JP2007104781A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】優れたモータ特性改善効果をもち実用生産性に優れたコイルエンド突出型ステータコアをもつ回転電機を提供すること。
【解決手段】中央コア１の両端に付加コア２を設けた付加コア追加型ステータコア構造において、付加コア２は、コイルエンドよりもロータ側の部分である内鍔部２４と、コイルエンドの軸方向内側部分である主部２７と、コイルエンドよりも反ロータ側の部分である外鍔部２６とをからなる付加ティース２２と、外鍔部２６に磁気結合する付加ヨーク２１とからなる。付加ティース２２は、磁性粉末成形体により形状自由にて低鉄損かつ低磁気抵抗と作製され、付加ヨーク２１は軸方向積層電磁鋼板により低コストかつ良好な磁気特性を有しており、モータ特性が改善される。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機のステータコアの改良に関する。

回転電機のステータコイルは、集中巻き方式及び分布巻き方式の両方ともステータコアの両端面の軸方向外側にそれぞれコイルエンドと呼ばれる部分を有している。このコイルエンドは、本質的にステータコイルを構成する導体線（以下、コイル導体とも呼ぶ）のうち、スロット内に収容されるコイル導体（以下、スロット導体とも呼ぶ）に連なるとともに、スロットから軸方向外側に突出する導体線（コイルエンド導体とも呼ぶ）により構成される。このコイルエンド導体の本質的機能は異なるスロットに個別に収容される一対のスロット導体を接続することにあり、このためコイルエンド導体は少なくとも周方向へ所定距離延在する。良く知られているように、多数のコイルエンド導体を周方向に延在させるため、分布巻きにおいてはコイルエンドは軸方向にかなり大きく膨設せざるを得ず、集中巻きにおいても分布巻きほどではないにしても軸方向に膨設される。したがって、回転電機はコイルエンド部分においてトルクに関与しないデッドスペースをもち、これが回転電機の軸方向長への大型化の原因となっている。上記デッドスペース問題の改善のために下記の特許文献１、２は、コイルエンドと軸方向に重なる領域にて、ステータコアに付加コアを追加することを提案している。

特許文献１の実施例１（図１）又は特許文献２は、ティースの鍔部と同形の内鍔部を軸方向積層電磁鋼板により作製してティースの鍔部の軸方向端面に隣接して軸方向へ突出させ、同じく、ヨークと同形の付加ヨークを軸方向積層電磁鋼板により作製してヨークの軸方向端面に隣接して軸方向へ突出させた付加コア構造を開示している。以下、この構造を軸方向積層電磁鋼板式の付加コアと称する。

特許文献２は、上記した軸方向積層電磁鋼板式の付加コアを、鉄系金属塊により作製することを提案している。以下、この構造を鉄系金属塊式の付加コアと称する。

特許文献１の実施例２（図５）は、上記付加ヨークと上記内鍔部と、これら付加ヨークと内鍔部とを径方向に接続するティース主部とを磁性粉末成形体により一体に作製した付加コア構造を開示している。以下、この構造を磁性粉末成形体式の付加コアと称する。
特開２００４−３２８９７１号公報 特開２００４−１５９４７６号公報

しかしながら、本発明者らの試作によれば上記した種々の構造の付加コアの追加は、製造コストや重量の増大の割にモータ特性改善効果が小さく、現状では費用効果比率、重量増加などの点で実用化が難しいことが判明した。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、優れたモータ特性改善効果をもち実用生産性に優れた付加コアをもつ回転電機を提供することをその目的としている。

上記課題を解決する各発明の回転電機は、略円筒状の中央コアと、前記中央コアの端面に隣接配置される付加コアとを有するステータコアと、前記ステータコアに径方向に対面するロータとを有し、前記中央コアは、ロータ周面に対面する先端部を有して径方向へ延在するティースと、前記ティースの基端部に隣接しつつ周方向へ延在するヨークとを有して軸方向積層電磁鋼板により作製され、前記付加コアは、ロータ周面とステータコイルのコイルエンドとの間隙を軸方向外側へ突出する内鍔部を有して前記ティースの軸方向端面に隣接配置される付加ティースと、前記ヨークの軸方向端面に隣接しつつ周方向に延在して前記付加ティースと磁束を授受する付加ヨークとを有する回転電機に適用される。以下、この構造の回転電機を付加ヨーク型回転電機とも称するものとする。

ステータとロータとの間の電磁作用は、両者間のラジアルエアギャップを通過する磁束の変化に依拠するので、付加ヨーク型回転電機では、ラジアルエアギャップの磁束量が増大させてモータ特性を向上させる。また、この付加コアは、ステータコイルの熱をコイルエンドから伝熱作用により良好に受熱することができるため、コイル温度の冷却効果を改善することもできる。

中央コアのティースとヨークとは、軸方向積層電磁鋼板により構成されるのが通常である。ティースとヨークとは一体に形成されることができる他、別々に形成されて結合される構造（組み合わせコア構造）を採用することもできる。ロータはステータの径方向内側に配置されるインナーロータ構造の他、ロータがステータの径方向外側に配置されるアウターロータ構造を採用しても良い。

第１発明の回転電機によれば特に、付加ティースの少なくとも一部は磁性粉末成形体からなり、付加ヨークは軸方向積層電磁鋼板とされる。このようにすれば、上記特許文献１、２に比べてモータ特性たとえばトルク特性を向上できることがわかった。

