WO2020230372A1

WO2020230372A1 - 回転電機

Info

Publication number: WO2020230372A1
Application number: PCT/JP2020/003088
Authority: WO
Inventors: 義典杉浦
Original assignee: 株式会社明電舎
Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2020-01-29
Publication date: 2020-11-19
Also published as: JP2020188612A

Abstract

ステータコアのティース部に集中巻きされたコイルにおいて高周波の磁束によって生じる渦電流損を大きく削減できる回転電機を提供する。環状をなすヨーク部１２２ａの内周に径方向内側へ向かって突出するティース部１２２ｂを周方向に複数設けたステータコア１２２と、ステータコア１２２のティース部１２２ｂにそれぞれ集中巻きされたコイル１２３とを有するステータ１２０を備えた同期モータ１００において、ステータコア１２２のティース部１２２ｂの、コイル１２３よりもステータコア１２２の径方向内側に配設されて、高周波の磁束を遮断する強磁性材料からなるシールド体１２４を備えている。

Description

回転電機

　本発明は、発電機やモータ等の回転電機に関する。

　例えば、ステータコアのティース部にコイルを集中巻きしたステータを備えた同期モータは、組立性が良い反面、ロータとステータとの相互作用により発生した高周波の磁束をコイルが直接受けてしまう。さらに、コイルが平角形状の導線（セグメントコイル等）の場合、上述した高周波の磁束によって、コイルに渦電流損が過剰発生し、コイルが過大に温度上昇してしまう。特に、高速回転する同期モータにおいては、上述した高周波の磁束が過大となっている。

特開２０１０－２２０３８７号公報特開２０１２－０９０４４６号公報

　上記問題は、上述したような同期モータに限らず、ステータコアのティース部に集中巻コイル（絶縁ボビンに予め成形したものも含む）を設けたステータを備えた発電機やモータ等の回転電機であれば、同様にして起こり得ることである。

　このようなことから、本発明は、ステータコアのティース部に集中巻きされたコイルにおいて高周波の磁束によって生じる渦電流損を大きく削減できる回転電機を提供することを目的とする。

　前述した課題を解決するための、本発明に係る回転電機は、環状をなすヨーク部の内周に径方向内側へ向かって突出するティース部を周方向に複数設けたステータコアと、前記ステータコアの前記ティース部にそれぞれ集中巻きされたコイルとを有するステータを備えた回転電機において、前記ステータコアの前記ティース部の、前記コイルよりも当該ステータコアの径方向内側に配設されて、高周波の磁束を遮断する強磁性材料からなるシールド体を備えていることを特徴とする。

　また、本発明に係る回転電機は、上述した回転電機において、前記シールド体が、前記ステータコアの径方向最内側に位置する前記コイルの、当該径方向内側の面に隣接して当該面を覆うように前記ティース部に取り付けられたものであることを特徴とする。

　また、本発明に係る回転電機は、上述した回転電機において、前記シールド体が、前記ステータコアの隣り合う前記ティース部の、当該ステータコアの径方向内側の端部の間を連結して覆うように当該ティース部に取り付けられたものであることを特徴とする。

　また、本発明に係る回転電機は、上述した回転電機において、前記コイルが、平角形状の導線からなるものであることを特徴とする。

　本発明に係る回転電機によれば、ロータとステータとの相互作用により高周波の磁束が発生するものの、シールド体が、表皮効果により、高周波の磁束を遮断して浸透し難くすることから、高周波の磁束のコイルへの到達を防止でき、コイル自身が受ける高周波の磁束成分を緩和できるので、コイルに発生する高周波成分の損失（渦電流損）を大きく削減することができ、コイルの温度上昇を大幅に抑制することができる。

本発明による回転電機を同期モータに適用した場合の第一番目の実施形態の要部の抽出拡大図である。本発明による回転電機を同期モータに適用した場合の第二番目の実施形態の要部の抽出拡大図である。

　本発明に係る回転電機の実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。

〈第一番目の実施形態〉
　本発明に係る回転電機を同期モータに適用した場合の第一番目の実施形態を図１に基づいて説明する。

　図１において、１１０はロータ、１２０はステータである。

　ロータ１１０は、円筒状をなすロータコア１１２が回転軸１１１に同軸をなして設けられ、当該ロータコア１１２の外周寄りに永久磁石１１３が軸方向全長にわたって内装されると共に周方向にわたって複数配設されている。

　ステータ１２０は、円筒状をなすステータコア１２２がハウジング１２１内に固定支持され、当該ステータコア１２２の環状をなすヨーク部１２２ａの内周面に径方向内側へ向かって突出するティース部１２２ｂが周方向全長にわたって規定の間隔で複数設けられており、当該ティース部１２２ｂに平角形状の導線からなるコイル１２３（セグメントコイル等）がそれぞれ装着（集中巻き）されている。

