JP2006304546A - Permanent magnet reluctance type rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石式リラクタンス型回転電機に関し、特に、回転電機より発生する誘起電圧及びトルク脈動を低減するための構造に関する。 The present invention relates to a permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine, and more particularly to a structure for reducing induced voltage and torque pulsation generated from the rotating electrical machine.
従来、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両駆動用などに用いられる高効率のモータとして、界磁に永久磁石を用いた永久磁石モータが知られている。代表的な永久磁石モータとして、回転子鉄心外周に永久磁石を貼り付けた表面磁石型永久磁石モータ、永久磁石を回転子鉄心内に埋め込んだ埋め込み型永久磁石モータが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a permanent magnet motor using a permanent magnet as a field magnet is known as a high-efficiency motor used for driving a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle. As a typical permanent magnet motor, a surface magnet type permanent magnet motor in which a permanent magnet is attached to the outer periphery of a rotor core and an embedded type permanent magnet motor in which a permanent magnet is embedded in the rotor core are known.
また、可変特性に優れている高出力のモータとして、リラクタンストルクと磁石トルクとを併用した永久磁石式リラクタンス型回転電機が知られている(例えば、特許文献1)。車両駆動用等の可変速駆動用としては、埋め込み型永久磁石モータ及び永久磁石式リラクタンス型回転電機が適している。 Further, as a high-output motor excellent in variable characteristics, a permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine using both reluctance torque and magnet torque is known (for example, Patent Document 1). An embedded permanent magnet motor and a permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine are suitable for variable speed driving such as vehicle driving.
特に永久磁石式リラクタンス型回転電機は、磁石トルクと同等からそれ以上のトルクを得ることができるリラクタンストルクを磁石トルクとともに利用しており、可変速駆動時において、中・低速回転時はリラクタンストルクと磁石トルクとで駆動し、高速回転時は主にリラクタンストルクで駆動する。このため、高出力で広い可変速運転が可能である。 In particular, the permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine uses a reluctance torque that can obtain a torque equal to or higher than the magnet torque, together with the magnet torque. It is driven by magnet torque, and is driven mainly by reluctance torque during high-speed rotation. Therefore, high output and wide variable speed operation is possible.
図8は従来の永久磁石式リラクタンス型回転電機の周方向断面図である。図8に示すように、この永久磁石式リラクタンス型回転電機の固定子1は、固定子鉄心3及び電機子巻線4を有し、固定子1の内側には回転子2が設けられている。回転子2は、周方向に略V字状に形成された磁石埋め込み穴13と磁石埋め込み穴13に配置される永久磁石12とで構成され、永久磁石12による磁極と鉄心の磁極14とを有している。また、図8に示す従来の永久磁石式リラクタンス型回転電機の回転子鉄心7には、鉄心の磁極14と隣接する他の鉄心の磁極14との間に非磁性部である三角穴100が形成されている。
FIG. 8 is a circumferential sectional view of a conventional permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine. As shown in FIG. 8, the stator 1 of this permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine has a stator core 3 and an armature winding 4, and a
しかし、このような永久磁石を用いたモータは、外力によって回転子2が回転されると、回転電機内に誘起電圧が発生する。この誘起電圧により通電回路または制御回路に過電圧がかかり、通電回路または制御回路を破壊してしまう恐れがある。従って、永久磁石を用いたモータでは、誘起電圧が通電回路及び制御回路の耐電圧以下になるように設計する必要がある。
However, in a motor using such a permanent magnet, an induced voltage is generated in the rotating electrical machine when the
