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JP2022142154A - Stator and rotary electric machine - Google Patents

Stator and rotary electric machine Download PDF

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JP2022142154A
JP2022142154A JP2021042194A JP2021042194A JP2022142154A JP 2022142154 A JP2022142154 A JP 2022142154A JP 2021042194 A JP2021042194 A JP 2021042194A JP 2021042194 A JP2021042194 A JP 2021042194A JP 2022142154 A JP2022142154 A JP 2022142154A
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JP
Japan
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stator
rotor
magnetic wedge
magnetic
winding
Prior art date
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Pending
Application number
JP2021042194A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
陽平 角田
Yohei Tsunoda
雅志 井上
Masashi Inoue
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2021042194A priority Critical patent/JP2022142154A/en
Priority to CN202210122006.0A priority patent/CN115085408A/en
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Abstract

To provide a stator capable of suppressing an iron loss and a torque ripple of the stator, and a rotary electric machine.SOLUTION: A stator comprises: a stator core including a plurality of teeth 110 forming a slot 11S; a coil 12 disposed in the slot 11S; and a magnetic wedge 13 provided between the coil 12 and a rotor 20. The magnetic wedge 13 comprises a projection 131 including an opposite face 13A opposed to the rotor 20 and a side face 13B continued to the opposite face 13A and extending away from the rotor 20. The side face 13B and the teeth 110 are separated.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、ステータ及び回転電機に関する。 The present invention relates to stators and rotating electric machines.

従来、ステータにおいて、ティース間に挟まれたコイルのロータ側に磁性楔を備えた回転電機があった(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a stator, there has been a rotating electric machine in which a magnetic wedge is provided on the rotor side of a coil sandwiched between teeth (see, for example, Patent Document 1).

特開2002-281709号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-281709

しかし、特許文献1に記載の回転電機は、磁性楔の影響により、ステータの鉄損を悪化させたり、ステータの磁束を変動させたりすることがあった。 However, in the rotating electric machine disclosed in Patent Document 1, the influence of the magnetic wedge sometimes worsens the iron loss of the stator and fluctuates the magnetic flux of the stator.

本発明は、ステータの鉄損及びトルクリプルを抑制できるステータ及び回転電機を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a stator and a rotating electric machine that can suppress iron loss and torque ripple of the stator.

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
(1)本発明に係るステータ(例えば、実施形態のステータ10)は、スロット(例えば、実施形態のスロット11S)を形成する複数の歯部(例えば、実施形態の歯部110)を有するステータコア(例えば、実施形態のステータコア11)と、前記スロットに配された巻線(例えば、実施形態の巻線12)と、前記巻線とロータ(例えば、実施形態のロータ20)との間に設けられた磁性楔(例えば、実施形態の磁性楔13)と、を備えたステータにおいて、前記磁性楔は、前記ロータに対向する対向面(例えば、実施形態の対向面13A)と、前記対向面に続いて前記ロータから離れる方向に延びる側面(例えば、実施形態の側面13B)と、を有する凸部(例えば、実施形態の凸部131)を備え、前記側面と前記歯部とは離間している。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
(1) A stator according to the present invention (for example, the stator 10 of the embodiment) is a stator core (for example, a stator core ( For example, the stator core 11 of the embodiment), the winding arranged in the slot (for example, the winding 12 of the embodiment), and the winding provided between the winding and the rotor (for example, the rotor 20 of the embodiment). and a magnetic wedge (for example, the magnetic wedge 13 of the embodiment), the magnetic wedge has a facing surface facing the rotor (for example, the facing surface 13A of the embodiment) and a and a projection (eg, projection 131 in the embodiment) having a side surface (eg, side surface 13B in the embodiment) extending away from the rotor, and the side surface and the tooth are spaced apart.

この構成によれば、前記側面と前記歯部とは離間させた。よって、ステータの内面近傍における磁束密度の周方向での分布の変化をなだらかにできる。これにより、ステータの鉄損及びトルクリプルを抑制できる。 According to this configuration, the side surface and the tooth portion are spaced apart. Therefore, the change in distribution of the magnetic flux density in the circumferential direction in the vicinity of the inner surface of the stator can be smoothed. Thereby, iron loss and torque ripple of the stator can be suppressed.

(2)前記ロータの回転軸(例えば、実施形態の回転軸P)に垂直な断面において、前記対向面の幅(例えば、実施形態の幅X)は前記巻線の最内面(例えば、実施形態の最内面12A)の幅(例えば、実施形態の幅Y)以下であってよい。 (2) In a cross section perpendicular to the rotation axis of the rotor (for example, the rotation axis P in the embodiment), the width of the facing surface (for example, the width X in the embodiment) is the innermost surface of the winding (for example, the rotation axis P in the embodiment). innermost surface 12A) (eg width Y in the embodiment) or less.

この構成によれば、前記対向面の幅は前記巻線の最内面の幅以下とした。よって、回転電機の主たる性能であるトルクに大きな影響を及ぼすことなく、鉄損を低減し、トルクリプルを低減できる。 According to this configuration, the width of the facing surface is made equal to or less than the width of the innermost surface of the winding. Therefore, it is possible to reduce iron loss and reduce torque ripple without significantly affecting the torque, which is the main performance of the rotary electric machine.

