JP6933299B2 - Rotor structure of rotating electric machine - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機の回転子構造に関する。 The present invention relates to a rotor structure of a rotating electric machine.
JP2017−50965Aには、2枚の永久磁石をV字状に配置して一磁極を構成する埋め込み磁石型モータが開示されている。このモータは、一磁極が構成するd軸と電気的に直交するq軸側の端部に設けられたフラックスバリアの頂点と回転軸中心とを通る線を接線Aとした場合に、接線Aとq軸との間において、ロータコアの外周に、ロータコアの軸方向に沿って形成された溝を有している。このようにロータコアに溝を形成することにより、ステータに鎖交する磁石磁束の高次成分を抑制することができるので、鉄損を低減させることができる。 JP2017-50965A discloses an embedded magnet type motor in which two permanent magnets are arranged in a V shape to form one magnetic pole. In this motor, when the line passing through the apex of the flux barrier provided at the end on the q-axis side electrically orthogonal to the d-axis formed by one magnetic pole and the center of the rotation axis is tangent A, the motor is called tangent A. It has a groove formed along the axial direction of the rotor core on the outer periphery of the rotor core with respect to the q-axis. By forming the groove in the rotor core in this way, it is possible to suppress the higher-order component of the magnet magnetic flux interlinking with the stator, so that iron loss can be reduced.
特許文献1に記載のように構成されたロータコアは、一組の永久磁石により磁極が構成される場合に有効であった。しかしながら、一組の永久磁石を2層とした磁極を構成した場合は磁石磁束の方向が変化し、従来技術のように構成された溝によっては、必ずしも鉄損を低減させる効果を得られることができず、場合によっては高調波が増加して電磁加震力が悪化してしまうという問題があった。
The rotor core configured as described in
本発明は、鉄損を低減できる回転電機の回転子構造を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a rotor structure of a rotating electric machine capable of reducing iron loss.
本発明による回転電機の回転子構造は、複数の磁極を周方向に設けた回転子のロータコアと、ロータコアにおける一磁極を構成する複数の永久磁石と、を備える回転電機の回転子構造に適用される。一磁極は、第1永久磁石対と第2永久磁石対とからなり、第1永久磁石対は、径方向外側へ略V字状に広がるように配置された一対の永久磁石から構成され、第2永久磁石対は、第1永久磁石対の周方向の両外側に設けられ、径方向外側へ略V字状に広がるように配置された一対の永久磁石から構成され、第1永久磁石対において一磁極が構成するd軸に電気的に直交するq軸側に設けられた第1フラックスバリアと、第2永久磁石対において一磁極が構成するd軸に電気的に直交するq軸側に設けられた第2フラックスバリアと、を備える。第1フラックスバリアのq軸側の端部とロータコアの回転中心点を結ぶ線を接線1とし、第2フラックスバリアのd軸側の端部とロータコアの回転中心点を結ぶ線を接線2としたときに、接線1と接線2との間に、ロータコアの外周にロータコアの軸方向に沿って形成されたロータ外周溝を備える。
The rotor structure of a rotary electric machine according to the present invention is applied to a rotor core of a rotary electric machine including a rotor core of a rotor having a plurality of magnetic poles provided in the circumferential direction and a plurality of permanent magnets constituting one magnetic pole in the rotor core. NS. One magnetic pole is composed of a first permanent magnet pair and a second permanent magnet pair, and the first permanent magnet pair is composed of a pair of permanent magnets arranged so as to spread substantially V-shaped outward in the radial direction. The two permanent magnet pairs are provided on both outer sides in the circumferential direction of the first permanent magnet pair, and are composed of a pair of permanent magnets arranged so as to spread substantially V-shaped outward in the radial direction. A first flux barrier provided on the q-axis side electrically orthogonal to the d-axis formed by one magnetic pole and a q-axis side provided on the q-axis side electrically orthogonal to the d-axis formed by one magnetic pole in the second permanent magnet pair. The second flux barrier is provided. The line connecting the q-axis end of the first flux barrier and the rotation center point of the rotor core was tangent 1, and the line connecting the d-axis end of the second flux barrier and the rotation center of the rotor core was tangent 2. Occasionally, a rotor outer peripheral groove formed along the axial direction of the rotor core is provided on the outer periphery of the rotor core between the
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings and the like.
