JP6562256B2 - Rotating electric machine for vehicles - Google Patents
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Description
本発明は、固定子と回転子を備える車両用回転電機に関する。 The present invention relates to a vehicular rotating electrical machine including a stator and a rotor.
従来では、ティースを介して隣接する爪状磁極間に流れる無効磁束量を低減させ、磁気騒音を低減することを目的とする車両用交流発電機に関する技術の一例が開示されている(例えば特許文献1を参照)。この車両用交流発電機は、爪状磁極の外径側にエアギャップ拡大面を形成し、径方向から見て磁極の周方向中心とティース先端部の周方向中心が一致する。ティース先端部が爪状磁極の最外径面と重ならず、かつ、エアギャップ拡大面の一部に重なるように構成される。エアギャップをδとし、最外径面とティース先端部との周方向距離をτとするとき、0<τ<3δとなるように構成される。 Conventionally, an example of a technique related to an AC generator for a vehicle that aims to reduce the amount of reactive magnetic flux flowing between adjacent claw-shaped magnetic poles via teeth and reduce magnetic noise has been disclosed (for example, Patent Documents). 1). In this vehicle alternator, an air gap enlarged surface is formed on the outer diameter side of the claw-shaped magnetic pole, and the circumferential center of the magnetic pole coincides with the circumferential center of the tip of the tooth when viewed from the radial direction. The tip of the teeth is configured not to overlap the outermost diameter surface of the claw-shaped magnetic pole and to overlap a part of the air gap enlarged surface. When the air gap is δ and the circumferential distance between the outermost diameter surface and the tip of the tooth is τ, 0 <τ <3δ is established.
しかし、最外径面とティース先端部との周方向距離が0<τ<3δとなるように構成しても、ティース先端部を介して爪状磁極の相互間に流れる漏洩磁束があるという問題がある。また、爪状磁極にかかる最外径面の面積が減少することにより、磁気回路の磁気抵抗が増加し、そもそも発生磁束が減少してしまうという問題がある。さらに、爪状磁極は適切に面取りされておらず磁束の変動が急激な部分が存在するため、磁気騒音が大きくなってしまう問題がある。 However, even if the circumferential distance between the outermost surface and the tooth tip is 0 <τ <3δ, there is a problem that there is a leakage magnetic flux flowing between the claw-shaped magnetic poles via the tooth tip. There is. In addition, since the area of the outermost surface of the claw-shaped magnetic pole decreases, there is a problem that the magnetic resistance of the magnetic circuit increases and the generated magnetic flux decreases in the first place. Furthermore, the claw-shaped magnetic pole is not properly chamfered, and there is a portion where the fluctuation of the magnetic flux is abrupt.
本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、第1の目的は漏洩磁束を従来よりも低減することである。第2の目的は、爪状磁極の発生磁束を従来よりも増加させることである。第3の目的は、磁気騒音を従来よりも低減することである。 The present invention has been made in view of such a point, and a first object is to reduce the leakage magnetic flux as compared with the prior art. The second purpose is to increase the magnetic flux generated by the claw-shaped magnetic poles as compared with the conventional case. The third object is to reduce the magnetic noise as compared with the prior art.
上記課題を解決するためになされた発明は、周方向に間隔をおいて径方向に延びる複数のティース(11t)によりスロットが設けられた固定子鉄心(11b)と、前記スロットに組み込まれた固定子巻線(11a)とを有する固定子(11)と、それぞれ先細り状の爪状磁極(12m,12ma,12mb)が周方向に所定ピッチで設けられ、前記爪状磁極を噛み合わせるように対向させてシャフトに固定され、前記爪状磁極の径方向端部と前記ティースの先端部との間にエアギャップ(G)を有するように設けられた一対のポールコア(12a,12b)、および、前記爪状磁極に覆われるように設けられた界磁コイルを有する回転子(12)とを備えた車両用回転電機(10)において、前記爪状磁極のそれぞれは、前記ティースの先端部に対して前記エアギャップよりも大きなエアギャップを有するエアギャップ拡大部(12d)が前記径方向端部の周方向位置に設けられた周方向両側部の少なくとも一部に形成され、径方向から見て、周方向に隣り合う前記爪状磁極どうしの中心である磁極間中心位置(CL1)と前記ティースの先端部の中心であるティース中心位置(CL2)とが一致するとき、前記ティースの先端部が、隣り合う前記爪状磁極のそれぞれの前記径方向端部に重ならず、かつ、周方向に隣り合う前記爪状磁極のそれぞれの前記エアギャップ拡大部の少なくとも一部に重なるように構成され、前記径方向端部と前記ティースの先端部との周方向距離をτとし、前記エアギャップをδとするとき、3δ≦τ≦15δの範囲内で形成され、端面爪先端幅をL1とし、端面爪根元幅をL2とするとき、0.20≦L1/L2≦0.71の範囲内で形成され、前記エアギャップ拡大部は、前記爪状磁極の先端部よりも根元側の所定位置から軸方向に延び、前記爪状磁極を前記軸方向から見た時に前記爪状磁極の中心軸(CL3)との成す角度がαとなる第1部位(12d1)と、前記爪状磁極の先端部から前記軸方向に延び、前記角度がβとなる第2部位(12d2)と、を有し、前記第1部位と前記第2部位は、α<βとなるように形成されることを特徴とする。 The invention made in order to solve the above problems includes a stator core (11b) having a slot provided by a plurality of teeth (11t) extending in the radial direction at intervals in the circumferential direction, and a fixing incorporated in the slot. A stator (11) having a child winding (11a) and tapered claw-shaped magnetic poles (12m, 12ma, 12mb) are provided at a predetermined pitch in the circumferential direction, and are opposed to mesh with the claw-shaped magnetic poles. A pair of pole cores (12a, 12b) provided so as to have an air gap (G) between a radial end of the claw-shaped magnetic pole and a tip of the tooth, In the vehicular rotating electrical machine (10) provided with a rotor (12) having a field coil provided so as to be covered with the claw-shaped magnetic poles, each of the claw-shaped magnetic poles has a tip of the teeth. Air gap enlarged portion having a larger air gap than the air gap with respect to part (12d) is formed on at least a part of the circumferential side portions which are provided in the circumferential position of the radial end portions, from the radial direction As seen, when the center position (CL1) between the magnetic poles, which is the center between the claw-shaped magnetic poles