JP2010284021A - Rotary machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固定子と所定の空隙を有して対向して回転する回転子とを備えた同期電動機等の回転機に関する。 The present invention relates to a rotating machine such as a synchronous motor provided with a stator and a rotor that rotates oppositely with a predetermined gap.
この種の回転機としては、図9に示すように、ヨーク100の内周面に磁極数に応じた多角筒内面101を等間隔に互いに隣接して形成し、この多角筒内面101の中央部に内方に突出する磁極ティース102を形成することにより、磁極ティース102間に励磁コイルを巻装するスロット103を形成するようにしている。
通常、回転機の設計では、トルクの線形性を高くたもつために磁気飽和が強く生じないように磁極ティースやヨークの厚みを決定するようにしている。
As this type of rotating machine, as shown in FIG. 9, a polygonal cylinder
Normally, in the design of a rotating machine, the thickness of the magnetic pole teeth and the yoke is determined so that magnetic saturation does not occur strongly because the torque linearity is high.
このようなトルクの線形性を高く保つために、従来、磁極ティースの先端部に形成されたスロット開口の寸法をSとし、磁極ティース幅をB、スロットピッチをP、ティース付根部高さをHとした時、B/P=0.5〜0.7の範囲のもので、H/P=0.08〜0.12とし、S/P=0.01〜0.03と設定するようにした同期型モータが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In order to keep the torque linearity high, conventionally, the size of the slot opening formed at the tip of the magnetic teeth is S, the magnetic teeth width is B, the slot pitch is P, and the tooth root height is H. In this case, B / P is in the range of 0.5 to 0.7, H / P = 0.08 to 0.12, and S / P = 0.01 to 0.03. A synchronous motor has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、近年益々回転機の小型化が要求されており、上記特許文献1に記載された従来例にあっては、スロット開口寸法S、磁極ティース幅B、スロットピッチP及びティース付根高さHとの関係を定義することにより、コギングトルクの悪化を抑制してトルク線形性を高めるようにしているので、小型化の要求には応えることができないという未解決の課題がある。 However, in recent years, there is an increasing demand for downsizing of rotating machines. In the conventional example described in Patent Document 1, the slot opening size S, the magnetic teeth width B, the slot pitch P, and the tooth root height H By defining the relationship, the deterioration of the cogging torque is suppressed and the torque linearity is improved, so that there is an unsolved problem that the demand for miniaturization cannot be met.
すなわち、小型化を実現するための1つの方法として、ヨークの厚みを減らして固定子外径を小さくすることが考えられる。この場合、誘起電圧が低下しないように励磁コイルの巻数を一定とするとき、図9に示すように励磁コイルを装着するコイル面積104を一定とし、ヨーク100の厚みを減らすようにする。
ところが、ヨーク100の厚みが最小となる、隣接する磁極ティース102間の中央部はその肉厚Lybを減らすと磁気飽和が生じ易くなるためトルクの線形性を保つことが困難となる。
That is, as one method for realizing miniaturization, it is conceivable to reduce the thickness of the yoke to reduce the outer diameter of the stator. In this case, when the number of turns of the exciting coil is made constant so that the induced voltage is not lowered, the
However, if the thickness Lyb of the central portion between adjacent
また、上記特許文献1に記載された従来例にあっては、磁極ティース102の付根高さHを所定範囲にしてトルク線形性を高く保つようにしているが、さらなる小型化の要求に対して対応が困難であるという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、トルク線形性を高く保ちながら小型化が可能な回転機を提供することを目的としている。
Further, in the conventional example described in Patent Document 1, the root height H of the
Accordingly, the present invention has been made paying attention to the unsolved problems of the above-described conventional example, and an object thereof is to provide a rotating machine that can be miniaturized while maintaining high torque linearity.
上記目的を達成するために、本発明の一の形態に係る回転機は、励磁コイルを巻装した固定子と、該固定子と所定の空隙を隔てて対向して回転する回転子とを備えた回転機であって、前記固定子は、ヨークに周方向に等間隔を保ち且つ半径方向に突出して複数の磁極ティースを配列し、隣接する前記磁極ティース間に励磁コイルを巻装するスロットを形成し、該スロットの前記ヨーク側における前記磁極ティース間の中央部にヨーク肉厚拡張部を形成したことを特徴としている。 In order to achieve the above object, a rotating machine according to an embodiment of the present invention includes a stator around which an exciting coil is wound, and a rotor that rotates opposite to the stator with a predetermined gap therebetween. The stator has a plurality of magnetic pole teeth arranged at regular intervals in the circumferential direction on the yoke and projecting in the radial direction, and a slot for winding an excitation coil between the adjacent magnetic pole teeth. The yoke thickness expansion portion is formed at the center portion between the magnetic pole teeth on the yoke side of the slot.
