JP2000023395A

JP2000023395A - トロイダル巻式回転電機の電機子構造

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Publication number: JP2000023395A
Application number: JP10190736A
Authority: JP
Inventors: Tamotsu Nose; 保能勢
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1998-07-06
Filing date: 1998-07-06
Publication date: 2000-01-21
Anticipated expiration: 2018-07-06
Also published as: JP3630991B2

Abstract

(57)【要約】【課題】損失を大幅に低減して回転電機の効率値及び
特性を飛躍的に向上させることを可能とする。【解決手段】トロイダル巻きされたコイル８と磁粉拡
張コア部１３とを組み合わせて用いることによって、従
来構造の欠点であった高さ方向のスペースを最大限に生
かすとともに、コイル要素を悪化させることなくトルク
と銅損の関係を決める比例定数値を大幅に改善したも
の。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、環状コア部に対し
て複数のコイルを所定間隔をあけて装着したトロイダル
巻式回転電機の電機子構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、エアギャップ部にサイン波形磁
界を必要とする回転電機においては、分布巻きと呼ばれ
る巻線方法が採用されている。例えば、図１６に示され
ている三相誘導モータでは、ロータＲの外周側を取り囲
むようにしてステータＳが配置されており、そのステー
タＳを構成する電機子のコア本体ＳＣに対して、スロッ
トをずらしながらコイルＳＬが重ね合わされるように巻
線が施されている。ところが、この方法ではコイルＳＬ
をずらしながら重ねる形となっているため、巻線が難し
い上に巻線長さが長くなり、巻線高さＨ１が高くなって
大型化してしまう等の問題がある。

【０００３】これに対して、コア環状部に巻線を行うト
ロイダル巻きと呼ばれる方法が知られている。このトロ
イダル巻線方法は、各コイルが重なり合わないために巻
線が易しい、巻線長さが短くなる、巻線高さが高くなら
ない、など優れた特徴を持っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
トロイダル巻式回転電機では、扁平形を除いては特性が
一般の分布巻より劣ることもあり、一部の分野での採用
に留まっているのが現状である。一方近年、地球環境問
題が深刻化しており、省エネルギー・省電力を最優先で
進めなければならない状況となってきている。今日では
電力消費が大きな比重を占めているが、その全電力の半
分以上をモータが消費している。このため、モータの効
率を上げ、損失（電力消費）を少しでも減らすことが最
優先課題として求められている。また、電力を発生する
側の発電機においても同様である。

【０００５】そこで本発明は、巻線方法に優れたトロイ
ダル巻式回転電機の電機子構造に、高特性化のための構
造変更を加えることにより、効率値を大幅に改善した回
転電機の電機子構造を提供することを目的としたもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、モータ及び発
電機を含めた回転電機の特性改善構造に関するものであ
るが、電気エネルギーを機械エネルギーに変換するのが
モータで、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する
のが発電機であり、モータと発電機とは基本（構造・構
成）的には全く同じものである。そのため、モータを発
電機として使うことも、発電機をモータとして使うこと
も可能である。従って、以下の説明は全てモータにて行
う。

【０００７】一般に、モータ特性を表す指標として出力
やトルクが用いられているが、これらは、印加電圧や巻
線の巻数、また放熱条件・設計などにより変化してしま
うため、モータ特性を絶対値で表す指標にはなっていな
い。一方、別の指標として効率値があり、出力と損失と
の関係を表す良い指標ではあるが、負荷又は回転数条件
により変化し、始動条件では出力が０となり効率値も０
となってしまい、やはりモータ特性の大きさを表す絶対
指標にはなり得ていない。

