WO2024105797A1 - 回転電機 - Google Patents

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WO2024105797A1
WO2024105797A1 PCT/JP2022/042475 JP2022042475W WO2024105797A1 WO 2024105797 A1 WO2024105797 A1 WO 2024105797A1 JP 2022042475 W JP2022042475 W JP 2022042475W WO 2024105797 A1 WO2024105797 A1 WO 2024105797A1
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WO
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core
split
electric machine
rotating electric
stator core
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/042475
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English (en)
French (fr)
Inventor
貴之 飯田
正嗣 中野
仁志 磯田
純士 北尾
健 久保田
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 PCT/JP2022/042475 priority Critical patent/WO2024105797A1/ja
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/16Stator cores with slots for windings
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/26Rotor cores with slots for windings

Definitions

  • This application relates to a rotating electric machine.
  • stator cores made up of a combination of circumferentially divided split cores are widely used, as this can improve the yield of electromagnetic steel sheets. Dividing the stator core finely in the circumferential direction also improves the yield of electromagnetic steel sheets, so from the perspective of reducing material costs, it is better to increase the number of divisions in the stator core.
  • using a split core with a large number of divisions increases the number of parts, which increases manufacturing costs and makes assembly more difficult. For this reason, motors that use split cores with a small number of divisions are being considered.
  • a motor has been disclosed that reduces material costs by utilizing the remaining area inside the rotor to punch out the divided cores together (for example, Patent Document 1).
  • Patent document 1 does not mention shaft voltage and torque ripple, and the disclosed example has issues with shaft voltage generated by gaps between the split cores, and with no shaft voltage but increased torque ripple.
  • This application discloses technology to solve the problems described above, and aims to provide a rotating electric machine that can reduce material costs, improve manufacturability, reduce shaft voltage, and suppress torque ripple.
  • the rotating electric machine disclosed in the present application has a stator having a stator core formed by combining a number of split cores divided in the circumferential direction in a circular ring shape, and a coil wound in distributed winding around the stator core, and a rotor core fixed to a shaft on the central axis of the stator, in which magnetic poles with a number of pole pairs P are arranged on the rotor core and the rotor is rotatable relative to the stator, in which the split core has an arc-shaped core back and a number of teeth protruding inwardly from the core back, there are winding slots between the teeth, the number of teeth is equal, and where the number of divisions of the split core is N, P ⁇ N ⁇ 2P is satisfied.
  • the rotating electric machine disclosed in the present application has a stator having a stator core formed by combining a number of split cores divided in the circumferential direction in a circular ring shape, and a coil wound in distributed winding around the stator core, and a rotor core fixed to a shaft on the central axis of the stator, in which magnetic poles with a number of pole pairs P are arranged on the rotor core and the rotor is rotatable relative to the stator, the split core has an arc-shaped core back and a number of teeth protruding inwardly from the core back, there are winding slots between the teeth, the number of teeth is equal, and where the number of divisions of the split core is N, 2P ⁇ N ⁇ 4P is satisfied.
  • the rotating electric machine disclosed in this application reduces material costs, improves manufacturability, reduces shaft voltage, and suppresses torque ripple.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a 6-division, 8-pole, 48-slot, double V-shaped embedded magnet motor of a rotating electrical machine according to embodiment 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a split core that constitutes a stator core of the rotating electric machine according to the first embodiment;
  • FIG. 1 is a perspective view of a stator core of a rotating electric machine according to a first embodiment; 4 shows analytical data of maximum shaft voltage using the number of divisions of the stator core of the rotary electric machine according to the first embodiment as a parameter. 4 shows analysis data of torque ripple amplitude using the number of divisions of the stator core of the rotating electric machine according to the first embodiment as a parameter.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a 12-division, 8-pole, 48-slot, double V-shaped embedded magnet motor that is a modified example of the rotating electric machine according to the first embodiment.
  • 1 is a cross-sectional view of a 6-division, 8-pole, 72-slot, double V-shaped embedded magnet motor that is a modified example of the rotating electric machine according to embodiment 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a 12-division, 8-pole, 96-slot double V-shaped embedded magnet motor that is a modified example of the rotating electric machine according to embodiment 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a 12-division, 8-pole, 96-slot double V-shaped embedded magnet motor that is a modified example of the rotating electric machine according to embodiment 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an 8-division, 12-pole, 72-slot double V-shaped embedded magnet motor that is a modified example of the rotating electric machine according to embodiment 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a 24-division, 16-pole, 96-slot double V-shaped embedded magnet motor that is a modified example of the rotating electric machine according to embodiment 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a 6-division, 8-pole, 48-slot embedded flat magnet motor that is a modified example of the rotating electric machine according to embodiment 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a 12-division, 8-pole, 48-slot, single-layer V-shaped embedded magnet motor that is a modified example of the rotating electric machine according to embodiment 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a 6-division, 8-pole, 48-slot, triple V-shaped embedded magnet motor that is a modified example of the rotating electric machine according to embodiment 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a 12-division, 8-pole, 48-slot V-shaped embedded magnet motor that is a modified example of the rotating electric machine according to embodiment 1.
  • 11 is a cross-sectional view of a split core that constitutes a stator core of a rotating electric machine according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a 6-division, 8-pole, 48-slot, double V-shaped embedded magnet motor of a rotating electrical machine according to a second embodiment.
  • FIG. FIG. 11 is a perspective view of a 30-degree rotation, four-stage rotated stator core for a rotating electric machine according to embodiment 3.
  • 13 is an explanatory diagram of the rolling direction and the teeth direction in a cross-sectional view of a split core of a rotating electric machine according to embodiment 4.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram of teeth numbers in a cross-sectional view of a split core of a rotating electric machine according to embodiment 4.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram of the teeth direction component of the rolling direction magnetic properties of teeth at the same circumferential position in each segment of a stator core in a comparative example of a rotating electric machine according to embodiment 4.
  • FIG. FIG. 11 is a perspective view of a stator core of a rotating electric machine according to a fourth embodiment. 13 is an explanatory diagram of the teeth direction component of the rolling direction magnetic properties of teeth at the same circumferential position in each segment of the stator core of the rotating electric machine according to embodiment 4.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a split core that constitutes a stator core of a rotating electric machine according to embodiment 5.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a 6-split, 8-pole, 48-slot, double V-shaped embedded magnet motor in which the stator core of a rotating electric machine according to embodiment 5 is split at the center of the teeth.
  • FIG. 13 is a perspective view of a 30-degree rotation, six-stage stacked stator core for a rotating electric machine according to embodiment 5.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a 12-split, 8-pole, 48-slot, double V-shaped embedded magnet motor split at the center of the teeth, which is a modified example of a rotating electric machine according to embodiment 5.
  • 13 is a cross-sectional view of a split core that constitutes a stator core of a rotating electric machine according to embodiment 6.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a 4-split, 6-pole, 54-slot, double V-shaped embedded magnet motor divided by a core back division and teeth division of a rotating electric machine according to embodiment 6.
  • FIG. 13 is a perspective view of a 45-degree rotation two-stage stacked stator core of a rotating electric machine according to embodiment 6.
  • Embodiment 1 in a rotating electric machine having a stator core formed by combining a number of split cores divided in the circumferential direction into a circular shape, a stator having a coil wound in distributed winding around the stator core, and a rotor core fixed to a shaft on the central axis of the stator, in which magnetic poles with a number of pole pairs P are arranged on the rotor core and a rotor that can rotate relative to the stator, the split core has an arc-shaped core back and a number of teeth protruding inwardly from the core back, there are winding slots between the teeth, the number of teeth is equal, and where N is the number of divisions of the split core, P ⁇ N ⁇ 2P or 2P ⁇ N ⁇ 4P is satisfied.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a 6-division, 8-pole, 48-slot, double-V-shaped embedded magnet type distributed winding motor
  • Figure 2 which is a cross-sectional view of the divided cores that make up the stator core
  • Figure 3 which is an oblique view of the stator core
  • Figure 4 which shows analytical data of maximum axial voltage using the number of divisions of the stator core as a parameter
  • Figure 5 which shows analytical data of torque ripple amplitude using the number of divisions of the stator core as a parameter
  • Figures 6 to 14 which are cross-sectional views of embedded magnet type distributed winding motors that are modified examples of the rotating electric machine.
  • the same or corresponding parts are indicated by the same reference numerals, and duplicated explanations will be omitted.
  • the direction of the rotation axis is defined as the axial direction (Z), the direction toward the center of the rotation axis (the direction from the outer periphery of the stator toward the center of the rotation axis) as the radial direction (R), and the direction along the rotation direction centered on the rotation axis as the circumferential direction (P), and these are also defined in the drawings as appropriate.
  • the embedded magnet type distributed winding motor since the present application is premised on an embedded magnet type distributed winding motor as the rotating electric machine, in the description, the embedded magnet type distributed winding motor will be appropriately referred to as an embedded magnet type motor.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the axial direction of the rotating electric machine 100
  • Figure 2 which is a cross-sectional view of split cores that constitute a stator core
  • Figure 3 which is an oblique view of the stator core.
  • the rotating electric machine 100 is composed of a stator 10 and a rotor 30 that is coaxially arranged on the inner circumferential side of the stator 10 and is rotatable relative to the stator 10 .
  • the stator 10 includes a stator core 11, teeth 14, and coils 16.
  • the stator core 11 is made up of divided cores 12 having a division number N (in FIG. 1 , the division number N is 6), which will be described later, and includes a core back 13, teeth 14, and winding slots 15.
  • the rotor 30 includes a rotor core 31 , a shaft 32 , and a permanent magnet 33 .
  • the split core 12 constituting the stator core 11 of the rotating electric machine 100 in the first embodiment is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel sheets, and is composed of a plurality of teeth 14 protruding inwardly from an arc-shaped core back 13 toward the central axis, and winding slots 15 which are regions between adjacent teeth 14.
  • the split core 12 is divided from the circumferential center of the winding slots 15 to the core back 13 (core back division).
  • Eight teeth 14 are arranged in the circumferential direction, and the arc angle of the split core 12 is 60 degrees.
  • each split core 12 has the same number of teeth 14, totaling 48 teeth 14 evenly spaced in the circumferential direction.
  • minute gaps 21 are formed between the split cores 12 at the contact portions between the split cores 12 that are arranged adjacent to each other.
  • gaps 21 are formed at almost all locations of the contact portions between split cores 12.
  • the width and size of gaps 21 are formed to differ from one another at the contact portions between split cores 12.
  • each coil 16 is housed in each winding slot 15, and each coil 16 is connected in series with the coils 16 housed in the six adjacent winding slots 15 in the circumferential direction.
  • the rotor 30 is composed of a shaft 32 located at the center axis of the stator 10, a circular rotor core 31 fixed to the shaft 32, and permanent magnets 33 arranged in two layers in a V shape so that there are eight magnetic poles in the magnet slots 34 provided in the rotor core 31 (double V-shaped embedded magnet type).
  • stator core 11 is configured so that the split positions are the same in all axial cross sections. In this way, an 8-pole, 48-slot distributed winding motor is configured using a 6-split core.