　そして、ステータコア１２２の径方向最内側に位置する前記コイル１２３の、当該径方向内側の面には、高周波の磁束を遮断する強磁性材料からなるシールド体１２４が隣接して当該面を覆うように配設されており、当該シールド体１２４は、前記コイル１２３よりも当該径方向内側に位置するように前記ティース部１２２ｂに取り付け支持されている。

　このような本実施形態に係る同期モータ１００においては、ステータ１２０のコイル１２３に通電することにより、ロータ１１０が回転して、回転軸１１１から動力を送り出すことができる。

　ここで、ロータ１１０とステータ１２０との相互作用により高周波の磁束が発生するものの、シールド体１２４が、表皮効果により、高周波の磁束を遮断して浸透し難くすることから、高周波の磁束のコイル１２３への到達を防止でき、コイル１２３自身が受ける高周波の磁束成分を緩和できる。

　したがって、本実施形態に係る同期モータ１００によれば、コイル１２３に発生する高周波成分の損失（渦電流損）を大きく削減することができるので、コイル１２３の温度上昇を大幅に抑制することができる。

〈第二番目の実施形態〉
　本発明に係る回転電機を同期モータに適用した場合の第二番目の実施形態を図２に基づいて説明する。ただし、前述した実施形態で説明した部材については、前述した実施形態での説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した実施形態での説明と重複する説明を省略する。

　図２において、１１０はロータ、２２０はステータである。

　ステータ２２０は、前述した実施形態と同様なステータコア１２２及びコイル１２３を備えている。

　そして、ステータコア１２２の隣り合うティース部１２２ｂの、当該ステータコア１２２の径方向内側の端部の間には、高周波の磁束を遮断する強磁性材料からなるシールド体２２４が当該間を連結して覆うように配設されており、当該シールド体２２４は、前記コイル１２３よりも当該径方向内側に位置するように当該ティース部１２２ｂに取り付け支持されている。

　このような本実施形態に係る同期モータ２００では、前述した実施形態の場合と同様に、ステータ２２０のコイル１２３に通電することにより、ロータ１１０が回転して、回転軸１１１から動力を送り出すことができる。

　ここで、前述した実施形態の場合と同様、ロータ１１０とステータ２２０との相互作用により高周波の磁束が発生するものの、前述した実施形態の場合と同様に、シールド体２２４が、表皮効果により、高周波の磁束を遮断して浸透し難くすることから、高周波の磁束のコイル１２３への到達を防止でき、コイル１２３自身が受ける高周波の磁束成分を緩和できる。

　したがって、本実施形態に係る同期モータ２００によれば、前述した実施形態の場合と同様に、コイル１２３に発生する高周波成分の損失（渦電流損）を大きく削減することができるので、コイル１２３の温度上昇を大幅に抑制することができる。

　また、ステータコア１２２の隣り合うティース部１２２ｂの、当該ステータコア１２２の径方向内側の端部の間を連結して覆うように当該ティース部１２２ｂにシールド体２２４を取り付けていることから、コイル１２３自身が受ける高周波の磁束成分をシールド体２２４からティース部１２２ｂに流す磁束の通り道を形成することができるので、コイル１２３に発生する高周波成分の損失（渦電流損）をさらに削減することができ、コイル１２３の温度上昇をさらに抑制することができる。

〈他の実施形態〉
　なお、前述した実施形態においては、平角形状の導線からなるコイル１２３（セグメントコイル等）の場合について説明したが、他の実施形態として、例えば、丸円形状の導線からなるコイルの場合であっても、前述した実施形態の場合と同様にして適用することができる。

　また、前述した実施形態においては、同期モータ１００，２００の場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ステータコアのティース部に集中巻コイル（絶縁ボビンに予め成形したものも含む）を設けたステータを備えた発電機やモータ等の回転電機であれば、前述した実施形態の場合と同様にして適用することができる。

　本発明に係る回転電機は、コイルに発生する高周波成分の損失（渦電流損）を大きく削減することができ、コイルの温度上昇を大幅に抑制することができるので、産業上、極めて有益に利用することができる。

Claims

　環状をなすヨーク部の内周に径方向内側へ向かって突出するティース部を周方向に複数設けたステータコアと、
　前記ステータコアの前記ティース部にそれぞれ集中巻きされたコイルと
　を有するステータを備えた回転電機において、
　前記ステータコアの前記ティース部の、前記コイルよりも当該ステータコアの径方向内側に配設されて、高周波の磁束を遮断する強磁性材料からなるシールド体を備えている
　ことを特徴とする回転電機。
　請求項１に記載の回転電機において、
　前記シールド体が、前記ステータコアの径方向最内側に位置する前記コイルの、当該径方向内側の面に隣接して当該面を覆うように前記ティース部に取り付けられたものである
　ことを特徴とする回転電機。
　請求項１に記載の回転電機において、
　前記シールド体が、前記ステータコアの隣り合う前記ティース部の、当該ステータコアの径方向内側の端部の間を連結して覆うように当該ティース部に取り付けられたものである
　ことを特徴とする回転電機。
　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回転電機において、
　前記コイルが、平角形状の導線からなるものである
　ことを特徴とする回転電機。