JP7653339B2

JP7653339B2 - Rotating Electric Machine

Info

Publication number: JP7653339B2
Application number: JP2021158704A
Authority: JP
Inventors: 祐長谷川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2021-09-29
Filing date: 2021-09-29
Publication date: 2025-03-28
Anticipated expiration: 2041-09-29
Also published as: CN115882637A; JP2023049139A

Description

本発明は、回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electric machine.

従来の回転電機としては、例えば、特許文献１に記載されたブラシレスモータがある。特許文献１に記載されたブラシレスモータは、電動ブレーキシステムの加圧源として用いられる。このブラシレスモータは、周方向に複数設けられたティースにコイルが巻装されてなるステータと、ステータと対向するロータとを備える。ロータは、ロータコアの周方向にマグネットを有するマグネット磁極部と、マグネット磁極部間に設けられた鉄心部とを有する。鉄心部は、他方の磁極として機能する。 An example of a conventional rotating electric machine is the brushless motor described in Patent Document 1. The brushless motor described in Patent Document 1 is used as a pressure source for an electric brake system. This brushless motor includes a stator in which a coil is wound around a plurality of teeth arranged in the circumferential direction, and a rotor that faces the stator. The rotor has magnet pole parts with magnets arranged in the circumferential direction of the rotor core, and an iron core part arranged between the magnet pole parts. The iron core part functions as the other magnetic pole.

特許文献１に記載されたブラシレスモータのようなコンシクエントポール型ロータ構造では、磁石と磁石の間に設けられた突極部に磁石由来の磁束が鎖交する磁路が存在する。そして、モータのステータとロータは、ギャップを介して対面している。このギャップ中間におけるパーミアンスの変化を円周方向に見ていくと、突極部に対応する箇所でパーミアンスが高くなる。 In a consequent pole type rotor structure such as the brushless motor described in Patent Document 1, there is a magnetic path where the magnetic flux originating from the magnets interlinks with the salient poles provided between the magnets. The stator and rotor of the motor face each other across a gap. When the change in permeance at the middle of this gap is viewed in the circumferential direction, the permeance is high at the points corresponding to the salient poles.

突極部に対応する箇所でパーミアンスが高くなると、モータの誘導起電力には、偶数次成分の高調波電圧が発生する。その結果、表面磁石型ロータ構造では発生しない３次整数倍の高調波トルクリプルが出力される。特に６次整数倍の高調波トルクリプルは、負荷トルクのトルクリプルに含まれる高調波成分のうち、トータルのトルクリプルに対して支配的になりやすい成分である。したがって、モータの振動騒音を抑制するためには、６次整数倍の高調波トルクリプルの低減が必要である。 When the permeance increases at the point corresponding to the salient pole, harmonic voltages of even order components are generated in the induced electromotive force of the motor. As a result, a third-order integer multiple harmonic torque ripple is output, which does not occur in a surface magnet rotor structure. In particular, the sixth-order integer multiple harmonic torque ripple is a component that tends to dominate the total torque ripple among the harmonic components contained in the torque ripple of the load torque. Therefore, in order to suppress the vibration noise of the motor, it is necessary to reduce the sixth-order integer multiple harmonic torque ripple.

コンシクエントポール型ロータ構造のトルクリプルを低減する手法は、例えば、特許文献２に記載されている。特許文献２に記載されたコンシクエントポール型構造を採用したモータは、ステータに対するロータの空隙のうち、マグネット側の空隙距離Ａと突極側の空隙距離Ｂとの比Ｂ／Ａを、１＜Ｂ／Ａのいずれかの適正値に設定する。 A method for reducing torque ripple in a consequent pole rotor structure is described in, for example, Patent Document 2. In a motor employing the consequent pole structure described in Patent Document 2, the ratio B/A of the gap distance A on the magnet side to the gap distance B on the salient pole side of the rotor gap relative to the stator is set to any appropriate value within the range of 1 < B/A.

特開２０１９－１２６１３８号公報JP 2019-126138 A 特開２０１１－８３１１９号公報JP 2011-83119 A

しかしながら、特許文献２に記載されたモータでは、突極部のギャップの磁気抵抗が増加するため、トルクリプルの低減効果が得られるが、同時に平均トルクも減少してしまう。平均トルクの減少を抑制するには、例えば、巻線電流を大きくしてステータの起磁力を増加する必要がある。しかし、この場合は、モータの大型化を招く。 However, in the motor described in Patent Document 2, the magnetic resistance of the gap of the salient pole increases, which reduces the torque ripple, but at the same time reduces the average torque. To suppress the reduction in the average torque, it is necessary to increase the magnetomotive force of the stator, for example, by increasing the winding current. However, this leads to an increase in the size of the motor.

本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、平均トルクの減少を抑制し、６次の高調波トルクリプルを低減することが可能な回転電機を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a rotating electric machine that takes into consideration the above problems, suppresses the decrease in average torque, and is capable of reducing sixth-order harmonic torque ripple.

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、回転電機は、複数の永久磁石を有し、回転軸を中心に回転する環状のロータと、ロータの径方向に複数の永久磁石と空隙を介して対向する複数のティースを有する環状のステータとを備える。複数の永久磁石は、ロータの径方向に沿う同方向に磁化されている。ロータは、隣り合う永久磁石間に位置する複数の突極部を有する。突極部におけるロータの周方向に沿う長さは、ティースにおけるロータの周方向に沿う長さよりも長い。また、突極部とティースとのロータの径方向に沿う距離は、永久磁石とティースとのロータの径方向に沿う距離よりも長い。突極部は、空隙に面する表面に凹部を有する。凹部におけるロータの周方向に沿う長さは、ティースにおけるロータの周方向に沿う長さに対して±２０％の範囲に設定する。 In order to solve the above problems and achieve the object of the present invention, a rotating electric machine includes an annular rotor having a plurality of permanent magnets and rotating about a rotation axis, and an annular stator having a plurality of teeth facing the plurality of permanent magnets via gaps in the radial direction of the rotor. The plurality of permanent magnets are magnetized in the same direction along the radial direction of the rotor. The rotor has a plurality of salient pole portions located between adjacent permanent magnets. The length of the salient pole portions along the circumferential direction of the rotor is longer than the length of the teeth along the circumferential direction of the rotor. In addition, the distance between the salient pole portions and the teeth along the radial direction of the rotor is longer than the distance between the permanent magnets and the teeth along the radial direction of the rotor. The salient pole portions have recesses on their surfaces facing the gap. The length of the recesses along the circumferential direction of the rotor is set within a range of ±20% of the length of the teeth along the circumferential direction of the rotor.

上記構成の回転電機によれば、平均トルクの減少を抑制し、６次の高調波トルクリプルを低減することができる。
なお、上述した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the rotating electric machine having the above configuration, it is possible to suppress a decrease in average torque and reduce sixth-order harmonic torque ripple.
Problems, configurations and effects other than those described above will become apparent from the following description of the embodiments.

本発明の第１実施形態に係る回転電機の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a rotating electric machine according to a first embodiment of the present invention; 本発明の第１実施形態に係る回転電機を回転軸と垂直な平面で切断した断面図である。1 is a cross-sectional view of a rotating electric machine according to a first embodiment of the present invention, cut along a plane perpendicular to a rotation axis. 本発明の第１実施形態に係る回転電機の部分拡大図である。1 is a partial enlarged view of a rotating electric machine according to a first embodiment of the present invention; 本発明の第１実施形態に係る回転電機の磁束の経路を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing a path of magnetic flux in a rotating electric machine according to a first embodiment of the present invention; 本発明の第１実施形態に係る回転電機と従来の回転電機における空隙の磁束密度分布を示す分布グラフである。4 is a distribution graph showing magnetic flux density distribution in an air gap in the rotating electric machine according to the first embodiment of the present invention and a conventional rotating electric machine. 本発明の第１実施形態に係る回転電機と従来の回転電機における高調波トルクリプルを比較するグラフである。4 is a graph comparing harmonic torque ripples in the rotating electric machine according to the first embodiment of the present invention and a conventional rotating electric machine. 本発明の第２実施形態に係る回転電機を回転軸と垂直な平面で切断した断面図である。6 is a cross-sectional view of a rotating electric machine according to a second embodiment of the present invention, taken along a plane perpendicular to the rotation axis. FIG. 本発明の第２実施形態に係る回転電機の部分拡大図である。FIG. 6 is a partial enlarged view of a rotating electric machine according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第２実施形態に係る回転電機の磁束の経路を示す模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing a path of magnetic flux in a rotating electric machine according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第１及び第２実施形態に係る回転電機と従来の回転電機における空隙の磁束密度分布を示す分布グラフである。4 is a distribution graph showing magnetic flux density distribution in an air gap in the rotating electric machines according to the first and second embodiments of the present invention and in a conventional rotating electric machine. 本発明の第１及び第２実施形態に係る回転電機と従来の回転電機における高調波トルクリプルを比較するグラフである。4 is a graph comparing harmonic torque ripples in the rotating electric machines according to the first and second embodiments of the present invention and a conventional rotating electric machine. 本発明の第３実施形態に係る回転電機を回転軸と垂直な平面で切断した断面図である。11 is a cross-sectional view of a rotating electric machine according to a third embodiment of the present invention, taken along a plane perpendicular to the rotation axis. FIG. 本発明の第３実施形態に係る回転電機の部分拡大図である。FIG. 11 is a partial enlarged view of a rotating electric machine according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第３実施形態に係る回転電機における高調波トルクリプルを示すグラフである。13 is a graph showing harmonic torque ripples in a rotating electric machine according to a third embodiment of the present invention.

