JP4970974B2 - Rotating electric machine - Google Patents
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Description
この発明は回転電機に関し、特に回転子の軸方向に沿って、回転子と固定子とが対向する、いわゆるアキシャルギャップ型モータのスラスト力の軽減に関する。 The present invention relates to a rotary electric machine, and more particularly to reduction of thrust force of a so-called axial gap type motor in which a rotor and a stator face each other along an axial direction of the rotor.
アキシャルギャップ型モータは、回転子の回転軸方向に薄型化しても、永久磁石を十分に設けることができる。また、電機子巻線の占積率も容易に高めることができ、出力密度及びトルク密度が向上する。 Even if the axial gap type motor is thinned in the direction of the rotation axis of the rotor, a sufficient permanent magnet can be provided. Further, the space factor of the armature winding can be easily increased, and the output density and torque density are improved.
しかしながら、ラジアルギャップ型モータとは異なり、回転子に対して回転軸方向に沿って固定子が対向するため、両者の間に作用する吸引力(スラスト力)は、回転によってキャンセルされない。そこで、一つの回転電機において回転子と固定子とに作用するスラスト力を、向きを反対にして一対働かせ、相殺させる技術が提案されている。 However, unlike the radial gap type motor, the stator faces the rotor along the direction of the rotation axis, so that the suction force (thrust force) acting between the two is not canceled by the rotation. In view of this, a technique has been proposed in which the thrust force acting on the rotor and the stator in one rotating electric machine is made to work in opposite directions to cancel each other.
その一つの態様として、一の固定子に対して回転軸方向に沿って相互に反対方向からそれぞれ回転子が対向する形態が考えられる。しかしこの場合、回転子が一対になることにより、回転子に設けられる永久磁石が二倍必要となってしまう。 As one aspect thereof, a configuration is conceivable in which the rotors face each other from opposite directions along the rotation axis direction with respect to one stator. In this case, however, the pair of rotors requires twice the permanent magnets provided on the rotor.
下記特許文献1では、片側の回転子のみに永久磁石を設ける技術が提案されている。しかし回転シャフトを二つの回転子で保持することになり、その保持が困難となってしまう。またねじり振動が発生し易い構造を採ることになる。
In the following
別の態様として、一の回転子に対して回転軸方向に沿って相互に反対方向からそれぞれ固定子が対向する形態が考えられる。しかしこの場合、固定子が一対になることにより、固定子に設けられる電機子巻線を巻回する場所の数が二倍必要となってしまう。これは工程数を増加させ、しかも電機子巻線を結線する個所が増加してデッドスペースを増大させてしまう。 As another aspect, a mode is conceivable in which the stators face each other from opposite directions along the rotation axis direction with respect to one rotor. However, in this case, the number of places where the armature winding provided on the stator is wound is twice as large as the pair of stators. This increases the number of processes and increases the number of locations where the armature windings are connected, thereby increasing the dead space.
下記特許文献2では、単相インダクションモータにおいて、二の固定子の一方の主巻線を、他方に補助巻線を設け、電機子巻線の数を増加させない技術が提案されている。しかし通常、主巻線に流れる電流は補助巻線に流れる電流より大であるため、スラスト力の相殺は十分ではない。
またこの技術を3相の固定子に応用することを想定すると、通常はコイルが相毎に順に挿入されるため、3の固定子に分けて巻くことになる。あるいは2相分を一方の固定子に、のこりの1相を他の固定子に設けることとなる。 Assuming that this technique is applied to a three-phase stator, coils are usually inserted in order for each phase, so that the three stators are wound. Alternatively, two phases are provided on one stator, and one remaining phase is provided on the other stator.
しかし、これでも、両側の固定子にコイルを設けることで、わたり線や結線が増大し、また、上下の固定子間の結線が回転子の外径を制限してしまう。 However, even in this case, by providing coils on the stators on both sides, crossovers and connections increase, and the connection between the upper and lower stators limits the outer diameter of the rotor.
なお、本発明に関する文献として、更に特許文献3を挙げておく。 In addition, Patent Document 3 is further cited as a document related to the present invention.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、アキシャルギャップ型の回転機において、固定子を2としつつ、固定子が1の回転電機に比べて電機子巻線を増すことなく、双方の固定子から回転子に働く磁気吸引力(スラスト力)をキャンセルする技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in an axial gap type rotating machine, the number of armature windings is increased as compared with a rotating electric machine having a stator of 1, while having a stator of 2. An object of the present invention is to provide a technique for canceling the magnetic attractive force (thrust force) acting on the rotor from both stators.
この発明にかかる回転電機の第1の態様は、回転軸(Q)周りで回転する回転子(200)と、前記回転子に対して前記回転軸に沿って対向する第1固定子(100)と、前記回転子に対して前記回転軸に沿って前記第1固定子とは反対側で対向する第2固定子(300)とを備える。そして前記回転子は、前記回転軸に対する周方向に沿って配列された複数の磁極(22;27)と、前記第2固定子側において前記磁極に設けられ、前記磁極に流入出する磁束を部分的に前記磁極同士で短絡させ、部分的に前記第2固定子側に流入出させる磁性板(23)とを有する。前記第1固定子は、前記磁極と間隔を空けて対向し、前記周方向に沿って配列された複数の磁芯(12)と、少なくとも一つの前記磁芯に巻回される複数の電機子巻線(13)とを有する。前記第2固定子は、前記磁性板と間隔を空けて対向する固定子用磁性板(300)を有する。 A first aspect of the rotating electrical machine according to the present invention includes a rotor (200) that rotates about a rotation axis (Q), and a first stator (100) that faces the rotor along the rotation axis. And a second stator (300) facing the rotor on the opposite side of the first stator along the rotation axis. The rotor includes a plurality of magnetic poles (22; 27) arranged along a circumferential direction with respect to the rotation axis, and a magnetic flux that is provided on the magnetic pole on the second stator side and flows into and out of the magnetic pole. A magnetic plate (23) that is short-circuited between the magnetic poles and partially flows into and out of the second stator. The first stator opposes the magnetic poles with a space therebetween, and a plurality of magnetic cores (12) arranged along the circumferential direction, and a plurality of armatures wound around at least one of the magnetic cores. Winding (13). The second stator has a stator magnetic plate (300) facing the magnetic plate with a space therebetween.
