JP7248837B2 - Rotating electric machine, rotating electric motor drive system, and electric vehicle - Google Patents

Rotating electric machine, rotating electric motor drive system, and electric vehicle Download PDF

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Description

本発明は、回転電機、回転電動機駆動システム、並びに回転電機を備える電動車両に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine, a rotating electrical machine drive system, and an electric vehicle equipped with the rotating electrical machine.

電気自動車や電気鉄道車両などの電動車両に用いられる回転電機である駆動用モータには大出力が求められるため、磁気エネルギーを保持する永久磁石を組み込んだ永久磁石モータが用いられる。特に駆動用モータには、低速大トルクや高速低トルクなど広範囲な運転範囲が求められるので、これらの特性を満足できる埋込磁石式モータが一般に利用されている。さらに、電動車両の駆動用モータには、これらの特性の他に、振動や騒音の低減が要求される。低振動化や、低騒音化のためには、埋込磁石式モータのトルク脈動低減が課題となる。 2. Description of the Related Art A driving motor, which is a rotating electric machine used in electric vehicles such as electric vehicles and electric railway vehicles, is required to have a large output. In particular, drive motors are required to have a wide operating range such as high torque at low speed and low torque at high speed. Furthermore, in addition to these characteristics, the motor for driving an electric vehicle is required to reduce vibration and noise. In order to reduce vibration and noise, reduction of torque pulsation in an embedded magnet type motor is an issue.

これに対し、従来、特許文献1に記載の技術が知られている。本技術においては、回転子コアのq軸から周方向にずれた位置に磁気抵抗変化部が設けられる。このような回転子において、磁気抵抗変化部を有する領域と有さない領域とで、発生するトルク脈動の位相がほぼ正反対になる。このため、磁気抵抗変化部を有する領域と有さない領域を交互に配置することで、回転子全体が受けるトルク脈動が低減される。 On the other hand, conventionally, the technique described in Patent Document 1 is known. In the present technology, the magnetoresistive change portion is provided at a position displaced from the q-axis of the rotor core in the circumferential direction. In such a rotor, the phases of generated torque pulsations are almost exactly opposite between the regions having the magnetoresistive change portions and the regions not having them. Therefore, by alternately arranging the regions having the magnetoresistive change portions and the regions not having them, the torque pulsation received by the entire rotor can be reduced.

特開2010-98830号公報JP 2010-98830 A

上記従来技術では、永久磁石の端部付近のd軸コア部には、永久磁石の漏洩磁束が通る。さらに、このd軸コア部には、モータのq軸電流によるq軸磁束が通る。このため、d軸コア部は磁気飽和する。このd軸コア部が磁気飽和すると、永久磁石の実効的な磁極幅が変化するため、トルク脈動の位相が変化する。d軸コア部において磁気飽和する範囲は、q軸電流量すなわち負荷状態によって異なるため、上記従来技術では、負荷状態によっては、磁気抵抗変化部を有する領域と有さない領域とで必ずしもトルク脈動の位相が正反対にはならず、トルク脈動を十分低減することが難しい。 In the conventional technology described above, the leakage magnetic flux of the permanent magnet passes through the d-axis core portion near the end of the permanent magnet. Furthermore, the q-axis magnetic flux due to the q-axis current of the motor passes through the d-axis core portion. Therefore, the d-axis core portion is magnetically saturated. When the d-axis core portion is magnetically saturated, the effective magnetic pole width of the permanent magnet changes, so the phase of torque pulsation changes. The range of magnetic saturation in the d-axis core differs depending on the amount of q-axis current, that is, the load state. It is difficult to sufficiently reduce the torque pulsation because the phases are not diametrically opposed.

そこで、本発明は、広い運転範囲でトルク脈動を低減できる回転電機、回転電動機駆動システム、並びに回転電機を備える電動車両を提供する。 Accordingly, the present invention provides a rotating electric machine capable of reducing torque pulsation over a wide operating range, a rotating electric motor drive system, and an electric vehicle equipped with the rotating electric machine.

上記課題を解決するために、本発明による回転電機は、固定子と、固定子と対向する回転子コアを備える回転子と、を備えるものであって、回転子コアは、V字の磁石挿入孔を有するとともに、磁石挿入孔に対して外周側に配置されるd軸コアと、磁石挿入孔に対して内周側に配置される内周側コアと、d軸コアと周方向に隣接するq軸コアと、を有し、磁石挿入孔には永久磁石が挿入され、d軸コアは、ブリッジ部により、内周側コアと連結され、回転子コアは、1極ピッチ角τp分の断面形状を複数種類有し、d軸コアは、磁石挿入孔の両端部の一方に隣接する第1ブリッジ部と両端部の他方に隣接する第2ブリッジ部により、内周側コアと連結され、d軸コアの第1ブリッジ部側の端部と、磁極中心との距離L1が、第1ブリッジ部とd軸コアとの接続部と、磁極中心との距離L2よりも大きく、d軸コアの第2ブリッジ部側の端部と、磁極中心との距離L3が、第2ブリッジ部とd軸コアとの接続部と、磁極中心との距離L4よりも大きい
In order to solve the above-described problems, a rotating electric machine according to the present invention includes a stator and a rotor having a rotor core facing the stator, the rotor core having a V-shaped magnet insert. A d-axis core having a hole and arranged on the outer peripheral side with respect to the magnet insertion hole, an inner peripheral side core arranged on the inner peripheral side with respect to the magnet insertion hole, and adjacent to the d-axis core in the circumferential direction A permanent magnet is inserted into the magnet insertion hole, the d-axis core is connected to the inner peripheral side core by a bridge part, and the rotor core has a cross section of one pole pitch angle τp The d-axis core, which has a plurality of types of shapes, is connected to the inner peripheral core by a first bridge portion adjacent to one of both ends of the magnet insertion hole and a second bridge portion adjacent to the other end of the magnet insertion hole. The distance L1 between the first bridge portion side end of the axial core and the magnetic pole center is greater than the distance L2 between the connecting portion between the first bridge portion and the d-axis core and the magnetic pole center, A distance L3 between the end on the second bridge portion side and the magnetic pole center is longer than a distance L4 between the connecting portion between the second bridge portion and the d-axis core and the magnetic pole center.

上記課題を解決するために、本発明による回転電機駆動システムは、負荷を駆動する回転電機と、回転電機を駆動する電力変換装置と、を備えるものであって、回転電機は、上記本発明による回転電機である。 In order to solve the above-described problems, a rotating electrical machine drive system according to the present invention includes a rotating electrical machine that drives a load, and a power conversion device that drives the rotating electrical machine, wherein the rotating electrical machine is a rotating electrical machine according to the present invention. It is a rotating electric machine.

上記課題を解決するために、本発明による電気自動車は、回転電機と、バッテリと、バッテリの直流電力を交流電力に変換して、交流電力を回転電機に供給する電力変換装置と、を備え、回転電機のトルクが変速機を介して車輪に伝達されるものであって、回転電機は、上記本発明による回転電機である。 In order to solve the above problems, an electric vehicle according to the present invention includes a rotating electric machine, a battery, and a power conversion device that converts DC power of the battery into AC power and supplies the AC power to the rotating electric machine, The torque of the rotating electrical machine is transmitted to the wheels via the transmission, and the rotating electrical machine is the rotating electrical machine according to the present invention.

上記課題を解決するために、本発明による電気鉄道車両は、回転電機と、ギアを介して回転電機によって駆動される車輪と、を備えるものであって、回転電機は、上記本発明による回転電機である。 In order to solve the above problems, an electric railway vehicle according to the present invention includes a rotating electric machine and wheels driven by the rotating electric machine via gears, wherein the rotating electric machine is a rotating electric machine according to the present invention. is.

本発明によれば、広い運転範囲で回転電機のトルク脈動を低減できる。これにより、回転電機駆動システム、電気自動車や電気鉄道車両を含む電動車両において、負荷が変動しても、トルク脈動に起因する騒音や振動を低減できる。 According to the present invention, it is possible to reduce the torque pulsation of the rotary electric machine over a wide operating range. This makes it possible to reduce noise and vibration caused by torque pulsation even when the load fluctuates in a rotary electric machine drive system, an electric vehicle including an electric vehicle and an electric railway vehicle.

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.

実施例1である回転電機の全体構成を示す。1 shows the overall configuration of a rotating electrical machine that is Embodiment 1. FIG. 図1における回転子の構成を示す。2 shows the configuration of the rotor in FIG. 1; 実施例1の変形例である回転電機の回転子の構成を示す。4 shows a configuration of a rotor of a rotating electric machine that is a modification of the first embodiment; 実施例1における回転子の構成を示す斜視図である。4 is a perspective view showing the configuration of the rotor in Example 1. FIG. 一変形例における回転子の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the rotor in a modified example. 他の変形例における回転子の構成を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing the configuration of a rotor in another modified example; 比較例である回転電機における回転子の構成を示す。3 shows the configuration of a rotor in a rotating electrical machine as a comparative example. 比較例と実施例1について、低負荷時において永久磁石の周辺コア部を通る磁束の流れを示す。3 shows the flow of magnetic flux through the peripheral core portion of the permanent magnet under low load for Comparative Example and Example 1. FIG. 比較例と実施例1について、高負荷時において永久磁石の周辺コア部を通る磁束の流れを示す。3 shows the flow of magnetic flux passing through the peripheral core portion of the permanent magnet under high load for Comparative Example and Example 1. FIG. 実施例1における固定子と回転子の回転軸に垂直な平面での断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the stator and rotor in the first embodiment taken along a plane perpendicular to the rotation axis; 実施例1における回転子コアの断面形状を表すパラメータを示す。4 shows parameters representing the cross-sectional shape of the rotor core in Example 1. FIG. 実施例2である回転電機駆動システムの概略構成を示す。2 shows a schematic configuration of a rotary electric machine drive system that is Embodiment 2. FIG. 実施例3である電気自動車の概略構成を示す。3 shows a schematic configuration of an electric vehicle that is Embodiment 3. FIG. 実施例4である電気鉄道車両の概略構成を示す。4 shows a schematic configuration of an electric railway vehicle that is Embodiment 4. FIG.

以下、本発明の実施形態について、下記の実施例1~3により、図面を用いながら説明する。なお、各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings according to Examples 1 to 3 below. In each figure, the same reference numbers denote the same components or components with similar functions.

図1は、本発明の実施例1である回転電機の全体構成を示す。本図1は、回転電機の回転軸に平行な平面での断面図である。なお、本実施例1の回転電機は、埋め込み磁石型の永久磁石同期モータである。 Embodiment 1 FIG. 1 shows the overall configuration of a rotating electrical machine that is Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view on a plane parallel to the rotating shaft of the rotary electric machine. Note that the rotating electrical machine of the first embodiment is an embedded magnet type permanent magnet synchronous motor.

