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JP5244290B2 - Rotor structure of rotating electrical machine - Google Patents

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JP5244290B2
JP5244290B2 JP2005240744A JP2005240744A JP5244290B2 JP 5244290 B2 JP5244290 B2 JP 5244290B2 JP 2005240744 A JP2005240744 A JP 2005240744A JP 2005240744 A JP2005240744 A JP 2005240744A JP 5244290 B2 JP5244290 B2 JP 5244290B2
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rotating electrical
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俊治 大木
章 根津
健 池見
克巳 山崎
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
Chiba Institute of Technology
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  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Description

本発明は、固定子と、固定子とギャップを介して回転自在に設けられ、コアに永久磁石を埋め込んで構成した回転子と、を有する回転電機の回転子構造に関するものである。   The present invention relates to a rotor structure of a rotating electrical machine that includes a stator and a rotor that is rotatably provided through a stator and a gap and is configured by embedding a permanent magnet in a core.

従来、固定子と、固定子とギャップを介して回転自在に設けられ、コアに永久磁石を埋め込んで構成した回転子と、を有する回転電機は、例えば、IPMモータ(磁石埋め込み型同期モータ)として知られている(例えば、特許文献1〜4参照)。
特開平10−146031号公報 特開2002−209350号公報 特開平10−285845号公報 特開2004−336999号公報
2. Description of the Related Art Conventionally, a rotating electrical machine having a stator and a rotor that is rotatably provided through a stator and a gap and is configured by embedding a permanent magnet in a core is, for example, an IPM motor (magnet embedded synchronous motor). It is known (for example, see Patent Documents 1 to 4).
Japanese Patent Laid-Open No. 10-146031 JP 2002-209350 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-285845 JP 2004-336999 A

上述した従来の回転電機のうち、特許文献1、永久磁石回転電機が発生する誘起電圧の波形を正弦波に近似させるための技術であり、その図に断面を台形形状とした永久磁石の開示がある。また、特許文献2は、永久磁石を埋め込むコアの形状を改良して、空隙の磁束密度を高めると同時にギャップ磁束分布を正弦波に近づけ、トルクの増大、トルクリップル、固定子鉄損の低減をする例の開示がある。さらに、特許文献3、4では、永久磁石の外周側コアに設ける複数のスリットの配置を最適にすることで、低振動、低騒音で、かつ高効率な特性を有する回転電機を得ている。   Among the conventional rotating electric machines described above, Patent Document 1, a technique for approximating the waveform of the induced voltage generated by a permanent magnet rotating electric machine to a sine wave, discloses a permanent magnet having a trapezoidal cross section in the figure. is there. Further, Patent Document 2 improves the shape of the core in which the permanent magnet is embedded to increase the magnetic flux density of the air gap, and at the same time, close the gap magnetic flux distribution to a sine wave to increase torque, reduce torque ripple, and reduce stator iron loss. There is an example disclosure. Further, in Patent Documents 3 and 4, a rotating electrical machine having low vibration, low noise, and high efficiency characteristics is obtained by optimizing the arrangement of a plurality of slits provided in the outer peripheral core of the permanent magnet.

しかしながら、上述した従来の技術では、いずれも、図13に示す鉄損特性にあるように大電流で弱め界磁のときに鉄損増加が生じ、問題となっていた。このように大電流で弱め界磁の時に鉄損が増加するのは、磁石の起磁力高調波が原因であると考えられ、これを除くことができれば鉄損を大幅に低減しうると考えられるが、これを除く有効な手段が未だ見つかっていなかった。   However, all of the above-described conventional techniques have a problem in that an increase in iron loss occurs when the field is weak with a large current as in the iron loss characteristic shown in FIG. It is thought that the iron loss increases at the time of field weakening at such a large current is caused by the magnetomotive force harmonic of the magnet, and if this can be eliminated, the iron loss can be greatly reduced. However, no effective means has been found yet.

本発明の目的は上述した問題点を解消して、磁石の起磁力高調波を除くことができ、大電流で弱め界磁時であっても鉄損の増加のない回転電機の回転子構造を提供しようとするものである。   The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problems, eliminate the magnetomotive force harmonics of the magnet, and provide a rotor structure for a rotating electrical machine that does not increase iron loss even during field weakening with a large current. It is something to be offered.

本発明の回転電機の回転子構造は、固定子と、固定子とギャップを介して回転自在に設けられ、コアに永久磁石を埋め込んで構成した回転子と、を有する回転電機の回転子構造であって、請求項1〜4のそれぞれに記載した構成による磁石構造体と、磁石構造体の両端部の近傍した位置にスリットを備え、スリットの外周側が、q軸側に近づくよう傾斜させて設けられたことを特徴とするものである。 A rotor structure of a rotating electrical machine according to the present invention is a rotor structure of a rotating electrical machine having a stator, and a rotor that is provided rotatably through a stator and a gap and is configured by embedding a permanent magnet in a core. The magnet structure according to each of claims 1 to 4 is provided with slits at positions near both ends of the magnet structure, and the outer periphery of the slit is inclined so as to approach the q-axis side. it is characterized in that it has been.

