In a general concentrated winding motor, when the number of slots is S and the number of magnetic poles is P, the magnetic attractive excitation force acting on the rotor has many components of the rotation S order and the stator facing direction | PS | In the example of the axial gap type with S = 18 and P = 20 here, the influence of the rotation 18th order and the influence of the surface secondary mode are potentially large. That is, there is a possibility that a low-order deformation mode (secondary surface in the example of FIG. 2) as shown in FIG. As a result, an amplitude corresponding to the disk strength of the rotor 5 and the size of the disk is generated, and depending on the number of rotations, resonance may occur, resulting in large vibrations. In particular, in a rotating electrical machine such as the axial gap type of the above-described embodiment, the problem of vibration becomes more prominent when the rotor diameter is increased in anticipation of higher torque.

従って、このような共振を防止するためには、ロータ5等を補強するか、図3(a)〜(d)に示すような低次の変形モードを回避する必要がある。一方で、スロット数Sと磁極数Pの差を単純に大きくすれば同時にトルクの低下につながるおそれがある。そこで、スロット数Sと磁極数Pとの関係を検討した結果、本発明に至った。   Therefore, in order to prevent such resonance, it is necessary to reinforce the rotor 5 or the like, or to avoid a low-order deformation mode as shown in FIGS. On the other hand, if the difference between the number of slots S and the number of magnetic poles P is simply increased, the torque may be reduced at the same time. Therefore, as a result of examining the relationship between the number of slots S and the number of magnetic poles P, the present invention has been achieved.

具体的に云うと、磁極の個数Pとスロットの個数Sとの関係が、P≧S+4、又はP≦S−4を満たせば、共振となり得る3次以下の振動を回避することができる。   More specifically, if the relationship between the number P of magnetic poles and the number S of slots satisfies P ≧ S + 4 or P ≦ S−4, it is possible to avoid third-order vibration or less that can cause resonance.

ここで磁極数及びスロット数の組み合わせ(以下、「スロットコンビネーション」という)とトルクとの関係を説明する。モータの効率を示す一つの指数として巻線係数が挙げられるが、巻線係数は分布係数と短節係数との積で表される。分布係数はインバータから多相駆動できれば必ず1になるので、インバータの性能を無視して考えた場合、短節係数が、スロットコンビネーションとトルクの関係を決定する要素となる。短節係数Kは、磁極数P及びスロット数Sとの関係で、

Figure 2010088268
となるので、磁極数Pとスロット数Sとが同じときKT=π/2となり、最大値1をとる。しかし、現実的には磁極数Pとスロット数Sとを等しくすることは、モータの回転方向を決められないことになるので(磁極とスロットが常に一対一で対向するので)、モータとして起動させることはできない。従って、高トルクを得るためには磁極数Pとスロット数Sの比率を1に近づける(磁極数Pとスロット数Sとの差を小さくする)ことが必要である。短節係数と、磁極数P及びスロット数Sの組合せとの関係を図4の表に示す。図中×印は、短節係数が最大となるものの磁極数Pとスロット数Sとが等しくモータとしては利用できないものを示している。この図から判るように、×印から離れる程、短節係数が悪化する。 Here, the relationship between the combination of the number of magnetic poles and the number of slots (hereinafter referred to as “slot combination”) and torque will be described. One index indicating the efficiency of the motor is a winding coefficient, and the winding coefficient is represented by a product of a distribution coefficient and a short node coefficient. Since the distribution coefficient is always 1 if multi-phase driving can be performed from the inverter, when considering the performance of the inverter, the short-pitch coefficient is an element that determines the relationship between the slot combination and the torque. The short node coefficient KT is related to the number of magnetic poles P and the number of slots S.
Figure 2010088268
Therefore, when the number of magnetic poles P and the number of slots S are the same, K T = π / 2 and the maximum value is 1. However, in reality, making the number of magnetic poles P and the number of slots S equal makes it impossible to determine the rotation direction of the motor (because the magnetic poles and the slots always face each other one-on-one), so that the motor is started. It is not possible. Therefore, in order to obtain a high torque, it is necessary to make the ratio of the number of magnetic poles P and the number of slots S close to 1 (to reduce the difference between the number of magnetic poles P and the number of slots S). The relationship between the short node coefficient and the combination of the number of magnetic poles P and the number of slots S is shown in the table of FIG. In the figure, the crosses indicate that the number of magnetic poles P and the number of slots S are equal and cannot be used as a motor, although the short bar coefficient is maximum. As can be seen from this figure, the shorter the coefficient, the worse the short coefficient.