図1に示すように、回転電機1は、固定子10と、固定子10の径方向内側に回転可能に支持される回転子30と、回転子30に固定されるシャフト90と、固定子10および回転子30を覆うフレーム5から構成されている。回転子30は、固定子10にギャップ100(空隙)を介して対向する。固定子10は、後述する固定子スロット(図10中の「22」)に巻装される固定子巻線21を備えている。 As shown in FIG. 1, the rotating electric machine 1 includes a stator 10, a rotor 30 rotatably supported radially inwardly of the stator 10, a shaft 90 fixed to the rotor 30, the stator 10 and a frame 5 covering the rotor 30 . The rotor 30 faces the stator 10 via a gap 100 (air gap). The stator 10 includes a stator winding 21 wound in a stator slot (“22” in FIG. 10), which will be described later.

図2は、図1における回転子30の構成を示す。本図2は、回転軸に垂直な平面での断面図である。 FIG. 2 shows the configuration of the rotor 30 in FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view on a plane perpendicular to the rotation axis.

図2において、回転子30は回転軸心Xを中心に回転する。なお、以下の説明において、断りのない限り、「内周側」および「外周側」という記載は、それぞれ回転軸心Xに対して距離が近い側および遠い側を意味する。また、「径方向」という記載は、回転軸心Xと垂直に交わる直線方向を意味し、「周方向」という記載は、回転軸心Xまわりの回転方向を意味する。 In FIG. 2, the rotor 30 rotates around the rotation axis X. As shown in FIG. In the following description, unless otherwise specified, the terms “inner peripheral side” and “outer peripheral side” refer to the closer side and the farther side with respect to the rotation axis X, respectively. Further, the term "radial direction" means the direction of a straight line perpendicular to the rotation axis X, and the term "circumferential direction" means the direction of rotation about the rotation axis X.

図2に示すように、回転子30は、磁性体からなる回転子コア40と、回転子30の回転軸であり、回転子コア40を貫通するシャフト90とから構成される。また、回転子30は、偶数個(図2では8個)の磁極を有している。各磁極は、少なくとも一つ(図2では一つ)の磁石挿入孔50を有している。磁石挿入孔50には、磁極を構成するために永久磁石70が収容されている。 As shown in FIG. 2 , the rotor 30 is composed of a rotor core 40 made of a magnetic material and a shaft 90 that is a rotating shaft of the rotor 30 and passes through the rotor core 40 . Also, the rotor 30 has an even number of magnetic poles (eight in FIG. 2). Each magnetic pole has at least one (one in FIG. 2) magnet insertion hole 50 . Permanent magnets 70 are housed in the magnet insertion holes 50 to form magnetic poles.

回転子コア40は、磁石挿入孔50に対して内周側に配置される内周側コア110と、磁石挿入孔50に対して外周側に配置されるd軸コア41を有している。d軸コア41における固定子との対向面は、円弧状である。なお、この円弧は、径方向に回転子に向って凸である。各磁極の内周側コア110とd軸コア41とは、回転子コア40の一部である、磁石挿入孔50の幅方向両端部に隣接する第1ブリッジ部61および第2ブリッジ部62という少なくとも二つのブリッジ部によって、機械的に連結される。第1ブリッジ部61は、磁極中心Cから一方の周方向(図2では反時計回り)に沿って離れて位置し、磁石挿入孔50の幅方向の一方の端部に隣接する。第2ブリッジ部62は、磁極中心Cから他方の周方向(図2では時計回り)に沿って離れて位置し、磁石挿入孔50の幅方向の他方の端部に隣接する。磁石挿入孔50は、第1ブリッジ部61、第2ブリッジ部62、内周側コア110およびd軸コア41によって画される空間によって構成される。 The rotor core 40 has an inner peripheral core 110 arranged on the inner peripheral side with respect to the magnet insertion holes 50 and a d-axis core 41 arranged on the outer peripheral side with respect to the magnet insertion holes 50 . The surface of the d-axis core 41 facing the stator is arcuate. Note that this arc is radially convex toward the rotor. The inner peripheral core 110 and the d-axis core 41 of each magnetic pole are referred to as a first bridge portion 61 and a second bridge portion 62 adjacent to both ends of the magnet insertion hole 50 in the width direction, which are part of the rotor core 40 . Mechanically coupled by at least two bridges. The first bridge portion 61 is located away from the magnetic pole center C along one circumferential direction (counterclockwise in FIG. 2) and adjoins one end of the magnet insertion hole 50 in the width direction. The second bridge portion 62 is located away from the magnetic pole center C along the other circumferential direction (clockwise in FIG. 2) and is adjacent to the other end of the magnet insertion hole 50 in the width direction. The magnet insertion hole 50 is defined by a space defined by the first bridge portion 61 , the second bridge portion 62 , the inner core 110 and the d-axis core 41 .

永久磁石70の磁石材料は、フェライト系、ネオジム系、サマリウムコバルト系などの磁石材料のいずれでもよい。また、本実施例1の永久磁石70は、図2の断面において矩形形状であるが、これに限らず円弧形状でもよい。さらに、磁石挿入孔50に、ボンド磁石(プラスチック磁石やゴム磁石など)を射出充填してもよい。また、1極当たりの永久磁石70は、径方向や周方向に複数に分割されてもよい。 The magnet material of the permanent magnet 70 may be any magnet material such as ferrite, neodymium, and samarium-cobalt. Moreover, although the permanent magnet 70 of the first embodiment has a rectangular cross section in FIG. 2, it is not limited to this and may have an arc shape. Furthermore, the magnet insertion hole 50 may be filled with a bond magnet (plastic magnet, rubber magnet, etc.) by injection. Also, the permanent magnet 70 per pole may be divided into a plurality of pieces in the radial direction or the circumferential direction.

回転子コア40を構成する磁性体として、好ましくは、回転子コア40に発生する渦電流損失を低減するために、電気的絶縁体でラミネーションされる磁性鋼板の積層体が適用される。なお、材料費や加工費を低減するためにソリッド(バルク)磁性体を使用してもよい。また、圧粉磁心などの粉末磁性体を圧縮成型した構成でもよいし、アモルファス金属やナノ結晶材で構成してもよい。回転子コア40は、シャフト90に対して接着、溶接、圧入、焼き嵌めなどの手段によって固定される。回転子コア40をソリッド(バルク)磁性体で構成する場合は、回転子コア40とシャフト90を一体成型してもよい。 As the magnetic material forming the rotor core 40, a laminate of magnetic steel plates laminated with an electrical insulator is preferably applied in order to reduce eddy current loss generated in the rotor core 40. FIG. A solid (bulk) magnetic material may be used to reduce material and processing costs. Further, it may be configured by compression-molding a powder magnetic material such as a powder magnetic core, or may be configured by an amorphous metal or a nanocrystalline material. The rotor core 40 is fixed to the shaft 90 by means of adhesion, welding, press fitting, shrink fitting, or the like. If the rotor core 40 is made of solid (bulk) magnetic material, the rotor core 40 and the shaft 90 may be integrally molded.

図2では磁石挿入孔50の断面形状を長方形としているが、これに限らず、内周側コア110と各磁極部におけるd軸コア41を径方向に沿って離間する空孔であれば、略V字形状や略円弧形状などの他の形状でもよい。 In FIG. 2, the cross-sectional shape of the magnet insertion hole 50 is rectangular. Other shapes such as a V shape and a substantially circular arc shape may be used.

固定子コア20とフレーム5は接着、溶接、圧入、焼き嵌め等の方法を用いて固定される。 The stator core 20 and frame 5 are fixed using methods such as gluing, welding, press-fitting, and shrink fitting.

回転子コア40においては、d軸コア41の周方向両端部に隣接して、q軸コア46が設けられる。すなわち、各q軸コア46は、周方向に沿って隣り合う二つのd軸コア41の間に位置する。q軸コア46の周方向両側には、略V字状の溝部120(空隙)が位置し、溝部120によって、d軸コア41とq軸コア46は、周方向に分離されている。また、溝部120内において、d軸コアの両端部は、第1ブリッジ部61および第2ブリッジ部62の位置から、周方向に、q軸コア46に向って張り出している。本実施例1では、これら張り出し部の長さは、一つのq軸コア46を挟んで隣接する二つのd軸コア41では互いに異なる。 In rotor core 40 , q-axis cores 46 are provided adjacent to both ends of d-axis core 41 in the circumferential direction. That is, each q-axis core 46 is located between two d-axis cores 41 adjacent in the circumferential direction. Approximately V-shaped grooves 120 (air gaps) are located on both sides of the q-axis core 46 in the circumferential direction, and the grooves 120 separate the d-axis core 41 and the q-axis core 46 in the circumferential direction. Also, in the groove portion 120 , both ends of the d-axis core protrude from the positions of the first bridge portion 61 and the second bridge portion 62 toward the q-axis core 46 in the circumferential direction. In the first embodiment, the lengths of these projecting portions are different between two d-axis cores 41 adjacent to each other with one q-axis core 46 interposed therebetween.

なお、本実施例1においては、d軸コア41の最外径とq軸コア46の最外径は略等しい。また、第1および第2ブリッジ部61,62の周方向の厚みは、d軸コア41の周方向張り出し部の先端部の厚みよりも薄い。また、磁極を構成する8個の永久磁石70については、径方向の厚さや、周方向の幅が同等である。さらに、磁石挿入孔50の径方向および周方向の各寸法も同等である。 In addition, in the first embodiment, the outermost diameter of the d-axis core 41 and the outermost diameter of the q-axis core 46 are substantially equal. In addition, the thickness of the first and second bridge portions 61 and 62 in the circumferential direction is thinner than the thickness of the distal end portion of the circumferential projecting portion of the d-axis core 41 . The eight permanent magnets 70 forming the magnetic poles have the same thickness in the radial direction and the same width in the circumferential direction. Furthermore, the radial and circumferential dimensions of the magnet insertion hole 50 are also the same.

