JP2020182358A - Rotor of rotating electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明の実施形態は、回転子に永久磁石が設けられた回転電機の回転子に関する。 An embodiment of the present invention relates to a rotor of a rotating electric machine in which a permanent magnet is provided in the rotor.
近年、永久磁石を用いた永久磁石型の回転電機が電車や自動車の電動機あるいは発電機として適用されつつある。永久磁石型の回転電機は、電機子巻線が巻装された固定子と、回転子鉄心と回転子鉄心に埋め込まれた複数の永久磁石とを有し、固定子に対し回転自在に設けられた回転子と、を備えている。
この種の回転電機では、逆起電圧低減や損失低減を図るため、回転子鉄心の1磁極に、2層の永久磁石、すなわち、外周側の一対の永久磁石および内周側の1対の永久磁石を設けた構成が提案されている。
しかしながら、1磁極に2層の永久磁石を設けた場合、回転子鉄心の表面磁束密度を高めることができる反面、回転子鉄心の外周面におけるトルクリプルが大きくなる可能性がある。
In recent years, permanent magnet type rotary electric machines using permanent magnets are being applied as electric motors or generators for trains and automobiles. The permanent magnet type rotary electric machine has a stator wound with armature windings, a rotor core, and a plurality of permanent magnets embedded in the rotor core, and is rotatably provided with respect to the stator. It is equipped with a rotor.
In this type of rotary electric machine, in order to reduce the counter electromotive force and loss, two layers of permanent magnets, that is, a pair of permanent magnets on the outer peripheral side and a pair of permanent magnets on the inner peripheral side, are attached to one magnetic pole of the rotor core. A configuration provided with a magnet has been proposed.
However, when two layers of permanent magnets are provided on one magnetic pole, the surface magnetic flux density of the rotor core can be increased, but the torque ripple on the outer peripheral surface of the rotor core may increase.
この発明の実施形態の課題は、トルクリプルを低減することが可能な永久磁石型の回転電機の回転子を提供することにある。 An object of the embodiment of the present invention is to provide a rotor of a permanent magnet type rotary electric machine capable of reducing torque ripple.
実施形態によれば、回転電機は、中心軸線の回りで回転するシャフトと、前記シャフトに固定され、周方向に並んだ複数の磁極を有する回転子鉄心と、前記回転子鉄心の磁極毎に形成された一対の第1磁石埋め込み孔および一対の第2磁石埋め込み孔と、前記一対の第1磁石埋め込み孔に装填および配置された一対の第1永久磁石と、前記一対の第2磁石埋め込み孔に装填および配置された一対の第2永久磁石と、1磁極において、前記回転子鉄心の外周面にそれぞれ形成され前記中心軸線と平行に延在する一対の第1溝、一対の第2溝、および一対の第3溝と、を備えている。前記中心軸線と直交する前記回転子鉄心の横断面において、前記隣合う磁極間の境界および前記中心軸線を通り放射方向に延びる軸をq軸、前記q軸に対して電気的に90度離間した軸をd軸とした場合、前記第1磁石埋め込み孔は、前記第1永久磁石が装填された第1磁石装填領域と、前記第1磁石装填領域から前記d軸側に張出した第1内周側空隙と、前記第1磁石装填領域から前記外周面の近傍まで張出した第1外周側空隙と、を有し、前記回転子鉄心は、前記2つの第1内周側空隙の間に形成された第1ブリッジ部と、前記各第1外周側空隙と外周面との間に形成された第2ブリッジ部と、を有している。前記第2磁石埋め込み孔は、前記第1磁石装填領域よりも内周側に位置し前記第2永久磁石が装填された第2磁石装填領域と、前記第2磁石装填領域から前記d軸側に張出し、かつ、前記第1内周側空隙に対して前記中心軸線側に位置する第2内周側空隙と、前記第2磁石装填領域から前記外周面の近傍まで張出し前記第1外周側空隙と前記q軸との間に位置する第2外周側空隙と、を有し、前記回転子鉄心は、前記2つの第2内周側空隙の間に形成された第3ブリッジ部と、前記各第2外周側空隙と外周面との間に形成された第4ブリッジ部と、を有している。前記一対の第1溝、一対の第2溝、一対の第3溝は、それぞれ前記d軸に対し線対称に設けられ、前記第1溝は、前記d軸に隣接して位置し、前記第2溝は、前記第1溝と前記第2ブリッジ部との間に設けられ、前記第3溝は、前記第2ブリッジ部と第3ブリッジ部との間に設けられ、前記第1溝の幅方向の中心と前記d軸との間の電気角が3〜6度、前記第2溝の幅方向中心と前記第2ブリッジ部のd軸側端との間の電気角が6〜11度、前記第3溝の幅方向中心と前記第4ブリッジ部のd軸側端との間の電気角θ3が9.5〜12.5度である。 