【０００８】そこでモータの効率値を改善するために
は、まずモータ特性・効率の大きさとは何か、何により
決まるのか、などを正確に把握することが基本であり、
本願発明者が検討した結果、次のことがわかった。モー
タ特性の大きさを表す絶対指標は、発生トルクと発生損
失（銅損）との関係を表す（決める）比例定数値であ
る。この比例定数は、磁石無しモータの場合にはトルク
／銅損、磁石付きモータの場合には（トルク）^２／銅
損、であることがわかった。いわゆる、ある電流を流し
た時に発生するトルクと銅損の関係を表す比例定数値
は、印加電圧や巻線巻き数（占積率が同じ場合）、負荷
条件などを変化させても変化せず、モータ特性の大きさ
を表す絶対指標となることがわかった。一方、効率値に
関しても、効率＝出力／入力＝出力／（出力＋損失）で
あり、出力＝回転数×トルクで、回転数は印加電圧と損
失で、損失のメインは銅損であるため、この比例定数値
でほぼ決まることがわかった。

【０００９】モータ特性を大きくする（効率を上げる）
ために、大型化したり、高エネルギー積の磁石にした
り、巻線の占有率を上げたりすることが試みられている
が、これらは結局、上記比例定数値を決める要因の条件
を変化させることにより得ているものである。

【００１０】次に、この比例定数値がモータ特性の絶対
値を決める理由と、この比例定数値を決める要因につい
て述べる。モータのトルクは、対向配置された１次側と
２次側との相対移動による磁気エネルギーの変化の大き
さで決まるものである。その磁気エネルギーには、１次
側及び２次側の自己インダクタンスＬにより発生・保持
されるものと、１次側と２次側との相互インダクタンス
Ｍにより発生・保持されるものとがあり、モータの種類
・構造により駆動に使用する磁気エネルギーが違ってい
る。誘導モータやＤＣモータ、ブラシレスモータなどは
相互インダクタンスＭによる磁気エネルギーを使用して
おり、リラクタンスモータは自己インダクタンスＬによ
る磁気エネルギーを使用している。

【００１１】磁極数などの構造が決まっている場合の１
次側及び２次側の電流Ｉ_１，Ｉ_２に対する発生トルクの
大きさは、磁気エネルギーの最大値でほぼ決まり、いわ
ゆる、自己インダクタンスＬや相互インダクタンスＭの
大きさで決まってくる。自己インダクタンスＬによる磁
気エネルギーの大きさは、（１／２）・Ｌ・Ｉ^２、相互
インダクタンスＭによる磁気エネルギーの大きさはＭ・
Ｉ_１・Ｉ_２である。リラクタンスモータ以外の一般モー
タは、ほとんどが相互インダクタンスＭを駆動に使用し
ている。誘導モータやユニバーサルモータなど磁石を使
用しないモータの多くは１次電流Ｉ_１と２次電流Ｉ_２は
比例するため、電流をＩで代表させるとその磁気エネル
ギーはＭ・Ｉ_１・Ｉ_２＝Ｍ・Ｉ^２と表せる。片側（１次
側と仮定）に磁石を用いるモータの場合、磁石は電流固
定の電磁石のため１次電流Ｉ_１は固定であり、Ｍ・Ｉ_１
＝Φ（有効磁束）のため、その磁気エネルギーはＭ・Ｉ
_１・Ｉ_２＝Φ・Ｉと表せる。

【００１２】一方、銅損は抵抗損であるから、Ｒ・Ｉ^２
で表せる。そのため、トルクと銅損の関係を決める比例
定数は、磁石無しの場合、トルク／銅損のため、結果と
してＬ／ＲまたはＭ／Ｒで表せる。磁石付きの場合、
（トルク）^２／銅損のため、結果としてＭ^２／Ｒで表せ
る。

【００１３】Ｌ・Ｍ・Ｒを決める要素について考えてみ
ると、コイル巻数は全てに同じ影響を与えるため、それ
を除いた場合、ＬとＭは主に、１次・２次対向面積Ｓと
エアギャップ長ｇで表せる。磁石付きの場合は更に磁石
の材質と体格・形状などを含む。Ｒは主に、コイル断面
積Ａとコイル１ターン当たりのコイル長ｌで決まってい
る。エアギャップ長ｇや磁石要素をほぼ固定と考え、主
要素のみで上記比例定数の構成を考えると以下の通りと
なる。ａ．磁石無しモータ（誘導、ユニバーサル）：Ｓ・Ａ
／ｌ＝Ｓ／コイル要素ｂ．磁石付きモータ：Ｓ^２・Ａ／ｌ＝Ｓ^２／コイル要
素ｃ．リラクタンスモータ：Ｓ・Ａ／ｌ＝Ｓ／コイル要
素上記のように、比例定数を構成する主要因を改善し、比
例定数値を大きくすれば、モータ特性が大きくなり、結
果として効率値を改善できることがわかる。

