JP2021023012A - 回転電機の固定子 - Google Patents

Abstract

【課題】各相のコイルのインダクタンスを均一にすることができる回転電機の固定子を提供する。【解決手段】実施形態の回転電機１の固定子１０は、固定子鉄心１１と、固定子鉄心に巻き付けられたコイル１５と、を備えている。Ｍ：コイルの相数（２以上の任意の整数）、Ｐ：回転子の磁極数、Ｎ：締結部位の設置数（１以上の任意の整数）、Ｌ：０以上の任意の整数、とした場合、中心軸線と直交する固定子鉄心の横断面において、中心軸線を中心とする同一円上に、Ｎ箇所の締結部位１３（１３Ａから１３Ｄ）および（Ｍ−１）×Ｎ箇所の風穴（空隙部位）１４（１４Ａから１４Ｈ）が設けられ、締結部位または空隙部位は、同一円上の基準位置から角度３６０°／Ｐ×Ｌ、３６０°／Ｐ×（Ｌ＋１／Ｍ）、３６０°／Ｐ×（Ｌ＋２／Ｍ）から３６０°／Ｐ×（Ｌ＋（Ｍ−１）／Ｍ）だけ離れたいずれかの位置に設けられている。【選択図】図１

Description

この発明の実施形態は、回転電機の固定子に関する。

一般的に、回転電機の固定子鉄心は、電磁鋼板などをプレス等により所望の形状に打ち抜き、打ち抜かれた鉄心片（抜板）を積層して構成される。そして、鉄心片どうしを結束して一体化する。固定子鉄心を構成する鉄心片の結束方法としては、かしめ、溶接、クランプ等がある。または、固定子鉄心の積層方向の両端面に当接するように押さえ板を設け、それらをボルトで締結し、積層方向に固定する方法もある。

固定子鉄心を構成する鉄心片の表面には、絶縁コーティングが施されていることから、鉄心片間の電気的導通は遮断されている。しかし、鉄心片を結束する際のかしめ等の締結部位の近傍では、鉄心片間に電気的導通部が生じる。この結果、電気回路が形成される。この電気回路に鎖交する磁束が時間的に変化すると、電磁誘導による誘導電圧が発生し、固定子鉄心の内部にうず電流が流れ、ジュール損失が発生する。上記のように、固定子鉄心で発生するうず電流損失を低減する対策として、締結部位を所定の配置で構成する方法がある。

ここで、かしめ等の締結部位は、一般に固定子鉄心を鎖交する磁束の流れを妨げる。固定子に設けられた各締結部位に近接するスロットに巻かれた巻線の相が、特定の相に偏る場合、その相の巻線に電流が通電することで発生する磁束に対する磁気抵抗が、他の相とは異なる。この結果、各相コイルのインダクタンスが不均一になる。このような場合、回転電機を一定の電圧振幅の交流電源で駆動すると、各相のコイルに通電する電流振幅が不均一になる。

特許第４２２０３２４号公報 特開２００７−２３６０６７号公報

本発明の実施形態の課題は、各相のコイルのインダクタンスを均一にすることができる回転電機の固定子を提供することにある。

実施形態の回転電機の固定子は、回転電機の固定子は、固定子鉄心と、コイルと、を備えている。
固定子鉄心は、表面に絶縁処理が施された複数枚の鉄心片を中心軸線の方向に積層して形成され、積層方向の一端に位置する第１端面と、積層方向の他端に位置する第２端面と、それぞれ第１端面から第２端面まで中心軸線とほぼ平行に延在し複数枚の鉄心片を互いに締結している複数の締結部位と、それぞれ第１端面から第２端面まで中心軸線とほぼ平行に延びる非導電性且つ非磁性の複数の空隙部位と、を有している。
コイルは、固定子鉄心に巻き付けられている。
固定子は、Ｍ：コイルの相数（２以上の任意の整数）、Ｐ：回転子の磁極数、Ｎ：締結部位の設置数（１以上の任意の整数）、Ｌ：０以上の任意の整数、とした場合、中心軸線と直交する固定子鉄心の横断面において、中心軸線を中心とする同一円上に、Ｎ箇所の締結部位および（Ｍ−１）×Ｎ箇所の空隙部位が設けられている。
固定子において、締結部位または空隙部位は、同一円上の基準位置から角度３６０°／Ｐ×Ｌ、３６０°／Ｐ×（Ｌ＋１／Ｍ）、３６０°／Ｐ×（Ｌ＋２／Ｍ）から３６０°／Ｐ×（Ｌ＋（Ｍ−１）／Ｍ）だけ離れたいずれかの位置に設けられている。

