JP2011199995A

JP2011199995A - 回転電機

Info

Publication number: JP2011199995A
Application number: JP2010062992A
Authority: JP
Inventors: Kensuke Nakazono; 賢輔中園; Tadahiro Miyamoto; 恭祐宮本; Motomichi Oto; 基道大戸
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2011-10-06

Abstract

【課題】ロータ内の磁路を一部に集中させることでロータ内の空間を有効に活用し、またそれによりシャフト径を大きく、中空径を大きくすることで、（１）定出力特性、（２）加減速性能、（３）高剛性の要求性能を満足する回転電機を提供する
【解決手段】本発明におけるリラクタンスモータは、ステータ１にはコイル５が巻装されており、このコイル５に電流を流すことで回転磁界を発生させる。ロータコア２は、モータ磁極数の２倍の個数の方向性電磁鋼板でできたセグメントブロックを用い、これを半分ずつ、交互に前記方向性電磁鋼板の方向性が直交するように配置させ固定させる。つまり、ロータの径方向に方向性が向くロータコアパーツ（ａ）２ａ、これと直交するように方向性が向くロータコアパーツ（ｂ）２ｂの組合せにより構成される。この構成により、ｄ軸方向インダクタンスと、ｑ軸方向インダクタンスとにＬｄ＞Ｌｑの関係が生じ、その突極比（Ｌｄ/Ｌｑ）を大きくすることができることを特徴としている。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機、特に、リラクタンスモータに関する。

シンクロナスリラクタンスモータは、一般的にはステータにコイルが巻装され、ロータコアにはフラックスバリアが形成されている（例えば、特許文献１参照）。

コイルに電流を流すことによりロータコアに磁界が生じるが、ロータのフラックスバリアにより磁束の通りやすい方向（ｄ軸方向）と通りにくい方向（ｑ軸方向）があるため、ｄ軸とｑ軸とのインダクタンス差(突極比：Ｌｄ/Ｌｑ)によりトルクが発生し、発生したトルクでロータが回転する。

特開平１１−３４１７６１号公報

例えば、リラクタンスモータの用途として工作機主軸用モータがある。本モータの要求品質は、（１）定出力特性、（２）加減速性能、（３）高剛性である。
先ず、（１）定出力特性を大きくするためには、前記突極比（Ｌｄ/Ｌｑ）を大きくする設計を行う必要があり、このためには、前記従来技術のリラクタンスモータでは、（Ａ）ロータ外径を大きく設計をするか、（Ｂ）逆にロータの内径を小さく設計することで、電機子の反作用磁束を通しやすくし、突極比（Ｌｄ/Ｌｑ）を大きくする必要があった。
（Ａ）ロータ外径を大きく設計する方法では、ロータイナーシャが大きくなり、工作機主軸用モータの（２）加減速性能を低下させることになり、イナーシャは、外径の増大率の４乗で大きくなるため、少しの増大も加減速性能の低下となるものであった。
（Ｂ）ロータ内径を小さく設計する方法では、軸受サイズが小さくなりすぎることで、軸受剛性の低下につながる。主軸モータの場合、速度ループゲインを決める機械剛性は、この軸受剛性が寄与することが大きい。軸受サイズが小さくなれば、当然剛性は低下し、またロータのシャフト３自身も細くなるので、このシャフト剛性も低下することになる。
従来のリラクタンスモータではロータコアの材料として無方向性電磁鋼板が用いられ、フラックスバリアとして空気層を導入することにより突極比を得ている。大トルクを得る為には突極比を大きくする必要があり、突極比を増すためには空気層を増やす必要があるためロータ全体に磁路が分割、分散されることとなる。その結果、磁路となる部分には当然磁性材料を用いなければならないので、シャフト径を大きく、もしくは中空径を大きくしたい場合、モータ直径を上げて磁路を外周付近にとる必要がありモータイナーシャが大きくなってしまう。
一方、磁路となる部分を内径側に求めた場合、シャフト径は小さくなり、また中空径も小さくなってしまう問題があった。

そこで、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、ロータ内の磁路を一部に集中させることでロータ内の空間を有効に活用し、またそれによりシャフト径を大きく、中空径を大きくすることで、（１）定出力特性、（２）加減速性能、（３）高剛性の要求性能を満足する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、請求項１記載のリラクタンスモータは、ロータコアに、モータ磁極数の２倍の個数の方向性電磁鋼板でできたセグメントブロックを用い、これを半分ずつ、交互に前記方向性電磁鋼板の方向性が直交するように配置させ固定させることで、突極性を得るものである。

請求項１記載の発明によれば、磁路をロータ外周付近に集中させることができるため、シャフト径を大きく、もしくは中空径を大きくすることで、（１）定出力特性、（２）加減速性能、（３）高剛性の要求性能を満足させることが可能となる。

本発明の第１実施例の断面図本発明の第１実施例のロータ部拡大断面図ロータコアパーツ（ａ）の製作例ロータコアパーツ（ｂ）の製作例

以下、本発明の第１実施例について説明する。
図１は本発明に係わる回転電機の構造を示す断面図である。図１に示した回転電機としてのリラクタンスモータにおいて、ステータ１には巻線としてのコイル５が巻装されており、このコイル５に電流を流すことで回転磁界を発生させる。本発明のロータを構成するロータコア２は、モータ磁極数の２倍の個数の方向性電磁鋼板６を積層して形成されたセグメントブロック（分割ロータコア）を用い、これを半分ずつ、交互に方向性電磁鋼板６の図１中の点線で示す方向性が直交するように配置させシャフト３の周囲に固定させる。つまり、ロータの径方向に方向性が向く第１の分割ロータコアとしてのロータコアパーツ（ａ）２ａ、これと直交するように方向性が向く第２の分割ロータコアとしてのロータコアパーツ（ｂ）２ｂの組合せにより構成される。ロータコアパーツ（ａ）,ロータコアパーツ（ｂ）は図３、図４のように方向性電磁鋼板６を型抜きし得られたロータコアパーツ（ａ）用板６ａ、ロータコアパーツ（ｂ）用板６ｂを積層することにより得られる。これにより、同一グループに属する分割ロータコアにおいては、方向性電磁鋼板６の容易磁化方向が同一方向に配置される。

