JP6984164B2 - Rotating 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 rotary electric machine.

ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両の駆動源に用いられる回転電機として、永久磁石型同期モータが知られている。永久磁石型同期モータは、車両の走行状態によって動作点が異なる。例えば、車両の発進時は高トルク領域の動作点を用い、車両の市街地走行時は低トルク領域の動作点を用い、車両の高速走行時は高速領域の動作点が用いられる。 Permanent magnet type synchronous motors are known as rotary electric machines used as drive sources for vehicles such as hybrid vehicles and electric vehicles. The operating point of the permanent magnet type synchronous motor differs depending on the running condition of the vehicle. For example, the operating point in the high torque region is used when the vehicle starts, the operating point in the low torque region is used when the vehicle is traveling in the city, and the operating point in the high speed region is used when the vehicle is traveling at high speed.

従来のこの種の回転電機として、特許文献1に記載されたものが知られている。特許文献1に記載のものは、回転子が形成する1つの磁極から他の磁極へ永久磁石の磁石磁束をバイパスさせるバイパス路を備えている。 As a conventional rotary electric machine of this kind, the one described in Patent Document 1 is known. The one described in Patent Document 1 includes a bypass path for bypassing the magnetic flux of a permanent magnet from one magnetic pole formed by a rotor to another magnetic pole.

特許6033424号公報Japanese Patent No. 6033424

ところで、特許文献1に記載の回転電機のようにバイパス路を備える回転電機においては、所望の動作点を得ることができるよう、バイパス路を通る永久磁石の磁束量を電機子コイルの磁束で強める強め界磁制御を行うことが考えられる。 By the way, in a rotary electric machine provided with a bypass path like the rotary electric machine described in Patent Document 1, the amount of magnetic flux of a permanent magnet passing through the bypass path is strengthened by the magnetic flux of the armature coil so that a desired operating point can be obtained. It is conceivable to perform strong field control.

しかしながら、特許文献1に記載の回転電機にあっては、永久磁石の磁石磁束は正弦波状にステータに鎖交するため、電機子コイルに電流を流していない無負荷状態での高速回転時に電機子コイルに誘起電圧が発生してしまう。電機子コイルに誘起電圧が発生すると、この誘起電圧がインバータの電源電圧を超えないようにモータ回転数を制限しなければならず、モータの動作点が狭くなってしまう。 However, in the rotary electric machine described in Patent Document 1, since the magnetic flux of the permanent magnet is linked to the stator in a sinusoidal manner, the armature is rotated at high speed in a no-load state in which no current is passed through the armature coil. An induced voltage is generated in the coil. When an induced voltage is generated in the armature coil, the motor rotation speed must be limited so that the induced voltage does not exceed the power supply voltage of the inverter, and the operating point of the motor becomes narrow.

また、特許文献1に記載の回転電機にあっては、d軸上に磁気抵抗が高い永久磁石を配置し、q軸上に外側磁気的空隙部を配置しているので、d軸とq軸の磁気抵抗が同等になり、d軸とq軸の磁気抵抗比率である突極比が低下し、リラクタンストルクが低下してしまう。 Further, in the rotary electric machine described in Patent Document 1, since a permanent magnet having a high magnetoresistance is arranged on the d-axis and an outer magnetic gap portion is arranged on the q-axis, the d-axis and the q-axis are arranged. The magnetic resistances of the d-axis and the q-axis become the same, the reluctance ratio, which is the magnetic resistance ratio of the d-axis and the q-axis, decreases, and the reluctance torque decreases.

したがって、特許文献1に記載の回転電機にあっては、モータの動作点が狭くなってしまい、リラクタンストルクを有効に活用することができず、出力トルク及び効率が低下してしまう。 Therefore, in the rotary electric machine described in Patent Document 1, the operating point of the motor is narrowed, the reluctance torque cannot be effectively utilized, and the output torque and the efficiency are lowered.

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、動作点を広くすることができ、リラクタンストルクを大きくすることができる回転電機を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a rotary electric machine capable of widening an operating point and increasing a reluctance torque.

本発明は、上記目的を達成するため、電機子コイルを有するステータと、ロータコアおよび前記ロータコアにおける前記ステータへの対向面に設けられた複数の突極を有するロータと、を備える回転電機であって、前記ロータは、隣り合う前記突極同士を接続する第1バイパス路と、前記第1バイパス路に、該第1バイパス路の延伸方向に磁極を向くように軸芯に最も近い位置に配置された第1永久磁石と、前記ロータコアと前記第1バイパス路との間に形成される第1フラックスバリアと、を備えることを特徴とする。 The present invention is a rotary electric machine including a stator having an armature coil and a rotor having a rotor core and a plurality of salient poles provided on a surface of the rotor core facing the stator in order to achieve the above object. The rotor is arranged in the first bypass path connecting the adjacent salient poles and the first bypass path at a position closest to the axis so as to face the magnetic pole in the extending direction of the first bypass path. It is characterized by comprising a first permanent magnet and a first flux barrier formed between the rotor core and the first bypass path.

本発明によれば、動作点を広くすることができ、リラクタンストルクを大きくすることができる。 According to the present invention, the operating point can be widened and the reluctance torque can be increased.

図1は、本発明の一実施例に係る回転電機を回転軸に直交する平面で切断した断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a rotary electric machine according to an embodiment of the present invention cut along a plane orthogonal to a rotation axis. 図2は、本発明の一実施例に係る回転電機の一部を拡大した断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a part of the rotary electric machine according to the embodiment of the present invention. 図3は、本発明の一実施例に係る回転電機の一部をさらに拡大した断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a part of the rotary electric machine according to the embodiment of the present invention. 図4は、本発明の一実施例に係る回転電機における、ロータの外周面の凹部による効果を説明する磁束線図である。FIG. 4 is a magnetic flux diagram illustrating the effect of the concave portion on the outer peripheral surface of the rotor in the rotary electric machine according to the embodiment of the present invention. 図5は、本発明の一実施例に係る回転電機における、第4バイパス路の切欠き部による効果を説明する磁束線図である。FIG. 5 is a magnetic flux diagram illustrating the effect of the cutout portion of the fourth bypass path in the rotary electric machine according to the embodiment of the present invention. 図6は、本発明の一実施例に係る回転電機のロータのブリッジ部を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a bridge portion of a rotor of a rotary electric machine according to an embodiment of the present invention. 図7は、本発明の一実施例に係る回転電機のロータの係止部を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a locking portion of a rotor of a rotary electric machine according to an embodiment of the present invention. 図8は、本発明の一実施例に係る回転電機における、強め界磁時の磁束ベクトルを示す磁束ベクトル図である。FIG. 8 is a magnetic flux vector diagram showing a magnetic flux vector at the time of a strong field in the rotary electric machine according to the embodiment of the present invention. 図9は、本発明の一実施例に係る回転電機における、弱め界磁時の磁束ベクトルを示す磁束ベクトル図である。FIG. 9 is a magnetic flux vector diagram showing a magnetic flux vector at the time of field weakening in the rotary electric machine according to the embodiment of the present invention.

本発明の一実施の形態に係る回転電機は、電機子コイルを有するステータと、ロータコアおよびロータコアにおけるステータへの対向面に設けられた複数の突極を有するロータと、を備える回転電機であって、ロータは、隣り合う突極同士を接続する第1バイパス路と、第1バイパス路に、該第1バイパス路の延伸方向に磁極を向くように配置された第1永久磁石と、ロータコアと第1バイパス路との間に形成される第1フラックスバリアと、を備えることを特徴とする。これにより、本発明の一実施の形態に係る回転電機は、動作点を広くすることができ、リラクタンストルクを大きくすることができる。 The rotary electric machine according to the embodiment of the present invention is a rotary electric machine including a stator having an armature coil and a rotor core and a rotor having a plurality of salient poles provided on facing surfaces of the rotor core with respect to the stator. The rotor includes a first bypass path connecting adjacent salient poles, a first permanent magnet arranged in the first bypass path so as to face a magnetic pole in the extending direction of the first bypass path, a rotor core, and a first rotor. It is characterized by including a first flux barrier formed between the bypass path and the bypass path. As a result, the rotary electric machine according to the embodiment of the present invention can have a wide operating point and can increase the reluctance torque.

以下、本発明に係る回転電機の一実施例について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the rotary electric machine according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1、図2、図3に示すように、本実施例に係る回転電機1は、永久磁石をロータ内部に埋め込んだ埋込磁石同期回転電機(IPMSM:Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)である。回転電機1は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車に搭載するのに好適な性能を有している。 As shown in FIGS. 1, 2, and 3, the rotary electric machine 1 according to the present embodiment is an embedded magnet synchronous rotary electric machine (IPMSM: Interior Permanent Magnet Synchronous Motor) in which a permanent magnet is embedded in a rotor. The rotary electric machine 1 has a performance suitable for mounting on, for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle.

回転電機1は、環状に形成されたステータ10と、ステータ10内に回転自在に収容されたロータ20とを備えている。ロータ20は、軸心Oを中心に回転する回転軸2に固定されており、回転軸2と一体回転するようになっている。 The rotary electric machine 1 includes a stator 10 formed in an annular shape and a rotor 20 rotatably housed in the stator 10. The rotor 20 is fixed to a rotating shaft 2 that rotates about the axis O, and rotates integrally with the rotating shaft 2.

