JP2014108025A - Ipm type electric rotary machine - Google Patents

Ipm type electric rotary machine Download PDF

Info

Publication number
JP2014108025A
JP2014108025A JP2012261569A JP2012261569A JP2014108025A JP 2014108025 A JP2014108025 A JP 2014108025A JP 2012261569 A JP2012261569 A JP 2012261569A JP 2012261569 A JP2012261569 A JP 2012261569A JP 2014108025 A JP2014108025 A JP 2014108025A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotor
torque
magnetic flux
axis
magnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2012261569A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5958305B2 (en
Inventor
Masahiro Aoyama
真大 青山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzuki Motor Corp
Original Assignee
Suzuki Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzuki Motor Corp filed Critical Suzuki Motor Corp
Priority to JP2012261569A priority Critical patent/JP5958305B2/en
Priority to CN201310512867.0A priority patent/CN103855826B/en
Priority to DE102013223671.9A priority patent/DE102013223671B4/en
Publication of JP2014108025A publication Critical patent/JP2014108025A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5958305B2 publication Critical patent/JP5958305B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706Inner rotors
    • H02K1/272Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an IPM type electric rotary machine of low cost and high energy density by implementing high-efficiency rotational drive while reducing the amount of permanent magnets to be used.SOLUTION: The IPM type electric rotary machine comprises a rotor 12 in which permanent magnets 16 are embedded in a V shape, and a stator for housing the rotor, in which the number of slots for each pole and each phase is 2. In the case where the permanent magnets are present to a d-axis side, each of the permanent magnets within a range where a magnet magnetic flux is generated in a direction to cancel an armature magnetic flux at the d-axis side, is replaced with a flux barrier 17c of a small-permeability void. An outer end side inner surface 17b1 of a flux barrier 17b of a side bridge 30 of the rotor sets a midpoint 17b1m within a range where an included angle θ8 (electrical angle) with a (d) axis is 64.7° to 74.2°, and settles an included angle θ9 (mechanical angle) between an extension surface of a d-axis side inner surface 17b1d and a q-axis side inner surface 17b1q within a range of 0° to 37°.

Description

本発明は、IPM型電動回転機に関し、詳しくは、高効率な回転駆動を実現するものに関する。   The present invention relates to an IPM type electric rotating machine, and more particularly to an apparatus that realizes highly efficient rotational driving.

各種装置に搭載する電動回転機には、搭載装置に応じた特性が要求される。
例えば、駆動源として内燃機関と共にハイブリッド自動車(HEV:Hybrid Electric Vehicle)に搭載されたり、単独の駆動源として電気自動車(EV:Electric Vehicle)に搭載される、駆動用モータの場合には、低速回転域で大トルクを発生するのと同時に、広い可変速特性を備えることが要求される。
Electric rotating machines mounted on various devices are required to have characteristics corresponding to the mounted devices.
For example, in the case of a drive motor mounted on a hybrid vehicle (HEV: Hybrid Electric Vehicle) together with an internal combustion engine as a drive source, or mounted on an electric vehicle (EV: Electric Vehicle) as a single drive source, the motor rotates at a low speed. It is required to have a wide variable speed characteristic at the same time as generating a large torque in the region.

この種の車両には、燃費向上のために、電動回転機を含めて各コンポーネントにエネルギ変換効率の向上が要求されており、特に、車載の電動回転機においては、常用領域における効率向上が望まれている。さらに、車載の電動回転機には、設置空間の制約や軽量化の観点から、より小型化した高エネルギ密度の構造が求められている。
ところで、HEVやEVでは、一般的に、電動回転機の低速回転・低負荷領域が常用領域である。このことから、車載の電動回転機のトルクに貢献する割合は、電機子電流の大小に応じたリラクタンストルクよりもマグネットトルクの方が大きくなり、高効率化のために高磁力の永久磁石を多く使用する傾向にある。
このような傾向から、電動回転機としては、エネルギ変換効率の向上、特に、低速回転・低負荷領域の常用領域における効率向上のために、高残留磁束密度のネオジム磁石を回転子の鉄心内部に埋め込んだ永久磁石式の同期モータであるIPM(Interior Permanent Magnet)型が多用されている。このIPM型電動回転機では、外周面側に向かって開くV字形になるように永久磁石を回転子内に埋め込むことにより、マグネットトルクに加えて、リラクタンストルクも積極的に利用できる磁気回路にすることが提案されている(例えば、特許文献1)。また、IPM型電動回転機では、永久磁石の両外端側から回転子の外周面に向かって張り出すフラックスバリアを備える構造が提案されており、フラックスバリアを回転子の外周面側に連続させて解放する構造(特許文献2)や、フラックスバリアの空間を回転子の外周面側に拡大する構造(特許文献3)も、提案されている。
This type of vehicle is required to improve the energy conversion efficiency of each component, including the electric rotating machine, in order to improve the fuel efficiency. In particular, the in-vehicle electric rotating machine is expected to improve the efficiency in the normal range. It is rare. Furthermore, in-vehicle electric rotating machines are required to have a smaller and higher energy density structure from the viewpoints of installation space restrictions and weight reduction.
By the way, in HEV and EV, generally, a low-speed rotation / low load region of an electric rotating machine is a regular region. For this reason, the ratio of contribution to the torque of the in-vehicle electric rotating machine is larger for the magnet torque than for the reluctance torque according to the magnitude of the armature current, and many high-magnetism permanent magnets are used for higher efficiency. Tend to use.
Because of this tendency, for electric rotating machines, neodymium magnets with a high residual magnetic flux density are placed inside the rotor core in order to improve the energy conversion efficiency, especially in the normal range of low-speed rotation and low load range. An IPM (Interior Permanent Magnet) type which is an embedded permanent magnet type synchronous motor is frequently used. In this IPM type electric rotating machine, a permanent magnet is embedded in the rotor so as to have a V-shape that opens toward the outer peripheral surface, thereby forming a magnetic circuit that can actively use reluctance torque in addition to magnet torque. Has been proposed (for example, Patent Document 1). Further, in the IPM type electric rotating machine, a structure including a flux barrier projecting from both outer end sides of the permanent magnet toward the outer peripheral surface of the rotor is proposed, and the flux barrier is made continuous with the outer peripheral surface side of the rotor. A structure (Patent Document 2) for releasing the structure and a structure for expanding the space of the flux barrier toward the outer peripheral surface of the rotor (Patent Document 3) have also been proposed.

特開2006−254629号公報JP 2006-254629 A 特開2011− 4480号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-4480 特開2012− 29524号公報JP 2012-29524 A

ところで、近年の電動回転機には、磁力と耐熱性とを高めるためにNd、Dy、Tbなどのレアアースを含む永久磁石が多用されているが、その稀少性に伴う価格高騰とその流通量の不安定さから、レアアース使用量を低減しつつ高効率化する必要性が高まっている。
しかしながら、HEVやEVでは、電動回転機の常用領域が低速回転・低負荷領域であることから、その領域に寄与するマグネットトルクを大きくするために、特許文献1に記載のようなIPM型モータにおいても、高磁力の永久磁石の使用量を多くする傾向にある。これは、レアアースの使用量の低減という課題の解決を妨げる方向である。
また、特許文献2、3に記載のIPM型電動回転機では、永久磁石の両外端側のフラックスバリアを無暗に回転子の外周面側に拡大させていることから、その外周面との間の磁気抵抗が大きくなって、コギングトルク等が増大して、高品質な回転を妨げてしまう。
そこで、本発明は、永久磁石の使用量を削減しつつ高効率かつ高品質な回転駆動を実現して、低コストかつ高エネルギ密度の電動回転機を提供することを目的としている。
By the way, in recent electric rotating machines, permanent magnets containing rare earths such as Nd, Dy, Tb are often used to increase the magnetic force and heat resistance. Due to the instability, there is a growing need for higher efficiency while reducing the amount of rare earth used.
However, in the HEV and EV, the normal area of the electric rotating machine is the low-speed rotation / low load area. Therefore, in order to increase the magnet torque that contributes to the area, in the IPM type motor described in Patent Document 1, However, there is a tendency to increase the amount of use of high magnetic permanent magnets. This is a direction that hinders the solution of the problem of reducing the amount of rare earth used.
Moreover, in the IPM type electric rotating machine described in Patent Documents 2 and 3, since the flux barriers on both outer end sides of the permanent magnet are darkly expanded on the outer peripheral surface side of the rotor, In the meantime, the magnetic resistance increases, and the cogging torque or the like increases, preventing high-quality rotation.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a low-cost and high-energy density electric rotating machine by realizing high-efficiency and high-quality rotating drive while reducing the amount of permanent magnets used.

上記課題を解決するIPM型電動回転機に係る発明の第1の態様は、永久磁石が埋め込まれて駆動軸と一体回転する回転子と、該回転子を相対回転自在に収納して当該回転子に対面する複数のティース間のスロットにコイルを収容して電機子として機能する固定子と、を備えて、毎極毎相スロット数が2になるように構成された電動回転機であって、前記永久磁石が前記回転子の外周面に向かって開くV字形状に配置されており、前記永久磁石が形成する磁極毎の該永久磁石の中心軸に一致する磁束方向のd軸側まで当該永久磁石を存在させた場合に、該d軸側において前記電機子が発生する電機子磁束を打ち消す方向の磁石磁束を発生する範囲の前記永久磁石を、透磁率の小さな空隙に置き換えて、前記回転子の外周面の前記d軸上に軸心と平行なセンタ調整溝を形成するとともに該外周面の前記永久磁石の両外端部側に軸心と平行な一対のサイド調整溝を形成し、前記永久磁石の両外端側から前記回転子の外周面に向かって張り出すフラックスバリアを備え、当該フラックスバリアの外端側内面と前記回転子の外周面との間に、当該回転子の前記磁極間の磁束方向のq軸側と前記d軸側との間を連結支持するサイドブリッジを形成し、前記フラックスバリアの外端側内面は、前記回転子の外周面の背面側に位置する両端側角部の中間点の両側にd軸側内面とq軸側内面とを有し、前記回転子の軸心および前記フラックスバリアの外端側内面の中間点を通過する直線と前記d軸との間の挟角をθ8とした場合に、64.7°≦θ8(電気角)≦74.2°の関係を満たし、前記d軸側内面は、前記フラックスバリアの外端側内面の中間点から前記回転子の外周面と平行方向に延長され、前記q軸側内面は、前記d軸側内面の前記q軸側への延長面との間の挟角をθ9とした場合に、0°<θ9(機械角)≦37°の関係を満たすことを特徴とするものである。   A first aspect of the invention relating to an IPM electric rotating machine that solves the above-described problems is a rotor that is embedded with a permanent magnet and rotates integrally with a drive shaft, and that the rotor is housed so as to be relatively rotatable. A stator that accommodates a coil in a slot between a plurality of teeth facing each other and functions as an armature, and is configured to have an electric rotating machine that has 2 slots per phase per pole, The permanent magnet is arranged in a V-shape that opens toward the outer peripheral surface of the rotor, and the permanent magnet extends to the d-axis side in the magnetic flux direction that coincides with the central axis of the permanent magnet for each magnetic pole formed by the permanent magnet. When the magnet is present, the permanent magnet in a range in which the magnet magnetic flux is generated in the direction to cancel the armature magnetic flux generated by the armature on the d-axis side is replaced with a gap having a small magnetic permeability, and the rotor An axial center on the d-axis of the outer peripheral surface of A parallel center adjustment groove is formed, and a pair of side adjustment grooves parallel to the shaft center are formed on both outer end sides of the permanent magnet on the outer peripheral surface, and the rotor is arranged from both outer end sides of the permanent magnet. A flux barrier projecting toward the outer peripheral surface, and between the outer end side inner surface of the flux barrier and the outer peripheral surface of the rotor, the q-axis side in the magnetic flux direction between the magnetic poles of the rotor and the d-axis The inner surface of the flux barrier is formed on the d-axis side inner surface on both sides of the middle point of the both end side corners located on the back side of the outer peripheral surface of the rotor. And the q-axis side inner surface, and when the included angle between the d axis and the straight line passing through the midpoint of the rotor shaft and the inner surface of the flux barrier outer side is 64, .7 ° ≦ θ8 (electrical angle) ≦ 74.2 ° satisfying the relationship, d-axis side The inner surface is extended in a direction parallel to the outer peripheral surface of the rotor from an intermediate point of the outer surface on the outer end side of the flux barrier, and the q-axis side inner surface is an extended surface of the d-axis side inner surface toward the q-axis side. When the included angle between them is θ9, the relationship of 0 ° <θ9 (mechanical angle) ≦ 37 ° is satisfied.

上記課題を解決するIPM型電動回転機に係る発明の第2の態様は、上記第1の態様の特定事項に加え、前記挟角θ8は、64.9°≦θ8(電気角)≦74.2°の関係を満たすことを特徴とするものである。   According to a second aspect of the invention related to the IPM type electric rotating machine that solves the above problem, in addition to the specific matter of the first aspect, the included angle θ8 is 64.9 ° ≦ θ8 (electrical angle) ≦ 74. It is characterized by satisfying the 2 ° relationship.

このように、本発明の上記の第1の態様によれば、d軸側で、電機子磁束を打ち消す方向の磁石磁束を発生する範囲の永久磁石を、透磁率の小さな空隙に置き換えたので、d軸側で磁石磁束と電機子磁束が干渉(相殺)してしまうことなく、また、その範囲内を電機子磁束が通過してしまうことも制限することができる。したがって、d軸側で電機子磁束を無駄にする磁石磁束をなくし、マグネットトルクと共にリラクタンストルクを有効活用することができ、d軸側永久磁石の置換前以上のトルクを得つつ永久磁石自体の使用量を削減することができる。
さらに、永久磁石を空隙に置換することで、磁石磁束を低減して高速回転側での誘起電圧定数を低減することができ、高速回転側での出力を向上させることができる。また、軽量化することができ、イナーシャを低減することができる。
また、磁石磁束の低減により、弱め界磁領域を削減(弱め界磁量を低減)することができ、磁気歪みとなる空間高調波を低減することができる。このため、永久磁石内での渦電流の発生を制限して発熱を抑えることができ、永久磁石の温度変化による減磁を抑制して耐熱グレードを下げて低コスト化することができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the permanent magnet in the range that generates the magnet magnetic flux in the direction of canceling the armature magnetic flux on the d-axis side is replaced with a gap having a small magnetic permeability. The magnet magnetic flux and the armature magnetic flux do not interfere (cancel) on the d-axis side, and the armature magnetic flux can be restricted from passing through the range. Therefore, the magnet magnetic flux that wastes the armature magnetic flux on the d-axis side can be eliminated, the reluctance torque can be effectively used together with the magnet torque, and the permanent magnet itself can be used while obtaining the torque more than before the replacement of the d-axis side permanent magnet. The amount can be reduced.
Furthermore, by replacing the permanent magnet with a gap, the magnet magnetic flux can be reduced, the induced voltage constant on the high speed rotation side can be reduced, and the output on the high speed rotation side can be improved. Further, the weight can be reduced and the inertia can be reduced.
Further, by reducing the magnetic flux of the magnet, the field weakening region can be reduced (the amount of field weakening can be reduced), and the spatial harmonics that cause magnetostriction can be reduced. For this reason, generation | occurrence | production of an eddy current in a permanent magnet can be restrict | limited, heat_generation | fever can be suppressed, demagnetization by the temperature change of a permanent magnet can be suppressed, a heat-resistant grade can be lowered | hung and cost can be reduced.

加えて、センタ調整溝が、回転子と固定子側ティースとの間のd軸付近の磁気抵抗を増加させるように調整することができ、上記空隙を形成することによりd軸付近の磁石磁束が低下するのに伴って、鎖交する電機子磁束の増加を抑えることができる。したがって、トルクリプルや鉄損の増加により駆動効率を低下させてしまうことを防止することができる。
また、サイド調整溝が、回転子のV字型永久磁石の両外端部付近の磁気抵抗を増加させることができ、鎖交する磁束波形に重畳しようとする高調波を抑えることができる。したがって、コギングトルクを抑えると共にトルクリプルや鉄損の増加により駆動効率を低下させてしまうことを防止することができる。
さらに加えて、毎極毎相スロット数が2になる構造で、回転子の外周面側との間にサイドブリッジを形成するフラックスバリアでは、外端側内面の中間点とd軸の間の挟角θ8を64.7°〜74.2°(電気角)とし、その中間点からd軸側内面側を最低限ブリッジ部として機能するように回転子の外周面と平行方向に延長しつつ、中間点で屈折するq軸側内面をd軸側内面のq軸側延長面との間の挟角θ9を0°〜37°(機械角)とすることにより、トルクをほとんど低下させることなく、コギングトルクを低減することができる。
この結果、高エネルギ密度で高品質に回転駆動する低コストの電動回転機を実現することができる。
In addition, the center adjustment groove can be adjusted to increase the magnetic resistance in the vicinity of the d-axis between the rotor and the stator side teeth. By forming the gap, the magnetic flux in the vicinity of the d-axis can be adjusted. Along with the decrease, an increase in the armature magnetic flux interlinking can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent the drive efficiency from being lowered due to an increase in torque ripple or iron loss.
Further, the side adjustment groove can increase the magnetic resistance in the vicinity of both outer end portions of the V-shaped permanent magnet of the rotor, and can suppress harmonics that are to be superimposed on the interlinked magnetic flux waveform. Therefore, it is possible to suppress the cogging torque and prevent the drive efficiency from being lowered due to an increase in torque ripple and iron loss.
In addition, in a flux barrier having a structure in which the number of slots per phase per pole is two and a side bridge is formed between the outer peripheral surface side of the rotor, the gap between the midpoint of the inner surface on the outer end side and the d-axis is The angle θ8 is set to 64.7 ° to 74.2 ° (electrical angle), and the d-axis side inner surface side extends from the middle point in a direction parallel to the outer peripheral surface of the rotor so as to function as a bridge portion, By making the included angle θ9 between the q-axis side inner surface refracted at the midpoint and the q-axis side extended surface of the d-axis side inner surface 0 ° to 37 ° (mechanical angle), the torque is hardly reduced, Cogging torque can be reduced.
As a result, it is possible to realize a low-cost electric rotating machine that rotates with high energy density and high quality.

本発明の上記の第2の態様によれば、フラックスバリアの外端側内面の中間点とd軸の間の挟角θ8を64.9°〜74.2°(電気角)にさらに絞ることで、コギングトルクと共に、トルクリプルをより低減することができ、そのトルクリプルに起因して発生する固定子(ステータ)鉄心の電磁振動も低減して、これに伴う電磁騒音をも低減することができる。
さらに、上述形態の特定事項に加えて、フラックスバリアの外端側内面の中間点とd軸の間の挟角θ8(電気角)は、66°〜68°や70°〜72°とし、また、q軸側内面とd軸側内面のq軸側延長面との間の挟角θ9(機械角)は、10°〜27°とすることにより、より効果的に、トルクをほとんど低下させることなく、コギングトルクやトルクリプルを低減することができる。
According to the second aspect of the present invention, the included angle θ8 between the midpoint of the inner surface on the outer end side of the flux barrier and the d-axis is further reduced to 64.9 ° to 74.2 ° (electrical angle). Thus, the torque ripple can be further reduced together with the cogging torque, the electromagnetic vibration of the stator (stator) core generated due to the torque ripple can be reduced, and the electromagnetic noise associated therewith can also be reduced.
Furthermore, in addition to the specific matter of the above-described embodiment, the included angle θ8 (electrical angle) between the midpoint of the inner surface on the outer end side of the flux barrier and the d-axis is 66 ° to 68 ° or 70 ° to 72 °. By making the included angle θ9 (mechanical angle) between the q-axis side inner surface and the d-axis side inner surface the q-axis side extension surface is 10 ° to 27 °, the torque can be reduced more effectively. In addition, cogging torque and torque ripple can be reduced.

さらに、空隙は、d軸側への延長空間を回転子の軸心側に向かって拡大する形状に形成することにより、磁極の一方側のq軸側から回転子内に進入する電機子磁束を永久磁石の外周面側に回り込むのを制限して他方側のq軸側に向かうように迂回させることができ、永久磁石の外周面側に向かう磁石磁束と一緒になって飽和してしまうことを回避することができる。したがって、電機子磁束によるリラクタンストルクをより有効活用することができ、トータルのトルクを増加させることができる。
この空隙は、d軸側への延長空間を回転子の外周面側にも向かって拡大する形状に形成することにより、当該d軸側において電機子磁束を打ち消さないまでも有効に合成することのできない磁石磁束の向きを適正にすることができる。したがって、電機子磁束と磁石磁束の合成磁束がトルクの発生に有効に寄与する経路を通るようにすることができ、トータルのトルクをより増加させることができる。
さらに加えて、永久磁石の両端部側のフラックスバリア外側端部間の挟角θ6(電気角)を144°〜154.3°とすることにより、5次、7次の空間高調波を抑えることができる。また、d軸から永久磁石の外周面側外面の挟角θ2(機械角)を27.5°〜72.5°に、また、37.5°〜82.5°に、また、37.5°〜72.5°とすることにより、最大負荷時や低負荷時のトルクを高くすることができ、このときのトルクリプルと6次と12次の高調波トルクを抑えて電磁振動や電磁騒音を低減することができる。
Further, the gap is formed so that the extension space to the d-axis side expands toward the axis of the rotor, so that the armature magnetic flux entering the rotor from the q-axis side on one side of the magnetic pole can be reduced. It is possible to detour around the outer peripheral surface side of the permanent magnet and to be detoured toward the q-axis side on the other side, and to be saturated together with the magnetic flux toward the outer peripheral surface side of the permanent magnet. It can be avoided. Therefore, the reluctance torque due to the armature magnetic flux can be used more effectively, and the total torque can be increased.
This gap can be effectively synthesized even if the armature magnetic flux is not canceled on the d-axis side by forming the extension space to the d-axis side so as to expand toward the outer peripheral surface side of the rotor. The direction of the magnetic flux that cannot be made can be made appropriate. Therefore, the combined magnetic flux of the armature magnetic flux and the magnet magnetic flux can be passed through a path that effectively contributes to the generation of torque, and the total torque can be further increased.
In addition, the fifth and seventh spatial harmonics are suppressed by setting the included angle θ6 (electrical angle) between the outer ends of the flux barriers on both ends of the permanent magnet to 144 ° to 154.3 °. Can do. Also, the included angle θ2 (mechanical angle) from the d-axis to the outer peripheral surface side of the permanent magnet is 27.5 ° to 72.5 °, 37.5 ° to 82.5 °, and 37.5 By setting the angle to 72.5 °, the torque at the maximum load or low load can be increased. At this time, the torque ripple and the 6th and 12th harmonic torque are suppressed to reduce electromagnetic vibration and noise. Can be reduced.