１．第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態に係る回転電機について説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。 1. First embodiment Hereinafter, a rotating electric machine according to a first embodiment of the present invention will be described. Note that the same reference numerals are used to designate the same components in the various drawings.

［回転電機］
まず、第１実施形態に係る回転電機の構成について、図１及び図２を用いて説明する。
図１は、第１実施形態に係る回転電機の全体構成図である。図２は、第１実施形態に係る回転電機を回転軸と垂直な平面で切断した断面図である。 [Rotary Electric Machine]
First, the configuration of a rotating electric machine according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
Fig. 1 is an overall configuration diagram of a rotating electric machine according to a first embodiment of the present invention, Fig. 2 is a cross-sectional view of the rotating electric machine according to the first embodiment, cut along a plane perpendicular to a rotation axis.

図１は、回転電機を回転軸と平行な平面で切断した断面図である。第１実施形態に係る回転電機１００は、コンシクエントポール型ロータ構造のアウターロータ永久磁石同期モータである。回転電機１００は、１２個のコイルと、１０個の磁極を有する。 Figure 1 is a cross-sectional view of a rotating electric machine cut along a plane parallel to the rotation axis. The rotating electric machine 100 according to the first embodiment is an outer rotor permanent magnet synchronous motor with a consequent pole type rotor structure. The rotating electric machine 100 has 12 coils and 10 magnetic poles.

図１に示すように、回転電機１００は、環状の固定子（ステー多）１０と、固定子１０の径方向外側に回転可能に支持される環状の回転子２０（ロータ）と、回転子２０を覆うロータケース６と、ロータケース６に固定されるシャフト４とを備える。 As shown in FIG. 1, the rotating electric machine 100 includes an annular stator 10, an annular rotor 20 rotatably supported radially outside the stator 10, a rotor case 6 that covers the rotor 20, and a shaft 4 that is fixed to the rotor case 6.

ロータケース６は、必ずしも回転子２０の全体を覆う必要はない。ロータケース６は、シャフト４と回転子２０を接続する部品として構成されている。回転子２０とロータケース６の固定方法は、種々の方法を採用することができる。回転子２０は、回転子２０の径方向において、固定子１０に空隙１０２を介して対向する。回転子２０は、シャフト４の回転軸を中心に回転する。 The rotor case 6 does not necessarily have to cover the entire rotor 20. The rotor case 6 is configured as a component that connects the shaft 4 and the rotor 20. Various methods can be used to fix the rotor 20 and the rotor case 6. The rotor 20 faces the stator 10 across a gap 102 in the radial direction of the rotor 20. The rotor 20 rotates around the rotation axis of the shaft 4.

以下、シャフト４の回転軸に近い側を「内周側」とし、シャフト４の回転軸から遠い側を「外周側」とする。また、シャフト４の回転軸と垂直に交わる直線方向を「径方向」とし、シャフト４の回転方向を「周方向」とする。 Hereinafter, the side closer to the rotation axis of the shaft 4 will be referred to as the "inner circumference side," and the side farther from the rotation axis of the shaft 4 will be referred to as the "outer circumference side." In addition, the straight line direction perpendicular to the rotation axis of the shaft 4 will be referred to as the "radial direction," and the rotation direction of the shaft 4 will be referred to as the "circumferential direction."

図２に示すように、回転子２０は、磁性体からなる円環状の回転子ヨーク１２０と、回転子ヨーク１２０の径方向内周側に突出する複数の突極部１２６と、回転子ヨーク１２０の内周側表面に固定された複数の永久磁石１２２とを有する。 As shown in FIG. 2, the rotor 20 has an annular rotor yoke 120 made of a magnetic material, a number of salient poles 126 protruding radially inward from the rotor yoke 120, and a number of permanent magnets 122 fixed to the inner circumferential surface of the rotor yoke 120.

複数の永久磁石１２２と複数の突極部１２６は、円周方向に交互に並んでいる。複数の永久磁石１２２の磁化方向は、径方向と同じ方向である。複数の永久磁石１２２のＮ極は、全て径方向内周側を向いている。すなわち、複数の永久磁石１２２は、径方向に沿う同方向に磁化されている。 The multiple permanent magnets 122 and the multiple salient poles 126 are arranged alternately in the circumferential direction. The magnetization direction of the multiple permanent magnets 122 is the same as the radial direction. The north poles of the multiple permanent magnets 122 all face toward the radial inner periphery. In other words, the multiple permanent magnets 122 are magnetized in the same radial direction.

複数の永久磁石１２２と複数の突極部１２６は、それぞれ５個ずつ設けられている。したがって、複数の永久磁石１２２と複数の突極部１２６は、５極対、すなわち、１０個の磁極を構成する。 Five permanent magnets 122 and five salient poles 126 are provided. Therefore, the permanent magnets 122 and the salient poles 126 form five pole pairs, i.e., ten magnetic poles.

本実施形態では、複数の永久磁石１２２を回転子ヨーク１２０の内周側表面に貼り付けられている。しかし、本発明に係る永久磁石の固定方法は、貼り付けに限定されず、例えば、回転子ヨークの内周側表面に複数の永久磁石がそれぞれ収まる溝を設け、それらの溝に永久磁石を嵌めこむ方法を採用してもよい。また、回転子ヨークと一体となるように複数の永久磁石を磁性体で覆う方法を採用してもよい。 In this embodiment, multiple permanent magnets 122 are attached to the inner peripheral surface of the rotor yoke 120. However, the method of fixing the permanent magnets according to the present invention is not limited to attachment, and for example, a method may be adopted in which grooves are provided on the inner peripheral surface of the rotor yoke in which multiple permanent magnets are respectively accommodated, and the permanent magnets are fitted into these grooves. Also, a method may be adopted in which the multiple permanent magnets are covered with a magnetic material so as to be integrated with the rotor yoke.

永久磁石１２２の材料は、フェライト系、ネオジム系、サマリウムコバルト系などの磁性体を挙げることができる。図２に示すように、永久磁石１２２の回転軸と垂直な平面で切断した断面は、瓦形状である。しかし、永久磁石１２２の回転軸と垂直な平面で切断した断面は、平板形状であってもよい。また、１個の磁極当たりの永久磁石は、同じ磁化方向の複数の磁石をシャフト４の回転軸方向や周方向に併設することで形成してもよい。 The material of the permanent magnet 122 may be a magnetic material such as ferrite, neodymium, or samarium-cobalt. As shown in FIG. 2, the cross section of the permanent magnet 122 cut in a plane perpendicular to the rotation axis is tile-shaped. However, the cross section of the permanent magnet 122 cut in a plane perpendicular to the rotation axis may also be flat. In addition, the permanent magnet per magnetic pole may be formed by arranging multiple magnets with the same magnetization direction side by side in the axial or circumferential direction of the shaft 4.

固定子１０は、磁性体からなる略円筒状の固定子ヨーク１１０と、固定子ヨーク１１０の外周側表面から径方向に突出した複数のティース１１６と、ティース１１６に巻装された電機子巻線１１２とを有する。複数のティース１１６は、１２個設けられている。複数のティース１１６は、周方向に等間隔で並んでいる。また、隣り合うティース１１６間の空間であるスロット１０４は、複数のティース１１６と同じ１２個設けられる。つまり、回転電機１００は、スロット数が１２個、磁極数が１０個のモータである。 The stator 10 has a substantially cylindrical stator yoke 110 made of a magnetic material, a number of teeth 116 protruding radially from the outer peripheral surface of the stator yoke 110, and an armature winding 112 wound around the teeth 116. There are 12 teeth 116. The teeth 116 are arranged at equal intervals in the circumferential direction. There are also 12 slots 104, which are spaces between adjacent teeth 116, the same number as the number of teeth 116. In other words, the rotating electric machine 100 is a motor with 12 slots and 10 magnetic poles.

