JP2009027904A - Rotating electrical machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力電機用，産業用，家電用，自動車用などに幅広く使用されるモータ，発電機などの回転電機に関する。 The present invention relates to rotating electrical machines such as motors and generators widely used for electric power machines, industrial use, household appliances, automobiles, and the like.
モータ，発電機などの回転電機は、誘導電動機，永久磁石同期電動機，直流整流子モータなど、種々の形式のモータ，発電機がある。これらの回転電機を、例えば、モータとして使用する場合、固定子、または、回転子を、巻線と鉄心で構成し、巻線に電流を流すことで鉄心が電磁石となることを利用して回転力を得る原理が採用されている。 Rotating electric machines such as motors and generators include various types of motors and generators such as induction motors, permanent magnet synchronous motors, and DC commutator motors. When these rotating electrical machines are used, for example, as motors, the stator or rotor is composed of a winding and an iron core, and the iron core is turned into an electromagnet by flowing current through the winding. The principle of gaining power is adopted.
従来技術では、コイル全体を磁性体で覆う構造とするためにインダクタンスが大きく、電流と電圧の位相差が大きくなり、回転電機としての効率の向上が望めない。 In the prior art, since the entire coil is covered with a magnetic material, the inductance is large, the phase difference between current and voltage is large, and improvement in efficiency as a rotating electrical machine cannot be expected.
本発明の実施例をなす目的は、効率が向上された回転電機を提供することにある。 An object of an embodiment of the present invention is to provide a rotating electrical machine with improved efficiency.
本発明は、特許請求の範囲に記載した手段を有する。例えば、積層方向が回転軸に対して周方向となるように鉄板を積層して構成した爪磁極を有する固定子と、爪磁極と対抗した位置に回転自在に配置された回転子と、を有する回転電機である。 The present invention includes means described in the claims. For example, a stator having claw magnetic poles formed by laminating iron plates so that the laminating direction is a circumferential direction with respect to the rotation axis, and a rotor rotatably disposed at a position facing the claw magnetic poles. It is a rotating electrical machine.
また、一極対を構成する固定子が周方向に積層された積層鉄心群で構成され、隣り合う反対極となる一極対固定子コアと継鉄部で接続され、固定子鉄心群は固定子鉄心群の一部の形状を高精度に位置決めできるように保持する溝，ガイド溝などの形状を有する保持板またはボビンで保持されている回転電機である。 In addition, it consists of a laminated core group in which the stators that make up a single pole pair are stacked in the circumferential direction, and is connected by a yoke part with a single pole pair stator core that is adjacent to the opposite pole, and the stator core group is fixed The rotating electric machine is held by a holding plate or a bobbin having a shape such as a groove or a guide groove for holding a part of the core group so as to be positioned with high accuracy.
本発明によれば、効率が向上された回転電機を提供することができる。 The present invention can provide a rotating electrical machine with improved efficiency.
以下、本発明の実施例をなす実施の形態を、図面を用いて説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は、本発明の実施例をなすクローポール型回転電機の固定子鉄心配置を示す。その構造は、図１に示すようにクローポール型モータの固定子鉄心を積層した鉄系の鉄板で構成するものである。 FIG. 1 shows a stator core arrangement of a claw-pole type rotating electrical machine that constitutes an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the structure is composed of an iron-based iron plate in which a stator core of a claw pole type motor is laminated.
本構造は、磁気回路として必要最低限の磁性体以外の部分を無くす構造である。具体的には、クローポールモータを構成する爪磁極を電磁鋼板，冷間圧延鋼板，電磁ステンレスなどの積層鉄板を用いて構成する。このときの鉄板の積層方向を、回転子からの磁束流入方向に対して平行となるよう配置した構成としている。すなわち、固定子の周方向に鉄板などの磁性体を積層して磁極を構成する。このとき、周方向に隣り合う鉄心は、電気的にも磁気的にも結合しない（間に非磁性，非導電性の物質を介して積層されている）構造とする。また、そのひとつの爪磁極はそれぞれ２つの積層された鉄心群で構成されており、爪磁極の中心、またはどちらか一方に偏った部分でも良いが、爪磁極となる積層鉄心群の回転子側の周方向面が合わさるように配置する。また、その爪磁極を構成する２つの積層鉄心群は、隣り合う反対極となる爪磁極を構成する片方の積層鉄心群と周方向外側の部分で軸方向に向かい合って配置される構造とする。この２つの極となる積層鉄心群の軸方向隙間には、円環状に構成された導電体を複数回巻きまわしたコイル２を配置し、前記積層鉄心群で構成される爪磁極と、その隣り合う反対極となる積層鉄心群で構成された爪磁極とで、固定子の軸方向に挟み込む構造とする。このコイルの周方向に、積層鉄心群で構成された爪磁極と反対極となる爪磁極を１極対として、複数（本実施例では８爪磁極対）の極対数を構成することにより、回転電機の１相分の固定子を構成できる。この固定子を軸方向に複数個（本実施例の図１では３個）配置することで、複数相（３相）を有する回転電機を構成する。このとき、軸方向に配置する１相分の固定子の相対位置関係は、３相回転電機であれば、電機角で１２０度ずつ、すなわち回転子側の一極対あたりの機械的な角度の１／３ずらして配置する必要がある。図示する１６極（８極対）の場合には、電気角の３６０度は、機械角の４５度に相当するので、電気角１２０度ずれることは、機械的な角度で１５度ずれることに相当する。
This structure is a structure that eliminates parts other than the minimum necessary magnetic material for the magnetic circuit. Specifically, the claw poles constituting the claw pole motor are configured using laminated iron plates such as electromagnetic steel plates, cold rolled steel plates, and electromagnetic stainless steel. It is set as the structure arrange | positioned so that the lamination direction of the iron plate at this time may become parallel with respect to the magnetic flux inflow direction from a rotor. That is, magnetic poles are formed by laminating magnetic materials such as iron plates in the circumferential direction of the stator. At this time, the iron cores adjacent to each other in the circumferential direction have a structure in which they are not electrically or magnetically coupled (laminated with a nonmagnetic and nonconductive substance therebetween). In addition, each of the claw magnetic poles is composed of two laminated iron core groups, and may be the center of the claw magnetic poles or a portion that is biased to either one, but the rotor side of the laminated iron core group that becomes the claw magnetic poles It arrange | positions so that the circumferential direction surface of may match. Further, the two laminated iron core groups constituting the claw magnetic poles are arranged so as to face each other in the axial direction at the outer side in the circumferential direction with one laminated iron core group constituting the claw magnetic poles which are adjacent opposite poles. In the axial gap between the two laminated core groups, a
ここで、図示はしないが、２相回転電機であれば、電機角で９０度ずつ、すなわち回転子側の一極対あたりの機械的な角度の１／４ずらして配置する必要がある。また、固定子側をずらさないで配置した場合においては、回転子側の固定子に対応する部分の極をそれぞれ上記のように複数相回転電機を構成する角度に配置することでも実現できる。 Here, although not shown, in the case of a two-phase rotating electrical machine, it is necessary to dispose the electrical angle by 90 degrees, that is, by shifting the mechanical angle per one pole pair on the rotor side by ¼. Further, in the case where the stator side is arranged without shifting, it can also be realized by arranging the poles of the portions corresponding to the stator on the rotor side at the angles constituting the multi-phase rotating electric machine as described above.
図２には爪磁極を構成する積層鉄心群の構造を詳細に示す。図２（ａ）は、爪磁極となる積層鉄心群を構成する鉄板のブランク形状を示す。爪の先端から、軸方向根元へ向って漸増する形状とし、根元にはＲを有する形状を示している。これは、爪磁極を構成した場合に、その回転子側から流入する磁束が、根元へ向うため、根元の断面積を爪の先端部よりも大きくする必要があるためである。図２（ｂ）図には、図２（ａ）のブランクを複数枚積層したものを示している。同じ形状のブランクをそのまま積層している形状である。図２（ｃ）図は、図２（ｂ）のブランク積層体を変形させた形状を示す。爪部分となる径方向内側部分と、継鉄部となる周方向外側部分を拘束して曲げなどの塑性変形を与えて変形させる。（ｄ）図は（ｃ）を積層された面に垂直の方向から見た図である。爪部１０ａと継鉄部１０ｂはそれぞれ長方形断面を保つ形状となっており、それをつなぐ部分が曲げなどによって変形された構造となっていることがわかる。次に図２（ｅ）図には、図２（ｃ）（ｄ）に示した積層体が曲げ成形された形状を、周方向となる積層された面に対称となったものを、爪部１０ａの積層された面が合わさるように配置され、結合されたものを示す。図２（ｆ）は図２（ｅ）を積層された面に垂直の方向から見た図である。図２（ｄ）と比べると、その対称形状のものを爪部１０ａの一部を対称面として結合したことがわかる。この積層体でひとつの爪部を形成するものとする。 FIG. 2 shows in detail the structure of the laminated core group constituting the claw magnetic poles. Fig.2 (a) shows the blank shape of the iron plate which comprises the laminated iron core group used as a claw magnetic pole. The shape gradually increases from the tip of the nail toward the axial base, and the base has a shape having R. This is because, when the claw magnetic pole is configured, the magnetic flux flowing from the rotor side is directed to the root, so that the cross-sectional area of the root needs to be larger than the tip of the claw. FIG. 2 (b) shows a stack of a plurality of blanks of FIG. 2 (a). This is a shape in which blanks having the same shape are laminated as they are. FIG.2 (c) figure shows the shape which deform | transformed the blank laminated body of FIG.2 (b). A radially inner portion serving as a claw portion and a circumferential outer portion serving as a yoke portion are constrained to be deformed by plastic deformation such as bending. (D) The figure is the figure seen from the direction perpendicular | vertical to the surface where (c) was laminated | stacked. It can be seen that the claw portion 10a and the yoke portion 10b each have a shape that maintains a rectangular cross section, and the portion connecting the claws 10a and the yoke portion 10b is deformed by bending or the like. Next, in FIG. 2 (e), the shape obtained by bending the laminate shown in FIGS. 2 (c) and 2 (d) is symmetrical to the laminated surface in the circumferential direction. 10a is shown in which the stacked surfaces of 10a are arranged and joined together. FIG. 2F is a view of FIG. 2E viewed from a direction perpendicular to the stacked surface. Compared with FIG. 2D, it can be seen that the symmetrical shape is coupled with a part of the claw portion 10a as a symmetry plane. One nail portion is formed from this laminate.
図３には、図２で示した爪部を配置して一相分の固定子を得る構造を示す。図３（ａ）には、図２で示した爪磁極１２となる積層体を周方向に８個配置する例を示す。保持板４には、その積層体の形状を高精度に位置決めして保持する溝が設けられている。この溝部に、積層体爪磁極１２を配置することで、図３（ｂ）に示す１相分片側固定子３を構成できる。一相分固定子７には、図３（ｃ）に示すように、円環状の巻線が配置できる構造とする。図３（ｃ）に示した状態の１相分片側固定子３と、図３（ｂ）のコイルの配置されて無い一相片側固定子を軸方向に向かい合わせるように配置することで、１相固定子を構成できる。
FIG. 3 shows a structure in which the claw portion shown in FIG. 2 is arranged to obtain a stator for one phase. FIG. 3A shows an example in which eight laminated bodies that form the claw
図４に一相分固定子７の外観を示す。保持板４で爪磁極１２となる積層体が挟まれた構造となる。このため、機械的な強度は保持板の強度で決まる。図４（ａ）には保持板の軸方向面が見えているが、その形状について説明する。保持板４の軸方向面には、少なくとも３箇所以上の周方向複数箇所にある相対的な位置関係の決まりを保って配置された位置決め溝６と位置決め突起５を配置する。図４（ｂ）にその相対位置関係を示す。本実施例では１６極の三相モータを構成する場合の例を示している。ここに図示する溝と突起は、前述したとおり、３相モータの１相分の固定子を軸方向に３段重ねて配置する場合に周方向に電気角で１２０度ずつ（機械角で１５度ずつ）固定子の位置がずれて配置されるようにすることで三相モータの固定子を構成する。このため、この例では、溝と突起の周方向の相対位置が１５度ずれた関係となっているのである。また、軸方向で片側固定子３ａともう片方の固定子３ｂを組合わせるので、その位置は、考慮する必要がある。この例では、爪磁極の中心から１１.２５度、すなわち電気角で一周期の１／４の箇所が中心となって上下の突起，溝の位置関係が反転するので、位置決め溝６を爪磁極の中心から１１.２５度の位置とし、それから１５度ずれた位置に突起を設ける構造としたのである。これを９０ずつ等配した位置に同様の突起と溝を設けることで周方向の位置決めが可能となる。
FIG. 4 shows the appearance of the one-
図５には、保持板の断面形状の例を示す。保持板は固定子となる積層鉄心群を保持するための溝のほかにコイルを保持するためのガイド部を有する。すなわち、コイルと鉄心は接触しないようにする必要があるため、鉄心とコイルの距離を保つような形状となっているのである。具体的には、軸方向には、鉄心群の厚さよりも厚くなるように構成し、周方向には、爪部の内周側寸法よりも径の大きい面を有し、継鉄部の内側径よりも小さい寸法を有し、コイルが配置できる寸法とすることで、コイルが一意に位置決めされ、鉄心と接触無く保持できる構造とできる。 FIG. 5 shows an example of the cross-sectional shape of the holding plate. The holding plate has a guide portion for holding the coil in addition to the groove for holding the laminated core group serving as a stator. That is, since it is necessary to prevent the coil and the iron core from contacting each other, the shape is such that the distance between the iron core and the coil is maintained. Specifically, it is configured to be thicker than the thickness of the iron core group in the axial direction, and has a surface having a diameter larger than the inner peripheral side dimension of the claw portion in the circumferential direction, and the inside of the yoke portion. By having a dimension smaller than the diameter and allowing the coil to be arranged, the coil can be uniquely positioned and can be held without contact with the iron core.
図６には、３相分固定子８を配置する例を示す。図４で前述したとおり、保持板４の軸方向に設けた溝と突起を組合わせることにより、その位置関係は一意に決定される。図６に示す一相分固定子７Ｗの図示上面の位置決め突起５と位置決め溝７は、一相分固定子７Ｖの下面の位置決め突起５と位置決め溝６とに合わさる。この溝と突起の組合わせは周方向に４箇所配置されており、そのどれもが組合わさって組立てられる。これにより、軸方向に対して垂直な面上で、ＸＹ方向のどちらにも動けない状態で拘束されるため、一意に位置決めができるのである。同様に、一相分固定子７Ｖと一相分固定子７Ｕも同様の関係となっていることから、一意に位置決めされる。図７に組立てられた固定子を示す。図６のように一意に位置決めされた固定子は、爪の位置関係が図１で示したようにその爪中心と爪中心が、電気角で１２０度ずつ（示す例では１６極のため、機械的な角度で１５度ずつ）ずれて配置される構造となっている。図８には、モータや発電機などの回転電機の固定子とするために内径、および外径面を加工したものを示す。保持板の位置決め用の突起と溝を利用して位置決めした状態で、旋盤などの工作機械によって内周面と外周面を円形で真円度の高い状態へと加工を行う。組立てられた状態での内周面，外周面は、図４（ｂ）に示したとおり、積層体の端面が周方向に多角形となるような形状となる。このため、円形の回転子を内周側に配置するときにギャップが不均一になり回転電機として磁束分布を満足しない場合がある。このようなときに、内径を切削加工，研削加工などにより加工することで、特性向上することが可能となる。もちろん加工しないで、特性を得られる場合においては、そのまま使用することも可能である。また、組立てられた状態で、円周方向に円形となるよう配置するような場合もあり得る。また外径部についても、固定子の外側にハウジングなどの保護部品を配置して構成する場合になどには、積層体が突起となって残る形状のままでは、円筒状のものの組付けが困難である場合がある。このような場合には、前述した機械加工などによって、外周部も円形に加工することが好ましい。もちろん、ハウジングを被せる必要ないもの、積層体の突起となる部分を放熱の役割としてそのままに残して使用する形態の場合については加工しない場合もあり得る。図８に示した例では加工を施す場合であり、内径側はφ１００mm±０.０１mmで加工し、外径側もφ１３０mmの円形に加工した例を示した。
FIG. 6 shows an example in which a three-
図９には、回転電機としての一例としてモータの組立図および、組立後のモータ２１の外観を示す。前述の三相分固定子８の内側に、たとえばリング状の永久磁石２０、および、軸受け１９ａ，１９ｂを有する回転子を配置する。この例では、永久磁石２０は軸方向３つに分割され、その間に磁気的な磁気絶縁カラー１７を施している。これは磁気的に軸方向の固定子と回転子の関係を同一にする目的である。このような形状の固定子と回転子を保持するためのエンドブラケットとして、出力側エンドブラケット１１と後端側エンドブラケット１４（反出力軸側ブラケット）を図示のように配置して挟み込み、通しボルト１６で軸方向に締結固定する。この構造でモータ２１としての完成となり、図示の組立後形状のようになる。コイルエンドが軸方向に発生しないので軸方向に薄くコンパクトに構成できる。
FIG. 9 shows an assembly diagram of a motor as an example of a rotating electrical machine and an appearance of the
図９の例では、回転子にリング磁石のものを示したが、かご型導体回転子や、埋め込み磁石を有する回転子，磁石を有しない突極型回転子，磁気抵抗の異なるリラクタンス型回転子，ルンデル型回転子などを有するモータや、発電機などでも同様の効果が期待できる。 In the example of FIG. 9, the rotor is a ring magnet, but a cage conductor rotor, a rotor with an embedded magnet, a salient pole rotor without a magnet, a reluctance rotor with different magnetic resistances. A similar effect can be expected with a motor having a Rundel type rotor or a generator.
