JP5277743B2 - Rotating electric machine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotary electric machine improving a torque characteristic by relieving magnetic saturation in a yoke without enlarging the size of the rotary electric machine. <P>SOLUTION: A stator includes a cylindrical yoke 1, a plurality of arc-like permanent magnets 2 in which notches 12 abutting on the cylindrical yoke 1 at a center in a circumferential direction and separating the cylindrical yoke 1 in an end in the circumferential direction are formed and which are arranged on an inner peripheral face of the cylindrical yoke 1 by leaving a gap in the circumferential direction, and an auxiliary yoke 5 arranged between the cylindrical yoke 1 and the notch 12 to connect the confronted notches 12 of the adjacent permanent magnets 2. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

この発明は、ヨークの内周面に永久磁石を有する、電動機または発電機などの回転電機に関する。   The present invention relates to a rotating electrical machine such as an electric motor or a generator having a permanent magnet on an inner peripheral surface of a yoke.

従来の回転電機として、円筒状のヨークの内周面に永久磁石が配置された電動機がある。このような電動機では、固定子全体の周方向での剛性の違いを軽減するために、複数の永久磁石により構成される磁極の間に設けた隙間部分に隣接するヨークの肉厚を厚くしている(例えば、特許文献1参照)。   As a conventional rotating electrical machine, there is an electric motor in which a permanent magnet is disposed on an inner peripheral surface of a cylindrical yoke. In such an electric motor, in order to reduce the difference in rigidity in the circumferential direction of the entire stator, the thickness of the yoke adjacent to the gap portion provided between the magnetic poles constituted by a plurality of permanent magnets is increased. (For example, refer to Patent Document 1).

特開2007−288903号公報(第5頁、第2図)JP 2007-288903 A (5th page, FIG. 2)

従来の回転電機では、磁極の間の隙間部分に設けたヨークの厚肉部の一部が、隣り合う磁極を結ぶヨーク部に配置されているため、この部分において磁路断面積が増え、結果的に磁気飽和が緩和され、トルク特性を向上できる場合がある。しかしながら、ヨークの厚肉部が円筒状のヨークの外側に配置されていることから、回転電機の寸法が大きくなってしまうという問題点があった。   In the conventional rotating electric machine, a part of the thick part of the yoke provided in the gap part between the magnetic poles is arranged in the yoke part connecting the adjacent magnetic poles. In some cases, magnetic saturation is relieved and torque characteristics can be improved. However, since the thick part of the yoke is arranged outside the cylindrical yoke, there is a problem that the size of the rotating electrical machine becomes large.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、回転電機の寸法を大きくすることなく、ヨークでの磁気飽和を緩和することでトルク特性が向上できる回転電機を得るものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a rotating electrical machine capable of improving torque characteristics by relaxing magnetic saturation in a yoke without increasing the size of the rotating electrical machine. is there.

この発明に係る回転電機は、円筒状のヨークと、周方向中央において円筒状のヨークと当接し、周方向端部において円筒状のヨークとを離間させる切り欠き部を形成し、かつ、互いに周方向に隙間をあけて円筒状のヨークの内周面に設けられた複数の円弧状の永久磁石と、隣り合う永久磁石の向い合う切り欠き部をつなぐように、円筒状のヨークおよび切り欠き部の間に設けられた補助ヨークとを有する固定子を備え、前記円筒状のヨークおよび前記補助ヨークは、別体で形成され、前記補助ヨークは、1枚の薄板をプレス加工することによって形成され、前記固定子は、前記補助ヨークの内周側で、かつ、隣り合う前記永久磁石の間に、該永久磁石の前記隣り合う面および内周面の端に沿って延びて前記周方向への弾力性を有する板バネを有し、前記補助ヨークおよび前記板バネは、前記補助ヨークおよび前記板バネの少なくともいずれか一方に設けられた突起部を溶融することで固着され、前記板バネおよび前記永久磁石は、前記周方向に一周するように交互に並べて配置されたことを特徴とするものである。 The rotating electrical machine according to the present invention has a cylindrical yoke and a cutout portion that is in contact with the cylindrical yoke at the center in the circumferential direction and separates the cylindrical yoke at the circumferential end, and that is Cylindrical yoke and notch so as to connect a plurality of arc-shaped permanent magnets provided on the inner peripheral surface of the cylindrical yoke with a gap in the direction and the notch facing the adjacent permanent magnet And the cylindrical yoke and the auxiliary yoke are formed separately, and the auxiliary yoke is formed by pressing one thin plate. The stator extends on the inner peripheral side of the auxiliary yoke and between the adjacent permanent magnets along the end of the adjacent surface and the inner peripheral surface of the permanent magnet in the circumferential direction. A leaf spring with elasticity The auxiliary yoke and the leaf spring are fixed by melting a protrusion provided on at least one of the auxiliary yoke and the leaf spring, and the leaf spring and the permanent magnet are fixed in the circumferential direction. It is characterized by being arranged alternately so as to make a round .

この発明に係る回転電機は、隣り合う永久磁石の向い合う切り欠き部をつなぐように、円筒状のヨークおよび切り欠き部の間に設けられた補助ヨークを設けたので、回転電機の寸法を大きくすることなく、ヨークでの磁気飽和を緩和することでトルク特性を向上させることができる。   In the rotating electrical machine according to the present invention, since the cylindrical yoke and the auxiliary yoke provided between the notches are provided so as to connect the notched portions facing each other of the adjacent permanent magnets, the size of the rotating electrical machine is increased. The torque characteristics can be improved by relaxing the magnetic saturation at the yoke.

実施の形態1.
図1は、この発明を実施するための実施の形態1における回転電機の軸方向から見た断面図である。また、図2は、この回転電機の横断面図である。図1、図2において、円筒状のヨーク1の内面に4つの永久磁石2(2a〜2d)が設けられている。さらに、その内周側には、回転子鉄心3、回転軸4、回転子鉄心3に設けたスロット6に配設された電機子巻線7、整流子9から成る回転子20が配設され、整流子9に電流を通電させるためのブラシ8が設けられている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view seen from the axial direction of a rotating electrical machine according to Embodiment 1 for carrying out the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the rotating electrical machine. 1 and 2, four permanent magnets 2 (2 a to 2 d) are provided on the inner surface of a cylindrical yoke 1. Further, on the inner peripheral side, a rotor 20 including a rotor core 3, a rotating shaft 4, an armature winding 7 disposed in a slot 6 provided in the rotor core 3, and a commutator 9 is disposed. A brush 8 is provided for energizing the commutator 9 with current.