本発明では、横断面において、外周に向く両端部をギャップ面の形状に対応して設けられた切り欠き部を有する磁石構造体と、磁石構造体の両端部の切り欠き部に対応した位置にq軸側に開いた状態で設けられたスリットと、を備えているため、q軸側に磁束が回り込むことが出来、磁石磁束による固定子ティースでの高次成分(3、5、7、9次)が減少し、トルク低下を招くことなく、固定子で発生する鉄損を低減できる。その結果、磁石の起磁力高調波を除くことができ、大電流で弱め界磁時であっても鉄損の増加が少ない又はない回転電機の回転子構造を得ることができる。   In the present invention, in the cross-section, the magnet structure having a notch portion provided corresponding to the shape of the gap surface at both ends facing the outer periphery, and the positions corresponding to the notch portions at both ends of the magnet structure. and a slit provided in an open state on the q-axis side, so that the magnetic flux can circulate to the q-axis side, and higher-order components (3, 5, 7, 9 in the stator teeth by the magnetic flux). Next, the iron loss generated in the stator can be reduced without reducing torque. As a result, the magnetomotive force harmonics of the magnet can be eliminated, and a rotor structure of a rotating electrical machine with little or no increase in iron loss can be obtained even when the field is weakened with a large current.

なお、本発明の好適例としては、磁石構造体が、断面が直方体形状の長方形磁石部と、この長方形磁石部の外周に一体に設けられた断面が外側に向かって凸形状の台形磁石部と、から構成されること、がある。このように構成することで、鉄損が低減されると共に、磁石が表面近くに配置されるため、磁石磁束が増加し、さらに、d軸インダクタンスが低下し出力が増加する。また、プレスの角部が減少し、コスト低減を図ることができる。   As a preferred example of the present invention, the magnet structure includes a rectangular magnet part having a rectangular parallelepiped cross section, and a trapezoidal magnet part having a cross section integrally provided on the outer periphery of the rectangular magnet part and projecting outward. , Is composed of. With this configuration, the iron loss is reduced and the magnet is arranged near the surface, so that the magnetic flux of the magnet is increased, and further, the d-axis inductance is reduced and the output is increased. Further, the corners of the press are reduced, and the cost can be reduced.

また、本発明の好適例としては、磁石構造体が、断面が直方体形状の長方形磁石部およびこの長方形磁石部の外周に一体に設けられた断面が外側に向かって凸形状の台形磁石部と、台形磁石部の両端部に設けられたバリアと、から構成されること、がある。このように構成することで、上述した効果に加えて、バリアが電流の逆磁界を弱めるため、磁石の耐減磁性能が向上する。   Further, as a preferred example of the present invention, the magnet structure has a rectangular magnet section having a rectangular parallelepiped section, and a trapezoidal magnet section having a section convex toward the outside integrally provided on the outer periphery of the rectangular magnet section. And a barrier provided at both ends of the trapezoidal magnet portion. By configuring in this way, in addition to the effects described above, the barrier weakens the reverse magnetic field of the current, so that the demagnetization resistance performance of the magnet is improved.

さらに、本発明の好適例としては、磁石構造体が、断面が直方体形状の長方形磁石部と、長方形磁石部の両端部に設けられたバリアと、から構成されること、がある。このように構成することで、上述した効果に加えて、低コスト化を図ることができる。   Furthermore, as a preferred example of the present invention, the magnet structure may include a rectangular magnet part having a rectangular parallelepiped cross section and barriers provided at both ends of the rectangular magnet part. By comprising in this way, in addition to the effect mentioned above, cost reduction can be achieved.

さらにまた、本発明の好適例としては、磁石構造体が、断面がカマボコ形状で両端部の曲率(=1/R)が中央部より大きい磁石から構成されること、がある。このように構成することで、上述した例と同様に、磁石が回転子表面のより近くに配置されるため、磁石磁束が向上し、トルク・出力が向上する。   Furthermore, as a preferable example of the present invention, the magnet structure may be composed of a magnet having a cross-sectional cross section and a larger curvature (= 1 / R) at both ends than at the center. With this configuration, the magnet is arranged closer to the rotor surface as in the above-described example, so that the magnetic flux of the magnet is improved and the torque / output is improved.

また、本発明の好適例としては、スリットを、外周のギャップ面に設けられた開口部から内周に向け形成すること、がある。このように構成することで、上述した効果に加えて、回転子表面にかかる遠心力が斜めの部分にかかるため、曲げによる局部応力が緩和され、耐遠心力特性が向上し、高回転まで回転可能となる。   Moreover, as a suitable example of this invention, there exists forming a slit toward an inner periphery from the opening part provided in the outer peripheral gap surface. By configuring in this way, in addition to the effects described above, the centrifugal force applied to the rotor surface is applied to the oblique portion, so that local stress due to bending is relieved, the anti-centrifugal properties are improved, and rotation is performed up to high rotation. It becomes possible.

