JP6670767B2 - Rotating electric machine - Google Patents

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Description

本発明は、回転電機に関する。   The present invention relates to a rotating electric machine.

車両駆動用に用いられる回転電機には、騒音低減のために、通常の回転電機に比べ、回転子が回転する際に発生するトルク脈動の抑制が要求されている。トルク脈動の抑制にあたっては、回転子の外周側から出る磁束の波形を正弦波化するのが有効であることが知られている。   BACKGROUND ART In order to reduce noise, a rotating electric machine used for driving a vehicle is required to suppress torque pulsation generated when a rotor rotates as compared with a normal rotating electric machine. In suppressing torque pulsation, it is known that it is effective to convert the waveform of the magnetic flux emitted from the outer peripheral side of the rotor into a sine wave.

特許文献１には、従来の回転電機における回転子の例が記載されている。回転子は、磁石挿入孔が開けられた回転子コアを備え、磁石挿入孔には永久磁石が埋め込まれて固定されている。磁石挿入孔において、永久磁石の両側には、コギングトルクや通電磁のトルク脈動を低減するために磁気的空隙が設けられている。   Patent Literature 1 describes an example of a rotor in a conventional rotating electric machine. The rotor includes a rotor core having a magnet insertion hole, and a permanent magnet is embedded and fixed in the magnet insertion hole. In the magnet insertion hole, magnetic gaps are provided on both sides of the permanent magnet in order to reduce cogging torque and torque pulsation of electromagnetic conduction.

特開２０１１−１０１５０４号公報JP 2011-101504 A

特許文献１に記載の発明などの従来の回転電機では、回転子が回転する際に発生するトルク脈動の抑制が図られてきたが、必ずしも十分にトルク脈動を抑制できたわけではなく、騒音低減という観点から見ると更なるトルク脈動の抑制が望まれてきた。   In a conventional rotating electric machine such as the invention described in Patent Document 1, torque pulsation generated when the rotor rotates has been suppressed. However, torque pulsation cannot always be sufficiently suppressed, and noise reduction is not always possible. From a viewpoint, further suppression of torque pulsation has been desired.

本発明は、回転子が回転する際に発生するトルク脈動を抑制できる回転電機を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a rotating electric machine that can suppress torque pulsation generated when a rotor rotates.

本発明による回転電機は、次のような特徴を備える。本発明による回転電機は、固定子と、前記固定子の内周側に空隙を介して回転可能に配置された回転子とを備える。前記回転子は、複数の磁石挿入孔を備える回転子コアと、前記磁石挿入孔に固定された複数極の永久磁石とを備える。前記磁石挿入孔は、前記回転子の回転軸方向に延伸するとともに、前記永久磁石の幅方向の両側に、前記永久磁石が存在しない磁気的空隙を備える。前記回転軸方向に垂直な断面において、前記磁気的空隙の輪郭を構成する頂点のうち前記回転子コアの外周に最も近い頂点を頂点Ｐ０とし、前記頂点Ｐ０を通り、前記回転子コアの外周を示す円と同心円を描く線を仮想線Ｌ１とし、前記磁石挿入孔の前記永久磁石に面する辺のうち前記幅方向に延伸し前記回転子の径方向の外側にある辺と重なる直線を仮想線Ｌ２とし、前記仮想線Ｌ１と前記仮想線Ｌ２との交点を交点Ｐ１とし、前記仮想線Ｌ２上に位置し又は前記仮想線Ｌ２に対して前記永久磁石の１極の中心軸であるｄ軸の反対側に位置し、前記交点Ｐ１よりも前記径方向の内側に位置する頂点を頂点Ｐ２とする。前記磁気的空隙は、前記断面において、前記輪郭が、前記頂点Ｐ０と、前記頂点Ｐ２と、前記頂点Ｐ０と前記頂点Ｐ２とを結ぶ辺Ｓとを有し、前記辺Ｓが、前記仮想線Ｌ１よりも前記径方向の内側で、前記仮想線Ｌ２に対して前記ｄ軸の反対側に位置する。   The rotating electric machine according to the present invention has the following features. A rotating electric machine according to the present invention includes a stator, and a rotor rotatably disposed on an inner peripheral side of the stator via a gap. The rotor includes a rotor core having a plurality of magnet insertion holes, and a multi-pole permanent magnet fixed to the magnet insertion holes. The magnet insertion hole extends in the rotation axis direction of the rotor, and has magnetic gaps on both sides in the width direction of the permanent magnet where the permanent magnet does not exist. In a cross section perpendicular to the rotation axis direction, a vertex closest to the outer periphery of the rotor core among vertices constituting the contour of the magnetic gap is defined as a vertex P0, and passes through the vertex P0 to form an outer periphery of the rotor core. A line that draws a circle concentric with the circle shown is defined as a virtual line L1, and a straight line that extends in the width direction and overlaps a side outside the radial direction of the rotor that extends in the width direction among the sides of the magnet insertion hole facing the permanent magnet is a virtual line. L2, the intersection of the virtual line L1 and the virtual line L2 is an intersection P1, and the d-axis is located on the virtual line L2 or the center axis of one pole of the permanent magnet with respect to the virtual line L2. The vertex located on the opposite side and located radially inward of the intersection P1 is the vertex P2. The magnetic air gap is such that, in the cross section, the contour has the vertex P0, the vertex P2, and a side S connecting the vertex P0 and the vertex P2, and the side S is the virtual line L1. More radially inside than the d-axis with respect to the virtual line L2.

本発明によれば、回転子が回転する際に発生するトルク脈動を抑制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 rotating electric machine which can suppress the torque pulsation which generate | occur | produces when a rotor rotates can be provided.

本発明の一実施例による回転電機を搭載したハイブリッド型電気自動車の概略構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a hybrid electric vehicle equipped with a rotating electric machine according to one embodiment of the present invention. 電力変換装置の回路図である。It is a circuit diagram of a power converter. 本実施例による回転電機のｒ−ｚ断面図である。It is rz sectional drawing of the rotary electric machine by a present Example. 本実施例による回転電機の固定子及び回転子のｒ−θ断面図である。FIG. 3 is an r-θ cross-sectional view of the stator and the rotor of the rotating electric machine according to the embodiment. 本実施例による回転電機の固定子及び回転子のｒ−θ断面図の１磁極分を拡大して示した図である。FIG. 4 is an enlarged view of one magnetic pole in an r-θ cross-sectional view of the stator and the rotor of the rotating electric machine according to the present embodiment. 本実施例による回転電機のうち、回転子コアの磁気的空隙を含む部分領域（図５の領域Ｂ）を拡大して示した図である。FIG. 6 is an enlarged view of a partial region (region B in FIG. 5) of the rotary electric machine according to the present embodiment including a magnetic gap of a rotor core. 本実施例による回転電機のうち、回転子コアの磁気的空隙を含む部分領域（図５の領域Ｂ）を拡大して示した図であり、磁気的空隙の輪郭の形状が図６と異なるものを示す図である。FIG. 7 is an enlarged view of a partial region (region B in FIG. 5) including a magnetic gap of a rotor core in the rotary electric machine according to the present embodiment, in which the shape of the contour of the magnetic gap is different from FIG. FIG. 従来の回転電機のうち、回転子コアの磁気的空隙を含む部分領域（図５の領域Ｂに相当する領域）を拡大して示した図である。FIG. 6 is an enlarged view of a partial region (a region corresponding to a region B in FIG. 5) of a conventional rotating electric machine including a magnetic air gap of a rotor core.

以下、本発明の実施例による回転電機を、図面を参照して説明する。なお、回転電機の回転子の径方向をｒで表し、回転子の回転軸方向をｚで表し、回転子の回転方向をθで表す。また、回転子の径方向、回転軸方向、及び回転方向を、それぞれ「径方向」、「軸方向」、及び「周方向」と呼ぶ。   Hereinafter, a rotating electric machine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the radial direction of the rotor of the rotating electric machine is represented by r, the rotational axis direction of the rotor is represented by z, and the rotational direction of the rotor is represented by θ. In addition, the radial direction, the rotational axis direction, and the rotational direction of the rotor are referred to as “radial direction”, “axial direction”, and “circumferential direction”, respectively.

本発明による回転電機は、以下に説明するように、回転子コアの磁石挿入孔の逃げ部（磁気的空隙）に発生する応力を低減し、高回転化が可能である。そのため、例えば、電気自動車の走行用モータとして用いるのに好適である。本発明による回転電機は、回転電機のみの動力によって走行する純粋な電気自動車や、エンジンと回転電機の双方によって駆動されるハイブリッド型の電気自動車にも適用できるが、以下ではハイブリッド型の電気自動車を例に説明する。   As described below, the rotating electric machine according to the present invention can reduce the stress generated in the relief portion (magnetic gap) of the magnet insertion hole of the rotor core, and can achieve high rotation. Therefore, it is suitable for use as, for example, a running motor of an electric vehicle. The rotating electric machine according to the present invention can be applied to a pure electric vehicle running only by the power of the rotating electric machine or a hybrid electric vehicle driven by both the engine and the rotating electric machine. An example is described.

