JP4894273B2 - Rotating electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、誘導電動機,発電機における半径方向加振力により発生する電磁振動,騒音の発生を抑制する回転電機に関するものである。 The present invention relates to a rotating electric machine that suppresses generation of electromagnetic vibration and noise generated by radial excitation force in an induction motor and a generator.
回転電機は家電製品、或いは各種OA機器に多数使用され、さらに近年は電気自動車に搭載されるようになってきている。電気自動車に搭載される回転電機は、高出力のものが要求される一方で、電磁加振力による振動・騒音が問題となっている。一方、住居や電気自動車における快適環境の追求により振動・騒音低減の要求が非常に高い。さらには、発電機においても振動・騒音の低減は従来から問題となっている。 A large number of rotating electrical machines are used in home appliances or various OA devices, and in recent years, they have been installed in electric vehicles. While a rotating electric machine mounted on an electric vehicle is required to have a high output, vibration and noise due to electromagnetic excitation force are problematic. On the other hand, there are very high demands for vibration and noise reduction by pursuing comfortable environments in houses and electric vehicles. Furthermore, the reduction of vibration and noise has also been a problem for generators.
回転電機の半径方向電磁加振力は回転子と固定子との相対移動時に回転子の磁極から発生する界磁磁束の磁路が、固定子に設けられたスロットの開口部を回転子の磁極が横切る度に周期的に変化して、ギャップでの磁束分布に変化が生じることにより発生することが分かっている。半径方向の電磁加振力の回転次数,空間次数、および振幅は回転子の有効磁極開角の極数,回転子に設けられたスロット数,固定子に設けられたスロット数に依存する。 The electromagnetic excitation force in the radial direction of the rotating electrical machine is such that the magnetic path of the field magnetic flux generated from the rotor magnetic pole when the rotor and the stator are moved relative to each other, and the opening of the slot provided in the stator passes through the rotor magnetic pole. It is known that this occurs due to a change in the magnetic flux distribution in the gap, which changes periodically every time the crossing is performed. The rotational order, spatial order, and amplitude of the electromagnetic excitation force in the radial direction depend on the number of effective magnetic pole opening angles of the rotor, the number of slots provided in the rotor, and the number of slots provided in the stator.
振動・騒音低減低技術の一つとして回転電機の回転子、または固定子にスキューを設けることが行われている。このスキューを設ける手段としては例えば、以下の特許文献1〜6が挙げられる。
As one of the techniques for reducing vibration and noise, a skew is provided in a rotor or a stator of a rotating electric machine. Examples of means for providing the skew include the following
特許文献1では、インナーロータ形の誘導電動機において、固定子を軸方向に分割してリング状に複数のコイルを巻装し、各コイルのリングの中心と回転軸の中心が一致するように配置して、各コイルの外周側と軸方向両端側に、各々磁気回路を構成する固定子鉄心を設け、固定子鉄心の内周側には、磁極歯部が当該コイルを挟んで回転軸の周方向に電気角でπずれた位置に交互に形成され、更に各コイルの磁極歯部を、回転軸の周方向に所定の角度ずらして、軸方向に重ね合わせた構成にしている。
In
特許文献2では、固定子が軸方向に分割された複数個の分割固定子からなり、1つの分割固定子は他の分割固定子に対して周方向にずれ角βだけずらして配置されている。
In
特許文献3では、回転子に形成された閉スロット内に二次導体を鋳込んでかご形巻線を構成した誘導電動機において、回転子の鉄心の軸方向中央部に幅広の閉スロット構造のスロットを有する第1の鉄心部を設けるとともに、第1の鉄心部の両側に幅狭の閉スロット構造のスロットを有する第2及び第3の鉄心部を設け、第1の鉄心部の幅広閉スロット構造のスロット部分と第2及び第3の鉄心部の幅狭閉スロット構造を有するスロット幅狭の閉スロット構造を有するスロットの重なったスロットを連通させて二次導体を回転子鉄心の軸方向中央部で短絡させている。
In
特許文献4では、導体を収納するためのスロット形成用の打抜部が形成された鋼板を積層して積層鉄心を形成するかご形回転子において、鋼板の打抜部を外周側のブリッジ部或いは開口部が導体を収納する主部の中心線に対して
In
特許文献5では、軸方向に複数に分割された円筒状永久磁石を備えた回転子において、隣り合う円筒状永久磁石のスキュー方向を反転させ各々の円筒状永久磁石に1溝ピッチスキューを施して、W字型にスキューさせている。あるいは、回転子は軸方向に複数に分割され同一方向に1溝ピッチスキューされた円筒状永久磁石からなり、隣り合う円筒状永久磁石のスキューラインを1溝ピッチずらして稲妻型にスキューさせている。
In
特許文献6では、回転子の有効磁極開角の1極分ずつ軸方向に複数個の回転子ピースに分割し、隣り合うピースを1/2スロットずらしてスキューさせている。
In