According to the embodiment, the rotary electric machine is formed for each of a shaft that rotates around the central axis, a rotor core that is fixed to the shaft and has a plurality of magnetic poles arranged in the circumferential direction, and a magnetic pole of the rotor core. In the pair of first magnet embedding holes and the pair of second magnet embedding holes, the pair of first permanent magnets loaded and arranged in the pair of first magnet embedding holes, and the pair of second magnet embedding holes. A pair of second permanent magnets loaded and arranged, a pair of first grooves, a pair of second grooves, and a pair of second grooves formed on the outer peripheral surface of the rotor core and extending parallel to the central axis at one magnetic pole, respectively. It includes a pair of third grooves. In the cross section of the rotor core orthogonal to the central axis, the boundary between the adjacent magnetic poles and the axis extending in the radial direction through the central axis are electrically separated from the q-axis by 90 degrees. When the axis is the d-axis, the first magnet embedding hole has a first magnet loading region in which the first permanent magnet is loaded and a first inner circumference extending from the first magnet loading region toward the d-axis side. It has a side gap and a first outer peripheral side gap extending from the first magnet loading region to the vicinity of the outer peripheral surface, and the rotor core is formed between the two first inner peripheral side gaps. It has a first bridge portion and a second bridge portion formed between each of the first outer peripheral side gaps and the outer peripheral surface. The second magnet embedding hole is located on the inner peripheral side of the first magnet loading region and is located on the second magnet loading region on which the second permanent magnet is loaded and from the second magnet loading region to the d-axis side. The second inner peripheral side gap located on the central axis side with respect to the first inner peripheral side gap, and the first outer peripheral side gap overhanging from the second magnet loading region to the vicinity of the outer peripheral surface. The rotor core has a second outer peripheral side gap located between the q-axis and the third bridge portion formed between the two second inner peripheral side gaps, and each of the first. 2. It has a fourth bridge portion formed between the outer peripheral side gap and the outer peripheral surface. The pair of first grooves, the pair of second grooves, and the pair of third grooves are each provided line-symmetrically with respect to the d-axis, and the first groove is located adjacent to the d-axis, and the first groove is located. The two grooves are provided between the first groove and the second bridge portion, the third groove is provided between the second bridge portion and the third bridge portion, and the width of the first groove is wide. The electric angle between the center of the direction and the d-axis is 3 to 6 degrees, and the electric angle between the center in the width direction of the second groove and the d-axis side end of the second bridge portion is 6 to 11 degrees. The electrical angle θ3 between the center in the width direction of the third groove and the d-axis side end of the fourth bridge portion is 9.5 to 12.5 degrees.
以下に、図面を参照しながら、実施形態について説明する。なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. It should be noted that the same reference numerals are given to common configurations throughout the embodiment, and duplicate description will be omitted. In addition, each figure is a schematic view for facilitating the understanding of the embodiment, and the shape, dimensions, ratio, etc. of the embodiment are different from those of the actual device, but these are based on the following explanation and known techniques. The design can be changed as appropriate.
