JP2007221953A - Rotary electric machine, and method for manufacturing rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータや発電機等の回転電機およびその製法に関するものである。 The present invention relates to a rotating electrical machine such as a motor or a generator and a method for manufacturing the same.
回転電機が搭載されるものとして、自動車を例にとって説明すると、近年、自動車は、車両そのものの大きさを大きくせずに車室内を広くする傾向にある。そのため、各部品は、狭い空間内に搭載しなければならず小型化が要望されている。しかしながら、回転電機としては、効率を維持、または、向上させた上で小型化しなければならない。このような小型化と高効率化の両立の要望は、自動車に限らず、他の製品においても同様である。 As an example in which a rotating electrical machine is mounted, an automobile will be described as an example. In recent years, automobiles tend to widen the interior of a vehicle without increasing the size of the vehicle itself. Therefore, each component must be mounted in a narrow space, and there is a demand for downsizing. However, as a rotating electrical machine, the size must be reduced while maintaining or improving efficiency. Such demands for both miniaturization and high efficiency are not limited to automobiles, but also apply to other products.
ここで従来、回転電機の小型化と高効率化を両立させるために、固定子に巻回されるコイルの高占積率化が考えられている。特許文献1によれば、回転電機としての交流発電機の固定子に断面が矩形状のコイルを巻回することによって各コイル間の隙間やコイルが巻回される固定子のスロットとコイル間の隙間を極力小さくしてスロット内でのコイルの占積率を向上させている。このため、同一の大きさの交流発電機であれば、断面が円形状のコイルを巻回したものに比べて発電効率を向上させることが可能である。
Heretofore, in order to achieve both reduction in size and high efficiency of the rotating electrical machine, it has been considered to increase the space factor of the coil wound around the stator. According to
しかしながら、特許文献1に記載の交流発電機においては、ある程度の高占積率化ができるものの、占積率の向上には限度がある。なぜならば、コイルの断面形状を完全に矩形状とすることは、成形する上で極めて困難だからである。例えコイルの断面形状を完全な矩形状とすることができたとしてもスロット内にコイルを挿入している以上、隙間が出来てしまうことはまぬがれない。このため、更なる高占積率化は望めないといった問題があった。
However, in the AC generator described in
本発明の目的は、コイルの占積率を今まで以上に向上させて小型化と高効率化を両立させた回転電機を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that improves the space factor of a coil more than ever and achieves both miniaturization and high efficiency.
本発明の回転電機は、内周側と外周側を連通する複数の連通部が形成されるように環状に成形されたコイルを内部に有し、該コイルの周囲に磁性材料を充填して環状の部材に構成された第1部材と、周方向に形成される環状隙間に第1部材が配置され、第1部材の軸方向両端に対向する夫々の面には、異なった磁極が生じ、かつ、夫々の磁極は周方向に複数形成されるよう構成された第2部材とを有していることを特徴としている。 The rotating electrical machine of the present invention has a coil formed in an annular shape so as to form a plurality of communicating portions that communicate between the inner peripheral side and the outer peripheral side, and is filled with a magnetic material around the coil. The first member is disposed in the annular gap formed in the circumferential direction with the first member configured as a member of the first member, and different magnetic poles are generated on the respective surfaces facing both axial ends of the first member, and Each of the magnetic poles has a second member configured to be formed in a plurality in the circumferential direction.
また、第1部材の内部に配置される第1コイルが放射方向に凹凸が形成されるように環状に成形し、第2部材における第1部材の軸方向両端に対向する夫々の面には、放射状に複数の凸部が設けられ、更に第1部材に第2コイルを設けたことを特徴としている。 In addition, the first coil disposed inside the first member is formed in an annular shape so that irregularities are formed in the radial direction, and on each surface of the second member facing both ends in the axial direction of the first member, A plurality of convex portions are provided radially, and a second coil is provided on the first member.
また、回転電機は発電機であって、内周側と外周側を連通する複数の連通部が形成されるように環状に成形されたコイルを内部に有し、該コイルの周囲に磁性材料を充填して環状の部材に構成された固定子と、該固定子を軸方向に通過する複数の磁路が形成される回転子とを有していることを特徴としている。 The rotating electrical machine is a generator, and has a coil formed in an annular shape so as to form a plurality of communication portions that communicate between the inner peripheral side and the outer peripheral side, and a magnetic material is provided around the coil. It is characterized by having a stator filled with an annular member and a rotor formed with a plurality of magnetic paths passing through the stator in the axial direction.
また、回転電機は発電機であって、回転子における固定子の軸方向両端に対向する夫々の面には、径方向に延びる複数の永久磁石と磁性材料が周方向に交互に設けられていることを特徴としている。 The rotating electrical machine is a generator, and a plurality of permanent magnets extending in the radial direction and a magnetic material are alternately provided in the circumferential direction on each surface of the rotor that faces both axial ends of the stator. It is characterized by that.
また、第1部材は、複数相のコイルを有し、各相毎にコイルの周囲を磁性材料で充填して複数の第1部材構成体を成形し、各第1部材構成体を電気角で所定角度ずらした状態で重ね合わせて一体化されて製造されることを特徴としている。 In addition, the first member has a plurality of phase coils, and the periphery of the coil is filled with a magnetic material for each phase to form a plurality of first member components, and each first member component is electrically angled. It is characterized by being manufactured by being superimposed and integrated in a state shifted by a predetermined angle.
