(57)【要約】      （修正有）【課題】回転電機の高効率化、高トルク化を安価で信頼性の高い手法で実現させる。【解決手段】固定子１００は、環状ヨーク部と、環状ヨーク部から放射状に延びるｎ個の巻き線極とを含む固定子鉄心１と、前記巻き線極に集中巻きされた巻き線４とを有し、前記固定子鉄心１は、回転軸１０方向において２分割され、さらに周方向においてｎ個に分割されている。回転子２００は、回転軸１０方向に磁化した永久磁石８と、当該永久磁石８を挟持する２個の回転子鉄心７を有している。前記固定子１００における巻き線極の円周部と前記回転子２００における回転子鉄心７の円周部とがエアギャップを介して対向しており、かつ、前記固定子１００における巻き線極の端面部と前記回転子２００における回転子鉄心７の端面部とがエアギャップを介して対向していることにより、ラジアルギャップとアキシャルギャップの双方を備えることを特徴とする回転電機。【選択図】図１
2014099990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と回転子と回転軸を含む回転電機であって、
前記固定子は、環状ヨーク部と、当該環状ヨーク部から放射状に延びるｎ個の巻き線極と、を含む固定子鉄心と、前記巻き線極に集中巻きされた巻き線と、を有し、
前記巻き線の巻き線軸と回転軸とは直交しており、
前記固定子鉄心は、回転軸方向において回転軸方向厚さの略１／２で２分割されているとともに、周方向において前記巻き線極を含むｎ個に分割されており、
前記ｎ個の巻き線極は、その先端部に、回転軸に略平行な小歯を有した円周部と、回転軸に略垂直な小歯を有した端面部を有し、
前記回転子は、回転軸方向に磁化した永久磁石と、当該永久磁石を挟持する２個の回転子鉄心を有し、
前記回転子鉄心は、回転軸に略平行な小歯を有した円周部と、回転軸に略垂直な小歯を有した端面部を有し、
前記固定子における巻き線極の円周部と前記回転子における回転子鉄心の円周部とがエアギャップを介して対向しており、かつ、前記固定子における巻き線極の端面部と前記回転子における回転子鉄心の端面部とがエアギャップを介して対向していることにより、ラジアルギャップとアキシャルギャップの双方を備える、
ことを特徴とする回転電機。ただし、ｎは２以上の整数。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機であって、
前記回転子の回転軸方向の外側にはブラケットと軸受けを有し、
前記固定子鉄心がｎ個に分割された状態にて前記巻き線極に巻き線を集中巻きしておき、これを前記ブラケットと軸受けとをガイドにして回転軸垂直方向の外側から挿入して合体組み立てられていることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
固定子と回転子と回転軸を含む回転電機であって、
前記固定子は、環状ヨーク部と、当該環状ヨーク部の内周に接触した状態で放射状に延びるｎ個の巻き線極と、を含む固定子鉄心と、前記巻き線極に集中巻きされた巻き線と、を有し、
前記巻き線の巻き線軸と回転軸とは直交しており、
前記固定子鉄心は、環状ヨーク部を除いて、回転軸方向において回転軸方向厚さの略１／２で２分割されているとともに、周方向において前記巻き線極を含むｎ個に分割されており、
前記ｎ個の巻き線極は、その先端部に、回転軸に略平行な小歯を有した円周部と、回転軸に略垂直な小歯を有した端面部を有し、
前記回転子は、回転軸方向に磁化した永久磁石と、当該永久磁石を挟持する２個の回転子鉄心を有し、
前記回転子鉄心は、回転軸に略平行な小歯を有した円周部と、回転軸に略垂直な小歯を有した端面部を有し、
前記固定子における巻き線極の円周部と前記回転子における回転子鉄心の円周部とがエアギャップを介して対向しており、かつ、前記固定子における巻き線極の端面部と前記回転子における回転子鉄心の端面部とがエアギャップを介して対向していることにより、ラジアルギャップとアキシャルギャップの双方を備える、
ことを特徴とする回転電機。ただし、ｎは２以上の整数。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機であって、
