(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、
該固定子に回転空隙を持って対向する回転子と
を有し、
前記固定子は、
固定子鉄心と、
該固定子鉄心に巻回された固定子巻線と
を備えており、
前記回転子は、周方向にほぼ等間隔に配置された複数の極を備えており、
前記固定子鉄心は、
前記固定子巻線が集中的に巻回された複数の固定子巻線突極と、
該複数の固定子巻線突極の磁束の流路となる固定子ヨーク部と
を備えたものであって、
同相かつ複数の前記固定子巻線突極単位で円周方向に分割された複数の鉄心から構成されており、
前記固定子巻線は、同相かつ複数の前記固定子巻線突極単位で前記固定子巻線突極に集中的に巻回されている
ことを特徴とする集中巻回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の集中巻回転電機において、
前記固定子巻線は、同相かつ複数の前記固定子巻線突極単位で複数の前記固定子巻線突極に連続的に巻回されている
ことを特徴とする集中巻回転電機。
【請求項３】
請求項１に記載の集中巻回転電機において、
前記固定子鉄心の各相間には、前記固定子巻線突極間に延びる補助突極が設けられている
ことを特徴とする集中巻回転電機。
【請求項４】
請求項３に記載の集中巻回転電機において、
前記固定子鉄心は前記補助突極で分割されている
ことを特徴とする集中巻回転電機。
【請求項５】
請求項１に記載の集中巻回転電機において、
同相かつ複数の前記固定子巻線突極単位で複数の前記固定子巻線突極に巻回された前記固定子巻線は、複数の前記固定子巻線突極の端部に位置する前記固定子巻線突極に巻回されるものと、中心部に位置する前記固定子巻線突極に巻回されるものとで巻線数が異なっている
ことを特徴とする集中巻回転電機。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の集中巻回転電機において、
同相かつ複数の前記固定子巻線突極単位で複数の前記固定子巻線突極に巻回された前記固定子巻線は、第１の前記固定子巻線突極に巻回されてから第２の固定子巻線突極に巻回され、再び第１の前記固定子巻線突極に巻回されている
ことを特徴とする集中巻回転電機。
【請求項７】
請求項６に記載の集中巻回転電機において、
同相かつ複数の前記固定子巻線突極単位で複数の前記固定子巻線突極に巻回された前記固定子巻線は、固定子巻線素線を複数巻回して形成した１つの固定子巻線コイルで構成されており、
前記固定子巻線コイルは、
エンド部で捻られて、
複数の前記固定子巻線突極に巻回されている
ことを特徴とする集中巻回転電機。
【請求項８】
固定子と、
該固定子に回転空隙を持って対向する回転子と
を有し、
前記固定子は、
固定子鉄心と、
該固定子鉄心に巻回された固定子巻線と
を備えており、
前記回転子は、周方向にほぼ等間隔に配置された複数の永久磁石を備えており、
前記固定子鉄心は、
前記固定子巻線が集中的に巻回された複数の固定子巻線突極と、
該複数の固定子巻線突極の磁束の流路となる固定子ヨーク部と
を備えたものであって、
同相かつ複数の前記固定子巻線突極単位で円周方向に分割された複数の鉄心から構成されており、
前記固定子巻線は、同相かつ複数の前記固定子巻線突極単位で前記固定子巻線突極に集中的に巻回されており、
前記複数の永久磁石は、円周方向に隣り合うものが互いに異なる極性となるように配置されており、
前記永久磁石の極数は１０であり、
前記固定子巻線突極の数は９である
ことを特徴とする集中巻回転電機。
【請求項９】
固定子と、
該固定子に回転空隙を持って対向する回転子と
を有し、
前記固定子は、
固定子鉄心と、
該固定子鉄心に巻回された固定子巻線と
を備えており、
前記回転子は、周方向にほぼ等間隔に配置された複数の永久磁石を備えており、
前記固定子鉄心は、
前記固定子巻線が集中的に巻回された複数の固定子巻線突極と、
該複数の固定子巻線突極の磁束の流路となる固定子ヨーク部と
を備えたものであって、
同相かつ複数の前記固定子巻線突極単位で円周方向に分割された複数の鉄心から構成されており、
前記固定子巻線は、同相かつ複数の前記固定子巻線突極単位で前記固定子巻線突極に集中的に巻回されており、
前記複数の永久磁石は、円周方向に隣り合うものが互いに異なる極性となるように配置されており、
前記永久磁石の極数は１０であり、
前記固定子巻線突極の数は１２である
