JP2009124860A - Axial gap type rotating electric machine and core for field element - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、アキシャルギャップ型回転電機に関する。 The present invention relates to an axial gap type rotating electrical machine.
アキシャルギャップ型回転電機は、固定子と回転子とが回転軸に沿ってギャップを隔てて設けられた構成とされている。このようなアキシャルギャップ型回転電機は、薄型化できるという利点や、磁極面積を大きくすることでトルク密度を向上できるといった利点を有している。 An axial gap type rotating electrical machine has a configuration in which a stator and a rotor are provided with a gap along a rotation axis. Such an axial gap type rotating electrical machine has the advantage that it can be made thinner, and that the torque density can be improved by increasing the magnetic pole area.
ここで、ラジアルギャップ型回転電機では、ロータのコアとして電磁鋼板を回転軸方向に積層したものが用いられる。ところが、アキシャルギャップ型回転電機では、ロータのコアとして電磁鋼板を回転軸方向に積層したものを用いると、磁気抵抗が高くなり、また、渦電流損が大きくなってしまう。 Here, in a radial gap type rotating electrical machine, a laminate of electromagnetic steel sheets in the direction of the rotation axis is used as a rotor core. However, in an axial gap type rotating electrical machine, when a laminate of electromagnetic steel plates in the direction of the rotation axis is used as the rotor core, the magnetic resistance increases and eddy current loss increases.
なお、アキシャルギャップ型回転電機のロータコアとして、圧粉鉄芯を用いることも考えられる。ところが、低い周波数では未だ電磁鋼板の鉄損の方が小さく、また、磁束密度に関する性能も電磁鋼板の方が優れている。また、機械的加工する場合、例えば、ロータコアを他の構造体に締りばめ等で嵌合する場合には、圧粉鉄心では十分な強度を得られない恐れがある。 It is also conceivable to use a dust core as the rotor core of the axial gap type rotating electrical machine. However, at low frequencies, the iron loss of the magnetic steel sheet is still smaller, and the performance related to the magnetic flux density is superior to the magnetic steel sheet. In addition, when mechanically processing, for example, when the rotor core is fitted to another structure with an interference fit or the like, there is a possibility that sufficient strength cannot be obtained with the dust core.
特許文献1は、電磁鋼板によって構成したコアを開示している。すなわち、特許文献1では、磁石の両側に積層鋼板からなるコアを2つ配置し、当該2つのコアで磁石を挟込んで固定する構成が開示されている。磁石を挟むコアの例としては、積層鋼板を径方向に沿って積層した形態のものが開示されている。 Patent document 1 is disclosing the core comprised with the electromagnetic steel plate. That is, Patent Document 1 discloses a configuration in which two cores made of laminated steel plates are arranged on both sides of a magnet and the magnet is sandwiched and fixed between the two cores. As an example of the core that sandwiches the magnet, a configuration in which laminated steel plates are laminated along the radial direction is disclosed.
しかしながら、特許文献1では、コアの内周面及び外周面は、回転軸を中心とする円弧状に形成されている。このため、回転軸周りでの磁束密度分布が矩形波状となって高調波成分を伴ってしまう。そして、この高調波成分により、鉄損が大きくなってしまうという問題がある。 However, in patent document 1, the inner peripheral surface and outer peripheral surface of a core are formed in circular arc shape centering on a rotating shaft. For this reason, the magnetic flux density distribution around the rotation axis becomes a rectangular wave shape and is accompanied by a harmonic component. And there exists a problem that an iron loss will become large by this harmonic component.
そこで、本発明は、アキシャルギャップ型回転電機の界磁子用コアにおいて、鉄損を小さくすることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to reduce iron loss in a field element core of an axial gap type rotating electrical machine.
上記課題を解決するため、第1の態様に係る界磁子用コアは、所定の回転軸を有するアキシャルギャップ型回転電機の界磁用磁石の磁極面を覆う界磁用子コアであって、複数の第1鋼板が前記回転軸を中心とする円の径方向に沿って積層された第1コア部と、少なくとも1つの第2鋼板が、前記第1コア部の外周側で、外周側に向けて順次幅狭となるように、前記径方向に沿って積層された第2コア部と、を備え、前記回転軸を中心とする円の径方向における寸法が、周方向略中央部で大きく、その両端部に向けて小さいものである。 In order to solve the above problem, a field element core according to a first aspect is a field element core that covers a magnetic pole surface of a field magnet of an axial gap type rotating electrical machine having a predetermined rotation axis, A first core portion in which a plurality of first steel plates are laminated along a radial direction of a circle centering on the rotation axis, and at least one second steel plate is on the outer peripheral side of the first core portion, on the outer peripheral side A second core portion that is laminated along the radial direction so that the width is gradually narrowed toward the center, and a dimension in a radial direction of a circle centering on the rotation axis is large at a substantially central portion in the circumferential direction. It is small toward its both ends.
第2の態様に係る界磁子用コアは、第1の態様に係る界磁子用コアであって、前記第1コア部の内周側部分は、前記回転軸を中心とする内接円の接線方向に略平行な平面を有し、前記第2コア部の外周側部分は、前記回転軸を中心とする円の周方向に沿った略弧状面を有するものである。 The field element core according to the second aspect is the field element core according to the first aspect, wherein an inner circumferential side portion of the first core portion is an inscribed circle centered on the rotation axis. The outer peripheral side portion of the second core portion has a substantially arcuate surface along the circumferential direction of the circle centered on the rotation axis.
第3の態様に係る界磁子用コアは、第1又は第2の態様に係る界磁子用コアであって、前記第1コア部は、前記複数の第1鋼板が、外周側に向けて順次幅広となる台形状に積層されているものである。 The field element core according to the third aspect is the field element core according to the first or second aspect, and the first core portion is configured such that the plurality of first steel plates face the outer peripheral side. Are stacked in a trapezoidal shape that becomes wider gradually.
第4の態様に係る界磁子用コアは、第1〜第3のいずれかの態様に係る界磁子用コアであって、前記第1鋼板及び第2鋼板に、積層状態を保持する締結維持用凹凸部が設けられたものである。 The field element core according to the fourth aspect is the field element core according to any one of the first to third aspects, wherein the first and second steel plates are fastened in a laminated state. An uneven portion for maintenance is provided.
