JP2015033245A - Rotor for permanent magnet motor - Google Patents

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隆志 沖津
Takashi Okitsu
隆志 沖津
松橋 大器
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大器 松橋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotor for a permanent magnet rotor which reduces torque pulsation without deteriorating productivity and average torque.SOLUTION: A rotor for the permanent magnet motor is disclosed which reduces torque pulsation by providing a first rotor core 22, a second rotor core 23 and permanent magnets 14. In the first rotor core 22, permanent magnet insertion hole pieces 22a penetrating in a direction parallel with a rotation axis are disposed as many as the number of poles and on circumferential surfaces of magnetic poles between the permanent magnet insertion hole pieces 22a, a plurality of grooves 22b, 22c and 22d are provided which are disposed asymmetrically in the case where a virtual plane (f) passing through a d-axis and a rotation axis center is defined as a symmetry surface. The second rotor core 23 is formed by inverting front and rear sides of the first rotor core 22 in an axial direction, mutual permanent magnet insertion hole pieces 22a and 23a are located at the same positions in a circumferential direction, and the second rotor core 23 is stacked on the first rotor core 22 so as to form permanent magnet insertion holes 24, respectively, by communicating in a direction parallel with the rotation axis. The permanent magnets 14 are disposed in the permanent magnet insertion holes 24.

Description

本発明は、永久磁石モータの回転子に関する。   The present invention relates to a rotor of a permanent magnet motor.

従来、小型・高出力モータの代表格として、永久磁石形同期回転電機(永久磁石モータ)の中でも、特に、埋込磁石式の永久磁石形同期回転電機(以下、IPMモータ)が広く知られている。このIPMモータは、回転子において、リラクタンストルクとマグネットトルクとを発生させる磁束を磁極に通すために、主として希土類磁石による永久磁石が挿入される。   Conventionally, among permanent magnet type synchronous rotating electric machines (permanent magnet motors), in particular, embedded magnet type permanent magnet type synchronous rotating electric machines (hereinafter referred to as IPM motors) are widely known as representatives of small and high output motors. Yes. In this IPM motor, permanent magnets, mainly rare earth magnets, are inserted in order to pass magnetic fluxes that generate reluctance torque and magnet torque through the magnetic poles in the rotor.

図4は、従来のIPMモータを説明する概略図であり、図4(a)は、従来のIPMモータに備わる回転子の斜視図を、図4(b)は、従来のIPMモータの正面図を、それぞれ表している。なお、図4(a)(b)では、一例として極数が8つである8極IPMモータを表しており、当該図中のN,Sは、それぞれ永久磁石のN極、S極を表している。また、当該図中に示すように、一般的に、d軸は、それぞれの永久磁石14同士の間にある回転子コア11の磁極の円周方向の中心を通っており、q軸は、d軸に電気角で直交する軸となり、図4(b)では永久磁石と回転子コアのそれぞれが円周方向に等間隔に配置されている。   FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a conventional IPM motor. FIG. 4A is a perspective view of a rotor included in the conventional IPM motor, and FIG. 4B is a front view of the conventional IPM motor. Respectively. In FIGS. 4A and 4B, an 8-pole IPM motor having 8 poles is shown as an example, and N and S in the figure represent N and S poles of a permanent magnet, respectively. ing. Moreover, as shown in the figure, generally, the d-axis passes through the center of the magnetic pole of the rotor core 11 between the permanent magnets 14 in the circumferential direction, and the q-axis is d In FIG. 4B, the permanent magnet and the rotor core are arranged at equal intervals in the circumferential direction.

図4(a)(b)に示すように、従来のIPMモータは、固定子コア10、回転子11及びシャフト12を備える。   As shown in FIGS. 4A and 4B, the conventional IPM motor includes a stator core 10, a rotor 11, and a shaft 12.

上記固定子コア10は、回転子11の外周に、回転子11に対して所定のギャップを有して配設される。また、固定子コア10には固定子巻線(図示略)が配設される。   The stator core 10 is disposed on the outer periphery of the rotor 11 with a predetermined gap with respect to the rotor 11. The stator core 10 is provided with a stator winding (not shown).

上記回転子11は、回転子コア13及び永久磁石14を備え、シャフト12を回転軸として回転可能となっている。   The rotor 11 includes a rotor core 13 and a permanent magnet 14, and is rotatable about a shaft 12 as a rotation axis.

上記回転子コア13は中空円盤形の薄板を軸方向に積層したものであり、極数に相当する数(ここでは8つ)の、矩形の穴である永久磁石挿入穴13aが配設されている。   The rotor core 13 is formed by stacking hollow disk-shaped thin plates in the axial direction, and has permanent magnet insertion holes 13a that are rectangular holes corresponding to the number of poles (eight in this case). Yes.

上記永久磁石14は、回転子コア13の円周方向に磁化され、永久磁石挿入穴13aのそれぞれに挿入される矩形の磁石である。   The permanent magnet 14 is a rectangular magnet that is magnetized in the circumferential direction of the rotor core 13 and is inserted into each of the permanent magnet insertion holes 13a.