図1は、本発明の第1実施形態の回転電機の回転子構造の説明図である。 FIG. 1 is an explanatory diagram of a rotor structure of a rotary electric machine according to a first embodiment of the present invention.
図1は、電動機(モータ)又は発電機を構成する回転電機が備える回転子(ロータ)6を、軸方向に垂直な断面から見た構成図であって、構成全体の一部(一極分)を示す。 FIG. 1 is a configuration diagram of a rotor (rotor) 6 included in a rotary electric machine constituting an electric motor (motor) or a generator as viewed from a cross section perpendicular to the axial direction, and is a part of the entire configuration (one pole portion). ) Is shown.
本実施形態の回転電機は、ロータ6の内部に永久磁石3が埋設されたいわゆるIPM(Interior Permanent Magnet)型の回転電機である。
The rotary electric machine of the present embodiment is a so-called IPM (Interior Permanent Magnet) type rotary electric machine in which a
ロータ6において、一磁極は四つの永久磁石3により構成される。一磁極は、第1永久磁石対(永久磁石3A、3A)を備える第1層50Aと、第2永久磁石対(永久磁石3B、3B)を備える第2層50Bとからなる。第2層50Bは、第1層50Aよりもロータ6の内周側に配置される。
In the
第1永久磁石対(永久磁石3A、3A)は、二つの永久磁石3Aがロータ6の径方向外側へと略V字形状に広がるように配置される。第2永久磁石対(永久磁石3B、3B)も同様に、二つの永久磁石3Bがロータ6の径方向外側へと略V字形状に広がるように配置される。第2永久磁石対(永久磁石3B、3B)は、第1永久磁石対(永久磁石3A、3A)よりもロータ6の周方向の両外側となる位置であって、第1永久磁石対(永久磁石3A、3A)よりもロータ6の径方向の内側にオフセットされた位置に配置される。
The first permanent magnet pair (
なお、図1に示す本実施形態の回転電機は、8極構造のロータを例に説明するが、極数についてはこれに限定されるものではない。ただし、以下に説明する種々の解析データは、8極構造のロータ6と、スロット数が48であって、且つ、固定子巻線が分布巻きによって巻き回されたステータ12と、で構成された回転電機に本願発明を適用して解析されたことを前提とする。
The rotary electric machine of the present embodiment shown in FIG. 1 will be described by taking a rotor having an 8-pole structure as an example, but the number of poles is not limited to this. However, the various analysis data described below are composed of a
回転子コア(ロータコア)1は、厚さ数百μmの電磁鋼板を円環状に打ち抜き加工した単板を軸方向に積層して形成された、いわゆる積層電磁鋼板構造により円筒形に構成されている。 The rotor core (rotor core) 1 is formed in a cylindrical shape by a so-called laminated electromagnetic steel plate structure formed by laminating a single plate obtained by punching an electromagnetic steel plate having a thickness of several hundred μm in an annular shape in the axial direction. ..
