JP2021023035A - motor - Google Patents

motor Download PDF

Info

Publication number
JP2021023035A
JP2021023035A JP2019138421A JP2019138421A JP2021023035A JP 2021023035 A JP2021023035 A JP 2021023035A JP 2019138421 A JP2019138421 A JP 2019138421A JP 2019138421 A JP2019138421 A JP 2019138421A JP 2021023035 A JP2021023035 A JP 2021023035A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
soft magnetic
lead wire
motor
magnetic material
winding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2019138421A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
勉 水野
Tsutomu Mizuno
勉 水野
光秀 佐藤
Mitsuhide Sato
光秀 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shinshu University NUC
Original Assignee
Shinshu University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shinshu University NUC filed Critical Shinshu University NUC
Priority to JP2019138421A priority Critical patent/JP2021023035A/en
Publication of JP2021023035A publication Critical patent/JP2021023035A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)

Abstract

To provide a small motor capable of generating high torque or high power with high efficiency suitable for high-speed operation.SOLUTION: A motor has a coreless structure stator 1 provided with a lead wire 2 wound around a yoke and a mover provided with a permanent magnet 3 to face the stator. A soft magnetic material 21 is provided between the lead wire in any winding and the lead wire in the winding adjacent to a movable direction of the mover. The soft magnetic material may be a magnetic composite material obtained by mixing a resin with magnetic powder and solidifying it.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、高速動作に適した高効率で高トルクを発生することができる小型のモータに関する。 The present disclosure relates to a small motor capable of generating high torque with high efficiency suitable for high speed operation.

近年、エネルギー消費の増加にともなって国際的に地球温暖化問題への関心が高まり、消費エネルギーの低減が求められている。世界のエネルギー消費の中でモータに係る割合は約40%であると言われ、各分野で電動化が進む中、モータの高効率化は急務となっている。モータの高効率化はモータ体格を大きくすることである程度は達成可能であるが、大型化するとアプリケーションが限られてくる。 In recent years, with the increase in energy consumption, interest in the problem of global warming has increased internationally, and reduction of energy consumption is required. It is said that about 40% of the world's energy consumption is related to motors, and with the progress of electrification in each field, it is an urgent task to improve the efficiency of motors. Higher efficiency of the motor can be achieved to some extent by increasing the size of the motor, but increasing the size limits the applications.

小型のモータとしては、自動車エンジンに用いられるターボチャージャー、ターボ分子ポンプ、医療用ロボットに使用するモータなどがある。これらのモータは効率の他に超高速、例えば100,000rpmを超える回転数が求められている。小型で超高速回転を実現する手段としてスロットレス(コアレス)モータが適していると言われている(非特許文献1)。超高速回転下では誘起電圧の上昇を抑制する必要があり、そのため巻線部分のインダクタンスを減らした方が有利だからである。 Small motors include turbochargers used in automobile engines, turbo molecular pumps, and motors used in medical robots. In addition to efficiency, these motors are required to have an ultra-high speed, for example, a rotation speed exceeding 100,000 rpm. It is said that a slotless (coreless) motor is suitable as a means for realizing ultra-high-speed rotation with a small size (Non-Patent Document 1). This is because it is necessary to suppress the increase in the induced voltage under ultra-high speed rotation, and therefore it is advantageous to reduce the inductance of the winding portion.

しかし、その一方でスロットレスモータはコアが無いため固定子と回転子の間のギャップ内の磁束密度が低く、よってトルクが小さくなる。また永久磁石からの磁束が巻線に鎖交し、巻線内の電流密度の偏りが発生するために交流銅損が発生する。このような課題に対し、巻線(コイル)全体に磁性シートを貼付け、交流銅損を低減するといったIPMモータが検討されている(非特許文献2)。 However, on the other hand, since the slotless motor does not have a core, the magnetic flux density in the gap between the stator and the rotor is low, and therefore the torque is small. Further, the magnetic flux from the permanent magnet is interlinked with the winding, and the current density in the winding is biased, so that AC copper loss occurs. To solve such a problem, an IPM motor in which a magnetic sheet is attached to the entire winding (coil) to reduce AC copper loss has been studied (Non-Patent Document 2).

また、トルクを改善する方法として、ムービングコイル型のコアレスモータの回転子にコイルを固定するためのモールド樹脂に磁性粉を混ぜ、回転軸方向に磁化配列させることにより、高トルク化を図る技術も開示されている(特許文献1)。 In addition, as a method of improving torque, there is also a technique for increasing torque by mixing magnetic powder with a mold resin for fixing the coil to the rotor of a moving coil type coreless motor and arranging the magnetism in the direction of the rotation axis. It is disclosed (Patent Document 1).

特開2006−25594号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-25594

小森、他、「スロットレス超高速PMモータの高パワー密度設計」、電気学会産業応用部門大会、2013Komori et al., "High Power Density Design of Slotless Ultra High Speed PM Motor", IEEJ Industrial Application Division Conference, 2013 鳥島、水野、他、「磁束経路制御技術を用いた平角線の銅損低減」,電気学会研究会資料、MAG−19−008、2019Torishima, Mizuno, et al., "Reduction of Copper Loss on Flat Wires Using Magnetic Flux Path Control Technology", Institute of Electrical Engineers of Japan, MAG-19-008, 2019

しかし、非特許文献1の高効率化技術は、磁束が直接コイルに入らないように予めスロットに巻回されたコイルの、回転子(永久磁石)に近い側を磁性体で覆うものである。つまり、スロットを用いることを前提とした構成であって、スロットレス型のモータにそのまま適用しても効果が無いか、却って効率を落とすことになる。また、特許文献1の技術は、高トルク化を実現するため、磁性モールド材を磁化配列させているが、このようにするとインダクタンスの増加を招き、超高速回転には適さない、といった課題があった。また、コイル周辺を磁化配列させた場合、高磁場下で磁気飽和が生じるといった課題もある。 However, the high efficiency technique of Non-Patent Document 1 covers the side of the coil previously wound in the slot so that the magnetic flux does not directly enter the coil with a magnetic material on the side close to the rotor (permanent magnet). That is, the configuration is premised on the use of slots, and even if it is applied to a slotless motor as it is, there is no effect, or the efficiency is rather reduced. Further, in the technique of Patent Document 1, the magnetic molding material is magnetized and arranged in order to realize high torque, but there is a problem that this causes an increase in inductance and is not suitable for ultra-high speed rotation. It was. Further, when the periphery of the coil is magnetized, there is a problem that magnetic saturation occurs under a high magnetic field.

本開示の一態様に係るモータは、ヨークに巻回した導線が設けられたコアレス構造の固定子と、前記固定子に対向するように永久磁石が設けられた可動子を有するモータであって、任意の巻回における前記導線と、前記可動子の可動方向に隣接する巻回における前記導線との間に軟磁性体が設けられたことを特徴とする。 The motor according to one aspect of the present disclosure is a motor having a stator having a coreless structure provided with a conducting wire wound around a yoke and a mover provided with a permanent magnet so as to face the stator. It is characterized in that a soft magnetic material is provided between the lead wire in an arbitrary winding and the lead wire in a winding adjacent to the movable direction of the mover.

前記軟磁性体は、電磁鋼板、ナノ結晶板、圧粉、磁性コンポジット材のいずれかであってもよい。 The soft magnetic material may be any of an electromagnetic steel plate, a nanocrystal plate, a dust powder, and a magnetic composite material.

前記磁性コンポジット材はバインダに磁性粉を混ぜて固化させたものであってもよい。 The magnetic composite material may be a binder mixed with magnetic powder and solidified.

前記磁性粉はFe系アモルファス、純鉄、Fe−Si、ナノ結晶、センダストのいずれかであってもよい。 The magnetic powder may be any of Fe-based amorphous, pure iron, Fe—Si, nanocrystals, and sendust.