図１０には、保持板の構造例を示す。保持板構造により、モータの生産性や、特性を向上できる。図１０（ａ）には、先の実施例で示した保持板の形状を示す。積層鉄心群を保持するための溝を有し、コイルを一意に位置決めして保持するための内径側壁，外径側壁を有する構造となっている。この保持板の材質は、先にも述べたが、非磁性であることが必要条件である。高精度に積層鉄心群を保持するため、ある程度の強度を有することも必要である。このため、非磁性の金属、または、樹脂などの有機物で構成される。具体的な物質名を挙げると、金属では、アルミニウム系の合金，非磁性のステンレス合金，銅系合金などが適している。コストの問題はあるが軽量のチタンなども候補である。また、樹脂では、ＬＣＰ（液晶ポリマー），ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂），ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート樹脂），ＰＥＴ（ポリエチレン系樹脂）、またはガラス繊維で強化されたナイロン，ＰＣ（ポリカーボネート樹脂）などが候補として挙げられる。また、炭素繊維強化樹脂や、エポキシ系，不飽和ポリエステル系などの熱硬化性の樹脂も候補である。それぞれ使用するモータや発電機などが必要とする熱的，機械的な強度の制約条件などにより、これらの材質は決定されることが望ましい。これらの製造方法は、アルミニウム，銅合金はダイキャスト，ステンレス系の合金などは、機械加工や，冷間，温間による鍛造での製作。樹脂系材料は、射出成形などの工法によって製作することができる。図１０の（ｂ）には板状の保持板を示す。リング状のブランクなどから鍛造などの機械加工，プレス成形などによって製造しやすい形状である。また、図１０（ｃ）には外周側の壁によって積層鉄心群を外周部に出さない形状の保持板を示す。組立後に外側がはみ出ない構造となるので、ハウジングを兼ねることが出来ると考えられる。 FIG. 10 shows an example of the structure of the holding plate. The holding plate structure can improve the productivity and characteristics of the motor. FIG. 10A shows the shape of the holding plate shown in the previous embodiment. It has a groove for holding the laminated core group, and has an inner diameter side wall and an outer diameter side wall for uniquely positioning and holding the coil. As described above, the material of the holding plate must be non-magnetic. In order to hold the laminated core group with high accuracy, it is also necessary to have some strength. For this reason, it is comprised with organic substances, such as a nonmagnetic metal or resin. Specifically, for metals, aluminum alloys, nonmagnetic stainless alloys, copper alloys, and the like are suitable. Although there is a problem of cost, lightweight titanium is also a candidate. In addition, LCP (liquid crystal polymer), PPS (polyphenylene sulfide resin), PBT (polybutylene terephthalate resin), PET (polyethylene resin), nylon reinforced with glass fiber, PC (polycarbonate resin), etc. are candidates. As mentioned. Carbon fiber reinforced resins and thermosetting resins such as epoxy and unsaturated polyester are also candidates. It is desirable to determine these materials according to the thermal and mechanical strength constraints required by the motors and generators used. These production methods include die-casting for aluminum and copper alloys, and machining for stainless steel alloys by cold forging and warm forging. The resin material can be manufactured by a method such as injection molding. FIG. 10B shows a plate-like holding plate. It is a shape that is easy to manufacture from ring-shaped blanks, etc. by machining such as forging and press molding. FIG. 10C shows a holding plate having a shape in which the laminated core group is not exposed to the outer peripheral portion by the outer peripheral wall. Since the outer side does not protrude after assembly, it is considered that it can also serve as a housing.
次に本発明の実施例をなす固定子を得るための別の実施形態を示す。以下に特に示す事項以外については、上述の実施例と同様である。 Next, another embodiment for obtaining a stator constituting an example of the present invention will be described. The items other than those specifically described below are the same as those in the above-described embodiment.
先に示した実施例では、保持板を一つの部品として用意して組立てする構造であった。ここでは固定子鉄心群に直接保持板となる部分を形成する例を示す。図１１に一相分片側固定子３の形状を示す。図１１（ａ）には、図３（ｂ）と同様の形状を示す。図１１（ｂ）は、固定子鉄心群のコイル組込み面を保持板部３０ｂが薄く覆う構造となっている。このような形状を得るための方法を図１１（ｃ）に示す。図１１（ｃ）は金型の模式図を示す。ベースとなる下側金型３１には片側爪磁極を構成する積層鉄心群を周方向に高精度に位置決めできる保持部を有する構造とする。ここに周方向に必要な爪磁極（実施例では周方向に８個）を配置し、配置した状態でゲート（樹脂注入口）３３を有する上側金型３２で型締めする。上下の金型で構成する空間は、保持板形状となるような空間となり、その保持板と同形状の空間の所定の位置に、爪磁極１２となる積層鉄心群が配置される。金型で挟み込んだ後に注入口より樹脂を射出成形することにより、保持板部分を樹脂として一体となった一相分片側固定子３が構成できる。金型の空間形状を変更することで、図１１（ｂ）に示した形状も製作することが可能である。この形状は、樹脂に限らず、ダイキャストによって金属部品の保持板でも構成することが可能である。前述したのと同様の金型に積層鉄心群が保持された状態で、注入口から溶融した金属をダイキャストすることで、保持板部が金属の一相分片側固定子３を得ることができる。ダイキャストできる材質としては、アルミニウム合金，亜鉛合金，銅系の合金などが考えられる。
In the embodiment shown above, the holding plate is prepared as one part and assembled. Here, an example in which a portion that directly becomes a holding plate is formed in the stator core group is shown. FIG. 11 shows the shape of the one-phase split-
次に一相分固定子７を得る方法としての別の実施形態を示す。以下に特に示す事項以外については、上述の実施例と同様である。
Next, another embodiment as a method for obtaining the single-
図１２には、図４（ａ）で示した一相分固定子７を示す。図１２（ａ）は、図４と同様の形状を示す。図１２（ｂ）は、（ａ）と同様に積層鉄心群の周囲に保持板部３０を有する形状となっているが、この保持板部３０は、固定子の外周側表面を覆う形状となっている。前述した実施例では、別体の部品として準備した保持板に積層鉄心群を組立てして最終形状を得たが、本実施例では、実施例２と同様、射出成形金型により一体の固定子を得る。図１２（ｃ）には、その製造方法の模式図を示した。
FIG. 12 shows the single-
ベースとなる下側金型３１には片側爪磁極を構成する積層鉄心群を周方向に高精度に位置決めできる保持部を有する構造とする。ここに周方向に必要な爪磁極１２（実施例では周方向に８個）を配置し、その軸方向面に、絶縁用の薄いフィルムである絶縁用シート３５を介して円環状の巻線２を配置し、更に絶縁用シート３５を介して、反対極を構成する爪磁極１２の鉄心群を位置決め組立てする。これらの部品を配置した状態でゲート（樹脂注入口）を有する上側金型３２で型締めする。上下の金型で構成する空間は、保持板形状となるような空間となり、その保持板と同形状の空間の所定の位置に、爪磁極１２となる積層鉄心群とコイルなどの部品が配置される。金型で挟み込んだ後に注入口より樹脂を射出成形することにより、保持板部３０が樹脂として一体となった一相分固定子７が構成できる。金型の空間形状を変更することで、図１２（ｂ）に示した形状も製作することが可能である。この工法を用いることにより、保持板部３０と積層鉄心群、コイルは隙間無く固定されるので、強度が向上し、振動などの問題に対して優位となる。また、金型内で保持して位置決めされるので位置精度も向上する。本工法では、第２の実施例に示した保持板を形成する材料のうち、金属系の材料のダイキャストは採用が出来ない。これは、コイルを一緒に鋳込む構造であるため、コイルの絶縁被膜を成形するときの熱によって損傷するからである。樹脂系の材料は使用可能であり、ＬＣＰ（液晶ポリマー），ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂），ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート樹脂），ＰＥＴ（ポリエチレン系樹脂）、またはガラス繊維で強化されたナイロン，ＰＣ（ポリカーボネート樹脂）などが候補として挙げられる。また、炭素繊維強化樹脂や、エポキシ系，不飽和ポリエステル系などの熱硬化性の樹脂も候補である。それぞれ使用するモータや発電機などが必要とする熱的，機械的な強度の制約条件などにより、これらの材質は決定されることが望ましい。
The
次にモータとしての特性を向上するための方法を示す。以下に特に示す事項以外については、上述の実施例と同様である。 Next, a method for improving the characteristics as a motor will be described. The items other than those specifically described below are the same as those in the above-described embodiment.
通常、クローポール型のモータの爪磁極形状は、爪先端が細くなる山形の形状を有する。これを実現するために、鉄板を打抜く際に、一枚ごと、または複数枚ごとに異なる形状で打抜きして積層することが考えられる。図１３には、その工法を用いて作成した爪磁極形状を示す。図２（ａ）で示したような打抜き加工するブランクの形状を、爪磁極となる部分の高さ寸法を一枚ごとに変更して打抜きし、それを積層して積層鉄心群を形成し、図示の形状を得る。この爪形状のテーパ角度は、極数との関係で決まる。図１４には、爪形状と、隣り合う爪磁極との爪間ギャップ寸法とモータとの特性を示す。図１４（ａ）には、爪形状を平面状に投影した図面を示す。爪のスキュー（テーパ）角度を一定として、爪の平均幅Ｂｓに対する隣り合う爪磁極との爪間ギャップ寸法Ｇｓを変化させたときのモータの主要特性のひとつである誘起電圧との関係を図１４（ｂ）に示す。Ｇｓ／Ｂｓを横軸とし、誘起電圧を縦軸にして評価した結果、Ｇｓ／Ｂｓ＝０.１で誘起電圧は最大となり、その後、徐々に減少していく関係にある。また、図１４（ｃ）には、横軸は（ｂ）図と同一で縦軸に出力電流をプロットしたものを示す。６０００回転／minの時は、Ｇｓ／Ｂｓ＝０.６で最大となり、１８００回転／minの時は、Ｇｓ／Ｂｓ＝０.４で最大となることがわかった。 Normally, the claw pole shape of a claw pole type motor has a mountain shape where the claw tip is narrowed. In order to realize this, when punching an iron plate, it is conceivable to punch and laminate each sheet or a plurality of sheets in different shapes. FIG. 13 shows a claw magnetic pole shape created by using the method. The blank shape to be punched as shown in FIG. 2 (a) is punched by changing the height dimension of the portion that becomes the claw magnetic poles one by one, and it is laminated to form a laminated core group, The shape shown is obtained. The claw-shaped taper angle is determined by the relationship with the number of poles. FIG. 14 shows the claw shape, the gap dimension between the claw magnetic poles adjacent to each other, and the characteristics of the motor. FIG. 14A shows a drawing obtained by projecting the nail shape into a planar shape. FIG. 14 shows the relationship between the induced voltage, which is one of the main characteristics of the motor, when the claw skew (taper) angle is constant and the claw gap dimension Gs between adjacent claw magnetic poles with respect to the claw average width Bs is changed. Shown in (b). As a result of evaluation with Gs / Bs as the horizontal axis and the induced voltage as the vertical axis, the induced voltage becomes maximum when Gs / Bs = 0.1, and then gradually decreases. Further, in FIG. 14C, the horizontal axis is the same as that in FIG. 14B, and the output current is plotted on the vertical axis. It was found that Gs / Bs = 0.6 at 6000 revolutions / min, and maximum at 1800 revolutions / min at Gs / Bs = 0.4.
しかしながら、インダクタンスが出力電流に関係するため、インダクタンスと固定子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｓ／Ｂｓ）の関係を考慮する必要がある。１相の固定子巻線のインダクタンス（Ｈ）をＬ、磁極間の対向する面積（mm2）をＳとすると、インダクタンスと固定子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｓ／Ｂｓ）の関係は、式（１）となり、この式（１）から固定子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｓ／Ｂｓ）が狭くなるとインダクタンスが増加することがわかる。 However, since the inductance is related to the output current, it is necessary to consider the relationship between the inductance and the stator pawl magnetic pole gap ratio (Gs / Bs). When the inductance (H) of the one-phase stator winding is L and the facing area (mm 2 ) between the magnetic poles is S, the relationship between the inductance and the gap ratio (Gs / Bs) between the stator claw magnetic poles is 1) From this equation (1), it can be seen that the inductance increases as the gap ratio (Gs / Bs) between the stator claw poles becomes narrower.
また、１相の出力電流（Ａ）をＩ、１相の無負荷誘起電圧（Ｖ）をＥ0、バッテリー電圧（Ｖ）をＶｂ、１相の電機子抵抗（Ω）をｒ、回転子の角速度（rad／ｓ）をω、１相の出力電流は、式（２）で表される。この式（２）によれば、１相の出力電流は、インダクタンスと角速度の積に反比例することがわかる。このため、固定子爪磁極１７ａ−２の間の隙間Ｇｓと出力電流の関係は、回転子の回転数によって変動することから、高速で回転子が回転している状態と、低速で回転子が回転している状態を考慮する必要がある。 Also, the output current (A) of one phase is I, the no-load induced voltage (V) of one phase is E 0 , the battery voltage (V) is Vb, the armature resistance (Ω) of one phase is r, the rotor The angular velocity (rad / s) is ω, and the one-phase output current is expressed by equation (2). According to this equation (2), it can be seen that the output current of one phase is inversely proportional to the product of inductance and angular velocity. For this reason, since the relationship between the gap Gs between the stator claw magnetic poles 17a-2 and the output current varies depending on the number of rotations of the rotor, the rotor is rotating at a high speed and the rotor is rotating at a low speed. It is necessary to consider the rotating state.
図１４（ｃ）には、回転子１２が６０００ｒ／minで回転している状態と、回転子１２が１８００ｒ／minで回転している状態の固定子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｓ／Ｂｓ）と出力電流の関係を示している。この図１４（ｃ）によれば、両回転域でバランスのとれた固定子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｓ／Ｂｓ）は、０.２〜０.８が適している。
FIG. 14C shows the stator claw magnetic pole gap ratio (Gs / Bs) when the
以上のことから、図１４（ｂ）における最適範囲と図１４（ｃ）における最適範囲を考慮すると固定子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｓ／Ｂｓ）が０.１〜０.３とすると大きな誘起電圧が得られ、かつ、回転子の回転域によってバランスのとれた出力電流が得られる。特に固定子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｓ／Ｂｓ）をほぼ０.２とすると最も望ましい特性が得られる。 From the above, considering the optimum range in FIG. 14B and the optimum range in FIG. 14C, a large induced voltage is obtained when the gap ratio (Gs / Bs) between the stator claw poles is 0.1 to 0.3. And a balanced output current according to the rotation range of the rotor. In particular, the most desirable characteristics can be obtained when the gap ratio (Gs / Bs) between the stator claw magnetic poles is approximately 0.2.
図１５（ａ）は、固定子爪磁極を示す図である。図１５（ｂ）は、固定子爪磁極のスキュー角度と誘起電圧との関係を示したグラフである。図１５（ｃ）は、固定子爪磁極のスキュー角度とリップル電圧との関係を示したグラフである。 FIG. 15A is a diagram illustrating a stator claw magnetic pole. FIG. 15B is a graph showing the relationship between the skew angle of the stator claw magnetic pole and the induced voltage. FIG. 15C is a graph showing the relationship between the skew angle of the stator claw magnetic pole and the ripple voltage.
図１５（ｂ）に示すように、固定子７における固定子爪磁極１２のスキュー角度θ１とを変更することによって、出力される誘起電圧に変化が生じることがわかった。尚、図１５（ｂ）は、固定子爪磁極１２の周方向幅Ｂｓ及び固定子爪磁極２間の隙間Ｇｓを一定とし、回転子は変更していない。
As shown in FIG. 15 (b), it was found that the induced voltage to be output is changed by changing the
図１５（ｂ）によれば固定子爪磁極１２のスキュー角度θ１を０度〜３８度とすることで必要な誘起電圧を出力することができる。特に誘起電圧は、スキュー角度θ１が２５度付近でピークとなり、２５度付近からスキュー角度θ１を大きくしても、小さくしても誘起電圧は下がる傾向を示す。このため、図１５（ｂ）から明らかなようにスキュー角度θ１を１５度〜２８度とすることで、より大きな電圧を誘起させることができる。
According to FIG. 15B, a necessary induced voltage can be output by setting the skew angle θ1 of the stator claw
また、図１５（ｃ）によれば固定子爪磁極１２のスキュー角度θ１が１０度以上となるとリップル電圧が小さくなる傾向を示す。
Further, according to FIG. 15C, when the skew angle θ1 of the stator claw
以上のことから、本実施例では、固定子爪磁極１２のスキュー角度θ１を１０度〜３８度とすることで必要な誘起電圧を出力することができ、特にスキュー角度θ１を１０度〜２８度とするとよい。
From the above, in this embodiment, a necessary induced voltage can be output by setting the skew angle θ1 of the stator claw
続いて、爪磁極を有するクローポール型回転電機のコギングトルク低減に関する実施例を示す。以下に特に示す事項以外については、上述の実施例と同様である。 Subsequently, an embodiment relating to cogging torque reduction of a claw pole type rotating electric machine having claw magnetic poles will be described. The items other than those specifically described below are the same as those in the above-described embodiment.
図１６には、コギングトルクを低減する為の、３２極の場合の爪磁極の配置例を示した。コギングトルクは、三相モータのコギングトルクの主成分である六次成分のコギングトルクが主に発生している。この三相モータに発生するトルクを数式で表すとモータ１相分のトルクは（３）式で与えられる。 FIG. 16 shows an arrangement example of claw magnetic poles in the case of 32 poles for reducing the cogging torque. As for the cogging torque, a cogging torque of a sixth order component that is a main component of the cogging torque of the three-phase motor is mainly generated. When the torque generated in the three-phase motor is expressed by an equation, the torque for one phase of the motor is given by equation (3).
（３）式より三相モータの各相のコギングトルクは（４）式で与えられ、（４）式より各相の高調波成分の計算を行うと表１の結果となる。
From equation (3), the cogging torque of each phase of the three-phase motor is given by equation (4). When the harmonic component of each phase is calculated from equation (4), the results in Table 1 are obtained.
表１から、ｎ＝１，２，４では三相の合計が零となるためトルクは発生せず、ｎ＝３で発生する形となり、６次のコギングトルクのみが発生することになる。そのため、コギングトルクを零とするためにはｎ＝３のトルク成分、すなわち（３）式を零にする必要がある。 From Table 1, since the sum of the three phases becomes zero when n = 1, 2, and 4, no torque is generated, and when n = 3, only the sixth-order cogging torque is generated. Therefore, in order to make the cogging torque zero, it is necessary to make the torque component of n = 3, that is, the expression (3) zero.
ここで、（３）式を零とするには以下の２つの方法がある。
（１）sin（ｎαπ）を零にする。
Here, there are the following two methods for making the expression (3) zero.
(1) Set sin (nαπ) to zero.
この方法ではα＝１／ｎにしなければならないので、磁極が細くなる。
（２）Σ全体を零にする。
In this method, since α = 1 / n, the magnetic pole becomes thin.
(2) Zero the entire Σ.
