JP2008278553A - Rotor of rotating electric machine and rotating electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁極として永久磁石を備えた回転電機の回転子及び回転電機に関する。 The present invention relates to a rotor of a rotating electrical machine including a permanent magnet as a magnetic pole and the rotating electrical machine.
一般に、電気自動車やハイブリット車などの車両用モータのように使用電圧が高いところで使用される回転電機には、トルクリプル、鉄損及び高調波の低減が求められている。そのため、回転子鉄心の外周部に外周溝部を形成した回転電機の回転子が考えられている(例えば、特許文献1参照)。 In general, a rotating electrical machine used at a high working voltage such as a vehicle motor such as an electric vehicle or a hybrid vehicle is required to reduce torque ripple, iron loss, and harmonics. Therefore, the rotor of the rotary electric machine which formed the outer periphery groove part in the outer peripheral part of the rotor iron core is considered (for example, refer patent document 1).
図6には、従来の回転子を構成する回転子鉄心101の外周部の一部が示されている。回転子鉄心101は、外径寸法がDである円環状の多数の珪素鋼板を積層して構成されている。回転子鉄心101の外周部には、外周に向かうに従って対向距離が順次大となる一対の磁石挿入孔部102,102が複数対、周方向に一定の間隔を存して設けられている(図6では一対図示)。この場合、一対の磁石挿入孔部102,102は、外周側からみてハ字形になっている。
FIG. 6 shows a part of the outer peripheral portion of a
これらの磁石挿入孔部102には、磁極形成用の永久磁石103が夫々挿入固定され、これにより、磁石挿入孔部102の両端部に逃げ孔部104,105が形成される。ここで、逃げ孔部104は、一対の永久磁石103,103間(磁極)の中心部分、即ち、固定子鉄心(図示せず)側で生じる磁束の通り難い部分のd軸に近い側に位置し、逃げ孔部105は、外周側に位置する。又、近接する逃げ孔部104,104間にブリッジ部106が必然的に形成され、磁石挿入孔部102の逃げ孔部105の端部と回転子鉄心101の外周との間にチップ部107が必然的に形成される。尚、図示はしないが、d軸と周方向に隣合うd軸との間にあって、固定子鉄心側で生じた磁束が通り易い部分をq軸とする。
In these
逃げ孔部105から回転子鉄心101の外周部までの最短の長さ、即ち、チップ部107の厚さ寸法t1は、回転子の回転によって、永久磁石103による遠心力を受けても破損しない強度を有し、且つ、永久磁石103の端部の磁束漏洩が大きくならないように、予め設定されている。
Shortest length from the
ここで、回転子鉄心101の外周部には、永久磁石103に対応して深さ寸法がt2である外周溝部108が形成されている。この外周溝部108の底部の範囲は、所定の角度(d軸に対して電気角φ1)を存する位置から、所定の角度(d軸に対して電気角φ2)を存する位置までである。電気角φ1に溝があると、トルクリプル及び鉄損の低減が可能となり、電気角φ2に溝があると、永久磁石103の磁束の立上がりが制限され、高調波の低減が可能となる。電気角φ2は、例えば、d軸より離れる方向側(q軸側)に存するチップ部107近傍(q軸に最も近い永久磁石103の短尺の端面103aの延長線と回転子鉄心101の外周と交差する位置)と回転子鉄心101の中心とを結ぶ直線と、d軸とのなす角である。
しかしながら、回転子鉄心101の外周部に外周溝部108を形成すると、外周溝部108の底部からチップ部107の外周(回転子の外周)までの連なり部分109は、段差の形状になり、回転子の回転によって永久磁石103による遠心力を受けると、この連なり部分109に応力が集中し易く、破損する虞がある。特に、回転電機を高速回転で使用する場合には、上記連なり部分109に、より大きな応力が集中し易くなる。
又、チップ部107の厚さ寸法t1を大きくすることも考えられるが、磁束漏洩が大きくなるため、好ましくない。
However, when the outer
Furthermore, it is conceivable to increase the thickness t 1 of the
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、トルクリプル、鉄損及び高調波の低減ができ、且つ、回転子が回転しても、回転子鉄心の外周溝部の底部からチップ部の外周までの連なり部分に応力が集中し難い回転電機の回転子及び回転電機を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to reduce torque ripple, iron loss and harmonics, and even if the rotor rotates, the bottom of the outer peripheral groove of the rotor core An object of the present invention is to provide a rotor of a rotating electrical machine and a rotating electrical machine in which stress is unlikely to concentrate on a continuous part from the outer periphery of the chip part to the outer periphery of the chip part.
