WO2005074099A1

WO2005074099A1 - 電動機

Info

Publication number: WO2005074099A1
Application number: PCT/JP2004/000844
Authority: WO
Inventors: Manabu Kobayashi; Hidenobu Ito; Kouichi Takamune; Kouki Naka; Kazumasa Ito
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2005-08-11
Also published as: JPWO2005074099A1

Abstract

ティースを、巻線が巻回されるティース４と巻線が巻回されないティース５とで構成するとともに、巻線６が巻回されるティース４と巻線６が巻回されないティース５とを交互に配置し、且つ前記巻線６が巻回されないティース５を、該ティース５の幅ｄより、該ティース先端部の幅ｅが小さい突起状７とすることにより、コギングトルク、及びトルクリップルを減少させたものである。

Description

明細書電動機技術分野

この発明は電動機に係り、特に電動機の固定子に関するものである背景技術

第 8図は従来の回転電動機の要部を示し、この回転電動機は、所定間隔を介して環状に配置された全てのティース 1 9に、卷線 2 3 が卷回されることにより構成された固定子 1 8 と、 S極磁石 2 2— a と N極磁石 2 2— b とが交互に所定間隔を介して環状に配列され、且つティース 1 9のティース先端部 2 0 と一定の空隙を介して配置された永久磁石 2 2を有する回転子 2 1 とで構成されている。

また、ティース 1 9は、第 8図に見られるように、ティース 1 9 の幅が、根元部から先まで幅が変化しないストレート形状であり、またティース先端部 2 0の開口部をできるだけ狭くしてコギングトルクを減少させるため、ティース先端部 2 0だけ、該ティース 1 9の幅より広くなる構成となっている。

ところで、回転電動機の巻線に通電しない無負荷状態においてコギングトルクを減少させるため、前述したようにティース先端部 2 0を該ティース 1 9 の幅より大きく左右に張り出す形状として、ティース先端部 2 0の開口部をできるだけ狭くすると、通電によりトルクを発生させ回転子 2を回転させる場合には、隣接するティース先端部 2 0の端部からの漏れ磁束により、ティース先端部 2 0に磁束が集中し、トルクリップルが増加する課題があった。

なお、通電時のトルクリップルを低減させるため、特開 2 0 0 1 - 1 5 7 4 2 8号公報や特許第 2 5 5 2 8 3 2号公報に、ティースをテーパ状にすることが開示されているが、これらの先行技術には、コギングトルクを減少させるための手段が開示されていない。

なおまた、銅損を低減させるため、特開 2 0 0 1 - 2 4 5 4 6 0 号公報に、ティース幅を細くし、より太い線を卷線することで、巻線抵抗を下げることが開示されているが、前記ティースを細ぐすることで、該ティースを通る磁束が減少し、磁気飽和となる課題があつた。発明の開示

この発明は上記課題を解決するためになされたもので、無負荷時のコギングトルク及ぴ負荷時のトルクリップルを低減できる電動機を得ることを目的とする。

またこの発明は、無負荷時のコギングトルク、及ぴ負荷時のトルクリツプルばかりでなく、銅損も低減できる電動機を得ることを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明に係る電動機は、複数のティース、及ぴ隣り合うティースの間に形成されるスロットに卷回される卷線を有する固定子と、前記ティースに空隙を介して対向し、界磁を形成する永久磁石を有する可動子とを備えた電動機において、前記ティースを、巻線が巻回されるティースと巻線が巻回されないティースとで構成するとともに、卷線が卷回されるティースと卷線が卷回されないティースとを交互に配置し、且つ前記卷線が巻回されないティースを、該ティースの幅より、該ティース先端部の幅が小さい突起状としたものである。

また、前記卷線が巻回されないティースを、先端部を除いて同一幅としたものである。

このため、無負荷時のコギングトルク、及び負荷時のトルクリップルが減少する。

またこの発明に係わる電動機は、前記巻線が卷回されないティースの幅を、卷線が巻回されるティースの幅より細くしたものである。

このため、ティース間に形成されるス口ッ卜の面積が増加し、卷線の占積率が増加し、卷線抵抗下げることができるため、無負荷時のコギングトルク、及ぴ負荷時のトルクリップルが減少するばかりでなく、銅損が低減する。

またこの発明に係わる電動機は、前記卷線が巻回されるティ一スを、根元部から先端部いくほど細くなるテーパ形状としたものである。

また、前記巻線が卷回されるティースの先端部を、該ティースの両側にはみ出し形状としたものである。

このため、無負荷時のコギングトルク、及び負荷時のトルクリップルが更に減少する。図面の簡単な説明

第 1図はこの発明の実施の形態 1 に係る回転電動機の断面図である。

第 2図はこの発明の実施の形態 1 に係る回転電動機のティース部分周辺を示す拡大図である。

第 3図は捕ティースの先端部が突起状のときと突起状でないときのコギングトルク · トルクリップルの値を示す図である。第 4図は捕ティース先端の突起部における幅寸法の違いによるコギングトルクの値を示す図である。

第 5図は主ティースのテーパ形状の違いによる、コギングトルク · トルクリップルの値を示す図である。

第 6図は捕ティースの先端形状が突起状でない電動機を示す図ある。

第 7図はこの発明の実施の形態 2に係る回転電動機の補ティ一スの先端形状を示す図である。

第 8図は従来の回転電動機のティース部分周辺を示す拡大図である。発明を実施するための最良の形態

実施の形態 1 .