すなわち、軸方向積層電磁鋼板により付加コアを作製すると、ロータから付加ティースの内鍔部に流入した磁束は、ステータコイルと鎖交するために必ず軸方向内側に曲げられてコイルエンドの内側へ入り、その後、付加ヨーク側へ到達する。しかし、付加ティースの内鍔部や付加ヨークを軸方向積層電磁鋼板で作製する場合、磁路の磁気抵抗による磁束量が減少と渦電流損失の増大が生じてしまう。

また、付加ティースの内鍔部や付加ヨークを鉄系金属塊で作製する場合、磁路の磁気抵抗による磁束量は改善されるものの、渦電流損失の大幅な増大が生じてしまう。

更に、磁性粉末成形体により付加ティース及び付加ヨークを作製する場合、磁束を軸方向に曲げることによる損失や磁気抵抗の増大を抑止できるものの、高価な磁性粉末成形体を多量に用いる必要があり、実用上重要問題である製造費用の大幅な増大が生じてしまう。

これに対して、第１発明では、磁束の曲がりが必須に発生する付加ティース（少なくとも一部）に磁性粉末成形体を採用し、付加ヨークは通常のヨークと同様に軸方向積層電磁鋼板により採用する。なお、付加ティースにおける上記磁束の曲がりとしては、たとえばロータの周面から付加ティースの内鍔部に流入した磁束が周方向や軸方向に曲がり、その後、径方向に曲がってコイルエンドを横断する場合が考えられ、その他、更に軸方向に曲がる場合も想定される。

この第１発明によれば、付加ヨークに比べて磁性粉末使用量が通常は少ない付加ティースにのみ磁束の曲がりが自在な磁性粉末を使用するだけであるため、大幅な付加コア製造コストの削減を実現することができる。なお、磁性粉末成形体としては等方性のものを採用することができる。また、付加ヨークに使用する軸方向積層電磁鋼板は磁性粉末成形体よりも磁気特性に優れるため、付加コアを通過する磁路の磁気抵抗を低減してモータ特性を向上することもできる。

好適な態様において、前記付加ティースは、前記ティースの軸方向端面に沿って前記内鍔部から前記付加ヨークに向けて径方向へ延在するとともにステータコイルのコイルエンドが巻回される主部と、前記付加ヨークの内周側の表面に接しつつ前記主部から軸方向外側へ延在する外鍔部とを有する。

すなわち、この態様では、付加ティースが、内鍔部に加えて、内鍔部から付加ヨーク側へ磁束を流す主部と、主部から軸方向外側へ磁束を流す外鍔部とを有するので、内鍔部と付加ヨークとの間の磁路の磁気抵抗を良好に低減することができ、付加コア追加によるモータ特性を更に向上することができる。

好適な態様において、前記付加ティースはすべて磁性粉末成形体からなる。このようにすれば、鉄損増大及び磁気抵抗の増大を抑止しつつ付加ティース内の磁束を複雑に曲げることができるので、周方向及び軸方向に広い付加ティースの内鍔部から良好にロータ磁束を収集することができ、モータ特性を更に向上することができる。

好適な態様において、前記外鍔部は周方向積層電磁鋼板からなり、前記内鍔部及び主部は磁性粉末成形体からなる。このようにすれば、内鍔部から主部を通じて外鍔部に流入した磁束を外鍔部にて低損失かつ低磁気抵抗にて付加ヨークに伝達することができるため、モータ特性を更に向上することができる。

好適な態様において、前記付加ティースは、周方向積層電磁鋼板からなる周方向中央部と、磁性粉末成形体からなるとともに前記周方向中央部の両側に個別に配置される一対の周方向側部とからなる。このようにすれば、付加ティースの周方向中央部を低コストかつ低磁気抵抗に製造することができるとともに、内鍔部を周方向へ突出させることができない周方向積層電磁鋼板の代わりに磁性粉末成形体により付加ティースの周方向側部を磁性粉末成形体により成形したので、付加ティースの内鍔部はロータ磁束を良好に集めることができ、また、材料費も低減するこができる。

好適な態様において、前記内鍔部及び主部は、周方向積層電磁鋼板からなる周方向中央部と、磁性粉末成形体からなるとともに前記周方向中央部の両側に個別に配置される一対の周方向側部とからなり、前記外鍔部は周方向積層電磁鋼板からなる。外鍔部は内鍔部とは異なって、周方向両側に突出する必要はないため、周方向積層電磁鋼板により構成することにより、外鍔部を低損失かつ低磁気抵抗かつ低コストに製造することができる。

上記課題を解決する第２発明の回転電機では、前記ロータは、主界磁磁束を発生する主永久磁石を有して前記中央コアに対面する中央ロータ部と、付加界磁磁束を発生する付加永久磁石を有して前記付加コアに対面する端部ロータ部とを有し、前記付加永久磁石は、前記主永久磁石よりも小さい前記ロータの単位軸方向幅当たりの磁束発生量をもつ。

