JP2017135853A - Rotary electric machine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress torque decrease in a rotary electric machine that utilizes an axial surface as a torque surface.SOLUTION: The present invention relates to a rotary electric machine in which a stator and a rotor are disposed oppositely and an axial surface is used as a torque surface. A stator 120 comprises: an annular yoke part 210; multiple teeth 220 that are disposed in a circumferential direction of the annular yoke part 210 and protrude towards the axial surface of the rotor in a rotation axis direction; and a slot 230 which is disposed between the adjacent teeth and to which a stator coil 240 is mounted. An inner diameter side cross-sectional area and an outer diameter side cross-sectional area of an electrification surface of the slot 230 are made equal, an inner diameter side shape and an outer diameter side shape of the electrification surface of the slot 230 are made different, and an axial length at an outer diameter side is made shorter than that at an inner diameter side.SELECTED DRAWING: Figure 2A

Description

本発明は回転電機に関し、特にステータ構造に関する。   The present invention relates to a rotating electrical machine, and more particularly to a stator structure.

従来から、アキシャル面をトルク発生面として利用するアキシャルモータあるいはアキシャルギャップ型モータ等の回転電機が提案されている。   Conventionally, rotating electric machines such as an axial motor or an axial gap type motor using an axial surface as a torque generating surface have been proposed.

特許文献1には、回転軸周りに回転可能なロータと、回転軸方向の少なくとも一方側からロータに対向配置されたステータとを備えるアキシャルギャップ型モータが記載されている。ステータは、環状のバックヨークと、該バックヨークの周方向の所定間隔毎の位置で回転軸方向にロータに向かい突出する複数のティースとを備え、ティースは略扇型のロータ対向面を有し、ティースのロータ対向面の周方向幅が径方向の一方から他方に向かい減少することに伴い、バックヨークの回転軸方向厚さが径方向の一方から他方に向かい減少傾向に変化することが記載されている。   Patent Document 1 describes an axial gap type motor including a rotor that can rotate around a rotation axis and a stator that is disposed to face the rotor from at least one side in the rotation axis direction. The stator includes an annular back yoke and a plurality of teeth projecting toward the rotor in the rotation axis direction at positions at predetermined intervals in the circumferential direction of the back yoke, and the teeth have a substantially fan-shaped rotor facing surface. As the circumferential width of the teeth facing the rotor decreases from one side to the other in the radial direction, the thickness of the back yoke in the rotational axis direction changes from one side to the other in the radial direction. Has been.

図15は、特許文献1に記載されたアキシャルギャップ型モータの分解斜視図である。アキシャルギャップ型モータ100は、回転軸Oまわりに回転可能に設けられた略円環状のロータ110と、回転軸O方向の両側から所定の空隙を介してロータ110を挟み込むようにして対向配置され、ロータ110を回転させる回転磁界を発生する複数相の各固定子巻線を有する1対のステータ120を備える。   FIG. 15 is an exploded perspective view of the axial gap type motor described in Patent Document 1. FIG. The axial gap type motor 100 is opposed to a substantially annular rotor 110 that is rotatably provided around the rotation axis O so as to sandwich the rotor 110 from both sides in the direction of the rotation axis O via a predetermined gap. A pair of stators 120 each having a plurality of phase stator windings that generate a rotating magnetic field for rotating the rotor 110 are provided.

ステータ120は、略円環板状のヨーク部210と、ロータ110に対向するヨーク部210の対向面上で周方向に所定間隔をおいた位置から回転軸O方向にロータ110に向かい突出すると共に径方向に延びる複数のティース220と、周方向で隣り合うティース220間のスロット230に装着される固定子巻線を備える。ステータ120は、ヨーク部210の端面上に設けられた複数のボルト穴を用いてハウジングに固定される。   The stator 120 protrudes toward the rotor 110 in the direction of the rotation axis O from a position at a predetermined interval in the circumferential direction on the substantially annular plate-shaped yoke portion 210 and a facing surface of the yoke portion 210 facing the rotor 110. A plurality of teeth 220 extending in the radial direction and a stator winding mounted in a slot 230 between adjacent teeth 220 in the circumferential direction are provided. The stator 120 is fixed to the housing using a plurality of bolt holes provided on the end surface of the yoke part 210.

図16は、ステータ120の上面図である。各ティース220間のスロット230の内径側の幅aと外径側の幅bは同一(a=b)である。   FIG. 16 is a top view of the stator 120. The width a on the inner diameter side and the width b on the outer diameter side of the slot 230 between the teeth 220 are the same (a = b).

特開2009−95086号公報JP 2009-95086 A

従来技術では、外径側ほど磁束量が増加することに着目して、バックヨークについて外径側で断面積を大きくしているが、ティース間のスロットの内径側の幅aと外径側の幅bを同一としその断面積を内径側と外径側で同一としている。ティース形状はこのようなスロット形状に応じて決定されるので、ロータ側の磁石の形状の略扇形に一致しておらず、径方向で磁束密度が不均一となって局所的な磁気飽和が生じ易く、トルクが減少してしまう問題がある。   In the prior art, focusing on the fact that the amount of magnetic flux increases toward the outer diameter side, the cross-sectional area of the back yoke is increased on the outer diameter side, but the width a on the inner diameter side of the slot between the teeth and the outer diameter side The width b is the same, and the cross-sectional area is the same on the inner diameter side and the outer diameter side. Since the tooth shape is determined according to such a slot shape, the shape of the magnet on the rotor side does not coincide with the substantially fan shape, and the magnetic flux density is uneven in the radial direction, causing local magnetic saturation. There is a problem that the torque is easily reduced.

他方、図17に示すように、スロットの内径側の幅aと外径側の幅bを同一としつつ、回転軸Oの中心O’から放射状に延びる線に沿ってティース220の側面を成形することでティース220のロータ対向面を略扇形とすることも考えられるが、この場合にはティース220の外径側の幅が図16の場合と比較して短くなってしまい、磁束が通過するティースの断面積が減少して磁気抵抗が増大してしまう。   On the other hand, as shown in FIG. 17, the side surface of the tooth 220 is formed along a line extending radially from the center O ′ of the rotation axis O while making the width a on the inner diameter side of the slot the same as the width b on the outer diameter side. Therefore, it is conceivable that the rotor-facing surface of the teeth 220 has a substantially sector shape. In this case, however, the width of the outer diameter side of the teeth 220 is shorter than that in the case of FIG. As a result, the cross-sectional area decreases and the magnetic resistance increases.

本願発明者等は、図17に示すティース220の形状、いわゆる放射状ティースでは、図16の場合と比べてトルクが3.9%減少してしまうことをコンピュータによる磁気解析で確認している。   The present inventors have confirmed by a computer magnetic analysis that the torque is reduced by 3.9% in the shape of the tooth 220 shown in FIG. 17, that is, a so-called radial tooth, as compared with the case of FIG.

本発明は、かかる従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、アキシャル面をトルク面として利用する回転電機において、トルク減少を抑制することにある。   The present invention has been made in view of the problems of the related art, and an object of the present invention is to suppress torque reduction in a rotating electrical machine that uses an axial surface as a torque surface.

本発明の回転電機は、ステータとロータが対向配置され、アキシャル面をトルク面として用いる回転電機であって、ステータは、環状のヨーク部と、環状のヨーク部の周方向に配置され、回転軸方向にロータのアキシャル面に向かって突出する複数のティースと、隣り合うティースの間に配置され、固定子巻線が装着されるスロットとを備え、スロットの通電面の内径側断面積と外径側断面積を同一とし、スロットの通電面の内径側形状と外径側形状が異なることを特徴とする。   A rotating electrical machine according to the present invention is a rotating electrical machine in which a stator and a rotor are opposed to each other, and an axial surface is used as a torque surface. The stator is disposed in the circumferential direction of the annular yoke portion and the annular yoke portion, and the rotating shaft A plurality of teeth projecting in the direction toward the axial surface of the rotor and a slot disposed between adjacent teeth and fitted with a stator winding, and an inner diameter side cross-sectional area and an outer diameter of a current-carrying surface of the slot The side cross-sectional areas are the same, and the inner diameter side shape and the outer diameter side shape of the current-carrying surface of the slot are different.