第5の態様に係る界磁子用コアは、第4の態様に係る界磁子用コアであって、前記締結維持用凹凸部は、前記第1鋼板及び第2鋼板が最も多層に重ね合される部分に設けられているものである。 The field element core according to the fifth aspect is the field element core according to the fourth aspect, wherein the first and second steel plates are overlapped in the most multilayered manner. It is provided in the part to be.
第6の態様に係る界磁子用コアは、第4又は第5の態様に係る界磁子用コアであって、前記締結維持用凹凸部は、前記第1鋼板及び第2鋼板のうち打抜きによって形成される辺を避けた位置に設けられているものである。 The field element core according to a sixth aspect is the field element core according to the fourth or fifth aspect, wherein the fastening maintaining uneven part is stamped out of the first steel sheet and the second steel sheet. It is provided at a position avoiding the side formed by.
第7の態様に係る界磁子用コアは、第1〜第6のいずれかの態様に係る界磁子用コアであって、前記界磁用磁石の磁極面に接触した状態で配設可能な板状に形成されているものである。 The field element core according to the seventh aspect is the field element core according to any one of the first to sixth aspects, and can be disposed in contact with the magnetic pole surface of the field magnet. It is formed in a flat plate shape.
第8の態様に係る界磁子用コアは、第1〜第6のいずれかの態様に係る界磁子用コアであって、前記界磁用磁石の周方向両端部に当接可能な薄肉保持部を有し、前記界磁用磁石を前記薄肉当接部で保持可能に構成されたものである。 A field element core according to an eighth aspect is the field element core according to any one of the first to sixth aspects, wherein the field element core is capable of contacting both ends of the field magnet in the circumferential direction. It has a holding part, and is constituted so that the field magnet can be held by the thin contact part.
第9の態様に係る界磁子用コアは、第8の態様に係る界磁子用コアであって、前記薄肉保持部は、前記複数の第1鋼板のうち最大幅のもの及びその内周側の1つ以上のものに設けられるものである。 The field element core according to a ninth aspect is the field element core according to the eighth aspect, wherein the thin-wall holding portion has a maximum width among the plurality of first steel plates and an inner periphery thereof. It is provided in one or more things on the side.
第10の態様に係る界磁子用コアは、第1〜第9のいずれかの態様に係る界磁子用コアであって、前記回転軸と略直交する面において、前記界磁子用コアの断面形状は、前記界磁用磁石の断面形状と略同一形状に形成されているものである。 A field element core according to a tenth aspect is the field element core according to any one of the first to ninth aspects, wherein the field element core is provided in a plane substantially orthogonal to the rotation axis. The cross-sectional shape is substantially the same as the cross-sectional shape of the field magnet.
第11の態様に係るアキシャルギャップ型回転電機は、界磁子と、前記界磁子にエアギャップを隔てて設けられた電機子とを備え、前記界磁子が前記電機子に対して相対的に回転軸周りに回転するアキシャルギャップ型回転電機であって、前記界磁子は、前記回転軸周りに配設され、前記電機子に対して磁極面を呈する複数の界磁用磁石と、前記複数の界磁用磁石の磁極面をそれぞれ覆う複数の界磁子用コアと、を備え、前記各界磁子用コアは、複数の第1鋼板が前記回転軸を中心とする円の径方向に沿って積層された第1コア部と、少なくとも1つの第2鋼板が、前記第1コア部の外周側で、外周側に向けて順次幅狭となるように、前記径方向に沿って積層された第2コア部と、を有し、前記回転軸に対する径方向における寸法が、周方向略中央部で大きく、その両端部に向けて小さいものである。 An axial gap type rotating electric machine according to an eleventh aspect includes a field element and an armature provided on the field element with an air gap therebetween, wherein the field element is relative to the armature. An axial gap type rotating electric machine that rotates around a rotation axis, wherein the field element is disposed around the rotation axis and has a plurality of field magnets that exhibit a magnetic pole surface with respect to the armature, and A plurality of field element cores respectively covering magnetic pole faces of the plurality of field magnets, wherein each of the field element cores has a plurality of first steel plates in a radial direction of a circle centered on the rotation axis. The first core portion laminated along the at least one second steel plate is laminated along the radial direction so that the width gradually decreases toward the outer circumferential side on the outer circumferential side of the first core portion. A second core portion, and a dimension in a radial direction with respect to the rotating shaft is a circumferential direction. Large at the central portion, is smaller toward the opposite ends thereof.
第1の態様に係る界磁子用コアによると、第1鋼板及び第2鋼板は、円の径方向に沿って積層されているため、各鋼板間、即ち、径方向において磁束が流れ難くなる。そして、少なくとも1つの第2鋼板が、前記第1コア部の外周側で、外周側に向けて順次幅狭となるように、前記径方向に沿って積層されて第2コア部が形成されているため、界磁子用コアの周方向中間部で少なくとも1つの第2鋼板の端部から磁束が流れ出やすくなる。このため、回転軸周りでの磁束密度分布をより正弦波に近づけ、高調波成分を抑制することができ、振動を小さくすると共に、鉄損を小さくすることができる。 According to the field element core according to the first aspect, since the first steel plate and the second steel plate are laminated along the radial direction of the circle, the magnetic flux hardly flows between the steel plates, that is, in the radial direction. . And at least 1 2nd steel plate is laminated | stacked along the said radial direction so that a width | variety may become narrow sequentially toward the outer peripheral side at the outer peripheral side of the said 1st core part, and the 2nd core part is formed. Therefore, the magnetic flux easily flows out from the end of at least one second steel plate at the circumferential intermediate portion of the field element core. For this reason, the magnetic flux density distribution around the rotation axis can be made closer to a sine wave, harmonic components can be suppressed, vibration can be reduced, and iron loss can be reduced.
