JP6571050B2 - 同期リラクタンス型回転電機 - Google Patents
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Description
このように空洞部を形成することにより、回転子鉄心に、磁束の流れ易い方向と磁束の流れにくい方向とが形成される。そして、同期リラクタンス型回転電機は、空洞部によって発生するリラクタンストルクを利用し、シャフトを回転させる。
同図に示すように、回転電機1は、略円筒状の固定子2と、固定子2よりも径方向内側に設けられ、固定子2に対して回転自在に設けられた回転子3と、を備えている。なお、固定子2および回転子3は、それぞれの中心軸線が共通軸上に位置した状態で配置されている。以下、共通軸を中心軸(回転軸線)Oと称し、中心軸Oに直交する方向を径方向と称し、中心軸O回りに周回する方向を周方向と称する。
回転子3は、中心軸Oに沿って延びる回転軸8と、回転軸8に外嵌固定された略円柱状の回転子鉄心9と、を備えている。
回転子鉄心9は、電磁鋼板を複数枚積層したり、軟磁性粉を加圧成形したりして形成することが可能である。回転子鉄心9の外径は、径方向で対向する各ティース5との間に、所定のエアギャップGが形成されるように設定されている。
また、回転子鉄心9の径方向中央には、中心軸Oに沿って貫通する貫通孔10が形成されている。この貫通孔10に、回転軸8が圧入等され、回転軸8と回転子鉄心9とが一体となって回転する。
より詳しくは、回転子鉄心9においてq軸方向は、各空洞部11〜14によって磁束の流れが妨げられない方向をq軸と称する。すなわち、回転子鉄心9の外周面9aの任意の周角度位置に正の磁位(例えば磁石のN極を近づける)、これに対して1極分(本実施形態の場合は機械角で90度)ずれた他の任意の周角度位置に負の磁位(例えば磁石のS極を近づける)を与え、任意の位置を周方向へずらしていった場合に最も多くの磁束が流れる時の中心軸Oから任意の位置に向かう方向をq軸と定義する。そして、各空洞部11〜14の長手方向がq軸である。
なお、以下の説明では、d軸を極中心C1と称し、q軸(1/4周の周角度領域の周方向両端)を極端E1と称して説明する。つまり、各空洞部11〜14は、極中心C1が最も径方向内側に位置するように、径方向内側に向かって湾曲されていることになる。
同図に示すように、各空洞部11〜14の周方向両端と回転子鉄心9の外周面9aとの間には、それぞれブリッジ16,17,18,19(第1ブリッジ16、第2ブリッジ17、第3ブリッジ18、第4ブリッジ19)が形成されている。詳述すると、ブリッジ16〜19とは、各空洞部11〜14における回転子鉄心9の外周部寄りで、且つその肉厚が急激に変化する範囲に形成されているものをいう(以下の第2の実施形態でも同様)。なお、肉厚とは、回転子鉄心9の外周面9aの法線方向に沿った厚さのことをいう(以下の第2の実施形態でも同様)。
また、回転子鉄心9の外周部で、第3空洞部13に対応する位置には、極中心C1側と極端E1側とにそれぞれ肉厚が急激に変化する肉厚急変化点P31,P32が存在し、これら肉厚急変化点P31,P32の間が第3ブリッジ18となる。
さらに、回転子鉄心9の外周部で、第1空洞部11に対応する位置には、極中心C1側と極端E1側とにそれぞれ肉厚が急激に変化する肉厚急変化点P11,P12が存在し、これら肉厚急変化点P11,P12の間が第1ブリッジ16となる。
ここで、第1ブリッジ16の肉厚t1と、第3ブリッジ18の肉厚t3は、回転子鉄心9の外周面9aに沿ってほぼ均一になるように設定されている。これら肉厚t1,t3は、第1ブリッジ16および第3ブリッジ18において磁気飽和が生じ、ほとんど磁束漏れが生じない程度の厚さに設定されている。
一方、第4ブリッジ19において最も薄肉に形成されている薄肉部t4minの肉厚は、第1ブリッジ16の肉厚t1や第3ブリッジ18の肉厚t3とほぼ同一の厚さに設定されている。
一方、第2ブリッジ17において最も薄肉に形成されている薄肉部t2minの肉厚は、第1ブリッジ16の肉厚t1や第3ブリッジ18の肉厚t3とほぼ同一の厚さに設定されている。
また、回転子鉄心9における第2空洞部12と第3空洞部13との間の回転子鉄心9にかかる遠心力による力によって、第2ブリッジ17に応力が生じる。
さらに、回転子鉄心9の1極当りにおける各空洞部11〜14の間の重量は、径方向内側に位置するものほど重くなるので、極端E1側に位置するブリッジ16〜19ほど、生じる応力が大きくなる。
(1)第4ブリッジ19を、肉厚t4が極中心C1側から極端E1側に向かうに従って漸次厚くなるように形成している。また、第2ブリッジ17を、肉厚t2が極端E1側から極中心C1側に向かうに従って漸次厚くなるように形成している。
そして、このように形成すると、
(2)第2ブリッジ17の第2空洞部12側の側面と第4ブリッジ19の第4空洞部14側の側面とを通る曲線を仮想湾曲線L1としたとき、中心軸Oと、この中心軸Oから最も離間した仮想湾曲線L1上の点P1とを結ぶ直線L2は、第3ブリッジ18を通る。つまり、第3ブリッジ18を変形しにくくすることができる。
これら(1),(2)から、遠心力による力によって応力が大きくかかる2ブリッジ17〜第4ブリッジ19を変形しにくくすることができる。この結果、回転子鉄心9全体を変形しにくくできる。
同図に示すように、ブリッジ全体(第1〜第4ブリッジ16〜19)にかかる平均応力が低減され、各ブリッジ16〜19にかかる最大応力が抑制されることが確認できる。
ここで、第2ブリッジ17および第4ブリッジ19は、全体が厚肉に形成されるのではなく、回転子鉄心9の外周面9aに沿って漸次厚肉に形成されている。このため、第2ブリッジ17の薄肉部t2min、および第4ブリッジ19の薄肉部t4minでは、磁気飽和が生じる。この結果、第2ブリッジ17および第4ブリッジ19での磁束漏れを、最小限に抑えることができる。
次に、第2の実施形態について説明する。
図4は、第2の実施形態の回転子鉄心209における1/4周の周角度領域の構成を示す回転軸8に直交する断面図である。
同図に示すように、前述の第1の実施形態と本第2の実施形態との相違点は、第1の実施形態の回転子鉄心9は、1極当り4層の空洞部11〜14が形成されているのに対し、第2の実施形態の回転子鉄心209は、1極当り6層の空洞部211〜216(第1空洞部211、第2空洞部212、第3空洞部213、第4空洞部214、第5空洞部215、第6空洞部216)が形成されている点にある。
これに対し、径方向最内側の第6空洞部216と回転子鉄心209の外周面209aとの間に形成されている第6ブリッジ236の肉厚t26は、極中心C1側から極端E1側に向かうに従って漸次厚くなるように設定されている。より具体的には、第6ブリッジ236は、前述の第1の実施形態における第4ブリッジ19(図2参照)とほぼ同一形状に形成されている。
同図に示すように、ブリッジ全体(第1〜第6ブリッジ231〜236)にかかる平均応力が低減され、各ブリッジ231〜236にかかる最大応力が抑制されることが確認できる。
また、第2の実施形態のように、6層の空洞部211〜216を有する回転子鉄心209であっても、最も極端E1側に位置する第6ブリッジ236と、第6ブリッジ236から第5ブリッジ235を間に挟んで極中心C1側に位置する第4ブリッジ234と、をそれぞれ上述の第1実施形態における第4ブリッジ19、および第2ブリッジ17とほぼ同一形状に形成することで、回転子鉄心209全体を変形しにくくできる。
また、上述の実施形態では、回転子鉄心9,209に、単に空洞部11〜14,211〜216を形成した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、これら空洞部11〜14,211〜216に、非磁性体(例えば、非導電性樹脂)、永久磁石、二次導体(アルミや銅等)等を挿入してもよい。
さらに、1極当りの空洞部11〜14,211〜216の個数も4つや6つに限られるものではなく、4つ以上の複数であればよい。
また、回転子鉄心9,209において、径方向最内側の空洞部(第4空洞部14、第6空洞部216)から1つの空洞部(第3空洞部13、第5空洞部215)を挟んで径方向内側に位置する空洞部(第2空洞部12、第4空洞部214)と回転子鉄心9,209の外周面9a,209aとの間に形成されているブリッジ(第2ブリッジ17、第4ブリッジ234)の肉厚t2,t24は、極端E1側から極中心C1側に向かうに従って漸次厚くなるように設定されている。このため、回転子鉄心9,209を変形しにくくすると共に、回転電機1のトルク特性の低下を防止できる。
Claims (3)
- 回転軸線回りに回転するシャフトと、
前記シャフトに固定され、1極当りに径方向内側に向かって凸形状となる空洞部が複数層形成されていると共に、前記空洞部と外周面との間に、それぞれブリッジが形成された回転子鉄心と、
を備え、
1極のうちの周方向中央を極中心とし、周方向両端を極端としたとき、
複数の前記ブリッジのうち、最も前記極端側に位置する最極端ブリッジは、該最極端ブリッジの肉厚が前記極中心側から前記極端側に向かうに従って漸次厚くなるように形成されており、
複数の前記ブリッジのうち、前記最極端ブリッジから1つの前記ブリッジを挟んで前記極中心側に位置する中間ブリッジは、該中間ブリッジの肉厚が前記極端側から前記極中心側に向かうに従って漸次厚くなるように形成されている同期リラクタンス型回転電機。 - 前記最極端ブリッジの前記空洞部側の側面と前記中間ブリッジの前記空洞部側の側面とを通る曲線を仮想湾曲線としたとき、
前記回転軸線と、該回転軸線から最も離間した前記仮想湾曲線上の点とを結ぶ直線は、前記最極端ブリッジと前記中間ブリッジとの間に位置する前記ブリッジを通る請求項1に記載の同期リラクタンス型回転電機。 - 前記回転子鉄心は、4極有すると共に、1極当り、4層の前記空洞部を有している請求項1または請求項2に記載の同期リラクタンス型回転電機。
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