Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP6437706B2 - IPM type electric rotating machine - Google Patents

IPM type electric rotating machine Download PDF

Info

Publication number
JP6437706B2
JP6437706B2 JP2012221993A JP2012221993A JP6437706B2 JP 6437706 B2 JP6437706 B2 JP 6437706B2 JP 2012221993 A JP2012221993 A JP 2012221993A JP 2012221993 A JP2012221993 A JP 2012221993A JP 6437706 B2 JP6437706 B2 JP 6437706B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotor
magnetic flux
torque
axis
width
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2012221993A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014075905A5 (en
JP2014075905A (en
Inventor
真大 青山
真大 青山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzuki Motor Co Ltd
Original Assignee
Suzuki Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzuki Motor Co Ltd filed Critical Suzuki Motor Co Ltd
Priority to JP2012221993A priority Critical patent/JP6437706B2/en
Priority to DE102013219067.0A priority patent/DE102013219067B4/en
Priority to DE102013219106.5A priority patent/DE102013219106B4/en
Priority to DE102013219260.6A priority patent/DE102013219260B4/en
Priority to DE102013219222.3A priority patent/DE102013219222B4/en
Priority to CN201310449982.8A priority patent/CN103715797B/en
Priority to CN201310451292.6A priority patent/CN103715798B/en
Priority to CN201310451456.5A priority patent/CN103715852B/en
Priority to CN201310451355.8A priority patent/CN103715851B/en
Publication of JP2014075905A publication Critical patent/JP2014075905A/en
Publication of JP2014075905A5 publication Critical patent/JP2014075905A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6437706B2 publication Critical patent/JP6437706B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Description

本発明は、IPM型電動回転機に関し、詳しくは、高効率な回転駆動を実現するものに関する。   The present invention relates to an IPM type electric rotating machine, and more particularly to an apparatus that realizes highly efficient rotational driving.

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。
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(HEV:Hybrid Electric Vehicle)に搭載されたり、単独の駆動源として電気自動車(EV:Electric Vehicle)に搭載される、駆動用モータの場合には、低速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, in the case of a drive motor mounted on a hybrid vehicle (HEV: Hybrid Electric Vehicle) together with an internal combustion engine as a drive source, or mounted on an electric vehicle (EV: Electric Vehicle) as a single drive source, the motor rotates at a low speed. It is required to have a wide variable speed characteristic at the same time as generating a large torque in the region.

この種の車両には、燃費向上のために、電動回転機を含めて各コンポーネントにエネルギ変換効率の向上が要求されており、特に、車載の電動回転機においては、常用領域における効率向上が望まれている。さらに、車載の電動回転機には、設置空間の制約や軽量化の観点から、より小型化した高エネルギ密度の構造が求められている。
ところで、HEVやEVでは、一般的に、電動回転機の低速回転・低負荷領域が常用領域である。このことから、車載の電動回転機のトルクに貢献する割合は、電機子電流の大小に応じたリラクタンストルクよりもマグネットトルクの方が大きくなり、高効率化のために高磁力の永久磁石を多く使用する傾向にある。
このような傾向から、電動回転機としては、エネルギ変換効率の向上、特に、低速回転・低負荷領域の常用領域における効率向上のために、高残留磁束密度のネオジム磁石を回転子の鉄心内部に埋め込んだ永久磁石式の同期モータであるIPM(Interior Permanent Magnet)型が多用されている。このIPM型電動回転機では、外周面側に向かって開くV字形になるように永久磁石を回転子内に埋め込むことにより、マグネットトルクに加えて、リラクタンストルクも積極的に利用できる磁気回路にすることが提案されている(例えば、特許文献1、2)。また、IPM型電動回転機では、回転子の外周面に、固定子側との間の磁気抵抗を調整するための溝を形成することも提案されている(例えば、特許文献3〜5)。
This type of vehicle is required to improve the energy conversion efficiency of each component, including the electric rotating machine, in order to improve the fuel efficiency. In particular, the in-vehicle electric rotating machine is expected to improve the efficiency in the normal range. It is rare. Furthermore, in-vehicle electric rotating machines are required to have a smaller and higher energy density structure from the viewpoints of installation space restrictions and weight reduction.
By the way, in HEV and EV, generally, a low-speed rotation / low load region of an electric rotating machine is a regular region. For this reason, the ratio of contribution to the torque of the in-vehicle electric rotating machine is larger for the magnet torque than for the reluctance torque according to the magnitude of the armature current, and many high-magnetism permanent magnets are used for higher efficiency. Tend to use.
Because of this tendency, for electric rotating machines, neodymium magnets with a high residual magnetic flux density are placed inside the rotor core in order to improve the energy conversion efficiency, especially in the normal range of low-speed rotation and low load range. An IPM (Interior Permanent Magnet) type which is an embedded permanent magnet type synchronous motor is frequently used. In this IPM type electric rotating machine, a permanent magnet is embedded in the rotor so as to have a V-shape that opens toward the outer peripheral surface, thereby forming a magnetic circuit that can actively use reluctance torque in addition to magnet torque. (For example, Patent Documents 1 and 2). In addition, in the IPM type electric rotating machine, it has also been proposed to form a groove for adjusting the magnetic resistance between the outer peripheral surface of the rotor and the stator side (for example, Patent Documents 3 to 5).

特開2006−254629号公報JP 2006-254629 A 特開2012− 39775号公報JP 2012-39775 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

ところで、近年の電動回転機には、磁力と耐熱性とを高めるためにNd、Dy、Tbなどのレアアースを含む永久磁石が多用されているが、その稀少性に伴う価格高騰とその流通量の不安定さから、レアアース使用量を低減しつつ高効率化する必要性が高まっている。
しかしながら、HEVやEVでは、電動回転機の常用領域が低速回転・低負荷領域であることから、その領域に寄与するマグネットトルクを大きくするために、特許文献1〜5に記載のようなIPM型モータにおいても、高磁力の永久磁石の使用量を多くする傾向にある。これは、レアアースの使用量の低減という課題の解決を妨げる方向である。
また、IPM型電動回転機では、特許文献3〜5に記載のように、回転子の外周面に形成する磁気抵抗の調整溝をそのまま適用しても、効果的にトルクリプルなどを抑えることができない。
そこで、本発明は、永久磁石の使用量を削減しつつ高効率な回転駆動を実現して、低コストかつ高エネルギ密度の電動回転機を提供することを目的としている。
By the way, in recent electric rotating machines, permanent magnets containing rare earths such as Nd, Dy, Tb are often used to increase the magnetic force and heat resistance. Due to the instability, there is a growing need for higher efficiency while reducing the amount of rare earth used.
However, in HEV and EV, the normal area of the electric rotating machine is a low-speed rotation / low load area. Therefore, in order to increase the magnet torque contributing to the area, the IPM type as described in Patent Documents 1 to 5 is used. In motors as well, there is a tendency to increase the usage of permanent magnets with high magnetic force. This is a direction that hinders the solution of the problem of reducing the amount of rare earth used.
Further, in the IPM type electric rotating machine, as described in Patent Documents 3 to 5, even if the magnetic resistance adjusting groove formed on the outer peripheral surface of the rotor is applied as it is, torque ripple or the like cannot be effectively suppressed. .
Therefore, an object of the present invention is to provide a low-cost and high-energy density electric rotating machine that realizes highly efficient rotational driving while reducing the amount of permanent magnets used.

上記課題を解決するIPM型電動回転機に係る発明の第1の態様は、一対の永久磁石が複数埋め込まれた回転子と、当該回転子に対面する複数のティース間に形成されたスロットにコイルが収容されている固定子と、を備える電動回転機であって、前記一対の永久磁石が前記回転子の外周面に向かって開くV字形状に配置されており、前記一対の永久磁石が形成する磁極毎に、フラックスバリアが形成されており、前記フラックスバリアは、前記一対の永久磁石の間に形成され、かつ前記永久磁石の前記固定子に対面する固定子側磁極面の固定子側の端部よりも前記回転子の径方向の内方側に形成された空間によって構成されており、前記空間が前記固定子側磁極面と反対側の反固定子側磁極面よりも前記回転子の径方向の内方まで延在されており、前記回転子の外周面の前記d軸上に調整溝を設け、前記回転子の極数をP、前記永久磁石の長さをWpm、前記回転子の軸心から前記外周面までの外半径をR1、前記回転子の軸心から前記調整溝の溝底までの長さをR4として、1.38<(P×Wpm)/R1<1.75の関係、及び0.98≦R4/R1<1.0の関係を満たす寸法形状に形成し、前記調整溝の周方向の幅は、前記回転子に対向する前記ティースの対向面の周方向の幅以上、1つの前記ティースを挟んで周方向に隣接するティース間の幅以下に設定されていることを特徴とするものである。
A first aspect of the invention relating to an IPM type electric rotating machine that solves the above problem is that a coil is formed in a slot formed between a rotor in which a plurality of pairs of permanent magnets are embedded and a plurality of teeth facing the rotor. A pair of permanent magnets, wherein the pair of permanent magnets are arranged in a V-shape that opens toward an outer peripheral surface of the rotor, and the pair of permanent magnets is formed. each magnetic pole, fluxes barrier is formed, the flux barrier is formed between the pair of permanent magnets, and the stator side of the stator magnetic pole surface facing the stator of the permanent magnet Is formed by a space formed on the inner side in the radial direction of the rotor with respect to the end of the rotor, and the space is more than the anti-stator side magnetic pole surface opposite to the stator side magnetic pole surface. Extending radially inward Cage, the adjustment groove on the d-axis of the outer circumferential surface of the rotor is provided outside of the number of poles the rotor P, and the length of the permanent magnet W pm, to the shaft center said outer circumferential surface of the rotor Assuming that the radius is R1, the length from the rotor axis to the groove bottom of the adjustment groove is R4, a relationship of 1.38 <(P × Wpm) / R1 <1.75, and 0.98 ≦ R4 / It is formed in a size and shape satisfying the relationship of R1 <1.0, and the width in the circumferential direction of the adjustment groove is equal to or greater than the width in the circumferential direction of the facing surface of the teeth facing the rotor. The width is set to be equal to or smaller than the width between adjacent teeth in the circumferential direction .

上記課題を解決するIPM型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、前記調整溝は、前記回転子の軸心を中心とした該回転子の外周面における外開口角をθa、前記回転子の軸心を中心とした前記溝底の内開口角をθb、前記スロットの前記回転子の外周面側の開口幅をSO、前記ティースの前記回転子の外周面に対する対面幅をTB、前記ティースの前記対面幅TBよりも内側の先端部幅をTW、前記回転子と前記ティースの間のエアギャップ幅をAGとして、外角1≦θa(電気角)≦外角2、内角1≦θb(電気角)≦内角2、とした場合に、外角1=2×tan −1 ((TB/2)/(R1+AG))、外角2=内角2=2×tan −1 ((SO+(TB/2))/(R1+AG))、内角1=0°、かつ、TW≦TB、の関係を満たす寸法形状に形成したことを特徴とするものである。 According to a second aspect of the invention relating to the IPM type electric rotating machine that solves the above problem, in addition to the specific matter of the first aspect, the adjustment groove is formed on the rotor centered on the axis of the rotor. The outer opening angle on the outer peripheral surface is θa, the inner opening angle of the groove bottom around the axis of the rotor is θb, the opening width of the slot on the outer peripheral surface side of the rotor is SO, and the rotation of the teeth Outer angle 1 ≦ θa (electrical angle), where TB is the width of the outer peripheral surface of the child, TB is the width of the tip of the teeth inside the width TB of the teeth, and TG is the air gap width between the rotor and the teeth. ) ≦ outer angle 2, inner angle 1 ≦ θb (electrical angle) ≦ inner angle 2, outer angle 1 = 2 × tan −1 ((TB / 2) / (R1 + AG)), outer angle 2 = inner angle 2 = 2 × tan -1 ((SO + (TB / 2)) / (R1 + AG)), an interior angle 1 = 0 And it is characterized in that formed in size and shape to meet the TW ≦ TB, the relationship.