また、第2の態様によると、界磁子用コアの内周側部分は平面に形成され、外周側部分は、前記回転軸を中心とする円の周方向に沿った略弧状面に形成されるため、回転軸周りでの磁束密度分布をより正弦波に近づけつつ、界磁子用コアを回転軸周りに回転させた場合の風損を有効に抑制できる。 Further, according to the second aspect, the inner peripheral side portion of the field element core is formed in a flat surface, and the outer peripheral side portion is formed in a substantially arcuate surface along the circumferential direction of the circle centering on the rotation axis. Therefore, it is possible to effectively suppress the windage loss when the field element core is rotated around the rotation axis while the magnetic flux density distribution around the rotation axis is made closer to a sine wave.
第3の態様によると、前記第1コア部は、前記複数の第1鋼板が、外周側に向けて順次幅広となる台形状に積層されているため、複数の界磁子用コアを回転軸周りに面積効率よく配設することができる。 According to the third aspect, the first core portion has the plurality of first steel plates stacked in a trapezoidal shape that is gradually widened toward the outer peripheral side, so that the plurality of field element cores are rotated. The area can be efficiently arranged around.
第4の態様によると、締結維持用凹凸部によって、積層された鋼板同士を積層状態に保持することができる。 According to the 4th aspect, the laminated steel plates can be hold | maintained in a lamination | stacking state by the uneven | corrugated part for fastening maintenance.
第5の態様によると、共通箇所に形成した締結維持用凹凸部によって、多くの第1鋼板及び第2鋼板を積層状態に保持することができる。 According to the 5th aspect, many 1st steel plates and 2nd steel plates can be hold | maintained in a lamination | stacking state by the uneven | corrugated part for fastening maintenance formed in the common location.
第6の態様によると、前記第1鋼板及び第2鋼板のうち打抜きによって形成される辺の影響を避けて前記締結維持用凹凸部を形成して、積層状態を維持することができる。 According to the sixth aspect, it is possible to avoid the influence of the side formed by punching out of the first steel plate and the second steel plate, thereby forming the fastening maintaining concavo-convex portion and maintaining the laminated state.
第7の態様によると、前記界磁用磁石の磁極面に重ねるようにして界磁子用コアを配設することができる。 According to the seventh aspect, the field element core can be disposed so as to overlap the magnetic pole surface of the field magnet.
第8の態様によると、界磁子用コアによって、界磁用磁石を前記薄肉当接部で保持することができる。 According to the eighth aspect, the field magnet can be held by the thin contact portion by the field element core.
第9の態様によると、前記薄肉保持部は、前記複数の第1鋼板のうち最大幅のもの及びその内周側の1つ以上のものに設けられるため、界磁用磁石をしっかり保持できると共に、界磁子用コアの外周側から界磁用磁石を嵌め込むことができる。また、全てに薄肉保持部を設ける場合と比べて、界磁用磁石の磁束が薄肉保持部を介して漏洩することを低減する。 According to the ninth aspect, since the thin-wall holding portion is provided on the one having the maximum width among the plurality of first steel plates and one or more on the inner peripheral side, the field magnet can be firmly held. The field magnet can be fitted from the outer peripheral side of the field element core. Further, it is possible to reduce the leakage of the magnetic flux of the field magnet through the thin-wall holding portion as compared with the case where all the thin-wall holding portions are provided.
第10の態様によると、前記回転軸に対する径方向における寸法が、周方向略中央部で大きく、その両端部に向けて小さい界磁用磁石自体も、回転軸を中心とする周方向に沿って略正弦波化された磁束密度分布の磁束を発生させる。これとも相俟って、回転軸周りでの磁束密度分布をより正弦波に近づけることができ、高調波成分をより抑制することができ、鉄損をより小さくすることができる。 According to the tenth aspect, the field magnet itself having a large radial dimension with respect to the rotating shaft at the substantially central portion in the circumferential direction and small toward both ends thereof also extends along the circumferential direction around the rotating shaft. A magnetic flux having a substantially sinusoidal magnetic flux density distribution is generated. Combined with this, the magnetic flux density distribution around the rotation axis can be made closer to a sine wave, the harmonic component can be further suppressed, and the iron loss can be further reduced.
第11の態様に係るアキシャルギャップ型回転電機によると、第1鋼板及び第2鋼板は、円の径方向に沿って積層されているため、各鋼板間、即ち、径方向において磁束が流れ難くなる。そして、少なくとも1つの第2鋼板が、前記第1コア部の外周側で、外周側に向けて順次幅狭となるように、前記径方向に沿って積層されて第2コア部が形成されているため、界磁子用コアの周方向中間部で少なくとも1つの第2鋼板の端部から磁束が流れ出やすくなる。このため、回転軸周りでの磁束密度分布をより正弦波に近づけ、高調波成分を抑制することができ、鉄損を小さくすることができる。 According to the axial gap type rotating electrical machine according to the eleventh aspect, since the first steel plate and the second steel plate are laminated along the radial direction of the circle, it is difficult for the magnetic flux to flow between the steel plates, that is, in the radial direction. . And at least 1 2nd steel plate is laminated | stacked along the said radial direction so that a width | variety may become narrow sequentially toward the outer peripheral side at the outer peripheral side of the said 1st core part, and the 2nd core part is formed. Therefore, the magnetic flux easily flows out from the end of at least one second steel plate at the circumferential intermediate portion of the field element core. For this reason, the magnetic flux density distribution around the rotation axis can be made closer to a sine wave, harmonic components can be suppressed, and iron loss can be reduced.
以下、実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機及び界磁子用コアについて説明する。 Hereinafter, the axial gap type rotating electrical machine and the field element core according to the embodiment will be described.
図1はアキシャルギャップ型回転電機10を示す概略断面図である。同図に示すように、アキシャルギャップ型回転電機10は、界磁子20と、回転軸18a方向において界磁子20の両側にエアギャップを隔てて設けられた2つの電機子30、40とを備えている。界磁子20は略円盤状に形成されており、2つの電機子30、40も略円盤状に形成されている。そして、両電機子30、40による回転磁界によって界磁子20が電機子30、40に対して相対的に回転軸18a周りに回転するようになっている。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an axial gap type rotating
各部についてより詳細に説明する。 Each part will be described in more detail.