本発明における第1部材、あるいは、固定子は、コイルの周囲に磁性材料を充填して構成されているため、極めて高い占積率を実現することが可能となる。 Since the first member or the stator in the present invention is configured by filling a magnetic material around the coil, an extremely high space factor can be realized.
[第1実施例]
本発明の回転電機における1つの実施形態である自動車に搭載される車両用交流発電機の第1実施例を図1に基づいて説明する。図1は、車両用交流発電機の軸方向側面の断面図である。
[First embodiment]
A first example of an automotive alternator mounted on an automobile as one embodiment of the rotating electrical machine of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of an axial side surface of a vehicle alternator.
本実施例の車両用交流発電機1は、図1中左側に配置されるフロントブラケット2と図1中左側に配置されるリアブラケット3とを有しており、夫々のブラケットは、内部に収容空間を有する有底筒状、つまり、椀形状を呈している。これらのブラケットには、空気が流通するための様々な形状の穴が多数開口している。また、フロントブラケット2及びリアブラケット3には、夫々、ボルト穴2a,3aが開口する固定部2b,3bが径方向外周側に突出して一体に設けられており、これらの固定部2a,3aが図示しないボルトによって車両に取り付けられる。
The
リアブラケット3の軸方向端には、ブラケットよりも薄肉のリアカバー4が取り付けられており、このリアカバー4は、ブラケット同様、内部に収容空間を有する有底筒状、つまり、椀形状を呈している。このリアカバー4の軸方向外側端には、バッテリーに接続されるターミナル5が取り付けられている。
A
フロントブラケット2及びリアブラケット3の軸方向外端部における径方向略中心位置には、夫々、軸受としてのボールベアリング6F,6Rが取り付けられているが、フロントブラケット2に取り付けられるボールベアリング6Fは、リアブラケット3に取り付けられるボールベアリング6Rよりも外径の大きなものが用いられている。
Ball bearings 6F and 6R serving as bearings are respectively attached to the substantially central positions in the radial direction at the axially outer ends of the
これらのボールベアリング6F,6Rの内輪には、シャフト7が挿通され、このシャフト7はフロントブラケット2及びリアブラケット3に対して回転自在に支持されている。
A
また、シャフト7のフロントブラケット2側端には、回転伝達部材としてのプーリ8がボルト9によって一体回転するように固定されており、このプーリ8には、図外のエンジンの回転が伝達されるクランクプーリから無端伝達帯としてのベルトによって回転が伝達される。このためシャフト7は、エンジンの回転数とプーリ8とクランクプーリのプーリ比に比例して回転する。
A
更にシャフト7のリアブラケット3側の端部には、シャフト7と一体に回転するよう2つのスリップリング10が取り付けられており、夫々のスリップリング10に押付けられた状態で摺動する2つのブラシ11を介して電力が供給されるようになっている。
Further, two
シャフト7の回転軸方向の略中央部には、磁性材料にて成形されたフロント側ロータ部材12F,リヤ側ロータ部材12Rがシャフト7と一体に回転するよう別々にセレーション結合されており、また、フロント側ロータ部材12F,リヤ側ロータ部材12Rは、軸方向に向かい合って当接した状態で軸方向の移動が規制されるべく、夫々のロータ部材の外側端をシャフト7に形成した環状溝13内に塑性流動させている。このようにシャフト7に固定されたフロント側ロータ部材12F,リヤ側ロータ部材12Rによって第2部材及び回転子としてのロータ12が構成される。
A front-
このロータ12の回転軸方向両端には、夫々、フロントファン14Fとリアファン14Rが設けられており、ロータ12と一緒に回転することによってフロントブラケット2及びリアブラケット3の外側にある空気を軸方向両端側に開口した穴から流入させ、径方向外側に開口する穴から流出させる。このため、ロータ12等のブラケット内蔵物は冷却されることとなる。
A front fan 14F and a rear fan 14R are provided at both ends of the
フロント側ロータ部材12F,リヤ側ロータ部材12Rは、小径の軸部12aと、大径の磁極部12bとからなり、両ロータ部材の軸部12aの軸方向端部同士が向かい合って当接することにより、ロータ12の回転軸方向略中間位置には環状隙間15が形成される。この環状隙間15の底部には、第2コイルとしての界磁コイル16が回転軸周りに巻装され、この界磁コイル16の両端は、シャフト7に沿って延出され、前述のスリップリング10に夫々接続されている。このため、ブラシ11からスリップリング10を介して供給される直流電流は、界磁コイル16を流れ、それに伴いロータ12が磁化され、界磁コイル16周りを周回するようロータ12に磁路が形成される。尚、界磁コイル16に供給される電流は、車両のバッテリーの状態に応じて制御されるが、発電電圧を調整するためのICレギュレータ(図示せず)はリアカバー4の内部に配置され、ターミナル5の端子電圧が常に一定電圧となるように制御している。
The front-
また、フロントブラケット2とリアブラケット3の軸方向に向かい合う箇所には、環状の段差17が形成されており、この段差17には、環状に形成された第1部材としての固定子18が狭持固定されている。この固定子18の内周側は、ロータ12に形成された環状隙間15内に非接触状態で挿入されている。ロータ12の磁極部12bの回転軸方向側面と、固定子18の軸方向両端面との間の長さは、小さいほどよいため、可能な限り小さな隙間となっている。
Further, an
また、固定子18は、磁性材料からなる固定子コア18aと、その内部に内蔵された複数の第1コイルとしての固定子コイル18bとによって構成されており、固定子コイル
18bは、リアカバー4内に取り付けられた整流回路19に接続されており、この整流回路19は、ターミナル5を介してバッテリーと接続している。尚、請求項1,請求項3,請求項6に記載のコイルは、本実施例における固定子コイル18bに相当する。
The
尚、図示していないが整流回路19は、複数のダイオードで構成されており、これらのダイオードに関しては、独立した3相2Yコイルを構成しているため12個のダイオードで全波整流する構成となっている。
Although not shown, the
次に図2及び図3に基づいて、回転子としてのロータ及び固定子の詳細について説明する。尚、図2は、回転子としてのロータと固定子の磁気回路部分において全周の1/3を部分的に断面としたものの斜視図であり、図3は、固定子コイルを斜視図にしたものである。 Next, based on FIG.2 and FIG.3, the detail of the rotor as a rotor and a stator is demonstrated. FIG. 2 is a perspective view of a magnetic circuit portion of a rotor and a stator as a rotor, in which 1/3 of the entire circumference is partially sectioned, and FIG. 3 is a perspective view of the stator coil. Is.
