JP4113353B2

JP4113353B2 - Rotating electric machine

Info

Publication number: JP4113353B2
Application number: JP2001363885A
Authority: JP
Inventors: 小紅劉
Original assignee: Sawafuji Electric Co Ltd
Current assignee: Sawafuji Electric Co Ltd
Priority date: 2001-11-29
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2021-11-29
Also published as: JP2003164085A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機、特に直方体の小さな永久磁石を複数個用いて磁極を構成し、その着磁の仕方で磁束分布を改善すると共に漏洩磁束を減少させ、シンプルな構造で多様な特性を発揮する永久磁石を使用したロータと、簡単な構造で平角導線を良好な占積率で巻装することが容易にできるステータとの回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、永久磁石を用いた回転電機が種々提案されてきている。例えば自動車の車輪を駆動する永久磁石を用いた従来の回転電機は、磁極数に対応した数の永久磁石を一つずつロータの周面や周面近傍に設けていた。
【０００３】
また従来の磁石埋込み型リタクタンスモータのロータ５１は、図２３に図示されている如く、そのロータコア５２の中程に永久磁石５３が埋め込まれた構造を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
磁極数に対応した数の永久磁石を一つずつロータの周面や周面近傍に埋設する従来のロータでは、配設する一つの弓形の永久磁石はその磁極面が大きなものとなり、渦電流による渦電流損が大きく、また当該永久磁石のロータの表面の磁束分布は、図４の点線で示された如く台形となり、モータに発生するトルクは脈動し、磁気音が発生したりして車両用として好ましくなかった。
【０００５】
また、磁石埋込み型リタクタンスモータの永久磁石５３を埋め込む、図２３に示す如き従来のロータ５１の構造では、高速回転すると永久磁石５３の端部に遠心力の荷重が集中し、図２３の点線の円で示された部分が破壊してしまう虞があった。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、小さな直方体の永久磁石を複数個用いて磁極を構成すると共にその着磁方向を考慮することにより、渦電流損を少なくすると共に、磁束分布の改善と漏洩磁束を減少させ、シンプルな構造で多様な特性を発揮し、遠心力で破壊することのない構造のロータを備えると共に、簡単な構造で平角導線を良好な占積率で巻装することが容易にできるステータを備えた回転電機を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を解決するために、本発明の回転電機は、回転軸、回転軸に取り付けられたロータコア及びロータコアに固着された永久磁石を備えた構造のロータと、ステータリング、ステータリングに設けられるティースコア及び当該ティースコアに巻回されるステータコイルを備えた構造のステータとを有する回転電機において、上記ロータは、周方向に所定の間隔を有し、かつ回転軸方向に沿って複数の永久磁石用溝が設けられたロータ積層コアと、上記永久磁石用溝に並列配置され磁極を構成する複数の直方体永久磁石と、上記永久磁石用溝に並列配置される複数の直方体永久磁石を弓状に並列配列させるための、隣り合う直方体永久磁石の間に配置され直方体永久磁石の位置決めをする非導電材のスペース材とを備えると共に、永久磁石用溝に弓状に並列配列された直方体永久磁石は、同一方向に着磁されると共にその両端から中央部に向かうにつれ強く着磁されてなり、永久磁石用溝に配置された複数の直方体永久磁石によって構成される磁極の、ロータの表面での磁束分布を正弦波状にならしめたロータを有し、上記ステータのステータコイルは、上記ステータリングに設けられるティースコア毎に、ティースコアの先端からその基部方向に向かうにつれ、積層された各コイルの厚さが薄く形成されると共にそのコイル幅が広く形成されてなり、かつ、積層された各層のコイルの断面積が一定に形成され、当該コイルの巻線構造が整列縦巻であることを特徴としている。
【０００８】
そしてまた本発明の回転電機は、回転軸、回転軸に取り付けられたロータコア及びロータコアに固着された永久磁石を備えた構造のロータと、ステータリング、ステータリングに設けられるティースコア及び当該ティースコアに巻回されるステータコイルを備えた構造のステータとを有する回転電機において、上記ロータは、周方向に所定の間隔を有し、かつ回転軸方向に沿って複数の永久磁石用溝が設けられたロータ積層コアと、上記永久磁石用溝に並列配置され磁極を構成する複数の直方体永久磁石と、上記永久磁石用溝に並列配置される複数の直方体永久磁石を弓状に並列配列させるための、隣り合う直方体永久磁石の間に配置され直方体永久磁石の位置決めをする非導電材のスペース材とを備えると共に、永久磁石用溝に弓状に並列配列され磁極を構成する直方体永久磁石の内、その両端の直方体永久磁石の着磁方向が、隣り合う同一方向に着磁された直方体永久磁石の着磁方向と直角方向に着磁されてなり、永久磁石用溝に配置された複数の直方体永久磁石によって構成される磁極からの磁束のｄ軸漏れを減少ならしめたロータを有し、上記ステータのステータコイルは、上記ステータリングに設けられるティースコア毎に、ティースコアの先端からその基部方向に向かうにつれ、積層された各コイルの厚さが薄く形成されると共にそのコイル幅が広く形成されてなり、かつ、積層された各層のコイルの断面積が一定に形成され、当該コイルの巻線構造が整列縦巻であることを特徴としている。
【０００９】
そしてまた本発明の回転電機は、回転軸、回転軸に取り付けられたロータコア及びロータコアに固着された永久磁石を備えた構造のロータと、ステータリング、ステータリングに設けられるティースコア及び当該ティースコアに巻回されるステータコイルを備えた構造のステータとを有する回転電機において、上記ロータは、周方向に所定の間隔を有し、かつ回転軸方向に沿って複数の永久磁石用溝が設けられたロータ積層コアと、上記永久磁石用溝に並列配置され磁極を構成する複数の直方体永久磁石と、上記永久磁石用溝に並列配置される複数の直方体永久磁石を弓状に並列配列させるための、隣り合う直方体永久磁石の間に配置され直方体永久磁石の位置決めをする非導電材のスペース材とを備えると共に、永久磁石用溝に弓状に並列配列された全ての直方体永久磁石は、同じ方向に着磁されてなり、複数の直方体永久磁石によって構成される磁極の隣り合う永久磁石用溝の間が空いていることにより、リラクタンストルクを発生させるロータを有し、上記ステータのステータコイルは、上記ステータリングに設けられるティースコア毎に、ティースコアの先端からその基部方向に向かうにつれ、積層された各コイルの厚さが薄く形成されると共にそのコイル幅が広く形成されてなり、かつ、積層された各層のコイルの断面積が一定に形成され、当該コイルの巻線構造が整列縦巻であることを特徴としている。
【００１０】
また本発明の回転電機は、回転軸、回転軸に取り付けられたロータコア及びロータコアに固着された永久磁石を備えた構造のロータと、ステータリング、ステータリングに設けられるティースコア及び当該ティースコアに巻回されるステータコイルを備えた構造のステータとを有する回転電機において、上記ロータは、周表面の全面に複数の直方体永久磁石が並列配置されたロータ積層コアと、周表面の全面に並列配置された直方体永久磁石を固定する直方体永久磁石固定部材と、ロータ積層コアの周表面に並列配置された直方体永久磁石を環状に並列配列させるための、隣り合う直方体永久磁石の間に配置され直方体永久磁石の位置決めをする非導電材のスペース材とを備えると共に、ロータ積層コアの周表面に環状に並列配列された磁極を構成する複数の直方体永久磁石が、中央部分の直方体永久磁石は同じ方向に着磁されると共に、両端に近づくにつれ中央部分の直方体永久磁石の着磁方向で次第に小さく着磁され、磁極と磁極との境となる直方体永久磁石はその隣り合う直方体永久磁石の着磁方向と直角方向に着磁されてなり、上記複数の直方体永久磁石によって構成される磁極の、ロータの表面での磁束分布を正弦波状にならしめたロータを有し、上記ステータのステータコイルは、上記ステータリングに設けられるティースコア毎に、ティースコアの先端からその基部方向に向かうにつれ、積層された各コイルの厚さが薄く形成されると共にそのコイル幅が広く形成されてなり、かつ、積層された各層のコイルの断面積が一定に形成され、当該コイルの巻線構造が整列縦巻であることを特徴としている。
【００１１】
そして上記の直方体永久磁石は、回転軸方向及びその半径方向にそれぞれ積層された複数個の小型永久磁石で構成されていてもよい。
【００１２】
また本発明の回転電機に係るステータの上記ステータコイルは、ティースコアの先端からその基部方向に向かうにつれ、積層された各コイルの厚さが薄く形成されると共にそのコイル幅が広く形成されてなり、かつ、積層された各層のコイルの断面積が一定に形成されてなることを特徴としている。
【００１３】
そして本発明の回転電機に係るステータの上記ステータリングはその内周面に等間隔で嵌合溝が複数設けられ、上記ティースコアはその一方にステータティースが形成されると共に、その他方にステータリングの内周面に設けられた嵌合溝に係合される嵌合部が形成されてなり、ティースコアの嵌合部がステータリングの嵌合溝に嵌合されてステータコアが構成される。
【００１４】
ロータの磁極を構成する永久磁石を分割した構造の複数個の直方体永久磁石とすることにより、渦電流損を少なくすることができ、また磁極を構成する複数個の直方体永久磁石の着磁の方向とその大きさを適宜なものとすることにより、磁束分布の改善と漏洩磁束を減少させ、シンプルな構造で多様な特性を発揮するロータとなる。またティースコアをステータリングに取り付けるという構造でステータコイルを良好な占積率でステータに巻装することが容易にでき、そのステータコアもステータリングにティースコアを嵌合し固着する構造にしたので、個別にステータコイルを巻回成形することができ、これらの組み立ても短時間で組み付けることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の回転電機に用いられるロータの一実施例構成図、図２は磁極を構成する直方体永久磁石の一実施例構成説明図、図３は弓状に直方体永久磁石を並列配列するスペース材の一実施例配置説明図をそれぞれ示している。