図１は、第１実施形態に係る回転電機を示す正面図。 図２は、第１実施形態に係る回転電機を示す斜視図。 図３は、第１実施形態に係る回転電機の閉回路と磁束鎖交面を示す斜視図。 図４は、第１実施形態に係る回転電機のギャップ磁束密度と機械角の関係を示すグラフ。 図５は、第１実施形態に係る回転電機の渦電流損失の特性を比較例と比較して示すグラフ。 図６は、第１変形例に係る回転電機を示す正面図。 図７は、第２実施形態に係る回転電機を示す正面図。 図８は、第２実施形態の回転電機を示す斜視図。 図９は、第３実施形態に係る回転電機を示す正面図。 図１０は、第４実施形態に係る回転電機を示す正面図。 図１１は、第４実施形態の回転電機を示す側面図。

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
なお、開示はあくまで一例にすぎず、以下の実施形態に記載した内容により発明が限定されるものではない。当業者が容易に想到し得る変形は、当然に開示の範囲に含まれる。説明をより明確にするため、図面において、各部分のサイズ、形状等を実際の実施態様に対して変更して模式的に表す場合もある。

（第１実施形態）
図１および図２を参照して、第１実施形態に係る回転電機１の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る回転電機１を示す平面図、図２は、第１実施形態に係る回転電機１を示す斜視図である。

回転電機１は、固定子の内側に回転子が配置されたインナーロータ式、および固定子の外側に回転子が配置されたアウターロータ式を含む。回転電機１は、永久磁石型、巻線界磁型、および誘導型を含む。回転電機１は、駆動電源として２相以上の交流電力を用いる。回転電機１は、２相以上の交流電力を用いる２相以上のコイル１５のインダクタンスを均一にする。

第１実施形態では、回転電機１は、例えば、３相電源で駆動するインナーロータ式の永久磁石型の回転電機を構成している。回転電機１は、円筒状の固定子１０と、固定子１０の内側において中心軸線Ｚの回りで回転自在に支持された回転子２０とを含んでいる。

固定子１０は、固定子鉄心１１と、固定子鉄心１１に巻き付けられた３相のコイル１５と、を備えている。固定子鉄心１１は、複数のスロット１２と、複数の締結部位１３（図中では、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃおよび１３Ｄ）と、複数の風穴１４（図中では、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅ、１４Ｆ、１４Ｇおよび１４Ｈ）と、を有している。

固定子鉄心１１は、所定の形状に打ち抜かれた薄板状の鉄心片（抜板）１１ａを、複数枚、円芯状に積層した積層体として構成されている。鉄心片１１ａの積層方向は、中心軸線Ｚとほぼ平行している。鉄心片１１ａには、例えば、導電性の電磁鋼板を用いている。鉄心片１１ａの表面には、積層後に隣接する鉄心片１１ａが電気的に導通することを防止するために、絶縁塗装が施されている。

スロット１２は、固定子鉄心１１の内周面において、を中心軸線Ｚの方向に開口して構成されている。スロット１２は、例えば、固定子鉄心１１の内周面において、固定子鉄心１１の周方向に等間隔で２４個設けられている。隣合うスロット１２とスロット１２との間の部分は、ティースを構成している。

締結部位１３は、積層された複数の鉄心片１１ａを互いに締結している部位であり、固定子鉄心１１の積層方向の第１端面１１ｍから第２端面１１ｎまで、中心軸線Ｚとほぼ平行に延在している。各々の締結部位１３は、固定子鉄心１１において、各々のスロット１２の径方向外方に位置している。締結部位１３は、例えば、固定子鉄心１１の第１端面１１ｍの一部を第２端面１１ｎに向かってかしめることにより形成されたかしめ部である。かしめ部によって、隣合う鉄心片１１ａどうしを締結している。ここで、かしめ部により鉄心片１１ａの絶縁被覆が破壊され、かしめ部の部分で隣合う鉄心片１１ａが電気的に導通した状態となる場合がある。この場合、各々の締結部位１３は、固定子鉄心１１の第１端面１１ｍから第２端面１１ｎの間において、少なくとも部分的に導通する。

風穴１４（空隙部位）は、積層された複数の鉄心片１１ａにおいて、非導電性且つ非磁性の部位である。風穴１４は、固定子鉄心１１の積層方向の第１端面１１ｍから第２端面１１ｎまで、中心軸線Ｚとほぼ平行に貫通した貫通穴により構成され、中心軸線Ｚを中心とする同一円に間隔を置いて締結部位１３の両側に設けられている。風穴１４は、固定子鉄心１１において、各々のスロット１２の径方向外方に位置している。

コイル１５は、絶縁被覆された電線であり、複数のスロット１２に挿通された状態で、各ティースに巻き付けられている。コイル１５は、例えば、３相（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相）のコイルを含んでいる。コイル１５に３相の交流電流が供給されると、固定子１０に所定の鎖交磁束が形成される。