前記導線の断面は平角形状であってもよい。 The cross section of the lead wire may be flat.

前記導線の断面は円形状であってもよい。 The cross section of the lead wire may be circular.

前記導線はα巻きに巻回されていてもよい The lead wire may be wound around α.

前記軟磁性体は前記ヨークに接する面を有し、前記軟磁性体の前記ヨークに接する面側には、前記可動子の可動方向と垂直な方向に前記導線を収納する溝が形成されていてもよい。 The soft magnetic material has a surface in contact with the yoke, and a groove for accommodating the lead wire is formed on the surface side of the soft magnetic material in contact with the yoke in a direction perpendicular to the movable direction of the mover. May be good.

前記ヨークは軟磁性体で形成されていてもよい。 The yoke may be made of a soft magnetic material.

前記ヨークは電磁鋼板を積層して形成されたものであってもよい。 The yoke may be formed by laminating electromagnetic steel sheets.

本開示の一態様によれば、超高速動作しているスロット(コア)レス型のモータの固定子内の磁束経路を導線間に設けられた軟磁性体で制御することによってトルクやパワーの増加および巻線内の渦電流損失の低減を図ることができ、小型で高効率なモータを実現することが可能となる。さらに前記軟磁性体は、Fe等の金属または合金を含むため、比較的熱伝導性が良く、前記導線内で発生する熱を逃がす役割を果たし、発熱による直流抵抗の上昇も防ぐことができる。 According to one aspect of the present disclosure, torque and power are increased by controlling the magnetic flux path in the stator of a slot (core) -less motor operating at ultra-high speed with a soft magnetic material provided between the conductors. In addition, it is possible to reduce the eddy current loss in the winding, and it is possible to realize a compact and highly efficient motor. Further, since the soft magnetic material contains a metal or alloy such as Fe, it has relatively good thermal conductivity, plays a role of dissipating heat generated in the conducting wire, and can prevent an increase in DC resistance due to heat generation.

本開示の一実施の形態のモータの断面図および詳細断面図Cross-sectional view and detailed cross-sectional view of the motor according to the embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施の形態のモータの要部構成図Configuration diagram of the main part of the motor according to the embodiment of the present disclosure 一般的なスロットレスモータの磁束経路を示す説明図Explanatory drawing showing the magnetic flux path of a general slotless motor 本開示の一実施の形態の効果を示す説明図Explanatory drawing which shows the effect of one Embodiment of this disclosure 本開示の実施例1のモータにおける軟磁性体とその周辺の断面図Cross-sectional view of the soft magnetic material and its surroundings in the motor of Example 1 of the present disclosure. 本開示の実施例1のモータにおけるステータの要部構成図Configuration diagram of the main part of the stator in the motor of Example 1 of the present disclosure 本開示の実施例2のモータにおけるステータの要部構成図Configuration diagram of the main part of the stator in the motor of the second embodiment of the present disclosure 本開示の実施例3のモータにおけるステータの要部構成図Configuration diagram of the main part of the stator in the motor of Example 3 of the present disclosure 本開示の実施例4のモータの寸法図Dimensional drawing of the motor of Example 4 of the present disclosure 本開示の実施例4の軟磁性体の特性を示すグラフA graph showing the characteristics of the soft magnetic material of Example 4 of the present disclosure. 本開示の実施例4および比較例の寸法図Dimensional drawing of Example 4 and Comparative Example of the present disclosure 本開示の実施例5および比較例の磁束密度と磁束線分布図Magnetic flux density and magnetic flux line distribution diagram of Example 5 and Comparative Example of the present disclosure 本開示の実施例5および比較例の電流密度と磁束線分布図Current density and magnetic flux line distribution diagram of Example 5 and Comparative Example of the present disclosure 本開示の実施例5の効果を示すグラフGraph showing the effect of Example 5 of the present disclosure 本開示の実施例5の効果を示すグラフGraph showing the effect of Example 5 of the present disclosure 本開示の実施例5の効果を示すグラフGraph showing the effect of Example 5 of the present disclosure 本開示の実施例6の効果を示すグラフGraph showing the effect of Example 6 of the present disclosure 本開示の実施例7に対する比較例の部分構成図と交流銅損を示すグラフA partial configuration diagram of a comparative example with respect to Example 7 of the present disclosure and a graph showing AC copper loss. 本開示の実施例7の一モデルの部分構成図と交流銅損を示すグラフA partial configuration diagram of one model of Example 7 of the present disclosure and a graph showing AC copper loss. 本開示の実施例7の他のモデルの部分構成図と交流銅損を示すグラフA partial configuration diagram of another model of Example 7 of the present disclosure and a graph showing AC copper loss. 本開示の実施例7の他のモデルの部分構成図と交流銅損を示すグラフA partial configuration diagram of another model of Example 7 of the present disclosure and a graph showing AC copper loss. 本開示の実施例8に対する比較例の部分構成図と交流銅損を示すグラフA partial configuration diagram of a comparative example with respect to Example 8 of the present disclosure and a graph showing AC copper loss. 本開示の実施例8の一モデルの部分構成図と交流銅損を示すグラフA partial configuration diagram of one model of Example 8 of the present disclosure and a graph showing AC copper loss. 本開示の実施例8の他のモデルの部分構成図と交流銅損を示すグラフA partial configuration diagram of another model of Example 8 of the present disclosure and a graph showing AC copper loss. 本開示の実施例8の他のモデルの部分構成図と交流銅損を示すグラフA partial configuration diagram of another model of Example 8 of the present disclosure and a graph showing AC copper loss.

以下、本開示の一態様に係る実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態においてモータは回転型モータとする。図1に本実施の形態におけるモータの断面図と、破線で描かれた円内の詳細断面図を示す。図1において、1は(固定子)ヨークであり、巻回された導線(以下、巻線)2とともに固定子を構成する。3は永久磁石であり、ヨーク4、シャフト5とともに可動子(以下、回転子)を構成する。永久磁石3は前記固定子に対向するように設けられ、予め図中白矢印で示す方向に着磁されている。 Hereinafter, embodiments according to one aspect of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, the motor is a rotary motor. FIG. 1 shows a cross-sectional view of the motor according to the present embodiment and a detailed cross-sectional view inside a circle drawn by a broken line. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a (stator) yoke, which constitutes a stator together with a wound lead wire (hereinafter, winding) 2. Reference numeral 3 denotes a permanent magnet, which constitutes a mover (hereinafter referred to as a rotor) together with the yoke 4 and the shaft 5. The permanent magnet 3 is provided so as to face the stator and is magnetized in advance in the direction indicated by the white arrow in the figure.

図1の詳細断面図において、21は軟磁性体であり、任意の巻回における導線2と、ヨーク1の円周方向に隣接する巻回における導線との間に設けられている。言い換えれば、ヨーク1おいて、軟磁性体21を介さずに(単に絶縁層のみで)導線どうしが接して巻かれることはない。軟磁性体21の材料は、例えば、電磁鋼板、ナノ結晶板、圧粉、磁性コンポジット材であればよい。比透磁率の大きさの点では、電磁鋼板や圧粉が軟磁性体21の材料として適しているが、成型のしやすさという点では磁性コンポジット材が優れている。またヨーク1も電磁鋼板、ナノ結晶板、圧粉、磁性コンポジット材等の軟磁性体で形成されていてもよい。 In the detailed cross-sectional view of FIG. 1, reference numeral 21 denotes a soft magnetic material, which is provided between the lead wire 2 in an arbitrary winding and the conducting wire in a winding adjacent to the yoke 1 in the circumferential direction. In other words, in the yoke 1, the conducting wires are not wound in contact with each other without the soft magnetic material 21 (simply only the insulating layer). The material of the soft magnetic material 21 may be, for example, an electromagnetic steel plate, a nanocrystal plate, a dust powder, or a magnetic composite material. Electrical steel sheets and dust powders are suitable as materials for the soft magnetic material 21 in terms of the large relative permeability, but magnetic composite materials are superior in terms of ease of molding. Further, the yoke 1 may also be formed of a soft magnetic material such as an electromagnetic steel plate, a nanocrystal plate, a dust powder, or a magnetic composite material.