円筒状のヨーク1は、均一な板厚を持つ板材の絞り加工により形成されており、ベアリング支持を行うブラケット部の一方が円筒部と一体で形成されている。4つの永久磁石2は、それぞれが一様方向に着磁されており、周方向に異なる極性が交互に配置されている。例えば永久磁石2a、2cは内周面側がN極に、永久磁石2b、2dは内周面側がS極になるように着磁されている。本実施の形態において、1個の永久磁石で一つの磁極を形成しているが、複数の分割された永久磁石を結合して一つの磁極を形成してもよい。   The cylindrical yoke 1 is formed by drawing a plate material having a uniform plate thickness, and one of the bracket portions for supporting the bearing is formed integrally with the cylindrical portion. Each of the four permanent magnets 2 is magnetized in a uniform direction, and different polarities are alternately arranged in the circumferential direction. For example, the permanent magnets 2a and 2c are magnetized so that the inner peripheral surface side is an N pole, and the permanent magnets 2b and 2d are magnetized so that the inner peripheral surface side is an S pole. In this embodiment, one magnetic pole is formed by one permanent magnet, but a plurality of divided permanent magnets may be combined to form one magnetic pole.

永久磁石2のうち円筒状のヨーク1と接する側には永久磁石2の周方向中央(磁極中心部)付近にヨーク当接面11が形成されると共に、永久磁石2の周方向両端には円筒状のヨーク1とを離間させる切り欠き部12が設けられている。そして、隣り合う永久磁石2の向い合う切り欠き部12同士をつなぐように、磁性体から成る4つの補助ヨーク5(5a〜5d)が設置されている。つまり、補助ヨーク5は、円筒状のヨーク1および永久磁石2の切り欠き部12の間に設けられている。補助ヨーク5は、非磁性弾性体である磁石ホルダー10(10a〜10f)によって保持されている。磁石ホルダー10は、補助ヨーク5の内周側で、かつ、隣り合う永久磁石2の間に設けられる。固定子は、円筒状のヨーク1、永久磁石2、補助ヨーク5、および磁石ホルダー10によって構成されている。   A yoke contact surface 11 is formed in the vicinity of the center of the permanent magnet 2 in the circumferential direction (magnetic pole center) on the side of the permanent magnet 2 that contacts the cylindrical yoke 1, and cylindrical at both ends in the circumferential direction of the permanent magnet 2. A notch 12 for separating the yoke 1 is provided. And the four auxiliary yokes 5 (5a-5d) which consist of a magnetic body are installed so that the notch parts 12 which the adjacent permanent magnets 2 face each other may be connected. That is, the auxiliary yoke 5 is provided between the cylindrical yoke 1 and the notch 12 of the permanent magnet 2. The auxiliary yoke 5 is held by a magnet holder 10 (10a to 10f) that is a nonmagnetic elastic body. The magnet holder 10 is provided on the inner peripheral side of the auxiliary yoke 5 and between the adjacent permanent magnets 2. The stator includes a cylindrical yoke 1, a permanent magnet 2, an auxiliary yoke 5, and a magnet holder 10.

本実施の形態において、円筒状のヨーク1と補助ヨーク5とは、別体で構成されている。円筒状のヨーク1と補助ヨーク5とを、別々に作製することによって、それぞれのヨークの加工性が向上し、回転子の生産性が高くなる。また、補助ヨーク5は、1枚の薄板をプレス加工することによって形成してもよいし、薄板を軸方向に積層することによって形成してもよい。前者の加工方法によると、補助ヨーク5を安価に製造することができ、後者の加工方法によると、補助ヨーク5の形状自由度を高めることができる。   In the present embodiment, the cylindrical yoke 1 and the auxiliary yoke 5 are configured separately. By producing the cylindrical yoke 1 and the auxiliary yoke 5 separately, the workability of each yoke is improved and the productivity of the rotor is increased. The auxiliary yoke 5 may be formed by pressing a single thin plate, or may be formed by laminating thin plates in the axial direction. According to the former processing method, the auxiliary yoke 5 can be manufactured at low cost, and according to the latter processing method, the degree of freedom of shape of the auxiliary yoke 5 can be increased.

ここで、永久磁石2と補助ヨーク5との固定方法について説明する。図3〜図6は、磁石ホルダー10、永久磁石2、および補助ヨーク5を組み付ける際の部品展開図である。図3は磁石ホルダー10の斜視図、図4は永久磁石2の斜視図、図5は磁石ホルダー10に永久磁石2を固定した状態の斜視図、図6は磁石ホルダー10に補助ヨーク5を固定した状態の斜視図である。図4に示すような隣り合う永久磁石2の間には、図3に示すような樹脂などの非磁性弾性体で形成される磁石ホルダー10の柱状部分10a〜10dが配置されている。また、永久磁石2と補助ヨーク5との軸方向両端には磁石ホルダー10のリング状部分10e,10fが配置されている。   Here, a method of fixing the permanent magnet 2 and the auxiliary yoke 5 will be described. 3 to 6 are development views of parts when the magnet holder 10, the permanent magnet 2, and the auxiliary yoke 5 are assembled. 3 is a perspective view of the magnet holder 10, FIG. 4 is a perspective view of the permanent magnet 2, FIG. 5 is a perspective view of the permanent magnet 2 fixed to the magnet holder 10, and FIG. 6 is a view of fixing the auxiliary yoke 5 to the magnet holder 10. FIG. Between the adjacent permanent magnets 2 as shown in FIG. 4, columnar portions 10a to 10d of a magnet holder 10 formed of a nonmagnetic elastic body such as a resin as shown in FIG. 3 are arranged. In addition, ring-shaped portions 10 e and 10 f of the magnet holder 10 are disposed at both axial ends of the permanent magnet 2 and the auxiliary yoke 5.