図１は、本発明の一実施例による回転電機を搭載したハイブリッド型電気自動車の概略構成を示す図である。車両１００には、エンジン１２０と第１の回転電機２００と第２の回転電機２０２とバッテリ１８０とが搭載されている。バッテリ１８０は、第１の回転電機２００や第２の回転電機２０２による駆動力が車両１００に必要な場合には、電力変換装置６００を介して第１の回転電機２００や第２の回転電機２０２に直流電力を供給する。さらに、バッテリ１８０は、回生走行時には第１の回転電機２００や第２の回転電機２０２から直流電力を受ける。バッテリ１８０と第１の回転電機２００や第２の回転電機２０２との間の直流電力の授受は、電力変換装置６００を介して行われる。また、図示していないが、車両には低電圧電力（例えば、１４ボルト系電力）を供給するバッテリが搭載されており、以下に説明する制御回路に直流電力を供給する。   FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a hybrid electric vehicle equipped with a rotating electric machine according to one embodiment of the present invention. In the vehicle 100, an engine 120, a first rotating electric machine 200, a second rotating electric machine 202, and a battery 180 are mounted. The battery 180 is connected to the first rotating electric machine 200 or the second rotating electric machine 202 via the power converter 600 when the driving force of the first rotating electric machine 200 or the second rotating electric machine 202 is required for the vehicle 100. Supply DC power to Further, battery 180 receives DC power from first rotating electric machine 200 and second rotating electric machine 202 during regenerative running. Transfer of DC power between the battery 180 and the first rotating electrical machine 200 or the second rotating electrical machine 202 is performed via the power converter 600. Although not shown, the vehicle is equipped with a battery that supplies low-voltage power (for example, 14-volt power), and supplies DC power to a control circuit described below.

エンジン１２０及び第１の回転電機２００や第２の回転電機２０２による回転トルクは、変速機１３０とデファレンシャルギア１６０を介して前輪１１０に伝達される。変速機１３０は、変速機制御装置１３４により制御される。エンジン１２０は、エンジン制御装置１２４により制御される。バッテリ１８０は、バッテリ制御装置１８４により制御される。変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４、バッテリ制御装置１８４、電力変換装置６００及び統合制御装置１７０は、通信回線１７４によって互いに接続されている。   Rotational torque from the engine 120 and the first rotating electrical machine 200 and the second rotating electrical machine 202 is transmitted to the front wheels 110 via the transmission 130 and the differential gear 160. The transmission 130 is controlled by a transmission control device 134. Engine 120 is controlled by engine control device 124. Battery 180 is controlled by battery control device 184. The transmission control device 134, the engine control device 124, the battery control device 184, the power conversion device 600, and the integrated control device 170 are connected to each other by a communication line 174.

統合制御装置１７０は、変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４、電力変換装置６００及びバッテリ制御装置１８４よりも上位の制御装置であり、変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４、電力変換装置６００及びバッテリ制御装置１８４の各状態を表す情報を、通信回線１７４を介してそれらからそれぞれ受け取る。統合制御装置１７０は、取得したそれらの情報に基づき各装置への制御指令を演算する。演算された制御指令は、通信回線１７４を介してそれぞれの装置へ送信される。   The integrated control device 170 is a higher-level control device than the transmission control device 134, the engine control device 124, the power conversion device 600, and the battery control device 184, and includes the transmission control device 134, the engine control device 124, and the power conversion device 600. And information representing each state of the battery control device 184 are received therefrom via the communication line 174. The integrated control device 170 calculates a control command to each device based on the acquired information. The calculated control command is transmitted to each device via the communication line 174.

バッテリ１８０は、リチウムイオン電池又はニッケル水素電池などの２次電池で構成され、２５０ボルトから６００ボルト、又はそれ以上の高電圧の直流電力を出力する。バッテリ制御装置１８４は、バッテリ１８０の充放電状況やバッテリ１８０を構成する各単位セル電池の状態を、通信回線１７４を介して統合制御装置１７０に出力する。   Battery 180 is formed of a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel hydride battery, and outputs high-voltage DC power of 250 volts to 600 volts or more. The battery control device 184 outputs the charge / discharge status of the battery 180 and the status of each unit cell battery constituting the battery 180 to the integrated control device 170 via the communication line 174.

統合制御装置１７０は、バッテリ制御装置１８４からの情報に基づいてバッテリ１８０の充電が必要と判断すると、電力変換装置６００に発電運転の指示を出す。また、統合制御装置１７０は、主に、エンジン１２０、第１の回転電機２００及び第２の回転電機２０２の出力トルクの管理と、エンジン１２０の出力トルクと第１の回転電機２００及び第２の回転電機２０２の出力トルクとの総合トルクやトルク分配比の演算処理を行い、この演算処理結果に基づく制御指令を、変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４及び電力変換装置６００へ送信する。電力変換装置６００は、統合制御装置１７０からのトルク指令に基づき、指令通りのトルク出力又は発電電力が発生するように第１の回転電機２００と第２の回転電機２０２を制御する。   When the integrated control device 170 determines that the battery 180 needs to be charged based on the information from the battery control device 184, the integrated control device 170 issues a power generation operation instruction to the power conversion device 600. Further, the integrated control device 170 mainly manages the output torque of the engine 120, the first rotating electrical machine 200, and the second rotating electrical machine 202, and outputs the output torque of the engine 120, the first rotating electrical machine 200, and the second rotating electrical machine 200. Calculation processing of the total torque and the torque distribution ratio with the output torque of the rotating electric machine 202 is performed, and a control command based on the calculation processing result is transmitted to the transmission control device 134, the engine control device 124, and the power conversion device 600. The power conversion device 600 controls the first rotating electric machine 200 and the second rotating electric machine 202 based on the torque command from the integrated control device 170 so as to generate the torque output or the generated power as instructed.

電力変換装置６００には、第１の回転電機２００と第２の回転電機２０２を運転するためのインバータ回路を構成するパワー半導体が設けられている。電力変換装置６００は、統合制御装置１７０からの指令に基づきパワー半導体のスイッチング動作を制御する。このパワー半導体のスイッチング動作により、第１の回転電機２００と第２の回転電機２０２は、電動機として又は発電機として運転される。   Power converter 600 includes a power semiconductor that forms an inverter circuit for operating first rotating electric machine 200 and second rotating electric machine 202. The power conversion device 600 controls the switching operation of the power semiconductor based on a command from the integrated control device 170. By the switching operation of the power semiconductor, the first rotating electric machine 200 and the second rotating electric machine 202 are operated as a motor or a generator.

第１の回転電機２００と第２の回転電機２０２を電動機として運転する場合は、高電圧のバッテリ１８０からの直流電力が電力変換装置６００のインバータの直流端子に供給される。電力変換装置６００は、パワー半導体のスイッチング動作を制御して、供給された直流電力を３相交流電力に変換し、変換した電力を第１の回転電機２００と第２の回転電機２０２に供給する。一方、第１の回転電機２００と第２の回転電機２０２を発電機として運転する場合には、第１の回転電機２００と第２の回転電機２０２の回転子が外部から加えられる回転トルクで回転駆動され、第１の回転電機２００と第２の回転電機２０２の固定子巻線に３相交流電力が発生する。発生した３相交流電力は、電力変換装置６００で直流電力に変換され、この直流電力がバッテリ１８０に供給されることにより、高電圧のバッテリ１８０が充電される。   When the first rotary electric machine 200 and the second rotary electric machine 202 are operated as electric motors, DC power from the high-voltage battery 180 is supplied to the DC terminal of the inverter of the power converter 600. Power converter 600 controls the switching operation of the power semiconductor, converts the supplied DC power into three-phase AC power, and supplies the converted power to first rotating electric machine 200 and second rotating electric machine 202. . On the other hand, when the first rotating electrical machine 200 and the second rotating electrical machine 202 are operated as a generator, the rotors of the first rotating electrical machine 200 and the second rotating electrical machine 202 rotate with the rotating torque applied from the outside. When driven, three-phase AC power is generated in the stator windings of the first rotating electric machine 200 and the second rotating electric machine 202. The generated three-phase AC power is converted into DC power by the power converter 600, and the DC power is supplied to the battery 180, whereby the high-voltage battery 180 is charged.

図２は、図１の電力変換装置６００の回路図である。電力変換装置６００は、第１の回転電機２００のための第１のインバータ装置と、第２の回転電機２０２のための第２のインバータ装置と、制御回路６４８と、コンデンサモジュール６３０と、送受信回路６４４とを備える。   FIG. 2 is a circuit diagram of the power converter 600 of FIG. The power conversion device 600 includes a first inverter device for the first rotating electric machine 200, a second inverter device for the second rotating electric machine 202, a control circuit 648, a capacitor module 630, and a transmission / reception circuit. 644.