さらに、本発明の好適例としては、スリットを、前記磁石構造体の両端部から外側に向け外周のギャップ面には開口しないよう形成すること、がある。このように構成することで、本発明をより効果的に実施することができる。   Furthermore, as a preferred example of the present invention, there is a method in which the slits are formed so as not to open from the both end portions of the magnet structure to the outer circumferential gap surface. By comprising in this way, this invention can be implemented more effectively.

さらにまた、本発明の好適例としては、スリットが長穴もしくは穴の連続から形成されること、がある。このように構成することで、穴の周りは加工硬化により、機械強度は増加し磁気特性は悪化するため、スリットと同様の磁気的効果をもちつつ、回転子強度の向上が図れ、高回転まで回転可能となる。   Furthermore, as a preferable example of the present invention, there is a case where the slit is formed from a long hole or a series of holes. By configuring in this way, the mechanical strength increases and the magnetic properties deteriorate due to work hardening around the hole, so that the rotor strength can be improved while having the same magnetic effect as the slit, up to high rotation It can be rotated.

以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

[本発明の対象となる回転電機の構成について]
図1は本発明の回転子構造の対象となる回転電機の一例を説明するための横断面図である。なお、本例は対象となる回転電機の全体の構成を説明するための図であり、本例では本発明の特徴となる部分の説明は行っていない。図1に示す例において、本発明の対象となる回転電機1は、固定子11と固定子11とギャップを介して回転自在に設けられた回転子21とから構成されている。固定子11は、ギャップ面に開口する複数のティース12の周囲にコイル13を巻回して形成されている。回転子21は、コア22の外周近傍に複数の永久磁石23を埋め込んで形成されている。
[Configuration of Rotating Electric Machine Targeted by the Present Invention]
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining an example of a rotating electrical machine that is an object of the rotor structure of the present invention. In addition, this example is a figure for demonstrating the structure of the whole rotary electric machine used as object, In this example, description of the part used as the characteristic of this invention is not performed. In the example shown in FIG. 1, a rotating electrical machine 1 that is an object of the present invention includes a stator 11, a stator 11, and a rotor 21 that is rotatably provided through a gap. The stator 11 is formed by winding a coil 13 around a plurality of teeth 12 that open to the gap surface. The rotor 21 is formed by embedding a plurality of permanent magnets 23 in the vicinity of the outer periphery of the core 22.

[本発明の特徴となる構成について]
本発明の特徴は、上述した構成の回転電機1において、回転子21を構成する永久磁石23の形状および永久磁石23近傍の構造を改良した点にある。以下、本発明の回転電機の回転子構造について詳細に説明する。
[Configurations Characterizing the Present Invention]
The feature of the present invention resides in that the shape of the permanent magnet 23 constituting the rotor 21 and the structure in the vicinity of the permanent magnet 23 are improved in the rotary electric machine 1 configured as described above. Hereinafter, the rotor structure of the rotating electrical machine of the present invention will be described in detail.

本発明の第1の特徴は、永久磁石23の形状にあり、外周に向く両端部に設けられた切り欠き部を有する磁石構造体とする点にある。図2(a)〜(e)はそれぞれ本発明の回転子構造における磁石構造体の一例を説明するための図である。   The first feature of the present invention resides in the shape of the permanent magnet 23, which is a magnet structure having notches provided at both ends facing the outer periphery. FIGS. 2A to 2E are diagrams for explaining an example of a magnet structure in the rotor structure of the present invention.