adjacent in the circumferential direction, coincides with the tooth center position (CL2), which is the center of the tip of the teeth, the tips of the teeth The portion is configured not to overlap the radial end portion of each of the adjacent claw-shaped magnetic poles and to overlap at least a part of the air gap enlarged portion of each of the claw-shaped magnetic poles adjacent in the circumferential direction. When the circumferential distance between the radial end portion and the tip end portion of the tooth is τ and the air gap is δ, it is formed within the range of 3δ ≦ τ ≦ 15δ, and the end face nail tip width is L1 When the end face nail root width is L2, it is formed within the range of 0.20 ≦ L1 / L2 ≦ 0.71, and the air gap enlarged portion is a predetermined position on the root side with respect to the tip of the nail-shaped magnetic pole. A first portion (12d1) that extends in the axial direction from the axis and has an angle α with the central axis (CL3) of the claw-shaped magnetic pole when the claw-shaped magnetic pole is viewed from the axial direction, and the tip of the claw-shaped magnetic pole A second portion (12d2) extending in the axial direction from the portion and having the angle β, and the first portion and the second portion are formed to satisfy α <β. And
この構成によれば、爪状磁極の径方向端部とティースの先端部との周方向距離が3δ≦τ≦15δの範囲内で確保されるので、漏洩磁束を従来よりも低減することができる。爪状磁極を0.20≦L1/L2≦0.71の範囲内で形成して爪状磁極の端面の面積を増やすので、発生磁束量を従来よりも増加させることができる。漏洩磁束の低減と、発生磁束量の増加との相乗効果によって出力を向上させることができる。また、第2部位は、爪状磁極を軸方向から見た時に爪状磁極の中心軸との成す角度が第1部位よりも浅い角度になり、磁束が流れ易くなる。そのため、回転子の回転に伴う磁束の変化が滑らかになり、磁気騒音を低減することができる。 According to this configuration, the circumferential distance between the radial end portion of the claw-shaped magnetic pole and the tip end portion of the tooth is ensured within the range of 3δ ≦ τ ≦ 15δ, so that the leakage magnetic flux can be reduced as compared with the conventional case. . Since the claw-shaped magnetic pole is formed within the range of 0.20 ≦ L1 / L2 ≦ 0.71 and the area of the end face of the claw-shaped magnetic pole is increased, the amount of generated magnetic flux can be increased as compared with the conventional case. The output can be improved by a synergistic effect of the reduction of the leakage magnetic flux and the increase of the generated magnetic flux. In addition, when the claw-shaped magnetic pole is viewed from the axial direction, the angle of the second part with the central axis of the claw-shaped magnetic pole is shallower than that of the first part, and the magnetic flux easily flows. Therefore, the change in magnetic flux accompanying the rotation of the rotor becomes smooth, and magnetic noise can be reduced.
なお「回転電機」は、回転する部位(例えば軸やシャフト等)を有する機器であれば任意である。例えば、発電機,電動機,電動発電機等が該当する。「回転子」は、円形状(円環状や円筒状等を含む)に成形される。「固定子巻線」は、三相以上の巻線であれば任意である。「爪状磁極」は、軟磁性材で構成してもよく、磁石で構成してもよく、軟磁性材と磁石を組み合わせて構成してもよい。 The “rotating electric machine” is arbitrary as long as it is a device having a rotating part (for example, a shaft or a shaft). For example, a generator, a motor, a motor generator, and the like are applicable. The “rotor” is formed in a circular shape (including an annular shape and a cylindrical shape). The “stator winding” is optional as long as it has three or more phases. The “claw-shaped magnetic pole” may be composed of a soft magnetic material, a magnet, or a combination of a soft magnetic material and a magnet.
以下、本発明を実施するための形態および参考の形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的に接続することを意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示しているとは限らない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。符号の英文字は大文字と小文字とで別の要素を意味する。「固定する」は、対象物を固定できれば任意であり、その固定方法は問わない。「円環状」には円筒状を含む。以下では、簡単のために「車両用回転電機」を単に「回転電機」と呼ぶ。「軸方向」は、軸方向自体でもよく、軸方向と交差する方向(斜行方向)でもよい。「外径側」は径方向における外側や外周側を意味し、「内径側」は径方向における内側や内周側を意味する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention and reference embodiments will be described with reference to the drawings. Note that unless otherwise specified, “connecting” means electrically connecting. Each figure shows elements necessary for explaining the present invention, and does not necessarily show all actual elements. When referring to directions such as up, down, left and right, the description in the drawings is used as a reference. The alphabetic character of the sign means different elements in upper case and lower case. “Fix” is optional as long as the object can be fixed, and the fixing method is not limited. “Annular” includes cylindrical. Hereinafter, for the sake of simplicity, the “vehicle rotating electric machine” is simply referred to as “rotating electric machine”. The “axial direction” may be the axial direction itself or a direction intersecting the axial direction (slanting direction). “Outer diameter side” means the outer side or outer peripheral side in the radial direction, and “inner diameter side” means the inner side or inner peripheral side in the radial direction.