第１のインバータ装置は、パワーモジュール６１０と、パワーモジュール６１０の各パワー半導体２１のスイッチング動作を制御する第１の駆動回路６５２と、第１の回転電機２００の電流を検知する電流センサ６６０とを備える。第１の駆動回路６５２は、駆動回路基板６５０に設けられている。   The first inverter device includes a power module 610, a first drive circuit 652 that controls a switching operation of each power semiconductor 21 of the power module 610, and a current sensor 660 that detects a current of the first rotating electric machine 200. Prepare. The first drive circuit 652 is provided on the drive circuit board 650.

第２のインバータ装置は、パワーモジュール６２０と、パワーモジュール６２０の各パワー半導体２１のスイッチング動作を制御する第２の駆動回路６５６と、第２の回転電機２０２の電流を検知する電流センサ６６２とを備える。第２の駆動回路６５６は、駆動回路基板６５４に設けられている。   The second inverter device includes a power module 620, a second drive circuit 656 that controls a switching operation of each power semiconductor 21 of the power module 620, and a current sensor 662 that detects a current of the second rotating electric machine 202. Prepare. The second driver circuit 656 is provided on the driver circuit board 654.

制御回路６４８は、制御回路基板６４６に設けられる。送受信回路６４４は、コネクタ基板６４２に実装される。制御回路６４８、コンデンサモジュール６３０及び送受信回路６４４は、第１のインバータ装置と第２のインバータ装置とで共通に使用される。   The control circuit 648 is provided on the control circuit board 646. The transmission / reception circuit 644 is mounted on the connector board 642. The control circuit 648, the capacitor module 630, and the transmission / reception circuit 644 are commonly used by the first inverter device and the second inverter device.

パワーモジュール６１０とパワーモジュール６２０は、それぞれが対応する第１の駆動回路６５２と第２の駆動回路６５６から出力された駆動信号によって動作する。パワーモジュール６１０とパワーモジュール６２０は、それぞれバッテリ１８０から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、この電力を対応する第１の回転電機２００と第２の回転電機２０２の電機子巻線である固定子巻線に供給する。また、パワーモジュール６１０とパワーモジュール６２０は、それぞれ第１の回転電機２００と第２の回転電機２０２の固定子巻線に誘起された交流電力を直流に変換し、バッテリ１８０に供給する。   The power module 610 and the power module 620 operate according to drive signals output from the corresponding first drive circuit 652 and the second drive circuit 656, respectively. Power module 610 and power module 620 each convert DC power supplied from battery 180 into three-phase AC power, and convert this power to armature windings of corresponding first rotating electric machine 200 and second rotating electric machine 202. To the stator winding. The power module 610 and the power module 620 convert AC power induced in the stator windings of the first rotating electric machine 200 and the second rotating electric machine 202 into DC and supply the DC power to the battery 180.

図２に示すように、パワーモジュール６１０とパワーモジュール６２０は、３相ブリッジ回路を備えており、３相に対応した直列回路が、それぞれバッテリ１８０の正極側と負極側との間に電気的に並列に接続されている。各直列回路は、上アームを構成するパワー半導体２１と下アームを構成するパワー半導体２１とを備え、これらのパワー半導体２１は直列に接続されている。パワーモジュール６１０とパワーモジュール６２０は、図２に示すように回路構成が互いにほぼ同じであるので、以下ではパワーモジュール６１０で代表して説明することもある。   As shown in FIG. 2, the power module 610 and the power module 620 each include a three-phase bridge circuit, and a series circuit corresponding to the three phases is electrically connected between the positive electrode side and the negative electrode side of the battery 180, respectively. They are connected in parallel. Each series circuit includes a power semiconductor 21 forming the upper arm and a power semiconductor 21 forming the lower arm, and these power semiconductors 21 are connected in series. Since the power module 610 and the power module 620 have substantially the same circuit configuration as shown in FIG. 2, the power module 610 may be representatively described below.

本実施例では、パワー半導体２１（スイッチング用パワー半導体素子）としてＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）２１を用いている。ＩＧＢＴ２１は、コレクタ電極、エミッタ電極及びゲート電極の３つの電極を備える。ＩＧＢＴ２１のコレクタ電極とエミッタ電極との間には、ダイオード３８が電気的に接続されている。ダイオード３８は、カソード電極及びアノード電極の２つの電極を備えており、ＩＧＢＴ２１のエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向となるように、カソード電極がＩＧＢＴ２１のコレクタ電極に、アノード電極がＩＧＢＴ２１のエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。   In this embodiment, an IGBT (insulated gate bipolar transistor) 21 is used as the power semiconductor 21 (switching power semiconductor element). The IGBT 21 has three electrodes: a collector electrode, an emitter electrode, and a gate electrode. A diode 38 is electrically connected between the collector electrode and the emitter electrode of the IGBT 21. The diode 38 includes two electrodes, a cathode electrode and an anode electrode. The cathode electrode is connected to the collector electrode of the IGBT 21 and the anode electrode is connected to the IGBT 21 so that the direction from the emitter electrode to the collector electrode of the IGBT 21 is the forward direction. Each is electrically connected to the emitter electrode.

なお、スイッチング用パワー半導体素子（パワー半導体２１）として、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いてもよい。ＭＯＳＦＥＴは、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極の３つの電極を備えている。ＭＯＳＦＥＴの場合には、ソース電極とドレイン電極との間に、ドレイン電極からソース電極に向かう方向が順方向となる寄生ダイオードを備えているので、図２のダイオード３８を設ける必要がない。   Note that a MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) may be used as the switching power semiconductor element (power semiconductor 21). The MOSFET has three electrodes: a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode. In the case of a MOSFET, a parasitic diode having a forward direction from the drain electrode to the source electrode is provided between the source electrode and the drain electrode, so that it is not necessary to provide the diode 38 of FIG.

パワーモジュール６１０とパワーモジュール６２０の３相ブリッジ回路の各相のアームは、ＩＧＢＴ２１のエミッタ電極とＩＧＢＴ２１のコレクタ電極とが電気的に直列に接続されて構成されている。なお、本実施例では、各相の各上下アームのＩＧＢＴ２１を１つしか図示していないが、実際には、制御する電流容量が大きいので複数のＩＧＢＴ２１が電気的に並列に接続されて構成されている。以下では、説明を簡単にするため、図示した１つのパワー半導体２１について説明する。   The arm of each phase of the three-phase bridge circuit of the power module 610 and the power module 620 is configured such that the emitter electrode of the IGBT 21 and the collector electrode of the IGBT 21 are electrically connected in series. In this embodiment, only one IGBT 21 of each upper and lower arm of each phase is shown. However, since the current capacity to be controlled is large, a plurality of IGBTs 21 are electrically connected in parallel. ing. Hereinafter, for simplicity of description, one illustrated power semiconductor 21 will be described.

図２に示す例では、各相の各上下アームは、それぞれ３個のＩＧＢＴ２１によって構成されている。各相の各上アームのＩＧＢＴ２１のコレクタ電極は、バッテリ１８０の正極側に、各相の各下アームのＩＧＢＴ２１のエミッタ電極は、バッテリ１８０の負極側に、それぞれ電気的に接続されている。各相の上下アームの中点（上アーム側ＩＧＢＴ２１のエミッタ電極と下アーム側のＩＧＢＴ２１のコレクタ電極との接続部分）は、対応する第１の回転電機２００と第２の回転電機２０２の、対応する相の電機子巻線（固定子巻線）に電気的に接続されている。   In the example shown in FIG. 2, each of the upper and lower arms of each phase is constituted by three IGBTs 21, respectively. The collector electrode of the IGBT 21 of each upper arm of each phase is electrically connected to the positive electrode side of the battery 180, and the emitter electrode of the IGBT 21 of each lower arm of each phase is electrically connected to the negative electrode side of the battery 180. The midpoint of the upper and lower arms of each phase (the connection between the emitter electrode of the upper arm IGBT 21 and the collector electrode of the lower arm IGBT 21) corresponds to the corresponding one of the first rotary electric machine 200 and the second rotary electric machine 202. Are electrically connected to the armature winding (stator winding) of the corresponding phase.

第１の駆動回路６５２と第２の駆動回路６５６は、それぞれが対応するパワーモジュール６１０とパワーモジュール６２０を制御するための駆動部を構成しており、制御回路６４８から出力された制御信号に基づいて、ＩＧＢＴ２１を駆動させるための駆動信号を発生する。第１の駆動回路６５２と第２の駆動回路６５６で発生した駆動信号は、それぞれが対応するパワーモジュール６１０とパワーモジュール６２０の各パワー半導体２１のゲートにそれぞれ出力される。第１の駆動回路６５２と第２の駆動回路６５６のそれぞれには、各相の各上下アームのゲートに供給する駆動信号を発生する集積回路が６個設けられており、６個の集積回路が１ブロックとして構成されている。   The first drive circuit 652 and the second drive circuit 656 constitute a drive unit for controlling the corresponding power module 610 and power module 620, respectively, based on a control signal output from the control circuit 648. Thus, a drive signal for driving the IGBT 21 is generated. The driving signals generated by the first driving circuit 652 and the second driving circuit 656 are output to the gates of the power semiconductors 21 of the corresponding power module 610 and power module 620, respectively. Each of the first drive circuit 652 and the second drive circuit 656 is provided with six integrated circuits that generate drive signals to be supplied to the gates of the upper and lower arms of each phase. It is configured as one block.

