JP2016220290A

JP2016220290A - 回転電機

Info

Publication number: JP2016220290A
Application number: JP2015099227A
Authority: JP
Inventors: 将史渡邉; Masashi Watanabe; 泰三草留; Taizo Kusadome
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2015-05-14
Filing date: 2015-05-14
Publication date: 2016-12-22
Anticipated expiration: 2035-05-14
Also published as: JP6485205B2

Abstract

【課題】分数スロットを用いることなくコギングトルクを低減することができる回転電機を提供する。
【解決手段】円筒状のステータコア１０１を有するステータ１００と、ステータコア１０１の内周側において外周側がギャップＧを介して対向するように配置されるロータコア３０を有するロータ２０と、を備える。ステータコア１０１の内周面に開口し周方向に並設されたスロット１０２の間に形成されたストレートティース１０３にコイル１０４が巻回され、ロータコア３０に平板状永久磁石４０が埋め込まれている。極数とスロット数との比が２対３である。一極当たり１枚の平板状永久磁石４０を有する。ストレートティース１０３の幅Ｗｔと平板状永久磁石４０の幅Ｗｍの比Ｗｔ／Ｗｍが、０．５５≦Ｗｔ／Ｗｍ≦０．６５となっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機に関するものである。

回転電機において、コギングトルクを低減すべく分数スロットを採用することが行われている（例えば、特許文献１）。

特開２０１２−４４８１７号公報

ところが、分数スロットを採用すると、分数スロットではない一般的な回転電機（例えば、極数とスロット数との比が２対３の回転電機）に比べて、ステータコアのティースに集中巻きするコイルの結線が複雑化しやすく、コイルエンド長の増加、製造コストの増加につながる。

本発明の目的は、分数スロットを用いることなくコギングトルクを低減することができる回転電機を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、円筒状のステータコアを有するステータと、前記ステータコアの内周側において外周側がギャップを介して対向するように配置されるロータコアを有するロータと、を備え、前記ステータコアの内周面に開口し周方向に並設されたスロットの間に形成されたストレートティースにコイルが巻回され、前記ロータコアに平板状永久磁石が埋め込まれた回転電機であって、極数とスロット数との比が２対３であり、一極当たり１枚の平板状永久磁石を有し、前記ストレートティースの幅Ｗｔと前記平板状永久磁石の幅Ｗｍの比Ｗｔ／Ｗｍが、０．５５≦Ｗｔ／Ｗｍ≦０．６５となっていることを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、極数とスロット数との比が２対３であり、一極当たり１枚の平板状永久磁石を有し、ストレートティースの幅Ｗｔと平板状永久磁石の幅Ｗｍの比Ｗｔ／Ｗｍが、０．５５≦Ｗｔ／Ｗｍ≦０．６５となっていることにより、分数スロットを用いることなくコギングトルクを低減することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の回転電機において、０．６０≦Ｗｔ／Ｗｍ≦０．６５となっているとよい。

本発明によれば、分数スロットを用いることなくコギングトルクを低減することができる。

実施形態における回転電機の模式図。実施形態における回転電機の部分拡大模式図。平板状永久磁石の厚みを変えた時のストレートティースの幅Ｗｔと平板状永久磁石の幅Ｗｍの比Ｗｔ／Ｗｍに対するコギングトルクの測定結果を示す図。ストレートティースの幅を変えた時のストレートティースの幅Ｗｔと平板状永久磁石の幅Ｗｍの比Ｗｔ／Ｗｍに対するコギングトルクの測定結果を示す図。

図１に示すように、磁石埋込式の回転電機１０は、永久磁石埋込型のロータ（回転子）２０と、ステータ（固定子）１００とを備える。ステータ１００は、円筒状のステータコア１０１を有する。ロータ２０は、ロータコア３０を有する。ロータコア３０は、ステータコア１０１の内周側において外周側がギャップＧ（図２参照）を介して対向するように配置されている。回転電機１０は、極数が「１２」である。

図１，２に示すように、ステータコア１０１の内側には周方向に１８個のスロット１０２が形成されている。各スロット１０２はステータコア１０１の内周面に開口し、周方向に並設されている。スロット１０２の間にストレートティース１０３が形成されている。ストレートティース１０３は、鍔が設けられておらず、幅Ｗｔは一定である。