すなわち、従来の回転子11は、回転子コア13の円周面に沿って、少なくとも極数に相当する数の永久磁石挿入穴13aが配設され、各永久磁石挿入穴13aに、それぞれ回転子コア13の円周方向に磁化された永久磁石14を挿入したものである。   That is, in the conventional rotor 11, permanent magnet insertion holes 13a corresponding to at least the number of poles are arranged along the circumferential surface of the rotor core 13, and each rotor is inserted into each permanent magnet insertion hole 13a. A permanent magnet 14 magnetized in the circumferential direction of the core 13 is inserted.

なお、回転子コア13の円周方向に磁化された永久磁石14が、回転子コア13の円周面と回転軸中心とを結ぶ仮想直線上で放射状に配設される永久磁石挿入穴13aに挿入した配置構造のことを、スポーク配置という。   The permanent magnets 14 magnetized in the circumferential direction of the rotor core 13 are inserted into the permanent magnet insertion holes 13a that are radially arranged on a virtual straight line connecting the circumferential surface of the rotor core 13 and the rotation axis center. The inserted arrangement structure is called spoke arrangement.

特許4449035号公報Japanese Patent No. 4449035 特開2011−83188号公報JP 2011-83188 A 特開2004−173491号公報JP 2004-173491 A

上述の図4(a)(b)に示すような、永久磁石14をスポーク配置した回転子11では、隣接する永久磁石14間のギャップの磁束密度が台形波となることから、高調波を多く含み、種々の永久磁石モータの中でもトルク脈動(peak to peak)が比較的大きいという課題がある。そして、このトルク脈動は、永久磁石モータの運転時における騒音や振動の原因となる。   In the rotor 11 in which the permanent magnets 14 are spoke-arranged as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the magnetic flux density in the gap between the adjacent permanent magnets 14 becomes a trapezoidal wave. In addition, there is a problem that torque pulsation is relatively large among various permanent magnet motors. This torque pulsation causes noise and vibration during operation of the permanent magnet motor.

そこで、トルク脈動やコギングトルクを低減するために、固定子コア10又は回転子コア13にスキューを施す対策が、一般的に採用されている。   Therefore, in order to reduce the torque pulsation and the cogging torque, a measure for applying a skew to the stator core 10 or the rotor core 13 is generally employed.

しかしながら、上述の対策では、トルク脈動を低減するのと同時に、平均トルクを下げてしまう。さらに、固定子コア10にスキューを施した場合には、固定子巻線の挿入の自動化が困難となり、回転子コア13にスキューを施した場合には、永久磁石14の挿入が困難、又は、組み立て工程が増えるといった問題が生じる。   However, the above-described measures reduce the average torque at the same time as reducing the torque pulsation. Further, when the stator core 10 is skewed, it becomes difficult to automate the insertion of the stator winding, and when the rotor core 13 is skewed, it is difficult to insert the permanent magnet 14, or There arises a problem that the assembly process increases.

そのため、上記特許文献1〜3には、スキューを施さずにトルク脈動を低減する方法が提案されている。   Therefore, Patent Documents 1 to 3 propose methods for reducing torque pulsation without applying skew.

上記特許文献1には、径方向に磁化された永久磁石を極数に相当する数だけ回転子コア表面付近に配置する回転子において、回転子コアの表面に、1極あたり対称となる円弧又は複数の溝を設け、トルク脈動を低減する方法が提案されている。しかしながら、当該方法には、トルク脈動が大きな永久磁石をスポーク配置した回転子については記載されておらず、永久磁石をスポーク配置した回転子に適用すると、回転子コアの円弧又は複数の溝により、q軸の磁束が減少し、回転子コアに働くリラクタンストルクが大幅に減少してしまう課題がある。   In the above-mentioned Patent Document 1, in a rotor in which permanent magnets magnetized in the radial direction are arranged in the vicinity of the rotor core surface in a number corresponding to the number of poles, a circular arc or symmetric per pole on the surface of the rotor core A method of reducing a torque pulsation by providing a plurality of grooves has been proposed. However, this method does not describe a rotor in which a permanent magnet having a large torque pulsation is spoke-arranged, and when applied to a rotor in which a permanent magnet is spoke-arranged, due to the arc of the rotor core or a plurality of grooves, There is a problem that the q-axis magnetic flux is reduced and the reluctance torque acting on the rotor core is significantly reduced.

上記特許文献2では、上記特許文献1と略同等の回転子において、永久磁石の磁極の外側に、1極あたり非対称な配置となる溝を設け、回転子コアのみを反転させて軸方向に複数積み重ねることで、トルク脈動を低減する方法が記載されている。しかしながら、特許文献1と同様に、永久磁石をスポーク配置した回転子については記載されておらず、永久磁石の磁極の円周方向外側に溝を設ける必要があるため、トルク脈動が大きな永久磁石をスポーク配置した回転子には適用できない。   In Patent Document 2, in the rotor substantially equivalent to Patent Document 1, grooves that are asymmetrically arranged per pole are provided on the outer side of the magnetic pole of the permanent magnet, and only the rotor core is inverted, and a plurality of them are arranged in the axial direction. A method for reducing torque pulsation by stacking is described. However, similarly to Patent Document 1, there is no description of a rotor in which permanent magnets are spoke-arranged, and it is necessary to provide a groove on the outer side in the circumferential direction of the magnetic pole of the permanent magnet. Not applicable to spoked rotors.