このように、本発明の上記の第1の態様によれば、d軸側で、電機子磁束を打ち消す方向の磁石磁束を発生する範囲の永久磁石を、透磁率の小さな空隙に置き換えたので、d軸側で磁石磁束と電機子磁束が干渉(相殺)してしまうことなく、また、その範囲内を電機子磁束が通過してしまうことも制限することができる。したがって、d軸側で電機子磁束を無駄にする磁石磁束をなくし、マグネットトルクと共にリラクタンストルクを有効活用することができ、d軸側永久磁石の置換前以上のトルクを得つつ永久磁石自体の使用量を削減することができる。
さらに、永久磁石を空隙に置換することで、磁石磁束を低減して高速回転側での誘起電圧定数を低減することができ、高速回転側での出力を向上させることができる。また、軽量化することができ、イナーシャを低減することができる。
また、磁石磁束の低減により、弱め界磁領域を削減(弱め界磁量を低減)することができ、磁気歪みとなる空間高調波を低減することができる。このため、永久磁石内での渦電流の発生を制限して発熱を抑えることができ、永久磁石の温度変化による減磁を抑制して耐熱グレードを下げて低コスト化することができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the permanent magnet in the range that generates the magnet magnetic flux in the direction of canceling the armature magnetic flux on the d-axis side is replaced with a gap having a small magnetic permeability. The magnet magnetic flux and the armature magnetic flux do not interfere (cancel) on the d-axis side, and the armature magnetic flux can be restricted from passing through the range. Therefore, the magnet magnetic flux that wastes the armature magnetic flux on the d-axis side can be eliminated, the reluctance torque can be effectively used together with the magnet torque, and the permanent magnet itself can be used while obtaining the torque more than before the replacement of the d-axis side permanent magnet. The amount can be reduced.
Furthermore, by replacing the permanent magnet with a gap, the magnet magnetic flux can be reduced, the induced voltage constant on the high speed rotation side can be reduced, and the output on the high speed rotation side can be improved. Further, the weight can be reduced and the inertia can be reduced.
Further, by reducing the magnetic flux of the magnet, the field weakening region can be reduced (the amount of field weakening can be reduced), and the spatial harmonics that cause magnetostriction can be reduced. For this reason, generation | occurrence | production of an eddy current in a permanent magnet can be restrict | limited, heat_generation | fever can be suppressed, demagnetization by the temperature change of a permanent magnet can be suppressed, a heat-resistant grade can be lowered | hung and cost can be reduced.

加えて、この空隙は、d軸側への延長空間を回転子の軸心側に向かって拡大する形状に形成することにより、磁極の一方側のq軸側から回転子内に進入する電機子磁束を永久磁石の外周面側に回り込むのを制限して他方側のq軸側に向かうように迂回させることができ、永久磁石の外周面側に向かう磁石磁束と一緒になって飽和してしまうことを回避することができる。したがって、電機子磁束によるリラクタンストルクをより有効活用することができ、トータルのトルクを増加させることができる。
さらに、調整溝が、回転子と固定子側ティースとの間のd軸付近の磁気抵抗を増加させるように調整することができ、上記空隙を形成することによりd軸付近の磁石磁束が低下するのに伴って、鎖交する電機子磁束の増加を抑えることができる。したがって、トルクリプルや鉄損の増加により駆動効率を低下させてしまうことを防止することができる。
この結果、高エネルギ密度で高品質に回転駆動する低コストの電動回転機を実現することができる。また、調整溝を目印にして確実に位置合わせすることができ、組立を容易化することができる。
In addition, the gap is formed so that the space extending to the d-axis side expands toward the axial center side of the rotor, so that the armature enters the rotor from the q-axis side on one side of the magnetic pole. The magnetic flux can be detoured so as to go to the q axis side on the other side by restricting the magnetic flux from going to the outer peripheral surface side of the permanent magnet, and becomes saturated together with the magnetic flux toward the outer peripheral surface side of the permanent magnet. You can avoid that. Therefore, the reluctance torque due to the armature magnetic flux can be used more effectively, and the total torque can be increased.
Further, the adjustment groove can be adjusted so as to increase the magnetic resistance in the vicinity of the d-axis between the rotor and the stator side teeth, and the magnetic flux in the vicinity of the d-axis is reduced by forming the gap. As a result, an increase in interlinked armature magnetic flux can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent the drive efficiency from being lowered due to an increase in torque ripple or iron loss.
As a result, it is possible to realize a low-cost electric rotating machine that rotates with high energy density and high quality. Further, the alignment can be reliably performed using the adjustment groove as a mark, and the assembly can be facilitated.

また、本発明の上記の第1の態様によれば、調整溝が0.98≦回転子軸心から溝底までの長さR4/回転子の外半径R1<1.0の関係を満たすことで、高調波トルクを抑えて、トルクリプルを削減することができる。
本発明の上記の第2の態様によれば、さらに、その調整溝の寸法形状を、2×tan −1 ((ティース対面幅TB/2)/(回転子外半径R1+エアギャップ幅AG))≦軸心中心の外開口角θa(電気角)≦2×tan −1 ((スロット開口幅SO+(ティース対面幅TB/2))/(回転子外半径R1+エアギャップ幅AG))、0°≦軸心中心の内開口角θb(電気角)≦2×tan −1 ((スロット開口幅SO+(ティース対面幅TB/2))/(回転子外半径R1+エアギャップ幅AG))、ティース先端部幅TW≦ティース対面幅TBの関係を満たすように形成することで、低負荷時および最大負荷時のいずれでも高調波トルクを効果的に抑えて、トルクリプルを削減することができる。
According to the first aspect of the present invention, the adjustment groove satisfies a relationship of 0.98 ≦ length R4 from the rotor axis to the groove bottom / rotor outer radius R1 <1.0. Thus, harmonic ripple can be suppressed and torque ripple can be reduced.
According to the second aspect of the present invention, further, the size and shape of the adjustment groove is 2 × tan −1 ((tooth-to-face width TB / 2) / (rotor outer radius R1 + air gap width AG)). ≦ Outer opening angle θa (electrical angle) at the center of axis ≦ 2 × tan −1 ((slot opening width SO + (tooth facing width TB / 2)) / (rotor outer radius R1 + air gap width AG)), 0 ° ≦ Inner opening angle θb (electrical angle) ≦ 2 × tan −1 ((slot opening width SO + (tooth facing width TB / 2)) / (rotor outer radius R1 + air gap width AG))), tooth tip By forming so as to satisfy the relationship of the part width TW ≦ the tooth-to-face width TB, the harmonic torque can be effectively suppressed at both low load and maximum load, and torque ripple can be reduced.

図1は、本発明に係るIPM型電動回転機(モータ)の一実施形態を示す図であり、その概略全体構成を示す平面図である。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an IPM type electric rotating machine (motor) according to the present invention, and is a plan view showing a schematic overall configuration thereof. 図2は、実施形態の構造における低負荷駆動時の電機子磁束の磁束線図である。FIG. 2 is a magnetic flux diagram of the armature magnetic flux at the time of low load driving in the structure of the embodiment. 図3は、実施形態の構造における低負荷駆動時の磁石磁束の磁束線図である。FIG. 3 is a magnetic flux diagram of magnet magnetic flux at the time of low load driving in the structure of the embodiment. 図4は、d軸側に大きな空隙のないV字型IPMモータの電流位相に対するトルク特性を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing torque characteristics with respect to the current phase of a V-shaped IPM motor having no large gap on the d-axis side. 図5Aは、d軸側に大きな空隙のないV字型IPMモータの磁石磁束の磁束線図である。FIG. 5A is a magnetic flux diagram of magnet magnetic flux of a V-shaped IPM motor without a large gap on the d-axis side. 図5Bは、d軸側に大きな空隙のないV字型IPMモータのd軸付近における磁石磁束のベクトル図である。FIG. 5B is a vector diagram of the magnetic flux in the vicinity of the d-axis of a V-shaped IPM motor without a large gap on the d-axis side. 図6Aは、d軸側に大きな空隙のないV字型IPMモータの最大負荷駆動時における電機子磁束の磁束線図である。FIG. 6A is a magnetic flux diagram of armature magnetic flux at the time of maximum load driving of a V-shaped IPM motor without a large gap on the d-axis side. 図6Bは、d軸側に大きな空隙のないV字型IPMモータの最大負荷駆動時におけるd軸付近の電機子磁束のベクトル図である。FIG. 6B is a vector diagram of armature magnetic flux in the vicinity of the d-axis at the time of maximum load driving of the V-shaped IPM motor without a large gap on the d-axis side. 図7は、d軸側に大きな空隙のないV字型IPMモータの最大負荷駆動時における磁極(永久磁石)の外周側の磁石磁束ベクトルと電機子磁束ベクトルの相対関係を示すモデル図である。FIG. 7 is a model diagram showing the relative relationship between the magnetic flux vector on the outer peripheral side of the magnetic pole (permanent magnet) and the armature magnetic flux vector when the V-shaped IPM motor without a large gap on the d-axis side is driven at the maximum load. 図8は、IPM型モータの入力電流に対する電流位相と出力トルクの対応関係(特性)を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the correspondence (characteristic) between the current phase and the output torque with respect to the input current of the IPM type motor. 図9は、d軸側に大きな空隙のないV字型IPMモータの低負荷駆動時における電機子磁束の磁束線図である。FIG. 9 is a magnetic flux diagram of the armature magnetic flux when the V-shaped IPM motor without a large gap on the d-axis side is driven at a low load. 図10は、d軸側に大きな空隙のないV字型IPMモータの低負荷駆動時における磁石磁束と電機子磁束の合成磁束の磁束線図と共にその合成磁束が取る経路を示す経路図である。FIG. 10 is a path diagram showing a path taken by the combined magnetic flux together with a magnetic flux diagram of the combined magnetic flux of the magnetic flux and the armature magnetic flux when the V-shaped IPM motor without a large gap on the d-axis side is driven at a low load. 図11は、d軸側空隙付きのV字型IPMモータの埋設永久磁石を短縮させた場合の発生トルクの変化やトルクリプルの低減率を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing a change in generated torque and a reduction rate of torque ripple when the embedded permanent magnet of the V-shaped IPM motor with a d-axis side gap is shortened. 図12は、d軸側空隙付きのV字型IPMモータの埋設永久磁石を短縮させた場合に重畳する5次の空間高調波の変化を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing changes in the fifth-order spatial harmonics superimposed when the embedded permanent magnet of the V-shaped IPM motor with a d-axis side gap is shortened. 図13は、d軸側に大きな空隙のないV字型IPMモータとd軸側空隙付きのV字型IPMモータの低負荷駆動領域におけるトルク発生割合を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing a torque generation ratio in a low load driving region of a V-shaped IPM motor without a large gap on the d-axis side and a V-shaped IPM motor with a d-axis side gap. 図14は、d軸側に大きな空隙のないV字型IPMモータとd軸側空隙付きのV字型IPMモータの最大負荷駆動領域におけるトルク発生割合を示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing a torque generation ratio in a maximum load drive region of a V-shaped IPM motor without a large gap on the d-axis side and a V-shaped IPM motor with a d-axis side gap. 図15は、d軸側空隙付きのV字型IPMモータの最大負荷駆動時における電機子磁束を示す磁束線図である。FIG. 15 is a magnetic flux diagram showing an armature magnetic flux at the time of maximum load driving of a V-shaped IPM motor with a d-axis side gap. 図16は、d軸側空隙付きのV字型IPMモータの低負荷駆動時における磁石磁束と電機子磁束の合成磁束を示す磁束線図である。FIG. 16 is a magnetic flux diagram showing a combined magnetic flux of a magnetic flux and an armature magnetic flux when a V-shaped IPM motor with a d-axis side gap is driven at a low load. 図17は、d軸側空隙付きのV字型IPMモータの最大負荷駆動時における磁石磁束と電機子磁束の合成磁束を示す磁束線図である。FIG. 17 is a magnetic flux diagram showing a combined magnetic flux of the magnet magnetic flux and the armature magnetic flux when the V-shaped IPM motor with the d-axis side gap is driven at the maximum load. 図18Aは、d軸側に大きな空隙のないセンタ溝未形成のV字型IPMモータの磁石磁束の磁束線図である。FIG. 18A is a magnetic flux diagram of magnet magnetic flux of a V-shaped IPM motor having no large gap on the d-axis side and having no center groove formed thereon. 図18Bは、d軸側に大きな空隙のないセンタ溝未形成のV字型IPMモータの最大負荷時におけるd軸付近の電機子磁束と磁石磁束の合成磁束のベクトル図である。FIG. 18B is a vector diagram of a combined magnetic flux of an armature magnetic flux and a magnet magnetic flux in the vicinity of the d-axis at the maximum load of a V-shaped IPM motor having no large gap on the d-axis side and having no center groove formed. 図19Aは、d軸側に大きな空隙を形成したセンタ溝未形成のV字型IPMモータの磁石磁束の磁束線図である。FIG. 19A is a magnetic flux diagram of the magnetic flux of a V-shaped IPM motor with no center groove formed with a large gap on the d-axis side. 図19Bは、d軸側に大きな空隙を形成したセンタ溝未形成のV字型IPMモータの最大負荷時におけるd軸付近の電機子磁束と磁石磁束の合成磁束のベクトル図である。FIG. 19B is a vector diagram of a combined magnetic flux of an armature magnetic flux and a magnet magnetic flux in the vicinity of the d-axis at the maximum load of a V-shaped IPM motor with no center groove formed with a large gap on the d-axis side. 図20は、図18Aに示すd軸側に大きな空隙のないセンタ溝未形成の構造と図19Aに示すd軸側に大きな空隙を形成したセンタ溝未形成の構造とを比較する1歯鎖交磁束波形を示すグラフである。FIG. 20 shows a one-tooth linkage comparing the structure without a large groove on the d-axis side shown in FIG. 18A and the structure without a large groove on the d-axis side shown in FIG. 19A. It is a graph which shows a magnetic flux waveform. 図21は、その図20に示す磁束波形をフーリエ級数展開して、1歯鎖交磁束波形に重畳する空間高調波の含有率を示すグラフである。FIG. 21 is a graph showing the content of spatial harmonics superimposed on one inter-linkage magnetic flux waveform by expanding the magnetic flux waveform shown in FIG. 20 by Fourier series. 図22は、d軸側に大きな空隙を形成したセンタ溝形成済みのV字型IPMモータの最大負荷時におけるd軸付近の電機子磁束と磁石磁束の合成磁束のベクトル図である。FIG. 22 is a vector diagram of a combined magnetic flux of an armature magnetic flux and a magnet magnetic flux in the vicinity of the d-axis at the maximum load of a V-shaped IPM motor having a center groove formed with a large gap on the d-axis side. 図23は、本実施形態と図19Aに示すセンタ溝未形成の構造とを比較する最大負荷時におけるトルク波形を示すグラフである。FIG. 23 is a graph showing a torque waveform at the maximum load for comparing the present embodiment with the structure having no center groove shown in FIG. 19A. 図24は、その図23に示すトルク波形をフーリエ級数展開して、そのトルク波形に重畳する高調波トルクの重畳程度を比較するグラフである。FIG. 24 is a graph comparing the degree of superposition of harmonic torque superimposed on the torque waveform by expanding the torque waveform shown in FIG. 23 by Fourier series. 図25は、センタ溝の寸法形状を決定する際に使用するパラメータを示す回転子の一磁極を拡大した構造図である。FIG. 25 is an enlarged structural view of one magnetic pole of the rotor showing parameters used when determining the dimension and shape of the center groove. 図26は、図25で示すセンタ溝の寸法形状におけるR4の外半径R1に対する比率をパラメータとして変化させたときのトルクリプルの変化を示すグラフである。FIG. 26 is a graph showing changes in torque ripple when the ratio of R4 to the outer radius R1 in the dimensional shape of the center groove shown in FIG. 25 is changed as a parameter. 図27は、図25で示すセンタ溝の寸法形状における外開口角θaをパラメータとして変化させたときの相電圧波形と線間電圧波形を示すグラフである。FIG. 27 is a graph showing a phase voltage waveform and a line voltage waveform when the outer opening angle θa in the dimensional shape of the center groove shown in FIG. 25 is changed as a parameter. 図28は、本実施形態と図19Aに示すセンタ溝未形成の構造とを比較する低負荷時におけるトルク波形を示すグラフである。FIG. 28 is a graph showing a torque waveform at low load comparing the present embodiment with the structure without the center groove shown in FIG. 19A. 図29は、その図28に示すトルク波形をフーリエ級数展開して、そのトルク波形に重畳する高調波トルクの重畳程度を比較するグラフである。FIG. 29 is a graph comparing the degree of superposition of harmonic torque superimposed on the torque waveform by expanding the torque waveform shown in FIG. 28 by Fourier series.

