【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ロータに永久磁石を有する回転電機のステータ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動機において、ステータコアのティース部（歯部）に巻回されたコイルに流した電流による磁束は、ステータの軸方向およびそれに対抗する軸方向逆向きに供給された一対の電流によって生じる。しかしながら、コイルエンド部に流れる電流は、トルクにほとんど反映されず、電流の二乗に比例する銅損を発生させるのみである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、エンドコイル部に流れる電流をロータに作用する磁束の発生に効率よく利用する回転電機を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の回転電機は、略円筒状のバックコア部と前記バックコア部から突出するティース部を有するステータコア、及び、前記ステータコアのティース部に巻かれたステータコイルとを有するステータと、前記ステータにギャップを介して回転可能に保持され且つ永久磁石を有するロータとを備える。前記ステータコアの前記バックコア部から前記ロータ近傍まで略半径方向に延びる磁性体による磁路を前記コイルのコイルエンド部を覆うように設置する。
【０００５】
【作用・効果】
本発明によれば、コイルエンド部を覆うように磁性体による磁路を設けたので、これまで有効に利用されていなかったエンドコイル部に流れる電流を磁束の発生に効率よく利用できる事になるので、ロータ端部でのトルクが向上し、電動機の特性を大幅に向上することが可能である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して、本発明の電動機に係るステータを従来技術のステータと比較して説明する。
【０００７】
図１（ａ）を参照すると、本発明のステータ１は、ステータコア３、ステータコア３のティース部５ａに巻かれるコイル５、及びステータコア３に接続する磁性体１１を具備する。ステータは円筒状であり、円筒状の内周面２５と円筒状の外周面２７を有する（図４参照）。本実施形態では、ステータコア３は、それぞれが一つのティ−ス部３ａを含む同形の複数の分割コア７に分けられており、複数の分割コア７が全体で略円筒状になるように連結され、ステータコア３を形成している。なお、本明細書では、ステータコア３の略円筒状のコイル５の巻かれない部分をバックコア部３ｂと呼び、バックコア部３ｂから突出するコイル５の巻かれる突出部をティース部と呼んでいる。
【０００８】
バックコア部３ｂは、隣り合う磁極を結ぶ磁気回路を構成する。各分割コア７は、Ｔ字型の電磁鋼板を回転軸方向（Ｙ軸方向）に積層して形成される。複数のティ−ス部３ａの先端面８は内周面２５に位置する。内周面２５にほぼステータコア３は、このような分割構造を有する必要はなく、通常の一体構造のステータコアでもよい。
【０００９】
図１（ａ）では、一つの分割コア５が示されている。コイル５は、ステータ端面９に略平行に延び、かつステータ端面９上に位置するコイルエンド部５ａと、電動機の回転軸方向（Ｙ軸方向）に延びるコイルサイド部５ｂから構成される。図１（ａ）において、コイル５を流れる電流の方向は、コイルエンド部５ａにおいてほぼＸ軸方向であり、コイルサイド部５ｂにおいてほぼＹ軸方向であり、ティース部３ａにおいてステータの半径方向（Ｚ軸方向）に磁束を生じる。
【００１０】
磁性体１１は、ステータコア３に接続する基部１１ａと、基部１１ａからロータ１７側にステータ１の略半径方向（Ｚ軸方向）にティース部３ａに沿って延びる板部１１ｂから構成されている。磁性体１１は、ステータコア３のバックコア部３ｂからロータ１７近傍までコイルエンド部５ａを覆う様に設置されている。磁性体１１は、ステータコア端面９と密着して、ステータコア３に固定されている。好適には、磁性体１１はステータコア３と溶接により密着されている。磁性体１１は、ケイ素鋼など高透磁率を有する材料で構成され、コイルエンド部５ａを流れる電流により生じる磁場を通す磁路として機能する。こうして、磁性体１１とステータコア３により、コイルエンド部５ａの周りを囲む磁路が形成される。