ステータ10は、図示しないモータケースに固定されている。ステータ10は、高透磁率の磁性材料からなる環状のステータコア11を備えている。ステータコア11は、回転軸2の軸線に沿った軸方向に電磁鋼板を積層したものからなる。 The stator 10 is fixed to a motor case (not shown). The stator 10 includes an annular stator core 11 made of a magnetic material having a high magnetic permeability. The stator core 11 is formed by laminating electromagnetic steel sheets in the axial direction along the axis of the rotating shaft 2.

ステータコア11には、径方向の内方側に突出したステータティース12が周方向に沿って複数(本実施例では48)設けられている。周方向に隣り合うステータティース12の間には、溝状の空間であるスロット13が形成されている。 The stator core 11 is provided with a plurality of stator teeth 12 (48 in this embodiment) protruding inward in the radial direction along the circumferential direction. Slots 13, which are groove-shaped spaces, are formed between the stator teeth 12 adjacent to each other in the circumferential direction.

ここで、径方向とは、上述の軸方向と直交する方向を示す。径方向の内方側とは、径方向において回転軸2に近い側を示し、径方向の外方側とは、径方向において回転軸2から遠い側を示す。周方向とは、回転軸2を中心とする円周方向を示す。 Here, the radial direction indicates a direction orthogonal to the above-mentioned axial direction. The radial inner side indicates the side closer to the rotating shaft 2 in the radial direction, and the radial outer side indicates the side farther from the rotating shaft 2 in the radial direction. The circumferential direction indicates a circumferential direction about the rotation axis 2.

ステータコア11の各スロット13には、ステータコア11の周方向に沿ってW相、V相、U相の三相の電機子コイル14がそれぞれ配置されている。W相、V相、U相の各電機子コイル14は、それぞれのステータティース12に分布巻されている。 In each slot 13 of the stator core 11, three-phase armature coils 14 of W phase, V phase, and U phase are arranged along the circumferential direction of the stator core 11. The W-phase, V-phase, and U-phase armature coils 14 are distributed and wound around the respective stator teeth 12.

ステータ10は、電機子コイル14に三相交流が供給されることで、周方向に回転する回転磁界を発生させる。ステータ10で発生した磁束は、ロータ20に鎖交するようになっている。これにより、ステータ10は、ロータ20を回転させることができる。 The stator 10 generates a rotating magnetic field that rotates in the circumferential direction by supplying a three-phase alternating current to the armature coil 14. The magnetic flux generated in the stator 10 is coupled to the rotor 20. As a result, the stator 10 can rotate the rotor 20.

電機子コイル14には、この電機子コイル14に流れる電流を制御するためのインバータ(不図示)が接続されており、インバータは、電機子コイル14に供給される三相交流、すなわち供給電機子電流の振幅および位相を制御する。 An armature coil 14 is connected to an inverter (not shown) for controlling the current flowing through the armature coil 14, and the inverter is a three-phase alternating current supplied to the armature coil 14, that is, a supply armature. Controls the amplitude and phase of the current.

電機子電流の振幅および位相は、要求される動作点を満たす範囲で適切に制御される。モータの電力効率に応じて、そのときどきで振幅および位相のいずれか一方のみを制御してもよいし、その両方を制御してもよい。 The amplitude and phase of the armature current are appropriately controlled within the range that meets the required operating point. Depending on the power efficiency of the motor, only one of the amplitude and the phase may be controlled at any given time, or both may be controlled.

ロータ20は、環状のロータコア21を備えている。ロータコア21は、回転軸2の軸線に沿った軸方向に、高透磁率の磁性材料である電磁鋼板を積層したものからなる。 The rotor 20 includes an annular rotor core 21. The rotor core 21 is formed by laminating an electromagnetic steel plate, which is a magnetic material having a high magnetic permeability, in the axial direction along the axis of the rotating shaft 2.

ロータコア21の外周面には、ロータ20の周方向に沿って複数(8つ)の突極22が等間隔で形成されている。突極22は、径方向外方、すなわちステータ10方向に突出している。隣り合う突極22は、周方向に機械角で45[deg]離れている。 A plurality (eight) salient poles 22 are formed at equal intervals on the outer peripheral surface of the rotor core 21 along the circumferential direction of the rotor 20. The salient pole 22 projects outward in the radial direction, that is, in the direction of the stator 10. The adjacent salient poles 22 are separated by a mechanical angle of 45 [deg] in the circumferential direction.

ここで、ロータコア21と突極22とは、一体で構成されており磁気的にも結合されている。このため、本実施例におけるロータコア21はヨーク部として機能し、複数の突極22の基部を機械的および磁気的に結合している。 Here, the rotor core 21 and the salient pole 22 are integrally formed and are magnetically coupled. Therefore, the rotor core 21 in this embodiment functions as a yoke portion, and mechanically and magnetically couples the base portions of the plurality of salient poles 22.

本実施例において、突極22を通る軸をd軸とし、このd軸と電気的および磁気的に直交する軸(電気角で90[deg]離れた軸)をq軸としている。q軸は、d軸から周方向に機械角で22.5[deg]離れており、周方向に隣り合う突極22の中間を通過している。突極22は磁束が通過する磁路であり、突極22のことを以下、突極磁路またはd軸磁路ともいう。 In this embodiment, the axis passing through the salient pole 22 is defined as the d-axis, and the axis electrically and magnetically orthogonal to the d-axis (the axis separated by 90 [deg] in electrical angle) is defined as the q-axis. The q-axis is separated from the d-axis by a mechanical angle of 22.5 [deg] in the circumferential direction, and passes through the middle of the salient poles 22 adjacent to each other in the circumferential direction. The salient pole 22 is a magnetic path through which magnetic flux passes, and the salient pole 22 is hereinafter also referred to as a salient pole magnetic path or a d-axis magnetic path.

本実施例に係る回転電機1において、ロータ20は、隣り合う突極22同士を接続する第1バイパス路BP1を備えている。 In the rotary electric machine 1 according to the present embodiment, the rotor 20 includes a first bypass path BP1 that connects adjacent salient poles 22 to each other.

第1バイパス路BP1は、突極22におけるロータコア21側の基端部同士を接続しており、ロータ20の接線と平行に直線状に延伸している。 The first bypass path BP1 connects the base ends of the salient pole 22 on the rotor core 21 side, and extends linearly in parallel with the tangent line of the rotor 20.

ロータ20は、第1バイパス路BP1に、この第1バイパス路BP1の延伸方向に磁極を向くように配置された第1永久磁石PM1を備えている。第1永久磁石PM1は、本実施例は分割されていない1つの永久磁石からなる。 The rotor 20 includes a first permanent magnet PM1 arranged in the first bypass path BP1 so as to face a magnetic pole in the extending direction of the first bypass path BP1. The first permanent magnet PM1 comprises one permanent magnet which is not divided in this embodiment.

ロータ20は、ロータコア21と第1バイパス路BP1との間に形成される第1フラックスバリアFB1を備えている。 The rotor 20 includes a first flux barrier FB1 formed between the rotor core 21 and the first bypass path BP1.

第1フラックスバリアFB1および後述する第2フラックスバリアFB2、第3フラックスバリアFB3、第4フラックスバリアFB4、第5フラックスバリアFB5は、磁束の回り込みを防止するものであり、透磁率の低い物質(本実施例では空気)から構成されている。 The first flux barrier FB1, the second flux barrier FB2, the third flux barrier FB3, the fourth flux barrier FB4, and the fifth flux barrier FB5, which will be described later, prevent the wraparound of the magnetic flux, and are substances having a low magnetic permeability (the present). In the embodiment, it is composed of air).

突極22の基端部には第2フラックスバリアFB2が設けられている。この第2フラックスバリアFB2は、突極22の基端部におけるロータコア21との連結部に配置されている。第2フラックスバリアFB2は、突極22の基端部がロータコア21に対して斜めに連結されるように、三角形に形成されている。 A second flux barrier FB2 is provided at the base end of the salient pole 22. The second flux barrier FB2 is arranged at a connecting portion with the rotor core 21 at the base end portion of the salient pole 22. The second flux barrier FB2 is formed in a triangular shape so that the base end portion of the salient pole 22 is diagonally connected to the rotor core 21.

隣り合う突極22の間であって第1バイパス路BP1よりステータ10側には、ロータ20のステータ10との対向面における一方の突極22の近傍からq軸を跨いで他方の突極22の近傍に向かって延伸する第2バイパス路BP2が設けられている。 Between adjacent salient poles 22 and on the stator 10 side of the first bypass path BP1, the other salient pole 22 straddles the q-axis from the vicinity of one salient pole 22 on the surface of the rotor 20 facing the stator 10. A second bypass path BP2 extending toward the vicinity of the above is provided.

第2バイパス路BP2は、ロータ20の外周面における一方の突極22の先端部の近傍において、突極22と平行に径方向内方に延伸した後、q軸を跨いで他方の突極22に向かうようにU字状に湾曲して延伸し、他方の突極22の先端部の近傍に到達している。 The second bypass path BP2 extends radially inward in parallel with the salient pole 22 in the vicinity of the tip of one salient pole 22 on the outer peripheral surface of the rotor 20, and then straddles the q-axis and the other salient pole 22. It is curved and extended in a U-shape toward the direction of, and reaches the vicinity of the tip of the other salient pole 22.

