(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、隣り合ったステータピースは、アウターロータ側ヨーク間において空隙部を有し、インナーロータ側ヨーク間において接触部と空隙部とを有する特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、隣り合った前記ステータピースのインナーロータ側ヨーク間の接触部と空隙部は、接触部を空隙部よりもアウターロータ側に配置したことを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機において、前記ステータピースのインナーロータ側ヨークにおける空隙部に挟まれた部分の円周方向長さが、前記ステータピースのコイルエリアに挟まれた部分の円周方向長さ以上になるように決定されることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１に記載の回転電機において、前記ステータピースのインナーロータ側ヨークにおいて、インナーロータ寄り、アウターロータ寄りに２つの前記接触部を持ち、これらの接触部の中間に前記空隙部を持つことを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項４に記載の回転電機において、前記ステータピースのインナーロータ側ヨークにおける空隙部に挟まれた部分の円周方向長さが、前記ステータピースのコイルエリアに挟まれた部分の円周方向長さ以上になるように決定されることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項４に記載の回転電機において、前記空隙部は、円状であり、内部をステータ締結用の非磁性材からなるボルトが通過することを特徴とする回転電機。
【請求項７】
請求項１に記載の回転電機において、隣り合った前記ステータピースのインナーロータ側ヨーク間において、インナーロータ側、アウターロータ側に２つの前記空隙部を持ち、その中間に前記接触部を持つことを特徴とする回転電機。
【請求項８】
請求項７に記載の回転電機において、前記ステータピースのインナーロータ側ヨークにおける空隙部に挟まれた部分の円周方向長さが、前記ステータピースのコイルエリアに挟まれた部分の円周方向長さ以上になるように決定されることを特徴とする回転電機。
【請求項９】
請求項７に記載の回転電機において、前記接触部中央にステータ締結用のボルト穴を設け、そのボルト穴内に磁性材のボルトを通すことを特徴とする回転電機。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の回転電機において、隣り合う前記ステータピースが前記接触部において一体となっていることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【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】
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１１−３５６０１５号公報に記載のものが提案されている。
【０００３】
これは、同一の軸上で極数の異なる２つのロータを１つのステータの内側と外側にそれぞれ配置すると共に、前記ステータに単一のコイルを形成し、この単一のコイルに前記ロータの数と同数の回転磁場が発生するように複合電流を流すようにしたものであり、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１０に示すようなものが考えられている。
【０００４】
図９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に挿入された磁性体の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。１つしかロータを持たない回転電機においては、ステータピース間は結合されているのが通常であるが、２個のロータを複合電流で制御するためには、インナーロータの漏れ磁束を防ぐために、隣接するステータピースの間に間隙を設けなければならなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の回転電機におけるステータでは、回転電機の出力が大きくなると、個々のステータピースを動かそうとする力が働くため、すべてのステータピースを固定するために、ブラケットとステータコア間の要求面圧が高くなり、ボルトの締め付けトルクが大きくなるためにボルトの径を太くしなければならないという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するために、ボルトの径を太くせずにステータコアの保持が可能なステータ構造を有する回転電機を提供することを目的とする。
