特開 2024-43857 磁性楔、及び磁性楔を用いた回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024043857

(43)【公開日】2024-04-02

(54)【発明の名称】磁性楔、及び磁性楔を用いた回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/493 20060101AFI20240326BHJP

【ＦＩ】

H02K3/493

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022149064

(22)【出願日】2022-09-20

(71)【出願人】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100116001

【弁理士】

【氏名又は名称】森 俊秀

(74)【代理人】

【識別番号】100208580

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 玲奈

(72)【発明者】

【氏名】須川 剛

(72)【発明者】

【氏名】潮湖 肇夫

【テーマコード（参考）】

5H604

【Ｆターム（参考）】

5H604AA08

5H604BB01

5H604BB03

5H604BB14

5H604CC01

5H604CC05

5H604CC14

5H604DA02

5H604DA06

5H604DA14

5H604DB01

5H604QC01

(57)【要約】

【課題】周方向に貫通する漏れ磁束を低減した磁性楔を提供することである。
【解決手段】回転電機のステータコアを励磁するコイルを収容するスロットの開口を塞ぐ磁性楔であって、前記スロットの周方向一方側の内壁をなす第１ティースと接する第１高透磁率部と、前記スロットの周方向他方側の内壁をなす第２ティースと接する第２高透磁率部と、周方向で前記第１高透磁率部と前記第２高透磁率部との間に設けられ、前記第１高透磁率部及び前記第２高透磁率部よりも低透磁率である低透磁率部と、を有し、前記第１高透磁率部及び前記第２高透磁率部は、高透磁性剤を含み、前記第１高透磁率部及び前記第２高透磁率部は、ガラスクロスに前記高透磁性剤を含有する合成樹脂を塗布してなる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転電機のステータコアを励磁するコイルを収容するスロットの開口を塞ぐ磁性楔であって、
前記スロットの周方向一方側の内壁をなす第１ティースと接する第１高透磁率部と、
前記スロットの周方向他方側の内壁をなす第２ティースと接する第２高透磁率部と、
周方向で前記第１高透磁率部と前記第２高透磁率部との間に設けられ、前記第１高透磁率部及び前記第２高透磁率部よりも低透磁率である低透磁率部と、
を有し、
前記第１高透磁率部及び前記第２高透磁率部は、高透磁性剤を含み、
前記第１高透磁率部及び前記第２高透磁率部は、ガラスクロスに前記高透磁性剤を含有する合成樹脂を塗布してなる、
することを特徴とする磁性楔。

【請求項2】

前記高透磁性剤は、アモルファス、パーマロイ、又はケイ素鋼である、
ことを特徴とする請求項１に記載の磁性楔。

【請求項3】

前記低透磁率部は、前記ガラスクロスに前記高透磁性剤を含有しない合成樹脂を塗布してなる、
ことを特徴とする請求項１に記載の磁性楔。

【請求項4】

請求項１に記載の前記磁性楔と前記ステータコアを有するステータと、
前記ステータの径方向内側にエアギャップを介して配置されるロータと、
を有する、
ことを特徴とする回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁性楔、及び磁性楔を用いた回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ステータの隣り合うティース同士の間に形成されたスロットに収容されたコイルに通電することで励磁し、ロータを回転させる回転電機が知られている。このような回転電機においては、隣り合うティース同士の間のスロットの開口を塞ぐように楔を挿入することで、コイルを固定し、脱落を防ぐ場合がある。

【0003】

スロットの開口を塞ぐ楔として非磁性楔を用いた場合、スロット部分に対してティース部分に磁束が集中するため、エアギャップの磁束密度の空間分布は周方向に粗密が生じる。この磁束密度の粗密は、回転電機のエアギャップの磁束密度の基本波にその整数倍の高次周波数成分である高調波を加えてしまい、効率低下の原因となっていた。

【0004】

これに対し、例えば特許文献１には、スロットの開口を塞ぐ楔として磁性楔を用いることで、高調波による損失を低減する技術が開示されている。磁性楔を用いた場合、スロット部分でも磁性楔を介して磁束が流れるため、磁束密度の粗密が緩和され、高調波による損失を低減することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平７－２２７０５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、従来の磁性楔では、楔の透磁率を上げると必要な方向以外にも磁束が流れ、例えば磁束が磁性楔を周方向に貫通する場合があった。この場合、磁性楔の両脇のティースのうちの一方のティースから磁性楔を介して他方のティースに漏れ磁束が流れ、さらに前記他方のティースからロータに流れ、ロータから前記一方のティースに流れるという漏れ磁束の循環が生じてしまう。このように循環する漏れ磁束が増えると電流が増加し、回転電機の効率が低下するという問題があった。