(3)前記対向面の幅は前記巻線の最内面の幅の50%以上であってよい。 (3) The width of the facing surface may be 50% or more of the width of the innermost surface of the winding.

この構成によれば、前記対向面の幅は前記巻線の最内面の幅の50%以上とした。よって、回転電機の主たる性能であるトルクに大きな影響を及ぼすことなく、顕著に、鉄損を低減し、トルクリプルを低減できる。 According to this configuration, the width of the facing surface is 50% or more of the width of the innermost surface of the winding. Therefore, it is possible to significantly reduce iron loss and torque ripple without significantly affecting the torque, which is the main performance of the rotary electric machine.

(4)前記対向面は、前記ステータの内面の延長面(例えば、実施形態の延長面M)に沿って位置してよい。 (4) The facing surface may be positioned along an extension surface of the inner surface of the stator (for example, extension surface M in the embodiment).

この構成によれば、前記対向面は、前記ステータの内面の延長面に沿って位置させた。これにより、磁性楔の対向面を、ステータの内面の延長面に沿うように精度良く配置させることができる。よって、ステータの内面近傍における周方向での磁束密度の変化を抑制できる。 According to this configuration, the facing surface is positioned along the extended surface of the inner surface of the stator. As a result, the facing surfaces of the magnetic wedges can be accurately arranged along the extended surface of the inner surface of the stator. Therefore, it is possible to suppress the change in the magnetic flux density in the circumferential direction near the inner surface of the stator.

(5)前記磁性楔は、30%以上80%以下の磁粉含有率を有してよい。 (5) The magnetic wedge may have a magnetic powder content of 30% or more and 80% or less.

この構成によれば、前記磁性楔は、30%以上80%以下の磁粉含有率を有した。これにより、顕著に、トルクを維持しつつ、鉄損を低減でき、トルクリプルを低減できる。 According to this configuration, the magnetic wedge had a magnetic powder content of 30% or more and 80% or less. As a result, it is possible to significantly reduce iron loss and torque ripple while maintaining torque.

(6)前記磁性楔は、前記磁性楔の外面(例えば、実施形態の外面13D)を覆い、絶縁性を有する発泡材(例えば、実施形態の発泡材133)を備えてよい。 (6) The magnetic wedge may include an insulating foam material (eg, the foam material 133 of the embodiment) that covers the outer surface of the magnetic wedge (eg, the outer surface 13D of the embodiment).

この構成によれば、前記磁性楔は、前記磁性楔の外面を覆い、絶縁性を有する発泡材を備えた。これにより、磁性楔と巻線との間の絶縁性を高めることができる。 According to this configuration, the magnetic wedge includes an insulating foam material covering the outer surface of the magnetic wedge. Thereby, the insulation between the magnetic wedge and the winding can be enhanced.

(7)前記歯部は、前記ロータの回転軸に沿う溝(例えば、実施形態の溝112)を有し、前記磁性楔は、前記発泡材を外面に有する鍔部(例えば、実施形態の鍔部132)を備え、前記鍔部は、前記溝に嵌っていてよい。 (7) The tooth portion has a groove (for example, the groove 112 in the embodiment) along the rotation axis of the rotor, and the magnetic wedge has the foam material on its outer surface (for example, the flange in the embodiment). 132), and the collar may fit into the groove.

この構成によれば、前記歯部は、前記ロータの回転軸に沿う溝を有した。これにより、歯部に対して磁性楔を確実に位置決めでき、固定できる。また、前記磁性楔は、前記発泡材を外面に有する鍔部(例えば、実施形態の鍔部132)を備え、前記鍔部は、前記溝に嵌っていることとした。これにより、発泡材の圧力を利用して、歯部の溝に対して磁性楔の鍔部を確実に嵌めることができる。 According to this configuration, the tooth portion had a groove along the rotation axis of the rotor. As a result, the magnetic wedge can be reliably positioned and fixed with respect to the teeth. Further, the magnetic wedge has a flange portion (for example, the flange portion 132 of the embodiment) having the foam material on its outer surface, and the flange portion is fitted in the groove. As a result, the pressure of the foam material can be used to reliably fit the flange of the magnetic wedge into the groove of the tooth.

(8)前記磁性楔と前記巻線とは、空隙を介して離間していてよい。 (8) The magnetic wedge and the winding may be separated by an air gap.

この構成によれば、前記磁性楔と前記巻線とは、空隙を介して離間させた。これにより、磁性楔と巻線との間の絶縁性を高めることができる。 According to this configuration, the magnetic wedge and the winding are spaced apart through the air gap. Thereby, the insulation between the magnetic wedge and the winding can be enhanced.

(9)前記磁性楔は、外面に、前記ロータに向かう方向に凹む凹部(例えば、実施形態の凹部134)を備えてよい。 (9) The magnetic wedge may have, on its outer surface, a recessed portion (for example, the recessed portion 134 in the embodiment) that is recessed in the direction toward the rotor.