しかしながら、特許文献1についても固定子あるいは回転子にスキューを施すことにより、ギャップ磁束の高調波成分の影響を低減させ、振動・騒音を小さくすることができるが、固定子の軸方向モードを考慮して、背面固定子鉄心の軸長を最適化していないため半径方向電磁加振力による振動・騒音低減効果が十分ではない。
However,
特許文献2についてもトルク脈動による振動・騒音の低減には有効であるが、半径方向電磁加振力による振動・騒音低減効果は少ない。
特許文献3についても、横流損の発生を低減することについては有効であるが、電磁加振力による振動・騒音低減効果は少ない。
特許文献4についても、高調波成分による異常トルクの発生およびそれに起因する振動・騒音を抑制できるが、各単位ブロックの軸長とスキュー角を同時に最適化していないため半径方向電磁加振力による振動・騒音低減効果が十分ではない。
Also in
特許文献5についてもコギングトルクを低減させることができるが永久磁石の長さを最適化していないため半径方向電磁加振力による振動・騒音低減効果が十分ではない。
Also in
特許文献6についても有効磁極開角の1極分がたとえば誘導電動機の回転子に複数の溝を周方向に等間隔ピッチに形成し、前記溝にアルミダイカスト等により形成した有効磁極開角のように複数箇所に1/2スロットずらしたスキューを設けることがむずかしい構成には適用することができない問題点があった。
Also in
本発明の目的は、回転電機の半径方向電磁加振力に起因する振動を低減し、その結果より低騒音な回転電機を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that reduces vibrations caused by the radial electromagnetic excitation force of the rotating electrical machine, and as a result, lower noise.
上記目的は、例えば、回転子と複数のスロットを有する固定子とを備えた回転電機において、前記回転子は回転軸に対しねじれの位置に位置される複数の極を実現する有効磁極開角を有し、前記回転子を軸方向に2n個(nは2以上の整数)の回転子ピースに分割し、分割された前記回転子ピースのそれぞれは軸長とスキュー角絶対値の組合せのうち、1つの回転子ピースは他の少なくとも1つの回転子ピースの軸長とスキュー角絶対値の組合せと異なる構成であって、前記回転子は、前記回転子の軸方向一端から数えてn個の連続した回転子ピースを第一の回転子ピースグループとし、残りのn個の連続した回転子ピースを第二の回転子ピースグループとしたときに、当該2つの回転子ピースグループの軸方向長さが同じになるように分割され、前記第一の回転子ピースグループと前記第二の回転子ピースグループは、それぞれ、前記有効磁極開角を構成する材料が互いに接するように、隣接した前記回転子ピース同士が接合され、前記第一の回転子ピースグループと前記第二の回転子ピースグループとは、互いの有効磁極開角をなす材料が一部接触、又は非接触となるように、所定のずれ角度で回転方向にずらして接合され、前記回転子ピースは、両端間における有効磁極開角の電気角位相差が2n個ともすべて同じになるようにそれぞれスキュー角度が施されているとともに、前記第一の回転子ピースグループと前記第二の回転子ピースグループとの接合部分の前記ずれ角度が、前記回転子ピースの両端間におけるスキュー角度と同じであるように構成することにより達成される。 The above object is achieved , for example, in a rotating electrical machine including a rotor and a stator having a plurality of slots, wherein the rotor has an effective magnetic pole opening angle that realizes a plurality of poles positioned at a twisted position with respect to the rotating shaft. And dividing the rotor into 2n (n is an integer of 2 or more) rotor pieces in the axial direction, and each of the divided rotor pieces is a combination of an axial length and an absolute value of a skew angle. One rotor piece has a configuration different from the combination of the axial length and the skew angle absolute value of at least one other rotor piece, and the rotor includes n consecutive elements counted from one axial end of the rotor. When the obtained rotor piece is a first rotor piece group and the remaining n consecutive rotor pieces are a second rotor piece group, the axial length of the two rotor piece groups is Split to be the same In the first rotor piece group and the second rotor piece group, the adjacent rotor pieces are joined to each other so that the materials constituting the effective magnetic pole opening angle are in contact with each other, The first rotor piece group and the second rotor piece group are shifted in the rotation direction by a predetermined deviation angle so that the materials forming the effective magnetic pole opening angle are in partial contact or non-contact with each other. The rotor pieces are skewed so that the electrical angle phase differences of the effective magnetic pole opening angles between both ends are the same, and the first rotor piece group And the second rotor piece group is configured such that the deviation angle of the joint portion is the same as the skew angle between both ends of the rotor piece. That.
