JP2009296870A - Stator of rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
【課題】 バックヨーク部の厚さを低減することなく巻線のための十分な空間を確保し、コイルの整列性を改善しコイル占積率の向上を図る回転電機の固定子を提供することを目的とする。
【解決手段】 連結凹部5の円弧部5aと連結凹部5側バックヨーク部1の外郭線1bとが交差する位置に抑止部5dを設け、バックヨーク部1の連結中心部3を中心に環状の外側に抑止部5dまで回動させた場合の第一の回動角θ1を、一方のバックヨーク部1のティース部2の根元部2aからのティース部2に対する垂線8と連結する他方のバックヨーク部1の突部端部2bとが接する位置まで回動させた場合の第二の回動角θ2よりも大きくする。
【選択図】 図8PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stator for a rotating electrical machine which secures a sufficient space for winding without reducing the thickness of a back yoke part, improves the alignment of coils and improves the coil space factor. With the goal.
SOLUTION: A restraining portion 5d is provided at a position where a circular arc portion 5a of a connecting recess 5 and an outer line 1b of a back yoke portion 1 on the connecting recess 5 side intersect, and an annular shape centering on a connecting center portion 3 of the back yoke portion 1 is provided. The other back yoke connecting the first rotation angle θ1 when rotated to the outside to the restraining portion 5d with the perpendicular 8 to the tooth portion 2 from the root portion 2a of the tooth portion 2 of the one back yoke portion 1. The rotation angle θ2 is larger than the second rotation angle θ2 when the protrusion 1 is rotated to a position where the protrusion end 2b contacts the portion 1.
[Selection] Figure 8
Description
本発明は、電動機に用いられるモータ等の回転電機の固定子に関し、特に電動機の出力向上および効率向上を図るようにした回転電機の固定子に関するものである。 The present invention relates to a stator of a rotating electric machine such as a motor used in an electric motor, and more particularly to a stator of a rotating electric machine designed to improve the output and efficiency of the electric motor.
従来の回転電機の固定子は、コア片を連結して形成する場合、ティース部に巻線する際にコアのバックヨーク部間の連結する角度を変えることで、隣接するティース部同士の間隔を広げ、巻線ノズルを挿入して導線を供給するための空間を確保する。この巻線ノズルの軌道がデッドスペースにならないため、コイル占積率を高めることができる。 When a stator of a conventional rotating electrical machine is formed by connecting core pieces, the winding angle between the back yoke parts of the core is changed when winding the tooth parts, so that the spacing between adjacent tooth parts is increased. Widen and secure a space to insert the winding nozzle and supply the conductor. Since the track of the winding nozzle does not become a dead space, the coil space factor can be increased.
しかし、例えば、バックヨーク部を直線状にして巻線する場合は、ティース部間に巻線ノズルを挿入して巻線するため、ノズル先端で導線が直角に曲げられることで塑性変形による歪みが発生する。この場合、コイルの整列性に問題が生じる。 However, for example, when winding with a straight back yoke part, a winding nozzle is inserted between the tooth parts to perform winding, and the lead wire is bent at a right angle at the tip of the nozzle, so that distortion due to plastic deformation is caused. appear. In this case, a problem occurs in the alignment of the coils.
そこで、特許文献1では、バックヨーク部の連結部において外周部に切り欠きを形成することにより、バックヨーク部を逆反りさせた状態まで広げ、ティース部周りに導線を周回させてもノズルが隣接するティース部と干渉しない状態にする方法が開示されている。
Therefore, in
これにより、ティース部に巻線する巻線ノズルの角度に自由度が増し、巻線中のノズル先端での導線の歪みを小さく低減することができ、コイルの整列性を改善することができる. As a result, the degree of freedom in the angle of the winding nozzle wound around the tooth portion is increased, and the distortion of the conductive wire at the tip of the nozzle in the winding can be reduced and the coil alignment can be improved.
しかしながら、従来の回転電機の固定子では、外周部の切り欠きのためにバックヨーク部の厚さが部分的に薄くなる。また、ティース部周りに周回して巻線するために各ティース部側面に対してバックヨーク部の内周面は垂直に形成されている場合が多く、バックヨーク部同士が交差する連結部においては、内周部がくの字形状となり内周部側からも厚さが薄くなっている。 However, in the conventional stator of a rotating electrical machine, the thickness of the back yoke portion is partially reduced due to the cutout of the outer peripheral portion. In addition, in order to wrap around the teeth portion, the inner peripheral surface of the back yoke portion is often formed perpendicular to the side surface of each tooth portion, and in the connecting portion where the back yoke portions intersect each other The inner peripheral portion has a dogleg shape and the thickness is reduced from the inner peripheral portion side.
したがって、連結部において内周部側だけでなく、外周部側からもバックヨーク部の厚さが部分的に薄くなることにより、磁気抵抗が高くなりモータトルクが低減するという問題があった。また、磁束密度が高くなると鉄損が増加しモータ効率が低減するという問題があった。 Therefore, there is a problem that the magnetic resistance is increased and the motor torque is reduced by partially reducing the thickness of the back yoke part not only from the inner peripheral part side but also from the outer peripheral part side. Further, when the magnetic flux density is increased, the iron loss is increased and the motor efficiency is reduced.