図2に示すようフロント側ロータ部材12F,リヤ側ロータ部材12Rの磁極部12bは、板状を呈し、固定子18の軸方向両端に対向している。また、夫々の磁極部12bには、放射状に複数(本実施例では6つ)の凸部20が形成されている。このようにフロント側ロータ部材12F,リヤ側ロータ部材12Rは、共に略同一形状に磁極部12bが成形され、夫々のロータ部材の凸部20は、回転方向に略同一の位置となった状態で固定される。このように形成されたロータ12は、一方のロータ部材がN極磁極となり、他方のロータ部材がS極磁極となる。このため、フロント側ロータ部材12Fの凸部20とリヤ側ロータ部材12Rの凸部20の軸方向に対向する対の数(本実施例では6つ)だけ磁路が形成される。尚、本実施例においては、フロント側ロータ部材12Fの磁極部12bをN極磁極とし、リヤ側ロータ部材12Rの磁極部12bをS極磁極としている。
As shown in FIG. 2, the
次に固定子18について説明する。固定子18は、前述したとおり、固定子コア18aと、固定子コイル18bとによって構成されている。まず、固定子コイル18bの1相分について説明すると、固定子コイル18bは、線材をロータ12の磁極部12bの外縁にほぼ沿った波巻き形状に成形し、その後、軸方向から潰すことで断面を略四角形、詳細には軸方向に薄くなる断面略長方形としている。また、固定子コイル18bは、放射方向に凹凸が形成されるように環状に成形されており、このように成形することにより、凸の先端である外周部21と凹の底部である内周部22を径方向に連通する連通部23が形成される。尚、固定子コイル18bの外周表面には絶縁皮膜が施されている。このように成形された固定子コイル18bは、電気角で30度ずつずらした状態で6相分、つまり、6段を軸方向に整列して配置している。尚、各相で所定の角度ずらすことが可能なように固定部分に切り欠きや合わせマーク等を施すと組み付けが容易となる。これらの固定子コイル18bは、外周側の周方向一部分から取り出され、整流回路19に接続される。
Next, the
固定子コイル18b以外の全ての部分には、磁粉の表面を絶縁被覆して固めた圧粉磁心が充填されており、この部分が固定子コア18aとなる。つまり、固定子コア18aは、固定子コイル18bの周囲を完全に埋めており、外形は、円環状に成形される。尚、各図では、固定子コア18aを一体形状で示しているが、1相毎に固定子コイル18bと固定子コア18aからなる構成体を作成し、この構成体を組み立てるときに電気角で所定の角度ずらし、重ねたものの夫々が溶接等で一体化されて製造される。本実施例の場合には6相コイルであるため、構成体は6段積み重なって構成されている。
All parts other than the
次に本実施例の作動について説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
まず、エンジンの始動に伴ってクランクシャフトからベルトを介してプーリ8に回転が伝達されため、シャフト7を介して回転子としてのロータ12を回転させる。ここでロータ12に設けられた界磁コイル16にスリップリング10を介してブラシ11から直流電流を供給すると界磁コイル16の内外周を周回する磁束が生じるため、ロータ12における磁極部12bのそれぞれの凸部20にN極、又は、S極を形成する。この界磁コイル
16による磁束は、フロント側ロータ部材12FのN極の凸部20から固定子18を軸方向に通過して、リヤ側ロータ部材12RのS極の凸部20に到達し、更に軸部12aを通って周回するよう磁気回路が形成される。この磁気回路の磁束が固定子コイル18bにおける連通部23を鎖交することにより、固定子コイル18bのそれぞれに6相の交流誘起電圧が発生する。
First, rotation is transmitted from the crankshaft to the
このように発電された交流電圧は、整流回路19によって、全波整流されて直流電圧に変換される。整流された直流電圧は約14.3V 程度の一定電圧になるようにICレギュレータ(図示せず)で界磁コイル電流を制御することで達成している。
The AC voltage thus generated is full-wave rectified by the
次に本実施例の作用効果について説明する。 Next, the function and effect of this embodiment will be described.
本実施例では、第1部材としての固定子を内周側と外周側を連通する複数の連通部が形成されるように環状に成形されたコイルを内部に有し、このコイルの周囲に磁性材料を充填して環状の部材に構成したのでコイルと磁性材料との間には、ほとんど隙間は形成されない。このため、磁性材料内のコイル装着部分に対するコイルの占積率を大幅に向上させることができる。 In this embodiment, the stator as the first member has a coil formed in an annular shape so as to form a plurality of communicating portions that communicate the inner peripheral side and the outer peripheral side, and a magnetic material is provided around the coil. Since the material is filled into an annular member, almost no gap is formed between the coil and the magnetic material. For this reason, the space factor of the coil with respect to the coil mounting part in a magnetic material can be improved significantly.
