JP2003018770A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コギングトルクを低減できるとともに、発生ト
ルクの減少を抑制できる回転電機を提供することにあ
る。 【解決手段】固定子鉄心空隙面１２は、軸方向に延び、
かつ周方向に傾斜を持たせた補助溝１１を備える。補助
溝１１の溝中央部は、中心部に向けて突出させた構成と
している。また、固定子磁極間のスロットに配置された
スロット蓋１４を備える。スロット蓋１４は、軸方向に
延び、かつ周方向に傾斜を持たせた長開口１５を備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転電機に係り、
特に、脈動トルクを低減できる構造を備えた回転電機に
関する。

【０００２】

【従来の技術】永久磁石界磁形回転電機においては、固
定子と回転子の間の空隙における磁気的変動に起因する
コギングトルクが生じ、スムーズな回転を妨げるという
問題がある。そこで、例えば、特開平２−２１９４５３
号公報に記載されているように、固定子磁極の磁極先端
部に、軸方向に延在する切り込みを形成するとともに、
この切り込みを回転方向に傾斜させるものが知られてい
る。この切り込みを設けることにより、空隙部における
磁束分布の乱れを分散補正して、コギングトルクを小さ
くすることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
２−２１９４５３号公報に記載されているものにおいて
は、固定子磁極に切り込みを設けることにより、巻線が
鎖交する有効磁束量が減少するため、発生トルクが低下
するという第１の問題があった。

【０００４】また、固定子磁極の磁極先端部に切り込み
を設ける工程が必要となるため、製造工程が複雑化する
という第２の問題があった。

【０００５】本発明の第１の目的は、コギングトルクを
低減できるとともに、発生トルクの減少を抑制できる回
転電機を提供することにある。

【０００６】また、本発明の第２の目的は、コギングト
ルクを低減できるとともに、製造の容易な回転電機を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】（１）上記第１の目的を
達成するために、本発明は、固定子鉄心の固定子磁極に
巻回した多相の固定子巻線を有する固定子と、この固定
子に対して回転可能に配置された回転子とを有する回転
電機において、上記固定子鉄心空隙面に軸方向に延び、
かつ周方向に傾斜を持たせた補助溝を備えるとともに、
この補助溝の溝中央部を、中心部に向けて突出させた構
成としたものである。かかる構成により、コギングトル
クを低減できるとともに、発生トルクの減少を抑制し得
るものとなる。

【０００８】（２）上記第２の目的を達成するために、
本発明は、固定子鉄心の固定子磁極に巻回した多相の固
定子巻線を有する固定子と、この固定子に対して回転可
能に配置された回転子とを有する回転電機において、上
記固定子磁極間のスロットに配置されたスロット蓋を備
え、このスロット蓋は、軸方向に延び、かつ周方向に傾
斜を持たせた長開口を備えるようにしたものである。か
かる構成により、コギングトルクを低減できるととも
に、容易に製造し得るものとなる。

【０００９】（３）上記（２）において、好ましくは、
上記固定子鉄心空隙面に軸方向に延び、かつ周方向に傾
斜を持たせた補助溝を備えるとともに、この補助溝の溝
中央部を、中心部に向けて突出させた構成としたもので
ある。

【００１０】（４）上記（３）において、好ましくは、
上記長開口と上記補助溝は、周方向の同一方向に傾斜さ
せたものである。

【００１１】（５）上記（３）において、好ましくは、
上記長開口と上記補助溝は、周方向の反対方向にＶ字形
状に傾斜させたものである。

【００１２】（６）上記（３）において、好ましくは、
上記長開口の軸方向の長さは、上記補助溝の軸方向の長
さよりも長くしたものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図４を用いて、本発
明の第１の実施形態による回転電機の構成について説明
する。最初に、図１を用いて、本実施形態による回転電
機の全体構成について説明する。図１は、本発明の第１
の実施形態本による回転電機の全体構成を示す側面図で
ある。