ことを特徴とする集中巻回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は集中巻回転電機に係わり、小形軽量，高効率の集中巻回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車等の電動車両用に用いる電動機としては、経済走行及びバッテリの単位当たりの走行距離の向上から小形軽量で高効率であることが望まれる。このためには第１には永久磁石式、第２にはリラクタンスを利用したブラシレスモータが最適であることが知られている。特に上記のブラシレスモータ等は小型機の分野では固定子巻線磁極に固定子巻線を巻回する集中巻方式を採用している。
【０００３】
この従来例としては特開平7−298522 号公報が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術においては、円周方向の分割された固定子磁極に固定子巻線を集中的に巻回することによって固定子巻線のコイルエンド部を短くでき、電動機の体格も小さくすることができる利点がある。
【０００５】
しかし、固定子巻線磁極に直接固定子巻線を巻回するため、コイルの巻回に要する時間が長く、かつコイルを整列して巻回するのが困難である欠点があった。さらに隣り合う固定子巻線間の隙間によって占積率が低下する欠点があって、必ずしも小型軽量化が十分ではなかった。
【０００６】
本発明は、以上示した従来の欠点を除き、小形軽量，高効率の集中巻回転電機を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下を特徴とする。すなわち固定子と、該固定子に回転空隙を持って対向する回転子とを有し、前記固定子は、固定子鉄心と、該固定子鉄心に巻回された固定子巻線とを備えており、前記回転子は、周方向にほぼ等間隔に配置された複数の極を備えており、前記固定子鉄心は、前記固定子巻線が集中的に巻回された複数の固定子巻線突極と、該複数の固定子巻線突極の磁束の流路となる固定子ヨーク部とを備えたものであって、同相かつ複数の前記固定子巻線突極単位で円周方向に分割された複数の鉄心から構成されており、前記固定子巻線は、同相かつ複数の前記固定子巻線突極単位で前記固定子巻線突極に集中的に巻回されていることを特徴とする。
【０００８】
上記発明において、前記固定子巻線は、同相かつ複数の前記固定子巻線突極単位で複数の前記固定子巻線突極に連続的に巻回されている。
【０００９】
上記発明において、前記固定子鉄心の各相間には、前記固定子巻線突極間に延びる補助突極が設けられている。
【００１０】
上記発明において、前記固定子鉄心は前記補助突極で分割されている。
【００１１】
上記発明において、同相かつ複数の前記固定子巻線突極単位で複数の前記固定子巻線突極に巻回された前記固定子巻線は、複数の前記固定子巻線突極の端部に位置する前記固定子巻線突極に巻回されるものと、中心部に位置する前記固定子巻線突極に巻回されるものとで巻線数が異なっている。
【００１２】
上記発明において、同相かつ複数の前記固定子巻線突極単位で複数の前記固定子巻線突極に巻回された前記固定子巻線は、第１の前記固定子巻線突極に巻回されてから第２の固定子巻線突極に巻回され、再び第１の前記固定子巻線突極に巻回されている。
【００１３】
上記発明において、同相かつ複数の前記固定子巻線突極単位で複数の前記固定子巻線突極に巻回された前記固定子巻線は、固定子巻線素線を複数巻回して形成した１つの固定子巻線コイルで構成されており、前記固定子巻線コイルは、エンド部で捻られて、複数の前記固定子巻線突極に巻回されている。
【００１４】
本発明の他は以下を特徴とする。すなわち固定子と、該固定子に回転空隙を持って対向する回転子とを有し、前記固定子は、固定子鉄心と、該固定子鉄心に巻回された固定子巻線とを備えており、前記回転子は、周方向にほぼ等間隔に配置された複数の永久磁石を備えており、前記固定子鉄心は、前記固定子巻線が集中的に巻回された複数の固定子巻線突極と、該複数の固定子巻線突極の磁束の流路となる固定子ヨーク部とを備えたものであって、同相かつ複数の前記固定子巻線突極単位で円周方向に分割された複数の鉄心から構成されており、前記固定子巻線は、同相かつ複数の前記固定子巻線突極単位で前記固定子巻線突極に集中的に巻回されており、前記複数の永久磁石は、円周方向に隣り合うものが互いに異なる極性となるように配置されており、前記永久磁石の極数は１０であり、前記固定子巻線突極の数は９であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の他は以下を特徴とする。すなわち固定子と、該固定子に回転空隙を持って対向する回転子とを有し、前記固定子は、固定子鉄心と、該固定子鉄心に巻回された固定子巻線とを備えており、前記回転子は、周方向にほぼ等間隔に配置された複数の永久磁石を備えており、前記固定子鉄心は、前記固定子巻線が集中的に巻回された複数の固定子巻線突極と、該複数の固定子巻線突極の磁束の流路となる固定子ヨーク部とを備えたものであって、同相かつ複数の前記固定子巻線突極単位で円周方向に分割された複数の鉄心から構成されており、前記固定子巻線は、同相かつ複数の前記固定子巻線突極単位で前記固定子巻線突極に集中的に巻回されており、前記複数の永久磁石は、円周方向に隣り合うものが互いに異なる極性となるように配置されており、前記永久磁石の極数は１０であり、前記固定子巻線突極の数は１２であることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００１７】