〔参考の形態1〕
参考の形態1は図1〜図6を参照しながら説明する。図1に示す回転電機10は、インナーロータ型の発電機であって、固定子11,回転子12,冷却ファン14,シャフト17などをハウジング13内に有する。なお、図1の上側半分はポールコア12aを切断し、図1の下側半分はポールコア12bを切断するような断面図を示す。
[ Reference form 1]
Reference form 1 will be described with reference to FIGS. A rotating
ハウジング13は、上述した要素を収容できれば任意の形状で成形してよい。図1に示す構成例のハウジング13は、フロントハウジング13Fやリアハウジング13Rなどを有する。ハウジング13には、冷却風吐出孔13aや冷却風吸入孔13bなどが設けられる。なお、ハウジング13はフレームや筐体などとも呼ぶ。図示しないが、スリップリング,整流器,プーリなどを収容してもよい。
The
固定子11は、固定子巻線11aや固定子鉄心11bなどを有する。固定子巻線11aは、三相以上の巻線であり、スロット11sに収容されて組み込まれる(図2を参照)。固定子鉄心11bの具体的な構成例については後述する(図2を参照)。回転子12は、固定子11(具体的には固定子鉄心11bのティース11t)との間にエアギャップGを介して配置される。エアギャップGの大きさは任意に設定してよい。回転子12の具体的な構成例については後述する(図3を参照)。
The
複数の冷却ファン14は、冷却手段の一例である。それぞれ冷却ファン14は、固定子巻線11aに近づけて、回転子12の軸方向端面に固定される。回転子12の回転に伴って、冷却ファン14は冷却風吸入孔13bから冷却風を吸入し、冷却風吐出孔13aから冷却風を吐出する。冷却風が流れることによって、固定子11(特に固定子巻線11a)を含めて回転電機10の全体を冷却することができる。
The plurality of cooling
シャフト17は、ハウジング13との間に軸受15が介在されるので、回転自在に支持される。またシャフト17は、回転子12と直接的または間接的に固定され、回転子12とともに回転する回転体でもある。
The
図2に示す固定子鉄心11bは、セミクローズドスロット型であり、複数のティース11tや、ヨーク11yなどを有する。ヨーク11yは任意の形状で形成してよく、本形態では円環状に形成する。複数のティース11tは、周方向に間隔をおいてヨーク11yから径方向に延びて形成される。ティース11tとヨーク11yは図示するように一体成形してもよく、別体に成形して固定してもよい。周方向に隣り合うティース11tの相互間に形成される空間は、固定子巻線11aを収容するスロット11sになる。すなわち固定子鉄心11bは、複数のティース11tによりスロット11sが設けられる。
The
図3に示す回転子12は、一対のポールコア12a,12bや、界磁コイル16などを有する。ポールコア12aは、複数の爪状磁極12maや、複数のU字状溝12auなどを有する。複数の爪状磁極12maは、外径側端部に周方向に設けられ、外径側端部から所定ピッチで先細り状に形成される。ポールコア12bは、複数の爪状磁極12mbや、複数のU字状溝12buなどを有する。複数の爪状磁極12mbは、外径側端部に周方向に設けられ、外径側端部から所定ピッチで先細り状に形成される。所定ピッチは、爪状磁極の数に応じて適切に設定する。爪状磁極12ma,12mbは、いずれも爪状磁極12mに相当する。複数の爪状磁極12maと複数の爪状磁極12mbは、噛み合わせるように対向させて互い違いに設けられる。ポールコア12a,12bや爪状磁極12ma,12mbは軟磁性体で成形される。U字状溝12au,12buは、爪状磁極12ma,12mbからの磁束漏れが発生しない程度に中心側に向かって切り込まれる。界磁コイル16は、ポールコア12a,12bと、爪状磁極12ma,12mbとで覆われるように設けられる。界磁コイル16に通電されると、爪状磁極12ma,12mbがN極またはS極で磁化される。
The
図4を参照しながら、周方向に隣り合う爪状磁極12maと爪状磁極12mbの構成例について説明する。爪状磁極12maは、ポールコア12aから延びて形成される複数の爪状磁極12maに含まれる。爪状磁極12mbはポールコア12bから延びて形成される複数の爪状磁極12mbに含まれる。爪状磁極12ma,12mbの数は任意に設定してよい。爪状磁極12ma,12mbの形態は、以降も同じである。
A configuration example of the claw-shaped magnetic pole 12ma and the claw-shaped magnetic pole 12mb adjacent in the circumferential direction will be described with reference to FIG. The claw-shaped magnetic pole 12ma is included in a plurality of claw-shaped magnetic poles 12ma formed extending from the
図4に一点鎖線で示す磁極間中心位置CL1は、爪状磁極12maと爪状磁極12mbとの中心である。同じく一点鎖線で示すティース中心位置CL2は、ティース11tの中心である。すなわち、図4は磁極間中心位置CL1とティース中心位置CL2とが一致する状態を示す。なお、爪状磁極12maと爪状磁極12mbは、軸方向の向きが逆である点を除いて同一形状である。よって、特に明示しない限り、以下では爪状磁極12maを代表して説明する。
The center position CL1 between the magnetic poles indicated by the one-dot chain line in FIG. 4 is the center between the claw-shaped magnetic pole 12ma and the claw-shaped magnetic pole 12mb. Similarly, the tooth center position CL2 indicated by the alternate long and short dash line is the center of the
爪状磁極12maは、径方向端部12c,第1部位12d1,根元部12eなどを有する。径方向端部12cは、ティース11tの先端部11teと対面する部位であり、図示する軸方向の先端側にかけて面状(平面状または曲面状)に形成される。径方向端部12cは、回転子12における径方向(本形態では外径側)に最も突出した部位である。径方向端部12cは、図示する軸方向の先端側を端面爪先端幅L1で形成し、図示する軸方向の根元側を端面爪根元幅L2で形成する。爪状磁極12maは、0.20≦L1/L2≦0.71の範囲内で形成するとよい(図5を参照)。根元部12eはポールコア12aから起立する部位である。
The claw-shaped magnetic pole 12ma has a
第1部位12d1は、エアギャップ拡大部12dの一部であり、爪状磁極12maにおける周方向両側部の少なくとも一部に形成される。第1部位12d1は、図示するティース11t(先端部)に対してエアギャップGよりも大きなエアギャップ(すなわち周方向距離τ)を有するように形成される。第1部位12d1は、径方向端部12cとティース11tとの周方向距離をτとし、エアギャップGをδとするとき、3δ≦τ≦15δの範囲内で形成するとよい(図6を参照)。当該範囲内で形成する限りにおいて、第1部位12d1の形状を問わない。すなわち平面でもよく、曲面でもよく、凹凸状でもよい。
The first portion 12d1 is a part of the air gap enlarged
図4に示すように、ティース11tの先端部11teが、爪状磁極12maと爪状磁極12mbのぞれぞれの径方向端部12cに重ならないように構成される。さらに、ティース11tの先端部11teが、爪状磁極12maと爪状磁極12mbのぞれぞれの第1部位12d1の少なくとも一部に重なるように構成される。 As shown in FIG. 4, the tip 11te of the
上述のように構成された回転電機10の出力と、特許文献1に記載された車両用交流発電機(以下では単に「従来技術」と呼ぶ。)の出力との比較について、図5,図6を参照しながら説明する。まず、周方向距離τを変化させて出力を計測した場合の出力比率Pr1を図5に示す。出力比率Pr1は、従来技術の出力を「1」とした場合における回転電機10の出力である。本形態の「出力」は発電出力(すなわち電力出力)である。
FIG. 5 and FIG. 6 show a comparison between the output of the rotating
図5に示す特性線SC1によれば、周方向距離τが3δ≦τ≦15δの範囲内で爪状磁極12ma,12mbを形成すると、従来技術よりも出力が高まる。爪状磁極12ma,12mbは、所望の出力に基づいて求められる出力比率をPraとすると、τa≦τ≦τbを満たすように形成するとよい。周方向距離τa,τbは、3δ<τa<τb<15δを満たす数値である。こうすれば、出力比率Pra以上の出力が確実に得られる。 According to the characteristic line SC1 shown in FIG. 5, when the claw-shaped magnetic poles 12ma and 12mb are formed within the range of the circumferential distance τ of 3δ ≦ τ ≦ 15δ, the output is higher than that of the prior art. The claw-shaped magnetic poles 12ma and 12mb may be formed so as to satisfy τa ≦ τ ≦ τb, where Pra is an output ratio obtained based on a desired output. The circumferential distances τa and τb are numerical values satisfying 3δ <τa <τb <15δ. In this way, an output of the output ratio Pra or higher can be obtained with certainty.