制御回路６４８は、パワーモジュール６１０とパワーモジュール６２０の制御部を構成しており、複数のスイッチング用パワー半導体２１を動作（オン又はオフ）させるための制御信号（制御値）を演算するマイクロコンピュータによって構成されている。制御回路６４８には、上位制御装置からのトルク指令信号（トルク指令値）、電流センサ６６０と電流センサ６６２のセンサ出力、及び第１の回転電機２００と第２の回転電機２０２に搭載された回転センサのセンサ出力が入力される。制御回路６４８は、これらの入力信号に基づいて制御値を演算し、第１の駆動回路６５２と第２の駆動回路６５６にスイッチングタイミングを制御するための制御信号を出力する。   The control circuit 648 forms a control unit of the power module 610 and the power module 620, and is controlled by a microcomputer that calculates a control signal (control value) for operating (turning on or off) the plurality of switching power semiconductors 21. It is configured. The control circuit 648 includes a torque command signal (torque command value) from a higher-level control device, sensor outputs of the current sensor 660 and the current sensor 662, and rotations mounted on the first rotating electric machine 200 and the second rotating electric machine 202. The sensor output of the sensor is input. The control circuit 648 calculates a control value based on these input signals, and outputs a control signal for controlling the switching timing to the first drive circuit 652 and the second drive circuit 656.

コネクタ基板６４２に実装された送受信回路６４４は、電力変換装置６００と外部の制御装置との間を電気的に接続するためのもので、図１にも示した通信回線１７４を介して他の装置と情報の送受信を行う。コンデンサモジュール６３０は、ＩＧＢＴ２１のスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制するための平滑回路を構成するものであり、パワーモジュール６１０とパワーモジュール６２０の直流側の端子に、電気的に並列に接続されている。   The transmission / reception circuit 644 mounted on the connector board 642 is for electrically connecting the power conversion device 600 to an external control device, and other devices are connected via the communication line 174 shown in FIG. And send and receive information. The capacitor module 630 constitutes a smoothing circuit for suppressing a change in DC voltage caused by the switching operation of the IGBT 21. The capacitor module 630 is electrically connected in parallel to terminals on the DC side of the power module 610 and the power module 620. ing.

図３は、図１に示した第１の回転電機２００のｒ−ｚ断面図である。なお、第１の回転電機２００と第２の回転電機２０２とはほぼ同じ構造を有しており、以下では第１の回転電機２００の構造を代表例として説明する。但し、以下に示す構造は、第１の回転電機２００と第２の回転電機２０２の双方が備えている必要はなく、一方だけが備えていてもよい。   FIG. 3 is an rz sectional view of the first rotating electric machine 200 shown in FIG. Note that the first rotating electric machine 200 and the second rotating electric machine 202 have substantially the same structure, and the structure of the first rotating electric machine 200 will be described below as a representative example. However, the structure shown below need not be provided in both the first rotating electric machine 200 and the second rotating electric machine 202, and may be provided in only one of them.

第１の回転電機２００は、固定子２３０と回転子２５０とハウジング２１２を備える。固定子２３０は、ハウジング２１２の内部に保持され、固定子コア２３２と固定子巻線２３８とを備える。固定子コア２３２の内周側には、回転子２５０が空隙２２２を介して回転可能に配置されている。回転子２５０は、シャフト２１８に固定された回転子コア２５２と、複数極の永久磁石２５４と、非磁性体のあて板２２６とを備え、シャフト２１８を回転軸として回転可能である。ハウジング２１２は、軸受２１６が設けられた一対のエンドブラケット２１４を有している。シャフト２１８は、これらの軸受２１６により回転自在に保持されている。   The first rotating electric machine 200 includes a stator 230, a rotor 250, and a housing 212. The stator 230 is held inside the housing 212 and includes a stator core 232 and a stator winding 238. On the inner peripheral side of the stator core 232, a rotor 250 is rotatably disposed via a gap 222. The rotor 250 includes a rotor core 252 fixed to the shaft 218, a plurality of permanent magnets 254, and a non-magnetic plate 226, and is rotatable about the shaft 218 as a rotation axis. The housing 212 has a pair of end brackets 214 on which bearings 216 are provided. The shaft 218 is rotatably held by these bearings 216.

シャフト２１８は、回転子２５０の極の位置や回転速度を検出するレゾルバ２２４（回転角センサ）を備える。レゾルバ２２４からの出力は、図２に示した制御回路６４８に取り込まれる。制御回路６４８は、取り込んだレゾルバ２２４からの出力に基づいて制御信号を第１の駆動回路６５２に出力する。第１の駆動回路６５２は、この制御信号に基づく駆動信号をパワーモジュール６１０に出力する。パワーモジュール６１０は、制御信号に基づきスイッチング動作を行い、バッテリ１８０から供給される直流電力を３相交流電力に変換する。この３相交流電力は、図３に示した固定子巻線２３８に供給され、回転磁界が固定子２３０に発生する。３相交流電流の周波数は、レゾルバ２２４の出力値に基づいて制御され、３相交流電流の回転子２５０に対する位相も、同じくレゾルバ２２４の出力値に基づいて制御される。   The shaft 218 includes a resolver 224 (rotation angle sensor) that detects the position of the pole of the rotor 250 and the rotation speed. The output from the resolver 224 is taken into the control circuit 648 shown in FIG. The control circuit 648 outputs a control signal to the first drive circuit 652 based on the taken output from the resolver 224. The first drive circuit 652 outputs a drive signal based on the control signal to the power module 610. Power module 610 performs a switching operation based on the control signal, and converts DC power supplied from battery 180 to three-phase AC power. The three-phase AC power is supplied to the stator winding 238 shown in FIG. 3, and a rotating magnetic field is generated in the stator 230. The frequency of the three-phase alternating current is controlled based on the output value of the resolver 224, and the phase of the three-phase alternating current with respect to the rotor 250 is also controlled based on the output value of the resolver 224.

図４は、第１の回転電機２００の固定子２３０及び回転子２５０のｒ−θ断面図（軸方向に垂直な断面図）であり、図３のＡ−Ａ断面図である。なお、図４ではハウジング２１２、シャフト２１８及び固定子巻線２３８の図示を省略した。   FIG. 4 is an r-θ cross-sectional view (a cross-sectional view perpendicular to the axial direction) of the stator 230 and the rotor 250 of the first rotary electric machine 200, and is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. In FIG. 4, illustration of the housing 212, the shaft 218, and the stator winding 238 is omitted.

固定子コア２３２の内周側には、複数のスロット２３７とティース２３６とが固定子コア２３２の全周に渡って均等の間隔で配置されている。図４では、スロット及びティースの全てに符号を付すことはせず、代表して一部のスロット及びティースのみに符号を付した。   On the inner peripheral side of the stator core 232, a plurality of slots 237 and teeth 236 are arranged at equal intervals over the entire periphery of the stator core 232. In FIG. 4, reference numerals are not given to all of the slots and teeth, but reference numerals are given to only some of the slots and teeth.

スロット２３７内には、スロット絶縁材（図示は省略）が設けられ、図３の固定子巻線２３８を構成するＵ相、Ｖ相及びＷ相の複数の相巻線が装着されている。本実施例では、毎極毎相スロット数が２であるため、スロット２３７は等間隔に４８個設けられている。毎極毎相スロット数が２であるとは、各スロット２３７のＵ相、Ｖ相、Ｗ相が周方向にＵ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｗ相、・・・と２つずつ並ぶように相を配置することを意味し、１極のＵ相、Ｖ相及びＷ相で６つのスロット２３７を使うことになる。本実施例では、後述する永久磁石２５４（２５４ａ、２５４ｂ）が周方向に８個（８対）並ぶ８極であるため、固定子コア２３２のスロット２３７の数は８×６の４８個である。   A slot insulating material (not shown) is provided in the slot 237, and a plurality of phase windings of the U phase, the V phase, and the W phase, which constitute the stator winding 238 of FIG. 3, are mounted. In this embodiment, since the number of slots for each pole is two, 48 slots 237 are provided at equal intervals. That the number of slots per pole is two means that the U, V, and W phases of each slot 237 are circumferentially U, U, V, V, W, W,. Means that the phases are arranged two by two, and six slots 237 are used for the U phase, V phase and W phase of one pole. In this embodiment, since the number of permanent magnets 254 (254a, 254b) described later is eight (8 pairs) arranged in the circumferential direction (eight pairs), the number of slots 237 of the stator core 232 is 48 (8 × 6). .

