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JP7784341B2 - rotating electrical machines - Google Patents
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JP7784341B2 - rotating electrical machines - Google Patents

rotating electrical machines

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JP7784341B2 JP2022063788A JP2022063788A JP7784341B2 JP 7784341 B2 JP7784341 B2 JP 7784341B2 JP 2022063788 A JP2022063788 A JP 2022063788A JP 2022063788 A JP2022063788 A JP 2022063788A JP 7784341 B2 JP7784341 B2 JP 7784341B2
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Description

本発明は、逆起電圧を低減可能なロータ構造を有する回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electric machine having a rotor structure that can reduce back electromotive force.

回転電機は、電車や自動車の電動機として適用されている。通常、回転電機は、円筒状のステータとこのステータの内側で回転自在に支持されるロータを備えている。ロータは電磁鋼板を回転軸方向に積層して形成され、この電磁鋼板には、複数の磁石が埋め込まれ、異なる磁性の磁極が回転の周方向に交互に配置されている。 Rotating electric machines are used as electric motors in trains and automobiles. Rotating electric machines typically have a cylindrical stator and a rotor that is rotatably supported inside the stator. The rotor is formed by stacking electromagnetic steel sheets in the direction of the rotation axis. Multiple magnets are embedded in these electromagnetic steel sheets, with magnetic poles of different magnetic properties arranged alternately in the circumferential direction of rotation.

ロータとステータ等から構成される回転電機において、ロータの回転による磁気変化によって、ステータコイルに逆起電圧(線間電圧)が発生する。逆起電圧の最大値が大きくなると、コイル印加電圧の上限を制限する必要があり、モータトルクが低下するという課題がある。 In rotating electrical machines consisting of a rotor and stator, magnetic changes caused by rotor rotation generate back electromotive force (line voltage) in the stator coil. If the maximum value of the back electromotive force becomes large, it becomes necessary to limit the upper limit of the voltage applied to the coil, which poses the problem of reduced motor torque.

特許文献1には、トルク定数を低下させずに、線間電圧の最大値を下げるために、ロータの外周部においてq軸上の表面に深い凹みを設けた永久磁石式回転電機が記載されている。特許文献2には、トルクリプルを低減するために、ロータ表面のS極、N極のそれぞれにおいて磁石に囲まれたロータコアの表面に凹みを設けた回転電機が記載されている。 Patent Document 1 describes a permanent magnet rotating electric machine in which deep recesses are provided on the surface of the rotor's outer periphery on the q-axis in order to reduce the maximum value of line voltage without reducing the torque constant. Patent Document 2 describes a rotating electric machine in which recesses are provided on the surface of the rotor core surrounded by magnets at each of the south and north poles of the rotor surface in order to reduce torque ripple.

特開2012-16189号公報JP 2012-16189 A 特許2017-70040号公報Patent No. 2017-70040

特許文献1は、磁極間のq軸に磁気抵抗を設けるものであり、リラクタンストルクを活用する回転電機には適用しにくい。特許文献2は、フラックスバリアとは別に磁気抵抗を設ける構成であり、トルクを平均的に低下させることが懸念される。 Patent Document 1 provides magnetic resistance on the q-axis between the magnetic poles, making it difficult to apply to rotating electrical machines that utilize reluctance torque. Patent Document 2 provides magnetic resistance separately from the flux barrier, which raises concerns about an average reduction in torque.

本発明に係る回転電機は、スロットを有するステータと、フラックスバリアに磁石が埋め込まれ構成される磁極を有するロータとを備える。前記ブラックスバリアは、d軸を中心として前記ロータの周方向に沿って延設され、その両側にロータの外周面に向かう先端領域を有し、前記磁石は、前記ロータの周方向に沿った部分に埋め込まれ、前記先端領域は前記磁石が埋め込まれていない空間で構成され、前記ロータの周方向に隣り合う磁極対の各磁極は、前記先端領域においてブリッジを有し、前記ブリッジは、前記先端領域の前記ロータの外周面に形成された外ブリッジと、外ブリッジよりも内径側の前記先端領域の中間部に配置される中ブリッジの二種類の何れかであり、磁極対における外ブリッジと中ブリッジの数は同じであり、外ブリッジと中ブリッジの配置が、d軸、q軸の何か一方の軸に対して対称であり、他方の軸に対して非対称であることを特徴とする。 A rotating electric machine according to the present invention comprises a stator having slots, and a rotor having magnetic poles formed by magnets embedded in flux barriers , the flux barriers extending circumferentially of the rotor about the d-axis and having tip regions on both sides facing the outer circumferential surface of the rotor, the magnets being embedded in portions of the rotor along the circumferential direction, the tip regions being formed as space where no magnets are embedded, each magnetic pole of adjacent magnetic pole pairs circumferentially of the rotor has a bridge in the tip region, the bridge being one of two types: an outer bridge formed on the outer circumferential surface of the rotor in the tip region , and an inner bridge located in a middle portion of the tip region on the inner diameter side of the outer bridge, the number of outer bridges and inner bridges in a magnetic pole pair is the same, and the arrangement of the outer bridges and inner bridges is symmetrical with respect to one of the d-axis and q-axis and asymmetrical with respect to the other axis.

ここで、回転電機は、磁極対の一方の磁極において、外ブリッジと中ブリッジの配置が、d軸に非対称であり、磁極対の他方の磁極において、外ブリッジと中ブリッジの配置が、磁極対の一方の磁極における配置とq軸に対して対称であることが好適である。 Here, it is preferable that the rotating electric machine has an outer bridge and a middle bridge at one pole of the magnetic pole pair that are asymmetrical with respect to the d-axis, and an outer bridge and a middle bridge at the other pole of the magnetic pole pair that are symmetrical with respect to the q-axis with respect to the arrangement at one pole of the magnetic pole pair.

また、前記磁極対の一方の磁極において、前記外ブリッジのみがd軸に対して対称に配置され、前記磁極対の他方の磁極において、前記中ブリッジのみがd軸に対して対称に配置されることが好適である。 It is also preferable that in one pole of the magnetic pole pair, only the outer bridge is arranged symmetrically with respect to the d axis , and in the other pole of the magnetic pole pair, only the middle bridge is arranged symmetrically with respect to the d axis.

ここで、回転電機のロータは、径方向に複数のフラックスバリアを有し、外ブリッジと中ブリッジの上記配置は、フラックスバリアの内、最外径側に配置されるフラックスバリアに適用されることが好適である。 Here, the rotor of the rotating electric machine has multiple flux barriers in the radial direction, and the above-mentioned arrangement of the outer bridge and middle bridge is preferably applied to the flux barriers arranged on the inner, outermost side of the flux barriers.

また、回転電機は、隣合うティースの開角をα、磁極におけるd軸を挟む2つのブリッジの周方向における中心と回転軸中心を結ぶ直線のなす角をβとするとき、α×N≦β≦α×(N+1)、(但し、Nは1以上の整数)を満足することが好適である。 Furthermore, when the open angle between adjacent teeth is α and the angle formed by the line connecting the circumferential center of the two bridges sandwiching the d-axis at the magnetic pole and the center of the rotation axis is β, it is preferable that the rotating electric machine satisfy the condition α×N≦β≦α×(N+1), where N is an integer greater than or equal to 1.

更に回転電機のロータは、互いに外ブリッジと中ブリッジの配置を入れ替えた部分ロータを、回転軸方向に積層して形成されてもよい。 Furthermore, the rotor of a rotating electric machine may be formed by stacking partial rotors in the direction of the rotation axis, with the outer bridges and middle bridges interchanged.

本発明に係る回転電機は、ロータ回転に伴う逆起電圧を抑制することが可能である。 The rotating electric machine of the present invention is capable of suppressing back electromotive force that occurs as the rotor rotates.