図1は、実施形態に係る永久磁石型の回転電機の一部を示す断面図、図2は、回転子の1磁極部分を拡大して示す断面図である。
図1に示すように、回転電機10は、例えば、インナーロータ型の回転電機として構成され、図示しない固定枠に支持された環状あるいは円筒状の固定子12と、固定子の内側に中心軸線Cの回りで回転自在に、かつ固定子12と同軸的に支持された回転子14と、を備えている。回転電機10は、例えば、ハイブリッド自動車(HEV)や電気自動車(EV)において、駆動モータあるいは発電機に好適に適用される。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a part of a permanent magnet type rotary electric machine according to an embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing an enlarged portion of one magnetic pole of a rotor.
As shown in FIG. 1, the rotary
固定子12は、円筒状の固定子鉄心16と固定子鉄心16に巻き付けられた電機子巻線18とを備えている。固定子鉄心16は、磁性材、例えば、ケイ素鋼などの円環状の電磁鋼板を多数枚、同芯状に積層して構成されている。固定子鉄心16の内周部には、複数のスロット20が形成されている。複数のスロット20は、円周方向に等間隔を置いて並んでいる。各スロット20は、固定子鉄心16の内周面に開口し、この内周面から放射方向に延出している。また、各スロット20は、固定子鉄心16の軸方向の全長に亘って延在している。複数のスロット20を形成することにより、固定子鉄心16の内周部は、回転子14に面する複数(例えば、本実施形態では48個)の固定子ティース21を構成している。複数のスロット20に電機子巻線18が埋め込まれ、各固定子ティース21に巻き付けられている。電機子巻線18に電流を流すことにより、固定子12(固定子ティース21)に所定の鎖交磁束が形成される。
The
図1および図3に示すように、回転子14は、両端が図示しない軸受により回転自在に支持された円柱形状のシャフト(回転軸)22と、シャフト22の軸方向ほぼ中央部に固定された円筒形状の回転子鉄心24と、回転子鉄心24内に埋め込まれた複数の永久磁石26と、を有している。回転子14は、固定子12の内側に僅かな隙間(エアギャップ)Gを置いて同軸的に配置されている。すなわち、回転子14の外周面は、僅かな隙間をおいて、固定子12の内周面に対向している。一例では、隙間Gのギャップ長δは、0.6mmとしている。回転子鉄心24は中心軸線Cと同軸的に形成された内孔25を有している。シャフト22は内孔25に挿通および嵌合され、回転子鉄心24と同軸的に延在している。回転子鉄心24は、磁性材、例えば、ケイ素鋼などの円環状の電磁鋼板24aを多数枚、同芯状に積層した積層体として構成されている。シャフト22および回転子鉄心24は、中心軸線Cの回りで回転自在に支持されている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
本実施形態において、回転子14は、複数磁極、例えば、8磁極を有している。中心軸線Cと直交する回転子14の横断面において、周方向に隣合う磁極間の境界および中心軸線Cを通って径方向あるいは放射方向に延びる軸をq軸、およびq軸に対して電気的、磁気的に90°離間した軸をd軸(磁極中心軸)と称する。ここでは、固定子12によって形成される鎖交磁束の流れ易い方向をq軸と称する。d軸およびq軸は、回転子鉄心24の円周方向に交互に、かつ、所定の位相で設けられている。回転子鉄心24の1磁極分とは、隣合う2本のq軸間の領域(1/8周の周角度領域)をいう。1磁極のうちの周方向中央がd軸となる。
In this embodiment, the
回転子鉄心24には、1磁極ごとに、一対の第1永久磁石M1および一対の第2永久磁石M2が埋設されている。回転子鉄心24の円周方向において、各d軸の両側に、2つの第1永久磁石M1を収容する一対の第1磁石埋め込み孔(第1空隙層又は第1フラックスバリア)(以下、第1埋め込み孔と称する)34Aが形成されている。2つの第2永久磁石M2を収容する一対の第2磁石埋め込み孔(第2空隙層又は第2フラックスバリア)(以下、第2埋め込み孔と称する)34Bがd軸の両側に形成されている。第2埋め込み孔34Bは、第1埋め込み孔34Aに対して、回転子鉄心24の内周側に間隔を介して設けられている。
A pair of first permanent magnets M1 and a pair of second permanent magnets M2 are embedded in the
各磁極において、第1埋め込み孔34Aは、d軸とq軸との間に設けられd軸の近傍から回転子鉄心24の外周面の近傍まで延在している。第2埋め込み孔34Bは、d軸とq軸との間で第1埋め込み孔34Aに対して回転子鉄心24の内周側に間隔を置いて設けられ、d軸の近傍から外周面の近傍まで延在している。本実施形態では、2つの第1埋め込み孔34Aは、d軸に対して線対称に形成され、2つの第2埋め込み孔34Bは、d軸に対して線対称に形成されている。
2つの第1永久磁石M1は、それぞれ第1埋め込み孔34A内に挿入および配置され、例えば、接着剤等により回転子鉄心24に固定されている。2つの第2永久磁石M2は、それぞれ第2埋め込み孔34B内に挿入および配置され、例えば、接着剤等により回転子鉄心24に固定されている。
At each magnetic pole, the first embedded
The two first permanent magnets M1 are inserted and arranged in the first embedding
図2に示すように、第1埋め込み孔34Aおよび第2埋め込み孔34Bは、回転子鉄心24を軸方向に貫通して延びている。第1埋め込み孔34Aは、ほぼ矩形の断面形状を有し、それぞれd軸に対して傾斜している。中心軸線Cと直交する回転子鉄心24の横断面でみた場合、2つの第1埋め込み孔34Aは、例えば、ほぼV字状に並んで配置されている。すなわち、2つの第1埋め込み孔34Aの内周側の端(内周側端)はそれぞれd軸に隣接し、僅かな隙間をおいて互いに対向している。回転子鉄心24において、2つの第1埋め込み孔34Aの内周側端の間に、幅の狭い磁路狭隘部(第1ブリッジ部)B1が形成されている。2つの第1埋め込み孔34Aの外周側の端(外周側端)は、回転子鉄心24の円周方向に沿ってd軸から離間し、回転子鉄心24の外周面の近傍に位置している。回転子鉄心24において、各第1埋め込み孔34Aの外周側端と回転子鉄心24の外周縁との間に幅の狭い磁路狭隘部(第2ブリッジ部)B2が形成されている。このように、2つの第1埋め込み孔34Aは、外周側端が内周側端よりも回転子鉄心24の外周面側に位置し、内周側端から外周側端に向かうに従って、d軸からの距離が徐々に広がるように配置されている。
