(57)【要約】【課題】ティース間における導体占積率の低下を防ぎつつ、ティース間を流れる漏れ磁束の変動によりコイル内に渦電流が発生するのを抑制する。【解決手段】スロット２４内のコイル素体４２間に磁性体層４４が設置されていることで、ティース２３間の漏れ磁束４６は、主に磁性体層４４を周方向に流れる。さらに、磁性体層４４は、ロータ１４との距離が短く漏れ磁束が多く発生する径方向内側のものほど径方向における厚さｔが厚い。これによって、漏れ磁束が多く発生する径方向内側の磁性体層４４ほど漏れ磁束４６が多く流れ、漏れ磁束が減少する径方向外側へ向かうにつれて磁性体層４４を流れる漏れ磁束４６が少なくなる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータへ向けて突出する複数のティースが互いに間隔をおいて配列され、ティース間にスロットが形成されたステータコアと、
コイル素体をスロット内でティース突出方向に重ねてティースに巻装することで構成されるコイルと、
を備える回転電機のステータであって、
スロット内には、磁性体がティース突出方向に隣接するコイル素体間に配置され、
磁性体は、ロータとの距離が短いものほど、ティース突出方向における厚さが厚い、回転電機のステータ。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機のステータであって、
コイル素体は、導電部と、導電部の外周を覆う絶縁部とを含み、
ティース配列方向における磁性体の幅が、ティース配列方向における導電部の幅よりも長い、回転電機のステータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回転電機のステータであって、
スロット内には、コイル素体がティース突出方向に沿って一列に並んで配置されている、回転電機のステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータへ向けて突出する複数のティースが互いに間隔をおいて配列され、ティース間にスロットが形成されたステータコアと、スロット内を通ってティースに巻装されたコイルと、を備える回転電機のステータに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１の回転電機では、ステータのティースに集中巻により積み巻きされたコイル線の間に磁性板を挿入して、磁束を磁性板に流しやすくすることで、磁束がコイル線に流れるのを抑制し、コイルに鎖交する磁束の変動により発生する渦電流の低減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２２０３８７号公報
【特許文献２】特開２０１２−８０６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ステータとロータとの間で磁束を作用させる際に、ステータのティース内を流れる磁束が飽和してくると、磁束がティースから漏れ出し、隣接するティース間（スロット内）に位置するコイルを流れ出すようになる。このティース間のコイルを流れる漏れ磁束量は、磁束が作用するロータとの距離が近いティース先端側ほど多くなり、ロータから離れるティース根元側へ向かうにつれて少なくなる。そして、このティース間のコイルを流れる漏れ磁束が変動すると、コイルに渦電流が発生し、この渦電流による損失が発生する。特に、ロータとの距離が近いティース先端側に位置するコイルほど、ティース間のコイルを流れる漏れ磁束の変動による渦電流が増大しやすくなり、渦電流による損失が増大しやすくなる。
【０００５】
特許文献１では、ティース間の漏れ磁束をコイル線の間に挿入された磁性板に流しやすくすることで、コイルに鎖交する磁束の変動により発生する渦電流の低減を図っている。しかし、コイル線の間に挿入された磁性板の厚さは、漏れ磁束量の多いティース先端側から漏れ磁束量の少ないティース根元側にかけて一定であるため、ティース根元側では、磁性板の厚さ（磁路の幅）が余分に設けられることになる。その結果、ティース間における導体占積率が低下する。
【０００６】
本発明に係る回転電機のステータは、ティース間における導体占積率の低下を防ぎつつ、ティース間を流れる漏れ磁束の変動によりコイル内に渦電流が発生するのを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る回転電機のステータは、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００８】
本発明に係る回転電機のステータは、ロータへ向けて突出する複数のティースが互いに間隔をおいて配列され、ティース間にスロットが形成されたステータコアと、コイル素体をスロット内でティース突出方向に重ねてティースに巻装することで構成されるコイルと、を備える回転電機のステータであって、スロット内には、磁性体がティース突出方向に隣接するコイル素体間に配置され、磁性体は、ロータとの距離が短いものほど、ティース突出方向における厚さが厚いことを要旨とする。