この構成によれば、前記磁性楔は、外面に、前記ロータに向かう方向に凹む凹部を備えた。これにより、磁束のループが短絡することによるトルクの減少を抑制できる。 According to this configuration, the magnetic wedge has a recess on the outer surface that is recessed in the direction toward the rotor. As a result, it is possible to suppress a decrease in torque due to short-circuiting of the magnetic flux loop.

(10)本発明に係る回転電機(例えば、実施形態の回転電機1)は、前記ステータを備えてよい。 (10) A rotating electrical machine according to the present invention (for example, rotating electrical machine 1 of the embodiment) may include the stator.

この構成によれば、回転電機は、前記ステータを備えた。これにより、ステータの鉄損及びトルクリプルを抑制できる。 According to this configuration, the rotating electrical machine includes the stator. Thereby, iron loss and torque ripple of the stator can be suppressed.

本発明によれば、ステータの鉄損及びトルクリプルを抑制できるステータ及び回転電機を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the stator and rotary electric machine which can suppress the iron loss and torque ripple of a stator can be provided.

本実施形態に係る回転電機の断面図である。1 is a cross-sectional view of a rotating electric machine according to an embodiment; FIG. 図1のA部詳細図である。FIG. 2 is a detailed view of part A in FIG. 1; 磁性楔の凸部における対向面の幅と、巻線の最内面の幅との関係の異なるケース(1)からケース(4)までと、鉄損、トルク及びトルクリプルとの関係を表す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between cases (1) to (4) in which the relationship between the width of the facing surface of the convex portion of the magnetic wedge and the width of the innermost surface of the winding is different, and the relationship between iron loss, torque, and torque ripple. . ケース(1)、ケース(3)及びケース(4)についての鉄損分布と磁束密度分布を表す比較図である。FIG. 4 is a comparison diagram showing iron loss distribution and magnetic flux density distribution for case (1), case (3) and case (4).

以下、図面を参照し、本発明の実施形態に係るステータ10及びそのステータ10を備えた回転電機1を説明する。なお、ロータ20の回転軸Pに直交する方向を半径方向といい、ロータ20の回転軸Pを中心として円を描く方向を周方向という場合がある。なお、回転軸Pから離れる方向を外方といい、回転軸Pに向かう方向を内方という場合がある。なお、外方の面を外面といい、内方の面を内面という場合がある。 A stator 10 according to an embodiment of the present invention and a rotary electric machine 1 including the stator 10 will be described below with reference to the drawings. The direction perpendicular to the rotation axis P of the rotor 20 is sometimes called the radial direction, and the direction in which a circle is formed around the rotation axis P of the rotor 20 is sometimes called the circumferential direction. In addition, the direction away from the rotation axis P may be referred to as the outward direction, and the direction toward the rotation axis P may be referred to as the inner direction. In addition, an outer surface may be called an outer surface, and an inner surface may be called an inner surface.

<回転電機>
図1は、本実施形態に係る回転電機1の断面図である。図2は、図1のA部詳細図である。なお、回転電機1の断面は、概ね、ロータの極数に応じた回転対称であるので、図1では、一部のみを図示し、他の部分の図示を省略する。
図1又は図2に示すように、回転電機1は、回転軸Pを中心として回転するロータ20と、回転軸Pを中心として環状にロータ20を覆うステータ10と、を備えている。回転電機1は、例えば、同期電動機である。回転電機1は、例えば、8極のロータ20と、巻線12を収めた48箇所のスロット11Sを有するステータ10とを備えている。
<Rotating electric machine>
FIG. 1 is a cross-sectional view of a rotating electrical machine 1 according to this embodiment. FIG. 2 is a detailed view of part A in FIG. Note that the cross section of the rotating electrical machine 1 is generally rotationally symmetrical according to the number of poles of the rotor, so only a portion thereof is illustrated in FIG. 1 and the other portions are omitted.
As shown in FIG. 1 or FIG. 2 , the rotary electric machine 1 includes a rotor 20 that rotates about a rotation axis P, and a stator 10 that annularly covers the rotor 20 about the rotation axis P. As shown in FIG. The rotary electric machine 1 is, for example, a synchronous motor. The rotating electrical machine 1 includes, for example, a rotor 20 with eight poles, and a stator 10 having 48 slots 11S containing windings 12 .

<ロータ>
ロータ20は、回転軸Pを中心として回転する円柱状の構造体である。ロータ20は、極が異なる磁石を周方向に交互に配置したものである。ロータ20は、例えば、永久磁石を備えている。ロータ20の極数は、例えば、8極である。
<Rotor>
The rotor 20 is a cylindrical structure that rotates around the rotation axis P. As shown in FIG. The rotor 20 has magnets with different poles alternately arranged in the circumferential direction. The rotor 20 includes, for example, permanent magnets. The rotor 20 has eight poles, for example.