本発明の回転電機の回転子は、回転子鉄心と、この回転子鉄心の外周部に周方向に一定の間隔を存して設けられた複数の磁石挿入孔部と、これらの磁石挿入孔部に夫々挿入固定された磁極形成用の永久磁石と、前記磁石挿入孔部の端部に前記回転子鉄心の外周との間にチップ部を形成するように設けられ、前記永久磁石の端部の磁束漏洩を制限するための逃げ孔部と、前記回転子鉄心の外周部に設けられ、前記磁極の中心に対して所定の角度を存する位置からチップ部近傍の位置までの所定の範囲を有する外周溝部と、前記回転子鉄心の外周部に前記外周溝部に連なるように設けられ、前記チップ部の外周をなすチップ溝部とを具備してなることを特徴としている(請求項1の発明)。 The rotor of the rotating electrical machine of the present invention includes a rotor core, a plurality of magnet insertion holes provided at a constant interval in the circumferential direction on the outer periphery of the rotor core, and these magnet insertion holes. Are formed so as to form a tip portion between the permanent magnet for magnetic pole formation inserted and fixed to each other and the outer periphery of the rotor core at the end of the magnet insertion hole. An escape hole for limiting magnetic flux leakage, and an outer periphery provided in an outer peripheral part of the rotor core and having a predetermined range from a position having a predetermined angle to the center of the magnetic pole to a position in the vicinity of the tip part A groove portion and a tip groove portion provided on the outer peripheral portion of the rotor core so as to be continuous with the outer peripheral groove portion and forming the outer periphery of the tip portion are provided (invention of claim 1).
又、本発明の回転電機は、固定子鉄心と、この固定子鉄心に着装されたコイルと、請求項1ないし3のいずれかに記載の回転子とを具備したことを特徴としている(請求項4の発明)。
According to another aspect of the present invention, there is provided a rotating electrical machine including a stator iron core, a coil attached to the stator iron core, and the rotor according to any one of
本発明によれば、回転子鉄心の外周部に、外周溝部に連なり、且つ、チップ部の外周をなすチップ溝部を設けたので、外周溝部でトルクリプル、鉄損及び高調波の低減が可能となると共に、外周溝部の底部からチップ部の外周までにかけての連なり部分の段差が小さくなるので、回転子の回転よって永久磁石による遠心力を受けても、この連なり部分での応力の集中を生じ難くすることができる。 According to the present invention, since the tip groove portion that is continuous with the outer peripheral groove portion and forms the outer periphery of the tip portion is provided in the outer peripheral portion of the rotor core, torque ripple, iron loss, and harmonics can be reduced at the outer peripheral groove portion. At the same time, since the level difference in the continuous portion from the bottom of the outer peripheral groove portion to the outer periphery of the tip portion is reduced, stress concentration at this continuous portion is less likely to occur even when the rotor is subjected to centrifugal force due to the rotation of the rotor. be able to.
以下、本発明の第1の実施形態を、図1及び図2を参照して説明する。
図2に本実施形態に係る回転電機1の固定子2及び固定子2の内周側に位置する回転子3の概略構成を示す。
固定子2は、固定子鉄心4に、複数相、例えば三相コイルたるU相コイル5、V相コイル6、W相コイル7が着装されて構成される。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
FIG. 2 shows a schematic configuration of the
The
固定子鉄心4は、複数枚の鋼板が積層されて一体的に結着されて形成された円環形状をなしている。そして、固定子鉄心4の内周面には、各相のコイル5,6,7を配設させるためのスロット8が複数個所、例えば48箇所に形成されている。
回転子3は、外径寸法がDである円環状の多数の珪素鋼板を積層してなる回転子鉄心11と、回転子鉄心11の内部に設けたれた回転軸12を有している。
The stator core 4 has an annular shape formed by stacking and integrally bonding a plurality of steel plates. On the inner peripheral surface of the stator core 4,
The
図1には、回転子鉄心11の外周部の一部が示されている。
回転子鉄心11の外周部には、外周に向かうに従って対向距離が順次大となる一対の磁石挿入孔部13,13が複数対、例えば八対、周方向に一定の間隔を存して設けられている(図1では一対図示)。この場合、一対の磁石挿入孔部13,13は、外周側からみてハ字形になっている。
FIG. 1 shows a part of the outer periphery of the
The outer periphery of the
これらの磁石挿入孔部13には、磁極形成用の永久磁石14が夫々挿入固定され、これにより、磁石挿入孔部13の両端部に逃げ孔部15,16が形成される。ここで、逃げ孔部15は、一対の永久磁石14,14間(磁極)の中心部分、即ち、固定子鉄心4側で生じた磁束が通り難い部分のd軸に近い側に位置し、逃げ孔部16は、外周側に位置する。この場合、近接する逃げ孔部15,15間にブリッジ部17が必然的に形成され、逃げ孔部16と回転子鉄心11の外周との間にチップ部18が必然的に形成される。尚、d軸と周方向に隣合うd軸との間にあって、固定子鉄心4側で生じる磁束の通り易い部分をq軸(図1参照)とする。
In these
逃げ孔部16から回転子鉄心11の外周部までの最短の長さ、即ち、チップ部18の厚さ寸法t1は、回転子3の回転によって永久磁石14による遠心力を受けても破損しない強度を有し、且つ、永久磁石14の端部の磁束漏洩が大きくならないように設定されている。
The shortest length from the
さて、回転子鉄心11の外周部には、永久磁石14に対応して深さ寸法がt2の底部を有し、その底部が回転子鉄心11と同心円をなす外周溝部21が形成されている。この外周溝部21の底部の範囲は、所定の角度(d軸に対して電気角φ1)を存する位置から、所定の角度(d軸に対して電気角φ2)を存する位置まで、即ち、d軸より離れる方向側(q軸側)に存するチップ部18近傍までの範囲である。電気角φ1に溝があると、トルクリプル及び鉄損の低減が可能となり、電気角φ2に溝があると、永久磁石103の磁束の立上がりが制限され、高調波の低減が可能となる(例えば、特許文献1参照)。この場合、電気角φ2は、例えば、d軸より離れる方向側(q軸側)に存するチップ部18近傍(q軸に最も近い永久磁石14の短尺の端面14aの延長線と回転子鉄心11の外周と交差する位置)と回転子鉄心11の中心とを結ぶ直線と、d軸とのなす角である。
Now, on the outer peripheral portion of the
そして、回転子鉄心11の外周部において、外周溝部21に連なるようにチップ溝部22が設けられている。チップ溝部22は、深さ寸法がt3の底部を有し、チップ部18の外周をなすように、逃げ孔部16の周方向の長さに対応した長さ分だけ周方向に延びている。このチップ溝部22の底部は、回転子鉄心11と同心円をなしている。
ここで、チップ溝部22の深さ寸法t3は、外周溝部21の深さ寸法t2と同じであり(t2=t3)、外周溝部21とチップ溝部22との連なり部分23では、段差が無い形状になる。
A
Here, the depth dimension t 3 of the
次に、回転子3の作用及び効果について説明する。
上記構成の回転子3には、磁束の通り難い部分のd軸と、磁束の通り易い部分のq軸とが形成される(所謂磁気的凹凸が形成される)ので、これらd軸及びq軸と、固定子2との空隙部分で、固定子2に着装されたコイル5,6,7に電流を流すことにより蓄えられる磁気エネルギーが異なり、この磁気エネルギーの変化によりトルクが発生する。又、回転子3の回転子鉄心11には、永久磁石14が設けられているので、永久磁石14と固定子2の磁極との間の磁気吸引力及び磁気反発力によってもトルクは発生する。これにより、回転子3が回転するようになる。
Next, the operation and effect of the
In the
このような本実施形態によれば、チップ部18が形成されることにより、回転子3の回転によって永久磁石14による遠心力を受けても破損しない強度を有し、且つ、永久磁石14の端部の磁束漏洩を制限することができる。又、外周溝部21を形成することにより、トルクリプル、鉄損及び高調波の低減が可能となる。
According to the present embodiment, by forming the
そして、回転子鉄心11の外周部に、外周溝部21に連なり、且つ、チップ部18の外周をなすチップ溝部22を設け、このチップ溝部22の深さ寸法t3を、外周溝部21の深さ寸法t2と同じにしたので、外周溝部21の底部からチップ部18の外周(チップ溝部22)にかけての連なり部分23は、段差の形状をなさず、回転子3の回転によって永久磁石14による遠心力を受けても、この連なり部分23に応力が集中し難くなる。
A
次に、本発明の第2の実施形態の回転子を、図3を参照して説明する。尚、上記第1の実施形態と同様な一部分には同符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図3には、本発明の第2の実施形態の回転子を構成する回転子鉄心31の一部が示されている。外径寸法がDである回転子鉄心31の外周部に第1の実施形態と同様の、チップ部32、外周溝部33及びチップ溝部34が形成されている。ここで、チップ溝部34の深さ寸法t4は、外周溝部33の深さ寸法t2よりも小さく設定されている。又、外周溝部33は、回転子鉄心31の中心を挟んで対称の位置にある。即ち、回転子鉄心31のチップ溝部34の底部の外径寸法(D−2×t4)は、外周溝部33の底部の外径寸法(D−2×t2)より大に設定されている。尚、チップ部32の厚さ寸法t1及び外周溝部33の深さ寸法t2は第1の実施形態と同じ寸法であり、磁石挿入孔部13の位置は、第1の実施形態の位置よりもt3−t4の長さ分だけ、外周側に位置している。
Next, a rotor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as the said 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.
FIG. 3 shows a part of the
この構成により、外周溝部33からチップ溝部34にかけての連なり部分35は、従来の連なり部分109(図6参照)よりも小さい段差の形状になる。従って、回転子鉄心31の外周部の連なり部分35にかかる応力の集中を、従来の回転子鉄心101の外周部の連なり部分109にかかる応力の集中よりも、低減することができる。
With this configuration, the
次に、本発明の第3の実施形態の回転子を、図4を参照して説明する。尚、上記第1及び第2の実施形態と同様な一部分には同符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図4には、本発明の第3の実施形態の回転子を構成する回転子鉄心41の一部が示されている。外径寸法がDである回転子鉄心41の外周部には、第1の実施形態と同様に、チップ部42、外周溝部43及びチップ溝部44が形成されている。ここで、チップ溝部44の深さ寸法t5は、外周溝部43の深さ寸法t2よりも大きく設定されている。又、外周溝部43は、回転子鉄心41の中心を挟んで対称の位置にある。即ち、チップ溝部44の底部の外径寸法(D−2×t5)は、外周溝部43の底部の外径寸法(D−2×t2)より小に設定されている。尚、チップ部42の厚さ寸法t1及び外周溝部43の深さ寸法t2は第1の実施形態と同じ寸法であり、磁石挿入孔部13の位置は、第1の実施形態の位置よりもt5−t3の長さ分だけ、内周側に位置している。
Next, a rotor according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to the said 1st and 2nd embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.
FIG. 4 shows a part of a
第3の実施形態の回転子においても、外周溝部43からチップ溝部44にかけての連なり部分45は、従来の連なり部分109よりも小さい段差となり、第2の実施形態の回転子と同様の作用効果を奏する。
Also in the rotor of the third embodiment, the
次に、本発明の第4の実施形態の回転子を、図5を参照して説明する。尚、上記第1の実施形態と同様な一部分には同符号を付し、その詳細な説明は省略する。
第4の実施形態は、回転子の外径寸法がDである回転子鉄心51の外周部に設けられる磁石挿入孔部52及び永久磁石53の形状及び配置が、上記第1の実施形態と異なる。即ち、本実施形態の磁石挿入孔部52は、回転子鉄心51のd軸に対応する箇所、本実施形態では8箇所に形成されている。この磁石挿入孔部52には、永久磁石53が挿入固定されている。この場合、永久磁石53の長尺方向の辺の一方が回転子鉄心51の外周と近接するように対向配置され、永久磁石53の長尺方向の辺の中心がd軸と一致して配置されている。又、永久磁石53の両端面53a,53aの延長線と回転子鉄心51の外周の交点部分が電気角φ2になるように、永久磁石53の大きさが設定されている。尚、図示はしないが、d軸と周方向に隣合うd軸との間にあって、固定子鉄心4側で生じた磁束の通り易い部分をq軸とする。
Next, a rotor according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as the said 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.
The fourth embodiment is different from the first embodiment in the shape and arrangement of the
この磁石挿入孔部52に永久磁石53が挿入固定されると、永久磁石53の両端部に逃げ孔部54,54が形成され、回転子鉄心51の外周部において、逃げ孔部54と回転子鉄心52の外周との間にチップ部55が必然的に形成される。又、回転子鉄心51の外周部には、電気角φ1を存する位置から電気角φ2までの範囲の底部を有する外周溝部56が形成され、この外周溝部56に連なるようにチップ部55の外周にチップ溝部57が形成されている。これにより、外周溝部56からチップ溝部57にかけての連なり部分58には、段差が形状されなくなる。尚、チップ部55の厚さ寸法t1、外周溝部56の深さ寸法t2及びチップ溝部57の深さ寸法t3は、第1の実施形態と同じである。
When the
上記構成の回転子(回転子鉄心51)には、上述したように、永久磁石53の長尺方向の辺の中心を通ようにd軸が形成され、又、周方向に隣合うd軸間にq軸が形成される(所謂磁気的凹凸が形成される)ので、第1の実施形態と同様に、トルクが発生する。又、回転子鉄心51には、永久磁石53が設けられているので、永久磁石53と固定子2(図2参照)の磁極との間の磁気吸引力及び磁気反発力によってもトルクは発生する。
又、外周溝部56に連なるようにチップ溝部57を形成したので、第4の実施形態の回転子においても、第1の実施形態の回転子と同様の効果を奏する。
As described above, the rotor (rotor core 51) having the above-described configuration is formed with the d-axis passing through the center of the long side of the
Further, since the
尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されず、次のような変形、拡張が可能である。
第4の実施形態の回転電機の回転子のチップ溝部の外径寸法を、第2の実施形態のチップ溝部の深さ寸法と同様にして、外周溝部の底部の外径寸法より大に設定しても良い。或いは、第3の実施形態のチップ溝部の深さ寸法と同様にして、外周溝部の底部の外径寸法より小に設定しても良い。
又、本発明の回転電機の回転子及び回転電機は、三相コイルに適用して説明したが、三相コイル以外の複数相のコイルにも適用できる。更に、上記した構成部品の寸法等についても、適宜変更することができる。
The present invention is not limited to the embodiment described above and shown in the drawings, and the following modifications and expansions are possible.
The outer diameter dimension of the tip groove portion of the rotor of the rotating electrical machine of the fourth embodiment is set larger than the outer diameter dimension of the bottom portion of the outer peripheral groove portion in the same manner as the depth dimension of the chip groove portion of the second embodiment. May be. Alternatively, it may be set smaller than the outer diameter dimension of the bottom part of the outer peripheral groove part in the same manner as the depth dimension of the chip groove part of the third embodiment.
In addition, the rotor and the rotating electrical machine of the rotating electrical machine of the present invention have been described as applied to a three-phase coil, but can be applied to a plurality of coils other than the three-phase coil. Furthermore, the dimensions and the like of the component parts described above can be changed as appropriate.
図面中、1は回転電機、3は回転子、4は固定子鉄心、5はU相コイル、6はV相コイル、7はW相コイル、11,31,41,51は回転子鉄心、13,52は磁石挿入孔部、14,53は永久磁石、15,16,54は逃げ孔部、18,32,42,55はチップ部、21,33,43,56は外周溝部、22,34,44,57はチップ溝部を示す。 In the drawings, 1 is a rotating electrical machine, 3 is a rotor, 4 is a stator core, 5 is a U-phase coil, 6 is a V-phase coil, 7 is a W-phase coil, 11, 31, 41, and 51 are rotor cores, 13 , 52 are magnet insertion holes, 14, 53 are permanent magnets, 15, 16, 54 are escape holes, 18, 32, 42, 55 are tip parts, 21, 33, 43, 56 are outer circumferential groove parts, 22, 34 , 44 and 57 indicate chip groove portions.
Claims (4)
この回転子鉄心の外周部に周方向に一定の間隔を存して設けられた複数の磁石挿入孔部と、
これらの磁石挿入孔部に夫々挿入固定された磁極形成用の永久磁石と、
前記磁石挿入孔部の端部に前記回転子鉄心の外周との間にチップ部を形成するように設けられ、前記永久磁石の端部の磁束漏洩を制限するための逃げ孔部と、
前記回転子鉄心の外周部に設けられ、前記磁極の中心に対して所定の角度を存する位置からチップ部近傍の位置までの所定の範囲を有する外周溝部と、
前記回転子鉄心の外周部に前記外周溝部に連なるように設けられ、前記チップ部の外周をなすチップ溝部とを具備してなる回転電機の回転子。 The rotor core,
A plurality of magnet insertion holes provided at a constant interval in the circumferential direction on the outer periphery of the rotor core;
Permanent magnets for magnetic pole formation inserted and fixed in these magnet insertion holes, respectively,
Provided to form a tip portion between the end of the magnet insertion hole and the outer periphery of the rotor core, a relief hole for limiting magnetic flux leakage at the end of the permanent magnet,
An outer peripheral groove portion provided on an outer peripheral portion of the rotor core and having a predetermined range from a position having a predetermined angle with respect to a center of the magnetic pole to a position in the vicinity of the tip portion;
A rotor of a rotating electrical machine comprising a tip groove portion provided on an outer peripheral portion of the rotor core so as to be continuous with the outer peripheral groove portion and forming an outer periphery of the tip portion.
この固定子鉄心に着装されたコイルと、
請求項1ないし3のいずれかに記載の回転子とを具備したことを特徴とする回転電機。 A stator core,
A coil mounted on the stator core;
A rotating electrical machine comprising the rotor according to claim 1.
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