この方法では群の数をｄとすると、ｑ＝ｐ／ｄ個のベクトルが２π内に均等に並べばよい。そのため、βk+1−βk＝β0−Δβとして、Δβは（５）式で与えられる。 In this method, if the number of groups is d, q = p / d vectors may be evenly arranged in 2π. Therefore, Δβ is given by equation (5) where β k + 1 −β k = β 0 −Δβ.
このようにトルクの係数を零とするために歯の並びに与える角度△βをバーニア歯ピッチと呼ぶ。対象機の極数は３２Ｐのため、通常の歯ピッチは、β0＝２π／１６＝２２.５°である。これを２群，４群でバーニア歯ピッチにした場合の形状を図１６に示す。６次のコギングトルクを低減するためには、図のように歯ピッチを設定すれば理論上はコギングトルクが低減可能となる。 In this way, the angle Δβ given to the teeth to make the coefficient of torque zero is called a vernier tooth pitch. Since the number of poles of the target machine is 32P, the normal tooth pitch is β 0 = 2π / 16 = 22.5 °. FIG. 16 shows the shape when the vernier tooth pitch is set in the second group and the fourth group. In order to reduce the sixth-order cogging torque, the cogging torque can theoretically be reduced by setting the tooth pitch as shown in the figure.
次に別の形態によるコギングトルクの低減方法を示す。以下に特に示す事項以外については、上述の実施例と同様である。 Next, a cogging torque reduction method according to another embodiment will be described. The items other than those specifically described below are the same as those in the above-described embodiment.
図１７（ａ）には、爪磁極を積層鉄心で構成した形状を示している。この形状は、図２（ｅ）で示した形状を軸方向に対象形状としたものを一体とした形状である。この爪磁極形状のものを複数個を１セットとして、図１７（ｂ）に示すように円周上に配置し、その鉄心を囲うように円環状コイル２を施す図１７（ｂ）の例では、２セットの爪磁極の周囲に、巻線を巻きまわす構造を示しており、これと反対極の爪磁極を被せる形で配置することによって一相分固定子７を構成する。図１７（ｃ）には、固定子全体図を示す。（ｂ）図の一相分固定子７を周方向に３個配置することで、３相回転電機の固定子を構成することができる。このとき、その配置関係は、図示のように、周方向に均等配置では無く、１２０度均等配置から、角度α（電気角１２０度）をずらして配置した関係とする必要がある。角度αは、回転子の極数で決まり、例えば１６極の場合は、前述した理由により機械角度で１５度となる。本実施例では、コイル数を３個に設定したものを図示したが、爪磁極数によっては、６コイル，９コイルなど、３の倍数のコイルを有する形に設定可能である。また、６コイルとした場合においては、３個ずつの組合わせの配置を電気角で３０度ずつづらして配置することにより、コギングトルクの低減が可能とできる。また、この構造は、３相回転電機を軸方向に２段の固定子で構成できるため、薄形の回転電機を供給することが可能である。
FIG. 17A shows a shape in which the claw magnetic pole is formed of a laminated iron core. This shape is an integrated shape obtained by making the shape shown in FIG. 2 (e) the target shape in the axial direction. In the example of FIG. 17 (b) in which a plurality of claw magnetic pole shapes are arranged on the circumference as shown in FIG. 17 (b) and the
図１８には、保持板と積層鉄心群、コイルの関係を変更した実施の形態を示す。以下に特に示す事項以外については、上述の実施例と同様である。 FIG. 18 shows an embodiment in which the relationship between the holding plate, the laminated core group, and the coil is changed. The items other than those specifically described below are the same as those in the above-described embodiment.
図１８（ａ）には、保持板の機能を有し、コイルを巻線保持するための機能を持つ巻線用ボビン１３の斜視図を示す。（ｂ）には、（ａ）図で示したボビンの正面図，側面図を示す。正面より、この巻線用ボビン１３は、図１０で示した保持板と同様、積層鉄心群を保持するための溝を有していることがわかる。この積層鉄心群を保持する溝は表面と裏面にそれぞれあることがわかる。また、表面と裏面の積層鉄心群保持溝の周方向位置は、所定の角度ずれている。また、側面図，斜視図より、円環状の巻線を巻きまわすための溝を有していることがわかる。図１９には、巻線用ボビン１３に円環状コイル２を巻きまわした形状の断面状態がわかる図面を示す。断面が丸形状の導体を６回巻き回している円環状コイルが内部に配置されていることがわかる。図２０（ａ）には、このボビンと積層鉄心群の組合わせ構造をあらわす図面を示す。巻線用ボビン１３の積層鉄心群を保持する溝に積層鉄心群を円周上に保持することが可能であることがわかる。図２０（ｂ）には、組立後の形状を示す。最終形状として、図４（ａ）と同様な一相分固定子が得られていることがわかる。この実施の形態によると、巻線の保持が容易で、コイルと固定子鉄心との絶縁が容易にできる。
FIG. 18A shows a perspective view of a winding
爪磁極を構成する積層鉄心群の詳細な製造方法についての実施形態を示す。以下に特に示す事項以外については、上述の実施例と同様である。 The embodiment about the detailed manufacturing method of the laminated iron core group which comprises a claw magnetic pole is shown. The items other than those specifically described below are the same as those in the above-described embodiment.
図２１には、積層鉄心群を簡易的に得る構造の一例を示す。図２１（ａ）は、図２（ａ）と同様の鉄心のブランク形状を示す。そのブランクの中心部には、カシメ用の半抜き溝３６ａ、兼、突起３６ｂを有する。図２１（ｂ）には、そのブランクをずらして積層した形状を示している。（ａ）で示した突起と溝の関係は、少々ずれても重ねることができる。このため、カシメによって固着された図２１（ｂ）の積層鉄心群を得ることは容易である。図２１（ｃ）には、積層鉄心群の周方向配置箇所を軸方向から見た図面を示している。ここで、この必要な爪磁極の形状を見ると、平行四辺形で示される爪磁極形状は、図２１（ｂ）の形状と一致する形状であることがわかる。このため、図２に示したように、曲げ成形を行って図２（ｃ）のような形状としなくても、図２１（ｂ）に示す形状の積層体であれば問題なく、本実施形態の爪磁極として用いることが可能であることがわかる。 In FIG. 21, an example of the structure which obtains a laminated iron core group simply is shown. Fig.21 (a) shows the blank shape of the iron core similar to Fig.2 (a). At the center of the blank, there is a half-drilling groove 36a for caulking and also a projection 36b. FIG. 21B shows a shape in which the blanks are shifted and stacked. The relationship between the protrusion and the groove shown in FIG. For this reason, it is easy to obtain the laminated core group of FIG. 21 (b) fixed by caulking. FIG. 21 (c) shows a drawing in which the circumferentially arranged places of the laminated core group are viewed from the axial direction. Here, when looking at the shape of the necessary claw magnetic pole, it can be seen that the claw magnetic pole shape indicated by the parallelogram is a shape that matches the shape of FIG. For this reason, as shown in FIG. 2, even if it does not carry out bending shaping | molding and makes it the shape like FIG.2 (c), if it is a laminated body of the shape shown in FIG.21 (b), this embodiment will be satisfactory. It can be seen that it can be used as a claw magnetic pole.
更に別の方法を用いて、爪磁極を得る方法を示す。以下に特に示す事項以外については、上述の実施例と同様である。 A method of obtaining a claw magnetic pole using yet another method will be described. The items other than those specifically described below are the same as those in the above-described embodiment.
本実施例の爪磁極を構成する積層鉄心群は、爪部分において周方向に積層された鉄心で構成することがポイントである。 The point is that the laminated iron core group constituting the claw magnetic poles of this embodiment is constituted by iron cores laminated in the circumferential direction at the claw portion.
図２２には、爪磁極を積層鉄心群で構成し、継鉄部を別体のリングで構成する案を示した。図２２（ａ）は、爪磁極と継鉄を折り曲げによって構成する案であり、図２（ｃ）に示す曲線的な曲げでなく、直角曲げによって構成されることを特徴としている。図２２（ｂ）図も同様であり、直角曲げで構成し、継鉄部外周を構成する部分が、周方向の積層方向から、軸方向に鉄板を積層するように変化している点が特徴となる。図２２（ｃ）は、図２２（ａ）の変形例であり、直角曲げする箇所を２箇所から１箇所に減らせる構造となっている。図２２（ｄ）は、（ｃ）図の変形例であり、曲げを必要としないで、爪部と継鉄となる周方向部を別体として構成する例である。図２２（ｅ）は（ｂ）の形状を爪部と継鉄リングを別体とする例である。図２２（ｆ）（ｇ）は、（ｅ）のリング部の積層方向を軸方向から径方向へと変更し、爪部の磁束がリング部に流入するときの渦電流損を低減する構造としている。図２２（ｆ）は、リング部に溝を形成し、当該溝に爪部を挿入している一方、図２２（ｇ）はリング部の積層された側面に爪部が接するように構成している。 FIG. 22 shows a plan in which the claw magnetic poles are constituted by a laminated core group and the yoke portion is constituted by a separate ring. FIG. 22A is a plan in which the claw magnetic pole and the yoke are formed by bending, and is characterized by being formed by right-angle bending instead of the curvilinear bending shown in FIG. The same applies to FIG. 22 (b), which is configured by right-angle bending, and the portion constituting the outer periphery of the yoke portion changes from the laminating direction in the circumferential direction so as to laminate the iron plate in the axial direction. It becomes. FIG.22 (c) is a modification of Fig.22 (a), and has the structure which can reduce the right-angled part from two places to one place. FIG.22 (d) is a modification of (c) figure, and is an example which comprises a claw part and the circumferential direction part used as a yoke as a different body, without requiring bending. FIG.22 (e) is an example which makes a nail | claw part and a yoke ring the shape of (b) separately. FIGS. 22 (f) and 22 (g) show a structure in which the stacking direction of the ring part in (e) is changed from the axial direction to the radial direction to reduce eddy current loss when the magnetic flux of the claw part flows into the ring part. Yes. 22 (f) shows a groove formed in the ring portion and the claw portion is inserted into the groove, while FIG. 22 (g) shows a configuration in which the claw portion is in contact with the stacked side surface of the ring portion. Yes.
積層鉄心群を固定する方法についての実施形態を示す。以下に特に示す事項以外については、上述の実施例と同様である。 An embodiment about a method of fixing a lamination iron core group is shown. The items other than those specifically described below are the same as those in the above-described embodiment.
図２３には、溶接によって積層鉄心群を固定する方法を示す。図２３（ａ）には、積層鉄心群のコイル保持部となる胴部に溶接を施した例を示している。本実施形態の爪磁極を有するクローポールモータでは、回転子からの磁束は、爪磁極表面から流入するため、溶接により渦電流損などの損失が増加する場合がある。よってどの箇所にも溶接箇所を設けられるわけではない。磁束流入面となる、回転子側との対抗面に溶接箇所を設けることは得策では無い。また、継鉄部の、反対極となる積層鉄心群との合わせ面に溶接箇所を有することも問題である。そこで、それ以外の部分であれば、溶接箇所を設けても大きくは問題とならない。図２３（ｂ）には、積層鉄心群のコイル保持部となる胴部と、爪先端部と爪根元部下面に溶接を施した例を示している。これは回転電機が磁束流入面で受ける磁気吸引力によって振動し、騒音の原因となることを防止するために有効な手段といえる。図２３（ｃ）には、（ｂ）図と同様の箇所に溶接を施す例を示しているが、一枚ごと互い違いに裏表で溶接箇所をずらすことにより、発生する渦電流の影響を非常に小さくすることができる。 FIG. 23 shows a method of fixing the laminated core group by welding. FIG. 23 (a) shows an example in which welding is performed on a body portion which is a coil holding portion of the laminated core group. In the claw pole motor having the claw magnetic pole of the present embodiment, the magnetic flux from the rotor flows from the claw magnetic pole surface, so that loss such as eddy current loss may increase due to welding. Therefore, it is not always possible to provide a welding location at any location. It is not a good idea to provide a welding location on the surface facing the rotor side, which is the magnetic flux inflow surface. Moreover, it is also a problem to have a welding location on the mating surface of the yoke portion with the laminated core group serving as the opposite pole. Therefore, if it is a part other than that, even if it provides a welding location, it will not become a big problem. FIG. 23 (b) shows an example in which welding is performed on a trunk portion, a claw tip portion, and a claw root portion lower surface as a coil holding portion of the laminated core group. This can be said to be an effective means for preventing the rotating electric machine from vibrating due to the magnetic attractive force received at the magnetic flux inflow surface and causing noise. FIG. 23 (c) shows an example in which welding is performed at the same place as in FIG. 23 (b), but the influence of the eddy current generated is greatly reduced by shifting the welding place on the front and back alternately one by one. Can be small.
図２４には、カシメを施して積層鉄心群を締結する例を示す。図２４（ａ）には、鉄心胴部中央にＶカシメを施す例を示す。この位置で締結することによる渦電流の増加はほとんど無い。図２４（ｂ）には、図２３（ｂ）の理由と同様に、振動，騒音低減のために爪磁極先端にカシメを施す例を示す。この場合、少々、渦電流の増加が懸念されるが、図２４（ｃ）に示すように、胴部のカシメを一枚おきに繋ぐ方式のカシメ方法を採用することで、渦電流を低減することができる。図２５にカシメを一枚おきに繋ぐ方式について説明する。図２５（ａ）には、その原理を斜視図で示している。２箇所の位置に、それぞれ溝３６ａ，突起３６ｂを積層方向で互い違いになるように配置し、そのつなぐ部分を互い違いにしていく方法である。図２５（ｂ）図には断面状態を示す。図面左側でつながっている部分と右側のカシメ部でつながっている場合とが積層方向一枚ごとに繰り返す構造となっていることがわかる。 FIG. 24 shows an example in which the laminated iron core group is fastened by caulking. FIG. 24A shows an example in which V caulking is applied to the center of the core body. There is almost no increase in eddy current due to fastening at this position. FIG. 24B shows an example in which caulking is applied to the tip of the claw magnetic pole for vibration and noise reduction as in the reason of FIG. In this case, although an increase in eddy current is a little anxious, as shown in FIG. 24C, the eddy current is reduced by adopting a caulking method in which every other piece of caulking is connected. be able to. FIG. 25 illustrates a method of connecting caulking every other sheet. FIG. 25A shows the principle in a perspective view. In this method, the grooves 36a and the protrusions 36b are alternately arranged at two positions in the stacking direction, and the connecting portions are alternately arranged. FIG. 25B shows a cross-sectional state. It can be seen that the structure in which the connecting portion on the left side of the drawing and the connecting portion on the right side are repeated for each sheet in the stacking direction is understood.
図２６には更に別の締結方法を示す。図２６（ａ）はテーピングなどの方法を用いて締結する方法を示している。また、接着材などによる締結も可能であり、その場合には、図２６（ｂ）図に示すように外観上はブランク体の状態と変わらない状態となっている。 FIG. 26 shows still another fastening method. FIG. 26A shows a method of fastening using a method such as taping. Further, fastening with an adhesive or the like is also possible, and in that case, as shown in FIG. 26 (b), the appearance is the same as that of the blank body.
積層鉄心群を構成する電磁鋼板など鉄系磁性材料の厚みは０.２mm〜０.５mmが考えられる。また、工数がかかるが、低鉄損を考える場合、さらに薄い板厚でも良い。場合によっては、０.０２５mm厚のアモルファスリボンなども考えられる。また、この形状を形作るためには、プレス打ち抜きが考えられるが、エッチングなど化学的な手法や、レーザカット，ウォータジェット工法などの方法を用いても良い。これらの方法を用いて形を作ったものを図２５，図２６に示したように複数枚を締結するものとする。 The thickness of the iron-based magnetic material such as an electromagnetic steel plate constituting the laminated iron core group can be 0.2 mm to 0.5 mm. In addition, although man-hours are required, when considering low iron loss, a thinner plate thickness may be used. In some cases, an amorphous ribbon with a thickness of 0.025 mm is also conceivable. In order to form this shape, press punching can be considered, but a chemical method such as etching, a laser cut method, a water jet method or the like may be used. Assume that a shape formed by using these methods is fastened as shown in FIGS.
他の実施例を図２７に基づいて説明する。以下に特に示す事項以外については、上述の実施例と同様である。 Another embodiment will be described with reference to FIG. The items other than those specifically described below are the same as those in the above-described embodiment.
図２７（ａ）は、本実施例の固定子の側面断面図であって、１つの実施形態を示した図である。図２７（ｂ）は、本実施例の固定子の側面断面図であって、他の実施形態を示した図である。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。 Fig.27 (a) is side sectional drawing of the stator of a present Example, Comprising: It is the figure which showed one embodiment. FIG. 27B is a side cross-sectional view of the stator of this example, and is a diagram showing another embodiment. In addition, about the site | part which is common in another Example, it represents with the same name and the same code | symbol.
図２７（ａ）には、積層鉄心群のブランク形状内面における半径Ｒ１を円環状コイル２（固定子巻線）の断面における半径Ｒ２以下としたものを示している。このようにすることによって固定子鉄心１と円環状コイル２の間の隙間を出来るだけ少なくすることができ、占積率を向上させることができる。
FIG. 27A shows a case where the radius R1 on the blank-shaped inner surface of the laminated core group is equal to or less than the radius R2 in the cross section of the annular coil 2 (stator winding). By doing so, the gap between the
図２７（ｂ）には、円環状コイル２を断面が略矩角形状の平角線を用いたものを示している。もともと、平角線は、積層鉄心群で構成する固定子鉄心１内での占積率を向上させるために採用するものであるが、本実施形態のようにコイル配置面のＲにおける半径Ｒ１を平角線の角Ｒにおける半径Ｒ２以下とすれば、更に占積率を向上させることができる。
FIG. 27B shows an
次に他の実施例を図２８及び図２９に基づいて説明する。以下に特に示す事項以外については、上述の実施例と同様である。 Next, another embodiment will be described with reference to FIGS. The items other than those specifically described below are the same as those in the above-described embodiment.
