JP2011087426A - Rotary electric machine and rotor used therefor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、モータ、発電機等の回転電機とこれに使用される回転子に関するものである。 The present invention relates to a rotating electric machine such as a motor and a generator, and a rotor used therefor.
一般に、回転電機においては、鉄損を減らすために磁性体でできた薄板状のコア部材を積層して形成される積層鉄心が用いられている。ここで、回転子用の積層鉄心は回転軸を中心としてこれから放射状に配置された磁極ティース部を有しており、固定子用の積層鉄心はエアギャップを介して回転子の磁極ティース部の先端部と対向してこれを取り囲むように配置されている。 Generally, in a rotating electrical machine, a laminated core formed by laminating thin plate-like core members made of a magnetic material is used to reduce iron loss. Here, the laminated iron core for the rotor has magnetic pole teeth portions arranged radially from the rotation axis, and the laminated iron core for the stator has a tip of the magnetic pole teeth portion of the rotor through an air gap. It arrange | positions so that it may oppose and surround this part.
また、固定子用の積層鉄心と回転子用の積層鉄心は各々対向する部位において凹凸形状を有するため、回転子と固定子間の変動磁場について回転子の磁極数に対応する基本波以外の高調波成分を有している。この高調波成分は特に固定子と回転子の間のエアギャップ近傍、すなわち、磁極ティース部の先端部において、数百〜数千Hz程度以上の高周波数で変動して渦電流損失を誘導する。 In addition, since the laminated core for the stator and the laminated core for the rotor have an uneven shape at the facing portions, the harmonic magnetic field other than the fundamental wave corresponding to the number of magnetic poles of the rotor with respect to the varying magnetic field between the rotor and the stator. Has a wave component. This harmonic component fluctuates at a high frequency of about several hundreds to several thousand Hz and induces eddy current loss, particularly in the vicinity of the air gap between the stator and the rotor, that is, at the tip of the magnetic pole teeth.
従来の回転電機に使用される回転子においては、回転子の回転に伴って前記空隙の空気を軸方向の一方に流動させる推力を与えるための螺旋状の溝を設けることにより、これらの溝のみで、あるいは冷却用の送風機(ファン)を併用することにより、前記エアギャップ内を流れる空気の流量を増大させ、磁極ティース部の先端部における冷却効率の向上を図っていた。(例えば、特許文献1)。 In a rotor used in a conventional rotating electrical machine, only these grooves are provided by providing a spiral groove for applying a thrust that causes the air in the gap to flow in one axial direction as the rotor rotates. Alternatively, by using a cooling fan (fan) in combination, the flow rate of the air flowing through the air gap is increased, and the cooling efficiency at the tip of the magnetic pole tooth portion is improved. (For example, patent document 1).
上記のような回転子では、コア部材を積層して積層鉄心を形成した後、螺旋状の溝を設けるために積層鉄心の外周面を切削加工する必要がある。この切削加工によって積層されたコア部材の切削加工面において導通が生じるため、渦電流損失はさらに増大し、モータ効率の低下を招くと同時に、回転子の積層鉄心の冷却が十分に行えないという問題があった。 In the rotor as described above, it is necessary to cut the outer peripheral surface of the laminated core in order to provide a spiral groove after the core members are laminated to form the laminated core. Since continuity occurs on the cut surface of the core member laminated by this cutting process, the eddy current loss further increases, resulting in a decrease in motor efficiency, and at the same time, the rotor core cannot be cooled sufficiently. was there.
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、積層鉄心の磁極ティース部の先端部における発熱を効率よく冷却することができる回転子を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a rotor that can efficiently cool the heat generated at the tip of the magnetic pole tooth portion of the laminated iron core.
この発明に係る回転子は、回転軸を中心として放射状に配置された磁極ティース部を有する複数のコア部材が積層して形成された積層鉄心と、積層鉄心の磁極ティース部に巻回されたコイルとを備えている。
また、コイルから突出した積層鉄心の磁極ティース部の先端部に貫通穴が形成されるように、コア部材に予め凹部、切れ込み部又は穴部が形成されていることを特徴とする。
A rotor according to the present invention includes a laminated iron core formed by laminating a plurality of core members each having a magnetic tooth portion radially arranged around a rotation axis, and a coil wound around the magnetic pole tooth portion of the laminated iron core And.
