JP3671929B2 - 回転電機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機に関し、特に、周方向に複数の永久磁石を具えるインナーロータとアウターロータの２つのロータを、１つのステータを挟んで同軸に配置し、前記ステータのコイルへ供給される複合電流で駆動される回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述したような従来の２つのロータを同軸に配置する回転電機としては、特開平１１−２８２３５２号公報に記載のものが提案されている。この回転電機のステータのステータコアとしては、例えば、図８に示すようなものが考えられている。
【０００３】
図８に示すように、このステータコア１００は、磁束が通る磁気回路を形成する所定の形状の複数のステータピース１１を放射上に円周上等分に所定の空隙１２を置いて配置して形成されている。各々のステータピース１１は、複数のステータ鋼板を積層して形成される。このステータコア１００には、隣接するステータピース間に、コイル挿入用の複数の溝（スロット）１３と、ステータコア固定ボルト挿入用の複数のボルト穴１４とが設けられている。ステータは、これら複数のステータピース１１の周囲にコイルを巻装し（つまり、スロット１３にコイルを挿入して）、ステータコア１００を軸方向のステータコア両サイドに置かれたブラケットにより挟み込み、ステータピース間のボルト穴１４に挿入されたボルトで前記ブラケットを押さえ込むことでステータコア１００とブラケット間に発生する摩擦力によりステータコア１００を固定して完成される。このような従来の回転電機においては、非磁性体のステータコア固定ボルトを、ステータピース間のインナーロータ側においていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
回転電機の発生トルクが上がった場合、つまり回転電機の高出力密度化を達成しようとした場合、ステータの受ける発生トルクを支持するためには、ボルトの径を増す必要がある。しかし、ボルトをインナーロータ側に配置していた場合、ステータ間のギャップよりも大きいボルトを配置すると、ステータ幅の一部が狭くなってしまい、ステータ磁束密度が増加してステータが飽和してしまう。したがって、ボルトをステータインナーロータ側から外側に配置しようとするが、そうするとコイルエリアが少なくなってしまう。コイルエリアを限られた回転電機外径で十分に得ようとすると、アウターロータ幅を狭くしてステータ外径を伸ばす手法が考えられるが、インナーロータ側から見た磁場抵抗が上昇し、インナーロータの磁束鎖交数が減少するので、出力が向上しないか、同出力でも小型化が困難という問題があった。また、上記問題に対し、ステータヨーク厚さを増す方法も考えられるが、アウターロータの漏れ磁束を防ぐために、アウターロータ側ステータヨーク間には十分広いエアギャップを設ける必要があった。
【０００５】
本発明は、アウターロータの漏れ磁束を防ぐと共にインナーロータ側から見た磁場抵抗を低減する構造を有する回転電機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の第１発明は、周方向に複数の永久磁石を具えるインナーロータとアウターロータの２つのロータを、１つのステータを挟んで同軸に配置し、前記ステータのコイルへ供給される複合電流で駆動される回転電機において、前記ステータのコアは、各々１つのコイルが巻かれる複数のステータピースに分割されており、前記ステータピースは、半径方向にコイルエリアを挟んでインナーロータ側及びアウターロータ側にヨークを有し、磁性体のボルトを、隣接する前記ステータピースのアウターロータ側ヨーク間のエアギャップ中に両側の前記アウターロータ側ヨークの端と所定の間隔を置いて設置し、隣接する前記ステータピースのアウターロータ側ヨーク同士が磁気的に一部結合されるようにしたことを特徴とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の第１発明は、周方向に複数の永久磁石を具えるインナーロータとアウターロータの２つのロータを、１つのステータを挟んで同軸に配置し、前記ステータのコイルへ供給される複合電流で駆動される回転電機において、前記ステータのコアは、各々１つのコイルが巻かれる複数のステータピースに分割されており、前記ステータピースは、半径方向にコイルエリアを挟んでインナーロータ側及びアウターロータ側にヨークを有し、磁性体のボルトを、隣接する前記ステータピースのアウターロータ側ヨーク間のエアギャップ中に両側の前記アウターロータ側ヨークの端と所定の間隔を置いて設置し、隣接する前記ステータピースのアウターロータ側ヨーク同士が磁気的に一部結合されるようにし、隣接する前記ステータピースのアウターロータ側ヨーク間のエアギャップを、アウターロータ側がインナーロータ側より広くなるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の第３発明は、第１発明又は第２発明において、隣接する前記ステータピースのアウターロータ側ヨーク間のエアギャップを、アウターロータ側がインナーロータ側より広くなるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の効果】
第１発明によれば、磁性体のボルトをアウター側ステータヨーク間に配置することにより、ボルトをステータヨークの一部とみなせ、アウターロータ幅、すなわち径方向の厚さを減少した場合でも、アウターロータ内を通っていたインナーロータの磁束がボルト内を通過するので、出力の低下を抑えることができる。つまり、アウターロータの厚さが減少すると、出力は低下してしまうが、配設されたボルトが磁路となり、磁束は、アウターロータとボルトを通ることになる。そのため、ボルトをアウターロータの一部とみなすことができ、出力の低下を抑えることができる。前記ボルトとヨークとの間に所定の間隔をおくのと同時に、前記ヨークの形状を、前記エアギャップのアウターロータ側が広くなるように形成することで、アウターロータの漏れ磁束を防ぐ空間がボルトの外周側に設置され、ボルト内をインナーロータ磁束が通過するようにすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を実施例によって、図面の参照と共に詳細に説明する。図１は、本発明による回転電機の構成を示す断面図である。本回転電機は、インナーロータシャフト９の中心軸線（回転電機の中心軸線でもある）Ｃ上に、同心円状に、内側から、インナーロータシャフト９に取り付けられたインナーロータ７、ステータ１、アウターロータシャフト１０に取り付けられたアウターロータ８の順で配置された多重ロータ構造を成し、アウターロータ８とインナーロータ７との２つのロータ間に位置するステータ１は、ステータコア２と、ステータコア２を軸方向両側から挟み込んで支持するブラケット５とを具える。ボルト６は、ブラケット５とステータコア２に設けられた穴を貫通し、これらの部材を固定することにより、ステータ１を形成している。
【００１５】
図２は、本発明による回転電機の一実施例の一部を軸方向に対して垂直に切った断面図である。ステータコア２は、周方向に複数のステータピース２０に分割されている。各々のステータピース２０は、複数枚のステータ鋼板を積層して形成される。また、各々のステータピース２０のコイルエリア２６には、各々１つのコイルが巻装されている。コイルエリア２６よりアウターロータ側の周方向に広がっている部分はアウターロータ側ステータヨーク２５であり、インナーロータ側の周方向に広がっている部分はインナーロータ側ステータヨーク２７である。隣り合ったステータピース２０のアウターロータ側ステータヨーク２５間のエアギャップ２８に、ステータ外周と、アウターロータ側ステータヨーク２５との双方に対して所定の間隔をおいてステータ固定ボルト６が設置される。図１に示した曲線は、インナーロータ主磁束の一例を示し、インナーロータの主磁束は、インナー磁石２１から、ステータ２、アウターロータ８、アウター磁石２２、ステータヨーク、ボルト６を介して、インナー磁石２１に戻るループを形成する。インナーロータ７とアウターロータ８の位相差によっては、アウターロータ８を介さずにステータヨーク、ボルト６を介してループを作る。従って、ボルト６がインナーロータ主磁束の主要な磁路となっている。
【００１６】
図３は、図２の一部を拡大した図である。ボルト６とステータ外周との間隔は、ボルト６の軸方向両端に設置されるブラケット５とボルト座面との接触に必要な面積によって決定される。アウターロータ側ステータヨーク２５とボルト６とが結合した構成も考えられるが、ガタによる振動や音が発生するため、ステータヨークとボルト６は離して設置するほうが好適である。
【００１７】
図３において、アウターロータ８の漏れ磁束を示す。アウターロータ側ステータヨーク２５外周側がボルト６と結合している、又はボルト６とステータ外周との間の間隔が小さい場合には、アウターロータ８の漏れ磁束が増加し、出力が低下する。本実施例の場合、ボルト６とステータ外周との間の距離を、ボルト座面とブラケット５の関係で保持することにより、アウターロータ８の漏れ磁束を抑え、インナーロータ６の主磁束を通過させることを実現している。図７は、このようなボルトの位置関係を示す、本発明による回転電機の軸方向の断面図である。
【００１８】
図４は、ステータヨークの形状の一例を示す図である。この例において、ステータヨーク間で形成されるエアギャップは、インナーロータ側がアウターロータ側より狭くなっている。アウターロータ側のエアギャップを広くすることにより、アウターロータ８の漏れ磁束が抑制され、狭いインナーロータ側のエアギャップ間にボルト６を設置することによって、インナーロータ７の磁束を通過させることができる。
【００１９】
図５は、ステータヨークの形状の他の例を示す図である。この例において、図４の例と比較して、アウターロータ側ステータヨークの半径方向厚さａを広げており、ボルトの直径より大きくしてある。ステータヨーク厚さは、コイルの巻き数との関係で決定されるが、ステータヨーク厚さを厚くとれる場合には、図５のようにボルト６とステータヨークとの間の間隔を狭くして、アウターロータ側のエアギャップを広くすることで、図４の例で示した効果をより高めることができる。
【００２０】
図６は、ステータピース２０間のコイルエリア２３と水路２４の構成の一例を示す図である。磁性体のボルト６内を磁束が通過することにより、ボルト６には渦電流が流れ、鉄損が発生することが考えられるが、ボルト６の直下に水路２４を構成することによって、ボルト６を冷却することができる。また、ボルト６がステータヨークの間に配置されていることで、ボルト６の熱伝導率がよいため、ステータヨーク先端の鉄損発生が激しい箇所での抜熱を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による回転電機の構成を示す断面図である。
【図２】 本発明による回転電機の一実施例の一部を軸方向に対して垂直に切った断面図である。
【図３】 図２の一部を拡大した図である。
【図４】 ステータヨークの形状の一例を示す図である。
【図５】 ステータヨークの形状の他の例を示す図である。
【図６】 コイルエリアと水路の構成の一例を示す図である。
【図７】 ステータにおけるボルトの位置を説明する断面図である。
【図８】 従来のステータコアを示す図である。
【符号の説明】
１ ステータ
２ ステータコア
５ ブラケット
６ ボルト
７ インナーロータ
８ アウターロータ
９ インナーロータシャフト
１０ アウターロータシャフト
２０ ステータピース
２１ インナー磁石
２２ アウター磁石
２３ コイルエリア
２４ 水路
２５ アウターロータ側ヨーク
２６ コイルエリア
２７ インナーロータ側ヨーク
２８ エアギャップ
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機に関し、特に、周方向に複数の永久磁石を具えるインナーロータとアウターロータの２つのロータを、１つのステータを挟んで同軸に配置し、前記ステータのコイルへ供給される複合電流で駆動される回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述したような従来の２つのロータを同軸に配置する回転電機としては、特開平１１−２８２３５２号公報に記載のものが提案されている。この回転電機のステータのステータコアとしては、例えば、図８に示すようなものが考えられている。
【０００３】
図８に示すように、このステータコア１００は、磁束が通る磁気回路を形成する所定の形状の複数のステータピース１１を放射上に円周上等分に所定の空隙１２を置いて配置して形成されている。各々のステータピース１１は、複数のステータ鋼板を積層して形成される。このステータコア１００には、隣接するステータピース間に、コイル挿入用の複数の溝（スロット）１３と、ステータコア固定ボルト挿入用の複数のボルト穴１４とが設けられている。ステータは、これら複数のステータピース１１の周囲にコイルを巻装し（つまり、スロット１３にコイルを挿入して）、ステータコア１００を軸方向のステータコア両サイドに置かれたブラケットにより挟み込み、ステータピース間のボルト穴１４に挿入されたボルトで前記ブラケットを押さえ込むことでステータコア１００とブラケット間に発生する摩擦力によりステータコア１００を固定して完成される。このような従来の回転電機においては、非磁性体のステータコア固定ボルトを、ステータピース間のインナーロータ側においていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
回転電機の発生トルクが上がった場合、つまり回転電機の高出力密度化を達成しようとした場合、ステータの受ける発生トルクを支持するためには、ボルトの径を増す必要がある。しかし、ボルトをインナーロータ側に配置していた場合、ステータ間のギャップよりも大きいボルトを配置すると、ステータ幅の一部が狭くなってしまい、ステータ磁束密度が増加してステータが飽和してしまう。したがって、ボルトをステータインナーロータ側から外側に配置しようとするが、そうするとコイルエリアが少なくなってしまう。コイルエリアを限られた回転電機外径で十分に得ようとすると、アウターロータ幅を狭くしてステータ外径を伸ばす手法が考えられるが、インナーロータ側から見た磁場抵抗が上昇し、インナーロータの磁束鎖交数が減少するので、出力が向上しないか、同出力でも小型化が困難という問題があった。また、上記問題に対し、ステータヨーク厚さを増す方法も考えられるが、アウターロータの漏れ磁束を防ぐために、アウターロータ側ステータヨーク間には十分広いエアギャップを設ける必要があった。
【０００５】
本発明は、アウターロータの漏れ磁束を防ぐと共にインナーロータ側から見た磁場抵抗を低減する構造を有する回転電機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の第１発明は、周方向に複数の永久磁石を具えるインナーロータとアウターロータの２つのロータを、１つのステータを挟んで同軸に配置し、前記ステータのコイルへ供給される複合電流で駆動される回転電機において、前記ステータのコアは、各々１つのコイルが巻かれる複数のステータピースに分割されており、前記ステータピースは、半径方向にコイルエリアを挟んでインナーロータ側及びアウターロータ側にヨークを有し、磁性体のボルトを、隣接する前記ステータピースのアウターロータ側ヨーク間のエアギャップ中に両側の前記アウターロータ側ヨークの端と所定の間隔を置いて設置し、隣接する前記ステータピースのアウターロータ側ヨーク同士が磁気的に一部結合されるようにしたことを特徴とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の第１発明は、周方向に複数の永久磁石を具えるインナーロータとアウターロータの２つのロータを、１つのステータを挟んで同軸に配置し、前記ステータのコイルへ供給される複合電流で駆動される回転電機において、前記ステータのコアは、各々１つのコイルが巻かれる複数のステータピースに分割されており、前記ステータピースは、半径方向にコイルエリアを挟んでインナーロータ側及びアウターロータ側にヨークを有し、磁性体のボルトを、隣接する前記ステータピースのアウターロータ側ヨーク間のエアギャップ中に両側の前記アウターロータ側ヨークの端と所定の間隔を置いて設置し、隣接する前記ステータピースのアウターロータ側ヨーク同士が磁気的に一部結合されるようにし、隣接する前記ステータピースのアウターロータ側ヨーク間のエアギャップを、アウターロータ側がインナーロータ側より広くなるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の第３発明は、第１発明又は第２発明において、隣接する前記ステータピースのアウターロータ側ヨーク間のエアギャップを、アウターロータ側がインナーロータ側より広くなるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の効果】
第１発明によれば、磁性体のボルトをアウター側ステータヨーク間に配置することにより、ボルトをステータヨークの一部とみなせ、アウターロータ幅、すなわち径方向の厚さを減少した場合でも、アウターロータ内を通っていたインナーロータの磁束がボルト内を通過するので、出力の低下を抑えることができる。つまり、アウターロータの厚さが減少すると、出力は低下してしまうが、配設されたボルトが磁路となり、磁束は、アウターロータとボルトを通ることになる。そのため、ボルトをアウターロータの一部とみなすことができ、出力の低下を抑えることができる。前記ボルトとヨークとの間に所定の間隔をおくのと同時に、前記ヨークの形状を、前記エアギャップのアウターロータ側が広くなるように形成することで、アウターロータの漏れ磁束を防ぐ空間がボルトの外周側に設置され、ボルト内をインナーロータ磁束が通過するようにすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を実施例によって、図面の参照と共に詳細に説明する。図１は、本発明による回転電機の構成を示す断面図である。本回転電機は、インナーロータシャフト９の中心軸線（回転電機の中心軸線でもある）Ｃ上に、同心円状に、内側から、インナーロータシャフト９に取り付けられたインナーロータ７、ステータ１、アウターロータシャフト１０に取り付けられたアウターロータ８の順で配置された多重ロータ構造を成し、アウターロータ８とインナーロータ７との２つのロータ間に位置するステータ１は、ステータコア２と、ステータコア２を軸方向両側から挟み込んで支持するブラケット５とを具える。ボルト６は、ブラケット５とステータコア２に設けられた穴を貫通し、これらの部材を固定することにより、ステータ１を形成している。
【００１５】
図２は、本発明による回転電機の一実施例の一部を軸方向に対して垂直に切った断面図である。ステータコア２は、周方向に複数のステータピース２０に分割されている。各々のステータピース２０は、複数枚のステータ鋼板を積層して形成される。また、各々のステータピース２０のコイルエリア２６には、各々１つのコイルが巻装されている。コイルエリア２６よりアウターロータ側の周方向に広がっている部分はアウターロータ側ステータヨーク２５であり、インナーロータ側の周方向に広がっている部分はインナーロータ側ステータヨーク２７である。隣り合ったステータピース２０のアウターロータ側ステータヨーク２５間のエアギャップ２８に、ステータ外周と、アウターロータ側ステータヨーク２５との双方に対して所定の間隔をおいてステータ固定ボルト６が設置される。図１に示した曲線は、インナーロータ主磁束の一例を示し、インナーロータの主磁束は、インナー磁石２１から、ステータ２、アウターロータ８、アウター磁石２２、ステータヨーク、ボルト６を介して、インナー磁石２１に戻るループを形成する。インナーロータ７とアウターロータ８の位相差によっては、アウターロータ８を介さずにステータヨーク、ボルト６を介してループを作る。従って、ボルト６がインナーロータ主磁束の主要な磁路となっている。
【００１６】
図３は、図２の一部を拡大した図である。ボルト６とステータ外周との間隔は、ボルト６の軸方向両端に設置されるブラケット５とボルト座面との接触に必要な面積によって決定される。アウターロータ側ステータヨーク２５とボルト６とが結合した構成も考えられるが、ガタによる振動や音が発生するため、ステータヨークとボルト６は離して設置するほうが好適である。
【００１７】
図３において、アウターロータ８の漏れ磁束を示す。アウターロータ側ステータヨーク２５外周側がボルト６と結合している、又はボルト６とステータ外周との間の間隔が小さい場合には、アウターロータ８の漏れ磁束が増加し、出力が低下する。本実施例の場合、ボルト６とステータ外周との間の距離を、ボルト座面とブラケット５の関係で保持することにより、アウターロータ８の漏れ磁束を抑え、インナーロータ６の主磁束を通過させることを実現している。図７は、このようなボルトの位置関係を示す、本発明による回転電機の軸方向の断面図である。
【００１８】
図４は、ステータヨークの形状の一例を示す図である。この例において、ステータヨーク間で形成されるエアギャップは、インナーロータ側がアウターロータ側より狭くなっている。アウターロータ側のエアギャップを広くすることにより、アウターロータ８の漏れ磁束が抑制され、狭いインナーロータ側のエアギャップ間にボルト６を設置することによって、インナーロータ７の磁束を通過させることができる。
【００１９】
図５は、ステータヨークの形状の他の例を示す図である。この例において、図４の例と比較して、アウターロータ側ステータヨークの半径方向厚さａを広げており、ボルトの直径より大きくしてある。ステータヨーク厚さは、コイルの巻き数との関係で決定されるが、ステータヨーク厚さを厚くとれる場合には、図５のようにボルト６とステータヨークとの間の間隔を狭くして、アウターロータ側のエアギャップを広くすることで、図４の例で示した効果をより高めることができる。
【００２０】
図６は、ステータピース２０間のコイルエリア２３と水路２４の構成の一例を示す図である。磁性体のボルト６内を磁束が通過することにより、ボルト６には渦電流が流れ、鉄損が発生することが考えられるが、ボルト６の直下に水路２４を構成することによって、ボルト６を冷却することができる。また、ボルト６がステータヨークの間に配置されていることで、ボルト６の熱伝導率がよいため、ステータヨーク先端の鉄損発生が激しい箇所での抜熱を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による回転電機の構成を示す断面図である。
【図２】 本発明による回転電機の一実施例の一部を軸方向に対して垂直に切った断面図である。
【図３】 図２の一部を拡大した図である。
【図４】 ステータヨークの形状の一例を示す図である。
【図５】 ステータヨークの形状の他の例を示す図である。
【図６】 コイルエリアと水路の構成の一例を示す図である。
【図７】 ステータにおけるボルトの位置を説明する断面図である。
【図８】 従来のステータコアを示す図である。
【符号の説明】
１ ステータ
２ ステータコア
５ ブラケット
６ ボルト
７ インナーロータ
８ アウターロータ
９ インナーロータシャフト
１０ アウターロータシャフト
２０ ステータピース
２１ インナー磁石
２２ アウター磁石
２３ コイルエリア
２４ 水路
２５ アウターロータ側ヨーク
２６ コイルエリア
２７ インナーロータ側ヨーク
２８ エアギャップ
Claims (2)
- 周方向に複数の永久磁石を具えるインナーロータとアウターロータの２つのロータを、１つのステータを挟んで同軸に配置し、前記ステータのコイルへ供給される複合電流で駆動される回転電機において、前記ステータのコアは、各々１つのコイルが巻かれる複数のステータピースに分割されており、前記ステータピースは、半径方向にコイルエリアを挟んでインナーロータ側及びアウターロータ側にヨークを有し、磁性体のボルトを、隣接する前記ステータピースのアウターロータ側ヨーク間のエアギャップ中に両側の前記アウターロータ側ヨークの端と所定の間隔を置いて設置し、隣接する前記ステータピースのアウターロータ側ヨーク同士が磁気的に一部結合されるようにし、隣接する前記ステータピースのアウターロータ側ヨーク間のエアギャップを、アウターロータ側がインナーロータ側より広くなるようにしたことを特徴とする回転電機。
- 請求項１に記載の回転電機において、前記ボルトが、前記ステータコアの軸方向両端において設置されて前記ステータコアを両側から挟み込むブラケットを締め付けることで前記ステータコアを固定し、前記ブラケットの外周と前記ボルトの座面外周との間に所定の間隔が存在するように、前記ボルトをステータ外周から所定の間隔を置いて配置したことを特徴とする回転電機。
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