次に、端面爪先端幅L1を端面爪根元幅L2で除した幅比率Lr(=L1/L2)を変化させて出力を計測した場合の出力比率Pr2を図6に示す。出力比率Pr2は、出力比率Pr1と同様に、従来技術の出力を「1」とした場合における回転電機10の出力である。
Next, FIG. 6 shows the output ratio Pr2 when the output is measured by changing the width ratio Lr (= L1 / L2) obtained by dividing the end face nail tip width L1 by the end face nail root width L2. Similarly to the output ratio Pr1, the output ratio Pr2 is the output of the rotating
図6に示す特性線SC2によれば、幅比率Lrが0.20≦Lr1≦0.71の範囲内で爪状磁極12ma,12mbを形成すると、従来技術よりも出力が高まる。爪状磁極12ma,12mbは、所望の出力に基づいて求められる出力比率をPrbとすると、Lra≦Lr1≦Lrbを満たすように形成するとよい。幅比率Lra,Lrbは、0.20<Lra<Lrb<0.71を満たす数値である。こうすれば、出力比率Prb以上の出力を確実に得ることができる。 According to the characteristic line SC2 shown in FIG. 6, when the claw-shaped magnetic poles 12ma and 12mb are formed within the range where the width ratio Lr is 0.20 ≦ Lr1 ≦ 0.71, the output is higher than that of the prior art. The claw-shaped magnetic poles 12ma and 12mb are preferably formed so as to satisfy Lra ≦ Lr1 ≦ Lrb, where Prb is an output ratio obtained based on a desired output. The width ratios Lra and Lrb are numerical values satisfying 0.20 <Lra <Lrb <0.71. By doing so, it is possible to reliably obtain an output of the output ratio Prb or more.
なお図6は、周方向距離τがτ=9δであり、回転子12の回転数が1800[rpm]の場合の結果を示す。図示を省略するが、周方向距離τが3δ≦τ≦15δの範囲内であり、回転子12の回転数が定格以下であれば、特性線SC2と同様の結果が得られた。
FIG. 6 shows the results when the circumferential distance τ is τ = 9δ and the rotational speed of the
上述した回転電機10によれば、回転子12の爪状磁極12ma,12mbは、3δ≦τ≦15δの範囲内で形成され、0.20≦Lr1≦0.71の範囲内で形成される(図1〜図6を参照)。この構成によれば、周方向距離τを従来よりも大きく確保するので、磁束漏れを十分低減することができる。また、径方向端部12cの端面の面積を増やす事で発生磁束量を増加し、相加効果で出力を向上させることができる。
According to the rotary
〔実施の形態1〕
実施の形態1は図7〜図11を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、参考の形態1で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に参考の形態1と相違する点を説明する。
[Embodiment 1 ]
Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. 7-11. For simplicity of illustration and description, unless otherwise specified, the same elements as those used in Reference Embodiment 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Therefore, mainly describing differences from the reference of the first.
(第1構成例)
図7,図8を参照しながら、周方向に隣り合う爪状磁極12maと爪状磁極12mbの第1構成例について説明する。以下では、参考の形態1(具体的には図4)の場合と同様に、爪状磁極12maを代表して説明する。
(First configuration example)
A first configuration example of the claw-shaped magnetic pole 12ma and the claw-shaped magnetic pole 12mb adjacent in the circumferential direction will be described with reference to FIGS. Below, like the case of the reference form 1 (specifically FIG. 4), the claw-shaped magnetic pole 12ma will be described as a representative.