言い換えれば、第2バイパス路BP2は、隣り合う一方の突極22の先端の側部から、ロータコア21の内周側を経て、他方の突極22の先端の側部に向かうように、U字状に湾曲している。 In other words, the second bypass path BP2 is U-shaped so as to go from the side of the tip of one of the adjacent salient poles 22 to the side of the tip of the other salient pole 22 through the inner peripheral side of the rotor core 21. It is curved like a shape.

ここで、本実施例のロータ20はインナロータ型のラジアルギャップロータであるため、ロータ20のステータ10との「対向面」は、ロータ20の外周面を意味している。仮にロータ20がアウタロータ型のラジアルギャップロータである場合、ロータ20の内周面がステータ10との対向面を構成する。また、ロータ20がアキシャルギャップロータである場合、ステータ10に軸方向に対向する面が対向面を構成する。 Here, since the rotor 20 of this embodiment is an inner rotor type radial gap rotor, the “opposing surface” of the rotor 20 with the stator 10 means the outer peripheral surface of the rotor 20. If the rotor 20 is an outer rotor type radial gap rotor, the inner peripheral surface of the rotor 20 constitutes a facing surface with the stator 10. When the rotor 20 is an axial gap rotor, the surface facing the stator 10 in the axial direction constitutes the facing surface.

また、突極22の「近傍」の範囲は、隣り合う突極22同士の間であって、d軸である突極22からq軸の間である。すなわち、一方または他方の突極22の近傍とは、当該突極22とq軸との間の空間を意味する。 Further, the range of the “nearby” of the salient poles 22 is between the salient poles 22 adjacent to each other, and is between the salient poles 22 and the q-axis, which are the d-axis. That is, the vicinity of one or the other salient pole 22 means the space between the salient pole 22 and the q-axis.

また、第2バイパス路BP2には、この第2バイパス路BP2の延伸方向に磁極を向くように第2永久磁石PM2が配置されている。第2永久磁石PM2は、q軸を挟んで対向配置される1組の永久磁石である。 Further, in the second bypass path BP2, the second permanent magnet PM2 is arranged so as to face the magnetic pole in the extending direction of the second bypass path BP2. The second permanent magnet PM2 is a set of permanent magnets arranged so as to face each other across the q-axis.

また、第1バイパス路BP1と第2バイパス路BP2との間には第3フラックスバリアFB3が設けられている。 Further, a third flux barrier FB3 is provided between the first bypass path BP1 and the second bypass path BP2.

ステータ10の近傍における第3フラックスバリアFB3の幅をWbとし、q軸の近傍における第3フラックスバリアFB3の幅をWqとし、ステータ10におけるロータ20への対向部のティース間隔をWsとしたとき、Wb<Ws、かつ、Wb<Wqを満たしている。ここで、ティース間隔とは、スロット13の開口幅、すなわち隣り合うステータティース12の間隔のことである。 When the width of the third flux barrier FB3 in the vicinity of the stator 10 is Wb, the width of the third flux barrier FB3 in the vicinity of the q-axis is Wq, and the tooth spacing of the portion of the stator 10 facing the rotor 20 is Ws. Wb <Ws and Wb <Wq are satisfied. Here, the tooth spacing is the opening width of the slot 13, that is, the spacing between adjacent stator teeth 12.

ここで、q軸の近傍における第2バイパス路BP2の幅を、磁気飽和を引き起こさない程度に狭めることで、幅Wqを所望のサイズに拡大することができる。 Here, by narrowing the width of the second bypass path BP2 in the vicinity of the q-axis to such an extent that magnetic saturation is not caused, the width Wq can be expanded to a desired size.

隣り合う突極22の間であって第2バイパス路BP2よりステータ10側には、ロータ20のステータ10との対向面における一方の突極22の近傍からq軸を跨いで他方の突極22の近傍に向かって延伸する第3バイパス路BP3が設けられている。また、第2バイパス路BP2と第3バイパス路BP3との間には第4フラックスバリアFB4が設けられている。 Between adjacent salient poles 22 and on the stator 10 side of the second bypass path BP2, the other salient pole 22 straddles the q-axis from the vicinity of one salient pole 22 on the surface of the rotor 20 facing the stator 10. A third bypass path BP3 extending toward the vicinity of the above is provided. Further, a fourth flux barrier FB4 is provided between the second bypass path BP2 and the third bypass path BP3.

第3バイパス路BP3は、ロータ20の外周面における一方の突極22の先端部の近傍において、突極22と平行に径方向内方に延伸した後、q軸を跨いで他方の突極22に向かうようにU字状に湾曲して延伸し、他方の突極22の先端部の近傍に到達している。 The third bypass path BP3 extends radially inward in parallel with the salient pole 22 in the vicinity of the tip of one salient pole 22 on the outer peripheral surface of the rotor 20, and then straddles the q-axis and the other salient pole 22. It is curved and extended in a U-shape toward the direction of, and reaches the vicinity of the tip of the other salient pole 22.

言い換えれば、第3バイパス路BP3は、隣り合う一方の突極22の先端の側部から、ロータコア21の内周側を経て、他方の突極22の先端の側部に向かうように、U字状に湾曲している。 In other words, the third bypass path BP3 is U-shaped so as to go from the side of the tip of one of the adjacent salient poles 22 to the side of the tip of the other salient pole 22 through the inner peripheral side of the rotor core 21. It is curved like a shape.

隣り合う突極22の間であって第3バイパス路BP3よりステータ10側には、ロータ20のステータ10との対向面における一方の突極22の近傍からq軸を跨いで他方の突極22の近傍に向かって延伸する第4バイパス路BP4が設けられている。 Between adjacent salient poles 22 and on the stator 10 side of the third bypass path BP3, the other salient pole 22 straddles the q-axis from the vicinity of one salient pole 22 on the surface of the rotor 20 facing the stator 10. A fourth bypass path BP4 extending toward the vicinity of the above is provided.

第4バイパス路BP4は、ロータ20の外周面における一方の突極22の先端部の近傍において、突極22と平行に径方向内方に延伸した後、q軸を跨いで他方の突極22に向かうようにU字状に湾曲して延伸し、他方の突極22の先端部の近傍に到達している。 The fourth bypass path BP4 extends radially inward in parallel with the salient pole 22 in the vicinity of the tip of one salient pole 22 on the outer peripheral surface of the rotor 20, and then straddles the q-axis and the other salient pole 22. It is curved and extended in a U-shape toward the direction of, and reaches the vicinity of the tip of the other salient pole 22.

言い換えれば、第4バイパス路BP4は、隣り合う一方の突極22の先端の側部から、ロータコア21の内周側を経て、他方の突極22の先端の側部に向かうように、U字状に湾曲している。 In other words, the fourth bypass path BP4 is U-shaped so as to go from the side of the tip of one of the adjacent salient poles 22 to the side of the tip of the other salient pole 22 through the inner peripheral side of the rotor core 21. It is curved like a shape.

また、第3バイパス路BP3と第4バイパス路BP4との間には第5フラックスバリアFB5が設けられている。 Further, a fifth flux barrier FB5 is provided between the third bypass path BP3 and the fourth bypass path BP4.

また、第4バイパス路BP4には、この第4バイパス路BP4の延伸方向に磁極を向くように第3永久磁石PM3が配置されている。第3永久磁石PM3は、q軸を挟んで対向配置される1組の永久磁石である。 Further, in the fourth bypass path BP4, a third permanent magnet PM3 is arranged so as to face the magnetic pole in the extending direction of the fourth bypass path BP4. The third permanent magnet PM3 is a set of permanent magnets arranged so as to face each other across the q-axis.

また、第4バイパス路BP4は、q軸上にロータ20の外周面からロータコア21に向かって凹む凹部25を有する。この凹部25は、第4バイパス路BP4におけるロータ20の外周面を形成する部位に配置されている。 Further, the fourth bypass path BP4 has a recess 25 recessed from the outer peripheral surface of the rotor 20 toward the rotor core 21 on the q-axis. The recess 25 is arranged at a portion of the fourth bypass path BP4 that forms the outer peripheral surface of the rotor 20.

第4バイパス路BP4におけるステータ10側の端部には、ロータ20の外周面への接線に対して所定角度をなす切欠き部24が形成されている。この切欠き部24は、第5フラックスバリアFB5におけるステータ10側の端部を鉤爪形状に突出する形状とすることで、この鉤爪形状に対応する凹状の形状にされている。 At the end of the fourth bypass path BP4 on the stator 10 side, a notch 24 forming a predetermined angle with respect to the tangent to the outer peripheral surface of the rotor 20 is formed. The notch portion 24 has a concave shape corresponding to the claw shape by forming the end portion of the fifth flux barrier FB 5 on the stator 10 side so as to project into a claw shape.

隣り合う突極22の一方を挟んで隣り合う一対の第2永久磁石PM2および一対の第3永久磁石PM3は、何れもロータ20の外周側がN極になるように配置されている。また、隣り合う突極22の他方を挟んで隣り合う一対の第2永久磁石PM2および一対の第3永久磁石PM3は、何れもロータ20の外周側がS極の他方になるように配置されている。したがって、ロータ20には、N極の突極22とS極の突極22とが周方向に交互に配置されている。 The pair of second permanent magnets PM2 and the pair of third permanent magnets PM3 that are adjacent to each other with one of the adjacent salient poles 22 sandwiched are arranged so that the outer peripheral side of the rotor 20 is the north pole. Further, the pair of second permanent magnets PM2 and the pair of third permanent magnets PM3 that are adjacent to each other with the other of the adjacent salient poles 22 interposed therebetween are arranged so that the outer peripheral side of the rotor 20 is the other side of the S pole. .. Therefore, in the rotor 20, the salient poles 22 of the N pole and the salient poles 22 of the S pole are alternately arranged in the circumferential direction.

