JP2007215289A - Dynamo-electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機に係り、詳しくはロータに永久磁石を有する回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electric machine, and more particularly to a rotating electric machine having a permanent magnet in a rotor.
ロータに永久磁石を埋め込んだ電動機は、損失が少なく効率が良い、出力が大きい等の理由により数多く使用されている。この電動機は、ロータからの磁束が一定である。そのため、高速回転時において誘起電圧が過大になるのを抑制するため、高速回転時には弱め界磁電流を流して運転している。しかし、弱め界磁電流を流すことにより高速回転時の効率は悪化する。 Many electric motors in which a permanent magnet is embedded in a rotor are used for reasons such as low loss, high efficiency, and high output. In this electric motor, the magnetic flux from the rotor is constant. Therefore, in order to prevent the induced voltage from becoming excessive during high-speed rotation, the field-weakening current is applied during high-speed rotation. However, the efficiency during high-speed rotation is deteriorated by passing a field weakening current.
高速回転時に誘起電圧が過大になるのを抑制することが可能な永久磁石式電動機の磁束制御装置が提案されている(特許文献1参照。)。この永久磁石式電動機の磁束制御装置は、ハウジングに回転可能に支持され、かつ永久磁石を備えたロータと、該ロータの外周側で前記ハウジングに固定された櫛部(ティース部)、該櫛部間にスロット部を備えたステータコア及び前記スロット部に巻き上げられた巻線(コイル)から構成されたステータとを有している。また、前記ステータの外周側で前記ステータに対して相対回転可能に配置された内周面が断面円形の筒部材と、該筒部材を前記ステータに対して相対移動させる駆動装置とを有している。前記筒部材には、内周面が切り欠かれた長手方向に延びる磁路制御用凹溝が周方向に等間隔に配置して形成され、前記凹溝間の凸部の内周面が前記ステータの外周面に密接して摺動移動する面を形成する。この装置では、凹溝がステータコアの櫛部に径方向で対応する時に磁束の流れが絞られ、凸部が櫛部に径方向で対応する時に磁束の流れが増大する。従って、ロータの高速回転時に、凹溝をステータコアの櫛部に径方向で対応させることにより、誘起電圧が過大になるのを抑制することができる。
ところが、特許文献1に記載の装置では、櫛部が外側で連結されることによりステータコアは全体として円環状に形成されている。櫛部は一定幅であって櫛部間の間隔は内側ほど狭くなるため、櫛部(ティース部)に巻線を巻く作業がし難くなる。また、ロータに永久磁石を埋設した所謂IPM(interior Permanent Magnetic )モータでは、トルクリプルを低減させるために、櫛部の内側部分の幅を広く、即ち隣接する櫛部の間隔を狭くすることが望ましいが、特許文献1の構成では、その場合、櫛部に巻線を巻く作業がより難しくなる。 However, in the device described in Patent Literature 1, the stator core is formed in an annular shape as a whole by connecting the comb portions on the outside. Since the comb portions have a constant width and the interval between the comb portions becomes narrower toward the inner side, it is difficult to wind the winding around the comb portions (tooth portions). Further, in a so-called IPM (interior Permanent Magnetic) motor in which a permanent magnet is embedded in a rotor, it is desirable to widen the inner portion of the comb portion, that is, to reduce the interval between adjacent comb portions in order to reduce torque ripple. In the configuration of Document 1, in that case, it is more difficult to wind the winding around the comb portion.
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ロータの高速回転時に誘起電圧が過大になるのを抑制することができるとともに、ティース部に対してコイルを容易に組み付けることができる回転電機を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to suppress an induced voltage from becoming excessive during high-speed rotation of the rotor and to easily form a coil with respect to the tooth portion. It is in providing the rotary electric machine which can be assembled | attached to.
