JP2013162557A

JP2013162557A - Electric rotary machine

Info

Publication number: JP2013162557A
Application number: JP2012020225A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Aoyama; 真大青山
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2012-02-01
Filing date: 2012-02-01
Publication date: 2013-08-19

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric rotary machine capable of high quality rotary driving with excellent durability by effectively reducing demagnetization of a permanent magnet.SOLUTION: An electric rotary machine includes a stator 11 having a plurality of teeth 15 facing a rotor 12, and a plurality of slots 18 as spaces each for winding a coil around the teeth, the rotor having a pair of permanent magnets 16 for applying magnetic force to the teeth, the magnets being embedded in the rotor in a V shape. When a pair of the permanent magnets in the rotor, corresponding to six slots in the stator, is defined as one magnetic pole, there are formed adjustment grooves 21 in the middle of magnetic paths of magnetic fluxes produced by supplying power to the coil, the magnetic fluxes flowing to demagnetization regions A1 produced in the permanent magnets, as magnetic resistance increasing regions for increasing magnetic resistance, the grooves including deepest portions 21a positioned 56° (an electrical angle) equally away from a d-axis passing through the center of the one magnetic pole in forward and backward directions, so that a width of each of the grooves is equal to that of each of facing teeth.

Description

本発明は、電動回転機に関し、詳しくは、耐久性の高い高品質な回転駆動を実現したものに関する。 The present invention relates to an electric rotating machine, and more particularly, to an electric rotating machine that realizes a high-quality rotating drive with high durability.

各種装置に搭載する電動回転機には、搭載装置に応じた特性が要求されることになり、例えば、駆動源として内燃機関と共にハイブリッド自動車（Hybrid Electric Vehicle）に搭載されたり、単独の駆動源として電気自動車（Electric Vehicle）に搭載される、駆動用モータの場合には、低回転域で大トルクを発生するのと同時に、広い可変速特性を備えることが要求される。 Electric rotating machines mounted on various devices are required to have characteristics corresponding to the mounted devices. For example, they are mounted on a hybrid electric vehicle with an internal combustion engine as a driving source, or as a single driving source. In the case of a drive motor mounted on an electric vehicle (Electric Vehicle), it is required to have a wide variable speed characteristic at the same time as generating a large torque in a low rotation range.

このような特性を有する電動回転機としては、マグネットトルクと共に、リラクタンストルクを効果的に利用可能な構造を採用するのが有効であり、外周面側に向かって開くＶ字型になるように、磁力の強い永久磁石を回転子内に埋め込む、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）構造を採用することが提案されている（例えば、特許文献１）。
特に、ハイブリッド自動車や電気自動車には、搭載空間の制約と共に、近年のエネルギ効率（燃費）の向上の要求に伴って、軽量化と同時に小型化による高エネルギ密度出力が可能な電動回転機が求められていることから、残留磁束密度の高いネオジム磁石（Neodymium magnet）が埋め込み永久磁石として多用されている。 As an electric rotating machine having such characteristics, it is effective to adopt a structure that can effectively use reluctance torque together with magnet torque, so that it becomes a V shape that opens toward the outer peripheral surface side, It has been proposed to adopt an IPM (Interior Permanent Magnet) structure in which a permanent magnet having a strong magnetic force is embedded in a rotor (for example, Patent Document 1).
In particular, hybrid vehicles and electric vehicles are required to have an electric rotating machine that is capable of high energy density output through weight reduction and miniaturization in response to the recent demand for improved energy efficiency (fuel consumption) as well as restrictions on mounting space. Therefore, neodymium magnets with high residual magnetic flux density are frequently used as embedded permanent magnets.

このネオジム磁石は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂを主組成とする希土類（レアアース）磁石であり、高価であるとともに、保磁力が低く高温になると不可逆減磁をしてしまい耐熱性に問題がある。この問題を解消するために、ジスプロシウム（Ｄｙ）やテルビウム（Ｔｂ）を添加することにより保磁力を向上させることが検討されているが、これら添加材も極めて局所に偏在する稀少で高価な希土類であることから、コストが増加してしまうという課題がある。 This neodymium magnet is a rare earth (rare earth) magnet mainly composed of Nd—Fe—B, is expensive, and has a problem in heat resistance due to irreversible demagnetization at low temperatures and low coercive force. In order to solve this problem, it has been studied to improve the coercive force by adding dysprosium (Dy) or terbium (Tb), but these additives are also rare and expensive rare earths that are unevenly distributed locally. Therefore, there is a problem that the cost increases.

このような課題を解決するために各種提案がなされており、例えば、材料的な観点から、ジスプロシウムやテルビウムに追加する添加剤と共に製造方法の検討をすることにより、高価なジスプロシウムやテルビウムの使用量を抑えつつ残留磁束密度の減少（不可逆減磁）を抑制するとともに、保磁力を増加させる高性能な結晶体磁石が提案されている（特許文献２）。 Various proposals have been made to solve such problems. For example, from the viewpoint of materials, the amount of expensive dysprosium and terbium used can be determined by examining the production method together with additives added to dysprosium and terbium. There has been proposed a high-performance crystalline magnet that suppresses a decrease in residual magnetic flux density (irreversible demagnetization) while suppressing coercivity and increases coercive force (Patent Document 2).

この材料的な改善以外にも構造的な観点からの改善の要望もあり、構造的な第１の改善としては、例えば、永久磁石を回転子の外周面側と内部側との２領域に区分けして、減磁され易い領域を含む回転子の外周面側を保磁力の高い高価な材料からなる領域にするとともに、内部側は通常の領域にすることにより、高価な材料の使用量を少なくしてコストの大幅な増加を防止することが提案されている（特許文献３）。しかしながら、減磁は、永久磁石における回転子の外周面側の両端側角部に生じる程度であり、保磁力を増加させる領域を永久磁石の片面全面側に設定する必要はなく、必要以上の保磁力の増強を図ることに起因して十分なコスト削減を達成することができない。 In addition to this material improvement, there is also a demand for improvement from a structural point of view. As a first structural improvement, for example, the permanent magnet is divided into two regions, the outer peripheral surface side and the inner side of the rotor. Thus, the outer peripheral surface side of the rotor including the region that is easily demagnetized is made a region made of an expensive material having a high coercive force, and the inside side is made a normal region, thereby reducing the amount of expensive material used. Thus, it has been proposed to prevent a significant increase in cost (Patent Document 3). However, demagnetization occurs only at the corners on both ends of the permanent magnet on the outer peripheral surface side of the rotor, and it is not necessary to set a region for increasing the coercive force on the entire surface of one side of the permanent magnet, and it is more than necessary. A sufficient cost reduction cannot be achieved due to the enhancement of the magnetic force.

また、他の構造的な第２の改善としては、永久磁石の両端側に固定部材として配置されている樹脂内に磁性材料からなる短絡磁路を形成することにより、反磁界を形成して減磁抑制を図ることが提案されている（特許文献４）。しかしながら、樹脂内の短絡磁路は、幅が狭く容易に磁気飽和してしまうことから、ある程度の磁束密度で透磁率が低下してしまい短絡磁路として機能しなくなってしまう。この機能を確保するために、短絡磁路の幅を広くすると、漏れ磁束が増加してトルクに寄与する有効磁束量が減少してしまうとともに、回転子内に組み込んで永久磁石に着磁させる際に、着磁磁束の短絡路として機能してしまい、局所的に着磁率の低い領域が発生して減磁発生要因となってしまう。 As another structural improvement, a demagnetizing field is formed and reduced by forming a short-circuit magnetic path made of a magnetic material in the resin disposed as a fixing member on both ends of the permanent magnet. It has been proposed to suppress magnetism (Patent Document 4). However, since the short-circuit magnetic path in the resin is narrow and easily magnetically saturated, the magnetic permeability decreases at a certain magnetic flux density and does not function as a short-circuit magnetic path. In order to ensure this function, if the width of the short-circuit magnetic path is widened, the amount of effective magnetic flux that contributes to torque decreases due to an increase in leakage magnetic flux. In addition, it functions as a short circuit for the magnetized magnetic flux, and a region having a low magnetization rate is generated locally, which causes demagnetization.

また、構造的な第３の改善としては、減磁し易い永久磁石の両端側の磁化方向の厚さを厚くして減磁に対する耐性を向上させることが提案されている（特許文献５）。しかしながら、磁石の体積を大きくすることからコストの増加となる。また、着磁時には、両端側の磁化方向に厚い箇所で磁石と接している透磁率の高い内部側の領域に、着磁磁束が集中して（流れてしまい）十分に着磁できない領域ができるなど、思ったほどの効果を得ることができない。また、永久磁石を凹形状に形成することから、一体ものに成形する場合には、加工コストが掛かってしまう、という問題もある。 As a third structural improvement, it has been proposed to increase the resistance to demagnetization by increasing the thickness in the magnetization direction on both ends of a permanent magnet that is easily demagnetized (Patent Document 5). However, since the volume of the magnet is increased, the cost is increased. In addition, when magnetizing, there is a region where the magnetized magnetic flux is concentrated (flows) and cannot be sufficiently magnetized in the high permeability internal region that is in contact with the magnet at thick portions in the magnetization direction on both ends. I cannot get the effect I expected. In addition, since the permanent magnet is formed in a concave shape, there is a problem in that processing costs are required when the permanent magnet is formed into one piece.

その一方で、このＩＰＭ構造を採用する電動回転機（モータ）にあっては、回転子内に永久磁石をＶ字型になるように埋め込んでｑ軸磁路を確保することによりリラクタンストルクを有効活用可能にすることから、この電動回転機におけるリラクタンストルクの比率がマグネットトルクよりも大きくなり、また、Ｖ字に永久磁石を埋め込んだ回転子におけるｑ軸とｄ軸のインダクタンス比（Ｌｑ／Ｌｄ）の突極比も大きくなって磁束波形に空間高調波が重畳し易くなる。なお、ｄ軸は、磁極が作る磁束の方向、すなわち、Ｖ字の永久磁石間の中心軸となり、ｑ軸は、そのｄ軸と電気的・磁気的に直交する、隣接する磁極（永久磁石）間の中心軸となる。 On the other hand, in an electric rotating machine (motor) that adopts this IPM structure, reluctance torque is effectively achieved by embedding a permanent magnet in the rotor so as to be V-shaped and securing a q-axis magnetic path. Since it can be utilized, the ratio of the reluctance torque in this electric rotating machine becomes larger than the magnet torque, and the inductance ratio (Lq / Ld) of the q axis and d axis in the rotor in which the permanent magnet is embedded in the V shape. As a result, the salient pole ratio increases, and spatial harmonics are easily superimposed on the magnetic flux waveform. The d-axis is the direction of the magnetic flux created by the magnetic pole, that is, the central axis between the V-shaped permanent magnets, and the q-axis is an adjacent magnetic pole (permanent magnet) that is electrically and magnetically orthogonal to the d-axis. It becomes the central axis between.

このため、このような電動回転機では、トルクの変動幅であるトルクリプル（torqｕe ripple）が増加してしまう。そして、このトルクリプルの増加は、電動回転機の振動や電磁騒音の増加原因になり、そのうちの電磁騒音は、内燃機関の駆動に起因する騒音よりも比較的周波数帯が高く、電動回転機を搭載する車両の乗員にとって不快な音になることから、できるだけ低減するのが好ましい。 For this reason, in such an electric rotating machine, torque ripple (torque ripple) which is a fluctuation range of torque increases. This increase in torque ripple causes an increase in vibration and electromagnetic noise of the electric rotating machine. Among these, the electromagnetic noise has a relatively higher frequency band than the noise caused by the drive of the internal combustion engine, and the electric rotating machine is installed. It is preferable to reduce the noise as much as possible because the sound is uncomfortable for the vehicle occupant.