本発明の1つの実施形態では、スロットの通電面の内径側形状と外径側形状はともに矩形状であり、アスペクト比が互いに異なる。   In one embodiment of the present invention, the inner diameter side shape and the outer diameter side shape of the current-carrying surface of the slot are both rectangular and have different aspect ratios.

本発明の他の実施形態では、スロットの通電面の外径側の幅は内径側の幅よりも長く、スロットの通電面の外径側の軸長は内径側の軸長よりも短い。
本発明のさらに他の実施形態では、環状のヨーク部の外径側の軸長は内径側の軸長よりも長い。
In another embodiment of the present invention, the outer diameter side width of the current-carrying surface of the slot is longer than the width on the inner diameter side, and the axial length of the outer-diameter side of the current-carrying surface of the slot is shorter than the axial length of the inner diameter side.
In yet another embodiment of the present invention, the axial length of the annular yoke portion on the outer diameter side is longer than the axial length on the inner diameter side.

本発明のさらに他の実施形態では、ティースは略扇形のロータ対向面を有する。   In still another embodiment of the present invention, the teeth have a substantially fan-shaped rotor facing surface.

本発明によれば、スロットの通電面の内径側形状と外径側形状を異ならせ、外径側における磁石磁束の磁路長を調整することで磁気抵抗及び漏れ磁束を減少させ、トルク減少を抑制できる。また、本発明によれば、スロットの通電面の内径側形状と外径側形状を異ならせるとともに、ティースのロータ対向面の形状を略扇形とすることで、径方向での磁束密度を均一化してトルク減少をさらに抑制できる。   According to the present invention, the inner diameter side shape and the outer diameter side shape of the current-carrying surface of the slot are made different, and the magnetic path length of the magnet magnetic flux on the outer diameter side is adjusted to reduce the magnetic resistance and the leakage magnetic flux, thereby reducing the torque. Can be suppressed. In addition, according to the present invention, the inner diameter side shape and the outer diameter side shape of the current-carrying surface of the slot are made different, and the shape of the teeth facing the rotor is made substantially fan-shaped, so that the magnetic flux density in the radial direction is made uniform. Thus, torque reduction can be further suppressed.

第1実施形態のステータの上面図である。It is a top view of the stator of the first embodiment. 第1実施形態のステータの斜視図である。It is a perspective view of the stator of 1st Embodiment. 第1実施形態の固定子巻線(スロット)の模式的斜視図である。It is a typical perspective view of the stator winding | coil (slot) of 1st Embodiment. 第1実施形態のヨーク部の斜視図である。It is a perspective view of the yoke part of 1st Embodiment. 第1実施形態の磁気解析結果を示すグラフである。It is a graph which shows the magnetic analysis result of 1st Embodiment. 第2実施形態のヨーク部の斜視図である。It is a perspective view of the yoke part of 2nd Embodiment. 第2実施形態の磁気解析結果を示すグラフである。It is a graph which shows the magnetic analysis result of 2nd Embodiment. 第3実施形態のヨーク部の斜視図である。It is a perspective view of the yoke part of 3rd Embodiment. 第4実施形態の回転電機の基本概略構成を示す図(その1)である。It is FIG. (1) which shows the basic schematic structure of the rotary electric machine of 4th Embodiment. 第4実施形態の回転電機の基本概略構成を示す図(その2)である。It is FIG. (2) which shows the basic schematic structure of the rotary electric machine of 4th Embodiment. 第4実施形態の回転電機の基本概略構成を示す図(その3)である。It is FIG. (3) which shows the basic schematic structure of the rotary electric machine of 4th Embodiment. 第4実施形態の回転電機の基本概略構成を示す図(その4)である。It is FIG. (The 4) which shows the basic schematic structure of the rotary electric machine of 4th Embodiment. 第4実施形態の回転電機の基本概略構成を示す図(その5)である。It is FIG. (The 5) which shows the basic schematic structure of the rotary electric machine of 4th Embodiment. 第4実施形態の回転電機の基本概略構成を示す図(その6)である。It is FIG. (6) which shows the basic schematic structure of the rotary electric machine of 4th Embodiment. 第4実施形態のヨーク部の斜視図である。It is a perspective view of the yoke part of 4th Embodiment. アキシャルギャップ型モータの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of an axial gap type motor. 図15に示すモータのステータ上面図である。It is a stator top view of the motor shown in FIG. 図15に示すモータの他のステータ上面図である。FIG. 16 is a top view of another stator of the motor shown in FIG. 15.

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
<第1実施形態>
本実施形態のアキシャルギャップ型の回転電機の全体構成は、図15に示すアキシャルギャップ型モータの全体構成と略同一である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
The overall configuration of the axial gap type rotating electrical machine of this embodiment is substantially the same as the overall configuration of the axial gap type motor shown in FIG.

すなわち、回転軸Oまわりに回転可能に設けられた略円環状のロータ110と、回転軸O方向の両側から所定の空隙を介してロータ110を挟み込むようにして対向配置され、ロータ110を回転させる回転磁界を発生する複数相の各固定子巻線を有する1対のステータ120を備える。   That is, the substantially annular rotor 110 provided to be rotatable around the rotation axis O is disposed opposite to the rotor 110 so as to sandwich the rotor 110 from both sides in the direction of the rotation axis O via a predetermined gap, and the rotor 110 is rotated. A pair of stators 120 each having a plurality of stator windings that generate a rotating magnetic field are provided.

ステータ120は、略円環板状のヨーク部210と、ロータ110に対向するヨーク部210の対向面上で周方向に所定間隔をおいた位置から回転軸O方向にロータ110に向かい突出すると共に径方向に延びる複数のティース220と、周方向で隣り合うティース220間のスロット230に装着される固定子巻線を備える。ステータ120は、ヨーク部210の端面上に設けられた複数のボルト穴を用いてハウジングに固定される。   The stator 120 protrudes toward the rotor 110 in the direction of the rotation axis O from a position at a predetermined interval in the circumferential direction on the substantially annular plate-shaped yoke portion 210 and a facing surface of the yoke portion 210 facing the rotor 110. A plurality of teeth 220 extending in the radial direction and a stator winding mounted in a slot 230 between adjacent teeth 220 in the circumferential direction are provided. The stator 120 is fixed to the housing using a plurality of bolt holes provided on the end surface of the yoke part 210.

但し、本実施形態におけるステータ120は、図15に示すステータ120とは、ティース220の形状及びスロット230の形状が相違する。   However, the stator 120 in this embodiment is different from the stator 120 shown in FIG. 15 in the shape of the teeth 220 and the shape of the slots 230.

図1は、本実施形態におけるステータ120の上面図である。各ティース220間のスロット230の内径側の幅aと外径側の幅bは同一でなく、内径側の幅aよりも外径側の幅bの方が大きく、a<bである。また、回転軸Oの中心O’から放射状に延びる線に沿ってティース220の側面を成形することでティース220のロータ対向面の形状を略扇形としている。図17に示す放射状ティースと同様である。   FIG. 1 is a top view of the stator 120 in the present embodiment. The width a on the inner diameter side and the width b on the outer diameter side of the slots 230 between the teeth 220 are not the same, and the width b on the outer diameter side is larger than the width a on the inner diameter side, and a <b. Further, by forming the side surface of the tooth 220 along a line extending radially from the center O ′ of the rotation axis O, the shape of the rotor-facing surface of the tooth 220 is substantially fan-shaped. This is the same as the radial teeth shown in FIG.