以上のことから、本発明における磁極数Pとスロット数Sの比率は、P≧S+4の場合には、P<(5/4)×Sとし、P≦S−4の場合には、P>(3/4)×Sとすることとした。   From the above, the ratio of the number of magnetic poles P to the number of slots S in the present invention is P <(5/4) × S when P ≧ S + 4, and P> when P ≦ S−4. (3/4) × S.

また、ステータへの駆動相数を5以上とすることが好ましい。これによればさらに振動を低減することができる。   Further, the number of driving phases to the stator is preferably 5 or more. According to this, vibration can be further reduced.

さらに、駆動相数をN又は2N(但しNは7以上の奇数)とすることがより好ましい。これによればさらに振動を低減することができる。   Furthermore, the number of drive phases is more preferably N or 2N (where N is an odd number of 7 or more). According to this, vibration can be further reduced.

さらに、スロットの個数Sを駆動相数Nの倍数とすることがより好ましい。これによればさらに振動を低減することができる。   Furthermore, it is more preferable that the number S of slots is a multiple of the number N of driving phases. According to this, vibration can be further reduced.

しかも、駆動相数Nと、スロットの個数Sと、磁極の個数Pとの関係である(N又は2N,S,P)を、(9,27,32)、(9,27,22)、(18,27,32)、(18,27,22)、(18,36,42)、(18,36,30)、(18、36,44)又は(18,36,28)とすることがより好ましい。これによればさらに振動を低減することができる。   Moreover, (N, 2N, S, P), which is the relationship between the number of drive phases N, the number of slots S, and the number of magnetic poles P, is (9, 27, 32), (9, 27, 22), (18, 27, 32), (18, 27, 22), (18, 36, 42), (18, 36, 30), (18, 36, 44) or (18, 36, 28) Is more preferable. According to this, vibration can be further reduced.

本発明の効果を確認するため、種々の駆動相数(5相(正巻のみ)、5相(正逆巻)、3相(正巻のみ)、3相(正逆巻)、7相(正巻のみ)、7相(正逆巻)、9相(正巻のみ)、9相(正逆巻))にて次の数式(2)に示す評価関数を用いて、スロットコンビネーションが軸方向振動に与える影響を数値化した。評価は、各スロットコンビネーションにつき、0回転から10000回転まで回転させたときにロータに生じる振動モードを積算して行う。具体的には、数式(2)からも分かるように、全振動モード(0〜4)にて全高調波振動の変形と共振回転数を算出し、各振動モード及び各高調波振動における変形を共振回転数で割ったものの総和値Iを危険度の評価値としている。これによれば、モードの次数が低いものは大きく評価され、また回転数が低いときの振動に対しても大きく評価される。つまり、高回転で高次数の振動が発生しても振動として共振のおそれがないので評点は低くなり、逆に低回転で低次数の振動が発生した場合は、共振となる可能性が高いので評点は高くなる。このような評価手法によれば、モータ運転点全域に亘っての共振のリスクを公平に比較可能である。なお、4次の振動モードについては強度的な問題は生じにくいが全回転域に亘って4次の振動が継続するなど、特異な情況が生じた場合、騒音等の問題を生じる可能性があるので評価点を低く設定すると共に評価対象とすることにしている。振動モードの0〜3のみを評価対象としても良い。また、高調波についてはあまり高次の高調波については大きな振幅とはなりにくく強度上の問題を生じ得ないので120次程度とした。

