JP2019193485A - Rotary motor - Google Patents

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Abstract

To provide a rotary motor that can improve power density.SOLUTION: A rotary motor (1) includes: a stator core (21); a rotor (10) having a first rotor element (11) arranged in a radial direction of the stator core and receiving magnetic force, and a second rotor element (15) arranged in an axial direction of the stator core and receiving magnetic force; and a coil (25) wound around the stator core such that a magnetic flux penetrates in the radial direction from an end surface facing the first rotor element of the stator core, and having a coil end portion (25B) outside the end surface in the axial direction of the stator core. The coil end portion (25B) bends in the radial direction and overlaps with the second rotor element (15) when viewed from the axial direction.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、回転電動機に関する。   The present invention relates to a rotary electric motor.

以前より、回転電動機として、ステータコアにコイルが巻回されたステータと、ステータとラジアル方向にギャップを開けて配置されたロータとを有するラジアルギャップモータがある。ラジアルギャップモータのコイルは、一般に、ステータコアのアキシャル方向の端部よりも外方に飛び出したコイルエンドを有する。   2. Description of the Related Art As a rotary electric motor, there is a radial gap motor having a stator in which a coil is wound around a stator core and a rotor arranged with a gap in the radial direction from the stator. A coil of a radial gap motor generally has a coil end that protrudes outward from an end portion of the stator core in the axial direction.

コイルエンドは、ロータのトルクに寄与しない一方、ステータの収容空間のうち比較的に大きな空間を占めるため、回転電動機の出力密度(モータ出力の体積比率:W/m)を低下させる要因となる。このため、以前より、コイルエンドを小型化する技術が提案されている。例えば、特許文献1には、コイル配線の一部を扁平化して、コイルエンドの径方向の小型化を図る技術が開示されている。 While the coil end does not contribute to the torque of the rotor, it occupies a relatively large space in the stator accommodating space, and therefore causes a reduction in the output density of the rotary motor (volume ratio of motor output: W / m 3 ). . For this reason, techniques for reducing the size of the coil end have been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a technique in which a part of a coil wiring is flattened to reduce the coil end in the radial direction.

特開2013−251990号公報JP 2013-251990 A

しかしながら、コイルエンドには磁界を発生させるコイルの主配線部と同じ電流が流れるため、コイルエンドの配線断面積をむやみに小さくすることはできず、コイルエンドの小型化には限界があった。このため、コイルエンドを小型化して回転電動機の出力密度を向上することには限界があった。   However, since the same current flows through the coil end as that of the main wiring part of the coil that generates a magnetic field, the wiring cross-sectional area of the coil end cannot be reduced unnecessarily, and there is a limit to downsizing the coil end. For this reason, there was a limit in reducing the coil end size and improving the output density of the rotary motor.

本発明は、出力密度を向上できる回転電動機を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the rotary electric motor which can improve a power density.

本発明に係る回転電動機は、
ステータコアと、
前記ステータコアのラジアル方向に配置され磁力を受ける第1ロータ要素、及び、前記ステータコアのアキシャル方向に配置され磁力を受ける第2ロータ要素を有するロータと、
前記ステータコアの前記第1ロータ要素と対向する端面からラジアル方向に磁束が貫くように前記ステータコアに巻回され、かつ、前記ステータコアのアキシャル方向の端面よりも外方にコイルエンド部を有するコイルと、
を備え、
前記コイルエンド部は、ラジアル方向に曲がり、アキシャル方向から見て、前記第2ロータ要素と重なっている構成とした。
The rotary electric motor according to the present invention is
A stator core;
A rotor having a first rotor element arranged in a radial direction of the stator core and receiving a magnetic force, and a second rotor element arranged in an axial direction of the stator core and receiving a magnetic force;
A coil wound around the stator core so that a magnetic flux penetrates in a radial direction from an end surface of the stator core facing the first rotor element, and having a coil end portion outward from an end surface in the axial direction of the stator core;
With
The coil end portion is configured to bend in the radial direction and overlap the second rotor element when viewed from the axial direction.

本発明によれば、回転電動機の出力密度を向上できる。   According to the present invention, the output density of the rotary motor can be improved.

本発明の実施形態1の回転電動機を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the rotary electric motor of Embodiment 1 of this invention. 図1の構成から第2ロータ要素のディスク部を除いた構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure except the disk part of the 2nd rotor element from the structure of FIG. 図2の構成から第2ロータ要素の永久磁石を除いた構成を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a configuration in which a permanent magnet of a second rotor element is removed from the configuration of FIG. 2. 図1のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. 図1の回転電動機の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the rotary electric motor of FIG. ステータからロータへの電磁作用を説明する図である。It is a figure explaining the electromagnetic effect | action from a stator to a rotor. ステータの変形例1を説明する図である。It is a figure explaining the modification 1 of a stator. 第1ロータ要素の第1例(A)と第2例(B)とを示す図である。It is a figure which shows the 1st example (A) and 2nd example (B) of a 1st rotor element. 第2ロータ要素の第1例(A)と第2例(B)とを示す図である。It is a figure which shows the 1st example (A) and 2nd example (B) of a 2nd rotor element. 本発明の実施形態2の回転電動機の構造を説明する縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view explaining the structure of the rotary electric motor of Embodiment 2 of this invention. 実施形態2のステータを内周側から見た図である。It is the figure which looked at the stator of Embodiment 2 from the inner peripheral side. 実施形態2の第1ロータ要素の第1例(A)と第2例(B)とを示す図である。It is a figure which shows the 1st example (A) and 2nd example (B) of the 1st rotor element of Embodiment 2. FIG.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1の回転電動機を示す斜視図である。図2は、図1の構成から第2ロータ要素のディスク部を除いた構成を示す斜視図である。図3は、図2の構成から第2ロータ要素の永久磁石を除いた構成を示す斜視図である。図4は、図1のA−A線断面図である。図5は、図1の回転電動機の縦断面図である。本明細書では、回転軸O1に沿った方向をアキシャル方向、回転軸O1の直交方向をラジアル方向、回転軸O1を中心とする回転方向を周方向と定義する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view showing a rotary electric motor according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing a configuration in which the disk portion of the second rotor element is removed from the configuration of FIG. FIG. 3 is a perspective view showing a configuration in which the permanent magnet of the second rotor element is removed from the configuration of FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the rotary electric motor of FIG. In this specification, a direction along the rotation axis O1 is defined as an axial direction, a direction orthogonal to the rotation axis O1 is defined as a radial direction, and a rotation direction around the rotation axis O1 is defined as a circumferential direction.

