JP2006325386A - トロイダル巻線モータ - Google Patents

Abstract

【課題】１つの固定子及び２つの回転子を有し、トロイダル巻線が施された固定子のティースを不等ピッチとし、不等ピッチのティースのうちティース幅を大きくしたティースにのみ固定用の貫通穴又は固定部分を設けるようにしたトロイダル巻線モータを得る。
【解決手段】トロイダル巻線２が施された固定子１、及び固定子の両側に空隙を介して対向する２つの回転子が設けられたものにおいて、固定子１は、極スロットの組み合わせが、極数３ｎ±１極と３ｎのスロット数で構成される巻線配置をトロイダル巻にし、トロイダル巻線を施した各固定子ティースのティース幅を不等ピッチとし、不等ピッチのティース幅が大きな固定子ティースＴ１部分に固定用の穴又は固定部分３を設ける。
【選択図】図４

Description

この発明は、１つの固定子及び２つの回転子を有するトロイダル巻線モータに関するものである。

従来、１つの固定子及び２つの回転子を有するトロイダル巻線モータにおいては、巻線がトロイダル巻きされた固定子コアは、内周側スロット、外周側スロット、及びこれら両スロットの間のコアバックを有している。そして、コアバック部分には固定用の貫通穴が多数設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１０１５８９号公報

従来のトロイダル巻線モータにあっては、コアバック部分に固定用の貫通穴など設けているため、スロット数の多い固定子では固定のための貫通穴が小さくなる。また、コアバック部分に固定部分があるため、磁路を確保するためにコアバック部分が大きくなる。更にコアバック部分に固定用の貫通穴などを設け、多くの巻線を施した場合は、固定部分と接触しないようにするためにコイルエンド部分が大きくなる。また、巻線と巻線の中央部に固定部分があるため、組立て作業が困難となる。また、固定子コアを複数に分割した場合は、各分割コア同士を結合する特別な機構が必要となっていた。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、１つの固定子及び２つの回転子を有し、トロイダル巻線が施された固定子のティースを不等ピッチとし、不等ピッチのティースのうちティース幅を大きくしたティースにのみ固定用の貫通穴又は固定部分を設けるようにしたトロイダル巻線モータを提供することを目的としている。

この発明に係るトロイダル巻線モータにおいては、トロイダル巻線が施された固定子、及び固定子の両側に空隙を介して対向する２つの回転子が設けられたものにおいて、固定子は、極スロットの組み合わせが、極数３ｎ±１極と３ｎのスロット数で構成される巻線配置をトロイダル巻にし、トロイダル巻線を施した各固定子ティースのティース幅を不等ピッチとし、不等ピッチのティース幅が大きな固定子ティース部分に固定用の穴又は固定部分を設けたものである。

また、極スロットの組み合わせが極数３ｎ±１極とスロット数３ｎ（但しｎが整数で偶数の場合、極数とスロット数に２を乗算する）で構成されるトロイダル巻線モータであって、固定子巻線は固定子に環状に施され、回転子には極数が３ｎ−１極と３ｎ＋１極と異なる極数を有するものである。

この発明によれば、トロイダル巻線モータの各固定子ティースのティース幅を不等ピッチとしても各相の位相差は３相巻線ならば電気角で１２０度を保つことができるので、不等ピッチのティース幅の大きな固定子ティース部分に固定用の穴又は固定部分を設けることができ、組立て作業が容易となる効果がある。

