JP5149559B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に関し、特に、ステータが複数の分割ステータコアを備えた回転電機に関する。

従来から、高トルク化が図られた回転電機が各種提案されている。たとえば、特開２００５−１４３２３７号公報に記載された三相同期モータにおいて、固定子は、ティース部が内周部に設けられたステータと、この各ティース部の上下端面部に固着される第１曲げコアと、各ティース部の周方向両側面及び各第１曲げコアの内側面に巻装される各固定子コイルとを備えている。さらに、回転子は、ロータティース部が外周部に設けられたロータと、その回転中心に設けられた回転軸と、各ロータティース部の上下端面部に固着される第２曲げコアとを備えている。

この三相同期モータにおいては、固定子コイルが順番に通電されて、各ティース部とロータティース部とが対向した場合には、対向配置される各第１曲げコアと第２曲げコアとによって磁気閉回路が形成される。このように、特開２００５−１４３２３７号公報に記載された三相同期モータにおいては、磁路長を短くすることで、低鉄損化が図られている。

また、特開昭６０−１４４１２２号公報に記載された回転電機において、ステータは、一側面の２箇所に切欠き凹部を有し、Ｅ型に形成されたコア板を積層することで構成されたステータコアを複数備えている。そして、ステータは、２つの切欠き凹部によって規定されたステータコアの中央突出部と、この中央突出部に巻回されたコイルを備えている。この回転電機においては、Ｅ型に形成された一種類のコア板を積層することで構成することができ、製造コストの低減が図られている。

そして、特開２００５−１６０２０３号公報にも、ステータの側断面形状がＥ型とされたモータが提案されている。このモータにおいては、ステータに形成された突極およびロータに形成された突極との少なくとも一部がロータの回転軸と非平行になるよう形成されている。これにより、ロータの突極とステータの突極とが対向する際に相対する面積が大きくなり、ロータのトルクが大きくなるようになっている。

さらに、特開平２−２３７４５１号公報においても、固定子が、Ｕ字型コアを２つ連結した状態とされたステータコアにおいて、回転電機が記載されている。
特開２００５−１４３２３７号公報 特開昭６０−１４４１２２号公報 特開２００５−１６０２０３号公報 特開平２−２３７４５１号公報

しかし、特開２００５−１４３２３７号公報に記載された三相同期モータにおいては、ステータの周方向に隣り合うティース間の距離が狭いため、ティース間で漏れ磁束が発生する。このため、この回転電機においては、高トルク化が非常に困難なものとなっていた。

さらに、特開昭６０−１４４１２２号公報および特開２００５−１６０２０３号公報も記載された回転電機やモータにおいても、隣り合う中央突出部同士またはステータ突極同士が近接しているため、各中央突出部間またはステータ突極間同士で漏れ磁束が発生し易くなっている。また、特開平２−２３７４５１号公報に記載された回転電機においても、同様に、周方向に隣り合うＵ字型コア間で磁束が漏れ易くなっている。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、周方向に隣り合う分割ステータコア間で生じる漏れ磁束の低減が図られた回転電機を提供することである。

本発明に係る回転電機は、回転可能に支持された回転軸と、回転軸に固設されたロータと、ロータの周囲を取り囲むように環状に形成されたステータとを備える。そして、上記ステータは、間隔を空けて環状配置された複数の分割ステータコアと、該分割ステータコアに巻回されたコイルとを含み、分割ステータコアは、ステータの径方向内方に向けて突出し、コイルが巻回された第１ステータティースと、該第１ステータティースに対してステータの中心軸方向に間隔を隔てて形成され、径方向内方に突出する第２ステータティースと、第１ステータティースに対して第２ステータティースと反対側に間隔を隔てて形成され、径方向内方に向けて突出する第３ステータティースとを含む。さらに、上記第１ステータティースにおけるステータの周方向の幅は、第２および第３ステータティースのうち、第１ステータティースに対して、中心軸方向に対応する部分におけるステータの周方向の幅よりも小さくされる。好ましくは、上記第１ステータティースにおけるステータの中心軸方向の高さは、第１ステータティースの幅よりも長く形成する。好ましくは、上記第１ステータティースの端面の面積は、第２ステータティースの端面と第３ステータティースの端面の合計面積よりも大きくする。好ましくは、上記第１ステータティースにおけるステータの中心軸方向の高さは、第２および第３ステータティースにおけるステータの中心軸方向の高さよりも高くする。好ましくは、上記ロータは、回転軸の周面に間隔を隔てて環状に複数配置されたロータコアを含み、ロータコアは、該ロータコアの外周面からロータの径方向外方に向けて突出する第１ロータティースと、第１ロータティースに対して、ロータの軸方向に間隔を隔てて形成され、ロータコアの外周面からロータの径方向外方に向けて突出する第２ロータティースと、第１ロータティースに対して、第２ロータティースと反対側に間隔を隔てて形成され、ロータコアの外周面からロータの径方向外方に向けて突出する第３ロータティースとを含む。そして、上記第１ロータティースにおけるロータの周方向の幅は、第２および第３ロータティースのうち、第１ロータティースに対してロータの軸方向に対応する部分に位置する部分におけるロータの周方向の幅よりも小さくする。