本発明の回転電機の部分断面図である。1 is a partial cross-sectional view of a rotating electric machine according to the present invention; 本発明の回転電機のティースの開角とブリッジの開角との関係を示す。4 shows the relationship between the tooth opening angle and the bridge opening angle of the rotating electric machine of the present invention. 実施例1~4のロータの磁極対におけるブリッジの配置を示す断面図である。10 is a cross-sectional view showing the arrangement of bridges in the magnetic pole pairs of the rotors of Examples 1 to 4. FIG. 比較例1~3のロータの磁極対におけるブリッジの配置を示す断面図である。10 is a cross-sectional view showing the arrangement of bridges in the magnetic pole pairs of the rotors of Comparative Examples 1 to 3. FIG. 比較例4~5のロータの磁極対におけるブリッジの配置を示す断面図である。10A and 10B are cross-sectional views showing the arrangement of bridges in the magnetic pole pairs of the rotors of Comparative Examples 4 and 5. 比較例1~3における逆起電圧波形を示す図であり、(a)は電気角一周期の波形図であり、(b)は電気角60°±30°の拡大図である。1A and 1B are diagrams showing back electromotive force waveforms in Comparative Examples 1 to 3, where FIG. 1A is a waveform diagram for one electrical angle cycle, and FIG. 1B is an enlarged diagram for an electrical angle of 60°±30°. 実施例1、4と比較例1、2に対する図6と同様の逆起電圧波形である。The back electromotive voltage waveforms for Examples 1 and 4 and Comparative Examples 1 and 2 are similar to those shown in FIG. 実施例1~4の逆起電圧波形を比較する図であり、(a)は実施例1、2の比較図、(b)は実施例3、4の比較図である。1A and 1B are diagrams comparing the back electromotive force waveforms of Examples 1 to 4, where FIG. 1A is a diagram comparing Examples 1 and 2, and FIG. 1B is a diagram comparing Examples 3 and 4. 実施例と比較例のピーク電圧/基本波振幅の比較グラフである。10 is a graph comparing peak voltage/fundamental wave amplitude between an example and a comparative example. 実施例1と比較例4、5に対する図6と同様の逆起電圧波形である。The back electromotive voltage waveforms for Example 1 and Comparative Examples 4 and 5 are similar to those shown in FIG. 実施例1と比較例1、2のピーク電圧の発生位置を説明する図である。1 is a diagram illustrating the positions where peak voltages occur in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. FIG. 実施例1の磁束密度分布の解析結果である。10 shows the analysis results of the magnetic flux density distribution in Example 1. 比較例1の磁束密度分布の解析結果である。10 shows the analysis results of the magnetic flux density distribution of Comparative Example 1. 比較例2の磁束密度分布の解析結果である。10 shows the analysis results of the magnetic flux density distribution of Comparative Example 2. 実施例1と比較例を交互積層した構成に対する図6と同様の逆起電圧波形である。7 shows a back electromotive force waveform similar to that shown in FIG. 6 for a configuration in which Example 1 and the comparative example are alternately stacked.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明において、具体的な形状、材料、方向、数値等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等に合わせて適宜変更することができる。また、以下で説明する実施形態および変形例の構成要素を選択的に組み合わせることは当初から想定されている。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In the following description, specific shapes, materials, directions, numerical values, etc. are examples intended to facilitate understanding of the present invention and can be modified as appropriate to suit the application, purpose, specifications, etc. Furthermore, it is anticipated from the outset that the components of the embodiments and variations described below may be selectively combined.

図1に本発明の回転電機10の部分断面図を示す。回転電機10は、ステータ20とロータ30を備えている。回転電機10は、ステータ20に回転磁場を発生させて、回転軸を中心にロータ30を回転させる電動機である。図1では、ステータ20及びロータ30を扇形に切り取った一部分の断面を示している。 Figure 1 shows a partial cross-sectional view of a rotating electric machine 10 of the present invention. The rotating electric machine 10 includes a stator 20 and a rotor 30. The rotating electric machine 10 is an electric motor that generates a rotating magnetic field in the stator 20 and rotates the rotor 30 around its axis of rotation. Figure 1 shows a cross-section of a sector-shaped portion of the stator 20 and rotor 30.

ステータ20は、中空の円筒形状をしている。ステータ20は、複数の電磁鋼板を回転軸方向に沿って積層して形成されている。ステータ20は、周方向にスロット21とティース22が等間隔に複数交互に配置された構造を有する。スロット21には、コイルが巻回されている。ティース22は、ロータ30の外周と対向し、ロータ30からの磁束を受ける面として作用する。スロット21とティース22の外周には、バックヨーク23が配置されている。バックヨーク23は、各ティース22の間の磁束を結合するための鉄心であり、磁気回路を構成する。 The stator 20 has a hollow cylindrical shape. It is formed by stacking multiple electromagnetic steel plates along the rotation axis direction. The stator 20 has a structure in which multiple slots 21 and teeth 22 are arranged alternately at equal intervals in the circumferential direction. Coils are wound around the slots 21. The teeth 22 face the outer periphery of the rotor 30 and act as surfaces that receive magnetic flux from the rotor 30. A back yoke 23 is arranged on the outer periphery of the slots 21 and teeth 22. The back yoke 23 is an iron core that connects the magnetic flux between each tooth 22 and forms a magnetic circuit.

ロータ30は、円筒形状である。ロータ30は、中空円筒形状のステータ20の内部において回転軸を中心に回転可能に配置される。ロータ30は、その外周面がステータ20の内周面と隙間を空けて配置される。ロータ30は、複数の電磁鋼板を回転軸方向に沿って積層して構成される。 The rotor 30 is cylindrical. It is arranged inside the hollow cylindrical stator 20 so that it can rotate around the rotation axis. The rotor 30 is arranged with a gap between its outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the stator 20. The rotor 30 is constructed by stacking multiple electromagnetic steel plates along the rotation axis direction.

ロータ30は、内部に磁石31が埋め込まれたフラックスバリア32を有する。フラックスバリア32は、ロータ30を構成する電磁鋼板よりも透磁率が低い領域であり、例えば、ロータ30の内部に設けられた空間で構成される。フラックスバリア32によって、磁石31から出る磁束がロータ30の側面から漏れることが抑制され、ロータ30の外周面上の磁束密度を高めることができる。 The rotor 30 has a flux barrier 32 with a magnet 31 embedded inside. The flux barrier 32 is an area with a lower magnetic permeability than the electromagnetic steel sheets that make up the rotor 30, and is composed, for example, of a space provided inside the rotor 30. The flux barrier 32 prevents the magnetic flux emitted from the magnet 31 from leaking out the side of the rotor 30, thereby increasing the magnetic flux density on the outer surface of the rotor 30.

フラックスバリア32は、磁極毎に複数設けてもよい。フラックスバリア32は、例えば、ロータ30の径方向に複数設けてもよい。本実施の形態では、ロータ30は、径方向に沿って2つの第1フラックスバリア32a及び第2フラックスバリア32bを有する。 Multiple flux barriers 32 may be provided for each magnetic pole. For example, multiple flux barriers 32 may be provided in the radial direction of the rotor 30. In this embodiment, the rotor 30 has two flux barriers, a first flux barrier 32a and a second flux barrier 32b, arranged along the radial direction.

フラックスバリア32に埋め込まれた磁石31は、ロータ30における磁極33を構成する。磁石31は、各磁極33において磁束の方向がロータ30の径方向を向くように配置される。すなわち、各磁極33における磁束中心はd軸と一致する。磁石31は、周方向に隣り合う磁極33の磁化方向が異なるように配置され、磁極対をなすS磁極33SとN磁極33Nが周方向に沿って交互に形成される。ロータ30において、S磁極33SとN磁極33Nの中央がq軸と一致する。 The magnets 31 embedded in the flux barrier 32 form the magnetic poles 33 of the rotor 30. The magnets 31 are arranged so that the direction of the magnetic flux in each magnetic pole 33 is oriented radially around the rotor 30. In other words, the center of the magnetic flux in each magnetic pole 33 coincides with the d-axis. The magnets 31 are arranged so that the magnetization directions of adjacent magnetic poles 33 in the circumferential direction are different, and magnetic pole pairs, south magnetic poles 33S and north magnetic poles 33N, are formed alternately along the circumferential direction. In the rotor 30, the centers of the south magnetic poles 33S and north magnetic poles 33N coincide with the q-axis.

フラックスバリア32は、d軸を中心としてロータ30の周方向に沿って延設され、その両側の先端部がロータ30の外周面に向かうように湾曲した形状を有する。また、第1フラックスバリア32aの両端の先端領域34(第1先端領域34a、第2先端領域34b)にはブリッジ35が形成される。1つの磁極33における第1フラックスバリア32aの第1先端領域34aは、当該磁極33の隣にある他の磁極33における第1フラックスバリア32aの第2先端領域34bと隣り合うものとする。 The flux barrier 32 extends circumferentially around the rotor 30, centered on the d-axis, with both ends curved toward the outer peripheral surface of the rotor 30. A bridge 35 is formed in the end regions 34 (first end region 34a, second end region 34b) at both ends of the first flux barrier 32a. The first end region 34a of the first flux barrier 32a in one magnetic pole 33 is adjacent to the second end region 34b of the first flux barrier 32a in another magnetic pole 33 adjacent to that magnetic pole 33.