  • FIGS. 4 shows the analysis results of the maximum shaft voltage when the stator core 11 is equally divided (0 divisions, 2 divisions, 3 divisions, 4 divisions, 6 divisions, 8 divisions, 12 divisions, 16 divisions, 24 divisions, 48 divisions) by the core back 13 in an 8-pole, 48-slot distributed winding motor, and a 25 ⁇ m air gap 21 is generated between each of the divided cores 12.
  • the maximum shaft voltage is normalized by the maximum shaft voltage when it is divided into 6 parts.
  • FIG. 5 shows the analysis results of the torque ripple amplitude when the stator core 11 is equally divided (0 divisions, 2 divisions, 3 divisions, 4 divisions, 6 divisions, 8 divisions, 12 divisions, 16 divisions, 24 divisions, 48 divisions) by the core back 13 in an 8-pole, 48-slot distributed winding motor, and a 25 ⁇ m gap 21 is generated between each of the divided cores 12.
  • the torque ripple amplitude is normalized by the torque ripple amplitude when it is divided into 6 parts.
  • the axial voltage which is one of the issues of the present application, occurs when the same components exist in the magnetomotive force harmonics and the permeance harmonics.
  • minute gaps 21 occur between adjacent split cores, which causes permeance harmonics.
  • axial voltage is generated when the cores are divided into 2, 3, 4, 6, or 12.
  • permeance harmonics of the same components as all of the magnetomotive force harmonics are included, so the axial voltage is expected to be large.
  • shaft voltage is generated when the division is 2, 3, 4, 6, and 12, and it was confirmed that the shaft voltage is large especially when the division is 2 or 4, because permeance harmonics with the same components as all of the magnetomotive force harmonics are present.
  • stator core 11 when the stator core 11 is divided into an integer multiple of the number of poles, no axial voltage is generated. However, if split cores 12 with an integer multiple of the number of poles are used and gaps 21 are generated between the split cores 12, there is a concern that torque ripple may increase.
  • the torque ripple is approximately 5% greater in an 8-division embedded magnet motor than in the 6-division embedded magnet motor that is the rotating electric machine 100 of embodiment 1.
  • the torque ripple is also greater in embedded magnet motors with 16, 24, and 48 divisions, which are integer multiples of the number of poles, than in a 6-division embedded magnet motor.
  • the split core 12 of the rotating electric machine 100 by configuring the split core 12 of the rotating electric machine 100, the yield of the electromagnetic steel sheets of the split core 12 is improved, thereby reducing material costs. Furthermore, by adopting a split core 12 having a small number of divisions, the number of parts can be reduced and manufacturability can be improved. Furthermore, since the relationship between the number of pole pairs and the number of divisions satisfies P ⁇ N ⁇ 2P (condition A) or 2P ⁇ N ⁇ 4P (condition B), the axial voltage generated by the combination of the number of poles and the number of divisions of the stator core 11 can be reduced, and the torque ripple generated by the number of poles and the number of divisions of the stator core 11 can also be suppressed. In addition, the split core-back structure suppresses distortion of the teeth 14, reduces manufacturing distortion of the entire interior permanent magnet motor, and reduces motor loss.
  • the relationship between the number N of divisions of the split core 12 and the number S of winding slots 15 will be described.
  • the split cores 12 constituting stator core 11 can all have the same shape, thereby reducing the manufacturing cost of split cores 12.
  • 6 is a cross-sectional view of an 8-pole, 48-slot, double V-shaped embedded magnet type distributed winding motor (rotating electric machine 101) in which a stator core 11 is divided into 12 equal parts in the circumferential direction by a core back 13.
  • 2P ⁇ N ⁇ 4P condition B
  • 7 is a cross-sectional view of an 8-pole, 72-slot, double V-shaped embedded magnet type distributed winding motor (rotating electric machine 102) in which the stator core 11 is divided into 6 equal parts in the circumferential direction by the core back 13.
  • P ⁇ N ⁇ 2P condition A
  • 8 is a cross-sectional view of an 8-pole, 96-slot, double V-shaped embedded magnet type distributed winding motor (rotating electric machine 103) in which a stator core 11 is divided into 12 equal parts in the circumferential direction by a core back 13.
  • 2P ⁇ N ⁇ 4P condition B
  • 9 is a cross-sectional view of a 12-pole, 72-slot, double V-shaped embedded magnet type distributed winding motor (rotating electric machine 104) in which the stator core 11 is divided into eight equal parts in the circumferential direction by the core back 13.
  • P ⁇ N ⁇ 2P condition A
  • stator core 11 is divided into 24 equal parts in the circumferential direction by the core back 13.
  • 2P ⁇ N ⁇ 4P condition B
  • 11 is a cross-sectional view of an 8-pole, 48-slot flat magnet embedded distributed winding motor (rotating electric machine 106) in which the stator core 11 is divided into 6 equal parts in the circumferential direction by the core back 13.
  • P ⁇ N ⁇ 2P condition A
  • 12 is a cross-sectional view of an 8-pole, 48-slot, single-layer V-shaped embedded magnet distributed winding motor (rotating electric machine 107) in which the stator core 11 is divided into 12 equal parts in the circumferential direction by the core back 13.
  • 2P ⁇ N ⁇ 4P condition B
  • 13 is a cross-sectional view of an 8-pole, 48-slot, triple V-shaped embedded magnet type distributed winding motor (rotating electric machine 108) in which the stator core 11 is divided into 6 equal parts in the circumferential direction by the core back 13.
  • P ⁇ N ⁇ 2P condition A
  • 14 is a cross-sectional view of an 8-pole, 48-slot V-shaped embedded magnet distributed winding motor (rotating electric machine 109) in which the stator core 11 is divided into 12 equal parts in the circumferential direction by the core back 13.
  • 2P ⁇ N ⁇ 4P condition B is satisfied.
  • FIG. 6 shows an 8-pole, 48-slot distributed winding motor using a 12-split core, which satisfies 2P ⁇ N ⁇ 4P (condition B) and provides the same effects as the rotating electric machine of embodiment 1. Furthermore, as shown in Figures 7 to 10, even if the combination of the number of pole pairs and the number of slots is different, the same effect can be achieved as long as the relationship between the number of pole pairs and the number of divisions satisfies P ⁇ N ⁇ 2P (condition A) or 2P ⁇ N ⁇ 4P (condition B).
  • the gaps 21 formed at the contact points between adjacent split cores 12, which have been described as the configuration of the stator core 11 in embodiment 1, are formed to have different widths and sizes, a small number of divisions that satisfies P ⁇ N ⁇ 2P (condition A) can be used to reduce the permeance harmonics generated by the variation in the gaps 21, and the axial voltage can be reduced more effectively.
  • the rotating electric machine of embodiment 1 has a stator having a stator core formed by combining a number of split cores divided in the circumferential direction into a circular shape, and a coil wound in distributed winding around the stator core, and a rotor core fixed to a shaft on the central axis of the stator, with magnetic poles having a number of pole pairs P arranged on the rotor core and a rotor that can rotate relative to the stator, the split core has an arc-shaped core back and a number of teeth protruding inwardly from the core back, with winding slots between the teeth, the number of teeth being equal, and where the number of divisions of the split core is N, satisfying P ⁇ N ⁇ 2P or 2P ⁇ N ⁇ 4P. Therefore, in the first embodiment, it is possible to obtain a rotating electric machine that can reduce material costs, improve manufacturability, reduce shaft voltage, and suppress torque ripple.
  • Embodiment 2 In the second embodiment, a projection and a recess for fitting are provided at the contact portions of the split cores, and a groove is provided on the outer periphery.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the split cores that make up the stator core
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of a 6-split, 8-pole, 48-slot, double V-shaped embedded magnet motor.
  • Figs. 15 and 16 of the second embodiment parts that are the same as or equivalent to those in the first embodiment are given the same reference numerals.
  • the rotating electric machine 200 and the split core 212 are used.
  • the split core 212 constituting the stator core 11 of the rotating electric machine 200 in embodiment 2 is formed by stacking a plurality of electromagnetic steel sheets, and is composed of a plurality of teeth 14 protruding inwardly from the arc-shaped core back 13 toward the central axis, and winding slots 15 which are the areas between adjacent teeth 14.
  • the split core 212 is split from the circumferential center of the winding slot 15 to the core back 13 (core back split).
  • a convex portion 23 is provided on one side of the abutment portion of the split core 212, and a concave portion 24 is provided on the other side, and a groove 22 is provided on the outer periphery.
  • Eight teeth 14 are arranged in the circumferential direction, and the arc angle of the split core 212 is 60 degrees.
  • an embedded magnet motor which is a rotating electric machine 200 in the second embodiment is made up of a stator 10 and a rotor 30 which is coaxially arranged on the inner periphery of the stator 10 and is rotatable relative to the stator 10 .
  • the stator 10 includes a stator core 11, teeth 14, and coils 16.
  • the stator core 11 is configured by arranging six split cores 212 described in Fig. 15 in an annular shape, and the number of teeth 14 is 48, evenly spaced in the circumferential direction.
  • the coils 16 are connected in series with the coils 16 housed in the six adjacent winding slots 15 in the circumferential direction.
  • the other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • split cores 212 are assembled so that the convex portions 23 and concave portions 24 of each split core 212 fit with the adjacent split cores 212, and are fixed by welding in the grooves 22 on the outer circumferential sides of the abutting portions.
  • adjacent split cores 212 are joined together by welding at their outer peripheries at the contact portions formed between them.
  • a minute gap 21 is formed on the inner circumferential side of the contact portion between the split cores 212 .
  • this gap 21 is formed at most locations of each abutment portion between the split cores 212, and the gap width and size of the gap 21 differ from one another at the abutment portions between the split cores 212.
  • the radial penetration depth of the region joined by welding varies relatively greatly during manufacturing, which results in a relatively large variation in the radial width of the minute gap 21 remaining on the inner periphery side as described above.
  • split core 212 the yield of electromagnetic steel sheets is improved, and material costs can be reduced. Furthermore, by adopting split core 212 with a small number of divisions, the number of parts can be reduced and manufacturability can be improved. And, since the relationship between the number of pole pairs and the number of divisions satisfies P ⁇ N ⁇ 2P (condition A) or 2P ⁇ N ⁇ 4P (condition B), the axial voltage generated by the combination of the number of poles and the number of divisions of stator core 11 can be reduced. In addition, the torque ripple generated by the number of poles and the number of divisions of stator core 11 can also be suppressed.
  • the positioning accuracy of the split cores 212 is improved, and manufacturability is improved. Furthermore, by welding the outer periphery of the abutting portion between the split cores 212, the rigidity of the stator core 11 can be increased. In addition, by using groove 22 as a welding groove to join split cores 212, the weld bead does not protrude from the outer periphery of stator core 11, and unevenness on the outer periphery of stator core 11 can be eliminated. Furthermore, when press-fitting stator 10 into a housing, assembly of stator 10 becomes easier. In addition, the structure in which the winding slots 15 are divided from the circumferential center to the core back 13 (core back division) suppresses distortion of the teeth 14, reduces manufacturing distortion of the entire embedded magnet motor, and reduces motor loss.
  • the number N of circumferential divisions of the stator core 11 is a divisor of the number S of winding slots 15, and the shapes of the split cores 12 that make up the stator core 11 can all be made the same, which reduces the manufacturing costs of the split cores 212.
