JPH05268754A - Axial gap electric rotating machine - Google Patents

Axial gap electric rotating machine

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JPH05268754A
JPH05268754A JP4061886A JP6188692A JPH05268754A JP H05268754 A JPH05268754 A JP H05268754A JP 4061886 A JP4061886 A JP 4061886A JP 6188692 A JP6188692 A JP 6188692A JP H05268754 A JPH05268754 A JP H05268754A
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stator
rotor
electric machine
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axial gap
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Kazuto Sakai
和人 堺
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Toshiba Corp
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Abstract

PURPOSE:To realize ultra high speed rotation of several tens of thousands rpm and high output. CONSTITUTION:A stator 11 is constituted of a tubular frame 13, brackets 14, 14 fixed, respectively, to the openings at the opposite ends of the frame 13, back yokes 15, 15 having no slot to be fixed to respective brackets 14, molded Windings 16A, 16A fixed to the brackets 14, 14 on the back yokes 15, 15 and constituting stator windings, and a molded winding 16B fixed to the frame 13 in the center thereof and constituting the stator winding, wherein the stator 11 is split into two sections in a plane including the axis of a rotor 12. The rotor 12 is constituted of a rotary shaft 23 made of a nonmagnetic material, two rotor discs 24, 24 formed integrally with the rotary shaft 23, and a plurality of columnar permanent magnets 25 magnetized in the axial direction and buried in a hole made in the rotor disc 24 in the axial direction thereof. The rotor discs 24, 24 provide an air gap between the molded windings 16A, 16B.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、超高速回転または大出
力のアキシャルギャップ回転電機に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultra-high speed rotating or high output axial gap rotating electric machine.

【0002】[0002]

【従来の技術】20000rpm以上の超高速回転電機は、回転
時の遠心力が相当大きくなるため、界磁に永久磁石を用
いた構成とした場合、この永久磁石が飛散しない様にそ
の遠心力に対抗し得る厚さの非磁性の保持環を永久磁石
の外周面に設けている。図7はこの構成例を示し、1は
ステータで巻線2を設けており、3はロータで界磁に永
久磁石4を用い、この永久磁石4が遠心力で飛散しない
様に相当厚い非磁性の保持環5を永久磁石4の外周面に
設けている。なお、符号6は回転軸、符号7は空隙を示
す。また、ロータにコイルを設けた構成の場合には、こ
のコイルのエンドリングを保持環で押さえるようにして
いる。
2. Description of the Related Art An ultra-high speed rotating electric machine of 20000 rpm or more has a considerably large centrifugal force during rotation. Therefore, when a permanent magnet is used for the field, the centrifugal force is applied to the permanent magnet so that it will not scatter. A non-magnetic retaining ring having a thickness that can oppose is provided on the outer peripheral surface of the permanent magnet. FIG. 7 shows an example of this structure. Reference numeral 1 is a stator and windings 2 are provided. Reference numeral 3 is a rotor. A permanent magnet 4 is used as a field. The permanent magnet 4 is a thick nonmagnetic material so as not to be scattered by centrifugal force. Is provided on the outer peripheral surface of the permanent magnet 4. Note that reference numeral 6 indicates a rotating shaft, and reference numeral 7 indicates an air gap. When the rotor is provided with a coil, the retaining ring presses the end ring of the coil.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、20000r
pm以上の超高速回転電機は、回転時の遠心力が相当大き
くなるため、ロータコイルは強度的に耐えられず、破損
する恐れがある。また、上述した図7の構成例に示すよ
うに、界磁に永久磁石を用いた場合、永久磁石が飛散し
ない様に相当厚い非磁性の保持環5が必要となる。この
保持環5には、磁気回路が短絡されない様に非磁性材を
用いるため、磁気的な空隙長は長くなり、空隙部間で消
費される起磁力が大きくなり、回転電機の出力は、低下
する。
[Problems to be Solved by the Invention] However, 20000r
In an ultra-high speed rotating electric machine of pm or more, the centrifugal force during rotation is considerably large, so the rotor coil cannot withstand strength and may be damaged. Further, as shown in the configuration example of FIG. 7 described above, when a permanent magnet is used for the field, a considerably thick non-magnetic retaining ring 5 is required so that the permanent magnet does not scatter. Since a non-magnetic material is used for this retaining ring 5 so that the magnetic circuit is not short-circuited, the magnetic air gap length increases, the magnetomotive force consumed between the air gap portions increases, and the output of the rotating electric machine decreases. To do.

【0004】一方、アキシャルギャップ回転電機は、従
来の構造でロータの円盤を多段にすると、巻線のあるス
テータ円盤とロータ円盤が交互に回転軸方向に並ぶた
め、製作が不可能となる。従ってロータ円盤が1個のみ
で構成されるため、ロータ外径が大きくなり、高速,大
出力のものを製作することが困難である。
On the other hand, in the axial gap rotating electric machine, when the rotor disk is multi-staged in the conventional structure, the stator disk having windings and the rotor disk are alternately arranged in the direction of the rotation axis, so that the manufacturing is impossible. Therefore, since the rotor disk is composed of only one, the outer diameter of the rotor becomes large, and it is difficult to manufacture a high-speed, high-power rotor.