上記特許文献3では、永久磁石をスポーク配置した回転子において、回転子コアの磁石挿入スロットの外周近傍に、スロット幅を拡大した領域を有することで、コギングトルクを排除又は低減する方法が記載されている。しかしながら、固定子巻線に電流を流したときのトルク脈動については記載されておらず、スロット幅を拡大しすぎると、特許文献1と同様に、q軸の磁束が減少し、回転子コアに働くリラクタンストルクが大幅に減少してしまう課題がある。   Patent Document 3 describes a method of eliminating or reducing cogging torque by having a region in which the slot width is increased in the vicinity of the outer periphery of the magnet insertion slot of the rotor core in a rotor in which permanent magnets are spoke-arranged. ing. However, there is no description about torque pulsation when a current is passed through the stator winding. If the slot width is excessively increased, the q-axis magnetic flux decreases as in Patent Document 1, and the rotor core There is a problem that the working reluctance torque is greatly reduced.

そこで本発明は、生産性及び平均トルクを悪化させることなく、トルク脈動を効果的に低減する永久磁石モータの回転子を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a rotor of a permanent magnet motor that effectively reduces torque pulsation without deteriorating productivity and average torque.

上記課題を解決する第1の発明に係る永久磁石モータの回転子は、
円周方向に磁化された永久磁石が円周面に沿ってスポーク配置された、永久磁石モータの回転子であって、
少なくとも極数に相当する数の、回転軸と平行な方向に貫通する永久磁石挿入穴片が配設され、各前記永久磁石挿入穴片の間にある各磁極の円周面に、d軸と回転軸中心とを通る仮想平面を対称面としたときに非対称な配置となる溝が設けられた第1回転子コアと、
前記第1回転子コアを軸方向に表裏反転した形状であり、互いの各前記永久磁石挿入穴片が、円周方向においてそれぞれ同じ位置にあり、前記回転軸と平行な方向に連通することで、前記永久磁石を埋め込むことが可能な永久磁石挿入穴をそれぞれ形成するように、前記第1回転子コアに対して積み重ねられた第2回転子コアと、
各前記永久磁石挿入穴にそれぞれ配設された前記永久磁石と
を備える
ことを特徴とする。
The rotor of the permanent magnet motor according to the first invention for solving the above-mentioned problem is as follows.
A permanent magnet motor rotor in which permanent magnets magnetized in a circumferential direction are spoke-arranged along a circumferential surface,
Permanent magnet insertion hole pieces penetrating in a direction parallel to the rotation axis, at least corresponding to the number of poles, are arranged, and d-axis and circumferential surfaces of the magnetic poles between the permanent magnet insertion hole pieces A first rotor core provided with grooves that are asymmetrically arranged when a virtual plane passing through the rotation axis center is a symmetric plane;
The shape of the first rotor core is reversed in the axial direction, and the permanent magnet insertion hole pieces are in the same position in the circumferential direction and communicate with each other in a direction parallel to the rotation axis. A second rotor core stacked on the first rotor core so as to form permanent magnet insertion holes into which the permanent magnets can be embedded, respectively.
And the permanent magnets respectively disposed in the permanent magnet insertion holes.

上記課題を解決する第2の発明に係る永久磁石モータの回転子は、
上記第1の発明に係る永久磁石モータの回転子において、
前記溝は、各前記磁極に対し、前記仮想平面から円周方向片側のみに1つ以上配設されるものであることを特徴とする。
The rotor of the permanent magnet motor according to the second invention for solving the above-described problems is as follows.
In the rotor of the permanent magnet motor according to the first invention,
One or more of the grooves are disposed only on one side in the circumferential direction from the virtual plane with respect to each of the magnetic poles.

上記第1の発明に係る永久磁石モータの回転子によれば、少なくとも極数に相当する数の、回転軸と平行な方向に貫通する永久磁石挿入穴片が配設され、各永久磁石挿入穴片の間にある各磁極の円周面に、d軸と回転軸中心とを通る仮想平面を対称面としたときに非対称な配置となる溝が設けられた第1回転子コアと、第1回転子コアを軸方向に表裏反転した形状であり、互いの各永久磁石挿入穴片が、円周方向においてそれぞれ同じ位置にあり、回転軸と平行な方向に連通することで、永久磁石挿入穴をそれぞれ形成するように、第1回転子コアに対して積み重ねられた第2回転子コアと、各永久磁石挿入穴にそれぞれ配設された永久磁石とを備えるので、生産性や平均トルクを悪化させることなく、トルク脈動を効果的に低減することができる。   According to the rotor of the permanent magnet motor according to the first aspect of the present invention, the permanent magnet insertion hole pieces penetrating in the direction parallel to the rotation shaft are provided at least corresponding to the number of poles. A first rotor core provided with grooves which are arranged asymmetrically when a virtual plane passing through the d-axis and the rotation axis center is a symmetric surface on the circumferential surface of each magnetic pole between the pieces; The rotor core has a shape that is inverted in the axial direction, and each permanent magnet insertion hole piece is in the same position in the circumferential direction and communicates in a direction parallel to the rotation axis, so that the permanent magnet insertion hole The second rotor core stacked on the first rotor core and the permanent magnets respectively disposed in the respective permanent magnet insertion holes are deteriorated so that productivity and average torque are deteriorated. Without reducing torque pulsation effectively Kill.

