JP5573756B2 - 回転電機 - Google Patents
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2重ロータ型として、従来、ステータの径方向外側に2つのロータを有するものや、ステータの径方向内側外側にそれぞれ1つのロータを有するものがある(特許文献1、2参照)。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、2重ロータ型回転電機が小型化できる構造を提供することを目的とする。
請求項1に記載の回転電機は、径方向に突出する径方向ティースと軸方向に突出する軸方向ティースとを有するステータコア、およびステータコアに巻装されるステータコイルを具備するステータを備える。
また、回転電機は、径方向ティースと対向する径方向極を有する第1のロータと、軸方向ティースと対向する軸方向極を有する第2のロータを備える。
すなわち、第1のロータの突極と第2のロータの突極とが交差することで、交差させずに配置する場合よりも、省スペースにて2つのロータを配置することができる。
請求項2に記載の回転電機によれば、第1のロータは、径方向に突出する2つの脚を有する略コの字型のセグメントを周方向に複数並べることにより形成され、第2のロータは、軸方向に突出する2つの脚を有する略コの字型のセグメントを周方向に複数並べることにより形成されている。
これによれば、ロータを容易に製造することができる。
請求項3及び4に記載の回転電機によれば、周方向において、径方向極同士の間に、軸方向極が配置される。
本手段は、ロータの一実施態様を示すものである。
これによれば、第1のロータの極と第2のロータの極とが周方向に交互に並ぶことになる。
請求項5及び6に記載の回転電機によれば、ステータコアは、軸方向に突出する軸方向突出部と、径方向に突出する径方向突出部とを有している。
軸方向突出部は、径方向突出部の突出方向に突出する径方向ティースを有しており、径方向突出部は、軸方向突出部の突出方向に突出する軸方向ティースを有している。
本手段は、ステータの一実施態様を示すものである。
請求項7に記載の回転電機によれば、径方向ティース間に形成されるスロットである径方向スロットと、軸方向ティース間に形成されるスロットである軸方向スロットとは、周方向において同じ位置にあり、径方向スロットと軸方向スロットとは径方向に連通して、径方向において連続してステータコイルが配される連通スロットを形成している。
本手段は、ステータの一実施態様を示すものである。
請求項8及び9の記載の回転電機によれば、ステータコイルは多相コイルであって、各相コイルを構成する導線は、連通スロットに収容される収容部と、連通スロットから突出するコイルエンド部とを交互に有するように周方向に波状に巻かれており、径方向スロットに配される導線部分が、第1のロータに作用するステータコイルをなし、軸方向スロットに配される導線部分が、第2のロータに作用するステータコイルをなしている。
請求項10〜12に記載の回転電機によれば、径方向ティース及び軸方向ティースのうち、径方向外側に配される側のティースに巻回される導線は、スロット内において2列で積層される2列配置で配置され、径方向内側に配される側のティースに巻回される導線は、スロット内において1列で積層される1列配置で配置される。
これによれば、径方向外側のスロットでは2列配置とするため、巻線の層方向への高さが小さくなる。すなわち、径方向外側のティースが軸方向ティースであれば、軸方向への巻線高さが小さくなる。また、径方向外側のティースが径方向ティースであれば、径方向への巻線高さが小さくなる。
〔実施例1の構成〕
実施例1の回転電機1の構成を、図1〜図3を用いて説明する。
実施例1の回転電機1は、アウターロータ型の3相交流モータであって、回転磁界を形成するステータ2と、ステータ2の外周側に配されて回転磁界によって回転可能なロータ3とを備える。
軸方向積層体8は、複数枚の電磁鋼板シートを積層してなる第1積層部10と、第1積層部10の軸方向一端側で第1積層部10よりも径大の電磁鋼板シートを複数枚積層してなる第2積層部11とを有する。なお、第1積層部10の積層数の方が、第2積層部11の積層数よりも大きい。
径方向ティース13は、周方向に複数個並んで設けられており、隣合う径方向ティース13同士とバックヨーク14とで囲われる空間が、スロット(以下、径方向スロット15と呼ぶ)となっている。
なお、本実施例では、周方向等間隔に42個の径方向スロット15が形成されている。
すなわち、径方向突出部6bには、軸方向に貫通する孔19が周方向に等間隔に複数個形成されており、この孔19にはそれぞれ、直方体形状を呈するピース20が挿入固定されている。なお、ピース20は、電磁鋼板シートを径方向に積層して形成された積層体である。
ピース20は、軸方向他端部が径方向突出部6bの軸方向一端面から突出するように孔19に配され、この突出した部分が軸方向ティース18をなしている。
なお、本実施例では、周方向等間隔に42個の軸方向スロット23が形成されている。そして、軸方向スロット23と径方向スロット15とは、周方向において同じ位置に存在しており、軸方向スロット23と径方向スロット15とは径方向に連通している。
径方向ロータ3Aおよび軸方向ロータ3Bはともにリング状を呈しており、径方向ロータ3Aと軸方向ロータ3Bとが同心状に配されている。