また、本発明の他の形態に係る回転機は、前記ヨーク肉厚拡張部は、前記ヨークの多角筒内面の角部に形成されていることを特徴としている。
さらに、本発明の他の形態に係る回転機は、前記ヨーク肉厚拡張部は、軸方向から見て前記多角筒内面に内接する円弧状の円弧面で構成されていることを特徴としている。
さらにまた、本発明の他の形態に係る回転機は、前記ヨーク肉厚拡張部は、軸方向から見て円弧状の円弧面に内接する多角面で構成されていることを特徴としている。
A rotating machine according to another aspect of the present invention is characterized in that the yoke thickness expansion portion is formed at a corner of the inner surface of the polygonal cylinder of the yoke.
Furthermore, the rotating machine according to another aspect of the present invention is characterized in that the yoke thickness extending portion is configured by an arcuate arc surface inscribed in the polygonal cylinder inner surface when viewed from the axial direction.
Furthermore, the rotating machine according to another aspect of the present invention is characterized in that the yoke thickness expanding portion is configured by a polygonal surface inscribed in an arcuate arc surface when viewed from the axial direction.
なおさらに、本発明の他の形態に係る回転機は、前記ヨーク肉厚拡張部は、軸方向から見て多角筒面における角部の頂点を通る円の当該頂点での接線に平行で且つ内径側に形成された平面で構成されていることを特徴としている。
また、本発明の他の形態に係る回転機は、前記励磁コイルは、磁極ティースに装着されるボビンに巻装され、該ボビンのヨーク側外周部が前記ヨーク肉厚拡張部の形状に合わせた面取り形状とされていることを特徴としている。
Still further, in the rotating machine according to another aspect of the present invention, the yoke thickness extension portion is parallel to a tangent line at the vertex of a circle passing through the corner vertex of the polygonal cylinder surface when viewed from the axial direction and has an inner diameter. It is characterized by comprising a plane formed on the side.
Further, in the rotating machine according to another aspect of the present invention, the exciting coil is wound around a bobbin attached to the magnetic pole teeth, and the yoke-side outer peripheral portion of the bobbin matches the shape of the yoke thickness expanding portion. It is characterized by a chamfered shape.
さらに、本発明の他の形態に係る回転機は、前記固定子コアは、複数に分割された分割コアを連接して構成され、各分割コアのヨーク嵌合部の前記励磁コイル側端点が、前記ボビンのヨーク側端板部の内側面の延長線より外径側に位置するように設定されていることを特徴としている。
さらにまた、本発明の他の形態に係る回転機は、前記励磁コイルは、各磁極ティースに集中巻されていることを特徴としている。
Furthermore, in the rotating machine according to another aspect of the present invention, the stator core is configured by connecting a plurality of divided cores, and the end points on the exciting coil side of the yoke fitting portion of each divided core are: The bobbin is characterized in that the bobbin is set so as to be positioned on the outer diameter side from the extension line of the inner side surface of the yoke side end plate portion.
Furthermore, a rotating machine according to another aspect of the present invention is characterized in that the exciting coil is concentratedly wound around each magnetic pole tooth.