As shown in FIG. 2, the first embedding
第1永久磁石M1は、例えば、矩形状の横断面を有する平板状に形成され、回転子鉄心24の軸方向長さとほぼ等しい長さを有している。第1永久磁石M1は、第1磁石埋め込み孔34Aに挿入され、回転子鉄心24のほぼ全長に亘って埋め込まれている。各第1永久磁石M1の横断面は、互いに平行に対向する1対の長辺、および互いに対向する一対の短辺を有している。第1永久磁石M1は、長辺に垂直な方向に磁化されている。
The first permanent magnet M1 is formed in a flat plate shape having a rectangular cross section, for example, and has a length substantially equal to the axial length of the
各第1埋め込み孔34Aは、第1永久磁石M1の断面形状に対応した矩形状の磁石装填領域35aと、磁石装填領域35aの長手方向(永久磁石M1の磁化方向に垂直な方向)の両端から張出した2つの空隙(内周側空隙35bおよび外周側空隙35c)と、更に、磁石装填領域35aの長手方向両端において第1埋め込み孔34A内に突出した一対の係止凸部35dと、を有している。一対の係止凸部35dは、磁石装填領域35aの対角位置に設けられている。
内周側空隙35bは、磁石装填領域35aからd軸に向かって張出している。2つの第1埋め込み孔34Aの内周側空隙35bは、d軸および第1ブリッジ部B1を挟んで互いに対向して配置されている。外周側空隙35cは、磁石装填領域35aから回転子鉄心24の外周面に向かって張出している。外周側空隙35cと回転子鉄心24の外周縁との間に第2ブリッジ部B2が形成されている。
内周側空隙35bおよび外周側空隙35cは、第1永久磁石M1の長手方向両端部から回転子鉄心24への磁束漏れを抑制するフラックスバリアとして機能するとともに、回転子鉄心24の軽量化にも寄与する。
Each of the first embedded
The inner peripheral side gap 35b projects from the
The inner peripheral side gap 35b and the outer
第1永久磁石M1は、磁石装填領域35aに装填され、接着剤等により回転子鉄心24に固定されている。第1永久磁石M1は、一対の角部が係止凸部35dにそれぞれ当接している。これにより、第1永久磁石M1は、磁石装填領域35a内に位置決めされている。d軸の両側に位置する2つの第1永久磁石M1は、ほぼV字状に並んで配置されている。すなわち、2つの第1永久磁石M1は、内周側端から外周側端に向かうに従って、d軸からの距離が徐々に広がるように配置されている。各d軸の両側に位置する2つの第1永久磁石M1は、磁化方向が同一となるように配置されている。また、各q軸の両側に位置する2つの第1永久磁石M1は、磁化方向が逆向きとなるように配置されている。
The first permanent magnet M1 is loaded in the
一方、一対の第2埋め込み孔(第2フラックスバリア)34Bは、第1埋め込み孔34Aに対して、回転子鉄心24の内周側に設けられている。第2埋め込み孔34Bは、ほぼ矩形の断面形状を有し、それぞれd軸に対して傾斜している。回転子鉄心24の中心軸線Cと直交する横断面でみた場合、2つの第2埋め込み孔34Bは、ほぼV字状に並んで配置されている。すなわち、2つの第2埋め込み孔34Bの内周側端(d軸側の端)はそれぞれd軸に隣接し、僅かな隙間を介して互いに対向している。第2埋め込み孔34Bの内周側端は、第1埋め込み孔34Aの内周側端と中心軸線Cとの間に位置している。回転子鉄心24において、2つの第2埋め込み孔34Bの内周側端の間に、幅の狭い磁路狭隘部(第3ブリッジ部)B3が形成されている。第2埋め込み孔34Bの外周側端(外周面側の端)は、回転子鉄心24の円周方向に沿ってd軸から離間し、回転子鉄心24の外周面の近傍およびq軸の近傍に位置している。第2埋め込み孔34Bの外周側端は、第1埋め込み孔34Aの外周側端とq軸との間に位置している。回転子鉄心24において、各第2埋め込み孔34Bの外周側端と回転子鉄心24の外周縁との間に幅の狭い磁路狭隘部(第4ブリッジ部)B4が形成されている。このように、2つの第2埋め込み孔34Bは、外周側端が内周側端よりも回転子鉄心24の外周面側に位置し、内周側端から外周側端に向かうに従って、d軸からの距離が徐々に広がるように配置されている。
On the other hand, the pair of second embedded holes (second flux barrier) 34B are provided on the inner peripheral side of the
第2永久磁石M2は、例えば、矩形状の横断面を有する平板状に形成され、回転子鉄心24の軸方向長さとほぼ等しい長さを有している。第2永久磁石M2は、第2磁石埋め込み孔34Bに挿入され、回転子鉄心24のほぼ全長に亘って埋め込まれている。各第2永久磁石M2の横断面は、互いに平行に対向する1対の長辺、および互いに対向する一対の短辺を有している。第2永久磁石M2は、長辺に垂直な方向に磁化されている。本実施形態において、第2永久磁石M2は、第1永久磁石M1よりも大きな幅(断面の長手方向寸法)を有している。
The second permanent magnet M2 is formed in a flat plate shape having a rectangular cross section, for example, and has a length substantially equal to the axial length of the
各第2埋め込み孔34Bは、第2永久磁石M2の断面形状に対応した矩形状の磁石装填領域37aと、磁石装填領域37aの長手方向(永久磁石M1の磁化方向に垂直な方向)の両端から張出した内周側空隙37bおよび外周側空隙37cと、更に、磁石装填領域37aの長手方向両端において第2埋め込み孔34B内に突出した一対の係止凸部37dと、を有している。一対の係止凸部37dは、磁石装填領域37aの一方の長辺の両端に設けられている。
内周側空隙37bは、磁石装填領域37aからd軸に向かって張出している。2つの第2埋め込み孔34Bの内周側空隙37bは、d軸および第3ブリッジ部B3を挟んで互いに対向して配置されている。外周側空隙37cは、磁石装填領域37aから回転子鉄心24の外周面に向かって張出している。外周側空隙37cと回転子鉄心24の外周縁との間に第4ブリッジ部B4が形成されている。
内周側空隙37bおよび外周側空隙37cは、第2永久磁石M2の長手方向両端部から回転子鉄心24への磁束漏れを抑制するフラックスバリアとして機能するとともに、回転子鉄心24の軽量化にも寄与する。
Each of the second embedded
The inner
The inner