第1ブリッジ部61と第2ブリッジ部62は、磁極中心Cの径方向両側に位置し、互いに離間されている。第1ブリッジ部61とd軸コア41は、周方向で、d軸コア41の一方の張り出し部の先端、すなわちd軸コア41における第1ブリッジ部61側の周方向のd軸コア端部42よりも磁極中心Cの近くに位置する接続部81で接続される。また、第2ブリッジ部62とd軸コア41は、周方向で、d軸コア41の他方の張り出し部の先端、すなわちd軸コア41における第2ブリッジ部62側の周方向のd軸コア端部42よりも磁極中心Cの近くに位置する接続部82で接続される。なお、本実施例1では、各d軸コア端部42とq軸コア46との間の間隔は略一定である。 The first bridge portion 61 and the second bridge portion 62 are located on both radial sides of the magnetic pole center C and are separated from each other. The first bridge portion 61 and the d-axis core 41 are connected in the circumferential direction to the tip of one overhanging portion of the d-axis core 41, that is, the d-axis core end portion 42 of the d-axis core 41 in the circumferential direction on the first bridge portion 61 side. are connected at a connecting portion 81 located closer to the magnetic pole center C than the magnetic pole center C. In addition, the second bridge portion 62 and the d-axis core 41 are arranged in the circumferential direction at the tip of the other projecting portion of the d-axis core 41, that is, at the circumferential direction d-axis core end of the d-axis core 41 on the second bridge portion 62 side. They are connected at a connecting portion 82 located closer to the magnetic pole center C than the portion 42 . In addition, in the first embodiment, the distance between each d-axis core end portion 42 and the q-axis core 46 is substantially constant.

各磁極部において、第1ブリッジ部61側のd軸コア端部42と磁極中心Cとの距離をL1、接続部81と磁極中心Cとの距離をL2とすると、本実施例1では、L1はL2よりも大である(L2<L1)。ここで、ある部位と磁極中心Cとの距離は、ある部位から磁極中心Cを示す仮想中心線(図2中の一点鎖線)に下ろした垂線の長さ、すなわち、ある部位と仮想中心線を結ぶ最短の線分の長さである(以下に記す「距離」も同様)。さらに、第2ブリッジ部62側のd軸コア端部42と磁極中心Cとの距離をL3、接続部82と磁極中心Cとの距離をL4とすると、L3はL4よりも大である(L4<L3)。なお、本実施例1では、一つのd軸コアにおいて、L1=L3かつL2=L4である。また、一つのq軸コア46の周方向両側に位置し、互いに隣接する二つのd軸コア41において、L1およびL3の大きさについては異なり、L2およびL4の大きさは同じである。 In each magnetic pole portion, if the distance between the d-axis core end portion 42 on the first bridge portion 61 side and the magnetic pole center C is L1, and the distance between the connecting portion 81 and the magnetic pole center C is L2, then L1 is greater than L2 (L2<L1). Here, the distance between a certain portion and the magnetic pole center C is the length of a perpendicular drawn from the certain portion to the imaginary center line (one-dot chain line in FIG. 2) indicating the magnetic pole center C, that is, the distance between the certain portion and the imaginary center line. It is the length of the shortest line segment that connects (the same applies to "distance" described below). Further, when the distance between the d-axis core end portion 42 on the second bridge portion 62 side and the magnetic pole center C is L3, and the distance between the connecting portion 82 and the magnetic pole center C is L4, L3 is larger than L4 (L4 <L3). In addition, in the first embodiment, L1=L3 and L2=L4 in one d-axis core. In two d-axis cores 41 located on both sides in the circumferential direction of one q-axis core 46 and adjacent to each other, the sizes of L1 and L3 are different, and the sizes of L2 and L4 are the same.

図2に示すように、回転子30は、いわば、1極ピッチ(τp)分の略扇形状の断面を有する部分の集合体である。ここで、τpは回転子1周分の360度を極数で割った値である。本実施例1では、極数が8であるから、τp=45度となる。本実施例1では、上述のように、互いに隣接する二つのd軸コア41との間で、d軸コア41の周方向におけるd軸コア端部42と磁極中心Cとの距離(L1)が異なっている。従って、回転子30は、1極ピッチ分の断面形状として、2種類の形状を有し、これら2種類の形状が、周方向に交互に配置される。断面形状の種類数は2種類に限らず、複数種類でも良い。 As shown in FIG. 2, the rotor 30 is, so to speak, an aggregate of parts having a substantially fan-shaped cross section for one pole pitch (τp). Here, τp is a value obtained by dividing 360 degrees for one rotation of the rotor by the number of poles. In Example 1, the number of poles is 8, so τp=45 degrees. In the first embodiment, as described above, between the two d-axis cores 41 adjacent to each other, the distance (L1) between the d-axis core end 42 and the magnetic pole center C in the circumferential direction of the d-axis core 41 is different. Therefore, the rotor 30 has two types of cross-sectional shapes for one pole pitch, and these two types of shapes are alternately arranged in the circumferential direction. The number of types of cross-sectional shapes is not limited to two types, and a plurality of types may be used.

なお、本実施例1においては、2種類の断面形状において、溝部120の形状も異なる。具体的には、q軸コア46の最外周部の略平面部、すなわち、径方向に沿って回転軸心Xから回転子30の外周へ向かう方向を高さ方向とする場合におけるq軸コア46の頂部における略平坦部と、この略平坦部の縁部に連続する溝部120の内壁斜面とがなす角度(図2では鈍角)の大きさが、互いに接する2種類の断面形状において異なっている。 In addition, in the present Example 1, the shape of the groove part 120 also differs between two types of cross-sectional shapes. Specifically, the q-axis core 46 in the case where the substantially flat portion of the outermost peripheral portion of the q-axis core 46, that is, the direction from the rotation axis X toward the outer periphery of the rotor 30 along the radial direction is the height direction. The size of the angle (obtuse angle in FIG. 2) formed by the substantially flat portion at the top of the groove 120 and the slope of the inner wall of the groove portion 120 continuing to the edge of the substantially flat portion differs between the two types of cross-sectional shapes that are in contact with each other.

図3は、本実施例1の変形例である回転電機の回転子の構成を示す。本図3は、図2と同様に、回転軸に垂直な平面での断面図である。 FIG. 3 shows the configuration of a rotor of a rotating electrical machine that is a modification of the first embodiment. FIG. 3, like FIG. 2, is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the axis of rotation.

図3に示すように、本変形例においては、d軸コア端部42とq軸コア46の最外周部における略平坦部の周方向のq軸コア端部47とが、ブリッジ部63によって接続されている。なお、ブリッジ部63は、回転軸の方向に沿って、溝部120の開口部を塞いでいる。また、本変形例では、d軸コア41とq軸コア46およびブリッジ部63における、固定子との各対向面が、連続した滑らかな円筒面を構成する。これにより、回転子における固定子との対向面における凹凸部によって回転時に発生する騒音(風切音)や機械損(風損)を低減できる。 As shown in FIG. 3 , in this modification, the d-axis core end portion 42 and the q-axis core end portion 47 in the circumferential direction of the substantially flat portion in the outermost peripheral portion of the q-axis core 46 are connected by a bridge portion 63 . It is The bridge portion 63 closes the opening of the groove portion 120 along the direction of the rotation axis. In addition, in this modification, the surfaces of the d-axis core 41, the q-axis core 46, and the bridge portions 63 facing the stator form continuous smooth cylindrical surfaces. As a result, it is possible to reduce noise (wind noise) and mechanical loss (windage loss) generated during rotation due to uneven portions on the surface of the rotor facing the stator.

なお、本変形例において、ブリッジ部63は、d軸コア41およびq軸コア46に連続し、d軸コア41およびq軸コア46と同じ磁性体から構成される。また、ブリッジ部63の径方向の厚みは、d軸コア41の周方向張り出し部の先端部の厚みよりも薄く、例えば、第1および第2ブリッジ部61,62の周方向厚みと同等である。 In this modified example, the bridge portion 63 is continuous with the d-axis core 41 and the q-axis core 46 and is made of the same magnetic material as the d-axis core 41 and the q-axis core 46 . In addition, the radial thickness of the bridge portion 63 is thinner than the thickness of the distal end portion of the circumferential overhang portion of the d-axis core 41, and is equivalent to the circumferential thickness of the first and second bridge portions 61 and 62, for example. .

図4は、実施例1における回転子の構成を示す斜視図である。 FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of the rotor in Example 1. FIG.

図4に示すように、本実施例1の回転子30は、一つの回転子コアを備えている。回転子30においては、1極ピッチ(τp)分の略扇形状の断面形状として、永久磁石付近のコア形状が互いに異なる、第1の断面形状131および第2の断面形状132、すなわち2種類の断面形状を有する。第1の断面形状131および第2の断面形状132が、回転子30の周方向に交互に配置される。回転子コアは図示の1個のみであるため、回転軸方向に沿った回転子30の断面形状は、回転子30の各部で同一である。 As shown in FIG. 4, the rotor 30 of the first embodiment has one rotor core. In the rotor 30, a first cross-sectional shape 131 and a second cross-sectional shape 132 having different core shapes in the vicinity of the permanent magnets, i.e., two types of cross-sectional shapes corresponding to a pitch of one pole (τp), are substantially fan-shaped. It has a cross-sectional shape. The first cross-sectional shape 131 and the second cross-sectional shape 132 are alternately arranged in the circumferential direction of the rotor 30 . Since there is only one rotor core shown in the drawing, the cross-sectional shape of the rotor 30 along the rotation axis direction is the same at each part of the rotor 30 .

なお、本実施例1では、τp=45度であるため、図示のように第1の断面形状131および第2の断面形状132が1個ずつ交互に配置される場合、回転子30は、4個の第1の断面形状131および4個の第2の断面形状132、従ってτpが等しい合計8個の略扇形状の断面形状を有する。 In the first embodiment, τp=45 degrees. Therefore, when the first cross-sectional shape 131 and the second cross-sectional shape 132 are alternately arranged one by one as shown in the drawing, the rotor 30 has four first cross-sectional shapes 131 and four second cross-sectional shapes 132, thus a total of eight substantially fan-shaped cross-sectional shapes with equal τp.

図5は、実施例1の一変形例における回転子の構成を示す斜視図である。 FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of a rotor in a modified example of the first embodiment.

図5の変形例においては、2個の回転子コアが、同軸に、図示しないシャフト(図1の「90」)に固定される。従って、回転子30は、いわば、2個の回転子部を備える。一方の回転子部においては、1極ピッチ(τp(=45度))分の略扇形状の断面形状として、第1の断面形状131が周方向に8個配置される。また、他方の回転子部においては、同じ1極ピッチ(τp(=45度))分の略扇形状の断面形状として、第1の断面形状131とは永久磁石付近のコア形状が異なる第2の断面形状132が周方向に8個配置される。さらに、二つの回転子部は、一方の回転子部における第1の断面形状131と、他方の回転子部における第2の断面形状132とが、互いに各断面形状の全面が重なるように、配置される。 In the variant of FIG. 5, two rotor cores are coaxially fixed to a shaft ("90" in FIG. 1), not shown. Therefore, the rotor 30 has, so to speak, two rotor parts. In one rotor portion, eight first cross-sectional shapes 131 are arranged in the circumferential direction as substantially fan-shaped cross-sectional shapes corresponding to one pole pitch (τp (=45 degrees)). In addition, in the other rotor portion, a second rotor portion having a substantially fan-shaped cross-sectional shape corresponding to the same one-pole pitch (τp (=45 degrees)) has a core shape different from the first cross-sectional shape 131 in the vicinity of the permanent magnets. 8 cross-sectional shapes 132 are arranged in the circumferential direction. Furthermore, the two rotor portions are arranged such that the first cross-sectional shape 131 of one rotor portion and the second cross-sectional shape 132 of the other rotor portion are entirely overlapped with each other. be done.