尚、この固定子は、コイルの周囲を磁性材料で埋めているが、第2部材としての回転子を固定子の軸方向両端に対向する夫々の面に異なった磁極が生じ、かつ、夫々の磁極は周方向に複数形成されるよう構成したので固定子を軸方向に通過する複数の磁路が形成されるだけであり、固定子内で周回してしまう磁束は、ほとんどない。このため、コイルの周囲を磁性材料で埋めた固定子を使用することが可能となるのである。 In this stator, the periphery of the coil is filled with a magnetic material. However, the rotor as the second member has different magnetic poles on each surface facing the both axial ends of the stator, and Since a plurality of magnetic poles are formed in the circumferential direction, only a plurality of magnetic paths that pass through the stator in the axial direction are formed, and there is almost no magnetic flux that circulates within the stator. For this reason, it becomes possible to use the stator which filled the circumference | surroundings of the coil with the magnetic material.
また、第1部材としての固定子内のコイルを放射方向に凹凸が形成されるように環状に成形し、第2部材としての回転子には、固定子の軸方向両端に対向する夫々の面に放射状に複数の凸部を設けたので簡単な構成で、かつ、確実に複数の磁束が固定子を軸方向に通過できるようにすることができる。 In addition, the coil in the stator as the first member is formed in an annular shape so as to be uneven in the radial direction, and the rotor as the second member has respective surfaces facing both ends in the axial direction of the stator. Since the plurality of projections are provided radially, the configuration can be simplified and the plurality of magnetic fluxes can be surely passed through the stator in the axial direction.
また、本実施例では、第1部材としての固定子は、各相毎にコイルの周囲に磁性材料を充填して複数の第1部材構成体を成形し、各第1部材構成体を電気角で所定角度ずらした状態で重ね合わせて一体化されるので、複数相としても磁性材料が入り難い箇所に確実に磁性材料を充填させることができる。 Further, in the present embodiment, the stator as the first member is formed with a plurality of first member constituents by filling a magnetic material around the coil for each phase, and each first member constituent is formed into an electrical angle. Thus, the magnetic material can be surely filled in a portion where the magnetic material is difficult to enter even in a plurality of phases.
また、本実施例では、回転電機として発電機に用いているので、回転子の構造を従来の爪形磁極から凸型磁極形状とすることができる。このため、本発明は、爪形磁極特有の遠心力による爪の起きあがりを考慮して固定子との間を空ける必要が無くなる。また、ステータにスロットがないためスロットリプルによる渦電流損失が低減でき効率向上の効果が有る。 In this embodiment, since the generator is used as a rotating electrical machine, the structure of the rotor can be changed from a conventional claw-shaped magnetic pole to a convex magnetic pole shape. For this reason, the present invention eliminates the need to leave a gap with the stator in consideration of the rising of the claw due to the centrifugal force peculiar to the claw-shaped magnetic pole. Further, since there are no slots in the stator, eddy current loss due to slot ripple can be reduced, and the efficiency can be improved.
また、本実施例では、固定子コイルの成形後に絶縁処理して固定子の中に配置するため、固定子には特に絶縁処理の必要が無く組立性に優れた構造となる。 In this embodiment, since the stator coil is molded and insulated and disposed in the stator, the stator does not need to be insulated and has an excellent assembly property.
また、本実施例では、固定子コアを圧粉磁心としたので渦電流損は、ほとんど発生せず効率向上が期待できる。また、リサイクル性向上の効果も期待できる。 Further, in this embodiment, since the stator core is a dust core, eddy current loss hardly occurs and an improvement in efficiency can be expected. In addition, an effect of improving recyclability can be expected.
また、本実施例では、固定子コイルを軸方向に薄くなった形状としたので固定子コイル断面積を確保した上で固定子の軸方向幅を小さくすることができ、更なる装置の小型化が図れる。 In this embodiment, since the stator coil has a shape that is thinner in the axial direction, the axial width of the stator can be reduced while securing the cross-sectional area of the stator coil, and further downsizing of the device can be achieved. Can be planned.
また、本実施例では、固定子コイルを複数相としたので交流電圧を整流回路にて直流電圧に変換した際、電圧の変化を極力小さくすることができる。 In this embodiment, since the stator coil has a plurality of phases, the change in voltage can be minimized as much as possible when the AC voltage is converted into the DC voltage by the rectifier circuit.
尚、本実施例では、固定子コアを圧粉磁心としたが磁性材料であればよく、例えば、磁性材料を溶かして固定子コイルが配置された成形型内に流し込んでもよい。また、この場合には各相毎に構成体を成形する必要はなく複数相分を一体に成形することも可能である。 In the present embodiment, the stator core is a dust core, but any magnetic material may be used. For example, the magnetic material may be melted and poured into a mold in which the stator coil is disposed. Further, in this case, it is not necessary to form a structure for each phase, and a plurality of phases can be integrally formed.
また、本実施例では、固定子コアを円環状としたが環状であればどのような形状でもよく、例えば、多角形状であってもよい。 In the present embodiment, the stator core has an annular shape, but may have any shape as long as it is annular, for example, a polygonal shape.