回転子２０は、シャフト２１と、回転子鉄心２２と、複数の永久磁石２３と、を有している。シャフト２１は、円柱形状に形成され、その回転中心が中心軸線Ｚ上に配置されている。回転子鉄心２２は、円筒形状に形成され、シャフト２１を挿入して支持している。回転子鉄心２２は、所定の形状に打ち抜かれた複数枚の薄板状の電磁鋼板（鉄心片）を、中心軸線Ｚ方向に積層した積層体として構成されている。複数の永久磁石２３は、回転子鉄心２２の内部に配置され、中心軸線Ｚとほぼ平行に設けられている。永久磁石２３は、固定子１０の内周に対向するように、中心軸線Ｚを中心とする同一円上に設けられている。第１実施形態では、例えば、固定子１０に対向する径方向外方にＳ極を配置した４個の第１永久磁石２３Ｓと、固定子１０に対向する径方向外方にＮ極を配置した４個の第２永久磁石２３Ｎが、交互に、回転子２０の中心軸線Ｚの周りに等間隔で配置されている。

次に、図１を参照して、締結部位１３と風穴１４の位置関係について説明する。
以下の説明において、コイル１５の相数をＭ、締結部位１３の設置数をＮ、風穴１４の数を（Ｍ−１）×Ｎ、回転電機（回転子）の磁極数をＰ、としている。Ｍは２以上の任意の整数、Ｎは１以上の任意の整数である。

例えば、コイル１５はＭ＝３相とし、締結部位は固定子鉄心１１にＮ＝４箇所設けられ、風穴１４は固定子鉄心１１に（Ｍ−１）×Ｎ＝８箇所設けられている。すなわち、固定子鉄心１１は、４箇所の締結部位１３（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃおよび１３Ｄ）と、８箇所の風穴１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅ、１４Ｆ、１４Ｇおよび１４Ｈと、を有している。

締結部位１３（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃおよび１３Ｄ）は、中心軸線Ｚと直交する固定子鉄心１１の横断面において、中心軸線Ｚを中心とする同一円上の反時計周り方向に位置し、風穴１４Ａから、角度３６０°／Ｐ×Ｌ、３６０°／Ｐ×（Ｌ＋１／Ｍ）、３６０°／Ｐ×（Ｌ＋２／Ｍ）から３６０°／Ｐ×（Ｌ＋（Ｍ−１）／Ｍ）だけ離れた位置にそれぞれ設けられている。Ｌは、０以上の任意の整数である。
例えば、締結部位１３（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃおよび１３Ｄ）は、角度３６０°／Ｐ×（Ｌ＋１／Ｍ）のＬを０、２、４および６として設けられている。すなわち、締結部位１３（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃおよび１３Ｄ）は、風穴１４Ａの位置を基準として、中心軸線Ｚを中心とする同一円上の反時計周り方向に、３６０°／８極×（０＋１／３相）＝１５°、３６０°／８極×（２＋１／３相）＝１０５°、３６０°／８極×（４＋１／３相）＝１９５°、３６０°／８極×（６＋１／３相）＝２８５°の４か所の位置に設けられている。

風穴１４（１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅ、１４Ｆ、１４Ｇおよび１４Ｈ）は、中心軸線Ｚと直交する固定子鉄心１１の横断面において、中心軸線Ｚを中心とする同一円上の反時計周り方向に位置し、風穴１４Ａから、角度３６０°／Ｐ×Ｌ、３６０°／Ｐ×（Ｌ＋１／Ｍ）、３６０°／Ｐ×（Ｌ＋２／Ｍ）から３６０°／Ｐ×（Ｌ＋（Ｍ−１）／Ｍ）だけ離れた位置にそれぞれ設けられている。
例えば、風穴１４（１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅ、１４Ｆ、１４Ｇおよび１４Ｈ）は、角度３６０°／Ｐ×Ｌおよび３６０°／Ｐ×（Ｌ＋２／Ｍ）のＬを０、２、４および６として設けられている。すなわち、風穴１４（１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅ、１４Ｆ、１４Ｇおよび１４Ｈ）は、風穴１４Ａの位置を基準として、中心軸線Ｚを中心とする同一円上の反時計周り方向に、３６０°／８極×０＝０°、３６０°／８極×２＝９０°、３６０°／８極×４＝１８０°、３６０°／８極×６＝２７０°、３６０°／８極×（０＋（３−１）／３相）＝３０°、３６０°／８極×（２＋（３−１）／３相）＝１２０°、３６０°／８極×（４＋（３−１）／３相）＝２１０°、３６０°／８極×（６＋（３−１）／３相）＝３００°の８か所の位置に設けられている。

