JP2010183648A - Permanent magnet rotary electric machine and electric vehicle using the same - Google Patents

Permanent magnet rotary electric machine and electric vehicle using the same Download PDF

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愼治 杉本
Yasuyuki Saito
泰行 齋藤
Tokuaki Hino
徳昭 日野
Yutaka Matsunobu
豊 松延
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a permanent magnet rotary electric machine capable of reducing a cogging torque or a torque ripple and having a small number of parts, and to provide an electric vehicle using the rotary electric machine. <P>SOLUTION: The permanent magnet rotary electric machine 1 has a stator 2 having a stator core 4 having a plurality of stator salient poles 22 protruding from an annular yoke 21 in a diameter direction and a stator winding 5 wound around the stator core 4, and a rotor 3 arranged oppositely to the stator 2 via a gap and having a stator core 7 and a plurality of permanent magnets 6 arranged inside the rotor core 7. In the rotary electric machine 1, the rotor 3 has a plurality of cores in which the shape of the core of a portion where a magnetic pole is magnetically effective is identical in the circumferential direction and shaft direction, and there are a plurality of distances between an end of the circumferential direction of permanent magnets 6 disposed in a magnet insertion hole 12 of the magnetic pole and an end in the circumferential direction of the permanent magnets 6 disposed in an adjacent magnetic pole. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、永久磁石回転電機及びそれを用いた電動車両に係わり、特に、内蔵磁石型回転電機に好適な永久磁石回転電機およびそれを用いた電動車両に関する。   The present invention relates to a permanent magnet rotating electric machine and an electric vehicle using the same, and more particularly to a permanent magnet rotating electric machine suitable for a built-in magnet rotating electric machine and an electric vehicle using the same.

一般に、電動車両を駆動する回転電機としては、永久磁石回転子を用いたブラシレスモータが用いられている。   Generally, a brushless motor using a permanent magnet rotor is used as a rotating electrical machine that drives an electric vehicle.

従来のブラシレスモータでは、ブラシレスモータの固定子鉄心の突極と回転子間の吸引力の変化によって生じるコギングトルクやトルク脈動を低減する必要がある。そこで、回転子のマグネットを軸方向に分割し、周方向に磁極をずらして配置する構成が知られている(例えば特許文献1参照)。   In the conventional brushless motor, it is necessary to reduce cogging torque and torque pulsation caused by a change in the attractive force between the salient pole of the stator core of the brushless motor and the rotor. Therefore, a configuration is known in which the rotor magnet is divided in the axial direction and the magnetic poles are shifted in the circumferential direction (see, for example, Patent Document 1).

特開2004−180491号公報JP 2004-180491 A

しかしながら、上記の構成では、永久磁石片を軸方向に分割するため、磁石の部品点数が増大するとともに、製造時の作業効率が極端に低下するという問題があった。   However, in the above configuration, since the permanent magnet piece is divided in the axial direction, there are problems that the number of parts of the magnet is increased and work efficiency at the time of manufacture is extremely lowered.

上述するような永久磁石回転電機において、トルク脈動を低減しようとすると、使用する永久磁石片が多くなり、部品点数が増加する問題がある。電動車両に用いる回転電機においては、部品点数が少なく、低トルク脈動が要求されている。   In the permanent magnet rotating electrical machine as described above, if the torque pulsation is to be reduced, there is a problem that the number of permanent magnet pieces to be used increases and the number of parts increases. In a rotating electrical machine used for an electric vehicle, the number of parts is small and low torque pulsation is required.

本発明の目的は、コギングトルクまたはトルク脈動を低減でき、また部品点数が少ない永久磁石回転電機およびそれを用いた電動車両を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a permanent magnet rotating electric machine that can reduce cogging torque or torque pulsation and has a small number of parts, and an electric vehicle using the same.

本発明は、環状のヨーク鉄心から径方向に突出した複数のティース鉄心を有する固定子鉄心、及び固定子鉄心に巻回された固定子巻線を有する固定子と、固定子に空隙を介して対向配置され、回転子鉄心、及び回転子鉄心の内部に配置された複数の永久磁石片とを有する回転子と、を有する永久磁石回転電機であって、回転子は、磁極の磁気的に有効な部分の鉄心形状が周方向かつ軸方向に同形状なものを複数有し、磁極の磁石挿入孔内に配置された永久磁石片の周方向の端部から、隣り合う磁極に配置された永久磁石片の周方向の端部との距離が複数存在する永久磁石回転電機。   The present invention relates to a stator core having a plurality of teeth cores projecting radially from an annular yoke core, a stator having a stator winding wound around the stator core, and a gap in the stator. A permanent magnet rotating electrical machine having a rotor core and a rotor having a plurality of permanent magnet pieces disposed inside the rotor core, the rotor being magnetically effective for the magnetic poles Permanent cores arranged on adjacent magnetic poles from the circumferential ends of the permanent magnet pieces arranged in the magnet insertion holes of the magnetic poles. A permanent magnet rotating electrical machine in which a plurality of distances from the circumferential end of a magnet piece exist.

本発明によれば、コギングトルクまたはトルク脈動を低減でき、また部品点数が少ない永久磁石回転電機およびそれを用いた電動車両を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a cogging torque or torque pulsation can be reduced, and a permanent magnet rotary electric machine with a small number of parts and an electric vehicle using the same can be provided.

本発明の一実施例をなす永久磁石回転電機の正面側から見た部分断面図である。It is the fragmentary sectional view seen from the front side of the permanent magnet rotary electric machine which makes one Example of this invention. 図1の永久磁石回転電機の断面図である。It is sectional drawing of the permanent magnet rotary electric machine of FIG. 図1の永久磁石回転電機の制御回路図である。FIG. 2 is a control circuit diagram of the permanent magnet rotating electric machine of FIG. 1. 本発明の第2実施例をなす永久磁石回転電機の断面図である。It is sectional drawing of the permanent magnet rotary electric machine which makes 2nd Example of this invention. 本発明の第3実施例をなす永久磁石回転電機の断面図である。It is sectional drawing of the permanent magnet rotary electric machine which makes 3rd Example of this invention. 本発明の第4実施例をなす永久磁石回転電機を搭載した電気自動車のブロック構成図である。It is a block block diagram of the electric vehicle carrying the permanent magnet rotary electric machine which makes 4th Example of this invention.