  • the presence of grooves 22 on the outer periphery of the abutting portion of split core 212 causes permeance harmonics, which generates axial voltage. Furthermore, it is conceivable that the axial voltage increases due to shape variations occurring in grooves 22. However, by applying a number of divisions that satisfies P ⁇ N ⁇ 2P (condition A) or 2P ⁇ N ⁇ 4P (condition B) as described in embodiment 1, the axial voltage can be reduced more effectively.
  • the gaps 21 formed at the contact points between the adjacent split cores 212 described as the configuration of the stator core 11 in embodiment 2 are formed to have different widths and sizes, by setting the number of divisions to a small number that satisfies P ⁇ N ⁇ 2P (condition A), it is possible to reduce the permeance harmonics generated by the variation in the gaps 21 and more effectively reduce the axial voltage.
  • the structure for fixing adjacent split cores 212 to each other by reinforcing and fixing them by welding has been described as a suitable example.
  • the fixing structure between adjacent split cores 212 may be a structure in which the stator core 11 is joined in an annular shape only by the fitting structure of the protrusions 23 and recesses 24 of the split cores 212, and an annular frame is fitted around the outer periphery of the stator core 11. In this case, joining by welding can be omitted.
  • an adhesive such as resin between adjacent split cores 212 to bond and fix them to each other.
  • the rotating electric machine of embodiment 2 has convex and concave fitting portions at the abutment portions of the split cores and grooves on the outer periphery, and the relationship between the number of pole pairs and the number of divisions satisfies P ⁇ N ⁇ 2P (condition A) or 2P ⁇ N ⁇ 4P (condition B). Therefore, the rotating electric machine of the second embodiment can reduce material costs and improve manufacturability, while also reducing shaft voltage and suppressing torque ripple.
  • Embodiment 3 In the third embodiment, the stator core is divided into four parts in the axial direction and rotated by 30 degrees.
  • FIG. 17 a perspective view of a 30-degree rotation, four-stage stacked stator core, focusing on the differences from the first embodiment.
  • parts that are the same as or equivalent to those in the first embodiment are given the same reference numerals.
  • a rotating electric machine 300 In order to distinguish it from the first embodiment, it is referred to as a rotating electric machine 300 .
  • Stator core 11 of rotating electric machine 300 is divided into four segments in the axial direction.
  • segment A is indicated as SGA
  • segment B is indicated as SGB
  • segment C is rotated by a mechanical angle of 30 degrees relative to segment B
  • segment D is rotated by a mechanical angle of 30 degrees relative to segment C, with segments A to D stacked in the axial direction.
  • Each segment of the stator core 11 is composed of six divided cores 12. The other structure is the same as that of the rotating electric machine of the first embodiment.
  • stator core 11 formed by combining split cores 12, thereby improving vibration resistance and strength. Also, since the circumferential positions of winding slots 15 are the same in each segment, insertion of coils 16 becomes easier, improving manufacturability. Furthermore, the effect of magnetic anisotropy in a direction perpendicular to the rolling direction of teeth 14 of stator core 11, which will be described later, can be reduced, and loss, shaft voltage, and torque ripple of the embedded magnet motor can be reduced.
  • the positioning precision of the split cores 12 is improved, and manufacturability can be improved.
  • the rigidity of the stator core 11 can be further increased.
  • unevenness on the outer periphery of the stator core 11 is eliminated, and when the stator core 11 is inserted into a housing or the like, assembly of the stator 10 becomes easier.
  • the stator core is divided into four in the axial direction, rotated 30 degrees, and stacked. Therefore, the rotating electric machine of the third embodiment can reduce material costs, improve manufacturability, reduce shaft voltage, and suppress torque ripple. Furthermore, the rigidity of the stator core 11 can be increased, vibration resistance and strength can be improved, and the effect of magnetic anisotropy in the direction perpendicular to the rolling direction of the teeth 14 of the stator core 11 can be reduced.
  • Embodiment 4 the magnetic anisotropy of the teeth of the stator core is balanced throughout the entire interior magnet motor.
  • the rolling direction is indicated as “RD”
  • the teeth direction is indicated as “TD”
  • the angle between the rolling direction vector and the teeth direction vector is indicated as ⁇ .
  • the magnetic properties of the electromagnetic steel sheets constituting the split core 12 may differ between the rolling direction and the direction perpendicular to the rolling direction.
  • the teeth direction in which the teeth 14 face the center of rotation, does not coincide with the rolling direction for all the teeth 14.
  • teeth numbers are shown in Fig. 19.
  • the teeth of the split core 12 are numbered counterclockwise in the circumferential direction. Teeth numbers 1 to 8 are listed as TN1, TN2, TN3, TN4, TN5, TN6, TN7, and TN8.
  • the teeth direction component of the rolling direction magnetic properties of each tooth 14 is calculated by the cosine of the rolling direction vector. Then, when the segments of the stator core 11 arranged in four axial stages are combined, the sum of the teeth direction components of the rolling direction magnetic properties of the teeth 14 at the same circumferential position is calculated.
  • FIG. 20 shows the results of calculating the teeth direction components of the rolling direction magnetic properties of each of teeth numbers 1 to 8 of stator core 11 at the same circumferential position of each segment.
  • the sums of the teeth direction components of the rolling direction magnetic properties of teeth 14 at the same circumferential position are 3.79 and 3.86. This shows that the magnetic properties of the teeth direction components are different in stator core 11 described in Fig. 17. This means that the magnetic anisotropy in the direction perpendicular to the rolling direction of teeth 14 of stator core 11 can cause increased losses in the embedded magnet motor, generation of axial voltage, and increased torque ripple.
  • the stator core 11 of the rotating electric machine 400 of the fourth embodiment is divided into four segments in the axial direction, and each segment is rotated by a mechanical angle of 15 degrees. That is, with the rotation axis of the rotor 30 as the axis, segment B is rotated by a mechanical angle of 15 degrees relative to segment A, segment C is rotated by a mechanical angle of 15 degrees relative to segment B, and segment D is rotated by a mechanical angle of 15 degrees relative to segment C, with segments A to D stacked in the axial direction. Also, each segment of the stator core 11 is composed of a split core 12 divided into six parts. The rest of the structure is the same as in the first embodiment.
  • Figure 22 shows the results of calculating the tooth direction components of the rolling direction magnetic properties of teeth numbers 1 to 8 of the stator core 11 of the rotating electric machine 400 of embodiment 4 shown in Figure 21 at the same circumferential position of each segment.
  • the sum of all tooth direction components is 3.82, which shows that they are balanced.
  • the magnetic anisotropy in the direction perpendicular to the rolling direction of all teeth 14 of stator core 11 can be balanced throughout the entire embedded magnet motor, thereby reducing loss, shaft voltage, and torque ripple in the embedded magnet motor. Furthermore, the rigidity of the stator core 11 formed by combining the split cores 12 can be increased, improving vibration resistance and strength. Also, since the circumferential positions of the winding slots 15 are the same in each segment, the insertion of the coils 16 becomes easier, improving manufacturability.
  • the number of divisions of the stator core 11 in the circumferential direction is set to N
  • the number of divisions of the stator core 11 in the axial direction is set to t
  • n is an integer
  • the positioning precision of the split cores 12 is improved, and manufacturability can be improved.
  • the rigidity of the stator core 11 can be further increased.
  • unevenness on the outer periphery of the stator core 11 is eliminated, and when the stator core 11 is inserted into a housing or the like, assembly of the stator 10 becomes easier.
  • the magnetic anisotropy of the teeth of the stator core is balanced throughout the entire interior magnet motor. Therefore, the rotating electric machine of the fourth embodiment can reduce material costs, improve manufacturability, reduce shaft voltage, and suppress torque ripple. Furthermore, the effect of magnetic anisotropy in the direction perpendicular to the rolling direction of the teeth 14 of the stator core 11 can be balanced, and the rigidity of the stator core 11 can be increased, resulting in improved vibration resistance and strength.
  • Embodiment 5 In the fifth embodiment, the split core is divided at the center of the teeth to form teeth division.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view of the split cores that make up the stator core
  • Figure 24 which is a cross-sectional view of a 6-split, 8-pole, 48-slot, double-V-shaped embedded magnet motor in which the stator core is split at the center of the teeth
  • Figure 25 which is an oblique view of a 30-degree rotated, 6-stage rotated stator core
  • Figure 26 which is a cross-sectional view of a modified 12-split, 8-pole, 48-slot, double-V-shaped embedded magnet motor split at the center of the teeth.
  • split core 512 constituting stator core 11 of rotating electric machine 500 in embodiment 5 is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel sheets, and is composed of a plurality of teeth 14 protruding inwardly from arc-shaped core back 13 toward the central axis, and winding slots 15 which are regions between adjacent teeth 14.
  • Split core 512 is divided from the circumferential center of teeth 14 to core back 13 (teeth division). Each split core 512 has eight teeth 14 arranged in the circumferential direction, and the arc angle of the split core 512 is 60 degrees.
  • the stator core 11 is formed by the split core 512 described in FIG. 23, and the other configuration is the same as that of the first embodiment.
  • the stator core 11 is divided into six segments (SGA, SGB, SGC, SGD, SGE, SGF) in the axial direction.
  • Each segment of the stator core 11 is stacked in the axial direction, rotated by a mechanical angle of 30 degrees around the axis of rotation of the rotor 30 with respect to the axially adjacent segments.
  • segment E is indicated as SGE
  • segment F is indicated as SGF.
  • the yield of the electromagnetic steel sheets is improved by the split core 512, thereby reducing material costs. Furthermore, by adopting split core 512 having a small number of divisions, the number of parts can be reduced and manufacturability can be improved. It is also possible to reduce the axial voltage that is generated depending on the combination of the number of poles and the number of divisions of the stator core 11. It is also possible to suppress the torque ripple that is generated depending on the number of poles and the number of divisions of the stator core 11.
  • the split position is outside the winding slot 15, so distortion is less likely to occur in the winding slot 15, making it easier to insert the coil 16 and improving manufacturability.
  • the number N of circumferential divisions of the stator core 11 is a divisor of the number S of winding slots 15, and the shapes of the split cores 12 that make up the stator core 11 can all be made the same, which reduces the manufacturing costs of the split cores 512.
  • FIG. 26 shows an 8-pole, 48-slot distributed winding motor using a 12-segment core, but if the rotating electric machine satisfies P ⁇ N ⁇ 2P (condition A) or 2P ⁇ N ⁇ 4P (condition B), where P is the number of pole pairs and N is the number of equal circumferential divisions of the stator core 11, the motor will have the same effect as in embodiment 5.
  • the motor is called rotating electric machine 501 to distinguish it from rotating electric machines 500 in FIGS. 24 and 25.
  • the positioning precision of the split cores 12 is improved, and manufacturability can be improved.
  • the rigidity of the stator core 11 can be further increased.
  • welding the grooves on the outer periphery of the split cores 512 unevenness on the outer periphery of the stator core 11 is eliminated, and when the stator core 11 is inserted into a housing or the like, assembly of the stator 10 becomes easier.
  • the gaps 21 formed at the contact points between the adjacent split cores 512 described as the configuration of the stator core 11 in embodiment 5 are formed to have different widths and sizes, by setting the number of divisions to a small number that satisfies P ⁇ N ⁇ 2P (condition A), it is possible to reduce the permeance harmonics generated by the variation in the gaps 21 and more effectively reduce the axial voltage.