図２８（ａ）は、本実施例における回転子の斜視図である。図２８（ｂ）〜図２８（ｃ）は、回転子爪磁極の軸方向断面図であり、溝の様々な形態について説明した図である。図２９（ａ）は、回転子爪磁極の軸方向断面図である。図２９（ｂ）は、溝ピッチと溝幅の比と渦電流損失及び誘起電圧の関係を示すグラフである。図２９（ｃ）は、溝深さと溝幅の比と渦電流損失及び誘起電圧の関係を示すグラフである。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。 FIG. 28A is a perspective view of the rotor in the present embodiment. FIGS. 28B to 28C are axial sectional views of the rotor claw magnetic poles, and are diagrams for explaining various forms of the grooves. FIG. 29A is an axial sectional view of the rotor claw magnetic pole. FIG. 29B is a graph showing the relationship between the ratio of groove pitch to groove width, eddy current loss, and induced voltage. FIG. 29 (c) is a graph showing the relationship between the ratio of groove depth and groove width, eddy current loss, and induced voltage. In addition, about the site | part which is common in another Example, it represents with the same name and the same code | symbol.
固定子鉄心１に発生する渦電流については、上述したとおり、周方向の積層によって低減可能であるが、回転子爪磁極４２においても渦電流は発生する。回転子では爪が鉄などの磁性体金属であるために、渦電流は回転子爪磁極４２の外表面を周回するように流れる。本実施例では、図２８（ａ）に示すように回転子爪磁極４２の外表面に周方向に延びる複数のグルーブ溝４５を軸方向に略等間隔に形成している。このように回転子爪磁極４２の外表面に複数のグルーブ溝４５を形成することで電気抵抗が大きくなり、渦電流が流れづらくなる。
As described above, the eddy current generated in the
図２８（ｂ）（ｃ）には、様々な溝断面の形状を示している。図２８（ｂ）に示すグルーブ溝４５は、断面が略四角形状となっており、図２８（ｂ）に示す溝４５は、断面が略三角形状となっている。このようにグルーブ溝４５の断面は様々な形状とすることが可能である。
28B and 28C show various groove cross-sectional shapes. The
次に図２９に基づいて、溝深さ，溝幅，溝ピッチと渦電流損失及び誘起電圧の関係について説明する。図２９（ａ）に示すように溝深さをｈ、溝幅をＢ、溝ピッチをＬとしたとき、Ｂ／Ｌと渦電流損失及び誘起電圧の関係を図２９（ｂ）に示す。図２９（ｂ）によれば、Ｂ／Ｌが０.２以上となる付近で渦電流損失の傾斜が緩やかになり、渦電流損失の低下が少なくなっていることがわかる。また、誘起電圧については、Ｂ／Ｌが０.３以上となると低下量が多くなり始めるのがわかる。ここで、実際に使用する際には、渦電流損失と誘起電圧が使用条件を満たす範囲として、Ｂ／Ｌが０.１〜０.６であるとよく、更には、上述したとおり、Ｂ／Ｌが０.２〜０.３であることが望ましい。 Next, the relationship among the groove depth, groove width, groove pitch, eddy current loss and induced voltage will be described with reference to FIG. FIG. 29B shows the relationship between B / L, eddy current loss, and induced voltage, where h is the groove depth, B is the groove width, and L is the groove pitch, as shown in FIG. According to FIG. 29 (b), it can be seen that the slope of the eddy current loss becomes gentle in the vicinity where B / L is 0.2 or more, and the decrease in the eddy current loss is reduced. As for the induced voltage, it can be seen that the amount of decrease starts to increase when B / L is 0.3 or more. Here, when actually used, B / L is preferably in the range of 0.1 to 0.6 as a range in which the eddy current loss and the induced voltage satisfy the usage conditions. Further, as described above, B / L It is desirable that L is 0.2 to 0.3.
図２９（ｃ）には、ｈ／Ｂと渦電流損失及び誘起電圧の関係を示している。図２９（ｃ）によればｈ／Ｂが２以上となる付近で渦電流損失の傾斜が緩やかになり、渦電流損失の低下が少なくなっていることがわかる。また、誘起電圧については、ｈ／Ｂが大きくなるにつれて電圧が低下する。ここで、実際に使用する際には、渦電流損失と誘起電圧が使用条件を満たす範囲として、ｈ／Ｂが２〜５であるとよく、更には、上述したとおり、ｈ／Ｂが２〜３であることが望ましい。 FIG. 29C shows the relationship between h / B, eddy current loss, and induced voltage. According to FIG. 29 (c), it can be seen that the slope of eddy current loss becomes gentle in the vicinity where h / B is 2 or more, and the decrease in eddy current loss is reduced. As for the induced voltage, the voltage decreases as h / B increases. Here, when actually used, h / B is preferably 2 to 5 as a range in which the eddy current loss and the induced voltage satisfy the usage conditions. Further, as described above, h / B is 2 to 2. 3 is desirable.
次に他の実施例を図３０に基づいて説明する。以下に特に示す事項以外については、上述の実施例と同様である。 Next, another embodiment will be described with reference to FIG. The items other than those specifically described below are the same as those in the above-described embodiment.
図３０（ａ）は、本実施例の回転子における一実施形態の側面図である。図３０（ｂ）は、本実施例の回転子における他の実施形態の側面図である。図３０（ｃ）は、本実施例の回転子における一実施形態の斜視図である。図３０（ｄ）は、図３０（ａ）の回転子爪磁極の正面断面図である。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。上記実施例の回転子爪磁極４２ｂは、周方向に対象となるように先端に向かって先細り形状となるように構成されていた。この回転子爪磁極４２ｂの軸方向一端の根元部は、磁気飽和が生じやすく、出来るだけ大きな断面積とする必要がある。しかしながら、回転子磁石（永久磁石）４９を回転子爪磁極４２ｂ間に装着するような仕様においては、隣り合う回転子爪磁極４２ｂ間の隙間に対して両側の根元部を広げると回転子磁石（永久磁石）４９が挿入出来なくなってしまう。本実施例では、回転子爪磁極４２ｂの根元部において磁束が多く通る、回転子爪磁極４２の回転方向に対して反対方向側だけを周方向に広げることで磁束が通る面積を確保している。このように周方向一方向側だけを周方向に幅広とすれば、図３０（ａ）に示すように幅広の根元部が形成されていない軸方向側から回転子磁石（永久磁石）４９を装着することができる。
Fig.30 (a) is a side view of one Embodiment in the rotor of a present Example. FIG.30 (b) is a side view of other embodiment in the rotor of a present Example. FIG. 30C is a perspective view of an embodiment of the rotor of this example. FIG. 30D is a front cross-sectional view of the rotor claw magnetic pole of FIG. In addition, about the site | part which is common in another Example, it represents with the same name and the same code | symbol. The rotor claw
尚、回転子爪磁極４２の回転方向に対して反対方向側だけを周方向に広げるといった技術思想は、図３０（ｂ）に示すように回転子爪磁極４２ｂが軸方向に略同一幅となるように構成された回転子爪磁極４２においても適用することができ、このように構成することで磁束が通る断面積を確保しつつ回転子磁石（永久磁石）４９を装着することが可能となる。
Note that the technical idea that only the opposite direction side to the rotation direction of the rotor claw
更に、これらの回転子爪磁極４２ｂの周方向両縁には、ベベル４２ｂ−７と呼ばれる面取りを設けるとよい。図３０（ｃ）及び図３０（ｂ）にベベル４２ｂ−７を設けた回転子爪磁極４２ｂを示している。これらの図を見てわかるように回転子爪磁極４２の回転方向に対して反対方向側、つまり、根元部が幅広となっている側の面取り幅Ｂｉを、回転子爪磁極４２の回転方向側の面取り幅Ｂｄより広くしており、図３０（ｂ）に示すように回転子爪磁極４２の回転方向に対して反対方向側の面取り角度θ１を回転子爪磁極４２の回転方向側の面取り角度θ２より小さくしている。尚、回転子爪磁極４２ｂの周方向幅をＢｏとした場合、Ｂｄ／Ｂｏは０.０３〜０.３の範囲に設定するとよく、Ｂｉ／Ｂｏは、０.２〜０.５５の範囲に設定するとよい。また、面取り角度θ１は、６度〜２５度の範囲に設定するとよく、面取り角度θ２は、６度〜４５度の範囲に設定するとよい。
Furthermore, it is preferable to provide chamfers called
このようなベベル４２ｂ−７を設けることによって、固定子爪磁極４２ｂとの間の磁気変動を滑らかにでき、磁気騒音を低減することができる。尚、本実施例では、回転子爪磁極４２の回転方向に対して反対方向側の面取り幅を大きくしているので、回転子爪磁極４２ｂの表面の磁束密度分布を平均化して磁束損失による出力低下を生じることなく、磁気騒音を低減させることができる。また、回転子磁石（永久磁石）４９は、回転子爪磁極４２ｂの周方向両縁側に延びた鍔部によって、径方向の移動を阻止しているが、鍔部は、回転子爪磁極４２ｂ間の漏れ磁束と強度の関係から周方向幅を０.８mm〜４mmとするのがよく、機械的強度の面から径方向の厚みを０.８mm〜３mmとするのがよい。
By providing such a
本発明を用いた発電機システムの実施形態を図３１〜図３４に基づいて説明する。以下に特に示す事項以外については、上述の実施例と同様である。 An embodiment of a generator system using the present invention will be described with reference to FIGS. The items other than those specifically described below are the same as those in the above-described embodiment.
図３１は、車両用交流発電機の側面断面図である。図３２は、車両用交流発電機の回転子である。図３３は、車両用交流発電機を部分的に断面とした斜視図である。図３４は、車載用発電機の回路図である。 FIG. 31 is a side cross-sectional view of the vehicle alternator. FIG. 32 is a rotor of a vehicle AC generator. FIG. 33 is a perspective view with a partial cross section of the vehicle alternator. FIG. 34 is a circuit diagram of the in-vehicle generator.
図３１に示す本実施例の車両用交流発電機は、図３１中左側に配置されるフロントブラケット１０１と図３１中左側に配置されるリアブラケット１０２とを有しており、夫々のブラケットは、内部に収容空間を有する有底筒状、つまり、椀形状を呈しているが、これらのフロントブラケット１０１及びリアブラケット１０２の内周側と外周側には、図３３に示すように空気が流通するための複数の風穴１０３が開口している。
31 includes a
フロントブラケット１０１の径方向外周側部分の肉厚は、リアブラケット１０２側を肉厚Ａとし、底面側を肉厚ＢとするとＡ＞Ｂの関係となっている。また、リアブラケット１０２側の端部外周にはリアブラケット１０２が嵌合可能な環状の段差からなる嵌合部が形成されている。更にフロントブラケット１０１の軸方向端面側部分の肉厚Ｃは、肉厚Ａ＞肉厚Ｃ＞肉厚Ｂの関係となっている。
The thickness of the outer peripheral side portion of the
また、リアブラケット１０２の径方向外周側部分においてもフロントブラケット１０１と同様にフロントブラケット１０１側の肉厚Ｄ＜底部側の肉厚Ｅの関係となっていると共に、この肉厚Ｄ部分の端部内周には、フロントブラケット１０１の段差部が嵌合可能な環状の段差からなる嵌合部が形成されている。尚、リアブラケット１０２の厚肉Ｅ部分は、フロントブラケット１０１の肉厚Ｂよりも厚肉となっている。
Further, in the radial outer peripheral portion of the
フロントブラケット１０１及びリアブラケット１０２には、夫々、固定穴が開口する固定部１０４が径方向外周側に突出して一体に設けられており、これらの固定部１０４が図示しないボルトによって車両に取り付けられる。また、フロントブラケット１０１及びリアブラケット１０２は、アルミニウム合金によって成形されており、成形方法としてはダイキャストが用いられる。
The
リアブラケット１０２の軸方向端には、夫々のブラケットよりも薄肉のリアカバー１０５が取り付けられており、このリアカバー１０５は、夫々のブラケット同様、内部に収容空間を有する有底筒状、つまり、椀形状を呈している。このリアカバー１０５にも空気が流通するための風穴１０３が内周側や外周側に複数開口している。また、リアカバー１０５の外周側には、バッテリー１２２に接続されるターミナル１０６が取り付けられている。尚、リアカバー１０５は、樹脂製、もしくは、アルミニウム合金製である。
A rear cover 105 that is thinner than each bracket is attached to the end of the
フロントブラケット１０１及びリアブラケット１０２の軸方向外端部における径方向略中心位置には、夫々、軸受としてのボールベアリング１０７ａ，１０７ｂが取り付けられているが、フロントブラケット１０１に取り付けられるボールベアリング１０７ａは、リアブラケット１０２に取り付けられるボールベアリング１０７ｂよりも外径の大きなものが用いられている。
これらのボールベアリング１０７ａ，１０７ｂの内輪には、シャフト１０８が挿通され、このシャフト１０８はフロントブラケット１０１及びリアブラケット１０２に対して相対回転自在に支持されている。
A
また、シャフト１０８のフロントブラケット１０１側端には、回転伝達部材としてのプーリ１０９がボルトによって一体回転するように固定されており、このプーリ１０９には、図外のエンジンの回転が伝達されるクランクプーリから無端伝達帯としてのベルトによって回転が伝達される。このためシャフト１０８は、エンジンの回転数とプーリ１０９とクランクプーリのプーリ比に比例して回転する。
Further, a
更にシャフト１０８のリアブラケット１０２側の端部には、シャフト１０８と一体に回転するよう２つのスリップリング１１０が取り付けられており、夫々のスリップリング１１０に押付けられた状態で摺動する２つのブラシ１１１を介して電力が供給されるようになっている。
Further, two
シャフト１０８の回転軸方向の略中央部には、磁性材料にて成形されたフロント側ロータ部材１１２Ｆ，リヤ側ロータ部材１１２Ｒがシャフト１０８と一体に回転するよう別々にセレーション結合されており、また、フロント側ロータ部材１１２Ｆ，リヤ側ロータ部材１１２Ｒは、軸方向に向かい合って当接した状態で軸方向の移動が規制されるべく、夫々のロータ部材１１２Ｆ，１１２Ｒの外側端をシャフト１０８に形成した環状溝１０８ａ内に塑性流動させている。このようにシャフト８に固定されたフロント側ロータ部材１１２Ｆ，リヤ側ロータ部材１１２Ｒによって回転子としてのロータ１１２が構成される。
A front-
このロータ１１２の回転軸方向における両端面には、外周側に複数の羽根を有する通風手段としての板状のファン１１３Ｆ，１１３Ｒが取り付けられており、ロータ１１２と一体的に回転する。これらのファン１１３Ｆ，１１３Ｒは、回転することによる遠心力によって、内周側から外周側に空気を流通させるようになっている。尚、フロントブラケット１０１側のフロントファン１１３Ｆは、リアブラケット１０２側のリアファン１１３Ｒよりも羽根が小さく、流通させる空気の流量もフロントファン１１３Ｆは、リアファン１１３Ｒよりも少ない。
Plate-
フロント側ロータ部材１１２Ｆ，リヤ側ロータ部材１１２Ｒは、内周側に位置する軸部１１２ａと、外周側に位置する径方向断面がＬ字形状の複数の回転子爪磁極１１２ｂとからなり、両ロータ部材１１２Ｆ，１１２Ｒの軸部１１２ａの軸方向端部同士が向かい合って当接することでランデル型鉄心が構成される。軸部１１２ａ外周と回転子爪磁極１１２ｂ内周間には、界磁巻線１１４が回転軸周りに巻装され、この界磁巻線１１４の両端は、シャフト１０８に沿って延出して前述のスリップリング１１０に夫々接続されている。このため、ブラシ１１１からスリップリング１１０を介して供給される直流電流は、界磁巻線１１４を流れ、それに伴いロータ１１２が磁化され、界磁巻線１１４周りを周回するようロータ１１２に磁路が形成される。尚、界磁巻線１４に供給される電流は、車両のバッテリー電圧より発電電圧が高くなったときに発電を開始するように、バッテリー１２２の状態に応じて制御されるが、発電電圧を調整するための電圧制御回路としてのＩＣレギュレータ（図示せず）はリアカバー１０５の内部に配置された後述する整流回路１１５に内蔵され、ターミナル１０６の端子電圧が常に一定電圧となるように制御している。
The front-
また、フロントブラケット１０１におけるの肉厚Ａ部分と肉厚Ｂ部分との間、及び、リアブラケット１０２における肉厚Ｄ部分と肉厚Ｅ部分との間に設けられた互いの段差には、フロントブラケット１０１側からＵ相，Ｖ相，Ｗ相の順に配置された３相の固定子１１７が挟持固定されている。尚、Ｕ相の固定子１１７Ｕ及びＶ相の固定子１１７Ｖは、フロントブラケット１０１の内周に全ての部分が収容されており、Ｗ相の固定子１１７Ｗは、一部がフロントブラケット１０１の内周に収容され、その他の部分はリアブラケット１０２の内周に収容されていることから、固定子１１７全体としては、フロントブラケット１０１との接触面積の方がリアブラケット１０２との接触面積より大きくなる。この固定子１１７の各相間には、非磁性体の連結板１１８が設けられており、この連結板１１８によって磁気絶縁されている。このように固定子１１７は、内周がロータ１１２の回転子爪磁極１１２ｂの外周とわずかな隙間を介して対向するようになる。
Further, the
また、固定子１１７における１つの相は、磁性材料からなる固定子鉄心１１７ａと、その内部に固定子鉄心１１７ａに沿って周方向に環状に巻回された固定子巻線１１７ｂとによって構成されており、夫々の相における固定子巻線１１７ｂは、リアカバー１０５内に取り付けられた整流回路１１５に接続されている。更に、この整流回路１１５は、ターミナル１０６を介してバッテリー１２２と接続している。
One phase of the
尚、図３４に示すように整流回路１１５は、複数のダイオード１５０で構成されており、これらのダイオード１５０に関しては、独立した３相コイル１１７ｂを構成しているため６個のダイオード１５０で全波整流する構成となっている。また、固定子巻線の接続は、デルタ結線でもスター結線のどちらでも採用できる。
As shown in FIG. 34, the
次に図３２に基づいて、回転子としてのロータ１１２の詳細について説明する。図３２に示すようにロータ１１２を構成するフロント側ロータ部材１１２Ｆ，リヤ側ロータ部材１１２Ｒは、軸部１１２ａの軸方向外側端から径方向断面Ｌ字形状の回転子爪磁極１１２ｂが周方向に複数、具体的には８つずつ設けられており、フロント側ロータ部材１１２Ｆとリヤ側ロータ部材１１２Ｒから延びる夫々の回転子爪磁極１１２ｂが周方向に交互に配置されるので、回転子爪磁極１１２ｂを全て合わせると１６つの回転子爪磁極１１２ｂから構成されている。つまり、本実施例におけるロータ１１２の磁極数は、１６極となる。
Next, details of the
これらの回転子爪磁極１１２ｂは、図３２に示すように軸部１１２ａに位置する根元部１１２ｂ−１の周方向幅Ａ′より、先端部１１２ｂ−２の周方向幅Ｂ′の方が小さい。つまり、先細りテーパ形状となるような略台形状を呈している。また、図３２に示すように回転子爪磁極１１２ｂの径方向幅は、先端に向かって幅狭となるように内周側が傾斜している。
In these rotor claw
このように形成されたフロント側ロータ部材１１２Ｆ，リヤ側ロータ部材１１２Ｒは、間に界磁巻線１１４を配置して、夫々の回転子爪磁極１１２ｂが周方向に交互に位置するように軸部１１２ａ端同士が当接した状態でシャフト１０８に固定される。
The front-
また、フロント側ロータ部材１１２Ｆ，リヤ側ロータ部材１１２Ｒの軸方向外側端には、夫々、フロントファン１１３Ｆとリアファン１１３Ｒが溶接等によって取り付けられる。このフロントファン１１３Ｆ及びリアファン１１３Ｒは、ロータ１１２の回転により中心方向に空気が流通されるよう対称的なファンの配置となっている。フロントファン１１３Ｆを例にとって説明とすると周方向に複数の突起が形成された金属板の突起部分における周方向一側をプレスにて略円弧状、かつ、略垂直に折り曲げて、半径方向に対して傾斜する傾斜面を有する羽根が一体成形されている。このように成形されたフロントファン１１３Ｆとリアファン１１３Ｒは、フロント側ロータ部材１１２Ｆとリヤ側ロータ部材１１２Ｒの軸方向外側端に溶接等によって一体的に固定される。以上、説明したフロントファン１１３Ｆとリアファン１１３Ｒ及び回転子としてのロータ１１２により通風手段が構成される。
Also, a
上記のいずれの実施例も、電力電機用，産業用，家電用，自動車用などに幅広く使用されるモータ，発電機などの回転電機に適用することが可能である。幅広く様々な分野に応用が期待でき、大きいものでは、風力発電機，自動車駆動用，発電用回転電機，産業用回転電機、中型機では、産業用，自動車用補機などで使用される回転電気、小さいものでは、家電用，ＯＡ用機器などに使用される回転電機への適用が可能である。 Any of the above embodiments can be applied to rotating electric machines such as motors and generators widely used for electric power machines, industrial machines, household appliances, automobiles and the like. Applications can be expected in a wide variety of fields. For large ones, wind power generators, automobile driving, generator rotating electrical machines, industrial rotating electrical machines, and medium-sized machines used in industrial, automotive auxiliary machinery, etc. In a small one, it can be applied to a rotating electric machine used for home appliances, OA devices and the like.