前記回転子の回転軸方向の外側にはブラケットと軸受けを有し、
前記固定子鉄心における前記環状ヨーク部を除く部分がｎ個に分割された状態にて前記巻き線極に巻き線を集中巻きしておき、これを前記ブラケットと軸受けとをガイドにして回転軸垂直方向の外側から挿入し、次いで環状ヨーク部を挿入して合体組み立てられていることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機であって、
前記固定子の巻き線極における巻き線用溝の軸方向厚みが、中心から外側に行くほど薄くなるように構成されている特徴とする回転電機。
【請求項６】
固定子と回転子と回転軸を含む回転電機であって、
前記固定子は、円盤状ヨーク部と、当該円盤状ヨーク部から回転軸と平行に延びるｎ個の巻き線極と、を含む固定子鉄心２つ有するとともに、前記巻き線極に集中巻きされた巻き線を有し、前記２つの固定子鉄心を前記基線極を回転軸方向において対向合体して構成され、
前記巻き線の巻き線軸と回転軸とは平行であり、
前記固定子鉄心は、回転軸方向において回転軸方向厚さの略１／２で２分割されており、
前記ｎ個の巻き線極は、その先端部に、回転軸に略平行な小歯を有した円周部と、回転軸に略垂直な小歯を有した端面部を有し、
前記回転子は、回転軸方向に磁化した永久磁石と、当該永久磁石を挟持する２個の回転子鉄心を有し、
前記回転子鉄心は、回転軸に略平行な小歯を有した円周部と、回転軸に略垂直な小歯を有した端面部を有し、
前記固定子における巻き線極の円周部と前記回転子における回転子鉄心の円周部とがエアギャップを介して対向しており、かつ、前記固定子における巻き線極の端面部と前記回転子における回転子鉄心の端面部とがエアギャップを介して対向していることにより、ラジアルギャップとアキシャルギャップの双方を備える、
ことを特徴とする回転電機。ただし、ｎは２以上の整数。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の回転電機であって、
前記固定子鉄心が、圧粉鉄心または焼結鉄心により構成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の回転電機であって、
前記回転子鉄心が、圧粉鉄心または焼結鉄心により構成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項９】
請求項７または８に記載の回転電機であって、
前記固定子鉄心または回転子鉄心のいずれか一方または双方を構成する圧粉鉄心または焼結鉄心には、樹脂コーティングおよび樹脂含浸のいずれか一方または双方の処理が施されていることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は小形の電動機や発電機等の回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
出力で１ＫＷ以下程度の小形から中形の電動機や発電機である回転電機は、市場より軽薄短小化の要求が強く、また最近は地球温暖化対策として、電動機においては省エネルギー化や高効率化が、また発電機においては原子力に代わって自然エネルギーの見直しから小規模家庭用風力発電機の要求も増加してきている。風力発電の場合、風車の回転数は低いのでギヤ等で増速して発電機を回転させる。そして安価であることも強い要求である。そのため多極の永久磁石式発電機が注目されてきている。その回転機の形態の一つが、ハイブリッド型ステッピングモータ（以下ＨＢＳＴＭと略す）である。またＨＢＳＴＭはその本来の機能である位置決め制御が容易であることや多極（１００極程度）の同期機として低速大トルクの特性を活用した機械式減速体を使用しない所謂ダイレクトドライブモータとして、その需要が増加している。そして更なる高トルク化、高効率化が上記の理由から求められている。
【０００３】