ロータ20の表面近傍における第4バイパス路BP4に囲まれる部位には、q軸を挟んで一対の空気層23が設けられており、この空気層23によって磁束の回り込みが防止される。 A pair of air layers 23 are provided in the vicinity of the surface of the rotor 20 and surrounded by the fourth bypass path BP4 with the q-axis interposed therebetween, and the air layers 23 prevent the magnetic flux from wrapping around.

ここで、第1永久磁石PM1、第2永久磁石PM2、第3永久磁石PM3は、直方体の形状に形成されている。本実施例では、永久磁石PM1の着磁方向に直交する方向の長さよりも、第2永久磁石PM2の着磁方向に直交する方向の長さの方が大きくなっている。また、第2永久磁石PM2の着磁方向に直交する方向の長さよりも、第3永久磁石PM3の着磁方向に直交する方向の長さの方が大きくなっている。また、第2永久磁石PM2の着磁方向の長さよりも、第3永久磁石PM3の着磁方向の長さの方が小さくなっている。 Here, the first permanent magnet PM1, the second permanent magnet PM2, and the third permanent magnet PM3 are formed in the shape of a rectangular parallelepiped. In this embodiment, the length in the direction orthogonal to the magnetizing direction of the second permanent magnet PM2 is larger than the length in the direction orthogonal to the magnetizing direction of the permanent magnet PM1. Further, the length in the direction orthogonal to the magnetizing direction of the third permanent magnet PM3 is larger than the length in the direction orthogonal to the magnetizing direction of the second permanent magnet PM2. Further, the length of the third permanent magnet PM3 in the magnetizing direction is smaller than the length of the second permanent magnet PM2 in the magnetizing direction.

次に、本実施例に係る回転電機1の動作と作用効果について説明する。 Next, the operation and action / effect of the rotary electric machine 1 according to this embodiment will be described.

このように、本実施例では、永久磁石を備えたバイパス路である第1バイパス路BP1、第2バイパス路BP2および第4バイパス路BP4を、3層の層構造にしている。これにより、第1永久磁石PM1の磁石磁束、第2永久磁石PM2の磁石磁束および第3永久磁石PM3の磁石磁束が、第1バイパス路BP1、第2バイパス路BP2および第4バイパス路BP4をそれぞれ通って流れやすくなり、これらの磁石磁束をロータ20内で短絡しやすくできる。なお、第1永久磁石PM1の磁石磁束、第2永久磁石PM2の磁石磁束および第3永久磁石PM3の磁石磁束を総称して、単に磁石磁束ともいう。 As described above, in this embodiment, the first bypass path BP1, the second bypass path BP2, and the fourth bypass path BP4, which are bypass paths provided with permanent magnets, have a three-layer structure. As a result, the magnetic flux of the first permanent magnet PM1, the magnetic flux of the second permanent magnet PM2, and the magnetic flux of the third permanent magnet PM3 form the first bypass path BP1, the second bypass path BP2, and the fourth bypass path BP4, respectively. It becomes easy to flow through, and these magnet magnetic fluxes can be easily short-circuited in the rotor 20. The magnet magnetic flux of the first permanent magnet PM1, the magnet magnetic flux of the second permanent magnet PM2, and the magnet magnetic flux of the third permanent magnet PM3 are collectively referred to as a magnet magnetic flux.

第1のフラックスバリアFB1、第3のフラックスバリアFB3、第4のフラックスバリアFB4はq軸を跨いでおり、第1永久磁石PM1はq軸上に配置されている。このため、q軸方向においては磁束が通過しにくい。一方、突極22のあるd軸においては磁束が通過しやすい。 The first flux barrier FB1, the third flux barrier FB3, and the fourth flux barrier FB4 straddle the q-axis, and the first permanent magnet PM1 is arranged on the q-axis. Therefore, it is difficult for the magnetic flux to pass in the q-axis direction. On the other hand, the magnetic flux easily passes through the d-axis having the salient pole 22.

すなわち、突極22を通るd軸方向のインダクタンス(d軸インダクタンスLd)は、q軸方向のインダクタンス(q軸インダクタンスLq)よりも大きい。したがって、ロータ20は順突極性)(Ld>Lq)を有する構造(以下、順突極構造ともいう)であり、ハイブリッド車両等において今日一般的に用いられている逆突極性(Ld<Lq)を有する構造(以下、逆突極構造ともいう)の回転電機とは異なっている。 That is, the inductance in the d-axis direction (d-axis inductance Ld) passing through the salient pole 22 is larger than the inductance in the q-axis direction (q-axis inductance Lq). Therefore, the rotor 20 has a structure having a forward polarity) (Ld> Lq) (hereinafter, also referred to as a forward polarity structure), and has a reverse polarity (Ld <Lq) generally used in hybrid vehicles and the like today. It is different from the rotary electric machine having a structure (hereinafter, also referred to as a reverse salient pole structure).

このようにロータ20を順突極構造とすることで、本実施例の回転電機1は、第1永久磁石PM1、第2永久磁石PM2、第3永久磁石PM3が発生するマグネットトルクに加えて、d軸インダクタンスLdとq軸インダクタンスLqとの差に応じたリラクタンストルクを発生することができる。 By forming the rotor 20 into a forward inductance structure in this way, the rotary electric machine 1 of the present embodiment has a magnet torque generated by the first permanent magnet PM1, the second permanent magnet PM2, and the third permanent magnet PM3, in addition to the magnet torque generated by the first permanent magnet PM1 and the second permanent magnet PM3. Reluctance torque can be generated according to the difference between the d-axis inductance Ld and the q-axis inductance Lq.

本実施例の回転電機1は、順突極性(Ld>Lq)の構造のロータ20を備えているため、d−q座標上に電機子電流(id)およびq軸電流(iq)を表したベクトル図において、d軸電流(id)が正の値かつ、q軸電流(iq)が正の値となる第1象限(+idかつ+iq)に電流ベクトルを配置するようにして駆動される。 Since the rotary electric machine 1 of this embodiment includes a rotor 20 having a structure having a forward collision polarity (Ld> Lq), the armature current (id) and the q-axis current (iq) are represented on the d−q coordinates. In the vector diagram, the current vector is driven so as to be arranged in the first quadrant (+ id and + iq) in which the d-axis current (id) has a positive value and the q-axis current (iq) has a positive value.

すなわち、この回転電機1では、磁石磁束ベクトルと同方向に、ロータ界磁電流としてd軸電流(id)を通電することで、強め界磁を行いながらトルクを発生できる。すなわち、d軸電流(id)の振幅を調整することによって、ロータ界磁量を調整できる。 That is, in this rotary electric machine 1, torque can be generated while performing a strong field by energizing a d-axis current (id) as a rotor field current in the same direction as the magnet magnetic flux vector. That is, the rotor field amount can be adjusted by adjusting the amplitude of the d-axis current (id).

一方、逆突極構造においては、負のd軸電流(−id)によって、ロータ20の磁石磁束ベクトルに対して反磁界になるようにd軸電流ベクトルを大きくさせて磁束の打ち消し合いによって弱め界磁を実現している。 On the other hand, in the reverse salient pole structure, the negative d-axis current (-id) increases the d-axis current vector so that it becomes a countermagnetic field with respect to the magnet magnetic flux vector of the rotor 20, and the field is weakened by the cancellation of the magnetic flux. Realizes magnetism.

しかし、逆突極性を有する回転電機は、弱め界磁のためにトルクに寄与しない負のd軸電流(−id)を用いているため効率が悪化してしまう。また、逆突極性を有する回転電機は、磁束波形が大きく歪むことにより鉄損が大幅に増加してしまう。また、逆突極性を有する回転電機は、磁束波形の歪によって、空間高調波が増加し、トルクリプル、電磁振動および振動が増加してしまう。 However, the rotary electric machine having the reverse polarity uses a negative d-axis current (-id) that does not contribute to the torque due to the field weakening, so that the efficiency deteriorates. Further, in the rotary electric machine having the reverse polarity, the iron loss is greatly increased due to the large distortion of the magnetic flux waveform. Further, in a rotary electric machine having a reverse polarity, spatial harmonics increase due to distortion of the magnetic flux waveform, and torque ripple, electromagnetic vibration and vibration increase.

これに対し、本実施例の回転電機1は、順突極性を有することから、正のd軸電流(+id)を減少させる(q軸側に進角させる、もしくは振幅を減少させる)ことによって、d軸磁化量を調整できる。このため、トルクに直接寄与しないd軸電流が減少し、効率を増加させることができる。 On the other hand, since the rotary electric machine 1 of the present embodiment has a forward polarity, the positive d-axis current (+ id) is reduced (advanced to the q-axis side or the amplitude is reduced). The amount of d-axis magnetization can be adjusted. Therefore, the d-axis current that does not directly contribute to the torque is reduced, and the efficiency can be increased.

