JP5954198B2 - Rotating electric machine - Google Patents
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Description
本発明は、自動車用、とりわけHEV(ハイブリッド電気自動車)用の高性能な小型モータに用いて好適な回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine suitable for use in a high-performance small motor for automobiles, particularly HEVs (hybrid electric vehicles).
従来、ハイブリッド自動車に用いられるモータ、とりわけエンジン直結型モータは、エンジンとトランスミッションとの間の狭い空間に搭載されるため、小型化が要求される。また、エンジン直結であるため、回転数が低く、大きなパワーを発揮することができない。さらに、従来のモータは、シングルギャップ構造であり、ギャップ面積にトルクが比例的であることから、モータトルクは限られたものとなっていた。
このため、エンジン直結型の小型モータは、発生できるトルクが限られることから、エンジン始動時や発進時の低速回転域でエンジンの駆動トルクをアシストする場合に利用するのみであった。
2. Description of the Related Art Conventionally, a motor used in a hybrid vehicle, particularly an engine direct-coupled motor, is mounted in a narrow space between an engine and a transmission, and thus requires a reduction in size. Further, since the engine is directly connected, the rotational speed is low and a large power cannot be exhibited. Furthermore, since the conventional motor has a single gap structure, and the torque is proportional to the gap area, the motor torque is limited.
For this reason, the engine direct-coupled small motor is only used when assisting the engine driving torque in the low-speed rotation range at the time of engine start or start because the torque that can be generated is limited.
そこで、限られた空間でも大きなトルクを発生できるマルチギャップ構造のモータが提案されている。例えば、特許文献1には、ロータの外周側と内周側および軸方向の一端側にそれぞれ磁気ギャップを有して対向する外側ステータ、内側ステータ、および側面ステータを備える三面ギャップ構造の回転電機が示されている。すなわち、同文献1に開示された回転電機は、断面コの字形を有するステータの内側に磁気ギャップを介してロータが配置されている。
Therefore, a multi-gap structure motor capable of generating a large torque even in a limited space has been proposed. For example,
ところが、特許文献1の回転電機は、回転軸に対してロータを支持するロータディスクを有するため、ステータのコイルエンド部、とりわけ内側ステータのコイルエンド部がロータディスクと干渉する可能性がある。このため、内側ステータのコア積厚を外側ステータのコア積厚より低くしないと構造的に成立しない問題点があった。
また、ステータは、内側ステータコアと外側ステータコアおよび側面ステータコアが一体に構成されてロータの周囲を断面コの字形に覆い、この中にステータコイルを収納する方式である。この方式では、ステータコイルが長くなるため、抵抗値が大きく、銅損が大きいという問題もあった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、ステータコイルの巻装長さを短くできる小型で高性能な回転電機を提供することにある。
However, since the rotating electrical machine of
The stator is a system in which an inner stator core, an outer stator core, and a side stator core are integrally formed to cover the periphery of the rotor in a U-shaped cross section, and a stator coil is housed therein. In this method, since the stator coil becomes long, there is a problem that the resistance value is large and the copper loss is large.
The present invention has been made based on the above circumstances, and an object thereof is to provide a small and high-performance rotating electrical machine capable of shortening the winding length of a stator coil.
(請求項1に係る発明)
本発明は、軸方向の一端側がハウジングに固定される円環状のステータコアと、このステータコアに巻装されるステータコイルとを有するステータと、ステータコアの少なくとも径方向の外側と内側とにそれぞれ磁気ギャップを介して配置される外側ロータコアと内側ロータコアを有し、且つ、外側ロータコアと内側ロータコアとを軸方向の他端側で連結するロータ連結部を有して断面コの字形に設けられたロータとを備え、ステータコアは、外側ロータコアに対向する外周面および内側ロータコアに対向する内周面にそれぞれ複数のスロットが軸方向に沿って周方向等ピッチに形成され、ステータコイルは、複数のスロットを通ってステータコアに断面コの字形に巻装される回転電機であって、ステータコアは、ステータヨークを形成するリング状のコア本体と、このコア本体と別体に設けられた複数のティース部とを有し、コア本体には、径方向の外周面および内周面にそれぞれ複数本のティース溝が軸方向に沿って周方向等ピッチに形成され、ティース部は、断面コの字形に設けられて、コア本体の軸方向他端側よりティース溝に嵌合してコア本体に組み付けられ、ステータコアの周方向に隣り合うティース部同士の間にスロットが形成されることを特徴とする。
(Invention according to Claim 1)
The present invention provides a stator having an annular stator core whose one end in the axial direction is fixed to a housing, a stator coil wound around the stator core, and magnetic gaps at least on the radially outer side and the inner side of the stator core. A rotor having an outer rotor core and an inner rotor core disposed via each other, and having a rotor connecting portion that connects the outer rotor core and the inner rotor core on the other end side in the axial direction, and having a U-shaped cross section. provided, stator core, among the plurality of the peripheral surface respectively opposed slots on the outer peripheral surface and an inner rotor core facing the outer rotor core is formed circumferentially constant pitch along the axial direction, the stator coil, through a plurality of slots a rotary electric machine that will be wound around the cross-section U-shaped stator core, the stator core forms a stator yoke And a plurality of teeth provided separately from the core body. The core body has a plurality of teeth grooves on the outer circumferential surface and the inner circumferential surface in the axial direction. The teeth portion is formed in a U-shaped cross section, and is fitted to the tooth groove from the other axial end of the core body and assembled to the core body. A slot is formed between adjacent tooth portions .