【００１６】
図１ないし図３において、ロータ１の回転軸２にはロータ積層コア３が取り付けられており、ロータ積層コア３にはその外周近傍で周方向に所定の間隔を有し、かつ回転軸２の方向に沿った永久磁石用溝４が複数個、例えば図１では８個設けられている。
【００１７】
各永久磁石用溝４は弓状に設けられており、１７個の直方体永久磁石５が並列配列（次に説明するように弓状形成並列配列）された形態で収納されるようになっている。
【００１８】
直方体永久磁石５はその断面が長方形をなし、隣り合う直方体永久磁石５の間には、回転軸２の中心より外周側に楔形をした非導電材のスペース材６が、回転軸２方向に沿って、図３図示の如くそれぞれ設けられ、１７個の直方体永久磁石５を弓状に形成する、つまり弓状形成並列配列とすると共に、スペース材６は各直方体永久磁石５の位置決めを行っている。
【００１９】
そしてこの弓状形成並列配列された１７個の直方体永久磁石５と１６個のスペース材６とのハイブリッド永久磁石は、ロータ積層コア３に設けられた永久磁石用溝４に圧入等の固着手段でロータ積層コア３に取り付けられ、ロータ１の磁極をそれぞれ構成する。
【００２０】
図５は弓状形成並列配列された直方体永久磁石の着磁説明図を示している。
【００２１】
同図において、矢印の向きとその長さが着磁の方向とその大きさとを表しており、矢印の長さが示す如く、上記例示の１７個の直方体永久磁石５の内の中央位置近傍に配置された直方体永久磁石５が強く着磁され、残留磁束密度が高く、その両端に向かうにつれ弱く着磁され、残留磁束密度が低くなる。そして両端の各直方体永久磁石５は図５図示の方向にそれぞれ着磁される。
【００２２】
図５図示の矢印の方向及び大きさで弓状形成並列配列された各直方体永久磁石５が着磁され、図５図示の場合にはロータ１の磁極Ｎを構成する。図１に示された磁極を構成する複数個の直方体永久磁石５を上記説明の如く着磁することにより、交互にＮ極、Ｓ極の磁極を構成することができる。
【００２３】
これら磁極Ｎ、磁極Ｓの各磁極のロータ１の表面での磁束分布は、図４の点線で示された従来の一つの永久磁石による台形状の磁束分布に比べ、図４の実線で示された様に正弦波状に改善される。従ってモータに発生するトルクの脈動が小さくなる。また両端の各直方体永久磁石５の上記着磁方向により、隣りの磁極を構成する端の直方体永久磁石５との間の磁路が飽和され、当該磁極の磁束が漏れ難くなり、磁束の漏洩を低減することができる。
【００２４】
また、渦電流損はｎ個に分割した時、（Ｉ／ｎ）²・Ｒ・ｎ＝１／ｎ・Ｉ²Ｒとなり、損失は１／ｎとなる。
【００２５】
なおこの両端の各直方体永久磁石５を省略した磁極構成であってもよい。
【００２６】
上記説明では、ロータ積層コア３に設けられた永久磁石用溝４に直方体永久磁石５を埋込む構造のロータ１を説明したが、図１０で後述する如く、ロータ積層コア３の周表面に設けられた永久磁石用溝４に直方体永久磁石５を配設し、その上に円筒状部材を被せる構造のロータ１とすることもできる。
【００２７】
図６は小型永久磁石による直方体永久磁石の一実施例構成説明図を示しており、直方体永久磁石５は、図２に示された直方体永久磁石５を回転軸２の方向及びその半径方向に分割した形状のいわば立方体形状の小型永久磁石７を積層した構造となっており、回転軸２の方向に小型永久磁石７を８個、その半径方向に小型永久磁石７を４個それぞれ積層した構成例が示されている。そして、この８×４個の形の状態で、例えば図５に示す如き方向に着磁される。
【００２８】
回転軸２の方向に８個及びその半径方向に４個の小型永久磁石７で構成された直方体永久磁石５は、上記説明の図２図示の直方体永久磁石５と同じ形状とすることができるので、ロータ積層コア３へのその取付けの説明は省略する。
【００２９】
図７は小型永久磁石による直方体永久磁石の着磁説明図を示している。
【００３０】
直方体永久磁石５が複数個の小型永久磁石７で構成される場合においても、その着磁の仕方は図５での説明と同様であるので、その説明を省略する。
【００３１】
この場合も図５と同様に、両端の各直方体永久磁石５を省略した磁極構成であってもよい。
【００３２】
この様に、多数の安価で、かつシンプルな形状の直方体永久磁石５や小型永久磁石７で構成された直方体永久磁石５をロータ積層コア３の周表面又は周表面近傍の永久磁石用溝４に配列し、個々の直方体永久磁石５の着磁方向又は磁石材料を変えることにより、ロータ１の磁気特性を多種多用に変えることができる。
【００３３】
また、隣り合う直方体永久磁石５の間に入れられたスペース材６に非導電材を用いたことにより、複数個の直方体永久磁石５で構成される磁極のその磁極表面に発生する渦電流損を低減させることができる。
【００３４】
図８は本発明の回転電機に用いられるロータの他の実施例構成図を示している。
【００３５】
同図において、ロータ１１の機械的構成は図１図示のロータ１と同じである。すなわち、ロータ１１の回転軸２にはロータ積層コア３が取り付けられており、ロータ積層コア３にはその外周近傍で周方向に所定の間隔を有し、かつ回転軸２の方向に沿った永久磁石用溝４が複数個、例えば８個設けられている。
【００３６】
各永久磁石用溝４は弓状に設けられており、１７個の直方体永久磁石５が並列配列された形態で収納されるようになっている。
【００３７】
直方体永久磁石５はその断面が長方形をなし、隣り合う直方体永久磁石５の間には、回転軸２の中心より外周側に楔形をした非導電材のスペース材６が、回転軸２方向に沿って、図３図示の如くそれぞれ設けられ、１７個の直方体永久磁石５を弓状に形成する、つまり弓状形成並列配列とすると共に、スペース材６は各直方体永久磁石５の位置決めを行っている。
【００３８】
そしてこの弓状形成並列配列された１７個の直方体永久磁石５と１６個のスペース材６とのハイブリッド永久磁石は、ロータ積層コア３に設けられた永久磁石用溝４に圧入等の固着手段でロータ積層コア３に取り付けられ、ロータ１１の磁極をそれぞれ構成する。
【００３９】
弓状形成並列配列された１７個の直方体永久磁石５の着磁の仕方は、永久磁石用溝４に弓状に並列配列され磁極を構成する直方体永久磁石５の内、その両端の直方体永久磁石５の着磁方向が隣り合う直方体永久磁石５の着磁方向と直角方向に着磁されると共に、その他の直方体永久磁石５は、図８図示の矢印で表されている如く、同じ方向同じ大きさでそれぞれ着磁される。
磁極を構成する直方体永久磁石５の両端が、隣り合う直方体永久磁石５の着磁方向と直角方向に着磁されていると、ロータ１１の隣の磁極と磁極との間の磁路は磁気飽和され、磁極の磁束の漏れが少なくなる。
【００４０】
この様な構成のロータ１は、リタクタンスモータに用いられ、発生するトータルトルクＴ_tは
Ｔ_t＝ｋ・φ・Ｉ_q＋（Ｌ_q−Ｌ_d）Ｉ_d・Ｉ_q
で表される。
【００４１】
なお、例えば図８に示すロータにおいて、１つの直方体永久磁石５の群と隣り合う同様の群との間の、直方体永久磁石５も存在していない部分に、ステータの極が対峙している場合をｑ軸と称している。そして、ステータの極が直方体永久磁石５の群の中央（円弧の中央）に対峙している場合をｄ軸と称している。上記のＩ_qはｑ軸成分の電流（ｑ軸電流）、Ｉ_dは同じくｄ軸成分の電流（ｄ軸電流）、Ｌ_qはｑ軸状態の下でのステータの極のコイルに生じるインダクタンス（ｑ軸インダクタンス）、Ｌ_dはｄ軸状態の下でのステータの極のコイルに生じるインダクタンス（ｄ軸インダクタンス）、φはロータにもうけた直方体永久磁石５の群が発生している磁束、ｋは比例係数を夫々表している。
【００４２】
各磁極を構成する両端の直方体永久磁石５の着磁方向を、隣り合う直方体永久磁石５の着磁方向と直角方向に着磁することにより、ｄ軸漏れ磁束を少なくすることができ、ｑ軸とｄ軸とのインダクタンスの差（Ｌ_q−Ｌ_d）が大きくなり、第２項のリラクタンストルク（Ｌ_q−Ｌ_d）Ｉ_d・Ｉ_qを大きくすることができる。
【００４３】
なお、第１の項のｋ・φ・Ｉ_qは磁石による発生トルクを表している。
【００４４】
図９は本発明の回転電機に用いられるロータの他の実施例構成図を示しており、ロータ１２の機械的構成は図１や図８図示のロータ１と同じである。
【００４５】
その着磁は図９に示されている様に、磁極を構成している複数の直方体永久磁石５は、全て同じ方向で同じ大きさに着磁され、この様な構成のロータ１２もリタクタンスモータに用いられる。
【００４６】
つまり、（α＋β）＝３６０°／Ｍ（Ｍは偶数で磁極数）の構成で、β＞０のとき、当該βの部分にステータのティースが重なった時点で上記リラクタンストルクを発生させることができる。
【００４７】
図１０は本発明の回転電機に用いられるロータの他の実施例構成図を示している。
【００４８】
図１０のロータ構成は、図９のロータ構成において、β＝０とした場合である。
【００４９】
同図において、ロータ１３は、表面磁石型ロータと呼ばれる構造をしており、ロータ積層コア３の周表面の全面にわたって２２×８個の直方体永久磁石５が並列配置され、非磁性の円筒形状の固定部材１４で、圧入などの固定手法を用いてロータ積層コア３に取り付けられている。
【００５０】
ロータ積層コア３の周表面に並列配置される２２×８個の直方体永久磁石５を環状、すなわち円筒状に並列配列させるために、図３で説明した如く、隣り合う直方体永久磁石５の間に、回転軸２の中心より外周側に楔形をした非導電材のスペース材（図１０では図示省略）が、回転軸２方向に沿ってそれぞれ設けられ、各直方体永久磁石５の位置決めを行っている。
【００５１】
図１０に一例として示されたロータ１３は、８極構成の各磁極は２２個の直方体永久磁石５で構成されており、ロータ積層コア３の周表面に環状に並列配列された２２個の直方体永久磁石５で構成された各磁極の直方体永久磁石５は、中央部分の１７個の直方体永久磁石５は同じ大きさで同じ方向に着磁される共に、両端に近い各２個の直方体永久磁石５は両端に近づくにつれ次第に小さく着磁され、磁極と磁極との境の各直方体永久磁石５−１は、その隣り合う直方体永久磁石５の着磁方向と直角方向に着磁される。
【００５２】