<ステータ>
ステータ10は、スロット11Sを形成する複数の歯部110を有するステータコア11と、スロット11Sに配された巻線12と、巻線12とロータ20との間に設けられた磁性楔13と、を備えている。
磁性楔13は、ロータ20に対向する対向面13Aと、対向面13Aに続いてロータ20から離れる方向に延びる側面13Bと、を有する凸部131を備えている。
ここで、側面13Bと歯部110とは離間している。このように、磁性楔13の凸部131の側面13Bと歯部110とは離間しているので、歯部110の内面近傍に磁束が集中しないようにできる。したがって、歯部110の内面近傍から磁性楔13の内面近傍までの間に生じる磁束密度の変化をなだらかにでき、ステータ10の内面近傍における磁束密度を、周方向で均一にできる。よって、ステータ10の鉄損及び磁束変動によるトルクリプルを抑制できる。
<Stator>
The stator 10 includes a stator core 11 having a plurality of teeth 110 forming slots 11S, windings 12 arranged in the slots 11S, and magnetic wedges 13 provided between the windings 12 and the rotor 20. I have.
The magnetic wedge 13 includes a convex portion 131 having a facing surface 13A facing the rotor 20 and a side surface 13B extending in a direction away from the rotor 20 following the facing surface 13A.
Here, the side surface 13B and the tooth portion 110 are separated. Thus, since the side surface 13B of the protrusion 131 of the magnetic wedge 13 and the toothed portion 110 are separated from each other, magnetic flux can be prevented from concentrating in the vicinity of the inner surface of the toothed portion 110 . Therefore, the change in the magnetic flux density generated from the vicinity of the inner surface of the tooth portion 110 to the vicinity of the inner surface of the magnetic wedge 13 can be smoothed, and the magnetic flux density in the vicinity of the inner surface of the stator 10 can be made uniform in the circumferential direction. Therefore, torque ripple due to iron loss and magnetic flux fluctuation of the stator 10 can be suppressed.

<ステータコア>
ステータコア11は、例えば、電磁鋼板を積層して形成されている。ステータコア11は、ロータ20を収容する空洞を中央に有する円筒状である。ステータコア11は、外周部からロータ20の回転軸Pに向けて延びる歯部110を複数有している。ロータ20の回転軸Pに垂直な断面において、歯部110の断面は回転軸Pに沿って一様である。
ステータコア11は、歯部110とスロット11Sとを、ステータ10の周方向に沿って交互に設けている。ステータコア11は、例えば、48箇所の歯部110と、48箇所のスロット11Sを有している。
<Stator core>
The stator core 11 is formed by laminating electromagnetic steel sheets, for example. The stator core 11 has a cylindrical shape with a cavity in the center that accommodates the rotor 20 . Stator core 11 has a plurality of teeth 110 extending from the outer peripheral portion toward rotation axis P of rotor 20 . The cross section of the tooth portion 110 is uniform along the rotation axis P in the cross section perpendicular to the rotation axis P of the rotor 20 .
The stator core 11 has teeth 110 and slots 11S alternately arranged along the circumferential direction of the stator 10 . The stator core 11 has, for example, 48 teeth 110 and 48 slots 11S.

歯部110は、ロータ20の回転軸Pに沿う溝112を有していてよい。溝112は、スロット11Sに開口するよう設けられている。溝112には、磁性楔13の両端部が嵌められて固定されている。磁性楔13が、後述の発泡材133を外面13Dに有する鍔部132を備えている場合、その鍔部132は、溝112に嵌っている。すなわち、溝112には、発泡材133を外面13Dに有する鍔部132が嵌っていてもよい。発泡材133を磁性楔13の少なくとも鍔部132の外面13Dに塗布した状態で、鍔部132を歯部110の溝112に挿入し、発泡材133を加熱すると、発泡材133が発泡して膨張し、鍔部132を内方に押し付ける力が発生する。そして、磁性楔13は、半径方向の位置を決められた状態で溝112に嵌って確実に固定される。 The teeth 110 may have grooves 112 along the axis of rotation P of the rotor 20 . The groove 112 is provided so as to open to the slot 11S. Both ends of the magnetic wedge 13 are fitted and fixed in the grooves 112 . If the magnetic wedge 13 has a flange 132 having a foam material 133 described later on the outer surface 13D, the flange 132 fits into the groove 112 . That is, the groove 112 may be fitted with a collar portion 132 having a foam material 133 on the outer surface 13D. When the foam material 133 is applied to at least the outer surface 13D of the flange part 132 of the magnetic wedge 13, the flange part 132 is inserted into the groove 112 of the tooth part 110, and the foam material 133 is heated, the foam material 133 foams and expands. Then, a force is generated that presses the flange 132 inward. Then, the magnetic wedge 13 is securely fixed by fitting into the groove 112 with its radial position determined.

<巻線>
巻線12は、スロット11Sを通るように配置されている。巻線12は、例えば、銅製の平角線である。巻線12が平角線である場合、巻線12は、平角線の断面における短辺を回転軸Pから離れる半径方向に沿わせて、長辺を周方向に沿わせた状態で、スロット11Sの中に、半径方向に重ねて束ねられている。
なお、巻線12と歯部110の壁面111との間には、絶縁シートが介在しており、ワニス等の絶縁材が充填されている。
<Winding>
Winding 12 is arranged to pass through slot 11S. The winding 12 is, for example, a rectangular wire made of copper. When the winding 12 is a rectangular wire, the winding 12 is arranged such that the short side of the cross section of the rectangular wire is along the radial direction away from the rotation axis P, and the long side is along the circumferential direction, and the slot 11S is closed. Inside, they are radially stacked and bundled.
An insulating sheet is interposed between the winding 12 and the wall surface 111 of the tooth portion 110, and filled with an insulating material such as varnish.