モータ，発電機などの回転電機は、誘導電動機，永久磁石同期電動機，直流整流子モータなど、種々の形式のモータ，発電機がある。これらの回転機は、ほとんどが巻き線と鉄心で構成され、巻き線に電流を流すことで鉄心が電磁石となることを利用して回転力を得る原理が採用されている。これらのモータは、固定子、または回転子を鉄などの強磁性体の鉄心で構成し、その鉄心に設けたスロットと呼ばれる溝に巻き線を施すことで構成される。通常、鉄心には電磁鋼板などの鉄損の少ない薄手の鉄板の表面に絶縁コーティングしたものを複数枚積み重ねて鉄心を構成する。これは、巻き線や磁石の磁束が変化するのに伴って発生する渦電流を抑えるためである。一般的にモータは高効率であることが望まれており、これらの構造のモータでは、銅損と鉄損を低減することで高効率化が達成できる。銅損は、コイルの抵抗をいかに小さくするかがポイントであり、鉄心のスロット内の巻き線（導体）の割合（占積率）を高くすることと、コイルエンドと呼ばれる鉄心の積層方向ではみだした部分を小さくすることが銅損の低減につながる。鉄損は、鉄板などのヒステリシス損と渦電流損を小さくすることが必要である。 Rotating electric machines such as motors and generators include various types of motors and generators such as induction motors, permanent magnet synchronous motors, and DC commutator motors. Most of these rotating machines are composed of a winding and an iron core, and the principle of obtaining a rotational force by utilizing the fact that the iron core becomes an electromagnet by passing an electric current through the winding is adopted. These motors are configured by forming a stator or a rotor with a ferromagnetic iron core such as iron and winding a groove called a slot provided in the iron core. Usually, an iron core is formed by stacking a plurality of insulating coatings on the surface of a thin iron plate having a small iron loss such as an electromagnetic steel plate. This is to suppress eddy currents that occur as the magnetic flux of the windings and magnets changes. In general, motors are desired to have high efficiency, and motors of these structures can achieve high efficiency by reducing copper loss and iron loss. The point of copper loss is how to reduce the resistance of the coil. It increases in the winding ratio (space factor) of the winding (conductor) in the slot of the core and in the stacking direction of the core called the coil end. Smaller parts lead to reduced copper loss. As for iron loss, it is necessary to reduce hysteresis loss and eddy current loss of an iron plate or the like.
銅損，鉄損を低減してモータを小型化する構造としては、コイルエンドを軸方向になくすとともに占積率も同時に向上し、高密度で高抵抗の特性を有する圧粉磁心を鉄心に採用してモータの鉄損も低減するモータ構造がある。このモータ構造では、固定子鉄心の軸方向にコイルエンド有さないために小型化も図れるとされている。図３５にそのモータ構造を示す。このモータは図３５（ａ）に示すように周方向に複数の爪磁極を有する固定子コア２０１で円環状に巻かれたコイル２０２を挟み込んで固定子の１相分が構成される。この爪磁極の構成では、図３５（ｂ）に示すように円環状コイルに交流（向きの異なる）電流がながれることにより、その電流の周囲には、電流の向きに応じて磁束が発生し、爪磁極が電磁石として磁化される。このことを利用して爪磁極コアを固定子として利用するクローポール型モータでは、図示のように、コイルの周囲を回るように三次元的に磁束の流れが構成される。従来、このクローポール型のモータは、鉄板などを折り曲げて爪磁極を構成するが、鉄板で構成する場合には、回転子側から水平方向に流入する磁束の影響により、渦電流が発生するため、高い周波数域では駆動できない問題がある。そこで、渦電流の発生の無い圧粉磁心をコアの部材とすることにより、渦電流の低減を実現し、モータの小形化を実現している。しかし、圧粉磁心で構成するがゆえの問題も多い。
As a structure that reduces the copper loss and iron loss and reduces the motor size, the coil end is eliminated in the axial direction and the space factor is improved at the same time. There is a motor structure that reduces the iron loss of the motor. In this motor structure, since there is no coil end in the axial direction of the stator iron core, it is said that miniaturization can be achieved. FIG. 35 shows the motor structure. In this motor, as shown in FIG. 35 (a), a
ひとつには、圧粉磁心を用いるために、大型化が困難であることである。圧粉磁心は、絶縁皮膜の施された鉄粉を非常に高圧力で押し固める方法で製造される。このときの圧力は、密度７.４Ｍｇ／ｍ3の成形体を得るのに１Ｇｐａと非常に大きい。これからわかるとおり、１００cm2程度の面積を持つ成形体を得るためのプレスは、１０００tonにもなり、大きいものを作ることが困難であることがわかる。 One is that it is difficult to increase the size because a dust core is used. The dust core is manufactured by a method in which iron powder coated with an insulating film is pressed at a very high pressure. The pressure at this time is as high as 1 Gpa to obtain a molded body having a density of 7.4 Mg / m 3 . As can be seen from this, the press for obtaining a molded body having an area of about 100 cm 2 is 1000 tons and it is difficult to make a large product.
また、そのような製造方法であるがゆえに、得られた成形体は非常に強度が低いという問題がある。圧縮成形されただけの成形体で、曲げ強度が最大でも１５０Ｍｐａ程度の強度しかないため、鉄心だけの強度ではモータの強度メンバとしては不十分なため、モールドなどの強度向上策が必要であった。 Moreover, since it is such a manufacturing method, there exists a problem that the obtained molded object has very low intensity | strength. Since it is a compact that has only been compression-molded and has a bending strength of at most about 150 Mpa, the strength of the iron core alone is not sufficient as a strength member of the motor, so measures to improve the strength of the mold and the like were necessary. .
さらに、この圧粉磁心は錆びやすいという性質も有しているために、自動車用など、塩水，泥水などにさらされる過酷な環境下で使用される用途には不向きであるなどの欠点を多く有している。 In addition, the dust core has the property of being easily rusted, and thus has many drawbacks such as being unsuitable for use in harsh environments such as automobiles exposed to salt water and muddy water. is doing.
また、設計的な制限事項としては、そのモータ構造より、コイルのインダクタンスが大きくなるという問題がある。コイル全体を磁性体で覆う構造とするために、どうしてもインダクタンスが大きくなってしまうのである。インダクタンスが大きくなると、電流と電圧の位相差が大きくなりモータや発電機の主要特性である力率を低下させる。また、電気的な時定数も大きくなるので制御性に欠けるといった特性上の問題が発生する。 Further, as a design limitation, there is a problem that the inductance of the coil becomes larger than that of the motor structure. Since the entire coil is covered with a magnetic material, the inductance is inevitably increased. When the inductance increases, the phase difference between current and voltage increases and the power factor, which is the main characteristic of motors and generators, is reduced. In addition, since the electrical time constant becomes large, there arises a problem in characteristics such as lack of controllability.
さらに圧粉磁心は、電磁鋼板（例えばＪＩＳ規格の５０Ａ１３００，５０Ａ８００など）や、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ），構造用軟鉄（Ｓ４５Ｃ）などに比べて磁気特性が悪いという問題もある。それぞれの磁性材料の磁気特性を図３６に示す。図３６は直流磁化特性を示している。横軸は各磁性材料に与える磁界の強さＨ（Ａ／ｍ）であり、縦軸は、その磁界を与えた時の磁性材料の磁束密度Ｂ（Ｔ）を示している。図示のとおり、圧粉磁心は他の鉄系材料に比べて磁界を与えた時の磁束密度が低いことがわかる。横軸は、対数目盛りで示しており、非常に大きな差が確認できる。このことから、圧粉磁心を鉄心の材料として使用したモータは同一の磁束密度を得るためには入力である電流を多く必要とすることがわかる。このことからは、モータや発電機などでクローポール型の固定子を採用する場合には、鉄系の材料の方が好ましいのであるが、前述したように、鉄系磁性材料の折り曲げによる構成は、高周波数帯域では、この磁気特性による入力低減分よりも渦電流損失が非常に大きくなるため、通常のモータや発電機には使用されていない。 Further, the dust core has a problem that its magnetic properties are poorer than those of electromagnetic steel plates (for example, JIS standard 50A1300, 50A800, etc.), cold rolled steel plates (SPCC), structural soft iron (S45C), and the like. The magnetic characteristics of each magnetic material are shown in FIG. FIG. 36 shows the DC magnetization characteristics. The horizontal axis represents the magnetic field strength H (A / m) applied to each magnetic material, and the vertical axis represents the magnetic flux density B (T) of the magnetic material when the magnetic field is applied. As shown in the figure, the dust core has a lower magnetic flux density when a magnetic field is applied than other iron-based materials. The horizontal axis is shown on a logarithmic scale, and a very large difference can be confirmed. From this, it can be seen that a motor using a dust core as an iron core material requires a large amount of input current to obtain the same magnetic flux density. From this, when a claw pole type stator is adopted in a motor or a generator, an iron-based material is preferred, but as described above, the configuration by bending of an iron-based magnetic material is In the high frequency band, since the eddy current loss is much larger than the reduced input due to this magnetic characteristic, it is not used in ordinary motors and generators.
前述した実施形態では、このようなクローポール型モータの大型化，高強度化，対環境性能向上，コイルインダクタンス低減の少なくともいずれか、または全てを満足して、高効率で小形の回転電気、すなわち電動機や発電機を提供することができる。 In the above-described embodiment, at least one or all of the enlargement, high strength, environmental performance improvement, and coil inductance reduction of such a claw pole type motor is satisfied, and the rotary electric power is highly efficient and small. Electric motors and generators can be provided.
例えばクローポール型モータの固定子鉄心を圧粉磁心以外の高強度な磁性体を用いて構成する。そして、磁気回路として必要最低限の磁性体以外の部分を無くす構造とする。具体的には、クローポールモータを構成する爪磁極を電磁鋼板，冷間圧延鋼板，電磁ステンレスなどの鉄板を用いて構成する。 For example, the stator core of a claw pole type motor is configured using a high-strength magnetic material other than a dust core. And it is set as the structure which eliminates parts other than a minimum necessary magnetic body as a magnetic circuit. Specifically, the claw poles constituting the claw pole motor are constructed using an iron plate such as an electromagnetic steel plate, a cold rolled steel plate, or an electromagnetic stainless steel.
鉄板を折り曲げて構成する方法によれば、回転子側からの磁束が固定子側に流入する方向を考えると、磁束に対して垂直な面を有するために、渦電流が発生する。このため、鉄板の積層方向を、回転子からの磁束流入方向に対して平行となるよう配置した構成とする。すなわち、固定子の周方向に鉄板などの磁性体を積層して磁極を構成する。このとき、周方向に隣り合う鉄心は、電気的にも磁気的にも結合しない（間に非磁性，非導電性の物質を介して積層されている）構造とする。 According to the method in which the iron plate is bent, an eddy current is generated because of the plane perpendicular to the magnetic flux, considering the direction in which the magnetic flux from the rotor side flows into the stator side. For this reason, it is set as the structure arrange | positioned so that the lamination direction of an iron plate may become parallel with respect to the magnetic flux inflow direction from a rotor. That is, magnetic poles are formed by laminating magnetic materials such as iron plates in the circumferential direction of the stator. At this time, the iron cores adjacent to each other in the circumferential direction have a structure in which they are not electrically or magnetically coupled (laminated with a nonmagnetic and nonconductive substance therebetween).
また、そのひとつの爪磁極はそれぞれ２つの積層された鉄心群で構成されており、爪磁極の中心、またはどちらか一方に偏った部分でも良いが、爪磁極となる積層鉄心群の回転子側面が合わさるように配置する。また、その爪磁極を構成する２つの積層鉄心群は、隣り合う反対極となる爪磁極を構成する片方の積層鉄心群と周方向外側の部分で接続される構造とする。 In addition, each of the claw magnetic poles is composed of two laminated core groups, and may be the center of the claw magnetic poles or a portion biased to either one, but the side surface of the rotor of the laminated iron core group that becomes the claw magnetic poles Arrange so that Further, the two laminated iron core groups constituting the claw magnetic poles are connected to one laminated iron core group constituting the claw magnetic poles serving as the adjacent opposite poles at the outer circumferential portion.
これらの積層鉄心群の間には、円環状に構成された導電体を複数回巻きまわしたコイルを配置し、前記積層鉄心群で構成される爪磁極と、その隣り合う反対極となる積層鉄心群で構成された爪磁極とで、固定子の軸方向に挟み込む構造とする。 Between these laminated core groups, a coil in which a conductor configured in an annular shape is wound a plurality of times is arranged, and the laminated iron cores that are claw magnetic poles constituted by the laminated core groups and the adjacent opposite poles are arranged. The claw magnetic poles configured in groups are sandwiched in the axial direction of the stator.
このコイルの周方向に、積層鉄心群で構成された爪磁極と反対極となる爪磁極を１極対として、複数の極対数を構成することにより、回転電機の１相分の固定子を構成できる。この固定子を軸方向に複数個配置することで、複数相を有する回転電機を構成する。このとき、軸方向に配置する１相分の固定子の相対位置関係は、２相回転電機であれば、電機角で９０度ずつ、すなわち回転子側の一極対あたりの機械的な角度の１／４ずらして配置する必要がある。 A stator for one phase of a rotating electrical machine is configured by forming a plurality of pole pairs in the circumferential direction of the coil, with a pair of claw magnetic poles that are opposite to the claw magnetic poles formed of the laminated iron core group. it can. A plurality of stators are arranged in the axial direction to constitute a rotating electrical machine having a plurality of phases. At this time, the relative positional relationship of the stator for one phase arranged in the axial direction is 90 degrees in terms of the electrical angle for a two-phase rotating electrical machine, that is, the mechanical angle per one pole pair on the rotor side. It is necessary to dispose by 1/4.
また、３相回転電機であれば、電機角で１２０度ずつ、すなわち回転子側の一極対あたりの機械的な角度の１／３ずらして配置する必要がある。また、固定子側はずらさないで配置した場合においては、回転子側の固定子に対応する部分の極をそれぞれ上記のように複数相回転電機を構成する角度に配置することでも実現できる。 In the case of a three-phase rotating electric machine, it is necessary to dispose the electric angle by 120 degrees, that is, by shifting the mechanical angle per one pole pair on the rotor side by 1/3. Further, when the stator side is arranged without being shifted, it can be realized by arranging the poles of the portion corresponding to the stator on the rotor side at the angles constituting the multi-phase rotating electrical machine as described above.
次に鉄心群の保持方法について説明する。鉄心群は、円周上に高精度に位置決め配置されなければならないため、それを保持するための保持板を有する構造とする。その保持板は、非磁性体であり、周方向に積層された１極爪半分の積層鉄心群を高精度に保持する溝、またはガイド部分を有する構造とする。この保持板には、対となって構成される爪磁極の片側極を構成する複数の積層鉄心群を周方向に配置する。次に反対極となる部分を構成する複数の積層鉄心群を保持した別の保持板と向かい合わせになるように構成し、それぞれの保持板の間には、円環状のコイルを配置して、挟み込む構造とする。この構成で最小単位（一相分）の固定子鉄心を構成する。前述したとおり、この一相分の固定子鉄心を軸方向に配置して、複数相の回転電機固定子を得ることができる。３相モータであれば、電気角で１２０度ずつずらして積層する構成とするが、そのずらし角度は、コギングトルク低減のためなどで、ずらし角度がこの限りでないこともある。前述した保持板には、複数相を軸方向に積み重ねて固定するときの位置を決定する為、突起と窪みなどの嵌合部分を複数箇所設けた形状にしておくことで、組立ての際の目印、または、基準，嵌合部となり、固定子同士の相対位置精度を向上することができる。 Next, a method for holding the core group will be described. Since the iron core group must be positioned and arranged with high accuracy on the circumference, the iron core group has a structure having a holding plate for holding it. The holding plate is made of a non-magnetic material and has a structure having a groove or a guide portion for holding the laminated core group having one pole claw half laminated in the circumferential direction with high accuracy. On this holding plate, a plurality of laminated core groups constituting one side pole of the claw magnetic poles configured as a pair are arranged in the circumferential direction. Next, it is configured so as to face another holding plate that holds a plurality of laminated core groups constituting the opposite pole part, and an annular coil is arranged between each holding plate and sandwiched between them And This configuration constitutes the smallest unit (one phase) stator core. As described above, this one-phase stator core can be arranged in the axial direction to obtain a multi-phase rotating electrical machine stator. In the case of a three-phase motor, the stacking is performed by shifting the electrical angle by 120 degrees, but the shifting angle is not limited to this, for the purpose of reducing cogging torque. In order to determine the position when a plurality of phases are stacked and fixed in the axial direction on the holding plate described above, a plurality of fitting portions such as protrusions and depressions are provided in a shape, so that a mark for assembly can be obtained. Or it becomes a reference | standard and a fitting part, and the relative positional accuracy of stators can be improved.