そして、前記第1固定子(100)は、前記回転子(200)と反対側で前記磁芯(12)を連結するバックヨーク(11)を更に有する。そして、前記固定子用磁性板(300)の前記回転軸(Q)に沿った厚みは、前記バックヨークの前記回転軸に沿った厚みよりも小さい。 And, the first stator (100) further includes a back yoke (11) connecting the magnetic core (12) in said rotor (200) and opposite. The thickness of the stator magnetic plate (300) along the rotation axis (Q) is smaller than the thickness of the back yoke along the rotation axis.
この発明にかかる回転電機の第2の態様は、その第1の態様であって、前記固定子用磁性板(300)の前記回転軸(Q)に沿った厚みは、前記バックヨークの前記回転軸に沿った厚みよりも、前記磁性板(23)の前記回転軸に沿った厚みだけ小さい。 A second aspect of the rotating electrical machine according to the present invention is the first aspect, wherein the thickness of the magnetic plate for stator (300) along the rotation axis (Q) is the rotation of the back yoke. The thickness along the rotation axis of the magnetic plate (23) is smaller than the thickness along the axis.
この発明にかかる回転電機の第3の態様は、その第1乃至第2の態様のいずれかであって、前記回転子(200)と反対側で前記固定子用磁性板(300)を固定する部材(6)を更に備える。 A third aspect of the rotating electrical machine according to the present invention is any one of the first to second aspects, and fixes the stator magnetic plate (300) on the opposite side to the rotor (200). A member (6) is further provided.
この発明にかかる回転電機の第4の態様は、その第1乃至第3の態様のいずれかであって、前記固定子用磁性板(300)は圧粉鉄心を材料とする。 A fourth aspect of the rotating electrical machine according to the present invention is any one of the first to third aspects, and the magnetic plate for stator (300) is made of a dust core.
この発明にかかる回転電機の第5の態様は、その第1乃至第3の態様のいずれかであって、前記固定子用磁性板(300)は前記回転軸(Q)を中心に鋼板を巻回した巻鉄心である。 A fifth aspect of the rotating electrical machine according to the present invention is any one of the first to third aspects , wherein the magnetic plate for stator (300) is formed by winding a steel plate around the rotation axis (Q). It is a wound core.
この発明にかかる回転電機の第6の態様は、その第5の態様であって、前記バックヨーク(11)は前記回転軸に沿って鋼板を積層した積層鉄心である。そして、前記積層鉄心の前記鋼板の厚みは、前記巻鉄心の前記鋼板の厚みより大である。 A sixth aspect of the rotating electric machine according to the present invention, in the fifth aspect, prior SL back yoke (11) is a laminated core formed by laminating steel plates along said rotary shaft. And the thickness of the said steel plate of the said laminated iron core is larger than the thickness of the said steel plate of the said wound iron core.
この発明にかかる回転電機の第7の態様は、その第1乃至第6の態様のいずれかであって、前記回転子(200)は、前記磁極(12)を保持する第1凹部(241)と、回転シャフト(5)を嵌合させる孔(240)とが設けられた非磁性のホルダー(24)を更に有する。 A seventh aspect of the rotating electrical machine according to the present invention is any one of the first to sixth aspects, wherein the rotor (200) includes a first recess (241) that holds the magnetic pole (12). And a non-magnetic holder (24) provided with a hole (240) for fitting the rotating shaft (5).
この発明にかかる回転電機の第8の態様は、その第7の態様であって、前記ホルダー(24)と、前記磁性板(23)とが面にて密着する。 The 8th aspect of the rotary electric machine concerning this invention is the 7th aspect, Comprising: The said holder (24) and the said magnetic board (23) closely_contact | adhere on a surface.
この発明にかかる回転電機の第9の態様は、その第8の態様であって、前記ホルダー(24)と密着する前記磁性板(23)との前記面には第2凹部(24b)が設けられ、前記第2凹部には接着剤が設けられる。 A ninth aspect of the rotating electrical machine according to the present invention is the eighth aspect, and the second recess (24b) is provided on the surface of the magnetic plate (23) in close contact with the holder (24). The second recess is provided with an adhesive.
この発明にかかる回転電機の第10の態様は、その第8の態様であって、前記ホルダー(24)は、前記磁性板(23)を嵌合させる第2凹部(24d)が設けられる。 First 0 embodiment of the rotary electric machine according to the present invention, in the eighth aspect, the holder (24), the second recess (24d) is provided to fit said magnetic plate (23).
この発明にかかる回転電機の第11の態様は、その第1乃至第10の態様のいずれかであって、前記磁性板(23)は、一枚の鋼板を打ち抜いて成る。 First one aspect of the rotating electric machine according to the present invention, in any one of the first to 1 0 embodiment, the magnetic plate (23) is formed by punching a sheet of steel.
この発明にかかる回転電機の第12の態様は、その第1乃至第10の態様のいずれかであって、前記磁性板(23)は、前記回転子(200)の磁極中心付近で前記周方向に分割された鋼板(231)を組み合わせて成る。 The first and second aspect of the rotating electric machine according to the present invention, in any one of the first to 1 0 embodiment, the magnetic plate (23), said near the magnetic pole center of the rotor (200) The steel plate (231) divided in the circumferential direction is combined.
この発明にかかる回転電機の第13の態様は、その第1乃至第12の態様のいずれかであって、前記磁極(22)は永久磁石である。 Embodiment of the first 3 of the rotary electric machine according to the present invention, in any one of the first to 1 second embodiment, the magnetic pole (22) is a permanent magnet.
この発明にかかる回転電機の第14の態様は、その第13の態様であって、前記回転子(200)は、前記磁極(22)の前記第1固定子(100)側に設けられた磁性体(21)を更に有する。 The first fourth aspect of the rotating electric machine according to the present invention, in the first third aspect, the rotor (200) is provided on the first stator (100) side of the pole (22) The magnetic body (21) is further included.
この発明にかかる回転電機の第15の態様は、その第13乃至第14の態様のいずれかであって、前記回転子(200)は、前記磁性板(23)に対して前記第1固定子側で、前記周方向において前記磁極に対して交互に配置される磁性体(25)を更に有する。 First fifth aspect of the rotating electric machine according to the present invention, in any one of the first 3 to the first 4 embodiment, the rotor (200), the relative said magnetic plate (23) a It further has a magnetic body (25) arranged alternately with respect to the magnetic pole in the circumferential direction on the one stator side.