図１は本発明の集中巻回転電機の構造を示し、図２に固定子巻線の巻線構造を示す。図３に本発明の集中巻回転電機の断面図を示す。
【００１８】
ここでは永久磁石回転電機で、かつ永久磁石の極数が１０，固定子巻線突極が９の構成の一実施例について説明する。
【００１９】
図において永久磁石回転電機は固定子１と回転子２とからなり、固定子１は固定子鉄心３と固定子巻線４とで構成される。ここで、固定子鉄心３は環状の固定子ヨーク部３１と固定子巻線突極３２とからなり、且つ予め円周方向に３分割したものから構成され、丁度同相単位で１２０度間隔で分割されている。該固定子巻線突極３２には固定子巻線４がそれぞれ集中的に巻回されていて、上記同相単位でグループ化されている。各固定子巻線４間は空隙面での磁路を共有することがない構成である。そして上記３分割された固定子鉄心３は溶接接合等により、巻線後分割部３３が接合されて環状に形成される。
【００２０】
なお分割部３３は円周方向に傾斜されているが、これは接触面を長く取って、磁束量の減少を抑える方策である。
【００２１】
一方、回転子２はほぼ等間隔のピッチで隣り合う永久磁石５が円周方向に互いに異なる極性になるように配置した構成としている。図３に示すように永久磁石５の内周には永久磁石５の磁束を通す回転子ヨーク部２１を有し、シャフト６，ベアリング７，７ａを介してエンドブラケット８，８ａに回転可能に保持されている。ここでは、固定子鉄心３の外周にフレームがない構成で示したが、必要によってはフレームを用いてもよい。９は固定子鉄心を軸方向に貫通する冷却パイプで、軸端において環状パイプ９１で連結され冷却液を循環させる構造となっている。
【００２２】
上記固定子巻線４のＵ相のＵ1+，Ｕ2-，Ｕ3+、Ｖ相のＶ1+，Ｖ2-，Ｖ3+、Ｗ相のＷ1+，Ｗ2-，Ｗ3+がそれぞれグループ化して接続される。ここで、添字の１は固定子巻線番号、＋，−は固定子巻線４の巻き方向を示すものである。ここで、固定子巻線突極３２の一つには二つの固定子巻線コイル４１，４２が巻装された例が示されている。固定子巻線４の固定子巻線コイル４１，４２の形状を図２に示す。同じ固定子巻線突極３２に巻回される固定子巻線コイルのうち、中心側の固定子巻線コイル４１を小さく、外側の固定子巻線コイル４２を大きくすると両者は重なることなく配置することが可能である。
【００２３】
このように一つの固定子巻線４を二つの固定子巻線コイル４１，４２から構成することによって、一つの固定子巻線４を一つの固定子巻線コイルで構成する場合に比較して巻数を分担するため固定子巻線の製作精度を向上させることができる。これは、固定子巻線収納スロット３４が従前の一重巻と同じ面積であれば固定子巻線４の占積率を高めることに貢献する。
【００２４】
ここで、本発明は固定子鉄心３を同相単位で複数個に分割し、かつ分割して巻かれた固定子巻線を同相グループで接続してある。図１においては全周３分割の構成例で、それぞれ、Ｕ相のＵ1+，Ｕ2-，Ｕ3+、Ｖ相のＶ1+，Ｖ2-，Ｖ3+、Ｗ相のＷ1+，Ｗ2-，Ｗ3+単位として分割した例を示している。
【００２５】
以上の構成によって、第１には固定子巻線コイル４１，４２を外部で別途巻回して製作することが可能となるため、高速に巻回できる利点がある。
【００２６】
また、固定子巻線収納スロット３４の形状を固定子鉄心の分割位置に属するものと、非分割位置に属するものとで使い分けることによって、より効果的に固定子巻線を巻回することができる。例えば、非分割位置に固定子巻線収納スロットがある場合では固定子巻線が入れにくいので挿入面積を大きく取らなければならない。一方分割位置に固定子巻線収納スロットがある場合では固定子巻線が挿入しやすいので挿入面積を小さくでき、強いては電動機の体格を最小にすることができる。
【００２７】
ここで、固定子巻線４の固定子巻線コイル４１，４２が同一の固定子巻線収納スロット３４に配置される場合には、固定子巻線４１，４２は固定子巻線収納スロット３４の内周側の入り口より小さい幅の形状を持つ構成とする。これによって、固定子巻線コイル４１，４２を固定子巻線収納スロット３４に順次配置することができる。
【００２８】