図2(a)に示す例では、磁石構造体31を、断面が直方体形状の長方形磁石部32と、この長方形磁石部32の外周に一体に設けられた断面が外側に向かって凸形状の台形磁石部33と、から構成している。本例では、台形磁石部33の両端部で、磁石構造体31の両端部に形成した切り欠き部を構成している。図2(b)に示す例では、磁石構造体31を、断面が直方体形状の長方形磁石部32およびこの長方形磁石部32の外周に一体に設けられた断面が外側に向かって凸形状の台形磁石部33と、台形磁石部33の両端部に設けられた空隙からなるバリア34と、から構成している。本例では、両端部のバリア34で、磁石構造体31の両端部に形成された切り欠き部を構成している。図2(c)に示す例では、磁石構造体31を、断面が直方体形状の長方形磁石部32と、長方形磁石部32の両端部に設けられたバリア34と、から構成している。本例では、両端部のバリア34で、磁石構造体31の両端部に形成された切り欠き部を構成している。また、図2(d)に示す例では、図2(c)に示す例におけるバリア34を磁石35で構成し、さらに、磁石35を長方形磁石部32と一体に構成している。本例では、両端部の磁石35で、磁石構造体31の両端部に形成された切り欠き部を構成している。図2(e)に示す例では、磁石構造体31を、断面がカマボコ形状で両端部の曲率(=1/R)が中央部より大きい磁石36で構成している。本例では、両端部の曲率の大きい部分で、磁石構造体31の両端部に形成された切り欠き部を構成している。
なお、切り欠き部は、切り欠いた長辺部分が回転子の外周に概略沿っていればよい。
In the example shown in FIG. 2A, the magnet structure 31 includes a rectangular magnet section 32 having a rectangular parallelepiped section, and a trapezoid whose section integrally provided on the outer periphery of the rectangular magnet section 32 is convex outward. And a magnet portion 33. In this example, the both ends of the trapezoidal magnet portion 33 constitute notches formed at both ends of the magnet structure 31. In the example shown in FIG. 2B, the magnet structure 31 is composed of a rectangular magnet section 32 having a rectangular parallelepiped section and a trapezoidal magnet having a section formed integrally with the outer periphery of the rectangular magnet section 32 and projecting outward. It is comprised from the part 33 and the barrier 34 which consists of the space | gap provided in the both ends of the trapezoid magnet part 33. FIG. In this example, the barriers 34 at both ends constitute notches formed at both ends of the magnet structure 31. In the example shown in FIG. 2C, the magnet structure 31 includes a rectangular magnet part 32 having a rectangular parallelepiped cross section and barriers 34 provided at both ends of the rectangular magnet part 32. In this example, the barriers 34 at both ends constitute notches formed at both ends of the magnet structure 31. In the example shown in FIG. 2D, the barrier 34 in the example shown in FIG. 2C is configured with a magnet 35, and the magnet 35 is configured integrally with the rectangular magnet portion 32. In this example, the magnets 35 at both ends constitute notches formed at both ends of the magnet structure 31. In the example shown in FIG. 2 (e), the magnet structure 31 is composed of a magnet 36 having a cross-sectional cross section and a larger curvature (= 1 / R) at both ends than at the center. In this example, the notch part formed in the both ends of the magnet structure 31 is comprised in the part with a large curvature of both ends.
In addition, the notch part should just have the long side part notched along the outer periphery of a rotor roughly.

本発明の第2の特徴は、磁石構造体31の両端部の切り欠き部に対応した位置にq軸側に開いたスリットを設けた点にある。図3(a)、(b)はそれぞれ本発明の回転子構造における磁石構造体の一例を説明するための図である。図3(a)に示す例では、スリット41を、外周のギャップ面に設けられた開口部42から内周に向け形成している。図3(b)に示す例では、スリット43を、磁石構造体31の両端部から外側に向け外周のギャップ面には開口しないよう形成している。   The second feature of the present invention is that a slit opened on the q-axis side is provided at a position corresponding to the notch at both ends of the magnet structure 31. FIGS. 3A and 3B are views for explaining an example of a magnet structure in the rotor structure of the present invention. In the example shown in FIG. 3A, the slit 41 is formed from the opening 42 provided in the outer peripheral gap surface toward the inner periphery. In the example shown in FIG. 3B, the slits 43 are formed so as not to open from the both end portions of the magnet structure 31 outward to the outer peripheral gap surface.

[本発明の具体的な回転子構造について]
次に、上述した本発明の第1の特徴(永久磁石の形状)および第2の特徴(スリット)を組み合わせて鉄損低減を達成できる本発明の具体的な回転子構造について説明する。図4(a)、(b)〜図7(a)、(b)はそれぞれ本発明の回転子構造の具体的な一例を説明するための図である。
[Specific rotor structure of the present invention]
Next, a specific rotor structure of the present invention that can achieve iron loss reduction by combining the first feature (permanent magnet shape) and the second feature (slit) of the present invention described above will be described. 4 (a), 4 (b) to 7 (a), (b) are diagrams for explaining specific examples of the rotor structure of the present invention.

図4(a)、(b)に示す例では、いずれも第1の特徴の磁石構造体31の形状として、図2(b)に示す、断面が直方体形状の長方形磁石部32およびこの長方形磁石部32の外周に一体に設けられた断面が外側に向かって凸形状の台形磁石部33と、台形磁石部33の両端部に設けられた空隙からなるバリア34と、からなる磁石構造体31を用いている。また、第2の特徴のスリットとして、図4(a)に示す例では図3(a)に示すスリット41を用い、一方、図4(b)に示す例では図3(b)に示すスリット43をバリア34と一体化したものを用いている。   In the examples shown in FIGS. 4A and 4B, the rectangular magnet portion 32 having a rectangular parallelepiped cross section and the rectangular magnet shown in FIG. 2B are used as the shape of the magnet structure 31 having the first characteristic. A magnet structure 31 comprising a trapezoidal magnet portion 33 whose section is integrally provided on the outer periphery of the portion 32 is convex outward, and a barrier 34 composed of a gap provided at both ends of the trapezoidal magnet portion 33. Used. As the second feature slit, the slit 41 shown in FIG. 3A is used in the example shown in FIG. 4A, while the slit shown in FIG. 3B is used in the example shown in FIG. 4B. 43 integrated with the barrier 34 is used.

