(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸と、該軸に取り付けられて外周に複数の磁極を周方向に配列してなる永久磁石と、該永久磁石とエアーギャップを介して対向した位置に配置された複数の巻線とを備え、
前記巻線は、他の巻線とは異なる位相を有する電圧が誘起されるものであり、前記軸の方向に延在する一対の軸方向延在部と、前記軸に対して周方向に配置されるとともに前記軸方向延在部の端部のそれぞれにつながる一対の連結部で構成され、
前記連結部は、前記軸の半径方向の幅が最短の長さを有する電線束からなる連結電線束
を備え、
前記連結電線束は、前記軸の半径方向において、前記連結電線束の幅が前記軸方向延在
部の幅よりも短くなるように設定され、
前記連結電線束は、前記連結電線束の長手方向における単位長さあたりの外側表面積が前記軸方向延在部の外側表面積よりも大きくなるように設定されている回転電機。
【請求項２】
前記連結電線束は、前記軸の半径方向において、前記連結電線束の電線数が前記軸方向延在部の電線数よりも少なくなるように設定されている請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記連結電線束は、前記軸の半径方向において、前記連結電線束の電線数が一つとなるように設定されている請求項２に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータまたは発電機とされる回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転電機において、巻線を備えたステータの内部に永久磁石を配設したロータを備えるモータが知られている（特許文献１）。
【０００３】
このようなモータは、回転子側磁極ピッチと固定子側巻線ピッチがほぼ等しい、いわゆる全節巻で構成され、巻線に鎖交する磁束が最大となるため、高いトルクを得ることができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−８８０７８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のモータは、磁極歯間のスロットに複数の磁極歯を跨いで巻線が施され、施された巻線の一部と半径方向に重なるように隣接する相の巻線が配置されている。そのため、各相の巻線の一部が半径方向に並んで配置される分だけモータの直径が大きくなってしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、各相の巻線の半径方向の厚みを薄くして小型することができる回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
【０００８】
本発明は、軸と、該軸に取り付けられて外周に複数の磁極を周方向に配列してなる永久磁石と、該永久磁石とエアーギャップを介して対向した位置に配置された複数の巻線とを備え、巻線は、他の巻線とは異なる位相を有する電圧が誘起されるものであり、軸の方向に延在する一対の軸方向延在部と、軸に対して周方向に配置されるとともに軸方向延在部の端部のそれぞれにつながる一対の連結部で構成され、連結部は、軸の半径方向の幅が最短の長さを有する電線束からなる連結電線束を備え、連結電線束は、軸の半径方向において、連結電線束の幅が軸方向延在部の幅よりも短くなるように設定されている回転電機を提供する。
【０００９】
本発明によれば、隣接する巻線の重なり部半径方向寸法が、軸方向延在部よりも小さくなるように設定されているため、ステータの径方向の寸法を小さくすることができる。したがって、回転電機の小型化を図ることができる。
【００１０】
上記発明においては、連結電線束は、連結電線束の外側表面積が軸方向延在部の外側表面積よりも大きくなるように設定されていることとしてもよい。
【００１１】
このような構成によれば、連結部の少なくとも一つの隣接する巻線との重なり部の表面積が、軸方向延在部のいずれの表面積よりも大きくなるように設定されているため、連結部の重なり部は通電によって発熱する巻線の放熱する面積を大きくすることができる。
【００１２】
この回転電機は、連結部の巻線どうしの重なり部の表面積が大きくなるように設定されて、連結部の巻線どうしの重なり部が軸に対向して周方向に配置されているため、軸の回転に伴う空気の流れにより巻線の温度上昇を抑制することができる。そのため、電線の電流密度が高くなるよう電線の直径を小さくすることができ、ステータの径方向寸法を小さくするこができる。したがって、回転電機の小型化を図ることができる。
【００１３】
また、上記発明においては、軸方向延在部が永久磁石の一つの磁極の幅とほぼ等しい間隔に設定されていることとしてもよい。
【００１４】
