JP2022166339A - Rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、回転電機に関する。 The present disclosure relates to rotating electric machines.
例えば、複数相のクローポール型モータにおいて、隣接する異なる二つの相の固定子の間に非磁性体の連結板を設ける技術が知られている(特許文献1参照)。 For example, in a multi-phase claw pole motor, there is known a technique of providing a non-magnetic connecting plate between stators of two adjacent phases (see Patent Document 1).
しかしながら、連結板を設ける分だけクローポール型モータの軸方向のサイズが増加してしまう。 However, the size of the claw pole type motor in the axial direction increases by the amount of provision of the connecting plate.
本開示は、複数相のクローポール型の回転電機を小型化することが可能な技術を提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to provide a technology capable of miniaturizing a multi-phase claw pole type rotating electric machine.
本開示に係る一実施形態では、
クローポール型の複数の固定子ユニットが軸方向に積層される固定子を備える、複数相の回転電機であって、
前記固定子ユニットは、環状に巻回される巻線と、前記巻線の周囲を包囲するように設けられる鉄心と、前記鉄心の軸方向の両端部のそれぞれに周方向で交互に並ぶように複数形成され、前記鉄心の軸方向の両端部のそれぞれから回転子に向かって径方向に突出する爪磁極とを有し、
前記複数の固定子ユニットに含まれる、軸方向に隣接する同じ相の二つの固定子ユニットの組み合わせのうちの少なくとも一組は、互いの前記爪磁極が略鏡像の関係で配置され、且つ、互いの前記巻線が電源側及び中性点側の回路端部から見て逆向きに巻かれており、且つ、互いの前記鉄心の間の軸方向の距離が、前記複数の固定子ユニットのうちの互いに軸方向で隣接する異なる相の二つの固定子ユニットの前記鉄心の間の軸方向の距離より小さい、
回転電機が提供される。
In one embodiment of the present disclosure,
A multi-phase rotating electric machine comprising a stator in which a plurality of claw pole type stator units are stacked in the axial direction,
The stator units include windings that are wound in an annular shape, iron cores that surround the windings, and stator units that are arranged alternately in the circumferential direction at both ends of the iron core in the axial direction. a plurality of claw poles protruding radially toward the rotor from both ends of the iron core in the axial direction;
At least one of the combinations of two axially adjacent stator units of the same phase included in the plurality of stator units has the claw poles arranged in a substantially mirror image relationship with each other, and are wound in opposite directions when viewed from the circuit end on the power supply side and the neutral point side, and the axial distance between the iron cores is the same among the plurality of stator units less than the axial distance between the cores of two stator units of different phases axially adjacent to each other of
A rotating electric machine is provided.
本実施形態によれば、モータは、同じ相の二つの固定子ユニットの間の軸方向の距離が相対的に短くても、面している二つの固定子鉄心に形成される爪磁極の磁束方向を略同じに揃え、磁束漏れを抑制することができる。そのため、モータを小型化することができる。 According to this embodiment, even if the axial distance between the two stator units of the same phase is relatively short, the magnetic flux of the claw poles formed in the two facing stator cores is By aligning the directions in substantially the same direction, magnetic flux leakage can be suppressed. Therefore, the motor can be miniaturized.
また、本開示に係る他の実施形態において、
クローポール型の複数の固定子ユニットが軸方向に積層される固定子を備える、複数相の回転電機であって、
前記固定子ユニットは、環状に巻回される巻線と、前記巻線の周囲を包囲するように設けられる鉄心と、前記鉄心の軸方向の両端部のそれぞれに周方向で交互に並ぶように複数形成され、前記鉄心の軸方向の両端部のそれぞれから回転子に向かって径方向に突出する爪磁極とを有し、
前記複数の固定子ユニットのうちの軸方向で隣接する同じ相の二つの固定子ユニットの組み合わせのうちの少なくとも一組は、互いの前記鉄心の面している軸方向の端部に略鏡像の関係で配置される爪磁極の電機子電流による磁極の極性が同じであり、且つ、互いの前記鉄心の間の軸方向の距離が、前記複数の固定子ユニットのうちの互いに軸方向で隣接する異なる相の二つの固定子ユニットの前記鉄心の間の軸方向の距離より小さい、
回転電機が提供される。
Also, in another embodiment according to the present disclosure,
A multi-phase rotating electric machine comprising a stator in which a plurality of claw pole type stator units are stacked in the axial direction,
The stator units include windings that are wound in an annular shape, iron cores that surround the windings, and stator units that are arranged alternately in the circumferential direction at both ends of the iron core in the axial direction. a plurality of claw poles protruding radially toward the rotor from both ends of the iron core in the axial direction;
At least one of the combinations of two stator units of the same phase that are adjacent in the axial direction among the plurality of stator units are substantially mirror images of the axial ends facing the cores of each other. The polarities of the magnetic poles due to the armature current of the claw poles arranged in the relationship are the same, and the axial distance between the iron cores of the plurality of stator units is axially adjacent to each other. less than the axial distance between the cores of two stator units of different phases;
A rotating electric machine is provided.
本実施形態によれば、モータは、同じ相の二つの固定子ユニットの間の軸方向の距離が相対的に短くても、面している二つの固定子鉄心に形成される爪磁極の磁束方向を略同じに揃え、磁束漏れを抑制することができる。そのため、モータを小型化することができる。 According to this embodiment, even if the axial distance between the two stator units of the same phase is relatively short, the magnetic flux of the claw poles formed in the two facing stator cores is By aligning the directions in substantially the same direction, magnetic flux leakage can be suppressed. Therefore, the motor can be miniaturized.
また、上述の実施形態において、
前記少なくとも一組は、互いの鉄心間の軸方向の距離が0であってもよい。
Also, in the above-described embodiment,
The at least one set may have zero axial distance between the cores.
また、上述の実施形態において、
前記爪磁極は、前記鉄心の軸方向の一端部から前記回転子に向かって径方向に突出する第1の爪磁極部と、前記第1の爪磁極部の先端部から前記鉄心の軸方向の他端部に向かって軸方向に突出する第2の爪磁極部とを有し、
前記少なくとも一組は、互いの前記第2の爪磁極部の先端部が接触していてもよい。
Also, in the above-described embodiment,
The claw magnetic poles include a first claw magnetic pole portion protruding radially toward the rotor from one end portion in the axial direction of the iron core, and a first claw magnetic pole portion protruding in the axial direction from the tip portion of the first claw magnetic pole portion to the axial direction of the iron core. a second claw magnetic pole portion protruding axially toward the other end;
The at least one pair may be in contact with each other at the tips of the second claw magnetic pole portions.