また、正のd軸電流(+id)を減少させるよりも負のd軸電流(−id)による弱め界磁で駆動した方が効率の良い場合、弱め界磁で駆動してもよい。弱め界磁で駆動しても、漏れ磁束の効果により従来技術よりも負のd軸電流(−id)の電流値を低減できるため、効率が向上する。 If it is more efficient to drive with a field weakening with a negative d-axis current (-id) than to reduce the positive d-axis current (+ id), it may be driven with a field weakening. Even if it is driven by a weak field, the current value of the negative d-axis current (-id) can be reduced by the effect of the leakage flux as compared with the conventional technique, so that the efficiency is improved.

また、第2バイパス路BP2と第4バイパス路BP4の間に第3バイパス路BP3が設けられているため、ロータ20は多層磁石磁路と多層突極磁路とが交互に形成された構造となっている。ここで、回転電機1において、電機子コイル14の各相の線間電圧は直流バス電圧により制約される。 Further, since the third bypass path BP3 is provided between the second bypass path BP2 and the fourth bypass path BP4, the rotor 20 has a structure in which a multi-layer magnet magnetic path and a multi-layer salient pole magnetic path are alternately formed. It has become. Here, in the rotary electric machine 1, the line voltage of each phase of the armature coil 14 is restricted by the DC bus voltage.

本実施例では、線間電圧が電圧制限に達した場合に、負のd軸電流(−id)による逆磁界により磁石磁束が突極磁路に漏れ、ロータ20内に短絡磁路が形成される。これにより、電機子コイル14に鎖交する磁束量を大幅に低減でき、広い可変界磁特性を得ることができる。 In this embodiment, when the line voltage reaches the voltage limit, the magnetic flux leaks to the salient pole magnetic path due to the reverse magnetic field due to the negative d-axis current (-id), and a short-circuit magnetic path is formed in the rotor 20. Ru. As a result, the amount of magnetic flux interlinking with the armature coil 14 can be significantly reduced, and a wide variable field characteristic can be obtained.

また、本実施例では、第1永久磁石PM1、第2永久磁石PM2、第3永久磁石PM3の磁極が図2、図3に示すように配置されているため、N極の突極22とS極の突極22とがロータ20の周方向に交互に配置される。 Further, in this embodiment, since the magnetic poles of the first permanent magnet PM1, the second permanent magnet PM2, and the third permanent magnet PM3 are arranged as shown in FIGS. The salient poles 22 of the poles are alternately arranged in the circumferential direction of the rotor 20.

このような回転電機1において、正のd軸電流(+id)となる強め界磁領域で駆動する場合、最もインダクタンスが大きいd軸磁路に、ステータ10の電機子コイル14で発生した磁束(以下、電機子磁束ともいう)が多く鎖交し、磁石磁路をバイパス路として磁気回路が構成される。 In such a rotary electric machine 1, when driving in a strong field region where a positive d-axis current (+ id) is obtained, the magnetic flux generated by the armature coil 14 of the stator 10 in the d-axis magnetic path having the largest inductance (hereinafter,). , Also called armature magnetic flux), and a magnetic circuit is constructed with the magnetic magnetic path as a bypass path.

一方、負のd軸電流(−id)となる弱め界磁領域で回転電機1を駆動する場合、最もインダクタンスが大きいd軸磁路に、磁石磁束ベクトルとは逆方向の電機子磁束が鎖交する。そして、負のd軸電流(−id)によって作り出された逆磁界が発生しているステータ10よりも磁気抵抗が小さくなる突極磁路に、磁石磁束の漏れ磁束経路が形成される。 On the other hand, when the rotary electric machine 1 is driven in the field weakened field region where the negative d-axis current (-id) is obtained, the armature magnetic flux in the direction opposite to the magnet magnetic flux vector is interlinked with the d-axis magnetic path having the largest inductance. do. Then, a leakage flux path of the magnet magnetic flux is formed in the salient magnetic path whose magnetic resistance is smaller than that of the stator 10 in which the reverse magnetic field generated by the negative d-axis current (-id) is generated.

このため、ロータ20内で磁石磁束が短絡する。このような漏れ磁束効果によって、ロータ20からステータ10に鎖交する磁束(以下、電機子鎖交磁束ともいう)を低減でき、可変界磁効果を得ることができる。 Therefore, the magnet magnetic flux is short-circuited in the rotor 20. Due to such a leakage flux effect, the magnetic flux interlinking from the rotor 20 to the stator 10 (hereinafter, also referred to as armature interlinkage magnetic flux) can be reduced, and a variable field effect can be obtained.

また、本実施例では、突極磁路におけるロータ20の最内径部分に、磁石磁路のバイパス経路が設けられている。 Further, in this embodiment, a bypass path for the magnetic magnetic path is provided at the innermost inner diameter portion of the rotor 20 in the salient pole magnetic path.

これにより、正のd軸電流(+id)となる強め界磁駆動時は、+d軸磁束による磁束アシスト効果によって、電機子コイル14に鎖交する磁束量が増加するように強め界磁が行われる。 As a result, when the field is driven to have a positive d-axis current (+ id), the field is strengthened so that the amount of magnetic flux interlinking with the armature coil 14 increases due to the magnetic flux assist effect of the + d-axis magnetic flux. ..

一方、負のd軸電流(−id)となる弱め界磁駆動時は、−id軸磁束による逆界磁効果によって、磁石バイパス路上の磁石磁束が、突極磁路におけるロータ20の最内径部分に短絡するように短絡磁路が形成される。 On the other hand, when the field is weakened to have a negative d-axis current (-id), the magnet magnetic flux on the magnet bypass path is caused by the reverse field effect due to the -id axis magnetic flux, and the innermost portion of the rotor 20 in the salient pole magnetic path. A short-circuit magnetic path is formed so as to be short-circuited to.

このため、磁石磁路のバイパス路を形成しない場合と比較し、強め界磁時はトルクの向上を実現でき、弱め界磁時は電機子鎖交磁束の大幅な低減を実現できる。 Therefore, as compared with the case where the bypass path of the magnetic magnetic path is not formed, the torque can be improved at the time of strong field, and the armature interlinkage magnetic flux can be significantly reduced at the time of weak field.

また、本実施例では、ロータ20の外周のq軸上に凹部25を設けたことで、q軸における磁気抵抗を増大でき、図4に示すように磁束が形成される。このため、q軸インダクタンスを低減でき、d軸インダクタンスとの差(Ld−Lq)を向上させることができる。この結果、突極比を大きくでき、リラクタンストルクを向上できる。 Further, in this embodiment, by providing the recess 25 on the q-axis of the outer circumference of the rotor 20, the magnetic resistance in the q-axis can be increased, and a magnetic flux is formed as shown in FIG. Therefore, the q-axis inductance can be reduced, and the difference (Ld-Lq) from the d-axis inductance can be improved. As a result, the salient pole ratio can be increased and the reluctance torque can be improved.

また、本実施例では、第4バイパス路BP4におけるステータ10側の端部に、ロータ20の外周面への接線に対して所定角度をなす切欠き部24を形成している。この切欠き部24が形成されていることで、図5に示すように、第4バイパス路BP4からステータ10へ向かう磁束の向きを径方向外方から周方向に変えることができ、周方向の電磁力を向上させることができ、トルクを向上できる。 Further, in this embodiment, a notch portion 24 forming a predetermined angle with respect to the tangent line to the outer peripheral surface of the rotor 20 is formed at the end portion of the fourth bypass path BP4 on the stator 10 side. By forming this notch portion 24, as shown in FIG. 5, the direction of the magnetic flux from the fourth bypass path BP4 toward the stator 10 can be changed from the radial outer direction to the circumferential direction, and the circumferential direction can be changed. The electromagnetic force can be improved and the torque can be improved.

また、本実施例では、図6に示すように第1バイパス路BP1にブリッジ部27を設け、第2バイパス路BP2にブリッジ部26を設けている。 Further, in this embodiment, as shown in FIG. 6, a bridge portion 27 is provided in the first bypass path BP1 and a bridge portion 26 is provided in the second bypass path BP2.

無負荷時において磁石磁束は、第1バイパス路BP1のブリッジ部27、および第2バイパス路BP2のブリッジ部26を介して、突極磁路に短絡する。ブリッジ部27、26は、それぞれ第1バイパス路BP1、第2バイパス路BP2における第1永久磁石PM1、第2永久磁石PM2の外径側に配置されており、第1バイパス路BP1、第2バイパス路BP2の機械強度を確保する機能を有する。 When there is no load, the magnetic flux is short-circuited to the assault magnetic path via the bridge portion 27 of the first bypass path BP1 and the bridge portion 26 of the second bypass path BP2. The bridge portions 27 and 26 are arranged on the outer diameter side of the first permanent magnet PM1 and the second permanent magnet PM2 in the first bypass path BP1 and the second bypass path BP2, respectively, and the first bypass path BP1 and the second bypass It has a function of ensuring the mechanical strength of the road BP2.

すなわち、これらのブリッジ部27、26により第1永久磁石PM1および第2永久磁石PM2を径方向に支持できる。このため、第1永久磁石PM1および第2永久磁石PM2に作用する遠心力をブリッジ部27、26に受け持たせることができ、遠心力に対する第1永久磁石PM1および第2永久磁石PM2の耐力を向上できる。 That is, the first permanent magnet PM1 and the second permanent magnet PM2 can be supported in the radial direction by these bridge portions 27 and 26. Therefore, the centrifugal force acting on the first permanent magnet PM1 and the second permanent magnet PM2 can be assigned to the bridge portions 27 and 26, and the resistance of the first permanent magnet PM1 and the second permanent magnet PM2 to the centrifugal force can be increased. Can be improved.

