JP2004159448A - Stator structure of coaxial motor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数のロータをステータに同軸的に配置したモータのステータ構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
特開2000−224836号公報や特開2000−14103号公報において、二つのロータと、一つのステータを三層構造でかつ同軸的に配置する同軸モータが開示されている。これらの同軸モータにおいて、ステータは、ステータの内側に配置される内側ロータ又はステータの外側に配置される外側ロータに磁束を通すヨークを有していた。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−224836号公報
【特許文献2】
特開2000−14103号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
2つのロータのそれぞれの磁束がステータを通過する場合、ステータにはその磁束密度と磁束周波数に比例して鉄損が発生する。従来の技術のように、ステータにヨークを持つ構造の場合、そのヨークの先端部では、比透磁率が、エアギャップの比透磁率1から、ヨークの鋼板の比透磁率10000程度に急激に変化するため、磁界の変化が激しく鉄損が多くなるという課題があった。
【0005】
本発明は、三層構造を有する同軸モータにおいて、鉄損を小さくするためのステータ構造を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転軸の周りで間隔をもって配置された複数の分割コアと該複数の分割コアに巻かれたコイルとを備えたステータと、前記ステータの内側に前記ステータと同軸的に配置される内側ロータと、前記ステータの外側に前記ステータと同軸的に配置される外側ロータとを有し、前記内側ロータと前記外側ロータが共通の回転軸のまわりで回転する同軸モータにおいて、前記複数の分割コアは、内側ロータに対向する内周面、及び外側ロータに対向する外周面とを結合する側面が、平面で形成されると共に、隣接する分割コア間の間隔は、前記内側ロータ側では狭く、前記外側ロータ側に向かって次第に広くなることを特徴とする。好ましくは、分割コアの2つの側面は略平行に配置されている。
【0007】
【作用・効果】
本発明によれば、各分割コアは、隣接する分割コアから間隔を置いて配置され、内側ロータに対向する内周面、及び外側ロータに対向する外周面とを結合する側面が、平面で形成されると共に、隣接する分割コア間の間隔は、内側ロータ側では狭く、外側ロータ側に向かって次第に広くなる。これにより、各分割コアが先鋭な端部を持たないので、各分割コアで発生する鉄損が減少する。また、このような各分割コアの形状により、内側及び外側ロータの磁界は、対向するロータ内部を通過することになり、ロータ内には、自分の発生している磁界と、対向するロータ磁界の差周波数の磁界が流れることになる。このことにより、ロータに発生する鉄損の周波数も減少するので、ロータでの鉄損も減少する。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0009】
図1は本発明のステータ構造を有する同軸モータを概略的に示す。同軸モータは、ステータ1とステータ1の内側に位置する内側ロータ2とステータ1の外側に位置する外側ロータ3が、同軸的に配置されており、三層構造を有する。ステータ1、内側ロータ2、外側ロータ3はともに略円筒状の形状をとる。ステータ1は、内側ロータ2と外側ロータ3にエアギャップを介して挟まれている。ステータ1と内側ロータ2と外側ロータ3を収容するケース8は、ステータ1をステータ支持部17により支持し固定する。内側ロータ2はベアリング33を介してケース8に対して回転可能に支持され、外側ロータ3はベアリング35を介して内側ロータ2のシャフト7に対して回転可能に支持され、またベアリング37を介してケース8に対して回転可能に支持される。なお、このような同軸モータの三層構造は、特開2000−14103に詳細に開示されている。また、図1は同軸モータの三層構造の単なる例示であり、ステータ1と内側ロータ2と外側ロータ3の支持方法は、図1と異なるものであってよい。
【0010】
図2を参照すると、ステータ1には、複数のコイル9を含んだ単一のステータ巻線が形成され、この単一のステータ巻線に外側ロータを駆動する交流電流と内側ロータを駆動する交流電流を合成した複合電流が流される。こうして、同軸モータにおいて、ロータの数と同数の回転磁場が発生し、内側ロータ2と外側ロータ3は、共通の回転軸5の周りで回転する。さらに、内側ロータ2を駆動する交流電流は内側ロータ2にのみ回転トルクを与え、外側ロータ3を駆動する交流電流は外側ロータにのみ回転トルクを与えるよう図示しないインバータから供給される。各ロータは対応する回転磁場に同期して回転し、それぞれ独立に制御される。例えば、特開平11−275826号公報に示される電流設定方法により、各ロータの駆動電流が設定される。
【0011】
内側ロータ2には、ステータに面する磁極が交互にS極とN極になるように、60度の所定間隔おきに、回転軸方向に平行に延びる永久磁石12が配置される。ここで、本実施形態では、内側ロータ2の単一の磁極は、内側ロータ2の半径方向の一平面に関して対称に配置される2つの磁石12a、12bにより構成される。外側ロータ3には、内側ロータ2の一極に対してS極とN極を配置するよう、30度の所定間隔おきに、回転軸方向に平行に延びる永久磁石11が配置される。このように、内側ロータ2と外側ロータ3に磁石を配置すると、一方のロータの回転が、他方のロータの回転に影響を与えることがなくなる。
【0012】