【００１４】上記比例定数値という視点から従来品をみ
た場合、従来の回転電機は大きな欠点を持っていること
がわかる。つまり、前述した比例定数の構成式の上辺を
決める共通事項は、１次・２次の磁気対向面の面積Ｓで
あり、この対向面積Ｓを増やすほど比例定数値及び効率
値は高くなることがわかる。しかし、上述した代表的な
回転電機である三相誘導モータ（図１６参照）を例に見
ればすぐわかる様に、軸方向のモータ全体高さＨ２に対
する１次・２次磁気対向部高さＨ３の比率が極端に小さ
いことがわかる。これは、前述したように巻線部高さＨ
１に軸方向スペースの多くが取られているためであり、
その結果、上述した磁気対向部の面積Ｓは非常に小さく
なっている。

【００１５】仮にコイル要素の条件を変えずに、軸方向
のモータスペース一杯まで磁気対向面を取れたとすれ
ば、上記比例定数値が大幅に改善することになり、同一
トルク（又は出力）における損失を、例えば１／２とか
１／３にまで簡単に減少させることが可能であることが
わかる。このような仮の状態は、そのための構造さえ検
討すればある程度可能である。すなわち、コイル要素を
あまり悪化させずに、１次・２次磁気対向面の高さを大
幅に増やすことは構造的に可能であり、その様な構造を
採用することによって効率値を大幅に上げること、つま
り損失を大幅に下げることが可能になる。

【００１６】このような観点から、請求項１記載の発明
では、固定子又は回転子の少なくとも一方側の部材を構
成する電機子のコア本体が、環状コア部と、この環状コ
ア部から他方側部材に向かって延出する対向コア部と、
を備え、上記コア本体の環状コア部に対してコイルがト
ロイダル巻きされたトロイダル巻式回転電機の電機子構
造において、上記コア本体の一部又は全体が、磁性粉の
集合体からなる磁粉コア材により形成されているととも
に、少なくとも上記対向コア部に、前記他方側部材との
対向面積を拡大する磁性粉の集合体からなる磁粉拡張コ
ア部が、上記対向コア部のコア高さを増大するように一
体形成され、その磁粉拡張コア部と対向コア部との全対
向高さが、前記環状コア部のコア高さより大きくなるよ
うに形成されている。

【００１７】また、請求項２記載の発明では、前記請求
項１記載の磁性コア材からなるコア本体及び磁粉拡張コ
ア部が、焼結体又はモールド成型体からなる。

【００１８】さらに、請求項３記載の発明では、前記請
求項１記載の磁粉拡張コア部は、対向コア部から少なく
とも環状コア部まで連続して延びた形状に形成されてい
る。

【００１９】さらにまた、請求項４記載の発明では、前
記請求項１記載のコア本体には、環状コア部から対向コ
ア部と反対側の半径方向に突出した張り出し部が形成さ
れている。

【００２０】一方、請求項５記載の発明では、前記請求
項４記載の張り出し部が、電機子の位置決めを行うよう
に支持枠に当接されている。

【００２１】請求項６記載の発明では、前記請求項５記
載の張り出し部の支持枠への当接面積が、当該張り出し
部の他の部分の横断面積より減じられている。

【００２２】また、請求項７記載の発明では、前記請求
項１記載の対向コア部と磁粉拡張コア部とによる全コア
高さは、コイルの巻高さと同等又はそれ以上の高さを備
えるように形成されている。

【００２３】さらに、請求項８記載の発明では、前記請
求項１記載の対向コア部における他方側部材との対向面
は、その対向面の周方向幅を全周にわたって合計した全
幅が、当該対向面を通る全周長に対して０．８以上１．
０未満の割合となるように形成されている。

