JP4249077B2 - Claw pole type motor stator and claw pole type motor stator manufacturing method - Google Patents

Claw pole type motor stator and claw pole type motor stator manufacturing method Download PDF

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Description

本発明は、クローポール型モータの固定子およびクローポール型モータの固定子の製造方法に関する。   The present invention relates to a claw pole motor stator and a method of manufacturing a claw pole motor stator.

従来、例えばU相、V相、W相等の複数相の各相毎に独立した磁路を構成するようにして各相毎に対応した複数の単位ステータを備え、各単位ステータは、環状の巻線の周囲を取り囲むようにして外周部が接続されると共に内周部が開口したヨークを備え、このヨークの内周部において、軸線方向に沿った両開口端から互いの開口端に向かい屈曲して伸びる複数対の爪状誘導極が互いに噛み合うようにして周方向に所定間隔をおいて隣り合うと共に、これらの爪状誘導極が回転子の外周部に対向するようにして配置されたクローポール型モータが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開平7−227075号公報
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, a plurality of unit stators corresponding to each phase are provided so as to constitute independent magnetic paths for each phase of a plurality of phases such as U phase, V phase, and W phase, and each unit stator has an annular winding. The yoke is provided with an outer peripheral portion connected so as to surround the periphery of the wire and an inner peripheral portion opened, and the inner peripheral portion of the yoke is bent from both open ends along the axial direction toward each open end. A pair of claw-shaped induction poles extending in parallel with each other so as to mesh with each other at predetermined intervals in the circumferential direction, and the claw poles arranged so that these claw-shaped induction poles face the outer peripheral portion of the rotor A type motor is known (see, for example, Patent Document 1).
JP-A-7-227075

ところで、上記従来技術の一例に係るクローポール型モータにおいては、複数相の単位ステータが軸線方向に積み重ねられることから、クローポール型モータの軸線方向の寸法が過剰に増大してしまうという問題が生じる。
これに対して、複数相のステータリングを軸線方向に沿って積み重ねるようにして配置し、軸線方向で隣り合うステータリング間に形成された環状の巻線装着孔に環状巻線を配置し、各相のステータリングに径方向内方(あるいは径方向外方)に突出する爪状誘導極を備え、各相の爪状誘導極を順次周方向に沿って配列すると共に回転子の外周面(あるいは回転子の内周面)に対向させることで、各相の鎖交磁束を変化させずに各相の磁路を共用化し、クローポール型モータの軸線方向の寸法の増大を抑制することができる。
そして、このようなクローポール型モータの固定子の形状を適切に設定することが望まれている。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、適切な形状により所望の性能を確保することが可能なクローポール型モータの固定子およびクローポール型モータの固定子の製造方法を提供することを目的とする。
By the way, in the claw pole type motor according to the above-described prior art, since the unit stators of a plurality of phases are stacked in the axial direction, there arises a problem that the dimension in the axial direction of the claw pole type motor is excessively increased. .
On the other hand, a plurality of stator rings are arranged so as to be stacked along the axial direction, annular windings are arranged in annular winding mounting holes formed between adjacent stator rings in the axial direction, The stator ring of the phase has claw-like induction poles protruding radially inward (or radially outward), and the claw-like induction poles of each phase are sequentially arranged along the circumferential direction and the outer peripheral surface of the rotor (or By facing the inner circumferential surface of the rotor, the magnetic path of each phase can be shared without changing the flux linkage of each phase, and an increase in the axial dimension of the claw pole motor can be suppressed. .
And it is desired to set appropriately the shape of the stator of such a claw pole type motor.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a claw pole motor stator and a claw pole motor stator manufacturing method capable of ensuring desired performance with an appropriate shape. Objective.

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項1に記載の本発明のクローポール型モータの固定子は、複数相のステータリング(例えば、実施の形態での各ステータリング21,22,23)を軸線方向に沿って同軸に積み重ねるようにして配置し、軸線方向で隣り合う前記ステータリング間に形成された環状の巻線装着部(例えば、実施の形態での各巻線装着部61,62)に、永久磁石(例えば、実施の形態での永久磁石11a)を有する回転子(例えば、実施の形態での回転子11)を回転させる回転磁界を発生する環状巻線(例えば、実施の形態での各巻線24,25A,25B,26)を配置し、各相のステータリング本体から径方向に突出する爪状誘導極(例えば、実施の形態での各爪状誘導極32,42,52)を備え、各相の前記爪状誘導極を順次周方向に沿って配列すると共に前記永久磁石に対向配置させてなるクローポール型モータの固定子であって、前記ステータリングは、環状の前記ステータリング本体と、前記ステータリング本体から径方向に突出する前記爪状誘導極とを備え、前記巻線装着部は前記ステータリング本体に設けられ、前記環状巻線は前記軸線方向において前記ステータリング本体により覆われるようにして前記巻線装着部に装着され、前記爪状誘導極は、誘導極本体(例えば、実施の形態での各誘導極本体32a,42a,52a)と拡張部(例えば、実施の形態での各拡張部32b,42b,42c,52b)とを備え、前記誘導極本体は前記永久磁石に対向する対向面(例えば、実施の形態での各対向面32B,42B,52B)を備え、前記拡張部は前記誘導極本体の周方向に沿った側面から突出し前記ステータリング本体の周面に接続され前記誘導極本体の前記対向面上において各相の前記誘電極本体がオーバーラップする領域であって有効磁束が通過する磁束通過領域(例えば、実施の形態での通過領域面81)の面積(例えば、実施の形態での面積C)に比べて、前記誘導極本体の内部における磁束通過領域面(例えば、実施の形態での内部領域面82)の面積(例えば、実施の形態での面積SA)が、より大きく設定されてなることを特徴としている。 In order to solve the above problems and achieve the object, a stator of a claw pole type motor according to a first aspect of the present invention includes a multi-phase stator ring (for example, each stator ring 21 in the embodiment, 22 and 23) are arranged so as to be coaxially stacked along the axial direction, and an annular winding mounting portion (for example, each winding mounting portion in the embodiment) formed between the stator rings adjacent in the axial direction. 61, 62), an annular winding that generates a rotating magnetic field that rotates a rotor (for example, the rotor 11 in the embodiment) having a permanent magnet (for example, the permanent magnet 11a in the embodiment) (for example, The windings 24, 25A, 25B, 26) in the embodiment are arranged, and claw-shaped induction poles projecting radially from the stator ring main body of each phase (for example, the claw-shaped induction poles 32 in the embodiment, 42, 52) , An oppositely disposed so claw pole type motor stator comprising the permanent magnet as well as arranged along the sequentially circumferential direction each phase of the claw-like induction electrode, wherein the stator ring is circular of the stator ring body And the claw-shaped induction pole projecting radially from the stator ring body, the winding mounting portion is provided in the stator ring body, and the annular winding is covered by the stator ring body in the axial direction. The claw-shaped induction pole is mounted on the winding attachment portion as described above, and the induction pole body (for example, each induction pole body 32a, 42a, 52a in the embodiment) and the extension portion (for example, the embodiment) each extension 32b at, 42b, 42c, 52 b) and wherein the inductive pole opposed surface body facing the permanent magnet (e.g., the opposing surfaces 32B in the embodiment, 42B, Comprising a 2B), the extended portion is connected to the inner peripheral surface of the projecting the stator ring body from the side along the circumferential direction of the induction electrode body, wherein the phase on the facing surface of the induction electrode body dielectric electrode Compared to the area (for example, area C in the embodiment) of the magnetic flux passage area (for example, the passage area surface 81 in the embodiment) through which the effective magnetic flux passes, the induction pole is an area where the main body overlaps. It is characterized in that the area (for example, the area SA in the embodiment) of the magnetic flux passage region surface (for example, the inner region surface 82 in the embodiment) inside the main body is set larger.

上記のクローポール型モータの固定子によれば、誘導極本体の対向面上の磁束通過領域を通過した磁束が誘導極本体からステータリング本体および拡張部へと流出するまでの間において誘導極本体の内部で低減してしまうことを防止し、回転子の永久磁石と固定子の爪状誘導極との間の界磁磁束を有効利用することができ、クローポール型モータの運転効率を向上させることができる。   According to the above-mentioned claw pole type motor stator, the induction pole body until the magnetic flux that has passed through the magnetic flux passage region on the opposing surface of the induction pole body flows out from the induction pole body to the stator ring body and the extension portion. Can be effectively used for the field magnetic flux between the permanent magnet of the rotor and the claw-shaped induction pole of the stator, thereby improving the operating efficiency of the claw pole type motor. be able to.

さらに、請求項2に記載の本発明のクローポール型モータの固定子は前記誘導極本体の前記対向面上において各相の前記誘電極本体がオーバーラップする領域であって有効磁束が通過する磁束通過領域(例えば、実施の形態での通過領域面81)の面積(例えば、実施の形態での面積C)に比べて、前記誘導極本体の内部から前記拡張部および前記ステータリング本体に流出する磁束の通過領域面である前記誘導極本体と前記拡張部および前記ステータリング本体との当接面(例えば、実施の形態での各当接面80,80および基端面32F)の面積(例えば、実施の形態での各面積BSおよび面積A)が、より大きく設定されてなることを特徴としている。 Furthermore, the claw pole type motor stator of the present invention according to claim 2, wherein the induction electrode phases of the on the facing surface of the body a dielectric pole body is a region which overlaps the effective magnetic flux passes Compared with the area (for example, area C in the embodiment) of the magnetic flux passage region (for example, the passage region surface 81 in the embodiment), it flows out from the inside of the induction pole body to the extension portion and the stator ring body. Area (for example, the contact surfaces 80 and 80 and the base end surface 32F in the embodiment) of the induction pole main body, the extension portion, and the stator ring main body, which is a surface area of the magnetic flux passing through Each area BS and area A) in the embodiment is set to be larger.

上記のクローポール型モータの固定子によれば、誘導極本体の対向面上の磁束通過領域を通過した磁束が誘導極本体からステータリング本体および拡張部へと流出するまでの間において低減してしまうことを防止し、回転子の永久磁石と固定子の爪状誘導極との間の界磁磁束を有効利用することができ、クローポール型モータの運転効率を向上させることができる。   According to the above claw pole motor stator, the magnetic flux that has passed through the magnetic flux passage region on the opposing surface of the induction pole body is reduced until it flows out of the induction pole body to the stator ring body and the extension part. And the field magnetic flux between the permanent magnet of the rotor and the claw-shaped induction pole of the stator can be used effectively, and the operating efficiency of the claw pole motor can be improved.

さらに、請求項3に記載の本発明のクローポール型モータの固定子は前記誘導極本体の前記対向面上において各相の前記誘電極本体がオーバーラップする領域であって有効磁束が通過する磁束通過領域(例えば、実施の形態での通過領域面81)の面積(例えば、実施の形態での面積C)に比べて、前記誘導極本体の内部から前記ステータリング本体に流出する磁束および前記拡張部の内部から前記ステータリング本体に流出する磁束の通過領域面である前記誘導極本体および前記拡張部と前記ステータリング本体との当接面(例えば、実施の形態での基端面32Fおよび各底面32E,32E)の面積(例えば、実施の形態での面積Aおよび各面積A)が、より大きく設定されてなることを特徴としている。 Furthermore, the claw pole type motor stator of the present invention according to claim 3, wherein the induction electrode phases of the on the facing surface of the body a dielectric pole body is a region which overlaps the effective magnetic flux passes Compared with the area (for example, area C in the embodiment) of the magnetic flux passage area (for example, the passage area surface 81 in the embodiment), the magnetic flux flowing out from the inside of the induction pole body to the stator ring body and the The induction pole body which is a passage area surface of the magnetic flux flowing out from the inside of the extension part to the stator ring body and the contact surface between the extension part and the stator ring body (for example, the base end face 32F in the embodiment and each The area (for example, the area A and each area A in the embodiment) of the bottom surfaces 32E and 32E) is set larger.

上記のクローポール型モータの固定子によれば、誘導極本体の対向面上の磁束通過領域を通過した磁束が誘導極本体および拡張部からステータリング本体へと流出するまでの間において低減してしまうことを防止し、回転子の永久磁石と固定子の爪状誘導極との間の界磁磁束を有効利用することができ、クローポール型モータの運転効率を向上させることができる。   According to the claw pole motor stator described above, the magnetic flux that has passed through the magnetic flux passage region on the opposing surface of the induction pole body is reduced until it flows out from the induction pole body and the extension portion to the stator ring body. And the field magnetic flux between the permanent magnet of the rotor and the claw-shaped induction pole of the stator can be used effectively, and the operating efficiency of the claw pole motor can be improved.

さらに、請求項4に記載の本発明のクローポール型モータの固定子は、前記ステータリング本体は、前記環状巻線が装着される巻線部(例えば、実施の形態での巻線部)と、軸線方向で隣り合う前記ステータリング同士を接続するバックヨーク(例えば、実施の形態での各バックヨーク31,41,51)とを備え、前記固定子が前記回転子の外周部に対向配置された場合の前記バックヨークの内径(例えば、実施の形態でのバックヨーク内径Db)に対する前記固定子の内径(例えば、実施の形態での直径D)の比率と、前記固定子が前記回転子の内周部に対向配置された場合の前記固定子の外径(例えば、実施の形態での直径D)に対する前記バックヨークの外径(例えば、実施の形態でのバックヨーク外径Db)の比率(例えば、実施の形態での比r)とを、所定値(例えば、実施の形態での比rの下限値)以上に設定してなることを特徴としている。   Furthermore, the stator of the claw pole type motor of the present invention according to claim 4 is characterized in that the stator ring body includes a winding portion (for example, a winding portion in the embodiment) to which the annular winding is mounted. And a back yoke (for example, each back yoke 31, 41, 51 in the embodiment) that connects the stator rings adjacent in the axial direction, and the stator is disposed to face the outer peripheral portion of the rotor. The ratio of the inner diameter of the stator (for example, the diameter D in the embodiment) to the inner diameter of the back yoke (for example, the back yoke inner diameter Db in the embodiment), and the stator of the rotor Ratio of the outer diameter of the back yoke (for example, the back yoke outer diameter Db in the embodiment) to the outer diameter of the stator (for example, the diameter D in the embodiment) when opposed to the inner peripheral portion (For example, implementation The ratio r) and in the form, the predetermined value (for example, are characterized by being set to a ratio lower limit value of r) In the above embodiment.

