JP7848156B2 - Rotating electric machine - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機に関する。 This invention relates to a rotating electric machine.
駆動モータの回転力によって駆動輪を駆動する電動車両において、モータの磁極とティースとの対向面積の変化により生ずる磁束変化に起因するトルク脈動は、電動車両の騒音や振動(NV)の原因となる。 In electric vehicles, where the drive wheels are driven by the rotational force of a drive motor, torque pulsation caused by changes in magnetic flux resulting from changes in the opposing area between the motor's magnetic poles and teeth is a cause of noise and vibration (NV) in electric vehicles.
トルク脈動を抑制するための技術として、例えば特許文献1には、回転子鉄心252が、回転方向の一方側に形成したコア301と、回転方向の他方側に形成したコア302とを備え、コア301とコア302の断面形状は、磁気的空隙258a,258bの位置が異なることが開示されている。また、特許文献2には、軸方向に積層された第1ロータコア11Aと第2ロータコア11Bとを備え、各ロータコア11A,11Bの溝部の配置を変更することが開示されている。 As a technique for suppressing torque pulsation, for example, Patent Document 1 discloses that a rotor core 252 comprises a core 301 formed on one side in the rotational direction and a core 302 formed on the other side in the rotational direction, and that the cross-sectional shapes of cores 301 and 302 have different positions for the magnetic gaps 258a and 258b. Furthermore, Patent Document 2 discloses a rotor core comprising a first rotor core 11A and a second rotor core 11B stacked in the axial direction, and that the arrangement of grooves in each rotor core 11A and 11B is changed.
しかし、ロータコア制作時に、周方向における溝の位置が異なる複数のロータコアを製造すると、製造コストが増大する。 However, when manufacturing rotor cores, producing multiple rotor cores with different groove positions in the circumferential direction increases manufacturing costs.
本発明の目的は、トルク脈動低減を図るための製造コストを削減できる回転電機を提供することである。 The objective of this invention is to provide a rotating electric machine that can reduce manufacturing costs in order to reduce torque pulsation.
一つの態様において、回転電機は、ステータコアと、3相コイルと、鉄心を備える磁石埋め込み型ロータと、前記ロータに埋め込まれた永久磁石からなる。前記ロータの主磁束方向をd軸方向とし、前記d軸と磁気的に直交する磁束方向をq軸方向と定義し、前記ロータの外周に、中心にd軸が通るd軸溝と、中心にq軸が通るq軸溝とを備え、前記d軸溝の周方向における溝幅よりも、前記q軸溝の周方向における溝幅の方が広く、d軸溝及びq軸溝の底部は、ロータの径方向において、永久磁石または永久磁石が収容される磁石挿入孔に形成されるフラックスバリアの径方向における外側端部よりも径方向外側に形成され、前記d軸溝及び前記q軸溝は、周方向において一対の前記フラックスバリアの間に交互に配置され、一対の前記磁石挿入孔は、前記d軸に対して対称であり、かつ径方向外側に向かって開くV字型に形成され、一対の前記永久磁石は、それぞれ一対の前記磁石挿入孔に沿って前記V字型に収容されている。 In one embodiment, the rotating electric machine comprises a stator core, a three-phase coil, a magnet-embedded rotor having an iron core, and permanent magnets embedded in the rotor. The main magnetic flux direction of the rotor is defined as the d-axis direction, and the magnetic flux direction magnetically perpendicular to the d-axis is defined as the q-axis direction. The outer circumference of the rotor is provided with a d-axis groove through which the d-axis passes through the center, and a q-axis groove through which the q-axis passes through the center. The circumferential groove width of the q-axis groove is wider than the circumferential groove width of the d-axis groove. The bottoms of the d-axis groove and the q-axis groove are formed radially outward from the radial outer end of the flux barrier formed in the permanent magnet or the magnet insertion hole in which the permanent magnet is housed. The d-axis groove and the q-axis groove are alternately arranged between a pair of flux barriers in the circumferential direction. The pair of magnet insertion holes are symmetrical with respect to the d-axis and are formed in a V-shape that opens radially outward. The pair of permanent magnets are each housed in the V-shape along the pair of magnet insertion holes.
一つの態様によれば、トルク脈動低減を図るための製造コストを削減できる。 According to one embodiment, manufacturing costs for reducing torque pulsation can be reduced.
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。 The embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Note that the dimensional relationships and ratios of the elements in the drawings may differ from reality. There may also be differences in dimensional relationships and ratios between different parts of the drawings.