図7に示す爪状磁極12maは、径方向端部12c,第1部位12d1,第2部位12d2,根元部12eなどを有する。図4に示す爪状磁極12maとの相違は、さらに第2部位12d2を有する点である。
The claw-shaped magnetic pole 12ma shown in FIG. 7 has a
第2部位12d2は、エアギャップ拡大部12dの一部であり、爪状磁極12maにおける周方向両側部の少なくとも一部に形成される。第2部位12d2は、爪状磁極12mの先端から軸方向に第1部位12d1まで延びて形成される。
The second portion 12d2 is a part of the air gap enlarged
図8において、一点鎖線で示す中心軸CL3は、回転子12の回転中心CPから延びる爪状磁極12mの中心線である。上述した第1部位12d1は、軸方向から見た時に爪状磁極12m(12ma,12mb)の中心軸CL3との成す角度がαとなるように形成される。第1部位12d1は、5°<α<45°の範囲内で形成するとよい(図11を参照)。一方、第2部位12d2は、軸方向から見た時に爪状磁極12mの中心軸CL3との成す角度がβとなるように形成される。角度α,βの関係は、α<β<90°である。
In FIG. 8, a center axis CL <b> 3 indicated by a one-dot chain line is a center line of the claw-shaped
言い換えると、ティース11tの先端部11teに対して、第2部位12d2は第1部位12d1よりも浅い角度になり、磁束が流れ易くなる。そのため、回転子12の回転に伴う磁束の変化が滑らかになり、磁気騒音を低減することができる。また、第1部位12d1の角度αを適切に設定することで、さらに磁束漏れを低減し、第1部位12d1の面積をさらに増やして発生磁束量を増加させ、磁気騒音を低減することができる。
In other words, the second portion 12d2 has a shallower angle than the first portion 12d1 with respect to the tip portion 11te of the
(第2構成例)
図9,図10を参照しながら、周方向に隣り合う爪状磁極12maと爪状磁極12mbの第2構成例について説明する。以下では、主に第1構成例との相違点を説明する。
(Second configuration example)
A second configuration example of the claw-shaped magnetic pole 12ma and the claw-shaped magnetic pole 12mb adjacent in the circumferential direction will be described with reference to FIGS. Hereinafter, differences from the first configuration example will be mainly described.
図9,図10に示す爪状磁極12maは、第1構成例と同様に、径方向端部12c,第1部位12d1,第2部位12d2,根元部12eなどを有する。第1構成例との相違は、第2部位12d2が根元部12eまで延びる点である。このような第2部位12d2は、角度αが小さいとき(例えば5°<α<26°の範囲内)にあらわれる。第2部位12d2が根元部12eまで延びると、ティース11tの先端部11teに対して、さらに第2部位12d2は第1部位12d1よりも浅い角度になる。よって、回転子12の回転に伴う磁束の変化が滑らかになり、さらに磁気騒音を低減することができる。
The claw-shaped magnetic pole 12ma shown in FIGS. 9 and 10 includes a
上述した第1構成例や第2構成例の爪状磁極12ma,12mbを有する回転電機10の出力と、従来技術の出力との比較について、図11を参照しながら説明する。図11には、第1部位12d1の角度αを変化させて出力を計測した場合の出力比率Pr1を示す。出力比率Pr3は、従来技術の出力を「1」とした場合における回転電機10の出力である。本形態の「出力」は、参考の形態1と同様に、発電出力(すなわち電力出力)である。
A comparison between the output of the rotating
図11に示す特性線SC3によれば、角度αが5°<α<45°の範囲内で爪状磁極12ma,12mbを形成すると、従来技術よりも出力が高まる。爪状磁極12ma,12mbは、所望の出力に基づいて求められる出力比率をPrcとすると、αa≦α≦αbを満たすように形成するとよい。周方向距離τa,τbは、5°<αa<αb<45°を満たす数値である。こうすれば、出力比率Prc以上の出力が確実に得られる。 According to the characteristic line SC3 shown in FIG. 11, when the claw-shaped magnetic poles 12ma and 12mb are formed in the range where the angle α is 5 ° <α <45 °, the output is higher than that of the prior art. The claw-shaped magnetic poles 12ma and 12mb may be formed so as to satisfy αa ≦ α ≦ αb, where Prc is an output ratio obtained based on a desired output. The circumferential distances τa and τb are numerical values satisfying 5 ° <αa <αb <45 °. In this way, an output greater than the output ratio Prc can be reliably obtained.
なお図11は、周方向距離τがτ=9δ、回転子12の回転数が1800[rpm]、幅比率LrがLr1=0.45の場合の結果を示す。図示を省略するが、周方向距離τが3δ≦τ≦15δの範囲内であり、回転子12の回転数が定格以下であり、幅比率Lrが0.20≦Lr1≦0.71の範囲内であれば、特性線SC3と同様の結果が得られた。
FIG. 11 shows the results when the circumferential distance τ is τ = 9δ, the rotational speed of the
〔参考の形態2、実施の形態2〕
参考の形態2,実施の形態2は図12〜図14を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、参考の形態1,実施の形態1で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に参考の形態1,実施の形態1と相違する点を説明する。
[ Reference Embodiment 2, Embodiment 2 ]
Reference Embodiment 2 and Embodiment 2 will be described with reference to FIGS. For simplicity of illustration and description, unless otherwise specified, the same elements as those used in Reference Embodiment 1 and Embodiment 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Therefore, the form of the main reference 1, illustrating the differences from the first embodiment.
参考の形態2は図12を、実施の形態2は図13を参照しながら、周方向に隣り合う爪状磁極12maと爪状磁極12mbの構成例について説明する。図12に示す爪状磁極12maは、図4に示す爪状磁極12maの変形例である。図13に示す爪状磁極12maは、図7に示す爪状磁極12maの変形例である。以下では、参考の形態1(具体的には図4)や実施の形態1(具体的には図7)の場合と同様に、爪状磁極12maを代表して説明する。 A configuration example of the claw-shaped magnetic pole 12ma and the claw-shaped magnetic pole 12mb adjacent to each other in the circumferential direction will be described with reference to FIG. 12 for the reference form 2 and FIG. 13 for the second embodiment . A claw-shaped magnetic pole 12ma shown in FIG. 12 is a modification of the claw-shaped magnetic pole 12ma shown in FIG. A claw-shaped magnetic pole 12ma shown in FIG. 13 is a modification of the claw-shaped magnetic pole 12ma shown in FIG. In the following, as in the case of the reference embodiment 1 (specifically, FIG. 4) and the embodiment 1 (specifically, FIG. 7), the claw-shaped magnetic pole 12ma will be described as a representative.
