JP6485205B2 - Rotating electric machine - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機に関するものである。 The present invention relates to a rotating electrical machine.
回転電機において、コギングトルクを低減すべく分数スロットを採用することが行われている(例えば、特許文献1)。 In a rotating electrical machine, a fractional slot is employed to reduce cogging torque (for example, Patent Document 1).
ところが、分数スロットを採用すると、分数スロットではない一般的な回転電機(例えば、極数とスロット数との比が2対3の回転電機)に比べて、ステータコアのティースに集中巻きするコイルの結線が複雑化しやすく、コイルエンド長の増加、製造コストの増加につながる。 However, when a fractional slot is used, the coil connection is concentratedly wound on the teeth of the stator core as compared with a general rotating electrical machine that is not a fractional slot (for example, a rotating electrical machine having a ratio of the number of poles to the number of slots of 2 to 3). Tends to be complicated, leading to an increase in coil end length and an increase in manufacturing costs.
本発明の目的は、分数スロットを用いることなくコギングトルクを低減することができる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 can reduce cogging torque without using fractional slots.
請求項1に記載の発明では、円筒状のステータコアを有するステータと、前記ステータコアの内周側において外周側がギャップを介して対向するように配置されるロータコアを有するロータと、を備え、前記ステータコアの内周面に開口し周方向に並設されたスロットの間に形成されたストレートティースにコイルが巻回され、前記ロータコアに平板状永久磁石が埋め込まれた回転電機であって、極数とスロット数との比が2対3であり、一極当たり1枚の平板状永久磁石を有し、前記ストレートティースの前記平板状永久磁石と対向する端面の幅Wtと前記平板状永久磁石の前記ストレートティースと対向する端面の幅Wmの比Wt/Wmが、0.55≦Wt/Wm≦0.65となっていることを要旨とする。 According to the first aspect of the present invention, a stator having a cylindrical stator core, and a rotor having a rotor core disposed so that an outer peripheral side of the stator core faces each other via a gap are provided on the inner peripheral side of the stator core, A rotating electrical machine in which a coil is wound around a straight tooth formed between slots that are open on the inner peripheral surface and are arranged in the circumferential direction, and a flat permanent magnet is embedded in the rotor core. The number ratio is 2 to 3, one flat permanent magnet per pole , the width Wt of the end face of the straight teeth facing the flat permanent magnet, and the straight of the flat permanent magnet The gist is that the ratio Wt / Wm of the width Wm of the end face facing the teeth is 0.55 ≦ Wt / Wm ≦ 0.65.
請求項1に記載の発明によれば、極数とスロット数との比が2対3であり、一極当たり1枚の平板状永久磁石を有し、ストレートティースの平板状永久磁石と対向する端面の幅Wtと平板状永久磁石のストレートティースと対向する端面の幅Wmの比Wt/Wmが、0.55≦Wt/Wm≦0.65となっていることにより、分数スロットを用いることなくコギングトルクを低減することができる。 According to the first aspect of the present invention, the ratio of the number of poles to the number of slots is 2: 3, one flat permanent magnet is provided per one pole, and is opposed to the flat permanent magnet of straight teeth. Since the ratio Wt / Wm of the end face width Wt and the end face width Wm facing the straight teeth of the flat permanent magnet is 0.55 ≦ Wt / Wm ≦ 0.65, a fractional slot is not used. Cogging torque can be reduced.
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の回転電機において、0.60≦Wt/Wm≦0.65となっているとよい。 In the invention described in claim 2, in the rotating electrical machine described in claim 1, 0.60 ≦ Wt / Wm ≦ 0.65 may be satisfied.
本発明によれば、分数スロットを用いることなくコギングトルクを低減することができる。 According to the present invention, cogging torque can be reduced without using fractional slots.
