WO2023105551A1 - 回転電機、およびその回転電機を備えた航空機 - Google Patents

回転電機、およびその回転電機を備えた航空機 Download PDF

Info

Publication number
WO2023105551A1
WO2023105551A1 PCT/JP2021/044628 JP2021044628W WO2023105551A1 WO 2023105551 A1 WO2023105551 A1 WO 2023105551A1 JP 2021044628 W JP2021044628 W JP 2021044628W WO 2023105551 A1 WO2023105551 A1 WO 2023105551A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
core member
annular core
stator
electric machine
inner peripheral
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/044628
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
尚哉 寺家
宇宙 満田
盛幸 枦山
一将 伊藤
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to JP2022517176A priority Critical patent/JP7162777B1/ja
Priority to PCT/JP2021/044628 priority patent/WO2023105551A1/ja
Publication of WO2023105551A1 publication Critical patent/WO2023105551A1/ja

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H02K1/18—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • This application relates to a rotating electric machine and an aircraft equipped with the rotating electric machine.
  • a rotary electric machine with a double rotor structure which is being developed with the aim of being applied to electric aircraft, is known.
  • a stator for a rotating electric machine having a double rotor structure there is a stator in which a plurality of tooth members wound with coils are arranged in an annular shape.
  • the tooth member is fixed by two annular iron core members arranged respectively on the outer peripheral side and the inner peripheral side of the tooth member (see, for example, Patent Document 1).
  • the present application was made in order to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a rotating electric machine with a double rotor structure in which leakage flux in the stator is reduced to suppress loss.
  • a rotating electrical machine is a rotating electrical machine having an annular stator, an inner rotor disposed on the inner peripheral side of the stator with a gap therebetween, and an outer rotor disposed on the outer peripheral side of the stator with a gap therebetween.
  • the stator includes a plurality of tooth members that are annularly spaced apart, a plurality of coils that are respectively wound around the plurality of tooth members, and a stator that is fastened to the outer peripheral side and the inner peripheral side of the plurality of tooth members, respectively.
  • An outer annular core member and an inner annular core member are provided, and spaces between a plurality of tooth members that are annularly spaced apart form slots, and the outer annular core member is a slot.
  • the slot has an outer peripheral thin portion having a smaller radial thickness than the other portions, and the inner peripheral annular core member has a radial thickness smaller than the other portions at the inner peripheral portion of the slot. It has a small inner circumferential thin portion.
  • the outer ring-shaped core member has an outer thin-walled portion having a smaller thickness in the radial direction than the other portions on the outer periphery of the slot, and the inner ring-shaped core member has an inner wall of the slot. Since the peripheral portion has the inner peripheral thin portion whose thickness in the radial direction is smaller than that of other portions, it is possible to reduce leakage magnetic flux in the stator and suppress loss.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a rotating electric machine according to Embodiment 1;
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a rotating electric machine according to Embodiment 1;
  • FIG. 4 is a perspective view of a tooth member around which a coil according to Embodiment 1 is wound;
  • FIG. 3 is a perspective view of an outer annular core member and an inner annular core member according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is an exploded view of the stator according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the stator according to Embodiment 1;
  • FIG. 4 is an enlarged perspective view of a second stator holding member according to Embodiment 1;
  • FIG. 4 is a perspective view showing a state in which an outer annular core member is attached to a second stator holding member in Embodiment 1;
  • FIG. 4 is a perspective view showing a state in which an outer circumferential annular core member and tooth members are attached to a second stator holding member in Embodiment 1;
  • FIG. 4 is an exploded assembly view showing a state in which a first stator holding member and a second stator holding member are attached to the stator in Embodiment 1;
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing magnetic flux generated from an outer rotor magnet in Embodiment 1;
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between the ratio of the thickness of the inner peripheral side thin portion to the thickness of the outer peripheral side thin portion and the interlinkage magnetic flux in Embodiment 1;
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a rotating electric machine according to Embodiment 2;
  • FIG. 11 is a perspective view of a tooth member according to Embodiment 3;
  • FIG. 11 is a perspective view of an outer annular core member and an inner annular core member according to Embodiment 3;
  • FIG. 11 is an exploded assembly view of a stator according to Embodiment 3;
  • FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view of a stator according to Embodiment 4;
  • FIG. 11 is an explanatory diagram of an airplane according to Embodiment 5;
  • FIG. 11 is an explanatory diagram of a multicopter according to Embodiment 6;
  • FIG. 11 is an explanatory diagram of a multicopter according to Embodiment 6;
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a rotating electric machine according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view in a direction parallel to the rotation axis of a rotating electric machine.
  • the rotating electrical machine of the present embodiment is a rotating electrical machine with a dual rotor structure.
  • a rotating electric machine 100 of the present embodiment includes a stator 1 having an annular shape, an inner rotor 2 arranged on the inner peripheral side of the stator 1 with a gap therebetween, and a gap on the outer peripheral side of the stator 1 . It has an outer rotor 3 and a rotating shaft 14 arranged via the .
  • Both ends of the stator 1 in the axial direction are held by a first stator holding member 11 and a second stator holding member 12, respectively.
  • the stator 1 is fastened to the rotary electric machine cover 15 via the second stator holding member 12 .
  • the inner rotor 2 is fastened to the rotating shaft 14 .
  • the outer rotor 3 is fastened to the rotating shaft 14 via the outer rotor cover 10 .
  • the rotary shaft 14 is rotatably arranged on the rotary electric machine cover 15 via the bearing 13 .
  • the axial direction of the rotating shaft 14 is indicated by arrow Z, and the radial direction of the rotating shaft is indicated by arrow R.
  • the axial direction of the rotating shaft 14 is hereinafter simply referred to as the "axial direction”
  • the radial direction of the rotating shaft 14 is simply referred to as the “radial direction”
  • the rotating direction of the rotating shaft 14 is simply referred to as the "circumferential direction”.
  • the stator 1 includes a plurality of tooth members 4 arranged in an annular shape, coils 7 wound around the respective tooth members 4, and outer annular iron cores respectively arranged on the outer peripheral side and the inner peripheral side of the tooth members 4. It has a member 5 and an inner peripheral annular core member 6 . Axial ends of the outer ring-shaped core member 5 and the inner ring-shaped core member 6 extend axially outward beyond the axial ends of the teeth members 4 around which the coils 7 are wound. . One axial end of each of the outer annular core member 5 and the inner annular core member 6 is fastened to the first stator holding member 11 .
  • the other axial ends of the outer annular core member 5 and the inner annular core member 6 are fastened to the second stator holding member 12 .
  • the rotary shaft 14 is rotatably arranged on the first stator holding member 11 via the bearing 13 . Therefore, in rotating electrical machine 100 of the present embodiment, inner rotor 2 , outer rotor 3 , and rotating shaft 14 are integrally rotatable with respect to stator 1 and rotating electrical machine cover 15 .
  • the inner rotor 2, the outer rotor 3 and the tooth members 4 are made of a magnetic material such as laminated electromagnetic steel plates.
  • the outer ring-shaped core member 5 and the inner ring-shaped core member 6 are made of a magnetic material such as laminated magnetic steel sheets, iron, and ferrite, for example.
  • the outer rotor cover 10 and the rotary electric machine cover 15 are made of non-magnetic material such as aluminum alloy or stainless steel.
  • the method of fastening the inner rotor 2 and the rotating shaft 14 the method of fastening the outer rotor 3 and the outer rotor cover 10
  • the method of fastening the outer rotor cover 10 and the rotating shaft 14, etc. method can be used.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the rotating electric machine according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view at the position indicated by AA in FIG.
  • the stator 1 includes a plurality of tooth members 4 annularly spaced apart from each other around a rotating shaft 14 , coils 7 wound around the respective tooth members 4 , and coils 7 on the outer and inner peripheral sides of the tooth members 4 . It has an outer peripheral side annular core member 5 and an inner peripheral side annular core member 6 which are respectively arranged.
  • 24 tooth members 4 are annularly spaced apart from each other.
  • the coil 7 is concentrically wound around the tooth member 4 by concentrated winding. Spaces between the plurality of tooth members 4 spaced apart form slots 18 .
  • the inner rotor 2 has an annular inner rotor core 8 and 32 inner rotor magnets 16 embedded in the inner rotor core 8 .
  • a set of two inner rotor magnets 16 arranged in a V shape constitutes one pole, and the poles are arranged at equal pitches in the circumferential direction.
  • a pair of inner rotor magnets 16 are arranged in a V shape that opens toward the outer circumference.
  • the outer rotor 3 has an annular outer rotor core 9 and 16 outer rotor magnets 17 fixed to the inner peripheral surface of the outer rotor core 9 .
  • the outer rotor magnet 17 is provided to face the stator 1 with a gap therebetween.
  • the outer rotor magnet 17 is fixed to the inner peripheral surface of the outer rotor core 9 with an adhesive, for example.
  • the inner rotor magnets 16 are arranged to have north and south poles in the circumferential direction.
  • the outer rotor magnets 17 are arranged so as to have S poles and N poles in the circumferential direction. Furthermore, the inner rotor magnets 16 and the outer rotor magnets 17 are arranged in phase around the rotating shaft 14 .
  • FIG. 3 is a perspective view of a tooth member around which a coil is wound according to the present embodiment.
  • the tooth member 4 has a rod-like structure elongated in the axial direction.
  • a coil 7 is wound around the tooth member 4 via an insulating member 19 .
  • Groove-like fitting recesses 4a parallel to the axial direction are formed at both ends of the tooth member 4 in the radial direction.
  • the cross-sectional shape of the fitting recess 4a tapers outward to narrow the width of the opening.
  • FIG. 4 is a perspective view of the outer peripheral side annular core member and the inner peripheral side annular core member in the present embodiment.
  • a ridge-shaped fitting protrusion 5 a parallel to the axial direction is formed on the inner peripheral side of the outer peripheral annular core member 5 .