本実施形態は、永久磁石回転電機及びそれを用いた電動車両に係り、特に、内蔵磁石型回転電機に好適な永久磁石回転電機およびそれを用いた電動車両に関する。   The present embodiment relates to a permanent magnet rotating electric machine and an electric vehicle using the same, and particularly to a permanent magnet rotating electric machine suitable for a built-in magnet type rotating electric machine and an electric vehicle using the same.

本発明の第1実施例について、図1から図6に基づいて説明する。まず、図1,図2を用いて本実施例の永久磁石回転電機1の構成を説明する。   A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the configuration of the permanent magnet rotating electrical machine 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

図1において、永久磁石回転電機1の固定子2は、固定子鉄心4と、この固定子鉄心2に巻回された多相の固定子巻線5と、固定子鉄心4をその内周面に固定し、保持するハウジング11から構成されている。回転子3は、回転子鉄心4と、回転子鉄心4に設けられた永久磁石挿入孔12に挿入された永久磁石6と、シャフト8は、ベアリング10によって回転可能に保持されている。ベアリング8は、エンドブラケット9によって支持されており、エンドブラケット9は、ハウジング11の両端に固定されている。   In FIG. 1, a stator 2 of a permanent magnet rotating electrical machine 1 includes a stator core 4, a multiphase stator winding 5 wound around the stator core 2, and an inner peripheral surface of the stator core 4. It is comprised from the housing 11 fixed to and hold | maintaining. In the rotor 3, a rotor core 4, a permanent magnet 6 inserted in a permanent magnet insertion hole 12 provided in the rotor core 4, and a shaft 8 are rotatably held by a bearing 10. The bearing 8 is supported by an end bracket 9, and the end bracket 9 is fixed to both ends of the housing 11.

また、回転子3の永久磁石6の位置を検出する磁極位置検出器PS及び回転子3の位置を検出するエンコーダEが、回転子3の側面側に配置されている。永久磁石回転電機1は、磁極位置検出器PSの信号と、エンコーダEの出力信号によって、図3によって後述する制御装置によって運転制御される。   A magnetic pole position detector PS that detects the position of the permanent magnet 6 of the rotor 3 and an encoder E that detects the position of the rotor 3 are disposed on the side surface side of the rotor 3. The permanent magnet rotating electrical machine 1 is operated and controlled by a control device (to be described later with reference to FIG. 3) based on the signal from the magnetic pole position detector PS and the output signal from the encoder E.

図2は、永久磁石回転電機の断面図であるが、ハウジングの図示は省略している。図2において、永久磁石回転電機1は、固定子2と回転子3とから構成されている。固定子2は、固定子鉄心4と固定子巻線5から構成されている。固定子巻線5は固定子巻線4に巻回されている。   FIG. 2 is a sectional view of the permanent magnet rotating electric machine, but the illustration of the housing is omitted. In FIG. 2, the permanent magnet rotating electrical machine 1 includes a stator 2 and a rotor 3. The stator 2 includes a stator core 4 and a stator winding 5. The stator winding 5 is wound around the stator winding 4.

固定子鉄心4は、円筒状のヨーク部21(又はコアバック部という)と、ヨーク部21の内周表面から径方向内側に突出し、ヨーク部21の内周面に沿って軸方向に延びた複数の固定子突極22(又はティース部)とを備えている。固定子突極22はヨーク部21の内周面に沿って周方向に等間隔で配置されている。   The stator core 4 protrudes radially inward from the cylindrical yoke portion 21 (or core back portion) and the inner peripheral surface of the yoke portion 21, and extends in the axial direction along the inner peripheral surface of the yoke portion 21. A plurality of stator salient poles 22 (or teeth portions) are provided. The stator salient poles 22 are arranged at equal intervals in the circumferential direction along the inner peripheral surface of the yoke portion 21.

回転子3の回転子鉄心7は、高透磁率磁性材料である。例えば、複数枚の電磁鋼板が積層されている回転子鉄心7と、回転子鉄心7に設けられた複数設けられた永久磁石挿入孔12に挿入された複数の永久磁石6は、極性が互いに反対方向になるように、回転子鉄心7の周方向に配置されている。   The rotor core 7 of the rotor 3 is a high permeability magnetic material. For example, the rotor core 7 in which a plurality of electromagnetic steel sheets are laminated and the plurality of permanent magnets 6 inserted into the plurality of permanent magnet insertion holes 12 provided in the rotor core 7 are opposite in polarity. It arrange | positions in the circumferential direction of the rotor core 7 so that it may become a direction.

回転子鉄心7は、永久磁石挿入孔12とシャフト8を通す孔が打ち抜かれる構造となっている。永久磁石挿入孔12とシャフト8を通す孔が打ち抜かれ電磁鋼板を積層し、貫通する永久磁石挿入孔12とシャフト8を通す孔の中に永久磁石6及びシャフト8が挿入されて回転子4を構成する。   The rotor core 7 has a structure in which a hole through which the permanent magnet insertion hole 12 and the shaft 8 are passed is punched out. The holes through which the permanent magnet insertion hole 12 and the shaft 8 are passed are punched out to laminate the magnetic steel plates, and the permanent magnet 6 and the shaft 8 are inserted into the through holes through which the permanent magnet insertion hole 12 and the shaft 8 pass. Constitute.

回転子3は、時計方向,反時計方向に回転し、電動機として運転するものとする。使用する永久磁石6の形状は、直方体形状のものとする。   The rotor 3 rotates clockwise and counterclockwise, and operates as an electric motor. The shape of the permanent magnet 6 to be used is a rectangular parallelepiped shape.