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、バックヨーク部の外周部の厚さを低減することなく巻線のための十分な空間を確保し、コイルの整列性を改善しコイル占積率の向上を図る回転電機の固定子を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and ensures sufficient space for winding without reducing the thickness of the outer peripheral portion of the back yoke portion, and the alignment of the coil. An object of the present invention is to provide a stator for a rotating electrical machine that improves the coil space factor and improves the coil space factor.
本発明に係る回転電機の固定子は、両端部に回動可能な連結中心部を設け、連結中心部同士を連結して環状を形成する複数のバックヨーク部と、バックヨーク部の中央部から環状内側方向に突設するティース部と、バックヨーク部の環状の外周を形成する外郭部と連結中心部から所定半径の円周との交差部に設けられ、バックヨーク部を連結し連結中心部を中心に環状外側方向に回動させた場合の第一の回動角が、一方のバックヨーク部のティース部の根元部からのティース部に対する垂線と連結する他方のバックヨーク部のティース部突部とが接する位置まで回動させた場合の第二の回動角よりも大きくなる位置で回動を抑止する抑止部とを備えるものである。 A stator of a rotating electrical machine according to the present invention includes a plurality of back yoke portions that are provided with pivotable connection center portions at both ends, connect the connection center portions to form an annular shape, and a center portion of the back yoke portion. It is provided at the intersection of the teeth part projecting in the annular inner direction, the outer part forming the annular outer periphery of the back yoke part and the circumference of the predetermined radius from the coupling center part, and connecting the back yoke part to the coupling center part The first rotation angle when rotating in the annular outer direction around the center of the teeth is the tooth portion protrusion of the other back yoke portion that is connected to the perpendicular to the tooth portion from the root portion of the tooth portion of one back yoke portion. And a deterrence unit that inhibits the rotation at a position larger than the second rotation angle when the unit is rotated to a position where the unit comes into contact.
本発明によれば、バックヨーク部の環状の外周を形成する外郭部と連結中心部から所定半径の円周との交差部に抑止部を設け、バックヨーク部の連結中心部を中心に環状の外側に抑止部まで回動させた場合の第一の回動角を、一方のバックヨーク部のティース部の根元部からのティース部に対する垂線と連結する他方のバックヨーク部のティース部突部とが接する位置まで回動させた場合の第二の回動角よりも大きくすることにより、バックヨーク部の外周部の厚さを低減することなく巻線のための十分な空間を確保することができ、モータトルクの強化とモータ効率の向上を図ることができる。 According to the present invention, the depressing portion is provided at the intersection between the outer portion forming the annular outer periphery of the back yoke portion and the circumference of the predetermined radius from the coupling center portion, and the annular shape is formed around the coupling center portion of the back yoke portion. The tooth part protrusion of the other back yoke part connected to the perpendicular to the tooth part from the root part of the tooth part of one of the back yoke parts when the first turning angle is turned to the outside to the restraining part; By making the angle larger than the second rotation angle when rotating to the position where it contacts, it is possible to ensure a sufficient space for the winding without reducing the thickness of the outer peripheral portion of the back yoke portion. Thus, the motor torque can be enhanced and the motor efficiency can be improved.
以下、本発明に係る回転電機の固定子の各種実施の形態について、図面に基づいて説明する。
実施の形態
図1は、本発明の実施の形態における回転電機の固定子の構成を示す平面図であり、図2は、図1におけるコア片を直線状に配置した構成の一部を示す平面図である。また、図3は、図2のA−Aの中央連結部における矢視断面図である。
Hereinafter, various embodiments of a stator for a rotating electrical machine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
Embodiment FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a stator of a rotating electric machine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing a part of a configuration in which core pieces in FIG. 1 are linearly arranged. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the arrow AA in FIG.