【0005】本発明は、上述した従来技術の欠点に鑑み
なされたものであり、数万rpm の超高速で回転すること
ができ、さらに大出力化を可能とするアキシャルギャッ
プ回転電機を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks of the prior art, and provides an axial gap rotating electric machine capable of rotating at an ultrahigh speed of tens of thousands rpm and capable of further increasing the output. It is an object.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、ステータと、このステータに回転自在に
支持されたロータを備え、ステータは、中空状の枠体
と、この枠体の両端開口部に取付けられる端蓋と、この
端蓋の内面側に取付けられスロットを有しないステータ
鉄心と、枠体およびステータ鉄心上で端蓋にそれぞれ取
付けられ成形された3個以上のステータ巻線を有し、か
つこれらはロータの軸心を含む平面内で2分割以上に分
割されて構成され、ロータは、軸方向の空隙を介して2
個以上の非磁性材より形成された円盤部を有し、この円
盤部に軸方向に沿って磁化された永久磁石を、軸方向に
貫通させて固定するようにしたものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention comprises a stator and a rotor rotatably supported by the stator, and the stator is a hollow frame body and the frame body. End caps attached to both end openings, a stator core attached to the inner surface side of the end caps and having no slots, and three or more stator windings mounted and molded on the end caps on the frame and the stator core, respectively. Lines, and these are divided into two or more parts in a plane that includes the axial center of the rotor, and the rotor is divided into two parts by an axial gap.
It has a disc portion formed of at least one non-magnetic material, and a permanent magnet magnetized along the axial direction is axially penetrated and fixed to the disc portion.

【0007】[0007]

【作用】以上のように構成することにより、まず、機械
的な作用として、界磁となる永久磁石が、ロータの円盤
部の平面に対して軸方向に貫通して埋め込まれている。
そのため、ロータの円盤部は、高速時に永久磁石が遠心
力により飛び出すのを押さえるように作用する。従来の
円筒型で半径方向に界磁、巻線をもつ径方向磁気回路の
回転電機では、耐遠心力のため設けられているロータ外
周の保持環を厚くすると、磁気的な空隙長が長くなる。
ところが、本発明では、円盤部のロータ外周部分の厚み
を十分厚くしても、動作磁気回路が軸方向に形成される
ため、動作部の空隙長を長くすることはなく、出力の低
下無しに高速回転が可能となる。また、界磁の極を形成
する永久磁石は、1極当たり1個の永久磁石ではなく、
複数個の永久磁石を分散させて円盤部に設けた複数個の
穴に埋め込んで固定するため、永久磁石の遠心力による
応力が円盤の一部に集中することを避けることが可能と
なり、超高速回転に耐え得る。
With the above-mentioned structure, firstly, as a mechanical action, a permanent magnet serving as a field is embedded axially through the plane of the disk portion of the rotor.
Therefore, the disk portion of the rotor acts so as to prevent the permanent magnet from jumping out due to centrifugal force at high speed. In a conventional cylindrical electric machine with a radial magnetic circuit that has a field and a winding in the radial direction, if the retaining ring on the outer circumference of the rotor is thickened to resist centrifugal force, the magnetic gap length increases. ..
However, in the present invention, the operating magnetic circuit is formed in the axial direction even if the thickness of the rotor outer peripheral portion of the disk portion is made sufficiently thick, so that the air gap length of the operating portion is not increased and the output is not reduced. High speed rotation is possible. Also, the permanent magnets that form the poles of the field are not one permanent magnet per pole,
Since multiple permanent magnets are dispersed and embedded and fixed in multiple holes provided in the disk part, it is possible to avoid the concentration of stress due to the centrifugal force of the permanent magnets on a part of the disk. Can withstand rotation.

【0008】また、アキシャルギャップのため、ロータ
は、フライホイールに似た独楽の形状となり、円盤部を
支える両サイドの軸受間の距離もかなり短くなるため、
回転する軸の剛性が高くなる。従って、軸のねじり振動
周波数が高くなり、超高速回転においても軸の振動が少
なく安定して回転できる。
Further, because of the axial gap, the rotor has a top shape similar to that of a flywheel, and the distance between the bearings on both sides that support the disk portion is considerably shortened.
The rigidity of the rotating shaft increases. Therefore, the torsional vibration frequency of the shaft becomes high, and the shaft can be stably rotated with little vibration even at ultra-high speed rotation.

【0009】次に、電磁気的な作用として、ステータ巻
線は、巻線と成形樹脂のみからなり、ロータ鉄心も無い
ため、磁気回路は端蓋の内面に設けたステータ鉄心,永
久磁石および空隙のみからなり、磁路を作る磁性部分が
両側のステータ鉄心のみとなる。従って、2分割以上に
分割可能なステータ巻線とロータの円盤部を2個のステ
ータ鉄心間に次々と設けるだけで、多段の回転電機の動
作部が形成され、高出力化が可能である。
Next, as an electromagnetic effect, since the stator winding is composed only of the winding and the molding resin and there is no rotor iron core, the magnetic circuit has only the stator iron core provided on the inner surface of the end cover, the permanent magnet and the air gap. The magnetic part that forms the magnetic path is only the stator cores on both sides. Therefore, by simply providing the stator winding and the disk portion of the rotor, which can be divided into two or more parts, between the two stator iron cores, the operating portion of the multi-stage rotating electric machine is formed, and high output can be achieved.