従って、本変形例の回転子30では、永久磁石付近のコア形状(前述のd軸コアの周方向張り出し部の寸法など)が互いに異なる、第1の断面形状131および第2の断面形状132が、回転子30の回転軸方向に配置される。なお、一周方向では、同一の断面形状(第1の断面形状131および第2の断面形状132のいずれか)が配置される。 Therefore, in the rotor 30 of this modified example, the first cross-sectional shape 131 and the second cross-sectional shape 132 are different from each other in the core shape near the permanent magnets (such as the dimensions of the circumferential extension of the d-axis core). , are arranged in the rotation axis direction of the rotor 30 . Note that the same cross-sectional shape (either the first cross-sectional shape 131 or the second cross-sectional shape 132) is arranged in one circumferential direction.

図6は、実施例1の他の変形例における回転子の構成を示す斜視図である。 FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the rotor in another modified example of the first embodiment.

図6の変形例において、回転子30は、図5の変形例と同様に、2個の回転子部を備える。一方の回転子部では、1極ピッチ(τp)分の略扇形状の断面形状として、永久磁石付近のコア形状が互いに異なる、第1の断面形状131および第2の断面形状132、すなわち2種類の断面形状を有する。第1の断面形状131および第2の断面形状132が、一方の回転子部の周方向に交互に配置される。また、他方の回転子部では、1極ピッチ(τp)分の略扇形状の断面形状として、永久磁石付近のコア形状が互いに異なる、第3の断面形状133および第4の断面形状134、すなわち2種類の断面形状を有する。第3の断面形状133および第4の断面形状134が、他方の回転子部の周方向に交互に配置される。さらに、二つの回転子部は、一方の回転子部における第1の断面形状131と、他方の回転子部における第3の断面形状133とが、互いに各断面形状の全面が重なるように、かつ一方の回転子部における第2の断面形状132と、他方の回転子部における第4の断面形状134とが、互いに各断面形状の全面が重なるように、配置される。 In the variant of FIG. 6, the rotor 30 comprises two rotor parts, like the variant of FIG. On the other hand, the rotor section has a first cross-sectional shape 131 and a second cross-sectional shape 132 having different core shapes in the vicinity of the permanent magnets, that is, two types of substantially fan-shaped cross-sectional shapes corresponding to one pole pitch (τp). has a cross-sectional shape of The first cross-sectional shape 131 and the second cross-sectional shape 132 are alternately arranged in the circumferential direction of one rotor portion. In the other rotor portion, a third cross-sectional shape 133 and a fourth cross-sectional shape 134 having different core shapes in the vicinity of the permanent magnets as substantially fan-shaped cross-sectional shapes corresponding to one pole pitch (τp), i.e. It has two types of cross-sectional shapes. The third cross-sectional shape 133 and the fourth cross-sectional shape 134 are alternately arranged in the circumferential direction of the other rotor portion. Furthermore, the two rotor parts are arranged such that the first cross-sectional shape 131 of one rotor part and the third cross-sectional shape 133 of the other rotor part overlap each other over the entire cross-sectional shape, and The second cross-sectional shape 132 of one rotor portion and the fourth cross-sectional shape 134 of the other rotor portion are arranged so that the entire surface of each cross-sectional shape overlaps with each other.

ここで、第1の断面形状は131と第4の断面形状134は同一である。また、第2の断面形状132と第3の断面形状133は同一である。従って、図6の変形例では、周方向に、2種類の断面形状(131と132という2種類、もしくは133,134という2種類)が配置されるとともに、回転軸方向に、2種類の断面形状(131と133という2種類、もしくは132,134という2種類)が配置される。 Here, the first cross-sectional shape 131 and the fourth cross-sectional shape 134 are the same. Also, the second cross-sectional shape 132 and the third cross-sectional shape 133 are the same. Therefore, in the modification of FIG. 6, two types of cross-sectional shapes (two types of 131 and 132 or two types of 133 and 134) are arranged in the circumferential direction, and two types of cross-sectional shapes are arranged in the direction of the rotation axis. (Two types 131 and 133, or two types 132 and 134) are arranged.

図4~6に示す回転子のように、1極ピッチ(τp)分の略扇形状の断面形状として、永久磁石付近のコア形状が互いに異なる、複数種類の断面形状が、回転子の周方向および回転軸方向のいずれか、もしくは両方において配置されることにより、これらの方向のいずれかにおいて、断面形状が互いに異なる部分では、磁束分布の状態が異なる。磁束分布の状態が異なれば、トルク脈動の位相が異なる。これにより、断面形状が互いに異なる部分におけるトルク脈動どうしが打ち消し合って、回転電機におけるトルク脈動が低減できる。さらに、本実施例1によれば、後述するように、回転電機の広い運転範囲(負荷範囲)で、トルク脈動を低減することができる。 Like the rotor shown in FIGS. 4 to 6, a plurality of types of cross-sectional shapes with different core shapes near the permanent magnets are arranged in the circumferential direction of the rotor as a substantially fan-shaped cross-sectional shape for one pole pitch (τp). and the direction of the rotation axis, or in both directions, the state of the magnetic flux distribution is different in the portions having different cross-sectional shapes in either of these directions. If the state of magnetic flux distribution differs, the phase of torque ripple will differ. As a result, torque pulsations at portions with different cross-sectional shapes cancel each other out, and torque pulsations in the rotating electric machine can be reduced. Furthermore, according to the first embodiment, as will be described later, torque pulsation can be reduced in a wide operating range (load range) of the rotary electric machine.

以下、本実施例1の作用・効果について説明する。 The action and effects of the first embodiment will be described below.

図7は、本実施例1の比較例である回転電機における回転子の構成を示す。本図7は、回転子の回転軸に垂直な平面での断面図を示す。 FIG. 7 shows the configuration of a rotor in a rotating electrical machine that is a comparative example of the first embodiment. This FIG. 7 shows a cross-sectional view in a plane perpendicular to the rotation axis of the rotor.

図7に示すように、本比較例では、d軸コア端部42の位置と、第1および第2ブリッジ部61,62の位置と、d軸コア端部42と第1および第2ブリッジ部61,62の接続部81,82の位置とが、一致している。すなわち、本比較例においては、d軸コア41が、接続部81,82の位置から周方向に張り出す部分を有していない。 As shown in FIG. 7, in this comparative example, the position of the d-axis core end portion 42, the positions of the first and second bridge portions 61 and 62, the d-axis core end portion 42 and the first and second bridge portions The positions of the connection portions 81 and 82 of 61 and 62 match. That is, in this comparative example, the d-axis core 41 does not have a portion that protrudes in the circumferential direction from the positions of the connecting portions 81 and 82 .

図8は、比較例と本実施例1について、低負荷時において永久磁石の周辺コア部を通る磁束の流れを示す。なお、本図8は、回転子の回転軸に垂直な平面での部分断面図である。 FIG. 8 shows the flow of magnetic flux passing through the peripheral core portion of the permanent magnet at low load for the comparative example and the first embodiment. Note that FIG. 8 is a partial cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the rotation axis of the rotor.

図8に示すように、比較例および実施例において、漏洩磁束150がd軸コア端部42を通る。漏洩磁束150は、ブリッジ部61,62もしくはd軸コア端部42のいずれかが磁気飽和して比透磁率がほぼ1になるまで、増大し得る。したがってブリッジ部61,62とd軸コア端部42は、いずれも高磁束密度状態になる。なお、図8中の領域Aが高磁束密度領域を示す(後述の図9も同様)。 As shown in FIG. 8, leakage magnetic flux 150 passes through the d-axis core end 42 in the comparative example and the example. The leakage flux 150 can increase until either the bridge portions 61, 62 or the d-axis core end 42 becomes magnetically saturated and the relative permeability becomes approximately unity. Therefore, both the bridge portions 61 and 62 and the d-axis core end portion 42 are in a high magnetic flux density state. Area A in FIG. 8 indicates a high magnetic flux density area (the same applies to FIG. 9 described later).

図8に示すように、低負荷状態では、d軸コア端部42が高磁束密度状態になっていても、q軸磁束160の量が少ないため、比較例および実施例において、q軸磁束160はd軸コア端部42を通り抜けることができる。 As shown in FIG. 8, in a low load state, the amount of q-axis magnetic flux 160 is small even when the d-axis core end 42 is in a high magnetic flux density state. can pass through the d-axis core end 42 .

図9は、比較例と本実施例1について、高負荷時において永久磁石の周辺コア部を通る磁束の流れを示す。本図9は、図8と同様の部分断面図である。 FIG. 9 shows the flow of magnetic flux through the peripheral core portion of the permanent magnet under high load for the comparative example and the first embodiment. FIG. 9 is a partial cross-sectional view similar to FIG.

図9に示すように、比較例において、高負荷状態では、d軸コア端部42における漏洩磁束150とq軸磁束160の重畳により、両磁束(150,160)の向きが揃う側のd軸コア端部42が磁気飽和する。このため、一部のq軸磁束160が、d軸コア端部42を通ることができず、高磁束密度領域Aを避けるようにして固定子10へ抜ける。 As shown in FIG. 9, in the comparative example, in a high-load state, the leakage flux 150 and the q-axis flux 160 at the d-axis core end 42 are superimposed so that the d-axis The core end 42 is magnetically saturated. Therefore, part of the q-axis magnetic flux 160 cannot pass through the d-axis core end portion 42 and escapes to the stator 10 while avoiding the high magnetic flux density region A.

ここで、本発明者が得た知見によれば、各磁極でのトルク脈動の位相は、d軸コア41の一端から他端までの周方向の開角τd(図10参照)に依存するが、d軸コア端部42が磁気飽和すると、実効的な開角τdが狭まるためにトルク脈動の発生状態が変化することになる。したがって、低負荷時におけるトルク脈動を低減するように開角τdを設定しても、高負荷時には実効的な開角τdが狭まるためにトルク脈動が低減できなくなるおそれがある。つまり、比較例では、ある運転点でのトルク脈動が低減できても、広い運転範囲でトルク脈動を低減することが難しい。 Here, according to the knowledge obtained by the present inventor, the phase of torque pulsation at each magnetic pole depends on the opening angle τd (see FIG. 10) in the circumferential direction from one end to the other end of the d-axis core 41. , when the d-axis core end 42 is magnetically saturated, the effective opening angle τd is narrowed, resulting in a change in the state of torque pulsation generation. Therefore, even if the opening angle τd is set so as to reduce the torque ripple under low load, the effective opening angle τd is narrowed under high load, so there is a possibility that the torque ripple cannot be reduced. That is, in the comparative example, even if torque pulsation can be reduced at a certain operating point, it is difficult to reduce torque pulsation over a wide operating range.