このような構成によれば、巻線に鎖交する磁石磁束を最大限に利用することができる。したがって、巻線抵抗を小さくして回転電機の効率を向上させることができる。なお、連結電線束は、軸の半径方向において、連結電線束の電線数が軸方向延在部の電線数よりも少なくなるように設定されていてもよい。連結電線束は、軸の半径方向において、連結電線束の電線数が一つとなるように設定されていてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、各相の巻線の半径方向の厚みを薄くして小型することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る回転電機を示す斜視図である。
【図２】図１の回転電機の正面図である。
【図３】図１の回転電機の側面断面図である。
【図４】巻線を平面状に展開した平面図である。
【図５】巻線の表面積を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係る回転電機１について、図面を参照して説明する。
【００１８】
本実施形態に係る回転電機１は、３つの巻線を持つ３相の回転電機である。この回転電機１は、図１、図２および図３に示すように、内側に向けて突出する歯部を有する円筒状の鉄芯１０と、隣接する２つの歯部１２の間に形成されたスロット１１に挿入された巻線２０、２１、２２と、巻線が鉄芯の内側へ倒れ込むのを防止するくさび３と、鉄芯１０の内部に配設されたロータ５とを備えている。
【００１９】
ロータ５は、図１、図２および図３に示すように、円筒状の軸１５と、軸１５の外周面に取りつけられた、２分割されたリング状の永久磁石１６、１７とで構成されており、ロータ５が回転することによって、巻線に誘導起電力が発生するように構成されている。ここで、永久磁石１６、１７の代わりに、周方向に複数の磁極が配列された１個のリング状永久磁石で構成することもできる。
【００２０】
なお、永久磁石１６、１７は、それぞれの磁石どうしの極性が反対となるように、軸の外周に取りつけられている。そのため、１磁極の占める角は１８０°となっている。
【００２１】
巻線２０、２１、２２は、他の巻線とは異なる位相を有する電圧が印加（誘起）されるものである。巻線２０、２１、２２は、軸の方向に延在する一対の軸方向延在部２０ａ、２１ａ、２２ａと、軸方向延在部を連結する一対の連結部２０ｂ、２１ｂ、２２ｂとで構成される。一対の軸方向延在部２０ａ、２１ａ、２２ａは、永久磁石１６、１７とほぼ同じ長さで軸方向に延在しており、対になる軸方向延在部は１８０°対角する位置のスロット１１に挿入されている。一対の連結部２０ｂ、２１ｂ、２２ｂは、一対の軸方向延在部のそれぞれの端部と連結して、永久磁石１６、１７の軸方向外側に、軸と対向するように周方向に配置されている。
【００２２】
なお、巻線２０、２１、２２は、端部において端子（図示せず）に結線接続されている。
【００２３】
以下に巻線２０、２１、２２について詳細に説明する。図２に示すように、巻線２０、２１、２２は、軸１５の半径方向の幅ｄＡが最短の長さを有する電線束からなる連結電線束Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃを備える。連結電線束Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃは、軸１５の半径方向において、連結電線束Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃの幅ｄＡが軸方向延在部２０ａ、２１ａ、２２ａの幅ｄＢよりも短くなるように設定されている。この点について更に図４を用いながら説明する。
【００２４】
図４は、巻線２０、２１、２２を平面状に展開した平面図である。巻線２０、２１、２２がそれぞれに対応するスロット１１などに組み込まれている場合には、巻線２０、２１、２２は所定方向に折り曲げられた状態になっている。本実施形態では、本発明の説明を容易にするために、図４では巻線２０、２１、２２が折り曲げられていない展開状態を示している。
【００２５】
図４に示すように本実施形態において、巻線２０、２１、２２は、電線を６周回巻回されている。連結部２０ｂ、２１ｂ、２２ｂの隣接する巻線との重なり部に相当する位置に連結電線束Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃが存在している。連結電線束Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃは、断面Ａ−Ａに示すとおり、電線が半径方向一列、軸方向６列に並んで配置され、軸方向延在部２０ａ、２１ａ、２２ａは、断面Ｂ−Ｂに示すとおり、電線が半径方向３列、周方向２列に並んで配置されている。断面Ａ−Ａは電線が半径方向に１列で、断面Ｂ−Ｂは３列に並んで配置されているため、断面Ａ−Ａの方が断面Ｂ−Ｂよりも半径方向寸法が小さくなっている。これにより、連結電線束Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃは、軸１５の半径方向において、連結電線束Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃの幅ｄＡが軸方向延在部２０ａ、２１ａ、２２ａの幅ｄＢよりも短くなるように設定されることになる。なお、連結電線束Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃは、軸１５の半径方向において、連結電線束Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃの電線数が軸方向延在部２０ａ、２１ａ、２２ａの電線数よりも少なくなるように設定されていてもよい。
