JP2003284276A - Dynamo-electric machine - Google Patents

Dynamo-electric machine

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JP2003284276A
JP2003284276A JP2002083265A JP2002083265A JP2003284276A JP 2003284276 A JP2003284276 A JP 2003284276A JP 2002083265 A JP2002083265 A JP 2002083265A JP 2002083265 A JP2002083265 A JP 2002083265A JP 2003284276 A JP2003284276 A JP 2003284276A
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JP2002083265A
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Inventor
Tomohiro Kikuchi
Takashi Miyazaki
Shinichi Yamaguchi
Haruyuki Yonetani
高志 宮崎
信一 山口
晴之 米谷
友弘 菊池
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
三菱電機株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively reduce cogging torque.
SOLUTION: The dynamo-electric machine is provided with a rotor 30 placed in the center of a ring-shaped stator 40 so that it is rotatable around a prescribed rotational core, and a plurality of permanent magnets 32N, 32S placed along the direction of the rotational core of the rotor 30 in an area on the rotor 30 facing the stator and in such a way that the circumferential positions are mutually staggered. A magnetic insulation layer 43 comprising a non- magnetic material is provided on the stator 40 in a region facing the gap between the permanent magnets 32N, 32S adjacent to each other in the direction of the rotational core of the rotor 30.
COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】この発明は、電動モータ等の回転電機に関し、特に、コギングトルクの低減を図るようにした回転電機に関するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] [Technical Field of the Invention The present invention relates to a rotary electric machine such as an electric motor, in particular, to a rotary electric machine so as to reduce the cogging torque. 【0002】 【従来の技術】図11は、回転電機の一般的な構成を示した断面図である。 [0002] FIG. 11 is a sectional view showing a general configuration of a rotary electric machine. この回転電機は、永久磁石型の電動モータであり、固定子10と回転子20とを備えている。 The rotating electrical machine is a permanent magnet type electric motor, and a stator 10 and a rotor 20. 固定子10は、内周に複数の固定子鉄心11を有した円筒状を成すもので、個々の固定子鉄心11にそれぞれ固定子巻線12を備えている。 The stator 10 is intended to form a cylindrical shape having a plurality of stator core 11 to the inner periphery, and a respective stator winding 12 to each of the stator core 11. 回転子20は、固定子10の中心部に、所定の回転軸心回りに回転可能に配設されたもので、固定子10に対向する部位に複数の永久磁石21N,21Sを備えている。 The rotor 20 is in the center of the stator 10, in which is rotatably disposed at a predetermined axis of rotation around a plurality of permanent magnets 21N in a position facing the stator 10, and a 21S. これら複数の永久磁石21N,21Sは、N極とS極とが交互に並ぶように配置されている。 The plurality of permanent magnets 21N, 21S is an N pole and an S pole are alternately arranged. この電動モータでは、固定子巻線12 In this electric motor, the stator winding 12
に適宜通電することによって回転磁界を構成すれば、回転子20が回転軸心回りに回転することになる。 By configuring the rotating magnetic field by energizing appropriately, so that the rotor 20 rotates in the rotation axis direction. 【0003】ここで、上述した回転電機にあっては、その構造上、コギングトルクと称される回転トルク変動が発生することになる。 [0003] Here, in the rotary electric machine described above, so that its structure, called the torque fluctuation and the cogging torque is generated. すなわち、上記のような構造を有する回転電機では、回転子20が回転した場合、その回転角度に応じて磁気抵抗が変化することになり、回転トルクが変動するようになる。 That is, in the rotary electric machine having the above structure, when the rotor 20 is rotated, will be the magnetic resistance changes according to the rotation angle, rotation torque is to vary. コギングトルクは、これが大きい場合、振動や騒音を発生するばかりでなく、モータ効率を低下させる要因となる。 Cogging torque, if this is greater, not only for generating a vibration and noise and causes a decrease of the motor efficiency. 従って、永久磁石を用いた回転電機において、振動や騒音の発生を抑え、モータ効率を向上させるためには、コギングトルクを如何に低減できるかがきわめて重要となる。 Therefore, in the rotating electrical machine with permanent magnets, suppress the generation of vibration or noise, in order to improve the motor efficiency, or the cogging torque can how reduced is critical. 【0004】このため、従来においては、例えば実開昭61−17876号公報に記載されているような回転電機が提供されている。 [0004] Therefore, conventionally, the rotary electric machine as described in JP Utility Model 61-17876 is provided. すなわち、回転子の回転軸心方向に沿って周方向の位置が徐々に変化するように複数の永久磁石を配置し(以下、段スキューという)、コギングトルクを相互に打ち消そうとするものである。 That is, by arranging a plurality of permanent magnets so that the rotation axis direction circumferential position along the rotor is gradually changed (hereinafter, referred to as stage skew), the intention to counteract the cogging torque mutually is there. 【0005】しかしながら、回転子の回転軸心方向に沿って隣接する永久磁石を段スキューさせた場合には、互いに極性の異なる永久磁石が近接することになるため、 However, in the case where the permanent magnet is stepped skew adjacent along the rotation axis direction of the rotor, because that will close the different polarities the permanent magnet to each other,
これら近接する永久磁石の間で漏れ磁束が発生するようになる。 Leakage flux between the permanent magnets of these proximity will be produced. この結果、回転電機としての発生トルクが減少するばかりでなく、コギングトルクを相互に打ち消す効果もきわめて小さなものとなる。 As a result, not only torque generated as the rotating electrical machine is reduced, the effect also becomes extremely small to cancel the cogging torque to each other. 【0006】こうした漏れ磁束による問題を解決するための従来技術としては、例えば特開平8−251847 [0006] As a conventional technique for solving the problem by such leakage flux, for example JP-A-8-251847
号公報や特開2000−308287号公報に開示されたものがある。 There is one issue is disclosed in Japanese or Japanese 2000-308287 JP. すなわち、図12に示すように、回転子20の回転軸心方向に沿って隣接する永久磁石21N, That is, as shown in FIG. 12, the permanent magnet 21N which are adjacent to each other along the rotation axis direction of the rotor 20,
21Sの間に間隙22を確保したり、図13に示すように、回転子20の回転軸心方向に沿って隣接する永久磁石21N,21Sの間に非磁性材料23を介在させることにより、永久磁石21N,21Sの相互間を通じた直接的な回転軸心方向の漏れ磁束を低減しようとするものである。 By ensuring a gap 22 between the 21S, as shown in FIG. 13, the permanent magnet 21N which are adjacent to each other along the rotation axis direction of rotor 20, by interposing a non-magnetic material 23 between the 21S, permanent magnets 21N, is intended to reduce the direct leakage flux rotation axis direction through an inter-mutual 21S. 【0007】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら図12や図13に示された回転電機を具現化した場合にも、コギングトルクを有効に低減できていないのが実情である。 [0007] The present invention is, however, even when embodying the rotary electric machine shown in these figures 12 and 13, a fact is not possible to effectively reduce the cogging torque. 図14は、本発明者らが行った3次元非線形磁界解析法による検証結果を示したグラフ、図15は、検証条件を示した図表である。 Figure 14 is a graph inventors have shown a verification result by the three-dimensional non-linear magnetic field analysis method performed, FIG. 15 is a table showing the verification condition. すなわち、図14において、(A)は、実開昭61−17876号公報に示されたものと同様に、回転子20の回転軸心方向に沿って隣接する永久磁石21N,21Sを段スキューさせたもののコギングトルクであり、これを基準としてある。 That is, in FIG. 14, (A), similar to that shown in Japanese Unexamined Utility Model Publication No. 61-17876, the permanent magnet 21N which are adjacent to each other along the rotation axis direction of the rotor 20, is stepped skewed 21S despite a cogging torque, there it as a reference.