上記のクローポール型モータの固定子によれば、比率を所定値(例えば、クローポール型モータの単位電流あたりの総導通損失を最小とする値の下限値等)以上の値に設定することにより、クローポール型モータの運転効率を向上させることができる。   According to the above claw pole motor stator, the ratio is set to a value equal to or higher than a predetermined value (for example, the lower limit value of the value that minimizes the total conduction loss per unit current of the claw pole motor). The operating efficiency of the claw pole type motor can be improved.

さらに、請求項5に記載の本発明のクローポール型モータの固定子は、前記固定子が前記回転子の外周部に対向配置された場合の前記固定子の内径(例えば、実施の形態での直径D)と前記固定子が前記回転子の内周部に対向配置された場合の前記固定子の外径(例えば、実施の形態での直径D)とを適宜の値に設定した状態において、径方向に沿った前記誘導極本体の基端から先端までの距離(例えば、実施の形態での爪高さH)を所定値(例えば、実施の形態での数式(29)または数式(46)の下限値)以上に設定してなることを特徴としている。   Furthermore, the stator of the claw pole type motor of the present invention according to claim 5 is an inner diameter of the stator (for example, in the embodiment) when the stator is disposed opposite to the outer peripheral portion of the rotor. In a state where the diameter D) and the outer diameter of the stator (for example, the diameter D in the embodiment) when the stator is disposed opposite to the inner peripheral portion of the rotor are set to appropriate values, A distance (for example, nail height H in the embodiment) from the proximal end to the distal end of the induction pole body along the radial direction is set to a predetermined value (for example, Formula (29) or Formula (46) in the embodiment). It is characterized in that it is set to be equal to or more than the lower limit value.

上記のクローポール型モータの固定子によれば、径方向に沿った誘導極本体の基端から先端までの距離を所定値(例えば、クローポール型モータの単位電流あたりの総導通損失を最小とする値の下限値等)以上の値に設定することにより、クローポール型モータの運転効率を向上させることができる。   According to the above claw pole motor stator, the distance from the base end to the tip end of the induction pole body along the radial direction is set to a predetermined value (for example, the total conduction loss per unit current of the claw pole motor is minimized). By setting the value to a value greater than or equal to the lower limit value of the value to be performed, the operating efficiency of the claw pole motor can be improved.

また、請求項6に記載の本発明のクローポール型モータの固定子の製造方法は、複数相のステータリング(例えば、実施の形態での各ステータリング21,22,23)を軸線方向に沿って同軸に積み重ねるようにして配置し、軸線方向で隣り合う前記ステータリング間に形成された環状の巻線装着部(例えば、実施の形態での各巻線装着部61,62)に、永久磁石(例えば、実施の形態での永久磁石11a)を有する回転子(例えば、実施の形態での回転子11)を回転させる回転磁界を発生する環状巻線(例えば、実施の形態での各巻線24,25A,25B,26)を配置し、各相のステータリング本体から径方向に突出する爪状誘導極(例えば、実施の形態での各爪状誘導極32,42,52)を備え、各相の前記爪状誘導極を順次周方向に沿って配列すると共に前記永久磁石に対向配置させてなるクローポール型モータの固定子の製造方法であって、前記ステータリングは、環状の前記ステータリング本体と、前記ステータリング本体から径方向に突出する前記爪状誘導極とを備え、前記巻線装着部は前記ステータリング本体に設けられ、前記環状巻線は前記軸線方向において前記ステータリング本体により覆われるようにして前記巻線装着部に装着され、前記爪状誘導極は、誘導極本体(例えば、実施の形態での各誘導極本体32a,42a,52a)と拡張部(例えば、実施の形態での各拡張部32b,42b,42c,52b)とを備え、前記誘導極本体は前記永久磁石に対向する対向面(例えば、実施の形態での各対向面32B,42B,52B)を備え、前記拡張部は前記誘導極本体の周方向に沿った側面から突出し前記ステータリング本体の周面に接続され前記ステータリング本体は、前記環状巻線が装着される巻線部(例えば、実施の形態での巻線部)と、軸線方向で隣り合う前記ステータリング同士を接続するバックヨークとを備え、前記バックヨークの径に基づき、前記クローポール型モータの体積(例えば、実施の形態での体積Vb)を算出する体積算出工程(例えば、実施の形態での数式(16))と、前記体積算出工程にて算出した前記体積に基づき、単位体積あたりのトルク定数(例えば、実施の形態での単位体積あたりのトルク定数ktv)を算出するトルク定数算出工程(例えば、実施の形態での数式(17)、数式(41))と、軸線方向に沿った前記巻線部の厚さ(例えば、実施の形態での厚さTc)と、前記巻線部の径方向に対する断面の面積(例えば、実施の形態での断面積S)とに基づき、単位電流あたりの総導通損失(例えば、実施の形態での単位電流あたりの総導通損失P)を算出する総導通損失算出工程(例えば、実施の形態での数式(20),数式(27),数式(43),数式(47))と、前記総導通損失算出工程にて算出した前記総導通損失を最小とする、径方向に沿った前記誘導極本体の基端から先端までの距離(例えば、実施の形態での爪高さH)を算出する工程(例えば、実施の形態での数式(21)〜数式(29)、数式(44)〜数式(46)、数式(51))とを含むことを特徴としている。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a stator for a claw pole motor according to the present invention, wherein a plurality of stator rings (for example, the stator rings 21, 22, and 23 in the embodiment) are arranged along the axial direction. Are arranged so as to be coaxially stacked, and a permanent magnet (for example, each of the winding mounting portions 61 and 62 in the embodiment) formed between the stator rings adjacent in the axial direction. For example, an annular winding (for example, each winding 24 in the embodiment, for generating a rotating magnetic field that rotates a rotor (for example, the rotor 11 in the embodiment) having the permanent magnet 11a) in the embodiment. 25A, 25B, 26), and claw-like induction poles (for example, claw-like induction poles 32, 42, 52 in the embodiment) protruding radially from the stator ring main body of each phase. The nail-shaped induction poles in order A the method for producing oppositely disposed so claw pole type motor stator comprising a permanent magnet as well as arranged along the circumferential direction, said stator ring, said stator ring body annular diameter from the stator ring body The claw-shaped induction pole protruding in the direction, the winding mounting portion is provided in the stator ring body, and the annular winding is covered by the stator ring body in the axial direction. The claw-like induction poles are mounted on the induction pole body (for example, each induction pole body 32a, 42a, 52a in the embodiment) and an extension part (for example, each extension part 32b, 42b in the embodiment). , 42c, 52 b) and wherein the induction electrode body comprises a facing surface that faces the permanent magnet (e.g., the opposing surfaces 32B in the embodiment, 42B, 52B), prior to Extension is connected to the inner peripheral surface of the projecting the stator ring body from the side along the circumferential direction of the induction electrode body, the stator ring body, the winding section annular windings are mounted (e.g., the embodiment Winding portion in the form) and a back yoke that connects the stator rings adjacent in the axial direction, and based on the diameter of the back yoke, the volume of the claw pole type motor (for example, in the embodiment) Based on the volume calculation step (for example, Equation (16) in the embodiment) for calculating the volume Vb) and the volume calculated in the volume calculation step, a torque constant (for example, in the embodiment) Torque constant calculating step (for example, Equations (17) and (41) in the embodiment) for calculating a torque constant ktv per unit volume, and a thickness of the winding portion along the axial direction (example) For example, based on the thickness Tc i in the embodiment and the area of the cross section of the winding portion in the radial direction (for example, the cross-sectional area S i in the embodiment), the total conduction loss per unit current ( For example, the total conduction loss calculation step for calculating the total conduction loss P per unit current in the embodiment (for example, Expression (20), Expression (27), Expression (43), Expression (47) in the embodiment) )) And the distance from the proximal end to the distal end of the induction pole body along the radial direction that minimizes the total conduction loss calculated in the total conduction loss calculation step (for example, the nail height in the embodiment) (H) is calculated (for example, Formula (21) to Formula (29), Formula (44) to Formula (46), Formula (51) in the embodiment)).

上記のクローポール型モータの固定子の製造方法によれば、径方向に沿った誘導極本体の基端から先端までの距離を、クローポール型モータの単位電流あたりの総導通損失を最小とする値の下限値以上の値に設定することにより、クローポール型モータの運転効率を向上させることができる。   According to the claw pole motor stator manufacturing method described above, the distance from the base end to the tip end of the induction pole body along the radial direction is minimized, and the total conduction loss per unit current of the claw pole motor is minimized. By setting the value to be equal to or greater than the lower limit value, the operation efficiency of the claw pole type motor can be improved.

本発明のクローポール型モータの固定子によれば、回転子の永久磁石と固定子の爪状誘導極との間の界磁磁束を有効利用することができ、クローポール型モータの運転効率を向上させることができる。
さらに、請求項4または請求項5に記載の本発明のクローポール型モータの固定子によれば、通電時の導通損失を低減することができ、クローポール型モータの運転効率を向上させることができる。
According to the stator of the claw pole type motor of the present invention, the field magnetic flux between the permanent magnet of the rotor and the claw-shaped induction pole of the stator can be used effectively, and the operating efficiency of the claw pole type motor can be improved. Can be improved.
Furthermore, according to the stator of the claw pole type motor of the present invention described in claim 4 or claim 5, the conduction loss during energization can be reduced, and the operating efficiency of the claw pole type motor can be improved. it can.

また、請求項6に記載の本発明のクローポール型モータの固定子の製造方法によれば、単位電流あたりの総導通損失を低減し、クローポール型モータの運転効率を向上させることができる。   In addition, according to the method of manufacturing a claw pole motor stator of the present invention described in claim 6, it is possible to reduce the total conduction loss per unit current and improve the operation efficiency of the claw pole motor.

以下、本発明のクローポール型モータの固定子およびクローポール型モータの固定子の製造方法の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態に係るクローポール型モータ10は、例えば内燃機関Eと共に車両の駆動源としてハイブリッド車両に搭載され、例えば内燃機関Eとクローポール型モータ10とトランスミッションT/Mとを直列に直結した構造のパラレルハイブリッド車両において、少なくとも内燃機関Eまたはクローポール型モータ10の何れか一方の駆動力は、トランスミッションT/Mを介して車両の駆動輪W,Wに伝達されるようになっている。
また、車両の減速時に駆動輪W,W側からクローポール型モータ10に駆動力が伝達されると、クローポール型モータ10は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギー(回生エネルギー)として回収する。さらに、内燃機関Eの出力がクローポール型モータ10に伝達された場合にもクローポール型モータ10は発電機として機能して発電エネルギーを発生する。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a claw pole motor stator and a claw pole motor stator manufacturing method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
The claw pole type motor 10 according to the present embodiment is mounted on a hybrid vehicle as a vehicle drive source together with the internal combustion engine E, for example, and the internal combustion engine E, the claw pole type motor 10 and the transmission T / M are directly connected in series. In the parallel hybrid vehicle having the structure, at least the driving force of either the internal combustion engine E or the claw pole type motor 10 is transmitted to the driving wheels W, W of the vehicle via the transmission T / M.
When the driving force is transmitted to the claw pole type motor 10 from the driving wheels W, W when the vehicle is decelerated, the claw pole type motor 10 functions as a generator to generate a so-called regenerative braking force and the movement of the vehicle body. Energy is recovered as electric energy (regenerative energy). Further, even when the output of the internal combustion engine E is transmitted to the claw pole type motor 10, the claw pole type motor 10 functions as a generator and generates power generation energy.

このクローポール型モータ10は、例えば図1に示すように、複数の永久磁石11a,…,11aを有する回転子11と、この回転子11を回転させる回転磁界を発生する複数相(例えば、U相,V相,W相の3相)の固定子12とを備え、回転子11の回転軸の一端は内燃機関のクランクシャフトに連結され、他端はトランスミッションの入力軸に連結されている。
この回転子11において、複数の略長方形板状の永久磁石11a,…,11aは回転子11の外周部に周方向に所定間隔をおいて配置され、各永久磁石11aは厚さ方向(つまり回転子11の径方向)に磁化され、周方向で隣り合う永久磁石11a,11aは互いに磁化方向が異方向となるように、すなわち外周側がN極とされた永久磁石11aには、外周側がS極とされた永久磁石11aが周方向で隣接するように配置されている。
また、各永久磁石11aの外周面は、回転子11の外周部に対向配置される略円筒状の固定子12の内周面に向かい露出している。
As shown in FIG. 1, for example, the claw pole motor 10 includes a rotor 11 having a plurality of permanent magnets 11a,..., 11a and a plurality of phases (for example, U U) that generate a rotating magnetic field that rotates the rotor 11. The rotor 11 has one end of the rotating shaft connected to the crankshaft of the internal combustion engine and the other end connected to the input shaft of the transmission.
In this rotor 11, a plurality of substantially rectangular plate-like permanent magnets 11a, ..., 11a are arranged on the outer peripheral portion of the rotor 11 at a predetermined interval in the circumferential direction, and each permanent magnet 11a is in the thickness direction (that is, rotated). The permanent magnets 11a and 11a that are magnetized in the radial direction of the child 11 and are adjacent in the circumferential direction have different magnetization directions, that is, the permanent magnet 11a whose outer peripheral side is the N pole, the outer peripheral side is the S pole. The permanent magnets 11a are arranged so as to be adjacent in the circumferential direction.
Further, the outer peripheral surface of each permanent magnet 11 a is exposed toward the inner peripheral surface of the substantially cylindrical stator 12 that is disposed opposite to the outer peripheral portion of the rotor 11.