図5に示すように4つの永久磁石2a〜2dは、隣り合う磁石ホルダー10の柱状部分10a〜10dの間の空間にそれぞれ配置される。そして、図6に示すように4つの補助ヨーク5a〜5dは、隣り合う永久磁石2の切り欠き部12と磁石ホルダー10の柱状部分10a〜10dとで構成される窪み13に配置される。永久磁石2、補助ヨーク5、および磁石ホルダー10を一体化した複合体の外径寸法は、円筒状のヨーク1の内径よりもやや大きくなるように設定されている。この複合体を円筒状のヨーク1に圧入することによって、永久磁石2および補助ヨーク5は、周方向と同時に軸方向にも位置決めされ、非磁性弾性体である磁石ホルダー10の弾力によって円筒状のヨーク1内に強固に保持される。この製造方法によって、補助ヨーク5を容易で確実に円筒状のヨーク1の内周面に当接させることができる。   As shown in FIG. 5, the four permanent magnets 2 a to 2 d are arranged in spaces between the columnar portions 10 a to 10 d of the adjacent magnet holders 10. Then, as shown in FIG. 6, the four auxiliary yokes 5 a to 5 d are arranged in a recess 13 constituted by the notch portion 12 of the adjacent permanent magnet 2 and the columnar portions 10 a to 10 d of the magnet holder 10. The outer diameter of the composite body in which the permanent magnet 2, the auxiliary yoke 5, and the magnet holder 10 are integrated is set to be slightly larger than the inner diameter of the cylindrical yoke 1. By press-fitting this composite body into the cylindrical yoke 1, the permanent magnet 2 and the auxiliary yoke 5 are positioned in the axial direction as well as in the circumferential direction, and are formed into a cylindrical shape by the elasticity of the magnet holder 10 which is a nonmagnetic elastic body. It is firmly held in the yoke 1. With this manufacturing method, the auxiliary yoke 5 can be easily and reliably brought into contact with the inner peripheral surface of the cylindrical yoke 1.

次に、この回転電機の作動状態について、モータ動作時を例に説明する。回転子20に設けた整流子9とブラシ8とは当接しており、電源(図示せず)からブラシ8および整流子9を介して、電機子巻線7に電流が流れる。この電流と永久磁石2の作る磁界との相互作用によって回転子20にトルクが発生し、回転電機はモータとして動作する。   Next, the operating state of the rotating electrical machine will be described taking the motor operation as an example. The commutator 9 provided on the rotor 20 is in contact with the brush 8, and a current flows from the power source (not shown) to the armature winding 7 via the brush 8 and the commutator 9. Torque is generated in the rotor 20 by the interaction between this current and the magnetic field generated by the permanent magnet 2, and the rotating electrical machine operates as a motor.

モータ動作時の回転電機の磁束密度分布について説明する。図7は、実施の形態1における回転電機のモータ動作時の磁束密度分布を表しており、色の濃淡が各部分における磁束密度を表している。各図の右側には、色の濃淡と磁束密度[単位:T]との対応を表記している。図7においては、いわゆる磁気回路部分、すなわち円筒状のヨーク1、永久磁石2、回転子鉄心3、補助ヨーク5のみを表記している。図8は、補助ヨーク5を有しない従来の回転電機における磁束密度分布を表したものであり、表記については図7と同じである。従来の回転電機の永久磁石102は、周方向両端に切り欠き部が設けられていない。   The magnetic flux density distribution of the rotating electrical machine during motor operation will be described. FIG. 7 shows the magnetic flux density distribution during motor operation of the rotating electrical machine in the first embodiment, and the shades of color represent the magnetic flux density in each part. On the right side of each figure, the correspondence between color shading and magnetic flux density [unit: T] is shown. In FIG. 7, only a so-called magnetic circuit portion, that is, a cylindrical yoke 1, a permanent magnet 2, a rotor core 3, and an auxiliary yoke 5 are shown. FIG. 8 shows the magnetic flux density distribution in a conventional rotating electrical machine that does not have the auxiliary yoke 5, and the notation is the same as FIG. The permanent magnet 102 of the conventional rotating electrical machine is not provided with notches at both ends in the circumferential direction.

図8に示すように、従来の回転電機においては、永久磁石の間にある隙間(磁極間)近傍のヨーク部分において磁束密度が非常に高くなっていることがわかる。すなわち、この部分の磁気抵抗が大きくなる結果、回転子と鎖交する磁束量を増やすことができず、同じ電流に対するトルク特性を向上できなかった。これに対して、図7に示すように本実施の形態においては、永久磁石2のヨーク当接面11のうち周方向両端に切り欠き部12を設け、ここに補助ヨーク5を配置したので、永久磁石2の間にある磁極間部の円筒状のヨーク1の磁束密度が低下し、磁気飽和が緩和されていることがわかる。   As shown in FIG. 8, in the conventional rotating electrical machine, it can be seen that the magnetic flux density is very high in the yoke portion near the gap (between the magnetic poles) between the permanent magnets. That is, as a result of the increase in the magnetic resistance of this portion, the amount of magnetic flux interlinking with the rotor cannot be increased, and the torque characteristics for the same current cannot be improved. On the other hand, as shown in FIG. 7, in the present embodiment, the notch portions 12 are provided at both ends in the circumferential direction of the yoke contact surface 11 of the permanent magnet 2, and the auxiliary yoke 5 is disposed here. It can be seen that the magnetic flux density of the cylindrical yoke 1 between the magnetic poles between the permanent magnets 2 is reduced and the magnetic saturation is relaxed.