(B)は、図12に示したものと同様に、段スキューさせた永久磁石21N,21Sの間に間隙22を確保した回転電機のコギングトルク比、(C)は、図13に示したものと同様に、段スキューさせた永久磁石21N,2 (B), similar to that shown in FIG. 12 that the permanent magnet 21N which is stepped skew, the cogging torque ratio of the rotary electric machine that ensures the gap 22 between the 21S, (C) is shown in FIG. 13 permanent magnets Similarly, to stage skew 21N, 2
1Sの間に非磁性材料23を介在させた回転電機のコギングトルク比をそれぞれ示している。 1S respectively show the cogging torque ratio of the rotary electric machine of non-magnetic material 23 is interposed between the. 【0008】図14からも明らかなように、段スキューさせた永久磁石21N,21Sの間に間隙22を確保したり、段スキューさせた永久磁石21N,21Sの間に非磁性材料23を介在させる構成が、コギングトルクの低減に関し、単に永久磁石21N,21Sを段スキューさせたものに比べて十分に功を奏していないことが分かる。 [0008] As is clear from FIG. 14, the permanent magnet 21N which is stepped skew, is interposed by ensuring a gap 22 between the 21S, the permanent magnet 21N which is stepped skew, a non-magnetic material 23 between the 21S configuration relates reduce cogging torque, simply it can be seen that not enough paid off than the permanent magnet 21N, the 21S to those obtained by the row-to-row skew. 【0009】この発明は上記実情に鑑みてなされたもので、コギングトルクを有効に低減することのできる回転電機を得ることを目的とする。 [0009] The present invention has been made in view of the above circumstances, an object of the present invention to provide a rotary electric machine that can effectively reduce the cogging torque. 【0010】 【課題を解決するための手段】ここで、本発明者らは、 [0010] Means for Solving the Problems] The present inventors,
上述した検証結果に対してさらに検証や考察を重ねた結果、永久磁石21N,21Sの相互間を通じた直接的なもののみならず、固定子10を通じても回転子20の回転軸心方向に漏れ磁束が発生していることを突き止めた。 Result of repeated further verification and discussed with respect to the verification results described above, the permanent magnets 21N, not only the direct ones through mutual of 21S, the magnetic flux leakage in the rotation axis direction of the rotor 20 even through the stator 10 There was ascertained that has occurred. しかも、従来技術で問題としていた永久磁石21 In addition, permanent magnet 21, which has been a problem in the prior art
N,21Sの漏れ磁束が、実際のところはコギングトルクを有効に低減できない原因となっていないことも突き止めた。 N, leakage magnetic flux of the 21S was also discovered that no matter of fact is the cause that can not be effectively reduce the cogging torque. つまり、回転電機としては、固定子10の内部に発生する回転軸心方向に沿った漏洩磁束の影響を考慮しない限り、コギングトルクを有効に低減することができないことになる。 That is, as the rotary electric machine, unless considering the influence of the leakage magnetic flux along the rotation axis direction which occurs inside the stator 10, will not be able to effectively reduce the cogging torque. 上述した現象は、固定子に永久磁石を配置した回転電機の場合、回転子の内部に発生する回転軸心方向に沿った漏洩磁束の影響によって同様に発生する。 Phenomenon described above, when the rotary electric machine arranged a permanent magnet in the stator, similarly occurs by the influence of the leakage magnetic flux along the rotation axis direction generated in the interior of the rotor. 【0011】こうした考察結果に鑑みて、この発明にかかる回転電機では、環状を成す固定子の中心部に所定の回転軸心回りに回転可能に配設した回転子と、前記固定子および前記回転子の互いに対向する部位の一方に、前記回転軸心方向に沿い、かつ相互に周方向位置をずらすように配置した複数の永久磁石と、を備えた回転電機において、前記固定子および前記回転子の他方において前記相互に周方向位置をずらすように配置した永久磁石の相互間に対向する部位に、該回転軸心方向に沿った磁気抵抗を増大させる層を構成するようにしている。 [0011] In view of these considerations result in the rotary electric machine according to the present invention, a rotatable rotor which is arranged, said stator and said rotation to a predetermined axis of rotation around the center of the stator forming the annular on one part, which face each other, of the child, the along the rotation axis direction, and a plurality of permanent magnets arranged so as to shift the mutual circumferential position, in the rotary electric machine wherein the stator and the rotor in the other in a position facing the mutual permanent magnets arranged to displace the circumferential position on the other, so that constituting the layer for increasing the magnetic resistance along the rotation axis direction. 