回転子鉄心4を半径方向に分けると、内周側のヨーク部31と外周部32に分けられる。また、回転子鉄心4の外周部32を周方向に2つに分けると、補助磁極部33と磁極片部34に分けられる。補助磁極部33は、隣り合う永久磁石挿入孔12に挟まれる領域であり、磁石の磁気回路をバイパスして、固定子2の起磁力によって直接磁束を固定子2側に発生させる領域である。磁極片部34は、回転子鉄心4の外周部32の中で、永久磁石6の外周側に位置する領域であり、永久磁石6からの磁束Bφがギャップを介して固定子2側に流れて磁気回路を構成する領域である。   When the rotor core 4 is divided in the radial direction, it is divided into an inner peripheral yoke portion 31 and an outer peripheral portion 32. Further, when the outer peripheral portion 32 of the rotor core 4 is divided into two in the circumferential direction, it is divided into an auxiliary magnetic pole portion 33 and a magnetic pole piece portion 34. The auxiliary magnetic pole portion 33 is a region sandwiched between adjacent permanent magnet insertion holes 12, and is a region that bypasses the magnetic circuit of the magnet and generates a magnetic flux directly on the stator 2 side by the magnetomotive force of the stator 2. The magnetic pole piece 34 is a region located on the outer peripheral side of the permanent magnet 6 in the outer peripheral portion 32 of the rotor core 4, and the magnetic flux Bφ from the permanent magnet 6 flows to the stator 2 side through the gap. This is a region constituting a magnetic circuit.

永久磁石6は、補助磁極部33によって周方向を覆われ、磁極片部34によって外周側を覆われた永久磁石挿入孔12の中に収納することができ、高速回転に適した電動機とすることができる。   The permanent magnet 6 can be accommodated in the permanent magnet insertion hole 12 whose circumferential direction is covered by the auxiliary magnetic pole portion 33 and whose outer peripheral side is covered by the magnetic pole piece portion 34, and is an electric motor suitable for high-speed rotation. Can do.

ここで、永久磁石挿入孔12の中に挿入された永久磁石6と隣り合う磁極の永久磁石挿入孔に挿入された永久磁石の端部間の距離は、2種類以上存在する(図3の実施例の場合はθs1とθs2の2種類)。   Here, there are two or more types of distances between the end portions of the permanent magnet inserted into the permanent magnet insertion hole of the magnetic pole adjacent to the permanent magnet 6 inserted into the permanent magnet insertion hole 12 (see FIG. 3). In the case of the example, two types of θs1 and θs2).

永久磁石挿入孔16の永久磁石6の領域以外は、空隙部35ができる。空隙部35は、回転子鉄心に比べて、小さい磁気抵抗を持つ部材となるため、ここからの磁気漏洩が少なく、永久磁石6の磁束を有効に利用できるため、使用磁石量を少なくすることができ、補助磁極部33及び磁極片部34にかかる永久磁石6の遠心力は少なくなり、高速回転に適した構造とすることができる。   Except for the area of the permanent magnet 6 in the permanent magnet insertion hole 16, a gap 35 is formed. Since the air gap 35 is a member having a small magnetic resistance compared to the rotor core, there is less magnetic leakage from this, and the magnetic flux of the permanent magnet 6 can be used effectively, so the amount of magnets used can be reduced. The centrifugal force of the permanent magnet 6 applied to the auxiliary magnetic pole part 33 and the magnetic pole piece part 34 is reduced, and a structure suitable for high-speed rotation can be obtained.

空隙部35は、空気が存在する空間にしても、回転子鉄心に比べて、小さい磁気抵抗にしても機能はするが、空気に替えて、非磁性部、例えば、ワニス等によって充填することで、構造的に強固にすることができる。   The air gap 35 functions even if it is a space where air exists or has a smaller magnetic resistance than that of the rotor core, but instead of air, it is filled with a non-magnetic part such as a varnish. Can be structurally strong.

上記実施例によれば、永久磁石挿入孔12の中に挿入された永久磁石6と隣り合う磁極の永久磁石挿入孔に挿入された永久磁石の端部間の距離が異なるため、例えば、磁極の永久磁石6が空隙部につくる磁束の基本波の最大値と空間的に磁極の中心位置は異なる。磁極と隣り合う磁極の永久磁石6が空隙部につくる磁束の基本波の最大値と磁極の中心位置が異なり、かつ磁極と周方向に反対の方向に位置させるため、上記従来技術にあるように、回転子のマグネットを軸方向に分割し、周方向に磁極をずらして配置する構成を周方向に展開したものと同様になるため、トルク脈動の主な高調波成分が打ち消すことができ、コギングトルクやトルク脈動を低減することができる。   According to the above embodiment, since the distance between the end portions of the permanent magnet inserted into the permanent magnet insertion hole of the magnetic pole adjacent to the permanent magnet 6 inserted into the permanent magnet insertion hole 12 is different. The center value of the magnetic pole is spatially different from the maximum value of the fundamental wave of the magnetic flux created by the permanent magnet 6 in the gap. Since the maximum value of the fundamental wave of the magnetic flux produced in the gap by the permanent magnet 6 adjacent to the magnetic pole is different from the center position of the magnetic pole and is positioned in a direction opposite to the circumferential direction of the magnetic pole, Since the rotor magnet is divided in the axial direction and the configuration in which the magnetic poles are shifted in the circumferential direction is the same as that developed in the circumferential direction, the main harmonic component of torque pulsation can be canceled and cogging Torque and torque pulsation can be reduced.

次に、図3を用いて、本実施例の形態による永久磁石回転電機を制御する方式について説明する。   Next, a method for controlling the permanent magnet rotating electric machine according to the embodiment will be described with reference to FIG.

直流電源50からインバータ51を介して永久磁石回転電機1の固定子巻線5に電力を供給する。速度制御回路(ASR)52は、速度指令ωsと、エンコーダEからの位置情報等によってトルク指令、すなわち、電流指令Isと回転子3の回転角θ1を出力する。   Power is supplied from the DC power supply 50 to the stator winding 5 of the permanent magnet rotating electrical machine 1 through the inverter 51. The speed control circuit (ASR) 52 outputs a torque command, that is, a current command Is and a rotation angle θ1 of the rotor 3 based on the speed command ωs and position information from the encoder E.

