JP2015050803A - Rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、回転電機に関する。 Embodiments described herein relate generally to a rotating electrical machine.
例えば電気自動車(EV)やハイブリッド車(HEV)に搭載される電動機や発電機などの回転電機においては、回転子鉄心に磁極形成用の永久磁石を複数個埋め込んだ永久磁石埋め込み型の回転電機が用いられている。この種の回転電機においては、回転子の回転時に、回転子と固定子との間に発生する電磁力に起因して振動や騒音が発生することが知られており、この振動や騒音を低減することが要求されている。 For example, in a rotating electrical machine such as an electric motor or a generator mounted on an electric vehicle (EV) or a hybrid vehicle (HEV), there is an embedded permanent magnet rotating electrical machine in which a plurality of permanent magnets for magnetic pole formation are embedded in a rotor core. It is used. In this type of rotating electrical machine, it is known that vibration and noise are generated due to electromagnetic force generated between the rotor and the stator when the rotor rotates, and this vibration and noise are reduced. Is required to do.
これに対処するために、例えば回転子を軸方向に複数個に分割し、分割された複数個の分割ピースを円周方向にずらすことで回転子にスキューを設けるようにしたものが提案されている。このものによれば、回転子と固定子との間の電磁力に起因して発生する振動や騒音を低減することができるとされている。しかしながら、このものでは構造が複雑で、製造し難いという欠点がある。 In order to cope with this, for example, a rotor is divided into a plurality of pieces in the axial direction, and a plurality of divided pieces are shifted in the circumferential direction to provide a skew in the rotor. Yes. According to this, it is said that the vibration and noise which generate | occur | produce due to the electromagnetic force between a rotor and a stator can be reduced. However, this has the disadvantage that the structure is complicated and difficult to manufacture.
そこで、構造が簡単で製造し易い構造でありながら、回転子と固定子との間の電磁力に起因する振動や騒音の低減化を図ることができる回転電機を提供する。 Therefore, a rotating electrical machine that can reduce vibration and noise caused by electromagnetic force between the rotor and the stator while having a simple structure and easy to manufacture is provided.
本実施形態の回転電機は、固定子巻線が巻装された固定子と、この固定子に対して回転可能に設けられた回転子鉄心における円周方向の複数箇所に磁極を形成する永久磁石が埋め込まれた回転子と、を備える。回転子鉄心の各磁極にあって固定子と対向する部位に、磁極の中心に対し円周方向に非対称となるように磁気抵抗部を設ける。 The rotating electrical machine of the present embodiment is a permanent magnet that forms magnetic poles at a plurality of locations in the circumferential direction of a stator around which a stator winding is wound and a rotor core that is rotatably provided to the stator. Embedded with a rotor. A magnetoresistive portion is provided in each magnetic pole of the rotor core so as to be asymmetric in the circumferential direction with respect to the center of the magnetic pole at a portion facing the stator.