これに対して、本発明例1では、d軸コアがその両端部において張り出し部を有するため、図9に示すように、高負荷状態においても、d軸コア端部42において、ブリッジ部61,62を通る漏洩磁束150が通過しない部分が生じる。すなわち、漏洩磁束150によってブリッジ部61,62が磁気飽和しても、d軸コア端部42の磁束密度は、d軸コア端部42を磁気飽和させるまでには増大しない。このため、低負荷時と同様に、高負荷状態でも、q軸磁束160はd軸コア端部42を通過することができるので、実効的な開角τdは負荷状態によらず、実質一定である。従って、本実施例によれば、低負荷から高負荷までの広い運転範囲でトルク脈動を低減することができる。 In contrast, in Example 1 of the present invention, since the d-axis core has overhanging portions at both ends thereof, as shown in FIG. There is a portion through which the leakage flux 150 passing through 62 does not pass. That is, even if the bridge portions 61 and 62 are magnetically saturated by the leakage magnetic flux 150, the magnetic flux density of the d-axis core end portion 42 does not increase to the extent that the d-axis core end portion 42 is magnetically saturated. Therefore, the q-axis magnetic flux 160 can pass through the d-axis core end portion 42 even in a high-load state as in a low-load state, so the effective opening angle τd is substantially constant regardless of the load state. be. Therefore, according to this embodiment, torque ripple can be reduced in a wide operating range from low load to high load.

なお、前述の図3に示す変形例では、ブリッジ部63を通る漏洩磁束の経路が生じ得る。しかし、ブリッジ部63は、ブリッジ部61,62よりも永久磁石70の端部から周方向に離れており、またブリッジ部63の径方向厚さは、張り出し部の端部の径方向厚さよりも薄く、ブリッジ部61,62の周方向厚さと同程度である。このため、ブリッジ部63を通る漏洩磁束の経路の磁気抵抗は、ブリッジ部61,62を通る漏洩磁束の経路の磁気抵抗よりも大きい。これにより、漏洩磁束(図8,9における「150」)のほとんどは、ブリッジ部61,62を通る漏洩磁束の経路を通る。従って、磁束の流れの状態は、図8,9に示す状態と同様であり、変形例3によっても、広い運転範囲でトルク脈動を低減することができる。 In addition, in the modification shown in FIG. 3 described above, a leakage magnetic flux path passing through the bridge portion 63 may occur. However, the bridge portion 63 is circumferentially farther from the end of the permanent magnet 70 than the bridge portions 61 and 62, and the radial thickness of the bridge portion 63 is greater than the radial thickness of the ends of the overhanging portions. It is thin and about the same as the circumferential thickness of the bridge portions 61 and 62 . Therefore, the magnetic resistance of the leakage magnetic flux path passing through the bridge portion 63 is greater than the magnetic resistance of the leakage magnetic flux path passing through the bridge portions 61 and 62 . As a result, most of the leakage magnetic flux (“150” in FIGS. 8 and 9) passes through the leakage magnetic flux path passing through the bridge portions 61 and 62 . Therefore, the state of the magnetic flux flow is the same as that shown in FIGS. 8 and 9, and the third modification can also reduce torque pulsation over a wide operating range.

一方、本実施例1では、ブリッジ部63を有さず、d軸コア41とq軸コア46が、周方向に連結されず、溝部120からなる空隙で周方向に分離されているので、漏洩磁束の経路は、実質、ブリッジ部61,62を通る経路に限られ、他の経路を通る漏洩磁束によってd軸コア端部42の磁束密度が増加することが防止される。従って、本実施例1によれば、広い運転範囲で、確実にトルク脈動を低減することができる。 On the other hand, in the first embodiment, the bridge portion 63 is not provided, and the d-axis core 41 and the q-axis core 46 are not connected in the circumferential direction, but are separated in the circumferential direction by the gap formed by the groove portion 120. The path of the magnetic flux is substantially limited to the path passing through the bridge portions 61 and 62, and the magnetic flux density of the d-axis core end portion 42 is prevented from increasing due to leakage flux passing through other paths. Therefore, according to the first embodiment, it is possible to reliably reduce torque pulsation over a wide operating range.

以下、本実施例1の回転子の断面形状について、さらに具体的に説明する。 The cross-sectional shape of the rotor of the first embodiment will be described in more detail below.

図10は、実施例1の回転電機における固定子と回転子の回転軸に垂直な平面での断面図である。なお、図の簡略化のため、固定子スロット22に巻装されている固定子巻線21(図1)は図示を省略している。また、図10に示す、本実施例1の回転電機では、回転子30の極数が8、固定子10のスロット数が48である。なお、極数とスロット数の組み合わせは、本実施例1のような8極48スロットに限らず、適宜設定することができる。 FIG. 10 is a cross-sectional view of the stator and rotor in the rotating electrical machine of Example 1, taken along a plane perpendicular to the rotation axis. For simplification of the drawing, the stator windings 21 (FIG. 1) wound in the stator slots 22 are omitted. 10, the rotor 30 has 8 poles and the stator 10 has 48 slots. The combination of the number of poles and the number of slots is not limited to 8 poles and 48 slots as in the first embodiment, and can be set as appropriate.

各磁極のある瞬間でのトルクは、d軸コア端部42と固定子ティース25との位置関係に依存する。例えば、スロットコンビネーションはトルク脈動成分の次数に影響し、図10のように8極48スロットの場合では12次成分が主要なトルク脈動成分となる。 The momentary torque of each magnetic pole depends on the positional relationship between the d-axis core end 42 and the stator teeth 25 . For example, the slot combination affects the order of the torque ripple component, and in the case of 8 poles and 48 slots as shown in FIG. 10, the 12th order component is the main torque ripple component.

また、トルク脈動成分の位相は、d軸コア端部42と固定子ティース25との位置関係に依存する。各磁極で、d軸コア端部42と、d軸コア端部42に対向する固定子ティース25との位置関係が同一である場合、各磁極でのトルク脈動の位相はほぼ一致する。例えば、図10に示すように、固定子10のスロットピッチ角をτsとすると、形状が異なる2種類の断面形状(図4における131,132)において、d軸コア41の一端から他端までの周方向の開角τdの差が2τsのとき、各磁極でのトルク脈動の位相がほぼ一致する。 Also, the phase of the torque ripple component depends on the positional relationship between the d-axis core end portion 42 and the stator teeth 25 . When the positional relationship between the d-axis core end portion 42 and the stator teeth 25 facing the d-axis core end portion 42 is the same for each magnetic pole, the phases of the torque pulsations at each magnetic pole substantially match. For example, as shown in FIG. 10, if the slot pitch angle of the stator 10 is τs, two different cross-sectional shapes (131 and 132 in FIG. When the difference in the opening angle τd in the circumferential direction is 2τs, the phases of the torque pulsations at the magnetic poles substantially match.

なお、図10では、各磁極部において、d軸コア41の第1ブリッジ部61側の周方向におけるd軸コア端部42と磁極中心(図2における「C」)との距離をL1、d軸コア41の第2ブリッジ部62側の周方向におけるd軸コア端部42と磁極中心との距離をL3とすると、L1=L3である(後述の図11参照)。これに対し、L1≠L3であるときは、2種類の断面形状におけるτdの差がτsかつd軸コア端部42と固定子ティース25の対面する位置が同一のとき、各磁極でのトルク脈動の位相はほぼ一致する。 10, in each magnetic pole portion, the distance between the d-axis core end portion 42 in the circumferential direction on the first bridge portion 61 side of the d-axis core 41 and the magnetic pole center ("C" in FIG. 2) is L1, and d Assuming that the distance between the d-axis core end 42 and the magnetic pole center in the circumferential direction of the axial core 41 on the side of the second bridge 62 is L3, L1=L3 (see FIG. 11 described later). On the other hand, when L1≠L3, when the difference in τd between the two types of cross-sectional shapes is τs and the facing positions of the d-axis core end 42 and the stator teeth 25 are the same, the torque pulsation at each magnetic pole phases are almost the same.

したがって、形状が異なる複数種類(本実施例1では2種類)の断面形状において、少なくともτdの最大値と最小値の差をτsよりも小さくすることで、各磁極のスロットコンビネーション起因のトルク脈動の位相をずらすことができ、トルク脈動を低減することができる。 Therefore, by making the difference between the maximum value and the minimum value of τd smaller than τs in a plurality of types (two types in the first embodiment) of cross-sectional shapes having different shapes, the torque pulsation caused by the slot combination of each magnetic pole can be reduced. The phase can be shifted, and torque ripple can be reduced.

図11は、本実施例1における回転子コアの断面形状を表すパラメータ(L1~L9)を示す。なお、本図11は、回転軸に垂直な平面での回転子の部分断面図である。 FIG. 11 shows parameters (L1 to L9) representing the cross-sectional shape of the rotor core in the first embodiment. Note that FIG. 11 is a partial cross-sectional view of the rotor on a plane perpendicular to the rotation axis.

L1は、d軸コア41における第1ブリッジ部61側の周方向のd軸コア端部42と磁極中心Cとの距離である。 L1 is the distance between the magnetic pole center C and the d-axis core end portion 42 in the circumferential direction on the first bridge portion 61 side of the d-axis core 41 .

L2は、接続部81と磁極中心Cとの距離である。 L2 is the distance between the connecting portion 81 and the magnetic pole center C;

L3は、d軸コア41における第2ブリッジ部62側の周方向のd軸コア端部42と磁極中心Cとの距離である。 L3 is the distance between the magnetic pole center C and the d-axis core end portion 42 in the circumferential direction on the second bridge portion 62 side of the d-axis core 41 .

L4は、接続部82と磁極中心Cとの距離である。 L4 is the distance between the connecting portion 82 and the magnetic pole center C;

L5は、第1ブリッジ部61側の溝部120(空隙)の開口の周方向の幅である。すなわち、L5は、第1ブリッジ部61側における、d軸コア41の周方向終端とq軸コア46における径方向最外周部c(平坦部)の縁部との距離である。 L5 is the circumferential width of the opening of the groove portion 120 (gap) on the first bridge portion 61 side. That is, L5 is the distance between the circumferential end of the d-axis core 41 and the edge of the radial outermost periphery c (flat portion) of the q-axis core 46 on the first bridge portion 61 side.

