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JP2015008604A - Interior permanent magnet synchronous dynamo-electric machine - Google Patents

Interior permanent magnet synchronous dynamo-electric machine Download PDF

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JP2015008604A
JP2015008604A JP2013133035A JP2013133035A JP2015008604A JP 2015008604 A JP2015008604 A JP 2015008604A JP 2013133035 A JP2013133035 A JP 2013133035A JP 2013133035 A JP2013133035 A JP 2013133035A JP 2015008604 A JP2015008604 A JP 2015008604A
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JP
Japan
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rotor
teeth
permanent magnet
stator
pole
Prior art date
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Application number
JP2013133035A
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Japanese (ja)
Inventor
慎哉 川野
Shinya Kawano
慎哉 川野
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Suzuki Motor Corp
Original Assignee
Suzuki Motor Corp
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Publication date
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Priority to DE201410106188 priority patent/DE102014106188A1/en
Priority to IN1358DE2014 priority patent/IN2014DE01358A/en
Priority to CN201410288597.4A priority patent/CN104253519B/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To specify a structure capable of lowering the cogging torque, in an interior permanent magnet synchronous dynamo-electric machine.SOLUTION: In an interior permanent magnet dynamo-electric machine of concentrated winding having 8 poles and 12 slots, when the mechanical angle formed by both ends 332, 333 of a rotor, constituted of one or more permanent magnet 33, in the stator side circumferential direction of each pole is (a) with reference to the axis of rotation 321 of the rotor, the distance between the middle point 334 of both ends in the stator side circumferential direction and the axis of rotation is A, the width of a bridge provided to couple the rotor outside part and the part between rotor poles, converted to a mechanical angle with reference to the axis of rotation, is λ, and the distance between the boundary 225 of the teeth body and teeth flange and the axis of rotation on the slot side end face of the teeth is B, the mechanical angle b formed by the rotor side end face 223 of the teeth body with reference to the axis of rotation is set to satisfy the following formula.

Description

本発明は埋込永久磁石型同期回転電機に関する。   The present invention relates to an embedded permanent magnet type synchronous rotating electric machine.

自動車の電動化にあたり、その基幹部品である車両用モータは重要な開発項目の一つである。モータの種類は多岐に渡るが、その中でも集中巻の埋込永久磁石型同期モータ(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)(以下、「IPMSM」とも呼ぶ)は、コイルエンドが比較的低いことによりモータサイズが比較的小型であり、かつ他の種類のモータに比べて発熱も少ない。そのため、集中巻のIPMSMは、小型車両、特に空冷を基本とする二輪EVに有利な構造である。   In the electrification of automobiles, the vehicle motor, which is a key component, is one of the important development items. There are many types of motors. Among them, the concentrated permanent interior permanent magnet synchronous motor (hereinafter also referred to as “IPMSM”) has a relatively small coil end. It is relatively small and generates less heat than other types of motors. Therefore, the concentrated winding IPMSM is advantageous for a small vehicle, particularly a two-wheeled EV based on air cooling.

その一方で、集中巻のIPMSMは、コギングトルクと呼ばれる無負荷時のトルク脈動が他の種類のモータよりも大きい。この点が、無負荷時に動かすことのある二輪EVの操縦者に違和感を与え、二輪EVの商品性が低下する要因となる。   On the other hand, the concentrated winding IPMSM has a torque pulsation at no load called cogging torque larger than other types of motors. This point gives an uncomfortable feeling to the operator of the two-wheeled EV that can be moved when there is no load, and causes the merchantability of the two-wheeled EV to decrease.

コギングトルクを抑えるための従来技術としては特許文献1が挙げられる。同文献には、回転電機におけるコギングトルクを抑える技術が開示されている。   Patent document 1 is mentioned as a prior art for suppressing a cogging torque. This document discloses a technique for suppressing cogging torque in a rotating electrical machine.

特開平11−299199号公報JP 11-299199 A

従来技術においては、回転電機におけるロータの極数及びステータのスロット数が限定されていない。しかし、回転電機のコギングトルクを効率的に低減するためには、極数及びスロット数を限定した上で、ロータ及びステータの構造を特定する必要がある。   In the prior art, the number of rotor poles and the number of stator slots in the rotating electrical machine are not limited. However, in order to efficiently reduce the cogging torque of the rotating electrical machine, it is necessary to specify the structure of the rotor and the stator after limiting the number of poles and the number of slots.

本発明は、かかる問題点に鑑み、二輪EVに適した集中巻かつ8極12スロットの埋込永久磁石型同期回転電機において、コギングトルクを低下させることのできる構造を特定することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to specify a structure capable of reducing cogging torque in an embedded permanent magnet type synchronous rotating electric machine having concentrated winding and 8 poles and 12 slots suitable for a two-wheeled EV. .