前記の目的を達成するため請求項1に記載の発明は、複数の永久磁石を有するロータを備えた回転電機であって、前記ロータの外周側に配置されるとともに、複数のティース部が周方向に一定間隔をおいて放射方向に延び、かつ内側で連結された状態に形成されたティース部材と、前記ティース部材を支持する支持部材と、前記ティース部に巻かれたコイルと、前記ティース部の外側において前記ティース部材と相対回動可能に設けられ、環状でかつ前記ティース部との間で磁束が流れ易い部分と流れ難い部分とを前記ティース部の周方向の間隔に対応して交互に備えたヨーク部と、前記ティース部材及び前記ヨーク部を相対回動させる駆動手段とを備えている。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a rotating electrical machine including a rotor having a plurality of permanent magnets, and is disposed on the outer peripheral side of the rotor, and the plurality of teeth portions are arranged in the circumferential direction. A tooth member formed in a radially extending state at a predetermined interval and connected inward, a support member for supporting the tooth member, a coil wound around the tooth portion, and a tooth member Provided on the outside so as to be relatively rotatable with the tooth member, and are provided with an annular portion and a portion where the magnetic flux easily flows between the tooth portion and a portion where it is difficult to flow corresponding to the circumferential interval of the teeth portion. And a drive means for relatively rotating the tooth member and the yoke part.
この発明では、駆動手段の動作により、ティース部材とヨーク部とが相対回動される。ティース部材とヨーク部との基準位置からの相対回動量を変更することにより、ティース部と、ヨーク部の磁束が流れ難い部分との位置関係が変化する。ティース部と、ヨーク部の磁束が流れ難い部分との対向する面積が大きいほど、ティース部とヨーク部との間で磁束が流れ難くなる。従って、高速回転時にティース部とヨーク部の磁束が流れ難い部分との対向する面積が大きくなる状態にティース部材とヨーク部との相対回動量を調整することにより、ロータの高速回転時に弱め界磁電流を小さくしても誘起電圧が過大になるのを抑制することができる。また、各ティース部は内側において連結され、つまり外側において開放されているため、ティース部に対してコイルを組み付ける作業、即ち直接巻線をティース部に巻き付けてコイルとしたり、予め別の場所で巻かれたコイルをティース部に嵌めて組み付けたりする作業を容易に行うことができる。 In the present invention, the teeth member and the yoke portion are relatively rotated by the operation of the driving means. By changing the relative rotation amount of the tooth member and the yoke portion from the reference position, the positional relationship between the tooth portion and the portion of the yoke portion where the magnetic flux hardly flows changes. As the area of the teeth portion and the portion of the yoke portion where the magnetic flux does not easily flow is larger, the magnetic flux is less likely to flow between the tooth portion and the yoke portion. Therefore, by adjusting the relative rotation amount of the teeth member and the yoke portion so that the area where the teeth portion and the portion where the magnetic flux of the yoke portion is difficult to flow is increased during high-speed rotation, the field weakening is reduced during high-speed rotation of the rotor. Even if the current is reduced, the induced voltage can be suppressed from becoming excessive. In addition, since each tooth portion is connected on the inside, that is, opened on the outside, an operation of assembling a coil with respect to the tooth portion, that is, winding a direct winding around the tooth portion to form a coil, or winding it in another place in advance. The operation | work which fits the assembled coil in the teeth part and assembles can be performed easily.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記ティース部材は所定位置に固定され、前記ヨーク部が前記駆動手段により回動可能である。従って、この発明では、ティース部材を回動させてティース部と、ヨーク部の磁束が流れ難い部分との位置関係を変更する構成に比較して、構造が簡単になる。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the tooth member is fixed at a predetermined position, and the yoke portion is rotatable by the driving means. Therefore, in the present invention, the structure is simplified as compared with a configuration in which the positional relationship between the tooth portion and the portion where the magnetic flux of the yoke portion is difficult to flow is changed by rotating the tooth member.
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記ティース部材は前記ティース部の軸方向両端部において前記支持部材によって支持されている。この発明では、片持ち状態でティース部材を保持する構成に比較してティース部材を安定した状態で保持することが容易になる。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the tooth member is supported by the support member at both axial ends of the tooth portion. In this invention, it becomes easy to hold | maintain a teeth member in the stable state compared with the structure which hold | maintains a teeth member in a cantilever state.
請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の発明において、前記ティース部は内側の幅が外側の幅より広く形成されている。従って、この発明では、ティース部の幅が一定の場合に比較してトルクリプルを低減することができる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the tooth portion has an inner width wider than an outer width. Therefore, in the present invention, torque ripple can be reduced as compared with the case where the width of the tooth portion is constant.