さらに、スロット230の回転軸O方向(図1において紙面に対して直交方向)の長さ(軸長)は内径側と外径側で同一ではなく、内径側の長さよりも外径側の長さを小さくする。   Further, the length (axial length) of the slot 230 in the rotation axis O direction (perpendicular to the paper surface in FIG. 1) is not the same on the inner diameter side and the outer diameter side, and is longer on the outer diameter side than the inner diameter side. Reduce the thickness.

つまり、本実施形態では、固定子巻線が装着されるスロット230の通電面の断面積は内径側と外径側で同一であり、内径側の幅aよりも外径側の幅bの方を大きくするとともに、外径側の軸長を内径側の軸長よりも小さくする。   In other words, in this embodiment, the cross-sectional area of the energizing surface of the slot 230 in which the stator winding is mounted is the same on the inner diameter side and the outer diameter side, and the width b on the outer diameter side is larger than the width a on the inner diameter side. And the axial length on the outer diameter side is made smaller than the axial length on the inner diameter side.

図2Aは、本実施形態のステータ120の斜視図を示す。ティース220に固定子巻線240を巻回した状態である。また、図2Bは、図2Aにおけるスロット230に装着される固定子巻線240のみを取り出した拡大図である。   FIG. 2A shows a perspective view of the stator 120 of the present embodiment. The stator winding 240 is wound around the teeth 220. 2B is an enlarged view in which only the stator winding 240 mounted in the slot 230 in FIG. 2A is taken out.

図2A及び図2Bにおいて、回転軸O方向のスロット230の内径側の軸長をc、外径側の軸長をdで示す。図16に示す従来のステータ120ではc=dであるが、本実施形態ではc>dである。言い換えれば、スロット230に装着される固定子巻線240の内径側の通電面の断面積S1と外径側の通電面の断面積S2を同一とすべく、内径側の幅aと外径側の幅bを
a<b
とするとともに、内径側の軸長cと外径側の軸長dを
c>d
として、
S1=a・c=b・d=S2
としたものである。
2A and 2B, the axial length on the inner diameter side of the slot 230 in the direction of the rotation axis O is indicated by c, and the axial length on the outer diameter side is indicated by d. In the conventional stator 120 shown in FIG. 16, c = d, but in this embodiment, c> d. In other words, in order to make the cross-sectional area S1 of the current-carrying surface on the inner-diameter side of the stator winding 240 mounted in the slot 230 the same as the cross-sectional area S2 of the current-carrying surface on the outer-diameter side, Width b of a <b
And the axial length c on the inner diameter side and the axial length d on the outer diameter side are c> d
As
S1 = a · c = b · d = S2
It is what.

スロット230の通電面の断面積は、図2Bに示すように内径側及び外径側ともに矩形状であり、
a<b
c>d
とすることは、内径側の通電面と外径側の通電面の形状を互いに異ならせ、より特定的には、内径側の矩形状通電面のアスペクト比と、外径側の矩形状通電面のアスペクト比を互いに異ならせるものである。これに対し、図16あるいは図17のステータ120では、内径側の矩形状通電面のアスペクト比と、外径側の矩形状通電面のアスペクト比は互いに同一である。
The cross-sectional area of the energizing surface of the slot 230 is a rectangular shape on both the inner diameter side and the outer diameter side as shown in FIG. 2B.
a <b
c> d
Is different from each other in the shape of the current-carrying surface on the inner diameter side and the current-carrying surface on the outer diameter side, and more specifically, the aspect ratio of the rectangular current-carrying surface on the inner diameter side and the rectangular current-carrying surface on the outer diameter side Are different from each other in aspect ratio. On the other hand, in the stator 120 of FIG. 16 or FIG. 17, the aspect ratio of the rectangular energizing surface on the inner diameter side and the aspect ratio of the rectangular energizing surface on the outer diameter side are the same.

なお、スロット230の軸長はティース220の軸長であるから、スロット230の内径側の軸長cと外径側の軸長dを
c>d
とすることは、ティース220の内径側の軸長cと外径側の軸長dを
c>d
とすることと等価である。
Since the axial length of the slot 230 is the axial length of the tooth 220, the axial length c on the inner diameter side and the axial length d on the outer diameter side of the slot 230 are set as c> d
Is that the axial length c on the inner diameter side and the axial length d on the outer diameter side of the tooth 220 are c> d
Is equivalent to

このように、本実施形態のステータ120によれば、ティース220の外径側の軸長dが内径側よりも短くなっており、すなわち図16に示す従来のティース220よりも短くなっているので、磁石磁束の磁路長が短くなり、磁気抵抗が減少する。また、ティース220の外径側の軸長dが短くなったことで、ヨーク部210部まで到達せず、隣り合うティース220間で短絡する漏れ磁束も低減できる。さらに、ティース220のロータ対向面の形状を略扇形としているので、径方向で磁束密度を均一化して局所的な磁気飽和を防止し、結果としてトルクの減少を抑制できる。   Thus, according to the stator 120 of the present embodiment, the axial length d on the outer diameter side of the tooth 220 is shorter than the inner diameter side, that is, shorter than the conventional tooth 220 shown in FIG. The magnetic path length of the magnet magnetic flux is shortened, and the magnetic resistance is reduced. Further, since the axial length d on the outer diameter side of the tooth 220 is shortened, leakage magnetic flux that does not reach the yoke part 210 and is short-circuited between adjacent teeth 220 can be reduced. Furthermore, since the shape of the rotor facing surface of the teeth 220 is substantially fan-shaped, the magnetic flux density is made uniform in the radial direction to prevent local magnetic saturation, and as a result, torque reduction can be suppressed.

なお、ティース220の外径側の軸長dを内径側よりも短くしているが、ヨーク部210については従来と同様に内径側と外径側とで同一のまま維持してもよい。磁気回路上(磁束密度の均一化)、従来形状とヨーク部210の磁束通過断面積は同一でよいからである。図3は、この場合のヨーク部210の斜視図を示す。ティース220の外径側の軸長dが短くなった分、ヨーク部210の外径部をギャップ面に近づける。   Although the axial length d on the outer diameter side of the tooth 220 is shorter than the inner diameter side, the yoke portion 210 may be kept the same on the inner diameter side and the outer diameter side as in the prior art. This is because the magnetic flux passage cross-sectional area of the conventional shape and the yoke portion 210 may be the same on the magnetic circuit (uniform magnetic flux density). FIG. 3 shows a perspective view of the yoke part 210 in this case. As the axial length d on the outer diameter side of the tooth 220 is shortened, the outer diameter portion of the yoke portion 210 is brought closer to the gap surface.

図4は、コンピュータによる磁気解析結果であり、本実施形態(実施形態1)における回転電機のトルクと図16に示す従来の回転電機のトルクを対比して示す。本実施形態では、従来に比べてトルクが2.3%増大する。   FIG. 4 shows the result of magnetic analysis by a computer, and shows the torque of the rotating electrical machine in this embodiment (Embodiment 1) and the torque of the conventional rotating electrical machine shown in FIG. In this embodiment, the torque is increased by 2.3% compared to the conventional case.

<第2実施形態>
図5は、本実施形態におけるステータ120の斜視図である。
Second Embodiment
FIG. 5 is a perspective view of the stator 120 in the present embodiment.

図3に示すステータ120では、ヨーク部210の内径側の軸長と外径側の軸長は同一であるが、本実施形態ではヨーク部210の内径側の軸長eと外径側の軸長fはe<fの関係にある。   In the stator 120 shown in FIG. 3, the axial length on the inner diameter side and the axial length on the outer diameter side of the yoke portion 210 are the same, but in this embodiment, the axial length e on the inner diameter side of the yoke portion 210 and the outer diameter side shaft. The length f has a relationship of e <f.