【００２４】さらにまた、請求項９記載の発明では、前
記請求項１記載の磁粉拡張コア部には、他方側部材に対
して半径方向及び軸方向に対面するラジアル対向面及び
アキシャル対向面が設けられている。

【００２５】請求項１０記載の発明では、前記請求項９
記載の磁粉拡張コア部のアキシャル対向面は、対向面積
を増大させるように周方向又は半径方向に拡大されてい
る。

【００２６】また、請求項１１記載の発明では、前記請
求項１０記載の磁粉拡張コア部のアキシャル対向面は、
他方側部材とアキシャル方向に対向するように張り出さ
れている。

【００２７】さらに、請求項１２記載の発明では、前記
請求項９記載の磁粉拡張コア部のアキシャル対向面は、
電機子のアキシャル方向両端部分において他方側部材と
対向するように配置されている。

【００２８】さらにまた、請求項１３記載の発明では、
前記請求項１記載の電機子が、誘導機のステータであ
る。

【００２９】請求項１４記載の発明では、前記請求項１
記載の電機子が、誘導機のロータである。

【００３０】また、請求項１５記載の発明では、前記請
求項１４記載の環状コア部における対向コア部と半径方
向反対側の部位に、円筒リング状の銅材が設けられて導
電部の一部としている。

【００３１】さらに、請求項１６記載の発明では、前記
前請求項１５記載の導電部及び環状コア部の周囲には、
導電部を形成するアルミ材がダイキャストで充填されて
いる。

【００３２】さらにまた、請求項１７記載の発明では、
前記請求項１５記載の電機子のスロット部分には、棒状
の銅材が挿入され導電部の一部としている。

【００３３】請求項１８記載の発明では、前記請求項１
５記載の電機子の導電部の全てが銅材にて構成されてい
る。

【００３４】また、請求項１９記載の発明では、前記請
求項１記載の電機子が、交流磁石同期機または交流リラ
クタンス同期機のステータである。

【００３５】さらに、請求項２０記載の発明では、請求
項１記載の回転電機が、インナーロータ構造である。

【００３６】さらにまた、請求項２１記載の発明では、
請求項１記載の回転電機が、アウターロータ構造であ
る。

【００３７】請求項２２記載の発明では、請求項１記載
の１つの極に対して１つの相のコイルが１つのスロット
内に収納されるように集中巻線が施されている。

【００３８】また、請求項２３記載の発明では、前記請
求項２２記載の他方部材を構成する他次側のロータが、
界磁磁石形またはリラクタンス形に構成されている。

【００３９】本発明の様に、トロイダル巻きと磁粉拡張
コア部とを組み合わせて用いることにより、従来構造の
欠点であった高さ方向のスペースを最大限に生かせると
ともに、コイル要素を悪化させることがないため、上記
比例定数値が大幅に改善されることとなり、その結果、
損失が大幅に低減されて効率値が飛躍的に向上される。

【００４０】より具体的には、以下のような作用が得ら
れる。まず、トロイダル巻き構造を採用したことによっ
て、巻線のために広く必要だったスロット部の対向面ス
リット幅が狭くてよくなり、高次トルクを低減しつつ対
向面積の向上を図ることができる。また、従来、巻線方
法を改善しても困難であった占積率が容易に向上され
る。さらに、巻線の重なり合い部分がないために巻線部
断面積を増やした設計に対応することが容易となり、１
ターン当たりのコイル長さも短くなる。

【００４１】次に、磁粉拡張コア部を設けた構造によっ
て、モータの高さ方向のスペースを一杯まで磁気対向面
として使える様になる。そして、それにも関わらず、巻
線への影響がほとんどなくコイル要素を悪化させること
がない。それよりも逆に、従来のトロイダル巻き構造の
持っていた、コア高さを増やすと１ターン当たりのコイ
ル長が長くなることや、コアリブ部の幅により巻線スペ
ースが狭くなるといった欠点を、磁粉拡張コア部を備え
た構造と組み合わせることにより改善できる方向とな
る。