Figure 2010088268
In order to confirm the effect of the present invention, various drive phases (5 phases (forward winding only), 5 phases (forward / reverse winding), 3 phases (forward winding only), 3 phases (forward / reverse winding), 7 phases (forward / reverse winding)) The slot combination is axial using the evaluation function shown in the following formula (2) in the 7-phase (forward / reverse winding), 7-phase (forward / reverse winding), 9-phase (forward-only winding), 9-phase (forward / reverse winding)) The effect on vibration was quantified. The evaluation is performed by accumulating vibration modes generated in the rotor when each slot combination is rotated from 0 to 10,000 rotations. Specifically, as can be seen from Equation (2), the deformation of all harmonic vibrations and the resonance rotational speed are calculated in all vibration modes (0 to 4), and the deformation in each vibration mode and each harmonic vibration is calculated. The total value I obtained by dividing by the resonance speed is used as the evaluation value of the degree of risk. According to this, a low mode order is highly evaluated, and it is also highly evaluated for vibration when the rotational speed is low. In other words, even if high-order vibration occurs at high rotation, there is no risk of resonance as vibration, so the score is low. Conversely, if low-order vibration occurs at low rotation, the possibility of resonance is high. The score gets higher. According to such an evaluation method, the risk of resonance over the entire motor operating point can be compared fairly. It should be noted that strength problems are unlikely to occur in the fourth-order vibration mode, but noise or other problems may occur if a unique situation occurs, such as the fourth-order vibration continuing over the entire rotation range. Therefore, the evaluation score is set low and the evaluation target. Only vibration modes 0 to 3 may be evaluated. As for the higher harmonics, the higher order harmonics are not likely to have a large amplitude and cannot cause a problem in strength.
Figure 2010088268

(5相(正巻のみ)駆動)
先ず、上記の評価手法を適用し、5相(正巻のみ)駆動の場合のスロットコンビネーションと共振のリスクとの関係を図5に視覚的に示す。数値が小さいほど共振のリスクが小さいことを示す(以下、同じ)。この結果からも明らかなように、磁極の個数Pと前記スロットの個数Sとの関係を、
P≧S+4 且つ P<(5/4)×S 又は、
P≦S−4 且つ P>(3/4)×S とすれば、共振のリスクが少なく、磁極数Pとスロット数Sとの比が2対3である一般的なモータに比べてトルクの高い、つまりP対Sが1対1に近いスロットコンビネーションが得られることが分かる。
(5-phase (normal winding only) drive)
First, FIG. 5 visually shows the relationship between the slot combination and the risk of resonance in the case of the five-phase (only normal winding) drive by applying the above evaluation method. The smaller the value, the smaller the risk of resonance (the same applies hereinafter). As is clear from this result, the relationship between the number P of magnetic poles and the number S of slots is
P ≧ S + 4 and P <(5/4) × S or
If P ≦ S-4 and P> (3/4) × S, the risk of resonance is small, and the torque is smaller than that of a general motor in which the ratio of the number of magnetic poles P to the number of slots S is 2 to 3. It can be seen that a slot combination is obtained that is high, that is, P-to-S is close to 1: 1.

(5相(正逆巻)駆動)
上記の評価手法を適用し、5相(正逆巻)駆動(10相相当)の場合のスロットコンビネーションと共振のリスクとの関係を図6に視覚的に示す。この結果から、5相駆動と同様に共振のリスクが少なく、一般的なモータに比べてトルクの高いスロットコンビネーションが得られ、特に、P≧S+4 且つ P<(5/4)×S 及び、P≦S−4 且つ P>(3/4)×S の領域内では評価が5相駆動の場合よりも良好である、すなわち共振の恐れが少ないことがことが分かる。
(5-phase (forward / reverse winding) drive)
FIG. 6 visually shows the relationship between the slot combination and the risk of resonance in the case of five-phase (forward / reverse winding) driving (equivalent to ten phases) by applying the above evaluation method. From this result, as in the case of five-phase driving, there is less risk of resonance, and a slot combination with a higher torque than that of a general motor is obtained. In particular, P ≧ S + 4 and P <(5/4) × S and P It can be seen that the evaluation is better than the case of five-phase driving in the region of ≦ S−4 and P> (3/4) × S, that is, there is less risk of resonance.

(3相(正巻のみ)駆動)
上記の評価手法を適用し、3相(正巻のみ)駆動の場合のスロットコンビネーションと共振のリスクとの関係を図7に視覚的に示す。この結果から、5相駆動の場合に比べ若干評価が悪いものの同様の改善が見られる。
(3-phase (normal winding only) drive)
FIG. 7 visually shows the relationship between the slot combination and the risk of resonance in the case of three-phase (normal winding only) drive by applying the above evaluation method. From this result, the same improvement can be seen although the evaluation is slightly worse than in the case of five-phase driving.