<磁性楔>
磁性楔13は、スロット11Sから巻線12が脱落することを防ぐため、また、ステータ10の内面近傍における磁束密度の周方向での分布を調節するため、巻線12とロータ20との間に設けられている。磁性楔13は、回転軸Pに沿って延びる棒状体である。磁性楔13は、スロット11Sの内方を塞ぐように、隣り合う歯部110同士に架け渡されている。
磁性楔13は、例えば、鉄粉のような磁性粉を含有する磁性材料によって形成されている。磁性楔13は、例えば、磁性粉を含有する樹脂を射出成型することにより製造してよい。磁性楔13は、例えば、アモルファス金属であってよい。
<Magnetic wedge>
The magnetic wedges 13 are provided between the windings 12 and the rotor 20 to prevent the windings 12 from falling out of the slots 11S and to adjust the distribution of the magnetic flux density in the circumferential direction near the inner surface of the stator 10. is provided. The magnetic wedge 13 is a rod-shaped body extending along the rotation axis P. As shown in FIG. The magnetic wedge 13 is bridged between adjacent tooth portions 110 so as to block the inside of the slot 11S.
The magnetic wedge 13 is made of a magnetic material containing magnetic powder such as iron powder. The magnetic wedge 13 may be manufactured, for example, by injection molding a resin containing magnetic powder. Magnetic wedge 13 may be, for example, an amorphous metal.

磁性楔13は、30%以上80%以下の磁粉含有率を有することが好ましい。なお、磁粉含有率は、発泡材133を除く、磁性楔13を構成する成分全体の体積に対する磁性粉の体積の割合である。これにより、顕著に、トルクを維持しつつ、鉄損を低減でき、トルクリプルを低減できる。 The magnetic wedge 13 preferably has a magnetic powder content of 30% or more and 80% or less. Note that the magnetic powder content rate is the ratio of the volume of the magnetic powder to the volume of the entire components constituting the magnetic wedge 13 excluding the foam material 133 . As a result, it is possible to significantly reduce iron loss and torque ripple while maintaining torque.

磁性楔13は、図2に示すように、断面がハット形状になっている。詳細には、磁性楔13は、ロータ20に対向する対向面13Aと、対向面13Aに続いてロータ20から離れる方向に延びる側面13Bと、を有する凸部131を備えている。磁性楔13は、凸部131を備えているので、歯部110との間に空隙を形成することができる。このため、歯部110の内面113近傍から磁性楔13の対向面13A近傍への磁束の伝達を抑制できる。よって、ステータ10の内面近傍における周方向での磁束密度の分布を均すことができる。 The magnetic wedge 13 has a hat-shaped cross section, as shown in FIG. Specifically, the magnetic wedge 13 includes a convex portion 131 having a facing surface 13A facing the rotor 20 and a side surface 13B extending in a direction away from the rotor 20 following the facing surface 13A. Since the magnetic wedge 13 has the convex portion 131 , a gap can be formed between the magnetic wedge 13 and the tooth portion 110 . Therefore, the transmission of magnetic flux from the vicinity of the inner surface 113 of the tooth portion 110 to the vicinity of the facing surface 13A of the magnetic wedge 13 can be suppressed. Therefore, the distribution of the magnetic flux density in the circumferential direction near the inner surface of the stator 10 can be made uniform.

対向面13Aは、ステータ10の内面113の延長面Mに沿って位置している。これにより、磁性楔13は、鍔部132の内面が歯部110の溝112の内面に接した状態で歯部110に固定しているので、対向面13Aを、ステータ10の内面113の延長面Mに沿うように精度良く配置させることができる。よって、ステータ10の内面近傍における周方向での磁束密度の変化を抑制できる。 The facing surface 13A is positioned along the extended surface M of the inner surface 113 of the stator 10. As shown in FIG. As a result, the magnetic wedge 13 is fixed to the teeth 110 with the inner surface of the flange 132 in contact with the inner surface of the groove 112 of the teeth 110 . It can be precisely arranged along M. Therefore, changes in the magnetic flux density in the circumferential direction near the inner surface of the stator 10 can be suppressed.

磁性楔13は、歯部110の壁面111に嵌る鍔部132を備えている。磁性楔13は、歯部110の壁面111に設けられた溝112に嵌っていてもよい。 The magnetic wedge 13 has a collar portion 132 that fits on the wall surface 111 of the tooth portion 110 . The magnetic wedge 13 may fit into a groove 112 provided in the wall surface 111 of the tooth portion 110 .

磁性楔13は、外面13Dに、ロータ20に向かう方向に凹む凹部134を備えている。これにより、凹部134に空隙を形成できる。そして、磁性楔13と歯部110とが接する部分(例えば、鍔部132と溝112とが接する部分)とその空隙との半径方向での位置をずらすことができる。そのため、磁束を、隣り合う歯部110の一方から、磁性楔13を介して、隣り合う歯部110の他方へ伝達し難くできる。よって、磁束のループが短絡することによるトルクの減少を抑制できる。 The magnetic wedge 13 has a recess 134 recessed in the direction toward the rotor 20 on the outer surface 13D. Thereby, a gap can be formed in the concave portion 134 . Then, it is possible to shift the position in the radial direction between the portion where the magnetic wedge 13 and the tooth portion 110 are in contact (for example, the portion where the collar portion 132 and the groove 112 are in contact) and the gap therebetween. Therefore, magnetic flux can be made difficult to be transmitted from one of the adjacent tooth portions 110 to the other of the adjacent tooth portions 110 via the magnetic wedge 13 . Therefore, it is possible to suppress a decrease in torque due to short-circuiting of the magnetic flux loop.

磁性楔13は、磁性楔13の外面13Dを覆い、絶縁性を有する発泡材133を備えていてよい。発泡材133は、加熱すると発泡して膨張するものであってよく、時間の経過に伴い、発泡して膨張するものであってもよい。発泡材133は、液体の塗料であってよく、磁性楔13の外面13Dに貼付できるシート状のものであってもよい。これにより、磁性楔13と巻線12との間の絶縁性を高めることができる。また、磁性楔13の鍔部132の外面13Dに発泡材133を備えた状態で歯部110の溝112に挿入しておくと、発泡材133の膨張により、磁性楔13を溝112に対して確実に嵌めた状態で固定できる。 The magnetic wedge 13 may include a foam material 133 that covers the outer surface 13D of the magnetic wedge 13 and has insulating properties. The foam material 133 may be one that foams and expands when heated, or one that foams and expands over time. The foam material 133 may be liquid paint or may be in the form of a sheet that can be applied to the outer surface 13D of the magnetic wedge 13 . Thereby, the insulation between the magnetic wedge 13 and the winding 12 can be improved. Further, when the outer surface 13D of the flange portion 132 of the magnetic wedge 13 is provided with the foam material 133 and is inserted into the groove 112 of the tooth portion 110, the expansion of the foam material 133 causes the magnetic wedge 13 to move against the groove 112. It can be fixed in a securely fitted state.

磁性楔13と巻線12とは、空隙を介して離間していることが好ましい。これにより、磁性楔13と巻線12との間の絶縁性を高めることができる。 Magnetic wedge 13 and winding 12 are preferably separated by an air gap. Thereby, the insulation between the magnetic wedge 13 and the winding 12 can be improved.

磁性楔13の鍔部132と溝112との間には、周方向に隙間eを有していてよい。また、この隙間eには、発泡材133が充填されていてもよい。これにより、絶縁性を高めるとともに、磁束が歯部110から磁性楔13に短絡する面積を低減できる。よって、ステータ10の内面113近傍における磁束密度の周方向での分布を適切に均すことができる。 Between the flange portion 132 of the magnetic wedge 13 and the groove 112, there may be a gap e in the circumferential direction. Further, the gap e may be filled with a foam material 133 . As a result, it is possible to improve the insulating property and reduce the area where the magnetic flux is short-circuited from the tooth portion 110 to the magnetic wedge 13 . Therefore, the distribution of the magnetic flux density in the circumferential direction near the inner surface 113 of the stator 10 can be appropriately leveled.

(磁性楔の凸部と巻線の幅との関係)
次に、磁性楔13の凸部131における対向面13Aの幅Xと巻線12の幅Yとの関係について説明する。
図3は、磁性楔13の凸部131における対向面13Aの幅Xと、巻線12の最内面12Aの幅Yとの関係の異なるケース(1)からケース(4)までと、鉄損、トルク及びトルクリプルとの関係を表す図である。
図3に示すように、共通のロータ20を用いて、ステータ10の構造を変えたケース(1)からケース(4)までについて、鉄損、トルク及びトルクリプルを測るための数値解析及び実験を行った。なお、各ケースにおいて、磁性楔13の磁粉含有率を可変させた。
ケース(1)は、磁性楔13の凸部131における対向面13Aの幅Xを巻線12の最内面12Aの幅Yの50%未満としたケースである。
ケース(2)は、磁性楔13の凸部131における対向面13Aの幅Xを巻線12の最内面12Aの幅Yの50%以上90%未満としたケースである。
ケース(3)は、磁性楔13の凸部131における対向面13Aの幅Xを巻線12の最内面12Aの幅Yの90%以上100%以下としたケースである。
ケース(4)は、磁性楔13の凸部131における対向面13Aの幅Xを巻線12の最内面12Aの幅Yの100%超としたケースである。
数値解析及び実験の結果、図3に示すように、磁性楔13の磁粉含有率が30%から80%までの範囲で、好ましくは40%から70%の範囲で、更に好ましくは45%から65%の範囲で、顕著に、トルクを維持しつつ、鉄損を低減でき、トルクリプルを低減できることが確認された。
(Relationship between convex portion of magnetic wedge and width of winding)
Next, the relationship between the width X of the facing surface 13A of the protrusion 131 of the magnetic wedge 13 and the width Y of the winding 12 will be described.
FIG. 3 shows cases (1) to (4) in which the relationship between the width X of the facing surface 13A of the convex portion 131 of the magnetic wedge 13 and the width Y of the innermost surface 12A of the winding 12 is different, iron loss, It is a figure showing the relationship between a torque and a torque ripple.
As shown in FIG. 3, using a common rotor 20, numerical analysis and experiments were conducted to measure iron loss, torque, and torque ripple for cases (1) to (4) in which the structure of the stator 10 was changed. rice field. In each case, the magnetic powder content of the magnetic wedge 13 was varied.
Case (1) is a case in which the width X of the facing surface 13A of the protrusion 131 of the magnetic wedge 13 is less than 50% of the width Y of the innermost surface 12A of the winding 12 .
Case (2) is a case in which the width X of the facing surface 13A of the protrusion 131 of the magnetic wedge 13 is 50% or more and less than 90% of the width Y of the innermost surface 12A of the winding 12 .
Case (3) is a case in which the width X of the facing surface 13A of the convex portion 131 of the magnetic wedge 13 is set to 90% or more and 100% or less of the width Y of the innermost surface 12A of the winding 12 .
Case (4) is a case in which the width X of the facing surface 13A of the convex portion 131 of the magnetic wedge 13 is set to more than 100% of the width Y of the innermost surface 12A of the winding 12 .
As a result of numerical analysis and experiments, as shown in FIG. % range, it was confirmed that iron loss and torque ripple could be reduced remarkably while maintaining torque.

また、ステータコア11及びロータ20の断面における鉄損及び磁束密度のそれぞれの分布について、数値解析結果を比較した。
図4は、ケース(1)、ケース(3)及びケース(4)についての鉄損分布と磁束密度分布を表す比較図である。
図4に示すように、ケース(3)は、ケース(1)に比べて、ロータ20の鉄損、特に、ロータ20の外面近傍における鉄損を低減できることが確認できた。また、ケース(3)は、ケース(4)に比べて、ステータコア11の鉄損、特に、ステータコア11の歯部110の内面近傍における鉄損を低減できることが確認できた。
また、ケース(3)は、ケース(1)に比べて、ロータ20の磁束変動を低減できることが確認できた。また、ケース(3)は、ケース(4)に比べて、ステータコア11の特に歯部110と磁性楔13との接続部分の磁束の集中を緩和し、磁束変動を低減できることが確認できた。
Also, the results of numerical analysis were compared with respect to the respective distributions of iron loss and magnetic flux density in the cross sections of the stator core 11 and rotor 20 .
FIG. 4 is a comparative diagram showing iron loss distribution and magnetic flux density distribution for case (1), case (3) and case (4).
As shown in FIG. 4, it was confirmed that the iron loss of the rotor 20, especially the iron loss in the vicinity of the outer surface of the rotor 20, can be reduced in the case (3) compared to the case (1). It was also confirmed that case (3) can reduce the iron loss of stator core 11, particularly the iron loss near the inner surface of tooth portion 110 of stator core 11, compared to case (4).
It was also confirmed that case (3) can reduce the magnetic flux fluctuation of the rotor 20 compared to case (1). In addition, it was confirmed that case (3) alleviated the concentration of magnetic flux, particularly at the connecting portion between tooth 110 and magnetic wedge 13 of stator core 11, and reduced magnetic flux fluctuation, compared to case (4).

ロータ20の回転軸Pに垂直な断面において、すなわち、図1から図4に示すように、磁性楔13の凸部131における対向面13Aの幅Xは、巻線12の最内面12Aの幅Y以下であることが好ましい(ケース(1)、ケース(2)及びケース(3))。なお、最内面12Aは、巻線12のうち最も回転軸Pに近く、最もロータ20に近い内面を意味し、スロット11S内に複数の巻線12が重なって束ねられている場合、最も内方にある巻線12の内面を意味する。なお、最内面12Aの幅Yは、最も内方にある巻線12の周方向における最大寸法を意味し、巻線12が図に示すような平角線である場合、その平角線の断面における周方向に沿う辺(長辺)の寸法を意味する。磁性楔13の凸部131における対向面13Aの幅Xと、巻線12の最内面12Aの幅Yとの関係をこのようにすることで、図3に示すように、回転電機1の主たる性能であるトルクに大きな影響を及ぼすことなく、鉄損を低減し、トルクリプルを低減できる。 In a cross section perpendicular to the rotation axis P of the rotor 20, that is, as shown in FIGS. Preferably (case (1), case (2) and case (3)): The innermost surface 12A is the inner surface of the windings 12 that is closest to the rotation axis P and closest to the rotor 20. means the inner surface of the winding 12 at . The width Y of the innermost surface 12A means the maximum dimension in the circumferential direction of the innermost winding 12. If the winding 12 is a flat wire as shown in the figure, the width Y of the flat wire in cross section is It means the dimension of the side (long side) along the direction. By setting the relationship between the width X of the facing surface 13A of the convex portion 131 of the magnetic wedge 13 and the width Y of the innermost surface 12A of the winding 12, as shown in FIG. It is possible to reduce iron loss and reduce torque ripple without significantly affecting torque.

