JP2014030293A - Rotor of rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機のロータ、特にロータ突極に永久磁石が埋設されたロータに関する。 The present invention relates to a rotor of a rotating electrical machine, and more particularly to a rotor in which a permanent magnet is embedded in a rotor salient pole.
従来から、特許文献1に記載されているように、ロータの複数のロータ突極にロータ巻線が巻回され、各ロータ巻線がダイオードにより選択された極性で短絡される回転電機が知られている。このロータでは、ダイオードによって、各ロータ巻線に流れる電流が整流され、ロータの周方向に隣り合うロータ突極は磁化方向が逆になる。回転電機のステータは、複数のステータ突極に複数相のステータ巻線が集中巻きで巻回されている。ステータ巻線に交流電流を流すことでステータに回転磁界が生成される。そして、ステータで発生した回転磁界に含まれる高調波成分である空間高調波によりロータ巻線に誘導電流を生じさせる。この結果、複数のロータ突極において、ロータの周方向に交互にN極とS極とが形成され、ロータ突極が回転磁界と相互作用することでロータにトルクが発生する。
Conventionally, as described in
また、特許文献1には、ロータの周方向複数個所のロータ突極に配置された永久磁石と、各突極に巻回されたロータ巻線とを含み、ロータ巻線とダイオードによる磁化方向と、内側の永久磁石の磁化方向とを一致させた構造も記載されている。
特許文献2には、複数のロータ突極にロータ巻線が巻回され、ロータコアの径方向内側の複数個所に永久磁石が配置された回転電機が記載されている。ステータ側とロータ側とにそれぞれ配置された給電用コイルを用いた非接触給電によりロータ巻線に給電され、給電時にロータ巻線の電流により生じる磁気回路に沿った磁界を永久磁石によって形成している。 Patent Document 2 describes a rotating electrical machine in which a rotor winding is wound around a plurality of rotor salient poles and permanent magnets are arranged at a plurality of locations on the radially inner side of the rotor core. The rotor windings are fed by non-contact feeding using feeding coils arranged on the stator side and the rotor side, respectively, and a magnetic field along the magnetic circuit generated by the current of the rotor windings during feeding is formed by a permanent magnet. Yes.
特許文献1に記載された構成の場合、ステータが生成する主磁束のロータ突極内での流れを永久磁石の磁束が妨げる場合があり、ロータトルクを大きくする面から改良の余地がある。
In the case of the configuration described in
本発明の目的は、回転電機のロータにおいて、ロータ突極に永久磁石を埋設する構成で主磁束をロータ突極に流れやすくしてロータトルクを大きくすることである。 An object of the present invention is to increase a rotor torque by facilitating the flow of a main magnetic flux to a rotor salient pole with a configuration in which a permanent magnet is embedded in the rotor salient pole in a rotor of a rotating electrical machine.
本発明に係る回転電機のロータは、周方向複数個所に設けられたロータ突極を含むロータコアを備える回転電機のロータであって、前記各ロータ突極に埋設され、磁化方向が前記ロータ径方向である永久磁石と、前記各ロータ突極の内部に前記永久磁石に周方向に隣接して設けられて、前記ロータ突極よりも低透磁率である磁束流れ制限部とを含むことを特徴とする。 A rotor of a rotating electrical machine according to the present invention is a rotor of a rotating electrical machine including a rotor core including rotor salient poles provided at a plurality of locations in the circumferential direction, embedded in each of the rotor salient poles, and the magnetization direction is the rotor radial direction Each of the rotor salient poles and a magnetic flux flow restricting portion that is provided adjacent to the permanent magnet in the circumferential direction and has a lower magnetic permeability than the rotor salient poles. To do.
本発明に係る回転電機のロータにおいて、好ましくは、前記磁束流れ制限部は、前記永久磁石に周方向に隣接して前記各ロータ突極に設けられた切欠部と、前記切欠部に埋設された非磁性部材とから構成される。 In the rotor of the rotating electrical machine according to the present invention, preferably, the magnetic flux flow restriction portion is embedded in the notch portion and a notch portion provided in each rotor salient pole adjacent to the permanent magnet in the circumferential direction. It is comprised from a nonmagnetic member.
本発明に係る回転電機のロータにおいて、好ましくは、前記磁束流れ制限部は、前記ロータ径方向について前記永久磁石の外側の端面よりも外側に突出させている。 In the rotor of the rotating electrical machine according to the present invention, preferably, the magnetic flux flow restricting portion is projected outward from the outer end face of the permanent magnet in the rotor radial direction.