このことから、この種の電動回転機としては、トルクリプルなどを抑えることを目的として、回転子の外周面に軸方向に延在する溝を形成することが提案されている（例えば、特許文献６〜８）。
しかし、この特許文献６〜８にあっては、３相のＩＰＭモータ構造を採用する電動回転機の全ての条件に対応している訳ではなく、溝の形成位置をどのようにして決定すればよいのか、また、その溝幅はどの程度にすればよいのかなどの重要な形成条件が不明である。このため、他の構造に適用することができず、例えば、永久磁石の設置条件や固定子における後述のティース部の先端幅やスロットの開口幅などの各種条件に応じた最適条件にすることができない。増してや、永久磁石の減磁を抑制する効果を得ることもできない。 For this reason, as an electric rotating machine of this type, for the purpose of suppressing torque ripple and the like, it has been proposed to form a groove extending in the axial direction on the outer peripheral surface of the rotor (for example, Patent Document 6). ~ 8).
However, in Patent Documents 6 to 8, it does not correspond to all the conditions of an electric rotating machine that employs a three-phase IPM motor structure, but how to determine the groove formation position. Important formation conditions such as whether the groove width should be good and what is necessary are unknown. For this reason, it cannot be applied to other structures. For example, the optimum conditions can be set according to various conditions such as permanent magnet installation conditions, the tip width of a tooth portion described later in the stator, and the opening width of the slot. Can not. In addition, the effect of suppressing the demagnetization of the permanent magnet cannot be obtained.

特開２００８− ９９４１８号公報JP 2008-99418 A 特開２０１１− １４６６８号公報JP 2011-14668 A 特開２０１１−１３５６３８号公報JP 2011-135638 A 特開２００９−２３２５２５号公報JP 2009-232525 A 特開２００８−２８３８２３号公報JP 2008-283823 A 特開２００４−３２８９５６号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-328956 特開２００８−２０６３０８号公報JP 2008-206308 A 特開２００８−３１２３１６号公報JP 2008-31316 A

そこで、本発明は、トルクの低下などを招くことなく、永久磁石の減磁を効果的に抑制して、耐久性に優れて高品質な回転駆動をすることのできる電動回転機を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention provides an electric rotating machine capable of effectively suppressing demagnetization of a permanent magnet without causing a reduction in torque and the like and capable of high-quality rotation driving with excellent durability. It is an object.

上記課題を解決する電動回転機に係る発明の第１の態様は、軸心の回転軸を一体回転させる回転子と、該回転子を回転自在に収容する固定子と、を備えて、前記固定子は、前記回転子の周回回転する外周面に向かって延在して該外周面に内周面側を対面させる複数本のティース部と、駆動電力を入力するコイルを前記ティース部に巻き掛ける空間であって該ティース部間に形成される複数のスロットと、を有し、前記回転子には、前記ティース部の対向面に磁気力を働かせるように複数の永久磁石が埋め込まれることにより、前記コイルへの通電時に発生する磁束が、前記ティース部内、当該ティース部背面側および前記回転子内を通過することによるリラクタンストルクおよび前記永久磁石との間で働く吸引力または反発力のマグネットトルクにより前記固定子内の前記回転子を回転駆動させる電動回転機であって、前記回転子側の１組の前記永久磁石と前記固定子側の１組の前記スロットとが対応する構成で、該１組の永久磁石側を１磁極としたときに、該１磁極毎の前記永久磁石で発生する減磁箇所に向かう前記コイルへの通電により発生する前記磁束の磁路途中に、磁気抵抗を大きくする磁気抵抗増大領域を形成することを特徴とするものである。 A first aspect of the invention relating to an electric rotating machine that solves the above problems includes a rotor that integrally rotates a rotating shaft of a shaft center, and a stator that rotatably accommodates the rotor, and the fixed The child wraps around the teeth portion, a plurality of teeth portions extending toward the outer peripheral surface that rotates around the rotor and facing the inner peripheral surface side to the outer peripheral surface, and a coil for inputting driving power. A plurality of slots formed between the teeth portions in a space, and the rotor is embedded with a plurality of permanent magnets so as to exert a magnetic force on the opposing surface of the teeth portions, The magnetic force generated when the coil is energized passes through the teeth part, the back side of the teeth part, and the rotor, and the reluctance torque that acts between the permanent magnet and the magnet of the attractive force or the repulsive force. An electric rotating machine that rotates the rotor in the stator by rotating the rotor, and the set of permanent magnets on the rotor side corresponds to the set of slots on the stator side. When the one set of permanent magnets has one magnetic pole, a magnetic resistance is provided in the middle of the magnetic path of the magnetic flux generated by energizing the coil toward the demagnetization point generated by the permanent magnet for each magnetic pole. A magnetic resistance increasing region to be enlarged is formed.

上記課題を解決する電動回転機に係る発明の第２の態様は、上記第１の態様の特定事項に加え、前記磁気抵抗増大領域として、前記回転子の前記ティース部に対面する外周面に、前記磁気抵抗を調整する調整溝が形成されていることを特徴とするものである。
上記課題を解決する電動回転機に係る発明の第３の態様は、上記第２の態様の特定事項に加え、前記回転子側には、当該外周面側に向かってＶ字型に開くように一対で前記１組の永久磁石を埋め込んで前記１磁極が構成され、前記固定子側には、６つで前記１組のスロットが構成されており、前記調整溝は、前記１磁極中心から両側に前記ティース部を１歯置いた両側均等の前記ティース部に対向する対面幅以内の幅で該ティース部と平行になるように形成されていることを特徴とするものである。 In addition to the specific matter of the first aspect, the second aspect of the invention related to the electric rotating machine that solves the above problem is, as the magnetic resistance increasing region, an outer peripheral surface facing the teeth portion of the rotor, An adjustment groove for adjusting the magnetic resistance is formed.
In the third aspect of the invention relating to the electric rotating machine that solves the above-described problem, in addition to the specific matter of the second aspect, the rotor side is opened in a V shape toward the outer peripheral surface side. The pair of permanent magnets is embedded in one pair to form the one magnetic pole, and the stator has six sets of the one slot on the stator side, and the adjustment groove is formed on both sides from the center of the one magnetic pole. Further, the tooth portion is formed so as to be parallel to the teeth portion with a width within the facing width facing the teeth portion which is equivalent to both sides.

上記課題を解決する電動回転機に係る発明の第４の態様は、上記第２または第３の態様の特定事項に加え、前記調整溝は、前記１磁極中心に対する両側均等の電気角５６°の位置が最深部となるように形成されていることを特徴とするものである。
上記課題を解決する電動回転機に係る発明の第５の態様は、上記第２から第４のいずれか１つの態様の特定事項に加え、前記ティース部の内周面と前記回転子の外周面との間の対面間隔Ｄ１と、前記調整溝の最深部の深さＦとが、０．２≦Ｆ／Ｄ１≦０．４の範囲内になるように形成されていることを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the invention relating to the electric rotating machine that solves the above problem, in addition to the specific matter of the second or third aspect, the adjustment groove has an electric angle equal to 56 ° on both sides with respect to the center of the one magnetic pole. The position is formed so as to be the deepest part.
According to a fifth aspect of the invention relating to the electric rotating machine that solves the above-mentioned problems, in addition to the specific matter of any one of the second to fourth aspects, the inner peripheral surface of the teeth portion and the outer peripheral surface of the rotor And the depth F of the deepest portion of the adjustment groove is in a range of 0.2 ≦ F / D1 ≦ 0.4. It is.

上記課題を解決する電動回転機に係る発明の第６の態様は、上記第１の態様の特定事項に加え、前記磁気抵抗増大領域として、前記永久磁石を収容する空間を形成する内面と、当該永久磁石の外面との間に、前記磁気抵抗を調整する調整空隙が形成されていることを特徴とするものである。
上記課題を解決する電動回転機に係る発明の第７の態様は、上記第６の態様の特定事項に加え、前記回転子側には、当該外周面側に向かってＶ字型に開くように一対で前記１組の永久磁石を埋め込んで前記１磁極が構成され、前記調整空隙は、前記回転子の外周面に近接する側に前記ティース部と平行になるように形成されていることを特徴とするものである。 According to a sixth aspect of the invention relating to the electric rotating machine that solves the above problem, in addition to the specific matter of the first aspect, as the magnetic resistance increasing region, an inner surface that forms a space for accommodating the permanent magnet, An adjustment gap for adjusting the magnetic resistance is formed between the outer surface of the permanent magnet.
The seventh aspect of the invention relating to the electric rotating machine that solves the above-described problem is such that, in addition to the specific matter of the sixth aspect, the rotor side opens in a V shape toward the outer peripheral surface side. The pair of permanent magnets is embedded to form the one magnetic pole, and the adjustment gap is formed on the side close to the outer peripheral surface of the rotor so as to be parallel to the teeth portion. It is what.

このように、本発明の態様によれば、固定子側のコイルに通電することより生成される磁束は、その固定子側のティース部から対面する回転子側に通過する際に、１磁極毎に、永久磁石で発生する減磁箇所に向かう磁路途中の磁気抵抗の大きな磁気抵抗増大領域を経由する。したがって、コイルによる磁束と永久磁石の磁束とが逆向きになる条件下で、永久磁石の高温領域がコイルによる磁束で減磁される影響（減磁効果）を小さくすることができ、信頼性高く効率のよい回転駆動を継続することができる。 Thus, according to the aspect of the present invention, when the magnetic flux generated by energizing the coil on the stator side passes from the teeth portion on the stator side to the facing rotor side, for each magnetic pole. In addition, it passes through a magnetic resistance increasing region having a large magnetic resistance in the middle of the magnetic path toward the demagnetized portion generated by the permanent magnet. Therefore, under the condition that the magnetic flux of the coil and the magnetic flux of the permanent magnet are reversed, the influence (demagnetization effect) that the high temperature region of the permanent magnet is demagnetized by the magnetic flux of the coil can be reduced, and the reliability is high. Efficient rotation drive can be continued.

例えば、磁気抵抗増大領域として、磁気抵抗を調整する調整溝を回転子のティース部に対面する外周面に平行に延在するように形成したり、磁気抵抗を調整する調整空隙を永久磁石に隣接して平行に延在するように形成するなどすればよい。その調整溝は、一対１組の永久磁石側の１磁極が１組６スロットに対応する構造の場合、１磁極中心から両側にティース部を１歯置いた両側均等の電気角５６°の位置を最深部とし、そのティース部に対する対面幅以内の幅で平行に延在するように形成し、また、そのティース部の内周面と回転子の外周面との間の対面間隔Ｄ１に対する最深部の深さＦの比率が、０．２〜０．４の範囲内になるように形成することにより、トルクリプルなどを当該構造においても効果的に低減して、振動や騒音と共に損失の少ない高品質な回転駆動を実現することができる。 For example, as the magnetic resistance increasing region, an adjustment groove for adjusting the magnetic resistance is formed so as to extend in parallel with the outer peripheral surface facing the teeth portion of the rotor, or an adjustment gap for adjusting the magnetic resistance is adjacent to the permanent magnet. And may be formed so as to extend in parallel. In the case of a structure in which one magnetic pole on the side of a pair of permanent magnets corresponds to one set of six slots, the adjustment groove is positioned at an electrical angle of 56 ° equivalent to both sides with one tooth portion on both sides from the center of one magnetic pole. The deepest portion is formed so as to extend in parallel with the width within the facing width to the teeth portion, and the deepest portion with respect to the facing distance D1 between the inner peripheral surface of the teeth portion and the outer peripheral surface of the rotor By forming the ratio of the depth F to be in the range of 0.2 to 0.4, torque ripple and the like can be effectively reduced even in the structure, and high quality with less loss along with vibration and noise. Rotational drive can be realized.