本発明の回転電機は、断面コの字形を有するロータの内側空間に円環状のステータコアを配置し、そのステータコアにステータコイルを巻装しているので、特許文献1の回転電機と比較して、ステータコイルの巻装長さを短くできる。すなわち、特許文献1の回転電機は、ロータの外側を断面コの字形を有するステータコアが覆っているのに対し、本願発明の回転電機は、断面コの字形を有するロータの内側に円環状のステータコアを配置している。よって、回転電機の全体格が制約を受ける条件下では、特許文献1と比較して、本願発明の方がステータコアに対し断面コの字形に巻装されるステータコイルの巻装長さを短くできる。
In the rotating electrical machine of the present invention, an annular stator core is disposed in the inner space of a rotor having a U-shaped cross section, and a stator coil is wound around the stator core. The winding length of the stator coil can be shortened. That is, the rotating electrical machine of
また、ステータコイルを巻装するステータコアは、例えば、トーラス状とも呼べる円環状であり、軸方向の一端側がハウジングに固定されるだけの単純な構造である。このため、小型で高性能な回転電機を提供することが可能である。
さらに、本発明の回転電機は、ステータコアの外側を断面コの字形を有するロータコアが覆っているので、特許文献1の様に、ステータのコイルエンドがロータコアを支持するロータディスクと干渉することはなく、ステータコアの積厚を制限する必要もない。
The stator core around which the stator coil is wound is, for example, an annular shape that can be called a torus shape, and has a simple structure in which one end side in the axial direction is fixed to the housing. For this reason, it is possible to provide a small and high-performance rotating electrical machine.
Further, in the rotating electrical machine of the present invention, since the outer surface of the stator core is covered with the rotor core having a U-shaped cross section, the coil end of the stator does not interfere with the rotor disk that supports the rotor core as in
(請求項6に係る発明)
本発明は、軸方向と直交する径方向の外周側がハウジングに固定され、内周側が開口する円盤状のステータコアと、このステータコアに巻装されるステータコイルとを有するステータと、ステータコアの少なくとも軸方向両側にそれぞれ磁気ギャップを介して配置される一組の円盤状ロータコアを有するロータとを備えるアキシャルギャップ構造の回転電機であって、ステータコアは、一組の円盤状ロータコアに対向する軸方向の両側面にそれぞれ複数のスロットが径方向に沿って周方向等ピッチに形成され、ステータコイルは、複数のスロットを通ってステータコアに断面コの字形に巻装されることを特徴とする。
(Invention of Claim 6 )
The present invention relates to a stator having a disk-shaped stator core whose outer peripheral side in the radial direction orthogonal to the axial direction is fixed to the housing and opened on the inner peripheral side, a stator coil wound around the stator core, and at least the axial direction of the stator core A rotary electric machine having an axial gap structure provided with a rotor having a pair of disk-shaped rotor cores disposed on both sides via a magnetic gap, wherein the stator core has both axial side surfaces facing the pair of disk-shaped rotor cores. A plurality of slots are formed at equal circumferential pitches along the radial direction, and the stator coil is wound around the stator core in a U-shaped cross section through the plurality of slots.
本発明の回転電機は、径方向の内周側が開口する円盤状のステータコアにステータコイルを巻装しているので、特許文献1の回転電機と比較して、ステータコイルの巻装長さを短くできる。すなわち、特許文献1の回転電機は、ロータの外側を断面コの字形を有するステータコアが覆っているのに対し、本願発明の回転電機は、一組の円盤状ロータコアの間に円盤状のステータコアを配置している。よって、回転電機の全体格が制約を受ける条件下では、特許文献1と比較して、本願発明の方がステータコアに対し断面コの字形に巻装されるステータコイルの巻装長さを短くできる。
また、ステータコイルを巻装するステータコアは、例えば、トーラス状とも呼べる中空の円盤状であり、径方向の外周側がハウジングに固定されるだけの単純な構造である。このため、小型で高性能な回転電機を提供することが可能である。
In the rotating electrical machine of the present invention, since the stator coil is wound around a disk-shaped stator core that opens on the radially inner peripheral side, the winding length of the stator coil is shorter than that of the rotating electrical machine disclosed in
The stator core around which the stator coil is wound has, for example, a hollow disk shape that can be called a torus shape, and has a simple structure in which a radially outer peripheral side is fixed to the housing. For this reason, it is possible to provide a small and high-performance rotating electrical machine.
本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。 The mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the following examples.
