JPWO2010116921A1 - 磁気回路構造体 - Google Patents
磁気回路構造体 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2010116921A1 JPWO2010116921A1 JP2011508337A JP2011508337A JPWO2010116921A1 JP WO2010116921 A1 JPWO2010116921 A1 JP WO2010116921A1 JP 2011508337 A JP2011508337 A JP 2011508337A JP 2011508337 A JP2011508337 A JP 2011508337A JP WO2010116921 A1 JPWO2010116921 A1 JP WO2010116921A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotor
- magnetic pole
- stator
- peripheral surface
- side magnetic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 36
- 229910000576 Laminated steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 36
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 14
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 13
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000009751 slip forming Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K19/00—Synchronous motors or generators
- H02K19/02—Synchronous motors
- H02K19/10—Synchronous motors for multi-phase current
- H02K19/103—Motors having windings on the stator and a variable reluctance soft-iron rotor without windings
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K19/00—Synchronous motors or generators
- H02K19/16—Synchronous generators
- H02K19/22—Synchronous generators having windings each turn of which co-operates alternately with poles of opposite polarity, e.g. heteropolar generators
- H02K19/24—Synchronous generators having windings each turn of which co-operates alternately with poles of opposite polarity, e.g. heteropolar generators with variable-reluctance soft-iron rotors without winding
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
- H02K1/14—Stator cores with salient poles
- H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/24—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors
- H02K1/246—Variable reluctance rotors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
- H02K2201/03—Machines characterised by aspects of the air-gap between rotor and stator
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
Description
一般に、モータのトルク性能や発電効率は回転子(ロータ)あるいは可動子(ムーバ)と固定子(ステータ)とのエアギャップにおける磁束量に依存するため、トルク性能を高めるにはエアギャップの磁束量を増やす必要がある。
以後、モータのトルク性能を例に説明するが、発電機などでも同様である。
また、本発明は製造コストを上げることなく、これまでとトルク性能などが同性能以上である磁気回路構造体を提供することを目的とする。
さらに本発明は、起磁力が大きいときにトルク性能などを向上させることができる磁気回路構造体を提供することを目的とする。
図1は、有限要素法による解析計算を行うためのエアギャップを含む簡単な磁気回路である。この磁気回路は方形の鉄心からなり、左辺にエアギャップが形成され、右辺に励磁用のコイルが巻かれた回路構造をしている。図のエアギャップ部分は、対向面を平坦にしたノーマルギャップにしてある。ギャップ長(間隔)は0.3mmに設定し、表1に示した設定値の磁気回路を用いている。これをノーマルモデルと称する。
すなわち、図2(a)は、ギャップ長を、0.21mmに短縮したモデル(0.3mmから70%短縮)であり、「0.21mmモデル」と称する。これはノーマルモデルに比べてトルク性能を3割程度改善させるには、どの程度ギャップ長を短縮しなければならないかの参照にするためのモデルである。
図2(b)は、ギャップ長を0.3mmにしてV字状に形成したモデルであり、「V字ギャップ」と称する。
図2(c)は、板厚が0.35mmの電磁鋼板を用いて1枚ごとの電磁鋼板(ケイ素鋼板)の寸法を少しずつ変化させてギャップ長を0.3mmに維持しつつV字状に形成したモデルであり、「Vギャップ(凸)モデル」と称する。
図2(d)は、軸方向に沿って段差数が1段の凹凸を1つ形成したモデルであり、「凸1段モデル」と称する。エアギャップの中心間の長さが軸方向および半径方向とも5mmになるようにしてある。
図2(e)は軸方向に沿って段差数が2段の凹凸を1つ形成したモデルであり、「凸2段モデル」と称する。
図2(f)、図2(g)は、「凸1段モデル」「凸2段モデル」の凹凸サイズを半分にして軸方向に2つ並べたモデルであり、「凸1段×2モデル」「凸2段×2モデル」と称する。
図2(h)は軸方向に沿って段差が3段の凹凸を1つ形成したモデルであり、「凸3段モデル」と称する。
本発明では、励磁電流を0.8A以上にして起磁力を大きくした領域で、磁束密度を増大することができるかに関心がある。
さらに図4は、ノーマルモデル、Vギャップ(凸)モデル、凸1段モデル、凸2段モデル、凸1段×2モデル、凸2段×2モデルについて、有限要素法によって算出されたエアギャップ近傍の磁束線図である。
以上の結果から凸1段モデルは起磁力が小さいときは好ましいが、起磁力を大きくすると、凸2段モデルの方が優れる。
例えば、段差数を1段にすると、励磁電流が小さい領域は特性がよいが、励磁電流を大きくした起磁力が大きい範囲では、磁気飽和の影響を受け、かえって特性が悪化することになる。
図6は、凸1段、凸2段、凸3段モデルの磁束線図である。段差数が増えて、エアギャップに角が増えると、エアギャップ内を通過する磁束線が斜めになり、特性が悪くなる。その一方で、磁力線の局所的な集中が弱まり、磁気飽和は緩和される。これらの影響のバランスから、1A以上では凸3段モデルが、凸1段、凸2段モデルよりも特性がよくなる。
以上の解析結果を利用して作成した本発明の磁気回路構造体について説明する。
以下、本発明である磁気回路構造体の一実施形態を、モータを例にして図面を用いて説明する。なお、発電機その他に適用する場合であってもエアギャップ部分の構成については同じである。
回転子12および固定子13は、鉄損を抑えるために、それぞれ回転軸方向に沿って薄い0.35mmの電磁鋼板を積層するようにした積層鋼板により形成するようにしてある。
そして、回転子側磁極12bの外周面と固定子側磁極13bの内周面とは、それぞれ回転軸の軸線方向に沿って少なくとも1つの凹凸状のエアギャップGが形成され、互いに凹部と凸部とが噛み合って対向するようにしてある。エアギャップの間隙長さは0.3mmにしてあり、位置決め精度は従来と同じ程度でよいようにしてある。
11 回転軸
12 回転子
12b 回転子側磁極
13 固定子
13b 固定子側磁極
21,22 凸部
23,24 凹部
G エアギャップ
備え、回転子側磁極と固定子側磁極とが対向する位置で回転子側磁極の外周面と固定子側磁極の内周面との間にエアギャップが形成される構造を有する磁気回路構造体であって、エアギャップ部分が以下の構造を有するようにしている。すなわち、エアギャップを形成する回転子側磁極の外周面と前記固定子側磁極の内周面とが、回転軸の軸線方向に沿って互いに対向する凹凸が少なくとも1つ形成されるとともに、それぞれの凹凸単位には回転軸半径方向に2段または3段の段差が含まれ、回転軸の軸線方向に沿って半径方向のエアギャップ長が一定間隔に維持されるようにしている。
[0010]
また、上記回転子と固定子の内外の関係は逆の場合でもよい。すなわち、回転軸を中心に回転可能に支持され複数の回転子側磁極が内周面に形成された回転子と、回転子側磁極の内側に配置され複数の固定子側磁極が外周面に形成された固定子とを備え、回転子側磁極と固定子側磁極とが対向する位置で回転子側磁極の内周面と固定子側磁極の外周面との間にエアギャップが形成される構造を有する磁気回路構造体であって、エアギャップは回転子側磁極の内周面と前記固定子側磁極の外周面とが、回転軸の軸線方向に沿って互いに対向する凹凸が少なくとも1つ形成されるとともに、それぞれの凹凸単位には回転軸半径方向に2段または3段の段差が含まれ、回転軸の軸線方向に沿って半径方向のエアギャップ長が一定間隔に維持されるようにしている。
[0011]
また、上記発明において、回転軸半径方向の段差数が2段のときは回転子と固定子とはそれぞれ3種類の異なる形状の鋼板を積層することで形成されるようにしている。また、回転軸半径方向の段差数が3段のときは回転子と固定子とはそれぞれ4種類の異なる形状の鋼板を積層することで形成されるようにしている。
また、上記発明において、エアギャップ長が0.3mmにされるようにしている。
[0012]
本発明によれば、エアギャップ部分の形状を回転軸半径方向に2段(便宜上凸2段という)、または3段(便宜上凸3段という)の段差を形成することにより、ギャップ部分の対向面積を増やすことができ、磁気抵抗を小さくすることができる。そのときエアギャップ部分に形成された段差の角部分では、エアギャップを通過する磁束が斜めになり、局所的にギャップ長が増加することと等しい影響が生じるが、凸2段、凸3段であれば、角の数が少なく、対向面積の増加によって磁気抵抗が小さくできることの効果が、角部分
Claims (3)
- 回転軸を中心に回転可能に支持され複数の回転子側磁極が外周面に形成された回転子と、前記回転子側磁極の外側を囲むように配置され複数の固定子側磁極が内周面に形成された固定子とを備え、回転子側磁極と固定子側磁極とが対向する位置で回転子側磁極の外周面と固定子側磁極の内周面との間にエアギャップが形成される構造を有する磁気回路構造体であって、
前記エアギャップは回転子側磁極の外周面と前記固定子側磁極の内周面とが、回転軸の軸線方向に沿って互いに対向する凹凸が少なくとも1つ形成されるとともに、それぞれの凹凸単位には回転軸半径方向に2段または3段の段差が含まれることを特徴とする磁気回路構造体。 - 回転軸を中心に回転可能に支持され複数の回転子側磁極が内周面に形成された回転子と、前記回転子側磁極の内側に配置され複数の固定子側磁極が外周面に形成された固定子とを備え、回転子側磁極と固定子側磁極とが対向する位置で回転子側磁極の内周面と固定子側磁極の外周面との間にエアギャップが形成される構造を有する磁気回路構造体であって、
前記エアギャップは回転子側磁極の内周面と前記固定子側磁極の外周面とが、回転軸の軸線方向に沿って互いに対向する凹凸が少なくとも1つ形成されるとともに、それぞれの凹凸単位には回転軸半径方向に2段または3段の段差が含まれることを特徴とする磁気回路構造体。 - 回転軸半径方向の段差が2段のときは前記回転子と前記固定子とはそれぞれ3種類の異なる形状の積層鋼板で形成され、回転軸半径方向の段差が3段のときは前記回転子と前記固定子とはそれぞれ4種類の異なる形状の積層鋼板で形成される請求項1または請求項2のいずれかに記載の磁気回路構造体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011508337A JP5649566B2 (ja) | 2009-04-07 | 2010-03-30 | 磁気回路構造体 |
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009092936 | 2009-04-07 | ||
JP2009092936 | 2009-04-07 | ||
PCT/JP2010/055653 WO2010116921A1 (ja) | 2009-04-07 | 2010-03-30 | 磁気回路構造体 |
JP2011508337A JP5649566B2 (ja) | 2009-04-07 | 2010-03-30 | 磁気回路構造体 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2010116921A1 true JPWO2010116921A1 (ja) | 2012-10-18 |
JP5649566B2 JP5649566B2 (ja) | 2015-01-07 |
Family
ID=42936206
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011508337A Expired - Fee Related JP5649566B2 (ja) | 2009-04-07 | 2010-03-30 | 磁気回路構造体 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8653713B2 (ja) |
JP (1) | JP5649566B2 (ja) |
WO (1) | WO2010116921A1 (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013046434A (ja) * | 2011-08-22 | 2013-03-04 | Daikin Ind Ltd | 回転電気機械 |
JP6002020B2 (ja) | 2011-12-20 | 2016-10-05 | 日本ピストンリング株式会社 | 回転電機 |
JP2014023359A (ja) * | 2012-07-20 | 2014-02-03 | Nippon Piston Ring Co Ltd | 回転電機 |
JP5969416B2 (ja) * | 2012-09-26 | 2016-08-17 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 電動モータおよび電動ポンプ |
JP2014165927A (ja) * | 2013-02-21 | 2014-09-08 | Kenji Narita | 永久磁石型同期電動機 |
CN104135090B (zh) * | 2013-04-30 | 2017-01-18 | 财团法人工业技术研究院 | 电动机的动子与定子机构 |
JP6408766B2 (ja) * | 2014-01-28 | 2018-10-17 | 日本ピストンリング株式会社 | アキシャル立体ギャップ式回転電機 |
JP2016093068A (ja) * | 2014-11-11 | 2016-05-23 | 日本電産サンキョー株式会社 | 回転電気機械 |
EP3479464B1 (en) * | 2016-06-30 | 2023-05-10 | Amber Kinetics, Inc. | Homopolar motor for a flywheel energy storage system |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1283947B (de) * | 1965-06-19 | 1968-11-28 | Siemens Ag | Elektrische Maschine mit Hilfsluftspalten |
JPS6388071U (ja) * | 1986-11-28 | 1988-06-08 | ||
DE3917343C2 (de) * | 1989-05-27 | 2002-08-29 | Bosch Gmbh Robert | Schleifringloser Klauenpol-Generator |
JP3940207B2 (ja) | 1997-08-29 | 2007-07-04 | アイチエレック株式会社 | シンクロナスリラクタンスモータ及びその製造方法 |