ところで、回転子または固定子はそれぞれ軸長2Lに対し、4個以上の回転子ピースまたは固定子ピースに分割(ここで、「分割」としているが分割されているとみられる所定の数個からなるよう設定された場合を含む)される。各回転子ピースまたは固定子ピースは固定子の軸方向の変形モードに対し、直交するような力を発生するよう、各回転子ピースまたは固定子ピースに含まれる有効磁極開角の軸長と周方向の相対位置が決定される。有効磁極開角は回転軸に対して永久磁石等の実際の磁束がある角度である。
By the way, each rotor or stator is divided into four or more rotor pieces or stator pieces with respect to the
前記回転子または固定子を軸方向に4または4n(nは整数)個以上のピースに分割し、それぞれのピースの長さおよび電気角は、回転子コアまたは固定子コアの軸長2L、軸方向x軸、軸の中心をx=0(xは−L以上,L以下)、半径方向の加振力をf(x)
(f(x)は複素数)とすると、着目している回転次数に対し次の3つの関係式、
固定子の軸方向の0次モードに対する関係式1
The rotor or stator is divided into 4 or 4n (n is an integer) or more pieces in the axial direction, and the length and electrical angle of each piece are the
(F (x) is a complex number), the following three relational expressions for the rotational order of interest:
回転子または固定子が4つ(4nを含めて)の回転子ピースまたは固定子ピースに分割された場合、上記3つの式によって理想的に求められる4つの回転子ピースまたは固定子ピースの軸長は、基本的に0.29L,0.71L,0.71L,0.29Lであり、この基準値に基づいて相当長さを設定し、かつそれぞれの回転子ピースまたは固定子ピースの有効磁極開角は、0.29L,0.71Lの回転子ピースまたは固定子ピースの軸方向断面の間で電気角の位相差がπ、0.71L,0.29Lの回転子ピースまたは固定子ピースの軸方向断面の間で電気角の位相差が−πとなるように各回転子ピースまたは固定子ピースの軸長間で連続してスキューを形成し、0.29Lと0.71L,0.71Lと0.29Lの回転子ピースまたは固定子ピースでスキューは連続、0.71Lと0.71Lの回転子ピースまたは固定子ピースの隣接面でスキューは不連続となるよう電気角の位相差πだけずらして設定する。 When the rotor or stator is divided into four (including 4n) rotor pieces or stator pieces, the axial lengths of the four rotor pieces or stator pieces that are ideally obtained by the above three formulas Are basically 0.29L, 0.71L, 0.71L, 0.29L, and the corresponding length is set based on this reference value, and the effective magnetic pole opening of each rotor piece or stator piece is set. The angle is the axis of the rotor piece or stator piece whose phase difference of electrical angle is π, 0.71L, 0.29L between the axial sections of the rotor piece or stator piece of 0.29L, 0.71L. A skew is continuously formed between the axial lengths of the rotor pieces or the stator pieces so that the phase difference of the electrical angle is −π between the directional cross sections, and 0.29L, 0.71L, and 0.71L. With a 0.29L rotor piece or stator piece, The queue is set to be continuous and shifted by the phase difference π of the electrical angle so that the skew is discontinuous on the adjacent surfaces of the 0.71L and 0.71L rotor pieces or stator pieces.
回転子または固定子が6つ(6nを含めて)の回転子ピースまたは固定子ピースに分割された場合、上記3つの式によって理想的に求められる6つの回転子ピースまたは固定子ピースの軸長は、0.25L,0.5L,0.25L,0.25L,0.5L,0.25Lであり、この基準値に基づいて相当長さを設定し、かつそれぞれの回転子ピースまたは固定子ピースの有効磁極開角は回転子または固定子の周方向に各回転子ピースまたは固定子ピースの軸方向断面の間で電気角の位相差が中央で2分される半分ではπ、もう半分では−πとなるように各回転子ピースまたは固定子ピースの軸長間で連続してスキューを形成し、中央で2分割される0.25L,0.5L,0.25L の回転子ピースまたは固定子ピースの隣接する各回転子ピースまたは固定子ピースでスキューは連続、中央の0.25L,
0.25L の回転子ピースまたは固定子ピースの隣接面でスキューは不連続となるよう電気角の位相差πだけずらして設定する。
When the rotor or stator is divided into six (including 6n) rotor pieces or stator pieces, the axial lengths of the six rotor pieces or stator pieces that are ideally obtained by the above three formulas Are 0.25L, 0.5L, 0.25L, 0.25L, 0.5L, 0.25L, and the corresponding length is set based on this reference value, and each rotor piece or stator The effective magnetic pole opening angle of the piece is π in the half of the phase difference of the electrical angle between the axial cross sections of each rotor piece or stator piece in the circumferential direction of the rotor or stator, and in the other half A skew is continuously formed between the axial lengths of the rotor pieces or the stator pieces so as to be −π, and the rotor pieces or fixed pieces of 0.25L, 0.5L, and 0.25L divided into two at the center Each adjacent rotor piece or stator Continuous skew child piece, the center of 0.25 L,
The skew is set by shifting the phase difference π of the electrical angle so that the skew becomes discontinuous on the adjacent surface of the 0.25L rotor piece or stator piece.