固定子12は、例えば図1および図2に示すように、U相ステータリング21と、V相ステータリング22と、W相ステータリング23と、U相巻線24と、第1V相巻線25Aと、第2V相巻線25Bと、W相巻線26とを備えて構成され、各ステータリング21,22,23は、例えば粉末状の磁性材料を加圧成形して一体に形成された各バックヨーク31,41,51および各爪状誘導極32,42,52を備えて構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, for example, the stator 12 includes a U-phase stator ring 21, a V-phase stator ring 22, a W-phase stator ring 23, a U-phase winding 24, and a first V-phase winding 25A. And a second V-phase winding 25B and a W-phase winding 26, and the stator rings 21, 22, and 23 are formed integrally by, for example, pressure-molding a powdery magnetic material. The back yoke 31, 41, 51 and the claw-shaped induction poles 32, 42, 52 are provided.

U相ステータリング21は、例えば図1および図3に示すように、略円環状のU相バックヨーク31と、このU相バックヨーク31の内周部の周方向に所定間隔をおいた位置から径方向内方に向かい突出すると共に、基端側から先端側に向かうことに伴い軸線P方向の一方に屈曲するようにして伸びる鉤爪状のU相爪状誘導極32とを備えて構成されている。
そして、U相バックヨーク31には、V相バックヨーク41の一方の端面41Aに当接する端面31A上の内周部において、軸線P方向に沿った厚さが一段薄くなるようにして形成された軸線Pと同軸の周方向に沿った円環状のU相巻線装着部31aが形成されている。
また、U相爪状誘導極32は、例えば、周方向に対する断面形状が略L字状かつ径方向に対する断面形状が略長方形状に形成されたU相誘導極本体32aと、U相誘導極本体32aの両側面32A,32Aから周方向に突出し、かつ、U相バックヨーク31の内周面31Bから径方向内方に突出するようにして、U相誘導極本体32aの各側面32A,32AおよびU相バックヨーク31の内周面31Bに接続され、径方向内方に基端側から先端側に向かい先細り形状に形成されたU相拡張部32b,32bとを備えて構成されている。
For example, as shown in FIGS. 1 and 3, the U-phase stator ring 21 is formed from a substantially annular U-phase back yoke 31 and a position at a predetermined interval in the circumferential direction of the inner peripheral portion of the U-phase back yoke 31. A claw-shaped U-phase claw-shaped induction pole 32 that protrudes inward in the radial direction and extends so as to bend in one direction in the axis P direction as it goes from the proximal end side to the distal end side. Yes.
The U-phase back yoke 31 is formed so that the thickness along the axis P direction is reduced by one step at the inner peripheral portion on the end surface 31A in contact with one end surface 41A of the V-phase back yoke 41. An annular U-phase winding mounting portion 31a is formed along the circumferential direction coaxial with the axis P.
The U-phase claw-shaped induction pole 32 includes, for example, a U-phase induction pole body 32a having a substantially L-shaped cross-section with respect to the circumferential direction and a substantially rectangular cross-section with respect to the radial direction, and a U-phase induction pole body. The side surfaces 32A, 32A of the U-phase induction pole main body 32a and the side surfaces 32A, 32A of the U-phase induction pole body 32a protrude in the circumferential direction from both side surfaces 32A, 32A of the 32a and project radially inward from the inner peripheral surface 31B of the U-phase back yoke 31. The U-phase extending portion 32b is connected to the inner peripheral surface 31B of the U-phase back yoke 31 and has U-phase extending portions 32b and 32b formed in a tapered shape from the base end side toward the tip end side in the radial direction.

U相誘導極本体32aは、回転子11の外周面上にて露出する各永久磁石11aの外周面に対向するU相対向面32Bに交差するようにして接続された1対の側面32A,32Aおよび軸線P方向に沿って対をなす端面32C,傾斜面32Dを備えて構成されている。そして、U相対向面32Bに略直交する端面32Cに対し、傾斜面32Dは径方向内方に向かい次第に相互間の距離が増大するように傾斜している。
U相拡張部32bは、例えば、U相誘導極本体32aの側面32Aと端面32Cとの交差稜線部の内周側端部近傍の位置を頂点33とし、U相バックヨーク31の内周面31Bの一部をなす所定周方向長さの略長方形状の底面32Eを有する略4角錐状に形成されている。
なお、U相拡張部32bの底面32Eは、例えば、U相誘導極本体32aにおいて径方向に沿ってU相対向面32Bと対向するU相バックヨーク31の内周面31Bの一部をなす基端面32Fと同等の周方向長さを有し、U相拡張部32bの底面32EとU相誘導極本体32aの基端面32Fとの面積は同等に設定されている。
The U-phase induction pole body 32a is a pair of side surfaces 32A and 32A connected so as to intersect the U-phase facing surface 32B facing the outer peripheral surface of each permanent magnet 11a exposed on the outer peripheral surface of the rotor 11. And an end face 32C and an inclined face 32D that form a pair along the direction of the axis P. The inclined surface 32D is inclined with respect to the end surface 32C substantially orthogonal to the U-phase facing surface 32B so that the distance between them gradually increases inward in the radial direction.
For example, the U-phase extension portion 32b has a vertex 33 at a position near the inner peripheral side end of the intersecting ridge line portion between the side surface 32A and the end surface 32C of the U-phase induction pole body 32a, and the inner peripheral surface 31B of the U-phase back yoke 31. Is formed in a substantially quadrangular pyramid shape having a substantially rectangular bottom surface 32E having a predetermined circumferential length.
The bottom surface 32E of the U-phase extension 32b is, for example, a base that forms part of the inner peripheral surface 31B of the U-phase back yoke 31 that faces the U-phase facing surface 32B along the radial direction in the U-phase induction pole body 32a. It has the same circumferential length as the end face 32F, and the area of the bottom face 32E of the U-phase extension 32b and the base end face 32F of the U-phase induction pole body 32a is set to be equal.

V相ステータリング22は、例えば図1および図4に示すように、略円環状のV相バックヨーク41と、このV相バックヨーク41の内周部の周方向に所定間隔をおいた位置から径方向内方に向かい突出すると共に、基端側から先端側に向かうことに伴い軸線P方向の一方および他方に伸びる両鉤爪状のV相爪状誘導極42とを備えて構成されている。
そして、V相バックヨーク41には、U相バックヨーク31の端面31Aに当接する一方の端面41A上の内周部において、軸線P方向に沿った厚さが一段薄くなるようにして形成された軸線Pと同軸の周方向に沿った円環状の第1V相巻線装着部41aが形成され、W相バックヨーク51の端面51Aに当接する他方の端面41B上の内周部において、軸線P方向に沿った厚さが一段薄くなるようにして形成された軸線Pと同軸の円環状の第2V相巻線装着部41bが形成されている。
また、V相爪状誘導極42は、例えば、周方向に対する断面形状が略T字状かつ径方向に対する断面形状が略長方形状に形成されたV相誘導極本体42aと、V相誘導極本体42aの両側面42A,42Aから周方向に突出し、かつ、V相バックヨーク41の内周面41Cから径方向内方に突出するようにして、V相誘導極本体42aの各側面42A,42AおよびV相バックヨーク41の内周面41Cに接続され、径方向内方に基端側から先端側に向かい先細り形状に形成された第1V相拡張部42bおよび第2V相拡張部42cとを備えて構成されている。
For example, as shown in FIGS. 1 and 4, the V-phase stator ring 22 is formed from a substantially annular V-phase back yoke 41 and a position at a predetermined interval in the circumferential direction of the inner peripheral portion of the V-phase back yoke 41. It is configured to include a V-shaped claw-shaped induction pole 42 that protrudes inward in the radial direction and extends in one direction and the other in the direction of the axis P along the direction from the proximal end side to the distal end side.
The V-phase back yoke 41 is formed such that the thickness along the axis P direction is reduced by one step at the inner peripheral portion on one end surface 41A in contact with the end surface 31A of the U-phase back yoke 31. An annular first V-phase winding mounting portion 41a is formed along the circumferential direction coaxial with the axis P, and the inner circumferential portion on the other end surface 41B that abuts on the end surface 51A of the W-phase back yoke 51 has an axis P direction. An annular second V-phase winding mounting portion 41b that is coaxial with the axis P and formed so as to be thinner by one step is formed.
The V-phase claw-shaped induction electrode 42 includes, for example, a V-phase induction electrode body 42a having a substantially T-shaped cross section in the circumferential direction and a substantially rectangular cross-section shape in the radial direction, and a V-phase induction pole body. The side surfaces 42A, 42A of the V-phase induction pole main body 42a and the side surfaces 42A, 42A of the V-phase induction pole body 42a are projected in the circumferential direction from both side surfaces 42A, 42A of the 42a and radially inward from the inner circumferential surface 41C of the V-phase back yoke 41. A first V-phase expansion portion 42b and a second V-phase expansion portion 42c that are connected to the inner peripheral surface 41C of the V-phase back yoke 41 and are tapered radially inward from the proximal end side to the distal end side. It is configured.

V相誘導極本体42aは、回転子11の外周面上にて露出する各永久磁石11aの外周面に対向するV相対向面42Bに交差するようにして接続された1対の側面42A,42Aおよび軸線P方向に沿って対をなす一方および他方の傾斜面42C,42Dを備えて構成されている。そして、両傾斜面42C,42Dは径方向内方に向かい次第に相互間の距離が増大するように傾斜している。
第1V相拡張部42bは、例えば、V相誘導極本体42aの一方の側面42Aと他方の傾斜面42Dとの交差稜線部の内周側端部近傍の位置を頂点43とし、V相バックヨーク41の内周面41Cの一部をなす所定周方向長さの略長方形状の底面42Eを有する略4角錐状に形成されている。
第2V相拡張部42cは、例えば、V相誘導極本体42aの他方の側面42Aと一方の傾斜面42Cとの交差稜線部の内周側端部近傍の位置を頂点44とし、V相バックヨーク41の内周面41Cの一部をなす所定周方向長さの略長方形状の底面42Fを有する略4角錐状に形成されている。
なお、各V相拡張部42b,42cの底面42E,42Fは、例えば、V相誘導極本体42aにおいて径方向に沿ってV相対向面42Bと対向するV相バックヨーク41の内周面41CBの一部をなす基端面42Gと同等の周方向長さを有し、各V相拡張部42b,42cの底面42E,42FとV相誘導極本体42aの基端面42Gとの面積は同等に設定されている。
The V-phase induction pole body 42a is a pair of side surfaces 42A and 42A connected so as to intersect the V-phase facing surface 42B facing the outer peripheral surface of each permanent magnet 11a exposed on the outer peripheral surface of the rotor 11. And one and the other inclined surfaces 42C and 42D which make a pair along the direction of the axis P. Both the inclined surfaces 42C and 42D are inclined so that the distance between them gradually increases inward in the radial direction.
For example, the first V-phase extended portion 42b has, as a vertex 43, a position in the vicinity of the inner peripheral side end portion of the intersecting ridge line portion between the one side surface 42A of the V-phase induction pole body 42a and the other inclined surface 42D. It is formed in a substantially quadrangular pyramid shape having a substantially rectangular bottom surface 42E having a predetermined circumferential length and forming a part of the inner peripheral surface 41C of 41.
For example, the second V-phase extended portion 42c has a vertex 44 at a position in the vicinity of the inner peripheral end of the intersecting ridge line portion between the other side surface 42A of the V-phase induction pole main body 42a and the one inclined surface 42C. It is formed in a substantially quadrangular pyramid shape having a substantially rectangular bottom surface 42F having a predetermined circumferential length and forming a part of the inner peripheral surface 41C of 41.
The bottom surfaces 42E and 42F of the V-phase extension portions 42b and 42c are, for example, the inner peripheral surface 41CB of the V-phase back yoke 41 that faces the V-phase facing surface 42B along the radial direction in the V-phase induction pole body 42a. It has a length in the circumferential direction equivalent to a part of the base end face 42G, and the areas of the bottom faces 42E and 42F of the V-phase extension portions 42b and 42c and the base end face 42G of the V-phase induction pole body 42a are set to be equal. ing.

W相ステータリング23は、例えば図1および図5に示すように、U相ステータリング21と同等の形状を有し、略円環状のW相バックヨーク51と、このW相バックヨーク51の内周部の周方向に所定間隔をおいた位置から径方向内方に向かい突出すると共に、基端側から先端側に向かうことに伴い軸線P方向の他方に屈曲するようにして伸びる鉤爪状のW相爪状誘導極52とを備えて構成されている。
そして、W相バックヨーク51には、V相バックヨーク41の他方の端面41Bに当接する端面51A上の内周部において、軸線P方向に沿った厚さが一段薄くなるようにして形成された軸線Pと同軸の周方向に沿った円環状のW相巻線装着部51aが形成されている。
また、W相爪状誘導極52は、例えば、周方向に対する断面形状が略L字状かつ径方向に対する断面形状が略長方形状に形成されたW相誘導極本体52aと、W相誘導極本体52aの両側面52A,52Aから周方向に突出し、かつ、W相バックヨーク51の内周面51Bから径方向内方に突出するようにして、W相誘導極本体52aの各側面52A,52AおよびW相バックヨーク51の内周面51Bに接続され、径方向内方に基端側から先端側に向かい先細り形状に形成されたW相拡張部52b,52bとを備えて構成されている。
For example, as shown in FIGS. 1 and 5, the W-phase stator ring 23 has a shape equivalent to that of the U-phase stator ring 21, and a substantially annular W-phase back yoke 51, A claw-like W that protrudes inward in the radial direction from a position at a predetermined interval in the circumferential direction of the peripheral portion and extends so as to bend in the other direction in the axis P direction from the proximal end side toward the distal end side. A phase claw-like induction pole 52 is provided.
The W-phase back yoke 51 is formed such that the thickness along the axis P direction is reduced by one step at the inner peripheral portion on the end surface 51A in contact with the other end surface 41B of the V-phase back yoke 41. An annular W-phase winding mounting portion 51a is formed along the circumferential direction coaxial with the axis P.
The W-phase claw-shaped induction electrode 52 includes, for example, a W-phase induction electrode body 52a having a substantially L-shaped cross-section with respect to the circumferential direction and a substantially rectangular cross-section with respect to the radial direction, and a W-phase induction electrode body. The side surfaces 52A, 52A of the W-phase induction pole body 52a and the side surfaces 52A, 52A of the W-phase induction pole body 52a are projected in the circumferential direction from both side surfaces 52A, 52A of the 52a and radially inward from the inner circumferential surface 51B of the W-phase back yoke 51. W-phase extending portions 52b and 52b are connected to the inner peripheral surface 51B of the W-phase back yoke 51 and are tapered in a radially inward direction from the proximal end side toward the distal end side.