本発明によれば、固定子を、ヨークに周方向に等間隔を保ち且つ半径方向に突出して複数の磁極ティースを配列し、隣接する前記磁極ティース間に励磁コイルを巻装するスロットを形成し、該スロットの前記ヨーク側における前記磁極ティース間の中央部にヨーク肉厚拡張部を形成したので、ヨーク肉厚拡張部によってヨーク外径を減少させた場合でも磁極ティース間の中央部のヨークの肉厚を確保することができ、ヨークの肉厚が最小となる磁極ティース間の中央部の磁束密度の飽和を緩和することができ、ヨーク厚みを減少させてもトルクの線形性を高く保つことが可能となるという効果が得られる。 According to the present invention, the stator is arranged in the yoke at regular intervals in the circumferential direction and radially protrudes so as to arrange a plurality of magnetic teeth, and a slot for winding an exciting coil between the adjacent magnetic teeth is formed. Since the yoke thickness expansion portion is formed in the central portion between the magnetic pole teeth on the yoke side of the slot, even when the yoke outer diameter is reduced by the yoke thickness expansion portion, the yoke in the central portion between the magnetic pole teeth Thickness can be secured, saturation of magnetic flux density in the center between the magnetic teeth where the thickness of the yoke is minimum can be relaxed, and torque linearity can be kept high even if the yoke thickness is reduced The effect that it becomes possible is acquired.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明を永久磁石式同期電動機に適用した場合の第1の実施形態を示す断面図である。この図1において、永久磁石式同期電動機1は表面磁石式同期回転機で構成されている。この永久磁石式回転機1は、円筒状の積層鋼板で形成された固定子3を有し、この固定子3の内周側には所定のエアギャップを介して対向する同様に積層鋼板で形成された回転子4が配置されている。この回転子4は回転軸5に支持されて回転自在に配置されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment when the present invention is applied to a permanent magnet type synchronous motor. In FIG. 1, a permanent magnet type synchronous motor 1 is constituted by a surface magnet type synchronous rotating machine. This permanent magnet type rotating machine 1 has a
固定子3は、図2で拡大図示するように、円筒状のヨーク6と、このヨーク6の内周面側に半径方向内方に延長し、且つ円周方向に等間隔で配設された9個の磁極ティース7とで構成される固定子コア8を有する。
ヨーク6の内周面と隣接する磁極ティース7との間に励磁コイルを巻装するスロット9が形成され、このスロット9の内周側に開口部10が形成されている。
As shown in an enlarged view in FIG. 2, the
A
ここで、ヨーク6は、軸方向から見て二点鎖線図示の仮想内周面11に内接する多角筒内面としての9角筒内面6aを有し、9角筒内面6aにおける各平面の円周方向中央部に半径方向内方に延長する磁極ティース7が一体に形成されている。
また、磁極ティース7は、一定幅を有する磁脚部7aと、この磁脚部7aの先端に形成された円周方向に突出する鍔部7bとでT字状に構成されている。
Here, the
The
そして、ヨーク6の9角筒内面6aと磁極ティース7の磁脚部7a及び鍔部7bとでスロット9が形成され、隣接する磁極ティース7の鍔部7b間でスロット9の開口部10が形成されている。
ここで、スロット9は、9角筒内面6aの角部すなわち隣接する磁極ティース7間の中央位置にヨーク肉厚拡張部12が形成されている。このヨーク肉厚拡張部12は、9角筒内面6aの角部に、隣接する内面に内接する円弧状の円弧面として形成されている。
The
Here, in the
すなわち、ヨーク肉厚拡張部12は9角筒内面6aに内接する円弧面とすることにより、ヨーク6の最小肉厚Lyaを、9角筒内面6aの角部をそのまま形成した従来例におけるヨークの最小肉厚Lybに対して厚くすることができる。
このため、本発明によるヨーク6と、従来例のヨークとを同一外径として磁束密度を測定したところ、図3に示すように、本発明によるヨーク6では、ヨーク肉厚拡張部12を有することから、図3(a)に示すように、磁束密度が1.6T〜1.8Tとなる磁束飽和領域がヨーク肉厚拡張部12側の一部とその外側の一部とに形成されるだけであるが、9角筒内面6aの角部を有する従来例では、図3(b)に示すように、角部位置で内周面から外周面に至る長い磁束飽和領域が形成されている。この図3から明らかなように、ヨーク肉厚拡張部12を形成することにより、磁束密度の飽和を緩和することができ、ヨーク6の肉厚を減少させてもトルクの線形性を高く保つことが可能となる。
That is, the yoke
For this reason, when the magnetic flux density was measured with the