(実施例1)
実施例1は、本発明の回転電機をハイブリッド車両のエンジンとトランスミッションとの間に配置される走行用モータに適用した事例である。
走行用モータ(以下、モータ1と呼ぶ)は、図1に示す様に、断面コの字形(図1では逆コの字形に示されている)を有するロータRと、このロータRのコの字形空間に配置される円環状のステータSとを備える。
以下、図1に示すモータ1の軸方向(図示左右方向)において、当該部品の図示右側をミッション側、図示左側をエンジン側と定義して説明する。
ロータRは、以下に説明するロータコア2の表面に永久磁石3を貼り付けた表面磁石型ロータである。なお、永久磁石3は、ロータコア2の表面近くに埋設しても良い。あるいは、ロータコア2の表面に永久磁石3の表面が露出した状態でロータコア2に形成された凹空間に組み込んだ構成でも良い。
Example 1
Example 1 is an example in which the rotating electrical machine of the present invention is applied to a traveling motor arranged between an engine and a transmission of a hybrid vehicle.
As shown in FIG. 1, the traveling motor (hereinafter referred to as motor 1) includes a rotor R having a U-shaped cross section (shown in an inverted U-shape in FIG. 1), and a U-shaped rotor R. And an annular stator S disposed in the character space.
Hereinafter, in the axial direction of the
The rotor R is a surface magnet type rotor in which a
ロータコア2は、ステータSに対して径方向の外側(図示上側)と内側(図示下側)に配置される外側ロータコア2aと内側ロータコア2bおよび軸方向のエンジン側に配置されて外側ロータコア2aと内側ロータコア2bとを連結する側面ロータコア2cとで構成される。
永久磁石3は、外側ロータコア2aの内径側表面に貼り付けたアウタ磁石3aと、内側ロータコア2bの外径側表面に貼り付けたインナ磁石3bと、側面ロータコア2cの軸方向表面に貼り付けたサイド磁石3cである。アウタ磁石3a、インナ磁石3b、およびサイド磁石3cは、周方向の同位置に配置される磁石同士が全て同一極性を有し、且つ、周方向に「S極」と「N極」とが交互に配置される。
The
The
上記のロータRは、内側ロータコア2bのミッション側端部に内径方向へ延設されたロータディスク4を有し、このロータディスク4がトランスミッションのシャフト(以下、TMシャフト5と呼ぶ)に設けられたフランジ状のシャフトハブ5aにボルト6を締結して固定される。
また、内側ロータコア2bの内径側には、エンジンのクランクシャフト7に連結されるモータ軸8との間に多板式クラッチ9が配置されている。モータ軸8は、エンジン側の端部にフランジ部8aが一体に設けられ、このフランジ部8aがクランクシャフト7に設けられたフランジ状のシャフトハブ7aにボルト10を締結して固定されている。
さらに、ロータRは、遠心力による変形や振動による振れを抑止するために、外側ロータコア2aのミッション側端部がベアリング11を介してトランスミッションのハウジング12に回転自在に支持されている。
The rotor R has a
A multi-plate clutch 9 is disposed between the
Further, in the rotor R, the transmission side end portion of the
ステータSは、軸方向のミッション側端面がトランスミッションのハウジング12に非磁性体のスルーボルト(図示せず)等で固定される円環状のステータコア13と、このステータコア13に巻装されるステータコイル14とで構成される。
ステータコア13は、図1に示す様に、径方向の外周面と内周面および軸方向の他端側端面にそれぞれ複数のスロットs(s1、s2、s3)が形成される。ここで、ステータコア13の外周面に形成されるスロットsを外側スロットs1、ステータコア13の内周面に形成されるスロットsを内側スロットs2、ステータコア13の軸方向端面に形成されるスロットsを側面スロットs3と呼ぶ。外側スロットs1と内側スロットs2は、ステータコア13の軸方向に沿って周方向等ピッチに形成され、側面スロットs3は、外側スロットs1と内側スロットs2とを径方向に連通して周方向等ピッチに形成される。すなわち、外側スロットs1と内側スロットs2および側面スロットs3が断面コの字形に形成される。
The stator S includes an
As shown in FIG. 1, the
上記ステータコア13は、図2に示す様に、ステータヨークを形成するリング状のコア本体13Aと、このコア本体13Aとは別体に設けられる複数のティース部13Bとで構成される。
コア本体13Aは、例えば、電磁鋼板よりプレスで打ち抜いた複数枚のリング状コアシートを積層して構成される。このコア本体13Aには、径方向の外周面および内周面にそれぞれ複数本のティース溝13aが軸方向に沿って周方向等ピッチに形成されている。
ティース部13Bは、例えば、電磁鋼板よりプレスで断面コの字形に打ち抜いた複数枚のティース板を積層して構成される。このティース部13Bは、コア本体13Aの外周面および内周面に形成されたティース溝13aに嵌合してコア本体13Aに組み付けられ、ステータコア13の周方向に隣り合うティース部13B同士の間にスロットsを形成している。
As shown in FIG. 2, the
The core
The
ステータコイル14は、例えば、星型結線された三相巻線であり、図3に示す様に、各相(X相、Y相、Z相)の巻線がステータコア13に電気角πを巻線ピッチとして波巻きされ、各相の巻線端子が外部のインバータ(図示せず)に接続される。なお、図3は、コア本体13Aにステータコイル14を巻装してティース部13Bを組み付けた状態を図示している。
各相の巻線は、コア本体13Aにティース部13Bを組み付ける前に、予め図4に示す波巻き形状に成形される。この図4に示す波巻き形状に成形された相巻線(以下、波巻きコイルと呼ぶ)は、例えば、図2および図3に示すZ相を取り出したものであるが、X相およびY相も同一形状の波巻きコイルである。また、図2および図3では、各相の波巻きコイルを1本ずつ図示しているが、実際には、同一スロットsに複数本(例えば図7に示す様に4本)ずつ収納される。
この波巻きコイルは、図4に示すスロット内導体部(14a、14b、14c)と、ステータコア13の周方向に磁極ピッチ(電気角π)を有して隣り合うスロット内導体部同士を周方向に沿って連結する周方向渡り部(14d、14e)とを有している。
The
The winding of each phase is formed in a wave winding shape shown in FIG. 4 before assembling the
This wave-wound coil has a conductor portion (14a, 14b, 14c) in the slot shown in FIG. And a circumferential crossover portion (14d, 14e) that are connected to each other.