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29は本発明に係るIPM型電動回転機の一実施形態を示す図である。ここで、本実施形態の説明では、固定子に対して回転子を反時計回り(CCW:counterclockwise)方向に回転させる場合を一例にしてその回転方向を図示する。
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駆動軸13が固設されている回転子(ロータ)12と、を備えている。この電動回転機10は、例えば、ハイブリッド自動車(HEV)や電気自動車(EV)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 29 are diagrams showing an embodiment of an IPM type electric rotating machine according to the present invention. Here, in the description of the present embodiment, the rotation direction is illustrated by taking as an example a case where the rotor is rotated counterclockwise (CCW) with respect to the stator.
In FIG. 1, an electric rotating machine (motor) 10 includes a stator (stator) 11 formed in a substantially cylindrical shape, and a rotary drive shaft 13 that is rotatably housed in the stator 11 and coincides with an axis. And a fixed rotor (rotor) 12. The electric rotating machine 10 has a performance suitable for mounting in a wheel or wheel as a drive source similar to that of an internal combustion engine, for example, in a hybrid vehicle (HEV) or an electric vehicle (EV).

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を発生させるコイルを構成する3相巻線(不図示)が分布巻により巻付形成されている。
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を嵌め込んで不動状態に収容する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。
V字空間17は、永久磁石16を嵌め込み収容する空間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、17c(以下ではフラックスバリア17b、17cともいう)と、を備えるように形成されている。このV字空間17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、空間17c間で法線方向に延長されて外周側と内周側とを連結支持するセンタブリッジ20が形成されている。
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. . A three-phase winding (not shown) constituting a coil for generating a magnetic flux for rotationally driving the rotor 12 accommodated inside is wound around the stator teeth 15 by distributed winding.
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 is formed such that a V-shaped space 17 that is fitted in a corner portion 16a of a plate-like permanent magnet 16 extending in the front and back direction of the drawing and is housed in a stationary state faces the outer peripheral surface 12a. .
The V-shaped space 17 is a space 17a in which the permanent magnet 16 is fitted and accommodated, and spaces 17b and 17c (hereinafter referred to as flux) that are located on both sides in the width direction of the permanent magnet 16 and function as flux barriers that restrict the wraparound of the magnetic flux. Barriers 17b and 17c). In the V-shaped space 17, the permanent magnet 16 is extended in the normal direction between the spaces 17 c so that the permanent magnet 16 can be positioned and held against the centrifugal force during high-speed rotation. A center bridge 20 for connecting and supporting is formed.

この電動回転機10は、固定子11側のステータティース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を構成している。これに対して、回転子12は、8組の永久磁石16のそれぞれに、固定子11側の6本のステータティース15が対面している。要するに、この電動回転機10では、回転子12側の一対の永久磁石16側が構成する1磁極に、固定子11側の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。言い換えると、電動回転機10は、毎極毎相スロット数q=(スロット数/極数)/相数=2のIPM型構造に作製されている。
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内に磁束を通すことにより回転駆動させることができる。このとき、電動回転機10(固定子11と回転子12)は、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、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る。よって、電動回転機10は、通電入力する電気的エネルギを、固定子11に対して回転子12と一体回転する回転駆動軸13から、機械的エネルギとして出力することができる。
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おり、その積層状態を維持するようにカシメ19などにより一体物に作製されている。
In the electric rotating machine 10, the space between the stator teeth 15 on the stator 11 side constitutes a slot 18 for forming a coil by being wound through a winding. On the other hand, in the rotor 12, six stator teeth 15 on the stator 11 side face each of the eight sets of permanent magnets 16. In short, the electric rotating machine 10 is constructed such that the six slots 18 on the stator 11 side correspond to one magnetic pole formed on the pair of permanent magnets 16 side on the rotor 12 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 other words, the electric rotating machine 10 is manufactured in an IPM type structure in which the number of slots per phase per pole q = (number of slots / number of poles) / number of phases = 2.
Thus, the electric rotating machine 10 can be driven to rotate by energizing the coil in the slot 18 of the stator 11 and passing the magnetic flux through the rotor 12 facing the stator teeth 15. At this time, the electric rotating machine 10 (the stator 11 and the rotor 12) tries to minimize the magnetic path through which the magnetic flux passes, in addition to the magnet torque caused by the attractive force and the repulsive force generated between the permanent magnets 16. It can be rotationally driven by the total torque including the reluctance torque. Therefore, the electric rotating machine 10 can output electrical energy that is energized and input as mechanical energy from the rotary drive shaft 13 that rotates integrally with the rotor 12 with respect to the stator 11.
In addition, the stator 11 and the rotor 12 are laminated in the axial direction so that a thin plate made of electromagnetic steel plate material such as silicon steel has a thickness corresponding to a desired output torque, and is caulked so as to maintain the laminated state. 19 or the like.

ここで、この電動回転機10は、図2に磁束線図として図示するように、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の外周側(ステータティース15の背面側)から回転子12内を通過する経路の磁路(電機子磁束)を形成するように、スロット18内に巻線コイルが分布巻きされている。その永久磁石16は、電機子磁束Ψrの磁路に沿うように、言い換えると、その電機子磁束Ψrの形成を妨げないように、形成されているV字空間17の嵌込空間17a内に収容されている。
この永久磁石16の磁路(磁石磁束Ψm)は、図3に磁束線図として図示するように、1磁極を構成する一対の永久磁石16の表裏面のN極とS極から鉛直方向に出て繋げる経路を取り、特に、固定子11側では対応するステータティース15からその背面側を通過する経路になる。
Here, as shown in FIG. 2 as a magnetic flux diagram, the electric rotating machine 10 includes a plurality of stator teeth 15 corresponding to a pair of permanent magnets 16 constituting one magnetic pole, and the outer peripheral side of the stator 11 ( A winding coil is distributedly wound in the slot 18 so as to form a magnetic path (armature magnetic flux) that passes through the rotor 12 from the back side of the stator teeth 15. The permanent magnet 16 is accommodated in the fitting space 17a of the formed V-shaped space 17 so as to follow the magnetic path of the armature magnetic flux Ψr, in other words, so as not to prevent the formation of the armature magnetic flux Ψr. Has been.
The magnetic path (magnet magnetic flux Ψm) of the permanent magnet 16 extends vertically from the N and S poles on the front and back surfaces of the pair of permanent magnets 16 constituting one magnetic pole as shown in FIG. 3 as a magnetic flux diagram. In particular, on the stator 11 side, the corresponding stator teeth 15 pass through the back side.

そして、回転子12内に永久磁石16をV字に埋め込んだIPM構造では、磁極が作る磁束の方向、すなわち、V字の永久磁石16間の中心軸をd軸とし、また、そのd軸と電気的・磁気的に直交する、隣接する磁極間の永久磁石16間の中心軸をq軸とする。この回転子12は、V字空間17のd軸側に位置する内側の空間17cを、軸心に向かう大きな空隙に拡大されてフラックスバリア17cとして機能するように形成されている。
これにより、この電動回転機10では、図2に示すように、ステータティース15から回転子12内に進入する電機子磁束Ψrを、V字空間17の外周側に回り込まないように大きく内周(軸心)側に迂回させてステータティース15に戻る経路を取るように形成されている。要するに、電動回転機10は、回転子12がd軸空隙付きV字型IPMモータに構築されている。
また、この電動回転機10は、d軸に対応するステータティース15から進入する電機子磁束Ψrにトルクリプル増加原因となる5次や7次の空間高調波が多く重畳しないように、回転子12側の外周面に、そのステータティース15の内周面15aと平行方向(軸心方向)に延長されるセンタ溝(調整溝)21が形成されている。このセンタ溝21の最適な寸法形状については後述する。
In the IPM structure in which the permanent magnet 16 is embedded in the V-shape in the rotor 12, the direction of the magnetic flux generated by the magnetic pole, that is, the central axis between the V-shaped permanent magnets 16 is defined as the d-axis. The central axis between the permanent magnets 16 between adjacent magnetic poles that are orthogonal to each other electrically and magnetically is defined as the q axis. The rotor 12 is formed so that the inner space 17c located on the d-axis side of the V-shaped space 17 is enlarged to a large gap toward the axis and functions as a flux barrier 17c.
As a result, in the electric rotating machine 10, as shown in FIG. 2, the armature magnetic flux Ψr entering the rotor 12 from the stator teeth 15 is greatly increased so as not to go around the outer periphery of the V-shaped space 17 ( It is formed so as to take a path detouring toward the axis) and returning to the stator teeth 15. In short, in the electric rotating machine 10, the rotor 12 is constructed as a V-shaped IPM motor with a d-axis gap.
In addition, the electric rotating machine 10 is arranged so that the armature magnetic flux Ψr entering from the stator teeth 15 corresponding to the d-axis does not overlap with many fifth-order and seventh-order spatial harmonics that cause an increase in torque ripple. A center groove (adjustment groove) 21 extending in a direction parallel to the inner peripheral surface 15a of the stator teeth 15 (axial direction) is formed on the outer peripheral surface of the stator teeth 15. The optimum dimensional shape of the center groove 21 will be described later.