また回転子は、種々の形式のものが適用可能である。表面磁石型回転子，埋め込み磁石型回転子，スリップリングとブラシを有する直流界磁型ルンデルタイプ回転子、また、誘導子を有するかご型回転子，リラクタンス型回転子など回転電機として成立する回転子の全てに対応が可能である。 Various types of rotors can be applied. Rotation established as a rotating electrical machine such as surface magnet type rotor, embedded magnet type rotor, DC field type Rundel type rotor with slip ring and brush, cage type rotor with inductor, reluctance type rotor, etc. It can handle all of the children.
システムとしては、回転電機を利用する広い範囲のシステムに適用が可能である。モータ、または発電機など、多種のシステムで利用可能であるが、課題で述べた錆びによる劣化に対して強くなったこと、機械的強度の向上，インダクタンスの低減などが見込めるため、車載用の発電機システムに採用が可能となる。 The system can be applied to a wide range of systems using a rotating electrical machine. Although it can be used in various systems such as motors or generators, it can be expected to be resistant to deterioration caused by rust, as described in the problem, increase mechanical strength, and reduce inductance. It can be used in the machine system.
上記により、一極対毎に鉄心が別れているために、通常のクローポールモータよりもコイルを包む磁性体の領域が少なくできるため、コイルのインダクタンスが大幅に低減できる効果がある。また、非磁性で強度メンバとなり得る保持板で全体を包み込む構造となるため、固定子の強度が圧粉磁心などの磁性成形体で形成する場合よりも大幅に向上することができる。鉄板を折り曲げて構成するクローポールモータに比べ、渦電流による鉄損を大幅に低減することができる。また、保持板の熱伝導率が高い場合には、モータの温度上昇低減にもつながるこれらの事項により、上記で説明した実施例でのクローポール型回転電機は、小形で、高効率，低温度上昇とできる。また、強度の問題が解決できるため、高信頼性の製品が供給可能である。 As described above, since the iron core is separated for each pole pair, the area of the magnetic body that encloses the coil can be reduced as compared with a normal claw pole motor, so that the inductance of the coil can be greatly reduced. Further, since the entire structure is wrapped with a holding plate that is non-magnetic and can be a strength member, the strength of the stator can be significantly improved as compared with the case where the stator is formed of a magnetic molded body such as a dust core. Iron loss due to eddy currents can be greatly reduced compared to a claw pole motor configured by bending an iron plate. In addition, when the thermal conductivity of the holding plate is high, the claw pole type rotating electric machine in the embodiment described above is small in size, high in efficiency and low in temperature due to these matters that lead to reduction in the temperature rise of the motor. Can with rise. Further, since the problem of strength can be solved, highly reliable products can be supplied.
すなわち、これらの構造を有する固定子及びを採用した回転電機においては、小形化，高効率化が期待できるとともに、公知のものに比べて高信頼性が実現できる。また、プレスを大形化しなくとも大形の回転電機を得ることが可能となり、先に示した課題を解決できる。 That is, in a rotating electrical machine that employs a stator having these structures, a reduction in size and an increase in efficiency can be expected, and higher reliability can be realized as compared with known ones. In addition, a large rotating electrical machine can be obtained without increasing the size of the press, and the above-described problems can be solved.
図３７に、本発明の実施例をなすクローポール型回転電機の固定子鉄心配置を示す。その構造は、図３７に示すようにクローポール型モータの固定子鉄心を積層した鉄系の鉄板で構成するものである。 FIG. 37 shows the arrangement of the stator cores of the claw pole type rotating electric machine that constitutes an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 37, the structure is constituted by an iron-based iron plate in which a stator core of a claw pole type motor is laminated.
本構造は、磁気回路として必要最低限の磁性体以外の部分を無くす構造である。具体的には、クローポールモータを構成する爪磁極１２ａ，１２ｂを電磁鋼板，冷間圧延鋼板，電磁ステンレスなどの積層鉄板を用いて構成する。このときの磁極における鉄板の積層方向を、回転子からの磁束流入方向に対して平行となるよう配置した構成としている。すなわち、固定子の周方向に鉄板などの磁性体を積層して磁極を構成する。このとき、周方向に隣り合う鉄板は、電気的にも磁気的にも結合しない（間に非磁性，非導電性の物質を介して積層されている）構造とする。また、そのひとつの爪磁極は積層された鉄心群で構成されている。また、積層鉄心群は、隣り合う反対極となる爪磁極を構成する片方の積層鉄心群と周方向外側の部分で軸方向に向かい合って配置される構造とする。
This structure is a structure that eliminates parts other than the minimum necessary magnetic material for the magnetic circuit. Specifically, the
この２つの極となる積層鉄心群の軸方向隙間には、円環状に構成された継鉄部５１が配置される。この円環状に構成された継鉄部５１は、径方向に鉄板を積層することで構成される。２つの極となる積層鉄心群と円環状に構成された継鉄部５１で囲まれた隙間には、円環状に構成された導電体を複数回巻きまわしたコイル２を配置し、前記積層鉄心群で構成される爪磁極１２ａと、その隣り合う反対極となる積層鉄心群で構成された爪磁極１２ｂとで、固定子の軸方向に挟み込む構造とする。
A
このコイルと前記円環状に構成された継鉄部５１の周方向に、積層鉄心群で構成された爪磁極１２ａと反対極となる爪磁極１２ｂを１極対として、複数（本実施例では１０爪磁極対）の極対数を構成することにより、回転電機の１相分の固定子を構成できる。この固定子を軸方向に複数個（本実施例の図１では３個）配置することで、複数相（３相）を有する回転電機を構成する。このとき、軸方向に配置する１相分の固定子の相対位置関係は、３相回転電機であれば、電機角で１２０度ずつ、すなわち回転子側の一極対あたりの機械的な角度の１／３ずらして配置する必要がある。図示する２０極（１０極対）の場合には、電気角の３６０度は、機械角の３６度に相当するので、電気角１２０度ずれることは、機械的な角度で１２度ずれることに相当する。
In the circumferential direction of the coil and the
ここで、図示はしないが、２相回転電機であれば、電機角で９０度ずつ、すなわち回転子側の一極対あたりの機械的な角度の１／４ずらして（オフセットして）配置する必要がある。また、固定子側をずらさないで配置した場合においては、回転子側の固定子に対応する部分の極をそれぞれ上記のように複数相回転電機を構成する角度に配置することでも実現できる。 Here, although not shown, in the case of a two-phase rotating electric machine, the electric angle is arranged by 90 degrees, that is, shifted (offset) by 1/4 of the mechanical angle per pole pair on the rotor side. There is a need. Further, in the case where the stator side is arranged without shifting, it can also be realized by arranging the poles of the portions corresponding to the stator on the rotor side at the angles constituting the multi-phase rotating electric machine as described above.
図３８には本実施例における爪磁極を構成する積層鉄心群の構造を詳細に示す。図３８（ａ）は、爪磁極となる積層鉄心群を構成する鉄板のブランク形状を示す。爪の先端から、軸方向根元へ向って漸増する形状とし、根元にはＲを有する形状を示している。これは、爪磁極を構成した場合に、その回転子側から流入する磁束が、根元へ向うため、根元の断面積を爪の先端部よりも大きくする必要があるためである。図３８（ｂ）図には、図３８（ａ）のブランクを複数枚積層したものを示している。同じ形状のブランクをそのまま積層している形状である。この積層体でひとつの爪部を形成するものとする。 FIG. 38 shows in detail the structure of the laminated core group constituting the claw magnetic poles in this example. Fig.38 (a) shows the blank shape of the iron plate which comprises the laminated iron core group used as a claw magnetic pole. The shape gradually increases from the tip of the nail toward the axial base, and the base has a shape having R. This is because, when the claw magnetic pole is configured, the magnetic flux flowing from the rotor side is directed to the root, so that the cross-sectional area of the root needs to be larger than the tip of the claw. FIG. 38 (b) shows a stack of a plurality of blanks of FIG. 38 (a). This is a shape in which blanks having the same shape are laminated as they are. One nail portion is formed from this laminate.
図３９には本実施例における円環状に構成された継鉄部５１の構造を詳細に示す。図３９（ａ）は、円環状に構成された継鉄部５１を構成する鉄板の形状を示す。長方形の鉄板を円環状に形成することで構成されている。図３９（ｂ）図には、図３９（ａ）の鉄板と相似形の鉄板を複数枚積層したものを示している。積層する方向は円環構造の径方向である。図３９（ｃ）にその拡大図を示す。この積層体で継鉄部５１を構成するものとする。
FIG. 39 shows in detail the structure of the
図４０には、図３８で示した爪部と図３９で示した継鉄部を配置して一相分の固定子を得る構造を示す。図４０（ａ）には、図３８で示した爪磁極１２となる積層体を周方向に１０個配置する例を示す。保持板４には、その積層体の形状を高精度に位置決めして保持する溝が設けられている。この溝部に、積層体爪磁極１２を配置することで、図４０（ｂ）に示す１相分片側固定子３を構成できる。さらに、図４０（ｃ）に示すように、一相分固定子７に、図３９で示した円環状に構成された継鉄部と円環状の巻線を配置することとする。図４０（ｃ）に示した状態で、図４０（ｂ）に示した１相分片側固定子を軸方向に向かい合わせるように配置することで、１相固定子が構成される。
FIG. 40 shows a structure in which the claw portion shown in FIG. 38 and the yoke portion shown in FIG. 39 are arranged to obtain a stator for one phase. FIG. 40A shows an example in which ten laminated bodies that are the claw
図４１に一相分固定子７の外観を示す。保持板４で爪磁極１２となる積層体が挟まれた構造となる。このため、機械的な強度は保持板の強度で決まる。図４１（ａ）には保持板の軸方向面が見えているが、その形状について説明する。保持板４の軸方向面には、少なくとも３箇所以上の周方向複数箇所にある相対的な位置関係の決まりを保って配置された位置決め溝６と位置決め突起５を配置する。図４１（ｂ）にその相対位置関係を示す。本実施例では２０極の三相モータを構成する場合の例を示している。ここに図示する溝と突起は、前述したとおり、３相モータの１相分の固定子を軸方向に３段重ねて配置する場合に周方向に電気角で１２０度ずつ（機械角で１２度ずつ）固定子の位置がずれて配置されるようにすることで三相モータの固定子を構成する。このため、この例では、溝と突起の周方向の相対位置が１２度ずれた関係となっている。また、軸方向で片側固定子３ａともう片方の固定子３ｂを組合わせるので、その位置を考慮する必要がある。この例では、爪磁極の中心から９度、すなわち電気角で１周期の１／４の箇所が中心となって上下の突起，溝の位置関係が反転するので、位置決め溝６を爪磁極の中心から９度の位置とし、それから１２度ずれた位置に突起を設ける構造としたのである。これを９０度ずつ等配した位置に同様の突起と溝を設けることで周方向の位置決めが可能となる。
FIG. 41 shows the appearance of the single-
図４２には、保持板４の断面形状の例を示す。保持板４は固定子となる積層鉄心群を保持するための溝のほかに円環状に構成された継鉄部５１を保持するためのガイド部を有する。具体的には、保持板４を、軸方向には鉄心群の厚さよりも厚くなるように構成し、周方向には継鉄部５１の外側径よりも大きい寸法を有する形状とすることで、継鉄部５１が一意に位置決めされる。また、円環コイル２は内側から保持するガイド部を有する。具体的には、保持板４を、軸方向には鉄心群の厚さよりも厚くなるように構成し、周方向にはコイル２の内側径よりも小さい寸法を有する形状とする。これにより、円環コイル２は継鉄部５１とガイド部の間に一意に配置される。
FIG. 42 shows an example of the cross-sectional shape of the holding
図４３には、３相分固定子８を配置する例を示す。図４１で前述したとおり、保持板４の軸方向に設けた溝と突起を組合わせることにより、その位置関係は一意に決定される。図４３に示す一相分固定子７Ｗの図示上面の位置決め突起５と位置決め溝７は、一相分固定子７Ｖの下面の位置決め突起５と位置決め溝６とに合わさる。この溝と突起の組合わせは周方向に４箇所配置されており、そのどれもが組合わさって組立てされる。これにより、軸方向に対して垂直な面上で、ＸＹ方向のどちらにも動かない状態で拘束されるため、一意に位置決めができるのである。同様に、一相分固定子７Ｖと一相分固定子７Ｕも同様の関係となっていることから、一意に位置決めされる。図４４に組立てられた固定子を示す。図４３のように一意に位置決めされた固定子は、爪の位置関係が図３７で示したようにその爪中心と爪中心が、電気角で１２０度ずつ（示す例では２０極のため、機械的な角度で１２度ずつ）ずれて配置される構造となっている。
FIG. 43 shows an example in which the three-
図４５に、モータや発電機などの回転電機の固定子とするために内径、および外径面を加工したものを示す。保持板の位置決め用の突起と溝を利用して位置決めした状態で、旋盤などの工作機械によって内周面と外周面を円形で真円度の高い状態へと加工を行う。組立てられた状態での内周面，外周面は、図４１（ｂ）に示したとおり、積層体の端面が周方向に多角形となるような形状となる。このため、円形の回転子を内周側に配置するときにギャップが不均一になり回転電機として磁束分布を満足しない場合がある。このようなときに、内径を切削加工，研削加工などにより予め加工することで、特性向上することが可能となる。もちろん加工しないで、特性を得られる場合においては、そのまま使用することも可能である。また、組立てられた状態で、円周方向に円形となるよう配置するような場合もあり得る。図４５に示した例では加工を施す場合であり、内径側はφ１００mm±０.０１mmで加工した例を示した。 FIG. 45 shows a machined inner diameter and outer diameter surface for a stator of a rotating electric machine such as a motor or a generator. With the positioning projections and grooves of the holding plate positioned, the inner peripheral surface and the outer peripheral surface are processed into a circular and high circularity state by a machine tool such as a lathe. As shown in FIG. 41 (b), the inner peripheral surface and the outer peripheral surface in the assembled state are shaped so that the end surface of the laminate becomes a polygon in the circumferential direction. For this reason, when a circular rotor is disposed on the inner peripheral side, the gap becomes non-uniform and the rotating electric machine may not satisfy the magnetic flux distribution. In such a case, the characteristics can be improved by processing the inner diameter in advance by cutting, grinding, or the like. Of course, when the characteristics can be obtained without processing, it can be used as it is. Further, there may be a case where they are arranged in a circular shape in the circumferential direction in the assembled state. The example shown in FIG. 45 is a case where machining is performed, and an example in which the inner diameter side is machined with φ100 mm ± 0.01 mm is shown.
ところで、本実施例においても実施例１での図９に示したのと同様に、モータとしての組立てが可能である。すなわち、本実施例においても、リング磁石回転子，かご型導体回転子，埋め込み磁石を有する回転子，磁石を有しない突極型回転子，磁気抵抗の異なるリラクタンス型回転子，ルンデル型回転子などを有するモータにおいて、コイルエンドが軸方向に存在しないことにより、軸方向に薄くコンパクトにモータを構成できる。 Incidentally, in the present embodiment, as shown in FIG. 9 in the first embodiment, it is possible to assemble as a motor. That is, also in this embodiment, a ring magnet rotor, a cage-type conductor rotor, a rotor with an embedded magnet, a salient pole rotor without a magnet, a reluctance rotor with different magnetic resistance, a Rundel rotor, etc. Since the coil end does not exist in the axial direction, the motor can be configured to be thin and compact in the axial direction.
図４６には、保持板４の構造を示す。保持板構造により、モータの生産性や、特性を向上できる。積層鉄心群を保持するための溝を有し、円環状に構成された継鉄部５１を一意に位置決めして保持するための外側壁を有する構造となっている。さらに、外側壁と継鉄部５１により円環コイル２を保持する。この保持板４の材質，製造方法は実施例１における保持板４と同様である。
FIG. 46 shows the structure of the holding
図４６の保持板４にコイル２の口出し溝を設けた実施例を図５９〜図６１に示す。以下に特に示す事項以外については、実施例１５と同様である。
An embodiment in which the lead groove of the
例えば発電機に適用した場合、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のコイル２に流れる電流を、図３４に示すような整流回路１１５に出力するために、各コイルの口出し線を固定子から出す必要がある。尚、モータの場合は、例えばインバータのＵ，Ｖ，Ｗの各アームにコイルを接続するための結線がこの口出し線に相当する。本実施例では、図５９〜図６１のように、保持板４にコイル２の口出し溝９１を設け、そこからコイル２の口出し線９２を保持板４から導出する構造とした。尚、この溝の位置は、図６１に示すように爪磁極と爪磁極の間に設けることが好ましい。但し、この溝の数は図示した数に限られることなく、必要な口出し線９２の数だけ設けても良い。また、口出し溝９１は、溝ではなく孔や隙間であっても良い。また、口出し線９２は、同一の口出し溝９１から複数導出されている必要はなく、いずれの口出し溝９１から出ていても良い。図６１では隣り合った相の口出し溝９１が近接しているが、コイルの構造やモータ，発電機などの製品の都合により、いずれの口出し溝９１を用いても良い。
For example, when applied to a generator, in order to output the currents flowing through the
次に実施例１５の構造の生産性を向上するための態様を示す。 Next, a mode for improving the productivity of the structure of Example 15 will be described.
