JP2016072994A - 回転電機 - Google Patents
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Abstract
【課題】一体化された環状のヨーク部を有するステータを用いた場合でも、簡便な構成で鎖交磁束量の増大や騒音の低減を図ることのできる回転電機を提供する。
【解決手段】回転軸芯X周りに回転するロータ3と、回転軸芯Xを中心とする環状のヨーク部41と、ヨーク部41から径方向に突出する複数のティース部42と、複数のティース部42の突出端において回転軸芯Xを中心として周方向に沿って形成されるフランジ部43とを有し、ロータ3に対して磁束を発生させるステータ4と、フランジ部43に装着され、ロータ3の表面に対するステータ4の形状を調整する調整部材8とを備えている。
【選択図】図2
【解決手段】回転軸芯X周りに回転するロータ3と、回転軸芯Xを中心とする環状のヨーク部41と、ヨーク部41から径方向に突出する複数のティース部42と、複数のティース部42の突出端において回転軸芯Xを中心として周方向に沿って形成されるフランジ部43とを有し、ロータ3に対して磁束を発生させるステータ4と、フランジ部43に装着され、ロータ3の表面に対するステータ4の形状を調整する調整部材8とを備えている。
【選択図】図2
Description
本発明は、ロータと、複数のティース部を有するステータとを備えた回転電機に関する。
従来、永久磁石を埋設したロータと、一体化された環状のヨーク部から径内方向に突出する複数のティース部を有する磁性鋼板を積層して構成されるステータと、を備えた永久磁石型回転電機が知られている(例えば、特許文献1−2参照)。
特許文献1に記載の回転電機は、エッチング加工を施した磁性鋼板を積層した後、ティース部にコイルを集中巻するものである。また、特許文献1には、ティース部の突出端に形成されるフランジ部にスリットを設けて磁気抵抗を増大させ、フランジ部の隘路に磁束が集中するのを防止すると記載されている。
ところで、一体化された環状のヨーク部から突出するティース部にコイルを集中巻する際、各フランジ部どうしの隙間からノズルを挿入し、コイル素線を送り出す制御が実行される。つまり、各フランジ部どうしの間隔は、ノズルの挿入を許容できる寸法に限定される。
特許文献2に記載の回転電機は、各フランジ部どうしの間隔をロータとステータとの間隔に対して2倍より大きく設定した上で、フランジ部の形状寸法を所定の範囲に設定している。その結果、漏れ磁束を低減してステータとロータとの間の鎖交磁束量を増大させつつ、ロータとステータとの間の磁気吸引力の変化に起因するコギングトルクを減少させて騒音を低減できると記載されている。
しかしながら、従来の回転電機にあっては、各フランジ部どうしの間隔をノズルの寸法以下に縮小することができない。このため、鎖交磁束量の増大を図りつつコギングトルクを低減するようにフランジ部の形状を設定する際の自由度が低い。しかも、特許文献1のようにエッチング加工によりスリットを設けた場合、加工に手間を要するばかりか、磁気抵抗が増大して鎖交磁束量の低下を招くおそれがある。
また、従来の回転電機において、例えばロータの外径寸法を縮小した場合、ロータとステータとの間隔を狭めるために、磁性鋼板自体を製作し直す必要があり、加工コストの増大を招いてしまう。
そこで、本発明は、一体化された環状のヨーク部を有するステータを用いた場合でも、簡便な構成で鎖交磁束量の増大や騒音の低減を図ることのできる回転電機を提供することを目的とする。
本発明に係る回転電機の特徴構成は、永久磁石が埋設され、回転軸芯周りに回転するロータと、前記回転軸芯を中心とする環状のヨーク部と、当該ヨーク部から径方向に突出する複数のティース部と、当該複数のティース部の突出端において前記回転軸芯を中心として周方向に沿って形成されるフランジ部とを有し、前記ロータに対して磁束を発生させるステータと、前記フランジ部に装着され、前記ロータの表面に対する前記ステータの形状を調整する調整部材とを備えている点にある。
上述したように、例えば、一体化された環状のヨーク部から径方向に突出するティース部にコイルを集中巻する際、各フランジ部どうしの間隔は、ノズルの外径寸法以下に設定することができない。その結果、フランジ部のうちロータと対向する面の面積が制限され、鎖交磁束量の増大を図る上で限界がある。また、各フランジ部どうしの間隔が大きい場合は、この間隔の磁束密度が疎となるため、ロータとステータとの間の磁気吸引力の変化が大きくなり、コギングトルクが増大し、騒音が発生し易い。
そこで、本構成では、ロータの表面に対するステータの形状を調整する調整部材を、フランジ部に装着する。つまり、この調整部材は、ティース部にコイルを巻いた後でフランジ部に装着することができる。よって、ノズルの外径寸法以上となる各フランジ部の間隔を、ノズルの外径寸法以下に設定することが可能となるので、鎖交磁束量の増大やコギングトルクの低減を図ることができる。