このように、回転子12内に永久磁石16をV字型に埋め込むIPM構造の電動回転機10の場合、トルクTは、下記の式(1)で表すことができ、図4に示すように、マグネットトルクTmとリラクタンストルクTrとの和が最大となる電流位相にて駆動することで高トルク・高効率運転を実現している。

Figure 0006437706
Pp:極対数、Ψm:電機子(ステータティース15)鎖交磁石磁束、
id:線電流のd軸成分、iq:線電流のq軸成分、
Ld:d軸インダクタンス、Lq:q軸インダクタンス As described above, in the case of the electric rotating machine 10 having the IPM structure in which the permanent magnet 16 is embedded in the V shape in the rotor 12, the torque T can be expressed by the following equation (1), as shown in FIG. In addition, high torque and high efficiency operation is realized by driving at a current phase that maximizes the sum of the magnet torque Tm and the reluctance torque Tr.
Figure 0006437706
Pp: number of pole pairs, Ψm: armature (stator teeth 15) interlinkage magnet magnetic flux,
id: d-axis component of line current, iq: q-axis component of line current,
Ld: d-axis inductance, Lq: q-axis inductance

ところで、d軸側空隙のフラックスバリア17cに代えて、V字空間17の外側のフラックスバリア17bと同等のフラックスバリア17dを備える関連技術の回転子12Aの場合には、図5Aの磁束線図に図示する永久磁石16の磁路が形成され、その磁石磁束Ψmは、図5Bの磁束ベクトル図に図示する向きのベクトルVmになっている。また、スロット18に収容されるコイルへの通電により発生する電機子磁束Ψrは、図6Aの磁束線図に図示する磁路に形成され、図6Bの磁束ベクトル図に図示する向きのベクトルVrになっている。
この種の電動回転機では、最大負荷駆動時には高トルク・高効率駆動の実現のために電流位相角を進角させて駆動させている。関連技術の回転子12Aでは、図5Bおよび図6Bの磁束ベクトル図に示すように、V字空間17(磁極)の外周側に位置するd軸付近の小領域A1において、磁石磁束Ψmと電機子磁束Ψrが逆磁界の関係になって、リラクタンストルクTrがマグネットトルクTmを打ち消し(相殺し)つつ駆動する状態にある。要するに、この磁極外周側小領域A1は、図7に示すように、磁石磁束Ψmと電機子磁束Ψrとが挟角90度以上で逆向きの位置関係で対向する干渉領域であり、この磁極外周側小領域A1に隣接する永久磁石16のd軸側の範囲Bで発生する磁石磁束Ψmを抑え込む(打ち消す)のに電機子磁束Ψrが浪費されている。
このことから、この磁極外周側小領域A1に対応する永久磁石16のd軸側範囲Bは、トルクTに積極的に寄与していないと言うことができ、その永久磁石16におけるd軸側範囲Bの部分を削減しつつ同等の突極比を維持する磁気回路とすることで、永久磁石16自体の磁石量を低減することができる。
ここで、トルクTは、上記式(1)であるため、永久磁石16の磁石量を減らした場合にはリラクタンストルクTrを大きくすることで、永久磁石16の磁石量を減らさない場合と同等にすることができる。このリラクタンストルクTrは、d軸インダクタンスLdとq軸インダクタンスLqとの差、すなわち、突極比を大きくすることで増加させることができる。
よって、本実施形態の回転子12では、永久磁石16のd軸側範囲Bを透磁率の小さな空隙(制限領域)に置き換えることで、永久磁石16の磁石量を低減しつつ突極比を増加させて置換前と同等以上のトルクTを得ることができる。見方を換えると、リラクタンストルクTrは、永久磁石16のd軸側範囲Bで発生する磁石磁束Ψmを抑え込むのに浪費されていた電機子磁束Ψrを有効活用することで大きくすることができ、永久磁石16の磁石量を削減しても同等のトルクTを得ることができる。
By the way, in the case of the rotor 12A of related technology provided with the flux barrier 17d equivalent to the flux barrier 17b outside the V-shaped space 17 instead of the flux barrier 17c of the d-axis side gap, the magnetic flux diagram of FIG. A magnetic path of the illustrated permanent magnet 16 is formed, and the magnet magnetic flux Ψm is a vector Vm in the direction illustrated in the magnetic flux vector diagram of FIG. 5B. Further, the armature magnetic flux Ψr generated by energizing the coil accommodated in the slot 18 is formed in the magnetic path shown in the magnetic flux diagram of FIG. 6A, and becomes the vector Vr in the direction shown in the magnetic flux vector diagram of FIG. 6B. It has become.
In this type of electric rotating machine, at the time of maximum load driving, the current phase angle is advanced to achieve high torque and high efficiency driving. In the related art rotor 12A, as shown in the magnetic flux vector diagrams of FIGS. 5B and 6B, in the small region A1 near the d axis located on the outer peripheral side of the V-shaped space 17 (magnetic pole), the magnetic flux Ψm and the armature The reluctance torque Tr is in a state of being driven while canceling out (cancelling) the magnet torque Tm because the magnetic flux Ψr has a reverse magnetic field relationship. In short, as shown in FIG. 7, the magnetic pole outer peripheral side small area A1 is an interference area where the magnet magnetic flux Ψm and the armature magnetic flux Ψr face each other in a reverse positional relationship at an included angle of 90 degrees or more. The armature magnetic flux Ψr is wasted to suppress (cancel) the magnetic flux Ψm generated in the range B on the d-axis side of the permanent magnet 16 adjacent to the small side area A1.
From this, it can be said that the d-axis side range B of the permanent magnet 16 corresponding to the magnetic pole outer peripheral side small area A1 does not actively contribute to the torque T. By using a magnetic circuit that maintains the same salient pole ratio while reducing the portion B, the magnet amount of the permanent magnet 16 itself can be reduced.
Here, since the torque T is expressed by the above equation (1), when the magnet amount of the permanent magnet 16 is reduced, the reluctance torque Tr is increased to be equivalent to the case where the magnet amount of the permanent magnet 16 is not reduced. can do. The reluctance torque Tr can be increased by increasing the difference between the d-axis inductance Ld and the q-axis inductance Lq, that is, the salient pole ratio.
Therefore, in the rotor 12 of the present embodiment, the salient pole ratio is increased while the amount of the permanent magnet 16 is reduced by replacing the d-axis side range B of the permanent magnet 16 with a gap (restricted region) having a small magnetic permeability. Thus, a torque T equal to or higher than that before replacement can be obtained. In other words, the reluctance torque Tr can be increased by effectively using the armature magnetic flux Ψr that has been wasted to suppress the magnetic flux Ψm generated in the d-axis side range B of the permanent magnet 16. Even if the magnet amount of the magnet 16 is reduced, an equivalent torque T can be obtained.

なお、トルクTは、下記の式(2)のように表すこともでき、電流値Iaが小さな低負荷領域ではマグネットトルクTmの割合が高くなり、図8に示すように、電流値Iaが低いほど最大トルク時の電流位相βはゼロに近くなる。この図8中の波形i〜vは、各電流値Ia(i)〜Ia(v)における電流位相−トルク特性を示しており、電流値Iaの大きさは、i<ii<iii<iv<vの関係となっている。よって、低負荷駆動時には、マグネットトルクTmの割合(依存)が自ずと高くなるが、そのマグネットトルクTmを最大限に有効活用する磁気回路が望ましい。

Figure 0006437706
β:電流位相角度、Ia:相電流値 The torque T can also be expressed as in the following formula (2). In the low load region where the current value Ia is small, the ratio of the magnet torque Tm is high, and the current value Ia is low as shown in FIG. The current phase β at the maximum torque becomes closer to zero. Waveforms i to v in FIG. 8 indicate current phase-torque characteristics at the respective current values Ia (i) to Ia (v), and the magnitude of the current value Ia is i <ii <iii <iv <iv <. The relationship is v. Therefore, the ratio (dependence) of the magnet torque Tm naturally increases during low-load driving, but a magnetic circuit that effectively uses the magnet torque Tm to the maximum is desirable.
Figure 0006437706
β: current phase angle, Ia: phase current value

関連技術の回転子12Aでは、図9に示すように、低電流値の低負荷領域では電流位相βがゼロに近い条件で駆動させるため、電機子磁束Ψrの磁束量がq軸となる磁極間(隣接する別磁極の永久磁石16の間)で多くなる。このため、この電機子磁束Ψrに磁石磁束Ψmを合成した磁束Ψsの経路としては、図10に示す磁路MP1、MP2を通過する磁気回路とするのが好適である。これにより、合成磁束Ψsは、q軸磁路(磁束)を分散化させて(飽和することを回避して)q軸インダクタンスLqを大きくすることができ、リラクタンストルクTrを積極的に利用可能にすることができる。
磁路MP1は、固定子11側のステータティース15からエアギャップGを介して回転子12Aに鎖交して磁極間に進入した後に、回転方向進行側(図中左側)の磁極を形成する近接側の永久磁石16を内周側から抜ける経路を取る。さらに、この磁路MP1は、その磁極の外周側領域A2を通過して、再度エアギャップGを介してステータティース15に戻る経路を取る。
磁路MP2は、磁路MP1と同様に磁極間に進入した後に、回転方向進行側の磁極を形成する離隔側の永久磁石16を内周側から抜けて、その磁極の外周側領域A2を通過して、再度エアギャップGを介してステータティース15に戻る経路を取る。
In the related art rotor 12A, as shown in FIG. 9, in the low load region with a low current value, the current phase β is driven under a condition close to zero, so that the magnetic flux amount of the armature magnetic flux Ψr becomes the q axis. (Between adjacent permanent magnets 16 of different magnetic poles). For this reason, as a path of the magnetic flux Ψs obtained by synthesizing the magnetic flux Ψm with the armature magnetic flux Ψr, it is preferable to use a magnetic circuit that passes through the magnetic paths MP1 and MP2 shown in FIG. As a result, the synthesized magnetic flux Ψs can increase the q-axis inductance Lq by dispersing the q-axis magnetic path (magnetic flux) (avoid saturation), and can actively use the reluctance torque Tr. can do.
The magnetic path MP1 is connected to the rotor teeth 12A via the air gap G from the stator teeth 15 on the stator 11 side and enters between the magnetic poles, and then forms a magnetic pole on the rotation direction traveling side (left side in the figure). A path is taken through the permanent magnet 16 on the side from the inner peripheral side. Further, the magnetic path MP1 takes a path that passes through the outer peripheral area A2 of the magnetic pole and returns to the stator teeth 15 through the air gap G again.
The magnetic path MP2 enters between the magnetic poles in the same manner as the magnetic path MP1, and then passes through the outer peripheral side area A2 of the magnetic pole through the separation-side permanent magnet 16 that forms the magnetic pole on the rotation direction traveling side from the inner peripheral side. Then, a path to return to the stator teeth 15 again through the air gap G is taken.