それぞれの電磁鋼板の単板には、永久磁石3を挿入するための磁石挿入孔2(以下、単に磁石孔2ともいう)が形成されるとともに、磁石孔2の周方向の両端部及びその近傍には、フラックスバリア4、5、11が形成されている。
A magnet insertion hole 2 (hereinafter, also simply referred to as a magnet hole 2) for inserting a
磁石孔2は、永久磁石3を挿入するために電磁鋼板に形成された孔である。磁石孔2は、一極あたり径方向に二つの層(第1層50A、第2層50B)が構成され、各層に二つの永久磁石3がそれぞれ挿入される。
The
磁石孔2は、第1層50A及び第2層50Bそれぞれにおいて、ロータ6の外周側に向かって略V字形状となるように配置される。
The
磁石孔2が形成された電磁鋼板が軸方向に積層されることで、ロータコア1には永久磁石3を埋設するための孔部が形成される。永久磁石3は、ロータコア1に形成されたそれぞれの孔部に固定される。
By laminating the electromagnetic steel sheets on which the
第1層50Aにおいては、ロータ6の周方向に沿って一組の第1永久磁石対(永久磁石3A、3A)が構成する磁極が互いに等間隔で、且つ、互いに隣接する磁極の極性が異極性となるように配置される。同様に、第2層50Bにおいても、ロータ6の周方向に沿って一組の第2永久磁石対(永久磁石3B、3B)が構成する磁極が互いに等間隔で、且つ、互いに隣接する磁極の極性が異極性となるように配置される。これら第1層50A及び第2層50Bの四つの永久磁石3により一つの磁極が構成される。四つの永久磁石3がつくる磁束の方向がd軸であり、d軸に対して電気的磁気的に直交する方向がq軸である。
In the
第1層50Aにおいて、一組の磁石孔2Aはd軸に対称に配置され、これら磁石孔2Aのそれぞれに永久磁石3Aが挿入される。磁石孔2Aは、長手方向の端部に、空隙部分としてのフラックスバリア4(4A)、5(5A)が形成される。フラックスバリア4Aは、一組の永久磁石対(永久磁石3A、3A)のd軸側の端部に配置される。フラックスバリア5Aは一組の永久磁石対(永久磁石3A、3A)の、q軸側の端部に配置される。
In the
第2層50Bにおいても同様に、一組の磁石孔2Bはd軸において対称に配置され、これら磁石孔2Bのそれぞれに永久磁石3Bが挿入される。磁石孔2Bは、長手方向の端部に、空隙部分としてのフラックスバリア4(4B)、5(5B)が形成される。フラックスバリア4Bは、一組の永久磁石対(永久磁石3B、3B)のd軸側の端部に配置される。フラックスバリア5B(端部フラックスバリア5B)は一組の永久磁石対(永久磁石3B、3B)の、q軸側の端部に配置される。
Similarly, in the
さらに、第2層50Bでは、磁石孔2Bから離間して独立した孔部であるフラックスバリア11(離間フラックスバリア11)を備える。フラックスバリア11は、q軸上に、q軸を対称とした形状の空隙部分として形成される。
Further, the
これらフラックスバリア4、5、11による空隙部分は、電磁鋼板よりも透磁率が低く、磁気抵抗が大きい。したがって、フラックスバリア4、5、11は、永久磁石3がロータ6に構成する磁気回路において、磁束(フラックス)が通過するときの抵抗となる磁気的障壁として作用する。
The voids formed by the
このように構成されたフラックスバリア4、5、11によって、適切な位置に磁気障壁が形成される。具体的には、第1層50Aにおいては永久磁石3Aに対してフラックスバリア4A、5Aが磁気抵抗群を形成し、第2層50Bにおいては永久磁石3Bに対してフラックスバリア4B、5B、11が磁気抵抗群を形成する。
The
このような構成によって、永久磁石3から出た磁束が該永久磁石3の異極側へ漏洩する際の磁気的障壁となるため、それぞれの永久磁石3から出た磁束を漏れなくステータ12側へと適切に鎖交させることができる。これにより、回転電機のトルク性能が向上する。
With such a configuration, the magnetic flux emitted from the
さらに、本実施形態の第2層50Bにおけるフラックスバリア5Bは、ロータコア1の外周に最も近い部分(最外周部)が、永久磁石3のロータコア1の外周側の端部からd軸側に向かって、ロータコア1の外周と略平行に延在して形成される突出部7を有する。
Further, in the
この突出部7を含むフラックスバリア5Bの最外周部がロータコア1の外周と略平行に形成されるため、フラックスバリア5Bとロータ6外周との間の磁束密度が一様に飽和し(磁気飽和)、q軸方向に流れようとする磁束が低減する。
Since the outermost peripheral portion of the
これにより、永久磁石3Bから出る磁束のうち、突出部7の先端方向(d軸方向)へ流れる磁束の割合が増加し、ロータ磁束が正弦波に近づくため、ステータ鎖交磁束における磁束密度の高調波成分(主に7次)を低減させることができる。なお、フラックスバリア11においても同様に、d軸側に向かってロータコアの外周と略平行に延在して形成された構造を有するので、フラックスバリア5Bと同様に、q軸側に流れようとする磁束が低減し、ステータ鎖交磁束における磁束密度の高調波成分を低減させることができる。
As a result, the proportion of the magnetic flux flowing in the tip direction (d-axis direction) of the protruding
