JP2018085877A - Rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine.
従来、環状のヨークと巻線用溝となる周方向間隔をおいて放射状に複数のティースが形成され、ティース先端中央近傍の内径寸法に対してティース先端端部の内径寸法が大きい固定子と、固定子と僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持された回転子鉄心に埋設された永久磁石にて磁界を発生する回転子とを備えた電動機が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a plurality of teeth are formed radially at an interval in the circumferential direction to be an annular yoke and a winding groove, and the stator has a larger inner diameter dimension at the end of the tooth tip than the inner diameter dimension near the center of the tooth tip; 2. Description of the Related Art An electric motor including a rotor that generates a magnetic field with a permanent magnet embedded in a rotor core that is opposed to a stator with a slight gap and is rotatably supported is known (for example, Patent Documents). 1).
特許文献1に記載の電動機において、回転子鉄心の外形は、磁極中央部を最大径とした外径に凸形状で、その形状が磁極数分となり、回転子鉄心の磁極間部が回転軸を中心とした円弧形状であり、回転子外形の最小寸法となる形状を有している。
In the electric motor described in
しかしながら、特許文献1に記載の電動機にあっては、励磁軸となるq軸上において回転子鉄心と固定子との間の空隙が広くなるため、q軸磁路の磁気抵抗が増加する。これにより、特許文献1に記載の電動機では、突極比が低下するためリラクタンストルクを有効に活用することができず、出力トルク及び効率が低下してしまう。
However, in the electric motor described in
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、突極比を低下させることなく、コギングトルク及びトルクリプルを抑制することができる回転電機を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a rotating electrical machine capable of suppressing cogging torque and torque ripple without reducing the salient pole ratio.
本発明は、上記目的を達成するため、電機子巻線が配置されるスロットが複数形成されたステータと、複数の永久磁石がロータコアに埋め込まれたロータとを備えた回転電機であって、前記ロータは、前記ステータ側に向かって広がるV字型に配置された前記永久磁石によって形成された磁極部を有し、前記永久磁石は、前記ロータの周方向に隣り合う前記磁極部の極性が逆極性となるよう配置され、N磁極又はS磁極のいずれか一方の前記磁極部が形成された前記ロータの外周面には、d軸を挟んで前記周方向の両側に溝部が形成されている構成を有する。 In order to achieve the above object, the present invention is a rotating electrical machine comprising a stator in which a plurality of slots in which armature windings are arranged and a rotor in which a plurality of permanent magnets are embedded in a rotor core, The rotor has a magnetic pole portion formed by the permanent magnets arranged in a V shape spreading toward the stator side, and the polarity of the magnetic pole portions adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor is reversed in the permanent magnet. A configuration in which grooves are formed on both sides in the circumferential direction across the d-axis on the outer peripheral surface of the rotor, which is arranged to be polar and on which the magnetic pole portion of either the N magnetic pole or the S magnetic pole is formed Have
本発明によれば、突極比を低下させることなく、コギングトルク及びトルクリプルを抑制することができる回転電機を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the rotary electric machine which can suppress a cogging torque and a torque ripple can be provided, without reducing a salient pole ratio.
本発明の一実施の形態に係る回転電機は、電機子巻線が配置されるスロットが複数形成されたステータと、複数の永久磁石がロータコアに埋め込まれたロータとを備えた回転電機であって、ロータは、ステータ側に向かって広がるV字型に配置された永久磁石によって形成された磁極部を有し、永久磁石は、ロータの周方向に隣り合う磁極部の極性が逆極性となるよう配置され、N磁極又はS磁極のいずれか一方の磁極部が形成されたロータの外周面には、d軸を挟んで周方向の両側に溝部が形成されていることを特徴とする。これにより、本発明の一実施の形態に係る回転電機は、突極比を低下させることなく、コギングトルク及びトルクリプルを抑制することができる。 A rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention is a rotating electrical machine including a stator in which a plurality of slots in which armature windings are arranged is formed, and a rotor in which a plurality of permanent magnets are embedded in a rotor core. The rotor has a magnetic pole portion formed by a permanent magnet arranged in a V-shape spreading toward the stator side, and the permanent magnet has a polarity opposite to the polarity of the magnetic pole portion adjacent in the circumferential direction of the rotor. Grooves are formed on both sides in the circumferential direction across the d-axis on the outer peripheral surface of the rotor that is arranged and on which one of the magnetic pole portions of the N magnetic pole and the S magnetic pole is formed. Thereby, the rotary electric machine which concerns on one embodiment of this invention can suppress a cogging torque and a torque ripple, without reducing a salient pole ratio.