本発明に係る回転電機のロータにおいて、好ましくは、周方向に隣り合う前記ロータ突極に埋設された永久磁石は、互いに磁化方向を異ならせており、前記各ロータ突極に巻かれたロータ巻線と、前記各ロータ巻線に発生する誘導電流を一方向に整流して複数の前記ロータ突極に生じる磁化方向を前記永久磁石の磁化方向と一致させる整流部とを含む。 In the rotor of the rotating electrical machine according to the present invention, preferably, the permanent magnets embedded in the rotor salient poles adjacent in the circumferential direction have different magnetization directions, and the rotor windings wound around the rotor salient poles. And a rectifying unit that rectifies the induced current generated in each rotor winding in one direction and matches the magnetization direction generated in the plurality of rotor salient poles with the magnetization direction of the permanent magnet.
本発明の回転電機のロータによれば、ロータ突極に永久磁石を埋設するとともに永久磁石に周方向に隣接してロータ突極よりも低透磁率の磁束流れ制限部を設けているので、ステータで生成される主磁束のロータ突極内での流れが永久磁石の磁束で妨げられにくくなる。このため、ステータとロータとの磁気的吸引力を効果的に利用してロータトルクを大きくできる。 According to the rotor of the rotating electrical machine of the present invention, the permanent magnet is embedded in the rotor salient pole, and the magnetic flux flow limiting portion having a lower permeability than the rotor salient pole is provided adjacent to the permanent magnet in the circumferential direction. The flow of the main magnetic flux generated in the rotor salient pole is less likely to be hindered by the magnetic flux of the permanent magnet. For this reason, the rotor torque can be increased by effectively using the magnetic attractive force between the stator and the rotor.
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。以下では、ステータコアとロータコアとを、それぞれ電磁鋼板を積層して形成されるものとして説明するが、これは例示であって、電磁鋼板以外の板材を積層したものでもよい。また、これ以外のステータコア及びロータコアであってもよい。例えば、鋼材を加工した一体型コアでも、磁性粉末の圧粉加工により形成されるコアでもよい。また、各コアは、周方向に分割される複数の要素を環状に連結してなる分割型コアとしてもよい。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the stator core and the rotor core are described as being formed by laminating electromagnetic steel plates, but this is an example, and a plate material other than the electromagnetic steel plates may be laminated. Other stator cores and rotor cores may be used. For example, an integrated core obtained by processing a steel material or a core formed by compacting magnetic powder may be used. Moreover, each core is good also as a split-type core formed by connecting the some element divided | segmented into the circumferential direction cyclically | annularly.
以下で述べるステータの突極の数、ロータの突極の数等は説明のための例示であって、適宜変更可能である。また、以下ではすべての図面において同様の要素には同一の符号を付して説明する。 The number of salient poles of the stator and the number of salient poles of the rotor described below are examples for explanation and can be appropriately changed. In the following description, like reference numerals denote like elements in all drawings.