【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、隣り合ったステータピースは、アウターロータ側ヨーク間において空隙部を有し、インナーロータ側ヨーク間において接触部と空隙部とを有する特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の第２発明は、第１発明において、隣り合った前記ステータピースのインナーロータ側ヨーク間の接触部と空隙部は、接触部を空隙部よりもアウターロータ側に配置したことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の第３発明は、第２発明において、前記ステータピースのインナーロータ側ヨークにおける空隙部に挟まれた部分の円周方向長さが、前記ステータピースのコイルエリアに挟まれた部分の円周方向長さ以上になるように決定されることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の第４発明は、第１発明において、前記ステータピースのインナーロータ側ヨークにおいて、インナーロータ寄り、アウターロータ寄りに２つの前記接触部を持ち、これらの接触部の中間に前記空隙部を持つことを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の第５発明は、第４発明において、前記ステータピースのインナーロータ側ヨークにおける空隙部に挟まれた部分の円周方向長さが、前記ステータピースのコイルエリアに挟まれた部分の円周方向長さ以上になるように決定されることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の第６発明は、第４発明において、前記空隙部は、円状であり、内部をステータ締結用の非磁性材からなるボルトが通過することを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載の第７発明は、第１発明において、隣り合った前記ステータピースのインナーロータ側ヨーク間において、インナーロータ側、アウターロータ側に２つの前記空隙部を持ち、その中間に前記接触部を持つことを特徴とする。
【００１４】
請求項８に記載の第８発明は、第７発明において、前記ステータピースのインナーロータ側ヨークにおける空隙部に挟まれた部分の円周方向長さが、前記ステータピースのコイルエリアに挟まれた部分の円周方向長さ以上になるように決定されることを特徴とする。
【００１５】
請求項９に記載の第９発明は、第７発明において、前記接触部中央にステータ締結用のボルト穴を設け、そのボルト穴内に磁性材のボルトを通すことを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に記載の第１０発明は、第１ないし第９発明において、隣り合う前記ステータピースが前記接触部において一体となっていることを特徴とする。
【００１７】
【発明の効果】
第１発明によれば、隣接するステータピースのインナーロータ側ヨーク間に空隙部と接触部を設け、これらの位置と半径方向長さを適切に選択すれば、インナーロータから見た磁場抵抗Ｒｉと、アウターロータから見た磁場抵抗Ｒｏが適切になり、インナーロータの漏れ磁束を減少し、アウターロータの主磁束を通過させることができる。さらに、隣接するステータピースは接触部において接触しているために、従来の分離されていたステータコアと比べて周方向の剛性が増すために、回転電機のトルクが大きくなってもボルトの径を大きくせずにステータを保持することができる。
【００１８】
第２発明によれば、内側に（すなわちよりインナーロータ寄りに）空隙部、空隙部の外側に（すなわちよりアウターロータ寄りに）接触部を設けることで、ステータコアの剛性を増しつつ、インナーロータの漏れ磁束は空隙部によって妨げられ、アウターロータの主磁束は接触部を通過することができる。
【００１９】
ステータの有効断面積はステータピースの円周方向長さの一番小さい部分で決定されるため、第３発明によれば、円周方向長さの一番小さい部分は予め決まっているコイルエリアによって挟まれた部分になるためステータの有効断面積が減少せず、ステータの鎖交可能磁束数を減らすことなくステータコアの剛性を増すことができる。
【００２０】
第４発明によれば、ロータが発生するトルク反力を受けるステータピースのインナーロータ側先端において隣のステータピースと接触できるので、ステータ全体の剛性をさらに上げることができる。
【００２１】