本発明に係る電動回転機の第１実施形態を示す図であり、その基本構造を示す平面図である。It is a figure which shows 1st Embodiment of the electric rotary machine which concerns on this invention, and is a top view which shows the basic structure. その回転子側に磁極がない場合の磁束発生の発生状況を示す平面図である。It is a top view which shows the generation | occurrence | production situation of the magnetic flux generation | occurrence | production when there is no magnetic pole in the rotor side. 本発明の課題を説明する一部拡大平面図である。It is a partially expanded plan view explaining the subject of the present invention. 本発明の課題を説明する図３と異なる使用環境での一部拡大平面図である。FIG. 4 is a partially enlarged plan view in a use environment different from FIG. 3 for explaining the problem of the present invention. その実施形態の構成を示す一部拡大平面図である。It is a partially expanded plan view which shows the structure of the embodiment. その実施形態の構成条件を示す一部拡大平面図である。It is a partially expanded plan view which shows the structural conditions of the embodiment. その基本構造における課題の解決を説明する磁束波形のグラフである。It is a graph of the magnetic flux waveform explaining the solution of the problem in the basic structure. その実施形態の構成の条件決定を説明するグラフである。It is a graph explaining the condition determination of the structure of the embodiment. その実施形態の構成の条件決定を説明する図８と異なるグラフである。It is a graph different from FIG. 8 explaining condition determination of the configuration of the embodiment. その構成による効果を検証するグラフである。It is a graph which verifies the effect by the structure. その構成による効果を検証する図８と異なるグラフである。It is a graph different from FIG. 8 which verifies the effect by the structure. その構成による効果を検証する図８、図９と異なるグラフである。FIG. 10 is a graph different from FIGS. 8 and 9 for verifying the effect of the configuration. FIG. 本発明に係る電動回転機の第２実施形態を示す図であり、その実施形態の構成を示す一部拡大平面図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of the electric rotary machine which concerns on this invention, and is a partially expanded plan view which shows the structure of the embodiment. その実施形態の構成条件を示す一部拡大平面図である。It is a partially expanded plan view which shows the structural conditions of the embodiment.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１〜図１２は本発明に係る電動回転機の第１実施形態を示す図である。
図１において、電動回転機（モータ）１０は、概略円筒形状に形成された固定子（ステータ）１１と、この固定子１１内に回転自在に収納されて軸心に一致する回転軸１３が固設されている回転子（ロータ）１２と、を備えており、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車において、内燃機関と同様の駆動源として、あるいは車輪ホイール内に搭載するのに好適な性能を有している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 to 12 are views showing a first embodiment of an electric rotating machine according to the present invention.
In FIG. 1, an electric rotating machine (motor) 10 includes a stator (stator) 11 formed in a substantially cylindrical shape, and a rotating shaft 13 that is rotatably housed in the stator 11 and coincides with an axis. For example, in a hybrid vehicle or an electric vehicle, it has a performance suitable for mounting as a drive source similar to an internal combustion engine or in a wheel wheel. ing.

固定子１１には、回転子１２の外周面１２ａにギャップＧを介して内周面１５ａ側を対面させるように軸心の法線方向に延在する複数本のステータティース１５が形成されている。このステータティース１５には、内部に対面収納されている回転子１２を回転駆動させる磁束の発生用コイル（不図示）を構成する３相巻線が分布巻により巻付形成されている。 The stator 11 is formed with a plurality of stator teeth 15 extending in the normal direction of the axial center so that the outer peripheral surface 12a of the rotor 12 faces the inner peripheral surface 15a via the gap G. . The stator teeth 15 are wound with three-phase windings constituting a coil for generating magnetic flux (not shown) for rotationally driving the rotor 12 confrontingly accommodated therein by distributed winding.

回転子１２は、外周面１２ａに向かって開くＶ字型になるように、一対で１組の永久磁石１６を１磁極として埋め込むＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）構造になるように作製されている。この回転子１２は、図面の表裏方向に延在する平板状の永久磁石１６の角部１６ａを対面状態に嵌め込んで不動状態に収容する空間１７ａと、その永久磁石１６の幅方向の両側方に位置して磁束の回り込みを制限するフラックスバリアとして機能する空間１７ｂ（以下ではフラックスバリア１７ｂともいう）とを形成するＶ字空間１７が外周面１２ａに対面するように形成されている。このＶ字空間１７の間には、永久磁石１６を高速回転時の遠心力に抗して位置決め保持することができるように、永久磁石１６間を連結支持するセンタブリッジ２０が形成されている。 The rotor 12 is manufactured to have an IPM (Interior Permanent Magnet) structure in which a pair of permanent magnets 16 are embedded as one magnetic pole so as to be V-shaped to open toward the outer peripheral surface 12a. The rotor 12 includes a space 17a in which a corner portion 16a of a flat plate-like permanent magnet 16 extending in the front and back direction of the drawing is fitted in a facing state and accommodated in a stationary state, and both sides in the width direction of the permanent magnet 16 A V-shaped space 17 that forms a space 17b (hereinafter also referred to as a flux barrier 17b) that functions as a flux barrier that restricts the wraparound of the magnetic flux is formed so as to face the outer peripheral surface 12a. A center bridge 20 that connects and supports the permanent magnets 16 is formed between the V-shaped spaces 17 so that the permanent magnets 16 can be positioned and held against centrifugal force during high-speed rotation.

この電動回転機１０は、ステータティース１５間の空間が、巻線を通して巻き掛けることによりコイルを形成するためのスロット１８を構成しており、８組の永久磁石１６側にそれぞれ６本のステータティース１５が対面するように、言い換えると、一対の永久磁石１６側が構成する１磁極に６スロット１８が対応するように構築されている。すなわち、電動回転機１０は、隣接する１磁極毎に永久磁石１６のＮ極とＳ極の表裏を交互にした、８極（４極対）、４８スロットで、単相分布巻５ピッチで巻線した３相ＩＰＭモータに作製されている。なお、図中のＮ極、Ｓ極の表示は、部材表面に存在する訳ではなく、説明のために図示するものである。 In this electric rotating machine 10, the space between the stator teeth 15 constitutes a slot 18 for forming a coil by winding it through a winding, and six stator teeth are provided on each of the eight sets of permanent magnets 16. It is constructed so that 15 slots face each other, in other words, 6 slots 18 correspond to one magnetic pole formed on the pair of permanent magnets 16 side. That is, the electric rotating machine 10 is wound with 8 poles (4 pole pairs), 48 slots, single-phase distributed winding 5 pitches, with the N and S poles of the permanent magnet 16 alternately arranged for each adjacent magnetic pole. It is made to a wired three-phase IPM motor. In addition, the display of the N pole and the S pole in the figure does not exist on the surface of the member, but is shown for explanation.

これにより、電動回転機１０は、固定子１１のスロット１８内のコイルに通電してステータティース１５から対面する回転子１２内に磁束を通したときに、永久磁石１６との間に生じる吸引力と反発力に起因するマグネットトルクに加えて、その磁束が通過する磁路を最短にしようとするリラクタンストルクとの総合トルクにより回転駆動することができ、その回転子１２と一体回転する回転軸１３から通電入力する電気的エネルギを機械的エネルギとして出力することができる。 Thus, the electric rotating machine 10 attracts the permanent magnet 16 when the coil in the slot 18 of the stator 11 is energized and the magnetic flux is passed through the rotor 12 facing from the stator teeth 15. In addition to the magnet torque caused by the repulsive force, it can be rotationally driven by a total torque including the reluctance torque that attempts to minimize the magnetic path through which the magnetic flux passes, and the rotating shaft 13 that rotates integrally with the rotor 12. It is possible to output the electrical energy energized and input as mechanical energy.

ここで、この電動回転機１０は、図２に示すように、１磁極を構成する一対の永久磁石１６に対応する複数のステータティース１５毎に、固定子１１から回転子１２内に進入して通過する磁束ｍの磁路が均等配置されるように、スロット１８内に巻線コイルを分布巻きして形成されており、この磁路に沿うように、言い換えると、磁束ｍの形成を妨げないように永久磁石１６を収容するＶ字空間１７が形成されている。なお、固定子１１と回転子１２は、ケイ素鋼などの電磁鋼板材料の薄板を所望の出力トルクに応じた厚さになるように軸方向に重ねてボルト穴１９などを利用してネジ止めすることにより作製されている。 Here, as shown in FIG. 2, the electric rotating machine 10 enters the rotor 12 from the stator 11 for each of a plurality of stator teeth 15 corresponding to a pair of permanent magnets 16 constituting one magnetic pole. The winding 18 is formed by distributed winding in the slot 18 so that the magnetic path of the passing magnetic flux m is evenly arranged. In other words, the formation of the magnetic flux m is not hindered along the magnetic path. Thus, a V-shaped space 17 for accommodating the permanent magnet 16 is formed. Note that the stator 11 and the rotor 12 are screwed by using a bolt hole 19 or the like by superposing thin sheets of electromagnetic steel plate material such as silicon steel in the axial direction so as to have a thickness corresponding to a desired output torque. It is produced by.

また、永久磁石１６は、内部の磁区内でＳ極からＮ極に向かう磁化方向に磁気モーメントが揃うように着磁されて磁力を備えており（図５を参照）、この磁気モーメントは、加熱されるほど熱的影響（外乱）を受けて乱れることにより磁力が弱まる場合があり、キュリー温度を超えると磁区を維持できなくなる不可逆領域が発生して、所謂、減磁箇所ができてしまう。また、永久磁石１６の磁区内の磁気モーメントは、加熱時に磁気的影響を受け易く、外部磁気の磁化方向に揃うことにより、その外部磁気の影響がなくなっても元の磁化方向に戻ることができずに、所謂、減磁箇所ができてしまう。 Further, the permanent magnet 16 is magnetized so as to have a magnetic moment aligned in the magnetization direction from the S pole to the N pole in the internal magnetic domain (see FIG. 5). As a result, the magnetic force may be weakened by being disturbed by a thermal influence (disturbance), and when the temperature exceeds the Curie temperature, an irreversible region in which the magnetic domain cannot be maintained is generated, and a so-called demagnetized portion is formed. In addition, the magnetic moment in the magnetic domain of the permanent magnet 16 is susceptible to magnetic influence during heating, and by aligning with the magnetization direction of the external magnetism, it can return to the original magnetization direction even if the influence of the external magnetism is eliminated. Instead, a so-called demagnetization point is formed.

