JP2009171748A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の効率を向上させるとともにコスト低減も可能とする回転電機を提供することを目的とする。
【解決手段】リング状の固定子コア３に、径方向に突出した巻線ティース１２の対からなるティース対１１を備え、巻線ティース１２の対に同相の駆動コイル８が巻回された固定子２と、固定子２と同軸に回転自在に配置された回転子コア５の周方向に極数１４の永久磁石６が等極ピッチで設けられた回転子４とを備えた回転電機１であって、固定子２のティース対１１は６個で、６個のティース対１１は周方向に等ピッチ、６０°で配置され、巻線ティース１２の対同士はその周方向中心位置を周方向に３６０°／１４ずらして配置されているものとする。
【選択図】図１

Description

この発明は、効率が良く、コストが低減できる回転電機の構造に関するものである。

従来の回転電機は、効率を向上するために、永久磁石をＰ＝８ｎ（ｎは自然数）極備えた回転子と、互いに周方向に１２０°／ｎずれて配置された３ｎ個のティース対を備えた固定子とで構成し、ティース対はそれぞれ２つの巻線ティースよりなり、互いに周方向に３６０°／Ｐずれて配置されている。そして、２つの巻線ティースには対応する同相のコイルが巻装されている。また、隣り合うティース対の間には補助ティースが設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−３０４９２８号公報（第５−６頁、図１）

上記特許文献１のような回転電機では、３の自然数倍のティース対数に対して、８の自然数倍の極数が必要となるので、大口径の回転電機を製造する際、磁石の個数が多くなりコストが高くなくなるという問題があった。

また、一般的に、大口径の回転電機では、回転子コアに永久磁石を貼り付けて回転子を構成するが、製造する際、回転子コアに貼り付ける作業工数も多くなり、コストが増すという問題点もあった。

本発明は，上記のような問題点を解決するためになされたものであり、回転電機の効率を向上させるとともにコスト低減も可能とする回転電機を提供することを目的とする。

本発明に係る回転電機は、リング状の固定子コアに、径方向に突出した巻線ティースの対からなるティース対を備え、上記巻線ティースの対に同相の上記駆動コイル巻回された固定子と、上記固定子と同軸に回転自在に配置された回転子コアの周方向に極数Ｐの永久磁石が等極ピッチで設けられた回転子とを備えた回転電機であって、
上記回転子の極数Ｐは、Ｐ＝１４ｎ（ｎは自然数）であり、
上記固定子の上記ティース対は６ｎ個で、上記６ｎ個のティース対は周方向に等ピッチ、６０°／ｎで配置され、
上記巻線ティースの対同士はその周方向中心位置を周方向に３６０°／Ｐずらして配置されているものである。

本発明に係る回転電機によれば、６の自然数倍のティース対数に対して、永久磁石の極数を１４の自然数倍で構成したので、例えば、６個のティース対なら、従来の回転電機では極数が１６であるのに対して、本発明の回転電機では極数は１４で構成できる。つまり、同サイズの回転電機を製造する際、永久磁石の極数を少なくでき、製造コストを低減できる。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る回転電機の実施の形態１を示す平面図（ａ）及び（ａ）のＩ−Ｉ線断面図（ｂ）である。
図１に示したように、回転電機１は、リング状の固定子コア３を有する固定子２と、固定子２の内周に固定子コア３の内周面と所定のギャップを介して配設された円筒状の回転子コア５を有する回転子４とを備えている。

回転子４において、回転子コア５の回転子軸７は、図示しない軸受に固定子２と同軸に回転可能に支持されている。また、回転子４の極数をＰとしたときに、本実施の形態１では、回転子コア５の外周面には１４個の平板状の永久磁石６をＮ極とＳ極が周方向に交互に並ぶように配置して極数Ｐ＝１４とし、永久磁石６を、極ピッチ＝３６０／Ｐ＝３６０°／１４で等間隔に配置している。

また、回転子コア５の外周には、平板状の永久磁石６を配置するために、略１４角形となるように多面体加工が施され、さらに、永久磁石６が位置決めし易いように、回転子コアの１４角形の角に突起部５１が設けられている。

固定子２において、固定子コア３は、内周側から径方向に突出する６個のティース対１１を備え、これらのティース対１１同士は周方向に等ピッチ（６０°）で配置されている。

各ティース対１１は、巻線ティース１２の対からなり、巻線ティース１２はそれぞれ、回転子に対向するとともに周方向に延びる先端部１２１を有している。

１つのティース対１１において、巻線ティース１２の対は互いに、その周方向の中心位置が３６０°／Ｐ＝３６０°／１４ずれるように配置される。

各ティース対１１における巻線ティース１２の対には駆動コイル８が巻回され、同相の電流が流され、図１（ａ）に示したＵとＵ’、ＶとＶ’及びＷとＷ’（ここで、Ｕ’、Ｖ’、Ｗ’はそれぞれＵ、Ｖ、Ｗと直列かつ逆向きとなるように構成されている）のように、同相の駆動コイル８を構成する。

また、固定子コア３には、ティース対１１の中間に位置して固定子コア３から内周側から径方向に突出する、巻線ティース１２より細い補助ティース１３が設けられ、補助ティース１３には駆動コイル８を巻回していない。

以上のように、本実施の形態１によれば、周方向に等ピッチ（６０°）で配置された６個のティース対１１それぞれにおいて、巻線ティース１２の対はその周方向中心位置を周方向に永久磁石６の極ピッチと等しい３６０°／１４ずらして配置しているため、図１（Ａ）に示したように、巻線ティース１２の先端部１２１の幅を永久磁石６の極ピッチに近づけ、巻線ティース１２に巻回される駆動コイル８に作用する磁束の幅を永久磁石６の極ピッチに等価的に近づけることができ、駆動コイル８に供給された電流を効率よく回転子４の永久磁石６と作用させることができ、回転電機１の効率を高めることができる。

また、図１（Ａ）において、各同相の巻線ティース１２の対における周方向中心位置は同一タイミングで対応する回転子４の磁極の周方向中心位置と対向するので、各同相の駆動コイル８に電気角のずれが生じないため、ずれによる効率の低下を抑えることができる。

このように、駆動コイル８に供給された電流と回転子４の永久磁石６とを効率よく作用させ、回転電機１の効率を向上させることができ、さらに、上記文献１の構造で、本実施の形態１のように６個のティース対を有する回転電機１と同サイズの回転電機を構成するためには、１６極の永久磁石６が必要なのに対し、本実施の形態１では、１４極の永久磁石６で構成したため、永久磁石６のサイズは大きくして、永久磁石６の極数を少なくでき、コストを低減できる。また、永久磁石６の数が減少する分、永久磁石間の隙間の数が減るため、永久磁石６のトータルのサイズを大きくすることができる。

また、回転子コア５に永久磁石６を貼り付けて回転子４を構成する場合、回転子コア５に貼り付ける作業工数も永久磁石６の個数が減った分少なくなり、製造コストが低減できる。

また、回転子コア５の永久磁石６の貼り付けや位置決め用に設けた多面体加工や突起部の加工も永久磁石６の個数が減った分少なくなり、コストが低減できる。

また、ティース対１１の中間に補助ティース１３を設けたことにより、永久磁石６や駆動コイル８により発生した磁束が補助ティース１３を通過することで、回転子４を通過する磁束密度が増加し、回転電機１の効率を向上することができる。また、補助ティース１３に磁束が通過することにより、コギングトルクを低減することができる。

実施の形態２．
図２は、本発明に係る回転電機の実施の形態２を示す平面図（ａ）及び（ａ）のＩＩ−ＩＩ線断面図（ｂ）である。
上記実施の形態１ではサイズが小さい回転電機１を例にあげて説明したが、本実施の形態２では、図２に示したように、サイズが大きい回転電機１を例にあげ、大きいサイズの回転電機１では、コスト低減効果がより顕著に表れることを説明する。

上記実施の形態１は、回転子の極数Ｐ＝１４ｎ（ｎは自然数）とし、ｎ＝１の例を示したが、本実施の形態２では、図２（ａ）に示したように、回転子４は極数Ｐ＝１４×２＝２８（ｎ＝２）の永久磁石６からなり、固定子２は、１２（６×２）個のティース対１１同士を周方向に３０°ずつずらして配置している。そして、ティース対１１それぞれにおいて、巻線ティース１２の対の周方向中心位置が互いに周方向に３６０°／２８ずれて配置され、各駆動コイル８に、上記実施の形態１と同様にして、図２（ａ）のＵ、Ｕ’、Ｖ、Ｖ’、Ｗ、Ｗ’に対応する相の電流（ここで、Ｕ’、Ｖ’、Ｗ’はそれぞれＵ、Ｖ、Ｗと直列かつ逆向きとなるように構成されている）を供給する。

上記文献１の構造で、本実施の形態２のように１２個のティース対を有する回転電機１と同サイズの回転電機を構成するためには、３２×５列で１６０個の永久磁石６が必要となるのに対し、本実施の形態２によれば、永久磁石６の個数は、２８×５列で１４０個となり、よりコスト低減効果が顕著になる。

また、上記実施の形態１では説明しなかったが、回転電機１の構造は図に示した限りではなく、例えば、磁石埋め込み型の回転電機やアウターロータ型の回転電機でもよく、回転子コア形状、永久磁石形状、ティース形状等が異なっても同等の効果を有することができる。

また、図２（ｂ）に示したように、上記実施の形態１に比べ、回転電機１の軸長が長くなっている。ここでは、図１（ｂ）の永久磁石６を軸方向に５列並べて配置しているように、軸長の違う機種がある場合、永久磁石６を各機種に共用化してコスト低減を図ることができる。

本発明に係る回転電機は、巻き上げ機等に有効に利用することができる。

本発明に係る回転電機の実施の形態１を示す平面図（Ａ）及び（Ａ）のＩ−Ｉ線断面図（Ｂ）である。 本発明に係る回転電機の実施の形態２を示す平面図（Ａ）及び（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線断面図（Ｂ）である。

符号の説明

１ 回転電機、２ 固定子、３ 固定子コア、４ 回転子、６ 永久磁石、
７ 回転子軸、８ 駆動コイル、１１ ティース対、１２ 巻線ティース、
１３ 補助ティース、５１ 突起部、１２１ 先端部。

Claims (2)

1. リング状の固定子コアに、径方向に突出した巻線ティースの対からなるティース対を備え、上記巻線ティースの対に同相の上記駆動コイルが巻回された固定子と、上記固定子と同軸に回転自在に配置された回転子コアの周方向に極数Ｐの永久磁石が等極ピッチで設けられた回転子とを備えた回転電機であって、
   上記回転子の極数Ｐは、Ｐ＝１４ｎ（ｎは自然数）であり、
   上記固定子の上記ティース対は６ｎ個で、上記６ｎ個のティース対は周方向に等ピッチ、６０°／ｎで配置され、
   上記巻線ティースの対同士はその周方向中心位置を周方向に３６０°／Ｐずらして配置されていることを特徴とする回転電機。
2. 隣り合う上記ティース対の中間に、上記固定子コアから径方向に突出した補助ティースを設けたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。

Images