本実施の形態の回転電機によって、トルク特性がどの程度向上したかについて説明する。図9は、回転子20の回転角度に対する、トルク波形を示したものである。横軸は回転角度(機械角)、縦軸は従来の回転電機のトルクの平均値を1とした場合の本実施の形態1の回転電機のトルクの相対値をあらわしたトルク比である。図9において、実線(細線)が従来の回転電機の特性であり、実線(太線)が本実施の形態の回転電機の特性である。従来の回転電機に比べて、本実施の形態の回転電機は、同一の電流で平均トルクを約10%向上し、さらにトルク脈動も低減していることがわかる。   How much the torque characteristic is improved by the rotating electrical machine of the present embodiment will be described. FIG. 9 shows a torque waveform with respect to the rotation angle of the rotor 20. The horizontal axis represents the rotation angle (mechanical angle), and the vertical axis represents the torque ratio representing the relative value of the torque of the rotating electrical machine according to the first embodiment when the average value of the torque of the conventional rotating electrical machine is 1. In FIG. 9, the solid line (thin line) is the characteristic of the conventional rotating electric machine, and the solid line (thick line) is the characteristic of the rotating electric machine of the present embodiment. Compared with the conventional rotating electrical machine, the rotating electrical machine of the present embodiment improves the average torque by about 10% with the same current, and further reduces the torque pulsation.

本実施の形態では、円筒状のヨーク1の肉厚は周方向で一定であるので、均等な肉厚の板材から絞り加工などで形成することができ、ヨークを積層体で形成する場合に比べ、部品点数が少なく、防水・防塵性に優れ、安価で寸法精度の良いヨークを得ることができる。また、補助ヨーク5の厚みがほぼ一定であるため、板材を円筒状のヨーク1の内周面の曲率に合わせて湾曲させるのみでよく、安価に形成することができる。また、補助ヨーク5の固定には樹脂などの非磁性弾性体から成る磁石ホルダー10を用いているので、磁石の保持部材と別に保持部材ないし固着工程(溶接など)を設ける必要が無く、部品点数が少なく安価に保持することができる。   In the present embodiment, since the thickness of the cylindrical yoke 1 is constant in the circumferential direction, it can be formed by drawing or the like from a plate material with an equal thickness, compared to the case where the yoke is formed of a laminate. It is possible to obtain a yoke with a small number of parts, excellent waterproof and dustproof properties, low cost and good dimensional accuracy. Further, since the thickness of the auxiliary yoke 5 is substantially constant, it is only necessary to curve the plate material in accordance with the curvature of the inner peripheral surface of the cylindrical yoke 1, and it can be formed at a low cost. Further, since the magnet holder 10 made of a non-magnetic elastic material such as resin is used for fixing the auxiliary yoke 5, it is not necessary to provide a holding member or a fixing process (welding etc.) separately from the magnet holding member, and the number of parts There are few and it can hold | maintain cheaply.

以上のように、永久磁石2の円筒状のヨーク1とのヨーク当接面11のうち周方向両端部に切り欠き部12を設け、ここに補助ヨーク5を配置したので、円筒状のヨーク1の磁極間部における磁気飽和を緩和することができ、トルク特性を向上させることができる。また、円筒状のヨーク1の内周面側に補助ヨーク5を設けたので、小型で高性能な回転電機を得ることができる。さらに、円筒状のヨーク1および補助ヨーク5は、その厚みを一定としたので、薄板に対しプレス加工または絞り加工を行うことのみで、形成することができ、安価に製作することができる。   As described above, the notch portions 12 are provided at both circumferential ends of the yoke contact surface 11 of the permanent magnet 2 with the cylindrical yoke 1, and the auxiliary yoke 5 is disposed here. The magnetic saturation at the magnetic pole part can be relaxed, and the torque characteristics can be improved. In addition, since the auxiliary yoke 5 is provided on the inner peripheral surface side of the cylindrical yoke 1, a small and high-performance rotating electrical machine can be obtained. Furthermore, since the cylindrical yoke 1 and the auxiliary yoke 5 have a constant thickness, they can be formed only by pressing or drawing the thin plate, and can be manufactured at low cost.

なお、本実施の形態においては、永久磁石2を4つ設けた4極の回転電機について説明したが、6極、8極など異なる極数の回転電機においても同様の効果を得ることができる。また、円筒状のヨーク1と補助ヨーク5とは、図1に示したように完全に密着することが望ましい。しかしながら、円筒状のヨーク1は、図10に示すように永久磁石2と接する部位で密着することがより望ましく、磁極間部で円筒状のヨーク1と補助ヨーク5との間に隙間14が生じても、モータとしての性能上は特段の遜色はない。   In the present embodiment, a four-pole rotating electric machine provided with four permanent magnets 2 has been described. However, the same effect can be obtained in rotating electric machines having different numbers of poles such as six poles and eight poles. Further, it is desirable that the cylindrical yoke 1 and the auxiliary yoke 5 are in close contact as shown in FIG. However, it is more desirable that the cylindrical yoke 1 is in close contact with the permanent magnet 2 as shown in FIG. 10, and a gap 14 is formed between the cylindrical yoke 1 and the auxiliary yoke 5 between the magnetic poles. However, the performance as a motor is not particularly inferior.

実施の形態2.
図11は、この発明を実施するための実施の形態2における回転電機の軸方向から見た断面図である。本実施の形態の回転電機は、永久磁石の周方向両端の切り欠き部の形状および補助ヨークの形状が実施の形態1と異なっている。図11において、図1と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。また、明細書全文に表れている構成要素の態様は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。また、図12は、回転電機のモータ動作時の磁束密度分布である。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view seen from the axial direction of the rotating electrical machine in the second embodiment for carrying out the present invention. The rotating electrical machine of the present embodiment is different from that of the first embodiment in the shape of the notches at both ends in the circumferential direction of the permanent magnet and the shape of the auxiliary yoke. In FIG. 11, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts, and this is common throughout the entire specification. Moreover, the aspect of the component which appears in the whole specification is an illustration to the last, and is not limited to these description. FIG. 12 shows the magnetic flux density distribution during motor operation of the rotating electrical machine.