この発明にかかる回転電機の第16の態様は、その第1乃至第15の態様のいずれかであって、前記回転子(200)と前記第1固定子(100)との間の前記回転軸(Q)に沿った長さと、前記回転子と前記第2固定子(300)との間の前記回転軸に沿った長さとが等しい。 Embodiment of the first 6 of the rotary electric machine according to the present invention, in any one of the first to 1 5 embodiment, the between the rotor (200) and said first stator (100) The length along the rotation axis (Q) is equal to the length along the rotation axis between the rotor and the second stator (300).
この発明にかかる回転電機の第1の態様によれば、回転子と第1固定子との間に働くスラスト力と、回転子と第2固定子との間に働くスラスト力とを相殺させる。これにより回転子を支持する軸受の損失の低減及び寿命の向上が得られる。しかも、第2固定子の構成を単純にできる。更に、磁性板が回転子に設けられているので、回転子と第2固定子との間のいわゆるエアギャップが小さくても、両者に働くスラスト力を低減し、回転子と第1固定子との間に働くスラスト力との相殺が容易となる。 According to the first aspect of the rotating electrical machine of the present invention, the thrust force acting between the rotor and the first stator and the thrust force acting between the rotor and the second stator are offset. Thereby, the loss of the bearing which supports a rotor and the improvement of a lifetime are obtained. In addition, the configuration of the second stator can be simplified. Further, since the magnetic plate is provided on the rotor, even if the so-called air gap between the rotor and the second stator is small, the thrust force acting on both is reduced, and the rotor and the first stator It becomes easy to cancel out the thrust force acting between the two.
また、バックヨークを第1固定子に設けることにより、電機子巻線に流される電機子電流によって発生する磁界を効率よく回転子に供給できる。しかも磁性板は磁極に流入出する磁束を部分的にしか固定子用磁性板に流入出させないので、固定子用磁性板に必要な厚みは小さく、以てその材料を節約することができる。 Further , by providing the back yoke on the first stator, the magnetic field generated by the armature current flowing in the armature winding can be efficiently supplied to the rotor. Moreover, since the magnetic plate allows only a part of the magnetic flux flowing into and out of the magnetic pole to flow into and out of the magnetic plate for the stator, the thickness required for the magnetic plate for the stator is small, so that the material can be saved.
この発明にかかる回転電機の第2の態様によれば、固定子用磁性板から回転子と反対側への磁束の漏れを無くし、回転子と第2固定子との間に働くスラスト力を小さくし過ぎない。 According to the second aspect of the rotating electrical machine of the present invention, leakage of magnetic flux from the stator magnetic plate to the opposite side of the rotor is eliminated, and the thrust force acting between the rotor and the second stator is reduced. Not too much.
この発明にかかる回転電機の第3の態様によれば、固定子用磁性板の機械的強度を補強する。 According to the third aspect of the rotating electrical machine of the present invention, the mechanical strength of the stator magnetic plate is reinforced.
この発明にかかる回転電機の第4の態様によれば、他の部材への取り付けが容易である。 According to the 4th aspect of the rotary electric machine concerning this invention, the attachment to another member is easy.
この発明にかかる回転電機の第5の態様によれば、回転子との間で流入出する磁束は固定子用磁性板の中を回転軸方向及び周方向に通るので、磁束が通る経路での固定子用磁性板の磁気抵抗を小さくすることができる。 According to the fifth aspect of the rotating electrical machine of the present invention, the magnetic flux flowing into and out of the rotor passes through the stator magnetic plate in the rotation axis direction and the circumferential direction. The magnetic resistance of the stator magnetic plate can be reduced.
この発明にかかる回転電機の第6の態様によれば、回転子との間で流入出する磁束は固定子用磁性板の中を回転軸方向及び周方向に通るので、磁束が通る経路での固定子用磁性板の磁気抵抗を小さくすることができる。またバックヨークに流れる磁束は回転軸に垂直な方向に通るので、磁束が通る経路でのバックヨークの磁気抵抗を小さくすることができる。しかも積層鉄心の鋼板の厚みを厚くして磁芯を保持したり他部へ固着するときの機械的強度を高くし、巻鉄心の鋼板の厚みを薄くして巻回という機械的加工を容易とする。 According to the sixth aspect of the rotating electrical machine of the present invention, the magnetic flux flowing into and out of the rotor passes through the stator magnetic plate in the rotation axis direction and the circumferential direction. The magnetic resistance of the stator magnetic plate can be reduced. Further, since the magnetic flux flowing through the back yoke passes in a direction perpendicular to the rotation axis, the magnetic resistance of the back yoke along the path through which the magnetic flux passes can be reduced. In addition, the thickness of the steel sheet of the laminated core is increased to increase the mechanical strength when holding the magnetic core or fixing it to other parts, and the thickness of the steel sheet of the wound core is reduced to facilitate mechanical processing called winding. To do.
この発明にかかる回転電機の第7の態様によれば、磁極同士の間での磁束の短絡なしに、磁極の位置決めをしたり、回転シャフトを回転子へ固定したりする。 According to the seventh aspect of the rotating electrical machine of the present invention, the magnetic pole is positioned and the rotating shaft is fixed to the rotor without short-circuiting the magnetic flux between the magnetic poles.
この発明にかかる回転電機の第8の態様によれば、ホルダーと、磁性板との密着強度を高める。 According to the eighth aspect of the rotating electrical machine of the present invention, the adhesion strength between the holder and the magnetic plate is increased.
この発明にかかる回転電機の第9の態様によれば、ホルダーと磁性板との密着に必要な接着剤の量を低減できる。 According to the ninth aspect of the rotating electrical machine of the present invention, the amount of adhesive necessary for the close contact between the holder and the magnetic plate can be reduced.
この発明にかかる回転電機の第10の態様によれば、磁性板の位置決めが容易である。 According to a first 0 embodiment of the rotary electric machine according to the present invention, it is easy to position the magnetic plate.