等間隔で設けられているストレートティース１０３には、３相交流が通電されるコイル（巻線）１０４が巻回されている。コイル１０４はストレートティース１０３に集中巻きされている。このように、ステータ１００は、内周側にコイル１０４が巻回されたストレートティース１０３が周方向に並設されている。

ロータコア３０は、略円板状の電磁鋼板を複数枚（例えば数十枚）積層して構成されている。ロータコア３０の中心にシャフト（図示略）が貫挿されている。ロータ２０は、ロータコア３０の外周面がストレートティース１０３と所定の間隔を置いた状態で、図示しないハウジングの軸受けにシャフトを介して回転可能に支持されている。

ロータコア３０には永久磁石埋込孔３１が形成され、永久磁石埋込孔３１は軸方向に延びている。永久磁石埋込孔３１には平板状永久磁石４０が挿入されている。詳しくは、ロータコア３０には、周方向において一極当たり１枚の平板状永久磁石４０が埋め込まれている。平板状永久磁石４０は、断面矩形の平板状に形成され、厚さ方向に着磁されている。本実施形態では、平板状永久磁石４０は希土類永久磁石である。

隣り合う領域（一極）に配置された平板状永久磁石４０同士は、ロータ２０の外周側が異なる極になるように配置されている。例えば、ある平板状永久磁石４０が、ストレートティース１０３側がＳ極になるように配置されると、隣の領域（一極）に配置される平板状永久磁石４０は、ストレートティース１０３側がＮ極になるように配置される。

ロータコア３０には、永久磁石埋込孔３１の周方向での端部に連続する状態でフラックスバリア（孔）３２，３３が設けられている。フラックスバリア３２，３３は軸方向に延びている。

ステータ１００は一極当たりのスロット数が「１．５」であり（一極当たりのティース数が「１．５」であり）、一極当たりの中心Ｏからの角度θｒは３０°である。即ち、極数Ｐ＝２、スロット数Ｓ＝３であり、極数Ｐとスロット数Ｓとの比が２対３の回転電機である。

ストレートティース１０３の幅Ｗｔと平板状永久磁石４０の幅Ｗｍの比Ｗｔ／Ｗｍが、０．５５≦Ｗｔ／Ｗｍ≦０．６５となっている。より詳しくは、０．６０≦Ｗｔ／Ｗｍ≦０．６５となっている。

次に、このように構成した回転電機１０の作用を説明する。
回転電機１０が駆動される場合は、ステータ１００のコイル１０４に３相の電流が供給されてステータ１００に回転磁界が発生し、ロータ２０に回転磁界が作用する。そして、回転磁界と平板状永久磁石４０との間の磁気的な吸引力および反発力によりロータ２０が回転磁界と同期して回転する。

ストレートティース１０３の幅Ｗｔと平板状永久磁石４０の幅Ｗｍの比Ｗｔ／Ｗｍが、０．５５≦Ｗｔ／Ｗｍ≦０．６５となっている。より詳しくは、０．６０≦Ｗｔ／Ｗｍ≦０．６５となっている。よって、コギングトルクの低減が図られる。

次に、図３を用いて、コギングトルクの計測結果について説明する。
図３において横軸に、ストレートティース１０３の幅Ｗｔと平板状永久磁石４０の幅Ｗｍの比Ｗｔ／Ｗｍをとっている。図３において縦軸に、コギングトルクをとっている。また、平板状永久磁石４０として、厚みｔｍを４．０ｍｍ、４．５ｍｍ、５．０ｍｍ、５．５ｍｍの４種類のものを用いている。ストレートティース１０３の幅Ｗｔは、３０ｍｍで固定である。

図３において、０．５５≦Ｗｔ／Ｗｍ≦０．６５の範囲においてはコギングトルクが低くなっていることがわかる。特に、０．６０≦Ｗｔ／Ｗｍ≦０．６５の範囲においてはコギングトルクがより低くなっていることがわかる。なお、Ｗｔ／Ｗｍが大きいものよりも小さいものの方がトルクを下げなくてもコギングトルクを減らすことができる。

