JP6641966B2

JP6641966B2 - Rotating electric machine

Info

Publication number: JP6641966B2
Application number: JP2015244388A
Authority: JP
Inventors: 聡今盛; 光一郎折田
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2015-12-15
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2020-02-05
Anticipated expiration: 2035-12-15
Also published as: CN106953432A; CN106953432B; JP2017112693A

Description

本開示は、回転電機に関し、特にトルク密度を高めるとともにコギングトルクを低減する技術に関する。 The present disclosure relates to a rotating electric machine, and particularly to a technique for increasing a torque density and reducing a cogging torque.

半導体製造装置や金属加工機などに用いられる回転電機は、設置可能領域の制限などから小型であることが要求される。さらに、このような回転電機は、精密な回転制御を行うために、高い制御性が求められている。
回転電機を小型化するためには、例えば、ネオジ焼結磁石などの残留磁束密度の高い永久磁石を回転子に用いることで実現することができる。しかし、このような残留磁束密度の高い永久磁石を用いた回転電機は、永久磁石と固定子コアとの相互作用によって、無通電時においてもコギングトルクと呼ばれる一種のトルク脈動が発生し、通電時の制御性に大きな影響を及ぼすことが知られている。 A rotating electric machine used in a semiconductor manufacturing apparatus, a metal working machine, or the like is required to be small in size due to restrictions on an installable area. Further, such a rotating electric machine is required to have high controllability in order to perform precise rotation control.
In order to reduce the size of the rotating electric machine, for example, a permanent magnet having a high residual magnetic flux density such as a neodymium sintered magnet can be used for the rotor. However, in a rotating electric machine using a permanent magnet having a high residual magnetic flux density, a kind of torque pulsation called cogging torque occurs even when no electricity is supplied due to the interaction between the permanent magnet and the stator core, and the Is known to have a significant effect on the controllability of the vehicle.

また、回転電機の小型化のためのもう１つの施策として、固定子コアに施される巻線の占積率を高めることが挙げられる。この場合、巻線の占積率を高めることでスロットにより多くの電流を流すことができるようになるためトルク密度が向上し、小型化が可能となる。巻数を増やして巻線の占積率を高めるためには、スロットの外周はなるべく平面などのシンプルな要素で構成されることが好ましい（例えば、特許文献１）。 Another measure for reducing the size of the rotating electric machine is to increase the space factor of windings applied to the stator core. In this case, by increasing the space factor of the windings, more current can flow through the slot, so that the torque density is improved and the size can be reduced. In order to increase the space factor of the windings by increasing the number of turns, it is preferable that the outer periphery of the slot is formed of a simple element such as a flat surface as much as possible (for example, Patent Document 1).

特開２０１４−２３６５７６号公報JP 2014-236576 A

ところで、回転電機をより小型化にするためには、上述の回転子に残留磁束密度の高い永久磁石を用いる施策、及び巻線の占積率を高めるためにスロットの外周を平面にする施策の２つの施策を同時に用いることが考えられる。しかし、これら２つの施策を同時に施した場合、コギングトルクが増大し、回転電機の制御性が大きく悪化することを本発明者らは知見した。
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、トルク密度の向上による小型化と、コギングトルクの低減による制御性の向上とを両立させることができる回転電機を提供することを目的としている。 By the way, in order to further reduce the size of the rotating electric machine, there are measures to use a permanent magnet having a high residual magnetic flux density in the rotor and measures to make the outer periphery of the slot flat to increase the space factor of the winding. It is possible to use two measures at the same time. However, the present inventors have found that, when these two measures are taken at the same time, the cogging torque increases and the controllability of the rotating electric machine is greatly deteriorated.
In view of the above, the present invention has been made in view of the above problems, and provides a rotating electric machine that can achieve both miniaturization by improving torque density and controllability by reducing cogging torque. It is an object.

本発明の一態様によれば、永久磁石を有する回転子と、上記回転子を周方向に囲む環状のヨーク部と、上記ヨーク部の内周面から上記ヨーク部の径方向の内方に突出する複数のティース部とを含む固定子コアを有する固定子とを備え、上記ヨーク部は、上記複数のティース部間に形成されるスロットのうち少なくとも１つのスロットにおいて、上記ヨーク部の上記径方向の厚みが最も薄い箇所を含む外周面の領域に、上記径方向の外方に突出し、磁路を形成する少なくとも１つの磁路拡張凸部を有し、上記固定子は、上記固定子コアを覆うモールド部を有し、上記スロットの数は、１２ｎ（ｎは１以上の自然数）であり、上記モールド部は、上記固定コアの軸方向に垂直な断面の外周形状が方形であり、上記モールド部の外周面と上記磁路拡張凸部との距離が最小となる位置関係を避けて設けられることを特徴とする回転電機が提供される。 According to one aspect of the present invention, a rotor having a permanent magnet, an annular yoke portion surrounding the rotor in the circumferential direction, and projecting radially inward of the yoke portion from an inner peripheral surface of the yoke portion. And a stator having a stator core including a plurality of teeth portions, wherein the yoke portion is disposed in at least one of the slots formed between the plurality of teeth portions in the radial direction of the yoke portion. the thickness in the region of the outer peripheral surface including the thinnest portion protrudes outside of the radial direction, have at least one magnetic path extension protrusion forms a magnetic path, said stator, said stator core A mold portion for covering, wherein the number of the slots is 12n (n is a natural number of 1 or more); the mold portion has a rectangular outer peripheral shape in a cross section perpendicular to the axial direction of the fixed core; And the above magnetic path expansion Rotating electric machine the distance between the convex portion and said Rukoto provided to avoid the positional relationship that minimizes the is provided.