そこで、永久磁石モータの誘起電圧を抑制するために、誘起電圧波形を正弦波に近似させた埋め込み型永久磁石モータが開示されている(特許文献2)。図9は誘起電圧波形を正弦波に近似させた埋め込み型永久磁石モータ(三相8極、48スロット)の1極対を示す周方向断面図である。図9に示すように、この埋め込み型永久磁石モータは、電機子巻線104を有する固定子101と、この固定子101に間隙109をもって配置され、複数個の永久磁石112が周方向に埋め込まれた回転子102とで構成されている。この埋め込み型永久磁石モータは、永久磁石112の固定子101側の辺、すなわち外周面幅が軸に対してなす角度φを調整することで誘起電圧の波形を正弦波に近似し、誘起電圧のピーク値を抑制するものである。図10は永久磁石幅の角度φの値を24、26、28度とした場合の誘起電圧波形であり、図10に示すように永久磁石幅の角度φが26度のときに誘起電圧波形のピーク値が小さくなる。
しかしながら、図8に示した従来の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、例えばハイブリッド自動車等の車両駆動用などに用いられる場合、車の駆動性能を向上させるために更なる小型、高トルク、高出力化が要求されている。小型・高出力化を達成するためには、回転電機の高速回転が必要である。しかし、回転電機より発生する誘起電圧は回転速度の上昇に伴ない増加する。 However, when the conventional permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine shown in FIG. 8 is used, for example, for driving a vehicle such as a hybrid vehicle, it is further reduced in size, increased in torque and output in order to improve the driving performance of the vehicle. Is required. In order to achieve miniaturization and high output, high-speed rotation of a rotating electrical machine is necessary. However, the induced voltage generated from the rotating electrical machine increases as the rotational speed increases.
また、ハイブリット自動車等では、駆動部スペースに大きな制約があり、軸方向寸法が非常に小さい扁平型の回転電機が必要であるため、電機子巻線4の軸方向寸法を小さくすることができる集中巻方式の回転電機が用いられている。しかし、集中巻方式は通常用いられる分布巻方式に比べ、永久磁石磁束によって発生する誘起電圧が大きくひずみ、誘起電圧波形の最大値が高くなる。さらに、集中巻方式はトルク脈動が大きく、有効にトルクが活用されないため、出力が低下し、電磁振動や騒音が発生する。 In addition, in a hybrid vehicle or the like, there is a great restriction on the drive unit space, and a flat type rotating electric machine having a very small axial dimension is required, so that the axial dimension of the armature winding 4 can be reduced. A winding type rotating electrical machine is used. However, in the concentrated winding method, the induced voltage generated by the permanent magnet magnetic flux is greatly distorted and the maximum value of the induced voltage waveform is higher than that of the normally used distributed winding method. Furthermore, the concentrated winding method has a large torque pulsation, and the torque is not effectively utilized. Therefore, the output is reduced, and electromagnetic vibration and noise are generated.
従って、図8に示した従来の永久磁石式リラクタンス型回転電機では、誘起電圧による過電圧で通電回路または制御回路を破壊する恐れがあるため、誘起電圧の更なる低減が必要である。しかし、図9に示した埋め込み型永久磁石モータのように誘起電圧波形を正弦波に近似するだけでは、十分に誘起電圧波形のピーク値を抑制することができない。また、トルク脈動を低減することもできないという課題を有していた。 Therefore, in the conventional permanent magnet type reluctance type rotating electric machine shown in FIG. 8, there is a possibility that the energization circuit or the control circuit may be destroyed by the overvoltage caused by the induced voltage, and therefore the induced voltage needs to be further reduced. However, the peak value of the induced voltage waveform cannot be sufficiently suppressed only by approximating the induced voltage waveform to a sine wave as in the embedded permanent magnet motor shown in FIG. In addition, there is a problem that torque pulsation cannot be reduced.
本発明の課題は、発生する誘起電圧波形の最大値及びトルク脈動を低減して、小型、高速回転、高トルク及び低振動・低騒音化することができる永久磁石式リラクタンス型回転電機を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine that can reduce the maximum value and torque pulsation of an induced voltage waveform to be generated, and can be reduced in size, high speed rotation, high torque, low vibration and low noise. There is.
本発明は前記課題を解決するために以下の手段を採用した。請求項1の発明は、電機子巻線を有する固定子と、この固定子の内側に回転可能に設けられ、回転子鉄心を有する回転子と、この回転子の隣接した鉄心の磁極間を通る前記電機子巻線からの磁束を打ち消すように前記回転子鉄心内に配置された永久磁石とを備えた永久磁石式リラクタンス型回転電機であって、前記回転子は、回転軸方向で2分割され、分割された回転子が周方向にずらして配置され、分割された一方の回転子鉄心の磁極中心と分割された他方の回転子鉄心の磁極中心とが前記回転軸に対してなす角度をスキュー角度θとしたとき、前記スキュー角度θは、13度<θ<31度であることを特徴。 The present invention employs the following means in order to solve the above problems. According to a first aspect of the present invention, there is provided a stator having an armature winding, a rotor provided rotatably inside the stator, and having a rotor iron core, and passing between the magnetic poles of the iron core adjacent to the rotor. A permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine including a permanent magnet disposed in the rotor core so as to cancel the magnetic flux from the armature winding, wherein the rotor is divided into two in the rotation axis direction. The divided rotors are arranged shifted in the circumferential direction, and the angle formed by the magnetic pole center of one of the divided rotor cores and the magnetic pole center of the other divided rotor core is skewed with respect to the rotation axis. When the angle θ is set, the skew angle θ is 13 degrees <θ <31 degrees.
請求項2の発明は、請求項1記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記固定子は内面に突出した凸部である固定子ティースを有し、隣接する2つの前記鉄心の磁極の中心線が回転軸に対してなす角度βに対して、前記固定子ティースの内径面先端部の幅が前記回転軸に対してなす角度γは、0.56×β<γ<0.65×βであることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the permanent magnet reluctance type rotating electric machine according to the first aspect, the stator has a stator tooth that is a convex portion protruding to the inner surface, and the center of the magnetic poles of two adjacent iron cores. The angle γ formed by the width of the tip of the inner diameter surface of the stator teeth with respect to the rotation axis with respect to the angle β formed by the line with respect to the rotation axis is 0.56 × β <γ <0.65 × β It is characterized by being.
請求項3の発明は、請求項1または請求項2記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記永久磁石の幅wは、前記回転子の極数Pと前記回転子の外径Drに対して、(1.5×Dr)/(2×P)<w<(2.2×Dr)/(2×P)であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine according to the first or second aspect, the width w of the permanent magnet is in relation to the number of poles P of the rotor and the outer diameter Dr of the rotor. (1.5 × Dr) / (2 × P) <w <(2.2 × Dr) / (2 × P).
請求項4の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、隣接する前記鉄心の磁極間は、鉄心で満たされていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to any one of the first to third aspects, a space between magnetic poles of the adjacent iron cores is filled with an iron core. .
請求項5の発明は、請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記固定子は、前記電機子巻線を収納する固定子スロットを有し、この固定子スロット数は、1相1極あたりの所定の固定子スロット数に対して1/2であることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the permanent magnet reluctance type rotating electric machine according to any one of the first to fourth aspects, the stator has a stator slot that houses the armature winding, The number of stator slots is ½ of a predetermined number of stator slots per pole per phase.
請求項6の発明は、請求項1乃至請求項5のいずれか1項記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記電機子巻線は、集中巻により構成されたことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to any one of the first to fifth aspects, the armature winding is configured by concentrated winding.
請求項1の発明によれば、回転子は、回転軸方向に2分割され、分割された回転子が周方向にずらして配置され、分割された一方の回転子鉄心の磁極中心と分割された他方の回転子鉄心の磁極中心とが回転軸に対してなす角度をスキュー角度θとし、このスキュー角度θを13度<θ<31度としたので、永久磁石式リラクタンス型回転電機より発生する誘起電圧波形の最大値及びトルク脈動を低減して、回転電機を小型、高速回転、高トルク及び低振動・低騒音化することができる。 According to the first aspect of the present invention, the rotor is divided into two in the direction of the rotation axis, the divided rotors are arranged shifted in the circumferential direction, and are divided from the magnetic pole center of one of the divided rotor cores. The angle formed by the magnetic pole center of the other rotor core with respect to the rotation axis is the skew angle θ, and the skew angle θ is set to 13 degrees <θ <31 degrees. Therefore, the induction generated from the permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine The maximum value of the voltage waveform and the torque pulsation can be reduced, and the rotating electrical machine can be reduced in size, rotated at a high speed, increased in torque, reduced in vibration and noise.
