JP6458641B2 - Stator and rotating electric machine - Google Patents
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Description
本発明は、少なくともヨークと複数のティースとを有するステータと、当該ステータを含む回転電機に関する。 The present invention relates to a stator having at least a yoke and a plurality of teeth, and a rotating electrical machine including the stator.
従来では、コギングトルクを効果的に減少させると共に、有効磁束の低減を抑えることを目的とするステータに関する技術の一例が開示されている(例えば特許文献1を参照)。このステータは、複数の鉄芯部の半径方向内側の端部を互いに連繋する橋絡部を備え、橋絡部は、コアシートの板厚よりも薄く形成された薄肉部を有する。コアシートの板厚をt、薄肉部の板厚をTとしたときに、薄肉部の板厚は0.2t≦T<tである。 Conventionally, an example of a technique related to a stator that effectively reduces cogging torque and suppresses reduction of effective magnetic flux has been disclosed (see, for example, Patent Document 1). The stator includes a bridging portion that connects radially inner ends of a plurality of iron core portions, and the bridging portion has a thin portion formed thinner than the thickness of the core sheet. When the thickness of the core sheet is t and the thickness of the thin portion is T, the thickness of the thin portion is 0.2t ≦ T <t.
しかし、特許文献1に記載の技術をスイッチトリラクタンスモータ(Switched Reluctance Motor;以下では単に「SRモータ」と呼ぶ。)に適用する場合には、以下の問題がある。第1の問題は、橋絡部に設けられる薄肉部は、薄肉部が設けられない部位よりも剛性が低下するためにステータ全体の剛性も低下し、振動や騒音が発生する恐れがある。第2の問題は、鉄芯部と橋絡部とは周方向に滑らかに連繋しているので、ロータから橋絡部に漏れる漏れ磁束があり、突極性が低下することである。 However, when the technique described in Patent Document 1 is applied to a switched reluctance motor (hereinafter simply referred to as “SR motor”), there are the following problems. The first problem is that the rigidity of the thin part provided in the bridging part is lower than that of the part where the thin part is not provided, so that the rigidity of the entire stator is also reduced, and vibration and noise may occur. The second problem is that since the iron core portion and the bridge portion are smoothly connected in the circumferential direction, there is a leakage magnetic flux that leaks from the rotor to the bridge portion, and the saliency is reduced.
本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、第1の目的は突極性を維持することである。また、第2の目的はステータ全体の剛性を維持することである。 The present invention has been made in view of these points, and a first object is to maintain saliency. The second purpose is to maintain the rigidity of the entire stator.
上記課題を解決するためになされた発明は、ヨークと、前記ヨークから径方向に延びる複数のティースと、周方向に隣り合う前記ティースの相互間に形成される複数のスロットと、を有するステータ鉄心と、前記スロットに収容されて巻回されるステータ巻線と、を備えるステータにおいて、前記ステータ鉄心は、前記ティースの先端から前記ヨーク側に所定距離だけ離して設けられ、周方向に隣り合う前記ティースの相互間を連結するリブと、前記リブとの間で流れる磁束を阻害するフラックスバリアと、を有し、前記ティースの端面と前記フラックスバリアの端面との間の周方向幅(W2)は、前記リブの径方向幅(W1)よりも小さく形成されることを特徴とする。 Is made the inventions to solve the above problems, the stator having a yoke, a plurality of teeth extending from the yoke in a radial direction, a plurality of slots formed therebetween of the teeth adjacent to each other in the circumferential direction, the and the iron core, in a stator and a stator winding wound is accommodated in said slot, said stator core is provided apart by a predetermined distance from the tip of the teeth on the yoke side, circumferentially adjacent and a rib for connecting the cross of the teeth, have a, a flux barrier that inhibits magnetic flux that flows between the ribs, circumferential width between the end face and the end face of the flux barrier of the teeth (W2) Is formed smaller than the radial width (W1) of the rib .
この構成によれば、リブはティースの先端からヨーク側に所定距離だけ離れて設けられるので、ロータからリブに漏れる漏れ磁束を無視できるほどに抑制される。そのため、突極性を維持することができる。 According to this configuration, since the rib is provided at a predetermined distance from the tip of the tooth toward the yoke, the leakage magnetic flux leaking from the rotor to the rib is suppressed to a negligible level. Therefore, saliency can be maintained.
この構成によれば、フラックスバリアはティースとリブとの間で流れる磁束を阻害するので、ステータとロータの間で流れる磁束からリブに漏れて流れる漏れ磁束を抑制することができる。 According to this configuration, the flux barrier inhibits the magnetic flux flowing between the teeth and the ribs, so that the leakage magnetic flux leaking from the magnetic flux flowing between the stator and the rotor to the ribs can be suppressed.
第3の発明は、前記フラックスバリアは、三角形以上の多角形を含む多角形状、円形や扇形を含む円形状、前記多角形状と前記円形状とを合成した合成形状のうちで一以上の形状からなる貫通穴で形成されることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, the flux barrier includes a polygonal shape including a polygon having a triangle shape or more, a circular shape including a circular shape or a sector shape, or a combined shape obtained by combining the polygonal shape and the circular shape. It is formed by the through hole which becomes.
この構成によれば、フラックスバリアは何らかの形状からなる貫通穴で形成すればよいので、複雑な工程を経ることなく簡単にステータを製造することができる。 According to this configuration, the flux barrier may be formed by a through hole having a certain shape, and thus the stator can be easily manufactured without going through a complicated process.
第4の発明は、前記ティースの端面と前記フラックスバリアの端面との間の周方向幅は、前記リブの径方向幅の半分よりも小さく形成されることを特徴とする。 The fourth invention is characterized in that a circumferential width between an end face of the teeth and an end face of the flux barrier is formed to be smaller than half of a radial width of the rib.