【００１４】電動機１は、固定子２と、回転子３とから
構成されている。固定子２は、図示しないハウジング
と、ハウジングの内周面に固定された固定子鉄心４と、
固定子鉄心４に巻回された多相の固定子巻線５とから構
成される。ここで、固定子鉄心４は、円環状の固定子ヨ
ーク６と、固定子磁極７とから構成される。固定子磁極
７には、固定子巻線５が集中的に巻回されている。各巻
線５は、空隙面での磁路を共有することが無い構成であ
る。集中巻固定子構造は、一般の大型機等に使用されて
いる分布巻構造の固定子に対して、巻線エンド部の長さ
を短くすることができ、回転電機全体の体格を小さくす
ることができる。

【００１５】回転子３は、永久磁石８と、ヨーク９と、
シャフト１０とから構成される。シャフト１０は、図示
しないベアリング及びエンドブラケット等によって固定
子２に回転自在に保持される。ここで、Hu，Hv，Hwは、
回転子３の永久磁石の位置を検出する磁極位置検出器
（一般には、ホール素子等で構成される）を示してい
る。固定子巻線U1+、U1-、U2+、U2-、V1+、V1-、V2+、V
2-、W1+、W1-、W2+、W2-に対応した一組の磁極位置検出
器Hu、Hv、Hwが配置される。ここで、磁極位置検出器H
u、Hv、Hwは、回転子３の永久磁石８の発生する磁束に
よって直接磁極位置を検出する構成の磁極位置検出器を
対象とする。

【００１６】なお、図示した回転電機は、３相、かつ永
久磁石回転子３の極数が１０、固定子磁極数１２の構成
である。すなわち、永久磁石極数と固定子極数の比が
５：６であるような永久磁石界磁形回転電機である。な
お、ここでは、回転電機として、電動機の例を示した
が、発電機でも同様である。さらにここでは、集中巻構
造に関して示しているが、集中巻構造に限定されるもの
で無く、分布巻構造の固定子についても適用でき、ま
た、永久磁石極数と固定子極数の比にも限定されるもの
でないものである。

【００１７】さらに、本実施形態においては、補助溝１
１が、固定子磁極７の空隙面１２に１個設けられてい
る。そして、補助溝１１は、図２を用いて後述するよう
に、軸方向に延び、さらに周方向にある傾斜を持つよう
に構成される。

【００１８】次に、図２および図３を用いて、本実施形
態による回転電機の固定子磁極の磁極先端部に設けられ
た補助溝の構成について説明する。図２は、本発明の第
１の実施形態による回転電機の固定子磁極に設けた補助
溝の構成を示す展開図である。なお、図２は、補助溝の
形成された固定子磁極先端部を、回転子側から眺めた状
態を展開して示している。また、図３は、本発明の第１
の実施形態による回転電機の固定子磁極に設けた補助溝
の構成を示す部分拡大の側面図である。なお、図１と同
一符号は、同一部分を示している。

【００１９】図２に示すように、補助溝１１は、軸方向
（矢印Ｘ方向）に等幅で延び、かつ、周方向（矢印Ｙ方
向）に傾斜を有する構造となっている。

【００２０】さらに、図３に示すように、固定子磁極７
の先端部１２に設けた軸方向に延び、かつ周方向に傾斜
した補助溝１１の溝底部１３は、回転子側（図では下
方）に突き出した構造となっている。なお、溝底部の突
き出しは、円弧状に限らず、溝脇部と中央部の差があれ
ば良いので、三角状としても、台形としても、その他多
角形状としてもよいものである。

【００２１】次に、図４を用いて、本実施形態による回
転電機におけるコギングトルクの低減効果について説明
する。図４は、本発明の第１実施形態による回転電機に
おけるコギングトルクの低減効果について説明図であ
る。図４は、コギングトルクの変動を示すため、トルク
リップル基本波形を示している。