電機子30、40は、回転軸18aの方向において、界磁子20に対してギャップ(ここでは僅かなギャップ)を隔てて対向する位置及び姿勢で、図示省略のケーシング等に固定されている。本実施形態において、電機子30、40は、固定子として機能する。
The
電機子30は、バックヨークコア32と、複数(例えば、12個)のティース34と、各ティース34に巻回された巻線36とを備えている。
The
バックヨークコア32は、略円盤状であり、図示省略のケーシング等に固定されている。バックヨークコア32とシャフト18との間には、軸受18cが介在しており、バックヨークコア32に対してシャフト18は自在に回転できるようになっている。また、バックヨークコア32とシャフト18との間には、非磁性部材が介在しており、バックヨークコア32とシャフト18とは磁気的に分離している。もっとも、バックヨークコア32とシャフト18との間に隙間が介在していてもよい。
The
複数のティース34は、バックヨークコア32のうち界磁子20側の面に、回転軸18aを中心として略環状に間隔をあけて配設されており、その各先端部にはつば部34aを有している。これらのバックヨークコア32及び各ティース34は、軟磁性体により形成されており、例えば、圧粉磁心(圧粉鉄心)や積層鋼板、それらの組合わせ等により構成されている。
The plurality of
また、各ティース34のそれぞれに巻線36が装着されている。ここでは、U相、V相、W相の3相の巻線36が、回転軸18a周りにその順で、複数組設けられている。
A winding 36 is attached to each of the
電機子40も、上記電機子30と同様構成で、バックヨークコア42と、複数のティース44と、つば部44aと、各ティース44に巻回された巻線46とを備えている。
The
そして、両電機子30、40の間で界磁子20を介して連続する磁気回路が構成されるように、電機子30、40の各巻線36に3相交流を流すことで、両電機子30、40間に、界磁子20を介して共通する回転磁界を発生させるようにしている。
Then, a three-phase alternating current is passed through each of the
なお、上記電機子30、40の構成は一例であり、上記に限定されるものではない。例えば、巻線36、46が分布巻又は波巻されていてもよい。このように、界磁子220を破断で対向する電機子30、40を設けた構成では、両電機子30、40からの吸引力によってスラスト力を有効にキャンセルすることができるというメリットがある。
In addition, the structure of the said
図2は界磁子20を示す分解斜視図である。図1及び図2に示すように、界磁子20は、界磁用磁石としての複数の永久磁石22と、複数の界磁子用コア50と、複数の介在磁心26と、これらを一定形態で保持するホルダ60とを備えている。
FIG. 2 is an exploded perspective view showing the
複数の永久磁石22は、回転軸18a周りに間隔をあけて配設されている。各永久磁石22は、回転軸18aを中心とする円の径方向に沿って延びる2つの側辺と、その2つの側辺を内周側で結ぶ内周側辺と、2つの側辺を外周側で結ぶ外周側辺とで囲まれる略平板状に形成されている。より具体的には、各永久磁石22は、内周側辺と外周側辺とが弧状である略扇形の平板状、内周側辺と外周側辺とのうち一方が弧状で他方が直線である平板状、内周側辺と外周側辺とが直線状である略台形平板状であってもよいし、また、界磁子用コア50よりも大きい板状又は小さい板状であっても構わない。もっとも、回転軸18aと略直交する平面において、永久磁石22の断面形状は、界磁子用コア50の断面形状と略同一形状に形成されていることが好ましく、ここでもその前提、即ち、内周側辺が直線状で外周側辺が弧状である平板状であるということで説明する。また、互いに隣設する各永久磁石22の各側辺は、間隔をあけて略平行となる位置関係に配設されており、各永久磁石22間には、回転軸18aを中心とする円の径方向に沿って等幅な隙間が形成されている。また、各永久磁石22は、回転軸18aに沿った方向、即ち、永久磁石22の厚み方向に沿って磁化されており、その両面にN極又はS極の磁極面を呈する。これらの永久磁石22は、回転軸18aの周りで環状かつ交互の磁極面を呈するように配設されており、両電機子30、40に対してそれぞれ回転軸18a周りに交互の磁極面を呈する。ここでは、永久磁石22の数は8つであり、本界磁子20は、8極の磁極面を呈している。
The plurality of
なお、ここでは、各永久磁石22は、回転軸18a方向において1層に設けられており、両方の電機子30、40に対して磁極面を呈しているため、比較的少ない数の永久磁石22によって両電機子30、40に対して磁極面を呈することができる。もっとも、各永久磁石22は、必ずしも両方の電機子30、40に対して磁極面を呈する必要はなく、電機子30に対して磁極を呈する永久磁石22群と、電機子40に対して磁極を呈する永久磁石22群とが2層に設けられていてもよい。
Here, each
複数の界磁子用コア50は、上記各永久磁石22の磁極面をそれぞれ覆うように設けられており、当該永久磁石22の磁極面に接触した状態で配設可能な板状に形成されている。ここでは、各永久磁石22は、上記2つの電機子30、40に対してそれぞれ磁極面を呈するため、各永久磁石22の両面を覆うようにそれぞれに2つの界磁子用コア50が設けられている。また、各界磁子用コア50は、回転軸18aに対して略直交する平面において、上記各永久磁石22と同様形状を有する平板状に形成されている。各界磁子用コア50間には、上記各永久磁石22間と同様に、回転軸18aを中心とする円の径方向に沿って等幅な隙間が形成されている。各界磁子用コア50については後にさらに詳述する。
The plurality of
介在磁心(q軸磁性体ともいう)26は、各永久磁石22の両面において、回転軸18a周りにおいて隣設する各界磁子用コア50間に、当該界磁子用コア50とは磁気的に独立する態様で設けられている。各介在磁心26は、基本的には、永久磁石22の中心を示すd軸のインダクタンスLdよりも、極間を示すq軸のインダクタンスLqを大きくすることで、逆突極性を呈し、いわゆるマグネットトルクに、いわゆるリラクタンストルクを更に加えて界磁子220を回転させる役割を有している。
An intervening magnetic core (also referred to as a q-axis magnetic body) 26 is magnetically connected to each
より具体的には、介在磁心26は、圧粉磁心(圧粉鉄心)や積層鋼板等により構成されており、回転軸18aを中心とする円の径方向に沿って長い略直方体形状に形成されている。そして、介在磁心26のうち界磁子用コア50に対向する面が、界磁子用コア50のうち当該介在磁心26に対向する面に対して隙間を有して略平行となるように、各界磁子用コア50間に配設されている。