この構成によれば、ティースの端面とフラックスバリアの端面との間の周方向幅は、リブの径方向幅の半分よりも小さい。磁気飽和は、リブよりもティースの端面とフラックスバリアの端面との間で生じ易くなるので、ステータとロータの間で流れる磁束からリブに漏れて流れる漏れ磁束をより確実に抑制することができる。 According to this configuration, the circumferential width between the end face of the teeth and the end face of the flux barrier is smaller than half of the radial width of the rib. Magnetic saturation is more likely to occur between the end face of the teeth and the end face of the flux barrier than the rib, so that leakage magnetic flux that leaks from the magnetic flux flowing between the stator and the rotor to the rib can be more reliably suppressed.
第5の発明は、回転電機において、請求項1から8のいずれか一項に記載のステータと、回転自在に支持されるロータとを有することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the rotating electrical machine, the stator according to any one of claims 1 to 8 and a rotor that is rotatably supported are provided.
この構成によれば、突極性を維持したり、ステータ全体の剛性を維持したりできる回転電機を提供することができる。 According to this configuration, it is possible to provide a rotating electrical machine that can maintain the saliency or maintain the rigidity of the entire stator.
なお「ヨーク」は、円環状(円筒状を含む)に形成される軟磁性体である。「ティース」は、ヨークから径方向に向けて延びて(あるいは突出して)形成される部位であって、他には「磁極歯」や「歯」等とも呼ばれる。「スロット」は、隣り合うティースの相互間に形成される空間であって、ステータ巻線が収容される部位である。「リブ」は、周方向に隣り合うティースの相互間を連結できれば形状を問わず、他には「ブリッジ」や「橋架部」等とも呼ばれる。「フラックスバリア」は、ティースとリブとの間で流れる磁束を阻害する磁気障壁であれば、任意に構成してよい。「回転電機」は、回転する部位(例えば軸やシャフト等)を有する機器であれば任意である。例えば、発電機,電動機,電動発電機等が該当する。ロータ(回転子)がステータ(固定子)の内径側に配置されるインナーロータ型でもよく、ロータがステータの外径側に配置されるアウターロータ型でもよい。 The “yoke” is a soft magnetic material formed in an annular shape (including a cylindrical shape). The “tooth” is a portion formed extending (or protruding) from the yoke in the radial direction, and is also called “magnetic pole tooth”, “tooth”, or the like. A “slot” is a space formed between adjacent teeth, and is a portion in which a stator winding is accommodated. The “rib” is also called “bridge”, “bridge”, or the like, regardless of the shape as long as it can connect the teeth adjacent in the circumferential direction. The “flux barrier” may be arbitrarily configured as long as it is a magnetic barrier that inhibits the magnetic flux flowing between the teeth and the ribs. The “rotary electric machine” is arbitrary as long as it is a device having a rotating part (for example, a shaft or a shaft). For example, a generator, a motor, a motor generator, and the like are applicable. The rotor (rotor) may be an inner rotor type arranged on the inner diameter side of the stator (stator), or the outer rotor type arranged on the outer diameter side of the stator.
以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的に接続することを意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示しているとは限らない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. Note that unless otherwise specified, “connecting” means electrically connecting. Each figure shows elements necessary for explaining the present invention, and does not necessarily show all actual elements. When referring to directions such as up, down, left and right, the description in the drawings is used as a reference.
英数字の連続符号は記号「〜」を用いて略記する。符号の英文字は、特に明示しない限り、大文字と小文字とで別の要素を意味する。例えば、図1に示すステータ鉄心10Aと、図14に示す電磁鋼板10aは別の要素である。「巻回」は巻き回すことを意味し、巻いて装う「巻装」と同義に用いる。特に明示しない限り、「外径側」は径方向における外側や外周側を意味し、「内径側」は径方向における内側や内周側を意味する。実施の形態1〜5では、インナーロータ型の回転電機について説明する。
Alphanumeric continuous codes are abbreviated using the symbol “˜”. Unless otherwise specified, the letter of the sign means another element in uppercase and lowercase letters. For example, the
〔実施の形態1〕
実施の形態1は図1〜図5を参照しながら説明する。図1に示すステータ鉄心10Aは、後述する実施の形態5(図15〜図17)に示すステータ30の構成要素であり、ステータ鉄心10の一例である。このステータ鉄心10Aは、例えば極数mが「24」であり、ティース11,ヨーク13,リブRb1などを有する。
[Embodiment 1]
The first embodiment will be described with reference to FIGS. A
ヨーク13は、円環状(円筒状を含む)に形成される部位である。複数のティース11は、ヨーク13から径方向に延びて形成される部位である。複数のスロット12は、周方向に隣り合うティース11の相互間に形成される空間であって、後述するステータ巻線20(図14〜図17を参照)が収容される部位である。ステータ巻線20の相数pは、例えば「3」である。
The
本形態のスロット12は、ティース11における径方向の辺に対応する径方向面SF1,SF2が平行になるように形成するとよい。このように形成すると、断面が四角形状のステータ巻線20(図14〜図17を参照)を収容し易くなり、占積率が高まる。占積率は、ステータ巻線20がスロット12を占める比率である。
The
リブRb1は、リブRbの一例である。このリブRb1は、ステータ鉄心10Aにおいて、周方向に隣り合うティース11の相互間を連結する部位である。図2に示すリブRb1は、内径側に配置されるティース11の先端面11aからヨーク13側(つまり外径側)に所定距離tだけ離して設けられる。先端面11aは「先端」に相当する。リブRb1は、占積率を高めるため、ティース11の径方向面SF1,SF2に対して直交するように、ティース11の相互間を連結するとよい。
The rib Rb1 is an example of the rib Rb. The rib Rb1 is a portion that connects the
ここで、ティース11の径方向長さをティース長Tとする。所定距離tをティース長Tで除した値(t/T)をリブ位置Pとする。すなわち、P=t/Tである。リブ位置Pとトルク低下率Rtとの関係は、例えば図3に示す折れ線グラフのようになる。
Here, the length in the radial direction of the
図3において、リブ位置Pが0[%]となるリブ位置P10は、リブRb1がティース11の先端面11aと滑らかになるように曲面で形成される閉スロット構造のステータ(以下では単に「閉スロット構造ステータ」と呼ぶ。)である。リブ位置Pが100[%]となるリブ位置P16は、リブRb1が設けられない開スロット構造のステータ(以下では単に「開スロット構造ステータ」と呼ぶ。)である。
In FIG. 3, a rib position P10 at which the rib position P is 0 [%] is a stator having a closed slot structure in which the rib Rb1 is formed with a curved surface so that the
図3に示す特性線CL1によれば、漏れ磁束φeによる影響を受けて、リブ位置P10ではトルク低下率Rt12になる。漏れ磁束φeは、リブRb1を介して、ティース11とロータ40(図8,図17を参照)との間に漏れる磁束である(図2を参照)。
According to the characteristic line CL1 shown in FIG. 3, the torque reduction rate Rt12 is obtained at the rib position P10 under the influence of the leakage magnetic flux φe. Leakage magnetic flux φe is a magnetic flux that leaks between
所定距離tを増やすと急激にトルク低下率Rtが低下し、リブ位置P11(例えば5[%])にはトルク低下率Rt11になる(Rt11<Rt12)。ところが、所定距離tをリブ位置P11よりも大きなリブ位置P12〜P15にしても、トルク低下率Rt11とほとんど変化しない。 When the predetermined distance t is increased, the torque reduction rate Rt rapidly decreases, and the torque reduction rate Rt11 is reached at the rib position P11 (for example, 5 [%]) (Rt11 <Rt12). However, even if the predetermined distance t is set to the rib positions P12 to P15 larger than the rib position P11, the torque decrease rate Rt11 hardly changes.