W相誘導極本体52aは、回転子11の外周面上にて露出する各永久磁石11aの外周面に対向するW相対向面52Bに交差するようにして接続された1対の側面52A,52Aおよび軸線P方向に沿って対をなす端面52C,傾斜面52Dを備えて構成されている。そして、W相対向面52Bに略直交する端面52Cに対し、傾斜面52Dは径方向内方に向かい次第に相互間の距離が増大するように傾斜している。
W相拡張部52bは、例えば、W相誘導極本体52aの側面52Aと端面52Cとの交差稜線部の内周側端部近傍の位置を頂点53とし、W相バックヨーク51の内周面51Bの一部をなす所定周方向長さの略長方形状の底面52Eを有する略4角錐状に形成されている。
なお、W相拡張部52bの底面52Eは、例えば、W相誘導極本体52aにおいて径方向に沿ってW相対向面52Bと対向するW相バックヨーク51の内周面51Bの一部をなす基端面52Fと同等の周方向長さを有し、W相拡張部52bの底面52EとW相誘導極本体52aの基端面52Fとの面積は同等に設定されている。
The W-phase induction pole body 52a is a pair of side surfaces 52A and 52A connected so as to intersect the W-phase facing surface 52B facing the outer peripheral surface of each permanent magnet 11a exposed on the outer peripheral surface of the rotor 11. And an end face 52C and an inclined face 52D that form a pair along the direction of the axis P. The inclined surface 52D is inclined with respect to the end surface 52C substantially orthogonal to the W-phase facing surface 52B so that the distance between them gradually increases inward in the radial direction.
For example, the W-phase extending portion 52b has an apex 53 at a position near the inner peripheral side end of the intersecting ridge line portion between the side surface 52A and the end surface 52C of the W-phase induction pole body 52a, and the inner peripheral surface 51B of the W-phase back yoke 51. Is formed in a substantially quadrangular pyramid shape having a substantially rectangular bottom surface 52E having a predetermined circumferential length.
The bottom surface 52E of the W-phase extension 52b is, for example, a base that forms part of the inner peripheral surface 51B of the W-phase back yoke 51 that faces the W-phase facing surface 52B along the radial direction in the W-phase induction pole body 52a. It has the same circumferential length as the end face 52F, and the area of the bottom face 52E of the W-phase extension 52b and the base end face 52F of the W-phase induction pole body 52a is set to be equal.

各ステータリング21,22,23は、例えば図2および図6に示すように、各爪状誘導極32,42,52が周方向に沿って順次配列されるようにして接続され、U相バックヨーク31の端面31AとV相バックヨーク41の一方の端面41Aとが当接することで端面31A上のU相巻線装着部31aと一方の端面41A上の第1V相巻線装着部41aとによって円環状の第1巻線装着部61が形成され、V相バックヨーク41の他方の端面41BとW相バックヨーク51の端面51Aとが当接することで他方の端面41B上の第2V相巻線装着部41bと端面51A上のW相巻線装着部51aとによって円環状の第2巻線装着部62が形成される。
そして、第1巻線装着部61内には、軸線P方向に沿ってU相バックヨーク31側にずれた位置にU相巻線24が装着され、V相バックヨーク41側にずれた位置に第1V相巻線25Aが装着されている。また、第2巻線装着部62内には、軸線P方向に沿ってV相バックヨーク41側にずれた位置に第2V相巻線25Bが装着され、W相バックヨーク51側にずれた位置にW相巻線26が装着されている。
As shown in FIGS. 2 and 6, for example, the stator rings 21, 22, and 23 are connected so that the claw-shaped induction poles 32, 42, and 52 are sequentially arranged along the circumferential direction. The end surface 31A of the yoke 31 and one end surface 41A of the V-phase back yoke 41 are in contact with each other so that the U-phase winding mounting portion 31a on the end surface 31A and the first V-phase winding mounting portion 41a on the one end surface 41A. An annular first winding mounting portion 61 is formed, and the other end surface 41B of the V-phase back yoke 41 and the end surface 51A of the W-phase back yoke 51 come into contact with each other, so that the second V-phase winding on the other end surface 41B. An annular second winding mounting portion 62 is formed by the mounting portion 41b and the W-phase winding mounting portion 51a on the end surface 51A.
In the first winding mounting portion 61, the U-phase winding 24 is mounted at a position shifted toward the U-phase back yoke 31 along the axis P direction, and at a position shifted toward the V-phase back yoke 41. A first V-phase winding 25A is attached. Further, in the second winding mounting portion 62, the second V-phase winding 25B is mounted at a position shifted toward the V-phase back yoke 41 along the axis P direction, and a position shifted toward the W-phase back yoke 51 side. W-phase winding 26 is attached to the.

各巻線24,25A,25B,26は、例えば断面視略長方形状の導電性の平角線が径方向および周方向に複数層をなすようにして巻回されてなり、第1巻線装着部61に装着されるU相巻線24と第1V相巻線25Aとの起磁力の方向が互いに反対方向となるように、かつ、第2巻線装着部62に装着される第2V相巻線25BとW相巻線26との起磁力の方向が互いに反対方向となるように、かつ、第1V相巻線25Aと第2V相巻線25Bとの起磁力の方向が互いに反対方向となるように、つまり軸線P方向に沿って順次配列された各巻線24,25A,25B,26の起磁力の方向が交互に反転するように設定されている。
そして、各巻線24,25A,25B,26は、スター結線あるいはデルタ結線により接続されている。
Each of the windings 24, 25A, 25B, and 26 is formed by winding a conductive rectangular wire having a substantially rectangular shape in cross section, for example, so as to form a plurality of layers in the radial direction and the circumferential direction. The second V-phase winding 25B mounted on the second winding mounting portion 62 so that the magnetomotive force directions of the U-phase winding 24 and the first V-phase winding 25A mounted on the second winding mounting portion 62 are opposite to each other. So that the directions of magnetomotive forces of the first and second V-phase windings 25A and 25B are opposite to each other. That is, the direction of the magnetomotive force of each of the windings 24, 25A, 25B, and 26 sequentially arranged along the axis P direction is set so as to be alternately reversed.
The windings 24, 25A, 25B, and 26 are connected by star connection or delta connection.

そして、例えば図7および図8に示すように、U相爪状誘導極32のU相誘導極本体32aは、軸線P方向に沿ってV相爪状誘導極42の第1V相拡張部42bと所定間隔をおいて対向配置され、さらにV相爪状誘導極42の第1V相拡張部42bは、軸線P方向に沿ってW相爪状誘導極52のW相拡張部52bと所定間隔をおいて対向配置されている。
また、例えば図7および図9に示すように、V相爪状誘導極42のV相誘導極本体42aは、軸線P方向の両側に所定間隔をおいて、U相爪状誘導極32のU相拡張部32bおよびW相爪状誘導極52のW相拡張部52bと対向配置されている。
また、例えば図7および図10に示すように、W相爪状誘導極52のW相誘導極本体52aは、軸線P方向に沿ってV相爪状誘導極42の第2V相拡張部42cと所定間隔をおいて対向配置され、さらにV相爪状誘導極42の第2V相拡張部42cは、軸線P方向に沿ってU相爪状誘導極32のU相拡張部32bと所定間隔をおいて対向配置されている。
For example, as shown in FIG. 7 and FIG. 8, the U-phase induction pole body 32a of the U-phase claw-like induction pole 32 has a first V-phase extension 42b of the V-phase claw-like induction pole 42 along the axis P direction. The first V-phase extended portion 42b of the V-phase claw-shaped induction pole 42 is disposed opposite to the W-phase claw-shaped induction pole 42 along the axis P direction. And are arranged opposite to each other.
For example, as shown in FIGS. 7 and 9, the V-phase induction pole body 42 a of the V-phase claw-like induction pole 42 has a U between the U-phase claw-like induction poles 32 at a predetermined interval on both sides in the axis P direction. The phase expansion portion 32 b and the W phase expansion portion 52 b of the W phase claw-like induction electrode 52 are disposed to face each other.
For example, as shown in FIGS. 7 and 10, the W-phase induction pole body 52 a of the W-phase claw-like induction pole 52 has a second V-phase extension 42 c of the V-phase claw-like induction pole 42 along the axis P direction. The second V-phase extension 42c of the V-phase claw-shaped induction pole 42 is opposed to the U-phase extension 32b of the U-phase claw-shaped induction pole 32 along the axis P direction. And are arranged opposite to each other.

本実施の形態に係るクローポール型モータ10は上記構成を備えており、次に、このクローポール型モータ10の製造方法、特に、固定子12を構成する各ステータリング21,22,23の各爪状誘導極32,42,52の形状を設定する方法について添付図面を参照しながら説明する。
先ず、以下においては、例えば図11に示すようにU相爪状誘導極32について説明する。
なお、以下において、軸線P方向に沿ったU相対向面32Bの寸法あるいは固定子12の軸長を爪長さLとし、軸線P方向に沿った基端面32Fの寸法を厚さTとし、径方向に沿ったU相誘導極本体32aの基端から先端までの距離を爪高さHとし、周方向に沿ったU相対向面32Bの寸法を爪先端幅Wとし、周方向に沿った基端面32Fの寸法を爪基端幅Wとし、さらに、例えば図12に示すように、軸線P方向に沿って見た場合に各相誘導極本体32a,42a,52aがオーバーラップする領域であって有効磁束が通過する領域の長さを有効長Lとした。
The claw pole type motor 10 according to the present embodiment has the above-described configuration. Next, a method for manufacturing the claw pole type motor 10, in particular, each of the stator rings 21, 22, and 23 constituting the stator 12. A method for setting the shape of the claw-shaped induction poles 32, 42, 52 will be described with reference to the accompanying drawings.
First, in the following, the U-phase claw-shaped induction pole 32 will be described, for example, as shown in FIG.
In the following description, the dimension of the U-phase facing surface 32B along the axis P direction or the axial length of the stator 12 is a claw length L, and the dimension of the proximal end surface 32F along the axis P direction is a thickness T. The distance from the proximal end to the distal end of the U-phase induction pole body 32a along the direction is the claw height H, the dimension of the U-phase facing surface 32B along the circumferential direction is the claw distal end width W, and the base along the circumferential direction is The dimension of the end face 32F is the claw base end width W s and, further, for example, as shown in FIG. 12, the phase induction pole bodies 32a, 42a, and 52a overlap each other when viewed along the axis P direction. Te the length of the region where the effective magnetic flux passes has an effective length L s.

[爪高さHおよび有効長Lの必要条件]
以下に、例えばクローポール型モータ10の径(例えば、各相誘導極本体32a,42a,52aの内周側端部の内径である直径D等)および極対数Pを所定の値に設定した状態での爪高さHおよび有効長Lに対する必要条件について説明する。
固定子12の極対数Pと、周方向に沿って配置された各爪状誘導極32,42,52の個数を極対数Pで除算して得た値n(集中巻きでは相数に相当し、波巻きあるいは分布巻きでは相数×2に相当)と、各相誘導極本体32a,42a,52aの基端部における磁性材比率gfとに基づき、爪先端幅Wおよび爪基端幅Wおよび厚さTおよび基端面32Fの面積AおよびU相誘導極本体32aとU相拡張部32bとの当接面の面積BSは、例えば下記数式(1)に示すように記述される。
なお、このU相爪状誘導極32において、U相誘導極本体32aの両側面32A,32Aが基端面32Fに直交しない場合であっても、爪先端幅Wおよび爪基端幅Wが固定子12の内径である直径Dに比べて十分に小さい場合には、U相誘導極本体32aとU相拡張部32bとの当接面80の径方向の寸法は爪高さHにより近似することができる。
[Requirements for nail height H and effective length L s ]
In the following, for example, the diameter of the claw pole type motor 10 (for example, the diameter D, which is the inner diameter of the inner peripheral end of each phase induction pole body 32a, 42a, 52a) and the number of pole pairs P are set to predetermined values. The necessary conditions for the nail height H and the effective length L s will be described.
A value n obtained by dividing the number of pole pairs P of the stator 12 and the number of claw-shaped induction poles 32, 42, 52 arranged along the circumferential direction by the number P of pole pairs (corresponding to the number of phases in concentrated winding). in wave winding or distributed winding the equivalent) to the number of phases × 2, based on the magnetic material ratio gf at the proximal end of each phase induction electrode body 32a, 42a, 52a, the claw tip width W and Tsumemoto end width W s Further, the thickness T, the area A of the base end face 32F, and the area BS of the contact surface between the U-phase induction pole main body 32a and the U-phase extension 32b are described, for example, as shown in the following formula (1).
Note that, in this U-phase claw-like induction electrode 32, even if both sides 32A of the U-phase induction electrode body 32a, 32A is not perpendicular to the base end surface 32F, the claw tip width W and Tsumemoto end width W s is fixed When it is sufficiently smaller than the diameter D, which is the inner diameter of the child 12, the radial dimension of the contact surface 80 between the U-phase induction pole body 32a and the U-phase extension 32b is approximated by the claw height H. Can do.

Figure 0004249077
Figure 0004249077

なお、例えば図13に示すように、各相誘導極本体32a,42a,52aに対して厚さTが同等で有れば、U相爪状誘導極32と同様に、V相爪状誘導極42における基端面42Gの面積AおよびV相誘導極本体42aと第1および第2V相拡張部42b,42cとの各当接面80a,80bの面積BSと、W相爪状誘導極52における基端面52Fの面積AおよびW相誘導極本体52aとW相拡張部52bとの当接面80cの面積BSとは、上記数式(1)にて記述される。   For example, as shown in FIG. 13, if the thickness T is equal to each phase induction pole body 32 a, 42 a, 52 a, the V phase claw induction pole is similar to the U phase claw induction pole 32. 42, the area A of the base end face 42G, the area BS of each contact surface 80a, 80b between the V-phase induction pole body 42a and the first and second V-phase expansion portions 42b, 42c, and the base in the W-phase claw-like induction pole 52 The area A of the end face 52F and the area BS of the contact surface 80c between the W-phase induction pole body 52a and the W-phase expansion part 52b are described by the above formula (1).