複数のティース１１６は、空隙１０２を介して回転子２０の複数の永久磁石１２２及び複数の突極部１２６と対向する。ティース１１６は、固定子ヨーク１１０に連続する胴部１１６ａと、胴部１１６ａの空隙１０２側に設けられた鍔部１１６ｂとを有する。鍔部１１６ｂは、周方向に突出する略楕円状に形成されている。 The teeth 116 face the permanent magnets 122 and the salient poles 126 of the rotor 20 through the gap 102. The teeth 116 have a body 116a that is continuous with the stator yoke 110 and a flange 116b that is provided on the gap 102 side of the body 116a. The flange 116b is formed in a generally elliptical shape that protrudes in the circumferential direction.

隣り合うティース１１６間の空間であるスロット１０４は、ティース１１６の鍔部１１６ｂによりセミクローズ形に形成されている。なお、本発明に係るスロットは、ティースに鍔部を設けないオープンスロット形に形成してもよい。 The slot 104, which is the space between adjacent teeth 116, is formed in a semi-closed shape by the flange portion 116b of the teeth 116. Note that the slot according to the present invention may be formed as an open slot shape in which the teeth do not have flange portions.

電機子巻線１１２は、ティース１１６と同数の１２個である。電機子巻線１１２は、任意形状のコイルを形成する。電機子巻線１１２は、例えば、銅を主成分とした電気導体に絶縁被膜（例えば、エナメルやエンジニアリングプラスチック等）がコーティングされた１本以上の銅線が使用される。電機子巻線１１２は、それぞれスロット１０４に配置される導体１１２Ａおよび導体１１２Ｂを有する。導体１１２Ａおよび導体１１２Ｂは、回転電機１００駆動時に互いに回転軸方向の反対向きに通電される。 The armature windings 112 are 12 in number, the same as the number of teeth 116. The armature windings 112 form a coil of any shape. For example, the armature windings 112 are made of one or more copper wires in which an electrical conductor mainly made of copper is coated with an insulating coating (e.g., enamel, engineering plastic, etc.). The armature windings 112 each have a conductor 112A and a conductor 112B that are placed in the slots 104. Electric current flows through the conductors 112A and 112B in opposite directions in the direction of the rotation axis when the rotating electric machine 100 is driven.

電機子巻線１１２とティース１１６の間には、例えば、不燃性材料のテープや樹脂性のボビンなどの介在物を設けてもよい。これにより、絶縁性を強化することができる。また、本発明に係る固定子としては、ワニスや樹脂等に含侵させることで、電機子巻線をティースに固定したものであってもよい。 An intervening material such as a non-flammable tape or a resin bobbin may be provided between the armature winding 112 and the teeth 116. This enhances the insulation. The stator according to the present invention may be one in which the armature winding is fixed to the teeth by impregnation with varnish, resin, or the like.

回転子ヨーク１２０および固定子ヨーク１１０を構成する磁性体には、磁性鋼板と電気的絶縁体がラミネーションされる積層体が適用される。これにより、渦電流損失を低減することができる。なお、本発明に係る回転子ヨークおよび固定子ヨークには、一体（バルク）の磁性体を使用してもよい。これにより、材料費や加工費を低減することができる。 The magnetic material constituting the rotor yoke 120 and the stator yoke 110 is a laminate in which magnetic steel plates and an electrical insulator are laminated. This reduces eddy current loss. Note that the rotor yoke and the stator yoke of the present invention may use an integrated (bulk) magnetic material. This reduces material costs and processing costs.

［永久磁石と突極部とティースの関係］
次に、永久磁石１２２と突極部１２６とティース１１６の関係について、図３を用いて説明する。
図３は、回転電機１００における突極部１２６周囲の部分拡大図である。 [Relationship between permanent magnets, salient poles, and teeth]
Next, the relationship between the permanent magnet 122, the salient pole portion 126, and the teeth 116 will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a partially enlarged view of the periphery of the salient pole portion 126 in the rotating electric machine 100. As shown in FIG.

図３に示すように、突極部１２６の周方向に沿う長さを幅Ａとする。また、ティース１１６の周方向に沿う長さを幅Ｃとする。幅Ａは、突極部１２６の周方向に沿う長さを電気角に換算したものとする。幅Ｃは、ティース１１６の胴部１１６ａの幅を空隙１０２に面する場所まで延長して電気角に換算したものとする。 As shown in FIG. 3, the circumferential length of the salient pole portion 126 is defined as width A. The circumferential length of the tooth 116 is defined as width C. Width A is the circumferential length of the salient pole portion 126 converted into an electrical angle. Width C is the width of the body portion 116a of the tooth 116 extended to the point facing the gap 102 and converted into an electrical angle.

なお、本実施形態のティース１１６は、平行ティースであるが、台形ティースであっても同様の考えで幅Ｃを定義する。突極部１２６の幅Ａは、ティース１１６の幅Ｃよりも広い（Ａ＞Ｃ）。 In this embodiment, the teeth 116 are parallel teeth, but the width C is defined in a similar manner even if the teeth are trapezoidal teeth. The width A of the salient pole portion 126 is wider than the width C of the teeth 116 (A>C).

また、ティース１１６の外周側表面と永久磁石１２２の内周側表面との間の径方向に沿う距離を距離Ｇとする。そして、ティース１１６の外周側表面と突極部１２６の内周側表面との間の径方向に沿う距離を距離Ｇｓとする。本実施形態では、距離Ｇｓを距離Ｇよりも長くする（Ｇｓ＞Ｇ）。 The radial distance between the outer peripheral surface of the teeth 116 and the inner peripheral surface of the permanent magnet 122 is defined as distance G. The radial distance between the outer peripheral surface of the teeth 116 and the inner peripheral surface of the salient pole portion 126 is defined as distance Gs. In this embodiment, distance Gs is set to be longer than distance G (Gs>G).

本実施形態の幅Ａは、電気角で１７０度としている。しかし、本発明に係る幅Ａの電気角は、１８０度から１５０度（スロット数Ｓ、磁極数Ｐとして、３６０度×Ｐ／２／Ｓ）の間に設計してもよい。なお、スロット数が１２個、磁極数が１０個の組み合わせでは、ティース１１６の幅Ｃの最大が電気角で１５０度である。実際には、電機子巻線１１２を配置するスペースが必要となるため、ティース１１６の幅Ｃは、電気角で１５０度より小さくなる。したがって、ティース１１６の幅Ｃより大きくする突極部１２６の幅Ａは、電気角で１５０度以上に設定される。また、本実施形態では、距離Ｇｓは、距離Ｇの２倍（Ｇｓ＝２Ｇ）に設定している。しかし、距離Ｇｓは、距離Ｇの２倍より大きくしてもよい（Ｇｓ＞２Ｇ）。 The width A in this embodiment is 170 degrees in electrical angle. However, the electrical angle of the width A according to the present invention may be designed to be between 180 degrees and 150 degrees (360 degrees x P/2/S, where S is the number of slots and P is the number of magnetic poles). In a combination of 12 slots and 10 magnetic poles, the maximum width C of the teeth 116 is 150 degrees in electrical angle. In reality, the width C of the teeth 116 is smaller than 150 degrees in electrical angle because space is required to arrange the armature winding 112. Therefore, the width A of the salient pole portion 126, which is larger than the width C of the teeth 116, is set to 150 degrees or more in electrical angle. In this embodiment, the distance Gs is set to twice the distance G (Gs = 2G). However, the distance Gs may be larger than twice the distance G (Gs > 2G).

［磁束の経路］
次に、回転電機１００における磁石由来の磁束の経路について、図４を用いて説明する。
図４は、回転電機１００の磁束の経路を示す模式図である。 [Magnetic flux path]
Next, the path of magnetic flux originating from the magnets in the rotating electrical machine 100 will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a schematic diagram showing the path of magnetic flux in the rotating electric machine 100. As shown in FIG.