本発明に係る回転電機によれば、周方向に隣り合う分割ステータコア間で漏れ磁束が生じることを抑制することができる。

本実施の形成に係る回転電機について、図１から図６を用いて説明する。
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係る回転電機１０の側断面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。この図１および図２に示すように、本実施の形態に係る回転電機１０は、回転可能に設けられた回転軸２０と、この回転軸２０の周面に固設されたロータ３０と、このロータ３０の周囲を取り囲むように、環状に形成されたステータ５０とを備えている。

そして、ステータ５０は、ステータ５０の周方向に間隔を隔てて複数配置された分割ステータコア５１と、この各分割ステータコア５１に巻回されたコイル５３と、ステータ５０の中心軸方向の両端面に設けられたステータエンドプレート５２とを備えている。

各分割ステータコア５１は、分割ステータコア５１の径方向内方側に位置する内周面からステータ５０の径方向内方に向けて突出し、ステータ５０の中心軸方向に間隔を隔てて形成されたステータティース５４，５５，５６を備え、コイル５３は、ステータティース（第１ステータティース）５５に巻回されている。

ステータティース５５は、分割ステータコア５１の内周面の中心軸方向中央部に形成され、ステータティース（第２ステータティース）５４は、ステータティース５５に対してステータ５０の中心軸方向に間隔をあけて形成され、分割ステータコア５１の上端部側に形成されている。

さらに、ステータティース（第３ステータティース）５６は、ステータティース５５に対して、ステータティース５４と反対側に間隔をあけて形成され、分割ステータコア５１の下端部側に形成されている。そして、コイル５３は、ステータティース５５の周面に巻回されており、本実施の形態においては、コイル５３は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルを有する。

各ステータティース５４，５５，５６の径方向内方側に位置する端面Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６は、ステータ５０の中心軸方向に配列しており、各端面Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６は、略同一面（同一円弧湾曲面または同一平面）上に配列している。

図２に示すように、各分割ステータコア５１間には、隙間が形成されており、周方向に隣り合う分割ステータコア５１間で磁束回路が形成されることが抑制されている。なお、たとえば、分割ステータコア５１間の隙間の大きさは、ロータ３０とステータ５０との間のエアギャップ（隙間）よりも広く設定されている。そして、図１に示すステータエンドプレート５２が、周方向に配列する各分割ステータコア５１を固定している。なお、ステータエンドプレート５２は、樹脂等の絶縁材料によって形成されており、磁束がステータエンドプレート５２内を流れ難くなっており、磁束がステータエンドプレート５２を介して、隣り合う分割ステータコア５１間を流れることが抑制されている。

なお、本実施の形態においては、ステータエンドプレート５２によって、各分割ステータコア５１を固定しているが、固定方法としてはこれに限られない。たとえば、各分割ステータコア５１の外周面に配設された環状の固定部材によって、各分割ステータコア５１を固定するようにしてもよい。

ロータ３０は、回転軸２０の周面に間隔を隔てて配置された複数のロータコア３１と、ロータ３０の軸方向の両端面に設けられたロータエンドプレート３２とを備えている。

そして、各ロータコア３１は、ロータエンドプレート３２によって固定されており、各ロータコア３１間の隙間が確保されている。ロータエンドプレート３２も、ステータエンドプレート５２と同様に絶縁材料によって構成されており、ロータエンドプレート３２とロータコア３１との間で磁束が流れることが抑制されている。