(3相(正逆巻)駆動)
上記の評価手法を適用し、3相(正逆巻)駆動(6相相当)の場合のスロットコンビネーションと共振のリスクとの関係を図8に視覚的に示す。この結果から、3相駆動の場合よりも良好、すなわち共振の恐れが少ないスロットコンビネーションが得られることが分かる。
(3-phase (forward / reverse winding) drive)
FIG. 8 visually shows the relationship between the slot combination and the risk of resonance in the case of three-phase (forward / reverse winding) drive (corresponding to six phases) by applying the above evaluation method. From this result, it can be seen that a slot combination that is better than that in the case of three-phase driving, that is, a risk of resonance is obtained.

(7相(正巻のみ)駆動)
上記の評価手法を適用し、7相(正巻のみ)駆動の場合のスロットコンビネーションと共振のリスクとの関係を図9に視覚的に示す。この結果から、5相駆動と同様に共振のリスクが少なく、一般的なモータに比べてトルクの高いスロットコンビネーションが得られ、特に、P≧S+4 且つ P<(5/4)×S 及び、P≦S−4 且つ P>(3/4)×S の領域内では評価が5相駆動の場合よりも良好である、すなわち共振の恐れが少ないことがことが分かる。
(7-phase (normal winding only) drive)
FIG. 9 visually shows the relationship between the slot combination and the risk of resonance in the case of 7-phase (normal winding only) drive by applying the above evaluation method. From this result, as in the case of five-phase driving, there is less risk of resonance, and a slot combination with a higher torque than that of a general motor is obtained. In particular, P ≧ S + 4 and P <(5/4) × S and P It can be seen that the evaluation is better than the case of five-phase driving in the region of ≦ S−4 and P> (3/4) × S, that is, there is less risk of resonance.

(7相(正逆巻)駆動)
上記の評価手法を適用し、7相(正逆巻)駆動(14相相当)の場合のスロットコンビネーションと共振のリスクとの関係を図10に視覚的に示す。この結果から、7相駆動と同様に共振のリスクが少なく、一般的なモータに比べてトルクの高いスロットコンビネーションが得られ、特に、P≧S+4 且つ P<(5/4)×S 及び、P≦S−4 且つ P>(3/4)×S の領域内では評価が7相駆動の場合よりも良好である、すなわち共振の恐れが少ないことがことが分かる。
(7-phase (forward / reverse winding) drive)
FIG. 10 visually shows the relationship between the slot combination and the resonance risk in the case of 7-phase (forward / reverse winding) driving (equivalent to 14-phase) by applying the above evaluation method. From this result, the risk of resonance is small as in the case of the seven-phase drive, and a slot combination having a higher torque than that of a general motor is obtained. In particular, P ≧ S + 4 and P <(5/4) × S and P It can be seen that the evaluation is better than the case of 7-phase driving in the region of ≦ S−4 and P> (3/4) × S, that is, there is less fear of resonance.

(9相(正巻のみ)駆動)
上記の評価手法を適用し、9相(正巻のみ)駆動の場合のスロットコンビネーションと振動の関係を図11に視覚的に示す。この結果から、5相駆動と同様に共振のリスクが少なく、一般的なモータに比べてトルクの高いスロットコンビネーションが得られ、特に、P≧S+4 且つ P<(5/4)×S 及び、P≦S−4 且つ P>(3/4)×Sの領域内では評価が5相駆動の場合よりも良好である、すなわち共振の恐れが少ないことがことが分かる。
(9-phase (normal winding only) drive)
FIG. 11 visually shows the relationship between the slot combination and the vibration in the case of the nine-phase (normal winding only) drive by applying the above evaluation method. From this result, as in the case of five-phase driving, there is less risk of resonance, and a slot combination with a higher torque than that of a general motor is obtained. In particular, P ≧ S + 4 and P <(5/4) × S and P It can be seen that the evaluation is better than that in the case of five-phase driving in the region of ≦ S-4 and P> (3/4) × S, that is, there is less fear of resonance.