請求項2の発明によれば、固定子ティースの内径面先端部の幅が回転軸に対してなす角度γを、隣接する2つの鉄心の磁極の中心線が回転軸に対してなす角度βに対して、0.56×β<γ<0.65×βとしたので、トルク脈動をさらに低減することができる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、永久磁石の幅wを、回転子の極数Pと回転子の外径Drに対して、(1.5×Dr)/(2×P)<w<(2.2×Dr)/(2×P)としたので、発生する誘起電圧波形の最大値及びトルク脈動をさらに低減することができる。 According to the invention of claim 3, the width w of the permanent magnet is set to (1.5 × Dr) / (2 × P) <w <(with respect to the number of poles P of the rotor and the outer diameter Dr of the rotor. Since 2.2 × Dr) / (2 × P), it is possible to further reduce the maximum value of the generated induced voltage waveform and torque pulsation.
請求項4の発明によれば、隣接する鉄心の磁極間は、鉄心で満たされているので、発生する誘起電圧波形の最大値をさらに低減することができる。 According to the invention of claim 4, since the space between the magnetic poles of adjacent iron cores is filled with the iron core, the maximum value of the generated induced voltage waveform can be further reduced.
請求項5の発明によれば、固定子スロット数を、1相1極あたりの所定の固定子スロット数に対して1/2としたので、発生する誘起電圧波形の最大値及びトルク脈動をさらに低減することができる。
According to the invention of
請求項6の発明によれば、電機子巻線は、集中巻により構成されたので、永久磁石式リラクタンス型回転電機を小型化することができる。 According to the invention of claim 6, since the armature winding is constituted by concentrated winding, the permanent magnet type reluctance rotating electric machine can be miniaturized.
以下、本発明の実施例に係る永久磁石式リラクタンス型回転電機を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下では、背景技術の欄で説明した永久磁石式リラクタンス型回転電機の構成部分と同一又は相当部分には、背景技術の欄で使用した符号と同一の符号を用いて説明する。 Hereinafter, a permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or equivalent parts as those of the permanent magnet type reluctance rotating electric machine described in the background art section will be described using the same reference numerals as those used in the background art section.
図1は本発明の実施例1に係る永久磁石式リラクタンス型回転電機の周方向断面図であり、図2は図1の拡大図であり、図3は本発明の実施例1の回転子2の外観斜視図である。図1に示すように、本発明の実施例1に係る永久磁石式リラクタンス型回転電機は、固定子1及び固定子1の内側に間隙9(図2)をもって回転可能に配置された回転子2とで構成されている。
FIG. 1 is a circumferential sectional view of a permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged view of FIG. 1, and FIG. 3 is a
固定子1は、固定子鉄心3と電機子巻線4とを有している。固定子鉄心3は、電磁鋼板の積層構成からなり、その内周側には電機子巻線4を収容する固定子スロット5及び回転子2に面して突出した凸部である固定子ティース6を有している。
The stator 1 has a stator core 3 and an armature winding 4. The stator core 3 is composed of a laminated structure of electromagnetic steel plates, and a