More specifically, the intervening
また、回転軸18aの方向における各介在磁心26の寸法は、界磁子コア50の厚み寸法よりも永久磁石22の厚み寸法の半分程度大きい。従って、回転軸18a方向において2つの介在磁心26が重ね合されることで、当該2つの介在磁心26の一部は各永久磁石22間にも介在することになる。なお、介在磁心26は一体であってもよく、また、省略されてもよい。
Further, the dimension of each intervening
ホルダ60は、上記各永久磁石22、各界磁子用コア50及び各介在磁心26を上記配設形態で保持する部材である。より具体的には、ホルダ60は、非磁性体金属等の非磁性体によって形成されており、内周ホルダ部62と外周ホルダ部64とを備えると共に、内周ホルダ部62と外周ホルダ部64とを連結する複数の連結ホルダ部66を複数組備えている。
The
内周ホルダ部62は、環状に配設された各永久磁石22の内周面と、その両面側で環状に配設された各界磁子用コア50及び各介在磁心26の内周面に当接可能な外周形状に形成されている。外周ホルダ部64は、環状に配設された各永久磁石22の外周面と、その両面側で環状に配設された各界磁子用コア50及び各介在磁心26の外周面に当接可能な内周形状に形成されている。そして、上記環状に配設された各永久磁石22と、その両面側で環状に配設された各界磁子用コア50及び各介在磁心26とが、内外周側で内周ホルダ部62と外周ホルダ部64とで挟込まれるようにして保持される。
The inner
複数の連結ホルダ部66は、各永久磁石22及び界磁子用コア50と、各介在磁心26との隙間に対応する位置に形成されている。そして、各連結ホルダ部66間に、永久磁石22の両面のそれぞれに界磁子用コア50を重ね合せた状態で保持する第1収容空間66aと、介在磁心26を2つ重ね合せた状態で保持する第2収容空間66bとが、回転軸18a周りに交互に形成されている。
The plurality of
そして、上記各永久磁石22及び各界磁子用コア50を第1収容空間66aに嵌め込むと共に、各介在磁心26を第2収容空間66bに嵌め込むことで、これらの各永久磁石22、各界磁子用コア50及び各介在磁心26が上記形態で保持される。なお、永久磁石22及びその両面の各界磁子用コア50は、その全てがホルダ60内に嵌め込まれている必要はない。もっとも、界磁子用コア50のうち回転軸18a方向の半分以上の部分がホルダ60に埋込まれていることが好ましい。
The
界磁子用コア50についてより詳細に説明する。図3は界磁子用コア50を示す説明図であり、図4は界磁子用コア50の断面構造を示す説明図である。
The
界磁子用コア50は、内周側の第1コア部52と外周側の第2コア部56とを有している。
The
第1コア部52は、複数の平板状の第1鋼板が回転軸18aを中心とする円の径方向に沿って積層された構成とされている。第2コア部56は、少なくとも1つの平板状の第2鋼板(ここでは複数の第2鋼板)が第1コア部52の外周側で、外周側に向けて順次幅広となるように、前記径方向に沿って積層された構成とされている。つまり、第1鋼板及び第2鋼板は、内周側から外周に向って順次幅が広くなり、最大幅に達すると今度は順次狭くなるようになっている。そして、界磁子用コア50全体として見ると、回転軸18aに対する径方向における寸法が、周方向略中央部で大きく、かつ、その両端部に向けて小さくなるように設定されている。
The
より具体的には、上記第1コア部52の内周側部分は、一枚の第1鋼板の一主面によって構成されており、回転軸18aを中心とする内接円の接線方向に略平行な平面53に形成されている。また、第1コア部52を構成する複数の第1鋼板は、外周側に向けて順次幅広に形成されており、第1コア部52自体は外周側に向けて順次幅広となる台形状に形成されている。この第1コア部52の周方向両端部は、略平面状に形成されている。
More specifically, the inner peripheral side portion of the
また、第2コア部56を構成する第2鋼板は、外周側に向けて順次幅狭になり、かつ、その順次幅狭になる度合は外周側に向けて順次大きくなるように設定されている。そして、第2コア部56の外周側部分は、回転軸18aを中心とする円の周方向に沿った略弧状面57に形成されている。
In addition, the second steel plate constituting the
上記のような界磁子用コア50が永久磁石22の上下両面に積層されている(図4参照)。
The above
上記のように構成された界磁子用コア50について、回転軸18aに対する径方向における寸法変化について説明する。
The dimensional change in the radial direction with respect to the
図5に示すように、回転軸18aを中心として、当該回転軸18aを通る所定の基準軸Xに対して角度θ(度)で交わる測長線Mを考える。そして、界磁子用コア50のうち当該測長線Mに沿った部分の長さ寸法Lを、界磁子用コア50における回転軸18aに対する径方向における寸法とする。
As shown in FIG. 5, a length measurement line M that intersects with a predetermined reference axis X passing through the
なお、比較例として、図6及び図7に示す場合を考える。図6に示す例に係る界磁子用コア550では、複数の平板状の鋼板が回転軸18aを中心とする円の径方向に沿って積層され、かつ、各鋼板が外周側に向って順次幅狭となり、略台形状の全体形状を有している。図7に示す例に係る界磁子用コア650では、弧状の鋼板は回転軸18aを中心とする円の径方向に沿って積層され、略扇形状の全体形状を有している。これらの図6及び図7に関しても、上記と同様に、界磁子用コア50における回転軸18aに対する径方向における寸法Lを考える。
As a comparative example, consider the case shown in FIGS. In the
図8は実施形態に係る界磁子用コア50、及び、比較例に係る界磁子用コア550、650の各径方向寸法と、上記角度θ(度)との関係を示す図である。図8で、実線は、実施形態に係る界磁子用コア50を示し、一点鎖線は一つ目の比較例に係る界磁子用コア550を示し、点線は二つ目の比較例に係る界磁子用コア650を示している。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the respective radial dimensions of the
同図に示すように、界磁子用コア650では、回転軸18a周りで中心に向うほど径方向寸法Lが短くなり、また、界磁子用コア550では、回転軸18a周りの中心近傍で径方向寸法Lはほぼ等しい。
As shown in the figure, in the