ロータコアパーツ（ａ）２ａからロータ２内に進入した磁束は図２で示されるようにロータコアパーツ（ｂ）２ｂからロータコアパーツ（ａ）２ａへと方向性電磁鋼板６の容易磁化方向を通りステータ１に戻る為、磁気抵抗が小さくなる。逆にロータコアパーツ（ｂ）２ｂよりロータコア２内に進入した磁束は容易磁化方向に対して垂直方向に進む必要があるため磁気抵抗が大きくなるためｄ軸方向インダクタンスと、ｑ軸方向インダクタンスとにＬｄ＞Ｌｑの関係が生じ、その突極比（Ｌｄ/Ｌｑ）を大きくすることができる。

以上のロータコア２内の磁気抵抗の大小によりリラクタンストルクが得られる。方向性電磁鋼板６を用いることにより、磁路をロータ外周付近に集中することができるためシャフト径を大きく、または中空径を大きくすることが可能である。

上述したように、本発明の回転電機は、方向性電磁鋼板６を積層してシャフト３の周囲に固定されシャフト３とともに回転する円筒状のロータと、巻線としてのコイル５が巻装されロータ２を回転させる回転磁界を発生するステータ１とを備え、ロータは、周方向に分割した形状の異なる複数のグループに属する分割ロータコア２ａ、２ｂを含んでおり、
分割ロータコア２ａ、２ｂは、同一グループに属する分割ロータコアにおいては、同一方向に容易磁化方向が配置されており、複数のグループに属する分割ロータコア２ａ、２ｂをシャフト３の周囲に周方向に組み合わせることにより、磁気的に突極性を生じさせている。
このように、図１のように方向性電磁鋼板６の図中点線で示される容易磁化方向をロータ内で磁束の通りやすい方向（ｄ軸方向）と通りにくい方向（ｑ軸方向）が生じるよう配置することで、ｄ軸とｑ軸とのインダクタンス差（突極比（Ｌｄ/Ｌｑ））によりリラクタンストルクを生じさせることが可能となる。

また、本発明の回転電機においては、ロータを構成するロータコア２が、ロータ２の接線方向と直交する方向に容易磁化方向が配置された第１の分割ロータコア２ａと、接線方向に容易磁化方向が配置された第２の分割ロータコア２ｂと、を含んでいる。なお、上記の接線は、第１の分割ロータコア２ａまたは第２の分割ロータコア２ｂの線対称軸上における接線である。

また、本発明の回転電機においては、第１の分割ロータコア２ａと第２の分割ロータコア２ｂとが、周方向に交互に配置されている。

さらに、本発明の回転電機においては、ロータをシャフト３の軸方向から平面視して、第１の分割ロータコア２ａの面積が、第２の分割ロータコア２ｂの面積よりも大きく設定されている。これにより、第１の分割ロータコア２ａに磁束が通りやすくなっている。なお、第１の分割ロータコア２ａの断面形状は、扇形に近い形状であり、第２の分割ロータコア２ｂの断面形状は、台形に近い形状である。

以上、本発明の実施形態について説明した。ただし、いわゆる当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上記実施形態から適宜変更が可能であり、また、上記実施形態と変更例による手法を適宜組み合わせて利用することも可能である。すなわち、このような変更等が施された技術であっても、本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない

１ステータ
２ロータコア
２ａロータコアパーツ（ａ）
２ｂロータコアパーツ（ｂ）
３シャフト
５コイル
６方向性電磁鋼板
６ａロータコアパーツ（ａ）用板
６ｂロータコアパーツ（ａ）用板

Claims

積層電磁鋼板から成るロータと、巻線を備えたステータとを有する回転電機であって、前記ロータに、モータ磁極数の２倍の個数の方向性電磁鋼板でできたセグメントブロックを用い、これを半分ずつ、交互に前記方向性電磁鋼板の方向性が直交するように配置させ固定させることで方向性電磁鋼板の容易磁化方向の配置により突極性を生じトルクを得ることを特徴とする回転電機。
方向性電磁鋼板を積層してシャフトの周囲に固定され当該シャフトとともに回転する円筒状のロータと、巻線が巻装され前記ロータを回転させる回転磁界を発生するステータとを備え、
前記ロータは、周方向に分割した形状の異なる複数のグループに属する分割ロータコアを含んでおり、
前記分割ロータコアは、同一グループに属する分割ロータコアにおいては、同一方向に容易磁化方向が配置されており、
前記複数のグループに属する分割ロータコアを前記シャフトの周囲に周方向に組み合わせることにより、磁気的に突極性を生じさせた
ことを特徴とする回転電機。
前記ロータが、当該ロータの接線方向と直交する方向に容易磁化方向が配置された第１の分割ロータコアと、前記接線方向に容易磁化方向が配置された第２の分割ロータコアと、を含むことを特徴とする請求項２記載の回転電機。
前記第１の分割ロータコアと前記第２の分割ロータコアとが、周方向に交互に配置された
ことを特徴とする請求項３記載の回転電機。
前記ロータを前記シャフトの軸方向から平面視して、前記第１の分割ロータコアの面積が、前記第２の分割ロータコアの面積よりも大きい
ことを特徴とする請求項４記載の回転電機。