【００１１】
ティース部３ａには、コイルサイド部５ｂに流れる電流から生じる磁束に加えて、コイルエンド部５ａを流れる電流により生じる磁束が生じる。新たに設けた磁路は、溶接などによりステータコア３に密着させるので、磁束の流れがスムーズになり、電動機の特性を大幅に向上することが可能である。
【００１２】
なお、図１（ｂ）に示す従来技術のステータにおいて、このような磁性体は設けられておらず、エンドコイル部に流れる電流から生じる磁束は有効に利用されていなかったので、エンドコイル部に流れる電流は電動機の性能に影響しなかった。
【００１３】
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ磁性体１１の正面、端面、側面を示す。磁性体１１は全体的に、コイルエンド部５ａを覆うような略Ｌ字型形状または円弧形状（半円筒形状）を有する。図において、磁性体１１の正面、端面は、長方形であるが、これに限定されるものではない。図２（ｃ）ように、磁性体１１の側面はＬ字型形状であるが、これに限定されるものでない。図２（ｄ）は、磁性体１１のＩＩ−ＩＩ線に沿った、磁性体１１の長手方向に垂直の断面図である。磁性体１１は、コイルエンド部５ａを覆う形で配置され、コイルエンド部５ａは磁性体１１とステータコア３に挟まれている。
【００１４】
図３は、本発明の第１実施形態に係る電動機の軸方向の断面を示す。電動機は、大きく分けてステータ１、ロータ１７、回転軸１３、ケース（図示しない）によって構成されている。ロータ１７は、略円筒形状をしており、ステータ１に対して回転可能に保持される。
【００１５】
ロータ１７は外周方向に設けられているステータ１の内部で、ステータ１から与えられる回転磁束に対して、ロータ１７の永久磁石１９に反力を発生させ、回転軸１３を中心に回転するように構成されている。この永久磁石１９は、隣接する永久磁石１９の磁極は互いに相違するよう配置されている。ここで、ロータ１７とステータ１の間にはエアギャップと呼ばれる隙間が存在し、互いに接触することはない。
ステータ１は、その外周面２７を通じてケース２１に保持される。また、ロータ１７は回転軸１３、ベアリング１５を通じてケース２１に保持される。
【００１６】
従来の電動機では、軸方向に流れる電流により発生した磁束（図３では下向き）に対して反力を発生してトルクを発生させている。本実施形態では、コイルエンド部５ａを覆うように新たに磁性体１１による磁路をステータ両端部に設けて、紙面垂直方向にコイルエンド部５ａを流れる電流による磁束をステータ両端部で発生させて、ロータ１７の永久磁石１９との間で反力を発生させて、よりトルクを大きく発生することができる。
【００１７】
なお、図３に示すように、磁性体１１は、そのロータ側端部１１ｃがステータ１の内周面２５を超えて位置するように、バックコア部３ｂからロータ側に略半径方向に延びている。さらに、磁性体１１のロータ側端部１１ｃとステータ１の内周面２５との間の距離Ｍは、ステータとロータのギャップの幅Ｄよりも大きいことが好ましい（Ｍ＞Ｄ）。このようにすれば、ロータ１７とステータ１とのギャップよりも、ステータ１と新たに設けた磁路との距離を大きくするので、ステータにできる磁束が新たに設けた磁路に回り込むことなく、ロータ１７の永久磁石１９に直接的に作用するので、電動機の特性を大幅に向上することが可能である。
【００１８】
このように磁性体１１による磁路はステータ１とロータ１７との間のギャップ近傍まで延長されており、磁束が強くなり、電動機の特性を大幅に向上することが可能である。
【００１９】
図４は、第一実施形態に係るコイルエンド部５ａを覆う磁路のステータ１上での位置を示す軸方向垂直な電動機の断面図である。前述したように、ステータコア３は、それぞれが一つのティ−ス部３ａを含む同形の複数の分割コア７に分割されており、複数の分割コア７が全体で略円筒状になるように連結され配置されている。ステータ１のティース部３ａの数及びコイル５の数は９であり、ロータ１７の磁極数は６である。
【００２０】
磁性体１１は、ティース部と略同一の幅をもって、コイルエンド部５ａを覆うように配置されている。図３では、説明上、一つの磁性体１１がステータ１上に配置されているが、磁性体１１はすべてのティース部３ａに対して配置するのが望ましい。しかし、部分的に、例えば一つおきに、ティース部３ａに対して磁性体１１を配置してもよい。
【００２１】
次に、磁性体１１に係る第二実施形態を説明する。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ第二実施形態に係る磁性体１１の正面、端面、側面を示す。図５（ｄ）は、磁性体１１のＶ−Ｖ線に沿った、磁性体１１の長手方向に垂直の断面図である。この実施形態では、磁性体１１は、コイル５のより多くの部分を覆うように、第一実施形態と略同一形態の板部１１ｂに庇部１１ｄを加えたものである。したがって、磁性体１１は、コイルエンド部５ａを取り囲むように、コイルエンド部５ａ上で長手方向垂直の断面形状が略凹状になっている。このように、磁性体１１は、第一実施形態と違って、コイルエンド部５ａとコイルサイド部５ｂとが連結する角部５ｃを庇部１１ｄが覆う構造を有する。
【００２２】
ステータ１の軸方向に巻込むように巻回されたコイルエンド部５ａを取り囲むように磁路が形成されているので、第一実施形態より磁束を大きくする事ができ、電動機の出力（トルク）及び効率を向上することが可能である。
【００２３】
図６は、第二実施形態に係るコイルエンド部５ａを覆う磁路のステータ１上での位置を示す軸方向垂直な電動機の断面端面図である。図のように、第二実施形態では、磁性体１１は、ティース部３ａの幅より大きい幅をもって、コイルエンド部５ａを覆うように配置されている。
【００２４】
以上二つの実施形態で示した通り、本発明によれば、コイルエンドを覆うように磁性体による磁路を設けたので、これまで有効に利用されていなかった電流を磁束に効率よく変換できる事になるので，ロータ端部でのトルクが向上し、電動機の特性を大幅に向上することが可能である。
【００２５】
ここで示した通り、コイルエンド部を覆う様に磁路を設けた事により、エンドコイルに流れる電流によるロータに向かう磁束を有効に発生させることができ、電動機の出力及び効率を向上することが可能である。
【００２６】
上記の実施形態において、コイルは集中巻でも分布巻でもかまわない。
【００２７】
また、上記実施形態は、ステータコアが分割構造のものであるが、一体構造のステータコアでもかまわない。また、上記実施形態は極数が６極のものであるが、他の極数の電動機にも本発明は適用可能である。さらに、本実施例では電動機と述べているが、発電機でもかまわない。
【００２８】
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】（ａ）本発明のステータを示す斜視図である。（ｂ）従来技術を示す斜視図である。
【図２】（ａ）半径方向へ投影した磁性体の正面図である。（ｂ）軸方向へ投影した磁性体の端面図である。（ｃ）周方向へ投影した磁性体の側面であり、併せてコイルが示されている。（ｄ）は、ＩＩ−ＩＩ線に沿った、磁性体１１の長手方向に垂直の断面図であり、併せてコイルとステータコアが示されている。
【図３】第１実施形態に係る電動機の軸方向の部分断面図である。
【図４】第一実施形態に係る電動機の断面図である。
【図５】（ａ）半径方向へ投影した磁性体の正面図である。（ｂ）軸方向へ投影した磁性体の端面図である。（ｃ）周方向へ投影した磁性体の側面であり、併せてコイルが示されている。（ｄ）は、Ｖ−Ｖ線に沿った、磁性体１１の長手方向に垂直の断面図であり、併せてコイルとステータコアが示されている。
【図６】第二実施形態に係る電動機の断面図である。
【符号の説明】
１ ステータ
３ ステータコア
３ａ ティース部
３ｂ バックコア部
５ コイル
５ａ コイルエンド部
５ｂ コイルサイド部
７ 分割コア
１１ 磁性体
１３ 回転軸
１５ ベアリング
１７ ロータ
１９ 永久磁石
２５ ステータ内周面
２７ ステータ外周面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a stator structure of a rotating electric machine having a permanent magnet in a rotor.
[0002]
[Prior art]
In a conventional motor, a magnetic flux caused by a current flowing through a coil wound around a tooth portion (teeth portion) of a stator core is generated by a pair of currents supplied in the axial direction of the stator and in the opposite axial direction to the stator. However, the current flowing through the coil end portion is hardly reflected in the torque, but only generates a copper loss proportional to the square of the current.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a rotating electric machine that efficiently uses a current flowing through an end coil portion to generate a magnetic flux acting on a rotor.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The rotating electric machine according to the present invention includes a stator core having a substantially cylindrical back core portion and a teeth portion protruding from the back core portion, and a stator having a stator coil wound around the teeth portion of the stator core; And a rotor rotatably held through the gap and having a permanent magnet. A magnetic path made of a magnetic material extending in a substantially radial direction from the back core portion of the stator core to the vicinity of the rotor is provided so as to cover a coil end portion of the coil.
[0005]
[Action / Effect]
According to the present invention, since the magnetic path made of the magnetic material is provided so as to cover the coil end portion, the current flowing through the end coil portion, which has not been effectively used, can be efficiently used for generating magnetic flux. Therefore, the torque at the rotor end is improved, and the characteristics of the electric motor can be greatly improved.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
With reference to FIGS. 1A and 1B, a description will be given of a stator according to the electric motor of the present invention in comparison with a stator of the related art.
[0007]
Referring to FIG. 1A, a stator 1 of the present invention includes a stator core 3, a coil 5 wound around a tooth portion 5 a of the stator core 3, and a magnetic body 11 connected to the stator core 3. The stator is cylindrical and has a cylindrical inner peripheral surface 25 and a cylindrical outer peripheral surface 27 (see FIG. 4). In the present embodiment, the stator core 3 is divided into a plurality of identical divided cores 7 each including one tooth portion 3a, and the plurality of divided cores 7 are connected so as to be substantially cylindrical as a whole. , The stator core 3 is formed. In this specification, a portion of the stator core 3 where the substantially cylindrical coil 5 is not wound is called a back core portion 3b, and a projecting portion where the coil 5 projecting from the back core portion 3b is wound is called a teeth portion. .
[0008]
The back core unit 3b forms a magnetic circuit that connects adjacent magnetic poles. Each split core 7 is formed by laminating T-shaped electromagnetic steel sheets in the rotation axis direction (Y axis direction). The tip surfaces 8 of the teeth 3a are located on the inner peripheral surface 25. The stator core 3 on the inner peripheral surface 25 does not need to have such a divided structure, and may be a stator core having a normal integral structure.
[0009]
FIG. 1A shows one split core 5. The coil 5 includes a coil end portion 5a extending substantially parallel to the stator end surface 9 and located on the stator end surface 9, and a coil side portion 5b extending in the rotation axis direction (Y-axis direction) of the electric motor. In FIG. 1A, the direction of the current flowing through the coil 5 is substantially the X-axis direction at the coil end portion 5a, substantially the Y-axis direction at the coil side portion 5b, and the radial direction of the stator (Z Magnetic flux in the axial direction).
[0010]
The magnetic body 11 includes a base 11a connected to the stator core 3, and a plate 11b extending from the base 11a to the rotor 17 side along the teeth 3a in a substantially radial direction (Z-axis direction) of the stator 1. The magnetic body 11 is provided so as to cover the coil end 5a from the back core 3b of the stator core 3 to the vicinity of the rotor 17. The magnetic body 11 is fixed to the stator core 3 in close contact with the stator core end face 9. Preferably, the magnetic body 11 is in close contact with the stator core 3 by welding. The magnetic body 11 is made of a material having a high magnetic permeability such as silicon steel, and functions as a magnetic path for passing a magnetic field generated by a current flowing through the coil end portion 5a. Thus, a magnetic path surrounding the coil end portion 5a is formed by the magnetic body 11 and the stator core 3.
