JP2005237092A - Stator of claw-pole motor - Google Patents
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Description
本発明は、環状のリターンパスの周面から軸線方向に離間して複数相のティースを径方向に突出させ、各々のティースの先端に軸線方向に突出してロータの周面に対向する突起を形成し、軸線方向に隣接するティース間に形成された環状スロットに巻線を収納したクローポール型モータのステータに関する。 In the present invention, a plurality of phases of teeth are protruded in the radial direction while being spaced apart from the peripheral surface of the annular return path in the axial direction, and a protrusion protruding in the axial direction at the tip of each tooth is formed to face the peripheral surface of the rotor The present invention also relates to a stator for a claw pole type motor in which a winding is housed in an annular slot formed between teeth adjacent in the axial direction.
下記特許文献1に記載されたクローポール型モータのステータは、U相、V相およびW相の各相に対応して3個の単位ステータを備えており、各々の単位ステータは軸線方向に離間した2個のティースと、それらのティースを径方向外端で接続するリターンパスとを有して断面コ字状に形成されている。そして断面コ字状の単位ステータの内部に収納した環状の巻線に通電して独立した磁路を構成することで、その2個のティースの径方向内端にロータに対向するように突設した極性の異なる2種類の突起を磁化するようになっている。
The stator of the claw pole type motor described in
ところで上記従来のものは、U相、V相およびW相の3個の単位ステータを軸線方向に積み重ねてステータを構成しているが、各々の単位ステータが、その内部に巻線を収納する環状スロットを備え、かつ2個のティースおよび2種類の突起を備えているために軸線方向の厚さが厚くなり、それらの単位ステータを3個積み重ねたステータの軸線方向の寸法が大型化する問題があった。 By the way, in the above conventional one, three unit stators of U phase, V phase and W phase are stacked in the axial direction to constitute a stator. Each unit stator has an annular shape in which a winding is housed. Since there are slots and two teeth and two types of protrusions, the axial thickness increases, and the axial dimension of the stator in which three unit stators are stacked increases. there were.
そこで本出願人は、軸線方向に複数のティースを並置し、隣接するティース間に形成された環状スロットに巻線を収納し、各ティースの径方向内端に軸線方向に延びてロータの外周面に対向する突起を設けたクローポール型モータを、特願2003−158898号により既に提案している。 Therefore, the present applicant arranges a plurality of teeth in the axial direction, accommodates the windings in an annular slot formed between adjacent teeth, and extends in the axial direction to the radially inner end of each tooth to extend the outer peripheral surface of the rotor. Japanese Patent Application No. 2003-158898 has already proposed a claw pole type motor provided with a protrusion opposite to the above.
この特願2003−158898号で提案されたクローポール型モータは、U相、V相およびW相のティースの径方向内側にU相、V相およびW相の突起が一体に形成されており、この突起がロータの外周面に設けた永久磁石に対向している。
ところで、上記特願2003−158898号で提案されたものは、円周方向に隣接するU相、V相およびW相の突起間に形成されたエアギャップを介して磁束の漏れが発生するため、この磁束の漏れによってモータのトルクが低下する可能性があった。 By the way, what was proposed in the above-mentioned Japanese Patent Application No. 2003-158898 is that magnetic flux leakage occurs through the air gap formed between the protrusions of the U phase, V phase and W phase adjacent in the circumferential direction. There is a possibility that the torque of the motor is reduced due to the leakage of the magnetic flux.
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、クローポール型モータのステータの各相の突起間の磁束の漏れを抑制してトルクの増加を図ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to increase torque by suppressing leakage of magnetic flux between projections of each phase of a stator of a claw pole type motor.
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、環状のリターンパスの周面から軸線方向に離間して複数相のティースを径方向に突出させ、各々のティースの先端に軸線方向に突出してロータの周面に対向する突起を形成し、軸線方向に隣接するティース間に形成された環状スロットに巻線を収納したクローポール型モータのステータであって、隣接する突起間の円周方向のエアギャップの大きさをロータ側からティース側に向けて増加させたことを特徴とするクローポール型モータのステータが提案される。
In order to achieve the above object, according to the invention described in
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、各相の突起の円周方向両面を径方向に対して傾斜させることで、前記エアギャップの大きさをロータ側からティース側に向けて増加させたことを特徴とするクローポール型モータのステータが提案される。 According to the second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the both sides of the circumferential projections of each phase are inclined with respect to the radial direction, whereby the size of the air gap is adjusted to the rotor. A stator of a claw pole type motor characterized by being increased from the side toward the tooth side is proposed.
また請求項3に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、各相の突起の円周方向片面を径方向に対して傾斜させることで、前記エアギャップの大きさをロータ側からティース側に向けて増加させたことを特徴とするクローポール型モータのステータが提案される。
According to the invention described in claim 3, in addition to the configuration of
尚、実施例のU相、V相およびW相ティース31b,32b,33bは本発明のティースに対応し、実施例のU相、V相およびW相突起31c,32c,33cは本発明の突起に対応し、実施例のU相巻線34、第1、第2V相巻線35A,35BおよびW相巻線36は本発明の巻線に対応し、実施例の第1、第2環状スロット37,38は本発明の環状スロットに対応する。
The U-phase, V-phase, and W-
請求項1の構成によれば、径方向に延びる各相のティースの先端から軸線方向に突出してロータの周面に対向する突起間に形成される円周方向のエアギャップの大きさを、ロータ側からティース側に向けて増加させたので、ロータに対向する突起の先端面の面積を確保しながら、円周方向に隣接する突起が相互に対向する面積を減少させて異なる相間の磁束の漏れを最小限に抑え、モータのトルクを増加させることができる。
According to the configuration of
請求項2の構成によれば、各相の突起の円周方向両面を径方向に対して傾斜させたので、円周方向に隣接する突起間のエアギャップの大きさをロータ側からティース側に向けて増加させることができる。 According to the configuration of the second aspect, since both circumferential surfaces of the projections of each phase are inclined with respect to the radial direction, the size of the air gap between the projections adjacent in the circumferential direction is changed from the rotor side to the teeth side. Can be increased towards.
請求項3の構成によれば、各相の突起の円周方向片面を径方向に対して傾斜させたので、円周方向に隣接する突起間のエアギャップの大きさをロータ側からティース側に向けて増加させることができる。 According to the configuration of the third aspect, since the circumferential one side surface of each phase projection is inclined with respect to the radial direction, the size of the air gap between the projections adjacent in the circumferential direction is changed from the rotor side to the teeth side. Can be increased towards.
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below based on examples of the present invention shown in the accompanying drawings.
図1〜図9は本発明の第1実施例を示すもので、図1はクローポール型モータを備えたハイブリッド車両のパワーユニットを示す図、図2は図1の2−2線拡大断面図、図3は図2の3−3線断面図、図4は図2の4−4線断面図、図5は図2の5−5線断面図、図6は図2の6−6線断面図、図7はステータの一部破断斜視図、図8はステータの分解斜視図、図9は隣接する突起間の漏れ磁束がモータのトルクの与える影響を説明するグラフである。 1 to 9 show a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a view showing a power unit of a hybrid vehicle equipped with a claw pole type motor. FIG. 2 is an enlarged sectional view taken along line 2-2 in FIG. 3 is a sectional view taken along line 3-3 in FIG. 2, FIG. 4 is a sectional view taken along line 4-4 in FIG. 2, FIG. 5 is a sectional view taken along line 5-5 in FIG. 7 is a partially broken perspective view of the stator, FIG. 8 is an exploded perspective view of the stator, and FIG. 9 is a graph for explaining the influence of the leakage magnetic flux between adjacent protrusions on the torque of the motor.
図1に示すように、ハイブリッド車両のパワーユニットは、エンジンEおよびトランスミッションT間に配置されたクローポール型のモータMを備える。エンジンEのシリンダブロック11およびクランクケース12の右側面にモータケース13、トルクコンバータケース14およびミッションケース15が結合されており、シリンダブロック11およびクランクケース12間に支持されたクランクシャフト16の軸端にモータMのロータ17が固定される。ロータ17の外周に固定した複数の永久磁石18…に環状のステータ19が所定のエアギャップを介して対向しており、ステータ19を支持するステータホルダ20がシリンダブロック11およびクランクケース12とモータケース13との割り面に挟まれて固定される。
As shown in FIG. 1, the power unit of the hybrid vehicle includes a claw pole type motor M disposed between an engine E and a transmission T.