【0012】この発明によれば、永久磁石に対向する部分を通じて回転軸心方向に漏れる磁束を低減することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the magnetic flux leaking to the rotation axis direction through the portion facing the permanent magnet. 【0013】つぎの発明にかかる回転電機は、上記の発明において、前記回転子に前記永久磁石を配置し、かつ前記固定子において前記相互に周方向位置をずらすように配置した永久磁石の相互間に対向する部位に、非磁性材料から成る磁気絶縁層を設けたことを特徴とする。 [0013] rotating electric machine according to the next invention, in the above invention, the permanent magnet arranged in the rotor, and mutual permanent magnet arranged so as to shift the circumferential position on the another in the stator at a site opposed to, characterized in that a magnetic insulating layer made of a nonmagnetic material. 【0014】この発明によれば、磁気絶縁層により、固定子を通じて回転軸心方向に漏れる磁束を大幅に低減することができる。 According to the present invention, the magnetic insulation layer, a magnetic flux leaking to the rotation axis direction through the stator can be reduced significantly. 【0015】つぎの発明にかかる回転電機は、上記の発明において、前記磁気絶縁層を、前記固定子と前記回転子との間に確保したエアギャップ長の1/3以上の厚さに構成したことを特徴とする。 [0015] rotating electric machine according to the next invention, in the above invention, the magnetic insulation layer was constructed in the air gap length 1/3 or more of the thickness of the secured between the rotor and the stator it is characterized in. 【0016】この発明によれば、エアギャップ長に対して磁気絶縁層の厚さを十分に確保することができ、漏洩磁束の低減効果が顕著となる。 According to this invention, it is possible to sufficiently secure the thickness of the magnetic insulator layer to the air gap length, the effect of reducing the leakage flux becomes remarkable. 【0017】つぎの発明にかかる回転電機は、上記の発明において、前記回転子に前記永久磁石を配置し、かつ前記固定子において前記相互に周方向位置をずらすように配置した永久磁石の相互間に対向する部位に、他の部分よりも横断面積の減少した断面積減少層を設けたことを特徴とする。 The rotary electric machine according to the next invention, in the above invention, the permanent magnet arranged in the rotor, and mutual permanent magnet arranged so as to shift the circumferential position on the another in the stator at a site opposed to, characterized in that a reduced cross-sectional area reducing layer of cross-sectional area than other portions. 【0018】この発明によれば、非磁性材料を用いることなく固定子を通じて回転軸心方向に漏れる磁束を低減することができる。 According to this invention, it is possible to reduce the magnetic flux leaking to the rotation axis direction through the stator without the use of non-magnetic material. 【0019】 【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、この発明にかかる回転電機の好適な実施の形態を詳細に説明する。 [0019] Referring to the accompanying drawings DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION, describing preferred embodiments of the rotating electric machine according to the present invention in detail. 【0020】実施の形態1. [0020] Embodiment 1. 図1〜図3は、この発明の実施の形態1である回転電機の構成を示したものである。 1 to 3 shows the structure of a rotary electric machine according to a first preferred embodiment of the present invention. ここで例示する回転電機は、永久磁石型の電動モータであり、回転子30と固定子40とを備えている。 Rotating electric machine illustrated here is a permanent magnet type electric motor, and a rotor 30 and stator 40. 【0021】回転子30は、所定の回転軸心回りに回転可能に配設したもので、円柱状を成す回転子鉄心31の外周面に2段配置した永久磁石32N,32Sを備えている。 [0021] The rotor 30, which was disposed rotatably in a predetermined rotation axis direction, the permanent magnets 32N arranged two stages on the outer circumferential surface of the rotor core 31 to form a cylindrical shape, and a 32S. 各段の永久磁石32N,32Sは、周方向に沿ってN極とS極とが4個ずつ交互に並び、かつ互いの間に適宜周方向間隙33を確保した状態で回転子鉄心31に配置してある。 Permanent magnets 32N of each stage, 32S are alternately arranged N and S poles along the circumferential direction is four by four, and arranged in the rotor core 31 while ensuring an appropriate circumferential gap 33 therebetween are you. 【0022】また、本実施の形態においては、回転軸心方向に沿って隣接する永久磁石32N,32Nの間、並びに32S,32Sの間に、それぞれ段スキューを設定してあるとともに、軸心方向間隙34を確保してある。 Further, in the present embodiment, the permanent magnet 32N which are adjacent to each other along the rotation axis direction, during 32N, and 32S, while the 32S, with some set the stage skew respectively, axially It is to ensure the gap 34.