すなわち、付加コアの最大磁束量は、内鍔部と主部と外鍔部とをもつ付加ティースの各磁路部分のうち主として主部の磁路直角断面積により規定される。なお、この場合、内鍔部に流入した磁束の一部は中央コアのティース側にも流れ込むことはできるが、通常において、中央コアのティースの磁束密度は大きく設定されるため、この磁束バイパス現象は考慮しないものとする。したがって、付加コアとそれに対面する端部ロータ部との間の電磁ギャップの磁束密度は、中央コアとそれに対面する中央ロータ部との間の電磁ギャップの磁束密度より小さくならざるを得ない。そこでこの態様では、端部ロータ部の発生磁束が中央ロータ部のそれよりも小さくなるように中央ロータ部の主永久磁石よりも小型のあるいは残留磁束密度が小さい永久磁石を付加ティースに設ける。これにより、高価な永久磁石量を減らしてコストダウンを図ることができる。

上記課題を解決する第３発明の回転電機では、前記ロータは、界磁磁束を発生する永久磁石を有して前記中央コアに対面する中央ロータ部と、主としてリラクタンストルクを発生するための磁気突極構造を有して前記付加コアに対面する端部ロータ部とを有することを特徴としている。

上記と同じ理由にて、端部ロータ部の発生磁束が中央ロータ部のそれよりも小さくなるように端部ロータ部を磁気突極構造として実質的に永久磁石を省略する。これにより高価な永久磁石量を減らしてコストダウンを図ることができる。

上記課題を解決する第４発明の回転電機では、前記付加ティースは、前記ティースの軸方向端面に沿って前記内鍔部から前記付加ヨークに向けて径方向へ延在するとともにステータコイルのコイルエンドが巻回される主部を有し、前記付加ヨークの軸方向厚さは、実質的に前記付加ティースの主部の軸方向厚さに等しく設定されることを特徴としている。

すなわち、この第４発明の付加コアは、上記第１発明の付加コアから外鍔部及びこの外鍔部に接する付加ヨークの大部分を除去し、付加ティースの主部を付加ヨークの内周側の表面に密接させた構造を有する。好適には、付加ヨークの内周側に主部が嵌入する嵌合溝が凹設される。ただし、付加ティースは内鍔部及び主部をもつ必要があるが、その組成や構造は自由である。このようにすれば、モータ特性の低下をほとんど招くことなく軽量化を実現することができる。

更に説明すると、付加ロータから出た磁束は、付加ティースの内鍔部に流入後、主部を経て、付加ヨークに流入し、付加ヨーク内を周方向に流れて他の付加ティースに達する。つまり、付加ヨークには付加ティースの主部を流れる以上の磁束の通過を想定する必要が無く、したがって、外鍔部やこの外鍔部に隣接する軸方向に大きく突出した付加ヨークを設けなくても、磁束が付加ヨーク内にて磁気飽和することが無い。したがって、この発明によれば、モータ特性低下を防止しつつ重量増大を節減することができる。

本発明の回転電機の好適な態様を以下の実施例を参照して説明する。ただし、本発明は下記の実施例に限定解釈されるべきではなく、その他の公知技術あるいはそれと使用される機能が共通する技術を組み合わせて本発明を実現してもよいことは当然である。

（実施例１）
実施例１のステータコアを、その軸方向模式断面図である図１と、その軸方向にみた模式側面図である図２を参照して説明する。なお、図２において、破断線の左側は付加コア装着前の形状を示し、右側は付加コア装着後の形状を示す。ステータコイルは図示省略されている。

（全体構造）
このステータコアは、分割コア型ステータコアであって、図２の破断線の左側に図示する中央コア１と、図２の破断線の右側に図示する付加コア２とからなり、付加コア２は図１に示すように中央コア１の前後両端面に固定されている。図１において、３はロータである。

中央コア１は、略円筒状のヨーク１１と、ヨーク１１の内周面から求心方向へ突出する１２個のティース１２とからなる。ヨーク１１は、それぞれ部分円筒形状をもつ合計１２個の単位コアバック１３を円筒状に組み立てて構成されている。ヨーク１１及びティース１２はそれぞれ電磁鋼板を軸方向に積層した軸方向積層電磁鋼板により構成されている。ティース１２は、ロータ３の外周面に対面しつつ周方向両側へ張り出した鍔部１４を先端部に有しており、ティース１２の基端部は、ヨーク１１のティース嵌合溝１５に径内側へ抜き出し不能に嵌合している。なお、ヨーク１１を１２個の単位コアバック１３に分割せず、一体化してもよく、ヨーク１１とティース１２とを一体に形成してもよい。また単位コアバックは例えば３ティース毎を単位とする分割でもよい。つまりコアの一体、分割、ティースとヨークの一体、分割の形態にはよらない。

付加コア２は、略円筒状の付加ヨーク２１と、付加ヨーク２１の内周面から求心方向へ突出する１２個の付加ティース２２とからなる。付加ヨーク２１は、それぞれ部分円筒形状をもつ合計１２個の単位コアバック２３を円筒状に組み立てて構成されている。付加ヨーク２１は、電磁鋼板を軸方向に積層した軸方向積層電磁鋼板により構成され、ヨーク１１の軸方向端面に隣接して配置されている。なお、付加ヨーク２１を１２個の単位コアバック２３に分割せず、一体化してもよい。例えば３ティース毎を単位とする分割でもいいし、一体化してもよい。つまり単位コアバックは一例にすぎず、付加ヨークの形態にはとらわれない。

ロータ３は、中央ロータ（本発明で言う中央ロータ部）３１と、その両端に配置された付加ロータ（本発明で言う端部ロータ部）３２とからなり、図示しない回転軸に固定されている。この実施例では中央ロータ３１は永久磁石が埋設された軸方向積層電磁鋼板製の磁石ロータからなり、付加ロータ３２はいわゆる磁気突極構造の軸方向積層電磁鋼板製のリラクタンスロータからなる。