以上、着目している回転次数に対する電気角の位相差について述べてきたが、それ以外の回転次数に対して電気角の位相差は、πをγ、−πを−γと読み替えたものとなる。 The phase difference of the electrical angle with respect to the rotational order of interest has been described above. However, the phase difference of the electrical angle with respect to other rotational orders is obtained by replacing π with γ and −π with −γ. .
本発明によれば、駆動動作により発生する振動・騒音のうち、半径方向電磁加振力により励起されるモータの振動・騒音を低減した回転電機を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the rotary electric machine which reduced the vibration and noise of the motor excited by radial direction electromagnetic excitation force among the vibration and noise which generate | occur | produce by drive operation can be provided.
以下、図面を参考にして本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施例を備えた回転電機の一部の断面斜視図である。
図2は、加振力の直交条件を示す図である。
図3は、固定子コア(固定子)7の概念図を示し、8は固定子コア軸方向断面を示す。 図4は、各スキューパターンの直交条件式に対するF、M1,M2を示す図である。
図1において、回転子1のコアは積層鋼鈑の積み重ねで構成され、積層鋼鈑の積み重ねを軸長方向に複数のブロック状、すなわち回転子ピースに分割されている。図1中では回転子1は4つの回転子ピース3,4,5,6、シャフト10、回転子ピース3,4,5,6と軸方向の長さが同じ複数の溝を円周方向に等間隔ピッチに斜めにスキューを施し形成し、前記溝にアルミダイカスト等により形成した有効磁極開角をなす二次導体2(2a,2b,2c,2d)から構成されている。図1では有効磁極開角をなすのは二次導体2であるが、有効磁極開角が永久磁石により実現された構成でもよい。
以下、図1に示す構成を最適化することにより実現する電磁加振力のスキューパターンをλ字スキューと呼ぶ。
FIG. 1 is a partial cross-sectional perspective view of a rotating electrical machine including an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating the orthogonal condition of the excitation force.
FIG. 3 shows a conceptual diagram of the stator core (stator) 7, and 8 shows a cross section in the axial direction of the stator core. FIG. 4 is a diagram showing F, M1, and M2 with respect to the orthogonal condition expression of each skew pattern.
In FIG. 1, the core of the
Hereinafter, a skew pattern of electromagnetic excitation force realized by optimizing the configuration shown in FIG.
回転子ピース3,4,5,6の軸方向の長さ、および有効磁極開角の周方向の位置により決定される電気角を以下の考え方で決定する。本発明では電気特性により発生する半径方向の電磁加振力が固定子コア7の軸方向モードと直交するような軸長、電気角位相差の組合せパターンとしている。
The electrical angle determined by the axial length of the
振動・騒音が発生する回転電機100の固定子コア7の固有モードを梁の0,1,2次の曲げモードであると仮定し、このモードの発生を抑制する電磁加振力のパターンを考える。
簡単に検討するために構造系は固定子コア7のみ、軸長は回転子1のコア軸長と同じ
2L、固定子コア7の境界条件は両端フリーまたは両端を完全拘束,固定子コア7を梁要素,回転子ピース3,4,5,6の軸長と、回転子ピース3,4,5,6に含まれる二次導体2の軸長方向の長さは同じとする。回転子1にエンドリングが存在する場合、軸長
2Lにはエンドリングの長さは含めないものとする。
Assuming that the natural mode of the
For the sake of simplicity, the structural system is only the
各回転子ピース3,4,5,6には斜のスキューが設けられているため、加振力f(x)は複素数となる。このとき各次数の梁曲げモードに対して図2に示す以下の加振力の直交条件が考えられる。
Since each
上記直交条件は、数式5は梁の曲げモード0次、数式6は梁の曲げモード1次、数式7は梁の曲げモード2次を励起させない加振力の条件を表しており、これが成り立つと、梁曲げの0次,1次,2次のモードに起因する振動を抑制することができる。
In the above orthogonal condition,
数式5,数式6,数式7を満足し、製造上実際的な個数の4分割したときの各回転子ピース3,4,5,6の軸方向の長さ,スキュー角,周方向位置を決定することを考える。
式の展開を簡単にするために、固定子コア7をx軸方向の1次元梁、固定子コア7に加わる力をy軸方向の1次元加振力とする。固定子コア7の軸長は2Lとする。
In order to simplify the development of the expression, the
回転子1を4分割したときの電気角δを各回転子ピース3,4,5,6の両端間でπだけずらしたスキュー角を設けるものとすると図5(a)となる。簡単に考えるため、加振力f(x)を数式8,数式9で表す。
FIG. 5A shows a skew angle in which the electrical angle δ when the
数式8,数式9で求められた加振力を図5(b)に示す。
FIG. 5B shows the excitation force obtained by
図5(a)の電気角δは数式10を満足する。 The electrical angle δ in FIG.