[0011]
In the teeth portion 3a, a magnetic flux generated by a current flowing through the coil end portion 5a is generated in addition to a magnetic flux generated by a current flowing through the coil side portion 5b. The newly provided magnetic path is brought into close contact with the stator core 3 by welding or the like, so that the flow of magnetic flux is smooth and the characteristics of the electric motor can be greatly improved.
[0012]
In the prior art stator shown in FIG. 1B, such a magnetic body was not provided, and the magnetic flux generated from the current flowing through the end coil portion was not effectively used. The current flow did not affect the performance of the motor.
[0013]
2A, 2B, and 2C show the front, end, and side of the magnetic body 11, respectively. The magnetic body 11 has a substantially L-shape or an arc shape (semi-cylindrical shape) covering the coil end portion 5a as a whole. In the figure, the front and end faces of the magnetic body 11 are rectangular, but are not limited to this. As shown in FIG. 2C, the side surface of the magnetic body 11 has an L-shape, but is not limited thereto. FIG. 2D is a cross-sectional view of the magnetic body 11 taken along a line II-II and perpendicular to the longitudinal direction of the magnetic body 11. The magnetic body 11 is arranged so as to cover the coil end 5a, and the coil end 5a is sandwiched between the magnetic body 11 and the stator core 3.
[0014]
FIG. 3 shows an axial cross section of the electric motor according to the first embodiment of the present invention. The electric motor is roughly composed of a stator 1, a rotor 17, a rotating shaft 13, and a case (not shown). The rotor 17 has a substantially cylindrical shape and is rotatably held with respect to the stator 1.
[0015]
The rotor 17 generates a reaction force on the permanent magnet 19 of the rotor 17 with respect to the rotating magnetic flux given from the stator 1 inside the stator 1 provided in the outer peripheral direction so that the rotor 17 rotates about the rotating shaft 13. It is configured. The permanent magnets 19 are arranged such that the magnetic poles of adjacent permanent magnets 19 are different from each other. Here, a gap called an air gap exists between the rotor 17 and the stator 1 and does not contact each other.
Stator 1 is held by case 21 through outer peripheral surface 27. The rotor 17 is held by the case 21 through the rotating shaft 13 and the bearing 15.
[0016]
In a conventional electric motor, a torque is generated by generating a reaction force with respect to a magnetic flux (downward in FIG. 3) generated by a current flowing in an axial direction. In the present embodiment, a magnetic path is newly provided at both ends of the stator so as to cover the coil end portion 5a, and magnetic flux due to a current flowing through the coil end portion 5a in a direction perpendicular to the paper is generated at both end portions of the stator. By generating a reaction force between the rotor 17 and the permanent magnet 19 of the rotor 17, a larger torque can be generated.
[0017]
As shown in FIG. 3, the magnetic body 11 extends from the back core portion 3b to the rotor side in a substantially radial direction such that the rotor-side end 11c is located beyond the inner peripheral surface 25 of the stator 1. I have. Further, the distance M between the rotor-side end 11c of the magnetic body 11 and the inner peripheral surface 25 of the stator 1 is preferably larger than the width D of the gap between the stator and the rotor (M> D). By doing so, the distance between the stator 1 and the newly provided magnetic path is made larger than the gap between the rotor 17 and the stator 1, so that the magnetic flux generated in the stator does not go around the newly provided magnetic path. Since it acts directly on the permanent magnet 19 of the rotor 17, the characteristics of the electric motor can be greatly improved.
[0018]
As described above, the magnetic path formed by the magnetic body 11 is extended to the vicinity of the gap between the stator 1 and the rotor 17, so that the magnetic flux becomes strong and the characteristics of the electric motor can be greatly improved.
[0019]
FIG. 4 is a cross-sectional view of the electric motor perpendicular to the axial direction showing a position on the stator 1 of a magnetic path covering the coil end portion 5a according to the first embodiment. As described above, the stator core 3 is divided into a plurality of same-shaped divided cores 7 each including one tooth portion 3a, and the plurality of divided cores 7 are connected so as to be substantially cylindrical as a whole. Are located. The number of teeth portions 3a and the number of coils 5 of the stator 1 are nine, and the number of magnetic poles of the rotor 17 is six.