ここで、例えば図14に示すように、U相対向面32B上における有効磁束の通過領域面81(面積C)を通過した磁束は、先ず、例えば図15に示すように、U相誘導極本体32aのU相対向面32Bと端面32Cとの交差稜線部82aと、傾斜面32Dと基端面32Fとの交差稜線部82bとを1対の対辺として有する内部領域面82(面積SA)を通過する。このため、通過領域面81(面積C)を通過した全ての磁束が内部領域面82(面積SA)を通過するための条件は、SA>Cとなる。
ここで、厚さTが爪高さHに比べて小さい場合には、例えば図16に示すように、内部領域面82の面積SAと、U相誘導極本体32aの端面32Cの面積SBがほぼ同等(SA≒SB)になることから、通過領域面81(面積C)を通過した全ての磁束が内部領域面82(面積SA)を通過するための条件は、下記数式(2)に示すように記述される。
Here, for example, as shown in FIG. 14, the magnetic flux that has passed through the effective magnetic flux passing region surface 81 (area C) on the U-phase facing surface 32B is first, for example, as shown in FIG. It passes through an internal region surface 82 (area SA) having a pair of opposite ridge line portions 82a between the U-phase facing surface 32B and the end surface 32C of 32a and a cross ridge line portion 82b between the inclined surface 32D and the base end surface 32F. . For this reason, the condition for all the magnetic fluxes that have passed through the passage region surface 81 (area C) to pass through the inner region surface 82 (area SA) is SA> C.
Here, when the thickness T is smaller than the claw height H, for example, as shown in FIG. 16, the area SA of the inner region surface 82 and the area SB of the end surface 32C of the U-phase induction pole body 32a are almost equal. Since it is equivalent (SA≈SB), the condition for all the magnetic fluxes that have passed through the passage area surface 81 (area C) to pass through the inner area surface 82 (area SA) is as shown in the following formula (2). Described in

Figure 0004249077
Figure 0004249077

次に、内部領域面82を通過した磁束は、例えば図17に示すように、U相誘導極本体32aとU相拡張部32b,32bとの当接面80,80(各面積BS)および基端面32F(面積A)を通過することから、下記数式(3)に示す条件が必要となる。   Next, the magnetic flux that has passed through the inner region surface 82 is, for example, as shown in FIG. 17, the contact surfaces 80 and 80 (each area BS) between the U-phase induction pole body 32a and the U-phase expansion portions 32b and 32b and the base. Since it passes through the end face 32F (area A), the condition shown in the following mathematical formula (3) is required.

Figure 0004249077
Figure 0004249077

さらに、当接面80,80(各面積BS)を通過した磁束は、例えば図18に示すように、U相拡張部32b,32bの各底面32E,32E(各面積A)を通過することから、下記数式(4)に示す条件が必要となる。   Further, the magnetic flux that has passed through the contact surfaces 80 and 80 (each area BS) passes through the bottom surfaces 32E and 32E (each area A) of the U-phase expansion portions 32b and 32b as shown in FIG. 18, for example. The condition shown in the following mathematical formula (4) is required.

Figure 0004249077
Figure 0004249077

つまり、U相対向面32B上における有効磁束の通過領域面81(面積C)を通過した磁束をU相バックヨーク31に導くための必要条件は、例えば下記数式(5)に示すように記述される。   That is, the necessary condition for guiding the magnetic flux that has passed through the effective magnetic flux passing region surface 81 (area C) on the U-phase facing surface 32B to the U-phase back yoke 31 is described as shown in the following formula (5), for example. The

Figure 0004249077
Figure 0004249077

ここで、例えばクローポール型モータ10の径(例えば、直径D等)を固定した場合に発生可能なトルクを増大させるためには、U相対向面32Bを通過する磁束量を増大させればよいことから、上記数式(5)に基づき、有効長Lは、例えば下記数式(6)に示すように記述される。 Here, for example, in order to increase the torque that can be generated when the diameter (for example, the diameter D) of the claw pole motor 10 is fixed, the amount of magnetic flux passing through the U-phase facing surface 32B may be increased. Therefore, based on the above formula (5), the effective length L s is described as shown in the following formula (6), for example.

Figure 0004249077
Figure 0004249077

さらに、U相対向面32Bを通過する磁束量を固定した場合に発生可能なトルクを増大させるためには、通電電流の電流値を増大させればよく、このためには、U相巻線24の面積を増大させればよい。そして、U相巻線24の面積を増大させるためには厚さTを減少させればよく、上記数式(5)に基づき、例えば下記数式(7)および数式(8)に示すように記述される厚さTの各最小値T1,T2のうち、何れか大きい方を選択すればよい。   Furthermore, in order to increase the torque that can be generated when the amount of magnetic flux passing through the U-phase facing surface 32B is fixed, the current value of the energization current may be increased. What is necessary is just to increase the area. Then, in order to increase the area of the U-phase winding 24, the thickness T may be decreased. Based on the above formula (5), for example, it is described as shown in the following formula (7) and formula (8). The larger one of the minimum values T1 and T2 of the thickness T may be selected.

Figure 0004249077
Figure 0004249077

Figure 0004249077
Figure 0004249077

ここで、例えば図19に示すように、最小値T1は極対数Pが増大することに伴い減少傾向に変化し、最小値T2は極対数Pの変化に依存しないことから、十分に大きな極対数Pに対しては上記数式(8)に応じた最小値T2を選択することになる。   Here, as shown in FIG. 19, for example, the minimum value T1 changes in a decreasing trend as the number of pole pairs P increases, and the minimum value T2 does not depend on the change in the number of pole pairs P. For P, the minimum value T2 corresponding to the above equation (8) is selected.

[直径Dの最適値]
以下に、クローポール型モータ10の外径(つまり固定子12の外径)に係るバックヨーク内径(例えば、U相巻線装着部31aの外周側端部の直径)Dbを所定の値に設定した状態で直径Dを最適化する方法について説明する。
例えば図20に示すように、直径Dとバックヨーク内径Dbとの比r(=D/Db)により、上記数式(6)は下記数式(9)に示すように記述される。
[Optimum value of diameter D]
Hereinafter, the back yoke inner diameter (for example, the diameter of the outer end of the U-phase winding mounting portion 31a) Db related to the outer diameter of the claw pole motor 10 (that is, the outer diameter of the stator 12) is set to a predetermined value. A method for optimizing the diameter D in this state will be described.
For example, as shown in FIG. 20, the equation (6) is described as the following equation (9) by the ratio r (= D / Db) between the diameter D and the back yoke inner diameter Db.

Figure 0004249077
Figure 0004249077

ここで、上記数式(8)において、爪高さH→0とすれば厚さT→1/3となり、3相以上の相数では、例えば図21(a)に示すように、各相の巻線部(例えばU相では、U相巻線24が装着される巻線部83)の厚さ(つまり、U相巻線装着部31aの深さ)Tc≦0となる。
また、上記数式(8)において、爪高さH→(1−r)Db/2とすれば、例えば図21(b)に示すように、各相の巻線部(例えば、巻線部83)の高さ(つまり、U相巻線装着部31aの径方向の幅)HL→0となる。
つまり、0<H<(1−r)Db/2において、爪高さHの最適値が存在することになる。
Here, in the above formula (8), if the nail height H → 0, the thickness T → 1/3, and the number of phases of three or more phases, for example, as shown in FIG. The thickness of the winding portion (for example, in the U phase, the winding portion 83 to which the U phase winding 24 is mounted) (that is, the depth of the U phase winding mounting portion 31a) Tc ≦ 0.
Further, in the above formula (8), if the claw height H → (1-r) Db / 2, for example, as shown in FIG. ) (That is, the radial width of the U-phase winding mounting portion 31a) HL s → 0.
That is, the optimum value of the nail height H exists when 0 <H <(1-r) Db / 2.

ここで、上記数式(6)に示すように、爪高さHに応じて有効長Lが変化することから、先ず、以下においては、例えば単位体積あたりのトルク定数を所定値に固定して、所定のバックヨーク内径Dbおよび比rに応じた爪高さHの最適値を算出する。
回転子11の外周部と固定子12の内周部との間の空隙部の磁束密度Bにより、周回数nの巻線(例えばU相ではU相巻線24)に鎖交する鎖交磁束Φは、例えば下記数式(10)に示すように記述される。
Here, since the effective length L s changes according to the nail height H as shown in the above formula (6), first, in the following, for example, a torque constant per unit volume is fixed to a predetermined value. Then, the optimum value of the claw height H corresponding to the predetermined back yoke inner diameter Db and the ratio r is calculated.
Linkage interlinking with a winding having a number of turns n t (for example, U-phase winding 24 in the U-phase) by the magnetic flux density B in the gap between the outer peripheral portion of the rotor 11 and the inner peripheral portion of the stator 12 The magnetic flux Φ is described, for example, as shown in the following formula (10).

Figure 0004249077
Figure 0004249077

ここで、巻線に対して所定直流値Icの通電電流を通電した場合において、電気角π=180degあたりの通電電気角θcにより、この通電時に空隙部の磁束密度が(−B)から(+B)へと所定時間変化量にて変化したときに巻線に生じる電圧Vは、例えば下記数式(11)に示すように記述され、通電電流Iと鎖交磁束Φとは、例えば図22に示す関係を有している。なお、ωは電気角速度であり、ωは機械角速度である。 Here, when an energization current having a predetermined DC value Ic is applied to the winding, the magnetic flux density in the air gap is changed from (−B) to (+ B) due to the energization electrical angle θc per electrical angle π = 180 deg. The voltage V generated in the winding when it changes with a change amount for a predetermined time to, for example, is described as shown in the following formula (11), for example, and the conduction current I and the linkage flux Φ are shown in FIG. Have a relationship. Note that ω e is an electrical angular velocity, and ω m is a mechanical angular velocity.

Figure 0004249077
Figure 0004249077

そして、通電電流Iおよび磁束密度の時間変化量が一定であることから、例えば図23に示すように、電気角がπ=180degだけ変化する間(つまり、t=π/ωの期間)に適宜の通電電気角θcの範囲(つまり、tc=θc/ωの期間)に亘って、例えば下記数式(12)に示すように記述される所定の電力V・Icが発生する。 Since the time variation of the energizing current I and the magnetic flux density is constant, for example, as shown in FIG. 23, the electrical angle changes by π = 180 deg (that is, the period of t = π / ω e ). range of suitable energizing electrical angle .theta.c (i.e., tc = θc / ω e period) over, for example, predetermined power V · Ic is described as shown in the following equation (12) is generated.

Figure 0004249077
Figure 0004249077

これにより、全相の巻線(つまり、全巻線24,25A,25B,26)に発生する電力の平均値は、例えば下記数式(13)に示すように記述される。   As a result, the average value of the electric power generated in all-phase windings (that is, all windings 24, 25A, 25B, and 26) is described, for example, as shown in the following formula (13).

Figure 0004249077
Figure 0004249077

そして、トルクTrと機械回転角ωとに基づき、トルク定数ktは下記数式(14)に示すように記述され、さらに、この数式(14)は上記数式(9)により下記数式(15)に示すように記述される。 Based on the torque Tr and the mechanical rotation angle ω m , the torque constant kt is described as shown in the following formula (14). Further, the formula (14) is expressed by the above formula (9) as the following formula (15). Described as shown.

Figure 0004249077
Figure 0004249077

Figure 0004249077
Figure 0004249077

ここで、バックヨーク内径Dbまでのクローポール型モータ10の体積Vbを、例えば下記数式(16)に示すように記述すると、単位体積あたりのトルク定数ktvは、例えば下記数式(17)に示すように記述される。   Here, when the volume Vb of the claw pole type motor 10 up to the back yoke inner diameter Db is described as shown in the following formula (16), for example, the torque constant ktv per unit volume is shown as the following formula (17), for example. Described in

Figure 0004249077
Figure 0004249077

Figure 0004249077
Figure 0004249077

ここで、各爪状誘導極32,42,52間の軸方向に存在する空隙を無視すると、i相(iは適宜の自然数であって、このクローポール型モータ10では、1≦i≦n=3)の巻線部の厚さTcおよび断面積Sは、例えば下記数式(18)に示すように記述される。
なお、kcは、各相の巻線部の厚さ(あるいは断面積)の比率に応じた値であって、例えば下記数式(19)に示すように記述される。
Here, if the gap between the claw-shaped induction poles 32, 42, 52 in the axial direction is ignored, i phase (i is an appropriate natural number, and in this claw pole type motor 10, 1 ≦ i ≦ n = 3) The thickness Tc i and the cross-sectional area S i of the winding part are described, for example, as shown in the following formula (18).
Incidentally, kc i is a value corresponding to the ratio of the thickness of each of the winding phase portions (or cross-sectional area) is described, for example, as shown in the following equation (19).

Figure 0004249077
Figure 0004249077

Figure 0004249077
Figure 0004249077

ここで、巻線部の長さをバックヨーク周長πDbと同等であると近似すると、上記数式(18)および導電率ρに基づき、各相の巻線の抵抗値Rを算出することができ、この抵抗値Rおよび上記数式(17)に基づき、単位電流あたりの総導通損失Pは、例えば下記数式(20)に示すように記述される。 Here, if the length of the winding portion is approximated to be equal to the back yoke circumference πDb, the resistance value R i of the winding of each phase can be calculated based on the equation (18) and the conductivity ρ. Based on the resistance value R i and the above equation (17), the total conduction loss P per unit current is described as shown in the following equation (20), for example.

Figure 0004249077
Figure 0004249077

つまり、所定のバックヨーク内径Dbおよび比rに対して、上記数式(20)に示す単位電流あたりの総導通損失Pを最小とする爪高さHを算出することで、この爪高さHは最小の導通損失で所定の単位体積あたりのトルク定数ktvを得ることができる値となる。
ここで、上記数式(20)の第3項を、例えば図24および下記数式(21)に示すように、爪高さHに関して1次近似した場合の単位電流あたりの総導通損失P1は、上記数式(20)に基づき、下記数式(22)に示すように記述される。
That is, by calculating the claw height H that minimizes the total conduction loss P per unit current shown in the equation (20) with respect to the predetermined back yoke inner diameter Db and the ratio r, the claw height H is The torque constant ktv per unit volume can be obtained with the minimum conduction loss.
Here, as shown in FIG. 24 and the following mathematical formula (21), for example, the third term of the mathematical formula (20) is the first approximation for the nail height H, the total conduction loss P1 per unit current is Based on the formula (20), it is described as shown in the following formula (22).