トルクコンバータケース14に収納されたトルクコンバータ21は、タービンランナー22とポンプインペラ23とを備えており、タービンランナー22に結合されてポンプインペラ23を覆うサイドカバー24がドライブプレート25を介してモータMのロータ17に接続される。トルクコンバータ14のポンプインペラ23は、ミッションケース15に支持されたメインシャフト26の左端に結合される。
The
次に、図2〜図8を参照して三相交流で作動するモータMのステータ19の構造を説明する。
Next, the structure of the
図8から明らかなように、ステータ19は圧粉材で一体成形されたU相ステータリング31、V相ステータリング32およびW相ステータリング33と、1個のU相巻線34と、2個の第1、第2V相巻線35A,35Bと、1個のW相巻線36とを備える。U相ステータリング31、V相ステータリング32およびW相ステータリング33は軸線L方向に重ね合わされる。
As can be seen from FIG. 8, the
図2、図3、図7および図8から明らかなように、U相ステータリング31は、環状に形成されたリターンパス31aと、このリターンパス31aの周方向等間隔位置から径方向内向きに延びる9個のU相ティース31b…と、これらのU相ティース31b…の径方向内端から更に径方向内向きに延びる9個のU相突起31c…とを備える。そして各々のU相突起31cの径方向内端は、L字状に屈曲して径方向の高さが基端側から先端側に向かってテーパー状に減少しながら軸線L方向片側に延びている。U相ティース31bは巻線34,35A,35B,36の径方向の高さに対応する部分であり、それよりも径方向内側の部分はU相突起31cとなる。
As is apparent from FIGS. 2, 3, 7 and 8, the
図2、図4、図7および図8から明らかなように、V相ステータリング32は、環状に形成されたリターンパス32aと、このリターンパス32aの周方向等間隔位置から径方向内向きに延びる9個のV相ティース32b…と、これらのV相ティース32b…の径方向内端から更に径方向内向きに延びる9個のV相突起32c…とを備える。そして各々のV相突起32cの径方向内端は、T字状に屈曲して径方向の高さが基端側から先端側に向かってテーパー状に減少しながら軸線L方向両側に延びている。V相ティース32bは巻線34,35A,35B,36の径方向の高さに対応する部分であり、それよりも径方向内側の部分はV相突起32cとなる。
As apparent from FIGS. 2, 4, 7 and 8, the V-
図2、図5、図7および図8から明らかなように、W相ステータリング33はV相ステータリング32に関してU相ステータリング31と鏡面対称な部材であり、かつ裏返すことでU相ステータリング31と互換可能な同一形状を有している。W相ステータリング33の各部の符号は、U相ステータリング31の各部の符号の「31」を「33」に変更したものである。
As is apparent from FIGS. 2, 5, 7, and 8, the W-
本実施例のモータMは三相交流で作動するものであり、U相、V相およびW相の突起31c…,32c…,33c…は電気角で360°/3=120°ずつ周方向にずれて配置される。それに対してロータ17の各永久磁石18はU相、V相およびW相の突起31c…,32c…,33c…に対して共用されていて同一位相の磁束を発生する。これにより各相の突起31c…,32c…,33c…はロータ17に均一なトルクを発生させることができる。
The motor M of the present embodiment operates with a three-phase alternating current, and the U-phase, V-phase, and W-
図7から明らかなように、ステータ19の内周面に沿って順番に配置される9個のU相突起31c…、9個のV相突起32c…および9個のW相突起33c…の軸線L方向の幅は、ロータ17の永久磁石18…の軸線L方向の幅に略等しくなっており、ステータ19およびロータ17間の鎖交磁束を最大限に増加させてロータ17の出力トルクを増加させることができる。しかも各永久磁石18はU相、V相およびW相の突起31c…,32c…,33c…に対して共用されるので、各相の突起31c…,32c…,33c…に対応して永久磁石18…を軸線L方向に分割する必要をなくし、永久磁石18…の個数を削減することができる。
As is apparent from FIG. 7, the axes of nine
図3〜図7から明らかなように、U相ステータリング31のU相ティース31b…とV相ステータリング32のV相ティース32b…との間に第1環状スロット37が形成されており、この第1環状スロット37に予め巻回されたU相巻線34と第1V相巻線35Aとが収納される。またW相ステータリング33のW相ティース33b…とV相ステータリング32のV相ティース32b…との間に第2環状スロット38が形成されており、この第2環状スロット38に予め巻回されたW相巻線36と第2V相巻線35Bとが収納される。
As apparent from FIGS. 3 to 7, a first
即ち、実施例の三相のモータMでは、環状スロット37,38の数は相数の3から1を減算した2個であり、一方の第1環状スロット37には1相目(U相)および2相目(V相)の巻線34,35Aが収納され、他方の第2環状スロット38には2相目(V相)および三相目(W相)の巻線35B,36が収納されることになる。各々の巻線34,35A,35B,36は長方形断面の平角線を導線とするもので、例えば径方向に4層に巻回され、軸線L方向に4層に巻回される。
That is, in the three-phase motor M of the embodiment, the number of the
