JP2014161205A - Interior magnet type rotating electrical machine - Google Patents

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JP2014161205A JP2013240199A JP2013240199A JP2014161205A JP 2014161205 A JP2014161205 A JP 2014161205A JP 2013240199 A JP2013240199 A JP 2013240199A JP 2013240199 A JP2013240199 A JP 2013240199A JP 2014161205 A JP2014161205 A JP 2014161205A
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Naotaka Hida
直孝 樋田
Ko Hashimoto
甲 橋本
Kazuki Sotoki
一樹 外木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an interior magnet type rotating electrical machine that suppresses cogging torque without reducing torque.SOLUTION: An interior permanent magnet type magnet rotor 20 has a cylindrical shape and has flat permanent magnets 40 embedded perpendicularly to a d axis, and a stator 100 is arranged on an outer circumference side of the interior permanent magnet type magnet rotor 20 and has circumferentially juxtaposed teeth 103 wound with coils 104 on an inner circumference side. The interior permanent magnet type magnet rotor has four first grooves 33-36 per pole symmetric with respect to the d axis on a peripheral side of the permanent magnet 40 in an outer circumferential surface, and has two second grooves 37, 38 per pole symmetric with respect to the d axis in regions beyond the peripheral side of the permanent magnet 40. θ1≥θ2 is satisfied, where θ1 is an angle formed by two center grooves 33, 34 nearer to the middle of the four first grooves 33-36 and θ2 is an angle formed by the outer grooves 35, 36 and the adjacent center grooves 33, 34 of the four first grooves 33-36.

Description

本発明は、磁石埋込式回転電機に関するものである。   The present invention relates to a magnet-embedded rotating electrical machine.

磁石埋込式回転電機においてコギングトルクを低減すべくロータ外周部の磁極境界付近に溝を斜めに形成する等している(例えば特許文献1)。   In a magnet-embedded rotating electrical machine, grooves are formed obliquely in the vicinity of the magnetic pole boundary on the outer periphery of the rotor in order to reduce cogging torque (for example, Patent Document 1).

特開2001−231196号公報JP 2001-231196 A

ところで、モータトルクにはマグネットトルクとリラクタンストルクの2種類があり、q軸のロータ表面に溝を設けるとリラクタンストルクを発生させる磁束経路を邪魔してしまうのでトルクが低下してしまう。従って、q軸のロータ表面に溝を設けてコギングトルクを低減しようとすると、リラクタンストルクの低下によりトルクの低下を招いてしまう。   By the way, there are two types of motor torque, magnet torque and reluctance torque. If a groove is provided on the surface of the q-axis rotor, the magnetic flux path that generates reluctance torque is obstructed, and the torque is reduced. Therefore, if it is intended to reduce the cogging torque by providing a groove on the surface of the q-axis rotor, the torque will decrease due to the decrease in reluctance torque.

本発明の目的は、トルクの低下を招くことなくコギングトルクを抑制することができる磁石埋込式回転電機を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a magnet-embedded rotating electrical machine that can suppress cogging torque without causing a reduction in torque.

請求項1に記載の発明では、円筒状をなし、平板状永久磁石がd軸に垂直に埋め込まれた永久磁石埋込型磁石ロータと、前記永久磁石埋込型磁石ロータの外周側に配置され、内周側にコイルが巻回されたティースが周方向に並設されており、前記永久磁石埋込型磁石ロータの外周面とギャップを介して対向してなるステータと、を備えた磁石埋込式回転電機において、前記永久磁石埋込型磁石ロータの外周面における前記永久磁石の外周側にd軸に対称に一極あたり4つの第1溝が設けられるとともに、前記永久磁石埋込型磁石ロータの外周面における前記永久磁石の外周側でない領域にd軸に対称に一極あたり2つの第2溝が設けられ、前記4つの第1溝のうちの中央寄りの2つのセンタ溝のなす角度をθ1、前記4つの第1溝のうちの外側の溝と隣り合う前記センタ溝のなす角度をθ2としたとき、θ1≧θ2となっていることを要旨とする。   In the first aspect of the present invention, the permanent magnet embedded magnet rotor has a cylindrical shape and a flat permanent magnet embedded perpendicularly to the d axis, and is disposed on the outer peripheral side of the permanent magnet embedded magnet rotor. And a stator embedded with teeth around which coils are wound on the inner periphery side in parallel with the outer periphery of the permanent magnet embedded magnet rotor via a gap. In the embedded rotary electric machine, four first grooves per pole are provided symmetrically with respect to the d axis on the outer peripheral side of the permanent magnet on the outer peripheral surface of the permanent magnet embedded magnet rotor, and the permanent magnet embedded magnet Two second grooves per pole are provided symmetrically with respect to the d-axis in a region not on the outer peripheral side of the permanent magnet on the outer peripheral surface of the rotor, and an angle formed by two center grooves closer to the center of the four first grooves Θ1, outside of the four first grooves When the angle of the center groove adjacent to the groove and .theta.2, and summarized in that has a .theta.1 ≧ .theta.2.