Figure 0004249077
Figure 0004249077

Figure 0004249077
Figure 0004249077

上記数式(22)において、爪高さHに係る項は関数F1(r,H)のみであるから、この関数F1(r,H)の値を最大とする爪高さHが、最適な爪高さH1optとなる。
関数F1(r,H)の爪高さHに関する偏微分に基づき、最適な爪高さH1optは、例えば下記数式(23)に示すように記述される。
In the above formula (22), the term related to the nail height H is only the function F1 (r, H). Therefore, the nail height H that maximizes the value of this function F1 (r, H) is the optimum nail. The height is H1opt.
Based on the partial differentiation of the function F1 (r, H) with respect to the nail height H, the optimum nail height H1opt is described, for example, as shown in the following equation (23).

Figure 0004249077
Figure 0004249077

また、上記数式(20)の第3項を、例えば図24および下記数式(24)に示すように、上限値(1−n・r/3)にて近似した場合の単位電流あたりの総導通損失P2は、上記数式(20)に基づき、下記数式(25)に示すように記述される。   Further, the total term per unit current when the third term of the above formula (20) is approximated by the upper limit value (1-n · r / 3) as shown in FIG. 24 and the following formula (24), for example. The loss P2 is described as shown in the following formula (25) based on the formula (20).

Figure 0004249077
Figure 0004249077

Figure 0004249077
Figure 0004249077

上記数式(22)において、爪高さHに係る項は関数F2(r,H)のみであるから、この関数F2(r,H)の値を最大とする爪高さHが、最適な爪高さH2optとなる。
関数F2(r,H)の爪高さHに関する偏微分に基づき、最適な爪高さH2optは、例えば下記数式(26)に示すように記述される。
In the above formula (22), the term related to the nail height H is only the function F2 (r, H). Therefore, the nail height H that maximizes the value of the function F2 (r, H) is the optimum nail. The height is H2opt.
Based on the partial differentiation of the function F2 (r, H) with respect to the nail height H, the optimum nail height H2opt is described, for example, as shown in the following equation (26).

Figure 0004249077
Figure 0004249077

ここで、例えばバックヨーク内径Dbを1に正規化した際の各最適な爪高さH1opt,H2optは、例えば図25に示すように、バックヨーク内径Dbと直径Dとの比rが増大することに伴い減少傾向に変化する。
そして、上記数式(23)および数式(26)に示すように、各最適な爪高さH1opt,H2optは、比rを所定の値に固定した場合にバックヨーク内径Dbに比例することから、比例係数hによりH=h・Dbとすれば、上記数式(20)に示す単位電流あたりの総導通損失Pは、例えば下記数式(27)に示すように記述される。
なお、比例係数hは、上記数式(23)および数式(26)に基づき、下記数式(28)に示すように記述される。
Here, for example, the optimum claw heights H1opt and H2opt when the back yoke inner diameter Db is normalized to 1, the ratio r between the back yoke inner diameter Db and the diameter D increases as shown in FIG. 25, for example. It will change to a decreasing trend.
Then, as shown in the above formulas (23) and (26), the optimum claw heights H1opt and H2opt are proportional to the back yoke inner diameter Db when the ratio r is fixed to a predetermined value. If H = h · Db by the coefficient h, the total conduction loss P per unit current shown in the equation (20) is described as shown in the following equation (27), for example.
The proportionality coefficient h is described as shown in the following formula (28) based on the formula (23) and the formula (26).

Figure 0004249077
Figure 0004249077

Figure 0004249077
Figure 0004249077

つまり、上記数式(27)において、比例係数hを適宜の値に設定した場合に、比rに係る関数F3(r)の値を最大とする比rが、バックヨーク内径Dbに関わらずに単位電流あたりの総導通損失Pを最小とする値である。
ここで、上記数式(27)においてn=3とし、上記数式(23)および数式(28)における各最適な爪高さH1opt,H2optに応じて比例係数hを設定した際の関数F3(r)の値F3_1(r),F3_2(r)は、例えば図26に示すように、比r=0.3程度において最大となる。
That is, in the above equation (27), when the proportionality coefficient h is set to an appropriate value, the ratio r that maximizes the value of the function F3 (r) related to the ratio r is the unit regardless of the back yoke inner diameter Db. This value minimizes the total conduction loss P per current.
Here, the function F3 (r) when n = 3 in the equation (27) and the proportionality coefficient h is set according to the optimum nail heights H1opt and H2opt in the equation (23) and the equation (28). The values F3_1 (r) and F3_2 (r) are maximum at a ratio r = about 0.3, for example, as shown in FIG.

なお、上述した解析処理は、インダクタンスによる飽和を考慮していないことから、実際に比べて、磁石磁束を減少させ、巻線起磁力を増大させた場合に対応している。
このため、実際には、上述した最適な比r=0.3程度の場合に比べて、巻線起磁力を減少させた方が発生可能なトルクをより増大させることができ、比rおよび爪高さHを、上述した下限値(つまりr=0.3および最適な爪高さH1opt,H2opt)よりも大きな値に設定することによってトルク密度を向上させることができる。これにより、比rおよび爪高さHは、下記数式(29)に示すように記述される。
In addition, since the analysis process mentioned above does not consider the saturation by an inductance, it respond | corresponds to the case where the magnet magnetic flux is decreased and the winding magnetomotive force is increased compared with actual.
Therefore, in actuality, the torque that can be generated can be increased more by reducing the coil magnetomotive force than in the case of the optimum ratio r = 0.3, which is described above. The torque density can be improved by setting the height H to a value larger than the above-described lower limit values (that is, r = 0.3 and optimum nail heights H1opt, H2opt). Thereby, the ratio r and the nail height H are described as shown in the following formula (29).

Figure 0004249077
Figure 0004249077

つまり、上記数式(5)および数式(29)を満たすようにして、有効長Lおよび極対数Pを設定することで、直径Dを最適化することができる。
なお、直径Dは回転子11の外径(つまり、ロータ径)と同等であると近似することができる。
That is, the diameter D can be optimized by setting the effective length L s and the number of pole pairs P so as to satisfy the above formulas (5) and (29).
The diameter D can be approximated to be equal to the outer diameter of the rotor 11 (that is, the rotor diameter).

[軸長に制限がある場合の直径Dの最適値]
以下に、クローポール型モータ10の外径(つまり固定子12の外径)に係るバックヨーク内径Dbに加えてクローポール型モータ10の軸長を所定の値に設定した状態で直径Dを最適化する方法について説明する。
なお、以下においては、バックヨーク内径Dbが変化した場合であっても厚さTおよび巻線部の厚さTcは不変であると仮定した。
ここで、巻線部の断面積Sは、例えば下記数式(30)に示すように記述される。
[Optimum value of diameter D when shaft length is limited]
In the following, in addition to the back yoke inner diameter Db related to the outer diameter of the claw pole type motor 10 (that is, the outer diameter of the stator 12), the diameter D is optimal with the axial length of the claw pole type motor 10 set to a predetermined value. A method for realizing the above will be described.
In the following, it is assumed that the thickness T and the thickness Tc of the winding portion are unchanged even when the back yoke inner diameter Db changes.
Here, the cross-sectional area S i of the winding portion is described, for example, as shown in the following formula (30).

Figure 0004249077
Figure 0004249077

そして、上記数式(30)に基づき、単位電流あたりの総導通損失Pは、例えば下記数式(31)に示すように記述される。   And based on the said Numerical formula (30), the total conduction loss P per unit current is described as shown, for example in the following Numerical formula (31).

Figure 0004249077
Figure 0004249077

上記数式(31)において、比rに係る項は関数F4(r,H)のみであるから、この関数F4(r,H)の値を最大とする比rが、最適な比roptとなる。
関数F4(r,H)の比rに関する偏微分に基づき、最適な比roptは、例えば下記数式(32)に示すように記述される。
In the above equation (31), since the term relating to the ratio r is only the function F4 (r, H), the ratio r that maximizes the value of the function F4 (r, H) is the optimal ratio rpt.
Based on the partial differentiation of the function F4 (r, H) with respect to the ratio r, the optimum ratio ropt is described as shown in the following equation (32), for example.

Figure 0004249077
Figure 0004249077

ここで、上述した解析処理は、インダクタンスによる飽和を考慮していないことから、比rの下限値を算出し、この下限値以上の比rに対して、上記数式(5)を満たすようにして、爪高さHおよび極対数Pを設定することで、直径Dを最適化することができる。
爪高さHは比rに応じて変化するが、上記数式(6)に基づき、有効長Lを最大値に設定した場合には、爪高さH<有効長Lとなることから、比rは、下記数式(33)に示すように記述される。
なお、直径Dは回転子11の外径(つまり、ロータ径)と同等であると近似することができる。
Here, since the analysis process described above does not consider saturation due to inductance, the lower limit value of the ratio r is calculated, and the above formula (5) is satisfied for the ratio r equal to or greater than the lower limit value. By setting the nail height H and the pole pair number P, the diameter D can be optimized.
Although the nail height H changes according to the ratio r, when the effective length L s is set to the maximum value based on the above formula (6), the nail height H <the effective length L s , The ratio r is described as shown in the following formula (33).
The diameter D can be approximated to be equal to the outer diameter of the rotor 11 (that is, the rotor diameter).

Figure 0004249077
Figure 0004249077

上述したように、本実施の形態によるクローポール型モータの固定子によれば、回転子11の永久磁石11aと固定子12の各爪状誘導極32,42,52との間の界磁磁束を有効利用することができると共に、所望のトルクを発生させる際の単位電流あたりの総導通損失Pを最小に設定することができ、クローポール型モータの運転効率を向上させることができる。
さらに、本実施の形態によるクローポール型モータの固定子の製造方法によれば、例えばクローポール型モータ10を車両に搭載する場合等において、クローポール型モータ10の外径や軸長等の形状に制限がある場合であっても、固定子12を適切な形状に形成し、回転子11の永久磁石11aの界磁磁束を有効利用することができると共に、所望のトルクを発生させる際の単位電流あたりの総導通損失Pを最小に設定することができ、クローポール型モータの運転効率を向上させることができる。
As described above, according to the stator of the claw pole type motor according to the present embodiment, the field magnetic flux between the permanent magnet 11a of the rotor 11 and the claw-shaped induction poles 32, 42, 52 of the stator 12. Can be effectively used, and the total conduction loss P per unit current when generating a desired torque can be set to the minimum, and the operating efficiency of the claw pole motor can be improved.
Furthermore, according to the method of manufacturing a claw pole type motor stator according to the present embodiment, for example, when the claw pole type motor 10 is mounted on a vehicle, the shape of the claw pole type motor 10 such as an outer diameter and an axial length is provided. Even when there is a limitation, the stator 12 can be formed in an appropriate shape so that the field magnetic flux of the permanent magnet 11a of the rotor 11 can be used effectively and a unit for generating a desired torque can be used. The total conduction loss P per current can be set to the minimum, and the operating efficiency of the claw pole type motor can be improved.

なお、上述した実施形態においては、回転子11が固定子12よりも内周側に配置されるインナーロータ型のクローポール型モータ10に対して、固定子12を構成する各ステータリング21,22,23の各爪状誘導極32,42,52の形状を設定する方法について説明したが、以下においては、回転子11が固定子12よりも外周側に配置されるアウターロータ型のクローポール型モータ10に対して、固定子12を構成する各ステータリング21,22,23の各爪状誘導極32,42,52の形状を設定する方法について説明する。   In the above-described embodiment, the stator rings 21 and 22 that constitute the stator 12 with respect to the inner rotor type claw pole motor 10 in which the rotor 11 is disposed on the inner peripheral side of the stator 12. 23, the method of setting the shape of each of the claw-shaped induction poles 32, 42, 52 has been described. In the following, an outer rotor type claw pole type in which the rotor 11 is disposed on the outer peripheral side of the stator 12 is described. A method for setting the shape of the claw-shaped induction poles 32, 42, 52 of the stator rings 21, 22, 23 constituting the stator 12 to the motor 10 will be described.

[直径Dの最適値]
アウターロータ型のクローポール型モータ10において、上述したインナーロータ型のクローポール型モータ10と異なる点は、爪先端幅Wが爪基端幅Wよりも大きくなる点であって、これにより、上記数式(5)に相当する必要条件は、例えば下記数式(34)に示すように記述される。
なお、アウターロータ型のクローポール型モータ10において、例えば図27に示すように、直径Dは各相誘導極本体32a,42a,52aの外周側端部の外径であり、バックヨーク外径Dbは各巻線装着部31a,41a,41b,51aの内周側端部の直径であり、比rはバックヨーク外径Dbと直径Dとの比(Db/D)である。
また、(D−2H)>Dbである。
[Optimum value of diameter D]
The outer rotor type claw pole type motor 10 is different from the inner rotor type claw pole type motor 10 described above in that the claw tip width W is larger than the claw base end width W s , The necessary condition corresponding to the equation (5) is described as shown in the following equation (34), for example.
In the outer rotor type claw pole motor 10, for example, as shown in FIG. 27, the diameter D is the outer diameter of the outer peripheral end of each phase induction pole body 32a, 42a, 52a, and the back yoke outer diameter Db. Is the diameter of the inner peripheral side end of each of the winding mounting portions 31a, 41a, 41b, 51a, and the ratio r is the ratio (Db / D) between the back yoke outer diameter Db and the diameter D.
Further, (D-2H)> Db.

Figure 0004249077
Figure 0004249077

そして、有効長Lは、上述したインナーロータ型のクローポール型モータ10と同様にして、下記数式(35)に示すように記述される。 The effective length L s is described as shown in the following formula (35) in the same manner as the inner rotor claw pole motor 10 described above.