本実施例では、14個のセグメント25によって、14個の径方向突極24が形成されている。
本実施例では、14個のセグメント31によって、14個の軸方向突極30が形成されている。
そして、これにより、周方向において径方向突極24同士の間に、軸方向突極30が配置される。なお、周方向において、径方向突極24は、軸方向突極30同士の真ん中に配置され、径方向突極24と軸方向突極30とは周方向に電気角で180°ずれていることになる。
ここで、1つのU相コイル7Uを例にとって具体的に説明する。
また、V相コイル、W相コイルも、U相コイル7Uと同様の要領でステータコア6に巻かれる。
なお、本実施例では、図3に示すように、径方向スロット15では導線36が1列で径方向に積層され、軸方向スロット23では導線36が1列で軸方向に積層されている。導線36は、図3のように、平角線であってもよいし、断面円形の導線や導体セグメントであってもよい。
実施例1の回転電機1は、径方向ティース13と軸方向ティース18とを有するステータコア6と、ステータコア6に巻装されるステータコイル7とを具備するステータを備える。
また、径方向ティース13と対向する径方向突極24を有する径方向ロータ3Aと、軸方向ティース18と対向する軸方向突極30を有する軸方向ロータ3Bを備える。
これによれば、ロータを容易に製造することができる。
すなわち、周方向からみると、セグメント25の脚25aとセグメント31の脚31aとは交差しており、このため、径方向突極24と軸方向突極30は交差して配されている。
これによれば、2つのロータ3A、3Bの突極24、30を交差させずに配置する場合よりも、省スペースにて2つのロータ3A、3Bを配置することができる。従って、回転電機1の小型化ができる。
そして、径方向スロット15に配される導線部分が、径方向ロータ3Aに作用するステータコイル7をなし、軸方向スロット23に配される導線部分が、軸方向ロータ3Bに作用するステータコイル7をなしている。
また、本実施例では、ステータコイル7が3相コイルであって、径方向突極24と軸方向突極30とが電気角で180°ずれるように周方向に交互に並んでいるため、本実施例のように波状の巻き方で各相コイルを形成するならば、径方向ロータ3Aと軸方向ロータ3Bとは同じタイミングで同じ方向に回転する3相交流モータが構成される。
〔実施例2の構成〕
実施例2の回転電機1の構成を、実施例1とは異なる点を中心に、1つのU相コイル7Uを例にとって、図を用いて説明する。
本実施例では、軸方向ティース18に巻回される導線36の部分は、軸方向スロット23で周方向に2列で軸方向に並ぶ2列配置で配置されており、径方向ティース13に巻回される導線36の部分は、径方向スロット15で周方向に2列で径方向に並ぶ2列配置で配置されている。
径方向外側に配されるティース(本実施例では軸方向ティース18)と径方向内側に配されるティース(本実施例では径方向ティース13)との数が同じである場合、径方向外側に配されるティース間隔の方が周方向に大きくなる。すなわち、スロットの周方向幅が大きくなる。このため、本実施例では、径方向外側に配される側のティースに巻回される導線36は、スロット内で2列配置とし、径方向内側に配される側のティースに巻回される導線36は、スロット内で1列配置として配置としている。
具体的には、実施例1のような1列配置にする場合と比べて、軸方向の巻線高さhが半分になる(図1、4参照)。
本発明の実施態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、回転電機は3相交流モータであったが、本発明は、様々な電動機、発電機、およびモータジェネレータとして適用可能である。
また、実施例1、2では、アウターロータ型の3相交流モータであったが、インナーロータ型でもよい。
また、各セグメント25、31内に永久磁石40を埋め込んでもよい(図5参照)。
なお、この永久磁石50は径方向突出片3k及び軸方向突出片3jのそれぞれに埋め込まれていてもよい。
2 ステータ
3 ロータ
3A 径方向ロータ
3B 軸方向ロータ
6 ステータコア
6a 軸方向突出部
6b 径方向突出部
7 ステータコイル
13 径方向ティース
15 径方向スロット
18 軸方向ティース
23 軸方向スロット
24 径方向突極
25 セグメント
25a 脚
30 軸方向突極
31 セグメント
31a 脚
7U U相コイル
35 連通スロット
36 導線
Claims (12)
- 径方向に突出する径方向ティースと軸方向に突出する軸方向ティースとを有するステータコア、およびこのステータコアに巻装されるステータコイルを具備するステータと、
前記径方向ティースと対向する径方向極を有する第1のロータと、
前記軸方向ティースと対向する軸方向極を有する第2のロータとを備え、
前記径方向極は径方向に突出する突極として形成されており、
前記軸方向極は軸方向に突出する突極として形成されており、
周方向からみて、前記径方向極を形成する突極と前記軸方向極を形成する突極とは交差して配置されている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、
前記第1のロータは、径方向に突出する2つの脚を有する略コの字型のセグメントを周方向に複数並べることにより形成され、
前記第2のロータは、軸方向に突出する2つの脚を有する略コの字型のセグメントを周方向に複数並べることにより形成されていることを特徴とする回転電機。 - 請求項1または2に記載の回転電機において、