本発明の一態様によれば、トルク密度の向上による小型化と、コギングトルクの低減による制御性の向上とを両立させることができる回転電機を提供することができる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a rotating electric machine that can achieve both downsizing by improving torque density and improving controllability by reducing cogging torque.

本発明の第１実施形態に係る回転電機を示す断面図である。It is a sectional view showing the rotary electric machine concerning a 1st embodiment of the present invention. 従来の回転電機を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional rotary electric machine. 実施例及び比較例における無負荷の状態において、ヨーク部の厚みが最も薄い箇所での最大磁束密度を示すグラフである。It is a graph which shows the maximum magnetic flux density in the place where the thickness of the yoke part is the thinnest in the state of no load in an Example and a comparative example. 実施例及び比較例におけるコギングトルク波形の解析結果を示すグラフである。6 is a graph showing an analysis result of a cogging torque waveform in an example and a comparative example. 本発明の第２実施形態に係る回転電機を示す断面図である。It is a sectional view showing the rotary electric machine concerning a 2nd embodiment of the present invention.

以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかであろう。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
はじめに、本発明の説明に先立ち、本発明者らが知見した上記のコギングトルクの増大について詳細に説明する。図２には、従来の回転電機１ａの断面図を示す。図２に示す回転電機１ａは、６極９スロットの表面磁石形回転電機であり、固定子２ａと、回転子３ａとを備える。 In the following detailed description, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of embodiments of the present invention. It will be apparent, however, that one or more embodiments may be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures and devices are schematically illustrated in order to simplify the drawings.
First, prior to the description of the present invention, the above-described increase in cogging torque found by the present inventors will be described in detail. FIG. 2 shows a cross-sectional view of a conventional rotating electric machine 1a. The rotating electric machine 1a shown in FIG. 2 is a 6-pole, 9-slot surface magnet type rotating electric machine, and includes a stator 2a and a rotor 3a.

固定子２ａは、固定子コア２１ａと、巻線２２ａと、モールド部２３ａとを有する。固定子コア２１ａは、図２に示す軸方向に垂直な平面において、略環状のヨーク部２１１ａと、ヨーク部２１１ａの内周面からヨーク部２１１ａの径方向内方に延在する９個のティース部２１２ａとからなる。固定子コア２１ａは、例えば、打ち抜いた電磁鋼板を軸方向に積層させて、カシメや溶接などを用いて固定することで製造される。巻線２２ａは、エナメル線などであり、固定子コア２１ａの各ティース部２１２ａにそれぞれ巻かれる。モールド部２３ａは、固定子コア２１ａを覆って形成される樹脂を含む部材であり、固定子コア２１ａの軸方向に垂直な断面において方形の外周形状を有する。また、固定子２ａは、９個のティース部２１２ａによって、巻線２２ａを巻くための溝である９個のスロット２４ａがヨーク部２１１ａの内側に形成される。 The stator 2a has a stator core 21a, a winding 22a, and a molded part 23a. The stator core 21a has a substantially annular yoke portion 211a and nine teeth extending from the inner peripheral surface of the yoke portion 211a radially inward of the yoke portion 211a on a plane perpendicular to the axial direction shown in FIG. And a part 212a. The stator core 21a is manufactured, for example, by laminating punched electromagnetic steel sheets in the axial direction and fixing them by caulking or welding. The winding 22a is an enameled wire or the like, and is wound around each tooth portion 212a of the stator core 21a. The mold portion 23a is a member including resin formed to cover the stator core 21a, and has a rectangular outer peripheral shape in a cross section perpendicular to the axial direction of the stator core 21a. Further, in the stator 2a, nine slots 24a, which are grooves for winding the winding 22a, are formed inside the yoke 211a by the nine teeth 212a.

回転子３ａは、シャフト３１ａと、回転子コア３２ａと、６個の永久磁石３３ａとを有する。シャフト３１ａは、回転子３ａの回転軸となる部材である。回転子コア３２ａは、固定子コア２１ａと同様に、打ち抜いた電磁鋼板を軸方向に積層して構成される。６個の永久磁石３３ａは、ネオジ焼結磁石、ネオジボンド磁石、フェライト磁石などの永久磁石である。６個の永久磁石３３ａは、回転子３ａの軸方向に垂直な平面においてリング形状を有し、外周多極に着磁されることで外周面に６つの極を作り出している。 The rotor 3a has a shaft 31a, a rotor core 32a, and six permanent magnets 33a. The shaft 31a is a member serving as a rotation axis of the rotor 3a. The rotor core 32a, like the stator core 21a, is formed by laminating stamped electromagnetic steel plates in the axial direction. The six permanent magnets 33a are permanent magnets such as a neodymium sintered magnet, a neodymium bonded magnet, and a ferrite magnet. The six permanent magnets 33a have a ring shape on a plane perpendicular to the axial direction of the rotor 3a, and are magnetized into multiple poles on the outer periphery to create six poles on the outer peripheral surface.