位相シフト回路53は、エンコーダEよりパルス、すなわち、回転子3の位置情報θを、速度制御回路52からの回転角θ1の指令に応じて位相シフトして出力する。正弦波・余弦波発生回路54は、回転子3の永久磁石6の磁極位置を検出する位置検出PSと、位相シフト回路53からの位相シフトされた回転子の位置情報θに基づいて、固定子巻線5の各巻線の誘起電圧を位相シフトした正弦波出力を発生する。位相シフト量は、零の場合でもよい。   The phase shift circuit 53 outputs a pulse from the encoder E, that is, the position information θ of the rotor 3 by shifting the phase according to the command of the rotation angle θ 1 from the speed control circuit 52. The sine wave / cosine wave generation circuit 54 is based on the position detection PS for detecting the magnetic pole position of the permanent magnet 6 of the rotor 3 and the position information θ of the phase shifted rotor from the phase shift circuit 53. A sine wave output is generated by shifting the induced voltage of each winding of the winding 5 in phase. The phase shift amount may be zero.

2相−3相変換回路55は、速度制御回路(ASR)52からの電流指令ISと正弦・余弦発生回路54の出力に応じて、各相に電流指令Isu,Isv,Iswを出力する。各相はそれぞれ個別に電流制御系(ACR)56a,56b,56cを持ち、電流指令Isu,Isv,Iswと電流検出器57からの電流検出信号Ifu,Ifv,Ifwに応じた信号を、インバータ51に送って各相電流を制御する。この場合、各相合成の電流は、界磁磁束に直角、あるいは位相シフトした位置に常に形成され、これによって無整流子で、かつ直流機と同等の特性を得ることができる。   The two-phase / three-phase conversion circuit 55 outputs current commands Isu, Isv, Isw to each phase according to the current command IS from the speed control circuit (ASR) 52 and the output of the sine / cosine generation circuit 54. Each phase has a current control system (ACR) 56a, 56b, 56c individually, and signals corresponding to the current commands Isu, Isv, Isw and the current detection signals Ifu, Ifv, Ifw from the current detector 57 are sent to the inverter 51. To control each phase current. In this case, the current of each phase combination is always formed at a position perpendicular to the field magnetic flux or shifted in phase, so that a characteristic equivalent to that of a DC machine can be obtained without a commutator.

このような構成とすることで、軸方向に分割した永久磁石片の磁極を周方向にずらして配置する構成と同様のスキュー効果が得られ、コギングトルクやトルク脈動を低減することができる。   By adopting such a configuration, a skew effect similar to the configuration in which the magnetic poles of the permanent magnet pieces divided in the axial direction are shifted in the circumferential direction can be obtained, and cogging torque and torque pulsation can be reduced.

次に、本発明の第二の実施例について、図4を用いて説明する。図4は、本発明の第二の実施形態による永久磁石回転電機の断面図である。ここで、ハウジング,固定子2の図示は省略している。本実施の形態による永久磁石回転電機の全体構造は図1に、永久磁石回転電機の固定子は、図2にそれぞれ示す通りである。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a sectional view of a permanent magnet rotating electrical machine according to the second embodiment of the present invention. Here, illustration of the housing and the stator 2 is omitted. The entire structure of the permanent magnet rotating electric machine according to the present embodiment is as shown in FIG. 1, and the stator of the permanent magnet rotating electric machine is as shown in FIG.

回転子3の回転子鉄心7は、高透磁率磁性材料である。例えば、複数枚の電磁鋼板が積層されている回転子鉄心7と、回転子鉄心7に設けられた複数設けられた永久磁石挿入孔12に挿入された複数の永久磁石6は、極性が互いに反対方向になるように、回転子鉄心7の周方向に配置されている。   The rotor core 7 of the rotor 3 is a high permeability magnetic material. For example, the rotor core 7 in which a plurality of electromagnetic steel sheets are laminated and the plurality of permanent magnets 6 inserted into the plurality of permanent magnet insertion holes 12 provided in the rotor core 7 are opposite in polarity. It arrange | positions in the circumferential direction of the rotor core 7 so that it may become a direction.

回転子鉄心7は、永久磁石挿入孔12とシャフト8を通す孔が打ち抜かれる構造となっている。永久磁石挿入孔12とシャフト8を通す孔が打ち抜かれ電磁鋼板を積層し、貫通する永久磁石挿入孔12とシャフト8を通す孔の中に永久磁石6及びシャフト8が挿入されて回転子4を構成する。   The rotor core 7 has a structure in which a hole through which the permanent magnet insertion hole 12 and the shaft 8 are passed is punched out. The holes through which the permanent magnet insertion hole 12 and the shaft 8 are passed are punched out to laminate the magnetic steel plates, and the permanent magnet 6 and the shaft 8 are inserted into the through holes through which the permanent magnet insertion hole 12 and the shaft 8 pass. Constitute.

回転子3は、時計方向,反時計方向に回転し、電動機として運転するものとする。使用する永久磁石6の形状は、直方体形状のものとする。   The rotor 3 rotates clockwise and counterclockwise, and operates as an electric motor. The shape of the permanent magnet 6 to be used is a rectangular parallelepiped shape.

回転子鉄心4を半径方向に分けると、内周側のヨーク部31と外周部32に分けられる。また、回転子鉄心4の外周部32を周方向に2つに分けると、補助磁極部33と磁極片部34に分けられる。補助磁極部33は、隣り合う永久磁石挿入孔12に挟まれる領域であり、磁石の磁気回路をバイパスして、固定子2の起磁力によって直接磁束を固定子2側に発生させる領域である。磁極片部34は、回転子鉄心4の外周部32の中で、永久磁石6の外周側に位置する領域であり、永久磁石6からの磁束Bφがギャップを介して固定子2側に流れて磁気回路を構成する領域である。   When the rotor core 4 is divided in the radial direction, it is divided into an inner peripheral yoke portion 31 and an outer peripheral portion 32. Further, when the outer peripheral portion 32 of the rotor core 4 is divided into two in the circumferential direction, it is divided into an auxiliary magnetic pole portion 33 and a magnetic pole piece portion 34. The auxiliary magnetic pole portion 33 is a region sandwiched between adjacent permanent magnet insertion holes 12, and is a region that bypasses the magnetic circuit of the magnet and generates a magnetic flux directly on the stator 2 side by the magnetomotive force of the stator 2. The magnetic pole piece 34 is a region located on the outer peripheral side of the permanent magnet 6 in the outer peripheral portion 32 of the rotor core 4, and the magnetic flux Bφ from the permanent magnet 6 flows to the stator 2 side through the gap. This is a region constituting a magnetic circuit.