図４に示す破曲線１６０は、永久磁石１２２由来の磁束である。また、破線１５０は、距離Ｇの中間部を示す。図４に示すように、各永久磁石１２２由来の磁束は、固定子１０の隣り合う２つのティース１１６を通り、空隙１０２を介して隣接する突極部１２６から各永久磁石１２２に戻る。 The dashed curve 160 shown in FIG. 4 is the magnetic flux originating from the permanent magnet 122. Also, the dashed line 150 indicates the middle part of the distance G. As shown in FIG. 4, the magnetic flux originating from each permanent magnet 122 passes through two adjacent teeth 116 of the stator 10, and returns to each permanent magnet 122 from the adjacent salient pole portion 126 via the air gap 102.

このため、突極部１２６には、隣接する永久磁石１２２と反対方向の磁極（Ｎ極の磁石に対してＳ極）が発生する。これにより、突極部１２６の代わりに反対極の永久磁石を配置した場合と同様の磁極対が得られる。その結果、一般的な表面磁石型同期モータと同様な電流通電によって回転電機（モータ）を回転させることができる。 As a result, the salient pole portion 126 generates a magnetic pole in the opposite direction to the adjacent permanent magnet 122 (a south pole for a north pole magnet). This results in a magnetic pole pair similar to that obtained when a permanent magnet of the opposite pole is placed in place of the salient pole portion 126. As a result, a rotating electric machine (motor) can be rotated by current flow similar to that of a typical surface magnet type synchronous motor.

本実施形態では、突極部１２６の高さを永久磁石１２２の高さよりも低くして、距離Ｇｓを距離Ｇよりも長くする（Ｇｓ＞Ｇ）（図３参照）。これにより、突極部１２６とティース１１６との間の空隙が広がる。その結果、磁束の経路における突極部１２６の磁気抵抗が全体的に増加し、鎖交磁束量が減少する。また、本実施形態では、突極部１２６の幅Ａが、ティース１１６の幅Ｃよりも大きい。これにより、突極部１２６における磁束の漏れが小さくすることができる。 In this embodiment, the height of the salient pole portion 126 is made lower than the height of the permanent magnet 122, and the distance Gs is made longer than the distance G (Gs>G) (see FIG. 3). This widens the gap between the salient pole portion 126 and the teeth 116. As a result, the magnetic resistance of the salient pole portion 126 in the magnetic flux path increases overall, and the amount of magnetic flux linkage decreases. Also, in this embodiment, the width A of the salient pole portion 126 is greater than the width C of the teeth 116. This makes it possible to reduce magnetic flux leakage at the salient pole portion 126.

［磁束密度］
次に、本実施形態の回転電機と従来の回転電機の磁束密度について、図５を用いて説明する。
図５は、回転電機１００と従来の回転電機における空隙の磁束密度分布を示す分布グラフである。 [Magnetic flux density]
Next, the magnetic flux densities of the rotating electric machine of this embodiment and a conventional rotating electric machine will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a distribution graph showing the magnetic flux density distribution in the air gap in the rotating electric machine 100 and a conventional rotating electric machine.

上述したように、本実施形態の回転電機１００は、距離Ｇｓを距離Ｇよりも長くしている（図３参照）。一方、従来のコンシクエントポール型モータ（回転電機）は、距離Ｇｓと距離Ｇを同じに設定している（Ｇｓ＝Ｇ）。 As described above, in the rotating electric machine 100 of this embodiment, the distance Gs is longer than the distance G (see FIG. 3). On the other hand, in a conventional consequent pole type motor (rotating electric machine), the distance Gs and the distance G are set to be the same (Gs=G).

図５は、回転角度の電気角をθとして、周方向における永久磁石１２２と突極部１２６の中間を０度とした場合の距離Ｇの中間部（図４の破線１５０）における径方向磁束密度の大きさを示す分布グラフである。図５に示すように、従来の回転電機の磁束密度分布は、固定子のパーミアンスの影響で歪んでいるが、略正弦波状に分布している。 Figure 5 is a distribution graph showing the magnitude of the radial magnetic flux density at the midpoint of distance G (dashed line 150 in Figure 4) when the electrical angle of the rotation angle is θ and the midpoint between the permanent magnet 122 and the salient pole portion 126 in the circumferential direction is 0 degrees. As shown in Figure 5, the magnetic flux density distribution of a conventional rotating electric machine is distorted due to the influence of the stator permeance, but is distributed in an approximately sinusoidal shape.

突極部１２６の範囲は、図５に示す０度から１８０度までである。本実施形態の回転電機１００は、距離Ｇｓを距離Ｇよりも長くしているため、従来の回転電機と比べて突極部１２６の磁束密度のレベルが単純に低下した磁束密度分布となっている。そして、周波数成分としては、１、２、３、５次の周波数成分が減少する。例えば、１次の周波数成分は、空隙１０２の拡大により減少し、２次以上の周波数成分は、スロット数と磁極数の組み合わせで決まる。また、本実施形態では、突極部１２６の幅Ａを、ティース１１６の幅Ｃよりも大きくした。このため、磁束密度分布の低下により生じる平均トルクの減少を抑制することができる。 The range of the salient pole portion 126 is from 0 degrees to 180 degrees as shown in FIG. 5. In the rotating electric machine 100 of this embodiment, the distance Gs is longer than the distance G, so the magnetic flux density distribution of the salient pole portion 126 is simply lower than that of a conventional rotating electric machine. The first, second, third, and fifth order frequency components are reduced. For example, the first order frequency component is reduced by expanding the gap 102, and the second order and higher frequency components are determined by the combination of the number of slots and the number of magnetic poles. In this embodiment, the width A of the salient pole portion 126 is made larger than the width C of the teeth 116. This makes it possible to suppress the reduction in average torque caused by the reduction in the magnetic flux density distribution.

高調波トルクリプルの６次成分は、回転子２０側の永久磁石１２２による２つの磁極と、固定子１０側における３の整数倍のティース１１６が相互に作用することによって発生すると考えられている。そこで、仮想的な磁極である突極部１２６の磁束密度分布を歪める（磁束密度分布の基本波を小さくする）ことで、高調波トルクリプルの大きさを低減する効果が得られる。特に、６次トルクリプルの原因は、磁束や電圧高調波の５次、７次成分である、そのため、磁束や電圧高調波の５次、７次成分の低減が重要である。 The sixth-order component of the harmonic torque ripple is thought to be generated by the interaction between the two magnetic poles of the permanent magnet 122 on the rotor 20 side and the teeth 116 on the stator 10 side, which are an integer multiple of three. Therefore, by distorting the magnetic flux density distribution of the salient pole portion 126, which is a virtual magnetic pole (reducing the fundamental wave of the magnetic flux density distribution), the magnitude of the harmonic torque ripple can be reduced. In particular, the sixth-order torque ripple is caused by the fifth-order and seventh-order components of the magnetic flux and voltage harmonics, so it is important to reduce the fifth-order and seventh-order components of the magnetic flux and voltage harmonics.

［高調波トルクリプル］
次に、第１実施形態の回転電機と従来の回転電機のトルクリプルについて、図６を用いて説明する。
図６は、回転電機１００と従来の回転電機における高調波トルクリプルを比較するグラフである。 [Harmonic torque ripple]
Next, the torque ripple of the rotating electric machine of the first embodiment and a conventional rotating electric machine will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a graph comparing harmonic torque ripples in the rotating electrical machine 100 and a conventional rotating electrical machine.

図６には、平均トルクが同等程度となるように電機子巻線１１２に三相正弦波電流を通電した際のトルクの高調波成分の解析結果を示す。ここで、トルクリプルは、平均トルクに対する各高調波成分の割合で正規化し、百分率で示す。図６に示すように、本実施形態の回転電機１００は、従来の回転電機よりも６次の高調波トルクリプルを低減することができる。したがって、平均トルクの減少を抑制し、６次の高調波トルクリプルを低減することができる。 Figure 6 shows the analysis results of the harmonic components of the torque when a three-phase sinusoidal current is passed through the armature winding 112 so that the average torque is approximately the same. Here, the torque ripple is normalized by the ratio of each harmonic component to the average torque and is shown as a percentage. As shown in Figure 6, the rotating electric machine 100 of this embodiment can reduce the sixth-order harmonic torque ripple more than a conventional rotating electric machine. Therefore, it is possible to suppress the decrease in average torque and reduce the sixth-order harmonic torque ripple.

２．第２実施形態
次に、第２実施形態に係る回転電機について説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。 2. Second embodiment Next, a rotating electrical machine according to a second embodiment will be described. Note that the same reference numerals are used to designate the same components in each drawing.