そして、電動回転機１０は、永久磁石１６を回転子１２内に埋め込むＩＰＭ構造の場合、一対の永久磁石１６の角部１６ａ、特に、回転子１２の外周面１２ａ側の外側角部１６ａｏと内側角部１６ａｉが、固定子１１側のスロット１８に形成されている巻線コイルに通電することにより生成される磁束ｍのベクトル方向ｍｖに対して対向する領域Ａ１（図３および図５を参照）に位置するので磁化方向の影響を受け易い。また、この永久磁石１６の外側角部１６ａｏと内側角部１６ａｉの反対側の領域Ａ２（図４および図５を参照）は、磁束ｍのベクトル方向ｍｖに対して対向してはいないが片側のみの母材であることから磁化方向の影響を受け易い。 When the electric rotating machine 10 has an IPM structure in which the permanent magnets 16 are embedded in the rotor 12, the corners 16a of the pair of permanent magnets 16, particularly the outer corners 16ao on the outer peripheral surface 12a side of the rotor 12 and the inner side. A region A1 where the corner 16ai faces the vector direction mv of the magnetic flux m generated by energizing the winding coil formed in the slot 18 on the stator 11 side (see FIGS. 3 and 5). It is easily affected by the magnetization direction. Further, the region A2 (see FIGS. 4 and 5) on the opposite side of the outer corner 16ao and the inner corner 16ai of the permanent magnet 16 is not opposed to the vector direction mv of the magnetic flux m, but only on one side. It is easily affected by the magnetization direction.

このため、永久磁石１６は、図３に示すように、固定子１１のスロット１８内のコイルへの通電により回転子１２が反時計回り（ＣＣＷ）方向に回転駆動して、例えば、他のモータ構成部品の耐熱温度手前の１９０℃まで温度上昇したときには、ステータティース１５から回転子１２内に進入する磁束ｍに対向する領域Ａ１の外側角部１６ａｏに強い減磁箇所が発生し、また、内側角部１６ａｉにも多少の減磁が認められた。さらに、永久磁石１６は、図４に示すように、例えば、他のモータ構成部品の耐熱温度として設定されている２００℃まで温度上昇させたときには、領域Ａ１の外側角部１６ａｏと内側角部１６ａｉの減磁がより強くなるとともに、反対側の領域Ａ２の内側角部１６ａｉに強めの減磁が発生し、外側角部１６ａｏにも多少の減磁が認められるようになった。すなわち、永久磁石１６は、使用温度範囲内では、磁束ｍに対向する領域Ａ１の外側角部１６ａｏに強く減磁が現れることから何らかの対策が必要である。なお、永久磁石１６の外側角部１６ａｏと内側角部１６ａｉは、隣接する磁力の強さの影響に差があることから先端側ほど減磁が強く現れる。 For this reason, as shown in FIG. 3, the permanent magnet 16 is driven by rotating the rotor 12 in the counterclockwise (CCW) direction by energizing the coil in the slot 18 of the stator 11, for example, another motor. When the temperature rises to 190 ° C. before the heat resistance temperature of the component parts, a strong demagnetization point is generated in the outer corner 16ao of the region A1 facing the magnetic flux m entering the rotor 12 from the stator teeth 15, and the inner side Some demagnetization was also observed at the corner 16ai. Further, as shown in FIG. 4, for example, when the temperature of the permanent magnet 16 is increased to 200 ° C., which is set as the heat resistant temperature of other motor components, the outer corner portion 16ao and the inner corner portion 16ai of the region A1. In addition, the demagnetization of the inner corner 16ai of the opposite region A2 is increased, and a slight demagnetization is also observed in the outer corner 16ao. In other words, the permanent magnet 16 needs some countermeasures because the demagnetization appears strongly at the outer corner 16ao of the region A1 facing the magnetic flux m within the operating temperature range. The outer corner portion 16ao and the inner corner portion 16ai of the permanent magnet 16 are more demagnetized toward the tip side because of the difference in the influence of the strength of the adjacent magnetic force.

そこで、電動回転機１０では、図５に示すように、ステータティース１５の内周面１５ａとの間の隙間Ｇを調整するために、凹状の調整溝２１が回転子１２の外周面１２ａに近接する永久磁石１６の外側角部１６ａｏ付近に形成されており、この調整溝２１は、ステータティース１５の内周面１５ａと平行に延在して対面するように形成されている。調整溝２１は、磁気抵抗増大領域として、ステータティース１５の内周面１５ａとの間の透磁率を下げることにより磁気抵抗を若干高くすることができ、進入する磁束ｍの強度を抑えて磁気的影響を小さくし減磁の発生を抑制するようになっている。 Therefore, in the electric rotating machine 10, as shown in FIG. 5, the concave adjustment groove 21 is close to the outer peripheral surface 12 a of the rotor 12 in order to adjust the gap G between the stator teeth 15 and the inner peripheral surface 15 a. The adjustment groove 21 is formed so as to extend in parallel with the inner peripheral surface 15a of the stator teeth 15 and to face each other. The adjusting groove 21 serves as a magnetic resistance increasing region, which can slightly increase the magnetic resistance by lowering the magnetic permeability between the stator tooth 15 and the inner peripheral surface 15a, and suppresses the strength of the magnetic flux m entering the magnetic force. The influence is reduced and the occurrence of demagnetization is suppressed.

したがって、この電動回転機１０は、回転子１２の外周面１２ａに調整溝２１を形成するだけで、永久磁石１６に減磁箇所が発生し難く、信頼性高く効率のよい回転駆動を継続することができる。
また、この調整溝２１は、特定のステータティース１５に鎖交する磁束ｍに対する磁気抵抗を若干高くすることによりｎ次の空間高調波による特に高調波トルクを抑えることができ、後述するように、重畳する高調波成分を調整して高品質なトルク波形を得ることを可能にしている。なお、この図５では、調整溝２１の大きさを判別し易いように実際の比率よりも大きくデフォルメして図示している（図６も同様）。 Therefore, the electric rotating machine 10 can continue the rotation drive with high reliability and efficiency by forming the adjustment groove 21 on the outer peripheral surface 12a of the rotor 12 so that a demagnetization point is hardly generated in the permanent magnet 16. Can do.
In addition, the adjustment groove 21 can suppress particularly the harmonic torque due to the nth-order spatial harmonics by slightly increasing the magnetic resistance to the magnetic flux m interlinking with the specific stator teeth 15, as will be described later. It is possible to obtain a high-quality torque waveform by adjusting the superimposed harmonic component. In FIG. 5, the size of the adjustment groove 21 is deformed to be larger than the actual ratio so that it can be easily determined (the same applies to FIG. 6).

この調整溝２１は、回転子１２の外周面１２ａに形成する最適な位置や形状を、有限要素法による電磁界解析を行って決定しており、内側（ｄ軸側）の斜面２１ｂと、外側の斜面２１ｃに挟まれている最深部２１ａの形成位置やその深さの最適条件が決定されて形成されている。 The adjustment groove 21 is determined by performing an electromagnetic field analysis by a finite element method to determine the optimum position and shape to be formed on the outer peripheral surface 12a of the rotor 12, and the inner side (d-axis side) slope 21b and the outer side The formation position of the deepest portion 21a sandwiched between the inclined surfaces 21c and the optimum conditions for the depth are determined.

まず、電動回転機１０は、永久磁石１６を回転子１２内に埋め込むＩＰＭ構造の場合、固定子１１のステータティース１５の１歯における磁束の変化は、図７に示すように、矩形波に近似することができる。この磁束波形には、５次や７次などの低次の空間高調波が重畳することにより、鉄損や、トルクの変動幅であるトルクリプルが増加して、熱エネルギとしての浪費による効率低下と共に、振動や騒音の発生要因となっている。鉄損は、ヒステリシス損と渦電流損に分けることができる。ヒステリシス損は周波数と磁束密度の積であるとともに、渦電流損は周波数の２乗と磁束密度の積であることから、空間高調波を抑えることにより損失を低減することができ、電気エネルギの入力に対する駆動効率を向上させることができる。なお、図７では、縦軸を界磁磁束とし、横軸を時間にして、１つのステータティース１５に対して、Ｌ１間では磁束の鎖交がなく、Ｌ２間で磁束が正逆鎖交する、電気角１周期Ｔ（４Ｌ１＋２Ｌ２）における磁束波形の近似矩形波を図示している。 First, when the electric rotating machine 10 has an IPM structure in which the permanent magnet 16 is embedded in the rotor 12, the change in magnetic flux in one tooth of the stator tooth 15 of the stator 11 approximates a rectangular wave as shown in FIG. can do. By superimposing low-order spatial harmonics such as the fifth and seventh orders on this magnetic flux waveform, iron loss and torque ripple, which is the fluctuation range of torque, increase, resulting in a decrease in efficiency due to waste as thermal energy. This is a cause of vibration and noise. Iron loss can be divided into hysteresis loss and eddy current loss. Hysteresis loss is the product of frequency and magnetic flux density, and eddy current loss is the product of the square of frequency and magnetic flux density, so the loss can be reduced by suppressing spatial harmonics, and the input of electrical energy Drive efficiency can be improved. In FIG. 7, the vertical axis is the field magnetic flux, the horizontal axis is time, and there is no magnetic flux linkage between L1 and the magnetic flux is forward / reversely linked between L2 with respect to one stator tooth 15. , An approximate rectangular wave of the magnetic flux waveform in one electrical angle period T (4L1 + 2L2) is illustrated.

また、モータ（電動回転機）の電磁騒音は、ステータ（固定子）側に働く電磁力により、そのステータが振動することで発生しており、ステータに働く電磁力は、ロータ（回転子）とステータの磁気結合に起因する径方向電磁力と、トルクに起因する周方向電磁力とが存在する。径方向電磁力は、１ステータティース１５毎に、モータを線形磁気回路で近似して考察した場合には、磁束φ、磁気エネルギＷ、径方向電磁力ｆｒ、磁気抵抗Ｒｇ、磁束密度Ｂ、磁束鎖交面積Ｓ、エアギャップＧ間距離ｘ、磁路透磁率μとすると、磁気エネルギＷと径方向電磁力ｆｒは次の式（１）、式（２）のように表すことができる。 The electromagnetic noise of the motor (electric rotating machine) is generated by the vibration of the stator due to the electromagnetic force acting on the stator (stator) side. The electromagnetic force acting on the stator is the same as that of the rotor (rotor). There are radial electromagnetic force due to the magnetic coupling of the stator and circumferential electromagnetic force due to torque. When the motor is approximated by a linear magnetic circuit for each stator tooth 15, the radial electromagnetic force is considered to be magnetic flux φ, magnetic energy W, radial electromagnetic force fr, magnetic resistance Rg, magnetic flux density B, magnetic flux. Assuming that the interlinkage area S, the distance x between the air gaps G, and the magnetic path permeability μ, the magnetic energy W and the radial electromagnetic force fr can be expressed by the following equations (1) and (2).

よって、空間高調波を考慮して磁束密度Ｂを次式（３）のように表したときには、径方向電磁力ｆｒは磁束密度Ｂの２乗を含むことから、空間高調波の重畳は径方向電磁力ｆｒの増加の要因となる。すなわち、空間高調波を低減することは、トルクリプルの低減、引いては、モータ電磁騒音の低減と共に駆動効率の向上を実現できることが鋭意研究検討することにより判明した。 Therefore, when the magnetic flux density B is expressed as the following equation (3) in consideration of the spatial harmonics, the radial electromagnetic force fr includes the square of the magnetic flux density B, so that the superposition of the spatial harmonics is radial. This increases the electromagnetic force fr. That is, it has been clarified by earnest research and study that reduction of spatial harmonics can realize reduction of torque ripple and, in turn, reduction of motor electromagnetic noise and improvement of driving efficiency.