（付加ティース２２の構造）
付加ティース２２は、図１に示すように略コ字状の軸方向断面を有しており、軟磁性粉末を成形してなる磁性粉末成形体により構成されている。付加ティース２２は、ステータコイル４のコイルエンドの径方向内側にてロータ３の外周面に対面しつつ軸方向外側へ突出する内鍔部２４と、付加ヨーク２１の嵌合溝２５に嵌合しつつ軸方向外側へ延在する外鍔部２６と、ティース１２の軸方向端面に隣接しつつ径方向に延在する主部２７とからなる。

主部２７は、内鍔部２４と外鍔部２６との間の磁束授受のための部材であり、主部２７と内鍔部２４と外鍔部２６とは磁性粉末成形体により一体に形成されている。付加ティース２２の主部２７には、ティース１２とともにステータコイル４が集中巻きされている。

ティース１２は単位コアバック１３の周方向中央に配置され、付加ティース２２は単位コアバック２３の周方向中央に配置され、ティース１２と付加ティース２２とは周方向同位置に配置され、付加ティース２２の周方向（接線方向）幅はティース１２の周方向幅に等しくされている。

付加ティース２２の外鍔部２６は、付加ヨーク２１の嵌合溝２５に嵌合している。嵌合溝２５の径方向断面は、図２に示すように方形とされている。ヨーク１１の嵌合溝１５は、図２に示すように、内周側に嵌合溝２５と略同形（少し広い）の第１溝部１５１と、この第１溝部１５１から径方向外側に更に凹設されたくさび形の第２溝部１５２とからなる。嵌合溝１５が第１溝部１５１をもつのは、後述するように、付加ティース２２の外鍔部２６がこの第１溝部１５１を軸方向に通過可能とするためである。

中央コア１及び付加コア２の部分拡大斜視図を図３〜図５に示す。図３は中央コア１の一つの単位コアバック分を示し、図４はティース１２及び付加ティース２２を示し、図５はステータコアを組み立てた状態を示す。付加ティース２２の内鍔部２４がティース１２の鍔部とほぼ径方向断面にて同形であることがわかる。

（ステータの組み立て）
ステータの組み立て工程を以下に説明する。まず、１２分の１のヨーク１１である単位コアバック１３と、１２分の１の付加ヨーク２１である単位コアバック２３とを軸方向積層電磁鋼板により製造する。次に、ティース１２の両端に付加ティース２２をそれぞれ重ね、ステータコイル４を集中巻きする。又は、あらかじめ集中巻きにて成形したステータコイル４にティース１２及びその両側の付加ティース２２を嵌め込む。なお、ティース１２は軸方向積層電磁鋼板により構成され、付加ティース２２は、磁性粉末成形体により構成されている。次に、ステータコイルが巻装されたティース１２及び付加ティース２２を、単位コアバック１３の嵌合溝１５に軸方向に押し込んで、一体化する。次に、各単位コアバック２３の嵌合溝１５と付加ティース２２の外鍔部が嵌合するように、付加ヨーク２１を軸方向両側からヨーク１１へ向けて押し込む。最後に、このようにして形成された１２個のコアユニットをリング状に組み合わせてステータコアを完成する。なお、分割されたステータコアの各部材の固定はたとえば溶接や嵌合あるいは締結により一体化されることができる。また付加ティース、付加ヨークのティース、ヨークへの固定は、溶接、嵌合等により実施する。

（ロータ３の構造）
ロータ３の模式斜視図を図６に示す。ただし、図６において、付加ロータ３２の一部は切り欠いて示されている。既述したように中央ロータ（本発明で言う中央ロータ部）３１は永久磁石が埋設された軸方向積層電磁鋼板製の埋め込み磁石ロータからなり、付加ロータ３２はいわゆる磁気突極構造の軸方向積層電磁鋼板製のリラクタンスロータからなる。

（動作説明）
図１を参照して磁束の流れを説明する。

中央ロータ３１からティース１２に流入した磁束はヨーク１１に入り、ヨーク１１内を周方向に流れて他のティース１２に達する。付加ロータ３２から付加ティース２２の内鍔部２４に流入した磁束は内鍔部２４内で軸方向に曲がって付加ティース２２の主部２７に入り、主部２７から付加ティース２２の外鍔部２６に入り、外鍔部２６内を軸方向から径方向へ曲がって付加ヨーク２１に入り、付加ヨーク２１内を周方向に流れて他の付加ティース２２に達する。なお、一部の磁束は付加ティース２２の主部２７とティース１２との間にて軸方向へ流れ、また、付加ヨーク２１とヨーク１１との間にて軸方向に流れることができる。

（効果）
この実施例によれば、従来のステータにおいてステータコイルのコイルエンドが存在するステータコアの軸方向両側のアイドルスペースにおいて、コイルエンドの径方向内側に内鍔部２４が設けられ、各内鍔部２４が主部２７、外鍔部２６を通じて付加ティース２２により磁気的に短絡されている。