上記第2の発明に係る永久磁石モータの回転子によれば、上述の溝が、各磁極に対し、上述の仮想平面から円周方向片側のみに1つ以上配設されるので、さらに、生産性や平均トルクを悪化させることなく、トルク脈動を効果的に低減することができる。   According to the rotor of the permanent magnet motor according to the second aspect of the present invention, since one or more of the grooves are disposed only on one side in the circumferential direction from the virtual plane with respect to each magnetic pole, Torque pulsation can be effectively reduced without deteriorating performance and average torque.

本発明の実施例1におけるIPMモータの回転子を説明する概略図である。(a)は、本発明の実施例1におけるIPMモータの回転子の斜視図を、(b)は、第1回転子コアの一部の正面図を、(c)は、第2回転子コアの一部の正面図を、それぞれ表している。It is the schematic explaining the rotor of the IPM motor in Example 1 of this invention. (A) is a perspective view of the rotor of the IPM motor in Example 1 of this invention, (b) is a partial front view of a 1st rotor core, (c) is a 2nd rotor core. The front view of a part of is shown respectively. 有限要素法による磁界解析を用いて算出した、本発明の実施例1におけるIPMモータの回転子と従来のIPMモータの回転子の、電気角0deg.〜360deg.におけるトルクの波形を示すグラフである。An electrical angle of 0 deg. Between the rotor of the IPM motor and the rotor of the conventional IPM motor in Example 1 of the present invention, calculated using magnetic field analysis by the finite element method. ~ 360 deg. It is a graph which shows the waveform of the torque in. 本発明の実施例1におけるIPMモータの回転子と従来のIPMモータの回転子の、電気角0deg.〜360deg.における平均トルクとトルク振幅のpeak to peakを示すグラフである。The electrical angle between the rotor of the IPM motor and the rotor of the conventional IPM motor in Embodiment 1 of the present invention is 0 deg. ~ 360 deg. It is a graph which shows the peak torque of the average torque and torque amplitude in. 従来のIPMモータの一例を説明する概略図である。(a)は、従来のIPMモータの回転子の斜視図を、(b)は、従来のIPMモータの正面図を、それぞれ表している。It is the schematic explaining an example of the conventional IPM motor. (A) is the perspective view of the rotor of the conventional IPM motor, (b) represents the front view of the conventional IPM motor, respectively.

以下、本発明に係る永久磁石モータの回転子を、実施例により図面を用いて説明する。   Hereinafter, a rotor of a permanent magnet motor according to the present invention will be described with reference to the drawings by way of examples.

[実施例1]
図1は、本実施例におけるIPMモータの回転子を説明する概略図であり、図1(a)は、本実施例におけるIPMモータの回転子の斜視図を、図1(b)は、第1回転子コアの一部を拡大した正面図を、図1(c)は、第2回転子コアの一部を拡大した正面図を、それぞれ表している。なお、当該図では、一例として極数が8つである8極IPMモータを表しており、当該図中のN,Sは、それぞれ永久磁石のN極、S極を表している。
[Example 1]
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a rotor of an IPM motor in the present embodiment. FIG. 1A is a perspective view of a rotor of an IPM motor in the present embodiment, and FIG. A front view in which a part of the first rotor core is enlarged is shown, and FIG. 1 (c) is a front view in which a part of the second rotor core is enlarged. In the figure, as an example, an 8-pole IPM motor having 8 poles is shown, and N and S in the figure denote a permanent magnet N-pole and S-pole, respectively.

図1(a)(b)(c)に示すように、本実施例における回転子21は、第1回転子コア22、第2回転子コア23及び永久磁石14を備える。以下、既に説明した従来のIPMモータと同様の構成部分についての説明は一部省略する。   As shown in FIGS. 1A, 1 </ b> B, and 1 </ b> C, the rotor 21 in this embodiment includes a first rotor core 22, a second rotor core 23, and a permanent magnet 14. Hereinafter, the description of the same components as those of the conventional IPM motor already described is partially omitted.

上記第1回転子コア22は、図1(a)(b)に示すように、中空円盤形の薄板を、従来の回転子コアの半分程度の厚みとなるように、軸方向に積層したものであり、永久磁石14をスポーク配置するため、極数に相当する数(ここでは8つ)の、回転軸と平行な方向に貫通する矩形の穴である永久磁石挿入穴片22aが配設される。   As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the first rotor core 22 is obtained by laminating hollow disk-shaped thin plates in the axial direction so as to be about half the thickness of a conventional rotor core. In order to place the permanent magnets 14 in a spoke arrangement, the number of permanent magnet insertion hole pieces 22a, which are rectangular holes penetrating in a direction parallel to the rotation axis, corresponding to the number of poles (here, eight) are provided. The

また、第1回転子コア22は、円周面において、各永久磁石挿入穴片22aの間の各磁極に、非対称な配置となる複数の溝が配設されている。ここでの「非対称」とは、d軸と回転軸中心とを通る仮想平面fを対称面としたときに非対称、ということである。さらに、この溝は、各磁極に対し、仮想平面fから円周方向片側のみに1つ以上配設されることが望ましい。   The first rotor core 22 is provided with a plurality of asymmetric grooves on the magnetic poles between the permanent magnet insertion hole pieces 22a on the circumferential surface. Here, the term “asymmetric” means that the virtual plane f passing through the d-axis and the rotation axis center is asymmetric when the plane is symmetrical. Furthermore, it is desirable that one or more grooves be disposed on one side in the circumferential direction from the virtual plane f with respect to each magnetic pole.