Figure 0004249077
Figure 0004249077

そして、厚さTは、例えば下記数式(36)および数式(37)に示すように記述される厚さTの各最小値T1,T2のうち、何れか大きい方を選択すればよく、十分に大きな極対数Pに対しては下記数式(37)に応じた最小値T2を選択することになる。   For the thickness T, for example, the larger one of the minimum values T1 and T2 of the thickness T described as shown in the following formula (36) and formula (37) may be selected. For the large number P of pole pairs, the minimum value T2 corresponding to the following formula (37) is selected.

Figure 0004249077
Figure 0004249077

Figure 0004249077
Figure 0004249077

上記数式(37)に基づき、全相の厚さTの総和は、例えば下記数式(38)に示すように記述される。   Based on the above formula (37), the total sum of the thicknesses T of all phases is described, for example, as shown in the following formula (38).

Figure 0004249077
Figure 0004249077

ここで、各爪状誘導極32,42,52の個数が3個以上の場合には、巻線部の厚みを考慮するとクローポール型モータ10の軸長は、各相対向面32B,42B,52Bでの有効長Lよりも必ず大きくなるので、上述したインナーロータ型のクローポール型モータ10に対する上記数式(18)と同様にしては、巻線部の面積を確保することができない。
このため、有効長Lに比例して巻線部を確保するものとし、この軸長比をkfとすれば、モータ軸長(つまり爪長さ)Lは、例えば下記数式(39)に示すように記述される。
Here, when the number of the claw-shaped induction poles 32, 42, 52 is three or more, the axial length of the claw pole type motor 10 is determined by considering the thicknesses of the winding portions. since always larger than the effective length L s at 52B, in the same manner as the above equation (18) for the claw pole type motor 10 of the inner rotor type mentioned above, it is impossible to ensure the area of the winding portion.
Therefore, shall ensure a winding portion in proportion to the effective length L s, if the axial length ratio and kf, motor shaft length (i.e. Tsumecho of) L indicates, for example, the following equation (39) Is described as follows.

Figure 0004249077
Figure 0004249077

そして、トルク定数ktは下記数式(40)に示すように記述され、さらに、単位体積あたりのトルク定数ktvは、上記数式(39)に基づき、例えば下記数式(41)に示すように記述される。   The torque constant kt is described as shown in the following formula (40), and further, the torque constant ktv per unit volume is described as shown in the following formula (41) based on the formula (39). .

Figure 0004249077
Figure 0004249077

Figure 0004249077
Figure 0004249077

そして、巻線部の厚さTcおよび断面積Sは、例えば下記数式(42)に示すように記述される。 Then, the thickness Tc i and the cross-sectional area S i of the winding part are described as shown in the following formula (42), for example.

Figure 0004249077
Figure 0004249077

そして、上記数式(42)に基づき、単位電流あたりの総導通損失Pは、例えば下記数式(43)に示すように記述される。   And based on the said Numerical formula (42), the total conduction loss P per unit current is described as shown, for example in the following Numerical formula (43).

Figure 0004249077
Figure 0004249077

上記数式(43)において、軸長比kfに係る項は関数Fk(r,kf)のみであるから、この関数Fk(r,kf)の値を最小とする軸長比kfが、最適な軸長比kfoptとなる。
関数Fk(r,kf)の軸長比kfに関する偏微分に基づき、最適な軸長比kfoptは、例えば下記数式(44)に示すように記述される。
In the above equation (43), since the term relating to the axial length ratio kf is only the function Fk (r, kf), the axial length ratio kf that minimizes the value of the function Fk (r, kf) is the optimum axis. The length ratio is kfopt.
Based on the partial differentiation of the function Fk (r, kf) with respect to the axial length ratio kf, the optimal axial length ratio kfopt is described, for example, as shown in the following formula (44).

Figure 0004249077
Figure 0004249077

また、上記数式(43)において、爪高さHに係る項は関数Fh(r,H)のみであるから、この関数Fh(r,H)の値を最大とする爪高さHが、最適な爪高さHoptとなる。
関数Fh(r,H)の爪高さHに関する偏微分に基づき、最適な爪高さHoptは、例えば下記数式(45)に示すように記述される。
Further, in the above formula (43), the term relating to the nail height H is only the function Fh (r, H). Therefore, the nail height H that maximizes the value of the function Fh (r, H) is optimal. Nail height Hopt.
Based on the partial differentiation of the function Fh (r, H) with respect to the nail height H, the optimum nail height Hopt is described, for example, as shown in the following equation (45).

Figure 0004249077
Figure 0004249077

なお、軸長比kfと爪高さHとは、互いに独立に設定されるので、何れか一方が最適値でなくとも他方の最適値が変化するわけではない。例えば、爪高さHを最適値とし、巻線の抵抗値に余裕がある場合には軸長比kfを最適値に設定しなくても、爪高さHが最適値である状態は変化しない。
そして、軸長比kfと爪高さHとが最適値となる場合には、上記数式(43)における単位電流あたりの総導通損失Pは比rのみに依存する関数となる。ここで、上記数式(43)においてn=3とした場合、例えば図28に示すように、最適な爪高さHoptは比rが増大することに伴い減少傾向に変化し、Fk(r,kf)/Fh(r,H)の値は、比r=0.3程度において最大となる。
Since the axial length ratio kf and the claw height H are set independently of each other, even if one of them is not the optimum value, the other optimum value does not change. For example, when the claw height H is an optimum value and there is a margin in the resistance value of the winding, the state where the claw height H is the optimum value does not change even if the axial length ratio kf is not set to the optimum value. .
When the axial length ratio kf and the claw height H are optimum values, the total conduction loss P per unit current in the above equation (43) is a function that depends only on the ratio r. Here, when n = 3 in the above equation (43), for example, as shown in FIG. 28, the optimum nail height Hopt changes in a decreasing trend as the ratio r increases, and Fk (r, kf ) / Fh (r, H) has a maximum value at a ratio r = about 0.3.

ここで、上述したインナーロータ型のクローポール型モータ10と同様にして、上述した解析処理は、インダクタンスによる飽和を考慮していないことから、上述した最適な比r=0.3程度は、比rの下限値であるとみなすことができ、比rおよび爪高さHは、下記数式(46)に示すように記述される。
つまり、上記数式(34)および下記数式(46)を満たすようにして、モータ軸長Lおよび極対数Pを設定することで、直径Dを最適化することができる。
なお、直径Dは回転子11の内径(つまり、ロータ径)と同等であると近似することができる。
Here, as in the case of the above-described inner rotor claw pole motor 10, the above-described analysis processing does not take into account saturation due to inductance. It can be considered that it is a lower limit value of r, and the ratio r and the nail height H are described as shown in the following formula (46).
That is, the diameter D can be optimized by setting the motor shaft length L and the number of pole pairs P so as to satisfy the above formula (34) and the following formula (46).
The diameter D can be approximated to be equal to the inner diameter of the rotor 11 (that is, the rotor diameter).

Figure 0004249077
Figure 0004249077

[軸長に制限がある場合の直径Dの最適値]
アウターロータ型のクローポール型モータ10においてモータ軸長Lを所定の値に設定した場合、単位電流あたりの総導通損失Pは、例えば下記数式(47)に示すように記述される。
[Optimum value of diameter D when shaft length is limited]
When the motor shaft length L is set to a predetermined value in the outer rotor type claw pole type motor 10, the total conduction loss P per unit current is described, for example, as shown in the following formula (47).

Figure 0004249077
Figure 0004249077

ここで、上記数式(39)に基づく下記数式(48)を上記数式(47)に代入すると共に、上記数式(35)に基づき下記数式(49)に示す近似を行うと、上記数式(47)は、例えば下記数式(50)に示すように記述される。   Here, when the following formula (48) based on the above formula (39) is substituted into the above formula (47) and the approximation shown in the following formula (49) is performed based on the above formula (35), the above formula (47) Is described, for example, as shown in the following formula (50).

Figure 0004249077
Figure 0004249077

Figure 0004249077
Figure 0004249077

Figure 0004249077
Figure 0004249077

上記数式(50)において、爪高さHに係る項は関数FL(r,H)のみであり、この関数FL(r,H)の値を最大とする爪高さHが、最適な爪高さHoptとなる。
関数FL(r,H)の爪高さHに関する偏微分に基づき、最適な爪高さHoptは、例えば下記数式(51)に示すように記述される。
In the above equation (50), terms according to nail the height H is only function FL s (r, H), the function FL s (r, H) claw height H to the maximum value of, optimal It becomes nail height Hopt.
Based on the partial differentiation of the function FL s (r, H) with respect to the nail height H, the optimum nail height Hopt is described, for example, as shown in the following equation (51).

Figure 0004249077
Figure 0004249077

そして、上記数式(50)において、爪高さHに上記数式(51)に示す最適な爪高さHoptを設定すると、関数FL(r,H)は比rのみに依存する関数となる。ここで、上記数式(50)において、例えば直径D=200mmかつモータ軸長L=50mmに設定した場合、例えば図29に示すように、関数FL(r,H)の値は、比r=0.5程度において最大となる。
ここで、上述した解析処理は、インダクタンスによる飽和を考慮していないことから、上述した最適な比r=0.5程度は、比rの下限値であるとみなすことができ、この下限値以上の比rに対して、上記数式(34)を満たすようにして、爪高さHおよび極対数Pを設定することで、直径Dを最適化することができる。
なお、直径Dは回転子11の内径(つまり、ロータ径)と同等であると近似することができる。
When the optimum nail height Hopt shown in the above equation (51) is set as the nail height H in the above equation (50), the function FL s (r, H) becomes a function that depends only on the ratio r. Here, in the above formula (50), for example, when the diameter D = 200 mm and the motor shaft length L = 50 mm are set, for example, as shown in FIG. 29, the value of the function FL s (r, H) has the ratio r = The maximum is about 0.5.
Here, since the above-described analysis processing does not consider saturation due to inductance, the above-described optimum ratio r = about 0.5 can be regarded as a lower limit value of the ratio r, and is equal to or higher than this lower limit value. The diameter D can be optimized by setting the nail height H and the number P of pole pairs so that the above formula (34) is satisfied with respect to the ratio r.
The diameter D can be approximated to be equal to the inner diameter of the rotor 11 (that is, the rotor diameter).

なお、単位電流あたりの総導通損失Pは、上記数式(19)に示す各相の巻線部の厚さ(あるいは断面積)の比率kcによっても変化し、上述した実施の形態に係るクローポール型モータ10では各巻線装着部61,62に2相の巻線24および25A,25Bおよび26が配置される。このとき、例えば図30に示すように、各巻線装着部61,62において、2相の巻線の面積比率を1:kとすると、単位電流あたりの総導通損失Pは、下記数式(52)に示すように記述される。
そして、下記数式(52)において単位電流あたりの総導通損失Pを係数kにより偏微分して得た下記数式(53)に基づき、各巻線装着部61,62で発生する損失は、k=1の場合に最小となる。
The total conduction loss P per unit current is also varied by the ratio kc i of the thickness of the winding portion of each phase shown in the equation (19) (or cross-sectional area), claw according to the above-described embodiment In the pole type motor 10, two-phase windings 24 and 25A, 25B and 26 are arranged in the respective winding mounting portions 61 and 62. At this time, for example, as shown in FIG. 30, if the area ratio of the two-phase windings is 1: k in each of the winding mounting portions 61 and 62, the total conduction loss P per unit current is expressed by the following formula (52). Is described as follows.
And based on the following numerical formula (53) obtained by partial differentiation of the total conduction loss P per unit current in the following numerical formula (52), the loss generated in each winding mounting portion 61, 62 is k = 1. In the case of.