【００２６】
図５は、図４の連結部２０ｂ、２１ｂ、２２ｂの隣接する巻線との重なり部に相当する位置の断面Ａ−Ａ、つまり連結電線束Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃの断面と、軸方向延在部２０ａ、２１ａ、２２ａの断面Ｂ−Ｂにおける巻線の外側表面積を説明するための図である。電線の長手方向単位長さにおける巻線の外側表面積は、断面Ａ−Ａと断面Ｂ−Ｂともに、電線断面の輪郭を結んだ輪郭の長さに電線の長手方向単位長さを乗じた面積と定義することができる。電線直径をｄとすると、断面Ａ−Ａの電線断面の輪郭を結んだ輪郭の長さは６πｄとなり、断面Ｂ−Ｂは４πｄであるため、電線の長手方向単位長さにおける巻線の外側表面積は断面Ａ−Ａの方が断面Ｂ−Ｂよりも大きいことになる。
【００２７】
ここで、歯部１２が複数備えられているため、それらの間には空隙であるスロット１１が形成されることになる。そのスロット１１のそれぞれに軸方向延在部２０ａ、２１ａ、２２ａが備えられることにより、回転電機１内の空スペースを利用して巻線の軸方向の部分を適切に束ねることができる。
【００２８】
一方、軸方向延在部２０ａ、２１ａ、２２ａの端部は、スロット１１のそれぞれから出ている部分であり、連結部２０ｂ、２１ｂ、２２ｂが連結される部分である。これにより、軸方向延在部２０ａ、２１ａ、２２ａがスロット１１のそれぞれに上手く収容されたとしても、そのスロット１１のそれぞれから出ている軸方向延在部２０ａ、２１ａ、２２ａの端部は、連結部２０ｂ、２１ｂ、２２ｂと連結されるため、軸１５の半径方向に大きく飛び出す場合がある。これにより、軸方向延在部２０ａ、２１ａ、２２ａ及び連結部２０ｂ、２１ｂ、２２ｂにおける電線配列によっては回転電機１の全体を小型化することができない場合がある。
【００２９】
本実施形態において、連結部２０ｂ、２１ｂ、２２ｂの半径方向の幅において最短の幅を有する連結電線束Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃは、連結電線束Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃの幅が軸方向延在部２０ａ、２１ａ、２２ａの幅よりも短くなるように設定されている。これにより、連結部２０ｂ、２１ｂ、２２ｂが軸１５の半径方向に大きく飛び出さないようにすることができるとともに、回転電機１内の空スペースを利用して巻線の軸方向の部分を適切に束ねることができるため、回転電機１の全体を小型化することができる。
【００３０】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００３１】
例えば、上記実施形態においては、円筒状の鉄芯１０のスロット１１に挿入された巻線を例示して説明したが、スロットレスの環状ヨークに挿入された巻線であってもよいし、ヨークを用いない巻線でもよい。また、巻線２０、２１、２２は、電線を６周回巻回して形成され、連結部２０ｂ、２１ｂ、２２ｂの隣接する巻線との重なり部は、半径方向一列、軸方向６列に並んで配置され、軸方向延在部２０ａ、２１ａ、２２ａは、半径方向３列、周方向２列に並んで配置されていることとしたが、巻数や電線の並び方はこれに限定されるものではない。
【００３２】
なお、連結部２０ｂ、２１ｂ、２２ｂ（連結電線束Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ）の状態を保持する保持手段（図示せず）が備えられていてもよい。保持手段には、バンドや、電線束を収容するとともに弾性変形可能な収容部などが挙げられる。これにより、連結部２０ｂ、２１ｂ、２２ｂ（連結電線束Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ）の電線束の型崩れを防止することができ、回転電機１をより確実に小型化することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１    回転電機
３    くさび
５    ロータ
１０    鉄芯
１５    軸
１６，１７    永久磁石
２０，２１，２２，    巻線
２０ａ，２１ａ，２２ａ    軸方向延在部
２０ｂ，２１ｂ，２２ｂ    連結部
【図１】
0005468850.tif 000002
【図２】
0005468850.tif 000003
【図３】
0005468850.tif 000004
【図４】
0005468850.tif 000005
【図５】
0005468850.tif 000006