永久磁石6は、補助磁極部33によって周方向を覆われ、磁極片部34によって外周側を覆われた永久磁石挿入孔12の中に収納することができ、高速回転に適した電動機とすることができる。   The permanent magnet 6 can be accommodated in the permanent magnet insertion hole 12 whose circumferential direction is covered by the auxiliary magnetic pole portion 33 and whose outer peripheral side is covered by the magnetic pole piece portion 34, and is an electric motor suitable for high-speed rotation. Can do.

ここで、永久磁石挿入孔12の中に挿入された永久磁石6と隣り合う磁極の永久磁石挿入孔に挿入された永久磁石の端部間の距離が2種類以上存在する。   Here, there are two or more types of distances between the end portions of the permanent magnet inserted into the permanent magnet insertion hole of the magnetic pole adjacent to the permanent magnet 6 inserted into the permanent magnet insertion hole 12.

また、永久磁石挿入孔12の形状は、半径方向と垂直の方向に、長手になるような形状を備え、上記永久磁石挿入孔12の中に永久磁石6を挿入するので、部品点数を削減することができる。さらに、軸方向に分割した永久磁石片の磁極を周方向にずらして配置する構成と同様のスキュー効果が得られ、コギングトルクやトルク脈動を低減することができる。   Further, the shape of the permanent magnet insertion hole 12 has a shape that is long in the direction perpendicular to the radial direction, and the permanent magnet 6 is inserted into the permanent magnet insertion hole 12, thereby reducing the number of parts. be able to. Further, the same skew effect as the configuration in which the magnetic poles of the permanent magnet pieces divided in the axial direction are shifted in the circumferential direction can be obtained, and cogging torque and torque pulsation can be reduced.

次に、本発明の第三の実施例について、図5を用いて説明する。図5は、本発明の第三の実施例による永久磁石回転電機の断面図である。ここで、ハウジング,固定子2の図示は省略している。本実施の形態による永久磁石回転電機の全体構造は図1に、永久磁石回転電機の固定子は、図2にそれぞれ示す通りである。   Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of a permanent magnet rotating electrical machine according to a third embodiment of the present invention. Here, illustration of the housing and the stator 2 is omitted. The entire structure of the permanent magnet rotating electric machine according to the present embodiment is as shown in FIG. 1, and the stator of the permanent magnet rotating electric machine is as shown in FIG.

回転子3の回転子鉄心7は、高透磁率磁性材料である。例えば、複数枚の電磁鋼板が積層されている回転子鉄心7と、回転子鉄心7に設けられた複数設けられた永久磁石挿入孔12に挿入された複数の永久磁石6は、極性が互いに反対方向になるように、回転子鉄心7の周方向に配置されている。   The rotor core 7 of the rotor 3 is a high permeability magnetic material. For example, the rotor core 7 in which a plurality of electromagnetic steel sheets are laminated and the plurality of permanent magnets 6 inserted into the plurality of permanent magnet insertion holes 12 provided in the rotor core 7 are opposite in polarity. It arrange | positions in the circumferential direction of the rotor core 7 so that it may become a direction.

回転子鉄心7は、永久磁石挿入孔12とシャフト8を通す孔が打ち抜かれる構造となっている。永久磁石挿入孔12とシャフト8を通す孔が打ち抜かれ電磁鋼板を積層し、貫通する永久磁石挿入孔12とシャフト8を通す孔の中に永久磁石6及びシャフト8が挿入されて回転子4を構成する。   The rotor core 7 has a structure in which a hole through which the permanent magnet insertion hole 12 and the shaft 8 are passed is punched out. The holes through which the permanent magnet insertion hole 12 and the shaft 8 are passed are punched out to laminate the magnetic steel plates, and the permanent magnet 6 and the shaft 8 are inserted into the through holes through which the permanent magnet insertion hole 12 and the shaft 8 pass. Constitute.

回転子3は、時計方向,反時計方向に回転し、電動機として運転するものとする。使用する永久磁石6の形状は、直方体形状のものとする。   The rotor 3 rotates clockwise and counterclockwise, and operates as an electric motor. The shape of the permanent magnet 6 to be used is a rectangular parallelepiped shape.

回転子鉄心4を半径方向に分けると、内周側のヨーク部31と外周部32に分けられる。また、回転子鉄心4の外周部32を周方向に2つに分けると、補助磁極部33と磁極片部34に分けられる。補助磁極部33は、隣り合う永久磁石挿入孔12に挟まれる領域であり、磁石の磁気回路をバイパスして、固定子2の起磁力によって直接磁束を固定子2側に発生させる領域である。磁極片部34は、回転子鉄心4の外周部32の中で、永久磁石6の外周側に位置する領域であり、永久磁石6からの磁束Bφがギャップを介して固定子2側に流れて磁気回路を構成する領域である。   When the rotor core 4 is divided in the radial direction, it is divided into an inner peripheral yoke portion 31 and an outer peripheral portion 32. Further, when the outer peripheral portion 32 of the rotor core 4 is divided into two in the circumferential direction, it is divided into an auxiliary magnetic pole portion 33 and a magnetic pole piece portion 34. The auxiliary magnetic pole portion 33 is a region sandwiched between adjacent permanent magnet insertion holes 12, and is a region that bypasses the magnetic circuit of the magnet and generates a magnetic flux directly on the stator 2 side by the magnetomotive force of the stator 2. The magnetic pole piece 34 is a region located on the outer peripheral side of the permanent magnet 6 in the outer peripheral portion 32 of the rotor core 4, and the magnetic flux Bφ from the permanent magnet 6 flows to the stator 2 side through the gap. This is a region constituting a magnetic circuit.