内鍔部２４の存在は、内鍔部２４と付加ロータ３２の外周面との間の電磁ギャップの磁気抵抗を小さくすることができることを意味し、小さい磁界強度（AT）により多くの磁束を形成できることを意味する。つまり、付加ロータ３２と付加コア２との設置により、ステータコイルに鎖交するロータ磁束を増加することができる。このため、従来同様、モータ性能を向上することができる。

なお、付加ロータ３２と付加コア２との間を流れる磁束量は、ヨーク１１への磁束漏れを無視すれば、付加ティース２２を流れることができる磁束量に略等しく、付加ロータ３２を流れることができる磁束量は主部２７の磁路断面積にその飽和磁束密度を掛けた量に略等しくなる。

この実施例では、付加ティース２２がすべて磁性粉末成形体により構成されているため、付加ティース２２は、小さい磁気抵抗により付加ロータ３２の磁束を周方向及び軸方向において広く集めることができる。また、付加コア２の多くを占める付加ヨーク２１を軸方向積層電磁鋼板により構成したため、付加コア製造コストのうち無視できない割合を占める付加ヨーク２１の分の磁性粉末成形体を省略できるため、相当のコストダウンと磁気抵抗低減とを実現することができる。

更に、内鍔部２４及び外鍔部２６はステータコイル４のコイルエンドに良好に接触するため、ステータコイル４の熱はこの内鍔部２４や外鍔部２６を通じて良好に付加コア２に放熱することができる。

（変形態様）
ロータ３の変形態様を図７に示す。このロータ３は、図６に示す付加ロータ３２を永久磁石が埋設された軸方向積層電磁鋼板製の埋め込み磁石ロータにより構成したものである。すなわち、ロータ３は、主界磁磁束を発生する主永久磁石を有して中央コアに対面する中央ロータ３１と、付加界磁磁束を発生する補助の永久磁石を有して付加コア２に対面する付加ロータ３２とから構成される。この場合、補助の永久磁石は、主永久磁石よりも小さいロータの単位軸方向幅当たりの磁束発生量をもてばよく、相対的に安価なあるいは小型の永久磁石を用いればよい。更に、ロータ３は同期機用ロータの他、既知の各種交流モータ方式に適したロータ構造を採用することができる。ただし、付加ロータ３２の永久磁石により付加ロータ３２から付加コア２に流入する磁束量は、付加コア２の主部２７の磁路断面積により制約されるため、付加ロータ３２と付加コア２との間の電磁ギャップの磁束密度は、中央ロータ３１と中央コア１との間の電磁ギャップの磁束密度より小さく設定される。

（変形態様）
上記実施例では、付加ティース２２の主部２７の周方向（接線方向）幅はティース１２の周方向幅に等しくされたが、付加ティース２２には、成形済みの集中巻きステータコイルのコイルエンドが嵌着されるため、コイルエンドを円滑に湾曲させるため、付加ティース２２の主部２７の周方向幅はティース１２の周方向幅より小さく設定しても良い。あるいは、ヨーク１１のスロットから出たステータコイルの湾曲を確保できる範囲にて、たとえばヨーク１１の端面から少し離れて付加ティース２２の周方向幅をティース１２のそれより広くし、付加ティース２２の主部２７の最大磁束量を増大させても良い。

（実施例２）
実施例２のコア構造を図８、図９を参照して以下に説明する。中央コア１は図３に示す形状のものを用いた。図８は中央コア１に付加ティース２２を取り付けた状態を、図９はステータコアの組み付け完了状態を示す。

この実施例は、図４に示す実施例１の付加ティース２２の外鍔部２６を、電磁鋼板を周方向（正確には接線方向）に積層してなる周方向積層電磁鋼板により作製したものである。図８に示すように、磁性粉末成形体により作製された主部２７のヨーク側の先端面は、周方向積層電磁鋼板により作製された外鍔部２６の径方向内側の表面に当接している。外鍔部２６は、実施例１と同様に付加ヨーク２１の嵌合溝２５に嵌合している。このようにすれば、主部２７から外鍔部２６に流れ込んだ磁束は、積層電磁鋼板を積層方向に流れることなく、電磁鋼板内を軸方向に流れ、その後、径方向に曲がって付加ヨーク２１に流入することができ、低損失かつ低磁気抵抗を達成できるとともに、磁性粉末使用量を減らして製造コストも低減することができる。主部２７を延長し、外鍔部２６を短縮してもよいことは当然である。

この実施例によれば、あらかじめ成形した集中巻きコイルを、外鍔部２６の取り付け前に、ティース１２と付加ティース２２とを一体化したティースアセンブリに嵌め込み、その後で外鍔部２６をこのティースアセンブリに取り付けることができる。なお、外鍔部２６の径方向断面形状が、ティース１２の嵌合溝１５の径方向断面形状より大きい場合には、ティースアセンブリをヨーク１１に軸方向に押し込んで一体化させた後で外鍔部２６を取り付けることができ、逆に、外鍔部２６の径方向断面形状が、ティース１２の嵌合溝１５の径方向断面形状より小さい場合には、外鍔部２６をティースアセンブリに取り付けた後、このティースアセンブリをヨーク１１に軸方向に押し込んで一体化させることもできる。

（変形態様）
実施例２の付加ティース２２の変形態様を図１０、図１１に示す。図１０は中央コア１に付加ティース２２を取り付けた状態を、図１１はステータコアの組み付け完了状態を示す。この変形態様は、図８と図１０との比較からわかるように、主部２７を径方向外側に延長し、外鍔部２６を軸方向に短縮した点を除けば実施例２と同じである。