図1は、本発明に係るIPM型電動回転機(モータ)の一実施形態を示す図であり、その概略全体構成を示す平面図である。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an IPM type electric rotating machine (motor) according to the present invention, and is a plan view showing a schematic overall configuration thereof. 図2は、実施形態の構造における低負荷駆動時の電機子磁束の磁束線図である。FIG. 2 is a magnetic flux diagram of the armature magnetic flux at the time of low load driving in the structure of the embodiment. 図3は、実施形態の構造における低負荷駆動時の磁石磁束の磁束線図である。FIG. 3 is a magnetic flux diagram of magnet magnetic flux at the time of low load driving in the structure of the embodiment. 図4は、d軸側に大きな空隙のないV字型IPMモータの電流位相に対するトルク特性を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing torque characteristics with respect to the current phase of a V-shaped IPM motor having no large gap on the d-axis side. 図5Aは、d軸側に大きな空隙のないV字型IPMモータの磁石磁束の磁束線図である。FIG. 5A is a magnetic flux diagram of magnet magnetic flux of a V-shaped IPM motor without a large gap on the d-axis side. 図5Bは、d軸側に大きな空隙のないV字型IPMモータのd軸付近における磁石磁束のベクトル図である。FIG. 5B is a vector diagram of the magnetic flux in the vicinity of the d-axis of a V-shaped IPM motor without a large gap on the d-axis side. 図6Aは、d軸側に大きな空隙のないV字型IPMモータの最大負荷駆動時における電機子磁束の磁束線図である。FIG. 6A is a magnetic flux diagram of armature magnetic flux at the time of maximum load driving of a V-shaped IPM motor without a large gap on the d-axis side. 図6Bは、d軸側に大きな空隙のないV字型IPMモータの最大負荷駆動時におけるd軸付近の電機子磁束のベクトル図である。FIG. 6B is a vector diagram of armature magnetic flux in the vicinity of the d-axis at the time of maximum load driving of the V-shaped IPM motor without a large gap on the d-axis side. 図7は、d軸側に大きな空隙のないV字型IPMモータの最大負荷駆動時における磁極(永久磁石)の外周側の磁石磁束ベクトルと電機子磁束ベクトルの相対関係を示すモデル図である。FIG. 7 is a model diagram showing the relative relationship between the magnetic flux vector on the outer peripheral side of the magnetic pole (permanent magnet) and the armature magnetic flux vector when the V-shaped IPM motor without a large gap on the d-axis side is driven at the maximum load. 図8は、IPM型モータの入力電流に対する電流位相と出力トルクの対応関係(特性)を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the correspondence (characteristic) between the current phase and the output torque with respect to the input current of the IPM type motor. 図9は、d軸側に大きな空隙のないV字型IPMモータの低負荷駆動時における電機子磁束の磁束線図である。FIG. 9 is a magnetic flux diagram of the armature magnetic flux when the V-shaped IPM motor without a large gap on the d-axis side is driven at a low load. 図10は、d軸側に大きな空隙のないV字型IPMモータの低負荷駆動時における磁石磁束と電機子磁束の合成磁束の磁束線図と共にその合成磁束が取る経路を示す経路図である。FIG. 10 is a path diagram showing a path taken by the combined magnetic flux together with a magnetic flux diagram of the combined magnetic flux of the magnetic flux and the armature magnetic flux when the V-shaped IPM motor without a large gap on the d-axis side is driven at a low load. 図11は、d軸側空隙付きのV字型IPMモータの埋設永久磁石を短縮させた場合の発生トルクの変化やトルクリプルの低減率を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing a change in generated torque and a reduction rate of torque ripple when the embedded permanent magnet of the V-shaped IPM motor with a d-axis side gap is shortened. 図12は、d軸側空隙付きのV字型IPMモータの埋設永久磁石を短縮させた場合に重畳する5次の空間高調波の変化を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing changes in the fifth-order spatial harmonics superimposed when the embedded permanent magnet of the V-shaped IPM motor with a d-axis side gap is shortened. 図13は、d軸側に大きな空隙のないV字型IPMモータとd軸側空隙付きのV字型IPMモータの低負荷駆動領域におけるトルク発生割合を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing a torque generation ratio in a low load driving region of a V-shaped IPM motor without a large gap on the d-axis side and a V-shaped IPM motor with a d-axis side gap. 図14は、d軸側に大きな空隙のないV字型IPMモータとd軸側空隙付きのV字型IPMモータの最大負荷駆動領域におけるトルク発生割合を示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing a torque generation ratio in a maximum load drive region of a V-shaped IPM motor without a large gap on the d-axis side and a V-shaped IPM motor with a d-axis side gap. 図15は、d軸側空隙付きのV字型IPMモータの最大負荷駆動時における電機子磁束を示す磁束線図である。FIG. 15 is a magnetic flux diagram showing an armature magnetic flux at the time of maximum load driving of a V-shaped IPM motor with a d-axis side gap. 図16は、d軸側空隙付きのV字型IPMモータの低負荷駆動時における磁石磁束と電機子磁束の合成磁束を示す磁束線図である。FIG. 16 is a magnetic flux diagram showing a combined magnetic flux of a magnetic flux and an armature magnetic flux when a V-shaped IPM motor with a d-axis side gap is driven at a low load. 図17は、d軸側空隙付きのV字型IPMモータの最大負荷駆動時における磁石磁束と電機子磁束の合成磁束を示す磁束線図である。FIG. 17 is a magnetic flux diagram showing a combined magnetic flux of the magnet magnetic flux and the armature magnetic flux when the V-shaped IPM motor with the d-axis side gap is driven at the maximum load. 図18は、d軸側空隙付きのV字型IPMモータの最大負荷駆動時における磁石磁束と電機子磁束の合成磁束を示す磁束線図を含み、図17の本実施形態の構造と比較する構造図である。FIG. 18 includes a magnetic flux diagram showing a combined magnetic flux of the magnetic flux and the armature magnetic flux at the time of maximum load driving of the V-shaped IPM motor with a d-axis side gap, and a structure to be compared with the structure of the present embodiment in FIG. FIG. 図19は、図17の本実施形態構造Aと図18の比較構造Bで発生する、平均トルク中の瞬時トルクを示すグラフである。FIG. 19 is a graph showing the instantaneous torque in the average torque generated in the structure A of the present embodiment in FIG. 17 and the comparative structure B in FIG. 図20は、図17の本実施形態構造Aと図18の比較構造Bで発生する、図19の瞬時トルクの波形に重畳する高調波トルクの割合を示すグラフである。FIG. 20 is a graph showing the ratio of the harmonic torque superimposed on the instantaneous torque waveform of FIG. 19 generated in the present embodiment structure A of FIG. 17 and the comparative structure B of FIG. 図21は、図17の本実施形態構造Aと図18の比較構造Bにおける、ギャップGを介する1歯鎖交磁束波形に含まれる空間高調波成分の含有率を示すグラフである。FIG. 21 is a graph showing the content ratio of the spatial harmonic component included in the one inter-linkage magnetic flux waveform via the gap G in the present embodiment structure A in FIG. 17 and the comparison structure B in FIG. 図22は、フラックスバリア17cの軸心側の端部壁面位置の軸心からの離隔距離R2/回転子の外半径R1、をパラメータとしたときのトルクの変化を示すグラフである。FIG. 22 is a graph showing a change in torque when the distance R2 / distance R1 of the rotor from the axial center of the end wall surface of the flux barrier 17c on the axial center side is used as a parameter. 図23は、回転子の外半径R1/フラックスバリア17cの軸心側の端部壁面位置の軸心からの離隔距離R2、をパラメータとしたときのトルクの変化を示すグラフである。FIG. 23 is a graph showing changes in torque when the outer radius R1 / rotor distance R2 from the axial center of the end wall surface on the axial center side of the flux barrier 17c is used as a parameter. 図24は、d軸側に大きな空隙を形成するが外周面側に未拡大のV字型IPMモータの最大負荷駆動時における、永久磁石のd軸側角部付近での磁石磁束ベクトルと電機子磁束ベクトルの相対関係を示すモデル図である。FIG. 24 shows the magnetic flux vector and armature near the corner of the d-axis side of the permanent magnet when the maximum load is driven in the V-shaped IPM motor that forms a large gap on the d-axis side but is not enlarged on the outer peripheral surface side. It is a model figure which shows the relative relationship of a magnetic flux vector. 図25は、d軸側に大きな空隙を形成して外周面側にも拡大するV字型IPMモータの最大負荷駆動時における、永久磁石のd軸側角部付近での磁石磁束ベクトルと電機子磁束ベクトルの相対関係を示すモデル図である。FIG. 25 shows the magnetic flux vector and armature in the vicinity of the corner of the d-axis side of the permanent magnet when the V-shaped IPM motor that has a large gap on the d-axis side and expands to the outer peripheral surface is driven at the maximum load. It is a model figure which shows the relative relationship of a magnetic flux vector. 図26は、図25に示す拡大空隙の寸法形状を決定する際に使用するパラメータを示す回転子の一磁極を拡大した構造図である。FIG. 26 is a structural diagram in which one magnetic pole of a rotor showing parameters used when determining the size and shape of the enlarged gap shown in FIG. 25 is enlarged. 図27は、図26で示すパラメータDLdを変化させたときの形状のモデル例を示す構造図である。FIG. 27 is a structural diagram showing a model example of the shape when the parameter DLd shown in FIG. 26 is changed. 図28は、図26で示すDLdの外半径R1に対する比率をパラメータとして変化させたときのトルクと高調波トルクの変化を示すグラフである。FIG. 28 is a graph showing changes in torque and harmonic torque when the ratio of DLd to outer radius R1 shown in FIG. 26 is changed as a parameter. 図29は、図26で示すDLdの外半径R1に対する比率をパラメータとして変化させたときのトルクリプルの変化を示すグラフである。FIG. 29 is a graph showing changes in torque ripple when the ratio of DLd to the outer radius R1 shown in FIG. 26 is changed as a parameter. 図30は、図26で示すθ1の磁石開口度θ2に対する比率をパラメータとして変化させたときのトルクと高調波トルクの変化を示すグラフである。FIG. 30 is a graph showing changes in torque and harmonic torque when the ratio of θ1 to magnet opening degree θ2 shown in FIG. 26 is changed as a parameter. 図31は、図26で示すθ1の磁石開口度θ2に対する比率をパラメータとして変化させたときのトルクリプルの変化を示すグラフである。FIG. 31 is a graph showing changes in torque ripple when the ratio of θ1 to magnet opening degree θ2 shown in FIG. 26 is changed as a parameter. 図32は、拡大した空隙であるフラックスバリアを備える場合を未拡大の場合と比較する平均トルク中の瞬時トルクを示すグラフである。FIG. 32 is a graph showing the instantaneous torque in the average torque for comparing the case where the flux barrier that is the enlarged gap is provided with the case where it is not enlarged. 図33は、図32の平均トルク中の瞬時トルクの波形に重畳する高調波トルクの割合を示すグラフである。FIG. 33 is a graph showing the ratio of the harmonic torque superimposed on the waveform of the instantaneous torque in the average torque of FIG. 図34Aは、d軸側に大きな空隙のないセンタ溝未形成のV字型IPMモータの磁石磁束の磁束線図である。FIG. 34A is a magnetic flux diagram of magnet magnetic flux of a V-shaped IPM motor having no large gap on the d-axis side and having no center groove formed thereon. 図34Bは、d軸側に大きな空隙のないセンタ溝未形成のV字型IPMモータの最大負荷時におけるd軸付近の電機子磁束と磁石磁束の合成磁束のベクトル図である。FIG. 34B is a vector diagram of a combined magnetic flux of an armature magnetic flux and a magnet magnetic flux in the vicinity of the d-axis at the maximum load of a V-shaped IPM motor without a center gap formed on the d-axis side and having no center gap. 図35Aは、d軸側に大きな空隙を形成したセンタ溝未形成のV字型IPMモータの磁石磁束の磁束線図である。FIG. 35A is a magnetic flux diagram of the magnetic flux of a V-shaped IPM motor with no center groove formed with a large gap on the d-axis side. 図35Bは、d軸側に大きな空隙を形成したセンタ溝未形成のV字型IPMモータの最大負荷時におけるd軸付近の電機子磁束と磁石磁束の合成磁束のベクトル図である。FIG. 35B is a vector diagram of the combined magnetic flux of the armature magnetic flux and the magnet magnetic flux in the vicinity of the d-axis at the maximum load of the V-shaped IPM motor having no center groove formed with a large gap on the d-axis side. 図36は、図34Aに示すd軸側に大きな空隙のないセンタ溝未形成の構造と図35Aに示すd軸側に大きな空隙を形成したセンタ溝未形成の構造とを比較する1歯鎖交磁束波形を示すグラフである。FIG. 36 shows a one-tooth linkage comparing the structure without a large groove on the d-axis side shown in FIG. 34A and the structure without a center groove formed with a large gap on the d-axis side shown in FIG. 35A. It is a graph which shows a magnetic flux waveform. 図37は、その図36に示す磁束波形をフーリエ級数展開して、1歯鎖交磁束波形に重畳する空間高調波の含有率を示すグラフである。FIG. 37 is a graph showing the content of spatial harmonics superimposed on one inter-linkage magnetic flux waveform by expanding the magnetic flux waveform shown in FIG. 36 by Fourier series. 図38は、d軸側に大きな空隙を形成したセンタ溝形成済みのV字型IPMモータの最大負荷時におけるd軸付近の電機子磁束と磁石磁束の合成磁束のベクトル図である。FIG. 38 is a vector diagram of a combined magnetic flux of an armature magnetic flux and a magnet magnetic flux in the vicinity of the d-axis at the maximum load of a V-shaped IPM motor having a center groove formed with a large gap formed on the d-axis side. 図39は、本実施形態と図35Aに示すセンタ溝未形成の構造とを比較する最大負荷時におけるトルク波形を示すグラフである。FIG. 39 is a graph showing a torque waveform at the maximum load comparing the present embodiment with the structure without the center groove shown in FIG. 35A. 図40は、その図39に示すトルク波形をフーリエ級数展開して、そのトルク波形に重畳する高調波トルクの重畳程度を比較するグラフである。FIG. 40 is a graph comparing the degree of superposition of harmonic torque superimposed on the torque waveform by expanding the torque waveform shown in FIG. 39 by Fourier series. 図41は、センタ溝の寸法形状を決定する際に使用するパラメータを示す回転子の一磁極を拡大した構造図である。FIG. 41 is an enlarged structural view of one magnetic pole of the rotor showing parameters used when determining the dimension and shape of the center groove. 図42は、図41で示すセンタ溝の寸法形状におけるR4の外半径R1に対する比率をパラメータとして変化させたときのトルクリプルの変化を示すグラフである。FIG. 42 is a graph showing changes in torque ripple when the ratio of R4 to the outer radius R1 in the dimensional shape of the center groove shown in FIG. 41 is changed as a parameter. 図43は、図41で示すセンタ溝の寸法形状における外開口角θaをパラメータとして変化させたときの相電圧波形と線間電圧波形を示すグラフである。FIG. 43 is a graph showing a phase voltage waveform and a line voltage waveform when the outer opening angle θa in the dimension shape of the center groove shown in FIG. 41 is changed as a parameter. 図44は、本実施形態と図35Aに示すセンタ溝未形成の構造とを比較する低負荷時におけるトルク波形を示すグラフである。FIG. 44 is a graph showing a torque waveform at a low load comparing the present embodiment with the structure having no center groove shown in FIG. 35A. 図45は、その図44に示すトルク波形をフーリエ級数展開して、そのトルク波形に重畳する高調波トルクの重畳程度を比較するグラフである。FIG. 45 is a graph comparing the degree of superposition of harmonic torque superimposed on the torque waveform by expanding the torque waveform shown in FIG. 44 by Fourier series. 図46は、サイド溝未形成の構造で一磁極におけるステータティースの位置関係を示す構造図である。FIG. 46 is a structural diagram showing the positional relationship of stator teeth in one magnetic pole in a structure in which side grooves are not formed. 図47は、図46に示すサイド溝未形成の構造の無負荷時におけるギャップ磁束波形を示すグラフである。47 is a graph showing a gap magnetic flux waveform at the time of no load of the structure in which the side groove is not formed shown in FIG. 図48は、図46に示すサイド溝未形成の構造の最大負荷時におけるギャップ磁束波形を示すグラフである。FIG. 48 is a graph showing a gap magnetic flux waveform at the maximum load of the structure in which the side groove is not formed shown in FIG. 図49は、回転子の外周面に形成するサイド溝の寸法形状を決定する際に使用するパラメータを示す回転子の一磁極を拡大した構造図である。FIG. 49 is an enlarged structural diagram of one magnetic pole of the rotor showing parameters used when determining the size and shape of the side grooves formed on the outer peripheral surface of the rotor. 図50は、最大負荷時に、図49で示すサイド溝の寸法形状におけるd軸からの内挟角θ5/外挟角θ4をパラメータとして変化させたときのトルクと高調波トルクとトルクリプルの変化を示すグラフである。FIG. 50 shows changes in torque, harmonic torque, and torque ripple when the inner sandwich angle θ5 / outer sandwich angle θ4 from the d-axis in the dimension shape of the side groove shown in FIG. 49 is changed as a parameter at the maximum load. It is a graph. 図51は、低負荷時に、図49で示すサイド溝の寸法形状におけるd軸からの内挟角θ5/外挟角θ4をパラメータとして変化させたときのトルクとトルクリプルの変化を示すグラフである。FIG. 51 is a graph showing changes in torque and torque ripple when the inside groove angle θ5 / outer angle θ4 from the d-axis in the dimension shape of the side groove shown in FIG. 49 is changed as a parameter at the time of low load. 図52は、最大負荷時に、図49で示すサイド溝の寸法形状における溝深さRG/エアギャップ幅AGをパラメータとして変化させたときのトルクとトルクリプルの変化を示すグラフである。FIG. 52 is a graph showing changes in torque and torque ripple when the groove depth RG / air gap width AG in the dimension shape of the side groove shown in FIG. 49 is changed as a parameter at the maximum load. 図53は、無負荷時におけるサイド溝ありとサイド溝なしでのギャップ磁束波形で重畳する高調波の大きさを比較するグラフである。FIG. 53 is a graph comparing the magnitudes of harmonics superimposed on the gap magnetic flux waveform with and without the side grooves when there is no load. 図54は、最大負荷時におけるサイド溝ありとサイド溝なしでのトルク波形からトルクリプルの大きさを比較するグラフである。FIG. 54 is a graph comparing the magnitude of torque ripple based on torque waveforms with and without side grooves at the maximum load. 図55は、低負荷時におけるサイド溝ありとサイド溝なしでのトルク波形からトルクリプルの大きさを比較するグラフである。FIG. 55 is a graph comparing the magnitude of torque ripple based on torque waveforms with and without side grooves at low loads. 図56は、無負荷時時におけるサイド溝ありとサイド溝なしでのコギングトルク波形からそのコギングトルクの低減率を確認するグラフである。FIG. 56 is a graph for confirming the reduction rate of the cogging torque from the cogging torque waveform with and without the side groove at the time of no load. 図57は、磁極開口度θ6や磁石開口度θ2を示す回転子の一磁極を拡大した構造図である。FIG. 57 is an enlarged structural view of one magnetic pole of the rotor showing the magnetic pole opening degree θ6 and the magnet opening degree θ2. 図58は、1歯に鎖交するギャップ磁束の近似波形を示すグラフである。FIG. 58 is a graph showing an approximate waveform of a gap magnetic flux linked to one tooth. 図59は、1歯に鎖交するギャップ磁束の近似波形と磁極開口度および磁石開口度の関係を示す概念説明図である。FIG. 59 is a conceptual explanatory diagram showing the relationship between the approximate waveform of the gap magnetic flux interlinking one tooth, the magnetic pole opening degree, and the magnet opening degree. 図60は、1歯に鎖交するギャップ磁束の理論波形(矩形波)と現実の波形(台形波)を重ねて示すグラフである。FIG. 60 is a graph showing the theoretical waveform (rectangular wave) of the gap magnetic flux linked to one tooth and the actual waveform (trapezoidal wave). 図61は、最大負荷時に、磁石開口度θ6をパラメータとして変化させたときのトルクと高調波トルクとトルクリプルの変化を示すグラフである。FIG. 61 is a graph showing changes in torque, harmonic torque, and torque ripple when the magnet opening degree θ6 is changed as a parameter at the maximum load. 図62は、低負荷時に、磁石開口度θ6をパラメータとして変化させたときのトルクと高調波トルクとトルクリプルの変化を示すグラフである。FIG. 62 is a graph showing changes in torque, harmonic torque, and torque ripple when the magnet opening degree θ6 is changed as a parameter at low load. 図63は、サイドブリッジの形状を示す回転子の一磁極を拡大した構造図である。FIG. 63 is an enlarged structural view of one magnetic pole of the rotor showing the shape of the side bridge. 図64は、V字型IPMモータの無負荷時におけるサイドブリッジ付近での磁石磁束のベクトル図である。FIG. 64 is a vector diagram of the magnetic flux near the side bridge when the V-shaped IPM motor is not loaded. 図65Aは、無負荷時の回転子と固定子の間のエアギャップにおける磁束密度波形を示すグラフである。FIG. 65A is a graph showing a magnetic flux density waveform in the air gap between the rotor and the stator when there is no load. 図65Bは、図65Aにおける磁束密度波形の立ち上がり領域の拡大グラフである。FIG. 65B is an enlarged graph of the rising region of the magnetic flux density waveform in FIG. 65A. 図66は、V字型IPMモータの最大負荷時におけるサイドブリッジ付近での電機子磁束のベクトル図である。FIG. 66 is a vector diagram of armature magnetic flux in the vicinity of the side bridge at the maximum load of the V-shaped IPM motor. 図67は、V字型IPMモータの高速回転時に大きなミゼス応力が生じる箇所を示す機械的強度の解析結果のコンター図である。FIG. 67 is a contour diagram of the analysis result of the mechanical strength showing the location where a large Mises stress occurs during high-speed rotation of the V-shaped IPM motor. 図68は、外側のフラックスバリアの外端側内面における屈折箇所を変化させたときのコギングトルクの変化を示すグラフである。FIG. 68 is a graph showing a change in cogging torque when the refraction point on the inner surface on the outer end side of the outer flux barrier is changed. 図69は、外側のフラックスバリアの外端側内面における屈折箇所を変化させたときのトルクとトルクリプルの変化を示すグラフである。FIG. 69 is a graph showing changes in torque and torque ripple when the refraction location on the inner surface of the outer flux barrier on the outer end side is changed. 図70は、外側のフラックスバリアの外端側内面の屈折量を変化させたときのトルクとトルクリプルの変化を示すグラフである。FIG. 70 is a graph showing changes in torque and torque ripple when the amount of refraction on the outer end side inner surface of the outer flux barrier is changed.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図1〜図70は本発明に係るIPM型電動回転機の一実施形態を示す図である。ここで、本実施形態の説明では、固定子に対して回転子を反時計回り(CCW:counterclockwise)方向に回転させる場合を一例にしてその回転方向を図示する。
図1において、電動回転機(モータ)10は、概略円筒形状に形成された固定子(ステータ)11と、この固定子11内に回転自在に収納されて軸心に一致する回転駆動軸13が固設されている回転子(ロータ)12と、を備えている。この電動回転機10は、例えば、ハイブリッド自動車(HEV)や電気自動車(EV)において、内燃機関と同様の駆動源として、あるいは車輪ホイール内に搭載するのに好適な性能を有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 to 70 are views showing an embodiment of an IPM type electric rotating machine according to the present invention. Here, in the description of the present embodiment, the rotation direction is illustrated by taking as an example a case where the rotor is rotated counterclockwise (CCW) with respect to the stator.
In FIG. 1, an electric rotating machine (motor) 10 includes a stator (stator) 11 formed in a substantially cylindrical shape, and a rotary drive shaft 13 that is rotatably housed in the stator 11 and coincides with an axis. And a fixed rotor (rotor) 12. The electric rotating machine 10 has a performance suitable for mounting in a wheel or wheel as a drive source similar to that of an internal combustion engine, for example, in a hybrid vehicle (HEV) or an electric vehicle (EV).

固定子11には、回転子12の外周面12aにギャップGを介して内周面15a側を対面させるように軸心の法線方向に延在する複数本のステータティース15が形成されている。このステータティース15には、内部に対面収納されている回転子12を回転駆動させる磁束を発生させるコイルを構成する3相巻線(不図示)が分布巻により巻付形成されている。
回転子12は、外周面12aに向かって開くV字型になるように、一対で1組の永久磁石16を1磁極として埋め込むIPM(Interior Permanent Magnet)構造になるように作製されている。この回転子12は、図面の表裏方向に延在する平板状の永久磁石16の角部16aを嵌め込んで不動状態に収容するV字空間17が外周面12aに対面するように形成されている。
V字空間17は、永久磁石16を嵌め込み収容する空間17aと、その永久磁石16の幅方向の両側方に位置して磁束の回り込みを制限するフラックスバリアとして機能する空間17b、17c(以下ではフラックスバリア17b、17cともいう)と、を備えるように形成されている。このV字空間17には、永久磁石16を高速回転時の遠心力に抗して位置決め保持することができるように、空間17c間で法線方向に延長されて外周側と内周側とを連結支持するセンタブリッジ20が形成されている。同様な機能を有するサイドブリッジ30については後述する。
The stator 11 is formed with a plurality of stator teeth 15 extending in the normal direction of the axial center so that the outer peripheral surface 12a of the rotor 12 faces the inner peripheral surface 15a via the gap G. . A three-phase winding (not shown) constituting a coil for generating a magnetic flux for rotationally driving the rotor 12 accommodated inside is wound around the stator teeth 15 by distributed winding.
The rotor 12 is manufactured to have an IPM (Interior Permanent Magnet) structure in which a pair of permanent magnets 16 are embedded as one magnetic pole so as to be V-shaped to open toward the outer peripheral surface 12a. The rotor 12 is formed such that a V-shaped space 17 that is fitted in a corner portion 16a of a plate-like permanent magnet 16 extending in the front and back direction of the drawing and is housed in a stationary state faces the outer peripheral surface 12a. .
The V-shaped space 17 is a space 17a in which the permanent magnet 16 is fitted and accommodated, and spaces 17b and 17c (hereinafter referred to as flux) that are located on both sides in the width direction of the permanent magnet 16 and function as flux barriers that restrict the wraparound of the magnetic flux. Barriers 17b and 17c). In the V-shaped space 17, the permanent magnet 16 is extended in the normal direction between the spaces 17 c so that the permanent magnet 16 can be positioned and held against the centrifugal force during high-speed rotation. A center bridge 20 for connecting and supporting is formed. The side bridge 30 having a similar function will be described later.