請求項1に記載の発明によれば、永久磁石埋込型磁石ロータの外周面における永久磁石の外周側にd軸に対称に一極あたり4つの第1溝が設けられるとともに、永久磁石埋込型磁石ロータの外周面における永久磁石の外周側でない領域にd軸に対称に一極あたり2つの第2溝が設けられ、4つの第1溝のうちの中央寄りの2つのセンタ溝のなす角度をθ1、4つの第1溝のうちの外側の溝と隣り合うセンタ溝のなす角度をθ2としたとき、θ1≧θ2となっているので、ロータの表面の磁束密度分布を正弦波状に近づけることでコギングトルクを抑制できる。その結果、トルクの低下を招くことなくコギングトルクを抑制することができる。   According to the first aspect of the present invention, four first grooves per pole are provided symmetrically with respect to the d axis on the outer peripheral side of the permanent magnet on the outer peripheral surface of the permanent magnet embedded magnet rotor, and the permanent magnet embedded The angle formed by the two center grooves closer to the center of the four first grooves is provided in a region on the outer peripheral surface of the permanent magnet rotor that is not on the outer peripheral side of the permanent magnet, symmetrically with respect to the d axis. Is θ1, and the angle formed by the center groove adjacent to the outer groove of the four first grooves is θ2, θ1 ≧ θ2, so that the magnetic flux density distribution on the surface of the rotor is made closer to a sinusoidal shape. Can suppress the cogging torque. As a result, the cogging torque can be suppressed without causing a reduction in torque.

請求項2に記載のように、請求項1に記載の磁石埋込式回転電機において、θ1>θ2となっているとよい。
請求項3に記載のように、請求項1または2に記載の磁石埋込式回転電機において、前記θ1は、電気角で40±1°であるとともに、前記θ2は、電気角で24±1°であるとよい。
As described in claim 2, in the magnet-embedded rotary electric machine according to claim 1, it is preferable that θ1> θ2.
As described in claim 3, in the magnet-embedded rotary electric machine according to claim 1 or 2, the θ1 is 40 ± 1 ° in electrical angle, and the θ2 is 24 ± 1 in electrical angle. It should be °.

請求項4に記載のように、請求項1〜3のいずれか1項に記載の磁石埋込式回転電機において、前記4つの第1溝のうちの外側の溝と隣り合う前記第2溝のなす角度をθ3としたとき、θ2=θ3となっているとよい。   As described in claim 4, in the magnet-embedded rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3, the second groove adjacent to the outer groove of the four first grooves. When the angle formed is θ3, it is preferable that θ2 = θ3.

請求項5に記載のように、請求項1〜4のいずれか1項に記載の磁石埋込式回転電機において、前記θ1は、前記ティースの先端の開口角度の3倍以上であるとよい。   As described in claim 5, in the magnet-embedded rotary electric machine according to any one of claims 1 to 4, the θ1 may be three times or more the opening angle of the tip of the tooth.

本発明によれば、トルクの低下を招くことなくコギングトルクを抑制することができる。   According to the present invention, the cogging torque can be suppressed without causing a reduction in torque.

実施形態における回転電機の模式図。The schematic diagram of the rotary electric machine in embodiment. 回転電機の部分拡大模式図。The partial expansion schematic diagram of a rotary electric machine. 回転電機の部分拡大模式図。The partial expansion schematic diagram of a rotary electric machine. ロータの模式図。The schematic diagram of a rotor. (a)は最大トルクの計測結果を示す図、(b)はコギングトルクの計測結果を示す図。(A) is a figure which shows the measurement result of maximum torque, (b) is a figure which shows the measurement result of cogging torque. コギングトルクの計測結果を示す図。The figure which shows the measurement result of cogging torque. コギングトルクの計測結果を示す図。The figure which shows the measurement result of cogging torque. コギングトルクの計測結果を示す図。The figure which shows the measurement result of cogging torque.

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、磁石埋込式回転電機10は、永久磁石埋込型磁石ロータ(回転子)20と、ステータ(固定子)100とを備える。円筒状をなす永久磁石埋込型磁石ロータ20の外周側にステータ100が配置されている。ステータ100の内周面は、永久磁石埋込型磁石ロータ20の外周面とギャップG(図2参照)を介して対向している。なお、図は何れも模式図であり、形状を強調して記載している。磁石埋込式回転電機10は、極数が「8」である。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the magnet-embedded rotary electric machine 10 includes a permanent magnet embedded magnet rotor (rotor) 20 and a stator (stator) 100. A stator 100 is disposed on the outer peripheral side of a cylindrical permanent magnet embedded magnet rotor 20. The inner peripheral surface of the stator 100 faces the outer peripheral surface of the permanent magnet embedded magnet rotor 20 via a gap G (see FIG. 2). Each figure is a schematic diagram, and the shape is emphasized. The magnet-embedded rotating electrical machine 10 has “8” poles.