【００２２】図４（ａ）は、補助溝１１が無い場合のコ
ギングトルクの波形を示している。補助溝１１が無い場
合のコギングトルクは、永久磁石の極数１０と、固定子
磁極数１２との最小公倍数である６０サイクル／回転で
現れる。ブラシレスモータは、いろいろな分野で使用さ
れているが、特にフードファン等に使用されると、回転
電機のわずかな脈動トルクによって生じる騒音もフード
によって増幅されて大きな騒音となる。

【００２３】図４（ｂ）は、固定子磁極の空隙面に固定
子磁極間の空隙部とほぼ同じ磁気的な抵抗を有する補助
溝１１を１個設けたときのコギングトルクの波形を示し
ている。図１に示したように、固定子磁極の空隙面に固
定子磁極間の空隙部とほぼ同じ磁気的な抵抗を有する補
助溝１１を１個設けると、固定子磁極７間の空隙部が２
倍の２４になったのと同じになり、永久磁石の極数と固
定子磁極数との最小公倍数は１２０サイクル／回転とな
り、１回転あたりの脈動数を増加させてコギングトルク
を小さくすることができる。

【００２４】図４（ｃ）は、固定子磁極の空隙面に設け
た補助溝１１を周方向に傾斜させた場合のコギングトル
クの波形を示している。本実施形態では、補助溝１１
は、軸方向に等幅で延び、周方向に傾斜を有する構造と
なっているため、補助溝１１の部分で鉄心をスキューし
たこととなり、脈動トルクの波形ピーク値をなまらせる
ことができる。その結果、コギングトルクは、図４
（ｃ）に示すように、平均的脈動値をさらに低減するこ
とが可能となる。

【００２５】さらに、本実施形態では、補助溝１１の溝
底部１３を、回転子側（図では下方）に突き出した構造
となっている。一般に、補助溝を設けると、巻線が鎖交
する有効磁束量を若干減少させるので、発生トルクが低
下することになる。しかし、突き出し構造とすることに
よって、リアクタンスの変化は溝の側壁部で発生するの
で脈動数は増加し、溝中央部の突き出しによって磁束量
の低減を防止できるので発生トルクの低下を抑制するこ
とができる。

【００２６】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、コギングトルクを低減できるとともに、発生トルク
の減少を抑制できる。

【００２７】次に、図５および図６を用いて、本発明の
第２の実施形態による回転電機の構成について説明す
る。なお、本実施形態による回転電機の全体構成は、図
１に示したものと同様である。図５は、本発明の第２の
実施形態による回転電機の固定子磁極に設けた補助溝の
構成を示す展開図である。なお、図５は、補助溝の形成
された固定子磁極先端部を、回転子側から眺めた状態を
展開して示している。また、図６は、本発明の第２の実
施形態による回転電機のスロット蓋に設けた開口の構成
を示す断面図である。なお、図１〜図３と同一符号は、
同一部分を示している。

【００２８】隣接する固定子磁極１２の間のスロット開
口部には、磁性体よりなるスロット蓋１４を配置してい
る。また、スロット蓋１４の中央部には、固定子磁極７
の先端部１２に設けた軸方向に延び、かつ周方向に傾斜
した長開口１５を設けてある。

【００２９】スロット蓋１４に設けた周方向に傾斜した
長開口１５は、図２に示した補助溝１１と同様に、脈動
トルクの波形ピーク値をなまらせることができる。その
結果、コギングトルクは、図４（ｃ）に示したように、
平均的脈動値をさらに低減することが可能となる。

【００３０】ここで、スロット蓋１４に設けた長開口１
５は、スロット蓋１４を切削加工等することで形成でき
るため、図２に示した補助溝１１に比べて形成するのが
容易のなり、作業性が向上するものである。