【０００９】
本発明の一態様では、コイル素体は、導電部と、導電部の外周を覆う絶縁部とを含み、ティース配列方向における磁性体の幅が、ティース配列方向における導電部の幅よりも長いことが好適である。
【００１０】
本発明の一態様では、スロット内には、コイル素体がティース突出方向に沿って一列に並んで配置されていることが好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ティース間の漏れ磁束が磁性体を流れることでコイル素体を流れるのを抑制することができ、コイル素体に渦電流が発生するのを抑制することができる。さらに、ティース間の漏れ磁束量に応じた磁性体の厚さとなっているため、ティース間における導体占積率の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ロータ回転軸方向から見たステータ及びロータの概略構成を示す断面図である。
【図２】ロータ回転軸と直交する方向から見たステータ及びロータの概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るステータのロータ回転軸方向から見た概略構成を示す断面図である。
【図４】ステータのティース間に発生する漏れ磁束を説明する図である。
【図５】本発明の実施形態に係るステータにおいて、ティース間に発生する漏れ磁束を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００１４】
図１〜３は本発明の実施形態に係るステータを備える回転電機の概略構成を示す図である。図１はステータ軸あるいはロータ回転軸（以下単に回転軸とする）方向から見たステータ１２及びロータ１４の概略構成図を示し、図２は回転軸と直交する方向から見たステータ１２及びロータ１４の概略構成図を示し、図３は回転軸方向から見たステータ１２の概略構成図を示す。本実施形態に係る回転電機は、回転が固定されたステータ１２と、ステータ１２に対し相対回転可能なロータ１４と、を備える。図１，２に示す例では、回転軸と直交する径方向においてステータ１２とロータ１４が所定の微小空隙を空けて対向配置され、ロータ１４がステータ１２の内周側に配置されている。
【００１５】
ロータ１４は、ロータコア３１と、ロータコア３１にその周方向に沿って配設された複数の永久磁石３２と、を含む。ステータ１２は、ステータコア２１と、ステータコア２１に配設された複数相（例えば３相）のコイル２２と、を含む。ステータコア２１には、ロータ１４へ向けて径方向内側に突出する複数のティース２３が回転軸まわりの周方向に互いに間隔をおいて（等間隔で）配列されており、周方向に隣接するティース２３間には、スロット２４が回転軸方向に沿って延びて形成されている。図１，２に示す例では、各ティース２３の突出方向は径方向に一致し、複数のティース２３の配列方向は周方向に一致し、スロット２４の延設方向は回転軸方向に一致する。コイル２２がティース２３間のスロット２４を通ってティース２３に例えば分布巻等の巻装方式で巻装されることで、ステータ１２に磁極が構成される。
【００１６】
図３に示すように、コイル２２は、スロット２４内で回転軸方向に沿って延びるコイル素体４２を径方向（ティース突出方向）に複数重ねてティース２３に巻装することで構成される。図３では、ティース２３及びコイル２２を周方向に関して部分的に図示しているが、図示を省略している部分の構成は、図示している部分と同様の構成で実現可能である。コイル素体４２は、導体線４２ａと、導体線４２ａの外周を覆う絶縁体層４２ｂとを含んで構成される。図３に示す例では、スロット２４内には、コイル素体４２が径方向に沿って一列に並んで配置されている。なお、図３に示す例では、４層のコイル素体４２が径方向に並べられているが、径方向に並べるコイル素体４２の数については任意に設定可能である。
【００１７】
本実施形態では、図３に示すように、スロット２４内には、磁束を通しやすい磁性体層４４が径方向（ティース突出方向）に隣接するコイル素体４２間に挟まれて設置されている。磁性体層４４は、径方向外側（ティース根元側）に配置されたものから径方向内側（ティース先端側）に配置されたものへ向かうにつれて、径方向における厚さｔが徐々に厚くなっている。つまり、磁性体層４４は、ロータ１４との距離が短いものほど、径方向（ティース突出方向）における厚さｔが厚い。各磁性体層４４は、スロット２４内（隣接するティース２３間）を周方向にほぼ横断し、周方向における磁性体層４４の両端とティース２３との間に微小な隙間があけられている。周方向（ティース配列方向）における磁性体層４４の幅ｗ１は、周方向（ティース配列方向）における導体線４２ａの幅ｗ２よりも長い。磁性体層４４は薄膜のシート状で、コイル素体４２とは別部材からなる。ただし、磁性体層４４は、コイル素体４２の表面（絶縁体層４２ｂ）に接着されたもの、あるいは一体成形されたものであってもよい。
【００１８】