図1は、本発明の実施形態のロータ14を含む回転電機11を駆動する回転電機駆動システム10の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a rotating electrical
回転電機駆動システム10は、回転電機11と駆動部13とを備える。回転電機駆動システム10は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両に搭載されて、回転電機11をモータとして使用し、図示しない車輪を回転電機11により駆動するために使用する。回転電機11は、発電機として使用してもよい。
The rotating electrical
回転電機11は、図示しないケーシングに固定されたステータ12と、ステータ12に径方向に対向配置されるロータ14とを備える。
The rotating
ステータ12は、ステータコア16と、ステータコア16に巻回された複数相であるu相、v相、w相の3相のステータ巻線18u,18v,18wとを含む。ステータコア16は、電磁鋼板等の金属板の積層体等の磁性材料により形成される。ステータコア16は、周方向に複数の等間隔位置に、ロータ14へ向けて径方向内側へ突出して設けられた複数の突極19と、各突極19の間に形成されたスロット20とを含む。なお、「径方向」という場合、ロータ14の回転中心軸に対し直交する放射方向をいう。また、「周方向」という場合、ロータ14の回転中心軸を中心とするロータ円周方向をいう。また、「軸方向」という場合、ロータ14の軸方向をいう。
The
ステータ巻線18u,18v,18wは、スロット20を通って各突極19にそれぞれ集中巻きで巻回される。ステータ巻線18u,18v,18wに複数相の交流電流が流れると各突極19が磁化し、ステータ12に回転磁界が生成される。図1では、ステータ12の外周側にステータ巻線18u,18v,18wに流れるステータ電流の相であるu相、v相、w相を表すu、v、wの符号を示している。
The
なお、ステータ巻線は、ステータコア16の環状部分の周方向複数個所に複数相のステータ巻線を巻回するトロイダル巻きとしてもよい。
Note that the stator winding may be a toroidal winding in which a plurality of phases of the stator winding are wound at a plurality of locations in the circumferential direction of the annular portion of the
ロータ14は、ステータ12と所定の空隙をあけて径方向内側に対向配置され、ステータ12に対し回転可能である。ロータ14の中心軸孔には回転電機11のケーシングの軸受に支持された回転軸21が挿入固定される。ロータ14は、ロータコア22と、このロータコア22に巻回されたロータ巻線24n,24sとを含む。ロータコア22は、電磁鋼板等の金属板の積層体等の磁性材料により形成され、外周側に周方向等間隔の複数個所に設けられた磁極部であるロータ突極28n,28sを含む。
The
ロータ巻線24n,24sは、ロータ14の周方向の1つおきのロータ突極28nに集中巻きで巻かれるロータ巻線24nと、このロータ突極28nと隣り合う別の1つおきのロータ突極28sに集中巻きで巻かれるロータ巻線24sとから構成される。各ロータ巻線24nを一方向に短絡するように第1ダイオード30が接続され、各ロータ巻線24sを他方向に短絡するように第2ダイオード32が接続される。第1ダイオード30及び第2ダイオード32は、整流部である。
The
この構成では、後述するようにロータ巻線24n,24sに誘導電流が流れると、その電流がそれぞれに接続されたダイオード30,32により一方向に整流されることでロータ突極28n,28sが所望の極性に磁化する。ロータ突極28nは、先端にN極を形成するN極形成用であり、ロータ突極28sは、先端にS極を形成するS極形成用である。ロータ突極28n,28sを周方向に交互に配置しているので、ロータ14の周方向にN極とS極とが交互に配置される。
In this configuration, when an induced current flows through the
永久磁石26は、フェライト等から構成される断面矩形の板状であり、各ロータ突極28n,28sに軸方向に形成された磁石孔に挿入され、各ロータ突極28n,28sに埋設固定される。各永久磁石26の磁化方向は、ロータ径方向を向く。図1及び後述する図2において、各ロータ突極28n,28sの先端部にN、Sの符号を付しているが、これは各永久磁石26の径方向外側に配置される磁極と、ロータ巻線24n,24sに発生する誘導電流によってロータ突極28n,28sの先端部に生じる磁極とを示している。周方向に隣り合うロータ突極28n,28sに埋設された永久磁石26は、互いの磁化方向を異ならせている。各ロータ巻線24n,24sに発生する誘導電流より複数のロータ突極28n,28sに生じる磁化方向は、永久磁石26の磁化方向と一致させている。
The