図11に示すように、本実施の形態では、補助ヨーク25の形状を、永久磁石22の周方向中央(磁極中心部)で厚く、隣り合う永久磁石22との間(磁極間部)に向かうに従って薄くなるように形成している。つまり、補助ヨーク25の周方向端部に向かうに従って薄くなるように形成している。永久磁石22の切り欠き部32は、段差を設けることなく、1つの断面のみで構成している。   As shown in FIG. 11, in the present embodiment, the shape of the auxiliary yoke 25 is thick at the center in the circumferential direction of the permanent magnet 22 (magnetic pole center), and goes toward the adjacent permanent magnet 22 (intermagnetic pole). It is formed so as to become thinner. That is, the auxiliary yoke 25 is formed so as to become thinner toward the circumferential end. The notch 32 of the permanent magnet 22 is configured with only one cross section without providing a step.

このような構成にすることによって、補助ヨーク25の重量を軽くすることができ、回転電機の軽量化を図ることができる。また、永久磁石22の切り欠き部32を加工する際に、研磨加工による割れなどが生じにくくなり、永久磁石22の製造時の歩留まりが向上して、結果的に永久磁石22の単価が安価になる。さらに、永久磁石22の割れによる信頼性の低下を防止することができる。なお、補助ヨーク25の加工においては、板厚が一様でない形状を形成するための加工が必要となるが、本実施の形態では、例えば、補助ヨーク25を1枚の板から作る場合を示しており、プレス加工などにより両端部で厚みが薄くなるようにする。ここで、補助ヨーク25の端部を薄くしすぎると、端部の強度が弱くなるので、本実施の形態においては、補助ヨーク25の端部の厚みが、補助ヨーク25の周方向の中央部の厚みの半分程度の厚みとなるようにしている。このため、曲率を有する円筒状のヨーク1と補助ヨーク25と永久磁石22との間には微少ではあるが空隙部ができる。   With this configuration, the weight of the auxiliary yoke 25 can be reduced, and the rotating electrical machine can be reduced in weight. Further, when the cutout portion 32 of the permanent magnet 22 is processed, cracks due to polishing processing are less likely to occur, and the yield at the time of manufacturing the permanent magnet 22 is improved. As a result, the unit price of the permanent magnet 22 is reduced. Become. Further, it is possible to prevent a decrease in reliability due to the crack of the permanent magnet 22. In the processing of the auxiliary yoke 25, processing for forming a shape with a non-uniform plate thickness is required. In the present embodiment, for example, the case where the auxiliary yoke 25 is made from one plate is shown. The thickness is reduced at both ends by pressing or the like. Here, if the end portion of the auxiliary yoke 25 is made too thin, the strength of the end portion becomes weak. Therefore, in the present embodiment, the thickness of the end portion of the auxiliary yoke 25 is the central portion in the circumferential direction of the auxiliary yoke 25. The thickness is about half of the thickness. For this reason, a space is formed between the cylindrical yoke 1 having a curvature, the auxiliary yoke 25, and the permanent magnet 22, although it is very small.

このような構成の回転電機においても、図12に示すように、永久磁石22のヨーク当接面のうち周方向両端に切り欠き部32を設け、ここに補助ヨーク25を配置したので、永久磁石22の間にある磁極間部の円筒状のヨーク1の磁束密度が低下し、磁気飽和が緩和されていることがわかる。そして、トルクは実施の形態1と同様に、従来の回転電機に比べて、同一の電流で平均トルクを約10%向上されており、回転電機の寸法を大きくすることなく、ヨークでの磁気飽和を緩和することでトルク特性が向上できる。   Also in the rotating electrical machine having such a configuration, as shown in FIG. 12, the notch portions 32 are provided at both ends in the circumferential direction on the yoke contact surface of the permanent magnet 22, and the auxiliary yoke 25 is disposed here. It can be seen that the magnetic flux density of the cylindrical yoke 1 in the portion between the magnetic poles 22 is lowered and the magnetic saturation is relaxed. As in the first embodiment, the average torque is improved by about 10% at the same current as in the first embodiment, and the magnetic saturation in the yoke is not increased without increasing the size of the rotary electric machine. Torque characteristics can be improved by relaxing

実施の形態3.
図13は、この発明を実施するための実施の形態3における回転電機の軸方向から見た断面図である。また、図14は、補助ヨークの斜視図である。本実施の形態の回転電機は、補助ヨークの種類が実施の形態2と異なっている。本実施の形態では、補助ヨーク26は薄板の積層体で形成したものであるとともに、円筒状のヨーク1と補助ヨーク26とを溶接にて固着している。円筒状のヨーク1と補助ヨーク26との溶接箇所が溶接部27である。本実施の形態において、溶接部27は、補助ヨーク26毎に円周方向に2箇所である。補助ヨーク26の製造方法としては、例えば順送金型などを用いて打ち抜きおよび積層を行う。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 13 is a cross-sectional view as seen from the axial direction of the rotating electrical machine in the third embodiment for carrying out the present invention. FIG. 14 is a perspective view of the auxiliary yoke. The rotating electrical machine of the present embodiment is different from the second embodiment in the type of auxiliary yoke. In the present embodiment, the auxiliary yoke 26 is formed of a thin laminated body, and the cylindrical yoke 1 and the auxiliary yoke 26 are fixed by welding. A welded portion 27 is a welded portion between the cylindrical yoke 1 and the auxiliary yoke 26. In the present embodiment, there are two welded portions 27 in the circumferential direction for each auxiliary yoke 26. As a manufacturing method of the auxiliary yoke 26, for example, punching and stacking are performed using a progressive die.

このような構成によれば、円筒状のヨーク1の内周面と補助ヨーク26の内周面との密着度を高めることができる。また、補助ヨーク26の厚みが一定でない場合、さらにはトルク脈動低減を目的として補助ヨーク26の断面形状をさらに複雑にしたい場合においても、所望の形状の補助ヨーク26を高精度に加工することができる。さらに、円筒状のヨーク1と補助ヨーク26とは溶接で固着しているので、両者の間に生じる隙間によって磁気抵抗が増加する虞が無い。また、円筒状のヨーク1と補助ヨーク26とが相対的に振動することによる騒音などの虞もなくなり、信頼性の高い回転電機を得ることができる。   According to such a configuration, the degree of adhesion between the inner peripheral surface of the cylindrical yoke 1 and the inner peripheral surface of the auxiliary yoke 26 can be increased. Further, when the thickness of the auxiliary yoke 26 is not constant, and when it is desired to further complicate the cross-sectional shape of the auxiliary yoke 26 for the purpose of reducing torque pulsation, the auxiliary yoke 26 having a desired shape can be processed with high accuracy. it can. Furthermore, since the cylindrical yoke 1 and the auxiliary yoke 26 are fixed by welding, there is no possibility that the magnetic resistance increases due to a gap generated between them. Further, there is no risk of noise due to the relative vibration of the cylindrical yoke 1 and the auxiliary yoke 26, and a highly reliable rotating electrical machine can be obtained.