また、本実施例では、固定子コイルを断面四角形状としたが通常の断面丸形状のコイルであってもよい。 In the present embodiment, the stator coil has a quadrangular cross section, but may be a coil having a normal round cross section.
また、本実施例では、固定子コイルを波巻き形状としたが、内周側と外周側を連通する複数の連通部が形成されていればよく、例えば、外周側に凸形状となる部分を内外周にて周回させながら成形することもできる。 Further, in this embodiment, the stator coil is wave-wound, but it is only necessary to form a plurality of communicating portions that communicate the inner peripheral side and the outer peripheral side. For example, a portion that is convex on the outer peripheral side is formed. It is also possible to mold while rotating around the inner and outer periphery.
また、本実施例では、固定子コイルを6相としたが単相とすることも可能である。 Further, in this embodiment, the stator coil has six phases, but it may be a single phase.
また、本実施例では、固定子コアの磁性材料内に固定子コイルが完全に埋められるよう構成したが、外側に面する部分は磁性材料が包囲されていなくてもかまわない。つまり、請求項に記載のコイルの周囲とは、コイルの全周のことではなく、磁性材料が面する周囲のことである。 In the present embodiment, the stator coil is configured to be completely embedded in the magnetic material of the stator core. However, the portion facing the outside may not be surrounded by the magnetic material. That is, the circumference of the coil described in the claims is not the entire circumference of the coil but the circumference where the magnetic material faces.
また、本実施例では、磁極部を凹凸形状としたが、凹部を非磁性体で埋めることも可能である。 Further, in this embodiment, the magnetic pole part has an uneven shape, but the concave part can be filled with a nonmagnetic material.
また、本実施例では、回転電機の一例として車両用交流発電機で説明したが、インバータを追加することでモータとしての動作させることも可能である。 In this embodiment, the vehicle AC generator is described as an example of the rotating electrical machine. However, it is also possible to operate as a motor by adding an inverter.
また、本実施例では、回転子内に界磁コイルを設けて磁束を生じさせたが回転子における凸部の代わりに永久磁石を設けて磁束を生じさせてもよい。 In this embodiment, the field coil is provided in the rotor to generate the magnetic flux. However, a permanent magnet may be provided in place of the convex portion in the rotor to generate the magnetic flux.
[第2実施例]
次に本発明の第2実施例を図4に基づいて説明する。図4は、図2と同様に回転子と固定子の磁気回路部分において全周の1/3を部分的に断面としたものの斜視図である。尚、第1実施例と共通する部位については、同一称呼,同一の符号で表す。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a perspective view of a magnetic circuit portion of the rotor and the stator, in which 1/3 of the entire circumference is partially sectioned, as in FIG. In addition, about the site | part which is common in 1st Example, it represents with the same name and the same code | symbol.
第1実施例と第2実施例の相違点は、回転子としてのロータ12の磁極部12bに設けられた凸部20の数が多い点、及び、凸部20間に永久磁石24を配置した点である。
The difference between the first embodiment and the second embodiment is that the number of
図4に示すように第2実施例には、フロント側ロータ部材12FのN極の凸部20間及びリヤ側ロータ部材12RにおけるS極の凸部20間に永久磁石24が配置された状態となっているが、ロータ12と永久磁石24は、2つの異なる材料を一体として成形する二色成形を用いて一体化している。尚、フロント側ロータ部材12Fの凸部20間に配置された永久磁石24の着磁方向は、固定子18との対向面側がフロント側ロータ部材12Fの凸部20の極と異なるS極で、回転軸方向外端面側がフロント側ロータ部材12Fの凸部20の極と同様のN極である。また、リヤ側ロータ部材12Rの凸部20間に配置された永久磁石24の着磁方向は、固定子18との対向面側がリヤ側ロータ部材12Rの凸部20の極と異なるN極で、回転軸方向外端面側がリヤ側ロータ部材12Rの凸部20の極と同様のS極となる。
As shown in FIG. 4, in the second embodiment, a state in which
このように本実施例では、回転子における固定子の軸方向両端に対向する夫々の面に、径方向に延びる複数の永久磁石と磁性材料を周方向に交互に設けたことにより、軸方向に対向する永久磁石間にも磁束が生じて発電作用を行う。このため、第1実施例に対して発電効率が向上する。 As described above, in this embodiment, a plurality of permanent magnets extending in the radial direction and magnetic materials are alternately provided in the circumferential direction on the respective surfaces of the rotor facing the both axial ends of the stator. Magnetic flux is also generated between the opposing permanent magnets to generate power. For this reason, the power generation efficiency is improved as compared with the first embodiment.
尚、本実施例では、永久磁石をロータと一体成形したが、別々に製造したものを接着剤等で固定しても構わない。 In this embodiment, the permanent magnet is integrally formed with the rotor, but separately manufactured ones may be fixed with an adhesive or the like.
また、本実施例では、永久磁石を図面上略扇形の形状となっているが径方向に延びていればどのような形状であっても構わない。 In the present embodiment, the permanent magnet has a substantially sector shape in the drawing, but may have any shape as long as it extends in the radial direction.
[第3実施例]
次に本発明の第3実施例を図5,図6,図7に基づいて説明する。図5は、図2及び図3と同様に回転子としてのロータと固定子の磁気回路部分において全周の1/3を部分的に断面としたものの斜視図である。また、図6は、図5のフロント側ロータ部材側の補助磁極板を除いた斜視図であり、図7は、更に、フロント側ロータ部材,永久磁石,固定子コアを省略した斜視図にしたものである。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼,同一の符号で表す。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a perspective view of a magnetic circuit portion of a rotor and a stator as a rotor, similar to FIGS. 6 is a perspective view excluding the auxiliary magnetic pole plate on the front rotor member side in FIG. 5, and FIG. 7 is a perspective view further omitting the front rotor member, permanent magnet, and stator core. Is. In addition, about the site | part which is common in another Example, it represents with the same name and the same code | symbol.
図5に示すように第3実施例と第2実施例は、磁極部12bの軸方向外端側に磁性材料からなる補助磁極部材としての補助磁極板25を設けた点、及び、固定子コイル18bを3相とした点が第2実施例と異なる。
As shown in FIG. 5, in the third and second embodiments, an auxiliary
図6に示すようにフロント側ロータ部材12F及びリヤ側ロータ部材12Rの磁極部
12bの軸方向外端側には、段差22が設けられている。詳細には、磁極部12bにおける凸部20の外周側に段差26が設けられることとなるが凸部20の内周側の根元部分から段差26が形成されるわけではなく、根元部分から若干、外周に間をあけて段差26が形成されている。このように各凸部20に段差26が設けられることにより、全体としては、略円環状の補助磁極板25となる。
As shown in FIG. 6, a
また、永久磁石24は、凸部20の外周側と略同一の軸方向厚さとなっているため、永久磁石24には、段差は設けられておらず、凸部20の内周側の根元部分まで延びている。このため、夫々の凸部20における外周側の薄肉部間は、完全に永久磁石24にて埋められることになる。
Further, since the
補助磁極板25には、図5に示すよう補助磁極板25の薄肉部の形状に合わせた、つまり、略円環状の補助磁極板25が圧入によって固定されている。また、この補助磁極板
25は、磁性材料によって成形されており、内周側には、凸部20の内周側に残された厚肉部が挿入できるよう凹形状の部位が凸部20と同一数形成されている。
As shown in FIG. 5, the auxiliary
また、本実施例における固定子コイル18bは、第2実施例の6相とは異なり、3相としている。このため、図7に示すよう夫々の相は、第2実施例の固定子18も薄くなる。
Further, the
ここで永久磁石の磁束は、一方の永久磁石から固定子を軸方向に通過し、他方の永久磁石の軸方向外端側から回転子の内周側を通って戻るよう周回するが、本実施例では永久磁石の軸方向外側位置に磁性材料としての補助磁極板を設けたことにより、他方の永久磁石における軸方向外側位置から回転子の内周側に磁束を通しやすくすることができる。このため、第2実施例に対して、より効率を向上させることができる。 Here, the magnetic flux of the permanent magnet circulates so that it passes through the stator in the axial direction from one permanent magnet and returns from the outer end side in the axial direction of the other permanent magnet through the inner peripheral side of the rotor. In the example, by providing an auxiliary magnetic pole plate as a magnetic material at the axially outer position of the permanent magnet, it is possible to easily pass the magnetic flux from the axially outer position of the other permanent magnet to the inner peripheral side of the rotor. For this reason, the efficiency can be further improved as compared with the second embodiment.
また、本実施例では、補助磁極板を円環状の一体構造としたことにより部品点数の増加を最小限にとどめることができ、また、取り付けも容易である。 Further, in this embodiment, the auxiliary magnetic pole plate has an annular integrated structure, so that the increase in the number of parts can be minimized and the mounting is easy.
また、本実施例では、補助磁極板の内周に凹凸を形成すると共に、ロータに設けられた段差にも凹凸を形成し、夫々が合致するように固定した為、補助磁極板が慣性力等によってロータに対して回転してしまうことを防止することができる。更に、永久磁石をロータと別々に構成し、その後に両者を組み付ける場合には、ロータに形成された凹形状部に沿って軸方向から永久磁石を挿入することができる。このため、組み付けが容易となる。 Further, in this embodiment, the unevenness is formed on the inner periphery of the auxiliary magnetic pole plate, and the unevenness is also formed on the step provided on the rotor and fixed so as to match each other. Therefore, it is possible to prevent the rotor from rotating with respect to the rotor. Further, when the permanent magnet is configured separately from the rotor and then assembled together, the permanent magnet can be inserted from the axial direction along the concave portion formed in the rotor. For this reason, assembly becomes easy.
また、本実施例では、固定子コイルを3相としているため、固定子を薄くすることができ、コンパクトな装置とすることができる。 Further, in this embodiment, since the stator coil has three phases, the stator can be made thin and a compact device can be obtained.
尚、本実施例においては、補助磁極板をロータと別の部材で構成したが、ロータと一体化することも可能である。この場合、部品点数を削減することができる。 In the present embodiment, the auxiliary magnetic pole plate is made of a member different from the rotor, but can be integrated with the rotor. In this case, the number of parts can be reduced.
[第4実施例]
次に本発明の第4実施例を図8に基づいて説明する。図8は、固定子と回転子としてのロータの一部分を切り取った状態の斜視図である。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼,同一の符号で表す。
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a perspective view of a state in which a part of a rotor as a stator and a rotor is cut off. In addition, about the site | part which is common in another Example, it represents with the same name and the same code | symbol.