リブ位置Pと固有振動数fcとの関係は、例えば図4,図5に示す棒グラフのようになる。円環0次固有振動数,円環2次固有振動数,円環3次固有振動数,…,円環9次固有振動数のそれぞれについて、リブ位置P10〜P15における固有振動数fcを示す。なお、ステータ30の振動や騒音に大きく影響する次数nは、極数mを相数pで除した次数である(すなわちn=m/p)。本形態では、極数mが「24」であり、相数pが「3」であるので、n=m/p=8となり、円環8次固有振動数が該当する。
The relationship between the rib position P and the natural frequency fc is, for example, a bar graph shown in FIGS. The natural frequency fc at the rib positions P10 to P15 is shown for each of the circular 0th natural frequency, the circular secondary natural frequency, the circular tertiary natural frequency,. The order n that greatly affects the vibration and noise of the
図4に示す円環0次固有振動数は、リブ位置P10のときに固有振動数fc11になり、リブ位置P10よりも大きなリブ位置P11〜P15のときに固有振動数fc12になる。固有振動数fc11と固有振動数fc12とは、ほとんど差がない。 The circular zero-order natural frequency shown in FIG. 4 becomes the natural frequency fc11 at the rib position P10, and becomes the natural frequency fc12 at the rib positions P11 to P15 larger than the rib position P10. There is almost no difference between the natural frequency fc11 and the natural frequency fc12.
これに対して図5に示す円環8次固有振動数は、リブ位置P10のときに固有振動数fc14になり、リブ位置P11,P12のときも固有振動数fc14とほとんど変化がない。ところが、リブ位置P12(例えば10[%])よりも大きくしてゆくと、リブ位置P13では固有振動数fc13になり、急激に固有振動数fcが低下してゆく。円環2次固有振動数,円環3次固有振動数,…,円環9次固有振動数は、いずれも円環8次固有振動数と同様の結果になった。よって、フラックスバリア14が設けられるリブ位置P11,P12,P13についても振動や騒音を低減できることを示す。
On the other hand, the annular eighth-order natural frequency shown in FIG. 5 becomes the natural frequency fc14 at the rib position P10, and hardly changes from the natural frequency fc14 at the rib positions P11 and P12. However, when the position is made larger than the rib position P12 (for example, 10 [%]), the natural frequency fc13 is reached at the rib position P13, and the natural frequency fc is rapidly decreased. The circular secondary natural frequency, the circular tertiary natural frequency,..., The circular natural frequency were the same as the circular eighth natural frequency. Therefore, it is shown that vibration and noise can be reduced also at the rib positions P11, P12, and P13 where the
通電で生じる振動や騒音を抑制するには、図3と図4に示す結果を考慮してリブRbの位置を設定するとよい。すなわち、P11≦P≦P12を満たすようにティース長Tや所定距離tを設定するとよい。なお、リブ位置P11,P12の具体的な数値は、リブRbを含むステータ鉄心10Aの形態(寸法,形状,材料等)に応じて変わる。 In order to suppress vibration and noise caused by energization, the position of the rib Rb may be set in consideration of the results shown in FIGS. That is, the teeth length T and the predetermined distance t may be set so as to satisfy P11 ≦ P ≦ P12. In addition, the specific numerical value of rib position P11, P12 changes according to the form (a dimension, a shape, material, etc.) of 10 A of stator cores including rib Rb.
〔実施の形態2〕
実施の形態2は図6〜図9を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態1で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態1と相違する点を説明する。
[Embodiment 2]
The second embodiment will be described with reference to FIGS. For simplicity of illustration and description, unless otherwise specified, the same elements as those used in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Therefore, differences from the first embodiment will be mainly described.