またモーメントM1のRe{M1}は数式11となる。
Further, Re {M1} of the moment M1 is expressed by
このときIm{M1}は数式12となる。
At this time, Im {M1} is expressed by
また、Re{M2},Im{M2}は奇関数となる。 Further, Re {M2} and Im {M2} are odd functions.
上記の関係は固定子コア7を円筒面、加振力がx軸を中心とする円環n次の3次元加振力としても成立する。
The above relationship also holds when the
したがって、回転子1を軸長
Therefore, the
すなわち、0.29L,0.71L,0.71L,0.29Lの回転子ピース3,4,5,6に分割し、それぞれの電気角の位相差が、各回転子ピース3,4の軸方向断面の間でπ、各回転子ピース5,6の軸方向断面の間で−πとなるように連続してスキューを形成し、回転子ピース3と4、5と6の隣接面における電気角の位相差は連続、4と5の隣接面は不連続で電気角の位相差はπとなるように形成する。
That is, the rotor pieces are divided into 0.29L, 0.71L, 0.71L, and 0.29
したがって、両端の回転子ピース3,6のスキュー角は中央の回転子ピース4,5に対し、スキュー角の絶対値が大きくなる。これにより、固定子コア7の梁の曲げモード1次と加振力の間に発生するモーメントを効果的にキャンセルすることができ、スキューの切り替え位置がずれた構造でも振動を低減する効果を得ることができる。
Therefore, the absolute value of the skew angle of the
また、図1の構成のn倍(nは整数)も図2の直交条件を満足することができる。 Further, n times (n is an integer) of the configuration of FIG. 1 can also satisfy the orthogonal condition of FIG.
λ字スキューおよび他のスキューパターンについてF,M1,M2の値についてまとめたものを図4に示す。図中、スキューなしとあるのは回転子1または固定子コア7を分割せずスキューを設けない場合、1スロットスキューとは全軸長において回転子1または固定子コア7の軸方向断面の間で電気角位相差が2πとなるように連続して1スロット分だけずれるようにスキューを設けた場合、V字スキューとは中央部において折り返すようにスキューを設けた場合である。これらの構造は、既知の構造である。
FIG. 4 shows a summary of the values of F, M1, and M2 for the λ-shaped skew and other skew patterns. In the figure, no skew means that the
1スロットスキュー,V字スキューの電気角δと加振力を、図6,図7に示す。
図8に示す回転電機100の計算モデルを用いて、表面速度平均を求める。回転電機
100の計算モデルは外表面がフレーム20,ブラケット21からなる。フレーム20の内周に固定子コア7は焼き嵌めされている。回転子1はブラケットにはめ込まれた軸受けを介して回転電機100の内部に設けられている。
The electrical angle δ and the excitation force of 1 slot skew and V-shaped skew are shown in FIGS.
The average surface speed is obtained using the calculation model of the rotating
図9にスキューなし、1スロットスキュー,V字スキュー,λ字スキューにより、円環0次の軸方向に振幅一定の半径方向加振力を入力したときの表面速度平均の周波数応答を示す。 FIG. 9 shows the frequency response of the average surface velocity when a radial excitation force having a constant amplitude is input in the zero-order axial direction of the torus with no skew, one slot skew, V-shaped skew, and λ-shaped skew.
また、図10にλ字スキュー,W字スキュー,稲妻型スキューにより、円環0次の軸方向に振幅一定の半径方向加振力を入力したときの表面速度平均の周波数応答を示す。 FIG. 10 shows the frequency response of the surface velocity average when a radial excitation force having a constant amplitude is input in the axial direction of the 0th order of the circular ring by λ-shaped skew, W-shaped skew, and lightning-type skew.
図11に各スキューを入力した時の表面速度平均の最大振幅を示す。λ字スキューはピーク周波数における表面速度平均が他のスキューより3.7 〜8dB低い値となっており、振動低減効果がある。 FIG. 11 shows the maximum amplitude of the surface velocity average when each skew is input. The λ-shaped skew has a surface velocity average at a peak frequency of 3.7 to 8 dB lower than other skews, and has a vibration reducing effect.
次に、λ字スキューの切り替え位置に公差を設けたときの効果について検討する。 Next, the effect when a tolerance is provided at the switching position of the λ-shaped skew will be examined.