段スキューは、一方の段の永久磁石32N,32Sと他方の段の永久磁石32N,32Sとを相互に周方向位置をずらすことによって設定したものである。 Row skew is obtained by setting by shifting one of the stages of the permanent magnets 32N, 32S and other stages of the permanent magnets 32N, mutually circumferential position and 32S. 図示の8極12スロットの回転電機にあっては、機械角15°の周期でコギングトルクが発生するため、一方の段の永久磁石32N,32Sと他方の段の永久磁石32N,32S In the rotary electric machine shown in 8 poles and 12 slots, since the cogging torque is generated in a cycle of mechanical angle 15 °, the permanent magnets 32N of one stage, 32S and other stages of the permanent magnets 32N, 32S
とでコギングトルクを相互に打ち消すように、段スキューとして周方向に機械角7.5°だけ位置をずらしてある。 So as to cancel the cogging torque with each other and, in the circumferential direction as the row skew are shifted position by mechanical angle 7.5 °. 軸心方向間隙34は、一方の段の永久磁石32N, Axial direction gap 34, permanent magnets 32N of one stage,
32Sと他方の段の永久磁石32N,32Sとの間に確保した間隙である。 32S and the other stages of the permanent magnets 32N, a gap is secured between the 32S. この軸心方向間隙34には、非磁性材料を配置してもよい。 The axial gap 34 may be arranged non-magnetic material. 配置する非磁性材料としては、 The nonmagnetic material to place,
例えばステンレスや銅に代表される金属、あるいは合成樹脂、セラミック、ガラスに代表される非金属等々、適宜のものを選択すればよい。 For example, a metal typified by stainless steel or copper or a synthetic resin, ceramic, etc. nonmetal typified by glass, may be selected as appropriate. 但し、本発明では必ずしも軸心方向間隙34を設ける必要はなく、またこの軸心方向間隙34に非磁性材料を配置する必要もない。 However, it is not always necessary to provide the axial gap 34 in the present invention, nor need to place a non-magnetic material in the axial direction gap 34. 【0023】一方、回転電機の固定子40は、内周に複数(本実施の形態では12個)の固定子鉄心41を有した円筒状を成すもので、回転子30の周囲において各段の永久磁石32N,32Sを囲繞する位置に配置してある。 On the other hand, the stator 40 of the rotary electric machine, the inner plurality (in this embodiment 12) in a circumferential those having a cylindrical shape having a stator core 41 of, for each stage in the periphery of the rotor 30 permanent magnets 32N, is disposed at a position surrounding the 32S. 固定子40と回転子30との間には、予め設定したエアギャップ50が確保してある。 Between the stator 40 and the rotor 30, are secured an air gap 50 which is set in advance. 本実施の形態における個々の固定子鉄心41は、それぞれ固定子巻線42を備えており、該固定子巻線42に適宜通電することによって回転磁界を構成することが可能である。 Individual stator core 41 in this embodiment is provided with a respective stator winding 42, it is possible to construct a rotating magnetic field by energizing appropriate stator windings 42. 【0024】また、上記固定子40には、回転子30の軸心方向間隙34に対向する部位に磁気絶縁層43を設けてある。 Further, in the stator 40 is provided with a magnetic insulating layer 43 in a portion facing in the axial direction gap 34 of the rotor 30. この磁気絶縁層43は、非磁性材料から成り、固定子40の横断面と同等の形状を有したもので、 The magnetic insulating layer 43 is made of non-magnetic material, but having a cross section equivalent to the shape of the stator 40,
図1において固定子40を上下に二分割するように配置してある。 It is arranged such that bisects stator 40 vertically in FIG. 配置する非磁性材料としては、回転子30の場合と同様に、ステンレスや銅に代表される金属、あるいは合成樹脂、セラミック、ガラスに代表される非金属等々、適宜のものを選択すればよい。 The nonmagnetic material to place, as in the case of the rotor 30, the metal typified by stainless steel or copper or a synthetic resin, ceramic, etc. nonmetal typified by glass, may be selected as appropriate. なお、回転子30 In addition, the rotor 30
に軸心方向間隙34を設けない場合には、一方の段の永久磁石32N,32Sと他方の段の永久磁石32N,3 In the case without the axial direction gap 34, one of the stages of the permanent magnets 32N, 32S and other stages of the permanent magnet 32N, 3
2Sとの接合部に対向する部位に磁気絶縁層43を設ければよい。 The portion facing the junction of the 2S may be provided a magnetic insulating layer 43. 【0025】上記のように構成した回転電機では、固定子40に構成される回転磁界と、回転子30に配置した永久磁石32N,32Sの作用により、当該回転子30 [0025] In the rotary electric machine configured as described above, the rotating magnetic field formed on the stator 40, the permanent magnet 32N is arranged on the rotor 30, by the action of 32S, the rotor 30
が回転軸心回りに回転することになる。 There will rotate the rotation axis direction. 【0026】ここで、上述した回転電機によれば、固定子40において、回転子30の軸心方向間隙34に対向する部位、つまりに磁気絶縁層43を設けるようにしている。 [0026] Here, according to the rotary electric machine described above, the stator 40, a portion facing in the axial direction gap 34 of the rotor 30, and be provided with a magnetic insulating layer 43 to clogging. 従って、当該磁気絶縁層43によって回転軸心方向に沿った磁気抵抗が増大するようになり、固定子40 Thus, now the magnetic resistance along the rotation axis direction by the magnetic insulating layer 43 is increased, the stator 40
を通じて回転軸心方向に漏れる磁束を大幅に低減することができる。 The magnetic flux leaking in the rotational axis direction through can be significantly reduced. 【0027】この結果、回転電機としての発生トルクが減少する事態を有効に防止できるとともに、一方の段の永久磁石32N,32Sで発生したコギングトルクと他方の段の永久磁石32N,32Sで発生したコギングトルクを有効に打ち消すことが可能となり、振動や騒音の発生を抑制することができるばかりでなく、モータ効率を向上させることができるようになる。 [0027] As a result, it is possible to effectively prevent the generation torque of the rotary electric machine is reduced, the permanent magnets 32N of one stage, the cogging torque generated by the 32S and the other stages of the permanent magnets 32N, occurred in 32S it is possible to cancel the cogging torque effectively, it is possible not only to suppress the generation of vibration and noise, it is possible to improve the motor efficiency. 【0028】先に示した図14および図15において、 [0028] In FIGS. 14 and 15 indicated above,
(D)および(E)は、上述した実施の形態1の回転電機についてその検証結果を示したものである。 (D) and (E) is a diagram showing the verification result for the rotary electric machine of the first embodiment described above. (D) (D)
は、回転子30の軸心方向間隙34に非磁性材料を配置していない回転電機のコギングトルク比であり、(E) Is a cogging torque ratio of the rotary electric machine in the axial direction gap 34 of the rotor 30 is not disposed non-magnetic material, (E)