この発明の実施の形態を説明する前に、先ずこの発明の前提となる技術について説明する。
図１、図２は１つの固定子及び２つの回転子を有する通常のトロイダル巻線モータを示すものであり、図１は１０極又は１４極で１２スロットの通常のトロイダル巻線モータの固定子を円周方向に直線状に展開して示す構造図、図２は１０極又は１４極の２群のトロイダル巻線を持つ通常のトロイダル巻線モータの固定子を円周方向に直線状に展開して示す構造図である。
ｎ＝２の場合の１０極又は１４極で１２スロットの場合の通常のトロイダル巻線モータの固定子の構成を図１に示す。また、ｍ＝２群のトロイダル巻線を持つ通常のトロイダル巻線モータの固定子の構成を図２に示す。１群又は２群のトロイダル巻線２が施された通常の固定子１では、全ての固定子ティースは同じ幅で構成されている。したがって、スロット数が多い場合はティース幅が小さくなり、固定用のボルト穴３も小さくなってしまう。なお、この通常のトロイダル巻線２のベクトル図を図３に示してある。

実施の形態１.
図４はこの発明の実施の形態１における１０極又は１４極で１２スロットの不等ピッチのトロイダル巻線モータの固定子を円周方向に直線状に展開して示す構造図である。
この発明のトロイダル巻線モータの固定子は、極スロットの組み合わせが、極数３ｎ±１極と３ｎのスロット数で構成される巻線配置をトロイダル巻にしたものである。図４に示すように、ある特定の組み合わせの巻線では相が連続して構成される。例えば、図４の場合では、Ｕ、Ｕ相やＶ、Ｖ相やＷ、Ｗ相である。したがって、トロイダル巻線２が施されたこの発明のトロイダル巻線モータの固定子１では、連続する相と相の間の固定子ティースＴ１部分のティース幅を大きくとり、逆にその他の固定子ティースＴ２部分のティース幅を小さく構成している。これにより、各固定子ティースのティース幅を不等ピッチとし、ティース幅を大きくした固定子ティース部分Ｔ１にのみ固定用のボルト穴３を設けることにより、通常のティース幅で構成される場合よりも、固定用のボルト穴３の大きさを大きく設けることが可能となる。なお、固定用のボルト穴３の代わりに、固定治具のための穴や固定部分を大きく設けてもよい。また、この方法では、各相の電気角の位相が従来の位置からずれることが無いため、３相不平衡が起こらないものである。なお、図３にこの発明のトロイダル巻線モータの固定子のベクトル図と通常の固定子のベクトル図とを比較して示してある。

この実施の形態１によれば、トロイダル巻線モータの各固定子ティースのティース幅を不等ピッチとしても各相の位相差は３相巻線ならば電気角で１２０度を保つことができるので、不等ピッチのティース幅の大きな固定子ティース部分に固定用の穴又は固定部分を設けることができ、組立て作業が容易となる効果がある。

ところで、図５に示す表１ではｎが偶数の時、極数が奇数となり、モータとしては成立しなくなる。そこで、表現を変えて図６に示す表２のような形にすることができる。なお、表１及び表２はｎが６までしか示していないが、それ以上でも成立する。
すなわち、極数３ｎ±１とスロット数３ｎのように表現する。ｎ＝１で３ｎ−１の時を例にすると、２極３スロット、４極６スロット、６極９スロットは基本的に同じ巻線の組み合わせのモータである。分割コアなどで２極３スロットを２つ作り組み合わせれば、４極６スロットになる。２極３スロットの例を図７に示し、４極６スロットの例を図８に示している。つまり、ｎ＝１の２極３スロットと４極３スロットに対して、これをｍ倍したようなモータも全てこの発明に関係があるものである。

実施の形態２.
図９はこの発明の実施の形態２における１０極又は１４極で２群のトロイダル巻線を持つトロイダル巻線モータの固定子を円周方向に直線状に展開して示す構造図である。
上記実施の形態１では、ｍ＝１群のトロイダル巻線を持つトロイダル巻線モータを示したが、この実施の形態２においては、ｍ＝２群のトロイダル巻線２を持つトロイダル巻線モータである。図９の場合では、Ｗ、Ｖ相間、Ｕ、Ｗ相間、Ｖ、Ｕ相間の固定子ティースＴ１部分のティース幅を大きくとり、逆にその他の固定子ティースＴ２部分のティース幅を小さく構成している。これにより、各固定子ティースのティース幅を不等ピッチとし、ティース幅を大きくした固定子ティースＴ１部分にのみ固定用のボルト穴３を設けることにより、通常のティース幅で構成される場合よりも、固定用のボルト穴３の大きさを大きく設けることが可能となる。なお、固定用のボルト穴３の代わりに、固定治具のための穴や固定部分を大きく設けてもよい。また、この方法では、各相の電気角の位相が従来の位置からずれることが無いため、３相不平衡が起こらないものである。なお、図３にこの発明のトロイダル巻線モータの固定子のベクトル図と通常の固定子のベクトル図とを比較して示してある。