上記構成の回転電機１ａは、スロット２４ａの外周面であるヨーク部２１１ａの内周面のティース部２１２ａを含む領域が、軸方向に垂直な平面において軸心を中心とした弦状に形成される。つまり、ヨーク部２１１ａの内周面は、ティース部２１２ａの根本部分と直角に接続する平面を有する。また、ティース部２１２ａの根元部分に接続された平面は、隣接する他のティース部２１２ａの根元に接続された平面と、この２つのティース部２１２ａの中間位置におけるヨーク部２１１ａの外周の接線と平行な平面を介して接続される。このように、スロット２４ａの外周部分が平面を中心として構成されることで、巻線２２ａの占積率を高めることができる。回転電機１ａでは、このような形状を有することで、導線を整列させて高密度に巻線２２ａを施すことが可能となる。図２に示す従来の回転電機１ａに対する磁界解析を用いたコギングトルクの解析結果を図３の破線（従来例）で示す。図３では、定格トルクの値を１００％として規格化した。コギングトルクのｐ−ｐ（ｐｅａｋｔｏｐｅａｋ）値は、定格トルクの１２％程度にも達しており、従来の回転電機１では占積率の向上により高密度化はできているものの、非常に制御性が悪いことが確認できた。このように、コギングトルクが大きい原因は、磁束の飽和から説明することができる。図２の破線領域で示す、無負荷の状態においてヨーク部２１１ａの径方向の厚みが最も薄い箇所における最大磁束密度を図４の従来例に示す。図４に示すように、従来の回転電機１ａの場合、磁束密度が１．８Ｔを大きく超えていることから、ヨーク部２１１ａの径方向の厚みが最も薄い箇所において、磁気エネルギー脈動が増加することでコギングトルクが増加しているものと推測された。以上のように、本発明者らは、従来の回転電機１ａにおいて、小型化、すなわちトルク密度の向上を図った場合に、コギングトルクが増大し、制御性が大きく悪化してしまう可能性があることを突き止め、本発明をするに至った。 In the rotating electric machine 1a having the above configuration, a region including the teeth portion 212a on the inner peripheral surface of the yoke portion 211a, which is the outer peripheral surface of the slot 24a, is formed in a chord shape centered on the axis on a plane perpendicular to the axial direction. . That is, the inner peripheral surface of the yoke portion 211a has a plane that is perpendicularly connected to the root portion of the tooth portion 212a. The plane connected to the root of the tooth part 212a is parallel to the plane connected to the root of another adjacent tooth part 212a and the tangent to the outer periphery of the yoke part 211a at an intermediate position between the two tooth parts 212a. Are connected via a simple plane. Since the outer peripheral portion of the slot 24a is formed around the plane as described above, the space factor of the winding 22a can be increased. In the rotating electrical machine 1a, by having such a shape, it is possible to align the conductive wires and apply the windings 22a at a high density. An analysis result of cogging torque using magnetic field analysis for the conventional rotating electric machine 1a shown in FIG. 2 is shown by a broken line (conventional example) in FIG. In FIG. 3, the value of the rated torque is standardized as 100%. The peak-to-peak (c-p) value of the cogging torque has reached about 12% of the rated torque. In the conventional rotary electric machine 1, although the density can be increased by improving the space factor, it is very controlled. The badness was confirmed. As described above, the reason why the cogging torque is large can be explained by the saturation of the magnetic flux. FIG. 4 shows the conventional example of the maximum magnetic flux density at the portion where the radial thickness of the yoke portion 211a is the thinnest in the no-load state, as indicated by the broken line region in FIG. As shown in FIG. 4, in the case of the conventional rotating electrical machine 1a, since the magnetic flux density greatly exceeds 1.8T, the magnetic energy pulsation increases at the portion where the radial thickness of the yoke portion 211a is the smallest. It was presumed that the cogging torque increased. As described above, the present inventors have found that in the conventional rotating electric machine 1a, when downsizing, that is, improving the torque density, the cogging torque increases, and the controllability may be greatly deteriorated. As a result, the present invention has been made.

＜第１実施形態＞
図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る回転電機１について説明する。第１実施形態に係る回転電機１は、図１に示すように、６極９スロットの表面磁石形回転電機であり、固定子２と、回転子３とを備える。
固定子２は、固定子コア２１と、巻線２２と、モールド部２３とを有する。 <First embodiment>
A rotary electric machine 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the rotating electric machine 1 according to the first embodiment is a surface magnet type rotating electric machine having 6 poles and 9 slots, and includes a stator 2 and a rotor 3.
The stator 2 has a stator core 21, a winding 22, and a molded part 23.