  • a ridge-like fitting protrusion 6a parallel to the axial direction is formed on the outer peripheral side of the inner peripheral annular core member 6.
  • the cross-sectional shape of the fitting protrusion 5a and the fitting protrusion 6a widens toward the outside. Twenty-four fitting protrusions 5a and twenty-four fitting protrusions 6a are formed at equal pitches in the circumferential direction.
  • a groove-shaped inner peripheral recessed portion 5b parallel to the axial direction is formed at a position that serves as the outer peripheral wall of the slot.
  • a groove-shaped outer peripheral recess 6b parallel to the axial direction is formed at a position that serves as the inner peripheral wall of the slot.
  • the cross-sectional shapes of the inner peripheral recess 5b and the outer peripheral recess 6b are rectangular. Twenty-four inner peripheral recesses 5b and twenty-four outer peripheral recesses 6b are formed at equal pitches in the circumferential direction.
  • the radial thickness of the outer annular core member 5 on the outer peripheral wall of the slot 18 is the smallest at the position where the inner peripheral recess 5b is formed.
  • the radial thickness of the inner annular core member 6 on the inner peripheral wall of the slot 18 is the smallest at the position where the outer peripheral recess 6b is formed.
  • the inner peripheral recessed portion 5b is an outer peripheral thin portion of the slot 18 in which the thickness of the outer peripheral wall is smaller than that of other portions.
  • the outer peripheral recess 6b is an inner peripheral thin portion in which the thickness of the inner peripheral wall of the slot 18 is smaller than that of other portions.
  • FIG. 5 is an assembly exploded view of the stator in this embodiment.
  • the stator 1 is assembled by axially inserting the tooth member 4 around which the coil 7 is wound between the outer annular core member 5 and the inner annular core member 6 .
  • the fitting recesses 4a at both ends of the tooth member 4 are fitted to the fitting projections 5a of the outer circumferential annular core member 5 and the fitting projections 6a of the inner circumferential annular core member 6, respectively. Therefore, the tooth members 4 are accurately positioned in the circumferential direction, and the tooth members 4 are firmly fastened to the outer circumferential annular core member 5 and the inner circumferential annular core member 6 .
  • FIG. 6 is an enlarged sectional view of the stator in this embodiment.
  • the fitting recesses 4a at both end portions of the tooth member 4 are fitted to the fitting projections 5a of the outer circumferential annular core member 5 and the fitting projections 6a of the inner circumferential annular core member 6, respectively.
  • An inner peripheral recess 5 b of the outer annular core member 5 is arranged on the outer peripheral wall of the slot 18 .
  • An outer recessed portion 6 b of the inner annular core member 6 is arranged on the inner peripheral wall of the slot 18 .
  • FIG. 7 is an enlarged perspective view of the second stator holding member in this embodiment.
  • the second stator holding member 12 is made of a non-magnetic material such as an aluminum alloy.
  • the annular second stator holding member 12 has a positioning protrusion 12a that protrudes in a direction parallel to the axial direction.
  • the positioning protrusions 12 a are arranged in two rows in the radial direction of the second stator holding member 12 and are arranged side by side in the circumferential direction.
  • the positioning projections 12 a on the outer peripheral side are positioned between the fitting projections 5 a of the outer annular core member 5 when the outer annular core member 5 is attached to the second stator holding member 12 . are placed.
  • the positioning protrusions 12 a on the inner peripheral side are positioned between the fitting protrusions 6 a of the inner peripheral annular core member 6 when the inner peripheral annular core member 6 is attached to the second stator holding member 12 . It is arranged to be located in The second stator holding member 12 is formed with a draw-out port 12b for drawing out a connection cord electrically connected to the coil 7 or for drawing out an end portion of the coil 7. As shown in FIG.
  • Fig. 8 is a perspective view showing a state in which the outer circumferential annular core member is attached to the second stator holding member.
  • the fitting protrusion 5a of the outer circumferential annular core member 5 is fitted into the outer positioning protrusion 12a of the second stator holding member 12 and fixed.
  • the fitting protrusion 6a of the inner peripheral annular core member 6 is fitted into the positioning protrusion 12a on the inner peripheral side of the second stator holding member 12 and fixed. In this manner, the outer annular core member 5 and the inner annular core member 6 are accurately positioned in the circumferential direction and fixed to the second stator holding member 12 .
  • Fig. 9 is a perspective view showing a state in which the outer circumferential annular core member and the tooth member are attached to the second stator holding member.
  • the tooth member 4 around which the coil 7 is wound is axially inserted.
  • the axial position of the teeth member 4 is determined when the ends of the tooth members 4 come into contact with the positioning projections 12 a of the second stator holding member 12 . That is, the positioning projections 12 a provided on the second stator holding member 12 regulate the positions of the outer annular core member 5 and the inner annular core member 6 in the circumferential direction, and also regulate the axial positions of the teeth members 4 . regulate the position of
  • Fig. 10 is an exploded assembly view showing a state in which the first stator holding member and the second stator holding member are attached to the stator.
  • the first stator holding member 11 is made of a non-magnetic material such as an aluminum alloy.
  • the first stator holding member 11, like the second stator holding member 12, is provided with a positioning protrusion 11a protruding in a direction parallel to the axial direction.
  • the positioning protrusions 11a are arranged in two rows in the radial direction of the first stator holding member 11 and are arranged side by side in the circumferential direction.
  • the positioning protrusions 11a provided on the first stator holding member 11 are also positioned on the outer peripheral side annular core member 5 and the inner peripheral side annular core member 6. and regulates the axial position of the tooth member 4 .
  • the first stator holding member 11 and the second stator holding member 12 are axially inserted into the stator 1 .
  • a bearing insertion hole 11b is formed in the center of the first stator holding member 11 for rotatably supporting the rotating shaft via a bearing.
  • the inner rotor magnet 16 is embedded in the inner rotor core 8, so the spatial harmonic magnetic flux generated near the gap between the stator 1 and the inner rotor 2 is generated by the inner rotor magnet. 16 can be prevented. Therefore, eddy current loss generated in the inner rotor magnet 16 can be reduced. In addition, since the inner rotor magnets 16 are embedded in the inner rotor core 8, it is possible to prevent the inner rotor magnets 16 from coming off due to centrifugal force.
  • positioning protrusions provided on first stator holding member 11 and second stator holding member 12 are used to rotate outer peripheral annular core member 5 and inner peripheral annular core member 6 . and axial positioning of the tooth member 4 can be performed. Furthermore, the teeth members 4 can be positioned in the circumferential direction by the fitting protrusions provided on the outer peripheral side annular core member 5 and the inner peripheral side annular core member 6 and the fitting recesses provided on the teeth members. can. Therefore, the assembly accuracy of the stator 1 is improved, and the strength of the stator 1 is also improved.
  • the outer peripheral side annular core member 5 has an outer peripheral side thin portion having a radial thickness smaller than that of other portions on the outer peripheral portion of the slot 18.
  • the inner peripheral annular core member 6 has an inner peripheral thin portion in the inner peripheral portion of the slot 18 whose thickness in the radial direction is smaller than that of other portions. A portion of the annular core member having a small radial thickness is magnetically saturated with a small amount of magnetic flux, and the magnetic permeability is lowered. Therefore, in rotary electric machine 100 of the present embodiment, leakage magnetic flux in the annular core member can be reduced to suppress loss.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing the magnetic flux generated from the outer rotor magnet 17 in the rotary electric machine 100 of this embodiment. It can be seen from FIG. 11 that the inner circumferential annular core member 6 functions as a magnetic flux path for the magnetic flux generated from the outer rotor magnet 17 . Similarly, in rotating electric machine 100 of the present embodiment, outer annular core member 5 functions as a magnetic flux path for magnetic flux generated from inner rotor magnet 16 . Thus, in rotating electric machine 100 of the present embodiment, inner annular core member 6 functions as a magnetic flux path for magnetic flux generated from outer rotor magnet 17, and outer annular core member 5 functions as an inner rotor magnet. Since it functions as a magnetic flux path for the magnetic flux generated from 16, the amount of magnetic flux interlinking with coil 7 increases, and the output of rotating electric machine 100 improves.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between X and the interlinkage magnetic flux that interlinks the coil 7 of the stator 1.
  • the interlinking magnetic flux is the interlinking magnetic flux due to the inner rotor magnet 16 and the outer rotor magnet 17 .
  • the vertical axis in FIG. 12 is relative to the magnetic flux linkage that interlinks the coil 7 when the stator 1 does not include the outer ring-shaped core member 5 and the inner ring-shaped core member 6. value. As shown in FIG.
  • the thickness T1 of the inner peripheral side thin portion of the inner peripheral side annular core member 6 is equal to or greater than the thickness T2 of the outer peripheral side thin portion of the outer peripheral side annular core member 5. If there is, the interlinkage magnetic flux linking the coil 7 is increased. As a result, the output of rotating electric machine 100 can be further improved.
  • Embodiment 2 In the rotary electric machine according to Embodiment 1, the outer rotor magnet is fixed to the inner peripheral surface of the outer rotor core. In the rotating electric machine according to Embodiment 2, the outer rotor magnets are embedded in the outer rotor core.
  • the configuration of the rotating electrical machine of the present embodiment is the same as that of the rotating electrical machine of the first embodiment except for the configuration of the outer rotor.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of the rotating electric machine according to the present embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view in a direction perpendicular to the rotation axis.
  • the outer rotor cover and rotating electric machine cover are omitted.
  • the outer rotor 3 has an annular outer rotor core 9 and 32 outer rotor magnets 17 embedded in the outer rotor core 9 .
  • a pair of outer rotor magnets 17 arranged in a V-shape constitutes one pole, and the poles are arranged at equal pitches in the circumferential direction. .
  • a pair of outer rotor magnets 17 are arranged in a V shape that opens toward the inner circumference.