[0020]
The magnetic body 11 has a width substantially equal to that of the teeth portion and is disposed so as to cover the coil end portion 5a. In FIG. 3, one magnetic body 11 is arranged on the stator 1 for explanation, but it is desirable that the magnetic body 11 be arranged for all the teeth portions 3a. However, the magnetic body 11 may be disposed partially, for example, every other tooth with respect to the teeth portion 3a.
[0021]
Next, a second embodiment of the magnetic body 11 will be described. FIGS. 5A, 5B, and 5C show a front surface, an end surface, and a side surface of a magnetic body 11 according to the second embodiment, respectively. FIG. 5D is a cross-sectional view of the magnetic body 11 taken along line VV and perpendicular to the longitudinal direction of the magnetic body 11. In this embodiment, the magnetic body 11 is obtained by adding an eave portion 11d to a plate portion 11b having substantially the same form as the first embodiment so as to cover a larger portion of the coil 5. Therefore, the magnetic body 11 has a substantially concave cross-sectional shape in the longitudinal direction on the coil end portion 5a so as to surround the coil end portion 5a. As described above, unlike the first embodiment, the magnetic body 11 has a structure in which the corner portion 5c where the coil end portion 5a and the coil side portion 5b are connected is covered by the eave portion 11d.
[0022]
Since the magnetic path is formed so as to surround the coil end portion 5a wound so as to be wound in the axial direction of the stator 1, the magnetic flux can be made larger than in the first embodiment, and the output (torque) of the electric motor can be increased. And efficiency can be improved.
[0023]
FIG. 6 is a sectional end view of the electric motor, which is perpendicular to the axial direction and shows a position on the stator 1 of a magnetic path covering the coil end portion 5a according to the second embodiment. As shown in the drawing, in the second embodiment, the magnetic body 11 is arranged so as to cover the coil end 5a with a width larger than the width of the teeth 3a.
[0024]
As described in the above two embodiments, according to the present invention, a magnetic path made of a magnetic material is provided so as to cover the coil end, so that a current that has not been effectively used can be efficiently converted into a magnetic flux. Therefore, the torque at the rotor end is improved, and the characteristics of the electric motor can be greatly improved.
[0025]
As shown here, by providing the magnetic path so as to cover the coil end portion, it is possible to effectively generate the magnetic flux toward the rotor due to the current flowing through the end coil, thereby improving the output and efficiency of the motor. It is possible.
[0026]
In the above embodiment, the coil may be a concentrated winding or a distributed winding.
[0027]
In the above embodiment, the stator core has a split structure, but the stator core may have an integral structure. In the above embodiment, the number of poles is six. However, the present invention can be applied to a motor having another number of poles. Further, in this embodiment, the motor is described, but a generator may be used.
[0028]
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 (a) is a perspective view showing a stator of the present invention. (B) It is a perspective view which shows a prior art.
FIG. 2A is a front view of a magnetic body projected in a radial direction. FIG. 3B is an end view of the magnetic body projected in the axial direction. (C) Side view of the magnetic body projected in the circumferential direction, and also shows a coil. (D) is a sectional view taken along line II-II, which is perpendicular to the longitudinal direction of the magnetic body 11, and also shows a coil and a stator core.
FIG. 3 is an axial partial cross-sectional view of the electric motor according to the first embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the electric motor according to the first embodiment.
FIG. 5A is a front view of a magnetic body projected in a radial direction. FIG. 3B is an end view of the magnetic body projected in the axial direction. (C) Side view of the magnetic body projected in the circumferential direction, and also shows a coil. (D) is a cross-sectional view taken along line VV, which is perpendicular to the longitudinal direction of the magnetic body 11, and also shows a coil and a stator core.
FIG. 6 is a sectional view of an electric motor according to a second embodiment.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 stator 3 stator core 3a teeth portion 3b back core portion 5 coil 5a coil end portion 5b coil side portion 7 divided core 11 magnetic body 13 rotating shaft 15 bearing 17 rotor 19 permanent magnet 25 stator inner peripheral surface 27 stator outer peripheral surface