図1において、本実施の形態の回転電機の固定子100は、複数のコア片を略円環状に連結して構成される。コア片50は、バックヨーク部1とティース部2からなり、図2に示すように、バックヨーク部1の両端には回動自在に連結される連結中心部3を有する連結凸部4と連結凹部5が設けられ、中央部からは円環状内側の中心O方向にティース部2が突設されている。なお、回転電機の固定子100を略円形の環状としたが、略多角形の環状としてもよい。
In FIG. 1, the
図3に示すように、コア片50は、第一の積層板50a−1、50a−3、・・、50a−(n+1)(nは整数)と第二の積層板50b−1、50b−2、・・、50b−nとを交互に積層して形成される。
As shown in FIG. 3, the
第一の積層板50a−1、50a−2、・・、50a−(n+1)及び第二の積層板50b−1、50b−2、・・、50b−nの表裏両面には複数箇所にそれぞれ対応する固定用凹部6と固定用凸部7が設けられており、積層時に圧入して、かしめられることにより固定される。
.., 50a- (n + 1) and the second laminated plates 50b-1, 50b-2,... Corresponding fixing
また、第一の積層板50a−1、50a−2、・・50a−(n+1)と第二の積層板50b−1、50b−2、・・50b−nのバックヨーク部1両端は、連結凸部4と連結凹部5とが互い違いに設けられている。コア片50と連結されるコア片51の各層は、コア片50の各層の連結連結凸部4及び連結凹部5と対応するように、連結凹部5と連結凸部4とが互い違いに設けられている。
Further, both ends of the
コア片50、51の連結凸部4の表裏両面には、連結中心部3の位置に円柱状の回動用凹部3aと回動用凸部3bとが設けられ、積層時に連結されるコア片50、51のバックヨーク部1の連結凸部4同士が、回動用凹部3aと回動用凸部3bを介して、回動するように間にわずかに隙間(約5μm)を空けて嵌められる。
On both the front and back surfaces of the connecting
図4乃至図7は、本発明の実施の形態における回転電機の固定子100でのコア片50、51の連結部分の動作を説明するための平面図である。図4は、回転電機の固定子100を環状に閉じた場合のコア片50、51の状態を示し、図5は、回転電機の固定子100の一部の連結を外して逆反りさせた場合のコア片50、51の状態を示す。図6及び図7は、それぞれ図4と図5の連結部分の拡大平面図である。
4 to 7 are plan views for explaining the operation of the connecting portion of the
図6に示すように、バックヨーク部1端部の連結凹部5は、連結中心部3を中心とする回動用凹部3a及び回動用凸部3bと略同心円状の円弧部5aと、バックヨーク部1の内周部1aの交差する点5cからの直線部5bとから形成されている。連結凸部4は、円弧部5aに対応する円弧部4aと、バックヨーク部1を円環状に連結した状態で連結凹部5の直線部5bに当接する直線部4bとから形成されている。
As shown in FIG. 6, the connecting
コア片50は、図4の円環状を形成する状態から、連結中心部3を中心に回動用凹部3a及び回動用凸部3bとを回動させて環状外側方向に図5の逆反り状態まで開くと、図7に示すように、連結凸部4側バックヨーク部1の外側の外郭部1bが、回動を抑止する連結凹部5側端部の抑止部5dに当接するまで広がる。この展開角を最大展開角として第一の回動角θ1とする。
The
ここで、バックヨーク部1の外郭部1bは、バックヨーク部1を円環状に連結する場合の外周円を形成する外郭部である。そして、抑止部5dは、連結凹部5の円弧部5aと連結凹部5側バックヨーク部1の外郭部1bとが交差する位置にある。
Here, the outer portion 1b of the
図8は、本発明の実施の形態における回転電機の固定子100の巻線時におけるコア片50、51の連結状態を説明するための平面図である。図8に示すように、コア片50、51においては、バックヨーク部1の内周部1aはティース部2に対して垂直に設けられている。
FIG. 8 is a plan view for explaining the connection state of
これにより、コア片51は、例えば巻線装置200(図9参照)を用いてノズル21を搭載したフライヤ22をティース部2周りに円軌道で回転させることにより、ティース部2の根元部2aまで密に導線23が巻線される。
Thereby, the
図8において、巻線されるコア片51に連結されているコア片50は、連結中心部3を中心に回動用凹部3a及び回動用凸部3bとを回動させて開き、コア片51のティース部2の根元部2aからのティース部2に対する垂線8と、コア片50のティース部2の突部端部2bとが接する位置にある。この展開角を最小展開角として第二の回動角θ2とする。
In FIG. 8, the
図9に示すように、巻線装置200により巻線する場合に、本発明の実施の形態における回転電機の固定子100では、第一の回動角θ1が第二の回動角θ2よりも大きくなる位置に抑止部5dが設けられ、巻線される導線23とコア片50のティース部2とが干渉を生じない十分な空間を確保する。
As shown in FIG. 9, when winding is performed by the winding
なお、上記の連結部分の動作及び連結状態の説明においては、コア片50、51の第一の積層板の構成で説明したが、第二の積層板については構成が円環の連結中心部3を通る中心線に対して線対称にある以外は同様であり、その説明を省略する。
In the description of the operation and the connected state of the connecting portion, the structure of the first laminated plate of the
以上のように、本実施の形態では、連結凹部5の円弧部5aと連結凹部5側バックヨーク部1の外郭部1bとが交差する位置に抑止部5dを設け、バックヨーク部1の連結中心部3を中心に環状の外側に抑止部5dまで回動させた場合の第一の回動角θ1を、一方のバックヨーク部1のティース部2の根元部2aからのティース部2に対する垂線8と連結する他方のバックヨーク部1の突部端部2bとが接する位置まで回動させた場合の第二の回動角θ2よりも大きくなるようにしたので、バックヨーク部の厚さを低減することなく巻線のための十分な空間を確保することがでる。
As described above, in the present embodiment, the restraining portion 5d is provided at a position where the arc portion 5a of the connecting
また、磁束量を増加することができ、その場合はモータトルクの増大を図ることができる。一方、例えば従来方式と同じ磁束量にした場合は、磁束密度を低減することができることになるので、磁束密度の飽和による影響を低減でき、これによりモータ効率の向上を図ることができる。 Further, the amount of magnetic flux can be increased, and in that case, the motor torque can be increased. On the other hand, for example, when the same amount of magnetic flux as that in the conventional method is used, the magnetic flux density can be reduced, so that the influence of saturation of the magnetic flux density can be reduced, thereby improving the motor efficiency.