請求項5に記載の発明は、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の発明において、前記磁束が流れ易い部分は、前記ティース部側に向かって突出する凸部で構成されている。この発明では、ティース部が凸部と対向する状態でティース部とヨーク部との距離が近くなるため、当該部分においてティース部とヨーク部との間で磁束が流れ易くなり、凸部の両側は磁束が流れ難くなる。ヨーク部に凸部を設けるのは、ヨーク部の一部を別の材質で形成したりあるいは改質したりすることにより磁束が流れ難くして、磁束が流れ難い部分に隣接する部分を相対的に磁束が流れ易くなる部分とする構成より簡単にできる。 The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the portion where the magnetic flux easily flows is configured by a convex portion protruding toward the teeth portion side. Yes. In this invention, since the distance between the tooth portion and the yoke portion is close in a state where the tooth portion is opposed to the convex portion, the magnetic flux easily flows between the tooth portion and the yoke portion in the portion, and both sides of the convex portion are Magnetic flux is difficult to flow. Protruding parts on the yoke part make it difficult for the magnetic flux to flow by forming a part of the yoke part from another material or modifying it, and the part adjacent to the part where the magnetic flux is difficult to flow is relatively It can be made simpler than the configuration in which the magnetic flux easily flows.
本発明によれば、ロータの高速回転時に誘起電圧が過大になるのを抑制することができるとともに、ティース部に対してコイルを容易に組み付けることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to suppress that an induced voltage becomes excessive at the time of high-speed rotation of a rotor, a coil can be easily assembled | attached with respect to a teeth part.
以下、本発明を電動機に具体化した一実施形態を図1〜図9にしたがって説明する。
図1に示すように、電動機10のハウジング11には、回転軸12に固定されたロータ13が図示しない軸受けを介して回転可能に支持されている。ロータ13には4個の永久磁石14が周方向に一定間隔をおいて埋設されている。即ち、ロータ13は複数の永久磁石14を有する。
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in an electric motor will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, a rotor 13 fixed to a rotary shaft 12 is rotatably supported by a
ロータ13の外周側には、複数のティース部15が周方向に一定間隔をおいて放射方向に延び、かつ内側で連結された状態に形成されたティース部材16が配置されている。各ティース部15は内側(ロータ13に近い側)の幅が外側の幅より広く形成されている。詳述すると、各ティース部15は、外側から内側に向かって次第に幅が広くなるのではなく、大部分(例えば、9割)は一定幅で、内側に近い部分のみ次第に幅が広くなるように形成されている。各ティース部15にはコイル17が集中巻で巻かれている。なお、図においてロータ13の部分のハッチングを省略するとともに、ティース部15及びコイル17は破断をせずに図示している。
On the outer peripheral side of the rotor 13, a
ティース部15の外側には、ヨーク部18がティース部材16と相対回動可能に設けられている。この実施形態ではティース部材16が固定され、ヨーク部18が回動可能に構成されている。ヨーク部18は、円環状に形成されるとともに、ハウジング11に回動可能に支持されている。ヨーク部18は、ティース部15との間で磁束が流れ易い部分18aと、流れ難い部分18bとをティース部15の周方向の間隔に対応して交互に備えている。磁束が流れ易い部分18a及び流れ難い部分18bはそれぞれ6個ずつ設けられている。この実施形態では、磁束が流れ易い部分18aは、ティース部15側に向かって突出する凸部で構成され、ティース部15の外側端部と対向する部分の周方向の長さ、即ち凸部の先端の周方向の長さがティース部15の外側端部の幅と同じに形成されている。