(9相(正逆巻)駆動)
上記の評価手法を適用し、9相(正逆巻)駆動(18相相当)の場合のスロットコンビネーションと振動の関係を図12に視覚的に示す。この結果から、9相駆動と同様に共振のリスクが少なく、一般的なモータに比べてトルクの高いスロットコンビネーションが得られ、特に、P≧S+4 且つ P<(5/4)×S 及び、P≦S−4 且つ P>(3/4)×S の領域内では評価が9相駆動の場合よりも良好である、すなわち共振の恐れが少ないことがことが分かる。
(9-phase (forward / reverse winding) drive)
FIG. 12 visually shows the relationship between the slot combination and vibration in the case of 9-phase (forward / reverse winding) drive (equivalent to 18 phases) by applying the above evaluation method. From this result, as in the case of the nine-phase drive, there is less risk of resonance, and a slot combination having a higher torque than that of a general motor can be obtained. In particular, P ≧ S + 4 and P <(5/4) × S and P It can be seen that the evaluation is better than that in the case of nine-phase driving in the region of ≦ S-4 and P> (3/4) × S, that is, there is less risk of resonance.

以上の評価から、磁極の個数Pと前記スロットの個数Sとの関係を、
P≧S+4 且つ P<(5/4)×S 又は、
P≦S−4 且つ P>(3/4)×S とすれば、共振のリスクが少なく、磁極数Pとスロット数Sとの比が2対3である一般的なモータに比べてトルクの高い、つまりP対Sが1対1に近いスロットコンビネーションが得られ、さらに駆動相数が大きいほど振動が少ないことが分かる。
From the above evaluation, the relationship between the number P of magnetic poles and the number S of slots is
P ≧ S + 4 and P <(5/4) × S or
If P ≦ S-4 and P> (3/4) × S, the risk of resonance is small, and the torque is smaller than that of a general motor in which the ratio of the number of magnetic poles P to the number of slots S is 2 to 3. It can be seen that the slot combination is high, that is, the P pair S is close to 1: 1, and the vibration is less as the number of driving phases is larger.

なお、正逆巻きコイルを用いた3相駆動(6相相当)の回転電機は、3相インバータで駆動可能である。巻線利用率及びコギングトルク等が良好となるスロットコンビネーションを有する3相(正逆巻)駆動の回転電機につき3相インバータで駆動した場合を図13に例示する。図13に示す回転電機は、スロット数が15、磁極数が14、駆動相数が6、分布係数が95.67%、短節係数が99.45%、巻線係数が95.14%である。一般的な3相駆動であれば、電気角が0、120、240度のタイミングのみで通電可能であるが、この例では、逆巻きコイルを用いることから、60、180、300度の通電と同等の通電も併せて可能となる(0度の反対が180度であるので、0度と180度におけるコイルを正巻コイルと逆巻コイルとし互いに並列で接続すれば、一相の電流で同時に0度及び180度の通電が達成可能である。120度の反転である300度及び240度の反転である420度(60度)も同様である。)。   Note that a three-phase drive (equivalent to six phases) rotating electrical machine using forward and reverse coils can be driven by a three-phase inverter. FIG. 13 illustrates a case where a three-phase (forward / reverse winding) rotating electric machine having a slot combination with which the winding utilization ratio, cogging torque, etc. are good is driven by a three-phase inverter. The rotating electrical machine shown in FIG. 13 has 15 slots, 14 magnetic poles, 6 driving phases, 95.67% distribution coefficient, 99.45% short node coefficient, and 95.14% winding coefficient. is there. If it is a general three-phase drive, it can be energized only at the timing of electrical angles of 0, 120, and 240 degrees. However, in this example, a reverse winding coil is used, so that it is equivalent to energization of 60, 180, and 300 degrees. (The opposite of 0 degree is 180 degrees, so if the coils at 0 degree and 180 degrees are connected in parallel as a normal winding coil and a reverse winding coil, they can be simultaneously 0 with a single phase current. A degree and 180 degrees energization can be achieved, as is a 120 degree reversal of 300 degrees and a 240 degree reversal of 420 degrees (60 degrees).

以上、図示例に基づき説明したが、本発明は上述の例に限定されるものでなく特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更し得るものであり、例えば、この発明はラジアルギャップ型の回転電機にも好適に適用可能である。   Although the present invention has been described based on the illustrated examples, the present invention is not limited to the above-described examples, and can be appropriately changed within the scope of the claims. For example, the present invention is a radial gap type rotation. The present invention can also be suitably applied to an electric machine.