つまり、各磁極を構成する両端の直方体永久磁石５を逐次に固有保持力が大きく残留磁束密度が低い磁石構成とし、磁極と磁極との境になる直方体永久磁石５−１は隣り合う直方体永久磁石５の着磁方向と直角方向に着磁する。
【００５３】
このように着磁された直方体永久磁石５を有するロータ１３は、磁極と磁極との境になる直方体永久磁石５−１に隣り合う直方体永久磁石５を逐次に固有保持力が大きく残留磁束密度が低い磁石構成としているので、その発生磁束は正弦波に近い磁束分布となり、またモータにおいて、電機子反作用による磁気的中心、すなわち軸がズレた方のロータ１３の直方体永久磁石５の端の反作用による磁束に対して、磁石の部分的な減磁を防止することができる。
【００５４】
図１０に示されたロータ１３はロータ積層コア３の周表面の全面にわたって直方体永久磁石５が並列配置されており、磁極と磁極との境に直方体永久磁石５が配置されていない図８のロータ１１とでは、ステータに流れる駆動電流の大小によって発生するトルクが異なる。
【００５５】
図１１は図８のロータ１１と図１０のロータ１３とのトルク特性曲線図を示しており、（１）は図８のロータ１１のトルク特性曲線、（２）は図１０のロータ１３のトルク特性曲線を表している。
【００５６】
図１１から分かる様に、ステータの巻線に流れる駆動電流が小さいときには、図１０に示されたロータ１３は発生トルクが図８に示されたロータ１１より大きいが、ステータの巻線に流れる駆動電流が大きくなると、上記説明のリラクタンストルク（Ｌ_q−Ｌ_d）Ｉ_d・Ｉ_qは図８のロータ１１の方が図１０のロータ１３より大きくなり、大電流が流れるときにはトータルトルクは、図８のロータ１１の方が図１０に示されたロータ１３より大きなトルクが発生する。
【００５７】
図１２は磁極を構成する直方体永久磁石の他の並列配列説明図を示しており、永久磁石用溝に並列に弓状に配置される直方体永久磁石５の内の両端の直方体永久磁石５の配置角度を同図図示の如く他の直方体永久磁石５の角度より大きく変化させることにより、発生するトルクの脈動が小さくなり、その結果、磁気音が抑制され、車両用モータとして静かなモータとなる効果を有する。
【００５８】
図１３は磁極を構成する直方体永久磁石の他の並列配列説明図を示しており、永久磁石用溝に並列に弓状に配置される直方体永久磁石５の内の両端の直方体永久磁石５−２を回転軸２の軸中心方向に長さを大きく、すなわち深く長くすることによっても、漏れ磁束が抑えられ、発生するトルクの脈動が小さくなり、その結果、磁気音が抑制され、車両用モータとして静かなモータとなる効果を有する。
【００５９】
なお、図８図示のロータ１１、図９図示のロータ１２、図１０図示のロータ１３についても、図１図示のロータ１と同様に、図６の小型永久磁石７を積層して直方体永久磁石５を構成してもよいことは言うまでもない。
【００６０】
図１４は本発明の回転電機に用いられるステータの一実施例要部構造説明図、図１５は図１４の一部分の分解構造図を示している。
【００６１】
図１４，図１５において、ステータ２１は、積層されたステータリング２２とステータティース２３を形成する積層された複数個のティースコア２４と当該ティースコア２４にそれぞれ巻回される複数個の平角導線のステータコイル２５とを備えて構成される。
【００６２】
ステータリング２２にはティースコア２４に対応した数のくさび溝２６が等間隔に設けられている。ティースコア２４の一端には当該くさび溝２６と嵌合するくさび２７が形成されており、ティースコア２４の他端には上記ステータティース２３が形成されている。
【００６３】
後の図１６で説明する個別に巻回成形された台形整列縦巻コイルと呼ばれるステータコイル２５をティースコア２４に挿入し、そのティースコア２４のくさび２７をステータリング２２のくさび溝２６に圧入することにより、ステータコイル２５を巻装したティースコア２４がステータリング２２に取り付けられる。その後、各ステータコイル２５の端子を所定の接続法に従って接続することにより、ステータ２１が完成する。
【００６４】
図１６はステータコイルの一実施例巻線正面図、図１７は図１６の平面図、図１８は図１６の右側面図を表している。
【００６５】
図１６ないし図１８において、上記台形整列縦巻コイルと呼ばれるステータコイル２５は、ティースコア２４に装着されたとき、ティースコア２４の先端からその基部方向、すなわちくさび２７に向かうにつれ、積層された各コイルの厚さが薄く形成されると共にそのコイル幅が広く形成され、積層された各層のコイルの断面積が一定の形状に形成されている。
【００６６】
今、ステータコイル２５のバー材（平角導線）の積層数を、例えば４層とし、ティースコア２４の先端からその基部方向に順に積層される各層のコイル幅をＷ₀，Ｗ₁，Ｗ₂，Ｗ₃、そしてコイルの厚さをＴ ₀ ，Ｔ ₁ ，Ｔ ₂ ，Ｔ ₃としたとき、Ｗ₀＜Ｗ₁＜Ｗ₂＜Ｗ₃に形成されると共にＴ₀＞Ｔ₁＞Ｔ₂＞Ｔ₃に形成され、かつ各層のステータコイル２５の断面積は等しく、Ｗ₀×Ｔ₀＝Ｗ₁×Ｔ₁＝Ｗ₂×Ｔ₂＝Ｗ₃×Ｔ₃に形成され、各層のステータコイル２５に流れる電流密度を一定にするステータ巻線としている。
【００６７】
つまり、当該ステータコイル２５がティースコア２４を介してステータリング２２に装着されたとき、ティースコア２４の先端からその基部方向に積層された台形のステータコイル２５は、その台形形状のため占積率の向上と共に効率が向上し、またステータコイル２５とステータリング２２との接触面積が大となり、これにより当該ステータコイル２５に発生する熱のステータリング２２への熱伝導が改善され、放熱性が良好となる。
【００６８】
図１９は本発明に用いられるステータコイルの成形前の線材形状説明図、図２０ないし図２２は本発明に用いられるステータコイルの線材成形方法を説明している線材成形説明図をそれぞれ示している。
【００６９】
図１９（Ａ），（Ｂ）に図示の如く、ティースコア２４に巻回される予め計算された寸法長の厚さＴ₀，幅Ｗ₀の一様な平角導線のバー材３０を準備し、ティースコア２４の積み厚にプラスＸした長さ分Ｌを厚さＴ₀からＴ₁に線材成形用型４１で圧縮する。この長さ分Ｌの部分は線材成形用型４１で圧縮されるので、幅Ｗ₀はＷ₁に広がる。
【００７０】
これをティースコア２４の幅にプラスＹした長さ分Ｓの所定距離あけて同様な処理をすることにより、図２０（Ａ），（Ｂ）に図示の如く、厚さＴ₁、幅Ｗ₁のバー材３１となる。
【００７１】
次に上記のように加工されたバー材３１に対し、図２０（Ａ）の場合と同様に、厚さＴ₁に圧縮された長さ分Ｌの位置の２個所で、更に厚さＴ₁からＴ₂に線材成形用型４１で圧縮する。この長さ分Ｌの部分は線材成形用型４１で圧縮されるので、幅Ｗ₁はＷ₂に広がる。この工程により図２１（Ａ），（Ｂ）に図示の如く、厚さＴ₂、幅Ｗ₂のバー材３２となる。
【００７２】
以下同様にして、この工程を繰り返すことにより、図２２（Ａ），（Ｂ）に図示の如く、ステータコイル２５の線材の厚さＴ₃、幅Ｗ₃のバー材３３が造られる。
【００７３】
このバー材３３を底面が略ティースコア２４の横断面形状をした台形の巻枠を用いて巻回成形することにより、図１６ないし図１８に示された台形整列縦巻コイルと呼ばれる個別のステータコイル２５がつくられる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明によれば、直方体の小さな永久磁石を複数個用いて磁極を構成し、その着磁の仕方で磁束分布を改善すると共に漏洩磁束を減少させ、シンプルな構造で多様な特性を発揮するロータができる。
【００７５】
またティースコアをステータリングに取り付けるという構造で平角導線を良好な占積率でステータに巻装することが容易にでき、そのステータコアもステータリングにティースコアを嵌合し固着する構造にしたので、個別にステータコイルを巻回成形することができ、これらの組み立ても短時間で組み付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転電機に用いられるロータの一実施例構成図である。
【図２】磁極を構成する直方体永久磁石の一実施例構成説明図である。
【図３】弓状に直方体永久磁石を並列配列するスペース材の一実施例配置説明図である。
【図４】磁極が一つの永久磁石のときと本発明の複数個の直方体永久磁石を並列配列時との磁束分布比較図である。
【図５】弓状形成並列配列された直方体永久磁石の着磁説明図である。
【図６】小型永久磁石による直方体永久磁石の一実施例構成説明図である。
【図７】小型永久磁石による直方体永久磁石の着磁説明図である。
【図８】本発明の回転電機に用いられるロータの他の実施例構成図である。
【図９】本発明の回転電機に用いられるロータの他の実施例構成図である。
【図１０】本発明の回転電機に用いられるロータの他の実施例構成図である。
【図１１】図８のロータ１１と図１０のロータ１３とのトルク特性曲線図である。
【図１２】磁極を構成する直方体永久磁石の他の並列配列説明図である。
【図１３】磁極を構成する直方体永久磁石の他の並列配列説明図である。
【図１４】本発明の回転電機に用いられるステータの一実施例要部構造説明図である。
【図１５】図１４の一部分の分解構造図である。
【図１６】ステータコイルの一実施例巻線正面図である。
【図１７】図１６の平面図である。
【図１８】図１６の右側面図である。
【図１９】本発明に用いられるステータコイルの成形前の線材形状説明図である。
【図２０】本発明に用いられるステータコイルの線材成形方法を説明している線材成形説明図である。
【図２１】本発明に用いられるステータコイルの線材成形方法を説明している線材成形説明図である。
【図２２】本発明に用いられるステータコイルの線材成形方法を説明している線材成形説明図である。
【図２３】従来の磁石埋込み型リタクタンスモータのロータ構造説明図である。
【符号の説明】
１ロータ
２回転軸
３ロータ積層コア
４永久磁石用溝
５直方体永久磁石
６スペース材
７小型永久磁石
２１ステータ
２２ステータリング
２３ステータティース
２５ステータコイル
２６くさび溝