【００４２】さらに、コアリブ部のコア高さが増えるた
め、リブ幅を減らしても同じ磁路断面積を確保でき、結
果として巻線スペースを増やすことができる。また、磁
粉拡張コア部をラジアル方向に長くして張り出させるこ
とにすれば、コア高さ方向（アキシャル方向）への磁束
の流れが円滑になるとともに、磁粉拡張コア部の固定強
度アップ、外枠への固定・位置決めも容易となる。

【００４３】そして、特に本発明では、コア本体及び磁
粉拡張コア部を磁性粉の集合体からなる磁性コア材から
形成しているため、上述した作用を備えたコアが容易に
製造されるようになっている。また、このような磁粉拡
張コア部を設けると、隣接する磁粉拡張コア部どうしの
間の空間が狭くなって巻線がし難くくなってしまうこと
が考えられるが、本発明のようなトロイダル巻線構造と
組み合わせれば、狭い磁粉拡張コア部どうしの間を通す
ような巻線作業であっても容易に行うことができる。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。まず、図１乃至図５に示さ
れている実施形態は、誘導モータにおける固定子（ステ
ータ）及び回転子（ロータ）に対して本発明を適用した
ものであって、固定子枠１の内周壁に装着された固定子
２が、回転軸３に固着された回転子４の外周側を取り囲
むように配置されている。固定子２を形成しているコア
本体の全体は、磁性粉の集合体からなる磁粉コア材によ
り形成されており、当該コア本体の環状コア部５から
は、複数のリブ状コア部６が周方向に所定間隔あけて放
射状に延在するように一体的に設けられている。

【００４５】また、これらの各リブ状コア部６のうちの
周方向に隣接する一対のものどうしの間に画成された各
スロット７のそれぞれの内部には、コイル８がいわゆる
トロイダル巻きにより上記環状コア部５に装着されてい
る。上記各リブ状コア部６の半径方向内端部分には、回
転子４に対面する対向コア部（磁極部）９が設けられて
いる。このようなコア本体を構成している環状コア部
５、リブ状コア部６、及び対向コア部９は、所定のコア
高さ（厚さ）を備えており、当該コア本体の環状コア部
５に対してコイル８がトロイダル巻きされている。

【００４６】上記コア本体の環状コア部５を除いたリブ
状コア部６及び対向コア部９に対しては、軸方向の両側
からさらに磁粉拡張コア部１３，１３が一体的に積み重
ねるようにして成形されている。これらの各磁粉拡張コ
ア部１３は、コア本体と同様な磁性粉の集合体からなる
磁性コア材から形成されており、上記コア本体とともに
焼結又はモールド成型によって一体的に成形されてい
る。

【００４７】上記磁粉拡張コア部１３は、回転子４との
対向面積を軸方向に拡大するものであって、この磁粉拡
張コア部１３と対向コア部９とを合わせた軸方向におけ
る全コア高さ（厚さ）は、前記環状コア部５のコア高さ
より大きく形成されている。また、上記対向コア部９と
磁粉拡張コア部１３との全コア高さは、コイル８の軸方
向における巻高さより大きい高さを備えるように形成さ
れている。

【００４８】一方、後述するように、上記回転子４の対
向面の軸方向におけるコア高さ（厚さ）も、前記環状コ
ア部５のコア高さ（厚さ）より大きく、前記全コア高さ
と同程度に形成されており、これによって、磁粉拡張コ
ア部１３の全面が、回転子４側に対面される構成になさ
れている。

【００４９】上記回転子４を形成しているコア本体も、
前述した固定子２におけるコア本体と同様な構造になさ
れており、磁性粉の集合体からなる磁性コア材から形成
されている。特に、図６に示されているように、上記回
転子４のコア本体を構成している環状コア部１５には、
複数のリブ状コア部１６が周方向に所定間隔あけて放射
状に延在するようにして一体的に設けられているととも
に、これらの各リブ状コア部１６のうちの周方向に隣接
する一対のものどうしの間に画成された各スロット内の
それぞれに、アルミダイキャストにより形成された導電
部（図示省略）が充填されている。また、上記各リブ状
コア部１６の半径方向外端部分には、前述した固定子２
に対面する対向コア部１７が設けられている。