実施の形態4.
図15は、この発明を実施するための実施の形態4における回転電機の軸方向から見た断面図である。また、図16は、図15の補助ヨークを中心とした回転電機の要部拡大図、図17は、補助ヨークの斜視図である。本実施の形態の回転電機は、円筒状のヨークと補助ヨークとをいわゆるプロジェクション溶接で固定している点が実施の形態1と異なっている。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 15 is a cross-sectional view seen from the axial direction of the rotating electrical machine in the fourth embodiment for carrying out the present invention. 16 is an enlarged view of a main part of the rotating electrical machine centering on the auxiliary yoke of FIG. 15, and FIG. 17 is a perspective view of the auxiliary yoke. The rotating electric machine according to the present embodiment is different from the first embodiment in that a cylindrical yoke and an auxiliary yoke are fixed by so-called projection welding.

補助ヨーク45には、あらかじめ突起部46を設けておき、円筒状のヨーク1と補助ヨーク45とが突起部46で接するように配置した状態で両者間に電極を設け、これに通電することによって突起部46にジュール熱を発生させ、突起部46を溶融することによって両者を接合する。このような構成によれば、円筒状のヨーク1と補助ヨーク45とを磁石ホルダー10の柱状部10a〜10dのみで固定する場合に比べて両者の接合力を格段に向上させることができる。なお、突起部を円筒状のヨーク1に設けてもよいし、突起部を円筒状のヨーク1および補助ヨーク45の双方に設けても同様の効果を得ることができる。   The auxiliary yoke 45 is provided with a projection 46 in advance, and an electrode is provided between the cylindrical yoke 1 and the auxiliary yoke 45 so that the projection is in contact with the cylindrical yoke 1 and energized. Joule heat is generated in the protrusion 46 and the protrusion 46 is melted to join them together. According to such a configuration, compared to the case where the cylindrical yoke 1 and the auxiliary yoke 45 are fixed only by the columnar portions 10 a to 10 d of the magnet holder 10, the joint force between them can be remarkably improved. It should be noted that the protrusions may be provided on the cylindrical yoke 1, or similar effects can be obtained by providing the protrusions on both the cylindrical yoke 1 and the auxiliary yoke 45.

実施の形態5.
図18は、この発明を実施するための実施の形態5における回転電機の軸方向から見た断面図である。また、図19は、板バネの斜視図である。本実施の形態の回転電機は、永久磁石2の固定部材として、樹脂などの非磁性弾性体でできた磁石ホルダーに代えて板バネを用いている点が実施の形態4と異なっている。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 18 is a cross sectional view seen from the axial direction of the rotating electrical machine in the fifth embodiment for carrying out the present invention. FIG. 19 is a perspective view of the leaf spring. The rotating electrical machine according to the present embodiment is different from the fourth embodiment in that a leaf spring is used as a fixing member for the permanent magnet 2 instead of a magnet holder made of a nonmagnetic elastic material such as resin.

板バネ51は、補助ヨーク45の内周側で、かつ、隣り合う永久磁石2の間に設けられている。本実施の形態の板バネ51は、特に周方向への弾力性が強い。このため、軸の周りを一周するように板バネ51と永久磁石2とを交互に並べて配置することによって、永久磁石2は板バネ51に周方向に押し付けられて固定される。補助ヨーク45には、実施の形態4における補助ヨーク45と同様にあらかじめ突起部46を設けておく。また、補助ヨーク45の突起部46に対応する位置に、板バネに51にも第2の突起部52を設けておく。なお、第2の突起部を補助ヨーク45に設けてもよいし、第2の突起部を板バネ51および補助ヨーク45の双方に設けても同様の効果を得ることができる。そして、円筒状のヨーク1、補助ヨーク45、および板バネ51を同時にプロジェクション溶接で固定している。板バネ51の軸方向両端には磁石押さえ53が形成してあり、永久磁石2が軸方向に動くことを防止する。   The leaf spring 51 is provided on the inner peripheral side of the auxiliary yoke 45 and between the adjacent permanent magnets 2. The leaf spring 51 of the present embodiment is particularly strong in the circumferential direction. For this reason, by arranging the leaf springs 51 and the permanent magnets 2 alternately so as to go around the axis, the permanent magnets 2 are pressed against the leaf springs 51 in the circumferential direction and fixed. The auxiliary yoke 45 is provided with a projection 46 in advance as in the auxiliary yoke 45 in the fourth embodiment. Further, a second protrusion 52 is also provided on the leaf spring 51 at a position corresponding to the protrusion 46 of the auxiliary yoke 45. The second protrusion may be provided on the auxiliary yoke 45, or the same effect can be obtained by providing the second protrusion on both the leaf spring 51 and the auxiliary yoke 45. The cylindrical yoke 1, the auxiliary yoke 45, and the leaf spring 51 are simultaneously fixed by projection welding. Magnet pressers 53 are formed at both axial ends of the leaf spring 51 to prevent the permanent magnet 2 from moving in the axial direction.

このような構成によって、円筒状のヨーク1と補助ヨーク45との間に隙間が生じて回転電機の性能が低下することを防止することができる。また、円筒状のヨーク1および永久磁石2の固定を、樹脂などでできた磁石ホルダーに代えて板バネ51で行うため、安価で耐熱性に優れた回転電機を得ることができる。   With such a configuration, it is possible to prevent a gap from being generated between the cylindrical yoke 1 and the auxiliary yoke 45 and thereby reducing the performance of the rotating electrical machine. In addition, since the cylindrical yoke 1 and the permanent magnet 2 are fixed by the leaf spring 51 instead of the magnet holder made of resin or the like, a rotating electric machine that is inexpensive and excellent in heat resistance can be obtained.