また、上述の実施形態において、
前記複数の固定子ユニットのうちの軸方向で隣接する同じ相の二つの固定子ユニットの組み合わせのうちの少なくとも一組は、それぞれの前記巻線の両端が内周部及び外周部に位置するように巻回され、互いの前記巻線の前記内周部の一端どうし、又は互いの前記巻線の前記外周部の他端どうしが接続されていてもよい。
Also, in the above-described embodiment,
At least one of the combinations of two stator units of the same phase that are adjacent in the axial direction among the plurality of stator units are arranged such that both ends of each of the windings are located on the inner peripheral portion and the outer peripheral portion. , and one ends of the inner peripheral portions of the windings may be connected to each other, or the other ends of the outer peripheral portions of the windings may be connected to each other.
上述の実施形態によれば、複数相のクローポール型の回転電機を小型化することが可能な技術を提供することができる。 According to the above-described embodiments, it is possible to provide a technology that enables miniaturization of a multi-phase claw pole type rotating electric machine.
以下、図面を参照して実施形態について説明する。 Embodiments will be described below with reference to the drawings.
[モータの基本構成]
まず、図1~図3(図3A、図3B)を参照して、本実施形態に係るモータ1の基本構成について説明する。
[Basic configuration of motor]
First, with reference to FIGS. 1 to 3 (FIGS. 3A and 3B), the basic configuration of a
図1は、本実施形態に係るクローポールモータ(以下、単に「モータ」)1の一例の概要を示す斜視図である。図2は、本実施形態に係る固定子20の構成の一例を示す斜視図である。具体的には、図2は、図1において、回転子10(回転子鉄心11、永久磁石12、及び回転軸部材13)の図示を省略した図である。図3A、図3Bは、それぞれ、固定子ユニット21の構成の一例及び他の例を示す分解図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an outline of an example of a claw pole motor (hereinafter simply referred to as "motor") 1 according to this embodiment. FIG. 2 is a perspective view showing an example of the configuration of the
図1に示すように、モータ(「電動機」とも称する)1(回転電機の一例)は、アウタロータ型であり、複数相(本例では、3相)の電機子電流で駆動される。モータ1は、例えば、空調調和機の圧縮機、ファン等に搭載される。
As shown in FIG. 1, a motor (also referred to as an "electric motor") 1 (an example of a rotating electric machine) is of an outer rotor type and is driven by a multi-phase (three-phase in this example) armature current. The
図1、図2に示すように、モータ1は、回転子10と、固定子20と、固定部材30とを含む。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図1に示すように、回転子(「ロータ」とも称する)10は、固定子20に対して、モータ1の径方向(以下、単に「径方向」)の外側に配置され、回転軸心AXまわりに回転可能に構成される。回転子10は、回転子鉄心11と、複数(本例では、20個)の永久磁石12と、回転軸部材13とを含む。
As shown in FIG. 1, a rotor (also referred to as a "rotor") 10 is arranged radially outside the motor 1 (hereinafter simply "radial direction") with respect to a
回転子鉄心(「ロータコア」とも称する)11は、例えば、略円筒形状を有し、モータ1の回転軸心AXと円筒形状の軸心とが略一致するように配置される。また、回転子鉄心11は、モータ1の軸方向(以下、単に「軸方向」)において、固定子20と略同等の長さを有する。回転子鉄心11は、例えば、鋼板、鋳鉄、圧粉磁心により形成される。回転子鉄心11は、軸方向において、一の部材で構成される。また、回転子鉄心11は、軸方向に積層される複数(例えば、後述する固定子ユニット21の数に対応する6つ)の部材で構成されてもよい。
A rotor core (also referred to as a “rotor core”) 11 has, for example, a substantially cylindrical shape, and is arranged so that the rotation axis AX of the
複数の永久磁石12は、回転子鉄心11の内周面において、周方向に等間隔で複数(本例では、20個)並べられる。また、複数の永久磁石12は、それぞれ、回転子鉄心11の軸方向の略一端から略他端までの間に存在するように形成されている。永久磁石12は、例えば、ネオジム焼結磁石やフェライト磁石である。
A plurality of permanent magnets 12 (20 in this example) are arranged at equal intervals in the circumferential direction on the inner peripheral surface of the rotor core 11 . Moreover, the plurality of
複数の永久磁石12は、それぞれ、径方向の両端に異なる磁極が着磁されている。また、複数の永久磁石12のうちの周方向で隣接する二つの永久磁石12は、固定子20に面する径方向の内側に互いに異なる磁極が着磁されている。そのため、固定子20の径方向の外側には、周方向で、径方向の内側にN極が着磁された永久磁石12と、径方向の内側にS極が着磁された永久磁石12とが交互に配置される。
Each of the plurality of
複数の永久磁石12は、それぞれ、軸方向において、一の磁石部材で構成されていてもよいし、軸方向に分割される複数(例えば、積層される回転子鉄心11の部材の数に対応する6つ)の磁石部材で構成されていてもよい。この場合、軸方向に分割される永久磁石12を構成する複数の磁石部材は、固定子20に面する径方向の内側に全て同じ磁極が着磁される。