(実施の形態)
本発明の実施の形態における回転電機は、例えば図示しない電動車両に搭載される駆動モータ10である。図1は、モータの一例を示す断面図である。図2は、モータの一例を示す拡大断面図である。図2は、図1の枠F1に示す部分を拡大した図である。なお、例えば発電モータ等、駆動モータ以外の回転電機が、駆動モータ10の構成と同様の構成を備えていてもよい。また、回転電機は、電動車両以外、例えばハイブリッド車両や船舶など、その他の機器に搭載されていてもよい。
(Embodiment)
The rotating electric machine in the embodiment of the present invention is, for example, a drive motor 10 mounted on an electric vehicle (not shown). Figure 1 is a cross-sectional view showing an example of a motor. Figure 2 is an enlarged cross-sectional view showing an example of a motor. Figure 2 is an enlarged view of the portion shown in frame F1 of Figure 1. Note that a rotating electric machine other than a drive motor, such as a power generator motor, may have a configuration similar to that of the drive motor 10. Furthermore, the rotating electric machine may be mounted on equipment other than electric vehicles, such as hybrid vehicles or ships.
図1に示すように、駆動モータ10は、ロータ90と、ステータ80とを備える三相モータである。駆動モータ10は、ステータ80の径方向における内側にロータ90が配置される、いわゆるインナーロータ型モータである。 As shown in Figure 1, the drive motor 10 is a three-phase motor comprising a rotor 90 and a stator 80. The drive motor 10 is a so-called inner-rotor type motor, in which the rotor 90 is positioned radially inside the stator 80.
ステータ80は、ステータコア200と、コイル300とを備える。コイル300は、図2に示すように、U相のコイル310と、V相のコイル320と、W相のコイル330とを含む。なお、コイル300は、本開示における回転電機の3相コイルの一例である。 The stator 80 comprises a stator core 200 and coils 300. As shown in Figure 2, the coils 300 include a U-phase coil 310, a V-phase coil 320, and a W-phase coil 330. Note that coils 300 are an example of a three-phase coil for a rotating electric machine in this disclosure.
ステータコア200は、例えば同一形状の電磁鋼板を軸方向において複数枚積層することにより形成される。この場合において、ステータコア200の断面形状は、軸方向において変化しない。 The stator core 200 is formed, for example, by stacking multiple sheets of electromagnetic steel of the same shape in the axial direction. In this case, the cross-sectional shape of the stator core 200 does not change in the axial direction.
ステータコア200は、環状部から径方向における内側に突出するティース210を備える。図1に示すように、実施の形態におけるステータコア200は、48個のティース210を有する。 The stator core 200 is provided with teeth 210 that project radially inward from the annular portion. As shown in Figure 1, the stator core 200 in this embodiment has 48 teeth 210.
また、周方向において隣接する2つのティース210の間には、スロット220が形成される。この場合において、ステータコア200には、図1に示すように、48個のスロット220が形成される。各スロット220は、径方向に延びる放射状をなし、その径方向における内側の端部はステータコア200の内周面に開口し、ロータ90の外周面と径方向において対向している。 Furthermore, slots 220 are formed between two adjacent teeth 210 in the circumferential direction. In this case, as shown in Figure 1, 48 slots 220 are formed in the stator core 200. Each slot 220 is radially oriented, and its inner end in the radial direction opens to the inner circumferential surface of the stator core 200, facing the outer circumferential surface of the rotor 90 in the radial direction.
各スロット220には、図1及び図2に示すように、コイル300を構成するセグメントコイルがそれぞれ収容される。実施の形態において、コイル300は、後に説明するように、同一スロット内若しくは周方向において互いに離間するスロットに収容された、複数のセグメントコイルを連結することにより形成される、いわゆる分布巻きのコイルである。この場合において、コイル300は、毎極毎相のスロット数が2以上である。 As shown in Figures 1 and 2, each slot 220 houses a segment coil that constitutes the coil 300. In this embodiment, the coil 300 is a so-called distributed-winding coil formed by connecting multiple segment coils housed in the same slot or in slots spaced apart in the circumferential direction, as will be explained later. In this case, the coil 300 has two or more slots per pole per phase.