Figure 0004249077
Figure 0004249077

Figure 0004249077
Figure 0004249077

本発明の実施形態に係るクローポール型モータの構成を示す要部分解斜視図である。It is a principal part disassembled perspective view which shows the structure of the claw pole type motor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るクローポール型モータの固定子の要部斜視図である。It is a principal part perspective view of the stator of the claw pole type motor which concerns on embodiment of this invention. 図1に示すU相ステータリングの一部を破断して示す要部斜視図である。It is a principal part perspective view which fractures | ruptures and shows a part of U-phase stator ring shown in FIG. 図1に示すV相ステータリングの一部を破断して示す要部斜視図である。It is a principal part perspective view which fractures | ruptures and shows a part of V-phase stator ring shown in FIG. 図1に示すW相ステータリングの一部を破断して示す要部斜視図である。It is a principal part perspective view which fractures | ruptures and shows a part of W-phase stator ring shown in FIG. 図2に示すクローポール型モータの固定子の一部を破断して示す要部斜視図である。It is a principal part perspective view which fractures | ruptures and shows a part of stator of the claw pole type motor shown in FIG. 図2に示すクローポール型モータの固定子を軸線方向に沿って見た要部平面図である。FIG. 3 is a plan view of a main part of a stator of the claw pole type motor shown in FIG. 2 viewed along an axial direction. 図7に示すX−X線断面図である。It is XX sectional drawing shown in FIG. 図7に示すY−Y線断面図である。It is the YY sectional view taken on the line shown in FIG. 図7に示すZ−Z線断面図である。FIG. 8 is a sectional view taken along line ZZ shown in FIG. 7. 図1に示すU相ステータリングの一部を破断して示す要部斜視図である。It is a principal part perspective view which fractures | ruptures and shows a part of U-phase stator ring shown in FIG. 図2に示すクローポール型モータの固定子の周方向に対する断面を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross section with respect to the circumferential direction of the stator of the claw pole type motor shown in FIG. 各爪状誘導極を周方向に沿って見た要部側面図である。It is the principal part side view which looked at each nail | claw-shaped induction pole along the circumferential direction. 図1に示すU相ステータリングの一部を破断して示す要部斜視図である。It is a principal part perspective view which fractures | ruptures and shows a part of U-phase stator ring shown in FIG. 図1に示すU相ステータリングの一部を破断して示す要部斜視図である。It is a principal part perspective view which fractures | ruptures and shows a part of U-phase stator ring shown in FIG. 図1に示すU相ステータリングの一部を破断して示す要部斜視図である。It is a principal part perspective view which fractures | ruptures and shows a part of U-phase stator ring shown in FIG. 図1に示すU相ステータリングの一部を破断して示す要部斜視図である。It is a principal part perspective view which fractures | ruptures and shows a part of U-phase stator ring shown in FIG. 図1に示すU相ステータリングの一部を破断して示す要部斜視図である。It is a principal part perspective view which fractures | ruptures and shows a part of U-phase stator ring shown in FIG. 厚さTの各最小値T1,T2の極対数Pに対する変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the change with respect to the number P of pole pairs of each minimum value T1, T2 of thickness T. U相爪状誘導極の周方向に対する断面を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross section with respect to the circumferential direction of a U-phase claw-shaped induction pole. 図21(a)は、爪高さH→0において図2に示すクローポール型モータの固定子の周方向に対する断面を模式的に示す図であり、図21(b)は、爪高さH→(1−r)Db/2において図2に示すクローポール型モータの固定子の周方向に対する断面を模式的に示す図である。FIG. 21A is a diagram schematically showing a cross section of the claw pole motor shown in FIG. 2 in the circumferential direction with respect to the claw height H → 0, and FIG. → (1-r) Db / 2 is a view schematically showing a cross section of the stator of the claw pole type motor shown in FIG. 2 in the circumferential direction. 電流と鎖交磁束の関係を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the relationship between an electric current and a linkage flux. 本発明の実施形態に係るクローポール型モータの発生電力の時間変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the time change of the electric power generated of the claw pole type motor concerning the embodiment of the present invention. 単位電流あたりの総導通損失Pを示す数式の第3項の真値と、爪高さHに関する1次近似および上限値近似の爪高さHに応じた変化の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the change according to the true value of the 3rd term of the numerical formula which shows the total conduction | electrical_connection loss per unit current, and the nail | claw height H of the primary approximation regarding nail | claw height H, and upper limit approximation. 最適な爪高さH1opt,H2optの比rに応じた変化の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the change according to ratio r of optimal nail | claw height H1opt and H2opt. 各最適な爪高さH1opt,H2optに応じて比例係数hを設定した際の関数F3(r)の値F3_1(r),F3_2(r)の比rに応じた変化の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the change according to ratio r of value F3_1 (r) of the function F3 (r) at the time of setting the proportionality coefficient h according to each optimal nail | claw height H1opt, H2opt. . U相爪状誘導極の周方向に対する断面を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross section with respect to the circumferential direction of a U-phase claw-shaped induction pole. 最適な爪高さHoptとFk(r,kf)/Fh(r,H)の比rに応じた変化の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the change according to ratio r of optimal nail | claw height Hopt and Fk (r, kf) / Fh (r, H). 関数FL(r,H)の比rに応じた変化の一例を示す図である。Is a diagram illustrating an example of a change corresponding to the ratio r of the function FL s (r, H). 角相爪状誘導極の周方向に対する断面を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross section with respect to the circumferential direction of an angular claw-like induction pole.

符号の説明Explanation of symbols

11 回転子
11a 永久磁石
12 固定子
21 U相ステータリング
22 V相ステータリング
23 W相ステータリング
24 U相巻線
25A 第1V相巻線
25B 第2V相巻線
26 W相巻線
31 U相バックヨーク
32 U相爪状誘導極
32B U相対向面
32E 底面
32F 基端面
32b U相拡張部
32a U相誘導極本体
41 V相バックヨーク
42 V相爪状誘導極
42B V相対向面
42a V相誘導極本体
42b V相拡張部
42c V相拡張部
51 W相バックヨーク
52 W相爪状誘導極
52B W相対向面
52a W相誘導極本体
52b W相拡張部
61 第1巻線装着部
62 第2巻線装着部
80 当接面
81 通過領域面
82 内部領域面

DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Rotor 11a Permanent magnet 12 Stator 21 U-phase stator ring 22 V-phase stator ring 23 W-phase stator ring 24 U-phase winding 25A 1st V-phase winding 25B 2nd V-phase winding 26 W-phase winding 31 U-phase back Yoke 32 U-phase claw-shaped induction pole 32B U-phase facing surface 32E Bottom surface 32F Base end surface 32b U-phase extension 32a U-phase induction pole body 41 V-phase back yoke 42 V-phase claw-shaped induction electrode 42B V-phase facing surface 42a V-phase induction Polar body 42b V-phase extension part 42c V-phase extension part 51 W-phase back yoke 52 W-phase claw-shaped induction pole 52B W-phase facing surface 52a W-phase induction pole body 52b W-phase extension part 61 First winding mounting part 62 2nd Winding mounting part 80 Contact surface 81 Passing area surface 82 Internal area surface

Claims (6)

複数相のステータリングを軸線方向に沿って同軸に積み重ねるようにして配置し、軸線方向で隣り合う前記ステータリング間に形成された環状の巻線装着部に、永久磁石を有する回転子を回転させる回転磁界を発生する環状巻線を配置し、各相のステータリング本体から径方向に突出する爪状誘導極を備え、各相の前記爪状誘導極を順次周方向に沿って配列すると共に前記永久磁石に対向配置させてなるクローポール型モータの固定子であって、
前記ステータリングは、環状の前記ステータリング本体と、前記ステータリング本体から径方向に突出する前記爪状誘導極とを備え、
前記巻線装着部は前記ステータリング本体に設けられ、前記環状巻線は前記軸線方向において前記ステータリング本体により覆われるようにして前記巻線装着部に装着され、
前記爪状誘導極は、誘導極本体と拡張部とを備え、
前記誘導極本体は前記永久磁石に対向する対向面を備え
前記拡張部は前記誘導極本体の周方向に沿った側面から突出し前記ステータリング本体の周面に接続され
前記誘導極本体の前記対向面上において各相の前記誘電極本体がオーバーラップする領域であって有効磁束が通過する磁束通過領域の面積に比べて、前記誘導極本体の内部における磁束通過領域面の面積が、より大きく設定されてなることを特徴とするクローポール型モータの固定子。
The stator rings of a plurality of phases are arranged so as to be coaxially stacked along the axial direction, and a rotor having a permanent magnet is rotated in an annular winding mounting portion formed between the stator rings adjacent in the axial direction. An annular winding for generating a rotating magnetic field is disposed, and claw-like induction poles projecting radially from the stator ring body of each phase are provided, and the claw-like induction poles of each phase are sequentially arranged along the circumferential direction and A stator of a claw pole type motor arranged to be opposed to a permanent magnet,
The stator ring includes the annular stator ring main body and the claw-shaped induction pole protruding in a radial direction from the stator ring main body,
The winding mounting portion is provided on the stator ring body, and the annular winding is mounted on the winding mounting portion so as to be covered by the stator ring body in the axial direction.
The claw-shaped induction electrode includes an induction electrode body and an extension part,
The induction pole body includes a facing surface facing the permanent magnet ,
The extension portion protrudes from the side surface along the circumferential direction of the induction pole body and is connected to the inner circumferential surface of the stator ring body ,
Compared to the area of the magnetic flux passage area where the effective magnetic flux passes through the area where the dielectric pole bodies of each phase overlap on the facing surface of the induction pole body, the magnetic flux passage area surface inside the induction pole body The stator of the claw-pole motor is characterized in that the area of is set larger.
前記誘導極本体の前記対向面上において各相の前記誘電極本体がオーバーラップする領域であって有効磁束が通過する磁束通過領域の面積に比べて、前記誘導極本体の内部から前記拡張部および前記ステータリング本体に流出する磁束の通過領域面である前記誘導極本体と前記拡張部および前記ステータリング本体との当接面の面積が、より大きく設定されてなることを特徴とする請求項1に記載のクローポール型モータの固定子。 Compared to the area of the magnetic flux passage area where the effective magnetic flux passes through the area where the dielectric pole bodies of each phase overlap on the facing surface of the induction pole body, the extension part and 2. An area of a contact surface between the induction pole main body, the extension portion, and the stator ring main body, which is a passage area surface of a magnetic flux flowing out to the stator ring main body, is set to be larger. The stator of the claw pole type motor described in 1. 前記誘導極本体の前記対向面上において各相の前記誘電極本体がオーバーラップする領域であって有効磁束が通過する磁束通過領域の面積に比べて、前記誘導極本体の内部から前記ステータリング本体に流出する磁束および前記拡張部の内部から前記ステータリング本体に流出する磁束の通過領域面である前記誘導極本体および前記拡張部と前記ステータリング本体との当接面の面積が、より大きく設定されてなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のクローポール型モータの固定子。 The stator ring body from the inside of the induction pole body compared to the area of the magnetic flux passage area where the effective magnetic flux passes through the area where the dielectric pole bodies of each phase overlap on the facing surface of the induction pole body The area of the contact surface between the induction pole body and the extension portion and the stator ring body, which is the surface area of the magnetic flux flowing out into the stator ring body and the magnetic flux flowing out from the inside of the extension portion into the stator ring body, is set larger. The stator of a claw pole type motor according to claim 1 or 2, wherein the stator is a claw pole type motor. 前記ステータリング本体は、前記環状巻線が装着される巻線部と、軸線方向で隣り合う前記ステータリング同士を接続するバックヨークとを備え、
前記固定子が前記回転子の外周部に対向配置された場合の前記バックヨークの内径に対する前記固定子の内径の比率と、前記固定子が前記回転子の内周部に対向配置された場合の前記固定子の外径に対する前記バックヨークの外径の比率とを、所定値以上に設定してなることを特徴とする請求項1から請求項3の何れかひとつに記載のクローポール型モータの固定子。
The stator ring body includes a winding portion on which the annular winding is mounted, and a back yoke that connects the stator rings adjacent in the axial direction.
The ratio of the inner diameter of the stator to the inner diameter of the back yoke when the stator is disposed opposite to the outer peripheral portion of the rotor, and the case where the stator is disposed opposite to the inner peripheral portion of the rotor. 4. The claw pole motor according to claim 1, wherein a ratio of an outer diameter of the back yoke to an outer diameter of the stator is set to a predetermined value or more. 5. stator.
前記固定子が前記回転子の外周部に対向配置された場合の前記固定子の内径と前記固定子が前記回転子の内周部に対向配置された場合の前記固定子の外径とを適宜の値に設定した状態において、径方向に沿った前記誘導極本体の基端から先端までの距離を所定値以上に設定してなることを特徴とする請求項1から請求項3の何れかひとつに記載のクローポール型モータの固定子。 The inner diameter of the stator when the stator is disposed opposite to the outer peripheral portion of the rotor and the outer diameter of the stator when the stator is disposed opposite to the inner peripheral portion of the rotor are appropriately determined. The distance from the base end to the tip end of the induction pole body along the radial direction is set to a predetermined value or more in the state set to the value of The stator of the claw pole type motor described in 1. 複数相のステータリングを軸線方向に沿って同軸に積み重ねるようにして配置し、軸線方向で隣り合う前記ステータリング間に形成された環状の巻線装着部に、永久磁石を有する回転子を回転させる回転磁界を発生する環状巻線を配置し、各相のステータリング本体から径方向に突出する爪状誘導極を備え、各相の前記爪状誘導極を順次周方向に沿って配列すると共に前記永久磁石に対向配置させてなるクローポール型モータの固定子の製造方法であって、
前記ステータリングは、環状の前記ステータリング本体と、前記ステータリング本体から径方向に突出する前記爪状誘導極とを備え、
前記巻線装着部は前記ステータリング本体に設けられ、前記環状巻線は前記軸線方向において前記ステータリング本体により覆われるようにして前記巻線装着部に装着され、
前記爪状誘導極は、誘導極本体と拡張部とを備え、
前記誘導極本体は前記永久磁石に対向する対向面を備え
前記拡張部は前記誘導極本体の周方向に沿った側面から突出し前記ステータリング本体の周面に接続され前記ステータリング本体は、前記環状巻線が装着される巻線部と、軸線方向で隣り合う前記ステータリング同士を接続するバックヨークとを備え、
前記バックヨークの径に基づき、前記クローポール型モータの体積を算出する体積算出工程と、
前記体積算出工程にて算出した前記体積に基づき、単位体積あたりのトルク定数を算出するトルク定数算出工程と、
軸線方向に沿った前記巻線装着部の厚さと、前記巻線装着部の径方向に対する断面の面積とに基づき、単位電流あたりの総導通損失を算出する総導通損失算出工程と、
前記総導通損失算出工程にて算出した前記総導通損失を最小とする、径方向に沿った前記誘導極本体の基端から先端までの距離を算出する工程と
を含むことを特徴とするクローポール型モータの固定子の製造方法。
The stator rings of a plurality of phases are arranged so as to be coaxially stacked along the axial direction, and a rotor having a permanent magnet is rotated on an annular winding mounting portion formed between the stator rings adjacent in the axial direction. An annular winding for generating a rotating magnetic field is arranged, and claw-like induction poles projecting radially from the stator ring main body of each phase are provided, and the claw-like induction poles of each phase are sequentially arranged along the circumferential direction and A method for manufacturing a stator of a claw pole type motor that is arranged opposite to a permanent magnet,
The stator ring includes the annular stator ring main body and the claw-shaped induction pole protruding in a radial direction from the stator ring main body,
The winding mounting portion is provided on the stator ring body, and the annular winding is mounted on the winding mounting portion so as to be covered by the stator ring body in the axial direction.
The claw-shaped induction electrode includes an induction electrode body and an extension part,
The induction pole body includes a facing surface facing the permanent magnet ,
The extended portion is connected to the inner peripheral surface of the projecting the stator ring body from the side along the circumferential direction of the induction electrode body, the stator ring body, a winding portion in which the loop windings are mounted, axially A back yoke connecting the stator rings adjacent to each other,
A volume calculating step for calculating the volume of the claw pole type motor based on the diameter of the back yoke;
A torque constant calculating step of calculating a torque constant per unit volume based on the volume calculated in the volume calculating step;
A total conduction loss calculating step for calculating a total conduction loss per unit current based on the thickness of the winding mounting part along the axial direction and the area of the cross section with respect to the radial direction of the winding mounting part;
And a step of calculating a distance from the proximal end to the distal end of the induction pole body along the radial direction, which minimizes the total conduction loss calculated in the total conduction loss calculation step. Of manufacturing a stator of a mold motor.
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