【0007】

本発明は、周方向に貫通する漏れ磁束を低減した磁性楔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】

【0008】

本発明の一態様に係る磁性楔は、回転電機のステータコアを励磁するコイルを収容するスロットの開口を塞ぐ磁性楔であって、前記スロットの周方向一方側の内壁をなす第１ティースと接する第１高透磁率部と、前記スロットの周方向他方側の内壁をなす第２ティースと接する第２高透磁率部と、周方向で前記第１高透磁率部と前記第２高透磁率部との間に設けられ、前記第１高透磁率部及び前記第２高透磁率部よりも低透磁率である低透磁率部と、を有し、前記第１高透磁率部及び前記第２高透磁率部は、高透磁性剤を含み、前記第１高透磁率部及び前記第２高透磁率部は、ガラスクロスに前記高透磁性剤を含有する合成樹脂を塗布してなることを特徴とする。

【0009】

上記の一態様の磁性楔において、前記高透磁性剤は、アモルファス、パーマロイ、又はケイ素鋼である、ことを特徴とする。

【0010】

上記の一態様の磁性楔において、前記低透磁率部は、前記ガラスクロスに前記高透磁性剤を含有しない合成樹脂を塗布してなる、ことを特徴とする。

【0011】

本発明の一態様に係る回転電機は、前記磁性楔と前記ステータコアを有するステータと、前記ステータの径方向内側にエアギャップを介して配置されるロータと、を有する、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明の一態様によれば、周方向に貫通する漏れ磁束を低減した磁性楔を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１実施形態に係るモータの部分断面図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る磁性楔を説明する斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。実施形態では説明を分かり易くするため、本発明の主要部以外の構造や要素については、簡略化または省略して説明する。また、図面において、同じ要素には同じ符号を付す。なお、図面に示す各要素の形状、寸法などは模式的に示したもので、実際の形状、寸法などを示すものではない。

【0015】

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るモータの部分断面図である。第１実施形態のモータ１０は、回転電機の一例である。モータ１０は、インナーロータ型モータである。モータ１０は、ステータ２０と、ロータ３０とを有する。ステータ２０は、ロータ３０の径方向外側にエアギャップを介して配置される。ロータ３０は回転軸を中心に回動可能である。図１は、モータ１０を回転軸と直交する面で切断して示す図である。

【0016】

なお、特に断りのない限り、回転軸の延びる方向に沿った方向を単に「軸方向」と呼ぶ。また、回転軸を中心とする径方向を単に「径方向」と呼ぶ。径方向において回転軸に近づく側を「径方向内側」と呼び、回転軸から遠ざかる側を「径方向外側」と呼ぶ。また、回転軸を中心とする周方向、すなわち、回転軸の軸周りを単に「周方向」と呼ぶ。周方向において、図１における反時計回り側を「周方向一方側」と呼び、図１における時計回り側を「周方向他方側」と呼ぶ。

【0017】

ステータ２０は、円筒形状であり、回転軸と同軸である。ステータ２０は、ステータコア５０を有する。ステータコア５０は、径方向外側を一周するコアバック２０ａと、コアバック２０ａから径方向内側に延びるティース２０ｂとを有する。ティース２０ｂは周方向に等間隔で複数配置される。複数のティース２０ｂのうちのあるティース２０ｂと、そのティース２０ｂに周方向で隣接するティース２０ｂとの間には、スロット２１が形成される。スロット２１は、径方向内側に開口する。ステータ２０は、コイル２２を有する。スロット２１は、コイル２２を収容する。コイル２２は、ティース２０ｂに巻き回される。

【0018】

ロータ３０は、円柱形状であり、回転軸と同軸である。ロータ３０は、不図示の永久磁石が埋め込まれたロータコア６０を有する。ティース２０ｂの径方向内側端は、ロータコア６０の径方向外側端と、エアギャップを介して対向する。

【0019】

ティース２０ｂは、スロット２１に収容されたコイル２２の径方向内側位置に、周方向に凹む溝部２３を有する。ステータ２０は、楔２５を有する。楔２５は、隣り合うティース２０ｂの溝部２３に嵌まり、スロット２１に収容されたコイル２２の脱落を防ぐ。楔２５は、スロット２１の径方向内側の開口を塞ぐ。

【0020】

楔２５は、低透磁率部２５ａと、高透磁率部２５ｂと、高透磁率部２５ｃとを有する。楔２５は、磁性楔の一例である。高透磁率部２５ｂは隣り合うティース２０ｂの一方と接し、高透磁率部２５ｃは、隣り合うティース２０ｂの他方と接する。すなわち、スロット２１の周方向一方側の内壁をなすティース２０ｂは、楔２５の高透磁率部２５ｂと接し、スロット２１の周方向他方側の内壁をなすティース２０ｂは、楔２５の高透磁率部２５ｃと接する。高透磁率部２５ｂは、低透磁率部２５ａよりも周方向一方側に位置する。高透磁率部２５ｃは、低透磁率部２５ａよりも周方向他方側に位置する。なお、低透磁率部２５ａは、高透磁率部２５ｂと高透磁率部２５ｃとの間の磁束の流れを阻害するものであればよく、低透磁率部２５ａ内のすべてが低透磁率でなくてもよい。