なお、本実施の形態では、略円形の環状を形成する回転電機の固定子100を用いたが、これに限るものではない。例えば、多角形の環状を形成する回転電機の固定子であってもよい。この場合も、本実施の形態と同様の効果が得られる。
In the present embodiment, the rotating
次に、本発明の実施例により更に詳細に説明する。本実施例は、本発明の回転電機の固定子を車両用の電動パワーステアリング装置(Electric Power Steering:以下EPSと略す)に適用したものである。 Next, examples of the present invention will be described in more detail. In this embodiment, the stator of the rotating electric machine of the present invention is applied to an electric power steering device (hereinafter referred to as EPS) for a vehicle.
EPS用のモータでは、操舵感を向上させるためにコギングトルクの低減と大トルクの発生が要求される。コギングトルクは、モータのスロット数と永久磁石の極数の最小公倍数で決まる周波数により大きく影響を受ける。この周波数を高くすることにより、振動やトルク脈動を低減することができる。 An EPS motor is required to reduce cogging torque and generate large torque in order to improve steering feeling. The cogging torque is greatly affected by the frequency determined by the least common multiple of the number of motor slots and the number of permanent magnet poles. By increasing this frequency, vibration and torque pulsation can be reduced.
また、EPSのような車載用のモータでは12Vもしくは24Vと比較的低い駆動電圧の電源でモータを回転させており、高出力を実現するためにはコイルに大電流を流す必要がある。これらコギングトルクの低減、モータのトルクを両立する構造として、10極12スロットのモータが適している。また、給電部間の抵抗値を下げるためにデルタ結線が適している。
Further, in-vehicle motors such as EPS are driven by a power source having a relatively low driving voltage of 12 V or 24 V, and a large current needs to flow through the coil in order to achieve high output. A 10
図10は、本実施例で用いる10極12スロットのモータの構成を示す横断面模式図である。図10に示すように、10極12スロットのモータは、12個のスロット9を形成する12個のコア片を略円環状に並べた回転電機の固定子100と、回転電機の固定子100の内周にS極及びN極を交互に10極の永久磁石10を略円環状に並べた回転子150とから構成される。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a 10-pole 12-slot motor used in this embodiment. As shown in FIG. 10, a 10-pole 12-slot motor includes a rotating
図11に、10極12スロットのモータに用いる回転電機の固定子100の結線図を示す。各相は対応するコイル群ごとにU相、V相、W相として区別して示してある。図11に示すように、3相電源に対応して導線23を全体としてデルタ結線したもので、各相毎に直列に接続されたコイル群が所謂2直2並列に接続されている。
FIG. 11 shows a connection diagram of a
即ち、U相に着目すると、U1+とU1−のコイルが直列接続され、U2−とU2+とが直列接続されている。更に、これら2つの直列接続が互いに並列に接続されている。ここで各コイルに+、−の符号を付けたのは、+と−とでは相互に導線23がティース部へ巻かれる方向が逆であることを示したものである。
That is, focusing on the U phase, the coils of U1 + and U1- are connected in series, and U2- and U2 + are connected in series. Furthermore, these two series connections are connected in parallel to each other. Here, the signs of + and − are given to each coil, which indicates that the direction in which the
図12は、図11に示す結線図を実現するときのティース部2への導線23の巻線順番を示す模式図である。各相はコア片のティース部2側から見た図であり、Bは巻線における各相の接続順の方向を示し、Cは各相におけるコイルの巻き方向を示す。Cの方向でRは右巻き(時計回り)、Lは左巻き(反時計回り)を示す。
FIG. 12 is a schematic diagram showing the winding order of the
図12に示すように、図11のような結線とした場合、巻き始め11から順に、コイルU1+、U1−、V1−、V1+、W1+、W1−、U2−、U2+、V2+、V2−、W2−、W2+、巻き終わり12まで1本の導線で連続的に巻くことができる。
As shown in FIG. 12, in the case of connection as shown in FIG. 11, the coils U1 +, U1-, V1-, V1 +, W1 +, W1-, U2-, U2 +, V2 +, V2-, W2- -, W2 +, and winding
コイルが巻き終わった後、巻き始め11、渡り部41f、巻き終わり12を結線部材42aで、渡り部41d、渡り部41jを結線部材42bで、渡り部41b、渡り部41hを結線部材42cで接続する。
After the coil has been wound, the winding
したがって、デルタ結線した10極12スロットからなるEPS用モータに、本発明の回転電機の固定子を用いた場合、モータトルクの強化とモータ効率の向上を図ることができるだけでなく、1本の導線で連続的にコイルを巻く上での搬送性、巻回性等の生産性に優れた効果を発揮する。 Therefore, when the stator of the rotating electrical machine according to the present invention is used for an EPS motor having 10 poles and 12 slots connected in delta connection, not only can the motor torque be enhanced and the motor efficiency improved, but also one conductor It exhibits excellent productivity such as transportability and winding performance when winding coils continuously.