本発明の実施形態1に係る回転電動機1は、例えば三相の交流電流により回転駆動するモータであり、ロータ10と、ステータ20と、図示略のハウジングとを有する。ステータ20は、ステータコア21とコイル25とを有する。ロータ10は、第1ロータ要素11と、第2ロータ要素15とを有する。ハウジングは、モータ軸19を除いてロータ10とステータ20とを覆う。   A rotary electric motor 1 according to Embodiment 1 of the present invention is a motor that is driven to rotate by, for example, a three-phase alternating current, and includes a rotor 10, a stator 20, and a housing (not shown). The stator 20 has a stator core 21 and a coil 25. The rotor 10 includes a first rotor element 11 and a second rotor element 15. The housing covers the rotor 10 and the stator 20 except for the motor shaft 19.

ステータコア21は、鉄などの磁性体であり、第1ロータ要素11をラジアル方向から囲う環状の形態を有する。ステータコア21は、内周部に内方に突出した複数の歯部22を有する(図2〜図4を参照)。隣接する2つの歯部22の間には、スリット23が設けられている(図4を参照)。各歯部22及び各スリット23は、アキシャル方向にステータコア21の一端から他端まで連なった形態を有し、複数の歯部22と複数のスリット23とは周方向に交互に並ぶ。   The stator core 21 is a magnetic body such as iron and has an annular shape surrounding the first rotor element 11 from the radial direction. The stator core 21 has a plurality of teeth 22 projecting inwardly on the inner periphery (see FIGS. 2 to 4). A slit 23 is provided between two adjacent tooth portions 22 (see FIG. 4). Each tooth part 22 and each slit 23 have a form that is continuous from one end to the other end of the stator core 21 in the axial direction, and the plurality of tooth parts 22 and the plurality of slits 23 are alternately arranged in the circumferential direction.

コイル25は、u相、v相及びw相の電流がそれぞれ流れる3系統の配線が、ステータコア21の複数の歯部22に巻回されて構成される。1つの歯部22に巻回される1セグメントのコイル25に注目すれば、コイル25の配線は、歯部22に隣接する2つのスリット23に通される主配線部25Aと、ステータコア21のアキシャル方向における端面より外方に飛び出したコイルエンド部25Bとを有する(図5を参照)。主配線部25Aは、電流が流れることで歯部22の内周面からラジアル方向の磁束を発生させる。   The coil 25 is configured by winding three lines of wiring through which currents of u-phase, v-phase, and w-phase respectively flow around a plurality of teeth 22 of the stator core 21. If attention is paid to the one-segment coil 25 wound around one tooth portion 22, the wiring of the coil 25 includes the main wiring portion 25 </ b> A passed through the two slits 23 adjacent to the tooth portion 22 and the axial of the stator core 21. Coil end portion 25B protruding outward from the end face in the direction (see FIG. 5). The main wiring portion 25 </ b> A generates a radial magnetic flux from the inner peripheral surface of the tooth portion 22 when a current flows.

コイルエンド部25Bは、ラジアル方向に曲がっている。すなわち、主配線部25Aにおいてスリット23に沿った方向に延びる配線が、コイルエンド部25Bにおいてラジアル方向の外向きに延びるように曲がっている。コイルエンド部25Bは、ラジアル方向に延びる配線部bと、終端側で周方向に延びる配線部cとを有する(図3を参照)。これら配線部b、cは、電流が流れることでアキシャル方向の磁束を発生させる。   The coil end portion 25B is bent in the radial direction. That is, the wiring extending in the direction along the slit 23 in the main wiring portion 25A is bent so as to extend outward in the radial direction at the coil end portion 25B. The coil end portion 25B includes a wiring portion b extending in the radial direction and a wiring portion c extending in the circumferential direction on the terminal end side (see FIG. 3). These wiring parts b and c generate magnetic flux in the axial direction when current flows.

ロータ10は、モータ軸19と第1ロータ要素11と第2ロータ要素15とが連結されて構成され、回転軸O1を中心に回転可能に保持されている(図5を参照)。   The rotor 10 is configured by connecting a motor shaft 19, a first rotor element 11, and a second rotor element 15, and is held rotatably about a rotation axis O <b> 1 (see FIG. 5).

第1ロータ要素11は、ステータコア21の内周面からラジアル方向に間隔を開けて配置され、ステータコア21からラジアル方向の磁束を受けて、電磁力によりトルクを発生する。第1ロータ要素11は、複数の永久磁石11aとこれらを保持する保持体11bとを備える。複数の永久磁石11aは、N極とS極とがラジアル方向に交互に向くように、周方向に並んで配置される。   The first rotor element 11 is arranged at a radial interval from the inner circumferential surface of the stator core 21, receives a radial magnetic flux from the stator core 21, and generates torque by electromagnetic force. The first rotor element 11 includes a plurality of permanent magnets 11a and a holding body 11b that holds them. The plurality of permanent magnets 11a are arranged side by side in the circumferential direction so that the north and south poles are alternately directed in the radial direction.

第2ロータ要素15は、ステータ20のアキシャル方向の端部から、アキシャル方向に間隔を開けて配置され、ステータコア21からアキシャル方向の磁束を受けて、電磁力によりトルクを発生する。第2ロータ要素15は、複数の永久磁石15aと、これらを保持するディスク部15bとを有する。複数の永久磁石15aは、アキシャル方向に見てコイルエンド部25Bと重なるように配置される。複数の永久磁石15aは、N極とS極とがアキシャル方向に交互に向くように、周方向に並んで配置される。   The second rotor element 15 is disposed with an interval in the axial direction from the axial end of the stator 20, receives the magnetic flux in the axial direction from the stator core 21, and generates torque by electromagnetic force. The second rotor element 15 has a plurality of permanent magnets 15a and a disk portion 15b for holding them. The plurality of permanent magnets 15a are arranged so as to overlap with the coil end portion 25B when viewed in the axial direction. The plurality of permanent magnets 15a are arranged side by side in the circumferential direction so that the N pole and the S pole are alternately oriented in the axial direction.