【0010】また、ステータ鉄心の歯が無く、ロータ鉄
心も無いため、磁気回路はステータ鉄心,永久磁石と空
隙のみからなり、磁路を作る磁性部分が両側の2個のス
テータ鉄心のみで多段の回転電機の動作部を作成でき
る。従って、鉄損は、大幅に減り、効率の上昇,回転電
機の動作時の上昇温度の低下が可能となる。
Further, since the stator core has no teeth and no rotor core, the magnetic circuit is composed only of the stator core, the permanent magnets and the air gap, and the magnetic portion forming the magnetic path is multi-stage with only two stator cores on both sides. It is possible to create an operating unit of a rotating electric machine. Therefore, the iron loss is significantly reduced, and the efficiency can be increased and the temperature rise during the operation of the rotating electric machine can be reduced.

【0011】アキシャルギャップ回転電機では、内径側
の円周が当然短くなるため巻線の端部のスペースが狭く
なり、巻線回数を多くできないという問題点がある。し
かしながら、上述した鉄損の低下により、さらに高周波
駆動となる超高速・多極の回転電機を製作することが可
能となり、多極数となると、巻線の端部は短くなり巻線
回数を増やし、高出力となる。
In the axial gap rotary electric machine, since the circumference on the inner diameter side is naturally shortened, the space at the end of the winding is narrowed, and the number of windings cannot be increased. However, due to the decrease in iron loss described above, it becomes possible to manufacture an ultra-high speed, multi-pole rotating electric machine that can be driven at a higher frequency. , High output.

【0012】ステータ鉄心は、帯状の薄い磁性鋼板を渦
巻状に巻いて構成することにより、渦電流の発生による
鉄損を抑えることができる。ステータ鉄心に歯を設けた
場合には、高速回転時にこの歯により、空隙磁束が脈動
して、ロータ表面に相当大きな渦電流が発生するが、本
発明においては、鉄心の歯がないため、この渦電流が発
生せず、効率が良くなる。
The stator core is formed by spirally winding a strip-shaped thin magnetic steel sheet, so that iron loss due to generation of eddy current can be suppressed. When teeth are provided on the stator iron core, the air gap magnetic flux pulsates due to the teeth at the time of high-speed rotation, and a considerably large eddy current is generated on the rotor surface. No eddy current is generated and efficiency is improved.

【0013】ステータ巻線においては、磁路を構成する
軟磁性材は、ステータ鉄心のみとなるので、巻線からみ
た磁気的な空隙が相当大きくなる。従って、巻線のイン
ダクタンスは、かなり小となり、インダクタンスの電圧
降下が小さくなり、同時に端子電圧が小さくなる。従っ
て、駆動電源の小形化が可能である。また、磁気的な空
隙が大きくなると、巻線による電機子反作用も小さくな
るため、ロータに取付けた永久磁石の減磁を防ぐことが
でき、大電流を流すことも可能となる。
In the stator winding, since the soft magnetic material forming the magnetic path is only the stator core, the magnetic air gap seen from the winding becomes considerably large. Therefore, the inductance of the winding is considerably small, the voltage drop of the inductance is small, and at the same time the terminal voltage is small. Therefore, the drive power source can be downsized. Further, when the magnetic gap becomes large, the armature reaction due to the winding also becomes small, so that it is possible to prevent demagnetization of the permanent magnet attached to the rotor, and it is possible to flow a large current.

【0014】一方、本発明は、大出力化のため、多段の
動作部とし、ロータの円盤部と成形されたステータ巻線
が交互に軸方向に配列される構成としている。そこで、
ステータを回転軸の軸心を含む平面内で分割が可能な構
造とし、分割された状態でロータを収めることができ
る。同時にステータ巻線も分割可能にするため、一方巻
き方法(または同心巻き方法)を採用し、実極と実極間
に虚極を形成する巻線とし、虚極の中心がステータの分
割線上に存在するようにしている。これにより、ステー
タを分割するために、成形された巻線内の導線を切断さ
れることがなくなる。
On the other hand, according to the present invention, in order to increase the output, a multi-stage operation unit is used, and the disc portion of the rotor and the formed stator winding are alternately arranged in the axial direction. Therefore,
The stator has a structure that can be divided within a plane including the axis of the rotating shaft, and the rotor can be accommodated in the divided state. At the same time, to make the stator windings separable as well, a one-sided winding method (or concentric winding method) is used to form an imaginary pole between the real pole and the real pole, and the center of the imaginary pole is on the split line of the stator. I try to exist. This prevents the conductors in the molded windings from being cut in order to divide the stator.