次に、本実施形態のロータコア1に形成される溝(ロータ外周溝)9について説明する。
Next, a groove (rotor outer peripheral groove) 9 formed in the
回転電機を電動機として動作させるときの高速回転時には、電動機の損失において高速回転域で支配的となる鉄損を低減させることが重要となる。鉄損の低減には、ロータ6からステータ12へと鎖交する磁束の高次成分を抑制することが有効である。そこで、本実施形態の回転電機の回転子構造では、次に説明するような特徴的な構成によって、鉄損の低減を図っている。
During high-speed rotation when the rotary electric machine is operated as an electric machine, it is important to reduce the iron loss, which is dominant in the high-speed rotation range in the loss of the electric machine. In order to reduce the iron loss, it is effective to suppress the higher-order component of the magnetic flux interlinking from the
図1に示すように、ロータコア1は、ロータコア1の外周にロータコア1の軸方向に沿って形成された溝9を備える。
As shown in FIG. 1, the
溝9は、ロータコア1の断面図において、ロータコア1の外周面から回転軸中心に向かって凹となる形状に形成される。なお、溝9の形状は、図で示すようなU字状に限定されるものでは必ずしもなく、V字状などに形成されていてもよい。
The
溝9は、図1に示すロータコア1の断面において、接線1と接線2との間に形成される。接線1は、第1層50Aにおいて永久磁石3Aの最もq軸側に設けられるフラックスバリア5Aのq軸側の端部と、ロータコア1の回転中心点とを結ぶ線である。接線2は、第2層50Bの永久磁石3Bの磁気的障壁のうち、ロータコア1の最外周側に設けられるフラックスバリア11のd軸側の端部と、ロータコア1の回転中心点とを結ぶ線である。
The
このような位置に溝9を形成することにより、ステータ12に鎖交する磁束の高次成分を抑制することができ、ステータ12のティースへと渡る磁束の時間変化を滑らかにすることにより、ステータ12における鉄損を低減させることができる。
By forming the
なお、以降は、第1層50Aにおいて永久磁石3Aの最もq軸側に設けられるフラックスバリア5Aを「第1フラックスバリア」と称し、第2層50Bの永久磁石3Bに関わる磁気的障壁のうちロータコア1の最外周側に設けられるフラックスバリア11(離間フラックスバリア11)を「第2フラックスバリア」とも称する。
Hereinafter, the
図2は、本実施形態のロータコア1の磁束の流れを示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the flow of magnetic flux of the
ロータコア1において、各永久磁石3から発生する磁束は、図3の矢印に示すように、磁気抵抗となるフラックスバリア4、5、11の存在により方向が規制される。
In the
特に、ロータコア1では、第1層50Aの永久磁石3Aと第2層50Bの永久磁石3Bとの間であって、磁気的障壁が存在しない領域(すなわち接線1と接線2との間)を、各永久磁石3の磁束が矢印で示すように通過する。この磁束は、ロータコア1の外周部分で外側に広がりながらステータ12へと鎖交する。
In particular, in the
そこで、前述のように、ロータコア1の外周であって磁気的障壁が存在しない領域(すなわち接線1と接線2との間)に溝9を備えることにより、ロータコア1の断面積がわずかに減少する。これにより、ロータ6からステータ12へと鎖交する磁束の高次成分を抑制して、磁束の時間変化を滑らかにすることができる。
Therefore, as described above, by providing the
次に、本実施形態のロータコア1の溝9の位置による鉄損低減効果について、図3に示す解析結果を用いて説明する。
Next, the iron loss reduction effect due to the position of the
図3は、本実施形態の鉄損[W]と溝9の中心位置における位置角[deg]との関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the iron loss [W] of the present embodiment and the position angle [deg] at the center position of the
図3は、溝9のd軸に対する位置角[deg]を、60[deg]から84[deg]まで変化させた場合の電動機の全鉄損[W]の解析結果である。溝9を有しない場合の全鉄損は、164[W]と165[W]の間の横実線として示される。
FIG. 3 is an analysis result of the total iron loss [W] of the motor when the position angle [deg] of the