スロット内導体部は、外側スロットs1に収納される外側スロット内導体部14aと、内側スロットs2に収納される内側スロット内導体部14bと、側面スロットs3に収納されて外側スロット内導体部14aと内側スロット内導体部14bとを連結する側面スロット内導体部14cとで横断面コの字形に成形される。
周方向渡り部は、磁極ピッチを有して隣り合う一方の外側スロット内導体部14aと他方の外側スロット内導体部14aとを軸方向の一端側で周方向に連結する外側周方向渡り部14dと、磁極ピッチを有して隣り合う一方の内側スロット内導体部14bと他方の内側スロット内導体部14bとを軸方向の一端側で周方向に連結する内側周方向渡り部14eとを有する。但し、外側周方向渡り部14dと内側周方向渡り部14eは、スロット内導体部14a、14bに対して周方向の反対側へ渡って形成される。
The in-slot conductor portion includes an outer slot
The
次に、上記モータ1の作動における代表例として、車両の発進モードと制動モードについて説明する。
a)発進モード
車両の起動時には、車両電池(図示せず)から得られる直流電力をインバータにより交流変換してステータコイル14に供給する。この時、ロータRの磁極位置をレゾルバ等の回転角センサ(図示せず)により検出して、ロータRとステータSの二つの磁界が電気角90度付近の相対差を持つような位置でステータコイル14に電流を供給すると、モータ1にトルクが発生する。この際、図1に示す多板式クラッチ9を接続してロータRとモータ軸8とを連結することにより、モータトルクがエンジンを始動させるトルクとなる。
また、モータ1は、ロータRが連結されるTMシャフト5にもトルクを与え、エンジンが完爆に至るまでの車両の起動トルクを供給する。このように、モータ1を用いてエンジンを始動させつつ、車両を起動発進させる作動は、通常のハイブリッド車両におけるモータと同様の作動のさせ方である。
Next, a vehicle start mode and a braking mode will be described as typical examples of the operation of the
a) Starting Mode When the vehicle is started, DC power obtained from a vehicle battery (not shown) is AC converted by an inverter and supplied to the
The
b)制動モード
高速走行から制動に入る際の作動を説明する。
この場合、モータ1を発電機として作動させて回生制動を行う。すなわち、車両の走行運動エネルギをモータ1(発電機)の発電により電力エネルギとして車両電池に回収する。この制動モードでは、機械ロスの大きいエンジンをモータ1から切り離すために、多板式クラッチ9を切断して、早々にエンジンを停止させる。すなわち、制動モードに入れば、多板式クラッチ9を切断することで、運動エネルギを効率良く電力エネルギとして回収できる。このように、モータ1を用いて車両を回生制動させる作動は、通常のハイブリッド車両におけるモータと同様の作動のさせ方である。
b) Braking mode The operation when starting braking from high-speed running will be described.