固定子コア２１は、図１に示す軸方向に垂直な平面において、ヨーク部２１１と、９個のティース部２１２と、９個の磁路拡張凸部２１３とからなる。ヨーク部２１１及びティース部２１２は、図２に示す従来の回転電機１ａと同様な形状を有する。また、ヨーク部２１１の内側には、９個のティース部２１２によって９個のスロット２４が形成される。９個の磁路拡張凸部２１３は、各スロット２４におけるヨーク部２１１の径方向の厚みが最も薄い箇所を含むヨーク部２１１の外周面の領域に、径方向の外方に突出してそれぞれ形成され、固定子コア２１において磁路を形成する。また、９個の磁路拡張凸部２１３は、同一の形状であり、ヨーク部２１１の外周面に、固定子２の軸方向の全長にわたって形成される。固定子コア２１は、例えば、打ち抜いた電磁鋼板を積層させて、カシメや溶接などを用いて積層方向に固定することで製造される。また、固定子コア２１は、各スロット２４の回転子３側が非解放に形成された閉スロット構造を有している。 The stator core 21 includes a yoke 211, nine teeth 212, and nine magnetic path extending protrusions 213 on a plane perpendicular to the axial direction shown in FIG. 1. The yoke 211 and the teeth 212 have the same shape as the conventional rotary electric machine 1a shown in FIG. Nine slots 24 are formed by the nine teeth 212 inside the yoke 211. The nine magnetic path expansion projections 213 are formed in the respective slots 24 so as to protrude radially outward in a region of the outer peripheral surface of the yoke portion 211 including a portion where the radial thickness of the yoke portion 211 is thinnest. , A magnetic path is formed in the stator core 21. The nine magnetic path expansion protrusions 213 have the same shape and are formed on the outer peripheral surface of the yoke 211 over the entire length of the stator 2 in the axial direction. The stator core 21 is manufactured, for example, by laminating stamped electromagnetic steel sheets and fixing them in the laminating direction using caulking or welding. In addition, the stator core 21 has a closed slot structure in which the rotor 3 side of each slot 24 is not released.

巻線２２は、エナメル線などであり、固定子コア２１の各ティース部２１２にそれぞれ巻かれる。
モールド部２３は、固定子コア２１ａを覆って形成される樹脂を含む部材であり、固定子コア２１ａの軸方向に垂直な断面において方形の外周形状を有する。
また、固定子コア２１は、閉スロット構造を有しているため、ヨーク部２１１とティース部２１２とを分割して加工し、ティース部２１２に巻線２２を施した後に、焼きばめによってヨーク部２１１とティース部２１２とを結合させることで形成されることが好ましい。この場合、例えば、図１に示すような略環状の一体形状で電磁鋼板を打ち抜き、打ち抜いた部材をさらに積層させることでヨーク部２１１が成形される。また、図１に示すような複数のティース部２１２が放射状に形成された一体形状で電磁鋼板を打ち抜き、打ち抜いた部材をさらに積層させることでティース部２１２が成形される。さらに、磁路拡張凸部２１３は、電磁鋼板を打ち抜いてヨーク部２１１を成形する際に、ヨーク部２１１にはじめから形成されていてもよく、ヨーク部２１１などの他のコア部材とは別に用意され、後から接着剤などによってヨーク部２１１に結合されてもよい。そして、巻線２２が施された固定子コア２１は、樹脂などでモールド成型されることで、モールド部２３が形成された固定子２が完成する。 The winding 22 is an enamel wire or the like, and is wound around each of the teeth 212 of the stator core 21.
The mold portion 23 is a member including resin formed to cover the stator core 21a, and has a rectangular outer peripheral shape in a cross section perpendicular to the axial direction of the stator core 21a.
Further, since the stator core 21 has a closed slot structure, the yoke portion 211 and the teeth portion 212 are divided and processed, the windings 22 are applied to the teeth portion 212, and the yoke portion is shrink-fitted. It is preferably formed by joining the part 211 and the teeth part 212. In this case, for example, the yoke 211 is formed by punching out an electromagnetic steel plate in a substantially annular integrated shape as shown in FIG. 1 and further laminating the punched out members. Further, the teeth 212 are formed by punching out an electromagnetic steel sheet in an integral shape in which a plurality of teeth 212 as shown in FIG. 1 are formed radially, and further laminating the punched members. Further, the magnetic path expanding convex portion 213 may be formed from the beginning on the yoke portion 211 when the yoke portion 211 is formed by punching out an electromagnetic steel plate, and is prepared separately from other core members such as the yoke portion 211. Then, it may be later connected to the yoke part 211 by an adhesive or the like. Then, the stator core 21 on which the windings 22 are formed is molded with a resin or the like, whereby the stator 2 having the molded portion 23 is completed.

回転子３は、従来の回転電機１ａと同様な構成であり、シャフト３１と、回転子コア３２と、６個の永久磁石３３とを有する。シャフト３１は、回転子３の回転軸となる部材である。回転子コア３２は、固定子コア２１と同様に、打ち抜いた電磁鋼板を用いて構成される。６個の永久磁石３３は、ネオジ焼結磁石、ネオジボンド磁石、フェライト磁石などの永久磁石であり、用途に応じて様々なものから選択が可能である。永久磁石３３は、回転子３の軸方向に垂直な平面においてリング形状を有し、着磁によって６つの極をそれぞれ作り出している。 The rotor 3 has a configuration similar to that of the conventional rotary electric machine 1 a, and includes a shaft 31, a rotor core 32, and six permanent magnets 33. The shaft 31 is a member serving as a rotation axis of the rotor 3. The rotor core 32 is configured using a stamped electromagnetic steel sheet, similarly to the stator core 21. The six permanent magnets 33 are permanent magnets such as neodymium sintered magnets, neodymium bonded magnets, and ferrite magnets, and can be selected from various magnets according to applications. The permanent magnet 33 has a ring shape on a plane perpendicular to the axial direction of the rotor 3, and creates six poles by magnetization.