また、本構成の調整部材は、ロータの外形寸法が異なる様々な回転電機に対して、ロータとステータとの間隔を調整することができる。例えば、ロータとステータとの間隔が大きい場合でも、調整部材をフランジ部に装着すれば、ロータとステータとの間隔を狭めて磁気抵抗を減少させることができる。よって、所望の鎖交磁束量を発生させるためにステータを新たに製作する必要がなく、加工コストを節約することができる。
このように、本構成の回転電機は、一体化された環状のヨーク部を有するステータを用いた場合でも、簡便な構成で鎖交磁束量の増大や騒音の低減を図ることができるものである。
他の特徴構成は、前記調整部材は、前記フランジ部の前記ロータと対向する面に装着され、前記フランジ部より前記周方向に延出して形成される点にある。
本構成によれば、ロータとステータとの間隔を狭めつつ、各フランジ部どうしの間隔を狭めることができる。よって、磁気抵抗が大きい空隙をより一層少なくして、鎖交磁束量の増大とコギングトルクの低減とを確実に実現することができる。
他の特徴構成は、前記調整部材は、前記回転軸芯に沿う方向における前記フランジ部の上面又は下面に当接する当接部を有し、前記フランジ部に接着固定される点にある。
本構成のように、調整部材の当接部をフランジ部の上面又は下面に当接させながらステータに接着固定すれば、調整部材の装着姿勢を安定させることができる。よって、調整部材のステータに対する装着が容易である。
他の特徴構成は、前記フランジ部の前記ロータと対向する面に溝部を形成し、前記調整部材の前記フランジ部と対向する面に、前記溝部に圧入される凸部を形成してある点にある。
本構成のように、フランジ部に形成した溝部に調整部材の凸部を圧入させながら装着すれば、調整部材のステータに対する位置決めが確実なものとなる。よって、調整部材をフランジ部に対して位置ずれさせることなく確実に装着することができる。
以下に、本実施形態に係る回転電機について、図面に基づいて説明する。本実施形態では、回転電機の一例として、冷却水を循環させる車両用のウォータポンプPに用いられる電動モータMとして説明する。ただし、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
図1に示すように、ウォータポンプPは、樹脂製のケーシング1と、ケーシング1に固定された支持シャフト2と、支持シャフト2に外嵌する状態で回転自在である筒状のロータ3と、ロータ3の外側に配置される筒状のステータ4と、ロータ3の一端に固定されるインペラ5とを備えている。このインペラ5をポンプハウジング6に収容することにより、例えば、インバータに冷却水を循環させたり、エンジンとラジエータとの間で冷却水を循環させたりするウォータポンプPが構成される。
このウォータポンプPに用いられる電動モータMは、回転軸芯X周りに回転するロータ3と、ロータ3に対して磁束を発生させるステータ4とを備えた3相ブラシレスモータで構成されている。なお、この電動モータMは、ロータ3を回転させることにより発電機として機能させることも可能である。
ロータ3は、複数の磁性鋼板を積層して形成されるロータコア31と、ロータコア31に埋設された複数の永久磁石31aとを備え、ロータコア31と永久磁石31aとが樹脂によりインサート成形され、一体化されている。図2に示すように、永久磁石31aは、4極で構成され、4極3相6スロットルの電動モータMとしている。なお、永久磁石31aは4極に限定されず、2極以上の偶数極で構成しても良い。
図1,図2に示すように、ステータ4は、回転軸芯Xを中心とする環状領域に一体で形成されるヨーク部41と、ヨーク部41から径内方向に突出するティース部42と、複数のティース部42の突出端において回転軸芯Xを中心として周方向に配置される複数のフランジ部43とで構成されるステータコアSを備えている。つまり、本実施形態におけるステータコアSは、一体コアで構成されている。各ティース部42は、回転軸芯Xを中心とする放射状(径方向)に延出し、周方向に沿って互いに等間隔に6箇所形成されている。このようなステータコアSは、磁性鋼板を積層して形成されている。
図3,図4に示すように、ステータ4は、ステータコアSに樹脂製のインシュレータ44を外嵌した状態で、インシュレータ44の外面にコイル素線45を巻き付けてコイルBが形成される。コイルBが巻かれた状態のステータ4は、樹脂でインサート成形される。インシュレータ44は、ステータコアSとコイルBとの絶縁のために設けられ、ティース部42の外面とヨーク部41およびフランジ部43の内面とを覆っている。また、コイル素線45は、断面形状が円形となる銅線の表面にポリウレタン等の樹脂を被覆している。
