JP2009038904A - Stator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コアにコイルを巻き付けてなるモータや発電機のステータの構造に係り、特に漏れ磁束の低減対策に関する。 The present invention relates to the structure of a stator of a motor or a generator in which a coil is wound around a core, and more particularly to a measure for reducing leakage magnetic flux.
近年、各種電気機器、電気自動車,ハイブリッド車,ロボットなどの新技術の進展に伴い、それらに用いられるモータや発電機に要求される性能が高度化してきている。たとえば、産業用モータ、電気自動車やハイブリッド車などにおいては、高トルク化,高出力化,省スペース化などが求められている。 In recent years, with the development of new technologies such as various electric devices, electric vehicles, hybrid vehicles, robots, etc., the performance required for motors and generators used in them has been advanced. For example, in industrial motors, electric vehicles, hybrid vehicles, and the like, higher torque, higher output, and space saving are required.
特許文献1には、上記高トルク化,高出力化,省スペース化の要請に応えるべく、集中巻きされたステータコイルを備えた埋め込み型永久磁石同期回転電機が提案されている。この技術では、複数の導線を並列して接続するなどにより、コイルの渦電流の発生を抑制することが開示されている。 Patent Document 1 proposes an embedded permanent magnet synchronous rotating electric machine having a concentrated winding stator coil in order to meet the demands for higher torque, higher output, and space saving. This technology discloses that the generation of eddy current in a coil is suppressed by connecting a plurality of conductive wires in parallel.
ところが、特許文献1の技術を用いて漏れ磁束を低減しようとしても、漏れ磁束の低減には限界があった。そこで、本発明者が調べた結果、その原因の1つとして、鍔部の構造に大きな欠陥があることが考えられた。 However, even when trying to reduce the leakage flux using the technique of Patent Document 1, there is a limit to the reduction of the leakage flux. Therefore, as a result of investigation by the present inventor, it was considered that one of the causes was a large defect in the structure of the buttock.
すなわち、コアは、ヨーク部およびティース部を含む複数枚の磁性鋼板が、軸方向に積層されて構成されている(同文献の段落[0011]参照)。また、ティース部の先端部には、ロータからの磁束が直接コイルに達するのを抑制するために、先端部から突出した鍔部が設けられている。ところが、相当量の磁束が鍔部を通過してコイルに達して、コイルに渦電流を生じていると思われる。積層珪素鋼板でなく粉体金属を圧縮成形した後に焼結して構成されるコアにあっても、相当量の磁束が鍔部を通過していると思われる。 That is, the core is configured by laminating a plurality of magnetic steel plates including a yoke part and a tooth part in the axial direction (see paragraph [0011] of the same document). Moreover, in order to suppress that the magnetic flux from a rotor reaches | attains a coil directly, the collar part which protruded from the front-end | tip part is provided in the front-end | tip part of the teeth part. However, it appears that a considerable amount of magnetic flux passes through the collar and reaches the coil, causing eddy currents in the coil. A considerable amount of magnetic flux seems to pass through the collar even in the core formed by sintering after compression molding of powder metal instead of the laminated silicon steel plate.
本発明の目的は、コアの鍔部を通過する磁束量を低減する手段を講ずることにより、効率的に磁束を利用可能なステータを提供することにある。 The objective of this invention is providing the stator which can utilize magnetic flux efficiently by taking the means to reduce the magnetic flux amount which passes the collar part of a core.
本発明のステータは、ティース部の先端部から少なくともコイルサイド側に突出して設けられた鍔部を備えたステータであって、鍔部を、ティース部の先端部からヨーク部に向かう方向に積層された複数の磁性板によって構成したものである。 The stator of the present invention is a stator having a flange portion that protrudes at least from the tip portion of the tooth portion toward the coil side, and the flange portion is laminated in a direction from the tip portion of the teeth portion toward the yoke portion. And a plurality of magnetic plates.
これにより、各磁性板の面はロータからの磁束の流れる方向とほぼ直交しているので、ロータからの磁束が各磁性板の面に沿ってティース部に導かれることになり、スロット領域のコイルに達する磁束量が低減される。しかも、ティース部を通過する磁束の量が増大するので、トルクに寄与する磁束の量も増大し、磁束が効率的に利用されることになる。よって、高トルク化,高出力化,省スペース化が可能な高性能のステータが得られる。 As a result, since the surface of each magnetic plate is substantially orthogonal to the direction in which the magnetic flux from the rotor flows, the magnetic flux from the rotor is guided to the teeth portion along the surface of each magnetic plate, and the coil in the slot region The amount of magnetic flux that reaches is reduced. And since the quantity of the magnetic flux which passes a teeth part increases, the quantity of the magnetic flux which contributes to a torque also increases, and a magnetic flux is utilized efficiently. Therefore, a high-performance stator capable of achieving high torque, high output, and space saving can be obtained.