図1,2に示すように、ステータ100は、ステータコア101が円筒状をなし、ステータコア101の内側には周方向に複数(48個)のスロット102が形成されている。各スロット102は内周面に開口している。スロット102間にティース103が形成されている。ステータ100は一極あたりのスロット数が「6」であり(一極あたりのティース数が「6」であり)、一極あたりの中心Oからの角度は45°である。等間隔で設けられているティース103には、3相交流が通電されるコイル(巻線)104が巻回されている。このように、ステータ100は、内周側にコイル104が巻回されたティース103が周方向に並設されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, in the stator 100, the stator core 101 has a cylindrical shape, and a plurality (48) of slots 102 are formed in the circumferential direction inside the stator core 101. Each slot 102 opens to the inner peripheral surface. Teeth 103 are formed between the slots 102. In the stator 100, the number of slots per pole is “6” (the number of teeth per pole is “6”), and the angle from the center O per pole is 45 °. A coil (winding) 104 through which a three-phase alternating current is energized is wound around the teeth 103 provided at equal intervals. As described above, the stator 100 includes the teeth 103 around which the coil 104 is wound on the inner peripheral side in parallel in the circumferential direction.

ステータ100の内側には永久磁石埋込型磁石ロータ20が配置されており、ロータ20は、略円板状の電磁鋼板を複数枚(例えば数十枚)積層した永久磁石埋込型磁石ロータコア30を備え、ロータコア30の中心にシャフト50が貫挿されている。永久磁石埋込型磁石ロータ20は、ロータコア30の外周面がティース103と所定の間隔を置いた状態で、図示しないハウジングの軸受けにシャフト50を介して回転可能に支持されている。   A permanent magnet embedded magnet rotor 20 is disposed inside the stator 100, and the rotor 20 is a permanent magnet embedded magnet rotor core 30 in which a plurality of (for example, several tens) electromagnetic disk-shaped steel plates are stacked. The shaft 50 is inserted through the center of the rotor core 30. The embedded permanent magnet magnet rotor 20 is rotatably supported by a bearing of a housing (not shown) via a shaft 50 with the outer peripheral surface of the rotor core 30 spaced apart from the teeth 103.

永久磁石埋込型磁石ロータコア30には永久磁石埋込孔31が形成され、永久磁石埋込孔31は軸方向に延びている。永久磁石埋込孔31には永久磁石40が挿入されている。詳しくは、永久磁石埋込型磁石ロータ20には、周方向において一極あたり一つの平板状永久磁石40が埋め込まれている。永久磁石40は、断面矩形の平板状に形成され、厚さ方向に着磁されている。平板状永久磁石40はd軸に垂直に埋め込まれている。   A permanent magnet embedded hole 31 is formed in the permanent magnet embedded magnet rotor core 30, and the permanent magnet embedded hole 31 extends in the axial direction. A permanent magnet 40 is inserted into the permanent magnet embedded hole 31. Specifically, one flat permanent magnet 40 is embedded per pole in the embedded permanent magnet rotor 20 in the circumferential direction. The permanent magnet 40 is formed in a flat plate shape having a rectangular cross section, and is magnetized in the thickness direction. The flat permanent magnet 40 is embedded perpendicular to the d-axis.

図1に示すように、隣り合う領域(一極)に配置された永久磁石40同士は、永久磁石埋込型磁石ロータ20の外周側が異なる極になるように配置されている。例えば、ある永久磁石40が、ティース103側がS極になるように配置されると、隣の領域(一極)に配置される永久磁石40は、ティース103側がN極になるように配置される。   As shown in FIG. 1, the permanent magnets 40 arranged in adjacent regions (one pole) are arranged so that the outer peripheral sides of the embedded permanent magnet rotor 20 are different poles. For example, when a certain permanent magnet 40 is arranged so that the teeth 103 side is the S pole, the permanent magnet 40 arranged in the adjacent region (one pole) is arranged so that the teeth 103 side is the N pole. .

永久磁石埋込型磁石ロータコア30には、永久磁石埋込孔31のq軸側の端部に連続する状態でフラックスバリア(孔)32が設けられている。フラックスバリア32は軸方向に延びている。このように、永久磁石埋込型磁石ロータ20においてフラックスバリア32が永久磁石40のq軸側端部に形成されている。   The permanent magnet embedded magnet rotor core 30 is provided with a flux barrier (hole) 32 so as to be continuous with the end of the permanent magnet embedded hole 31 on the q-axis side. The flux barrier 32 extends in the axial direction. Thus, in the permanent magnet embedded magnet rotor 20, the flux barrier 32 is formed at the q-axis side end of the permanent magnet 40.