【００５０】さらに、上記導電部におけるアルミダイキ
ャスト部分の半径方向内周側部分、すなわち対向コア部
１７と反対側の端部には、円筒リング状の銅板１８が導
電部を形成するように設けられており、これによって良
好な導電性を得ている。また、導電部の導電性を上げる
ため、各スロット内に棒状の銅材を挿入したり、導電部
全体を銅材により構成することも可能である。

【００５１】上記コア本体の環状コア部１５を除いたリ
ブ状コア部１６及び対向コア部（磁極部）１７には、軸
方向の両側からさらに磁粉拡張コア部２１，２１が積み
重ねるようにして一体的に成形されている。これらの各
磁粉拡張コア部２１は、コア本体と同様な磁性粉の集合
体からなる磁性コア材から形成されており、コア本体と
ともに焼結又はモールド成型によって一体成形されてい
る。

【００５２】この磁粉拡張コア部２１は、前述したよう
に、固定子２との対向面積を軸方向に拡大するものであ
って、当該磁粉拡張コア部２１と対向コア部１７とを合
わせた軸方向における全コア高さ（厚さ）は、前記環状
コア部１５のコア高さ（厚さ）より大きく形成されてい
る。また、上記対向コア部１７と磁粉拡張コア部２１と
の全コア高さは、導電部の軸方向における高さと同等程
度の高さを備えるように形成されている。

【００５３】再び図１乃至図５に戻って、前述した固定
子２におけるコア本体には、環状コア部５から半径方向
外方に突出する張出コア部２５が形成されており、その
張出コア部２５が固定子枠１に当接されることによっ
て、固定子全体の固定が行われている。

【００５４】またこのとき、固定子枠１が鉄材等の磁性
体からなる場合には、図７に示されているように、張出
コア部２５の横断面積を固定子枠１への当接部分におい
て減じるように形成しておけば、磁束の漏れが低減され
る。

【００５５】さらにまた、上記固定子２及び回転子４の
対向コア部９，１７における他方側の部材との対向面に
おいては、当該対向面の周方向における幅を全周にわた
って合計した全幅が、当該対向面を通る全周長に対して
０．８以上１．０未満の割合となるように形成されてお
り、これによって相互の対向面積の拡大が図られてい
る。

【００５６】以上、本発明者によってなされた発明の実
施形態を具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変形可能であるというのはいうまでもない。

【００５７】例えば、図８及び図９に示されている実施
形態では、固定子３１の対向コア部に積層された磁粉拡
張コア部３２には、回転子３３に対して半径方向に対面
するラジアル対向面に加えて、軸方向に対面するアキシ
ャル対向面３２ａが設けられており、これらの各対向面
によって対向面積の拡大が図られている。このときの磁
粉拡張コア部３２におけるアキシャル対向面３２aは、
周方向又は半径方向に拡大されることにより対向面積が
拡大されており、当該磁粉拡張コア部３２におけるアキ
シャル対向面３２ａは、回転子３３を軸方向に挟み込む
ようにして一対設けられている。

【００５８】また、図１０に示されている実施形態は、
回転子３４側にアキシャル対向面３４ａを設けたもので
ある。

【００５９】一方、図１１は、交流同期機の電機子に対
して本発明を適用したものであって、電機子３５が界磁
磁石３６にラジアル方向に対向するように設けられてい
る。

【００６０】さらに、図１２に示されている実施形態
は、交流リラクタンス同期機の電機子に対して本発明を
適用したものであって、電機子３７が、鉄心コア３８に
ラジアル方向に対向するように設けられている。

【００６１】さらにまた、上述した各実施形態では、イ
ンナーロータ型に構成されているが、アウターロータ型
に構成することも可能である。

【００６２】また、図１３に示されている実施形態にか
かる回転電機では、電機子４０に３相のＵ、Ｖ、Ｗ相の
コイル４１が１つのスロット内に１相ずつ順番に収納さ
れており、各相コイルでは、磁極ピッチと同じ周期の方
形磁界が発生するように形成されているが、この様な構
成に対しても本発明は同様に適用することが出来る。