以下、複数の実施形態による回転電機について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付して説明を省略する。
(第1の実施形態)
図2に示される回転電機1は、例えば電気自動車やハイブリッド車に搭載される発電機として用いられるものである。この回転電機1は、円環形状をなす固定子2と、この固定子2の界磁空間である内部空間に回転可能に配置された回転子3と、を備えている。
Hereinafter, rotating electric machines according to a plurality of embodiments will be described with reference to the drawings. In each embodiment, substantially the same constituent parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
(First embodiment)
The rotating
固定子2は、固定子鉄心4と、この固定子鉄心4に巻装された固定子巻線5を備えている。固定子巻線5としては、この場合3相のコイルであるU相コイル5u、V相コイル5vおよびW相コイル5wを備えている。固定子鉄心4は、複数枚の鋼板を積層して一体的に結着することによって円環形状をなすように形成されている。この固定子鉄心4は、径方向の内周部側へ突出する複数個、この場合48個のティース6を有しているとともに、隣り合った各ティース6間にスロット7を有している。スロット7の数も48である。3相の各コイル5u,5v,5wは、複数本のティース6を跨ぐようにスロット7に巻装されている。この場合、U相コイル5uが固定子鉄心4の最も外周部側に配置され、V相コイル5vがそのU相コイル5uよりも径方向の内周部側に配置され、W相コイル5wが最も内周部側に配置されている。
The
回転子3は、回転子鉄心8と、この回転子鉄心8の中心部に設けられた回転軸9と、回転子鉄心8に埋め込まれた、磁極形成用の複数個の永久磁石10と、を備えている。この場合、回転子3の回転方向は、図1および図2の矢印A方向の一方向である。回転子鉄心8は、円環状をなす鋼板を複数枚積層して一体化した円筒状をなしている。回転軸9は、その回転子鉄心8の中心部の孔に挿入され、当該回転子鉄心8と一体回転するように連結されている。回転子鉄心8の外周面と、固定子鉄心4の内周面(各ティース6の先端部の端面)との間には、所定寸法のギャップG(図1参照)が形成されている。
The
回転子鉄心8には、2個で対をなす磁石挿入孔部11が、円周方向の複数箇所、この場合8箇所に等間隔で設けられている。したがって、2個で対をなす磁石挿入孔部11は、8対設けられている。一対の磁石挿入孔部11は、図1に示すように、半径方向の外周部側に向かうにしたがって対向距離が順次大となるように、回転子鉄心8の外周部側から見て「ハ」の字形に形成されている。各磁石挿入孔部11は、回転子鉄心8の軸方向に沿って延びている。各磁石挿入孔部11には、永久磁石10がそれぞれ挿入固定されている。各永久磁石10は、断面が扁平な矩形状をなし、回転子鉄心8の軸方向延びる板状をなしている。対をなす2個の永久磁石10は、回転子鉄心8の回転中心側から見て、V字形に配置されている。
The
対をなす2個の永久磁石10は、外周部側の極性が同じに設定されている。また、ある任意の対をなす2個の永久磁石10の外周部側の極性と、これの隣に存する2個の永久磁石10の外周部側の極性とは異なっている。したがって、対をなす2個の永久磁石10で、一つの磁極を形成している。この場合、回転子3には、16個の永久磁石10によって8極の磁極が形成されている。ここで、対をなす2個の永久磁石10で形成される各磁極において、2個の永久磁石10の間の中心と、回転子3の回転中心Oとを結ぶ直線を磁極中心線L1(図1参照)とする。また、隣り合った2つの磁極間の中心と、回転子3の回転中心Oとを結ぶ直線を磁極間中心線L2(図1参照)とする。
The two
回転子鉄心8において、対をなす2個の各永久磁石10の端部に位置させてフラックスバリア12,13が形成されている。各フラックスバリア12,13は、磁石挿入孔部11に連通する孔部から構成されていて、回転子鉄心8の軸方向に沿って延びている。回転子鉄心8の各磁極において、磁極中心線L1に近い2個のフラックスバリア12で挟まれた部分には、幅が細いブリッジ部14が形成され、また、磁極間中心線L2に近い外周部側のフラックスバリア13と回転子鉄心8の外周面との間にも、幅が細いブリッジ部15が形成されている。
In the
さて、回転子鉄心8の各磁極において、固定子2と対向する部位である回転子鉄心8の外周面には、磁気抵抗部を構成する溝部18が形成されている。この溝部18は、固定子2と対向する面が開口した凹状をなしていて、回転子鉄心8の軸方向に沿って延びている。また、この溝部18は、回転子鉄心8の各磁極において、磁極の中心となる磁極中心線L1と、フラックスバリア12,13のうち最も回転子3の回転方向である矢印A方向側(図1において左側)に存する外周部側のフラックスバリア13との間に存している。回転子鉄心8の各磁極において、磁極中心線L1に対して回転子3の回転方向とは反対側(図1において右側)には溝部18は形成されていない。したがって、溝部18は、回転子鉄心8の各磁極において、磁極の中心となる磁極中心線L1に対して円周方向に非対称に設けられている。
Now, in each magnetic pole of the