磁束流れ制限部33は、ロータ突極28n,28sの内部に永久磁石26に周方向両側に隣接して設けられており、ロータ突極28n,28sの透磁率よりも低い透磁率を有する部分である。図2は、図1のA部拡大図である。磁束流れ制限部33は、各ロータ突極28nの周方向両側に隣接して設けられた切欠部34と、各切欠部34内に充填状態で埋設された非磁性部材である樹脂部材36とから構成される。非磁性部材は樹脂以外の非磁性金属等としてもよい。場合により、非磁性部材を用いずに切欠部34を内側が空隙となるように用いたものを磁束流れ制限部としてもよい。
The magnetic flux
各切欠部34は、台形状の断面形状を有する。すなわち、各切欠部34の周方向両側面は永久磁石26の周方向側面と平行にしている。また、各切欠部34の図2の上側面である径方向外側面Pはテーパ状として、図2の上側である径方向外側に向かうほど各ロータ突極28nの周方向側面に近づくように傾斜させている。各切欠部34の径方向外側面Pは、永久磁石26の図2の上端面である径方向外側面Qよりも図2の上側である径方向外側に突出させている。このため、磁束流れ制限部33は、永久磁石26の外側面Qよりも外側に突出する。また、各切欠部34の図2の下端である径方向内側面は径方向に対し直交方向に形成し、永久磁石26の径方向内側面Rよりも図2の上側である径方向外側に位置させている。図2ではN極形成用のロータ突極28nについて説明したが、S極形成用のロータ突極28sの磁束流れ制限部33も同様である。
Each
図1に戻って回転電機11は、回転電機駆動システム10の駆動部13により駆動する。駆動部13は、蓄電装置40と、インバータ42と、制御装置44とを含む。蓄電装置40は、直流電源として設けられ、充放電可能であり、例えば二次電池により構成する。蓄電装置40はキャパシタでもよい。インバータ42は、蓄電装置40に接続されて、蓄電装置40からの直流電流をu相、v相、w相の3相の交流電流に変換する。インバータ42と蓄電装置40との間に昇圧装置を設けてもよい。
Returning to FIG. 1, the rotating
制御装置44は、CPU、メモリ等を有するマイクロコンピュータを含み、例えば回転電機11が車両の駆動モータとして利用された場合、車両の図示しないアクセルペダルセンサ等から入力される加速指令信号に応じて回転電機11のトルク目標を算出する。制御装置44は、算出されたトルク目標に応じて、インバータ42のスイッチング素子のスイッチングを制御して、インバータ42を駆動する。制御装置44は、機能ごとに分割された複数の制御装置により構成してもよい。
The
制御装置44は、ステータ巻線18u,18v,18wに流れるステータ電流にパルス電流を重畳させるパルス重畳部46を有する。パルス重畳部46は、必要なタイミングでのみ所定相のステータ電流にパルス電流を重畳させるように、パルス電流の重畳の有無を切り替える機能を有する。これについて図3を用いて説明する。ステータ12の突極19とロータ突極28n,28sとが対向する場合として、S極またはN極に形成された突極19に突極19と異なる極性を形成するロータ突極28n,28sが対向する場合と、突極19に突極19と同じ極性を形成するロータ突極28n,28sが対向する場合との2つの場合がある。図3では、2つの場合のそれぞれでの所定相のステータ電流を絶対値で示している。所定相のステータ電流とは、ロータ突極28n,28sに対向する突極19に巻かれるステータ巻線18u(または18v、18wのいずれか)の相とは別の相のステータ電流である。例えばステータ巻線18uが巻かれる突極19にロータ突極28n,28sが対向する場合、v相またはw相またはv、w両相のステータ電流が所定相のステータ電流である。この所定相のステータ電流はパルス電流が重畳されることで、ロータ巻線24n,24sが配置されたスロット48内に、大きく変動する後述する漏れ磁束を生じさせる。
The
図3(a)は、S極またはN極に形成された突極19に突極19と異なる極性を形成するロータ突極28n,28sが対向する場合である。この場合、パルス重畳部46は、突極19にロータ突極28n,28sが対向する直前の予め定めた所定の位相差がある時点taから対向時点t0までに所定相のステータ電流にパルス電流を重畳させて、ロータ巻線24n,24sに誘導電流を発生させる。このようにステータ電流にパルス電流を重畳させることで誘導電流が発生する理由は後述する。パルス電流は、図3(a)に示すような三角波状とする以外に、矩形状等、他の形状としてもよい。また、複数のパルス電流を連続的に重畳させてもよい。なお、図3では、1相のステータ電流において、パルス電流を重畳させない部分を直線状に示しているが、これは極短い時間を横方向に引き延ばして示すもので、実際には正弦波状に変化している。
FIG. 3A shows a case where the rotor
図3(b)は、S極またはN極に形成された突極19に突極19と同じ極性を形成するロータ突極28s,28nが対向する場合である。この場合、パルス重畳部46は、突極19とロータ突極28s,28nとの対向時点t0、対向直前及び対向直後を含めた所定範囲の対向時間に所定相のステータ電流にパルス電流を重畳させない。この場合、ロータ突極28s,28nに巻かれたロータ巻線24s,24nには誘導電流が発生しない。このようにステータ電流にパルス電流を重畳させないことで誘導電流が発生しない理由も後述する。