回転子2は、回転子鉄心7aと回転軸である回転子シャフト8とで構成されている。回転子鉄心7aは、電磁鋼板の積層構成からなる。回転子鉄心7aには、永久磁石埋め込み穴13が鉄心の周方向に略V字状に形成されている。永久磁石埋め込み穴13には、隣接した鉄心の磁極14間を通る電機子巻線4からの磁束を打ち消すような方向に磁化された永久磁石12が配置され、回転軸を中心とした周方向に磁化容易方向(鉄心の磁極14)と磁化困難方向(磁極間)とが交互に形成されている。すなわち、鉄心の磁極14において、永久磁石12は略同一方向に磁化され、磁極間においては、磁束が互いに加え合わせとなる方向に磁化されている。このように、周方向に磁気的凹凸を有した回転子2は、電機子巻線4に流れる電流による回転磁界によって回転子シャフト8を中心に回転する。
The
また、回転子2は、図3に示すように、回転軸方向で2分割され、分割された回転子鉄心7aが周方向に角度θだけずらして配置される。分割された一方の回転子鉄心7aの磁極14の中心と分割された他方の回転子鉄心7aの磁極14の中心とが回転軸に対してなす角度θを回転子2のスキュー角度θとする。このスキュー角度θを変化させることで誘起電圧波形の最大値及びトルク脈動が変化する。図4は本実施例の永久磁石式リラクタンス型回転電機の回転子スキュー角度θ(度)に対する誘起電圧波形の最大値(pu)及びトルク脈動(pu)の関係を示したものである。なお、図4の縦軸はスキュー角度13度及び31度のときのトルク脈動の値を1(pu)とした換算値である(以下、このような換算値を単位puであらわす)。図4に示すように、誘起電圧波形の最大値はスキュー角度θが13度〜32度の間で小さくなっており、特に28度付近で最小値を示すことが判る。トルク脈動はスキュー角度θが13度〜31度の間で小さくなっており、特に24度付近で最小値を示すことが判る。
Further, as shown in FIG. 3, the
従って、スキュー角度θを13度〜31度に設定することにより、誘起電圧波形の最大値及びトルク脈動を低減することができる。本実施例では、この1例として誘起電圧波形の最大値及びトルク脈動の双方の値を考慮して、スキュー角度θを25度とした。 Therefore, the maximum value of the induced voltage waveform and the torque pulsation can be reduced by setting the skew angle θ to 13 degrees to 31 degrees. In this embodiment, as an example, the skew angle θ is set to 25 degrees in consideration of both the maximum value of the induced voltage waveform and the value of torque pulsation.
また、回転子2は回転子鉄心7aの周方向に等間隔に鉄心の磁極14が形成され、この隣接した2つの鉄心の磁極14の間隔と固定子ティースの幅との比を変化させることでトルク脈動が変化する。すなわち、図2に示すように隣接した2つの鉄心の磁極14の中心線が回転軸に対してなす角度(以下、磁極ピッチ角度)をβとし、固定子ティース6の内径面先端部の幅が回転軸に対してなす角度(以下、固定子ティース幅角度)をγとすると、これらの比である固定子ティース幅中心角度係数γ/βを変化させることでトルク脈動が変化する。図5は本実施例の永久磁石式リラクタンス型回転電機の固定子ティース幅中心角度係数γ/β(pu)に対するトルク脈動(pu)の関係を示したものである。図5に示すように、トルク脈動は固定子ティース幅中心角度係数γ/βが0.56(pu)〜0.65(pu)の間で小さくなっており、固定子ティース幅中心角度係数γ/βが0.58(pu)のときに最小値を示すことが判る。
Further, the
従って、固定子ティース幅角度γは、0.56×β〜0.65×βと設定するにより、トルク脈動を低減することができ、0.58×βと設定することにより、トルク脈動を最小値にすることができる。本実施例では、この1例として固定子ティース幅角度γが0.58×βとなるように構成した。 Therefore, the torque pulsation can be reduced by setting the stator teeth width angle γ to 0.56 × β to 0.65 × β, and the torque pulsation can be minimized by setting it to 0.58 × β. Can be a value. In this embodiment, as an example, the stator teeth width angle γ is set to 0.58 × β.
また、回転子2の極数Pと回転子2の外径Drに対して、永久磁石12の幅wを変化させることで誘起電圧波形の最大値及びトルク脈動が変化する。図6は本実施例の永久磁石式リラクタンス型回転電機の永久磁石幅係数w×2×P/Dr(pu)に対する誘起電圧波形の最大値(pu)及びトルク脈動(pu)の関係を示したものである。図6に示すように、誘起電圧波形の最大値及びトルク脈動は永久磁石幅係数w×2×P/Drが1.5(pu)〜2.2(pu)の間で小さくなっていることが判る。
Further, the maximum value of the induced voltage waveform and the torque pulsation change by changing the width w of the permanent magnet 12 with respect to the number of poles P of the
従って、永久磁石幅wを1.5×Dr/(2×P)〜2.2×Dr/(2×P)とすることで、回転電機のトルク特性、効率などを損なうことなく誘起電圧波形の最大値及びトルク脈動を低減することができる。本実施例では、この1例として永久磁石幅wが1.8×Dr/(2×P)となるように構成した。 Therefore, by setting the permanent magnet width w to 1.5 × Dr / (2 × P) to 2.2 × Dr / (2 × P), an induced voltage waveform is obtained without impairing the torque characteristics and efficiency of the rotating electrical machine. The maximum value and torque pulsation can be reduced. In this embodiment, as an example, the permanent magnet width w is 1.8 × Dr / (2 × P).
また、本発明の永久磁石式リラクタンス型回転電機の回転子鉄心7aには、図8に示した従来の永久磁石式リラクタンス型回転電機の回転子鉄心7に形成されている三角穴100を形成せずに、隣接する鉄心の磁極14間は鉄心で満たされている。
Further, the rotor core 7a of the permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine of the present invention is formed with a
また、本発明の固定子スロット5の数は、極数Pを12とした場合、1相1極あたりの固定子スロット数は36であるので、これに対して1/2となるように固定子スロット5を18とした。また、電機子巻線4は、集中巻により構成されている。
The number of
図7はこのように構成された本発明の実施例1に係る永久磁石式リラクタンス型回転電機の永久磁石磁束により発生する誘起電圧波形である。横軸は電気角(度)、縦軸は誘起電圧(pu)を示している。図7に示すように、従来の誘起電圧波形は高調波次数成分が含まれており、誘起電圧波形の最大値が大きな値になっている。また、誘起電圧波形を正弦波に近似した従来の永久磁石モータの誘起電圧波形は高調波次数成分は抑制されているものの最大値が大きな値になっている。これに対して、本実施例の誘起電圧波形は、3次,5次,7次等の奇数次の高調波次数成分が抑制されるとともに波形の最大値近傍が平滑化されている。即ち、本発明の誘起電圧波形は、電気角0度から50度の間で0(pu)から1(pu)、電気角50度から130度で1(pu)、電気角130度から180度で1(pu)から0(pu)となる台形状になり、誘起電圧の最大値が大幅に低減されていることが判る。 FIG. 7 shows an induced voltage waveform generated by the permanent magnet magnetic flux of the permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention configured as described above. The horizontal axis represents the electrical angle (degrees), and the vertical axis represents the induced voltage (pu). As shown in FIG. 7, the conventional induced voltage waveform includes harmonic order components, and the maximum value of the induced voltage waveform is a large value. Further, the induced voltage waveform of the conventional permanent magnet motor that approximates the induced voltage waveform to a sine wave has a large maximum value although the harmonic order component is suppressed. On the other hand, in the induced voltage waveform of the present embodiment, odd-order harmonic order components such as third order, fifth order, and seventh order are suppressed and the vicinity of the maximum value of the waveform is smoothed. That is, the induced voltage waveform of the present invention has an electrical angle of 0 to 50 degrees, 0 (pu) to 1 (pu), an electrical angle of 50 to 130 degrees, 1 (pu), and an electrical angle of 130 to 180 degrees. It can be seen that the trapezoidal shape changes from 1 (pu) to 0 (pu), and the maximum value of the induced voltage is greatly reduced.
このように、本実施例に係る永久磁石式リラクタンス型回転電機は、鉄心の磁極14のスキュー角度θを25度としたので、回転電機のトルク特性,効率などを損なうことなく、誘起電圧波形の高調波成分を打ち消し、台形状の誘起電圧波形を得ることができ、回転電機に発生する誘起電圧の最大値を大幅に低減することができる。さらに、トルク脈動を低減して、回転電機を小型、高速回転、高トルク及び低振動・低騒音化することができる。 As described above, in the permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to the present embodiment, the skew angle θ of the magnetic pole 14 of the iron core is set to 25 degrees, so that the induced voltage waveform of the rotating electric machine is not impaired without damaging the torque characteristics and efficiency of the rotating electric machine. The harmonic component can be canceled out to obtain a trapezoidal induced voltage waveform, and the maximum value of the induced voltage generated in the rotating electrical machine can be greatly reduced. Furthermore, torque pulsation can be reduced, and the rotating electrical machine can be reduced in size, rotated at high speed, increased in torque, and reduced in vibration and noise.
また、磁極ピッチ角度βに対して、固定子ティース幅角度γを0.58×βとしたので、トルク脈動をさらに低減することができる。 Further, since the stator teeth width angle γ is set to 0.58 × β with respect to the magnetic pole pitch angle β, the torque pulsation can be further reduced.
また、回転子の極数Pと回転子の外径Drに対して、永久磁石幅wを1.8×Dr/(2×P)としたので、誘起電圧波形の最大値及びトルク脈動をさらに低減することができる。 Further, since the permanent magnet width w is 1.8 × Dr / (2 × P) with respect to the number P of the rotor and the outer diameter Dr of the rotor, the maximum value of the induced voltage waveform and the torque pulsation are further increased. Can be reduced.
また、回転子鉄心7aには、図8に示した従来の永久磁石式リラクタンス型回転電機の回転子鉄心7に形成されている三角穴100を形成せずに、隣接する鉄心の磁極14間は鉄心で満たされているので、誘起電圧波形の最大値をさらに低減でき、より台形状に近い誘起電圧波形を得ることができる。
Further, the rotor core 7a is not formed with the
また、固定子スロット5の数が、1相1極あたりの固定子スロット数に対して1/2となるように極数Pを12、固定子スロット5の数を18としたので、誘起電圧波形の最大値及びトルク脈動をさらに低減することができる。
In addition, since the number of poles P is 12 and the number of
また、電機子巻線4は、集中巻により構成されているので、小型化でき、扁平型回転電機として利用することができる。 Further, since the armature winding 4 is constituted by concentrated winding, it can be miniaturized and can be used as a flat type rotating electric machine.
従って、誘起電圧が低減されることで、通電回路または制御回路を過電圧で破壊することなく、回転電機を運転することができ、信頼性が向上する。また、誘起電圧の値に応じて設定される通電回路または制御回路の耐電圧を低い値に設定することができるため、通電回路または制御回路を安価に構成することができ、コストを大幅に削減することができる。さらにトルク脈動も大幅に低減することができるので、回転電機により発生するトルクを最大限に活用することができ、回転電機を高トルク、高出力、高効率化することができるとともにトルク脈動に起因する電磁振動及び騒音が低減されて信頼性及び静粛性を格段に向上させることができる。 Therefore, by reducing the induced voltage, the rotating electric machine can be operated without destroying the energization circuit or the control circuit with the overvoltage, and the reliability is improved. In addition, since the withstand voltage of the energization circuit or control circuit that is set according to the value of the induced voltage can be set to a low value, the energization circuit or control circuit can be configured at low cost, greatly reducing costs. can do. Furthermore, torque pulsation can be greatly reduced, so that the torque generated by the rotating electrical machine can be utilized to the maximum, and the rotating electrical machine can be increased in torque, output, and efficiency, and also caused by torque pulsation. Electromagnetic vibration and noise are reduced and reliability and quietness can be significantly improved.