磁性コンポジット材料は樹脂等のバインダに磁性粉を混ぜて固化させたであってもよい。例えば、球状の磁性粉にエポキシ樹脂と希釈材を混合・攪拌・注型し、熱硬化させたものでもよい。磁性粉としては、例えばFe系アモルファス、純鉄、Fe−Si、ナノ結晶、センダストを用いることができる。形状としては球状が好ましい。扁平形状の磁性粉では、強磁場により配向が生じ、磁束密度が飽和する可能性があるからである。また、磁性コンポジット材料における磁性粉の分量は体積比で30〜60%が好ましい。この範囲より低いと磁束経路が十分に制御されず、逆に高いと材料自身の剛性が低下する。軟磁性体21の具体的構造や磁性コンポジット材料の具体例については実施例1〜4で改めて説明する。 The magnetic composite material may be solidified by mixing magnetic powder with a binder such as resin. For example, an epoxy resin and a diluent may be mixed, stirred, and cast into a spherical magnetic powder and heat-cured. As the magnetic powder, for example, Fe-based amorphous, pure iron, Fe-Si, nanocrystals, and sendust can be used. The shape is preferably spherical. This is because the flat magnetic powder may be oriented by a strong magnetic field and the magnetic flux density may be saturated. The amount of magnetic powder in the magnetic composite material is preferably 30 to 60% by volume. If it is lower than this range, the magnetic flux path is not sufficiently controlled, and if it is higher than this range, the rigidity of the material itself decreases. The specific structure of the soft magnetic material 21 and specific examples of the magnetic composite material will be described again in Examples 1 to 4.

図1の詳細断面図において、20は巻線2の一部である導線である。導線20の断面は平角形状であっても円形状であってもよい。断面形状の詳細については実施例1と2で改めて説明する。本実施の形態では導線20は平角形状の断面を有するとする。ここで平角形状とは、長方形状であってもよいし、長方形の角が削られた多角形であってもよい。巻線2は2層のα巻であり、U−U’(図中はU上バー)相、V−V’(図中はV上バー)相、W−W’(図中はW上バー)相ごとに分布巻されたものであってもよい。 In the detailed cross-sectional view of FIG. 1, reference numeral 20 denotes a conducting wire that is a part of the winding 2. The cross section of the lead wire 20 may be flat or circular. The details of the cross-sectional shape will be described again in Examples 1 and 2. In the present embodiment, it is assumed that the lead wire 20 has a flat cross section. Here, the flat shape may be a rectangular shape or a polygon with the corners of the rectangle cut off. Winding 2 is a two-layer α winding, which is a U-U'(U upper bar in the figure) phase, a VV'(V upper bar in the figure) phase, and a W-W'(W upper bar in the figure). Bar) It may be distributed and wound for each phase.

図2に導線20の周辺の構成図を示す。図2において、導線20のヨーク1円周方向(図面左右の方向)に隣接する導線20との間には必ず軟磁性体21が設けられている。導線20と軟磁性体21は直接接していなくてもよい。磁気特性に影響を与えない程度であれば非磁性絶縁層23(例えば接着層)を設けてもよい。また、一層目(ヨーク1側)の巻線と二層目の巻線の間、および二層目の巻線と回転子3(図示せず)との間に軟磁性体21を設けてもよい。 FIG. 2 shows a configuration diagram around the lead wire 20. In FIG. 2, a soft magnetic material 21 is always provided between the lead wire 20 and the lead wire 20 adjacent to the yoke 1 circumferential direction (directions on the left and right sides of the drawing). The lead wire 20 and the soft magnetic material 21 do not have to be in direct contact with each other. A non-magnetic insulating layer 23 (for example, an adhesive layer) may be provided as long as it does not affect the magnetic characteristics. Further, the soft magnetic material 21 may be provided between the winding of the first layer (yoke 1 side) and the winding of the second layer, and between the winding of the second layer and the rotor 3 (not shown). Good.

以上のように構成されたモータについて、以下、その作用(動作)を説明する。まず図3に一般のスロットレスモータ(軟磁性層21を用いないもの)における磁束線の経路を描いた概念図を示す(以下、Rectangular Copper Wire:略してRCW)。図3において、永久磁石(3)からの磁束φmは導体(20)内を鎖交し、巻線内で渦電流が生ずることで電流密度の偏りが生まれ、電流が流れる実効断面積が減少する。この結果、巻線抵抗が増加し、交流銅損が発生する。 The operation (operation) of the motor configured as described above will be described below. First, FIG. 3 shows a conceptual diagram depicting the path of magnetic flux lines in a general slotless motor (one that does not use the soft magnetic layer 21) (hereinafter, Rectangle Copper Wire: RCW for short). In FIG. 3, the magnetic flux φm from the permanent magnet (3) interlinks in the conductor (20), and an eddy current is generated in the winding, which causes a bias in the current density and reduces the effective cross-sectional area through which the current flows. .. As a result, winding resistance increases and AC copper loss occurs.

一方、巻線2が軟磁性体21(磁性コンポジット材料など)に埋め込まれた場合(以下、agnetic old oil:略してMMC)の磁束φmの経路を図4に示した。このように、巻線2が軟磁性体21に埋め込まれた構造のモータを、以降、埋込巻線形同期モータ(Interior Winding Synchronous Motor:IWSM)と称することがある。軟磁性体21の原料となる磁性コンポジット材料は空気より透磁率が高く、磁束の多くは軟磁性体21を通るため、巻線内で生ずる交流銅損はその分低減される。また、軟磁性体21に磁束を集中させることができるため、ギャップ磁束密度が増加し、トルクの増加が期待できる。導体20や軟磁性体21等の具体的な構成と動作については以下の実施例にて詳細に説明する。 On the other hand, if the winding 2 is embedded in the soft magnetic member 21 (such as a magnetic composite material) (hereinafter, M agnetic M old C oil: short the MMC) showed the path of magnetic flux φm in Figure 4. A motor having a structure in which the winding 2 is embedded in the soft magnetic material 21 as described above is hereinafter referred to as an embedded winding type synchronous motor (IWSM). The magnetic composite material used as the raw material of the soft magnetic material 21 has a higher magnetic permeability than air, and most of the magnetic flux passes through the soft magnetic material 21, so that the AC copper loss generated in the winding is reduced accordingly. Further, since the magnetic flux can be concentrated on the soft magnetic material 21, the gap magnetic flux density increases, and an increase in torque can be expected. The specific configuration and operation of the conductor 20 and the soft magnetic material 21 will be described in detail in the following examples.

なお、本実施の形態においては、モータは回転型モータとしたが、回転型に限定されない。例えば、ヨークが長尺状であり可動子がレールに沿ってヨークと平行に動く、いわゆるリニアモータであってもよい。 In the present embodiment, the motor is a rotary motor, but the motor is not limited to the rotary motor. For example, it may be a so-called linear motor in which the yoke is long and the mover moves parallel to the yoke along the rail.