EPS用モータは、車両のステアリングハンドルの近くに搭載されるため、その本体を小型化する必要がある。実際は回転電機の固定子の外周直径D0が50mm〜100mmのものが用いられる。また、必要な出力を得るために、70〜100A(アンペア)の電流を流す必要がある。 Since the EPS motor is mounted near the steering handle of the vehicle, it is necessary to reduce the size of the main body. Actually, a rotating electrical machine stator having an outer peripheral diameter D0 of 50 mm to 100 mm is used. Moreover, in order to obtain a required output, it is necessary to flow a current of 70 to 100 A (ampere).
まず、EPS用モータに必要なスロットの断面積を求める。図11に示すような10極12スロットでデルタ結線した場合、4つのコイル群に並列に電流が流れる。例えば、引き出し線部13から流す場合は、U相のコイル群U2、U1、W相のコイル群W1、W2に並列に電流が流れる。 First, the cross-sectional area of the slot required for the EPS motor is obtained. When delta connection is performed with 10 poles and 12 slots as shown in FIG. 11, currents flow in parallel in the four coil groups. For example, when the current flows from the lead wire portion 13, current flows in parallel through the U-phase coil groups U2 and U1 and the W-phase coil groups W1 and W2.
引き出し線部13には70〜100Aの電流が流れることから、1コイル群に流れる電流は17.5〜25Aとなる。銅線からなる導線23に大きな電流を流すと発生するジュール熱により絶縁皮膜を損傷することになるので、導線23に流すことができる許容電流値は8A/mm2と制限される。したがって、最大25Aの電流を流すためには25÷8≒3.1mm2の断面積を持つ導体が必要となる。
Since a current of 70 to 100 A flows through the lead wire portion 13, a current flowing through one coil group is 17.5 to 25 A. Since an insulating film is damaged by Joule heat generated when a large current is passed through the
EPS用モータでは、家電やFA機器に比べて低電圧の大電流を流すため、コイルの抵抗値を下げるには太い導体、少ない巻き数にすることが好ましい。回転電機の固定子の電磁鋼板はその特性として約2T(テスラ)以上の磁場が発生すると磁気飽和を起こす。また、約2T以上の磁場を発生させるとモータの効率が悪化する。 In the EPS motor, since a large current with a low voltage is passed as compared with home appliances and FA devices, it is preferable to use a thick conductor and a small number of turns in order to reduce the resistance value of the coil. The electrical steel sheet of the stator of a rotating electrical machine is magnetically saturated when a magnetic field of about 2T (Tesla) or more is generated. In addition, if a magnetic field of about 2T or more is generated, the efficiency of the motor deteriorates.
これらから、EPS用モータでは7〜20ターン程度の巻数が用いられる。したがって、最低7ターンを巻くためには、巻線を施すスロットの断面積は3.1mm2×7本×2(両側)≒43mm2以上確保する必要がある。 For these reasons, the EPS motor uses about 7 to 20 turns. Therefore, in order to wind at least 7 turns, it is necessary to ensure that the cross-sectional area of the slot for winding is 3.1 mm 2 × 7 pieces × 2 (both sides) ≈43 mm 2 or more.
次に、巻線に必要な最小展開角θ2を求める。バックヨーク部の厚みは、コア片の剛性などの要求から、ティース部2の幅の50%〜100%程度が用いられる。また、50%以上あればバックヨーク部1は磁気飽和を起こすことはない。
Next, the minimum development angle θ2 required for the winding is obtained. The thickness of the back yoke portion is about 50% to 100% of the width of the
EPS用モータの回転電機の固定子100の外周直径D0が最大の100mmでスロット9の断面積が最小の43mm2の場合、ティース部2の幅Wに対するバックヨーク部1の厚みTの比が50%、75%、及び100%のときの、それぞれの回転電機の固定子100の形状を図13乃至図15に示す。
When the outer peripheral diameter D0 of the
図13(a)乃至図15(a)はそれぞれの回転電機の固定子100の全体構成を示す平面図であり、図13(b)乃至図15(b)はそれぞれの回転電機の固定子100のコア片51に連結されているコア片50を開いた状態の拡大平面図である。
FIGS. 13A to 15A are plan views showing the overall configuration of the
図13(b)より、ティース部2の幅Wに対するバックヨーク部1の厚みTの比が50%のときの回転電機の固定子100の内周の半径R1は31.9mmとなり、コア片51とコア片50との最小展開角として第二の回動角θ2は85.8°である。
From FIG. 13B, the radius R1 of the inner periphery of the
図14(b)より、ティース部2の幅Wに対するバックヨーク部1の厚みTの比が75%のときの回転電機の固定子100の内周の半径R1は29.2mmとなり、コア片51とコア片50との最小展開角として第二の回動角θ2は80.1°である。
14B, the radius R1 of the inner periphery of the
図15(b)より、ティース部2の幅Wに対するバックヨーク部1の厚みTの比が100%のときの回転電機の固定子100の内周の半径R1は28.7mmとなり、コア片51とコア片50との最小展開角として第二の回動角θ2は76.6°である。
From FIG. 15 (b), when the ratio of the thickness T of the
したがって、EPS用モータの回転電機の固定子で巻線に必要な展開角は、
θ2=76.6° 式1
となる。
Therefore, the development angle required for the winding in the stator of the rotating electric machine of the EPS motor is
θ2 = 76.6 °
It becomes.