Each of the plurality of
尚、周方向に配置される複数の永久磁石12は、例えば、周方向で異なる磁極が交互に着磁される円環状のリング磁石やプラスチック磁石等、周方向において、一の部材で構成される永久磁石に置換されてもよい。この場合、周方向において、一の部材で構成される永久磁石は、軸方向においても、一の部材で構成され、全体として、一の部材で構成されてもよい。また、周方向において、一の部材で構成される永久磁石は、複数の永久磁石12の場合と同様、軸方向において、複数の部材に分割されていてもよい。また、周方向において、一の部材で構成されるプラスチック磁石が採用される場合、回転子鉄心11は、省略されてもよい。
The plurality of
回転軸部材13は、例えば、略円柱形状を有し、モータ1の回転軸心AXと円柱形状の軸心とが略一致するように配置される。回転軸部材13は、例えば、挿通部材24の軸方向の両端部に設けられるベアリング等によって回転可能に支持される。後述の如く、挿通部材24は、固定部材30に固定される。これにより、回転軸部材13は、固定部材30に対して回転軸心AX回りで回転することができる。回転軸部材13は、例えば、軸方向において、モータ1の固定部材30側の端部とは反対側の端部(以下、便宜的に「モータ1の先端部」)で回転子鉄心11と連結される。連結部材は、例えば、回転子鉄心11の略円筒形状の開放端を閉塞する形の略円板形状を有してよい。これにより、回転子鉄心11及び回転子鉄心11の内周面に固定される複数の永久磁石12は、回転軸部材13の回転に合わせて、固定部材30に対してモータ1の回転軸心AXまわりに回転することができる。
The
図2に示すように、固定子(「ステータ」とも称する)20は、回転子10(回転子鉄心11及び永久磁石12)の径方向の内側に配置される。固定子20は、複数(本例では、6つ)のクローポール型固定子ユニット(以下、単に「固定子ユニット」)21と、複数(本例では、2つ)の相間部材22と、端部部材23と、挿通部材24とを含む。
As shown in FIG. 2, the stator (also referred to as "stator") 20 is arranged radially inside the rotor 10 (rotor core 11 and permanent magnets 12). The
図3A、図3Bに示すように、固定子ユニット21は、一対の固定子鉄心211と、巻線212とを含む。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
一対の固定子鉄心(「ステータコア」とも称する)211(鉄心の一例)は、巻線212の周囲を取り囲むように設けられる。固定子鉄心211は、例えば、圧粉磁心で形成される。固定子鉄心211は、ヨーク部211Aと、複数の爪磁極211Bと、ヨーク部211Cと、挿通孔211Dとを含む。
A pair of stator cores (also referred to as “stator cores”) 211 (an example of cores) are provided to surround
ヨーク部211Aは、軸方向視で円環形状を有すると共に、軸方向に所定の厚みを有する。
The
複数の爪磁極211Bは、ヨーク部211Aの外周面において、周方向に等間隔で配置され、それぞれは、ヨーク部211Aの外周面から径方向の外側に向かって突出する。爪磁極211Bは、爪磁極部211B1を含む。
The plurality of
爪磁極部211B1(第1の爪磁極部の一例)は、所定の幅を有し、ヨーク部211Aの外周面から所定の長さだけ延び出す形で突出する。
The claw magnetic pole portion 211B1 (an example of the first claw magnetic pole portion) has a predetermined width and protrudes from the outer peripheral surface of the
また、爪磁極211Bは、更に、爪磁極部211B2を含む。これにより、巻線212の電機子電流により磁化される爪磁極211Bの磁極面と回転子10との対向面積を相対的に広く確保することができる。そのため、モータ1のトルクを相対的に増加させ、モータ1の出力を向上させることができる。
Moreover, the claw
爪磁極部211B2(第2の爪磁極部の一例)は、爪磁極部211B1の先端から一対の固定子鉄心211の他方に向かって軸方向に所定の長さだけ延び出す形で突出する。例えば、図3Aに示すように、爪磁極部211B2は、爪磁極部211B1から軸方向で離れるにつれて幅が狭くなるテーパ形状を有してよい。また、例えば、爪磁極部211B2は、図3Bに示すように、爪磁極部211B1からの距離に依らず幅が一定であってもよい。
The claw magnetic pole portion 211B2 (an example of the second claw magnetic pole portion) protrudes from the tip of the claw magnetic pole portion 211B1 toward the other of the pair of
図2に示すように、一対の固定子鉄心211のうちの一方の固定子鉄心211に形成される爪磁極部211B2の先端部の位置は、軸方向において、他方の固定子鉄心211の軸方向の端面(ヨーク部211Aの端面)の位置と略一致する。これにより、モータ1は、一方の固定子鉄心211に形成される爪磁極部211B2が他方の固定子鉄心211の軸方向の端面から飛び出さないようにしつつ、爪磁極部211B2の磁極面を最大限に広く確保することができる。そのため、モータ1のトルクを更に増加させ、モータ1の出力を更に向上させることができる。
As shown in FIG. 2, the positions of the tip portions of the claw magnetic pole portions 211B2 formed in one
尚、爪磁極部211B2は、省略されてもよい。 Note that the claw magnetic pole portion 211B2 may be omitted.
ヨーク部211Cは、ヨーク部211Aの内周面付近の部分が一対の固定子鉄心211の他方に向かって所定量だけ突出する形で構成され、例えば、軸方向視でヨーク部211Aより外径が小さい円環形状を有する。これにより、一対の固定子鉄心211は、互いのヨーク部211Cで当接し、一対の固定子鉄心211に対応する一対のヨーク部211Aの間に巻線212を収容する空間が生成される。
The
挿通孔211Dには、挿通部材24が挿通される。挿通孔211Dは、ヨーク部211A及びヨーク部211Cの内周面によって実現される。
The
巻線(「コイル」とも称する)212は、軸方向視で円環状に巻き回される。巻線212は、その一端がモータ1の外部端子に電気的に繋がっており、その他端が中性点に電気的に繋がっている。モータ1の外部端子は、電源及び電源から供給される電力でモータ1を駆動する駆動装置(例えば、インバータ等)と電気的に接続される。巻線212は、軸方向において、一対の固定子鉄心211(ヨーク部211A)の間に配置される。また、巻線212は、内周部が一対の固定子鉄心211のヨーク部211Cよりも径方向で外側になるように巻き回されている。