【００６３】一方、図１４及び図１５に示されている実
施形態は、いわゆる面対向型の回転電機に本発明を適用
したものであって、磁粉拡張コア部の最上端コア部４３
が他方側の部材に対して軸方向に対面された構成になさ
れている。

【００６４】本発明は、上述した各実施形態のようなモ
ータに限らず、発電機に対しても同様に適用することが
できる。

【００６５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、トロ
イダル巻と磁粉拡張コア部とを組み合わせて用いること
によって、従来構造の欠点であった高さ方向のスペース
が最大限に生かされるとともに、コイル要素を悪化させ
ることがないために、トルクと銅損の関係を決める比例
定数値が大幅に改善されることとなり、損失が大幅に低
減されて回転電機の効率値及び特性を飛躍的に向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかるトロイダル巻式誘
導モータの構造を表した模式的半縦断面図である。

【図２】図１に表されたトロイダル巻式誘導モータの模
式的横断面図である。

【図３】図１及び図２における固定子の構造を表した外
観斜視説明図である。

【図４】図３に表された固定子のコア構造を表した外観
斜視説明図である。

【図５】図３に表された固定子のコア構造を表した平面
説明図である。

【図６】図１に表されたトロイダル巻式誘導モータに用
いられている回転子の構造を表模式的外観斜視説明図で
ある。

【図７】固定子の固定構造の一例を表した平面説明図で
ある。

【図８】本発明のコア本体の他の実施形態を表した模式
的縦断面説明図である。

【図９】図８に表されたコア本体の平面説明図である。

【図１０】本発明のコア本体のさらに他の実施形態を表
した模式的縦断面説明図である。

【図１１】本発明を磁石同期機に適用した実施形態を表
した模式的縦断面説明図である。

【図１２】本発明をリラクタンス型回転電機に適用した
実施形態を表した模式的縦断面説明図である。

【図１３】本発明にかかるコイルを集中巻とした実施形
態を表した模式的平面説明図である。

【図１４】本発明を面対向型の回転電機に適用した実施
形態を表した模式的縦断面説明図である。

【図１５】図１４に表された面対向型の回転電機の平面
説明図である。

【図１６】一般的な回転電機の構造例を表した縦断面説
明図である。

【符号の説明】

１固定子枠２固定子３回転軸４回転子５環状コア部６リブ状コア部７スロット８コイル９対向コア部１３磁粉拡張コア部１５環状コア部１６リブ状コア部１７対向コア部１８銅板２１磁粉拡張コア部２５張出コア部３１固定子３２磁粉拡張コア部３６界磁石３８鉄心コア４３対向コア部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定子又は回転子の少なくとも一方側の
部材を構成する電機子のコア本体が、環状コア部と、こ
の環状コア部から他方側部材に向かって延出する対向コ
ア部と、を備え、上記コア本体の環状コア部に対してコイルがトロイダル
巻きされたトロイダル巻式回転電機の電機子構造におい
て、上記コア本体の一部又は全体が、磁性粉の集合体からな
る磁粉コア材により形成されているとともに、少なくとも上記対向コア部に、前記他方側部材との対向
面積を拡大する磁性粉の集合体からなる磁粉拡張コア部
が、上記対向コア部のコア高さを増大するように一体形
成され、その磁粉拡張コア部と対向コア部との全対向高さが、前
記環状コア部のコア高さより大きくなるように形成され
ていることを特徴とするトロイダル巻式回転電機の電機
子構造。
【請求項２】前記磁性コア材からなるコア本体及び磁
粉拡張コア部が、焼結体又はモールド成型体からなるこ
とを特徴とする請求項１記載のトロイダル巻式回転電機
の電機子構造。
【請求項３】前記磁粉拡張コア部は、対向コア部から
少なくとも環状コア部まで連続して延びた形状に形成さ