本実施例では、ブリッジ部26、27を介して磁石磁束が突極磁路に短絡するので、ステータに鎖交する磁束量を低減でき、無負荷時において、鉄損を低減でき、コギングトルクを低減でき、誘起電圧を低減できる。 In this embodiment, since the magnet magnetic flux is short-circuited to the assault magnetic path via the bridge portions 26 and 27, the amount of magnetic flux interlinking with the stator can be reduced, iron loss can be reduced when there is no load, and cogging torque can be reduced. It can be reduced and the induced voltage can be reduced.

第1永久磁石PM1、第2永久磁石PM2において渦電流により発生した熱は、第1永久磁石PM1、第2永久磁石PM2の内径側の開放面において放熱することができる。また、渦電流により発生した熱は、第1永久磁石PM1、第2永久磁石PM2の外径側のブリッジ部27、28を介して放熱することができる。 The heat generated by the eddy currents in the first permanent magnet PM1 and the second permanent magnet PM2 can be dissipated on the open surface on the inner diameter side of the first permanent magnet PM1 and the second permanent magnet PM2. Further, the heat generated by the eddy current can be dissipated through the bridge portions 27 and 28 on the outer diameter side of the first permanent magnet PM1 and the second permanent magnet PM2.

また、本実施例では、図7に示すように第1バイパス路BP1に鉤爪形状の係止部30を設け、第2バイパス路BP2に鉤爪形状の係止部29を設け、第4バイパス路BP4に鉤爪形状の係止部28を設けている。これにより、第1永久磁石PM1、第2永久磁石PM2、第3永久磁石PM3の組付性を向上でき、特別な治具を用いることなく第1永久磁石PM1、第2永久磁石PM2、第3永久磁石PM3の位置決めを容易に行うことができる。 Further, in this embodiment, as shown in FIG. 7, a claw-shaped locking portion 30 is provided on the first bypass path BP1, a claw-shaped locking portion 29 is provided on the second bypass path BP2, and the fourth bypass path BP4 is provided. Is provided with a claw-shaped locking portion 28. As a result, the assembling property of the first permanent magnet PM1, the second permanent magnet PM2, and the third permanent magnet PM3 can be improved, and the first permanent magnet PM1, the second permanent magnet PM2, and the third permanent magnet PM3 can be improved without using a special jig. Positioning of the permanent magnet PM3 can be easily performed.

また、本実施例では、図2に示すように第3フラックスバリアFB3、第4フラックスバリアFB4、第5フラックスバリアFB5の幅(Wb)を、スロット13の開口幅(Ws)よりも小さくしている。例えばWsが1.8mmのとき、Wbを1.0mmとする。 Further, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the width (Wb) of the third flux barrier FB3, the fourth flux barrier FB4, and the fifth flux barrier FB5 is made smaller than the opening width (Ws) of the slot 13. There is. For example, when Ws is 1.8 mm, Wb is 1.0 mm.

このようにすることで、図2、図8に示すように、強め界磁時はLd>Lqの突極比を高めてリラクタンストルクを向上できる。また、スロット13の開口幅(Ws)がフラックスバリアの幅(Wb)よりも大きいため、図2、図9に示すように、弱め界磁時は、磁石磁束がステータ10とのギャップを介してステータ10に鎖交するよりもロータ20内で第3フラックスバリアFB3、第4フラックスバリアFB4、第5フラックスバリアFB5を通り抜けて漏れ磁束になりやすくなる。その結果、弱め界磁領域で駆動する際に磁石磁束をロータ20内に多く漏らすことができ、ステータ10に鎖交する磁束を大幅に削減できる。 By doing so, as shown in FIGS. 2 and 8, the reluctance torque can be improved by increasing the salient pole ratio of Ld> Lq at the time of strong field. Further, since the opening width (Ws) of the slot 13 is larger than the width (Wb) of the flux barrier, as shown in FIGS. 2 and 9, the magnet magnetic flux passes through the gap with the stator 10 at the time of field weakening. Rather than interlinking with the stator 10, it is more likely to pass through the third flux barrier FB3, the fourth flux barrier FB4, and the fifth flux barrier FB5 in the rotor 20 to become a leakage flux. As a result, a large amount of magnetic flux can be leaked into the rotor 20 when driving in the field weakening region, and the magnetic flux interlinking with the stator 10 can be significantly reduced.

以上のように、本実施例に係る回転電機1において、ロータ20は、隣り合う突極22同士を接続する第1バイパス路BP1と、第1バイパス路BP1に、該第1バイパス路BP1の延伸方向に磁極を向くように配置された第1永久磁石PM1と、ロータコア21と第1バイパス路BP1との間に形成される第1フラックスバリアFB1と、を備える。 As described above, in the rotary electric machine 1 according to the present embodiment, the rotor 20 extends the first bypass path BP1 to the first bypass path BP1 connecting the adjacent salient poles 22 to each other and the first bypass path BP1. It includes a first permanent magnet PM1 arranged so as to face a magnetic pole in the direction, and a first flux barrier FB1 formed between the rotor core 21 and the first bypass path BP1.

これにより、図9に示すように、隣り合う突極22と第1バイパス路BP1とロータコア21とにより、第1フラックスバリアFB1の周囲を周回するような磁石磁束のバイパス回路が形成される。 As a result, as shown in FIG. 9, the adjacent salient poles 22, the first bypass path BP1 and the rotor core 21 form a magnetic flux bypass circuit that orbits around the first flux barrier FB1.

このため、第1永久磁石PM1の磁石磁束がロータ20内で短絡しやすくなるため、ステータ10側に鎖交する磁石磁束量を低減することができる。さらに、電機子コイル14に通電していない無負荷状態でロータ20が高速回転しているときに、電機子コイル14に発生する誘起電圧を低減でき、無負荷状態での許容回転数を広げることができる。このため、動作点を広くすることができる。 Therefore, the magnetic flux of the first permanent magnet PM1 is likely to be short-circuited in the rotor 20, so that the amount of magnetic flux interlinking with the stator 10 can be reduced. Further, when the rotor 20 is rotating at high speed in a no-load state where the armature coil 14 is not energized, the induced voltage generated in the armature coil 14 can be reduced, and the permissible rotation speed in the no-load state can be expanded. Can be done. Therefore, the operating point can be widened.

また、電機子コイル14の磁束が、図1に破線の矢印Aで示すように、隣り合う一方の突極22からロータ20のコア21のある深部まで回り込んでから他方の突極22へ到達することができるため、リラクタンストルクを大きくすることができる。ここで、ロータ20の「深部」とは、第1フラックスバリアFB1よりも軸心O(図1参照)側の位置のことである。言い換えれば、ロータ20の「深部」とは、ロータ20のコア21のうち、ステータ10から見て遠い側の部位のことである。本発明をアウタロータ型のラジアルギャップロータに適用した場合、アウタロータのコアのうち、ステータから見て外周方向に遠い側の部位が深部となる。また、本発明をアキシャルギャップロータに適用した場合、アキシャルギャップロータのコアのうち、ステータから見て軸線方向に遠い側の部位が深部となる。 Further, as shown by the broken line arrow A in FIG. 1, the magnetic flux of the armature coil 14 wraps around from one adjacent salient pole 22 to a deep part of the core 21 of the rotor 20 and then reaches the other salient pole 22. Therefore, the reluctance torque can be increased. Here, the "deep portion" of the rotor 20 is a position on the axial center O (see FIG. 1) side of the first flux barrier FB1. In other words, the "deep part" of the rotor 20 is a portion of the core 21 of the rotor 20 that is far from the stator 10. When the present invention is applied to an outer rotor type radial gap rotor, the portion of the core of the outer rotor that is far from the stator in the outer peripheral direction becomes the deep part. Further, when the present invention is applied to the axial gap rotor, the portion of the core of the axial gap rotor on the side farther in the axial direction from the stator becomes the deep part.

この結果、動作点を広くすることができ、リラクタンストルクを大きくすることができる。 As a result, the operating point can be widened and the reluctance torque can be increased.

また、本実施例に係る回転電機1において、突極22の基端部には第2フラックスバリアFB2が設けられている。 Further, in the rotary electric machine 1 according to the present embodiment, the second flux barrier FB2 is provided at the base end portion of the salient pole 22.

このように突極22の基端部に第2フラックスバリアFB2を設けたことで、突極22の基端部が第2フラックスバリアFB2を境に周方向に分岐する構造となる。このため、突極22を挟んで周方向に隣り合う2つの第1バイパス路BP1の第1永久磁石PM1の各磁束短絡経路を、磁気的に分離することができる。 By providing the second flux barrier FB2 at the base end portion of the salient pole 22 in this way, the base end portion of the salient pole 22 has a structure in which the base end portion thereof branches in the circumferential direction with the second flux barrier FB2 as a boundary. Therefore, each magnetic flux short-circuit path of the first permanent magnet PM1 of the two first bypass paths BP1 adjacent to each other in the circumferential direction with the salient pole 22 interposed therebetween can be magnetically separated.