一例として、図1(a)(b)では、1極あたり、第1溝22b、第2溝22c及び第3溝22dの3つが配設された状態が示されている。そして、d軸を電気角0deg.としたとき、電気角25deg.〜70deg.(8極IPMモータの場合は、機械角6.25deg.〜17.5deg.)の範囲に3つの溝22b,22c,22dを設けている。   As an example, FIGS. 1A and 1B show a state in which three of the first groove 22b, the second groove 22c, and the third groove 22d are disposed per pole. The d-axis is set to an electrical angle of 0 deg. The electrical angle is 25 deg. -70 deg. (In the case of an 8-pole IPM motor, three grooves 22b, 22c, and 22d are provided in a mechanical angle range of 6.25 deg. To 17.5 deg.).

上記第2回転子コア23は、第1回転子コア22を反転した形状である。すなわち、図1(a)(c)に示す第2回転子コア23の永久磁石挿入穴片23aは、図1(a)(c)に示す第1回転子コア22の永久磁石挿入穴片22aに相当し、同様に、第2回転子コア23の第1溝23bは、第1回転子コア22の第1溝22bに相当し、第2回転子コア23の第2溝23cは、第1回転子コア22の第2溝22cに相当し、第2回転子コア23の第3溝23dは、第1回転子コア22の第3溝22dに相当する。   The second rotor core 23 has a shape obtained by inverting the first rotor core 22. That is, the permanent magnet insertion hole piece 23a of the second rotor core 23 shown in FIGS. 1A and 1C is the permanent magnet insertion hole piece 22a of the first rotor core 22 shown in FIGS. Similarly, the first groove 23b of the second rotor core 23 corresponds to the first groove 22b of the first rotor core 22, and the second groove 23c of the second rotor core 23 is the first groove The rotor core 22 corresponds to the second groove 22 c, and the second rotor core 23 of the third groove 23 d corresponds to the third groove 22 d of the first rotor core 22.

さらに、第2回転子コア23は、第1回転子コア22に対して、互いの各永久磁石挿入穴片22a,23aが、円周方向においてそれぞれ同じ位置にあり、回転軸と平行な方向に連通することで、永久磁石挿入穴24をそれぞれ形成するように、積み重ねられる。   Further, in the second rotor core 23, the respective permanent magnet insertion hole pieces 22a, 23a are in the same position in the circumferential direction with respect to the first rotor core 22, and in a direction parallel to the rotation axis. By communicating, permanent magnet insertion holes 24 are stacked so as to form each.

上記永久磁石14は、回転子21の円周方向に磁化され、各永久磁石挿入穴24にそれぞれ配設される。   The permanent magnet 14 is magnetized in the circumferential direction of the rotor 21 and is disposed in each permanent magnet insertion hole 24.

トルク脈動は、固定子巻線に流す電流、及び、回転子21と固定子コア10のスロットの位置関係による回転子と固定子とのギャップ間の磁束により変化する。そして、回転子21の表面に溝(上述の溝22b,22c,22d、あるいは、溝23b,23c,23d)を設けることで、回転子と固定子とのギャップ間の距離を変えることと同等の効果が得られる。このギャップ間の距離を拡大することは、磁気的に見た場合非常に大きな抵抗である。よって、溝の位置や数を適切に選ぶことで、ギャップ間の磁気抵抗を所期の値に設定しトルク脈動の位相を任意に変更することが可能である。   Torque pulsation changes depending on the current flowing through the stator windings and the magnetic flux between the rotor and stator gaps due to the positional relationship between the rotor 21 and the slots of the stator core 10. By providing grooves (the above-mentioned grooves 22b, 22c, 22d or grooves 23b, 23c, 23d) on the surface of the rotor 21, it is equivalent to changing the distance between the gaps of the rotor and the stator. An effect is obtained. Enlarging the distance between the gaps is a very large resistance when viewed magnetically. Therefore, by appropriately selecting the position and number of grooves, it is possible to set the magnetic resistance between the gaps to a desired value and arbitrarily change the phase of torque pulsation.

また、上述において、溝(上述の溝22b,22c,22d、あるいは、溝23b,23c,23d)は、それぞれの磁極に対し、仮想平面fから円周方向片側の部分のみに1つ以上配設されることが望ましいと説明したが、これは、上述のように配設することで、q軸の磁束が通る磁路の磁気抵抗の(溝の配設による)増大を防ぐことができ、リラクタンストルクの減少を抑えることができるためである。これにより、リラクタンストルクの減少を略半分に抑えることができ、平均トルクの減少を抑えることができる。   In the above description, at least one groove (the above-described grooves 22b, 22c, and 22d, or grooves 23b, 23c, and 23d) is disposed only on one side in the circumferential direction from the virtual plane f with respect to each magnetic pole. However, it is possible to prevent an increase in the magnetic resistance (due to the arrangement of the grooves) of the magnetic path through which the q-axis magnetic flux passes by arranging as described above. This is because a decrease in torque can be suppressed. Thereby, the reduction | decrease in reluctance torque can be suppressed to substantially half, and the reduction | decrease in average torque can be suppressed.