【0015】上述したように本発明は、アキシャルギャ
ップ回転電機であり、回転軸の軸心を含む平面内で2分
割以上に分割できるため、ロータを容易に取出すことが
でき、メンテナンスが容易になる。さらに、ステータ巻
線は、従来のように鉄心の歯に巻き付けずに、ステータ
巻線単独で形成されているため、ステータを分割して、
ステータ巻線のみを容易に取出すことができ、ステータ
巻線の交換が容易となる。
As described above, the present invention is an axial gap rotating electric machine and can be divided into two or more parts in a plane including the axis of the rotating shaft, so that the rotor can be easily taken out and maintenance is facilitated. .. Furthermore, since the stator winding is formed by the stator winding alone without being wound around the teeth of the iron core as in the conventional case, the stator is divided into
Only the stator winding can be easily taken out, and the stator winding can be easily replaced.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図1は、本発明の一実施例の主要部分を切断し
て示す縦断面図である。同図において、10はアキシャル
ギャップ回転電機で、このアキシャルギャップ回転電機
は、ステータ11と、このステータ11に軸受を介して回転
自在に支持されるロータ12で構成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a main part of an embodiment of the present invention by cutting it. In the figure, reference numeral 10 denotes an axial gap rotating electric machine, which is composed of a stator 11 and a rotor 12 rotatably supported by the stator 11 via bearings.

【0017】この構成において、ステータ11は、ほぼ円
筒状に形成されたフレーム13と、このフレーム13の両端
開口部に夫々取付けられるブラケット14,14と、それぞ
れのブラケット14に設けた凹部に収容されて取付けら
れ、スロットのないバックヨーク15,15と、バックヨー
ク上でブラケット14に取付けられステータ巻線を構成す
るモールド巻線16A,16Aと、フレーム13の中央部に取
付けられスタータ巻線を構成するモールド巻線16Bで構
成され、これらは、図2に模式的に示すようにロータ12
の軸心を含む平面内で上下に2分割される構造となって
いる。
In this structure, the stator 11 is housed in a frame 13 formed in a substantially cylindrical shape, brackets 14 and 14 attached to opening portions at both ends of the frame 13, and recesses provided in the brackets 14, respectively. Slotted back yokes 15 and 15, mold windings 16A and 16A that form the stator windings that are attached to the bracket 14 on the back yokes, and the starter winding that is attached to the center of the frame 13. The molded windings 16B are formed by the rotor 12 as shown in FIG.
It has a structure in which it is divided into two up and down in a plane including the axis of.

【0018】上記したモールド巻線16A,16Bは、全体
として円盤状に形成され、図3に示すように上下に2分
割されて半円状とした2個のものから構成され、それぞ
れには3箇所にU,V,W相の巻線17が設けられ、これ
らの巻線17をエポキシ樹脂の成形樹脂層18で一体にして
いる。ここで、巻線17は、一方巻き方法(または同心巻
き方法)を採用し、同図に示すように実極(N極)と虚
極(S極)を形成するものとし、虚極の中心がステータ
11の2分割線上に存在するようにする。
The above-mentioned mold windings 16A and 16B are formed in a disk shape as a whole, and as shown in FIG. 3, they are composed of two pieces which are divided into upper and lower parts into a semicircular shape, and each of them has 3 pieces. U, V, and W phase windings 17 are provided at the positions, and these windings 17 are integrated by a molding resin layer 18 of epoxy resin. Here, the winding 17 adopts a one-way winding method (or a concentric winding method) to form a real pole (N pole) and an imaginary pole (S pole) as shown in FIG. Is the stator
It should be on the dividing line of 11.

【0019】また、成形樹脂層18の外周側に近い部分
に、ブラケット14やフレーム13に取付けるためのボルト
の貫通穴19を設ける。さらに、成形樹脂層18には、U,
V,Wの巻線17に外部電源からフレーム13を貫通して引
込まれるケーブルを接続するための端子(図示しない)
を、側面に設ける(または巻線17の端部からリード線を
引出しておき、このリード線をフレーム13に設けた穴を
貫通させ、フレーム13の外部でケーブルと接続するよう
にしてもよい)。
Further, a through hole 19 for a bolt for attaching to the bracket 14 or the frame 13 is provided in a portion near the outer peripheral side of the molded resin layer 18. Further, the molded resin layer 18 has U,
A terminal (not shown) for connecting a cable drawn from the external power source through the frame 13 to the V and W windings 17
May be provided on the side surface (or a lead wire may be drawn out from the end of the winding 17 and the lead wire may be passed through a hole provided in the frame 13 to be connected to the cable outside the frame 13). ..

【0020】また、上記したバックヨーク15は、図4お
よび図5に示すように帯状の 0.2mm厚さのケイ素鋼板20
を渦巻状に巻き、これを外側リング21と内側リング22の
間に挾んで固定した後、上下に2分割した構造とし、半
円のヨークとしてブラケット14に取付けられている。
The back yoke 15 is made of a strip-shaped silicon steel plate 20 having a thickness of 0.2 mm as shown in FIGS.
Is wound in a spiral shape, and is sandwiched between the outer ring 21 and the inner ring 22 and fixed, and then is divided into two parts up and down, which is attached to the bracket 14 as a semicircular yoke.

【0021】さらにロータ12は、非磁性材から形成され
た回転軸23と、この回転軸23の軸方向の中間部で一体に
形成された2個のロータ円盤24,24と、それぞれのロー
タ円盤24に図6に示すように等配された12箇所で、1箇
所当たり10個が分散して取付けられている永久磁石25で
構成されている。ここで、永久磁石25は、円柱形状に形
成され、かつ軸方向に沿って磁化されており、ロータ円
盤24の平面に軸方向に沿って設けられた穴に挿入され固
定されている。
Further, the rotor 12 includes a rotary shaft 23 made of a non-magnetic material, two rotor disks 24, 24 integrally formed at an intermediate portion of the rotary shaft 23 in the axial direction, and each rotor disk. As shown in FIG. 6, 24 permanent magnets 25 are installed at 12 locations evenly arranged, and 10 magnets are dispersedly attached to each location. Here, the permanent magnet 25 is formed in a cylindrical shape and is magnetized along the axial direction, and is inserted and fixed in a hole provided along the axial direction in the plane of the rotor disk 24.

【0022】また、ロータ円盤24は、モールド巻線16
A,16Bとの間に軸方向空隙26が形成されるように配置
されている。一方、ロータ円盤24に作られる界磁極は、
10個の永久磁石25を図6に示すように分散させて配置
し、一つの極を形成する。本実施例では、12極であるか
ら1つのロータ円盤当たり 120個の永久磁石25が設けら
れている。
Further, the rotor disk 24 has a mold winding 16
It is arranged so that an axial gap 26 is formed between A and 16B. On the other hand, the field poles created on the rotor disk 24 are
Ten permanent magnets 25 are dispersed and arranged as shown in FIG. 6 to form one pole. In this embodiment, since there are 12 poles, 120 permanent magnets 25 are provided for each rotor disk.

【0023】次に、以上のように構成された実施例の作
用を説明する。まず、機械的な構造面においては、界磁
となる永久磁石25がロータ円盤24の平面に対して、軸方
向に貫通して埋め込まれている。そのため、ロータ円盤
24は、高速回転時に永久磁石25が遠心力により飛び出す
のを押さえるように作用する。耐遠心力を強くするた
め、ロータ円盤24の厚みを十分に厚くする必要がある。
上述した図7に示す従来の円筒型で半径方向に界磁、巻
線をもつ径方向磁気回路の回転電機は、耐遠心力のため
設けられているロータ外周の保持環5を厚くすると、磁
気的な空隙7が長くなる。
Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described. First, in terms of mechanical structure, a permanent magnet 25 serving as a field is embedded in the plane of the rotor disk 24 so as to penetrate in the axial direction. Therefore, the rotor disc
24 acts so as to prevent the permanent magnet 25 from jumping out by centrifugal force during high-speed rotation. In order to increase the centrifugal resistance, it is necessary to make the rotor disk 24 sufficiently thick.
In the conventional cylindrical electric machine of the radial magnetic circuit having the field and winding in the radial direction shown in FIG. 7, if the holding ring 5 provided on the outer circumference of the rotor for thickening the centrifugal force is thickened, The space 7 becomes long.

【0024】ところが、本実施例の回転電機ではロータ
円盤24のロータ外周部分の厚みを十分に厚くしても、永
久磁石25の作る磁界が回転軸方向に形成されるため、磁
気回路の磁気的な空隙が増加することはない。従って、
耐遠心力として機械強度を上げることにより、出力が低
下することが無く、高速回転が可能となる。また、界磁
の極を形成する永久磁石25は、1極当たり1個の永久磁
石ではなく、本実施例では、1極あたり10個の円柱型と
した永久磁石25を分散させて、ロータ円盤24の10個の穴
に埋め込むため、永久磁石25の遠心力による応力がロー
タ円盤24の一部に集中することを避けることが可能とな
り、超高速回転に耐え得る。
However, in the rotating electric machine of the present embodiment, even if the outer peripheral portion of the rotor disk 24 is made sufficiently thick, the magnetic field produced by the permanent magnet 25 is formed in the direction of the rotation axis, so that the magnetic circuit of the magnetic circuit is magnetic. The number of voids does not increase. Therefore,
By increasing the mechanical strength as the centrifugal force resistance, the output does not decrease and high speed rotation becomes possible. Further, the permanent magnets 25 forming the field poles are not one permanent magnet per pole, but in this embodiment, ten cylindrical permanent magnets 25 per pole are dispersed to form a rotor disk. Since it is embedded in the 10 holes of 24, it becomes possible to avoid the stress due to the centrifugal force of the permanent magnet 25 from concentrating on a part of the rotor disk 24, and it is possible to withstand ultra-high speed rotation.

【0025】また、本実施例の回転電機は、アキシャル
ギャップのため、ロータ12は、フライホイールに似た独
楽の形状となり、ロータ円盤24を支える両サイドの軸受
間の距離も相当短くなるため、回転する軸の剛性が高く
なる。従って、軸のねじり振動周波数が高くなり、超高
速回転においても軸の振動が少なく安定して回転でき
る。
Since the rotary electric machine of this embodiment has an axial gap, the rotor 12 has a top shape similar to a flywheel, and the distance between the bearings on both sides supporting the rotor disk 24 is considerably shortened. The rigidity of the rotating shaft increases. Therefore, the torsional vibration frequency of the shaft becomes high, and the shaft can be stably rotated with little vibration even at ultra-high speed rotation.

【0026】次に、電磁気的な面においては、巻線部
は、巻線17と成形樹脂層18のみからなり、ロータ鉄心も
無いため、磁気回路はブラケット14の内面に設けた2個
のバックヨーク15,永久磁石25および空隙26のみからな
り、磁路を作る磁性部分が両側の2個のバックヨーク15
のみとなる。従って、2分割以上に分割可能なモールド
巻線16A,16Bとロータ円盤24を2個のバックヨーク15
間に次々と交互に配列するだけで、多段の回転電機の動
作部が形成され、高出力化が可能である。
Next, on the electromagnetic side, since the winding portion is composed only of the winding wire 17 and the molding resin layer 18 and there is no rotor iron core, the magnetic circuit has two magnetic coils provided on the inner surface of the bracket 14. The two back yokes 15 on both sides have a magnetic part that is composed of only the yoke 15, the permanent magnet 25 and the air gap 26 and forms a magnetic path.
Will only be. Therefore, the mold windings 16A and 16B and the rotor disk 24 that can be divided into two or more pieces are divided into two back yokes 15.
Only by alternately arranging them one after the other, the operating part of the multi-stage rotating electric machine is formed, and high output can be achieved.

【0027】また、ステータ鉄心の歯が無く、ロータ鉄
心も無いため、磁気回路はバックヨーク15,永久磁石25
および空隙26のみからなり、磁路を作る磁性部分が両側
の2個のバックヨーク15のみで多段の回転電機の動作部
を形成できる。従って、鉄損は、大幅に減り、効率の上
昇,回転電機の動作時の上昇温度の低下が可能となる。
Since the stator iron core has no teeth and the rotor iron core does not exist, the magnetic circuit is composed of the back yoke 15 and the permanent magnet 25.
And the magnetic parts that form the magnetic path only by the two back yokes 15 on both sides can form the operating part of the multi-stage rotating electric machine. Therefore, the iron loss is significantly reduced, and the efficiency can be increased and the temperature rise during the operation of the rotating electric machine can be reduced.

【0028】アキシャルギャップ回転電機では、内径側
の円周が当然短くなるため巻線17端部のスペースが狭く
なり、巻線回数を多くできないという問題点がある。し
かしながら、上述した鉄損の低下により、さらに高周波
駆動となる超高速で多極の回転電機を製作することが可
能となり、多極数となるため巻線17の端部は短くなり巻
線回数を増やし、高出力となる。
In the axial gap rotating electric machine, since the circumference on the inner diameter side is naturally shortened, the space at the end of the winding 17 is narrowed, and the number of windings cannot be increased. However, due to the decrease in iron loss described above, it becomes possible to manufacture an ultrahigh-speed, multi-pole rotating electric machine that is driven at a higher frequency, and since the number of multi-poles is increased, the end of the winding 17 is shortened and the number of windings is reduced. Increased, resulting in higher output.

【0029】バックヨーク15は、帯状の 0.2mm厚さのケ
イ素鋼板20を渦巻状に巻いて、外側リング21と内側リン
グ22間に挾み込んで、固定することにより、渦電流の発
生による鉄損を抑えている。ステータ鉄心に歯を設けた
回転電機では、高速回転時にステータ鉄心の歯により、
空隙磁束が脈動して、ロータ表面に相当大きな渦電流が
発生するが、本実施例の回転電機は、鉄心の歯がないた
め、この渦電流が発生せず、効率が良くなる。
The back yoke 15 is formed by spirally winding a strip-shaped silicon steel plate 20 having a thickness of 0.2 mm, sandwiching it between the outer ring 21 and the inner ring 22, and fixing the iron steel by generating an eddy current. It controls the loss. In a rotating electrical machine with teeth on the stator core, the teeth of the stator core cause
The air gap magnetic flux pulsates and a considerably large eddy current is generated on the rotor surface. However, since the rotating electrical machine of this embodiment does not have the teeth of the iron core, this eddy current does not occur and the efficiency is improved.

【0030】巻線17においては、磁路を構成する軟磁性
材は、バックヨーク15のみとなり、巻線17からみた磁気
的な空隙は、相当大きくなる。従って、巻線17のインダ
クタンスは、かなり小となり、インダクタンスの電圧降
下が小さくなり、同時に端子電圧が小さくなる。従っ
て、駆動電源の小形化が可能である。
In the winding 17, the soft magnetic material forming the magnetic path is only the back yoke 15, and the magnetic air gap seen from the winding 17 is considerably large. Therefore, the inductance of the winding 17 is considerably small, the voltage drop of the inductance is small, and at the same time the terminal voltage is small. Therefore, the drive power source can be downsized.

【0031】また、磁気的な空隙が大きくなると、巻線
17による電機子反作用も小さくなるため、ロータ12に取
付けた永久磁石25の減磁を防ぐことができ、大電流を流
すことも可能となる。
When the magnetic gap becomes large, the winding
Since the armature reaction by 17 is also reduced, it is possible to prevent demagnetization of the permanent magnet 25 attached to the rotor 12, and it is possible to flow a large current.

【0032】次に、ステータ11の分割について説明す
る。本発明の回転電機は、高出力化のため、多段の動作
部とし、ロータ円盤24と成形されたモールド巻線16A,
16Bが交互に軸方向に並ぶ構成としている。そのため、
ステータ11内にロータ12を収めることが困難である。そ
こで、本発明の回転電機では、ステータ11は、ロータ12
の軸心を含む平面内で2分割して組合わせる構造として
いるため、ステータ11を2分割して、ロータ12を収める
ことが可能となっている。円盤状としたモールド巻線16
A,16Bは、2分割した構造としているため、一方巻き
方法(または同心巻き方法)を採用し、実極と虚極を交
互に形成する巻線とし、虚極の中心がステータ11の2分
割線上に存在するようにしている。具体的には、隣接す
る2つの巻線がいずれもN極を形成すると、巻線間に
は、虚極のS極が形成される。そこで、この虚極の中心
をステータ11の2分割線上とすることにより、ステータ
11を2分割するために、モールド巻線16A,16B内の導
線を切断されることがなくなり、本発明の回転電機を構
成することが可能となる。
Next, the division of the stator 11 will be described. The rotating electric machine of the present invention has a multi-stage operation unit for high output, and has a rotor disk 24 and a molded winding 16A formed by molding.
16B are alternately arranged in the axial direction. for that reason,
It is difficult to fit the rotor 12 in the stator 11. Therefore, in the rotating electric machine of the present invention, the stator 11 is the rotor 12
Since it has a structure in which the rotor 11 is divided into two parts in a plane including the axis center of, the stator 11 can be divided into two parts to accommodate the rotor 12. Disc-shaped mold winding 16
Since A and 16B have a structure in which they are divided into two, one-side winding method (or concentric winding method) is adopted to form a winding that alternately forms a real pole and an imaginary pole, and the center of the imaginary pole is divided into two parts of the stator 11. I try to exist on the line. Specifically, when two adjacent windings both form an N pole, an imaginary S pole is formed between the windings. Therefore, by setting the center of this imaginary pole on the bisector of the stator 11,
Since 11 is divided into two, the conductors in the mold windings 16A and 16B are not cut, and the rotary electric machine of the present invention can be configured.

【0033】本発明は、アキシャルギャップ型であり、
ロータ12の軸心を含む平面内で2分割できるため、ロー
タ12をステータ11から容易に取出すことができ、メンテ
ナンスが容易になる。さらに、巻線17を従来のように鉄
心の歯に巻き付けずに、モールド巻線単独で形成してい
るため、ステータ11を分割して、モールド巻線16A,16
Bのみを容易に取出すことができ、巻線17の交換が容易
となる。
The present invention is an axial gap type,
Since the rotor 12 can be divided into two in a plane including the axial center of the rotor 12, the rotor 12 can be easily taken out from the stator 11 and maintenance becomes easy. Further, since the winding 17 is formed by the mold winding alone without being wound around the teeth of the iron core as in the conventional case, the stator 11 is divided into the mold windings 16A and 16A.
Only B can be taken out easily, and the winding 17 can be easily replaced.

【0034】また、上述したように多数の円柱形状の永
久磁石25を、図6に示すように同一半径方向から任意の
角度分ずらして配置することにより、スキュー効果が容
易に得られ、誘起電圧波形を正弦波にし、出力の脈動を
低減することができる。
Further, as described above, by arranging a large number of cylindrical permanent magnets 25 by shifting them from the same radial direction by an arbitrary angle as shown in FIG. 6, the skew effect can be easily obtained and the induced voltage can be increased. The waveform can be changed to a sine wave to reduce output pulsation.

【0035】なお、以上説明した実施例では、エポキシ
樹脂で巻線17をモールドして構成したが、半導体技術を
応用し、薄い電気絶縁物の基板に導線をプリント配線し
た半円状の巻線を積層して構成するようにしても、同様
な効果が得られる。
In the embodiment described above, the winding 17 is molded with epoxy resin. However, by applying semiconductor technology, a semi-circular winding in which a conductive wire is printed on a substrate of a thin electric insulator. The same effect can be obtained by stacking the layers.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、界
磁となる永久磁石を複数個としてロータ円盤に埋め込む
ようにしているので、遠心力による応力が一部に集中す
ることがなく超高速回転が可能となり、また、ステータ
を分割構造としているので、ステータ巻線とロータ円盤
を交互に配列して多段とすることができ大出力化を容易
とし、かつステータの上半部を取外すことにより巻線や
ロータのメンテナンスを容易となるアキシャルギャップ
回転電機を提供することができる。
As described above, according to the present invention, since a plurality of permanent magnets serving as field magnets are embedded in the rotor disk, the stress due to the centrifugal force is not concentrated on a part of the magnet. High-speed rotation is possible, and because the stator has a split structure, the stator windings and rotor disks can be arranged alternately to form multiple stages, making it easier to increase the output and removing the upper half of the stator. This makes it possible to provide an axial gap rotating electric machine that facilitates maintenance of the windings and the rotor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例の主要部分を切断して示す縦
断面図。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a main part of an embodiment of the present invention by cutting.

