JP2011199994A

JP2011199994A - Rotary electric machine

Info

Publication number: JP2011199994A
Application number: JP2010062990A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Kawazoe; 洋介川副; Masayuki Hirayama; 雅之平山; Motomichi Oto; 基道大戸
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2011-10-06

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a claw tooth type rotary electric machine that increases magnetic flux density at the tip of a claw-shaped magnetic pole even when the claw-shaped magnetic pole is made longer in the axial direction than a conventional claw tooth type rotor, and increases output torque according to the length while reducing axial vibration and torque ripple.SOLUTION: A claw tooth type rotary electric machine is formed so that the length of a gap to the stator at the tip of the claw-shaped magnetic pole is shorter than the length of a gap at the root. Preferably, the pole core is molded using dust core material, or the rotor is molded of a nonmagnetic material so that the machine gap becomes uniform.

Description

本発明は、回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine.

従来の爪ティース形回転電機は爪ティース形の磁極を有する回転子（ランデル型回転子）を持つ。 A conventional claw-teeth-type rotating electric machine has a rotor having a claw-teeth-shaped magnetic pole (Landel type rotor).

一般的な回転電機において発生トルクＴは回転電機のコア外径をＤの２乗，コア積厚Ｌの積に比例し、Ｔ∝Ｄ＾２×Ｌと表され、機器に搭載する場合の許容寸法から、コア外形を大きくするかコア積を長くして大トルクに対応している。
爪ティース形回転電機では、巻線界磁型であるので、爪ティース型回転電機では前述のコア積は界磁コイルの軸方向長さに相当する。回転子コイル１０４に流す電流を変化させ、界磁磁束量を変化させてトルクを調整している。トルク増加のために界磁コイルの体積を増やす必要があり、爪状磁極部の折り曲げ部の根元径Ｄ１よりも界磁コイル５の最外径Ｄ２を大きくして、界磁コイルの体積を増やした構造が公知となっている（例えば特許文献１参照）。 The generated torque T in a general rotating electrical machine is proportional to the product of the core outer diameter of the rotating electrical machine and the square of D and the core thickness L, and is expressed as T∝D ^ 2 × L. From the dimensions, the core outer shape is enlarged or the core product is lengthened to cope with large torque.
In the claw tooth type rotating electrical machine, since it is a winding field type, in the claw tooth type rotating electrical machine, the aforementioned core product corresponds to the axial length of the field coil. The torque is adjusted by changing the current flowing through the rotor coil 104 and changing the amount of field magnetic flux. It is necessary to increase the volume of the field coil in order to increase the torque, and the outermost diameter D2 of the field coil 5 is made larger than the root diameter D1 of the bent portion of the claw-shaped magnetic pole, thereby increasing the volume of the field coil. The structure is known (see, for example, Patent Document 1).

特開２０００−３４１８９０号公報JP 2000-341890 A

しかし、細長形状の爪ティース型回転電機では、爪状磁極の先端に行くほど磁気抵抗が増すため、磁束が先端まで到達せず、先端まで磁束を到達させるためには爪状磁極を厚くする必要がありコイルの体積が制限されてしまう。
爪状磁極の根元で磁気飽和を起こしている状態では、界磁コイルの軸方向長さＬｔを長くしても出力トルクＴは大きくならない。また、爪状磁極の中心部では、周方向に見たとき、Ｎ，Ｓ極が均等に現れるが、根元および先端部分では、ＮまたはＳ極に偏った磁束密度となる。このように、軸方向で爪状磁極表面の磁束密度が不均一になることから、トルクリップルや軸方向の振動が発生する問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、従来の爪ティース型回転子と比較して、爪状磁極を軸方向に長くした場合でも、爪状磁極先端の磁束密度を高めることができ、長さに応じて出力トルクを増大でき、軸方向の振動およびトルクリップルを抑制できる爪ティース形の回転電機を提供する。 However, in the elongated claw-teeth-type rotating electrical machine, the magnetic resistance increases toward the tip of the claw-shaped magnetic pole, so the magnetic flux does not reach the tip, and the claw-shaped magnetic pole needs to be thick in order to reach the tip. And the coil volume is limited.
In a state where magnetic saturation occurs at the base of the claw-shaped magnetic pole, the output torque T does not increase even if the axial length Lt of the field coil is increased. Further, when viewed in the circumferential direction at the center of the claw-shaped magnetic pole, the N and S poles appear evenly, but at the root and the tip, the magnetic flux density is biased toward the N or S pole. As described above, since the magnetic flux density on the surface of the claw-shaped magnetic pole becomes non-uniform in the axial direction, there is a problem that torque ripple and axial vibration occur.
The present invention has been made in view of such problems, and increases the magnetic flux density at the tip of the claw-shaped magnetic pole even when the claw-shaped magnetic pole is elongated in the axial direction, as compared with the conventional claw-tooth type rotor. There is provided a claw-teeth type rotating electrical machine that can increase output torque according to the length and suppress axial vibration and torque ripple.