図2を参照して、本発明に係るステータ構造について説明する。ステータ1は、ロータ回転軸5の周りで等角度間隔に円筒状に配置された複数の分割コア4(ステータピース)と、各分割コア4のティースに巻かれたコイル9と、隣り合う分割コア4間に配置されるスペーサ14とを具備する。スペーサ14は、樹脂等の絶縁体からなり、分割コア4を隣の分割コアから磁気的、電気的に分離する。つまり、分割コア4間にはエアギャップと等価な磁気的なギャップが存在する。本実施形態では、ステータ1には、18個の分割コア4が、20度ごとに配置されている。図4では、全体のうち6個の分割コア4が示されている。
【0013】
複数の分割コア4は、回転軸5に対して半径方向に放射状に延びており、回転軸5を中心軸とする円筒形状を有する肉薄の絶縁体であるステータケース21内に収容される。なおステータケース21は、軸方向の長さを分割コア4の軸方向長さより長くして、各分割コア4の外周面41と同形の開口を有するようにしてもよい。このようにすれば、各分割コア4の外周面41が直接的に外側ロータ3に対峙することができる。
【0014】
各分割コア4の外側ロータ3に対向する外周面41は、半円筒状の形状を有し、回転軸5を軸とする一つの円筒面53に含まれるように配置されている。従って、図2において、外周面41の軸方向に垂直な断面は円弧状になっている。この円筒面53は、ステータ1の外周面に相当する。同様に、各分割コア4の内側ロータ2に対向する内周面43は、半円筒状の形状を有し、回転軸5を中心軸とする一つの円筒面55に含まれるように配置されている。この円筒面55は、ステータ1の内周面に相当する。従って、内周面43の軸方向に垂直な断面は円弧状になっている。
【0015】
さらに、各分割コア4の2つの側面45、47は、外周面41と内周面43とに結合する平面であり、従って、図2において、側面45、47の軸方向に垂直な断面は直線になっている。各分割コア4の2つの側面45、47は、ステータの半径方向に沿って延びる分割コア4の中心面51に関して略対称に配置されている。さらに、本実施形態では、側面45、47は、中心面51に関して略平行に配置されており、図1に示すように、中心面51に沿った分割コア4の断面(図1の左半分)は長方形になっている。このように、分割コア4の幅Lつまり側面45、47の間の距離が狭い場合には、分割コア4の立体的な形状は略直方体形状となる。2つの側面45、47の間の幅Lは、2つの側面45、47が略平行であるため、半径方向に関して略一定になる。
【0016】
なお、ステータ1の分割コア4は、方向性電磁鋼板を積層して形成されている。一方向に対する透磁率が高い方向性電磁鋼板を用いることで、飽和磁束密度が大きくなる。従来は、ヨークの部分も考慮する必要があったため、一方向に透磁率が高い鋼板を用いることはできなかったが、上記した本発明のステータ構造にすることで、方向性電磁鋼板が使用可能となる。
【0017】
次に、分割コア4を固定する構造について説明する。
【0018】
円環状の一つの平板31が、円筒状に配置された複数の分割コア4の上に配置され、各分割コア4の一方の端面59に接して配置される。二本の長軸のボルト16が、頭部を除いて円環状の平板31を貫通し、分割コア4の間に設置される。ボルト16が軸方向に分割コア4を締め付けることにより、分割コア4が固定される。ここで、ボルト16のネジ部はステータ支持部17に設けられたネジ穴25と螺合し、円環状の平板31がボルト16の締め付けにより、均等に各分割コア4を押圧する。
【0019】
隣接する分割コア4の間すなわちスロットには、ステータケース21とコイル9とスペーサ14で規定される冷却路61が設けられる。ステータケース21は、隣接する分割コア4の間の空間を半径方向において外側ロータ3側から閉塞し、スペーサ14は、隣接する分割コア4の間の空間を半径方向において内側ロータ2側から閉塞する。従って、ステータケース21とスペーサ14は、冷却路61を形成するための閉塞部材として機能する。前述のボルト16は、一本が冷却路61内に、一本がスペーサ14内に埋め込まれて配置されている。冷却路61をコイルに接して設置することで、熱の発生量が多いコイルを優先的に冷却することができ、冷却効率が向上する。
【0020】
冷却路61は、ステータ1、内側ロータ2、外側ロータ3を収容するケース8を貫通する冷却液口19からオイル等の冷却液を供給される。冷却液口19から冷却路61に流入した冷却液が、隣接する冷却路61に流れて隣の冷却液口19から排出されるように、隣接する冷却路61を繋ぐ溝65が分割コアの端面59に形成されている。このような冷却路に係る構成は、本発明の主題から離れるので詳しく述べないが、特開2000−14103(平成12年1月14日公開)に詳細に開示されている。
【0021】
図3を参照して、本発明のステータ構造の第二の実施形態を説明する。
【0022】
前述の第一実施形態では、2つの側面45、47が略平行であるため、分割コア4の2つの側面45、47の間の幅Lは、半径方向に関して略一定にであったが、本実施形態では、分割コア4の幅Lは、半径方向外側に向かって増加する。つまり、ステータ1の外周面53における分割コア4の幅L2は、ステータ1の内周面55における分割コア4の幅L1より大きくする。このようにすれば、外側ロータ3の磁石11の円周方向の幅が大きい場合または外側ロータ3の磁石11の磁力が強い場合でも、分割コア4における磁気飽和を防止できる。なお、第二の実施形態においても、各分割コア4の2つの側面45、47は、ステータの半径方向に沿って延びる中心面51に関して略対称に配置されている。
【0023】
また、分割コア4の幅を外周側で広げる場合でも、冷却路61の通路面積を確保するため、隣り合う分割コア間の間隔Dは、半径方向外側に向かって増加するように設定されている。隣り合う分割コア間の間隔を、内周側では狭い間隔D1にとり、外周側では広い間隔D2にするようにすることで、ステータ間の面積が確保でき、ステータに巻かれるコイルエリア、冷却エリアを確保することができる。結果として、コイルの面積も広くとれ、銅損が低減できる。また、冷却エリアを広くとることで、冷却効率が向上する。
【0024】
図4を参照して、本発明のステータ構造の第三の実施形態を説明する。
【0025】