A
次にティース部材16及びヨーク部18の支持状態を詳述する。図3に示すように、ティース部材16は、円筒部16aを有し、その外側に凸部16bが一定間隔で放射方向に突設されることにより、ティース部15及び被支持部19が形成されている。被支持部19は、各凸部16bの中央部に設けられており、ティース部15と一体に形成されるとともに、径方向の長さがティース部15より長く形成されている。なお、コイル17がティース部15に巻かれた状態で、支持部材20、ヨーク部18と組み立てられるが、図3及び後述の図10にはコイル17の図示を省略している。
Next, the support state of the
ティース部材16を支持する支持部材20は、被支持部19のティース部材16の軸方向における長さと同じ厚さで円環状に形成されるとともに、内側に各被支持部19と嵌合する嵌合部20aが形成されている。図2に示すように、支持部材20は、ハウジング11に設けられた断面ほぼ円形の収容部23aに収容されるとともに、外周部においてボルト21を介してハウジング11に固定されている。支持部材20は、嵌合部20aが被支持部19と嵌合する状態でティース部材16を支持する。即ち、ティース部材16は中央部において支持部材20に支持されている。
The
図3に示すように、ヨーク部18は2個設けられるとともに、各ヨーク部18は、ティース部材16を支持する支持部材20を挟んで両側に配置される。ヨーク部18は、外周の一部に歯部22が形成されている。歯部22はヨーク部18の最大回動量に対応する角度の範囲より広い範囲にわたって形成されている。そして、図1に示すように、ヨーク部18は、歯部22の一部が露出する状態で、その外周面においてハウジング11に設けられた断面ほぼ円形の収容部23bに回動可能に収容されている。収容部23bはティース部材16の収容部23aと同軸上に形成されるとともに、この実施形態では両収容部23a,23bは同径に形成されている。
As shown in FIG. 3, two
図1に示すように、ハウジング11には、ティース部材16及びヨーク部18を相対回動させる駆動手段を構成する正逆回転駆動可能なモータ24が固定されている。また、ハウジング11には、モータ24により回転されるとともに各ヨーク部18の歯部22と噛合する歯車25を備えた回転軸26が設けられている。そして、モータ24により回転軸26が回転されることで、ヨーク部18が回動される。歯部22、モータ24、歯車25及び回転軸26によりティース部材16及びヨーク部18を相対回動させる駆動手段が構成されている。
As shown in FIG. 1, a
前記のように構成されたティース部材16及びヨーク部18により電動機10のステータが構成されている。即ち、ステータは、ロータ13の永久磁石14で発生してティース部15を経てヨーク部18に流れ込む磁束の経路と、ヨーク部18から別のティース部15に流れ込む磁束の経路とを、ヨーク部18をティース部材16に対して回動させることにより、磁束が流れ易い状態と流れ難い状態とに調整可能に構成されている。
The
次に前記のように構成された電動機10を制御する電気的構成を図4にしたがって説明する。電動機10は、インバータ30に接続されている。インバータ30を制御するコントローラ31は、CPU(中央処理装置)32及びメモリ33を備えている。コントローラ31は、ロータの回転数を検出する回転センサ34、インバータ30から電動機10に供給される電流の電流値を検出する電流センサ35及び電動機10の端子電圧を検出する電圧センサ36に電気的に接続され、各センサの検出信号が入力される。コントローラ31のCPU32は、各センサ34,35,36の検出信号に基づいて電動機10を目標出力となるように制御する。
Next, an electrical configuration for controlling the
コントローラ31は、低速域では最大トルクを確保するように、ヨーク部18の磁束が流れ易い部分18aがティース部15と全面で対向する位置、即ち図1に示す状態になるようにモータ24を駆動制御してヨーク部18の位置を設定する。コントローラ31は、図1の状態における位置をヨーク部18の基準位置として、モータ24に正転指令又は逆転指令を出力して、ヨーク部18を回動させ、ヨーク部18の磁束が流れ易い部分18aと、ティース部15の外側端面との対向面積を変更させる。コントローラ31は、中速域及び高速域では誘起電圧が過大になるのを防止するため、ヨーク部18を基準位置から回動させて、磁束が流れ難い部分18bがティース部15と一部で対向する位置に配置させる。そして、高速域では必要に応じて公知の弱め界磁制御で電動機10を制御する。
The
ロータ13の回転に伴って電動機10の端子に誘起電圧が発生し、回転速度が増大すると誘起電圧も増大する。また、誘起電圧は、ヨーク部18の磁束が流れ易い部分18aと、ティース部15の外側端面との対向面積が大きい方が大きくなる。それらの関係は、例えば、図5(a)に示すようになる。即ち、誘起電圧は回転速度に比例するとともに、ヨーク部18の基準位置からのずらし角度を大きくするにつれて誘起電圧が低減する。
An induced voltage is generated at the terminal of the