なお、本実施の形態では、フラックスバリア32のうちロータ30において最も外周面側に設けられた第1フラックスバリア32aの両端を先端領域34(第1先端領域34a、第2先端領域34b)とすることが好適である。ただし、第2フラックスバリア32b等の他のフラックスバリアの両端を先端領域34(第1先端領域34a、第2先端領域34b)としてもよい。 In this embodiment, it is preferable that both ends of the first flux barrier 32a, which is the flux barrier 32 located on the outermost side of the rotor 30, be defined as tip regions 34 (first tip region 34a, second tip region 34b). However, both ends of other flux barriers, such as the second flux barrier 32b, may also be defined as tip regions 34 (first tip region 34a, second tip region 34b).

本実施の形態では、外ブリッジ35a及び中ブリッジ35bの2種類のブリッジ35が用いられる。外ブリッジ35aは、凹部等が設けられていないロータ30の外周面付近において、ロータ30の外周面とフラックスバリア32の先端部とを繋ぐ部分である。中ブリッジ35bは、ロータ30の外周面に設けられた凹部又はロータ30の内部に設けられた空隙とフラックスバリア32の先端部とを繋ぐ部分である。すなわち、ロータ30の外周面に設けた凹部や内部に設けられた空隙によって、中ブリッジ35bは、ロータ30の外周面に対して外ブリッジ35aよりも内側に位置する。 In this embodiment, two types of bridges 35 are used: outer bridges 35a and middle bridges 35b. The outer bridges 35a are parts that connect the outer peripheral surface of the rotor 30 to the tip of the flux barrier 32 near the outer peripheral surface of the rotor 30 where no recesses or the like are provided. The middle bridges 35b are parts that connect the tip of the flux barrier 32 to recesses provided on the outer peripheral surface of the rotor 30 or gaps provided inside the rotor 30. In other words, due to the recesses provided on the outer peripheral surface of the rotor 30 or the gaps provided inside the rotor 30, the middle bridges 35b are positioned more inward than the outer bridges 35a with respect to the outer peripheral surface of the rotor 30.

各磁極33において、第1フラックスバリア32aの第1先端領域34aと第2先端領域34bはd軸に対して対称の位置にある。また、各磁極33の構造は、ブリッジ35の構成を除いて、q軸に対して互いに対称である。第1先端領域34aと第2先端領域34bには、それぞれ外ブリッジ35aまたは中ブリッジ35bのいずれかが適用される。なお、ロータ30の回転バランスを考慮して、ブリッジ35は周方向に沿って周期的に配置することが好適である。 In each magnetic pole 33, the first tip region 34a and second tip region 34b of the first flux barrier 32a are positioned symmetrically with respect to the d-axis. Furthermore, the structure of each magnetic pole 33 is symmetrical with respect to the q-axis, except for the configuration of the bridge 35. Either an outer bridge 35a or an inner bridge 35b is applied to the first tip region 34a and the second tip region 34b, respectively. Furthermore, in consideration of the rotational balance of the rotor 30, it is preferable to arrange the bridges 35 periodically along the circumferential direction.

図2は、隣り合うティース22の開角とブリッジ35のブリッジ開角との関係を示す。ここで、隣合うティース22の径方向の中心線と回転軸を結ぶ直線のなす角をティースの開角αと定義する。第1先端領域34aと第2先端領域34bに外ブリッジ35aを配置したときの外ブリッジ35aの周方向における中心と回転軸中心を結ぶ直線のなす角をブリッジ開角βと定義する。本発明の回転電機10のブリッジ開角βとティースの開角αは、α×N≦β≦α×(N+1)、(但し、係数Nは1以上の整数)を満足するように形成される。尚、図2においては、第2先端領域34bには、中ブリッジ35bが配置されているが、ブリッジ開角βは、外ブリッジ35aが配置されたと仮定して求めるものとする。 Figure 2 shows the relationship between the spacing angle of adjacent teeth 22 and the bridge spacing angle of the bridge 35. Here, the angle formed by a line connecting the radial center lines of adjacent teeth 22 and the rotation axis is defined as the tooth spacing angle α. When the outer bridge 35a is arranged in the first tip region 34a and the second tip region 34b, the angle formed by a line connecting the circumferential center of the outer bridge 35a and the center of the rotation axis is defined as the bridge spacing angle β. The bridge spacing angle β and tooth spacing angle α of the rotating electric machine 10 of the present invention are formed to satisfy α × N ≦ β ≦ α × (N + 1), where coefficient N is an integer greater than or equal to 1. Note that while Figure 2 shows that the middle bridge 35b is arranged in the second tip region 34b, the bridge spacing angle β is calculated assuming that the outer bridge 35a is arranged therein.

本実施の形態の例では、ティース22の開角αは7.5°とし、係数Nを2としている。したがって、ブリッジ35のブリッジ開角βは、15°≦β≦22.5°の条件を満足するように設けている。ただし、ティース22の開角αとブリッジ35のブリッジ開角βとの関係は、これに限定されるものではなく、上記式を満たせばよい。 In this embodiment, the opening angle α of the teeth 22 is set to 7.5°, and the coefficient N is set to 2. Therefore, the bridge opening angle β of the bridge 35 is set to satisfy the condition 15°≦β≦22.5°. However, the relationship between the opening angle α of the teeth 22 and the bridge opening angle β of the bridge 35 is not limited to this, and it is sufficient that the above formula is satisfied.

ブリッジ35の配置における対称(対称配置)について以下の通り定義する。
「d軸に対して対称」とは、フラックスバリア32の第1先端領域34aと第2先端領域34bに配置されるブリッジ35の種類が同じであることを意味する。
「d軸に対して非対称」とは、フラックスバリア32の第1先端領域34aと第2先端領域34bに配置されるブリッジ35の種類が異なることを意味する。
「q軸に対して対称」とは、磁極対において、各磁極33がq軸に対して対称位置の先端領域34に同種類のブリッジ35が配置されることを意味する。
「q軸に対して非対称」とは、磁極対において、各磁極33がq軸に対して対称位置の先端領域34に異なる種類のブリッジ35が配置されることを意味する。
The symmetry (symmetrical arrangement) in the arrangement of the bridges 35 is defined as follows.
"Symmetrical with respect to the d-axis" means that the types of bridges 35 arranged in the first tip region 34a and the second tip region 34b of the flux barrier 32 are the same.
"Asymmetric with respect to the d-axis" means that the types of bridges 35 arranged in the first tip region 34a and the second tip region 34b of the flux barrier 32 are different.
"Symmetrical with respect to the q-axis" means that in the magnetic pole pair, the same type of bridge 35 is arranged in the tip region 34 of each magnetic pole 33 at a symmetrical position with respect to the q-axis.
"Asymmetric with respect to the q-axis" means that in the magnetic pole pair, different types of bridges 35 are arranged in the tip regions 34 of the magnetic poles 33 at positions symmetric with respect to the q-axis.

本発明は、磁極対のS磁極33S、N磁極33Nに配置される外ブリッジ35aと中ブリッジ35bが、d軸およびq軸に対して特定の配置の対称性を有することにより、逆起電圧が抑制されることに着眼してなされたものである。 The present invention was developed with the aim of suppressing back electromotive force by having the outer bridge 35a and middle bridge 35b, which are arranged at the south magnetic pole 33S and north magnetic pole 33N of the magnetic pole pair, have a specific symmetrical arrangement with respect to the d-axis and q-axis.

図3(a)~図3(d)を参照して、ロータ30におけるブリッジ35の配置について説明する。図3(a)~図3(d)は、それぞれ実施例1~4の外ブリッジ35aと中ブリッジ35bの配置を示している。 The arrangement of the bridges 35 in the rotor 30 will be described with reference to Figures 3(a) to 3(d). Figures 3(a) to 3(d) show the arrangement of the outer bridges 35a and middle bridges 35b in Examples 1 to 4, respectively.