  • the structure is constructed by stacking the split cores 512 by rotating them by a mechanical angle of 30 degrees, which increases the rigidity of the stator core 11 combined with the split cores 512, improving vibration resistance and strength.
  • the circumferential position of the winding slots 15 is the same in each segment, making it easier to insert the coils 16 and improving manufacturability. This reduces the effects of magnetic anisotropy in the direction perpendicular to the rolling direction of the teeth 14 of the stator core 11, reducing loss, torque ripple, and axial voltage in the embedded magnet motor.
  • the same effect as in embodiment 3 can be achieved by configuring the segments of the stator core 11 divided into t axial divisions to be rotated by a mechanical angle of 360/N/k degrees relative to adjacent segments in the axial direction and stacked in t layers in the axial direction.
  • the rotating electric machine according to the fifth embodiment has split cores each having a central portion thereof split into teeth. Therefore, the rotating electric machine of the fifth embodiment can reduce material costs and improve manufacturability, while reducing shaft voltage and suppressing torque ripple. Furthermore, distortion is less likely to occur in the winding slots 15, making it easier to insert the coils 16, and improving manufacturability.
  • Embodiment 6 In the sixth embodiment, one of the contact portions of the split core is divided into a core back and the other is divided into teeth.
  • FIG. 27 is a cross-sectional view of a split core
  • Figure 28 which is a cross-sectional view of a 4-split 6-pole 54-slot double V-shaped embedded magnet motor split by core back split and teeth split
  • Figure 29 which is an oblique view of a 45 degree rotated 2-stage stacked stator core.
  • the split core 612 constituting the stator core 11 of the rotating electric machine 600 in embodiment 6 is constructed by laminating multiple electromagnetic steel sheets, and is composed of multiple teeth 14 that protrude inward from the arc-shaped core back 13 toward the central axis, and winding slots 15 that are the areas between adjacent teeth 14.
  • the split core 612 is divided at one abutment portion by a core back division and at the other abutment portion by a tooth division.
  • stator core 11 is formed by the split core 612 described in FIG. 27, and the other configuration is the same as that of the first embodiment.
  • stator core 11 is divided into two segments in the axial direction, and each segment of the stator core 11 is rotated by a mechanical angle of 45 degrees with respect to the segment adjacent in the axial direction and stacked in two stages in the axial direction. In this way, a 6-pole, 54-slot embedded magnet distributed winding motor using a 4-split core is constructed.
  • the yield of the electromagnetic steel of the split core 612 is improved, thereby reducing material costs. Furthermore, by using a split core 612 with a small number of divisions, the number of parts can be reduced and manufacturability can be improved. This makes it possible to reduce the axial voltage generated by the combination of the number of poles and the number of divisions of the stator core 11. It is also possible to suppress the torque ripple generated by the number of poles and the number of divisions of the stator core 11.
  • a 6-pole, 54-slot embedded magnet distributed winding motor can also achieve the same effect as in embodiment 6, so long as the relationship between the number of pole pairs and the number of divisions satisfies P ⁇ N ⁇ 2P (condition A) or 2P ⁇ N ⁇ 4P (condition B). In this case, the same effect can be achieved with either the core-back division or the teeth division alone.
  • the positioning precision of the split cores 12 is improved, and manufacturability can be improved.
  • the rigidity of the stator core 11 can be further increased.
  • welding the grooves on the outer periphery of the split cores 612 unevenness on the outer periphery of the stator core 11 is eliminated, and when the stator core 11 is inserted into a housing or the like, assembly of the stator 10 becomes easier.
  • the structure is constructed by stacking the split cores 612 by rotating them by a mechanical angle of 45 degrees, which increases the rigidity of the stator core 11 combined with the split cores 612, improving vibration resistance and strength. Also, the circumferential position of the winding slots 15 is the same in each segment, making it easier to insert the coils 16 and improving manufacturability. Then, the effects of magnetic anisotropy in the direction perpendicular to the rolling direction of the teeth 14 of the stator core 11 are reduced, reducing losses, torque ripple, and axial voltage in the embedded magnet motor.
  • the gaps 21 formed at the contact points between the adjacent split cores 612 described as the configuration of the stator core 11 in embodiment 6 are formed to have different widths and sizes, by setting the number of divisions to a small number that satisfies P ⁇ N ⁇ 2P (condition A), it is possible to reduce the permeance harmonics generated by the variation in the gaps 21 and more effectively reduce the axial voltage.
  • the same effect as in embodiment 3 can be achieved by configuring the segments of the stator core 11 divided into t axial divisions to be rotated by a mechanical angle of 360/N/k degrees around the rotation axis of the rotor 30 relative to adjacent segments in the axial direction and stacked in t stages in the axial direction.
  • the rotating electric machine of the sixth embodiment can reduce material costs and improve manufacturability, while also reducing shaft voltage and suppressing torque ripple.
  • the rotating electric machine of the present application reduces material costs, improves manufacturability, reduces shaft voltage, and suppresses torque ripple, making it suitable for a wide range of rotating electric machines.
  • stator 11 stator core, 12, 212, 512, 612 split core, 13 core back, 14 teeth, 15 winding slot, 16 coil, 21 gap, 22 groove, 23 convex portion, 24 concave portion, 30 rotor, 31 rotor core, 32 shaft, 33 permanent magnet, 34 magnet slot, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 200, 300, 400, 500, 501, 600 rotating electric machine.

Landscapes

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

Abstract

周方向に分割された複数の分割コア(12)を円環状に組み合わされたステータコア(11)、およびステータコア(11)に分布巻されたコイル(16)とを有するステータ(10)、およびロータコア(31)に極対数がPである磁極が配置され、ステータ(10)に対して回転可能なロータ(30)を備えた回転電機(100)において、分割コア(12)は、コアバック(13)と、コアバック(13)から内周方向へ突出した複数のティース(14)と、巻線スロット(15)とを有し、分割コア(12)のティース(14)の数は等しく、分割コア(12)の分割数をNとすると、P<N<2Pを満足する。

Description

回転電機
 本願は、回転電機に関するものである。
 モータの材料費を低減するために、電磁鋼板の歩留まりを向上させることが可能な、周方向に分割された分割コアを組み合わせて構成されたステータコアが広く使われている。ステータコアを周方向に細かく分割すると、電磁鋼板の歩留まりも向上していくため、材料費低減の観点からは、ステータコアの分割数を大きくするほうが良い。しかし、分割数の大きい分割コアを採用すると、部品点数が増加するため製造費が増大し、組み立て難易度が上がる。そのため、分割数の小さい分割コアを採用したモータが検討されている。
 ロータの内側の余った面積を利用して、分割コアを共抜きすることで、材料費を低減するモータについて開示されている(例えば、特許文献1)。
特開2002-186227号公報
 一方で、起磁力とパーミアンスに同じ高調波成分が含まれているとき、ロータのシャフトに軸電圧が発生する。実機では、分割コアを組み合わせると、分割コア間に微小な空隙の発生を防ぐことは困難であるため、パーミアンス高調波の原因となり、軸電圧が発生することがある。
 機械ベアリングでロータを支持するモータの場合、軸電圧によってシャフトとベアリングの間で放電が発生し、ベアリングの電食を引き起こし、振動および騒音の要因となるため、軸電圧を小さくする設計が必要とされる。
 従って、分割コアを採用したモータにおいては、ロータの極数とステータの分割数の組み合わせに注意することが重要である。また、分割コア間に空隙が生じたとしても、軸電圧が発生しないロータの極数とステータの分割数の組み合わせは、分割数が極数の整数倍となるときであるが、トルクリプルが増大する可能性がある。
 特許文献1では軸電圧とトルクリプルについての記載はなく、開示例では分割コア間の空隙により生じる軸電圧、および軸電圧は発生しないがトルクリプルが増大する課題がある。
 本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、材料費を低減し、製造性を向上させると共に、軸電圧を低減し、トルクリプルを抑制できる回転電機を提供することを目的とする。
 本願に開示される回転電機は、周方向に分割された複数の分割コアを円環状に組み合わされたステータコア、およびステータコアに分布巻に巻装されたコイルとを有するステータ、およびステータの中心軸にあるシャフトに固定されたロータコアを有し、ロータコアに極対数がPである磁極が配置され、ステータに対して回転可能なロータを備えた回転電機において、分割コアは、円弧状のコアバックと、コアバックから内周方向へ突出した複数のティースとを有し、ティースの間には巻線スロットを有し、ティースの数は等しく、分割コアの分割数をNとすると、P<N<2Pを満足するものである。
 本願に開示される回転電機は、周方向に分割された複数の分割コアを円環状に組み合わされたステータコア、およびステータコアに分布巻に巻装されたコイルとを有するステータ、およびステータの中心軸にあるシャフトに固定されたロータコアを有し、ロータコアに極対数がPである磁極が配置され、ステータに対して回転可能なロータを備えた回転電機において、分割コアは、円弧状のコアバックと、コアバックから内周方向へ突出した複数のティースとを有し、ティースの間には巻線スロットを有し、ティースの数は等しく、分割コアの分割数をNとすると、2P<N<4Pを満足するものである。
 本願に開示される回転電機によれば、材料費を低減し、製造性を向上させると共に、軸電圧を低減し、トルクリプルを抑制できる回転電機が得られる。
実施の形態1による回転電機の6分割8極48スロット2重V字埋込磁石型モータの断面図である。 実施の形態1による回転電機のステータコアを構成する分割コアの断面図である。 実施の形態1による回転電機のステータコアの斜視図である。 実施の形態1による回転電機のステータコアの分割数をパラメータとした軸電圧最大値の解析データである。 実施の形態1による回転電機のステータコアの分割数をパラメータとしたトルクリプル振幅の解析データである。 実施の形態1による回転電機の変形例である12分割8極48スロット2重V字埋込磁石型モータの断面図である 実施の形態1による回転電機の変形例である6分割8極72スロット2重V字埋込磁石型モータの断面図である。 実施の形態1による回転電機の変形例である12分割8極96スロット2重V字埋込磁石型モータの断面図である。 実施の形態1による回転電機の変形例である8分割12極72スロット2重V字埋込磁石型モータの断面図である。 実施の形態1による回転電機の変形例である24分割16極96スロット2重V字埋込磁石型モータの断面図である。 実施の形態1による回転電機の変形例である6分割8極48スロット平板磁石埋込型モータの断面図である。 実施の形態1による回転電機の変形例である12分割8極48スロット1重V字埋込磁石型モータの断面図である。 実施の形態1による回転電機の変形例である6分割8極48スロット3重V字埋込磁石型モータの断面図である。 実施の形態1による回転電機の変形例である12分割8極48スロット∇型字埋込磁石型モータの断面図である。 実施の形態2による回転電機のステータコアを構成する分割コアの断面図である。 実施の形態2による回転電機の6分割8極48スロット2重V字埋込磁石型モータの断面図である。 実施の形態3による回転電機の30度回転4段転積ステータコアの斜視図である。 実施の形態4による回転電機の分割コアの断面図における圧延方向とティース方向の説明図である。 実施の形態4による回転電機の分割コアの断面図におけるティース番号の説明図である。 実施の形態4による回転電機の比較例におけるステータコアの各セグメントにおける同じ周方向位置のティースの圧延方向磁気特性のティース方向成分の説明図である。 実施の形態4による回転電機のステータコアの斜視図である。 実施の形態4による回転電機のステータコアの各セグメントにおける同じ周方向位置のティースの圧延方向磁気特性のティース方向成分の説明図である。 実施の形態5による回転電機のステータコアを構成する分割コアの断面図である。 実施の形態5による回転電機のステータコアをティース中央部で分割した6分割8極48スロット2重V字埋込磁石型モータの断面図である。 実施の形態5による回転電機の30度回転6段転積ステータコアの斜視図である。 実施の形態5による回転電機の変形例であるティース中央部で分割した12分割8極48スロット2重V字埋込磁石型モータの断面図である。 実施の形態6による回転電機のステータコアを構成する分割コアの断面図である。 実施の形態6による回転電機のコアバック分割とティース分割で分割した4分割6極54スロット2重V字埋込磁石型モータの断面図である。 実施の形態6による回転電機の45度回転2段転積ステータコアの斜視図である。
実施の形態1.