FIG. 3B shows a case where the rotor
次に、回転電機11の動作を、図1と、図3〜図8とを用いて説明する。特に、リラクタンストルクと、磁石トルクと、誘導電流により生じるトルクである巻線起磁力トルクとにより、回転電機11が動作することを説明する。図1に示す3相のステータ巻線18u,18v,18wに3相の交流電流が流れることでステータ12に回転磁界が形成されるが、この回転磁界は基本波成分と、基本波よりも高い次数の空間高調波と呼ばれる空間的2次等の高調波成分とを含んでいる。回転磁界の基本波成分がロータ14に作用すると、これに応じて、ロータ14の磁気抵抗が小さくなるように、ロータ突極28n,28sがステータ12の突極19に吸引される。これによって、ロータ14にリラクタンストルクが作用する。
Next, operation | movement of the rotary
また、複数のロータ突極28n,28sに周方向に交互に磁化方向が逆になるように複数の永久磁石26が設けられているので、回転磁界の基本波成分と永久磁石26との磁気的な吸引及び反発の相互作用により、ロータ14に磁石トルクが作用する。
In addition, since the plurality of
また、回転磁界がステータ12からロータ14に作用すると、回転磁界に含まれる空間高調波の磁束変動により、ロータ突極28n,28s間のスロット48に漏れ出す漏れ磁束の変動が発生する。その漏れ磁束の変動が十分に大きい場合にはスロット48に配置されたロータ巻線24n,24sの少なくともいずれかに誘導電流が発生する。ロータ巻線24n,24sに誘導電流が発生すると、その誘導電流は、各ダイオード30,32により整流されることで所定の一方向となる。そして、各ダイオード30,32で整流された電流が各ロータ巻線24n,24sに流れるのに応じて各ロータ突極28n,28sが磁化し、各ロータ突極28n,28sが所望の極性の磁極として機能する。この場合、ダイオード30,32の整流方向の違いにより、各ロータ突極28n,28sの誘導電流により生じる磁極として、周方向においてN極とS極とが交互に配置される。
Further, when the rotating magnetic field acts on the
また、回転電機駆動システム10では、図3(a)で説明したように、所定のタイミングである、互いに異なる極性の突極19とロータ突極28n,28sとが対向する直前taから対向時点t0までに、パルス重畳部46によって、所定相のステータ電流にパルス電流を重畳させる。これによって、スロット48に漏れ磁束を生じさせ、スロット48に配置されたロータ巻線24n,24sに鎖交する漏れ磁束の変動を十分に大きくできる。このため、ロータ巻線24n,24sに誘導電流を発生させ、ロータ突極28n,28sを所望の極性に磁化することができる。そして、突極19と異なる極性のロータ突極28n,28sとが対向する場合に、突極19とロータ突極28n,28sとの間で磁気的吸引力を発生できる。
Further, in the rotating electrical
これを図4、図5を用いてより詳しく説明する。図4は、ステータ12のS極の突極19にN極形成用のロータ突極28nが対向し、図5は、ステータ12のN極の突極19にS極形成用のロータ突極28sが対向して、それぞれでロータ14が回転する様子を示す図である。図4、図5のいずれの場合も、所定相のステータ電流へのパルス電流の重畳によって、ロータ巻線24n,24sに破線矢印の向きまたは逆向きに漏れ磁束が鎖交して、しかもその変動が十分に大きくなる。このため、ロータ巻線24n,24sにダイオード30,32によって整流された一方向である矢印α1、α2方向の誘導電流が流れて、ロータ突極28n,28sに誘導電流による矢印β1、β2方向の磁束が流れる。この場合、ロータ突極28n,28sの先端にN極またはS極が形成され、異なる極性の突極19に引き付けられてロータ14が矢印γ方向に回転する。また、図4、図5では、永久磁石26の磁化方向が誘導電流によるロータ突極28n,28sの磁化方向と一致するので、永久磁石26と突極19との間での磁気的吸引によってもロータ14を回転させることができることも示している。
This will be described in more detail with reference to FIGS. In FIG. 4, the rotor
この結果、誘導電流により磁化されたロータ突極28n,28sと回転磁界の基本波成分との磁気的な吸引の相互作用により、ロータ14に巻線起磁力トルクが作用する。
As a result, the winding magnetomotive force torque acts on the
一方、図3(b)で説明したように、互いに同じ極性の突極19とロータ突極28s,28nとの対向時点t0、対向直前及び対向直後を含む対向時間には、パルス重畳部46により所定相のステータ電流にパルス電流を重畳させないようにしている。このため、ロータ巻線24n,24sに鎖交する漏れ磁束の変動を十分に得られず、ロータ巻線24n,24sに誘導電流が発生しない。したがって、ロータ突極28n,28sが誘導電流によっては磁化されない。この場合、突極19に同じ極性のロータ突極28n,28sが近づく場合でも磁気的反発力は発生しない。