ロータ90は、ロータコア100と、永久磁石500とを備える、8極の永久磁石ロータである。ロータコア100は、例えばプレス成型された電磁鋼板を、軸方向に積層することにより形成される。実施の形態において、ステータコア200と同様に、ロータコア100の断面形状も、軸方向において変化しない。 The rotor 90 is an 8-pole permanent magnet rotor comprising a rotor core 100 and permanent magnets 500. The rotor core 100 is formed, for example, by laminating press-formed electromagnetic steel sheets in the axial direction. In this embodiment, similar to the stator core 200, the cross-sectional shape of the rotor core 100 also does not change in the axial direction.
ロータコア100は、図3に示すように、ロータコア100の外周を形成する側周面110と、貫通孔190とを備える。図3は、ロータの一例を示す断面図である。貫通孔190には、図示しない回転軸が挿通される。ロータ90は、回転軸と一体的に回転する。なお、側周面110は、本開示におけるロータの外周の一例である。 As shown in Figure 3, the rotor core 100 comprises a side circumferential surface 110 forming the outer circumference of the rotor core 100 and a through hole 190. Figure 3 is a cross-sectional view showing an example of a rotor. A rotating shaft (not shown) is inserted through the through hole 190. The rotor 90 rotates integrally with the rotating shaft. Note that the side circumferential surface 110 is an example of the outer circumference of the rotor in this disclosure.
また、側周面110には、図3に示すように、後に説明するd軸溝111と、q軸溝112とが形成される。なお、実施の形態において、ロータコア100には、図3に示すように、径方向における貫通孔190と磁石挿入孔120との間に、慣性モーメントを抑制するための孔部180が形成される。また、図1では、d軸溝111及びq軸溝112の図示を省略している。 Furthermore, as shown in Figure 3, a d-axis groove 111 and a q-axis groove 112, which will be described later, are formed on the side surface 110. In this embodiment, as shown in Figure 3, a hole 180 for suppressing the moment of inertia is formed in the rotor core 100 between the radial through hole 190 and the magnet insertion hole 120. Also, the d-axis groove 111 and q-axis groove 112 are not shown in Figure 1.
径方向において、ロータコア100の側周面110と孔部180との間には、図3に示すように、一対の磁石挿入孔120が8組形成される。なお、8組の一対の磁石挿入孔120をそれぞれ区別して表現する場合に、磁石挿入孔121乃至128と表記する場合がある。 In the radial direction, eight pairs of magnet insertion holes 120 are formed between the side surface 110 of the rotor core 100 and the hole 180, as shown in Figure 3. Note that when distinguishing between the eight pairs of magnet insertion holes 120, they may be referred to as magnet insertion holes 121 to 128.
一対の磁石挿入孔120は、図3に示すように、d軸Adに対して対称であり、かつ径方向外側に向かって開く略V字型に形成される。なお、実施の形態において、d軸Adとは、ロータ90の磁極の方向に設定された軸を示す。この場合において、ロータ90の主磁束方向をd軸方向とする。また、8組のd軸Adをそれぞれ区別して表現する場合に、d軸Ad1乃至d軸Ad8と表記する場合がある。 The pair of magnet insertion holes 120 are symmetrical with respect to the d-axis Ad and are formed in a roughly V-shape, opening radially outward, as shown in Figure 3. In this embodiment, the d-axis Ad refers to the axis set in the direction of the magnetic poles of the rotor 90. In this case, the main magnetic flux direction of the rotor 90 is defined as the d-axis direction. Furthermore, when distinguishing between the eight sets of d-axis Ads, they may be referred to as d-axis Ad1 to d-axis Ad8.
図2に示すように、一対の永久磁石500は、一対の磁石挿入孔120にそれぞれ収容される。すなわち、ロータ90は、内側に永久磁石500が埋め込まれた、IPM(Interior Permanent magnet:磁石埋め込み型)ロータである。 As shown in Figure 2, the pair of permanent magnets 500 are housed in the pair of magnet insertion holes 120. In other words, the rotor 90 is an IPM (Interior Permanent Magnet) rotor, with the permanent magnets 500 embedded inside.
また、一対の永久磁石500が収容された一対の磁石挿入孔120には、図2に示すように、フラックスバリア120a及び120bが形成される。 Furthermore, as shown in Figure 2, flux barriers 120a and 120b are formed in the pair of magnet insertion holes 120 that house the pair of permanent magnets 500.