 実施の形態1は、周方向に分割された複数の分割コアを円環状に組み合わされたステータコア、およびステータコアに分布巻に巻装されたコイルとを有するステータ、およびステータの中心軸にあるシャフトに固定されたロータコアを有し、ロータコアに極対数がPである磁極が配置され、ステータに対して回転可能なロータを備えた回転電機において、分割コアは、円弧状のコアバックと、コアバックから内周方向へ突出した複数のティースとを有し、ティースの間には巻線スロットを有し、ティースの数は等しく、分割コアの分割数をNとすると、P<N<2Pまたは2P<N<4Pを満足するものである。
 以下、実施の形態1に係る回転電機について、6分割8極48スロット2重V字埋込磁石型分布巻モータの断面図である図1、ステータコアを構成する分割コアの断面図である図2、ステータコアの斜視図である図3、ステータコアの分割数をパラメータとした軸電圧最大値の解析データである図4、ステータコアの分割数をパラメータとしたトルクリプル振幅の解析データである図5、および回転電機の変形例の埋込磁石型分布巻モータの断面図である図6~図14に基づいて説明する。
 なお、各図において、同一部分もしくは相当部分は、同一符号で示し、重複する説明は、省略する。
 以下の説明においては回転軸方向を軸方向(Z)、回転軸中心方向(ステータの外周から回転軸中心に向かう方向)を径方向(R)、回転軸を中心とした回転方向に沿う方向を周方向(P)と定義して、適宜図面にも記載する。
 また、本願では回転電機として、埋込磁石型分布巻モータを前提としているため、説明において、埋込磁石型分布巻モータを埋込磁石型モータと適宜記載する。
 まず、実施の形態1の回転電機100の全体構造を回転電機100の軸方向に垂直な面で切断した断面図である図1、ステータコアを構成する分割コアの断面図である図2、およびステータコアの斜視図である図3に基づいて説明する。
 回転電機100は、ステータ10およびステータ10の内周側に同軸に配置され、ステータ10に対して回転可能なロータ30から構成されている。
 ステータ10は、ステータコア11、ティース14、およびコイル16を備える。ステータコア11は、後で説明する分割数N(図1では分割数Nは6)の分割コア12で構成され、コアバック13、ティース14、および巻線スロット15を備える。
 ロータ30はロータコア31、シャフト32、および永久磁石33を備える。
 まず、ステータ10の基本となる分割コア12について、図2に基づいて説明する。
 実施の形態1における回転電機100のステータコア11を構成する分割コア12は、複数枚の電磁鋼板を積層して構成され、円弧上のコアバック13から中心軸へ内周方向に突出した複数のティース14と、隣り合うティース14との間の領域である巻線スロット15によって構成される。そして、分割コア12は、巻線スロット15の周方向中央部からコアバック13にかけて分割されている(コアバック分割)。ティース14は、周方向に8個配置されており、分割コア12の円弧角度は60度である。
 図1に戻って、回転電機100について説明する。
 ステータコア11は、図2で説明した分割コア12を円環状に6個配置することで構成され、各分割コア12のティース14の数は等しく、ティース14は周方向に均等に48個となる。また、実施の形態1におけるステータコア11では、互いに隣接して配置される各分割コア12間に形成される当接部において、各分割コア12間に微小な空隙21が形成されている。
 実施の形態1におけるステータコア11では、製造ばらつきの範囲にて、この空隙21が分割コア12間の各当接部のほとんどの場所において形成されている。また、空隙21の幅および大きさの程度は各分割コア12間の当接部にて、互いに異なって形成されている。
 また、それぞれの巻線スロット15にコイル16が収納されており、コイル16は周方向に6個隣の巻線スロット15に収納されたコイル16と直列に接続されている。
 ロータ30は、ステータ10の中心軸にあるシャフト32と、シャフト32に固定された円環状のロータコア31と、ロータコア31に設けられた磁石スロット34に磁極が8個となるようにV字状に2層配置された永久磁石33とで構成される(2重V字埋込磁石型)。
 ステータコア11は、図3に示すように、すべての軸方向断面において、分割位置が同じになるように構成される。このように、6分割コアを用いた8極48スロット分布巻モータに構成されている。
 次に、回転電機で発生する軸電圧およびトルクリプルとこれを抑制する方法について、図4、図5の電磁界解析結果を用いて説明する。
 図4は、8極48スロット分布巻モータにおいて、ステータコア11をコアバック13で等分割(0分割、2分割、3分割、4分割、6分割、8分割、12分割、16分割、24分割、48分割)し、25μmの空隙21がそれぞれの分割コア12間に生じたときの軸電圧の最大値の解析結果である。ただし、軸電圧最大値は、6分割のときの軸電圧最大値で正規化している。
 図5は、8極48スロット分布巻モータにおいて、ステータコア11をコアバック13で等分割(0分割、2分割、3分割、4分割、6分割、8分割、12分割、16分割、24分割、48分割)し、25μmの空隙21がそれぞれの分割コア12間に生じたときのトルクリプル振幅の解析結果である。ただし、トルクリプル振幅は6分割のときのトルクリプル振幅で正規化している。
 本願の課題の一つである軸電圧は、起磁力高調波とパーミアンス高調波に同じ成分が存在するときに発生することが知られている。周方向に分割された分割コア12をステータコア11に採用したモータにおいては、隣接する分割コア間に微小な空隙21が発生し、これがパーミアンス高調波の原因となる。
 8極48スロット埋込磁石型モータにおいて、分割コア12間にそれぞれ空隙21が発生したとき、2、3、4、6、12分割のときに軸電圧が発生する。また、2、4分割ではすべての起磁力高調波と同じ成分のパーミアンス高調波が含まれているため、軸電圧が大きくなることが予想される。
 図4に示すように、2、3、4、6、12分割のときに軸電圧が発生し、特に2、4分割においては、すべての起磁力高調波と同じ成分のパーミアンス高調波が存在するため、軸電圧が大きくなることが確認できた。
 また、ステータコア11を極数の整数倍の数で分割したときには、軸電圧は発生しない。しかし、極数の整数倍の数の分割コア12を採用し、分割コア12間に空隙21が発生した場合、トルクリプルが増大する懸念がある。
 図5に示すように、8分割の埋込磁石型モータでは、実施の形態1の回転電機100である6分割埋込磁石型モータよりも、約5%もトルクリプルが増大することがわかる。また、極数の整数倍の数である16、24、48分割の埋込磁石型モータにおいても、6分割埋込磁石型モータよりもトルクリプルが増大する。
 上記の結果から、8極48スロット埋込磁石型モータにおいては、低軸電圧と低トルクリプルの双方から適していると判断される分割数は3、6、12である。
 分割コア12の材料費低減の効果を十分に発揮することができるものは、極対数Pよりも大きい分割数である実施の形態1の6分割モータと、後で説明する図6に示すような12分割モータである。これらの分割数は、P<N<2P(条件A)、または2P<N<4P(条件B)の関係を満足する。
 以上説明したように、実施の形態1では、回転電機100の分割コア12を構成することで、分割コア12の電磁鋼板の歩留まりが向上するため、材料費を低減できる。さらに、分割数の小さい分割コア12を採用することで、部品点数を少なくし、製造性を向上できる。
 そして、極対数と分割数の関係がP<N<2P(条件A)、または2P<N<4P(条件B)を満たすため、極数とステータコア11の分割数の組み合わせによって発生する軸電圧を低減し、極数とステータコア11の分割数によって発生するトルクリプルをも抑制することができる。
 また、コアバック分割構造によって、ティース14の歪みを抑制し、埋込磁石型モータ全体の製造歪み小さくし、モータ損失を低減できる。
 ここで、分割コア12の分割数Nと巻線スロット15の数Sとの関係について説明する。
 ステータコア11の周方向分割数Nは、Sの約数とすることで、ステータコア11を構成する分割コア12の形状をすべて同じにすることができるため、分割コア12の製造費を低減できる。
 次に実施の形態1で説明した6等分割8極48スロット2重V字埋込磁石型分布巻モータの変形例について、P<N<2P(条件A)、2P<N<4P(条件B)との関係についても説明する。
 なお、各図において、図2の回転電機(6等分割8極48スロット2重V字埋込磁石型分布巻モータ)100と区別するため、符番号を101等としている。
 図6は、ステータコア11をコアバック13で周方向12等分割した8極48スロット2重V字埋込磁石型分布巻モータ(回転電機101)の断面図である。本例では2P<N<4P(条件B)を満足する。
 図7は、ステータコア11をコアバック13で周方向6等分割した8極72スロット2重V字埋込磁石型分布巻モータ(回転電機102)の断面図である。本例ではP<N<2P(条件A)を満足する。
 図8は、ステータコア11をコアバック13で周方向12等分割した8極96スロット2重V字埋込磁石型分布巻モータ(回転電機103)の断面図である。本例では2P<N<4P(条件B)を満足する。
 図9は、ステータコア11をコアバック13で周方向8等分割した12極72スロット2重V字埋込磁石型分布巻モータ(回転電機104)の断面図である。本例ではP<N<2P(条件A)を満足する。
 図10は、ステータコア11をコアバック13で周方向24等分割した16極96スロット2重V字埋込磁石型分布巻モータ(回転電機105)の断面図である。本例では2P<N<4P(条件B)を満足する。
 図11は、ステータコア11をコアバック13で周方向6等分割した8極48スロット平板磁石埋込型分布巻モータ(回転電機106)の断面図である。本例ではP<N<2P(条件A)を満足する。
 図12は、ステータコア11をコアバック13で周方向12等分割した8極48スロット1重V字埋込磁石型分布巻モータ(回転電機107)の断面図である。本例では2P<N<4P(条件B)を満足する。
 図13は、ステータコア11をコアバック13で周方向6等分割した8極48スロット3重V字埋込磁石型分布巻モータ(回転電機108)の断面図である。本例ではP<N<2P(条件A)を満足する。
 図14は、ステータコア11をコアバック13で周方向12等分割した8極48スロット∇型字埋込磁石型分布巻モータ(回転電機109)の断面図である。本例では2P<N<4P(条件B)を満足する。
 ここで、変形例の図6~図14の各埋込磁石型分布巻モータについてまとめる。
 図6は12分割コアを用いた8極48スロット分布巻モータであるが、2P<N<4P(条件B)を満たし、実施の形態1の回転電機と同様の効果を奏する。
 また、図7~図10に示すように、極対数とスロット数の組み合わせが異なる場合であっても、極対数と分割数の関係がP<N<2P(条件A)、または2P<N<4P(条件B)を満たしていれば、同様の効果を奏する。
 また、図11~図14に示すように、異なる埋込磁石型ロータ構造であっても、上記の極対数と分割数の関係がP<N<2P(条件A)、または2P<N<4P(条件B)を満たしていれば、実施の形態1の回転電機と同様の効果を奏する。
 さらに、図示していないが、表面貼付型および巻線界磁構造でも、極対数と分割数の関係がP<N<2P(条件A)、または2P<N<4P(条件B)を満たしていれば、実施の形態1の回転電機と同様の効果を得ることができる。
 また、実施の形態1におけるステータコア11の構成として説明を行った互いに隣接する分割コア12間の当接部に形成される空隙21は、それぞれの幅および大きさの程度が互いに異なって形成されているとき、P<N<2P(条件A)を満たす分割数の小さい分割数とすることで、空隙21のばらつきによって発生するパーミアンス高調波を少なくし、より効果的に軸電圧を低減することができる。
 上記説明のように、実施の形態1の回転電機は、周方向に分割された複数の分割コアを円環状に組み合わされたステータコア、およびステータコアに分布巻に巻装されたコイルとを有するステータ、およびステータの中心軸にあるシャフトに固定されたロータコアを有し、ロータコアに極対数がPである磁極が配置され、ステータに対して回転可能なロータを備え、分割コアは、円弧状のコアバックと、コアバックから内周方向へ突出した複数のティースとを有し、ティースの間には巻線スロットを有し、ティースの数は等しく、分割コアの分割数をNとすると、P<N<2Pまたは2P<N<4Pを満足するものである。
 このため、実施の形態1では、材料費を低減し、製造性を向上させると共に、軸電圧を低減し、トルクリプルを抑制できる回転電機が得られる。
実施の形態2.