２７くさび[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention comprises a rotating electric machine, in particular, a plurality of small permanent magnets having a rectangular parallelepiped shape to form a magnetic pole, which improves magnetic flux distribution and reduces leakage magnetic flux by its magnetization method, and exhibits various characteristics with a simple structure. The present invention relates to a rotating electrical machine including a rotor using a permanent magnet and a stator that can easily wind a rectangular conductor wire with a good space factor with a simple structure.
[0002]
[Prior art]
In recent years, various rotating electrical machines using permanent magnets have been proposed. For example, in a conventional rotating electric machine using permanent magnets for driving automobile wheels, a number of permanent magnets corresponding to the number of magnetic poles are provided one by one on the circumferential surface of the rotor or in the vicinity of the circumferential surface.
[0003]
Further, the rotor 51 of the conventional magnet embedded type reluctance motor has a structure in which a permanent magnet 53 is embedded in the middle of the rotor core 52 as shown in FIG.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In a conventional rotor in which the number of permanent magnets corresponding to the number of magnetic poles is embedded one by one on the circumferential surface of the rotor or in the vicinity of the circumferential surface, the single arcuate permanent magnet to be arranged has a large magnetic pole surface, which is caused by eddy currents. The eddy current loss is large, and the magnetic flux distribution on the rotor surface of the permanent magnet becomes trapezoidal as shown by the dotted line in FIG. 4, and the torque generated in the motor pulsates, generating magnetic noise. It was not preferable as.
[0005]
Further, in the structure of the conventional rotor 51 as shown in FIG. 23 in which the permanent magnet 53 of the embedded magnet type reluctance motor is embedded, the centrifugal load is concentrated on the end of the permanent magnet 53 when rotating at a high speed, and the dotted line in FIG. There was a possibility that the part indicated by the circle of would be destroyed.
[0006]
  The present invention has been made in view of the above points, and by forming a magnetic pole using a plurality of small cuboid permanent magnets and considering the magnetization direction, the eddy current loss is reduced and the magnetic flux distribution is reduced. Improvement and reduction of leakage magnetic flux, simple structure, various characteristics, and structure that does not break with centrifugal forceWhen equipped with a rotorAnother object of the present invention is to provide a rotating electrical machine including a stator that can easily wind a rectangular wire with a good space factor with a simple structure.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-described object, a rotating electrical machine according to the present invention is provided in a rotor having a structure including a rotating shaft, a rotor core attached to the rotating shaft, and a permanent magnet fixed to the rotor core, a stator ring, and a stator ring. In the rotating electrical machine having a tee score and a stator having a structure having a stator coil wound around the tee score, the rotor has a predetermined interval in the circumferential direction and a plurality of permanent portions along the rotation axis direction. A rotor laminated core provided with magnet grooves, a plurality of cuboid permanent magnets arranged in parallel to the permanent magnet grooves and constituting magnetic poles, and a plurality of cuboid permanent magnets arranged in parallel to the permanent magnet grooves are arcuate. And a non-conductive space material for positioning the rectangular parallelepiped permanent magnets arranged between adjacent rectangular parallelepiped permanent magnets, The rectangular parallelepiped permanent magnets arranged side by side in a bow shape in the groove for use are magnetized in the same direction and strongly magnetized from both ends toward the center, and a plurality of rectangular solid permanent magnets arranged in the permanent magnet groove The rotor has a magnetic flux distribution on the surface of the rotor made of magnets and the sine wave of the magnetic flux distribution on the surface of the rotor.For each tea score provided on the stator ring,From the tip of the tea score toward the base, the thickness of each laminated coil is reduced and the coil width is increased, and the cross-sectional area of each laminated layer coil is constant.Formed and the winding structure of the coil is an aligned vertical windingIt is characterized by that.
