JP2008312318A - Rotor of rotary electric machine, and rotary 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.
電気自動車やハイブリット車などの車両用モータには、埋込み型永久磁石モータや永久磁石式リラクタンスモータ等の回転電機が使用されている。これらの回転電機に使用される回転子は、磁極を構成する複数の永久磁石が回転子鉄心の磁石挿入孔部に夫々挿入されて構成されている(例えば、特許文献1参照)。
一般に、電気自動車やハイブリット車などの車両用回転電機には、トルクリプルの低減が求められている。トルクリプルは、出力トルクの変動分を、平均トルクに対する百分率で示すものであり、このトルクリプルが大きいほど、回転電機の騒音、振動が大きくなることは知られている。
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、トルクリプルが低減された回転電機の回転子及び回転電機を提供することである。
In general, rotating electric machines for vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles are required to reduce torque ripple. The torque ripple indicates the fluctuation amount of the output torque as a percentage with respect to the average torque. It is known that the noise and vibration of the rotating electrical machine increase as the torque ripple increases.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a rotor of a rotating electrical machine and a rotating electrical machine with reduced torque ripple.
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所定の間隔を存して配置され、磁極を構成する複数の永久磁石とを備え、前記回転子鉄心の磁極部分の外周部は、前記磁極の中心から周方向に向かうに従って固定子との間のギャップが連続して大になる形態に構成されていることを特徴としている(請求項1の発明)。
又、本発明の回転電機は、固定子と、この固定子の界磁空間に配置された請求項1又は2記載の回転子とを具備してなることを特徴としている(請求項3の発明)。
A rotor of a rotating electrical machine according to the present invention includes a rotor core, and a plurality of permanent magnets that are arranged at a predetermined interval in the circumferential direction on an outer peripheral portion of the rotor core and constitute magnetic poles. The outer peripheral portion of the magnetic pole portion of the core is characterized in that the gap between the stator and the stator continuously increases in the circumferential direction from the center of the magnetic pole (claim 1). invention).
A rotating electrical machine according to the present invention comprises a stator and the rotor according to
本発明は、回転子の回転子鉄心の磁極部分の外周部が、磁極の中心から周方向に向かうに従って固定子との間のギャップが連続して大になる形態に構成されているので、磁極からの磁束の立ち上がりがなだらかになり、トルクリプルの低減ができる。 In the present invention, the outer peripheral portion of the magnetic pole portion of the rotor core of the rotor is configured so that the gap between the stator and the stator continuously increases from the center of the magnetic pole toward the circumferential direction. As a result, the rise of the magnetic flux from the coil becomes smooth, and the torque ripple can be reduced.
以下、本発明を電気自動車、ハイブリット車等の車両に搭載された車両用回転電機に適用した第1の実施形態を、図1乃至図3を参照して説明する。
図2には、本実施形態に係る回転電機1を構成する固定子2と、この固定子2の界磁空間、例えば固定子2の内周側に位置された回転子3とが概略的に示されている。
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 in which the present invention is applied to a rotating electrical machine for a vehicle mounted on a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
FIG. 2 schematically shows a
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、三相のコイル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、各コイル5,6,7は6スロット毎に巻回され、全体として8極形成されている。
回転子3は、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