以下、本発明に係る回転電機の一実施例について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment of a rotating electrical machine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、本実施例に係る回転電機1は、永久磁石をロータ内部に埋め込んだ埋込磁石同期回転電機(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor:以下、IPMSMという)である。回転電機1は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車に搭載するのに好適な性能を有している。
As shown in FIG. 1, the rotating
回転電機1は、環状に形成されたステータ10と、ステータ10内に回転自在に収容されたロータ20とを備えている。ロータ20は、軸心Oを中心に回転する回転軸2に固定されており、回転軸2と一体回転するようになっている。
The rotating
ステータ10は、図示しないモータケースに固定されている。ステータ10は、高透磁率の磁性材料からなる環状のステータコア11を備えている。ステータコア11は、回転軸2の軸線に沿った軸方向に電磁鋼板を積層したものからなる。
The
ステータコア11には、径方向の内方側に突出したステータティース12が周方向に沿って複数設けられている。周方向に隣り合うステータティース12の間には、溝状の空間であるスロット13が形成されている。
The
径方向とは、上述の軸方向と直交する方向を示す。径方向の内方側とは、径方向において回転軸2に近い側を示し、径方向の外方側とは、径方向において回転軸2から遠い側を示す。周方向とは、回転軸2を中心とする円周方向を示す。
A radial direction shows the direction orthogonal to the above-mentioned axial direction. The radially inner side indicates the side close to the rotating
ステータコア11の各スロット13には、ステータコア11の周方向に沿ってW相、V相、U相の三相の電機子巻線14がそれぞれ配置されている。W相、V相、U相の各電機子巻線14は、それぞれのステータティース12に分布巻されている。
In each
ステータ10は、電機子巻線14に三相交流が供給されることで、周方向に回転する回転磁界を発生させる。ステータ10で発生した磁束は、ロータ20に鎖交するようになっている。これにより、ステータ10は、ロータ20を回転させることができる。
The
ロータ20は、環状のロータコア21と、複数の永久磁石対23と、磁極部24とを含んで構成されている。
The
ロータコア21は、回転軸2の軸線に沿った軸方向に、高透磁率の磁性材料である電磁鋼板を積層したものからなる。ロータコア21には、ロータ20の周方向に沿って複数のスリット対22が形成されている。
The
スリット対22は、一対のスリット22A,22Bからなる。一対のスリット22A,22Bは、径方向の内方側から径方向の外方側、すなわちステータ側に向かって広がるV字型になるよう設けられている。
The
一対のスリット22A,22Bには、永久磁石23A,23Bが嵌め込まれている。一対の永久磁石23A,23Bは、径方向の内方側から径方向の外方側、すなわちステータ側に向かって広がるV字型に配置され、永久磁石対23を構成する。
永久磁石23Aと永久磁石23Bとは、同一の極性面が互いに対向するように配置されている。これにより、永久磁石23Aと永久磁石23Bとの間には、対向する極性面と同一の極性を有する磁極部24が形成される。このように、磁極部24は、V字型に配置された永久磁石23A,23Bの極性によってN磁極又はS磁極として形成される。
The
一対の永久磁石23A,23Bは、周方向に隣り合う永久磁石対23同士で極性面の向きが逆向きとなるよう配置されている。これにより、磁極部24は、周方向に隣り合う磁極部24同士で極性が逆、すなわち逆極性となる。したがって、ロータ20においては、周方向にN磁極の磁極部24(図1中、「N」と記載)とS磁極の磁極部24(図1中、「S」と記載)とが交互に形成される。
The pair of
このように、ロータ20は、一対の永久磁石23A,23BをV字型に配置した永久磁石対23を複数有する逆突極構造である。
Thus, the
逆突極構造では、一対の永久磁石23A,23Bの間を通るd軸方向のインダクタンス(d軸インダクタンスLd)が、周方向に隣り合う永久磁石対23の間を通り、d軸と電気的・磁気的に直交するq軸方向のインダクタンス(q軸インダクタンスLq)よりも小さい特性を有する。したがって、逆突極構造では、永久磁石対23が発生するマグネットトルクに加えて、d軸インダクタンスLdとq軸インダクタンスLqとの差に応じたリラクタンストルクを発生することができる。これにより、回転電機1におけるトルク密度を向上させることができる。
In the reverse salient pole structure, the inductance in the d-axis direction (d-axis inductance Ld) passing between the pair of