この実施の形態２によれば、トロイダル巻線モータの各固定子ティースのティース幅を不等ピッチとしても各相の位相差は３相巻線ならば電気角で１２０度を保つことができるので、不等ピッチのティース幅の大きな固定子ティース部分に固定用のボルト穴又は固定部分を設けることができ、組立て作業が容易となる効果がある。

実施の形態３.
図１０はこの発明の実施の形態３における１０極又は１４極で１２スロットの不等ピッチのトロイダル巻線モータの固定子を円周方向に直線状に展開して示す構造図、図１１はこの発明の実施の形態３におけるトロイダル巻線モータの固定子の一部を示す平面図、図１２はトロイダル巻線を施していない実施の形態３におけるトロイダル巻線モータの固定子と通常の固定子とを比較して示す平面図である。
上記実施の形態１では、ティース幅を大きくした固定子ティースＴ１部分のコアバック部分に固定用のボルト穴３を設けたが、この実施の形態３においては、ティース幅を大きくした固定子ティースＴ１部分の両先端部分に固定用のボルト穴３をそれぞれ設けることで、コイルエンド部分の軸方向部分への膨らみを抑えることができる。すなわち、図１１に示すように、コイルエンド部分を固定子ティースの上部までとることができるため、本来のコイルエンド位置よりも幅広くとれるものである。
もしも、コアバック部分に固定用のボルト穴３を設けて、このようにコイルを周方向に膨らませてトロイダル巻線２を施した場合、固定用のボルト穴３に巻線２がかかる恐れがある。また、固定したボルト４の頭部分が巻線２と接触する恐れがあるため、このように巻線２を施すことは難しくなる。また、この方法では、外側回転子と内側回転子（いずれも図示せず）のティース先端部分、つまり１つのティースの両先端部分に固定部分を設けることができる。
また、トロイダル巻線２を施していない、固定子ティース先端に固定用のボルト穴３を設けた通常のティースとこの発明による不等ピッチの固定子ティースとを図１２に比較して示す。固定子ティース先端部分に固定用のボルト穴３を設ける場合、図１２（ａ）に示す通常のトロイダルティースではティースの磁路が細くなるため、磁気飽和が起こり易くなる。しかし、図１２（ｂ）に示すこの発明による不等ピッチのティースの場合、ティース幅が大きい固定子ティースＴ１部分のみに固定用のボルト穴３を設けるため、通常のティースよりも大きな固定用のボルト穴３を設け、更にティース幅の小さな固定子ティースと同等又はそれ以上の磁路を確保することができる。なお、固定用のボルト穴３の代わりに、固定治具のための穴や固定部分を大きく設けてもよい。

この実施の形態３によれば、ティース幅を大きくした固定子ティースの先端部分に固定用の穴又は固定部分を設けることで、コイルエンド部分を広く活用でき、コイルエンド部分の軸方向部分への膨らみを抑えることができ、その長さを短くすることができる。また、コイルエンド部分を固定子ティースの上部までとることができるため、本来のコイルエンド位置よりも幅広くとれるので、固定作業が容易となる効果がある。