この電動回転機10は、固定子11側のステータティース15間の空間が、巻線を通して巻き掛けることによりコイルを形成するためのスロット18を構成している。これに対して、回転子12は、8組の永久磁石16のそれぞれに、固定子11側の6本のステータティース15が対面している。要するに、この電動回転機10では、回転子12側の一対の永久磁石16側が構成する1磁極に、固定子11側の6スロット18が対応するように構築されている。すなわち、電動回転機10は、隣接する1磁極毎に永久磁石16のN極とS極の表裏を交互にした、8極(4極対)、48スロットで、単相分布巻5ピッチで巻線した3相IPMモータに作製されている。言い換えると、電動回転機10は、毎極毎相スロット数q=(スロット数/極数)/相数=2のIPM型構造に作製されている。
これにより、電動回転機10は、固定子11のスロット18内のコイルに通電してステータティース15から対面する回転子12内に磁束を通すことにより回転駆動させることができる。このとき、電動回転機10(固定子11と回転子12)は、永久磁石16との間に生じる吸引力と反発力に起因するマグネットトルクに加えて、磁束が通過する磁路を最短にしようとするリラクタンストルクとの総合トルクにより回転駆動することができる。よって、電動回転機10は、通電入力する電気的エネルギを、固定子11に対して回転子12と一体回転する回転駆動軸13から、機械的エネルギとして出力することができる。
なお、固定子11と回転子12は、ケイ素鋼などの電磁鋼板材料の薄板を所望の出力トルクに応じた厚さになるように軸方向に重ねており、その積層状態を維持するようにカシメ19などにより一体物に作製されている。
In the electric rotating machine 10, the space between the stator teeth 15 on the stator 11 side constitutes a slot 18 for forming a coil by being wound through a winding. On the other hand, in the rotor 12, six stator teeth 15 on the stator 11 side face each of the eight sets of permanent magnets 16. In short, the electric rotating machine 10 is constructed such that the six slots 18 on the stator 11 side correspond to one magnetic pole formed on the pair of permanent magnets 16 side on the rotor 12 side. That is, the electric rotating machine 10 is wound with 8 poles (4 pole pairs), 48 slots, single-phase distributed winding 5 pitches, with the N and S poles of the permanent magnet 16 alternately arranged for each adjacent magnetic pole. It is made to a wired three-phase IPM motor. In other words, the electric rotating machine 10 is manufactured in an IPM type structure in which the number of slots per phase per pole q = (number of slots / number of poles) / number of phases = 2.
Thus, the electric rotating machine 10 can be driven to rotate by energizing the coil in the slot 18 of the stator 11 and passing the magnetic flux through the rotor 12 facing the stator teeth 15. At this time, the electric rotating machine 10 (the stator 11 and the rotor 12) tries to minimize the magnetic path through which the magnetic flux passes, in addition to the magnet torque caused by the attractive force and the repulsive force generated between the permanent magnets 16. It can be rotationally driven by the total torque including the reluctance torque. Therefore, the electric rotating machine 10 can output electrical energy that is energized and input as mechanical energy from the rotary drive shaft 13 that rotates integrally with the rotor 12 with respect to the stator 11.
In addition, the stator 11 and the rotor 12 are laminated in the axial direction so that a thin plate made of electromagnetic steel plate material such as silicon steel has a thickness corresponding to a desired output torque, and is caulked so as to maintain the laminated state. 19 or the like.

ここで、この電動回転機10は、図2に磁束線図として図示するように、1磁極を構成する一対の永久磁石16に対応する複数のステータティース15毎に、固定子11の外周側(ステータティース15の背面側)から回転子12内を通過する経路の磁路(電機子磁束)を形成するように、スロット18内に巻線コイルが分布巻きされている。その永久磁石16は、電機子磁束Ψrの磁路に沿うように、言い換えると、その電機子磁束Ψrの形成を妨げないように、形成されているV字空間17の嵌込空間17a内に収容されている。
この永久磁石16の磁路(磁石磁束Ψm)は、図3に磁束線図として図示するように、1磁極を構成する一対の永久磁石16の表裏面のN極とS極から鉛直方向に出て繋げる経路を取り、特に、固定子11側では対応するステータティース15からその背面側を通過する経路になる。
Here, as shown in FIG. 2 as a magnetic flux diagram, the electric rotating machine 10 includes a plurality of stator teeth 15 corresponding to a pair of permanent magnets 16 constituting one magnetic pole, and the outer peripheral side of the stator 11 ( A winding coil is distributedly wound in the slot 18 so as to form a magnetic path (armature magnetic flux) that passes through the rotor 12 from the back side of the stator teeth 15. The permanent magnet 16 is accommodated in the fitting space 17a of the formed V-shaped space 17 so as to follow the magnetic path of the armature magnetic flux Ψr, in other words, so as not to prevent the formation of the armature magnetic flux Ψr. Has been.
The magnetic path (magnet magnetic flux Ψm) of the permanent magnet 16 extends vertically from the N and S poles on the front and back surfaces of the pair of permanent magnets 16 constituting one magnetic pole as shown in FIG. 3 as a magnetic flux diagram. In particular, on the stator 11 side, the corresponding stator teeth 15 pass through the back side.

そして、回転子12内に永久磁石16をV字に埋め込んだIPM構造では、磁極が作る磁束の方向、すなわち、V字の永久磁石16間の中心軸をd軸とし、また、そのd軸と電気的・磁気的に直交する、隣接する磁極間の永久磁石16間の中心軸をq軸とする。この回転子12は、V字空間17のd軸側に位置する内側の空間17cを、軸心に向かう大きな空隙に拡大されてフラックスバリア17cとして機能するように形成されている。このV字空間17におけるフラックスバリア17cの最適な寸法形状については後述する。
これにより、この電動回転機10では、図2に示すように、ステータティース15から回転子12内に進入する電機子磁束Ψrを、V字空間17の外周側に回り込まないように大きく内周(軸心)側に迂回させてステータティース15に戻る経路を取るように形成されている。要するに、電動回転機10は、回転子12がd軸空隙付きV字型IPMモータに構築されている。
また、この電動回転機10は、d軸に対応するステータティース15から進入する電機子磁束Ψrにトルクリプル増加原因となる5次や7次の空間高調波が多く重畳しないように、回転子12側の外周面に、そのステータティース15の内周面15aと平行方向(軸心方向)に延長されるセンタ溝(センタ調整溝)21が形成されている。このセンタ溝21の最適な寸法形状については後述する。
さらに、この電動回転機10は、トルクの減少を最小限にしつつ、無負荷時のコギングトルクや低負荷時および最大負荷時のトルクリプルを低減して全駆動領域でのトルクの脈動を抑えるサイド溝(サイド調整溝)22が磁極を形成する一対の永久磁石16のそれぞれの外端側外周面に形成されている。このサイド溝22の最適な寸法形状については後述する。
In the IPM structure in which the permanent magnet 16 is embedded in the V-shape in the rotor 12, the direction of the magnetic flux generated by the magnetic pole, that is, the central axis between the V-shaped permanent magnets 16 is defined as the d-axis. The central axis between the permanent magnets 16 between adjacent magnetic poles that are orthogonal to each other electrically and magnetically is defined as the q axis. The rotor 12 is formed so that the inner space 17c located on the d-axis side of the V-shaped space 17 is enlarged to a large gap toward the axis and functions as a flux barrier 17c. The optimum size and shape of the flux barrier 17c in the V-shaped space 17 will be described later.
As a result, in the electric rotating machine 10, as shown in FIG. 2, the armature magnetic flux Ψr entering the rotor 12 from the stator teeth 15 is greatly increased so as not to go around the outer periphery of the V-shaped space 17 ( It is formed so as to take a path detouring toward the axis) and returning to the stator teeth 15. In short, in the electric rotating machine 10, the rotor 12 is constructed as a V-shaped IPM motor with a d-axis gap.
In addition, the electric rotating machine 10 is arranged so that the armature magnetic flux Ψr entering from the stator teeth 15 corresponding to the d-axis does not overlap with many fifth-order and seventh-order spatial harmonics that cause an increase in torque ripple. A center groove (center adjusting groove) 21 extending in a direction parallel to the inner peripheral surface 15a of the stator teeth 15 (axial direction) is formed on the outer peripheral surface of the stator teeth 15. The optimum dimensional shape of the center groove 21 will be described later.
Further, the electric rotating machine 10 has a side groove that suppresses torque pulsation in the entire drive region by reducing cogging torque at no load and torque ripple at low load and maximum load while minimizing torque reduction. (Side adjustment grooves) 22 are formed on the outer peripheral surfaces of the pair of permanent magnets 16 forming the magnetic poles. The optimum dimensional shape of the side groove 22 will be described later.

このように、回転子12内に永久磁石16をV字型に埋め込むIPM構造の電動回転機10の場合、トルクTは、下記の式(1)で表すことができ、図4に示すように、マグネットトルクTmとリラクタンストルクTrとの和が最大となる電流位相にて駆動することで高トルク・高効率運転を実現している。

Figure 2014108025

Pp:極対数、Ψm:電機子(ステータティース15)鎖交磁石磁束、
id:線電流のd軸成分、iq:線電流のq軸成分、
Ld:d軸インダクタンス、Lq:q軸インダクタンス As described above, in the case of the electric rotating machine 10 having the IPM structure in which the permanent magnet 16 is embedded in the V shape in the rotor 12, the torque T can be expressed by the following equation (1), as shown in FIG. In addition, high torque and high efficiency operation is realized by driving at a current phase that maximizes the sum of the magnet torque Tm and the reluctance torque Tr.
Figure 2014108025

Pp: number of pole pairs, Ψm: armature (stator teeth 15) interlinkage magnet magnetic flux,
id: d-axis component of line current, iq: q-axis component of line current,
Ld: d-axis inductance, Lq: q-axis inductance

ところで、d軸側空隙のフラックスバリア17cに代えて、V字空間17の外側のフラックスバリア17bと同等のフラックスバリア17dを備える関連技術の回転子12Aの場合には、図5Aの磁束線図に図示する永久磁石16の磁路が形成され、その磁石磁束Ψmは、図5Bの磁束ベクトル図に図示する向きのベクトルVmになっている。また、スロット18に収容されるコイルへの通電により発生する電機子磁束Ψrは、図6Aの磁束線図に図示する磁路に形成され、図6Bの磁束ベクトル図に図示する向きのベクトルVrになっている。
この種の電動回転機では、最大負荷駆動時には高トルク・高効率駆動の実現のために電流位相角を進角させて駆動させている。関連技術の回転子12Aでは、図5Bおよび図6Bの磁束ベクトル図に示すように、V字空間17(磁極)の外周側に位置するd軸付近の小領域A1において、磁石磁束Ψmと電機子磁束Ψrが逆磁界の関係になって、リラクタンストルクTrがマグネットトルクTmを打ち消し(相殺し)つつ駆動する状態にある。要するに、この磁極外周側小領域A1は、図7に示すように、磁石磁束Ψmと電機子磁束Ψrとが挟角90度以上で逆向きの位置関係で対向する干渉領域であり、この磁極外周側小領域A1に隣接する永久磁石16のd軸側の範囲Bで発生する磁石磁束Ψmを抑え込む(打ち消す)のに電機子磁束Ψrが浪費されている。
このことから、この磁極外周側小領域A1に対応する永久磁石16のd軸側範囲Bは、トルクTに積極的に寄与していないと言うことができ、その永久磁石16におけるd軸側範囲Bの部分を削減しつつ同等の突極比を維持する磁気回路とすることで、永久磁石16自体の磁石量を低減することができる。
ここで、トルクTは、上記式(1)であるため、永久磁石16の磁石量を減らした場合にはリラクタンストルクTrを大きくすることで、永久磁石16の磁石量を減らさない場合と同等にすることができる。このリラクタンストルクTrは、d軸インダクタンスLdとq軸インダクタンスLqとの差、すなわち、突極比を大きくすることで増加させることができる。
よって、本実施形態の回転子12では、永久磁石16のd軸側範囲Bを透磁率の小さな空隙(制限領域)に置き換えることで、永久磁石16の磁石量を低減しつつ突極比を増加させて置換前と同等以上のトルクTを得ることができる。見方を換えると、リラクタンストルクTrは、永久磁石16のd軸側範囲Bで発生する磁石磁束Ψmを抑え込むのに浪費されていた電機子磁束Ψrを有効活用することで大きくすることができ、永久磁石16の磁石量を削減しても同等のトルクTを得ることができる。
By the way, in the case of the rotor 12A of related technology provided with the flux barrier 17d equivalent to the flux barrier 17b outside the V-shaped space 17 instead of the flux barrier 17c of the d-axis side gap, the magnetic flux diagram of FIG. A magnetic path of the illustrated permanent magnet 16 is formed, and the magnet magnetic flux Ψm is a vector Vm in the direction illustrated in the magnetic flux vector diagram of FIG. 5B. Further, the armature magnetic flux Ψr generated by energizing the coil accommodated in the slot 18 is formed in the magnetic path shown in the magnetic flux diagram of FIG. 6A, and becomes the vector Vr in the direction shown in the magnetic flux vector diagram of FIG. 6B. It has become.
In this type of electric rotating machine, at the time of maximum load driving, the current phase angle is advanced to achieve high torque and high efficiency driving. In the related art rotor 12A, as shown in the magnetic flux vector diagrams of FIGS. 5B and 6B, in the small region A1 near the d axis located on the outer peripheral side of the V-shaped space 17 (magnetic pole), the magnetic flux Ψm and the armature The reluctance torque Tr is in a state of being driven while canceling out (cancelling) the magnet torque Tm because the magnetic flux Ψr has a reverse magnetic field relationship. In short, as shown in FIG. 7, the magnetic pole outer peripheral side small area A1 is an interference area where the magnet magnetic flux Ψm and the armature magnetic flux Ψr face each other in a reverse positional relationship at an included angle of 90 degrees or more. The armature magnetic flux Ψr is wasted to suppress (cancel) the magnetic flux Ψm generated in the range B on the d-axis side of the permanent magnet 16 adjacent to the small side area A1.
From this, it can be said that the d-axis side range B of the permanent magnet 16 corresponding to the magnetic pole outer peripheral side small area A1 does not actively contribute to the torque T. By using a magnetic circuit that maintains the same salient pole ratio while reducing the portion B, the magnet amount of the permanent magnet 16 itself can be reduced.
Here, since the torque T is expressed by the above equation (1), when the magnet amount of the permanent magnet 16 is reduced, the reluctance torque Tr is increased to be equivalent to the case where the magnet amount of the permanent magnet 16 is not reduced. can do. The reluctance torque Tr can be increased by increasing the difference between the d-axis inductance Ld and the q-axis inductance Lq, that is, the salient pole ratio.
Therefore, in the rotor 12 of the present embodiment, the salient pole ratio is increased while the amount of the permanent magnet 16 is reduced by replacing the d-axis side range B of the permanent magnet 16 with a gap (restricted region) having a small magnetic permeability. Thus, a torque T equal to or higher than that before replacement can be obtained. In other words, the reluctance torque Tr can be increased by effectively using the armature magnetic flux Ψr that has been wasted to suppress the magnetic flux Ψm generated in the d-axis side range B of the permanent magnet 16. Even if the magnet amount of the magnet 16 is reduced, an equivalent torque T can be obtained.

なお、トルクTは、下記の式(2)のように表すこともでき、電流値Iaが小さな低負荷領域ではマグネットトルクTmの割合が高くなり、図8に示すように、電流値Iaが低いほど最大トルク時の電流位相βはゼロに近くなる。この図8中の波形i〜vは、各電流値Ia(i)〜Ia(v)における電流位相−トルク特性を示しており、電流値Iaの大きさは、i<ii<iii<iv<vの関係となっている。よって、低負荷駆動時には、マグネットトルクTmの割合(依存)が自ずと高くなるが、そのマグネットトルクTmを最大限に有効活用する磁気回路が望ましい。

Figure 2014108025

β:電流位相角度、Ia:相電流値 The torque T can also be expressed as in the following formula (2). In the low load region where the current value Ia is small, the ratio of the magnet torque Tm is high, and the current value Ia is low as shown in FIG. The current phase β at the maximum torque becomes closer to zero. Waveforms i to v in FIG. 8 indicate current phase-torque characteristics at the respective current values Ia (i) to Ia (v), and the magnitude of the current value Ia is i <ii <iii <iv <iv <. The relationship is v. Therefore, the ratio (dependence) of the magnet torque Tm naturally increases during low-load driving, but a magnetic circuit that effectively uses the magnet torque Tm to the maximum is desirable.
Figure 2014108025

β: current phase angle, Ia: phase current value

関連技術の回転子12Aでは、図9に示すように、低電流値の低負荷領域では電流位相βがゼロに近い条件で駆動させるため、電機子磁束Ψrの磁束量がq軸となる磁極間(隣接する別磁極の永久磁石16の間)で多くなる。このため、この電機子磁束Ψrに磁石磁束Ψmを合成した磁束Ψsの経路としては、図10に示す磁路MP1、MP2を通過する磁気回路とするのが好適である。これにより、合成磁束Ψsは、q軸磁路(磁束)を分散化させて(飽和することを回避して)q軸インダクタンスLqを大きくすることができ、リラクタンストルクTrを積極的に利用可能にすることができる。
磁路MP1は、固定子11側のステータティース15からエアギャップGを介して回転子12Aに鎖交して磁極間に進入した後に、回転方向進行側(図中左側)の磁極を形成する近接側の永久磁石16を内周側から抜ける経路を取る。さらに、この磁路MP1は、その磁極の外周側領域A2を通過して、再度エアギャップGを介してステータティース15に戻る経路を取る。
磁路MP2は、磁路MP1と同様に磁極間に進入した後に、回転方向進行側の磁極を形成する離隔側の永久磁石16を内周側から抜けて、その磁極の外周側領域A2を通過して、再度エアギャップGを介してステータティース15に戻る経路を取る。
In the related art rotor 12A, as shown in FIG. 9, in the low load region with a low current value, the current phase β is driven under a condition close to zero, so that the magnetic flux amount of the armature magnetic flux Ψr becomes the q axis. (Between adjacent permanent magnets 16 of different magnetic poles). For this reason, as a path of the magnetic flux Ψs obtained by synthesizing the magnetic flux Ψm with the armature magnetic flux Ψr, it is preferable to use a magnetic circuit that passes through the magnetic paths MP1 and MP2 shown in FIG. As a result, the synthesized magnetic flux Ψs can increase the q-axis inductance Lq by dispersing the q-axis magnetic path (magnetic flux) (avoid saturation), and can actively use the reluctance torque Tr. can do.
The magnetic path MP1 is connected to the rotor teeth 12A via the air gap G from the stator teeth 15 on the stator 11 side and enters between the magnetic poles, and then forms a magnetic pole on the rotation direction traveling side (left side in the figure). A path is taken through the permanent magnet 16 on the side from the inner peripheral side. Further, the magnetic path MP1 takes a path that passes through the outer peripheral area A2 of the magnetic pole and returns to the stator teeth 15 through the air gap G again.
The magnetic path MP2 enters between the magnetic poles in the same manner as the magnetic path MP1, and then passes through the outer peripheral side area A2 of the magnetic pole through the separation-side permanent magnet 16 that forms the magnetic pole on the rotation direction traveling side from the inner peripheral side. Then, a path to return to the stator teeth 15 again through the air gap G is taken.

例えば、この磁路MP1、MP2では、一対の永久磁石16の両端側(磁極外端部)を削って内側に寄せた場合には、その両端側に大きなフラックスバリアが存在して磁極の中心付近に集中することになり、特に、磁極外周側領域A2の右側の経路が取り難くなって、その領域A2全体を有効に利用できない。
反対に、一対の永久磁石16の中心側(磁極内端部)を削って外側に寄せた場合には、その中心側に大きなフラックスバリアが存在して磁極の両側に磁束経路を分散させることができ、磁極外周側領域A2の右側の経路も含めて積極的に有効活用してその領域A2を満遍なく磁束が通過できる。この構造の場合には、回転方向後進側の磁極の永久磁石16を外周側から内周側に向かって抜けた後、隣接する磁極の永久磁石16のN極・S極間を結合する磁路MP3も取ることができる。この磁路MP3では、磁路MP1と同様の経路を通って、回転方向進行側の磁極の外周側領域A2を通過することができ、磁束の分散化効率が高い。
このことから、回転子12は、磁極を形成する一対の永久磁石16の埋設構造として、リラクタンストルクTrを発生させる電機子磁束Ψrを妨げないようにV字型を維持しつつ、両端側(磁極外端部)に寄せる形状を採用するのが好適である。さらに、その一対の永久磁石16の間(磁極内端部)には、磁束が短絡経路を取るのを制限するフラックスバリア17cを形成する構造を採用するのが好適である。また、回転子12のd軸上の外周面には、固定子11側のステータティース15から進入する電機子磁束Ψrの飽和を制限する、言い換えると、その磁束Ψrを分散させるセンタ溝21を形成する構造を採用するのが好適である。このような構造を採用することにより、回転子12は、q軸磁路(磁束)を分散化させてq軸インダクタンスLqを大きくし、リラクタンストルクTrを積極的に利用することができる。
For example, in the magnetic paths MP1 and MP2, when both end sides (magnetic pole outer end portions) of the pair of permanent magnets 16 are cut and moved to the inside, a large flux barrier exists on both end sides and the vicinity of the center of the magnetic pole In particular, it becomes difficult to take a path on the right side of the magnetic pole outer peripheral side area A2, and the entire area A2 cannot be used effectively.
On the other hand, when the center side (the inner end of the magnetic pole) of the pair of permanent magnets 16 is cut and moved to the outside, a large flux barrier exists on the center side, and the magnetic flux path can be dispersed on both sides of the magnetic pole. In addition, the magnetic flux can pass through the region A2 evenly by actively and effectively including the path on the right side of the magnetic pole outer region A2. In the case of this structure, the magnetic path that connects the N pole and the S pole of the adjacent permanent magnet 16 of the magnetic pole after the permanent magnet 16 of the magnetic pole on the reverse side in the rotation direction has passed through from the outer periphery to the inner periphery. MP3 can also be taken. In this magnetic path MP3, it is possible to pass through the outer periphery side area A2 of the magnetic pole on the traveling side in the rotation direction through the same path as the magnetic path MP1, and the dispersion efficiency of the magnetic flux is high.
Therefore, the rotor 12 has an embedded structure of a pair of permanent magnets 16 that form magnetic poles, while maintaining a V shape so as not to disturb the armature magnetic flux Ψr that generates the reluctance torque Tr, the rotor 12 It is preferable to adopt a shape that approaches the outer end portion. Further, it is preferable to adopt a structure in which a flux barrier 17c that restricts the magnetic flux from taking a short circuit path is formed between the pair of permanent magnets 16 (the inner end of the magnetic pole). Further, a center groove 21 is formed on the outer peripheral surface of the rotor 12 on the d-axis to limit the saturation of the armature magnetic flux Ψr entering from the stator teeth 15 on the stator 11 side, in other words, to distribute the magnetic flux Ψr. It is preferable to adopt a structure that By adopting such a structure, the rotor 12 can disperse the q-axis magnetic path (magnetic flux), increase the q-axis inductance Lq, and actively use the reluctance torque Tr.

この永久磁石16は、図面内の長手方向の長さ(幅)Wpmの最適値を、その長さWpmを短縮しない場合を基準にして比較決定する。
具体的には、極数Pと、回転子12の軸心から外周面までの外半径R1とを固定値として、磁極外端部に設置する永久磁石16の長さWpmを変数(内端側端辺の位置を変位)とし、下記の式(3)で算出する比率δを変化させて決定する。この決定要素として、比率δに対する、最大負荷時のトルクTのper unit単位での変化と、そのトルクTの変動幅であるトルクリプル(torque ripple)の低減率の変化とを磁界解析してグラフ表示すると、図11のようになる。なお、per unit単位では、例えば、1.0[p.u.]の場合に同等であることを意味している。
δ=(P×Wpm)/R1 ・・・(3)
図11では、比率δ=1.84が長さWpmを短縮しない形状寸法(磁石低減量0%)の永久磁石16の場合であり、比率δ=1.38の寸法形状(磁石低減量24.7%)の場合に非短縮時と同等(1.0[p.u.])のトルクTを得ることができることが分かる。この永久磁石16は、常用の低速回転負荷時においても、比率δ=1.38とすることで、同等のトルクTを得ることができる。
ここで、この図11では、V字空間17の内外端側に同等の大きさのフラックスバリア17b、17dを備える関連技術の回転子12Aを比較対象としている。これに対して、本実施形態の回転子12の場合には、フラックスバリア17cとセンタ溝21を備えることで、電機子磁束Ψrを効果的に分割して振り分けることができる。このため、この回転子12では、リラクタンストルクTrを有効に発生させることができ、永久磁石16が同等の長さWpmである比率δ=1.84でもトルクTが向上するとともにトルクリプルも低減されている。すなわち、図11では、この回転子12の構造で永久磁石16の長さWpmを短縮させて、比率δに対するトルクTとトルクリプルの変化を図示している。なお、関連技術の回転子12Aの構造のまま永久磁石16の長さWpmを短縮する場合には、比率δ=1.84から比率δ=1.38付近までトルクTの大きな変化はない(1.0[p.u.])ものと想定される。
The permanent magnet 16 compares and determines the optimum value of the length (width) Wpm in the longitudinal direction in the drawing with reference to the case where the length Wpm is not shortened.
Specifically, with the number of poles P and the outer radius R1 from the axis of the rotor 12 to the outer peripheral surface being fixed values, the length Wpm of the permanent magnet 16 installed at the outer end of the magnetic pole is a variable (inner end side). It is determined by changing the ratio δ calculated by the following equation (3), with the position of the end side as displacement). As a determining factor, the change in the torque T at the maximum load per unit unit and the change in the reduction rate of the torque ripple that is the fluctuation range of the torque T with respect to the ratio δ are displayed as a graph by magnetic field analysis. Then, as shown in FIG. In per unit unit, for example, 1.0 [p. u. ] Means the same.
δ = (P × Wpm) / R1 (3)
In FIG. 11, the ratio δ = 1.84 is the case of the permanent magnet 16 having a shape dimension (magnet reduction amount 0%) that does not shorten the length Wpm, and the ratio shape δ = 1.38 (magnet reduction amount 24. 7%), it can be seen that a torque T equivalent to 1.0 (p.u.) can be obtained. The permanent magnet 16 can obtain an equivalent torque T by setting the ratio δ = 1.38 even during normal low-speed rotational load.
Here, in FIG. 11, a rotor 12A of related technology including flux barriers 17b and 17d having the same size on the inner and outer ends of the V-shaped space 17 is set as a comparison target. On the other hand, in the case of the rotor 12 of the present embodiment, the armature magnetic flux Ψr can be effectively divided and distributed by providing the flux barrier 17c and the center groove 21. Therefore, in the rotor 12, the reluctance torque Tr can be generated effectively, and the torque T is improved and the torque ripple is reduced even at the ratio δ = 1.84 where the permanent magnet 16 has the same length Wpm. Yes. That is, in FIG. 11, the change of the torque T and the torque ripple with respect to the ratio δ is illustrated by shortening the length Wpm of the permanent magnet 16 with the structure of the rotor 12. When the length Wpm of the permanent magnet 16 is shortened with the structure of the rotor 12A of the related art, there is no significant change in the torque T from the ratio δ = 1.84 to the ratio δ = 1.38 (1 .0 [pu]]).