［回転電機］
まず、第２実施形態に係る回転電機の構成について、図７及び図８を用いて説明する。
図７は、第２実施形態に係る回転電機を回転軸と垂直な平面で切断した断面図である。図８は、第２実施形態に係る回転電機の部分拡大図である。 [Rotary Electric Machine]
First, the configuration of a rotating electric machine according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
Fig. 7 is a cross-sectional view of the rotating electric machine according to the second embodiment cut along a plane perpendicular to the rotation axis, and Fig. 8 is a partially enlarged view of the rotating electric machine according to the second embodiment.

第２実施形態に係る回転電機２００は、第１実施形態に係る回転電機１００（図２参照）と同様の構成を有している。回転電機２００が回転電機１００と異なる点は、突極部２２６である。そのため、ここでは、突極部２２６について説明し、第１実施形態と共通する構成についての説明を省力する。 The rotating electric machine 200 according to the second embodiment has a similar configuration to the rotating electric machine 100 according to the first embodiment (see FIG. 2). The rotating electric machine 200 differs from the rotating electric machine 100 in the salient pole portion 226. Therefore, here, the salient pole portion 226 will be described, and the description of the configuration common to the first embodiment will be omitted.

図７に示すように、回転電機２００の突極部２２６には、凹部２２８が設けられている。凹部２２８は、突極部２２６における内周側表面の中央部に、１つの円弧状のくぼみとして形成されている。すなわち、凹部２２８におけるシャフト４の回転軸に直交する断面は、円弧状に形成されている。 As shown in FIG. 7, the salient pole portion 226 of the rotating electric machine 200 is provided with a recess 228. The recess 228 is formed as a single arc-shaped depression in the center of the inner peripheral surface of the salient pole portion 226. In other words, the cross section of the recess 228 perpendicular to the rotation axis of the shaft 4 is formed in an arc shape.

なお、本発明に係る突極部の凹部は、シャフト４の回転軸に直交する断面が円弧状に限定されず、例えば、シャフト４の回転軸に直交する断面が多角形状や∨字状の溝であってもよい。凹部の断面を多角形状や∨字状の溝にした場合においても、凹部の断面を円弧状にした場合と同様の効果が得られる。この効果については、後で説明する。 The recess of the salient pole portion according to the present invention is not limited to a cross section perpendicular to the rotation axis of the shaft 4 being arc-shaped, and may be, for example, a polygonal or V-shaped groove in cross section perpendicular to the rotation axis of the shaft 4. Even when the cross section of the recess is a polygonal or V-shaped groove, the same effect as when the cross section of the recess is arc-shaped can be obtained. This effect will be explained later.

図８に示すように、突極部２２６の周方向に沿う長さを幅Ａとする。また、凹部２２８の周方向に沿う長さを幅Ｂとする。さらに、ティース１１６の周方向に沿う長さを幅Ｃとする。なお、幅Ａと幅Ｃは、電気角に換算したものであり、第１実施形態と同じである。幅Ｂは、凹部２２８の周方向に沿う長さを電気角に換算したものとする。 As shown in FIG. 8, the circumferential length of the salient pole portion 226 is defined as width A. The circumferential length of the recessed portion 228 is defined as width B. The circumferential length of the tooth 116 is defined as width C. Note that width A and width C are converted into electrical angles, and are the same as in the first embodiment. Width B is defined as the circumferential length of the recessed portion 228 converted into electrical angle.

突極部２２６の幅Ａは、ティース１１６の幅Ｃよりも広い（Ａ＞Ｃ）。また、突極部２２６の幅Ａは、凹部２２８の幅Ｂよりも広い（Ａ＞Ｂ）。凹部２２８の幅Ｂを広く取りすぎると、図４を参照して説明した通り、突極部１２６の磁気抵抗が大きくなる。そのため、凹部２２８の幅Ｂは、幅Ｃに対して±２０％の範囲に設定する。また、突極部２２６の幅Ａにおける両端の角は、円弧状にカットされている。 The width A of the salient pole portion 226 is wider than the width C of the tooth 116 (A>C). Furthermore, the width A of the salient pole portion 226 is wider than the width B of the recess 228 (A>B). If the width B of the recess 228 is made too wide, the magnetic resistance of the salient pole portion 126 increases, as explained with reference to FIG. 4. Therefore, the width B of the recess 228 is set within a range of ±20% of the width C. Furthermore, the corners on both ends of the width A of the salient pole portion 226 are cut into an arc shape.

ティース１１６の外周側表面と永久磁石１２２の内周側表面との間の径方向に沿う距離を距離Ｇとする。ティース１１６の外周側表面と突極部２２６の内周側表面における凹部２２８以外の部分との間の径方向に沿う距離は、距離Ｇと等しい。そして、突極部２２６における凹部２２８の最も窪んだ点からティース１１６の外周側表面までの距離を距離Ｇｓとする。すなわち、距離Ｇｓは、突極部２２６の内周側表面において径方向の最も外側の点からティース１１６の外周側表面までの距離である。 The radial distance between the outer peripheral surface of the tooth 116 and the inner peripheral surface of the permanent magnet 122 is defined as distance G. The radial distance between the outer peripheral surface of the tooth 116 and the portion of the inner peripheral surface of the salient pole portion 226 other than the recess 228 is equal to distance G. The distance from the deepest point of the recess 228 in the salient pole portion 226 to the outer peripheral surface of the tooth 116 is defined as distance Gs. In other words, distance Gs is the distance from the radially outermost point on the inner peripheral surface of the salient pole portion 226 to the outer peripheral surface of the tooth 116.

本実施形態では、距離Ｇｓを距離Ｇよりも長くする（Ｇｓ＞Ｇ）。詳しくは、距離Ｇｓを、距離Ｇの３倍（Ｇｓ＝３Ｇ）に設定している。すなわち、凹部２２８の深さ（径方向の長さ）は、距離Ｇの２倍である。 In this embodiment, the distance Gs is set to be longer than the distance G (Gs>G). More specifically, the distance Gs is set to be three times the distance G (Gs=3G). In other words, the depth (radial length) of the recess 228 is twice the distance G.

［磁束の経路］
次に、回転電機２００における磁石由来の磁束の経路について、図９を用いて説明する。
図９は、回転電機２００の磁束の経路を示す模式図である。 [Magnetic flux path]
Next, the path of magnetic flux originating from the magnets in the rotating electrical machine 200 will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is a schematic diagram showing the path of magnetic flux in the rotating electric machine 200. As shown in FIG.

図９に示す破曲線１６０は、永久磁石１２２由来の磁束である。また、破線１５０は、距離Ｇの中間部を示す。図９に示すように、各永久磁石１２２由来の磁束は、固定子１０の隣り合う２つのティース１１６を通り、空隙１０２を介して隣接する突極部２２６から各永久磁石１２２に戻る。突極部２２６の凹部２２８は、磁気抵抗が高い。そのため、突極部２２６の磁束は、凹部２２８の両脇付近に集中する。 The dashed curve 160 shown in FIG. 9 is the magnetic flux originating from the permanent magnet 122. Also, dashed line 150 indicates the middle part of the distance G. As shown in FIG. 9, the magnetic flux originating from each permanent magnet 122 passes through two adjacent teeth 116 of the stator 10, and returns to each permanent magnet 122 from the adjacent salient pole portion 226 via the gap 102. The recess 228 of the salient pole portion 226 has a high magnetic resistance. Therefore, the magnetic flux of the salient pole portion 226 is concentrated near both sides of the recess 228.

［磁束密度］
次に、第２実施形態及び第１実施形態の回転電機と従来の回転電機の磁束密度について、図１０を用いて説明する。
図１０は、回転電機２００及び回転電機１００と従来の回転電機における空隙の磁束密度分布を示す分布グラフである。 [Magnetic flux density]
Next, the magnetic flux density of the rotating electric machines of the second and first embodiments and a conventional rotating electric machine will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a distribution graph showing the magnetic flux density distribution in the air gap in the rotating electric machine 200, the rotating electric machine 100, and a conventional rotating electric machine.

図１０に示すように、従来の回転電機及び第１実施形態の回転電機１００の磁束密度分布は、略正弦波状に分布する。一方、第２実施形態の回転電機２００の磁束密度分布は、凹部２２８の影響で突極部２２６に対応する磁束密度が上下に変動し、正弦波の山が歪んでいる。 As shown in FIG. 10, the magnetic flux density distribution of the conventional rotating electric machine and the rotating electric machine 100 of the first embodiment is approximately sinusoidal. On the other hand, the magnetic flux density distribution of the rotating electric machine 200 of the second embodiment is such that the magnetic flux density corresponding to the salient pole portion 226 fluctuates up and down due to the influence of the recess 228, and the peak of the sine wave is distorted.