なお、図１においては、永久磁石の極数が１０，固定子巻線突極が９の構成を示し、一つの固定子巻線収納スロット３４に偶数の固定子巻線コイルを収納する例を示して有るが、永久磁石の極数と固定子巻線突極数とは前記の例にとどまらない。例えば、永久磁石の極数が１０，固定子巻線突極が１の構成でも可能である。その場合には固定子巻線収納スロット３４に配置される固定子巻線コイルは奇数でも良い。この場合、最後に固定子巻線収納スロット３４に挿入される固定子巻線コイルは、固定子巻線収納スロット３４の中心に配置されるので、入れやすくなる利点がある。もちろんこの場合には、すべての固定子巻線突極３２が同数の固定子巻線コイルを巻回する構成にはならないが、それは特性に悪い影響は与えない。
【００２９】
また、固定子巻線コイルは、同じ相に属するもののうち内周側に位置する固定子巻線コイル４１を先に、例えばＵ相のＵ1+，Ｕ2-，Ｕ3+の内周側の固定子巻線コイル４１を先に巻回し、その後、Ｕ相のＵ1+，Ｕ2-，Ｕ3+の外周側の固定子巻線コイル４２を巻回する構成とすることによって、同一の固定子巻線コイルの最初の２個の固定子巻線コイル４１が同じ形状となり、かつ、残りの２個の固定子巻線コイル４２も同じとなり、巻線の製作がしやすくなる。
【００３０】
図４は、本発明の集中巻回転電機の他の実施例を示す。
【００３１】
ここで、図１と同じ記号は等効物を示す。
【００３２】
永久磁石の極数が１０，固定子巻線突極数が９の構成の一実施例について説明する。図１との違いは、固定子巻線を持たない補助突極３５を設けた点にある。この補助突極３５の分割部３６で固定子鉄心を分割する構成とする。以上の結果、分割部３６が放射線上にあっても周方向の接する面が広くなり、分割による磁束量の減少を抑えることができる。
【００３３】
図５には本発明の他の実施例を示す。
【００３４】
図１と同様、永久磁石の極数が１０，固定子巻線突極数が１２の構成を示してある。ここでは、固定子鉄心３は円環状の固定子ヨーク部３１と、内周側をブリッジで結合された固定子巻線突極部３２とから構成された例を示す。固定子巻線突極部３２には、固定子巻線４が集中的に巻回される構成であり、固定子巻線４は図１と同様に固定子巻線コイル
４１，４２から構成される。全周の分割位置は５カ所とし、二つずつの固定子巻線突極にはそれぞれ同相に巻回され分割される。以上の構成でも、図１と同様の効果を発揮することができる。
【００３５】
図６には、本発明の集中巻回転電機の固定子巻線コイルの一実施例をを示す。
固定子巻線コイル４１は、その断面を図６（ｃ）で示すように整列にして、図６（ａ）に示すように輪状に巻回される。これを２回ひねりにすると図６（ｂ）に示すような形状になる。これを例えば、固定子鉄心３の各固定子巻線突極３２に分担して巻回することによって、固定子巻線コイル４１が固定子巻線収納スロットに収納される。一方、これを連続的に繰り返すことによって、固定子巻線コイル４１を固定子巻線収納スロットに収納することができ、高占積率の集中巻回転電機とすることができる。
【００３６】
上記構成によれば、この集中巻固定子構造は一般の大型機に使用されている分布巻構造の固定子に対して、コイル数が少なく、かつエンドコイル部の長さを短くすることができるため、回転電機の体格を小さくすることができる利点がある。
【００３７】
以上は、集中巻回転電機で、特に永久磁石回転子構造を有する永久磁石回転電機について説明したが、リラクタンス回転子でも本発明の効果を発揮することができる。また、電動機だけでなく、発電機でもよく、外転型，内転型回転子，クローポール型回転子を用いた回転電機にも適用可能である。また、回転電機にのみならず、リニアモータ等への適用も可能である。
【００３８】
【発明の効果】
固定子鉄心を同相単位で軸方向に分割し、固定子巻線突極に同相単位で巻線を施すことにより、小形軽量，高効率の集中巻回転電機が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における集中巻回転電機の一部横断正面図。
【図２】本発明に用いられる集中巻固定子コイルの成形一部断面図。
【図３】本発明の集中巻回転電機の側面断面図。
【図４】本発明の集中巻回転電機の他の実施例を示す一部横断正面図。
【図５】本発明の集中巻回転電機の更に他の実施例を示す一部横断正面図。
【図６】本発明に用いられる固定子巻線コイルの成型方法の一実施例を示す概略図及び断面図。
【符号の説明】
１…固定子、２…回転子、３…固定子鉄心、４…固定子巻線、５…永久磁石、３１…固定子ヨーク部、３２…固定子巻線突極、３３…分割部。
【図１】
0003635814.tif 000002
【図２】
0003635814.tif 000003
【図３】
0003635814.tif 000004
【図４】
0003635814.tif 000005
【図５】
0003635814.tif 000006
【図６】
0003635814.tif 000007