この発明にかかる回転電機の第11の態様によれば、磁性板を容易に形成できる。磁性板は第1固定子とは反対側にあるので、その中での磁束の変動は小さい。よって一枚の鋼板を打ち抜いた磁性板であっても磁気抵抗の問題は小さい。 According to the first aspect of the rotating electrical machine of the present invention, the magnetic plate can be easily formed. Since the magnetic plate is on the side opposite to the first stator, the fluctuation of the magnetic flux therein is small. Therefore, even with a magnetic plate obtained by punching a single steel plate, the problem of magnetoresistance is small.
この発明にかかる回転電機の第12の態様によれば、鋼板の分割個所が磁極中心であるので、磁極同士の間で磁束を短絡させる経路の磁気抵抗を高めずに、分割した鋼板を用いて磁性板を得ることができる。 According to the first and second aspects of the rotating electrical machine according to the present invention, since the divided portion of the steel plate is the center of the magnetic pole, the divided steel plate is used without increasing the magnetic resistance of the path for short-circuiting the magnetic flux between the magnetic poles. Thus, a magnetic plate can be obtained.
この発明にかかる回転電機の第13の態様によれば、回転子を簡易に作製することができる。 According to a first third aspect of the rotating electric machine according to the present invention, it is possible to produce a rotor in a simple manner.
この発明にかかる回転電機の第14の態様によれば、永久磁石における渦電流損や減磁を小さくできる。 According to a first 4 embodiment of the rotary electric machine according to the present invention, it is possible to reduce the eddy current loss and demagnetization in the permanent magnet.
この発明にかかる回転電機の第15の態様によれば、いわゆるq軸インダクタンスを高め、リラクタンストルクを発生させる。 According to a first fifth aspect of the rotating electric machine according to the present invention, increasing the so-called q-axis inductance, to generate reluctance torque.
この発明にかかる回転電機の第16の態様によれば、二つのいわゆるエアギャップを小さくすることができ、回転電機の回転軸に沿った長さを小さくできる。
According to a first sixth aspect of the rotating electric machine according to the present invention, it is possible to reduce the two so-called air gap, it can be reduced in length along the rotation axis of the rotary electric machine.
第1の実施の形態.
図1は、この発明の第1の実施の形態にかかる回転電機を、その回転軸Q方向に分解して示す斜視図である。回転軸Qが延在する方向を以下、座標軸のZ軸方向に採って説明する。
First embodiment.
FIG. 1 is an exploded perspective view showing the rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention in the direction of the rotation axis Q. FIG. The direction in which the rotation axis Q extends will be described below in the Z-axis direction of the coordinate axis.
図2は、当該回転電機を回転軸Q方向に分解することなく示す断面図である。図2は、回転軸Qを含み、これにZ軸に平行な断面を示している。但し図1及び図2においては回転電機において通常設けられる回転シャフト及びこれと回転子とを結合する構造を省略している。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing the rotating electric machine without being disassembled in the direction of the rotation axis Q. FIG. 2 shows a cross section including the rotation axis Q and parallel to the Z axis. However, in FIG.1 and FIG.2, the structure which couple | bonds the rotating shaft normally provided in a rotary electric machine and this and a rotor is abbreviate | omitted.
当該回転電機は第1固定子100、回転子200、第2固定子300を備えている。回転子200は回転軸Q周りで回転する。第1固定子100は回転子200に対して回転軸Qに沿って対向する。第2固定子300は回転子200に対して回転軸Qに沿って第1固定子とは反対側で対向する。
The rotating electrical machine includes a
回転子200は、回転軸Qに対する周方向に沿って配列された永久磁石22を有しており、これらは複数の磁極を交互に呈する。永久磁石22を採用することにより、界磁磁束を発生する回転子を簡易に作製することができる。
The
また回転子200は、磁性板23を有しており、第2固定子300側において永久磁石22に設けられる。
The
図3は一つの永久磁石22が存在する位置及びその周囲において、回転子200の周方向に沿った断面を展開して示す断面図である。永久磁石22は、通常、Z軸方向に異方性を有する。これにより、着磁されたときの磁化が高く、また、第1固定子100及び第2固定子300の両方に最も漏れが少なく界磁磁束を供給することができる。なお、図3ではS極とN極の磁極がそれぞれ第1固定子100及び第2固定子300側に呈示している場合が例示されているが、これらの磁極の位置は、永久磁石22が配置された位置によって異なる。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a developed cross section along the circumferential direction of the
磁性板23は、永久磁石22に流入出する磁束を部分的に永久磁石22同士で短絡させ、また部分的に第2固定子300側へと流入出させる。磁性板23には回転シャフト(図示省略)を通すための孔230が設けられている。
The
第1固定子100は、複数の磁芯12と複数の電機子巻線13とを有する。磁芯12は周方向に沿って配列される。電機子巻線13は、ここでは集中巻の態様で磁芯12に巻回されているが、複数の磁芯12に跨って巻回されて分布巻の形態を採ってもよい。磁芯12及び電機子巻線13は回転子200と接触しないように間隔を空けて対向している。
The
ここでは、第1固定子100が磁性板14を更に有している場合が例示されているが、これは省略してもよい。
Here, although the case where the