A winding (also referred to as a “coil”) 212 is wound in an annular shape when viewed in the axial direction. The winding 212 has one end electrically connected to an external terminal of the
図2に示すように、一対の固定子鉄心211は、一方の固定子鉄心211の爪磁極211Bと他方の固定子鉄心211の爪磁極211Bとが周方向で交互に配置されるように組み合わせられる。また、円環状の巻線212に電機子電流が流れると、一対の固定子鉄心211のうちの一方の固定子鉄心211の爪磁極211Bと他方の固定子鉄心211の爪磁極211Bとは、磁化され、互いに異なる磁極を有する。これにより、一対の固定子鉄心211において、一方の固定子鉄心211から突出する一の爪磁極211Bは、周方向で隣接し、他方の固定子鉄心211から突出する他の爪磁極211Bと異なる磁極を有する。そのため、巻線212に流れる電機子電流により、一対の固定子鉄心211の周方向には、N極の爪磁極211B及びS極の爪磁極211Bが交互に配置される。
As shown in FIG. 2, the pair of
図2に示すように、複数の固定子ユニット21は、軸方向に積層される。
As shown in FIG. 2, the plurality of
複数の固定子ユニット21には、複数相(本例では、3相)分の固定子ユニット21が複数組(本例では、2組)含まれる。具体的には、複数の固定子ユニット21は、U相に対応する固定子ユニット21A,21Bと、V相に対応する固定子ユニット21C,21Dと、W相に対応する固定子ユニット21E,21Fとを含む。これにより、モータ1には、同じ相の固定子ユニット21が複数含まれる。そのため、同じ相の固定子ユニット21が単数である場合に比して、モータ1の出力を向上させることができる。
The plurality of
尚、モータ1の相数は、2相であってもよいし、4相以上であってもよい。また、複数相分の固定子ユニット21が3以上組み合わせられてもよい。
Incidentally, the number of phases of the
同じ相の二つの固定子ユニット21同士は、周方向の位置が電気角で一致するように配置される。また、異なる相の二つの固定子ユニット21同士は、周方向の位置が電気角で120°異なるように配置される。
Two
また、同じ相の二つの固定子ユニット21は、軸方向で隣接するように積層される。具体的には、モータ1の先端部側から順に、U相の固定子ユニット21A,21Bが隣り合うように配置され、V相の固定子ユニット21C,21Dが隣り合うように配置され、W相の固定子ユニット21E,21Fが隣り合うように配置される。
Also, two
尚、U相の二つの固定子ユニット21A,21B、V相の二つの固定子ユニット21C,21D、及びW相の二つの固定子ユニット21E,21Fのうちの一部の相の二つの固定子ユニット21だけが軸方向で隣り合うように配置される構成であってもよい。この場合、異なる相の二つの固定子ユニット21が隣り合う部分が増えるため、後述の相間部材22が追加されてもよい。
Two stator units of some of the two
相間部材22は、軸方向で隣接する異なる相の固定子ユニット21の間に設けられる。これにより、異なる相の二つの固定子ユニット21の間に所定の距離を確保し、異なる相の二つの固定子ユニット21の間での磁束漏れを抑制することができる。相間部材22は、例えば、非磁性体である。これにより、異なる相の二つの固定子ユニット21の間での磁束漏れを更に抑制することができる。相間部材22は、UV相間部材22Aと、VW相間部材22Bとを含む。
The
UV相間部材22Aは、軸方向で隣接する、U相の固定子ユニット21BとV相の固定子ユニット21Cとの間に設けられる。UV相間部材22Aは、例えば、所定の厚みを有する略円柱形状(略円板形状)を有し、中心部分に挿通部材24が挿通される挿通孔が形成される。以下、VW相間部材22Bについても同様であってよい。
The
VW相間部材22Bは、軸方向で隣接する、V相の固定子ユニット21DとW相の固定子ユニット21Eとの間に設けられる。
The
端部部材23は、積層される複数の固定子ユニット21のモータ1の先端部側の端部に設けられる。具体的には、端部部材23は、軸方向において、固定子ユニット21Aの固定子ユニット21Bに面する側と反対側の端面に接するように設けられる。端部部材23は、例えば、所定の厚みを有する略円柱形状(略円板形状)を有し、中心部分に挿通部材24が挿通される挿通孔が形成される。端部部材23は、例えば、非磁性体である。これにより、固定子ユニット21A(具体的には、モータ1の先端部側の固定子鉄心211)からの磁束漏れを抑制することができる。
The
挿通部材24は、モータ1の先端部側から順に、端部部材23、固定子ユニット23A,23B、UV相間部材22A、固定子ユニット23C,23D、VW相間部材22B、固定子ユニット23E,23Fを挿通した状態で、先端部が固定部材30に固定される。挿通部材24は、例えば、先端部に雄ねじ部を有し、固定部材30の対応する雌ネジ部に締め込まれることにより固定部材30に固定される。また、挿通部材24は、例えば、略円筒形状を有し、内周面により実現される孔部に回転軸部材13が回転可能に配置される。また、挿通部材24は、モータ1の先端側において、固定子ユニット21の挿通孔211Dの内径よりも相対的に大きい外径を有する頭部を有する。これにより、例えば、挿通部材24が固定部材30にある程度締め込まれることで、頭部から端部部材23に軸方向で固定部材30に向かう方向の力を作用させることができる。そのため、複数の固定子ユニット21(固定子ユニット21A~21F)及び相間部材22(UV相間部材22A、VW相間部材22B)を端部部材23及び固定部材30で挟み込む形で固定部材30に固定することができる。
The
固定部材30は、例えば、軸方向視で回転子10(回転子鉄心11)よりも大きい外径の略円板形状を有し、軸方向に所定の厚みを有する。固定部材30には、上述の如く、挿通部材24を介して、回転子10が回転可能に支持され、固定子20が固定される。
The fixed
[同じ相の二つの固定子ユニットの構成]
次に、図4~図6を参照して、軸方向で隣接する同じ相の二つの固定子ユニット21の詳細な構成について説明する。以下、U相の二つの固定子ユニット21A,21Bの関係は、V相の二つの固定子ユニット21C,21Dの関係及びW相の二つの固定子ユニット21E,21Fの関係にも当てはまるため、U相の二つの固定子ユニット21A,21Bを中心に説明する。
[Configuration of two stator units of the same phase]
Next, with reference to FIGS. 4 to 6, a detailed configuration of two
図4は、同じ相の二つの固定子ユニット21の構成を示す斜視図である。具体的には、図4は、U相の二つの固定子ユニット21A,21Bの構成を示す斜視図である。図5A、図5Bは、それぞれ、同じ相の二つの固定子ユニット21に対応する二つの巻線212が直列接続される場合の二つの巻線212の構成の一例及び他の例を示す図である。図6A、図6Bは、それぞれ、同じ相の二つの固定子ユニット21に対応する二つの巻線212が並列接続される場合の二つの巻線212の構成の一例及び他の例を示す図である。
FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of two