本実施形態では、分割コア4の幅Lは、半径方向外側に向かって減少する。つまり、ステータ1の内周面55における分割コア4の幅L1は、ステータ1の外周面53における分割コア4の幅L2より大きくする。このようにすれば、冷却路61の通路面積を非常に大きくすることができる。
【0026】
次に、第一、第二、第三実施形態によるステータ構造を用いることの効果について、図5、図6を参照して述べる。
【0027】
ステータ1、内側ロータ2及び外側ロータ3内を通る磁束は、代表的に曲線71のようになり、内側ロータ2と外側ロータ3の位置関係によって異なる。
【0028】
内側ロータ2と外側ロータ3の磁極が異極どうしで対向する場合には、内側ロータの磁石12からの磁束は、その磁石12に半径方向で対峙する外側ロータ3の磁石11を通過して、その後磁石11の隣の外側ロータ磁石11’にいき、また内側ロータに戻ってくる。内側ロータと外側ロータの磁極が同極どうしで対向する場合には、内側ロータ2の磁石12からの磁束は、その磁石12に半径方向で対峙する外側ロータ3の磁石11に反発され、その後磁石11となりの隣の磁石11’を通って、また内側ロータに帰ってくる。
【0029】
内側ロータ2の磁極と外側ロータ3の磁極位置により磁束の通り方が異ななるが、いずれの場合においても、本発明による分割コア4の形状の効果により、外側ロータ3内を内側ロータ2の磁束が通り、内側ロータ2内を外側ロータの磁束3が通過することになる。
【0030】
このため、それぞれのロータの磁束の周波数は、自己の磁束周波数と相手方のロータの磁束周波数との差(自己の磁束周波数‐相手方のロータの磁束周波数)となる。なお、磁束の周波数とは、ロータの回転数にロータの極対数を乗算したものである。このように、磁束の周波数が単独で回転した場合に比して減少し、鉄損が減少する。さらに、分割コア4は磁界が急変、集中する部分をもたないために、分割コア4の鉄損も減少する。
【0031】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるステータを有する同軸モータの軸方向の断面を示す概略断面図である。詳しくは、左半分は図2のI−Oに沿った断面であり、右半分は図2のI’−Oに沿った断面である。
【図2】第一実施形態のステータを有する同軸モータの軸方向に垂直な断面を示す部分断面図である。
【図3】第二実施形態のステータの軸方向に垂直な断面を示す部分断面図である。
【図4】第三実施形態のステータの軸方向に垂直な断面を示す部分断面図である。
【図5】本発明によるステータ構造を有する同軸モータにおいて生ずる磁界を概略的に示す軸方向に垂直な同軸モータの部分断面図である。ただし、外側ロータと内側ロータの半径方向に対向する磁極が異極どうしの場合である。
【図6】本発明によるステータを有する同軸モータにおいて生ずる磁界を概略的に示す軸方向に垂直な同軸モータの部分断面図である。ただし、外側ロータと内側ロータの半径方向に対向する磁極が同極どうしの場合である。
【符号の説明】
1 ステータ
2 内側ロータ
3 外側ロータ
4 分割コア
5 回転軸
9 コイル
11 外側ロータ磁石
12 内側ロータ磁石
14 スペーサ
16 ボルト
41 分割コアの外周面
43 分割コアの内周面
45、47 分割コアの側面
51 分割コアの中心面
53 ステータの外周面
55 ステータの内周面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor stator structure in which a plurality of rotors are coaxially arranged on a stator.
[0002]
[Prior art]
JP-A-2000-224836 and JP-A-2000-14103 disclose a coaxial motor in which two rotors and one stator are coaxially arranged in a three-layer structure. In these coaxial motors, the stator has a yoke for passing magnetic flux to an inner rotor disposed inside the stator or an outer rotor disposed outside the stator.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2000-224836 A [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-14103
[Problems to be solved by the invention]
When the magnetic flux of each of the two rotors passes through the stator, iron loss occurs in the stator in proportion to the magnetic flux density and the magnetic flux frequency. In the case of a structure having a yoke on the stator as in the prior art, the relative permeability at the tip of the yoke changes rapidly from the relative permeability of 1 in the air gap to about 10000 in the steel plate of the yoke. Therefore, there is a problem that the magnetic field changes greatly and iron loss increases.
[0005]