例えば、この磁路MP1、MP2では、一対の永久磁石16の両端側(磁極外端部)を削って内側に寄せた場合には、その両端側に大きなフラックスバリアが存在して磁極の中心付近に集中することになり、特に、磁極外周側領域A2の右側の経路が取り難くなって、その領域A2全体を有効に利用できない。
反対に、一対の永久磁石16の中心側(磁極内端部)を削って外側に寄せた場合には、その中心側に大きなフラックスバリアが存在して磁極の両側に磁束経路を分散させることができ、磁極外周側領域A2の右側の経路も含めて積極的に有効活用してその領域A2を満遍なく磁束が通過できる。この構造の場合には、回転方向後進側の磁極の永久磁石16を外周側から内周側に向かって抜けた後、隣接する磁極の永久磁石16のN極・S極間を結合する磁路MP3も取ることができる。この磁路MP3では、磁路MP1と同様の経路を通って、回転方向進行側の磁極の外周側領域A2を通過することができ、磁束の分散化効率が高い。
このことから、回転子12は、磁極を形成する一対の永久磁石16の埋設構造として、リラクタンストルクTrを発生させる電機子磁束Ψrを妨げないようにV字型を維持しつつ、両端側(磁極外端部)に寄せる形状を採用するのが好適である。さらに、その一対の永久磁石16の間(磁極内端部)には、磁束が短絡経路を取るのを制限するフラックスバリア17cを形成する構造を採用するのが好適である。また、回転子12のd軸上の外周面には、固定子11側のステータティース15から進入する電機子磁束Ψrの飽和を制限する、言い換えると、その磁束Ψrを分散させるセンタ溝21を形成する構造を採用するのが好適である。このような構造を採用することにより、回転子12は、q軸磁路(磁束)を分散化させてq軸インダクタンスLqを大きくし、リラクタンストルクTrを積極的に利用することができる。
For example, in the magnetic paths MP1 and MP2, when both end sides (magnetic pole outer end portions) of the pair of permanent magnets 16 are cut and moved to the inside, a large flux barrier exists on both end sides and the vicinity of the center of the magnetic pole In particular, it becomes difficult to take a path on the right side of the magnetic pole outer peripheral side area A2, and the entire area A2 cannot be used effectively.
On the other hand, when the center side (the inner end of the magnetic pole) of the pair of permanent magnets 16 is cut and moved to the outside, a large flux barrier exists on the center side, and the magnetic flux path can be dispersed on both sides of the magnetic pole. In addition, the magnetic flux can pass through the region A2 evenly by actively and effectively including the path on the right side of the magnetic pole outer region A2. In the case of this structure, the magnetic path that connects the N pole and the S pole of the adjacent permanent magnet 16 of the magnetic pole after the permanent magnet 16 of the magnetic pole on the reverse side in the rotation direction has passed through from the outer periphery to the inner periphery. MP3 can also be taken. In this magnetic path MP3, it is possible to pass through the outer periphery side area A2 of the magnetic pole on the traveling side in the rotation direction through the same path as the magnetic path MP1, and the dispersion efficiency of the magnetic flux is high.
Therefore, the rotor 12 has an embedded structure of a pair of permanent magnets 16 that form magnetic poles, while maintaining a V shape so as not to disturb the armature magnetic flux Ψr that generates the reluctance torque Tr, the rotor 12 It is preferable to adopt a shape that approaches the outer end portion. Further, it is preferable to adopt a structure in which a flux barrier 17c that restricts the magnetic flux from taking a short circuit path is formed between the pair of permanent magnets 16 (the inner end of the magnetic pole). Further, a center groove 21 is formed on the outer peripheral surface of the rotor 12 on the d-axis to limit the saturation of the armature magnetic flux Ψr entering from the stator teeth 15 on the stator 11 side, in other words, to distribute the magnetic flux Ψr. It is preferable to adopt a structure that By adopting such a structure, the rotor 12 can disperse the q-axis magnetic path (magnetic flux), increase the q-axis inductance Lq, and actively use the reluctance torque Tr.

この永久磁石16は、図面内の長手方向の長さ(幅)Wpmの最適値を、その長さWpmを短縮しない場合を基準にして比較決定する。
具体的には、極数Pと、回転子12の軸心から外周面までの外半径R1とを固定値として、磁極外端部に設置する永久磁石16の長さWpmを変数(内端側端辺の位置を変位)とし、下記の式(3)で算出する比率δを変化させて決定する。この決定要素として、比率δに対する、最大負荷時のトルクTのper unit単位での変化と、そのトルクTの変動幅であるトルクリプル(torque ripple)の低減率の変化とを磁界解析してグラフ表示すると、図11のようになる。なお、per unit単位では、例えば、1.0[p.u.]の場合に同等であることを意味している。
δ=(P×Wpm)/R1 ・・・(3)
図11では、比率δ=1.84が長さWpmを短縮しない形状寸法(磁石低減量0%)の永久磁石16の場合であり、比率δ=1.38の寸法形状(磁石低減量24.7%)の場合に非短縮時と同等(1.0[p.u.])のトルクTを得ることができることが分かる。この永久磁石16は、常用の低速回転負荷時においても、比率δ=1.38とすることで、同等のトルクTを得ることができる。
ここで、この図11では、V字空間17の内外端側に同等の大きさのフラックスバリア17b、17dを備える関連技術の回転子12Aを比較対象としている。これに対して、本実施形態の回転子12の場合には、フラックスバリア17cとセンタ溝21を備えることで、電機子磁束Ψrを効果的に分割して振り分けることができる。このため、この回転子12では、リラクタンストルクTrを有効に発生させることができ、永久磁石16が同等の長さWpmである比率δ=1.84でもトルクTが向上するとともにトルクリプルも低減されている。すなわち、図11では、この回転子12の構造で永久磁石16の長さWpmを短縮させて、比率δに対するトルクTとトルクリプルの変化を図示している。なお、関連技術の回転子12Aの構造のまま永久磁石16の長さWpmを短縮する場合には、比率δ=1.84から比率δ=1.38付近までトルクTの大きな変化はない(1.0[p.u.])ものと想定される。
The permanent magnet 16 compares and determines the optimum value of the length (width) Wpm in the longitudinal direction in the drawing with reference to the case where the length Wpm is not shortened.
Specifically, with the number of poles P and the outer radius R1 from the axis of the rotor 12 to the outer peripheral surface being fixed values, the length Wpm of the permanent magnet 16 installed at the outer end of the magnetic pole is a variable (inner end side). It is determined by changing the ratio δ calculated by the following equation (3), with the position of the end side as displacement). As a determining factor, the change in the torque T at the maximum load per unit unit and the change in the reduction rate of the torque ripple that is the fluctuation range of the torque T with respect to the ratio δ are displayed as a graph by magnetic field analysis. Then, as shown in FIG. In per unit unit, for example, 1.0 [p. u. ] Means the same.
δ = (P × Wpm) / R1 (3)
In FIG. 11, the ratio δ = 1.84 is the case of the permanent magnet 16 having a shape dimension (magnet reduction amount 0%) that does not shorten the length Wpm, and the ratio shape δ = 1.38 (magnet reduction amount 24. 7%), it can be seen that a torque T equivalent to 1.0 (p.u.) can be obtained. The permanent magnet 16 can obtain an equivalent torque T by setting the ratio δ = 1.38 even during normal low-speed rotational load.
Here, in FIG. 11, a rotor 12A of related technology including flux barriers 17b and 17d having the same size on the inner and outer ends of the V-shaped space 17 is set as a comparison target. On the other hand, in the case of the rotor 12 of the present embodiment, the armature magnetic flux Ψr can be effectively divided and distributed by providing the flux barrier 17c and the center groove 21. Therefore, in the rotor 12, the reluctance torque Tr can be generated effectively, and the torque T is improved and the torque ripple is reduced even at the ratio δ = 1.84 where the permanent magnet 16 has the same length Wpm. Yes. That is, in FIG. 11, the change of the torque T and the torque ripple with respect to the ratio δ is illustrated by shortening the length Wpm of the permanent magnet 16 with the structure of the rotor 12. When the length Wpm of the permanent magnet 16 is shortened with the structure of the rotor 12A of the related art, there is no significant change in the torque T from the ratio δ = 1.84 to the ratio δ = 1.38 (1 .0 [pu]]).

また、電動回転機では、回転子の回転に伴って、埋設する永久磁石量に応じた誘起電圧(逆起電圧)が発生して弱め界磁に起因する磁気歪みの空間高調波が重畳することになる。この空間高調波は、5次、7次、11次、13次の成分がトルクリプルの発生要因になり、鉄損の増加原因となっている。このことから、比率δに対する、例えば、5次の空間高調波の発生をper unit単位でグラフ化すると、図12のようになり、比率δ=1.75以下にするほど、その5次の空間高調波の発生を抑えることができることが分かる。この場合には、永久磁石16の磁石量を4.7%以上削減することができ、また、磁気歪みの空間高調波の低減により鉄損を低減して駆動効率を向上させつつ永久磁石16内での渦電流の発生を制限して発熱を抑えることができる。   In addition, in the electric rotating machine, an induced voltage (counterelectromotive voltage) corresponding to the amount of permanent magnet to be embedded is generated with the rotation of the rotor, and spatial harmonics of magnetostriction caused by the field weakening are superimposed. become. In this spatial harmonic, the fifth, seventh, eleventh, and thirteenth components cause torque ripple and cause an increase in iron loss. From this, for example, when the generation of fifth-order spatial harmonics with respect to the ratio δ is graphed in units of per unit, the result is as shown in FIG. 12, and the fifth-order space becomes smaller as the ratio δ = 1.75 or less. It can be seen that the generation of harmonics can be suppressed. In this case, the magnet amount of the permanent magnet 16 can be reduced by 4.7% or more, and the internal efficiency of the permanent magnet 16 can be improved while reducing the iron loss by reducing the spatial harmonics of the magnetostriction and improving the driving efficiency. The generation of eddy currents at this point can be limited to suppress heat generation.

このことからすると、本実施形態の回転子12では、関連技術の回転子12Aと同等のトルクTを得つつ永久磁石16の使用量を削減するには、その永久磁石16の長さWpmを短縮(磁石量を24.7%削減)して比率δ=1.38程度にするのが好適であり、トルクリプルも低減することができる。要するに、永久磁石16は、トルクTやトルクリプル等の所望の特性に応じて比率δ=1.38(磁石低減量24.7%)から1.75(磁石低減量4.7%)の範囲内の寸法形状で適宜選択すればよい。
そこで、電動回転機10は、同等のトルクTとなる、永久磁石16の長さWpmを短縮して比率δ=1.38の寸法形状に形成するd軸空隙付きV字型のIPMモータの場合と、永久磁石16を短縮しないV字型のIPMモータの場合とで磁界解析すると、図13および図14に示すように、マグネットトルクTmとリラクタンストルクTrの比率が変化して同等のトルクTを出力可能なことが分かる。なお、d軸空隙付きV字型のIPMモータは、大きな空隙のフラックスバリア17cをd軸側に備える構造であり、単なるV字型のIPMモータは、小さなフラックスバリア17dをd軸側に備える構造である。
この図13は、低負荷領域でのトルクTm、Trの割合を図示しており、図14は、最大負荷領域でのトルクTm、Trの割合を図示している。いずれでも、d軸空隙付きV字型のIPMモータの場合には、永久磁石16を短縮するためにマグネットトルクTmが小さくなるのに代わって、リラクタンストルクTrが大きくなっていることが分かる。すなわち、電動回転機10は、d軸付近の永久磁石16に置換して大きな空隙空間のフラックスバリア17cやセンタ溝21を形成することで、図6Bと図7に示す磁極外周側小領域A1で電機子磁束Ψrを打ち消す磁石磁束Ψmを少なくすることができている。この結果、電動回転機10は、q軸インダクタンスLqを大きくしてd軸インダクタンスLdとの差(突極比)を非短縮V字型のIPMモータよりも大きくすることができ、リラクタンストルクTrを有効活用して同等のトルクTを確保することができている。
From this, in the rotor 12 of the present embodiment, in order to reduce the amount of the permanent magnet 16 used while obtaining the torque T equivalent to the rotor 12A of the related art, the length Wpm of the permanent magnet 16 is shortened. (The magnet amount is reduced by 24.7%) and the ratio δ is preferably about 1.38, and the torque ripple can be reduced. In short, the permanent magnet 16 has a ratio δ = 1.38 (magnet reduction amount 24.7%) to 1.75 (magnet reduction amount 4.7%) in accordance with desired characteristics such as torque T and torque ripple. The size and shape may be appropriately selected.
Therefore, the electric rotating machine 10 is a V-shaped IPM motor with a d-axis gap formed by shortening the length Wpm of the permanent magnet 16 so as to have the equivalent torque T and forming the dimensional shape with the ratio δ = 1.38. When the magnetic field analysis is performed in the case of a V-shaped IPM motor that does not shorten the permanent magnet 16, the ratio of the magnet torque Tm and the reluctance torque Tr changes as shown in FIGS. It turns out that output is possible. The V-shaped IPM motor with a d-axis gap has a structure with a large gap flux barrier 17c on the d-axis side, and the simple V-shaped IPM motor has a structure with a small flux barrier 17d on the d-axis side. It is.
FIG. 13 illustrates the ratios of torques Tm and Tr in the low load region, and FIG. 14 illustrates the ratios of torques Tm and Tr in the maximum load region. In any case, in the case of a V-shaped IPM motor with a d-axis gap, it can be seen that the reluctance torque Tr is increased instead of decreasing the magnet torque Tm in order to shorten the permanent magnet 16. That is, the electric rotating machine 10 replaces the permanent magnet 16 near the d-axis to form a large gap space flux barrier 17c and a center groove 21, so that the magnetic pole outer peripheral small area A1 shown in FIG. 6B and FIG. The magnet magnetic flux Ψm that cancels the armature magnetic flux Ψr can be reduced. As a result, the electric rotating machine 10 can increase the q-axis inductance Lq so that the difference (saliency ratio) from the d-axis inductance Ld is larger than that of the non-shortened V-shaped IPM motor, and the reluctance torque Tr can be increased. The same torque T can be secured by making effective use.