磁性板14は回転子200側から磁芯12に設けられており、スリット141及び孔140が穿たれている。孔140は回転シャフトを通すためのものであり、スリット141は磁芯12同士が磁気的に短絡することを防止するためのものである。スリット141は径方向に延在して、その両端部が薄肉部143で規定されている。孔140は回転シャフトと近接しないことが望ましい。磁性体の回転シャフトを介して磁束が短絡することを防ぐためである。
The
磁性板14は、薄肉部143と、これによって相互に連結され、磁芯12毎に設けられた幅広部142とを有している。幅広部142は回転子200との対向面積を増す機能を担っており、磁芯12よりも少なくとも周方向における寸法が広い。薄肉部143は容易に磁気飽和する程度の厚みを有しているので、幅広部142同士を機械的に連結すると共に、スリット141と併せて幅広部142同士を磁気的に独立させている。
The
磁性板14を設けることにより、エアギャップにおける磁束密度が向上するとともに、第1固定子100がエアギャップ側に呈する面の平面度が向上するので、エアギャップをより小さくすることができる。
By providing the
なお、スリット141とその両端の薄肉部143とが存在する位置において磁性板14の厚さを薄くし、径方向全体に亘って幅広部142同士を連結してもよい。この場合、当該位置における磁性板14の厚さは、薄肉部143と同様、容易に磁気飽和する程度の厚みとすることが望まれる。
In addition, the thickness of the
第2固定子300は、固定子用磁性板300であって、磁性板23と間隔を空けて対向する。当該間隔が、第2固定子300と回転子200との間の、いわゆるエアギャップに相当する。固定子用磁性板300には回転シャフトを通すための孔30が設けられている。
The
回転子200と第1固定子100との間に働くスラスト力(以下「第1スラスト力」とも言う)と、回転子200と第2固定子300との間に働くスラスト力(以下「第2スラスト力」とも言う)とは、向きが反対であるので、両者を相殺させることができる。これにより回転子200を支持する軸受(図示省略)の損失の低減及び寿命の向上が得られる。しかも、第2固定子300の構成が単純である。特に、エアギャップが同一であれば、第2スラスト力は第1スラスト力よりも大きいので、その差分を磁束23が短絡させることにより相殺できる。
A thrust force acting between the
更に、磁性板23は永久磁石22に流入出する磁束を部分的に第2固定子300側へと流入出させる。よって回転子200と第2固定子300との間のいわゆるエアギャップが小さくても、第2スラスト力を低減できる。よって、第2スラスト力と、第1スラスト力との相殺が容易となる。
Further, the
このような相殺が容易であるので、第1固定子100側のエアギャップと、第2固定子300側のエアギャップとの長さを等しくすることができる。これは機械的精度から要求される最小のエアギャップを採用することを許し、回転電機の回転軸Qに沿った長さを小さくできる点で有益である。
Since such cancellation is easy, the length of the air gap on the
またエアギャップを小さくすれば磁気抵抗を最小とすることができ、動作点磁束密度を上昇させ、永久磁石22のエネルギーを有効に利用することができる。
If the air gap is reduced, the magnetic resistance can be minimized, the operating point magnetic flux density can be increased, and the energy of the
なお、第1固定子100の励磁によって、第1スラスト力と第2スラスト力との差が変動することも考えられる。そこで、一方のエアギャップを可変として、調整することもできる。この際、コイルがない第2固定子300をZ軸方向に若干移動できるような機構を設けてもよい。
It is also conceivable that the difference between the first thrust force and the second thrust force varies due to the excitation of the
第1固定子100はバックヨーク11を更に有する。回転子200と反対側で、バックヨーク11がその表面11aにおいて磁芯12を連結する。バックヨーク11を設けることにより、電機子巻線13に流される電機子電流によって発生する磁界を、効率よく回転子200に供給できる。バックヨーク11には回転シャフトを通すための孔110が設けられている。
The
固定子用磁性板300の回転軸Qに沿った厚みは、バックヨーク11の回転軸Qに沿った厚みよりも小さくて済む。磁性板23が永久磁石に流入出する磁束を部分的にしか固定子用磁性板300に流入出させないからである。よって固定子用磁性板300に必要な材料を節約することができる。
The thickness of the stator
例えば固定子用磁性板300の厚みは、バックヨーク11の厚みよりも、磁性板23の厚みだけ小さく選択される。固定子用磁性板300から回転子200と反対側への磁束の漏れを無くすためであり、また第2スラスト力を小さくし過ぎないためでもある。これにより固定子用磁性板300の強度が低下する場合は、回転機200に別途に設けるホルダー等、他の部材に密着させることで、強度を増せばよい。当該ホルダーについては後述する。
For example, the thickness of the stator
回転子200は、永久磁石22の第1固定子100側に、磁性体21を更に設ける。もちろん、永久磁石22が呈する磁極同士を短絡させないためには、磁性体21同士の間隔は、第1固定子100と回転子200との間のエアギャップの2倍以上あることが望ましい。例えば磁性体21は永久磁石22と同形に形成され、これと揃えて設けられる。
The
電機子巻線13に電機子電流が流れ、第1固定子100が励磁されることにより、回転子200に減磁界が作用したとしても、磁性体21によって永久磁石22に作用する減磁界が緩和される。
Even if a demagnetizing field is applied to the
また、永久磁石22が焼結の希土類磁石で形成されている場合、その抵抗率は小さいため、渦電流が生じやすい。しかしながら磁性体21を抵抗率が高い材質、例えば圧粉鉄心で形成することにより、第1固定子100によって励磁される磁界は永久磁石22まで作用せず、永久磁石22内部の渦電流による発熱や損失を低減できる。これは当該磁界が有するキャリア周波数成分が高い程、有効である。
Further, when the
他方、第2固定子300は励磁されないため、磁性体21の機能は磁性板23には要求されない。しかしながら、永久磁石22に流入出する磁束の一部を短絡することで、第1スラスト力と、第2スラスト力とを釣り合わせることができる。永久磁石22で発生して第1固定子100と鎖交する界磁磁束は、その一部が回転子200を回転させるために用いられるので、磁性板23によって第2固定子200と鎖交する界磁磁束を減らしている。
On the other hand, since the
次に、第1固定子100及び第2固定子300の材質について例示する。第2固定子300として採用される固定子用磁性板300の材料として圧粉鉄心を採用することができる。この場合、他の部材、例えば回転電機の枠への取り付けが容易となる。
Next, the materials of the
回転軸Qを中心に巻回した巻鉄心であると好適である。回転子200との間で流入出する磁束は固定子用磁性板300の中をZ軸方向及び周方向に通るので、磁束が通る経路での固定子用磁性板300の磁気抵抗を小さくすることができるからである。
A wound iron core wound around the rotation axis Q is preferable. Since the magnetic flux flowing into and out of the
当該巻鉄心は、薄板で作られるのが望ましく、具体的には、例えば0.35mm以下の電磁鋼板や、0.1mm未満のアモルファス鋼板等が考えられる。巻くことで歪が入るのを除去するために、焼鈍をしてもよい。 The wound iron core is preferably made of a thin plate. Specifically, for example, an electromagnetic steel plate of 0.35 mm or less, an amorphous steel plate of less than 0.1 mm, or the like can be considered. Annealing may be performed in order to remove distortion caused by winding.