図４７（ａ）に、保持板の機能を有し、コイルを巻線保持するための機能を持つ巻線用ボビン１３の斜視図を示す。（ｂ）には、（ａ）図で示したボビンの正面図，側面図を示す。正面図より、この巻線用ボビン１３は、図４６で示した保持板と同様、積層鉄心群を保持するための溝を有している。また、この積層鉄心群を保持する溝は表面と裏面にそれぞれある。また、表面と裏面の積層鉄心群保持溝の周方向位置は、所定の角度ずれている。また、側面図，斜視図より、円環状の巻線を巻きまわすための溝を有していることがわかる。図４８には、巻線用ボビン１３に円環状コイル２を巻きまわした形状の断面状態がわかる図面を示す。円環状コイルが巻線用ボビンの内部に配置されていることがわかる。図４９（ａ）には、このボビンと積層鉄心群の組合わせ構造をあらわす図面を示す。巻線用ボビン１３は積層鉄心群を保持する溝に積層鉄心群を円周上に保持できることがわかる。図４９（ｂ）に、このボビンと積層鉄心群と円環状に構成された継鉄部の組合わせ構造を示す。巻線用ボビン１３の外周側に継鉄部を配置することが可能であるとわかる。組立後の形状を図４９（ｃ）に示す。最終形状として、図４１（ａ）と同様な一相分固定子が得られていることがわかる。
FIG. 47A is a perspective view of the winding
次に実施例１５の構造のモータ特性を向上するための態様を図５０に示す。以下に特に示す事項以外については、実施例１５と同様である。 Next, an aspect for improving the motor characteristics of the structure of Example 15 is shown in FIG. The items other than those specifically described below are the same as in Example 15.
通常、クローポール型のモータの爪磁極形状は、爪先端が細くなる山形の形状を有する。これを実現するために、鉄板を打抜く際に、一枚ごと、または複数枚ごとに異なる形状で打抜きして積層することが考えられる。図５０には、その工法を用いて作成した爪磁極形状を示す。図３８（ａ）で示したような打抜き加工するブランクの形状を、爪磁極となる部分の高さ寸法を一枚ごとに変更して打抜きし、それを積層して積層鉄心群を形成し、図示の形状を得る。この爪形状のテーパ角度は、極数との関係で決まる。実施例４における図１４と図１５に示した爪形状のテーパ角度とモータ特性の関係は、本実施例においても満たされる。 Normally, the claw pole shape of a claw pole type motor has a mountain shape where the claw tip is narrowed. In order to realize this, when punching an iron plate, it is conceivable to punch and laminate each sheet or a plurality of sheets in different shapes. FIG. 50 shows a claw magnetic pole shape created by using the method. The blank shape to be punched as shown in FIG. 38 (a) is punched by changing the height dimension of the portion that becomes the claw magnetic poles one by one, and it is laminated to form a laminated core group, The shape shown is obtained. The claw-shaped taper angle is determined by the relationship with the number of poles. The relationship between the claw-shaped taper angle and the motor characteristics shown in FIGS. 14 and 15 in the fourth embodiment is also satisfied in this embodiment.
また、実施例５に示したコギングトルクの低減方法を、本実施例に適用することも可能であり、実施例５における効果と同様の効果が得られる。 Further, the cogging torque reduction method shown in the fifth embodiment can be applied to the present embodiment, and the same effects as those in the fifth embodiment can be obtained.
また、実施例６に示したコギングトルクの低減方法を、本実施例に適用することも可能であり、実施例６における効果と同様の効果が得られる。 Further, the cogging torque reduction method shown in the sixth embodiment can be applied to the present embodiment, and the same effects as those in the sixth embodiment can be obtained.
図５１に、誘起電圧のひずみを低減し、モータの効率を向上せしめる積層鉄心郡の構成を示す。以下に特に示す事項以外については、実施例１５と同様である。 FIG. 51 shows the configuration of a laminated core group that reduces the distortion of the induced voltage and improves the efficiency of the motor. The items other than those specifically described below are the same as in Example 15.
モータの出力トルクは誘起電圧に比例するため、誘起電圧のひずみはモータの出力トルクの脈動の要因となり、モータの振動・騒音を発生する要因となる。そのため、誘起電圧はなるべく正弦波化することが望ましい。誘起電圧がひずむ要因の１つとして、漏れ磁束が上げられる。図５１（ａ）に示す漏れ磁束は、コイルに鎖交しないためモータ特性に寄与しなく、鉄心を磁気飽和させるのみであり、誘起電圧をひずませる要因となる。さらに、この漏れ磁束は積層鉄心郡の積層方向に流れるため、積層鉄心内に渦電流を発生させ、モータの効率を低下させる。この漏れ磁束を低減せしめる構造が、図５１（ａ）に示す積層鉄心郡の構造である。図５１（ａ）に示す積層鉄心郡の構造は、２つの積層鉄心郡により１つの極を構成している。すなわち、爪磁極の周方向中心にスリットが設けられた構造となっている。このような構成とすることで、漏れ磁束の磁路の磁気抵抗がスリットにより大きくなり、漏れ磁束が低減されることとなる。これにより、漏れ磁束のため磁気飽和していた鉄心の磁気飽和が緩和され、誘起電圧のひずみが低減される。図５１（ｂ）にスリットがある場合とない場合の誘起電圧波形の例を示す。これより、スリットにより誘起電圧のひずみが低減されていることがわかる。さらに、漏れ磁束に起因する渦電流損が低減され、モータの効率が向上される。 Since the output torque of the motor is proportional to the induced voltage, the distortion of the induced voltage causes pulsation of the output torque of the motor and causes vibration and noise of the motor. Therefore, it is desirable to make the induced voltage sine wave as much as possible. One factor that distorts the induced voltage is an increase in leakage flux. The leakage magnetic flux shown in FIG. 51 (a) does not interlink with the coil and thus does not contribute to the motor characteristics, but only magnetically saturates the iron core, which causes distortion of the induced voltage. Further, since the leakage magnetic flux flows in the lamination direction of the laminated iron core group, an eddy current is generated in the laminated iron core to reduce the motor efficiency. The structure for reducing the leakage magnetic flux is the structure of the laminated core group shown in FIG. In the structure of the laminated iron core group shown in FIG. 51A, one pole is constituted by two laminated iron core groups. That is, the slit is provided at the center of the claw magnetic pole in the circumferential direction. By setting it as such a structure, the magnetic resistance of the magnetic path of leakage magnetic flux becomes large by a slit, and leakage magnetic flux will be reduced. Thereby, the magnetic saturation of the iron core which has been magnetically saturated due to the leakage magnetic flux is relaxed, and the distortion of the induced voltage is reduced. FIG. 51B shows examples of induced voltage waveforms with and without a slit. This shows that the distortion of the induced voltage is reduced by the slit. Furthermore, eddy current loss due to leakage magnetic flux is reduced, and the efficiency of the motor is improved.
図５２に、実施例１９において、生産性に適し、大型化に適した構成を示す。図５２に示す積層鉄心郡の構造は、２つの積層鉄心郡により１つの極を構成している。さらに継鉄部５１は、周方向に複数個分割された構成となっている。図５２では、極の中心において継鉄部５１が複数個に分割されている。すなわち、回転子から爪磁極より流入した磁束は、左右の継鉄部５１へ流れ、周方向の隣の爪磁極１２より回転子へ流出することとなる。このような構成とすることで、継鉄部５１が円環状である場合と比べて、継鉄部５１を積層する作業が簡単化され生産性が向上する。さらに継鉄部５１が円環状の場合と比べて、継鉄部５１を構成する作業が容易となる。図５３に継鉄部が分割された場合の保持板４の構造を示す。保持板４は、積層鉄心群を保持するための溝を有し、分割された継鉄部５１を一意に位置決めして保持するための凹凸を有している。具体的には、外周壁５８により分割された継鉄部５１の径方向の位置が一意に定まり、周方向に複数配置された突起５９により分割された継鉄部５１の周方向位置が一意に定まる。これにより、分割された継鉄部が５１一意に定まり、１相分片側固定子３が得られる。
FIG. 52 shows a configuration suitable for productivity and suitable for enlargement in Example 19. In the structure of the laminated core county shown in FIG. 52, one pole is constituted by two laminated core counties. Furthermore, the
図５４に、本発明の他の実施例をなすクローポール型回転電機の固定子鉄心配置を示す。また、図５５に、図５４のクローポール型回転電機の固定子の軸方向組立図を示す。その構造は、図５４に示すようにクローポール型モータの固定子鉄心を積層した鉄系の鉄板で構成するものである。 FIG. 54 shows the arrangement of stator cores of a claw pole type rotating electric machine according to another embodiment of the present invention. FIG. 55 shows an axial assembly diagram of the stator of the claw pole type rotating electric machine of FIG. As shown in FIG. 54, the structure is constituted by an iron-based iron plate in which a stator core of a claw pole type motor is laminated.
本実施例の動作原理は、図１〜図５３，図５９〜図６１で説明した実施例の動作原理とは異なるが、特開２００５−２０９８１号公報に詳細に記載されているので、ここでは省略する。当該公報に記載の技術の動作原理は上述の実施例とは異なるが、その固定子の構造として上述した積層の爪磁極及び継鉄部の応用が可能である。本実施例に記載の構造を適用することにより、積層構造による渦電流の低減効果や、必要最低限の鉄心部分に限定することによるインダクタンス低減効果が得られる。 The operation principle of this embodiment is different from the operation principle of the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 53 and 59 to 61, but is described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-20981. Omitted. Although the operation principle of the technique described in the publication is different from that of the above-described embodiment, the above-described laminated claw pole and yoke portion can be applied as the structure of the stator. By applying the structure described in the present embodiment, an effect of reducing the eddy current by the laminated structure and an effect of reducing the inductance by limiting to the minimum necessary iron core portion can be obtained.
本構造は、クローポールモータを構成する爪磁極を電磁鋼板，冷間圧延鋼板，電磁ステンレスなどの積層鉄板を用いて構成する。このときの磁極における鉄板の積層方向を、回転子からの磁束流入方向に対して平行となるよう配置した構成としている。すなわち、固定子の周方向に鉄板などの磁性体を積層して磁極を構成する。このとき、周方向に隣り合う鉄板は、電気的にも磁気的にも結合しない（間に非磁性，非導電性の物質を介して積層されている）構造とする。また、そのひとつの爪磁極は積層された鉄心群６１で構成されている。
In this structure, the claw poles constituting the claw pole motor are constructed using laminated iron plates such as electromagnetic steel plates, cold rolled steel plates, and electromagnetic stainless steel. It is set as the structure which has arrange | positioned so that the lamination direction of the iron plate in the magnetic pole at this time may become parallel with the magnetic flux inflow direction from a rotor. That is, magnetic poles are formed by laminating magnetic materials such as iron plates in the circumferential direction of the stator. At this time, the iron plates adjacent to each other in the circumferential direction have a structure in which they are not electrically or magnetically coupled (stacked with a nonmagnetic and nonconductive substance therebetween). In addition, the one claw magnetic pole is composed of a laminated
積層鉄心群６１ａは、円環状に構成された継鉄部５１ａの周方向等間隔位置から径方向内側に延び、径方向内端においてＬ字状に屈曲してテーパしながら軸方向片側に延びている。積層鉄心群６１ｂは、円環状に構成された継鉄部５１ａと５１ｂの軸方向に挟み込まれた位置の周方向等間隔位置から径方向内側に延び、径方向内端においてＴ字状をなしてテーパしながら軸方向両側に延びている。積層鉄心群６１ｃは、円環状に構成された継鉄部５１ｂの周方向等間隔位置から径方向内側に延び、径方向内端においてＬ字状に屈曲してテーパしながら積層鉄心郡６１ａと軸方向反対側に延びている。積層鉄心群６１ｃは、積層鉄心群６１ａと同一形状を有している。それぞれの爪磁極を構成する積層鉄心郡６１の爪先端は、固定子軸方向端部まで延びている。本実施例のモータは三相交流で駆動するものであり、積層鉄心郡６１ａ，６１ｂ，６１ｃは電気角で３６０°／３＝１２０°ずつ周方向にずれて配置される。
The laminated
積層鉄心郡６１ａと６１ｂの軸方向隙間には、円環状に構成された継鉄部５１ａと円環状のコイルを納めるスロット６２ａが配置され、積層鉄心郡６１ｂと６１ｃの軸方向隙間には、円環状に構成された継鉄部５１ａと円環状のコイルを納めるスロット６２ａが配置される。円環状に構成された継鉄部５１は、円環構造の径方向に鉄板を積層することで構成されている。
In the axial gap between the laminated
図５６に積層鉄心郡６１ａ，６１ｃの構成を示す。図５６（ａ）は、爪磁極となる積層鉄心群を構成する鉄板のブランク形状を示す。爪の先端から、軸方向根元へ向って漸増する形状とし、根元にはＲを有する形状を示している。これは、爪磁極を構成した場合に、その回転子側から流入する磁束が、根元へ向うため、根元の断面積を爪の先端部よりも大きくする必要があるためである。図５６（ｂ）図には、図５６（ａ）のブランクを複数枚積層したものを示している。同じ形状のブランクをそのまま積層している形状である。この積層体で積層鉄心郡６１ａ，６１ｃを形成するものとする。
FIG. 56 shows the configuration of the laminated
図５７に積層鉄心郡６１ｂの構成を示す。図５７（ａ）は、爪磁極となる積層鉄心群を構成する鉄板のブランク形状を示す。爪の軸方向の両側先端から根元へ向って漸増する形状とし、根元にはＲを有する形状を示している。これは、爪磁極を構成した場合に、その回転子側から流入する磁束が、根元へ向うため、根元の断面積を爪の先端部よりも大きくする必要があるためである。図５７（ｂ）図には、図５７（ａ）のブランクを複数枚積層したものを示している。同じ形状のブランクをそのまま積層している形状である。この積層体で積層鉄心郡６１ｂを形成するものとする。
FIG. 57 shows the configuration of the laminated
図５８に円環状のコイルを納めるスロット６２ａ，６２ｂの断面図を示す。スロット以外の構成要素は図示していない。スロット６２ａには円環状に構成されたＵ相コイル２ｕとＶ相コイル２ｖａが納められ、スロット６２ｂには円環状に構成されたＶ相コイル２ｖｂとＷ相コイル２ｗが納められている。それぞれのコイル２ｕ，２ｖａ，２ｖｂ，２ｗには同数のターン数が巻かれ、Ｖ相コイル２ｖａと２ｖｂを直列に接続することで、３相交流が得られる。すなわち３相駆動が可能なモータの固定子が得られる。
FIG. 58 shows a cross-sectional view of the
ところで、本実施例における爪磁極を構成する積層鉄心郡６１は、例えば磁性粉末を圧縮成形することにより得られる圧粉磁心により構成することも可能である。しかしながら、本実施例では回転子からの磁束を多く受け取るために、爪磁極の爪根元から爪先端までの距離を長くしている。このような構成で爪磁極を圧粉磁心により構成すると、爪磁極の強度が十分得られないとおいう問題がある。そのため、本実施例の構造において圧粉磁心により爪磁極を構成すると、爪磁極の爪根元から爪先端までの距離を短くせざるを得なく、十分な出力トルクを得ることが難しい。これに対して、本実施例によると、周方向に鉄板を積層した積層鉄心郡により爪磁極を構成するため、爪磁極の爪根元から爪先端までの距離を長くしても爪磁極の強度を十分に得られることとなり、十分な出力トルクを得ることが可能となる。
By the way, the
１ 固定子鉄心
２ 円環状コイル
３ 一相分片側固定子
４ 保持板
５ 位置決め突起
６ 位置決め溝
７ 一相分固定子
８ ３相分固定子
１１ 出力側エンドブラケット
１２ 爪磁極
１３ 巻線用ボビン
１４ 後端側エンドブラケット
１６ 通しボルト
１７ 磁気絶縁カラー
１８ シャフト
１９ ベアリング
２０ 永久磁石
２１ モータ
３０ 保持板部
３１ 下側金型
３２ 上側金型
３３ ゲート（樹脂注入口）
３５ 絶縁用シート
３６ カシメ箇所
３７ 溶接箇所
３８ 丸ダボカシメ
３９ テープ
４１ 回転子
４２ 回転子爪磁極
４５ グルーブ溝
４９ 回転子磁石
DESCRIPTION OF
35 Insulating
Claims (51)
前記爪磁極と対抗した位置に回転自在に配置された回転子と、を有する回転電機。 A claw pole formed by laminating iron plates so that a laminating direction is a circumferential direction with respect to the rotation axis, and a stator winding wound inside the claw pole, and the stator winding A stator in which a magnetic path between the claw magnetic poles is formed on the opposite claw magnetic pole side,
A rotating electrical machine having a rotor rotatably disposed at a position facing the claw magnetic pole.
前記爪磁極を少なくとも２つの積層された鉄心群として、それらの鉄心群はそれぞれ継鉄を構成する部分で、周方向に隣り合う反対極となる別の積層鉄心群と接続される回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 1,
A rotating electrical machine in which the claw magnetic poles are at least two laminated iron core groups, and each iron core group is a portion constituting a yoke and is connected to another laminated iron core group serving as an opposite pole adjacent in the circumferential direction.
前記積層鉄心群は、同一形状の打抜き鉄板で構成される回転電機。 A rotating electric machine according to claim 2,
The laminated iron core group is a rotating electric machine composed of punched iron plates having the same shape.
前記積層鉄心群は、それぞれ爪部の形状が異なる打抜き鉄板を周方向に積層して構成され、爪磁極形状が、回転子側より見た場合、略台形、または略三角形のテーパ形状である回転電機。 A rotating electric machine according to claim 2,
The laminated core group is formed by laminating punched iron plates each having a different claw shape in the circumferential direction, and the claw magnetic pole shape is a substantially trapezoidal shape or a substantially triangular tapered shape when viewed from the rotor side. Electric.
前記積層鉄心群は、溶接によりそれぞれの鉄心が固定されている回転電機。 A rotating electric machine according to claim 2,
The laminated core group is a rotating electrical machine in which each core is fixed by welding.
前記積層鉄心群は、カシメによってそれぞれの鉄心が締結されている回転電機。 A rotating electric machine according to claim 2,
The laminated core group is a rotating electrical machine in which each core is fastened by caulking.
前記積層鉄心群は、テーピング、または、接着などでそれぞれの鉄心が締結されている回転電機。 A rotating electric machine according to claim 2,
The laminated core group is a rotating electrical machine in which each core is fastened by taping or bonding.