図12にP1の切り替え位置を0.29L のピースに対し回転子コアの軸長2Lの−8%〜+16%まで変更したときの表面速度平均の最大振幅を示す。表面速度平均は+4%において極小値を取り、−4%〜+16%の間でW字スキュー,稲妻型スキューにおける表面速度平均の最大振幅94.2dB よりも低い値となり、公差がこの範囲ならば振動低減効果がある。
FIG. 12 shows the maximum amplitude of the surface velocity average when the switching position of P1 is changed from −8% to + 16% of the
図13にP2の切り替え位置を0.71L のピースに対し回転子コアの軸長2Lの−8%〜+8%まで変更したときの表面速度平均の最大振幅を示す。この公差範囲では表面速度平均の最大振幅はほとんど変化せず、中央のスキュー切り替え位置がずれても振動低減効果がある。
FIG. 13 shows the maximum amplitude of the surface speed average when the switching position of P2 is changed from −8% to + 8% of the
本実施例の構成は、スラスト力を低減する効果もある。 The configuration of this embodiment also has an effect of reducing the thrust force.
本発明の他の実施形態を説明する。
図14は本発明になる回転電機100として、誘導電動機を例にとった場合の回転子1および固定子7の一実施例を示す図である。
図14において、回転子1のコアは積層鋼鈑の積み重ねで構成され、積層鋼鈑の積み重ねを軸長方向に複数個のブロック、すなわち回転子ピースに分割する。図14中では回転子1は6つの回転子ピース31,32,33,34,35,36から構成されている。シャフト10、回転子ピース31,32,33,34,35,36と軸方向の長さが同じ複数の溝を周方向に等間隔ピッチに斜めにスキューが施され、前記溝にアルミダイカスト等により形成した有効磁極開角をなす二次導体2a,2b,2c,2d,2e,2fを有している。7は固定子である。
Another embodiment of the present invention will be described.
FIG. 14 is a diagram showing an embodiment of the
In FIG. 14, the core of the
図14の実施例では、有効磁極開角をなす二次導体2は2a,2b,2c間、および、2d,2e,2f間では連続となるように形成されるが、2c,2d間では電気角がπだけずれるよう、たとえば1/2ピッチだけ周方向にずれた位置に形成される。また、二次導体2は2a,2b,2c間、および、2d,2e,2f間ではアルミダイカスト等がうまく流れるように接続部にRをつけた構造としてもよい。図14中では有効磁極開角をなすのは二次導体2であるが、有効磁極開角が永久磁石により実現された構成でもよい。
In the embodiment of FIG. 14, the
以下、図14に示す構成を最適化することにより実現する電磁加振力のスキューパターンを6分割最適化スキューと呼ぶ。 Hereinafter, the electromagnetic excitation force skew pattern realized by optimizing the configuration shown in FIG. 14 will be referred to as six-divided optimization skew.
回転子ピース31,32,33,34,35,36の軸方向の長さ、および有効磁極開角の周方向の位置により決定される電気角を実施例1の場合と同様の考え方で決定する。
The electrical angle determined by the axial length of the
以下,式を展開する座標系も実施例1の場合と同様とする。 Hereinafter, the coordinate system for expanding the equations is the same as in the first embodiment.
回転子1を6分割したときの電気角δを各回転子ピース31,32,33,34,35,36の両端間でπだけずらしたスキュー角を設けるものとすると図15(a)となる。簡単に考えるため、加振力f(x)を数式14,数式15で表す。
If the electrical angle δ when the
数式14,数式15で求められた加振力を図15(b)に示す。
FIG. 15 (b) shows the excitation force obtained by
図15(a)の電気角δは数式16を満足する。 The electrical angle δ in FIG.
またモーメントM1のRe{M1}は数式17となる。 Further, Re {M1} of the moment M1 is expressed by Equation 17.
今、Re{M1}=0のとき、 Now, when Re {M1} = 0,
このときIm{M1}は数式19となる。 At this time, Im {M1} is expressed by Equation 19.
また、Re{M2},Im{M2}は奇関数となる。 Further, Re {M2} and Im {M2} are odd functions.
上記の関係は固定子コア7を円筒面、加振力がx軸を中心とする円環n次の3次元加振力としても成立する。
The above relationship also holds when the
したがって、回転子1を軸長0.25L,0.50L,0.25L,0.25L,0.50L,0.25L の回転子ピース31,32,33,34,35,36に分割し、それぞれの電気角の位相差が、各回転子ピース31,32,33の軸方向断面の間でπ、各回転子ピース34,35,36の軸方向断面の間で−πとなるように連続してスキューを形成し、回転子ピース31と32と33、34と35と36の隣接面における電気角の位相差は連続、33と34の隣接面における電気角の位相差はπとなるように形成する。
Therefore, the
また、図14の構成のn倍(nは整数)も図2の直交条件を満足することができる。 Further, n times (n is an integer) of the configuration of FIG. 14 can also satisfy the orthogonal condition of FIG.