実施の形態４.
図１３はこの発明の実施の形態４におけるトロイダル巻線モータの固定子コアの分割構造を円周方向に直線状に展開して示す斜視図、図１４は図１３に示す分割構造の固定子コアを軸方向に展開した場合の概略構造を示す平面図である。
この実施の形態４では、８分割されたトロイダル巻線モータの固定子の各コアブロック１ａ、１ｂは、その両端部のティース幅を大きくした固定子ティースＴ１の両側先端部分に固定用のボルト穴３をそれぞれ設ける。また、固定子の各コアブロックの両端部に位置するティース幅の大きい固定子ティースＴ１部分の厚さ寸法を、他のティース幅の小さい中間部の固定子ティースＴ２部分の厚さ寸法の半分で、かつ左側端部の方は裏側の半分がカットされ、また右側端部の方は表側の半分カットされたものとする。そして、固定子の各コアブロック１ａ、１ｂを互いに組み合わせた時、図１４に示すように、両端部のティース幅の大きい固定子ティースＴ１部分同士が相互に連結されて、中間部の固定子ティースＴ２部分と同じ厚さ寸法となり、軸方向に設けられた固定ボルト４により相互に連結固定されるものである。

この実施の形態４によれば、トロイダル巻線モータの固定子コアは円周方向に複数に分割されたコアブロックから構成されているので、大口径モータの製造が容易になるという効果がある。

実施の形態５.
図１５はこの発明の実施の形態５におけるトロイダル巻線モータの構造を円周方向に直線状に展開して示す一部平面図、図１６は図１５のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
この実施の形態５は、図１３に示すような固定子コアの分割構造の具体的な固定方法を示す例である。固定子コア５は磁束の漏洩を防ぐために、ステンレスなどの非磁性スペーサ６を介して軸受台（ブラケット）７に固定される。非磁性スペーサ６を貫通したボルト８は軸受台７にナット９で締結される。さらに補強のために、非磁性スペーサ６と軸受台７側からボルト１０で締結する。なお、ボルト８、１０は非磁性である。また、図中、１１外側ロータ、１２は内側ロータ、１３は磁石である。

実施の形態６.
図１７はこの発明の実施の形態６におけるトロイダル巻線モータの固定子コアの分割構造を円周方向に直線状に展開して示す斜視図、図１８はこの発明の実施の形態６におけるトロイダル巻線モータの構造を円周方向に展開して示す一部平面図、図１９は図１８のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
この実施の形態６は、固定子コアブロックの表裏側に継ぎ目を設ける構造（図１３）ではなく、図１７に示すように、両端部の継ぎ目ティースを高さ寸法が半分で上下いずれか一方が半分カットされたあいじゃくり（相互はぎ）構造としたものである。このような固定子コアの分割構造の具体的な固定方法を図１８、図１９に示す。固定子コア５は磁束の漏洩を防ぐために、ステンレスなどの非磁性スペーサ６を介して軸受台（ブラケット）７に固定される。非磁性スペーサ６を貫通したボルト８は軸受台７にナット９で締結される。さらに補強のために、非磁性スペーサ６と軸受台７側からボルト１０で締結する。なお、ボルト８、１０は非磁性である。また、図中、１１は外側ロータ、１２は内側ロータ、１３は磁石である。