回転軸18aを中心とする径方向での磁束密度はおおよそ上記径方向寸法Lに比例すると考えられるので、上記図6及び図7に示す例では、回転軸18a周りにおける磁束密度分布や略矩形波状或は矩形波の凸部分の略中央で小さくなる波形を示すと考えられる。
Since the magnetic flux density in the radial direction around the
これに対して、本実施形態に係る界磁子用コア50では、回転軸18a周りで中心に向うほど径方向寸法Lが大きくなる。従って、回転軸18a周りにおける磁束密度分布はより正弦波に近い波形を示す。
In contrast, in the
もっとも、界磁子用コアの形状を、単に、周方向略中央部で大きくその両端部に向けて小さくなるようにしただけでは、例えば、圧粉鉄心等で形成した場合に、永久磁石22による磁束は、界磁子用コアの極中心近傍と周方向端部とを通り、かつ、径方向にも流れてしまう。このため、磁束が界磁子用コアの周方向に分散してしまい、回転軸周りでの磁束密度分布を正弦波に近づけるという効果は低くなってしまう。
However, if the core of the field element is simply made large at the substantially central portion in the circumferential direction and small toward both ends thereof, for example, when formed with a dust core, the
ところが、ここでは、第1鋼板及び第2鋼板を径方向に沿って積層することで界磁子用コア50を形成している。このため、各第1鋼板及び第2鋼板間、即ち、界磁子用コア50の径方向において磁束の流れを抑制することができる。このため、回転軸周りでの磁束密度分布を正弦波に近づけるという効果をより実効的にすることができる。
However, the
以上のように構成された界磁子用コア50によると、第1鋼板及び第2鋼板は回転軸18aを中心とする円の径方向に積層されているため、当該径方向において磁束が流れにくくなる。そして、第2鋼板が、第1コア部52の外周側で、外周側に向けて順次幅狭となるように、前記径方向に沿って積層された第2コア部56が形成されているため、界磁子用コア50の周方向中間部で第2鋼板の端部から磁束が流れ出やすくなる。このため、回転軸18a周りでの磁束密度分布をより正弦波に近づけ、誘起電圧の正弦波化を図り高調波成分を抑制することができ、鉄損を少なくすることができる。また、コギングトルクを低減等にも寄与する。
According to the
また、界磁子用コア50が積層された鋼板によって形成されているため、特に低い周波数で鉄損を小さくすることができ、また、界磁子20を他のケーシング等の構造体に締りばめ等で嵌合する場合にも、十分な強度を確保できる。
Further, since the
なお、第1コア部52は必ずしも台形状である必要はなく、例えば、略同一幅の第1鋼板が積層され、略方形状の板形状を有していてもよい。また、第2コア部56の外周部は必ずしも略弧状面に形成されている必要はなく、第2鋼板が外周側に向けて順次幅狭となるように積層されていれば足りる。また、第2コア部として、少なくとも一枚の第2鋼板が積層されていればよい。
In addition, the
もっとも、上記のように、界磁子用コア50の内周側部分は平面53に形成され、かつ、外周側部分は略弧状面57に形成されていると、回転軸18a周りでの磁束密度分布をより正弦波に近づけつつ、界磁子20として組込まれた界磁子用コア50を回転軸18a周りに回転させた場合の風損を有効に抑制できる。
However, as described above, when the inner peripheral side portion of the
また、第1コア部52は略台形状を有しているため、各界磁子用コア50間に、径方向に沿って略等幅な隙間を形成することができ、複数の界磁子用コア50を回転軸18a周りに面積効率よく配設することができる。
Moreover, since the
また、永久磁石22も上記界磁子用コア50と同様形状に形成されているため、当該永久磁石自体が、回転軸18a周りに略正弦波化された磁束密度分布の磁束を発生させる。これとも相俟って、回転軸18a周りの磁束密度分布をより正弦波に近づけることができる。
Further, since the
上記実施形態を基にして、各種変形例及び具体例について説明する。 Various modifications and specific examples will be described based on the above embodiment.
図9は変形例に係る界磁子用コア150の断面構造を示す説明図であり、図10は同変形例に係る界磁子用コア150を示す説明図である。図10では界磁子用コア150を構成する一部の鋼板形状を示している。
FIG. 9 is an explanatory view showing a cross-sectional structure of a
本変形例の界磁子用コア150は、概略的には、上記界磁子用コア50と同様構成であり、当該界磁子用コア50との相違点は、回転軸18a方向の寸法がより大きく、かつ、その略中央部に永久磁石22を保持可能な磁石保持凹部158が形成されている点である。そして、界磁子用コア150のうち永久磁石22の両面側の2つのコア部150aが、当該永久磁石22の両面にそれぞれ面接触した状態で配設され、それぞれ上記界磁子用コア50と同様機能を果す。また、2つのコア部150a間に、永久磁石22の周方向両端部に当接可能な薄肉保持部159が形成されている。薄肉保持部159は、両コア部150a間を磁気的に分離できる程度に幅狭に形成されている。この程度の薄肉保持部159であれば、コア部150aが薄肉保持部159分わずかに永久磁石22よりも大きくとも、永久磁石22と界磁子用コア150とは回転軸18aに略直交する平面において略同一形状である場合に含まれる。
The
そして、永久磁石22は、2つのコア部150aで挟まれ、かつ、薄肉保持部159で周方向両側から保持された態様で、界磁子用コア150内に保持される。
And the
なお、上記薄肉保持部159は、全ての鋼板に設けられる必要はない。上記第1コア部52に対応する第1コア部152を構成する第1鋼板154のうち最大幅のもの(つまり、最外周側のもの)及びその内周側の少なくとも1つに設けられていれば足りる。また、第2コア部56に対応する第2コア部156に薄肉部が存在すれば、界磁子用コア150の組立後に永久磁石22を挿入することができない。そこで、第2コア部156には薄肉部を形成しないようにすることが好ましい。
Note that the thin-