図6は、ステータからロータへの電磁作用を説明する図である。   FIG. 6 is a diagram for explaining the electromagnetic action from the stator to the rotor.

上記のように構成された回転電動機1によれば、コイル25に三相の電流が流されてロータ10にトルクが発生する。具体的には、コイル25の主配線部25Aの電流により発生するラジアル方向の磁束Φ1が作用して、第1ロータ要素11にトルクが発生する。さらに、コイルエンド部25Bの電流により発生するアキシャル方向の磁束Φ2が作用して、第2ロータ要素15にトルクが発生する。そして、これらが合算されてモータ軸19にトルクが出力される。   According to the rotary electric motor 1 configured as described above, a three-phase current is passed through the coil 25 and torque is generated in the rotor 10. Specifically, the radial magnetic flux Φ1 generated by the current of the main wiring portion 25A of the coil 25 acts, and torque is generated in the first rotor element 11. Further, the axial direction magnetic flux Φ2 generated by the current of the coil end portion 25B acts to generate torque in the second rotor element 15. These are added together and torque is output to the motor shaft 19.

従来のラジアルギャップモータのコイルエンド部が、トルクに寄与せず、ステータ収容空間を増大させていたのに対して、本実施形態1のコイルエンド部25Bは、磁束Φ2を発生させてモータ軸19にトルクを加える。したがって、実施形態1の回転電動機1においては、コイルエンド部25Bの磁界が有効に活用されることで、回転電動機1の体積に比べて大きなトルクが得られる。これにより、回転電動機1の出力密度が向上する。   Whereas the coil end portion of the conventional radial gap motor does not contribute to the torque and the stator accommodating space is increased, the coil end portion 25B of the first embodiment generates the magnetic flux Φ2 to generate the motor shaft 19. Torque to. Therefore, in the rotary electric motor 1 of the first embodiment, a large torque can be obtained as compared with the volume of the rotary electric motor 1 by effectively utilizing the magnetic field of the coil end portion 25B. Thereby, the output density of the rotary motor 1 is improved.

なお、上記実施形態1では、ステータコア21が環状に連なった一体的な構成として説明した。しかし、ステータコア21は、周方向において複数に分割された構成としてもよい。そして、分割されたステータコア21の各要素に、コイルを巻回した後、分割されたステータコア21が周方向に並ぶように配置することで1つのステータ20を製造してもよい。このような製造方法により、ラジアル方向に曲がるコイルエンド部25Bを含んだコイル25の巻回工程の作業性が向上し、巻回工程を簡易化できる。   In Embodiment 1 described above, the stator core 21 has been described as an integral configuration in a ring shape. However, the stator core 21 may be divided into a plurality of parts in the circumferential direction. And after winding a coil around each element of the divided stator core 21, you may manufacture the one stator 20 by arrange | positioning so that the divided stator core 21 may be located in a line with the circumferential direction. By such a manufacturing method, the workability of the winding process of the coil 25 including the coil end portion 25B that bends in the radial direction is improved, and the winding process can be simplified.

(変形例1)
図7は、ステータの変形例1を説明する図であり、図7(A)はステータの一部をアキシャル方向から見た図、図7(B)は図7(A)のB−B線断面図である。
(Modification 1)
7A and 7B are diagrams for explaining a first modification of the stator. FIG. 7A is a view of a part of the stator as viewed from the axial direction, and FIG. 7B is a line BB in FIG. 7A. It is sectional drawing.

変形例1のステータ20Aは、上述した実施形態1のステータ20に、アキシャル方向の磁束Φ2を増強するための複数の終端コア27が追加されている。終端コア27は、鉄などの磁性体であり、アキシャル方向を向く端面を有する。終端コア27は、第2ロータ要素15に対向し、コイルエンド部25Bを構成する配線部b、c(図7(A)を参照)に囲まれるように、各コイルエンド部25Bの内周部に配置されている。   In the stator 20A of the first modification, a plurality of terminal cores 27 for increasing the magnetic flux Φ2 in the axial direction are added to the stator 20 of the first embodiment described above. The termination core 27 is a magnetic body such as iron and has an end surface facing in the axial direction. The termination core 27 faces the second rotor element 15 and is surrounded by the wiring parts b and c (see FIG. 7A) constituting the coil end part 25B, so that the inner peripheral part of each coil end part 25B Is arranged.

終端コア27は、非磁性体の介在部材28を介してステータコア21に固定されている。すなわち、終端コア27とステータコア21とは、一体化される場合よりも磁気的な結合度が低くなるように、介在部材28を介して分離している。   The terminal core 27 is fixed to the stator core 21 via a non-magnetic intermediate member 28. That is, the terminal core 27 and the stator core 21 are separated via the interposition member 28 so that the degree of magnetic coupling is lower than in the case where they are integrated.

以上のように、変形例1の回転電動機によれば、各終端コア27の内周部に第2ロータ要素15に対向する終端コア27が設けられ、終端コア27の電流により生じるアキシャル方向の磁束Φ2が増強される。これにより、磁束Φ2の作用により得られる第2ロータ要素15のトルクが大きくなり、回転電動機1の出力密度をより向上できる。   As described above, according to the rotary motor of the first modification, the terminal core 27 facing the second rotor element 15 is provided on the inner peripheral portion of each terminal core 27, and the magnetic flux in the axial direction generated by the current of the terminal core 27. Φ2 is enhanced. Thereby, the torque of the 2nd rotor element 15 obtained by the effect | action of magnetic flux (PHI) 2 becomes large, and the output density of the rotary electric motor 1 can be improved more.