各ロータコア３１は、ロータ３０の径方向外方側の外周面に形成され、ロータ３０の径方向外方に向けて突出するロータティース３４，３５，３６を備えている。

ロータティース（第１ロータティース）３５は、ロータコア３１の外周面のうち、ロータ３０の軸方向中央部に形成されている。そして、ロータティース（第２ロータティース）３４は、このロータティース３５に対して、ロータ３０の軸方向に間隔をあけて形成されており、ロータコア３１の上端部側に形成されている。

さらに、ロータティース（第３ロータティース）３６は、ロータティース３５に対してロータティース３４と反対側に間隔をあけて形成されており、各ロータコア３１の下端部側に形成されている。

ここで、各ロータティース３４，３５，３６の径方向外方側の端面は、ロータ３０の軸方向に配列しており、各端面は、略同一面（同一円弧湾曲面または同一平面）上に配列している。

図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図であり、図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。

これら、図１から図４に示すように、分割ステータコア５１のステータティース５４に対してステータ５０の径方向内方側には、ロータコア３１のロータティース３４が位置している。また、ステータティース５５に対してステータ５０の径方向内方側には、ロータティース３５が位置している。さらに、ステータティース５６に対して径方向内方側には、ロータティース３６が位置している。

そして、図２から図４に示すように、位置によっては、ステータティース５４とロータティース３４とが対向し、ステータティース５５とロータティース３５とが対向し、ステータティース５６とロータティース３６とが対向する分割ステータコア５１およびロータコア３１がある。なお、この場合においても、各ステータティース５４，５５，５６と、各ロータティース３４，３５，３６との間には、隙間（エアギャップ）があり、互いに離間している。

図５は、各ステータティース５４，５５，５６と、各ロータティース３４，３５，３６とが対向している状態における分割ステータコア５１およびロータコア３１の斜視図を示す。この図５において，図１に示すコイル５３に電力が供給されることで、分割ステータコア５１とロータコア３１との間に磁束回路が形成される。

この図５に示す例においては、ステータティース５５の径方向内方に位置する端面Ｓ５から、ロータティース３５の径方向外方に位置する端面に向けて磁束が流れる。

そして、ロータティース３５内に入り込んだ磁束は、径方向内方に向けて流れ、その後、ロータコア３１の両軸方向に向けて流れる。

この際、ロータ３０の周方向に隣接するロータコア３１同士間には、隙間が形成されており、隣接するロータコア３１間で磁束が流れることが抑制されている。

そして、各ロータティース３４およびロータティース３６の径方向外方に位置する端面から、エアギャップを介して、各ステータティース５４およびステータティース５６の径方向内方に位置する端面Ｓ４および端面Ｓ６から分割ステータコア５１内に入り込む。

さらに、ステータ５０の周方向に隣接する分割ステータコア５１間には隙間が形成されているので、隣接する分割ステータコア５１間で磁束が漏れることが抑制されている。このように、１つの分割ステータコア５１と、この分割ステータコア５１に対して、ステータ５０の径方向内方側に対向する１つのロータコア３１との間で、磁束回路が形成され、他のロータコア３１や分割ステータコア５１に磁束が漏れることが抑制されている。

なお、分割ステータコア５１の表面のうち、ステータ５０の周方向に配列する側面は、隣り合う分割ステータコア５１の側面と対向するように配置されているが、各側面同士は、平坦面とされており、互いに近接するように突出する部分がなく、分割ステータコア５１の側面間で磁束が流れ難くなっている。

このように、本実施の形態に係る回転電機１０においては、磁束がロータ３０およびステータ５０の周方向に流れないようになっている。その一方で、従来の回転電機においては、１つのコイルによって生じた磁束は、エアギャップを介してステータ側からロータ側に流れ、ロータ内を周方向に流れ、その後、エアギャップを介してステータに戻り、さらに、ステータ内を周方向に流れ、再度元の位置に戻るような経路をたどる。

このように、従来の回転電機のように磁束が流れる過程においては、ロータからステータに戻る際に、負トルクが生じやすく、回転電機の高トルク化が図り難くなっているが、本実施の形態に係る回転電機１０においては、磁束は、ステータ５０およびロータ３０の径方向および軸方向に流れ、磁束が流れる過程において、負トルクが生じ難くなっている。さらに、本実施の形態に係る回転電機１０において、磁束は、複数のロータコア３１および分割ステータコア５１に亘って、周方向に流れ難くなっており、ロータ３０およびステータ５０の径方向および中心軸方向に流れ、磁束回路の経路長が短く抑えられている。これにより、磁気抵抗の低減を図ることができ、多くの磁束を通すことができ、回転電機１０の高トルク化を図ることができる。