かくして、本発明の回転電機によれば、回転時のロータの変形を小さくし、共振となり得る振動を回避することができるので、モータ強度を必要以上に高める必要がない。また、磁極数Pとスロット数Sとの比率を1に近づけて設定したことから高いトルクを維持することができる。   Thus, according to the rotating electrical machine of the present invention, it is possible to reduce the deformation of the rotor at the time of rotation and avoid the vibration that may cause resonance, so that it is not necessary to increase the motor strength more than necessary. Further, since the ratio between the number of magnetic poles P and the number of slots S is set close to 1, high torque can be maintained.

なお、この発明の回転電機においては、ステータへの駆動相数を5以上としても良く、これによればさらに振動を低減することができる。   In the rotating electrical machine of the present invention, the number of drive phases to the stator may be 5 or more, and according to this, vibration can be further reduced.

また、この発明の回転電機においては、駆動相数をN又は2N(但しNは7以上の奇数)としても良く、これによればさらに振動を低減することができる。   In the rotating electrical machine of the present invention, the number of drive phases may be N or 2N (where N is an odd number equal to or greater than 7), and vibration can be further reduced.

さらに、この発明の回転電機においては、スロットの個数Sを駆動相数Nの倍数としても良く、これによればさらに振動を低減することができる。   Furthermore, in the rotating electrical machine of the present invention, the number S of slots may be a multiple of the number N of drive phases, and according to this, vibration can be further reduced.

さらに、この発明の回転電機においては、駆動相数Nと、スロット数の個数Sと、磁極の個数Pとの関係である(N又は2N,S,P)を、(9,27,32)、(9,27,22)、(18,27,32)、(18,27,22)、(18,36,42)、(18,36,30)、(18、36,44)又は(18,36,28)としても良く、これによればさらに振動を低減することができる。   Furthermore, in the rotating electrical machine of the present invention, the relationship between the number of drive phases N, the number S of slots, and the number P of magnetic poles (N or 2N, S, P) is (9, 27, 32). , (9, 27, 22), (18, 27, 32), (18, 27, 22), (18, 36, 42), (18, 36, 30), (18, 36, 44) or ( 18, 36, 28), and according to this, vibration can be further reduced.

しかも、この発明は、ロータ及びステータをロータ回転軸線方向に相互に対向配置してなるディスク型モータに好適に用いることができ、これによれば、さらなる高トルク化をも達成可能である。   Moreover, the present invention can be suitably used for a disk-type motor in which the rotor and the stator are arranged opposite to each other in the rotor rotation axis direction, and according to this, it is possible to achieve even higher torque.

本発明に従う実施形態の回転電機の概略縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view of the rotary electric machine of embodiment according to this invention. 本発明が解決しようとする課題を有する回転電機から取り出した、面2次モードの変形を伴うロータの概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the rotor with the deformation | transformation of a surface secondary mode taken out from the rotary electric machine which has the subject which this invention tends to solve. (a)〜(d)は、ロータに作用する面0次〜面3次の磁気吸引加振力を示した模式図である。(A)-(d) is the schematic diagram which showed the magnetic attraction excitation force of the surface 0 order-surface 3rd acting on a rotor. 短節係数と、磁極数P及びスロット数Sの組合せとの関係を表に示したものである。The relationship between the short node coefficient and the combination of the number of magnetic poles P and the number of slots S is shown in the table. 5相(正巻のみ)駆動時におけるスロットコンビネーションと共振のリスクを表す図である。It is a figure showing the risk of a slot combination and resonance at the time of five phase (only normal winding) drive. 5相(正逆巻)駆動時におけるスロットコンビネーションと共振のリスクを表す図である。It is a figure showing the slot combination and the risk of resonance at the time of 5 phase (forward / reverse winding) drive. 3相(正巻のみ)駆動時におけるスロットコンビネーションと共振のリスクを表す図である。It is a figure showing the risk of slot combination and resonance at the time of three-phase (only normal winding) drive. 3相(正逆巻)駆動時におけるスロットコンビネーションと共振のリスクを表す図である。It is a figure showing the slot combination and the risk of resonance at the time of 3 phase (forward / reverse winding) drive. 7相(正巻のみ)駆動時におけるスロットコンビネーションと共振のリスクを表す図である。It is a figure showing the risk of the slot combination and resonance at the time of 7 phase (normal winding only) drive. 7相(正逆巻)駆動時におけるスロットコンビネーションと共振のリスクを表す図である。It is a figure showing the risk of slot combination and resonance at the time of 7 phase (forward / reverse winding) drive. 9相(正巻のみ)駆動時におけるスロットコンビネーションと共振のリスクを表す図である。It is a figure showing the risk of a slot combination and resonance at the time of 9 phase (normal winding only) drive. 9相(正逆巻)駆動時におけるスロットコンビネーションと共振のリスクを表す図である。It is a figure showing the risk of the slot combination and resonance at the time of 9 phase (forward / reverse winding) drive. 正逆巻きコイルを用いた3相駆動(6相相当)の回転電機を、3相インバータで駆動したときに発生する位相ずれを示す表である。It is a table | surface which shows the phase shift which generate | occur | produces when the three-phase drive (equivalent to 6 phase) rotary electric machine using a forward / reverse winding coil is driven with a three-phase inverter.

