JP2011223751A - Rotor and stator core - Google Patents
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Description
本発明は、発電機や電動機等の回転機、及び回転機に用いられるステータコアに関する。 The present invention relates to a rotating machine such as a generator or an electric motor, and a stator core used in the rotating machine.
周知の通り、発電機や電動機等の回転機は、ステータ(固定子)とロータ(回転子)とを備えており、回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、或いは電気エネルギーを回転運動エネルギーに変換する機器である。ステータ側にコイルが設けられる回転機では、軟鉄等の磁性材料により形成されてコイルが巻回されるティース(極歯)がロータの回転方向に沿って複数設けられた略円環形状のステータコアが用いられる。従来のステータコアは、製造を容易にするために、所定形状のコア分割片を組み合わせて構成されるものが多い。 As is well known, a rotating machine such as a generator or an electric motor includes a stator and a rotor, and converts rotational kinetic energy into electrical energy or converts electrical energy into rotational kinetic energy. Equipment. In a rotating machine in which a coil is provided on the stator side, a substantially annular stator core formed of a magnetic material such as soft iron and provided with a plurality of teeth (pole teeth) around which the coil is wound is provided along the rotation direction of the rotor. Used. Many conventional stator cores are configured by combining predetermined-shaped core segment pieces in order to facilitate manufacture.
図6,図7は、従来のステータコアを構成するコア分割片の一例を示す図である。図6,図7に示すコア分割片100,110は共に、ロータの回転軸に直交する面における断面形状が略T字形状のものである。図6に示すコア分割片100は、円弧形状のヨーク部分101と、ヨーク部分101の曲率中心方向に向けて延びるティース102とが一体形成されたものである。これに対し、図7に示すコア分割片110は、円弧形状のヨーク部分111に直線形状のティース112を接合して、ヨーク部分111の曲率中心に向けてティース112が延びる形状にしたものである。
6 and 7 are diagrams illustrating an example of a core division piece constituting a conventional stator core. Each of the
図6に示すコア分割片100は、磁気抵抗が小さな方向である磁化容易方向がティース102の長さ方向に沿う方向に設定されている。このコア分割片100は、上述の通り、ヨーク部分101とティース102とが一体形成されたものであるため、ヨーク部分101における磁化容易方向D101とティース102における磁化容易方向D102とは同じ方向である。これに対し、図7に示すコア分割片100は、ヨーク部分111における磁化容易方向D111とティース112における磁化容易方向D112とが交差するようにされている。
In the
また、以下の特許文献1には、従来のステータコアの他の例が開示されている。図8は、従来のステータコアを構成するコア分割片の他の例を示す図であって、(a)はコア分割片の斜視図であり、(b)はコア分割片の組み合わせを示す図である。図8(a)に示すコア分割片200は、ヨーク部分201と2つのティース部分202とからなり、ロータの回転軸に直交する面における断面形状が略U字形状のものである。このコア分割片200の磁化容易方向D200は、一方のティース部分202からヨーク部分201を介して他方のティース部分202に至る方向に設定されている。
Further, Patent Document 1 below discloses another example of a conventional stator core. FIGS. 8A and 8B are diagrams showing another example of the core divided pieces constituting the conventional stator core, wherein FIG. 8A is a perspective view of the core divided pieces, and FIG. 8B is a view showing a combination of the core divided pieces. is there. The
図8(a)に示すコア分割片200は、図8(b)に示す通り、ティース部分202同士が接触するように、ロータの回転方向R100に沿って複数配列される。このように配列された隣接するコア分割片200のティース部分202によって1つのティース203が形成される。尚、図8(b)において破線で囲った部分は、図6,図7に示すコア分割片100,200に相当する部分である。
As shown in FIG. 8B, a plurality of
ところで、図6に示すコア分割片100はヨーク部分101内において磁路P100と磁化容易方向D101とが交差し、図7に示すコア分割片110はヨーク部分111とティース112との接合部においてティース112からヨーク部分111内に入る磁束の磁路がヨーク部分111の磁化容易方向D111に交差するため、磁気抵抗が増大するという問題がある。また、図7に示すコア分割片110は、ヨーク部分111にティース112を接合しているため、接合部におけるギャップ(磁路を寸断する隙間)の存在によっても磁気抵抗が増大するという問題がある。
Meanwhile, the
図8に示すコア分割片200は、1つのティース203が複数のティース部分202から形成されており、渦電流が流れるティース203の断面積を小さくすることができることから渦電流をある程度は低減することができると考えられる。しかしながら、近年においては省エネルギーの要求が高まっており、渦電流による損失を更に低減する必要がある。また、更なる省エネルギーを実現するためには、渦電流による損失の低減に加えて、磁気抵抗を極力低減して回転機の効率を高める必要があると考えられる。
In the
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、磁気抵抗及び渦電流に起因する損失を低減したより効率的な回転機、及び当該回転機に用いられるステータコアを提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the stator core used for the more efficient rotary machine which reduced the loss resulting from a magnetic resistance and an eddy current, and the said rotary machine. .