一極あたり、即ち、中心Oからの角度θrが45°であるとともに、永久磁石40の最外周隅部でなす角度θnが25°となっている。
図3に示すように、永久磁石埋込型磁石ロータ20(ロータコア30)の外周面において、一極あたり、6つの溝(凹部)33,34,35,36,37,38がd軸に対称に設けられている。各溝33〜38は軸方向に延びている。また、各溝33〜38は断面が矩形状をなしている。そして、溝33〜38は矩形(長方形)の一方の長辺が溝の底部をなし、他方の長辺が開口している。各溝33〜38の開口部の幅(周方向の長さ)は等しくなっている。
Per one pole, that is, the angle θr from the center O is 45 °, and the angle θn formed at the outermost peripheral corner of the permanent magnet 40 is 25 °.
As shown in FIG. 3, six grooves (concave portions) 33, 34, 35, 36, 37, and 38 are symmetric with respect to the d axis per pole on the outer peripheral surface of the embedded permanent magnet rotor 20 (rotor core 30). Is provided. Each of the grooves 33 to 38 extends in the axial direction. Each of the grooves 33 to 38 has a rectangular cross section. And as for the grooves 33-38, one long side of a rectangle (rectangle) forms the bottom part of a groove | channel, and the other long side is opening. The widths (lengths in the circumferential direction) of the openings of the grooves 33 to 38 are equal.

4つの第1溝33,34,35,36は、永久磁石40(永久磁石埋込孔31)の外周側にd軸に対称に設けられている。また、2つの第2溝37,38が永久磁石埋込型磁石ロータの外周面における永久磁石40の外周側でない領域にd軸に対称に設けられている。   The four first grooves 33, 34, 35, and 36 are provided symmetrically with respect to the d axis on the outer peripheral side of the permanent magnet 40 (permanent magnet embedded hole 31). Further, the two second grooves 37 and 38 are provided symmetrically with respect to the d axis in a region not on the outer peripheral side of the permanent magnet 40 on the outer peripheral surface of the permanent magnet embedded magnet rotor.

4つの第1溝33〜36のうちの中央寄りの2つのセンタ溝33,34の中心のなす角度をθ1、4つの第1溝33〜36のうちの外側の溝35の中心と隣り合うセンタ溝33の中心のなす角度、および、4つの第1溝33〜36のうちの外側の溝36の中心と隣り合うセンタ溝34の中心のなす角度をθ2としたとき、θ1≧θ2となっている。より詳しくは、θ1>θ2となっている。   The angle formed by the centers of the two center grooves 33 and 34 near the center of the four first grooves 33 to 36 is θ1, and the center adjacent to the center of the outer groove 35 of the four first grooves 33 to 36. When the angle formed by the center of the groove 33 and the angle formed by the center of the center groove 34 adjacent to the center of the outer groove 36 of the four first grooves 33 to 36 is θ2, θ1 ≧ θ2. Yes. More specifically, θ1> θ2.

また、4つの第1溝33〜36のうちの外側の溝35の中心と隣り合う第2溝37の中心のなす角度、および、4つの第1溝33〜36のうちの外側の溝36の中心と隣り合う第2溝38の中心のなす角度をθ3としたとき、θ2=θ3となっている。   Further, the angle formed by the center of the second groove 37 adjacent to the center of the outer groove 35 of the four first grooves 33 to 36, and the outer groove 36 of the four first grooves 33 to 36. When the angle formed by the center of the second groove 38 adjacent to the center is θ3, θ2 = θ3.

ここで、θ1は、機械角で10±0.25°、電気角で40±1°である。また、θ2は、機械角で6±0.25°、電気角で24±1°である。さらに、θ3は、機械角で6±0.25°、電気角で24±1°である。   Here, θ1 is 10 ± 0.25 ° in mechanical angle and 40 ± 1 ° in electrical angle. Θ2 is 6 ± 0.25 ° in mechanical angle and 24 ± 1 ° in electrical angle. Furthermore, θ3 is 6 ± 0.25 ° in mechanical angle and 24 ± 1 ° in electrical angle.

より詳しくは、θ1は機械角で10°(電気角で40°)である。また、θ2は機械角で6°(電気角で24°)である。さらに、θ3は機械角で6°(電気角で24°)である。   More specifically, θ1 is 10 ° in mechanical angle (40 ° in electrical angle). Θ2 is 6 ° in mechanical angle (24 ° in electrical angle). Furthermore, θ3 is 6 ° in mechanical angle (24 ° in electrical angle).

また、θ1は、ティース103の先端の開口角度θ10(図3参照)の3倍以上である。例えば、開口角度θ10は機械角で3°程度となっている。
次に、このように構成した回転電機10の作用を説明する。
Further, θ1 is three times or more the opening angle θ10 (see FIG. 3) at the tip of the tooth 103. For example, the opening angle θ10 is about 3 ° in mechanical angle.
Next, the operation of the rotating electrical machine 10 configured as described above will be described.

回転電機が駆動される場合は、ステータ100のコイル104に3相の電流が供給されてステータ100に回転磁界が発生し、永久磁石埋込型磁石ロータ20に回転磁界が作用する。そして、回転磁界と永久磁石40との間の磁気的な吸引力および反発力により永久磁石埋込型磁石ロータ20が回転磁界と同期して回転する。   When the rotating electrical machine is driven, a three-phase current is supplied to the coil 104 of the stator 100, a rotating magnetic field is generated in the stator 100, and the rotating magnetic field acts on the permanent magnet embedded magnet rotor 20. Then, the permanent magnet embedded magnet rotor 20 rotates in synchronization with the rotating magnetic field by the magnetic attractive force and repulsive force between the rotating magnetic field and the permanent magnet 40.