図12に示す爪状磁極12maは、第1部位12d1の構成が図4に示す爪状磁極12maと相違する。図4に示す第1部位12d1は、軸方向に根元部12eまで延びて形成される。これに対して、図12に示す第1部位12d1は、軸方向にポールコア12aの端部(図示する根元側)まで延びて形成される。
The claw-shaped magnetic pole 12ma shown in FIG. 12 is different from the claw-shaped magnetic pole 12ma shown in FIG. 4 in the configuration of the first portion 12d1. The first portion 12d1 shown in FIG. 4 is formed to extend to the
図13に示す爪状磁極12maは、第1部位12d1の構成が図7に示す爪状磁極12maと相違する。図7に示す第1部位12d1は、軸方向に根元部12eまで延びて形成される。これに対して、図13に示す第1部位12d1は、軸方向にポールコア12aの端部(図示する根元側)まで延びて形成される。
The claw-shaped magnetic pole 12ma shown in FIG. 13 is different from the claw-shaped magnetic pole 12ma shown in FIG. 7 in the configuration of the first portion 12d1. The first portion 12d1 shown in FIG. 7 is formed to extend to the
図12,図13に示す第1部位12d1の構成によれば、図14に示すように、回転子12のポールコア12a,12bが回転方向Rに回転する際に、固定子巻線11aを冷却する冷却風Fを発生させることができる。よって、固定子巻線11aの温度を低減し、熱損失を減らせるので、出力を向上させることができる。
According to the configuration of the first portion 12d1 shown in FIGS. 12 and 13, the stator winding 11a is cooled when the
〔実施の形態3〕
実施の形態3は、図15を参照しながら説明する。図15は、図14に示すXV方向から見た周方向の展開図である。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、参考の形態1,2,実施の形態1,2で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に参考の形態1,2,実施の形態1,2と相違する点を説明する。
[Embodiment 3 ]
The third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a development view in the circumferential direction seen from the XV direction shown in FIG. For simplicity of illustration and description, unless otherwise specified, the same elements as those used in Reference Embodiments 1 and 2 and Embodiments 1 and 2 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Therefore, differences from the first and second embodiments , and the first and second embodiments will be mainly described.
図15に示す固定子11は、図1に示す固定子11の変形例である。図15に固定子巻線11aは、コイルエンド部CEの構成が図1に示す固定子巻線11aと相違する。図15に示す固定子巻線11aは、コイルエンド部CEをセグメントコンダクタSegにより形成する。セグメントコンダクタSegは、あるスロット11sから出て他のスロット11sに入るように曲げられる。セグメントコンダクタSegの相互間や、固定子鉄心11bに近い内部側に通風経路11cが形成される。
A
上述したように、固定子11はセグメントコンダクタSegによって通風経路11cが形成される。よって、図1に示す冷却ファン14や、図14に示す第1部位12d1によって冷却風Fが流れ易くなり、さらに冷却効果を高めることができる。
As described above, the
〔参考の形態3〕
参考の形態3は図16を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、参考の形態1,2,実施の形態1〜3で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に参考の形態1,2,実施の形態1〜3と相違する点を説明する。
[ Reference form 3 ]
Reference form 3 will be described with reference to FIG. For simplicity of illustration and description, unless otherwise specified, the same elements as those used in Reference Embodiments 1 and 2 and Embodiments 1 to 3 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Therefore, differences from the first and second embodiments and the first to third embodiments will be mainly described.
図16を参照しながら、周方向に隣り合う爪状磁極12maと爪状磁極12mbの構成例について説明する。以下では、参考の形態1(具体的には図4)の場合と同様に、爪状磁極12maを代表して説明する。なお、図16に示す軸方向中心位置CL4は、ティース11tの軸方向における中心線である。
A configuration example of the claw-shaped magnetic pole 12ma and the claw-shaped magnetic pole 12mb adjacent in the circumferential direction will be described with reference to FIG. Below, like the case of the reference form 1 (specifically FIG. 4), the claw-shaped magnetic pole 12ma will be described as a representative. Note that the axial center position CL4 shown in FIG. 16 is a center line in the axial direction of the
図16に示す爪状磁極12maは、径方向端部12c,第1部位12d1,根元部12eなどを有する。図4に示す爪状磁極12maとの相違は、次の2点である。第1に、軸方向の長さについて、爪状磁極12maの径方向端部12cと、ティース11tの先端部11teとを同じ長さにする点である。第2に、爪状磁極12maの先端面(図示する先端側で示す軸方向端面)と、ティース11tの軸方向端面11fとを一致させるように構成される点である。
A claw-shaped magnetic pole 12ma shown in FIG. 16 has a
上述した構成によれば、固定子11と回転子12との間で流れる磁束は、固定子11側の先端部11teと回転子12側の径方向端部12cに集約される。そのため、爪状磁極12mが長すぎることによる爪状磁極12m相互間の磁束漏れを防ぐことができるので、さらに出力を向上することができる。
According to the configuration described above, the magnetic flux flowing between the
図示を省略するが、図7,図9,図12,図13にそれぞれ示す爪状磁極12m(12ma,12mb)およびティース11tを、図16に示す爪状磁極12mおよびティース11tと同様に構成してもよい。このように構成しても、爪状磁極12m相互間の磁束漏れを防ぐことができ、さらに出力を向上することができる。
Although not shown, the claw-shaped
〔参考の形態4〕
参考の形態4は図17を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、参考の形態1〜3,実施の形態1〜3で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に参考の形態1〜3,実施の形態1〜3と相違する点を説明する。
[ Reference form 4 ]
Reference form 4 will be described with reference to FIG. For simplicity of illustration and description, unless otherwise specified, the same elements as those used in Reference Embodiments 1 to 3 and Embodiments 1 to 3 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Therefore, differences from the first to third embodiments and the first to third embodiments will be mainly described.
図17を参照しながら、周方向に隣り合う爪状磁極12maと爪状磁極12mbの構成例について説明する。 A configuration example of the claw-shaped magnetic pole 12ma and the claw-shaped magnetic pole 12mb adjacent in the circumferential direction will be described with reference to FIG.