An object of the present invention is to provide a stator structure for reducing iron loss in a coaxial motor having a three-layer structure.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a stator including a plurality of split cores arranged at intervals around a rotation axis and a coil wound on the plurality of split cores, and is arranged coaxially with the stator inside the stator. A coaxial motor having an inner rotor and an outer rotor disposed coaxially with the stator outside the stator, wherein the inner rotor and the outer rotor rotate around a common rotation axis; The core has an inner peripheral surface facing the inner rotor, and a side surface connecting the outer peripheral surface facing the outer rotor is formed of a flat surface, and an interval between adjacent split cores is narrower on the inner rotor side, It is characterized in that the width gradually increases toward the outer rotor side. Preferably, the two side surfaces of the split core are arranged substantially in parallel.
[0007]
[Action / Effect]
According to the present invention, each of the divided cores is arranged at a distance from an adjacent divided core, and a side surface connecting the inner peripheral surface facing the inner rotor and the outer peripheral surface facing the outer rotor is formed as a flat surface. At the same time, the interval between adjacent split cores is narrower on the inner rotor side and gradually increases toward the outer rotor side. Thus, since each of the divided cores does not have a sharp end, iron loss generated in each of the divided cores is reduced. In addition, due to the shape of each of the divided cores, the magnetic fields of the inner and outer rotors pass through the inside of the opposed rotor, and the generated magnetic field and the opposed rotor magnetic field are inside the rotor. A magnetic field of the difference frequency will flow. As a result, the frequency of the iron loss generated in the rotor is also reduced, so that the iron loss in the rotor is also reduced.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0009]
FIG. 1 schematically shows a coaxial motor having the stator structure of the present invention. The coaxial motor has a three-layer structure in which a
[0010]
Referring to FIG. 2, a single stator winding including a plurality of coils 9 is formed on
[0011]
[0012]
The stator structure according to the present invention will be described with reference to FIG. The
[0013]
The plurality of split cores 4 extend radially in the radial direction with respect to the
[0014]
The outer
[0015]
Further, the two
[0016]
The split core 4 of the
[0017]
Next, a structure for fixing the split core 4 will be described.
[0018]
One annular
[0019]
A cooling
[0020]
The cooling
[0021]
A second embodiment of the stator structure of the present invention will be described with reference to FIG.
[0022]
In the first embodiment described above, since the two
[0023]
Further, even when the width of the divided cores 4 is increased on the outer peripheral side, the interval D between the adjacent divided cores is set to increase radially outward in order to secure the passage area of the
[0024]
A third embodiment of the stator structure of the present invention will be described with reference to FIG.
[0025]
In the present embodiment, the width L of the split core 4 decreases radially outward. That is, the width L1 of the divided core 4 on the inner
[0026]
Next, the effect of using the stator structure according to the first, second, and third embodiments will be described with reference to FIGS.
[0027]
The magnetic flux passing through the
[0028]
When the magnetic poles of the
[0029]
The direction of the magnetic flux varies depending on the magnetic pole position of the
[0030]
Therefore, the frequency of the magnetic flux of each rotor is the difference between its own magnetic flux frequency and the magnetic flux frequency of the counterpart rotor (self magnetic flux frequency-magnetic flux frequency of the counterpart rotor). The frequency of the magnetic flux is obtained by multiplying the number of rotations of the rotor by the number of pole pairs of the rotor. As described above, the frequency of the magnetic flux decreases as compared with the case where the magnetic flux rotates alone, and the iron loss decreases. Further, since the split core 4 has no portion where the magnetic field changes suddenly and concentrates, the core loss of the split core 4 also decreases.
[0031]
It is apparent that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and that various changes can be made within the scope of the technical idea.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an axial section of a coaxial motor having a stator according to the present invention. Specifically, the left half is a cross section taken along the line IO in FIG. 2, and the right half is a cross section taken along the line I′-O in FIG.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a cross section perpendicular to the axial direction of the coaxial motor having the stator of the first embodiment.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view illustrating a cross section perpendicular to an axial direction of a stator according to a second embodiment.
FIG. 4 is a partial sectional view showing a section perpendicular to the axial direction of a stator according to a third embodiment.
FIG. 5 is a partial sectional view of a coaxial motor perpendicular to an axial direction schematically showing a magnetic field generated in a coaxial motor having a stator structure according to the present invention; However, this is a case where the magnetic poles of the outer rotor and the inner rotor that face each other in the radial direction are different poles.
FIG. 6 is a partial cross-sectional view of a coaxial motor perpendicular to an axial direction schematically showing a magnetic field generated in a coaxial motor having a stator according to the present invention. However, this is a case where the magnetic poles of the outer rotor and the inner rotor that face each other in the radial direction are the same.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ステータの内側に前記ステータと同軸的に配置される内側ロータと、
前記ステータの外側に前記ステータと同軸的に配置される外側ロータとを有し、
前記内側ロータと前記外側ロータが共通の回転軸のまわりで回転する同軸モータにおいて、
前記複数の分割コアは、前記内側ロータに対向する内周面、及び前記外側ロータに対向する外周面とを結合する側面が、平面で形成されると共に、
隣接する分割コア間の間隔は、前記内側ロータ側では狭く、前記外側ロータ側に向かって次第に広くなることを特徴とする同軸モータのステータ構造。A stator including a plurality of split cores arranged at intervals around the rotation axis and a coil wound on the plurality of split cores,
An inner rotor arranged coaxially with the stator inside the stator,
Having an outer rotor disposed coaxially with the stator outside the stator,
In a coaxial motor in which the inner rotor and the outer rotor rotate around a common rotation axis,
The plurality of split cores, an inner peripheral surface facing the inner rotor, and a side surface that couples an outer peripheral surface facing the outer rotor are formed by a plane,
The distance between adjacent split cores is narrower on the inner rotor side and gradually increases toward the outer rotor side.
隣接し合う分割コアの間の空間には、第一と第二の閉塞部材と前記コイルにより規定される冷却路と、個々の分割コアを固定するためのボルトと、が配置される請求項1に記載の同軸モータのステータ構造。The stator has a first closing member that radially closes a space between adjacent split cores from an outer rotor, and a second closing member that radially closes a space between adjacent split cores from an inner rotor. With a closing member,
The cooling path defined by the first and second closing members and the coil, and bolts for fixing the individual divided cores are arranged in a space between adjacent divided cores. The stator structure of the coaxial motor according to 1.
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