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、電流を流して磁束を発生する回転子コイルと、前記回転子コイルを覆って設けられ、交互に噛み合った爪形状の爪状磁極およびポールベースをそれぞれ有する第一のポールコア体及び第二のポールコア体から成り、爪状磁極間に空隙を有するポールコアから構成される回転子と、前記回転子とギャップを介して対向配置される固定子巻線を有する固定子と、を備え、前記爪状磁極の先端におけるギャップ長が、根元のギャップ長よりも短くなっていることを特徴とする回転電機である。
請求項２に記載の発明は前記爪状磁極の軸方向長さをＬｔ、前記爪状磁極の根元の径をＤｒとするとき、
Ｌｔ／Ｄｒ＜０．２５
となることを特徴とする請求項１記載の回転電機である。
請求項３に記載の発明は、前記ポールコアが、圧粉磁心材を用いて成型されたことを特徴とする請求項１記載の回転電機である。
請求項４に記載の発明は、前記回転子を、機械ギャップが均一となるように非磁性材で成型したことを特徴とする請求項１記載の回転電機である。 In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
According to the first aspect of the present invention, a rotor coil that generates a magnetic flux by flowing an electric current, a claw-shaped claw-shaped magnetic pole and a pole base that are provided so as to cover the rotor coil and alternately mesh with each other are provided. A rotor composed of a pole core having a gap between the claw-shaped magnetic poles, and a stator having a stator winding disposed opposite to the rotor via a gap. , And the gap length at the tip of the claw-shaped magnetic pole is shorter than the root gap length.
In the invention according to claim 2, when the axial length of the claw-shaped magnetic pole is Lt and the diameter of the root of the claw-shaped magnetic pole is Dr,
Lt / Dr <0.25
The rotating electrical machine according to claim 1, wherein:
A third aspect of the present invention is the rotating electrical machine according to the first aspect, wherein the pole core is molded using a dust core material.
A fourth aspect of the present invention is the rotating electrical machine according to the first aspect, wherein the rotor is formed of a non-magnetic material so that the mechanical gap is uniform.

請求項１〜２に記載の発明によると、出力トルクを増加させることができる。
請求項３に記載の発明によると、ギャップが不均一である爪ティース型の回転電機において、ポールコアの製作時間を大幅に短縮することができ、ポールコア体での渦電流損を低減することができる。
請求項４に記載の発明によると、駆動時の騒音を低減することができる。 According to the first and second aspects of the invention, the output torque can be increased.
According to the third aspect of the present invention, in the claw-teeth type rotating electrical machine having a non-uniform gap, the pole core manufacturing time can be greatly shortened, and the eddy current loss in the pole core body can be reduced. .
According to the fourth aspect of the invention, noise during driving can be reduced.

本発明の第１実施例を示す爪ティース形の回転電機の側断面図1 is a side sectional view of a claw tooth-shaped rotating electrical machine showing a first embodiment of the present invention; 第１実施例を示す爪ティース形の回転電機の回転子の正断面図（Ａ−Ａ’）Front sectional view (A-A ') of a rotor of a claw-teeth type rotating electrical machine showing a first embodiment モータ長とトルクの関係を示す図Diagram showing the relationship between motor length and torque

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は本発明の第１実施例の爪ティース形の回転電機の側断面図である。図１において、爪ティース形の回転電機は、電流を流して磁束を発生する回転子コイル５と、回転子コイル５を覆って設けられ、交互に噛み合った爪形状の爪状磁極２ａ，２ｂおよびポールベース３ａ，３ｂをそれぞれ有する第一のポールコア体４ａ及び第二のポールコア体４ｂから成り、磁性粉を圧縮して成型され、爪状磁極間に空隙を有するポールコアから構成される回転子６と、回転子６とギャップを介して対向配置される固定子巻線を有する固定子を備えた構成となっており、爪状磁極先端におけるギャップ長（ｇａｐ２）が、根元のギャップ長（ｇａｐ１）よりも短くなっている。 FIG. 1 is a sectional side view of a claw-toothed rotating electrical machine according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a claw-teeth-type rotating electric machine is provided with a rotor coil 5 that generates a magnetic flux by passing an electric current, and claw-shaped claw-shaped magnetic poles 2a and 2b that are provided so as to cover the rotor coil 5 and are alternately meshed. A rotor 6 comprising a first pole core body 4a and a second pole core body 4b each having a pole base 3a, 3b, a pole core formed by compressing magnetic powder and having a gap between claw-shaped magnetic poles; The stator has a stator winding disposed opposite to the rotor 6 via a gap, and the gap length (gap2) at the tip of the claw-shaped magnetic pole is larger than the gap length (gap1) at the base. Is also shorter.

また、回転子は図２に示すように、非磁性材で均一の外径に成型されており、ギャップ面での風切り音を低減している。 Further, as shown in FIG. 2, the rotor is made of a non-magnetic material and has a uniform outer diameter, and wind noise on the gap surface is reduced.