溝9の位置角が接線1(66[deg]付近)と接線2(82[deg]付近)との間に配置されている場合には、溝9を有しない場合と比較して全鉄損が低減されていることが示されている。
When the position angle of the
以上説明したように、本発明の第1実施形態の回転子構造は、複数の磁極を周方向に設けた回転子6のロータコア1と、ロータコア1における一磁極を構成する複数の永久磁石3と、を備える。一磁極は、第1永久磁石対と第2永久磁石対とからなり、第1永久磁石対は、径方向外側へ略V字状に広がるように配置された一対の永久磁石3A、3Aから構成され、第2永久磁石対は、第1永久磁石対の永久磁石3A、3Aの周方向の両外側に、径方向外側へ略V字状に広がるように配置された一対の永久磁石3B、3Bから構成される。第1永久磁石対において一磁極が構成するd軸に電気的に直交するq軸側に設けられた第1フラックスバリア(フラックスバリア5A)と、第2永久磁石対において一磁極が構成するd軸に電気的に直交するq軸側に設けられた第2フラックスバリア(端部フラックスバリア5B又は離間フラックスバリア11)と、を備える。
As described above, the rotor structure of the first embodiment of the present invention includes a
そして、第1フラックスバリアのq軸側の端部とロータコア1の回転中心点を結ぶ線を接線1とし、第2フラックスバリアのd軸側n端部とロータコア1の回転中心点を結ぶ線を接線2としたときに、接線1と接線2との間に、ロータコア1の外周にロータコア1の軸方向に沿って形成された溝(ロータ外周溝)9が形成される。
Then, the line connecting the q-axis side end of the first flux barrier and the rotation center point of the
本発明の第1実施形態は、このようにロータコア1の外周に溝9を形成したことにより、各永久磁石3から出てステータ12に流れる磁石磁束の高次成分を抑制するので、磁束の時間的変化を滑らかにすることができ、電動機の鉄損を低減することができる。すなわち、ロータコア1の外周であって、各永久磁石3から出てステータ12に流れる磁石磁束の高次成分を抑制するような位置に、溝9が形成されている。
In the first embodiment of the present invention, by forming the
また、本発明の第1実施形態における第2フラックスバリアは、第2永久磁石対(永久磁石3B、3B)の端部に形成された端部フラックスバリア5Bと、第2永久磁石対(永久磁石3B、3B)の端部の近傍で、かつ、第2永久磁石対(永久磁石3B、3B)から離間した位置に形成された離間フラックスバリア11とを含み、接線2は、これらフラックスバリアのうちロータコア1の外周に最も近いフラックスバリアのd軸側の端部とロータコア1の回転中心点とを結ぶ線である。
Further, the second flux barrier in the first embodiment of the present invention includes an
このように、第2永久磁石対(永久磁石3B、3B)においては、最もロータコア1の外側に位置する磁気的障壁よりもd軸側に溝9を形成することにより、ロータコア1の外周側に広がりながらステータ12へと鎖交する磁束に対して溝9が磁束の高周波成分を減衰させるように働くので、磁束の時間変化を滑らかにすることができる。
As described above, in the second permanent magnet pair (
また、本発明の第1実施形態では、周方向に隣接する異なる磁極のそれぞれのq軸側の端部に第2フラックスバリア(端部フラックスバリア5B)が備えられ、周方向に隣接する異なる磁極においてそれぞれの接線2の間には前記ロータ外周溝が形成されない。
Further, in the first embodiment of the present invention, a second flux barrier (end
このような構成により、第1永久磁石対(永久磁石3A、3A)の磁束と第2永久磁石対(永久磁石3B、3B)の磁束とが流れる箇所のロータコア1の外周でロータコア1の断面積をわずかに減少させることにより、磁束の時間的変化を滑らかにして、電動機の鉄損を低減することができる。
With such a configuration, the cross-sectional area of the
また、本実施形態の第2フラックスバリア(フラックスバリア5B)は、ロータコア1の外周に最も近い部分が、永久磁石3Bの端部からd軸に向かってロータコア1の外周と略平行に延在する突出部7を有する。
Further, in the second flux barrier (
このような構成により、ステータ12における磁束密度の高調波成分が抑制され、鉄損を低減させることができる。
With such a configuration, the harmonic component of the magnetic flux density in the
図4及び5は、本発明の第1実施形態の変形例の回転子構造を示す。 4 and 5 show a rotor structure of a modified example of the first embodiment of the present invention.