第2永久磁石M2は、磁石装填領域37aに装填され、接着剤等により回転子鉄心24に固定されている。第2永久磁石M2は、一対の角部が係止凸部37dにそれぞれ当接している。これにより、第2永久磁石M2は、磁石装填領域37a内に位置決めされている。d軸の両側に位置する2つの第2永久磁石M2は、ほぼV字状に並んで配置されている。すなわち、2つの第2永久磁石M2は、内周側端から外周側端に向かうに従って、d軸からの距離が徐々に広がるように配置されている。各d軸の両側に位置する2つの第2永久磁石M2は、磁化方向が同一となるように配置されている。また、各q軸の両側に位置する2つの第2永久磁石M2は、磁化方向が逆向きとなるように配置されている。
The second permanent magnet M2 is loaded in the
第1永久磁石M1および第2永久磁石M2を上記のように配置することにより、回転電機10は、隣接する1磁極毎に第1、第2永久磁石M1、M2のN極とS極の表裏を交互に配置した、8極(4極対)、48スロットで、単層分布巻で巻線した永久磁石型の回転電機10が構成される。
By arranging the first permanent magnet M1 and the second permanent magnet M2 as described above, the rotary
回転子鉄心24に複数の空隙孔(空洞部)40が形成されている。空隙孔40は、それぞれ回転子鉄心24を軸方向に貫通して延びている。空隙孔40は、それぞれq軸上で、回転子鉄心24の径方向ほぼ中央に位置し、隣合う磁極の2つ第2埋め込み孔34Bの間に設けられている。空隙孔40は、多角形、例えば、三角形の断面形状を有している。各空隙孔40は、磁束を通り難くするフラックスバリアとして機能し、固定子12の鎖交磁束の流れや永久磁石M1、M2の磁束の流れを規制する。また、空隙孔40を形成することにより、回転子鉄心24の軽量化を図ることができる。
A plurality of void holes (cavities) 40 are formed in the
図2に示すように、回転子鉄心24は、外周面に設けられた複数の溝を更に備えている。1磁極あたり、6つの溝が外周面に設けられている。すなわち、回転子鉄心24は、1磁極において、外周面に設けられた一対の第1溝G1、一対の第2溝G2、および一対の第3溝G3を備えている。各溝G1〜G3は、回転子鉄心24の軸方向の全長に亘って、中心軸線Cと平行に延在している。一対の第1溝G1、一対の第2溝G2、および一対の第3溝G3は、d軸に対して、それぞれ線対称に形成および配置されている。
As shown in FIG. 2, the
第1溝G1は、d軸に最も隣接して設けられている。第1溝G1は、外周面から中心軸線C側に突出している。実施形態において、第1溝G1は、円弧状の底面を有する溝に形成されている。第1溝G1は周方向の幅W1を有し、第1溝G1の底面は、幅方向の中央に頂点を有する円弧面であり、頂点の位置が最深部となる溝としている。第1溝G1の幅W1は電気角で2.9〜4.3度、程度、深さd1は、0.5×δ(ギャップ長)〜0.9×δmm程度としている。第1溝G1は、第1溝G1の頂点とd軸との間の角度(電気角)θ1が3〜6度となる位置に設けられている。 The first groove G1 is provided closest to the d-axis. The first groove G1 projects from the outer peripheral surface toward the central axis C side. In the embodiment, the first groove G1 is formed in a groove having an arcuate bottom surface. The first groove G1 has a width W1 in the circumferential direction, and the bottom surface of the first groove G1 is an arc surface having an apex in the center in the width direction, and the position of the apex is the deepest groove. The width W1 of the first groove G1 is about 2.9 to 4.3 degrees in electrical angle, and the depth d1 is about 0.5 × δ (gap length) to about 0.9 × δ mm. The first groove G1 is provided at a position where the angle (electrical angle) θ1 between the apex of the first groove G1 and the d-axis is 3 to 6 degrees.
第2溝G2は、外周面において、第1溝G1と第2ブリッジ部B2との間に設けられている。第2溝G2は、外周面から中心軸線C側に突出している。実施形態において、第2溝G2は、円弧状の底面を有する溝に形成されている。第2溝G2は周方向の幅W2を有し、第2溝G2の底面は、幅方向の中央に頂点を有する円弧面であり、頂点の位置が最深部となる溝としている。第2溝G2の幅W2は電気角で3.5〜5.3度、程度、深さd2は、0.1×δ〜0.5×δmm程度としている。第2溝G2は、第2溝G2の頂点と第2ブリッジ部B2のd軸側端との間の角度(電気角)θ2が9.5〜12.5度となる位置に設けられている。 The second groove G2 is provided between the first groove G1 and the second bridge portion B2 on the outer peripheral surface. The second groove G2 projects from the outer peripheral surface toward the central axis C side. In the embodiment, the second groove G2 is formed in a groove having an arcuate bottom surface. The second groove G2 has a width W2 in the circumferential direction, and the bottom surface of the second groove G2 is an arc surface having an apex in the center in the width direction, and the position of the apex is the deepest groove. The width W2 of the second groove G2 is about 3.5 to 5.3 degrees in electrical angle, and the depth d2 is about 0.1 × δ to 0.5 × δ mm. The second groove G2 is provided at a position where the angle (electrical angle) θ2 between the apex of the second groove G2 and the d-axis side end of the second bridge portion B2 is 9.5 to 12.5 degrees. ..
第3溝G3は、外周面において、第2ブリッジ部B2と第4ブリッジ部B4との間で第4ブリッジ部B4の近傍に設けられている。第3溝G3は、外周面から中心軸線C側に突出している。実施形態において、第3溝G3は、円弧状の底面を有する溝に形成されている。第3溝G3は周方向の幅W3を有し、第3溝G3の底面は、幅方向の中央に頂点を有する円弧面であり、頂点の位置が最深部となる溝としている。第3溝G3の幅W3は電気角で9.7〜14.5度、程度、深さd3は、0.3×δ〜0.7×δmm程度としている。第3溝G3は、第3溝G2の頂点と第4ブリッジ部B4のd軸側端との間の角度(電気角)θ3が6〜11度となる位置に設けられている。 The third groove G3 is provided on the outer peripheral surface between the second bridge portion B2 and the fourth bridge portion B4 in the vicinity of the fourth bridge portion B4. The third groove G3 projects from the outer peripheral surface toward the central axis C side. In the embodiment, the third groove G3 is formed in a groove having an arcuate bottom surface. The third groove G3 has a width W3 in the circumferential direction, and the bottom surface of the third groove G3 is an arc surface having an apex in the center in the width direction, and the position of the apex is the deepest groove. The width W3 of the third groove G3 is about 9.7 to 14.5 degrees in electrical angle, and the depth d3 is about 0.3 × δ to 0.7 × δ mm. The third groove G3 is provided at a position where the angle (electrical angle) θ3 between the apex of the third groove G2 and the d-axis side end of the fourth bridge portion B4 is 6 to 11 degrees.
第1溝G1、第2溝G2、第3溝G3は、W1<W2<W3、およびd1≦d2≦d3の関係に形成されている。また、回転子鉄心24の外周面には、第1、第2、第3溝G1、G2、G3のみが形成され、他の溝は設けられていない。すなわち、一対の第1溝G1の間に連続した円弧状の外周面R1が存在し、各第1溝G1と第2溝G2との間に連続した円弧状の外周面R2が存在し、第2溝G2と第3溝G3との間に連続した円弧状の外周面R3が存在し、各第3溝G3とq軸との間に連続した円弧状の外周面R4が存在している。
なお、第1溝G1、第2溝G2、第3溝G3の各々は、円弧状の底面を有する溝に限らず、例えば、V字状の底面、あるいは、不連続点の無い底面を有する溝としてもよい。また、溝は、最深部が溝の幅方向中央位置にある溝に限らず、最深部が幅方向の一方にずれている溝としてもよい。
The first groove G1, the second groove G2, and the third groove G3 are formed in the relationship of W1 <W2 <W3 and d1 ≦ d2 ≦ d3. Further, only the first, second, and third grooves G1, G2, and G3 are formed on the outer peripheral surface of the
Each of the first groove G1, the second groove G2, and the third groove G3 is not limited to a groove having an arc-shaped bottom surface, for example, a V-shaped bottom surface or a groove having a bottom surface having no discontinuity. May be. Further, the groove is not limited to the groove whose deepest portion is located at the center position in the width direction of the groove, and may be a groove whose deepest portion is deviated to one side in the width direction.
上記のように、回転子鉄心24の外周面に第1、第2、第3溝G1、G2、G3を設けることにより、2層の永久磁石M1、M2が設けられている場合でも、回転子の周方向の磁束密度分布を均一化し、トルクリプルの低減を実現することができる。
図3は、第1溝G1の形成位置(角度θ1)とトルクリプル低減との関係を示す図、図4は、第2溝G2の形成位置(角度θ2)とトルクリプル低減との関係を示す図、図5は、第3溝G1の形成位置(角度θ3)とトルクリプル低減との関係を示す図である。
図3から、第1溝G1の形成位置は、角度θ1が3〜6度程度の範囲で、トルクリプルが26〜33%程度に減少することが分かる。図4から、第2溝G2の形成位置は、角度θ2が9.5〜12.5度程度の範囲で、トルクリプルが27〜30%程度に減少することが分かる。図5から、第3溝G3の形成位置は、角度θ3が6〜11度程度の範囲で、トルクリプルが28〜55%程度に度減少することが分かる。
As described above, by providing the first, second, and third grooves G1, G2, and G3 on the outer peripheral surface of the
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the formation position (angle θ1) of the first groove G1 and the torque ripple reduction, and FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the formation position (angle θ2) of the second groove G2 and the torque ripple reduction. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the formation position (angle θ3) of the third groove G1 and the reduction of torque ripple.