このように、薄肉保持部159を、第1コア部52に対応する第1コア部152を構成する第1鋼板154のうち最大幅のもの及びその内周側の少なくとも1つに設けることで、永久磁石22をしっかりと保持できると共に、組立後の界磁子用コア150の外周側から永久磁石22を嵌め込むことができ、組立性に優れる。また、第1鋼板154の一部に薄肉保持部159を設けることで、全ての第1鋼板154に薄肉保持部159を設ける場合に比べて、界磁用の永久磁石22の磁束が薄肉保持部159を介して漏洩することを低減できる。
Thus, by providing the thin-
図11は鋼板同士の積層状態を保持する締結維持用凹凸部160を設ける位置の例を示す図であり、図12は締結維持用凹凸部160の具体例を示す図である。
FIG. 11 is a view showing an example of a position where the fastening maintaining
締結維持用凹凸部160は、第1鋼板及び第2鋼板の積層状態を保持するものであり、各鋼板にダボ状又は切り起し状の凹凸部160を形成し、これらを積層された鋼板間で相互に絡ませるようにして鋼板を積層状態に保つ構成(カラマセ、金型方式クランプ、カシメ等とも呼ばれる)である。
The fastening
通常、上記のような締結維持用凹凸部160は、積層された複数の鋼板に対して略直交する方向に沿って設けられる。そこで、上記実施形態の界磁子用コア50を例にとると、締結維持用凹凸部160は、全ての第1鋼板及び第2鋼板が最も多層に重ね合される部分、ここでは、最外周の第2鋼板が最も幅狭なので、当該最外周の第2鋼板を通って各広範囲略直交する方向部分に、締結維持用凹凸部160を設けるとよい(図11の一点鎖線参照)。これにより、各鋼板の共通箇所に形成された締結維持用凹凸部160によって、積層されたすべての鋼板同士を積層状態に保つことができる。上記のような2箇所〜4箇所の平行ラインに沿って設けることが望ましい。
Usually, the above-described fastening maintaining
もっとも、最小幅の鋼板(ここでは最外周の鋼板)と最大幅の鋼板(第2コア部56の最外周の鋼板)との寸法が大きい場合等には、最も幅狭な最外周の鋼板の外側に、締結維持用凹凸部160を設けてもよい。この場合、各鋼板の端部を通る位置は避けることが望ましい。ここでは、第2コア部56を構成する各鋼板の幅差は、第1コア部52を構成する各鋼板の幅差よりも大きい。そこで、第2コア部56を構成する各鋼板の幅差が大きいことを利用して、第2コア部56を構成する所定の鋼板の端部とその鋼板よりも1つ外周側の鋼板の端部との間に位置するように、締結維持用凹凸部160を設けるとよい。つまり、締結維持用凹凸部160は、各鋼板のうち打抜きによって形成される辺を避けた位置に設けられている。これにより、打抜きによって形成される辺の影響を避けて締結維持用凹凸部160を形成することが可能となり、例えば、締結維持用凹凸部160と各鋼板の打抜きと同時に形成することも可能となる。
Of course, when the dimension of the steel plate with the smallest width (here, the outermost steel plate) and the steel plate with the largest width (the outermost steel plate of the second core portion 56) is large, the narrowest outermost steel plate The fastening maintaining
この場合、さらに、最内周の鋼板よりも内側に締結維持用凹凸部160を設けることが好ましい。つまり、図11の2点鎖線に示す位置に締結維持用凹凸部160を設けることが好ましい。
In this case, it is further preferable to provide the fastening and maintenance
図13は変形例に係る界磁子220を示す図であり、図14は同界磁子220の断面構造を示す説明図であり、図15は同界磁子220を含むアキシャルギャップ型回転電機を示す概略断面図である。
FIG. 13 is a view showing a
この界磁子220は、図1に示すアキシャルギャップ型回転電機において電機子30、40の一方を無くした構成に適用されるものである(図15及び図16参照)。
This
この界磁子220では、各永久磁石22の一方面側(電機子を無くした側、図13では上側)の界磁子用コア50が省かれ、代りに、各永久磁石22の一方面側に共通して接触するように配設される略円板状の円盤状コア228を有している。円盤状コア228は、永久磁石22の一方面側で隣設する永久磁石22間の磁路を形成している。この円盤状コア228は、界磁子220に設けられている(図15参照)。
In this
なお、図16に示す変形例のように、上記界磁子220から円盤状コア228を削除した界磁子320が用いられ、円盤状コア228に対応する円盤状コア328が、電機子に対して界磁子320を挟んで対向するステータとしてハウジング側に固定して設けられた構成であってもよい。この場合、電機子及び円盤状コア328による吸引力によってスラスト力を有効にキャンセルすることができる。なお、その他の構成は、上記と同じである。
As in the modification shown in FIG. 16, a
本界磁子220のその他の構成は、上記界磁子20と同様構成であり、従って、各永久磁石22の他方面側(電機子が存在する側、図13では下側)に界磁子用コア50が面接触状態で配設されている。このような界磁子220に対しても、上記界磁子用コア50を適用できる。
The other configuration of the
なお、上記永久磁石22と界磁子用コア50,150との固定は、上記のような固定構造に限らず、溶接等を使用又は併用してもよい。特に、2つの界磁子用コア50で永久磁石22を挟む場合、永久磁石22に対する溶接を行わず、界磁子用コア50をホルダ60に溶接するとよい。また、溶接箇所は、内周側や外周側でできるかぎり電機子30、40と対向しない部分であることが好ましい。溶接により、鋼板同士が磁気的に短絡されるので、渦電流の原因となるからである。
The fixing of the
なお、上記実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機及び界磁子用コア50,150は、発電用としても適用できる。
The axial gap type rotating electrical machine and the
また、上記実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組合わせることができる。 Moreover, each structure demonstrated by the said embodiment and each modification can be suitably combined unless it mutually contradicts.