さらに、各分割ステータコア５１、各ロータコア３１は、たとえば、圧粉磁心によって形成され、磁気抵抗の低減が図られている。なお、分割ステータコア５１およびロータコア３１は、いずれも、複数の電磁鋼板を積層して構成してもよく、この場合には、各ロータ３０およびステータ５０の周方向に複数の電磁鋼板を積層するように構成する。このように電磁鋼板を積層することで、ロータコア３１および分割ステータコア５１の径方向および軸方向または中心軸方向の磁気抵抗が高くなることを抑制することができ、本実施の形態に係る回転電機１０における磁気回路の磁気抵抗が高くなることを抑制することができる。

そして、回転電機１０において、上記のような磁束回路が形成されると、この形成された磁束回路の経路長が短くなるように、ロータ３０が回転する。そして、励磁するコイルが順次移ることで、順次ロータ３０が引きつけられ、ロータ３０が回転する。

そして、コイル５３が巻回されたステータティース５５内を通る磁束量は、ステータティース５４内またはステータティース５６内を通る磁束量よりも多く、端面Ｓ５における磁束密度は、端面Ｓ４および端面Ｓ６における磁束密度よりも高くなっている。

図６は、上記のように構成された分割ステータコア５１の斜視図である。この図６に示すように、ステータティース５５におけるステータ５０の周方向の幅ｔ３は、ステータティース５４およびステータティース５６のうち、当該ステータティース５５に対して、ステータ５０の中心軸方向に対応する部分におけるステータ５０の周方向の幅ｔ１および幅ｔ５よりも大きくなっている。

このため、ステータ５０の周方向に隣り合う分割ステータコア５１同士において、ステータティース５５同士間の距離は、ステータティース５４同士間の距離およびステータティース５６同士間の距離よりも大きくなっている。このため、ステータ５０の周方向に隣り合うステータティース５５間で、磁束が漏れることを抑制することができ、回転電機１０の高トルク化を図ることができる。なお、この図６に示す例においては、ステータティース５５の端面Ｓ５と、ステータティース５４およびステータティース５６の端面Ｓ４および端面Ｓ６の周方向の幅を比較している。

ステータティース５４の端面Ｓ４およびステータティース５６の端面Ｓ５における磁束密度は、ステータティース５５の端面Ｓ５における磁束密度よりも小さいので、周方向に隣り合うステータティース５４同士およびステータティース５６同士間で磁束は漏れ難くなっている。なお、ステータティース５４およびステータティース５６は、互いにステータティース５５を中心として対称的に形成されており、いずれか一方の磁束密度が高くなる等の磁束密度の偏りが生じることが抑制されている。

ステータティース５５の端面Ｓ５において、ステータ５０の中心軸方向の高さｔ４は、周方向の幅ｔ３よりも長く形成されており、端面Ｓ５の面積は確保されている。これにより、磁束密度が高くなりすぎず、磁束が飽和することが抑制されている。端面Ｓ５の面積は、端面Ｓ４の面積および端面Ｓ６の面積の合計よりも広く形成されており、端面Ｓ５にて磁束が飽和することが抑制されている。

なお、ステータティース５４，５６の端面Ｓ４，Ｓ５において、ステータ５０の周方向の幅ｔ１，ｔ５は、高さｔ２，ｔ６よりも長く形成されている。これにより、端面Ｓ４，Ｓ５の面積が確保され、端面Ｓ４，Ｓ５において磁束密度が高くなることが抑制されている。そして、ステータティース５４の端面Ｓ４の高さｔ２は、ステータティース５５の端面Ｓ５の高さｔ４よりも低く、回転電機１０の軸方向の長さを低減することができ、回転電機１０のコンパクト化を図ることができる。