上記課題を解決するために、本発明の回転機は、回転可能なロータ(10)と、該ロータの周りに配置されるステータ(20)とを備える回転機(1)において、前記ステータは、前記ロータの回転方向に沿って前記ロータに向けて突出した状態で配列されてコイル(22)が巻回されるティース(32)を複数有するステータコア(21)を備えており、前記ステータコアは、磁性材料からなる線材(40)を略U字形状に束ねた複数の単位コア(C、C1、C2、C3)を、開口端(OP)を前記ロータ側に向けて前記ロータの回転方向に沿って配列してなるものであることを特徴としている。
また、本発明の回転機は、前記ティースが、前記ロータの回転方向に沿って配列された前記単位コアのうちの隣接する2つの単位コアの互いに接触する一側部(Q1、Q2)により形成されていることを特徴としている。
また、本発明の回転機は、前記ティースが、断面形状が円形形状に形成されていることを特徴としている。
また、本発明の回転機において、前記線材は、磁化容易方向(D1)が長手方向に設定されていることを特徴としている
また、本発明の回転機において、前記線材は、断面形状が矩形形状であることを特徴としている。
本発明のステータコアは、略円環形状のヨーク(31)と、該ヨークの周方向に沿って該ヨークの中心軸に向けて突出した状態で配列されてコイル(22)が巻回される複数のティース(32)とを有するステータコア(21)であって、前記ステータコアは、磁性材料からなる線材(40)を略U字形状に束ねた複数の単位コア(C、C1、C2、C3)を、開口端(OP)を前記ヨークの中心軸に向けて前記ヨークの周方向に沿って配列して構成されており、前記ティースは、前記ヨークの周方向に沿って配列された前記単位コアのうちの隣接する2つの単位コアの互いに接触する一側部(Q1、Q2)により形成されていることを特徴としている。
In order to solve the above problems, a rotating machine according to the present invention is a rotating machine (1) including a rotatable rotor (10) and a stator (20) arranged around the rotor. A stator core (21) having a plurality of teeth (32) around which a coil (22) is wound is arranged in a state of projecting toward the rotor along the rotation direction of the rotor, and the stator core is magnetic A plurality of unit cores (C, C1, C2, C3) in which wire rods (40) made of a material are bundled in a substantially U-shape are arranged along the rotation direction of the rotor with the open end (OP) facing the rotor side. It is characterized by being arranged.
Further, in the rotating machine according to the present invention, the teeth are formed by one side portion (Q1, Q2) of two adjacent unit cores that are adjacent to each other among the unit cores arranged along the rotation direction of the rotor. It is characterized by being.
The rotating machine of the present invention is characterized in that the teeth have a circular cross-sectional shape.
Moreover, in the rotating machine of the present invention, the wire is characterized in that the direction of easy magnetization (D1) is set in the longitudinal direction. In the rotating machine of the present invention, the wire has a rectangular cross-sectional shape. It is characterized by being.
The stator core of the present invention includes a substantially annular yoke (31) and a plurality of coils (22) wound around the yoke (31) so as to protrude toward the central axis of the yoke along the circumferential direction of the yoke. A stator core (21) having a plurality of unit cores (C, C1, C2, C3) in which a wire (40) made of a magnetic material is bundled in a substantially U shape. The open ends (OP) are arranged along the circumferential direction of the yoke toward the central axis of the yoke, and the teeth are formed of the unit cores arranged along the circumferential direction of the yoke. One of the two unit cores adjacent to each other is formed by one side portion (Q1, Q2) contacting each other.