他方、第1固定子100のバックヨーク11はZ軸に沿って鋼板を積層した積層鉄心であることが望ましい。バックヨーク11に流れる磁束はZ軸に垂直な方向に通るので、磁束が通る経路でのバックヨーク11の磁気抵抗を小さくすることができるからである。
On the other hand, the
バックヨーク11となる積層鉄心の鋼板の厚みは、固定子用磁性板300となる巻鉄心の鋼板の厚みより大きいことが望ましい。積層鉄心の鋼板の厚みを厚くして磁芯12を保持したり他部へ固着するときの機械的強度を高くすることができる一方、巻鉄心の鋼板の厚みを薄くして巻回という機械的加工を容易とするのである。
The thickness of the steel sheet of the laminated core that will be the
また磁芯12は圧粉鉄心を採用してもよいが、磁芯12に流れる磁束はZ軸に沿って流れるので、Z軸方向に平行な軸を採用して巻回された巻鉄心を採用することも好ましい。
Moreover, although the
バックヨーク11として上記のように積層された鋼板を採用する場合、特に磁芯12は表面11aからバックヨーク11へと一定深さに入り込んで設けると好適である。磁心12では、Z軸方向成分の磁束の流れが主であり、バックヨーク11においてZ軸方向に積層された鋼板では、鋼板の皮膜や積層間の隙間が空隙となって磁気抵抗が増すからである。
When the steel plates laminated as described above are employed as the
磁性板23は、第1固定子100とは反対側で永久磁石22に接触しているので、磁束の変動は小さいと思われる。従って、一枚の鋼板を打ち抜いて作れば十分である。例えば、0.35mmや0.5mmの電磁鋼板で構成する。
Since the
図4は回転子200として採用できる回転子200Aの構造を、その回転軸Q方向に分解して示す斜視図である。図5及び図6は回転子200Aを回転軸Q方向に分解することなく示す斜視図であり、それぞれ第2固定子300側及び第1固定子100側から見たものである。
FIG. 4 is an exploded perspective view showing the structure of a
回転子200Aは永久磁石22を固定するホルダー24を備える。ホルダー24は非磁性であって、永久磁石22を保持する凹部241と、回転シャフト(図示せず)を嵌合させる孔240とが設けられている。凹部241はここでは貫通孔として例示されている。例えばホルダー24は非磁性金属で形成される。
The
このようなホルダー24を採用することにより、磁極同士の間での磁束の短絡なしに、磁極の位置決めをしたり、回転シャフトを回転子200へ固定したりする。
By adopting such a
図7は、ホルダー24とその他の部材との位置関係の第1の例を示す断面図であり、回転シャフト5を含み、回転子200のほぼ半径分の範囲を示している。当該断面位置は、磁性板23や永久磁石22が存在する位置である。図8は、図7に示された構造で採用されるホルダー24を示す斜視図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a first example of the positional relationship between the
ホルダー24は、凹部241の第1固定子100側において凹部241を狭める突起24aを有している。そして磁性体21は突起24aと嵌合する凹部21aが設けられている。当該嵌合により、磁性体21及び永久磁石22の位置決めが容易となる。
The
ホルダー24と、磁性板23とは面にて密着することが望ましい。両者の密着強度を高めるためである。当該密着のために接着剤を用いてもよい。
The
但し、一般に接着剤は磁気抵抗が高い。そこでホルダー24と密着する磁性板23との面に凹部24bを設け、ここに接着剤を設けることが望ましい。ホルダー24と磁性板23との密着に必要な接着剤の量を低減できるからである。
However, in general, the adhesive has a high magnetic resistance. Therefore, it is desirable to provide a
図9は、ホルダー24とその他の部材との位置関係の第2の例を示す断面図であり、その示す位置は図7と同じである。図10は、図9に示された構造で採用されるホルダー24を示す斜視図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a second example of the positional relationship between the
この例では、回転軸Qに垂直な方向での磁性体21及び永久磁石22の寸法が相違しており、段差を形成している。そしてホルダー24には当該段差と嵌合する段差24cが設けられている。当該嵌合により、磁性体21及び永久磁石22の位置決めが容易となる。この例において図7及び図8に示された凹部24bを採用してもよい。
In this example, the dimensions of the
図11は、ホルダー24とその他の部材との位置関係の第3の例を示す断面図であり、その示す位置は図7と同じである。この例では図9に示された構造に加え、更にホルダー24には磁性板23を嵌合させる凹部24dが設けられている。これは、磁性板23の位置決めが容易となる点で好ましい。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a third example of the positional relationship between the
ホルダー24は樹脂で形成してもよい。また、磁性体21、永久磁石22、磁性板23を、樹脂で一体としてモールドしてもよい。
The
図12は、回転子200として採用できる回転子200Bの構成を例示する斜視図であり、回転軸Q方向に分解して示す。磁性板23は、その構成部材231が周方向に連結されて構成される。図12では一つの構成部材231が分離して示され、その他の構成部材が連結されて部分232を構成している状態を示している。例えば構成部材231は圧粉磁心を材料とする。磁性板23は、実際は磁極の数と同じだけ分割されてなる。
FIG. 12 is a perspective view illustrating the configuration of a
図示されるように、構成部材231の周方向端部には周方向における凹部233及び凸部234があることが望ましい。隣接する構成部材231同士の、径方向の位置決めが容易となるからである。
As shown in the drawing, it is desirable that a circumferential end portion of the
このように構成部材231を複数集めて磁性板23を構成する場合、その位置決めを容易にしたり、機械的強度を高める観点から、ホルダー24を設けていることが望ましい。
When the
また、構成部材231の周方向端部は、回転軸Qに沿って見て、回転子200の磁極の中心、ここでは永久磁石22の中心に位置することが望ましい。磁極同士の間で界磁磁束を部分的に短絡させるための磁路は、永久磁石22の中心付近を通らないので、ここに構成部材231の周方向端部を配置しても、当該磁路の機能を阻害しないからである。
Further, it is desirable that the circumferential end portion of the
図13は回転子200として採用できる回転子200Cの構成を例示する斜視図であり、回転軸Q方向に分解して示す。但し、図1、図4、図12とは異なり、図面上方は第1固定子100側であり、図面下方は第2固定子300側となる。
FIG. 13 is a perspective view illustrating the configuration of a