以下、本開示の実施例について説明する。
(実施例1)
本実施例では回転型モータにおける軟磁性体21の具体的な構成について説明する。図5に軟磁性体21とその周辺部品の断面図を示す。図5において、軟磁性体21はヨーク1(部分的に点線で表示)内接する円筒形状を成す。ヨーク1と内接する軟磁性体21の表面には、回転子の回転方向と垂直な方向すなわち図面上では紙面と垂直な方向に、巻回された導線20を収納する溝が形成されている。
Hereinafter, examples of the present disclosure will be described.
(Example 1)
In this embodiment, a specific configuration of the soft magnetic material 21 in the rotary motor will be described. FIG. 5 shows a cross-sectional view of the soft magnetic material 21 and its peripheral parts. In FIG. 5, the soft magnetic material 21 has a cylindrical shape inscribed in the yoke 1 (partially indicated by a dotted line). A groove for accommodating the wound lead wire 20 is formed on the surface of the soft magnetic material 21 inscribed in the yoke 1 in a direction perpendicular to the rotation direction of the rotor, that is, in a direction perpendicular to the paper surface in the drawing.

図5の要部構成図を図6に示す。軟磁性体21に設けられた溝に沿って平角状の導線20が巻回される。例えば、W相α巻きの場合、導線20を軟磁性体21に設けられた溝に埋め込みながら、W相とW’(図中はバーで表示)相を跨ぎながら、外周から内周に巻いて1層目を形成し、次に最内周から第2層目を巻きはじめ、最外周で巻き終えるようにすればよい。他相もすべて巻き終わった後、円筒状のヨーク1をかぶせることにより、図6に示されるように各導線20はヨークと軟磁性体21によって密閉される。なお図6において、導体20周りの空白は絶縁層であっても接着層であってもよい。導線20内部で発生した熱を軟磁性体21に逃がすことを考えると、この絶縁層等はできるだけ薄く、かつ熱伝導性がよいものが好ましい。 The configuration diagram of the main part of FIG. 5 is shown in FIG. A flat lead wire 20 is wound along a groove provided in the soft magnetic material 21. For example, in the case of W-phase α winding, the lead wire 20 is embedded in a groove provided in the soft magnetic material 21 and wound from the outer circumference to the inner circumference while straddling the W phase and the W'(indicated by a bar in the figure) phase. The first layer may be formed, then the second layer may be wound from the innermost circumference, and the winding may be completed at the outermost circumference. After winding all the other phases, the cylindrical yoke 1 is put on the wire, and each lead wire 20 is sealed by the yoke and the soft magnetic material 21 as shown in FIG. In FIG. 6, the blank around the conductor 20 may be an insulating layer or an adhesive layer. Considering that the heat generated inside the lead wire 20 is released to the soft magnetic material 21, it is preferable that the insulating layer or the like is as thin as possible and has good thermal conductivity.

(実施例2)
図7に本開示の実施例2のモータにおける固定子(ステータ)の要部断面図を示す。図7に示すように、平角線の代わりに、断面が円形状の導線を用いてもよい。軟磁性体21には予め溝が設けられているので、この溝に埋め込むように導線20を多層巻回すれば、同図のような巻線になる。なお、導線20は予めその表面を絶縁処理しておくのが好ましい。また巻回後、導線20と軟磁性体21の隙間にはエポキシ等の樹脂を充填してもよい。
(Example 2)
FIG. 7 shows a cross-sectional view of a main part of the stator (stator) in the motor of the second embodiment of the present disclosure. As shown in FIG. 7, a conducting wire having a circular cross section may be used instead of the flat wire. Since the soft magnetic material 21 is provided with a groove in advance, if the lead wire 20 is wound in multiple layers so as to be embedded in the groove, the winding is as shown in the figure. It is preferable that the surface of the lead wire 20 is insulated in advance. Further, after winding, the gap between the lead wire 20 and the soft magnetic material 21 may be filled with a resin such as epoxy.

(実施例3)
本実施例では、軟磁性体21として、軟磁性テープを用いた例について説明する。図8において、平角状の導線20の両面には予め軟磁性テープ24a、24bが貼り付けられている。これをそのままα巻きに巻回すると、軟磁性テープどうしが図中点線で示される位置で密着し、最終的に軟磁性体21を形成する。なお、第1層(ヨーク1)側に巻回された導線と第2層側に巻回された導線の間に、軟磁性シート24cを挟んでもよい。また、第2層側に巻回された導線の回転子3(図示せず)側にも軟磁性シート24dを設けてもよい。なお、各軟磁性テープと各軟磁性シートの表面に接着層を設けてもよい。また一部に非磁性絶縁体23を設けてもよい。
(Example 3)
In this embodiment, an example in which a soft magnetic tape is used as the soft magnetic material 21 will be described. In FIG. 8, soft magnetic tapes 24a and 24b are previously attached to both sides of the flat lead wire 20. When this is wound around α as it is, the soft magnetic tapes are brought into close contact with each other at the positions indicated by the dotted lines in the figure, and finally the soft magnetic material 21 is formed. The soft magnetic sheet 24c may be sandwiched between the lead wire wound on the first layer (yoke 1) side and the lead wire wound on the second layer side. Further, the soft magnetic sheet 24d may be provided on the rotor 3 (not shown) side of the conducting wire wound on the second layer side. An adhesive layer may be provided on the surfaces of each soft magnetic tape and each soft magnetic sheet. Further, the non-magnetic insulator 23 may be partially provided.

(実施例4)
本実施例ではモータの具体的な仕様や材料の組成等について説明する。まずモータ全体の形状と寸法を図9と表1に示す。図9において、モータは回転型のモータであり、(固定子)ヨーク1の外径Dは32mmとし、全長l(エル)(表1中Stack thickness)は60mmとしている。回転子(永久磁石3)Dの外径は20.2mmであるとし、固定子と回転子との間のギャップlは0.3mmとした。
(Example 4)
In this embodiment, specific specifications of the motor, material composition, and the like will be described. First, the shape and dimensions of the entire motor are shown in FIG. 9 and Table 1. 9, the motor is a rotary motor, and the outer diameter D s of the (stator) yoke 1 and 32 mm, the total length l (el) (in Table 1 Stack Thickness) is 60 mm. The outer diameter of the rotor (permanent magnet 3) D m is assumed to be 20.2 mm, the gap l g between the stator and the rotor was set at 0.3 mm.

ヨーク1は高速域での渦電流損を極力抑えるため、電磁鋼板を使用してもよい。巻線2(導線20)の素材は銅であっても、アルミニウムであってもよい。また表面に絶縁膜が設けられたものであってもよい。永久磁石としては内部の渦電流損を低減するために抵抗率の高いNd−Fe−B系ボンド磁石を使用してもよい。 An electromagnetic steel plate may be used for the yoke 1 in order to suppress the eddy current loss in the high speed range as much as possible. The material of the winding 2 (lead wire 20) may be copper or aluminum. Further, an insulating film may be provided on the surface. As the permanent magnet, an Nd-Fe-B-based bond magnet having a high resistivity may be used in order to reduce the internal eddy current loss.

巻線2については、巻数NはU、V、Wの各相、7巻回×2層=計14巻回としている。また導体20の幅W(長方形状断面の長辺)は1.0mm、厚さt(長方形状断面の短辺)は0.32mmとした。詳細については、表1と図9に示す。

Regarding the winding 2, the number of turns N is U, V, W for each phase, 7 turns x 2 layers = 14 turns in total. The width W c (long side of the rectangular cross section) of the conductor 20 was 1.0 mm, and the thickness t c (short side of the rectangular cross section) was 0.32 mm. Details are shown in Table 1 and FIG.