すなわち、本実施形態でも、第1実施形態と同様にティース220のロータ対向面の形状を略扇形とし、スロット230あるいはティース220の内径側の軸長cと外径側の軸長dは
c>d
の関係にあるが、ティース210の外径側の軸長dを内径側よりも短くした分だけ、ヨーク部210の外径側の軸長fを内径側よりも長くする。
That is, also in the present embodiment, the shape of the rotor facing surface of the tooth 220 is substantially fan-shaped as in the first embodiment, and the axial length c on the inner diameter side of the slot 230 or the tooth 220 and the axial length d on the outer diameter side are c> d
However, the shaft length f on the outer diameter side of the yoke portion 210 is made longer than that on the inner diameter side by the amount that the shaft length d on the outer diameter side of the tooth 210 is made shorter than that on the inner diameter side.

このように、ヨーク部210の外径側の軸長fを長くすることで、ヨーク部210の磁束通過断面積が増大することになるから磁気抵抗が減少し、第1実施形態よりもさらにトルクが増大する。   In this way, by increasing the axial length f on the outer diameter side of the yoke part 210, the magnetic flux passage cross-sectional area of the yoke part 210 is increased, so that the magnetic resistance is reduced and the torque is further increased than in the first embodiment. Will increase.

図6は、コンピュータによる磁気解析結果であり、本実施形態(実施形態2)における回転電機のトルクと図16に示す従来の回転電機のトルクを対比して示す。本実施形態では、従来に比べてトルクが4.4%増大する。   FIG. 6 shows the magnetic analysis results by the computer, and shows the torque of the rotating electrical machine in the present embodiment (Embodiment 2) and the torque of the conventional rotating electrical machine shown in FIG. In this embodiment, the torque is increased by 4.4% compared to the conventional case.

<第3実施形態>
第2実施形態では、ティース220のロータ対向面の形状を略扇形としているが、他の形状としてもよい。
<Third Embodiment>
In 2nd Embodiment, although the shape of the rotor opposing surface of the teeth 220 is made into the substantially fan shape, it is good also as another shape.

図7は、本実施形態におけるステータ120の斜視図である。ティース220のロータ対向面の形状を略扇形の代わりにストレート形状としたものである。この場合においても、第1実施形態と同様に、ティース220の外径側の軸長が従来よりも短くなっているので、磁石磁束の磁路長が短くなり、磁気抵抗が減少する。また、ティース220の外径側の軸長が短くなったことで、ヨーク部210部まで到達せず、隣り合うティース220間で短絡する漏れ磁束も低減できる。さらに、第2実施形態と同様に、ヨーク部210の磁束通過断面積が増大することになるから磁気抵抗が減少してトルクが増大する。   FIG. 7 is a perspective view of the stator 120 in the present embodiment. The shape of the tooth-facing surface of the tooth 220 is a straight shape instead of a substantially fan shape. Also in this case, as in the first embodiment, since the axial length of the tooth 220 on the outer diameter side is shorter than the conventional one, the magnetic path length of the magnet magnetic flux is shortened, and the magnetic resistance is reduced. Further, since the axial length of the tooth 220 on the outer diameter side is shortened, leakage magnetic flux that does not reach the yoke portion 210 and is short-circuited between adjacent teeth 220 can be reduced. Further, similarly to the second embodiment, the magnetic flux passage cross-sectional area of the yoke portion 210 increases, so that the magnetic resistance decreases and the torque increases.

<第4実施形態>
第1〜第3実施形態では、アキシャル面をトルク面として利用するアキシャルギャップ型回転電機に適用した例を示したが、アキシャル面とラジアル面をトルク面として利用する回転電機にも適用することができる。本実施形態では、この場合について説明する。
<Fourth embodiment>
In the first to third embodiments, an example is shown in which an axial gap type rotating electrical machine that uses an axial surface as a torque surface is shown. However, the present invention can also be applied to a rotating electrical machine that uses an axial surface and a radial surface as a torque surface. it can. In this embodiment, this case will be described.

図8〜図12は、回転電機10の概略構成を示す図である。図8、図9は回転軸22と直交する方向から見たロータ及びステータの内部構成の概略を示す断面図であり、図10はロータの構成を示す斜視図であり、図11、図12はステータの構成を示す斜視図である。図8は図10のA−A断面に相当する位置での断面図を示し、図9は図10のB−B断面に相当する位置での断面図を示す。   8-12 is a figure which shows schematic structure of the rotary electric machine 10. As shown in FIG. 8 and 9 are cross-sectional views showing an outline of the internal configuration of the rotor and the stator as viewed from the direction orthogonal to the rotation shaft 22, FIG. 10 is a perspective view showing the configuration of the rotor, and FIGS. It is a perspective view which shows the structure of a stator. 8 shows a cross-sectional view at a position corresponding to the AA cross section of FIG. 10, and FIG. 9 shows a cross-sectional view at a position corresponding to the BB cross section of FIG.

回転電機10は、ケーシング11に固定されたステータ12と、ステータ12と対向配置され、ステータ12に対し回転可能なロータを備える。ロータは、ロータ回転軸線(回転軸22)と直交する径方向(以下単に径方向とする)においてステータ12と対向配置されたラジアルロータ14と、ロータ回転軸線(回転軸22)と平行方向(以下回転軸方向とする)においてステータ12と対向配置され、ラジアルロータ14と機械的かつ磁気的に連結された2つのアキシャルロータ64,84を有する。ラジアルロータ14及びアキシャルロータ64,84はいずれも非磁性の回転軸22に機械的に連結されており、ラジアルロータ14とアキシャルロータ64,84と回転軸22とが一体となって回転する。図1〜図5に示す例では、ラジアルロータ14がステータ12の径方向内側に配置され、ステータ12の内周面(ラジアル面)と所定の空隙(エアギャップ)を空けて対向している。また、2つのアキシャルロータ64,84が、ステータ12の回転軸方向外側にステータ12を挟んで配置され、ステータ12の両側面(アキシャル面)と所定の空隙を空けて対向している。   The rotating electrical machine 10 includes a stator 12 fixed to the casing 11 and a rotor that is disposed to face the stator 12 and is rotatable with respect to the stator 12. The rotor includes a radial rotor 14 disposed opposite to the stator 12 in a radial direction (hereinafter simply referred to as radial direction) orthogonal to the rotor rotation axis (rotation axis 22), and a direction parallel to the rotor rotation axis (rotation axis 22) (hereinafter referred to as “rotation axis 22”). The axial rotor 64 has two axial rotors 64 and 84 that are disposed opposite to the stator 12 and mechanically and magnetically coupled to the radial rotor 14. Both the radial rotor 14 and the axial rotors 64 and 84 are mechanically connected to the nonmagnetic rotating shaft 22, and the radial rotor 14, the axial rotors 64 and 84, and the rotating shaft 22 rotate as a unit. In the example shown in FIGS. 1 to 5, the radial rotor 14 is disposed on the radially inner side of the stator 12, and faces the inner peripheral surface (radial surface) of the stator 12 with a predetermined gap (air gap). Two axial rotors 64 and 84 are arranged on the outer side in the rotation axis direction of the stator 12 with the stator 12 interposed therebetween, and are opposed to both side surfaces (axial surfaces) of the stator 12 with a predetermined gap.