また、回転子4は、円筒状の回転子コア13の外周面に円周方向に隣接する磁極が異極性となるように例えば6極構成の永久磁石14が配設された構成を有する。ここで、永久磁石14は希土類磁石で構成されている。
このように、上記第1の実施形態では、スロット9のヨーク6側に9角筒内面6aに内接する円弧状のヨーク肉厚拡張部12を形成することにより、9角筒内面6a同士を突き合わせて角部を有する従来の構造に比較して同一のヨーク外径でもヨーク6の最小肉厚Lyaを増加させることができる。このため、ヨークの最小肉厚部での磁束密度の飽和を緩和することができる。この結果、ヨーク6の外径を減少させることにより、ヨーク厚みを減少させても最小肉厚部の厚みを確保することができ、トルクの線形性を高く保持することができる。
Further, the
As described above, in the first embodiment, by forming the arc-shaped yoke
しかも、上記効果を得るための構成がヨーク6の9角筒内面6aの角部に隣接する内面に内接する円弧面でなるヨーク肉厚拡張部12を形成するだけで良いので、回転機を容易に小型化することができる。
In addition, since the configuration for obtaining the above-mentioned effect is only to form the yoke
次に、本発明の第2の実施形態を図4及び図5について説明する。
この第2の実施形態では、ヨーク肉厚拡張部12の形状を円弧面状から平坦面状に変更したものである。
すなわち、第2の実施形態では、ヨーク肉厚拡張部12が、図4で拡大図示するように、軸方向から見て、9角筒内面6aの角部の頂点Pを通る二点鎖線図示の仮想円21における点Pでの接線と平行で、且つ内方側に形成された軸方向の平面によって形成されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the second embodiment, the shape of the yoke
That is, in the second embodiment, as shown in an enlarged view in FIG. 4, the yoke
また、励磁コイル22が、磁極ティース7に装着されるコイルボビン23に集中巻によって巻装されている。ここで、コイルボビン23は、磁極ティース7の磁脚部7aに装着される胴部23aと、ヨーク6の9角筒内面6aに対向してこれと平行に形成されたヨーク側端板部23bと、磁極ティース7の鍔部7bの外周面側に対向してこれと平行に形成された鍔部側端板部23cとで構成されている。そして、ヨーク側端板部23bは、その外周端がヨーク肉厚拡張部12と平行となる面取り部23dが形成されている。
The exciting coil 22 is wound around the
この第2の実施形態によると、ヨーク肉厚拡張部12が、ヨーク6の9角筒内面6aの角部の頂点Pを通る仮想円21の頂点Pでの接線と平行で、且つ内方側に形成された平面で構成されているので、前述した第1の実施形態と同様に、9角筒内面6a同士の突き合わせ部となるヨーク最小肉厚部の肉厚Lyaを同一ヨーク外径の従来例に比較してより厚くすることができ、磁束密度の飽和をより緩和することができる。したがって、ヨーク6の外径を減少させてもトルクの線形性を高く保つことが可能となり、回転機の小型化を図ることができる。
According to the second embodiment, the yoke
この第2の実施形態でも、上記効果を得るための構成が平面でなるヨーク肉厚拡張部12を形成するだけで良いので、回転機を容易に小型化することができる。
また、上記第2の実施形態では、励磁コイル22を巻装するコイルボビン23のヨーク側端板部23bの外周端部をヨーク6の9角筒内面6aと平行に対向する面取り部23dが形成されている。このため、ヨーク側端板部23bの外周縁を、ヨーク肉厚拡張部12を形成したにもかかわらず、ヨーク肉厚拡張部12を形成しない従来例と同等のコイル装着面積を確保することができる。この結果、励磁コイル22の巻数を減少させる必要がなく、誘起電圧の低減を防止することができる。
Also in the second embodiment, the rotating machine can be easily downsized because it is only necessary to form the yoke
Further, in the second embodiment, a chamfered
なお、上記第2の実施形態においては、ヨーク肉厚拡張部12を接線と平行な平面とした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図5に示すように、9角筒内面6aの角部の角度に対して角度の大きい小さい平面同士を突き合わせて角部を形成するようにしてもよく、また図示しないが、9角筒内面6aの隣接する平面に内接する多角平面とすることもでき、要は9角筒内面6aの角部の頂点より内径側に頂点となる多角面を形成するようにすればよい。
In the second embodiment, the case where the yoke
また、上記第2の実施形態においては、コイルボビン23のヨーク側端板部23bの外周端をヨーク肉厚拡張部12と平行となる面取り部23dを形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図6に示すように、R面取り部23eとすることもできる。
In the second embodiment, the case has been described in which the outer peripheral end of the yoke-side
次に、本発明の第3の実施形態を図7について説明する。
この第3の実施形態では、固定子3の固定子コア8を所定数に分割した分割コアで構成するようにしたものである。
すなわち、第3の実施形態では、前述した第2の実施形態における固定子コア8を隣接する磁極ティース7間の中央位置すなわちヨーク肉厚拡張部12の中央位置で分割して9個の分割コア31としたことを除いては前述した第2の実施形態と同様の構成を有し、第2の実施形態との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the third embodiment, the
