JP4457777B2

JP4457777B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP4457777B2
Application number: JP2004189703A
Authority: JP
Inventors: 雄太郎金子
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-06-28
Filing date: 2004-06-28
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2024-06-28
Also published as: US20050285474A1; EP1612912A1; CN1716729A; JP2006014525A; US7411330B2; CN100477446C

Description

本発明は、回転子コアと回転子コアに設けられた磁石とを有する回転子と、固定子コアと固定子コアに巻回した固定子コイルとを有する固定子とを有し、回転子が固定子との間にエアギャップをもって回転可能に保持された回転電機に関するものである。

回転子に磁石を埋め込んだ回転電機は、損失が少なく効率が良い、出力が大きい等の理由により数多く使用されている。そのうち、回転子と固定子に凹凸を付け、それを組み合わせた構成とする回転電機では、小型化およびトルクの向上が可能である（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２３３１２０号公報

図９は上述した従来の回転電機の軸方向断面を示す図であり、図１０は図９に示す従来の回転電機のＡ−Ａ線に沿った径方向断面を示す図である。図９及び図１０において、５１は固定ヨーク、５２は固定ヨーク５１に装着されるコイル部材、５３は回転軸、５４は回路基板、５５は回転軸５３を軸支する軸受、５６は回転軸５３に固定されたロータマグネット、である。固定ヨーク５１は、回転軸方向のギャップを持って対向する内ヨーク５１ａ及び外ヨーク５１ｂを有している。ロータマグネット５６は、内ヨーク５１ａ及び外ヨーク５１ｂの少なくとも一方が進入する回転軸方向の円筒状凹部を有している。

上述した従来の回転電機では、固定ヨーク５１のロータマグネット５６の先端部を挟み込む部位が周方向で同一の位置に存在している。また、固定ヨーク５１の挟み込む部位がコイル部材５２の後で一体となっている。この構成では、固定子の磁束の流れが一つ固定子コイルで完結しているため、回転磁界が形成できなく、ステッピングモータのような位置出し用の回転電機には問題ないが、連続回転を行う一般的な回転電機としては、トルク変動が増加する、出力が低下する等の問題があった。

本発明の目的は上述した問題点を解消して、トルク変動が少なく、しかも、トルク及び出力を増加させることのできる回転電機を提供しようとするものである。

本発明の回転電機は、回転子コアと回転子コアに設けられた磁石とを有する回転子と、固定子コアと固定子コアに巻回した固定子コイルとを有する固定子とを有し、回転子が固定子に対して回転可能に保持された回転電機において、少なくとも磁石の磁束が発生する方向に対して垂直となる軸方向に固定子コイルを配設するとともに、回転子を固定子コアの分岐した固定子コア先端部が挟み込み、分岐した固定子コア先端部が固定子コイルよりも先端側で一体となる構成を有することを特徴とするものである。

本発明の回転電機によれば、回転子を挟み込んだ分岐した固定子コア先端部が、固定子コイルよりも先端側で一体となることで、固定子コイルの後側で一体となっている従来例に比べて、より回転子の磁束を漏れなく有効に固定子に流すことが可能となり、また、磁束の流れが他の固定子にも繋がることで、トルク及び出力を増加することが可能となる。

なお、本発明の回転電機の好適例としては、分岐した固定子コア先端部の部位を、一極分傾いている構成することがある。このように構成すれば、回転子を簡易に製作することが可能となる。

また、本発明の回転電機の好適例としては、永久磁石を、一極当たり複数個の磁石により構成することがある。このように構成すれば、一極当たりの磁石を複数個により構成することで、コストの削減が可能である。

さらに、本発明の回転電機の好適例としては、回転子の形状を凹型に構成することがある。このように構成すれば、回転子１枚当たり固定子が１枚の場合の構成が容易であり、簡易に製作することが可能である。さらにまた、本発明の回転電機の好適例としては、回転子の形状をＴ型に構成することがある。このように構成すれば、回転子１枚当たり固定子が２枚の場合の構成が容易であり、簡易に製作することが可能である。また、本発明の回転電機の好適例としては、回転子の形状を十字型に構成することがある。このように構成すれば、回転子１枚当たり固定子が２枚の場合に、よりトルクおよび出力を増加することが可能である。

さらに、本発明の回転電機の好適例としては、回転子の凸部を、回転子一枚当たり複数個により構成することがある。このように構成すれば、回転子の凸部が複数個により構成されることで、よりトルクおよび出力を増加することが可能である。さらにまた、本発明の回転電機の好適例としては、固定子を、回転子一枚当たり複数個により構成することがある。このように構成すれば、回転子１枚当たりの固定子を複数個により構成することで、よりトルクおよび出力を増加することが可能である。