は、回転子30の軸心方向間隙34に非磁性材料を配置した回転電機のコギングトルク比を示している。 Indicates the cogging torque ratio of the rotary electric machine disposed non-magnetic material in the axial direction gap 34 of the rotor 30. 図14 Figure 14
に示すように、実施の形態1の回転電機によれば、コギングトルクが大幅に低減しており、固定子40の内部で回転軸心方向に漏れる磁束を低減させることで、段スキューによるコギングトルクの低減効果を十分に引き出せることが明らかとなった。 As shown, according to the rotating electrical machine of the first embodiment, the cogging torque has been greatly reduced, by reducing the magnetic flux leaking in the rotational axis direction inside the stator 40, the cogging torque due to the row-to-row skew It is pulled out the effect of reducing the fully revealed. 【0029】さらに、固定子40に磁気絶縁層43を設けるようにした実施の形態1の回転電機によれば、固定子巻線42に電流を通電した際(実運転状態)の固定子40内部での回転軸心方向に漏れる磁束も低減させることができる。 Furthermore, the stator 40 inside the According to the rotating electrical machine of the first embodiment so as to provide a magnetic insulating layer 43 on the stator 40, when energized with current in the stator winding 42 (actual operating state) also the magnetic flux leaking in the rotational axis direction at can be reduced. これにより、通電時の磁気飽和の影響も緩和することが可能となり、トルクリップル(トルク変動)も有効に低減することができるようになる。 This makes it possible to also mitigate the influence of the magnetic saturation in energization, the torque ripple (torque variation) also becomes possible to effectively reduce. 【0030】なお、回転軸心方向の磁束発生量は、固定子鉄心41の磁気特性や磁気飽和の影響度合いによって変化するが、本発明者らの磁界解析結果によれば、回転軸心方向に漏れる磁束の量が多いほど、段スキューによるコギングトルク低減効果も小さくなることが分かった。 [0030] Incidentally, the magnetic flux generated in the rotation axis direction is changed by the influence degree of the magnetic characteristics and magnetic saturation of the stator core 41, according to the magnetic field analysis result of the present inventors, the rotation axis direction as the amount of leakage flux is large, it was found that also decreases the cogging torque reduction effect by stage skew. 【0031】図4は、上述した実施の形態1の回転電機において、磁気絶縁層43の厚さLaの変化に対するコギングトルク比の変化の割合を示したグラフである。 [0031] Figure 4, in the rotating electric machine of the first embodiment described above is a graph showing the rate of change in the cogging torque ratio with respect to a change in thickness La of the magnetic insulating layer 43. この図においては、上述した構成において固定子40に磁気絶縁層43を設けていない場合のコギングトルクを基準としてコギングトルク比を算出している。 In this figure, it calculates the cogging torque ratio based on the cogging torque when provided with no magnetic insulating layer 43 on the stator 40 in the configuration described above. 【0032】図からも明らかなように、磁気絶縁層43 [0032] As is apparent from the figure, the magnetic insulating layer 43
の厚さは、これを固定子40と回転子30との間に確保したエアギャップ50の1/3以上とすることが好ましい。 The thickness of, it is preferable to this the stator 40 and one-third or more of the air gap 50 which is secured between the rotor 30. すなわち、磁気絶縁層43の厚さをエアギャップ5 In other words, the air gap 5 the thickness of the magnetic insulation layer 43
0の1/3以上に設定した場合には、コギングトルク比がおよそ30%以下となり、回転電機のコギングトルクを大幅に低減できることが分かる。 When set to 0 1/3 or more of the ratio cogging torque becomes less about 30%, it can be seen that significantly reduce the cogging torque of the rotary electric machine. 【0033】実施の形態2. [0033] Embodiment 2. 上述した実施の形態1では、永久磁石32N,32Sを2段配置したものを例示している。 In the first embodiment described above, the permanent magnets 32N, illustrate that arranged two stages 32S. しかしながら、本発明はこれに限定されず、 However, the present invention is not limited thereto,
永久磁石32N,32Sを3段以上配置するようにしてもよい。 Permanent magnets 32N, may be arranged in three or more stages of 32S. 【0034】図5〜図7は、こうした発明の実施の形態2である回転電機の構成を示したものである。 [0034] FIGS. 5-7 shows the structure of a rotary electric machine according to a second embodiment of this invention. ここで例示する回転電機は、永久磁石型の電動モータであり、回転子130と固定子140とを備えている。 Rotating electric machine illustrated here is a permanent magnet type electric motor, and a rotor 130 and a stator 140. 【0035】回転子130は、所定の回転軸心回りに回転可能に配設したもので、円柱状を成す回転子鉄心13 The rotor 130, which was arranged rotatably on a predetermined rotation axis direction, the rotor iron core 13 which forms a cylindrical
1の外周面に3段配置した永久磁石132N,132S Permanent magnets 132N arranged three stages on the outer circumferential surface of 1, 132S
を備えている。 It is equipped with a. 各段の永久磁石132N,132Sは、 Permanent magnet 132N of each stage, 132S is,
周方向に沿ってN極とS極とが4個ずつ交互に並び、かつ互いの間に適宜周方向間隙133を確保した状態で配置してある。 N and S poles along the circumferential direction alternately arranged four by four, and are arranged while ensuring an appropriate circumferential gap 133 therebetween. 【0036】また、本実施の形態では、回転軸心方向に沿って隣接する永久磁石132N,132Nの間、並びに132S,132Sの間に、それぞれ段スキューを設定してあるとともに、軸心方向間隙134を確保してある。 Further, in the present embodiment, the permanent magnets 132N which are adjacent to each other along the rotation axis direction, during the 132N, and 132S, during 132S, together with a certain set the stage skew respectively, axial direction gap set aside 134. 段スキューは、一方の段の永久磁石132N,13 Stage skew the permanent magnets of one stage 132N, 13
2Sから他方の段の永久磁石132N,132Sに向けて漸次周方向位置をずらすことによって設定したものである。 Permanent magnets 132N of the other stages from 2S, those set by shifting the gradual circumferential positions towards the 132S. 軸心方向間隙134は、各段の永久磁石132 Axial direction gap 134, permanent magnets 132 of each stage
N,132Sの相互間に設けた間隙である。 N, is a gap provided therebetween in the 132S. この軸心方向間隙134には、非磁性材料を配置してもよい。 The axial gap 134 may be disposed non-magnetic material. 配置する非磁性材料としては、例えばステンレスや銅に代表される金属、あるいは合成樹脂、セラミック、ガラスに代表される非金属等々、適宜のものを選択すればよい。 The nonmagnetic material to place, for example, a metal typified by stainless steel or copper or a synthetic resin, ceramic, etc. nonmetal typified by glass, may be selected as appropriate.