また、終端コア27とステータコア21とが非磁性体を介して分離されているので、ステータコア21を通る磁束からの干渉が抑制され、終端コア27にコイルエンド部25Bの電流に応じたアキシャル方向の磁束を多く発生させることができる。   Moreover, since the termination | terminus core 27 and the stator core 21 are isolate | separated via the non-magnetic material, the interference from the magnetic flux which passes along the stator core 21 is suppressed, and the termination | terminus core 27 is an axial direction according to the electric current of the coil end part 25B. A large amount of magnetic flux can be generated.

(変形例2)
図8は、第1ロータ要素の第1例(A)と第2例(B)とを示す図である。図9は、第2ロータ要素の第1例(A)と第2例(B)とを示す図である。
(Modification 2)
FIG. 8 is a diagram illustrating a first example (A) and a second example (B) of the first rotor element. FIG. 9 is a diagram illustrating a first example (A) and a second example (B) of the second rotor element.

本実施形態1の変形例2の回転電動機は、上述した実施形態1の第1ロータ要素11(図8(A))の替りに、図8(B)の第1ロータ要素13を備えて構成される。第1ロータ要素13は、2つのエンドリング13aと、複数の導電バー13bとを有する。エンドリング13aと導電バー13bとは導電体であり、互いの間で電流が流れるように接合される。2つのエンドリング13aは、回転軸O1を中心とする環状の形態を有し、第1ロータ要素13のアキシャル方向の一端及び他端に配置される。複数の導電バー13bは、ステータコア21の内周面から生じるラジアル方向の磁束Φ1を、第1ロータ要素13の回転に伴って横切るように、2つのエンドリング13aの間に渡される。   The rotary electric motor according to the second modification of the first embodiment includes the first rotor element 13 of FIG. 8B instead of the first rotor element 11 of the first embodiment described above (FIG. 8A). Is done. The first rotor element 13 has two end rings 13a and a plurality of conductive bars 13b. The end ring 13a and the conductive bar 13b are conductors and are joined so that a current flows between them. The two end rings 13 a have an annular shape centering on the rotation axis O <b> 1 and are disposed at one end and the other end of the first rotor element 13 in the axial direction. The plurality of conductive bars 13b are passed between the two end rings 13a so as to cross the radial magnetic flux Φ1 generated from the inner peripheral surface of the stator core 21 as the first rotor element 13 rotates.

変形例2の回転電動機は、ステータコア21から発生される磁束Φ1を、エンドリング13aと導電バー13bとを有する第1ロータ要素13が受け、これらに誘導電流が流れることで第1ロータ要素13に滑りに対応するトルクが発生する。同時に、コイルエンド部25Bの電流により発生されるアキシャル方向の磁束Φ2を、永久磁石15aを有する第2ロータ要素15が受けて、磁束Φ2に同期するトルクが第2ロータ要素15に発生する。そして、これらのトルクが合算されてモータ軸19に出力される。   In the rotary electric motor according to the second modification, the first rotor element 13 having the end ring 13a and the conductive bar 13b receives the magnetic flux Φ1 generated from the stator core 21, and an induced current flows through them to the first rotor element 13. Torque corresponding to the slip is generated. At the same time, the second rotor element 15 having the permanent magnet 15a receives the axial direction magnetic flux Φ2 generated by the current of the coil end portion 25B, and a torque synchronized with the magnetic flux Φ2 is generated in the second rotor element 15. These torques are added together and output to the motor shaft 19.

(変形例3)
本実施形態1の変形例3の回転電動機は、上述した実施形態1の第2ロータ要素15(図9(A))の替りに、図9(B)の第2ロータ要素17を備えて構成される。第2ロータ要素17は、互いに半径の異なる2つのエンドリング17a1、17a2と、放射状に延びる複数の導電バー17bとを有する。エンドリング17a1、17a2と導電バー17bとは導電体であり、互いの間で電流が流れるように接合される。2つのエンドリング17a1、17a2は、回転軸O1を中心する環状の形態を有し、互いに同心状にかつ同一平面上に配置される。複数の導電バー17bは、コイルエンド部25Bから発生されるアキシャル方向の磁束Φ2を、第2ロータ要素15の回転に伴って横切るように、2つのエンドリング17a1、17a2の間に渡される。
(Modification 3)
The rotary electric motor of Modification 3 of Embodiment 1 includes the second rotor element 17 of FIG. 9B instead of the second rotor element 15 of Embodiment 1 (FIG. 9A) described above. Is done. The second rotor element 17 includes two end rings 17a1 and 17a2 having different radii and a plurality of conductive bars 17b extending radially. The end rings 17a1 and 17a2 and the conductive bar 17b are conductors and are joined so that a current flows between them. The two end rings 17a1 and 17a2 have an annular shape centering on the rotation axis O1, and are concentrically arranged on the same plane. The plurality of conductive bars 17b are passed between the two end rings 17a1 and 17a2 so as to cross the axial magnetic flux Φ2 generated from the coil end portion 25B as the second rotor element 15 rotates.

変形例3の回転電動機は、ステータコア21から発生される磁束Φ1を、永久磁石11aを有する第1ロータ要素11が受け、磁束Φ1に同期するトルクが第1ロータ要素11に発生する。同時に、コイルエンド部25Bの電流により発生されるアキシャル方向の磁束Φ2を、エンドリング17a1、17a2と導電バー17bとを有する第2ロータ要素17が受け、これらに誘導電流が流れることで第2ロータ要素17に滑りに対応するトルクが発生する。そして、これらのトルクが合算されてモータ軸19に出力される。   In the rotary electric motor of Modification 3, the first rotor element 11 having the permanent magnet 11a receives the magnetic flux Φ1 generated from the stator core 21, and the torque synchronized with the magnetic flux Φ1 is generated in the first rotor element 11. At the same time, the second rotor element 17 having the end rings 17a1 and 17a2 and the conductive bar 17b receives the axial direction magnetic flux Φ2 generated by the current of the coil end portion 25B, and the induced current flows through them to cause the second rotor to flow. A torque corresponding to the slip is generated in the element 17. These torques are added together and output to the motor shaft 19.