図5(a)、(b)に示す例では、いずれも第1の特徴の磁石構造体31の形状として、図2(a)に示す、断面が直方体形状の長方形磁石部32と、この長方形磁石部32の外周に一体に設けられた断面が外側に向かって凸形状の台形磁石部33と、からなる磁石構造体31を用いている。また、第2の特徴のスリットとして、図5(a)に示す例では図3(a)に示すスリット41を用い、一方、図5(b)に示す例では図3(b)に示すスリット43を磁石構造体31の両端部から外周側に向けて設けたものを用いている。   In the example shown in FIGS. 5A and 5B, as the shape of the magnet structure 31 having the first feature, a rectangular magnet section 32 having a rectangular parallelepiped section shown in FIG. A magnet structure 31 including a trapezoidal magnet portion 33 having a cross section integrally provided on the outer periphery of the magnet portion 32 and having a convex shape toward the outside is used. As the second feature slit, the slit 41 shown in FIG. 3A is used in the example shown in FIG. 5A, while the slit shown in FIG. 3B is used in the example shown in FIG. 5B. What provided 43 toward the outer peripheral side from the both ends of the magnet structure 31 is used.

図6(a)、(b)に示す例では、いずれも第1の特徴の磁石構造体31の形状として、図2(c)に示す、断面が直方体形状の長方形磁石部32と、長方形磁石部32の両端部に設けられたバリア34と、からなる磁石構造体31を用いている。また、第2の特徴のスリットとして、図6(a)に示す例では図3(a)に示すスリット41を用い、一方、図6(b)に示す例では図3(b)に示すスリット43をバリア34と一体化したものを用いている。   In the example shown in FIGS. 6A and 6B, as the shape of the magnet structure 31 having the first feature, a rectangular magnet section 32 having a rectangular parallelepiped section and a rectangular magnet shown in FIG. A magnet structure 31 including barriers 34 provided at both ends of the portion 32 is used. Further, as the second feature slit, the slit 41 shown in FIG. 3A is used in the example shown in FIG. 6A, while the slit shown in FIG. 3B is used in the example shown in FIG. 6B. 43 integrated with the barrier 34 is used.

図7(a)、(b)に示す例では、いずれも第1の特徴の磁石構造体31の形状として、図2(e)に示す、断面がカマボコ形状で両端部の曲率が中央部より大きい磁石36で構成した磁石構造体31を用いている。また、第2の特徴のスリットとして、図7(a)に示す例では図3(a)に示すスリット41を用い、一方、図7(b)に示す例では図3(b)に示すスリット43を磁石構造体31の両端部から外周側に向けて設けしたものを用いている。   In the example shown in FIGS. 7A and 7B, the shape of the magnet structure 31 having the first feature is the same as shown in FIG. A magnet structure 31 composed of a large magnet 36 is used. As the second feature slit, the slit 41 shown in FIG. 3A is used in the example shown in FIG. 7A, while the slit shown in FIG. 3B is used in the example shown in FIG. 7B. What provided 43 toward the outer peripheral side from the both ends of the magnet structure 31 is used.

<各種形状の鉄損比較について>
次に、実際に種々の形状の回転子構造を有する回転電機に対し鉄損を測定した結果について説明する。まず、回転子構造として、図8(a)〜(h)に示す回転子を準備する。ここで、図8(a)に示す例は、図4(a)に示す、外側スリット41および長方形磁石部32と台形磁石部33とバリア34とからなる磁石構造体31から構成されている。また、図8(b)に示す例は、図8(a)に示す例から、スリット41とバリア34を取り除いて構成している。図8(c)に示す例は、図8(a)に示す例から、スリット41を取り除き、バリア34を残して構成している。図8(d)に示す例は、図8(a)に示す例から、バリア34を取り除き、スリット41を残して構成している。さらに、図8(e)に示す例は、図8(d)における磁石構造体31から台形磁石部33を取り除き、長方形磁石部32のみで磁石構造体31を構成している。図8(f)に示す例は、図8(e)における磁石構造体31の両端部に、外側が同じ傾きのバリア34を追加して構成している。図8(g)に示す例は、図8(a)に示す例において、バリア34を磁石に置き換えて構成している。図8(h)に示す例は、図8(g)に示す例において、磁石構造体31のd軸の凹みを無くして台形磁石として構成している。
<About iron loss comparison of various shapes>
Next, the results of measuring the iron loss for a rotating electrical machine that actually has rotor structures of various shapes will be described. First, a rotor shown in FIGS. 8A to 8H is prepared as a rotor structure. Here, the example shown in FIG. 8A includes the outer slit 41, the magnet structure 31 including the rectangular magnet portion 32, the trapezoidal magnet portion 33, and the barrier 34 shown in FIG. 4A. Further, the example shown in FIG. 8B is configured by removing the slit 41 and the barrier 34 from the example shown in FIG. The example shown in FIG. 8C is configured by removing the slit 41 and leaving the barrier 34 from the example shown in FIG. The example shown in FIG. 8D is configured by removing the barrier 34 and leaving the slit 41 from the example shown in FIG. Further, in the example shown in FIG. 8E, the trapezoidal magnet portion 33 is removed from the magnet structure 31 in FIG. 8D, and the magnet structure 31 is configured by only the rectangular magnet portion 32. The example shown in FIG. 8 (f) is configured by adding barriers 34 having the same inclination on both ends of the magnet structure 31 in FIG. 8 (e). The example shown in FIG. 8G is configured by replacing the barrier 34 with a magnet in the example shown in FIG. The example shown in FIG. 8 (h) is configured as a trapezoidal magnet without the d-axis dent of the magnet structure 31 in the example shown in FIG. 8 (g).

