JP2020025422A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】外径側での磁束密度の低下を抑えるとともに、界磁ヨークの質量増加を抑制できる電動機を提供すること。【解決手段】軸線を中心に回転可能な回転軸部材と、回転軸部材に設けられた円環状のロータコア、及び、ロータコアに設けられた磁石を有するロータと、ロータコアに対して回転軸部材の軸線方向と直交する方向である径方向に間隔をあけて配置された円環状のステータコア、及び、ステータコアに巻き付けられたステータコイルを有するステータと、ロータ及びステータを内包した円筒状の界磁ヨークと、界磁ヨークに設けられ、界磁ヨークとロータコアとの間に磁気回路を形成することによって、ロータコアとステータコアとの間の磁束密度を制御可能な界磁コイルと、を備えた電動機であって、界磁ヨークは、径方向外側に向かうほど薄くなっている。【選択図】図１

Description

本発明は、電動機に関する。

特許文献１には、シャフトに設けられた円環状のロータコアを有するロータと、ロータコアに対して径方向に間隔をあけて配置された円環状のステータコアを有するステータと、ロータ及びステータを内包した円筒状の界磁ヨークと、ロータコアとステータコアとの間での磁束量を制御可能な界磁コイルと、を備えた電動機が開示されている。

特開２０１０−０６８５９６号公報

特許文献１に開示された電動機では、界磁ヨークの厚みが一定のため、径方向外側に向かって、界磁の磁気回路の磁束に垂直な断面の断面積が増加しており、外径側での磁束密度が低下してしまう。また、界磁ヨークの質量増加を抑制するという観点では改善の余地があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、外径側での磁束密度の低下を抑えるとともに、界磁ヨークの質量増加を抑制できる電動機を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電動機は、軸線を中心に回転可能な回転軸部材と、前記回転軸部材に設けられた円環状のロータコア、及び、該ロータコアに設けられた磁石を有するロータと、前記ロータコアに対して前記回転軸部材の軸線方向と直交する方向である径方向に間隔をあけて配置された円環状のステータコア、及び、該ステータコアに巻き付けられたステータコイルを有するステータと、前記ロータ及び前記ステータを内包した円筒状の界磁ヨークと、前記界磁ヨークに設けられ、前記界磁ヨークと前記ロータコアとの間に磁気回路を形成することによって、前記ロータコアと前記ステータコアとの間の磁束密度を制御可能な界磁コイルと、を備えた電動機であって、前記界磁ヨークは、径方向外側に向かうほど薄くなっていることを特徴とするものである。

本発明に係る電動機は、磁束（磁気方向）に垂直な断面の断面積を一定に近づけることができるため、外径側での磁束密度の低下を抑えて、磁束密度の分布を一様に近づけることができるとともに、界磁ヨークの質量増加を抑制することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る電動機の断面図である。 図２は、界磁ヨークの端壁部の角を削った場合の電動機の断面図である。 図３は、界磁ヨークの端壁部の軸線方向内側の面を軸線方向外側に傾けた場合の電動機の断面図である。

以下に、本発明に係る電動機の一実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態に係る電動機１の断面図である。図１に示すように、実施形態に係る電動機１は、シャフト２、ロータ３、ステータ４、界磁ヨーク５、及び、界磁コイル６などを備えている。

シャフト２は、軸線方向に長尺な金属製の回転軸部材である。なお、以下の説明において、「軸線方向」とは、シャフト２の軸線方向（長手方向）と定義する。ロータ３は、ロータコア３１、磁石３２及び界磁コア３３などを有している。ロータコア３１は、複数の電磁鋼板をシャフト２の軸線方向に積層して円筒状に形成されている。ロータコア３１は、軸線方向にて電磁鋼板間に隙間があるため、軸線方向の磁気抵抗が、ロータコア３１の軸線方向と直交する方向である径方向及び周方向の磁気抵抗よりも大きい。そのため、ロータコア３１内では、磁束が軸線方向に流れ難く、径方向及び周方向に磁束が流れやすくなっている。

磁石３２は、ロータコア３１の内部に埋設されており、ロータコア３１の軸線方向にわたって延在している。磁石３２の軸線方向両端面は、それぞれロータコア３１の軸線方向両端面と略面一になっている。

界磁コア３３は、磁性材によって円筒状に形成されており、ロータコア３１の内周に設けられ、シャフト２と共に回転可能にシャフト２に固設されている。界磁コア３３の軸線方向両端面は、それぞれロータコア３１の軸線方向両端面と略面一になっている。なお、界磁コア３３の軸線方向の磁気抵抗は、ロータコア３１の軸線方向の磁気抵抗よりも小さくなっている。そのため、界磁コア３３では、ロータコア３１内よりも軸線方向に磁束が流れやすくなっている。

ステータ４は、ロータコア３１の径方向外方に所定間隔をあけて配置された円筒状のステータコア４１と、ステータコア４１に巻き付けられたステータコイル４２とを有している。ステータコア４１は、複数枚の電磁鋼板を軸線方向に積層して構成されている。ステータコア４１は、軸線方向にて電磁鋼板間に隙間があるため、軸線方向の磁気抵抗が、径方向及び周方向の磁気抵抗よりも大きい。そのため、ステータコア４１内では、磁束が軸線方向に流れ難く、径方向及び周方向に磁束が流れやすくなっている。