図3に示すように、ステータコアSにコイルBを装着する方法は、専用の巻付装置(不図示)を用いて、この巻付装置のノズル7の先端からコイル素線45を送り出し、ノズル7を各ティース部42に対して相対移動させることで、複数層に亘って密巻状態(所謂、集中巻)とする。このノズル7は各フランジ部43の間から挿入されるため、各フランジ部43どうしの間隔43Uは、ノズル7の外形寸法以上に設定される。つまり、フランジ部43のうちロータ3と対向するフランジ外面43Fの面積が制限される。その結果、コイルBへの通電に伴って発生する磁束が、ステータ4とロータ3との間で鎖交する鎖交磁束量の増大を図る上で限界がある。また、各フランジ部43どうしの間隔43Uが大きい場合、この間隔43Uの磁束密度が疎となるため、ステータ4とロータ3との間で発生する引力および斥力(磁気吸引力)の変化が大きくなり、コギングトルクが増大してしまう。
そこで、本実施形態の電動モータMは、フランジ部43のフランジ外面43Fに装着される調整部材8を備えている。この調整部材8によってロータ3の表面に対するステータ4の形状が調整される。つまり、ロータ3とステータ4との間隔Kや各フランジ部43どうしの間隔43Uが調整される。なお、調整部材8は、ステータコアSと同様の磁性体で構成されることが好ましいが、空気より透磁率の高い樹脂材などで構成しても良い。
本実施形態における調整部材8は、図2,図4に示すように、本体部81と、本体部81の一端から径方向に延出して形成され、フランジ部43の回転軸芯Xに沿う方向におけるフランジ上面43Tに当接して保持される当接部82とを備えている。この本体部81は、フランジ部43より周方向に延出して形成され、フランジ外面43Fに沿った曲面で形成される内面81aと、ロータ3との径方向の間隔Kが周方向に一定となる曲面で形成される外面81bとを有している。
調整部材8は、当接部82をフランジ上面43Tに当接させた状態で、フランジ部43に接着固定される。その後、ステータ4と調整部材8とは、樹脂でインサート成形することで、強固に一体化される。なお、調整部材8の当接部82は、フランジ部43の下面に当接するように構成しても良い。つまり、調整部材8の当接部82を、フランジ部43の上面又は下面に当接させながらステータ4に接着固定すれば、調整部材8の装着姿勢を安定させることができる。
このように、本実施形態における調整部材8は、ステータ4のティース部42にコイルBが巻き付けられた後で、フランジ部43に装着することができる。よって、ノズル7の外径寸法以上となる各フランジ部43どうしの間隔43Uを、ノズル7の外形寸法以下に設定することが可能となるので、鎖交磁束量の増大やコギングトルクの低減を図ることができる。
しかも、電動モータMの使用形態によってロータ3の外径寸法が小さく形成される場合でも、調整部材8によってロータ3とステータ4との間隔Kを狭めることができる。つまり、ロータ3とステータ4とのエアギャップを小さくして磁気抵抗を減少させ、電動モータMの回転トルクを増大させることが可能となる。
[別実施形態]
基本構成は、上述した実施形態と同様であるため、異なる構成についてのみ図面を用いて説明する。なお、図面の理解を容易にするため、上述した実施形態と同じ部材名称及び符号を用いて説明する。
基本構成は、上述した実施形態と同様であるため、異なる構成についてのみ図面を用いて説明する。なお、図面の理解を容易にするため、上述した実施形態と同じ部材名称及び符号を用いて説明する。
図5に示すように、調整部材8は、本体部81において、回転軸芯X方向に沿う方向の両端から径方向に延出する当接部82を形成しても良い。この当接部82をフランジ部43のフランジ上面43Tおよびフランジ下面43Bに当接させた状態で、調整部材8がフランジ部43に接着される。このような構成であれば、調整部材8の姿勢をより安定させた状態でフランジ部43に装着することができる。なお、本実施形態では、両当接部82がフランジ部43を挟み込む状態となるので、接着せずに仮固定状態とし、ステータ4と調整部材8とを樹脂でインサート成形しても良い。
図6に示すように、フランジ部43のロータ3と対向するフランジ外面43Fに溝部46を形成し、調整部材8のフランジ部43と対向する内面81aに、溝部46に圧入される凸部83を形成しても良い。この溝部46は、既製のステータコアSを打ち抜き加工などして形成することができるので、新たにステータコアSを製作し直す必要がない。なお、本実施形態において、溝部46と凸部83とを圧入せずに、凸部83を溝部46に係入した状態で双方を接着しても良い。