上述した図8(a)〜(h)に示す回転子構造を有する回転電機に対し、以下の条件で鉄損の測定を行った。
(1)駆動条件:Ia=600A、β=80deg、8000min−1
(2)解析手法:有限要素法による正弦波電流源磁場解析
With respect to the rotating electrical machine having the rotor structure shown in FIGS. 8A to 8H, the iron loss was measured under the following conditions.
(1) Driving conditions: Ia = 600 A, β = 80 deg, 8000 min −1
(2) Analysis method: sinusoidal current source magnetic field analysis by finite element method

図9は各回転子構造(図8(a)〜(g))を有する回転電機における鉄損率を示すグラフである。ここで鉄損率は、鉄損率=鉄損/出力として求める。また、図9において(a)〜(g)の符号は、図8(a)〜(g)に対応している。図9の結果から、本発明の回転子構造を満たす図8(a)、(d)、(f)、(g)、(h)に示す例が、いずれかの点で本発明の回転子構造を満たしていない図8(b)、(c)、(e)の例と比べて、鉄損率が大幅に小さいことがわかる。
また、図12は実施例と比較例における鉄損を比較するためのグラフである。図12に示す例において、600Aの大電流と200Aの小電流とにおいて、進み電流位相角βと鉄損との関係を、本発明形状および従来形状について調べた。図12の結果からわかるように、大電流600Aのとき従来発生していた鉄損の上昇が本発明形状では発生しなくなることがわかる。
FIG. 9 is a graph showing the iron loss rate in a rotating electrical machine having each rotor structure (FIGS. 8A to 8G). Here, the iron loss rate is obtained as iron loss rate = iron loss / output. Further, in FIG. 9, the reference numerals (a) to (g) correspond to FIGS. 8 (a) to (g). From the results shown in FIG. 9, the examples shown in FIGS. 8A, 8D, 8F, 8G, and 9H satisfying the rotor structure of the present invention are in any respect. It can be seen that the iron loss rate is significantly smaller than the examples of FIGS. 8B, 8C, and 8E that do not satisfy the structure.
FIG. 12 is a graph for comparing the iron loss in the example and the comparative example. In the example shown in FIG. 12, the relationship between the lead current phase angle β and the iron loss at a large current of 600 A and a small current of 200 A was examined for the present invention shape and the conventional shape. As can be seen from the results of FIG. 12, it can be seen that the increase in iron loss, which has conventionally occurred at a large current of 600 A, does not occur in the shape of the present invention.

<スリット、バリア等の形状について>
次に、図8(a)に示す回転子構造において、スリット41の位置、バリア34の位置、長方形磁石部32の位置の好適例について説明する。図10に示すように、バリア34の上部A、スリット41の下部B、スリット41の上部C、磁石の厚みEについて、それぞれの位置を水準1、2、3と振って回転子構造を構成し、着目するパラメータ以外は水準2(水準1と3との中間)とした状態の回転電機について、図11に鉄損率の変化を示す。図11の結果から、バリア34の上部Aについては水準1が、スリット41の下部Bについては水準1が、スリット41の上部Cについては水準3が、磁石厚みEについては水準1が、それぞれ鉄損率が小さくなることがわかる。
<About the shapes of slits, barriers, etc.>
Next, a preferred example of the position of the slit 41, the position of the barrier 34, and the position of the rectangular magnet portion 32 in the rotor structure shown in FIG. As shown in FIG. 10, with respect to the upper part A of the barrier 34, the lower part B of the slit 41, the upper part C of the slit 41, and the thickness E of the magnet, the respective positions are swung to levels 1, 2, and 3 to form a rotor structure. FIG. 11 shows the change in the iron loss rate of the rotating electrical machine in a state of level 2 (intermediate between levels 1 and 3) except for the parameter of interest. From the results of FIG. 11, the level 1 for the upper part A of the barrier 34, the level 1 for the lower part B of the slit 41, the level 3 for the upper part C of the slit 41, and the level 1 for the magnet thickness E, respectively. It can be seen that the loss ratio is small.