本実施例では、回転子21全体のトルクが、第1回転子コア22のトルクと第2回転子コア23のトルクとを合算した値となる。上述のように、仮想平面fから円周方向片側のみに複数の溝を配設した第1回転子コア22と、同構造を反転させた第2回転子コア23とを積み重ねることで、リラクタンストルクの減少を略半分に抑えることができ、平均トルクの減少を抑えることができる。   In the present embodiment, the torque of the entire rotor 21 is a sum of the torque of the first rotor core 22 and the torque of the second rotor core 23. As described above, the reluctance torque is obtained by stacking the first rotor core 22 in which a plurality of grooves are provided only on one side in the circumferential direction from the virtual plane f and the second rotor core 23 in which the same structure is inverted. Can be reduced to almost half, and a decrease in average torque can be suppressed.

また、本実施例では、上述のように、第1回転子コア22において、d軸を電気角0deg.としたとき、電気角25deg.〜70deg.(8極IPMモータの場合は、機械角6.25deg.〜17.5deg.)の範囲に3つの溝22b,22c,22dを設け、第2回転子コア23は、第1回転子コア22とを反転させたものとすることで、第1回転子コア22と第2回転子コア23に働くトルク脈動の波形の位相を略180deg.反転させることができ、トルク脈動を第1回転子コア22と第2回転子コア23で打ち消して、回転子全体のトルク脈動を大幅に低減することを可能とする。   In the present embodiment, as described above, in the first rotor core 22, the d-axis is set to an electrical angle of 0 deg. The electrical angle is 25 deg. -70 deg. (In the case of an 8-pole IPM motor, three grooves 22b, 22c, and 22d are provided in a mechanical angle range of 6.25 deg. To 17.5 deg.), And the second rotor core 23 is connected to the first rotor core 22. , The phase of the torque pulsation waveform acting on the first rotor core 22 and the second rotor core 23 is approximately 180 deg. The torque pulsation can be reversed and the torque pulsation of the entire rotor can be greatly reduced by canceling the torque pulsation by the first rotor core 22 and the second rotor core 23.

本実施例では、平均トルクは落とさずに、第1回転子コア22と第2回転子コア23のトルク脈動の位相が略180deg.反転するように、電気角25deg.〜70deg.の範囲に3つの溝を設けたが、IPMモータの大きさや極数、永久磁石の磁気特性に合わせて、溝の位置や数を適切に選ぶ必要がある。   In this embodiment, the average torque is not dropped, and the phase of torque pulsation between the first rotor core 22 and the second rotor core 23 is approximately 180 deg. An electrical angle of 25 deg. -70 deg. However, it is necessary to appropriately select the position and number of grooves according to the size and number of poles of the IPM motor and the magnetic characteristics of the permanent magnet.

図2は、有限要素法による磁界解析を用いて算出した、本実施例における回転子と従来の回転子の、電気角0deg.〜360deg.におけるトルクの波形を示すグラフであり、横軸を電気角、縦軸をトルク(pu単位系)としている。また、図3は、本実施例における回転子21と従来の回転子11の、電気角0deg.〜360deg.における平均トルク及びトルク振幅のpeak to peakを示すグラフであり、縦軸を平均トルクとトルク振幅のpeak to peakの値(共にpu単位系)としている。   FIG. 2 shows an electrical angle of 0 deg. Between the rotor in the present example and the conventional rotor calculated using magnetic field analysis by the finite element method. ~ 360 deg. Is a graph showing the waveform of torque in the graph, with the horizontal axis representing the electrical angle and the vertical axis representing the torque (pu unit system). FIG. 3 shows an electrical angle of 0 deg. Between the rotor 21 in this embodiment and the conventional rotor 11. ~ 360 deg. Is a graph showing the peak to peak of the average torque and the torque amplitude, and the vertical axis represents the value of the peak to peak of the average torque and the torque amplitude (both in pu units).

図2に示すように、従来の回転子11(図4参照)ではトルク脈動が顕著に表れている。対して、本実施例における回転子21(図1参照)は、第1回転子コア22と第2回転子コア23に働くトルクの波形の位相が、略180deg.反転しており、2つのトルクを合算した回転子全体のトルクとしては、トルク脈動が抑えられる。   As shown in FIG. 2, torque pulsation appears remarkably in the conventional rotor 11 (see FIG. 4). On the other hand, in the rotor 21 (see FIG. 1) in this embodiment, the phase of the waveform of torque acting on the first rotor core 22 and the second rotor core 23 is approximately 180 deg. The torque pulsation is suppressed as the torque of the entire rotor obtained by adding the two torques.