このような構成であれば、調整部材8のステータ4に対する位置決めが確実なものとなる。また、ステータコアSの各磁性鋼板が互いに位置ずれするのを防止することができる。なお、溝部46および凸部83の配置は、図6に示すように、フランジ部43および調整部材8の回転軸芯Xに沿った方向に亘って縦長に形成しても良いし、フランジ部43および調整部材8の回転軸芯Xに沿った方向の一部に形成しても良い。また、溝部46および凸部83の形状を横長に形成したり、複数の溝部46および凸部83を分離して配置したりしても良く、特に限定されない。
図7に示すように、調整部材8を、回転軸芯Xを中心とする周方向のフランジ部43の両端面に分割して設けても良い。例えば、ロータ3とステータ4との間のエアギャップを調整する必要がない場合に、本実施形態のような調整部材8を採用することが可能となる。その結果、調整部材8のロータ3と対向する面積を大きく確保して鎖交磁束量を増大させると共に、各フランジ部43どうしの間隔43Uを狭めてコギングトルクを低減することが可能となる。なお、調整部材8とフランジ部43との固定方法は、上述した実施形態と同様の方法を採用することができる。
[その他の実施形態]
(1)調整部材8の形状は、上述した実施形態に限定されず、ステータ4のフランジ部43に装着され、ステータ4の形状を調整するものであればどのようなものであっても良い。例えば、図4に示すような調整部材8において、回転軸芯Xを中心とする周方向の両端部を、図7に示すような調整部材8の形状に構成しても良い。
(2)調整部材8をフランジ部43に固定する方法は、上述した実施形態に限定されない。例えば、調整部材9の端部に係止突起を設けてフランジ部43に引っ掛けても良い。この場合でも、ステータ4と調整部材8とを樹脂でインサート成形すれば、双方が強固に固定できる。
(3)上述した実施形態における電動モータMは、ロータ3をステータ4の内側に配置するインナーロータ形式としたが、ロータ3をステータ4の外側に配置するアウターロータ形式としても良い。アウターロータ形式の場合、ステータ4は、回転軸芯Xを中心とする環状のヨーク部41と、ヨーク部41から径外方向突出する複数のティース部42と、ティース部42の突出端において回転軸芯Xを中心として周方向に沿って形成されるフランジ部43を有することとなる。このアウターロータ形式の電動モータMでも、ステータ4のフランジ部43に調整部材8を装着することで、上述した作用効果が期待できる。
(4)上述した実施形態のステータコアSは、ヨーク部41が一体形成された一体コアで構成したが、ステータコアSを分割コアで構成し、これら分割コアを互いに連結しても良い。この場合においても、コイルBが巻き付けられたステータコアSを組付けた後で、フランジ部43に調整部材8を装着することが可能となる。よって、ロータ3の形状やフランジ部43どうしの間隔43Uが異なる電動モータMごとに、異なるステータコアSを製作する必要がないので利便性が高い。
(5)上述した実施形態における回転電機が用いられる機器は、エンジンの冷却水を循環させるウォータポンプPに限定されず、エンジンオイルを循環させるポンプでも良いし、車両以外の用途に使用される機器であっても良い。また、電動モータMの駆動方式は、交番磁界を発生させる3相ブラシレスモータに限定されず、ブラシ付きモータを使用しても良い。
(1)調整部材8の形状は、上述した実施形態に限定されず、ステータ4のフランジ部43に装着され、ステータ4の形状を調整するものであればどのようなものであっても良い。例えば、図4に示すような調整部材8において、回転軸芯Xを中心とする周方向の両端部を、図7に示すような調整部材8の形状に構成しても良い。
(2)調整部材8をフランジ部43に固定する方法は、上述した実施形態に限定されない。例えば、調整部材9の端部に係止突起を設けてフランジ部43に引っ掛けても良い。この場合でも、ステータ4と調整部材8とを樹脂でインサート成形すれば、双方が強固に固定できる。
(3)上述した実施形態における電動モータMは、ロータ3をステータ4の内側に配置するインナーロータ形式としたが、ロータ3をステータ4の外側に配置するアウターロータ形式としても良い。アウターロータ形式の場合、ステータ4は、回転軸芯Xを中心とする環状のヨーク部41と、ヨーク部41から径外方向突出する複数のティース部42と、ティース部42の突出端において回転軸芯Xを中心として周方向に沿って形成されるフランジ部43を有することとなる。このアウターロータ形式の電動モータMでも、ステータ4のフランジ部43に調整部材8を装着することで、上述した作用効果が期待できる。
(4)上述した実施形態のステータコアSは、ヨーク部41が一体形成された一体コアで構成したが、ステータコアSを分割コアで構成し、これら分割コアを互いに連結しても良い。この場合においても、コイルBが巻き付けられたステータコアSを組付けた後で、フランジ部43に調整部材8を装着することが可能となる。よって、ロータ3の形状やフランジ部43どうしの間隔43Uが異なる電動モータMごとに、異なるステータコアSを製作する必要がないので利便性が高い。