図1に示すように、磁石埋込式の回転電機10は、永久磁石埋込型のロータ(回転子)20と、ステータ(固定子)100とを備える。ステータ100は、円筒状のステータコア101を有する。ロータ20は、ロータコア30を有する。ロータコア30は、ステータコア101の内周側において外周側がギャップG(図2参照)を介して対向するように配置されている。回転電機10は、極数が「12」である。 As shown in FIG. 1, a magnet-embedded rotary electric machine 10 includes a permanent magnet-embedded rotor (rotor) 20 and a stator (stator) 100. The stator 100 has a cylindrical stator core 101. The rotor 20 has a rotor core 30. The rotor core 30 is arranged so that the outer peripheral side thereof faces the gap G (see FIG. 2) on the inner peripheral side of the stator core 101. The rotating electrical machine 10 has “12” poles.
図1,2に示すように、ステータコア101の内側には周方向に18個のスロット102が形成されている。各スロット102はステータコア101の内周面に開口し、周方向に並設されている。スロット102の間にストレートティース103が形成されている。ストレートティース103は、鍔が設けられておらず、幅Wtは一定である。 As shown in FIGS. 1 and 2, 18 slots 102 are formed inside the stator core 101 in the circumferential direction. Each slot 102 opens to the inner peripheral surface of the stator core 101 and is arranged in parallel in the circumferential direction. Straight teeth 103 are formed between the slots 102. The straight teeth 103 are not provided with ridges, and the width Wt is constant.
等間隔で設けられているストレートティース103には、3相交流が通電されるコイル(巻線)104が巻回されている。コイル104はストレートティース103に集中巻きされている。このように、ステータ100は、内周側にコイル104が巻回されたストレートティース103が周方向に並設されている。 A coil (winding) 104 through which a three-phase alternating current is energized is wound around straight teeth 103 provided at equal intervals. The coil 104 is concentratedly wound around the straight teeth 103. As described above, the stator 100 is provided with the straight teeth 103 around which the coil 104 is wound on the inner peripheral side in parallel in the circumferential direction.
ロータコア30は、略円板状の電磁鋼板を複数枚(例えば数十枚)積層して構成されている。ロータコア30の中心にシャフト(図示略)が貫挿されている。ロータ20は、ロータコア30の外周面がストレートティース103と所定の間隔を置いた状態で、図示しないハウジングの軸受けにシャフトを介して回転可能に支持されている。 The rotor core 30 is configured by laminating a plurality (for example, several tens) of substantially disc-shaped electromagnetic steel plates. A shaft (not shown) is inserted through the center of the rotor core 30. The rotor 20 is rotatably supported by a bearing of a housing (not shown) via a shaft in a state where the outer peripheral surface of the rotor core 30 is spaced from the straight teeth 103 by a predetermined distance.
ロータコア30には永久磁石埋込孔31が形成され、永久磁石埋込孔31は軸方向に延びている。永久磁石埋込孔31には平板状永久磁石40が挿入されている。詳しくは、ロータコア30には、周方向において一極当たり1枚の平板状永久磁石40が埋め込まれている。平板状永久磁石40は、断面矩形の平板状に形成され、厚さ方向に着磁されている。本実施形態では、平板状永久磁石40は希土類永久磁石である。 A permanent magnet embedded hole 31 is formed in the rotor core 30, and the permanent magnet embedded hole 31 extends in the axial direction. A flat permanent magnet 40 is inserted into the permanent magnet embedded hole 31. Specifically, one flat permanent magnet 40 is embedded in the rotor core 30 per pole in the circumferential direction. The flat permanent magnet 40 is formed in a flat plate shape having a rectangular cross section, and is magnetized in the thickness direction. In the present embodiment, the flat permanent magnet 40 is a rare earth permanent magnet.
隣り合う領域(一極)に配置された平板状永久磁石40同士は、ロータ20の外周側が異なる極になるように配置されている。例えば、ある平板状永久磁石40が、ストレートティース103側がS極になるように配置されると、隣の領域(一極)に配置される平板状永久磁石40は、ストレートティース103側がN極になるように配置される。 The flat permanent magnets 40 arranged in adjacent regions (one pole) are arranged so that the outer peripheral sides of the rotor 20 are different poles. For example, when a certain flat permanent magnet 40 is arranged so that the straight teeth 103 side becomes the S pole, the flat permanent magnet 40 arranged in the adjacent region (one pole) has the straight teeth 103 side as the N pole. It is arranged to become.