On the other hand, as described with reference to FIG. 3B, the
これを図6、図7を用いて詳しく説明する。図6は、ステータ12のS極の突極19にS極形成用のロータ突極28sが対向し、図7は、ステータ12のN極の突極19にN極形成用のロータ突極28nが対向して、それぞれでロータ14が回転する様子を示す図である。図6、図7のいずれの場合も、所定相のステータ電流にパルス電流が重畳しないので、ロータ巻線24s,24nに、誘導電流を発生させるほどの大きな変動の漏れ磁束は鎖交しない。このため、ロータ巻線24s,24nに誘導電流が発生せず、ロータ突極28s,28nが誘導電流によっては磁化されない。したがって、誘導電流によって磁化されたロータ突極28s,28nが同じ極性の突極19に近づくことがなく、誘導電流による磁気的反発力は発生しない。この場合、径方向外側の極性が突極19と同じになる永久磁石26が突極19に対向するが、永久磁石26の磁束はそれ単独では突極19に反発するほどの大きさはない。また、後述するようにロータ突極28s,28n内で図6、図7の矢印δ1、δ2方向に永久磁石26の磁束がループするので、突極19との間で反発力を生じない。
This will be described in detail with reference to FIGS. In FIG. 6, the S salient rotor
一方、図6の矢印η1a、η1b方向の主磁束が、ロータ突極28sの回転方向前側である図6の右側から突極19に流れる。また、図7の矢印η2a、η2b方向の主磁束が突極19からロータ突極28nの回転方向前側である図7の右側に流れる。この主磁束は、ステータ12とロータ14との間でリラクタンストルクを発生させるためにステータ巻線18u、18v、18wで生成される磁束である。この場合、主磁束の経路を短くするように突極19にロータ突極28s,28nが吸引され、ロータ14が矢印γ方向に回転することでトルクを向上できる。また、ロータ突極28s,28nに永久磁石26が配置されているので、その磁束が主磁束の流れを妨げると、突極19にロータ突極28s,28nを効果的に引き付けられないが、磁束流れ制限部33によって、主磁束がロータ突極28s,28nに流れやすくなる。
On the other hand, the main magnetic flux in the directions of arrows η1a and η1b in FIG. 6 flows to the
この理由を詳しく説明する。本実施形態では、ロータ突極28s,28n内部に永久磁石26に周方向両側に隣接してロータ突極28s,28nよりも低透磁率の磁束流れ制限部33を設けているので、永久磁石26の磁束経路のループの平均長さが長くなり、しかもループの幅が狭くなるのでループが生じにくくなる。また、ロータ突極28s,28nの回転方向前側でロータ回転時の主磁束が通過しようとする。このため、永久磁石26の磁束はロータ突極28s,28nの回転方向後側にループしやすくなり、逆に回転方向前側にはループしにくくなり、主磁束のロータ突極28s,28n内での流れが永久磁石26の磁束で妨げられにくくなる。さらに、永久磁石26は周方向に磁束流れ制限部33を隣接させる分、永久磁石26の周方向の幅が小さくなり、磁束量が過剰になることがない。このため、図6、図7のようにステータ12からの主磁束により永久磁石26の磁化方向と逆方向にロータ突極28s,28nを励磁しようとする場合でも、永久磁石26の磁束が主磁束を弱めることがなく、主磁束がロータ突極28s,28nの回転方向前側に流れやすくなる。この結果、ステータ12とロータ14との磁気的吸引力を効果的に利用してロータトルクを大きくできる。
The reason for this will be described in detail. In the present embodiment, the magnetic flux
一方、特許文献1に記載された構成では、ロータの磁極部の主磁束が通る部分を永久磁石がほぼ塞いでいるので、永久磁石が逆方向の磁束を通過させる場合の障害となる場合がある。また、永久磁石の磁束が磁極部でループすることでステータからの主磁束が入りにくくなる場合がある。また、特許文献2に記載された構成では、ロータコアの径方向内側部分に永久磁石が配置され、径方向内側部分を周回する磁束が流れてしまうので、狙い通りに磁極部に磁束を流すことができない。本実施形態ではこれらの点をいずれも改良できる。
On the other hand, in the configuration described in
図8は、図1のロータ14において、永久磁石26の磁束がロータ突極28n内でループする様子を示す模式図である。図8では、永久磁石26の両側に磁束が2つループしているが、これはステータ12からロータ突極28nに主磁束が流れる前の状態を示しているためである。図8に示すように、磁束流れ制限部33は、ロータ径方向について永久磁石26の外側面Qよりも外側である図8の上側に突出させているので、永久磁石26をロータ突極28nの径方向外側端面に近づけすぎることなく、永久磁石26の磁束がロータ突極28nの回転方向前側、例えば図8の右側に流れるのを効果的に制限できる。永久磁石26をロータ突極28nの径方向外側端面に近づけすぎないので、ロータ突極28nの強度を高くできる。