L6は、第2ブリッジ部62側の溝部120(空隙)の開口の周方向の幅である。すなわち、L6は、第2ブリッジ部62側における、d軸コア41の周方向終端とq軸コア46における径方向最外周部cの縁部との距離である。 L6 is the circumferential width of the opening of the groove portion 120 (gap) on the second bridge portion 62 side. That is, L6 is the distance between the circumferential end of the d-axis core 41 and the edge of the radially outermost peripheral portion c of the q-axis core 46 on the second bridge portion 62 side.

L7は、第1ブリッジ部61側のq軸コア46の径方向最外周部cの回転軸心Xからの径方向距離である。 L7 is the radial distance from the rotation axis X of the radial outermost peripheral portion c of the q-axis core 46 on the first bridge portion 61 side.

L8は、第2ブリッジ部62側のq軸コア46の径方向最外周部cの回転軸心Xからの径方向距離である。 L8 is the radial distance from the rotational axis X of the radial outermost peripheral portion c of the q-axis core 46 on the second bridge portion 62 side.

L9は、磁極中心C上におけるd軸コア41の外周面と永久磁石70の外周面との距離である。 L9 is the distance between the outer peripheral surface of the d-axis core 41 and the outer peripheral surface of the permanent magnet 70 on the magnetic pole center C.

本実施例1は、回転子コアがq軸コア46を有するので、マグネットトルクだけでなくリラクタンストルクも発生する。前述のように、d軸コア端部42の一端から他端までの周方向の開角τdは、マグネットトルクによるトルク脈動の位相に関係するパラメータである。τdは、L1~L4に応じて変化する。従って、複数種類(実施例1では2種類)の断面形状において、L1~L4のいずれか、もしくは複数を異ならしめることにより、マグネットトルクによるトルク脈動の位相を異ならしめることができる。なお、本実施例1では、各磁極部においてL1=L3,L2=L4(但し、L1>L2,L3>L4)としながら、2種類の断面形状(図4における131,141)においてL1およびL3を異ならしめている。 In the first embodiment, since the rotor core has the q-axis core 46, not only magnet torque but also reluctance torque is generated. As described above, the circumferential open angle τd from one end to the other end of the d-axis core end portion 42 is a parameter related to the phase of torque pulsation due to magnet torque. τd changes according to L1 to L4. Therefore, by making one or more of L1 to L4 different in a plurality of types (two types in the first embodiment) of cross-sectional shapes, the phase of torque pulsation due to magnet torque can be made different. In the first embodiment, L1=L3, L2=L4 (where L1>L2, L3>L4) in each magnetic pole portion, and L1 and L3 is different.

L5~L8のいずれか、もしくは複数を変化させると、q軸磁束の分布状態が変化するので、各磁極のリラクタンストルクの位相を異ならせることができる。これにより、リラクタンストルクの脈動を低減することができる。 Changing one or more of L5 to L8 changes the distribution state of the q-axis magnetic flux, so that the phase of the reluctance torque of each magnetic pole can be varied. Thereby, pulsation of reluctance torque can be reduced.

L9を変化させると、永久磁石70の磁束量とq軸インダクタンスの両方が変化するため、マグネットトルクおよびリラクタンストルクの大きさを変化させることができる。このため、各断面形状でL9を異ならしめることで、各磁極のマグネットトルクの脈動成分とリラクタンストルクの脈動成分の割合を調整することができる。したがって、L1~L8によりマグネットトルクおよびリラクタンストルクの各トルク脈動の位相をずらし、L9によりで各トルク脈動の大きさを同等とすることで、両脈動成分が互いに打ち消し合い、回転子全体のトルク脈動を低減することができる。 When L9 is changed, both the magnetic flux amount of the permanent magnet 70 and the q-axis inductance are changed, so that the magnet torque and the reluctance torque can be changed. Therefore, by making L9 different for each cross-sectional shape, the ratio between the pulsating component of the magnet torque and the pulsating component of the reluctance torque of each magnetic pole can be adjusted. Therefore, by shifting the phase of each torque pulsation of the magnet torque and the reluctance torque by L1 to L8 and equalizing the magnitude of each torque pulsation by L9, both pulsation components cancel each other, and the torque pulsation of the entire rotor can be reduced.

L1~L9は、本実施例1のように回転子の周方向で異ならしめても良いし、図5および図6の変形例のように回転軸方向や、周方向および回転軸方向の両方で異ならしめても良い。 L1 to L9 may be different in the circumferential direction of the rotor as in the first embodiment, or may be different in the rotational axis direction or in both the circumferential and rotational axis directions as in the modified examples of FIGS. You can tighten it.

なお、本実施例1においては、各磁極において、L1=L3,L2=L4であり、かつL1>L2,L3>L4である。すなわち、d軸コアの両端部は、第1ブリッジ部61および第2ブリッジ部62の位置から、周方向に、q軸コア46に向って張り出している。これにより、上述のように(図8,9)、d軸コア41の周方向におけるd軸コア端部42における磁気飽和が防止される。 In addition, in the first embodiment, L1=L3, L2=L4, and L1>L2, L3>L4 for each magnetic pole. That is, both ends of the d-axis core protrude from the positions of the first bridge portion 61 and the second bridge portion 62 toward the q-axis core 46 in the circumferential direction. This prevents magnetic saturation at the d-axis core end portion 42 in the circumferential direction of the d-axis core 41, as described above (FIGS. 8 and 9).

また、本実施例1においては、2種類の断面形状において、L1,L3が異なり、L2,L4,L5~L9は同等としている。従って、マグネットトルクのトルク脈動が低減される。なお、2種類の断面形状において、極ピッチ角τp(図2)は同等であるため、L5,L6が同等ではあるが、2種類の断面形状において、溝部120(空隙)の形状が異なる。具体的には、図11に示すように、隣接する2種類の断面形状において、q軸コア46の最外周部の平坦部cの縁部に連続する溝部120の内壁斜面b1と、ブリッジ部(61,62)の外側壁面a1がなす角度の大きさと、同様の内壁斜面b2および外側壁面a2がなす角度の大きさとが互いに異なる。このため、2種類の断面形状において、q軸磁束の分布状態が異なるため、リラクタンストルクのトルク脈動の位相が異なる。これにより、リラクタンストルクのトルク脈動が低減される。 In addition, in the first embodiment, the two types of cross-sectional shapes have different L1 and L3, and L2, L4, and L5 to L9 are equal. Therefore, torque pulsation of the magnet torque is reduced. Note that the two types of cross-sectional shapes have the same polar pitch angle τp (FIG. 2), so L5 and L6 are the same, but the two types of cross-sectional shapes have different shapes of the grooves 120 (air gaps). Specifically, as shown in FIG. 11, in the two adjacent cross-sectional shapes, the inner wall slope b1 of the groove portion 120 continuing to the edge portion of the flat portion c of the outermost peripheral portion of the q-axis core 46 and the bridge portion ( 61, 62) differ from each other in the size of the angle formed by the outer wall surface a1 and the size of the angle formed by the similar inner wall slope b2 and the outer wall surface a2. Therefore, the two types of cross-sectional shapes have different distribution states of the q-axis magnetic flux, so that the phases of the torque pulsations of the reluctance torque are different. This reduces the torque ripple of the reluctance torque.

なお、図11に示すように、永久磁石70の矩形状断面における周方向の短辺と第1,第2ブリッジ部61,62の外側壁面a1,a2とは、径方向において平行に配置される。また、図11に示すように、溝部120は、断面が略V字状である。このため、a1とb1がなす角度、a2とb2がなす角度は、どちらも鋭角である。これにより、q軸コア46を大きくすることなく、脈動の少ないリラクタンストルクが得られる。 As shown in FIG. 11, the short sides of the rectangular cross section of the permanent magnet 70 in the circumferential direction and the outer wall surfaces a1 and a2 of the first and second bridge portions 61 and 62 are arranged in parallel in the radial direction. . Further, as shown in FIG. 11, the groove portion 120 has a substantially V-shaped cross section. Therefore, the angle between a1 and b1 and the angle between a2 and b2 are both acute angles. As a result, reluctance torque with less pulsation can be obtained without enlarging the q-axis core 46 .

また、本実施例1では、d軸コアの両端部は、第1ブリッジ部61および第2ブリッジ部62の位置から、周方向に、q軸コア46に向って張り出しているので、永久磁石70から固定子へ向かう磁束が各磁極において周方向に広がる。従って、d軸コア41の周方向におけるd軸コア端部42における磁束密度の変化が緩和される。さらに、異なる断面形状の磁極どうしで脈動成分を打ち消し合うことにより、コギングトルクが低減されるとともに、無負荷誘導起電力を正弦波化することができる。無負荷誘導起電力が正弦波化されると、スロットコンビネーションなどの回転電機の構造に起因する高調波損失を低減することができ、回転電機の効率が向上する。 In the first embodiment, both ends of the d-axis core protrude from the positions of the first bridge portion 61 and the second bridge portion 62 toward the q-axis core 46 in the circumferential direction. The magnetic flux from to the stator spreads in the circumferential direction at each magnetic pole. Therefore, variations in the magnetic flux density at the d-axis core end portion 42 in the circumferential direction of the d-axis core 41 are alleviated. Furthermore, by canceling out the pulsating components between the magnetic poles having different cross-sectional shapes, the cogging torque can be reduced and the no-load induced electromotive force can be converted into a sine wave. When the no-load induced electromotive force is sinusoidal, it is possible to reduce the harmonic loss caused by the structure of the rotating electrical machine such as the slot combination, and improve the efficiency of the rotating electrical machine.

なお、各断面図においては説明を省略したが、本実施例1においては、永久磁石70の周方向端部と第1,第2ブリッジ部61,62との間には磁気的空隙が設けられる。これによっても、コギングトルクを低減できる。なお、磁気的空隙部は、空間部であっても良いし、樹脂などの非磁性体の充填部でも良い。 Although the description is omitted in each cross-sectional view, in the first embodiment, magnetic gaps are provided between the circumferential ends of the permanent magnet 70 and the first and second bridge portions 61 and 62. . This also reduces the cogging torque. Note that the magnetic gap portion may be a space portion, or may be a portion filled with a non-magnetic material such as resin.

上述のように、本実施例1の回転電機によれば、低負荷から高負荷までの広い運転範囲において、トルク脈動を低減することができる。 As described above, according to the rotary electric machine of the first embodiment, torque pulsation can be reduced in a wide operating range from low load to high load.

図12は、本発明の実施例2である回転電機駆動システムの概略構成を示す。 Embodiment 2 FIG. 12 shows a schematic configuration of a rotary electric machine drive system that is Embodiment 2 of the present invention.

本実施例2において、図12における回転電機1として、前述の実施例1の回転電機が適用される。 In the second embodiment, the rotating electric machine of the first embodiment is applied as the rotating electric machine 1 in FIG. 12 .