図4は、本実施形態において、第2層50Bのフラックスバリア11が、ロータコア1の外周に開放されている変形例を示す。
FIG. 4 shows a modified example in which the
図4に示す変形例においても、第2層50Bの永久磁石3Bの磁束の磁気的障壁のうち、最もロータコア1の最外周側に備えられる第2フラックスバリアは、フラックスバリア11である。そこで、第1フラックスバリア(フラックスバリア5A)のq軸側の端部と、ロータコア1の回転中心点とを結ぶ線である接線1と、第2フラックスバリア(離間フラックスバリア11)のd軸側の端面とロータコア1の回転中心軸とを結ぶ線である接線2との間に溝9を配置する。
Also in the modified example shown in FIG. 4, among the magnetic barriers of the magnetic flux of the
これにより、フラックスバリア11がロータコア1の外周に開放されている構造であっても、前述の図1及び図2で説明したのと同様に、磁束の時間変化を滑らかにすることができ、鉄損を低減させることができる。
As a result, even if the
図5は、本実施形態において、第2層50Bが、磁石孔2Bと離間したフラックスバリア11が備えられない変形例を示す。
FIG. 5 shows a modified example in which the
図5に示す変形例においては、第2層50Bの永久磁石3Bの磁束の磁気的障壁のうち、最もロータコア1の最外周側に備えられる第2フラックスバリアは、端部フラックスバリア5Bである。そこで、第1フラックスバリア(フラックスバリア5A)のq軸側の端部とロータコア1の回転中心点とを結ぶ線である接線1と、第2フラックスバリア(端部フラックスバリア5B)のd軸側の端面とロータコア1の回転中心軸とを結ぶ線である接線2との間に溝9を配置する。
In the modified example shown in FIG. 5, among the magnetic barriers of the magnetic flux of the
これにより、磁石孔2から離間した離間フラックスバリア11を備えない場合であっても、前述の図1及び図2に説明したのと同様に、磁束の時間変化を滑らかにすることができ、鉄損を低減させることができる。特に、離間フラックスバリア11を備えない場合は、離間フラックスバリア11を備えた構成と比較して、ロータコア1の製造工数を低減できる。
As a result, even when the
次に、本発明の第2実施形態の回転子構造について説明する。 Next, the rotor structure of the second embodiment of the present invention will be described.
図6は、本発明の第2実施形態の回転子構造の説明図である。 FIG. 6 is an explanatory diagram of a rotor structure according to a second embodiment of the present invention.
前述の第1実施形態は、鉄損を減少させることを目的として溝9の位置を規定した。これに対し第2実施形態では、鉄損を減少させることに加え、さらに、トルクリップルを低減させることを目的として、溝9の位置を規定する。
In the first embodiment described above, the position of the
第1層50Aにおいて、永久磁石3Aの径方向の外側に備えられるフラックスバリア5Aは、ロータコア1の外周と略平行に延在して構成されている。この構成により、前述のフラックスバリア5Bにおける突出部7と同様に、ステータ鎖交磁束における磁束密度の高調波成分を低減させることで、鉄損を低減することができる。
In the
一方で、このような構成により、フラックスバリア5Aとロータ6外周との間に形成されるブリッジ部8は、径方向の厚さが薄くなる。このような構成では、電動機の高速回転時には、遠心力によりブリッジ部8が径方向外側に変形し勝手となる。ブリッジ部8においてロータコア1が径方向外側に変形した場合は、この部分における磁束が変動することにより、例えば96次のトルクリップルが増大する。
On the other hand, with such a configuration, the thickness of the
そこで、本発明の第2実施形態では、ロータコア1の径方向への変形を抑制するために、溝9を、ブリッジ部8の近傍となるように、つまり接線2よりも接線1よりの位置に形成した。溝9をブリッジ部8の近傍に配置することにより、ブリッジ部8が径方向ではなく溝9が存在する周方向のq軸側へと変形し勝手とすることができる。このように、ブリッジ部8を周方向へと変形させるように構成したことにより、ブリッジ部8におけるロータコア1の径方向外側への変形を抑制することができる。
Therefore, in the second embodiment of the present invention, in order to suppress the radial deformation of the
