JP2011199994A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】細長い形状の爪ティース形回転電機の大トルク化
【解決手段】 爪ティース形の回転電機において、爪状磁極先端における固定子とのギャップ長が根元のギャップ長よりも短い形状を有する爪ティース形回転電機を提供する。望ましくは、ポールコアが、圧粉磁心材を用いて成型され、あるいは、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。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機に関する。

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。

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）。

特開２０００−３４１８９０号公報

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。

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。

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。

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 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’） モータ長とトルクの関係を示す図

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (4)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。

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