したがって、2つの磁束短絡経路が重なる範囲を低減しようとして各磁束短絡経路を通る磁束同士が突極22の基端部で衝突および干渉してしまうことを防止できる。このため、磁束同士の衝突および干渉により突極22の基端部において磁束短絡経路の磁気抵抗が高くなって短絡磁束量が減ってしまうことを抑制できる。また、短絡できなかった磁束が、他の箇所で短絡したり、ステータ10側に鎖交したりすることを抑制できる。 Therefore, it is possible to prevent the magnetic fluxes passing through the respective magnetic flux short-circuit paths from colliding and interfering with each other at the proximal end portion of the salient pole 22 in an attempt to reduce the overlapping range of the two magnetic flux short-circuit paths. Therefore, it is possible to prevent the magnetic resistance of the magnetic flux short-circuit path from increasing at the base end portion of the salient pole 22 due to collision and interference between the magnetic fluxes and reducing the short-circuit magnetic flux amount. Further, it is possible to prevent the magnetic flux that could not be short-circuited from being short-circuited at another location or interlinking with the stator 10.

また、図8に示すように、電機子コイル14の磁束が、突極22の基端部においてスムーズに合流することができる。このため、電機子コイル14の磁束が突極22の基端部で衝突してしまって磁気抵抗が高くなってしまうことや、電機子磁束が流れにくくなってしまうことを防止できる。 Further, as shown in FIG. 8, the magnetic flux of the armature coil 14 can smoothly merge at the base end portion of the salient pole 22. Therefore, it is possible to prevent the magnetic flux of the armature coil 14 from colliding with the proximal end portion of the salient pole 22 to increase the magnetic resistance and prevent the armature magnetic flux from becoming difficult to flow.

また、本実施例に係る回転電機1において、隣り合う突極22の間であって第1バイパス路BP1よりステータ10側に、ロータ20のステータ10との対向面における一方の突極22の近傍からq軸を跨いで他方の突極22の近傍に向かって延伸する第2バイパス路BP2が設けられている。 Further, in the rotary electric machine 1 according to the present embodiment, between adjacent salient poles 22, the vicinity of one salient pole 22 on the surface of the rotor 20 facing the stator 10 on the stator 10 side of the first bypass path BP1. A second bypass path BP2 that straddles the q-axis and extends toward the vicinity of the other salient pole 22 is provided.

また、第2バイパス路BP2に、該第2バイパス路BP2の延伸方向に磁極を向くように第2永久磁石PM2が配置されている。また、第1バイパス路BP1と第2バイパス路BP2との間に第3フラックスバリアFB3が設けられている。 Further, in the second bypass path BP2, the second permanent magnet PM2 is arranged so as to face the magnetic pole in the extending direction of the second bypass path BP2. Further, a third flux barrier FB3 is provided between the first bypass path BP1 and the second bypass path BP2.

これにより、ロータ20に第1永久磁石PM1に加えて第2永久磁石PM2が設けられているため、永久磁石数が多くなり、回転電機1の負荷時にマグネットトルクを大きくすることができる。 As a result, since the rotor 20 is provided with the second permanent magnet PM2 in addition to the first permanent magnet PM1, the number of permanent magnets is increased, and the magnet torque can be increased when the rotary electric machine 1 is loaded.

また、回転電機1の無負荷時に、ロータ20内で短絡する第2永久磁石PM2の磁石磁束を、第2バイパス路BP2および突極22を経て第1永久磁石PM1の短絡経路内で短絡させることができるので、無負荷時にステータ10に鎖交する磁石磁束を低減することができる。 Further, when the rotary electric machine 1 is not loaded, the magnetic flux of the second permanent magnet PM2 short-circuited in the rotor 20 is short-circuited in the short-circuit path of the first permanent magnet PM1 via the second bypass path BP2 and the salient pole 22. Therefore, it is possible to reduce the magnetic flux of the magnet interlinking with the stator 10 when there is no load.

また、本実施例に係る回転電機1において、ステータ10の近傍における第3フラックスバリアFB3の幅をWbとし、q軸の近傍における第3フラックスバリアFB3の幅をWqとし、ステータ10におけるロータ20への対向部のティース間隔をWsとしたとき、Wb<Ws、かつ、Wb<Wqを満たす。 Further, in the rotary electric machine 1 according to the present embodiment, the width of the third flux barrier FB3 in the vicinity of the stator 10 is Wb, the width of the third flux barrier FB3 in the vicinity of the q-axis is Wq, and the rotor 20 in the stator 10 is used. When the tooth spacing of the facing portion is Ws, Wb <Ws and Wb <Wq are satisfied.

このように、Wb<Wsとすることで、回転電機1の無負荷時に磁石磁束をロータ20内で短絡しやすくできる。また、Wb<Wqとすることで、回転電機1の負荷時に、トルクに寄与しない第1バイパス路BP1と第2バイパス路BP2の間の磁束の短絡を防止でき、かつ、突極比を向上させることができるため、リラクタンストルクを向上させることができる。 By setting Wb <Ws in this way, it is possible to easily short-circuit the magnetic flux of the magnet in the rotor 20 when the rotary electric machine 1 is not loaded. Further, by setting Wb <Wq, it is possible to prevent a short circuit of the magnetic flux between the first bypass path BP1 and the second bypass path BP2, which does not contribute to torque, and improve the reluctance ratio when the rotary electric machine 1 is loaded. Therefore, the reluctance torque can be improved.

また、本実施例に係る回転電機1において、隣り合う突極22の間であって第2バイパス路BP2よりステータ10側に、ロータ20のステータ10との対向面における一方の突極22の近傍からq軸を跨いで他方の突極22の近傍に向かって延伸する第3バイパス路BP3が設けられている。また、第2バイパス路BP2と第3バイパス路BP3との間に第4フラックスバリアFB4が設けられている。 Further, in the rotary electric machine 1 according to the present embodiment, between adjacent salient poles 22, the vicinity of one salient pole 22 on the surface facing the stator 10 of the rotor 20 on the stator 10 side from the second bypass path BP2. A third bypass path BP3 that straddles the q-axis and extends toward the vicinity of the other salient pole 22 is provided. Further, a fourth flux barrier FB4 is provided between the second bypass path BP2 and the third bypass path BP3.

これにより、第2永久磁石PM2の磁石磁束が第3バイパス路BP3からも短絡することができ、回転電機1の無負荷時に第2永久磁石PM2の磁石磁束がステータ10側に短絡してしまうことを防止できる。また、回転電機1の負荷時に電機子磁束が第3バイパス路BP3を通ることで、リラクタンストルクを大きくできる。 As a result, the magnet magnetic flux of the second permanent magnet PM2 can also be short-circuited from the third bypass path BP3, and the magnet magnetic flux of the second permanent magnet PM2 is short-circuited to the stator 10 side when the rotary electric machine 1 is not loaded. Can be prevented. Further, the reluctance torque can be increased by passing the armature magnetic flux through the third bypass path BP3 when the rotary electric machine 1 is loaded.

また、本実施例に係る回転電機1において、隣り合う突極22の間であって第3バイパス路BP3よりステータ10側に、ロータ20のステータ10との対向面における一方の突極22の近傍からq軸を跨いで他方の突極22の近傍に向かって延伸する第4バイパス路BP4が設けられている。 Further, in the rotary electric machine 1 according to the present embodiment, between adjacent salient poles 22, the vicinity of one salient pole 22 on the surface of the rotor 20 facing the stator 10 on the stator 10 side of the third bypass path BP3. A fourth bypass path BP4 that straddles the q-axis and extends toward the vicinity of the other salient pole 22 is provided.

また、第3バイパス路BP3と第4バイパス路BP4との間に第5フラックスバリアFB5が設けられている。また、第4バイパス路BP4に、該第4バイパス路BP4の延伸方向に磁極を向くように第3永久磁石PM3が配置され、この第3永久磁石PM3は、q軸を挟んで対向配置される1組の永久磁石である。また、第4バイパス路BP4は、q軸上にロータコア21に向かって凹む凹部25を有する。 Further, a fifth flux barrier FB5 is provided between the third bypass path BP3 and the fourth bypass path BP4. Further, a third permanent magnet PM3 is arranged on the fourth bypass path BP4 so as to face the magnetic pole in the extending direction of the fourth bypass path BP4, and the third permanent magnet PM3 is arranged so as to face each other with the q-axis interposed therebetween. A set of permanent magnets. Further, the fourth bypass path BP4 has a recess 25 recessed toward the rotor core 21 on the q-axis.

このように第4バイパス路BP4、第5フラックスバリアFB5、第3永久磁石PM3を設けたことで、回転電機1の負荷時にマグネットトルクを大きくできる。また、第3永久磁石PM3をq軸を挟んで対向配置される1組の永久磁石とし、第4バイパス路BP4がq軸上にロータコア21に向かって凹む凹部25を有することで、突極性を向上でき、リラクタンストルクを大きくできる。 By providing the fourth bypass path BP4, the fifth flux barrier FB5, and the third permanent magnet PM3 in this way, the magnet torque can be increased when the rotary electric machine 1 is loaded. Further, the third permanent magnet PM3 is used as a set of permanent magnets arranged opposite to each other with the q-axis in between, and the fourth bypass path BP4 has a recess 25 on the q-axis which is recessed toward the rotor core 21 to obtain salient polarity. It can be improved and the reluctance torque can be increased.