鍔部が、ティース部の先端部を囲むリング形状を有していることにより、鍔部の製造工程の簡略化を図ることができる。 Since the hook part has a ring shape surrounding the tip part of the teeth part, the manufacturing process of the hook part can be simplified.
コアが、ヨーク部およびティース部を含む鋼板を複数枚積層して構成されていることにより、鍔部からティース部を通過してヨーク部に達する磁束の流れがより増大する。 Since the core is configured by laminating a plurality of steel plates including the yoke part and the tooth part, the flow of magnetic flux that reaches the yoke part from the collar part through the tooth part is further increased.
本発明のステータによると、磁束を効率的に利用して、高トルク化,高出力化,省スペース化が可能な、高性能のステータが得られる。 According to the stator of the present invention, it is possible to obtain a high-performance stator capable of increasing torque, increasing output, and saving space by efficiently using magnetic flux.
図1は、実施の形態における回転電機(モータや発電機)のステータ10の概略的な構造を示す断面図であって、コイルエンド部に平行な断面を示している。同図に示すように、ステータ10は、複数の分割コア11を環状に組み合わせた後、図示しないリング部材等を用いて外側から囲み込んで組み立てられる。本実施形態では、コアとして分割コア11を集合させたものを用いているが、コアが分割されずに一体化されたものであってもよい。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a
ステータ10の内方には、永久磁石を設けたロータ(図示せず)が配置される。分割コア11のヨーク部11aと、ティース部11bと、鍔部11cとによって囲まれるサイド側の領域(スロット領域Rsl)には、インシュレータ13を挟んで、コイル12が巻き付けられている。スロット領域Rslは、一般には台形または長方形である。分割コア11のヨーク部11aおよびティース部11bを含む部分は、多数の珪素鋼板を樹脂絶縁層を挟んで積層したもの、あるいは粉体金属を圧縮成形した後に焼結して構成されるもの、などがあり、いずれ用いてもよい。一方、鍔部11cは、後に説明するように、複数の珪素鋼板を樹脂絶縁層を挟んで積層したものである。
A rotor (not shown) provided with a permanent magnet is disposed inside the
コイル12は、本実施の形態では銅合金からなる導電性線材の表面を樹脂絶縁膜により被覆して構成されているが、この構造に限定されるものではない。また、コイル線材の断面は、円形、六角形など各種形状のものがある。
In this embodiment, the
図2(a),(b)は、順に、本実施の形態に係る分割コア11の組立前の構造を示す斜視図、および組立後の構造を示す斜視図である。図2(a)に示すように、本実施の形態の分割コア11の鍔部を除く主要部は、ヨーク部11aと、ヨーク部11aからロータ側に突出したティース部11bとを含む磁性板である珪素鋼板を多数枚積層して構成されている。一方、鍔部1cとして、リング状の積層鋼板を複数枚積層したものを準備する。そして、図2(b)に示すように、ティース部11bのヨーク部に対向する先端部にリング状の鍔部11cを嵌合させる。
2A and 2B are a perspective view showing a structure before assembly of the split
その結果、図2(b)に示すように、分割コア11のヨーク部11aおよびティース部11bは一般的な分割コアと同様の磁性板積層構造を有しているが、鍔部11cは、ヨーク部11aおよびティース部11bの積層構造とは直交する方向に積層された磁性板積層構造、いわば、ハイブリッドコア構造を有していることになる。
As a result, as shown in FIG. 2 (b), the
図3(a),(b)は、順に、従来構造の分割コアと本発明の分割コアにおける磁束の流れを説明する平面図である。図3(a)に示すように、従来の分割コアにおいては、鍔部11cにおける各珪素鋼板は、ヨーク部11aおよびティース部11bと同様に、磁束の流れに対してほぼ平行に配置されていたので、ロータからの磁束は鍔部11cを通過してスロット領域のコイルに容易に到達する。それに対し、図3(b)に示すように、本発明の分割コアにおいては、鍔部11cにおける各珪素鋼板の面はロータからの磁束の流れる方向とほぼ直交しているので、ロータからの磁束は鍔部11cの各珪素鋼板の面に沿ってティース部11bに導かれる。したがって、スロット領域のコイルへの磁束の到達量は抑制されることになる。
3A and 3B are plan views for explaining the flow of magnetic flux in the conventional split core and the split core of the present invention in order. As shown in FIG. 3A, in the conventional split core, the silicon steel plates in the
本実施の形態によると、鍔部11cにおける各珪素鋼板の面はロータからの磁束の流れる方向とほぼ直交しているので、ロータからの磁束が各珪素鋼板の面に沿ってティース部11bに導かれることになり、スロット領域のコイルに達する磁束量が低減される。すなわち、ロータからの磁束が鍔部11cを通過してスロット領域のコイルに到達する量を抑制することができる。しかも、ロータからの磁束が鍔部11cからティース部11bに導かれるので、ティース部11bからヨーク部11aに達する磁束(トルクに寄与する磁束)の量を増大することができ、効率的に磁束を利用することができる。すなわち、漏れ磁束の低減と、トルクに寄与する磁束の量を増大することで、高トルク化,高出力化,省スペース化に適したステータの実現を図ることができる。
According to the present embodiment, the surface of each silicon steel plate in the
(他の実施の形態)