以下この発明の実施の形態 1を、第 1図〜第 6図を用いて説明する。なお、第 1図は実施の形態 1に係る回転電動機の断面図、第 2図は第 1図の要部拡大図である。

第 1図、第 2図において、 1は固定子で、主ティース 4 と補ティース 5が、バックヨーク 1 0から固定子内側中心方向へ突出して、交互に同数づっ設けられている。 2は可動子である回転子で、該回転子 2 の外側表面には、永久磁石 3 の S極磁石 3— a と N極磁石 3 一 b とが交互に等間隔で同数配置されている。またこの永久磁石 3 は、回転子軸方向に 2個並べられて 1極を構球している。また主ティース 4 ·捕ティース 5 と永久磁石 3 とは、一定の空隙を介して対向している。また主ティース 4と補ティース 5 の間には、スロット部 9が構成されており、主ティース 4にのみ卷回された、卷線 6が配置されている。なお主ティース 4に巻回される巻線 6は、 1ティースのっき 1相である集中卷を採用している。また固定子 1は、卷線 6を施された状態で該固定子 1 の外周面をフレーム 1 1 の内周面部に接触するように、焼嵌めにより配置固定されている。

また主ティース 4は、第 2図に示すように、パックヨーク 1 0力ら突出している根元部分の幅 a、先部分の幅 b とすると、 a > bの寸法関係となるテーパ形状になっている。具体的には、 1 4 mm ( a ) — 1 2 mm ( b ) = 2 (mm) のテーパ形状を採用している。また主ティース 4の先端に設けられている先端部 8の幅 cは、 c > b となるよう、主ティース 4の両側にはみ出した形状となっている。具体的には、 c 1 5 mm幅のものを採用している。

また補ティース 5は幅 d—定のストレート形状で、補ティース 5 の先端部には d > eの幅となるよう、突起部 7が設けられている。具体的には、 8 m.m ( d ) - 6 mm ( e ) = 2 (mm) の突起部 7 を揉用している。

更にまた、主ティース 4の幅 a と補ティース 5の幅 dは a > dの寸法関係となっており、主ティース 4と補ティース 5は不等形状テイニスとなっている。具体的には、 a = l 4 mm、 d = 8 mmとなつている。

また、この実施の形態 1に係る電動機は、 5 0極 6 0スロットの電動機で、上記以外の寸法などは次のとおりである。

即ち、フレーム 1 1外径 = 4 5 5 mm、主ティース 4及び補ティース 5の軸方向寸法 = 1 0 0 mm,回転子 2の軸方向寸法 = 1 0 0 mm、主ティース 4数 = 3 0個、補ティース 5数 = 3 0個、固定子の材質 · 1枚あたりの厚み =けい素鋼板 · 0. '5 mm、卷線 6の材質 =銅、永久磁石 3の材質 ·個数 =ネォジゥム磁石 · 5 ◦個、回転子 2の材質 =一般構造用炭素鋼である。この実施の形態 1に係る電動機は以上のように構成されている。次にこの実施の形態 1に係る電動機のコギングトルク ' トルクリップル特性ついて、第 3図〜第 6図を用いて説明する。

なお、本実施の形態 1に係る電動機と比較するための特性を取るための電動機として、上記本実施の形態 1に係る電動機を基本として、第 6図に示す電動機（補ティース 5 の先端幅 f が補ティース 5 の根元幅 dより大きいもの）、補ティース 5 の幅 dと補ティース 5 の先端幅 e との差寸法を変化させた電動機、主ティース 4のバック _ヨーク 1 0から突出している根元部分の幅 a と主ティース 4の先部分の幅 b との差寸法を変化させた電動機を用いた。

第 3図は、無通電時のコギングトルク、及ぴ通電時のトルクリツプルの電磁解析結果を、第 6図のように補ティース 5の先端部 2 5 の寸法 f が、該補ティース 5の幅 dより大きいときと、本実施の形態 1 における形状である補ティース 5 の先端幅 eが該補ティース 5の根元幅 dより小さい、突起部 7であるときを、比較して表したものである。なお図中、 1 6は第 6図に示すように.、補ティース 5 の先端部 2 5の寸法 f 力補ティース 5の幅 dより大きい形状のものの結果、 1 7は第 2図に示すように、補ティース 5 の先端幅 eが、該補ティース 5の幅 dより小さい形状のものの結果を表している。第 3図より、補ティース 5の先端の寸法 eが、該補ティース 5の幅 dより'小さい突起部 7であるほう力 S、無通電時のコギングトルク、及び通電時のトルクリップルが小さいことが明らかである。このため、本実施の形態 1では、上述したように、補ティース 5の先端の寸法 e力 S、該補ティース 5 の幅 dより小さい突起部 7構成を採用している。

また第 4図は、補ティース 5 の幅 dと補ティース 5における突起部 7の幅 e との差による無通電時のコギングトルクの電磁解析結果を表したものである。なお図中、横軸は補ティース 5の幅 dと突起部 7の幅 e との差である。

第 4図より、補ティース 5の幅 d と突起部 7の幅 e との差が 2 m mのとき、コギングトルクが最小になっていることが明らかであり _ このため、本実施の形態 1では、上述したように、 d = 8 mm、 e = 6 mmのもの、即ち補ティース 5の幅 d と突起部 7の幅 e との差が 2 mm (= 8 mm- 6 mm) のものを採用している。

' また、第 5図は同一卷線数において、テーパ形状の違いによる無通電時のコギングトルク、及ぴ通電時のトルクリップルの電磁解析結果を表したものである。図中、 1 2は a = bのストレート形状、 1 3は a — b = l mmのテーパ开状、 1 4は a — b = 2 mmのテーパ形状、 1 5は a— b = 3 mmのテーパ形状のとき、それぞれのコギングトルク、及びトルクリップルを表している。なお、上記 aは主ティース 4の根元部分の幅、 bは主ティース 4の先部分の幅である。

第 5図より、 1 4のテーパ形状のときが、コギングトルク、及ぴトルク .リップルが最も小さいことが明らかであり、このため、本実施の形態 1では、上述したように、 a = l 4 mm、 b = 1 2 mmのもの、即ち a — b = 2 mmのテーパ形状のものを採用している。このように構成することで実施の形態 1の電動機は、無通電時のコギングトルクが低い値となり、通電時には発生する磁束が、補ティース 5の先端部を最適な寸法突起部 7にしたことで、補ティース 5を通る磁束のティース先端付近における一次漏れ磁束が減り、磁気飽和がなくなりコギングトルクが低減する。

また、主ティース 4の形状を最適な寸法のテーパ形状としたことで、磁束の集中する根元部側の磁気飽和が緩和され、力率が上がるため'トルクリツプルが低減する。

また、主ティース 4の幅より補ティース 5の幅を細くしたことで、該主ティース 4を通る磁束密度はそのままのため磁気飽和が起こらず、スロット部の断面積を増加することができるため、卷線占積率を向上することができ、よって銅損を低減できる。実施の形態 2 . '

なお本実施の形態 1では、卷線されていない補ティース 5の先端形状として、第 2図のような段状のものについて説明したが、第 7 図に示すように、階段形状 2 6や、三角突起形状 2 7としても、同様の効果が得られる。

また、本実施の形態 1では、この発明を、上述したスペックの電動機に適用したものについて説明したが、その他の大きさの電動機 (固定子 1及び回転子 2の軸方向長さを変化させた電動機、固定子

1及び回転子 2径を変化させた電動機など）にもこの発明が適用できる。

また、永久磁石 3を回転子 2の外周に貼り付けたものについて説明したが、回転子本体の軸方向に永久磁石埋設用穴を設け、この穴に磁石を埋設したタイプの電動機、いわゆる IPM電動機と一般に称される電動機にもこの発明が適用できる。但し、このタイプの電動機の場合、回転子本体の永久磁石埋設部の外周側厚みは 1 m m以下であることが好ましい。

更にまた、本実施の形態 1では、回転電動機として説明しているが、リニアモータの構造に採用しても同様な効果が得られる。産業上の利用可能性

以上のように、この発明にかかる電動機は、永久磁石を有する可動子を備えたタイプの電動機において用いられるのに適している。

Claims

請求の範囲

1.複数のティース、及ぴ隣り合うティースの間に形成されるスロットに巻回される卷線を有する固定子と、前記ティースに空隙を介して対向し、界磁を形成する永久磁石を有する可動子とを備えた電動機において、前記ティースを、卷線が卷回されるティースと卷線が卷回されないティースとで構成するとともに、卷線が卷回されるティースと巻線が卷回されないティースとを交互に酉己置し、且つ前記卷線が卷回されないティースを、該ティースの幅より、該ティース先端部の幅が小さい突起状としたことを特徴とする電動機。

2 . 前記卷線が卷回されないティースは、先端部を除いて同一幅であることを特徴とする請求の範囲 1に記載の電動機。

3 . 前記卷線が卷回されないティ一スの幅を、卷線が巻回されるティースの幅より細くしたことを特徴とする請求の範囲 1または 2 に記載の電動機。

4 . 前記卷線が巻回されるティースを、根元部から先端部いくほど細くなるテーパ形状としたことを特徴とする請求の範囲 1〜 3の何れかに記載の電動機。

5 . 前記卷線が卷回されるティースの先端部を、該ティースの両側にはみ出した形状としたことを特徴とする請求の範囲 1〜4の何れかに記載の電動機。