（実施例３）
実施例２の付加コアを図１２〜図１３を参照して以下に説明する。中央コア１としては図３の形状のものを用いた。図１２は中央コア１に付加ティース２２を取り付けた状態を、図１３はステータコアの組み付け完了状態を示す。

この実施例は、実施例１の付加ティース２２を、電磁鋼板を周方向（正確には接線方向）に積層してなる周方向積層電磁鋼板により作製した周方向中央部２６４と、磁性粉末成形体により作製されて周方向中央部２６４の周方向両側に配置された一対の周方向側部２６３とにより構成したものである。したがって、付加ティース２２の周方向中央部２６４は、略コ字状に形成され、一対の周方向側部２６３はこの周方向中央部２６４とともに、実施例１、２の付加ティース２２と同形の付加ティース２２を構成する。

このようにすれば、付加ロータ３２から内鍔部２４のうち周方向中央部に流入した磁束は、周方向への曲がりがほとんど無いため、周方向積層電磁鋼板により低損失かつ小さい磁気抵抗にて付加ヨーク２１に達することができ、かつ、磁性粉末使用量も更に低減することができる。また、磁束の周方向への曲がりも要求される付加ティース２２の周方向側部２６３は磁性粉末成形体であるため良好に磁束を周方向へ曲げて流すことができる。

（実施例４）
実施例４の付加コアを図１４〜図１５を参照して以下に説明する。中央コア１としては図３のものを用いた。図１４は中央コア１に付加ティース２２を取り付けた状態を、図１５はステータコアの組み付け完了状態を示す。

この実施例は、図８に示す付加ティース２２の外鍔部２６を実施例３の外鍔部２６に適用したものである。すなわち、この実施例では、付加ティース２２の内鍔部２４及び主部２７は、電磁鋼板を周方向（正確には接線方向）に積層してなる周方向積層電磁鋼板により作製した周方向中央部２６４と、周方向中央部２６４の周方向両側に配置された一対の周方向側部２６３とにより構成されている。ただし、一対の周方向側部２６３は、磁性粉末成形体により作製された内鍔部と主部と、周方向積層電磁鋼板により作製された外鍔部２６からなる。このようにすれば更に損失低減とモータ特性の向上を図ることができる。

（実施例５）
実施例５のステータコア構造を図１６を参照して説明する。図１６は、回転電機の軸方向模式断面図である。この実施例の付加ティース２２０は、図１に示す実施例１の付加ティース２２からその外鍔部２６を省略するとともに、実施例１の付加ヨーク２１のうち外鍔部２６に径方向に隣接する部分も省略したものである。２８は、付加ティース２２０の主部２７及び付加ヨーク２１０を軸方向内側へ押さえつけるための電磁鋼板である。なお、電磁鋼板２８を省略してもよい。付加ティース２２０の主部２７の径方向外端（基端部）は、付加ヨーク２１０の嵌合溝２５に嵌入されている。

この態様においても、付加ロータ３２と付加コア２との間の電磁ギャップの磁気抵抗は内鍔部２４の軸方向伸張により十分に低減され、付加ロータ３２から内鍔部２４に入った磁束は主部２７から付加ヨーク２１０に流入して周方向へ曲がって他の付加ティースに達することができる。付加ヨーク２１０は主部２７の軸方向厚さに等しい軸方向厚さをもつため、付加ヨーク２１０が主部２７に先んじて磁気飽和することはなく、実施例１と同様のモータ特性向上を図ることができ、かつ、材料費の低減と軽量化を図ることができる。

（実施例６）
実施例６の付加コアを図１７〜図１９を参照して以下に説明する。図１７は中央コア１を、図１８は中央コア１に付加ティース２２を取り付けた状態を、図１９はステータコアの組み付け完了状態を示す。この実施例は、既述した実施例１において付加ティース２２の外鍔部２６を内鍔部２４及び主部２７と別体とした点を特徴としている。なお、外鍔部２６と主部２７との分割位置は、図１０に示す位置でもよい。この実施例の付加ティース２２の内鍔部２４及び主部２７は、図１８に示すように略Ｌ字形状を有している。この実施例のヨーク１１は、内周面に逆くさび状（あり溝状）の第２溝部１５２だけをもち、実施例１の第１溝部１５１が省略されている。軸方向に延在する条溝である第２溝部１５２には、ティース１２に突設されて軸方向に延在する突条１９が軸方向に嵌合している。

製造工程を説明すると、内鍔部２４及び主部２７からなるL字状の付加ティース２２をティース１２の両端面に隣接させたティースサブアセンブリを作製し、これにあらかじめ巻装成形したステータコイルの集中巻きコイルを嵌め込む。次に、付加ヨーク２１及びヨーク１１からなるヨークアセンブリにこのティースサブアセンブリを軸方向に嵌め込み、最後に外鍔部２６を付加ヨーク２１の嵌合溝２５に軸方向に嵌め込む。

（変形態様）
上記した各実施例では、インナーロータ型分割コア方式のステータコアを例示したが、本発明はそれに限定されるものではなく、アウターロータ構造や非分割コア構造にも適用可能であることは当然である。また、ステータコイルも集中巻きに限定されるものではなく、分布巻きとしてもよいことはもちろんである。