また、ＩＰＭ構造の３相モータのトルクリプルは、１相１極磁束の空間高調波と、相電流に含まれる時間高調波とにより、電気角θにおける６ｆ次（ｆ＝１、２、３・・・：自然数）成分で発生することが鋭意研究検討することにより判明した。
詳細には、角速度ω_ｍ、ＵＶＷの各相誘起電圧Ｅ_ｕ(t)、Ｅ_ｖ(t)、Ｅ_ｗ(t)、ＵＶＷの各相電流Ｉ_ｕ(t)、Ｉ_ｖ(t)、Ｉ_ｗ(t)、としたときには、３相出力Ｐ(t)とトルクτ(t)は次の式（４）、式（５）のように表すことができる。 Further, the torque ripple of the three-phase motor having the IPM structure is based on the 6f-order (f = 1, 2, 3,...) At the electrical angle θ due to the spatial harmonics of the single-phase one-pole magnetic flux and the time harmonics included in the phase current.・: Natural number) It was found by intensive research and examination that it occurs in components.
Specifically, each phase induced voltage E _u (t), E _v (t), E _w (t), UVW phase currents I _u (t), I _v (t), I, UVW, angular velocity ω _m , UVW _{When w} (t), the three-phase output P (t) and the torque τ (t) can be expressed as the following equations (4) and (5).

Ｐ(t)＝Ｅ_ｕ(t)Ｉ_ｕ(t)＋Ｅ_ｖ(t)Ｉ_ｖ(t)＋Ｅ_ｗ(t)Ｉ_ｗ(t)＝ω_ｍ・τ(t) ……(4)
τ(t)＝[Ｅ_ｕ(t)Ｉ_ｕ(t)＋Ｅ_ｖ(t)Ｉ_ｖ(t)＋Ｅ_ｗ(t)Ｉ_ｗ(t)]／ω_ｍ ……（5）
３相トルクは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれのトルクの和であり、ｍを電流の高調波成分、ｎを電圧の高調波成分を表すものとし、Ｕ相電圧Ｅ_ｕ(t)を次式（６）、Ｕ相電流Ｉ_ｕ(t)を次式（７）と置くと、Ｕ相トルクτ_ｕ(t)は次式（８）のように表すことができる。 P (t) = E _u (t) I _u (t) + E _v (t) I _v (t) + E _w (t) I _w (t) = ω _m · τ (t) (4)
τ (t) = [E _u (t) I _u (t) + E _v (t) I _v (t) + E _w (t) I _w (t)] / ω _m (5)
The three-phase torque is the sum of the torques of the U-phase, V-phase, and W-phase, where m represents the harmonic component of the current, n represents the harmonic component of the voltage, and the U-phase voltage E _u (t) Is represented by the following equation (6) and the U-phase current I _u (t) is represented by the following equation (7), the U-phase torque τ _u (t) can be represented by the following equation (8).

ここで、相電流Ｉ(t)と相電圧Ｅ(t)は、いずれも対称波であるために「ｎ」と「ｍ」は奇数のみとなって、Ｕ相以外のＶ相トルクとＷ相トルクは、それぞれＵ相誘起電圧Ｅ_ｕ(t)、Ｕ相電流Ｉ_ｕ(t)に対して「＋２π／３（ｒａｄ）」、「−２π／３（ｒａｄ）」の位相差であることから、全体のトルクとしては、「６」の係数の項だけが残るようにキャンセル（相殺）されて、
６ｆ＝ｎ±ｍ（ｆ：自然数）、ｓ＝ｎα_ｎ＋ｍβ_ｍ、ｔ＝ｎα_ｎ−ｍβ_ｍ
と、置くと、次式（９）のように表すことができる。 Here, since the phase current I (t) and the phase voltage E (t) are both symmetrical waves, “n” and “m” are only odd numbers, and the V-phase torque other than the U-phase and the W-phase The torque is a phase difference of “+ 2π / 3 (rad)” and “−2π / 3 (rad)” with respect to the U-phase induced voltage E _u (t) and the U-phase current I _u (t), respectively. The overall torque is canceled (offset) so that only the term of the coefficient “6” remains,
6f = n ± m (f: natural number), s = nα _n + mβ _m , t = nα _n −mβ _m
Then, it can be expressed as the following formula (9).

また、誘起電圧は磁束を時間微分して求めることができることから、各誘起電圧に含まれる高調波の次数と１相１極磁束に含まれる高調波も同じ次数成分が発生することになり、その結果、３相交流モータにおいては、磁束（誘起電圧）に含まれる空間高調波次数ｎと相電流に含まれる時間高調波次数ｍとの組み合わせが６ｆになるときに、その６ｆ次成分のトルクリプルが発生していることが判明した。 In addition, since the induced voltage can be obtained by time-differentiating the magnetic flux, the same order component is generated in the harmonic order contained in each induced voltage and the harmonic contained in the 1-phase 1-pole magnetic flux. As a result, in the three-phase AC motor, when the combination of the spatial harmonic order n included in the magnetic flux (induced voltage) and the time harmonic order m included in the phase current is 6f, the torque ripple of the 6f-order component is It was found that this occurred.

ところで、３相モータのトルクリプルは、上述するように、１相１極における磁束波形における空間高調波ｎと相電流の時間高調波ｍにおいては、ｎ±ｍ＝６ｆ（ｆ：自然数）のときに発生することから、例えば、相電流の時間高調波ｍ＝１のみで正弦波近似した場合には、空間高調波ｎ＝５、７、１１、１３の次数の重畳が発生したときにトルクリプルが生じることになる。 By the way, as described above, the torque ripple of the three-phase motor is obtained when n ± m = 6f (f: natural number) in the space harmonic n in the magnetic flux waveform in one phase and one pole and the time harmonic m in the phase current. Therefore, for example, in the case of approximating a sine wave with only the time harmonic m = 1 of the phase current, torque ripple is generated when the superposition of the orders of the spatial harmonics n = 5, 7, 11, 13 occurs. It will be.

この３相のＩＰＭ構造の場合には、図７に示すように、１つのステータティース１５に界磁磁束が鎖交する磁束波形がほぼ矩形波となるため、構造的にも、５次、７次の空間高調波ｎ（６ｆ次＝６次の高調波）は重畳し易く低減することは困難である。
なお、電気角１周期分（３６０°）は、回転子１２の外周面１２ａ側に対面する一対の永久磁石１６のＮ極・Ｓ極分に、言い換えると、１磁極（フラックスバリア１７ｂを含む一対の永久磁石１６毎）の回転中心に対する開口角度θ１の２倍に相当する。この電動回転機１０の８極４８スロットモータの構造（１磁極に対して６スロットが対応する構造）では、８極中の２極で１周期であることから、回転子１２の機械角１周期の３６０°回転は電気角４周期に相当する。 In the case of this three-phase IPM structure, as shown in FIG. 7, the magnetic flux waveform in which the field magnetic flux interlinks with one stator tooth 15 is a substantially rectangular wave. The next spatial harmonic n (6f order = sixth harmonic) is easily superimposed and difficult to reduce.
Note that one electrical angle (360 °) corresponds to the N pole / S pole of the pair of permanent magnets 16 facing the outer peripheral surface 12a side of the rotor 12, in other words, one magnetic pole (a pair including the flux barrier 17b). This corresponds to twice the opening angle θ1 with respect to the rotation center of each permanent magnet 16). In the structure of the 8-pole 48-slot motor of this electric rotating machine 10 (structure in which 6 slots correspond to 1 magnetic pole), 2 cycles of 8 poles are 1 cycle, so that 1 cycle of the mechanical angle of the rotor 12 is 1 cycle. 360 ° rotation corresponds to 4 electrical angles.

また、この電動回転機１０のように１磁極当たり６つのスロット１８が対応する３相ＩＰＭモータの場合には、１磁極対当たり１２個のスロット１８が対応することになり、電気角の１周期内においては、スロットオープン（コイルの挿入口となるステータティース１５の先端間の隙間）の空気における低い磁束の透磁率により磁気抵抗が１２箇所で大となる。この１２箇所のスロット１８の磁気抵抗により、１１次、１３次の空間高調波ｎが磁束波形に重畳することになる。 Further, in the case of a three-phase IPM motor in which six slots 18 per magnetic pole correspond to the electric rotating machine 10, twelve slots 18 correspond to one magnetic pole pair, and one cycle of the electrical angle. Inside, the magnetic resistance is increased at 12 locations due to the low magnetic flux permeability in the air in the slot open (gap between the tips of the stator teeth 15 serving as the coil insertion opening). The eleventh and thirteenth spatial harmonics n are superimposed on the magnetic flux waveform by the magnetic resistance of the twelve slots 18.

この１１次、１３次の空間高調波ｎは、一般にスロット高調波といって、例えば、永久磁石１６の軸方向における設置位置に応じて軸心を中心に捩じったスキュー角を持たせることにより、スロット１８における磁気抵抗のタイミングをずらして、１１次と１３次を低減することができる。しかしながら、回転子１２側にスキュー角を持たせるやり方では、上述したように、隣接する永久磁石１６間に段差が存在して着磁率が低下するという問題がある。 The eleventh and thirteenth spatial harmonics n are generally called slot harmonics and have, for example, a skew angle twisted about the axis according to the installation position of the permanent magnet 16 in the axial direction. Thus, the 11th and 13th orders can be reduced by shifting the timing of the magnetic resistance in the slot 18. However, in the method of providing the skew angle on the rotor 12 side, there is a problem that a step is present between the adjacent permanent magnets 16 and the magnetization rate is lowered as described above.

これに対して、この電動回転機１０では、図６に示すように、ステータティース１５の内周面１５ａと回転子１２の外周面１２ａとの間の隙間Ｇを調整する凹状の調整溝２１が形成されている。この調整溝２１は、そのステータティース１５の内周面１５ａに対面する回転子１２の外周面１２ａに形成するなどして透磁率を下げることによりそのステータティース１５に鎖交する磁束に対する磁気抵抗を高くすることができ、重畳する高調波成分を調整して５次、６次、１１次、１３次の空間高調波ｎによる特に高調波トルクを抑えて高品質なトルク波形を得ることをも可能にしている。 On the other hand, in the electric rotating machine 10, as shown in FIG. 6, a concave adjustment groove 21 that adjusts the gap G between the inner peripheral surface 15 a of the stator teeth 15 and the outer peripheral surface 12 a of the rotor 12 is provided. Is formed. The adjusting groove 21 is formed on the outer peripheral surface 12a of the rotor 12 facing the inner peripheral surface 15a of the stator tooth 15 to reduce the magnetic permeability, thereby reducing the magnetic resistance to the magnetic flux interlinked with the stator tooth 15. High harmonic torque components can be adjusted to suppress high harmonic torque caused by the fifth, sixth, eleventh, and thirteenth spatial harmonics n and to obtain high-quality torque waveforms. I have to.

詳細には、調整溝２１は、例えば、回転子１２の外周面１２ａから最深部２１ａまでの溝深さＲｔ、ステータティース１５の内周面１５ａの対面幅に一致させた斜面２１ｂ、２１ｃの縁間隔の溝幅Ｔｓを一定として、有限要素法による電磁界解析を行って形成位置を決定しており、回転子１２の１磁極のｄ軸（一対の永久磁石１６間の中心線）を中心にする対称位置のステータティース１５に対面して、その最深部２１ａの位置の正逆方向のずれ量の変位角θ２をパラメータとしている。なお、本実施形態では、調整溝２１の溝幅Ｔｓをステータティース１５の内周面１５ａとの対面幅に一致させているが、適宜、その対面幅よりも小さくするなど調整してもよいが、磁束が通過する対面幅全面で磁気抵抗を調整するのが有効である。 In detail, the adjustment groove 21 is, for example, the edge of the inclined surfaces 21b and 21c matched with the groove depth Rt from the outer peripheral surface 12a to the deepest portion 21a of the rotor 12 and the facing width of the inner peripheral surface 15a of the stator teeth 15. The formation position is determined by performing electromagnetic field analysis by the finite element method with the gap groove width Ts being constant, and the d axis (center line between the pair of permanent magnets 16) of one magnetic pole of the rotor 12 is the center. The angle of displacement θ2 of the amount of deviation in the forward / reverse direction of the position of the deepest portion 21a is used as a parameter facing the stator teeth 15 at the symmetrical position. In this embodiment, the groove width Ts of the adjustment groove 21 is made to coincide with the facing width with the inner peripheral surface 15a of the stator teeth 15, but may be adjusted to be smaller than the facing width as appropriate. It is effective to adjust the magnetic resistance over the entire facing width through which the magnetic flux passes.