また、電動回転機では、回転子の回転に伴って、埋設する永久磁石量に応じた誘起電圧(逆起電圧)が発生して弱め界磁に起因する磁気歪みの空間高調波が重畳することになる。この空間高調波は、5次、7次、11次、13次の成分がトルクリプルの発生要因になり、鉄損の増加原因となっている。このことから、比率δに対する、例えば、5次の空間高調波の発生をper unit単位でグラフ化すると、図12のようになり、比率δ=1.75以下にするほど、その5次の空間高調波の発生を抑えることができることが分かる。この場合には、永久磁石16の磁石量を4.7%以上削減することができ、また、磁気歪みの空間高調波の低減により鉄損を低減して駆動効率を向上させつつ永久磁石16内での渦電流の発生を制限して発熱を抑えることができる。   Moreover, in the electric rotating machine, an induced voltage (counterelectromotive voltage) corresponding to the amount of the permanent magnet to be embedded is generated with the rotation of the rotor, and spatial harmonics of magnetostriction caused by the field weakening are superimposed. become. In this spatial harmonic, the fifth, seventh, eleventh, and thirteenth components cause torque ripple and cause an increase in iron loss. From this, for example, when the generation of fifth-order spatial harmonics with respect to the ratio δ is graphed in units of per unit, the result is as shown in FIG. 12, and the fifth-order space becomes smaller as the ratio δ = 1.75 or less. It can be seen that the generation of harmonics can be suppressed. In this case, the magnet amount of the permanent magnet 16 can be reduced by 4.7% or more, and the internal efficiency of the permanent magnet 16 can be improved while reducing the iron loss by reducing the spatial harmonics of the magnetostriction and improving the driving efficiency. The generation of eddy currents at this point can be limited to suppress heat generation.

このことからすると、本実施形態の回転子12では、関連技術の回転子12Aと同等のトルクTを得つつ永久磁石16の使用量を削減するには、その永久磁石16の長さWpmを短縮(磁石量を24.7%削減)して比率δ=1.38程度にするのが好適であり、トルクリプルも低減することができる。要するに、永久磁石16は、トルクTやトルクリプル等の所望の特性に応じて比率δ=1.38(磁石低減量24.7%)から1.75(磁石低減量4.7%)の範囲内の寸法形状で適宜選択すればよい。
そこで、電動回転機10は、同等のトルクTとなる、永久磁石16の長さWpmを短縮して比率δ=1.38の寸法形状に形成するd軸空隙付きV字型のIPMモータの場合と、永久磁石16を短縮しないV字型のIPMモータの場合とで磁界解析すると、図13および図14に示すように、マグネットトルクTmとリラクタンストルクTrの比率が変化して同等のトルクTを出力可能なことが分かる。なお、d軸空隙付きV字型のIPMモータは、大きな空隙のフラックスバリア17cをd軸側に備える構造であり、単なるV字型のIPMモータは、小さなフラックスバリア17dをd軸側に備える構造である。
この図13は、低負荷領域でのトルクTm、Trの割合を図示しており、図14は、最大負荷領域でのトルクTm、Trの割合を図示している。いずれでも、d軸空隙付きV字型のIPMモータの場合には、永久磁石16を短縮するためにマグネットトルクTmが小さくなるのに代わって、リラクタンストルクTrが大きくなっていることが分かる。すなわち、電動回転機10は、d軸付近の永久磁石16に置換して大きな空隙空間のフラックスバリア17cやセンタ溝21を形成することで、図6Bと図7に示す磁極外周側小領域A1で電機子磁束Ψrを打ち消す磁石磁束Ψmを少なくすることができている。この結果、電動回転機10は、q軸インダクタンスLqを大きくしてd軸インダクタンスLdとの差(突極比)を非短縮V字型のIPMモータよりも大きくすることができ、リラクタンストルクTrを有効活用して同等のトルクTを確保することができている。
From this, in the rotor 12 of the present embodiment, in order to reduce the amount of the permanent magnet 16 used while obtaining the torque T equivalent to the rotor 12A of the related art, the length Wpm of the permanent magnet 16 is shortened. (The magnet amount is reduced by 24.7%) and the ratio δ is preferably about 1.38, and the torque ripple can be reduced. In short, the permanent magnet 16 has a ratio δ = 1.38 (magnet reduction amount 24.7%) to 1.75 (magnet reduction amount 4.7%) in accordance with desired characteristics such as torque T and torque ripple. The size and shape may be appropriately selected.
Therefore, the electric rotating machine 10 is a V-shaped IPM motor with a d-axis gap formed by shortening the length Wpm of the permanent magnet 16 so as to have the equivalent torque T and forming the dimensional shape with the ratio δ = 1.38. When the magnetic field analysis is performed in the case of a V-shaped IPM motor that does not shorten the permanent magnet 16, the ratio of the magnet torque Tm and the reluctance torque Tr changes as shown in FIGS. It turns out that output is possible. The V-shaped IPM motor with a d-axis gap has a structure with a large gap flux barrier 17c on the d-axis side, and the simple V-shaped IPM motor has a structure with a small flux barrier 17d on the d-axis side. It is.
FIG. 13 illustrates the ratios of torques Tm and Tr in the low load region, and FIG. 14 illustrates the ratios of torques Tm and Tr in the maximum load region. In any case, in the case of a V-shaped IPM motor with a d-axis gap, it can be seen that the reluctance torque Tr is increased instead of decreasing the magnet torque Tm in order to shorten the permanent magnet 16. That is, the electric rotating machine 10 replaces the permanent magnet 16 near the d-axis to form a large gap space flux barrier 17c and a center groove 21, so that the magnetic pole outer peripheral small area A1 shown in FIG. 6B and FIG. The magnet magnetic flux Ψm that cancels the armature magnetic flux Ψr can be reduced. As a result, the electric rotating machine 10 can increase the q-axis inductance Lq so that the difference (saliency ratio) from the d-axis inductance Ld is larger than that of the non-shortened V-shaped IPM motor, and the reluctance torque Tr can be increased. The same torque T can be secured by making effective use.

この構造により、電動回転機10は、図15に磁束線図として図示するように、磁極を
形成する一対の永久磁石16の外周側の小領域A1に集中していた電機子磁束Ψrを、その磁極外周側小領域A1を通過する磁路Mr1からV字空間17のd軸側空間17cの内周側を迂回する磁路Mr2にも効果的に分割(分流)させることができる。この結果、電動回転機10は、磁石磁束Ψmと電機子磁束Ψr(d軸・q軸)の磁気的干渉を低減して、磁極外周側小領域A1の回転方向進行側(図中左側)で局所的に磁気飽和状態になってしまうことを回避してトルクTの発生に効果的に寄与させることができる。
With this structure, as shown in FIG. 15 as a magnetic flux diagram, the electric rotating machine 10 causes the armature magnetic flux Ψr concentrated in the small area A1 on the outer peripheral side of the pair of permanent magnets 16 forming the magnetic poles to The magnetic path Mr1 that passes through the magnetic pole outer peripheral side small area A1 can also be effectively divided (divided) into a magnetic path Mr2 that bypasses the inner peripheral side of the d-axis side space 17c of the V-shaped space 17. As a result, the electric rotating machine 10 reduces the magnetic interference between the magnet magnetic flux Ψm and the armature magnetic flux Ψr (d-axis / q-axis), and on the traveling side (left side in the drawing) of the magnetic pole outer peripheral small area A1. It is possible to effectively contribute to the generation of the torque T by avoiding local magnetic saturation.

したがって、電動回転機10は、図16の磁束線図に図示するように、低負荷駆動時には磁石磁束Ψmと電機子磁束Ψrの合成磁束Ψsが主に永久磁石16を通過する磁路MP0を通過するのに対して、最大負荷駆動時にはその合成磁束Ψsは図17の磁束線図に図示するように、磁路MP1、磁路MP2に分割させることができる。この結果、磁気的干渉の低減と共に局所的な磁気飽和状態の回避を実現して、永久磁石16の磁石量を低減しつつ同等以上のトルクTを効率よく発生させることができる。なお、低負荷駆動時の合成磁束Ψsは、電機子磁束Ψrよりも磁石磁束Ψmの割合が大きい。
また、電動回転機10は、永久磁石16を、例えば、比率δ=1.44の寸法形状にして低透磁率のフラックスバリア17cに置換(磁石磁束Ψmを低減)し磁石量を23%削減すると、イナーシャ(慣性力)の低減と共に、誘起電圧定数も13.4%程度低減することができ、高速回転側での出力を増加させることができる。さらに、この電動回転機10では、磁気歪みとなる空間高調波が低減されることで、永久磁石16内で発生する渦電流による発熱や鉄損および電磁騒音を抑えることができる。
Therefore, as shown in the magnetic flux diagram of FIG. 16, the electric rotating machine 10 passes through a magnetic path MP0 through which the combined magnetic flux Ψs of the magnet magnetic flux Ψm and the armature magnetic flux Ψr mainly passes through the permanent magnet 16 during low load driving. On the other hand, when the maximum load is driven, the combined magnetic flux Ψs can be divided into the magnetic path MP1 and the magnetic path MP2 as shown in the magnetic flux diagram of FIG. As a result, the magnetic interference can be reduced and the local magnetic saturation state can be avoided, and the torque T equal to or higher than that of the permanent magnet 16 can be efficiently generated while the amount of the permanent magnet 16 is reduced. Note that the ratio of the magnetic flux Ψm to the combined magnetic flux Ψs during low load driving is larger than the armature flux Ψr.
Further, the electric rotating machine 10 replaces the permanent magnet 16 with, for example, a ratio δ = 1.44 and replaces it with a low-permeability flux barrier 17c (reduces the magnetic flux Ψm) to reduce the magnet amount by 23%. As the inertia (inertial force) is reduced, the induced voltage constant can be reduced by about 13.4%, and the output on the high-speed rotation side can be increased. Furthermore, in the electric rotating machine 10, the heat generation due to the eddy current generated in the permanent magnet 16, iron loss, and electromagnetic noise can be suppressed by reducing the spatial harmonics that become magnetic distortion.

これに対して、例えば、図18の磁束線図に示すように、回転子12の軸心側に拡大させていないフラックスバリア17eの場合には、合成磁束Ψsを十分に分割させることができずに、磁極外周側小領域A1の回転方向進行側(図中左側)での局所的な磁気飽和を回避することができていない。
図17に図示するフラックスバリア17cの本実施形態構造Aと、図18に図示するフラックスバリア17eの比較構造Bでは、図19に最大負荷時の特性を図示するように、トルクの大きさおよびその変動(トルクリプル)で比較すると、構造Aの方がトルクが約6%増加しているのと同時にトルクリプルが小さくなって高品質に回転駆動させることができることが分かる。なお、図19には、図18の構造Bを基準として平均トルクを算出し、その回転角(電気角)に応じた瞬時トルクをper unit単位で、図17の構造Aの場合と共にその構造Bの場合を図示している。
On the other hand, for example, as shown in the magnetic flux diagram of FIG. 18, in the case of the flux barrier 17 e that is not expanded toward the axial center of the rotor 12, the combined magnetic flux Ψs cannot be sufficiently divided. Furthermore, local magnetic saturation on the rotation direction traveling side (left side in the figure) of the magnetic pole outer peripheral small area A1 cannot be avoided.
In this embodiment structure A of the flux barrier 17c shown in FIG. 17 and the comparative structure B of the flux barrier 17e shown in FIG. 18, the magnitude of the torque and its magnitude are shown in FIG. Comparing with fluctuation (torque ripple), it can be seen that the torque of the structure A is increased by about 6%, and at the same time, the torque ripple is reduced and can be rotated with high quality. In FIG. 19, the average torque is calculated based on the structure B of FIG. 18, and the instantaneous torque corresponding to the rotation angle (electrical angle) is expressed in units of per unit together with the structure B of FIG. 17. This case is illustrated.

この構造A、Bでは、図19に示す波形をフーリエ級数展開すると、図20に示すように、トルクに重畳する高調波トルクを比較することができ、構造Aの方が構造Bよりも、特に、12次と24次の高調波トルクを大きく低減できていることが分かる。これにより、本実施形態の構造Aでは、特に12次の高調波トルクを大幅に低減して、登坂加速時におけるジャダーの発生を抑制するとともに、電磁騒音も大幅に低減することができる。なお、この図20には、構造A、Bのトルクに含まれる高調波トルクの割合(%)を図示している。
さらに、構造A、Bでは、1つのステータティース15にギャップGを介して鎖交する磁束波形をフーリエ級数展開して、11次と13次の空間高調波成分の含有率を比較すると、図21に示すように、構造Aの方が構造Bよりも、低減できていることが分かる。なお、この図21には、構造A、Bの1歯鎖交磁束の基本波形成分を正規化してper unit単位で図示している。
In the structures A and B, when the waveform shown in FIG. 19 is expanded by Fourier series, the harmonic torque superimposed on the torque can be compared as shown in FIG. It can be seen that the 12th and 24th harmonic torque can be greatly reduced. Thereby, in the structure A of the present embodiment, in particular, the 12th harmonic torque can be greatly reduced to suppress the generation of judder during climbing acceleration, and the electromagnetic noise can also be greatly reduced. FIG. 20 shows the ratio (%) of harmonic torque included in the torques of structures A and B.
Furthermore, in the structures A and B, when the magnetic flux waveform interlinked through the gap G is expanded in one stator tooth 15 by Fourier series expansion, and the contents of the 11th and 13th spatial harmonic components are compared, FIG. As can be seen, the structure A can be reduced more than the structure B. In FIG. 21, the basic waveform components of the single interlinkage magnetic fluxes of the structures A and B are normalized and shown in units of per unit.

ところで、電動回転機10のトルクリプルは、3相の場合、1相1極毎の磁束波形に重畳する空間高調波と相電流に含まれる時間高調波に起因して、電気角で6f次成分(f=1、2,3…:自然数)で発生することが分かっている。
以下に、トルクリプルの発生原因について説明すると、3相出力(電力)P(t)とトルクτ(t)は、角速度をωm、各相の誘起起電力をEu(t)、Ev(t)、Ew(t)、各相の電流をIu(t)、Iv(t)、Iw(t)とすると、次の式(4)、式(5)で求めることができる。
P(t)=E(t)I(t)+E(t)I(t)+E(t)I(t) ・・・(4)
τ(t)=P(t)/ω
=[E(t)I(t)+E(t)I(t)+E(t)I(t)] ・・・(5)
3相トルクは、U相、V相、W相のそれぞれのトルクの和であり、mを電流の高調波成分、nを電圧の高調波成分を表すものとし、U相電流I(t)を次の式(6)と置くと、U相トルクτ(t)は次の式(7)のように表すことができる。

Figure 2014108025
By the way, in the case of three phases, the torque ripple of the electric rotating machine 10 has a 6f-order component (in terms of electrical angle) due to the spatial harmonics superimposed on the magnetic flux waveform for each pole of one phase and the time harmonics included in the phase current ( f = 1, 2, 3,...: natural number).
The cause of torque ripple will be described below. The three-phase output (electric power) P (t) and the torque τ (t) have an angular velocity of ωm, an induced electromotive force of each phase Eu (t), Ev (t), If Ew (t) and the current of each phase are Iu (t), Iv (t), and Iw (t), they can be obtained by the following equations (4) and (5).
P (t) = Eu (t) Iu (t) + Ev (t) Iv (t) + Ew (t) Iw (t) (4)
τ (t) = P (t) / ω m
= [E u (t) I u (t) + E v (t) I v (t) + E w (t) I w (t)] (5)
The three-phase torque is the sum of the torques of the U-phase, V-phase, and W-phase, where m represents the harmonic component of the current, n represents the harmonic component of the voltage, and the U-phase current I u (t) Is represented by the following equation (6), the U-phase torque τ u (t) can be expressed by the following equation (7).
Figure 2014108025

相電流I(t)と相電圧E(t)は、いずれも対称波であるために「n」と「m」は奇数のみとなる。U相以外のV相トルクとW相トルクは、それぞれU相誘起電圧E(t)、U相電流I(t)に対して「+2π/3(rad)」、「−2π/3(rad)」の位相差であることから、全体のトルクとしては、「6」の係数の項だけが残るようにキャンセル(相殺)されて、
6f=n±m(f:自然数)、s=nα+mβ、t=nα−mβ
と、置くと、次の式(8)のように表すことができる。

Figure 2014108025

また、この誘起電圧は、磁束を時間微分して求めることができることから、各誘起電圧に含まれる高調波の次数と1相1極磁束に含まれる高調波も同じ次数成分が発生することになる。その結果、3相交流モータにおいては、磁束(誘起電圧)に含まれる空間高調波次数nと相電流に含まれる時間高調波次数mとの組み合わせが6fになるときに、その6f次成分のトルクリプルが発生していることになる。
よって、3相モータのトルクリプルは、上述するように、1相1極における磁束波形における空間高調波nと相電流の時間高調波mにおいては、n±m=6f(f:自然数)のときに発生することから、例えば、11次と13次の空間高調波(n=11、13)が重畳していると相電流の基本波(m=1)との合わせにより12次の高調波トルクが発生することが分かる。 Since the phase current I (t) and the phase voltage E (t) are both symmetrical waves, “n” and “m” are only odd numbers. V-phase torque and W-phase torque other than the U phase, respectively U-phase induced voltage E u (t), with respect to U phase current I u (t) "+ 2π / 3 (rad)", "- 2π / 3 ( rad) "phase difference, the overall torque is canceled (offset) so that only the coefficient term of" 6 "remains,
6f = n ± m (f: natural number), s = nα n + mβ m , t = nα n −mβ m
And can be expressed as the following equation (8).
Figure 2014108025

In addition, since this induced voltage can be obtained by time differentiation of the magnetic flux, the same order component is generated in the harmonic order contained in each induced voltage and the harmonic contained in the 1-phase 1-pole magnetic flux. . As a result, in the three-phase AC motor, when the combination of the spatial harmonic order n included in the magnetic flux (induced voltage) and the time harmonic order m included in the phase current becomes 6f, the torque ripple of the 6f-order component Will occur.
Therefore, the torque ripple of the three-phase motor is, as described above, when n ± m = 6f (f: natural number) in the space harmonic n in the magnetic flux waveform in one phase and one pole and the time harmonic m in the phase current. For example, if the 11th and 13th spatial harmonics (n = 11, 13) are superposed, the 12th harmonic torque is combined with the fundamental wave of the phase current (m = 1). It can be seen that it occurs.

そして、この電動回転機10では、回転子12におけるV字空間17のフラックスバリア17cとして、永久磁石16を比率δ=1.44の寸法形状にしつつ軸心に向けての拡大サイズを最適化するために、軸心側の端部壁面位置を決定する。
まず、図1に戻って、この回転子12の構造は、フラックスバリア17cの軸心側の端部壁面位置の軸心からの法線方向の離隔距離R2を変化させて、その外周面までの外半径R1と内周面までの内半径R3に対する比率R2/R1、R3/R2をパラメータとしたときに得られる、図22、図23に示すトルク特性により決定する。ここで、回転子12の寸法形状は、回転駆動軸13の圧入時の電磁鋼板に掛かる圧縮応力に起因するミゼス応力で透磁率(磁束の通り易さ)が悪化することから、そのミゼス応力を考慮した数値で決定している。なお、この図22、図23は、図18の比較構造Bを基準として、最大負荷時に得られるトルクをper unit単位で図示している。
And in this electric rotating machine 10, as the flux barrier 17c of the V-shaped space 17 in the rotor 12, the size of the permanent magnet 16 is optimized at the ratio δ = 1.44 and the enlargement size toward the axis is optimized. Therefore, the end wall surface position on the axial center side is determined.
First, returning to FIG. 1, the structure of the rotor 12 is such that the distance R2 in the normal direction from the axial center of the end wall surface on the axial center side of the flux barrier 17c is changed to the outer peripheral surface. This is determined by the torque characteristics shown in FIGS. 22 and 23, which are obtained when the ratios R2 / R1 and R3 / R2 with respect to the inner radius R3 from the outer radius R1 to the inner peripheral surface are used as parameters. Here, the size and shape of the rotor 12 is such that the permeability (ease of magnetic flux) deteriorates due to the Mises stress caused by the compressive stress applied to the electromagnetic steel sheet when the rotary drive shaft 13 is press-fitted. It is determined by taking into account numerical values. 22 and 23 show the torque obtained at the maximum load in units of per unit with reference to the comparative structure B of FIG.

まず、図22からは、R2/R1が0.56〜0.84の範囲A内で構造B以上のトルクが得られることが分かり、好ましくは、傾向の変化する位置付近の0.565〜0.75の範囲B内、より好ましくは、トルクが5%程度増加する0.59〜0.63程度の範囲C内になるように、フラックスバリア17cの軸心側端部位置の離隔距離R2を決定する。
さらに、図23からは、R3/R2が0.54〜0.82の範囲A内で構造B以上のトルクが得られることが分かり、好ましくは、傾向の変化する位置付近の0.60〜0.81の範囲B内、より好ましくは、トルクが5%程度増加する0.70〜0.77程度の範囲C内になるように、フラックスバリア17cの軸心側端部位置の離隔距離R2を決定する。
これにより、図17における磁路MP2の磁路幅を十分に確保することができ、その磁路MP2で磁気飽和が発生することがないようにフラックスバリア17cのサイズを決定することができる。
First, it can be seen from FIG. 22 that a torque equal to or greater than the structure B can be obtained within a range A in which R2 / R1 is 0.56 to 0.84. Preferably, 0.565 to 0 near the position where the tendency changes. The separation distance R2 of the end portion on the axial center side of the flux barrier 17c is set so as to be within a range B of .75, more preferably within a range C of about 0.59 to 0.63 where the torque increases by about 5%. decide.
Furthermore, it can be seen from FIG. 23 that a torque equal to or greater than the structure B can be obtained within a range A in which R3 / R2 is 0.54 to 0.82, preferably 0.60 to 0 near the position where the tendency changes. , And more preferably within a range C of about 0.70 to 0.77 where the torque is increased by about 5%. decide.
Thereby, the magnetic path width of the magnetic path MP2 in FIG. 17 can be sufficiently secured, and the size of the flux barrier 17c can be determined so that magnetic saturation does not occur in the magnetic path MP2.

また、図24に示す回転子12Bでは、上述するように、永久磁石16の長手方向の長さ(幅)を最適値Wpmにした場合にも、d軸に接近する角部16a付近では、磁石磁束ΨmのベクトルVmに対して対向する電機子磁束ΨrのベクトルVrが存在する。具体的には、このd軸に接近する角部16a付近では、磁極外周側小領域A1の軸心側最深部に向かう磁路を通過する電機子磁束ΨrのベクトルVrが磁石磁束ΨmのベクトルVmに対して挟角90度を超える逆向き方向で対向(干渉)して打ち消す(相殺する)逆磁界の関係になる状態が残っている。このため、この回転子12Bの構造では、永久磁石16のd軸側角部16a付近を通過する電機子磁束Ψrが磁石磁束Ψmを抑え込む(打ち消す)のに浪費される。
このことから、この電動回転機10(回転子12)では、図25に示すように、フラックスバリア17cをd軸側で外周面12aに向かっても拡大する空隙形状に形成している。これにより、この回転子12では、d軸に接近する永久磁石16の角部16a付近の電機子磁束ΨrのベクトルVrが磁石磁束ΨmのベクトルVmに対して挟角90度以下となる磁路をその電機子磁束Ψrが通るようにして、電機子磁束Ψrおよび磁石磁束Ψmを有効活用できる構造にしている。
In the rotor 12B shown in FIG. 24, as described above, even when the length (width) in the longitudinal direction of the permanent magnet 16 is set to the optimum value Wpm, the magnet is formed near the corner 16a approaching the d axis. There is a vector Vr of the armature magnetic flux Ψr that opposes the vector Vm of the magnetic flux Ψm. Specifically, in the vicinity of the corner portion 16a approaching the d-axis, the vector Vr of the armature magnetic flux Ψr passing through the magnetic path toward the axial center side deepest part of the magnetic pole outer peripheral small region A1 is the vector Vm of the magnet magnetic flux Ψm. However, there remains a state of a reverse magnetic field that opposes (interferes) and cancels (cancels) in the opposite direction exceeding 90 °. For this reason, in the structure of the rotor 12B, the armature magnetic flux Ψr passing near the d-axis side corner 16a of the permanent magnet 16 is wasted to suppress (cancel) the magnetic flux Ψm.
From this, in this electric rotating machine 10 (rotor 12), as shown in FIG. 25, the flux barrier 17c is formed in the space | gap shape which expands toward the outer peripheral surface 12a also on the d-axis side. Thereby, in this rotor 12, the magnetic path where the vector Vr of the armature magnetic flux Ψr near the corner 16a of the permanent magnet 16 approaching the d-axis is less than 90 ° with respect to the vector Vm of the magnet magnetic flux Ψm. The armature magnetic flux Ψr and the magnet magnetic flux Ψm can be effectively used so that the armature magnetic flux Ψr passes.