永久磁石6は、補助磁極部33によって周方向を覆われ、磁極片部34によって外周側を覆われた永久磁石挿入孔12の中に収納することができ、高速回転に適した電動機とすることができる。   The permanent magnet 6 can be accommodated in the permanent magnet insertion hole 12 whose circumferential direction is covered by the auxiliary magnetic pole portion 33 and whose outer peripheral side is covered by the magnetic pole piece portion 34, and is an electric motor suitable for high-speed rotation. Can do.

ここで、永久磁石挿入孔12の中に挿入された永久磁石6と隣り合う磁極の永久磁石挿入孔に挿入された永久磁石の端部間の距離が2種類以上存在する。   Here, there are two or more types of distances between the end portions of the permanent magnet inserted into the permanent magnet insertion hole of the magnetic pole adjacent to the permanent magnet 6 inserted into the permanent magnet insertion hole 12.

また、永久磁石挿入孔12の中に挿入された永久磁石6の配置は、磁極の中心と永久磁石6の周方向長さの中心が同じ位置に配置している磁極と、永久磁石挿入孔12の中に挿入された永久磁石6が回転方向若しくは、逆回転方向に偏って配置した磁極とを混在させることによって、トルクを低下させることなく、軸方向に分割した永久磁石片の磁極を周方向にずらして配置する構成と同様のスキュー効果が得られ、コギングトルクやトルク脈動を低減することができる。   The permanent magnet 6 inserted into the permanent magnet insertion hole 12 is arranged such that the center of the magnetic pole and the center of the circumferential length of the permanent magnet 6 are located at the same position, and the permanent magnet insertion hole 12. The magnetic poles of the permanent magnet pieces divided in the axial direction are reduced in the circumferential direction without lowering the torque by mixing the permanent magnets 6 inserted in the magnetic poles with the magnetic poles arranged in the rotational direction or in the reverse rotational direction. A skew effect similar to that of the configuration in which they are shifted to each other can be obtained, and cogging torque and torque pulsation can be reduced.

また、以上の説明では、固定子突極22が18個、永久磁石6が12個のいわゆる12極18スロットの永久磁石回転電機1を例に挙げて説明した。さらには、以下に挙げるものの組み合わせにおいても適用可能である。10極12スロットと同比の磁極−スロット数の関係のもの、10極12スロットのもの、8極9スロットと同比の磁極−スロット数の関係のもの、8極9スロットのもの、2極3スロットと同比の磁極−スロット数の関係のもの、2極3スロットのもの、4極3スロットと同比の磁極−スロット数の関係のもの、4極3スロットのものを用いてもよい。また、その他の組み合わせでも可能である。1相当たりの固定子突極22と永久磁石6の比が整数の組み合わせにおいても可能である。   In the above description, the permanent magnet rotating electric machine 1 having 18 stator salient poles 22 and 12 permanent magnets 6 and having 12 so-called 12 poles and 18 slots has been described as an example. Furthermore, the present invention can be applied to combinations of the following. Magnetic pole-slot number ratio of 10 poles and 12 slots, pole ratio of 10 poles, 12 slots, magnetic pole-slot number ratio of 8 poles and 9 slots, 8 poles and 9 slots, 2 poles and 3 slots A magnetic pole-slot number having the same ratio as that of the magnetic pole and a slot having two poles and three slots may be used. Other combinations are also possible. A combination of an integer number of stator salient poles 22 and permanent magnets 6 per phase is also possible.

また、以上の説明では、内転型の永久磁石回転電機で説明したが、外転型の永久磁石回転電機でも適用できる。   In the above description, the inner rotation type permanent magnet rotating electric machine has been described. However, the outer rotation type permanent magnet rotating electric machine can also be applied.

また、以上の説明では、180度通電形の永久磁石回転電機で説明したが、120度通電型のブラシレスモータ方式でも適用できることは言うまでもないことである。また、発電機としても応用することが可能である。   In the above description, the 180-degree energization type permanent magnet rotating electric machine has been described, but it goes without saying that the 120-degree energization type brushless motor system can also be applied. It can also be applied as a generator.

また、以上の説明では、分布巻方式の永久磁石回転電機として説明したが、集中巻方式の永久磁石回転電機でも適用できる。   In the above description, the distributed winding type permanent magnet rotating electric machine has been described. However, a concentrated winding type permanent magnet rotating electric machine can also be applied.

また、以上の説明では、永久磁石挿入孔12に永久磁石6を挿入する埋込磁石式の永久磁石回転電機で説明したが、回転子鉄心7の空隙側表面に永久磁石6を貼付ける表面磁石式の永久磁石回転電機でも適用できる。   In the above description, the permanent magnet rotating electric machine of the embedded magnet type in which the permanent magnet 6 is inserted into the permanent magnet insertion hole 12 has been described. However, the surface magnet for attaching the permanent magnet 6 to the air gap side surface of the rotor core 7. It can also be applied to a permanent magnet rotating electric machine of the type.

次に、本発明の第4の実施形態による永久磁石回転電機を用いた電気自動車について、図8を用いて説明する。図8は、本発明の第4の実施例による永久磁石回転電機を搭載した電気自動車のブロック構成図である。   Next, an electric vehicle using the permanent magnet rotating electric machine according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a block diagram of an electric vehicle equipped with a permanent magnet rotating electrical machine according to the fourth embodiment of the present invention.