一対の永久磁石500は、図2に示すように、d軸Ad1が通過する磁極部131がN極を有するように、一対の磁石挿入孔121に収容される。この場合において、磁石挿入孔121に配置された一対の永久磁石500から流れる磁束は、径方向において、磁極部131を介して、ステータ80に流れる。なお、磁極部131は、本開示におけるロータの鉄心の一例である。 As shown in Figure 2, the pair of permanent magnets 500 are housed in the pair of magnet insertion holes 121 such that the magnetic pole portion 131 through which the d-axis Ad1 passes has a north pole. In this case, the magnetic flux flowing from the pair of permanent magnets 500 arranged in the magnet insertion holes 121 flows radially to the stator 80 via the magnetic pole portion 131. Note that the magnetic pole portion 131 is an example of the rotor core in this disclosure.
一方、一対の磁石挿入孔121と周方向において隣接する一方の一対の磁石挿入孔122には、図1に示すように、d軸Ad2が通過する磁極部131がS極を有するように、一対の永久磁石500が収容される。一対の磁石挿入孔121と周方向において隣接するもう一方の一対の磁石挿入孔128にも、一対の永久磁石500が、d軸Ad8が通過する磁極部131がS極を有するように収容される。 On the other hand, as shown in Figure 1, a pair of permanent magnets 500 are housed in one of the pair of magnet insertion holes 122 adjacent to the pair of magnet insertion holes 121 in the circumferential direction, such that the magnetic pole portion 131 through which the d-axis Ad2 passes has a south pole. Similarly, a pair of permanent magnets 500 are housed in the other pair of magnet insertion holes 128 adjacent to the pair of magnet insertion holes 121 in the circumferential direction, such that the magnetic pole portion 131 through which the d-axis Ad8 passes has a south pole.
この場合において、一対の磁石挿入孔121を通過するd軸の極性が正極(N極)となるのに対し、一対の磁石挿入孔122及び128を通過するd軸の極性は負極(S極)となる。すなわち、一対の磁石挿入孔122及び128に収容された一対の永久磁石500には、磁極部131を介して、ステータ80から磁束が流れる。 In this case, the polarity of the d-axis passing through the pair of magnet insertion holes 121 is positive (N pole), while the polarity of the d-axis passing through the pair of magnet insertion holes 122 and 128 is negative (S pole). That is, magnetic flux flows from the stator 80 to the pair of permanent magnets 500 housed in the pair of magnet insertion holes 122 and 128 via the magnetic pole portion 131.
一方、周方向において隣接する2つの磁極部131に挟まれる中間部132においては、永久磁石500のN極とS極とが、周方向において対向する。また、中間部132には、永久磁石500の磁極面に沿って、q軸磁束が流れる。q軸Aqが延在する方向は、d軸Adと磁気的に直交する磁束方向である。この場合において、周方向において隣接するd軸Adとq軸Aqとがなす角は、図3に示すように、機械角において22.5°であるのに対し、電気角において90°である。 On the other hand, in the intermediate portion 132, which is sandwiched between two adjacent magnetic pole portions 131 in the circumferential direction, the north and south poles of the permanent magnet 500 face each other in the circumferential direction. Furthermore, a q-axis magnetic flux flows through the intermediate portion 132 along the magnetic pole surfaces of the permanent magnet 500. The direction in which the q-axis Aq extends is the magnetic flux direction magnetically perpendicular to the d-axis Ad. In this case, the angle between the adjacent d-axis Ad and q-axis Aq in the circumferential direction is 22.5° in mechanical angle and 90° in electrical angle, as shown in Figure 3.
また、図1に示すように、コイル310は、電気角において、互いに180°離間した(機械角において45°離間した)セグメントコイルを連結するように形成される。同様に、コイル320及び330も、巻線ピッチが電気角において180°となるように巻き回される。 Furthermore, as shown in Figure 1, coil 310 is formed to connect segment coils that are spaced 180° apart in electrical angles (45° apart in mechanical angles). Similarly, coils 320 and 330 are wound so that their winding pitch is 180° in electrical angles.
また、ロータコア100には、図4及び図5に示すように、d軸溝111及びq軸溝112が、側周面110に形成される。図4は、ロータの側周面の一例を示す拡大斜視図である。図5は、ロータの一例を示す拡大断面図である。図5は、図3の枠F2に示す部分を拡大した図である。なお、図4においては、ロータコア100の側周面110における積層構造の図示を省略している。 Furthermore, as shown in Figures 4 and 5, the rotor core 100 has d-axis grooves 111 and q-axis grooves 112 formed on its side surface 110. Figure 4 is an enlarged perspective view showing an example of the rotor's side surface. Figure 5 is an enlarged cross-sectional view showing an example of the rotor. Figure 5 is an enlarged view of the portion shown in frame F2 of Figure 3. Note that in Figure 4, the laminated structure on the side surface 110 of the rotor core 100 is omitted from the illustration.