詳細には、この電動回転機10では、回転子12におけるV字空間17のフラックスバリア17cとして、永久磁石16を比率δ=1.44の寸法形状にしつつ外周面12a側に向けての拡大空隙を最適化するために、その寸法形状1、2を決定する。
まず、この回転子12のフラックスバリア17cの寸法形状1としては、図26に示すように、そのフラックスバリア17cの外周面側端面(平面形状)17cuの延長面とd軸との交点Yから外周面12a(交点X)までの離隔距離DLdを決定する。例えば、その離隔距離DLdは、回転子12の外半径R1に対する比率DLd/R1をパラメータとしたときに得られる平均トルク、高調波トルクおよびトルクリプルにより決定する。言い換えると、このフラックスバリア17cの寸法形状1としては、回転子12における磁極外周側領域A2を通過する磁路MP1の磁束密度を飽和させないなど最適特性を得ることができるように外周面12aから外周面側端面17cuのd軸側端部までの間隔(離隔距離)DLdを決定する。
例えば、この回転子12の外周面12aからフラックスバリア17cの外周面側端面17cuを、図27に示すように、V字空間17の収容空間17aの外周面側壁面(永久磁石16の外面)17auの延長面に一致するDLd/R1=0.194からDLd/R1=0.086まで外周面12a側に拡大させる。この場合には、図28、図29のグラフに示すようにトルク特性が変化することが分かる。なお、図28では、DLd/R1=0.194を基準として最大負荷時に得られる平均トルクをper unit単位で図示している。また、図28の高周波トルクは、その6次と12次の成分(電気角)の重畳率を図示しており、図29のトルクリプルは、トルクの変動率を図示している。
Specifically, in the electric rotating machine 10, as the flux barrier 17c of the V-shaped space 17 in the rotor 12, the enlarged gap toward the outer peripheral surface 12a side while the permanent magnet 16 is dimensioned with a ratio δ = 1.44. In order to optimize the above, the dimension shapes 1 and 2 are determined.
First, as the dimension shape 1 of the flux barrier 17c of the rotor 12, as shown in FIG. 26, the outer periphery from the intersection point Y between the extended surface of the outer peripheral surface side end surface (planar shape) 17cu of the flux barrier 17c and the d axis. A separation distance DLd to the surface 12a (intersection point X) is determined. For example, the separation distance DLd is determined by the average torque, harmonic torque, and torque ripple obtained when the ratio DLd / R1 to the outer radius R1 of the rotor 12 is used as a parameter. In other words, the size and shape 1 of the flux barrier 17c is such that the outer peripheral surface 12a has an outer periphery so that optimum characteristics can be obtained, such as not saturating the magnetic flux density of the magnetic path MP1 passing through the magnetic pole outer peripheral region A2 in the rotor 12. The distance (separation distance) DLd from the surface side end surface 17cu to the d-axis side end is determined.
For example, from the outer peripheral surface 12a of the rotor 12 to the outer peripheral surface side end surface 17cu of the flux barrier 17c, the outer peripheral surface side wall surface (outer surface of the permanent magnet 16) 17au of the accommodating space 17a of the V-shaped space 17 is shown in FIG. Is expanded from the DLd / R1 = 0.194 coincident with the extended surface to DLd / R1 = 0.086 on the outer peripheral surface 12a side. In this case, it can be seen that the torque characteristics change as shown in the graphs of FIGS. In FIG. 28, the average torque obtained at the maximum load with DLd / R1 = 0.194 as a reference is shown in units of per unit. Further, the high-frequency torque in FIG. 28 illustrates the superposition ratio of the sixth-order and twelfth-order components (electrical angles), and the torque ripple in FIG. 29 illustrates the torque fluctuation rate.

この図28からすると、回転子12のフラックスバリア17cの寸法形状1としては、DLd/R1=0.098〜0.194の範囲A内にすることにより、単にV字空間17の収容空間17aの外周面側壁面17auを延長しただけの構造よりも大きなトルクが得られることが分かる。この寸法形状1としては、好ましくは、DLd/R1=0.11〜0.194程度の範囲B内にすることにより12次の高調波トルクを低減することができ、また、より好ましくは、DLd/R1=0.12〜0.14程度の範囲C内にすることにより最大トルクを得ることができる。また、図29からすると、この寸法形状1としては、DLd/R1=0.139のベストポイント形状BP1とすることによりトルクリプルを最低にすることができる。   According to FIG. 28, the dimension shape 1 of the flux barrier 17c of the rotor 12 is simply set within the range A of DLd / R1 = 0.098 to 0.194, so that the accommodation space 17a of the V-shaped space 17 is simply set. It can be seen that a larger torque can be obtained than a structure in which the outer peripheral surface side wall surface 17au is simply extended. As this dimension shape 1, preferably, the 12th-order harmonic torque can be reduced by setting within the range B of DLd / R1 = 0.11 to 0.194, and more preferably DLd / R1 = 0.11 to 0.194. The maximum torque can be obtained by setting within the range C of about /R1=0.12 to 0.14. Further, from FIG. 29, the torque ripple can be minimized by setting the best shape BP1 of DLd / R1 = 0.139 as the dimension shape 1.

さらに、この回転子12のフラックスバリア17cの寸法形状2としては、図26に示すように、フラックスバリア17cの外周面側端面17cuがV字空間17の収容空間17aの外周面側壁面17auに対して傾斜する角度αを決定する。
例えば、この傾斜角αは、DLd/R1=0.139をベースにしつつ、フラックスバリア17cの外周面側端面17cuとd軸との間の挟角θ1と、V字空間17の収容空間17aの外周面側壁面17auとd軸との間の挟角θ2と、の比率θ1/θ2を決定する。この比率θ1/θ2は、パラメータとして変化させたときに得られる図30、図31に図示する平均トルク、高調波トルクおよびトルクリプルにより決定する。言い換えると、このフラックスバリア17cの寸法形状2としては、回転子12の磁極外周側小領域A1のd軸に接近する永久磁石16の角部16a付近で、電機子磁束Ψrが磁石磁束Ψmを抑えない磁路を形成して最適特性を得ることができるように傾斜角αを決定する。なお、図30では、θ1/θ2=1.7を基準として最大負荷時に得られる平均トルクをper unit単位で図示している。また、図30の高周波トルクは、その6次と12次の成分の重畳率を図示しており、図31のトルクリプルは、トルクの変動率を図示している。このθ2は永久磁石16の磁石開口度と称されることもあり、このことから、θ1はフラックスバリア開口度と称することもできる。
Further, as the dimension shape 2 of the flux barrier 17c of the rotor 12, as shown in FIG. 26, the outer peripheral surface side end surface 17cu of the flux barrier 17c is opposed to the outer peripheral surface side wall surface 17au of the accommodating space 17a of the V-shaped space 17. To determine the tilt angle α.
For example, the inclination angle α is based on DLd / R1 = 0.139, the included angle θ1 between the outer peripheral surface side end face 17cu of the flux barrier 17c and the d axis, and the accommodation space 17a of the V-shaped space 17. A ratio θ1 / θ2 of the included angle θ2 between the outer peripheral surface side wall surface 17au and the d-axis is determined. This ratio θ1 / θ2 is determined by the average torque, the harmonic torque, and the torque ripple shown in FIGS. 30 and 31 obtained when changing as a parameter. In other words, as the dimension shape 2 of the flux barrier 17c, the armature magnetic flux Ψr suppresses the magnetic flux Ψm near the corner 16a of the permanent magnet 16 approaching the d-axis of the magnetic pole outer peripheral small area A1 of the rotor 12. The inclination angle α is determined so that an optimum characteristic can be obtained by forming no magnetic path. In FIG. 30, the average torque obtained at the maximum load with θ1 / θ2 = 1.7 as a reference is shown in units of per unit. Further, the high-frequency torque in FIG. 30 illustrates the superposition rate of the sixth-order and twelfth-order components, and the torque ripple in FIG. 31 illustrates the torque fluctuation rate. This θ2 is sometimes referred to as a magnet opening degree of the permanent magnet 16, and from this, θ1 can also be referred to as a flux barrier opening degree.

この図30からすると、回転子12のフラックスバリア17cの寸法形状2としては、θ1/θ2=1.2〜1.7程度の範囲Dにすることにより大きなトルクが得られるとともに12次の高調波トルクを低減することができることが分かる。さらに、この寸法形状2としては、図31からすると、好ましくは、θ1/θ2=1.52のベストポイント形状BP2とすることにより最大トルク・最小トルクリプルにすることができる。   According to FIG. 30, as the dimension shape 2 of the flux barrier 17c of the rotor 12, a large torque can be obtained and a 12th-order harmonic can be obtained by setting the range D in the range of θ1 / θ2 = 1.2 to 1.7. It can be seen that the torque can be reduced. Further, as shown in FIG. 31, the dimensional shape 2 can be set to the maximum torque / minimum torque ripple by preferably using the best point shape BP2 of θ1 / θ2 = 1.52.

ここで、フラックスバリア17cの寸法形状1、2の双方を考慮すると、DLd/R1=0.098〜0.194の範囲Aとする場合には、この条件でのθ1を、変位させるθ2で除することにより求めることができ、θ1/θ2=1.0〜2.13とすることにより好適なトルク特性を得ることができる。また、DLd/R1=0.11〜0.194程度の範囲B内にする場合には、同様に、θ1/θ2=1.0〜2.02とすることでより好適なトルク特性を得ることができる。   Here, considering both the dimensional shape 1 and 2 of the flux barrier 17c, when DLd / R1 is in the range A of 0.098 to 0.194, θ1 under this condition is divided by θ2 to be displaced. Thus, a suitable torque characteristic can be obtained by setting θ1 / θ2 = 1.0 to 2.13. Further, when the range B is in the range of DLd / R1 = 0.11 to 0.194, similarly, more preferable torque characteristics can be obtained by setting θ1 / θ2 = 1.0 to 2.02. Can do.

また、フラックスバリア17cの寸法形状1、2の双方を考慮したDLd/R1=0.139とθ1/θ2=1.5で最適化した場合には、図32に示すように、図24に示す比較構造例の場合よりも、平均トルクを約1.8%増加させつつトルクリプルを小さく抑えることができる。また、この寸法形状1、2では、図33に示すように、図24に示す比較構造例の場合よりも、12次と24次の高調波トルクを大きく低減することができている。これにより、この寸法形状1、2では、特に12次の高調波トルクを大幅に低減して、登坂加速時にジャダーの発生を抑制するとともに、電磁騒音も大幅に低減することができる。   In addition, when optimized with DLd / R1 = 0.139 and θ1 / θ2 = 1.5 considering both the dimensional shape 1 and 2 of the flux barrier 17c, as shown in FIG. 32, as shown in FIG. Compared to the comparative structure example, the torque ripple can be kept small while increasing the average torque by about 1.8%. Further, in the dimension shapes 1 and 2, as shown in FIG. 33, the 12th and 24th harmonic torques can be greatly reduced as compared with the comparative structure example shown in FIG. As a result, in these dimensional shapes 1 and 2, particularly, the 12th harmonic torque can be greatly reduced to suppress the generation of judder when accelerating uphill, and the electromagnetic noise can also be greatly reduced.

また、図34Aに示す回転子12Aでは、永久磁石16がd軸付近まで存在することにより磁極外周側領域A2に多くの磁石磁束Ψmが発生している。これに対して、図35Aに示すセンタ溝21を設けていない回転子12Cでは、そのd軸付近には空隙のフラックスバリア17cが形成されていることから、永久磁石16から発生する磁石磁束Ψmの直交性が低下、言い換えると、d軸付近における磁石磁束Ψmの磁束密度が低下している。このため、q軸磁路Ψqにとってはd軸付近における磁気抵抗が下がることでインダクタンスが高くなる。この結果、回転子12Cでは、外周面12aに鎖交する磁束の密度に差が生じることに起因して、磁束に高調波が重畳してしまいトルクリプルや鉄損の増加により効率が低下してしまう。
例えば、回転子12Aのd軸付近では、図34Bの最大負荷時の磁束ベクトル図に示すように、電機子磁束Ψrの磁路ループに対応して、対面するステータティース15Dから鎖交する磁束密度は高くない。これに対して、回転子12Cのd軸付近では、図35Bの最大負荷時の磁束ベクトル図に示すように、図34Bのステータティース15Dにおける磁束よりも鎖交する磁束密度が高くなって、流入する磁束が増加している。
このことは、回転子12A(フラックスバリア17d、センタ溝21なし)と回転子12B(フラックスバリア17c、センタ溝21なし)で、1つのステータティース15との間のギャップGを通過する1歯鎖交磁束波形を比較すると、図36のグラフに示すように、回転子12Bの方が、d軸付近が影響する図中に「P」で示す箇所において、磁束が流れ易く高調波が重畳し易くなっている。例えば、図36に示す磁束波形をフーリエ級数展開すると、図37に示すように、回転子12Aよりも回転子12Bの磁束波形の方が、5次、7次の空間高調波の含有率が大きく重畳していることからも分かる。
Further, in the rotor 12A shown in FIG. 34A, since the permanent magnet 16 exists up to the vicinity of the d-axis, a large amount of magnet magnetic flux Ψm is generated in the magnetic pole outer peripheral region A2. On the other hand, in the rotor 12C not provided with the center groove 21 shown in FIG. 35A, a gap flux barrier 17c is formed in the vicinity of the d-axis, so that the magnetic flux Ψm generated from the permanent magnet 16 is reduced. The orthogonality decreases, in other words, the magnetic flux density of the magnet magnetic flux Ψm near the d-axis decreases. For this reason, for the q-axis magnetic path Ψq, the inductance increases as the magnetic resistance near the d-axis decreases. As a result, in the rotor 12C, due to the difference in density of the magnetic flux interlinking with the outer peripheral surface 12a, harmonics are superimposed on the magnetic flux, and the efficiency is reduced due to an increase in torque ripple and iron loss. .
For example, in the vicinity of the d-axis of the rotor 12A, as shown in the magnetic flux vector diagram at the maximum load in FIG. 34B, the magnetic flux density linked from the facing stator teeth 15D corresponding to the magnetic path loop of the armature magnetic flux Ψr. Is not expensive. On the other hand, in the vicinity of the d-axis of the rotor 12C, as shown in the magnetic flux vector diagram at the maximum load in FIG. 35B, the interlinkage magnetic flux density becomes higher than the magnetic flux in the stator teeth 15D in FIG. Magnetic flux to be increased.
This means that one tooth chain that passes through the gap G between the rotor 12A (no flux barrier 17d and the center groove 21) and the rotor 12B (no flux barrier 17c and the center groove 21) and one stator tooth 15. Comparing the alternating magnetic flux waveforms, as shown in the graph of FIG. 36, the rotor 12B is more likely to flow the magnetic flux at the location indicated by “P” in the drawing where the vicinity of the d-axis is affected, and the harmonics are more easily superimposed. It has become. For example, when the magnetic flux waveform shown in FIG. 36 is expanded in the Fourier series, as shown in FIG. 37, the magnetic flux waveform of the rotor 12B has a higher content ratio of the fifth and seventh spatial harmonics than the rotor 12A. It can also be seen from the overlapping.

そこで、電動回転機10は、回転子12の外周面12aのd軸上に、ステータティース15の内周面15aとの間のギャップGにおける磁気抵抗を増加させるように調整するセンタ溝21を形成している。このセンタ溝21を形成した回転子12では、図38の最大負荷時の磁束ベクトル図に示すように、回転子12のd軸付近で対面するステータティース15から進入する磁束の増加を抑えることができている。
また、この回転子12(センタ溝21あり)と回転子12C(センタ溝21なし)では、トルク波形を比較すると、図39のグラフに示すように、回転子12Cを基準にして(1.0[p.u.])、センタ溝21ありの回転子12のトルク波形の方が振幅を小さくすることができ、トルクリプルを抑えることができる。また、この図39に示すトルク波形をフーリエ級数展開すると、図40に示すように、センタ溝21ありの回転子12のトルク波形の方が、6次、12次、18次、24次の高調波トルクを大幅に低減できている。なお、図39には、回転子12Cの平均トルクを基準にして(1.0[p.u.])瞬時トルクのトルク波形を図示している。
Therefore, the electric rotating machine 10 forms a center groove 21 that adjusts so as to increase the magnetic resistance in the gap G with the inner peripheral surface 15a of the stator teeth 15 on the d-axis of the outer peripheral surface 12a of the rotor 12. doing. In the rotor 12 in which the center groove 21 is formed, as shown in the magnetic flux vector diagram at the maximum load in FIG. 38, it is possible to suppress an increase in magnetic flux entering from the stator teeth 15 facing near the d-axis of the rotor 12. is made of.
Further, when the torque waveforms of the rotor 12 (with the center groove 21) and the rotor 12C (without the center groove 21) are compared, as shown in the graph of FIG. [pu]]), the torque waveform of the rotor 12 with the center groove 21 can reduce the amplitude, and torque ripple can be suppressed. Further, when the torque waveform shown in FIG. 39 is expanded by Fourier series, as shown in FIG. 40, the torque waveform of the rotor 12 with the center groove 21 is higher in the 6th, 12th, 18th, and 24th harmonics. Wave torque can be greatly reduced. Note that FIG. 39 shows a torque waveform of the instantaneous torque based on the average torque of the rotor 12C (1.0 [pu]].

そして、この電動回転機10では、このトルクリプルなどのトルク特性に基づいて、回転子12におけるセンタ溝21の最適な寸法形状を決定している。
このセンタ溝21は、図41に示すように、軸心からの法線方向の溝底21aまでの離隔距離R4を変化させて、回転子12の外周面12aまでの外半径R1に対する比率R4/R1をパラメータとしたときに得られる、図42に示すトルクリプルにより寸法形状を決定する。
まず、センタ溝21の深さとしては、センタ溝21のない寸法形状(R4/R1=1.0)を基準として、最大負荷時に発生するトルクリプルを低減可能に、次の寸法形状に形成する。
0.98≦R4/R1<1.0
In the electric rotating machine 10, the optimum dimensional shape of the center groove 21 in the rotor 12 is determined based on torque characteristics such as the torque ripple.
As shown in FIG. 41, the center groove 21 has a ratio R4 / ratio to the outer radius R1 to the outer peripheral surface 12a of the rotor 12 by changing the separation distance R4 from the axial center to the groove bottom 21a in the normal direction. The dimension and shape are determined by the torque ripple shown in FIG. 42 obtained when R1 is used as a parameter.
First, the depth of the center groove 21 is formed in the following dimension shape so that the torque ripple generated at the maximum load can be reduced on the basis of the dimension shape without the center groove 21 (R4 / R1 = 1.0).
0.98 ≦ R4 / R1 <1.0

また、回転子12のセンタ溝21は、固定子11側のステータティース15に対する相対的な関係から寸法形状を決定する必要があり、図41に示すように、回転子12の軸心を中心とした外周面12aにおける外開口角θaと、その外周面12aよりも内側の溝底21aの内開口角θbとで規定することができる。
この回転子12は、センタ溝21の外開口角θaをパラメータとして変化させると、図43に相電圧と線間電圧とを対応させているグラフに示すように、図中のピークFと頂部Wで示す箇所で影響を受ける。
具体的には、例えば、図43における、U相電圧波形のG1からG3の幅は、固定子11と回転子12との相対的な位置関係からセンタ溝21の外開口角θaの幅に応じて変化する。そのU相電圧波形は、外開口角θaを狭くしていくとG1−G3間も狭くなって頂部Wが最頂点となる尖った波形となり、線間電圧波形は、ピークFが頂部Wに近づいて、三角波に近似する波形となる。反対に、U相電圧波形は、センタ溝21の外開口角θaを広くしていくとG1−G3間の頂部Wが平坦形状になる波形となり、線間電圧波形は、ピークFが頂部Wから離れて裾広がりな台形波に近似する波形となって、5次、7次の空間高調波が重畳し易くなる。
Further, the center groove 21 of the rotor 12 needs to have a dimensional shape determined from a relative relationship to the stator teeth 15 on the stator 11 side, and as shown in FIG. The outer opening angle θa of the outer peripheral surface 12a and the inner opening angle θb of the groove bottom 21a inside the outer peripheral surface 12a can be defined.
When the rotor 12 is changed by using the outer opening angle θa of the center groove 21 as a parameter, as shown in the graph in FIG. 43 in which the phase voltage and the line voltage are associated with each other, the peak F and the top W in the figure are obtained. It is affected at the points indicated by.
Specifically, for example, the width of G1 to G3 of the U-phase voltage waveform in FIG. 43 depends on the width of the outer opening angle θa of the center groove 21 from the relative positional relationship between the stator 11 and the rotor 12. Change. When the outer opening angle θa is narrowed, the U-phase voltage waveform becomes narrower between G1 and G3 and becomes a sharp waveform with the top W being the highest vertex, and the line voltage waveform has a peak F approaching the top W. Thus, the waveform approximates a triangular wave. On the contrary, the U-phase voltage waveform becomes a waveform in which the top W between G1 and G3 becomes flat when the outer opening angle θa of the center groove 21 is increased, and the line voltage waveform has a peak F from the top W. It becomes a waveform that approximates a trapezoidal wave that spreads apart and becomes easier to superimpose the fifth and seventh spatial harmonics.

ここで、センタ溝21は、上述するように、回転子12とステータティース15の間のギャップGにおける磁気抵抗を大きくする(透磁率を下げる)必要がある一方、外開口角θaを広くし過ぎると、5次、7次の空間高調波が重畳し易くなることから、必要最低限の寸法形状にする必要がある。
この回転子12と固定子11の構造を、図41に示すように、スロット18の回転子12側の開口幅SO、ステータティース15の内周面15aの対面幅TB、ステータティース15の内周面15aよりも内側の先端部幅TW、回転子12とステータティース15の間のギャップGのエアギャップ幅AGとすると、次のようになる。
まず、センタ溝21は、ギャップGにおける磁気抵抗を大きくする必要があることから、ステータティース15の対面幅TB以上必要である。これから外開口角θaの下限値としては、その対面幅TBと回転子12の軸心とで囲む形状が二等辺三角形(2×直角三角形)に近似するものとして、
2×tan−1((TB/2)/(R1+AG))≦θa
とすることができる。
また、スロット18は、コイルの自動インサートや必要なエネルギ密度を考慮すると、スロット18の開口幅SO>エアギャップ幅AGにする必要がある。この関係からスロット18の開口空間よりもギャップGにおける磁気抵抗が低く、ステータティース15の先端角部K(図36を参照)から回転子12側に鎖交する磁束量を低減する必要がある。このことから、センタ溝21は、隣接するステータティース15の内周面15aまでの幅以下にする必要があり、これから外開口角θaの上限値としては、同様に、
θa≦2×tan−1((SO+(TB/2))/(R1+AG))
とすることができる。
Here, as described above, the center groove 21 needs to increase the magnetic resistance in the gap G between the rotor 12 and the stator teeth 15 (decrease the magnetic permeability), while making the outer opening angle θa too wide. In addition, since the fifth and seventh spatial harmonics are easily superimposed, it is necessary to form the minimum necessary size and shape.
As shown in FIG. 41, the structure of the rotor 12 and the stator 11 includes an opening width SO of the slot 18 on the rotor 12 side, a facing width TB of the inner peripheral surface 15a of the stator teeth 15, and an inner periphery of the stator teeth 15. Assuming that the tip end portion width TW inside the surface 15a and the air gap width AG of the gap G between the rotor 12 and the stator teeth 15 are as follows.
First, since it is necessary to increase the magnetic resistance in the gap G, the center groove 21 needs to be equal to or larger than the facing width TB of the stator teeth 15. As a lower limit value of the outer opening angle θa, the shape surrounded by the facing width TB and the axis of the rotor 12 approximates to an isosceles triangle (2 × right triangle).
2 × tan −1 ((TB / 2) / (R1 + AG)) ≦ θa
It can be.
Further, the slot 18 needs to satisfy an opening width SO> air gap width AG of the slot 18 in consideration of automatic coil insertion and a necessary energy density. From this relationship, the magnetic resistance in the gap G is lower than the opening space of the slot 18, and it is necessary to reduce the amount of magnetic flux interlinked from the tip corner K of the stator teeth 15 (see FIG. 36) to the rotor 12 side. For this reason, the center groove 21 needs to be equal to or smaller than the width to the inner peripheral surface 15a of the adjacent stator teeth 15, and as an upper limit value of the outer opening angle θa, similarly,
θa ≦ 2 × tan −1 ((SO + (TB / 2)) / (R1 + AG))
It can be.

次に、センタ溝21の溝底21aの内開口角θbは、外開口角θaと同様に、隣接するステータティース15の内周面15aまでの幅以下の外開口角θaを上限値として、
θb≦2×tan−1((SO+(TB/2))/(R1+AG))
とすることができる。
その一方で、センタ溝21の溝底21aの内開口角θbの下限値は、外開口角θaの下限値をステータティース15の対面幅TBにして、ギャップGにおける磁気抵抗を上げるように調整することから、溝底21aなしの
0°≦θb
としてもよい。
なお、ステータティース15の対面幅TBと先端部幅TWは、ステータティース15の先端部を尖った形状にすると上記条件が不成立となることから、
TW≦TB
となる。
Next, the inner opening angle θb of the groove bottom 21a of the center groove 21 is set to an outer opening angle θa equal to or smaller than the width to the inner peripheral surface 15a of the adjacent stator teeth 15 as an upper limit, similarly to the outer opening angle θa.
θb ≦ 2 × tan −1 ((SO + (TB / 2)) / (R1 + AG))
It can be.
On the other hand, the lower limit value of the inner opening angle θb of the groove bottom 21 a of the center groove 21 is adjusted so that the lower limit value of the outer opening angle θa is the facing width TB of the stator teeth 15 and the magnetic resistance in the gap G is increased. Therefore, 0 ° ≦ θb without groove bottom 21a
It is good.
The facing width TB and the tip width TW of the stator teeth 15 are not satisfied when the tip of the stator teeth 15 is pointed.
TW ≦ TB
It becomes.