次に、円弧部5aの半径Raを求める。図16に、12スロットを構成する回転電機の固定子100のコア片51のティース部2の幅Wとバックヨーク部1の厚みTとの関係を説明するための平面図を示す。12スロットの場合、各コア片毎のなす角度は30°であるから、図16より、ティース部2の幅Wは、下記に示す式2で与えられる。
W={R1÷2×sin(30°÷2)}×2 式2
ただし、R1は固定子内周の半径である。
Next, the radius Ra of the arc portion 5a is obtained. FIG. 16 is a plan view for explaining the relationship between the width W of the
W = {R1 ÷ 2 × sin (30 ° ÷ 2)} × 2
Here, R1 is the radius of the inner periphery of the stator.
また、バックヨーク部1の厚みTは、下記に示す式3で与えられる。
T=W×K 式3
ただし、Kは、ティース部2の幅Wに対するバックヨーク部1の厚みTの比である。
Further, the thickness T of the
T = W ×
However, K is the ratio of the thickness T of the
ここで、ティース部2の幅Wに対するバックヨーク部1の厚みTの比が、50%、75%、及び100%のときの、ティース部2の幅Wとバックヨーク部1の厚みTは、式2と式3を用いて求めると、図17に示す結果となる。図17より、バックヨーク部1の厚みTは、ティース部2の幅Wに対するバックヨーク部1の厚みTの比が100%のとき最大となり、T=14.8mmとなる。
Here, when the ratio of the thickness T of the
図18は、図16に示すコア片51とコア片50の連結部分の拡大平面図を示す。図18に示すように、バックヨーク部1端部の連結凹部5は、円弧部5aと、直線部5bとから形成されている。コア片51とコア片50とが閉じた状態で隣り合うティース間の角度を保ち、回転電機の固定子100が略円環状を形成するためには直線部5bを備えることが必須となる。
FIG. 18 shows an enlarged plan view of a connecting portion between the
直線部5bを備えるためには、円弧部5aの半径Raの最大値Ramaxは、回動用凹部3a又は回動用凸部3bの連結中心部3の位置からバックヨーク部1の内周部1aの交差する点5cまでの距離Rbよりも小さくする必要がある。
In order to provide the straight portion 5b, the maximum value Ramax of the radius Ra of the arc portion 5a is the intersection of the inner
連結中心部3の位置からバックヨーク部1の外郭部1bまでの距離Rcは、図19に示す解析モデルで強度解析を行うことにより求めた。図19(a)は解析モデルの側面図であり、図19(b)は正面図である。
The distance Rc from the position of the
図19に示すように、図面に向かって上下方向に十分に長い板片14に、板片14の端14aから距離d離れた位置に直径D1の穴14bを設け、穴14bの壁面に端14a側へ荷重を負荷した際の板片14の強度を評価した。板片14の板厚はtとする。
As shown in FIG. 19, a
回動時のせん断応力に対する回動用凸部3bの強度を確保するためには、回動用凸部3bの直径は板厚と同等の大きさが必要である。回動用凹部3aとしての穴14bの直径D1は回動用凸部3bの直径と同じとして、穴14bの直径D1も板厚と同等の大きさが必要となる。
In order to secure the strength of the rotating
モータ向けの電磁鋼板ではJISにより積層鋼板の厚みが規格化されており、t=0.35mmもしくは、t=0.5mmのものが一般に用いられる。図20に、t=0.35mm及びt=0.50mmの板片14をそれぞれ解析モデルとして強度解析を行った結果を示す。
In electromagnetic steel sheets for motors, the thickness of laminated steel sheets is standardized by JIS, and those with t = 0.35 mm or t = 0.5 mm are generally used. FIG. 20 shows the result of strength analysis using the
図20において、縦軸は強度を表し、横軸は板厚tに対する距離dの比を表す。Iのグラフは、t=D1=0.35mmの場合の距離dによる強度の変化を示す。また、IIのグラフは、t=D1=0.50mmの場合の距離dによる強度の変化を示す。 In FIG. 20, the vertical axis represents the strength, and the horizontal axis represents the ratio of the distance d to the plate thickness t. The graph of I shows the change in intensity with the distance d when t = D1 = 0.35 mm. Moreover, the graph of II shows the change of the intensity | strength by the distance d in case of t = D1 = 0.50mm.
強度解析の結果より、d/t<1の領域において板片14の強度が低下するが、d/t≧1の領域では安定した強度が得られていることから、板片14の端14aから穴14bまでの距離dにおいては、d≧tの関係が必要となる。
As a result of the strength analysis, the strength of the
したがって、連結中心部3の位置からバックヨーク部1の外郭部1bまでの距離Rcは、
Rc=d+(D1)/2=d+t/2≧t+t/2=1.5t 式4
の関係が必要となる。
Therefore, the distance Rc from the position of the
Rc = d + (D1) /2=d+t/2≧t+t/2=1.5
This relationship is required.
円弧部5aの半径Raの最大値Ramaxは、連結中心部3の位置半径(連結中心部3から中心Oまでの距離)をR2、回転電機の固定子100の外周半径をR0(=D0/2)とすると、図16及び図18より
Ramax=R2−(R0−T)=(R0−Rc)−(R0−T) 式5
となる。
The maximum value Ramax of the radius Ra of the circular arc part 5a is that the position radius of the connection center part 3 (distance from the
It becomes.
ここで、式4の関係を用いると、
Ramax≦(R0−1.5t)−(R0−T)=T−1.5t 式6
であり、直線部5bを備えるためには、
Ra<T−1.5t 式7
となる。
Here, using the relationship of
Ramax ≦ (R0−1.5t) − (R0−T) = T−1.5
In order to provide the straight portion 5b,
Ra <T-1.5
It becomes.
EPS用モータの回転電機の固定子100の外周直径D0が最大の100mmで、ティース部の幅Wに対するバックヨーク部の厚みTの比Kの百分率が100%の場合に、巻線に必要な展開角はθ2=76.6°となり、そのときのバックヨーク部の厚みTはT=14.8mmであるから、式6は、
Ramax≦T−1.5t=14.8−1.5t 式8
となる。
Development necessary for winding when the outer peripheral diameter D0 of the
Ramax ≦ T−1.5t = 14.8−1.5
It becomes.
ここで、モータ向けの電磁鋼板では最薄でt=0.35mmのものが一般に用いられることから、式8は、
Ramax≦14.8−1.5t=14.8−1.5×0.35≒14.3 式9
となり、式7は、
Ra<14.3 式10
となる。
Here, in the electromagnetic steel sheet for motors, the thinnest one with t = 0.35 mm is generally used.
Ramax ≦ 14.8−1.5t = 14.8−1.5 × 0.35≈14.3 Equation 9
Ra <14.3
It becomes.
Raを回転電機の固定子100の外周半径R0(=D0/2)に対する比r1として求めると、
r1=Ra/R0<14.3/50≒0.29 式11
となる。したがって、直線部5bを備えるためには、円弧部5aの半径Raは、回転電機の固定子100の外周半径R0に対する比r1が0.29よりも小さくなる。
Ra is obtained as a ratio r1 to the outer peripheral radius R0 (= D0 / 2) of the
r1 = Ra / R0 <14.3 / 50≈0.29
It becomes. Therefore, in order to provide the straight portion 5b, the radius Ra of the arc portion 5a is smaller than the ratio r1 of the outer peripheral radius R0 of the
次に、連結中心部3の位置半径R2(連結中心部3から中心Oまでの距離)を求める。図21に、12スロットを構成する回転電機の固定子100のコア片51の連結中心部3の位置を説明するための平面図を示す。連結中心部3の位置半径R2の最大値R2maxは、図21より、
R2max=R0−Rc 式12
Next, the position radius R2 of the connection center portion 3 (the distance from the
R2max = R0-
ここで、式4の関係を用いると、
R2≦R0−1.5t 式13
となる。
Here, using the relationship of
R2 ≦ R0−1.5t Formula 13
It becomes.
EPS用モータの回転電機の固定子100の外周直径D0が最大の100mm(R0=D0/2=50mm)で、板厚tがモータ向けの電磁鋼板で一般に用いられる最薄t=0.35mmの場合、式13は、
R2≦R0−1.5t=50−1.5×0.35≒49.5 式14
となる。
The outer peripheral diameter D0 of the
R2 ≦ R0−1.5t = 50−1.5 × 0.35≈49.5
It becomes.