次に、回転電機１の３相のコイル１５のインダクタンスについて、図４を用いて説明する。図４は、第１実施形態に係る回転電機１のギャップ磁束密度と機械角の関係を示すグラフである。

回転電機１は、固定子鉄心１１に対して締結部位１３と風穴１４を上述した配置で設けることにより、３相のコイルのインダクタンスを等しくしている。
図４には、回転電機１におけるＡ−Ｂ間の角度方向におけるギャップ磁束密度の波形が示されている。一般に、Ｍ相、Ｐ極の回転電機１について、固定子１０の回転角方向を３６０°／（Ｍ×Ｐ）の間隔で区切り、各角度範囲に位置するスロット１２に挿通するコイル１５に相を割り当てている。回転電機１は３相、８極であることから、３６０°／（３相×８極）＝１５°の間隔で３相×８極＝２４箇所に区切り、各角度範囲に位置するスロット１２に対して＋Ｕ、−Ｖ、＋Ｗ、−Ｕ、＋Ｖ、−Ｗの順番となるようにコイル１５を挿通している。回転電機１の場合は、スロット１２が、固定子鉄心１１に対して３６０°／（３相×８極）＝１５°の間隔で設けられている。

ここで、締結部位１３または風穴１４は、磁束の流れを妨げる。このため、これらに近接するスロット１２に挿通されたコイル１５の相が、特定の相に偏る場合には、３相のコイル１５のインダクタンスが異なってしまう。換言すると、締結部位１３または風穴１４に近接するスロット１２に挿通されたコイル１５の相が、特定の相に偏らなければ、３相のコイル１５のインダクタンスを一致させることができる。図４に示すように、締結部位１３または風穴１４に近接するスロット１２に挿通されたコイル１５の相は、ＵＶＷ相ともに４つずつである。回転電機１の場合は、締結部位１３または風穴１４に近接するスロット１２に挿通されたコイル１５の相が、特定の相に偏らないため、３相のコイル１５のインダクタンスが一致する。なお、第１実施形態では、例えば、３相電源で駆動する回転電機１を示したが、それ以外の相数の場合でも、締結部位１３または風穴１４に近接するスロットに挿通されたコイル１５の相が、特定の相に偏らないようにすれば、各相のコイル１５のインダクタンスが一致する。

締結部位１３または風穴１４に近接するスロット１２に挿通されたコイル１５の相が、特定の相に偏らないようにするために、締結部位１３および風穴１４の合計数を相数の整数倍にする。このため、回転電機１では、締結部位１３がＮ箇所の場合に、風穴を（Ｍ−１）×Ｎ箇所設けることで、合計数がＭ×Ｎ箇所になるようにしている。回転電機１は、締結部位１３および風穴１４の合計箇所数を１２（３×４）箇所にしている。

次に、図３を参照して、締結部位１３を第１実施形態のように配置することで、締結部位１３と固定子鉄心１１で構成される閉回路１ａに渦電流が流れないこと、すなわち、閉回路１ａの鎖交磁束量Ψｃ（ｔ）がゼロになることを説明する。
図３は、第１実施形態に係る回転電機１の閉回路１ａと磁束鎖交面１ｂを示す斜視図である。

鎖交磁束量Ψｃ（ｔ）は、磁束鎖交面１ｂを鎖交する磁束の量を意味する。なお、磁束鎖交面１ｂを、円弧状曲面と定義している。

コイル１５に３相交流電流が通電することで、回転磁界が生じる。回転電機１の締結部位１３が、その締結部位１３の中心から回転子２０の中心までの距離がＤとなる位置に設けられ、鉄心長がＬであり、隣りあう締結部位１３の断面中心間のなす中心角がθｎであるとする。

コイル１５に３相交流電流が通電し、回転磁界が生じた場合に、磁束鎖交面１ｂを鎖交する鎖交磁束量Ψｃ（ｔ）は、以下の（１）式で表すことができる。

ここで、Ｂ（θ、ｔ）は、時刻ｔにおいて、角度θ方向の磁束鎖交面１ｂにおける磁束密度を表す。Ｂ（θ、ｔ）は、簡易的に以下の（２）式で表すことができる。

（２）式において、ωは回転磁界の回転角速度を表す。ｐは、回転電機の極対数を表す。（２）式を（１）式に代入して整理すると（３）式が得られる。

（３）式を用いて、Ψｃ（ｔ）＝０となるθｎの条件を求めると、θｎが３６０°／ｐの倍数である場合にΨｃ（ｔ）＝０となることが求まる。この条件を満たす場合に、鎖交磁束量Ψｃ（ｔ）が常にゼロになることを意味する。一方で、この条件を満たさない場合には、ファラデーの電磁誘導の法則によりｄΨｃ（ｔ）／ｄｔに相当する誘導電圧が閉回路１ａに生じ、渦電流損失が発生する。