図2の結果から、図3に示すように、従来の回転子11のトルク脈動(peak to peak)が0.37であるのに対し、本実施例における回転子21のトルク脈動(peak to peak)は0.08であり、78.5%の低減を実現可能であることがわかる。一方、従来の回転子11の平均トルクは1.00であるのに対し、本実施例における回転子21の平均トルクは0.99であり、僅か1%の減少に留まっている。よって、本実施例における回転子21は、従来の回転子11と総合的に比較して、永久磁石をスポーク配置としながら平均トルクの減少を抑制しつつトルク脈動のみを低減できるので高性能であるといえる。   From the result of FIG. 2, as shown in FIG. 3, the torque pulsation (peak to peak) of the conventional rotor 11 is 0.37, whereas the torque pulsation (peak to peak) of the rotor 21 in this embodiment is shown. ) Is 0.08, and it can be seen that a reduction of 78.5% can be realized. On the other hand, the average torque of the conventional rotor 11 is 1.00, whereas the average torque of the rotor 21 in this embodiment is 0.99, which is a reduction of only 1%. Therefore, the rotor 21 in the present embodiment has high performance because it can reduce only the torque pulsation while suppressing the decrease in the average torque while using the permanent magnet as a spoke arrangement, as compared with the conventional rotor 11. It can be said.

また、本実施例における回転子21を、従来の回転子11の固定子コア10にスキューを施した場合と比較しても、平均トルクの減少は小さく、固定子巻線の自動挿入化が容易という利点がある。   Further, even when the rotor 21 in this embodiment is compared with the case where the stator core 10 of the conventional rotor 11 is skewed, the decrease in the average torque is small, and the automatic insertion of the stator winding is easy. There is an advantage.

さらに、本実施例における回転子21を、従来の回転子11の回転子コア10にスキューを施した場合と比較しても、平均トルクの減少は小さく、永久磁石14を挿入する永久磁石挿入穴24(永久磁石挿入穴片22a,23a)が全て軸方向を向いているため、永久磁石14の挿入が容易という利点がある。   Further, even if the rotor 21 in this embodiment is compared with the case where the rotor core 10 of the conventional rotor 11 is skewed, the decrease in average torque is small, and the permanent magnet insertion hole for inserting the permanent magnet 14 is used. Since 24 (permanent magnet insertion hole pieces 22a, 23a) are all oriented in the axial direction, there is an advantage that the permanent magnet 14 can be easily inserted.

また、本実施例では、第1回転子コア22と第2回転子コア23が、同一構造であるため、第1回転子コア22と第2回転子コア23を打ち抜き加工するための金型が、1種類のみで良く、生産性が良い。   In the present embodiment, since the first rotor core 22 and the second rotor core 23 have the same structure, a mold for punching the first rotor core 22 and the second rotor core 23 is used. Only one type is required and productivity is good.

なお、上述では、第1回転子コア22と第2回転子コア23を1組で構成した回転子で説明したが、第1回転子コア22と第2回転子コア23を交互に複数組で構成した回転子の場合も同様の効果を得ることができる。   In the above description, the first rotor core 22 and the second rotor core 23 are described as a single rotor. However, the first rotor core 22 and the second rotor core 23 are alternately arranged in a plurality of sets. The same effect can be obtained in the case of the constructed rotor.

以上、本発明の実施例1に係る回転子について説明したが、換言すれば本発明の実施例1に係る回転子は、円周方向に磁化された永久磁石14が円周面に沿ってスポーク配置された、永久磁石モータの回転子であって、少なくとも極数に相当する数の、回転軸と平行な方向に貫通する永久磁石挿入穴片22aが配設され、各永久磁石挿入穴片22aの間にある各磁極の円周面に、d軸と回転軸中心とを通る仮想平面fを対称面としたときに非対称な配置となる溝22b,22c,22dが設けられた第1回転子コア22と、第1回転子コア22を軸方向に表裏反転した形状であり、互いの永久磁石挿入穴片22a,23aが、円周方向においてそれぞれ同じ位置にあり、回転軸と平行な方向に連通することで、永久磁石14を埋め込むことが可能な永久磁石挿入穴24をそれぞれ形成するように、第1回転子コア22に対して積み重ねられた第2回転子コア23と、各永久磁石挿入穴24にそれぞれ配設された永久磁石14とを備えるものである。   The rotor according to the first embodiment of the present invention has been described above. In other words, the rotor according to the first embodiment of the present invention includes a permanent magnet 14 magnetized in the circumferential direction and spokes along the circumferential surface. Permanent magnet insertion hole pieces 22a penetrating in the direction parallel to the rotation axis, the number corresponding to the number of poles, which are rotors of the permanent magnet motor arranged at least, are arranged. Is provided with grooves 22b, 22c, and 22d that are asymmetrical when a virtual plane f that passes through the d-axis and the rotation axis center is a symmetric surface. The shape of the core 22 and the first rotor core 22 are reversed in the axial direction, and the permanent magnet insertion hole pieces 22a and 23a are in the same position in the circumferential direction and in a direction parallel to the rotational axis. The permanent magnet 14 can be embedded by communicating The second rotor core 23 stacked on the first rotor core 22 so as to form the permanent magnet insertion holes 24, and the permanent magnets 14 disposed in the permanent magnet insertion holes 24, respectively. Is provided.