(固定子)ヨーク1は高速域で問題となる渦電流損の低減のため、0.1mm厚の電磁鋼板(JFEスチール社10JNHF600)を積層して作成した。また、磁性コンポジット材料には球状のFe系アモルファス合金粉(平均粉径2.6μm程度)を使用する。永久磁石3にはNEOMAX(株)社製のHIDENCE−1000を用いる。ヨークと磁性体の詳細を表2に示す。

The (stator) yoke 1 was made by laminating a 0.1 mm thick electromagnetic steel plate (JFE Steel, Inc. 10JNHF600) in order to reduce eddy current loss, which is a problem in the high speed range. Further, a spherical Fe-based amorphous alloy powder (average powder diameter of about 2.6 μm) is used as the magnetic composite material. HIDENCE-1000 manufactured by NEOMAX Co., Ltd. is used as the permanent magnet 3. Table 2 shows the details of the yoke and the magnetic material.

本実施例および以降の実施例では軟磁性体21としてコンポジット磁性材を用いる。図10(a)に当コンポジット磁性材の静磁性特性を、同図(b)に、同材料の鉄損特性を示した。この特性はインダクタキャンセル法を用いて測定した。図10(a)より明らかなように、本実施の形態で使用するコンポジット磁性材料は、H=180kA/mまで磁束密度の飽和は認められない。また、同図(b)より、使用する周波数(3.3kHz)での鉄損は無視できるレベルであることが判る。 In this example and subsequent examples, a composite magnetic material is used as the soft magnetic material 21. FIG. 10 (a) shows the static magnetic properties of the composite magnetic material, and FIG. 10 (b) shows the iron loss characteristics of the same material. This characteristic was measured using the inductor canceling method. As is clear from FIG. 10A, the composite magnetic material used in this embodiment does not show saturation of the magnetic flux density up to H = 180 kA / m. Further, from FIG. 3B, it can be seen that the iron loss at the frequency used (3.3 kHz) is at a negligible level.

(実施例5)
本実施例では、比較例(図11(a))および本実施例(図11(b))の回転型モータにおける磁気特性を計算し、その結果について説明する。なお、本実施例では導線20の厚さをt=0.32とし、幅をw=1.0mmとした。計算はJMAG−Designer Ver.18.0による有限要素(FEM)法を用いて行った。導線20の素材は銅とした。軟磁性体21の磁気特性は、磁界の強さに応じて図10(a)から求めた。回転子は100,000rpmで回転しているとし、W、U、V相にはそれぞれ位相が120°ずれた3.3kHzの三相交流電流が流れているとした。その他詳細パラメータについては表3に示す。なお、本実施例において、非磁性絶縁体23は設けていない。

(Example 5)
In this embodiment, the magnetic characteristics of the rotary motors of the comparative example (FIG. 11 (a)) and the present embodiment (FIG. 11 (b)) are calculated, and the results will be described. In this embodiment, the thickness of the lead wire 20 is set to t c = 0.32, and the width is set to w c = 1.0 mm. The calculation is based on JMAG-Designer Ver. This was done using the finite element (FEM) method according to 18.0. The material of the lead wire 20 was copper. The magnetic properties of the soft magnetic material 21 were obtained from FIG. 10A according to the strength of the magnetic field. It is assumed that the rotor is rotating at 100,000 rpm, and that a three-phase alternating current of 3.3 kHz with a phase shift of 120 ° is flowing in each of the W, U, and V phases. Other detailed parameters are shown in Table 3. In this embodiment, the non-magnetic insulator 23 is not provided.

図12(a)、(b)にそれぞれ比較例と本実施例のモータ内部の磁束密度分布を示した。このとき、U相に最大電流が流れているとした。比較例(図12(a))と比較して、巻線2の周りに軟磁性体21を配置した本実施例のモータ(図12(b))では磁束が軟磁性体21の内を通り、巻線に鎖交する磁束が低減していることが確認できる。また、軟磁性体21に磁束が集中するため、ギャップ磁束密度も増加する。また、図13(a)、(b)にそれぞれの電流密度分布を示した。軟磁性体21を配置することで巻線を鎖交する磁束が減少し、電流密度分布の偏りが低減されているのが確認できる。 12 (a) and 12 (b) show the magnetic flux density distributions inside the motor of the comparative example and the present embodiment, respectively. At this time, it is assumed that the maximum current is flowing in the U phase. Compared with the comparative example (FIG. 12 (a)), in the motor (FIG. 12 (b)) of the present embodiment in which the soft magnetic material 21 is arranged around the winding 2, the magnetic flux passes through the soft magnetic material 21. , It can be confirmed that the magnetic flux interlinking with the winding is reduced. Further, since the magnetic flux is concentrated on the soft magnetic material 21, the gap magnetic flux density also increases. Further, FIGS. 13 (a) and 13 (b) show the respective current density distributions. It can be confirmed that by arranging the soft magnetic material 21, the magnetic flux interlinking the windings is reduced and the bias of the current density distribution is reduced.

図14(a)にそれぞれ比較例と本実施例のモータのトルク―電流特性を示した。本実施例のモータ(図中MMC)は比較例(図中RCW)と比べてギャップ磁束密度が向上するため、同じ電流を加えたとき、43%もトルクが増加した。言うまでもなくトルク定数Ktも増加する。トルクリップルを確認するため、同図(b)に本実施例のモータ(図中MMC)を用いた場合のトルクの時間変化を示した。従来のスロット(コア)レスモータと同様、トルクリップルは無視できるほどに十分小さいことが示された。 FIG. 14A shows the torque-current characteristics of the motors of the comparative example and the present embodiment, respectively. Since the motor of this example (MMC in the figure) has an improved gap magnetic flux density as compared with the comparative example (RCW in the figure), the torque increased by 43% when the same current was applied. Needless to say, the torque constant Kt also increases. In order to confirm the torque ripple, FIG. 3B shows the time change of the torque when the motor (MMC in the figure) of this embodiment is used. Similar to traditional slot (core) less motors, torque ripple has been shown to be negligibly small enough.

図15(a)〜(c)にそれぞれ比較例と本実施例のモータの銅損の比較を示した。両者ともに電流の実効値をI=3.5Armsとしている。図15(a)は直流・交流銅損の合計値を表すが、比較例(RCW)より58%も低い結果が得られた。巻線20と重ねて軟磁性層21が設けられているため、電流密度の偏りが低下し交流銅損が低減したことが最大の要因であると考えられる。 15 (a) to 15 (c) show a comparison of copper loss of the motors of the comparative example and the present embodiment, respectively. In both cases, the effective value of the current is I = 3.5 Arms . FIG. 15A shows the total value of DC / AC copper loss, which is 58% lower than that of Comparative Example (RCW). Since the soft magnetic layer 21 is provided so as to overlap with the winding 20, it is considered that the biggest factor is that the bias of the current density is reduced and the AC copper loss is reduced.

図15(b)は鉄損を比較したものである。比較例(図中RCW)よりも本実施例(MMC)の方が、却って鉄損が82%増えている。これは、軟磁性層21を設けたことにより、永久磁石3から(固定子)ヨーク1に磁束が流れやすくなり、その結果(固定子)ヨーク1の磁束密度が増加したためであると考えられる。なお、鉄損の中でも、(回転子)ヨークの渦電流損Pe_rおよびヒステリシス損Ph_r、永久磁石の渦電流損Pe_m、磁性材料の渦電流損Pe_mmおよびヒステリシス損Ph_mmについては、無視できるほど小さい値であった。 FIG. 15B is a comparison of iron loss. In this embodiment (MMC), the iron loss is increased by 82% as compared with the comparative example (RCW in the figure). It is considered that this is because the provision of the soft magnetic layer 21 facilitates the flow of magnetic flux from the permanent magnet 3 to the (stator) yoke 1, and as a result, the magnetic flux density of the (stator) yoke 1 increases. Among the iron losses, the eddy current loss P e_r and hysteresis loss P h_r of the (rotor) yoke, the eddy current loss P e_m of the permanent magnet, the eddy current loss P e_mm and the hysteresis loss P h_mm of the magnetic material are ignored. The value was as small as possible.