回転電機１は、上記構成の固定子２が回転子３を周方向に囲むように組み合わされることで製造される。
上記構成の回転電機１は、ヨーク部２１１の外周面に磁路拡張凸部２１３が形成されているため、例えば図１の破線で示すヨーク部２１１の径方向の厚みが最も薄い箇所について、従来の回転電機１ａに比べ固定子２としての厚みを厚くすることができる。このため、無負荷の状態において、該領域での最大磁束密度を小さくすることができ、コギングトルクを大幅に低減することができる。 The rotating electric machine 1 is manufactured by combining the stator 2 having the above configuration so as to surround the rotor 3 in the circumferential direction.
In the rotating electric machine 1 having the above-described configuration, since the magnetic path expanding convex portion 213 is formed on the outer peripheral surface of the yoke portion 211, for example, the portion where the radial thickness of the yoke portion 211 shown by the broken line in FIG. The thickness as the stator 2 can be made thicker than the rotating electric machine 1a. For this reason, in a no-load state, the maximum magnetic flux density in the region can be reduced, and the cogging torque can be significantly reduced.

ここで、発明者らは、実施例として、図１に示す第１実施形態に係る回転電機１について、従来例と同様に磁界解析を用いてコギングトルクの解析を行った。実施例では、磁路拡張凸部２１３の有無以外については、従来例と同一の条件とした。図３の実線に、実施例におけるコギングトルクの解析結果を示す。図３に示すように、実施例では、コギングトルクのｐ−ｐ値が定格トルクの３％程度と従来例に比べ大幅に低減することが確認できた。また、図１の破線領域で示すヨーク部２１１の厚みが最も薄い箇所における、無負荷の状態での最大磁束密度の解析結果を図４に示す。図４に示すように、磁路拡張凸部２１３を設けることで、実施例では、従来例で発生していたヨーク部２１１の飽和が大きく解消されていることが確認できた。さらに、実施例では、磁路拡張凸部２１３を設けた場合においても、通電時の定常トルクに悪影響を及ぼすことがないことを確認した。 Here, as examples, the inventors analyzed the cogging torque of the rotating electric machine 1 according to the first embodiment shown in FIG. 1 by using the magnetic field analysis as in the conventional example. In the example, the same conditions as in the conventional example were used except for the presence or absence of the magnetic path expanding convex portion 213. The solid line in FIG. 3 shows an analysis result of the cogging torque in the example. As shown in FIG. 3, in the example, it was confirmed that the pp value of the cogging torque was about 3% of the rated torque, which was significantly reduced as compared with the conventional example. FIG. 4 shows an analysis result of the maximum magnetic flux density in a no-load state at a place where the thickness of the yoke portion 211 is the thinnest indicated by the broken line region in FIG. As shown in FIG. 4, by providing the magnetic path expanding convex portion 213, in the example, it was confirmed that the saturation of the yoke portion 211 which occurred in the conventional example was largely eliminated. Furthermore, in the example, it was confirmed that even when the magnetic path expanding convex portion 213 was provided, the steady torque during energization was not adversely affected.

＜第２実施形態＞
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態に係る回転電機１について説明する。第２実施形態に係る回転電機１は、図５に示すように、８極１２スロットの表面磁石形回転電機あり、固定子２と、回転子３とを備える。
固定子２は、第１実施形態と同様に、固定子コア２１と、巻線２２と、モールド部２３とを有する。固定子コア２１は、図５に示す軸方向に垂直な平面において、ヨーク部２１１と、１２個のティース部２１２と、１２個の磁路拡張凸部２１３とからなる。ヨーク部２１１、ティース部２１２及び磁路拡張凸部２１３の構成等は、第１実施形態と同様である。巻線２２及びモールド部２３についても第１実施形態と同様な構成となる。 <Second embodiment>
Next, a rotary electric machine 1 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, the rotating electric machine 1 according to the second embodiment is a surface magnet type rotating electric machine having eight poles and twelve slots, and includes a stator 2 and a rotor 3.
The stator 2 has a stator core 21, a winding 22, and a mold part 23, as in the first embodiment. The stator core 21 includes a yoke 211, twelve teeth 212, and twelve magnetic path expansion protrusions 213 on a plane perpendicular to the axial direction shown in FIG. 5. The configurations and the like of the yoke portion 211, the teeth portion 212, and the magnetic path expanding convex portion 213 are the same as those of the first embodiment. The winding 22 and the mold part 23 have the same configuration as that of the first embodiment.

また、固定子２は、図５に示すように、方形形状のモールド部２３の外周面に対して、該外周面に最も近くに配される磁路拡張凸部２１３との距離が最小となる位置関係を避けた位置でモールド成型が行われる。つまり、固定子２は、固定子２の中心軸に垂直な平面において、該中心軸を中心に対向して配される６組１２個の磁路拡張凸部２１３について、対向する磁路拡張凸部２１３同士を結ぶ直線がモールド部２３の外周面に対して垂直に交わらないように配される。より好ましくは、固定子２は、モールド部２３の外周面と、該外周面に最も近くに配される磁路拡張凸部２１３との距離が最大となる位置関係でモールド成型が行われる。 In addition, as shown in FIG. 5, the stator 2 has a minimum distance between the outer peripheral surface of the rectangular mold portion 23 and the magnetic path expanding convex portion 213 disposed closest to the outer peripheral surface. Molding is performed at a position avoiding the positional relationship. That is, the stator 2 is configured such that, on a plane perpendicular to the center axis of the stator 2, the six sets of 12 magnetic path expansion protrusions 213 arranged facing each other with respect to the center axis are opposed to each other. The straight lines connecting the parts 213 are arranged so as not to intersect perpendicularly with the outer peripheral surface of the mold part 23. More preferably, the stator 2 is molded in such a manner that the distance between the outer peripheral surface of the mold portion 23 and the magnetic path expanding convex portion 213 disposed closest to the outer peripheral surface is maximized.