図6,図7に示すステータ鉄心10Bは、ステータ鉄心10の一例である。このステータ鉄心10Bは、ティース11,ヨーク13,リブRb1,フラックスバリア14Aなどを有する。ステータ鉄心10Bは、実施の形態1に示すステータ鉄心10Aと比べて、さらにフラックスバリア14Aが設けられる。
A
フラックスバリア14Aは、フラックスバリア14の一例である。このフラックスバリア14Aは、ティース11に設けられ、平面(または断面)が四角形状の貫通穴である。当該四角形状は「所定形状」に相当し、矩形状(長方形状)や正方形状を含む。図7に示すように、リブRb1の厚さ方向の距離(長さ)を「径方向幅W1」とする。ティース11の端面(径方向面SF1,SF2)とフラックスバリア14の内側端面との間で狭小となる部位は、「接続部位11b」と呼ぶことにする。接続部位11bにかかる周方向の距離(長さ)を「周方向幅W2」とする。周方向幅W2は、リブRb1とフラックスバリア14Aとの間の隙間でもある。この周方向幅W2は、径方向幅W1よりも小さくなるように設定するとよく(W2<W1)、望ましくは径方向幅W1の半分よりも小さくなるように設定するとよい(W2<W1/2)。リブRb1の径方向幅W1は、通電で生じる振動や騒音が無い(あるいは無視できる)値を設定するとよい。
The
図8に示すように、ステータ30を構成するティース11とロータ40との間は、磁束φsrが流れる。周方向に隣り合うティース11の相互間には、リブRb1を介して漏れ磁束φtが流れる。周方向幅W2を小さく設定するほど、漏れ磁束φtの流れを阻害するので、漏れ磁束φtが小さくなる。その反面、周方向幅W2を小さく設定するほど、接続部位11bの厚みが薄くなって剛性が低下する。これらを考慮すると、漏れ磁束φtを小さく抑えるとともに、接続部位11bについて所望の剛性を確保できるように周方向幅W2を設定するとよい。
As shown in FIG. 8, a magnetic flux φsr flows between the
ここで、一点鎖線で示すティース11の周方向中心と、フラックスバリア14Aの端面(スロット12側)との距離を「周方向幅W3」とする。フラックスバリア14Aの周方向にかかる両端面の距離を「周方向幅W4」とする。周方向幅W4を周方向幅W3で除した比率(W4/W3)を「幅比率Q」とする。すなわち、Q=W4/W3である。
Here, the distance between the center in the circumferential direction of the
トルク低下率Rtと幅比率Qとの関係は、図9のようになる。幅比率Qが0[%]となる幅比率Q10は、ティース11にフラックスバリア14Aが形成されない(図1,図2を参照)。幅比率Qが大きくなるにつれて、二点鎖線で示すようにフラックスバリア14Aがティース11の中心側に向かって大きくなる。幅比率Qが100[%]となる幅比率Q15は、図8に示す左右のフラックスバリア14Aが一つになって形成される。
The relationship between the torque reduction rate Rt and the width ratio Q is as shown in FIG. In the width ratio Q10 in which the width ratio Q is 0 [%], the
図9に示す特性線CL2によれば、幅比率Q11(例えば10[%])以下ではトルク低下率Rt21に留まる。幅比率Q11からトルク低下率Rtが次第に増加してゆき、幅比率Q12(例えば30[%])にはトルク低下率Rt22になり、幅比率Q13にはトルク低下率Rt23になり、幅比率Q14にはトルク低下率Rt24になる。 According to the characteristic line CL2 shown in FIG. 9, the torque reduction rate Rt21 remains below the width ratio Q11 (for example, 10 [%]). The torque reduction rate Rt gradually increases from the width ratio Q11, becomes the torque reduction rate Rt22 at the width ratio Q12 (for example, 30 [%]), becomes the torque reduction rate Rt23 at the width ratio Q13, and becomes the width ratio Q14. Becomes the torque reduction rate Rt24.
トルクの低下を抑制するには、図9に示す結果を考慮してフラックスバリア14Aの周方向幅W4を設定するとよい。すなわち、Q10<Q≦Q12を満たすように周方向幅W4を設定するとよい。望ましくは、Q10<Q≦Q11を満たすように周方向幅W4を設定するとよい。幅比率Q11,Q12はいずれも「所定比率」に相当し、ステータ鉄心10Bの形態(寸法,形状,材料等)に応じて変わる。
In order to suppress the decrease in torque, the circumferential width W4 of the
〔実施の形態3〕
実施の形態3は図10,図11を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態1,2で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態1,2と相違する点を説明する。
[Embodiment 3]
The third embodiment will be described with reference to FIGS. For simplicity of illustration and description, unless otherwise specified, the same elements as those used in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Therefore, differences from Embodiments 1 and 2 will be mainly described.
図10,図11に示すステータ鉄心10Cは、ステータ鉄心10の一例である。このステータ鉄心10Cは、ティース11,ヨーク13,リブRb1,フラックスバリア14Bなどを有する。ステータ鉄心10Cは、実施の形態1に示すステータ鉄心10Aと比べて、さらにフラックスバリア14Bが設けられる。
A
フラックスバリア14Bは、実施の形態2に示すフラックスバリア14Aと形状が異なる。すなわち、フラックスバリア14Aが四角形状の貫通穴であるのに対して、フラックスバリア14Bは平面(または断面)が三角形状の貫通穴である。
The
径方向幅W1と周方向幅W2の関係や、幅比率Q(図9を参照)については、実施の形態2と同様である。よって、実施の形態2と同様に設定するとよい。 The relationship between the radial width W1 and the circumferential width W2 and the width ratio Q (see FIG. 9) are the same as in the second embodiment. Therefore, it may be set similarly to the second embodiment.
〔実施の形態4〕
実施の形態4は図12,図13を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態1〜3で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態1〜3と相違する点を説明する。
[Embodiment 4]
The fourth embodiment will be described with reference to FIGS. For simplicity of illustration and description, unless otherwise specified, the same elements as those used in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Therefore, differences from Embodiments 1 to 3 will be mainly described.
図12,図13に示すステータ鉄心10Dは、ステータ鉄心10の一例である。このステータ鉄心10Dは、ティース11,ヨーク13,リブRb1,フラックスバリア14Cなどを有する。ステータ鉄心10Dは、実施の形態1に示すステータ鉄心10Aと比べて、さらにフラックスバリア14Cが設けられる。
A
フラックスバリア14Cは、実施の形態2に示すフラックスバリア14Aや、実施の形態3に示すフラックスバリア14Bと形状が異なる。すなわち、フラックスバリア14Aが四角形状の貫通穴であり、フラックスバリア14Bが三角形状の貫通穴であるのに対して、フラックスバリア14Cは平面(または断面)が円弧形状の貫通穴である。円弧形状は「円形状」に相当する。
The
径方向幅W1と周方向幅W2の関係や、幅比率Q(図9を参照)については、実施の形態2と同様である。よって、実施の形態2と同様に設定するとよい。 The relationship between the radial width W1 and the circumferential width W2 and the width ratio Q (see FIG. 9) are the same as in the second embodiment. Therefore, it may be set similarly to the second embodiment.