前記積層鉄心群は、鉄板を周方向に複数枚積層して構成されており、その積層された積層鉄心群は、曲げ加工して所定の形状に成形されている回転電機。 A rotating electric machine according to claim 2,
The laminated iron core group is configured by laminating a plurality of iron plates in the circumferential direction, and the laminated iron core group is formed into a predetermined shape by bending.
前記固定子の鉄心は、電磁鋼板，アモルファス，パーメンジュールなどの薄板状、リボン状材料であり、それらの材料を周方向に積層して構成されている回転電機。 A rotating electric machine according to claim 2,
A rotating electrical machine in which the iron core of the stator is a thin plate-like or ribbon-like material such as an electromagnetic steel plate, amorphous, permendur, etc., and these materials are laminated in the circumferential direction.
前記爪磁極は、軸方向線に対して、０度〜２０度のスキューが設けられている回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 1,
The claw magnetic pole is a rotating electrical machine provided with a skew of 0 degrees to 20 degrees with respect to an axial line.
前記爪磁極は、軸方向線に対して、５度〜２０度のスキューが設けられている回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 1,
The claw magnetic pole is a rotating electrical machine provided with a skew of 5 to 20 degrees with respect to an axial line.
前記爪磁極は、軸方向線に対して、１５度〜２０度のスキューが設けられている回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 1,
The claw magnetic pole is a rotating electrical machine provided with a skew of 15 to 20 degrees with respect to an axial line.
前記爪磁極間には空気が流通する隙間が設けられ、該隙間は、前記固定子鉄心の軸方向一端側から他端側に連続している回転電機。 A rotating electric machine according to claim 2,
A rotating electrical machine in which a gap through which air flows is provided between the claw magnetic poles, and the gap is continuous from one axial end side to the other end side of the stator core.
前記固定子は、複数相の前記固定子鉄心と前記固定子巻線とを備え、夫々の相の前記固定子巻線は、前記固定子爪磁極間の隙間を通して、前記固定子における軸方向一端側に延出されている回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 1,
The stator includes a plurality of phases of the stator core and the stator winding, and each phase of the stator winding passes through a gap between the stator claw magnetic poles and ends in one axial direction of the stator. A rotating electrical machine that extends to the side.
前記固定子は、複数相の前記固定子鉄心と前記固定子巻線とを備え、夫々の相における前記固定子爪磁極間の隙間には、連続して非磁性体が充填されて連結されている回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 1,
The stator includes a plurality of phases of the stator core and the stator winding, and a gap between the stator claw magnetic poles in each phase is continuously filled and connected with a nonmagnetic material. Rotating electric machine.
前記回転子と前記固定子との間の隙間に軸方向に空気を流通させる通風手段を備えている回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 1,
A rotating electrical machine comprising ventilation means for circulating air in an axial direction in a gap between the rotor and the stator.
前記固定子は、３相の前記固定子鉄心と前記固定子巻線とを備え、前記固定子鉄心における相間の保持板の厚みを前記固定子鉄心の軸方向長さが０.０５〜０.２となるように構成した回転電機。 A rotating electric machine according to claim 2,
The stator includes the three-phase stator core and the stator winding, and the thickness of the holding plate between phases in the stator core is set to 0.05 to 0.5 in the axial length of the stator core. Rotating electric machine configured to be 2.
前記固定子鉄心における相間の保持板の厚みを前記固定子鉄心の軸方向長さが０.０７〜０.１５となるように構成した回転電機。 A rotating electric machine according to claim 2,
A rotating electrical machine configured such that a thickness of a holding plate between phases in the stator core is such that an axial length of the stator core is 0.07 to 0.15.
前記固定子鉄心における相間の保持板の厚みを前記固定子鉄心の軸方向長さが０.１〜０.１３となるように構成した回転電機。 A rotating electric machine according to claim 2,
A rotating electric machine configured such that a thickness of a holding plate between phases in the stator core is such that an axial length of the stator core is 0.1 to 0.13.
前記爪磁極の根元部は中間部に対して幅広に形成され、中間部は先端部よりも幅広に形成されており、前記中間部は、ほぼ一定幅に形成されている回転電機。 A rotating electric machine according to claim 2,
A rotating electrical machine in which a root portion of the claw magnetic pole is formed wider than an intermediate portion, the intermediate portion is formed wider than a tip portion, and the intermediate portion is formed with a substantially constant width.
前記回転子が前記固定子に対して相対回転を行う回転電機であって、界磁巻線と１２極〜２４極の磁極を有するランデル型の回転子と、該回転子の外周と対向する部位に設けられた固定子鉄心と、該固定子鉄心内に巻回される固定子巻線とから構成される固定子とを有し、前記固定子巻線は、前記回転子の外周側に環状に巻回されると共に、前記固定子鉄心は、前記回転子と対向する部位に軸方向両側から夫々が交互に延びる固定子爪磁極を有している回転電機。 A rotating electric machine according to claim 2,
A rotating electrical machine in which the rotor rotates relative to the stator, a Landel type rotor having a field winding and 12 to 24 poles, and a portion facing the outer periphery of the rotor And a stator composed of a stator winding wound around the stator core, and the stator winding is annular on the outer peripheral side of the rotor. And the stator iron core has stator claw magnetic poles alternately extending from both sides in the axial direction at a portion facing the rotor.
前記爪磁極数が１２〜２４極である回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 1,
A rotating electrical machine having 12 to 24 poles.
前記回転子の極数と前記固定子の爪磁極数が同じである回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 1,
A rotating electrical machine in which the number of poles of the rotor and the number of claw magnetic poles of the stator are the same.
前記回転子の極数及び前記固定子の極数が２０極である回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 1,
A rotating electrical machine in which the number of poles of the rotor and the number of poles of the stator are 20 poles.
一極対を構成する固定子が周方向に積層された積層鉄心群で構成され、隣り合う反対極となる一極対固定子コアと継鉄部で接続され、固定子鉄心群は固定子鉄心群の一部の形状を高精度に位置決めできるように保持する溝を有する保持板で保持されている回転電機。 A claw pole type rotating electric machine having a plurality of claw-shaped magnetic poles in the circumferential direction,
The stator cores are composed of laminated cores that are stacked in the circumferential direction, and are connected to one pole pair of stator cores that are adjacent to each other at the yoke, and the stator cores are the stator cores. A rotating electrical machine that is held by a holding plate having a groove that holds a shape of a part of a group so as to be positioned with high accuracy.
前記固定子鉄心群とコイルで構成する一相分固定子は、軸方向２枚の保持板で挟み込まれている回転電機。 The rotating electric machine according to claim 29,
The single-phase stator composed of the stator core group and the coil is a rotating electrical machine that is sandwiched between two axially holding plates.
前記固定子鉄心群とコイルで構成する一相分固定子は、軸方向２枚の保持板で挟み込まれる構造であり、かつ、２枚の保持板には、軸方向に重ねて配置するときにその位置関係を拘束するための突起部、及びその突起と高精度に嵌合する溝部を有する回転電機。 The rotating electric machine according to claim 29,
The one-phase stator composed of the stator core group and the coil has a structure that is sandwiched between two holding plates in the axial direction, and the two holding plates are arranged so as to overlap in the axial direction. A rotating electrical machine having a protrusion for constraining the positional relationship and a groove that fits with the protrusion with high accuracy.
前記固定子鉄心群とコイルで構成する固定子は、軸方向２枚の保持板で挟み込まれる構造であり、かつ、２枚の保持板には、固定子鉄心群の内側面よりも内側に突出する座面を設け、コイルを挟み込んだ場合に、その円環状コイルが、鉄心と接触することを防ぐ構造となっている回転電機。 The rotating electric machine according to claim 29,
The stator composed of the stator core group and the coil has a structure sandwiched between two holding plates in the axial direction, and the two holding plates protrude inward from the inner side surface of the stator core group. A rotating electrical machine having a structure that prevents the annular coil from coming into contact with the iron core when a seating surface is provided and the coil is sandwiched.
前記固定子鉄心群で構成される１相分片側固定子は、金型内に積層鉄心群を保持して、射出成形，ダイキャスト成形などの方法を用いて、樹脂，アルミニウムなどの金属材料と積層鉄心群が一体成形されて構成されている回転電機。 The rotating electric machine according to claim 29,
The one-phase single-sided stator composed of the stator core group is formed by holding a laminated core group in a mold and using a metal material such as resin or aluminum using a method such as injection molding or die casting. A rotating electrical machine in which laminated core groups are integrally formed.
前記固定子鉄心群とコイルで構成される１相分固定子は、金型内に積層鉄心群および、コイル，絶縁シートなどを保持して、射出成形などの方法を用いて、樹脂材料と積層鉄心群，コイル，絶縁物が一体成形されて構成されている回転電機。 The rotating electric machine according to claim 29,
The one-phase stator composed of the stator core group and the coil is laminated with the resin material by using a method such as injection molding while holding the laminated core group, the coil, the insulating sheet and the like in the mold. A rotating electrical machine that consists of an iron core group, coils, and insulators that are integrally molded.
前記保持板は非磁性体である回転電機。 A rotating electric machine according to claim 2,
The holding plate is a non-magnetic rotating electrical machine.
前記保持板は非導電体である回転電機。 The rotating electric machine according to claim 29,
The holding plate is a non-conductive rotating electrical machine.
一極対を構成する固定子が周方向に積層された積層鉄心群で構成され、隣り合う反対極となる一極対固定子コアと継鉄部で接続される構造のクローポール型回転電機において、固定子コイルを巻線するための円筒状のボビンを有し、そのボビンの外側面には、固定子鉄心群の一部の形状を高精度に位置決めできるように保持する溝を有する構造としたボビンとなっている回転電機。 A claw pole type rotating electric machine having a plurality of claw-shaped magnetic poles in the circumferential direction,
In a claw-pole type rotating electrical machine having a structure in which a stator constituting a single pole pair is composed of laminated cores laminated in the circumferential direction and connected by a yoke part to a single pole pair stator core that is adjacent to the opposite pole A structure having a cylindrical bobbin for winding the stator coil, and a groove for holding a part of the stator core group on the outer surface of the bobbin so as to be positioned with high accuracy Rotating electric machine that has become a bobbin.
前記ボビンは非磁性体である回転電機。 A rotating electric machine according to claim 37,
The bobbin is a rotating electrical machine made of a non-magnetic material.
前記ボビンは非導電体である回転電機。 A rotating electric machine according to claim 37,
The bobbin is a non-conductive rotating electrical machine.
界磁巻線と複数の回転子爪磁極を有するランデル型の回転子と、該回転子の外周と対向する部位に設けられた固定子鉄心と、該固定子鉄心内に巻回される固定子巻線とから構成される固定子とを有し、
前記固定子巻線は、前記回転子の外周側に環状に巻回されると共に、前記固定子鉄心は、前記回転子と対向する部位に軸方向両側から夫々が交互に延びる固定子爪磁極を有し、前記固定子爪磁極の軸方向略中心位置の幅／前記固定子爪磁極間の隙間の幅が０.０５〜０.３である回転電機。 A rotating electric machine in which a rotor rotates relative to a stator,
A Landel-type rotor having a field winding and a plurality of rotor claw magnetic poles, a stator core provided at a portion facing the outer periphery of the rotor, and a stator wound in the stator core A stator composed of windings,
The stator winding is annularly wound around the outer periphery of the rotor, and the stator iron core has stator claw magnetic poles alternately extending from both sides in the axial direction at a portion facing the rotor. A rotating electric machine having a width of a substantially central position in the axial direction of the stator claw magnetic pole / a width of a gap between the stator claw magnetic poles of 0.05 to 0.3.
前記固定子爪磁極の軸方向略中心位置の幅／前記固定子爪磁極間の隙間の幅が０.１〜０.２である回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 40, wherein
A rotating electric machine in which a width of a substantially central position in the axial direction of the stator claw magnetic pole / a width of a gap between the stator claw magnetic poles is 0.1 to 0.2.
前記回転子爪磁極の軸方向略中心位置の幅／前記回転子爪磁極間の隙間の幅が０.３〜０.６である回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 40, wherein
A rotating electrical machine in which the width of the rotor claw magnetic pole in the axial center position / the width of the gap between the rotor claw magnetic poles is 0.3 to 0.6.
前記回転子爪磁極の軸方向略中心位置の幅／前記回転子爪磁極間の隙間の幅が０.３５〜０.４５である回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 40, wherein
A rotating electrical machine in which the width of the rotor claw magnetic pole in the axial center position / the width of the gap between the rotor claw magnetic poles is 0.35 to 0.45.
当該固定子巻線の外周を覆うように配置され、複数のリング状の鉄板を前記回転軸に対して径方向に積層して構成した継鉄部と、
前記継鉄部の軸方向側面の一方の面とその反対側の面とに交互に設置され、前記継鉄部とともに前記固定子巻線を囲むように設けられるとともに、前記回転軸に対して周方向に鉄板を積層して構成し、前記継鉄部によって隣接する磁極同士の磁路が構成されるように前記継鉄部に接続された複数の爪磁極と、
前記固定子巻線，前記継鉄部、及び前記爪磁極を、前記回転軸の軸方向に相数分並設して構成される固定子と、
前記固定子の前記爪磁極に対向した位置に回転自在に配置された回転子と、を有する回転電機。 A stator winding wound in a ring shape;
A yoke part that is arranged so as to cover the outer periphery of the stator winding, and is configured by laminating a plurality of ring-shaped iron plates in the radial direction with respect to the rotation axis;
It is alternately installed on one surface of the side surface in the axial direction of the yoke portion and the surface on the opposite side, and is provided so as to surround the stator winding together with the yoke portion, and has a circumference with respect to the rotating shaft. A plurality of claw magnetic poles connected to the yoke portion so as to constitute a magnetic path between adjacent magnetic poles by the yoke portion;
A stator configured by arranging the stator winding, the yoke portion, and the claw magnetic poles in parallel in the axial direction of the rotating shaft by the number of phases;
A rotating electrical machine having a rotor rotatably disposed at a position facing the claw magnetic pole of the stator.
前記固定子は、前記固定子巻線，前記継鉄部、及び前記爪磁極を保持する保持板を有する回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 44,
The stator is a rotating electrical machine having a holding plate for holding the stator winding, the yoke portion, and the claw magnetic pole.
前記保持板は、他の保持板との間で、前記保持板が保持する巻線の相と前記他の保持板が保持する巻線の相との間の位相差分だけ周方向にオフセットして設けられ、当接する前記保持板と前記他の保持板の当接面には、当該オフセット分角度をずらした位置で互いに配置させるための溝および突起が設けられている回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 45,
The holding plate is offset from the other holding plate in the circumferential direction by a phase difference between the phase of the winding held by the holding plate and the phase of the winding held by the other holding plate. A rotating electrical machine in which a groove and a protrusion are provided on the contact surfaces of the holding plate and the other holding plate that are provided and in contact with each other at positions offset from each other by an offset angle.
前記保持板は、隣接する前記爪磁極同士の間に、前記固定子巻線の口出し線を導出する口出し口を設けた回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 45,
The rotating electrical machine in which the holding plate is provided with a lead-out port that leads out a lead-out line of the stator winding between the claw magnetic poles adjacent to each other.
前記爪磁極は、前記回転子に対向する爪部の根元から先端に向けて所定の角度のテーパが形成されるように、軸方向の長さの異なる鋼板を積層して構成される回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 44,
The claw magnetic pole is a rotating electric machine configured by laminating steel plates having different lengths in the axial direction so that a taper of a predetermined angle is formed from the base of the claw part facing the rotor toward the tip.
前記爪磁極は、周方向に分離した２つの磁極で構成されている回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 44,
The claw magnetic pole is a rotating electric machine composed of two magnetic poles separated in the circumferential direction.
前記継鉄部は、前記爪磁極の分離箇所で分離しているとともに、前記爪磁極の分離した前記２つの磁極のうち一方の磁極と、当該２つの磁極で構成される爪磁極に対して前記一方の磁極側に隣接する前記爪磁極の２つの磁極のうち一方との間の磁気回路を構成するように設けられている回転電機。 A rotating electric machine according to claim 49,
The yoke portion is separated at the claw magnetic pole separation portion, and the magnetic pole is separated from one of the two magnetic poles separated from the claw magnetic pole and the claw magnetic pole constituted by the two magnetic poles. A rotating electrical machine provided to constitute a magnetic circuit between one of two magnetic poles of the claw magnetic pole adjacent to one magnetic pole side.
当該第１の固定子巻線及び第２の固定子巻線のそれぞれの外周を覆うように配置され、複数のリング状の鉄板を前記回転軸に対して径方向に積層して構成するとともに、軸方向に所定の距離だけ離れて互いに配置された第１の継鉄部及び第２の継鉄部と、
前記第１の継鉄部と前記第２の継鉄部の互いに外側の面に交互に設置され、前記継鉄部とともに前記固定子巻線を囲むように設けられるとともに、前記回転軸に対して周方向に鉄板を積層して構成された複数の外側爪磁極と、
隣接する前記外側爪磁極の間の位置に一つ置きに設けられ、前記回転軸に対して周方向に鉄板を積層して構成され、前記継鉄部によって隣接する磁極同士の磁路が構成されるように前記継鉄部に接続された複数の内側爪磁極と、
前記固定子巻線，前記継鉄部，前記外側爪磁極、及び前記内側爪磁極で構成される固定子の前記爪磁極に対向した位置に回転自在に配置された回転子と、を有する回転電機。 A first stator winding and a second stator winding wound in a ring shape;
The first stator winding and the second stator winding are arranged so as to cover the outer peripheries, and are configured by laminating a plurality of ring-shaped iron plates in the radial direction with respect to the rotation shaft, A first yoke portion and a second yoke portion that are arranged apart from each other by a predetermined distance in the axial direction;
The first yoke part and the second yoke part are alternately installed on the outer surfaces of the first yoke part and the yoke part so as to surround the stator winding and with respect to the rotating shaft. A plurality of outer claw magnetic poles configured by laminating iron plates in the circumferential direction;
It is provided at every other position between the adjacent outer claw magnetic poles, and is constructed by laminating iron plates in the circumferential direction with respect to the rotating shaft, and the yoke portion forms a magnetic path between adjacent magnetic poles. A plurality of inner claw magnetic poles connected to the yoke portion so that,
A rotating electrical machine having a rotor that is rotatably disposed at a position facing the claw magnetic pole of a stator constituted by the stator winding, the yoke portion, the outer claw magnetic pole, and the inner claw magnetic pole. .
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