この構造により、電動回転機10は、図15に磁束線図として図示するように、磁極を
形成する一対の永久磁石16の外周側の小領域A1に集中していた電機子磁束Ψrを、その磁極外周側小領域A1を通過する磁路Mr1からV字空間17のd軸側空間17cの内周側を迂回する磁路Mr2にも効果的に分割(分流)させることができる。この結果、電動回転機10は、磁石磁束Ψmと電機子磁束Ψr(d軸・q軸)の磁気的干渉を低減して、磁極外周側小領域A1の回転方向進行側(図中左側)で局所的に磁気飽和状態になってしまうことを回避してトルクTの発生に効果的に寄与させることができる。
With this structure, as shown in FIG. 15 as a magnetic flux diagram, the electric rotating machine 10 causes the armature magnetic flux Ψr concentrated in the small area A1 on the outer peripheral side of the pair of permanent magnets 16 forming the magnetic poles to The magnetic path Mr1 that passes through the magnetic pole outer peripheral side small area A1 can also be effectively divided (divided) into a magnetic path Mr2 that bypasses the inner peripheral side of the d-axis side space 17c of the V-shaped space 17. As a result, the electric rotating machine 10 reduces the magnetic interference between the magnet magnetic flux Ψm and the armature magnetic flux Ψr (d-axis / q-axis), and on the traveling side (left side in the drawing) of the magnetic pole outer peripheral small area A1. It is possible to effectively contribute to the generation of the torque T by avoiding local magnetic saturation.

したがって、電動回転機10は、図16の磁束線図に図示するように、低負荷駆動時には磁石磁束Ψmと電機子磁束Ψrの合成磁束Ψsが主に永久磁石16を通過する磁路MP0を通過するのに対して、最大負荷駆動時にはその合成磁束Ψsは図17の磁束線図に図示するように、磁路MP1、磁路MP2に分割させることができる。この結果、磁気的干渉の低減と共に局所的な磁気飽和状態の回避を実現して、永久磁石16の磁石量を低減しつつ同等以上のトルクTを効率よく発生させることができる。なお、低負荷駆動時の合成磁束Ψsは、電機子磁束Ψrよりも磁石磁束Ψmの割合が大きい。
また、電動回転機10は、永久磁石16を、例えば、比率δ=1.44の寸法形状にして低透磁率のフラックスバリア17cに置換(磁石磁束Ψmを低減)し磁石量を23%削減すると、イナーシャ(慣性力)の低減と共に、誘起電圧定数も13.4%程度低減することができ、高速回転側での出力を増加させることができる。さらに、この電動回転機10では、磁気歪みとなる空間高調波が低減されることで、永久磁石16内で発生する渦電流による発熱や鉄損および電磁騒音を抑えることができる。
Therefore, as shown in the magnetic flux diagram of FIG. 16, the electric rotating machine 10 passes through a magnetic path MP0 through which the combined magnetic flux Ψs of the magnet magnetic flux Ψm and the armature magnetic flux Ψr mainly passes through the permanent magnet 16 during low load driving. On the other hand, when the maximum load is driven, the combined magnetic flux Ψs can be divided into the magnetic path MP1 and the magnetic path MP2 as shown in the magnetic flux diagram of FIG. As a result, the magnetic interference can be reduced and the local magnetic saturation state can be avoided, and the torque T equal to or higher than that of the permanent magnet 16 can be efficiently generated while the amount of the permanent magnet 16 is reduced . Contact name synthetic flux Ψs during low load driving, the ratio of magnetic flux Ψm is greater than the armature flux Pusaiaru.
Further, the electric rotating machine 10 replaces the permanent magnet 16 with, for example, a ratio δ = 1.44 and replaces it with a low-permeability flux barrier 17c (reduces the magnetic flux Ψm) to reduce the magnet amount by 23%. As the inertia (inertial force) is reduced, the induced voltage constant can be reduced by about 13.4%, and the output on the high-speed rotation side can be increased. Furthermore, in the electric rotating machine 10, the heat generation due to the eddy current generated in the permanent magnet 16, iron loss, and electromagnetic noise can be suppressed by reducing the spatial harmonics that become magnetic distortion.

そして、図18Aに示す回転子12Aでは、永久磁石16がd軸付近まで存在することにより磁極外周側領域A2に多くの磁石磁束Ψmが発生している。これに対して、図19Aに示すセンタ溝21を設けていない回転子12Cでは、そのd軸付近には空隙のフラックスバリア17cが形成されていることから、永久磁石16から発生する磁石磁束Ψmの直交性が低下、言い換えると、d軸付近における磁石磁束Ψmの磁束密度が低下している。このため、q軸磁路Ψqにとってはd軸付近における磁気抵抗が下がることでインダクタンスが高くなる。この結果、回転子12Cでは、外周面12aに鎖交する磁束の密度に差が生じることに起因して、磁束に高調波が重畳してしまいトルクリプルや鉄損の増加により効率が低下してしまう。
例えば、回転子12Aのd軸付近では、図18Bの最大負荷時の磁束ベクトル図に示すように、電機子磁束Ψrの磁路ループに対応して、対面するステータティース15Dから鎖交する磁束密度は高くない。これに対して、回転子12Cのd軸付近では、図19Bの最大負荷時の磁束ベクトル図に示すように、図18Bのステータティース15Dにおける磁束よりも鎖交する磁束密度が高くなって、流入する磁束が増加している。
このことは、回転子12A(フラックスバリア17d、センタ溝21なし)と回転子12C(フラックスバリア17c、センタ溝21なし)で、1つのステータティース15との間のギャップGを通過する1歯鎖交磁束波形を比較すると、図20のグラフに示すように、回転子12Cの方が、d軸付近が影響する図中に「P」で示す箇所において、磁束が流れ易く高調波が重畳し易くなっている。例えば、図20に示す磁束波形をフーリエ級数展開すると、図21に示すように、回転子12Aよりも回転子12Cの磁束波形の方が、5次、7次の空間高調波の含有率が大きく重畳していることからも分かる。
In the rotor 12A shown in FIG. 18A, since the permanent magnet 16 exists up to the vicinity of the d-axis, a large amount of magnet magnetic flux Ψm is generated in the magnetic pole outer peripheral region A2. On the other hand, in the rotor 12C not provided with the center groove 21 shown in FIG. 19A, a gap flux barrier 17c is formed in the vicinity of the d-axis, so that the magnetic flux Ψm generated from the permanent magnet 16 is reduced. The orthogonality decreases, in other words, the magnetic flux density of the magnet magnetic flux Ψm near the d-axis decreases. For this reason, for the q-axis magnetic path Ψq, the inductance increases as the magnetic resistance near the d-axis decreases. As a result, in the rotor 12C , due to the difference in density of the magnetic flux interlinking with the outer peripheral surface 12a, harmonics are superimposed on the magnetic flux, and the efficiency is reduced due to an increase in torque ripple and iron loss. .
For example, in the vicinity of the d-axis of the rotor 12A, as shown in the magnetic flux vector diagram at the maximum load in FIG. 18B, the magnetic flux density linked from the facing stator teeth 15D corresponding to the magnetic path loop of the armature magnetic flux Ψr. Is not expensive. On the other hand, in the vicinity of the d-axis of the rotor 12C , as shown in the magnetic flux vector diagram at the maximum load in FIG. 19B, the interlinkage magnetic flux density is higher than the magnetic flux in the stator teeth 15D in FIG. Magnetic flux to be increased.
This means that one tooth chain that passes through the gap G between the rotor 12A (without the flux barrier 17d and the center groove 21) and the rotor 12C (without the flux barrier 17c and the center groove 21) and one stator tooth 15. Comparing the alternating magnetic flux waveforms, as shown in the graph of FIG. 20, the rotor 12C is more likely to flow the magnetic flux at the location indicated by “P” in the drawing where the vicinity of the d-axis is affected, and the harmonics are more easily superimposed. It has become. For example, when the magnetic flux waveform shown in FIG. 20 is expanded in the Fourier series, as shown in FIG. 21, the magnetic flux waveform of the rotor 12C has a higher content ratio of the fifth and seventh spatial harmonics than the rotor 12A. It can also be seen from the overlapping.

そこで、電動回転機10は、回転子12の外周面12aのd軸上に、ステータティース15の内周面15aとの間のギャップGにおける磁気抵抗を増加させるように調整するセンタ溝21を形成している。このセンタ溝21を形成した回転子12では、図22の最大負荷時の磁束ベクトル図に示すように、回転子12のd軸付近で対面するステータティース15から進入する磁束の増加を抑えることができている。
また、この回転子12(センタ溝21あり)と回転子12C(センタ溝21なし)では、トルク波形を比較すると、図23のグラフに示すように、回転子12Cを基準にして(1.0[p.u.])、センタ溝21ありの回転子12のトルク波形の方が振幅を小さくすることができ、トルクリプルを抑えることができる。また、この図23に示すトルク波形をフーリエ級数展開すると、図24に示すように、センタ溝21ありの回転子12のトルク波形の方が、6次、12次、18次、24次の高調波トルクを大幅に低減できている。なお、図23には、回転子12Cの平均トルクを基準にして(1.0[p.u.])瞬時トルクのトルク波形を図示している。
Therefore, the electric rotating machine 10 forms a center groove 21 that adjusts so as to increase the magnetic resistance in the gap G with the inner peripheral surface 15a of the stator teeth 15 on the d-axis of the outer peripheral surface 12a of the rotor 12. doing. In the rotor 12 in which the center groove 21 is formed, as shown in the magnetic flux vector diagram at the maximum load in FIG. 22, it is possible to suppress an increase in the magnetic flux entering from the stator teeth 15 facing near the d-axis of the rotor 12. is made of.
Further, in the rotor 12 (with center groove 21) and the rotor 12C (without center groove 21), comparing the torque waveform, as shown in the graph of FIG. 23, based on the rotor 12C (1.0 [pu]]), the torque waveform of the rotor 12 with the center groove 21 can reduce the amplitude, and torque ripple can be suppressed. Further, when the torque waveform shown in FIG. 23 is expanded by Fourier series, as shown in FIG. 24, the torque waveform of the rotor 12 with the center groove 21 has higher harmonics of the 6th, 12th, 18th and 24th. Wave torque can be greatly reduced. FIG. 23 shows the torque waveform of the instantaneous torque based on the average torque of the rotor 12C (1.0 [pu]).

ところで、電動回転機10のトルクリプルは、3相の場合、1相1極毎の磁束波形に重畳する空間高調波と相電流に含まれる時間高調波に起因して、電気角で6f次成分(f=1、2,3…:自然数)で発生することが分かっている。
以下に、トルクリプルの発生原因について説明すると、3相出力(電力)P(t)とトルクτ(t)は、角速度をωm、各相の誘起起電力をEu(t)、Ev(t)、Ew(t)、各相の電流をIu(t)、Iv(t)、Iw(t)とすると、次の式(4)、式(5)で求めることができる。
P(t)=E(t)I(t)+E(t)I(t)+E(t)I(t) ・・・(4)
τ(t)=P(t)/ω
=[E(t)I(t)+E(t)I(t)+E(t)I(t)] ・・・(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相電流I(t)を次の式(6)と置くと、U相トルクτ(t)は次の式(7)のように表すことができる。

Figure 0006437706

By the way, in the case of three phases, the torque ripple of the electric rotating machine 10 has a 6f-order component (in terms of electrical angle) due to the spatial harmonics superimposed on the magnetic flux waveform for each pole of one phase and the time harmonics included in the phase current ( f = 1, 2, 3,...: natural number).
The cause of torque ripple will be described below. The three-phase output (electric power) P (t) and the torque τ (t) have an angular velocity of ωm, an induced electromotive force of each phase Eu (t), Ev (t), If Ew (t) and the current of each phase are Iu (t), Iv (t), and Iw (t), they can be obtained by the following equations (4) and (5).
P (t) = Eu (t) Iu (t) + Ev (t) Iv (t) + Ew (t) Iw (t) (4)
τ (t) = P (t) / ω m
= [E u (t) I u (t) + E v (t) I v (t) + E w (t) I w (t)] (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 current I u (t) Is represented by the following equation (6), the U-phase torque τ u (t) can be expressed by the following equation (7).
Figure 0006437706

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」は奇数のみとなる。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(t)、U相電流I(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+mβ、t=nα−mβ
と、置くと、次の式(8)のように表すことができる。

Figure 0006437706
また、この誘起電圧は、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る。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になる。
よって、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、11次と13次の空間高調波(n=11、13)が重畳していると相電流の基本波(m=1)との合わせにより12次の高調波トルクが発生することが分かる。 Since the phase current I (t) and the phase voltage E (t) are both symmetrical waves, “n” and “m” are only odd numbers. The V-phase torque and the W-phase torque other than the U-phase are “+ 2π / 3 (rad)”, “−2π / 3 (” with respect to the U-phase induced voltage E u (t) and the U-phase current I u (t), respectively. rad) "phase difference, the overall torque is canceled (offset) so that only the coefficient term of" 6 "remains,
6f = n ± m (f: natural number), s = nα n + mβ m , t = nα n −mβ m
And can be expressed as the following equation (8).
Figure 0006437706
In addition, since this induced voltage can be obtained by time differentiation of 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 becomes 6f, the torque ripple of the 6f-order component Will occur.
Therefore, the torque ripple of the three-phase motor is, as described above, 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. For example, if the 11th and 13th spatial harmonics (n = 11, 13) are superposed, the 12th harmonic torque is combined with the fundamental wave of the phase current (m = 1). It can be seen that it occurs.