回転子コア２５２の外周近傍には、直方体形状の永久磁石２５４を固定する複数の穴（磁石挿入孔２５３）が、周方向に沿って等間隔に配設されている。本実施例では、永久磁石２５４が８極（８対）であるので、８個（８対）の磁石挿入孔２５３が配設されている。磁石挿入孔２５３は、軸方向に延伸しており、８極（８対）の永久磁石２５４（２５４ａ、２５４ｂ）が埋め込まれている。   In the vicinity of the outer periphery of the rotor core 252, a plurality of holes (magnet insertion holes 253) for fixing the rectangular parallelepiped permanent magnets 254 are arranged at equal intervals along the circumferential direction. In the present embodiment, the permanent magnet 254 has eight poles (eight pairs), and thus eight (eight pairs) magnet insertion holes 253 are provided. The magnet insertion hole 253 extends in the axial direction, and has eight poles (eight pairs) of permanent magnets 254 (254a, 254b) embedded therein.

永久磁石２５４は、接着剤や充填剤などで回転子コア２５２に固定されており、回転子２５０の界磁極として作用し、本実施例では８極構成である。永久磁石２５４は、長さ方向（磁石挿入孔２５３に埋め込まれたときの軸方向）に垂直な断面（横断面）での形状が長方形である。永久磁石２５４について、横断面形状（長方形）の長辺の長さを「幅」ｂ２と呼び、短辺の長さを「厚さ」と呼ぶ。   The permanent magnet 254 is fixed to the rotor core 252 with an adhesive, a filler or the like, acts as a field pole of the rotor 250, and has an eight-pole configuration in this embodiment. The shape of the permanent magnet 254 in a cross section (transverse cross section) perpendicular to the length direction (axial direction when embedded in the magnet insertion hole 253) is rectangular. Regarding the permanent magnet 254, the length of the long side of the cross-sectional shape (rectangle) is called “width” b2, and the length of the short side is called “thickness”.

以下では、磁石挿入孔２５３の幅を、磁石挿入孔２５３に埋め込まれた永久磁石２５４の幅ｂ２方向の長さとし、ｂ１で表す。磁石挿入孔２５３の幅ｂ１は、永久磁石２５４の幅ｂ２よりも大きい。磁石挿入孔２５３の内部には、幅ｂ１方向の両側に、永久磁石２５４が存在しない空間が存在する。この空間は、磁気的空隙２５７として機能する。この空間（磁気的空隙２５７）には、接着剤を埋め込んでもよく、成型用樹脂を充填して成型用樹脂と永久磁石２５４とを一体に固めてもよい。   Hereinafter, the width of the magnet insertion hole 253 is the length of the permanent magnet 254 embedded in the magnet insertion hole 253 in the width b2 direction, and is represented by b1. The width b1 of the magnet insertion hole 253 is larger than the width b2 of the permanent magnet 254. Inside the magnet insertion hole 253, a space where the permanent magnet 254 does not exist exists on both sides in the width b1 direction. This space functions as a magnetic gap 257. An adhesive may be embedded in this space (magnetic gap 257), or a molding resin may be filled to solidify the molding resin and the permanent magnet 254 integrally.

磁石挿入孔２５３は、長さ方向（軸方向）に垂直な断面（横断面）での形状（輪郭）が、永久磁石２５４が埋め込まれる長方形部分の長辺の形状と、磁気的空隙２５７として機能する部分の形状とからなる。   The shape (outline) of the magnet insertion hole 253 in a cross section (transverse cross section) perpendicular to the length direction (axial direction) functions as the shape of the long side of the rectangular portion in which the permanent magnet 254 is embedded, and the magnetic gap 257. And the shape of the part to be formed.

永久磁石２５４の磁化方向は、永久磁石２５４の幅ｂ２方向に垂直であり、界磁極毎に磁化方向の向きが反転している。すなわち、永久磁石２５４ａの、固定子２３０側の面（径方向外側の面）がＮ極、回転軸側の面（径方向内側の面）がＳ極であれば、永久磁石２５４ａの周方向の隣にある永久磁石２５４ｂは、固定子２３０側の面がＳ極、回転軸側の面がＮ極である。これらの永久磁石２５４ａと永久磁石２５４ｂは、周方向に交互に配置されている。   The magnetization direction of the permanent magnet 254 is perpendicular to the width b2 direction of the permanent magnet 254, and the direction of the magnetization direction is reversed for each field pole. That is, if the surface (radially outer surface) on the stator 230 side of the permanent magnet 254a is the N pole, and the surface (radially inner surface) on the rotating shaft side is the S pole, the circumferential direction of the permanent magnet 254a is The adjacent permanent magnet 254b has an S pole on the surface facing the stator 230 and an N pole on the rotating shaft side. These permanent magnets 254a and permanent magnets 254b are alternately arranged in the circumferential direction.

永久磁石２５４は、磁化した後に回転子コア２５２の磁石挿入孔２５３に挿入してもよいし、磁石挿入孔２５３に挿入した後に強力な磁界を与えて磁化させてもよい。但し、磁化後の永久磁石２５４は強力な磁石なので、回転子２５０に固定する前に永久磁石２５４を着磁すると、永久磁石２５４の回転子２５０への固定時に永久磁石２５４と回転子コア２５２との間に強力な吸引力が生じて組み付け作業の妨げとなる。また、永久磁石２５４の強力な吸引力により、永久磁石２５４に鉄粉などのごみが付着するおそれがある。このため、回転電機の生産性を考慮すると、永久磁石２５４は、回転子コア２５２の磁石挿入孔２５３に挿入した後に磁化するのが好ましい。   The permanent magnet 254 may be inserted into the magnet insertion hole 253 of the rotor core 252 after being magnetized, or may be magnetized by applying a strong magnetic field after being inserted into the magnet insertion hole 253. However, since the permanent magnet 254 after magnetization is a strong magnet, if the permanent magnet 254 is magnetized before being fixed to the rotor 250, the permanent magnet 254 and the rotor core 252 are fixed when the permanent magnet 254 is fixed to the rotor 250. A strong suction force is generated between them, which hinders the assembling work. Further, dust such as iron powder may adhere to the permanent magnet 254 due to the strong attractive force of the permanent magnet 254. Therefore, in consideration of the productivity of the rotating electric machine, it is preferable that the permanent magnet 254 be magnetized after being inserted into the magnet insertion hole 253 of the rotor core 252.

なお、永久磁石２５４には、ネオジウム系、サマリウム系の焼結磁石、フェライト磁石、及びネオジウム系のボンド磁石などを用いることができる。永久磁石２５４の残留磁束密度は、０．４〜１．５Ｔ程度である。   As the permanent magnet 254, a neodymium-based, samarium-based sintered magnet, a ferrite magnet, a neodymium-based bonded magnet, or the like can be used. The residual magnetic flux density of the permanent magnet 254 is approximately 0.4 to 1.5T.

３相交流電流を固定子巻線２３８に流すことにより回転磁界が固定子２３０に発生すると、この回転磁界が回転子２５０の永久磁石２５４に作用してトルクが生じる。このトルクは、永久磁石２５４から出る磁束のうち各相巻線に鎖交する成分と、各相巻線に流れる交流電流の鎖交磁束に直交する成分の積で表される。ここで、交流電流は正弦波状になるように制御されているので、鎖交磁束の基本波成分と交流電流の基本波成分の積がトルクの時間平均成分となり、鎖交磁束の高調波成分と交流電流の基本波成分の積がトルクの高調波成分であるトルクリプルとなる。つまり、トルクリプルを低減するには、鎖交磁束の高調波成分を低減すればよい。言い換えれば、鎖交磁束と回転子の回転する角速度の積が誘起電圧であるから、鎖交磁束の高調波成分を低減することは、誘起電圧の高調波成分を低減することに等しい。   When a rotating magnetic field is generated in the stator 230 by flowing a three-phase alternating current through the stator winding 238, the rotating magnetic field acts on the permanent magnet 254 of the rotor 250 to generate torque. This torque is represented by the product of the component of the magnetic flux emitted from the permanent magnet 254 that interlinks with each phase winding and the component that is orthogonal to the interlinkage magnetic flux of the alternating current flowing through each phase winding. Here, since the alternating current is controlled to be sinusoidal, the product of the fundamental wave component of the interlinkage magnetic flux and the fundamental wave component of the alternating current becomes the time average component of the torque, and the harmonic component of the interlinkage magnetic flux is The product of the fundamental component of the alternating current is torque ripple, which is the harmonic component of torque. That is, in order to reduce the torque ripple, the harmonic component of the linkage magnetic flux may be reduced. In other words, since the product of the linkage flux and the angular velocity at which the rotor rotates is the induced voltage, reducing the harmonic component of the linkage flux is equivalent to reducing the harmonic component of the induced voltage.

図５は、図４に示した固定子２３０及び回転子２５０のｒ−θ断面図の１磁極分を拡大して示した図である。以下では、図５に示した断面について説明する。   FIG. 5 is an enlarged view of one magnetic pole in the r-θ cross-sectional view of the stator 230 and the rotor 250 shown in FIG. Hereinafter, the cross section shown in FIG. 5 will be described.