電気自動車の車体100は、4つの車輪110,112,114,116によって支持されている。この電気自動車は、前輪駆動であるため、前方の車軸154には、永久磁石回転電機120が直結して取り付けられている。永久磁石回転電機120は、制御装置130によって駆動トルクが制御される。制御装置130の動力源としては、バッテリ140が備えられ、このバッテリ140から電力が制御装置130を介して、永久磁石回転電機120に供給され、永久磁石回転電機120が駆動されて、車輪110,114が回転する。ハンドル150の回転は、ステアリングギア152及びタイロッド,ナックルアーム等からなる伝達機構を介して、2つの車輪110,114に伝達され、車輪の角度が変えられる。   The body 100 of the electric vehicle is supported by four wheels 110, 112, 114, 116. Since this electric vehicle is front-wheel drive, the permanent magnet rotating electrical machine 120 is directly connected to the front axle 154. The driving torque of the permanent magnet rotating electric machine 120 is controlled by the control device 130. As a power source of the control device 130, a battery 140 is provided, and electric power is supplied from the battery 140 to the permanent magnet rotating electrical machine 120 via the control device 130, and the permanent magnet rotating electrical machine 120 is driven to drive the wheels 110, 114 rotates. The rotation of the handle 150 is transmitted to the two wheels 110 and 114 via a transmission mechanism including a steering gear 152, a tie rod, a knuckle arm, and the like, and the angle of the wheel is changed.

なお、以上の実施例では、永久磁石回転電機を電気自動車の車輪の駆動に用いるものとして説明したが、電気機関車等の車輪の駆動にも使用できるものである。   In the above embodiments, the permanent magnet rotating electric machine has been described as being used for driving wheels of an electric vehicle, but can also be used for driving wheels of an electric locomotive or the like.

本実施の形態によれば、永久磁石回転電機を電動車両、特に電気自動車に適用すれば、低トルク脈動の永久磁石回転電機駆動装置を搭載でき、トルク脈動の小さな電気自動車を提供することができる。   According to the present embodiment, if the permanent magnet rotating electrical machine is applied to an electric vehicle, particularly an electric vehicle, a low-torque pulsating permanent magnet rotating electrical machine drive device can be mounted, and an electric vehicle with small torque pulsation can be provided. .

上記のように、本発明の実施形態は、固定子巻線を巻回した固定子鉄心を有する固定子とこの固定子の内周に回転可能に保持された回転子鉄心を有する回転子とから構成された永久磁石回転電機において、上記回転子は、磁極の磁気的に有効な部分の鉄心形状が周方向かつ軸方向に同形状なものを複数有し、磁極の磁石挿入孔内に配置された上記永久磁石片の周方向の端部から、隣り合う磁極に配置された永久磁石片の周方向の端部との距離が、2種類以上有する構成としたものである。かかる構成により、コギングトルクやトルク脈動を低減でき、部品点数が少なくすることができるものとなる。   As described above, an embodiment of the present invention includes a stator having a stator core around which a stator winding is wound, and a rotor having a rotor core that is rotatably held on the inner periphery of the stator. In the configured permanent magnet rotating electrical machine, the rotor has a plurality of magnetic cores having the same shape in the circumferential direction and the axial direction in the magnetically effective portion of the magnetic pole, and is disposed in the magnet insertion hole of the magnetic pole. The distance between the circumferential end of the permanent magnet piece and the circumferential end of the permanent magnet piece disposed on the adjacent magnetic pole has two or more types. With this configuration, cogging torque and torque pulsation can be reduced, and the number of parts can be reduced.

また本実施形態において、磁極の磁石挿入孔内に配置された永久磁石片の周方向の端部から、隣り合う磁極に配置された永久磁石片の周方向の端部との距離の種類で、異なる種類が同数存在する構成とするものである。かかる構成により、トルクの低下が少なく、コギングトルクやトルク脈動を低減でき、部品点数が少なくすることができるものとなる。   In the present embodiment, the type of distance from the circumferential end of the permanent magnet piece arranged in the magnet insertion hole of the magnetic pole to the circumferential end of the permanent magnet piece arranged in the adjacent magnetic pole, The same number of different types exists. With this configuration, there is little reduction in torque, cogging torque and torque pulsation can be reduced, and the number of parts can be reduced.

また本実施形態において、磁極の磁石挿入孔内に配置された永久磁石片の周方向の端部から、隣り合う磁極に配置された永久磁石片の周方向の端部との距離が、交互に異なる構成とするものである。かかる構成により、コギングトルクやトルク脈動を低減でき、部品点数が少なくすることができるものとなる。   In the present embodiment, the distance from the circumferential end of the permanent magnet piece arranged in the magnet insertion hole of the magnetic pole to the circumferential end of the permanent magnet piece arranged in the adjacent magnetic pole is alternately A different configuration is used. With this configuration, cogging torque and torque pulsation can be reduced, and the number of parts can be reduced.

また本実施形態において、上記回転子は回転軸方向に複数分割された回転子鉄心を備え、複数個に分割された上記回転子鉄心の磁極中央部が周方向にずれている構成とするものである。かかる構成により、トルクの低下が少なく、コギングトルクやトルク脈動を低減でき、部品点数が少なくすることができるものとなる。   In the present embodiment, the rotor includes a rotor core that is divided into a plurality of parts in the rotation axis direction, and the magnetic pole central portion of the rotor core that is divided into a plurality of parts is shifted in the circumferential direction. is there. With this configuration, there is little reduction in torque, cogging torque and torque pulsation can be reduced, and the number of parts can be reduced.

また本実施形態において、回転子鉄心内に挿入される永久磁石片の形状が直方体形状である構成とするものである。   Moreover, in this embodiment, it is set as the structure whose shape of the permanent magnet piece inserted in a rotor iron core is a rectangular parallelepiped shape.

以上では、磁極の磁石挿入孔内に配置された永久磁石片の周方向の端部から、隣り合う磁極に配置された永久磁石片の周方向の端部との距離が、2種類以上有するように永久磁石片を配置するため、スロットの磁気抵抗により発生するトルク脈動の高調波成分を打ち消すため、トルク脈動を低減できる。   In the above, there are two or more types of distances from the circumferential end of the permanent magnet piece arranged in the magnet insertion hole of the magnetic pole to the circumferential end of the permanent magnet piece arranged in the adjacent magnetic pole. Since the permanent magnet piece is disposed at the center, the harmonic component of the torque pulsation generated by the magnetic resistance of the slot is canceled, so that the torque pulsation can be reduced.

