JP4432869B2 - 回転電機 - Google Patents
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Description
前記外鍔部は、前記付加ヨークの内周側の表面に凹設された嵌合溝に押入されて組み立てられている。これにより、外鍔部と付加ヨークとの機械的、磁気的結合強度を向上することができる。
前記外鍔部は、周方向積層電磁鋼板により前記主部と別体に構成され、前記中央コアは、前記ヨークに凹設されたティース嵌合溝に前記ティースの基端部を軸方向へ押入されて組み立てられる。すなわち、この態様では、付加ティースの主部と外鍔部とが分割されているため付加ティース及びティースに成形済み集中巻きコイルを嵌め込むことができ、製造工程の更なる簡素化を実現することができる。
更に詳しく説明すると、外鍔部をまだ取り付けない状態にて付加ティース及びティースをヨークのティース嵌合溝に軸方向に押し込み、後から外鍔部を付加ヨークに軸方向に押し込むことができるため、外鍔部の形状の自由度が確保しつつティースとヨークとを分割した分割コア構造を採用することができる。
この場合、あらかじめ成形されたコイルを付加ティースの主部及びティースに径方向へ嵌め込んだ後、ティースの基端部をヨークのティース嵌合溝に軸方向へ押し込んでそれらを機械的に結合し、その後、外鍔部を付加ヨークの嵌合溝に軸方向へ押し込んで完成させることが好適である。これにより、外鍔部の形状自由度を確保しつつ成形済みコイルをステータコイルとして採用することができる。
なお、中央コアのティースは、周方向両側へ張り出した鍔部を先端部に有して中央コアのヨークに軸方向に嵌合されることが磁気回路上、更に好適である。結局、この態様によれば、中央コアにティース分割構造を採用し、成形済みステータコイルをティース及び付加ティースに装着してからこれらティースのセットを中央コアや付加コアに軸方向に嵌合するため、ステータコイルの巻装が簡単となる。付加ティースの外鍔部は、付加ティースの主部とは別体として付加ティースの主部へステータコイルを装着した後、取り付ける外鍔部分割構造を採用することにより、上記成形済みステータコイルの装着が好適に実現する。
まず、上記第1発明の回転電機を具体化した実施例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。
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に示す3はロータである。
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、図2に示すように電磁鋼板を周方向(正確には接線方向)に積層した周方向積層電磁鋼板により構成されている。付加ティース22は、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とは電磁鋼板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とともに図示しないステータコイル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、好適には付加ティース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。もちろん等しくなくてもよい。
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それぞれ製造する。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。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、嵌合溝15、25に軸方向に押し込んで、一体化する。なお、各単位コアバック23の嵌合溝25と付加ティース22の外鍔部26とが嵌合するように、付加ヨーク21を軸方向両側から後付けしてもよい。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。
ロータ3の模式斜視図を図7に示す。ただし、図7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。
図1を参照して磁束の流れを説明する。
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、コイルエンドの径方向外側に外鍔部26が、コイルエンドの内側に主部27が設けられている。
ロータ3の変形態様を図8に示す。このロータ3は、図7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。
変形態様を図9に示す。図9は、付加ティース22の内鍔部24の特に内周面を、ティース12の鍔部14の内周面と同一形状に湾曲させたものである。これにより、内鍔部24と付加ロータ32との間の電磁ギャップの幅を低減することができ、モータ特性を改善することができる。
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。
変形態様を図10に示す。図10は、付加ティース22近傍を求心方向にみた部分平面図である。ただし、付加ティース22は主部27の部位にて破断(ハッチングは省略)し、外鍔部26の図示はされていない。この変形態様では、付加ティース22を構成する周方向積層電磁鋼板は、主部27の部位にて各電磁鋼板の厚さが変更されている。すなわち、主部27の周方向中央部に配置される電磁鋼板は、主部27の周方向周辺部の電磁鋼板よりも主部27の軸方向幅が大きく設定されている。このようにすれば、この主部27に巻回されるステータコイルのコイルエンドを構成するコイル導体の曲率半径を増加することができる。
ヨーク11の嵌合溝15の変形態様を図11に示す。図11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11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と一体に周方向積層電磁鋼板により形成されている。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。
実施例2を図12〜図15を参照して説明する。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(図12参照)。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9に示すようにL字状の軸方向断面を有しており、電磁鋼板を周方向(正確には接線方向)に積層した周方向積層電磁鋼板により互いに一体に形成されている。付加ティース22の外鍔部26は、周方向(接線方向)に積層された電磁鋼板からなり、全体として略直方体形状となっている。なおL字上の軸方向断面は、軸方向外側が細く、中央コア側が太くなるように設定してもよい。
参考例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。この変形態様の特徴は、図1に示す実施例1の付加ティース22と比べて、この実施例の付加ティース220は、周方向積層電磁鋼板からなる内鍔部24と主部27とだけで構成され、外鍔部26が省略されている点にある。付加ヨーク210の軸方向厚さは、主部27の軸方向幅に等しく設定されている。主部27の基端部は、付加ヨーク210の嵌合溝25に嵌入されている。
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。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、ステータの組み立てについても、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。
2 付加コア
3 ロータ
11 ヨーク
12 ティース
13 単位コアバック
14 鍔部
15 ティース嵌合溝
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
220 付加ティース
Claims (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、
前記付加ティースは、ロータ周面に対面しつつ軸方向外側へ突出する内鍔部と、前記付加ヨークの内周側の表面に接しつつ軸方向外側へ延在する外鍔部と、前記ティースの軸方向端面に隣接しつつ径方向に延在するとともに先端部が内鍔部に、前記基端部が外鍔部に磁気的に接続される主部とを有して周方向積層電磁鋼板により構成され、
前記付加ヨークは、軸方向積層電磁鋼板により構成され、
前記外鍔部は、周方向積層電磁鋼板により前記主部と別体に構成され、前記付加ヨークの内周側の表面に凹設された嵌合溝に押入されて組み立てられ、
前記中央コアは、前記ヨークに凹設されたティース嵌合溝に前記ティースの基端部を軸方向へ押入されて組み立てられていることを特徴とする回転電機。 - 請求項1記載の回転電機において、
前記主部及び内鍔部は、周方向積層電磁鋼板により一体に構成されている回転電機。 - 請求項1記載の回転電機において、
前記主部及び外鍔部は、周方向積層電磁鋼板により一体に構成されている回転電機。 - 請求項1記載の回転電機において、
前記主部、内鍔部及び外鍔部は、周方向積層電磁鋼板により一体に構成されている回転電機。 - 請求項1記載の回転電機において、
前記主部は、周方向中央部から周方向端部へ向けて次第に狭くなる軸方向幅を有する回転電機。 - 請求項1記載の回転電機において、
前記主部及び外鍔部は、周方向積層電磁鋼板により一体に構成され、
前記中央コアは、前記ヨークに凹設されたティース嵌合溝に前記ティースの基端部を軸方向に押入されて組み立てられ、
前記外鍔部は、軸方向に見て前記ティース嵌合溝内に収容される外形をもつ回転電機。 - 請求項1記載の回転電機において、
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回転電機。 - 請求項1記載の回転電機において、
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回転電機。
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