(5)上述した実施形態における回転電機が用いられる機器は、エンジンの冷却水を循環させるウォータポンプPに限定されず、エンジンオイルを循環させるポンプでも良いし、車両以外の用途に使用される機器であっても良い。また、電動モータMの駆動方式は、交番磁界を発生させる3相ブラシレスモータに限定されず、ブラシ付きモータを使用しても良い。
本発明は、車両用ウォータポンプなど様々な機器に用いられる回転電機に利用可能である。
3 ロータ
31a 永久磁石
4 ステータ
41 ヨーク部
42 ティース部
43 フランジ部
43B フランジ下面
43F フランジ外面(ロータと対向する面)
43T フランジ上面
46 溝部
8 調整部材
81a 内面(フランジ部と対向する面)
82 当接部
83 凸部
M 電動モータ(回転電機)
X 回転軸芯
31a 永久磁石
4 ステータ
41 ヨーク部
42 ティース部
43 フランジ部
43B フランジ下面
43F フランジ外面(ロータと対向する面)
43T フランジ上面
46 溝部
8 調整部材
81a 内面(フランジ部と対向する面)
82 当接部
83 凸部
M 電動モータ(回転電機)
X 回転軸芯
Claims (4)
- 永久磁石が埋設され、回転軸芯周りに回転するロータと、
前記回転軸芯を中心とする環状のヨーク部と、当該ヨーク部から径方向に突出する複数のティース部と、当該複数のティース部の突出端において前記回転軸芯を中心として周方向に沿って形成されるフランジ部とを有し、前記ロータに対して磁束を発生させるステータと、
前記フランジ部に装着され、前記ロータの表面に対する前記ステータの形状を調整する調整部材とを備えている回転電機。 - 前記調整部材は、前記フランジ部の前記ロータと対向する面に装着され、前記フランジ部より前記周方向に延出して形成される請求項1に記載の回転電機。
- 前記調整部材は、前記回転軸芯に沿う方向における前記フランジ部の上面又は下面に当接する当接部を有し、前記フランジ部に接着固定される請求項1又は2に記載の回転電機。
- 前記フランジ部の前記ロータと対向する面に溝部を形成し、
前記調整部材の前記フランジ部と対向する面に、前記溝部に圧入される凸部を形成してある請求項1又は2に記載の回転電機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014196506A JP2016072994A (ja) | 2014-09-26 | 2014-09-26 | 回転電機 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=55865114
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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JP (1) | JP2016072994A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106067720A (zh) * | 2016-07-06 | 2016-11-02 | 江苏大学 | 一种低损耗半闭口槽型容错永磁圆筒直线电机及其加工方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011036105A (ja) * | 2009-08-05 | 2011-02-17 | Jtekt Corp | 回転電機の製造方法、回転電機、及び電動パワーステアリング装置 |
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2014
- 2014-09-26 JP JP2014196506A patent/JP2016072994A/ja active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011036105A (ja) * | 2009-08-05 | 2011-02-17 | Jtekt Corp | 回転電機の製造方法、回転電機、及び電動パワーステアリング装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN106067720A (zh) * | 2016-07-06 | 2016-11-02 | 江苏大学 | 一种低损耗半闭口槽型容错永磁圆筒直线电机及其加工方法 |
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