尚、図4の爪磁極211Bに付記される"N"或いは"S"の文字は、固定子ユニット21A,21Bのそれぞれの巻線212に電機子電流が流れているあるタイミングの磁極を表しており、爪磁極211Bの磁極は電機子電流の向きに応じて変化する。また、図5A,図5B、図6A、及び図6Bでは、固定子ユニット21A,21Bに対応する巻線212がそれぞれ巻線212A,212Bで表される。
The letter "N" or "S" appended to the claw
図4に示すように、同じU相の固定子ユニット21A,21Bは、互いに軸方向で面している固定子鉄心211(ヨーク部211A)同士が接触している。固定子ユニット21A,21Bは、互いの爪磁極211Bが略鏡像の関係になるように配置されている。略鏡像の関係には、例えば、モータ1の製造(組立)上の組立公差に収まるような、固定子ユニット21A,21Bの間での周方向での微小なずれが存在する場合が含まれる。具体的には、固定子ユニット21A,21Bは、互いの爪磁極211Bがその接触面を基準とする略対称の関係になるように配置されている。
As shown in FIG. 4, in the same
また、固定子ユニット21A,21Bは、互いの巻線212がモータ1の電源側及び中性点側の回路端部から見て逆回りに巻かれている。"互いの巻線212がモータ1の電源側及び中性点側の回路端部から見て逆回りに巻かれている"とは、同じ相(本例では、U相)の交流電流が流れる二つの円環状の巻線212には、互いに逆回りの電流が流れることを意味する。これにより、図4に示すように、固定子ユニット21A,21Bの面している(接触している)二つの固定子鉄心211の爪磁極211Bは、固定子ユニット21A,21Bの二つの巻線212に流れる電機子電流により、磁化され、互いに同じ磁極を有する。そのため、固定子ユニット21A,21Bの面している(接触している)二つの固定子鉄心211に形成される互いの爪磁極211B(爪磁極部211B1)における磁束方向が略同じになる。
In addition, the
仮に、軸方向で互いに異なる相が隣接する形の並び(例えば、U相、V相、及びW相の順の並び)の複数相の固定子ユニット21が単純に軸方向に積層されると、全ての固定子ユニット21は、異なる相の固定子ユニット21と隣り合う。すると、全ての隣り合う二つの固定子ユニット21の組み合わせについて、互いの固定子鉄心211の間での磁束漏れを抑制するため、隣り合う二つの固定子ユニット21の間に間隔を設けたり、その間隔に上述の相間部材22を設けたりする必要が生じうる。
If the
また、同じ相の複数の固定子ユニット21が隣り合うように積層されても、面している二つの固定子鉄心211に形成される爪磁極211Bの電機子電流による磁極が互いに異なっていると、略鏡像の関係にある互いの爪磁極211Bの磁束方向が相違する。また、隣り合う同じ相の二つの固定子ユニット21の爪磁極211Bの配置が略鏡像の関係でない(具体的には、二つの固定子ユニット21が同じ向きで重ねられている)と、同様に、面している二つの固定子鉄心211の爪磁極211Bの磁束方向が相違する。すると、面している二つの固定子鉄心211の間での磁束漏れを抑制するため、上記と同様、隣り合う同じ相の二つの固定子ユニット21の間に間隔を設けたり、その間隔に上述の相間部材22と同様の部材を設けたりする必要が生じうる。
Also, even if a plurality of
よって、何れの場合でも、結果として、モータの軸方向の寸法が増加してしまう可能性がある。 Therefore, in either case, the axial dimension of the motor may increase as a result.
これに対して、本実施形態では、上述の如く、固定子ユニット21A,21Bの面している(接触している)二つの固定子鉄心211に形成される爪磁極211Bの磁束方向を略同じにすることができる。そのため、固定子ユニット21A,21Bの間の間隔が相対的に小さい場合やその間隔に磁束漏れを抑制する部材が設けられない場合であっても、面している二つの固定子鉄心211の間での磁束漏れを抑制することができる。よって、軸方向の寸法を相対的に縮小し、モータ1を小型化することができる。
In contrast, in the present embodiment, as described above, the magnetic flux directions of the
また、上述の如く、一対の固定子鉄心211のうちの一方の固定子鉄心211に形成される爪磁極部211B2の先端部の位置は、軸方向において、他方の固定子鉄心211の軸方向の端面(ヨーク部211Aの端面)の位置と略一致する。そのため、図4に示すように、隣り合う同じ相の二つの固定子ユニット21の両端部に位置する二つの固定子鉄心211に形成される爪磁極部211B2(図中のS極の爪磁極部211B2)の先端部は、互いに接触する。よって、爪磁極部211B2の磁極面を最大限に広く確保し、モータ1のトルクを増加させることができる。
Further, as described above, the positions of the tip portions of the claw magnetic pole portions 211B2 formed in one
同じ相の交流電流が流れる二つの巻線212は、直列接続されてもよいし、並列接続されてもよい。同じ相の交流電流が流れ、直列接続或いは並列接続される二つの巻線212の接続体は、その一端が電気回路上で外部端子に接続され、他端が中性点に接続される。そのため、同じ相の二つの固定子ユニット21A,21Bに対応する二つの巻線212は、モータ1の電源(外部端子)側及び中性点側の回路端部のそれぞれから見て逆回りに巻かれることによって、互いに逆回りの電流が流れる。
The two
例えば、図5Aに示すように、固定子ユニット21A,21Bに対応する巻線212A,212Bは、それぞれ、径方向の内周部に位置する端部(以下、便宜的に「内周端部」)212A1,212B1から図中で反時計回り(左回り)巻かれている。巻線212Aの径方向の外周部に位置する端部(以下、便宜的に「外周端部」)212A2と巻線212Bの径方向の外周部に位置する外周端部212B2とは、接続部213により接続される。これにより、巻線212A,212Bは、電気的に直列接続される。内周端部212A1,212B1のうちの一方は、外部端子に接続され、他方は、中性点に接続される。
For example, as shown in FIG. 5A, the
本例では、モータ1の電源側或いは中性点側の回路端部に相当する内周端部212A1から見て、巻線212Aは、図中で反時計回り(左回り)に巻かれている。一方、内周端部212A1から見て、巻線212Bは、巻き始め(始端)が外周端部212B2になるため、図中で時計回り(右回り)に巻かれている。また、モータ1の中性点側或いは電源側の回路端部に相当する内周端部212B1から見て、巻線212Bは、図中で反時計回り(左回り)に巻かれている。一方、内周端部212B1から見て、巻線212Aは、巻き始め(始端)が外周端部212A2になるため、図中で時計回り(右回り)に巻かれている。そのため、二つの巻線212A,212Bには、逆回りの電流が流れる。また、本例では、二つの巻線212A,212Bのそれぞれの径方向の外周部に位置する外周端部212A2,212B2の間が接続部213により接続される。そのため、接続部213は、その距離が相対的に短くなり、且つ、二つの巻線212A,212Bの内周部及び外周部の間に跨ることもない。よって、設計者は、他の部品の間の空間で接続部213を通すための設計を比較的容易に行うことができる。