第1環状スロット37に収納されたU相巻線34および第1V相巻線35Aは、U相巻線34が径方向外側に配置され、第1V相巻線35Aが径方向内側に配置される。また第2環状スロット38に収納されたW相巻線36および第2V相巻線35Bは、W相巻線36が径方向外側に配置され、第2V相巻線35Bが径方向内側に配置される。
In the U-phase winding 34 and the first V-phase winding 35A housed in the first
そしてスター結線されたU相巻線34、第1、第2V相巻線35A,35BおよびW相巻線36に三相交流電流を供給することで、ステータ19の内周面に順番に配置されたU相突起31c…、V相突起32c…およびW相突起33c…に回転磁界を形成し、永久磁石18…との間に発生する電磁力でロータ17を回転駆動することができる。
The three-phase alternating current is supplied to the U-phase winding 34, the first and second V-phase windings 35 </ b> A and 35 </ b> B, and the W-phase winding 36 that are star-connected, so that they are sequentially arranged on the inner peripheral surface of the
このように、U相ステータリング31のU相ティース31b…とV相ステータリング32のV相ティース32b…とでU相巻線34および第1V相巻線35Aを挟んで固定し、かつW相ステータリング33のW相ティース33b…とV相ステータリング32のV相ティース32b…とでW相巻線36および第2V相巻線35Bを挟んで固定したので、各巻線34,35A,35B,36を固定するための特別の固定部材が不要になる。しかも各巻線34,35A,35B,36は第1、第2環状スロット37,38の内部に収納されて外部部品と干渉する虞がないため、外部部品の寸法管理が容易になる。
In this way, the
図6〜図8から明らかなように、U相ステータリング31のリターンパス31aから径方向内向きに延びるU相ティース31b…およびU相突起31c…の円周方向の幅uは、ロータ17に対向する径方向内側からリターンパス31aに連なる径方向外側に向かって減少している。同様に、V相ステータリング32のリターンパス32aから径方向内向きに延びるV相ティース32b…およびV相突起32c…の円周方向の幅vは、ロータ17に対向する径方向内側からリターンパス32aに連なる径方向外側に向かって減少し、W相ステータリング33のリターンパス33aから径方向内向きに延びるW相ティース33b…およびW相突起33c…の円周方向の幅wは、ロータ17に対向する径方向内側からリターンパス33aに連なる径方向外側に向かって減少する。つまりU相、V相およびW相の突起31c…,32c…,33c…の円周方向の幅u,v,wは、ロータ17に対向する径方向内端で最大値umax,vmax,wmaxとなる。
As is apparent from FIGS. 6 to 8, the circumferential width u of the
L字状のU相突起31c…、T字状のV相突起32c…およびL字状のW相突起33c…は円周方向に見て一部が重なるように対向しており(図3〜図5および図7参照)、それらの突起31c…,32c…,33c…間にはエアギャップgが形成されている。エアギャップgの大きさgはU相、V相およびW相の突起31c…,32c…,33c…の径方向内端、即ちロータ17に対向する位置で最小値gminとなっており、そこから径方向外側、つまりU相、V相およびW相のティース31b…,32b…,33b…に向かって増加している。これによりU相、V相およびW相の突起31c…,32c…,33c…がロータ17に対向する面積を減少させることなく、隣接するU相、V相およびW相の突起31c…,32c…,33c…間のエアギャップgを増加させて漏れ磁束を減少させることでモータMのトルクを増加させることができる(図9参照)。
The L-shaped
尚、本実施例ではU相、V相およびW相の突起31c…,32c…,33c…に連なるU相、V相およびW相のティース31b…,32b…,33b…も径方向外側に向かって先細にテーパーしているが、U相、V相およびW相のティース31b…,32b…,33b…は円周方向に位相がずれて配置されていて相互に対向することがないため、この部分で磁束の漏れが発生することはなく、従って必ずしもテーパーさせる必要はない。
In this embodiment, U-phase, V-phase, and W-
次に、図10に基づいて本発明の第2実施例を説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図6に示す第1実施例では、U相、V相およびW相のティース31b…,32b…,33b…およびU相、V相およびW相の突起31c…,32c…,33c…の円周方向両面が径方向に対して傾斜しているが、必ずしも円周方向両面を傾斜させなくも突起31c…,32c…,33c…間のエアギャップgを径方外側ほど大きくすることができる。
In the first embodiment shown in FIG. 6, the circumferences of the U-phase, V-phase and W-
図10に示す第2実施例は、U相、V相およびW相のティース31b…,32b…,33b…およびU相、V相およびW相の突起31c…,32c…,33c…の円周方向一側面だけを径方向に対して傾斜させ、円周方向他側面を径方向に対して平行にしている。この第2実施例によっても、前述した第1実施例と同様の作用効果を達成することができる。
The second embodiment shown in FIG. 10 includes the circumferences of the U-phase, V-phase and W-