  • the outer rotor magnets 17 are embedded in the outer rotor core 9, so the spatial harmonic magnetic flux generated near the gap between the stator 1 and the outer rotor 3 is generated by the outer rotor magnets. 17 can be prevented. Therefore, eddy current loss generated in the outer rotor magnets 17 can be reduced. Further, since the outer rotor magnets 17 are embedded in the outer rotor core 9, it is possible to prevent the outer rotor magnets 17 from coming off due to centrifugal force.
  • the thin outer peripheral portion of the outer annular core member 5 is located on the outer peripheral side of the slot, and the inner annular core member The inner peripheral thin portion of 6 is located on the inner peripheral side of the slot. Therefore, it is possible to reduce the leakage magnetic flux in the annular core member and suppress the loss.
  • Embodiment 3 A rotating electric machine according to a third embodiment is obtained by changing the shapes of the teeth members, the outer circular ring-shaped core member, and the inner ring-shaped core member in the rotating electric machine shown in the first embodiment.
  • the configuration of the rotating electrical machine of the present embodiment is the same as that of the rotating electrical machine of the first embodiment, except for the configuration of the tooth member, the outer peripheral annular core member, and the inner peripheral annular core member.
  • FIG. 14 is a perspective view of the tooth member in this embodiment.
  • Ridge-like fitting protrusions 4b parallel to the axial direction are formed at both ends of the tooth member 4 in the radial direction.
  • the cross-sectional shape of the fitting protrusion 4b widens toward the outside.
  • FIG. 15 is a perspective view of the outer peripheral side annular core member and the inner peripheral side annular core member in the present embodiment.
  • a groove-shaped fitting recess 5c parallel to the axial direction is formed on the inner peripheral side of the outer peripheral annular core member 5 .
  • a groove-shaped fitting recess 6 c parallel to the axial direction is formed on the outer peripheral side of the inner peripheral annular core member 6 .
  • the cross-sectional shapes of the fitting recess 5c and the fitting recess 6c taper outward to narrow the width of the opening.
  • 24 fitting recesses 5c and 24 fitting recesses 6c are formed at equal pitches in the circumferential direction.
  • a groove-shaped inner peripheral recessed portion 5b parallel to the axial direction is formed at a position that serves as the outer peripheral wall of the slot.
  • a groove-shaped outer peripheral recess 6b parallel to the axial direction is formed at a position that serves as the inner peripheral wall of the slot.
  • the cross-sectional shapes of the inner peripheral recess 5b and the outer peripheral recess 6b are rectangular. Twenty-four inner peripheral recesses 5b and twenty-four outer peripheral recesses 6b are formed at equal pitches in the circumferential direction. That is, the inner peripheral side recess 5 b is the outer peripheral side thin portion of the outer peripheral side annular core member 5 , and the outer peripheral side recess 6 b is the inner peripheral side thin portion of the inner peripheral side annular core member 6 .
  • FIG. 16 is an assembly exploded view of the stator in this embodiment.
  • the stator 1 is assembled by axially inserting the tooth member 4 around which the coil 7 is wound between the outer annular core member 5 and the inner annular core member 6 .
  • the fitting projections 4b on both ends of the tooth member 4 are fitted into the fitting recesses 5c of the outer circumferential annular core member 5 and the fitting recesses 6c of the inner circumferential annular core member 6, respectively.
  • the tooth members 4, the outer circumferential annular core member 5, and the inner circumferential annular core member 6 are fitted to the fitting protrusions in the same manner as in the stator of the first embodiment. It is firmly fastened by fitting with the concave portion.
  • the outer thin portion of the outer annular core member 5 is located on the outer peripheral side of the slot, and the inner annular core member 6 is located on the outer peripheral side of the slot. is located on the inner peripheral side of the slot. Therefore, it is possible to reduce the leakage magnetic flux in the annular core member and suppress the loss.
  • Embodiment 4 The rotary electric machine according to the fourth embodiment is different from the rotary electric machine shown in the first embodiment in the shape of the inner peripheral side recess and the outer peripheral side recess formed in the outer peripheral side annular core member and the inner peripheral side annular core member, respectively. It has been changed.
  • the configuration of the rotating electrical machine of the present embodiment is the same as the configuration of the rotating electrical machine of the first embodiment, except for the shapes of the inner peripheral recess and the outer peripheral recess.
  • FIG. 17 is an enlarged cross-sectional view of the stator in this embodiment.
  • the fitting recesses 4a at both end portions of the tooth member 4 are fitted to the fitting projections 5a of the outer circumferential annular core member 5 and the fitting projections 6a of the inner circumferential annular core member 6, respectively.
  • An inner peripheral concave portion 5 b of the outer annular core member 5 is arranged on the outer peripheral wall of the slot 18 .
  • An outer recessed portion 6 b of the inner annular core member 6 is arranged on the inner peripheral wall of the slot 18 .
  • the cross-sectional shapes of the inner peripheral recess and the outer peripheral recess were rectangular.
  • the cross-sectional shapes of the inner peripheral side recess 5b and the outer peripheral side recess 6b are circular arc shapes.
  • the radial thickness of the outer annular core member 5 on the outer peripheral wall of the slot 18 is the smallest at the position where the inner peripheral recess 5b is formed.
  • the radial thickness of the inner annular core member 6 on the inner peripheral wall of the slot 18 is the smallest at the position where the outer peripheral recess 6b is formed. That is, the inner peripheral side recess 5 b is the outer peripheral side thin portion of the outer peripheral side annular core member 5 , and the outer peripheral side recess 6 b is the inner peripheral side thin portion of the inner peripheral side annular core member 6 .
  • the thin outer wall portion of the outer annular core member 5 is located on the outer peripheral side of the slot 18, and the inner annular core member 6 is located on the outer peripheral side of the slot 18, as in the first embodiment.
  • the inner thin portion is positioned on the inner peripheral side of the slot 18 . Therefore, it is possible to reduce the leakage magnetic flux in the annular core member and suppress the loss.
  • Embodiment 5 18 is an explanatory diagram of an airplane according to Embodiment 5.
  • FIG. Airplane 200 of the present embodiment is a fixed-wing aircraft equipped with rotary electric machine 100 described in the first to fourth embodiments.
  • an engine 220 driven by liquid fuel and the rotary electric machine 100 described in Embodiments 1 to 4 are installed inside an engine case 210.
  • the rotating electric machine 100 is driven by a battery (not shown) mounted on the airplane 200 .
  • Engine 220, rotating electric machine 100, and propulsion fan 230 are connected by a shaft.
  • Propulsion fan 230 rotates using engine 220 and rotating electric machine 100 as driving force sources.
  • Gears for converting the rotation speed may be mounted between the propulsion fan 230 and the rotating electrical machine 100 and between the engine 220 and the rotating electrical machine 100, or both. Further, in airplane 200 of the present embodiment, engine 220, rotating electric machine 100, and propulsion fan 230 are arranged coaxially with a shaft. As another configuration, engine 220, rotating electric machine 100, and propulsion fan 230 may be arranged on different axes via gears or the like.
  • the positioning projections provided on the first stator holding member and the second stator holding member position the outer annular core member and the inner annular core member in the circumferential direction and position the teeth members in the axial direction. can be positioned. Furthermore, the teeth members can be positioned in the circumferential direction by the fitting protrusions and fitting recesses provided on the outer and inner annular core members and the teeth members, respectively. Therefore, the assembling accuracy of the stator is improved, and the strength of the stator is also improved.
  • the outer thin portion of the outer annular core member is located on the outer peripheral side of the slot, and the inner thin portion of the inner annular core member is located on the inner peripheral side of the slot. Therefore, it is possible to reduce the leakage magnetic flux in the annular core member and suppress the loss. Furthermore, the outer ring-shaped core member functions as a magnetic flux path for the magnetic flux generated from the inner rotor magnet, and the inner ring-shaped core member functions as a magnetic flux path for the magnetic flux generated from the outer rotor magnet, thereby contributing to the output. The amount of magnetic flux can be increased. As a result, this rotating electric machine can obtain a high torque output, so that the cruising distance per unit fuel of an airplane equipped with this rotating electric machine can be extended.
  • both the engine and the electric rotating machine are provided as driving force sources for the propulsion fan, but only the electric rotating machine may be used as the driving force source.
  • FIG. 19 is an explanatory diagram of a multicopter according to Embodiment 6.
  • FIG. A multicopter 300 of the present embodiment is a rotorcraft equipped with the rotary electric machine 100 described in the first to fourth embodiments. As shown in FIG. 19, the multicopter 300 of the present embodiment includes four propulsion fans 310, four rotating electrical machines 100 that respectively drive the four propulsion fans 310, and four rotating electrical machines 100 that respectively control the four rotating electrical machines 100. and a battery 330 that supplies power to the inverter 320 .
  • FIG. 20 is an explanatory diagram of another multicopter according to this embodiment.
  • the rotating electric machine described in the first to fourth embodiments is also used as the generator 340.
  • This generator 340 is driven by the engine 350 . Electric power generated by generator 340 is stored in battery 330 .
  • the rotating electric machine described in Embodiments 1 to 4 can be applied to the generator, and this generator can be used to supply electric power to the battery 330.
  • a long multicopter can be realized.
  • Embodiments 5 and 6 by applying the rotating electric machine described in Embodiments 1 to 4 to the driving force source of the propulsion device of fixed-wing aircraft, rotary-wing aircraft, etc., reliability is high and An aircraft with a long cruising range can be realized.
  • stator 1 stator, 2 inner rotor, 3 outer rotor, 4 tooth member, 4a fitting recess, 4b, 5a, 6a fitting protrusion, 5 outer annular core member, 5b inner periphery recess, 5c, 6c fitting recess , 6 inner annular core member, 6b outer recess, 7 coil, 8 inner rotor core, 9 outer rotor core, 10 outer rotor cover, 11 first stator holding member, 11a, 12a positioning protrusion, 11b bearing insertion hole, 12 second stator holding member, 13 bearing, 14 rotary shaft, 15 rotary electric machine cover, 16 inner rotor magnet, 17 outer rotor magnet, 18 slot, 19 insulating member, 100 rotary electric machine, 200 airplane, 210 engine case, 220 , 350 engine, 230, 310 propulsion fan, 300 multicopter, 320 inverter, 330 battery, 340 generator.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

二重ロータ構造の回転電機において、ステータにおける漏れ磁束を低減して損失を抑制する。　円環状のステータと、内側ロータと、外側ロータとを有する回転電機であって、ステータ（１）は、円環状に離間して配置された複数のティース部材（４）と、複数のコイル（７）と、複数のティース部材の外周側および内周側にそれぞれ締結された外周側円環状鉄心部材（５）および内周側円環状鉄心部材（６）とを有し、外周側円環状鉄心部材はスロット（１８）の外周部に径方向の厚さが他の部分よりも小さい外周側肉薄部を有すると共に、内周側円環状鉄心部材はスロットの内周部に径方向の厚さが他の部分よりも小さい内周側肉薄部を有する。

Description

回転電機、およびその回転電機を備えた航空機
　本願は、回転電機、およびその回転電機を備えた航空機に関する。
　電動航空機への適用を目指して開発が進む二重ロータ構造の回転電機が知られている。従来の二重ロータ構造の回転電機のステータとして、コイルが巻かれた複数のティース部材が円環状に配置されたステータがある。このステータでは、ティース部材の外周側および内周側にそれぞれ配置された２つの円環状の鉄心部材でティース部材が固定されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５－２３７１９１号公報
　しかしながら、従来の二重ロータ構造の回転電機のステータにおいては、スロットの位置における円環状の鉄心部材の径方向の厚みが周方向で一定であるため、漏れ磁束が多く損失が大きいという問題があった。
　本願は、上述のような課題を解決するためになされたもので、二重ロータ構造の回転電機において、ステータにおける漏れ磁束を低減して損失を抑制した回転電機を提供することを目的とする。
　本願の回転電機は、円環状のステータと、ステータの内周側にギャップを介して配置された内側ロータと、ステータの外周側にギャップを介して配置された外側ロータとを有する回転電機である。そして、ステータは、円環状に離間して配置された複数のティース部材と、複数のティース部材にそれぞれ巻かれた複数のコイルと、複数のティース部材の外周側および内周側にそれぞれ締結された外周側円環状鉄心部材および内周側円環状鉄心部材とを有し、円環状に離間して配置された複数のティース部材の間の空間はスロットになっており、外周側円環状鉄心部材はスロットの外周部に径方向の厚さが他の部分よりも小さい外周側肉薄部を有すると共に、内周側円環状鉄心部材はスロットの内周部に径方向の厚さが他の部分よりも小さい内周側肉薄部を有している。
　本願の回転電機においては、外周側円環状鉄心部材はスロットの外周部に径方向の厚さが他の部分よりも小さい外周側肉薄部を有すると共に、内周側円環状鉄心部材はスロットの内周部に径方向の厚さが他の部分よりも小さい内周側肉薄部を有しているので、ステータにおける漏れ磁束を低減して損失を抑制することができる。
実施の形態１に係る回転電機の断面模式図である。 実施の形態１に係る回転電機の断面模式図である。 実施の形態１に係るコイルが巻かれたティース部材の斜視図である。 実施の形態１に係る外周側円環状鉄心部材および内周側円環状鉄心部材の斜視図である。 実施の形態１に係るステータの組み立て分解図である。 実施の形態１に係るステータの拡大断面図である。 実施の形態１に係る第２ステータ保持部材の拡大斜視図である。 実施の形態１において外周側円環状鉄心部材が第２ステータ保持部材に取り付けられた状態を示す斜視図である。 実施の形態１において外周側円環状鉄心部材およびティース部材が第２ステータ保持部材に取り付けられた状態を示す斜視図である。 実施の形態１においてステータに第１ステータ保持部材および第２ステータ保持部材が取り付けられた状態を示す組み立て分解図である。 実施の形態１において外側ロータ磁石から発生する磁束を示した説明図である。 実施の形態１において外周側肉薄部の厚さに対する内周側肉薄部の厚さの比と鎖交磁束との関係の一例を示す説明図である。 実施の形態２に係る回転電機の断面模式図である。 実施の形態３に係るティース部材の斜視図である。 実施の形態３に係る外周側円環状鉄心部材および内周側円環状鉄心部材の斜視図である。 実施の形態３に係るステータの組み立て分解図である。 実施の形態４に係るステータの拡大断面図である。 実施の形態５に係る飛行機の説明図である。 実施の形態６に係るマルチコプターの説明図である。 実施の形態６に係るマルチコプターの説明図である。
　以下、本願を実施するための実施の形態に係る回転電機および航空機について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る回転電機の断面模式図である。図１は、回転電機の回転軸に平行な方向の断面模式図である。本実施の形態の回転電機は、二重ロータ構造の回転電機である。図１に示すように、本実施の形態の回転電機１００は、円環状のステータ１と、ステータ１の内周側にギャップを介して配置された内側ロータ２と、ステータ１の外周側にギャップを介して配置された外側ロータ３と、回転軸１４とを有している。ステータ１の軸方向の両端部は、第１ステータ保持部材１１と第２ステータ保持部材１２とでそれぞれ保持されている。ステータ１は、第２ステータ保持部材１２を介して回転電機カバー１５に締結されている。内側ロータ２は、回転軸１４に締結されている。外側ロータ３は、外側ロータカバー１０を介して回転軸１４に締結されている。回転軸１４は、軸受１３を介して回転電機カバー１５に回転可能に配置されている。
　図１において、回転軸１４の軸方向を矢印Ｚで示し、回転軸の径方向を矢印Ｒで示す。本願明細書においては、これ以降、回転軸１４の軸方向を単に「軸方向」、回転軸１４の径方向を単に「径方向」、回転軸１４の回転方向を単に「周方向」と称する。
　ステータ１は、円環状に配置された複数のティース部材４と、それぞれのティース部材４に巻かれたコイル７と、ティース部材４の外周側および内周側にそれぞれ配置された外周側円環状鉄心部材５および内周側円環状鉄心部材６とを有する。外周側円環状鉄心部材５および内周側円環状鉄心部材６の軸方向の端部は、コイル７が巻かれたティース部材４の軸方向の端部よりも軸方向の外側まで延伸されている。外周側円環状鉄心部材５および内周側円環状鉄心部材６の軸方向の一方の端部は、第１ステータ保持部材１１に締結されている。外周側円環状鉄心部材５および内周側円環状鉄心部材６の軸方向の他方の端部は、第２ステータ保持部材１２に締結されている。回転軸１４は、軸受１３を介して第１ステータ保持部材１１に回転可能に配置されている。したがって、本実施の形態の回転電機１００においては、内側ロータ２、外側ロータ３および回転軸１４が一体となって、ステータ１および回転電機カバー１５に対して回転可能となっている。
　内側ロータ２、外側ロータ３およびティース部材４は、例えば積層された電磁鋼板などの磁性材料で構成されている。外周側円環状鉄心部材５および内周側円環状鉄心部材６は、例えば積層された電磁鋼板、鉄、フェライトなどの磁性材料で構成されている。外側ロータカバー１０および回転電機カバー１５は、例えばアルミニウム合金、ステンレスなどの非磁性材料で構成されている。
　外周側円環状鉄心部材５および内周側円環状鉄心部材６と第１ステータ保持部材１１および第２ステータ保持部材１２との締結方法、第２ステータ保持部材１２と回転電機カバー１５との締結方法、内側ロータ２と回転軸１４との締結方法、外側ロータ３と外側ロータカバー１０との締結方法、外側ロータカバー１０と回転軸１４との締結方法などは、圧入、ボルト締結、接着などの締結方法を用いることができる。
　図２は、本実施の形態に係る回転電機の断面模式図である。図２は、図１のＡ－Ａに示す位置での断面模式図である。図２において、外側ロータカバー１０および回転電機カバー１５は省略されている。ステータ１は、回転軸１４を中心として円環状に離間して配置された複数のティース部材４と、それぞれのティース部材４に巻かれたコイル７と、ティース部材４の外周側および内周側にそれぞれ配置された外周側円環状鉄心部材５および内周側円環状鉄心部材６とを有する。本実施の形態の回転電機１００は、２４個のティース部材４が円環状に離間して配置されている。コイル７は、ティース部材４に集中巻きで同心円状に巻き回されている。離間して配置された複数のティース部材４の間の空間はスロット１８になっている。
　内側ロータ２は、円環状の内側ロータ鉄心８と、内側ロータ鉄心８に埋設された３２個の内側ロータ磁石１６とを有している。内側ロータ２においては、Ｖ字状に配置された２つ一組の内側ロータ磁石１６で１つの極を構成しており、その極が周方向に等ピッチに配置されている。２つ一組の内側ロータ磁石１６の配置は、外周側に向かって開いたＶ字状である。
　外側ロータ３は、円環状の外側ロータ鉄心９と、外側ロータ鉄心９の内周面に固定された１６個の外側ロータ磁石１７とを有している。外側ロータ磁石１７は、ステータ１とギャップを介して対向して設けられている。外側ロータ磁石１７は、外側ロータ鉄心９の内周面に例えば接着剤で固定されている。内側ロータ磁石１６は、周方向にＮ極、Ｓ極となるように配置されている。また、外側ロータ磁石１７は、周方向にＳ極、Ｎ極となるように配置されている。さらに、内側ロータ磁石１６と外側ロータ磁石１７とは回転軸１４の周りに同位相で配置されている。
　図３は、本実施の形態におけるコイルが巻かれたティース部材の斜視図である。ティース部材４は、軸方向に長い棒状の構造である。ティース部材４には絶縁部材１９を介してコイル７が巻かれている。ティース部材４の径方向の両端部には、軸方向に平行な溝状の嵌合凹部４ａが形成されている。嵌合凹部４ａの断面形状は、外側に向かってテーパー状に開口幅が狭くなっている。
　図４は、本実施の形態における外周側円環状鉄心部材および内周側円環状鉄心部材の斜視図である。外周側円環状鉄心部材５の内周側には、軸方向に平行な畝状の嵌合凸部５ａが形成されている。また、内周側円環状鉄心部材６の外周側には、軸方向に平行な畝状の嵌合凸部６ａが形成されている。嵌合凸部５ａおよび嵌合凸部６ａの断面形状は、外側に向かって幅が広くなっている。嵌合凸部５ａおよび嵌合凸部６ａは、周方向に等ピッチでそれぞれ２４個形成されている。外周側円環状鉄心部材５と内周側円環状鉄心部材６との間に軸方向からコイル７が巻かれたティース部材４が挿入されるときに、ティース部材４の両端の嵌合凹部４ａが、外周側円環状鉄心部材５の嵌合凸部５ａおよび内周側円環状鉄心部材６の嵌合凸部６ａにそれぞれ嵌合される。
　また、図４に示すように、外周側円環状鉄心部材５の内周側には、スロットの外周壁となる位置に軸方向に平行な溝状の内周側凹部５ｂが形成されている。さらに、内周側円環状鉄心部材６の外周側には、スロットの内周壁となる位置に軸方向に平行な溝状の外周側凹部６ｂが形成されている。内周側凹部５ｂおよび外周側凹部６ｂの断面形状は、矩形形状である。内周側凹部５ｂおよび外周側凹部６ｂは、周方向に等ピッチでそれぞれ２４個形成されている。スロット１８の外周壁において外周側円環状鉄心部材５の径方向の厚さは、内周側凹部５ｂが形成された位置が最も小さい。また、スロット１８の内周壁において内周側円環状鉄心部材６径方向の厚さは、外周側凹部６ｂが形成された位置が最も小さい。つまり、内周側凹部５ｂは、スロット１８において外周壁の厚さが他の部分よりも小さい外周側肉薄部である。また、外周側凹部６ｂは、スロット１８において内周壁の厚さが他の部分よりも小さい内周側肉薄部である。
　図５は、本実施の形態におけるステータの組み立て分解図である。図５に示すように、ステータ１は、外周側円環状鉄心部材５と内周側円環状鉄心部材６との間に軸方向からコイル７が巻かれたティース部材４が挿入されて組み立てられる。このとき、ティース部材４の両端の嵌合凹部４ａが外周側円環状鉄心部材５の嵌合凸部５ａおよび内周側円環状鉄心部材６の嵌合凸部６ａにそれぞれ嵌合される。そのため、ティース部材４が周方向に正確に位置決めされると共に、外周側円環状鉄心部材５および内周側円環状鉄心部材６とティース部材４とが強固に締結される。
　図６は、本実施の形態におけるステータの拡大断面図である。図６に示すように、ティース部材４の両端部の嵌合凹部４ａは、外周側円環状鉄心部材５の嵌合凸部５ａおよび内周側円環状鉄心部材６の嵌合凸部６ａにそれぞれ嵌合されている。スロット１８の外周壁には、外周側円環状鉄心部材５の内周側凹部５ｂが配置されている。スロット１８の内周壁には、内周側円環状鉄心部材６の外周側凹部６ｂが配置されている。
　図７は、本実施の形態における第２ステータ保持部材の拡大斜視図である。第２ステータ保持部材１２は、例えばアルミニウム合金などの非磁性材料で構成されている。図７に示すように、円環状の第２ステータ保持部材１２は、軸方向と平行な方向に突出した位置決め凸部１２ａを備えている。位置決め凸部１２ａは、第２ステータ保持部材１２の径方向に二列になって周方向に並んで配置されている。外周側の位置決め凸部１２ａは、外周側円環状鉄心部材５が第２ステータ保持部材１２に取り付けられたときに、外周側円環状鉄心部材５の嵌合凸部５ａの間に位置するように配置されている。また、内周側の位置決め凸部１２ａは、内周側円環状鉄心部材６が第２ステータ保持部材１２に取り付けられたときに、内周側円環状鉄心部材６の嵌合凸部６ａの間に位置するように配置されている。なお、第２ステータ保持部材１２には、コイル７と電気的に接続された接続コードを引き出すため、またはコイル７の端部を引き出すための引き出し口１２ｂが形成されている。
　図８は、外周側円環状鉄心部材が第２ステータ保持部材に取り付けられた状態を示す斜視図である。図８に示すように、第２ステータ保持部材１２の外周側の位置決め凸部１２ａに外周側円環状鉄心部材５の嵌合凸部５ａが嵌合されて固定される。また、図示はしていないが、第２ステータ保持部材１２の内周側の位置決め凸部１２ａに内周側円環状鉄心部材６の嵌合凸部６ａが嵌合されて固定される。このようにして、外周側円環状鉄心部材５および内周側円環状鉄心部材６が周方向に正確に位置決めされて第２ステータ保持部材１２に固定される。
　図９は、外周側円環状鉄心部材およびティース部材が第２ステータ保持部材に取り付けられた状態を示す斜視図である。図９に示すように、第２ステータ保持部材１２に外周側円環状鉄心部材５が固定された後に、コイル７が巻かれたティース部材４が軸方向から挿入される。ティース部材４は、その端部が第２ステータ保持部材１２の位置決め凸部１２ａに接触することで軸方向の位置が決定される。つまり、第２ステータ保持部材１２に設けられた位置決め凸部１２ａは、外周側円環状鉄心部材５および内周側円環状鉄心部材６の周方向の位置を規制すると共に、ティース部材４の軸方向の位置を規制する。
　図１０は、ステータに第１ステータ保持部材および第２ステータ保持部材が取り付けられた状態を示す組み立て分解図である。第１ステータ保持部材１１は、例えばアルミニウム合金などの非磁性材料で構成されている。図１０に示すように、第１ステータ保持部材１１には、第２ステータ保持部材１２と同様に、軸方向と平行な方向に突出した位置決め凸部１１ａを備えている。位置決め凸部１１ａは、第１ステータ保持部材１１の径方向に二列になって周方向に並んで配置されている。第１ステータ保持部材１１に設けられた位置決め凸部１１ａも、第２ステータ保持部材１２に設けられた位置決め凸部１２ａと同様に、外周側円環状鉄心部材５および内周側円環状鉄心部材６の周方向の位置を規制すると共に、ティース部材４の軸方向の位置を規制する。図１０に示すように、第１ステータ保持部材１１と第２ステータ保持部材１２とは、軸方向からステータ１に差し込まれる。なお、第１ステータ保持部材１１の中心部には、軸受を介して回転軸を回転可能に支持するための軸受挿入孔１１ｂが形成されている。
　このように構成された回転電機１００においては、内側ロータ磁石１６が内側ロータ鉄心８に埋設されているので、ステータ１と内側ロータ２とのギャップの近傍で発生する空間高調波磁束が内側ロータ磁石１６に鎖交することを防止できる。そのため、内側ロータ磁石１６で発生する渦電流損失を低減することができる。また、内側ロータ磁石１６は内側ロータ鉄心８に埋設されているので、遠心力による内側ロータ磁石１６の脱落を防止することができる。
　また、本実施の形態の回転電機１００においては、第１ステータ保持部材１１および第２ステータ保持部材１２に設けられた位置決め凸部で外周側円環状鉄心部材５および内周側円環状鉄心部材６の周方向の位置決め、およびティース部材４の軸方向の位置決めを行うことができる。さらに、外周側円環状鉄心部材５および内周側円環状鉄心部材６に設けられた嵌合凸部とティース部材に設けられた嵌合凹部とでティース部材４の周方向の位置決めを行うことができる。そのため、ステータ１の組み立て精度が向上すると共に、ステータ１の強度も向上する。
　さらに、本実施の形態の回転電機１００においては、図６に示すように、外周側円環状鉄心部材５はスロット１８の外周部に径方向の厚さが他の部分よりも小さい外周側肉薄部を有すると共に、内周側円環状鉄心部材６はスロット１８の内周部に径方向の厚さが他の部分よりも小さい内周側肉薄部を有している。円環状鉄心部材の径方向の厚さが小さい部分は少ない磁束量で磁気飽和し、透磁率が低下する。そのため、本実施の形態の回転電機１００においては、円環状鉄心部材における漏れ磁束を低減して損失を抑制することができる。
　図１１は、本実施の形態の回転電機１００における外側ロータ磁石１７から発生する磁束を示した説明図である。図１１から、内周側円環状鉄心部材６が外側ロータ磁石１７から発生する磁束の磁束経路として機能していることがわかる。同様に、本実施の形態の回転電機１００においては、外周側円環状鉄心部材５が内側ロータ磁石１６から発生する磁束の磁束経路として機能する。このように、本実施の形態の回転電機１００においては、内周側円環状鉄心部材６が外側ロータ磁石１７から発生する磁束の磁束経路として機能し、外周側円環状鉄心部材５が内側ロータ磁石１６から発生する磁束の磁束経路として機能するので、コイル７と鎖交する磁束量が多くなり回転電機１００の出力が向上する。
　内周側円環状鉄心部材６の内周側肉薄部の厚さをＴ１、外周側円環状鉄心部材５の外周側肉薄部の厚さをＴ２とし、Ｔ１／Ｔ２をＸとする。図１２は、Ｘに対するステータ１のコイル７に鎖交する鎖交磁束の関係の一例を示す説明図である。図１２において、鎖交磁束は、内側ロータ磁石１６および外側ロータ磁石１７による鎖交磁束である。また、図１２の縦軸は、ステータ１が外周側円環状鉄心部材５および内周側円環状鉄心部材６を備えていないときにコイル７に鎖交する鎖交磁束を１としたときの相対値である。図１２に示すように、Ｘが１以上、つまり内周側円環状鉄心部材６の内周側肉薄部の厚さＴ１が外周側円環状鉄心部材５の外周側肉薄部の厚さＴ２以上であれば、コイル７に鎖交する鎖交磁束が増加する。その結果、回転電機１００の出力をさらに向上させることができる。
実施の形態２．
　実施の形態１に係る回転電機においては、外側ロータ磁石が外側ロータ鉄心の内周面に固定されていた。実施の形態２に係る回転電機においては、外側ロータ磁石が外側ロータ鉄心に埋設されている。本実施の形態の回転電機の構成は、外側ロータの構成以外は実施の形態１の回転電機の構成と同様である。
　図１３は、本実施の形態に係る回転電機の断面模式図である。図１３は、回転軸に直角な方向の断面模式図である。図１３において、外側ロータカバーおよび回転電機カバーは省略されている。図１３に示すように、外側ロータ３は、円環状の外側ロータ鉄心９と、外側ロータ鉄心９に埋設された３２個の外側ロータ磁石１７とを有している。本実施の形態の回転電機１００においては、Ｖ字状に配置された２つ一組の外側ロータ磁石１７で１つの極を構成しており、その極が周方向に等ピッチに配置されている。２つ一組の外側ロータ磁石１７の配置は、内周側に向かって開いたＶ字状である。
　このように構成された回転電機１００においては、外側ロータ磁石１７が外側ロータ鉄心９に埋設されているので、ステータ１と外側ロータ３とのギャップの近傍で発生する空間高調波磁束が外側ロータ磁石１７に鎖交することを防止できる。そのため、外側ロータ磁石１７で発生する渦電流損失を低減することができる。また、外側ロータ磁石１７は外側ロータ鉄心９に埋設されているので、遠心力による外側ロータ磁石１７の脱落を防止することができる。
　また、本実施の形態の回転電機１００においては、実施の形態１と同様に、外周側円環状鉄心部材５の外周側肉薄部がスロットの外周側に位置すると共に、内周側円環状鉄心部材６の内周側肉薄部がスロットの内周側に位置している。そのため、円環状鉄心部材における漏れ磁束を低減して損失を抑制することができる。
実施の形態３．
　実施の形態３に係る回転電機は、実施の形態１に示した回転電機においてティース部材、外周側円環状鉄心部材および内周側円環状鉄心部材の形状を変更したものである。本実施の形態の回転電機の構成は、ティース部材、外周側円環状鉄心部材および内周側円環状鉄心部材の構成以外は実施の形態１の回転電機の構成と同様である。
　図１４は、本実施の形態におけるティース部材の斜視図である。ティース部材４の径方向の両端部には、軸方向に平行な畝状の嵌合凸部４ｂが形成されている。嵌合凸部４ｂの断面形状は、外側に向かって幅が広くなっている。
　図１５は、本実施の形態における外周側円環状鉄心部材および内周側円環状鉄心部材の斜視図である。外周側円環状鉄心部材５の内周側には、軸方向に平行な溝状の嵌合凹部５ｃが形成されている。また、内周側円環状鉄心部材６の外周側には、軸方向に平行な溝状の嵌合凹部６ｃが形成されている。嵌合凹部５ｃおよび嵌合凹部６ｃの断面形状は、外側に向かってテーパー状に開口幅が狭くなっている。嵌合凹部５ｃおよび嵌合凹部６ｃは、周方向に等ピッチでそれぞれ２４個形成されている。外周側円環状鉄心部材５と内周側円環状鉄心部材６との間に軸方向からコイル７が巻かれたティース部材４が挿入されるときに、ティース部材４の両端の嵌合凸部４ｂが、外周側円環状鉄心部材５の嵌合凹部５ｃおよび内周側円環状鉄心部材６の嵌合凹部６ｃにそれぞれ嵌合される。
　また、図１５に示すように、外周側円環状鉄心部材５の内周側には、スロットの外周壁となる位置に軸方向に平行な溝状の内周側凹部５ｂが形成されている。さらに、内周側円環状鉄心部材６の外周側には、スロットの内周壁となる位置に軸方向に平行な溝状の外周側凹部６ｂが形成されている。内周側凹部５ｂおよび外周側凹部６ｂの断面形状は、矩形形状である。内周側凹部５ｂおよび外周側凹部６ｂは、周方向に等ピッチでそれぞれ２４個形成されている。すなわち、内周側凹部５ｂは外周側円環状鉄心部材５の外周側肉薄部であり、外周側凹部６ｂは内周側円環状鉄心部材６の内周側肉薄部である。
　図１６は、本実施の形態におけるステータの組み立て分解図である。図１６に示すように、ステータ１は、外周側円環状鉄心部材５と内周側円環状鉄心部材６との間に軸方向からコイル７が巻かれたティース部材４が挿入されて組み立てられる。このとき、ティース部材４の両端の嵌合凸部４ｂが、外周側円環状鉄心部材５の嵌合凹部５ｃおよび内周側円環状鉄心部材６の嵌合凹部６ｃにそれぞれ嵌合される。
　このように構成されたステータ１においては、実施の形態１のステータと同様に、ティース部材４と外周側円環状鉄心部材５および内周側円環状鉄心部材６とが嵌合凸部と嵌合凹部との嵌合によって強固に締結される。
　また、本実施の形態の回転電機１００においては、実施の形態１と同様に、外周側円環状鉄心部材５の外側肉薄部がスロットの外周側に位置すると共に、内周側円環状鉄心部材６の内側肉薄部がスロットの内周側に位置している。そのため、円環状鉄心部材における漏れ磁束を低減して損失を抑制することができる。
実施の形態４．
　実施の形態４に係る回転電機は、実施の形態１に示した回転電機において外周側円環状鉄心部材および内周側円環状鉄心部材にそれぞれ形成された内周側凹部および外周側凹部の形状を変更したものである。本実施の形態の回転電機の構成は、内周側凹部および外周側凹部の形状以外は実施の形態１の回転電機の構成と同様である。
　図１７は、本実施の形態におけるステータの拡大断面図である。図１７に示すように、ティース部材４の両端部の嵌合凹部４ａは、外周側円環状鉄心部材５の嵌合凸部５ａおよび内周側円環状鉄心部材６の嵌合凸部６ａにそれぞれ嵌合されている。スロット１８の外周壁には、外周側円環状鉄心部材５の内周側凹部５ｂが配置されている。スロット１８の内周壁には、内周側円環状鉄心部材６の外周側凹部６ｂが配置されている。実施の形態１の回転電機においては、内周側凹部および外周側凹部の断面形状は、矩形形状であった。本実施の形態の回転電機においては、図１７に示すように、内周側凹部５ｂおよび外周側凹部６ｂの断面形状は、円弧形状である。スロット１８の外周壁において外周側円環状鉄心部材５の径方向の厚さは、内周側凹部５ｂが形成された位置が最も小さい。また、スロット１８の内周壁において内周側円環状鉄心部材６径方向の厚さは、外周側凹部６ｂが形成された位置が最も小さい。すなわち、内周側凹部５ｂは外周側円環状鉄心部材５の外周側肉薄部であり、外周側凹部６ｂは内周側円環状鉄心部材６の内周側肉薄部である。
　このように構成された回転電機においては、実施の形態１と同様に、外周側円環状鉄心部材５の外側肉薄部がスロット１８の外周側に位置すると共に、内周側円環状鉄心部材６の内側肉薄部がスロット１８の内周側に位置している。そのため、円環状鉄心部材における漏れ磁束を低減して損失を抑制することができる。
実施の形態５．
　図１８は、実施の形態５に係る飛行機の説明図である。本実施の形態の飛行機２００は、実施の形態１から４で説明した回転電機１００を備えた固定翼航空機である。図１８に示すように、本実施の形態の飛行機２００は、エンジンケース２１０の内部に液体燃料で駆動されるエンジン２２０と、実施の形態１から４で説明した回転電機１００とが設置されている。回転電機１００は、図示していないが飛行機２００に搭載されたバッテリーで駆動される。エンジン２２０と回転電機１００と推進ファン２３０とは、シャフトで連結されている。推進ファン２３０は、エンジン２２０と回転電機１００とを駆動力源として回転する。なお、推進ファン２３０と回転電機１００との間、およびエンジン２２０と回転電機１００との間のどちらか一方もしくは両方に回転数を変換するギアが搭載されていてもよい。また、本実施の形態の飛行機２００においては、エンジン２２０と回転電機１００と推進ファン２３０とがシャフトで同軸状に配置されている。別の構成として、エンジン２２０と回転電機１００と推進ファン２３０とがギアなどを介して別軸状に配置されていてもよい。
　この回転電機は、第１ステータ保持部材および第２ステータ保持部材に設けられた位置決め凸部で外周側円環状鉄心部材および内周側円環状鉄心部材の周方向の位置決め、およびティース部材の軸方向の位置決めを行うことができる。さらに、外周側円環状鉄心部材および内周側円環状鉄心部材とティース部材とにそれぞれ設けられた嵌合凸部と嵌合凹部とでティース部材の周方向の位置決めを行うことができる。そのため、ステータの組み立て精度が向上すると共に、ステータの強度も向上する。この回転電機を飛行機の推進装置の駆動力源に適用することで、信頼性の高い電動飛行機を実現することができる。
　また、この回転電機は、外周側円環状鉄心部材の外側肉薄部がスロットの外周側に位置すると共に、内周側円環状鉄心部材の内側肉薄部がスロットの内周側に位置している。そのため、円環状鉄心部材における漏れ磁束を低減して損失を抑制することができる。さらに、外周側円環状鉄心部材は内側ロータ磁石から発生する磁束の磁束経路として機能し、内周側円環状鉄心部材は外側ロータ磁石から発生する磁束の磁束経路として機能するので、出力に寄与する磁束量を増加させることができる。その結果、この回転電機は高いトルク出力を得ることができるので、この回転電機を搭載した飛行機の単位燃料当たりの航続距離を延ばすことができる。
　なお、本実施の形態の飛行機においては、推進ファンの駆動力源としてエンジンと回転電機との両方を備えているが、駆動力源として回転電機のみでもよい。
実施の形態６．
　図１９は、実施の形態６に係るマルチコプターの説明図である。本実施の形態のマルチコプター３００は、実施の形態１から４で説明した回転電機１００を備えた回転翼航空機である。図１９に示すように、本実施の形態のマルチコプター３００は、４つの推進ファン３１０と、４つの推進ファン３１０をそれぞれ駆動する４つの回転電機１００と、４つの回転電機１００をそれぞれ制御する４つのインバータ３２０と、インバータ３２０に電力を供給するバッテリー３３０とを備えている。
　このように構成されたマルチコプターにおいても、実施の形態１から４で説明した回転電機を推進装置の駆動力源に適用しているので、信頼性が高く航続距離の長いマルチコプターを実現することができる。
　図２０は、本実施の形態に係る別のマルチコプターの説明図である。図２０に示すマルチコプター３００においては、実施の形態１から４で説明した回転電機を発電機３４０としても用いたものである。この発電機３４０は、エンジン３５０で駆動される。発電機３４０で発電された電力は、バッテリー３３０に蓄積される。
　このように構成されたマルチコプターにおいては、実施の形態１から４で説明した回転電機を発電機に適用し、この発電機を用いてバッテリー３３０に電力を供給することができるので、さらに航続距離の長いマルチコプターを実現することができる。
　実施の形態５および６に示したように、固定翼航空機、回転翼航空機などの推進装置の駆動力源に実施の形態１から４で説明した回転電機を適用することで、信頼性が高く、航続距離の長い航空機を実現することができる。
　本願は、様々な例示的な実施の形態が記載されているが、１つまたは複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
　したがって、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
　１　ステータ、２　内側ロータ、３　外側ロータ、４　ティース部材、４ａ　嵌合凹部、４ｂ、５ａ、６ａ　嵌合凸部、５　外周側円環状鉄心部材、５ｂ　内周側凹部、５ｃ、６ｃ　嵌合凹部、６　内周側円環状鉄心部材、６ｂ　外周側凹部、７　コイル、８　内側ロータ鉄心、９　外側ロータ鉄心、１０　外側ロータカバー、１１　第１ステータ保持部材、１１ａ、１２ａ　位置決め凸部、１１ｂ　軸受挿入孔、１２　第２ステータ保持部材、１３　軸受、１４　回転軸、１５　回転電機カバー、１６　内側ロータ磁石、１７　外側ロータ磁石、１８　スロット、１９　絶縁部材、１００　回転電機、２００　飛行機、２１０　エンジンケース、２２０、３５０　エンジン、２３０、３１０　推進ファン、３００　マルチコプター、３２０　インバータ、３３０　バッテリー、３４０　発電機。