回転電機２００に係る周波数成分としては、１次と５次の周波数成分が減少し、３次と６次の周波数成分が増加する。３次と６次の周波数成分は、３相交流の影響で相殺される。したがって、回転電機２００は、６次トルクリプルの低減に寄与する５次の周波数成分の低減が可能である。つまり、第１実施形態の回転電機１００では、広い範囲の磁束密度の高調波を低減していたが、回転電機２００では、凹部２２８を設けたため、より選択的にトルクリプルの元になる高調波（５次の周波数成分）を低減することができる。また、本実施形態では、突極部２２６の幅Ａを、ティース１１６の幅Ｃよりも大きくした。このため、磁束密度分布の低下により生じる平均トルクの減少を抑制することができる。 The frequency components related to the rotating electric machine 200 are reduced in the first and fifth order frequency components and increased in the third and sixth order frequency components. The third and sixth order frequency components are offset by the influence of the three-phase AC. Therefore, the rotating electric machine 200 can reduce the fifth order frequency component, which contributes to reducing the sixth order torque ripple. In other words, the rotating electric machine 100 of the first embodiment reduces harmonics of the magnetic flux density over a wide range, but the rotating electric machine 200, which has the recess 228, can more selectively reduce the harmonics (fifth order frequency components) that are the source of the torque ripple. In addition, in this embodiment, the width A of the salient pole portion 226 is made larger than the width C of the teeth 116. This makes it possible to suppress the decrease in average torque caused by the decrease in the magnetic flux density distribution.

［高調波トルクリプル］
次に、第２実施形態及び第１実施形態の回転電機と従来の回転電機のトルクリプルについて、図１１を用いて説明する。
図１１は、回転電機２００及び回転電機１００と従来の回転電機における高調波トルクリプルを比較するグラフである。 [Harmonic torque ripple]
Next, torque ripples in the rotating electric machines of the second and first embodiments and a conventional rotating electric machine will be described with reference to FIG.
FIG. 11 is a graph comparing harmonic torque ripples in the rotating electric machine 200, the rotating electric machine 100, and a conventional rotating electric machine.

図１１には、平均トルクが同等程度となるように電機子巻線１１２に三相正弦波電流を通電した際のトルクの高調波成分の解析結果を示す。ここで、トルクリプルは、平均トルクに対する各高調波成分の割合で正規化し、百分率で示す。図１１に示すように、第２実施形態の回転電機２００は、従来の回転電機よりも６次及び１２次の高調波トルクリプルを低減することができる。 Figure 11 shows the analysis results of the harmonic components of the torque when a three-phase sinusoidal current is passed through the armature winding 112 so that the average torque is approximately the same. Here, the torque ripple is normalized by the ratio of each harmonic component to the average torque and is shown as a percentage. As shown in Figure 11, the rotating electric machine 200 of the second embodiment can reduce the sixth and twelfth harmonic torque ripple more than the conventional rotating electric machine.

また、回転電機２００は、凹部２２８を設けたため、第１実施形態の回転電機１００よりも、６次及び１２次の高調波トルクリプルを低減することができる。特に、第１実施形態の回転電機１００では、１２次の高調波トルクリプルを低減することができなかったが、回転電機２００は、１２次の高調波トルクリプルについても低減することができる。したがって、平均トルクの減少を抑制し、６次整数倍の高調波トルクリプルを低減することができる。 In addition, because the rotating electric machine 200 is provided with the recess 228, it is possible to reduce the sixth and twelfth harmonic torque ripple more than the rotating electric machine 100 of the first embodiment. In particular, while the rotating electric machine 100 of the first embodiment was unable to reduce the twelfth harmonic torque ripple, the rotating electric machine 200 can also reduce the twelfth harmonic torque ripple. Therefore, it is possible to suppress the decrease in average torque and reduce the sixth-order integer multiple harmonic torque ripple.

３．第３実施形態
次に、第３実施形態に係る回転電機について説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。 3. Third embodiment Next, a rotating electrical machine according to a third embodiment will be described. Note that the same reference numerals are used to designate the same components in each drawing.

［回転電機］
まず、第３実施形態に係る回転電機の構成について、図１２及び図１３を用いて説明する。
図１２は、第３実施形態に係る回転電機を回転軸と垂直な平面で切断した断面図である。図１３は、第３実施形態に係る回転電機の部分拡大図である。 [Rotary Electric Machine]
First, the configuration of a rotating electric machine according to the third embodiment will be described with reference to FIGS.
Fig. 12 is a cross-sectional view of the rotating electric machine according to the third embodiment, taken along a plane perpendicular to the rotation axis. Fig. 13 is a partially enlarged view of the rotating electric machine according to the third embodiment.

第３実施形態に係る回転電機３００は、第１実施形態に係る回転電機１００（図２参照）と同様の構成を有している。図１２に示すように、回転電機３００は、３６個のティース１１６と、１６個の永久磁石１２２と、１６個の突極部３２６とを有している。すなわち、回転電機３００は、スロット数が３６個、磁極数が３２個のモータである。 The rotating electric machine 300 according to the third embodiment has a similar configuration to the rotating electric machine 100 according to the first embodiment (see FIG. 2). As shown in FIG. 12, the rotating electric machine 300 has 36 teeth 116, 16 permanent magnets 122, and 16 salient pole portions 326. In other words, the rotating electric machine 300 is a motor with 36 slots and 32 magnetic poles.

回転電機３００が回転電機１００と異なる点は、ティース１１６、永久磁石１２２及び突極部３２６の数と、突極部３２６の形状である。そのため、ここでは、突極部３２６について説明し、第１実施形態と共通する構成についての説明を省力する。 The rotating electric machine 300 differs from the rotating electric machine 100 in the number of teeth 116, permanent magnets 122, and salient pole portions 326, and the shape of the salient pole portions 326. Therefore, here, we will explain the salient pole portions 326, and will not go into detail about the configuration that is common to the first embodiment.

図１２及び図１３に示すように、回転電機３００の突極部３２６には、２つの凹部３２８が設けられている。２つの凹部３２８は、突極部３２６における内周側表面に２つの円弧状のくぼみとして形成されている。２つの凹部３２８は、突極部３２６における内周側表面の中央部に対して対称な位置に配置されている。 As shown in Figures 12 and 13, the salient pole portion 326 of the rotating electric machine 300 has two recesses 328. The two recesses 328 are formed as two arc-shaped depressions on the inner peripheral surface of the salient pole portion 326. The two recesses 328 are arranged symmetrically with respect to the center of the inner peripheral surface of the salient pole portion 326.

図１３に示すように、突極部３２６の周方向に沿う長さを幅Ａとする。また、凹部３２８の周方向に沿う長さを幅Ｄとする。さらに、ティース１１６の周方向に沿う長さを幅Ｃとする。なお、幅Ａ、幅Ｃ及び幅Ｄは、電気角に換算したものである。突極部３２６の幅Ａは、ティース１１６の幅Ｃよりも広い（Ａ＞Ｃ）。各凹部３２８の幅Ｄは、ティース１１６の幅Ｃの半分程度に設定されている（Ｄ＝Ｃ／２）。また、突極部３２６の幅Ａにおける両端の角は、斜めにカットされている。 As shown in FIG. 13, the circumferential length of the salient pole portion 326 is defined as width A. The circumferential length of the recessed portion 328 is defined as width D. The circumferential length of the tooth 116 is defined as width C. Note that widths A, C, and D are converted into electrical angles. Width A of the salient pole portion 326 is wider than width C of the tooth 116 (A>C). Width D of each recessed portion 328 is set to approximately half width C of the tooth 116 (D=C/2). Furthermore, the corners at both ends of width A of the salient pole portion 326 are cut at an angle.

ティース１１６の外周側表面と永久磁石１２２の内周側表面との間の径方向に沿う距離を距離Ｇとする。ティース１１６の外周側表面と突極部３２６の内周側表面との間の径方向に沿う距離は、距離Ｇと等しい。そして、突極部３２６における凹部３２８の最も窪んだ点からティース１１６の外周側表面までの距離を距離Ｇｓとする。すなわち、距離Ｇｓは、突極部３２６の内周側表面において径方向の最も外周側の点からティース１１６の外周側表面までの距離である。 The radial distance between the outer peripheral surface of the tooth 116 and the inner peripheral surface of the permanent magnet 122 is defined as distance G. The radial distance between the outer peripheral surface of the tooth 116 and the inner peripheral surface of the salient pole portion 326 is equal to distance G. The distance from the deepest point of the recess 328 in the salient pole portion 326 to the outer peripheral surface of the tooth 116 is defined as distance Gs. In other words, distance Gs is the distance from the radially outermost point on the inner peripheral surface of the salient pole portion 326 to the outer peripheral surface of the tooth 116.