[0008]
  AndThe rotating electrical machine of the present invention includes a rotor having a structure including a rotating shaft, a rotor core attached to the rotating shaft, and a permanent magnet fixed to the rotor core, a stator ring, a tee score provided on the stator ring, and a winding around the tee score. In a rotating electrical machine having a stator having a structure having a stator coil to be rotated, the rotor has a predetermined interval in the circumferential direction and a plurality of grooves for permanent magnets provided in the rotation axis direction. Adjacent to the laminated core, a plurality of rectangular parallelepiped permanent magnets arranged in parallel in the permanent magnet groove, and a plurality of rectangular parallelepiped permanent magnets arranged in parallel in the permanent magnet groove. And a non-conductive space material for positioning the rectangular parallelepiped permanent magnets, and arranged in parallel in a bow shape in the grooves for the permanent magnets. Of the cuboid permanent magnets constituting the magnetic poles, the magnetization direction of the cuboid permanent magnets at both ends thereof is magnetized in a direction perpendicular to the magnetization direction of the adjacent cuboid permanent magnets magnetized in the same direction. And a stator coil that reduces d-axis leakage of magnetic flux from magnetic poles formed by a plurality of rectangular parallelepiped permanent magnets arranged in the groove, and the stator coil of the stator is provided for each tee score provided in the stator ring. The thickness of each laminated coil is made thin and the coil width is widened from the tip of the tea score toward the base, and the cross-sectional area of each laminated layer coil is constant. The winding structure of the coil is an aligned vertical windingIt is characterized by that.
[0009]
  AndThe rotating electrical machine of the present invention includes a rotor having a structure including a rotating shaft, a rotor core attached to the rotating shaft, and a permanent magnet fixed to the rotor core, a stator ring, a tee score provided on the stator ring, and a winding around the tee score. In a rotating electrical machine having a stator having a structure having a stator coil to be rotated, the rotor has a predetermined interval in the circumferential direction and a plurality of grooves for permanent magnets provided in the rotation axis direction. Adjacent to the laminated core, a plurality of rectangular parallelepiped permanent magnets arranged in parallel in the permanent magnet groove, and a plurality of rectangular parallelepiped permanent magnets arranged in parallel in the permanent magnet groove. And a non-conductive space material for positioning the rectangular parallelepiped permanent magnets, and arranged in parallel in a bow shape in the grooves for the permanent magnets. All the rectangular parallelepiped permanent magnets are magnetized in the same direction, and a rotor for generating reluctance torque is formed by the space between adjacent permanent magnet grooves of magnetic poles constituted by a plurality of rectangular parallelepiped permanent magnets. The stator coil of the stator has a thickness that is reduced for each of the tee scores provided on the stator ring as the thickness of each of the stacked coils decreases from the tip of the tee score toward the base. Is formed widely, and the cross-sectional area of the coil of each laminated layer is formed to be constant, and the winding structure of the coil is an aligned vertical windingIt is characterized by that.
[0010]
  The rotating electric machine of the present invention includes a rotor having a structure including a rotating shaft, a rotor core attached to the rotating shaft, and a permanent magnet fixed to the rotor core, a stator ring, a tee score provided on the stator ring, and a wrap around the tee score. In a rotating electrical machine having a stator having a structure having a stator coil to be rotated, the rotor is arranged in parallel on a rotor laminated core in which a plurality of rectangular parallelepiped permanent magnets are arranged in parallel on the entire circumferential surface, and on the entire circumferential surface. A rectangular solid permanent magnet arranged between adjacent rectangular parallelepiped permanent magnets for arranging a rectangular parallelepiped permanent magnet fixing member for fixing a rectangular parallelepiped permanent magnet and a rectangular parallelepiped permanent magnet arranged in parallel on the peripheral surface of the rotor laminated core in an annular shape. And a non-conductive space material for positioning the magnetic poles, and the magnetic poles arranged in parallel in a ring shape on the peripheral surface of the rotor laminated core A plurality of cuboid permanent magnets constituting the magnet are magnetized in the same direction in the cuboid permanent magnet in the central portion, and gradually become smaller in the magnetization direction of the cuboid permanent magnet in the central portion as approaching both ends. The cuboid permanent magnet that is the boundary of the magnet is magnetized in a direction perpendicular to the magnetization direction of the adjacent cuboid permanent magnets, and the magnetic flux distribution on the rotor surface of the magnetic pole constituted by the plurality of cuboid permanent magnets is sinusoidal. A stator coil of a stator having a wavy rotor,For each tea score provided on the stator ring,From the tip of the tea score toward the base, the thickness of each laminated coil is reduced and the coil width is increased, and the cross-sectional area of each laminated layer coil is constant.Formed and the winding structure of the coil is an aligned vertical windingIt is characterized by that.
[0011]
And said rectangular parallelepiped permanent magnet may be comprised with the some small permanent magnet each laminated | stacked on the rotating shaft direction and its radial direction.
[0012]
  The rotating electric machine of the present inventionOf the stator according toThe stator coil is formed such that the thickness of each laminated coil is thinned and the coil width is widened from the tip of the tea score toward the base portion, and the coil of each laminated layer is formed. The cross-sectional area is formed to be constant.
[0013]
  AndThe stator according to the rotating electrical machine of the present inventionThe stator ring is provided with a plurality of fitting grooves at equal intervals on the inner peripheral surface thereof, and the teascore has a stator tooth formed on one side thereof and a fitting provided on the inner peripheral surface of the stator ring on the other side. A fitting portion to be engaged with the groove is formed, and the fitting portion of the tee score is fitted into the fitting groove of the stator ring to constitute the stator core.
[0014]
  By using a plurality of cuboid permanent magnets having a structure in which the permanent magnets constituting the magnetic poles of the rotor are divided, the eddy current loss can be reduced, and the direction of magnetization of the plurality of cuboid permanent magnets constituting the magnetic poles By appropriately adjusting the size of the rotor, it is possible to improve the magnetic flux distribution and reduce the leakage magnetic flux, and to achieve a rotor that exhibits various characteristics with a simple structure.In addition, the structure that attaches the tee score to the stator ring makes it easy to wind the stator coil around the stator with a good space factor, and the stator core also has a structure in which the tee score is fitted and fixed to the stator ring. The stator coils can be individually wound and formed, and these assemblies can be assembled in a short time.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of a rotor used in the rotating electrical machine of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of an embodiment configuration of a rectangular parallelepiped permanent magnet constituting a magnetic pole, and FIG. 3 is an arcuate parallelepiped permanent magnet arranged in parallel. An example of the arrangement of the space material according to one embodiment is shown.
[0016]
1 to 3, a rotor laminated core 3 is attached to the rotary shaft 2 of the rotor 1, and the rotor laminated core 3 has a predetermined interval in the circumferential direction in the vicinity of the outer periphery of the rotor laminated core 3. A plurality of permanent magnet grooves 4 along the direction are provided, for example, eight in FIG.
[0017]
Each permanent magnet groove 4 is provided in an arc shape, and 17 rectangular parallelepiped permanent magnets 5 are accommodated in a parallel arrangement (an arcuate formation parallel arrangement as will be described below). .
[0018]
The rectangular parallelepiped permanent magnet 5 has a rectangular cross section, and between the adjacent rectangular parallelepiped permanent magnets 5, a non-conductive space material 6 having a wedge shape on the outer peripheral side from the center of the rotating shaft 2 extends along the rotating shaft 2 direction. As shown in FIG. 3, each of the 17 rectangular parallelepiped permanent magnets 5 is formed in an arcuate shape, that is, in an arcuately formed parallel arrangement, and the space member 6 positions each rectangular parallelepiped permanent magnet 5. .
[0019]
Then, the hybrid permanent magnets of the 17 rectangular parallelepiped permanent magnets 5 and the 16 space members 6 arranged in parallel in an arcuate shape are fixed to the permanent magnet grooves 4 provided in the rotor laminated core 3 by fixing means such as press fitting. It is attached to the rotor laminated core 3 and constitutes the magnetic poles of the rotor 1.
[0020]
FIG. 5 is an explanatory diagram of magnetization of rectangular parallelepiped permanent magnets arranged in an arcuate shape.
[0021]
In the same figure, the direction and length of the arrow indicate the direction and size of magnetization, and as indicated by the length of the arrow, in the vicinity of the center position of the 17 cuboid permanent magnets 5 illustrated above. The arranged rectangular parallelepiped permanent magnet 5 is strongly magnetized, the residual magnetic flux density is high, and is weakly magnetized toward both ends thereof, and the residual magnetic flux density is lowered. The rectangular permanent magnets 5 at both ends are magnetized in the directions shown in FIG.
[0022]
The rectangular parallelepiped permanent magnets 5 arranged in an arcuate shape in the direction and size of the arrow shown in FIG. 5 are magnetized, and in the case shown in FIG. By magnetizing the plurality of cuboid permanent magnets 5 constituting the magnetic pole shown in FIG. 1 as described above, it is possible to alternately form N-pole and S-pole magnetic poles.
[0023]
The magnetic flux distribution on the surface of the rotor 1 of each of the magnetic poles N and S is shown by a solid line in FIG. 4 as compared with a conventional trapezoidal magnetic flux distribution by a single permanent magnet shown by a dotted line in FIG. As shown, it is improved to a sine wave. Therefore, the pulsation of torque generated in the motor is reduced. Further, due to the magnetization direction of each of the rectangular parallelepiped permanent magnets 5 at both ends, the magnetic path between the adjacent rectangular parallelepiped permanent magnets 5 constituting the adjacent magnetic pole is saturated, and the magnetic flux of the magnetic pole becomes difficult to leak and leakage of the magnetic flux is prevented. Can be reduced.
