JP2015095968A - Dynamo-electric machine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dynamo-electric machine in which the cogging torque due to the magnetic anisotropy of an armature core can be reduced, and the position of a groove can be limited.SOLUTION: In a dynamo-electric machine 1 including an armature core 4 having magnetic anisotropy, and a rotor 3 having magnetic poles of P poles (P is a multiple of 2) arranged oppositely, when the number of times of pulsation of the first cogging torque to be reduced is αP(α is a natural number), a groove 6 generating the second cogging torque for reducing the first cogging torque is provided at a position determined from the P and α on the salient pole of the armature core 4.

Description

この発明は、回転電機のコギングトルクの低減方法として、電機子の突極部端面でかつ界磁と対向する面に溝を設け、溝により発生するコギングトルクと、元来存在するコギングトルクが相殺することにより、コギングトルクの総量を低減させる技術に関するものである。   As a method for reducing the cogging torque of a rotating electric machine, a groove is provided on the surface of the armature salient pole part and facing the field, and the cogging torque generated by the groove cancels the cogging torque that originally exists. Thus, the present invention relates to a technique for reducing the total amount of cogging torque.

永久磁石を有するモータにおいて、電機子側のスロットオープンにより発生するコギングトルク波形の基本波の位相に対して、π(rad)ずれた位相を有するコギングトルクが発生するように、電機子側突極部の端面に溝を設ける技術が開示されている(例えば、特許文献1)。   In a motor having a permanent magnet, an armature-side salient pole is generated so that a cogging torque having a phase shifted by π (rad) is generated with respect to the phase of the fundamental wave of the cogging torque waveform generated by opening the slot on the armature side. A technique for providing a groove on an end surface of a portion is disclosed (for example, Patent Document 1).

特開2009−189163号公報(段落[0008]、[0054]〜[0055]、図4、図7)JP 2009-189163 A (paragraphs [0008], [0054] to [0055], FIGS. 4 and 7)

特許文献1の発明では、スロットオープンによるコギングトルク波形の低減方法が示されているが、元来あるコギングトルクに対し π(rad)ずれた位相を有するコギングトルクが発生する位置に溝を設けるとしているが、溝を設ける具体的位置について開示されていない。また、スロットオープン以外の因子により発生するコギングトルクの対処方法については、開示されていない。スロットオープン以外の因子により発生するコギングトルクは、それぞれの因子の寄与度が製品により変化し統一的な対処方法が難しいという問題がある。   In the invention of Patent Document 1, a method for reducing a cogging torque waveform by opening a slot is shown, but a groove is provided at a position where a cogging torque having a phase shifted by π (rad) from the original cogging torque is generated. However, it does not disclose a specific position for providing the groove. In addition, a method for dealing with cogging torque generated by factors other than slot opening is not disclosed. The cogging torque generated by factors other than the slot open has a problem that the contribution of each factor varies depending on the product and it is difficult to deal with it in a unified manner.

この発明は、電機子鉄心の磁気異方性に起因するコギングトルクを低減でき、かつ溝の位置を限定できる回転電機を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that can reduce the cogging torque caused by the magnetic anisotropy of the armature core and can limit the position of the groove.

この発明に係る回転電機は、複数の突極に巻回された複数のコイルに順次通電することにより回転磁界が得られるように構成された磁気異方性を有する電機子鉄心と、電機子鉄心と空隙を介して対向配置されたP極(Pは正の2の倍数)の磁極を有し、電機子鉄心の電機子との間に生じる電磁力によりトルクが発生するように構成された界磁を有する回転子を備え、電機子鉄心の磁気異方性に起因する第1のコギングトルクを低減するために電機子鉄心の突極上に溝を設ける場合、低減対象の第1のコギングトルクの脈動回数をαP(αは自然数)とすると、第1のコギングトルクを低減する第2のコギングトルクを発生させる溝の位置は、電機子鉄心の突極上のPとαから求められる。   A rotating electrical machine according to the present invention includes an armature core having magnetic anisotropy configured to obtain a rotating magnetic field by sequentially energizing a plurality of coils wound around a plurality of salient poles, and an armature core And a P pole (P is a positive multiple of 2) arranged opposite to each other via a gap, and is configured to generate torque by electromagnetic force generated between the armature and the armature of the armature core. In the case of providing a rotor having magnetism and providing a groove on the salient pole of the armature core in order to reduce the first cogging torque due to the magnetic anisotropy of the armature core, the first cogging torque to be reduced When the number of pulsations is αP (α is a natural number), the position of the groove for generating the second cogging torque for reducing the first cogging torque is obtained from P and α on the salient poles of the armature core.

この発明に係る回転電機は、上記のように構成されているため、低減対象の第1のコギングトルクをαP(αは自然数、Pは磁極数)とした場合、第1のコギングトルクを低減することができるとともに、溝の位置をαとPで表した式で限定することができる。   Since the rotating electrical machine according to the present invention is configured as described above, when the first cogging torque to be reduced is αP (α is a natural number and P is the number of magnetic poles), the first cogging torque is reduced. In addition, the position of the groove can be limited by an expression represented by α and P.

この発明の実施の形態1の回転電機に係る電動機の断面図である。It is sectional drawing of the electric motor which concerns on the rotary electric machine of Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1の回転電機に係る磁気異方性により磁極1極に働く力を考察するための模式図である。It is a schematic diagram for considering the force which acts on 1 pole of magnetic poles by the magnetic anisotropy concerning the rotary electric machine of Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1の回転電機に係る磁気異方性により磁極1極に働く力の変化の説明図である。It is explanatory drawing of the change of the force which acts on 1 pole of magnetic poles by the magnetic anisotropy concerning the rotary electric machine of Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1の回転電機に係る電機子内周面の溝により磁極1極に働く力を考察するための模式図である。It is a schematic diagram for considering the force which acts on 1 pole of magnetic poles by the groove | channel of the armature internal peripheral surface which concerns on the rotary electric machine of Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1の回転電機に係る電機子内周面の溝により磁極1極に働く力の変化の説明図である。It is explanatory drawing of the change of the force which acts on 1 pole of magnetic poles by the groove | channel of the armature internal peripheral surface which concerns on the rotary electric machine of Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1の回転電機に係る具体例の溝加工候補位置図である。It is a groove process candidate position figure of the specific example which concerns on the rotary electric machine of Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1の回転電機に係る合成考察用のベクトル図である。It is a vector diagram for the composition consideration which concerns on the rotary electric machine of Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1の回転電機に係る図6の具体例の抑制溝加工位置の組み合わせ図である。It is a combination figure of the control groove processing position of the example of Drawing 6 concerning the rotary electric machine of Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1の回転電機に係る溝に起因するコギングトルクのベクトル図である。It is a vector diagram of the cogging torque resulting from the groove | channel which concerns on the rotary electric machine of Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1の回転電機に係る溝加工位置を表すベクトル図である。It is a vector diagram showing the groove processing position which concerns on the rotary electric machine of Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1の回転電機に係る具体例の溝加工候補位置図である。It is a groove process candidate position figure of the specific example which concerns on the rotary electric machine of Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1の回転電機に係る図11の具体例の最適溝加工位置図である。FIG. 12 is an optimum groove machining position diagram of the specific example of FIG. 11 relating to the rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention; この発明の実施の形態2の回転電機に係る溝加工位置を表すベクトル図である。It is a vector diagram showing the groove processing position which concerns on the rotary electric machine of Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3の回転電機に係る溝加工位置を表すベクトル図である。It is a vector diagram showing the groove processing position which concerns on the rotary electric machine of Embodiment 3 of this invention.

実施の形態1.
実施の形態1は、磁気異方性に起因するコギングトルクを電機子鉄心の突極上に溝を設けることによって低減し、かつ溝の加工位置を限定できる回転電機に関するものである。実施の形態1では、1つの溝で磁気異方性に起因するコギングトルクを低減する溝加工、あるいは2つの溝で磁気異方性に起因するコギングトルクを低減し、溝による新たな別調波のコギングトルクの発生を抑制する溝加工、さらに溝の寸法誤差や加工のばらつきによる低減効果のばらつきを抑制するために、溝の寸法を小さくすることなく溝の数を増やす溝加工(溝設計)について説明する。
Embodiment 1 FIG.
The first embodiment relates to a rotating electrical machine that can reduce cogging torque caused by magnetic anisotropy by providing a groove on a salient pole of an armature core and limit the machining position of the groove. In the first embodiment, groove processing for reducing cogging torque due to magnetic anisotropy with one groove, or cogging torque due to magnetic anisotropy with two grooves is reduced, and new separate harmonics are generated by the grooves. Groove machining that suppresses the generation of cogging torque and further increases the number of grooves without reducing the groove dimensions (groove design) in order to suppress variation in the reduction effect due to groove dimensional errors and machining variations Will be described.

以下、本願発明の実施の形態1に係る回転電機1の構成、動作について、回転電機の断面図である図1、磁気異方性により磁極1極に働く力を考察するための模式図である図2、磁気異方性により磁極1極に働く力の変化の説明図である図3、電機子内周面の溝により磁極1極に働く力を考察するための模式図である図4、電機子内周面の溝により磁極1極に働く力の変化の説明図である図5、具体例の溝加工候補位置図である図6、ベクトル合成の説明図である図7、具体例の抑制溝加工位置の組み合わせ図である図8、溝に起因するコギングトルクのベクトル図である図9、溝加工位置を表すベクトル図である図10、具体例の抑制溝加工候補位置図である図11、および具体例の最適溝加工位置図である図12に基づいて説明する。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a rotating electrical machine, and FIG. 1 is a schematic diagram for considering the force acting on one pole of a magnetic pole due to magnetic anisotropy, regarding the configuration and operation of the rotating electrical machine 1 according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram of a change in force acting on one magnetic pole due to magnetic anisotropy, and FIG. 4 is a schematic diagram for considering the force acting on one magnetic pole due to the groove on the inner peripheral surface of the armature. FIG. 5 is an explanatory diagram of a change in force acting on one magnetic pole by a groove on the inner peripheral surface of the armature, FIG. 6 is a groove processing candidate position diagram of a specific example, FIG. 7 is an explanatory diagram of vector synthesis, FIG. FIG. 8 is a combination diagram of restraint groove machining positions, FIG. 9 is a vector diagram of cogging torque caused by the grooves, FIG. 10 is a vector diagram showing groove machining positions, and is a diagram of candidate positions for restraint groove machining in a specific example. 11 and FIG. 12, which is an optimum groove machining position diagram of a specific example, will be described.

図1は、本発明の実施の形態1の回転電機1の断面図である。図1において、本発明を適用する回転電機1は電機子2と回転子3で構成される。
電機子2は、電機子鉄心4と溝6(図示なし)とスロット7とを備える。回転子3は磁極5と回転子シャフト8とを備える。
実施の形態1の回転電機1は、永久磁石型でかつ界磁回転型の同期電動機であり、極数がP、スロット数がSである。実施の形態1では、極数がP=10、スロット数がS=12の同期電動機を想定して説明する。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a rotating electrical machine 1 according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, a rotating electrical machine 1 to which the present invention is applied includes an armature 2 and a rotor 3.
The armature 2 includes an armature core 4, a groove 6 (not shown), and a slot 7. The rotor 3 includes a magnetic pole 5 and a rotor shaft 8.
The rotating electrical machine 1 according to the first embodiment is a permanent magnet type and field rotating type synchronous motor, and has P number of poles and S number of slots. The first embodiment will be described assuming a synchronous motor having P = 10 poles and S = 12.

電機子2は金型とプレス機を用い円筒状に打ち抜いた電磁鋼板を積層することで製作されている。小型かつ大量生産される電動機においては、この工程の生産性を高めるため、順送金型による抜きカシメという工法が採られることが多い。この工法は、コイル状に巻き取られた電磁鋼板が、プレス機のスタンピング周期に同期して一定のピッチで金型内に送り込まれ、1ピッチ進む毎に所定の部位が打ち抜かれ、複数回の打ち抜きを経て最終形状に打ち抜かれた電磁鋼板が金型内のスクイズリングと呼ばれる部位に抜き落とされ、1ショット前に抜き落とされた電磁鋼板の上にカシメ止めされることにより積層される。
電磁鋼板は所望の板厚を得るため、その長手方向に繰り返し圧延されている影響で、磁気異方性を持つ。磁気異方性とは、圧延方向の透磁率が最も高く、圧延方向と直交する方向の透磁率が最も低くなる傾向である。
The armature 2 is manufactured by laminating electromagnetic steel plates punched into a cylindrical shape using a mold and a press. In small and mass-produced motors, in order to increase the productivity of this process, a method called caulking with a progressive die is often employed. In this construction method, the magnetic steel sheet wound in a coil shape is fed into the mold at a constant pitch in synchronization with the stamping cycle of the press machine, and a predetermined portion is punched every time one pitch is advanced, and a plurality of times The magnetic steel sheets punched to the final shape after punching are pulled out to a portion called squeeze ring in the mold, and are laminated by being crimped onto the magnetic steel sheets that have been punched out one shot before.
In order to obtain a desired plate thickness, the electromagnetic steel plate has magnetic anisotropy under the influence of repeated rolling in the longitudinal direction. The magnetic anisotropy is the tendency that the permeability in the rolling direction is the highest and the permeability in the direction orthogonal to the rolling direction is the lowest.

図2は実施の形態1に係る回転電機1の断面図で、スロット7による磁気抵抗の影響を除外し、磁気異方性に起因するコギングトルクを考察するための模式図である。説明を簡単にするため、回転子シャフト8上のある1極に着目し、この磁極5に働く力を考察する。
ここでいう磁極5の1極とは回転子3の表面の磁束密度分布の基本波のあるゼロクロスポイントから隣のゼロクロスポイントまでを意味し、基本波のピーク位置すなわち極大点または極小点を磁極5の中心とする。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the rotating electrical machine 1 according to the first embodiment, and is a schematic diagram for excluding the influence of the magnetic resistance due to the slot 7 and considering the cogging torque due to the magnetic anisotropy. In order to simplify the explanation, attention is paid to one pole on the rotor shaft 8 and the force acting on the magnetic pole 5 is considered.
Here, one pole of the magnetic pole 5 means from a zero cross point having a fundamental wave of the magnetic flux density distribution on the surface of the rotor 3 to an adjacent zero cross point, and the peak position of the fundamental wave, that is, the maximum point or the minimum point is defined as the magnetic pole 5. The center of

磁気異方性に起因するコギングトルクについて、図3に基づいて説明する。図3は磁気異方性により磁極1極に働く力が磁極の回転に従って変化する様子を示した図である。
磁気異方性により磁極5に働く回転子3回転方向の力をF(θ)とすると、電機子2側の磁気異方性と磁極5に働く力の相対位置関係は図3の展開図のように表される。図3の意味するところは次の通りである。
本実施の形態1の電機子2は磁気異方性により、回転子3が1回転するとき透磁率が最大となる位置と最小となる位置がそれぞれ2点ある。いま、透磁率最大の位置のうちの1点を回転角度0(rad)とすると、磁極5の中心が0(rad)の位置にあるとき、回転子3は安定位置にあるので回転子3に働く回転方向の力は0である。次に、磁極5の中心が正の方向に移動したとき、磁極5には安定位置である0度の位置に戻ろうとする力が働くので、F(θ)は負の値をとる。さらに回転子3を正の方向に回していくと、いずれかの位置でF(θ)は最小値をとる。その後増加に転じ、磁極5の中心が π/2(rad)の位置で透磁率最小となりF(θ)が0となる。
この位置は不安定位置であり、わずかに負の方向にずれると負の力が磁極5に働き、わずかに正の方向にずれると正の力が磁極5に働く。さらに正の方向に回すとF(θ)は正の値をとり続け、いずれかの位置でF(θ)は最大値をとり、磁極5の中心が180度の位置で透磁率が最大となりF(θ)が0となる。
π(rad)から2π(rad)のF(θ)の波形は上述の0(rad)からπ(rad)のものと同一となる。
The cogging torque resulting from the magnetic anisotropy will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing a state in which the force acting on one pole due to magnetic anisotropy changes as the magnetic pole rotates.
When the force in the rotating direction of the rotor 3 acting on the magnetic pole 5 due to the magnetic anisotropy is F (θ), the relative positional relationship between the magnetic anisotropy on the armature 2 side and the force acting on the magnetic pole 5 is as shown in the developed view of FIG. It is expressed as follows. The meaning of FIG. 3 is as follows.
The armature 2 according to the first embodiment has two positions where the magnetic permeability becomes maximum and minimum when the rotor 3 makes one rotation due to magnetic anisotropy. Now, assuming that one point of the position with the maximum magnetic permeability is a rotation angle 0 (rad), when the center of the magnetic pole 5 is at the position 0 (rad), the rotor 3 is in a stable position. The working rotational force is zero. Next, when the center of the magnetic pole 5 moves in the positive direction, a force is exerted on the magnetic pole 5 to return to the stable position of 0 degrees, so F (θ) takes a negative value. When the rotor 3 is further rotated in the positive direction, F (θ) takes the minimum value at any position. Thereafter, the magnetic flux 5 starts to increase, and the magnetic permeability becomes minimum at the center of the magnetic pole 5 at a position of π / 2 (rad), and F (θ) becomes zero.
This position is an unstable position. When the position is slightly shifted in the negative direction, a negative force is applied to the magnetic pole 5, and when the position is slightly shifted in the positive direction, a positive force is applied to the magnetic pole 5. When it is further rotated in the positive direction, F (θ) continues to take a positive value, F (θ) takes the maximum value at any position, and the permeability becomes maximum at the position where the center of the magnetic pole 5 is 180 degrees. (Θ) becomes zero.
The waveform of F (θ) from π (rad) to 2π (rad) is the same as that of 0 (rad) to π (rad) described above.

F(θ)は周期がπ(rad)の周期関数となるため、フーリエ級数を用いて一般的に(1)式のように表現できる。   Since F (θ) is a periodic function with a period of π (rad), it can be generally expressed as in equation (1) using a Fourier series.

Figure 2015095968
Figure 2015095968

ただし、   However,

Figure 2015095968
Figure 2015095968

図3より、F(θ)は奇関数であるため、すべてのkに関してa=0となり、(1)式は(3)式で表現できる。 From FIG. 3, since F (θ) is an odd function, a k = 0 for all k, and equation (1) can be expressed by equation (3).

Figure 2015095968
Figure 2015095968

(3)式は磁極5の1極に働く回転方向の力である。(3)式を利用してP極分のトルクの和T(θ)は、回転子3の半径をrとして、(4)式で表現できる。   Equation (3) is a rotational force acting on one pole of the magnetic pole 5. Using the equation (3), the sum T (θ) of the torque for the P pole can be expressed by the equation (4), where r is the radius of the rotor 3.

Figure 2015095968
Figure 2015095968

ここで、あるkに関して、   Here, for a certain k,

Figure 2015095968
Figure 2015095968

が、0以外の値をとるのは、三角関数の性質より、αを自然数として(2k)・(2π/P)=2πα、すなわち Is a value other than 0 because of the nature of trigonometric functions, α is a natural number (2k) · (2π / P) = 2πα,

Figure 2015095968
Figure 2015095968

のときである。(5)式を(4)式に代入して、(6)式が得られる。 At the time. Substituting equation (5) into equation (4) yields equation (6).

Figure 2015095968
Figure 2015095968

(6)式から、実施の形態1における磁気異方性に起因するコギングトルクの回転子3の1回転当たりの脈動回数は、極数の自然数倍の値を取りうるということがわかる。
いずれの脈動回数の成分が卓越するかは、電機子鉄心4の材質や形状等に依存するため、回転電機(電動機)の機種により異なる。
なお、磁気異方性に起因するコギングトルクT(θ)が、本願発明の第1のコギングトルクである。
From the equation (6), it can be seen that the number of pulsations per rotation of the rotor 3 of the cogging torque caused by the magnetic anisotropy in the first embodiment can take a value that is a natural number times the number of poles.
Which component of the number of pulsations prevails depends on the material and shape of the armature core 4 and therefore differs depending on the model of the rotating electric machine (electric motor).
The cogging torque T (θ) resulting from the magnetic anisotropy is the first cogging torque of the present invention.

今、卓越する脈動回数をαP回とし、この成分をαP山成分と呼ぶ。この成分を、電機子鉄心の突極上でかつ磁極5との対向面に回転軸方向に伸びる溝6を設けることにより相殺することを図4、図5に基づいて検討する。
図4は溝6の中心が電機子内周のφ(rad)の位置にあるときの、磁極5の1極に働く力を考察するための模式図である。ただし、図ではφ=0としている。
Now, the number of pulsations that prevail is α 1 P times, and this component is called the α 1 P mountain component. It is considered based on FIG. 4 and FIG. 5 to cancel this component by providing a groove 6 extending in the direction of the rotation axis on the salient pole of the armature core and on the surface facing the magnetic pole 5.
FIG. 4 is a schematic diagram for considering the force acting on one pole of the magnetic pole 5 when the center of the groove 6 is at the position of φ (rad) on the inner periphery of the armature. However, in the figure, φ = 0.

この磁極5に働く力をF(θ)とすると、電機子2とF(θ)の相対位置関係は図5のようになる。図5は、電機子内周面に設けられた溝により磁極1極に働く力が磁極の回転に従って変化する様子を示し、この図の意味するところは、次の通りである。
磁極5の中心が溝6の中心位置であるφ(rad)の位置にあるとき、この位置は不安定点であり、中心位置から少し負の方向にずれると負の向きの力が、正の方向にずれると正の向きの力が働く。さらに磁極5を正の方向に進めると、溝6の近傍のある位置でF(θ)は最大値をとる、その後減少し、φ+π(rad)の位置で0となる。この点は安定点であり、磁極5をさらに正の方向に進めるとF(θ)は負の値をとる。そして磁極5が溝6の近傍のある位置に来たときF(θ)は最小値をとり、その後2π(rad)の位置で0となる。すなわち、F(θ)はφradの位置に関し点対称な波形となる。
なお、溝の中心位置とは、溝の一方の縁から他方の縁までの距離を測ったときの中心位置である。
When the force acting on the magnetic pole 5 F * and (theta), the relative positional relationship between the armature 2 and F * (theta) is as shown in FIG. FIG. 5 shows a state in which the force acting on one magnetic pole is changed by the groove provided on the inner peripheral surface of the armature according to the rotation of the magnetic pole. The meaning of this figure is as follows.
When the center of the magnetic pole 5 is at the position of φ (rad), which is the center position of the groove 6, this position is an unstable point, and if the position slightly deviates from the center position in the negative direction, the force in the negative direction is positive. If it is shifted to, positive force will work. When the magnetic pole 5 is further advanced in the positive direction, F * (θ) takes the maximum value at a certain position in the vicinity of the groove 6, and then decreases and becomes 0 at the position of φ + π (rad). This point is a stable point, and F * (θ) takes a negative value when the magnetic pole 5 is further advanced in the positive direction. When the magnetic pole 5 comes to a certain position in the vicinity of the groove 6, F * (θ) takes the minimum value, and then becomes 0 at the position of 2π (rad). That is, F * (θ) has a point-symmetric waveform with respect to the position of φrad.
The center position of the groove is the center position when the distance from one edge of the groove to the other edge is measured.