そして、この電動回転機10では、このトルクリプルなどのトルク特性に基づいて、回転子12におけるセンタ溝21の最適な寸法形状を決定している。
このセンタ溝21は、図25に示すように、軸心からの法線方向の溝底21aまでの離隔距離R4を変化させて、回転子12の外周面12aまでの外半径R1に対する比率R4/R1をパラメータとしたときに得られる、図26に示すトルクリプルにより寸法形状を決定する。
まず、センタ溝21の深さとしては、センタ溝21のない寸法形状(R4/R1=1.0)を基準として、最大負荷時に発生するトルクリプルを低減可能に、次の寸法形状に形成する。
0.98≦R4/R1<1.0
In the electric rotating machine 10, the optimum dimensional shape of the center groove 21 in the rotor 12 is determined based on torque characteristics such as the torque ripple.
As shown in FIG. 25, the center groove 21 has a ratio R4 / ratio to the outer radius R1 to the outer peripheral surface 12a of the rotor 12 by changing the separation distance R4 from the axial center to the groove bottom 21a in the normal direction. The dimension and shape are determined by the torque ripple shown in FIG. 26 obtained when R1 is used as a parameter.
First, the depth of the center groove 21 is formed in the following dimension shape so that the torque ripple generated at the maximum load can be reduced on the basis of the dimension shape without the center groove 21 (R4 / R1 = 1.0).
0.98 ≦ R4 / R1 <1.0

また、回転子12のセンタ溝21は、固定子11側のステータティース15に対する相対的な関係から寸法形状を決定する必要があり、図25に示すように、回転子12の軸心を中心とした外周面12aにおける外開口角θaと、その外周面12aよりも内側の溝底21aの内開口角θbとで規定することができる。
この回転子12は、センタ溝21の外開口角θaをパラメータとして変化させると、図27に相電圧と線間電圧とを対応させているグラフに示すように、図中のピークFと頂部Wで示す箇所で影響を受ける。
具体的には、例えば、図27における、U相電圧波形のG1からG3の幅は、固定子11と回転子12との相対的な位置関係からセンタ溝21の外開口角θaの幅に応じて変化する。そのU相電圧波形は、外開口角θaを狭くしていくとG1−G3間も狭くなって頂部Wが最頂点となる尖った波形となり、線間電圧波形は、ピークFが頂部Wに近づいて、三角波に近似する波形となる。反対に、U相電圧波形は、センタ溝21の外開口角θaを広くしていくとG1−G3間の頂部Wが平坦形状になる波形となり、線間電圧波形は、ピークFが頂部Wから離れて裾広がりな台形波に近似する波形となって、5次、7次の空間高調波が重畳し易くなる。
Further, the center groove 21 of the rotor 12 needs to have a dimensional shape determined from the relative relationship with respect to the stator teeth 15 on the stator 11 side, and as shown in FIG. The outer opening angle θa of the outer peripheral surface 12a and the inner opening angle θb of the groove bottom 21a inside the outer peripheral surface 12a can be defined.
When the rotor 12 is changed with the outer opening angle θa of the center groove 21 as a parameter, the peak F and the top W in the figure are shown in the graph in FIG. 27 in which the phase voltage and the line voltage are associated with each other. It is affected at the points indicated by.
Specifically, for example, the width of G1 to G3 of the U-phase voltage waveform in FIG. 27 depends on the width of the outer opening angle θa of the center groove 21 from the relative positional relationship between the stator 11 and the rotor 12. Change. When the outer opening angle θa is narrowed, the U-phase voltage waveform becomes narrower between G1 and G3 and becomes a sharp waveform with the top W being the highest vertex, and the line voltage waveform has a peak F approaching the top W. Thus, the waveform approximates a triangular wave. On the contrary, the U-phase voltage waveform becomes a waveform in which the top W between G1 and G3 becomes flat when the outer opening angle θa of the center groove 21 is increased, and the line voltage waveform has a peak F from the top W. It becomes a waveform that approximates a trapezoidal wave that spreads apart and becomes easier to superimpose the fifth and seventh spatial harmonics.

ここで、センタ溝21は、上述するように、回転子12とステータティース15の間のギャップGにおける磁気抵抗を大きくする(透磁率を下げる)必要がある一方、外開口角θaを広くし過ぎると、5次、7次の空間高調波が重畳し易くなることから、必要最低限の寸法形状にする必要がある。
この回転子12と固定子11の構造を、図25に示すように、スロット18の回転子12側の開口幅SO、ステータティース15の内周面15aの対面幅TB、ステータティース15の内周面15aよりも内側の先端部幅TW、回転子12とステータティース15の間のギャップGのエアギャップ幅AGとすると、次のようになる。
まず、センタ溝21は、ギャップGにおける磁気抵抗を大きくする必要があることから、ステータティース15の対面幅TB以上必要である。これから外開口角θaの下限値としては、その対面幅TBと回転子12の軸心とで囲む形状が二等辺三角形(2×直角三角形)に近似するものとして、
2×tan−1((TB/2)/(R1+AG))≦θa
とすることができる。
また、スロット18は、コイルの自動インサートや必要なエネルギ密度を考慮すると、スロット18の開口幅SO>エアギャップ幅AGにする必要がある。この関係からスロット18の開口空間よりもギャップGにおける磁気抵抗が低く、ステータティース15の先端角部K(図22を参照)から回転子12側に鎖交する磁束量を低減する必要がある。このことから、センタ溝21は、隣接するステータティース15の内周面15aまでの幅以下にする必要があり、これから外開口角θaの上限値としては、同様に、
θa≦2×tan−1((SO+(TB/2))/(R1+AG))
とすることができる。
Here, as described above, the center groove 21 needs to increase the magnetic resistance in the gap G between the rotor 12 and the stator teeth 15 (decrease the magnetic permeability), while making the outer opening angle θa too wide. In addition, since the fifth and seventh spatial harmonics are easily superimposed, it is necessary to form the minimum necessary size and shape.
As shown in FIG. 25, the structure of the rotor 12 and the stator 11 includes the opening width SO of the slot 18 on the rotor 12 side, the facing width TB of the inner peripheral surface 15a of the stator teeth 15, and the inner periphery of the stator teeth 15. Assuming that the tip end portion width TW inside the surface 15a and the air gap width AG of the gap G between the rotor 12 and the stator teeth 15 are as follows.
First, since it is necessary to increase the magnetic resistance in the gap G, the center groove 21 needs to be equal to or larger than the facing width TB of the stator teeth 15. As a lower limit value of the outer opening angle θa, the shape surrounded by the facing width TB and the axis of the rotor 12 approximates to an isosceles triangle (2 × right triangle).
2 × tan −1 ((TB / 2) / (R1 + AG)) ≦ θa
It can be.
Further, the slot 18 needs to satisfy an opening width SO> air gap width AG of the slot 18 in consideration of automatic coil insertion and a necessary energy density. From this relationship, the magnetic resistance in the gap G is lower than the opening space of the slot 18, and it is necessary to reduce the amount of magnetic flux interlinking from the tip corner K of the stator teeth 15 (see FIG. 22 ) to the rotor 12 side. For this reason, the center groove 21 needs to be equal to or smaller than the width to the inner peripheral surface 15a of the adjacent stator teeth 15, and as an upper limit value of the outer opening angle θa, similarly,
θa ≦ 2 × tan −1 ((SO + (TB / 2)) / (R1 + AG))
It can be.

次に、センタ溝21の溝底21aの内開口角θbは、外開口角θaと同様に、隣接するステータティース15の内周面15aまでの幅以下の外開口角θaを上限値として、
θb≦2×tan−1((SO+(TB/2))/(R1+AG))
とすることができる。
その一方で、センタ溝21の溝底21aの内開口角θbの下限値は、外開口角θaの下限値をステータティース15の対面幅TBにして、ギャップGにおける磁気抵抗を上げるように調整することから、溝底21aなしの
0°≦θb
としてもよい。
なお、ステータティース15の対面幅TBと先端部幅TWは、ステータティース15の先端部を尖った形状にすると上記条件が不成立となることから、
TW≦TB
となる。
Next, the inner opening angle θb of the groove bottom 21a of the center groove 21 is set to an outer opening angle θa equal to or smaller than the width to the inner peripheral surface 15a of the adjacent stator teeth 15 as an upper limit, similarly to the outer opening angle θa.
θb ≦ 2 × tan −1 ((SO + (TB / 2)) / (R1 + AG))
It can be.
On the other hand, the lower limit value of the inner opening angle θb of the groove bottom 21 a of the center groove 21 is adjusted so that the lower limit value of the outer opening angle θa is the facing width TB of the stator teeth 15 and the magnetic resistance in the gap G is increased. Therefore, 0 ° ≦ θb without groove bottom 21a
It is good.
The facing width TB and the tip width TW of the stator teeth 15 are not satisfied when the tip of the stator teeth 15 is pointed.
TW ≦ TB
It becomes.

ここで、この回転子12では、低負荷時においても同様に、センタ溝21なしの回転子12Cとトルク波形を比較すると、図28のグラフに示すように、回転子12Cを基準にして(1.0[p.u.])、センタ溝21ありの回転子12のトルク波形の方が振幅を小さく、トルクリプルを抑えることができている。また、この図28に示すトルク波形をフーリエ級数展開すると、図29に示すように、センタ溝21ありの回転子12のトルク波形の方が、6次の高調波トルクを低減できている。
なお、以上では、センタ溝21がトルク特性に与える影響について主に説明するが、このセンタ溝21は、組立などの製造時にも目印にすることができるなど有用である。例えば、永久磁石16の軸方向における位置関係を捩じった状態にして、所謂、スキューを施す場合には、そのセンタ溝21の軸方向への直線性からスキューの有無を確認することができる。
Here, in the rotor 12, also in the low load, when comparing the rotor 12C and torque waveforms of the center groove 21 without, as shown in the graph of FIG. 28, based on the rotor 12C (1 0.0 [pu]]), the torque waveform of the rotor 12 with the center groove 21 has a smaller amplitude, and torque ripple can be suppressed. Further, when the torque waveform shown in FIG. 28 is expanded by Fourier series, as shown in FIG. 29, the torque waveform of the rotor 12 with the center groove 21 can reduce the sixth-order harmonic torque.
In the above, the influence of the center groove 21 on the torque characteristics will be mainly described. However, the center groove 21 is useful because it can be used as a mark at the time of manufacturing such as assembly. For example, when the so-called skew is applied in a state where the positional relationship of the permanent magnet 16 in the axial direction is twisted, the presence or absence of the skew can be confirmed from the linearity of the center groove 21 in the axial direction. .