図8に示した回転電機100の計算モデルを用い、スキューなし,1スロットスキュー,V字スキュー,6分割最適化スキューにより、円環0次の軸方向に振幅一定の半径方向加振力を入力したときの表面速度平均の周波数応答を図16に示した。
Using the calculation model of the rotating
また、図17に6分割最適化スキュー,W字スキュー,稲妻型スキューにより、円環0次の軸方向に振幅一定の半径方向加振力を入力したときの表面速度平均の周波数応答を示した。 FIG. 17 shows the frequency response of the average surface velocity when a radial excitation force having a constant amplitude is input in the axial direction of the 0th order of the ring by the 6-part optimization skew, the W-shaped skew, and the lightning-type skew. .
図18に各スキューを入力した時の表面速度平均の最大振幅を示す。6分割最適化スキューはピーク周波数における表面速度平均が他のスキューより8.9〜15.5dB低い値となっており、振動低減効果がある。 FIG. 18 shows the maximum amplitude of the surface velocity average when each skew is input. The six-divided optimization skew has a surface velocity average at the peak frequency that is 8.9 to 15.5 dB lower than the other skews, and has a vibration reduction effect.
次に、位相の切り替え位置を回転子コアの軸長2Lの数%変更したときの表面速度平均について検討する。
Next, the surface speed average when the phase switching position is changed by several percent of the
ピーク周波数における、P1を切り替えたときの表面速度平均を図19に、P2を切り替えたときの表面速度平均を図20に、P3を切り替えたときの表面速度平均を図21に示す。これらの図より、切り替え位置を±4%変更しても表面速度平均の変化量は±7.3dBとなり、他のスキューよりも振動低減効果を得ることができる。切り替え位置を±8%変更すると、P1を切り替えたときの表面速度平均は−8%で10dB高くなり、振動低減効果が落ちることとなる。 FIG. 19 shows the average surface speed when P1 is switched at the peak frequency, FIG. 20 shows the average surface speed when P2 is switched, and FIG. 21 shows the average surface speed when P3 is switched. From these figures, even if the switching position is changed by ± 4%, the change amount of the average surface speed becomes ± 7.3 dB, and the vibration reduction effect can be obtained more than other skews. If the switching position is changed by ± 8%, the average surface speed when P1 is switched increases by 10 dB at −8%, and the vibration reduction effect is reduced.
回転子ピース31,32,33,34,35,36の軸長に理想値を変更した多少ばらついた状態に形成しても最適化された軸長と電気角の条件に基づいている限り、6分割最適化スキューは振動低減効果があることになる。
Even if the
実施例1,2では、回転電機単体の構成について述べたが、これら回転電機を組み込んだ構成についても振動・騒音の低減が可能である。 In the first and second embodiments, the configuration of the rotating electrical machine alone has been described. However, vibration and noise can also be reduced with a configuration incorporating these rotating electrical machines.
図22に示す構成は回転電機100とインバータ200から成る。また、図23に示す構成は回転電機100を組み込んだ圧縮機300の断面図である。
The configuration shown in FIG. 22 includes a rotating
また、スキューの構成であるが、図2の固定子コアの軸方向モードと電磁加振力が直交条件を満足すれば、直線ではなく曲線であっても良い。 Moreover, although it is a structure of a skew, if the axial direction mode and electromagnetic excitation force of the stator core of FIG. 2 satisfy orthogonal conditions, it may be a curve instead of a straight line.
W字スキューは図24に、稲妻型スキューは図25に示す特開平8−298735号公報の構成である。図26に比較の対象としたスキュー構造の一覧を示す。 The W-shaped skew is shown in FIG. 24, and the lightning-type skew is shown in FIG. 25 according to Japanese Patent Laid-Open No. 8-298735. FIG. 26 shows a list of skew structures to be compared.