（変形態様）
なお、付加ロータ３２の外周面（電磁ギャップ）における必要な磁束密度を確保するために、付加ロータ３２に永久磁石を設けても良い。ただし、この永久磁石により付加ロータ３２から付加コア２に流入する磁束量は、付加コア２の主部２７の磁路断面積により制約されるため、付加ロータ３２と付加コア２との間の電磁ギャップの磁束密度は、中央ロータ３１と中央コア１との間の電磁ギャップの磁束密度より小さく設定される。

すなわち、この場合、ロータ３は、主界磁磁束を発生する主永久磁石を有して中央コアに対面する中央ロータ３１と、付加界磁磁束を発生する付加永久磁石を有して付加コア２に対面する付加ロータ３２とから構成されることになる。この場合、付加永久磁石は、主永久磁石よりも小さいロータの単位軸方向幅当たりの磁束発生量をもてばよく、相対的に安価なあるいは小型の永久磁石を用いればよい。更に、ロータ３は同期機用ロータの他、既知の各種交流モータ方式に適したロータ構造を採用することができる。

（変形態様）
ヨーク１１の嵌合溝１５の変形態様を図２０に示す。図２０の嵌合溝１５０は図２に示す２段溝構造の嵌合溝１５とは異なって、単段溝構造を採用している。図２０において、破線で囲まれた方形領域は付加ティース２２の外鍔部２６を軸方向にみた形状を示している。この態様では、付加ティース２２の外鍔部２６は内鍔部２４及び主部２７と一体に形成されている。付加ティース２２とティース１２とを一体化したティースアセンブリにステータコイルを集中巻きし、次にこのティースアセンブリを、ヨーク１１及び付加ヨーク２１からなるヨークアセンブリに軸方向に押し込めばよい。外鍔部２６はヨーク１１の嵌合溝１５内を軸方向に移動可能な形状をもつため、組み立てに支障が出ることは無い。

（変形態様）
ヨーク１１とティース１２との嵌合構造の変形態様を図２１に示す。この態様では、径方向断面においてリング状のヨーク１１が軸方向積層電磁鋼板により作製され、ティース１２はヨーク１１の嵌合溝１５３に軸方向に嵌め込まれる。この態様では、嵌合溝１５３はヨーク１１の径方向厚さの８０％以上の深さをもつ。これにより、ヨーク１１とティース１２との機械的結合強度を向上することができる。ただし、ヨーク１１内を周方向へ流れる磁路の磁気抵抗が増大するが、中央ロータ３１が永久磁石型ロータである場合、永久磁石自体は空隙であるため、図２１のヨーク１１とティース１２との間の微小間隙が全体のインダクタンスに与える影響は限定的となり、実用上の問題は生じない。また、嵌合溝１５３の側面と、それと嵌合するティース１２の側面とが鋸歯状（あるいは波形）に形成されているため、結合強度の向上と、磁路の磁気抵抗の低減とを図ることができる。更に、図２１ではあらかじめ成形した集中巻きコイルをティース１２及び付加ティース２２に嵌め込んだ後、ティース１２をヨーク１１に軸方向に嵌めこむこともできる。更に、付加ティースや付加ヨークをティース又はヨークへ固定するには、溶接、嵌合等が公知の種々の固定技術を採用することができ、ステータの組み付てについても、あらかじめ成形したコイルをティースに装着する他、ティースに直接巻いてもよい。コイルに用いる導線の断面は角線の他丸線でもよい。中央コアのティースとヨークとの組み付け、及び付加ティースと付加ヨークとの組み付けにも公知の種々の固定方法を採用することができる。

実施例１のロータ及びステータコアの模式軸方向断面図である。 図１のステータコアの側面図である。 図１の中央コアの斜視図である。 図１の付加ティースの斜視図である。 図１の中央コアと付加コアの斜視図である。 ロータ構造を示す模式斜視図である。 ロータ構造の変形態様を示す模式斜視図である。 実施例２の付加ティースの斜視図である。 実施例２の中央コアと付加コアの斜視図である。 実施例２の変形態様の付加ティースの斜視図である。 実施例２の変形態様の中央コアと付加コアの斜視図である。 実施例３の付加ティースの斜視図である。 実施例３の中央コアと付加コアの斜視図である。 実施例４の付加ティースの斜視図である。 実施例４の中央コアと付加コアの斜視図である。 実施例５のロータ及びステータコアの模式軸方向断面図である。 実施例６の中央コアの斜視図である。 実施例６の付加ティースの斜視図である。 実施例４の中央コアと付加コアの斜視図である。 変形態様のヨークとティースとの結合関係を示す側面図である。 変形態様のヨークとティースとの結合関係を示す側面図である。

符号の説明

１ 中央コア
２ 付加コア
３ ロータ
４ ステータコイル
１１ ヨーク
１２ ティース
１２ 付加ヨーク
１３ 単位コアバック
１４ 鍔部
１５ ティース嵌合溝（嵌合溝）
２１ 付加ヨーク
２２ 付加ティース
２３ 単位コアバック
２４ 内鍔部
２５ 嵌合溝
２６ 外鍔部
２７ 主部
３１ 中央ロータ
３２ 付加ロータ
１５０ 嵌合溝
１５１ 溝部
１５２ 溝部
１５３ 嵌合溝
２１０ 付加ヨーク
２２０ 付加ティース
２６３ 周方向側部
２６４ 周方向中央部

Claims (9)