回転電機１においては、締結部位１３が回転角方向に３６０°／４極対＝９０°の間隔で設けられているため、Ψｃ（ｔ）＝０となる条件を満たしている。

次に、表１を参照して、回転電機１の３相のコイル１５に通電する電流振幅の特性について説明する。表１は、第１実施形態の固定子１０を含む回転電機１と、比較例の固定子を含む回転電機を、３相交流電源で駆動した場合に３相のコイルに通電する電流振幅の評価試験の結果を示している。

第１実施形態の回転電機１と、比較例の回転電機は、それぞれ３相電源で駆動するインナーロータ式の永久磁石型の回転電機である。第１実施形態の回転電機１と比較例の回転電機は、それぞれ同一の環境および条件で動作させた。第１実施形態の回転電機１と比較例の回転電機は、常温の環境下において、回転電機を毎分２００回転させた。そして、第１実施形態の回転電機１と比較例の回転電機に発生した３相のコイルの電流振幅を測定した。
表１に示すように、比較例の回転電機の場合は、３相（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相）の電流振幅が一致していない。一方、第１実施形態に係る回転電機１の場合は、３相の電流振幅（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相）が一致している。

次に、図５を参照して、回転電機１の渦電流損失の特性について説明する。図５は、第１実施形態に係る回転電機１の渦電流損失の特性を比較例と比較して示すグラフである。

図５に、単位時間［ｓｅｃ］あたりの渦電流損失［Ｗ］に関して、第１実施形態の固定子１０を含む回転電機１の評価試験の結果と、比較例の固定子を含む回転電機の評価試験の結果を重ねて示している。第１実施形態の回転電機１と、比較例の回転電機は、それぞれ３相電源で駆動するインナーロータ式の永久磁石型の回転電機である。第１実施形態の回転電機１と比較例の回転電機は、それぞれ同一の環境および条件で動作させた。第１実施形態の回転電機１と比較例の回転電機は、常温の環境下において、回転電機を毎分２００回転させた。そして、第１実施形態の回転電機１と比較例の回転電機に発生したジュール熱を測定して、その測定結果から締結部位における渦電流損を算出した。
図５に示すように、比較例の回転電機の締結部位で生じる渦電流損［Ｗ］は、駆動時間が略中央の領域における値が、駆動時間が相対的に短い領域と長い領域における両端付近の値と比較して増加している。一方、第１実施形態の回転電機１の締結部位１３で生じる渦電流損［Ｗ］は、駆動時間によらず比較例の結果と比較して十分に小さい。

以上、第１実施形態によれば、固定子鉄心１１に対して、図１および図２に示すように所定の配置で締結部位１３と風穴１４が設けられている。これにより、回転電機１の固定子１０は、表１に示すように３相の電流振幅（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相）を一致させることができ、かつ、図５に示すように固定子鉄心１１で発生する渦電流損失を大幅に低減させることができる。特に、締結部位１３を固定子１０の回転角方向に７２０°／８極＝９０°の間隔で設けることにより、締結部位１３で構成される閉回路１ａにおける渦電流の発生を抑制することができる。この結果、回転電機１の固定子１０は、３相のコイル１５のインダクタンスを均一にすることができる。

（第１変形例）
図６を参照して、第１変形例に係る回転電機２の構成について説明する。図６は、第１変形例に係る回転電機２を示す正面図である。

図示のように、回転電機２は、第１実施形態の回転電機１と異なり、締結部位１３および風穴１４が固定子１０の回転角方向に不均等な間隔で設けられている。回転電機２は、上記の構成以外、第１実施形態の回転電機１と同一である。回転電機２について、第１実施形態の回転電機１と異なる構成を説明する。

締結部位１３は、固定子１０の回転角方向に規則的に設ける必要はなく、固定子１０の回転角方向に７２０°／Ｐの自然数倍となるように設ければよい。回転電機２は、回転子２０の永久磁石２３の磁極数Ｐが１２極の場合、締結部位１３間の間隔が７２０°／１２極＝６０°の自然数倍となるように、締結部位１３を設ければよい。締結部位１３（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃおよび１３Ｄ）は、例えば、固定子１０の回転角方向に６０°または１２０°の間隔となるように、角度３６０°／１２極×（０＋１／３相）＝１０°、３６０°／１２極×（２＋１／３相）＝７０°、３６０°／１２極×（６＋１／３相）＝１９０°、３６０°／１２極×（８＋１／３相）＝２５０°だけ離れた位置の合計４箇所に設けられている。この場合、締結部位１３（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃおよび１３Ｄ）の全てが、角度７２０°／１２極＝６０°の自然数倍の間隔となるように、中心軸線Ｚを中心とする同一円上に設けられている。