ステータ12は、環状コア部26と、この環状コア部26にトロイダル巻きされた複数相(例えば3相)の電機子巻線28を含む。ステータ12には、環状コア部26の内周面から径方向(径方向内側)にラジアルロータ14へ向けて突出する複数のラジアルティース30がロータ回転軸線まわりの周方向(以下単に周方向とする)に沿って互いに間隔をおいて(等間隔で)配列されており、各ラジアルティース30間にスロットが形成されている。さらに、ステータ12には、環状コア部26の両側面から回転軸方向(回転軸方向外側)にアキシャルロータ64へ向けて突出する複数(ラジアルティース30と同数)のアキシャルティース80が周方向に沿って互いに間隔をおいて(等間隔で)配列されており、各アキシャルティース80間にスロットが形成されている。ラジアルティース30とアキシャルティース80は、周方向に関する位置が互いにずれることなく配置され、ラジアルティース30間のスロットとアキシャルティース80間のスロットも、周方向に関する位置が互いにずれることなく配置されている。3相の電機子巻線28は、ラジアルティース30間のスロット及びアキシャルティース80間のスロットを通って(例えば分布巻等で)トロイダル巻きされている。ここでの環状コア部26、ラジアルティース30、及びアキシャルティース80、つまりステータ12の鉄心部分については、例えば、鉄等の強磁性体の微小粒の表面に電気を通さない膜のコーティングを施した粉体を押し固めた圧粉磁心材料等の3次元等方性磁性材料により成形することができる。   The stator 12 includes an annular core portion 26 and a plurality of (for example, three-phase) armature windings 28 that are toroidally wound around the annular core portion 26. The stator 12 has a plurality of radial teeth 30 projecting radially from the inner peripheral surface of the annular core portion 26 toward the radial rotor 14 in the radial direction (inward in the radial direction). ) Are spaced apart from each other (at equal intervals), and slots are formed between the radial teeth 30. Further, the stator 12 has a plurality (same number as the radial teeth 30) of axial teeth 80 protruding in the circumferential direction from both side surfaces of the annular core portion 26 toward the axial rotor 64 in the rotation axis direction (rotation axis direction outer side). Are arranged at equal intervals (equal intervals), and slots are formed between the axial teeth 80. The radial teeth 30 and the axial teeth 80 are arranged so that their positions in the circumferential direction are not shifted from each other, and the slots between the radial teeth 30 and the slots between the axial teeth 80 are also arranged so that their positions in the circumferential direction are not shifted from each other. The three-phase armature windings 28 are toroidally wound through slots between the radial teeth 30 and slots between the axial teeth 80 (for example, with distributed winding). The annular core portion 26, the radial teeth 30 and the axial teeth 80, that is, the iron core portion of the stator 12, for example, was coated with a film that does not conduct electricity on the surface of ferromagnetic fine particles such as iron. It can be formed of a three-dimensional isotropic magnetic material such as a dust core material obtained by compacting powder.

ラジアルロータ14は、略円筒形状のラジアルコア16と、径方向においてステータ12(ラジアルティース30)と対向してラジアルコア16の外周部に配設された複数のラジアル永久磁石18を含む。ラジアルコア16の外周部には、ステータ12(ラジアルティース30)へ向けて径方向外側に突出した複数(ラジアル永久磁石18と同数)のラジアル突極部19が周方向に沿って互いに間隔をおいて(等間隔で)配列されている。各ラジアル突極部19は、径方向においてステータ12(ラジアルティース30)と対向している。複数のラジアル永久磁石18は、周方向に沿って互いに間隔をおいて(等間隔で)配列され、周方向に関して各ラジアル突極部19間の位置に配置されている。つまり、各ラジアル永久磁石18は、ラジアル突極部19に対して周方向に関する位置をずらして配置されており、周方向においてラジアル永久磁石18とラジアル突極部19とが交互に並んでいる。各ラジアル永久磁石18の着磁方向は互いに同方向であり、各ラジアル永久磁石18の表面(ステータ12と対向する磁極面)は互いに同じ極性(例えばN極)に着磁されている。   The radial rotor 14 includes a substantially cylindrical radial core 16 and a plurality of radial permanent magnets 18 disposed on the outer peripheral portion of the radial core 16 so as to face the stator 12 (radial teeth 30) in the radial direction. A plurality of radial salient pole portions 19 (the same number as the radial permanent magnets 18) projecting radially outward toward the stator 12 (radial teeth 30) are spaced apart from each other along the circumferential direction on the outer peripheral portion of the radial core 16. And are arranged at regular intervals. Each radial salient pole portion 19 faces the stator 12 (radial teeth 30) in the radial direction. The plurality of radial permanent magnets 18 are arranged at regular intervals (equal intervals) along the circumferential direction, and are arranged at positions between the radial salient pole portions 19 in the circumferential direction. That is, each radial permanent magnet 18 is arranged with a position in the circumferential direction shifted from the radial salient pole portion 19, and the radial permanent magnet 18 and the radial salient pole portion 19 are alternately arranged in the circumferential direction. The radial permanent magnets 18 are magnetized in the same direction, and the surface of each radial permanent magnet 18 (the magnetic pole surface facing the stator 12) is magnetized to the same polarity (for example, N pole).

アキシャルロータ64は、略環状のアキシャルコア66と、回転軸方向においてステータ12(アキシャルティース80)と対向してアキシャルコア66の側面に配設された複数のアキシャル永久磁石68と、を含む。アキシャルコア66は、ラジアルコア16と機械的且つ磁気的に連結されている。アキシャルコア66の側面には、ステータ12(アキシャルティース80)へ向けて回転軸方向(回転軸方向内側)に突出した複数(アキシャル永久磁石68と同数)のアキシャル突極部69が周方向に沿って互いに間隔をおいて(等間隔で)配列されている。各アキシャル突極部69は、回転軸方向においてステータ12(アキシャルティース80)と対向している。複数のアキシャル永久磁石68は、周方向に沿って互いに間隔をおいて(等間隔で)配列され、周方向に関して各アキシャル突極部69間の位置に配置されている。つまり、図13に示すように、各アキシャル永久磁石68は、アキシャル突極部69に対して周方向に関する位置をずらして配置されており、周方向においてアキシャル永久磁石68とアキシャル突極部69とが交互に並んでいる。各アキシャル永久磁石68の着磁方向は互いに同方向であり、各アキシャル永久磁石68の表面(ステータ12と対向する磁極面)は互いに同じ極性(例えばS極)に着磁されている。   The axial rotor 64 includes a substantially annular axial core 66 and a plurality of axial permanent magnets 68 disposed on the side surface of the axial core 66 so as to face the stator 12 (axial teeth 80) in the rotation axis direction. The axial core 66 is mechanically and magnetically coupled to the radial core 16. A plurality of (same number as the axial permanent magnets 68) axial salient pole portions 69 projecting in the rotation axis direction (inward in the rotation axis direction) toward the stator 12 (axial teeth 80) are provided on the side surface of the axial core 66 along the circumferential direction. Are arranged at regular intervals (equal intervals). Each axial salient pole portion 69 faces the stator 12 (axial teeth 80) in the rotation axis direction. The plurality of axial permanent magnets 68 are arranged at regular intervals (equal intervals) along the circumferential direction, and are arranged at positions between the axial salient pole portions 69 in the circumferential direction. That is, as shown in FIG. 13, each axial permanent magnet 68 is arranged with a position in the circumferential direction shifted from the axial salient pole portion 69, and the axial permanent magnet 68 and the axial salient pole portion 69 are arranged in the circumferential direction. Are lined up alternately. The magnetization directions of the axial permanent magnets 68 are the same, and the surfaces of the axial permanent magnets 68 (the magnetic pole surfaces facing the stator 12) are magnetized to the same polarity (for example, S pole).

同様に、アキシャルロータ84は、略環状のアキシャルコア86と、回転軸方向においてステータ12(アキシャルティース80)と対向してアキシャルコア86の側面に配設された複数のアキシャル永久磁石88と、を含む。アキシャルコア86は、ラジアルコア16と機械的且つ磁気的に連結されている。アキシャルコア86の側面には、ステータ12(アキシャルティース80)へ向けて回転軸方向(回転軸方向内側)に突出した複数(アキシャル永久磁石88と同数)のアキシャル突極部89が周方向に沿って互いに間隔をおいて(等間隔で)配列されている。各アキシャル突極部89は、回転軸方向においてステータ12(アキシャルティース80)と対向している。複数のアキシャル永久磁石88は、周方向に沿って互いに間隔をおいて(等間隔で)配列され、周方向に関して各アキシャル突極部89間の位置に配置されている。   Similarly, the axial rotor 84 includes a substantially annular axial core 86 and a plurality of axial permanent magnets 88 disposed on the side surface of the axial core 86 so as to face the stator 12 (axial teeth 80) in the rotation axis direction. Including. The axial core 86 is mechanically and magnetically coupled to the radial core 16. A plurality of (same number as the axial permanent magnets 88) axial salient pole portions 89 projecting in the rotational axis direction (inward in the rotational axis direction) toward the stator 12 (axial teeth 80) are provided on the side surface of the axial core 86 along the circumferential direction. Are arranged at regular intervals (equal intervals). Each axial salient pole portion 89 faces the stator 12 (axial teeth 80) in the rotation axis direction. The plurality of axial permanent magnets 88 are arranged at regular intervals (equal intervals) along the circumferential direction, and are arranged at positions between the axial salient pole portions 89 in the circumferential direction.