ステータの有効断面積はステータピースの円周方向長さの一番小さい部分で決定されるため、第５発明によれば、円周方向長さの一番小さい部分は予め決まっているコイルエリアによって挟まれた部分になるためステータの有効断面積が減少せず、ステータの鎖交可能磁束数を減らすことなくステータコアの剛性を増すことができる。
【００２２】
第６発明によれば、空隙部内に非磁性体の締結用ボルトを通過させることにより、別途ボルト用の穴を設ける必要がなくなり、ステータコアの剛性を増しつつ、ステータの小型化が可能である。インナーロータの漏れ磁束を防ぐ空隙部の作用は、非磁性体ボルトによっては妨げられない。
【００２３】
第７発明によれば、インナーロータ側ヨークのインナーロータ側に設けられた空隙部により、インナーロータの漏れ磁束を防ぎ、アウターロータ側に設けられた空隙部により、ステータコイルの漏れ磁束を防ぎ、中間の接触部によりアウターロータの主磁束を通過させることができるので、ステータコアの剛性を増しつつ、漏れ磁束を防ぎながら両ロータのトルクを所望の値に設定することが可能である。また、アウターロータ側の空隙部は、コイルエリアと同一構成にしても同様な効果が得られる。
【００２４】
ステータの有効断面積はステータピースの円周方向長さの一番小さい部分で決定されるため、第８発明によれば、円周方向長さの一番小さい部分は予め決まっているコイルエリアによって挟まれた部分になるためステータの有効断面積が減少せず、ステータの鎖交可能磁束数を減らすことなくステータコアの剛性を増すことができる。
【００２５】
第９発明によれば、アウターロータの主磁束は結合部を通らなければならないが、ここにボルト穴を開けても磁性材のボルトがあることによってボルト内をアウターロータの主磁束が通過することができる。したがって結合部の長さをボルト穴分だけ延長する必要がなく、ステータコアの剛性を増しつつ、ステータの小型化が可能になる。
【００２６】
第１０発明によれば、ステータコアを、すべてのステータピースを結合した、ステータ鋼板の積層体として構成することができるため、周方向の剛性をより一層向上させることができる。
【００２７】
【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。すべての図面において、同じ参照符は同様の要素を示す。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。
【００２８】
図９の参照と共に説明したように、従来、２個のロータを複合電流で制御するためには、インナーロータの漏れ磁束を防ぐために、隣接するステータピースの間に間隙を設けなければならなかったため、ステータピースの固定に関する問題があった。ステータピースのコイルエリアよりインナーロータ側をすべて接触させてしまうと、インナーロータの漏れ磁束の問題が生じてしまうため、一部のみを接触させることで、ステータピースの固定に関する問題とインナーロータの漏れ磁束の問題の双方を解決したのが、本発明である。
【００２９】
図２は、本発明による回転電機の第１実施例における図１において示すステータコア２を軸方向からみた図である。ステータコア２は、円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は、複数枚のステータ鋼板を積層して形成される。図３は、図２の一部を拡大した図である。この図に示すように、各々のステータピースは、ボルト穴２４と、半径方向にコイルエリア２１を挟んで周方向に張り出したアウターロータ側ヨーク２７とインナーロータ側ヨーク２６とを有する。ボルト穴２４を通るボルトは、ステータピース２０とクリアランスなく配置される。インナーロータ側ヨーク２６において、空隙部２２と、隣のステータピースと接触する接触部２３とを設ける。インナーロータとアウターロータのトルク特性は、図３中のインナーロータ側ヨーク２６の半径方向長さａおよび空隙部２２の半径方向長さｃによって決定される。図４は、ｃと各ロータのトルクとの関係を示すグラフである。ｃを長くすれば、インナーロータ側のトルクが増え、ｃを短くすれば、アウターロータ側のトルクが増える。具体的には、ｃを長くすることで、インナーロータから見た空隙部の磁気抵抗Ｒｉが増え、インナーロータの漏れ磁束が低減し、ステータに効率よく鎖交することになり、インナーロータのトルクが増加する。また、アウターロータから見た磁気抵抗Ｒｏも、ｃを長くすることで増加する。Ｒｏが増えることで、アウターロータの鎖交磁束数が減少するので、アウターロータトルクは減少する。つまり、ａに対するｃの長さで両ロータのトルク、すなわち磁気抵抗を変化させ、両ロータのトルクを所望の値に設計できる。
【００３０】