また、回転電機はラジアルギャップ式回転電機とアキシャルギャップ式回転電機がある。ラジアルギャップ式はエアギャプが小さく出来るのと、エアギャップ対向面積は軸方向で増加が容易なため、汎用機として広く使用されている。またアキシャルギャップ式は薄型形状の回転電機ではラジアルギャップ式より高出力で有利な形状のため、形状で特化した要求分野や用途で使用されている。しかし両者とも更なる高トルク化、高効率化が上述の如く求められている。
【０００４】
回転電機については、例えば、下記非特許文献に開示がされている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ステッピングモータの使い方（著者：坂本正文、出版社：オーム社）ｐ４４、図２．３２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＨＢＳＴＭの高トルク化、高効率化を図る場合、固定子と回転子の間のエアギャップｇを小さくすること、あるいは固定子と回転子歯の対向面積Ｓを増加することが有効である。固定子歯と回転子歯のエアギャップのパーミアンスＰは真空の透磁率をμ0として次式（１）となる。
Ｐ＝μ0Ｓ／ｇ                              （１）
【０００７】
即ち、Ｐを増加させれば、高トルク化、高効率化ができる。しかし、ＨＢＳＴＭの場合はエアギャップｇは０．０５ｍｍ程度とすでに小さく、これ以上のエアギャップｇの縮小は困難である。
【０００８】
ＨＢＳＴＭのエアギャップｇを小さくする手段としては回転電機の内インロー構造があり、上述の非特許文献１「ステッピングモータの使い方」の図２．３２の右図がある。この図に示された構造は前後ブラケットの一部分が固定子の外周ではなくて、直接固定子の内周部の一部に嵌合してエアギャップの確保案内をする方式、即ち「内インロー」方式とよばれる方式を採用している。この図で前後のブラケットは斜線ハッチング部、縦線ハッチンブ部は珪素鋼鈑の積層部で巻き線を有しているのが固定子と、その内部に回転子が開示されている。固定子が珪素鋼鈑の積層で構成され、エアギャップが０．０５ｍｍ程度でも、大量生産でエアギャップの確保が十分にできる。この先行技術はＨＢＳＴＭで広く採用されている。しかし、非特許文献、ステッピングモータの使い方の図２．３２の右図からもわかるように、軸方向の回転子部の長さが固定子部の積厚長より短くなり、エアギャップ部の対向面積Ｓが減少する問題を有している。そのため（１）式のパーミアンスＰがそれほど増加しない問題があった。この従来技術に相当する図が本願の図１０と図１１である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明を実現するには以下の手段による。なお、参考のため以下の手段を実現するための各構成に図面の符号を付けるが、これに限定されることはない。
【００１０】
「手段１」
固定子（１００）と回転子（２００）と回転軸（１０）を含む回転電機であって、
前記固定子（１００）は、環状ヨーク部（１１０）と、当該環状ヨーク部（１１０）から放射状に延びるｎ個の巻き線極（１２０）と、を含む固定子鉄心（１）と、前記巻き線極（１２０）に集中巻きされた巻き線（４）と、を有し、
前記巻き線（４）の巻き線軸と回転軸（１０）とは直交しており、
前記固定子鉄心（１）は、回転軸方向において回転軸方向厚さの略１／２で２分割されているとともに、周方向において前記巻き線極（１２０）を含むｎ個に分割されており、
前記ｎ個の巻き線極（１２０）は、その先端部（１２１）に、回転軸に略平行な小歯を有した円周部（１２２）と、回転軸に略垂直な小歯を有した端面部（１２３）を有し、
前記回転子（２００）は、回転軸方向に磁化した永久磁石（８）と、当該永久磁石を挟持する２個の回転子鉄心（７）を有し、
前記回転子鉄心（７）は、回転軸（１０）に略平行な小歯を有した円周部（７２）と、回転軸に略垂直な小歯を有した端面部（７３）を有し、
前記固定子（１００）における巻き線極（１２０）の円周部（１２２）と前記回転子（２００）における回転子鉄心（７）の円周部（７２）とがエアギャップを介して対向しており、かつ、前記固定子（１００）における巻き線極（１２０）の端面部（１２３）と前記回転子（２００）における回転子鉄心（７）の端面部（７３）とがエアギャップを介して対向していることにより、ラジアルギャップとアキシャルギャップの双方を備える、