Further, the core member is preliminarily formed with a recess, a notch or a hole so that a through hole is formed at the tip of the magnetic pole tooth portion of the laminated iron core protruding from the coil.
この発明に係る固定子によると、磁極ティース部の先端部に貫通穴が形成されているため、特に渦電流損失による発熱の大きい磁極ティース部の先端部において周囲の空気と接触する面積を増やすことができ、この部分の冷却を強化することができる。
また、上記貫通穴が形成されるようにコア部材には予め凹部、切れ込み部又は穴部が形成されているため、従来技術のように積層後切削加工を施す必要もなく、切削加工によるコア部材間の導通が生じないため、渦電流損失が増大することもない。
According to the stator according to the present invention, since the through hole is formed in the tip portion of the magnetic pole tooth portion, the area in contact with the surrounding air is increased particularly at the tip portion of the magnetic pole tooth portion that generates a large amount of heat due to eddy current loss. The cooling of this part can be strengthened.
Further, since the core member is previously formed with a recess, a cut portion or a hole so that the through hole is formed, there is no need to perform post-lamination cutting as in the prior art, and the core member by cutting Since no conduction occurs between them, the eddy current loss does not increase.
実施の形態1.
図1から図4は本発明の実施の形態1による回転電機の回転子1に関する構造を示す図面である。図1は回転軸の左半分が外形図、右半分が回転軸に沿った断面を示している。回転子は回転軸2の両端を軸受3a、3bにより回転可能に保持されており、両軸受3a、3bのほぼ中央部には積層鉄心4とコイル5が配置されている。
1 to 4 are drawings showing a structure related to a
図2は図1のA−A断面、図3は磁極ティース部の部分拡大図であるが、積層鉄心4は複数枚のコア部材6を回転軸2の方向に積層して構成されている。また、コイル5は積層鉄心4の磁極ティース部7の周囲を巻回して形成されおり、磁極ティース部7の先端部8にはコイル5が巻回されておらずコイル5から突出している。
2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1, and FIG. 3 is a partially enlarged view of the magnetic pole teeth portion. The laminated
図3に示すとおり、磁極ティース部7の先端部8において貫通穴9が形成されているが、この貫通穴9の一端10から他端11に至るB−B断面の一例を図4に示す。この貫通穴9は4枚のコア部材6a〜6dに渡って形成されており、このうち本図において上から2枚目の6bには板厚が薄くなった凹部12bと、コア部材が全く欠落した切れ込み部13bが形成されている。同様に上から3枚目のコア部材6cにも、凹部12cと切れ込み部13cとが形成されている。これらの凹部12b、12cと切れ込み部13b、13cとを適宜配置することにより、連通する貫通穴9が形成されている。
As shown in FIG. 3, a
上記凹部12b、12cについては、コア部材6を積層する前の単品の状態において、予め切削加工またはエッチング加工(ハーフエッチング)等により形成することが可能である。また切れ込み部13b、13cについては、切削加工、エッチング加工に加えてパンチングによる打ち抜きによっても形成できる。ここで、切削加工やパンチングによって形成する場合には加工歪により磁気特性の劣化を引き起こす場合もあるが、エッチングによるとこのような磁気特性の劣化に伴って鉄損が増加することもないため、特に高効率なモータ機器を得ることができる。
The
又は、図5には別の形態の貫通穴9aのB−B断面図を示すが、このように一枚のコア部材6cに凹部12cのみを設けることによっても、連通する貫通穴9aを形成することができる。この凹部12cについてもコア部材6を積層する前の単品の状態において、予め切削加工またはエッチング加工(ハーフエッチング)等により形成することが可能である。
Alternatively, FIG. 5 shows a cross-sectional view of another form of the through-hole 9a, taken along the line B-B. Thus, by providing only one
更に本実施の形態においては、図3に示すように貫通穴の一端10が磁極ティース部7の先端部8において回転方向前面側14に設けられており、他端11が前記一端10よりも反回転方向に設けられている。ここで、回転方向前面側14とは図3において破線で示した部分であり、回転子1の回転に伴って磁極ティース部7に対して周囲に存在する空気が吹き付けられる面のことをいう。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, one