ロータコア30には、永久磁石埋込孔31の周方向での端部に連続する状態でフラックスバリア(孔)32,33が設けられている。フラックスバリア32,33は軸方向に延びている。 The rotor core 30 is provided with flux barriers (holes) 32 and 33 so as to be continuous with the circumferential end of the permanent magnet embedded hole 31. The flux barriers 32 and 33 extend in the axial direction.
ステータ100は一極当たりのスロット数が「1.5」であり(一極当たりのティース数が「1.5」であり)、一極当たりの中心Oからの角度θrは30°である。即ち、極数P=2、スロット数S=3であり、極数Pとスロット数Sとの比が2対3の回転電機である。 In the stator 100, the number of slots per pole is “1.5” (the number of teeth per pole is “1.5”), and the angle θr from the center O per pole is 30 °. That is, the rotating electrical machine has the number of poles P = 2 and the number of slots S = 3, and the ratio of the number of poles P to the number of slots S is 2 to 3.
ストレートティース103の幅Wtと平板状永久磁石40の幅Wmの比Wt/Wmが、0.55≦Wt/Wm≦0.65となっている。より詳しくは、0.60≦Wt/Wm≦0.65となっている。 The ratio Wt / Wm of the width Wt of the straight teeth 103 and the width Wm of the flat permanent magnet 40 is 0.55 ≦ Wt / Wm ≦ 0.65. More specifically, 0.60 ≦ Wt / Wm ≦ 0.65.
次に、このように構成した回転電機10の作用を説明する。
回転電機10が駆動される場合は、ステータ100のコイル104に3相の電流が供給されてステータ100に回転磁界が発生し、ロータ20に回転磁界が作用する。そして、回転磁界と平板状永久磁石40との間の磁気的な吸引力および反発力によりロータ20が回転磁界と同期して回転する。
Next, the operation of the rotating electrical machine 10 configured as described above will be described.
When the rotating electrical machine 10 is driven, a three-phase current is supplied to the coil 104 of the stator 100, a rotating magnetic field is generated in the stator 100, and the rotating magnetic field acts on the rotor 20. Then, the rotor 20 rotates in synchronization with the rotating magnetic field by the magnetic attractive force and the repulsive force between the rotating magnetic field and the flat permanent magnet 40.
ストレートティース103の幅Wtと平板状永久磁石40の幅Wmの比Wt/Wmが、0.55≦Wt/Wm≦0.65となっている。より詳しくは、0.60≦Wt/Wm≦0.65となっている。よって、コギングトルクの低減が図られる。 The ratio Wt / Wm of the width Wt of the straight teeth 103 and the width Wm of the flat permanent magnet 40 is 0.55 ≦ Wt / Wm ≦ 0.65. More specifically, 0.60 ≦ Wt / Wm ≦ 0.65. Therefore, the cogging torque can be reduced.
次に、図3を用いて、コギングトルクの計測結果について説明する。
図3において横軸に、ストレートティース103の幅Wtと平板状永久磁石40の幅Wmの比Wt/Wmをとっている。図3において縦軸に、コギングトルクをとっている。また、平板状永久磁石40として、厚みtmを4.0mm、4.5mm、5.0mm、5.5mmの4種類のものを用いている。ストレートティース103の幅Wtは、30mmで固定である。
Next, the measurement result of the cogging torque will be described with reference to FIG.
In FIG. 3, the horizontal axis represents the ratio Wt / Wm between the width Wt of the straight teeth 103 and the width Wm of the flat permanent magnet 40. In FIG. 3, the vertical axis represents the cogging torque. Further, as the flat permanent magnet 40, four types having a thickness tm of 4.0 mm, 4.5 mm, 5.0 mm, and 5.5 mm are used. The width Wt of the straight teeth 103 is fixed at 30 mm.
図3において、0.55≦Wt/Wm≦0.65の範囲においてはコギングトルクが低くなっていることがわかる。特に、0.60≦Wt/Wm≦0.65の範囲においてはコギングトルクがより低くなっていることがわかる。なお、Wt/Wmが大きいものよりも小さいものの方がトルクを下げなくてもコギングトルクを減らすことができる。 In FIG. 3, it can be seen that the cogging torque is low in the range of 0.55 ≦ Wt / Wm ≦ 0.65. In particular, it can be seen that the cogging torque is lower in the range of 0.60 ≦ Wt / Wm ≦ 0.65. Note that the cogging torque can be reduced without decreasing the torque when the Wt / Wm is larger than when the Wt / Wm is large.