<実施例1>
実施例1のS磁極33Sの第1先端領域34aには、中ブリッジ35bが配置される。S磁極33Sの第2先端領域34bには、外ブリッジ35aが配置される。N磁極33Nの第1先端領域34aには、外ブリッジ35aが配置される。N磁極33Nの第2先端領域34bには、中ブリッジ35bが配置される。
Example 1
In the first embodiment, a center bridge 35b is disposed in the first tip region 34a of the south magnetic pole 33S. An outer bridge 35a is disposed in the second tip region 34b of the south magnetic pole 33S. An outer bridge 35a is disposed in the first tip region 34a of the north magnetic pole 33N. A center bridge 35b is disposed in the second tip region 34b of the north magnetic pole 33N.

換言すると、S磁極33Sの第1先端領域34aとN磁極33Nの第1先端領域34aには、異なる種類のブリッジ35が配置され、且つ、S磁極33Sの第2先端領域34bとN磁極33Nの第2先端領域34bには、異なる種類のブリッジ35が配置される。 In other words, different types of bridges 35 are arranged in the first tip region 34a of the south magnetic pole 33S and the first tip region 34a of the north magnetic pole 33N, and different types of bridges 35 are arranged in the second tip region 34b of the south magnetic pole 33S and the second tip region 34b of the north magnetic pole 33N.

以下、ブリッジ35の配置構造を、磁極対のS磁極33Sの第1先端領域34a、第2先端領域34b、N磁極33Nの第1先端領域34a、第2先端領域34bにそれぞれ配置されるブリッジ35の種類の頭文字を順に並べて表記するものとする。具体的には、実施例1のブリッジ35の配置構造を「中外外中」と表記する。 Hereinafter, the bridge 35 arrangement will be represented by the initial letters of the types of bridges 35 arranged in the first and second tip regions 34a and 34b of the south magnetic pole 33S and the first and second tip regions 34a and 34b of the north magnetic pole 33N of the magnetic pole pair. Specifically, the bridge 35 arrangement in Example 1 will be represented as "inside-outside-inside."

<実施例2>
実施例2は、実施例1における外ブリッジ35aと中ブリッジ35bを入れ替えた構成である。すなわち、実施例2のブリッジ35の配置構造は「外中中外」である
Example 2
In Example 2, the outer bridge 35a and the inner bridge 35b in Example 1 are interchanged. That is, the arrangement of the bridges 35 in Example 2 is "outer-in-in-outer."

<実施例3>
実施例3のS磁極33Sの第1先端領域34aと第2先端領域34bには、中ブリッジ35bが配置される。N磁極33Nの第1先端領域34aと第2先端領域34bには、外ブリッジ35aが配置される。
Example 3
In the third embodiment, a center bridge 35b is disposed between the first and second tip regions 34a and 34b of the south magnetic pole 33S. An outer bridge 35a is disposed between the first and second tip regions 34a and 34b of the north magnetic pole 33N.

換言すると、S磁極33Sの第1先端領域34aと第2先端領域34bには、同じ種類のブリッジ35が配置され、且つ、N磁極33Nの先端領域34には、S磁極33Sの先端領域34と異なる種類のブリッジ35が配置される。実施例3のブリッジ35の配置構造は「中中外外」である。 In other words, the same type of bridge 35 is arranged in the first tip region 34a and the second tip region 34b of the south magnetic pole 33S, and a different type of bridge 35 is arranged in the tip region 34 of the north magnetic pole 33N than in the tip region 34 of the south magnetic pole 33S. The bridge 35 arrangement structure in Example 3 is "center-center-outside-outside."

<実施例4>
実施例4は、実施例3における外ブリッジ35aと中ブリッジ35bを入れ替えた構成である。すなわち、実施例4のブリッジ35の配置構造は「外外中中」である。
Example 4
In Example 4, the outer bridge 35a and the inner bridge 35b in Example 3 are interchanged. That is, the arrangement of the bridges 35 in Example 4 is "outside-outside-inside-inside."

<ブリッジの配置構造の条件>
実施例1~4において磁極対について共通する条件は、以下の2つである。
条件(1):外ブリッジ35aの数と中ブリッジ35bの数が同数である。
条件(2):外ブリッジ35aと中ブリッジ35bの配置が、d軸、q軸の何れか一方の軸に対して対称であり、他方の軸に対しては非対称である。
磁極対において、外ブリッジ35aと中ブリッジ35bをこのように構成することで、逆起電圧の抑制が可能である。
<Conditions for bridge arrangement structure>
The following two conditions are common to the magnetic pole pairs in Examples 1 to 4.
Condition (1): The number of outer bridges 35a is equal to the number of middle bridges 35b.
Condition (2): The arrangement of the outer bridge 35a and the middle bridge 35b is symmetrical with respect to either the d-axis or the q-axis, and is asymmetrical with respect to the other axis.
By configuring the outer bridge 35a and the middle bridge 35b in this manner in the magnetic pole pair, it is possible to suppress the back electromotive force.

次に比較例として、上記の条件(2)を満足しないブリッジ35の配置構造を図4、5に示す。図4(a)、図4(b)、図4(c)、図5(a)、図5(b)は、それぞれ比較例1、比較例2、比較例3、比較例4、比較例5の外ブリッジ35aと中ブリッジ35bの配置を示す。 Next, as comparative examples, Figures 4 and 5 show the arrangement of bridges 35 that do not satisfy the above condition (2). Figures 4(a), 4(b), 4(c), 5(a), and 5(b) show the arrangements of the outer bridges 35a and middle bridges 35b for Comparative Example 1, Comparative Example 2, Comparative Example 3, Comparative Example 4, and Comparative Example 5, respectively.

<比較例1>
比較例1のS磁極33Sの第1先端領域34aと第2先端領域34bには、外ブリッジ35aが配置される。N磁極33Nの第1先端領域34aと第2先端領域34bにも、外ブリッジ35aが配置される。すなわち、比較例1のブリッジ35の配置構造は「外外外外」である。
<Comparative Example 1>
Outer bridges 35a are arranged in the first and second tip regions 34a, 34b of the south magnetic pole 33S in comparative example 1. Outer bridges 35a are also arranged in the first and second tip regions 34a, 34b of the north magnetic pole 33N. In other words, the arrangement of the bridges 35 in comparative example 1 is "outside-outside-outside."

<比較例2>
比較例2のS磁極33Sの第1先端領域34aと第2先端領域34bには、中ブリッジ35bが配置される。N磁極33Nの第1先端領域34aと第2先端領域34bにも、中ブリッジ35bが配置される。すなわち、比較例2のブリッジ35の配置構造は「中中中中」である。
<Comparative Example 2>
In Comparative Example 2, a center bridge 35b is arranged in the first tip region 34a and the second tip region 34b of the south magnetic pole 33S. A center bridge 35b is also arranged in the first tip region 34a and the second tip region 34b of the north magnetic pole 33N. In other words, the arrangement structure of the bridges 35 in Comparative Example 2 is "center-center-center-center."

<比較例3>
比較例3のS磁極33SとN磁極33Nの全ての先端領域34には、外ブリッジ35aと中ブリッジ35bの両方が配置される。すなわち、比較例3は、比較例1と比較例2の両方のブリッジ35の配置構造を備える。比較例3のブリッジ35の配置構造は「外外外外/中中中中」である。
<Comparative Example 3>
Both outer bridges 35a and center bridges 35b are arranged in all tip regions 34 of the south magnetic pole 33S and north magnetic pole 33N of comparative example 3. In other words, comparative example 3 has the bridge 35 arrangement structures of both comparative examples 1 and 2. The bridge 35 arrangement structure of comparative example 3 is "outside-outside-outside/center-center-center."

<比較例4>
比較例4のS磁極33Sの第1先端領域34aには、外ブリッジ35aが配置される。S磁極33Sの第2先端領域34bには、中ブリッジ35bが配置される。N磁極33Nの第1先端領域34aには、S磁極33Sの第1先端領域34aと同じ種類の外ブリッジ35aが配置される。N磁極33Nの第2先端領域34bには、S磁極33Sの第2先端領域34bと同じ種類の中ブリッジ35bが配置される。すなわち、比較例4のブリッジ35の配置構造は「外中外中」である。
<Comparative Example 4>
In Comparative Example 4, an outer bridge 35a is arranged in the first tip region 34a of the S magnetic pole 33S. A center bridge 35b is arranged in the second tip region 34b of the S magnetic pole 33S. An outer bridge 35a of the same type as the first tip region 34a of the S magnetic pole 33S is arranged in the first tip region 34a of the N magnetic pole 33N. A center bridge 35b of the same type as the second tip region 34b of the S magnetic pole 33S is arranged in the second tip region 34b of the N magnetic pole 33N. In other words, the arrangement structure of the bridges 35 in Comparative Example 4 is "outside-inside-outside-inside."

比較例5は、比較例4における外ブリッジ35aと中ブリッジ35bを入れ替えた構成である。すなわち、比較例5のブリッジ35の配置構造は「中外中外」である。 Comparative Example 5 has a configuration in which the outer bridge 35a and inner bridge 35b in Comparative Example 4 are swapped. In other words, the bridge 35 arrangement in Comparative Example 5 is "inside-outside-inside-outside."

以上示した様に、比較例1~5は、磁極対において、外ブリッジ35aの数と中ブリッジ35bの数が同数であり、上記条件(1)を満足する。一方、外ブリッジ35aと中ブリッジ35bは、d軸とq軸に対して共に対称、又は、共に非対称であり、上記条件(2)を満足しない。 As shown above, in Comparative Examples 1 to 5, the number of outer bridges 35a and the number of middle bridges 35b in each magnetic pole pair are the same, and condition (1) above is satisfied. On the other hand, the outer bridges 35a and middle bridges 35b are either symmetrical or asymmetrical with respect to the d-axis and q-axis, and do not satisfy condition (2) above.

実施例1~4および比較例1~5の磁極対における外ブリッジ35aと中ブリッジ35bの配置について表1にまとめた。 The arrangement of the outer bridge 35a and middle bridge 35b in the magnetic pole pairs of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 is summarized in Table 1.

次に、ブリッジ35の配置に対する逆起電圧の発生の違いについて説明する。図6~9に実施例および比較例のブリッジ35の配置における逆起電圧のシミュレーション結果を示す。 Next, we will explain how the generation of back electromotive force differs depending on the arrangement of the bridge 35. Figures 6 to 9 show the simulation results of back electromotive force for the arrangement of the bridge 35 in the example and comparative example.

図6は、比較例1~3についてのUV相線間電圧における逆起電圧のシミュレーション結果を示す。図6において、横軸は電気角を示し、縦軸は逆起電圧をpu単位で示す。図6(a)は、電気角一周期の逆起電圧波形を示し、図6(b)は、電気角60°±30°の拡大図であり、基本波の最大振幅近傍の波形を示す。 Figure 6 shows the simulation results of the back EMF voltage in the UV line voltage for Comparative Examples 1 to 3. In Figure 6, the horizontal axis represents the electrical angle, and the vertical axis represents the back EMF voltage in pu units. Figure 6(a) shows the back EMF waveform for one electrical angle cycle, and Figure 6(b) is an enlarged view of an electrical angle of 60°±30°, showing the waveform near the maximum amplitude of the fundamental wave.

比較例1~3の全てにおいて、ピーク電圧値は、電気角60°付近における基本波電圧の最大値よりも大きくなった。従って、コイルへの印加電圧上限を抑える必要があり、インバータDC電圧まで有効活用できない。 In all of Comparative Examples 1 to 3, the peak voltage value was greater than the maximum value of the fundamental voltage at an electrical angle of approximately 60°. Therefore, it was necessary to limit the upper limit of the voltage applied to the coil, and the inverter DC voltage could not be effectively utilized.

比較例2では、d軸がティース22の中心軸と平行になるときの電気角、すなわち線間電圧の基本波電圧の最大値の電気角(60°)付近で電圧が増加した。一方、電気角60°の前後15°付近、すなわちティース22の中心軸からスロット21の中心軸へd軸が回転するときの電気角に相当する電気角付近において電圧が減少した。 In Comparative Example 2, the voltage increased near the electrical angle when the d-axis was parallel to the central axis of the teeth 22, i.e., the electrical angle (60°) at which the fundamental wave voltage of the line voltage was at its maximum value. On the other hand, the voltage decreased near 15° before and after the electrical angle of 60°, i.e., near the electrical angle corresponding to the electrical angle when the d-axis rotates from the central axis of the teeth 22 to the central axis of the slot 21.

比較例1と比較例3では、d軸がスロット21の中心軸と平行になるときの電気角、すなわち基本波電圧の最大値の電気角60°に対して、ティース22の中心軸からスロット21の中心軸へd軸が回転するときの電気角に相当する15°程度ずれた電気角において電圧が増加した。 In Comparative Examples 1 and 3, the voltage increased at an electrical angle shifted by approximately 15°, which corresponds to the electrical angle when the d-axis rotates from the central axis of the teeth 22 to the central axis of the slot 21, relative to the electrical angle of 60° at which the d-axis is parallel to the central axis of the slot 21, i.e., the maximum electrical angle of the fundamental wave voltage.

比較例3では、電気角60°付近における基本波電圧の最大値が小さくなった。これによって、比較例3では回転電機10のトルクが低下した。比較例3では、S磁極33SとN磁極33Nの全ての先端領域34に外ブリッジ35aと中ブリッジ35bの両方が配置されており、ブリッジ35の総数が多いため、磁石31の磁束がロータ30内にて閉じてしまい、ステータ20との鎖交量が減少したためと推察される。比較例3に対してブリッジ35の総数が少ない比較例2、比較例1では、回転電機10のトルクは比較例3より大きくなった。比較例1~3のトルク比は、比較例2:比較例1:比較例3=100.0:98.5:96.2であった。 In Comparative Example 3, the maximum value of the fundamental wave voltage near an electrical angle of 60° was reduced. As a result, the torque of the rotating electric machine 10 in Comparative Example 3 decreased. In Comparative Example 3, both outer bridges 35a and inner bridges 35b were arranged in all tip regions 34 of the south magnetic poles 33S and north magnetic poles 33N. This is thought to be because the total number of bridges 35 was large, causing the magnetic flux of the magnets 31 to be confined within the rotor 30, reducing the amount of linkage with the stator 20. In Comparative Examples 2 and 1, which had fewer total numbers of bridges 35 than Comparative Example 3, the torque of the rotating electric machine 10 was greater than in Comparative Example 3. The torque ratio of Comparative Examples 1 to 3 was Comparative Example 2:Comparative Example 1:Comparative Example 3 = 100.0:98.5:96.2.

図7は、実施例1、4と比較例1、2のUV相線間電圧における逆起電圧のシミュレーション結果を示す。図7において、横軸は電気角を示し、縦軸は逆起電圧をpu単位で示す。図7(a)は、電気角一周期の逆起電圧波形を示し、図7(b)は、電気角60°±30°の拡大図であり、基本波の最大振幅近傍の波形を示す。 Figure 7 shows the simulation results of the back electromotive force (back EMF) for the UV line voltage in Examples 1 and 4 and Comparative Examples 1 and 2. In Figure 7, the horizontal axis represents the electrical angle, and the vertical axis represents the back electromotive force (in pu). Figure 7(a) shows the back electromotive force waveform for one electrical angle cycle, and Figure 7(b) is an enlarged view of an electrical angle of 60°±30°, showing the waveform near the maximum amplitude of the fundamental wave.

実施例1および実施例4では、比較例1に対して、電気角60°付近のピーク電圧を低減させることができ、比較例2に対して、電気角60°±15°付近のピーク電圧を低減させることができた。すなわち、実施例1および実施例4では、全体としてピーク電圧を低減できた。 In Examples 1 and 4, the peak voltage near an electrical angle of 60° was reduced compared to Comparative Example 1, and the peak voltage near an electrical angle of 60°±15° was reduced compared to Comparative Example 2. In other words, in Examples 1 and 4, the peak voltage was reduced overall.

図8(a)は、実施例1と実施例2のUV相線間電圧における逆起電圧のシミュレーション結果、図8(b)は、実施例3と実施例4のUV相線間電圧における逆起電圧のシミュレーション結果を示す。実施例2のブリッジ35の配置は、実施例1のブリッジ35の配置を周方向に一磁極分だけ回転した配置と同じであり、実施例2では実質的に実施例1と同じ逆起電圧波形となった。また、実施例4のブリッジ35の配置は、実施例3のブリッジ35の配置を周方向に一磁極分だけ回転した配置と同じであるので、実施例3では実質的に実施例4と同じ逆起電圧波形となった。 Figure 8(a) shows the simulation results of the back electromotive force in the UV line voltage for Examples 1 and 2, and Figure 8(b) shows the simulation results of the back electromotive force in the UV line voltage for Examples 3 and 4. The arrangement of the bridges 35 in Example 2 is the same as that of the bridges 35 in Example 1, rotated circumferentially by one magnetic pole, and Example 2 produced substantially the same back electromotive force waveform as Example 1. Furthermore, the arrangement of the bridges 35 in Example 4 is the same as that of the bridges 35 in Example 3, rotated circumferentially by one magnetic pole, and Example 3 produced substantially the same back electromotive force waveform as Example 4.

実施例1~4は、比較例1と比較例2の中間的な逆起電圧をもつことが特徴である。具体的には、高調波電圧を調整して、逆起電圧の最大値が基本波の最大値に近くなるようにすることができた。 Examples 1 to 4 are characterized by having a back electromotive force intermediate between that of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. Specifically, by adjusting the harmonic voltage, it was possible to make the maximum value of the back electromotive force close to the maximum value of the fundamental wave.

図9は、ピーク電圧を基本波の振幅で除した値(ピーク電圧/基本波振幅)の算出結果を示す。回転電機10においてトルクは基本波電圧の振幅に応じて大きくなる。したがって、ピーク電圧/基本波振幅の値が小さいほど、基本波電圧振幅とピーク電圧値が近く、コイルへの印加電圧の制約下で基本波電圧を大きくできることを意味する。すなわち、ピーク電圧/基本波振幅の値が小さいほど、電圧制約下においてトルクを出し易くなる。実施例1~4では、比較例1、2に比べてピーク電圧/基本波振幅の値が小さく、比較例1,2に比べて電圧制約下においてトルクを出し易いと言える。また、実施例1、2では、実施例3、4に対してもトルク出力において若干優位性がある。 Figure 9 shows the calculation results for the value obtained by dividing the peak voltage by the amplitude of the fundamental wave (peak voltage/fundamental wave amplitude). In the rotating electric machine 10, torque increases according to the amplitude of the fundamental wave voltage. Therefore, the smaller the peak voltage/fundamental wave amplitude value, the closer the fundamental wave voltage amplitude and peak voltage value are, meaning that the fundamental wave voltage can be increased under the constraints of the voltage applied to the coil. In other words, the smaller the peak voltage/fundamental wave amplitude value, the easier it is to generate torque under voltage constraints. In Examples 1 to 4, the peak voltage/fundamental wave amplitude value is smaller than in Comparative Examples 1 and 2, and it can be said that it is easier to generate torque under voltage constraints than in Comparative Examples 1 and 2. Furthermore, Examples 1 and 2 have a slight advantage in torque output over Examples 3 and 4.

図10は、実施例1と比較例4、5のUV相線間電圧における逆起電圧のシミュレーション結果を示す。実施例1及び比較例4、5では、各磁極33において外ブリッジ35aの数と中ブリッジ35bの数を均等とした。また、ブリッジ35の配置がd軸に対して非対称としたことも同様である。ただし、実施例1のブリッジ35の配置はq軸に対して対称であるのに対して、比較例4、5のブリッジ35の配置はq軸に対して非対称である点で異なる。 Figure 10 shows the simulation results of the back electromotive force in the UV line voltage for Example 1 and Comparative Examples 4 and 5. In Example 1 and Comparative Examples 4 and 5, the number of outer bridges 35a and the number of middle bridges 35b were equal for each magnetic pole 33. The bridges 35 were also arranged asymmetrically with respect to the d-axis. However, the difference is that the bridges 35 in Example 1 were arranged symmetrically with respect to the q-axis, whereas the bridges 35 in Comparative Examples 4 and 5 were arranged asymmetrically with respect to the q-axis.

比較例4では、電気角50°付近で電圧が高くなってピークを示し、電気角60°付近における基本波電圧の振幅最大値より高くなった。また、電気角60°から僅かにずれた角度と電気角80°において電圧が高くなってピークを示した。比較例5では、電気角72°付近で電圧が高くなってピークを示し、電気角60°付近における基本波電圧の振幅最大値を超えた。また、電気角60°付近と電気角42°付近で、電圧が高くなってピークを示した。なお、比較例5の電圧波形は、比較例4の電圧波形を電気角60°を中心に反転させたような波形となった。これは、比較例5のブリッジ35の配置が比較例4のブリッジ35の配置をd軸に対して反転させたものに相当することによるものである。 In Comparative Example 4, the voltage increased and peaked near an electrical angle of 50°, exceeding the maximum amplitude of the fundamental wave voltage near an electrical angle of 60°. The voltage also increased and peaked at an angle slightly offset from 60° and at an electrical angle of 80°. In Comparative Example 5, the voltage also increased and peaked near an electrical angle of 72°, exceeding the maximum amplitude of the fundamental wave voltage near 60°. The voltage also increased and peaked near electrical angles of 60° and 42°. The voltage waveform in Comparative Example 5 resembled the voltage waveform in Comparative Example 4, inverted around an electrical angle of 60°. This is because the arrangement of the bridge 35 in Comparative Example 5 is equivalent to the arrangement of the bridge 35 in Comparative Example 4 inverted with respect to the d-axis.

以上のように、実施例1~4のブリッジ35の配置は、比較例1~5のブリッジ35の配置に対して逆起電圧を低減する効果があった。 As described above, the arrangement of the bridge 35 in Examples 1 to 4 was more effective in reducing back electromotive force than the arrangement of the bridge 35 in Comparative Examples 1 to 5.

<発明効果の定性的説明>
逆起電圧は、d軸がティース22の中心軸と平行になる状態、及びd軸がスロット21の中心軸と平行になる状態で大きくなり易い。d軸がティース22の中心軸と平行になる状態では、逆起電圧(線間電圧)の基本波最大値の位相の電圧(電圧Aとする)が増減する。d軸がスロット21の中心軸と平行になる状態では、基本波最大値からティース22の中心軸からスロット21の中心軸へロータ30が回転する時の電気角に対する位相がずれた位置の電圧(電圧Bとする)が大きく増減する。
<Qualitative explanation of the effects of the invention>
The back electromotive force tends to increase when the d-axis is parallel to the central axis of the teeth 22 and when the d-axis is parallel to the central axis of the slots 21. When the d-axis is parallel to the central axis of the teeth 22, the voltage (referred to as voltage A) at the phase of the maximum fundamental wave value of the back electromotive force (line voltage) increases or decreases. When the d-axis is parallel to the central axis of the slots 21, the voltage (referred to as voltage B) at a position shifted in phase from the maximum fundamental wave value relative to the electrical angle when the rotor 30 rotates from the central axis of the teeth 22 to the central axis of the slots 21 increases or decreases significantly.

比較例2の場合、中ブリッジ35bのみを配置した構成であり、電圧Aが大きくなる。比較例1の場合、外ブリッジ35aのみを配置した構成であり、電圧Bが大きくなる。実施例1~4のブリッジ35の配置では、外ブリッジ35aと中ブリッジ35bを併用した中間的な構造であり、電圧A及び電圧Bにおける逆起電圧のピークの増加を抑制することができる。 In Comparative Example 2, only the middle bridge 35b is arranged, resulting in a high voltage A. In Comparative Example 1, only the outer bridge 35a is arranged, resulting in a high voltage B. The bridge 35 arrangements in Examples 1 to 4 are intermediate structures that use both the outer bridge 35a and the middle bridge 35b, and are able to suppress increases in the peak back electromotive force at voltages A and B.

図11は、比較例1、比較例2及び実施例1の逆起電圧波形を電圧A、電圧Bの位相と共に示す。電圧Aは、電気角60°における逆起電圧であり、電圧Bは電気角45°及び75°における逆起電圧である。実施例1では、電圧Aと電圧Bは比較例1と比較例2の中間的な値を示し、全体としてピーク電圧が低減できた。 Figure 11 shows the back electromotive force waveforms of Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Example 1, along with the phases of Voltage A and Voltage B. Voltage A is the back electromotive force at an electrical angle of 60°, and Voltage B is the back electromotive force at electrical angles of 45° and 75°. In Example 1, Voltage A and Voltage B exhibit values intermediate between those of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, and the peak voltage was reduced overall.

図12~図14は、それぞれ実施例1、比較例1、比較例2の磁束密度分布の解析結果を示す。図12~図14において、(a)は電気角45°における磁束密度分布の解析結果、(b)は電気角60°における磁束密度分布の解析結果を示す。以下、図12~14に示すように各ティース22に#1~#12の番号を付し、当該番号を用いて説明する。 Figures 12 to 14 show the analysis results of the magnetic flux density distribution for Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2, respectively. In Figures 12 to 14, (a) shows the analysis results of the magnetic flux density distribution at an electrical angle of 45°, and (b) shows the analysis results of the magnetic flux density distribution at an electrical angle of 60°. Below, as shown in Figures 12 to 14, each tooth 22 is numbered #1 to #12, and explanations will use these numbers.