 実施の形態2は、分割コアの当接部に嵌め込み用の凸部、凹部を、外周部に溝を設けたものである。
 実施の形態2の回転電機について、ステータコアを構成する分割コアの断面図である図15、および6分割8極48スロット2重V字埋込磁石型モータの断面図である図16に基づいて、実施の形態1との差異を中心に説明する。
 実施の形態2の図15、図16において、実施の形態1と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
 なお、実施の形態1の回転電機100および分割コア12と区別するため、回転電機200、分割コア212としている。
 図15に示すように、実施の形態2における回転電機200のステータコア11を構成する分割コア212は、複数枚の電磁鋼板を積層して構成され、円弧上のコアバック13から中心軸へ内周方向に突出した複数のティース14と、隣り合うティース14との間の領域である巻線スロット15によって構成される。
 分割コア212は、巻線スロット15の周方向中央部からコアバック13にかけて分割されている(コアバック分割)。そして、分割コア212の当接部の片側には凸部23、もう片側には凹部24が設けられており、外周部には溝22が設けられている。ティース14は、周方向に8個配置されており、分割コア212の円弧角度は60度である。
 図16において、実施の形態2における回転電機200である埋込磁石型モータは、ステータ10とステータ10の内周側に同軸に配置され、ステータ10に対して回転可能なロータ30で構成される。
 ステータ10は、ステータコア11、ティース14、およびコイル16を備える。ステータコア11は、図15で説明した分割コア212を円環状に6個配置することで構成され、ティース14は周方向に均等に48個となる。
 コイル16は周方向に6個隣の巻線スロット15に収納されたコイル16と直列に接続されている。そして、その他の構成は実施の形態1と同じである。
 分割コア212のそれぞれの凸部23、凹部24を、隣接する分割コア212と嵌め合うように組み立てられ、当接部の外周側の溝22において溶接されて固定されている。
 また、実施の形態2におけるステータコア11では、互いに隣接して配置される各分割コア212間に形成される当接部の外周部では溶接によって隙間なく接合されている。
 一方、分割コア212間の当接部の内周側においては、微小な空隙21が形成されている。
 実施の形態2におけるステータコア11では、製造ばらつきの範囲にて、この空隙21が分割コア212間の各当接部の殆どの場所において形成されており、空隙21の隙間の幅および大きさは各分割コア212間の当接部にて、互いに異なっている。
 特に溶接により外周部が接合された構造の場合には、溶接による接合される領域の径方向への侵入深さが製造時において比較的大きくばらつきを生ずる。このため、上記の通り内周側に残存する微小な空隙21の径方向の幅について比較的大きくばらつくことになる。
 このように、分割コア212を採用することで電磁鋼板の歩留まりが向上するため、材料費を低減できる。さらに、分割数の小さい分割コア212を採用することで、部品点数を少なくし、製造性を向上できる。そして、極対数と分割数の関係がP<N<2P(条件A)、または2P<N<4P(条件B)を満たすため、極数とステータコア11の分割数の組み合わせによって発生する軸電圧を低減できる。また、極数とステータコア11の分割数によって発生するトルクリプルをも抑制することができる。
 分割コア212同士を当接部の凸部23、凹部24を用いて組み立てることで、分割コア212の位置決め精度が上がり、製造性を向上できる。
 また、分割コア212間の当接部の外周側を溶接することで、ステータコア11の剛性を高めることができる。
 また、溝22を溶接溝として使用し、分割コア212間を接合することで、溶接ビードがステータコア11の外周から突出することがなくなり、ステータコア11の外周の凸凹をなくすることができる。そして、ハウジングに圧入する場合には、ステータ10の組付けが容易になる。
 また、巻線スロット15の周方向中央部からコアバック13にかけて分割されている(コアバック分割)構造によって、ティース14の歪みを抑制し、埋込磁石型モータ全体の製造歪みを小さくし、モータ損失を低減できる。
 また、ステータコア11の周方向分割数Nは、巻線スロット15の数Sの約数であり、ステータコア11を構成する分割コア12の形状をすべて同じにすることができるため、分割コア212の製造費を低減できる。
 一方で、実施の形態2のように、分割コア212の当接部の外周部に溝22があることで、パーミアンス高調波の要因となり、軸電圧が発生する。そして、溝22に形状ばらつきが発生することで、軸電圧が大きくなることが考えられる。しかし、実施の形態1で説明したP<N<2P(条件A)または2P<N<4P(条件B)を満たす分割数を適用することで、より効果的に軸電圧を低減できる。
 また、図示していないが、極対数とスロット数の組み合わせが異なる場合においても、極対数と分割数の関係がP<N<2P(条件A)、または2P<N<4P(条件B)を満たしていれば、同様の効果を奏する。
 また、図示していないが、異なるロータ構造であっても、上記の極対数と分割数の関係P<N<2P(条件A)または2P<N<4P(条件B)を満たしていれば、同様の効果を奏する。
 また、実施の形態2におけるステータコア11の構成として説明した互いに隣接する分割コア212間の当接部に形成される空隙21は、それぞれの幅および大きさが互いに異なって形成されているとき、P<N<2P(条件A)を満たす分割数の小さい分割数とすることで、空隙21のばらつきによって発生するパーミアンス高調波を少なくし、より効果的に軸電圧を低減することができる。
 なお、実施の形態2では、隣接する分割コア212間の固定構造について、好適な一例として、溶接により補強して固定する構造について説明した。
 しかし、隣接する分割コア212間の固定構造としては、分割コア212のそれぞれの凸部23、凹部24による嵌め合う構造のみで円環状に結合されたステータコア11として、その外周に円環状のフレームを外挿する構造とすることも可能である。この場合、溶接による接合を省略できる。また、隣接する分割コア212間に樹脂などの接着剤を配置して互いに接着固定する構造とすることも可能である。
 これらの固定構造とする場合においても、特に互いに隣接する分割コア212間の当接部に空隙21が形成される場合、更に、それぞれの幅および大きさが互いに異なっている場合においても、極対数と分割数の関係P<N<2P(条件A)または2P<N<4P(条件B)を満たしていれば、実施の形態1において説明した効果が得られる。
 以上説明したように、実施の形態2の回転電機は、分割コアの当接部に嵌め込み用の凸部、凹部を、外周部に溝を設けたものであり、極対数と分割数の関係がP<N<2P(条件A)、または2P<N<4P(条件B)を満たす。
 したがって、実施の形態2の回転電機は、材料費を低減し、製造性を向上させると共に、軸電圧を低減し、トルクリプルを抑制できる。
実施の形態3.
 実施の形態3は、ステータコアを軸方向に4分割し、30度回転して転積したものである。
 実施の形態3の回転電機について、30度回転4段転積ステータコアの斜視図である図17に基づいて、実施の形態1との差異を中心に説明する。
 実施の形態3の図17において、実施の形態1と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
 なお、実施の形態1と区別するため、回転電機300としている。
 実施の形態3の回転電機300のステータコア11は、軸方向に4個のセグメントに分けている。図17において、セグメントAをSGA、セグメントBをSGB、セグメントCをSGC、およびセグメントDをSGDと記載している。
 ロータ30の回転軸を軸として、セグメントBはセグメントAに対して機械角30度だけ回転させて、セグメントCはセグメントBに対して機械角30度だけ回転させて、セグメントDはセグメントCに対して機械角30度だけ回転させて、セグメントA~セグメントDを軸方向に積み上げた構成としている。
 また、ステータコア11の各セグメントは、分割数6の分割コア12で構成されている。その他の構造は、実施の形態1の回転電機と同様である。
 このような構成にすることで、実施の形態1の回転電機の効果に加え、分割コア12を組み合わせたステータコア11の剛性を高め、耐振動性と強度を向上させることができる。また、巻線スロット15の周方向位置が、各セグメントにおいて同一となるため、コイル16の挿入が容易になり、製造性が向上する。
 さらに、後で説明するステータコア11のティース14の圧延方向と直角方向の磁気異方性の影響を低減し、埋込磁石型モータの損失、軸電圧、トルクリプルを低減できる。
 ステータコア11の周方向分割数をN(整数)、ステータコア11の軸方向分割数をt(2以上の整数)、nを整数とし、kをk=t/nを満たす整数として、一般化する。
 t個に軸方向分割されたステータコア11のセグメントを、軸方向に隣のセグメントに対して、ロータ30の回転軸を軸として、機械角360/N/k度だけ回転されて軸方向に積み上げる構成とすれば、実施の形態3と同様の効果を奏する。
 また、ステータコア11の巻線スロット15の数Sを用いて一般化する。
 t個に軸方向分割されたステータコア11のセグメントを、軸方向に隣のセグメントに対して、ロータ30の回転軸を軸として、機械角(360/S)×n度だけ回転させて軸方向に積み上げる構成とすれば、実施の形態3と同様の効果を奏する。
 また、実施の形態2のように、分割コア12同士を、当接部に凹凸部を配置して組み立てることで、分割コア12の位置決め精度が上がり、製造性を向上できる。そして、分割コア12の当接部の外周部を溶接することで、ステータコア11の剛性をより高めることができる。さらに、分割コア12の外周部の溝において溶接を施すことで、ステータコア11の外周の凹凸を無くし、ステータコア11をハウジングなどに挿入する場合、ステータ10の組み立てが容易になる。
 以上説明したように、実施の形態3の回転電機は、ステータコアを軸方向に4分割し、30度回転して転積したものである。
 したがって、実施の形態3の回転電機は、材料費を低減し、製造性を向上させると共に、軸電圧を低減し、トルクリプルを抑制できる。さらに、ステータコア11の剛性を高め、耐振動性と強度を向上させ、ステータコア11のティース14の圧延方向と直角方向の磁気異方性の影響を低減することができる。
実施の形態4.
 実施の形態4は、ステータコアのティースの磁気異方性を埋込磁石型モータ全体で平衡化したものである。
 実施の形態4の回転電機について、分割コアの断面図における圧延方向とティース方向の説明図である図18、分割コアの断面図におけるティース番号の説明図である図19、比較例におけるステータコアの各セグメントにおける同じ周方向位置のティースの圧延方向磁気特性のティース方向成分の説明図である図20、ステータコアの斜視図である図21、およびステータコアの各セグメントにおける同じ周方向位置のティースの圧延方向磁気特性のティース方向成分の説明図である図22に基づいて、実施の形態1との差異を中心に説明する。
 実施の形態4の図18、図19、図21において、実施の形態1と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
 なお、実施の形態1の回転電機100と区別するため、回転電機400としている。
 図18において、圧延方向を「RD」と、ティース方向を「TD」と記載している。また、圧延方向ベクトルとティース方向ベクトルのなす角をθとしている。
 分割コア12を構成する電磁鋼板には、圧延方向とその直角方向で磁気特性が異なることがある。図18に示すように、ティース14が回転中心に向く方向であるティース方向と、圧延方向がすべてのティース14において一致しない。
 以下の説明をわかりやすくするために、図19にティース番号を記載している。分割コア12の各ティースを周方向の反時計回りに番号を記載している。ティース番号1からティース番号8をTN1、TN2、TN3、TN4、TN5、TN6、TN7、TN8と記載している。
 圧延方向ベクトルとティース方向ベクトルのなす角をθとしたとき、各ティース14の圧延方向磁気特性のティース方向成分は圧延方向ベクトルの余弦によって求められる。そして、軸方向4段のステータコア11のセグメントを組み合わせたとき、同じ周方向位置のティース14の圧延方向磁気特性のティース方向成分の和をとる。
 まず、比較例として、実施の形態3の回転電機300の図17で説明したステータコア11を4段に分割し、各セグメントを30度で転積した場合を図20で説明する。
 図20はステータコア11のティース番号1~ティース番号8の各ティースの圧延方向磁気特性のティース方向成分を、各セグメントの同じ周方向位置においてそれぞれ計算した結果である。
 同じ周方向位置のティース14の圧延方向磁気特性のティース方向成分の和をとると、3.79と3.86の2種類となる。このため、図17で説明したステータコア11では、ティース方向成分の磁気特性が異なることが分かる。このため、ステータコア11のティース14に圧延方向と直角方向の磁気異方性の影響によって、埋込磁石型モータの損失の増大、軸電圧の発生、およびトルクリプルの増大などを引き起こす可能性がある。
 そこで、図21に示すように、実施の形態4の回転電機400のステータコア11は、軸方向に4個のセグメントに分けて、各セグメントを機械角15度回転させている。すなわち、ロータ30の回転軸を軸として、セグメントBはセグメントAに対して機械角15度だけ回転させて、セグメントCはセグメントBに対して機械角15度だけ回転させて、セグメントDはセグメントCに対して機械角15度だけ回転させて、セグメントA~セグメントDを軸方向に積み上げた構成としている。また、ステータコア11の各セグメントは、分割数6の分割コア12で構成されている。その他の構造は、実施の形態1と同様である。
 図22は、図21に示す実施の形態4の回転電機400のステータコア11のティース番号1~ティース番号8の圧延方向磁気特性のティース方向成分を、各セグメントの同じ周方向位置においてそれぞれ計算した結果である。4段のステータコア11の各セグメントを組み合わせたとき、ティース方向成分の和はすべて3.82となるため平衡化されていることが分かる。
 したがって、実施の形態4の構成にすることで、実施の形態1の回転電機の効果に加えて、ステータコア11のすべてのティース14の圧延方向と直角方向の磁気異方性を埋込磁石型モータ全体で平衡化することができる。このため、埋込磁石モータの損失、軸電圧、トルクリプルを低減できる。
 さらに、分割コア12を組み合わせたステータコア11の剛性を高め、耐振動性と強度を向上させることができる。また、巻線スロット15の周方向位置が、各セグメントにおいて同一となるため、コイル16の挿入が容易になり、製造性が向上する。
 ここで、ステータコア11の周方向分割数をN、ステータコア11の軸方向分割数をt、nを整数とし、tをt=4nを満たす数として、一般化する。
 t個に軸方向分割されたステータコア11の各セグメントを、軸方向に隣のセグメントに対して、ロータ30の回転軸を軸として、機械角360/N/4度だけ回転されて軸方向にt段積み上げれば、同様の効果を奏する。
 また、実施の形態2で説明したように、分割コア12同士を、当接部に凹凸部を配置して組み立てることで、分割コア12の位置決め精度が上がり、製造性を向上できる。そして、当接部の外周部を溶接することで、ステータコア11の剛性をより高めることができる。さらに、分割コア12の当接部の外周側の溝において溶接を施すことで、ステータコア11の外周の凹凸を無くし、ステータコア11をハウジングなどに挿入する場合、ステータ10の組み立てが容易になる。
 以上説明したように、実施の形態4の回転電機は、ステータコアのティースの磁気異方性を埋込磁石型モータ全体で平衡化したものである。
 したがって、実施の形態4の回転電機は、材料費を低減し、製造性を向上させると共に、軸電圧を低減し、トルクリプルを抑制できる。さらに、ステータコア11のティース14の圧延方向と直角方向の磁気異方性の影響を平衡化し、ステータコア11の剛性を高め、耐振動性と強度を向上させることができる。
実施の形態5.
 実施の形態5は、分割コアをティース中央部で分割するティース分割としたものである。
 実施の形態5の回転電機について、ステータコアを構成する分割コアの断面図である図23、ステータコアをティース中央部で分割した6分割8極48スロット2重V字埋込磁石型モータの断面図である図24、30度回転6段転積ステータコアの斜視図である図25、および変形例であるティース中央部で分割した12分割8極48スロット2重V字埋込磁石型モータの断面図である図26に基づいて、実施の形態1との差異を中心に説明する。
 実施の形態5の図23~図26において、実施の形態1と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
 なお、実施の形態1の回転電機100および分割コア12と区別するため、回転電機500、分割コア512としている。
 図23に示すように、実施の形態5における回転電機500のステータコア11を構成する分割コア512は、複数枚の電磁鋼板を積層して構成され、円弧上のコアバック13から中心軸へ内周方向に突出した複数のティース14と、隣り合うティース14との間の領域である巻線スロット15によって構成される。そして、分割コア512は、ティース14の周方向中央部からコアバック13にかけて分割されている(ティース分割)。
 各分割コア512には、ティース14が周方向に8個配置されており、分割コア512の円弧角度は60度である。
 図24に示すように、実施の形態5の回転電機500は、図23で説明した分割コア512によってステータコア11が構成され、その他の構成は実施の形態1と同様である。
 図25に示すように、ステータコア11は、軸方向に6個のセグメント(SGA、SGB、SGC、SGD、SGE、SGF)に分割されている。それぞれのステータコア11のセグメントは、軸方向に隣り合うセグメントに対して、ロータ30の回転軸を軸として機械角30度だけ回転して、軸方向に積み上げられている。なお、図において、セグメントEをSGE、セグメントFをSGFと記載している。
 このように構成することで、分割コア512によって電磁鋼板の歩留まりが向上するため、材料費を低減できる。さらに、分割数の小さい分割コア512を採用することで、部品点数を少なくし、製造性を向上できる。
 また、極数とステータコア11の分割数の組み合わせによって発生する軸電圧を低減できる。また、極数とステータコア11の分割数によって発生するトルクリプルをも抑制することができる。
 また、ティース分割では、分割位置が巻線スロット15の外にあるため、巻線スロット15に歪みが生じ難く、コイル16の挿入が容易になり、製造性を向上できる。
 また、ステータコア11の周方向分割数Nは、巻線スロット15の数Sの約数であり、ステータコア11を構成する分割コア12の形状をすべて同じにすることができるため、分割コア512の製造費を低減できる。
 また、図26は12分割コアを用いた8極48スロット分布巻モータであるが、極対数をP、ステータコア11の周方向等分割数をNとしたとき、P<N<2P(条件A)、または2P<N<4P(条件B)を満たす回転電機であれば、実施の形態5と同様の効果を奏する。なお、図26では、図24、図25の回転電機500と区別するため回転電機501としている。
 また、極対数とスロット数の組み合わせが異なる場合においても、極対数と分割数の関係がP<N<2P(条件A)、または2P<N<4P(条件B)を満たしていれば、同様の効果を奏する。
 また、異なるロータ構造であっても、上記の極対数と分割数の関係(P<N<2P(条件A)、または2P<N<4P(条件B))を満たしていれば、同様の効果を奏する。
 また、実施の形態2のように、分割コア512同士を、当接部に凹凸部を配置して組み立てることで、分割コア12の位置決め精度が上がり、製造性を向上できる。そして、分割コア512の当接部の外周部を溶接することで、ステータコア11の剛性をより高めることができる。さらに、分割コア512の外周部の溝において溶接を施すことで、ステータコア11の外周の凹凸を無くし、ステータコア11をハウジングなどに挿入する場合、ステータ10の組み立てが容易になる。
 このとき、分割コア512の当接部の外周部に溝があることで、パーミアンス高調波の要因となり、軸電圧が発生する。そして、溝に形状ばらつきが発生することで、軸電圧が大きくなることが考えられる。しかし、極対数と分割数の関係がP<N<2P(条件A)、または2P<N<4P(条件B)を満たす分割数を適用することで、より効果的に軸電圧を低減できる。
 また、実施の形態5におけるステータコア11の構成として説明した互いに隣接する分割コア512間の当接部に形成される空隙21は、それぞれの幅および大きさが互いに異なって形成されているとき、P<N<2P(条件A)を満たす分割数の小さい分割数とすることで、空隙21のばらつきによって発生するパーミアンス高調波を少なくし、より効果的に軸電圧を低減することができる。
 そして、機械角30度だけ転積して積み上げた構造とすることで、分割コア512を組み合わせたステータコア11の剛性を高め、耐振動性と強度を向上させることができる。また、巻線スロット15の周方向位置が、各セグメントにおいて同一となるため、コイル16の挿入が容易になり、製造性が向上する。そして、ステータコア11のティース14の圧延方向と直角方向の磁気異方性の影響を低減し、埋込磁石型モータの損失、トルクリプル、軸電圧を低減できる。
 また、ステータコア11の周方向分割数をN、ステータコア11の軸方向分割数をt、nを整数とし、kをk=t/nを満たす数としたとき、t個に軸方向分割されたステータコア11のセグメントを、軸方向に隣のセグメントに対して、機械角360/N/k度だけ回転させて軸方向にt段積み上げる構成とすれば、実施の形態3と同様の効果を奏する。
 また、tをt=4nを満たす数としたとき、t個に軸方向分割されたステータコア11のセグメントを、軸方向に隣のセグメントに対して、機械角360/N/4度だけ回転されて軸方向にt段積み上げる構成とすれば、実施の形態4と同様の効果を奏する。
 以上説明したように、実施の形態5の回転電機は、分割コアをティース中央部で分割するティース分割としたものである。
 したがって、実施の形態5の回転電機は、材料費を低減し、製造性を向上させると共に、軸電圧を低減し、トルクリプルを抑制できる。さらに、巻線スロット15に歪みが生じ難く、コイル16の挿入が容易になり、製造性を向上できる。
実施の形態6.
 実施の形態6は、分割コアの当接部の片方をコアバック分割もう片方をティース分割としたものである。
 実施の形態6の回転電機について、分割コアの断面図である図27、コアバック分割とティース分割で分割した4分割6極54スロット2重V字埋込磁石型モータの断面図である図28、および45度回転2段転積ステータコアの斜視図である図29に基づいて、実施の形態1との差異を中心に説明する。
 実施の形態6の図27~図29において、実施の形態1と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
 なお、実施の形態1の回転電機100および分割コア12と区別するため、回転電機600、分割コア612としている。
 図27に示すように、実施の形態6における回転電機600のステータコア11を構成する分割コア612は、複数枚の電磁鋼板を積層して構成され、円弧上のコアバック13から中心軸へ内周方向に突出した複数のティース14と、隣り合うティース14との間の領域である巻線スロット15によって構成される。そして、分割コア612は、片方の当接部をコアバック分割とし、もう片方の当接部をティース分割によって分割されている。ティース14は、周方向に均等に13.5個分配置されており、分割コア612の円弧角度は90度である。
 図28に示すように、実施の形態6の回転電機600は、図27で説明した分割コア612によってステータコア11が構成され、その他の構成は実施の形態1と同様である。
 図29に示すように、ステータコア11は、ステータコア11を軸方向に2個のセグメントに分け、それぞれのステータコア11のセグメントは、軸方向に隣り合うセグメントに対して、機械角45度だけ回転して軸方向に2段に積み上げて構成されている。このように、4分割コアを用いた6極54スロット埋込磁石型分布巻モータが構成されている。
 このように構成することで、分割コア612の電磁鋼の歩留まりが向上するため、材料費を低減できる。さらに、分割数の小さい分割コア612を採用することで、部品点数を少なくし、製造性を向上できる。そして、極数とステータコア11の分割数の組み合わせによって発生する軸電圧を低減できる。また、極数とステータコア11の分割数によって発生するトルクリプルをも抑制することができる。
 また、図示していないが、6極54スロット埋込磁石型分布巻モータにおいても、極対数と分割数の関係がP<N<2P(条件A)、または2P<N<4P(条件B)を満たす回転電機であれば、実施の形態6と同様の効果を奏する。このとき、コアバック分割とティース分割のいずれかだけであっても同じ効果を得ることができる。
 また、極対数とスロット数の組み合わせが異なる場合においても、極対数と分割数の関係がP<N<2P(条件A)、または2P<N<4P(条件B)を満たしていれば、同様の効果を奏する。
 また、異なるロータ構造であっても、極対数と分割数の関係がP<N<2P(条件A)、または2P<N<4P(条件B)を満たしていれば、同様の効果を奏する。
 また、実施の形態2のように、分割コア612同士を、当接部に凹凸部を配置して組み立てることで、分割コア12の位置決め精度が上がり、製造性を向上できる。そして、分割コア612の当接部の外周部を溶接することで、ステータコア11の剛性をより高めることができる。さらに、分割コア612の外周部の溝において溶接を施すことで、ステータコア11の外周の凹凸を無くし、ステータコア11をハウジングなどに挿入する場合、ステータ10の組み立てが容易になる。
 このとき、分割コア612の当接部の外周部に溝があることで、パーミアンス高調波の要因となり、軸電圧が発生する。そして、溝に形状ばらつきが発生することで、軸電圧が大きくなることが考えられる。しかし、極対数と分割数の関係がP<N<2P(条件A)、または2P<N<4P(条件B)を満たす分割数を適用することで、より効果的に軸電圧を低減できる。
 そして、機械角45度だけ転積して積み上げた構造とすることで、分割コア612を組み合わせたステータコア11の剛性を高め、耐振動性と強度を向上させることができる。 また、巻線スロット15の周方向位置が、各セグメントにおいて同一となるため、コイル16の挿入が容易になり、製造性が向上する。そして、ステータコア11のティース14の圧延方向と直角方向の磁気異方性の影響を低減し、埋込磁石型モータの損失、トルクリプル、軸電圧を低減できる。
 また、実施の形態6におけるステータコア11の構成として説明した互いに隣接する分割コア612間の当接部に形成される空隙21は、それぞれの幅および大きさが互いに異なって形成されているとき、P<N<2P(条件A)を満たす分割数の小さい分割数とすることで、空隙21のばらつきによって発生するパーミアンス高調波を少なくし、より効果的に軸電圧を低減することができる。
 また、ステータコア11の周方向分割数をN、ステータコア11の軸方向分割数をt、nを整数とし、kをk=t/nを満たす数としたとき、t個に軸方向分割されたステータコア11のセグメントを、軸方向に隣のセグメントに対して、ロータ30の回転軸を軸として、機械角360/N/k度だけ回転されて軸方向にt段だけ積み上げる構成とすれば、実施の形態3と同様の効果を奏する。
 また、tをt=4nを満たす数としたとき、t個に軸方向分割されたステータコア11のセグメントを、軸方向に隣のセグメントに対して、ロータ30の回転軸を軸として、機械角360/N/4度だけ回転されて軸方向にt段積み上げる構成とすれば、実施の形態4と同様の効果を奏する。
 以上説明したように、実施の形態6の回転電機は、分割コアの当接部の片方をコアバック分割もう片方をティース分割としたものである。
 したがって、実施の形態6の回転電機は、材料費を低減し、製造性を向上させると共に、軸電圧を低減し、トルクリプルを抑制できる。
 本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例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、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるものではなく、単独で、または様々な組合せで実施の形態に適用可能である。
 従って、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合せる場合が含まれるものとする。
 本願の回転電機は、材料費を低減し、製造性を向上させると共に、軸電圧を低減し、トルクリプルを抑制できる回転電機が得られるため、回転電機に広く適用することができる。
10 ステータ、11 ステータコア、12,212,512,612 分割コア、13 コアバック、14 ティース、15 巻線スロット、16 コイル、21 空隙、22 溝、23 凸部、24 凹部、30 ロータ、31 ロータコア、32 シャフト、33 永久磁石、34 磁石スロット、100,101,102,103,104,105,106,107,108,109,200,300,400,500,501,600 回転電機。

Claims (16)

  1. 周方向に分割された複数の分割コアを円環状に組み合わされたステータコア、および前記ステータコアに分布巻に巻装されたコイルとを有するステータ、および
    前記ステータの中心軸にあるシャフトに固定されたロータコアを有し、前記ロータコアに極対数がPである磁極が配置され、前記ステータに対して回転可能なロータを備えた回転電機において、
    前記分割コアは、円弧状のコアバックと、前記コアバックから内周方向へ突出した複数のティースとを有し、前記ティースの間には巻線スロットを有し、前記ティースの数は等しく、前記分割コアの分割数をNとすると、
    P<N<2Pを満足する回転電機。
  2. 周方向に分割された複数の分割コアを円環状に組み合わされたステータコア、および前記ステータコアに分布巻に巻装されたコイルとを有するステータ、および
    前記ステータの中心軸にあるシャフトに固定されたロータコアを有し、前記ロータコアに極対数がPである磁極が配置され、前記ステータに対して回転可能なロータを備えた回転電機において、
    前記分割コアは、円弧状のコアバックと、前記コアバックから内周方向へ突出した複数のティースとを有し、前記ティースの間には巻線スロットを有し、前記ティースの数は等しく、前記分割コアの分割数をNとすると、
    2P<N<4Pを満足する回転電機。
  3. 互いに隣接して配置される前記分割コア間に形成される当接部において、空隙を有する請求項1または請求項2に記載の回転電機。
  4. 前記空隙は、幅あるいは大きさが前記分割コアの各当接部ごとに異なっている請求項3に記載の回転電機。
  5. 前記ステータコアは、構成される複数の前記分割コアの当接部の外周部において、互いに溶接によって接合されている請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の回転電機。
  6. 前記ステータコアは、構成される複数の前記分割コアの当接部の外周部分に、それぞれ溝を有する請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の回転電機。
  7. 前記溝は溶接溝として使用されている請求項6に記載の回転電機。
  8. 前記分割コアの一方の周方向の当接部に凸部、もう一方の周方向の当接部に凹部を有し、
    前記ステータコアは、前記分割コアの前記当接部のそれぞれの前記凹部と前記凸部が互いに嵌め合う構造を備えた請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の回転電機。
  9. 前記ステータコアの前記巻線スロットの数を整数Sとすると、
    前記ステータコアの周方向分割数Nは、Sの約数である請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の回転電機。
  10. 前記ステータコアは、前記巻線スロットの周方向中央部から前記コアバックにかけて分割された前記分割コアで構成されている請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の回転電機。
  11. 前記ステータコアは、前記ティースの周方向中央部から前記コアバックにかけて分割された前記分割コアで構成されている請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の回転電機。
  12. 前記ステータコアは、片方は前記巻線スロットの周方向中央部から前記コアバックにかけて分割され、もう片方は前記ティースの周方向中央部から前記コアバックにかけて分割された前記分割コアで構成されている請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の回転電機。
  13. 前記ステータコアの巻線スロットの数を整数Sとし、tは2以上の整数、nは整数を満たす条件において、
    前記ステータコアは、t個のセグメントを回転軸方向に積み上げることによって構成され、
    それぞれの前記セグメントは、周方向に分割された複数の前記分割コアによって構成され、
    回転軸方向に隣接する前記セグメントは、前記ロータの回転軸を軸として、機械角(360/S)×n度だけ回転させて軸方向に積み上げられた構成である請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の回転電機。
  14. tは2以上の整数、nは整数、kはk=t/nを満たす条件において、
    前記ステータコアは、t個のセグメントを回転軸方向に積み上げることによって構成され、
    それぞれの前記セグメントは、周方向に分割された複数の前記分割コアによって構成され、
    回転軸方向に隣接する前記セグメントは、前記ロータの回転軸を軸として、機械角360/N/k度だけ回転されて軸方向に積み上げられた構成である請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の回転電機。
  15. tは2以上の整数、nは整数、t=4nを満たす条件において、
    前記ステータコアは、t個のセグメントを回転軸方向に積み上げることによって構成され、
    それぞれの前記セグメントは、周方向に分割された複数の前記分割コアによって構成され、
    回転軸方向に隣接する前記セグメントは、前記ロータの回転軸を軸として、機械角360/N/4度だけ回転させて軸方向に積み上げられた構成である請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の回転電機。
  16. 前記ロータコアは、磁石を挿入し固定するための複数の磁石スロットと、磁極を構成するための複数の永久磁石とを有する埋込磁石型である請求項1から請求項15のいずれか1項に記載の回転電機。
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