JP2011015555A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】爪状磁極を容易に積層構造にすることが可能な回転電機を提供する。
【解決手段】本発明の回転電機は、固定子巻線（１７）を有する円筒状の固定子（１８）と、固定子の内周側に空隙を介して設けられた円筒状の複合磁性体（１４）と、当該複合磁性体の内周側に設けられた回転子コイル（１１）とを有する回転子（１５）と、を備え、複合磁性体は、回転子の回転軸方向における一端側に設けられた第１爪状磁極（１２ａまたは１２ｂ）と、当該第１爪状磁極と噛み合うように回転軸方向における他端側に設けられた第２爪状磁極（１２ａまたは１２ｂ）とを構成する磁性部と、第１および第２爪状磁極以外の部位を構成する非磁性部と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、爪状磁極を有する回転電機に関し、より特定的には、爪状磁極で生じる渦電流損を低減した回転電機に関する。

従来において、爪状磁極を有する回転電機（爪ティース形回転電機）が提案されている。この回転電機は、図５に示すような回転子（ランデル型回転子）を持つ。
図５において、ランデル型回転子は、モータ軸１と、爪状磁極２ａを有しモータ軸１に支持される第１ポールコア体３と、爪状磁極２ｂを有しモータ軸１に支持される第２ポールコア体４と、電流が流れると磁束を発生する回転子コイル５とで構成されている。爪状磁極２ａ、２ｂ間には、空隙６が形成されている。回転子コイル５に直流電流を流すことにより、爪状磁極２ａ、２ｂにＮ極またはＳ極の極性が形成される。
図５に示した回転電機は、巻線界磁型であり、回転子コイル５に流す電流を変化させ、界磁磁束量を変化させることで、誘起電圧を調整することができる。このため、図５に示した回転電機は、永久磁石型回転電機と比べて高速回転が可能となる。

また、従来において、磁極を積層構造にする技術も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−１３３４７８号公報

しかし、図５に示した回転電機では、爪状磁極２ａおよび２ｂ表面での磁束の高周波成分によって生じる渦電流損が大きく、永久磁石型回転電機と比較して効率が悪化するという問題があった。
また、その対策として、爪状磁極２ａおよび２ｂを積層構造にすることで、渦電流損を減少させることが考えられるが、空隙６があるために、その製造は極めて困難であった。
なお、磁極を積層構造にする技術は、特許文献１に開示されているが、磁極は爪状ではなく、空隙６も存在しない。このように、爪状磁極を積層構造にすることは、従来において、未だ困難であった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、爪状磁極を容易に積層構造にすることが可能な回転電機を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成した。
請求項１に記載の発明は、固定子巻線を有する円筒状の固定子と、固定子の内周側に空隙を介して設けられた円筒状の複合磁性体と、当該複合磁性体の内周側に設けられた回転子コイルとを有する回転子と、を備え、複合磁性体は、回転子の回転軸方向における一端側に設けられた第１爪状磁極と、当該第１爪状磁極と噛み合うように回転軸方向における他端側に設けられた第２爪状磁極とを構成する磁性部と、第１および第２爪状磁極以外の部位を構成する非磁性部と、を有する、回転電機に関するものである。
請求項２に記載の発明は、複合磁性体が、回転軸方向に積層された複数の積層板からなるものである。
請求項３に記載の発明は、固定子巻線を有する円筒状の固定子と、回転子コイルと、当該回転子コイルを覆うように設けられた複合磁性体とを有し、固定子の内周側に空隙を介して設けられた回転子と、を備え、複合磁性体は、回転子コイルの回転軸方向における一端側に設けられた第１ポールベースと、回転軸方向における他端側に設けられた第２ポールベースと、第１ポールベースに設けられた第１爪状磁極と、当該第１爪状磁極と噛み合うように第２ポールベースに設けられた第２爪状磁極と、を構成する磁性部と、第１爪状磁極、第２爪状磁極、第１ポールベース、および第２ポールベース以外の部位を構成する非磁性部と、を有する、回転電機に関するものである。
請求項４に記載の発明は、複合磁性体が、回転子の周方向に積層された複数の積層板からなるものである。
請求項５に記載の発明は、上記回転電機を搭載した工作機械に関するものである。
請求項６に記載の発明は、上記回転電機を搭載した車両に関するものである。