図15(c)は上記銅損と鉄損を含めた全体的な効率の比較を行ったグラフである。また、損失ごとの詳細な比較を表4と表5に数値で示した。


図15(c)は同じトルクを出すために必要な電流を比較したものである。同じトルクを出すために必要な電流は比較例(RCW)よりも本実施例(MMC)の方が小さくて済む。よって、電流の2乗で示される直流銅損は本実施例(MMC)の方が少なくなる。また、上述のように交流銅損も低減される。鉄損は増加を考慮しても全体的には2.2%効率が向上する。図16はU相の相電圧を電気角1周期分で示したものである。本実施例(MMC)の場合、逆起電力定数の増加と巻線インダクタンスの増加により、相電圧は35%増加する。
FIG. 15C is a graph comparing the overall efficiency including the copper loss and the iron loss. In addition, detailed comparisons for each loss are shown numerically in Tables 4 and 5.


FIG. 15C compares the currents required to produce the same torque. The current required to generate the same torque is smaller in this embodiment (MMC) than in the comparative example (RCW). Therefore, the DC copper loss represented by the square of the current is smaller in this embodiment (MMC). Further, as described above, the AC copper loss is also reduced. Even if the increase in iron loss is taken into consideration, the overall efficiency is improved by 2.2%. FIG. 16 shows the phase voltage of the U phase for one cycle of the electric angle. In the case of this embodiment (MMC), the phase voltage increases by 35% due to the increase in the counter electromotive force constant and the increase in the winding inductance.

(実施例6)
本実施例では、図11(a)、(b)で示したモータにおいて、導線20の厚さをt=0.26mm、0.28mm、0.30mm、0.32mmと変化させ、さらに導線20の幅をw=0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mmと変化させたときのそれぞれの損失を計算し、導線20の幅と厚さの最適値を求めた。以下説明する。
(Example 6)
In this embodiment, in the motors shown in FIGS. 11A and 11B, the thickness of the lead wire 20 is changed to t c = 0.26 mm, 0.28 mm, 0.30 mm, 0.32 mm, and the lead wire is further changed. The loss when the width of 20 was changed to w c = 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm, and 1.0 mm was calculated, and the optimum values for the width and thickness of the lead wire 20 were obtained. This will be described below.

図17(a)に、巻線2を構成する導体20の幅と厚さを変えたときのトルクの計算結果を三次元的に示した。導体20の幅を変えてもトルクは顕著には変化しない。また、 図17(b)に巻線2(導体20)の幅を変化させたときの銅損を示した。銅損は巻線2の厚さt×幅wが小さいほど低くなる。断面積が小さくなるため、鎖交磁束も減るからである。なお、電流を固定して考えると、直流銅損は却って増加する。しかし、断面積を減らした分、軟磁性体の割合が多くなると考えると、磁束を誘導しやすくなり、交流銅損は低下する。ただし、導体断面積を小さくしていくと直流銅損が大きな割合を占めることとなる。このため、t=0.30mm、w=0.8mmのとき、銅損は最適条件となる。 FIG. 17A shows three-dimensionally the calculation result of the torque when the width and the thickness of the conductor 20 constituting the winding 2 are changed. The torque does not change significantly even if the width of the conductor 20 is changed. Further, FIG. 17B shows the copper loss when the width of the winding 2 (conductor 20) is changed. The copper loss decreases as the thickness t c × width w c of the winding 2 becomes smaller. This is because the cross-sectional area becomes smaller, so that the interlinkage magnetic flux also decreases. If the current is fixed, the DC copper loss will increase. However, considering that the proportion of the soft magnetic material increases as the cross-sectional area is reduced, it becomes easier to induce magnetic flux, and the AC copper loss decreases. However, as the conductor cross-sectional area is reduced, DC copper loss occupies a large proportion. Therefore, when t c = 0.30 mm and w c = 0.8 mm, the copper loss is the optimum condition.

以上の結果を表6にまとめた。

巻線を軟磁性体に埋め込んで巻回したことにより、磁束の多くを軟磁性材体に誘導することができ、その結果、トルクの向上と交流損失の低減の両立を図ることが出来た。実施例では、トルク定数は43%増加し、銅損は58%低減した。このとき鉄損は82%増加したが、鉄損の増加分よりもトルク定数の増加、銅損の低減効果の方が大きいために、出力を固定したときの効率を比較したところ、比較例(RCW)の95.2%に対して実施例(MMC)は97.4%であり、2.2%の改善が確認された。このとき、1kW出力時の出力パワー密度は2.9W/gであった。
The above results are summarized in Table 6.

By embedding the winding in the soft magnetic material and winding it, most of the magnetic flux can be guided to the soft magnetic material, and as a result, both improvement of torque and reduction of AC loss can be achieved. In the examples, the torque constant increased by 43% and the copper loss decreased by 58%. At this time, the iron loss increased by 82%, but since the torque constant increase and the copper loss reduction effect were larger than the increase in iron loss, the efficiency when the output was fixed was compared. Example (MMC) was 97.4% compared to 95.2% of RCW), and an improvement of 2.2% was confirmed. At this time, the output power density at 1 kW output was 2.9 W / g.

また、巻線断面の寸法をパラメータとしたときの特性は、巻線断面積によってトルクはそれほど変化せず、銅損には最適値があることが確認された。最後に、本検討では回転子にいわゆるSPMと呼ばれる回転子の表面に永久磁石を配置したタイプのモータを用いたが、IWSMは固定子巻線のみを変更するものであり、回転子の中に永久磁石を埋め込んだIPMなどの回転子でも適用可能である。 Further, it was confirmed that the torque does not change so much depending on the winding cross-sectional area and the copper loss has an optimum value in the characteristics when the winding cross-sectional dimension is used as a parameter. Finally, in this study, a motor of the type in which a permanent magnet is placed on the surface of the rotor, so-called SPM, was used for the rotor, but IWSM changes only the stator winding, and the rotor is inside the rotor. It can also be applied to a rotor such as an IPM in which a permanent magnet is embedded.

(実施例7)
本実施例では、平角断面形状を有する導線20の巻回のパターンを変えたときの回転型モータの銅損とその他電気磁気特性とトルク定数を計算した。計算モデルおよび回転子(永久磁石3)を0〜100000rpmで回転させたときの銅損の変化を図18〜図21に示す。モータ全体の形状寸法は図9に示したものと同様である。また、巻線に電流を供給して回転子を100000rpmで回転させたときの銅損、鉄損、出力および効率の計算結果を表7に示す。なお、表7において、R−0、R−1、R−2、R−3との表示はそれぞれ図18、図19、図20、図21で示されたモデルに対応している。

(Example 7)
In this embodiment, the copper loss of the rotary motor, other electromagnetic characteristics, and the torque constant when the winding pattern of the lead wire 20 having a flat cross-sectional shape is changed are calculated. The changes in copper loss when the calculation model and the rotor (permanent magnet 3) are rotated at 0 to 100,000 rpm are shown in FIGS. 18 to 21. The shape and dimensions of the entire motor are the same as those shown in FIG. Table 7 shows the calculation results of copper loss, iron loss, output and efficiency when the rotor is rotated at 100,000 rpm by supplying an electric current to the winding. In Table 7, the indications of R-0, R-1, R-2, and R-3 correspond to the models shown in FIGS. 18, 19, 20, and 21, respectively.