固定子２における磁路拡張凸部２１３の配置を上記のようにすることで、磁路拡張凸部２１３を設けたとしても、固定子２の外寸（図５の紙面に対する上下方向及び左右方向の大きさ）を大きくすることなく、モールド部２３の十分な厚みを確保することができる。もしくは、固定子２の外寸を大きくする必要があったとしても、最低限の拡張で済ませることができる。これに対して、モールド部２３の外周面と磁路拡張凸部２１３との距離が最小となるように配した場合、磁路拡張凸部２１３の存在によってモールド部２３の厚みを確保するために、固定子２の外寸を大きくせざるを得なくなる。このように固定子２の外辺であるモールド部２３の外周面と磁路拡張凸部２１３との距離が最小とならないように配置することができるのは、モールド部２３の外周面が軸方向に垂直な平面において４辺からなり、スロット２４の数が４の倍数であるためである。また、３層の巻線２２を施すためにはスロット２４の数は３の倍数である必要があるため、スロット２４の数を１２ｎ（ｎは１以上の自然数）個とすることで、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
回転子３は、シャフト３１と、回転子コア３２と、８個の永久磁石３３とを有する。シャフト３１及び回転子コア３２は、第１実施形態と同様の構成である。８個の永久磁石３３は、第１実施形態と同様な素材からなる永久磁石であり、回転子３の軸方向に垂直な平面においてリング形状を有し、外周多極に着磁されることで外周面に８つの極を作り出している。 By arranging the magnetic path expanding protrusions 213 in the stator 2 as described above, even if the magnetic path expanding protrusions 213 are provided, the outer dimensions of the stator 2 (up and down directions and left and right directions with respect to the plane of FIG. ) Can be ensured without increasing the thickness of the mold portion 23. Alternatively, even if it is necessary to increase the outer size of the stator 2, it can be completed with a minimum expansion. On the other hand, when the distance between the outer peripheral surface of the mold portion 23 and the magnetic path expanding convex portion 213 is minimized , the thickness of the mold portion 23 is secured by the presence of the magnetic path expanding convex portion 213. However, the outer dimensions of the stator 2 must be increased. In this way, the arrangement can be made such that the distance between the outer peripheral surface of the mold portion 23, which is the outer periphery of the stator 2, and the magnetic path extending convex portion 213 is not minimized , because the outer peripheral surface of the mold portion 23 is in the axial direction. This is because the number of slots 24 is a multiple of 4 on a plane perpendicular to the plane. In addition, since the number of slots 24 must be a multiple of 3 in order to apply the three-layered winding 22, the number of slots 24 is set to 12n (n is a natural number of 1 or more), and the second The same effect as that of the embodiment can be obtained.
The rotor 3 has a shaft 31, a rotor core 32, and eight permanent magnets 33. The shaft 31 and the rotor core 32 have the same configuration as in the first embodiment. The eight permanent magnets 33 are permanent magnets made of the same material as in the first embodiment, have a ring shape on a plane perpendicular to the axial direction of the rotor 3, and are magnetized by the outer multipole. Eight poles are created on the outer surface.

＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例または実施形態も網羅すると解すべきである <Modification>
Although the invention has been described with reference to specific embodiments, it is not intended that the invention be limited by these descriptions. Other embodiments of the invention, as well as various modifications of the disclosed embodiments, will be apparent to persons skilled in the art upon reference to the description of the invention. It is, therefore, to be understood that the appended claims also cover these modifications and embodiments that fall within the scope and spirit of the invention.

例えば、上記第１及び第２実施形態では、固定子コア２１はヨーク部２１１とティース部２１２とが分割した構造であるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、固定子コア２１は、ヨーク部２１１とティース部２１２とが一体に形成された一体型であってもよい。
また、上記第１及び第２実施形態では、巻線２２は固定子コア２１に直接巻かれる構成としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、巻線２２は、ティース部２１２にボビンを装着してその上から巻かれる構成であってもよい。 For example, in the first and second embodiments, the stator core 21 has a structure in which the yoke 211 and the teeth 212 are divided, but the present invention is not limited to such an example. For example, the stator core 21 may be an integral type in which the yoke 211 and the teeth 212 are integrally formed.
In the first and second embodiments, the winding 22 is wound directly around the stator core 21, but the present invention is not limited to such an example. For example, the winding 22 may be configured such that a bobbin is mounted on the teeth portion 212 and wound from above.