本実施形態では、距離Ｇｓを距離Ｇよりも長くする（Ｇｓ＞Ｇ）。距離Ｇｓを、距離Ｇの３倍（Ｇｓ＝３Ｇ）に設定している。すなわち、凹部３２８の深さ（径方向の長さ）は、距離Ｇの２倍である。 In this embodiment, the distance Gs is longer than the distance G (Gs>G). The distance Gs is set to three times the distance G (Gs=3G). In other words, the depth (radial length) of the recess 328 is twice the distance G.

一般的に、スロット数が３６個、極対数が１６個のモータ（回転電機）では、磁束・電圧高調波の成分に偶数次の成分が混在する。このため、スロット数が３６個、極対数が１６個のコンシクエントポール型モータでは、３次整数倍の高調波トルクリプルが大きく発生する。 Generally, in a motor (rotating electric machine) with 36 slots and 16 pole pairs, even-order components are mixed in the magnetic flux and voltage harmonic components. For this reason, a consequent pole type motor with 36 slots and 16 pole pairs generates large third-order integer multiple harmonic torque ripple.

第３実施形態に係る回転電機３００は、第２実施形態と同様に凹部を有するため、６次整数倍の高調波トルクリプルを低減することができる。また、２つの凹部３２８を設け、各凹部３２８の幅Ｄをティース１１６の幅Ｃの半分にすると共に、凹部３２８の深さを距離Ｇの２倍にすることにより、３次整数倍の高調波トルクリプルを低減することができる。さらに、本実施形態では、突極部３２６の幅Ａを、ティース１１６の幅Ｃよりも大きくした。このため、磁束密度分布の低下により生じる平均トルクの減少を抑制することができる。 The rotating electric machine 300 according to the third embodiment has a recess like the second embodiment, so that it is possible to reduce sixth-order integer multiple harmonic torque ripple. In addition, by providing two recesses 328, making the width D of each recess 328 half the width C of the teeth 116, and making the depth of the recess 328 twice the distance G, it is possible to reduce third-order integer multiple harmonic torque ripple. Furthermore, in this embodiment, the width A of the salient pole portion 326 is made larger than the width C of the teeth 116. This makes it possible to suppress the reduction in average torque caused by a decrease in the magnetic flux density distribution.

［高調波トルクリプル］
次に、第３実施形態の回転電機のトルクリプルについて、図１４を用いて説明する。
図１４は、回転電機３００における高調波トルクリプルを示すグラフである。 [Harmonic torque ripple]
Next, the torque ripple of the rotating electric machine according to the third embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 14 is a graph showing harmonic torque ripple in the rotating electrical machine 300. In FIG.

図１４では、２つの凹部３２８を設けた第３実施形態と、突極部３２６に凹部を設けないものと、突極部３２６にティース１１６の幅Ｃと同程度の幅の凹部を１つ設けたものを比較している。なお、凹部を１つ設ける場合は、突極部３２６における内周側表面の中央部に凹部を配置した。 Figure 14 compares the third embodiment in which two recesses 328 are provided, a case in which no recess is provided in the salient pole portion 326, and a case in which one recess is provided in the salient pole portion 326 with a width approximately equal to the width C of the tooth 116. When one recess is provided, the recess is located in the center of the inner peripheral surface of the salient pole portion 326.

図１４に示すように、凹部を１つ設けたものは、凹部を設けないものと比べて、６次の高調波トルクリプルを低減することができる。しかし、凹部を１つ設けたものは、３次及び９次の高調波トルクリプルが増加してしまう。これに対し、２つの凹部３２８を設けた第３実施形態は、３次の高調波トルクリプルの増加を抑制しつつ、６次、９次、１２次の高調波トルクリプルを低減することができる。その結果、２つの凹部３２８を設けた第３実施形態は、全体的に高調波トルクリプルを低減することができる。 As shown in FIG. 14, the one with one recess can reduce the sixth harmonic torque ripple compared to the one without a recess. However, the one with one recess increases the third and ninth harmonic torque ripple. In contrast, the third embodiment with two recesses 328 can reduce the sixth, ninth, and twelfth harmonic torque ripple while suppressing the increase in the third harmonic torque ripple. As a result, the third embodiment with two recesses 328 can reduce the harmonic torque ripple overall.

４．まとめ
以上説明したように、上述した第１実施形態に係る回転電機１００は、複数の永久磁石１２２を有し、シャフト４の回転軸を中心に回転する環状の回転子２０（ロータ）と、回転子２０の径方向に複数の永久磁石１２２と空隙１０２を介して対向する複数のティース１１６を有する環状の固定子１０（ステータ）とを備える。複数の永久磁石１２２は、回転子２０の径方向に沿う同方向に磁化されている。回転子２０は、隣り合う永久磁石１２２間に位置する複数の突極部１２６を有する。突極部１２６における回転子２０の周方向に沿う長さ（幅Ａ）は、ティース１１６における回転子２０の周方向に沿う長さ（幅Ｃ）よりも長い。突極部１２６とティース１１６との回転子２０の径方向に沿う距離（距離Ｇｓ）は、永久磁石１２２とティース１１６との回転子２０の径方向に沿う距離（距離Ｇ）よりも長い。これにより、仮想的な磁極である突極部１２６の磁束密度分布を歪める（磁束密度分布の基本波を小さくする）ことで、６次の高調波トルクリプルを低減することができる。また、突極部１２６における回転子２０の周方向に沿う長さ（幅Ａ）を、ティース１１６における回転子２０の周方向に沿う長さ（幅Ｃ）よりも長くした。このため、磁束密度分布の低下により生じる平均トルクの減少を抑制することができる。 4. Summary As described above, the rotating electric machine 100 according to the first embodiment includes an annular rotor 20 (rotor) having a plurality of permanent magnets 122 and rotating around the rotation axis of the shaft 4, and an annular stator 10 (stator) having a plurality of teeth 116 facing the plurality of permanent magnets 122 via gaps 102 in the radial direction of the rotor 20. The plurality of permanent magnets 122 are magnetized in the same direction along the radial direction of the rotor 20. The rotor 20 has a plurality of salient pole portions 126 located between adjacent permanent magnets 122. The length (width A) of the salient pole portion 126 along the circumferential direction of the rotor 20 is longer than the length (width C) of the teeth 116 along the circumferential direction of the rotor 20. The distance (distance Gs) between the salient pole portion 126 and the teeth 116 along the radial direction of the rotor 20 is longer than the distance (distance G) between the permanent magnet 122 and the teeth 116 along the radial direction of the rotor 20. This distorts the magnetic flux density distribution of the salient pole portion 126, which is a virtual magnetic pole (reducing the fundamental wave of the magnetic flux density distribution), thereby reducing the sixth harmonic torque ripple. In addition, the length (width A) of the salient pole portion 126 along the circumferential direction of the rotor 20 is made longer than the length (width C) of the teeth 116 along the circumferential direction of the rotor 20. This makes it possible to suppress a decrease in average torque caused by a decrease in the magnetic flux density distribution.

また、上述した第２実施形態に係る突極部２２６は、空隙１０２に面する表面（内周側表面）に１つの凹部２２８を有する。これにより、６次整数倍の高調波トルクリプルを低減することができる。また、上述した第３実施形態に係る突極部３２６は、空隙１０２に面する表面（内周側表面）に２つの凹部３２８を有する。これにより、全体的に高調波トルクリプルを低減することができる。 The salient pole portion 226 according to the second embodiment described above has one recess 228 on the surface (inner peripheral surface) facing the gap 102. This makes it possible to reduce sixth-order integer multiple harmonic torque ripple. The salient pole portion 326 according to the third embodiment described above has two recesses 328 on the surface (inner peripheral surface) facing the gap 102. This makes it possible to reduce harmonic torque ripple overall.

また、上述した第２実施形態の凹部２２８おけるシャフト４の回転軸に直交する断面は、円弧状に形成されている。また、本発明に係る突極部の凹部は、シャフト４の回転軸に直交する断面が多角形状や∨字状の溝であってもよい。これにより、容易に凹部を設けることができる。 The cross section of the recess 228 in the second embodiment described above that is perpendicular to the rotation axis of the shaft 4 is formed in an arc shape. The recess of the salient pole portion according to the present invention may be a polygonal or V-shaped groove in cross section perpendicular to the rotation axis of the shaft 4. This makes it easy to provide the recess.