風穴１４は、固定子１０の回転角方向に規則的に設ける必要はない。風穴１４（１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅ、１４Ｆ、１４Ｇおよび１４Ｈ）は、例えば、風穴１４Ａの位置を基準として、中心軸線Ｚを中心とする同一円上の反時計周り方向に角度３６０°／１２極×（０＋０／３相）＝０°、３６０°／１２極×（０＋２／３相）＝２０°、３６０°／１２極×（６＋０／３相）＝１８０°、３６０°／１２極×（６＋２／３相）＝２００°、３６０°／１２極×（７＋２／３相）＝２３０°、３６０°／１２極×（９＋０／３相）＝２７０°、３６０°／１２極×（１０＋０／３相）＝３００°、３６０°／１２極×（１０＋２／３相）＝３２０°だけ離れた位置の合計８箇所に設けられている。

以上、第１変形例の回転電機２の固定子１０は、図６に示すように規則性を有していない所定の配置で締結部位１３と風穴１４が設けられているが、第１実施形態と同様に、３相のコイル１５のインダクタンスを均一にすることができる。

（第２実施形態）
図７および図８を参照して、第２実施形態に係る回転電機３の構成について説明する。図７は、第２実施形態に係る回転電機３を示す正面図、図８は、第２実施形態に係る回転電機３を示す斜視図である。

図示のように、回転電機３は、第１実施形態の回転電機１と異なり、締結部位１３および風穴１４を固定子鉄心１１の外周面に露出させて設けられている。回転電機３は、上記の構成以外、第１実施形態の回転電機１と同一である。回転電機３について、第１実施形態の回転電機１と異なる構成を説明する。

４箇所の締結部位１３（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃおよび１３Ｄ）は、固定子鉄心１１の外周面に露出した状態において、風穴１４Ａの位置を基準として、第１実施形態と同様に１５°、１０５°、１９５°、２８５°の位置に設けられている。
一方、８箇所の風穴１４（１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅ、１４Ｆ、１４Ｇおよび１４Ｈ）は、固定子鉄心１１の外周面に露出した状態において、風穴１４Ａの位置を基準として、第１実施形態と同様に０°、３０°、９０°、１２０°、１８０°、２１０°、２７０°、３００°の位置に設けられている。

以上、第２実施形態の回転電機３の固定子１０は、図７および図８に示すように固定子鉄心１１の外周面に露出させて締結部位１３と風穴１４が設けられているが、第１実施形態と同様に、３相のコイル１５のインダクタンスを均一にすることができる。

（第３実施形態）
図９を参照して、第３実施形態に係る回転電機４の構成について説明する。図９は、第３実施形態に係る回転電機４を示す正面図である。

図示のように、回転電機４は、第１実施形態の回転電機１と異なり、締結部位１３を非導電性として構成している。回転電機４は、上記の構成以外、第１実施形態の回転電機１と同一である。回転電機４について、第１実施形態の回転電機１と異なる構成を説明する。

締結部位１３（スタット部）は、例えば、非導電性のプラスチックから構成されている。このような非導電性の締結部位１３でも、第１実施形態と同様に、積層された複数の鉄心片１１ａを一体に締結することができる。回転電機４の場合、非導電性の締結部位１３に渦電流が流れることはないため、磁束鎖交面１ｂを通るΨｃ（ｔ）を０とする必要がない。このため、非導電性の締結部位１３は、図９に示すような自由度の高い配置にすることができる。更に、このような非導電性の締結部位１３は、第２実施形態のように、固定子鉄心１１の外周面に露出させて設ける構成にも適用できる。

以上、第３実施形態の回転電機４の固定子１０は、図９に示すように非導電性の締結部位１３が設けられているが、第１および第２実施形態と同様に、３相のコイル１５のインダクタンスを均一にすることができる。

（第４実施形態）
図１０および図１１を参照して、第４実施形態に係る回転電機５の構成について説明する。図１０は、第１実施形態に係る回転電機５を示す平面図、図１１は、第４実施形態に係る回転電機５を示す側面図である。

図示のように、回転電機５は、第１実施形態の回転電機１と異なり、複数の鉄心片１１ａを積層して構成される固定子鉄心１１を、中心軸線Ｚの両側から挟み込んで固定している。回転電機５は、上記の構成以外、第１実施形態の回転電機１と同一である。回転電機５について、第１実施形態の回転電機１と異なる構成を説明する。