また、ハイブリッド自動車の走行用モータでは、例えば、図5(b)に示すような回転速度−トルクの要求特性がある。即ち、低速域では最大トルクを確保し、中速域及び高速域では定出力となるようにトルクは回転速度に反比例して減少する。図5(c)は、中速域及び高速域で弱め界磁制御を行い、電動機10の端子電圧を上限値以下に制御する場合の回転速度に対する電動機10の端子電圧の一例を示す。上限値はインバータ30のDCリンク電圧により決まる。
Further, the hybrid motor travel motor has a required characteristic of rotational speed-torque as shown in FIG. 5B, for example. That is, the torque decreases in inverse proportion to the rotational speed so that the maximum torque is ensured in the low speed range and the constant output is obtained in the medium speed range and the high speed range. FIG. 5C shows an example of the terminal voltage of the
図5(a)〜(c)に基づいて作成された回転速度とステータのずらし角度、即ちヨーク部18の基準位置からの回動角度と回転速度との関係を示すマップ、例えば、図6(a)に示すマップがメモリ33に記憶されている。コントローラ31は、そのマップに基づいて、要求回転速度に対応する低速域、中速域及び高速域のステータずらし角度を決定し、そのずらし角度になるようにモータ24に制御指令を出力するようになっている。また、コントローラ31は、電動機10が連れ回りを行う場合には、ロータ13の回転速度に拘わらず、部分18aがティース部15と対向しない位置に配置されるステータのずらし角度となるようにモータ24に制御指令を出力する。電動機10が連れ回りを行う場合とは、例えば、電動機10がハイブリッド自動車の走行用モータとして使用された場合で、電動機10にインバータ30から電流を供給せずに、ロータ13が自動車の走行により回転される場合がある。
A map showing the relationship between the rotational speed created based on FIGS. 5A to 5C and the shifting angle of the stator, that is, the rotational angle from the reference position of the
次に前記のように構成された電動機10の作用を説明する。
電動機10は、基本的にステータのずらし角度が0度の状態から、即ちティース部15とヨーク部18が図1に示す配置の状態から運転が開始される。この状態では、ティース部15の端面と、ヨーク部18の磁束が流れ易い部分18aとが全面で対向しており、磁束はティース部材16とヨーク部18とが相対回動しない構成の従来のIPMモータと同様に、ティース部15の端面全体を通過するように流れる。
Next, the operation of the
The
コントローラ31は、回転センサ34の検出信号からロータ13の回転速度を確認し、中速域まで回転速度が上昇すると、図6(a)に示すマップに基づいて、回転速度に対応するステータずらし角度となるように、モータ24に制御指令を出力する。そして、モータ24が駆動されると、回転軸26と共に歯車25が回転されるとともに、歯車25の回転がヨーク部18の歯部22に伝達されて両ヨーク部18が同方向に回動される。そして、ステータずらし角度が所定の値に設定された状態で電動機10が運転される。即ち、中速域及び高速域ではずらし角度が回転速度に比例して大きくなるように制御されて、弱め界磁が行われる。
The
中速域では、磁束が流れ易い部分18aと、ティース部15の外側端面との配置が、例えば、図7に示す状態となる。この状態では、ステータのずらし角度がほぼ12度となり、ティース部15の端面と、ヨーク部18の磁束が流れ易い部分18aとが対向する面積は、ずらし角度が0度の場合のおよそ半分となり、磁束の流れが制限されることになる。その結果、ロータ13とステータのギャップを拡げたときと同様に界磁を弱めることができ、誘起電圧の上昇が抑えられて弱め界磁電流を低減あるいは零にすることができる。
In the middle speed range, the arrangement of the
高速域では図8に示すように、磁束が流れ易い部分18aと、ティース部15の外側端面とが僅かに対応する状態に配置される。この状態では、ティース部15の端面と、ヨーク部18の磁束が流れ易い部分18aとが対向する面積は、ずらし角度が12度の場合よりさらに小さくなって磁束の流れがより制限されることになる。その結果、誘起電圧の上昇がより抑えられて、弱め界磁電流をより低減することができる。
In the high speed region, as shown in FIG. 8, the
ロータ13の回転速度と、ずらし角度と、電動機10への入力電流との関係を示すと、図6(b)に示すようになる。図6(b)から分かるように、ずらし角度を一定の状態で低速域から高速域まで運転を行うと、中速域の所定回転速度未満の時はずらし角度が小さいほど入力電流が小さくなるが、中速域の所定回転速度を超えると、ずらし角度が小さいほど入力電流が大きくなる。しかし、回転速度に対応してステータずらし角度を大きくしていくことにより、電動機10は、回転速度の増加に伴って入力電流が図6(b)の太線で示すようになるように動作するため、ずらし角度0度の場合に比べて弱め界磁電流分が小さくなる。その結果、電動機10に供給される電流量を低減することができ、銅損を低減することができる。