この有限要素法による電磁界解析では、１１次、１３次の空間高調波ｎによるトルク波形におけるトルクリプル率やその空間高調波含有率を導出すると、図８のグラフに示すような結果が得られる。この図８のグラフからは、ｄ軸に対する正逆方向の変位角θ２は、５６°（電気角）でトルクリプル率と１１次、１３次の空間高調波ｎの含有率を最低レベルにすることができ、最適値であることが分かる。すなわち、調整溝２１は、回転子１２の１磁極のｄ軸に一致するステータティース１５を中心にして、一歯置いて隣接する対称位置のステータティース１５の内周面１５ａに対面する位置で、その最深部２１ａがそのｄ軸から正逆方向に５６°（変位角θ２）ずれた位置になるように形成されており、ステータティース１５の内周面１５ａと回転子１２の外周面１２ａとの間の隙間間隔ｘＬのエアギャップＧにおける磁気抵抗を調整している。なお、ここでのトルクリプル率は、次式で算出している。 In the electromagnetic field analysis by the finite element method, when the torque ripple rate and the spatial harmonic content rate in the torque waveform by the 11th and 13th spatial harmonics n are derived, the result shown in the graph of FIG. 8 is obtained. From the graph of FIG. 8, the displacement angle θ2 in the forward / reverse direction with respect to the d-axis is 56 ° (electrical angle), and the torque ripple rate and the content of the 11th and 13th spatial harmonics n are set to the lowest level. It can be seen that it is the optimum value. That is, the adjustment groove 21 is located at a position facing the inner circumferential surface 15a of the symmetrically adjacent stator teeth 15 with one tooth centered on the stator teeth 15 that coincide with the d axis of one magnetic pole of the rotor 12. The deepest portion 21a is formed so as to be displaced by 56 ° (displacement angle θ2) in the forward and reverse directions from the d-axis, and the inner peripheral surface 15a of the stator tooth 15 and the outer peripheral surface 12a of the rotor 12 are formed. The magnetic resistance in the air gap G at the gap interval xL is adjusted. The torque ripple rate here is calculated by the following equation.

トルクリプル率（％）＝（（最大トルク−最小トルク）／平均トルク）×１００
また、調整溝２１は、溝幅Ｔｓをそのままにして溝深さＲｔを変化させ、回転子１２の外周面１２ａとステータティース１５の内周面１５ａとの間のギャップＧの隙間間隔（対向面間距離）ｘＬに対するその溝深さＲｔの比率σ（Ｒｔ／ｘＬ）をパラメータとして、有限要素法による電磁界解析を行って、その溝深さＲｔを決定している。 Torque ripple rate (%) = ((maximum torque−minimum torque) / average torque) × 100
Further, the adjustment groove 21 changes the groove depth Rt while leaving the groove width Ts as it is, and the gap interval (opposing surface) of the gap G between the outer peripheral surface 12a of the rotor 12 and the inner peripheral surface 15a of the stator teeth 15 is changed. Using the ratio σ (Rt / xL) of the groove depth Rt to the (inter-distance) xL as a parameter, the electromagnetic field analysis is performed by the finite element method to determine the groove depth Rt.

この有限要素法による電磁界解析では、調整溝２１が形成されていない構成に対するトルク比率やそのトルクに重畳する６次、１２次の高調波トルク比率を導出すると、図９のグラフに示すような結果が得られる。この図９のグラフでは、σ＝０（調整溝２１なし）を基準にして、トルク比率は溝深さＲｔを深く（比率を大きく）するのに従ってほぼ変わりなく緩やかに下降する程度で安定し、その比率σ（Ｒｔ／ｘＬ）が４０％以上になると急激に低下してしまう。また、トルク波形における６次の空間高調波ｎのトルク比率は、反対に、溝深さＲｔを深くするのに従ってほぼ変わりなく緩やかに上昇する程度で安定し、その比率σ（Ｒｔ／ｘＬ）が４０％以上になると急激に上昇してしまう。さらに、トルク波形における１２次の空間高調波ｎのトルク比率は、反対に、溝深さＲｔを深くするのに従って急激に下降してその比率σ（Ｒｔ／ｘＬ）が２０％以上になるとほぼ変わりなく緩やかに上昇する程度で安定した後に、その比率σ（Ｒｔ／ｘＬ）が４０％以上になると急激に上昇してしまう。このことから、ステータティース１５のエアギャップＧの隙間間隔ｘＬ（Ｄ１）に対する比率σ（Ｒｔ／ｘＬ）は、次の条件１程度の範囲内に収めることによりトルクを大きく低下させることなく、１２次の高調波トルクの低減という効果を得ることができ、また、次の条件２程度の範囲内に狭めることによりその１２次の高調波トルクをより低減することができ、さらに、次の条件３の範囲内に絞ることにより１２次の高調波トルクをより効果的に低減することができる。 In the electromagnetic field analysis by the finite element method, when the torque ratio with respect to the configuration in which the adjustment groove 21 is not formed and the sixth and twelfth harmonic torque ratios superimposed on the torque are derived, as shown in the graph of FIG. Results are obtained. In the graph of FIG. 9, on the basis of σ = 0 (without the adjustment groove 21), the torque ratio is stabilized to the extent that it gradually decreases without increasing substantially as the groove depth Rt is increased (the ratio is increased). When the ratio σ (Rt / xL) is 40% or more, the ratio abruptly decreases. On the other hand, the torque ratio of the sixth-order spatial harmonic n in the torque waveform is stabilized to the extent that it gradually increases without increasing substantially as the groove depth Rt is increased, and the ratio σ (Rt / xL) is stable. If it exceeds 40%, it will rise rapidly. Furthermore, the torque ratio of the 12th-order spatial harmonic n in the torque waveform, on the contrary, changes substantially as the groove depth Rt increases and the ratio σ (Rt / xL) reaches 20% or more. However, if the ratio σ (Rt / xL) becomes 40% or more after being stabilized to the extent that it slowly rises, it will rise rapidly. From this, the ratio σ (Rt / xL) of the air gap G of the stator teeth 15 to the gap interval xL (D1) falls within the range of the following condition 1 so that the torque is not greatly reduced, and the 12th order In addition, the 12th harmonic torque can be further reduced by narrowing it within the range of the following condition 2, and further the following condition 3 The 12th-order harmonic torque can be more effectively reduced by narrowing down to the range.

条件１：２０％≦σ（Ｒｔ／ｘＬ）≦４０％
条件２：２０％≦σ（Ｒｔ／ｘＬ）≦３０％
条件３：２０％≦σ（Ｒｔ／ｘＬ）≦２５％
この電動回転機１０では、例えば、上記の条件３の範囲内になるように固定子１１の外周面１２ａに形成する調整溝２１の深さＲｔを調整することにより、図１０に示すように、誘起電圧に重畳する特に６次の高調波トルクの要因となる５次、７次の空間高調波の含有率を低減することができ、低減の難しい６次の高調波トルクを効果的に低減できることが分かる。なお、鉄損は一般に空間高調波が多く重畳すると増加する傾向にあることから、その含有空間高調波の低減により鉄損も低減することができる。 Condition 1: 20% ≦ σ (Rt / xL) ≦ 40%
Condition 2: 20% ≦ σ (Rt / xL) ≦ 30%
Condition 3: 20% ≦ σ (Rt / xL) ≦ 25%
In this electric rotating machine 10, for example, by adjusting the depth Rt of the adjustment groove 21 formed in the outer peripheral surface 12a of the stator 11 so as to be within the range of the above condition 3, as shown in FIG. It is possible to reduce the content of the fifth and seventh spatial harmonics, which is a factor of the sixth harmonic torque superimposed on the induced voltage, and to effectively reduce the difficult sixth harmonic torque. I understand. Since iron loss generally tends to increase when many spatial harmonics are superimposed, iron loss can also be reduced by reducing the contained spatial harmonics.

また、この電動回転機１０では、図１１に示すように、短期にトルクが大きく急激に変動するためにドライバなどが不快に感じるトルクリプルを、より抑制して緩やかな変動の安定したトルク出力に調整できることが分かる。例えば、この図１１からは、調整溝２１のない場合よりもトルクの脈動を約３０％低減することができていることが分かる。
また、この電動回転機１０では、図１２に示すように、トルク波形のフーリエ級数の展開を行って確認することによっても、調整溝２１の効果を明確に確認することができ、高調波トルクの６次成分を低減するとともに、高調波トルクの１２次成分をも大きく低減することができていることが分かる。 Further, in the electric rotating machine 10, as shown in FIG. 11, the torque ripple that the driver or the like feels uncomfortable because the torque fluctuates greatly and suddenly in a short period is further suppressed and adjusted to a stable torque output with gentle fluctuation. I understand that I can do it. For example, it can be seen from FIG. 11 that the torque pulsation can be reduced by about 30% compared to the case without the adjustment groove 21.
Moreover, in this electric rotating machine 10, as shown in FIG. 12, the effect of the adjustment groove 21 can be clearly confirmed by developing and confirming the Fourier series of the torque waveform, and the harmonic torque can be confirmed. It can be seen that the 6th order component can be reduced and the 12th order component of the harmonic torque can be greatly reduced.

したがって、この電動回転機１０では、回転子１２の１磁極のｄ軸に一致するステータティース１５を中心にして、一歯置いて隣接する対称位置のステータティース１５の内周面１５ａに対面する回転子１２の外周面１２ａに、そのｄ軸の正逆方向の５６°（電気角θ２）が最深部２１ａとなる調整溝２１を形成して、その溝深さＲｔをステータティース１５のエアギャップＧの隙間間隔ｘＬに対して、２０％≦σ（Ｒｔ／ｘＬ）≦４０％の範囲内になるように、好ましくは、２０％≦σ（Ｒｔ／ｘＬ）≦３０％、より好ましくは、２０％≦σ（Ｒｔ／ｘＬ）≦２５％の条件を満たすように形成するだけで、高調波トルクの６次、１２次成分を大きく低減してトルクリプルを効果的に低減することができる。 Therefore, in this electric rotating machine 10, the rotation facing the inner peripheral surface 15 a of the stator tooth 15 at a symmetrical position adjacent to one another is centered on the stator tooth 15 that coincides with the d axis of one magnetic pole of the rotor 12. An adjustment groove 21 is formed on the outer peripheral surface 12a of the child 12 so that the deepest portion 21a is 56 ° (electrical angle θ2) in the forward / reverse direction of the d-axis. Preferably, 20% ≦ σ (Rt / xL) ≦ 30%, more preferably 20%, so as to be within a range of 20% ≦ σ (Rt / xL) ≦ 40%. Only by forming so as to satisfy the condition of ≦ σ (Rt / xL) ≦ 25%, the torque ripple can be effectively reduced by greatly reducing the sixth and twelfth components of the harmonic torque.