界磁ヨーク５は、磁性材からなり、図１に示すように、一対の端壁部５１Ａ，５１Ｂと、外側壁部５２と、一対の内側壁部５３Ａ，５３Ｂとによって構成されており、ロータ３及びステータ４を内包している。一対の端壁部５１Ａ，５１Ｂは、円環状であり、それぞれ軸線方向にてロータ３及びステータ４の両端部から離れた位置に配置されている。外側壁部５２は、ステータ４のコイルエンド４２１よりも軸線方向外側まで延在しており、端壁部５１Ａ，５１Ｂの径方向外周縁部に連なって円筒状に形成されている。一対の内側壁部５３Ａ，５３Ｂは、端壁部５１Ａ，５１Ｂの径方向内周縁部に連なって円筒状に形成されており、軸線方向にてロータ３の両端部から所定間隔をあけて配置されている。また、各内側壁部５３Ａ，５３Ｂは、径方向にてシャフト２から所定間隔をあけて配置されている。

また、端壁部５１Ａ，５１Ｂの軸線方向におけるロータ３側の面には、界磁コイル６が設けられている。界磁コイル６は、界磁ヨーク５とロータコア３１との間に磁気回路を形成することによって、ロータコア３１とステータコア４１との間での磁束量を制御可能である。

実施形態に係る電動機１においては、図１に示すように、界磁ヨーク５の端壁部５１Ａ，５１Ｂの厚さが、径方向外側に向かうほど薄くなっている。具体的には、端壁部５１Ａ，５１Ｂの軸線方向内側の面は、シャフト２の軸線に対してほぼ垂直であるのに対して、端壁部５１Ａ，５１Ｂの軸線方向外側の面が、シャフト２の軸線に対して軸線方向外側から内側に向かって傾いている部分を有している。この際、界磁ヨーク５は、磁気回路に対して断面積が一定であり、この断面積は界磁コイル６に最大電流を供給したときに、磁気飽和しない面積以上としている。

なお、前記断面積は、磁束（磁気方向）に垂直な断面の断面積であり、界磁ヨーク５の端壁部５１Ａ，５１Ｂにおける任意の部位での弧の長さと厚さとを用いて算出することができる。例えば、端壁部５１Ｂにおいて、図１に示すＡ部での断面積は、弧の長さをｒとし厚さをｌとすると２πｒｌであり、図１に示すＢ部での断面積は、弧の長さをＲとし厚さをＬとすると２πＲＬである。

実施形態に係る電動機１は、界磁ヨーク５の端壁部５１Ａ，５１Ｂの厚さを、径方向外側に向かうほど薄くすることにより、界磁ヨーク５の磁束（磁気方向）に垂直な断面の断面積を一定に近づけることができる。これにより、実施形態１に係る電動機１では、外径側での磁束密度の低下を抑えて、磁束密度の分布を一様に近づけることができるとともに、界磁ヨーク５の質量増加を抑制することができる。

なお、実施形態に係る電動機１においては、図２に示すように、界磁ヨーク５の端壁部５１Ａ，５１Ｂの角を削って、より断面積を一定に近づけるようにしてもよい。また、図３に示すように、端壁部５１Ａ，５１Ｂの軸線方向外側の面は、シャフト２の軸線に対してほぼ垂直であるのに対して、端壁部５１Ａ，５１Ｂの軸線方向内側の面を、シャフト２の軸線に対して軸線方向内側から外側に向かって傾けて、端壁部５１Ａ，５１Ｂの厚さを、径方向外側に向かうほど薄くしてもよい。

１ 電動機
２ シャフト
３ ロータ
４ ステータ
５ 界磁ヨーク
６ 界磁コイル
３１ ロータコア
３２ 磁石
３３ 界磁コア
４１ ステータコア
４２ ステータコイル
５１Ａ，５１Ｂ 端壁部
５２ 外側壁部
５３Ａ，５３Ｂ 内側壁部
４２１ コイルエンド

Claims (1)

1. 軸線を中心に回転可能な回転軸部材と、
   前記回転軸部材に設けられた円環状のロータコア、及び、該ロータコアに設けられた磁石を有するロータと、
   前記ロータコアに対して前記回転軸部材の軸線方向と直交する方向である径方向に間隔をあけて配置された円環状のステータコア、及び、該ステータコアに巻き付けられたステータコイルを有するステータと、
   前記ロータ及び前記ステータを内包した円筒状の界磁ヨークと、
   前記界磁ヨークに設けられ、前記界磁ヨークと前記ロータコアとの間に磁気回路を形成することによって、前記ロータコアと前記ステータコアとの間の磁束密度を制御可能な界磁コイルと、
   を備えた電動機であって、
   前記界磁ヨークは、径方向外側に向かうほど薄くなっていることを特徴とする電動機。

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