〔実施の形態5〕
実施の形態5は図14〜図20を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態1〜4で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態1〜4と相違する点を説明する。
[Embodiment 5]
Embodiment 5 will be described with reference to FIGS. For simplicity of illustration and description, unless otherwise specified, the same elements as those used in Embodiments 1 to 4 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Therefore, the points different from the first to fourth embodiments will be mainly described.
上述したステータ鉄心10を用いて、ステータ30や回転電機100を製造する例について説明する。ステータ鉄心10には、ステータ鉄心10A〜10Dのいずれか一のステータ鉄心を適用してもよく、二以上のフラックスバリア14を組み合わせて成形したステータ鉄心10を適用してもよい。ステータ鉄心10は、図14に示すような複数の電磁鋼板10aを用いて積層成形してもよく、軟磁性体で単体成形してもよい。
The example which manufactures the
図14には、上述のようにして構成されたステータ鉄心10に対して、ステータ巻線20の一部であるセグメント導体21を収容する過程を示す。ステータ巻線20を構成するセグメント導体21は多数あり、所定形状に形成されている。言い換えると、ステータ巻線20は多数に分割されたセグメント導体21からなる。所定形状は任意の形状でよく、本形態では図14に示すU字形状を適用する。
FIG. 14 shows a process of accommodating the
図14に示すように、セグメント導体21を矢印D1方向(軸方向)に沿って移動させ、スロット12に収容する。収容した後の状態を図15に示す。径方向面SF1,SF2が平行に形成されると、図15に示すようにセグメント導体21を整列してスロット12に収容することが容易である。なお図15に示すステータ30は、ステータ鉄心10としてステータ鉄心10Bを用いて製造した例を示す。
As shown in FIG. 14, the
スロット12に軸方向に収容されたセグメント導体21は、図16に示す接続部Jのように、端部21a同士をステータ鉄心10の軸方向外側(コイルエンド)で接続する。接続法は導通すれば任意であり、例えば溶接やハンダ付け等のような接合が該当する。ステータ巻線20は、多数のセグメント導体21同士を接続することによって、ステータ鉄心10に巻回される。こうして、図15に示すステータ30を製造することができる。
The
上述したステータ30やロータ40などをハウジング101内に組み付けることによって、図17に示す回転電機100を製造することができる。この回転電機100は、ステータ30やロータ40のほかに、ハウジング101,軸受102(ベアリング),回転軸105などを有する。ロータ40は磁石の有無を問わない。本形態のロータ40は、磁石を有しない軟磁性体で構成する。
The rotating
ステータ30は、ステータ鉄心10やステータ巻線20などを有する。ロータ40は、ステータ30の内径側にギャップを介して回転自在に配置される。当該ロータ40は、ステータ30との間で磁束φsr(図8を参照)が流れて回転すれば、どのように構成してもよい。回転軸105は、軸受102を介してハウジング101に回転自在に支持される。回転軸105は、ロータ40に直接的または間接的に固定されるか、ロータ40と一体成形される。いずれにせよ、回転軸105とロータ40は一体に回転する。ハウジング101は、フレームや筐体などを含み、ステータ30,ロータ40,回転軸105などを収容できれば任意の形状や材料等で形成してよい。
The
制御装置104は、回転電機100(具体的にはロータ40)の回転を制御する装置であり、例えばECU(Electronic Control Unit)やコンピュータなどが該当する。この制御装置104は、少なくとも電力を変換するインバータを含み、さらには電圧を変換するコンバータを含めてもよい。回転電機100(すなわちステータ巻線20の端部)と制御装置104との間は、接続線103によって接続する。
The
上述のように構成された回転電機100にかかる特性について、図18〜図20を参照しながら説明する。図18には、縦軸をトルク低下率Rtとし、横軸を電流Iとする特性線CL3,CL4の一例を示す。一点鎖線で示す特性線CL3は、従来の閉スロット構造ステータを用いた回転電機の特性である。実線で示す特性線CL4は、実施の形態1に示すステータ鉄心10A(図1,図2を参照)を用いたステータ30を有する回転電機100の特性である。
The characteristic concerning the rotary
特性線CL4と特性線CL3を比べてみると、電流Iの大小にかかわらず、特性線CL4のトルク低下率Rtは特性線CL3よりも低い。すなわちステータ30は、従来の閉スロット構造ステータよりも、性能を向上させることができる。
Comparing the characteristic line CL4 and the characteristic line CL3, regardless of the magnitude of the current I, the torque reduction rate Rt of the characteristic line CL4 is lower than that of the characteristic line CL3. That is, the
図19には、縦軸をトルク低下率比Rtrとし、横軸を電流Iとする特性線CL5の一例を示す。トルク低下率比Rtrは、トルク低下率Rtaをトルク低下率Rtbで除した値である。すなわち、Rtr=Rta/Rtbである。トルク低下率Rtaは、実施の形態2〜4に示すステータ鉄心10B〜10D(図6,図7,図10〜図13を参照)にかかるトルク低下率Rtである。トルク低下率Rtbは、実施の形態1に示すフラックスバリア14を有しないステータ30にかかるトルク低下率Rtである。
FIG. 19 shows an example of a characteristic line CL5 in which the vertical axis is the torque reduction rate ratio Rtr and the horizontal axis is the current I. The torque reduction rate ratio Rtr is a value obtained by dividing the torque reduction rate Rta by the torque reduction rate Rtb. That is, Rtr = Rta / Rtb. The torque reduction rate Rta is the torque reduction rate Rt applied to the
特性線CL5として示すトルク低下率比Rtrは、低電流域において1.0よりも下回っている。すなわち、フラックスバリア14を設けることで、さらに回転電機100の性能を向上させることができる。なお、低電流域は磁束φsrが飽和に至らない大きさの電流域である。具体的には、回転電機100の定格電流に対して数分の1(例えば5分の1)以下の電流域などが該当する。
The torque reduction rate ratio Rtr shown as the characteristic line CL5 is lower than 1.0 in the low current region. That is, the performance of the rotating
ステータの構成と固有振動数fcとの関係は、例えば図20に示す棒グラフのようになる。なお、「開スロット」はリブRbが設けられない開スロット構造ステータである。「閉スロット」は、リブRbがティース11の先端面11aと滑らかになるように曲面で形成される閉スロット構造ステータである。「10A」はステータ鉄心10Aを有するステータ30である。「10B〜10D」はステータ鉄心10B〜10Dをそれぞれ有するステータ30である。
The relationship between the stator configuration and the natural frequency fc is, for example, a bar graph shown in FIG. The “open slot” is an open slot structure stator in which the rib Rb is not provided. The “closed slot” is a closed slot structure stator in which the rib Rb is formed with a curved surface so that the
円環0次固有振動数は、開スロット構造ステータで固有振動数fc21になる。これに対して、閉スロット構造ステータや、ステータ鉄心10A〜10Dをそれぞれ有するステータ30は固有振動数fc22とになる。図示するように、固有振動数fc21と固有振動数fc22とは、ほとんど差がない。
The 0th natural frequency of the annular ring becomes the natural frequency fc21 in the open slot structure stator. On the other hand, the stator having the closed slot structure and the
これに対して円環8次固有振動数は、開スロット構造ステータで固有振動数fc23になる。これに対して、閉スロット構造ステータや、ステータ鉄心10A〜10Dをそれぞれ有するステータ30は固有振動数fc24になる。図示するように、固有振動数fc23と固有振動数fc24とは、大きな差がある(fc24>fc23)。図示を省略するが、円環2次固有振動数,円環3次固有振動数,…,円環9次固有振動数は、図4,図5と同様になる。よって、ステータ30を有する回転電機100は、従来の閉スロット構造ステータと同程度に、振動や騒音を抑制することができる。
On the other hand, the annular eighth-order natural frequency becomes the natural frequency fc23 in the open slot structure stator. On the other hand, the stator having the closed slot structure and the
〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態1〜5に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。
[Other Embodiments]
In the above, although the form for implementing this invention was demonstrated according to Embodiment 1-5, this invention is not limited to the said form at all. In other words, various forms can be implemented without departing from the scope of the present invention. For example, the following forms may be realized.
上述した実施の形態2〜4では、ステータ鉄心10において周方向に隣り合うティース11の相互間を連結するリブRbとして、板形状のリブRb1を適用する構成とした(図1,図6,図10,図12を参照)。この形態に代えて、リブRb1以外の形状からなるリブRbを適用する構成としてもよい。例えば、図21に示すステータ鉄心10EのリブRb2は、平行して設けた複数枚(図21では2枚)の板形状からなる。図22に示すステータ鉄心10FのリブRb3は、平行して設けた複数枚の板形状と、径方向に隣り合う板形状を連結した部位とを有する。図23に示すステータ鉄心10GのリブRb4は、非直線的に曲げた部位を有する板形状からなる。図示を省略するが、隣り合うティース11の相互間を連結できれば、メッシュ状に形成してもよく、曲面状に形成してもよい。いずれの形状でリブRbを形成するにせよ、漏れ磁束φeを抑制することができるので、実施の形態2〜4と同様の作用効果が得られる。
In Embodiment 2-4 mentioned above, it was set as the structure which applies plate-shaped rib Rb1 as rib Rb which connects between the
上述した実施の形態2〜4では、フラックスバリア14(14A〜14C)をティース11に設ける構成とした(図6,図7,図10〜図13を参照)。この形態に代えて、フラックスバリア14をティース11とリブRbに跨るように設ける構成としてもよい。例えば、図24に示すステータ鉄心10Hは、実施の形態3に示すステータ鉄心10Cのフラックスバリア14B(図10,図11を参照)と同様の形状をなすフラックスバリア14Dを有する。このフラックスバリア14Dは、ティース11とリブRb2に跨るように設けられる。この構成例における周方向幅W2は、図示するように径方向と交差する方向の幅になる。フラックスバリア14Dに代えて、フラックスバリア14A,14Cを適用してもよい。フラックスバリア14を設ける位置が相違するに過ぎないので、実施の形態2〜4と同様の作用効果が得られる。
In Embodiment 2-4 mentioned above, it was set as the structure which provides the flux barrier 14 (14A-14C) in the teeth 11 (refer FIG. 6, FIG. 7, FIG. 10-FIG. 13). Instead of this configuration, the
上述した実施の形態2〜4では、フラックスバリア14(14A〜14C)は平面(または断面)が所定形状の貫通穴で構成した(図6,図7,図10〜図13を参照)。この形態に代えて、図25に示すステータ鉄心10Iのフラックスバリア14A(貫通穴)を非磁性部材15で埋める構成としてもよい。図示を省略するが、フラックスバリア14B,14C,14Dについても同様に、非磁性部材15で埋める構成としてもよい。非磁性部材15は、例えば非磁性金属(具体的にはアルミニウム,銅,ステンレス鋼,真鍮など)や、非磁性樹脂などのように非磁性を示す部材が該当する。また図示を省略するが、軸方向の厚みが径方向幅W1の半分よりも小さくなる非貫通穴(すなわち凹部)で構成してもよい。いずれの構成にせよ、漏れ磁束φtを抑制することができるので、実施の形態2〜4と同様の作用効果が得られる。非磁性部材15で埋めると、フラックスバリア14が無いティース11(図1,図2を参照)と同程度の剛性を確保することができる。
In Embodiment 2-4 mentioned above, the flux barrier 14 (14A-14C) was comprised by the through-hole whose plane (or cross section) has a predetermined shape (refer FIG. 6, FIG. 7, FIG. 10-FIG. 13). Instead of this configuration, the
上述した実施の形態2のフラックスバリア14Aは平面(または断面)が四角形状の貫通穴で構成し(図6,図7を参照)、実施の形態3のフラックスバリア14Bは平面(または断面)が三角形状の貫通穴で構成し(図10,図11を参照)、実施の形態4のフラックスバリア14Cは平面(または断面)が円弧形状の貫通穴で構成した(図12,図13を参照)。これらの形態に代えて、五角形状以上からなる多角形状の貫通穴で構成してもよく、円弧形状以外の円形状(例えば半円形を含む円形や扇形等)で構成してもよく、多角形状と円形状とを合成した合成形状で構成してもよい。フラックスバリア14の形状が相違するに過ぎないので、実施の形態2〜4と同様の作用効果が得られる。
The
上述した実施の形態2〜4では、リブRbとティース11の境界部で一つのフラックスバリア14(14A〜14C)を設ける構成とした(図6,図7,図10〜図13を参照)。この形態に代えて、リブRbとティース11の境界部で二つ以上のフラックスバリア14を設ける構成としてもよい。二つ以上のフラックスバリア14は、同じ形状で形成してもよく、異なる形状で形成してもよい。リブRbとティース11の境界部に設けるフラックスバリア14の数が相違するに過ぎないので、実施の形態2〜4と同様の作用効果が得られる。
In Embodiment 2-4 mentioned above, it was set as the structure which provides the one flux barrier 14 (14A-14C) in the boundary part of rib Rb and the teeth 11 (refer FIG. 6, FIG. 7, FIG. 10-FIG. 13). Instead of this form, two or
上述した実施の形態1〜5では、インナーロータ型の回転電機100に適用する構成とした(図1,図2,図6,図7,図10〜図17を参照)。この形態に代えて、アウターロータ型の回転電機100に適用する構成としてもよい。この構成では、外径側に配置されるティース11の先端面11aからヨーク13側(つまり内径側)に所定距離tだけ離して設けられてリブRbが設けられる。ロータ40とステータ30の配置が相違するに過ぎないので、実施の形態1〜5と同様の作用効果が得られる。
In the first to fifth embodiments described above, the configuration is applied to the inner rotor type rotating electrical machine 100 (see FIGS. 1, 2, 6, 7, and 10 to 17). Instead of this form, a configuration applied to the outer rotor type rotating
上述した実施の形態1〜5では、ロータ40は磁石を有しない軟磁性体で構成した(図17を参照)。この形態に代えて、磁石を有する構成としてもよい。磁石の有無が相違するに過ぎないので、実施の形態1〜5と同様の作用効果が得られる。
In the first to fifth embodiments described above, the
上述した実施の形態1〜5では、ステータ鉄心10の極数mとして24を適用し、ステータ巻線20の相数pとして3を適用する構成とした。この形態に代えて、極数mは24以外の数を適用してもよく、相数pは3以外の数を適用してもよい。極数mや相数pが相違するに過ぎないので、実施の形態1〜5と同様の作用効果が得られる。
In the above-described first to fifth embodiments, 24 is applied as the number of poles m of the
〔作用効果〕
上述した実施の形態1〜5および他の実施の形態によれば、以下に示す各効果を得ることができる。
[Function and effect]
According to the first to fifth embodiments and other embodiments described above, the following effects can be obtained.
(1)ヨーク13と、ヨーク13から径方向に延びる複数のティース11と、周方向に隣り合うティース11の相互間に形成される複数のスロット12とを備えるステータ鉄心10(10A〜10I)と、スロット12に収容されて巻回されるステータ巻線20とを有するステータ30において、ティース11の先端からヨーク13側に所定距離tだけ離して設けられ、周方向に隣り合うティース11の相互間を連結するリブRb(Rb1〜Rb4)を有する構成とした(図1,図2,図6,図7,図10〜図13,図21〜図25を参照)。この構成によれば、リブRbはティース11の先端からヨーク13側に所定距離tだけ離れて設けられるので、ロータ40からリブRbに漏れる漏れ磁束φeを無視できるほどに抑制される。そのため、突極性を維持することができる。また、周方向に隣り合うティース11の相互間をリブRbで連結することで、従来の閉スロット構造ステータと同程度の剛性が維持され、振動や騒音を抑制することができる。
(1) A stator iron core 10 (10A to 10I) including a
(2)ステータ鉄心10は、リブRbとの間で流れる漏れ磁束φtを阻害するフラックスバリア14(14A〜14D)を有する構成とした(図6,図7,図10〜図13,図21〜図25を参照)。この構成によれば、フラックスバリア14はティース11とリブRbとの間で流れる漏れ磁束φtを阻害するので、ステータ30とロータ40の間で流れる磁束φsrからリブRbに漏れて流れる漏れ磁束φtを抑制することができる。
(2) The
(3)フラックスバリア14は、三角形以上の多角形を含む多角形状(フラックスバリア14A,14B,14D)、あるいは円形や扇形を含む円形状(フラックスバリア14C)からなる穴で形成される構成とした(図6,図7,図10〜図13,図21〜図25を参照)。図示を省略するが、多角形状と円形状とを合成した合成形状からなる穴で形成してもよく、これら以外の他形状(すなわち任意の形成)で形成してもよい。すなわち、多角形状,円形状,合成形状,他形状のうちで一以上の形状からなる穴で形成すればよい。いずれの形状で形成するにせよ、ティース11の先端からヨーク13側に所定距離tだけ離れて設けることで、リブRbに漏れて流れる漏れ磁束φtを抑制することができる。
(3) The
(4)フラックスバリア14として設けられる穴(貫通穴または非貫通穴)は、非磁性部材15で埋められる構成とした(図25を参照)。この構成によれば、穴が非磁性部材15で埋められるので、穴による剛性の低下を抑制することができる。
(4) A hole (through hole or non-through hole) provided as the
(5)ティース11の端面とフラックスバリア14の端面との間の周方向幅W2は、リブRbの径方向幅W1の半分よりも小さく形成される構成とした(図7,図11,図13,図24を参照)。この構成によれば、ティース11の端面とフラックスバリア14の端面との間の周方向幅W2は、リブRbの径方向幅W1よりも小さい。磁気飽和は、リブRbよりもティース11の端面とフラックスバリア14の端面との間で生じ易くなるので、ステータ30とロータ40の間で流れる磁束φsrからリブRbに漏れて流れる漏れ磁束φtをより確実に抑制することができる。
(5) The circumferential width W2 between the end face of the
(6)フラックスバリア14の周方向にかかる両端面の距離である周方向幅W4を、ティース11の周方向中心とフラックスバリア14Aの片側端面(すなわちスロット12側の端面)との距離である周方向幅W3で除した比率である幅比率Q(=W4/W3)は、所定比率(幅比率Q11または幅比率Q12)以下となるように設定する構成とした(図8,図9を参照)。この構成によれば、ステータ30(特にステータ鉄心10)とロータ40との間で流れる磁束φsrは、フラックスバリア14による磁束量の低下を抑えることができる。したがって、フラックスバリア14による回転電機100の性能が低下するのを抑制することができる。
(6) The circumferential width W4, which is the distance between both end faces in the circumferential direction of the
(7)複数の電磁鋼板10aを積層して構成される構成とした(図14,図16を参照)。この構成によれば、所定形状に形成された電磁鋼板10aを積層すればよいので、簡単な工程でステータ鉄心10を形成(製造)することができる。
(7) It was set as the structure comprised by laminating | stacking the some
(8)リブRbは、ティース11の径方向面SF1,SF2に対して直交するように連結される構成とした(図2,図7を参照)。この構成によれば、断面が四角形状に成形されたステータ巻線20(すなわちセグメント導体21)を収容する場合には、占積率を高められる。また、機械的剛性を向上させ、固有周波数を高めることができ、性能の低下をより確実に抑制することができる。 (8) The rib Rb is configured to be connected so as to be orthogonal to the radial direction surfaces SF1 and SF2 of the teeth 11 (see FIGS. 2 and 7). According to this configuration, when the stator winding 20 (that is, the segment conductor 21) whose cross section is formed in a square shape is accommodated, the space factor can be increased. Further, the mechanical rigidity can be improved, the natural frequency can be increased, and the performance degradation can be more reliably suppressed.
(9)回転電機100は、ステータ鉄心10(10A〜10I)を含むステータ30と、回転自在に支持されるロータ40とを有する構成とした(図17を参照)。この構成によれば、突極性を維持したり、ステータ30全体の剛性を維持したりする回転電機100を適用することができる。
(9) The rotating
(10)ロータ40は、磁石を有しない軟磁性体からなる構成とした(図17を参照)。この構成によれば、軟磁性体からなるロータ40を有するSRモータは、さらにリラクタンストルクによる性能を向上させることができる。
(10) The
10(10A〜10I) ステータ鉄心
11 ティース
12 スロット
13 ヨーク
20 ステータ巻線
30 ステータ(固定子)
40 ロータ(回転子)
φe,φt 漏れ磁束
Lr 所定距離
Rb(Rb1〜Rb4) リブ
10 (10A to 10I)
40 Rotor
φe, φt Leakage magnetic flux Lr Predetermined distance Rb (Rb1-Rb4) Rib
Claims (12)
前記スロットに収容されて巻回されるステータ巻線(20)と、
を備えるステータ(30)において、
前記ステータ鉄心は、
前記ティースの先端から前記ヨーク側に所定距離(t)だけ離して設けられ、周方向に隣り合う前記ティースの相互間を連結するリブ(Rb)と、
前記リブとの間で流れる磁束を阻害するフラックスバリア(14)と、
を有し、
前記ティースの端面と前記フラックスバリアの端面との間の周方向幅(W2)は、前記リブの径方向幅(W1)よりも小さく形成されることを特徴とするステータ。 A stator core (10) having a yoke (13), a plurality of teeth (11) extending radially from the yoke, and a plurality of slots (12) formed between the teeth adjacent in the circumferential direction. When,
A stator winding (20) housed in the slot and wound ;
In a stator (30) comprising:
The stator iron core is
A rib (Rb) that is provided at a predetermined distance (t) from the tip of the tooth to the yoke side and connects the teeth adjacent in the circumferential direction ;
A flux barrier (14) that inhibits magnetic flux flowing between the ribs;
I have a,
The stator is characterized in that a circumferential width (W2) between an end face of the teeth and an end face of the flux barrier is formed smaller than a radial width (W1) of the rib .
前記スロットに収容されて巻回されるステータ巻線(20)と、
を備えるステータ(30)において、
前記ステータ鉄心は、
前記ティースの先端から前記ヨーク側に所定距離(t)だけ離して設けられ、周方向に隣り合う前記ティースの相互間を連結するリブ(Rb)と、
前記リブとの間で流れる磁束を阻害するフラックスバリア(14)と、
を有し、
前記フラックスバリアの周方向両端間の距離である周方向幅(W4)を、前記ティースの周方向中心と前記フラックスバリアの前記スロット側の端部との距離である周方向幅(W3)で除した比率である幅比率(Q)は、所定比率(Q11,Q12)以下となるように設定されることを特徴とするステータ。 A stator core (10) having a yoke (13), a plurality of teeth (11) extending radially from the yoke, and a plurality of slots (12) formed between the teeth adjacent in the circumferential direction. When,
A stator winding (20) housed in the slot and wound ;
In a stator (30) comprising:
The stator iron core is
A rib (Rb) that is provided at a predetermined distance (t) from the tip of the tooth to the yoke side and connects the teeth adjacent in the circumferential direction ;
A flux barrier (14) that inhibits magnetic flux flowing between the ribs;
I have a,
The circumferential width (W4), which is the distance between the circumferential ends of the flux barrier, is divided by the circumferential width (W3), which is the distance between the circumferential center of the teeth and the slot-side end of the flux barrier. The width ratio (Q) that is the ratio is set to be equal to or less than a predetermined ratio (Q11, Q12) .
回転自在に支持されるロータ(40)とを有することを特徴とする回転電機(100)。 The stator according to any one of claims 1 to 10 ,
A rotating electrical machine (100) having a rotor (40) rotatably supported.
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