図8に示すように第4実施例と第3実施例は、補助磁極板25を第3実施例のように円環状とするのではなく、永久磁石25の背面だけに配置した点が異なる。
As shown in FIG. 8, the fourth embodiment and the third embodiment are different in that the auxiliary
本実施例の補助磁極板25は、永久磁石25の軸方向端面形状と同様に略扇形に形成され、永久磁石25における軸方向外側端面に密着した状態で内周側をロータ12に溶接や接着剤による接着によって固定されている。
The auxiliary
本実施例の補助磁極板は、周方向に分散させて配置しているので第3実施例に対して回転子の質量を低減できる。 Since the auxiliary magnetic pole plates of the present embodiment are distributed in the circumferential direction, the rotor mass can be reduced compared to the third embodiment.
尚、本実施例における補助磁極板は、略扇形としたが形状は、どのようなものでもよく、永久磁石の軸方向端面の面積より大きくする必用もない。しかしながら、補助磁極板を永久磁石の軸方向端面の面積より大きくした方がより磁束を通過させやすくすることができる。 Although the auxiliary magnetic pole plate in the present embodiment is substantially fan-shaped, the shape may be any shape, and it is not necessary to make it larger than the area of the end face in the axial direction of the permanent magnet. However, if the auxiliary magnetic pole plate is made larger than the area of the end face in the axial direction of the permanent magnet, the magnetic flux can be more easily passed.
次に、上記の各実施形態から把握し得る請求項に記載以外の発明について、以下にその作用効果と共に記載する。 Next, inventions other than those described in the claims that can be grasped from each of the above embodiments will be described below together with the effects thereof.
(1)請求項1に記載の回転電機において、前記第1部材の磁性材料は、磁粉の表面を絶縁被覆して固めた圧粉磁心であることを特徴とする回転電機。このような構成によれば、渦電流損は、ほとんど発生せず効率向上が期待できる。また、リサイクル性向上の効果も期待できる。
(1) The rotating electrical machine according to
(2)請求項1に記載の回転電機において、前記コイルの断面が軸方向に薄くなっていることを特徴とする回転電機。このような構成によれば、コイルの断面積を確保した上で第1部材の軸方向幅を小さくすることができる。
(2) The rotating electrical machine according to
(3)請求項2に記載の回転電機において、前記コイルは、前記第2部材における前記第1部材の軸方向両端に対向する夫々の面の外縁にほぼ沿った形状に成形されていることを特徴とする回転電機。このような構成によれば、効率よくコイルが磁束を横切るため、回転電機の効率を向上させることができる。
(3) In the rotating electrical machine according to
(4)請求項4に記載の回転電機において、前記回転子における前記永久磁石と前記磁性材料とを一体成形したことを特徴とする回転電機。このような構成によれば、遠心力によって永久磁石が回転子から脱落するのを防止することができる。
(4) The rotating electrical machine according to
(5)請求項5に記載の回転電機において、前記永久磁石の軸方向外側位置には環状に形成された磁性材料にて構成された補助磁極板が前記回転子に取り付けられていることを特徴とする回転電機。このような構成によれば、夫々の永久磁石毎に補助磁極板を設けなくてもよいため、部品点数が少なく、かつ、組み付けを容易とすることができる。
(5) In the rotary electric machine according to
(6)(5)に記載の回転電機において、前記補助磁極板と前記回転子との固定部には、回り止め部が設けられていることを特徴とする回転電機。このような構成によれば、慣性力が作用しても補助磁極板と回転子との相対回転を防止することができる。 (6) The rotating electrical machine according to (5), wherein a rotation preventing portion is provided at a fixed portion between the auxiliary magnetic pole plate and the rotor. According to such a configuration, relative rotation between the auxiliary magnetic pole plate and the rotor can be prevented even when an inertial force is applied.
(7)(6)に記載の回転電機において、前記永久磁石は、前記回転子に装着されて一体化されると共に、前記回り止め部は、前記補助磁極板と前記回転子の双方に設けられ、夫々が嵌合可能な凹凸部とで構成され、前記回転子には前記永久磁石の装着部位に沿って前記凹凸部の凹部が位置することを特徴とする回転電機。このような構成によれば、永久磁石を回転子に対して軸方向から容易に挿入することができる。 (7) In the rotating electrical machine according to (6), the permanent magnet is attached to and integrated with the rotor, and the rotation preventing portion is provided on both the auxiliary magnetic pole plate and the rotor. The rotating electric machine is characterized in that each of the rotors is fitted with a concavo-convex portion, and the concave portion of the concavo-convex portion is positioned along the mounting portion of the permanent magnet in the rotor. According to such a configuration, the permanent magnet can be easily inserted into the rotor from the axial direction.
(8)(5)に記載の回転電機において、前記補助磁極板は、前記永久磁石の対向部毎に複数設けられていることを特徴とする回転電機。このような構成とすることにより、回転子の軽量化が図れる。 (8) The rotating electrical machine according to (5), wherein a plurality of the auxiliary magnetic pole plates are provided for each facing portion of the permanent magnet. With such a configuration, the rotor can be reduced in weight.
12…ロータ(回転子,第2部材)、12b…磁極部、15…環状隙間、16…界磁コイル(第2コイル)、18…固定子(第1部材)、18a…固定子コア、18b…固定子コイル(コイル,第1コイル)、20…凸部、23…連通部、24…永久磁石、25…補助磁極板。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
表面に絶縁皮膜が施され、内周側と外周側を連通する複数の連通部が形成されるように環状に成形されたコイルを内部に有し、該コイルの周囲に磁性材料を充填して環状の部材に構成された第1部材と、
周方向に環状隙間が形成されると共に、該環状隙間に前記第1部材が所定の間隔を隔てて配置され、前記第1部材の軸方向両端に対向する夫々の面には、異なった磁極が生じ、かつ、夫々の磁極は周方向に複数形成されるよう構成された第2部材とを有し、
前記第1部材と前記第2部材は相対回転を行うことを特徴とする回転電機。 A rotating electrical machine in which mutual members rotate relative to each other,
An insulating film is applied to the surface, and it has a coil formed in an annular shape so as to form a plurality of communication portions that communicate between the inner and outer peripheral sides, and a magnetic material is filled around the coil. A first member configured as an annular member;
An annular gap is formed in the circumferential direction, the first member is disposed in the annular gap at a predetermined interval, and different magnetic poles are formed on the respective surfaces facing both axial ends of the first member. And each of the magnetic poles has a second member configured to be formed in a plurality in the circumferential direction,
The rotating electrical machine characterized in that the first member and the second member rotate relative to each other.
表面に絶縁皮膜が施され、放射方向に凹凸が形成されるように環状に成形した第1コイルを内部に有し、該第1コイルの周囲を磁性材料で埋めて環状の部材に構成された第1部材と、
周方向に環状隙間が形成されると共に、該環状隙間に前記第1部材が所定の間隔を隔てて配置され、前記第1部材の軸方向両端に対向する夫々の面には、放射状に複数の凸部が設けられた第2部材と、
前記第1部材に対して所定の間隔を隔てて前記第2部材の前記環状隙間の底部に設けられた第2コイルとを有し、
前記第1部材と前記第2部材は相対回転を行うことを特徴とする回転電機。 A rotating electrical machine in which mutual members rotate relative to each other,
An insulating film is applied to the surface, and the first coil is formed in an annular shape so that irregularities are formed in the radial direction. The periphery of the first coil is filled with a magnetic material to form an annular member. A first member;
An annular gap is formed in the circumferential direction, and the first member is disposed in the annular gap at a predetermined interval. A plurality of radial gaps are formed on each of the surfaces facing both axial ends of the first member. A second member provided with a convex portion;
A second coil provided at a bottom of the annular gap of the second member at a predetermined interval with respect to the first member,
The rotating electrical machine characterized in that the first member and the second member rotate relative to each other.
表面に絶縁皮膜が施され、内周側と外周側を連通する複数の連通部が形成されるように環状に成形されたコイルを内部に有し、該コイルの周囲に磁性材料を充填して環状の部材に構成された固定子と、
該固定子を軸方向に通過する複数の磁路が形成される回転子とを有し、
前記回転子が前記固定子に対して回転することにより前記コイルに電圧が生じることを特徴とする回転電機。 A rotating electrical machine that generates electricity by mutually rotating relative members,
An insulating film is applied to the surface, and it has a coil formed in an annular shape so as to form a plurality of communication portions that communicate between the inner and outer peripheral sides, and a magnetic material is filled around the coil. A stator configured in an annular member;
A rotor formed with a plurality of magnetic paths that pass through the stator in the axial direction;
A rotating electric machine characterized in that a voltage is generated in the coil as the rotor rotates with respect to the stator.
表面に絶縁皮膜が施され、内周側と外周側を連通する複数の連通部が形成されるように環状に成形された第1コイルを内部に有し、該第1コイルの周囲に磁性材料を充填して環状の部材に構成された固定子と、
周方向に環状隙間が形成されると共に、該環状隙間に前記固定子が所定の間隔を隔てて配置され、前記固定子の軸方向両端に対向する夫々の面には、径方向に延びる複数の永久磁石と磁性材料が周方向に交互に設けられた回転子と、
前記固定子に対して所定の間隔を隔てて前記回転子の前記環状隙間の底部に設けられた第2コイルとを有し、
前記回転子が前記固定子に対して回転することにより前記第1コイルに電圧が生じることを特徴とする回転電機。 A rotating electrical machine that generates electricity by mutually rotating relative members,
An insulating film is applied to the surface, and a first coil is formed in an annular shape so as to form a plurality of communication portions that communicate between the inner peripheral side and the outer peripheral side, and a magnetic material is provided around the first coil. A stator configured into an annular member by filling
An annular gap is formed in the circumferential direction, and the stator is disposed in the annular gap at a predetermined interval, and a plurality of radially extending surfaces are provided on respective surfaces facing both axial ends of the stator. A rotor in which permanent magnets and magnetic materials are alternately provided in the circumferential direction;
A second coil provided at the bottom of the annular gap of the rotor at a predetermined interval with respect to the stator,
A rotating electric machine characterized in that a voltage is generated in the first coil when the rotor rotates with respect to the stator.
前記永久磁石の軸方向外側位置に磁性材料を設けたことを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to claim 4,
A rotating electrical machine, wherein a magnetic material is provided at an axially outer position of the permanent magnet.
前記第1部材は、各相毎にコイルの周囲に磁性材料を充填して複数の第1部材構成体を成形し、各第1部材構成体を電気角で所定角度ずらした状態で重ね合わせて一体化されることを特徴とする回転電機の製造方法。
An annular first member filled with a magnetic material is formed around a multi-phase coil having a radially extending portion whose surface is coated with an insulating film, and a plurality of magnetic paths that pass through the first member in the axial direction are formed. A method of manufacturing a rotating electrical machine having a second member that comprises:
The first member is formed by filling a magnetic material around the coil for each phase to form a plurality of first member constituents, and superposing the first member constituents in a state shifted by a predetermined angle by an electrical angle. The manufacturing method of the rotary electric machine characterized by integrating.
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