前述の通り、爪ティース形の回転電機ではコア積は界磁コイルの軸方向長さに相当する。界磁コイルの長さをＬｔ，回転子外径Ｄｒとして，Ｄｒ／Ｌｔ＝１である時のトルクをＴ１として、長さを変えた場合のトルクを図３に示す。爪状磁極表面と固定子内径とのギャップ長が均一である場合は、Ｌｔ／Ｄｒ＞０．２５となる形状では、界磁コイルで発生した磁束が爪状磁極の根元に集中し磁束が先端まで到達できず、Ｌｔの増加分ほどトルクは増加しなかった。一方、本発明の爪ティース型の回転電機は、図１に示すように、爪ティースの先端のギャップ長（ｇａｐ２）よりも、根元のギャップ長（ｇａｐ１）を短くすることで、爪状磁極での磁気抵抗を調整することができるため、界磁コイル５で発生させた磁束を爪状磁極の先端まで到達させることができる。その結果、本発明の爪ティース型の回転電機は、ギャップ長が一定の場合と比べて、軸方向の振動およびトルクリップルを低減できる。 As described above, in the claw-teeth type rotating electrical machine, the core product corresponds to the axial length of the field coil. FIG. 3 shows the torque when the length is changed, assuming that the length of the field coil is Lt, the outer diameter Dr of the rotor, and the torque when Dr / Lt = 1 is T1. When the gap length between the claw-shaped magnetic pole surface and the stator inner diameter is uniform, the magnetic flux generated in the field coil is concentrated at the root of the claw-shaped magnetic pole and the magnetic flux is at the tip in the shape where Lt / Dr> 0.25. The torque did not increase as much as the increase in Lt. On the other hand, as shown in FIG. 1, the claw-teeth type rotating electrical machine of the present invention has a claw-shaped magnetic pole by making the root gap length (gap1) shorter than the gap length (gap2) at the tip of the claw teeth. Therefore, the magnetic flux generated by the field coil 5 can reach the tip of the claw-shaped magnetic pole. As a result, the claw-teeth type rotating electrical machine of the present invention can reduce axial vibration and torque ripple as compared with a case where the gap length is constant.

高速回転が可能で高出力が要求される用途、例えば上水管や下水道管における発電設備などに、本発明の細長形状の爪ティース型の回転電機を適用することができる。 The elongated claw-teeth-type rotating electrical machine of the present invention can be applied to applications that are capable of high-speed rotation and require high output, such as power generation equipment in water pipes and sewer pipes.

１モータ軸
２ａ第一のポールコア体の爪状磁極
２ｂ第二のポールコア体の爪状磁極
３ａ第一のポールコア体のポールベース
３ｂ第二のポールコア体のポールベース
４ａ第一のポールコア
４ｂ第二のポールコア
５界磁コイル
６爪ティース型の回転子 1 Motor shaft 2a Claw-shaped magnetic pole 2b of first pole core body Claw-shaped magnetic pole 3a of second pole core body Pole base 3b of first pole core body Pole base 4a of second pole core body First pole core 4b Second Pole core 5 Field coil 6 Claw tooth type rotor

Claims

電流を流して磁束を発生する回転子コイルと、
前記回転子コイルを覆って設けられ、交互に噛み合った爪形状の爪状磁極およびポールベースをそれぞれ有する第一のポールコア体及び第二のポールコア体から成り、爪状磁極間に空隙を有するポールコアから構成される回転子と、
前記回転子とギャップを介して対向配置される固定子巻線を有する固定子と、
を備え、
前記爪状磁極の先端におけるギャップ長が、根元のギャップ長よりも短くなっている
ことを特徴とする回転電機。 A rotor coil that generates a magnetic flux by passing an electric current;
From the pole core having a claw-shaped claw-shaped magnetic pole and a pole base each having a claw-shaped claw-shaped magnetic pole and a pole base, which are provided to cover the rotor coil, and having a gap between the claw-shaped magnetic poles. A rotor configured;
A stator having a stator winding disposed opposite to the rotor via a gap;
With
A rotating electrical machine, wherein a gap length at a tip of the claw-shaped magnetic pole is shorter than a gap length at a base.

前記爪状磁極の軸方向長さをＬｔ、前記爪状磁極の根元の径をＤｒとするとき、
Ｌｔ／Ｄｒ＜０．２５
となる
ことを特徴とする請求項１記載の回転電機。 When the axial length of the claw-shaped magnetic pole is Lt, and the root diameter of the claw-shaped magnetic pole is Dr,
Lt / Dr <0.25
The rotating electrical machine according to claim 1, wherein

前記ポールコアが、圧粉磁心材を用いて成型された
ことを特徴とする請求項１記載の回転電機。 2. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the pole core is molded using a dust core material.

前記回転子を、機械ギャップが均一となるように非磁性材で成型した
ことを特徴とする請求項１記載の回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the rotor is formed of a non-magnetic material so that a mechanical gap is uniform.