From FIG. 3, it can be seen that the torque ripple is reduced to about 26 to 33% at the formation position of the first groove G1 when the angle θ1 is in the range of about 3 to 6 degrees. From FIG. 4, it can be seen that the formation position of the second groove G2 is such that the angle θ2 is in the range of about 9.5 to 12.5 degrees and the torque ripple is reduced to about 27 to 30%. From FIG. 5, it can be seen that the formation position of the third groove G3 is such that the angle θ3 is in the range of about 6 to 11 degrees and the torque ripple is reduced to about 28 to 55%.
以上により、本実施形態によれば、2層の永久磁石M1、M2が設けられている場合でも、回転子の周方向の磁束密度分布を均一化し、トルクリプルの低減をはかることが可能な回転電機の回転子を得ることができる。トルクリプルを低減することにより、振動、騒音の低減した回転電機を実現することができる。 As described above, according to the present embodiment, even when the two layers of permanent magnets M1 and M2 are provided, the rotating electric machine capable of making the magnetic flux density distribution in the circumferential direction of the rotor uniform and reducing torque ripple. Rotor can be obtained. By reducing the torque ripple, it is possible to realize a rotary electric machine with reduced vibration and noise.
なお、この発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
例えば、回転子の磁極数、寸法、形状等は、前述した実施形態に限定されることなく、設計に応じて種々変更可能である。内周側空隙、外周側空隙、および空隙孔の断面形状は、実施形態の形状に限定されることなく、種々の形状を選択可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and at the implementation stage, the components can be modified and embodied without departing from the gist thereof. In addition, various inventions can be formed by an appropriate combination of the plurality of components disclosed in the above-described embodiment. For example, some components may be removed from all the components shown in the embodiments. In addition, components across different embodiments may be combined as appropriate.
For example, the number of magnetic poles, dimensions, shape, and the like of the rotor are not limited to the above-described embodiment, and can be variously changed according to the design. The cross-sectional shapes of the inner peripheral side voids, the outer peripheral side voids, and the void holes are not limited to the shapes of the embodiments, and various shapes can be selected.
10…回転電機、12…固定子、14…回転子、16…固定子鉄心、
18…電機子巻線、20…スロット、22…回転軸、24…回転子鉄心、
34A…第1磁石埋め込み孔(第1フラックスバリア)、
34B…第2磁石埋め込み孔(第2フラックスバリア)、
35a、37a…磁石装填領域、35b、37b…内周側空隙、
35c、37c…外周側空隙、M1…第1永久磁石、M2…第2永久磁石、
B1…第1ブリッジ部、B2…第2ブリッジ部、B3…第3ブリッジ部、
B4…第4ブリッジ部、G1…第1溝、G2…第2溝、G3…第3溝、G4…第4溝
10 ... Rotor, 12 ... Stator, 14 ... Rotor, 16 ... Stator iron core,
18 ... armature winding, 20 ... slot, 22 ... rotating shaft, 24 ... rotor core,
34A ... 1st magnet embedding hole (1st flux barrier),
34B ... 2nd magnet embedding hole (2nd flux barrier),
35a, 37a ... Magnet loading area, 35b, 37b ... Inner peripheral gap,
35c, 37c ... Outer peripheral gap, M1 ... 1st permanent magnet, M2 ... 2nd permanent magnet,
B1 ... 1st bridge part, B2 ... 2nd bridge part, B3 ... 3rd bridge part,
B4 ... 4th bridge, G1 ... 1st groove, G2 ... 2nd groove, G3 ... 3rd groove, G4 ... 4th groove
Claims (5)
前記シャフトに固定され、周方向に並んだ複数の磁極を有する回転子鉄心と、
前記回転子鉄心の磁極毎に形成された一対の第1磁石埋め込み孔および一対の第2磁石埋め込み孔と、
前記一対の第1磁石埋め込み孔に装填および配置された一対の第1永久磁石と、
前記一対の第2磁石埋め込み孔に装填および配置された一対の第2永久磁石と、
1磁極において、前記回転子鉄心の外周面にそれぞれ形成され前記中心軸線と平行に延在する一対の第1溝、一対の第2溝、および一対の第3溝と、を備え、
前記中心軸線と直交する前記回転子鉄心の横断面において、
前記隣合う磁極間の境界および前記中心軸線を通り放射方向に延びる軸をq軸、前記q軸に対して電気的に90度離間した軸をd軸とした場合、
前記第1磁石埋め込み孔は、前記第1永久磁石が装填された第1磁石装填領域と、前記第1磁石装填領域から前記d軸側に張出した第1内周側空隙と、前記第1磁石装填領域から前記外周面の近傍まで張出した第1外周側空隙と、を有し、前記回転子鉄心は、2つの前記第1内周側空隙の間に形成された第1ブリッジ部と、前記各第1外周側空隙と外周面との間に形成された第2ブリッジ部と、を有し、
前記第2磁石埋め込み孔は、前記第1磁石装填領域よりも内周側に位置し前記第2永久磁石が装填された第2磁石装填領域と、前記第2磁石装填領域から前記d軸側に張出し、かつ、前記第1内周側空隙に対して前記中心軸線側に位置する第2内周側空隙と、前記第2磁石装填領域から前記外周面の近傍まで張出し前記第1外周側空隙と前記q軸との間に位置する第2外周側空隙と、を有し、前記回転子鉄心は、前記2つの第2内周側空隙の間に形成された第3ブリッジ部と、前記各第2外周側空隙と外周面との間に形成された第4ブリッジ部と、を有し、
前記一対の第1溝、一対の第2溝、一対の第3溝は、それぞれ前記d軸に対し線対称に設けられ、前記第1溝は、前記d軸に隣接して位置し、前記第2溝は、前記第1溝と前記第2ブリッジ部との間に設けられ、前記第3溝は、前記第2ブリッジ部と第3ブリッジ部との間に設けられ、
前記第1溝の幅方向の中心と前記d軸との間の電気角が3〜6度、前記第2溝の幅方向中心と前記第2ブリッジ部のd軸側端との間の電気角が6〜11度、前記第3溝の幅方向中心と前記第4ブリッジ部のd軸側端との間の電気角θ3が9.5〜12.5度である
回転電機の回転子。 A shaft that rotates around the central axis and
A rotor core fixed to the shaft and having a plurality of magnetic poles arranged in the circumferential direction,
A pair of first magnet embedding holes and a pair of second magnet embedding holes formed for each magnetic pole of the rotor core,
A pair of first permanent magnets loaded and placed in the pair of first magnet embedding holes,
A pair of second permanent magnets loaded and placed in the pair of second magnet embedding holes,
One magnetic pole includes a pair of first grooves, a pair of second grooves, and a pair of third grooves formed on the outer peripheral surface of the rotor core and extending in parallel with the central axis.