ここで、この回転子12では、低負荷時においても同様に、センタ溝21なしの回転子12Cとトルク波形を比較すると、図44のグラフに示すように、回転子12Cを基準にして(1.0[p.u.])、センタ溝21ありの回転子12のトルク波形の方が振幅を小さく、トルクリプルを抑えることができている。また、この図44に示すトルク波形をフーリエ級数展開すると、図45に示すように、センタ溝21ありの回転子12のトルク波形の方が、6次の高調波トルクを低減できている。
なお、以上では、センタ溝21がトルク特性に与える影響について主に説明するが、このセンタ溝21は、組立などの製造時にも目印にすることができるなど有用である。例えば、永久磁石16の軸方向における位置関係を捩じった状態にして、所謂、スキューを施す場合には、そのセンタ溝21の軸方向への直線性からスキューの有無を確認することができる。
Here, in this rotor 12, when the torque waveform is compared with the rotor 12C without the center groove 21 similarly at the time of low load, as shown in the graph of FIG. 0.0 [pu]]), the torque waveform of the rotor 12 with the center groove 21 has a smaller amplitude, and torque ripple can be suppressed. When the torque waveform shown in FIG. 44 is expanded in the Fourier series, the torque waveform of the rotor 12 with the center groove 21 can reduce the sixth harmonic torque as shown in FIG.
In the above, the influence of the center groove 21 on the torque characteristics will be mainly described. However, the center groove 21 is useful because it can be used as a mark at the time of manufacturing such as assembly. For example, when the so-called skew is applied in a state where the positional relationship of the permanent magnet 16 in the axial direction is twisted, the presence or absence of the skew can be confirmed from the linearity of the center groove 21 in the axial direction. .

また、図46に示すサイド溝22のない回転子12Dでは、図47に無負荷時のギャップGにおける磁束密度波形を図示するように、基本波から台形波に近い波形に変形していることが分かる。このギャップGでは、固定子11側のステータティース15や、回転子12側のV字型の永久磁石16やV字空間17のフラックスバリア17b、17cの構造に応じたギャップ磁束波形にさらに空間高調波が重畳することによりトルクリプルや電磁騒音や鉄損の増加の要因となっている。
ギャップ磁束波形は、電気角90°がd軸に該当し、電気角0°、180°がq軸に該当しており、回転子12Dの一磁極中のステータティース15a〜15g毎に電気角30°毎の領域A〜Gが対応している。このギャップ磁束波形は、d軸側のフラックスバリア17c(空隙)に対応する領域A前後で窪んでおり、基本波形と比較すると、領域B、C間と領域E、F間で磁束密度が高すぎることが分かる。すなわち、回転子12Dでは、d軸から進行方向側に向かって2番目のステータティース15bから3番目のステータティース15cと、d軸から後退方向側に向かって2番目のステータティース15eから3番目のステータティース15fと、で空間高調波の重畳が多くなっていることが分かる。
このことから、回転子12Dでは、ステータティース15b、15c間と、ステータティース15e、15f間と、に対応する外周面12aの2箇所(d軸±30°〜60°)の範囲内に、鎖交する磁束密度を低減させるためのサイド溝22を一対形成するのが有効である。
In addition, in the rotor 12D without the side groove 22 shown in FIG. 46, as shown in FIG. 47, the magnetic flux density waveform in the gap G at no load is deformed from a fundamental wave to a waveform close to a trapezoidal wave. I understand. In this gap G, the gap magnetic flux waveform corresponding to the structure of the stator teeth 15 on the stator 11 side, the V-shaped permanent magnet 16 on the rotor 12 side, and the flux barriers 17b and 17c of the V-shaped space 17 is further increased to a spatial harmonic. Superposition of the waves causes an increase in torque ripple, electromagnetic noise, and iron loss.
The gap magnetic flux waveform has an electrical angle of 90 ° corresponding to the d-axis, an electrical angle of 0 ° and 180 ° corresponding to the q-axis, and an electrical angle of 30 for each of the stator teeth 15a to 15g in one magnetic pole of the rotor 12D. Regions A to G corresponding to each ° correspond to each other. This gap magnetic flux waveform is recessed before and after the region A corresponding to the d-axis side flux barrier 17c (gap), and the magnetic flux density is too high between the regions B and C and between the regions E and F compared to the basic waveform. I understand that. That is, in the rotor 12D, the third stator teeth 15c from the second stator teeth 15b toward the traveling direction side from the d-axis and the third stator teeth 15e from the second stator teeth 15e toward the backward direction side from the d-axis. It can be seen that superposition of spatial harmonics increases with the stator teeth 15f.
Therefore, in the rotor 12D, the chain is within two ranges (d axis ± 30 ° to 60 °) of the outer peripheral surface 12a corresponding to between the stator teeth 15b and 15c and between the stator teeth 15e and 15f. It is effective to form a pair of side grooves 22 for reducing the crossing magnetic flux density.

ところで、IPM型モータでは、回転子を捻ることにより、軸方向の永久磁石間に所謂、段スキューを施すことで、特定次数のトルクリプルを打ち消すことができる。例えば、三相モータの場合には、電気角15°の段スキューを施すことにより12次のトルクリプルを完全に打ち消すことができる。
詳細には、磁束に重畳する12次の高調波を関数で表すと、
F(θ)=sin12θ
と置くことができ、電気角15°ずれた波形は、
F(θ+15°)=sin12(θ+15°)=−sin12θ
となり、理論的には、11次と13次の空間高調波で相殺させてキャンセルすることができ、この結果、12次のトルクリプルを低減できる。
このことから、無負荷時だけでなく、負荷時の高調波の重畳するギャップ磁束波形を確認すると、図48に示すような波形になっている。なお、この図48には、サイド溝22なしのまま段スキューの有無の場合の双方を図示している。
このギャップ磁束波形では、段スキューを施すことにより、重畳する空間高調波が抑えられていることを確認できるが、無負荷時と同様に、基本波形と比較すると、領域B、C間と領域E、F間で磁束密度が高すぎることが分かる。
By the way, in an IPM type motor, a so-called step skew is applied between permanent magnets in the axial direction by twisting the rotor, so that a torque ripple of a specific order can be canceled. For example, in the case of a three-phase motor, a 12th-order torque ripple can be completely canceled by applying a step skew of an electrical angle of 15 °.
Specifically, when the 12th harmonic superimposed on the magnetic flux is expressed as a function,
F (θ) = sin12θ
The waveform with an electrical angle of 15 ° is
F (θ + 15 °) = sin12 (θ + 15 °) = − sin12θ
Theoretically, it can be canceled by canceling with the 11th and 13th spatial harmonics, and as a result, the 12th torque ripple can be reduced.
From this, not only when there is no load, but when the gap magnetic flux waveform where the harmonics at the time of loading are superimposed is confirmed, the waveform is as shown in FIG. In FIG. 48, both cases where there is a step skew without the side groove 22 are shown.
In this gap magnetic flux waveform, it can be confirmed that the spatial harmonics to be superimposed are suppressed by applying a step skew. However, as in the case of no load, the gap between the regions B and C and the region E are compared with the basic waveform. It can be seen that the magnetic flux density between F and F is too high.

そして、この電動回転機10では、このような、トルクやトルクリプルなどのトルク特性に基づいて、回転子12におけるサイド溝22の最適な寸法形状を決定している。
サイド溝22は、図49(図26)に示すように、永久磁石16の外周面12a側壁面(外周面側壁面17au)の延長面とd軸との間の挟角、所謂、磁石開口度θ2と、軸心から永久磁石16の外周面12a側角部16bを繋げる延長線とd軸との間の挟角、所謂、磁石端部開き角θ3と、外側端辺22oとd軸との間の外挟角θ4と、内側端辺22iとd軸との間の内挟角θ5と、で形成位置を規定することができる。
まず、サイド溝22は、磁石端部開き角θ3や磁石開口度θ2の外側に位置してしまうと、図47に示すギャップ磁束波形における領域C、D間と領域F、G間に対応してしまい、磁束密度の低減位置から外れてしまう。また、回転子12は、外周面12aとフラックスバリア17bの間の磁極内外を連結支持する、後述のサイドブリッジ30に、高速回転する際の永久磁石16の遠心力に起因するミゼス応力が集中することから、その応力集中による破断を防止するために、ある程度の幅が必要である。このことから、サイド溝22の形成位置としては、
内挟角θ5<外挟角θ4≦磁石端部開き角θ3
となる。
And in this electric rotating machine 10, the optimal dimension shape of the side groove | channel 22 in the rotor 12 is determined based on such torque characteristics, such as a torque and a torque ripple.
As shown in FIG. 49 (FIG. 26), the side groove 22 has a narrow angle between the extended surface of the outer peripheral surface 12a side wall surface (outer peripheral side wall surface 17au) of the permanent magnet 16 and the d-axis, so-called magnet opening degree. The angle between θ2 and the extension line connecting the outer peripheral surface 12a side corner 16b of the permanent magnet 16 from the axial center and the d axis, so-called magnet end opening angle θ3, the outer end side 22o and the d axis The formation position can be defined by the outer sandwiching angle θ4 between them and the inner sandwiching angle θ5 between the inner side edge 22i and the d-axis.
First, when the side groove 22 is positioned outside the magnet end opening angle θ3 and the magnet opening degree θ2, the side groove 22 corresponds to between the regions C and D and between the regions F and G in the gap magnetic flux waveform shown in FIG. Thus, the magnetic flux density is deviated from the reduced position. Further, in the rotor 12, Mises stress caused by the centrifugal force of the permanent magnet 16 when rotating at a high speed is concentrated on a side bridge 30 described later that connects and supports the magnetic pole between the outer peripheral surface 12a and the flux barrier 17b. For this reason, a certain amount of width is required to prevent breakage due to the stress concentration. From this, as the formation position of the side groove 22,
Inner included angle θ5 <Outer included angle θ4 ≦ Magnet end opening angle θ3
It becomes.

また、サイド溝22は、内挟角θ5/外挟角θ4の比率をパラメータとしたときに得られる、図50、図51に示すトルクや高調波トルクやトルクリプルのトルク特性により寸法形状を決定する。
まず、サイド溝22は、図50の最大負荷時のトルク特性からすると、サイド溝22のない回転子12D(θ5/θ4=1.0)を基準にして(1.0[p.u.])、
0.945≦θ5/θ4≦0.98
の寸法形状にすることにより、ある程度のトルクを得つつトルクリプルを効果的に低減することができる。特に、このサイド溝22は、θ5/θ4=0.97とすることによりトルクリプルを最低限にすることができる。
また、このサイド溝22は、図51の低負荷時のトルク特性からしても、
θ5/θ4≦0.98
の寸法形状にすることにより、ある程度のトルクを得つつトルクリプルを効果的に低減することができる。
Further, the side groove 22 has a dimension and shape determined by the torque, harmonic torque, and torque ripple torque characteristics shown in FIGS. 50 and 51, which are obtained when the ratio of the inner sandwich angle θ5 / the outer sandwich angle θ4 is used as a parameter. .
First, according to the torque characteristic at the maximum load in FIG. 50, the side groove 22 is based on the rotor 12D (θ5 / θ4 = 1.0) without the side groove 22 (1.0 [pu]]. ),
0.945 ≦ θ5 / θ4 ≦ 0.98
By using the size and shape, torque ripple can be effectively reduced while obtaining a certain amount of torque. In particular, the side groove 22 can minimize torque ripple by setting θ5 / θ4 = 0.97.
Further, the side groove 22 is also obtained from the torque characteristics at the time of low load in FIG.
θ5 / θ4 ≦ 0.98
By using the size and shape, torque ripple can be effectively reduced while obtaining a certain amount of torque.

また、このサイド溝22は、図49に示すように、溝深さRG/エアギャップ幅AGの比率をパラメータとしたときに得られる、図52に示すトルクやトルクリプルのトルク特性により寸法形状を決定する。
まず、サイド溝22は、図52の最大負荷時のトルク特性からすると、サイド溝22のない回転子12D(RG/AG=0.0)を基準にして(1.0[p.u.])、
0.00<RG/AG≦0.73
の寸法形状にすることにより、ある程度のトルクを得つつトルクリプルを効果的に低減することができる。特に、このサイド溝22は、0.30≦RG/AG≦0.45程度にすることによりトルクリプルを最低限にすることができる。
Further, as shown in FIG. 49, the side groove 22 has a dimension and shape determined by the torque shown in FIG. 52 and the torque characteristics of the torque ripple obtained when the ratio of the groove depth RG / air gap width AG is used as a parameter. To do.
First, according to the torque characteristics at the maximum load in FIG. 52, the side groove 22 is based on the rotor 12D without the side groove 22 (RG / AG = 0.0) (1.0 [pu]]. ),
0.00 <RG / AG ≦ 0.73
By using the size and shape, torque ripple can be effectively reduced while obtaining a certain amount of torque. In particular, the side grooves 22 can minimize torque ripple by setting about 0.30 ≦ RG / AG ≦ 0.45.

これにより、電動回転機10は、図53のギャップ磁束波形のグラフに示すように、サイド溝22を回転子12の外周面12aの最適位置に形成することにより、台形波における、特に、領域B、C間と領域E、F間の磁束密度を低減することができている。
また、電動回転機10は、図54の最大負荷時のトルク波形や図55の低負荷時のトルク波形のグラフに示すように、サイド溝22を回転子12の外周面12aの最適位置に形成することにより、いずれでもトルクリプルを低減することができている。
さらに、電動回転機10は、図56のコギングトルク波形のグラフに示すように、サイド溝22を回転子12の外周面12aの最適位置に形成することにより、コギングトルクを50%以上低減することができている。
Thereby, the electric rotating machine 10 forms the side groove 22 at the optimum position of the outer peripheral surface 12a of the rotor 12 as shown in the graph of the gap magnetic flux waveform in FIG. , C and the magnetic flux density between regions E and F can be reduced.
Further, as shown in the graph of the torque waveform at the maximum load in FIG. 54 and the torque waveform at the low load in FIG. 55, the electric rotary machine 10 forms the side groove 22 at the optimum position on the outer peripheral surface 12 a of the rotor 12. As a result, torque ripple can be reduced in any case.
Furthermore, the electric rotating machine 10 can reduce the cogging torque by 50% or more by forming the side groove 22 at the optimum position of the outer peripheral surface 12a of the rotor 12 as shown in the graph of the cogging torque waveform in FIG. Is done.

ところで、電動回転機10は、永久磁石16を図57に示す位置関係になるように回転子12内に埋め込むIPM構造の場合、固定子11のステータティース15の1歯における磁束の変化は、図58に示すように、矩形波に近似することができる。この磁束波形には、5次や7次などの低次の空間高調波が重畳することにより、鉄損や、トルクの変動幅であるトルクリプルが増加して、熱エネルギとしての浪費による効率低下と共に、振動や騒音の発生要因となっている。鉄損は、ヒステリシス損と渦電流損に分けることができる。ヒステリシス損は周波数と磁束密度の積であるとともに、渦電流損は周波数の2乗と磁束密度の積であることから、空間高調波を抑えることにより損失を低減することができ、電気エネルギの入力に対する駆動効率を向上させることができる。なお、図58では、縦軸を界磁磁束とし、横軸を時間にして、1つのステータティース15に対して、L1間では磁束の鎖交がなく、L2間で磁束が正逆鎖交する、電気角1周期T(4L1+2L2)における磁束波形の近似矩形波を図示している。   Incidentally, when the electric rotating machine 10 has an IPM structure in which the permanent magnet 16 is embedded in the rotor 12 so as to have the positional relationship shown in FIG. 57, the change in magnetic flux in one tooth of the stator teeth 15 of the stator 11 is shown in FIG. As shown at 58, a square wave can be approximated. By superimposing low-order spatial harmonics such as the fifth and seventh orders on this magnetic flux waveform, iron loss and torque ripple, which is the fluctuation range of torque, increase, resulting in a decrease in efficiency due to waste as thermal energy. This is a cause of vibration and noise. Iron loss can be divided into hysteresis loss and eddy current loss. Hysteresis loss is the product of frequency and magnetic flux density, and eddy current loss is the product of the square of frequency and magnetic flux density, so the loss can be reduced by suppressing spatial harmonics, and the input of electrical energy Drive efficiency can be improved. In FIG. 58, the vertical axis is the field magnetic flux and the horizontal axis is the time, with respect to one stator tooth 15, there is no flux linkage between L1, and the flux is linked forward and reverse between L2. , An approximate rectangular wave of the magnetic flux waveform in one electrical angle period T (4L1 + 2L2) is illustrated.

また、モータ(電動回転機)の電磁騒音は、スタータ(固定子)側に働く電磁力により、そのステータが振動することで発生しており、ステータに働く電磁力は、ロータ(回転子)とステータの磁気結合に起因する径方向電磁力と、トルクに起因する周方向電磁力とが存在する。径方向電磁力は、1ステータティース15毎に、モータを線形磁気回路で近似して考察した場合には、磁束φ、磁気エネルギW、径方向電磁力fr、磁気抵抗Rg、磁束密度B、磁束鎖交面積S、エアギャップG間距離x、磁路透磁率μとすると、磁気エネルギWと径方向電磁力frは次の式(9)、式(10)のように表すことができる。

Figure 2014108025

よって、空間高調波を考慮して磁束密度Bを次式(11)のように表したときには、径方向電磁力frは磁束密度Bの2乗を含むことから、空間高調波の重畳は径方向電磁力frの増加の要因となる。すなわち、空間高調波を低減することは、トルクリプルの低減、引いては、モータ電磁騒音の低減と共に駆動効率の向上を実現できる。
Figure 2014108025
The electromagnetic noise of the motor (electric rotating machine) is generated when the stator vibrates due to the electromagnetic force acting on the starter (stator) side. The electromagnetic force acting on the stator is the same as that of the rotor (rotor). There are radial electromagnetic force due to the magnetic coupling of the stator and circumferential electromagnetic force due to torque. When the motor is approximated by a linear magnetic circuit for each stator tooth 15, the radial electromagnetic force is considered to be magnetic flux φ, magnetic energy W, radial electromagnetic force fr, magnetic resistance Rg, magnetic flux density B, magnetic flux. Assuming that the interlinkage area S, the distance x between the air gaps G, and the magnetic path permeability μ, the magnetic energy W and the radial electromagnetic force fr can be expressed by the following equations (9) and (10).
Figure 2014108025

Therefore, when the magnetic flux density B is expressed as in the following equation (11) in consideration of the spatial harmonics, the radial electromagnetic force fr includes the square of the magnetic flux density B, so that the superposition of the spatial harmonics is the radial direction. This increases the electromagnetic force fr. In other words, reducing the spatial harmonics can reduce torque ripple and, in turn, reduce motor electromagnetic noise and improve drive efficiency.
Figure 2014108025

毎極毎相スロット数=2となる分布巻方式の3相IPMモータである電動回転機10の場合には、1磁極対当たり12個のスロット18が対応することになるので、電気角の1周期内においては、磁気抵抗が大となるスロット18が12箇所存在し、該当するスロット18の磁気抵抗により、11次、13次の空間高調波nが磁束波形に重畳することになる。この11次、13次の空間高調波nは、一般にスロット高調波といって、永久磁石16の軸方向における設置位置に応じて軸心を中心に捩じったスキュー角を持たせることで容易に低減可能である。
しかしながら、3相のIPM構造の場合には、図58に示すように、1つのステータティース15に界磁磁束が鎖交する磁束波形がほぼ矩形波となるため、構造的にも、5次、7次の空間高調波n(6f次=6次の高調波)は重畳し易く低減することは困難である。
このため、トルクリプル低減のためには、5次、7次の空間高調波を低減する構造を採用する必要がある。
In the case of the electric rotating machine 10 which is a distributed winding type three-phase IPM motor in which the number of slots per phase per pole = 2, since 12 slots 18 correspond to one magnetic pole pair, the electrical angle of 1 Within the period, there are 12 slots 18 in which the magnetic resistance becomes large, and the 11th and 13th spatial harmonics n are superimposed on the magnetic flux waveform by the magnetic resistance of the corresponding slot 18. The eleventh and thirteenth spatial harmonics n are generally called slot harmonics and are easily provided with a skew angle twisted about the axis according to the installation position of the permanent magnet 16 in the axial direction. Can be reduced.
However, in the case of the three-phase IPM structure, as shown in FIG. 58, the magnetic flux waveform in which the field magnetic flux interlinks with one stator tooth 15 becomes a substantially rectangular wave. The seventh-order spatial harmonic n (6f-order = sixth-order harmonic) is easily superimposed and difficult to reduce.
For this reason, in order to reduce torque ripple, it is necessary to employ a structure that reduces the fifth and seventh spatial harmonics.

この3相のIPM構造の1つのステータティース15における磁束波形を矩形波近似したときのフーリエ変換式f(t)は、次式(12)のように表され、図58に図示する磁束波形F(t)は、次式(13)のように表すことができる。この磁束波形F(t)は、7次までの空間高調波を含む近似式とすると、次式(14)のように表され、三角関数の和積の公式で展開し整理すると、次式(15)のように変形することができ、この式から5次または7次の高調波を低減するには、次の条件1または条件2を満たす必要があることが分かる。
条件1:「cos5ω・L1=0」
条件2:「cos7ω・L1=0」

Figure 2014108025
A Fourier transform equation f (t) obtained by approximating a rectangular waveform of the magnetic flux waveform in one stator tooth 15 having the three-phase IPM structure is expressed as the following equation (12), and the magnetic flux waveform F illustrated in FIG. (T) can be expressed as the following formula (13). If this magnetic flux waveform F (t) is an approximate expression including spatial harmonics up to the 7th order, it is expressed as the following expression (14). 15), it can be seen from this equation that the following condition 1 or condition 2 must be satisfied in order to reduce the fifth or seventh harmonic.
Condition 1: “cos5ω · L1 = 0”
Condition 2: “cos7ω · L1 = 0”
Figure 2014108025

ところで、図58の磁束波形を参照すると、次式(16)であることから、条件1の変形式に代入すると、次式(17)のようになる。ここで、「L1、L2>0」であることから、これを整理すると、次の条件1Aを満たすことにより5次の空間高調波をゼロにして抑えることができることが分かる。
角周波数(角速度)ω=2π/T=2π/(4L1+2L2) ……(16)
条件1:5ωL1=5・2πL1/(4L1+2L2)=±π/2 ……(17)
条件1A:L1=L2/8
同様に、条件2の変形式は、次式(18)のようになり、「L1、L2>0」であることから、これを整理すると、次の条件2Aを満たすことにより7次の空間高調波をゼロにして抑えることができることが分かる。
条件2:7ωL1=7・2πL1/(4L1+2L2)=±π/2 ……(18)
条件2A:L1=L2/12
By the way, referring to the magnetic flux waveform of FIG. 58, the following equation (16) is obtained. Here, since “L1, L2> 0”, it can be understood that the fifth-order spatial harmonics can be reduced to zero by satisfying the following condition 1A when this is arranged.
Angular frequency (angular velocity) ω = 2π / T = 2π / (4L1 + 2L2) (16)
Condition 1: 5ωL1 = 5 · 2πL1 / (4L1 + 2L2) = ± π / 2 (17)
Condition 1A: L1 = L2 / 8
Similarly, the modified expression of condition 2 is as shown in the following expression (18), and “L1, L2> 0”. Therefore, when this is rearranged, the following condition 2A is satisfied to satisfy the seventh spatial harmonic. It can be seen that the wave can be reduced to zero.
Condition 2: 7ωL1 = 7 · 2πL1 / (4L1 + 2L2) = ± π / 2 (18)
Condition 2A: L1 = L2 / 12

そして、毎極毎相スロット数=2の電動回転機10では、回転子12の外半径R1を使って次の関係にあることから、周速度Vを使って次の式(19)、式(20)のように整理することができる。
機械角45度=電気角周期T/2
V(m/sec)=2πR1・(45°/360°)/(T/2)
=2πR1・(45°/360°)/((4L1+2L2)/2)
=R1(m)・ω(rad/sec) ……(19)
2L1+L2=π/4ω ……(20)
これに条件1Aと条件2Aを代入すると、次の条件を導くことができる。
5次空間高調波=0 ⇒ (L2、L1)=(π/5ω、π/40ω)
7次空間高調波=0 ⇒ (L2、L1)=(3π/14ω、π/56ω)
これから、電動回転機10では、次の関係式(21)を満たすようにレイアウトすることで、5次と7次の空間高調波を低減傾向にして、トルクリプルを抑えることができる。
π/5ω≦L2≦3π/14ω(sec) ……(21)
In the electric rotating machine 10 with the number of slots per pole per phase = 2, since the outer radius R1 of the rotor 12 is used and the following relationship is established, the following equations (19) and ( 20).
Mechanical angle 45 degrees = electrical angle period T / 2
V (m / sec) = 2πR1 · (45 ° / 360 °) / (T / 2)
= 2πR1 · (45 ° / 360 °) / ((4L1 + 2L2) / 2)
= R1 (m) ・ ω (rad / sec) (19)
2L1 + L2 = π / 4ω (20)
By substituting condition 1A and condition 2A for this, the following condition can be derived.
5th-order spatial harmonics = 0 ⇒ (L2, L1) = (π / 5ω, π / 40ω)
7th spatial harmonic = 0 ⇒ (L2, L1) = (3π / 14ω, π / 56ω)
From this, in the electric rotating machine 10, by laying out so as to satisfy the following relational expression (21), it is possible to reduce the fifth and seventh spatial harmonics and suppress the torque ripple.
π / 5ω ≦ L2 ≦ 3π / 14ω (sec) (21)