(変形例4)
本実施形態1の変形例4の回転電動機は、上述した実施形態1の回転電動機1と比較して、第1ロータ要素11(図8(A))の替りに、図8(B)の第1ロータ要素13を備え、第2ロータ要素15(図9(A))の替りに、図9(B)の第2ロータ要素17を備える。
(Modification 4)
The rotary electric motor according to the fourth modification of the first embodiment is different from the rotary electric motor 1 according to the first embodiment described above in place of the first rotor element 11 (FIG. 8A). The first rotor element 13 is provided, and the second rotor element 17 of FIG. 9B is provided instead of the second rotor element 15 (FIG. 9A).

変形例4の回転電動機は、ステータコア21から発生される磁束Φ1を、エンドリング13aと導電バー13bとを有する第1ロータ要素13が受け、これらに誘導電流が流れることで第1ロータ要素13に滑りに対応するトルクが発生する。同時に、コイルエンド部25Bの電流により発生されるアキシャル方向の磁束Φ2を、エンドリング17a1、17a2と導電バー17bとを有する第2ロータ要素17が受け、これらに誘導電流が流れることで第2ロータ要素17に滑りに対応するトルクが発生する。そして、これらのトルクが合算されてモータ軸19に出力される。   In the rotary electric motor of the modification 4, the first rotor element 13 having the end ring 13a and the conductive bar 13b receives the magnetic flux Φ1 generated from the stator core 21, and an induced current flows through them to the first rotor element 13. Torque corresponding to the slip is generated. At the same time, the second rotor element 17 having the end rings 17a1 and 17a2 and the conductive bar 17b receives the axial direction magnetic flux Φ2 generated by the current of the coil end portion 25B, and the induced current flows through them to cause the second rotor to flow. A torque corresponding to the slip is generated in the element 17. These torques are added together and output to the motor shaft 19.

以上のように、変形例2〜変形例4の回転電動機においても、コイルエンド部25Bの電流により発生されるアキシャル方向の磁束Φ2が、モータ軸19のトルクに寄与するので、回転電動機の出力密度を向上できる。   As described above, also in the rotary motors of Modifications 2 to 4, the axial magnetic flux Φ2 generated by the current of the coil end portion 25B contributes to the torque of the motor shaft 19, so the output density of the rotary motor Can be improved.

(実施形態2)
図10は、本発明の実施形態2の回転電動機の構造を説明する縦断面図である。図11は、実施形態2のステータを内周側から見た図である。
(Embodiment 2)
FIG. 10 is a longitudinal sectional view for explaining the structure of the rotary electric motor according to the second embodiment of the present invention. FIG. 11 is a view of the stator according to the second embodiment as viewed from the inner peripheral side.

実施形態2の回転電動機1Aは、ステータ40がアキシャル方向において2分割され、ロータ30に設けられる永久磁石31a、35aの極性がアキシャル方向における一方と他方とで逆転されて構成される。回転電動機1Aは、例えば三相の交流電流により回転駆動するモータであり、ロータ30と、ステータ40と、図示略のハウジングとを有する。ステータ40は、ステータコア41とコイル45とを有する。ロータ30は、第1ロータ要素31と第2ロータ要素35とを有する。ハウジングは、モータ軸39を除いてロータ30とステータ40とを覆う。   The rotary electric motor 1A according to the second embodiment is configured such that the stator 40 is divided into two in the axial direction, and the polarities of the permanent magnets 31a and 35a provided in the rotor 30 are reversed between one and the other in the axial direction. The rotary motor 1A is a motor that is driven to rotate by a three-phase alternating current, for example, and includes a rotor 30, a stator 40, and a housing (not shown). The stator 40 has a stator core 41 and a coil 45. The rotor 30 includes a first rotor element 31 and a second rotor element 35. The housing covers the rotor 30 and the stator 40 except for the motor shaft 39.

ステータコア41は、アキシャル方向における中央部分のギャップ部41hを除いて、鉄などの磁性体であり、第1ロータ要素31をラジアル方向から囲う環状の形態を有する。ギャップ部41hは、磁束のフラックスバリアとして機能し、ステータコア41のアキシャル方向の一方と他方とを分断し、ギャップ部41hを通るステータコア41の磁気結合を抑制する。分断された一方をコア部41u、他方をコア部41dと記す。ギャップ部41hは、非磁性体から構成される。あるいはギャップ部41hは、非磁性体の枠体及び枠体内の空気から構成されてもよい。   The stator core 41 is a magnetic body such as iron except for the gap portion 41h in the central portion in the axial direction, and has an annular shape surrounding the first rotor element 31 from the radial direction. The gap portion 41h functions as a flux flux barrier, divides one side and the other side of the stator core 41 in the axial direction, and suppresses magnetic coupling of the stator core 41 passing through the gap portion 41h. One of the divided portions is referred to as a core portion 41u, and the other is referred to as a core portion 41d. The gap portion 41h is made of a nonmagnetic material. Or the gap part 41h may be comprised from the frame body of nonmagnetic material, and the air in a frame body.

ステータコア41は、内周部に内方に突出した複数の歯部42を有する(図11を参照)。歯部42は、実施形態1の歯部22と同様に周方向において複数に分割される一方、アキシャル方向においても2つのコア部41u、41dに対応して2つに分割されている。アキシャル方向又は周方向に隣接する2つの歯部42の間にはスリット43が設けられている。   The stator core 41 has a plurality of teeth 42 projecting inwardly on the inner periphery (see FIG. 11). The tooth part 42 is divided into a plurality of parts in the circumferential direction as in the tooth part 22 of the first embodiment, and is also divided into two parts corresponding to the two core parts 41u and 41d in the axial direction. A slit 43 is provided between two tooth portions 42 adjacent in the axial direction or the circumferential direction.