In this case, regenerative braking is performed by operating the
(実施例1の作用および効果)
実施例1のモータ1は、ロータRのコの字形空間にステータコア13を配置し、そのステータコア13にステータコイル14を断面コの字形に巻装している。この構成によれば、特許文献1の回転電機と比較した場合に、モータ1の全体格が制約を受ける条件下においてステータコイル14の巻装長さを短くできるので、抵抗値が小さくなって銅損を低減できる。
また、ステータコイル14を巻装するステータコア13は、例えば、トーラス状とも呼べる円環状であり、特許文献1に記載された断面コの字形のステータコアと比較すると、構造が単純である。これにより、特許文献1と比較した場合に、磁束の流れがシンプルで距離が短くなるため、磁気抵抗が低減する。その結果、同一の駆動電流で励磁した時により大きなトルクを得ることが出来るので、小型で高性能なモータ1を提供することが可能となる。
(Operation and Effect of Example 1)
In the
The
さらに、ステータコア13がコア本体13Aとティース部13Bとに分割されているので、ステータコイル14は、予め図4に示す波巻きコイルの形状に成形しておき、コア本体13Aにティース部13Bを組み付ける前に、波巻きコイルをコア本体13Aに巻装することができる。すなわち、各相の波巻きコイルをコア本体13Aに巻装した後、図2に示す様に、コア本体13Aのティース溝13aにティース部13Bを嵌め込んでコア本体13Aにティース部13Bを組み付けることができるので、ステータコイル14を容易に巻装できる。
また、実施例1のモータ1は、断面コの字形を有するロータコア2の内側空間に円環状のステータコア13を配置しているが覆っているので、「背景技術」の欄に記載した特許文献1の様に、ステータSのコイルエンドがロータコア2を支持するロータディスク4と干渉することはなく、ステータコア13の積厚が制限されることもない。
Furthermore, since the
Further, in the
以下、本発明に係る他の実施例(実施例2〜6)を説明する。
なお、実施例1と同一名称で記載した部品、機能、形状等については、実施例1と同一番号を付与し、重複する説明は省略する。
(実施例2)
この実施例2は、ステータコア13のティース部13Bに鍔部13bを設けた事例である。ティース部13Bは、図5に示す様に、コの字形にプレスで打ち抜かれた複数枚のティース板を積層して構成される積層シート体13cと、この積層シート体13cの積層方向の両外側に配置される一対の添え板13dとを有する。添え板13dは、ティース板より外形が大きいコの字形に形成されている。つまり、添え板13dの板厚方向と直交する幅方向の寸法が外形側へ大きく形成され、その大きく形成された部分が積層方向の外側(反積層シート体側)へ直角に折り曲げられて鍔部13bを形成している。
Hereinafter, other examples (Examples 2 to 6) according to the present invention will be described.
Note that parts, functions, shapes, and the like described with the same names as in the first embodiment are given the same numbers as in the first embodiment, and redundant descriptions are omitted.
(Example 2)
The second embodiment is an example in which the
また、添え板13dには、コア本体13Aのティース溝13aに嵌合する部分の幅方向内側にアンカ部13eが設けられている。このアンカ部13eは、鍔部13bと同様に、添え板13dの幅方向内側の一部を反積層シート体側へ直角に折り曲げて形成され、ティース部13Bをコア本体13Aに組み付ける際に、コア本体13Aに形成されるアンカ係止溝(図示せず)に挿入される。
この実施例2に示すティース部13Bは、ロータRとの対向面に鍔部13bを有するので、鍔部13bを持たないティース部13Bと比較すると、ギャップ面積が拡大する。この場合、磁気的特性の向上に効果があり、小型で高性能なモータ1の実現に寄与する。
Further, the
Since the
なお、上記のアンカ部13eは、ティース部13Bをコア本体13Aに組み付けた際に、コア本体13Aのアンカ係止溝に挿入されることで、ティース部13Bを確実にコア本体13Aに固定できる役目を果たす。但し、実施例2の特徴は、ティース部13Bに鍔部13bを設けることにあり、アンカ部13eを設けることは必須ではない。
実施例2の他の事例として、図6に示す様に、ティース部13Bの鍔部13bに複数のスリット13fあるいは切欠き部を形成することもできる。この場合、ティース部13Bに対してロータRの磁性が急変しても、発生する渦電流損失を抑制できる効果があり、小型で高性能なモータ1の実現に寄与する。
The
As another example of the second embodiment, as shown in FIG. 6, a plurality of
(実施例3)
この実施例3は、ステータコア13のコア本体13Aに組み付けられる複数のティース部13Bをリング状に連接した事例である。
複数のティース部13Bは、図7(a)に示す様に、例えば、実施例2で説明した鍔部13b同士を周方向に連結した状態で全体としてリング状に形成されている。なお、図7(a)は、ステータSの周方向の一部を直線状に展開した断面図、図7(b)は、同図(a)のVII−VII断面図である。
上記の構成によれば、複数のティース部13Bが互いの鍔部13b同士を連結することで周方向に連接されるため、個々の磁気力に対して相互に固定支持する効果が生まれる。その結果、高磁束密度にしても磁気的変形の不安定さや騒音の問題が抑制される。
Example 3
The third embodiment is an example in which a plurality of
As shown in FIG. 7A, the plurality of
According to said structure, since the some
また、複数のティース部13Bが周方向に連結されて全体としてリング状に形成されるので、コア本体13Aへの組み付けも容易である。すなわち、複数のティース部13Bが周方向に連結されていない場合は、複数のティース部13Bを一つずつコア本体13Aに組み付ける必要があるのに対し、実施例3の構成では、リング状に連結された複数のティース部13Bを一度に組み付けることができる。
なお、複数のティース部13Bは、周方向に隣り合う互いの鍔部13b同士が連接されることで、リング状に連結された複数のティース部13Bをコア本体13Aに組み付けた時に閉スロットsが形成されるが、ティース部13Bをコア本体13Aに組み付ける前に、予め各相の波巻きコイルをコア本体13Aに組み付けているので、閉スロットsであってもステータコイル14を巻装する上で何ら支障は生じない。