また、上述した第３実施形態に係る突極部３２６における回転子２０の周方向の両端（幅Ａの両端）を形成する角は、斜めにカットされている。これにより、ティース１１６と突極部３２６が空隙１０２を介して対向する際に、略直角の角がある場合よりも、ティース１１６と突極部３２６の重なり具合が徐々に大きくなる。その結果、突極部３２６に対する磁束の通りやすさが徐々に上がり、ティース１１６が突極部３２６に引き付けられる力が徐々に上がる。したがって、高調波トルクリプルを低減することができる。 In addition, the corners that form both ends of the circumferential direction of the rotor 20 (both ends of width A) of the salient pole portion 326 according to the third embodiment described above are cut diagonally. As a result, when the teeth 116 and the salient pole portion 326 face each other through the gap 102, the degree of overlap between the teeth 116 and the salient pole portion 326 gradually increases compared to when there is a substantially right-angled corner. As a result, the ease with which magnetic flux passes through the salient pole portion 326 gradually increases, and the force with which the teeth 116 are attracted to the salient pole portion 326 gradually increases. Therefore, harmonic torque ripple can be reduced.

また、上述した第２実施形態に係る突極部２２６における回転子２０の周方向の両端（幅Ａの両端）を形成する角は、円弧状にカットされている。これにより、第３実施形態よりも、ティース１１６と突極部２２６の重なり具合が徐々に大きくなる。その結果、第３実施形態よりも高調波トルクリプルを低減することができる。 In addition, the corners that form both ends of the circumferential direction of the rotor 20 (both ends of width A) of the salient pole portion 226 according to the second embodiment described above are cut in an arc shape. This allows the overlap between the teeth 116 and the salient pole portion 226 to gradually increase more than in the third embodiment. As a result, it is possible to reduce harmonic torque ripple more than in the third embodiment.

また、上述した第１実施形態に係る突極部１２６及び第２実施形態に係る突極部２２６における回転子２０の周方向に沿う長さ（幅Ａ）は、電気角で１８０度から１５０度の範囲である。これにより、スロット数が１２個、磁極数が１０個の回転電機１００，２００において、突極部１２６，２２６における回転子２０の周方向に沿う長さ（幅Ａ）を、ティース１１６の回転子２０の周方向に沿う長さ（幅Ｃ）よりも長くすることができる。 The length (width A) of the salient pole portion 126 according to the first embodiment and the salient pole portion 226 according to the second embodiment along the circumferential direction of the rotor 20 is in the range of 180 to 150 electrical degrees. This allows the length (width A) of the salient pole portion 126, 226 along the circumferential direction of the rotor 20 to be longer than the length (width C) of the tooth 116 along the circumferential direction of the rotor 20 in the rotating electric machine 100, 200 with 12 slots and 10 magnetic poles.

また、上述した第１～第３実施形態に係る回転子２０（ロータ）は、Ｐ（Ｐは２以上の自然数）個の磁極数を構成する。また、固定子１０（ステータ）の複数のティース１１６は、Ｓ（Ｓは３以上の自然数）個である。そして、毎極毎相スロット数（Ｓ／Ｐ／３）が０．２５以上０．５以下である。これにより、出力電圧波形を改善する分数スロットの回転電機において、６次整数倍の高調波トルクリプルを低減することができる。 The rotor 20 according to the first to third embodiments described above has P magnetic poles (P is a natural number equal to or greater than 2). The number of teeth 116 of the stator 10 is S (S is a natural number equal to or greater than 3). The number of slots per pole per phase (S/P/3) is 0.25 to 0.5. This makes it possible to reduce sixth-order integer multiple harmonic torque ripple in a rotating electric machine with fractional slots that improves the output voltage waveform.

また、上述した第１～第３実施形態に係る回転子２０（ロータ）は、固定子１０（ステータ）の外側に配置される。すなわち、第１～第３実施形態に係る回転子２０（ロータ）は、アウターロータである。これにより、突極部を空隙から離れるにつれて広がるような形状にすることができる。その結果、突極部の凹部以外の部分において磁束が通りやすくすることができ、突極部の磁気抵抗の低下を抑制することができる。 The rotor 20 according to the first to third embodiments is disposed outside the stator 10. In other words, the rotor 20 according to the first to third embodiments is an outer rotor. This allows the salient pole portion to be shaped so that it widens as it moves away from the air gap. As a result, magnetic flux can pass more easily in parts of the salient pole portion other than the recessed portion, and a decrease in the magnetic resistance of the salient pole portion can be suppressed.

一方、回転子２０（ロータ）が固定子１０（ステータ）の外側に配置されるインナーロータである場合は、突極部が、空隙から離れるにつれて窄まるような形状になる。したがって、アウターロータよりも磁束が突極部を通りにくい構造になってしまう。その結果、アウターロータよりも突極部の磁気抵抗の低下を抑制することが難しい。 On the other hand, if the rotor 20 is an inner rotor that is placed outside the stator 10, the salient pole portion will have a shape that narrows as it moves away from the air gap. This results in a structure in which it is more difficult for magnetic flux to pass through the salient pole portion than with an outer rotor. As a result, it is more difficult to suppress the decrease in magnetic resistance of the salient pole portion than with an outer rotor.

以上、本発明の回転電機の実施形態について、その作用効果も含めて説明した。しかしながら、本発明の回転電機は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。 The above describes the embodiment of the rotating electric machine of the present invention, including its effects. However, the rotating electric machine of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible without departing from the spirit of the invention described in the claims.

また、上述した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 The above-mentioned embodiments have been described in detail to clearly explain the present invention, and are not necessarily limited to those having all of the configurations described. It is also possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. It is also possible to add, delete, or replace part of the configuration of each embodiment with other configurations.

例えば、上述した第３実施形態では、突極部３２６の幅Ａにおける両端の角を、斜めにカットした。しかし、突極部３２６の幅Ａにおける両端の角は、円弧状にカットされていてもよい。 For example, in the third embodiment described above, the corners at both ends of the width A of the salient pole portion 326 are cut at an angle. However, the corners at both ends of the width A of the salient pole portion 326 may be cut in an arc shape.

４…シャフト、６…ロータケース、１０…固定子（ステータ）、２０…回転子（ロータ）、１００，２００，３００…回転電機（モータ）、１０２…空隙、１０４…スロット、１１０…固定子ヨーク、１１２…電機子巻線、１１２Ａ，１１２Ｂ…導体、１１６…ティース、１１６ａ…胴部、１１６ｂ…鍔部、１２０…回転子ヨーク、１２２…永久磁石、１２６，２２６，３２６…突極部、２２８，３２８…凹部 4...shaft, 6...rotor case, 10...stator, 20...rotor, 100, 200, 300...rotating electric machine (motor), 102...air gap, 104...slot, 110...stator yoke, 112...armature winding, 112A, 112B...conductor, 116...teeth, 116a...body, 116b...flange, 120...rotor yoke, 122...permanent magnet, 126, 226, 326...salient pole, 228, 328...recess

Claims

A rotating electric machine including an annular rotor having a plurality of permanent magnets and rotating about a rotation axis, and an annular stator having a plurality of teeth facing the plurality of permanent magnets via gaps in a radial direction of the rotor,
The plurality of permanent magnets are magnetized in the same radial direction of the rotor,
the rotor has a plurality of salient poles positioned between adjacent permanent magnets,
a length of the salient pole portion along a circumferential direction of the rotor is longer than a length of the tooth along the circumferential direction of the rotor,
a distance between the salient pole portion and the teeth in a radial direction of the rotor is longer than a distance between the permanent magnet and the teeth in a radial direction of the rotor,
The salient pole portion has a recess on a surface facing the gap,
The length of the recess along the circumferential direction of the rotor is set within a range of ±20% of the length of the tooth along the circumferential direction of the rotor.
Rotating electric motor.

The rotating electric machine according to claim 1 , wherein a cross section of the recess perpendicular to the rotation axis is formed in an arc shape, a polygonal shape, or a V shape.

The rotating electric machine according to claim 1 , wherein corners forming both ends of the salient pole portion in the circumferential direction of the rotor are cut obliquely or in an arc shape.

4. The rotating electric machine according to claim 1, wherein a length of the salient pole portion along the circumferential direction of the rotor is in a range of 180 to 150 electrical degrees.

The rotor has P magnetic poles (P is a natural number equal to or greater than 2),
The number of teeth of the stator is S (S is a natural number equal to or greater than 3),
The rotating electric machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the number of slots per phase per pole is 0.25 or more and 0.5 or less.

The rotating electric machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the rotor is disposed outside the stator.