(θ)をフーリエ級数で表現すると、0〜π(rad)とπ〜2π(rad)の値が異なることを考慮の上、F(θ)の導出と同様に考えると、(7)式が得られる。 When F * (θ) is expressed by a Fourier series, considering that the values of 0 to π (rad) and π to 2π (rad) are different, considering similarly to the derivation of F (θ), (7) The formula is obtained.

Figure 2015095968
Figure 2015095968

ここで、b k* は(8)式で表される。 Here, b * k * is expressed by equation (8).

Figure 2015095968
Figure 2015095968

(7)式は磁極5の1極に働く回転方向の力である。(7)式を利用してP極分のトルクの和T(θ)は、T(θ)の導出と同様に考えて(9)式で表される。 Expression (7) is a rotational force acting on one pole of the magnetic pole 5. The sum T * (θ) of the torque for the P pole using the equation (7) is expressed by the equation (9) in the same way as the derivation of T (θ).

Figure 2015095968
Figure 2015095968

(9)式より、溝に起因するコギングトルクT(θ)の、回転子3の1回転当たりの脈動回数は、極数の自然数倍の値を取りうる。脈動成分の振幅b α*P の大きさと正負は、溝の幅、深さに依存するF(θ)の波形とsinαP(θ−φ)の波形の相互関係で決まる(図5のF(θ)とsin2kθを参照)。ただし、sinαP(θ−φ)の半波長分の円弧長に対し、溝の深さを十分小さくすれば、b α*Pを正にすることができる。
なお、溝に起因するコギングトルクF(θ)が、本願発明の第2のコギングトルクである。
From the equation (9), the number of pulsations per rotation of the rotor 3 of the cogging torque T * (θ) caused by the groove can be a natural number times the number of poles. The magnitude and positive / negative of the amplitude b * α * P of the pulsation component are determined by the mutual relationship between the waveform of F * (θ) and the waveform of sinα * P (θ−φ) depending on the width and depth of the groove (FIG. 5). (See F (θ) and sin2kθ). However, b * α * P can be made positive if the depth of the groove is sufficiently small with respect to the arc length of half wavelength of sin α * P (θ−φ).
The cogging torque F * (θ) due to the groove is the second cogging torque of the present invention.

この溝によるコギングトルクのうち,α=α である成分でもって、磁気異方性に起因するコギングトルクを相殺するための、溝の位置を考察する。 Of cogging torque due to the groove, with a component which is alpha * = alpha 1, for canceling the cogging torque due to magnetic anisotropy, consider the position of the groove.

T(θ)のα=αの成分をTα1(θ)、T(θ)のα=αの成分をT α1(θ) とすると、すべてのθに関して(10)式が成立すればよい。 T (theta) of alpha = alpha 1 The components T α1 (θ), if T * a (theta) of alpha * = alpha 1 component and T * [alpha] 1 (theta), for all theta (10) formula It only has to be established.

Figure 2015095968
Figure 2015095968

(10)式から(11)式が導かれる。   Equation (11) is derived from Equation (10).

Figure 2015095968
Figure 2015095968

(11)式から(12)式が導かれる。   Equation (12) is derived from Equation (11).

Figure 2015095968
Figure 2015095968

(12)式がθに関して常に成立するので、(13)式が導かれる。   Since equation (12) always holds for θ, equation (13) is derived.

Figure 2015095968
Figure 2015095968

(13)式から(14)式が導かれる。   Equation (14) is derived from Equation (13).

Figure 2015095968
Figure 2015095968

ここで、b α1P /bα1Pの正負の符号に関して場合分けが生じる。
まず、(b α1P /bα1P)>0のとき、(14)式から(15)式が導かれる。
Here, case division occurs with respect to the sign of b * α1P / bα1P .
First, when (b * α1P / bα1P )> 0, equation (15) is derived from equation (14).

Figure 2015095968
Figure 2015095968

(15)式の左辺第1項と第2項はそれぞれ0以上であるため、(15)式が成立する必要十分条件は、   Since the first term and the second term on the left side of the equation (15) are each 0 or more, the necessary and sufficient condition for satisfying the equation (15) is

Figure 2015095968
Figure 2015095968

となる。 It becomes.

次に(b α1P /bα1P)<0のとき、(14)式から(17)式が導かれる。 Next, when (b * α1P / bα1P ) <0, Equation (17) is derived from Equation (14).

Figure 2015095968
Figure 2015095968

(17)式の左辺第1項と第2項はそれぞれ0以上であるため、(17)式が成立する必要十分条件は、   Since the first term and the second term on the left side of the equation (17) are each 0 or more, the necessary and sufficient condition for satisfying the equation (17) is

Figure 2015095968
Figure 2015095968

となる。 It becomes.

(16)式または(18)式が溝の満たすべき条件である。これらの内|b α1P|、すなわち振幅の大きさは、磁界解析や試作により、溝によるコギングトルクのαP山成分が、元来あるトルクのαP山成分と同等の大きさとなるように溝の幅や寸法を調整し決定する。
溝の位置については、まずは(16)式の位置でコギングトルク低減効果の有無を確認し、αP山成分が増幅してしまう場合は、(18)式の位置に変更すれば確実に低減効果が得られる。つまり、溝の位置は(16)式または(18)式の2通りに限定されるため、計算および試作の回数を減らすことができ効率的である。また、mは数学的に全ての整数をとることができるが、実機の電機子内周面の溝加工位置を考える際、mとm±αPは同じ位置を指すので、mのとりうる値は0以上αP−1 以下の整数に限定できる。
The expression (16) or the expression (18) is a condition to be satisfied by the groove. Of these | b * α1P |, i.e. the magnitude of the amplitude, the magnetic field analysis and prototyping, alpha 1 P pile component of the cogging torque due to the grooves becomes the alpha 1 P mountains component equivalent to the magnitude of the torque that originally Adjust the width and dimensions of the groove as follows.
Regarding the position of the groove, first, the presence or absence of the cogging torque reduction effect is confirmed at the position of equation (16), and if the α 1 P peak component is amplified, it is reliably reduced by changing to the position of equation (18). An effect is obtained. That is, since the position of the groove is limited to two types of the formula (16) or the formula (18), the number of calculations and prototypes can be reduced, which is efficient. In addition, m can take any integer mathematically, but when considering the groove machining position on the inner peripheral surface of the actual armature, m and m ± α 1 P indicate the same position, so m can be taken. The value can be limited to an integer of 0 or more and α 1 P−1 or less.

特許文献1の発明では、元来あるコギングトルクに対しπ(rad)ずれた位相を有するコギングトルクが発生する位置に溝を設けるとしているが、溝を設ける具体的位置について開示されていなかった。しかし、本発明では、溝の位置を具体的に限定することができる。   In the invention of Patent Document 1, a groove is provided at a position where a cogging torque having a phase shifted by π (rad) from the original cogging torque is generated, but a specific position where the groove is provided is not disclosed. However, in the present invention, the position of the groove can be specifically limited.

(16)式または(18)式を満たすαP箇所の候補位置のいずれかに溝を設ければ、同等の低減効果が得られる。
図6に例として、P=10、α=2、S=12のときの溝加工の候補位置(αP=20)を示す。
If a groove is provided at any one of the α 1 P candidate positions that satisfy Expression (16) or Expression (18), an equivalent reduction effect can be obtained.
As an example, FIG. 6 shows a candidate position (α 1 P = 20) for grooving when P = 10, α 1 = 2 and S = 12.

磁気異方性に起因するコギングトルクを抑制するための溝の加工候補位置は、次のように一般化できる。
P極の回転子を備えた回転電機において、電機子鉄心の磁気異方性に起因する第1のコギングトルクを低減するため、低減対象の第1のコギングトルクの脈動回数をαP(αは自然数)とした場合、電機子鉄心の突極上のPとαから求められる位置に溝を設けることで、第1のコギングトルクを打ち消す第2のコギングトルクを発生させることができる。
第2のコギングトルクを発生させる溝の位置は、回転子の回転方向に関し、電機子鉄心の突極の対抗面上において、電機子のコイルに対して鎖交方向の透磁率が最大となる位置を0(rad)とし、0からαP−1までのいずれかの値をとるβ個の整数(βは1からαPまでの自然数)をm,・・・,mβ−1とするとき、その個数はβ個存在し、それぞれの溝の中心位置は((2π/αP)・m,・・・,(2π/αP)・mβ−1)となるか、または、((2π/αP)・m+(π/αP)),・・・,((2π/αP)・mβ−1+(π/αP))となる。
The groove processing candidate positions for suppressing the cogging torque caused by the magnetic anisotropy can be generalized as follows.
In a rotating electric machine having a P-pole rotor, in order to reduce the first cogging torque due to the magnetic anisotropy of the armature core, the number of pulsations of the first cogging torque to be reduced is expressed as αP (α is a natural number) ), A second cogging torque that cancels the first cogging torque can be generated by providing a groove at a position obtained from P and α on the salient pole of the armature core.
The position of the groove for generating the second cogging torque is the position at which the permeability in the linkage direction is maximum with respect to the armature coil on the opposing surface of the salient pole of the armature core in the rotational direction of the rotor. Is 0 (rad), and β integers (β is a natural number from 1 to αP) taking any value from 0 to αP−1 are m 0 ,..., M β−1 , There are β pieces, and the center position of each groove is ((2π / αP) · m 0 ,..., (2π / αP) · m β-1 ), or ((2π / αP) · m 0 + (π / αP)),... ((2π / αP) · m β-1 + (π / αP)).

上記の計算では、溝1個でαP山成分をゼロにするための条件を求めたが、これを複数の溝で行ってもよい。αP以下の自然数をβとするとき、|bα1P|=β|b α1P| となるようなβ個の溝を、(16)式または(18)式のαP箇所の候補位置のいずれかのβ箇所に分散配置しても同等の効果が得られる。 In the above calculation, the condition for making the α 1 P peak component zero with one groove is obtained, but this may be performed with a plurality of grooves. When β is a natural number equal to or less than α 1 P, β grooves such that | b α1P | = β | b * α1P | are represented as the candidate positions of α 1 P locations in the equation (16) or (18). The same effect can be obtained even if distributed at any one of the β points.