KR100292492B1 (ko) * | 1998-03-16 | 2001-06-01 | 구자홍 | 이형공극을가지는모터 |
JPH11289726A (ja) | 1998-03-31 | 1999-10-19 | Nissan Motor Co Ltd | レラクタンスモータ |
US6870295B2 (en) * | 2001-01-22 | 2005-03-22 | Lg Electronics Inc. | Oscillating motor and motor control apparatus and method |
JP2004364368A (ja) * | 2003-06-03 | 2004-12-24 | Toyota Motor Corp | スイッチド・リラクタンス・モータ |
JP2005124355A (ja) * | 2003-10-20 | 2005-05-12 | Osaka Gas Co Ltd | 電気回転装置 |
JP2005160203A (ja) * | 2003-11-26 | 2005-06-16 | Toyota Motor Corp | スイッチドリラクタンスモータ |
GB0425118D0 (en) * | 2004-11-13 | 2004-12-15 | Luk P C K | Wheel switched reluctance motor |
JP4696900B2 (ja) * | 2005-12-26 | 2011-06-08 | 株式会社日立製作所 | 回転電機 |
JP2008141900A (ja) * | 2006-12-05 | 2008-06-19 | Mitsuba Corp | 回転電機 |
-
2010
- 2010-03-30 WO PCT/JP2010/055653 patent/WO2010116921A1/ja active Application Filing
- 2010-03-30 JP JP2011508337A patent/JP5649566B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2010-03-30 US US13/262,892 patent/US8653713B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20120025664A1 (en) | 2012-02-02 |
JP5649566B2 (ja) | 2015-01-07 |
WO2010116921A1 (ja) | 2010-10-14 |
US8653713B2 (en) | 2014-02-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5649566B2 (ja) | 磁気回路構造体 | |
JP4672083B2 (ja) | 誘導電動機の回転子及び誘導電動機及び圧縮機及び送風機及び空気調和機 | |
JP5414887B2 (ja) | 永久磁石式同期モータ | |
JP5813254B2 (ja) | 永久磁石式回転電機 | |
JP2008104323A (ja) | 永久磁石式リラクタンス型回転電機 | |
JP2017077044A (ja) | 回転電機、回転子鉄心の製造方法 | |
JP2012120326A (ja) | 磁石埋め込み型回転子、電動機及び電動機の組立方法 | |
JP2008271652A (ja) | 永久磁石式回転電機 | |
JP2011091911A (ja) | 永久磁石式回転電機 | |
JP2009268204A (ja) | Ipmモータ用ロータとipmモータ | |
JP2008029078A (ja) | 永久磁石形同期電動機 | |
JPH11243653A (ja) | 永久磁石電動機 | |
JP2008312318A (ja) | 回転電機の回転子及び回転電機 | |
JP5381139B2 (ja) | 電動機 | |
CN101944787B (zh) | 磁钢内嵌式转子的外表面结构 | |
JP2017055560A (ja) | 永久磁石式回転電機 | |
JP2005051929A (ja) | 電動機 | |
JP2009254030A (ja) | モータ | |
JP4303579B2 (ja) | 三次元ステーター構造の回転機 | |
JP5884463B2 (ja) | 回転電機 | |
JP2010068548A (ja) | 電動機 | |
JP2010178489A (ja) | 同期電動機 | |
JPWO2013121786A1 (ja) | モータのステータ・コア | |
JP2010246301A (ja) | 永久磁石式電動機の回転子 | |
JP2013074694A (ja) | 永久磁石埋設型電動モータ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130228 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130228 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140304 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140403 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20141104 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20141111 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5649566 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |