JP2012080729A - 回転電機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ロータ2と、ロータ2を囲繞するようにロータ2に同軸に配設されるステータコア6Aを有するステータ5とを備え、ステータコア6Aは、ロータ2に同軸に配設されるヨーク7と、それぞれ、ヨーク7の軸方向の両端間に突設されるティース基部8a、及びティース基部8aの先端から両側に突出されるティース鍔部8b,8cにより構成され、ヨーク7の周方向に互いに間隔をあけて配列される複数のティース8とを備え、隣接するティース8間に形成されるスロット10の開口がヨーク7の軸方向に対してスキューされた電動機1Aにおいて、ティース鍔部8b,8cは、ティース基部8aとの連結部から先端に向かって幅が狭くなっている。
【選択図】図1
Description
この種の電動機に用いられる従来のステータとして、縁部同士が回転自在な連結手段を介して環状に連結される複数のヨーク部、及び各ヨーク部の連結方向の中央部からそれぞれ突出し、先端の両側に積層方向に順次互いに突出長さが同じ長さだけ増減するように磁極部が突出して形成される磁極ティースを有する複数の環状磁性部材を、順次積層することにより相隣なる磁極部間の隙間が積層方向に対してスキューされるように形成したコア部材と、コア部材の各磁極ティース部に巻回される複数のコイル部材とを備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
以上のような構成の電動機では、隣接する磁極部間の隙間が環状磁性部材の積層方向(コア部材の軸方向)に対してスキューされているので、始動時のトルクリップルや運転中のコギングトルクの低減効果が得られる。
ここで、磁極部の幅が広いコア部材を用いた回転電機では、漏れ磁束の増加によりトルクが低減し、磁極部の幅が狭いコア部材を用いた回転電機では、磁極部に磁気飽和が発生してコギングトルクとトルクリップルが増加する。
このため、従来のステータを用いた電動機では、コギングトルクとトルクリップルの低減、及びトルクの増加の両方を実現することができない。
図1はこの発明の実施の形態1に係る電動機の上面図、図2はこの発明の実施の形態1に係る電動機を構成するステータコアの斜視図、図3はこの発明の実施の形態1に係る電動機を構成するステータの要部断面図、図4は図3のA部拡大図である。
なお、ここでは、ティース鍔部8b,8cは、ティース基部8aとの連結部から先端近傍に至る部位まで同じ幅を有し、ティース鍔部8b,8cの先端側は、ヨーク7の径方向に関し、ヨーク7側(外周側)の部位から内周側の部位に向かってティース基部8aからの突出量が大きくなるように形成されている。これにより、隣接するティース鍔部8b,8cの外周側の間隔Laは、内周側の間隔Lbより大きくなる。
そして、以上のような複数の環状磁性部材15を同軸に積層することで、積層された複数の環状磁性部材15の分割ヨーク16及び分割ティース17により、ヨーク7及びティース8が形成され、スロット開口10aが環状磁性部材15の積層方向、言い換えればヨーク7の軸方向に対してスキューされたステータコア6Aが得られる。
図5はこの発明の実施の形態2に係る電動機を構成するステータの要部拡大図である。
なお、図5において、上記実施の形態1と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
ティース鍔部8d,8eは、その基端側の部位をティース基部8aとの連結部に向かって漸次幅が広くなるように作製されている他は、ティース鍔部8b,8cと同様に形成されている。つまり、電動機1Aでは、ティース鍔部8b,8cは、ティース基部8aとの連結部(基端部)から先端近傍に至る部位まで、同じ幅に形成されていたが、電動機1Bでは、ティース鍔部8d,8eの基端部側が、ティース鍔部8d,8eの中間部に比べて幅広になっている。
他の電動機1Bの構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
従って、ステータコア6Bを用いて作製した電動機1Bにおいても、電動機1Aと同様、コギングトルクとトルクリップルの低減、及びトルクの増加の両方を実現することができる。
図6はこの発明の実施の形態1及び2に係る電動機のコギングトルクとロータの回転角度との間の関係を測定した結果を示す図、図7はこの発明の実施の形態1及び2に係る電動機で測定されたコギングトルクの分析結果を示す図であり、ロータの工作誤差によるコギングトルクの成分、極数・スロット数に起因するコギングトルクの成分、及びコギングトルクの最大振幅を示している。
なお、コギングトルクの大きさは、ロータ2を一回転させたときのコギングトルクの最大値を1として規格化した規格値として示している。
そして、電動機1Bでは、電動機1Aと比較して、ロータ2の工作誤差に起因するコギングトルクの成分が大きく減少し、このため、ロータ2を一回転させたときに観測されるコギングトルクの振幅の大きさが大きく減少した。
電動機1Bでは、ティース鍔部8d,8eの基端側が、ティース基部8aとの連結部に向かって幅が広くなるように形成されている。