1…回転子、2(2a,2b,2c,2d,2e,2f)…二次導体、3,4,5,6,31,32,33,34,35,36…回転子ピース、7…固定子コア(固定子)、8…固定子コア軸方向断面、10…シャフト、20…フレーム、21…ブラケット、100…回転電機、200…インバータ、300…圧縮機。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記回転子は回転軸に対しねじれの位置に位置される複数の極を実現する有効磁極開角を有し、
前記回転子を軸方向に2n個(nは2以上の整数)の回転子ピースに分割し、分割された前記回転子ピースのそれぞれは軸長とスキュー角絶対値の組合せのうち、1つの回転子ピースは他の少なくとも1つの回転子ピースの軸長とスキュー角絶対値の組合せと異なる構成であって、
前記回転子は、前記回転子の軸方向一端から数えてn個の連続した回転子ピースを第一の回転子ピースグループとし、残りのn個の連続した回転子ピースを第二の回転子ピースグループとしたときに、当該2つの回転子ピースグループの軸方向長さが同じになるように分割され、
前記第一の回転子ピースグループと前記第二の回転子ピースグループは、それぞれ、前記有効磁極開角を構成する材料が互いに接するように、隣接した前記回転子ピース同士が接合され、
前記第一の回転子ピースグループと前記第二の回転子ピースグループとは、互いの有効磁極開角をなす材料が一部接触、又は非接触となるように、所定のずれ角度で回転方向にずらして接合され、
前記回転子ピースは、両端間における有効磁極開角の電気角位相差が2n個ともすべて同じになるようにそれぞれスキュー角度が施されているとともに、前記第一の回転子ピースグループと前記第二の回転子ピースグループとの接合部分の前記ずれ角度が、前記回転子ピースの両端間におけるスキュー角度と同じである回転電機。 In a rotating electrical machine including a rotor and a stator having a plurality of slots,
The rotor has an effective magnetic pole opening angle that realizes a plurality of poles positioned at a twisted position with respect to the rotation axis;
The rotor is divided into 2n (n is an integer of 2 or more) rotor pieces in the axial direction, and each of the divided rotor pieces is rotated by one of a combination of an axial length and an absolute value of a skew angle. The child piece has a different configuration from the combination of the axial length and the skew angle absolute value of at least one other rotor piece ,
In the rotor, n consecutive rotor pieces counted from one axial end of the rotor are used as a first rotor piece group, and the remaining n consecutive rotor pieces are used as second rotor pieces. When grouped, the two rotor piece groups are divided so that the axial length is the same,
The first rotor piece group and the second rotor piece group are bonded to each other so that the materials constituting the effective magnetic pole opening angle are in contact with each other.
The first rotor piece group and the second rotor piece group are arranged in a rotational direction at a predetermined deviation angle so that the materials forming the effective magnetic pole opening angle are partially contacted or non-contacted with each other. Staggered and joined
The rotor pieces are skewed so that the electrical angle phase differences of the effective magnetic pole opening angles between both ends are the same, and the first rotor piece group and the second rotor piece are The rotating electrical machine in which the deviation angle of the joint portion with the rotor piece group is the same as the skew angle between both ends of the rotor piece .
前記回転子は、軸方向に4つの回転子ピースに分割され、The rotor is divided into four rotor pieces in the axial direction;
前記回転子ピースの長さは、回転子コアの軸長を2Lとすると、4個の前記回転子ピースの軸長の和が2Lとなる制約条件の下で、0.29L,0.71L,0.71L,0.29Lの長さを基準として、0.29Lの回転子ピースは回転子コアの軸長2Lの−4%〜+16%、0.71Lのピースは回転子コアの軸長2Lの+4%〜−16%範囲のいずれかの長さである回転電機。The length of the rotor piece is 0.29L, 0.71L, under the constraint that the sum of the axial lengths of the four rotor pieces is 2L, where the axial length of the rotor core is 2L. Based on the lengths of 0.71L and 0.29L, the 0.29L rotor piece is -4% to + 16% of the rotor core axial length 2L, and the 0.71L piece is the rotor core axial length 2L. A rotating electrical machine having a length in the range of + 4% to -16%.
前記回転子は、軸方向に6個の回転子ピースに分割され、The rotor is divided into six rotor pieces in the axial direction;
前記回転子ピースの長さは、回転子コアの軸長を2Lとすると、6個の前記回転子ピースの軸長の和が2Lとなる制約条件の下で、0.25L,0.5L,0.25L,0.25L,0.5L,0.25Lの長さを基準として、回転子コアの軸長2Lの±4%範囲のいずれかの長さである回転電機。The length of the rotor piece is 0.25L, 0.5L, under the constraint that the sum of the axial lengths of the six rotor pieces is 2L, where the axial length of the rotor core is 2L. A rotating electrical machine having a length in the range of ± 4% of the axial length 2L of the rotor core with reference to the lengths of 0.25L, 0.25L, 0.5L, and 0.25L.
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JP2000278895A (en) * | 1999-03-26 | 2000-10-06 | Nissan Motor Co Ltd | Rotor of motor |
JP2002136015A (en) * | 2000-10-24 | 2002-05-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Motor |
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JP4121008B2 (en) * | 2001-07-03 | 2008-07-16 | 三菱電機株式会社 | Stator and manufacturing method thereof, and stator core member manufacturing apparatus |
JP2003070213A (en) * | 2001-08-23 | 2003-03-07 | Mitsubishi Electric Corp | Method of manufacturing stator |
JP2003333811A (en) * | 2002-05-12 | 2003-11-21 | Yoshimitsu Okawa | Induction motor having a plurality of axially divided stator windings |
JP3687749B2 (en) * | 2003-04-23 | 2005-08-24 | 株式会社三井ハイテック | Skew shape variable type laminated core and manufacturing method thereof |
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JP2006060951A (en) * | 2004-08-23 | 2006-03-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Motor |
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