以上説明したように、上記のように(16)式または(18)式で設計された溝により、磁気異方性に起因するコギングトルクのαP山成分を相殺できることが明らかとなった。
しかし、この溝により新たにαγP山成分(αγは自然数かつαγ≠α )が発生する可能性がある。特にαが2以上のとき、αγ=1 の成分は極数と同数の成分であるため、たとえ回転子3の起磁力分布が基本波のみで構成されていたとしても、少なからず発生するため、少なくともαγ=1の成分すなわちP山成分の発生は抑制する必要がある。
As described above, it has been clarified that the α 1 P peak component of the cogging torque caused by the magnetic anisotropy can be offset by the groove designed by the equation (16) or (18) as described above.
However, there is a possibility that an α γ P mountain component (α γ is a natural number and α γ ≠ α 1 ) is newly generated by this groove. In particular, when α 1 is 2 or more, the components of α γ = 1 are the same as the number of poles, so even if the magnetomotive force distribution of the rotor 3 is composed only of the fundamental wave, it is generated not a little. Therefore, it is necessary to suppress the generation of at least α γ = 1 component, that is, the P mountain component.

今、αを2以上の整数とする。(16)式、(18)式より、αP山成分低減のための溝加工候補位置は、2π/αP(rad)毎にαP箇所存在する。αP山成分に関しては、これらのうちいずれの箇所を選択してもコギングトルクが低減できる。 Now let α 1 be an integer greater than or equal to 2. From the equations (16) and (18), there are α 1 P locations for each 2π / α 1 P (rad) as groove processing candidate positions for reducing the α 1 P peak component. With respect to the α 1 P peak component, the cogging torque can be reduced regardless of which location is selected.

ここでα個の溝を用い、P山成分を相殺することを考える。
ある溝が発生させるコギングトルクP山成分は、(9)式のα=1の成分であるので(19)式で表すことができる。
Here, it is assumed that α 1 groove is used to cancel the P peak component.
The cogging torque P peak component generated by a certain groove is a component of α * = 1 in the equation (9) and can be expressed by the equation (19).

Figure 2015095968
Figure 2015095968

ここで、t=rPb 、δはこの溝の中心位置である。
0からP−1までのいずれかの値をとるα−1個の整数をλ,λ,・・・,λα1−1とし、この溝から[(2π/αP)+(2π/P)λ](rad),[(2π/αP)・2+(2π/P)λ](rad),・・・,[(2π/αP)・(α−1)+(2π/P)λα1−1](rad)離れた位置にそれぞれ同じ大きさの溝を1つずつ設けたときのそれぞれのコギングトルクP山成分は、(20)式で表される。
Here, t = rPb P , δ is the center position of this groove.
Α 1 −1 taking any value from 0 to P−1 is assumed to be λ 1 , λ 2 ,..., Λ α1-1, and [(2π / α 1 P) + ( 2π / P) λ 1 ] (rad), [(2π / α 1 P) · 2 + (2π / P) λ 2 ] (rad),..., [(2π / α 1 P) · (α 1 − 1) + (2π / P) λ α1-1 ] (rad) Each cogging torque P mountain component when one groove of the same size is provided at a position separated from each other is expressed by equation (20). The

Figure 2015095968
Figure 2015095968

(19)式および(20)式の各式の和が、α個の溝が発生させるP山成分であり、これをT (θ)とする。(20)式の各々のλ,λ,・・・,λα1−1に関する項は、P山成分の周期性より消去できることを考慮すると、T (θ)は(21)式となる。 (19) the sum of the expressions of formulas and (20), a P mountain component alpha 1 single groove is generated, which is referred to as T * 1 (theta). Considering that the terms related to λ 1 , λ 2 ,..., Λ α1-1 in the equation (20) can be eliminated from the periodicity of the P mountain component, T * 1 (θ) is expressed by the equation (21) Become.

Figure 2015095968
Figure 2015095968

(21)式の右辺の各項を正弦関数の定義に則り、円周上の各点に対応させると、図7のようになる。T (θ)は、図7の原点と円周上の各点を結ぶベクトルの和に対応するので、図形の対称性より、(22)式が成立する。 FIG. 7 shows each term on the right side of equation (21) corresponding to each point on the circumference according to the definition of the sine function. Since T * 1 (θ) corresponds to the sum of vectors connecting the origin of FIG. 7 and each point on the circumference, equation (22) is established from the symmetry of the figure.

Figure 2015095968
Figure 2015095968

次に、αγ=1以外の成分について帰納的に考える。α個の溝を設けたとき、αγP山成分Tαγ(θ)は(23)式で表される。 Next, components other than α γ = 1 are considered inductively. When one α groove is provided, α γ P mountain component T αγ (θ) is expressed by equation (23).

Figure 2015095968
Figure 2015095968

(23)式を図7と同じく円周上でベクトル的に考察すると、右辺のそれぞれの項に対応するべクトルは、αγ周分の円周上の道のりをα等分した点に相当するので、αγがαの整数倍でない限りは、(23)式の右辺も0となる。 When the equation (23) also vectorially discussed on the circumference and 7, A vector corresponding to each term of the right side, corresponds to the point where the circumference on the road alpha gamma rotations of alpha 1 aliquoted Therefore, as long as α γ is not an integral multiple of α 1 , the right side of equation (23) is also zero.

結局、元々の低減対象であったαP山成分以外で、溝により新たに発生する可能性のある成分は、qαP山成分(qは2以上の整数)のみであり、高次になればなるほど、その振幅は小さくなる傾向にある。
すなわち、溝により新たに別調波のコギングトルクが発生することを抑制できる。
上記の説明で導き出したα個の溝の位置を以降、「180度低減位置」と呼ぶ。
Eventually, the only component that may be newly generated by the groove other than the α 1 P peak component that was originally targeted for reduction is the qα 1 P peak component (q is an integer of 2 or more). The closer it is, the smaller the amplitude tends to be.
In other words, it is possible to suppress the generation of another harmonic cogging torque due to the groove.
The position of the α 1 groove derived in the above description is hereinafter referred to as “180 degree reduced position”.

図8に例として、P=10、α=2、S=12、(b α1P /bα1P)>0のときの180度低減位置を示す。図8は、具体的には、図7の溝加工候補位置のうち、溝により新たに余分な別成分のコギングトルクが発生することを抑制できる加工位置の組み合わせを示す。図8において、●と■をそれぞれ同じ数ずつ選択することで20q山成分を低減できる。
なお、(19)式、(20)式で表されるα個の溝の組み合わせは、n組(nは1からPまでの自然数)作ることができる。つまりnα個の溝でqαP山成分(qは2以上の整数)以外の発生を抑制することができる。
As an example, FIG. 8 shows a 180 degree reduction position when P = 10, α 1 = 2, S = 12, and (b * α1P / bα1P )> 0. Specifically, FIG. 8 shows a combination of machining positions that can suppress the occurrence of a new extra cogging torque of another component due to the groove among the groove machining candidate positions in FIG. In FIG. 8, the 20q peak component can be reduced by selecting the same number of ● and ■.
It should be noted that n combinations (n is a natural number from 1 to P) can be made as combinations of α 1 grooves represented by the expressions (19) and (20). That n [alpha Qa 1 P mountain component with one groove (q is an integer of 2 or more) it is possible to suppress the occurrence of non.

磁気異方性に起因するコギングトルクを抑制するための溝の180度低減位置は、次のように一般化できる。
回転子の回転方向に関し、電機子鉄心の突極の対抗面上において、電機子のコイルに対して、0からP−1までのいずれかの値をとるnα個の整数(nは1からPまでの自然数)をm10,・・・,m1(α−1),・・・,mn0,・・・,mn(α−1)とするとき、その溝の個数はnα個存在し、それぞれの溝の中心位置が(2π/αP)・(0+αm10),・・・,(2π/αP){(α−1)+αm1(α−1)},・・・,(2π/αP)・(0+αmn0),・・・,(2π/αP){(α−1)+αmn(α−1)}となるnα個の溝から成り立つか、または、(2π/αP)・(0+αm10)+(π/αP),・・・,(2π/αP){(α−1)+αm1(α−1)}+(π/αP),・・・,(2π/αP)・(0+αmn0)+(π/αP),・・・,(2π/αP){(α−1)+αmn(α−1)}+(π/αP)となるnα個の溝から成り立つ。
The 180 degree reduction position of the groove for suppressing the cogging torque due to the magnetic anisotropy can be generalized as follows.
With respect to the rotation direction of the rotor, nα integers (n is 1 to P) taking any value from 0 to P−1 with respect to the armature coil on the opposing surface of the salient pole of the armature core. natural number) the m 10 up, ···, m 1 (α- 1), ···, m n0, ···, when the m n (α-1), the number of the grooves nα number exists The center position of each groove is (2π / αP) · (0 + αm 10 ),..., (2π / αP) {(α-1) + αm 1 (α-1) },. / ΑP) · (0 + αm n0 ),..., (2π / αP) {(α-1) + αm n (α-1) }, or (2π / αP) · (0 + αm 10 ) + (π / αP),..., (2π / αP) {(α-1) + αm 1 (α-1) } + (π / αP),..., (2π / αP) · (0 + αm n0) + ( / ΑP), ···, (2π / αP) {(α-1) + αm n (α-1)} + (π / αP) become consists of nα of grooves.

ところで、磁気異方性に起因するコギングトルクは電機子鉄心や回転子の寸法、材質を変更しなければ、どの個体も同等の大きさのものが発生する。このため、一度試作で溝の寸法および位置を決定しておけば、量産時は予め電機子鉄心の打ち抜き工程において、金型に溝形状を仕込んでおくことで、αP山成分の小さい製品ができる。 By the way, the cogging torque caused by the magnetic anisotropy is generated in the same size for any individual unless the dimensions and materials of the armature core and the rotor are changed. For this reason, once the dimensions and position of the groove are determined by trial manufacture, a product having a small α 1 P mountain component is obtained by preparing a groove shape in the mold in advance in the punching process of the armature core during mass production. Can do.

特許文献1の発明では、コギングトルク低減のための溝の寸法は、幅が0.5mm以下、深さが0.3mmであることが好ましいとしている。しかし、溝の加工誤差による低減効果のばらつきに対する対処方法が明らかにされていない。
大量生産される回転電機の電機子鉄心は、電磁鋼板を金型とプレス機械で所望の形状に打ち抜き、それらを積層して製作され、電磁鋼板の板厚は0.5mmまたは0.3mmであることが多い。一般にプレス金型による打ち抜き加工において板厚以下の寸法をコントロールすることは難しいとされているので、上記寸法の溝加工はばらつきが大きくなると考えられる。
特許文献1の発明では、溝により発生するコギングトルクが、元来あるコギングトルクの位相に対して180度ずれているため、溝寸法のばらつきによる影響が、コギングトルクの総量に直結する。例えば、溝加工寸法が大きい側に振れたとき、溝によるコギングトルクの振幅が、元来あるコギングトルクの振幅を上回り、元来あるコギングトルクとは逆位相のコギングトルクが発生してしまう。
In the invention of Patent Document 1, the dimensions of the groove for reducing the cogging torque are preferably a width of 0.5 mm or less and a depth of 0.3 mm. However, a method for dealing with variations in the reduction effect due to groove processing errors has not been clarified.
The armature core of a rotating electrical machine that is mass-produced is manufactured by punching electromagnetic steel sheets into a desired shape with a mold and a press machine and laminating them, and the thickness of the electromagnetic steel sheet is 0.5 mm or 0.3 mm. There are many cases. In general, it is considered difficult to control the dimension below the plate thickness in the punching process using a press die, and therefore, it is considered that the grooving process with the above dimension has a large variation.
In the invention of Patent Document 1, since the cogging torque generated by the groove is shifted by 180 degrees with respect to the phase of the original cogging torque, the influence due to the variation in the groove dimension is directly connected to the total amount of the cogging torque. For example, when the groove machining dimension is swung to the larger side, the amplitude of the cogging torque due to the groove exceeds the amplitude of the original cogging torque, and a cogging torque having a phase opposite to that of the original cogging torque is generated.