アキシャル永久磁石88はアキシャル永久磁石68と同数設けられ、アキシャル突極部89もアキシャル突極部69と同数設けられている。アキシャル永久磁石88は、アキシャル永久磁石68に対して周方向に関する位置をずらすことなく配置され、回転軸方向においてステータ12を挟んでアキシャル永久磁石68と対向している。アキシャル突極部89も、アキシャル突極部69に対して周方向に関する位置をずらすことなく配置され、回転軸方向においてステータ12を挟んでアキシャル突極部69と対向している。各アキシャル永久磁石88の表面(ステータ12と対向する磁極面)は、各アキシャル永久磁石68の表面(ステータ12と対向する磁極面)と同じ極性(例えばS極)に着磁されている。   The number of the axial permanent magnets 88 is the same as the number of the axial permanent magnets 68, and the number of the axial salient pole portions 89 is the same as the number of the axial salient pole portions 69. The axial permanent magnet 88 is disposed without shifting the position in the circumferential direction with respect to the axial permanent magnet 68, and faces the axial permanent magnet 68 with the stator 12 interposed therebetween in the rotation axis direction. The axial salient pole part 89 is also arranged without shifting the position in the circumferential direction with respect to the axial salient pole part 69, and faces the axial salient pole part 69 with the stator 12 interposed in the rotation axis direction. The surface of each axial permanent magnet 88 (the magnetic pole surface facing the stator 12) is magnetized to the same polarity (for example, S pole) as the surface of each axial permanent magnet 68 (the magnetic pole surface facing the stator 12).

さらに、ラジアル永久磁石18はアキシャル永久磁石68(アキシャル永久磁石88)と同数設けられ、ラジアル突極部19もアキシャル突極部69(アキシャル突極部89)と同数設けられている。アキシャル永久磁石68,88は、ラジアル永久磁石18に対して周方向に関する位置をずらして配置され、アキシャル突極部69,89も、ラジアル突極部19に対して周方向に関する位置をずらして配置されている。そして、アキシャル永久磁石68,88とラジアル突極部19が、周方向に関する位置が互いにずれることなく配置され、アキシャル突極部69,89とラジアル永久磁石18も、周方向に関する位置が互いにずれることなく配置されている。また、各アキシャル永久磁石68,88の表面(ステータ12と対向する磁極面)は、各ラジアル永久磁石18の表面(ステータ12と対向する磁極面)と逆の極性に着磁されている。図10、図13に示す例では、各ラジアル永久磁石18の表面がN極に着磁され、各アキシャル永久磁石68,88の表面がS極に着磁されている。ただし、各ラジアル永久磁石18の表面がS極に着磁され、各アキシャル永久磁石68,88の表面がN極に着磁されていてもよい。   Further, the radial permanent magnets 18 are provided in the same number as the axial permanent magnets 68 (axial permanent magnets 88), and the radial salient pole portions 19 are provided in the same number as the axial salient pole portions 69 (axial salient pole portions 89). The axial permanent magnets 68 and 88 are arranged with their positions in the circumferential direction shifted from the radial permanent magnet 18, and the axial salient pole parts 69 and 89 are also arranged with their positions in the circumferential direction shifted from the radial salient pole part 19. Has been. And the axial permanent magnets 68 and 88 and the radial salient pole part 19 are arrange | positioned without the position regarding a circumferential direction shifting | deviating mutually, and the position about the axial salient pole parts 69 and 89 and the radial permanent magnet 18 also shift | deviated mutually. It is arranged without. Further, the surfaces of the axial permanent magnets 68 and 88 (the magnetic pole surfaces facing the stator 12) are magnetized to have opposite polarities to the surfaces of the radial permanent magnets 18 (the magnetic pole surfaces facing the stator 12). In the example shown in FIGS. 10 and 13, the surface of each radial permanent magnet 18 is magnetized to the N pole, and the surface of each axial permanent magnet 68, 88 is magnetized to the S pole. However, the surface of each radial permanent magnet 18 may be magnetized to the S pole, and the surface of each axial permanent magnet 68, 88 may be magnetized to the N pole.

複数相(3相)の電機子巻線28に複数相(3相)の交流電流を流すことで、ラジアルティース30及びアキシャルティース80が順次磁化され、周方向に回転する回転磁界がステータ12に形成される。ステータ12に発生した回転磁界は、ラジアルティース30及びアキシャルティース80からラジアルロータ14及びアキシャルロータ64,84にそれぞれ作用し、ラジアル永久磁石18及びアキシャル永久磁石68,88の発生する磁界(界磁磁束)がこの回転磁界と相互作用して、吸引及び反発作用が生じる。このラジアルティース30及びアキシャルティース80の回転磁界とラジアル永久磁石18及びアキシャル永久磁石68,88の界磁磁束との電磁気相互作用(吸引及び反発作用)により、ラジアルロータ14及びアキシャルロータ64,84にトルク(磁石トルク)を作用させることができる。   By flowing a plurality of phases (three phases) of alternating current through the plurality of phases (three phases) of the armature winding 28, the radial teeth 30 and the axial teeth 80 are sequentially magnetized, and a rotating magnetic field rotating in the circumferential direction is applied to the stator 12. It is formed. The rotating magnetic field generated in the stator 12 acts on the radial rotor 14 and the axial rotors 64 and 84 from the radial teeth 30 and the axial teeth 80, respectively, and the magnetic fields (field magnetic fluxes) generated by the radial permanent magnet 18 and the axial permanent magnets 68 and 88. ) Interacts with this rotating magnetic field, causing attraction and repulsion. Due to the electromagnetic interaction (attraction and repulsion) between the rotating magnetic field of the radial teeth 30 and the axial teeth 80 and the field magnetic flux of the radial permanent magnets 18 and the axial permanent magnets 68 and 88, the radial rotor 14 and the axial rotors 64 and 84 Torque (magnet torque) can be applied.

トロイダル巻きは分布巻きと比較して巻線の製作が容易となる反面、ロータのトルクの発生に有効に働かない巻線が増加しやすくなるため、体格増及び銅損増を招きやすくなる。基本構成では、ロータに回転磁界を作用させてトルクを発生させるためのトルク発生面として、ラジアルティース30の先端面(ラジアル面)だけでなくアキシャルティース80の先端面(アキシャル面)も利用することで、トルク発生面積を増大させることができる。その結果、ロータ(ラジアルロータ14及びアキシャルロータ64,84)のトルクの発生に有効に働かない巻線を減らすことができ、体格増及び銅損増を抑えながらロータのトルクの増大を図ることができる。   While the toroidal winding is easier to manufacture the winding than the distributed winding, the number of windings that do not work effectively for the generation of the torque of the rotor is likely to increase. In the basic configuration, not only the front end surface (radial surface) of the radial teeth 30 but also the front end surface (axial surface) of the axial teeth 80 is used as a torque generation surface for generating torque by applying a rotating magnetic field to the rotor. Thus, the torque generation area can be increased. As a result, it is possible to reduce the number of windings that do not work effectively to generate torque of the rotor (radial rotor 14 and axial rotors 64 and 84), and to increase the torque of the rotor while suppressing an increase in physique and copper loss. it can.