<外ブリッジ35aで磁束変動が大きくなる理由:電気角45°>
図12(a)に示すように、実施例1の電気角45°では、外ブリッジ35aが2つのティース22の間(#3と#4、#7と#8)に位置する。このとき、磁石31からの磁束が外ブリッジ35aを介してティース22へ直接流れ込もうとするため、ティース22に流れ込む磁束の変動が大きくなり易い。また、2つのティース22からロータ30に流れ込む磁束が外ブリッジ35aにおいて相殺される磁束相殺の影響によっても磁束の変動が起き易い。また、中ブリッジ35bは外ブリッジ35aに比べてティース22から離れており、中ブリッジ35bを介して磁束がティース22に渡る状況における磁路の磁気抵抗変化が小さく、外ブリッジ35aに比べて磁束変動が起きにくい。したがって、電気角45°付近では、外ブリッジ35aによって、逆起電圧が大きくなり易い。
<Reason why magnetic flux fluctuation increases in the outer bridge 35a: electrical angle 45°>
As shown in FIG. 12A , at an electrical angle of 45° in the first embodiment, the outer bridge 35a is located between two teeth 22 (#3 and #4, #7 and #8). At this time, the magnetic flux from the magnet 31 tends to flow directly into the teeth 22 via the outer bridge 35a, which tends to cause large fluctuations in the magnetic flux flowing into the teeth 22. Fluctuations in the magnetic flux are also likely to occur due to the effect of magnetic flux cancellation, where the magnetic flux flowing into the rotor 30 from the two teeth 22 is canceled out by the outer bridge 35a. Furthermore, the center bridge 35b is located farther from the teeth 22 than the outer bridge 35a. Therefore, when the magnetic flux passes through the teeth 22 via the center bridge 35b, the change in magnetic resistance of the magnetic path is small, and magnetic flux fluctuations are less likely to occur compared to the outer bridge 35a. Therefore, at an electrical angle of around 45°, the outer bridge 35a tends to generate a large back electromotive force.

<中ブリッジ35bで磁束変動が大きくなる理由:電気角60°>
図12(b)に示すように、実施例1の電気角60°では、ティース22(#1、#9)に隣接するティース22(#12、#10)に磁束が流れ、それによってロータ30の回転に伴った当該ティース22(#1、#9)における磁束変動が大きくなり易い。外ブリッジ35aは対向するティース22(#3、#7)のみに磁束を流すので、磁束変動が起きにくい。したがって、電気角60°付近においては、中ブリッジ35bによって、逆起電圧が大きくなり易い。
<Reason for increasing magnetic flux fluctuation in the middle bridge 35b: electrical angle 60°>
12B, at an electrical angle of 60° in the first embodiment, magnetic flux flows through the teeth 22 (#12, #10) adjacent to the teeth 22 (#1, #9), which tends to increase magnetic flux fluctuations in the teeth 22 (#1, #9) as the rotor 30 rotates. The outer bridge 35a allows magnetic flux to flow only through the opposing teeth 22 (#3, #7), making it difficult for magnetic flux fluctuations to occur. Therefore, at an electrical angle of around 60°, the middle bridge 35b tends to increase the back electromotive force.

図13(a)に示すように、比較例1の電気角45°では、ティース22(#1、#2)の間、ティース22(#3,#4)の間、ティース22(#7,#8)及びティース22(#9、#10)の間に外ブリッジ35aが位置する。したがって、外ブリッジ35aがティース22(#3、#4)の間及びティース22(#7、#8)の間に位置する実施例1に比べて、さらにティース22に流れ込む磁束の変動が大きくなり易い。また、中ブリッジ35bは設けられていないため、電気角60°付近においては磁束変動が起きにくい。したがって、比較例1では、電気角45°付近において大きな逆起電圧が発生し易い。 As shown in FIG. 13(a), at an electrical angle of 45° in Comparative Example 1, outer bridges 35a are located between teeth 22 (#1, #2), between teeth 22 (#3, #4), between teeth 22 (#7, #8), and between teeth 22 (#9, #10). Therefore, compared to Example 1, in which outer bridges 35a are located between teeth 22 (#3, #4) and between teeth 22 (#7, #8), fluctuations in the magnetic flux flowing into the teeth 22 are more likely to be large. Furthermore, because the middle bridge 35b is not provided, magnetic flux fluctuations are less likely to occur near an electrical angle of 60°. Therefore, in Comparative Example 1, large back electromotive force is more likely to be generated near an electrical angle of 45°.

図14(b)に示すように、比較例2の電気角60°では、ティース22(#1、#9)に隣接するティース22(#12、#10)及びティース22(#3、#7)に隣接するティース22(#4、#6)に磁束が流れる。したがって、ティース22(#1、#9)に隣接するティース22(#12、#10)に磁束が流れる実施例1に比べて、ロータ30の回転に伴った磁束変動が大きくなり易い。また、外ブリッジ35aは設けられていないため、電気角45°付近においては磁束変動が起きにくい。したがって、比較例2では、電気角60°付近において大きな逆起電圧が発生し易い。 As shown in Figure 14(b), at an electrical angle of 60° in Comparative Example 2, magnetic flux flows through the teeth 22 (#12, #10) adjacent to the teeth 22 (#1, #9) and the teeth 22 (#4, #6) adjacent to the teeth 22 (#3, #7). Therefore, compared to Example 1, in which magnetic flux flows through the teeth 22 (#12, #10) adjacent to the teeth 22 (#1, #9), magnetic flux fluctuations associated with the rotation of the rotor 30 tend to be larger. Furthermore, because the outer bridge 35a is not provided, magnetic flux fluctuations are less likely to occur near an electrical angle of 45°. Therefore, in Comparative Example 2, a large back electromotive force is likely to be generated near an electrical angle of 60°.

<参考例:ロータコアの交互積層>
実施例1と実施例2では、S磁極33Sにおけるブリッジ35の配置とN磁極33Nにおけるブリッジ35の配置が入れ替わっている。すなわち、実施例1及び実施例2において、磁石31を除いたロータ30の構造は一磁極分だけ回転させると一致する。そこで、実施例1のブリッジ35の配置を有するロータ30と実施例2のブリッジ35の配置を有するロータ30とをそれぞれ部分ロータとして回転軸方向に沿って積層することによって、ロータ30の回転時における重量のバランスを向上させることができる。実施例3と実施例4についても同様である。
<Reference example: Alternate lamination of rotor core>
In Example 1 and Example 2, the arrangement of the bridges 35 at the south magnetic pole 33S and the arrangement of the bridges 35 at the north magnetic pole 33N are swapped. That is, in Example 1 and Example 2, the structure of the rotor 30 excluding the magnet 31 is the same when rotated by one magnetic pole. Therefore, by stacking the rotor 30 having the bridge 35 arrangement of Example 1 and the rotor 30 having the bridge 35 arrangement of Example 2 along the rotation axis as partial rotors, it is possible to improve the weight balance during rotation of the rotor 30. The same applies to Example 3 and Example 4.

ここで、図10に示した様に比較例4、5のブリッジ35の配置は、単独では逆起電圧の抑制効果は無かった。しかし、次に述べるように軸方向に交互に積層することで、逆起電圧の低減効果が得られる。 As shown in Figure 10, the arrangement of bridges 35 in Comparative Examples 4 and 5 alone did not have the effect of suppressing back electromotive force. However, by stacking them alternately in the axial direction as described below, the effect of reducing back electromotive force can be achieved.