FIG. 6B shows the relationship among the rotational speed of the rotor 13, the shift angle, and the input current to the
電動機10が連れ回り状態になった場合は、コントローラ31は、電動機10への電流供給を停止するとともに、ステータのずらし角度を、ロータ13の回転速度に拘わらず、図9に示すように、部分18aがティース部15と対向しない位置に配置されるステータのずらし角度(例えば、30度)となるようにモータ24に制御指令を出力する。
When the
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
(1)モータ24の動作により、ティース部材16とヨーク部18とが相対回動され、ヨーク部18の基準位置からの相対回動量を変更することにより、ティース部15と、ヨーク部18の磁束が流れ易い部分18aとの位置関係が変化する。従って、高速回転時にティース部15と、ヨーク部18の磁束が流れ難い部分18bとの対向する面積が大きくなる状態にティース部材16とヨーク部18との相対回動量を調整することにより、ロータ13の高速回転時に弱め界磁電流を小さくしても誘起電圧が過大になるのを抑制することができる。その結果、電動機10に供給する電流量が低減されて銅損が減り、電動機10の効率が向上する。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The
(2)各ティース部15は内側において連結されているため、ティース部15に対してコイル17を組み付ける作業、即ち直接巻線をティース部15に巻き付けてコイル17としたり、予め別の場所で巻かれたコイル17をティース部15に嵌めて組み付けたりする作業を容易に行うことができる。
(2) Since each
(3)ティース部材16は所定位置に固定され、ヨーク部18がモータ24により回動可能である。従って、ティース部材16を回動させてティース部15と、ヨーク部18の磁束が流れ易い部分18aとの位置関係を変更する構成に比較して、構造が簡単になる。
(3) The
(4)ティース部材16はその中央部において支持部材20によって支持されている。従って、片持ち状態でティース部材16を保持する構成に比較してティース部材16を安定した状態で保持することが容易になる。
(4) The
(5)ティース部15は内側の幅が外側の幅より広く形成されている。従って、ティース部15の幅が一定の場合に比較してトルクリプルを低減することができる。
(6)ヨーク部18に形成された磁束が流れ易い部分18aは、ティース部15側に向かって突出する凸部で構成されている。従って、ティース部15が凸部と対向する状態でティース部15とヨーク部18との距離が近くなるため、ティース部15とヨーク部18との間で磁束が流れ易くなる。ヨーク部18に凸部を設けるのは、ヨーク部18の一部を別の材質で形成したりあるいは改質したりすることにより磁束が流れ難くして、磁束が流れ難い部分18bに隣接する部分を相対的に磁束が流れ易くすることにより、磁束が流れ易い部分18aと、磁束が流れ難い部分18bとを交互に設ける構成に比較して簡単にできる。
(5) The
(6) The
(7)磁束が流れ易い部分18aは、ティース部15の外側端部と対向する部分の周方向の長さがティース部15の外側端部の幅と同じに形成されている。従って、ヨーク部18の基準位置からの回動量、即ちステータずらし角度に比例して磁束の通り易さを変更できる。
(7) The
(8)ティース部材16は、被支持部19がティース部15より外側に突出するように形成されるとともに、突出部において支持部材20の嵌合部20aに嵌合されて支持されている。従って、支持部材20がコイル17と干渉しない構成になる。
(8) The
(9)ティース部材16は、被支持部19がティース部15と同じ厚さで各ティース部15とそれぞれ同一直線状に位置するように形成されている。従って、円筒部材を加工してティース部15と被支持部19とを形成する際に、被支持部19とティース部15とが同一直線状に位置しない場合に比較して加工が容易になる。
(9) The
(10)電動機10が連れ回り状態になると、ヨーク部18は磁束が流れ難い部分18bがティース部15と対向する位置に配置される。従って、特に高速領域での鉄損による発熱を抑制することができる。
(10) When the
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ ティース部材16は、中央部において支持部材20に支持される構造に限らず、片持ち状態で支持される構造や両側において支持される構造としてもよい。また、それに対応してヨーク部18は1個になる。ティース部材16が片持ち状態で支持される構造としては、例えば、前記実施形態において被支持部19の一方の側に設けられたティース部15をなくした構造がある。
The embodiment is not limited to the above, and may be embodied as follows, for example.
The
○ ティース部材16が両側において支持される構造としては、例えば、図10(a)に示すように、ティース部材16の中央部にティース部15が配置され、その両側に被支持部19が連続して形成された構造とする。そして、両被支持部19を環状の支持部材20で支持する。また、ヨーク部18の外径を支持部材20の外径より若干大きく形成し、ヨーク部18はハウジング11に回動可能に支持し、支持部材20はハウジング11にボルト21で固定する。ティース部材16等をハウジング11に組み付ける際は、ヨーク部18をティース部15の外側に配置し、ヨーク部18を挟むようにして支持部材20を被支持部19に嵌合させた状態で、その組立品をハウジング11に組み付ける。ヨーク部18内にティース部材16を挿入する際は、被支持部19が磁束が流れ易い部分18aに干渉しないように、被支持部19が磁束が流れ難い部分18bに対応させた位置で挿入すると良い。その後、回転軸26及びモータ24をハウジング11に組み付ける。ティース部材16はティース部15の軸方向両端部において支持部材20によって支持される。この場合も、片持ち状態でティース部材16を保持する構成に比較してティース部材16を安定した状態で保持することができ、ティース部材16を中央部で支持する場合より、安定した状態で保持することができる。
As a structure in which the
○ 被支持部19は、ティース部15と同じ厚さで各ティース部15とそれぞれ連続する構成に限らない。例えば、図10(b),(c)に示すように、各ティース部15との間に隙間が存在する状態に形成してもよい。各ティース部15と被支持部19との間に隙間が存在する構成の場合は、コイル17を被支持部19に巻き掛けずにティース部15にのみ巻き掛けるようにしてもよい。各ティース部15と被支持部19とがティース部材16の軸方向と平行に延びる同一直線状に位置しない形状でもよい。しかし、同一直線状に位置する形状の方が加工が容易になる。
The supported
○ 支持部材20は環状に限らず、複数に分割された支持部材20で被支持部19を保持してもよい。
○ 支持部材20は嵌合部20aを嵌合させることでティース部材16を支持する構成に限らず、接着、溶接、螺合などで支持しても良い。この場合、被支持部19を突出させなくても良い。
The
The
○ ヨーク部18が所定位置に固定され、ティース部材16が駆動手段により回動可能な構成としてもよい。例えば、前記各実施形態において、ヨーク部18をボルト21でハウジング11に固定し、支持部材20をハウジング11に回動可能に支持するとともにその外周面の一部に歯部を形成する。そして、前記歯部と噛合する歯車25を有する回転軸26をモータ24で駆動する。
The
○ 2個のヨーク部18は、同じ方向に回動される構成に限らず、異なる方向に回動される構成としてもよい。各ヨーク部18毎にモータ24を設けてもよいが、1本の回転軸26により両ヨーク部18を回動させる構成が好ましい。例えば、回転軸26と歯部22との間に異なる数の歯車を設ける。この場合、各ヨーク部18が同期して反対方向に回動されるため、ヨーク部18が回動される際に磁束流れが曲げられることによって発生するヨーク部18を戻す方向への力が互いに相殺されるため、2個のヨーク部18が同方向に回動される場合に比較して、モータ24がヨーク部18を回動させるのに必要な力が小さくてよい。
The two
○ ヨーク部18の内側に設けられるとともに磁束が流れ易い部分18aは、凸部で形成されたものに限らない。例えば、ヨーク部18の内面を中心軸からの距離が一定な曲面で形成し、所定間隔で他の部分より透磁率の低い材料を表面が露出する状態で埋設することにより磁束が流れ難い部分18bを形成し、透磁率の低い材料と隣接する部分を磁束が流れ易い部分18aとしてもよい。透磁率の低い材料としては非磁性体が好ましく、非磁性体の金属がより好ましい。従って、例えば、アルミニウム等を磁束が流れ難い部分18bの材料として使用するのが好ましい。
The
○ ヨーク部18は、内側部に磁束が流れ易い部分18aと流れ難い部分18bとをティース部15の周方向の間隔に対応して交互に備えていればよく、磁束が流れ易い部分18aの周方向の長さはティース部15の外側端部の幅と同じに限らず、前記幅より長くても短くてもよい。しかし、前記長さが前記幅と同じ方が、ティース部材16とヨーク部18とを相対回動させて、ティース部15の端面が部分18aと対向する面積を変更する際に、無駄にティース部材16とヨーク部18とを相対回動させる必要がなく、制御が簡単になる。
The
○ 電動機10は、ロータ13の極数が4極で、ティース部15の数が6の組合せ、即ち4極6スロットに限らない。その場合、ロータ13の極数と、ティース部15の数との関係は、2:3が一般的である。ティース部15の数、即ちスロット数をNSとすると、ステータのずらし角度の最大値は、360/NS/2となる。
The
○ ヨーク部18は、環状で内側がほぼ円形であればよく、外形は円形である必要はない。ヨーク部18を固定してティース部材16を回動可能とする構成の場合は、外形が円形以外の形状の方がヨーク部18を所定の位置に固定するのが容易になる。
The
○ ティース部15の形状を内側の幅が外側の幅より広く形成されている形状とする場合、外側から内側に向かって次第に広くなるように形成してもよい。
○ ティース部15を外側から内側まで一定幅の形状としてもよい。
○ When the shape of the
O It is good also considering the
○ 電動機10の制御システムは、電流センサ35及び電圧センサ36の両者を設ける構成に限らず、いずれか一方のセンサを設けるとともに、他方のセンサで検出すべき値は、一方のセンサの検出信号に基づいて計算で求めるようにしてもよい。
The control system of the
○ 回転センサ34を設けずに、電流センサ35又は電圧センサ36の検出信号から回転速度を演算するようにしてもよい。