このように本実施形態においては、固定子１１のステータティース１５の内周面１５ａと同一幅以下、できれば効果的に磁気抵抗増大領域として機能するように同一幅の調整溝２１を形成し、その調整溝２１としては、回転子１２の１磁極のｄ軸に一致するステータティース１５から一歯置いて隣接する対称位置で、そのｄ軸から両側均等の電気角５６°の位置が最深部２１ａとなって、ステータティース１５のエアギャップＧの隙間間隔ｘＬに対する溝深さＲｔの比率σ（Ｒｔ／ｘＬ）が２０％〜４０％の範囲内になるように形成している。これにより、回転駆動時にステータティース１５から永久磁石１６の角部１６ａにおける磁束に向かって逆向きに進入するコイルの磁束に対する磁気抵抗を、エアギャップＧの空間を調整溝（磁気抵抗増大領域）２１により拡大して効果的に増大させることができ、そのコイルの磁束による永久磁石１６の角部１６ａの減磁を軽減することができる。 As described above, in this embodiment, the adjustment groove 21 having the same width or less as the inner peripheral surface 15a of the stator teeth 15 of the stator 11 is formed so as to effectively function as a magnetic resistance increasing region if possible. The adjustment groove 21 is located symmetrically with one tooth from the stator teeth 15 that coincides with the d-axis of one magnetic pole of the rotor 12, and a position with an electrical angle of 56 ° equal to both sides from the d-axis is the deepest portion 21a. Thus, the ratio σ (Rt / xL) of the groove depth Rt to the gap interval xL of the air gap G of the stator teeth 15 is in the range of 20% to 40%. Thereby, the magnetic resistance to the magnetic flux of the coil entering in the opposite direction toward the magnetic flux in the corner portion 16a of the permanent magnet 16 from the stator teeth 15 during the rotation driving, the space of the air gap G is adjusted to the adjustment groove (magnetic resistance increasing region) 21. Therefore, the demagnetization of the corner portion 16a of the permanent magnet 16 due to the magnetic flux of the coil can be reduced.

また、トルク波形に重畳する６次、１２次の高調波トルクを低減してトルクリプルを抑えることができ、トルクの変動を小さくすることができる。
したがって、電動回転機１０を振動や騒音を少なく高品質回転をさせることができるとともに、損失を少なく高効率に回転駆動させることができ、信頼性高く効率や品質のよい回転駆動を継続することができる。 Further, sixth and twelfth harmonic torque superimposed on the torque waveform can be reduced to suppress torque ripple, and torque fluctuation can be reduced.
Therefore, the electric rotating machine 10 can be rotated at high quality with less vibration and noise, and can be rotated at high efficiency with little loss, and the rotation driving with high reliability and efficiency can be continued. it can.

次に、図１３および図１４は本発明に係る電動回転機の第２実施形態を示す図である。ここで、本実施形態は、上述実施形態と略同様に構成されているので、同様の構成には同一の符号を付して特徴部分を説明する。
図１３において、電動回転機１０は、固定子１１と、回転子１２と、回転軸１３と、を備えて構成されており、本実施形態では上述実施形態における調整溝２１に代わって磁気抵抗増大領域として調整空隙３１が形成されている。なお、調整空隙３１は、上述実施形態と同様に、１磁極におけるｄ軸を中心にする対称位置に形成されており、反時計回り（ＣＣＷ）だけでなく、上述実施形態では特に言及していないが、時計回り（ＣＷ）方向に回転駆動させる際の減磁領域Ａ１の発生をも制限して、１磁極中における磁束（磁路）のバランスを調整するための調整空隙３１を形成する場合を図示している。 Next, FIG. 13 and FIG. 14 are views showing a second embodiment of the electric rotating machine according to the present invention. Here, since the present embodiment is configured in substantially the same manner as the above-described embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals and the characteristic portions will be described.
In FIG. 13, the electric rotating machine 10 includes a stator 11, a rotor 12, and a rotating shaft 13. In this embodiment, in place of the adjustment groove 21 in the above embodiment, the magnetic resistance is increased. An adjustment gap 31 is formed as a region. The adjustment gap 31 is formed at a symmetrical position around the d-axis of one magnetic pole as in the above-described embodiment, and is not particularly referred to in the above-described embodiment in addition to counterclockwise (CCW). However, a case where the adjustment gap 31 for adjusting the balance of the magnetic flux (magnetic path) in one magnetic pole is formed by limiting the generation of the demagnetization region A1 when rotating in the clockwise (CW) direction. It is shown.

調整空隙３１は、図１４に示すように、回転子１２内の永久磁石１６を収容してフラックスバリアとしても機能するＶ字空間１７（空間１７ａ、１７ｂ）を、その永久磁石１６の幅方向平面１６ｂと厚さ方向平面１６ｃに挟まれている外側角部１６ａｏに対面する壁面を離隔方向に後退させることにより形成されている。この調整空隙３１は、フラックスバリア１７ｂを形成するベース壁面１７ｃを永久磁石１６の幅方向平面１６ｂに対面する領域まで延長した延長壁面１７ｄを備える形状に形成されて空隙空間として存在することにより、そのフラックスバリア１７ｂと共に磁束の進入を制限（抑制）する磁気抵抗増大領域として機能する。 As shown in FIG. 14, the adjustment gap 31 includes a V-shaped space 17 (spaces 17 a and 17 b) that accommodates the permanent magnet 16 in the rotor 12 and also functions as a flux barrier, and is a plane in the width direction of the permanent magnet 16. It is formed by retreating the wall surface facing the outer corner 16ao sandwiched between 16b and the thickness direction plane 16c in the separation direction. The adjustment gap 31 is formed in a shape including an extended wall surface 17d extending from the base wall surface 17c forming the flux barrier 17b to a region facing the width direction plane 16b of the permanent magnet 16, and exists as a gap space. It functions as a magnetic resistance increasing region that restricts (suppresses) the entrance of magnetic flux together with the flux barrier 17b.

詳細には、調整空隙３１は、磁気抵抗増大空間として有効に機能するように延長壁面１７ｃの寸法形状が有限要素法による電磁界解析により設定されており、永久磁石１６の厚さＬｍに対して、延長壁面１７ｄの永久磁石１６の幅方向平面１６ｂに対面する対面幅Ｒｗと、その幅方向平面１６ｂから離隔する離隔高さＲｈとの寸法を次のようにして決定している。 Specifically, in the adjustment gap 31, the dimension and shape of the extended wall surface 17 c are set by electromagnetic field analysis by a finite element method so as to function effectively as a magnetic resistance increasing space, and with respect to the thickness Lm of the permanent magnet 16. The dimensions of the facing width Rw of the extended wall surface 17d facing the width direction plane 16b of the permanent magnet 16 and the separation height Rh spaced from the width direction plane 16b are determined as follows.

永久磁石１６の保磁力は、厚さＬｍに比例して増加することから、逆向きの磁束に対する耐減磁特性を確保するための離隔高さＲｈはその厚さＬｍに対して反比例することになり、例えば、図４に示すように、回転子１２の回転駆動により２００℃まで上昇したときに、厚さＬｍが６ｍｍの永久磁石１６の外側角部１６ａｏに発生した減磁領域Ａ１の幅方向平面１６ｂにおける減磁幅Ｄｗが１．３ｍｍの場合には、対面幅Ｒｗをその減磁幅Ｄｗに一致させるとともに、離隔高さＲｈを変数にして電磁界解析を行ったところ、離隔高さＲｈが０．５ｍｍで復帰不能となる不可逆減磁の発生が認められなくなった。このことから、永久磁石１６の厚さＬｍが６ｍｍで、減磁幅Ｄｗが１．３ｍｍの場合には、調整空隙３１は、次の寸法形状にすることにより、永久磁石１６の外側角部１６ａｏにおける不可逆減磁の発生を回避することができる。 Since the coercive force of the permanent magnet 16 increases in proportion to the thickness Lm, the separation height Rh for ensuring the demagnetization resistance against the reverse magnetic flux is inversely proportional to the thickness Lm. For example, as shown in FIG. 4, the width direction of the demagnetization region A1 generated in the outer corner portion 16ao of the permanent magnet 16 having a thickness Lm of 6 mm when the rotor 12 is driven up to 200 ° C. by rotational driving. When the demagnetization width Dw in the plane 16b is 1.3 mm, the facing width Rw is matched with the demagnetization width Dw, and the electromagnetic field analysis is performed using the separation height Rh as a variable. The occurrence of irreversible demagnetization that becomes unrecoverable at 0.5 mm is no longer observed. From this, when the thickness Lm of the permanent magnet 16 is 6 mm and the demagnetization width Dw is 1.3 mm, the adjustment gap 31 is formed in the following dimension shape, whereby the outer corner portion 16ao of the permanent magnet 16 is obtained. It is possible to avoid occurrence of irreversible demagnetization in.

対面幅Ｒｗ＝１．３ｍｍ以上、離隔高さＲｈ＝３／Ｌｍ
なお、永久磁石１６内の内部の渦電流は、表皮効果の影響を受けて外端部分を流れることになり、熱損失はその外端部分に集中することから、永久磁石１６における減磁領域の減磁幅Ｄｗが永久磁石１６の長さＬｂの大小に応じて変化することになる。さらに、その永久磁石１６の外側角部１６ａｏに向かう逆磁界ベクトルは、ステータティース１５の内周面１５ａの幅や磁石開口度θ１と共にこれらの位置関係に大きく依存し、また、永久磁石１６自体の特性にも依ることから、調整空隙３１の形状寸法は、電磁界解析により導出するのが簡易である。 Face width Rw = 1.3mm or more, separation height Rh = 3 / Lm
The internal eddy current in the permanent magnet 16 flows through the outer end portion under the influence of the skin effect, and heat loss is concentrated in the outer end portion. The demagnetization width Dw changes according to the length Lb of the permanent magnet 16. Further, the reverse magnetic field vector toward the outer corner 16ao of the permanent magnet 16 greatly depends on the positional relationship between the inner peripheral surface 15a of the stator teeth 15 and the magnet opening degree θ1, and also the permanent magnet 16 itself. Since it depends on the characteristics, it is easy to derive the shape dimension of the adjustment gap 31 by electromagnetic field analysis.

ここで提示する上記条件は、２０℃での残留磁束密度Ｂｒが約１．２５Ｔ（テスラ）で、保磁力Ｈｃｂが９６５．７５ｋＡ／ｍのネオジム磁石を採用して、厚さＬｍが６ｍｍであるために保磁力５７９５Ａであるのに対して、コイルターン数１０を４列並列させて最大電流値５００Ａｐｋ（実効値（５００／√２）≒３５３．６Ａｒｍｓ）を印加し発生させる回転磁界の逆磁界の基本波成分が８８４Ａ（（実効値／４）×１０）となる駆動環境の場合に最適となる形状寸法である。また、回転子１２の温度上昇２００℃を念頭に上記条件を導出するが、この温度は他のモータの構成要素の許容耐熱温度に依存していることから、当該温度に限定する必要はなく、適宜設定すればよいパラメータである。 The above conditions presented here are neodymium magnets having a residual magnetic flux density Br of about 1.25 T (Tesla) at 20 ° C., a coercive force Hcb of 965.75 kA / m, and a thickness Lm of 6 mm. Therefore, while the coercive force is 5795 A, the reverse magnetic field of the rotating magnetic field generated by applying a maximum current value of 500 Apk (effective value (500 / √2) ≈353.6 Arms) with four coil turns arranged in parallel in 10 rows Is the optimum shape in the driving environment where the fundamental wave component is 884A ((effective value / 4) × 10). In addition, the above condition is derived in consideration of the temperature increase of the rotor 12 of 200 ° C., but since this temperature depends on the allowable heat-resistant temperature of the components of other motors, it is not necessary to limit to this temperature. It is a parameter that can be set as appropriate.