また、ロータ20の回転軸Pに垂直な断面において、すなわち、図1から図4に示すように、磁性楔13の凸部131における対向面13Aの幅Xは、巻線12の最内面12Aの幅Yの50%以上であることがより好ましい(ケース(2)及びケース(3))。磁性楔13の凸部131における対向面13Aの幅Xと、巻線12の最内面12Aの幅Yとの関係をこのようにすることで、図3に示すように、回転電機1の主たる性能であるトルクに大きな影響を及ぼすことなく、鉄損を大きく低減し、トルクリプルを低減できる。 In a cross section perpendicular to the rotation axis P of the rotor 20, that is, as shown in FIGS. More preferably, it is 50% or more of the width Y (case (2) and case (3)). By setting the relationship between the width X of the facing surface 13A of the convex portion 131 of the magnetic wedge 13 and the width Y of the innermost surface 12A of the winding 12, as shown in FIG. Iron loss can be greatly reduced and torque ripple can be reduced without significantly affecting torque.

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。 In addition, it is possible to appropriately replace the constituent elements in the above-described embodiment with well-known constituent elements without departing from the spirit of the present invention, and the modifications described above may be combined as appropriate.

1 回転電機
10 ステータ
11 ステータコア
11S スロット
12 巻線
12A 最内面
13 磁性楔
13A 対向面
13B 側面
13D 外面
20 ロータ
110 歯部
111 壁面
112 溝
113 内面
131 凸部
132 鍔部
133 発泡材
134 凹部
M 延長面
P 回転軸
X (対向面の)幅
Y (最内面の)幅
1 Rotating electric machine 10 Stator 11 Stator core 11S Slot 12 Winding 12A Innermost surface 13 Magnetic wedge 13A Opposed surface 13B Side surface 13D Outer surface 20 Rotor 110 Toothed portion 111 Wall surface 112 Groove 113 Inner surface 131 Convex portion 132 Collar portion 133 Foam material 134 Concave portion M Extended surface P Axis of rotation X Width Y (of facing surface) Width (of innermost surface)

Claims (10)

スロットを形成する複数の歯部を有するステータコアと、
前記スロットに配された巻線と、
前記巻線とロータとの間に設けられた磁性楔と、を備えたステータにおいて、
前記磁性楔は、前記ロータに対向する対向面と、前記対向面に続いて前記ロータから離れる方向に延びる側面と、を有する凸部を備え、
前記側面と前記歯部とは離間している
ことを特徴とするステータ。
a stator core having a plurality of teeth forming slots;
a winding arranged in the slot;
and a magnetic wedge provided between the winding and the rotor,
The magnetic wedge has a convex portion that has a facing surface that faces the rotor and a side surface that follows the facing surface and extends in a direction away from the rotor,
A stator, wherein the side surface and the tooth portion are separated from each other.
前記ロータの回転軸に垂直な断面において、前記対向面の幅は前記巻線の最内面の幅以下である
ことを特徴とする請求項1に記載のステータ。
2. The stator according to claim 1, wherein the width of the facing surface is equal to or less than the width of the innermost surface of the winding in a cross section perpendicular to the rotating shaft of the rotor.
前記対向面の幅は前記巻線の最内面の幅の50%以上である
ことを特徴とする請求項2に記載のステータ。
3. The stator according to claim 2, wherein the width of said facing surface is 50% or more of the width of the innermost surface of said winding.
前記対向面は、前記ステータの内面の延長面に沿って位置する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のステータ。
4. The stator according to any one of claims 1 to 3, wherein the facing surface is positioned along an extension surface of the inner surface of the stator.
前記磁性楔は、30%以上80%以下の磁粉含有率を有する
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のステータ。
5. The stator according to any one of claims 1 to 4, wherein the magnetic wedge has a magnetic powder content of 30% or more and 80% or less.
前記磁性楔は、前記磁性楔の外面を覆い、絶縁性を有する発泡材を備える
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のステータ。
6. The stator according to any one of claims 1 to 5, wherein the magnetic wedge includes a foam material covering an outer surface of the magnetic wedge and having insulating properties.
前記歯部は、前記ロータの回転軸に沿う溝を有し、
前記磁性楔は、前記発泡材を外面に有する鍔部を備え、
前記鍔部は、前記溝に嵌っている
ことを特徴とする請求項6に記載のステータ。
the tooth portion has a groove along the rotation axis of the rotor;
The magnetic wedge includes a collar portion having the foam material on its outer surface,
7. The stator according to claim 6, wherein said flange is fitted in said groove.
前記磁性楔と前記巻線とは、空隙を介して離間している
ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のステータ。
8. The stator according to any one of claims 1 to 7, wherein the magnetic wedge and the winding are separated by an air gap.
前記磁性楔は、外面に、前記ロータに向かう方向に凹む凹部を備える
ことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のステータ。
9. The stator according to any one of claims 1 to 8, wherein the magnetic wedge has, on its outer surface, a recess recessed in a direction toward the rotor.
請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の前記ステータを備えた回転電機。 A rotary electric machine comprising the stator according to any one of claims 1 to 9.
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