このような貫通穴9の条件を満たすものの例を図6〜図10に示す。図6に示すように貫通穴の一端10bをコイル5の内側に配置してもよい。コイル5を構成する線材間には隙間があるため、貫通穴9bに導く空気流の一部についてコイル5を経由させることにより、コイル5の内部も冷却を行うことが可能である。また、貫通穴9内の空気が流れやすいように、図7に示すように貫通穴9cを適宜湾曲させたり、図8に示すように一端10dから他端11dに至るにつれて貫通穴9dの断面を大きくしたりしてもよい。また、図9に示すように回転方向とほぼ同一方向となるように貫通穴9eを形成してもよい。一方、回転方向が一方向に定まらず双方向に回転する場合には、図10に示すように貫通穴9fが半径方向に向くように配置してもよい。
Examples of those satisfying the condition of the through
回転子1を高速回転する場合には、コイル5に作用する遠心力に抗するため図10に示すようにウェッジ15を設けることがあるが、このような場合にでもウェッジ15に穴や切り欠き16を設けておくことにより貫通穴9に空気の流れを導くことは可能である。
When the
以上のとおり本実施の形態に係る回転子によると、磁極ティース部7の先端部8に貫通穴9が形成されているため、特に渦電流損失による発熱の大きい磁極ティース部7の先端部8において周囲の空気と接触する面積を増やすことができ、この部分の冷却を強化することができる。
また、上記貫通穴9が形成されるようにコア部材6には予め凹部12又は切れ込み部13が形成されているため、従来技術のように積層後切削加工を施す必要もなく、切削加工によるコア部材6間の導通が生じないため、渦電流損失が増大することもない。
As described above, according to the rotor according to the present embodiment, since the through
Further, since the recess 12 or the cut portion 13 is formed in advance in the
更に本実施の形態においては、貫通穴の一端10が磁極ティース部7の先端部8において回転方向前面側14に設けられており、他端11が前記一端10よりも反回転方向に設けられているため、一端10から他端11へと貫通穴9の中にスムーズに空気の流れを導入することができる。このことにより冷却効率を更に向上させることが可能となる。
Further, in the present embodiment, one
実施の形態2.
図12は本実施の形態に係る回転電機50に関する構造を示す図であり、この回転電機50は、回転子51、固定子52、及び自励または他励のファン53から構成される。回転子51の構成は基本的には図1に示した回転子1と同じである。また、ファン53によって回転子51の回転軸の方向に気流が発生するが、その気流に大まかな方向を図中矢印にて示す。
FIG. 12 is a diagram showing a structure related to the rotating
本実施の形態においても、回転子51の磁極ティース部7の先端部8に形成された貫通穴9の形状に特徴がある。すなわち図4に示す貫通穴9を例に挙げて説明すると、図4において上方にファン53が配置されており気流が上方から下方に向かって発生している場合に、貫通穴9の一端10がファン53によって発生する気流の上流側に設けられており、他端11が前記一端よりも前記気流の下流側に設けられている点である。
Also in the present embodiment, there is a feature in the shape of the through
このような形状の貫通穴9としては、図4以外にも例えば図13のように2枚のコア部材6b、6cに凹部12b、12cを形成したもの、図14のように2枚のコア部材6b、6cに切れ込み部13b、13cを形成したもの、図15のように3枚のコア部材6b、6c、6dに切れ込み部13b、13d及び穴部54cしたものによっても実現可能である。
As the through
ここで図13、14、15の各々に示したものを比較すると、図13から図15となるに従って貫通穴9内を気流が流れる方向と回転軸との成す角が小さくなるため、貫通穴9を通る気流の向きは図15に示したものの方が貫通穴の外部の気流の向きに近づいてゆく。このため、貫通穴9の外部を流れる気流と合流した際の合流部での気流の乱れを低減でき、風損をより小さくさせることができる。また、図4と図14を比較すると図4では凹部12b、12cによって角が落とされているため、この部分の開口断面積が大きく、図14よりも気流の流れをスムーズにすることができる。
Here, comparing what is shown in each of FIGS. 13, 14, and 15, the angle formed between the direction in which the airflow flows in the through
以上のとおり本実施の形態に係る回転電機50によると、回転軸方向に気流を発生させるファン53を備え、回転子51の積層鉄心4は、磁極ティース部7の先端部8の貫通穴9の一端10が前記気流の上流側に設けられており、他端11が前記一端10よりも前記気流の下流側に設けられているため、貫通穴9を通過した気流は回転軸方向の速度成分を有し、貫通穴9の外部を流れる気流と合流した際に風損が少なくて済むため、ファン53の回転駆動に要するパワーも含めた回転電機50の総合効率を高めることができる。
As described above, according to the rotating