<実験結果のまとめ>
以上のことから、以下の知見を得ることができる。
(1)鉄損低減にはスリットが大きく寄与している。
(2)スリットとバリアとのなす角度が開いた方が鉄損低減に有効となる。これは磁束をQ軸方向に誘導する効果が強まるためと考えることができる。
(3)バリアをなくして台形磁石のみとしても、十分な鉄損低減効果が見込める。逆に台形磁石を用いず、長方形磁石を用いた場合でも、適切なバリア形状によって鉄損低減が可能となる。バリアと磁石の台形部はどちらか一方でも良いといえる。
<Summary of experimental results>
From the above, the following knowledge can be obtained.
(1) The slit contributes greatly to iron loss reduction.
(2) A wider angle between the slit and the barrier is effective in reducing iron loss. This can be considered because the effect of inducing the magnetic flux in the Q-axis direction is strengthened.
(3) Even if the barrier is removed and only the trapezoidal magnet is used, a sufficient iron loss reduction effect can be expected. Conversely, even when a rectangular magnet is used instead of a trapezoidal magnet, iron loss can be reduced by an appropriate barrier shape. Either the barrier or the trapezoidal part of the magnet can be used.

なお、上述した説明では、回転子に対するスキューについて説明しなかったが、本発明の上述した回転子構造に加えて、連続スキュー構造や段スキュー構造をとることができる。本発明の上述した回転子構造では、2次元断面で磁石磁束を正弦波状にしているため、スキューしても鉄損低減効果の劣化はない。スキューすることにより、さらなるコギング・トルクリップルの改善を図ることが可能となる。   In the above description, the skew with respect to the rotor has not been described. However, in addition to the above-described rotor structure of the present invention, a continuous skew structure or a step skew structure can be adopted. In the above-described rotor structure of the present invention, the magnetic flux is made sinusoidal in a two-dimensional cross section, and therefore the iron loss reduction effect does not deteriorate even if skewed. By skewing, it is possible to further improve cogging and torque ripple.

本発明によれば、横断面において、外周に向く両端部に設けられた切り欠き部を有する磁石構造体と、磁石構造体の両端部の切り欠き部に対応した位置にq軸側に開いた状態で設けられたスリットと、を備える回転子構造とすることで、磁石の起磁力高調波を除くことができ、大電流で弱め界磁時であっても鉄損の増加のない回転電機を得る用途に好適に用いることができる。   According to the present invention, in the cross section, the magnet structure having notches provided at both ends facing the outer periphery, and opened to the q-axis side at positions corresponding to the notches at both ends of the magnet structure. By providing a rotor structure with a slit provided in a state, it is possible to eliminate magnetomotive force harmonics of the magnet, and to provide a rotating electrical machine that does not increase iron loss even during field weakening with a large current It can use suitably for the use to obtain.

本発明の回転子構造の対象となる回転電機の一例を説明するための横断面図である。It is a cross-sectional view for demonstrating an example of the rotary electric machine used as the object of the rotor structure of this invention. (a)〜(e)はそれぞれ本発明の回転子構造における磁石構造体の一例を説明するための図である。(A)-(e) is a figure for demonstrating an example of the magnet structure in the rotor structure of this invention, respectively. (a)、(b)はそれぞれ本発明の回転子構造における磁石構造体の一例を説明するための図である。(A), (b) is a figure for demonstrating an example of the magnet structure in the rotor structure of this invention, respectively. (a)、(b)はそれぞれ本発明の回転子構造の具体的な一例を説明するための図である。(A), (b) is a figure for demonstrating a specific example of the rotor structure of this invention, respectively. (a)、(b)はそれぞれ本発明の回転子構造の具体的な他の例を説明するための図である。(A), (b) is a figure for demonstrating the other specific example of the rotor structure of this invention, respectively. (a)、(b)はそれぞれ本発明の回転子構造の具体的なさらに他の例を説明するための図である。(A), (b) is a figure for demonstrating another specific example of the rotor structure of this invention, respectively. (a)、(b)はそれぞれ本発明の回転子構造の具体的なさらに他の例を説明するための図である。(A), (b) is a figure for demonstrating another specific example of the rotor structure of this invention, respectively. (a)〜(h)はそれぞれ特性比較を行う回転子構造の一例を示す図である。(A)-(h) is a figure which shows an example of the rotor structure which performs a characteristic comparison, respectively. 図8(a)〜(h)について特性比較の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of a characteristic comparison about Drawing 8 (a)-(h). 本発明におけるスリット、バリア、磁石厚みの好適例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the suitable example of the slit in this invention, a barrier, and magnet thickness. 図10による測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result by FIG. 実施例と比較例における鉄損を比較するためのグラフである。It is a graph for comparing the iron loss in an Example and a comparative example. 従来の回転電機における問題点を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the problem in the conventional rotary electric machine.

符号の説明Explanation of symbols

1 回転電機
11 固定子
12 ティース
13 コイル
21 回転子
22 コア
23 永久磁石
31 磁石構造体
32 長方形磁石部
33 台形磁石部
34 バリア
35、36 磁石
41、43 スリット
42 開口部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotating electric machine 11 Stator 12 Teeth 13 Coil 21 Rotor 22 Core 23 Permanent magnet 31 Magnet structure 32 Rectangular magnet part 33 Trapezoid magnet part 34 Barrier 35, 36 Magnet 41, 43 Slit 42 Opening part

Claims (7)

固定子と、固定子とギャップを介して回転自在に設けられ、コアに永久磁石を埋め込んで構成した回転子と、を有する回転電機の回転子構造であって、断面が直方体形状の長方形磁石部と、この長方形磁石部の外周に一体に設けられた断面が外側に向かって凸形状の台形磁石部とから構成される磁石構造体と、磁石構造体の両端部の近傍した位置にスリットを備え、スリットの外周側が、q軸側に近づくよう傾斜させて設けられたことを特徴とする回転電機の回転子構造。 A rotor structure of a rotating electrical machine having a stator, and a rotor that is rotatably provided through a stator and a gap, and is configured by embedding a permanent magnet in a core, and a rectangular magnet section having a rectangular parallelepiped cross section And a magnet structure composed of a trapezoidal magnet portion whose cross section is integrally provided on the outer periphery of the rectangular magnet portion and outwardly convex, and a slit in the vicinity of both ends of the magnet structure. A rotor structure of a rotating electrical machine, wherein the outer peripheral side of the slit is provided to be inclined so as to approach the q-axis side . 固定子と、固定子とギャップを介して回転自在に設けられ、コアに永久磁石を埋め込んで構成した回転子と、を有する回転電機の回転子構造であって、断面が直方体形状の長方形磁石部およびこの長方形磁石部の外周に一体に設けられた断面が外側に向かって凸形状の台形磁石部と、台形磁石部の両端部に設けられたバリアとから構成される磁石構造体と、磁石構造体の両端部の近傍した位置にスリットを備え、スリットの外周側が、q軸側に近づくよう傾斜させて設けられたことを特徴とする回転電機の回転子構造。 A rotor structure of a rotating electrical machine having a stator, and a rotor that is rotatably provided through a stator and a gap, and is configured by embedding a permanent magnet in a core, and a rectangular magnet section having a rectangular parallelepiped cross section And a magnet structure comprising a trapezoidal magnet part whose cross section is integrally provided on the outer periphery of the rectangular magnet part and a barrier provided at both ends of the trapezoidal magnet part, and a magnet structure A rotor structure for a rotating electrical machine, characterized in that a slit is provided at a position close to both ends of the body, and the outer peripheral side of the slit is inclined so as to approach the q-axis side . 固定子と、固定子とギャップを介して回転自在に設けられ、コアに永久磁石を埋め込んで構成した回転子と、を有する回転電機の回転子構造であって、断面が直方体形状の長方形磁石部と、長方形磁石部の両端部に設けられたバリアとから構成される磁石構造体と、磁石構造体の両端部の近傍した位置にスリットを備え、スリットの外周側が、q軸側に近づくよう傾斜させて設けられたことを特徴とする回転電機の回転子構造。 A rotor structure of a rotating electrical machine having a stator, and a rotor that is rotatably provided through a stator and a gap, and is configured by embedding a permanent magnet in a core, and a rectangular magnet section having a rectangular parallelepiped cross section And a magnet structure composed of barriers provided at both ends of the rectangular magnet portion, and slits at positions near the both ends of the magnet structure, and the outer periphery of the slit is inclined so as to approach the q-axis side rotor structure of a rotating electric machine thereby characterized in that provided is. 固定子と、固定子とギャップを介して回転自在に設けられ、コアに永久磁石を埋め込んで構成した回転子と、を有する回転電機の回転子構造であって、断面がカマボコ形状で両端部の曲率(=1/R)が中央部より大きい磁石から構成される磁石構造体と、磁石構造体の両端部の近傍した位置にスリットを備え、スリットの外周側が、q軸側に近づくよう傾斜させて設けられたことを特徴とする回転電機の回転子構造。 A rotor structure of a rotating electrical machine having a stator and a rotor that is rotatably provided through a stator and a gap and is configured by embedding a permanent magnet in a core, and has a cross-sectional cross-sectional shape and ends of both ends. A magnet structure composed of magnets having a curvature (= 1 / R) larger than the center part, and slits at positions near both ends of the magnet structure, and the outer peripheral side of the slit is inclined so as to approach the q-axis side. A rotor structure of a rotating electrical machine characterized by being provided . 前記スリットを、外周のギャップ面に設けられた開口部から内周に向け形成することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の回転電機の回転子構造。 5. The rotor structure of a rotating electrical machine according to claim 1 , wherein the slit is formed toward an inner periphery from an opening provided in an outer peripheral gap surface. 前記スリットを、前記磁石構造体の両端部から外側に向け外周のギャップ面には開口しないように形成することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の回転電機の回転子構造。 5. The rotor of a rotating electrical machine according to claim 1 , wherein the slit is formed so as not to open to an outer peripheral gap surface from both ends of the magnet structure to the outside. Construction. 前記スリットが長穴もしくは穴の連続から形成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の回転電機の回転子構造。 The rotor structure of a rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 6 , wherein the slit is formed from a long hole or a series of holes.
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