図14は回転軸Q方向に分解することなく、回転子200Cの、回転軸Qに対する周方向に沿った断面の一部を展開して示す断面図である。図15は回転軸Q方向に分解することなく、回転軸Qを含みこれに平行な断面図であり、回転子200Cのほぼ半径分の範囲を示している。図16は回転軸Q方向に分解することなく、第1固定子100側から見た回転子200C(後述する回転シャフト5及び押板26を省略)の外観を示す斜視図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a part of a cross section of the
図13に戻り、回転子200Cは、磁性板23に対して第1固定子100側で、周方向において磁極に対して交互に配置される磁性体25を有する。磁性体25はいわゆるq軸インダクタンスを高め、リラクタンストルクを発生させることに寄与する。磁性体25は磁性板23と一体に形成してもよい。
Returning to FIG. 13, the
図14に示された断面の径方向の位置は、永久磁石22及び磁性体25が存在する位置である。ここでは図9で示された第2の例が採用されて、磁性体21、永久磁石22、磁性板23が配置されている。
The position in the radial direction of the cross section shown in FIG. 14 is a position where the
磁性体25は磁性板23側に大部25a、第1固定子100側に小部25bを有している。凹部241は、大部25aと小部25bとが形成する段差に嵌合する形状を有している。
The
図13に戻り、ホルダー24はその内周側に円環部242を有している。円環部242の外周が、ホルダー24の凹部241の内周を規定している。円環部242は第1の固定子100側で大径となり、第3の固定子300側で小径となって段差を形成している。なお、図13においては繁雑を避けるため、円環部242の段差を除き、凹部241の段差を省略して描いている。
Returning to FIG. 13, the
回転シャフト5は第2固定子300側に小径部5aを、第1固定子100側に大径部5bを、それぞれ有しており、両者は回転軸Qに沿って連結されている。小径部5aはホルダー24に嵌合し、大径部5bは押板26を介して磁性体21を第1固定子100側から押さえる。押板26は非磁性であることが望ましい。
The
図15に示された断面の位置は永久磁石22が存在する位置である。ホルダー24の孔240には小径部5aが嵌合して回転シャフト5が保持されている。
The position of the cross section shown in FIG. 15 is a position where the
磁性体21は円環部242の段差に嵌合し、かつ押板26によって押さえられており、回転軸Qに沿った方向での位置決めが行われている。
The
もちろん、図7に示されたように、ホルダー24に凹部24bを設けて、ホルダー24と磁性板23とを接着する接着剤を充填してもよい。
Of course, as shown in FIG. 7, the
第2の実施の形態.
図17はこの発明の第2の実施の形態にかかる回転子200Dの構成を示す斜視図であり、回転軸Qに沿って分解して示している。回転子200Dも第1の実施の形態の回転子200と置換して使用することができる。但し、回転子200Dでは永久磁石を用いておらず、いわゆるスイッチトリラクタンスモータを構成する。図18は回転軸Qに沿って分解することなく回転子200Dの外観を示す斜視図である。
Second embodiment.
FIG. 17 is a perspective view showing a configuration of a
回転子200Dは、回転子200Aの永久磁石22及び磁性体21を磁性体27に、ホルダー24をホルダー28に、それぞれ置換した構成を有している。磁性体27はスイッチトリラクタンスモータにおける回転子の磁極として機能する。ホルダー28は非磁性であって、回転シャフト(図示しない)を保持する貫通孔280と、磁性体27が嵌合する凹部281とを有している。ここでは凹部281は貫通している場合が例示されている。
The
スイッチトリラクタンスモータにおいても、第1の固定子100が励磁されると、第1のスラスト力が働く。また第2の固定子300には磁性体27及び磁性板23を介して磁束が流入出し、その結果、第2のスラスト力も働く。よって磁性板23により、第1の固定子100から磁性体27に流入出する磁束を、磁性体27同士で部分的に短絡させることができ、第1の実施の形態と同様に奏功する。
Also in the switched reluctance motor, when the
磁性体27と磁性板23とは一体に形成することができ、例えば圧粉鉄心で一体に作るのが好適である。
The
回転電機の枠への固定.
図19は本発明にかかる回転電機を枠6に固定した態様を示す断面図である。ここでは例として回転子200A(図4)を採用した場合を示しているが、上述の他の回転子を採用してもよい。図19は回転軸Qを含み、これに平行な断面を示している。
Fixing to the rotating electric machine frame.
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a state in which the rotating electrical machine according to the present invention is fixed to the
枠6は回転シャフト5を貫通させる孔60を有している。回転シャフト5は第2固定子300側の枠6の外部で、軸受7によって回転自在に支持されている。当該回転電機はアキシャルギャップモータであるので、回転シャフト5が短くて済み、片持ち構造で回転シャフト5を支持しても、回転シャフト5の倒れが回転電機に与える影響は小さい。
The
図19では回転シャフト5が第1固定子100及び枠6を貫通している場合を例示しているが、上述のように片持ち構造を採用している場合には、貫通しなくてもよい。回転シャフト5が第1固定子100を貫通しない場合には、電機子巻線13の渡り線を磁芯12よりも内周側に設けることができる。
FIG. 19 illustrates the case where the
またこの場合には第1固定子100のバックヨーク11に、孔110を設ける必要はない。但し孔110を、回転シャフト5を貫通させるためではなく、電機子巻線13を引き出すための通路として用いることが好適である。
In this case, it is not necessary to provide the
また枠6の、回転軸Qに垂直な内壁にはバックヨーク11と、第2固定子たる固定子用磁性板300が固定されている。例えば、枠6と固定子用磁性板300(あるいはバックヨーク11)とは接着やボルト等の締結材により結合される。
A
このように枠6が回転子200と反対側で固定子用磁性板300を固定することにより、固定子用磁性板300の機械的強度が補強される。上述のように、固定子用磁性板300の厚みを小さくする場合に好適である。
In this way, the
圧縮機への適用例.
図20は、本発明にかかる回転電機を用いた圧縮機の構成を例示する断面図である。図20は回転軸Qを含み、これに平行な断面を示している。
Example of application to a compressor.
FIG. 20 is a cross-sectional view illustrating the configuration of a compressor using the rotating electrical machine according to the invention. FIG. 20 shows a cross section including the rotation axis Q and parallel thereto.