固定子鉄心１１には、中心軸線Ｚを中心とする同一円に、締結部位を構成する４つの貫通穴１６（図中では、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃおよび１６Ｄ）が設けられている。４つの貫通穴１６（１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃおよび１６Ｄ）は、中心軸線Ｚを中心とする同一円上に、固定子鉄心１１の第１端面１１ｍから第２端面１１ｎまで中心軸線Ｚにほぼ平行に形成されている。４つの貫通穴１６（１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃおよび１６Ｄ）の位置は、第１実施形態における締結部位１３（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃおよび１３Ｄ）の位置と同一である。固定子鉄心１１の第１端面１１ｍには、固定子鉄心１１を第１端面１１ｍの側から締結する第１端面側押さえ具３１Ａ（一の第１端面側押さえ具）および第１端面側押さえ具３１Ｂ（他の第１端面側押さえ具）が設けられている。第１端面側押さえ具３１Ａおよび３１Ｂは、円弧が１８０°未満のリング状に形成されている。固定子鉄心１１の第２端面１１ｎには、固定子鉄心１１を第２端面１１ｎの側から締結する第２端面側押さえ具３２が設けられている。第２端面側押さえ具３２は、円弧が３６０度のリング状に形成されている。

第１端面側押さえ具３１Ａと第２端面側押さえ具３２、および第１端面側押さえ具３１Ｂと第２端面側押さえ具３２は、複数の締結部材３３（図中では、３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃおよび３３Ｄ）を介して連結されている。連結は、ワッシャを介したボルト締め、圧着および溶接等による。第１端面側押さえ具３１Ａ、３１Ｂ、第２端面側押さえ具３２、および締結部材３３は、十分な剛性を有する導電性の金属から形成されている。各々の締結部材３３（３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃおよび３３Ｄ）は、固定子鉄心１１の貫通穴１６（１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃおよび１６Ｄ）に挿入されている。各々の締結部材３３は、固定子鉄心１１の貫通穴１６の内周面から十分に離間している。

第１端面側押さえ具３１Ａと第１端面側押さえ具３１Ｂは、互いに離間して、電気的に絶縁されている。このため、回転電機５の磁極数がＰ極の場合、第１端面側押さえ具３１Ａを締結する第１締結部材３３Ａおよび３３Ｂが挿通する第１の貫通穴１６Ａおよび１６Ｂ、および第１端面側押さえ具３１Ｂを締結する第２締結部材３３Ｃおよび３３Ｄが挿通する第２の貫通穴１６Ｃおよび１６Ｄの間隔が、固定子鉄心１１の中心軸線Ｚを中心とする同一円上において７２０°／Ｐであれば、回転電機５の駆動時に発生する渦電流損失を低減することができる。第１の締結部材３３Ａおよび３３Ｂが挿通される第１の貫通穴１６Ａおよび１６Ｂは、第２の締結部材３３Ｃおよび３３Ｄが挿通される第２の貫通穴１６Ｃおよび１６Ｄの位置から角度３６０°／Ｐの自然数倍だけ離れたいずれかの位置に設けられている。例えば、第１の貫通穴１６Ａおよび１６Ｂは、第２の貫通穴１６Ｃの位置から角度３６０°／８＝４５°の４倍および６倍だけ離れた１８０°および２７０°の位置に設けられている。また、第２の貫通穴１６Ｄは、第２の貫通穴１６Ｃの位置から固定子鉄心１１の中心軸線Ｚを中心とする同一円上において、角度７２０°／８＝９０°の１倍だけ離れた９０°の位置に設けられている。

風穴１４は、３相のコイル１５のインダクタンスが一致するように配置されている。風穴１４（１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ，１４Ｄ、１４Ｅ、１４Ｆ、１４Ｇ、１４Ｈ）は、第２の貫通穴１６Ｄの位置から角度３６０°／８極×（１＋２／３相）＝７５°、３６０°／８極×（２＋１／３相）＝１０５°、３６０°／８極×（３＋２／３相）＝１６５°、３６０°／８極×（４＋１／３相）＝１９５°、３６０°／８極×（５＋２／３相）＝２５５°、３６０°／８極×（６＋１／３相）＝２８５°、３６０°／８極×（７＋２／３相）＝３４５°、３６０°／８極×（８＋１／３相）＝３７５°だけ離れた位置のそれぞれに、合計８箇所設けられている。

以上、第４実施形態の回転電機５の固定子１０は、第１から第３実施形態と同様に、３相のコイル１５のインダクタンスを均一にすることができる。
更に、第４実施形態の回転電機５の固定子１０は、締結部材３３が挿通される貫通穴１６の配置の自由度を高めることができる。

なお、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
例えば、回転子の寸法、材質、形状等は、設計に応じて種々変更可能である。実施形態に係る回転子および回転電機は、インナーロータ式に限らず、アウターロータ式にも適用可能である。実施形態に係る回転子および回転電機は、永久磁石界磁電動機に限らず、巻線界磁型回転電機、および誘導型回転電機にも適用可能である。