さらに、本発明では、磁路拡張凸部２１３の形状は、磁束の飽和を解消できれば、どのような形状であっても構わない。例えば、上記第１及び第２実施形態では、磁路拡張凸部２１３は、全てのスロット２４に設けられ、同一の形状を有する構成としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、磁路拡張凸部２１３は、一部のスロット２４には設けられなくてもよく、箇所によって形状が違っていてもよい。また、磁路拡張凸部は、各スロット２４に複数ずつ設けられてもよく、軸方向の全長にわたって設けられなくてもよい。但し、固定子２の磁気的なアンバランスを抑えるためには、同一形状の磁気拡張凸部２１３がヨーク部２１１の周方向に均等に設けられることが好ましく、全てのスロット２４に同一形状の磁路拡張凸部２１３が設けられることがより好ましい。磁気拡張凸部２１３がヨーク部２１１の周方向に均等に設けられる場合とは、例えば、図１に示すようなスロット２４の数が９個の際には、９個のスロット２４に対して２個おきとなる３個のスロット２４に磁路拡張凸部２１３が設けられることをいう。また、例えば、図５に示すようなスロット２４の数が１２個の際には、１２個のスロット２４に対して１，２，３個おきとなる６，４，３個のスロット２４に磁路拡張凸部２１３が設けられることをいう。また、磁路拡張凸部２１３を含むヨーク部２１１の厚みは、ヨーク部２１１及び磁路拡張凸部２１３、永久磁石３３の残留磁束密度、回転電機１の構造などによって決定されることが好ましい。 Furthermore, in the present invention, the shape of the magnetic path expanding convex portion 213 may be any shape as long as saturation of magnetic flux can be eliminated. For example, in the first and second embodiments, the magnetic path expanding protrusions 213 are provided in all the slots 24 and have the same shape, but the present invention is not limited to such an example. For example, the magnetic path expanding convex portion 213 may not be provided in some of the slots 24, and may have different shapes depending on locations. A plurality of magnetic path expansion projections may be provided in each slot 24, and may not be provided over the entire length in the axial direction. However, in order to suppress the magnetic imbalance of the stator 2, it is preferable that the magnetic expansion protrusions 213 of the same shape are provided evenly in the circumferential direction of the yoke 211, and the magnetic expansion protrusions 213 of the same shape are provided in all the slots 24. More preferably, the road expanding protrusion 213 is provided. The case where the magnetic expansion convex portions 213 are provided evenly in the circumferential direction of the yoke portion 211 means, for example, that when the number of the slots 24 is nine as shown in FIG. This means that the magnetic path expansion projection 213 is provided in every other three slots 24. Further, for example, when the number of slots 24 is 12, as shown in FIG. It means that the road expansion convex portion 213 is provided. Further, it is preferable that the thickness of the yoke portion 211 including the magnetic path expanding convex portion 213 is determined by the yoke portion 211, the magnetic path expanding convex portion 213, the residual magnetic flux density of the permanent magnet 33, the structure of the rotary electric machine 1, and the like.

さらに、上記第１及び第２実施形態では、固定子コア２１は閉スロット構造であるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、固定子コア２１は、各スロット２４の回転子３側が解放して形成された構造であってもよい。
さらに、上記第１実施形態では、モールド部２３は軸方向に垂直な平面において方形形状を有するとしたが、十分な厚みが確保されていれば他の形状であってもよい。また、例えば、モールド部２３は軸方向に垂直な平面において、方形形状の角が面取りされて円弧状となった形状であってもよい。 Furthermore, in the first and second embodiments, the stator core 21 has a closed slot structure, but the present invention is not limited to such an example. For example, the stator core 21 may have a structure in which the rotor 3 side of each slot 24 is opened.
Further, in the first embodiment, the mold portion 23 has a rectangular shape in a plane perpendicular to the axial direction, but may have another shape as long as a sufficient thickness is secured. Further, for example, the mold portion 23 may have a shape in which a square corner is chamfered on a plane perpendicular to the axial direction to form an arc.

さらに、上記第１及び第２実施形態では、固定子２は樹脂などからなるモールド部２３を有するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。モールド部２３の代わりに、アルミフレームなどを固定子コア２１に焼きばめてもよい。
さらに、上記第１及び第２実施形態では、回転子３は永久磁石３３が表面に設けられる構成としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、回転子３は、永久磁石が内部に埋め込まれた埋込み磁石形であってもよい。 Further, in the first and second embodiments, the stator 2 has the mold portion 23 made of resin or the like, but the present invention is not limited to such an example. Instead of the mold part 23, an aluminum frame or the like may be shrink-fit on the stator core 21.
Further, in the first and second embodiments, the rotor 3 has the configuration in which the permanent magnet 33 is provided on the surface, but the present invention is not limited to such an example. For example, the rotor 3 may be an embedded magnet type in which a permanent magnet is embedded.

＜実施形態の効果＞
（１）本発明の一態様に係る回転電機１は、永久磁石を有する回転子３と、回転子３を周方向に囲む環状のヨーク部２１１と、ヨーク部２１１の内周面からヨーク部２１１の径方向の内方に突出する複数のティース部２１２とを含む固定子コア２１を有する固定子２とを備え、ヨーク部２１１は、複数のティース部２１２間に形成されるスロット２４のうち少なくとも１つのスロット２４において、ヨーク部２１１の径方向の厚みが最も薄い箇所を含む外周面の領域に、径方向の外方に突出し、磁路を形成する少なくとも１つの磁路拡張凸部２１３を有する。
上記（１）の構成によれば、スロットの形状を変更することなく、ヨーク部２１１で発生する磁気飽和を解消することができる。このため、トルク密度の向上による小型化と、コギングトルクの低減による制御性の向上とを両立させることができる。 <Effects of Embodiment>
(1) The rotating electric machine 1 according to one embodiment of the present invention includes a rotor 3 having a permanent magnet, an annular yoke portion 211 surrounding the rotor 3 in a circumferential direction, and a yoke portion 211 from the inner peripheral surface of the yoke portion 211. And a stator 2 having a stator core 21 including a plurality of teeth 212 projecting radially inward. The yoke 211 includes at least one of the slots 24 formed between the plurality of teeth 212. In one slot 24, at least one magnetic path extending convex portion 213 that protrudes radially outward and forms a magnetic path is provided in a region of the outer peripheral surface including a portion where the radial thickness of the yoke portion 211 is the thinnest. .
According to the configuration (1), magnetic saturation generated in the yoke portion 211 can be eliminated without changing the shape of the slot. For this reason, it is possible to achieve both miniaturization by improving the torque density and improvement in controllability by reducing the cogging torque.