[0024]
Moreover, when the eddy current loss is divided into n, (I / n)²・ R ・ n = 1 / n ・ I²R and loss is 1 / n.
[0025]
A magnetic pole configuration in which the rectangular parallelepiped permanent magnets 5 at both ends are omitted may be used.
[0026]
In the above description, the rotor 1 having a structure in which the rectangular parallelepiped permanent magnet 5 is embedded in the permanent magnet groove 4 provided in the rotor laminated core 3 has been described. However, as described later with reference to FIG. A rectangular parallelepiped permanent magnet 5 may be disposed in the permanent magnet groove 4 and the cylindrical member may be covered thereon.
[0027]
FIG. 6 is a diagram illustrating the configuration of an example of a rectangular parallelepiped permanent magnet using a small permanent magnet. The rectangular parallelepiped permanent magnet 5 divides the rectangular parallelepiped permanent magnet 5 shown in FIG. 2 in the direction of the rotary shaft 2 and the radial direction thereof. In other words, it has a structure in which cubic small permanent magnets 7 are stacked, and eight small permanent magnets 7 are stacked in the direction of the rotating shaft 2 and four small permanent magnets 7 are stacked in the radial direction. It is shown. The magnets are magnetized in the direction shown in FIG.
[0028]
Since the rectangular parallelepiped permanent magnet 5 composed of eight small permanent magnets 7 in the direction of the rotating shaft 2 and four in the radial direction thereof can have the same shape as the rectangular parallelepiped permanent magnet 5 shown in FIG. The description of the attachment to the rotor laminated core 3 is omitted.
[0029]
FIG. 7 shows an explanatory diagram of magnetization of a rectangular parallelepiped permanent magnet by a small permanent magnet.
[0030]
Even when the rectangular parallelepiped permanent magnet 5 is composed of a plurality of small permanent magnets 7, the method of magnetization is the same as that described with reference to FIG.
[0031]
Also in this case, similarly to FIG. 5, a magnetic pole configuration in which the rectangular parallelepiped permanent magnets 5 at both ends are omitted may be used.
[0032]
As described above, the rectangular parallelepiped permanent magnet 5 composed of a large number of inexpensive and simple rectangular parallelepiped permanent magnets 5 and small permanent magnets 7 is formed in the permanent magnet groove 4 on the peripheral surface of the rotor laminated core 3 or in the vicinity of the peripheral surface. By arranging and changing the magnetization direction or magnet material of the individual rectangular parallelepiped permanent magnets 5, the magnetic characteristics of the rotor 1 can be varied in many ways.
[0033]
In addition, by using a non-conductive material for the space member 6 placed between adjacent rectangular parallelepiped permanent magnets 5, eddy current loss generated on the magnetic pole surface of the magnetic pole composed of a plurality of rectangular solid permanent magnets 5 is reduced. Can be reduced.
[0034]
FIG. 8 shows a configuration diagram of another embodiment of a rotor used in the rotating electrical machine of the present invention.
[0035]
In this figure, the mechanical configuration of the rotor 11 is the same as that of the rotor 1 shown in FIG. That is, the rotor laminated core 3 is attached to the rotating shaft 2 of the rotor 11, and the rotor laminated core 3 has a predetermined interval in the circumferential direction near the outer periphery thereof and is permanent along the direction of the rotating shaft 2. A plurality of, for example, eight magnet grooves 4 are provided.
[0036]
Each permanent magnet groove 4 is provided in an arcuate shape, and 17 rectangular parallelepiped permanent magnets 5 are accommodated in a parallel arrangement.
[0037]
The rectangular parallelepiped permanent magnet 5 has a rectangular cross section, and between the adjacent rectangular parallelepiped permanent magnets 5, a non-conductive space material 6 having a wedge shape on the outer peripheral side from the center of the rotating shaft 2 extends along the rotating shaft 2 direction. As shown in FIG. 3, each of the 17 rectangular parallelepiped permanent magnets 5 is formed in an arcuate shape, that is, in an arcuately formed parallel arrangement, and the space member 6 positions each rectangular parallelepiped permanent magnet 5. .
[0038]
Then, the hybrid permanent magnets of the 17 rectangular parallelepiped permanent magnets 5 and the 16 space members 6 arranged in parallel in an arcuate shape are fixed to the permanent magnet grooves 4 provided in the rotor laminated core 3 by fixing means such as press fitting. It is attached to the rotor laminated core 3 and constitutes the magnetic poles of the rotor 11.
[0039]
The 17 cuboid permanent magnets 5 arranged in parallel in an arcuate shape are magnetized in the form of cuboid permanent magnets 5 arranged in parallel in a bow shape in the permanent magnet grooves 4 to form magnetic poles. 5 is magnetized in a direction perpendicular to the magnetization direction of the adjacent cuboid permanent magnets 5, and the other cuboid permanent magnets 5 have the same size and the same size as shown by the arrows in FIG. 8. Now it is magnetized.
When both ends of the cuboid permanent magnet 5 constituting the magnetic pole are magnetized in a direction perpendicular to the magnetization direction of the adjacent cuboid permanent magnet 5, the magnetic path between the magnetic pole adjacent to the rotor 11 is magnetically saturated. As a result, magnetic flux leakage from the magnetic pole is reduced.
[0040]
The rotor 1 having such a configuration is used for a reluctance motor and generates a total torque T_tIs
T_t＝ k ・ φ ・ I_q+ (L_q-L_d) I_d・ I_q
It is represented by
[0041]
For example, in the rotor shown in FIG. 8, when the poles of the stator face each other between the group of one cuboid permanent magnet 5 and a similar group adjacent to each other where the cuboid permanent magnet 5 does not exist. Is referred to as the q-axis. The case where the stator poles are opposed to the center of the group of rectangular parallelepiped permanent magnets 5 (the center of the arc) is referred to as the d-axis. I above_qIs the q-axis component current (q-axis current), I_dIs the d-axis component current (d-axis current), L_qIs the inductance (q-axis inductance) generated in the stator pole coil under q-axis condition, L_dIs the inductance (d-axis inductance) generated in the stator pole coil under the d-axis state, φ is the magnetic flux generated by the group of cuboid permanent magnets 5 on the rotor, and k is the proportionality coefficient. .
[0042]
By magnetizing the magnetization directions of the cuboid permanent magnets 5 at both ends constituting each magnetic pole in a direction perpendicular to the magnetization direction of the adjacent cuboid permanent magnets 5, the d-axis leakage magnetic flux can be reduced, and the q axis Difference of inductance between L and d axis (L_q-L_d) Increases and the reluctance torque (L_q-L_d) I_d・ I_qCan be increased.
[0043]
In the first term, k · φ · I_qRepresents the torque generated by the magnet.
[0044]
FIG. 9 shows a configuration of another embodiment of the rotor used in the rotating electrical machine of the present invention. The mechanical configuration of the rotor 12 is the same as that of the rotor 1 shown in FIGS.
[0045]
As shown in FIG. 9, the plurality of rectangular parallelepiped permanent magnets 5 constituting the magnetic poles are all magnetized to the same size in the same direction, and the rotor 12 having such a configuration also has a reluctance. Used for motors.
[0046]
That is, in the configuration of (α + β) = 360 ° / M (M is an even number and the number of magnetic poles), when β> 0, the reluctance torque can be generated when the stator teeth overlap the portion of β. .
[0047]
FIG. 10 shows a configuration diagram of another embodiment of a rotor used in the rotating electrical machine of the present invention.
[0048]
  The rotor configuration of FIG. 10 is the same as the rotor configuration of FIG.β = 0This is the case.
[0049]
In the figure, the rotor 13 has a structure called a surface magnet type rotor, and 22 × 8 rectangular parallelepiped permanent magnets 5 are arranged in parallel over the entire peripheral surface of the rotor laminated core 3 to form a non-magnetic cylindrical shape. The fixing member 14 is attached to the rotor laminated core 3 by using a fixing method such as press fitting.
[0050]
In order to arrange 22 × 8 rectangular parallelepiped permanent magnets 5 arranged in parallel on the circumferential surface of the rotor laminated core 3 in a ring shape, that is, in a cylindrical shape, as shown in FIG. A non-conductive space material (not shown in FIG. 10) having a wedge shape on the outer peripheral side from the center of the rotating shaft 2 is provided along the direction of the rotating shaft 2 to position each rectangular solid permanent magnet 5. .
[0051]
In the rotor 13 shown as an example in FIG. 10, each magnetic pole having an 8-pole configuration is configured by 22 cuboid permanent magnets 5, and 22 cuboids arrayed in parallel on the circumferential surface of the rotor laminated core 3. The cuboid permanent magnet 5 of each magnetic pole composed of the permanent magnet 5 is composed of 17 cuboid permanent magnets 5 in the central portion that are the same size and magnetized in the same direction, and two cuboid permanent magnets close to both ends. 5 is gradually magnetized as it approaches both ends, and each rectangular solid permanent magnet 5-1 at the boundary between the magnetic poles is magnetized in a direction perpendicular to the magnetization direction of the adjacent rectangular solid permanent magnet 5.