１，２，３，４，５…回転電機、１ａ…閉回路、１ｂ…磁束鎖交面、１０…固定子、
１１…固定子鉄心、１１ａ…鉄心片、１１ｍ…第１端面、１１ｎ…第２端面、
１２…スロット、１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ…締結部位（導電性または非導電性（プラスチック）の部位）、
１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ，１４Ｅ，１４Ｆ，１４Ｇ，１４Ｈ…風穴（空隙部位）、１５…コイル、１６…貫通穴、１６Ａ，１６Ｂ…貫通穴（第１の貫通穴）、１６Ｃ，１６Ｄ…貫通穴（第２の貫通穴）、２０…回転子、２１…シャフト、２２…回転子鉄心、
２３…永久磁石、３１Ａ…第１端面側押さえ具（一の第１端面側押さえ具）、
３１Ｂ…第１端面側押さえ具（他の第１端面側押さえ具）、３２…第２端面側押さえ具、
３３…締結部材、３３Ａ，３３Ｂ…締結部材（第１締結部材）、
３３Ｃ，３３Ｄ…締結部材（第２締結部材）

Claims (4)

1. 表面に絶縁処理が施された複数枚の鉄心片を中心軸線の方向に積層して形成され、積層方向の一端に位置する第１端面と、前記積層方向の他端に位置する第２端面と、それぞれ前記第１端面から前記第２端面まで前記中心軸線とほぼ平行に延在し複数枚の前記鉄心片を互いに締結している複数の締結部位と、それぞれ前記第１端面から前記第２端面まで前記中心軸線とほぼ平行に延びる非導電性且つ非磁性の複数の空隙部位と、を有する固定子鉄心と、
   前記固定子鉄心に巻き付けられたコイルと、
   を備え、
   Ｍ：前記コイルの相数（２以上の任意の整数）、Ｐ：回転子の磁極数、Ｎ：前記締結部位の設置数（１以上の任意の整数）、Ｌ：０以上の任意の整数、とした場合、
   前記中心軸線と直交する前記固定子鉄心の横断面において、前記中心軸線を中心とする同一円上に、Ｎ箇所の前記締結部位および（Ｍ−１）×Ｎ箇所の前記空隙部位が設けられ、
   前記締結部位または前記空隙部位は、同一円上の基準位置から角度３６０°／Ｐ×Ｌ、３６０°／Ｐ×（Ｌ＋１／Ｍ）、３６０°／Ｐ×（Ｌ＋２／Ｍ）から３６０°／Ｐ×（Ｌ＋（Ｍ−１）／Ｍ）だけ離れたいずれかの位置に設けられている、
   回転電機の固定子。
2. 前記締結部位は、導電性を有し、前記中心軸線を中心とする同一円上に、角度７２０°／Ｐの自然数倍の間隔で前記固定子鉄心に設けられている、
   請求項１に記載の回転電機の固定子。
3. 前記締結部位は、前記中心軸線を中心とする同一円上に、ほぼ等しい間隔で前記固定子鉄心に設けられている、
   請求項１に記載の回転電機の固定子。
4. 前記固定子鉄心には、前記中心軸線を中心とする同一円上に、前記第１端面から前記第２端面まで前記中心軸線の方向とほぼ平行に延在し前記締結部位を構成するＮ箇所の貫通穴が形成され、
   前記第１端面に当接する一の第１端面側押さえ具および前記一の第１端面側押さえ具から離間した他の第１端面側押さえ具と、
   前記第２端面に当接する第２端面側押さえ具と、
   第１の前記貫通穴の内面から離間した状態で第１の前記貫通穴に挿通され、前記一の第１端面側押さえ具と前記第２端面側押さえ具とを締結する導電性の第１締結部材と、
   第２の前記貫通穴の内面から離間した状態で第２の前記貫通穴に挿通され、前記他の第１端面側押さえ具と前記第２端面側押さえ具とを締結する導電性の第２締結部材と、
   をさらに備え、
   第１の前記貫通穴および第２の前記貫通穴は、角度７２０°／Ｐの自然数倍の間隔で前記固定子鉄心の前記中心軸線を中心とする同一円上に設けられ、
   第２の前記貫通穴は、第１の前記貫通穴の位置から角度３６０°／Ｐの自然数倍だけ離れたいずれかの位置に設けられ、
   前記空隙部位は、第１の前記貫通穴または第２の前記貫通穴の位置から角度３６０°／Ｐ×Ｌ、３６０°／Ｐ×（Ｌ＋１／Ｍ）、３６０°／Ｐ×（Ｌ＋２／Ｍ）から３６０°／Ｐ×（Ｌ＋（Ｍ−１）／Ｍ）だけ離れたいずれかの位置に設けられている、
   請求項１に記載の回転電機の固定子。

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