実施の形態6.
図20は、この発明を実施するための実施の形態6における固定子の横断面図である。また、図21は、板バネの斜視図である。本実施の形態の回転電機は、板バネによって補助ヨークを円筒状のヨーク側に押し付けて固定させる点が実施の形態5と異なっている。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 20 is a cross sectional view of the stator according to the sixth embodiment for carrying out the present invention. FIG. 21 is a perspective view of a leaf spring. The rotating electric machine according to the present embodiment is different from the fifth embodiment in that the auxiliary yoke is pressed against the cylindrical yoke by a plate spring and fixed.

板バネ54は、補助ヨーク45の内周側で、かつ、隣り合う永久磁石(図示せず)の間に設けられている。本実施の形態の板バネ54は、軸方向の両端部において外周側に突出した接合部55を有している。この接合部55と円筒状のヨーク1の内周面をプロジェクション溶接することによって、板バネ54を固定している。板バネ54は、実施の形態5において説明したような周方向への弾力性を有すると共に、外周側への弾力性が強い。このため、補助ヨーク45は板バネ54に外周側に押し付けられ、円筒状のヨーク1に押さえられて固定される。また、軸の周りを一周するように板バネ54と永久磁石とを交互に並べて配置することによって、永久磁石は板バネ54に周方向に押し付けられて固定される。なお、図20に示すように、実施の形態5と同様に板バネ54にも第2の突起部52を設けて、板バネ54と円筒状のヨーク1との接合に加えて、板バネ54と補助ヨーク45とを接合しても良い。   The leaf spring 54 is provided on the inner peripheral side of the auxiliary yoke 45 and between adjacent permanent magnets (not shown). The leaf spring 54 according to the present embodiment has a joint portion 55 that protrudes to the outer peripheral side at both end portions in the axial direction. The plate spring 54 is fixed by projection welding the joint 55 and the inner peripheral surface of the cylindrical yoke 1. The leaf spring 54 has elasticity in the circumferential direction as described in the fifth embodiment, and has strong elasticity toward the outer periphery. Therefore, the auxiliary yoke 45 is pressed against the leaf spring 54 on the outer peripheral side, and is pressed and fixed by the cylindrical yoke 1. Further, by arranging the leaf springs 54 and the permanent magnets alternately so as to make a round around the shaft, the permanent magnets are pressed against the leaf springs 54 in the circumferential direction and fixed. As shown in FIG. 20, the second spring 52 is provided on the leaf spring 54 as in the fifth embodiment, and in addition to joining the leaf spring 54 and the cylindrical yoke 1, the leaf spring 54 is provided. And the auxiliary yoke 45 may be joined.

このような構成によって、円筒状のヨーク1と補助ヨーク45との間に隙間が生じて回転電機の性能が低下することを防止することができる。また、円筒状のヨーク1、永久磁石および補助ヨーク45の固定を、樹脂などでできた磁石ホルダーに代えて板バネ54で行うため、安価で耐熱性に優れた回転電機を得ることができる。   With such a configuration, it is possible to prevent a gap from being generated between the cylindrical yoke 1 and the auxiliary yoke 45 and thereby reducing the performance of the rotating electrical machine. Further, since the cylindrical yoke 1, the permanent magnet, and the auxiliary yoke 45 are fixed by the plate spring 54 instead of the magnet holder made of resin or the like, a rotary electric machine that is inexpensive and excellent in heat resistance can be obtained.

実施の形態7.
図22は、この発明を実施するための実施の形態7における回転電機の軸方向から見た断面図である。本実施の形態の回転電機は、円筒状のヨークと補助ヨークとに代えて、一体型のヨークを用いている点が実施の形態1と異なっている。このような構成によって、円筒状のヨークと補助ヨークとの間に生じる隙間によって特性が低下する虞がなく、高性能なモータを得ることができる。一体型のヨーク61の形成方法としては、薄板の積層体で形成してもよいし、厚手の板から絞り加工により形成しても良い。
Embodiment 7 FIG.
FIG. 22 is a cross-sectional view as seen from the axial direction of the rotating electrical machine according to the seventh embodiment for carrying out the present invention. The rotating electric machine according to the present embodiment is different from the first embodiment in that an integral yoke is used instead of the cylindrical yoke and the auxiliary yoke. With such a configuration, there is no possibility that the characteristics are deteriorated due to a gap generated between the cylindrical yoke and the auxiliary yoke, and a high-performance motor can be obtained. As a method of forming the integrated yoke 61, it may be formed of a laminated body of thin plates, or may be formed by drawing from a thick plate.