FIG. 8 is a schematic diagram showing how the magnetic flux of the
また、磁束流れ制限部33の径方向外側面Pはテーパ状としているので、この外側面Pの径方向外端Hで永久磁石26の回転方向前側に流れる磁束を制限できて、しかも磁束流れ制限部33の断面を矩形状とする場合に比べて切欠部34の断面積を小さくでき、ロータ突極28nの強度をより高くできる。また、切欠部34の径方向内端を永久磁石26の径方向内側面Rよりも径方向外側に位置させているので、ロータ突極28nの強度及び永久磁石26の支持強度を高くできる。なお、磁束流れ制限部33の形状は図8の形状に限定するものではなく種々の形状を採用できる。例えば各磁束流れ制限部33の径方向外側面Pのテーパは、図8の場合と逆側に傾斜させることもできる。また、各磁束流れ制限部33の径方向外側面Pをテーパ状とせず、全体を断面矩形状とすることもできる。
Further, since the radially outer surface P of the magnetic flux
図9は、本発明の実施形態の他の例のロータ14において、永久磁石26の磁束がロータ突極28n内でループする様子を示す模式図である。図9に示す例のように、磁束流れ制限部33を断面矩形状とし、さらに磁束流れ制限部33の外側面Pを永久磁石26の外側面Qと径方向に関して一致する位置に設けてもよい。
FIG. 9 is a schematic diagram showing how the magnetic flux of the
また、上記の実施形態では、永久磁石26の周方向両側に磁束流れ制限部33を設けているので、ロータ14が正回転と逆方向に回転する場合でも、ステータ12とロータ14との磁気的吸引力を効果的に利用してロータトルクを向上できる。なお、ロータ14が一方向にだけ回転する場合や、一方向のトルク向上が特に求められる等の場合には、ロータ突極28n,28sの一方向の回転方向前側だけに磁束流れ制限部33を設けてもよい。
In the above embodiment, since the magnetic flux
なお、上記の実施形態では、突極19に誘導電流により異なる極性のロータ突極28n,28sが対向する場合において、対向直前taから対向時点t0までに所定相のステータ電流にパルス電流を重畳させている。ただし、別例として、対向時点t0から予め定めた位相差がある対向直後までの間でも所定相のステータ電流にパルス電流を重畳させてもよい。
In the above embodiment, when the
また、突極19に誘導電流により同じ極性のロータ突極28n,28sが対向する場合に、パルス重畳部46は所定相のステータ電流にパルス電流を重畳させないようにしている。ただし、別例として、パルス重畳部46は、対向時点t0で突極19にロータ突極28n,28sが引き付けられた後で、対応するロータ巻線24n,24sに誘導電流が流れるように、所定相のステータ電流にパルス電流を重畳させる構成としてもよい。この構成によれば、突極19とロータ突極28n,28sとの磁気的な反発を利用して回転電機11のトルクを大きくできる。
Further, when the rotor
また、各ロータ突極28n,28sにおいて、周方向の片側面または両側面から先端に向かうほど径方向外側になるように傾斜または湾曲させた磁性材製の補助突極を突出させてもよい。この構成によれば、ステータ12で発生する回転磁界の空間高調波の磁束を効果的にロータ突極28n,28sに導いて、回転電機11のトルクを向上できる。
Further, in each of the rotor
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。例えば、ステータ巻線はステータに集中巻きで巻線する場合を説明したが、ステータで空間高調波を含む回転磁界を生成できるのであればステータにステータ巻線を分布巻きで巻線する構成としてもよい。 As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to such embodiment at all, and it can implement with a various form in the range which does not deviate from the summary of this invention. Of course. For example, the case where the stator winding is wound around the stator by concentrated winding has been described. However, if the stator can generate a rotating magnetic field including spatial harmonics, the stator winding may be wound around the stator by distributed winding. Good.