また、ロータコア21には、一対の永久磁石23A,23Bに隣接するようにして、フラックスバリア25a,25bが形成されている。フラックスバリア25a,25bは、磁束の回り込みを制限するものである。
Further,
図1に示すように、ロータ20の外周面20aには、径方向の内方側に窪んだ溝部30が複数形成されている。溝部30は、N磁極の磁極部24が形成されたロータ20の外周面20aにのみ形成されている。溝部30は、S磁極の磁極部24にのみ形成されていてもよい。つまり、溝部30は、N磁極の磁極部24又はS磁極の磁極部24のいずれか一方にのみ形成されていればよい。
As shown in FIG. 1, a plurality of
図2に示すように、溝部30は、N磁極の磁極部24が形成されたロータ20の外周面20aにおいて、d軸を挟んでロータ20の周方向の両側に形成されている。一対の溝部30は、d軸に対して線対称の形状を有する。
As shown in FIG. 2, the
溝部30は、テーパ形状に形成されている。テーパ形状とは、ロータ20の周方向の溝幅がロータ20の外周面20aからロータ20の径方向の内方側に向かって狭くなる形状である。テーパ形状としては、例えば台形形状、三角形状、半円形状又は弾頭形状等、ロータ20の径方向の外方側から内方側に向かうにしたがい周方向の溝幅が小さくなる形状であれば種々の形状を採用することができる。
The
図3に示すように、溝部30は、ロータ20の周方向の両側に形成された一対の傾斜面31と、一対の傾斜面31を接続する底面32とを有する。
As shown in FIG. 3, the
一対の傾斜面31は、溝部30とステータ10のスロット13とが径方向に重なったとき、すなわち溝部30の溝幅の中心とスロット13の周方向の幅の中心とが一致したとき(図3に示す状態)のスロット13に対して所定の条件下で配置されている。
When the
具体的には、スロット13の周方向の両側の側面13aを通りロータ20の径方向の内方側に向かう線を仮想線Lsとしたとき、一対の傾斜面31は、それぞれ仮想線Lsと交差するよう配置されている。好ましくは、仮想線Lsが傾斜面31の周方向の中心と交差するように、一対の傾斜面31が配置されていることが望ましい。
Specifically, when a line passing through the side surfaces 13a on both sides in the circumferential direction of the
このように、本実施例においては、溝部30の溝幅がステータ10のスロット13の周方向の幅を考慮した寸法に設定されている。これにより、溝部30によるロータ20とステータ10との間のギャップを確保し、かつ溝部30を設けた場合であってもロータ20とステータ10との間で有効な磁路を確保することができる。
Thus, in the present embodiment, the groove width of the
ここで、溝部30の径方向の深さが大きすぎると、N磁極の磁極部24において磁気飽和が生じるおそれがある。また、溝部30の径方向の深さが小さすぎると、溝部30によってロータ20とステータ10との間に十分なギャップを確保することができなくなる。したがって、本実施例においては、溝部30の径方向の深さは、N磁極の磁極部24において磁気飽和が生じず、ロータ20とステータ10との間に十分なギャップを確保することができる深さに設定されている。
Here, if the depth of the
また、溝部30の角部、具体的にはロータ20の外周面20aと傾斜面31とを接続する角部30a、及び傾斜面31と底面32とを接続する角部30bは、所定の曲率半径Rの断面形状に形成されている。このため、溝部30の各角部30a、30bは、断面形状が滑らかな曲線形状となるので、ロータ20の回転時における空気抵抗を低減することができる。なお、溝部30の各角部30a、30bは、頂点を有する断面形状であってもよい。
The corners of the
次に、図4から図9を参照して、本実施例に係る回転電機1の作用効果について説明する。
Next, the effect of the rotary
無通電状態の永久磁石型の回転電機では、永久磁石から発生する磁束によりステータとロータとの間で磁気吸引力が発生する。磁気吸引力は、磁束の流れる経路における磁気抵抗により変化する。磁気抵抗が低いほど磁束の流れが多くなることから、磁気抵抗が低いほど磁気吸引力が大きくなる。 In a non-energized permanent magnet type rotating electrical machine, a magnetic attractive force is generated between the stator and the rotor by the magnetic flux generated from the permanent magnet. The magnetic attractive force changes due to the magnetic resistance in the path through which the magnetic flux flows. Since the flow of magnetic flux increases as the magnetic resistance decreases, the magnetic attractive force increases as the magnetic resistance decreases.
IPMSMでは、ステータコアにおいて、高透磁率のステータティースと磁気抵抗の高い空気からなるスロットとが周方向に交互に配置されている。ステータティースの磁気抵抗は、空気からなるスロットにおける磁気抵抗よりも遥かに大きい。このため、ロータの回転位置に対して永久磁石の磁束の流れる量に脈動が発生する。 In the IPMSM, stator teeth with high permeability and slots made of air with high magnetic resistance are alternately arranged in the circumferential direction in the stator core. The magnetoresistance of the stator teeth is much greater than the magnetoresistance in slots made of air. For this reason, pulsation occurs in the amount of magnetic flux flowing through the permanent magnet with respect to the rotational position of the rotor.
これにより、磁気吸引力にも脈動が発生する。このような磁気吸引力の脈動は、コギングトルクと称される。換言すれば、コギングトルクは、無通電状態においてロータの回転に伴う磁気吸引力の変化によって正負に生じるトルクといえる。 Thereby, pulsation also occurs in the magnetic attractive force. Such pulsation of the magnetic attractive force is referred to as cogging torque. In other words, the cogging torque can be said to be a torque generated positively or negatively due to a change in magnetic attraction force accompanying the rotation of the rotor in a non-energized state.
コギングトルクは、回転電機の駆動時の振動や騒音、及び制御上の外乱に関わるため、可能な限り小さいほうがよい。 The cogging torque is preferably as small as possible because it relates to vibration and noise when driving the rotating electrical machine and disturbances in control.
また、ハイブリッド自動車では、燃費向上を目的として、低回転領域においては効率の悪いエンジンに代わって効率のよい回転電機を駆動源として用いる。このため、回転電機をハイブリッド自動車の駆動源として用いる場合には、発進のための大きなトルクを発生させることに加えて、安定性の観点からトルクリプルを低減することが求められている。 Further, in a hybrid vehicle, an efficient rotating electrical machine is used as a drive source in place of an inefficient engine in a low speed range for the purpose of improving fuel consumption. For this reason, when using a rotary electric machine as a drive source of a hybrid vehicle, in addition to generating a large torque for starting, it is required to reduce torque ripple from the viewpoint of stability.
本実施例に係る回転電機1においては、N磁極の磁極部24が形成されたロータ20の外周面20aにのみに一対の溝部30が形成されていることにより、コギングトルク及びトルクリプルを低減することができる。
In the rotating
以下、本実施例に係る回転電機1においてコギングトルクを低減することができる原理について、溝部30が形成されていない回転電機(以下、「比較例に係る回転電機」という)と比較しながら説明する。比較例に係る回転電機は、溝部30が形成されていないだけで、他の構成は本実施例に係る回転電機1と同一であるものとする。
Hereinafter, the principle capable of reducing the cogging torque in the rotating
図2に示すように、本実施例に係る回転電機1は、電気角1周期分において12本のステータティース12を有している。したがって、回転電機1において、ステータティース間のスロット13の数も「12」となる。
As shown in FIG. 2, the rotating
このため、本実施例に係る回転電機1においては、電気角1周期に磁気吸引力の脈動が12回発生する。したがって、本実施例に係る回転電機1及び比較例に係る回転電機におけるコギングトルクは、12次の高調波(以下、「12次高調波」という)成分が主となる。
For this reason, in the rotating
比較例に係る回転電機では、溝部30が形成されていないのでN磁極及びS磁極のいずれの磁極部においても磁気吸引力の脈動は一致している。すなわち、比較例に係る回転電機では、N磁極における12次高調波の位相とS磁極における12次高調波の位相とが一致している。
In the rotating electrical machine according to the comparative example, since the
ここで、N磁極における12次高調波の位相とS磁極における12次高調波の位相とを逆転させることができれば、N磁極における12次高調波とS磁極における12次高調波とを相殺させることができる。これにより、N磁極とS磁極のコギングトルクが相殺され、回転電機で発生するコギングトルクが全体として低減される。 Here, if the phase of the 12th harmonic in the N magnetic pole and the phase of the 12th harmonic in the S magnetic pole can be reversed, the 12th harmonic in the N magnetic pole and the 12th harmonic in the S magnetic pole are canceled. Can do. As a result, the cogging torque between the N magnetic pole and the S magnetic pole is offset, and the cogging torque generated in the rotating electrical machine is reduced as a whole.
そこで、本実施例に係る回転電機1は、N磁極の磁極部24が形成されたロータ20の外周面20aにのみに一対の溝部30を形成することにより、N磁極における12次高調波の位相とS磁極における12次高調波の位相とを逆転させることができる。これにより、本実施例に係る回転電機1は、N磁極における12次高調波とS磁極における12次高調波とを相殺させることができる。
Therefore, the rotating
図4は、本実施例に係る回転電機1において、N磁極における12次高調波の位相とS磁極における12次高調波の位相とが逆転することにより、N磁極におけるコギングトルクとS磁極におけるコギングトルクとが相殺されている様子を示している。図4では、12次高調波の1周期に相当する電気角0[deg]から電気角30[deg]の間における磁束ベクトル分布を示している。本実施例では、電気角0[deg]、8[deg]、22[deg]、30[deg]のときの磁束ベクトル分布を示している。
FIG. 4 shows that in the rotating
図4に示すように、磁束は、永久磁石23A,23Bとステータティース12との間を最短経路で流れようとする特性がある。この磁束が流れる経路が変化することで、ロータ20とステータ10との間に磁気吸引力が発生する。
As shown in FIG. 4, the magnetic flux has a characteristic that it tends to flow between the
図4において、磁気吸引力は、+及び−の矢印で示される。図4においては、反時計回り方向を+方向とし、時計回り方向を−方向として定義する。したがって、+の矢印で示す磁気吸引力(以下、「磁気吸引力(+)」という)は、ロータ20を反時計回り方向に回転させようとする力である。これに対して、−の矢印で示す磁気吸引力(以下、「磁気吸引力(−)」という)は、ロータ20を時計回り方向に回転させようとする力である。
In FIG. 4, the magnetic attractive force is indicated by + and − arrows. In FIG. 4, the counterclockwise direction is defined as the + direction, and the clockwise direction is defined as the − direction. Therefore, the magnetic attraction force (hereinafter referred to as “magnetic attraction force (+)”) indicated by the + arrow is a force for rotating the
電気角0[deg]と電気角30[deg]においては、ロータ20のd軸がステータティース12の周方向の中心に位置する。このため、N磁極及びS磁極のいずれにおいても、永久磁石23Aの磁束と永久磁石23Bの磁束とがステータ10に対して対称的に流れる。これにより、N磁極及びS磁極のいずれにおいても、磁気吸引力(+)と磁気吸引力(−)とが釣り合う。この結果、図5(a)及び図5(b)に示すように、電気角0[deg]と電気角30[deg]においては、N磁極及びS磁極のいずれにおいてもコギングトルクは略0[Nm]となる。
In the electrical angle 0 [deg] and the electrical angle 30 [deg], the d-axis of the
電気角15[deg]においては、ロータ20のd軸がスロット13の周方向の中心に位置する。このため、N磁極及びS磁極のいずれにおいても、永久磁石23Aの磁束と永久磁石23Bの磁束とがステータ10に対して対称的に流れる。これにより、N磁極及びS磁極のいずれにおいても、磁気吸引力(+)と磁気吸引力(−)とが釣り合う。この結果、図5(a)及び図5(b)に示すように、電気角15[deg]においては、N磁極及びS磁極のいずれにおいてもコギングトルクは略0[Nm]となる。
At an electrical angle of 15 [deg], the d-axis of the
電気角8[deg]においては、N磁極に形成された一対の溝部30が磁気抵抗となることによって磁気吸引力(−)が発生する。具体的には、溝部30があることによって磁気吸引力(+)に作用する磁束の一部が、溝部30を迂回することで磁気吸引力(−)として作用する。これにより、N磁極においては、磁気吸引力(−)を発生させる磁束が大半を占めることとなり、結果として磁気吸引力(−)が発生することとなる。
At an electrical angle of 8 [deg], a magnetic attractive force (−) is generated by the pair of
電気角8[deg]におけるS磁極では、一対の溝部30がないため、磁気吸引力(+)を発生させる磁束が大半を占めることとなり、結果として磁気吸引力(+)が発生することとなる。
In the S magnetic pole at an electrical angle of 8 [deg], since there is no pair of
したがって、電気角8[deg]においては、N磁極で発生する磁気吸引力(−)とS磁極で発生する磁気吸引力(+)とが互いに逆向きの力となり相殺される。この結果、図5(a)及び図5(b)に示すように、電気角8[deg]においては、N磁極のコギングトルクの位相とS磁極のコギングトルクの位相とが逆転する。 Therefore, at the electrical angle of 8 [deg], the magnetic attractive force (−) generated at the N magnetic pole and the magnetic attractive force (+) generated at the S magnetic pole are opposite to each other and cancel each other. As a result, as shown in FIGS. 5A and 5B, at the electrical angle of 8 [deg], the phase of the cogging torque of the N magnetic pole and the phase of the cogging torque of the S magnetic pole are reversed.