れていることを特徴とする請求項１記載のトロイダル巻
式回転電機の電機子構造。
【請求項４】前記コア本体には、環状コア部から対向
コア部と反対側の半径方向に突出した張り出し部が形成
されていることを特徴とする請求項１記載のトロイダル
巻式回転電機の電機子構造。
【請求項５】前記張り出し部が、電機子の位置決めを
行うように支持枠に当接されていることを特徴とする請
求項４記載のトロイダル巻式回転電機の電機子構造。
【請求項６】前記張り出し部の支持枠への当接面積
が、当該張り出し部の他の部分の横断面積より減じられ
ていることを特徴とする請求項５記載のトロイダル巻式
回転電機の電機子構造。
【請求項７】前記対向コア部と磁粉拡張コア部とによ
る全コア高さは、コイルの巻高さと同等又はそれ以上の
高さを備えるように形成されていることを特徴とする請
求項１記載のトロイダル巻式回転電機の電機子構造。
【請求項８】前記対向コア部における他方側部材との
対向面は、その対向面の周方向幅を全周にわたって合計
した全幅が、当該対向面を通る全周長に対して０．８以
上１．０未満の割合となるように形成されていることを
特徴とする請求項１記載のトロイダル巻式回転電機の電
機子構造。
【請求項９】前記磁粉拡張コア部には、他方側部材に
対して半径方向及び軸方向に対面するラジアル対向面及
びアキシャル対向面が設けられていることを特徴とする
請求項１記載のトロイダル巻式回転電機の電機子構造。
【請求項１０】前記磁粉拡張コア部のアキシャル対向
面は、対向面積を増大させるように周方向又は半径方向
に拡大されていることを特徴とする請求項９記載のトロ
イダル巻式回転電機の電機子構造。
【請求項１１】前記磁粉拡張コア部のアキシャル対向
面は、他方側部材とアキシャル方向に対向するように張
り出されていることを特徴とする請求項１０記載のトロ
イダル巻式回転電機の電機子構造。
【請求項１２】前記磁粉拡張コア部のアキシャル対向
面は、電機子のアキシャル方向両端部分において他方側
部材と対向するように配置されていることを特徴とする
請求項９記載のトロイダル巻式回転電機の電機子構造。
【請求項１３】前記電機子が、誘導機のステータであ
ることを特徴とする請求項１記載のトロイダル巻式回転
電機の電機子構造。
【請求項１４】前記電機子が、誘導機のロータである
ことを特徴とする請求項１記載のトロイダル巻式回転電
機の電機子構造。
【請求項１５】前記環状コア部における対向コア部と
半径方向反対側の部位に、円筒リング状の銅材が設けら
れて導電部の一部としたことを特徴とする請求項１４記
載のトロイダル巻式回転電機の電機子構造。
【請求項１６】前記導電部及び環状コア部の周囲に
は、導電部を形成するアルミ材がダイキャストで充填さ
れていることを特徴とする請求項１５記載のトロイダル
巻式回転電機の電機子構造。
【請求項１７】前記電機子のスロット部分には、棒状
の銅材が挿入され導電部の一部としたことを特徴とする
請求項１５記載のトロイダル巻式回転電機の電機子構
造。
【請求項１８】前記電機子の導電部の全てが銅材にて
構成されていることを特徴とする請求項１５記載のトロ
イダル巻式回転電機の電機子構造。
【請求項１９】前記電機子が、交流磁石同期機または
交流リラクタンス同期機のステータであることを特徴と
する請求項１記載のトロイダル巻式回転電機の電機子構
造。
【請求項２０】回転電機が、インナーロータ構造であ
ることを特徴とする請求項１記載のトロイダル巻式回転
電機の電機子構造。
【請求項２１】回転電機が、アウターロータ構造であ
ることを特徴とする請求項１記載のトロイダル巻式回転
電機の電機子構造。
【請求項２２】１つの極に対して１つの相のコイルが
１つのスロット内に収納されるように集中巻線が施され
ていることを特徴とする請求項１記載のトロイダル巻式
回転電機の電機子構造。
【請求項２３】前記他方部材を構成する他次側のロー
タが、界磁磁石形またはリラクタンス形に構成されてい
ることを特徴とする請求項２２記載のトロイダル巻式回
転電機の電機子構造。