In addition, since the plurality of
The plurality of
(実施例4)
この実施例4は、ロータRの磁極面とステータSの磁極面とが軸方向に磁気ギャップを有して対向するアキシャルギャップ型モータ1の事例である。
ステータSは、図8に示す様に、径方向の外周側がステータホルダ15を介してモータハウジング16に固定される円盤状のステータコア13と、このステータコア13に巻装されるステータコイル14とで構成される。
ステータコア13は、径方向の内周側が円形に開口する円環状に形成され、軸方向の両側面にそれぞれ複数のスロットsが径方向に沿って放射状に形成されている。このステータコア13は、実施例1と同様に、プレスで所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板を積層して形成しても良いが、例えば、鉄粉などの金属磁性粉末に樹脂コンパウンドを混合して圧縮成形した圧粉磁心により成形することもできる。
Example 4
The fourth embodiment is an example of the axial
As shown in FIG. 8, the stator S includes a disk-shaped
The
ステータコイル14は、実施例1と同様に、星型結線された三相巻線であり、各相の巻線がステータコア13に電気角πを巻線ピッチとして波巻きされ、各相の巻線端子が外部のインバータ(図示せず)に接続される。
各相の波巻きコイルは、図8に示す様に、ステータコア13のスロットs内に収納されるスロット内導体部14fと、ステータコア13の周方向に磁極ピッチ(電気角π)を有して隣り合うスロット内導体部14fの外周端同士を周方向に沿って連結する周方向渡り部(図示せず)と、スロット内導体部14fの内周端同士を軸方向に連結する軸方向渡り部14gとを有し、ステータコア13に断面コの字形(図8ではU字形および逆U字形)に巻装される。
As in the first embodiment, the
As shown in FIG. 8, each phase of the wave winding coil is adjacent to the in-
ロータRは、ステータコア13の軸方向両側にそれぞれ磁気ギャップを介して配置される一組の円盤状ロータコア2dを有し、ステータコア13と軸方向に対向する円盤状ロータコア2dの対向面に永久磁石3が組み付けられている。このロータRは、一組の円盤状ロータコア2dがシャフト17の外周に嵌合してシャフト17と一体に回転可能に設けられ、そのシャフト17が軸受18を介してモータハウジング16に回転可能に支持されている。
The rotor R has a pair of disk-shaped
上記のアキシャルギャップ型モータ1は、ステータコイル14の内径側コイルエンドが軸方向渡り部14gによって形成され、従来モータのコイルエンドのように周方向にコイルが渡ることがないので、内径側コイルエンドが過密にならない。これにより、内径側コイルエンドの径方向位置を小径側に置くことが可能である。言い換えると、ステータSとロータRとの間のドーナツ状のエアギャップ面が、その内径側が縮まることにより、エアギャップ面積が増加する。つまり、コイル構成がシンプルであるため、内側の面積が小径の位置まで大きく確保できると共に、ステータコイル14は中央に小さくまとまって配置されることから、大ギャップ面積かつ低抵抗となり、小型で高性能のモータ1を実現できる。
In the
(実施例5)
この実施例5は、実施例4に記載したステータSの内径側にもロータ磁極を配置した事例である。つまり、ロータRは、図9に示す様に、ステータコア13の径方向の内周側に磁気ギャップを介して配置される中間ロータコア2eを有し、この中間ロータコア2eの外周面に永久磁石3が組み付けられている。
また、実施例4で説明した一組の円盤状ロータコア2dは、中間ロータコア2eを介して連結され、ロータコア2全体が断面コの字形(図9ではU字型および逆U字形)に構成されている。
(Example 5)
The fifth embodiment is an example in which rotor magnetic poles are also arranged on the inner diameter side of the stator S described in the fourth embodiment. That is, as shown in FIG. 9, the rotor R has an
Further, the pair of disk-
ここで、ステータコア13の両側面に形成されるスロットs、つまり、実施例4に記載したスロット内導体部14fを収納するスロットsを径方向スロットs4と呼ぶ時に、ステータコア13の径方向内周面には、径方向スロットs4に連通する軸方向スロットs5が形成され、この軸方向スロットs5に実施例4で説明した軸方向渡り部14gが収納される。
この実施例5に示すモータ1は、ステータSの内径側にもロータ磁極を配置することで、ステータSとロータRとの間の磁気ギャップを三面に渡って形成できるため、小型でより大きなトルクを得ることが可能である。
Here, when the slots s formed on both side surfaces of the
In the
(実施例6)
この実施例6は、図10に示す様に、ステータコイル14を重ね巻きとした事例である。ステータコイル14をコア本体13Aに対し断面コの字形に重ね巻きすることで、磁極毎にユニット化してコア本体13Aに組み付けることができる。よって、コイルを配置しやすく取付け易いというメリットがある。
(Example 6)
The sixth embodiment is an example in which the
(変形例)
実施例1に記載したモータ1は、表面にサイド磁石3cを貼り付けた側面ロータコア2cを有している、すなわち、ロータRとステータSとの間に三面ギャップを有するが、例えば、側面ロータコア2cを廃止して、二面ギャップ構造とすることも出来る。この場合、外側ロータコア2aと内側ロータコア2bとをアルミ等の非磁性金属で形成されたロータ連結部により連結して断面コの字形のロータ形状とすることができる。
実施例1のモータ1は、ロータコア2の表面に永久磁石3を貼り付けた表面磁石型ロータRを使用しているが、表面磁石型ロータRに限定するものではない。例えば、永久磁石3をロータコア2の表面近くに埋め込んだ埋込磁石型ロータ、あるいは、誘導モータに使用されるかご型ロータ、リラクタンスモータに使用される突極型ロータ等でも良い。
また、実施例1で説明したステータコア13は、コア本体13Aとティース部13Bとを別体に設けているが、ティース部13Bをコア本体13Aと一体に設けたステータコア13を用いることもできる。
(Modification)
The
The
Further, the
1 モータ(回転電機)
2a 外側ロータコア
2b 内側ロータコア
2c 側面ロータコア
2d 円盤状ロータコア