上記の目的を達成するために、本発明に係る集中巻かつ8極12スロットの埋込永久磁石型回転電機は、略円筒形状のステータと該ステータの内部に設けられた略円柱形状かつ極数8のロータとを備え、前記ステータが、略円筒形状のステータコアと、該ステータコアの内周面に周方向等間隔に設けられた12個のティースとを有し、各ティースが、前記ステータコアの内周面から径方向内側に突出して設けられたティース本体と、該ティース本体の先端部から周方向に向けて突出して設けられたティース鍔部とを備え、前記各隣接する2個のティース間にそれぞれスロットが設けられるとともに、各ティースに集中巻の形態でコイルが巻回されている。そして、前記ロータの回転軸心を基準とした、1個又は複数個の永久磁石により構成される前記ロータの各極のステータ側周方向両端のなす機械角(単位:度)をaとし、前記ロータの各極のステータ側周方向両端の中点と前記ロータの回転軸心との距離(単位:ミリメートル)をAとし、前記ロータにおいて、前記永久磁石の径方向外側のロータ外側部と、隣接する2つの極の間のロータ極間部とを連結するように設けられたブリッジ部の幅を、前記ロータの回転軸心を基準とした機械角に換算した値(単位:度)をλとし、前記ティースのスロット側端面における前記ティース本体と前記ティース鍔部との境界と前記ロータの回転軸心との距離(単位:ミリメートル)をBとした場合に、前記ロータの回転軸心を基準とした、前記ティース本体のロータ側端面のなす機械角(単位:度)bが、

Figure 2015008604
を満足するように設定されたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an embedded permanent magnet type rotating electrical machine having concentrated winding and 8 poles and 12 slots according to the present invention includes a substantially cylindrical stator and a substantially cylindrical shape and the number of poles provided inside the stator. And the stator has a substantially cylindrical stator core and 12 teeth provided at equal intervals in the circumferential direction on the inner peripheral surface of the stator core, and each of the teeth is an inner part of the stator core. A teeth main body that protrudes radially inward from the circumferential surface; and a teeth flange that protrudes in the circumferential direction from the tip of the teeth main body, between the two adjacent teeth. Each slot is provided and a coil is wound around each tooth in the form of concentrated winding. A mechanical angle (unit: degree) formed by both ends in the circumferential direction of the stator of each pole of the rotor composed of one or a plurality of permanent magnets with respect to the rotation axis of the rotor is defined as a, A distance (unit: millimeter) between the midpoint of both ends in the stator side circumferential direction of each pole of the rotor and the rotation axis of the rotor is A, and in the rotor, adjacent to the rotor outer portion radially outside the permanent magnet. A value (unit: degree) obtained by converting the width of the bridge portion provided so as to connect the rotor pole portion between the two poles to a mechanical angle with respect to the rotation axis of the rotor is λ. When the distance (unit: millimeters) between the boundary between the teeth body and the teeth flange on the slot side end surface of the teeth and the rotation axis of the rotor is B, the rotation axis of the rotor is used as a reference. The tea Eggplant mechanical angle of the rotor side end face of the body (in degrees) b is,
Figure 2015008604
It is set to satisfy the above.

本発明によれば、二輪EVに適した集中巻かつ8極12スロットの埋込永久磁石型同期回転電機において、コギングトルクを低下させることのできる構造を特定することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the structure which can reduce a cogging torque can be identified in the embedded permanent magnet type | mold synchronous rotary electric machine of the concentrated winding suitable for two-wheeled EV and 8 poles and 12 slots.

埋込永久磁石型同期モータの一形態を示す平面図である。It is a top view which shows one form of an embedded permanent magnet type | mold synchronous motor. 図1に示した同期モータのティース先端部及びロータコアの外周部を拡大した様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that the teeth front-end | tip part of the synchronous motor shown in FIG. 1, and the outer peripheral part of the rotor core were expanded. 同期モータの構造を特定するパラメータの説明図である。It is explanatory drawing of the parameter which specifies the structure of a synchronous motor. 有効極幅とパラメータb又はその試算値bcalcとの関係を示したグラフである。Is effective pole width and the parameter b or graph showing relationships between the estimated value b calc. 同期モータにおける磁束の流れを解析した結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of having analyzed the flow of the magnetic flux in a synchronous motor. 別の同期モータにおける磁束の流れを解析した結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of having analyzed the flow of the magnetic flux in another synchronous motor. さらに別の同期モータにおける磁束の流れを解析した結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of having analyzed the flow of the magnetic flux in another synchronous motor. 他の形態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows another form.

[第1の形態]
図1を参照して、同期モータ1の一形態について説明する。同期モータ1は、略円筒形状のステータ2と、該ステータ2の内部に設けられた略円柱形状のロータ3とを備えている。ステータ2とロータ3との間にはギャップ4が設けられている。
[First embodiment]
With reference to FIG. 1, one form of the synchronous motor 1 is demonstrated. The synchronous motor 1 includes a substantially cylindrical stator 2 and a substantially columnar rotor 3 provided inside the stator 2. A gap 4 is provided between the stator 2 and the rotor 3.

ステータ2は、略円筒形状のステータコア21と、該ステータコア21の内周面から径方向内側に突出するように、周方向に等間隔に設けられた12個のティース22とを有している。前記各隣接する2個のティース22の間にそれぞれスロット23が設けられている。そして、各ティース22にコイル24が集中巻の形態で巻回されている。   The stator 2 includes a substantially cylindrical stator core 21 and twelve teeth 22 provided at equal intervals in the circumferential direction so as to protrude radially inward from the inner circumferential surface of the stator core 21. Slots 23 are respectively provided between the two adjacent teeth 22. A coil 24 is wound around each tooth 22 in the form of concentrated winding.

ロータ3は、略円柱形状のロータコア31と回転軸32とを備えている。ロータコア31の外周部には、各々がロータ3の極を構成する8個の永久磁石33が周方向等間隔に埋め込まれている。つまり、同期モータ1の極数は8である。各永久磁石33は、直方体形状であり、かつロータコア31に埋め込まれた状態において径方向の磁束が生まれるように着磁されている。   The rotor 3 includes a substantially cylindrical rotor core 31 and a rotating shaft 32. Eight permanent magnets 33, each constituting a pole of the rotor 3, are embedded in the outer peripheral portion of the rotor core 31 at equal intervals in the circumferential direction. That is, the number of poles of the synchronous motor 1 is 8. Each permanent magnet 33 has a rectangular parallelepiped shape, and is magnetized so that a magnetic flux in the radial direction is generated when embedded in the rotor core 31.

以上のように、同期モータ1は、集中巻かつ8極12スロットの埋込永久磁石型同期モータ(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM)である。このような同期モータ1のティース22の先端部及びロータコア31の外周部を拡大した様子及び発生する磁束の一例を図2に示している。   As described above, the synchronous motor 1 is an interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) having concentrated winding and 8 poles and 12 slots. FIG. 2 shows an example of a state in which the tip end portion of the tooth 22 of the synchronous motor 1 and the outer peripheral portion of the rotor core 31 are enlarged and the generated magnetic flux.

各ティース22は、ステータコア21の内周面から径方向内側に突出しているティース本体221と、該ティース本体221の先端部から周方向に突出しているティース鍔部222とを備えている。   Each tooth 22 includes a teeth main body 221 that protrudes radially inward from the inner peripheral surface of the stator core 21, and a teeth flange 222 that protrudes in the circumferential direction from the tip of the teeth main body 221.

ロータコア31の外周部には周方向等間隔に8個の磁石埋込孔311が設けられている。この磁石埋込孔311に前記永久磁石33が埋め込まれている。そして、ロータコア31において、磁石埋込孔311に埋め込まれた永久磁石33の径方向外側のロータ外側部312と、永久磁石33によりそれぞれ構成された隣接する2つの極の間のロータ極間部313とを連結するようにブリッジ部314が設けられている。このブリッジ部314の連結方向に対して垂直方向の幅を符号Wとして示している。   Eight magnet embedded holes 311 are provided in the outer peripheral portion of the rotor core 31 at equal intervals in the circumferential direction. The permanent magnet 33 is embedded in the magnet embedded hole 311. In the rotor core 31, the rotor outer portion 312, which is radially outside the permanent magnet 33 embedded in the magnet embedding hole 311, and the rotor pole portion 313 between the two adjacent poles respectively constituted by the permanent magnet 33. A bridge portion 314 is provided to connect the two. The width in the vertical direction with respect to the connecting direction of the bridge portion 314 is indicated by a symbol W.

このような同期モータ1において、ある永久磁石33のステータ側端面331から発生する磁束には、ロータ外側部312及びギャップ4を通過してティース22へ流入する磁束J1及びJ2と、ロータ外側部312及びブリッジ部314を通過してロータコア31内で短絡する磁束J3とがある。このような磁束のうち、ギャップ4において周方向の成分を有する磁束J1及びJ2に起因してコギングトルクが発生する。その一方で、磁束J3は、ロータコア31内で短絡するためコギングトルクの発生に寄与しない。なお、磁束J1及びJ2が流入するティース22において、ティース本体221に比べて小さな部位であるティース鍔部222では磁気飽和が生じる。   In such a synchronous motor 1, the magnetic flux generated from the stator side end surface 331 of a certain permanent magnet 33 includes magnetic fluxes J 1 and J 2 that flow into the teeth 22 through the rotor outer side 312 and the gap 4, and the rotor outer side 312. And a magnetic flux J3 that passes through the bridge portion 314 and is short-circuited in the rotor core 31. Among such magnetic fluxes, cogging torque is generated due to magnetic fluxes J1 and J2 having circumferential components in the gap 4. On the other hand, since the magnetic flux J3 is short-circuited in the rotor core 31, it does not contribute to the generation of cogging torque. In the teeth 22 into which the magnetic fluxes J1 and J2 flow, magnetic saturation occurs in the teeth flange 222, which is a smaller portion than the teeth main body 221.

このようなコギングトルクの発生要因に鑑みて、本発明者は鋭意検討を行った。その結果、本発明者は、永久磁石33のステータ側端面331の周方向幅と、ティース本体221の周方向幅との関係を見いだすことにより、コギングトルクを効率的に低下させることができるのではないかという知見を得た。そして、本発明者は、同期モータ1を複数試作して、各試作品のコギングトルクを測定した。   In view of such a cogging torque generation factor, the present inventor has intensively studied. As a result, the present inventor cannot effectively reduce the cogging torque by finding the relationship between the circumferential width of the stator side end surface 331 of the permanent magnet 33 and the circumferential width of the teeth body 221. The knowledge that there is not. And this inventor made several trial manufactures of the synchronous motor 1, and measured the cogging torque of each prototype.

試作した同期モータ1の構造を特定するパラメータを図3に示している。図3(A)に示しているように、パラメータaは、回転軸32の軸心321を基準とした、永久磁石33のステータ側端面331の周方向の一端332及び他端333のなす機械角(単位:度)である。そして、パラメータAは、永久磁石33のステータ側端面331の周方向の一端332と他端333との中点334と軸心321との距離(単位:ミリメートル)である。   Parameters for specifying the structure of the prototype synchronous motor 1 are shown in FIG. As shown in FIG. 3A, the parameter a is a mechanical angle formed by one end 332 and the other end 333 in the circumferential direction of the stator side end surface 331 of the permanent magnet 33 with respect to the axis 321 of the rotating shaft 32. (Unit: degree). The parameter A is the distance (unit: millimeter) between the midpoint 334 and the axial center 321 between the one end 332 and the other end 333 in the circumferential direction of the stator side end surface 331 of the permanent magnet 33.

また、図3(B)に示しているように、パラメータbは、軸心321を基準とした、ティース本体221のロータ側端面223の機械角(単位:度)である。そして、パラメータBは、ティース22のスロット側端面224におけるティース本体221とティース鍔部222との境界225と軸心321との距離(単位:ミリメートル)である。   As shown in FIG. 3B, the parameter b is a mechanical angle (unit: degree) of the rotor-side end surface 223 of the teeth body 221 with respect to the axis 321. The parameter B is a distance (unit: millimeter) between the boundary 225 between the tooth main body 221 and the tooth flange 222 on the slot side end surface 224 of the tooth 22 and the axis 321.

さらに、図2に示したブリッジ部314の幅Wを、軸心321を基準とした機械角に換算した値(単位:度)をパラメータλとする。   Furthermore, a value (unit: degree) obtained by converting the width W of the bridge portion 314 shown in FIG. 2 into a mechanical angle with the axis 321 as a reference is set as a parameter λ.

本発明者は、パラメータa、λ、bの各値の組み合わせを複数選択して、同期モータ1を試作した。このとき、パラメータA及びBは共通の値とした。具体的には、パラメータAが51.4であり、パラメータBが57.2である。その上で、各試作品のコギングトルクを測定した。それにより得られた結果を表1に示す。

Figure 2015008604
The inventor made a prototype of the synchronous motor 1 by selecting a plurality of combinations of the values of the parameters a, λ, and b. At this time, the parameters A and B have common values. Specifically, parameter A is 51.4 and parameter B is 57.2. Then, the cogging torque of each prototype was measured. The results obtained thereby are shown in Table 1.
Figure 2015008604