ここで、当該関係式(21)の「L2」は、図58の磁束波形におけるステータティース15に対面する回転子12側の磁路を形成する領域に相当し、永久磁石16の両側のフラックスバリア17bの外端部までの領域を含む範囲の軸心を中心とする拡開角度θ6、言い換えると、磁極開口度θ6とすることができる。
この図58の磁束波形を参照すると、「θ=ωt」の関係式が成り立つことから、
「θ1=ωL2」と置き換えることができ、各種表示形式では次のように表すことができる。例えば、8極48スロットモータの構造(1磁極に対して6スロットが対応する構造)の毎極毎相スロット数=2の電動回転機10では、8極中の2極で1周期であることから、回転子12の機械角1周期の360°回転は電気角4周期に相当し、次の関係式が成り立つことになる。
π/5(rad)≦θ6(機械角)≦3π/14(rad)
36(degree)≦θ6(機械角)≦270/7(degree)
θ6(機械角)=(8極/2極)・θ6(電気角)
144(degree)≦θ6(電気角)≦154.3(degree)
このことから、電動回転機10では、図59に示すように、永久磁石16と両端側フラックスバリア17bの外端部までを含めた1磁極の磁極開口度θ6が次のようなレイアウトになるように回転子12内に設置されている。なお、図59におけるθ7はq軸間の開口度に対応している。
36°≦θ6(機械角)≦38.6°
144°≦θ6(電気角)≦154.3°
Here, “L2” in the relational expression (21) corresponds to a region forming a magnetic path on the rotor 12 side facing the stator teeth 15 in the magnetic flux waveform of FIG. 58, and the flux barriers on both sides of the permanent magnet 16. The expansion angle θ6 about the axis center in a range including the region up to the outer end portion of 17b, in other words, the magnetic pole opening degree θ6 can be obtained.
Referring to the magnetic flux waveform in FIG. 58, the relational expression “θ = ωt” is established.
It can be replaced with “θ1 = ωL2” and can be expressed as follows in various display formats. For example, in an electric rotating machine 10 in which the number of slots per phase per pole is 2 in an 8-pole 48-slot motor structure (a structure in which 6 slots correspond to one magnetic pole), one of two poles in eight poles is one cycle. Therefore, the 360 ° rotation of the rotor 12 with one mechanical angle period corresponds to four electrical angles, and the following relational expression is established.
π / 5 (rad) ≦ θ6 (mechanical angle) ≦ 3π / 14 (rad)
36 (degree) ≦ θ6 (mechanical angle) ≦ 270/7 (degree)
θ6 (mechanical angle) = (8 poles / 2 poles) · θ6 (electrical angle)
144 (degree) ≦ θ6 (electrical angle) ≦ 154.3 (degree)
From this, in the electric rotating machine 10, as shown in FIG. 59, the magnetic pole opening degree θ6 of one magnetic pole including the permanent magnet 16 and the outer end portions of the both end side flux barriers 17b is arranged as follows. Is installed in the rotor 12. Note that θ7 in FIG. 59 corresponds to the aperture between the q axes.
36 ° ≦ θ6 (mechanical angle) ≦ 38.6 °
144 ° ≦ θ6 (electrical angle) ≦ 154.3 °

ところで、このときに、回転子12における1磁極の磁極開口度θ6は、図58に示すような磁束波形の近似波形における、磁束がステータティース15に鎖交する期間L2に対応し、図59に示すように、その鎖交期間L2はq軸間θ7の中心に位置して、さらに、その鎖交期間L2の中心線にd軸が一致するタイミングの磁束波形となっている。なお、図57中の角度θ7は、q軸間の角度に相当して機械角度45°であり、また、磁束波形における半周期の電気角度θである。   Incidentally, at this time, the magnetic pole opening degree θ6 of one magnetic pole in the rotor 12 corresponds to the period L2 in which the magnetic flux is linked to the stator teeth 15 in the approximate waveform of the magnetic flux waveform as shown in FIG. As shown, the interlinkage period L2 is located at the center of the inter-q axis θ7, and has a magnetic flux waveform at a timing at which the d-axis coincides with the center line of the interlinkage period L2. The angle θ7 in FIG. 57 is a mechanical angle of 45 ° corresponding to the angle between the q axes, and is a half-cycle electrical angle θ in the magnetic flux waveform.

したがって、電動回転機10は、回転子12内の永久磁石16のフラックスバリア17bを含む磁極開口度θ6を、相電流の時間高調波mの基本波形となるm=1としたときに、トルクリプルの低減に有効な特定次数である6f次(n=5、7)にする相電圧の空間高調波nの5次、7次を抑える角度範囲(144°≦θ6(電気角)≦154.3°)にすることによって、トルクリプルを低減して振動や騒音を少なく回転軸13を高品質に回転駆動させることができる。また、同時に、トルクリプルを低減させることにより振動を少なくすることによる熱損失と共に、ヒステリシス損と渦電流損の鉄損を抑えることができ、損失の少ない高効率に回転駆動させることができる。   Therefore, the electric rotating machine 10 has a torque ripple when the magnetic pole opening degree θ6 including the flux barrier 17b of the permanent magnet 16 in the rotor 12 is m = 1, which is a basic waveform of the time harmonic m of the phase current. An angular range (144 ° ≦ θ6 (electrical angle) ≦ 154.3 °) that suppresses the fifth and seventh orders of the spatial harmonics n of the phase voltage to the 6f order (n = 5, 7), which is a specific order effective for reduction. ), The torque ripple can be reduced to reduce the vibration and noise, and the rotary shaft 13 can be driven to rotate with high quality. At the same time, it is possible to suppress the iron loss such as hysteresis loss and eddy current loss as well as heat loss by reducing vibration by reducing the torque ripple, and it is possible to drive the rotation with high efficiency with little loss.

実際には、図60に示すように、矩形波近似した磁束波形に対して両肩部で漏れ磁束が発生するため、理論的な値(波形)から微小なズレが発生する。この微小なズレは、144°≦磁極開口度θ6(電気角)≦154.3°の範囲内で磁界解析等により調整可能である。
この電動回転機10は、最大負荷時には、d軸側よりも磁石磁束Ψmの影響の少ないq軸付近(q軸磁路)に電機子磁束Ψrが流れ込んで、磁束密度が高くなる傾向にあることから、そのq軸磁路が磁気飽和近くなると透磁率が低下してトルクが低下する。このことから、磁極開口度θ6は、q軸磁路をできるだけ確保してトルク(磁束通過効率)を高めるために小さい(狭い)方が有利であり、144°(電気角)に近い値とする。この磁極開口度θ6は、固定子11のステータティース15の対面幅TBやスロット18の開口幅SOや回転子12とステータティース15の間のエアギャップ幅AGなどとの相関関係から磁界解析を行って、5次や7次の空間高調波を低減でき、また、コギングトルクも低減できる最適値として、146.8°(電気角)に決定している。
Actually, as shown in FIG. 60, a leakage magnetic flux is generated at both shoulders with respect to a magnetic flux waveform approximated to a rectangular wave, and thus a slight deviation occurs from a theoretical value (waveform). This slight deviation can be adjusted by magnetic field analysis or the like within a range of 144 ° ≦ magnetic pole opening degree θ6 (electrical angle) ≦ 154.3 °.
The electric rotating machine 10 has a tendency that the armature magnetic flux Ψr flows near the q-axis (q-axis magnetic path) less affected by the magnetic flux Ψm than the d-axis side at the maximum load, and the magnetic flux density tends to increase. Therefore, when the q-axis magnetic path becomes close to magnetic saturation, the magnetic permeability decreases and the torque decreases. Therefore, the magnetic pole opening degree θ6 is advantageously smaller (narrower) in order to secure the q-axis magnetic path as much as possible and increase the torque (magnetic flux passage efficiency), and has a value close to 144 ° (electrical angle). . This magnetic pole opening degree θ6 is subjected to magnetic field analysis from the correlation with the facing width TB of the stator teeth 15 of the stator 11, the opening width SO of the slots 18, the air gap width AG between the rotor 12 and the stator teeth 15, and the like. Thus, 146.8 ° (electrical angle) is determined as an optimum value that can reduce fifth-order and seventh-order spatial harmonics and also reduce cogging torque.

また、電動回転機10は、磁石開口度θ2をパラメータとして、図61、図62に示すトルクや6次、12次の高調波トルクやトルクリプルのトルク特性により決定する。なお、この図61、図62では、θ2=90°(電気角)を基準にして(1.0[p.u.])、これらトルク特性を図示している。
まず、磁石開口度θ2(機械角)は、最大負荷時には、図61に示すように、27.5°未満になるとトルクが大きく低下し、また、72.5°を超えると、トルクリプルや高調波トルクが大きくなることから27.5°〜72.5°の範囲Eに収めるのが好ましく、トルクからすると、37.5°〜67.5°程度の範囲F内にするのがより好ましい。
また、磁石開口度θ2(機械角)は、低負荷時には、図62に示すように、37.5°未満になるとトルクが急激に低下し、また、82.5°を超えると、トルクの急落と共にトルクリプルや高調波トルクが大きくなることから37.5°〜82.5°の範囲Gに収めるのが好ましく、トルクからすると、42.5°〜67.5°程度の範囲H内にするのがより好ましい。
これら最大負荷時と低負荷時からすると、磁石開口度θ2(機械角)は、37.5°〜72.5°に収めるのが好ましく、トルクからすると、42.5°〜67.5°程度にするのがより好ましく、さらに、52.5°にするのがトルクリプルや高調波トルクを抑えつつトルクを最大にすることができて好適である。
Further, the electric rotating machine 10 is determined by the torque shown in FIGS. 61 and 62, the sixth-order and twelfth-order harmonic torque, and the torque characteristics of the torque ripple, with the magnet opening degree θ2 as a parameter. 61 and 62, these torque characteristics are illustrated with θ2 = 90 ° (electrical angle) as a reference (1.0 [pu]].
First, as shown in FIG. 61, when the magnet opening degree θ2 (mechanical angle) is less than 27.5 ° when the maximum load is applied, the torque is greatly reduced, and when it exceeds 72.5 °, torque ripple and harmonics are exceeded. It is preferable to be within the range E of 27.5 ° to 72.5 ° because the torque becomes large, and more preferably within the range F of about 37.5 ° to 67.5 ° from the viewpoint of the torque.
As shown in FIG. 62, when the magnet opening degree θ2 (mechanical angle) is low, when the torque is less than 37.5 °, the torque sharply decreases, and when it exceeds 82.5 °, the torque drops sharply. At the same time, it is preferable that the torque ripple and the harmonic torque become large, so that it falls within the range G of 37.5 ° to 82.5 °. Is more preferable.
From these maximum loads and low loads, the magnet opening θ2 (mechanical angle) is preferably within 37.5 ° to 72.5 °, and from torque, it is about 42.5 ° to 67.5 °. More preferably, the angle is 52.5 ° because the torque can be maximized while suppressing torque ripple and harmonic torque.

ところで、電動回転機10は、図63に示すように、回転子12内に永久磁石16をV字型に埋め込むIPM構造を採用することから、上述のセンタブリッジ20に加えて、フラックスバリア17bの外端側にサイドブリッジ30を備えることにより、一対の永久磁石16を含む磁極が高速回転する際の遠心力により生じるミゼス応力に抗して形状を維持するように連結支持している。センタブリッジ20は、回転子12の軸心からd軸に一致する法線方向に延長されて磁極を連結支持している。サイドブリッジ30は、回転子12の外周面12aとフラックスバリア17bの外端側内面17b1との間に形成されて、回転子12内で一磁極を形成する一対の永久磁石16の外側(外周面12a側)のd軸側と、隣接する別磁極側のq軸側との間を連結支持している。   Incidentally, as shown in FIG. 63, the electric rotating machine 10 employs an IPM structure in which the permanent magnet 16 is embedded in the rotor 12 in a V shape, so that in addition to the center bridge 20 described above, the flux barrier 17b By providing the side bridge 30 on the outer end side, the magnetic poles including the pair of permanent magnets 16 are connected and supported so as to maintain the shape against the Mises stress caused by the centrifugal force when rotating at high speed. The center bridge 20 extends in a normal direction that coincides with the d-axis from the axis of the rotor 12 and supports the magnetic poles. The side bridge 30 is formed between the outer peripheral surface 12a of the rotor 12 and the outer end side inner surface 17b1 of the flux barrier 17b, and the outer (outer peripheral surface) of the pair of permanent magnets 16 forming one magnetic pole in the rotor 12. 12a side) and the adjoining magnetic pole side q-axis side are connected and supported.

サイドブリッジ30は、図64の無負荷時の磁束ベクトル図に示すように、磁極のd軸側とq軸側の間に位置することから(理想的には磁束の回り込みをできるだけ抑制したいところだが)、永久磁石16の磁石磁束Ψm(図中にはベクトルVmとして図示)の回込磁路としても機能する。また、サイドブリッジ30は、回転子12の回転に伴って、エアギャップGを介してステータティース15との間で磁石磁束Ψmを鎖交させる領域がq軸側とd軸側とで切り替わる間の磁路としても機能する。このサイドブリッジ30は、回転子12の外周面12aの背面側に位置するフラックスバリア17bの外端側内面17b1の形状に応じて磁気抵抗を調整することができ、その回転子12の回転に伴って鎖交などして通過する磁石磁束Ψmの磁束密度を変化させることができる。
この磁石磁束Ψmは、無負荷時には、図65Aに示すように、固定子11(ステータティース15)と回転子12との間のエアギャップGにおける磁束密度が矩形波に近い波形で変化しており、この磁石磁束Ψmの磁束密度の変化によりコギングトルクが発生している。磁石磁束Ψmの磁束密度は、正弦波に近似する波形で変化させることでスムーズな駆動を実現できて理想的であるが、実現することは難しいことから、その磁束の時間的変化(dΨ/dt)を小さくするのがコギングトルクを低減できて有効である。特に、図65Bに示すように、磁束(密度波形で図示)の立ち上がり領域や収束領域において時間的変化を緩やかにするのが効果的である。このことから、コギングトルクの低減には、サイドブリッジ30を形成するフラックスバリア17bの外端側内面17b1の形状を最適化することが考えられる。
As shown in the no-load magnetic flux vector diagram of FIG. 64, the side bridge 30 is located between the d-axis side and the q-axis side of the magnetic pole (ideally, it is desired to suppress the magnetic flux wraparound as much as possible. ), And also functions as a wraparound magnetic path for the magnetic flux Ψm (shown as a vector Vm in the drawing) of the permanent magnet 16. Further, the side bridge 30 is in a state in which the region where the magnetic flux Ψm is linked to the stator teeth 15 via the air gap G is switched between the q-axis side and the d-axis side as the rotor 12 rotates. It also functions as a magnetic path. The side bridge 30 can adjust the magnetic resistance according to the shape of the outer end side inner surface 17b1 of the flux barrier 17b located on the back side of the outer peripheral surface 12a of the rotor 12, and with the rotation of the rotor 12, Thus, the magnetic flux density of the magnet magnetic flux Ψm passing through the chain can be changed.
When no load is applied, the magnetic flux Ψm changes with a waveform in which the magnetic flux density in the air gap G between the stator 11 (stator teeth 15) and the rotor 12 is close to a rectangular wave as shown in FIG. 65A. The cogging torque is generated by the change in the magnetic flux density of the magnet magnetic flux Ψm. The magnetic flux density of the magnetic flux Ψm is ideal because smooth drive can be realized by changing it with a waveform that approximates a sine wave. However, since it is difficult to achieve, the temporal change of the magnetic flux (dΨ / dt) It is effective to reduce the cogging torque. In particular, as shown in FIG. 65B, it is effective to moderate the temporal change in the rising region and convergence region of the magnetic flux (illustrated by the density waveform). From this, it is conceivable to optimize the shape of the outer end side inner surface 17b1 of the flux barrier 17b forming the side bridge 30 in order to reduce the cogging torque.

また、サイドブリッジ30は、図66の最大負荷時の磁束ベクトル図に示すように、同様に、回転子12の回転に伴って、エアギャップGを介してステータティース15との間で電機子磁束Ψr(図中にはベクトルVrとして図示)を鎖交させる領域がq軸側とd軸側とで切り替わる間の磁路としても機能する。この電機子磁束Ψrは、磁石磁束Ψmと同様に、矩形波に近似する磁束波形になることで、上述するように、5次、7次、11次、13次などの(6f±1)次の空間高調波が重畳し易く、このために、トルクリプルが発生している。このことから、サイドブリッジ30は、同様に、特に、磁束の立ち上がり領域や収束領域において電機子磁束Ψrの時間的変化(dΨ/dt)を緩やかにするようにフラックスバリア17bの外端側内面17b1の形状を最適化することが、トルクリプルを低減することができて有効である。   Further, as shown in the magnetic flux vector diagram at the maximum load in FIG. 66, the side bridge 30 similarly has an armature magnetic flux between the stator teeth 15 via the air gap G as the rotor 12 rotates. It also functions as a magnetic path while a region where Ψr (shown as a vector Vr in the figure) is linked is switched between the q-axis side and the d-axis side. The armature magnetic flux Ψr becomes a magnetic flux waveform that approximates a rectangular wave, similarly to the magnet magnetic flux Ψm, and as described above, the (6f ± 1) orders such as the fifth, seventh, eleventh, and thirteenth orders. Therefore, torque ripples are generated. Accordingly, the side bridge 30 similarly has an outer end side inner surface 17b1 of the flux barrier 17b so as to moderate the temporal change (dΨ / dt) of the armature magnetic flux Ψr, particularly in the magnetic flux rising region and the convergence region. It is effective that the torque ripple can be reduced.

そこで、この電動回転機10では、回転子12の外周面12aに対するフラックスバリア17bの外端側内面17b1の形状を緩やかに変化させてサイドブリッジ30の厚さ(図中における幅)を調整することでエアギャップGにおける磁気抵抗を調整する。
このサイドブリッジ30は、図67に示すように、回転子12の一対の永久磁石16の外側(外周面12a側)に位置する領域をセンタブリッジ20と共に連結支持することから、高速回転時のミゼス応力が、回転子12の外周面12aのd軸側領域MS1と、フラックスバリア17bの外端側内面17b1のq軸側領域MS2と、に集中している。なお、センタブリッジ20側では、回転子12の外周面側領域MS3でミゼス応力が集中している。
このことから、図63に戻って、サイドブリッジ30は、フラックスバリア17bの外端側内面17b1の両端側角部17b1cの中間点17b1mで、その外端側内面17b1を屈折させてq軸側の厚さ(図面上の幅)を厚くし、所謂、フィレット形状にしている。これにより、サイドブリッジ30は、q軸側領域MS2をミゼス応力に対して有利な形状にするとともに、エアギャップGにおける磁気抵抗が緩やかに低下するように調整して、そのエアギャップGにおける磁石磁束Ψmや電機子磁束Ψrが緩やかに変化するように調整をする。
Therefore, in the electric rotating machine 10, the thickness (width in the figure) of the side bridge 30 is adjusted by gently changing the shape of the outer end side inner surface 17b1 of the flux barrier 17b with respect to the outer peripheral surface 12a of the rotor 12. To adjust the magnetic resistance in the air gap G.
As shown in FIG. 67, the side bridge 30 connects and supports the region located on the outer side (outer peripheral surface 12a side) of the pair of permanent magnets 16 of the rotor 12 together with the center bridge 20. The stress is concentrated on the d-axis side region MS1 of the outer peripheral surface 12a of the rotor 12 and the q-axis side region MS2 of the outer end side inner surface 17b1 of the flux barrier 17b. On the center bridge 20 side, Mises stress is concentrated in the outer peripheral surface side region MS3 of the rotor 12.
Accordingly, returning to FIG. 63, the side bridge 30 refracts the outer end side inner surface 17b1 at the intermediate point 17b1m of the both end side corners 17b1c of the outer end side inner surface 17b1 of the flux barrier 17b, and moves to the q-axis side. The thickness (width in the drawing) is increased to form a so-called fillet shape. As a result, the side bridge 30 makes the q-axis region MS2 in a shape advantageous to the Mises stress, and adjusts so that the magnetic resistance in the air gap G gradually decreases. Adjustment is made so that Ψm and armature magnetic flux Ψr change gently.

具体的には、サイドブリッジ30の回転子12内部のフラックスバリア17bの外端側内面17b1は、中間点17b1mの両側にd軸側内面17b1dとq軸側内面17b1qとを有している。この外端側内面17b1は、回転子12の軸心および中間点17b1mを通過する直線とd軸との間の挟角θ8と、d軸側内面17b1dのq軸側への延長面とq軸側内面17b1qとの間の挟角θ9と、をパラメータとして変化させたときに得られるトルクやコギングトルクやトルクリプルの特性により決定する。なお、この特性比較では、上述した磁極開口度θ6を最適化した構造での挟角θ8=74.2°(挟角θ9=0、屈折なし)を基準としてper unit単位で図示している。また、このフラックスバリア17bの外端側内面17b1の両端側角部17b1cや中間点17b1mでは、d軸側内面17b1dおよびq軸側内面17b1qのそれぞれの両端側が滑らかに連続するように湾曲形状に形成して、所謂、面とり形状に形成されている。   Specifically, the outer end side inner surface 17b1 of the flux barrier 17b inside the rotor 12 of the side bridge 30 has a d-axis side inner surface 17b1d and a q-axis side inner surface 17b1q on both sides of the intermediate point 17b1m. The outer end-side inner surface 17b1 includes an angle θ8 between a straight line passing through the axis of the rotor 12 and the intermediate point 17b1m and the d-axis, an extension surface of the d-axis side inner surface 17b1d toward the q-axis side, and a q-axis It is determined by the characteristics of torque, cogging torque, and torque ripple obtained when the included angle θ9 with the side inner surface 17b1q is changed as a parameter. In this characteristic comparison, the unit is illustrated in units of units based on the included angle θ8 = 74.2 ° (the included angle θ9 = 0, no refraction) in the above-described structure in which the magnetic pole opening degree θ6 is optimized. In addition, at both end corners 17b1c and intermediate point 17b1m of the outer end side inner surface 17b1 of the flux barrier 17b, a curved shape is formed so that both end sides of the d axis side inner surface 17b1d and the q axis side inner surface 17b1q are smoothly continuous. Thus, it is formed in a so-called chamfered shape.

まず、サイドブリッジ30のフラックスバリア17bの外端側内面17b1は、図68に示すように、中間点17b1mの挟角θ8(電気角)としては、64.7°以上で74.2°未満の範囲Iとすることにより、無負荷時におけるコギングトルクを低減できることが分かる。この挟角θ8は、より好ましくは、66°〜72°の範囲Jとすることにより、コギングトルクをより効果的に低減できることが分かる。
また、サイドブリッジ30のフラックスバリア17bの外端側内面17b1は、図69に示すように、中間点17b1mの挟角θ8(電気角)としては、64.9°以上で74.2°未満の範囲Kとすることにより、最大負荷時におけるトルクの低下を微小に抑えつつトルクリプルを低減できることが分かる。この挟角θ8は、より好ましくは、66°〜78°の範囲Lとすることにより、トルクリプルをより効果的に低減でき、また、70°〜72°の範囲Mで72°寄りとすることにより、トルクの低下をより抑えつつトルクリプルを効果的に低減できることが分かる。
一方、サイドブリッジ30のフラックスバリア17bの外端側内面17b1は、図70に示すように、d軸側内面17b1dの延長面とq軸側内面17b1qの間の挟角θ9(機械角)、言い換えると、d軸側内面17b1dに対するq軸側内面17b1qの屈曲角θ9(機械角)としては、0°を超えて37°以下の範囲Nとすることにより、最大負荷時におけるトルクの低下を微小に抑えつつトルクリプルをより効果的に低減できることが分かる。この挟角θ9は、より好ましくは、10°〜27°の範囲Pで10°寄りとすることにより、トルクの低下をより抑えつつトルクリプルを効果的に低減できることが分かる。
First, the outer end side inner surface 17b1 of the flux barrier 17b of the side bridge 30 has an included angle θ8 (electrical angle) of the intermediate point 17b1m of 64.7 ° or more and less than 74.2 ° as shown in FIG. It can be seen that setting the range I can reduce the cogging torque at no load. It is understood that the cogging torque can be more effectively reduced by setting the included angle θ8 to a range J of 66 ° to 72 ° more preferably.
As shown in FIG. 69, the inner surface 17b1 of the flux barrier 17b of the side bridge 30 has an included angle θ8 (electrical angle) of the intermediate point 17b1m of 64.9 ° or more and less than 74.2 °. It can be seen that by setting the range K, the torque ripple can be reduced while minimizing the decrease in torque at the maximum load. More preferably, by setting the included angle θ8 in the range L of 66 ° to 78 °, the torque ripple can be reduced more effectively, and in the range M of 70 ° to 72 °, it is closer to 72 °. It can be seen that the torque ripple can be effectively reduced while further suppressing the decrease in torque.
On the other hand, the outer end side inner surface 17b1 of the flux barrier 17b of the side bridge 30 is, as shown in FIG. 70, an included angle θ9 (mechanical angle) between the extended surface of the d-axis side inner surface 17b1d and the q-axis side inner surface 17b1q. The bending angle θ9 (mechanical angle) of the q-axis side inner surface 17b1q with respect to the d-axis side inner surface 17b1d is set to a range N that exceeds 0 ° and is equal to or less than 37 °, thereby minimizing a decrease in torque at the maximum load. It can be seen that torque ripple can be more effectively reduced while suppressing. It can be seen that the included angle θ9 is more preferably 10 ° in the range P of 10 ° to 27 °, so that the torque ripple can be effectively reduced while further suppressing the decrease in torque.