このように、ストレートティースを用いた１２極１８スロットの回転電機において、ストレートティース１０３の幅Ｗｔに対する平板状永久磁石４０の幅Ｗｍを、適正な範囲で調整することで、コギングトルクの小さい回転電機を設計することができる。

詳しくは、ストレートティース１０３の幅Ｗｔ＝３０ｍｍに対し、４６．１ｍｍ〜５４．５ｍｍの平板状永久磁石４０の幅Ｗｍ（Ｗｔ／Ｗｍを０．５５〜０．６５）内で調整することで、コギングトルクを低減することができる。特に、ストレートティース１０３の幅Ｗｔ＝３０ｍｍに対し、４６．１ｍｍ〜５０ｍｍの平板状永久磁石４０の幅Ｗｍ（Ｗｔ／Ｗｍを０．６０〜０．６５）内で調整することで、コギングトルクをより低減することができる。

また、図３において、平板状永久磁石４０の厚みｔｍを変えても、同様の比率で設計することで、コギングトルクを低減できることがわかる。
このようにして、平板状永久磁石４０の幅Ｗｍの微調整のみで、コギングトルクの小さい回転電機の設計が可能となる。

図４において横軸に、ストレートティース１０３の幅Ｗｔと平板状永久磁石４０の幅Ｗｍの比Ｗｔ／Ｗｍをとっている。図４において縦軸に、コギングトルクをとっている。また、平板状永久磁石４０として、ストレートティース１０３の幅Ｗｔを２３ｍｍ、３０ｍｍの２種類のものを用いている。平板状永久磁石４０の厚みｔｍは、４．５ｍｍで固定である。

図４に示すように、ストレートティース１０３の幅Ｗｔを変えても、０．５５≦Ｗｔ／Ｗｍ≦０．６５の範囲においてはコギングトルクが低くなっていることがわかる。特に、０．６０≦Ｗｔ／Ｗｍ≦０．６５の範囲においてはコギングトルクがより低くなっていることがわかる。

また、分数スロットを用いると、ステータコアのティースに集中巻きするコイルの結線が複雑化しやすくコイルエンド長の増加、製造コストの増加につながる。本実施形態では、分数スロットではない回転電機（極数とスロット数との比が２対３の回転電機）を用いることにより永久磁石が大型化することがない。また、ステータコアのティースに集中巻きするコイルの結線が複雑化することもなく、コイルエンド長の増加を回避できるとともに製造コストの増加を回避できる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）回転電機の構成として、極数とスロット数との比が２対３であり、一極当たり１枚の平板状永久磁石４０を有する。また、平板状永久磁石４０の幅Ｗｍをストレートティース１０３の幅Ｗｔに対して一定の比、具体的には、ストレートティース１０３の幅Ｗｔと平板状永久磁石４０の幅Ｗｍの比Ｗｔ／Ｗｍが、０．５５≦Ｗｔ／Ｗｍ≦０．６５となっている。このことにより、コギングトルクを低減することができる。

（２）特に、０．６０≦Ｗｔ／Ｗｍ≦０．６５となっていることにより、コギングトルクをより低減することができる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。

・回転電機は、１２極１８スロットの回転電機であったが、これに限られず。極数とスロット数との比が２対３であればよい。

１０…回転電機、２０…ロータ、３０…ロータコア、４０…平板状永久磁石、１００…ステータ、１０１…ステータコア、１０２…スロット、１０３…ストレートティース、１０４…コイル、Ｇ…ギャップ。

Claims

円筒状のステータコアを有するステータと、
前記ステータコアの内周側において外周側がギャップを介して対向するように配置されるロータコアを有するロータと、
を備え、
前記ステータコアの内周面に開口し周方向に並設されたスロットの間に形成されたストレートティースにコイルが巻回され、
前記ロータコアに平板状永久磁石が埋め込まれた
回転電機であって、
極数とスロット数との比が２対３であり、
一極当たり１枚の平板状永久磁石を有し、
前記ストレートティースの幅Ｗｔと前記平板状永久磁石の幅Ｗｍの比Ｗｔ／Ｗｍが、
０．５５≦Ｗｔ／Ｗｍ≦０．６５
となっていることを特徴とする回転電機。
０．６０≦Ｗｔ／Ｗｍ≦０．６５
となっていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。