【図2】本発明の一実施例におけるステータを模式的に
示した説明図。
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing a stator according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例におけるモールド巻線の構成
図。
FIG. 3 is a configuration diagram of a mold winding according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施例におけるバックヨークの構成
図。
FIG. 4 is a configuration diagram of a back yoke according to an embodiment of the present invention.

【図5】図4のA−A線に沿った平面図。5 is a plan view taken along the line AA of FIG.

【図6】本発明の一実施例におけるロータ円盤に永久磁
石が埋め込まれた状態を示す平面図。
FIG. 6 is a plan view showing a state where permanent magnets are embedded in a rotor disk according to an embodiment of the present invention.

【図7】従来の永久磁石回転電機を示す縦断面図。FIG. 7 is a vertical cross-sectional view showing a conventional permanent magnet rotating electric machine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…ステータ、12…ロータ、13…フレーム、14…ブラケ
ット、15…バックヨーク、16A,16B…モールド巻線、
17…巻線、18…成形樹脂層、20…ケイ素鋼板、21…外側
リング、22…内側リング、23…回転軸、24…ロータ円
盤、25…永久磁石、26…空隙。
11 ... Stator, 12 ... Rotor, 13 ... Frame, 14 ... Bracket, 15 ... Back yoke, 16A, 16B ... Mold winding,
17 ... Winding, 18 ... Molded resin layer, 20 ... Silicon steel plate, 21 ... Outer ring, 22 ... Inner ring, 23 ... Rotating shaft, 24 ... Rotor disk, 25 ... Permanent magnet, 26 ... Void.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ステータと、このステータに回転自在に
支持されたロータを備え、前記ステータは、中空状の枠
体と、この枠体の両端開口部に取付けられる端蓋と、こ
の端蓋の内面側に取付けられスロットを有しないステー
タ鉄心と、前記枠体および前記ステータ鉄心上で前記端
蓋にそれぞれ取付けられ成形された3個以上のステータ
巻線を有し、かつこれらは前記ロータの軸心を含む平面
内で2分割以上に分割されて構成され、前記ロータは、
軸方向の空隙を介して2個以上の非磁性材より形成され
た円盤部を有し、この円盤部に軸方向に沿って磁化され
た永久磁石を埋設して構成したことを特徴とするアキシ
ャルギャップ回転電機。
1. A stator, comprising a rotor rotatably supported by the stator, the stator comprising a hollow frame body, end caps attached to openings at both ends of the frame body, and It has a stator iron core attached to the inner surface side and having no slot, and three or more stator windings respectively attached and molded to the end cover on the frame body and the stator iron core, and these are stator shafts of the rotor. The rotor is divided into two or more parts in a plane including the core, and the rotor is
An axial structure having a disc portion formed of two or more non-magnetic materials via an axial gap, and a permanent magnet magnetized along the axial direction is embedded in the disc portion. Gap rotating electric machine.
【請求項2】 請求項1に記載のアキシャルギャップ回
転電機において、1極当たりの永久磁石を複数個に分割
し、ロータの円盤部に軸方向に貫通させ固定したことを
特徴とするアキシャルギャップ回転電機。
2. The axial gap rotating electric machine according to claim 1, wherein the permanent magnet per pole is divided into a plurality of parts, and the permanent magnets are axially penetrated and fixed to the disk part of the rotor. Electric machinery.
【請求項3】 請求項1に記載のアキシャルギャップ回
転電機において、端蓋の内面側に取付けるステータ鉄心
を、薄い磁性鋼板を渦巻状に巻回して円盤状に形成し、
かつ直径方向に沿って分割した構成としたことを特徴と
するアキシャルギャップ回転電機。
3. The axial gap rotating electric machine according to claim 1, wherein the stator core attached to the inner surface side of the end cover is formed into a disc shape by spirally winding a thin magnetic steel plate,
An axial gap rotating electric machine characterized by being divided along the diametrical direction.
【請求項4】 請求項1に記載のアキシャルギャップ回
転電機において、枠体及びステータ鉄心上で端蓋に取付
けられるステータ巻線を、直径方向に沿って分割可能な
一方巻線または同心巻線とし、かつ絶縁樹脂でモールド
したことを特徴とするアキシャルギャップ回転電機。
4. The axial gap rotary electric machine according to claim 1, wherein the stator windings attached to the end cover on the frame body and the stator iron core are one-sided windings or concentric windings that can be divided along the diameter direction. An axial gap rotating electric machine characterized by being molded with an insulating resin.
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