図12の回転電機駆動システム200において、回転電機1を駆動するための電力は、電源210からインバータやコンバータ等から構成される電力変換装置220を介して供給される。この場合、電力変換装置220によって、回転電機1で駆動される負荷230に応じた回転電機1の出力制御が可能である。 In the rotating electrical machine drive system 200 of FIG. 12, electric power for driving the rotating electrical machine 1 is supplied from a power source 210 via a power conversion device 220 including an inverter, a converter, and the like. In this case, the power conversion device 220 can control the output of the rotating electrical machine 1 according to the load 230 driven by the rotating electrical machine 1 .

従来技術による回転電機や前述の比較例(図8,9)では、ある運転点でトルク脈動を低減できても、他の運転点でトルク脈動が低減できないため、負荷変動があった場合に大きなトルク脈動が発生する懸念がある。トルク脈動が発生する場合、一般的に、トルク制御では、トルク脈動を打ち消すような電流を流す制御が実行される。トルク脈動は高次の脈動成分として発生するため、これに制御を追従させるためには、高応答な電力変換装置220が必要になり、電力変換装置220のコストが増大する。また、トルク脈動を抑えるための高調波電流を注入することになるため、電力変換装置220内のスイッチング損失や、回転電機1内に発生する高調波損失が増大し、システム効率の低下を招く。速度制御でも、回転子の慣性モーメントが小さい場合、トルク脈動は速度変動につながるため、トルク制御時と同様に、高応答な電力変換装置220が必要になるとともに、システム効率が低下する。 In the rotary electric machine according to the conventional technology and the comparative example (Figs. 8 and 9), even if the torque pulsation can be reduced at a certain operating point, the torque pulsation cannot be reduced at other operating points. There is concern that torque pulsation may occur. When torque pulsation occurs, generally in torque control, control is performed to flow a current that cancels out the torque pulsation. Torque pulsation is generated as a high-order pulsation component, so a highly responsive power conversion device 220 is required in order to follow the torque pulsation, which increases the cost of the power conversion device 220 . In addition, since a harmonic current is injected to suppress torque ripple, switching loss in the power conversion device 220 and harmonic loss occurring in the rotary electric machine 1 increase, leading to a decrease in system efficiency. Even in speed control, when the moment of inertia of the rotor is small, torque pulsation leads to speed fluctuations, so as in torque control, a highly responsive power conversion device 220 is required and system efficiency is reduced.

これに対し、本実施例2では、実施例1の回転電機が適用されるので、回転電機1は広い運転範囲でトルク脈動を低減できるため、負荷変動があった場合にも回転電機1のトルク脈動を抑えることができる。このため、トルク制御および速度制御のいずれの制御方式においても、高応答な電力変換装置220は不要となる。また、電力変換装置220内のスイッチング損失や、回転電機1内に発生する高調波損失を低減することができるため、回転電機駆動システム200のシステム効率が向上する。また、位置制御の場合も、トルク脈動による制御性の低下が起こらず、様々な負荷に対して高精度な位置制御が可能になる。また、トルク脈動に起因する振動や騒音を低減できる。 On the other hand, in the second embodiment, since the rotating electric machine of the first embodiment is applied, the rotating electric machine 1 can reduce the torque pulsation in a wide operating range. It can suppress pulsation. Therefore, the high-response power conversion device 220 becomes unnecessary in both the torque control and the speed control. In addition, the switching loss in the power conversion device 220 and the harmonic loss generated in the rotating electrical machine 1 can be reduced, so the system efficiency of the rotating electrical machine drive system 200 is improved. Also, in the case of position control, there is no decrease in controllability due to torque pulsation, and highly accurate position control is possible for various loads. Also, vibration and noise caused by torque pulsation can be reduced.

図13は、本発明の実施例3である電気自動車の概略構成を示す。 Embodiment 3 FIG. 13 shows a schematic configuration of an electric vehicle that is Embodiment 3 of the present invention.

本実施例3において、図13における回転電機351,352として、前述の実施例1の回転電機が適用される。 In the third embodiment, the rotating electric machines of the first embodiment are applied as the rotating electric machines 351 and 352 in FIG. 13 .

図13に示すように、電気自動車300には、エンジン360と回転電機351,352と、バッテリ380とが搭載されている。 As shown in FIG. 13 , an electric vehicle 300 is equipped with an engine 360 , rotating electric machines 351 and 352 , and a battery 380 .

バッテリ380は、回転電機351,352を駆動する場合、回転電機351,352を駆動するための電力変換装置370(インバータ装置)に直流電力を供給する。電力変換装置370は、バッテリ380からの直流電力を交流電力に変換して、この交流電力を回転電機351,352にそれぞれ供給する。 When driving the rotating electrical machines 351 and 352 , the battery 380 supplies DC power to the power conversion device 370 (inverter device) for driving the rotating electrical machines 351 and 352 . The power conversion device 370 converts the DC power from the battery 380 into AC power and supplies the AC power to the rotating electric machines 351 and 352, respectively.

また、回生走行時には、回転電機351,352が車両の運動エネルギーに応じて交流電力を発生して電力変換装置370に供給する。電力変換装置370は、回転電機351,352からの交流電力を直流電力に変換し、この直流電力をバッテリ380に供給する。 During regenerative running, the rotating electric machines 351 and 352 generate AC power according to the kinetic energy of the vehicle and supply it to the power conversion device 370 . The power conversion device 370 converts the AC power from the rotary electric machines 351 and 352 into DC power and supplies the DC power to the battery 380 .

エンジン360および回転電機351,352による回転トルクは、変速機340、デファレンシャルギア330および車軸320を介して車輪310に伝達される。 Rotational torque generated by engine 360 and rotating electric machines 351 and 352 is transmitted to wheels 310 via transmission 340 , differential gear 330 and axle 320 .

一般的に、自動車には、坂道発進での低速大トルクや、高速道路での高速低トルク、街乗りでの中速中トルクなど、広い運転範囲が要求される。このような広い運転範囲において、回転電機351,352ではトルク脈動が低減される。このため、広い運転範囲で、回転電機351,352のトルク脈動に起因する騒音や振動を低減することができるので、電気自動車300の乗り心地が向上する。 In general, automobiles are required to have a wide driving range, such as high torque at low speeds when starting on a slope, low torque at high speeds on highways, and medium torque at medium speeds when driving on streets. Torque pulsation is reduced in the rotary electric machines 351 and 352 in such a wide operating range. Therefore, the noise and vibration caused by the torque pulsation of the rotary electric machines 351 and 352 can be reduced in a wide operating range, so the ride comfort of the electric vehicle 300 is improved.

また、回転電機351,352のトルク脈動を低減することにより、変速機340やデファレンシャルギア330に与えられる機械的な衝撃を緩和することができる。このため、電気自動車300の安全性向上や長寿命化が可能になる。また、トルク脈動低減のための高調波電流注入が不要となり、電気自動車300のシステム効率が向上するので、電気自動車300の航続距離を延ばすことが可能になる。 In addition, by reducing the torque pulsation of rotating electric machines 351 and 352, the mechanical impact applied to transmission 340 and differential gear 330 can be mitigated. Therefore, it is possible to improve the safety and extend the life of the electric vehicle 300 . In addition, harmonic current injection for reducing torque pulsation becomes unnecessary, and the system efficiency of electric vehicle 300 is improved, so that the cruising distance of electric vehicle 300 can be extended.

なお、エンジン360を備えず、回転電機の動力だけで駆動される電気自動車においても、実施例1の回転電機を適用することにより、本実施例3と同様の効果が得られる。 Even in an electric vehicle that does not include the engine 360 and is driven only by the power of the rotating electric machine, by applying the rotating electric machine of the first embodiment, the same effect as that of the third embodiment can be obtained.

図14は、本発明の実施例4である電気鉄道車両の概略構成を示す。 FIG. 14 shows a schematic configuration of an electric railway vehicle that is Embodiment 4 of the present invention.

本実施例4において、図14における回転電機1として、前述の実施例1の回転電機が適用される。 In the fourth embodiment, the rotating electric machine of the first embodiment is applied as the rotating electric machine 1 in FIG. 14 .

図14に示すように、電気鉄道車両400は、ギア410、車輪420、車軸430および回転電機1を備えた台車440を備えている。回転電機1は、ギア410を介して車軸430に接続された車輪420を駆動する。回転電機1は、図示されない電力変換装置によって駆動される。なお、本実施例4では、台車440は、回転電機1を2基搭載しているが、これに限らず、1基または3基以上搭載しても良い。 As shown in FIG. 14 , the electric railway vehicle 400 includes a bogie 440 including gears 410 , wheels 420 , axles 430 and the rotating electric machine 1 . Rotating electric machine 1 drives wheels 420 connected to axles 430 via gears 410 . The rotating electric machine 1 is driven by a power conversion device (not shown). In addition, in the present embodiment 4, the cart 440 has two rotating electrical machines 1 mounted thereon, but the present invention is not limited to this, and one or three or more may be mounted.

一般的に鉄道車両は、発進時から最高速運転までの広い速度域でのトルク特性が要求される他、乗車率に応じて広いトルク範囲が要求される。このような広い運転範囲において、回転電機1ではトルク脈動が低減される。このため、乗車率によらず、常に回転電機1のトルク脈動に起因する騒音や振動を低減することができるので、電気鉄道車両400の乗り心地が向上する。また、回転電機1のトルク脈動が低減するので、ギア410に与えられる機械的な衝撃が緩和される。このため、電気鉄道車両400の安全性向上や長寿命化が可能になる。また、トルク脈動低減のための高調波電流注入が不要となり、電気鉄道車両400のシステム効率が向上する。 In general, railroad vehicles are required to have torque characteristics in a wide speed range from start to maximum speed, and also to have a wide torque range depending on the load factor. Torque pulsation is reduced in the rotary electric machine 1 in such a wide operating range. Therefore, the noise and vibration caused by the torque pulsation of the rotating electric machine 1 can always be reduced regardless of the occupancy rate, so the ride comfort of the electric railway vehicle 400 is improved. Moreover, since the torque pulsation of the rotary electric machine 1 is reduced, the mechanical impact applied to the gear 410 is alleviated. Therefore, it is possible to improve the safety and extend the life of the electric railway vehicle 400 . In addition, harmonic current injection for reducing torque pulsation becomes unnecessary, and the system efficiency of electric railway vehicle 400 is improved.

なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した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、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. Moreover, it is possible to add, delete, or replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.