コイル45は、u相、v相、w相の電流がそれぞれ流れる3系統の配線が、ステータコア41の複数の歯部42に巻回されて構成される。1つの歯部42に巻回される1セグメントのコイル45に注目すれば、コイル45の配線は、歯部42のアキシャル方向と周方向に並ぶ3つのスリット43に通される主配線部45Aと、ステータコア41のアキシャル方向における端面より外方に飛び出したコイルエンド部45Bとを有する。アキシャル方向に隣接する2つの歯部42にそれぞれ巻回される2つのコイル45は、互いに逆向きに配線が巻回され、逆向きの電流が流れる。   The coil 45 is configured by winding three lines of wiring through which currents of u-phase, v-phase, and w-phase respectively flow around a plurality of teeth 42 of the stator core 41. If attention is paid to the one-segment coil 45 wound around one tooth portion 42, the wiring of the coil 45 is connected to the main wiring portion 45A passed through three slits 43 arranged in the axial direction and the circumferential direction of the tooth portion 42. The coil end portion 45B protrudes outward from the end surface of the stator core 41 in the axial direction. The two coils 45 wound around the two tooth portions 42 adjacent to each other in the axial direction are wound with wires in opposite directions, and reverse current flows.

コイルエンド部45Bは、実施形態1のコイルエンド部25Bと同様の構成であり、同様の作用を及ぼす。ただし、アキシャル方向における一方(図10の上方)のコイルエンド部45Bと、他方(図10の下方)のコイルエンド部45Bとに流れる電流の向きは同一となる。   The coil end portion 45B has the same configuration as the coil end portion 25B of the first embodiment and exerts the same action. However, the direction of the current flowing in one (upper side in FIG. 10) and the other (lower side in FIG. 10) coil end part 45B in the axial direction is the same.

コイル45のうち主配線部45Aは、電流が流れることで、歯部42の内周面からラジアル方向の磁束Φ11、Φ12を発生させる。アキシャル方向に隣接する2つのコイル45は互いに逆向きに巻回されているため、ギャップ部41hよりも一方側に生じる磁束Φ11と、他方側に生じる磁束Φ12とは、逆向きとなる。コイル45のうちコイルエンド部45Bは、電流が流れることで、アキシャル方向の磁束Φ21、Φ22を発生させる。一方(図10の上方)のコイルエンド部45Bと、他方(図10の下方)のコイルエンド部45Bとに流れる電流の向きは同一であるため、両者からは同一の向きの磁束Φ21、Φ22が発生する。   The main wiring portion 45 </ b> A of the coil 45 generates radial magnetic fluxes Φ <b> 11 and Φ <b> 12 from the inner peripheral surface of the tooth portion 42 when a current flows. Since the two coils 45 adjacent in the axial direction are wound in opposite directions, the magnetic flux Φ11 generated on one side of the gap 41h and the magnetic flux Φ12 generated on the other side are in opposite directions. The coil end portion 45B of the coil 45 generates magnetic fluxes Φ21 and Φ22 in the axial direction when a current flows. Since the direction of the current flowing through the coil end part 45B on one side (upper side in FIG. 10) and the coil end part 45B on the other side (lower side in FIG. 10) is the same, the magnetic fluxes Φ21 and Φ22 in the same direction are generated from both. appear.

ロータ30は、モータ軸39と第1ロータ要素31と第2ロータ要素35とが連結されて構成され、回転軸O1を中心に回転可能に保持されている。   The rotor 30 is configured by connecting a motor shaft 39, a first rotor element 31, and a second rotor element 35, and is rotatably held around a rotation axis O1.

第1ロータ要素31は、ステータコア41の内周面からラジアル方向に間隔を開けて配置され、ステータコア41からラジアル方向の磁束を受けて、電磁力によりトルクを発生する。第1ロータ要素31は、複数の永久磁石31aとこれらを保持する保持体31bとを備える。複数の永久磁石31aは、保持体31bにおいて周方向にn分割(nは偶数)され、アキシャル方向に2分割された、(n×2)区画にそれぞれ設けられている。周方向に並んで配置される複数の永久磁石31aは、交互にN極とS極とがラジアル方向に向くように配置され、アキシャル方向に並んで配置される2つの永久磁石31aは、互いに逆向きの極性がラジアル方向に向くように配置される。   The first rotor element 31 is arranged with a gap in the radial direction from the inner peripheral surface of the stator core 41, receives the magnetic flux in the radial direction from the stator core 41, and generates torque by electromagnetic force. The first rotor element 31 includes a plurality of permanent magnets 31a and a holding body 31b that holds them. The plurality of permanent magnets 31a are respectively provided in (n × 2) sections that are n-divided (n is an even number) in the circumferential direction and divided into two in the axial direction in the holding body 31b. The plurality of permanent magnets 31a arranged side by side in the circumferential direction are arranged so that the north and south poles are alternately directed in the radial direction, and the two permanent magnets 31a arranged in the axial direction are opposite to each other. It arrange | positions so that the polarity of direction may face a radial direction.

第2ロータ要素35は、複数の永久磁石35aの極性の向きが異なるだけで、その他は実施形態1の第2ロータ要素15と同様に構成される。アキシャル方向の一端側と他端側とで互いに対向する一対の永久磁石35aは、ステータ40に向く磁極が互いに逆になるように配置される。   The second rotor element 35 is configured in the same manner as the second rotor element 15 of the first embodiment except that the polar directions of the plurality of permanent magnets 35a are different. The pair of permanent magnets 35a facing each other on one end side and the other end side in the axial direction are arranged such that the magnetic poles facing the stator 40 are opposite to each other.

上記のように構成された回転電動機1Aによれば、コイル45に三相の電流が流されてロータ30にトルクが発生する。具体的には、コイル45の主配線部45Aの電流により発生するラジアル方向の磁束Φ11、Φ12が作用して、第1ロータ要素31にトルクが発生する。さらに、コイルエンド部45Bの電流により発生するアキシャル方向の磁束Φ21、Φ22が作用して、第2ロータ要素35にトルクが発生する。そして、これらが合算されてモータ軸39にトルクが出力される。   According to the rotary electric motor 1 </ b> A configured as described above, a three-phase current is passed through the coil 45 and torque is generated in the rotor 30. Specifically, radial magnetic fluxes Φ11 and Φ12 generated by the current in the main wiring portion 45A of the coil 45 act to generate torque in the first rotor element 31. Furthermore, axial magnetic fluxes Φ21 and Φ22 generated by the current of the coil end portion 45B act to generate torque in the second rotor element 35. These are added together and torque is output to the motor shaft 39.