また、上記では、ロータ突極にロータ巻線が巻回される回転電機を説明したが、ロータ突極にロータ巻線を巻回しない構成で、ロータ突極に永久磁石と周方向に隣接する磁束流れ制限部を設ける構成としてもよい。 In the above description, the rotating electric machine in which the rotor winding is wound around the rotor salient pole has been described. However, the rotor salient pole is adjacent to the rotor salient pole in the circumferential direction in a configuration in which the rotor winding is not wound around the rotor salient pole. It is good also as a structure which provides a magnetic flux flow restriction | limiting part.
10 回転電機駆動システム、11 回転電機、12 ステータ、13 駆動部、14 ロータ、16 ステータコア、18u,18v,18w ステータ巻線、19 突極、20 スロット、21 回転軸、22 ロータコア、24n,24s ロータ巻線、26 永久磁石、28n,28s ロータ突極、30 第1ダイオード、32 第2ダイオード、33 磁束流れ制限部、34 切欠部、36 樹脂部材、40 蓄電装置、42 インバータ、44 制御装置、46 パルス重畳部、48 スロット。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記各ロータ突極に埋設され、磁化方向が前記ロータ径方向である永久磁石と、前記各ロータ突極の内部に前記永久磁石に周方向に隣接して設けられて、前記ロータ突極よりも低透磁率である磁束流れ制限部とを含むことを特徴とする回転電機のロータ。 A rotor of a rotating electrical machine including a rotor core including rotor salient poles provided at a plurality of locations in the circumferential direction,
A permanent magnet embedded in each rotor salient pole and having a magnetization direction in the rotor radial direction; and provided in the interior of each rotor salient pole adjacent to the permanent magnet in the circumferential direction; A rotor of a rotating electrical machine including a magnetic flux flow restricting portion having a low magnetic permeability.
前記磁束流れ制限部は、前記永久磁石に周方向に隣接して前記各ロータ突極に設けられた切欠部と、前記切欠部に埋設された非磁性部材とから構成されることを特徴とする回転電機のロータ。 The rotor of the rotating electrical machine according to claim 1,
The magnetic flux flow restricting portion includes a notch portion provided in each rotor salient pole adjacent to the permanent magnet in a circumferential direction, and a nonmagnetic member embedded in the notch portion. Rotor for rotating electrical machines.
前記磁束流れ制限部は、前記ロータ径方向について前記永久磁石の外側の端面よりも外側に突出させていることを特徴とする回転電機のロータ。 In the rotor of the rotating electrical machine according to claim 1 or 2,
The rotor of a rotating electrical machine, wherein the magnetic flux flow restricting portion is projected outward from an outer end face of the permanent magnet in the rotor radial direction.
周方向に隣り合う前記ロータ突極に埋設された永久磁石は、互いに磁化方向を異ならせており、
前記各ロータ突極に巻かれたロータ巻線と、前記各ロータ巻線に発生する誘導電流を一方向に整流して複数の前記ロータ突極に生じる磁化方向を前記永久磁石の磁化方向と一致させる整流部とを含むことを特徴とする回転電機のロータ。 In the rotor of the rotary electric machine according to any one of claims 1 to 3,
The permanent magnets embedded in the rotor salient poles adjacent to each other in the circumferential direction have different magnetization directions from each other.
The rotor windings wound around the rotor salient poles and the magnetization directions generated in the rotor salient poles by rectifying the induced current generated in the rotor windings in one direction coincide with the magnetization directions of the permanent magnets. A rotor of a rotating electrical machine comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012169428A JP2014030293A (en) | 2012-07-31 | 2012-07-31 | Rotor of rotary electric machine |
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JP2017169281A (en) * | 2016-03-14 | 2017-09-21 | スズキ株式会社 | Rotary electric machine |
JP2017204961A (en) * | 2016-05-12 | 2017-11-16 | スズキ株式会社 | Dynamo-electric machine |
WO2017199450A1 (en) * | 2016-05-17 | 2017-11-23 | 由次 近藤 | Monopole multistage transformer motor |
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2012
- 2012-07-31 JP JP2012169428A patent/JP2014030293A/en active Pending
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