符号の説明Explanation of symbols

1 回転電機
3 ケース
5 ロータ
7 ステータ
9 エアギャップ
11 ロータコア
13 永久磁石
15 ロータ回転軸
16 軸受
17 バックコア
19 電磁コイル
21 ステータコア
23 冷却水路
25 エンコーダ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotating electrical machine 3 Case 5 Rotor 7 Stator 9 Air gap 11 Rotor core 13 Permanent magnet 15 Rotor rotating shaft 16 Bearing 17 Back core 19 Electromagnetic coil 21 Stator core 23 Cooling water path 25 Encoder

Claims (7)

円周状にほぼ等間隔に配列されたP個の磁極を有するロータと、円周状にほぼ等間隔に配列されたS個のスロットを有するステータとを備える回転電機において、
前記磁極の個数Pと前記スロットの個数Sとの関係を、
P≧S+4 且つ P<(5/4)×S
としたことを特徴とする回転電機。
In a rotating electrical machine comprising a rotor having P magnetic poles arranged in a circumferential manner at approximately equal intervals, and a stator having S slots arranged in a circumferential manner at substantially equal intervals,
The relationship between the number P of the magnetic poles and the number S of the slots is
P ≧ S + 4 and P <(5/4) × S
Rotating electric machine characterized by that.
円周状にほぼ等間隔に配列されたP個の磁極を有するロータと、円周状にほぼ等間隔に配列されたS個のスロットを有するステータとを備える回転電機において、
前記磁極の個数Pと前記スロットの個数Sとの関係を、
P≦S−4 且つ P>(3/4)×S
としたことを特徴とする回転電機。
In a rotating electrical machine comprising a rotor having P magnetic poles arranged in a circumferential manner at approximately equal intervals, and a stator having S slots arranged in a circumferential manner at substantially equal intervals,
The relationship between the number P of the magnetic poles and the number S of the slots is
P ≦ S-4 and P> (3/4) × S
Rotating electric machine characterized by that.
前記ステータへの駆動相数を5以上とした、請求項1又は2に記載の回転電機。   The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the number of drive phases to the stator is 5 or more. 前記駆動相数をN又は2N(但しNは7以上の奇数)とした、請求項3に記載の回転電機。   The rotating electrical machine according to claim 3, wherein the number of drive phases is N or 2N (where N is an odd number equal to or greater than 7). 前記スロットの個数Sを駆動相数Nの倍数とした、請求項4に記載の回転電機。   The rotating electrical machine according to claim 4, wherein the number S of slots is a multiple of the number N of driving phases. 前記駆動相数Nと、前記スロットの個数Sと、前記磁極の個数Pとの関係である(N又は2N,S,P)を、
(9,27,32)、(9,27,22)、(18,27,32)、(18,27,22)、(18,36,42)、(18,36,30)、(18、36,44)又は(18,36,28)とした、請求項4又は5に記載の回転電機。
(N or 2N, S, P), which is the relationship between the number N of driving phases, the number S of slots, and the number P of magnetic poles,
(9, 27, 32), (9, 27, 22), (18, 27, 32), (18, 27, 22), (18, 36, 42), (18, 36, 30), (18 36, 44) or (18, 36, 28). The rotating electrical machine according to claim 4 or 5.
前記回転電機は、前記ロータ及び前記ステータをロータ回転軸線方向に相互に対向配置してなるディスク型モータである、請求項1〜6の何れか一項に記載の回転電機。   The rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 6, wherein the rotating electrical machine is a disk-type motor in which the rotor and the stator are arranged to face each other in the rotor rotation axis direction.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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