ここで、ティース基部8aとティース鍔部8d,8eとの連結部は、ティース8内で最も磁気飽和が発生しやすい場所である。つまり、このような場所では、ロータ2の工作誤差や磁石残留密度のばらつきにより磁気飽和の程度が敏感に変化し、コギングトルクやトルクリップルが発生しやすい。
以上のように、実施の形態2の電動機1Bでは、電動機1Aよりも一層のコギングトルクの低減効果を得ることができる。
図8はこの発明の実施の形態3に係る電動機を構成するステータの要部拡大断面図であり、ヨークの軸方向の一端側近傍に位置するステータの部位の断面を示している。
なお、図8において上記実施の形態1と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は省略し、説明の便宜上、ステータ巻線の図示は省略している。
ヨーク7の軸方向に関し、一端側に位置するティース基部8a内にスロット開口10aが入り込むように形成されている。
なお、図示しないが、ヨーク7の軸方向の他端側では、一端側でスロット開口10aが入り込むように形成されたティース基部8aと周方向に相対するティース基部8a内に、スロット開口10aが入り込むように形成されている。つまり、長さ方向の全域で、ヨーク7の軸方向に対して同じ角度でスキューされているスロット開口10aの一端及び他端がティース基部8aに入り込んでいる。
他の電動機1Cの構成は、電動機1Aと同様に構成されている。
仮に、スロット開口10aをティース基部8a内に入り込ませない場合、aの値が小さくなる。
即ち、スロット開口10aをティース基部8a内に入り込ませた場合のスロット開口10aのスキュー角度は、スロット開口10aをティース基部8a内に入り込ませないものよりも大きくとれる。
図9はこの発明の実施の形態4に係る電動機のスロット開口のヨークの軸方向に対するスキュー角度とスキュー係数の関係を示す図である。
そして、スロット開口10aのスキュー角度は、kを1,2,3のいずれかとして、±(3k/Z)°のいずれかに設定されている。
スキュー係数は、スロット開口10aのスキュー角度が0である場合のコギングトルクの振幅の大きさを1としたときのスロット開口10aのスキュー角度に対するコギングトルクの理論値として表している。
図9では、ステータコア6Aの工作誤差に起因するコギングトルクの第1成分を太線で示し、第2成分を破線で示している。
また、極数:スロット数=10:12である場合の極数・スロット数に起因するコギングトルクの成分を細線にて示す。
従って、この実施の形態4によれば、スロット開口10aのスキュー角度が、±(3k/Z)°に設定されているので、コギングトルクを効果的に低減できる。
なお、隣接するスロット10を区画するティース基部8aは、幅方向の中心の一側及び他側のそれぞれが、一方及び他方のスロット10のそれぞれを区画するものとみなす。つまり、1スロットあたりの機械角度には、ティース基部8aが、1つ分含まれる。
そのため、スロット開口10aを、ティース基部8aに入り込ませずにスキューさせた電動機では、スロット開口10aのスキュー角度を±(6/Z)°、±(9/Z)°に設定することが困難となる。一方、実施の形態3の電動機1Cのように、軸方向の一端及び他端側のスロット開口10aをティース基部8aに入り込むようにすることで、スロット開口10aのスキュー角度を±(6/Z)°、±(9/Z)°に容易に設定できる。
Claims (4)
- ロータと、上記ロータを囲繞するように上記ロータに同軸に配設されるステータコアを有するステータとを備え、
上記ステータコアは、上記ロータに同軸に配設されるヨークと、それぞれ、上記ヨークの軸方向の両端間に突設されるティース基部、及び上記ティース基部の先端から両側に突出されるティース鍔部により構成され、上記ヨークの周方向に互いに間隔をあけて配列される複数のティースとを備え、隣接する上記ティース間に形成されるスロットの開口が上記ヨークの軸方向に対してスキューされた回転電機であって、
上記ティース鍔部は、上記ティース基部との連結部から先端に向かって幅が狭くなっていることを特徴とする回転電機。 - 上記ティース鍔部の基端側の部位が、上記ティース基部との連結部に向かって幅が広くなるように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。
- 上記スロットの開口が、上記ヨークの軸方向の所定部位で、上記ティース基部に入り込んでいることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の回転電機。
- 上記ロータの極数が10Z(但し、Zは自然数)であり、上記スロットの数が12Zであり、上記スロットの開口の上記ヨークの軸方向に対する角度が±(3k/Z)(但し、kは1,2,3のいずれか)であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の回転電機。
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