1. 略円筒状の中央コアと、前記中央コアの端面に隣接配置される付加コアとを有するステータコアと、前記ステータコアに径方向に対面するロータとを有し、
   前記中央コアは、ロータ周面に対面する先端部を有して径方向へ延在するティースと、前記ティースの基端部に隣接しつつ周方向へ延在するヨークとを有して軸方向積層電磁鋼板により作製され、
   前記付加コアは、
   ロータ周面とステータコイルのコイルエンドとの間隙を軸方向外側へ突出する内鍔部を有して前記ティースの軸方向端面に隣接配置される付加ティースと、前記ヨークの軸方向端面に隣接しつつ周方向に延在して前記付加ティースと磁束を授受する付加ヨークとを有する回転電機において、
   前記付加ティースの少なくとも一部は、磁性粉末成形体からなり、
   前記付加ヨークは、軸方向積層電磁鋼板からなることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１記載の回転電機において、
   前記付加ティースは、前記ティースの軸方向端面に沿って前記内鍔部から前記付加ヨークに向けて径方向へ延在するとともにステータコイルのコイルエンドが巻回される主部と、前記付加ヨークの内周側の表面に接しつつ前記主部から軸方向外側へ延在する外鍔部とを有する回転電機。
3. 請求項２記載の回転電機において、
   前記付加ティースは、磁性粉末成形体からなる回転電機。
4. 請求項２記載の回転電機において、
   前記外鍔部は、周方向積層電磁鋼板からなり、
   前記内鍔部及び主部は、磁性粉末成形体からなる回転電機。
5. 請求項２記載の回転電機において、
   前記付加ティースは、
   周方向積層電磁鋼板からなる周方向中央部と、磁性粉末成形体からなるとともに前記周方向中央部の両側に個別に配置される一対の周方向側部とからなる回転電機。
6. 請求項２記載の回転電機において、
   前記内鍔部及び主部は、
   周方向積層電磁鋼板からなる周方向中央部と、磁性粉末成形体からなるとともに前記周方向中央部の両側に個別に配置される一対の周方向側部とからなり、
   前記外鍔部は、周方向積層電磁鋼板からなる回転電機。
7. 略円筒状の中央コアと、前記中央コアの端面に隣接配置される付加コアとを有するステータコアと、前記ステータコアに径方向に対面するロータとを有し、
   前記中央コアは、ロータ周面に対面する先端部を有して径方向へ延在するティースと、前記ティースの基端部に隣接しつつ周方向へ延在するヨークとを有して軸方向積層電磁鋼板により作製され、
   前記付加コアは、
   ロータ周面とステータコイルのコイルエンドとの間隙を軸方向外側へ突出する内鍔部を有して前記ティースの軸方向端面に隣接配置される付加ティースと、前記ヨークの軸方向端面に隣接しつつ周方向に延在して前記付加ティースと磁束を授受する付加ヨークとを有する回転電機において、
   前記ロータは、
   主界磁磁束を発生する主永久磁石を有して前記中央コアに対面する中央ロータ部と、付加界磁磁束を発生する付加永久磁石を有して前記付加コアに対面する端部ロータ部とを有し、
   前記付加永久磁石は、前記主永久磁石よりも小さい前記ロータの単位軸方向幅当たりの磁束発生量をもつことを特徴とする回転電機。
8. 略円筒状の中央コアと、前記中央コアの端面に隣接配置される付加コアとを有するステータコアと、前記ステータコアに径方向に対面するロータとを有し、
   前記中央コアは、ロータ周面に対面する先端部を有して径方向へ延在するティースと、前記ティースの基端部に隣接しつつ周方向へ延在するヨークとを有して軸方向積層電磁鋼板により作製され、
   前記付加コアは、
   ロータ周面とステータコイルのコイルエンドとの間隙を軸方向外側へ突出する内鍔部を有して前記ティースの軸方向端面に隣接配置される付加ティースと、前記ヨークの軸方向端面に隣接しつつ周方向に延在して前記付加ティースと磁束を授受する付加ヨークとを有する回転電機において、
   前記ロータは、
   界磁磁束を発生する永久磁石を有して前記中央コアに対面する中央ロータ部と、主としてリラクタンストルクを発生するための磁気突極構造を有して前記付加コアに対面する端部ロータ部とを有することを特徴とする回転電機。
9. 略円筒状の中央コアと、前記中央コアの端面に隣接配置される付加コアとを有するステータコアと、前記ステータコアに径方向に対面するロータとを有し、
   前記中央コアは、ロータ周面に対面する先端部を有して径方向へ延在するティースと、前記ティースの基端部に隣接しつつ周方向へ延在するヨークとを有して軸方向積層電磁鋼板により作製され、
   前記付加コアは、
   ロータ周面とステータコイルのコイルエンドとの間隙を軸方向外側へ突出する内鍔部を有して前記ティースの軸方向端面に隣接配置される付加ティースと、前記ヨークの軸方向端面に隣接しつつ周方向に延在して前記付加ティースと磁束を授受する付加ヨークとを有する回転電機において、
   前記付加ティースは、
   前記ティースの軸方向端面に沿って前記内鍔部から前記付加ヨークに向けて径方向へ延在するとともにステータコイルのコイルエンドが巻回される主部を有し、
   前記付加ヨークの軸方向厚さは、実質的に前記付加ティースの主部の軸方向厚さに等しく設定されることを特徴とする回転電機。

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