○ コイル17を集中巻きではなく、分布巻としてもよい。この場合もコイル17を組み付ける作業は、ティース部15が外側で連結された従来の構成に比較して、簡単になる。
The rotation speed may be calculated from the detection signal of the
○ The
○ 電動機10は、永久磁石14がロータ13に埋設されたIPMモータに限らない。例えば、永久磁石がロータの外周面に配置されたSPM(Surface Permanent Magnet)モータ、ロータに突極を有するPRM(Permanent Magnet Reluctance )モータ等であってもよい。
The
○ 電動機10に限らず発電機に適用してもよい。
以下の技術的思想(発明)は前記実施形態から把握できる。
(1)請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の発明において、前記磁束が流れ易い部分は、前記ティース部の外側端部と対向する部分の周方向の長さが前記ティース部の外側端部の幅と同じに形成されている。
O You may apply not only to the
The following technical idea (invention) can be understood from the embodiment.
(1) In the invention according to any one of claims 1 to 5, in the portion where the magnetic flux easily flows, the circumferential length of the portion facing the outer end portion of the teeth portion is the teeth portion. It is formed to be the same as the width of the outer end portion.
(2)請求項1〜請求項5及び前記技術的思想(1)のいずれか一項に記載の発明において、前記支持部材は、前記ティース部材を前記ティース部と同じ厚さで各ティース部とそれぞれ同一直線状に位置するように設けられた被支持部において支持している。 (2) In the invention according to any one of claims 1 to 5 and the technical idea (1), the support member is configured so that the teeth member has the same thickness as the teeth portion and each teeth portion. They are supported by supported portions provided so as to be positioned on the same straight line.
10…回転電機としての電動機、13…ロータ、14…永久磁石、15…ティース部、16…ティース部材、16b…凸部、17…コイル、18…ヨーク部、18a…磁束が流れ易い部分、18b…磁束が流れ難い部分、20…支持部材、22…駆動手段を構成する歯部、24…同じくモータ、25…同じく歯車、26…同じく回転軸。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ロータの外周側に配置されるとともに、複数のティース部が周方向に一定間隔をおいて放射方向に延び、かつ内側で連結された状態に形成されたティース部材と、
前記ティース部材を支持する支持部材と、
前記ティース部に巻かれたコイルと、
前記ティース部の外側において前記ティース部材と相対回動可能に設けられ、環状でかつ前記ティース部との間で磁束が流れ易い部分と流れ難い部分とを前記ティース部の周方向の間隔に対応して交互に備えたヨーク部と、
前記ティース部材及び前記ヨーク部を相対回動させる駆動手段と
を備えていることを特徴とする回転電機。 A rotating electrical machine including a rotor having a plurality of permanent magnets,
A tooth member that is disposed on the outer peripheral side of the rotor and that is formed in a state in which a plurality of tooth portions extend radially in the circumferential direction and connected inward.
A support member for supporting the tooth member;
A coil wound around the teeth portion;
An outer portion of the tooth portion is provided so as to be rotatable relative to the teeth member, and an annular portion where magnetic flux easily flows between the teeth portion and a portion where magnetic flux does not easily flow correspond to the circumferential interval of the teeth portion. And the yoke part prepared alternately,
A rotating electrical machine comprising: a driving means for relatively rotating the tooth member and the yoke portion.
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