また、ステータ12の回転磁界と相互作用する界磁磁束の制御を行うために、界磁巻線70,90がステータ12に設けられている。各界磁巻線70,90は周方向に沿って環状に巻回されている。界磁巻線70が通る(巻回された)位置は、径方向に関して環状コア部26よりもラジアルロータ14(ラジアル永久磁石18及びラジアル突極部19)寄りの位置で、且つ回転軸方向に関して環状コア部26よりもアキシャルロータ64(アキシャル永久磁石68及びアキシャル突極部69)寄りの位置である。そして、界磁巻線90が通る(巻回された)位置は、径方向に関して環状コア部26よりもラジアルロータ14(ラジアル永久磁石18及びラジアル突極部19)寄りの位置で、且つ回転軸方向に関して環状コア部26よりもアキシャルロータ84(アキシャル永久磁石88及びアキシャル突極部89)寄りの位置である。図8〜図12に示す例では、界磁巻線70,90は、径方向に関して各アキシャルティース80よりもラジアルロータ14側(内側)で、且つ回転軸方向に関して各ラジアルティース30よりもアキシャルロータ64,84側(外側)の位置に、各ラジアルティース30、各アキシャルティース80、及び各電機子巻線28と近接して配置されている。界磁巻線70,90は、絶縁体により電機子巻線28と電気的に絶縁されている。さらに、各電機子巻線28の外周面における界磁巻線70,90に近接する部分には、凸曲面28aが形成されている。各電機子巻線28の凸曲面28aに近接する界磁巻線70の外周面の外径は、回転軸方向に関してアキシャルロータ64側から環状コア部26側へ(外側から内側へ)向かうにつれて徐々に減少し、各電機子巻線28の凸曲面28aに近接する界磁巻線90の外周面の外径は、回転軸方向に関してアキシャルロータ84側から環状コア部26側へ向かうにつれて徐々に減少している。なお、界磁巻線70,90のステータ12への固定については、例えば、図11に示すように、電機子巻線28の上から繊維71等で縛ることで固定してもよいし、ステータ全体を樹脂等でモールドして固定してもよい。   In addition, field windings 70 and 90 are provided on the stator 12 in order to control the field magnetic flux that interacts with the rotating magnetic field of the stator 12. Each field winding 70, 90 is wound in an annular shape along the circumferential direction. The position where the field winding 70 passes (winds) is closer to the radial rotor 14 (the radial permanent magnet 18 and the radial salient pole portion 19) than the annular core portion 26 in the radial direction, and in the rotation axis direction. It is a position closer to the axial rotor 64 (the axial permanent magnet 68 and the axial salient pole part 69) than the annular core part 26. The position where the field winding 90 passes (winds) is closer to the radial rotor 14 (the radial permanent magnet 18 and the radial salient pole portion 19) than the annular core portion 26 in the radial direction, and the rotation axis. It is a position closer to the axial rotor 84 (axial permanent magnet 88 and axial salient pole part 89) than the annular core part 26 with respect to the direction. In the example shown in FIGS. 8 to 12, the field windings 70, 90 are on the radial rotor 14 side (inner side) with respect to the radial teeth 80 in the radial direction, and are axial rotors relative to the radial teeth 30 in the rotation axis direction. The radial teeth 30, the axial teeth 80, and the armature windings 28 are arranged close to the 64 and 84 (outside) positions. The field windings 70 and 90 are electrically insulated from the armature winding 28 by an insulator. Further, a convex curved surface 28 a is formed in a portion close to the field windings 70 and 90 on the outer peripheral surface of each armature winding 28. The outer diameter of the outer peripheral surface of the field winding 70 adjacent to the convex curved surface 28a of each armature winding 28 is gradually increased from the axial rotor 64 side to the annular core portion 26 side (from the outside to the inside) in the rotation axis direction. The outer diameter of the outer peripheral surface of the field winding 90 adjacent to the convex curved surface 28a of each armature winding 28 is gradually reduced from the axial rotor 84 side toward the annular core portion 26 side in the rotation axis direction. doing. Note that the field windings 70 and 90 may be fixed to the stator 12 by, for example, tying the armature windings 28 with fibers 71 or the like as shown in FIG. The whole may be fixed by molding with resin or the like.

図10、図13に示す例(ラジアル永久磁石18の表面がN極、アキシャル永久磁石68,88の表面がS極に着磁されている例)では、ラジアル永久磁石18及びアキシャル永久磁石68,88による界磁磁束は、
ラジアル永久磁石18→エアギャップ→ラジアルティース30→環状コア部26→アキシャルティース80→エアギャップ→アキシャル永久磁石68,88→アキシャルコア66,86→ラジアルコア16→ラジアル永久磁石18
で示す閉磁路を通る(ラジアル永久磁石18の表面がS極、アキシャル永久磁石68,88の表面がN極に着磁されている場合は界磁磁束の向きが逆になる)。
In the example shown in FIGS. 10 and 13 (example in which the surface of the radial permanent magnet 18 is N pole and the surfaces of the axial permanent magnets 68 and 88 are S poles), the radial permanent magnet 18 and the axial permanent magnet 68, The field flux by 88 is
Radial permanent magnet 18 → air gap → radial tooth 30 → annular core portion 26 → axial tooth 80 → air gap → axial permanent magnets 68 and 88 → axial cores 66 and 86 → radial core 16 → radial permanent magnet 18
(When the surface of the radial permanent magnet 18 is magnetized to the S pole and the surfaces of the axial permanent magnets 68 and 88 are magnetized to the N pole, the direction of the field magnetic flux is reversed).

さらに、界磁巻線70,90に直流電流(界磁電流)を流すことで、ラジアル突極部19、ラジアルコア16、アキシャルコア66,86、アキシャル突極部69,89、エアギャップ、アキシャルティース80、環状コア部26、ラジアルティース30、エアギャップ、及びラジアル突極部19による閉磁路を通る界磁磁束が発生し、この界磁磁束が電機子巻線28に交流電流を流すことでステータ12に発生する回転磁界と相互作用する。その際に、各ラジアル突極部19の表面(ステータ12との対向面)は互いに同じ極性に磁化し、各アキシャル突極部69,89の表面(ステータ12との対向面)は互いに同じ極性に磁化する。ただし、各アキシャル突極部69,89の表面は、各ラジアル突極部19の表面と逆の極性に磁化する。界磁巻線70,90による界磁磁束の方向は、界磁巻線70,90に流す直流電流の向きにより制御可能であり、ラジアル突極部19とアキシャル突極部69,89がそれぞれどの極性(N極またはS極)に磁化するかについても、界磁巻線70,90に流す直流電流の向きにより制御可能である。そして、界磁巻線70,90による界磁磁束の大きさは、界磁巻線70,90に流す直流電流の大きさにより制御可能である。   Furthermore, by supplying a direct current (field current) to the field windings 70 and 90, the radial salient pole part 19, the radial core 16, the axial cores 66 and 86, the axial salient pole parts 69 and 89, the air gap, the axial A field magnetic flux passing through a closed magnetic path is generated by the teeth 80, the annular core portion 26, the radial teeth 30, the air gap, and the radial salient pole portion 19, and this field magnetic flux causes an alternating current to flow through the armature winding 28. It interacts with the rotating magnetic field generated in the stator 12. At that time, the surface of each radial salient pole portion 19 (surface facing the stator 12) is magnetized to the same polarity, and the surface of each axial salient pole portion 69, 89 (surface facing the stator 12) is the same polarity. Is magnetized. However, the surface of each of the axial salient pole portions 69 and 89 is magnetized to a polarity opposite to that of the surface of each radial salient pole portion 19. The direction of the field magnetic flux generated by the field windings 70 and 90 can be controlled by the direction of the direct current flowing through the field windings 70 and 90, and the radial salient pole portion 19 and the axial salient pole portions 69 and 89 can be selected. Whether it is magnetized to the polarity (N pole or S pole) can also be controlled by the direction of the direct current flowing through the field windings 70 and 90. The magnitude of the field magnetic flux generated by the field windings 70 and 90 can be controlled by the magnitude of the direct current flowing through the field windings 70 and 90.