【００３１】したがって、本実施形態によれば、コギン
グトルクを低減できるとともに、製造を容易にすること
ができる。

【００３２】次に、図７を用いて、本発明の第３の実施
形態による回転電機の構成について説明する。なお、本
実施形態による回転電機の全体構成は、図１に示したも
のと同様である。図７は、本発明の第３の実施形態によ
る回転電機の固定子磁極に設けた補助溝の構成を示す展
開図である。なお、図７は、補助溝の形成された固定子
磁極先端部を、回転子側から眺めた状態を展開して示し
ている。また図１〜図３，図５，図６と同一符号は、同
一部分を示している。

【００３３】本実施形態では、図２に示した実施形態と
同様に、固定子磁極７の先端部１２には、軸方向に延
び、かつ周方向に傾斜した補助溝１１を備えている。こ
こで、補助溝１１の溝底部は、図３に示したように、回
転子側（図では下方）に突き出した構造となっている。

【００３４】また、図５，図６で説明したように、隣接
する固定子磁極１２の間のスロット開口部には、磁性体
よりなるスロット蓋１４を配置している。また、スロッ
ト蓋１４の中央部には、固定子磁極７の先端部１２に設
けた軸方向に延び、かつ周方向に傾斜した長開口１５を
設けてある。

【００３５】さらに、補助溝１１と、スロット蓋１４に
形成された長開口１５は、それぞれ、周方向において、
同一方向に傾斜しており、１／２スロットスキュー構成
としている。

【００３６】また、スロット蓋１４の中央部に設けた長
開口１５の軸方向の長さＬ１は、固定子磁極７の先端部
１２に設けた補助溝１１の軸方向の長さＬ２によりも長
くしている。かかる構成により、磁束漏洩による影響を
排除することができる。

【００３７】かかる構成によって、固定子磁極間に発生
するコギングトルクと補助スロットによるコギングトル
クが均一となるので、１スロットスキューを施した場合
と同等のトルクリップルが小さくすることができる。こ
の時のコギングトルクの基本波形は、図４（ｄ）のごと
くなり、さらに脈動トルクを低減することができる。

【００３８】また、補助溝１１の溝底部１３を、回転子
側（図では下方）に突き出した構造とすることにより、
リアクタンスの変化は溝の側壁部で発生するので脈動数
は増加し、溝中央部の突き出しによって磁束量の低減を
防止できるので発生トルクの低下を抑制することができ
る。

【００３９】さらに、スロット蓋１４に設けた長開口１
５は、スロット蓋１４を切削加工等することで形成でき
るため、一つの固定子磁極の磁極先端部に２本の補助溝
を形成する場合に比べて、形成が容易となり、作業性が
向上するものである。

【００４０】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、さらに、コギングトルクを低減できるとともに、発
生トルクの減少を抑制でき、また、製造も容易となる。

【００４１】次に、図８を用いて、本発明の第４の実施
形態による回転電機の構成について説明する。なお、本
実施形態による回転電機の全体構成は、図１に示したも
のと同様である。図８は、本発明の第４の実施形態によ
る回転電機の固定子磁極に設けた補助溝の構成を示す展
開図である。なお、図８は、補助溝の形成された固定子
磁極先端部を、回転子側から眺めた状態を展開して示し
ている。また図１〜図３，図５，図６と同一符号は、同
一部分を示している。

【００４２】本実施形態では、図２に示した実施形態と
同様に、固定子磁極７の先端部１２には、軸方向に延
び、かつ周方向に傾斜した補助溝１１を備えている。こ
こで、補助溝１１の溝底部は、図３に示したように、回
転子側（図では下方）に突き出した構造となっている。

【００４３】また、図５，図６で説明したように、隣接
する固定子磁極１２の間のスロット開口部には、磁性体
よりなるスロット蓋１４を配置している。また、スロッ
ト蓋１４の中央部には、固定子磁極７の先端部１２に設
けた軸方向に延び、かつ周方向に傾斜した長開口１５Ａ
を設けてある。

【００４４】さらに、補助溝１１と、スロット蓋１４に
形成された長開口１５Ａは、それぞれ、周方向におい
て、反対方向に傾斜しており、Ｖ字形状に配置されてお
り、１／２スロットスキュー構成としている。かかる構
成により、スキューしたことによって生じる軸方向吸引
力(図では上下方向に作用する)をキャンセルすることが
でき、軸方向のスラスト力を発生すること無く、コギン
グトルクを低減させることができる。

【００４５】また、スロット蓋１４の中央部に設けた長
開口１５の軸方向の長さＬ１は、固定子磁極７の先端部
１２に設けた補助溝１１の軸方向の長さＬ２によりも長
くしている。かかる構成により、磁束漏洩による影響を
排除することができる。

【００４６】かかる構成によって、固定子磁極間に発生
するコギングトルクと補助スロットによるコギングトル
クが均一となるので、１スロットスキューを施した場合
と同等のトルクリップルが小さくすることができる。こ
の時のコギングトルクの基本波形は、図４（ｄ）のごと
くなり、さらに脈動トルクを低減することができる。

【００４７】また、補助溝１１の溝底部１３を、回転子
側（図では下方）に突き出した構造とすることにより、
リアクタンスの変化は溝の側壁部で発生するので脈動数
は増加し、溝中央部の突き出しによって磁束量の低減を
防止できるので発生トルクの低下を抑制することができ
る。

【００４８】さらに、スロット蓋１４に設けた長開口１
５は、スロット蓋１４を切削加工等することで形成でき
るため、一つの固定子磁極の磁極先端部に２本の補助溝
を形成する場合に比べて、形成が容易となり、作業性が
向上するものである。

【００４９】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、さらに、コギングトルクを低減できるとともに、発
生トルクの減少を抑制でき、また、製造も容易となる。

【００５０】次に、図９および図１０を用いて、本発明
の第５の実施形態による回転電機の構成について説明す
る。図９は、本発明の第５の実施形態本による回転電機
の全体構成を示す側面図である。また、図１０は、本発
明の第５の実施形態による回転電機のスロット蓋に設け
た開口および補助溝の構成を示す断面図である。

【００５１】図９に示した本実施形態における回転電機
１Ａは、誘導電動機である。一般に、スロットリップル
は、永久磁石界磁の場合だけでなく、誘導機の場合にも
発生する。すなわち、空隙を挟んで固定子磁極７と固定
子巻線５、また回転子ヨーク９と二次導体１６のよう
に、磁性体と非磁性体が存在する間を磁束が通過する
際、リアクタンスの変化が生じることによってトルクリ
ップルが発生する。このリップル成分は固定子側、ある
いは回転子側いずれか一方の導体部を１スロットスキュ
ーすればかなり低減できる。そこで、本実施形態では、
固定子磁極７の先端部１２に補助溝１３を周方向に傾斜
して設けてある。このように構成することによって特に
固定子側、回転子側ともスキューすること無く脈動トル
クを減少することができる。なお、符号１８は風孔であ
る。

【００５２】また、図１０に示すように、隣接する固定
子磁極１２の間のスロット開口部には、磁性体よりなる
スロット蓋１４Ａを配置している。また、スロット蓋１
４Ａの中央部には、固定子磁極７の先端部１２に設けた
軸方向に延び、かつ周方向に傾斜した長開口１５を設け
てある。

【００５３】スロット蓋１４Ａに設けた周方向に傾斜し
た長開口１５は、図２に示した補助溝１１と同様に、脈
動トルクの波形ピーク値をなまらせることができる。そ
の結果、コギングトルクは、図４（ｃ）に示したよう
に、平均的脈動値をさらに低減することが可能となる。

【００５４】ここで、スロット蓋１４Ａに設けた長開口
１５は、スロット蓋１４Ａを切削加工等することで形成
できるため、図２に示した補助溝１１に比べて形成する
のが容易のなり、作業性が向上するものである。なお、
補助溝１４は、磁極鉄心打ち抜き時にノッチング工程を
ずらせながら溝を打ち抜くことで形成でき、溝位置をず
らせたコア鉄板を重ねて固定子鉄心を構成することで得
ることができる。これは、図１〜図８に示した永久磁石
界磁形回転電機の場合においても全く同様に形成するこ
とができる。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、コギングトルクを低減
できるとともに、発生トルクの減少を抑制できる。

【００５６】また、コギングトルクを低減できるととも
に、容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態本による回転電機の全
体構成を示す側面図である。

【図２】本発明の第１の実施形態による回転電機の固定
子磁極に設けた補助溝の構成を示す展開図である。

【図３】本発明の第１の実施形態による回転電機の固定
子磁極に設けた補助溝の構成を示す部分拡大の側面図で
ある。

【図４】本発明の第１実施形態による回転電機における
コギングトルクの低減効果について説明図である。

【図５】本発明の第２の実施形態による回転電機の固定
子磁極に設けた補助溝の構成を示す展開図である。

【図６】本発明の第２の実施形態による回転電機のスロ
ット蓋に設けた開口の構成を示す断面図である。

【図７】本発明の第３の実施形態による回転電機の固定
子磁極に設けた補助溝の構成を示す展開図である。

【図８】本発明の第４の実施形態による回転電機の固定
子磁極に設けた補助溝の構成を示す展開図である。

【図９】本発明の第５の実施形態本による回転電機の全
体構成を示す側面図である。また、

【図１０】本発明の第５の実施形態による回転電機のス
ロット蓋に設けた開口および補助溝の構成を示す断面図
である。

【符号の説明】

１…永久磁石回転電機 ２…固定子 ３…回転子 ４…固定子鉄心 ５…固定子巻線 ６…固定子ヨーク ７…固定子磁極 ８…永久磁石 ９…回転子ヨーク １０…シャフト １１…補助溝 １２…固定子磁極先端部 １３…溝底部 １４…スロット蓋 １５…長開口 １６…回転子二次導体 １７…固定子側スロット １８…風孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H002 AA09 AB01 AB06 AE06 AE07 5H019 AA03 BB01 BB05 BB13 CC03 DD01 EE01 EE04 5H621 AA02 BB07 BB10 GA01 GA04 GA12 GA14 PP10

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定子鉄心の固定子磁極に巻回した多相の
   固定子巻線を有する固定子と、この固定子に対して回転
   可能に配置された回転子とを有する回転電機において、 上記固定子鉄心空隙面に軸方向に延び、かつ周方向に傾
   斜を持たせた補助溝を備えるとともに、 この補助溝の溝中央部を、中心部に向けて突出させた構
   成としたことを特徴とする回転電機。
2. 【請求項２】固定子鉄心の固定子磁極に巻回した多相の
   固定子巻線を有する固定子と、この固定子に対して回転
   可能に配置された回転子とを有する回転電機において、 上記固定子磁極間のスロットに配置されたスロット蓋を
   備え、 このスロット蓋は、軸方向に延び、かつ周方向に傾斜を
   持たせた長開口を備えることを特徴とする回転電機。
3. 【請求項３】請求項２記載の回転電機において、さら
   に、 上記固定子鉄心空隙面に軸方向に延び、かつ周方向に傾
   斜を持たせた補助溝を備えるとともに、 この補助溝の溝中央部を、中心部に向けて突出させた構
   成としたことを特徴とする回転電機。
4. 【請求項４】請求項３記載の回転電機において、 上記長開口と上記補助溝は、周方向の同一方向に傾斜し
   ていることを特徴とする回転電機。
5. 【請求項５】請求項３記載の回転電機において、 上記長開口と上記補助溝は、周方向の反対方向にＶ字形
   状に傾斜していることを特徴とする回転電機。
6. 【請求項６】請求項３記載の回転電機において、 上記長開口の軸方向の長さは、上記補助溝の軸方向の長
   さよりも長いことを特徴とする回転電機。