[0052]
That is, the rectangular parallelepiped permanent magnets 5 at both ends constituting each magnetic pole are sequentially configured to have a large intrinsic holding force and a low residual magnetic flux density, and the rectangular parallelepiped permanent magnet 5-1 at the boundary between the magnetic poles and the magnetic pole is adjacent to the rectangular solid permanent magnet. 5 is magnetized in a direction perpendicular to the magnetizing direction.
[0053]
The rotor 13 having the cuboid permanent magnet 5 magnetized in this way has a large unilateral holding force and a large residual magnetic flux density for the cuboid permanent magnet 5 adjacent to the cuboid permanent magnet 5-1 at the boundary between the magnetic poles. Since the magnetic configuration is low, the generated magnetic flux has a magnetic flux distribution close to a sine wave, and in the motor, the magnetic center due to the armature reaction, that is, the reaction at the end of the cuboid permanent magnet 5 of the rotor 13 whose axis is shifted. It is possible to prevent partial demagnetization of the magnet with respect to the magnetic flux.
[0054]
The rotor 13 shown in FIG. 10 has the cuboid permanent magnets 5 arranged in parallel over the entire circumferential surface of the rotor laminated core 3, and the cuboid permanent magnet 5 is not arranged at the boundary between the magnetic poles. 11, the torque generated differs depending on the magnitude of the drive current flowing through the stator.
[0055]
FIG. 11 shows torque characteristic curves of the rotor 11 of FIG. 8 and the rotor 13 of FIG. 10, where (1) is the torque characteristic curve of the rotor 11 of FIG. 8, and (2) is the torque of the rotor 13 of FIG. It represents a characteristic curve.
[0056]
As can be seen from FIG. 11, when the drive current flowing through the stator winding is small, the generated torque of the rotor 13 shown in FIG. 10 is larger than that of the rotor 11 shown in FIG. When the current increases, the reluctance torque (L_q-L_d) I_d・ I_q8 is larger than the rotor 13 of FIG. 10, and when a large current flows, the rotor 11 of FIG. 8 generates a larger torque than the rotor 13 shown in FIG.
[0057]
FIG. 12 shows another parallel arrangement explanatory diagram of the rectangular parallelepiped permanent magnets constituting the magnetic poles, and the arrangement of the rectangular parallelepiped permanent magnets 5 at both ends of the rectangular parallelepiped permanent magnets 5 arranged in a bow shape in parallel with the permanent magnet grooves. By changing the angle to be larger than the angle of the other cuboid permanent magnet 5 as shown in the figure, the pulsation of the generated torque is reduced, and as a result, magnetic noise is suppressed and the motor becomes a quiet motor. Have
[0058]
  FIG. 13 shows another parallel arrangement explanatory diagram of the rectangular parallelepiped permanent magnets constituting the magnetic pole, and the rectangular parallelepiped permanent magnets 5-2 at both ends in the rectangular parallelepiped permanent magnet 5 arranged in an arcuate shape in parallel with the permanent magnet groove. Of rotating shaft 2Axis center directionEven if the length is increased, that is, deeper and longer, the leakage magnetic flux is suppressed and the pulsation of the generated torque is reduced. As a result, the magnetic noise is suppressed and the motor becomes a quiet motor as a vehicle motor. .
[0059]
The rotor 11 shown in FIG. 8, the rotor 12 shown in FIG. 9, and the rotor 13 shown in FIG. 10 are also stacked in the same manner as the rotor 1 shown in FIG. It goes without saying that may be configured.
[0060]
  FIG. 14 shows the present invention.Description of the main part structure of an embodiment of a stator used in a rotating electrical machine15 shows an exploded structural view of a part of FIG.
[0061]
14 and 15, the stator 21 includes a plurality of stacked tee scores 24 that form a stacked stator ring 22 and stator teeth 23, and a plurality of rectangular conductor wires wound around the tee score 24. And a stator coil 25.
[0062]
The stator ring 22 is provided with a number of wedge grooves 26 corresponding to the tea score 24 at equal intervals. A wedge 27 that fits into the wedge groove 26 is formed at one end of the tee score 24, and the stator teeth 23 are formed at the other end of the tee score 24.
[0063]
A stator coil 25 called a trapezoidal alignment vertically wound coil individually wound and formed as shown in FIG. 16 is inserted into a tee score 24, and a wedge 27 of the tee score 24 is press-fitted into a wedge groove 26 of the stator ring 22. Thus, the tee score 24 around which the stator coil 25 is wound is attached to the stator ring 22. Then, the stator 21 is completed by connecting the terminals of each stator coil 25 according to a predetermined connection method.
[0064]
FIG. 16 is a front view of an example winding of a stator coil, FIG. 17 is a plan view of FIG. 16, and FIG. 18 is a right side view of FIG.
[0065]
16 to 18, when the stator coil 25 called the trapezoidal alignment vertical winding coil is mounted on the tee score 24, the stator coil 25 is laminated to the base of the tee score 24, that is, toward the wedge 27. The coil is formed to have a small thickness and a wide coil width, and the cross-sectional areas of the laminated coils are formed in a constant shape.
[0066]
  Now, the number of stacked bar members (flat conductors) of the stator coil 25 is, for example, four layers, and the coil width of each layer stacked in order from the tip of the tea score 24 toward the base thereof is W.₀, W₁, W₂, W_ThreeAnd the coil thicknessT ₀ , T ₁ , T ₂ , T _ThreeWhen W₀<W₁<W₂<W_ThreeAnd T₀> T₁> T₂> T_ThreeAnd the cross-sectional areas of the stator coils 25 of each layer are equal, and W₀× T₀= W₁× T₁= W₂× T₂= W_Three× T_ThreeThe stator windings are formed so that the current density flowing in the stator coil 25 of each layer is constant.
[0067]
That is, when the stator coil 25 is attached to the stator ring 22 via the tee score 24, the trapezoidal stator coil 25 stacked in the base direction from the tip of the tee score 24 has a space factor due to its trapezoidal shape. The efficiency of the stator coil 25 and the stator ring 22 is increased and the contact area between the stator coil 25 and the stator ring 22 is increased. As a result, heat conduction to the stator ring 22 is improved. It becomes.
[0068]
FIG. 19 is an explanatory diagram of a wire shape before molding of a stator coil used in the present invention, and FIGS. 20 to 22 are explanatory diagrams of wire molding explaining a method of molding a stator coil wire used in the present invention. .
[0069]
As shown in FIGS. 19A and 19B, a thickness T of a pre-calculated dimensional length wound around the tee score 24 is shown.₀, Width W₀The bar material 30 of a uniform flat conductor is prepared, and the length L is added to the thickness of the tee score 24 plus X.₀To T₁Compressed with a wire forming die 41. Since this length L portion is compressed by the wire forming die 41, the width W₀Is W₁To spread.
[0070]
By performing the same processing at a predetermined distance of a length S obtained by adding Y to the width of the tee score 24, a thickness T is obtained as shown in FIGS.₁, Width W₁Bar material 31.
[0071]
Next, for the bar material 31 processed as described above, as in the case of FIG.₁Thickness T is further reduced at two points of the length L compressed into₁To T₂Compressed with a wire forming die 41. Since this length L portion is compressed by the wire forming die 41, the width W₁Is W₂To spread. By this step, as shown in FIGS. 21A and 21B, the thickness T₂, Width W₂Bar material 32.
[0072]
In the same manner, by repeating this process, the thickness T of the wire of the stator coil 25 as shown in FIGS. 22 (A) and 22 (B)._Three, Width W_ThreeThe bar material 33 is made.
[0073]
The bar material 33 is formed by winding using a trapezoidal winding frame whose bottom surface has a substantially cross-sectional shape with a tea score 24, whereby individual stators called trapezoidal aligned longitudinal winding coils shown in FIGS. A coil 25 is created.
[0074]
【The invention's effect】
  As explained above,According to the present invention, a rectangular parallelepipedA magnetic pole is formed by using a plurality of small permanent magnets, and the magnetic flux distribution is improved by the way of magnetization, and the leakage magnetic flux is reduced, so that a rotor that exhibits various characteristics with a simple structure can be obtained.
[0075]
  The tea score is attached to the stator ring.With the structure, it is easy to wind a flat wire with a good space factor on the stator, and the stator core is also structured so that a tee score is fitted and fixed to the stator ring. These assemblies can be assembled in a short time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of a rotor used in a rotating electrical machine of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of an embodiment of a rectangular parallelepiped permanent magnet constituting a magnetic pole.
FIG. 3 is an explanatory diagram of an arrangement of an example of a space member in which rectangular parallelepiped permanent magnets are arranged in parallel in an arcuate shape.
FIG. 4 is a magnetic flux distribution comparison diagram when the magnetic pole is a single permanent magnet and when a plurality of cuboid permanent magnets of the present invention are arranged in parallel.