表1には、パラメータaとパラメータλの各値の組み合わせと、各組み合わせについてコギングトルクの測定値が最小となった際のパラメータbの値との関係を示している。また、有効極幅とはa−2λの計算値である。この有効極幅は、図2に示したように、各極を構成する1個の永久磁石33のステータ側端面331から発生する磁束J1〜J3のうち、永久磁石33の周方向両端付近の2箇所のブリッジ部314に向かう磁束J3はコギングトルクに寄与しないという点に鑑みた値である。   Table 1 shows the relationship between the combinations of the values of the parameter a and the parameter λ and the value of the parameter b when the measured value of the cogging torque is minimized for each combination. The effective pole width is a calculated value of a-2λ. As shown in FIG. 2, the effective pole width is 2 in the vicinity of both ends in the circumferential direction of the permanent magnet 33 among the magnetic fluxes J1 to J3 generated from the stator side end surface 331 of one permanent magnet 33 constituting each pole. This is a value in view of the point that the magnetic flux J3 directed to the bridge portion 314 does not contribute to the cogging torque.

なお、この表1において、λ=1.1は、ブリッジ部314の幅Wが1ミリメートルの場合の換算値である。また、λ=0.6は、ブリッジ部314の幅Wが0.5ミリメートルの場合の換算値である。   In Table 1, λ = 1.1 is a conversion value when the width W of the bridge portion 314 is 1 millimeter. Further, λ = 0.6 is a converted value when the width W of the bridge portion 314 is 0.5 millimeter.

同じく表1には、パラメータaとパラメータbとの関係を見いだすために、有効極幅a−2λを用いたパラメータbの試算値bcalcも示している。本発明者は、以下の式を用いてパラメータbの試算を行った。

Figure 2015008604
ただし、式(1)の「2/3」という数値は、極数8とスロット数12との比である。表1にはさらに、パラメータbの値とその試算値bcalcとの誤差b−bcalcの値も示している。 Similarly, Table 1 also shows a trial calculation value b calc of the parameter b using the effective pole width a-2λ in order to find the relationship between the parameter a and the parameter b. The present inventor performed a trial calculation of the parameter b using the following equation.
Figure 2015008604
However, the numerical value “2/3” in the equation (1) is a ratio of the number of poles 8 to the number of slots 12. Table 1 also shows the value of the error b−b calc between the value of the parameter b and the estimated value b calc thereof.

このような表1の有効極幅a−2λとパラメータb及びその試算値bcalcとの関係をグラフにしたものが図4である。符号G1は有効極幅とパラメータbとの関係を示しており、符号G2は有効極幅と試算値bcalcとの関係を示している。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the effective width a-2λ of Table 1 and the parameter b and the estimated value b calc thereof. Reference numeral G1 shows the relationship between the effective pole width and the parameter b, reference numeral G2 shows the relationship between the effective pole width and the estimated value b calc.

以上を基に本発明者はさらに検討を進めた。表1及び図4によれば、試作品S2〜S9については、誤差の絶対値が0.6以下となっている。そして、これら試作品S2〜S9の有効極幅a−2λは、23より大きくかつ31より小さい。これに対して、試作品S1及びS10については、誤差が比較的大きく、1.0を上回っている。加えて、試作品S1の有効極幅a−2λは23を下回っており、試作品S10の有効極幅a−2λは31を上回っている。   Based on the above, the present inventors have further studied. According to Table 1 and FIG. 4, the absolute value of the error is 0.6 or less for the prototypes S2 to S9. The effective polar width a-2λ of these prototypes S2 to S9 is larger than 23 and smaller than 31. On the other hand, the prototypes S1 and S10 have a relatively large error, which exceeds 1.0. In addition, the effective pole width a-2λ of the prototype S1 is less than 23, and the effective pole width a-2λ of the prototype S10 is more than 31.

この表1及び図4を基に、試作品S2〜S9における0.6以下の誤差は、ステータ2及びロータ3の材料特性と、同期モータ1の製造及び組付けの際の誤差要因とによるものであると本発明者は判断した。   Based on Table 1 and FIG. 4, the error of 0.6 or less in the prototypes S2 to S9 is due to the material characteristics of the stator 2 and the rotor 3 and the error factors when the synchronous motor 1 is manufactured and assembled. The present inventor determined that

さらに本発明者は、試作品S1、S5、S10における磁束の流れを解析した。その解析結果を図5〜図7に示している。また、試作品S1、S5、S10におけるコギングトルク(単位:N・m)はそれぞれ、0.07、0.05、0.18であった。   Furthermore, the inventor analyzed the flow of magnetic flux in the prototypes S1, S5, and S10. The analysis results are shown in FIGS. In addition, the cogging torque (unit: N · m) in the prototypes S1, S5, and S10 was 0.07, 0.05, and 0.18, respectively.