また、空隙の半径方向長さｂを、空隙に挟まれる部分の半径方向長さｅがステータピース幅ｄに対してｄ≦ｅとなるように決定する。これは、ｄ＞ｅの場合には、ｅの長さによってステータの有効断面積が決定され、ｄをいくら長くしても磁束密度が減少せず、鎖交可能磁束数が増えないからである。
【００３１】
図５は、本発明による回転電機の第２実施例におけるステータコアを軸方向から見た拡大図である。本実施例では、空隙部２２を、図のように中央部に設ける。この場合、空隙部２２に重ねてボルト穴２４を形成する。ここを通るボルトは、ステータピースとクリアランスを有して配置されるか、非磁性体であり、空隙部の効果を妨げないようにする。この場合、インナーロータ側から空隙部２２までの長さａと、空隙部２２のは径方向長さｂと、空隙部２２からコイルエリア２１までの長さｃとにより、インナーロータ及びアウターロータのトルクが調節される。図６は、ａ、ｂ及びｃとアウターロータトルクとの関係を示すグラフである。具体的には、ｂを増加させた場合には、インナーロータのトルクが増加し、アウターロータのトルクが減少する。また、ａとｃの比を調節することで、ｂに対するトルクの変化量を変えることができる。例えば、ａ＜ｃの場合には、ｂを大きくしてもアウターロータのトルクの減少は少ない。また、空隙部２２の形状は、本発明による回転電機の第３実施例におけるステータコアを軸方向から見た拡大図である図７に示すように円状でもかまわない。円状の場合は、空隙部２２内に非磁性材のステータ締結用ボルトを通すこともできる。この場合、別途ボルト用の穴を設ける必要がなくなり、ステータのさらなる小型化が可能になる。また、これらの第２実施例及び第３実施例においては、ロータが発生するトルク反力を受けるステータピースのインナーロータ側先端において隣のステータピースと接触しているため、ステータ全体の剛性をさらに上げることができる。
【００３２】
図８は、本発明による回転電機の第４実施例におけるステータコアを軸方向から見た拡大図である。本実施例では、インナーロータ側、コイルエリア側両方に空隙部２２ａ及び２２ｂを設け、その中間の接触部２３を隣のステータピースの接触部と接触する。この場合は、インナーロータ側の空隙部２２ａの半径方向長さａと、コイルエリア側の空隙部２２ｂの半径方向長さｃと、接触部２３の半径方向長さｂとにより、アウターロータとインナーロータのトルクが調整される。空隙部２２ａと２２ｂの幅は、両者で異なってもよいが、実施例１で示したように、ステータピースの幅ｄを妨げないように設定する必要がある。インナーロータのトルクは、ａの長さで支配的に決まる。具体的には、実施例１と同様に、ａを長くすれば、インナーロータのトルクが増加する。一方、アウターロータのトルクは、ｂの長さで支配的に定まる。また、接触部２３において設けたボルト穴２４に磁性材のボルトを通すことによって、磁気的に結合してもよい。この場合、結合部に磁性材のボルトがあることによって、ボルト内をアウターロータの主磁束が通過することで、さらなるステータの小型化が可能になる。
【００３３】
以上説明した実施例では、ステータピースは別個の部材であり、隣り合うステータピースは接触部において接触しているだけであるが、すべてのステータピースが接触部において一体となるように構成してもよい。このようにすれば、ステータコア全体の剛性を、より向上させることができる。
【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第１実施例におけるステータコアを示す図である。
【図３】  本発明による回転電機の第１実施例におけるステータコアの拡大図である。
【図４】  第１実施例におけるｃと各ロータのトルクとの関係を示すグラフである。
【図５】  本発明による回転電機の第２実施例におけるステータコアの拡大図である。
【図６】  第２実施例におけるａ、ｂ及びｃとアウターロータトルクとの関係を示すグラフである。
【図７】  本発明による回転電機の第３実施例におけるステータコアの拡大図である。
【図８】  本発明による回転電機の第４実施例におけるステータコアの拡大図である。
【図９】  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  ステータコイルエリア
２２、２２ａ、２２ｂ  空隙部
２３  接触部
２４  ボルト穴
２６  インナーロータ側ヨーク
２７  アウターロータ側ヨーク
【図１】
0003716808.tif 000002
【図２】
0003716808.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003716808.tif 000008
【図８】
0003716808.tif 000009
【図９】
0003716808.tif 000010