上記構成の回転電機1においては、回転子3の回転時に、固定子2と回転子3との間には、回転子3における各永久磁石10による磁束と、固定子巻線5による磁束とが作用する。このときに固定子2に働く電磁力を解析するため、発明者らは、解析ソフトを用いてその解析を行った。図3は本実施形態における解析結果である。図4は、本実施形態と比較するための比較例における解析結果である。図4の比較例は、回転子鉄心8の外周面に、磁気抵抗部となる溝部18を設けていない場合である。図3および図4において、矢印の向きは電磁力の向きを示し、また、矢印の長さは電磁力の大きさを示している。なお、図3および図4においては、固定子巻線5の図示は省略されている。
In the rotating
これら図3および図4において、一点鎖線で囲む領域Bに着目してみる。図3と図4を比較してみると、領域Bにおける電磁力の大きさが、図3の方が図4の場合より小さくなっていることがわかる。これは、図3の場合、回転子鉄心8の外周面に磁気抵抗部としての溝部18を設けたことによる効果であるとみることができる。溝部18を設けることで、溝部18の底面と固定子2の内周面(ティース6の先端面)との間のギャップGが大きくなり、そこを磁束が通り難くなり、この結果、固定子2に作用する磁束が小さくなったと考えられる。
In FIGS. 3 and 4, attention is paid to a region B surrounded by a one-dot chain line. Comparing FIG. 3 and FIG. 4, it can be seen that the magnitude of the electromagnetic force in region B is smaller in FIG. 3 than in FIG. In the case of FIG. 3, this can be considered as an effect due to the provision of the
本実施形態においては、回転子鉄心8における各磁極にあって固定子2と対向する外周面に、磁極の中心(磁極中心線L1)に対し円周方向に非対称となるように、磁気抵抗部を構成する溝部18を設けたことにより、回転子3の回転時に固定子2に作用する電磁力を低減化できる。これにより、その電磁力に起因する振動や騒音の低減化を図ることが可能になる。しかも、この場合、回転子鉄心8の外周面に溝部18を設ける、という簡単な構成で達成できるから、構造が簡単で製造し易い構造である。よって、構造が簡単で製造し易い構造でありながら、回転子3と固定子2との間の電磁力に起因する振動や騒音の低減化を図ることができる。また、回転電機1としての性能の低下も極力抑えることができる。
In the present embodiment, the magnetoresistive portion is asymmetric in the circumferential direction with respect to the center of the magnetic pole (magnetic pole center line L1) on the outer peripheral surface of each of the magnetic poles in the
磁気抵抗部を構成する溝部18は、各磁極にあって磁極中心線L1より回転子3の回転方向A側に存している。これにより、回転子3が一方向のみに回転される回転電機1に一層有効である。
The
磁気抵抗部を構成する溝部18は、各磁極にあって磁極中心線L1とフラックスバリア12,13のうち最も回転子3の回転方向A側に存するフラックスバリア13との間に存している。これにより、固定子2に作用する電磁力を一層効果的に低減させることが可能となる。
The
(第2の実施形態)
図5は第2の実施形態を示すものである。この第2の実施形態は、磁気抵抗部の形態が第1の実施形態とは異なっている。すなわち、磁気抵抗部としては、溝部18に代えて、孔部20によって構成している。この孔部20は、円周方向に沿って延びるスリット状に形成されていて、固定子2と対向する面が、幅狭なブリッジ部21によって閉鎖されている。
(Second Embodiment)
FIG. 5 shows a second embodiment. The second embodiment is different from the first embodiment in the form of the magnetoresistive portion. That is, the magnetoresistive portion is constituted by the
この第2の実施形態においては、第1の実施形態と同様な作用効果を得ることができることに加えて、次のような利点がある。孔部20は、固定子2と対向する面がブリッジ部21によって閉鎖されているので、回転子鉄心8の外周面としては滑らかであり、回転子3の回転時に風切り音のような騒音が発生せず、騒音の発生を一層低減させることが可能となる。
The second embodiment has the following advantages in addition to being able to obtain the same functions and effects as those of the first embodiment. Since the surface of the
(その他の実施形態)
磁気抵抗部としての溝部18、孔部20は、1磁極に1個に限られず、円周方向に複数に分割するようにしてもよい。また、回転子鉄心8の各磁極において、磁極中心線L1を中心に円周方向に非対称であれば、回転子3の回転方向Aとは反対側に、溝部18よりも浅いあるいは幅狭な溝部、孔部20よりも小さい孔部があってもよい。
(Other embodiments)
The number of the
上記した実施形態では、2個の永久磁石10で1磁極を形成するものを例示したが、これに限られず、1個の永久磁石で1磁極を形成するものでもよく、3個以上の永久磁石で1磁極を形成するものでもよい。
In the above-described embodiment, an example in which one magnetic pole is formed by two