更に図16に示すように貫通穴9の一端10をコイル5のコイルエンドのうち、気流の上流側に配置されたコイルエンド55の近傍に配置することにより、コイルエンド55が気流のガイドとして機能し、これに衝突した気流をコイルエンド55に沿って貫通穴9に導入しやすくできるため、貫通穴9を通る気流を増やして磁極ティース部7の先端部8を更に効率的に冷却することができる。
Further, as shown in FIG. 16, by arranging one
1 回転子
2 回転軸
4 積層鉄心
5 コイル
6、6a〜6e コア部材
7 磁極ティース部
8 先端部
9、9a〜9i 貫通穴
10、10a〜10i 一端
11、11a〜11i 他端
12b、12c 凹部
13b、13c 切れ込み部
14 回転方向前面側
50 回転電機
51 回転子
52 固定子
53 ファン
54c 穴部
55 コイルエンド
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記積層鉄心の前記磁極ティース部に巻回されたコイルとを備えた回転子において、
前記コイルから突出した前記積層鉄心の前記磁極ティース部の先端部に貫通穴が形成されるように、前記コア部材に予め凹部、切れ込み部、又は穴部が形成されていることを特徴とする
回転子。 A laminated core formed by laminating a plurality of core members having magnetic pole teeth arranged radially around the rotation axis;
In a rotor including a coil wound around the magnetic pole teeth portion of the laminated core,
A rotation characterized in that a recess, a cutout or a hole is formed in the core member in advance so that a through hole is formed in the tip of the magnetic pole tooth portion of the laminated core protruding from the coil. Child.
請求項1記載の回転子。 The rotor according to claim 1, wherein the core member has a recess, a cut portion, or a hole formed by etching.
請求項1記載の回転子。 2. The rotor according to claim 1, wherein one end of the through hole is provided on the front side in the rotation direction at the tip of the magnetic pole tooth portion, and the other end is provided in the counter-rotation direction with respect to the one end.
前記回転子の積層鉄心の磁極ティース部の先端部とエアギャップを介して対向し、前記回転子を取り囲むように配置された積層鉄心を有する固定子とを備えた
回転電機。 A rotor according to claims 1 to 3,
A rotating electrical machine comprising: a stator having a laminated core disposed so as to oppose a tip portion of a magnetic pole tooth portion of the laminated core of the rotor via an air gap and surround the rotor.
回転子の積層鉄心は、磁極ティース部の先端部の貫通穴の一端が前記気流の上流側に設けられており、他端が前記一端よりも前記気流の下流側に設けられていることを特徴とする
請求項4記載の回転電機。 It has a fan that generates airflow in the direction of the rotation axis,
In the laminated iron core of the rotor, one end of the through hole at the tip of the magnetic pole tooth portion is provided on the upstream side of the air flow, and the other end is provided on the downstream side of the air flow from the one end. The rotating electrical machine according to claim 4.
請求項5記載の回転電機。 6. The rotating electrical machine according to claim 5, wherein the laminated iron core of the rotor is formed with one end of a through hole at the tip of the magnetic pole tooth portion in the vicinity of the coil end disposed upstream of the air flow generated by the fan. .
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