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、周方向に所定の間隔を存して設けられている(図1ではそのうちの一部を拡大して図示)。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、磁極を構成する永久磁石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間の磁極部分、即ち、固定子鉄心4側で生じた磁束が通り難い部分に位置し、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の外周面との間にチップ部18が必然的に形成される。チップ部18は、漏洩磁束の低減のために、回転子鉄心11の径方向の厚さ寸法は短く設定されている。
さて、回転子鉄心11の各磁極部分の外周部には、磁極の中心から周方向に向かうに従って固定子2との間のギャップが連続して大になる形態の一対の外周溝部21,21が構成されている。
一対の外周溝部21,21の形状について図1を参照して説明する。尚、一対の外周溝部21,21は、磁極に対応して形成されており、本実施形態では、回転子鉄心11の周方向に八対形成されている。そのため、一対の外周溝部21,21についてのみ説明し、他の外周溝部21の説明は省略する。
Now, a pair of outer
The shape of a pair of outer
同図において、回転子鉄心11の中心をC1、回転子鉄心11の半径をROで示す。又、中心C1から磁極の中心に沿って径方向へ任意の距離Dずれた位置をC2とし、回転子鉄心11の外周面の磁極の中心の位置をC3とすると、位置C2から位置C3の寸法RDは、RD=RO−Dで示される。そして、外周溝部21と固定子2との間のギャップが最小になる回転子1側の位置は、上記のように、回転子鉄心11の外周面の磁極の中心にあたる位置C3である。ここで、固定子2に対する磁極の中心におけるギャップの寸法、即ち、外周溝部21の位置C3と固定子2との間の最小ギャップの寸法をgoで示す。
In the figure, the center of the
一方、一対の外周溝部21,21の外径の形状は、中心が位置C2で半径RDの円弧形状をなし、円弧部分の中心が位置C3と一致し、位置C3を中心に左右方向(周方向両側)に外周溝部21が夫々形状されている。従って、この位置C3では、回転子鉄心11の外周円(半径RO)と、位置C2を中心にした半径RDの円弧部分とが接している。
On the other hand, the outer diameter shape of the pair of outer
各外周溝部21の端部のうちの磁極の中心から離れる方向に位置する端部は、磁極の中心と隣の磁極の中心との中間にあたる位置C4まで延びており、この位置C4では、外周溝部21の位置C4と固定子2との間のギャップは最大になる。この最大ギャップの寸法、即ち、この外周溝部21の位置C4と固定子2との間の最大ギャップの寸法をgmで示す。
Of the end portions of each outer
次に、ギャップの寸法go,gmと、トルクリプルとの関係を確認するために、本発明者は、磁界解析を行なった。トルクリプルは、出力トルクの変動分を、平均トルクに対する百分率で示すものである。磁界解析は、有限要素法により、電圧等の特性を計算によって求めるものであり、一般に市販されている電磁界解析ソフトを用いた。 Next, in order to confirm the relationship between the gap dimensions go and gm and the torque ripple, the inventor conducted a magnetic field analysis. The torque ripple indicates the fluctuation amount of the output torque as a percentage with respect to the average torque. In the magnetic field analysis, characteristics such as voltage are obtained by calculation using a finite element method, and commercially available electromagnetic field analysis software is used.
磁界解析では、寸法RDの値を変化(距離Dを変化)させて、最大ギャップの寸法gmを変化させた。そして、最小ギャップの寸法goと最大ギャップの寸法gmとの比(gm/go)を異にして、トルクリプルの値を計算で算出した。その結果を図3に示す。同図中の横軸は、比(gm/go)を示し、縦軸はトルクリプルの値を示している。尚、回転電機においては、一般に、トルクリプルは低い次数(電気角)ほど大きくて、騒音、振動の問題になりやすい。本実施形態においては、回転電機1は8極48スロットであり、この場合のトルクリプルは、最も低い次数が6次(電気角)であるので、6次のトルクリプルの値を計算した。
In the magnetic field analysis, the value of the dimension RD was changed (the distance D was changed), and the dimension gm of the maximum gap was changed. The torque ripple value was calculated by changing the ratio (gm / go) between the minimum gap dimension go and the maximum gap dimension gm. The result is shown in FIG. In the figure, the horizontal axis indicates the ratio (gm / go), and the vertical axis indicates the torque ripple value. In a rotating electrical machine, the torque ripple is generally larger as the order is lower (electrical angle), which is likely to cause noise and vibration problems. In the present embodiment, the rotating
従来の一般的な回転子の外周部には、外周溝部21が設けられていないため、最小ギャップの寸法goと最大ギャップの寸法gmは同じ値であり、比(gm/go)は1である。その場合のトルクリプルの値は約1.5%であった。