請求項１〜４に記載の発明によると、爪状磁極を容易に積層構造にすることが可能な回転電機を提供することができる。

本発明の実施例１に係る回転電機の側断面図 図１に示した複合磁性体の軸方向断面図 本発明の実施例２に係る回転電機の側断面図 図３に示した複合磁性体２１の透視斜視図 図４Ａに示した複合磁性体２１を周方向に分割した際に表れる複合磁性体２１の側断面図 従来のランデル型回転子の斜視図

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る回転電機の側断面図である。
図１において、回転電機は、工作機械や車両などの回転電機としてこれらに搭載され、回転子１５と、回転子１５の外周側に空隙を介して設けられた固定子１８とで構成される。回転子１５は、モータ軸７と、モータ軸７に支持される円筒状部材８と、円筒状部材８に巻き付けられる回転子コイル１１と、回転子コイル１１の回転軸方向における一端に設けられた第１ポールベース９と、回転軸方向における他端に設けられた第２ポールベース１０と、回転子コイル１１の外周側に設けられた円筒状の複合磁性体１４とで構成される。複合磁性体１４は、回転軸方向に積層された複数の積層板からなり、爪状磁極１２ａおよび１２ｂを構成する磁性部と、爪状磁極１２ａおよび１２ｂ以外の部位（空隙１３を含む部位）を構成する非磁性部とを有する。爪状磁極１２ａは、複合磁性体１４の第１ポールベース９側に設けられ、爪状磁極１２ｂは、複合磁性体１４の第２ポールベース１０側に設けられる。爪状磁極１２ａおよび１２ｂは互いに噛み合うように配置されている。固定子１８は、円筒状であり、固定子コア１６と、固定子コア１６に設けられた固定子巻線１７とで構成される。
尚、複合磁性体１４は、溶体化処理を行い、炭化物を固溶させることで、非磁性に近い特性（比透磁率１．０１以下）を部分的に形成することができる材料からなる。

図２は、図１に示した複合磁性体１４のＡ〜Ｅ部の回転軸方向の断面図である。
複合磁性体１４を構成する積層板には、図２に示すように、回転軸方向の位置に応じて異なる形状をもつ磁性部１４ａと非磁性部１４ｂが形成される。これら複数の積層板を積層することで、磁性部１４ａが爪状磁極１２ａおよび１２ｂを形成し、非磁性部１４ｂが爪状磁極１２ａおよび１２ｂ以外の部位を形成することになる。
なお、図２では、回転軸方向の断面が異なる４種類の積層板のみを示しているが、実際には、積層されたときに磁性部１４ａで爪状磁極１２ａおよび１２ｂを形成し、非磁性部１４ｂで空隙１３を含む部位を形成するよう、積層板の回転軸方向の断面における磁性部１４ａおよび非磁性部１４ｂの面積が、積層板毎に異なっている。
また、回転子コイル１１に対し、第１ポールベース９側から見て反時計周り方向に直流電流を流すと、複合磁性体１４の磁性部１４ａは、図２に示す磁性に磁化される。

以上のように、本実施例によれば、爪状磁極１２ａおよび１２ｂのみではなく、爪状磁性体１２ａおよび１２ｂ間の空隙１３を含む部位を一枚の積層板で構成している。これにより、爪状磁極を極めて容易に積層構造にすることが可能になる。

図３は、本発明の実施例２に係る回転電機の側断面図である。
図３に示すように、本実施例が実施例１と異なる点は、円筒状部材８の代わりに円筒状部材８よりも回転軸方向の長さが長い円筒状部材２０を備えた点と、複合磁性体１４の代わりに、爪状磁極１２ａおよび１２ｂの他に、第１ポールベース９および第２ポールベース１０をさらに磁性部で構成した複合磁性体２１を備える点で異なる。これ以外の構成は、図１と同様であり、図１と同様の符号を付して説明を省略する。