図17に示す爪状磁極12ma,12mbは、いずれも径方向端部12c,第1部位12d1,根元部12eなどを有する。図4に示す爪状磁極12ma,12mbとの相違は、軸方向の長さに関する次の2点である。第1に、ティース11tの軸方向端面11f(図面上側)は、爪状磁極12mbの先端面(図面上側に先端側で示す軸方向端面)よりも軸方向距離D1だけ長くする。第2に、ティース11tの軸方向端面11f(図面下側)は、爪状磁極12maの先端面(図面下側に先端側で示す軸方向端面)よりも軸方向距離D2だけ長くする。軸方向距離D1,D2は任意に設定してよい。すなわち、0<D1<D2でもよく、D1=D2でもよく、D1>D2>0でもよい。
Each of the claw-shaped magnetic poles 12ma and 12mb shown in FIG. 17 has a
上述した構成によれば、爪状磁極12mの先端は、ティース11tの軸方向端面11fを含む固定子鉄心11bの内部に位置する。爪状磁極12mは軸方向の長さが短いので、爪状磁極12m相互間の磁束漏れを防ぐことができ、さらに出力が向上する。
According to the configuration described above, the tip of the claw-shaped
図示を省略するが、図7,図9,図12,図13にそれぞれ示す爪状磁極12m(12ma,12mb)およびティース11tを、図17に示す爪状磁極12mおよびティース11tと同様に構成してもよい。このように構成しても、爪状磁極12m相互間の磁束漏れを防ぐことができ、さらに出力を向上することができる。
Although not shown, the claw-shaped
〔他の参考形態,他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態1〜3に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。
[ Other reference forms, other embodiments]
In the above, although the form for implementing this invention was demonstrated according to Embodiment 1-3 , this invention is not limited to the said form at all. In other words, various forms can be implemented without departing from the scope of the present invention. For example, the following forms may be realized.
上述した参考の形態1〜4,実施の形態1〜3では、フロントハウジング13Fやリアハウジング13Rなどを有するハウジング13を適用する構成とした(図1を参照)。この形態に代えて、図18に示すように、フロントハウジング13Fとリアハウジング13Rを一体化した一体ハウジング13FRを用いたハウジング13を適用する構成としてもよい。ハウジング13の構成が相違するに過ぎないので、参考の形態1〜4,実施の形態1〜3と同様の作用効果が得られる。
In Reference Embodiments 1 to 4 and Embodiments 1 to 3 described above, the
上述した参考の形態1〜4,実施の形態1〜3では、セミクローズドスロット型の固定子鉄心11bを適用する構成とした(図1を参照)。この形態に代えて、図19に示すように、オープンスロット型の固定子鉄心11bを適用する構成としてもよい。スロット11sの構成が相違するに過ぎないので、参考の形態1〜4,実施の形態1〜3と同様の作用効果が得られる。
In Reference Embodiments 1 to 4 and Embodiments 1 to 3 described above, a semi-closed slot
上述した参考の形態1〜4,実施の形態1〜3では、U字状溝12au,12buを備えるポールコア12a,12bを適用する構成とした(図1を参照)。この形態に代えて、図20に示すように、U字状溝12au,12buを備えないポールコア12a,12bを適用する構成としてもよい。ポールコア12aと爪状磁極12mbの間や、ポールコア12bと爪状磁極12maの間において、それぞれ磁束漏れが発生しない程度に離れている場合に有効である。ポールコア12a,12bの構成が相違するに過ぎないので、参考の形態1〜4,実施の形態1〜3と同様の作用効果が得られる。
In the reference embodiments 1 to 4 and the embodiments 1 to 3 described above, the
上述した参考の形態1〜4,実施の形態1〜3では、爪状磁極12maと爪状磁極12mbとの中心である磁極間中心位置CL1が軸方向と一致する構成とした(図4,図7,図9,図12,図13,図16,図17を参照)。この形態に代えて、磁極間中心位置CL1が軸方向と交差する方向(斜行方向)に構成してもよい。例えば、図21,図22に示す爪状磁極12maと爪状磁極12mbが該当する。図21は図3の変形例に対応し、図22は図4の変形例に対応する。ティース11tの先端部11teは、図22に示すように平行四辺形状に形成してもよく、図4に示すように長方形状に形成してもよい。また、爪状磁極12mの形状は、周方向距離τが3δ≦τ≦15δの範囲内にあり、幅比率Lrが0.20≦L1/L2≦0.71の範囲内にある限りにおいて自在に設定してよい。例えば、鋸波状や歯車形状などが該当する。図示を省略するが、図20に示すように、U字状溝12au,12buを備えないポールコア12a,12bとしてもよい。爪状磁極12mの形状が相違するに過ぎないので、参考の形態1〜4,実施の形態1〜3と同様の作用効果が得られる。
In Reference Embodiments 1 to 4 and Embodiments 1 to 3 described above, the center position CL1 between the magnetic poles, which is the center of the claw-shaped magnetic pole 12ma and the claw-shaped magnetic pole 12mb, coincides with the axial direction (FIGS. 4 and 4). 7, see FIG. 9, FIG. 12, FIG. 13, FIG. 16, and FIG. Instead of this form, the center position CL1 between the magnetic poles may be configured in a direction (skew direction) intersecting the axial direction. For example, the claw-shaped magnetic pole 12ma and the claw-shaped magnetic pole 12mb shown in FIGS. 21 corresponds to the modification of FIG. 3, and FIG. 22 corresponds to the modification of FIG. The tip 11te of the
上述した参考の形態1〜4,実施の形態1〜3では、回転電機10にインナーロータ型の発電機を適用する構成とした(図1を参照)。この形態に代えて、インナーロータ型の電動機や電動発電機を適用する構成としてもよく、アウターロータ型の発電機,電動機,電動発電機を適用する構成としてもよい。アウターロータ型では、固定子11を内径側に配置し、回転子12を外径側に配置する。回転電機10の機能が相違したり、固定子11と回転子12の配置が相違したりするに過ぎないので、参考の形態1〜4,実施の形態1〜3と同様の作用効果が得られる。なお図5,図6,図11において、電動発電機の発電機能の場合における出力は、発電出力(すなわち電力出力)になる。また、電動機や、電動発電機の電動機能の場合における出力は、トルクになる。
In Reference Embodiments 1 to 4 and Embodiments 1 to 3 described above, an inner rotor type generator is applied to the rotating electrical machine 10 (see FIG. 1). Instead of this form, an inner rotor type electric motor or motor generator may be applied, or an outer rotor type electric generator, electric motor, or motor generator may be applied. In the outer rotor type, the