実施例1のブリッジ35の構造と同様の効果は、「構造X:単独では逆起電圧で課題が大きかった比較例1と比較例2のブリッジ配置の電磁鋼板を軸方向に交互積層する」、もしくは、「構造Y:単独では逆起電圧で課題が大きかった比較例4と比較例5のブリッジ配置の電磁鋼板を軸方向に交互積層する」ことでも実現可能である。構造X及び構造Yは交互積層が前提であり、ロータ30を構成する電磁鋼板を2種類用意しなくてはならないことが欠点となる。構造Yはq軸に対して鏡面対称のため、電磁鋼板の表裏を入れ替えた形状であり、同じ金型で製作可能である。よって、構造Yは構造Xよりは生産コストを低減できると考えられる。 The same effect as the bridge 35 structure of Example 1 can also be achieved by "Structure X: axially alternating stacking of bridge-arranged electromagnetic steel sheets in Comparative Examples 1 and 2, which had significant issues with back electromotive force when used alone," or "Structure Y: axially alternating stacking of bridge-arranged electromagnetic steel sheets in Comparative Examples 4 and 5, which had significant issues with back electromotive force when used alone." Structures X and Y are based on alternating stacking, and the disadvantage is that two types of electromagnetic steel sheets must be prepared to make up the rotor 30. Structure Y is mirror symmetrical with respect to the q axis, and has a shape in which the front and back of the electromagnetic steel sheets are reversed, and can be manufactured using the same mold. Therefore, it is believed that Structure Y can reduce production costs compared to Structure X.

尚、実施例1のブリッジ配置は、実施例2のブリッジ配置の電磁鋼板と交互積層しなくても逆起電圧が低減可能である。実施例3も同様である。しかし、回転バランスを取るために、実施例1と実施例2のブリッジ配置の電磁鋼板を軸方向に交互積層しなければならない場合(構造Z)、逆起電圧の抑制効果についてのみ考えると、構造Yとの差が小さくなる。但し、構造Zは打ち抜いたコアを一磁極分の角度を回転させて積層できるのに対し、構造Yは裏表を入れ替えて積層しなくてはならないため、生産工数的には、構造Zの場合が有利である。参考例として、実施例1、構造X、構造Yの逆起電圧波形を図15に示す。構造X、構造Yともに実施例1と同様に逆起電圧を抑制できている。 The bridge arrangement of Example 1 can reduce back electromotive force even without alternately stacking the electromagnetic steel sheets in the bridge arrangement of Example 2. The same is true for Example 3. However, if the bridge arrangement electromagnetic steel sheets of Examples 1 and 2 must be alternately stacked in the axial direction to achieve rotational balance (Structure Z), the difference with Structure Y becomes smaller when considering only the back electromotive force suppression effect. However, Structure Z can stack the punched core by rotating it through an angle equivalent to one magnetic pole, whereas Structure Y must be stacked upside down, so Structure Z is advantageous in terms of production man-hours. As a reference example, Figure 15 shows the back electromotive force waveforms of Example 1, Structure X, and Structure Y. Both Structure X and Structure Y are able to suppress back electromotive force in the same way as Example 1.

なお、本発明は上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項の範囲内において種々の変更や改良が可能であることは勿論である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment and its variations, and various modifications and improvements are possible within the scope of the claims of this application.

10 回転電機、20 ステータ、21 スロット、22 ティース、23 バックヨーク、30 ロータ、31 磁石、32、32a、32b フラックスバリア、33 磁極、33N N磁極、33S S磁極、34 先端領域、34a 第1先端領域、34b 第2先端領域、35 ブリッジ、35a 外ブリッジ、35b 中ブリッジ
10 Rotating electric machine, 20 Stator, 21 Slot, 22 Teeth, 23 Back yoke, 30 Rotor, 31 Magnet, 32, 32a, 32b Flux barrier, 33 Magnetic pole, 33N N magnetic pole, 33S S magnetic pole, 34 Tip region, 34a First tip region, 34b Second tip region, 35 Bridge, 35a Outer bridge, 35b Middle bridge

Claims (6)

ステータと、
フラックスバリアに磁石が埋め込まれて構成される磁極を有するロータと、
を備え、
前記ブラックスバリアは、d軸を中心として前記ロータの周方向に沿って延設され、その両側にロータの外周面に向かう先端領域を有し、
前記磁石は、前記ロータの周方向に沿った部分に埋め込まれ、前記先端領域は前記磁石が埋め込まれていない空間で構成され、
前記ロータの周方向に隣り合う磁極対の各磁極は、前記先端領域においてブリッジを有し、
前記ブリッジは、前記先端領域の前記ロータの外周面に形成された外ブリッジと、外ブリッジよりも内径側の前記先端領域の中間部に配置される中ブリッジの二種類の何れかであり、
前記磁極対における前記外ブリッジと前記中ブリッジの数は同じであり、
前記外ブリッジと前記中ブリッジの配置が、d軸及びq軸の何か一方の軸に対して対称であり、他方の軸に対して非対称であることを特徴とする回転電機。
a stator;
a rotor having magnetic poles formed by embedding magnets in a flux barrier;
Equipped with
the blacks barrier extends along the circumferential direction of the rotor with the d-axis as its center, and has tip regions on both sides thereof that extend toward the outer circumferential surface of the rotor;
the magnets are embedded in a portion along the circumferential direction of the rotor, and the tip region is formed as a space in which the magnets are not embedded,
Each magnetic pole of a magnetic pole pair adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor has a bridge in the tip region,
the bridge is one of two types: an outer bridge formed on the outer peripheral surface of the rotor in the tip region , and an intermediate bridge disposed in an intermediate portion of the tip region on the inner diameter side of the outer bridge,
The number of the outer bridges and the number of the middle bridges in the magnetic pole pair are the same,
A rotating electric machine characterized in that the outer bridges and the middle bridges are arranged symmetrically with respect to one of the d-axis and q-axis and asymmetrically with respect to the other axis.
請求項1に記載の回転電機であって、
前記磁極対の一方の磁極において、前記外ブリッジと前記中ブリッジの配置が、d軸に対して非対称であり、
前記磁極対の他方の磁極において、前記外ブリッジと前記中ブリッジの配置が、前記磁極対の前記一方の磁極における配置とq軸に対して対称であることを特徴とする回転電機。
2. The rotating electric machine according to claim 1,
In one of the magnetic poles of the magnetic pole pair, the arrangement of the outer bridge and the middle bridge is asymmetric with respect to the d axis,
a rotating electric machine, characterized in that the arrangement of the outer bridge and the middle bridge at the other magnetic pole of the magnetic pole pair is symmetrical with respect to the q axis to the arrangement at the one magnetic pole of the magnetic pole pair.
請求項1に記載の回転電機であって、
記磁極対の一方の磁極において、前記外ブリッジのみがd軸に対して対称に配置され、
記磁極対の他方の磁極において、前記中ブリッジのみがd軸に対して対称に配置されることを特徴とする回転電機。
2. The rotating electric machine according to claim 1,
In one of the magnetic poles of the magnetic pole pair , only the outer bridge is arranged symmetrically with respect to the d axis,
A rotating electric machine, characterized in that, at the other magnetic pole of the magnetic pole pair, only the center bridge is arranged symmetrically with respect to the d axis.
請求項1~3の何れか一項に記載の回転電機であって、
前記ロータは、径方向に複数の前記フラックスバリアを有し、
前記外ブリッジと前記中ブリッジの配置は、前記フラックスバリアの内、最外径側に配置される前記フラックスバリアに適用されることを特徴とする回転電機。
A rotating electric machine according to any one of claims 1 to 3,
the rotor has a plurality of the flux barriers in a radial direction,
A rotating electric machine characterized in that the arrangement of the outer bridge and the middle bridge is applied to the flux barrier arranged on the inner, outermost radial side of the flux barrier.
請求項1~の何れか一項に記載の回転電機であって、
前記ステータは周方向に等間隔に並ぶ複数のティースを有し、
隣合う前記ティースの開角をα、前記磁極における前記d軸を挟む2つの前記ブリッジの周方向における中心と回転軸中心を結ぶ直線のなす角をβとするとき、
α×N≦β≦α×(N+1)、但し、Nは1以上の整数、
を満足することを特徴とする回転電機。
A rotating electric machine according to any one of claims 1 to 3 ,
The stator has a plurality of teeth arranged at equal intervals in the circumferential direction,
When the open angle between the adjacent teeth is α and the angle formed by a line connecting the center of the rotation axis and the center of the circumferential direction of the two bridges sandwiching the d axis at the magnetic pole is β,
α×N≦β≦α×(N+1), where N is an integer of 1 or more.
A rotating electric machine characterized by satisfying the following:
請求項1~の何れか一項に記載の回転電機であって、
前記ロータは、互いに前記外ブリッジと前記中ブリッジの配置を入れ替えた部分ロータを、回転軸方向に積層して形成されることを特徴とする回転電機。
A rotating electric machine according to any one of claims 1 to 3 ,
The rotor is a rotating electric machine characterized in that it is formed by stacking partial rotors in the direction of the rotation axis, with the positions of the outer bridges and the middle bridges interchanged with each other.
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