回転電機1としては、発電機に限られず、電動機に適用できることは勿論である。また、インナーロータ形に限られず、アウターロータ形のものにも適用することができる。
以上説明したように本実施形態の回転電機によれば、回転子鉄心の各磁極にあって固定子と対向する部位に、磁極の中心に対し円周方向に非対称となるように磁気抵抗部を設ける構成とした。これにより、回転子鉄心に磁気抵抗部を設けるという簡単な構造で、製造し易い構造でありながら、回転子と固定子との間の電磁力に起因する振動や騒音の低減化を図ることができる。
Needless to say, the rotating
As described above, according to the rotating electric machine of the present embodiment, the magnetoresistive portion is provided in each magnetic pole of the rotor core so as to be asymmetric in the circumferential direction with respect to the center of the magnetic pole at a portion facing the stator. It was set as the structure provided. As a result, it is possible to reduce vibration and noise caused by electromagnetic force between the rotor and the stator while having a simple structure in which a magnetoresistive portion is provided on the rotor core and easy to manufacture. it can.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
図面中、1は回転電機、2は固定子、3は回転子、4は固定子鉄心、5は固定子巻線、6はティース、7はスロット、8は回転子鉄心、9は回転軸、10は永久磁石、11は磁石挿入孔部、12,13はフラックスバリア、18は溝部(磁気抵抗部)、20は孔部(磁気抵抗部)を示す。
In the drawings, 1 is a rotating electrical machine, 2 is a stator, 3 is a rotor, 4 is a stator core, 5 is a stator winding, 6 is a tooth, 7 is a slot, 8 is a rotor core, 9 is a rotating shaft,
Claims (5)
前記回転子鉄心の各磁極にあって前記固定子と対向する部位に、磁極の中心に対し円周方向に非対称となるように磁気抵抗部を設けたことを特徴とする回転電機。 A stator around which a stator winding is wound, and a rotor in which permanent magnets forming magnetic poles are embedded in a plurality of locations in the circumferential direction of a rotor core that is rotatably provided to the stator; In a rotating electrical machine with
A rotating electrical machine, wherein a magnetic resistance portion is provided in each magnetic pole of the rotor core so as to be asymmetric in the circumferential direction with respect to the center of the magnetic pole at a portion facing the stator.
前記磁気抵抗部は、各磁極にあって磁極の中心と前記フラックスバリアのうち最も前記回転子の回転方向側に存するフラックスバリアとの間に存していることを特徴とする請求項2記載の回転電機。 The rotor core is provided with a flux barrier located at the end of the permanent magnet,
3. The magnetoresistive portion according to claim 2, wherein the magnetoresistive portion exists in each magnetic pole and between the center of the magnetic pole and the flux barrier existing closest to the rotation direction of the rotor among the flux barriers. Rotating electric machine.
Priority Applications (1)
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2013
- 2013-08-30 JP JP2013179594A patent/JP2015050803A/en active Pending
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