これにより、本発明の実施例1に係る回転子は、トルク脈動が大きな永久磁石がスポーク配置された永久磁石モータの回転子であるが、生産性及び平均トルクを悪化させることなく、トルク脈動を効果的に低減することができる。   As a result, the rotor according to the first embodiment of the present invention is a rotor of a permanent magnet motor in which permanent magnets having large torque pulsations are spoke-arranged, but the torque pulsations are reduced without deteriorating productivity and average torque. It can be effectively reduced.

また、本発明の実施例1に係る回転子は、溝(上述の溝22b,22c,22d、あるいは、溝23b,23c,23d)が、各磁極に対し、仮想平面fから円周方向片側のみに1つ以上配設されるものとしてもよい。   Further, in the rotor according to the first embodiment of the present invention, the grooves (the above-described grooves 22b, 22c, and 22d, or the grooves 23b, 23c, and 23d) have only one circumferential direction from the virtual plane f to each magnetic pole. One or more of them may be disposed on the screen.

これにより、本発明の実施例1に係る回転子は、トルク脈動が大きな永久磁石がスポーク配置された永久磁石モータの回転子であるが、さらに、生産性及び平均トルクを悪化させることなく、トルク脈動を効果的に低減することができる。   Thus, the rotor according to the first embodiment of the present invention is a rotor of a permanent magnet motor in which a permanent magnet having a large torque pulsation is spoke-arranged, and the torque can be reduced without deteriorating productivity and average torque. Pulsation can be effectively reduced.

本発明は、永久磁石モータの回転子として好適である。   The present invention is suitable as a rotor of a permanent magnet motor.

10 固定子コア
11 (従来の)回転子
12 シャフト
13 (従来の)回転子コア
13a (従来の)永久磁石挿入穴
14 永久磁石
21 (本発明の実施例1に係る永久磁石モータの)回転子
22 第1回転子コア
22a (第1回転子コアの)永久磁石挿入穴片
22b (第1回転子コアの)第1溝
22c (第1回転子コアの)第2溝
22d (第1回転子コアの)第3溝
23 第2回転子コア
23a 第2回転子コアの永久磁石挿入穴片
23b (第2回転子コアの)第1溝
23c (第2回転子コアの)第2溝
23d (第2回転子コアの)第3溝
24 永久磁石挿入穴
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Stator core 11 (Conventional) Rotor 12 Shaft 13 (Conventional) Rotor core 13a (Conventional) Permanent magnet insertion hole 14 Permanent magnet 21 (For the permanent magnet motor according to Embodiment 1 of the present invention) Rotor 22 First rotor core 22a Permanent magnet insertion hole piece 22b (for the first rotor core) First groove 22c (for the first rotor core) Second groove 22d (for the first rotor core) Third groove 23 of core (second rotor core 23a) Permanent magnet insertion hole 23b of second rotor core First groove 23c (of second rotor core) Second groove 23d (of second rotor core) 3rd groove 24 of 2nd rotor core Permanent magnet insertion hole

Claims (2)

円周方向に磁化された永久磁石が円周面に沿ってスポーク配置された、永久磁石モータの回転子であって、
少なくとも極数に相当する数の、回転軸と平行な方向に貫通する永久磁石挿入穴片が配設され、各前記永久磁石挿入穴片の間にある各磁極の円周面に、d軸と回転軸中心とを通る仮想平面を対称面としたときに非対称な配置となる溝が設けられた第1回転子コアと、
前記第1回転子コアを軸方向に表裏反転した形状であり、互いの各前記永久磁石挿入穴片が、円周方向においてそれぞれ同じ位置にあり、前記回転軸と平行な方向に連通することで、前記永久磁石を埋め込むことが可能な永久磁石挿入穴をそれぞれ形成するように、前記第1回転子コアに対して積み重ねられた第2回転子コアと、
各前記永久磁石挿入穴にそれぞれ配設される前記永久磁石と
を備える
ことを特徴とする永久磁石モータの回転子。
A permanent magnet motor rotor in which permanent magnets magnetized in a circumferential direction are spoke-arranged along a circumferential surface,
Permanent magnet insertion hole pieces penetrating in a direction parallel to the rotation axis, at least corresponding to the number of poles, are arranged, and d-axis and circumferential surfaces of the magnetic poles between the permanent magnet insertion hole pieces A first rotor core provided with grooves that are asymmetrically arranged when a virtual plane passing through the rotation axis center is a symmetric plane;
The shape of the first rotor core is reversed in the axial direction, and the permanent magnet insertion hole pieces are in the same position in the circumferential direction and communicate with each other in a direction parallel to the rotation axis. A second rotor core stacked on the first rotor core so as to form permanent magnet insertion holes into which the permanent magnets can be embedded, respectively.
A permanent magnet motor rotor comprising: the permanent magnets disposed in the respective permanent magnet insertion holes.
前記溝は、各前記磁極に対し、前記仮想平面から円周方向片側のみに1つ以上配設されるものであることを特徴とする請求項1に記載の永久磁石モータの回転子。   2. The rotor of a permanent magnet motor according to claim 1, wherein at least one of the grooves is disposed on one side in a circumferential direction from the virtual plane with respect to each of the magnetic poles.
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