図18(a)に示したモデルは、本実施例における比較例となる、U相、V相、W相それぞれに導線を12巻回×2層で巻いた一般的なスロットレス(コアレス)モータである。このモデルにおける、回転数に対する交流銅損の関係を、同図(b)に示す。ここで、24本の導線は2本ずつ並列に接続されていて、実質12巻回となっている。また、図19(a)に導線を軟磁性体に埋め込んだモータの断面図を示す。図18(b)と図19(b)とを比較すると、回転数0〜100000rpmの範囲で、銅損(Pc)が約40%に低減している。 The model shown in FIG. 18A is a general slotless (coreless) motor in which a lead wire is wound in 12 turns × 2 layers for each of the U phase, the V phase, and the W phase, which is a comparative example in this embodiment. Is. The relationship of AC copper loss with respect to the number of revolutions in this model is shown in FIG. Here, the 24 conductors are connected in parallel by two each, which is substantially 12 turns. Further, FIG. 19A shows a cross-sectional view of a motor in which a lead wire is embedded in a soft magnetic material. Comparing FIG. 18 (b) and FIG. 19 (b), the copper loss (Pc) is reduced to about 40% in the rotation speed range of 0 to 100,000 rpm.

表7においては、比較例(表7においてR−0)の交流銅損が46.19Wであったのに対し、導線を軟磁性体に埋め込んだモデル(R−1)では17.48Wに改善している。また、トルク定数を比較しても、比較例(R−0)の0.0174Nm/Aに対し、軟磁性体モデル(R−1)では0.0229Nm/Aと、30%以上も改善している。 In Table 7, the AC copper loss in the comparative example (R-0 in Table 7) was 46.19 W, whereas in the model (R-1) in which the lead wire was embedded in a soft magnetic material, it improved to 17.48 W. doing. Further, even when the torque constants are compared, the soft magnetic material model (R-1) is 0.0229 Nm / A, which is an improvement of 30% or more, compared with 0.0174 Nm / A in the comparative example (R-0). There is.

図19(a)で示されたモータをさらに改良したモデルを図20(a)、図21(a)に示す。いずれも相ごとの巻数が同じになるように並列数を減らしている。図20(a)で示されたモータは、残りの巻線のピッチを維持したまま1並列分を除去し、代わりに軟磁性体を充填したことを特徴とする(表7においてR−2)。一方、図22(a)で示されたモータは、巻線のピッチを倍にすることで導体間に軟磁性体を充填している(表7においてR−3)。 Models of further improvements of the motor shown in FIG. 19 (a) are shown in FIGS. 20 (a) and 21 (a). In both cases, the number of parallel turns is reduced so that the number of turns for each phase is the same. The motor shown in FIG. 20 (a) is characterized in that one parallel portion is removed while maintaining the pitch of the remaining windings, and a soft magnetic material is filled instead (R-2 in Table 7). .. On the other hand, in the motor shown in FIG. 22 (a), a soft magnetic material is filled between the conductors by doubling the winding pitch (R-3 in Table 7).

いずれのモデルも本実施例の比較例のモータと比べると、交流銅損が10%以下まで低減する(図20(b)、図21(b)、表7)。軟磁性体によって磁束経路が制御され、導線と鎖交する磁束が減ったことが最大の理由と考えられる。交流銅損以外の特性を比較してみても、直流銅損は比較例(R−0)の約半分、トルク定数は比較例に対し約4割アップとなっている。効率については、比較例(R−0)の93.28%に対し、図20(a)のモデル(R−2)では97.68%、図21(a)のモデル(R−3)では97.80%と、4%以上の改善効果が確認された。 In each model, the AC copper loss is reduced to 10% or less as compared with the motor of the comparative example of this example (FIGS. 20 (b), 21 (b), and Table 7). It is considered that the main reason is that the magnetic flux path is controlled by the soft magnetic material and the magnetic flux interlinking with the conducting wire is reduced. Comparing the characteristics other than the AC copper loss, the DC copper loss is about half that of the comparative example (R-0), and the torque constant is about 40% higher than that of the comparative example. Regarding the efficiency, the efficiency was 93.28% in the comparative example (R-0), 97.68% in the model (R-2) of FIG. 20 (a), and 97.68% in the model (R-3) of FIG. 21 (a). An improvement effect of 97.80%, or 4% or more, was confirmed.

(実施例8)
本実施例では、平角形状の断面の導線1本を円形状の断面の導線3本に置き換えた場合の回転型モータの銅損その他電気磁気特性とトルク定数を計算した。計算モデルおよび回転子(永久磁石3)を0〜100000rpmで回転させたときの銅損の変化を図22〜図25に示す。また、巻線に電流を供給して回転子を100000rpmで回転させたときの銅損、鉄損、出力および効率を表8に示す。なお、表8において、C−0、C−1、C−2、C−3との表示はそれぞれ図22、図23、図24、図25で示されたモデルに対応している。

(Example 8)
In this embodiment, the copper loss and other electromagnetic characteristics and torque constant of the rotary motor when one wire having a flat cross section is replaced with three wires having a circular cross section are calculated. The changes in copper loss when the calculation model and the rotor (permanent magnet 3) are rotated at 0 to 100,000 rpm are shown in FIGS. 22 to 25. Table 8 shows copper loss, iron loss, output, and efficiency when the rotor is rotated at 100,000 rpm by supplying an electric current to the winding. In Table 8, the indications C-0, C-1, C-2, and C-3 correspond to the models shown in FIGS. 22, 23, 24, and 25, respectively.

図22(a)に、本実施例における比較例となる、U相、V相、W相それぞれに導線を12巻回×6層で巻いた一般的なスロットレス(コアレス)モータの断面図を示す。併せて同図(b)に、回転数に対する交流銅損の関係を示す。ここで、相ごとの導体数は72本であり、導線を6本持ち12回巻とすることでこの本数を減らしている。なお、図22(a)〜図25(a)で示されたモデルは、上記導線の形状と巻き数以外は、図18(a)〜図21(a)で示されたモデルと全く同様であるとする。 FIG. 22A shows a cross-sectional view of a general slotless (coreless) motor in which a lead wire is wound in each of the U phase, the V phase, and the W phase in 12 turns × 6 layers, which is a comparative example in this embodiment. Shown. In addition, Fig. (B) shows the relationship of AC copper loss with respect to the number of revolutions. Here, the number of conductors for each phase is 72, and this number is reduced by having 6 conductors and winding them 12 times. The models shown in FIGS. 22 (a) to 25 (a) are exactly the same as the models shown in FIGS. 18 (a) to 21 (a) except for the shape of the lead wire and the number of turns. Suppose there is.

比較例どうし(表7のR−0と表8のC−0)を比較した場合、平角断面導線を3本の円形断面導線で置き換えた方が、交流銅損が39.59Wと平角断面導線の46.19Wよりも2割程度小さい。3本の円形断面導線の方が導体1本の断面積が小さいため、磁石の磁束による巻線内の渦電流経路が小さくなるためである。円形断面導線を軟磁性体に埋め込んだモデル(R−1とC−1)どうしの比較では、R−1の交流銅損が17.48Wであるのに対しC−1は12.05Wまで低減される。 When comparing the comparative examples (R-0 in Table 7 and C-0 in Table 8), the AC copper loss is 39.59 W and the flat cross-section lead wire is better when the flat cross-section lead wire is replaced with three circular cross-section lead wires. It is about 20% smaller than 46.19W. This is because the cross-sectional area of one conductor is smaller in the three circular cross-sectional conductors, so that the eddy current path in the winding due to the magnetic flux of the magnet becomes smaller. Comparing the models (R-1 and C-1) in which the circular cross-section lead wire is embedded in the soft magnetic material, the AC copper loss of R-1 is 17.48 W, while that of C-1 is reduced to 12.05 W. Will be done.