この発明の実施の形態1における回転電機の断面図である。It is sectional drawing of the rotary electric machine in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における回転電機の横断面図である。It is a cross-sectional view of the rotary electric machine in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における磁石ホルダーの斜視図である。It is a perspective view of the magnet holder in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における永久磁石の斜視図である。It is a perspective view of the permanent magnet in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における磁石ホルダーに永久磁石を固定した状態の斜視図である。It is a perspective view of the state where the permanent magnet was fixed to the magnet holder in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における磁石ホルダーに補助ヨークを固定した状態の斜視図である。It is a perspective view of the state which fixed the auxiliary yoke to the magnet holder in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における回転電機のモータ動作時の磁束密度分布を表す図である。It is a figure showing magnetic flux density distribution at the time of the motor operation | movement of the rotary electric machine in Embodiment 1 of this invention. 従来の回転電機のモータ動作時の磁束密度分布を表す図である。It is a figure showing magnetic flux density distribution at the time of motor operation of the conventional rotary electric machine. この発明の実施の形態1における回転角度に対するトルク波形を示した図である。It is the figure which showed the torque waveform with respect to the rotation angle in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における回転電機の他の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structure of the rotary electric machine in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2における回転電機の断面図である。It is sectional drawing of the rotary electric machine in Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2における回転電機のモータ動作時の磁束密度分布を表す図である。It is a figure showing magnetic flux density distribution at the time of the motor operation | movement of the rotary electric machine in Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3における回転電機の断面図である。It is sectional drawing of the rotary electric machine in Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3における補助ヨークの斜視図である。It is a perspective view of the auxiliary yoke in Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態4における回転電機の断面図である。It is sectional drawing of the rotary electric machine in Embodiment 4 of this invention. 図15に示す回転電機の要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of the rotary electric machine shown in FIG. この発明の実施の形態4における補助ヨークの斜視図である。It is a perspective view of the auxiliary yoke in Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態5における回転電機の断面図である。It is sectional drawing of the rotary electric machine in Embodiment 5 of this invention. この発明の実施の形態5における板バネの斜視図である。It is a perspective view of the leaf | plate spring in Embodiment 5 of this invention. この発明の実施の形態6における固定子の横断面図である。It is a cross-sectional view of the stator in Embodiment 6 of this invention. この発明の実施の形態6における板バネの斜視図である。It is a perspective view of the leaf | plate spring in Embodiment 6 of this invention. この発明の実施の形態7における回転電機の断面図である。It is sectional drawing of the rotary electric machine in Embodiment 7 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 円筒状のヨーク、2,22 永久磁石、3 回転子鉄心、4 回転軸、5,25,26,45 補助ヨーク、6 スロット、7 電機子巻線、8 ブラシ、9 整流子、10 磁石ホルダー、11 ヨーク当接面、12,32 切り欠き部、13 窪み、14 隙間、20 回転子、27 溶接部、46 突起部、51,54 板バネ、52 第2の突起部、53 磁石押さえ、55 接合部、61 一体型のヨーク。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylindrical yoke, 2,22 Permanent magnet, 3 Rotor core, 4 Rotating shaft, 5, 25, 26, 45 Auxiliary yoke, 6 slots, 7 Armature winding, 8 Brush, 9 Commutator, 10 Magnet holder , 11 York contact surface, 12, 32 notch, 13 recess, 14 gap, 20 rotor, 27 welded portion, 46 protruding portion, 51, 54 leaf spring, 52 second protruding portion, 53 magnet presser, 55 Junction, 61 Integrated yoke.

Claims (8)

円筒状のヨークと、
周方向中央において前記円筒状のヨークと当接し、周方向端部において前記円筒状のヨークとを離間させる切り欠き部を形成し、かつ、互いに周方向に隙間をあけて前記円筒状のヨークの内周面に設けられた複数の円弧状の永久磁石と、
隣り合う前記永久磁石の向い合う前記切り欠き部をつなぐように、前記円筒状のヨークおよび前記切り欠き部の間に設けられた補助ヨークとを有する固定子を備え、
前記円筒状のヨークおよび前記補助ヨークは、別体で形成され、
前記補助ヨークは、1枚の薄板をプレス加工することによって形成され、
前記固定子は、前記補助ヨークの内周側で、かつ、隣り合う前記永久磁石の間に、該永久磁石の前記隣り合う面および内周面の端に沿って延びて前記周方向への弾力性を有する板バネを有し、
前記補助ヨークおよび前記板バネは、前記補助ヨークおよび前記板バネの少なくともいずれか一方に設けられた突起部を溶融することで固着され、
前記板バネおよび前記永久磁石は、前記周方向に一周するように交互に並べて配置されたことを特徴とする回転電機。
A cylindrical yoke,
The cylindrical yoke is in contact with the cylindrical yoke at the center in the circumferential direction, a notch for separating the cylindrical yoke from the circumferential end is formed, and a gap is formed between the cylindrical yokes in the circumferential direction. A plurality of arc-shaped permanent magnets provided on the inner peripheral surface;
A stator having the cylindrical yoke and an auxiliary yoke provided between the notches so as to connect the notches facing each other of the adjacent permanent magnets;
The cylindrical yoke and the auxiliary yoke are formed separately,
The auxiliary yoke is formed by pressing one thin plate,
The stator extends on the inner peripheral side of the auxiliary yoke and between the adjacent permanent magnets along the end of the adjacent surface and the inner peripheral surface of the permanent magnet, and is elastic in the circumferential direction. Having a leaf spring having
The auxiliary yoke and the leaf spring are fixed by melting a protrusion provided on at least one of the auxiliary yoke and the leaf spring,
The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the leaf springs and the permanent magnets are alternately arranged so as to make one round in the circumferential direction.
前記板バネは、軸方向の両端部において外周側に突出した接合部によって前記円筒状のヨークに固着されることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。 2. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the leaf spring is fixed to the cylindrical yoke by a joint that protrudes toward an outer peripheral side at both axial end portions. 前記補助ヨークは、前記円筒状のヨークの内周面に溶接によって固定され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。 The rotating electrical machine according to claim 1 or 2, wherein the auxiliary yoke is fixed to an inner peripheral surface of the cylindrical yoke by welding. 前記円筒状のヨークおよび前記補助ヨークは、前記円筒状のヨークおよび前記補助ヨークの少なくともいずれか一方に設けられた突起部を溶融することで固着されることを特徴とする請求項3に記載の回転電機。 Said cylindrical yoke and the auxiliary yoke according to claim 3, characterized in that it is fixed by melting the projecting portion provided on at least one of said cylindrical yoke and the auxiliary yoke Rotating electric machine. 前記補助ヨークの厚みを略一定としたことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 1, wherein a thickness of the auxiliary yoke is substantially constant. 前記補助ヨークの厚みは、周方向中央で厚く、周方向端部に向かって薄くなるように形成されたことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の回転電機。 6. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the auxiliary yoke has a thickness that is thick at a center in a circumferential direction and is thinned toward an end in the circumferential direction. 前記円筒状のヨークは、板材の絞り加工によって形成されたことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の回転電機。 The rotating electric machine according to any one of claims 1 to 6, wherein the cylindrical yoke is formed by drawing a plate material. 前記永久磁石は、分割された永久磁石を結合して形成されたことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 1 , wherein the permanent magnet is formed by combining divided permanent magnets.
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