ことを手段とする回転電機。ただし、ｎは２以上の整数。
【００１１】
「手段２」
「手段１」に記載の回転電機であって、
前記回転子（２００）の回転軸方向の外側にはブラケット（５，６）と軸受け（９）を有し、
前記固定子鉄心（１）がｎ個に分割された状態にて前記巻き線極（１２０）に巻き線（４）を集中巻きしておき、これを前記ブラケット（５，６）と軸受け（９）とをガイドにして回転軸垂直方向の外側から挿入して合体組み立てられていることを手段とする回転電機。
【００１２】
「手段３」
固定子（３００）と回転子（２００）と回転軸（１０）を含む回転電機であって、
前記固定子（３００）は、環状ヨーク部（１５）と、当該環状ヨーク部（１５）の内周に接触した状態で放射状に延びるｎ個の巻き線極（１２０）と、を含む固定子鉄心（１４）と、前記巻き線極（１２０）に集中巻きされた巻き線（４）と、を有し、
前記巻き線（４）の巻き線軸と回転軸（１０）とは直交しており、
前記固定子鉄心（１４）は、環状ヨーク部（１５）を除いて、回転軸方向において回転軸方向厚さの略１／２で２分割されているとともに、周方向において前記巻き線極（１２０）を含むｎ個に分割されており、
前記ｎ個の巻き線極（１２０）は、その先端部（１２１）に、回転軸に略平行な小歯を有した円周部（１２２）と、回転軸に略垂直な小歯を有した端面部（１２３）を有し、
前記回転子（２００）は、回転軸方向に磁化した永久磁石（８）と、当該永久磁石を挟持する２個の回転子鉄心（７）を有し、
前記回転子鉄心（７）は、回転軸（１０）に略平行な小歯を有した円周部（７２）と、回転軸に略垂直な小歯を有した端面部（７３）を有し、
前記固定子（３００）における巻き線極（１２０）の円周部（１２２）と前記回転子（２００）における回転子鉄心（７）の円周部（７２）とがエアギャップを介して対向しており、かつ、前記固定子（３００）における巻き線極（１２０）の端面部（１２３）と前記回転子（２００）における回転子鉄心（７）の端面部（７３）とがエアギャップを介して対向していることにより、ラジアルギャップとアキシャルギャップの双方を備える、
ことを手段とする回転電機。ただし、ｎは２以上の整数。
【００１３】
「手段４」
「手段３」に記載の回転電機であって、
前記回転子（２００）の回転軸方向の外側にはブラケット（１７）と軸受け（９）を有し、
前記固定子鉄心（１４）における前記環状ヨーク部（１５）を除く部分がｎ個に分割された状態にて前記巻き線極（１２０）に巻き線（４）を集中巻きしておき、これを前記ブラケット（１７）と軸受け（９）とをガイドにして回転軸垂直方向の外側から挿入し、次いで環状ヨーク部（１５）を挿入して合体組み立てられていることを手段とする回転電機。
【００１４】
「手段５」
「手段１」から「手段４」のいずれか一項に記載の回転電機であって、
前記固定子（１００，３００）の巻き線極（１２０）における巻き線用溝の軸方向厚みが、中心から外側に行くほど薄くなるように構成されていることを手段とする回転電機。
【００１５】
「手段６」
固定子（４００）と回転子（２００）と回転軸（１０）を含む回転電機であって、
前記固定子（４００）は、円盤状ヨーク部（４１０）と、当該円盤状ヨーク部（４１０）から回転軸（１０）と平行に延びるｎ個の巻き線極（４２０）と、を含む固定子鉄心（１８）を２つ有するとともに、前記巻き線極に集中巻きされた巻き線（１９）を有し、前記２つの固定子鉄心（１８）を、前記巻き線極（４２０）を回転軸方向において対向合体して構成され、
前記巻き線（１９）の巻き線軸と回転軸（１０）とは平行であり、
前記固定子鉄心（１８）は、回転軸方向において回転軸方向厚さの略１／２で２分割されており、
前記ｎ個の巻き線極（４２０）は、その先端部（１２０）に、回転軸（１０）に略平行な小歯を有した円周部（４２２）と、回転軸に略垂直な小歯を有した端面部（４２３）を有し、
前記回転子（２００）は、回転軸方向に磁化した永久磁石（８）と、当該永久磁石（８）を挟持する２個の回転子鉄心（７）を有し、
前記回転子鉄心（７）は、回転軸（１０）に略平行な小歯を有した円周部（７２）と、回転軸に略垂直な小歯を有した端面部（７３）を有し、
前記固定子（４００）における巻き線極（４２０）の円周部（１２２）と前記回転子（２００）における回転子鉄心（７）の円周部（７２）とがエアギャップを介して対向しており、かつ、前記固定子（４００）における巻き線極（４２０）の端面部（１２３）と前記回転子（２００）における回転子鉄心（７）の端面部（７３）とがエアギャップを介して対向していることにより、ラジアルギャップとアキシャルギャップの双方を備える、
ことを手段とする回転電機。ただし、ｎは２以上の整数。
【００１６】
「手段７」
「手段１」から「手段６」のいずれか一項に記載の回転電機であって、
前記固定子鉄心（１，１４，１８）が、圧粉鉄心または焼結鉄心により構成されていることを手段とする回転電機。
【００１７】
「手段８」
「手段１」から「手段７」のいずれか一項に記載の回転電機であって、
前記回転子鉄心（７）が、圧粉鉄心または焼結鉄心により構成されていることを手段とする回転電機。
【００１８】
「手段９」
「手段７」または「手段８」に記載の回転電機であって、
前記固定子鉄心（１，１４，１８）または回転子鉄心（７）のいずれか一方または双方を構成する圧粉鉄心または焼結鉄心には、樹脂コーティングおよび樹脂含浸のいずれか一方または双方の処理が施されていることを手段とする回転電機。
【発明の効果】
【００１９】
（１）エアギャップの対向部がラジアルギャップ部の他に、アキシャルギャップ部にも設けたので、エアップ長が内インロー式を用いない分、従来よりやや増加しても、ギャップ対向面積の増加の方が遥かに大きいため、トルクを大幅に増加させることができる。
【００２０】
（２）巻き線部鉄心の溝部の軸方向厚みを中心から外側に行くほど薄くなるようにすれば、更に巻き線の占積率を向上させることができて、回転電機の効率を高めることができる。
【００２１】
（３）固定子を分割鉄心とすることで巻き線占積率を飛躍的に向上でき、高トルク化が可能となる。
【００２２】
（４）圧粉鉄心により渦電流損が零に近く、特に高速回転時の鉄損が少なく高効率回転電機となる。
【００２３】
（５）巻き線軸を回転軸方向と平行にとる本発明の場合は、永久磁石の外径を大きくできるので鎖交磁束が増加でき、高トルク化に有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一例の回転機の軸を含んだ断面図
【図２】図１の軸方向から見た断面図
【図３】本発明の回転子の軸方向から見た図
【図４】図３の反対側軸方向から見た図
【図５】本発明の別の回転子の軸を含んだ断面図
【図６】本発明の別の例の回転機の軸を含んだ断面図
【図７】図６の軸方向から見た断面図
【図８】本発明の更に別の例の回転機の軸を含んだ断面図
【図９】図８の軸方向から見た断面図
【図１０】従来技術を示す図
【図１１】図１０のＤ−Ｄ断面図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下図面によって説明する。
【００２６】
図１は本発明の構成の一例を示したものであり、本発明のＨＢＳＴＭの回転軸心を含んだ断面図である。図２は図１の回転軸心方向から見た図であり、図１のＡ−Ａ断面図である。
【００２７】
図１及び図２で、符号１は圧粉鉄心や焼結鉄心よりなる固定子鉄心である。本発明の固定子鉄心は軸方向にその厚みの１／２で２分割されたものを合体することにより構成されている。図１の左半分の固定子鉄心１について説明すれば、固定子鉄心１は、圧粉鉄心や焼結鉄心等よりなる鉄心であり、環状ヨーク部１１０と、当該環状ヨーク部１１０から放射状に延びるｎ個の巻き線極１２０と、前記巻き線極１２０に集中巻きされた巻き線４とから構成されている。巻き線極１２０は、その先端部１２１に、回転軸に略平行な小歯を有した円周部１２２と、回転軸に略垂直な小歯を有した端面部１２３を有している。一方で、回転子２００は、回転軸方向に磁化した永久磁石８と、当該永久磁石を挟持する２個の回転子鉄心７を有している。回転子鉄心７は、回転軸１０に略平行な小歯を有した円周部７２と、回転軸に略垂直な小歯を有した端面部７３を有している。そして、固定子１００における巻き線極１２０の円周部１２２と前記回転子２００における回転子鉄心７の円周部７２とがエアギャップを介して対向しており、かつ、前記固定子１００における巻き線極１２０の端面部１２３と前記回転子２００における回転子鉄心７の端面部７３とがエアギャップを介して対向していることにより、ラジアルギャップとアキシャルギャップの双方を備えた構造となっている。即ち本発明のＨＢＳＴＭはラジアル方向とアキシャル方向で固定子と回転子が歯を有して対向しているものである。