【0021】

図１において、矢印Ａは、磁束の流れの一例を示す矢印である。磁束は、矢印Ａに示すように、ティース２０ｂから楔２５の高透磁率部２５ｂ、２５ｃを通ってロータコア６０へと流れる。このように本実施形態によれば、スロット２１の開口を非磁性楔で塞いだ場合と違い、周方向位置がスロット２１の開口位置であっても磁束が流れる。このため、周方向での磁束密度の粗密が緩和され、高調波による損失を低減することができる。

【0022】

図２は、楔２５について説明する図である。図２（Ａ）は、楔２５の基となる板状部材５０を示す。図２（Ｂ）は、板状部材５０を切削加工して得た楔２５を示す。

【0023】

まず、板状部材５０の製造方法について説明する。板状部材５０は、図２（Ａ）に示すように、複数のシート状部材５０ｃを積層して形成される。複数のシート状部材５０ｃのそれぞれには、高透磁率部５０ａと低透磁率部５０ｂとが交互に、ストライプ状に配置されている。シート状部材５０ｃは、非磁性体でシート状のガラスクロスを含み、このガラスクロス上の高透磁率部５０ａの部分には高透磁性剤を含有する合成樹脂を塗布し、低透磁率部５０ｂの部分には高透磁性剤を含有しない非磁性の合成樹脂を塗布することで形成される。合成樹脂は、接着剤の役割を果たし、複数のシート状部材５０ｃを積層して必要に応じて加圧や加熱することで、シート状部材５０ｃ同士を接着する。このとき、合成樹脂はガラスクロスに含浸する。ガラスクロスの全面を合成樹脂で接着する場合、強度を向上することができる。楔２５は、ガラスクロスを積層することで、強度を向上することができる。

【0024】

楔２５は、シート状部材５０ｃ同士を接着して得た板状部材５０を所望の形状に切削加工して得られる。楔２５は、スロット２１の開口を塞ぎ、ティース２０ｂの溝部２３に嵌まる形状に切削される。本実施形態では、板状部材５０の高透磁率部５０ａが楔２５の高透磁率部２５ｂになり、板状部材５０の低透磁率部５０ｂが楔２５の低透磁率部２５ａになり、板状部材５０の高透磁率部５０ａが楔２５の高透磁率部２５ｃになるように、板状部材５０から楔２５を切り出す。

【0025】

高透磁率部５０ａの高透磁性剤としては、アモルファス、パーマロイ、又はケイ素鋼等を用いることができる。高透磁性剤としては鉄粉を用いることもできる。しかしながら、高透磁性剤として鉄粉を合成樹脂に混ぜた場合、透磁率を上げるために鉄粉含有量を増やすと楔としての強度が低下してしまう。これに対し、高透磁性剤としてアモルファス、パーマロイ、又はケイ素鋼等を用いれば、金属粉含有率を上げず、すなわち強度を低下させずに透磁率を向上させることが出来る。

【0026】

本実施形態の楔２５は、隣接するティース２０ｂ同士の間の周方向で、高透磁率部２５ｂと高透磁率部２５ｃとの間に低透磁率部２５ａを有するため、磁束が楔２５を周方向に貫通しにくく、漏れ磁束を低減し、モータ１０の効率低下を防ぐことができる。

【0027】

なお、上述の例では、低透磁率部５０ｂには、高透磁性剤を含有しない非磁性の合成樹脂を塗布するとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、低透磁率部５０ｂには何も塗布せず、ガラスクロスだけであってもよい。

【0028】

また、楔２５の周方向における、高透磁率部２５ｂ、低透磁率部２５ａ及び高透磁率部２５ｃの寸法比率は、モータ１０に求められる性能に応じて定めることができる。例えば、高透磁率部２５ｂ及び高透磁率部２５ｃの周方向長さを低透磁率部２５ａよりも長くすることで、周方向での磁束密度の粗密をより緩和することができる。また、高透磁率部２５ｂ及び高透磁率部２５ｃの周方向長さを低透磁率部２５ａよりも短くすることで、周方向での磁束密度の粗密をより緩和することができる。

【0029】

なお、板状部材５０は、ガラスクロスの全面に非磁性の合成樹脂を塗布し、高透磁率部５０ａの部分にのみ高透磁性剤を含有する合成樹脂を上塗りして形成してもよい。

【0030】

本実施形態によれば、上述のように板状部材５０を形成してから切削加工により楔２５を製造することで、当初から楔２５の形状、サイズで低透磁率部２５ａ、高透磁率部２５ｂ及び高透磁率部２５ｃを形成する場合と比べて、製造工程を簡略化し、製造コストを低減することができる。

【0031】

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。また本発明は、各実施形態の組み合わせを含む。加えて、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0032】

１０…モータ、２０…ステータ、３０…ロータ、２５…楔

【図1】

【図2】