That is, in the third embodiment, the
この第3の実施形態では、固定子コア8が分割コア31で形成されていることを除いては第2の実施形態と同様の構成を有するので、第2の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、第3の実施形態では、分割コア31の内周面におけるヨーク肉厚拡張部12を形成する外周側端点Cが、コイルボビン23のヨーク側端板部23bの内側面を含む平面より外径側に位置するように設定されている。このため、コイルボビン23のコイル装着面積を最大限に利用することが可能となる。すなわち、コイルボビン23に巻装する励磁コイル22の巻数を最大とすることができ、誘起電圧の低減を防止することができる。
Since the third embodiment has the same configuration as that of the second embodiment except that the
そして、上述した第1〜第3の実施形態のようにヨーク肉厚拡張部12を形成した回転機ついて、コギングトルクを測定した結果は、図8で実線図示の特性線のようになり、ヨーク肉厚拡張部12を形成しない場合の従来例の破線図示の特性線に対して僅かではあるがコギングトルクを低減することができた。
なお、上記実施形態においては、上記実施形態においては、固定子3の磁極ティース7及びスロット9を9個とした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、固定子3のティース数及び回転子4の磁極数は任意に設定することができる。
As a result of measuring the cogging torque for the rotating machine having the yoke
In the above embodiment, the case where the
また、上記第1〜第3の実施形態においては、スロット9が開口部10を有するオープンスロット形式である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、開口部10を有しない閉じたスロットのクローズスロット形式を適用することもできる。
さらに、上記第1〜第3の実施形態においては、ヨーク6の内周面が9角筒内面6aである場合について説明したが、これに限定されるものはなく、9角筒内面6aの各面を外径側に湾曲する湾曲面とするようにしてもよい。
In the first to third embodiments, the case where the
Further, in the first to third embodiments, the case where the inner peripheral surface of the
さらに、上記第1〜第3の実施形態においては、回転子4が表面磁石型回転子で構成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、埋込磁石型回転子で構成することもできる。
Furthermore, in the said 1st-3rd embodiment, although the case where the
1…永久磁石式同期回転機、3…固定子、4…回転子、5…回転軸、6…ヨーク、6a…9角筒内面、7…磁極ティース、7a…磁脚部、7b…鍔部、8…固定子コア、9…スロット、10…開口部、12…ヨーク肉厚拡張部、21…仮想円、22…励磁コイル、23…コイルボビン、23a…胴部、23b…ヨーク側端板部、23c…鍔部側端板部、23d…面取り部、23e…R面取り部、31…分割コア
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Permanent magnet type synchronous rotating machine, 3 ... Stator, 4 ... Rotor, 5 ... Rotating shaft, 6 ... Yoke, 6a ... 9-sided cylinder inner surface, 7 ... Magnetic pole teeth, 7a ... Magnetic leg part, 7b ...
Claims (8)
前記固定子は、ヨークに周方向に等間隔を保ち且つ半径方向に突出して複数の磁極ティースを配列した固定子コアを有し、隣接する前記磁極ティース間に励磁コイルを巻装するスロットを形成し、該スロットの前記ヨーク側における前記磁極ティース間の円周方向中央部にヨーク肉厚拡張部を形成したことを特徴とする回転機。 A rotating machine comprising a stator around which an exciting coil is wound, and a rotor that rotates in opposition to the stator across a predetermined gap,
The stator has a stator core in which a plurality of magnetic pole teeth are arranged in the yoke so as to keep an equal interval in the circumferential direction, and a slot for winding an exciting coil is formed between adjacent magnetic teeth. And the yoke thickness expansion part was formed in the circumferential direction center part between the said magnetic pole teeth in the said yoke side of this slot, The rotary machine characterized by the above-mentioned.
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