このように、ストレートティースを用いた12極18スロットの回転電機において、ストレートティース103の幅Wtに対する平板状永久磁石40の幅Wmを、適正な範囲で調整することで、コギングトルクの小さい回転電機を設計することができる。 As described above, in a 12-pole 18-slot rotary electric machine using straight teeth, the width of the flat permanent magnet 40 with respect to the width Wt of the straight teeth 103 is adjusted within an appropriate range, thereby reducing the cogging torque. Can be designed.
詳しくは、ストレートティース103の幅Wt=30mmに対し、46.1mm〜54.5mmの平板状永久磁石40の幅Wm(Wt/Wmを0.55〜0.65)内で調整することで、コギングトルクを低減することができる。特に、ストレートティース103の幅Wt=30mmに対し、46.1mm〜50mmの平板状永久磁石40の幅Wm(Wt/Wmを0.60〜0.65)内で調整することで、コギングトルクをより低減することができる。 Specifically, by adjusting the width Wt (Wt / Wm of 0.55 to 0.65) of the flat permanent magnet 40 of 46.1 mm to 54.5 mm with respect to the width Wt = 30 mm of the straight teeth 103, Cogging torque can be reduced. In particular, the cogging torque is adjusted by adjusting the width Wm (Wt / Wm is 0.60 to 0.65) of the flat permanent magnet 40 of 46.1 mm to 50 mm with respect to the width Wt = 30 mm of the straight teeth 103. It can be further reduced.
また、図3において、平板状永久磁石40の厚みtmを変えても、同様の比率で設計することで、コギングトルクを低減できることがわかる。
このようにして、平板状永久磁石40の幅Wmの微調整のみで、コギングトルクの小さい回転電機の設計が可能となる。
In FIG. 3, it can be seen that even when the thickness tm of the flat permanent magnet 40 is changed, the cogging torque can be reduced by designing at the same ratio.
In this way, it is possible to design a rotating electrical machine having a small cogging torque only by fine adjustment of the width Wm of the flat permanent magnet 40.
図4において横軸に、ストレートティース103の幅Wtと平板状永久磁石40の幅Wmの比Wt/Wmをとっている。図4において縦軸に、コギングトルクをとっている。また、平板状永久磁石40として、ストレートティース103の幅Wtを23mm、30mmの2種類のものを用いている。平板状永久磁石40の厚みtmは、4.5mmで固定である。 In FIG. 4, the horizontal axis represents the ratio Wt / Wm between the width Wt of the straight teeth 103 and the width Wm of the flat permanent magnet 40. In FIG. 4, the vertical axis represents cogging torque. Moreover, as the flat permanent magnet 40, two types of straight teeth 103 having a width Wt of 23 mm and 30 mm are used. The flat permanent magnet 40 has a thickness tm of 4.5 mm and is fixed.
図4に示すように、ストレートティース103の幅Wtを変えても、0.55≦Wt/Wm≦0.65の範囲においてはコギングトルクが低くなっていることがわかる。特に、0.60≦Wt/Wm≦0.65の範囲においてはコギングトルクがより低くなっていることがわかる。 As shown in FIG. 4, it can be seen that even if the width Wt of the straight teeth 103 is changed, the cogging torque is low in the range of 0.55 ≦ Wt / Wm ≦ 0.65. In particular, it can be seen that the cogging torque is lower in the range of 0.60 ≦ Wt / Wm ≦ 0.65.