上述した参考の形態1〜4,実施の形態1〜3では、ハウジング13に冷却風吸入孔13bおよび冷却風吐出孔13aを設け、冷却ファン14や第1部位12d1によって冷却風Fで冷却する空冷構成とした(図1,図14を参照)。この形態に代えて、冷却水を導入する冷却水導入口と、冷却水を排出する冷却水排出口をハウジング13に設け、導入される冷却水を冷却ファン14や第1部位12d1で飛散させて冷却する水冷構成としてもよい。空冷か水冷かの相違に過ぎないので、参考の形態1〜4,実施の形態1〜3と同様の作用効果が得られる。
In Reference Embodiments 1 to 4 and Embodiments 1 to 3 described above, the cooling
上述した参考の形態1〜4,実施の形態1〜3では、爪状磁極12m(12ma,12mb)を軟磁性体で成形する構成とした(図3,図21を参照)。この形態に代えて、爪状磁極12mをN極またはS極で磁化された磁石で成形する構成としてもよく、軟磁性材と磁石を組み合わせて構成してもよい。起磁力源の相違に過ぎないので、参考の形態1〜4,実施の形態1〜3と同様の作用効果が得られる。なお、爪状磁極12mが起磁力源になるので、界磁コイル16は不要になる。界磁コイル16が不要となる分だけ、爪状磁極12mを大きく成形することができるので、発生磁束を増加させることができる。
In Reference Embodiments 1 to 4 and Embodiments 1 to 3 described above, the claw-shaped
10 回転電機(車両用回転電機)
11 固定子(ステータ)
12 回転子(ロータ)
12a,12b ポールコア
12d エアギャップ拡大部
12d1 第1部位
12d2 第2部位
12m(12ma,12mb) 爪状磁極
10 Rotating electric machine (Rotating electric machine for vehicles)
11 Stator
12 Rotor
12a,
Claims (6)
それぞれ先細り状の爪状磁極(12m,12ma,12mb)が周方向に所定ピッチで設けられ、前記爪状磁極を噛み合わせるように対向させてシャフトに固定され、前記爪状磁極の径方向端部(12c)と前記ティースの先端部との間にエアギャップ(G)を有するように設けられた一対のポールコア(12a,12b)、および、前記爪状磁極に覆われるように設けられた界磁コイルを有する回転子(12)とを備えた車両用回転電機(10)において、
前記爪状磁極のそれぞれは、
前記ティースの先端部に対して前記エアギャップよりも大きなエアギャップを有するエアギャップ拡大部(12d)が前記径方向端部の周方向位置に設けられた周方向両側部の少なくとも一部に形成され、
径方向から見て、周方向に隣り合う前記爪状磁極どうしの中心である磁極間中心位置(CL1)と前記ティースの先端部の中心であるティース中心位置(CL2)とが一致するとき、前記ティースの先端部が、隣り合う前記爪状磁極のそれぞれの前記径方向端部に重ならず、かつ、周方向に隣り合う前記爪状磁極のそれぞれの前記エアギャップ拡大部の少なくとも一部に重なるように構成され、
前記径方向端部と前記ティースの先端部との周方向距離をτとし、前記エアギャップをδとするとき、3δ≦τ≦15δの範囲内で形成され、
端面爪先端幅をL1とし、端面爪根元幅をL2とするとき、0.20≦L1/L2≦0.71の範囲内で形成され、
前記エアギャップ拡大部は、
前記爪状磁極の先端部よりも根元側の所定位置から軸方向に延び、前記爪状磁極を前記軸方向から見た時に前記爪状磁極の中心軸(CL3)との成す角度がαとなる第1部位(12d1)と、
前記爪状磁極の先端部から前記軸方向に延び、前記角度がβとなる第2部位(12d2)と、
を有し、
前記第1部位と前記第2部位は、α<βとなるように形成されることを特徴とする車両用回転電機。 A stator core (11b) having a slot (11s) provided with a plurality of teeth (11t) extending in the radial direction at intervals in the circumferential direction, and a stator winding (11a) incorporated in the slot. A stator (11);
Tapered claw-shaped magnetic poles (12 m, 12 ma, 12 mb) are provided at a predetermined pitch in the circumferential direction, are opposed to the claw-shaped magnetic poles so as to mesh with each other, and are fixed to the shaft. (12c) and a pair of pole cores (12a, 12b) provided so as to have an air gap (G) between the tooth tips and a field provided so as to be covered by the claw-shaped magnetic poles In the rotating electrical machine for a vehicle (10) provided with the rotor (12) having a coil,
Each of the claw-shaped magnetic poles
An air gap enlarged portion (12d) having an air gap larger than the air gap with respect to the tip end portion of the teeth is formed on at least a part of both sides in the circumferential direction provided at the circumferential position of the radial end portion. ,
When viewed from the radial direction, when the center position (CL1) between the magnetic poles that are the centers of the claw-shaped magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction coincides with the center position of the teeth (CL2) that is the center of the tip of the teeth, The tip of the tooth does not overlap the radial end of each of the adjacent claw-shaped magnetic poles, and overlaps at least a part of the air gap enlarged portion of each of the claw-shaped magnetic poles adjacent in the circumferential direction. Configured as
When the circumferential distance between the radial end portion and the tip end portion of the tooth is τ and the air gap is δ, it is formed within the range of 3δ ≦ τ ≦ 15δ,
When the end surface nail tip width is L1, and the end surface nail root width is L2, the width is 0.20 ≦ L1 / L2 ≦ 0.71.
The air gap enlarged portion is
The angle formed with the central axis (CL3) of the claw-shaped magnetic pole is α when the claw-shaped magnetic pole extends in the axial direction from a predetermined position on the base side of the tip of the claw-shaped magnetic pole and the claw-shaped magnetic pole is viewed from the axial direction. A first part (12d1);
A second portion (12d2) extending in the axial direction from the tip of the claw-shaped magnetic pole and having the angle β;
Have
The rotating electrical machine for a vehicle according to claim 1, wherein the first part and the second part are formed such that α <β.
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