図5は、試作品S1の解析結果を示している。図中の矢印線Yは、磁束の流れを示している。同図によれば、永久磁石33−11からティース本体221−11に向かうように磁束K11が生じている。さらに、ティース本体221−12から永久磁石33−12に向かうように磁束K12が生じている。そして、磁束K11及びK12が相殺し合っている。その一方で、ティース本体221−13及びその周辺のギャップ4においては、略半径方向のみならず略円周方向の成分を持つ磁束K13が発生しているため、結果としてコギングトルクが比較的大きくなる。   FIG. 5 shows the analysis result of the prototype S1. The arrow line Y in the figure indicates the flow of magnetic flux. According to the figure, a magnetic flux K11 is generated from the permanent magnet 33-11 toward the teeth body 221-11. Further, a magnetic flux K12 is generated from the teeth body 221-12 toward the permanent magnet 33-12. The magnetic fluxes K11 and K12 cancel each other. On the other hand, in the teeth main body 221-13 and the gap 4 around the teeth, a magnetic flux K13 having a component in a substantially circumferential direction as well as a substantially radial direction is generated. As a result, the cogging torque becomes relatively large. .

図6は、試作品S5の磁束の解析結果を示している。同図によれば、ティース本体221−21から永久磁石33−21に向かうように磁束K21が生じている。また、ティース本体221−22から永久磁石33−21に向かうように磁束K22が生じている。そして、磁束K21及びK22が相殺し合っている。さらに、永久磁石33−22からティース本体221−23に向けて、コギングトルクに寄与しない略半径方向のベクトルを持つ磁束K23が発生している。   FIG. 6 shows the analysis result of the magnetic flux of the prototype S5. According to the figure, a magnetic flux K21 is generated from the teeth body 221-21 toward the permanent magnet 33-21. Moreover, the magnetic flux K22 has arisen so that it may go to the permanent magnet 33-21 from the teeth main body 221-22. The magnetic fluxes K21 and K22 cancel each other. Further, a magnetic flux K23 having a substantially radial vector that does not contribute to cogging torque is generated from the permanent magnet 33-22 toward the teeth body 221-23.

このように試作品S5においては、2つのティース本体に分かれてマグネットトルクを相殺し合う磁束K21及びK22と、コギングトルクに寄与しない半径方向のベクトルを持つ磁束K23とがバランスよく存在しているため、コギングトルクを抑えることができる。   As described above, in the prototype S5, the magnetic fluxes K21 and K22 that are divided into the two tooth bodies to cancel the magnet torque and the magnetic flux K23 having a radial vector that does not contribute to the cogging torque exist in a balanced manner. Cogging torque can be suppressed.

図7は、試作品S10の磁束の解析結果を示している。同図によれば、ティース本体221−31から永久磁石33−31に向けて、コギングトルクに寄与しない略半径方向のベクトルを持つ磁束K31が発生している。その一方で、永久磁石33−32からティース本体221−32及び221−33に向けて磁束K32及びK33がそれぞれ発生している。これら両磁束のバランスが悪いため両磁束が相殺できていない。結果としてコギングトルクが比較的大きくなる。   FIG. 7 shows the analysis result of the magnetic flux of the prototype S10. According to the figure, a magnetic flux K31 having a substantially radial vector that does not contribute to the cogging torque is generated from the teeth body 221-31 toward the permanent magnet 33-31. On the other hand, magnetic fluxes K32 and K33 are generated from the permanent magnets 33-32 toward the tooth bodies 221-32 and 221-33, respectively. Since the balance between these two magnetic fluxes is poor, the two magnetic fluxes cannot be offset. As a result, the cogging torque becomes relatively large.

以上のような表1及び図4〜図7を基に、本発明者はパラメータaとパラメータbとの関係を表す式を以下のように見いだした。

Figure 2015008604
Based on Table 1 and FIGS. 4 to 7 as described above, the present inventor found an expression representing the relationship between the parameter a and the parameter b as follows.
Figure 2015008604

式(2)を満足するようにパラメータbを設定することにより、同期モータ1におけるコギングトルクを低減することができる。また、パラメータa及びbを機械角で定めているため、任意のサイズの同期モータ1に式(2)を適用することができる。   By setting the parameter b so as to satisfy Expression (2), the cogging torque in the synchronous motor 1 can be reduced. Further, since the parameters a and b are determined by the mechanical angle, the expression (2) can be applied to the synchronous motor 1 having an arbitrary size.

[他の形態]
これまでに説明した形態においては、ロータ3の各極が1個の永久磁石33により構成されている。しかし、これに限られず、各極を複数個の永久磁石により構成する場合も式(2)を用いることができる。
[Other forms]
In the embodiment described so far, each pole of the rotor 3 is constituted by one permanent magnet 33. However, the present invention is not limited to this, and the formula (2) can also be used when each pole is constituted by a plurality of permanent magnets.