ここで、ステータ40は、アキシャル方向に2分割されたコア部41u、41dを有し、アキシャル方向に並んだ2つの歯部42の周囲にはコイル45の巻回方向が異なることで逆向きの電流が流れる。したがって、アキシャル方向に対向する一対のコイルエンド部45Bに着目したとき、一方のコイルエンド部45Bが発生する磁束Φ21と、他方のコイルエンド部45Bが発生する磁束Φ22とが打消し合うように作用することがない。そして、周方向に並んだ複数のコイルエンド部45Bにおいて、これらの間で磁束が連なった高い磁束密度の磁気回路を形成することができる。これにより、コイルエンド部45Bの磁束Φ21、Φ22によって第2ロータ要素35から大きなトルクを得ることができる。したがって、実施形態2の回転電動機1Aは、実施形態1の回転電動機1よりも、高い出力密度を達成できる。   Here, the stator 40 has core portions 41u and 41d that are divided into two in the axial direction, and the winding direction of the coil 45 is different around the two tooth portions 42 arranged in the axial direction. Current flows. Accordingly, when focusing on the pair of coil end portions 45B facing each other in the axial direction, the magnetic flux Φ21 generated by one coil end portion 45B and the magnetic flux Φ22 generated by the other coil end portion 45B cancel each other. There is nothing to do. And in the some coil end part 45B located in a line with the circumferential direction, the magnetic circuit of the high magnetic flux density which the magnetic flux continued between these can be formed. Accordingly, a large torque can be obtained from the second rotor element 35 by the magnetic fluxes Φ21 and Φ22 of the coil end portion 45B. Therefore, the rotary electric motor 1A of the second embodiment can achieve a higher output density than the rotary electric motor 1 of the first embodiment.

なお、上記実施形態2では、ステータコア41が環状に連なった一体的な構成として説明した。しかし、ステータコア41は、周方向、アキシャル方向又はその両方において複数に分割された構成としてもよい。そして、分割されたステータコア41の各要素に、コイルを巻回した後、分割されたステータコア41が組み合わせて、1つのステータ40を製造してもよい。このような製造方法により、ラジアル方向に曲がるコイルエンド部45Bを含んだコイル45の巻回工程の作業性が向上し、巻回工程を簡易化できる。   In the second embodiment, the stator core 41 has been described as an integral configuration that is connected in a ring shape. However, the stator core 41 may be divided into a plurality of parts in the circumferential direction, the axial direction, or both. And after winding a coil around each element of the divided stator core 41, the divided stator core 41 may be combined to manufacture one stator 40. By such a manufacturing method, the workability of the winding process of the coil 45 including the coil end portion 45B that bends in the radial direction is improved, and the winding process can be simplified.

(変形例1)
図12は、実施形態2の第1ロータ要素の第1例(A)と第2例(B)とを示す図である。
(Modification 1)
FIG. 12 is a diagram illustrating a first example (A) and a second example (B) of the first rotor element according to the second embodiment.

本実施形態2の変形例1の回転電動機は、上述した実施形態2の第1ロータ要素31(図12(A))の替りに、12(B)の第1ロータ要素33を備えて構成される。第1ロータ要素33は、アキシャル方向に並んだ2組のかご型ロータ33u、33dが連結されて構成される。各かご型ロータ33u、33dは、2つのエンドリング33aと、複数の導電バー33bとを有する。エンドリング33aと導電バー33bとは導電体であり、互いの間で電流が流れるように接合される。2組のかご型ロータ33u、33dは、ステータ40の2つのコア部41u、41dに対応して、2つのコア部41u、41dにラジアル方向の側面が囲われるように配置される。2組のかご型ロータ33u、33dは、互いに導通しないように連結されている。   The rotary electric motor of Modification 1 of Embodiment 2 includes a first rotor element 33 of 12 (B) instead of the first rotor element 31 (FIG. 12 (A)) of Embodiment 2 described above. The The first rotor element 33 is configured by connecting two sets of cage rotors 33u and 33d arranged in the axial direction. Each cage rotor 33u, 33d has two end rings 33a and a plurality of conductive bars 33b. The end ring 33a and the conductive bar 33b are conductors and are joined so that a current flows between them. The two sets of squirrel-cage rotors 33u and 33d are arranged so that the side surfaces in the radial direction are surrounded by the two core portions 41u and 41d corresponding to the two core portions 41u and 41d of the stator 40. The two sets of squirrel-cage rotors 33u and 33d are connected so as not to conduct each other.

実施形態2の変形例1の回転電動機は、ステータコア41のコア部41uから発生される磁束Φ11を一方のかご型ロータ33uが受け、コア部41dから発生される磁束Φ12を他方のかご型ロータ33dが受ける。そして、かご型ロータ33u、33dに誘導電流が流れることで、第1ロータ要素33に滑りに対応するトルクが発生する。同時に、コイルエンド部45Bの電流により発生されるアキシャル方向の磁束Φ21、Φ22により、第2ロータ要素35にトルクが発生する。そして、これらを合算したトルクがモータ軸39に出力される。   In the rotary electric motor according to Modification 1 of Embodiment 2, one cage rotor 33u receives the magnetic flux Φ11 generated from the core portion 41u of the stator core 41, and the other cage rotor 33d receives the magnetic flux Φ12 generated from the core portion 41d. Receive. Then, when an induced current flows through the cage rotors 33u and 33d, a torque corresponding to the slip is generated in the first rotor element 33. At the same time, torque is generated in the second rotor element 35 by the magnetic fluxes Φ21 and Φ22 in the axial direction generated by the current of the coil end portion 45B. Then, a torque obtained by adding these is output to the motor shaft 39.

なお、実施形態2の回転電動機1A及びその変形例1においても、第2ロータ要素35は、図9(B)に示した第2ロータ要素17に置換してもよい。   In addition, also in 1 A of rotary electric motors of Embodiment 2, and its modification 1, the 2nd rotor element 35 may be substituted to the 2nd rotor element 17 shown to FIG. 9 (B).