このように、本実施形態によれば、永久磁石回転電機の部品点数を少なくでき、さらに、トルク脈動を低減することができる。永久磁石回転電機を用いた電動車両においては、トルク脈動の小さな電動車両を提供することができる。   Thus, according to the present embodiment, the number of parts of the permanent magnet rotating electrical machine can be reduced, and torque pulsation can be further reduced. In an electric vehicle using a permanent magnet rotating electric machine, an electric vehicle with small torque pulsation can be provided.

1 永久磁石回転電機
2 固定子
3 回転子
4 固定子鉄心
5 固定子巻線
6 永久磁石
7 回転子鉄心
12 永久磁石孔
21 固定子のヨーク部
22 固定子突極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Permanent magnet rotary electric machine 2 Stator 3 Rotor 4 Stator iron core 5 Stator winding 6 Permanent magnet 7 Rotor iron core 12 Permanent magnet hole 21 Stator yoke part 22 Stator salient pole

Claims (7)

環状のヨーク部から径方向に突出した複数の固定子突極を有する固定子鉄心、及び該固定子鉄心に巻回された固定子巻線を有する固定子と、
該固定子に空隙を介して対向配置され、回転子鉄心、及び該回転子鉄心の内部に配置された複数の永久磁石片とを有する回転子と、
を有する永久磁石回転電機であって、
前記回転子は、磁極の磁気的に有効な部分の鉄心形状が周方向かつ軸方向に同形状なものを複数有し、前記磁極の磁石挿入孔内に配置された前記永久磁石片の周方向の端部から、隣り合う前記磁極に配置された永久磁石片の周方向の端部との距離が複数存在する永久磁石回転電機。
A stator core having a plurality of stator salient poles projecting radially from an annular yoke portion, and a stator having a stator winding wound around the stator core;
A rotor having a rotor core and a plurality of permanent magnet pieces disposed inside the rotor core, the rotor core being disposed to face the stator via a gap;
A permanent magnet rotating electric machine having
The rotor has a plurality of magnetic cores having the same shape in the circumferential direction and the axial direction in the magnetically effective portion of the magnetic pole, and the circumferential direction of the permanent magnet piece disposed in the magnet insertion hole of the magnetic pole The permanent magnet rotating electrical machine in which there are a plurality of distances from the end of the magnet to the circumferential end of the permanent magnet piece arranged on the adjacent magnetic pole.
請求項1記載の永久磁石回転電機であって、
前記磁極の磁石挿入孔内に配置された永久磁石片の周方向の端部から、隣り合う磁極に配置された永久磁石片の周方向の端部との距離で、前記磁石間距離の異なる種類が同数存在する永久磁石回転電機。
The permanent magnet rotating electric machine according to claim 1,
Different types of distances between magnets depending on the distance from the circumferential end of the permanent magnet piece arranged in the magnet insertion hole of the magnetic pole to the circumferential end of the permanent magnet piece arranged in the adjacent magnetic pole There are the same number of permanent magnet rotating electrical machines.
請求項2記載の永久磁石回転電機であって、
前記磁極の磁石挿入孔内に配置された永久磁石片の周方向の端部から、隣り合う磁極に配置された永久磁石片の周方向の端部との距離が、交互に異なる永久磁石回転電機。
The permanent magnet rotating electric machine according to claim 2,
The permanent magnet rotating electrical machine in which the distance from the circumferential end of the permanent magnet piece arranged in the magnet insertion hole of the magnetic pole to the circumferential end of the permanent magnet piece arranged in the adjacent magnetic pole is alternately different .
請求項1記載の永久磁石回転電機であって、
前記回転子は回転軸方向に複数分割された回転子鉄心を備え、複数分割された前記回転子鉄心の磁極中央部が周方向にずれている永久磁石回転電機。
The permanent magnet rotating electric machine according to claim 1,
The rotor includes a rotor core that is divided into a plurality of parts in a rotation axis direction, and a permanent magnet rotating electric machine in which a magnetic pole central portion of the plurality of divided rotor cores is shifted in a circumferential direction.
請求項1記載の永久磁石回転電機であって、
前記回転子の1磁極に配置された前記永久磁石片が複数配置されている永久磁石回転電機。
The permanent magnet rotating electric machine according to claim 1,
A permanent magnet rotating electrical machine in which a plurality of the permanent magnet pieces arranged on one magnetic pole of the rotor are arranged.
請求項1記載の永久磁石回転電機であって、回転子鉄心内に挿入される永久磁石の形状が直方体形状である永久磁石回転電機。   The permanent magnet rotating electrical machine according to claim 1, wherein the shape of the permanent magnet inserted into the rotor core is a rectangular parallelepiped shape. 固定子巻線を巻回した固定子鉄心を有する固定子と、
前記固定子の内周に回転可能に保持され、回転子鉄心とこの回転子鉄心の内部に上記固定子鉄心と対向して配置された複数個の永久磁石片を有する回転子と、を有する永久磁石回転電機を備え、この永久磁石回転電機により車輪が駆動される電動車両であって、
前記回転子は、磁極の鉄心形状が周方向かつ軸方向に磁気的に有効な部分が同形状なものを複数有し、
前記磁極の磁石挿入孔内に配置された永久磁石片の周方向の端部と、隣り合う磁極に配置された永久磁石片の周方向の端部との間の距離が複数存在する、永久磁石回転電機を用いた電動車両。
A stator having a stator core around which a stator winding is wound;
Permanently having a rotor core that is rotatably held on the inner periphery of the stator, and a rotor having a plurality of permanent magnet pieces disposed inside the rotor core so as to face the stator core. An electric vehicle including a magnet rotating electric machine, the wheels of which are driven by the permanent magnet rotating electric machine,
The rotor has a plurality of magnetic cores having the same shape in the circumferential direction and the magnetically effective portion in the axial direction,
Permanent magnet in which there are a plurality of distances between the circumferential end of the permanent magnet piece arranged in the magnet insertion hole of the magnetic pole and the circumferential end of the permanent magnet piece arranged in the adjacent magnetic pole An electric vehicle using a rotating electric machine.
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