【００２８】
符号３は樹脂等の絶縁体である。符号５及び符号６はアルミ材等よりなるブラケットであり、軸受け９を介して、回転子鉄心７と固定子鉄心１の間のエアギャップを確保する役目を持つものである。それらのブラケットには軸受け９が嵌合する内径部と同芯に円筒部が設けてあり、その円筒部の外径分が上述した２の鍔状案内部の内径部と嵌合してエアギャップを確保するものである。符号８はネオジム等の永久磁石で軸方向に磁化されている。従来のＨＢＳＴＭは永久磁石の軸方向磁石をそれと直角方向に曲げてラジアル方向にエアギャップを通過させている。このようにＨＢＳＴは回転軸方向に永久磁石を磁化するのでその磁束は軸方向に漏れ易い。この軸方向磁束をも有効に活用するのが本発明の特徴である。符号１０は回転軸である。符号１１はボルトであり、符号５と符号６を締め付けて符号１を含めて固着させている。
【００２９】
図２は、図１のＡ―Ａ断面の図で、固定子鉄心１のみを図示した図である。固定子鉄心１の巻き線極１２０の先端部１２１の円周部１２２には、小歯が回転軸と平行に設けられており、それらの歯が図２に示すように、回転軸と垂直方向に延長して２の端面部１２３にも設けられている。図３は回転子鉄心７の軸方向から見た図であり、回転子鉄心７の歯がその円周部と側面部に設けられていることを示した図である。尚、図２は６個の巻き線極構造で６等分された分割の図で示したが、６に限らず、一般に２以上のｎ分割でもよい。分割した場合は巻き線が容易でその占積率が６０％程度以上となり、分割しない場合はＨＢＳＴＭでは３０％程度なので本発明の構造は高トルクに有利である。合体後の固定子鉄心１は図１に示すようにボルト１１で符号５と符号６でサンドイッチ状に固着されるが、更に符号１の外周部で符号１同士の接合部を接着や溶接で適宜強度増加すればよい。図１の組み立て順序の一例は次のようである。
【００３０】
（１）回転子鉄心７および永久磁石８からなる回転子２００を、回転軸１０に固定し、スペーサ１２を両側に使用してブラケット５、６と合体する。
（２）軸方向に背中合わせした２個の固定子鉄心１同士に巻き線したものを６個、放射状に外から内側にブラケット５、６および軸受け９をガイドにして、ブラケット５、６に設けた同芯案内まで挿入する。
（３）ボルト１１で固定する。次に回転軸方向に永久磁石８を磁化すればよい。
【００３１】
次に回転子鉄心の構造を説明する。
【００３２】
図４は、図３の反対の軸方向からみた回転子の図であり、図３と同じ回転子鉄心７の歯の位置が１／２ピッチずらされて配置されていることを示している。
【００３３】
図５は別の本発明の回転子２００の回転軸１０を含んだ断面図である。符号１３は回転子鉄心、符号８は永久磁石、符号１０は回転軸である。図１に示した回転子鉄心７はその端面は回転軸１０に垂直であるが、符号１３はその端面は算盤玉の端面のようになりその外周と端面に図３、図４と同様な歯が設けてある。この場合、固定子鉄心１の端面部もそれに合わせて傾斜面で歯対向すればよい。
【００３４】
図２に示す固定子鉄心１を圧粉で型押しして製作するには、図２の垂直方向である回転軸方向をパンチの押し方向をとれば、製作可能である。本発明の固定子鉄心は軸方向にその厚みの１／２で２分割したものが合体して構成されているが、その第一の理由は、この型押し成形のための構造による。第二の理由は、回転子２００に固定子鉄心１を組み立てる際、軸方向に２分割されていないと、組み立てが困難であるためである。また図２は巻き線極１２０が６個の３相固定子構造としたが、６個に限らず、本発明は一般に２個以上のｎ個の集中巻きされた巻き線極構造に使用できるものである。また図１で給電リードの図示は省略した。尚図１、図２による以上の説明はインナーローター型ＨＢＳＴＭであるが、本発明は回転子を外側で固定子を内側にしたアウターロータ型、あるいは外転型ＨＢＳＴＭとすることができる。