これらの変形例においても、実施形態1の回転電動機1及びその変形例1〜4よりも回転電動機の出力密度をより高くすることができる。   Also in these modified examples, the output density of the rotary motor can be made higher than that of the rotary motor 1 of the first embodiment and the modified examples 1 to 4 thereof.

<応用例>
以上説明した実施形態1の回転電動機1、その変形例1〜変形例4の回転電動機、実施形態2の回転電動機1A及びその変形例の回転電動機は、様々な産業機械のモータ、あるいは、産業用車両のモータに適用できる。具体的には、上記の回転電動機は、射出成形機の各種モータ、ハイブリッドショベルに備わる走行モータ、旋回モータ及び発電機のアシストモータ、並びに、ロボットに備わる旋回モータ及び関節部の駆動モータなどに適用できる。
<Application example>
The rotary motor 1 of the first embodiment described above, the rotary motors of the first to fourth modifications thereof, the rotary motor 1A of the second embodiment and the rotary motor of the second modification are motors of various industrial machines or industrial applications. Applicable to vehicle motors. Specifically, the rotary electric motor described above is applied to various motors of injection molding machines, travel motors provided in hybrid excavators, turning motors and assist motors of generators, turning motors provided in robots, joint drive motors, and the like. it can.

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、コイル25、45の配線として断面円形の配線を図示した。しかし、コイル25、45の配線は、例えば断面が円形よりも扁平な平線が適用されてもよい。平線を用いてもラジアル方向に曲がるコイルエンド部25B、45Bの成形性を低下させることなく、コイル25、45の配線の集積度を向上できる。また、上記実施形態では、コイルエンド部25B、45Bがラジアル方向の外向きに曲がる構成を示したが、コイルエンド部25B、45Bはラジアル方向の内向きに曲がる構成であってもよい。その他、実施の形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。   The embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, wiring having a circular cross section is illustrated as the wiring of the coils 25 and 45. However, the wiring of the coils 25 and 45 may be a flat wire whose cross section is flatter than a circular shape, for example. Even if a flat wire is used, the degree of integration of the wiring of the coils 25 and 45 can be improved without deteriorating the formability of the coil end portions 25B and 45B that bend in the radial direction. In the above embodiment, the coil end portions 25B and 45B are bent outward in the radial direction. However, the coil end portions 25B and 45B may be bent inward in the radial direction. In addition, the details shown in the embodiments can be changed as appropriate without departing from the spirit of the invention.

1、1A 回転電動機
10、30 ロータ
11、13、31、33 第1ロータ要素
11a、31a 永久磁石
13a、33a エンドリング
13b、33b 導電バー
15、17、35 第2ロータ要素
15a、35a 永久磁石
17a1、17a2 エンドリング
17b 導電バー
19、39 モータ軸
20、40 ステータ
21、41 ステータコア
41u、41d コア部
41h ギャップ部
22、42 歯部
23、43 スリット
25、45 コイル
25A、45A 主配線部
25B、45B コイルエンド部
Φ1、Φ11、Φ12 ラジアル方向の磁束
Φ2、Φ21、Φ22 アキシャル方向の磁束
1, 1A Rotary motor 10, 30 Rotor 11, 13, 31, 33 First rotor element 11a, 31a Permanent magnet 13a, 33a End ring 13b, 33b Conductive bar 15, 17, 35 Second rotor element 15a, 35a Permanent magnet 17a1 17a2 End ring 17b Conductive bar 19, 39 Motor shaft 20, 40 Stator 21, 41 Stator core 41u, 41d Core part 41h Gap part 22, 42 Tooth part 23, 43 Slit 25, 45 Coil 25A, 45A Main wiring part 25B, 45B Coil end Φ1, Φ11, Φ12 Radial magnetic flux Φ2, Φ21, Φ22 Axial magnetic flux

Claims (4)

ステータコアと、
前記ステータコアのラジアル方向に配置され磁力を受ける第1ロータ要素、及び、前記ステータコアのアキシャル方向に配置され磁力を受ける第2ロータ要素を有するロータと、
前記ステータコアの前記第1ロータ要素と対向する端面からラジアル方向に磁束が貫くように前記ステータコアに巻回され、かつ、前記ステータコアのアキシャル方向の端面よりも外方にコイルエンド部を有するコイルと、
を備え、
前記コイルエンド部は、ラジアル方向に曲がり、アキシャル方向から見て、前記第2ロータ要素と重なっている、
回転電動機。
A stator core;
A rotor having a first rotor element arranged in a radial direction of the stator core and receiving a magnetic force, and a second rotor element arranged in an axial direction of the stator core and receiving a magnetic force;
A coil wound around the stator core so that a magnetic flux penetrates in a radial direction from an end surface of the stator core facing the first rotor element, and having a coil end portion outward from an end surface in the axial direction of the stator core;
With
The coil end portion bends in a radial direction and overlaps with the second rotor element as viewed from the axial direction.
Rotating motor.
磁性体であり前記コイルエンド部の内周部に前記第2ロータ要素と対向して配置される終端コアを備え、
前記ステータコアと前記終端コアとが非磁性体を介して分離している、
請求項1記載の回転電動機。
A termination core that is a magnetic body and is disposed on the inner periphery of the coil end portion so as to face the second rotor element;
The stator core and the terminal core are separated via a non-magnetic material;
The rotary electric motor according to claim 1.
前記第1ロータ要素は、永久磁石、又は、導電バー及びエンドリングを有し、
前記第2ロータ要素は、導電バー及びエンドリングを有する、
請求項1又は請求項2に記載の回転電動機。
The first rotor element has a permanent magnet or a conductive bar and an end ring;
The second rotor element comprises a conductive bar and an end ring;
The rotary electric motor according to claim 1 or 2.
前記第1ロータ要素は、導電バー及びエンドリングを有し、
前記第2ロータ要素は、永久磁石、又は、導電バー及びエンドリングを有する、
請求項1又は請求項2に記載の回転電動機。
The first rotor element comprises a conductive bar and an end ring;
The second rotor element has a permanent magnet or a conductive bar and an end ring.
The rotary electric motor according to claim 1 or 2.
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