図7は、本発明の第2実施形態におけるトルクリップル[Nm]と溝9の軸に対する位置角[deg]との関係を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the torque ripple [Nm] and the position angle [deg] of the
図7は、溝9のd軸に対する位置角[deg]を、60[deg]から84[deg]まで変化させた場合に発生するトルクリップル[Nm]の解析結果である。溝9を有しない場合のトルクリップルは、4[Nm]付近の横実線として示される。
FIG. 7 is an analysis result of the torque ripple [Nm] generated when the position angle [deg] of the
図7を参照すると、溝9が、接線1と、接線1から電気角で5度(5[degE])回転方向に進んだ位置と、の間に配置されている場合には、溝9を有しない場合と比較して、トルクリップルが最大で33%低減されることが示されている。
Referring to FIG. 7, if the
このように、本発明の第2実施形態においては、図6に示すように、接線1からq軸方向に電気角で5度ずらした基準線を設定し、溝9を、接線1と基準線との間に配置した。
As described above, in the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6, a reference line shifted from the
このような構成により、第1実施形態で説明した溝9による鉄損の低減に加えて、電動機の回転によるロータコア1の径方向外側への変形が抑制されるので、ロータコア1の変形により発生するトルクリップルを低減することができる。
With such a configuration, in addition to the reduction of iron loss due to the
以上、説明した本発明の実施形態に係る回転子構造において、溝9の数及び形状について特に限定されるものではない。また、本願発明に係る回転子構造における一磁極あたりの永久磁石3の数及び配置も、上述したような2枚のV字状に限定されるものではない。例えば、一磁極を三層構造として合計6個の永久磁石3が配置されていてもよい。
In the rotor structure according to the embodiment of the present invention described above, the number and shape of the
本発明は、上述した実施形態及び変形例に限定されることはなく、様々な変形や応用が可能である。例えば、上述の説明においては、フラックスバリア4、5、11は空隙部分であると説明したが、必ずしも空間である必要なない。例えば空隙部分に樹脂材料のような非磁性材料が充填されていてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and various modifications and applications are possible. For example, in the above description, the
また、上述した実施形態において、溝9と接線1、接線2及び基準線との関係について、必ずしも溝9の全てが、接線1と接線2との間(又は接線1と基準線との間)にある必要はない。すなわち、図8に示すように、溝9の最深部hが接線1と接線2との間(又は接線1と基準線との間)にあればよく、溝9の一部が接線1、接線2及び基準線を跨いでいてもよい。
Further, in the above-described embodiment, regarding the relationship between the
Claims (6)
前記一磁極は、第1永久磁石対と第2永久磁石対とからなり、
前記第1永久磁石対は、径方向外側へと略V字状に広がるように配置された一対の前記永久磁石から構成され、
前記第2永久磁石対は、前記第1永久磁石対の周方向の両外側に設けられ、径方向外側へと略V字状に広がるように配置された一対の前記永久磁石から構成され、
前記第1永久磁石対において前記一磁極が構成するd軸に電気的に直交するq軸側に設けられた第1フラックスバリアと、
前記第2永久磁石対において前記一磁極が構成するd軸に電気的に直交するq軸側に設けられた第2フラックスバリアと、
を備え、
前記第1フラックスバリアのq軸側の端部と前記ロータコアの回転中心点を結ぶ線を接線1とし、前記第2フラックスバリアのd軸側の端部と前記ロータコアの回転中心点を結ぶ線を接線2としたときに、
前記接線1と前記接線2との間に、前記ロータコアの外周に前記ロータコアの軸方向に沿って形成されたロータ外周溝を備える、
回転電機の回転子構造。In a rotor structure of a rotary electric machine including a rotor core of a rotor having a plurality of magnetic poles provided in the circumferential direction and a plurality of permanent magnets constituting one magnetic pole in the rotor core.