永久磁石埋込型磁石ロータ20の外周面において一極あたり6つの溝33〜38が設けられ、そのうちの4つの第1溝33〜36は永久磁石40の外周側にd軸に対称に設けられている。2つの第2溝37,38は永久磁石40の外周側でない領域にd軸に対称に設けられている。4つの第1溝33〜36のうちの中央寄りの2つのセンタ溝33,34のなす角度θ1、4つの第1溝33〜36のうちの外側の溝35,36と隣り合うセンタ溝33,34のなす角度θ2の関係として、θ1≧θ2となっている。特に、θ1>θ2となっている。また、4つの第1溝33〜36のうちの外側の溝35,36と隣り合う第2溝37,38のなす角度θ3の関係として、θ2=θ3となっている。   Six grooves 33 to 38 are provided per pole on the outer peripheral surface of the permanent magnet embedded magnet rotor 20, and four of the first grooves 33 to 36 are provided symmetrically with respect to the d axis on the outer peripheral side of the permanent magnet 40. ing. The two second grooves 37 and 38 are provided symmetrically with respect to the d axis in a region that is not on the outer peripheral side of the permanent magnet 40. An angle θ1 formed by two center grooves 33 and 34 closer to the center of the four first grooves 33 to 36, and a center groove 33 adjacent to the outer grooves 35 and 36 of the four first grooves 33 to 36, As a relationship of the angle θ2 formed by 34, θ1 ≧ θ2. In particular, θ1> θ2. In addition, as a relation of the angle θ3 formed by the second grooves 37 and 38 adjacent to the outer grooves 35 and 36 among the four first grooves 33 to 36, θ2 = θ3.

ここで、q軸のロータ表面には溝が無くリラクタンストルクを発生させる磁束経路を邪魔することなくトルク低下を回避できる。よって、図4に示すように、ロータ20(ロータコア30)の表面の磁束密度分布を正弦波状に近づけることでコギングトルクを低減でき、トルク低下を招くことなくコギングトルクの低減が図られる。   Here, there is no groove on the surface of the q-axis rotor, and torque reduction can be avoided without interfering with the magnetic flux path that generates reluctance torque. Therefore, as shown in FIG. 4, the cogging torque can be reduced by bringing the magnetic flux density distribution on the surface of the rotor 20 (rotor core 30) close to a sine wave shape, and the cogging torque can be reduced without causing a reduction in torque.

次に、図5(a),(b)を用いて、最大トルクおよびコギングトルクについて説明する。このとき、外周面に溝33〜38が形成されている永久磁石埋込型磁石ロータ20を用いた回転電機と、溝が形成されていないロータを用いた回転電機で比較する。   Next, the maximum torque and the cogging torque will be described with reference to FIGS. At this time, the rotating electrical machine using the permanent magnet embedded magnet rotor 20 in which the grooves 33 to 38 are formed on the outer peripheral surface and the rotating electrical machine using the rotor in which no groove is formed are compared.

図5(a)には、ロータ外周面に溝33〜38が形成されている場合(本実施形態)と、溝が形成されていない場合(比較例)についての最大トルクの計測結果を、溝が形成されていない場合を1.00として示す。   FIG. 5A shows the measurement results of the maximum torque when the grooves 33 to 38 are formed on the outer peripheral surface of the rotor (this embodiment) and when the grooves are not formed (comparative example). The case where no is formed is shown as 1.00.

図5(b)には、ロータ外周面に溝33〜38が形成されている場合(本実施形態)と、溝が形成されていない場合(比較例)についてのコギングトルクの計測結果を、溝が形成されていない場合を1.00として示す。   FIG. 5B shows the measurement results of the cogging torque when the grooves 33 to 38 are formed on the outer peripheral surface of the rotor (this embodiment) and when the grooves are not formed (comparative example). The case where no is formed is shown as 1.00.

図5(a)における最大トルクについて、溝33〜38が形成されている場合には、1.00である。
図5(b)におけるコギングトルクについて、溝33〜38が形成されている場合には、0.09である。
About the maximum torque in Fig.5 (a), when the grooves 33-38 are formed, it is 1.00.
The cogging torque in FIG. 5B is 0.09 when the grooves 33 to 38 are formed.

よって、溝33〜38を設けることにより、最大トルクを維持したままコギングトルクを約9割減らすことができることがわかる。
このように、ロータの表面に一極あたり溝を6箇所設けることにより最大トルクを落とすことなくコギングトルクを低減することができる。また、電磁鋼板は1種類であり、コスト面でも有利である。
Therefore, it can be seen that providing the grooves 33 to 38 can reduce the cogging torque by about 90% while maintaining the maximum torque.
Thus, the cogging torque can be reduced without reducing the maximum torque by providing six grooves per pole on the surface of the rotor. Moreover, there is only one kind of electrical steel sheet, which is advantageous in terms of cost.