このように本実施形態においては、永久磁石16のd軸側範囲Bを削減して大きなフラックスバリア17cに置き換えたので、電機子磁束Ψrを打ち消す方向の磁石磁束Ψmをなくして互いに干渉(相殺)してしまうことをなくすことができ、また、その範囲B内を電機子磁束Ψrが通過してしまうことも制限することができる。
したがって、永久磁石16の使用量を削減しつつ、d軸側での電機子磁束Ψrや磁石磁束Ψmを有効に活用して、大きなマグネットトルクTmとリラクタンストルクTrを得ることができる。また、誘起電圧定数の低減による高速回転側での出力の増加を図ることができるとともに、永久磁石16の渦電流に起因する発熱を抑えて温度変化による減磁を抑制して耐熱グレードを下げることによるコスト削減をすることができる。
As described above, in the present embodiment, the d-axis side range B of the permanent magnet 16 is reduced and replaced with the large flux barrier 17c, so that the magnet magnetic flux Ψm in the direction that cancels the armature magnetic flux Ψr is eliminated to interfere (cancel) each other. And the passage of the armature magnetic flux Ψr in the range B can be restricted.
Therefore, a large magnet torque Tm and a reluctance torque Tr can be obtained by effectively using the armature magnetic flux Ψr and the magnet magnetic flux Ψm on the d-axis side while reducing the amount of permanent magnets 16 used. In addition, the output on the high speed rotation side can be increased by reducing the induced voltage constant, and the heat generation due to the eddy current of the permanent magnet 16 can be suppressed to suppress the demagnetization due to the temperature change, thereby lowering the heat resistant grade. Can reduce costs.

また、フラックスバリア17cの軸心側端部までの離隔距離R2を回転子12の外半径R1と内半径R3との関係(寸法形状)が0.56≦R2/R1≦0.84、かつ、0.54≦R3/R2≦0.82になるようにすることで、大きなトルクTを効率よく発生させることができる。
また、フラックスバリア17cは、回転子12の外周面までの離隔距離DLdを回転子12の外半径R1に対して、0.098≦DLd/R1<0.194にすることで、大きなトルクを効率よく発生させることができる。さらに、このフラックスバリア17cは、好ましくは、0.12≦DLd/R1≦0.14かつ1.2≦フラックスバリア開口角θ1/磁石開口角θ2≦1.7になるように、さらに、DLd/R1=0.139かつθ1/θ2=1.52になるようにすることで、より大きなトルクを効率よく発生させることができる。
Further, the separation distance R2 to the axial center side end portion of the flux barrier 17c is such that the relationship (size and shape) between the outer radius R1 and the inner radius R3 of the rotor 12 is 0.56 ≦ R2 / R1 ≦ 0.84, and By satisfying 0.54 ≦ R3 / R2 ≦ 0.82, a large torque T can be generated efficiently.
Further, the flux barrier 17c is configured such that the separation distance DLd to the outer peripheral surface of the rotor 12 is 0.098 ≦ DLd / R1 <0.194 with respect to the outer radius R1 of the rotor 12, thereby efficiently increasing a large torque. Can be generated well. Further, the flux barrier 17c preferably further has DLd / L so that 0.12 ≦ DLd / R1 ≦ 0.14 and 1.2 ≦ flux barrier opening angle θ1 / magnet opening angle θ2 ≦ 1.7. By setting R1 = 0.139 and θ1 / θ2 = 1.52, larger torque can be generated efficiently.

また、回転子12のセンタ溝21は、溝底21aまでの長さR4を回転子12の外半径R1に対して、0.98≦R4/R1<1.0にすることで、高調波トルクを抑えて効果的にトルクリプルを低減することができる。
さらに、このセンタ溝21は、2×tan−1((ティース対面幅TB/2)/(回転子外半径R1+エアギャップ幅AG))≦外開口角θa≦2×tan−1((スロット開口幅SO+(ティース対面幅TB/2))/(回転子外半径R1+エアギャップ幅AG))、0°≦内開口角θb≦2×tan−1((スロット開口幅SO+(ティース対面幅TB/2))/(回転子外半径R1+エアギャップ幅AG))、ティース先端部幅TW≦ティース対面幅TBとなる寸法形状にすることで、高調波トルクをより抑えて、トルクリプルをより削減することができる。
Further, the center groove 21 of the rotor 12 has a harmonic torque of 0.98 ≦ R4 / R1 <1.0 with respect to the outer radius R1 of the rotor 12 by setting the length R4 to the groove bottom 21a. And torque ripple can be effectively reduced.
Further, the center groove 21 has 2 × tan −1 ((tooth-to-face width TB / 2) / (rotor outer radius R1 + air gap width AG)) ≦ outer opening angle θa ≦ 2 × tan−1 ((slot opening Width SO + (tooth-to-face width TB / 2)) / (rotor outer radius R1 + air gap width AG)), 0 ° ≦ inner opening angle θb ≦ 2 × tan −1 ((slot opening width SO + (tooth-to-face width TB / 2)) / (Rotor outer radius R1 + air gap width AG)), and the shape of the tooth tip width TW ≦ tooth-to-face width TB to further suppress harmonic torque and further reduce torque ripple. Can do.

また、回転子12のサイド溝22は、外挟角θ4≦磁石端部開き角θ3、0.945≦内挟角θ5/外挟角θ4≦0.98、0.00<溝深さRG/エアギャップ幅AG≦0.73にすることで、ギャップ磁束波形に重畳しようとする空間高調波を抑えることができ、コギングトルクやトルクリプルや鉄損の増加により駆動効率を低下させてしまうことを防止することができる。   Further, the side groove 22 of the rotor 12 has an outer clamping angle θ4 ≦ magnet end opening angle θ3, 0.945 ≦ inner clamping angle θ5 / outer clamping angle θ4 ≦ 0.98, 0.00 <groove depth RG / By setting the air gap width AG ≦ 0.73, it is possible to suppress the spatial harmonics that are to be superimposed on the gap magnetic flux waveform and prevent the drive efficiency from being reduced due to the increase of cogging torque, torque ripple, and iron loss. can do.

さらに、V字型に埋め込む一対の永久磁石16の構造として、144°≦磁極開口度θ6(電気角)≦154.3°、かつ、27.5°〜37.5°≦磁石開口度θ2(機械角)≦72.5°〜82.5°、より好ましくは、37.5°≦θ2(機械角)≦72.5°とすることにより、最大負荷時や低負荷時のトルクを高くすることができ、このときのトルクリプルと6次と12次の高調波トルクを抑えて電磁振動や電磁騒音を低減することができる。   Further, as the structure of the pair of permanent magnets 16 embedded in the V shape, 144 ° ≦ magnetic pole opening degree θ6 (electrical angle) ≦ 154.3 ° and 27.5 ° to 37.5 ° ≦ magnet opening degree θ2 ( (Mechanical angle) ≦ 72.5 ° to 82.5 °, more preferably 37.5 ° ≦ θ2 (mechanical angle) ≦ 72.5 ° to increase the torque at maximum load or low load. In this case, the torque ripple and the 6th and 12th harmonic torque can be suppressed to reduce electromagnetic vibration and electromagnetic noise.

さらに、上記構造に加えて、サイドブリッジ30のd軸側内面17b1dおよびq軸側内面17b1qの中間点17b1mとd軸との間の挟角θ8を64.9°〜74.2°(電気角)とし、そのd軸側内面17b1dの延長面とq軸側内面17b1qの間の挟角θ9を0°〜37°(機械角)とすることにより、トルクをほとんど低下させることなく、コギングトルクやトルクリプルを低減させることができる。このため、トルクリプルに起因して発生する固定子(ステータ)鉄心の電磁振動も低減して、これに伴う電磁騒音をも低減させることができる。なお、コギングトルクの低減を目的とする場合には、挟角θ8を64.7°以上と条件を緩和してもよい。
さらに、挟角θ8は、66°〜68°や70°〜72°とし、また、挟角θ9は、10°〜27°とすることにより、より効果的に、トルクをほとんど低下させることなく、コギングトルクやトルクリプルを低減させることができる。
この結果、固定子11内の回転子12を低コストに作製して高エネルギ密度で高品質に回転駆動させることができる。
In addition to the above structure, the included angle θ8 between the d-axis and the intermediate point 17b1m between the d-axis side inner surface 17b1d and the q-axis side inner surface 17b1q of the side bridge 30 is 64.9 ° to 74.2 ° (electrical angle ), And the included angle θ9 between the extended surface of the d-axis side inner surface 17b1d and the q-axis side inner surface 17b1q is set to 0 ° to 37 ° (mechanical angle). Torque ripple can be reduced. For this reason, electromagnetic vibration of the stator (stator) core generated due to torque ripple can be reduced, and electromagnetic noise accompanying this can be reduced. When the purpose is to reduce cogging torque, the included angle θ8 may be relaxed to 64.7 ° or more.
Furthermore, the included angle θ8 is set to 66 ° to 68 ° or 70 ° to 72 °, and the included angle θ9 is set to 10 ° to 27 °, so that the torque can be reduced more effectively and hardly. Cogging torque and torque ripple can be reduced.
As a result, the rotor 12 in the stator 11 can be produced at low cost and can be driven to rotate with high energy density and high quality.

ここで、本実施形態では、8極48スロットモータの構成の電動回転機10を一例にして説明するが、これに限るものではなく、毎極毎相スロット数q=2の構造であれば、そのまま好適に適用することができ、例えば、6極36スロット、4極24スロット、10極60スロットのモータ構造にもそのまま適用することができる。
本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、各請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
Here, in this embodiment, the electric rotating machine 10 having a configuration of an 8-pole 48-slot motor will be described as an example. However, the present invention is not limited to this. If the structure has a number of slots per phase per pole q = 2, The present invention can be preferably applied as it is. For example, it can also be applied to a motor structure of 6 poles, 36 slots, 4 poles, 24 slots, and 10 poles and 60 slots.
The scope of the present invention is not limited to the illustrated and described exemplary embodiments, but includes all embodiments that provide the same effects as those intended by the present invention. Further, the scope of the invention is not limited to the combinations of features of the invention defined by the claims, but may be defined by any desired combination of particular features among all the disclosed features. .

10 電動回転機(IPM型)
11 固定子
12 回転子
12a 外周面
13 回転駆動軸
15 ステータティース
16 永久磁石
17 V字空間
17b、17c フラックスバリア
17b1 外端側内面
17b1d d軸側内面
17b1m 中間点
17b1q q軸側内面
18 スロット
20 センタブリッジ
21 センタ溝
22 サイド溝
30 サイドブリッジ
B d軸側範囲
G エアギャップ
θ8 d軸から中間点までの挟角
θ9 d軸側内面とq軸側内面の延長面の間の挟角
10 Electric rotating machine (IPM type)
11 Stator 12 Rotor 12a Outer peripheral surface 13 Rotating drive shaft 15 Stator teeth 16 Permanent magnet 17 V-shaped space 17b, 17c Flux barrier 17b1 Outer end inner surface 17b1d d-axis inner surface 17b1m Intermediate point 17b1q q-axis inner surface 18 Slot 20 Center Bridge 21 Center groove 22 Side groove 30 Side bridge B d-axis side range G Air gap θ8 Angle between the d-axis and the intermediate point θ9 Angle between the inner surface of the d-axis and the inner surface of the q-axis

Claims (2)

永久磁石が埋め込まれて駆動軸と一体回転する回転子と、該回転子を相対回転自在に収納して当該回転子に対面する複数のティース間のスロットにコイルを収容して電機子として機能する固定子と、を備えて、毎極毎相スロット数が2になるように構成された電動回転機であって、
前記永久磁石が前記回転子の外周面に向かって開くV字形状に配置されており、
前記永久磁石が形成する磁極毎の該永久磁石の中心軸に一致する磁束方向のd軸側まで当該永久磁石を存在させた場合に、該d軸側において前記電機子が発生する電機子磁束を打ち消す方向の磁石磁束を発生する範囲の前記永久磁石を、透磁率の小さな空隙に置き換えて、
前記回転子の外周面の前記d軸上に軸心と平行なセンタ調整溝を形成するとともに該外周面の前記永久磁石の両外端部側に軸心と平行な一対のサイド調整溝を形成し、
前記永久磁石の両外端側から前記回転子の外周面に向かって張り出すフラックスバリアを備え、
当該フラックスバリアの外端側内面と前記回転子の外周面との間に、当該回転子の前記磁極間の磁束方向のq軸側と前記d軸側との間を連結支持するサイドブリッジを形成し、
前記フラックスバリアの外端側内面は、前記回転子の外周面の背面側に位置する両端側角部の中間点の両側にd軸側内面とq軸側内面とを有し、
前記回転子の軸心および前記フラックスバリアの外端側内面の中間点を通過する直線と前記d軸との間の挟角をθ8とした場合に、
64.7°≦θ8(電気角)≦74.2°
の関係を満たし、
前記d軸側内面は、前記フラックスバリアの外端側内面の中間点から前記回転子の外周面と平行方向に延長され、
前記q軸側内面は、前記d軸側内面の前記q軸側への延長面との間の挟角をθ9とした場合に、
0°<θ9(機械角)≦37°
の関係を満たすこと
を特徴とするIPM型電動回転機。
A rotor that is embedded with a permanent magnet and rotates integrally with the drive shaft, and that the rotor is housed in a relatively rotatable manner, and a coil is housed in a slot between a plurality of teeth facing the rotor to function as an armature. An electric rotating machine including a stator and configured so that the number of slots per phase per pole is 2.
The permanent magnets are arranged in a V shape that opens toward the outer peripheral surface of the rotor,
The armature magnetic flux generated by the armature on the d-axis side when the permanent magnet exists up to the d-axis side in the magnetic flux direction coinciding with the central axis of the permanent magnet for each magnetic pole formed by the permanent magnet. Replacing the permanent magnet in the range that generates magnet magnetic flux in the direction of cancellation with a small gap of magnetic permeability,
A center adjustment groove parallel to the axis is formed on the d-axis on the outer peripheral surface of the rotor, and a pair of side adjustment grooves parallel to the axis is formed on both outer end sides of the permanent magnet on the outer peripheral surface. And
A flux barrier projecting from both outer end sides of the permanent magnet toward the outer peripheral surface of the rotor;
A side bridge that connects and supports the q-axis side and the d-axis side in the magnetic flux direction between the magnetic poles of the rotor is formed between the inner surface on the outer end side of the flux barrier and the outer peripheral surface of the rotor. And
The outer surface on the outer end side of the flux barrier has a d-axis side inner surface and a q-axis side inner surface on both sides of an intermediate point between both corners located on the back side of the outer peripheral surface of the rotor,
When the angle between the straight line passing through the center of the rotor and the intermediate point of the inner surface on the outer end side of the flux barrier and the d axis is θ8,
64.7 ° ≦ θ8 (electrical angle) ≦ 74.2 °
Satisfy the relationship
The d-axis side inner surface is extended in a direction parallel to the outer peripheral surface of the rotor from an intermediate point of the outer end side inner surface of the flux barrier,
The q-axis side inner surface, when the included angle between the d-axis side inner surface and the extension surface to the q-axis side is θ9,
0 ° <θ9 (mechanical angle) ≦ 37 °
An IPM type electric rotating machine characterized by satisfying the above relationship.
前記挟角θ8は、
64.9°≦θ8(電気角)≦74.2°
の関係を満たすこと
を特徴とする請求項1に記載のIPM型電動回転機。
The included angle θ8 is:
64.9 ° ≦ θ8 (electrical angle) ≦ 74.2 °
The IPM type electric rotating machine according to claim 1, wherein the relationship is satisfied.
JP2012261569A 2012-11-29 2012-11-29 IPM type electric rotating machine Active JP5958305B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012261569A JP5958305B2 (en) 2012-11-29 2012-11-29 IPM type electric rotating machine
CN201310512867.0A CN103855826B (en) 2012-11-29 2013-10-25 IPM rotary motor
DE102013223671.9A DE102013223671B4 (en) 2012-11-29 2013-11-20 ELECTRIC LATHE WITH INSIDE PERMANENT MAGNETS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012261569A JP5958305B2 (en) 2012-11-29 2012-11-29 IPM type electric rotating machine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014108025A true JP2014108025A (en) 2014-06-09
JP5958305B2 JP5958305B2 (en) 2016-07-27

Family

ID=50726218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012261569A Active JP5958305B2 (en) 2012-11-29 2012-11-29 IPM type electric rotating machine

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP5958305B2 (en)
CN (1) CN103855826B (en)
DE (1) DE102013223671B4 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108539886A (en) * 2017-03-06 2018-09-14 福特全球技术公司 Rotor
CN110268601A (en) * 2017-02-16 2019-09-20 三菱电机株式会社 The control method of the control device of rotating electric machine, rotating electric machine and rotating electric machine
WO2020035925A1 (en) * 2018-08-16 2020-02-20 三菱電機株式会社 Rotating electric machine
CN112653274A (en) * 2020-12-25 2021-04-13 上海电气集团股份有限公司 Rotor punching sheet and permanent magnet motor rotor
WO2023132011A1 (en) 2022-01-05 2023-07-13 株式会社 東芝 Rotor

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2961044B1 (en) * 2014-06-27 2017-09-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Motor and its permanent magnet rotor
JP7442954B2 (en) * 2017-10-02 2024-03-05 株式会社日立インダストリアルプロダクツ Permanent magnet synchronous machine and electric motor vehicle equipped with the same
DE102020113938A1 (en) 2020-05-25 2021-09-02 Audi Aktiengesellschaft Laminated core for a permanently excited synchronous machine with enlarged magnetic pockets to increase a torque through reluctance as well as synchronous machine and motor vehicle
CN113036965A (en) * 2020-12-31 2021-06-25 上海大学 Method for reducing magnetic steel eddy current loss of full neodymium iron boron permanent magnet motor at high speed and motor structure

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003324875A (en) * 2002-05-02 2003-11-14 Daikin Ind Ltd Brushless dc motor, drive unit for brushless dc motor, and compressor
JP2004328956A (en) * 2003-04-28 2004-11-18 Toyota Motor Corp Motor
JP2005253281A (en) * 2004-02-04 2005-09-15 Sanyo Denki Co Ltd Rotary motor with built-in permanent magnet and method of determining pole arc ratio thereof
JP2007097387A (en) * 2005-08-31 2007-04-12 Toshiba Corp Rotary electric machine
JP2008278553A (en) * 2007-04-25 2008-11-13 Toshiba Industrial Products Manufacturing Corp Rotor of rotating electric machine and rotating electric machine
JP2012034432A (en) * 2010-07-28 2012-02-16 Toyota Motor Corp Rotary electric machine

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0746079B1 (en) 1995-05-31 2003-08-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Motor with built-in permanent magnets
JP3708855B2 (en) 2000-09-13 2005-10-19 山洋電気株式会社 Synchronous motor with built-in permanent magnet
JP4311182B2 (en) 2003-12-08 2009-08-12 日産自動車株式会社 Rotating electric machine rotor
JP2006254629A (en) 2005-03-11 2006-09-21 Toyota Motor Corp Rotor of rotating electric machine, rotating electric machine, and vehicle driving apparatus
CN101283499A (en) * 2005-08-31 2008-10-08 株式会社东芝 Rotary electric machine
JP2008220053A (en) * 2007-03-05 2008-09-18 Toyota Motor Corp Motor
JP4900069B2 (en) * 2007-06-13 2012-03-21 トヨタ自動車株式会社 Rotating electric machine
JP4492681B2 (en) * 2007-11-16 2010-06-30 株式会社デンソー Synchronous machine
JP2009219331A (en) * 2008-03-13 2009-09-24 Hitachi Ltd Permanent magnet type generator and hybrid vehicle using the same
JP5278003B2 (en) * 2009-01-30 2013-09-04 トヨタ自動車株式会社 Electric motor
JP5412978B2 (en) 2009-06-17 2014-02-12 株式会社明電舎 Permanent magnet embedded rotary electric machine
JP5494674B2 (en) 2009-12-22 2014-05-21 トヨタ自動車株式会社 Rotor and method for manufacturing rotor
JP5260563B2 (en) * 2010-01-07 2013-08-14 株式会社日立製作所 Permanent magnet generator or motor
JP5479978B2 (en) 2010-03-30 2014-04-23 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 Rotating electric machine
JP5708181B2 (en) * 2010-05-12 2015-04-30 株式会社デンソー Rotating electrical machine rotor
JP5565170B2 (en) * 2010-07-27 2014-08-06 富士電機株式会社 Permanent magnet rotating machine
JP5480176B2 (en) * 2011-02-03 2014-04-23 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 Rotating machine rotor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003324875A (en) * 2002-05-02 2003-11-14 Daikin Ind Ltd Brushless dc motor, drive unit for brushless dc motor, and compressor
JP2004328956A (en) * 2003-04-28 2004-11-18 Toyota Motor Corp Motor
JP2005253281A (en) * 2004-02-04 2005-09-15 Sanyo Denki Co Ltd Rotary motor with built-in permanent magnet and method of determining pole arc ratio thereof
JP2007097387A (en) * 2005-08-31 2007-04-12 Toshiba Corp Rotary electric machine
JP2008278553A (en) * 2007-04-25 2008-11-13 Toshiba Industrial Products Manufacturing Corp Rotor of rotating electric machine and rotating electric machine
JP2012034432A (en) * 2010-07-28 2012-02-16 Toyota Motor Corp Rotary electric machine

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110268601B (en) * 2017-02-16 2021-11-23 三菱电机株式会社 Control device for rotating electrical machine, and control method for rotating electrical machine
CN110268601A (en) * 2017-02-16 2019-09-20 三菱电机株式会社 The control method of the control device of rotating electric machine, rotating electric machine and rotating electric machine
EP3584908A4 (en) * 2017-02-16 2020-03-04 Mitsubishi Electric Corporation Rotating electric machine control device, rotating electric machine, and rotating electric machine control method
US10944347B2 (en) 2017-02-16 2021-03-09 Mitsubishi Electric Corporation Rotary electrical machine control device, rotary electrical machine, and rotary electrical machine control method
CN108539886A (en) * 2017-03-06 2018-09-14 福特全球技术公司 Rotor
WO2020035925A1 (en) * 2018-08-16 2020-02-20 三菱電機株式会社 Rotating electric machine
CN112567597A (en) * 2018-08-16 2021-03-26 三菱电机株式会社 Rotating electrical machine
JPWO2020035925A1 (en) * 2018-08-16 2021-08-12 三菱電機株式会社 Rotating machine
JP7056743B2 (en) 2018-08-16 2022-04-19 三菱電機株式会社 Rotating electric machine
CN112567597B (en) * 2018-08-16 2023-12-05 三菱电机株式会社 Rotary electric machine
CN112653274A (en) * 2020-12-25 2021-04-13 上海电气集团股份有限公司 Rotor punching sheet and permanent magnet motor rotor
CN112653274B (en) * 2020-12-25 2021-09-24 上海电气集团股份有限公司 Rotor punching sheet and permanent magnet motor rotor
WO2023132011A1 (en) 2022-01-05 2023-07-13 株式会社 東芝 Rotor

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013223671A1 (en) 2014-06-05
CN103855826B (en) 2016-06-08
DE102013223671B4 (en) 2020-08-06
JP5958305B2 (en) 2016-07-27
CN103855826A (en) 2014-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5958305B2 (en) IPM type electric rotating machine
JP5861394B2 (en) Electric rotating machine
US7816822B2 (en) Motor and control unit thereof
US9184636B2 (en) Electric rotating machine
JP5857627B2 (en) Electric rotating machine
US20130119810A1 (en) Electric rotating machine
CN103715801B (en) IPM rotary motor
US20130106227A1 (en) Electric rotating machine
JPWO2006126552A1 (en) Motor and its controller
US7876063B2 (en) Axial gap type motor/generator
US11863018B2 (en) Reluctance motor
CN103715852B (en) IPM rotary motor
JP2013162557A (en) Electric rotary machine
CN103715851A (en) Interior permanent magnet electric rotating machine
JP6015350B2 (en) IPM type electric rotating machine
JP6070032B2 (en) IPM type electric rotating machine
CN103715797B (en) IPM rotary motor
JP6437706B2 (en) IPM type electric rotating machine
JP6075034B2 (en) IPM type electric rotating machine
JPWO2017171037A1 (en) Rotor and rotor design method
CN103715798B (en) IPM rotary motor
JP6015331B2 (en) IPM type electric rotating machine
JP6711082B2 (en) Rotating electric machine
JP5962407B2 (en) IPM type electric rotating machine
JP2013099170A (en) Electric rotary machine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150908

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160524

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160525

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160606

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5958305

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151