このように本実施形態においては、永久磁石16のd軸側範囲Bを削減して大きなフラックスバリア17cに置き換えたので、電機子磁束Ψrを打ち消す方向の磁石磁束Ψmをなくして互いに干渉(相殺)してしまうことをなくすことができ、また、その範囲B内を電機子磁束Ψrが通過してしまうことも制限することができる。
したがって、永久磁石16の使用量を削減しつつ、d軸側での電機子磁束Ψrや磁石磁束Ψmを有効に活用して、大きなマグネットトルクTmとリラクタンストルクTrを得ることができる。また、誘起電圧定数の低減による高速回転側での出力の増加を図ることができるとともに、永久磁石16の渦電流に起因する発熱を抑えて温度変化による減磁を抑制して耐熱グレードを下げることによるコスト削減をすることができる。
また、回転子12のセンタ溝21は、溝底21aまでの長さR4を回転子12の外半径R1に対して、0.98≦R4/R1<1.0にすることで、高調波トルクを抑えて効果的にトルクリプルを低減することができる。さらに、このセンタ溝21は、2×tan−1((ティース対面幅TB/2)/(回転子外半径R1+エアギャップ幅AG))≦外開口角θa≦2×tan−1((スロット開口幅SO+(ティース対面幅TB/2))/(回転子外半径R1+エアギャップ幅AG))、0°≦内開口角θb≦2×tan−1((スロット開口幅SO+(ティース対面幅TB/2))/(回転子外半径R1+エアギャップ幅AG))、ティース先端部幅TW≦ティース対面幅TBとなる寸法形状にすることで、高調波トルクをより抑えて、トルクリプルをより削減することができる。
この結果、固定子11内の回転子12を低コストに作製して高エネルギ密度で高品質に回転駆動させることができる。
As described above, in the present embodiment, the d-axis side range B of the permanent magnet 16 is reduced and replaced with the large flux barrier 17c, so that the magnet magnetic flux Ψm in the direction that cancels the armature magnetic flux Ψr is eliminated to interfere (cancel) each other. And the passage of the armature magnetic flux Ψr in the range B can be restricted.
Therefore, a large magnet torque Tm and a reluctance torque Tr can be obtained by effectively using the armature magnetic flux Ψr and the magnet magnetic flux Ψm on the d-axis side while reducing the amount of permanent magnets 16 used. In addition, the output on the high speed rotation side can be increased by reducing the induced voltage constant, and the heat generation due to the eddy current of the permanent magnet 16 can be suppressed to suppress the demagnetization due to the temperature change, thereby lowering the heat resistant grade. Can reduce costs.
Further, the center groove 21 of the rotor 12 has a harmonic torque of 0.98 ≦ R4 / R1 <1.0 with respect to the outer radius R1 of the rotor 12 by setting the length R4 to the groove bottom 21a. And torque ripple can be effectively reduced. Further, the center groove 21 has 2 × tan −1 ((tooth-to-face width TB / 2) / (rotor outer radius R1 + air gap width AG)) ≦ outer opening angle θa ≦ 2 × tan−1 ((slot opening Width SO + (tooth-to-face width TB / 2)) / (rotor outer radius R1 + air gap width AG)), 0 ° ≦ inner opening angle θb ≦ 2 × tan−1 ((slot opening width SO + (tooth-to-face width TB / 2)) / (Rotor outer radius R1 + air gap width AG)), and the shape of the tooth tip width TW ≦ tooth-to-face width TB to further suppress harmonic torque and further reduce torque ripple. Can do.
As a result, the rotor 12 in the stator 11 can be produced at low cost and can be driven to rotate with high energy density and high quality.

ここで、本実施形態では、8極48スロットモータの構成の電動回転機10を一例にして説明するが、これに限るものではなく、毎極毎相スロット数q=2の構造であれば、そのまま好適に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。
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すべ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。
Here, in this embodiment, the electric rotating machine 10 having a configuration of an 8-pole 48-slot motor will be described as an example. However, the present invention is not limited to this. If the structure has a number of slots per phase per pole q = 2, The present invention can be preferably applied as it is. For example, it can also be applied to a motor structure of 6 poles, 36 slots, 4 poles, 24 slots, and 10 poles and 60 slots.
The scope of the present invention is not limited to the illustrated and described exemplary embodiments, but includes all embodiments that provide the same effects as 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(IPM型)
11 固定子
12 回転子
12a 外周面
13 回転駆動軸
15 ステータティース
15a 内周面
16 永久磁石
16a 角部
17 V字空間
17b、17c フラックスバリア
18 スロット
20 センタブリッジ
21 センタ溝
21a 溝底
A1 磁極外周側小領域
A2 磁極外周側領域
B d軸側範囲
G ギャップ
MP0、MP1〜MP3、Mr1、Mr2 磁路
R1 外半径
R4 離隔距離
Ψm 磁石磁束
Ψr 電機子磁束
Ψs 合成磁束
θa 外開口角
θb 内開口角
10 Electric rotating machine (IPM type)
11 Stator 12 Rotor 12a Outer peripheral surface 13 Rotating drive shaft 15 Stator teeth 15a Inner peripheral surface 16 Permanent magnet 16a Corner portion 17 V-shaped space 17b, 17c Flux barrier 18 Slot 20 Center bridge 21 Center groove 21a Groove bottom A1 Magnetic pole outer peripheral side Small area A2 Magnetic pole outer side area B d-axis side area G Gap MP0, MP1 to MP3, Mr1, Mr2 Magnetic path R1 Outer radius R4 Separation distance Ψm Magnet flux Ψr Armature flux Ψs Composite flux θa Outer opening angle θb Inner opening angle

Claims (2)

一対の永久磁石が複数埋め込まれた回転子と、当該回転子に対面する複数のティース間に形成されたスロットにコイルが収容されている固定子と、を備える電動回転機であって、
前記一対の永久磁石が前記回転子の外周面に向かって開くV字形状に配置されており、前記一対の永久磁石が形成する磁極毎に、フラックスバリアが形成されており、
前記フラックスバリアは、前記一対の永久磁石の間に形成され、かつ前記永久磁石の前記固定子に対面する固定子側磁極面の固定子側の端部よりも前記回転子の径方向の内方側に形成された空間によって構成されており、
前記空間が前記固定子側磁極面と反対側の反固定子側磁極面よりも前記回転子の径方向の内方まで延在されており、
前記回転子の外周面の前記d軸上に調整溝を設け、
前記回転子の極数をP、
前記永久磁石の長さをWpm、
前記回転子の軸心から前記外周面までの外半径をR1、
前記回転子の軸心から前記調整溝の溝底までの長さをR4として、
1.38<(P×Wpm)/R1<1.75
の関係、及び
0.98≦R4/R1<1.0
の関係を満たす寸法形状に形成し
前記調整溝の周方向の幅は、前記回転子に対向する前記ティースの対向面の周方向の幅以上、1つの前記ティースを挟んで周方向に隣接するティース間の幅以下に設定されていることを特徴とするIPM型電動回転機。
An electric rotating machine comprising: a rotor in which a plurality of pairs of permanent magnets are embedded; and a stator in which a coil is accommodated in a slot formed between a plurality of teeth facing the rotor,
The pair of permanent magnets are arranged in a V-shape that opens toward the outer peripheral surface of the rotor, each magnetic pole pair of the permanent magnets is formed, and fluxes barrier is formed,
The flux barrier is formed between the pair of permanent magnets, and is radially inward of the rotor with respect to the stator side end of the stator side magnetic pole surface facing the stator of the permanent magnet. It is composed of a space formed on the side,
The space extends to the inner side in the radial direction of the rotor from the anti-stator side magnetic pole surface opposite to the stator side magnetic pole surface,
An adjustment groove is provided on the d-axis of the outer peripheral surface of the rotor;
The number of poles of the rotor is P,
The length of the permanent magnet is Wpm,
An outer radius from the rotor axis to the outer peripheral surface is R1,
The length from the axis of the rotor to the groove bottom of the adjustment groove is R4,
1.38 <(P × Wpm) / R1 <1.75
And 0.98 ≦ R4 / R1 <1.0
Formed in size and shape to satisfy the relation,
The circumferential width of the adjustment groove is set to be equal to or larger than the circumferential width of the facing surface of the teeth facing the rotor and equal to or smaller than the width between the teeth adjacent in the circumferential direction across the one tooth. An IPM type electric rotating machine characterized by that.
前記調整溝は、
前記回転子の軸心を中心とした該回転子の外周面における外開口角をθa、
前記回転子の軸心を中心とした前記溝底の内開口角をθb、
前記スロットの前記回転子の外周面側の開口幅をSO、
前記ティースの前記回転子の外周面に対する対面幅をTB、
前記ティースの前記対面幅TBよりも内側の先端部幅をTW、
前記回転子と前記ティースの間のエアギャップ幅をAGとして、
外角1≦θa(電気角)≦外角2、
内角1≦θb(電気角)≦内角2、
とした場合に、
外角1=2×tan−1((TB/2)/(R1+AG))、
外角2=内角2=2×tan−1((SO+(TB/2))/(R1+AG))、
内角1=0°、
かつ、
TW≦TB、
の関係を満たす寸法形状に形成したことを特徴とする請求項1に記載のIPM型電動回転機。
The adjustment groove is
The outer opening angle at the outer peripheral surface of the rotor around the axis of the rotor is θa,
An inner opening angle of the groove bottom around the axis of the rotor is θb,
The opening width of the slot on the outer peripheral surface side of the rotor is SO,
The facing width of the teeth with respect to the outer peripheral surface of the rotor is TB,
The width of the tip portion inside the facing width TB of the teeth is TW,
The air gap width between the rotor and the teeth is AG,
Outside angle 1 ≦ θa (electrical angle) ≦ outside angle 2,
Inner angle 1 ≦ θb (electrical angle) ≦ inner angle 2,
If
Outside angle 1 = 2 × tan −1 ((TB / 2) / (R1 + AG)),
Outer angle 2 = Inner angle 2 = 2 × tan −1 ((SO + (TB / 2)) / (R1 + AG)),
Interior angle 1 = 0 °,
And,
TW ≦ TB,
The IPM type electric rotating machine according to claim 1, wherein the electric shape rotating machine is formed in a size and shape that satisfies the above relationship.
JP2012221993A 2012-09-28 2012-10-04 IPM type electric rotating machine Expired - Fee Related JP6437706B2 (en)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012221993A JP6437706B2 (en) 2012-10-04 2012-10-04 IPM type electric rotating machine
DE102013219067.0A DE102013219067B4 (en) 2012-09-28 2013-09-23 ELECTRIC LATHE WITH INSIDE PERMANENT MAGNETS
DE102013219106.5A DE102013219106B4 (en) 2012-09-28 2013-09-24 ELECTRIC LATHE WITH INSIDE PERMANENT MAGNETS
DE102013219222.3A DE102013219222B4 (en) 2012-09-28 2013-09-25 Electric lathe with permanent magnets inside
DE102013219260.6A DE102013219260B4 (en) 2012-09-28 2013-09-25 Electric lathe with permanent magnets inside
CN201310451292.6A CN103715798B (en) 2012-09-28 2013-09-27 IPM rotary motor
CN201310449982.8A CN103715797B (en) 2012-09-28 2013-09-27 IPM rotary motor
CN201310451456.5A CN103715852B (en) 2012-09-28 2013-09-27 IPM rotary motor
CN201310451355.8A CN103715851B (en) 2012-09-28 2013-09-27 IPM type turning motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012221993A JP6437706B2 (en) 2012-10-04 2012-10-04 IPM type electric rotating machine

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2014075905A JP2014075905A (en) 2014-04-24
JP2014075905A5 JP2014075905A5 (en) 2015-10-08
JP6437706B2 true JP6437706B2 (en) 2018-12-12

Family

ID=50749687

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012221993A Expired - Fee Related JP6437706B2 (en) 2012-09-28 2012-10-04 IPM type electric rotating machine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6437706B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106972663B (en) * 2017-04-01 2023-09-01 上海英磁新能源科技有限公司 High-torque permanent magnet motor
CN114183340B (en) * 2017-09-13 2024-04-02 Lg伊诺特有限公司 Electric pump and motor
JP2020088920A (en) * 2018-11-15 2020-06-04 株式会社デンソー Rotary electric machine

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000060038A (en) * 1998-08-05 2000-02-25 Toyota Motor Corp Motor
JP2007097387A (en) * 2005-08-31 2007-04-12 Toshiba Corp Rotary electric machine
JP2008206308A (en) * 2007-02-20 2008-09-04 Toyota Industries Corp Permanent-magnet rotating electric machine
JP5312228B2 (en) * 2009-06-30 2013-10-09 三菱電機株式会社 Permanent magnet rotating electric machine
CN102668343B (en) * 2009-12-22 2015-05-27 丰田自动车株式会社 Rotor and rotor manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014075905A (en) 2014-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2014072995A (en) Ipm type electric rotary machine
US9059621B2 (en) Electric rotating machine
JP5958305B2 (en) IPM type electric rotating machine
US20130119810A1 (en) Electric rotating machine
EP3534496B1 (en) Permanent magnet motor
JP5857627B2 (en) Electric rotating machine
US20130106227A1 (en) Electric rotating machine
WO2014155438A1 (en) Permanent magnet reluctance dynamo-electric machine
CN103715852B (en) IPM rotary motor
JP2009278860A (en) Permanent magnet rotating electric machine and electric vehicle using the same
JP6015350B2 (en) IPM type electric rotating machine
JP6070032B2 (en) IPM type electric rotating machine
JP6437706B2 (en) IPM type electric rotating machine
JP6766575B2 (en) Rotating electric machine
CN103715798A (en) IPM rotary motor
JP6760014B2 (en) Rotating electric machine
JP6075034B2 (en) IPM type electric rotating machine
JP5962407B2 (en) IPM type electric rotating machine
WO2017171037A1 (en) Rotor and method for designing rotor
CN103715797A (en) IPM rotary motor
JP6711082B2 (en) Rotating electric machine
JP5612632B2 (en) Permanent magnet rotating electric machine
JP6015331B2 (en) IPM type electric rotating machine
JP2011083114A (en) Motor
JP2011036071A (en) Motor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150811

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150824

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160413

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160426

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160616

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20161122

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170120

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20170606

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170906

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20170914

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20171110

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180919

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181115

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6437706

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees