JP3630991B2

JP3630991B2 - Armature structure of toroidal winding electric machine

Info

Publication number: JP3630991B2
Application number: JP19073698A
Authority: JP
Inventors: 保能勢
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 1998-07-06
Filing date: 1998-07-06
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2018-07-06
Also published as: JP2000023395A

Description

【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Ｈ１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軸方向に拡大する磁性粉の集合体からなる磁粉拡張コア部が、上記対向コア部の軸方向における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には、前記他方側部材に対して半径方向に対面するラジアル対向面が設けられ、当該磁粉拡張コア部のラジアル対向面と前記対向コア部との軸方向における全対向高さが、前記環状コア部のコア高さより軸方向に大きくなるように形成されたものであって、前記磁粉拡張コア部は、前記対向コア部から少なくとも前記環状コア部まで連続して半径方向に延びた形状になされている。
【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。
【００１９】
さらにまた、請求項３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４記載の発明では、前記請求項３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５記載の発明では、前記請求項４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６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７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８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が設けられている。
【００２５】
請求項９記載の発明では、前記請求項８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、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１１記載の発明では、前記請求項８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１２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、誘導機のロータである。
【００３０】
また、請求項１４記載の発明では、前記請求項１３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１５記載の発明では、前記前請求項１４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１６記載の発明では、前記請求項１４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１７記載の発明では、前記請求項１４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１８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１９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２０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２１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２２記載の発明では、前記請求項２１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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an armature structure of a toroidal winding type rotating electrical machine in which a plurality of coils are attached to an annular core portion at a predetermined interval.
[0002]
[Prior art]
In general, in a rotating electrical machine that requires a sine waveform magnetic field in an air gap portion, a winding method called distributed winding is employed. For example, in the three-phase induction motor shown in FIG. 16, the stator S is disposed so as to surround the outer peripheral side of the rotor R, and a slot is formed with respect to the core body SC of the armature constituting the stator S. Winding is performed so that the coils SL are overlapped with each other while shifting. However, in this method, since the coils SL are overlapped while being shifted, there are problems such that winding is difficult and the winding length is long, and the winding height H1 is increased to increase the size. .
[0003]
On the other hand, a method called toroidal winding in which winding is performed on the core annular portion is known. This toroidal winding method has excellent characteristics such as easy winding because the coils do not overlap, shortening the winding length, and not increasing the winding height.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, with conventional toroidal winding type rotating electrical machines, the characteristics are inferior to those of general distributed windings except for the flat type, and the current situation is that they are only used in some fields.
On the other hand, in recent years, global environmental problems have become serious, and it has become a situation where energy and power saving must be promoted with the highest priority. Today, power consumption is a major factor, but more than half of the total power is consumed by motors. For this reason, raising the motor efficiency and reducing the loss (power consumption) as much as possible is required as a top priority issue. The same applies to the generator on the power generation side.
[0005]
Accordingly, the present invention provides an armature structure for a rotating electrical machine in which the efficiency value is greatly improved by adding a structural change for improving characteristics to the armature structure of a toroidal winding type rotating electrical machine having an excellent winding method. It is intended to do.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a structure for improving characteristics of a rotating electrical machine including a motor and a generator. A motor converts electrical energy into mechanical energy, and a generator converts mechanical energy into electrical energy. The motor and generator are basically the same (structure and configuration). Therefore, it is possible to use the motor as a generator or to use the generator as a motor. Therefore, the following description is all performed by the motor.
[0007]
In general, output or torque is used as an index that represents motor characteristics, but these vary depending on the applied voltage, the number of turns of the winding, heat dissipation conditions, and design. It is not. On the other hand, there is an efficiency value as another index, which is a good index representing the relationship between output and loss, but changes depending on the load or rotation speed condition, the output becomes 0 and the efficiency value becomes 0 under the starting condition, It cannot be an absolute index that expresses the magnitude of motor characteristics.
[0008]
Therefore, in order to improve the efficiency value of the motor, first of all, it is fundamental to accurately grasp what the motor characteristics / efficiency size is and what is determined. I understood that.
The absolute index representing the magnitude of the motor characteristic is a proportional constant value representing (determining) the relationship between the generated torque and the generated loss (copper loss). This proportionality constant was found to be torque / copper loss for motors without magnets and (torque) ² / copper loss for motors with magnets. The so-called proportional constant value that represents the relationship between torque generated when a certain current flows and copper loss does not change even when the applied voltage, the number of winding turns (when the space factor is the same), load conditions, etc. are changed. It was found that this is an absolute index that represents the magnitude of motor characteristics.
On the other hand, the efficiency value is also efficiency = output / input = output / (output + loss), output = rotation speed × torque, rotation speed is applied voltage and loss, and the main loss is copper loss. It was found that this proportional constant value was almost determined.
[0009]
In order to increase the motor characteristics (increase the efficiency), attempts have been made to increase the size, use a magnet with a high energy product, or increase the winding occupancy. It is obtained by changing the conditions of the factors that determine
[0010]
Next, the reason why this proportional constant value determines the absolute value of the motor characteristic and the factors that determine this proportional constant value will be described.
The torque of the motor is determined by the magnitude of the change in magnetic energy caused by the relative movement between the primary side and the secondary side that are arranged to face each other. The magnetic energy includes those generated and held by the self-inductance L on the primary side and the secondary side, and those generated and held by the mutual inductance M between the primary side and the secondary side. The magnetic energy used for driving differs depending on the type and structure. Induction motors, DC motors, brushless motors, and the like use magnetic energy by mutual inductance M, and reluctance motors use magnetic energy by self-inductance L.
[0011]
When the structure such as the number of magnetic poles is determined, the magnitude of the generated torque for the primary and secondary currents I ₁ and I ₂ is almost determined by the maximum value of magnetic energy, so-called self-inductance L and mutual inductance. It depends on the size of M. The magnitude of the magnetic energy due to the self-inductance L is (1/2) · L · I ² , and the magnitude of the magnetic energy due to the mutual inductance M is M · I ₁ · I ₂ . Most general motors other than the reluctance motor use the mutual inductance M for driving. In many motors that do not use magnets, such as induction motors and universal motors, the primary current I ₁ and the secondary current I ₂ are proportional. Therefore, when the current is represented by I, the magnetic energy is M · I ₁ · I ₂ = M · ^{I 2} and expressed. In the case of a motor using a magnet on one side (assumed to be the primary side), since the magnet is an electromagnet with a fixed current, the primary current I ₁ is fixed, and M · I ₁ = Φ (effective magnetic flux), so its magnetic energy Can be expressed as M · I ₁ · I ₂ = Φ · I.
[0012]
On the other hand, since copper loss is resistance loss, it can be expressed by R · I ² . Therefore, the proportionality constant that determines the relationship between torque and copper loss can be expressed as L / R or M / R as a result of torque / copper loss in the absence of a magnet. In the case with a magnet, (torque) ² / copper loss, and as a result, it can be expressed as M ² / R.
[0013]
Considering the factors that determine L, M, and R, the number of coil turns has the same effect on all. Therefore, L and M are mainly the primary and secondary opposing areas S and the air gap length. It can be expressed in g. In the case of having a magnet, it includes the material, physique and shape of the magnet. R is mainly determined by the coil cross-sectional area A and the coil length l per coil turn. Considering that the air gap length g and the magnet element are substantially fixed, and considering the configuration of the above-described proportionality constant with only the main element, the following is obtained.
a. Motor without magnet (induction, universal): S · A / l = S / coil element b. Motor with magnet: S ² · A / l = S ² / coil element c. Reluctance motor: S · A / l = S / coil element As described above, if the main factors that make up the proportionality constant are improved and the proportionality constant value is increased, the motor characteristics will increase and, as a result, the efficiency value can be improved. I understand.
[0014]
When the conventional product is viewed from the viewpoint of the proportional constant value, it can be seen that the conventional rotating electric machine has a major drawback. That is, the common matter that determines the upper side of the above-described proportional constant constitutive equation is the area S of the primary and secondary magnetic facing surfaces, and the proportional constant value and the efficiency value increase as the facing area S increases. Understand.
However, as can be readily understood by taking the three-phase induction motor (see FIG. 16) as a typical rotating electric machine as an example, the primary / secondary magnetic facing height H3 with respect to the overall motor height H2 in the axial direction. It can be seen that the ratio of is extremely small. This is because, as described above, a large part of the space in the axial direction is taken at the winding portion height H1, and as a result, the area S of the magnetic facing portion described above is very small.
[0015]
If the magnetically opposed surface is removed to the full motor space in the axial direction without changing the coil element conditions, the proportional constant value will be greatly improved, and loss at the same torque (or output), for example, It can be seen that it can be easily reduced to 1/2 or 1/3.
Such a temporary state is possible to some extent if only a structure for that purpose is studied. That is, it is structurally possible to significantly increase the height of the primary and secondary magnetic facing surfaces without greatly deteriorating the coil elements, and the efficiency value is greatly increased by adopting such a structure. That is, the loss can be greatly reduced.
[0016]
From such a viewpoint, in the invention according to claim 1, the core body of the armature constituting the member on at least one side of the stator or the rotor faces the annular core portion and the annular core portion toward the other side member. A toroidal winding type rotating electrical machine in which a coil is toroidally wound around an annular core portion of the core body, wherein a part or all of the core body is magnetic. A magnetic powder extended core part made of a magnetic powder aggregate that is formed of a magnetic powder core material made of a powder aggregate and expands the facing area with the other side member in the axial direction at least on the opposed core part. the opposed core part are integrally formed so as to increase the core height in the axial direction of the the magnetic powder expanded core portion, the radial facing surface is provided facing radially with respect to the other side member, the All face height in the axial direction of the radial facing surface of the powder extended core portion and the opposed core part, which has been formed to be larger than the axial core height of the annular core portion, the magnetic powder expansion The core portion has a shape extending in the radial direction continuously from the opposed core portion to at least the annular core portion .
[0017]
According to a second aspect of the present invention, the core body and the magnetic powder expanded core portion made of the magnetic core material according to the first aspect are made of a sintered body or a molded body.
[0019]
Furthermore, in the invention according to claim 3 , the core main body according to claim 1 is formed with a projecting portion protruding from the annular core portion in the radial direction opposite to the opposing core portion.
[0020]
On the other hand, in the invention described in claim 4 , the overhanging part described in claim 3 is in contact with the support frame so as to position the armature.
[0021]
In the invention according to claim 5 , the contact area of the overhang portion according to claim 4 with the support frame is reduced from the cross-sectional area of the other portion of the overhang portion.
[0022]
Further, in the invention described in claim 6, the total core height by the opposed core part and the magnetic powder extended core part described in claim 1 is formed to be equal to or higher than the coil winding height. ing.
[0023]
Furthermore, in the invention according to claim 7 , the entire width of the facing surface of the facing core portion according to claim 1 which faces the other side member is the sum of the circumferential widths of the facing surface over the entire circumference. It is formed to have a ratio of 0.8 or more and less than 1.0 with respect to the entire circumference.
[0024]
Furthermore, in the invention according to claim 8, wherein the magnetic powder extended core portion of claim 1, wherein the axial facing surface facing in the axial direction in addition to radial facing surface facing radially Direction against the other side member Is provided.
[0025]
In the invention according to claim 9, the axially opposed surface of the magnetic powder expanded core part according to claim 8 is expanded in the circumferential direction or the radial direction so as to increase the opposed area.
[0026]
Moreover, in the invention of Claim 10 , the axial opposing surface of the magnetic powder expansion | extension core part of the said Claim 9 is projected so that the other side member may be opposed to an axial direction.
[0027]
Furthermore, in the invention described in claim 11 , the axially opposed surfaces of the magnetic powder expanded core part described in claim 8 are arranged so as to face the other side member at both end portions in the axial direction of the armature.
[0028]
Furthermore, in the invention described in claim 12 , the armature described in claim 1 is a stator of an induction machine.
[0029]
According to a thirteenth aspect of the present invention, the armature according to the first aspect is a rotor of an induction machine.
[0030]
In the invention according to claim 14 , a cylindrical ring-shaped copper material is provided at a portion on the opposite side of the opposed core portion in the annular core portion according to claim 13 as a part of the conductive portion.
[0031]
Furthermore, in the invention described in claim 15 , an aluminum material forming the conductive part is filled by die casting around the conductive part and the annular core part described in the previous claim 14 .
[0032]
Furthermore, in the invention described in claim 16 , a rod-like copper material is inserted into the slot portion of the armature described in claim 14 to form a part of the conductive portion.
[0033]
In the invention described in claim 17 , all the conductive parts of the armature described in claim 14 are made of a copper material.
[0034]
In the invention described in claim 18 , the armature described in claim 1 is a stator of an AC magnet synchronous machine or an AC reluctance synchronous machine.
[0035]
Furthermore, in the invention described in claim 19 , the rotating electrical machine described in claim 1 has an inner rotor structure.
[0036]
Furthermore, in the invention according to claim 20 , the rotating electrical machine according to claim 1 has an outer rotor structure.
[0037]
In a twenty- first aspect of the present invention, concentrated winding is performed so that one phase coil is accommodated in one slot with respect to one pole of the first aspect.
[0038]
In the invention described in claim 22 , the other-side rotor constituting the other member described in claim 21 is configured in a field magnet type or a reluctance type.
[0039]
Like the present invention, by using a combination of the toroidal winding and the magnetic powder extended core portion, the space in the height direction, which was a drawback of the conventional structure, can be maximized, and the coil element is not deteriorated. The proportional constant value is greatly improved. As a result, the loss is greatly reduced and the efficiency value is drastically improved.
[0040]
More specifically, the following effects can be obtained.
First, by adopting the toroidal winding structure, the facing surface slit width of the slot portion, which was widely required for winding, may be narrowed, and the facing area can be improved while reducing higher order torque. In addition, the space factor that has been difficult even when the winding method is improved is easily improved. Furthermore, since there are no overlapping portions of the windings, it is easy to cope with a design with an increased winding cross-sectional area, and the coil length per turn is shortened.
[0041]
Next, the structure provided with the magnetic powder expanded core portion allows the space in the height direction of the motor to be used as a magnetic facing surface to the full. In spite of this, there is almost no influence on the windings and the coil elements are not deteriorated. On the contrary, if the core height is increased, the coil length per turn becomes longer and the winding space becomes narrower due to the width of the core rib, which the conventional toroidal winding structure has. It becomes the direction which can be improved by combining with the structure provided with the extended core part.
[0042]
Furthermore, since the core height of the core rib portion increases, the same magnetic path cross-sectional area can be secured even if the rib width is reduced, and as a result, the winding space can be increased. In addition, if the magnetic powder extended core part is extended and extended in the radial direction, the flow of magnetic flux in the core height direction (axial direction) becomes smoother, and the fixed strength of the magnetic powder extended core part increases. Fixing and positioning to the frame is easy.
[0043]
And especially in this invention, since the core main body and the magnetic powder expansion | extension core part are formed from the magnetic core material which consists of an aggregate | assembly of magnetic powder, the core provided with the effect | action mentioned above comes to be manufactured easily. . In addition, when such a magnetic powder expanded core portion is provided, it is considered that the space between adjacent magnetic powder expanded core portions becomes narrow and it becomes difficult to wind the wire. When combined with the wire structure, it can be easily performed even in a winding operation in which the narrow magnetic powder expanded core portions are passed between each other.
[0044]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, in the embodiment shown in FIGS. 1 to 5, the present invention is applied to a stator (stator) and a rotor (rotor) in an induction motor, and an inner peripheral wall of a stator frame 1. The stator 2 attached to is arranged so as to surround the outer peripheral side of the rotor 4 fixed to the rotary shaft 3. The entire core body forming the stator 2 is formed of a magnetic powder core material made of an aggregate of magnetic powder, and a plurality of rib-shaped core parts 6 are provided around the annular core part 5 of the core body. They are integrally provided so as to extend radially at predetermined intervals in the direction.
[0045]
In addition, in each of the slots 7 defined between a pair of circumferentially adjacent ones of the rib-like core portions 6, a coil 8 is wound around the annular core portion by so-called toroidal winding. 5 is attached. An opposing core portion (magnetic pole portion) 9 facing the rotor 4 is provided at the radially inner end portion of each rib-shaped core portion 6. The annular core part 5, the rib-like core part 6, and the opposed core part 9 constituting such a core body have a predetermined core height (thickness), and the annular core part 5 of the core body is provided. On the other hand, the coil 8 is toroidally wound.
[0046]
For the rib-like core portion 6 and the opposed core portion 9 excluding the annular core portion 5 of the core body, the magnetic powder expanded core portions 13 and 13 are further integrally formed from both sides in the axial direction. Yes. Each of these magnetic powder extended core portions 13 is formed of a magnetic core material made of an assembly of magnetic powders similar to the core body, and is integrally formed with the core body by sintering or molding.
[0047]
The magnetic powder expanded core portion 13 expands the facing area with the rotor 4 in the axial direction, and the total core height (thickness) in the axial direction combining the magnetic powder expanded core portion 13 and the opposed core portion 9. Is) larger than the core height of the annular core portion 5. Further, the total core height of the opposed core portion 9 and the magnetic powder extended core portion 13 is formed to be higher than the winding height in the axial direction of the coil 8.
[0048]
On the other hand, as will be described later, the core height (thickness) in the axial direction of the facing surface of the rotor 4 is also larger than the core height (thickness) of the annular core portion 5 and is about the same as the total core height. Thus, the entire surface of the magnetic powder extended core portion 13 is configured to face the rotor 4 side.
[0049]
The core body forming the rotor 4 is also configured in the same manner as the core body in the stator 2 described above, and is formed from a magnetic core material made of an aggregate of magnetic powder. In particular, as shown in FIG. 6, a plurality of rib-like core portions 16 extend radially at predetermined intervals in the circumferential direction in the annular core portion 15 constituting the core body of the rotor 4. In each of the slots defined between a pair of circumferentially adjacent ones of the rib-shaped core portions 16, aluminum die-casting is provided. The conductive portion (not shown) formed by the above is filled. Moreover, the opposing core part 17 which faces the stator 2 mentioned above is provided in the radial direction outer end part of each said rib-shaped core part 16. As shown in FIG.
[0050]
Furthermore, a cylindrical ring-shaped copper plate 18 is provided on the radially inner peripheral side portion of the aluminum die cast portion in the conductive portion, that is, on the end opposite to the opposed core portion 17 so as to form a conductive portion. As a result, good conductivity is obtained. Further, in order to increase the conductivity of the conductive portion, it is possible to insert a bar-shaped copper material into each slot or to configure the entire conductive portion with a copper material.
[0051]
The rib-shaped core portion 16 and the opposed core portion (magnetic pole portion) 17 excluding the annular core portion 15 of the core body are integrally formed so that magnetic powder expanded core portions 21 and 21 are further stacked from both sides in the axial direction. Has been. Each of these magnetic powder expanded core portions 21 is formed of a magnetic core material made of an assembly of magnetic powders similar to that of the core body, and is integrally formed with the core body by sintering or molding.
[0052]
As described above, the magnetic powder expanded core portion 21 expands the area facing the stator 2 in the axial direction, and the magnetic powder expanded core portion 21 and the opposed core portion 17 are all combined in the axial direction. The core height (thickness) is formed larger than the core height (thickness) of the annular core portion 15. Moreover, the total core height of the said opposing core part 17 and the magnetic powder extended core part 21 is formed so that it may have a height comparable as the height in the axial direction of an electroconductive part.
[0053]
Returning to FIGS. 1 to 5 again, the core body of the stator 2 described above is formed with an overhanging core portion 25 protruding outward in the radial direction from the annular core portion 5. Is brought into contact with the stator frame 1 so that the whole stator is fixed.
[0054]
At this time, if the stator frame 1 is made of a magnetic material such as iron, the cross-sectional area of the overhanging core portion 25 is reduced at the contact portion with the stator frame 1 as shown in FIG. If formed in this way, leakage of magnetic flux is reduced.
[0055]
Furthermore, in the opposing surface of the opposing core portions 9 and 17 of the stator 2 and the rotor 4 facing the other member, the total width of the opposing surfaces in the circumferential direction is the total width over the entire circumference. Are formed so as to have a ratio of 0.8 or more and less than 1.0 with respect to the entire circumferential length passing through.
[0056]
Although the embodiments of the invention made by the present inventor have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Not too long.
[0057]
For example, in the embodiment shown in FIGS. 8 and 9, the magnetic powder expanded core portion 32 stacked on the opposing core portion of the stator 31 has a radially opposing surface that faces the rotor 33 in the radial direction. In addition, an axial facing surface 32a facing in the axial direction is provided, and the facing area is expanded by each facing surface. The axial facing surface 32a of the magnetic powder expanded core portion 32 at this time is expanded in the circumferential direction or the radial direction, so that the facing area is expanded. The axial facing surface 32a of the magnetic powder expanded core portion 32 is the rotor 33. A pair is provided so as to be sandwiched in the axial direction.
[0058]
In the embodiment shown in FIG. 10, an axial facing surface 34 a is provided on the rotor 34 side.
[0059]
On the other hand, FIG. 11 shows the application of the present invention to the armature of an AC synchronous machine, and the armature 35 is provided so as to face the field magnet 36 in the radial direction.
[0060]
Further, in the embodiment shown in FIG. 12, the present invention is applied to the armature of an AC reluctance synchronous machine, and the armature 37 is provided so as to face the iron core 38 in the radial direction. It has been.
[0061]
Furthermore, in each embodiment mentioned above, although comprised in the inner rotor type | mold, it is also possible to comprise in an outer rotor type | mold.
[0062]
Further, in the rotating electrical machine according to the embodiment shown in FIG. 13, three-phase U, V, and W-phase coils 41 are sequentially stored in one slot in the armature 40, The phase coil is formed so as to generate a rectangular magnetic field having the same period as the magnetic pole pitch. However, the present invention can be similarly applied to such a configuration.
[0063]
On the other hand, in the embodiment shown in FIGS. 14 and 15, the present invention is applied to a so-called surface-facing rotating electrical machine, and the uppermost end core portion 43 of the magnetic powder expanded core portion is used as the other member. On the other hand, it is configured to face in the axial direction.
[0064]
The present invention is not limited to the motor as in each of the embodiments described above, and can be similarly applied to a generator.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the combined use of the toroidal winding and the magnetic powder extended core portion maximizes the space in the height direction, which was a drawback of the conventional structure, and deteriorates the coil element. Therefore, the proportional constant value that determines the relationship between torque and copper loss is greatly improved, and the loss is greatly reduced, and the efficiency value and characteristics of the rotating electrical machine can be drastically improved. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic half vertical sectional view showing the structure of a toroidal winding induction motor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the toroidal winding induction motor shown in FIG.
3 is an external perspective view illustrating the structure of the stator in FIGS. 1 and 2. FIG.
4 is an external perspective explanatory view showing a core structure of the stator shown in FIG. 3. FIG.
5 is an explanatory plan view showing a core structure of the stator shown in FIG. 3. FIG.
6 is a schematic external perspective explanatory view showing the structure of a rotor used in the toroidal winding type induction motor shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 7 is an explanatory plan view showing an example of a stator fixing structure.
FIG. 8 is a schematic longitudinal sectional explanatory view showing another embodiment of the core body of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory plan view of the core body shown in FIG. 8;
FIG. 10 is a schematic longitudinal sectional explanatory view showing still another embodiment of the core body of the present invention.
FIG. 11 is a schematic vertical sectional view showing an embodiment in which the present invention is applied to a magnet synchronous machine.
FIG. 12 is a schematic longitudinal sectional view showing an embodiment in which the present invention is applied to a reluctance type rotating electric machine.
FIG. 13 is a schematic plan view showing an embodiment in which the coil according to the present invention is concentrated winding.
FIG. 14 is a schematic longitudinal cross-sectional explanatory view showing an embodiment in which the present invention is applied to a surface-facing rotary electric machine.
15 is an explanatory plan view of the surface-facing rotary electric machine illustrated in FIG. 14;
FIG. 16 is a longitudinal cross-sectional explanatory diagram showing a structural example of a general rotating electrical machine.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stator frame 2 Stator 3 Rotating shaft 4 Rotor 5 Annular core part 6 Rib-shaped core part 7 Slot 8 Coil 9 Opposing core part 13 Magnetic powder expansion core part 15 Annular core part 16 Rib-shaped core part 17 Opposed core part 18 Copper plate 21 Magnetic powder extended core part 25 Overhang core part 31 Stator 32 Magnetic powder extended core part 36 Field magnet 38 Iron core 43 Opposite core part