（２）上記（１）の構成において、固定子２は、固定子コア２１を覆うモールド部２３を有する。
上記（２）の構成によれば、固定子２はモールド成型されるため、磁路拡張凸部２１３を有するためにヨーク部２１１の外周面の形状が複雑となる場合においても、製造上の観点から大きな変更なく回転電機１を製造することができる。また、モールド部２３の代わりにアルミフレームなどを用いる場合には、ヨーク部２１１の外周面の形状が複雑であることから、アルミフレームの形状も複雑にする必要があり、製造コストが増加することとなる。一方、上記（２）の構成によれば、アルミフレームなどを用いる場合に比べ製造コストを低減することができる。 (2) In the configuration of the above (1), the stator 2 has a mold portion 23 that covers the stator core 21.
According to the above configuration (2), since the stator 2 is molded, even when the outer peripheral surface of the yoke 211 is complicated due to the presence of the magnetic path extending convex portion 213, the manufacturing viewpoint can be improved. Therefore, the rotating electric machine 1 can be manufactured without a great change. Further, when an aluminum frame or the like is used instead of the mold portion 23, the outer peripheral surface of the yoke portion 211 is complicated, so that the shape of the aluminum frame also needs to be complicated, which increases the manufacturing cost. Becomes On the other hand, according to the configuration (2), the manufacturing cost can be reduced as compared with the case where an aluminum frame or the like is used.

（３）上記（２）の構成において、スロット２４の数は、１２ｎ（ｎは１以上の自然数）であり、モールド部２３は、固定コア２１の軸方向に垂直な断面の外周形状が方形であり、モールド部２３の外周面と磁路拡張凸部２１３との距離が最小となる位置関係を避けて設けられる。
上記（３）の構成によれば、ヨーク部２１１の磁気飽和を解消するために十分な大きさの磁路拡張凸部２１３を設けたとしても、固定子２の外寸を大きくする必要がないことから、回転電機１の大型化を避けることができる。 (3) In the configuration of the above (2), the number of the slots 24 is 12n (n is a natural number of 1 or more), and the mold portion 23 has a rectangular outer peripheral shape in a cross section perpendicular to the axial direction of the fixed core 21. In addition, it is provided so as to avoid a positional relationship in which the distance between the outer peripheral surface of the mold portion 23 and the magnetic path expanding convex portion 213 is minimized.
According to the above configuration (3), even if the magnetic path expansion convex portion 213 having a size large enough to eliminate the magnetic saturation of the yoke portion 211 is provided, it is not necessary to increase the outer size of the stator 2. Therefore, it is possible to avoid an increase in the size of the rotating electric machine 1.

１回転電機
２固定子
２１固定子コア
２１１ヨーク部
２１２ティース部
２１３磁路拡張凸部
２２巻線
２３モールド部
３回転子
３１シャフト
３２回転子コア
３３永久磁石 REFERENCE SIGNS LIST 1 rotating electric machine 2 stator 21 stator core 211 yoke part 212 teeth part 213 magnetic path expansion convex part 22 winding 23 molding part 3 rotor 31 shaft 32 rotor core 33 permanent magnet

Claims

永久磁石を有する回転子と、
前記回転子を周方向に囲む環状のヨーク部と、前記ヨーク部の内周面から前記ヨーク部の径方向の内方に突出する複数のティース部とを含む固定子コアを有する固定子と
を備え、
前記ヨーク部は、前記複数のティース部間に形成されるスロットのうち少なくとも１つのスロットにおいて、前記ヨーク部の前記径方向の厚みが最も薄い箇所を含む外周面の領域に、前記径方向の外方に突出し、磁路を形成する少なくとも１つの磁路拡張凸部を有し、
前記固定子は、前記固定子コアを覆うモールド部を有し、
前記スロットの数は、１２ｎ（ｎは１以上の自然数）であり、
前記モールド部は、前記固定コアの軸方向に垂直な断面の外周形状が方形であり、前記モールド部の外周面と前記磁路拡張凸部との距離が最小となる位置関係を避けて設けられることを特徴とする回転電機。 A rotor having a permanent magnet;
A stator having a stator core including an annular yoke portion surrounding the rotor in the circumferential direction, and a plurality of teeth portions projecting radially inward of the yoke portion from the inner peripheral surface of the yoke portion. Prepared,
The yoke portion is provided in at least one of the slots formed between the plurality of teeth portions in an outer peripheral surface region including a portion where the radial thickness of the yoke portion is thinnest, and protrude towards, have at least one magnetic path extension protrusion forms a magnetic path,
The stator has a mold portion that covers the stator core,
The number of the slots is 12n (n is a natural number of 1 or more),
The mold portion has a rectangular outer peripheral shape in a cross section perpendicular to the axial direction of the fixed core, and is provided so as to avoid a positional relationship in which a distance between the outer peripheral surface of the mold portion and the magnetic path extending convex portion is minimized. rotary electric machine characterized by Rukoto.