The one magnetic pole is composed of a first permanent magnet pair and a second permanent magnet pair.
The first permanent magnet pair is composed of a pair of the permanent magnets arranged so as to spread outward in a radial direction in a substantially V shape.
The second permanent magnet pair is composed of a pair of the permanent magnets provided on both outer sides in the circumferential direction of the first permanent magnet pair and arranged so as to spread substantially V-shaped outward in the radial direction.
In the first permanent magnet pair, a first flux barrier provided on the q-axis side that is electrically orthogonal to the d-axis formed by the one magnetic pole,
In the second permanent magnet pair, a second flux barrier provided on the q-axis side that is electrically orthogonal to the d-axis formed by the one magnetic pole,
With
The line connecting the q-axis side end of the first flux barrier and the rotation center point of the rotor core is tangent 1, and the line connecting the d-axis side end of the second flux barrier and the rotation center point of the rotor core is defined as a tangent line 1. When it is tangent 2,
Between the tangent line 1 and the tangent line 2, a rotor outer peripheral groove formed along the axial direction of the rotor core is provided on the outer periphery of the rotor core.
Rotor structure of rotating electric machine.
前記第2フラックスバリアは、前記第2永久磁石対の端部に形成された端部フラックスバリアと、前記第2永久磁石対の端部の近傍で、かつ、前記第2永久磁石対から離間した位置に形成された離間フラックスバリアと、を含み、
前記接線2は、前記端部フラックスバリア及び前記離間フラックスバリアのうち、前記ロータコアの外周に最も近い方のフラックスバリアのd軸側の端部と前記ロータコアの回転中心点とを結ぶ線である、
回転電機の回転子構造。The rotor structure of the rotary electric machine according to claim 1.
The second flux barrier was separated from the end flux barrier formed at the end of the second permanent magnet pair in the vicinity of the end of the second permanent magnet pair and away from the second permanent magnet pair. Including, with a separation flux barrier formed at the position,
The tangent line 2 is a line connecting the end on the d-axis side of the flux barrier closest to the outer circumference of the rotor core and the rotation center point of the rotor core among the end flux barrier and the separation flux barrier.
Rotor structure of rotating electric machine.
周方向に隣接する異なる磁極において、それぞれの接線2の間には前記ロータ外周溝が形成されない、
回転電機の回転子構造。The rotor structure of the rotary electric machine according to claim 1 or 2.
The rotor outer peripheral groove is not formed between the tangents 2 at different magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction.
Rotor structure of rotating electric machine.
前記第2フラックスバリアは、前記ロータコアの外周に最も近い部分が、前記第2永久磁石対の前記永久磁石の端部から前記d軸に向かって前記ロータコアの外周と略平行に延在する突出部を有する、
回転電機の回転子構造。The rotor structure of the rotary electric machine according to at least one of claims 1 to 3.
The second flux barrier has a protruding portion whose portion closest to the outer circumference of the rotor core extends substantially parallel to the outer circumference of the rotor core from the end of the permanent magnet of the second permanent magnet pair toward the d-axis. Have,
Rotor structure of rotating electric machine.
前記ロータの外周には、巻線を有するステータが備えられ、
前記ロータ外周溝は、前記永久磁石から前記ステータへと流れる磁石磁束の高次成分を抑制するように形成されている、
回転電機の回転子構造。The rotor structure of the rotary electric machine according to at least one of claims 1 to 4.
A stator having windings is provided on the outer circumference of the rotor.
The rotor outer peripheral groove is formed so as to suppress a higher-order component of the magnetic flux flowing from the permanent magnet to the stator.
Rotor structure of rotating electric machine.
前記ロータ外周溝は、前記接線1を前記q軸方向に前記ロータコアの回転中心点として電気角で5度ずらした基準線と、前記接線1との間に形成される、
回転電機の回転子構造。The rotor structure of the rotary electric machine according to at least one of claims 1 to 5.
The rotor outer peripheral groove is formed between a reference line in which the tangent line 1 is displaced by 5 degrees by an electric angle as the rotation center point of the rotor core in the q-axis direction and the tangent line 1.
Rotor structure of rotating electric machine.
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