Claims

The core body of the armature constituting the member on at least one side of the stator or the rotor includes an annular core portion, and an opposing core portion extending from the annular core portion toward the other side member,
In the armature structure of the toroidal winding type rotating electric machine in which the coil is toroidally wound with respect to the annular core portion of the core body,
While part or the whole of the core body is formed of a magnetic powder core material made of an aggregate of magnetic powder,
At least the opposed core portion has a magnetic powder expanded core portion made of an aggregate of magnetic powders that expands the opposed area to the other side member in the axial direction so that the core height in the axial direction of the opposed core portion is increased. Integrally formed,
All face height in the axial direction between the the magnetic powder expanded core portion, the radial facing surface is provided facing radially with respect to the other side member, the radial facing surface of the magnetic powder expanded core portion and the opposed core part Is formed to be larger in the axial direction than the core height of the annular core portion ,
The armature structure of a toroidal winding type rotating electrical machine, wherein the magnetic powder extended core portion has a shape extending continuously in the radial direction from the opposed core portion to at least the annular core portion .

The armature structure of a toroidal winding type rotating electrical machine according to claim 1, wherein the core body and the magnetic powder expanded core portion made of the magnetic core material are made of a sintered body or a molded body.

The armature structure of a toroidal winding type rotating electrical machine according to claim 1, wherein the core body is formed with a projecting portion protruding from the annular core portion in the radial direction opposite to the opposing core portion.

The armature structure of the toroidal winding type rotating electric machine according to claim 3 , wherein the projecting portion is in contact with a support frame so as to position the armature.

The armature structure of a toroidal winding type rotating electrical machine according to claim 4 , wherein an area of contact of the projecting portion with the support frame is reduced from a cross-sectional area of the other portion of the projecting portion.

2. The toroidal winding type according to claim 1, wherein the total core height of the opposed core portion and the magnetic powder extended core portion is formed to have a height equal to or higher than a winding height of the coil. Armature structure of rotating electric machine.

The opposing surface of the opposing core portion facing the other side member has a total width that is the sum of the circumferential widths of the opposing surface over the entire circumference, and is not less than 0.8 and less than 1.0 with respect to the entire circumferential length passing through the opposing surface. 2. The armature structure of a toroidal winding type rotating electrical machine according to claim 1, wherein the armature structure is formed to have a ratio.

Wherein the magnetic powder expanded core portion, toroidal according to claim 1, wherein the axial facing surface facing in the axial direction in addition to radial facing surface facing radially Direction to the other side members are provided Armature structure of a wound rotary electric machine.

9. The armature structure of a toroidal winding type rotating electrical machine according to claim 8, wherein the axial facing surface of the magnetic powder expanded core portion is expanded in the circumferential direction or the radial direction so as to increase the facing area.

The armature structure of a toroidal winding electric rotating machine according to claim 9, wherein the axially opposed surface of the magnetic powder expanded core portion is projected so as to face the other side member in the axial direction.

9. The armature structure of a toroidal winding type rotating electric machine according to claim 8, wherein the axially facing surfaces of the magnetic powder extended core portion are arranged so as to face the other side member at both end portions in the axial direction of the armature. .

The armature structure of a toroidal winding type rotating electrical machine according to claim 1, wherein the armature is a stator of an induction machine.

The armature structure of a toroidal winding type rotating electric machine according to claim 1, wherein the armature is a rotor of an induction machine.

14. The toroidal winding type electric rotating machine according to claim 13 , wherein a cylindrical ring-shaped copper material is provided in a portion of the annular core portion opposite to the opposing core portion in the radial direction to form a part of the conductive portion. Armature structure.

The armature structure of a toroidal winding type rotating electric machine according to claim 14, wherein the conductive material and the annular core portion are filled with an aluminum material forming the conductive portion by die casting.

The armature structure of a toroidal winding type rotating electric machine according to claim 14, wherein a rod-like copper material is inserted into a slot portion of the armature to form a part of a conductive portion.

15. The armature structure for a toroidal winding type rotating electric machine according to claim 14, wherein all of the conductive portions of the armature are made of a copper material.

2. The armature structure of a toroidal winding electric rotating machine according to claim 1, wherein the armature is a stator of an AC magnet synchronous machine or an AC reluctance synchronous machine.

The armature structure of the toroidal winding type rotating electric machine according to claim 1, wherein the rotating electric machine has an inner rotor structure.

The armature structure of a toroidal winding type rotating electric machine according to claim 1, wherein the rotating electric machine has an outer rotor structure.

The armature structure of a toroidal winding type rotating electrical machine according to claim 1, wherein concentrated winding is applied so that one phase coil is accommodated in one slot with respect to one pole.

The armature structure of a toroidal winding type rotating electrical machine according to claim 21, wherein the rotor on the other side constituting the other member is configured in a field magnet type or a reluctance type.