本発明によれば、磁性材料からなる線材を略U字形状に束ねた複数の単位コアを、開口端をヨークの中心軸に向けてヨークの周方向に沿って配列して構成されたステータコアを用いているため、磁気抵抗及び渦電流に起因する損失を低減したより効率的な回転機を実現することができるという効果がある。 According to the present invention, there is provided a stator core configured by arranging a plurality of unit cores in which wire rods made of a magnetic material are bundled in a substantially U shape and arranged along the circumferential direction of the yoke with the opening end directed toward the central axis of the yoke. Since it uses, there exists an effect that the more efficient rotary machine which reduced the loss resulting from a magnetic resistance and an eddy current is realizable.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による回転機について詳細に説明する。尚、以下の実施形態では、回転機が、外部から供給される三相交流により回転駆動される三相交流モータ(電動機)である場合を例に挙げて説明する。 Hereinafter, a rotating machine according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, a case where the rotating machine is a three-phase AC motor (electric motor) that is rotationally driven by a three-phase AC supplied from the outside will be described as an example.
図1は、本発明の一実施形態による回転機としての三相交流モータの正断面図である。図1に示す通り、本実施形態の三相交流モータ1は、回転可能に構成された回転子としてのロータ10と、ロータ10の周りに配置される固定子としてのステータ20とを備えており、外部からの三相交流がステータ20に供給されることによりロータ10が回転駆動される。
FIG. 1 is a front sectional view of a three-phase AC motor as a rotating machine according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the three-phase AC motor 1 of the present embodiment includes a
ロータ10は、回転軸11とロータコア12とを備えており、回転軸11の中心軸の周りで回転可能に構成されている。回転軸11は、紙面に対して垂直な方向に延びる円柱形状の部材であり、軸受等(図示省略)に支持されることにより中心軸の周りで回転可能である。ロータコア12は、回転軸11の周りに界磁鉄心として設けられており、その内部に複数の永久磁石(図示省略)を備えている。この永久磁石によって、ロータコア12の表面には回転軸11の周方向に沿った交番磁界が形成されている。
The
ステータ20は、ステータコア21、コイル22、及びケーシング23を備えており、外部から供給される三相交流によってロータ10の周りに回転磁界を形成することによりロータ10を回転駆動する。ステータコア21は、ロータ10の周りに電機子鉄心として設けられた部材である。図2は、本発明の一実施形態によるステータコアの正断面図である。
The
図2に示す通り、ステータコア21は、略円環形状のヨーク31と、ヨーク31の周方向に沿ってヨーク31の中心軸に向けて突出した状態で配列されてコイル22が巻回される複数のティース32とを有する。ステータコア21に設けられたティース32は、巻回されたコイル22に三相交流が供給されることによって磁極として機能するものである。尚、ステータコア21は、各ティース32の突出方向がロータ10の回転軸に向かうようにロータ10の周りに配置され、かかる配置においてロータコア12との間の間隔が予め設定された所定の間隔(例えば数ミリメートル程度)となるようにティース32の突出量が設定されている。
As shown in FIG. 2, the
ここで、図2に示す通り、ステータコア21は、複数の単位コアCを配列して構成される。図3は、ステータコアを構成する単位コアを示す斜視図である。図3に示す通り、単位コアCは、軟鉄等の磁性材料により形成された複数の線材40を略U字形状に束ねたものである。単位コアCを構成する複数の線材40は、その断面形状が0.5〜1ミリメートル角程度の矩形形状である線状の部材であって、磁化容易方向D1が長手方向に設定されたものである。
Here, as shown in FIG. 2, the
これら線材40の各々の周囲には、必要に応じて絶縁用の被覆(コーティング)が形成される。このように、ステータコア21をなす単位コアCを複数の線材40を束ねて形成するのは、ステータコア21で生ずる渦電流を低減することによって三相交流モータ1の損失を低減するためである。また、磁化容易方向D1が線材40の長手方向に設定されているのは、磁気抵抗を低減するためである。尚、以下では、図3に示した各単位コアCを区別する必要がある場合には、それぞれ別の符号(C1,C2,C3)を参照しつつ説明する。
An insulation coating (coating) is formed around each of the