しかし、特許文献1にも記述されている通り、これらの溝の寸法は、経験的にコンマ数ミリのオーダーになることが多く、金型におけるパンチ・ダイの加工誤差やチッピングによりコギングトルク低減効果にばらつきが生じる。ばらつきの影響を小さくするためには、溝数を増やす、すなわちsα個(sは2以上の整数)の溝を設けることが有効であるが、低減すべきαP山成分の大きさは一定であるので、溝1つ当たりが担うコギング低減量が小さくなり、そのためさらに溝寸法が小さくなり加工が困難になる。 However, as described in Patent Document 1, the dimensions of these grooves are often on the order of a few millimeters of commas based on experience, and the effect of reducing cogging torque due to punching and die machining errors and chipping in the mold. Variation occurs. In order to reduce the influence of variation, it is effective to increase the number of grooves, that is, to provide one groove of sα (s is an integer of 2 or more), but the size of the α 1 P peak component to be reduced is Since it is constant, the amount of cogging reduction per groove is reduced, so that the groove size is further reduced and machining becomes difficult.

そこで、溝の寸法を小さくすることなく、溝の数を増やす方法を検討する。
(16)式および(18)式は、磁気異方性に起因するコギングトルクを、溝1箇所で相殺する場合の必要十分条件であり、このとき溝に起因するコギングトルクのαP山成分T α1(θ)は、(24)式で表される。
Therefore, a method for increasing the number of grooves without reducing the size of the grooves is examined.
Expressions (16) and (18) are necessary and sufficient conditions for canceling the cogging torque caused by the magnetic anisotropy at one groove. At this time, the α 1 P peak component of the cogging torque caused by the groove T * α1 (θ) is expressed by equation (24).

Figure 2015095968
Figure 2015095968

(24)式が成立する必要十分条件は、(25)式または(26)式である。   The necessary and sufficient condition for satisfying the equation (24) is the equation (25) or the equation (26).

Figure 2015095968
Figure 2015095968

Figure 2015095968
Figure 2015095968

いま、(24)式のトルクを2つの溝で発生させることを考える。図9の円周1周は、2π/αP (rad)に相当するとし、円周上でかつ0(rad)の位置を元来あるコギングトルクのαP山成分を表すベクトルとする。このとき、T α1(θ)は、図9中のベクトルaで表される。
ここで、ベクトルaに対してそれぞれ+ζ(rad)、−ζ(rad)離れたベクトルb、cを考える。ベクトルb、cのベクトルの和は、ベクトルaと同一の方向を向く。
ここで、ζはずらし角度であり、実数である。
これらを数式で表せば次のようになる。ベクトルb、cに対応するコギングトルクをそれぞれT bα1(θ)、T cα1(θ)とすると、T bα1(θ)、T cα1(θ)およびこれらの和T bα1(θ)+T cα1(θ)は(27)式から(29)式のように表される。
Now, let us consider generating the torque of equation (24) in two grooves. The circumference in FIG. 9 is equivalent to 2π / α 1 P (rad), and the position on the circumference and 0 (rad) is a vector representing the α 1 P peak component of the original cogging torque. . At this time, T * α1 (θ) is represented by a vector a in FIG.
Here, consider vectors b and c that are separated from the vector a by + ζ (rad) and −ζ (rad), respectively. The sum of vectors b and c is in the same direction as vector a.
Here, ζ is a shift angle, which is a real number.
These can be expressed as follows: Assuming that the cogging torques corresponding to the vectors b and c are T * bα1 (θ) and T * cα1 (θ), respectively, T * bα1 (θ), T * cα1 (θ) and their sum T * bα1 (θ) + T * cα1 (θ) is expressed as shown in equations (27) to (29).

Figure 2015095968
Figure 2015095968

Figure 2015095968
Figure 2015095968

Figure 2015095968
Figure 2015095968

(29)式が、(24)式と等しくなる必要十分条件は(30)式となる。   The necessary and sufficient condition for the expression (29) to be equal to the expression (24) is the expression (30).

Figure 2015095968
Figure 2015095968

つまり、(30)式が成立するように2つの溝の寸法および溝の位置ζを調整すれば、αP山成分の低減に関し、180度低減候補位置の溝と同等の効果を得ることができる。特に、ζ=π/3 とすれば、2cosζ=1となるので、(31)式が成立する。 That is, if the dimensions of the two grooves and the groove position ζ are adjusted so that the expression (30) is satisfied, the effect equivalent to that of the groove at the 180 ° reduction candidate position can be obtained with respect to the reduction of the α 1 P peak component. it can. In particular, if ζ = π / 3, then 2 cos ζ = 1, and therefore equation (31) is established.

Figure 2015095968
Figure 2015095968

すなわち、180度低減候補位置で決定した溝と同じ寸法の溝で、2個の溝を使用して同等の効果(磁気異方性に起因するコギングトルクを低減し、かつqαP山成分(qは2以上の整数)以外の溝によるコギングトルクの発生を抑制することができる)を得ることができる。 That is, the groove having the same size as the groove determined at the 180 degree reduction candidate position, and using two grooves, the same effect (reducing the cogging torque due to the magnetic anisotropy and the qα 1 P peak component ( q is an integer greater than or equal to 2), and the generation of cogging torque due to grooves other than grooves) can be obtained.

ところで、180度低減候補位置が、2π/αP(rad)毎にαP箇所あったことと同様に、ずらし角度ζ(rad)に対する溝候補位置は、b方向にαP箇所、c方向にαP箇所存在する。
すなわち、αP箇所の180度低減候補位置からβ個(βはαP以下の自然数)の箇所を選んで、同じ寸法のβ個の溝でコギングトルクのαP山成分を相殺できるとき、それらの溝の位置に対してそれぞれ+方向、−方向にそれぞれζ/αP(rad)ずらした2β箇所の位置に、(30)式を満たす寸法の溝を設ければ、180度低減候補位置における溝の2倍の溝で、同等の効果を得ることができる。
By the way, similarly to the fact that the 180 degree reduction candidate positions are α 1 P places for every 2π / α 1 P (rad), the groove candidate positions for the shift angle ζ (rad) are α 1 P places in the b direction, There are α 1 P locations in the c direction.
That is, choose the location of the beta from 180 degrees reduce candidate positions alpha 1 P point number (beta is alpha 1 P following a natural number), can offset the alpha 1 P pile component of the cogging torque in beta of grooves of the same dimensions If the grooves satisfying the expression (30) are provided at the positions of 2β positions shifted by ζ / α 1 P (rad) in the + direction and the − direction, respectively, with respect to the positions of these grooves, 180 degrees. The same effect can be obtained with a groove twice as large as the groove at the reduction candidate position.

特に、β=αとし、180度低減位置すなわち、0からP−1までのいずれかの値をとるα−1個の整数をλ,λ,・・・,λα1−1 とし、180度低減候補位置にある、ある1つの溝と、この溝から(2π/αP+(2π/P)λ)(rad)、((2π/αP)・2+(2π/P)λ)(rad) … ((2π/αP)・(α−1)+(2π/P)λα1−1)(rad)離れた位置にそれぞれ同じ大きさの溝を1つずつ設ける場合を仮想したとき(ただし、実際には設けない)、これらα箇所の溝の位置からそれぞれ+方向、−方向にそれぞれ(ζ/αP)(rad)ずらした2α個の溝を設けた場合でも、180度低減位置と同様の効果、すなわちqαP山成分(qは2以上の整数)以外の成分は相殺することができる。ここで、その例として図10を示す。
なお、上記で表される2α個の溝の組み合わせは、あるζに対してn組(nは1からPまでの自然数)作ることができる。つまり2nα個の溝でqαP山成分(qは2以上の整数)以外の発生を抑制することができる。なお、図10ではαを4としている。
In particular, β = α 1 and a 180 degree reduction position, that is, α 1 −1 integers taking any value from 0 to P−1 are defined as λ 1 , λ 2 ,. , 180 degrees reduction candidate position, and from this groove (2π / α 1 P + (2π / P) λ 1 ) (rad), ((2π / α 1 P) · 2 + (2π / P ) Λ 2 ) (rad) ((2π / α 1 P) · (α 1 −1) + (2π / P) λ α1-1 ) (rad) One groove of the same size at each position When imagining the case of providing them one by one (however, it is not actually provided), 2α 1 pieces shifted by (ζ / α 1 P) (rad) in the + direction and − direction, respectively, from the position of these α 1 grooves. Even when the groove is provided, the same effect as the 180-degree reduction position, that is, components other than the qα 1 P peak component (q is an integer of 2 or more) Can be killed. Here, FIG. 10 is shown as an example.
It should be noted that 2α 1 groove combinations expressed as described above can be made n sets (n is a natural number from 1 to P) for a certain ζ. That 2nα qα 1 P mountain component with one groove (q is an integer of 2 or more) it is possible to suppress the occurrence of non. In FIG. 10, α 1 is set to 4.

いま、図10の円周1周は、(2π/αP)(rad)に相当するとし、円周上でかつ0(rad)の位置を元来あるコギングトルクのαP山成分を表すベクトルとする。上記の180度低減位置にあるα個の溝の群を便宜上A群と呼ぶ。A群の溝が生み出すαP山成分は、大きさが円の半径の1/αで角度がπ(rad)であるα個のベクトルの和(図10のA)である。 10 is equivalent to (2π / α 1 P) (rad), and the α 1 P mountain component of the cogging torque that originally has a position of 0 (rad) on the circumference is defined as Let the vector represent. The group of α 1 grooves at the 180-degree reduction position is referred to as group A for convenience. The α 1 P peak component generated by the groove of the A group is a sum of α 1 vectors (A in FIG. 10) whose size is 1 / α 1 of the radius of the circle and whose angle is π (rad).

ここでA群の代わりにB群、C群のようなベクトルを考える。すなわち、B群、C群のベクトルの和がA群のベクトル和と等しくなれば、同等の低減効果が得られる。
B群、C群はそれぞれα個の溝で構成され、それらの位置は、180度低減位置よりも図10上ではそれぞれ+π/3(rad)、−π/3(rad)ずれている。
図10の円一周は(2π/αP)(rad)に相当するので、実際の溝の位置は180度低減位置よりもそれぞれ+(π/3αP)(rad)、−(π/3αP)(rad)ずれている。
Here, consider vectors such as group B and group C instead of group A. That is, if the sum of the vectors of the B group and the C group becomes equal to the vector sum of the A group, an equivalent reduction effect can be obtained.
The B group and the C group are each composed of α 1 grooves, and their positions are shifted by + π / 3 (rad) and −π / 3 (rad) on the FIG.
Since the circle in FIG. 10 corresponds to (2π / α 1 P) (rad), the actual groove position is + (π / 3α 1 P) (rad), − (π / 3α 1 P) (rad) is shifted.

一方、群内の溝の位置関係は(19)式、(20)式における溝の位置関係と同様の関係にあるので、これらの溝によりqαP山成分以外の成分は発生しない。A群の溝の代わりにB群とC群の位置に溝を配置することで、A群に溝を設けたときと同じ寸法の溝で溝の数を2倍に増やすことができる。このため、溝1箇所当たりのαP山成分への影響度を下げることができるため、コギングトルクが小さく、また溝寸法ばらつきに強い電機子2を得ることができる。
図11に例として、P=10、α=2、S=12のときのB群、C群の溝加工の候補位置を示す。
図11において、●と■と○と□をそれぞれ同じ数ずつ選択することで磁気異方性に起因するコギングトルク山成分を低減でき、かつ設けた溝によるqαP山成分以外のコギングトルクは発生しない。
On the other hand, since the positional relationship of the grooves in the group is the same as the positional relationship of the grooves in the equations (19) and (20), no component other than the qα 1 P mountain component is generated by these grooves. By disposing the grooves at the positions of the B group and the C group instead of the grooves of the A group, the number of grooves can be doubled with the same size as when the grooves are provided in the A group. For this reason, since it is possible to reduce the degree of influence on the α 1 P peak component per groove portion, it is possible to obtain the armature 2 having a small cogging torque and strong against variations in groove dimensions.
As an example, FIG. 11 shows grooving candidate positions of the B group and the C group when P = 10, α 1 = 2 and S = 12.
In FIG. 11, by selecting the same number of ●, ■, ○, and □, the cogging torque peak component due to magnetic anisotropy can be reduced, and the cogging torque other than the qα 1 P peak component due to the provided groove is Does not occur.

図10では溝の数は2α個の例を挙げたが、加工精度が許す限り溝寸法を小さくしていけば、2nα(n=1、2、・・・、P)個の溝でも実現可能である。図12では例として、P=10、α=2、S=12のときのB群、C群の溝加工位置を示す。図11の候補位置の中から、●、■、○、□がそれぞれ同数となり、かつ各突極当たりの溝数を同数とし、かつスロット7部に近い加工位置を避けるようにして選択した。
突極当たりの溝数を同一にしたのは、3相交流の作り出す回転磁界にアンバランスができトルクリップルが生じるのを避けるためである。また、スロットに近い加工位置を避けたのは、溝の効果を安定させるためである。
The number of grooves in FIG. 10 is an example of one 2.alpha, if we reduce the groove dimensions as long as the machining accuracy permits, 2nα 1 (n = 1,2, ···, P) also of grooves It is feasible. FIG. 12 shows, as an example, groove processing positions of the B group and the C group when P = 10, α 1 = 2 and S = 12. From the candidate positions shown in FIG. 11, the numbers ●, ■, ○, and □ are the same, the number of grooves per salient pole is the same, and the processing position close to the slot 7 is avoided.
The reason why the number of grooves per salient pole is the same is to avoid the occurrence of torque ripple due to imbalance in the rotating magnetic field created by the three-phase alternating current. The reason why the machining position close to the slot is avoided is to stabilize the effect of the groove.

磁気異方性に起因するコギングトルクを抑制するため、(16)式または(18)式の条件を満たす溝(A群)に対して、B群、C群の溝を設ける場合の溝の加工位置は、次のように一般化できる。
回転子の回転方向に関し、電機子鉄心の突極の対抗面上において、電機子のコイルに対して、ある自然数をαとし、0からαP−1までのいずれかの値をとる2β個の整数(βは1からαPまでの自然数)をm,・・・,mβ−1, λ,・・・,λβ−1とし、ある実数ζが0<ζ<π/2を満たすとき、その個数は2β個存在し、それぞれの溝の中心位置が((2π/αP)・ λ+ζ/αP),・・・,((2π/αP)・ λβ−1+ζ/αP)となるβ個の溝と、((2π/αP)・ m−ζ/αP),・・・,((2π/αP)・ mβ−1−ζ/αP)となるβ個の溝とから成り立つか、または、((2π/αP)・ λ+ζ/αP+π/αP),・・・,((2π/αP)・ λβ−1+ζ/αP+π/αP)となるβ個の溝と((2π/αP)・ m−ζ/αP+π/αP),・・・,((2π/αP)・ mβ−1−ζ/αP+π/αP)となるβ個の溝とから成り立つ。
In order to suppress the cogging torque caused by magnetic anisotropy, the grooves are processed when grooves of group B and group C are provided for grooves (group A) satisfying the condition of equation (16) or (18). The position can be generalized as follows.
With respect to the rotation direction of the rotor, 2β integers taking any value from 0 to αP-1 with α being a certain natural number for the coil of the armature on the opposing surface of the salient pole of the armature core (β is a natural number from 1 to αP) is m 0 ,..., m β−1 , λ 0 ,... λ β−1, and a real number ζ satisfies 0 <ζ <π / 2 The number of the grooves is 2β, and the center position of each groove is ((2π / αP) · λ 0 + ζ / αP), ..., ((2π / αP) · λ β-1 + ζ / αP). Β grooves and (β (2π / αP) · m 0 −ζ / αP),..., ((2π / αP) · m β−1 −ζ / αP) Β grooves that satisfy or ((2π / αP) · λ 0 + ζ / αP + π / αP), ..., ((2π / αP) · λ β-1 + ζ / αP + π / αP) and ( (2π / αP) · m 0 −ζ / αP + π / αP),..., ((2π / αP) · m β−1 −ζ / αP + π / αP).

また、磁気異方性に起因するコギングトルクを抑制するための180度低減位置の溝(A群)に対しては、B群、C群の溝を設ける場合の溝の加工位置は次のように一般化できる。
回転子の回転方向に関し、電機子鉄心の突極の対抗面上において、電機子のコイルに対して、ある自然数をαとし、0からP−1までのいずれかの値をとる2nα個の整数(nは1からPまでのいずれかの自然数)をm10,・・・,m1(α−1),・・・,mn0,・・・,mn(α−1),λ10,・・・,λ1(α−1),・・・,λn0,・・・,λn(α−1)とし、ある実数ζが0<ζ<π/2を満たすとき、その個数は2nα個存在し、それぞれの溝の中心位置が(2π/αP)・(0+αλ10)+ζ/αP,・・・,(2π/αP)・{(α−1)+αλ1(α−1)}+ζ/αP,・・・,(2π/αP)・(0+αλn0)+ζ/αP,・・・,(2π/αP){(α−1)+αλn(α−1)}+ζ/αPとなるnα個の溝と(2π/αP)・(0+αm10)−ζ/αP,・・・,(2π/αP)・{(α−1)+αm1(α−1)}−ζ/αP,・・・,(2π/αP)・(0+αmn0)−ζ/αP,・・・,(2π/αP){(α−1)+αmn(α−1)}−ζ/αPとなるnα個の溝とから成り立つか、または、(2π/αP)・(0+αλ10)+ζ/αP+π/αP,・・・,(2π/αP)・{(α−1)+αλ1(α−1)}+ζ/αP+π/αP,・・・,(2π/αP)・(0+αλn0)+ζ/αP+π/αP,・・・,(2π/αP){(α−1)+αλn(α−1)}+ζ/αP+π/αPとなるnα個の溝と(2π/αP)・(0+αm10)−ζ/αP+π/αP,・・・,(2π/αP)・{(α−1)+αm1(α−1)}−ζ/αP+π/αP,・・・,(2π/αP)・(0+αmn0)−ζ/αP+π/αP,・・・,(2π/αP){(α−1)+αmn(α−1)}−ζ/αP+π/αPとなるnα個の溝とから成り立つ。
In addition, with respect to the groove at the 180 degree reduction position (group A) for suppressing the cogging torque caused by the magnetic anisotropy, the groove machining positions when the grooves of the group B and group C are provided are as follows. Can be generalized to:
With respect to the rotation direction of the rotor, 2nα integers that take any value from 0 to P−1, where α is a certain natural number for the armature coil on the opposing surface of the salient pole of the armature core. (where n is any natural number from 1 to P) m 10 ,..., m 1 (α-1) ,..., m n0 , ..., m n (α-1) , λ 10 ,..., Λ 1 (α-1) ,..., Λ n0 ,..., Λ n (α-1) , and when a real number ζ satisfies 0 <ζ <π / 2, the number 2nα, and the center position of each groove is (2π / αP) · (0 + αλ 10 ) + ζ / αP,..., (2π / αP) · {(α-1) + αλ 1 (α-1) } + Ζ / αP, ..., (2π / αP) · (0 + αλ n0 ) + ζ / αP, ..., (2π / αP) {(α-1) + αλ n (α-1) } + ζ / αP Nα grooves and (2π / αP) · ( 0 + αm 10 ) −ζ / αP,..., (2π / αP) · {(α−1) + αm 1 (α−1) } −ζ / αP,..., (2π / αP) · (0 + αm n0 ) −ζ / αP,..., (2π / αP) {(α−1) + αm n (α−1) } −ζ / αP, or (2π / αP) ) · (0 + αλ 10 ) + ζ / αP + π / αP, ..., (2π / αP) · {(α-1) + αλ 1 (α-1) } + ζ / αP + π / αP, ..., (2π / αP ) · (0 + αλ n0 ) + ζ / αP + π / αP,..., (2π / αP) {(α-1) + αλ n (α-1) } + ζ / αP + π / αP and (2π / (αP) · (0 + αm 10 ) −ζ / αP + π / αP,..., (2π / αP) · {(α−1) + αm 1 (α−1) } −ζ / αP + π / αP,. 2π / αP) · (0 + αm n0) ζ / αP + π / αP, ···, it consists of a (2π / αP) {(α -1) + αm n (α-1)} -ζ / αP + π / αP become nα of grooves.

以上説明したように、実施の形態1の回転電機は、磁気異方性に起因するコギングトルクを電機子鉄心の突極上に溝を設けることによって低減し、かつ溝の加工位置を限定できるものである。   As described above, the rotating electrical machine of the first embodiment can reduce the cogging torque caused by magnetic anisotropy by providing a groove on the salient pole of the armature core, and can limit the machining position of the groove. is there.

1つの溝で磁気異方性に起因するコギングトルクを低減する溝加工を回転電機に適用すれば、最小限の溝加工を行うことで、磁気異方性に起因するコギングトルクを低減できる。
また、2つの溝で磁気異方性に起因するコギングトルクを低減する溝加工を回転電機に適用すれば、溝による新たな別調波のコギングトルクの発生を抑制することができる。
さらに、溝の寸法を小さくすることなく溝の数を増やすために、磁気異方性に起因するコギングトルクを低減する溝によるコギングトルクとベクトル的に同一となる2つの溝を設ける溝加工を回転電機に適用すれば、溝の寸法誤差や溝加工のばらつきによる低減効果のばらつきを抑制することができる。
さらに、以上のように実施の形態1の回転電機では、回転電機の小型化を図ることができると共に、生産工程の簡素化を図ることができる。
If groove processing for reducing cogging torque due to magnetic anisotropy with a single groove is applied to a rotating electrical machine, cogging torque due to magnetic anisotropy can be reduced by performing minimum groove processing.
In addition, if the groove machining for reducing the cogging torque caused by the magnetic anisotropy in the two grooves is applied to the rotating electrical machine, it is possible to suppress the generation of a new separately harmonic cogging torque due to the grooves.
Furthermore, in order to increase the number of grooves without reducing the size of the groove, the groove processing is rotated by providing two grooves that are vector-equal to the cogging torque by the groove that reduces the cogging torque due to magnetic anisotropy. When applied to an electric machine, it is possible to suppress variations in the reduction effect due to groove dimensional errors and groove machining variations.
Further, as described above, in the rotating electrical machine of the first embodiment, the rotating electrical machine can be reduced in size and the production process can be simplified.