以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る回転電機の軸方向の断面を示す模式図である。図１では、各部材の状態をわかりやすく説明するため、実際の断面とは異なる模式図としている。また、図２は図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面を矢印方向から見た図、図３は図１におけるＢ−Ｂ線に沿った断面を矢印方向から見た図、図４は図１におけるＣ−Ｃ線に沿った断面を矢印方向から見た図である。

図１〜図４に示す第１の実施の形態において、本発明の回転電機１は、大きく分けて、回転子１１、固定子２１、回転軸３１、ケース４１によって構成されている。回転子１１は、回転子コア１２と回転子コア１２に設けられた磁石１３とを有している。磁石１３は、回転子コア１２の円筒状となった先端部に設けられて回転子凸部１４を構成し、その磁束は図中矢印で示すように径方向を向いている。固定子２１は、２つの分岐した固定子コア先端部２２、固定子コア接続部２３、固定子コイル部コア２４、固定子バックコア部２５からなる固定子コアと、固定子コアのうち固定子コイル部コア２４に巻回した固定子コイル２６とを有している。ケース４１は、径方向のサイドケース４２と周方向の外周ケース４３とを有している。固定子２１は、固定子バックコア部２５を介してサイドケース４２に保持される。回転子１１は、回転軸３１、ベアリング３２を介してサイドケース４２に保持される。なお、３３は回転軸３１に設置した回転センサである。

上述した第１の実施の形態に係る本発明の回転電機１において、回転子１１は、固定子２１から与えられる回転磁束に対して磁石１３に反力を発生させ、回転軸３１を中心に回転するように構成されている。この磁石１３は、隣接する磁石１３の磁極が互いに相異するよう配置されている。ここで、回転子１１と固定子２１との間にはエアギャップと呼ばれる隙間１５が存在し、互いに接続することはない。

図１〜図４に示す第１の実施の形態に係る本発明の回転電機１においては、回転子コア１２を例えば電磁鋼板の積層体から構成するとともに、２つの分岐した固定子コア先端部２２、固定子コア接続部２３、固定子コイル部コア２４、固定子バックコア部２５からなる固定子コアを、例えば圧粉コアから構成する。また、図１に示すように、磁石１３を、磁束の方向が回転軸３１に対して径方向となるよう配設するとともに、固定子２１を、磁石１３の磁束と垂直方向となる軸方向に配設している。さらに、図１及び図４に示すように、固定子コアのうち２つに分岐した固定子コア先端部２２は、回転子１１の回転子凸部１４を挟み込む構造となっている。さらにまた、図１に示すように、２つに分岐した固定子コア先端部２２は、固定子コイル２６よりも先端側の固定子コア接続部２３で一体となり、固定子コイル部コア２４、固定子バックコア部２５を介して他の固定子コアと接続されている。また、図３及び図４に示すように、２つに分岐した固定子コア先端部２２は、磁石１３の外周部と内周部の一極分だけ傾いた位置に配設され、固定子コア接続部２３は斜めに傾いている。

このように構成することで、上述した本発明の第１の実施の形態に係る回転電機では、それぞれの固定子コア先端部２２に同じ極の磁束を通し、かつ、磁石１３からの磁束の漏れを少なくすることが可能である。よって、回転電機１のトルク及び出力を増加することが可能となる。また、固定子バックコア部２５にて他の固定子２１と磁気的に接続されているため、回転磁束が形成でき、安定した回転が可能である。

図５は本発明の第２の実施の形態に係る回転電機の軸方向の断面の一部を示す図である。図５に示す例において、図１〜図４に示した例と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。図５に示す例では、回転子１１の形状をＴ字型とし、一極当たりの磁石１３を複数（ここでは２個）にして構成する。この場合、固定子２１を軸方向の左右に２個設け、Ｔ字型の回転子１１の軸方向左右に伸びた２つの回転子凸部１４を、それぞれ、固定子コア先端部２２により挟み込む。本例では、より磁束を増加することが可能となるため、回転電機１のトルク及び出力を一層増加することが可能となる。

図６は本発明の第３の実施の形態に係る回転電機の軸方向の断面の一部を示す図である。図６に示す例において、図１〜図４に示した例と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。図６に示す例では、回転子１１の形状を十字型とし、一極当たりの磁石１３を複数（ここでは４個）にして構成する。この場合、固定子２１を、軸方向の左右に２個設けるとともに、固定子コア先端部２２の最先端を径方向に９０度曲げて伸ばした形状とし、回転子１１の十字形状に伸びた４つの回転子凸部１４を、それぞれ、固定子先端部２２により挟み込む。本例でも、より磁束を増加することが可能となるため、回転電機１のトルク及び出力を一層増加することが可能となる。