例えば、図8に示しているように、各極を2個の永久磁石33−51及び33−52により構成することができる。これら2個の永久磁石は平面視V字型となるように埋め込まれている。なお、図8においてはロータ3のある1極のみを示しており、その他の7個の極は図示を省略している。   For example, as shown in FIG. 8, each pole can be constituted by two permanent magnets 33-51 and 33-52. These two permanent magnets are embedded so as to have a V shape in plan view. In FIG. 8, only one pole with the rotor 3 is shown, and the other seven poles are not shown.

そして、ある1極を構成する永久磁石33−51及び33−52の各々のステータ側端面の周方向端のうち、隣接する極に近い周方向端を符号332−51及び333−52で示している。これら周方向端332−51及び333−52は、ロータの極のステータ側周方向両端である。   Of the circumferential ends of the stator side end faces of the permanent magnets 33-51 and 33-52 constituting one pole, the circumferential ends near the adjacent poles are denoted by reference numerals 332-51 and 333-52. Yes. These circumferential ends 332-51 and 333-52 are the stator side circumferential ends of the rotor poles.

この場合、パラメータaは、回転軸32の軸心321を基準とした、ロータの極のステータ側周方向両端332−51及び333−52のなす機械角(単位:度)である。そして、パラメータAは、ロータの極のステータ側周方向両端332−51及び333−52の中点334−51と軸心321との距離(単位:ミリメートル)である。また、極のステータ側周方向両端332−51及び333−52の付近にはブリッジ部(不図示)が設けられている。このようにパラメータa及びAを定めることで、極ごとに有効極幅a−2λを計算することができるため、各極を複数個の永久磁石により構成した場合も式(2)を用いることができる。   In this case, the parameter a is a mechanical angle (unit: degree) formed by the stator side circumferential ends 332-51 and 333-52 of the rotor pole with respect to the axis 321 of the rotating shaft 32. The parameter A is the distance (unit: millimeter) between the center point 334-51 and the axial center 321 of the stator side circumferential ends 332-51 and 333-52 of the rotor pole. Further, bridge portions (not shown) are provided in the vicinity of both ends 332-51 and 333-52 in the stator side circumferential direction of the poles. By determining the parameters a and A in this way, the effective pole width a-2λ can be calculated for each pole. Therefore, even when each pole is composed of a plurality of permanent magnets, the formula (2) can be used. it can.

なお、図3のように1個の永久磁石により各極が構成される場合に戻ると、パラメータaは、回転軸32の軸心321を基準とした、1個の永久磁石33により構成されるロータの極のステータ側周方向両端332及び333のなす機械角(単位:度)ともいえる。   When returning to the case where each pole is constituted by one permanent magnet as shown in FIG. 3, the parameter a is constituted by one permanent magnet 33 based on the axis 321 of the rotating shaft 32. It can also be said to be a mechanical angle (unit: degree) formed by the stator side circumferential ends 332 and 333 of the rotor poles.

その他、コギングトルクをさらに低減するために、図2に示したように、ロータコア31のロータ外側部312をステータ2側に膨出させた、いわゆる花びら形状のロータコアを用いてもよい。また、ティース鍔部222の先端部を鋭角形状とすることもできる。さらに、スキュー着磁させた永久磁石を用いてもよい。   In addition, in order to further reduce the cogging torque, as shown in FIG. 2, a so-called petal-shaped rotor core in which the rotor outer portion 312 of the rotor core 31 bulges toward the stator 2 may be used. Moreover, the front-end | tip part of the teeth collar part 222 can also be made into an acute angle shape. Further, a permanent magnet with skew magnetization may be used.

また、式(2)は、埋込永久磁石型同期モータ1に限られず、埋込永久磁石型同期発電機を含む埋込永久磁石型回転電機に適用できる。   Further, the expression (2) is not limited to the embedded permanent magnet type synchronous motor 1, but can be applied to an embedded permanent magnet type rotating electrical machine including an embedded permanent magnet type synchronous generator.

上記において、埋込永久磁石型回転電機の構造の特定の実施形態について具体的に説明した。しかし、本発明は、このような実施形態に限定されず、当業者にとって明らかな変更、修正は、全て本発明の技術的範囲に含まれる。   In the above, specific embodiments of the structure of the embedded permanent magnet type rotating electrical machine have been specifically described. However, the present invention is not limited to such an embodiment, and all changes and modifications apparent to those skilled in the art are included in the technical scope of the present invention.