したがって、本実施形態においても、この電動回転機１０は、上述実施形態と同様に、回転子１２の内部に調整空隙３１を形成するだけで、回転子１２側の永久磁石１６の外側角部１６ａｏ周りの透磁率を下げて、固定子１１側のステータティース１５に鎖交する磁束に対する磁気抵抗を高くすることができ、永久磁石１６に減磁箇所が発生し難く、信頼性高く効率のよい回転駆動を継続することができる。 Therefore, also in the present embodiment, the electric rotating machine 10 is similar to the above-described embodiment in that the outer corner 16ao of the permanent magnet 16 on the rotor 12 side is formed only by forming the adjustment gap 31 inside the rotor 12. The magnetic permeability around the stator teeth 15 on the stator 11 side can be increased by lowering the magnetic permeability around the stator 11, and the permanent magnet 16 is unlikely to generate a demagnetization point and is reliable and efficient. Driving can be continued.

このように本実施形態においては、回転子１２側の永久磁石１６で減磁が発生する領域Ａ１を覆う調整空隙３１を形成しており、上述実施形態と同様に、回転駆動時にステータティース１５から永久磁石１６の外側角部１６ａｏに向かって逆向きに進入するコイルの磁束に対して調整空隙３１が磁気抵抗増大領域として効果的に機能することができ、そのコイルの磁束による永久磁石１６の角部１６ａｏの減磁を軽減することができる。したがって、電動回転機１０を損失少なく高効率に回転駆動させることができ、信頼性高く効率のよい回転駆動を継続することができる。 As described above, in the present embodiment, the adjustment gap 31 that covers the region A1 where the demagnetization is generated by the permanent magnet 16 on the rotor 12 side is formed. The adjustment gap 31 can effectively function as a magnetic resistance increasing region with respect to the magnetic flux of the coil entering in the opposite direction toward the outer corner portion 16ao of the permanent magnet 16, and the corner of the permanent magnet 16 by the magnetic flux of the coil. Demagnetization of the portion 16ao can be reduced. Therefore, the electric rotating machine 10 can be rotationally driven with high efficiency with little loss, and reliable and efficient rotational driving can be continued.

ここで、上述実施形態の電動回転機１０では、モータの構成要素の許容耐熱温度が２００℃であって１９０℃の駆動環境で効果的に機能すれば十分であることから、永久磁石１６の外側角部１６ａｏのみを対象にして調整溝２１や調整空隙３１を形成する場合を一例にして説明するが、これに限るものではなく、内側角部１６ａｉを対象に形成してもよく、使用環境に応じて調整溝や調整空隙を同様に形成すればよい。 Here, in the electric rotating machine 10 of the above-described embodiment, it is sufficient that the allowable heat-resistant temperature of the components of the motor is 200 ° C. and functions effectively in a driving environment of 190 ° C. The case where the adjustment groove 21 and the adjustment gap 31 are formed only for the corner portion 16ao will be described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the inner corner portion 16ai may be formed for the use environment. Accordingly, the adjustment grooves and adjustment gaps may be formed similarly.

また、上述２実施形態では、永久磁石１６をＶ字型にして回転子１２内に埋め込む構造を採用する場合を一例に説明するが、これに限るものではなく、例えば、永久磁石を回転子１２の外周面１２ａに対して平板状に対面する状態に埋め込む平板配置の場合にも適用することができ、同様の作用効果を得ることができる。また、８極４８スロットモータの構成の電動回転機１０を一例にして、１磁極１対が１周期（３６０°）に対応する角度を電気角として説明するが、これに限るものではなく、１磁極に対して６スロットが対応する他のモータ構造にも適用することができ、例えば、６極３６スロット、４極２４スロット、１０極６０スロットのモータ構造にもそのまま適用することができる。 In the above-described two embodiments, the case where the permanent magnet 16 is formed in a V shape and embedded in the rotor 12 will be described as an example. However, the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to the case of a flat plate arrangement embedded in a state facing a flat plate shape with respect to the outer peripheral surface 12a, and similar effects can be obtained. In addition, an electric rotating machine 10 having an 8-pole 48-slot motor configuration is taken as an example, and an angle corresponding to one cycle (360 °) of one magnetic pole pair will be described as an electrical angle. However, the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to other motor structures in which 6 slots correspond to the magnetic poles. For example, the present invention can also be applied to a motor structure having 6 poles, 36 slots, 4 poles, 24 slots, and 10 poles and 60 slots.

本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、各請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。 The scope of the present invention is not limited to the illustrated and described exemplary embodiments, but also includes all embodiments that provide equivalent effects to those intended by the present invention. Further, the scope of the invention is not limited to the combinations of features of the invention defined by the claims, but may be defined by any desired combination of particular features among all the disclosed features. .

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。 Although one embodiment of the present invention has been described so far, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be implemented in various forms within the scope of the technical idea.

１０電動回転機
１１固定子
１２回転子
１２ａ外周面
１３回転軸
１５ステータティース
１５ａ内周面
１６永久磁石
１６ａ角部
１６ａｉ内側角部
１６ａｏ外側角部
１７Ｖ字空間
１７ｂフラックスバリア
１８スロット
２０センタブリッジ
２１調整溝
２１ａ最深部
２１ｂ、２１ｃ斜面
３１調整空隙
Ａ１、Ａ２減磁領域
Ｇエアギャップ
Ｒｔ溝深さ
Ｔｓ溝幅
ｘＬ、ｘＳ隙間間隔
θ１開口角度
θ２変位角 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electric rotating machine 11 Stator 12 Rotor 12a Outer peripheral surface 13 Rotating shaft 15 Stator teeth 15a Inner peripheral surface 16 Permanent magnet 16a Corner portion 16ai Inner corner portion 16ao Outer corner portion 17 V-shaped space 17b Flux barrier 18 Slot 20 Center bridge 21 Adjustment groove 21a Deepest part 21b, 21c Slope 31 Adjustment gap A1, A2 Demagnetization region G Air gap Rt Groove depth Ts Groove width xL, xS Gap spacing θ1 Opening angle θ2 Displacement angle

Claims

軸心の回転軸を一体回転させる回転子と、該回転子を回転自在に収容する固定子と、を備えて、
前記固定子は、前記回転子の周回回転する外周面に向かって延在して該外周面に内周面側を対面させる複数本のティース部と、駆動電力を入力するコイルを前記ティース部に巻き掛ける空間であって該ティース部間に形成される複数のスロットと、を有し、
前記回転子には、前記ティース部の対向面に磁気力を働かせるように複数の永久磁石が埋め込まれることにより、
前記コイルへの通電時に発生する磁束が、前記ティース部内、当該ティース部背面側および前記回転子内を通過することによるリラクタンストルクおよび前記永久磁石との間で働く吸引力または反発力のマグネットトルクにより前記固定子内の前記回転子を回転駆動させる電動回転機であって、
前記回転子側の１組の前記永久磁石と前記固定子側の１組の前記スロットとが対応する構成で、該１組の永久磁石側を１磁極としたときに、該１磁極毎の前記永久磁石で発生する減磁箇所に向かう前記コイルへの通電により発生する前記磁束の磁路途中に、磁気抵抗を大きくする磁気抵抗増大領域を形成することを特徴とする電動回転機。 A rotor that integrally rotates the rotation shaft of the shaft center, and a stator that rotatably accommodates the rotor,
The stator includes a plurality of teeth portions that extend toward the outer peripheral surface that rotates around the rotor and faces the outer peripheral surface to the inner peripheral surface side, and a coil that inputs driving power to the teeth portion. A plurality of slots formed between the teeth portions in a space for winding,
In the rotor, a plurality of permanent magnets are embedded so as to exert a magnetic force on the opposing surface of the teeth portion,
The reluctance torque generated when the magnetic flux generated when the coil is energized passes through the teeth portion, the back side of the teeth portion, and the rotor, and the attractive or repulsive magnet torque acting between the permanent magnets. An electric rotating machine that rotationally drives the rotor in the stator,
When one set of the permanent magnets on the rotor side corresponds to one set of the slots on the stator side, and the one set of permanent magnet side is one magnetic pole, the one for each magnetic pole An electric rotating machine, wherein a magnetic resistance increasing region for increasing a magnetic resistance is formed in the middle of a magnetic path of the magnetic flux generated by energizing the coil toward a demagnetized portion generated by a permanent magnet.

前記磁気抵抗増大領域として、前記回転子の前記ティース部に対面する外周面に、前記磁気抵抗を調整する調整溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動回転機。 2. The electric rotating machine according to claim 1, wherein an adjustment groove for adjusting the magnetic resistance is formed on an outer peripheral surface of the rotor facing the teeth portion as the magnetic resistance increasing region.

前記回転子側には、当該外周面側に向かってＶ字型に開くように一対で前記１組の永久磁石を埋め込んで前記１磁極が構成され、
前記固定子側には、６つで前記１組のスロットが構成されており、
前記調整溝は、前記１磁極中心から両側に前記ティース部を１歯置いた両側均等の前記ティース部に対向する対面幅以内の幅で該ティース部と平行になるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電動回転機。 On the rotor side, the one magnetic pole is configured by embedding the pair of permanent magnets so as to open in a V shape toward the outer peripheral surface side,
On the stator side, the one set of slots is composed of six,
The adjustment groove is formed so as to be parallel to the teeth portion with a width within a facing width facing the teeth portion equivalent to both sides with one tooth placed on both sides from the center of the one magnetic pole. The electric rotating machine according to claim 2, characterized in that:

前記調整溝は、前記１磁極中心に対する両側均等の電気角５６°の位置が最深部となるように形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の電動回転機。 4. The electric rotating machine according to claim 2, wherein the adjustment groove is formed such that a position at an equal electrical angle of 56 ° on both sides with respect to the center of the one magnetic pole is a deepest portion. 5.

前記ティース部の内周面と前記回転子の外周面との間の対面間隔Ｄ１と、前記調整溝の最深部の深さＦとが、
０．２≦Ｆ／Ｄ１≦０．４
の範囲内になるように形成されていることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の電動回転機。 The facing distance D1 between the inner peripheral surface of the teeth portion and the outer peripheral surface of the rotor, and the depth F of the deepest portion of the adjustment groove,
0.2 ≦ F / D1 ≦ 0.4
The electric rotating machine according to any one of claims 2 to 4, wherein the electric rotating machine is formed so as to fall within a range of.

前記磁気抵抗増大領域として、前記永久磁石を収容する空間を形成する内面と、当該永久磁石の外面との間に、前記磁気抵抗を調整する調整空隙が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動回転機。 The adjustment air gap for adjusting the magnetic resistance is formed between the inner surface forming the space for accommodating the permanent magnet and the outer surface of the permanent magnet as the magnetic resistance increasing region. The electric rotating machine according to 1.

前記回転子側には、当該外周面側に向かってＶ字型に開くように一対で前記１組の永久磁石を埋め込んで前記１磁極が構成され、
前記調整空隙は、前記回転子の外周面に近接する側に前記ティース部と平行になるように形成されていることを特徴とする請求項６に記載の電動回転機。 On the rotor side, the one magnetic pole is configured by embedding the pair of permanent magnets so as to open in a V shape toward the outer peripheral surface side,
The electric rotating machine according to claim 6, wherein the adjustment gap is formed on a side close to the outer peripheral surface of the rotor so as to be parallel to the teeth portion.