次に、図6,7,8を用いて、図3でのd軸と溝33,34の中心とでなす機械角X(=1/2・θ1)、d軸と溝35,36の中心とでなす機械角Y、d軸と溝37,38の中心とでなす機械角Zに関するコギングトルクについて説明する。   Next, the mechanical angle X (= 1/2 · θ1) between the d-axis and the centers of the grooves 33 and 34 in FIG. 3 and the d-axis and the centers of the grooves 35 and 36 will be described with reference to FIGS. The cogging torque relating to the mechanical angle Z formed by the mechanical angle Y, d-axis and the centers of the grooves 37, 38 will be described.

図6において横軸に図3でのd軸と溝33,34の中心とでなす機械角X(=1/2・θ1)をとり、縦軸にコギングトルクをとっており、機械角X(=1/2・θ1)が5°(θ1が機械角で10°)、θ2が機械角で6°、θ3は機械角で6°の時のコギングトルクの測定結果を1[p.u.]として示している。このとき、θ2は機械角で6°、θ3は機械角で6°としている。図6におけるコギングトルクについて、d軸と溝33,34の中心とでなす機械角X(=1/2・θ1)が5°のときに最小値となっている。   In FIG. 6, the horizontal axis represents the mechanical angle X (= 1/2 · θ1) between the d axis in FIG. 3 and the centers of the grooves 33 and 34, the vertical axis represents the cogging torque, and the mechanical angle X ( = 1/2 · θ1) is 5 ° (θ1 is a mechanical angle of 10 °), θ2 is a mechanical angle of 6 °, and θ3 is a mechanical angle of 6 °. u. ]. At this time, θ2 is 6 ° in mechanical angle, and θ3 is 6 ° in mechanical angle. The cogging torque in FIG. 6 has a minimum value when the mechanical angle X (= 1/2 · θ1) formed by the d-axis and the centers of the grooves 33 and 34 is 5 °.

従って、d軸と溝33,34の中心とでなす機械角X(=1/2・θ1)として5°付近、即ち、電気角で20°付近とすることにより、コギングトルクを低減することができることがわかる。つまり、θ1として機械角で10°付近、即ち、電気角で40°付近とすることにより、コギングトルクを低減することができることがわかる。   Therefore, the cogging torque can be reduced by setting the mechanical angle X (= 1/2 · θ1) between the d-axis and the centers of the grooves 33 and 34 to be around 5 °, that is, around 20 ° in electrical angle. I understand that I can do it. That is, it can be seen that the cogging torque can be reduced by setting θ1 to a mechanical angle of around 10 °, that is, an electrical angle of around 40 °.

図7において横軸に図3でのd軸と溝35,36の中心とでなす機械角Y(=1/2・θ1+θ2)をとり、縦軸にコギングトルクをとっている。縦軸の基準は図6と同様で、θ1が機械角で10°、θ2が機械角で6°、θ3は機械角で6°の時のコギングトルクの測定結果を1[p.u.]としている。このとき、θ1は機械角で10°、θ3は機械角で6°としている。図7におけるコギングトルクについて、d軸と溝35,36の中心とでなす機械角Y(=1/2・θ1+θ2)が11°のときに最小値となっている。   In FIG. 7, the horizontal axis represents the mechanical angle Y (= 1/2 · θ1 + θ2) formed by the d-axis in FIG. 3 and the centers of the grooves 35 and 36, and the vertical axis represents the cogging torque. The reference of the vertical axis is the same as that in FIG. 6, and the cogging torque measurement result when θ1 is 10 ° mechanical angle, θ2 is 6 ° mechanical angle, and θ3 is 6 ° mechanical angle is 1 [p. u. ]. At this time, θ1 is 10 ° in mechanical angle, and θ3 is 6 ° in mechanical angle. The cogging torque in FIG. 7 has a minimum value when the mechanical angle Y (= 1/2 · θ1 + θ2) formed between the d-axis and the centers of the grooves 35 and 36 is 11 °.

従って、d軸と溝35,36の中心とでなす機械角Y(=1/2・θ1+θ2)として11°付近、即ち、電気角で44°付近とすることにより、コギングトルクを低減することができることがわかる。つまり、θ2として機械角で6°付近、即ち、電気角で24°付近とすることにより、コギングトルクを低減することができることがわかる。   Therefore, the cogging torque can be reduced by setting the mechanical angle Y (= 1/2 · θ1 + θ2) between the d-axis and the centers of the grooves 35 and 36 to be around 11 °, that is, around 44 ° in electrical angle. I understand that I can do it. That is, it can be seen that the cogging torque can be reduced by setting θ2 to a mechanical angle of about 6 °, that is, an electrical angle of about 24 °.