回転子コア２５２には、１極あたりに１対の磁石挿入孔２５３が設けられている。１対の磁石挿入孔２５３は、永久磁石２５４の１極あたりの中央（中心軸）であるｄ軸３００に対して対称の形状である。磁石挿入孔２５３には、永久磁石２５４の磁極外側（幅ｂ２方向の両側）に、磁気的空隙２５７が存在する。磁気的空隙２５７は、コギングトルクや通電時のトルク脈動を低減するために設けられている。磁気的空隙２５７の厚さを、磁石挿入孔２５３に埋め込まれた永久磁石２５４の厚さ方向の長さとすると、磁気的空隙２５７の厚さは、永久磁石２５４の厚さよりも小さい。このため、永久磁石２５４は、幅ｂ２方向への動きが規制される。回転子コア２５２のうち、永久磁石２５４の幅ｂ２方向への動きを規制する部分は、磁極端押え部２６４と呼ばれ、磁気的空隙２５７よりも内周側（径方向内側）に位置する。   The rotor core 252 is provided with a pair of magnet insertion holes 253 per pole. The pair of magnet insertion holes 253 has a shape symmetric with respect to the d-axis 300 which is the center (center axis) per pole of the permanent magnet 254. In the magnet insertion hole 253, a magnetic gap 257 exists outside the magnetic pole of the permanent magnet 254 (on both sides in the width b2 direction). The magnetic gap 257 is provided to reduce cogging torque and torque pulsation during energization. Assuming that the thickness of the magnetic gap 257 is the length in the thickness direction of the permanent magnet 254 embedded in the magnet insertion hole 253, the thickness of the magnetic gap 257 is smaller than the thickness of the permanent magnet 254. Therefore, the movement of the permanent magnet 254 in the width b2 direction is restricted. A portion of the rotor core 252 that restricts the movement of the permanent magnet 254 in the width b2 direction is called a magnetic pole end holding portion 264, and is located on the inner peripheral side (radially inward) of the magnetic gap 257.

また、回転子コア２５２のうち、磁石挿入孔２５３と回転子コア２５２の外周との間の部分を、コア部２５６と呼ぶ。磁石挿入孔２５３と回転子コア２５２の外周との径方向の距離のうち、最も短い距離をＷ１とする。回転子コア２５２のうち、回転子コア２５２の外周から径方向内側に距離Ｗ１の位置までの範囲の部分を、磁極端ブリッジ部２５８と呼ぶ。磁極端ブリッジ部２５８は、幅がＷ１の円環状の部分である。幅Ｗ１が小さいほど回転子２５０内の磁路に流れる永久磁石２５４からの磁束が減って、より多くの磁束が固定子２３０に到達するようになり、マグネットトルクを大きくすることができる。従って、磁極端ブリッジ部２５８の幅Ｗ１は、回転子２５０が回転した時の応力に耐えられる程度に、できる限り小さくすることが好ましい。   Further, a portion of the rotor core 252 between the magnet insertion hole 253 and the outer periphery of the rotor core 252 is referred to as a core portion 256. The shortest distance among the radial distances between the magnet insertion hole 253 and the outer periphery of the rotor core 252 is W1. A portion of the rotor core 252 in a range from the outer periphery of the rotor core 252 to a position radially inward from the outer periphery of the rotor core 252 by a distance W1 is referred to as a magnetic pole bridge portion 258. The pole tip bridge portion 258 is an annular portion having a width of W1. As the width W1 is smaller, the magnetic flux from the permanent magnet 254 flowing through the magnetic path in the rotor 250 is reduced, and more magnetic flux reaches the stator 230, and the magnet torque can be increased. Therefore, it is preferable that the width W1 of the pole tip bridge portion 258 be as small as possible so as to withstand the stress when the rotor 250 rotates.

図６は、本実施例による回転電機のうち、回転子コア２５２の磁気的空隙２５７を含む部分領域（図５の領域Ｂ）を拡大して示した図である。以下では、図６に示した断面について説明する。   FIG. 6 is an enlarged view of a partial region (region B in FIG. 5) of the rotating electric machine according to the present embodiment including the magnetic gap 257 of the rotor core 252. Hereinafter, the cross section shown in FIG. 6 will be described.

回転子コア２５２の外周から径方向内側に距離Ｗ１の位置を示す線を仮想線Ｌ１（３０１）とする。磁極端ブリッジ部２５８は、回転子コア２５２のうち、回転子コア２５２の外周と仮想線３０１との間の領域である。また、磁石挿入孔２５３の永久磁石２５４に面する辺のうち、永久磁石２５４の幅ｂ２方向に延伸する辺であって径方向外側にある辺と重なる直線を仮想線Ｌ２（３０２）とする。   A line indicating the position of the distance W1 radially inward from the outer periphery of the rotor core 252 is defined as a virtual line L1 (301). The pole tip bridge portion 258 is an area of the rotor core 252 between the outer periphery of the rotor core 252 and the virtual line 301. Further, among the sides of the magnet insertion hole 253 facing the permanent magnet 254, a straight line that extends in the width b2 direction of the permanent magnet 254 and overlaps the side that is radially outward is defined as a virtual line L2 (302).

磁石挿入孔２５３は、図５、６に示すように、ｒ−θ断面（横断面）での形状（輪郭）が、永久磁石２５４が埋め込まれる長方形部分の長辺の形状と、磁気的空隙２５７として機能する部分の形状とからなる。磁気的空隙２５７の横断面形状（横断面での輪郭）を構成する頂点のうち、仮想線３０１上に位置する頂点（磁気的空隙２５７として機能する部分の頂点）を頂点Ｐ０（２７０）とし、仮想線３０２上に位置する又は仮想線３０２に対してｄ軸３００の反対側に位置する頂点を頂点Ｐ２（２７２）とする。仮想線３０１は、頂点２７０を通り、回転子コア２５２の外周を示す円と同心円を描く線である。仮想線３０１と仮想線３０２との交点を、交点Ｐ１（２７１）とする。頂点２７０は、磁気的空隙２５７の輪郭を構成する頂点のうち回転子コア２５２の外周に最も近い頂点であり（頂点２７０と回転子コア２５２の外周との距離はＷ１）、仮想線３０２に対してｄ軸３００の反対側に位置する。頂点２７２は、交点２７１よりも径方向内側に位置する。   As shown in FIGS. 5 and 6, the magnet insertion hole 253 has a shape (contour) in an r-θ cross section (transverse cross section) that has a long side shape in which a permanent magnet 254 is embedded and a magnetic gap 257. And the shape of the part that functions as Of the vertices forming the cross-sectional shape (contour in the cross-section) of the magnetic gap 257, the vertex located on the virtual line 301 (the vertex of the portion functioning as the magnetic gap 257) is defined as a vertex P0 (270). A vertex located on the virtual line 302 or located on the opposite side of the d-axis 300 with respect to the virtual line 302 is defined as a vertex P2 (272). The virtual line 301 is a line that passes through the vertex 270 and draws a concentric circle with a circle indicating the outer circumference of the rotor core 252. An intersection between the virtual line 301 and the virtual line 302 is defined as an intersection P1 (271). The vertex 270 is the vertex closest to the outer circumference of the rotor core 252 (the distance between the vertex 270 and the outer circumference of the rotor core 252 is W1) among the vertices constituting the contour of the magnetic gap 257. Is located on the opposite side of the d-axis 300. The vertex 272 is located radially inward of the intersection 271.

なお、図６に示した例では、頂点２７２は、永久磁石２５４の角部２５４ｃの近傍に位置する。頂点２７２は、仮想線３０２上であって永久磁石２５４の角部２５４ｃ（回転子コア２５２の外周に最も近い角部）からの距離が最短の地点に位置するのが、トルク脈動の抑制効果の点から好ましい。しかし、頂点２７２がこの地点の近傍に位置しても、トルク脈動を抑制することができる。   In the example shown in FIG. 6, the vertex 272 is located near the corner 254c of the permanent magnet 254. The apex 272 is located on the imaginary line 302 and at the point where the distance from the corner 254c of the permanent magnet 254 (the corner closest to the outer periphery of the rotor core 252) is shortest. Preferred from the point. However, even if the apex 272 is located near this point, torque pulsation can be suppressed.