図５に示すように、ロータティース３５において、ロータ３０の周方向の幅は、ロータティース３４およびロータティース３６のうち、当該ロータティース３５に対してロータ３０の軸方向に対応する部分におけるロータ３０の周方向の幅よりも小さくされている。これにより、周方向に隣り合うロータティース３５同士間で磁束が漏れることが抑制されている。さらに、ロータティース３５におけるロータ３０の軸方向の高さは、ロータティース３５におけるロータ３０の周方向の幅よりも大きく形成されている。これにより、ロータティース３５内における磁束の流通面積を確保することができ、ロータティース３５内で磁束が飽和することを抑制することができる。さらに、ロータティース３５の径方向外方側に位置する端面に面積は、ロータコア３１の径方向外方側の端面の面積とロータティース３６の径方向外方側の端面の面積の合計よりも大きくなっている。このため、このロータコア３１において、磁束が飽和するなどの弊害を抑制することができる。

さらに、ステータティース５４の端面とロータティース３４の端面とは、略同一形、同一面積とされており、また、ステータティース５５の端面とロータティース３５の端面とも互いに略同一面積および同一形状とされている。そして、ステータティース５６の端面とロータティース３６の端面も、互いに略同一形状および同一面積とされている。

このため、ロータコア３１においても、磁束密度が過剰に高い部分が生じたり、磁束が飽和する部分が生じたりすることを抑制することができる。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。さらに、上記数値などは、例示であり、上記数値および範囲にかぎられない。

本発明は、回転電機に関し、特に複数の分割ステータコアを備えた回転電機に好適である。

本発明の実施の形態に係る回転電機の側断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。 各ステータティース、各ロータティースとが対向している状態における分割ステータコアおよびロータコアの斜視図である。 分割ステータコアの斜視図である。

符号の説明

１０ 回転電機、２０ 回転軸、３０ ロータ、３１ ロータコア、３２ ロータエンドプレート、３４，３５，３６ ロータティース、５０ ステータ、５１ ステータコア、５２ ステータエンドプレート、５３ コイル、５４，５５，５６ ステータティース、ｔ１，ｔ３，ｔ５ 幅、ｔ２，ｔ４，ｔ６ 高さ、Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６ 端面。

Claims (5)

1. 回転可能に支持された回転軸と、
   前記回転軸に固設されたロータと、
   前記ロータの周囲を取り囲むように環状に形成されたステータとを備え、
   前記ステータは、間隔を空けて環状配置された複数の分割ステータコアと、該分割ステータコアに巻回されたコイルとを含み、
   前記分割ステータコアは、前記ステータの径方向内方に向けて突出し、前記コイルが巻回された第１ステータティースと、該第１ステータティースに対して前記ステータの中心軸方向に間隔を隔てて形成され、径方向内方に突出する第２ステータティースと、前記第１ステータティースに対して前記第２ステータティースと反対側に間隔を隔てて形成され、前記径方向内方に向けて突出する第３ステータティースとを含み、
   前記第１ステータティースにおける前記ステータの周方向の幅は、前記第２および第３ステータティースのうち、前記第１ステータティースに対して、前記中心軸方向に対応する部分における前記ステータの周方向の幅よりも小さい、回転電機。
2. 前記第１ステータティースにおける前記ステータの中心軸方向の高さは、前記第１ステータティースの前記幅よりも長く形成された、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記第１ステータティースの端面の面積は、前記第２ステータティースの端面と前記第３ステータティースの端面の合計面積よりも大きくされた、請求項１または請求項２に記載の回転電機。
4. 前記第１ステータティースにおける前記ステータの中心軸方向の高さは、前記第２および前記第３ステータティースにおける前記ステータの中心軸方向の高さよりも高い、請求項１から請求項３のいずれかに記載の回転電機。
5. 前記ロータは、前記回転軸の周面に間隔を隔てて環状に複数配置されたロータコアを含み、
   前記ロータコアは、該ロータコアの外周面から前記ロータの径方向外方に向けて突出する第１ロータティースと、
   前記第１ロータティースに対して、前記ロータの軸方向に間隔を隔てて形成され、前記ロータコアの外周面から前記ロータの径方向外方に向けて突出する第２ロータティースと、
   前記第１ロータティースに対して、前記第２ロータティースと反対側に間隔を隔てて形成され、前記ロータコアの外周面から前記ロータの径方向外方に向けて突出する第３ロータティースとを含み、
   前記第１ロータティースにおける前記ロータの周方向の幅は、前記第２および前記第３ロータティースのうち、前記第１ロータティースに対して前記ロータの軸方向に対応する部分に位置する部分における前記ロータの周方向の幅よりも小さい、請求項１から請求項４のいずれかに記載の回転電機。

Images