なお、本実施例では、回転子スキュー角度θを25度、固定子ティース幅角度γを0.58×β、永久磁石幅wを1.8×Dr/(2×P)としたが、本発明はこれに限定されることなく、回転子スキュー角度θは、13度<θ<31度、固定子ティース幅角度γは、0.56×β<γ<0.65×β、永久磁石幅wは、1.5×Dr/(2×P)<w<2.2×Dr/(2×P)の範囲内の値に設定しても同様の効果が得られる。 In this embodiment, the rotor skew angle θ is 25 degrees, the stator teeth width angle γ is 0.58 × β, and the permanent magnet width w is 1.8 × Dr / (2 × P). The invention is not limited to this, the rotor skew angle θ is 13 degrees <θ <31 degrees, the stator teeth width angle γ is 0.56 × β <γ <0.65 × β, and the permanent magnet width. Even if w is set to a value within the range of 1.5 × Dr / (2 × P) <w <2.2 × Dr / (2 × P), the same effect can be obtained.
また、本実施例では、回転子2は2分割されているが、複数に分割され、周方向に等間隔にずらして配置されても良い。
Further, in the present embodiment, the
本発明は、小型・高出力・高効率の回転電機として種々の電気機械に適用可能である。 The present invention can be applied to various electric machines as a small-sized, high-output, high-efficiency rotating electrical machine.
1、101 固定子
2、102 回転子
3 固定子鉄心
4、104 電機子巻線
5 固定子スロット
6 固定子ティース
7 回転子鉄心
8 回転子シャフト
9、109 間隙
12、112 永久磁石
13 永久磁石埋め込み穴
14 鉄心の磁極
100 三角穴
1, 101
Claims (6)
この固定子の内側に回転可能に設けられ、回転子鉄心を有する回転子と、
この回転子の隣接した鉄心の磁極間を通る前記電機子巻線からの磁束を打ち消すように前記回転子鉄心内に配置された永久磁石と、
を備えた永久磁石式リラクタンス型回転電機であって、
前記回転子は、回転軸方向で2分割され、分割された回転子が周方向にずらして配置され、分割された一方の回転子鉄心の磁極中心と分割された他方の回転子鉄心の磁極中心とが前記回転軸に対してなす角度をスキュー角度θとしたとき、
前記スキュー角度θは、
13度<θ<31度
であることを特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。 A stator having armature windings;
A rotor rotatably provided inside the stator and having a rotor core;
A permanent magnet disposed in the rotor core so as to cancel the magnetic flux from the armature winding passing between the magnetic poles of adjacent iron cores of the rotor;
A permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine with
The rotor is divided into two in the direction of the rotation axis, and the divided rotors are arranged so as to be shifted in the circumferential direction. The magnetic pole center of one of the divided rotor cores and the magnetic pole center of the other divided rotor core And the angle formed with respect to the rotation axis is the skew angle θ,
The skew angle θ is
A permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine characterized in that 13 degrees <θ <31 degrees.
0.56×β<γ<0.65×β
であることを特徴とする請求項1記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。 The stator has a stator tooth that is a convex portion protruding from the inner surface, and the inner diameter surface of the stator tooth with respect to an angle β formed by the center line of the magnetic poles of two adjacent iron cores with respect to the rotation axis The angle γ formed by the width of the tip with respect to the rotation axis is
0.56 × β <γ <0.65 × β
The permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine according to claim 1, wherein:
(1.5×Dr)/(2×P)<w<(2.2×Dr)/(2×P)
であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。 The width w of the permanent magnet is such that the number of poles P of the rotor and the outer diameter Dr of the rotor are
(1.5 × Dr) / (2 × P) <w <(2.2 × Dr) / (2 × P)
The permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine according to claim 1 or 2, wherein
The permanent magnet type reluctance rotating electric machine according to any one of claims 1 to 5, wherein the armature winding is constituted by concentrated winding.
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