電気角22[deg]においては、電気角8[deg]の場合と磁気吸引力の作用する方向が逆となる。したがって、電気角22[deg]においても、N磁極で発生する磁気吸引力(+)とS磁極で発生する磁気吸引力(−)とが互いに逆向きの力となり相殺される。この結果、図5(a)及び図5(b)に示すように、電気角22[deg]においても、N磁極のコギングトルクの位相とS磁極のコギングトルクの位相とが逆転する。 In the electrical angle 22 [deg], the direction in which the magnetic attractive force acts is opposite to that in the electrical angle 8 [deg]. Accordingly, even at the electrical angle 22 [deg], the magnetic attractive force (+) generated at the N magnetic pole and the magnetic attractive force (−) generated at the S magnetic pole are opposite to each other and cancel each other. As a result, as shown in FIGS. 5A and 5B, the phase of the cogging torque of the N magnetic pole and the phase of the cogging torque of the S magnetic pole are also reversed at the electrical angle 22 [deg].
このように、N磁極のコギングトルクとS磁極のコギングトルクとが相殺され、図5(c)に示すように、回転電機1で発生するコギングトルクが全体として低減される。図5(c)に示すコギングトルクは、図5(a)に示したN磁極におけるコギングトルクと図5(b)に示したS磁極におけるコギングトルクとを合計したものである。
In this way, the cogging torque of the N magnetic pole and the cogging torque of the S magnetic pole cancel each other, and as shown in FIG. 5C, the cogging torque generated in the rotating
本実施例に係る回転電機1においては、N磁極に一対の溝部30が形成されているため、図5(a)及び図5(b)に示すように、S磁極のコギングトルクの位相に対してN磁極のコギングトルクの位相が逆転する(本実施例では位相が電気角15[deg]ずれる)。これにより、N磁極のコギングトルクがS磁極のコギングトルクを打ち消すように作用することで、N磁極のコギングトルクとS磁極のコギングトルクとが相殺される。この結果、図5(c)に示すように、回転電機1で発生するコギングトルクが低減される。
In the rotating
図6に示すように、本実施例に係る回転電機1で発生するコギングトルクは、比較例に係る回転電機と比較しても十分に低減されている。また、本実施例に係る回転電機1で発生するコギングトルクの次数成分について、図7に示す。
As shown in FIG. 6, the cogging torque generated in the rotating
図7に示すように、本実施例に係る回転電機1で発生する12次成分のコギングトルクは、比較例に係る回転電機で発生する12次成分のコギングトルクと比較して大幅に減少している。また、24次成分のコギングトルクについても、比較例に係る回転電機に比べて減少している。
As shown in FIG. 7, the cogging torque of the twelfth component generated in the rotating
さらに、本実施例に係る回転電機1では、N磁極に一対の溝部30を形成することにより、図8に示すように、通電状態で発生するトルクリプルについても比較例に係る回転電機で発生するトルクリプルと比べて低減される。また、本実施例に係る回転電機1で発生するトルクリプルの次数成分について、図9に示す。
Further, in the rotating
図9に示すように、本実施例に係る回転電機1において通電状態で発生する12次成分のトルクは、比較例に係る通電状態の回転電機で発生する12次成分のトルクと比較して大幅に減少している。
As shown in FIG. 9, the torque of the twelfth component generated in the energized state in the rotating
以上のように、本実施例に係る回転電機1は、N磁極の磁極部24が形成されたロータ20の外周面20aにのみ一対の溝部30が形成されている。また、一対の溝部30は、N磁極の磁極部24におけるd軸を挟んで周方向の両側に形成されている。
As described above, in the rotating
このため、本実施例に係る回転電機1は、N磁極における12次高調波の位相とS磁極における12次高調波の位相とが逆転することができ、N磁極におけるコギングトルクとS磁極におけるコギングトルクとを相殺することができる。この結果、本実施例に係る回転電機1は、コギングトルク及びトルクリプルを抑制することができる。
For this reason, the rotating
また、本実施例に係る回転電機1は、励磁軸となるq軸上においてロータ20とステータ10との間の空隙を広くしてq軸磁路の磁気抵抗を増加させることもないので、突極比が低下することを防止できる。したがって、回転電機1の出力トルク及び効率が低下することを防止できる。
Further, the rotating
また、本実施例に係る回転電機1は、一対の溝部30がd軸を挟んで線対称の形状を有するので、S磁極で発生する12次高調波の位相に対してN磁極で発生する12次高調波の位相が逆転するような、磁束の流れを実現することができる。
Further, in the rotating
また、本実施例に係る回転電機1は、一対の溝部30がテーパ形状に形成されているので、空気抵抗による損失すなわち風損を低減することができる。
Further, in the rotating
また、本実施例に係る回転電機1におけるコギングトルク及びトルクリプルを低減する構造は、軸方向に並ぶ複数の永久磁石を周方向にずらして配置する、いわゆる永久磁石のスキュー構造とは異なる。このため、本実施例に係る回転電機1は、永久磁石のスキュー構造と比べて、着磁率が下がったり、永久磁石の漏れ磁束が増えたりすることを防止できる。また、本実施例に係る回転電機1は、永久磁石のスキュー構造と比べてロータ20の組立が容易である。
The structure for reducing the cogging torque and the torque ripple in the rotating
なお、本実施例に係る回転電機1においては、ロータ20を軸方向に分割し、分割したロータを回転方向にずらして配置したスキューロータとしてもよい。この場合、コギングトルク及びトルクリプルをさらに抑制することができる。
In the rotating
また、回転電機1は、車載用に限定されるものではなく、例えば風力発電や工作機械などの駆動源としても好適に用いることができる。
Moreover, the rotary
本発明の実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。 While embodiments of the invention have been disclosed, it will be apparent to those skilled in the art that changes may be made without departing from the scope of the invention. All such modifications and equivalents are intended to be included in the following claims.
1 回転電機
10 ステータ
11 ステータコア
12 ステータティース
13 スロット
13a 側面
14 電機子巻線
20 ロータ
20a 外周面
21 ロータコア
22 スリット対
22A,22B スリット
23 永久磁石対
23A,23B 永久磁石
24 磁極部
30 溝部
30a,30b 角部
31 傾斜面
32 底面
Ls 仮想線
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ロータは、前記ステータ側に向かって広がるV字型に配置された前記永久磁石によって形成された磁極部を有し、
前記永久磁石は、前記ロータの周方向に隣り合う前記磁極部の極性が逆極性となるよう配置され、
N磁極又はS磁極のいずれか一方の前記磁極部が形成された前記ロータの外周面には、d軸を挟んで前記周方向の両側に溝部が形成されていることを特徴とする回転電機。 A rotating electrical machine comprising a stator in which a plurality of slots in which armature windings are arranged and a rotor in which a plurality of permanent magnets are embedded in a rotor core,
The rotor has a magnetic pole portion formed by the permanent magnets arranged in a V shape spreading toward the stator side,
The permanent magnet is arranged so that the polarity of the magnetic pole portion adjacent in the circumferential direction of the rotor is opposite,
A rotating electrical machine characterized in that grooves are formed on both sides in the circumferential direction across the d-axis on the outer peripheral surface of the rotor where the magnetic pole portion of either the N magnetic pole or the S magnetic pole is formed.
前記傾斜面は、前記スロットの周方向の両側の側面を通り前記ロータの径方向の内方側に向かう仮想線と交差するよう配置されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の回転電機。
The groove has inclined surfaces formed on both sides in the circumferential direction,
The said inclined surface is arrange | positioned so that it may cross | intersect the virtual line which goes to the inner side of the radial direction of the said rotor through the side surface of the circumferential direction both sides of the said slot. The rotating electrical machine according to any one of claims.
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