図７は本発明の第４の実施の形態に係る回転電機の軸方向の断面の一部を示す図である。図７に示す例において、図１〜図４に示した例と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。図７に示す例では、回転子１１の回転子凸部１４を複数個（ここでは２個）設けている。また、固定子コア先端部２２もそれに対応して個数を増加（ここでは３個に増加）させる。３つに分岐した固定子コア先端部２２は、第１の実施の形態と同様に、固定子コア接続部２３で一体となり、固定子コイル部コア２４、固定子バックコア部２５へと続づく。本例でも、より磁束を増加することが可能となるため、回転電機１のトルク及び出力を一層増加することが可能となる。

図８は本発明の第５の実施の形態に係る回転電機の軸方向の断面の一部を示す図である。図８に示す例において、図１〜図４に示した例と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。図８に示す例では、磁石１３の磁束方向を軸方向とし、固定子コイル２６を径方向に配設する。本例では、回転子１１と固定子２１が径方向に向かって配設されるため、より薄い回転電機１を製造することが可能となる。

本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、種々の変形、変更が可能である。例えば、上述した実施例では回転電機と述べているが、それは電動機でも発電機でも本発明を適用できる。また、上述した実施例では８極であるが、他の極数でもかまわない。さらに、上述した実施例では８極当たり１２スロットであるが、例えば８極当たり６スロット等他の組み合わせでもかまわない。さらにまた、上述した実施例では回転子コアを電磁鋼板から構成したが、圧粉コアでも構成することが可能である。また、上述した実施例では回転子の回転子凸部が１ないし２個であったが、より多数でもかまわない。さらに、上述した実施例では、回転子が１つ、固定子が１つの場合と、回転子が１つ、固定子が２つの場合の２通りを述べているが、例えば、回転子が２つ、固定子が１つの場合、回転子が２つ、固定子が３つの場合、回転子が３つ、固定子が２つの場合等、それら以外の組み合わせでもかまわない。

本発明の回転電機は、回転子コアと回転子コアに設けられた磁石とを有する回転子と、固定子コアと固定子コアに巻回した固定子コイルとを有する固定子とを有し、回転子が固定子との間にエアギャップをもって回転可能に保持された回転電機において、トルク変動が少なく、しかも、トルク及び出力を増加させることのできる用途に好適に使用することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る回転電機の軸方向の断面を示す模式図である。図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面を矢印方向から見た図である。図１におけるＢ−Ｂ線に沿った断面を矢印方向から見た図である。図１におけるＣ−Ｃ線に沿った断面を矢印方向から見た図である。本発明の第２の実施の形態に係る回転電機の軸方向の断面の一部を示す図である。本発明の第３の実施の形態に係る回転電機の軸方向の断面の一部を示す図である。本発明の第４の実施の形態に係る回転電機の軸方向の断面の一部を示す図である。本発明の第５の実施の形態に係る回転電機の軸方向の断面の一部を示す図である。従来の回転電機の軸方向断面を示す図である。図９に示す従来の回転電機のＡ−Ａ線に沿った径方向断面を示す図である。

符号の説明

１回転電機
１１回転子
１２回転子コア
１３磁石
１４回転子凸部
１５隙間
２１固定子
２２固定子コア先端部
２３固定子コア接続部
２４固定子コイル部コア
２５固定子バックコア部
２６固定子コイル
３１回転軸
３２ベアリング
３３回転センサ
４１ケース
４２サイドケース
４３外周ケース

Claims

回転子コアと回転子コアに設けられた磁石とを有する回転子と、固定子コアと固定子コアに巻回した固定子コイルとを有する固定子とを有し、回転子が固定子に対して回転可能に保持された回転電機において、少なくとも磁石の磁束が発生する方向に対して垂直となる軸方向に固定子コイルを配設するとともに、回転子を固定子コアの分岐した固定子コア先端部が挟み込み、分岐した固定子コア先端部が固定子コイルよりも先端側で一体となる構成を有することを特徴とする回転電機。
分岐した固定子コア先端部の部位の双方が、磁石の一極分、周方向に傾いていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
前記回転子コアの軸断面形状が凹型であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
前記回転子コアの軸断面形状がＴ字型であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
前記回転子コアの軸断面形状が十字型であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
前記回転子コアの凸部が、複数個により構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機。