図8において横軸に図3でのd軸と溝37,38の中心とでなす機械角Z(=1/2・θ1+θ2+θ3)をとり、縦軸にコギングトルクをとっている。縦軸の基準は図6と同様で、θ1が機械角で10°、θ2が機械角で6°、θ3は機械角で6°の時のコギングトルクの測定結果を1[p.u.]としている。このとき、θ1は機械角で10°、θ2は機械角で6°としている。図8におけるコギングトルクについて、d軸と溝37,38の中心とでなす機械角Z(=1/2・θ1+θ2+θ3)が17°のときに最小値となっている。   In FIG. 8, the horizontal axis represents the mechanical angle Z (= 1/2 · θ1 + θ2 + θ3) formed by the d axis in FIG. 3 and the centers of the grooves 37 and 38, and the vertical axis represents cogging torque. The reference of the vertical axis is the same as that in FIG. 6, and the cogging torque measurement result when θ1 is 10 ° mechanical angle, θ2 is 6 ° mechanical angle, and θ3 is 6 ° mechanical angle is 1 [p. u. ]. At this time, θ1 is 10 ° in mechanical angle, and θ2 is 6 ° in mechanical angle. The cogging torque in FIG. 8 has a minimum value when the mechanical angle Z (= 1/2 · θ1 + θ2 + θ3) formed by the d-axis and the centers of the grooves 37 and 38 is 17 °.

従って、d軸と溝37,38の中心とでなす機械角Z(=1/2・θ1+θ2+θ3)として17°付近、即ち、電気角で68°付近とすることにより、コギングトルクを低減することができることがわかる。つまり、θ3として機械角で6°付近、即ち、電気角で24°付近とすることにより、コギングトルクを低減することができることがわかる。   Accordingly, the cogging torque can be reduced by setting the mechanical angle Z (= 1/2 · θ1 + θ2 + θ3) between the d-axis and the centers of the grooves 37 and 38 to be around 17 °, that is, around 68 ° in electrical angle. I understand that I can do it. That is, it can be seen that the cogging torque can be reduced by setting θ3 to a mechanical angle of about 6 °, that is, an electrical angle of about 24 °.

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)磁石埋込式回転電機の構成として、永久磁石埋込型磁石ロータ20と、ステータ100とを備える。永久磁石埋込型磁石ロータの外周面における永久磁石40の外周側にd軸に対称に一極あたり4つの第1溝33〜36が設けられるとともに、永久磁石埋込型磁石ロータの外周面における永久磁石40の外周側でない領域にd軸に対称に一極あたり2つの第2溝37,38が設けられている。また、4つの第1溝33〜36のうちの中央寄りの2つのセンタ溝33,34のなす角度をθ1、4つの第1溝33〜36のうちの外側の溝35,36と隣り合うセンタ溝33,34のなす角度をθ2としたとき、θ1≧θ2となっている。これにより、ロータの表面の磁束密度分布を正弦波状に近づけることでコギングトルクを抑制(低減)できる。その結果、トルクの低下を招くことなくコギングトルクを抑制することができる。
According to the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1) As a configuration of a magnet-embedded rotary electric machine, a permanent magnet embedded magnet rotor 20 and a stator 100 are provided. Four first grooves 33 to 36 per pole are provided symmetrically with respect to the d axis on the outer peripheral side of the permanent magnet 40 on the outer peripheral surface of the embedded permanent magnet rotor, and on the outer peripheral surface of the embedded permanent magnet rotor. Two second grooves 37 and 38 per pole are provided in a region not on the outer peripheral side of the permanent magnet 40 symmetrically with respect to the d axis. Further, the angle formed by the two center grooves 33 and 34 closer to the center of the four first grooves 33 to 36 is θ1, and the center adjacent to the outer grooves 35 and 36 of the four first grooves 33 to 36 is set. When the angle formed by the grooves 33 and 34 is θ2, θ1 ≧ θ2. Thus, the cogging torque can be suppressed (reduced) by bringing the magnetic flux density distribution on the surface of the rotor closer to a sine wave shape. As a result, the cogging torque can be suppressed without causing a reduction in torque.

(2)θ1>θ2となっている。これにより、トルクの低下を招くことなく、よりコギングトルクを低減することができる。
(3)θ1は、機械角で10±0.25°、電気角で40±1°であるとともに、θ2は、機械角で6±0.25°、電気角で24±1°であると、コギングトルクを低減する上で好ましいものとなる。
(2) θ1> θ2. As a result, the cogging torque can be further reduced without causing a decrease in torque.
(3) θ1 is 10 ± 0.25 ° in mechanical angle and 40 ± 1 ° in electrical angle, and θ2 is 6 ± 0.25 ° in mechanical angle and 24 ± 1 ° in electrical angle. This is preferable in reducing the cogging torque.

(4)4つの第1溝33〜36のうちの外側の溝35,36と隣り合う第2溝37,38のなす角度をθ3としたとき、θ2=θ3となっている。これにより、トルクの低下を招くことなく、よりコギングトルクを低減することができる。   (4) When the angle formed by the second grooves 37 and 38 adjacent to the outer grooves 35 and 36 among the four first grooves 33 to 36 is θ3, θ2 = θ3. As a result, the cogging torque can be further reduced without causing a decrease in torque.