FIG. 5 is an explanatory diagram of magnetization of rectangular parallelepiped permanent magnets arranged in an arcuate configuration.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a configuration of one embodiment of a rectangular parallelepiped permanent magnet using a small permanent magnet.
FIG. 7 is an explanatory diagram of magnetization of a rectangular parallelepiped permanent magnet by a small permanent magnet.
FIG. 8 is a configuration diagram of another embodiment of a rotor used in the rotating electrical machine of the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram of another embodiment of a rotor used in the rotating electrical machine of the present invention.
FIG. 10 is a configuration diagram of another embodiment of a rotor used in the rotating electrical machine of the present invention.
11 is a torque characteristic curve diagram of the rotor 11 of FIG. 8 and the rotor 13 of FIG. 10;
FIG. 12 is an explanatory diagram of another parallel arrangement of cuboid permanent magnets constituting the magnetic poles.
FIG. 13 is an explanatory diagram of another parallel arrangement of rectangular parallelepiped permanent magnets constituting magnetic poles.
FIG. 14 shows the present invention.Description of the main part structure of an embodiment of a stator used in a rotating electrical machineIt is.
FIG. 15 is an exploded structural view of a part of FIG. 14;
FIG. 16 is a front view of an example winding of a stator coil.
FIG. 17 is a plan view of FIG. 16;
FIG. 18 is a right side view of FIG.
FIG. 19 is an explanatory diagram of the shape of a wire before forming a stator coil used in the present invention.
FIG. 20 is an explanatory diagram of wire forming explaining the wire forming method of the stator coil used in the present invention.
FIG. 21 is a wire forming explanatory diagram illustrating a stator coil wire forming method used in the present invention.
FIG. 22 is a wire forming explanatory diagram illustrating a stator coil wire forming method used in the present invention.
FIG. 23 is an explanatory diagram of a rotor structure of a conventional magnet-embedded reluctance motor.
[Explanation of symbols]
1 rotor
2 Rotating shaft
3 Rotor laminated core
4 Groove for permanent magnet
5 cuboid permanent magnet
6 Space material
7 Small permanent magnet
21 Stator
22 Stator ring
23 Stator Teeth
25 Stator coil
26 Wedge groove
27 Wedge

Claims

A rotor having a structure including a rotating shaft, a rotor core attached to the rotating shaft, and a permanent magnet fixed to the rotor core, a stator ring, a tee score provided on the stator ring, and a stator coil wound around the tee score In a rotating electrical machine having a stator with a structure,
The rotor is
A rotor laminated core having a predetermined interval in the circumferential direction and provided with a plurality of grooves for permanent magnets along the rotation axis direction;
A plurality of rectangular parallelepiped permanent magnets arranged in parallel in the grooves for permanent magnets and constituting magnetic poles;
A non-conductive space material for positioning the cuboid permanent magnets arranged between adjacent cuboid permanent magnets for arranging a plurality of cuboid permanent magnets arranged in parallel in the grooves for permanent magnets in a bow shape; As well as
The rectangular parallelepiped permanent magnets arranged in parallel in a bow shape in the grooves for permanent magnets are magnetized in the same direction and strongly magnetized as they go from both ends to the center,
A magnetic pole composed of a plurality of rectangular parallelepiped permanent magnets arranged in the permanent magnet groove, and having a rotor in which the magnetic flux distribution on the surface of the rotor is made sinusoidal;
The stator coil of the stator is
For each tea score provided on the stator ring,
As it goes from the tip of the tea score toward its base, the thickness of each laminated coil is formed thin and the coil width is formed wide,
And the cross-sectional area of the coil of each laminated | stacked layer is formed uniformly ,
A rotating electrical machine characterized in that the winding structure of the coil is an aligned vertical winding .

A rotor having a structure including a rotating shaft, a rotor core attached to the rotating shaft, and a permanent magnet fixed to the rotor core, a stator ring, a tee score provided on the stator ring, and a stator coil wound around the tee score In a rotating electrical machine having a stator with a structure,
The rotor is
A rotor laminated core having a predetermined interval in the circumferential direction and provided with a plurality of grooves for permanent magnets along the rotation axis direction;
A plurality of rectangular parallelepiped permanent magnets arranged in parallel in the grooves for permanent magnets and constituting magnetic poles;
A non-conductive space material for positioning the cuboid permanent magnets arranged between adjacent cuboid permanent magnets for arranging a plurality of cuboid permanent magnets arranged in parallel in the grooves for permanent magnets in a bow shape; As well as
Among the rectangular parallelepiped permanent magnets that are arranged in parallel in a bow shape in the permanent magnet groove and constitute the magnetic poles, the magnetization directions of the rectangular parallelepiped permanent magnets at both ends thereof are the magnetization directions of the adjacent rectangular parallelepiped permanent magnets. Magnetized in a perpendicular direction,
A rotor having reduced d-axis leakage of magnetic flux from a magnetic pole constituted by a plurality of rectangular parallelepiped permanent magnets arranged in the permanent magnet groove;
The stator coil of the stator is
For each tea score provided on the stator ring,
As it goes from the tip of the tea score toward its base, the thickness of each laminated coil is formed thin and the coil width is formed wide,
And the cross-sectional area of the coil of each laminated | stacked layer is formed uniformly ,
A rotating electrical machine characterized in that the winding structure of the coil is an aligned vertical winding .

A rotor having a structure including a rotating shaft, a rotor core attached to the rotating shaft, and a permanent magnet fixed to the rotor core, a stator ring, a tee score provided on the stator ring, and a stator coil wound around the tee score In a rotating electrical machine having a stator with a structure,
The rotor is
A rotor laminated core having a predetermined interval in the circumferential direction and provided with a plurality of grooves for permanent magnets along the rotation axis direction;
A plurality of rectangular parallelepiped permanent magnets arranged in parallel in the grooves for permanent magnets and constituting magnetic poles;
A non-conductive space material for positioning the cuboid permanent magnets arranged between adjacent cuboid permanent magnets for arranging a plurality of cuboid permanent magnets arranged in parallel in the grooves for permanent magnets in a bow shape; As well as
All the rectangular parallelepiped permanent magnets arranged in parallel in a bow shape in the grooves for permanent magnets are magnetized in the same direction,
Having a rotor that generates reluctance torque due to the space between adjacent permanent magnet grooves of magnetic poles constituted by a plurality of rectangular parallelepiped permanent magnets;
The stator coil of the stator is
For each tea score provided on the stator ring,
As it goes from the tip of the tea score toward its base, the thickness of each laminated coil is formed thin and the coil width is formed wide,
And the cross-sectional area of the coil of each laminated | stacked layer is formed uniformly ,
A rotating electrical machine characterized in that the winding structure of the coil is an aligned vertical winding .

A rotor having a structure including a rotating shaft, a rotor core attached to the rotating shaft, and a permanent magnet fixed to the rotor core, a stator ring, a tee score provided on the stator ring, and a stator coil wound around the tee score In a rotating electrical machine having a stator with a structure,
The rotor is
A rotor laminated core in which a plurality of rectangular parallelepiped permanent magnets are arranged in parallel on the entire circumferential surface;
A cuboid permanent magnet fixing member for fixing cuboid permanent magnets arranged in parallel on the entire circumferential surface;
A non-conductive space material for positioning the rectangular parallelepiped permanent magnets arranged between adjacent rectangular parallelepiped permanent magnets for arranging parallelepiped permanent magnets arranged in parallel on the circumferential surface of the rotor laminated core ,
A plurality of rectangular parallelepiped permanent magnets constituting magnetic poles arranged in parallel on the circumferential surface of the rotor laminated core are magnetized in the same direction in the central portion of the rectangular parallelepiped permanent magnet, and as the two ends approach, the rectangular solid permanent magnet in the central portion The rectangular parallelepiped permanent magnet is gradually magnetized in the direction of magnetization of the magnetic pole and becomes a boundary between the magnetic poles, and is magnetized in a direction perpendicular to the magnetization direction of the adjacent rectangular solid permanent magnet,
A magnetic pole composed of a plurality of rectangular parallelepiped permanent magnets having a rotor whose magnetic flux distribution on the surface of the rotor is made sinusoidal,
The stator coil of the stator is
For each tea score provided on the stator ring,
As it goes from the tip of the tea score toward its base, the thickness of each laminated coil is formed thin and the coil width is formed wide,
And the cross-sectional area of the coil of each laminated | stacked layer is formed uniformly ,
A rotating electrical machine characterized in that the winding structure of the coil is an aligned vertical winding .

5. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the rectangular parallelepiped permanent magnet includes a plurality of small permanent magnets stacked in a rotation axis direction and a radial direction thereof.

The stator ring is provided with a plurality of fitting grooves at equal intervals on the inner peripheral surface thereof, and the teascore has a stator tooth formed on one side thereof and a fitting provided on the inner peripheral surface of the stator ring on the other side. 5. A stator core is formed by forming a fitting portion to be engaged with the groove, and the fitting portion of the tee score is fitted into the fitting groove of the stator ring. The rotating electrical machine according to Crab.