R2を回転電機の固定子100の外周半径R0(=D0/2)に対する比r2として求めると、
r2=R2/R0<49.5/50=0.99 式15
となる。したがって、連結中心部3の位置半径R2は、回転電機の固定子100の外周半径R0に対する比r2が0.99よりも小さくなる。
When R2 is obtained as a ratio r2 to the outer peripheral radius R0 (= D0 / 2) of the
r2 = R2 / R0 <49.5 / 50 = 0.99 Equation 15
It becomes. Therefore, the position radius R2 of the
上記より、デルタ結線した10極12スロットからなるEPS用モータに、本発明の回転電機の固定子100を用いた場合に、第一の回動角θ1が第二の回動角θ2よりも大きくなる位置に抑止部5dを構成するためには、次の条件を満たす必要がある。
As described above, when the
隣合うコア片50、51の連結中心部3とそれぞれのバックヨーク部1の外側の外郭部1bに設けられた抑止部5dは、
式1より θ1>θ2=76.6° 式16
式11より r1<0.29 式17
式15より r2<0.99 式18
をすべて満たす領域で構成される。
The restraining part 5d provided in the outer peripheral part 1b outside the
From
From
From Equation 15 r2 <0.99
It is composed of areas that satisfy all of
ここで、図22に示すように、回転電機の固定子100の外周半径R0をR0=1とした場合、連結中心部3の位置半径R2がR2=r2、円弧部5aの半径RaがRa=r1である。隣接するティース部2を展開した際に開けることができる最大の展開角はθ1である。余弦定理から、以下の等式が成り立つ。
r12+r22−2r1・r2・cos(π−θ1/2)=1 式19
Here, as shown in FIG. 22, when the outer peripheral radius R0 of the
r1 2 + r2 2 −2r1 · r2 · cos (π−θ1 / 2) = 1 Equation 19
図23は、θ1=76.6°のときの式19の2次曲線グラフIIIを示す。縦軸はr1を、横軸はr2を示す。θ1>76.6°の領域は図面に向かって2次曲線グラフIIIの上方向となる。したがって、式16、式17、及び式18を満たす領域は、図23に示すS1の領域となる。
FIG. 23 shows the quadratic curve graph III of Equation 19 when θ1 = 76.6 °. The vertical axis represents r1 and the horizontal axis represents r2. The region of θ1> 76.6 ° is upward of the quadratic curve graph III toward the drawing. Accordingly, the region satisfying the
なお、図24に、θ1>θ2=120°の場合のコア片51とコア片50の位置関係を説明するための平面図を示す。図24(a)はコア片51とコア片50とが閉じた状態(θ2=0°)を示す。図24(b)はコア片51とコア片50とのバックヨーク部1が水平となった状態(θ2=30°)を示す。図24(c)はコア片51とコア片50とが開いた状態(θ2=120°)を示す。
FIG. 24 is a plan view for explaining the positional relationship between the
図24(c)に示すように、閉じた状態(図24(a))からθ2が120°となる開いた状態で、コア片51とコア片50とのティース部2は90°の角度を形成する。したがって、θ1>120°であればコア片51においてティース部2の根元部2aからのティース部2に対する垂線8とコア片50のティース部2の突部端部2bとが干渉することはない。
As shown in FIG. 24C, in the opened state where θ2 is 120 ° from the closed state (FIG. 24A), the
図25は、θ1=120°のときの式19の2次曲線グラフIVを示す。θ1>120°、式17、及び式18を満たす領域は、図25に示すS2の領域となる。
FIG. 25 shows the quadratic curve graph IV of Equation 19 when θ1 = 120 °. A region satisfying θ1> 120 ° and
なお、本実施例では、本発明の回転電機の固定子をデルタ結線した10極12スロットからなるEPS用モータに用いた場合について説明したが、これに限るものではない。10極12スロットが用いられるモータ、例えば、サーボモータ、圧縮機モータ等に用いても同様の構成により、同様の効果を得ることができる。 In the present embodiment, the case where the stator of the rotating electrical machine of the present invention is used in an EPS motor having 10 poles and 12 slots connected in a delta connection has been described. However, the present invention is not limited to this. The same effect can be obtained with the same configuration even when used for a motor using 10 poles and 12 slots, for example, a servo motor, a compressor motor, or the like.
1 バックヨーク部
1b 外郭部
2 ティース部
2a 根元部
2b 突部端部
3 連結中心部
5a 円弧部
5d 抑止部
8 垂線
100 回転電機の固定子
DESCRIPTION OF
Claims (6)
このバックヨーク部の中央部から環状内側方向に突設するティース部と、
前記バックヨーク部の環状の外周を形成する外郭線と連結中心部から所定半径の円周との交差部に設けられ、前記バックヨーク部を連結し連結中心部を中心に環状外側方向に回動させた場合の第一の回動角が、一方の前記バックヨーク部のティース部の根元部からの前記ティース部に対する垂線と連結する他方の前記バックヨーク部のティース部突部とが接する位置まで回動させた場合の第二の回動角よりも大きくなる位置で回動を抑止する抑止部とを備える回転電機の固定子。 A plurality of back yoke portions that are provided with pivotable connection center portions at both end portions and connect the connection center portions to form an annular shape;
Teeth portion projecting in the annular inner direction from the center portion of the back yoke portion,
Provided at the intersection of the outer line forming the annular outer periphery of the back yoke part and the circumference of a predetermined radius from the connection center part, and connecting the back yoke part and rotating in the annular outer direction around the connection center part The first rotation angle in the case of letting it go to the position where the tooth portion protrusion of the other back yoke portion connected to the perpendicular to the tooth portion from the root portion of the tooth portion of one of the back yoke portions comes into contact A stator for a rotating electrical machine, comprising: a deterring unit that inhibits rotation at a position that is larger than a second rotation angle when the rotation is performed.
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