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。 The embodiments of the present invention have been described above, but various design changes can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、実施例ではクローポール型のモータMをハイブリッド車両の走行用モータとして使用しているが、その用途は任意である。 For example, in the embodiment, the claw pole type motor M is used as a traveling motor of the hybrid vehicle, but the application is arbitrary.
また実施例のモータMはステータ19の内部にロータ17を配置したインナーロータ型であるが、本発明はステータの外部にロータを配置したアウターロータ型のモータに対しても適用することができる。
The motor M of the embodiment is an inner rotor type in which the
また実施例では第1環状スロット37においてU相巻線34および第1V相巻線35Aを径方向に隣接して配置しているが、それらを軸線L方向に隣接して配置しても良い。同様に、実施例では第2環状スロット38においてW相巻線36および第2V相巻線35Bを径方向に隣接して配置しているが、それらを軸線L方向に隣接して配置しても良い。
In the embodiment, the U-phase winding 34 and the first V-phase winding 35A are disposed adjacent to each other in the radial direction in the first
また実施例では三相のモータMを例示したが、本発明は四相以上のモータMに対しても適用することができる。 In the embodiment, the three-phase motor M is illustrated, but the present invention can also be applied to a four-phase or more motor M.
また実施例では各相のステータリング31,32,33をそれぞれ一体成形しているが、必要に応じてリターンパス31a,32a,33a、ティース31b…,32b…,33b…および突起31c…,32c…,33c…を分割して構成すれば、それらの設計自由度を高めることができる。
In the embodiment, the stator rings 31, 32, 33 of each phase are integrally formed, but return
31a リターンパス
31b U相ティース(ティース)
31c U相突起(突起)
32a リターンパス
32b V相ティース(ティース)
32c V相突起(突起)
33a リターンパス
33b W相ティース(ティース)
33c U相突起(突起)
34 U相巻線(巻線)
35A 第1V相巻線(巻線)
35B 第2V相巻線(巻線)
36 W相巻線(巻線)
37 第1環状スロット(環状スロット)
38 第2環状スロット(環状スロット)
L 軸線
g エアギャップ
31c U-phase protrusion (protrusion)
32c V-phase protrusion (protrusion)
33c U-phase protrusion (protrusion)
34 U-phase winding (winding)
35A 1st V phase winding (winding)
35B 2nd V-phase winding (winding)
36 W phase winding (winding)
37 First annular slot (annular slot)
38 Second annular slot (annular slot)
L Axis g Air gap
Claims (3)
隣接する突起間の円周方向のエアギャップの大きさをロータ側からティース側に向けて増加させたことを特徴とするクローポール型モータのステータ。 A plurality of phases of teeth are protruded in the radial direction apart from the circumferential surface of the annular return path, and a projection that protrudes in the axial direction and faces the circumferential surface of the rotor is formed at the tip of each tooth. A stator of a claw pole type motor having a winding housed in an annular slot formed between adjacent teeth,
A claw pole motor stator, wherein the size of a circumferential air gap between adjacent protrusions is increased from a rotor side toward a teeth side.
The size of the air gap is increased from the rotor side toward the teeth side by inclining one circumferential surface of each phase protrusion with respect to the radial direction. Claw pole type motor stator.
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