１０極又は１４極で１２スロットの通常のトロイダル巻線モータの固定子を示す展開図である。 １０極又は１４極の２群のトロイダル巻線を持つ通常のトロイダル巻線モータの固定子を示す展開図である。 この発明のトロイダル巻線モータの固定子のベクトル図と通常の固定子のベクトル図とを比較して示すベクトル図である。 この発明の実施の形態１における１０極又は１４極で１２スロットの不等ピッチのトロイダル巻線モータの固定子を円周方向に直線状に展開して示す構造図である。 この発明によるトロイダル巻線モータの極数とスロット数の関係を示す表１である。 この発明によるトロイダル巻線モータの極数とスロット数の関係を示す表２である。 ２極３スロットのトロイダル巻線モータの例で、インナーロータと固定子の関係を示す図である。 ４極６スロットのトロイダル巻線モータの例で、インナーロータと固定子の関係を示す図である。 この発明の実施の形態２における１０極又は１４極で２群のトロイダル巻線を持つトロイダル巻線モータの固定子を円周方向に直線状に展開して示す構造図である。 この発明の実施の形態３における１０極又は１４極で１２スロットの不等ピッチのトロイダル巻線モータの固定子を円周方向に直線状に展開して示す構造図である。 この発明の実施の形態３におけるトロイダル巻線モータの固定子の一部を示す平面図である。 トロイダル巻線を施していない実施の形態３におけるトロイダル巻線モータの固定子と通常の固定子とを比較して示す平面図である。 この発明の実施の形態４におけるトロイダル巻線モータの固定子コアの分割構造を円周方向に直線状に展開して示す斜視図である。 図１３に示す分割構造の固定子コアを軸方向に展開した場合の概略構造を示す平面図である。 この発明の実施の形態５におけるトロイダル巻線モータの構造を円周方向に直線状に展開して示す一部平面図である。 図１５のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 この発明の実施の形態６におけるトロイダル巻線モータの固定子コアの分割構造を円周方向に直線状に展開して示す斜視図である。 この発明の実施の形態６におけるトロイダル巻線モータの構造を円周方向に展開して示す一部平面図である。 図１８のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

符号の説明

１ 固定子
１ａ、１ｂ 固定子コアブロック
Ｔ１ ティース幅の大きい固定子ティース
Ｔ２ ティース幅の小さい固定子ティース
２ トロイダル巻線
３ 固定用のボルト穴
４ 固定用ボルト
５ 固定子コア
６ 非磁性スペーサ
７ 軸受台（ブラケット）
８ ボルト
９ ナット
１０ ボルト
１１ 外側ロータ
１２ 内側ロータ
１３ 磁石

Claims (7)

1. トロイダル巻線が施された固定子、及び前記固定子の両側に空隙を介して対向する２つの回転子が設けられたトロイダル巻線モータにおいて、
   前記固定子は、極スロットの組み合わせが、極数３ｎ±１極と３ｎのスロット数で構成される巻線配置をトロイダル巻にし、前記トロイダル巻線を施した各固定子ティースのティース幅を不等ピッチとし、不等ピッチのティース幅が大きな固定子ティース部分に固定用の穴又は固定部分を設けたことを特徴とするトロイダル巻線モータ。
2. トロイダル巻線が施された固定子、及び前記固定子の両側に空隙を介して対向する２つの回転子が設けられたトロイダル巻線モータにおいて、
   極スロットの組み合わせが極数３ｎ±１極とスロット数３ｎ（但しｎが整数で偶数の場合、極数とスロット数に２を乗算する）で構成されるトロイダル巻線モータであって、固定子巻線は固定子に環状に施され、回転子には極数が３ｎ−１極と３ｎ＋１極と異なる極数を有することを特徴とするトロイダル巻線モータ。
3. 固定子スロットをｍ倍にして、極数３ｎ±１極に対し３ｎスロットをｍ群持つスロットで構成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のトロイダル巻線モータ。
4. 不等ピッチのティース幅が大きな固定子ティースの先端部分に固定用の穴又は固定部分を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のトロイダル巻線モータ。
5. 固定子は、円周方向に複数に分割された各コアブロックから構成され、各コアブロックの両端部に不等ピッチのティース幅が大きな固定子ティース部分が設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のトロイダル巻線モータ。
6. 各コアブロックの両端部に設けられた不等ピッチのティース幅が大きな固定子ティース部分は、厚さ寸法が半分であり、かつ表裏側のいずれか一方が半分カットさ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線モータ。
7. 各コアブロックの両端部に設けられた不等ピッチのティース幅が大きな固定子ティース部分は、高さ寸法が半分で上下のいずれか一方が半分カットされたあいじゃくり構造であることを特徴とする請求項５記載のトロイダル巻線モータ。

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