1 同期モータ
2 ステータ
3 ロータ
4 ギャップ

21 ステータコア
22 ティース
23 スロット
24 コイル

221 ティース本体
222 ティース鍔部
223 ロータ側端面
224 スロット側端面
225 境界

31 ロータコア
32 回転軸
33 永久磁石

311 磁石埋込孔
312 ロータ外周部
313 ロータ極間部
314 ブリッジ部
321 軸心
331 ステータ側端面
332 周方向一端
333 周方向他端
334 中点

G1,G2 グラフ
J1〜J3 磁束
K11〜K13 磁束
K21〜K23 磁束
K31〜K33 磁束
S1〜S10 試作品
W ブリッジ部の幅
1 Synchronous motor 2 Stator 3 Rotor 4 Gap

21 Stator core 22 Teeth 23 Slot 24 Coil

221 Teeth body 222 Teeth collar 223 Rotor side end surface 224 Slot side end surface 225 Boundary

31 Rotor core 32 Rotating shaft 33 Permanent magnet

311 Magnet embedded hole 312 Rotor outer peripheral portion 313 Rotor pole portion 314 Bridge portion 321 Axle 331 Stator side end surface 332 Circumferential end 333 Circumferential other end 334 Midpoint

G1, G2 Graphs J1 to J3 Magnetic flux K11 to K13 Magnetic flux K21 to K23 Magnetic flux K31 to K33 Magnetic flux S1 to S10 Prototype W Bridge width

Claims (1)

略円筒形状のステータと該ステータの内部に設けられた略円柱形状かつ極数8のロータとを備え、前記ステータが、略円筒形状のステータコアと、該ステータコアの内周面に周方向等間隔に設けられた12個のティースとを有し、各ティースが、前記ステータコアの内周面から径方向内側に突出して設けられたティース本体と、該ティース本体の先端部から周方向に向けて突出して設けられたティース鍔部とを備え、前記各隣接する2個のティース間にそれぞれスロットが設けられるとともに、各ティースに集中巻の形態でコイルが巻回された集中巻かつ8極12スロットの埋込永久磁石型回転電機において、
前記ロータの回転軸心を基準とした、1個又は複数個の永久磁石により構成される前記ロータの各極のステータ側周方向両端のなす機械角(単位:度)をaとし、
前記ロータの各極のステータ側周方向両端の中点と前記ロータの回転軸心との距離(単位:ミリメートル)をAとし、
前記ロータにおいて、前記永久磁石の径方向外側のロータ外側部と、隣接する2つの極の間のロータ極間部とを連結するように設けられたブリッジ部の幅を、前記ロータの回転軸心を基準とした機械角に換算した値(単位:度)をλとし、
前記ティースのスロット側端面における前記ティース本体と前記ティース鍔部との境界と前記ロータの回転軸心との距離(単位:ミリメートル)をBとした場合に、
前記ロータの回転軸心を基準とした、前記ティース本体のロータ側端面のなす機械角(単位:度)bが、
Figure 2015008604
を満足するように設定されたことを特徴とする埋込永久磁石型回転電機。
A substantially cylindrical stator and a substantially columnar and eight-pole rotor provided inside the stator, wherein the stator has a substantially cylindrical stator core and an inner circumferential surface of the stator core at equal intervals in the circumferential direction. And 12 teeth, each tooth projecting radially inward from the inner peripheral surface of the stator core, and projecting from the tip of the teeth body in the circumferential direction. Teeth are provided, and slots are provided between the two adjacent teeth, respectively, and concentrated windings in which coils are wound around each tooth in the form of concentrated winding and embedded in 8 poles and 12 slots. In a permanent magnet type rotating electrical machine,
The mechanical angle (unit: degree) formed by the stator side circumferential ends of each pole of the rotor composed of one or a plurality of permanent magnets with respect to the rotation axis of the rotor is a,
The distance (unit: millimeter) between the midpoint of both ends in the circumferential direction of the stator of each pole of the rotor and the rotational axis of the rotor is A,
In the rotor, a width of a bridge portion provided so as to connect a rotor outer portion radially outside the permanent magnet and a rotor pole portion between two adjacent poles is set to a rotation axis of the rotor. A value (unit: degree) converted to a mechanical angle based on λ is λ,
When the distance (unit: millimeters) between the boundary between the teeth main body and the teeth flange portion on the slot side end surface of the teeth and the rotation axis of the rotor is B,
The mechanical angle (unit: degree) b formed by the rotor side end surface of the teeth body, with respect to the rotation axis of the rotor,
Figure 2015008604
Embedded permanent magnet type rotating electrical machine, characterized in that it is set to satisfy
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