10 アキシャルギャップ型回転電機
18a 回転軸
20,220,320 界磁子
22 永久磁石
30,40 電機子
50,150 界磁子用コア
52,152 第1コア部
53 平面
56,156 第2コア部
57 略弧状面
154 第1鋼板
159 薄肉保持部
160 締結維持用凹凸部
L 径方向寸法
DESCRIPTION OF
Claims (11)
複数の第1鋼板が前記回転軸を中心とする円の径方向に沿って積層された第1コア部(52,152)と、
少なくとも1つの第2鋼板が、前記第1コア部の外周側で、外周側に向けて順次幅狭となるように、前記径方向に沿って積層された第2コア部(56,156)と、
を備え、
前記回転軸を中心とする円の径方向における寸法(L)が、周方向略中央部で大きく、その両端部に向けて小さい、界磁子用コア(50,150)。 A field element core (50, 150) covering a magnetic pole surface of a field magnet (22) of an axial gap type rotating electrical machine (10) having a predetermined rotation axis (18a),
A first core portion (52, 152) in which a plurality of first steel plates are laminated along a radial direction of a circle centered on the rotation axis;
A second core portion (56, 156) laminated along the radial direction so that at least one second steel plate is gradually narrowed toward the outer peripheral side on the outer peripheral side of the first core portion; ,
With
A field element core (50, 150) having a dimension (L) in a radial direction of a circle centered on the rotation axis is large at a substantially central portion in the circumferential direction and small toward both ends thereof.
前記第1コア部(52,152)の内周側部分は、前記回転軸を中心とする内接円の接線方向に略平行な平面(53)を有し、
前記第2コア部(56,156)の外周側部分(57)は、前記回転軸を中心とする円の周方向に沿った略弧状面を有する、界磁子用コア(50,150)。 The core for a field element according to claim 1,
An inner peripheral side portion of the first core portion (52, 152) has a plane (53) substantially parallel to a tangential direction of an inscribed circle having the rotation axis as a center,
The outer peripheral side portion (57) of the second core portion (56, 156) is a field element core (50, 150) having a substantially arcuate surface along a circumferential direction of a circle centering on the rotation axis.
前記第1コア部(52,152)は、前記複数の第1鋼板が、外周側に向けて順次幅広となる台形状に積層されている、界磁子用コア(50,150)。 The core for a field element according to claim 1 or 2,
The first core portion (52, 152) is a field element core (50, 150) in which the plurality of first steel plates are stacked in a trapezoidal shape that gradually becomes wider toward the outer peripheral side.
前記第1鋼板及び第2鋼板に、積層状態を保持する締結維持用凹凸部(160)が設けられた、界磁子用コア(50,150)。 The core for a field element according to any one of claims 1 to 3,
A field element core (50, 150), wherein the first steel plate and the second steel plate are provided with a concavo-convex portion for fastening maintenance (160) for maintaining a laminated state.
前記締結維持用凹凸部(160)は、前記第1鋼板及び第2鋼板が最も多層に重ね合される部分に設けられている、界磁子用コア(50,150)。 The core for a field element according to claim 4,
The fastening maintaining concavo-convex portion (160) is a field element core (50, 150) provided in a portion where the first steel plate and the second steel plate are stacked in the most multilayer.
前記締結維持用凹凸部(160)は、前記第1鋼板及び第2鋼板のうち打抜きによって形成される辺を避けた位置に設けられている、界磁子用コア(50,150)。 The core for a field element according to claim 4 or 5,
The fastening maintaining concavo-convex portion (160) is a field element core (50, 150) provided at a position avoiding a side formed by punching of the first steel plate and the second steel plate.
前記界磁用磁石(22)の磁極面に接触した状態で配設可能な板状に形成されている、界磁子用コア(50)。 The core for a field element according to any one of claims 1 to 6,
A field element core (50) formed in a plate shape that can be disposed in contact with the magnetic pole surface of the field magnet (22).
前記界磁用磁石の周方向両端部に当接可能な薄肉保持部(159)を有し、
前記界磁用磁石を前記薄肉当接部で保持可能な、界磁子用コア(150)。 The core for a field element according to any one of claims 1 to 6,
A thin holding portion (159) capable of abutting on both circumferential ends of the field magnet;
A field element core (150) capable of holding the field magnet by the thin contact portion.
前記薄肉保持部(159)は、前記複数の第1鋼板のうち最大幅のもの及びその内周側の1つ以上のものに設けられる、界磁子用コア(150)。 The core for a field element according to claim 8,
The thin-wall holding part (159) is a field element core (150) provided on one of the plurality of first steel sheets having the maximum width and one or more of the inner peripheral side.
前記回転軸と略直交する面において、前記界磁子用コアの断面形状は、前記界磁用磁石の断面形状と略同一形状に形成されている、界磁子用コア(50,150)。 The core for a field element according to any one of claims 1 to 9,
A field element core (50, 150) in which a cross-sectional shape of the field element core is formed to be substantially the same as a cross-sectional shape of the field magnet on a plane substantially orthogonal to the rotation axis.
前記界磁子は、
前記回転軸周りに配設され、前記電機子に対して磁極面を呈する複数の界磁用磁石(22)と、
前記複数の界磁用磁石の磁極面をそれぞれ覆う複数の界磁子用コア(50,150)と、
を備え、
前記各界磁子用コアは、複数の第1鋼板が前記回転軸を中心とする円の径方向に沿って積層された第1コア部(52,152)と、少なくとも1つの第2鋼板が、前記第1コア部の外周側で、外周側に向けて順次幅狭となるように、前記径方向に沿って積層された第2コア部(56,156)と、を有し、前記回転軸に対する径方向における寸法が、周方向略中央部で大きく、その両端部に向けて小さい、アキシャルギャップ型回転電機。 A field element (20, 220, 320); and an armature (30, 40) provided in the field element with an air gap therebetween, wherein the field element is relative to the armature. An axial gap type rotating electrical machine (10) that rotates around a rotating shaft (18a),
The field element is
A plurality of field magnets (22) disposed around the rotation axis and exhibiting a magnetic pole surface with respect to the armature;
A plurality of field element cores (50, 150) respectively covering magnetic pole faces of the plurality of field magnets;
With
Each of the field element cores includes a first core portion (52, 152) in which a plurality of first steel plates are laminated along a radial direction of a circle centered on the rotation axis, and at least one second steel plate, A second core portion (56, 156) stacked along the radial direction so that the width gradually decreases toward the outer peripheral side on the outer peripheral side of the first core portion, and the rotating shaft An axial gap type rotating electrical machine in which the dimension in the radial direction is large at the substantially central portion in the circumferential direction and small toward both ends thereof.
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