Since the outer
最大ギャップの寸法gmを大きくして比(gm/go)を1より大きくすると、トルクリプルの値は減少し、比(gm/go)が2のときに最小となり、その値は約0.4%であった。引き続き比(gm/go)を大きくすると、トルクリプルの値は増加した。そして、比(gm/go)が6を超えたところで、比(gm/go)が1である従来の回転子1のトルクリプルの値と同等になった。更に、比(gm/go)を大きくすると共に、トルクリプルの値も増加した。
Increasing the maximum gap dimension gm and making the ratio (gm / go) greater than 1 decreases the torque ripple value, which is minimized when the ratio (gm / go) is 2, which is about 0.4%. Met. When the ratio (gm / go) was continuously increased, the torque ripple value increased. When the ratio (gm / go) exceeded 6, the torque ripple value of the
これにより、比(gm/go)が1より大きく6までの範囲では、従来の回転子よりもトルクリプルを低減することができる。更に、比(gm/go)が1.5〜4.0の範囲であると、従来の回転子の比(gm/go)が1の場合に対して、トルクリプルを半減させることができる。比(gm/go)が2の場合に最もトルクリプルを低減することができる。 Thereby, torque ripple can be reduced as compared with the conventional rotor in the range where the ratio (gm / go) is larger than 1 and up to 6. Further, when the ratio (gm / go) is in the range of 1.5 to 4.0, the torque ripple can be halved compared to the case where the ratio (gm / go) of the conventional rotor is 1. When the ratio (gm / go) is 2, the torque ripple can be reduced most.
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
Since the
本実施形態によれば、回転子3の回転子鉄心11の磁極部分の外周部が、磁極の中心から周方向に向かうに従って固定子2との間のギャップが連続して大になる形態に構成されているので、磁極からの磁束の立ち上がりがなだらかになり、トルクリプルの低減ができる。
According to the present embodiment, the outer peripheral portion of the magnetic pole portion of the
そして、最小ギャップの寸法goと最大ギャップの寸法gmとの比(gm/go)を1より大きく、比(gm/go)が6までの範囲にすると、従来の回転子よりもトルクリプルを低減することができる。更に、比(gm/go)が1.5〜4.0の範囲であると、従来の回転子の比(gm/go)が1の場合に対して、トルクリプルを半減させることができる。比(gm/go)が2の場合に、最もトルクリプルを低減できる。 When the ratio (gm / go) between the minimum gap dimension go and the maximum gap dimension gm is larger than 1 and the ratio (gm / go) is in the range up to 6, the torque ripple is reduced more than that of the conventional rotor. be able to. Further, when the ratio (gm / go) is in the range of 1.5 to 4.0, the torque ripple can be halved compared to the case where the ratio (gm / go) of the conventional rotor is 1. When the ratio (gm / go) is 2, the torque ripple can be reduced most.
次に、本発明の第2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2の実施形態では、回転子3の磁石挿入孔部31及び永久磁石32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31は、第1の実施形態の1対の磁石挿入孔部13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。磁石挿入孔部31は、回転子鉄心11の軸方向に延びて断面が矩形状をなし、矩形状の長手方向の一辺が回転子鉄心11の外周面に略対向して配置されている。この磁石挿入孔部31には、永久磁石32が挿入固定されている。
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.
In 2nd Embodiment, the shape and arrangement | positioning of the
磁石挿入孔部31に永久磁石32が挿入固定されると、永久磁石32の両端部に逃げ孔部33,33が形成され、回転子鉄心11の外周部において、逃げ孔部33,33は、位置C4に近接した位置にある。
第2の実施形態の回転子3においても、第1の実施形態の回転子3と同様の作用効果を奏する。
When the
Also in the
次に、本発明の第3の実施形態の回転子を、図5,6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3の実施形態では、図5,6に示すように、回転子3の外周部の形状が、上記第1の実施形態と異なる。即ち、第3の実施形態の外周溝部41が第1の実施形態の外周溝部21と異なる。
Next, a rotor according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 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.
In 3rd Embodiment, as shown to FIG.5, 6, the shape of the outer peripheral part of the
一対の外周溝部41,41の外径の形状は、中心が位置C2で半径RDの円弧形状をなし、円弧部分の中心が位置C3と一致し、位置C3を中心に左右方向(周方向両側)に外周溝部41が夫々形状されている。
The shape of the outer diameter of the pair of outer
ここで、外周溝部41の端部のうちの磁極の中心から離れる方向に位置する端部は、磁極の中心と、隣の磁極の中心との中間にあたる位置C4まで延びておらず、位置C4よりやや磁極の中心側の位置C5で、最大のギャップgmになっている。そして、位置C4では、外周溝部41と固定子2との間のギャップが最小になっており、その最小ギャップの寸法はgoである。即ち、回転子鉄心11の外周部で、一対の永久磁石14のうちの一方と、その一対の永久磁石14の隣に位置する一対の永久磁石14のうちの近接している一方との間に、固定子2側に突出する凸状の突極部42が形成された形状になる。尚、突極部42は、図5に示すように、回転子鉄心11の周方向に8箇所形成されている。
Here, the end located in the direction away from the center of the magnetic pole in the end of the outer
上記構成の回転子3においても、第1の実施形態の場合と同様にトルクリプルの低減ができる。
又、回転子3の回転子鉄心11に永久磁石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トルクが発生し、更に、磁束の通り難い部分と、磁束の通り易い部分(突極部42)とが形成される(所謂磁気的凹凸が形成される)ので、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、それらの部分で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リラクタンストルクが容易に発生できる。
In the
Further, since the
次に、本発明の第4の実施形態の回転子を、図7を参照して説明する。尚、上記第3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の実施形態では、図7に示すように、回転子3の磁石挿入孔部51及び永久磁石52の形状及び配置が、上記第3の実施形態と異なる。即ち、本実施形態の磁石挿入孔部51は、第3の実施形態の一対の磁石挿入孔部13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。磁石挿入孔部51は、回転子鉄心11の軸方向に延びて断面が矩形状をなし、矩形状の長手方向の一辺が回転子鉄心11の外周面に略対向して配置されている。この磁石挿入孔部51には、永久磁石52が挿入固定されている。
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 3rd Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 7, the shapes and arrangements of the
磁石挿入孔部51に永久磁石52が挿入固定されると、永久磁石52の両端部に逃げ孔部53,53が形成され、回転子鉄心11の外周部において、逃げ孔部53,53は、位置C5,C5に近接した位置にある。
第4の実施形態の回転子3においても、第3の実施形態の回転子3と同様の作用効果を奏する。
When the
Also in 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1乃至第4の実施形態の回転電機の回転子の外周溝部は、円弧形状であったが、直線状でも良い。
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。
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 peripheral groove portion of the rotor of the rotating electrical machine according to the first to fourth embodiments has an arc shape, but may have a linear shape.
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.
図面中、1は回転電機、2は固定子、3は回転子、11は回転子鉄心、14,32,52は永久磁石を示す。 In the drawings, 1 is a rotating electrical machine, 2 is a stator, 3 is a rotor, 11 is a rotor core, and 14, 32 and 52 are permanent magnets.
Claims (3)
この回転子鉄心の外周部に周方向に所定の間隔を存して配置され、磁極を構成する複数の永久磁石とを備え、
前記回転子鉄心の磁極部分の外周部は、前記磁極の中心から周方向に向かうに従って固定子との間のギャップが連続して大になる形態に構成されていることを特徴とする回転電機の回転子。 The rotor core,
A plurality of permanent magnets that are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction on the outer peripheral portion of the rotor core and constitute magnetic poles;
An outer peripheral portion of a magnetic pole portion of the rotor core is configured in a form in which a gap between the rotor and the stator continuously increases in the circumferential direction from the center of the magnetic pole. Rotor.
この固定子の界磁空間に配置された請求項1又は2記載の回転子とを具備してなることを特徴とする回転電機。 A stator,
A rotating electrical machine comprising the rotor according to claim 1 or 2 disposed in a field space of the stator.
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