Claims (7)

  1. 　円環状のステータと、
    　前記ステータの内周側にギャップを介して配置された内側ロータと、
    　前記ステータの外周側にギャップを介して配置された外側ロータとを有する回転電機であって、
    　前記ステータは、円環状に離間して配置された複数のティース部材と、複数の前記ティース部材にそれぞれ巻かれた複数のコイルと、複数の前記ティース部材の外周側および内周側にそれぞれ締結された外周側円環状鉄心部材および内周側円環状鉄心部材とを有し、円環状に離間して配置された複数の前記ティース部材の間の空間はスロットになっており、前記外周側円環状鉄心部材は前記スロットの外周部に径方向の厚さが他の部分よりも小さい外周側肉薄部を有すると共に、前記内周側円環状鉄心部材は前記スロットの内周部に径方向の厚さが他の部分よりも小さい内周側肉薄部を有することを特徴とする回転電機。
  2. 　前記内周側円環状鉄心部材の前記内周側肉薄部の厚さは、前記外周側円環状鉄心部材の前記外周側肉薄部の厚さ以上であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
  3. 　前記外周側円環状鉄心部材および前記内周側円環状鉄心部材の軸方向の端部は、複数の前記ティース部材にそれぞれ巻かれた複数の前記コイルの軸方向の端部より軸方向の外側に位置することを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
  4. 　前記ティース部材は嵌合凸部または嵌合凹部を備えており、前記外周側円環状鉄心部材および前記内周側円環状鉄心部材は、前記ティース部材に備えられた前記嵌合凸部または前記嵌合凹部と嵌合されるための嵌合凹部または嵌合凸部を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機。
  5. 　前記ステータを保持するための円環状の一対のステータ保持部材をさらに備え、前記外周側円環状鉄心部材および前記内周側円環状鉄心部材の軸方向の両端部は、前記ステータ保持部材にそれぞれ締結されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機。
  6. 一対の前記ステータ保持部材は、複数の前記ティース部材の軸方向の端部に接触して前記ティース部材の軸方向の位置を規制する複数の位置決め凸部をそれぞれ有することを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
  7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載の回転電機と、前記回転電機で駆動される推進ファンとを備えたことを特徴とする航空機。
PCT/JP2021/044628 2021-12-06 2021-12-06 回転電機、およびその回転電機を備えた航空機 WO2023105551A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022517176A JP7162777B1 (ja) 2021-12-06 2021-12-06 回転電機、およびその回転電機を備えた航空機
PCT/JP2021/044628 WO2023105551A1 (ja) 2021-12-06 2021-12-06 回転電機、およびその回転電機を備えた航空機

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2021/044628 WO2023105551A1 (ja) 2021-12-06 2021-12-06 回転電機、およびその回転電機を備えた航空機

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023105551A1 true WO2023105551A1 (ja) 2023-06-15

Family

ID=83806062

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/044628 WO2023105551A1 (ja) 2021-12-06 2021-12-06 回転電機、およびその回転電機を備えた航空機

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7162777B1 (ja)
WO (1) WO2023105551A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003299272A (ja) * 2002-04-01 2003-10-17 Nissan Motor Co Ltd 回転電機のステータ構造
JP2005237191A (ja) * 2004-02-17 2005-09-02 Minebea Co Ltd モータ
US20090140526A1 (en) * 2007-11-29 2009-06-04 General Electric Company Stator and stator tooth modules for electrical machines
WO2018016497A1 (ja) * 2016-07-22 2018-01-25 日本精工株式会社 二軸一体型モータ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003299272A (ja) * 2002-04-01 2003-10-17 Nissan Motor Co Ltd 回転電機のステータ構造
JP2005237191A (ja) * 2004-02-17 2005-09-02 Minebea Co Ltd モータ
US20090140526A1 (en) * 2007-11-29 2009-06-04 General Electric Company Stator and stator tooth modules for electrical machines
WO2018016497A1 (ja) * 2016-07-22 2018-01-25 日本精工株式会社 二軸一体型モータ

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2023105551A1 (ja) 2023-06-15
JP7162777B1 (ja) 2022-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2200154B1 (en) Axial gap motor
US4745312A (en) Stepping motor
WO2009081766A1 (ja) 電動機および回転電機用ロータ
US20080238232A1 (en) Motor, rotor structure and magnetic machine
EP1455435B1 (en) Single phase induction motor further comprising a permanent magnetic unit
JP2000041367A (ja) ハイブリッド励磁形同期機
KR100443737B1 (ko) 스태핑 모터
JP2017050943A (ja) 回転電機
JP2000209825A (ja) 永久磁石発電機
WO2014020756A1 (ja) 回転電機
US11876408B2 (en) Electric tool
JP7228768B2 (ja) 電動工具の製造方法及びモータの製造方法
JP2013059178A (ja) 磁気ギア
WO2023105551A1 (ja) 回転電機、およびその回転電機を備えた航空機
JP2008017543A (ja) モータの着磁方法
US20030107274A1 (en) Stepping motor
WO2021140606A1 (ja) 回転電機
JP2022152554A (ja) モータ
JP2021132501A (ja) モータ及び電動工具
WO2022118598A1 (ja) 磁気ギアードモータ及び磁気ギア
WO2023012855A1 (ja) 磁気波動歯車装置
WO2022181035A1 (ja) モータ
WO2021149753A1 (ja) 磁気ギアード回転電機、及びステータの製造方法
KR20100109693A (ko) Ｉｐｍ 타입 모터
KR102093309B1 (ko) 토크리플 감소를 위한 노치구조의 전동기

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2022517176

Country of ref document: JP

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21967059

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE