(57)【要約】【課題】三相交流により駆動される場合であっても、トルクの向上が図れる回転電機を提供する。【解決手段】回転電機１は、ロータ３及びステータ５を備える。ステータ５は、円環状の本体５ａから当該本体５ａの径方向に沿って内側に突出すると共に本体５ａの周方向に沿って所定の間隔をあけて設けられた複数のティース５ｂを有するコア７と、ティース５ｂに巻回されたコイル９と、ロータ３の回転軸ＡＸに沿った方向に磁束が発生するように本体５ａに配置された磁石１５ａ〜１５ｂと、を備え、磁石１５ａ〜１５ｄは、コイル９の励磁により発生する磁束とともに当該磁石１５ａ〜１５ｄの磁束がロータ３に鎖交する位置に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ及びステータを備える回転電機であって、
前記ステータは、
円環状の本体から当該本体の径方向に沿って内側に突出すると共に前記本体の周方向に沿って間隔をあけて設けられた複数のティースを有するコアと、
前記ティースに巻回されたコイルと、
前記ロータの回転軸に沿った方向に磁束が発生するように前記本体に配置された磁石と、を備え、
前記磁石は、前記コイルの励磁により発生する磁束とともに当該磁石の磁束が前記ロータに鎖交する位置に設けられている、回転電機。
【請求項２】
前記コアは、前記磁石が配置される本体部を備え、
前記本体部は、磁性材料が巻回されてなる巻コアである、請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記コアは、前記磁石が配置される本体部を備え、
前記本体部は、圧粉磁心により形成されている、請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記磁石は、前記本体において、隣り合う一対の前記ティースの間の位置に配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記磁石は、前記本体内に前記回転軸に沿って間隔をあけて複数配置されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記コイルは、前記本体の周方向において、当該コイルの励磁により発生する磁束の向きが反転するように励磁される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転電機として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載の回転電機は、複数の突極が形成された突極型回転子（ロータ）と、回転子に対向する複数の突極が形成された固定子本体（ステータ）と、突極にコイルが巻き取られた複数の相巻線と、相巻線間に装着された永久磁石を備える固定子とを含み、永久磁石は、相巻線から発生する磁束の方向に対応する磁力が発生するように配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１１６０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の回転電機は、ＳＲ（Switched Reluctance）モータである。そのため、従来の回転電機では、相巻線により発生する磁束は、単一の方向にのみ流れる。このような構成において、従来の回転電機では、相巻線から発生する磁束の方向に対応する磁力が発生するように永久磁石を配置することで、巻線の励磁によって発生する磁束と永久磁石から発生する磁束との相互作用により磁束量を増大させ、トルクの向上を図っている。
【０００５】
しかしながら、従来の回転電機のようなＳＲモータは、騒音及び振動が発生し易いと共に、駆動回路においてロータの複数の突極に対応したスイッチング素子が必要となるためコストが増大するという課題がある。これらの課題は、三相交流による駆動とすることにより解決することができる。しかし、三相交流による駆動では、コイルによる発生する磁束の向きが時間的に変化する。つまり、コイルの磁束の向きが反転する。そのため、従来の回転電機の構成では、コイルにより発生した磁束の向きと磁石により発生した磁束の向きが反対方向となる場合があり、時間的に反磁界となる。このように、従来の回転電機において三相交流による駆動を実現しようとすると、トルクが低下し得る。
【０００６】
本発明の一側面は、三相交流により駆動される場合であっても、トルクの向上が図れる回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る回転電機は、ロータ及びステータを備える回転電機であって、ステータは、円環状の本体から当該本体の径方向に沿って内側に突出すると共に本体の周方向に沿って間隔をあけて設けられた複数のティースを有するコアと、ティースに巻回されたコイルと、ロータの回転軸に沿った方向に磁束が発生するように本体に配置された磁石と、を備え、磁石は、コイルの励磁により発生する磁束とともに当該磁石の磁束がロータに鎖交する位置に設けられている。
【０００８】
本発明の一側面に係る回転電機では、ロータの回転軸に沿った方向（スラスト方向）に磁束が発生するように磁石が本体に配置され、磁石は、コイルの励磁により発生する磁束とともに当該磁石の磁束がロータに鎖交する位置に設けられている。これにより、回転電機では、コイルにより発生する磁束の方向が時間的に変化する場合であっても、コイルの励磁により発生した磁束の方向と磁石により発生した磁束の方向とは反対方向にならない。そのため、回転電機では、反磁界となることがないため、トルクの低下を抑制できる。したがって、回転電機では、コイルにより発生した磁束と磁石により発生した磁束との相互作用による磁束がロータに鎖交されるため、三相交流により駆動される場合であっても、トルクの向上を図ることができる。
【０００９】
一実施形態においては、コアは、磁石が配置される本体部を備え、本体部は、磁性材料が巻回されてなる巻コアであってもよい。この構成では、巻コアである本体部に磁石を配置することにより、磁束の鉄損を減少させることができる。特に、磁性材料としてアモルファスを用いた場合には、磁束の鉄損を効果的に減少させることができる。その結果、一実施形態に係る回転電機では、効率的な駆動が可能となる。
【００１０】
一実施形態においては、コアは、磁石が配置される本体部を備え、本体部は、圧粉磁心により形成されていてもよい。この構成では、圧粉磁心により形成された本体部に磁石を配置することにより、磁束の鉄損を減少させることができる。その結果、一実施形態に係る回転電機では、効率的な駆動が可能となる。
【００１１】
一実施形態においては、磁石は、本体において、隣り合う一対のティースの間の位置に配置されていてもよい。この構成では、コイルに電流が励磁されることで発生した磁束が磁石により発生した磁束を効果的に巻き込む。したがって、一実施形態に係る回転電機では、コイルにより発生した磁束と磁石により発生した磁束との相互作用により、トルクの向上をより効率的に図ることができる。
【００１２】
一実施形態においては、磁石は、本体内に回転軸に沿って間隔をあけて複数配置されていてもよい。この構成では、複数の磁石を本体内に配置することができ、磁石の磁束を増加させることができる。また、間隔をあけて磁石を配置することにより、磁石間に、コイルに電流が励磁させることで発生した磁束が流れ、磁石により発生した磁束を効果的に巻き込むことができる。したがって、一実施形態に係る回転電機では、トルクの向上をより効率的に図ることができる。
【００１３】
一実施形態においては、コイルは、本体の周方向において、当該コイルの励磁により発生する磁束の向きが反転するように励磁されてもよい。この構成では、コイルの励磁により発生する磁束の向きが反転する場合であっても、コイルの励磁により発生した磁束の方向と磁石により発生した磁束の方向とは反対方向にならず、コイルにより発生した磁束と磁石により発生した磁束との相互作用による磁束がロータに鎖交されるため、トルクの向上をより効率的に図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一側面によれば、三相交流により駆動される場合であっても、トルクの向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態に係る回転電機を示す図である。
【図２】回転電機におけるコイルの結線状態を示す図である。
【図３】図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った磁石体の断面構成を示す図である。
【図４】回転電機のコイルに入力される三相交流の波形を示す図である。
【図５】磁束の時間的な変化を示す図である。
【図６】他の実施形態に係る回転電機の磁石体の断面構成を示す図である。
【図７】他の実施形態に係る回転電機の磁石体の断面構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１７】
図１及び図２に示されるように、モータ（回転電機）１は、例えば、インナーロータ型のモータ（三相モータ）である。モータ１は、ロータ３と、ステータ５と、を備えている。
【００１８】
ロータ３は、回転自在に設けられている。ロータ３は、ステータ５内に配置されている。ロータ３は、回転自在な回転軸ＡＸを中心に回転する。ロータ３は、ロータ本体３ａと、複数のロータティース３ｂと、を有している。ロータ本体３ａとロータティース３ｂとは、一体に形成されている。ロータ本体３ａ及びロータティース３ｂは、例えば、電磁鋼板が複数積層されて形成されている。ロータ本体３ａは、環状をしている。ロータティース３ｂは、ロータ本体３ａの外周面から、このロータ本体３ａの径方向に沿って外側に突出すると共に、ロータ本体３ａの周方向に沿って所定の間隔をあけて複数設けられている。
【００１９】
ステータ５は、コア７と、コイル９と、を有する。コア７は、ステータ本体７ａと、複数のステータティース７ｂと、を有している。ステータ本体７ａとステータティース７ｂとは、一体に形成されている。ステータ本体７ａ及びステータティース７ｂは、例えば、電磁鋼板が複数積層されて形成されている。ステータ本体７ａは、円環状を呈している。ステータティース７ｂは、ステータ本体７ａの内周面から、このステータ本体７ａの径方向に沿って内側に突出すると共に、ステータ本体７ａの周方向に沿って所定の間隔をあけて複数設けられている。ステータ５には、隣り合うステータティース７ｂの間にコイル９を収納するスロットが画成されている。
【００２０】
コイル９は、コア７のステータティース７ｂに巻回されている。コイル９は、絶縁シート（図示しない）を介してステータティース７ｂに巻回されている。コイル９は、図２に示されるように結線されている。コイル９は、集中巻の電機子巻機であり、Ｕ相電機子巻線、Ｖ相電機子巻線及びＷ相電機子巻線を含んでいる。Ｕ相電機子巻線、Ｖ相電機子巻線及びＷ相電機子巻線のそれぞれには、位相が２π／３ずつ位相のずれたＵ相、Ｖ相及びＷ相の電流がそれぞれ入力される。
【００２１】
コア７は、磁石体１１を備えている。磁石体１１は、コア７のステータ本体７ａの一部を構成している。磁石体１１は、ステータ本体７ａにおいて、周方向で隣り合う一対のステータティース７ｂの間の位置に配置されている。図３に示されるように、磁石体１１は、磁石１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄが配置される本体部１３を有する。図３は、コア７のステータ本体７ａの周方向に直交する断面を示している。本体部１３は、磁性材料として、例えば、アモルファスが用いられている。本体部１３は、例えば、厚さ０．３５ｍｍ程度のシート状のアモルファスが巻回されて形成されている。本体部１３は、いわゆる巻コアである。具体的には、本体部１３は、図３に示す断面において、巻回された層構造となるようにシート状のアモルファスが巻回されている。
【００２２】
磁石１５ａ〜１５ｄは、本体部１３内に配置されている。磁石１５ａ〜１５ｄは、複数（ここでは４個）設けられている。磁石１５ａ〜１５ｄは、本体部１３内に回転軸ＡＸに沿って間隔をあけて配置されている。磁石１５ａ〜１５ｄは、本体部１３の一部をくり貫いた部分に埋設されている。磁石１５ａ〜１５ｄは、ロータ３の回転軸ＡＸに沿った方向に磁束が発生するように配置されている。具体的には、図３に示す例では、磁石１５ａ〜１５ｄは、千鳥状に配置されている。詳細には、磁石１５ａ及び磁石１５ｃ  は、本体部１３において図示左側寄りに配置されていると共に、Ｎ極が図示下方、Ｓ極が図示上方となるように配置されている。磁石１５ｂ及び磁石１５ｄは、本体部１３において図示右側寄りに配置されていると共に、Ｎ極が図示上方、Ｓ極が図示下方となるように配置されている。このような磁石１５ａ〜１５ｄの配置により、磁石体１１には、図３に矢印で示されるように、時計回り（右回り）となる磁束の閉ループが形成される。磁束の閉ループは、ロータ３の回転軸ＡＸに沿った方向の成分を有する。磁石１５ａ〜１５ｄの磁束の閉ループは、本体部１３の巻コアの巻回方向に沿うように形成される。
【００２３】
上記構成を有するモータ１では、コア７に設けられた磁石体１１において、ロータ３の回転軸ＡＸに沿った方向に磁束が発生するように磁石１５ａ〜１５ｄが配置され、磁石１５ａ〜１５ｄはコイル９の励磁により発生する磁束とともに磁石１５ａ〜１５ｄの磁束がロータ３に鎖交する位置に設けられている。そのため、磁石体１１には、回転軸ＡＸに沿った短絡磁路が形成される。
【００２４】
図４に示されるように、三相交流では、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の電流は、位相が２π／３ずつずれている。そのため、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように、コアでは、図中矢印で示すように時間的に磁束の向きが反転する。つまり、コイル９は、本体部１３の周方向において、コイル９により発生する磁束の向きが反転するように励磁される。従来のＳＲモータのように、コイルにより発生する磁束の向きに変化が生じないことを前提としてステータのコアに磁石が設けられている場合、当該磁石は、発生する磁束の向きがコイルによる発生する磁束の向きと一緒となるように配置されている。この構成では、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように、コイルにより発生する磁束の向きに変化が生じた場合、磁石により発生した磁束の向きと反対方向となり、反磁界となる。
【００２５】
これに対して、本実施形態に係るモータ１では、ロータ３の回転軸ＡＸに沿った方向に磁束が発生するようにステータ５の本体部１３に磁石１５ａ〜１５ｄが配置され、コイル９の励磁により発生する磁束とともに磁石１５ａ〜１５ｄの磁束がロータ３に鎖交する位置に設けられている。これにより、モータ１では、コイル９により発生する磁束の方向が時間的に変化する場合であっても、コイル９により発生した磁束の方向と磁石１５ａ〜１５ｄにより発生した磁束の方向とは反対方向にならない。そのため、モータ１では、反磁界となることがないため、トルクの低下を抑制できる。したがって、モータ１では、コイル９に電流が励磁されることで発生した磁束がステータ５に配置した磁石１５ａ〜１５ｄにより発生した磁束を巻き込み、相互作用による磁束がロータ３に鎖交されるため、三相交流により駆動される場合であっても、トルクの向上を図ることができる。
【００２６】
本実施形態に係るモータ１では、磁石体１１の本体部１３は、アモルファスが巻回されてなる巻コアである。このように、磁石１５ａ〜１５ｄが配置される本体部１３をアモルファスを材料とする巻コアとすることにより、磁束の鉄損を減少させることができる。その結果、モータ１では、効率的な駆動が可能となる。
【００２７】
本実施形態では、磁石体１１は、ステータ本体７ａにおいて、周方向で隣り合うステータティース７ｂの間の位置に配置されている。これにより、モータ１では、コイル９に電流が励磁されることで発生した磁束が磁石１５ａ〜１５ｄにより発生した磁束を効果的に巻き込む。したがって、モータ１では、コイル９により発生した磁束と磁石１５ａ〜１５ｄにより発生した磁束との相互作用により、トルクの向上をより効率的に図ることができる。
【００２８】