In the cross section of the rotor core orthogonal to the central axis,
When the boundary between the adjacent magnetic poles and the axis extending in the radial direction through the central axis are the q-axis, and the axis electrically 90 degrees away from the q-axis is the d-axis.
The first magnet embedding hole includes a first magnet loading region in which the first permanent magnet is loaded, a first inner peripheral side gap protruding from the first magnet loading region toward the d-axis side, and the first magnet. The rotor core has a first outer peripheral side gap extending from the loading region to the vicinity of the outer peripheral surface, and the rotor core has a first bridge portion formed between the two first inner peripheral side gaps and the said. It has a second bridge portion formed between each first outer peripheral side gap and the outer peripheral surface, and has.
The second magnet embedding hole is located on the inner peripheral side of the first magnet loading region and is located on the second magnet loading region on which the second permanent magnet is loaded and from the second magnet loading region to the d-axis side. The second inner peripheral side gap located on the central axis side with respect to the first inner peripheral side gap, and the first outer peripheral side gap overhanging from the second magnet loading region to the vicinity of the outer peripheral surface. The rotor core has a second outer peripheral side gap located between the q-axis and the third bridge portion formed between the two second inner peripheral side gaps, and each of the first. 2 It has a fourth bridge portion formed between the outer peripheral side gap and the outer peripheral surface, and has.
The pair of first grooves, the pair of second grooves, and the pair of third grooves are each provided line-symmetrically with respect to the d-axis, and the first groove is located adjacent to the d-axis, and the first groove is located. The two grooves are provided between the first groove and the second bridge portion, and the third groove is provided between the second bridge portion and the third bridge portion.
The electric angle between the center in the width direction of the first groove and the d-axis is 3 to 6 degrees, and the electric angle between the center in the width direction of the second groove and the d-axis side end of the second bridge portion. Is 6 to 11 degrees, and the electric angle θ3 between the center in the width direction of the third groove and the d-axis side end of the fourth bridge portion is 9.5 to 12.5 degrees.
前記一対の第2永久磁石は、互いに対向する一対の長辺および互いに対向する一対の短辺を有する長方形状に形成され、前記第1永久磁石の内周側端よりも前記中心軸線側に位置し前記d軸に隣接する内周側端および前記第1永久磁石の外周側端よりも前記q軸側に位置し前記外周面に隣接する外周側端を有し、前記d軸に対して線対称に配置され、前記内周側端から外周側端に向かうに従って前記d軸からの距離が徐々に広がるように前記長辺が前記d軸に対し傾斜して配置されている請求項1から4のいずれか1項に記載の回転電機の回転子。 The pair of first permanent magnets is formed in a rectangular shape having a pair of long sides facing each other and a pair of short sides facing each other, and has an inner peripheral side end adjacent to the d-axis and an outer peripheral surface adjacent to the outer peripheral surface. It has a side end and is arranged line-symmetrically with respect to the d-axis, and the long side is on the d-axis so that the distance from the d-axis gradually increases from the inner peripheral side end to the outer peripheral side end. Arranged at an angle,
The pair of second permanent magnets are formed in a rectangular shape having a pair of long sides facing each other and a pair of short sides facing each other, and are located closer to the central axis side than the inner peripheral side ends of the first permanent magnets. It has an inner peripheral end adjacent to the d-axis and an outer peripheral end adjacent to the outer peripheral surface located on the q-axis side of the outer peripheral end of the first permanent magnet, and is a line with respect to the d-axis. Claims 1 to 4 are arranged symmetrically, and the long side is inclined with respect to the d-axis so that the distance from the d-axis gradually increases from the inner peripheral side end to the outer peripheral side end. The rotor of the rotary electric machine according to any one of the above items.
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