上記実施の形態では、リング状の鍔部11cをティース部11bの先端部に嵌合させているが、鍔部11cは、リング状ではなく平板状であって、コイルサイド側のみに、接着等により、設けられていてもよい。性能的には、平板状の鍔部を設けることが好ましいが、組み立て工程の容易性から、上記実施の形態の構造が好ましい。また、鍔部11cは、上記実施の形態のような閉リング状ではなく、開リング状や、コ字状であってもよい。
(Other embodiments)
In the said embodiment, although the ring-
また、上記実施の形態では、ヨーク部11aおよびティース部11bを含む部分は、多数の珪素鋼板を樹脂絶縁層を挟んで積層したものとしたが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、粉体金属を圧縮成形した後に焼結して構成されるものであってもよい。鍔部が、ヨーク部およびティース部と一体的に、粉体金属を圧縮成形した後に焼結して構成されるものであれば、やはり相当量の磁束が鍔部を通過してスロット領域のコイルに到達するので、本発明の鍔部を設けることにより、上記実施の形態と同じ効果を発揮することができる。
Moreover, in the said embodiment, although the part containing the
上記実施の形態では、回転電機(モータや発電機)の分割ステータに本発明を適用した例を示したが、本発明のステータは、かかる実施の形態に限定されるものではなく、一体型のステータにも適用することができる。また、本発明のステータは、回転電機ではない、リニアモータのステータにも適用することができる。 In the said embodiment, although the example which applied this invention to the division | segmentation stator of a rotary electric machine (a motor or a generator) was shown, the stator of this invention is not limited to this embodiment, An integrated type is shown. It can also be applied to a stator. The stator of the present invention can also be applied to a linear motor stator that is not a rotating electrical machine.
上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。 The structure of the embodiment of the present invention disclosed above is merely an example, and the scope of the present invention is not limited to the scope of these descriptions. The scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further includes meanings equivalent to the description of the scope of claims and all modifications within the scope.
本発明のステータは、産業用モータ、ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車,ロボットなどに配置されるモータや発電機に利用することができる。 The stator of the present invention can be used for motors and generators disposed in industrial motors, hybrid vehicles, electric vehicles, fuel cell vehicles, robots, and the like.
10 ステータ
11 分割コア
11a ヨーク部
11b ティース部
11c 鍔部
12 コイル
13 インシュレータ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記コアのティース部に巻き付けられたコイル部材と、
前記ティース部のうち前記ヨーク部に対向する先端部から少なくともコイルサイド側に突出して設けられた鍔部と、
を備え、
前記鍔部は、前記ティース部の先端部から前記ヨーク部に向かう方向に積層された複数の磁性板によって構成されている、ステータ。 A core composed of a magnetic material as a main component and having a yoke part and a tooth part;
A coil member wound around the teeth portion of the core;
A collar portion provided to protrude at least on the coil side side from a tip portion facing the yoke portion of the teeth portion,
With
The said collar part is a stator comprised with the some magnetic board laminated | stacked in the direction which goes to the said yoke part from the front-end | tip part of the said teeth part.
前記鍔部は、前記ティース部の先端部を囲むリング形状を有している、ステータ。 The stator according to claim 1, wherein
The said collar part is a stator which has the ring shape surrounding the front-end | tip part of the said teeth part.
前記コアは、ヨーク部およびティース部を含む磁性鋼板を複数枚積層して構成されている、ステータ。 The stator according to claim 1 or 2,
The said core is a stator comprised by laminating | stacking several magnetic steel plates containing a yoke part and a teeth part.
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