図5に示すように、d軸溝111は、d軸Adが通過する位置に形成され、q軸溝112は、q軸Aqが通過する位置に形成される。すなわち、d軸溝111の中心にはd軸Adが通り、q軸溝112の中心にはq軸Aqが通る。 As shown in Figure 5, the d-axis groove 111 is formed at the position through which the d-axis Ad passes, and the q-axis groove 112 is formed at the position through which the q-axis Aq passes. That is, the d-axis Ad passes through the center of the d-axis groove 111, and the q-axis Aq passes through the center of the q-axis groove 112.
図2に示すように、ロータコア100の側周面110と、ステータ80のティース210とは、径方向において対向する。ロータ90が回転する際、側周面110とティース210とが対向する面積が変化することにより、d軸Ad又はq軸Aqを通過する磁束が変化するので、トルクの脈動が発生する。 As shown in Figure 2, the side surface 110 of the rotor core 100 and the teeth 210 of the stator 80 face each other in the radial direction. When the rotor 90 rotates, the area where the side surface 110 and the teeth 210 face each other changes, causing a change in the magnetic flux passing through the d-axis Ad or q-axis Aq, resulting in torque pulsation.
脈動は、無負荷状態、すなわち駆動モータ10において力行トルクも回生トルクも発生していない状態においては、d軸Adの磁束が、ロータ90の回転に伴い変化することにより発生する。かかる磁束の変化は、ロータコア100の側周面110に、図2に示すd軸溝111が形成されることにより補償される。 Pulsation occurs in the no-load state, i.e., when neither motor torque nor regenerative torque is generated in the drive motor 10, due to a change in the magnetic flux of the d-axis Ad as the rotor 90 rotates. This change in magnetic flux is compensated by the formation of the d-axis groove 111, shown in Figure 2, on the side surface 110 of the rotor core 100.
一方、負荷状態、すなわち駆動モータ10において力行トルク又は回生トルクが発生している状態においては、d軸Adの磁束に加えて、q軸Aqを通過する磁束も変化する。かかる磁束の変化は、ロータコア100の側周面110に、図2に示すq軸溝112が形成されることにより補償される。 On the other hand, under load conditions, i.e., when the drive motor 10 is generating power torque or regenerative torque, the magnetic flux passing through the q-axis Aq changes in addition to the magnetic flux along the d-axis Ad. This change in magnetic flux is compensated by the formation of the q-axis groove 112, shown in Figure 2, on the side surface 110 of the rotor core 100.
また、磁石埋め込み型ロータでは、d軸方向よりもq軸方向に磁束が通りやすいため、大きなトルクを発生させた場合には、q軸Aq方向における磁束の変化により生じる脈動は、d軸Ad方向における磁束の変化により生じる脈動よりも大きくなる場合がある。そこで、実施の形態においては、図6及び図7に示すように、q軸溝112の周方向における溝幅W2を、d軸溝111の周方向における溝幅W1よりも大きくすることで、q軸方向における脈動をより抑制することができる。 Furthermore, in a magnet-embedded rotor, magnetic flux passes more easily in the q-axis direction than in the d-axis direction. Therefore, when a large torque is generated, the pulsation caused by the change in magnetic flux in the q-axis Aq direction may be greater than the pulsation caused by the change in magnetic flux in the d-axis Ad direction. Therefore, in this embodiment, as shown in Figures 6 and 7, by making the groove width W2 in the circumferential direction of the q-axis groove 112 larger than the groove width W1 in the circumferential direction of the d-axis groove 111, the pulsation in the q-axis direction can be further suppressed.
図6は、d軸溝の一例を示す拡大断面図である。図7は、q軸溝の一例を示す拡大断面図である。図6は、図5の枠F11に示す部分を拡大した図であり、図7は、図5の枠F12に示す部分を拡大した図である。なお、図6及び図7では、側周面110の断面が略直線状に図示されているが、側周面110の断面は略円形状であり、実際はわずかに湾曲している。 Figure 6 is an enlarged cross-sectional view showing an example of a d-axis groove. Figure 7 is an enlarged cross-sectional view showing an example of a q-axis groove. Figure 6 is an enlarged view of the portion shown in frame F11 of Figure 5, and Figure 7 is an enlarged view of the portion shown in frame F12 of Figure 5. Note that in Figures 6 and 7, the cross-section of the side surface 110 is shown as approximately straight, but the cross-section of the side surface 110 is approximately circular and actually slightly curved.
図6及び図7に示すように、d軸溝111の周方向における溝幅W1よりも、q軸溝112の周方向における溝幅W2の方が大きい。なお、溝幅W1は、ロータコア100の側周面110とd軸溝111の側面との交点となる仮想点を結んだ距離であり、溝幅W2は、ロータコア100の側周面110とq軸溝112の側面との交点となる仮想点を結んだ距離である。 As shown in Figures 6 and 7, the groove width W2 of the q-axis groove 112 in the circumferential direction is greater than the groove width W1 of the d-axis groove 111. Note that groove width W1 is the distance between the imaginary points where the side surface 110 of the rotor core 100 intersects with the side surface of the d-axis groove 111, and groove width W2 is the distance between the imaginary points where the side surface 110 of the rotor core 100 intersects with the side surface of the q-axis groove 112.
かかる構成によれば、図8及び図9に示すように、駆動モータ10において力行トルクも回生トルクも発生していない無負荷状態、及び駆動モータ10において力行トルク又は回生トルクが発生している負荷状態のいずれにおいても、磁束の変化に伴うトルク脈動を抑制することができる。図8は、無負荷状態におけるトルク脈動の対比を示すグラフである。図9は、負荷状態におけるトルク脈動の対比を示すグラフである。図8及び図9に示すように、負荷状態におけるトルク脈動は、無負荷状態におけるトルク脈動よりも大きくなるが、実施の形態によれば、負荷状態において、トルク脈動を抑制する効果がより大きくなる。 With this configuration, as shown in Figures 8 and 9, torque pulsation associated with changes in magnetic flux can be suppressed in both the no-load state, where neither power torque nor regenerative torque is generated in the drive motor 10, and the load state, where power torque or regenerative torque is generated in the drive motor 10. Figure 8 is a graph showing a comparison of torque pulsation in the no-load state. Figure 9 is a graph showing a comparison of torque pulsation in the load state. As shown in Figures 8 and 9, torque pulsation in the load state is larger than torque pulsation in the no-load state, but according to this embodiment, the effect of suppressing torque pulsation in the load state is greater.
また、q軸溝112の径方向における深さD2が大きいほど、トルク脈動を抑制する効果が大きい。一方、図7に示すように、q軸溝112の一部は、矢印T2に示す方向において、磁石挿入孔120と対向している。この場合において、q軸溝112の深さD2を大きくすると、q軸溝112と磁石挿入孔120とに挟まれるブリッジ部133の厚さT2が小さくなることで、ロータコア100の強度が低下するおそれがある。 Furthermore, the greater the radial depth D2 of the q-axis groove 112, the greater the effect of suppressing torque pulsation. On the other hand, as shown in Figure 7, a portion of the q-axis groove 112 faces the magnet insertion hole 120 in the direction indicated by arrow T2. In this case, increasing the depth D2 of the q-axis groove 112 may reduce the thickness T2 of the bridge portion 133 sandwiched between the q-axis groove 112 and the magnet insertion hole 120, potentially reducing the strength of the rotor core 100.
そこで、実施の形態においては、図6及び図7に示すように、q軸溝112の径方向における深さD2よりも、d軸溝111の径方向における深さD1が深くなっている。これにより、q軸Aq方向におけるトルク脈動を抑制しながら、ロータコア100の強度も担保させることができる。 Therefore, in this embodiment, as shown in Figures 6 and 7, the radial depth D1 of the d-axis groove 111 is deeper than the radial depth D2 of the q-axis groove 112. This allows for suppression of torque pulsation in the q-axis Aq direction while also ensuring the strength of the rotor core 100.
また、d軸溝111の溝幅W1及びq軸溝112の溝幅W2が大き過ぎると、径方向におけるステータ80とロータ90との間隙による磁気抵抗が大きくなるので、トルクが低下する場合がある。 Furthermore, if the groove width W1 of the d-axis groove 111 and the groove width W2 of the q-axis groove 112 are too large, the magnetic resistance due to the gap between the stator 80 and rotor 90 in the radial direction will increase, which may lead to a decrease in torque.
そこで、d軸溝111の周方向における溝幅W1は、図2に示すティースピッチ幅P1の1/2未満になるように設けられる。なお、以下において、ティースピッチ幅P1は、図2に示すように、ステータコア200における、周方向において隣接する2つのティース210の距離を示す。また、d軸溝111及びq軸溝112の周方向における幅の合計(W1+W2)は、図2に示すティースピッチ幅P1未満になるように設けられる。かかる構成によれば、トルク脈動を抑制するとともに、トルクが低下することを抑制できる。 Therefore, the groove width W1 in the circumferential direction of the d-axis groove 111 is set to be less than half of the tooth pitch width P1 shown in Figure 2. In the following, the tooth pitch width P1 represents the distance between two adjacent teeth 210 in the circumferential direction on the stator core 200, as shown in Figure 2. Furthermore, the sum of the circumferential widths of the d-axis groove 111 and the q-axis groove 112 (W1 + W2) is set to be less than the tooth pitch width P1 shown in Figure 2. This configuration suppresses torque pulsation and prevents a decrease in torque.
以上説明したように、本実施の形態における回転電機10は、ステータコア200と、3相コイル300と、鉄心131を備える磁石埋め込み型ロータ90と、ロータ90に埋め込まれた永久磁石500から成る。ロータ90の主磁束方向をd軸方向とし、d軸Adと磁気的に直交する磁束方向をq軸方向と定義し、ロータ90の外周110に、中心にd軸Adが通るd軸溝111と、中心にq軸Aqが通るq軸溝112とを備える。d軸溝111の周方向における溝幅W1よりも、q軸溝112の周方向における溝幅W2の方が広い。 As described above, the rotating electric machine 10 in this embodiment consists of a stator core 200, a three-phase coil 300, a magnet-embedded rotor 90 equipped with an iron core 131, and permanent magnets 500 embedded in the rotor 90. The main magnetic flux direction of the rotor 90 is defined as the d-axis direction, and the magnetic flux direction magnetically perpendicular to the d-axis Ad is defined as the q-axis direction. The outer circumference 110 of the rotor 90 is provided with a d-axis groove 111 through which the d-axis Ad passes at its center, and a q-axis groove 112 through which the q-axis Aq passes at its center. The circumferential groove width W2 of the q-axis groove 112 is wider than the circumferential groove width W1 of the d-axis groove 111.
実施の形態において、ロータコア100の側周面110の形状は、図4に示すように、軸方向において変化しない。すなわち、d軸溝111は、ロータ90の軸方向における一方側の端面から、他方側の端面まで延在する。q軸溝112も同様に、ロータ90の軸方向における一方側の端面から、他方側の端面まで延在する。 In this embodiment, the shape of the side circumferential surface 110 of the rotor core 100 does not change in the axial direction, as shown in Figure 4. That is, the d-axis groove 111 extends from one end face to the other end face in the axial direction of the rotor 90. Similarly, the q-axis groove 112 extends from one end face to the other end face in the axial direction of the rotor 90.
トルク脈動低減を図るために、軸方向において溝の位置や形状が変化するロータを形成する場合、異なる形状のプレス金型が必要となり、また異なる形状の電磁鋼板を位置合わせする必要が生じるため、製造コストが増大する。実施の形態によれば、軸方向において溝の位置が同一であるため、同一形状の電磁鋼板によりロータコア100を形成できるので、製造コストを削減できる。 To reduce torque pulsation, when forming a rotor with grooves whose position and shape change in the axial direction, different shaped press molds are required, and different shaped electrical steel sheets need to be aligned, increasing manufacturing costs. According to this embodiment, since the groove positions are the same in the axial direction, the rotor core 100 can be formed from electrical steel sheets of the same shape, thus reducing manufacturing costs.
[変形例]
以上、本実施の形態における構成について説明したが、実施の形態はこれに限られない。例えば、ロータコア100の側周面110に、d軸溝111及びq軸溝112以外のその他の凹部や凸部が形成されていてもよい。その場合においても、図4に示すd軸溝111及びq軸溝112と同様に、凹部や凸部の形状が、軸方向において変化しないことが好ましい。
[Variations]
Although the configuration of this embodiment has been described above, the embodiment is not limited thereto. For example, other recesses or protrusions other than the d-axis groove 111 and q-axis groove 112 may be formed on the side circumferential surface 110 of the rotor core 100. In that case as well, it is preferable that the shape of the recesses or protrusions does not change in the axial direction, similar to the d-axis groove 111 and q-axis groove 112 shown in Figure 4.
また、d軸溝111及びq軸溝112の断面形状は、例えば図6に示すような略劣弧形状であるが、これに限られず、例えば多角形状等であってもよい。また、d軸溝111及びq軸溝112は、軸方向における一部にのみ形成されていてもよい。 Furthermore, the cross-sectional shape of the d-axis groove 111 and the q-axis groove 112 is, for example, a roughly curved shape as shown in Figure 6, but is not limited to this; for example, it may be a polygonal shape, etc. Also, the d-axis groove 111 and the q-axis groove 112 may be formed only in a portion of the axial direction.
また、コイル300は、例えばU字型に形成された導体をスロット220に装着し、軸方向における端部を溶接することにより形成されるが、これに限られず、予め巻き回されたコイルをスロット220に挿入するような構成であってもよい。 Furthermore, while the coil 300 is formed, for example, by mounting a U-shaped conductor into the slot 220 and welding its axial end, it is not limited to this configuration; a pre-wound coil may also be inserted into the slot 220.
以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能である。また、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。また、この実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 The embodiments of the present invention have been described above. However, these embodiments are presented as examples only and are not intended to limit the scope of the invention. This novel embodiment can be implemented in various other forms. Furthermore, various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the spirit of the invention. This embodiment is included within the scope and spirit of the invention, as well as within the scope of the invention and its equivalents as described in the claims.
1 電動車両
10 駆動モータ
80 ステータ
90 ロータ
100 ロータコア
110 側周面
111 d軸溝
112 q軸溝
120 磁石挿入孔
120a~b フラックスバリア
131 磁極部
132 中間部
133 ブリッジ部
180 孔部
190 貫通孔
200 ステータコア
210 ティース
220 スロット
300 コイル
500 永久磁石
Ad d軸
Aq q軸
D1,D2 深さ
P1 ティースピッチ幅
T2 厚さ
W1,W2 溝幅
1 Electric vehicle 10 Drive motor 80 Stator 90 Rotor 100 Rotor core 110 Side surface 111 d-axis groove 112 q-axis groove 120 Magnet insertion holes 120a-b Flux barrier 131 Magnetic pole section 132 Intermediate section 133 Bridge section 180 Hole section 190 Through hole 200 Stator core 210 Teeth 220 Slot 300 Coil 500 Permanent magnet Ad d-axis Aq q-axis D1, D2 Depth P1 Teeth pitch width T2 Thickness W1, W2 Groove width
Claims (4)
前記ロータの主磁束方向をd軸方向とし、前記d軸と磁気的に直交する磁束方向をq軸方向と定義し、
前記ロータの外周に、中心にd軸が通るd軸溝と、中心にq軸が通るq軸溝とを備え、
前記d軸溝の周方向における溝幅よりも、前記q軸溝の周方向における溝幅の方が広く、
前記d軸溝及び前記q軸溝の底部は、前記ロータの径方向において、前記永久磁石及び前記永久磁石が収容される磁石挿入孔に形成されるフラックスバリアの少なくとも一方の前記径方向における外側端部よりも前記径方向外側に形成され、
前記d軸溝及び前記q軸溝は、周方向において前記フラックスバリアの間に交互に配置され、
一対の前記磁石挿入孔は、前記d軸に対して対称であり、かつ径方向外側に向かって開くV字型に形成され、
一対の前記永久磁石は、それぞれ一対の前記磁石挿入孔に沿って前記V字型に収容される、
回転電機。 In a rotating electric machine comprising a stator core, a three-phase coil, a magnet-embedded rotor having an iron core, and permanent magnets embedded in the rotor,
The main magnetic flux direction of the rotor is defined as the d-axis direction, and the magnetic flux direction magnetically perpendicular to the d-axis is defined as the q-axis direction.
The outer circumference of the rotor is provided with a d-axis groove through which the d-axis passes in the center, and a q-axis groove through which the q-axis passes in the center.
The groove width of the q-axis groove in the circumferential direction is wider than the groove width of the d-axis groove in the circumferential direction.
The bottoms of the d-axis groove and the q-axis groove are formed radially outward from the radial end of at least one of the flux barriers formed in the permanent magnet and the magnet insertion hole in which the permanent magnet is housed, in the radial direction of the rotor.
The d-axis groove and the q-axis groove are arranged alternately between the flux barriers in the circumferential direction.
The pair of magnet insertion holes are symmetrical with respect to the d-axis and are formed in a V-shape that opens radially outward.
Each of the pair of permanent magnets is housed in the V-shape along the pair of magnet insertion holes.
Rotating electric machine.
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