また、本実施例に係る回転電機1において、第4バイパス路BP4におけるステータ10側の端部に、ロータ20の外周面への接線に対して所定角度をなす切欠き部24が形成されている。 Further, in the rotary electric machine 1 according to the present embodiment, a notch portion 24 forming a predetermined angle with respect to the tangent to the outer peripheral surface of the rotor 20 is formed at the end portion of the fourth bypass path BP4 on the stator 10 side. ..

これにより、電機子磁束に対する第3永久磁石PM3の磁気反発力をロータ20の接線方向に作用させることができ、マグネットトルクを大きくすることができる。 As a result, the magnetic repulsive force of the third permanent magnet PM3 with respect to the armature magnetic flux can be applied in the tangential direction of the rotor 20, and the magnet torque can be increased.

本発明の実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。 Although embodiments of the present invention have been disclosed, it will be apparent to those skilled in the art that modifications may be made without departing from the scope of the invention. All such modifications and equivalents are intended to be included in the following claims.

本実施例では、インナロータ型のラジアルギャップロータに本発明を適用したが、アウタロータ型のラジアルギャップロータや、アキシャルギャップロータにも本発明を適用できる。 In this embodiment, the present invention has been applied to an inner rotor type radial gap rotor, but the present invention can also be applied to an outer rotor type radial gap rotor and an axial gap rotor.

また、本実施例では、各パイパス路に配置した複数の永久磁石をq軸に対して斜めに配置したが、永久磁石の磁極がq軸と直行する方向に向くように永久磁石を配置してもよいし、永久磁石をクロスポール状に配置してもよい。 Further, in this embodiment, a plurality of permanent magnets arranged in each bypass path are arranged diagonally with respect to the q-axis, but the permanent magnets are arranged so that the magnetic poles of the permanent magnets are oriented in the direction perpendicular to the q-axis. Alternatively, the permanent magnets may be arranged in a cross pole shape.

本実施例では、極数が8極の回転電機を例示したが、6極や10極などの、8極以外の極数の場合においても、同様の磁気回路構成を採用することができる。 In this embodiment, a rotary electric machine having 8 poles is illustrated, but the same magnetic circuit configuration can be adopted even in the case of a number of poles other than 8 poles such as 6 poles and 10 poles.

1 回転電機
10 ステータ
11 ステータコア
12 ステータティース
14 電機子コイル
20 ロータ
21 ロータコア
22 突極
24 切欠き部
25 凹部
BP1 第1バイパス路
BP2 第2バイパス路
BP3 第3バイパス路
BP4 第4バイパス路
FB1 第1フラックスバリア
FB2 第2フラックスバリア
FB3 第3フラックスバリア
FB4 第4フラックスバリア
FB5 第5フラックスバリア
PM1 第1永久磁石
PM2 第2永久磁石
PM3 第3永久磁石
1 Rotating electric machine 10 Stator 11 Stator core 12 Stator teeth 14 Armature coil 20 Rotor 21 Rotor core 22 Pirate 24 Notch 25 Recess BP1 First bypass path BP2 Second bypass path BP3 Third bypass path BP4 Fourth bypass path FB1 First Flux barrier FB2 2nd flux barrier FB3 3rd flux barrier FB4 4th flux barrier FB5 5th flux barrier PM1 1st permanent magnet PM2 2nd permanent magnet PM3 3rd permanent magnet

Claims (8)

電機子コイルを有するステータと、ロータコアおよび前記ロータコアにおける前記ステータへの対向面に設けられた複数の突極を有するロータと、を備える回転電機であって、
前記ロータは、
隣り合う前記突極同士を接続する第1バイパス路と、
前記第1バイパス路に、該第1バイパス路の延伸方向に磁極を向くように軸芯に最も近い位置に配置された第1永久磁石と、
前記ロータコアと前記第1バイパス路との間に形成される第1フラックスバリアと、を備えることを特徴とする回転電機。
A rotary electric machine comprising a stator having an armature coil and a rotor core and a rotor having a plurality of salient poles provided on a surface of the rotor core facing the stator.
The rotor is
The first bypass path connecting the adjacent salient poles and the
A first permanent magnet arranged in the first bypass path at a position closest to the axis so as to face the magnetic pole in the extending direction of the first bypass path.
A rotary electric machine including a first flux barrier formed between the rotor core and the first bypass path.
前記突極の基端部に第2フラックスバリアを設けたことを特徴とする請求項1に記載の回転電機。 The rotary electric machine according to claim 1, wherein a second flux barrier is provided at the base end portion of the salient pole. 電機子コイルを有するステータと、ロータコアおよび前記ロータコアにおける前記ステータへの対向面に設けられた複数の突極を有するロータと、を備える回転電機であって、
前記ロータは、
隣り合う前記突極同士を接続する第1バイパス路と、
前記第1バイパス路に、該第1バイパス路の延伸方向に磁極を向くように配置された第1永久磁石と、
前記ロータコアと前記第1バイパス路との間に形成される第1フラックスバリアと、を備え、
前記突極の基端部に第2フラックスバリアを設けたことを特徴とする回転電機。
A rotary electric machine comprising a stator having an armature coil and a rotor core and a rotor having a plurality of salient poles provided on a surface of the rotor core facing the stator.
The rotor is
The first bypass path connecting the adjacent salient poles and the
A first permanent magnet arranged in the first bypass path so as to face a magnetic pole in the extending direction of the first bypass path,
A first flux barrier formed between the rotor core and the first bypass path is provided.
A rotary electric machine characterized in that a second flux barrier is provided at the base end of the salient pole.
隣り合う前記突極の間であって前記第1バイパス路より前記ステータ側に、前記ロータの前記ステータとの対向面における一方の突極の近傍からq軸を跨いで他方の突極の近傍に向かって延伸する第2バイパス路が設けられ、
前記第2バイパス路に、該第2バイパス路の延伸方向に磁極を向くように第2永久磁石が配置され、
前記第1バイパス路と前記第2バイパス路との間に第3フラックスバリアが設けられていることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の回転電機。
Between the adjacent salient poles, on the stator side from the first bypass path, from the vicinity of one salient pole on the surface of the rotor facing the stator to the vicinity of the other salient pole across the q-axis. A second bypass path extending towards is provided,
A second permanent magnet is arranged in the second bypass path so as to face the magnetic pole in the extending direction of the second bypass path.
The rotary electric machine according to any one of claims 1 to 3, wherein a third flux barrier is provided between the first bypass path and the second bypass path.
前記ステータの近傍における前記第3フラックスバリアの幅をWbとし、q軸の近傍における前記第3フラックスバリアの幅をWqとし、前記ステータにおける前記ロータへの対向部のティース間隔をWsとしたとき、
Wb<Ws、かつ、Wb<Wqを満たすことを特徴とする請求項4に記載の回転電機。
When the width of the third flux barrier in the vicinity of the stator is Wb, the width of the third flux barrier in the vicinity of the q-axis is Wq, and the tooth spacing of the portion of the stator facing the rotor is Ws.
The rotary electric machine according to claim 4, wherein Wb <Ws and Wb <Wq are satisfied.
隣り合う前記突極の間であって前記第2バイパス路より前記ステータ側に、前記ロータの前記ステータとの対向面における一方の突極の近傍からq軸を跨いで他方の突極の近傍に向かって延伸する第3バイパス路が設けられ、
前記第2バイパス路と前記第3バイパス路との間に第4フラックスバリアが設けられていることを特徴とする請求項4に記載の回転電機。
Between the adjacent salient poles, on the stator side from the second bypass path, from the vicinity of one salient pole on the surface of the rotor facing the stator to the vicinity of the other salient pole across the q-axis. A third bypass path extending towards is provided,
The rotary electric machine according to claim 4, wherein a fourth flux barrier is provided between the second bypass path and the third bypass path.
隣り合う前記突極の間であって前記第3バイパス路より前記ステータ側に、前記ロータの前記ステータとの対向面における一方の突極の近傍からq軸を跨いで他方の突極の近傍に向かって延伸する第4バイパス路が設けられ、
前記第3バイパス路と前記第4バイパス路との間に第5フラックスバリアが設けられ、
前記第4バイパス路に、該第4バイパス路の延伸方向に磁極を向くように第3永久磁石が配置され、
前記第3永久磁石は、q軸を挟んで対向配置される1組の永久磁石であり、
前記第4バイパス路は、q軸上に前記ロータコアに向かって凹む凹部を有することを特徴とする請求項6に記載の回転電機。
Between the adjacent salient poles, on the stator side from the third bypass path, from the vicinity of one salient pole on the surface of the rotor facing the stator to the vicinity of the other salient pole across the q-axis. A fourth bypass path extending towards is provided,
A fifth flux barrier is provided between the third bypass path and the fourth bypass path.
A third permanent magnet is arranged in the fourth bypass path so as to face the magnetic pole in the extending direction of the fourth bypass path.
The third permanent magnet is a set of permanent magnets arranged opposite to each other across the q-axis.
The rotary electric machine according to claim 6, wherein the fourth bypass path has a recess on the q-axis that is recessed toward the rotor core.
前記第4バイパス路における前記ステータ側の端部に、前記ロータの外周面への接線に対して所定角度をなす切欠き部が形成されていることを特徴とする請求項7に記載の回転電機。 The rotary electric machine according to claim 7, wherein a notch portion forming a predetermined angle with respect to a tangent to the outer peripheral surface of the rotor is formed at an end portion of the fourth bypass path on the stator side. ..
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