In this example, the winding 212A is wound counterclockwise (counterclockwise) in the drawing when viewed from the inner peripheral end portion 212A1 corresponding to the circuit end portion on the power supply side or the neutral point side of the
尚、本例において、接続部213は、外周端部212A2,212B2の間に代えて、二つの巻線212A,212Bのそれぞれの径方向の内周部に位置する内周端部212A1,212B1の間を接続してもよい。
In this example, the connecting
このように、物理的に同じ方向に巻かれた二つの巻線212を外周端部どうし或いは内周端部どうしで直列接続する。これにより、モータ1の電源側及び中性点側の回路端部から見て、互いに逆回りに巻かれた同じ相の二つの巻線212を構成することができる。
In this way, the two
また、例えば、図5Bに示すように、固定子ユニット21Aに対応する巻線212Aは、内周端部212A1から図中で反時計回り(左回り)に巻かれている。固定子ユニット21Bに対応する巻線212Bは、内周端部212B1から図中で時計回り(右回り)に巻かれている。巻線212Aの外周端部212A2と巻線212Bの内周端部212B1との間は、接続部213により接続される。これにより、巻線212A,212Bは、電気的に直列接続される。内周端部212A1及び外周端部212B2のうちの一方は、外部端子に接続され、他方は中性点に接続される。
Further, for example, as shown in FIG. 5B, the winding 212A corresponding to the
本例では、モータ1の電源(外部端子)側或いは中性点側の回路端部に相当する内周端部212A1から見て、巻線212Aは、図中で反時計回り(左回り)に巻かれている。一方、内周端部212A1から見て、巻線212Bは、巻き始め(始端)が内周端部212B1になるため、図中で時計回り(右回り)に巻かれている。また、モータ1の中性点側或いは電源側の回路端部に相当する外周端部212B2から見て、巻線212Bは、図中で反時計回り(左回り)に巻かれている。一方、外周端部212B2から見て、巻線212Aは、巻き始め(始端)が外周端部212A2になるため、図中で時計回り(右回り)に巻かれている。そのため、二つの巻線212A,212Bには、逆回りの電流が流れる。
In this example, the winding 212A rotates counterclockwise (counterclockwise) in the drawing when viewed from the inner peripheral end portion 212A1 corresponding to the circuit end portion on the power supply (external terminal) side or neutral point side of the
尚、本例では、接続部213は、外周端部212A2と内周端部212B1との間に代えて、内周端部212A1と外周端部212B2との間を接続してもよい。
In this example, the connecting
このように、物理的に逆回りに巻かれた二つの巻線212を一方の内周端部と他方の外周端部とで直列接続することにより、電気回路上で互いに逆回りに巻かれた同じ相の二つの巻線212を構成することができる。
In this way, the two
また、例えば、図6Aに示すように、固定子ユニット21A,21Bに対応する巻線212A,212Bは、それぞれ、内周端部212A1,212B1から図中で時計回り(右回り)に巻かれている。巻線212Aの外周端部212A2と巻線212Bの内周端部212B1との間は、接続部214により接続され、接続部214は、外部端子に接続される。また、巻線212Aの内周端部212A1及び巻線212Bの外周端部212B2は、中性点に接続される。これにより、二つの巻線212A,212Bは、電気的に並列接続される。
Further, for example, as shown in FIG. 6A, the
本例では、モータ1の電源(外部端子)側の回路端部に相当する外周端部212A2(内周端部212B1)から見て、巻線212Aは、図中で反時計回り(左回り)に巻かれている。一方、モータ1の電源(外部端子)側の回路端部に相当する内周端部212B1(外周端部212A2)から見て、巻線212Bは、図中で時計回り(右回り)に巻かれている。また、モータ1の中性点側の回路端部に相当する内周端部212A1(外周端部212B2)から見て、巻線212Aは、図中で時計回り(右回り)に巻かれている。一方、モータ1の中性点側の回路端部に相当する外周端部212B2(内周端部212A1)から見て、巻線212Bは、反時計回り(左回り)に巻かれている。そのため、二つの巻線212A,212Bには、逆回りの電流が流れる。
In this example, when viewed from the outer peripheral end portion 212A2 (inner peripheral end portion 212B1) corresponding to the circuit end portion on the power supply (external terminal) side of the
尚、本例では、巻線212Aの外周端部212A2及び巻線212Bの内周端部212B1が中性点に接続され、巻線212Aの内周端部212A1及び巻線212Bの外周端部212B2が接続部214を介して外部端子に接続されてもよい。
In this example, the outer peripheral end 212A2 of the winding 212A and the inner peripheral end 212B1 of the winding 212B are connected to the neutral point, and the inner peripheral end 212A1 of the winding 212A and the outer peripheral end 212B2 of the winding 212B are connected to the neutral point. may be connected to an external terminal via the
このように、物理的に同じ方向に巻かれた二つの巻線212を一方の内周端部及び他方の外周端部の間並びに他方の外周端部及び一方の内周端部の間で並列接続する。これにより、モータ1の電源側及び中性点側の回路端部から見て、互いに逆回りに巻かれた同じ相の二つの巻線212を構成することができる。
Thus, two
また、例えば、図6Bに示すように、固定子ユニット21Aに対応する巻線212Aは、内周端部212A1から図中で反時計回り(左回り)に巻かれている。固定子ユニット21Bに対応する巻線212Bは、内周端部212B1から図中で時計回り(右回り)に巻かれている。巻線212Aの外周端部212A2と巻線212Bの外周端部212B2とは、接続部214により接続され、接続部214は、外部端子に接続される。また、内周端部212A1,212B1は、中性点に接続される。これにより、二つの巻線212A,212Bは、電気的に並列接続される。
Further, for example, as shown in FIG. 6B, the winding 212A corresponding to the
本例では、モータ1の電源(外部端子)側の回路端部に相当する外周端部212A2(外周端部212B2)から見て、巻線212Aは、図中で時計回り(右回り)に巻かれている。一方、モータ1の電源(外部端子)側の回路端部に相当する外周端部212B2(外周端部212A2)から見て、巻線212Bは、図中で反時計回り(左回り)に巻かれている。また、モータ1の中性点側の回路端部に相当する内周端部212A1(内周端部B1)から見て、巻線212Aは、図中で反時計回り(左回り)に巻かれている。一方、モータ1の中性点側の回路端部に相当する内周端部212B1(内周端部212A1)から見て、巻線212Bは、図中で時計回り(右回り)に巻かれている。そのため、二つの巻線212A,212Bには、逆回りの電流が流れる。
In this example, the winding 212A is wound clockwise (rightward) in the figure when viewed from the outer peripheral end portion 212A2 (outer peripheral end portion 212B2) corresponding to the circuit end portion on the power supply (external terminal) side of the
尚、本例では、内周端部212A1,212B1が接続部214を介して外部端子に接続され、外周端部212A2,212B2が中性点に接続されてもよい。
In this example, the inner peripheral end portions 212A1 and 212B1 may be connected to the external terminal through the connecting
このように、物理的に逆回りに巻かれた二つの巻線212を外周端部どうし及び内周端部どうしで並列接続する。これにより、モータ1の電源側及び中性点側の回路端部から見て、互いに逆回りに巻かれた同じ相の二つの巻線212を構成することができる。
In this way, the two
[作用]
次に、本実施形態に係るモータ1の作用について説明する。
[Action]
Next, operation of the
本実施形態では、軸方向に隣接する同じ相の二つの固定子ユニット21は、互いの爪磁極211Bが略鏡像の関係で配置される。また、軸方向に隣接する同じ相の二つの固定子ユニット21は、互いの巻線212が電源側及び中性点側の回路端部から見て逆向きに巻かれている。更に、軸方向に隣接する同じ相の二つの固定子ユニット21は、互いの面している固定子鉄心211の間の軸方向の距離が、軸方向で隣接する異なる相の二つの固定子ユニット21の面している固定子鉄心211の間の軸方向の距離より小さい。
In this embodiment, the two
また、本実施形態では、軸方向で隣接する同じ相の二つの固定子ユニット21は、互いの固定子鉄心211の面している軸方向の端部(ヨーク部211A)に略鏡像の関係で配置される爪磁極211Bの電機子電流による磁極の極性が同じである。そして、軸方向で隣接する同じ相の二つの固定子ユニット21は、互いの面している固定子鉄心211の間の軸方向の距離が、軸方向で隣接する異なる相の二つの固定子ユニット21の面している固定子鉄心211の間の軸方向の距離より小さい。
In this embodiment, the two
これにより、モータ1は、同じ相の二つの固定子ユニット21の間の軸方向の距離が相対的に短くても、面している二つの固定子鉄心211に形成される爪磁極211Bの磁束方向を略同じに揃え、磁束漏れを抑制することができる。そのため、モータ1を小型化することができる。
As a result, even if the axial distance between the two
尚、上述の如く、複数相分の固定子ユニット21が3以上組み合わせられてもよい。この場合、3以上の同じ相の固定子ユニット21のうちの少なくとも二つが軸方向で隣り合うように配置されてよい。また、軸方向で隣り合う同じ相の二つの固定子ユニット21の組み合わせが3以上ある場合、その組み合わせのうちの少なくとも一組が上記の関係にあればよい。これにより、少なくともその組み合わせに関して、上記の作用・効果を奏する。
Incidentally, as described above, three or
また、本実施形態では、軸方向で隣接する同じ相の二つの固定子ユニット21は、互いの面している固定子鉄心211の軸方向の距離が0であってよい。
In the present embodiment, two
これにより、モータ1を更に小型化することができる。
Thereby, the
尚、同じ相の二つの固定子ユニット21の互いの面している固定子鉄心211の軸方向の距離は、軸方向で隣接する異なる相の二つの固定子ユニット21の面している固定子鉄心211の間の軸方向の距離より小さい範囲で、0より大きくしてもよい。これにより、モータ1は、コギングトルクを抑制することができる。また、同じ相の二つの固定子ユニット21の互いに面している二つの固定子鉄心211の間に相間部材22と同様の部材が設けられてもよい。これにより、モータ1は、コギングトルクを更に抑制することができる。
The axial distance between the facing
また、本実施形態では、爪磁極211Bは、固定子鉄心211の軸方向の一端部(ヨーク部211A)から回転子10に向かって径方向に突出する爪磁極部211B1を有する。また、爪磁極211Bは、爪磁極部211B1の先端部から固定子鉄心211の軸方向の他端部(他方の固定子鉄心211のヨーク部211A)に向かって軸方向に突出する爪磁極部211B2を有する。そして、軸方向で隣接する同じ相の二つの固定子ユニット21は、互いの軸方向の両端部に位置する二つの固定子鉄心211に形成される爪磁極部211B2の先端部どうしが接触してよい。
Further, in this embodiment, the claw
これにより、モータ1は、爪磁極211B(爪磁極部211B2)の磁極面を相対的に広く確保することができる。そのため、モータ1は、トルクを相対的に増加させ、その出力を向上させることができる。
As a result, the
また、本実施形態では、軸方向で隣接する同じ相の二つの固定子ユニット21は、それぞれの巻線212の両端が内周部及び外周部に位置するように巻回される。そして、軸方向で隣接する同じ相の二つの固定子ユニット21は、互いの巻線212の内周部の一端(内周端部)どうし、又は互いの巻線212の外周部の他端(外周端部)どうしが接続されてよい。
In this embodiment, two
これにより、モータ1は、同じ相の二つの巻線212を接続する接続部213,214の長さを相対的に短くし、且つ、接続部213,214が二つの巻線212A,212Bの内周部と外周部との間を跨がないようにすることができる。そのため、例えば、設計者は、同じ相の二つの固定子ユニット21に対応する同じ相の二つの巻線212を接続する接続部213,214の設計を比較的容易に行うことができる。
As a result, the
[変形・変更]
以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変形や変更が可能なことが理解されるであろう。
[Transformation/change]
Although the embodiments have been described above, it will be appreciated that various modifications and changes in form and detail may be made without departing from the spirit and scope of the claims.
例えば、上述の実施形態の構成は、クローポール型の固定子の径方向の内側に回転子が回転可能に配置されるインナロータ型のクローポールモータに適用されてもよい。この場合、固定子鉄心の内周側から径方向の内側に向かって突出する爪磁極が形成される。 For example, the configurations of the above-described embodiments may be applied to an inner rotor type claw pole motor in which a rotor is rotatably disposed radially inside a claw pole type stator. In this case, claw poles are formed that protrude radially inward from the inner peripheral side of the stator core.
また、上述の実施形態及び変形例の構成は、例えば、オルタネータ等のクローポール発電機(回転電機の一例)に適用されてもよいし、モータ(電動機)の機能及び発電機の機能の双方を有するクローポール型のモータジェネレータ(回転電機の一例)に適用されてもよい。 Further, the configurations of the above-described embodiments and modifications may be applied to, for example, a claw pole generator (an example of a rotating electric machine) such as an alternator, and both the function of a motor (electric motor) and the function of a generator may be applied. It may be applied to a claw-pole type motor generator (an example of a rotating electric machine) having the above.
1 クローポールモータ(回転電機)
10 回転子
11 回転子鉄心
12 永久磁石
13 回転軸部材
20 固定子
21 固定子ユニット
21A~21F 固定子ユニット
22 相間部材
22A UV相間部材
22B VW相間部材
23 端部部材
24 挿通部材
30 固定部材
211 固定子鉄心(鉄心)
211A ヨーク部
211B 爪磁極
211B1 爪磁極部(第1の爪磁極部)
211B2 爪磁極部(第2の爪磁極部)
1 Claw pole motor (rotating electric machine)
10 rotor 11
211B2 claw magnetic pole portion (second claw magnetic pole portion)
Claims (5)
前記固定子ユニットは、環状に巻回される巻線と、前記巻線の周囲を包囲するように設けられる鉄心と、前記鉄心の軸方向の両端部のそれぞれに周方向で交互に並ぶように複数形成され、前記鉄心の軸方向の両端部のそれぞれから回転子に向かって径方向に突出する爪磁極とを有し、
前記複数の固定子ユニットに含まれる、軸方向に隣接する同じ相の二つの固定子ユニットの組み合わせのうちの少なくとも一組は、互いの前記爪磁極が略鏡像の関係で配置され、且つ、互いの前記巻線が電源側及び中性点側の回路端部から見て逆向きに巻かれており、且つ、互いの前記鉄心の間の軸方向の距離が、前記複数の固定子ユニットのうちの互いに軸方向で隣接する異なる相の二つの固定子ユニットの前記鉄心の間の軸方向の距離より小さい、
回転電機。 A multi-phase rotating electric machine comprising a stator in which a plurality of claw pole type stator units are stacked in the axial direction,
The stator units include windings that are wound in an annular shape, iron cores that surround the windings, and stator units that are arranged alternately in the circumferential direction at both ends of the iron core in the axial direction. a plurality of claw poles protruding radially toward the rotor from both ends of the iron core in the axial direction;
At least one of the combinations of two axially adjacent stator units of the same phase included in the plurality of stator units has the claw poles arranged in a substantially mirror image relationship with each other, and are wound in opposite directions when viewed from the circuit end on the power supply side and the neutral point side, and the axial distance between the iron cores is the same among the plurality of stator units less than the axial distance between the cores of two stator units of different phases axially adjacent to each other of
rotating electric machine.
前記固定子ユニットは、環状に巻回される巻線と、前記巻線の周囲を包囲するように設けられる鉄心と、前記鉄心の軸方向の両端部のそれぞれに周方向で交互に並ぶように複数形成され、前記鉄心の軸方向の両端部のそれぞれから回転子に向かって径方向に突出する爪磁極とを有し、
前記複数の固定子ユニットのうちの軸方向で隣接する同じ相の二つの固定子ユニットの組み合わせのうちの少なくとも一組は、互いの前記鉄心の面している軸方向の端部に略鏡像の関係で配置される爪磁極の電機子電流による磁極の極性が同じであり、且つ、互いの前記鉄心の間の軸方向の距離が、前記複数の固定子ユニットのうちの互いに軸方向で隣接する異なる相の二つの固定子ユニットの前記鉄心の間の軸方向の距離より小さい、
回転電機。 A multi-phase rotating electric machine comprising a stator in which a plurality of claw pole type stator units are stacked in the axial direction,
The stator units include windings that are wound in an annular shape, iron cores that surround the windings, and stator units that are arranged alternately in the circumferential direction at both ends of the iron core in the axial direction. a plurality of claw poles protruding radially toward the rotor from both ends of the iron core in the axial direction;
At least one of the combinations of two stator units of the same phase that are adjacent in the axial direction among the plurality of stator units are substantially mirror images of the axial ends facing the cores of each other. The polarities of the magnetic poles due to the armature current of the claw poles arranged in the relationship are the same, and the axial distance between the iron cores of the plurality of stator units is axially adjacent to each other. less than the axial distance between the cores of two stator units of different phases;
rotating electric machine.
請求項1又は2に記載の回転電機。 wherein the at least one set has an axial distance of 0 between the cores of each other;
The rotary electric machine according to claim 1 or 2.
前記少なくとも一組は、互いの前記第2の爪磁極部の先端部どうしが接触している、
請求項1乃至3の何れか一項に記載の回転電機。 The claw magnetic poles include a first claw magnetic pole portion protruding radially toward the rotor from one end portion in the axial direction of the iron core, and a first claw magnetic pole portion protruding in the axial direction from the tip portion of the first claw magnetic pole portion to the axial direction of the iron core. a second claw magnetic pole portion protruding axially toward the other end;
In the at least one pair, tip portions of the second claw magnetic pole portions are in contact with each other.
The rotary electric machine according to any one of claims 1 to 3.
請求項1乃至4の何れか一項に記載の回転電機。 The at least one set is wound such that both ends of each of the windings are located on the inner circumference and the outer circumference, and one end of the inner circumference of each other's windings, or one end of each of the windings of each other. The other ends of the outer peripheral portion are connected to each other,
The rotary electric machine according to any one of claims 1 to 4.
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