本実施形態では、磁石１５ａ〜１５ｄは、本体部１３内に回転軸ＡＸに沿って間隔をあけて配置されている。これにより、磁石１５ａ〜１５ｄを本体部１３内に配置することができ、磁石１５ａ〜１５ｄの磁束を増加させることができる。また、間隔をあけて磁石１５ａ〜１５ｄを配置することにより、各磁石１５ａ〜１５ｄ間に、コイル９の励磁により発生した磁束が流れ、各磁石１５ａ〜１５ｄにより発生した磁束を効果的に巻き込むことができる。したがって、モータ１では、トルクの向上をより効率的に図ることができる。
【００２９】
本実施形態では、コイル９は、本体部１３の周方向において、コイル９の励磁により発生する磁束の向きが反転するように励磁される。コイル９の励磁により発生する磁束の向きが反転する場合であっても、コイル９の励磁により発生した磁束の方向と磁石１５ａ〜１５ｄにより発生した磁束の方向とは反対方向にならず、コイル９により発生した磁束と磁石１５ａ〜１５ｄにより発生した磁束との相互作用による磁束がロータ３に鎖交されるため、トルクの向上をより効率的に図ることができる。
【００３０】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【００３１】
上記実施形態では、磁石体１１の本体部１３が、シート状のアモルファスが巻回された巻コアである形態を一例に説明した。しかし、本体部１３の構成はこれに限定されない。図６に示されるように、磁石体１１Ａの本体部１３Ａは、圧粉磁心コアであってもよい。具体的には、本体部１３Ａは、表面に絶縁加工が施された強磁性体の粉末をプレスすることにより形成されている。
【００３２】
磁石１５Ａａ，１５Ａｂ，１５Ａｃは、本体部１３Ａに配置されている。磁石１５Ａａ〜１５Ａｃは、複数（ここでは３個）設けられている。磁石１５Ａａ〜１５Ａｃ、ロータ３の回転軸ＡＸに沿った方向に磁束が発生するように配置されている。具体的には、図６に示す例では、磁石１５Ａａ〜１５Ａｃは、本体部１３Ａの上下方向において、所定の間隔をあけて配置されている。磁石１５Ａａ〜１５Ａｃは、Ｎ極が図示上方、Ｓ極が図示下方となるように配置されている。磁石体１１Ａには、図６に矢印で示されるように、磁石１５Ａａ〜１５Ａｃのそれぞれにおいて、ロータ３の回転軸ＡＸに沿った方向の成分を有する磁束の閉ループが形成される。
【００３３】
磁石体１１Ａでは、本体部１３Ａを圧粉磁心により形成しているため、本体部１３Ａにおいて渦電流による損失が発生することを抑制できる。その結果、本体部１３Ａを有するモータ１では、効率的な駆動が可能となる。
【００３４】
図７（ｂ）に示されるように、磁石体１１Ｂの本体部１３Ｂは、電磁鋼板１４で構成されていてもよい。具体的には、本体部１３Ｂは、複数の電磁鋼板１４が積層されることにより形成されている。詳細には、電磁鋼板１４は、コア７の周方向が積層方向となるように積層されている。すなわち、電磁鋼板１４の積層方向は、コア７を形成する電磁鋼板の積層方向と直交する。
【００３５】
磁石１５Ｂａ，１５Ｂｂ，１５Ｂｃは、本体部１３Ｂに配置されている。磁石１５Ｂａ〜１５Ｂｃは、複数（ここでは３個）設けられている。磁石１５Ｂａ〜１５Ｂｃ、ロータ３の回転軸ＡＸに沿った方向に磁束が発生するように配置されている。具体的には、図７（ａ）に示す例では、磁石１５Ｂａ〜１５Ｂｃは、本体部１３Ｂの上下方向において、所定の間隔をあけて配置されている。磁石１５Ｂａ〜１５Ｂｃは、Ｎ極が図示上方、Ｓ極が図示下方となるように配置されている。磁石体１１Ｂには、図７（ａ）に矢印で示されるように、磁石１５Ｂａ〜１５Ｂｃのそれぞれにおいて、ロータ３の回転軸ＡＸに沿った方向の成分を有する磁束の閉ループが形成される。
【００３６】
磁石体１１Ｂでは、本体部１３Ｂを電磁鋼板１４により形成しているため、材料歩留りが高くなり、モータをより安価に製造することが可能となる。
【符号の説明】
【００３７】
１…モータ（回転電機）、３…ロータ、５…ステータ、７…コア、７ａ…ステータ本体、７ｂ…ステータティース、９…コイル、１３，１３Ａ，１３Ｂ…本体部、１５ａ〜１５ｄ，１５Ａａ〜１５Ａｃ，１５Ｂａ〜１５Ｂｃ…磁石。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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