12 トランスミッションのハウジング
13 ステータコア
13A コア本体
13B ティース部
13a ティース溝
13b 鍔部
14 ステータコイル
16 モータハウジング
S ステータ
R ロータ
s スロット
1 Motor (Rotating electric machine)
2a
Claims (8)
前記ステータコア(13)の少なくとも径方向の外側と内側とにそれぞれ磁気ギャップを介して配置される外側ロータコア(2a)と内側ロータコア(2b)を有し、且つ、前記外側ロータコア(2a)と前記内側ロータコア(2b)とを軸方向の他端側で連結するロータ連結部を有して断面コの字形に設けられたロータ(R)とを備え、
前記ステータコア(13)は、前記外側ロータコア(2a)に対向する外周面および前記内側ロータコア(2b)に対向する内周面にそれぞれ複数のスロット(s)が軸方向に沿って周方向等ピッチに形成され、
前記ステータコイル(14)は、前記複数のスロット(s)を通って前記ステータコア(13)に断面コの字形に巻装される回転電機(1)であって、
前記ステータコア(13)は、ステータヨークを形成するリング状のコア本体(13A)と、このコア本体(13A)と別体に設けられた複数のティース部(13B)とを有し、前記コア本体(13A)には、径方向の外周面および内周面にそれぞれ複数本のティース溝(13a)が軸方向に沿って周方向等ピッチに形成され、
前記ティース部(13B)は、断面コの字形に設けられて、前記コア本体(13A)の軸方向他端側より前記ティース溝(13a)に嵌合して前記コア本体(13A)に組み付けられ、前記ステータコア(13)の周方向に隣り合う前記ティース部(13B)同士の間に前記スロット(s)が形成されることを特徴とする回転電機。 A stator (S) having an annular stator core (13) whose one end in the axial direction is fixed to the housing (12), and a stator coil (14) wound around the stator core (13);
The stator core (13) has an outer rotor core (2a) and an inner rotor core (2b) disposed at least on the outer side and the inner side in the radial direction via magnetic gaps, respectively, and the outer rotor core (2a) and the inner side A rotor (R) having a U-shaped cross section having a rotor connecting portion for connecting the rotor core (2b) on the other end side in the axial direction ;
The stator core (13) has a plurality of slots (s) at equal circumferential pitches along the axial direction on the outer peripheral surface facing the outer rotor core (2a) and the inner peripheral surface facing the inner rotor core (2b). Formed,
Said stator coil (14) is a plurality of slots (s) wound on the cross-sectional U-shape in the stator core (13) through a by Ru rotary electric machine (1),
The stator core (13) includes a ring-shaped core body (13A) forming a stator yoke, and a plurality of teeth (13B) provided separately from the core body (13A), and the core body In (13A), a plurality of teeth grooves (13a) are formed on the outer peripheral surface and the inner peripheral surface in the radial direction at equal pitches in the circumferential direction along the axial direction.
The teeth portion (13B) is provided with a U-shaped cross section, and is fitted into the tooth groove (13a) from the other axial end of the core body (13A) and assembled to the core body (13A). The rotary electric machine is characterized in that the slot (s) is formed between the teeth portions (13B) adjacent to each other in the circumferential direction of the stator core (13) .
前記ロータ(R)は、前記ロータ連結部が前記ステータコア(13)の軸方向他端側に磁気ギャップを介して配置される側面ロータコア(2c)として構成され、
前記ステータコア(13)の外周面に形成される前記スロット(s)を外側スロット(s1)と呼び、前記ステータコア(13)の内周面に形成される前記スロット(s)を内側スロット(s2)と呼ぶ時に、
前記ステータコア(13)は、前記側面ロータコア(2c)に対向する軸方向端面に前記外側スロット(s1)と前記内側スロット(s2)とを径方向に連通する複数の側面スロット(s3)が周方向等ピッチに形成され、
前記ステータコイル(14)は、前記外側スロット(s1)と前記内側スロット(s2)および前記側面スロット(s3)を通って前記ステータコア(13)に断面コの字形に巻装されることを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine (1) according to claim 1,
The rotor (R) is configured as a side rotor core (2c) in which the rotor connecting portion is disposed on the other axial end side of the stator core (13) via a magnetic gap.