周方向において、前記径方向極同士の間に、前記軸方向極が配置されることを特徴とする回転電機。 - 径方向に突出する径方向ティースと軸方向に突出する軸方向ティースとを有するステータコア、およびこのステータコアに巻装されるステータコイルを具備するステータと、
前記径方向ティースと対向する径方向極を有する第1のロータと、
前記軸方向ティースと対向する軸方向極を有する第2のロータとを備え、
周方向において、前記径方向極同士の間に、前記軸方向極が配置されることを特徴とする回転電機。 - 径方向に突出する径方向ティースと軸方向に突出する軸方向ティースとを有するステータコア、およびこのステータコアに巻装されるステータコイルを具備するステータと、
前記径方向ティースと対向する径方向極を有する第1のロータと、
前記軸方向ティースと対向する軸方向極を有する第2のロータとを備え、
前記ステータコアは、軸方向に突出する軸方向突出部と、径方向に突出する径方向突出部とを有しており、
前記軸方向突出部は、前記径方向突出部の突出方向に突出する前記径方向ティースを有しており、
前記径方向突出部は、前記軸方向突出部の突出方向に突出する前記軸方向ティースを有していることを特徴とする回転電機。 - 請求項1〜4のいずれか1つに記載の回転電機において、
前記ステータコアは、軸方向に突出する軸方向突出部と、径方向に突出する径方向突出部とを有しており、
前記軸方向突出部は、前記径方向突出部の突出方向に突出する前記径方向ティースを有しており、
前記径方向突出部は、前記軸方向突出部の突出方向に突出する前記軸方向ティースを有していることを特徴とする回転電機。 - 請求項1〜6のいずれか1つに記載の回転電機において、
前記径方向ティース間に形成されるスロットである径方向スロットと、前記軸方向ティース間に形成されるスロットである軸方向スロットとは、周方向において同じ位置にあり、
前記径方向スロットと前記軸方向スロットとは径方向に連通して、径方向において連続して前記ステータコイルが配される連通スロットを形成していることを特徴とする回転電機。 - 請求項7に記載の回転電機において、
前記ステータコイルは多相コイルであって、
各相コイルを構成する導線は、前記連通スロットに収容される収容部と、前記連通スロットから突出するコイルエンド部とを交互に有するように周方向に波状に巻かれており、
前記径方向スロットに配される導線部分が、前記第1のロータに作用する前記ステータコイルをなし、
前記軸方向スロットに配される導線部分が、前記第2のロータに作用する前記ステータコイルをなしていることを特徴とする回転電機。 - 径方向に突出する径方向ティースと軸方向に突出する軸方向ティースとを有するステータコア、およびこのステータコアに巻装されるステータコイルを具備するステータと、
前記径方向ティースと対向する径方向極を有する第1のロータと、
前記軸方向ティースと対向する軸方向極を有する第2のロータとを備え、
前記径方向ティース間に形成されるスロットである径方向スロットと、前記軸方向ティース間に形成されるスロットである軸方向スロットとは、周方向において同じ位置にあり、
前記径方向スロットと前記軸方向スロットとは径方向に連通して、径方向において連続して前記ステータコイルが配される連通スロットを形成しており、
前記ステータコイルは多相コイルであって、
各相コイルを構成する導線は、前記連通スロットに収容される収容部と、前記連通スロットから突出するコイルエンド部とを交互に有するように周方向に波状に巻かれており、
前記径方向スロットに配される導線部分が、前記第1のロータに作用する前記ステータコイルをなし、
前記軸方向スロットに配される導線部分が、前記第2のロータに作用する前記ステータコイルをなしていることを特徴とする回転電機。 - 請求項1〜9のいずれか1つに記載の回転電機において、
前記径方向ティース及び前記軸方向ティースのうち、
径方向外側に配される側のティースに巻回される導線は、スロット内において2列で積層される2列配置で配置され、
径方向内側に配される側のティースに巻回される導線は、スロット内において1列で積層される1列配置で配置されていることを特徴とする回転電機。 - 径方向に突出する径方向ティースと軸方向に突出する軸方向ティースとを有するステータコア、およびこのステータコアに巻装されるステータコイルを具備するステータと、
前記径方向ティースと対向する径方向極を有する第1のロータと、
前記軸方向ティースと対向する軸方向極を有する第2のロータとを備え、
前記径方向ティース及び前記軸方向ティースのうち、
径方向外側に配される側のティースに巻回される導線は、スロット内において2列で積層される2列配置で配置され、
径方向内側に配される側のティースに巻回される導線は、スロット内において1列で積層される1列配置で配置されていることを特徴とする回転電機。 - 請求項11に記載の回転電機において、
前記径方向ティース間に形成されるスロットである径方向スロットと、前記軸方向ティース間に形成されるスロットである軸方向スロットとは、周方向において同じ位置にあり、
前記径方向スロットと前記軸方向スロットとは径方向に連通して、径方向において連続して前記ステータコイルが配される連通スロットを形成していることを特徴とする回転電機。
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