図2に示す通り、ステータコア21は、以上の構成の単位コアCを、その開口端OPをヨーク31の中心軸に向けた状態で、ヨーク31の周方向に沿って複数配列することにより構成される。ここで、ティース32は、配列された複数の単位コアCのうちの隣接する2つの単位コアの互いに接触する一側部によって形成される。具体的に、図3に示す例では、単位コアC1の一側部Q2と単位コアC2の一側部Q1とによって1つのティース32が形成され、単位コアC2の一側部Q2と単位コアC3の一側部Q1とによって他の1つのティース32が形成される。
As shown in FIG. 2, the
また、図3に示す通り、ティース32は、その断面形状が略円形形状に形成される。即ち、単位コアCの両側部(一側部Q1,Q2)は、その断面形状が略半円形状とされており、隣接する2つの単位コアCの一側部同士が接触することにより、断面形状が略円形形状であるティース32が形成される。このように、ティース32の断面形状を略円形形状とするのは、ティース32とその周囲に巻回されるコイル22との間の隙間を詰めることにより、巻線材料を減らして巻線抵抗を極力低減することにより三相交流モータ1の効率を高めるためである。また、同形状において巻線の巻数を増大させることが可能となり、出力の増大、ひいては電動機の小型化が期待される。
Further, as shown in FIG. 3, the
コイル22は、ステータコア21が有するティース32の周囲に巻回され、外部から供給される三相交流が流れることにより、ステータコア21のティース32を磁極とするものである。具体的に、コイル22は、Y結線又はΔ結線がなされて三相交流の各相(U相,V相,W相)の電流が供給される複数のコイルを有しており、U相の電流が供給されるコイル、V相の電流が供給されるコイル、及びU相の電流が供給されるコイルが、ヨーク31の周方向に沿ってステータコア21に配列されたティース32に順次巻回されている。このようなコイル22に三相交流が供給されると、ティース32順次磁化されて回転磁界が形成される。
The
ケーシング23は、ステータコア21の外周を覆う円環状の部材であって、ロータ10(回転軸11の一部及びロータコア12)、ステータコア21、及びコイル22を収容する。また、このケーシング23は、複数の分割コアCを結合する「たが」としても機能する。尚、分割コアCの結合方法は、ケーシング23を「たが」として用いる以外に、接着等によって結合する方法を用いることも可能である。
The
次に、上記構成における三相交流モータ1の動作について簡単に説明する。外部からの三相交流が三相交流モータ1に供給されると、三相交流の各層の電流がステータ20に設けられたコイル22に流れる。すると、コイル22が巻回されたティース24が順次磁化され、ロータ10の回転方向に沿って回転磁界が形成される。すると、表面に交番磁界が形成されたロータコア12がこの回転磁界と相互作用し、吸引力及び反発力が生ずることによりロータ14が回転駆動される。
Next, the operation of the three-phase AC motor 1 having the above configuration will be briefly described. When three-phase AC from the outside is supplied to the three-phase AC motor 1, the current of each layer of the three-phase AC flows through the
図4は、ティースの断面形状による効果を説明するための図である。まず、図4(b)に示す通り、断面形状が長方形形状である複数の短冊部材301が積層されてなり、断面形状が矩形形状であるティース300について考える。このティース300の周囲に巻回されるコイル302は、ティース300の4つの角部で曲げられるため略四角環状になる。ここで、コイルの剛性によってティース300の4つの角部においてコイルを直角に曲げることができないため、ティース300の4つの辺部においてティース300とコイル302との間に大きな隙間V2が生じて巻線の材料長が長くなり巻線抵抗が大きくなる。
FIG. 4 is a diagram for explaining the effect of the cross-sectional shape of the teeth. First, as shown in FIG. 4B, consider a
次に、図4(a)に示す通り、線材40によって形成された単位コアCを用いて形成された断面形状が略円形形状であるティース32について考える。このティース32の周囲に巻回されるコイル22は、ティース32の断面形状に沿った略円環状になり、ティース32に対してコイル22をより密着させて巻回することができる。すると、ティース32とコイル22との間の隙間V1が小さくなって巻線の材料長が短くなり、巻線抵抗が小さくなる。その結果、三相交流モータ1の効率を高めることができる。
Next, as shown in FIG. 4A, consider a
図5は、線材を用いたことによる効果を説明するための図である。まず、断面形状が長方形形状である複数の短冊部材301を用いた場合には、図5(b)に示す通り、渦電流の流路P2が短冊部材301の長手方向に延びるため、さほど渦電流を低減することはできない。次に、断面形状が矩形形状である線材40を用いた場合には、図5(a)に示す通り、渦電流の流路P1を極めて小さくすることができるため、渦電流を大幅に低減することができる。
FIG. 5 is a diagram for explaining the effect of using a wire. First, when a plurality of
以上説明した通り、本実施形態では、長手方向に磁化容易方向が設定された磁性材料からなる線材40を略U字形状に束ねた複数の単位コアCを、開口端OPをロータ10側に向けてロータ10の回転方向に沿って配列して形成されたステータコア21を用いているため、磁気抵抗及び渦電流を大幅に低減することができる。また、本実施形態では、ステータコア21に設けられるティース32の断面形状を略円形形状にしており、ティース32に対してコイル22をより密着させて巻回することができるため、巻線の材料長を短くすることで、巻線抵抗を低減することができる。このため、本実施形態では三相交流モータ1の効率をより高めることができる。
As described above, in the present embodiment, a plurality of unit cores C in which the