実施の形態2.
実施の形態1の回転電機では、磁気異方性に起因するコギングトルクを低減する溝の寸法を小さくすることなく溝の数を増やすために、ベクトル的に同一となる2つの溝を設ける溝加工において、ずらし角度ζをπ/3の場合の例を説明した。実施の形態2では、ずらし角度ζを0<ζ<π/3としたものである。
Embodiment 2. FIG.
In the rotating electrical machine of the first embodiment, in order to increase the number of grooves without reducing the size of the grooves that reduce the cogging torque due to the magnetic anisotropy, the groove machining is performed by providing two grooves that are identical in vector. In the above, an example in which the shift angle ζ is π / 3 has been described. In the second embodiment, the shift angle ζ is 0 <ζ <π / 3.

以下、実施の形態2の回転電機の構成、動作について、回転電機に係る溝加工位置を表すベクトル図である図13に基づいて、実施の形態1との差異を中心に説明する。   Hereinafter, the configuration and operation of the rotating electrical machine according to the second embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment, based on FIG. 13 which is a vector diagram showing a groove processing position related to the rotating electrical machine.

図13は実施の形態2に係る溝加工位置を表すベクトル図である。実施の形態1の図10では溝の加工寸法をA,B,C群ともに同一としていた。ただし、実際にはA群の位置には溝加工せず、A群と同一というのはB,C群の溝加工を考える上での仮想上の表現である。
本実施の形態2では、その制約をなくし、溝加工位置を±(π/3αP)(rad)からずらすことで、2αP山の発生を抑制することを目的とする。特に、本実施の形態2では、溝加工位置を(π/3αP)(rad)から狭めることを検討する。なお、図13ではαを4としている。
FIG. 13 is a vector diagram showing the groove machining position according to the second embodiment. In FIG. 10 of the first embodiment, the processing dimensions of the grooves are the same for the A, B, and C groups. However, in actuality, the position of the A group is not grooved, and the same as the A group is a virtual expression when considering the grooving of the B and C groups.
In the second embodiment eliminates the constraint, by shifting the groove machining position from ± (π / 3α 1 P) (rad), and an object thereof is to suppress the generation of 2.alpha 1 P mountain. In particular, in the second embodiment, it is considered to narrow the groove processing position from (π / 3α 1 P) (rad). In FIG. 13, α 1 is set to 4.

図13において、B群およびC群の溝に起因して生じるコギングトルクの2αP成分は、(9)式のα=2αのときとして表現でき、(32)式、(33)式で表すことができる。 In FIG. 13, the 2α 1 P component of the cogging torque generated due to the grooves in the B group and the C group can be expressed as α * = 2α 1 in the equation (9), and the equations (32) and (33) Can be expressed as

Figure 2015095968
Figure 2015095968

Figure 2015095968
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これらの和をとると、(34)式となる。 When these sums are taken, equation (34) is obtained.

Figure 2015095968
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(34)式が0となるとき、すなわち2αP山成分が相殺される必要十分条件は、(35)式で表される。 When the expression (34) becomes 0, that is, the necessary and sufficient condition for canceling the 2α 1 P peak component is expressed by the expression (35).

Figure 2015095968
Figure 2015095968

(35)式から(36)式が得られる。   Equation (36) is obtained from Equation (35).

Figure 2015095968
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ここで、nは整数である。
つまり180度低減位置よりB群は−(π/4αP)(rad)、C群は+(π/4αP)(rad)ずらすことで、2αP山成分が相殺される。ここで、図13(a)のようにB、C群の溝の大きさを実施の形態1の図10と同様に同じ大きさにすると、B、C群の合成ベクトルの大きさは、A群のものより大きくなってしまう。そこで、図13(b)のように実施の形態1よりも溝加工寸法を小さくすることで、αP山成分を低減し、さらに次の次数である2αP山の発生を抑制できる溝配置が実現する。
Here, n is an integer.
In other words, the 2α 1 P mountain component is canceled by shifting the B group by − (π / 4α 1 P) (rad) and the C group by + (π / 4α 1 P) (rad) from the 180 degree reduction position. Here, as shown in FIG. 13A, when the sizes of the grooves of the B and C groups are the same as in FIG. 10 of the first embodiment, the size of the combined vector of the B and C groups is A It will be bigger than the group. Therefore, as shown in FIG. 13 (b), the groove processing dimension can be made smaller than that in the first embodiment, thereby reducing the α 1 P peak component and further suppressing the generation of 2α 1 P peak as the next order. Placement is realized.

以上説明したように、実施の形態2の回転電機は、磁気異方性に起因する第1のコギングトルクを低減するための溝による第2のコギングトルクと、ベクトル的に同一となる2つの溝を設け、ずらし角度ζを0<ζ<π/3としたものである。このため、実施の形態1の回転電機と同様に磁気異方性に起因するコギングトルクを低減することができる。
さらに、溝の寸法を小さくすることなく溝の数を増やすることができ、溝の寸法誤差や溝加工のばらつきによる低減効果のばらつきを抑制できる。
As described above, the rotating electric machine according to the second embodiment has two grooves that are the same in vector as the second cogging torque due to the groove for reducing the first cogging torque caused by magnetic anisotropy. And the shift angle ζ is 0 <ζ <π / 3. For this reason, the cogging torque resulting from magnetic anisotropy can be reduced similarly to the rotary electric machine of Embodiment 1.
Furthermore, it is possible to increase the number of grooves without reducing the size of the grooves, and it is possible to suppress variations in the reduction effect due to groove dimensional errors and groove processing variations.

実施の形態3.
実施の形態1の回転電機では、磁気異方性に起因するコギングトルクを低減する溝の寸法を小さくすることなく溝の数を増やすために、ベクトル的に同一となる2つの溝を設ける溝加工において、ずらし角度ζをπ/3とし、実施の形態2ではずらし角度ζを0<ζ<π/3とした。実施の形態3の回転電機は、ずらし角度ζをπ/3<ζ<π/2とし、溝数を2倍以上としたものである。
Embodiment 3 FIG.
In the rotating electrical machine of the first embodiment, in order to increase the number of grooves without reducing the size of the grooves that reduce the cogging torque due to the magnetic anisotropy, the groove machining is performed by providing two grooves that are identical in vector. , The shift angle ζ is π / 3, and in the second embodiment, the shift angle ζ is 0 <ζ <π / 3. In the rotating electrical machine of the third embodiment, the shift angle ζ is π / 3 <ζ <π / 2, and the number of grooves is twice or more.

以下、実施の形態3の回転電機の構成、動作について、回転電機に係る溝加工位置を表すベクトル図である図14に基づいて、実施の形態1、2との差異を中心に説明する。   Hereinafter, the configuration and operation of the rotating electric machine according to the third embodiment will be described with a focus on differences from the first and second embodiments based on FIG. 14 which is a vector diagram showing a groove machining position related to the rotating electric machine.

図14は実施の形態3に係る溝加工位置を表すベクトル図である。実施の形態2とは異なり、A群に溝を設けたときと同じ寸法のまま溝数を2倍以上にすることを目的とする。
B郡、C群の溝加工位置が±(π/3αP)(rad)よりさらに広がる方向に移動させることで、溝寸法を変えずに溝数を2nα(n=1,2,・・・,P)倍にできる。なお、図14ではαを4としている。
このときの加工位置を±(ζ/αP)(rad)とすると、B群、C群の溝によるコギングトルクαP山成分は(37)式から(39)式で表される。
FIG. 14 is a vector diagram showing a groove machining position according to the third embodiment. Unlike Embodiment 2, the object is to double the number of grooves while maintaining the same dimensions as when grooves were provided in group A.
By moving the groove processing position of group B and group C in a direction further widening than ± (π / 3α 1 P) (rad), the number of grooves can be reduced to 2n * α 1 (n * = 1, 2, ..., P) times. In FIG. 14, α 1 is set to 4.
Assuming that the machining position at this time is ± (ζ * / α 1 P) (rad), the cogging torque α 1 P mountain component due to the grooves of the B group and the C group is expressed by the expressions (37) to (39). .

Figure 2015095968
Figure 2015095968

Figure 2015095968
Figure 2015095968

Figure 2015095968
Figure 2015095968

ここで、溝の寸法がA群と同じであることから
α1P =b α1P
である。この条件の元で、(39)式の右辺がA群の合成ベクトルと等しくなる必要十分条件は、(40)式で表される。(41)式の通りとなる。
Here, the dimension of the groove is the same as the group A
d α1P = b * α1P
It is. Under this condition, the necessary and sufficient condition that the right side of the equation (39) is equal to the combined vector of the group A is expressed by the equation (40). (41)

Figure 2015095968
Figure 2015095968

(40)式から(41)式が得られる。   The equation (41) is obtained from the equation (40).

Figure 2015095968
Figure 2015095968

溝数をαの整数倍で増やすことにより、qαP山成分(qは2以上の整数)以外の成分の発生を抑制しつつ、溝寸法のばらつきによる影響を、実施の形態1の場合よりも減らすことができる。 In the case of the first embodiment, by increasing the number of grooves by an integer multiple of α 1 , the occurrence of components other than the qα 1 P peak component (q is an integer of 2 or more) is suppressed, and the influence of variations in groove dimensions is Than can be reduced.

以上説明したように、実施の形態3の回転電機は、磁気異方性に起因するコギングトルクを低減する溝によるコギングトルクとベクトル的に同一となる2つの溝を設け、このずらし角度ζをπ/3<ζ<π/2としたものである。このため、実施の形態1の回転電機と同様に磁気異方性に起因するコギングトルクを低減することができる。
さらに、溝の寸法を小さくすることなく溝の数を2倍以上に増やすることができ、溝の寸法誤差や溝加工のばらつきによる低減効果のばらつきを抑制できる。
As described above, the rotating electrical machine of the third embodiment is provided with two grooves that are vector-equal to the cogging torque due to the grooves that reduce the cogging torque caused by magnetic anisotropy, and this shift angle ζ is set to π / 3 <ζ <π / 2. For this reason, the cogging torque resulting from magnetic anisotropy can be reduced similarly to the rotary electric machine of Embodiment 1.
Furthermore, the number of grooves can be increased by a factor of two or more without reducing the size of the grooves, and variations in the reduction effect due to groove dimensional errors and groove processing variations can be suppressed.

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。   Note that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and the embodiments can be modified or omitted as appropriate.

1 回転電機、2 電機子、3 回転子、4 電機子鉄心、5 磁極、6 溝、
7 スロット、8 回転子シャフト。
1 rotary electric machine, 2 armature, 3 rotor, 4 armature core, 5 magnetic poles, 6 grooves,
7 slots, 8 rotor shafts.