図３において、回転電機は、回転子２５と、回転子２５の外周側に空隙を介して設けられた固定子１８とで構成される。回転子２５は、モータ軸７と、モータ軸７に支持される円筒状部材２０と、円筒状部材２０に巻き付けられる回転子コイル１１と、回転子コイル１１の外周を覆うように設けられた複合磁性体２１とで構成される。複合磁性体２１は、回転子２５の周方向に積層された複数の積層板からなり、爪状磁極１２ａおよび１２ｂと、第１ポールベース９および第２ポールベース１０とを構成する磁性部と、爪状磁極１２ａおよび１２ｂ、第１ポールベース９および第２ポールベース１０以外の部位（空隙１３を含む部位）を構成する非磁性部とを有する。爪状磁極１２ａは、複合磁性体２１の第１ポールベース９側に設けられ、爪状磁極１２ｂは、複合磁性体２１の第２ポールベース１０側に設けられる。爪状磁極１２ａおよび１２ｂは互いに噛み合うように配置されている。
図４Ａは、図３に示した複合磁性体２１の透視斜視図である。図４Ｂは、図４Ａに示した複合磁性体２１を周方向に分割した際に表れる複合磁性体２１の周方向断面図である。図４Ｂでは、図４Ａに示すＡ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１で囲まれた周方向断面、図４Ａに示すＡ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２で囲まれた周方向断面、図４Ａに示すＡ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２で囲まれた周方向断面、図４Ａに示すＡ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２で囲まれた周方向断面を示している。
複合磁性体２１を構成する積層板には、図４ＡおよびＢに示すように、回転子２５の周方向における位置に応じて異なる形状をもつ磁性部２１ａと非磁性部２１ｂが形成される。これら複数の積層板を積層することで、磁性部２１ａが爪状磁極１２ａおよび１２ｂと第１ポールベース９および第２ポールベース１０とを形成し、非磁性部２１ｂが、爪状磁極１２ａおよび１２ｂ、第１ポールベース９および第２ポールベース１０以外の部位（空隙１３を含む部位）を形成することになる。
なお、図４Ｂでは、周方向の断面が異なる４種類の積層板のみを示しているが、実際には、積層されたときに磁性部２１ａで爪状磁極１２ａおよび１２ｂと第１ポールベース９および第２ポールベース１０とを形成し、非磁性部２１ｂで空隙１３を含む部位を形成するよう、積層板の周方向の断面における磁性部２１ａおよび非磁性部２１ｂの面積が、積層板毎に異なっている。

以上のように、本実施例によれば、実施例１と同様、爪状磁極１２ａおよび１２ｂのみではなく、爪状磁性体１２ａおよび１２ｂ間の空隙１３を含む部位を一枚の積層板で構成している。これにより、爪状磁極を極めて容易に積層構造にすることが可能になる。

本発明に係る回転電機は、爪状磁極を有しており、工作機械の主軸用モータや車載用回転電機等の用途に適用できる。

１、７ モータ軸
２ａ、２ｂ、１２ａ、１２ｂ 爪状磁極
３ 第１ポールコア体
４ 第２ポールコア体
５、１１ 回転子コイル
６、１３ 空隙
８、２０ 円筒状部材
９ 第１ポールベース
１０ 第２ポールベース
１４、２１ 複合磁性体
１４ａ、２１ａ 磁性部
１４ｂ、２１ｂ 非磁性部
１５、２５ 回転子
１６ 固定子コア
１７ 固定子巻線
１８ 固定子

Claims (6)

1. 固定子巻線を有する円筒状の固定子と、
   前記固定子の内周側に空隙を介して設けられた円筒状の複合磁性体と、当該複合磁性体の内周側に設けられた回転子コイルとを有する回転子と、を備え、
   前記複合磁性体は、
   前記回転子の回転軸方向における一端側に設けられた第１爪状磁極と、当該第１爪状磁極と噛み合うように前記回転軸方向における他端側に設けられた第２爪状磁極とを構成する磁性部と、
   前記第１および第２爪状磁極以外の部位を構成する非磁性部と、を有する、回転電機。
2. 前記複合磁性体は、前記回転軸方向に積層された複数の積層板からなることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 固定子巻線を有する円筒状の固定子と、
   回転子コイルと、当該回転子コイルを覆うように設けられた複合磁性体とを有し、前記固定子の内周側に空隙を介して設けられた回転子と、を備え、
   前記複合磁性体は、
   前記回転子コイルの回転軸方向における一端側に設けられた第１ポールベースと、前記回転軸方向における他端側に設けられた第２ポールベースと、前記第１ポールベースに設けられた第１爪状磁極と、当該第１爪状磁極と噛み合うように前記第２ポールベースに設けられた第２爪状磁極と、を構成する磁性部と、
   前記第１爪状磁極、前記第２爪状磁極、前記第１ポールベース、および前記第２ポールベース以外の部位を構成する非磁性部と、を有する、回転電機。
4. 前記複合磁性体は、前記回転子の周方向に積層された複数の積層板からなることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機を搭載した工作機械。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機を搭載した車両。

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