以上、本発明の一実施形態による回転機について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、電動機の一種である三相交流モータを例に挙げて説明したが、発電機にも本発明を適用することができる。また、本発明は、三相交流以外の多相電流が用いられる回転機にも適用することができる。 As mentioned above, although the rotary machine by one Embodiment of this invention was demonstrated, this invention is not restrict | limited to the said embodiment, It can change freely within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, a three-phase AC motor, which is a kind of electric motor, has been described as an example, but the present invention can also be applied to a generator. The present invention can also be applied to a rotating machine that uses a multiphase current other than three-phase alternating current.
また、上記実施形態では、ティース32の断面形状が略円形状である場合を例に挙げて説明したが、ティース32の断面形状は、略楕円形状、矩形形状、その他の三相交流モータ1の形状や特性に応じて適切な形状にすることができる。但し、周囲に巻回されるコイルの密着度がたかまる形状であるのが望ましい。また、線材40は、必ずしも断面形状が矩形形状である必要はなく、円形形状等の他の形状であっても良い。
In the above embodiment, the case where the cross-sectional shape of the
1 三相交流モータ
10 ロータ
20 ステータ
21 ステータコア
22 コイル
31 ヨーク
32 ティース
40 線材
C 単位コア
C1,C2,C3 単位コア
D1 磁化容易方向
OP 開口端
Q1,Q2 一側部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Three-phase alternating
Claims (6)
前記ステータは、前記ロータの回転方向に沿って前記ロータに向けて突出した状態で配列されてコイルが巻回されるティースを複数有するステータコアを備えており、
前記ステータコアは、磁性材料からなる線材を略U字形状に束ねた複数の単位コアを、開口端を前記ロータ側に向けて前記ロータの回転方向に沿って配列してなるものである
ことを特徴とする回転機。 In a rotating machine comprising a rotatable rotor and a stator disposed around the rotor,
The stator includes a stator core having a plurality of teeth around which coils are arranged in a state of projecting toward the rotor along the rotation direction of the rotor,
The stator core is formed by arranging a plurality of unit cores in which wire rods made of a magnetic material are bundled in a substantially U shape and arranged in the rotation direction of the rotor with an opening end facing the rotor. Rotating machine.
前記ステータコアは、磁性材料からなる線材を略U字形状に束ねた複数の単位コアを、開口端を前記ヨークの中心軸に向けて前記ヨークの周方向に沿って配列して構成されており、
前記ティースは、前記ヨークの周方向に沿って配列された前記単位コアのうちの隣接する2つの単位コアの互いに接触する一側部により形成されている
ことを特徴とするステータコア。 A stator core having a substantially annular yoke and a plurality of teeth that are arranged in a state of projecting toward the central axis of the yoke along the circumferential direction of the yoke and on which a coil is wound,
The stator core is configured by arranging a plurality of unit cores in which wire rods made of a magnetic material are bundled in a substantially U shape and arranged along the circumferential direction of the yoke with the opening end directed toward the central axis of the yoke,
The teeth are formed by one side portion of two unit cores adjacent to each other among the unit cores arranged along the circumferential direction of the yoke.
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