Claims (8)

複数の突極に巻回された複数のコイルに順次通電することにより回転磁界が得られるように構成された磁気異方性を有する電機子鉄心と、前記電機子鉄心と空隙を介して対向配置されたP極(Pは正の2の倍数)の磁極を有し、前記電機子鉄心の電機子との間に生じる電磁力によりトルクが発生するように構成された界磁を有する回転子を備えた回転電機において、
前記電機子鉄心の磁気異方性に起因する第1のコギングトルクを低減するために前記電機子鉄心の突極上に溝を設ける場合、
低減対象の前記第1のコギングトルクの脈動回数をαP(αは自然数)とすると、
前記第1のコギングトルクを低減する第2のコギングトルクを発生させる溝の位置は、前記電機子鉄心の突極上の前記Pと前記αから求められる回転電機。
An armature core having magnetic anisotropy configured to obtain a rotating magnetic field by sequentially energizing a plurality of coils wound around a plurality of salient poles, and opposed to the armature core via a gap A rotor having a magnetic field having a P pole (P is a positive multiple of 2) and configured to generate torque by an electromagnetic force generated between the armature and the armature of the armature core. In the rotating electrical machine provided,
When providing a groove on the salient pole of the armature core in order to reduce the first cogging torque due to the magnetic anisotropy of the armature core,
When the number of pulsations of the first cogging torque to be reduced is αP (α is a natural number),
The position of the groove for generating the second cogging torque for reducing the first cogging torque is the rotating electric machine obtained from the P and the α on the salient pole of the armature core.
前記第2のコギングトルクを発生させる溝は、
前記回転子の回転方向に関し、前記電機子鉄心の突極の対抗面上において、前記電機子のコイルに対して鎖交方向の透磁率が最大となる位置を0radとし、0からαP−1までのいずれかの値をとるβ個の整数(βは1からαPまでの自然数)をm,・・・,mβ−1とするとき、前記溝の個数はβ個存在し、それぞれの前記溝の中心位置は(2π/αP)・m,・・・,(2π/αP)・mβ−1となるβ個の溝から成り立つか、
または、((2π/αP)・m+(π/αP)),・・・,((2π/αP)・mβ−1+(π/αP))となるβ個の溝から成り立つ請求項1に記載の回転電機。
The groove for generating the second cogging torque is
With respect to the rotation direction of the rotor, the position where the permeability in the linkage direction is maximum with respect to the coil of the armature is 0 rad on the opposing surface of the salient pole of the armature core, and 0 to αP−1 Where β integers (β is a natural number from 1 to αP) are m 0 ,..., M β−1 , the number of the grooves is β, The center position of the groove comprises (2π / αP) · m 0 ,..., (2π / αP) · m β-1
Or ((2π / αP) · m 0 + (π / αP)), ..., ((2π / αP) · m β-1 + (π / αP)) Item 2. The rotating electrical machine according to Item 1.
前記第2のコギングトルクを発生させる溝は、
前記回転子の回転方向に関し、前記電機子鉄心の突極の対抗面上において、前記電機子のコイルに対して鎖交方向の透磁率が最大となる位置を0radとし、0からP−1までのいずれかの値をとるnα個の整数(nは1からPまでの自然数)をm10,・・・,m1(α−1),・・・,mn0,・・・,mn(α−1)とするとき、前記溝の個数はnα個存在し、それぞれの前記溝の中心位置が(2π/αP)・(0+αm10),・・・,(2π/αP){(α−1)+αm1(α−1)},・・・,(2π/αP)・(0+αmn0),・・・,(2π/αP){(α−1)+αmn(α−1)}となるnα個の溝から成り立つか、
または、(2π/αP)・(0+αm10)+(π/αP),・・・,(2π/αP){(α−1)+αm1(α−1)}+(π/αP),・・・,(2π/αP)・(0+αmn0)+(π/αP),・・・,(2π/αP){(α−1)+αmn(α−1)}+(π/αP)となるnα個の溝から成り立つ請求項1に記載の回転電機。
The groove for generating the second cogging torque is
With respect to the rotation direction of the rotor, the position where the permeability in the linkage direction is maximum with respect to the coil of the armature is 0 rad on the opposing surface of the salient pole of the armature core, and 0 to P-1 either take the value nα integers of (n is a natural number from 1 to P) and m 10, ···, m 1 ( α-1), ···, m n0, ···, m n When (α-1) , the number of the grooves is nα, and the center positions of the grooves are (2π / αP) · (0 + αm 10 ), ..., (2π / αP) {(α -1) + αm 1 (α-1) }, ..., (2π / αP) · (0 + αm n0 ), ..., (2π / αP) {(α-1) + αm n (α-1) } Or nα grooves,
Or (2π / αP) · (0 + αm 10 ) + (π / αP),..., (2π / αP) {(α-1) + αm 1 (α-1) } + (π / αP), (2π / αP) (0 + αm n0 ) + (π / αP), ..., (2π / αP) {(α-1) + αmn (α-1) } + (π / αP) The rotating electrical machine according to claim 1, comprising nα grooves.
前記第2のコギングトルクを発生させる溝は、
前記回転子の回転方向に関し、前記電機子鉄心の突極の対抗面上において、前記電機子のコイルに対して鎖交方向の透磁率が最大となる位置を0radとし、0からαP−1までのいずれかの値をとる2β個の整数(βは1からαPまでの自然数)をm,・・・,mβ−1, λ,・・・,λβ−1とし、ある実数ζが0<ζ<π/2を満たすとき、前記溝の個数は2β個存在し、それぞれの前記溝の中心位置が((2π/αP)・ λ+ζ/αP),・・・,((2π/αP)・ λβ−1+ζ/αP)となるβ個の溝と((2π/αP)・ m−ζ/αP),・・・,((2π/αP)・ mβ−1−ζ/αP)となるβ個の溝とから成り立つか、
または、((2π/αP)・ λ+ζ/αP+π/αP),・・・,((2π/αP)・ λβ−1+ζ/αP+π/αP)となるβ個の溝と((2π/αP)・ m−ζ/αP+π/αP),・・・,((2π/αP)・ mβ−1−ζ/αP+π/αP)となるβ個の溝とから成り立つ請求項1に記載の回転電機。
The groove for generating the second cogging torque is
With respect to the rotation direction of the rotor, the position where the permeability in the linkage direction is maximum with respect to the coil of the armature is 0 rad on the opposing surface of the salient pole of the armature core, and 0 to αP−1 2β number of integer (β is a natural number of from 1 to αP) the m 0 to take one of the values, ···, m β-1, λ 0, ···, and λ β-1, there is a real number ζ When 0 <ζ <π / 2, there are 2β grooves, and the center positions of the grooves are ((2π / αP) · λ 0 + ζ / αP), (, (2π / αP) · λ β-1 + ζ / αP) and ((2π / αP) · m 0 −ζ / αP), ..., ((2π / αP) · m β-1 Whether it is composed of β grooves of −ζ / αP),
Or ((2π / αP) · λ 0 + ζ / αP + π / αP), ..., ((2π / αP) · λ β-1 + ζ / αP + π / αP) and ((2π / αP) 2. The (αP) · m 0 −ζ / αP + π / αP),..., ((2π / αP) · m β−1 −ζ / αP + π / αP). Rotating electric machine.
前記第2のコギングトルクを発生させる溝は、
前記回転子の回転方向に関し、前記電機子鉄心の突極の対抗面上において、前記電機子のコイルに対して鎖交方向の透磁率が最大となる位置を0radとし、0からP−1までのいずれかの値をとる2nα個の整数(nは1からPまでのいずれかの自然数)をm10,・・・,m1(α−1),・・・,mn0,・・・,mn(α−1),λ10,・・・,λ1(α−1),・・・,λn0,・・・,λn(α−1)とし、ある実数ζが0<ζ<π/2を満たすとき、前記溝の個数は2nα個存在し、それぞれの前記溝の中心位置が(2π/αP)・(0+αλ10)+ζ/αP,・・・,(2π/αP)・{(α−1)+αλ1(α−1)}+ζ/αP,・・・,(2π/αP)・(0+αλn0)+ζ/αP,・・・,(2π/αP){(α−1)+αλn(α−1)}+ζ/αPとなるnα個の溝と(2π/αP)・(0+αm10)−ζ/αP,・・・,(2π/αP)・{(α−1)+αm1(α−1)}−ζ/αP,・・・,(2π/αP)・(0+αmn0)−ζ/αP,・・・,(2π/αP){(α−1)+αmn(α−1)}−ζ/αPとなるnα個の溝とから成り立つか、
または、(2π/αP)・(0+αλ10)+ζ/αP+π/αP,・・・,(2π/αP)・{(α−1)+αλ1(α−1)}+ζ/αP+π/αP,・・・,(2π/αP)・(0+αλn0)+ζ/αP+π/αP,・・・,(2π/αP){(α−1)+αλn(α−1)}+ζ/αP+π/αPとなるnα個の溝と(2π/αP)・(0+αm10)−ζ/αP+π/αP,・・・,(2π/αP)・{(α−1)+αm1(α−1)}−ζ/αP+π/αP,・・・,(2π/αP)・(0+αmn0)−ζ/αP+π/αP,・・・,(2π/αP){(α−1)+αmn(α−1)}−ζ/αP+π/αPとなるnα個の溝とから成り立つ請求項1に記載の回転電機。
The groove for generating the second cogging torque is
With respect to the rotation direction of the rotor, the position where the permeability in the linkage direction is maximum with respect to the coil of the armature is 0 rad on the opposing surface of the salient pole of the armature core, and 0 to P-1 of 2nα integers take one of the values a (n is any natural number from 1 to P) m 10, ···, m 1 (α-1), ···, m n0, ··· , M n (α-1) , λ 10 ,..., Λ 1 (α-1) ,..., Λ n0 , ..., λ n (α-1), and a real number ζ is 0 < When ζ <π / 2 is satisfied, the number of the grooves is 2nα, and the center position of each of the grooves is (2π / αP) · (0 + αλ 10 ) + ζ / αP, ..., (2π / αP) · {(α-1) + αλ 1 (α-1)} + ζ / αP, ···, (2π / αP) · (0 + αλ n0) + ζ / αP, ···, (2π / αP) {(α- 1) αλ n (α-1)} + ζ / αP and the nα of grooves made (2π / αP) · (0 + αm 10) -ζ / αP, ···, (2π / αP) · {(α-1) + αm 1 (α-1) } − ζ / αP,..., (2π / αP) · (0 + αm n0 ) −ζ / αP,..., (2π / αP) {(α-1) + αm n (α -1) Is it composed of n? Grooves that become-? /? P?
Or (2π / αP) · (0 + αλ 10 ) + ζ / αP + π / αP,..., (2π / αP) · {(α-1) + αλ 1 (α-1) } + ζ / αP + π / αP,. , (2π / αP) · (0 + αλ n0 ) + ζ / αP + π / αP,..., (2π / αP) {(α−1) + αλ n (α-1) } + ζ / αP + π / αP (2π / αP) · (0 + αm 10 ) −ζ / αP + π / αP,..., (2π / αP) · {(α-1) + αm 1 (α-1) } − ζ / αP + π / αP , ..., (2π / αP) · (0 + αm n0 ) −ζ / αP + π / αP,..., (2π / αP) {(α-1) + αmn (α-1) } − ζ / αP + π / The rotating electrical machine according to claim 1, comprising nα grooves serving as αP.
前記ζは、ζ=π/3である請求項4または請求項5に記載の回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 4, wherein the ζ is ζ = π / 3. 前記ζは、0<ζ<π/3である請求項4または請求項5に記載の回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 4, wherein the ζ is 0 <ζ <π / 3. 前記ζは、π/3<ζ<π/2である請求項4または請求項5に記載の回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 4, wherein the ζ satisfies π / 3 <ζ <π / 2.
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