図20はいわゆる高圧ドーム型と称される圧縮機を例示している。具体的には密閉容器9の一面に冷媒を吸入する吸入管92が、他面に圧縮後の冷媒を吐出する吐出管93が、それぞれ設けられている。
FIG. 20 illustrates a so-called high pressure dome type compressor. Specifically, a
そして吸入管92と吐出管93との間において、密閉容器9内に冷媒を圧縮する圧縮部91が備えられている。密閉容器9内にはまた、圧縮部91に対して吐出管93側に回転電機が備えられており、圧縮部91は回転シャフト5を介して当該回転電機によって駆動される。圧縮部91に対して回転電機とは反対側で油溜め94を有しており、いわゆる縦型の圧縮機が例示されている。
Between the
当該回転電機は、第1固定子100及び第2固定子300及びこれらに挟まれた回転子200Aを有している。これらの構成は上述した。但し、ここでは例として回転子200A(図4)を採用した場合を示しているが、上述の他の回転子を採用してもよい。
The rotating electrical machine includes a
第1固定子100は密閉容器9の内壁90に固定されている。ここでは回転シャフト5が第1固定子100を貫通していない場合が例示されている。但し上述のように、電機子巻線13を引き出すためにバックヨーク10には孔110が空けられている。また、冷媒の通路孔は図示していないが、必要に応じて設けることができる。
The
なお、図20では、第2固定子300たる固定子用磁性板300が密閉容器9の内壁90とは離れている。これを密閉容器9の内壁に保持しようとすると、固定子用磁性板300に機械的強度が要求される。よって固定子用磁性板300を巻鉄心で形成する場合であっても、巻いた状態で固めるか、他のホルダーに嵌合することがのぞましい。
In FIG. 20, the stator
また、固定子用磁性板300が圧粉鉄心で形成されている場合、直接に他の構造体に取り付けることが容易である。図20においては固定子用磁性板300が、圧縮部91のハウジング91aに、回転子200Aと反対側から固定されている場合が例示されている。
Further, when the stator
100 第1固定子
11 バックヨーク
12 磁芯
13 電機子巻線
200 回転子
21,25 磁性体
22 永久磁石
23 磁性板
231 鋼板
24 ホルダー
240 孔
241,24d 凹部
300 第2固定子(固定子用磁性板)
5 回転シャフト
6 枠
Q 回転軸
DESCRIPTION OF
5 Rotating
Claims (16)
前記回転子に対して前記回転軸に沿って対向する第1固定子(100)と、
前記回転子に対して前記回転軸に沿って前記第1固定子とは反対側で対向する第2固定子(300)と
を備え、
前記回転子は、
前記回転軸に対する周方向に沿って配列された複数の磁極(22;27)と、
前記第2固定子側において前記磁極に設けられ、前記磁極に流入出する磁束を部分的に前記磁極同士で短絡させ、部分的に前記第2固定子側に流入出させる磁性板(23)と
を有し、
前記第1固定子は、
前記磁極と間隔を空けて対向し、前記周方向に沿って配列された複数の磁芯(12)と、
少なくとも一つの前記磁芯に巻回される複数の電機子巻線(13)と、
前記回転子とは反対側で前記磁芯を連結するバックヨーク(11)と
を有し、
前記第2固定子は、
前記磁性板と間隔を空けて対向する固定子用磁性板(300)
を有し、
前記固定子用磁性板(300)の前記回転軸に沿った厚みは、前記バックヨークの前記回転軸に沿った厚みよりも小さい回転電機。 A rotor (200) that rotates about a rotation axis (Q);
A first stator (100) facing the rotor along the rotation axis;
A second stator (300) facing the rotor on the opposite side of the first stator along the rotation axis;
The rotor is
A plurality of magnetic poles (22; 27) arranged along a circumferential direction with respect to the rotation axis;
A magnetic plate (23) provided on the magnetic pole on the second stator side, partially shorting the magnetic flux flowing into and out of the magnetic pole between the magnetic poles and partially flowing into and out of the second stator side; Have
The first stator is
A plurality of magnetic cores (12) opposed to the magnetic poles at an interval and arranged along the circumferential direction;
A plurality of armature windings (13) wound around at least one of the magnetic cores ;
A back yoke (11) for connecting the magnetic core on the side opposite to the rotor ,
The second stator is
Magnetic plate for stator (300) facing the magnetic plate with a gap
Have,
The thickness along the rotational axis of the stator magnetic plate (300) is smaller rotary electric machine than the thickness along the rotational axis of the back yoke.
を更に備える、請求項1乃至請求項2のいずれか一つに記載の回転電機。 A member (6) for fixing the stator magnetic plate (300) on the side opposite to the rotor (200)
The rotating electrical machine according to claim 1, further comprising:
前記積層鉄心の前記鋼板の厚みは、前記巻鉄心の前記鋼板の厚みより大である、請求項5記載の回転電機。 The back yoke (11) is a laminated iron core in which steel plates are laminated along the rotation axis,
The rotating electrical machine according to claim 5, wherein a thickness of the steel sheet of the laminated core is larger than a thickness of the steel sheet of the wound core.
前記磁極(12)を保持する第1凹部(241)と、回転シャフト(5)を嵌合させる孔(240)とが設けられた非磁性のホルダー(24)
を更に有する、請求項1乃至請求項6のいずれか一つに記載の回転電機。 The rotor (200)
Nonmagnetic holder (24) provided with a first recess (241) for holding the magnetic pole (12) and a hole (240) for fitting the rotating shaft (5).
The rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 6, further comprising:
前記第2凹部には接着剤が設けられる、請求項8記載の回転電機。 A second recess (24b) is provided on the surface of the magnetic plate (23) in close contact with the holder (24),
The rotating electrical machine according to claim 8, wherein an adhesive is provided in the second recess.
前記磁極(22)の前記第1固定子(100)側に設けられた磁性体(21)
を更に有する、請求項13記載の回転電機。 The rotor (200)
Magnetic body (21) provided on the first stator (100) side of the magnetic pole (22)
The rotating electrical machine according to claim 13, further comprising:
前記磁性板(23)に対して前記第1固定子側で、前記周方向において前記磁極に対して交互に配置される磁性体(25)
を更に有する、請求項13乃至請求項14のいずれか一つに記載の回転電機。 The rotor (200)
Magnetic bodies (25) arranged alternately with respect to the magnetic poles in the circumferential direction on the first stator side with respect to the magnetic plate (23)
The rotating electrical machine according to any one of claims 13 to 14, further comprising:
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