例えば、電動車両は、上述の電気自動車や電気鉄道車両に限らず、トルク脈動の低減が要求される他の電動車両でもよい。また、電気鉄道車両は、架線から電力を取り込んでも良いし、車両に搭載される蓄電器から電力を取り込んでも良い。 For example, the electric vehicle is not limited to the above-described electric vehicle or electric railway vehicle, and may be other electric vehicles that require reduction of torque pulsation. Also, the electric railway vehicle may take in power from an overhead wire, or may take in power from a battery mounted on the vehicle.

1 回転電機
5 フレーム
10 固定子
20 固定子コア
21 固定子巻線
22 固定子スロット
25 固定子ティース
30 回転子
40 回転子コア
41 d軸コア
42 d軸コア端部
46 q軸コア
47 q軸コア端部
50 磁石挿入孔
61 第1ブリッジ部
62 第2ブリッジ部
63 ブリッジ部
70 永久磁石
81,82 接続部
90 シャフト
100 ギャップ
110 内周側コア
120 溝部
131,132,133,134 断面形状
150 漏洩磁束
160 q軸磁束
200 回転電機駆動システム
210 電源
220 電力変換装置
230 負荷
300 電気自動車
310 車輪
320 車軸
330 デファレンシャルギア
340 変速機
351,352 回転電機
360 エンジン
370 電力変換装置
380 バッテリ
400 電気鉄道車両
410 ギア
420 車輪
430 車軸
440 台車
1 rotating electric machine 5 frame 10 stator 20 stator core 21 stator winding 22 stator slot 25 stator teeth 30 rotor 40 rotor core 41 d-axis core 42 d-axis core end 46 q-axis core 47 q-axis core End portion 50 Magnet insertion hole 61 First bridge portion 62 Second bridge portion 63 Bridge portion 70 Permanent magnets 81, 82 Connection portion 90 Shaft 100 Gap 110 Inner core 120 Grooves 131, 132, 133, 134 Cross-sectional shape 150 Leakage magnetic flux 160 q-axis magnetic flux 200 rotary electric machine drive system 210 power source 220 power converter 230 load 300 electric vehicle 310 wheel 320 axle 330 differential gear 340 transmission 351, 352 rotary electric machine 360 engine 370 power converter 380 battery 400 electric railcar 410 gear 420 Wheel 430 Axle 440 Bogie

Claims (14)

固定子と、
前記固定子と対向する回転子コアを備える回転子と、
を備える回転電機において、
前記回転子コアは、V字の磁石挿入孔を有するとともに、前記磁石挿入孔に対して外周側に配置されるd軸コアと、前記磁石挿入孔に対して内周側に配置される内周側コアと、前記d軸コアと周方向に隣接するq軸コアと、を有し、
前記磁石挿入孔には永久磁石が挿入され、
前記d軸コアは、ブリッジ部により、前記内周側コアと連結され、
前記回転子コアは、1極ピッチ角τp分の断面形状を複数種類有し、
前記d軸コアは、前記磁石挿入孔の両端部の一方に隣接する第1ブリッジ部と前記両端部の他方に隣接する第2ブリッジ部により、前記内周側コアと連結され、
前記d軸コアの前記第1ブリッジ部側の端部と、磁極中心との距離L1が、前記第1ブリッジ部と前記d軸コアとの接続部と、前記磁極中心との距離L2よりも大きく、
前記d軸コアの前記第2ブリッジ部側の端部と、前記磁極中心との距離L3が、前記第2ブリッジ部と前記d軸コアとの接続部と、前記磁極中心との距離L4よりも大きいことを特徴とする回転電機。
a stator;
a rotor comprising a rotor core facing the stator;
In a rotating electrical machine comprising
The rotor core has a V-shaped magnet insertion hole, a d-axis core arranged on the outer circumference side of the magnet insertion hole, and an inner circumference arranged on the inner circumference side of the magnet insertion hole. a side core and a q-axis core circumferentially adjacent to the d-axis core;
A permanent magnet is inserted into the magnet insertion hole,
The d-axis core is connected to the inner core by a bridge portion,
The rotor core has a plurality of types of cross-sectional shapes for one pole pitch angle τp,
The d-axis core is connected to the inner peripheral core by a first bridge portion adjacent to one of both ends of the magnet insertion hole and a second bridge portion adjacent to the other of the both ends,
A distance L1 between an end portion of the d-axis core on the first bridge portion side and the center of the magnetic pole is larger than a distance L2 between a connecting portion between the first bridge portion and the d-axis core and the center of the magnetic pole. ,
The distance L3 between the second bridge portion side end of the d-axis core and the magnetic pole center is longer than the distance L4 between the connection portion between the second bridge portion and the d-axis core and the magnetic pole center. A rotary electric machine characterized by being large .
請求項1に記載の回転電機において、
前記複数種類の前記断面形状は、前記回転子の周方向または回転軸方向、周方向と回転軸方向の両方向に配置されることを特徴とする回転電機。
In the rotary electric machine according to claim 1,
The rotary electric machine , wherein the plurality of types of cross-sectional shapes are arranged in the circumferential direction of the rotor, in the rotation axis direction, or in both the circumferential direction and the rotation axis direction.
請求項1に記載の回転電機において、
前記d軸コアは、前記第1ブリッジ部と前記d軸コアとの前記接続部および前記第2ブリッジ部と前記d軸コアとの前記接続部から周方向に張り出す張り出し部を有することを特徴とする回転電機。
In the rotary electric machine according to claim 1,
The d-axis core has an overhanging portion extending in the circumferential direction from the connecting portion between the first bridge portion and the d-axis core and the connecting portion between the second bridge portion and the d-axis core. Rotating electric machine.
請求項に記載の回転電機において、
前記複数種類の前記断面形状における、前記d軸コアの前記第1ブリッジ側の前記端部から、前記第2ブリッジ側の前記端部までの周方向開角τdの最大値と最小値の差が、前記固定子のスロットピッチ角τsよりも小さいことを特徴とする回転電機。
In the rotary electric machine according to claim 1 ,
The difference between the maximum value and the minimum value of the circumferential open angle τd from the end of the d-axis core on the first bridge side to the end on the second bridge side in the plurality of types of cross-sectional shapes , which is smaller than the slot pitch angle τs of the stator .
請求項に記載の回転電機において、
前記d軸コアと前記q軸コアとの間には溝部が位置することを特徴とする回転電機。
In the rotary electric machine according to claim 1 ,
A rotary electric machine , wherein a groove is positioned between the d-axis core and the q-axis core .
請求項に記載の回転電機において、
前記溝部は略V字状であることを特徴とする回転電機。
In the rotary electric machine according to claim 5 ,
A rotary electric machine , wherein the groove is substantially V-shaped .
請求項に記載の回転電機において、
前記L1と、前記L2と、前記L3と、前記L4と、
前記d軸コアの前記第1ブリッジ部側の前記端部と、前記q軸コアにおける径方向最外周部との距離L5と、
前記d軸コアの前記第2ブリッジ部側の前記端部と、前記q軸コアにおける径方向最外周部との距離L6と、
前記第1ブリッジ部側の前記q軸コアの前記径方向最外周部の回転軸心からの距離L7と、
前記第2ブリッジ部側の前記q軸コアの前記径方向最外周部の前記回転軸心からの距離L8と、
前記磁極中心上における前記d軸コアの外周面と前記永久磁石の外周面との距離L9と、の内のいずれかが、前記複数種類の前記断面形状において異なることを特徴とする回転電機。
In the rotary electric machine according to claim 1 ,
the L1, the L2, the L3, and the L4;
a distance L5 between the end portion of the d-axis core on the first bridge portion side and the radially outermost peripheral portion of the q-axis core;
a distance L6 between the end portion of the d-axis core on the second bridge portion side and the radially outermost peripheral portion of the q-axis core;
a distance L7 from the rotation axis center of the radial outermost peripheral portion of the q-axis core on the first bridge portion side;
a distance L8 from the rotation axis center of the radial outermost peripheral portion of the q-axis core on the second bridge portion side;
A rotary electric machine, wherein one of a distance L9 between an outer peripheral surface of the d-axis core and an outer peripheral surface of the permanent magnet on the magnetic pole center is different in the plurality of types of cross-sectional shapes.
請求項に記載の回転電機において、
前記L1ないしL4のいずれかが、前記複数種類の前記断面形状において異なることを特徴とする回転電機。
In the rotary electric machine according to claim 7 ,
A rotary electric machine , wherein any one of L1 to L4 is different in the plurality of types of cross-sectional shapes .
請求項に記載の回転電機において、
前記L5ないしL8のいずれかが、前記複数種類の前記断面形状において異なることを特徴とする回転電機。
In the rotary electric machine according to claim 7 ,
A rotary electric machine , wherein any one of L5 to L8 is different in the plurality of types of cross-sectional shapes .
請求項に記載の回転電機において、
前記L9が、前記複数種類の前記断面形状において異なることを特徴とする回転電機。
In the rotary electric machine according to claim 7 ,
The rotary electric machine , wherein the L9 is different in the plurality of types of cross-sectional shapes .
請求項に記載の回転電機において、
前記d軸コアと前記q軸コアを連結し、前記溝部の開口を塞ぐブリッジ部を備えることを特徴とする回転電機。
In the rotary electric machine according to claim 5 ,
A rotary electric machine, comprising: a bridge portion that connects the d-axis core and the q-axis core and closes an opening of the groove portion .
負荷を駆動する回転電機と、前記回転電機を駆動する電力変換装置と、を備える回転電機駆動システムにおいて、A rotary electric machine drive system comprising a rotary electric machine that drives a load and a power conversion device that drives the rotary electric machine,
前記回転電機は、請求項1に記載される回転電機であることを特徴とする回転電機駆動システム。A rotary electric machine drive system, wherein the rotary electric machine is the rotary electric machine according to claim 1 .
回転電機と、バッテリと、前記バッテリの直流電力を交流電力に変換して、前記交流電力を前記回転電機に供給する電力変換装置と、を備え、前記回転電機のトルクが変速機を介して車輪に伝達される電気自動車において、a rotating electrical machine, a battery, and a power conversion device that converts DC power of the battery into AC power and supplies the AC power to the rotating electrical machine, wherein torque of the rotating electrical machine is transferred to wheels via a transmission. In an electric vehicle transmitted to
前記回転電機は、請求項1に記載される回転電機であることを特徴とする電気自動車。An electric vehicle, wherein the rotating electric machine is the rotating electric machine according to claim 1 .
回転電機と、a rotating electric machine;
ギアを介して前記回転電機によって駆動される車輪と、a wheel driven by the rotating electric machine via a gear;
を有する台車を備える電気鉄道車両において、In an electric rail vehicle comprising a bogie having
前記回転電機は、請求項1に記載の回転電機であることを特徴とする電気鉄道車両。An electric railway vehicle, wherein the rotating electric machine is the rotating electric machine according to claim 1 .
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