磁気的空隙２５７は、ｒ−θ断面（横断面）での輪郭の形状が、頂点２７０と、頂点２７２と、頂点２７０と頂点２７２とを結ぶ辺Ｓ（２７３）を有する形状である。辺２７３は、仮想線３０１よりも径方向内側で、仮想線３０２に対してｄ軸３００の反対側に位置する辺である。辺２７３は、図６では直線であるが、曲率半径の大きい曲線でもよい。磁気的空隙２５７の輪郭が辺２７３を有する形状であるので、磁気的空隙２５７は、その輪郭と内部とに交点２７１を含まない。従って、頂点２７０と頂点２７２と交点２７１との３点を結ぶ３つの辺（辺２７３と、頂点２７０と交点２７１とを結ぶ辺と、交点２７１と頂点２７２とを結ぶ辺）で囲まれた領域を領域Ｒとすると、回転子コア２５２では、領域Ｒは、磁気的空隙２５７や磁石挿入孔２５３ではなく、回転子コア２５２が存在して永久磁石２５４からの磁束が流れる磁路である。   The magnetic gap 257 has a contour having a vertex 270, a vertex 272, and a side S (273) connecting the vertex 270 and the vertex 272 in an r-θ cross section (transverse cross section). The side 273 is a side located radially inward of the virtual line 301 and opposite to the d-axis 300 with respect to the virtual line 302. The side 273 is a straight line in FIG. 6, but may be a curve having a large radius of curvature. Since the contour of the magnetic gap 257 has a shape having the side 273, the magnetic gap 257 does not include the intersection 271 between the contour and the inside. Accordingly, an area surrounded by three sides (side 273, a side connecting vertex 270 and intersection 271 and a side connecting intersection 271 and vertex 272) connecting three points of vertex 270, vertex 272 and intersection 271. In the rotor core 252, the region R is not the magnetic gap 257 or the magnet insertion hole 253, but a magnetic path in which the rotor core 252 exists and the magnetic flux from the permanent magnet 254 flows.

図８は、従来の回転電機のうち、回転子コアの磁気的空隙を含む部分領域（図５の領域Ｂに相当する領域）を拡大して示した図である。従来の回転電機では、頂点２７０と頂点２７２が交点２７１の位置にあり、磁気的空隙２５７ａが本実施例による回転電機の磁気的空隙２５７より大きい。すなわち、従来の回転電機では、磁気的空隙２５７ａは、輪郭の形状が、図６では回転子コア２５２の内部にある２つの辺（頂点２７０と交点２７１とを結ぶ辺と、交点２７１と頂点２７２とを結ぶ辺）を有する形状であり、図６における領域Ｒを含む形状である。このため、従来の回転電機では、図６における領域Ｒは、回転子コア２５２が存在せず、磁気的空隙２５７ａに含まれる領域である。   FIG. 8 is an enlarged view of a partial region (region corresponding to region B in FIG. 5) of a conventional rotating electric machine including a magnetic gap of a rotor core. In the conventional rotating electrical machine, the apex 270 and the apex 272 are located at the intersection 271, and the magnetic gap 257 a is larger than the magnetic gap 257 of the rotating electrical machine according to the present embodiment. That is, in the conventional rotating electric machine, the magnetic air gap 257a has a contour shape in which two sides (a side connecting the vertex 270 and the intersection 271 and a crossing point 271 and the vertex 272) inside the rotor core 252 in FIG. And a shape including a region R in FIG. For this reason, in the conventional rotating electric machine, the region R in FIG. 6 is a region where the rotor core 252 does not exist and is included in the magnetic gap 257a.

本実施例による回転電機では、磁気的空隙２５７の横断面での輪郭の形状が辺２７３を有する形状（磁気的空隙２５７の輪郭と内部に交点２７１を含まない形状）であり、領域Ｒに回転子コア２５２が存在し、領域Ｒが永久磁石２５４からの磁束が流れる磁路である。このため、本実施例による回転電機は、従来の回転電機に比べ、永久磁石２５４から出る磁束の波形が正弦波に近くなり、回転子２５０が回転した際の固定子２３０と回転子２５０の間に発生する磁束密度の波形が正弦波に近くなる。従って、本実施例による回転電機は、回転子２５０が回転した際に発生するトルク脈動を、従来よりも抑制することができる。   In the rotating electrical machine according to the present embodiment, the shape of the contour in the cross section of the magnetic gap 257 is a shape having the side 273 (a shape that does not include the intersection 271 inside the contour of the magnetic gap 257). The child core 252 is present, and the region R is a magnetic path through which the magnetic flux from the permanent magnet 254 flows. For this reason, in the rotating electric machine according to the present embodiment, the waveform of the magnetic flux emitted from the permanent magnet 254 becomes closer to a sine wave as compared with the conventional rotating electric machine, and the distance between the stator 230 and the rotor 250 when the rotor 250 rotates. The waveform of the magnetic flux density generated near the sine wave. Therefore, the rotating electric machine according to the present embodiment can suppress the torque pulsation generated when the rotor 250 rotates as compared with the related art.

仮想線３０１上に位置する頂点２７０と、仮想線３０２上に位置する又は仮想線３０２に対してｄ軸３００の反対側に位置する頂点２７２は、交点２７１以外の位置にあればよい（但し、頂点２７０は、仮想線３０２に対してｄ軸３００の反対側に位置し、頂点２７２は、交点２７１よりも径方向内側に位置する）。頂点２７０は、可能な限り交点２７１から周方向に（ｄ軸３００から遠くなる方向に）離れた位置にある方が、トルク脈動の抑制効果がより大きい。また、頂点２７２は、可能な限り永久磁石２５４の角部２５４ｃに近い位置にある方が、トルク脈動の抑制効果がより大きい。頂点２７０と頂点２７２が交点２７１からより離れた位置にあれば、回転子コア２５２が存在する部分である領域Ｒがより大きくなり、永久磁石２５４から出る磁束の波形がより正弦波に近くなるからである。   The vertex 270 located on the virtual line 301 and the vertex 272 located on the virtual line 302 or on the opposite side of the d-axis 300 with respect to the virtual line 302 may be located at a position other than the intersection 271 (however, The vertex 270 is located on the opposite side of the d-axis 300 with respect to the virtual line 302, and the vertex 272 is located radially inward of the intersection 271). The effect of suppressing the torque pulsation is greater when the apex 270 is as far away from the intersection 271 as possible in the circumferential direction (in a direction away from the d-axis 300). In addition, the effect of suppressing torque pulsation is greater when the apex 272 is located as close as possible to the corner 254c of the permanent magnet 254. If the apex 270 and the apex 272 are located farther from the intersection 271, the region R where the rotor core 252 exists is larger, and the waveform of the magnetic flux emitted from the permanent magnet 254 is closer to a sine wave. It is.

頂点２７０と頂点２７２の間に、仮想線３０１よりも径方向内側で、仮想線３０２に対してｄ軸３００の反対側であれば、頂点を１つ又は複数設けても、同様の効果を得ることができる。辺２７３は、仮想線３０１よりも径方向内側で、仮想線３０２に対してｄ軸３００の反対側に位置すれば、曲線でも複数の線分から成る折れ線でもよい。   If one or more vertices are provided between the vertices 270 and 272 on the radially inner side of the imaginary line 301 and on the opposite side of the d-axis 300 with respect to the imaginary line 302, the same effect is obtained. be able to. The side 273 may be a curved line or a polygonal line composed of a plurality of line segments as long as the side 273 is located radially inside the virtual line 301 and on the opposite side of the d-axis 300 with respect to the virtual line 302.

なお、頂点２７０と頂点２７２がある位置は、回転子コア２５２の製造の関係上、厳密には角ではなく、丸みがついている。本実施例では、この丸みのある角も頂点に含める。   It should be noted that the positions where the vertices 270 and 272 are present are not strictly round but rounded due to the manufacturing of the rotor core 252. In this embodiment, the rounded corner is also included in the vertex.

図７は、本実施例による回転電機のうち、回転子コア２５２の磁気的空隙２５７を含む部分領域（図５の領域Ｂ）を拡大して示した図であり、磁気的空隙２５７の輪郭の形状が図６と異なるものを示す図である。以下では、図７に示した断面について説明する。   FIG. 7 is an enlarged view of a partial region (region B in FIG. 5) including the magnetic gap 257 of the rotor core 252 in the rotary electric machine according to the present embodiment. FIG. 7 is a view showing a shape different from FIG. 6. Hereinafter, the cross section shown in FIG. 7 will be described.

上述したように、図６に示した例では、頂点２７２は、仮想線３０１と仮想線３０２との交点２７１よりも径方向内側で、永久磁石２５４の角部２５４ｃの近傍に位置する。   As described above, in the example shown in FIG. 6, the vertex 272 is located radially inward of the intersection 271 between the virtual line 301 and the virtual line 302 and near the corner 254c of the permanent magnet 254.

図７に示した例では、頂点２７２は、仮想線３０１と仮想線３０２との交点２７１よりも径方向内側で、永久磁石２５４の角部２５４ｃよりも径方向外側に位置する。図７に示すように、頂点２７２が、永久磁石２５４の角部２５４ｃの近傍に位置しない場合でも、交点２７１（仮想線３０１）よりも径方向内側に位置すれば、トルク脈動の抑制効果を得ることができる。   In the example illustrated in FIG. 7, the vertex 272 is located radially inward of the intersection 271 between the imaginary line 301 and the imaginary line 302 and radially outward of the corner 254 c of the permanent magnet 254. As shown in FIG. 7, even when the vertex 272 is not located near the corner 254c of the permanent magnet 254, if it is located radially inward of the intersection 271 (virtual line 301), the effect of suppressing torque pulsation is obtained. be able to.