(5)θ1は、ティース103の先端の開口角度θ10の3倍以上であると、実用上好ましいものとなる。
(6)θ3は、機械角で6±0.25°、電気角で24±1°であると、コギングトルクを低減する上で好ましいものとなる。
(5) It is practically preferable that θ1 is three times or more the opening angle θ10 at the tip of the tooth 103.
(6) When θ3 is 6 ± 0.25 ° in mechanical angle and 24 ± 1 ° in electrical angle, it is preferable for reducing cogging torque.

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・溝の形状は問わない。矩形以外にも、例えばV字状や台形状でもよい。
・極数は8極に限らない。8極より多くても、少なくてもよい。その場合、実施形態は機械角度で表したが、電気角に換算して適用すればよい。
The embodiment is not limited to the above, and may be embodied as follows, for example.
-The shape of the groove does not matter. Besides a rectangle, for example, a V shape or a trapezoidal shape may be used.
-The number of poles is not limited to eight. There may be more or less than eight poles. In this case, the embodiment is expressed by a mechanical angle, but it may be applied in terms of an electrical angle.

10…磁石埋込式回転電機、20…永久磁石埋込型磁石ロータ、33…溝、34…溝、35…溝、36…溝、37…溝、38…溝、100…ステータ、103…ティース、104…コイル、G…ギャップ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Embedded magnetic rotating machine, 20 ... Embedded permanent magnet rotor, 33 ... Groove, 34 ... Groove, 35 ... Groove, 36 ... Groove, 37 ... Groove, 38 ... Groove, 100 ... Stator, 103 ... Teeth 104, coil, G, gap.

Claims (5)

円筒状をなし、平板状永久磁石がd軸に垂直に埋め込まれた永久磁石埋込型磁石ロータと、
前記永久磁石埋込型磁石ロータの外周側に配置され、内周側にコイルが巻回されたティースが周方向に並設されており、前記永久磁石埋込型磁石ロータの外周面とギャップを介して対向してなるステータと、
を備えた磁石埋込式回転電機において、
前記永久磁石埋込型磁石ロータの外周面における前記永久磁石の外周側にd軸に対称に一極あたり4つの第1溝が設けられるとともに、前記永久磁石埋込型磁石ロータの外周面における前記永久磁石の外周側でない領域にd軸に対称に一極あたり2つの第2溝が設けられ、
前記4つの第1溝のうちの中央寄りの2つのセンタ溝のなす角度をθ1、前記4つの第1溝のうちの外側の溝と隣り合う前記センタ溝のなす角度をθ2としたとき、θ1≧θ2となっていることを特徴とする磁石埋込式回転電機。
A permanent magnet embedded magnet rotor having a cylindrical shape and a flat permanent magnet embedded perpendicularly to the d-axis;
Teeth that are arranged on the outer peripheral side of the permanent magnet embedded magnet rotor and in which a coil is wound on the inner peripheral side are juxtaposed in the circumferential direction, and a gap is formed between the outer peripheral surface of the embedded permanent magnet rotor and the gap. A stator that is opposed to each other,
In a magnet-embedded rotary electric machine with
Four first grooves per pole are provided symmetrically with respect to the d axis on the outer peripheral side of the permanent magnet on the outer peripheral surface of the permanent magnet embedded magnet rotor, and the outer peripheral surface of the permanent magnet embedded magnet rotor is Two second grooves per pole are provided symmetrically with respect to the d axis in a region that is not on the outer peripheral side of the permanent magnet,
When the angle formed by two center grooves closer to the center of the four first grooves is θ1, and the angle formed by the center groove adjacent to the outer groove of the four first grooves is θ2, θ1 A magnet-embedded rotating electrical machine characterized by ≧ θ2.
θ1>θ2となっていることを特徴とする請求項1に記載の磁石埋込式回転電機。   The embedded magnetic rotating electric machine according to claim 1, wherein θ1> θ2. 前記θ1は、電気角で40±1°であるとともに、前記θ2は、電気角で24±1°であることを特徴とする請求項1または2に記載の磁石埋込式回転電機。   3. The embedded magnet type rotating electrical machine according to claim 1, wherein the θ1 is 40 ± 1 ° in electrical angle, and the θ2 is 24 ± 1 ° in electrical angle. 前記4つの第1溝のうちの外側の溝と隣り合う前記第2溝のなす角度をθ3としたとき、θ2=θ3となっていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の磁石埋込式回転電機。   4. The structure according to claim 1, wherein θ <b> 2 = θ <b> 3 when the angle formed by the second groove adjacent to the outer groove of the four first grooves is θ <b> 3. The magnet-embedded rotary electric machine described in 1. 前記θ1は、前記ティースの先端の開口角度の3倍以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の磁石埋込式回転電機。   5. The magnet-embedded rotary electric machine according to claim 1, wherein the θ <b> 1 is three times or more an opening angle of a tip end of the tooth.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017050965A (en) * 2015-09-01 2017-03-09 日産自動車株式会社 Rotor structure for rotary electric machine

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