ところが、巻き数を減らしたモデル(C−2とC−3)では、平角断面導線(R−2とR−3)と比べて交流銅損はやや高くなる。また、直流銅損はC−3のモデルで6.65Wと比較例(C−0)の5.81Wよりも却って悪化する。鉄損では円形断面導線の方がやや有利である。最終的に効率で比較すると、R−2のモデルが97.68%であるのに対しC−2のモデルでは97.61%と、R−3のモデルが97.80%であるのに対しC−3のモデルでは97.87%と、僅差となる。 However, in the models with a reduced number of turns (C-2 and C-3), the AC copper loss is slightly higher than that in the flat cross-section lead wires (R-2 and R-3). Further, the DC copper loss is 6.65 W in the C-3 model, which is worse than the 5.81 W in the comparative example (C-0). In terms of iron loss, the circular cross-section lead wire is slightly more advantageous. The final efficiency comparison is 97.68% for the R-2 model, 97.61% for the C-2 model, and 97.80% for the R-3 model. In the C-3 model, it is 97.87%, which is a small difference.

本発明は、ガソリンエンジン用のターボチャージャー、ターボ分子ポンプ、医療用ロボットに用いられる超高速回転モータやリニアモータに利用することができる。また、損失が低く放熱性能も高いために、特に熱の発生を嫌う産業用途に利用することができる。 The present invention can be applied to a turbocharger for a gasoline engine, a turbo molecular pump, an ultra-high speed rotary motor or a linear motor used in a medical robot. Further, since the loss is low and the heat dissipation performance is high, it can be used for industrial applications in which heat generation is particularly disliked.

1 (固定子)ヨーク
2 巻線
20 導体
21 軟磁性体
24a、24b 軟磁性テープ
24c 軟磁性シート
3 永久磁石
4 (回転子)ヨーク
5 シャフト

1 (Stator) Yoke 2 Winding 20 Conductor 21 Soft magnetic material 24a, 24b Soft magnetic tape 24c Soft magnetic sheet 3 Permanent magnet 4 (Rotor) Yoke 5 Shaft

Claims (10)

ヨークに巻回した導線が設けられたコアレス構造の固定子と、前記固定子に対向するように永久磁石が設けられた可動子を有するモータであって、
任意の巻回における前記導線と、前記可動子の可動方向に隣接する巻回における前記導線との間に軟磁性体が設けられたことを特徴とするモータ。
A motor having a stator having a coreless structure provided with a lead wire wound around a yoke and a mover provided with a permanent magnet so as to face the stator.
A motor characterized in that a soft magnetic material is provided between the lead wire in an arbitrary winding and the lead wire in a winding adjacent to the movable direction of the mover.
前記軟磁性体は、電磁鋼板、ナノ結晶板、圧粉、磁性コンポジット材のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載のモータ。 The motor according to claim 1, wherein the soft magnetic material is any one of an electromagnetic steel plate, a nanocrystal plate, a dust powder, and a magnetic composite material. 前記磁性コンポジット材はバインダに磁性粉を混ぜて固化させたものであることを特徴とする請求項2に記載のモータ。 The motor according to claim 2, wherein the magnetic composite material is a binder mixed with magnetic powder and solidified. 前記磁性粉はFe系アモルファス、純鉄、Fe−Si、ナノ結晶、センダストのいずれかであることを特徴とする請求項3に記載のモータ。 The motor according to claim 3, wherein the magnetic powder is any one of Fe-based amorphous, pure iron, Fe-Si, nanocrystals, and sendust. 前記導線の断面は平角形状であることを特徴とする請求項1に記載のモータ。 The motor according to claim 1, wherein the cross section of the conducting wire has a flat shape. 前記導線の断面は円形状であることを特徴とする請求項1に記載のモータ。 The motor according to claim 1, wherein the cross section of the conducting wire is circular. 前記導線はα巻きに巻回されていることを特徴とする請求項5または請求項6に記載のモータ。 The motor according to claim 5 or 6, wherein the lead wire is wound around α. 前記軟磁性体は前記ヨークに接する面を有し、前記軟磁性体の前記ヨークに接する面側には、前記可動子の可動方向と垂直な方向に前記導線を収納する溝が形成されたことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載のモータ。 The soft magnetic material has a surface in contact with the yoke, and a groove for accommodating the lead wire is formed on the surface side of the soft magnetic material in contact with the yoke in a direction perpendicular to the movable direction of the mover. The motor according to any one of claims 1 to 7. 前記ヨークは軟磁性体で形成されていることを特徴とする請求項1に記載のモータ。 The motor according to claim 1, wherein the yoke is made of a soft magnetic material. 前記ヨークは電磁鋼板を積層して形成されたものであることを特徴とする請求項9に記載のモータ。

The motor according to claim 9, wherein the yoke is formed by laminating electromagnetic steel sheets.

JP2019138421A 2019-07-29 2019-07-29 motor Pending JP2021023035A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019138421A JP2021023035A (en) 2019-07-29 2019-07-29 motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019138421A JP2021023035A (en) 2019-07-29 2019-07-29 motor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2021023035A true JP2021023035A (en) 2021-02-18

Family

ID=74574907

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019138421A Pending JP2021023035A (en) 2019-07-29 2019-07-29 motor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2021023035A (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53147201A (en) * 1977-05-27 1978-12-21 Hitachi Ltd Gap winding electric revolving machine
JPH1169683A (en) * 1997-08-19 1999-03-09 Yaskawa Electric Corp Permanent magnet type motor and its manufacture
JP2003088030A (en) * 2001-09-17 2003-03-20 Toyoda Mach Works Ltd Gap winding motor
JP2018011389A (en) * 2016-07-12 2018-01-18 日本電産コパル電子株式会社 Coreless coil and manufacturing method of the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53147201A (en) * 1977-05-27 1978-12-21 Hitachi Ltd Gap winding electric revolving machine
JPH1169683A (en) * 1997-08-19 1999-03-09 Yaskawa Electric Corp Permanent magnet type motor and its manufacture
JP2003088030A (en) * 2001-09-17 2003-03-20 Toyoda Mach Works Ltd Gap winding motor
JP2018011389A (en) * 2016-07-12 2018-01-18 日本電産コパル電子株式会社 Coreless coil and manufacturing method of the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2004247246B2 (en) Radial airgap, transverse flux motor
JP4250878B2 (en) Vernier type brushless motor
US20040251761A1 (en) Radial airgap, transverse flux motor
US6441522B1 (en) Electromagnetic apparatus employing high permeability low conductivity element
AU2004320272B2 (en) Efficient axial airgap electric machine having a frontiron
US20080246362A1 (en) Radial airgap, transverse flux machine
JP5167330B2 (en) DC brushless motor and control method thereof
JP2009538594A (en) High-efficiency, high-speed electrical equipment using low-loss materials
CN103931085B (en) Electric motor having an iron-free winding
Jack et al. Claw pole armature permanent magnet machines exploiting soft iron powder metallurgy
JP5581179B2 (en) DC brushless motor and control method thereof
JP5587233B2 (en) Stator core and motor using the same
JP2007202292A (en) Exciter
JP2021023035A (en) motor
JP2008072854A (en) Multi-phase claw pole-type motor
Przybylski Calculations and measurements of torque and inductance of switched reluctance motors with laminated and composite magnetic cores
Guo et al. Study of permanent magnet transverse flux motors with soft magnetic composite core
JP2004304995A (en) Exciter, field unit, and motor using same
Mishra et al. Ferrite PM-Assisted Synchronous Reluctance Motor for EV Application
JP5759935B2 (en) DC brushless motor and control method thereof
JP7393759B2 (en) motor
JP2023025565A (en) Electromagnetic resonance rotary electric machine and rotary electric machine driving device
JP2008278623A (en) Highly efficient and low-noise motor
Guo et al. Design and analysis of a permanent magnet claw pole/transverse flux motor with soft magnetic composite core
JP2006158118A (en) Hybrid type stepping motor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220216

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20221117

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221227

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230210

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20230602