また、本実施例では、図５に示すように１対の永久磁石２５４が径方向外側に向かって開くＶ字状に配置されているが、永久磁石２５４の配置はこれに限らない。例えば、Ｖ字状に配置した１対の永久磁石２５４の間のコア部２５６に、着磁方向がｄ軸３００と同一方向の永久磁石をさらに配置しても、本実施例と同様の効果を得ることができる。他にも、Ｖ字状に配置した１対の永久磁石２５４の径方向外側に、さらにＶ字状に配置した１対の永久磁石を設けても、本実施例と同様の効果を得ることができる。つまり、本実施例での磁石挿入孔２５３の周囲に別の空隙や永久磁石を設けても、トルク脈動の抑制効果を得ることができる。   In this embodiment, as shown in FIG. 5, the pair of permanent magnets 254 are arranged in a V-shape that opens radially outward, but the arrangement of the permanent magnets 254 is not limited to this. For example, even if a permanent magnet whose magnetization direction is the same as the d-axis 300 is further arranged in the core portion 256 between the pair of permanent magnets 254 arranged in a V-shape, the same effect as in the present embodiment can be obtained. Obtainable. In addition, even if a pair of V-shaped permanent magnets is further provided radially outside a pair of V-shaped permanent magnets 254, the same effect as in the present embodiment can be obtained. it can. That is, even if another gap or permanent magnet is provided around the magnet insertion hole 253 in this embodiment, the effect of suppressing torque pulsation can be obtained.

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。   It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, the above embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and the present invention is not necessarily limited to an aspect having all the described configurations. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment. It is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. In addition, a part of the configuration of each embodiment can be deleted, or another configuration can be added or replaced.

２１…パワー半導体（ＩＧＢＴ）、３８…ダイオード、１００…車両、１１０…前輪、１２０…エンジン、１２４…エンジン制御装置、１３０…変速機、１３４…変速機制御装置、１６０…デファレンシャルギア、１７０…統合制御装置、１７４…通信回線、１８０…バッテリ、１８４…バッテリ制御装置、２００…第１の回転電機、２０２…第２の回転電機、２１２…ハウジング、２１４…エンドブラケット、２１６…軸受、２１８…シャフト、２２２…空隙、２２４…レゾルバ、２２６…あて板、２３０…固定子、２３２…固定子コア、２３６…ティース、２３７…スロット、２３８…固定子巻線、２５０…回転子、２５２…回転子コア、２５３…回転子コアの磁石挿入孔、２５４、２５４ａ、２５４ｂ…永久磁石、２５４ｃ…永久磁石の角部、２５６…コア部、２５７、２５７ａ…磁気的空隙、２５８…磁極端ブリッジ部、２６４…磁極端押え部、２７０、２７２…頂点、２７１…仮想線の交点、２７３…磁気的空隙の辺、３００…ｄ軸、３０１、３０２…仮想線、６００…電力変換装置、６１０、６２０…パワーモジュール、６３０…コンデンサモジュール、６４２…コネクタ基板、６４４…送受信回路、６４６…制御回路基板、６４８…制御回路、６５０…駆動回路基板、６５４…駆動回路基板、６５２…第１の駆動回路、６５６…第２の駆動回路、６６０…電流センサ、６６２…電流センサ。   Reference numeral 21: power semiconductor (IGBT), 38: diode, 100: vehicle, 110: front wheel, 120: engine, 124: engine control device, 130: transmission, 134: transmission control device, 160: differential gear, 170: integration Control device, 174 communication line, 180 battery, 184 battery control device, 200 first electric rotating machine, 202 second electric rotating machine, 212 housing, 214 end bracket, 216 bearing, 218 shaft Reference numeral: 222: air gap, 224: resolver, 226: plate, 230: stator, 232: stator core, 236: teeth, 237: slot, 238: stator winding, 250: rotor, 252: rotor core , 253: magnet insertion holes in the rotor core, 254, 254a, 254b: permanent magnets, 254c: permanent magnets Corner, 256: Core, 257, 257a: Magnetic gap, 258: Magnetic pole end bridge, 264: Magnetic pole holding part, 270, 272: Apex, 271: Intersection of virtual line, 273: Side of magnetic gap 300, d axis, 301, 302, virtual line, 600, power converter, 610, 620, power module, 630, capacitor module, 642, connector board, 644, transmitting and receiving circuit, 646, control circuit board, 648, control Circuit, 650: drive circuit board, 654: drive circuit board, 652: first drive circuit, 656: second drive circuit, 660: current sensor, 662: current sensor.

Claims (3)

固定子と、前記固定子の内周側に空隙を介して回転可能に配置された回転子とを備え、
前記回転子は、複数の磁石挿入孔を備える回転子コアと、前記磁石挿入孔に固定された複数極の永久磁石とを備え、
前記磁石挿入孔は、前記回転子の回転軸方向に延伸するとともに、前記永久磁石の幅方向の両側に、前記永久磁石が存在しない磁気的空隙を備え、
前記回転軸方向に垂直な断面において、
前記磁気的空隙の輪郭を構成する頂点のうち前記回転子コアの外周に最も近い頂点を頂点Ｐ０とし、
前記頂点Ｐ０を通り、前記回転子コアの外周を示す円と同心円を描く線を仮想線Ｌ１とし、
前記磁石挿入孔の前記永久磁石に面する辺のうち前記幅方向に延伸し前記回転子の径方向の外側にある辺と重なる直線を仮想線Ｌ２とし、
前記仮想線Ｌ１と前記仮想線Ｌ２との交点を交点Ｐ１とし、
前記仮想線Ｌ２上に位置し又は前記仮想線Ｌ２に対して前記永久磁石の１極の中心軸であるｄ軸の反対側に位置し、前記交点Ｐ１よりも前記径方向の内側に位置する頂点を頂点Ｐ２とすると、
前記頂点Ｐ２は、前記断面において、前記永久磁石の角部よりも前記径方向の外側に位置し、
前記磁気的空隙は、前記断面において、
前記輪郭が、前記頂点Ｐ０と、前記頂点Ｐ２と、前記頂点Ｐ０と前記頂点Ｐ２とを結ぶ辺Ｓと、前記頂点Ｐ２よりも前記径方向の内側で前記永久磁石の前記角部の近傍に位置する頂点とを有し、
前記辺Ｓが、前記仮想線Ｌ１よりも前記径方向の内側で、前記仮想線Ｌ２に対して前記ｄ軸の反対側に位置し、
前記辺Ｓが、直線、又は複数の線分から成る折れ線である、
ことを特徴とする回転電機。 A stator, including a rotor rotatably disposed on the inner peripheral side of the stator via a gap,
The rotor includes a rotor core having a plurality of magnet insertion holes, and a multi-pole permanent magnet fixed to the magnet insertion holes,
The magnet insertion hole extends in the rotation axis direction of the rotor, and has a magnetic gap where the permanent magnet does not exist, on both sides in the width direction of the permanent magnet,
In a cross section perpendicular to the rotation axis direction,
The vertex closest to the outer periphery of the rotor core among the vertices constituting the contour of the magnetic gap is defined as a vertex P0,
A line passing through the vertex P0 and drawing a concentric circle with a circle indicating the outer periphery of the rotor core is defined as a virtual line L1,
A straight line extending in the width direction and overlapping a side that is radially outward of the rotor among sides of the magnet insertion hole facing the permanent magnet is a virtual line L2,
An intersection between the virtual line L1 and the virtual line L2 is defined as an intersection P1,
A vertex located on the imaginary line L2 or on the opposite side of the d-axis that is the central axis of one pole of the permanent magnet with respect to the imaginary line L2, and located on the radially inner side than the intersection P1 Is the vertex P2,
The apex P2 is located outside the corner of the permanent magnet in the radial direction in the cross section,
The magnetic gap is, in the cross section,
The contour is located at the vertex P0, the vertex P2, the side S connecting the vertex P0 and the vertex P2, and the radially inner side of the vertex P2 near the corner of the permanent magnet. And a vertex that
The side S is located on the radially inner side of the imaginary line L1 and on the opposite side of the d-axis with respect to the imaginary line L2,
The side S is a straight line or a polygonal line composed of a plurality of line segments.
A rotating electric machine characterized by the above-mentioned. 前記断面において、前記辺Ｓと、前記頂点Ｐ０と前記交点Ｐ１とを結ぶ辺と、前記交点Ｐ１と前記頂点Ｐ２とを結ぶ辺とで囲まれた領域を領域Ｒとすると、
前記領域Ｒは、前記磁気的空隙ではなく、前記回転子コアが存在する領域である、
請求項１に記載の回転電機。 In the cross section, a region surrounded by the side S, a side connecting the vertex P0 and the intersection P1, and a side connecting the intersection P1 and the vertex P2 is defined as a region R.
The region R is not the magnetic gap but a region where the rotor core exists.
The rotating electric machine according to claim 1. 前記断面において、前記磁気的空隙は、前記輪郭と内部に前記交点Ｐ１を含まない、
請求項１に記載の回転電機。 In the cross section, the magnetic gap does not include the intersection P1 inside the contour.
The rotating electric machine according to claim 1.
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