但し、本発明では、必ずしも軸心方向間隙134を設ける必要はなく、またこの軸心方向間隙134に非磁性材料を配置する必要もない。 However, in the present invention, not necessarily need not be provided with axial gaps 134 and also necessary to arrange a non-magnetic material in the axial direction gap 134. 【0037】一方、回転電機の固定子140は、内周に複数(本実施の形態では12個)の固定子鉄心141を有した円筒状を成すもので、回転子130の周囲において各段の永久磁石132N,132Sを囲繞する位置に配置してある。 On the other hand, the stator 140 of the rotating electric machine is intended (in this embodiment 12) more on the inner circumference forms a stator core 141 has a cylindrical shape, of each stage at the periphery of the rotor 130 permanent magnets 132N, is disposed at a position surrounding the 132S. 固定子140と回転子130との間には、予め設定したエアギャップ150が確保してある。 Between the stator 140 and the rotor 130, are secured an air gap 150 which is set in advance.
本実施の形態における個々の固定子鉄心141は、それぞれ固定子巻線142を備えており、該固定子巻線14 Individual stator core 141 in this embodiment has each provided with a stator winding 142, the stator winding 14
2に適宜通電することによって回転磁界を構成することが可能である。 It is possible to configure a rotating magnetic field by appropriately energizing the 2. 【0038】また、上記固定子140には、回転子13 Further, in the stator 140, the rotor 13
0の各軸心方向間隙134に対向する部位に磁気絶縁層143を設けてある。 It is provided with a magnetic insulating layer 143 at a site facing the axial direction gap 134 0. この磁気絶縁層143は、非磁性材料から成り、固定子140の横断面と同等の形状を有したもので、図5において固定子140を上下に三分割するように配置してある。 The magnetic insulating layer 143 is made of non-magnetic material, but having a cross section equivalent to the shape of the stator 140 are arranged so as to be divided into three parts up and down the stator 140 in FIG. 配置する非磁性材料としては、回転子130の場合と同様に、ステンレスや銅に代表される金属、あるいは合成樹脂、セラミック、ガラスに代表される非金属等々、適宜のものを選択すればよい。 The nonmagnetic material to place, as in the case of the rotor 130, a metal typified by stainless steel or copper or a synthetic resin, ceramic, etc. nonmetal typified by glass, may be selected as appropriate. なお、回転子130に軸心方向間隙134を設けない場合には、各段の永久磁石132N,132Sの相互接合部に対向する部位に磁気絶縁層143を設ければよい。 In the case where the rotor 130 is not provided with the axial direction gap 134, the permanent magnets 132N of each stage may be provided a magnetic insulating layer 143 at a site facing each other junction 132S. 【0039】この実施の形態2の回転電機においても、 [0039] Also in the rotating electric machine according to the second embodiment,
固定子140に構成される回転磁界と、回転子130に配置した永久磁石132N,132Sの作用により、当該回転子130が回転軸心回りに回転することになる。 A rotating magnetic field formed on the stator 140, the permanent magnet 132N are arranged in the rotor 130, by the action of 132S, so that the rotor 130 rotates in the rotation axis direction. 【0040】ここで、上述した回転電機によれば、固定子140において、回転子130の軸心方向間隙134 [0040] Here, according to the rotary electric machine described above, the stator 140, axial gap 134 of the rotor 130
に対向する部位に磁気絶縁層143を設けるようにしている。 And it is provided with a magnetic insulating layer 143 at a portion facing the. 従って、当該磁気絶縁層143によって回転軸心方向に沿った磁気抵抗が増大するようになり、固定子1 Thus, now the magnetic resistance along the rotation axis direction by the magnetic insulation layer 143 is increased, the stator 1
40を通じて回転軸心方向に漏れる磁束を大幅に低減することができる。 It is possible to greatly reduce the magnetic flux leaking to the rotation axis direction through 40. 【0041】この結果、回転電機としての発生トルクが減少する事態を有効に防止できるとともに、各段の永久磁石132N,132Sで発生したコギングトルクを有効に打ち消すことが可能となり、振動や騒音の発生を抑制することができるばかりでなく、モータ効率を向上させることができるようになる。 [0041] As a result, it is possible to effectively prevent the generation torque of the rotary electric machine is reduced, the permanent magnets 132N of each stage, it becomes possible to cancel enable cogging torque generated by 132S, vibration and noise of the generator not only can be suppressed, it is possible to improve the motor efficiency. 【0042】実施の形態3. [0042] Embodiment 3. 図8は、この発明の実施の形態3である回転電機の構成を示したものである。 Figure 8 is a diagram showing the configuration of a rotary electric machine according to a third embodiment of the present invention. ここで例示する回転電機は、実施の形態1と同様の構成を有した永久磁石型の電動モータであり、固定子240の構成のみが異なっている。 Rotating electric machine illustrated here is a permanent magnet type electric motor having the same structure as in the first embodiment, only the configuration of the stator 240 are different. 【0043】すなわち、実施の形態3の回転電機では、 [0043] That is, in the rotating electrical machine of the third embodiment,
固定子240において回転子30の軸心方向間隙34に対向する部位に断面積減少層243を設けてある。 Are the cross-sectional area reducing layer 243 formed on the portion facing the axial direction gap 34 of the rotor 30 in the stator 240. この断面積減少層243は、固定子240において永久磁石32N,32Sに対向する部分と同じ材料で構成したものであるが、図9に示すように、その横断面積を小さく構成してある。 The cross-sectional area reducing layer 243, the permanent magnets 32N in the stator 240, but which is constituted by the same material as the part facing the 32S, as shown in FIG. 9, it is reduced up the cross-sectional area. 【0044】上記のように構成した固定子240を有する回転電機においても、回転子30の軸心方向間隙34 [0044] In the rotary electric machine having a stator 240 configured as described above, axial gaps 34 of the rotor 30
に対向する部位に設けた断面積減少層243により、回転軸心方向に沿った磁気抵抗が増大するようになる。 The cross-sectional area reducing layer 243 provided on a portion facing the magnetic resistance becomes to increase along the rotation axis direction. 従って、固定子240を通じて回転軸心方向に漏れる磁束を大幅に低減することができるようになり、回転電機としての発生トルクが減少する事態を有効に防止できるとともに、各段の永久磁石32N,32Sで発生したコギングトルクを有効に打ち消すことが可能となり、振動や騒音の発生を抑制することができるばかりでなく、モータ効率を向上させることができるようになる。 Therefore, it becomes possible to greatly reduce the magnetic flux leaking to the rotation axis direction through the stator 240, the generation torque of the rotary electric machine can be effectively prevented from decreasing, the permanent magnets 32N of each stage, 32S in it is possible to counteract effectively the cogging torque generated, it is possible not only to suppress the generation of vibration and noise, it is possible to improve the motor efficiency. しかも、 In addition,
上述した実施の形態1や実施の形態2のように別途非磁性材料から成る磁気絶縁層を設ける必要もないため、容易に、かつ安価に具現化することが可能である。 Since there is no need to provide a magnetic insulating layer made of a nonmagnetic material separately as Embodiment 1 and Embodiment 2 described above, it is possible to easily and inexpensively implemented. 【0045】回転軸心方向に沿った磁気抵抗は、断面積減少層243において固定子240の横断面積が小さいほど大きなものとなる。 The magnetic resistance along the rotation axis direction is assumed large enough cross-sectional area of ​​the stator 240 is smaller in cross-sectional area reducing layer 243. 従って、図9に示した断面積減少層243に換えて、図10に示すように、横断面積をさらに減少させた断面積減少層343を適用すれば、上述した効果が一層顕著となる。 Therefore, instead of the cross-sectional area reducing layer 243 shown in FIG. 9, as shown in FIG. 10, by applying the cross-sectional area reducing layer 343 further reduce the cross-sectional area, the above-mentioned effect becomes more pronounced. 【0046】なお、上述した実施の形態1〜3では、いずれも回転子に永久磁石を設けるようにしているが、固定子に永久磁石を設けるようにした回転電機にも同様に適用することが可能である。 [0046] In the first to third embodiments described above, but both are acceptable to provide a permanent magnet rotor, is equally applicable to rotary electric machine so as to provide a permanent magnet on the stator possible it is. また、回転子に永久磁石を設ける場合に、いずれもその外周面に配置するようにしているが、内部に埋め込むように永久磁石を回転子に設けるようにしても構わない。 Further, when the rotor is provided a permanent magnet, either has to be arranged on the outer peripheral surface thereof it may be a permanent magnet so as to fill the inside be provided in the rotor. 【0047】 【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば、永久磁石に対向する部分を通じて回転軸心方向に漏れる磁束を低減することができるため、回転電機としての発生トルクが減少する事態を有効に防止できるとともに、各段の永久磁石で発生したコギングトルクを有効に打ち消すことが可能となり、振動や騒音の発生を抑制することができるばかりでなく、モータ効率を向上させることができるようになる。 [0047] As has been described in the foregoing, according to the present invention, it is possible to reduce the magnetic flux leaking to the rotation axis direction through the portion facing to the permanent magnets, the generated torque of the rotary electric machine decreases with a situation that can be prevented effectively, it is possible to effectively cancel the cogging torque generated by the permanent magnets at each stage, it is possible not only to suppress the generation of vibration and noise, to improve the motor efficiency become able to. 【0048】つぎの発明によれば、磁気絶縁層により、 [0048] According to the next invention, the magnetic insulation layer,
固定子を通じて回転軸心方向に漏れる磁束を大幅に低減することができるため、回転電機としての発生トルクが減少する事態を有効に防止できるとともに、各段の永久磁石で発生したコギングトルクを有効に打ち消すことが可能となり、振動や騒音の発生を抑制することができるばかりでなく、モータ効率を大幅に向上させることができるようになる。 Since the magnetic flux leaking to the rotation axis direction through the stator can be significantly reduced, it is possible to effectively prevent the generation torque of the rotary electric machine is reduced, effectively the cogging torque generated by the permanent magnets of each stage cancel it becomes possible, not only can suppress the generation of vibration and noise, so the motor efficiency can be greatly improved. 【0049】つぎの発明によれば、エアギャップ長に対して磁気絶縁層の厚さを十分に確保することができ、漏洩磁束の低減効果が顕著となるため、コギングトルクの低減効果もより一層顕著となる。 [0049] According to the next invention, it is possible to sufficiently secure the thickness of the magnetic insulator layer to the air gap length, since the effect of reducing the leakage flux become remarkable, even more effectively reduced the cogging torque It becomes remarkable. 【0050】つぎの発明によれば、非磁性材料を用いることなく固定子を通じて回転軸心方向に漏れる磁束を低減することができるため、容易に、かつ安価に具現化することが可能になる。 [0050] According to the next invention, it is possible to reduce the magnetic flux leaking to the rotation axis direction through the stator without the use of non-magnetic material, easily, and it is possible to inexpensively realize.

【図面の簡単な説明】 【図1】 この発明の実施の形態1である回転電機の構成を示したもので、(a)は固定子を破断した側面図、 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS [Figure 1] shows the configuration of a rotary electric machine according to a first preferred embodiment of the present invention, (a) represents a side view broken stator,
(b)は側面図である。 (B) is a side view. 【図2】 図1に示した回転電機の固定子を示した斜視図である。 2 is a perspective view showing a stator of the rotating electric machine shown in FIG. 【図3】 図1に示した回転電機の横断面図である。 3 is a cross-sectional view of the rotary electric machine shown in FIG. 【図4】 エアギャップ長に対する非磁性材料の厚さの比とコギングトルク比との関係を示したグラフである。 4 is a graph showing the relationship between the thickness ratio and the cogging torque ratio of the non-magnetic material for the air gap length. 【図5】 この発明の実施の形態2である回転電機の構成を示したもので、(a)は固定子を判断した側面図、 [5] shows a configuration of a rotary electric machine according to a second preferred embodiment of the present invention, (a) shows the side view is determined stator,
(b)は側面図である。 (B) is a side view. 【図6】 図5に示した回転電機の固定子を示した斜視図である。 6 is a perspective view showing a stator of the rotating electric machine shown in FIG. 【図7】 図5に示した回転電機の横断面図である。 7 is a cross-sectional view of the rotary electric machine shown in FIG. 【図8】 この発明の実施の形態3である回転電機の構成を示した一部破断側面図である。 8 is a partially broken side view showing a configuration of a rotary electric machine according to a third embodiment of the present invention. 【図9】 図8に示した回転電機の断面積減少層を示した平面図である。 9 is a plan view showing the cross-sectional area reducing layer of the rotary electric machine shown in FIG. 【図10】 断面積減少層の変形例を示した平面図である。 10 is a plan view showing a modification of the cross-sectional area reducing layer. 【図11】 従来の回転電機の一般的な構成を示す横断面図である。 11 is a transverse sectional view showing a general structure of a conventional rotary electric machine. 【図12】 図11に示した回転電機の第1改良例を示したもので、(a)は回転子の平面図、(b)はその側面図である。 [Figure 12] shows a first modified example of the rotary electric machine shown in FIG. 11, (a) is a plan view of the rotor, (b) is a side view thereof. 【図13】 図11に示した回転電機の第2改良例を示した斜視図である。 13 is a perspective view showing a second modified example of the rotary electric machine shown in FIG. 11. 【図14】 図11〜図13に示した回転電機のコギングトルク比と、この発明にかかる回転電機のコギングトルク比とを示したグラフである。 [14] and the cogging torque ratio of the rotary electric machine shown in FIGS. 11 to 13 is a graph showing the cogging torque ratio of the rotary electric machine according to the present invention. 【図15】 図14に示したグラフの検証条件を示した図表である。 15 is a table showing the verification conditions of the graph shown in FIG. 14. 【符号の説明】 30 回転子、31 回転子鉄心、32N,32S 永久磁石、33 周方向間隙、34 軸心方向間隙、40 [Reference Numerals] 30 rotor, 31 a rotor core, 32N, 32S permanent magnet, 33 circumferential gap 34 axially gap, 40
固定子、41 固定子鉄心、42 固定子巻線、43 The stator, 41 stator core 42 stator winding 43
磁気絶縁層、50 エアギャップ、130 回転子、 Magnetic insulation layer, 50 an air gap, 130 rotor,
131 回転子鉄心、132N,132S 永久磁石、 131 rotor core, 132N, 132S permanent magnet,
133 周方向間隙、134 軸心方向間隙、140 133 circumferential gap 134 axially gap 140
固定子、141 固定子鉄心、142 固定子巻線、1 Stator 141 stator core, 142 stator winding, 1
43 磁気絶縁層、150 エアギャップ、240 固定子、243 断面積減少層、343 断面積減少層。 43 magnetic insulation layer, 150 an air gap, 240 stator, 243 cross-sectional area reducing layer, 343 an area reduction layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊池 友弘 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内(72)発明者 宮崎 高志 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内Fターム(参考) 5H002 AA02 AA04 AB06 AE07 AE08 5H621 AA02 BB07 GA04 GA12 HH01 JK02 JK03 5H622 AA02 CA02 CA13 CB04 CB05 PP07 QB03 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (72) inventor Tomohiro Kikuchi Marunouchi, Chiyoda-ku, tokyo-chome No. 2 No. 3 Mitsubishi electric in Co., Ltd. (72) inventor Takashi Miyazaki, Chiyoda-ku, tokyo Marunouchi 2-chome No. 2 No. 3 three Mitsubishi electric Co., Ltd. in the F-term (reference) 5H002 AA02 AA04 AB06 AE07 AE08 5H621 AA02 BB07 GA04 GA12 HH01 JK02 JK03 5H622 AA02 CA02 CA13 CB04 CB05 PP07 QB03

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 環状を成す固定子の中心部に所定の回転軸心回りに回転可能に配設した回転子と、前記固定子および前記回転子の互いに対向する部位の一方に、前記回転軸心方向に沿い、かつ相互に周方向位置をずらすように配置した複数の永久磁石と、を備えた回転電機において、 前記固定子および前記回転子の他方において前記相互に周方向位置をずらすように配置した永久磁石の相互間に対向する部位に、該回転軸心方向に沿った磁気抵抗を増大させる層を構成したことを特徴とする回転電機。 And [claimed is: 1. A rotor is disposed rotatably at a predetermined rotation axis around the center of the stator forming the annular portions facing each other of the stator and the rotor on the other hand, the along the rotation axis direction, and a plurality of permanent magnets arranged so as to shift the mutual circumferential position, in the rotary electric machine provided with a peripheral to the another in the other of said stator and said rotor rotating electric machine, characterized in that the portion facing the mutual permanent magnet arranged so as to shift the direction position, and constituting the layer for increasing the magnetic resistance along the rotation axis direction. 【請求項2】 前記回転子に前記永久磁石を配置し、かつ前記固定子において前記相互に周方向位置をずらすように配置した永久磁石の相互間に対向する部位に、非磁性材料から成る磁気絶縁層を設けたことを特徴とする請求項1に記載の回転電機。 Wherein placing the permanent magnet in the rotor, and the portion facing the mutual permanent magnets arranged to displace the circumferential position on the another in the stator, a magnetic made of a non-magnetic material the rotating electrical machine according to claim 1, characterized in that an insulating layer is provided. 【請求項3】 前記磁気絶縁層を、前記固定子と前記回転子との間に確保したエアギャップ長の1/3以上の厚さに構成したことを特徴とする請求項2に記載の回転電機。 The method according to claim 3, wherein said magnetic insulating layer, rotating according to claim 2, characterized by being configured to air gap length 1/3 or more of the thickness of the secured between the rotor and the stator Denki. 【請求項4】 前記回転子に前記永久磁石を配置し、かつ前記固定子において前記相互に周方向位置をずらすように配置した永久磁石の相互間に対向する部位に、他の部分よりも横断面積の減少した断面積減少層を設けたことを特徴とする請求項1に記載の回転電機。 4. Place the permanent magnet in the rotor, and the a portion facing therebetween of permanent magnets arranged to displace the circumferential position on the another in the stator, the transverse than other portions the rotating electrical machine according to claim 1, characterized in that a reduced cross-sectional area reducing layer area.
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