The slot (s) formed on the outer peripheral surface of the stator core (13) is called an outer slot (s1), and the slot (s) formed on the inner peripheral surface of the stator core (13) is an inner slot (s2). When calling
The stator core (13) has a plurality of side slots (s3) in the circumferential direction that communicates the outer slot (s1) and the inner slot (s2) in the radial direction on an axial end face facing the side rotor core (2c). Formed at an equal pitch,
The stator coil (14) is wound around the stator core (13) in a U-shape through the outer slot (s1), the inner slot (s2) and the side slot (s3). Rotating electric machine.
前記ティース部(13B)は、複数枚のティース板を積層して構成される積層シート体(13c)と、この積層シート体(13c)の積層方向の両外側に配置される一対の添え板(13d)とを有し、この添え板(13d)は、断面コの字形の外周部を積層方向の外側へ折り曲げて形成した鍔部(13b)を有することを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine (1) according to claim 1 or 2 ,
The teeth portion (13B) includes a laminated sheet body (13c) configured by laminating a plurality of tooth plates, and a pair of auxiliary plates (externally disposed in the laminating direction of the laminated sheet body (13c)). 13d), and the attachment plate (13d) has a flange portion (13b) formed by bending an outer peripheral portion having a U-shaped cross section outward in the stacking direction.
前記添え板(13d)に設けられる鍔部(13b)には、複数のスリット(13f)または切欠き部が形成されていることを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine (1) according to claim 3 ,
A rotating electric machine characterized in that a plurality of slits (13f) or notches are formed in a flange (13b) provided on the attachment plate (13d).
前記ステータコア(13)の周方向に隣り合う一方の前記ティース部(13B)と他方の前記ティース部(13B)は、互いの前記添え板(13d)に設けられる鍔部(13b)同士が周方向に連接して形成され、前記コア本体(13A)に組み付けられる複数のティース部(13B)が全体としてリング状に連結されていることを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine (1) according to claim 3 or 4 ,
The one teeth portion (13B) and the other teeth portion (13B) adjacent to each other in the circumferential direction of the stator core (13) are arranged so that the flange portions (13b) provided on the attachment plate (13d) of each other are circumferential. A rotating electrical machine characterized in that a plurality of teeth portions (13B) that are connected to each other and assembled to the core body (13A) are connected in a ring shape as a whole.
前記ステータコア(13)の少なくとも軸方向両側にそれぞれ磁気ギャップを介して配置される一組の円盤状ロータコア(2d)を有するロータ(R)とを備えるアキシャルギャップ構造の回転電機(1)であって、
前記ステータコア(13)は、前記一組の円盤状ロータコア(2d)に対向する軸方向の両側面にそれぞれ複数のスロット(s)が径方向に沿って周方向等ピッチに形成され、前記ステータコイル(14)は、前記複数のスロット(s)を通って前記ステータコア(13)に断面コの字形に巻装されることを特徴とする回転電機。 The outer peripheral side in the radial direction orthogonal to the axial direction is fixed to the housing (16), and has a disk-shaped stator core (13) opened on the inner peripheral side, and a stator coil (14) wound around the stator core (13). A stator (S);
A rotary electric machine (1) having an axial gap structure including a rotor (R) having a pair of disk-shaped rotor cores (2d) disposed on at least both axial sides of the stator core (13) via magnetic gaps. ,
The stator core (13) has a plurality of slots (s) formed at equal pitches along the radial direction on both side surfaces in the axial direction facing the pair of disk-shaped rotor cores (2d), and the stator coil (14) is a rotating electrical machine wherein the stator core (13) is wound in a U-shaped cross section through the plurality of slots (s).
前記ロータ(R)は、前記ステータコア(13)の径方向の内周側に磁気ギャップを介して配置される中間ロータコア(2e)を有し、この中間ロータコア(2e)を介して前記一組の円盤状ロータコア(2d)が連結されて断面コの字形に設けられ、
前記ステータコア(13)の両側面に形成される前記スロット(s)を径方向スロット(s4)と呼ぶ時に、
前記ステータコア(13)は、前記中間ロータコア(2e)に対向する径方向の内周面に前記径方向スロット(s4)に連通して軸方向に延びる複数の軸方向スロット(s5)が形成され、
前記ステータコイル(14)は、前記径方向スロット(s4)および前記軸方向スロット(s5)を通って前記ステータコア(13)に断面コの字形に巻装されることを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine (1) according to claim 6 ,
The rotor (R) has an intermediate rotor core (2e) disposed via a magnetic gap on the radially inner peripheral side of the stator core (13), and the set of the set via the intermediate rotor core (2e). The disk-shaped rotor core (2d) is connected and provided in a U-shaped cross section,
When the slots (s) formed on both side surfaces of the stator core (13) are called radial slots (s4),
The stator core (13) is formed with a plurality of axial slots (s5) extending in the axial direction in communication with the radial slots (s4) on a radially inner circumferential surface facing the intermediate rotor core (2e).
The rotating electrical machine, wherein the stator coil (14) is wound in a U-shaped cross section around the stator core (13) through the radial slot (s4) and the axial slot (s5).
前記ステータコイル(14)を重ね巻きとしたことを特徴とする回転電機。 In the rotary electric machine (1) according to any one of claims 1 to 7 ,
A rotating electric machine characterized in that the stator coil (14) is lap-wound.
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