回転電機では、複数相（３相）のコイル２２に交流電流を流すことで、各ティース２３が順次磁化され、周方向に回転する回転磁界がステータ１２に形成される。そして、ステータ１２に発生した回転磁界とロータ１４の永久磁石３２で発生した界磁束との電磁気相互作用（吸引及び反発作用）により、ロータ１４にトルク（磁石トルク）を作用させてロータ１４を回転駆動することができる。このように、回転電機を、コイル２２への供給電力を利用してロータ１４に動力を発生させる電動機として機能させることができる。一方、回転電機を、ロータ１４の動力を利用してコイル２２に電力を発生させる発電機として機能させることもできる。また、ロータ１４は、永久磁石３２が設けられた構成に限られるものではなく、例えばコイルが設けられた構成や、磁気抵抗の変化によりリラクタンストルクを利用する構成であってもよい。
【００１９】
ステータ１２とロータ１４との間にトルクを作用させる際には、ステータ１２とロータ１４との間で磁束が作用し、磁束がティース２３内を径方向に流れる。ただし、ティース２３内を流れる磁束が飽和してくると、磁束がティース２３から漏れ出し、隣接するティース２３間（スロット２４内）を周方向に流れ出すようになる。特に、ロータ１４のトルクが大きい場合には、ティース２３内を流れる磁束が飽和しやすくなり、磁束がティース２３間を周方向に流れやすくなる。このティース２３間を周方向に流れる漏れ磁束量は、磁束が作用するロータ１４との距離が近い径方向内側（ティース先端側）ほど多くなり、ロータ１４から離れる径方向外側（ティース根元側）へ向かうにつれて少なくなる。ここで、図４に示すように、磁性体層４４が設置されていない場合を考えると、ティース２３間の漏れ磁束４６はコイル素体４２（導体線４２ａ）内を周方向に流れ、ロータ１４との距離が近い径方向内側の導体線４２ａほど漏れ磁束量が多くなる。そして、ティース２３間のコイル素体４２を流れる漏れ磁束４６が変動すると、導体線４２ａに渦電流が流れることで、この渦電流による損失が発生する。特に、ロータ１４との距離が近い径方向内側の導体線４２ａほど、ティース２３間の漏れ磁束４６の変動による渦電流が増大しやすくなり、渦電流による損失が増大しやすくなる。
【００２０】
これに対して本実施形態では、スロット２４内のコイルターン間（コイル素体４２間）に磁性体層４４が設置されていることで、図５に示すように、ティース２３間の漏れ磁束４６は、主に磁性体層４４を周方向に流れる。さらに、磁性体層４４は、ロータ１４との距離が短く漏れ磁束が多く発生する径方向内側のものほど径方向における厚さｔが厚い。これによって、漏れ磁束が多く発生する径方向内側の磁性体層４４ほど漏れ磁束４６が多く流れ、漏れ磁束が減少する径方向外側へ向かうにつれて磁性体層４４を流れる漏れ磁束４６が少なくなる。したがって、ティース２３間の漏れ磁束がコイル素体４２（導体線４２ａ）内を流れるのをティース先端側からティース根元側に渡って抑制することができ、導体線４２ａに渦電流が発生するのをティース先端側からティース根元側に渡って抑制することができる。その結果、渦電流による損失を抑制することができる。さらに、ティース２３間の漏れ磁束量に応じた磁性体層４４の厚さとなっているため、スロット２４内の導体占積率の低下を防ぐことができる。
【００２１】
さらに、本実施形態では、周方向における磁性体層４４の幅ｗ１が、周方向における導体線４２ａの幅ｗ２よりも長いことで、ティース２３間の漏れ磁束を磁性体層４４に通しやすくすることができる。
【００２２】
また、本実施形態では、スロット２４内には、コイル素体４２が径方向に沿って一列に並んで配置されていることで、コイル素体４２及び磁性体層４４を隙間なく配置することができ、スロット２４内の導体占積率を向上させることができる。
【００２３】
以上の実施形態では、径方向に並べられたコイル素体４２間の必ずしもすべてについて磁性体層４４を設置する必要はない。例えばロータ１４との距離が近い径方向内側（ティース先端側）のコイル素体４２間についてだけ磁性体層４４を設置し、ロータ１４から離れる径方向外側（ティース根元側）のコイル素体４２間については磁性体層４４を省略することも可能である。
【００２４】
以上の実施形態では、コイル２２を分布巻でティース２３に巻装した場合について説明したが、コイル２２を分布巻以外の巻装方式、例えば集中巻でティース２３に巻装することも可能である。
【００２５】
以上の実施形態では、本発明をラジアル型の回転電機に適用した場合について説明したが、本発明をアキシャル型の回転電機に適用することも可能である。
【００２６】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００２７】
１２  ステータ、１４  ロータ、２１  ステータコア、２２  コイル、２３  ティース、２４  スロット、３１  ロータコア、３２  永久磁石、４２  コイル素体、４２ａ  導体線、４２ｂ  絶縁体層、４４  磁性体層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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