図14は、ロータ12のアキシャルティース80及びヨーク部210の斜視図を示す。図14(a)は、基本的なアキシャルティース80及びヨーク部210の構成であり、アキシャルティース80は図16に示す平面形状と同様であり、アキシャルティース80の間のスロットの内径側の幅と外径側の幅は等しく、アキシャルティース80の内径側の軸長と外径側の軸長は等しい。   FIG. 14 is a perspective view of the axial teeth 80 and the yoke portion 210 of the rotor 12. FIG. 14A shows the basic configuration of the axial teeth 80 and the yoke portion 210. The axial teeth 80 are similar to the planar shape shown in FIG. The width on the outer diameter side is equal, and the axial length on the inner diameter side and the axial length on the outer diameter side of the axial teeth 80 are equal.

他方、図14(b)は、本実施形態におけるロータ12のアキシャルティース80及びヨーク部210の斜視図を示す。図14(a)に対し、アキシャルティース80の平面形状を第1〜第3実施形態と同様に略扇形とし(放射線状アキシャルティース)、アキシャルティース80の外径側の軸長を内径側の軸長よりも短くし、かつ、ヨーク部210の外径側の軸長を内径側の軸長よりも長くする。すなわち、図14(a)、(b)におけるアキシャルティース80の内径側の軸長をc1、ヨーク部210の内径側の軸長をe1とすると、図14(a)では、c1=d1、e1=f1であるところ、図14(b)では、c1>d2、e1<f2である。   On the other hand, FIG.14 (b) shows the perspective view of the axial teeth 80 and the yoke part 210 of the rotor 12 in this embodiment. 14A, the planar shape of the axial teeth 80 is substantially fan-shaped as in the first to third embodiments (radial axial teeth), and the axial length of the axial teeth 80 is set to the inner diameter side axis. The axial length on the outer diameter side of the yoke portion 210 is made longer than the axial length on the inner diameter side. That is, if the axial length on the inner diameter side of the axial teeth 80 in FIGS. 14 (a) and 14 (b) is c1, and the axial length on the inner diameter side of the yoke portion 210 is e1, in FIG. 14 (a), c1 = d1, e1 = F1, where c1> d2 and e1 <f2 in FIG. 14B.

本実施形態においても、第1実施形態と同様に、アキシャルティース80の外径側の軸長が短くなっているので、磁石磁束の磁路長が短くなり、磁気抵抗が減少する。また、アキシャルティース80の外径側の軸長が短くなったことで、ヨーク部210部まで到達せず、隣り合うアキシャルティース80間で短絡する漏れ磁束も低減できる。また、アキシャルティース80の形状を略扇形としているので、径方向で磁束密度を均一化して局所的な磁気飽和を防止し、トルクの減少を抑制できる。さらに、第2実施形態と同様に、ヨーク部210の外径側の軸長を長くすることで、ヨーク部210の磁束通過断面積が増大することで磁気抵抗が減少し、トルクが増大する。コンピュータによる磁気解析の結果、本実施形態(実施形態4)における回転電機のトルクと図14(a)に示す従来のステータ12を備える回転電機のトルクを対比した場合、本実施形態では、従来に比べてトルクが2.0%増大することを確認している。   Also in the present embodiment, as in the first embodiment, since the axial length of the axial teeth 80 on the outer diameter side is shortened, the magnetic path length of the magnet magnetic flux is shortened, and the magnetic resistance is reduced. Further, since the axial length on the outer diameter side of the axial teeth 80 is shortened, leakage magnetic flux that does not reach the yoke portion 210 and is short-circuited between adjacent axial teeth 80 can be reduced. Moreover, since the shape of the axial teeth 80 is substantially fan-shaped, the magnetic flux density can be made uniform in the radial direction to prevent local magnetic saturation, and torque reduction can be suppressed. Further, similarly to the second embodiment, by increasing the axial length of the yoke portion 210 on the outer diameter side, the magnetic flux passing cross-sectional area of the yoke portion 210 is increased, thereby reducing the magnetic resistance and increasing the torque. When the torque of the rotating electrical machine in the present embodiment (Embodiment 4) is compared with the torque of the rotating electrical machine including the conventional stator 12 shown in FIG. It has been confirmed that the torque is increased by 2.0%.

10 回転電機、11 ケーシング、12 ステータ、14 ラジアルロータ、18 ラジアル永久磁石、19,39 ラジアル突極部、22 回転軸、30 ラジアルティース、64,84 アキシャルロータ、68,88 アキシャル永久磁石、69,89 アキシャル突極部、80 アキシャルティース、120 ステータ、210 ヨーク部、220 ティース、230 スロット、240 固定子巻線。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Rotating electrical machine, 11 Casing, 12 Stator, 14 Radial rotor, 18 Radial permanent magnet, 19, 39 Radial salient pole part, 22 Rotating shaft, 30 Radial teeth, 64, 84 Axial rotor, 68, 88 Axial permanent magnet, 69, 89 Axial salient poles, 80 Axial teeth, 120 Stator, 210 Yoke part, 220 teeth, 230 slots, 240 Stator windings.

Claims (5)

ステータとロータが対向配置され、アキシャル面をトルク面として用いる回転電機であって、
ステータは、
環状のヨーク部と、
環状のヨーク部の周方向に配置され、回転軸方向にロータのアキシャル面に向かって突出する複数のティースと、
隣り合うティースの間に配置され、固定子巻線が装着されるスロットと、
を備え、
スロットの通電面の内径側断面積と外径側断面積を同一とし、
スロットの通電面の内径側形状と外径側形状が異なる、
ことを特徴とする回転電機。
A rotating electrical machine in which a stator and a rotor are arranged to face each other, and an axial surface is used as a torque surface,
The stator is
An annular yoke portion;
A plurality of teeth disposed in the circumferential direction of the annular yoke portion and projecting toward the axial surface of the rotor in the rotation axis direction;
A slot disposed between adjacent teeth and fitted with a stator winding;
With
The inner diameter side sectional area and the outer diameter side sectional area of the current-carrying surface of the slot are the same,
The inner diameter side shape and outer diameter side shape of the current-carrying surface of the slot are different.
Rotating electric machine characterized by that.
スロットの通電面の内径側形状と外径側形状はともに矩形状であり、アスペクト比が互いに異なる、
請求項1に記載の回転電機。
Both the inner diameter side shape and outer diameter side shape of the current-carrying surface of the slot are rectangular, and the aspect ratios are different from each other.
The rotating electrical machine according to claim 1.
スロットの通電面の外径側の幅は内径側の幅よりも長く、
スロットの通電面の外径側の軸長は内径側の軸長よりも短い、
請求項2に記載の回転電機。
The outer diameter side width of the current carrying surface of the slot is longer than the inner diameter side width,
The axial length on the outer diameter side of the current-carrying surface of the slot is shorter than the axial length on the inner diameter side.
The rotating electrical machine according to claim 2.
環状のヨーク部の外径側の軸長は内径側の軸長よりも長い、
請求項3に記載の回転電機。
The axial length of the annular yoke portion on the outer diameter side is longer than the axial length on the inner diameter side,
The rotating electrical machine according to claim 3.
ティースは略扇形のロータ対向面を有する、
請求項1〜4のいずれかに記載の回転電機。
The teeth have a substantially fan-shaped rotor facing surface,
The rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 4.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110676985A (en) * 2019-09-20 2020-01-10 哈尔滨工业大学(深圳) Design method of non-uniform tooth permanent magnet vernier motor

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