また、分数スロットを用いると、ステータコアのティースに集中巻きするコイルの結線が複雑化しやすくコイルエンド長の増加、製造コストの増加につながる。本実施形態では、分数スロットではない回転電機(極数とスロット数との比が2対3の回転電機)を用いることにより永久磁石が大型化することがない。また、ステータコアのティースに集中巻きするコイルの結線が複雑化することもなく、コイルエンド長の増加を回避できるとともに製造コストの増加を回避できる。 In addition, the use of fractional slots tends to complicate the connection of coils concentratedly wound on the teeth of the stator core, leading to an increase in coil end length and an increase in manufacturing cost. In this embodiment, the permanent magnet is not increased in size by using a rotating electrical machine that is not a fractional slot (a rotating electrical machine having a ratio of the number of poles to the number of slots of 2 to 3). Further, the connection of the coils concentratedly wound on the teeth of the stator core is not complicated, and an increase in coil end length can be avoided and an increase in manufacturing cost can be avoided.
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)回転電機の構成として、極数とスロット数との比が2対3であり、一極当たり1枚の平板状永久磁石40を有する。また、平板状永久磁石40の幅Wmをストレートティース103の幅Wtに対して一定の比、具体的には、ストレートティース103の幅Wtと平板状永久磁石40の幅Wmの比Wt/Wmが、0.55≦Wt/Wm≦0.65となっている。このことにより、コギングトルクを低減することができる。
According to the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1) As a configuration of the rotating electrical machine, the ratio of the number of poles to the number of slots is 2 to 3, and one flat permanent magnet 40 is provided per pole. Further, the width Wm of the flat permanent magnet 40 is a fixed ratio with respect to the width Wt of the straight teeth 103. Specifically, the ratio Wt / Wm of the width Wt of the straight teeth 103 and the width Wm of the flat permanent magnet 40 is 0.55 ≦ Wt / Wm ≦ 0.65. As a result, the cogging torque can be reduced.
(2)特に、0.60≦Wt/Wm≦0.65となっていることにより、コギングトルクをより低減することができる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
(2) In particular, when 0.60 ≦ Wt / Wm ≦ 0.65, the cogging torque can be further reduced.
The embodiment is not limited to the above, and may be embodied as follows, for example.
・回転電機は、12極18スロットの回転電機であったが、これに限らず、極数とスロット数との比が2対3であればよい。
The rotary electric machine is a 12-pole 18-slot rotary electric machine, but is not limited thereto, and the ratio of the number of poles to the number of slots may be 2 to 3.
10…回転電機、20…ロータ、30…ロータコア、40…平板状永久磁石、100…ステータ、101…ステータコア、102…スロット、103…ストレートティース、104…コイル、G…ギャップ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Rotary electric machine, 20 ... Rotor, 30 ... Rotor core, 40 ... Flat plate permanent magnet, 100 ... Stator, 101 ... Stator core, 102 ... Slot, 103 ... Straight teeth, 104 ... Coil, G ... Gap.
Claims (2)
前記ステータコアの内周側において外周側がギャップを介して対向するように配置されるロータコアを有するロータと、
を備え、
前記ステータコアの内周面に開口し周方向に並設されたスロットの間に形成されたストレートティースにコイルが巻回され、
前記ロータコアに平板状永久磁石が埋め込まれた
回転電機であって、
極数とスロット数との比が2対3であり、
一極当たり1枚の平板状永久磁石を有し、
前記ストレートティースの前記平板状永久磁石と対向する端面の幅Wtと前記平板状永久磁石の前記ストレートティースと対向する端面の幅Wmの比Wt/Wmが、
0.55≦Wt/Wm≦0.65
となっていることを特徴とする回転電機。 A stator having a cylindrical stator core;
A rotor having a rotor core arranged so that an outer peripheral side thereof faces through a gap on an inner peripheral side of the stator core;
With
A coil is wound around straight teeth formed between slots that are opened in the inner peripheral surface of the stator core and are arranged in the circumferential direction,
A rotating electric machine in which a flat permanent magnet is embedded in the rotor core,
The ratio of the number of poles to the number of slots is 2 to 3,
One flat permanent magnet per pole,
The ratio Wt / Wm of the width Wm of the end face facing the straight teeth of the plate-shaped permanent magnet and the width Wt of the opposite end faces the plate-shaped permanent magnet of the straight teeth,
0.55 ≦ Wt / Wm ≦ 0.65
A rotating electric machine characterized by
となっていることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。 0.60 ≦ Wt / Wm ≦ 0.65
The rotating electrical machine according to claim 1, wherein:
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