【００３５】
従来の技術の回転子鉄心７は珪素鋼鈑の積層で作られるが、これを圧粉鉄心としてもよい。ＨＢＳＴＭの場合は永久磁石の磁束は軸方向に回転子も固定子も通過する箇所があるので、圧粉が珪素鋼鈑に対して透磁率が劣っていたとしても、ＨＢＳＴＭの鎖交磁束は逆に増加も期待できる。特に本発明で使用する回転子鉄心はラジアル方向とアキシャル方向に歯を有するので圧粉鉄心や焼結鉄心の方が歯を製作し易いし安価にもできる。上述したようにＨＢＳＴＭの場合は珪素鋼鈑と同等以上の特性にもなるので、本発明の回転子鉄心に圧粉や焼結鉄心を採用するのは製作面のみならず特性面の両面から都合がよい。図２は図１の固定子鉄心が圧粉製で６つの巻き線極で分割鉄心の場合の例を示している。分割鉄心であれば巻き線を容易であり、銅量を増大出来て巻き線占績率を６０％以上にも高めることができる。ＨＢＳＴＭの場合、一体鉄心固定子では巻き線占績率は３０％程度と低い。モータの発生トルクは銅量の平方根に比例するのでトルクが√２倍も可能になる。また回転子磁束がエアギャップを通過して固定子巻き線を通過する量即ち鎖交磁束でトルクが決まる。そのためには固定子と回転子のパーミアンスを大きくする必要がある。パーミアンスと歯対向面積に比例してエアギャップに反比例する。本発明はラジアルとアキシャルの両方向対向モータとなり回転子の全周をトルク発生に利用するものである。
【００３６】
圧粉鉄心とは、軟磁性鉄粉に少量の樹脂を潤滑剤あるいはバインダー目的でミキシングし鉄粉をコーティングして鉄粉間の電気的絶縁を増大させて渦電流の減少を図り、圧縮成形後焼成させたものである。圧粉鉄心を回転電機に使用する場合、珪素鋼鈑積層式が２次元の単純形状であるのに対して、３次元の複雑形状が可能で、更に鉄損の一部の渦電流損が零に近い特長がある。上述した圧粉鉄心は磁束密度が珪素鋼鈑より小さいという短所があるが、回転子端面部まで鉄心を介在させて固定子と回転子との対向面積を増加できる所謂オーバーハング形状とすれば高効率化に適したものができる。圧粉鉄心は積層方式では困難な回転電機のオーバーハング形状等が容易に可能となる。焼結鉄心は鉄粉を加圧し、高温で熱処理して鉄粉同士を結合させた金属体で、圧粉鉄心のように樹脂バインダーを介在させてないので渦電流損は大きいが機械的強度は圧粉より大きい。そのため比較的電流周波数の低い低速回転用に用いられる。固定子鉄心１は同時に同一型で圧粉を成形する。
【００３７】
図６は、更に別の本発明の説明図である。図１と同一機能の部品は同じ番号を付してある。
【００３８】
この実施形態にかかる固定子鉄心１４は軸方向にその厚みの１／２で２分割したものが合体して構成されている点とラジアルとアキシャル方向において固定子鉄心と回転子鉄心の歯が対向する構成は図１と同じである。回転子２００の構造も図１と同じものである。図１の場合との相違は、２分割された固定子鉄心１４の環状ヨーク部１５は一体となっている、つまり、前記固定子鉄心（１４）における前記環状ヨーク部（１５）を除く部分がｎ個に分割された状態にて前記巻き線極（１２０）に巻き線（４）を集中巻きされていることにある。従って、巻き線極部はｎ個に分割されたものとなる。
【００３９】
図７は、図６のＢ−Ｂ断面図で回転子を除いて軸方向から見た図である。図２と同じく６巻き線極の場合で図示してある。更なる相違は、固定子鉄心１４は圧粉鉄心製であるが、予め樹脂等の絶縁体による３なる巻き線枠あるいはボビンにコイル４を巻き線した巻き線体を用意して、固定子鉄心に挿入するものである。巻き線時に鉄心が介在しないので巻き線が容易となりその分安価となる。更なる相違は、固定子鉄心の巻き線極における巻き線用溝の軸方向厚みを中心から外側に行くほど薄くなるようにさせたテーパ面としたことである。その第一の理由は次のようである。固定子巻き線軸が回転軸に対して直交する構造の回転機では巻き線部鉄心の軸方向厚みを中心から外側に行くほど薄くなるようにさせたテーパとしたことはラジアルギャップ式モータでは巻き線は半径方向で外側に行くほどコイルエンドが高くなるのを補償してコイルエンドを半径方向で高さが同一となるようにして、銅量を増加させる工夫である。これは珪素鋼鈑積層式では不可能で圧粉鉄心なら容易にできるものである。テーパ面とした第二の理由は、外周部〜固定子鉄心に巻き線体がテーパ面効果で挿入用意となることである。
【００４０】
図６の組み立て順序の一例は次のようである。
（１）回転子鉄心７および永久磁石８からなる回転子２００を、回転軸１０に固定し、スペーサ１２を両側に使用してブラケット１７と合体する。
（２）軸方向に背中合わせした２個の固定子鉄心１４に巻き線４を巻き回した６個セットを放射状に外から内側にブラケット１７および軸受け９をガイドにして、ブラケット１７に設けた同芯案内まで挿入する。
（３）固定子鉄心１４の外周に環状ヨーク１５を嵌合する。リード１６を出しながら、ブラケット１７を合体して、必要により、図示は省略したがネジ止め等で固定する。次に回転軸方向に永久磁石８を磁化すればよい。
【００４１】
尚、図６、図７による以上の説明はインナーローター型ＨＢＳＴＭであるが、本発明は回転子を外側で固定子を内側にしたアウターロータ型、あるいは外転型ＨＢＳＴＭとすることができる。また、巻き線極部鉄心のテーパは図１にも適用してもよい。
【００４２】
図８は本発明の更に別の例の回転機の軸を含んだ断面図である。そして図９は図８のＣ−Ｃ断面図で回転子を除いた図である。図９も６巻き線極の例で示した。
【００４３】
この実施形態にかかる回転電機における回転子鉄心７、永久磁石８、軸受け９、回転軸１０、およびスペーサ１２、については上記で説明した図１や図６の回転電機と同じであり、従って、当該回転電機にあっても、回転子鉄心および固定子鉄心の所定の部分には小歯があり、ラジアルギャップとアキシャルギャップの双方を備えている。即ち回転子の全周から出る磁束を使用する構成は共通したものである。なお、図８に示す回転子２００は磁気的な説明からは回転子鉄心７、永久磁石８、回転軸１０から構成されるが、回転電機の構成では、軸受け９およびスペーサ１２も含む。
【００４４】
図１や図６との相違は図８、図９の実施形態においては、巻き線軸が回転軸に平行な構造であることである。また図１、図６の場合はアルミ材等による非磁性体のブラケット５，６，１７等が必要であったが、圧粉鉄心や焼結鉄心の磁性体の固定子鉄心１８がブラケットも兼務していることも相違点である。図８、図９で、固定子鉄心１８は軸方向に突き出た巻き線極４２０で略扇形で放射状に軸と垂直方向に歯を有していることが図９に示されている。そして扇形の外周円弧部は更に軸方向に突き出てその内周部に軸と平行に歯を有している。そして扇形に突き出た部分には巻き線１９が巻かれている。固定子鉄心１８の外周は円筒部で巻き線１９をその内部に格納している。このような固定子鉄心が２個で回転子をサンドイッチ状に挟持して固定子鉄心１８の外周円筒部で密着している。この密着部で回転子の永久磁石のＮ極から出た磁束をＳ極へ戻す磁路を形成する。図８で固定子鉄心１８の外周円筒部の更に外側に磁性体あるいは非磁性体の円筒体を被せて回転機の強度増加や特性向上を図ることもできる。
【００４５】
なお、上記で説明した固定子鉄心や回転子鉄心が圧粉鉄心により構成されている場合、当該圧粉鉄心は、強度や耐久性の向上の為に、樹脂コーティングおよび樹脂含浸のいずれか一方または双方の処理が施されていることが好ましい。ここで、これらの処理をするにあたり、その具体的な方法については特に限定することはなく、圧粉鉄心の表面を樹脂によりコーティングすることができる方法、および圧粉鉄心の内部にまで樹脂を含浸することができる方法であれば、いかなる方法をも採用することができる。具体的には、例えば、電着塗装、静電塗装、ディッピングなどを挙げることができる。なお、ここで用いられる樹脂については特に限定することはなく、各種樹脂を適宜選択して用いることができる。また、ディッピングを行う場合にあっては、一般的に用いられている液体状接着剤やワニスを含むディッピング液を用いることができる。
【００４６】
図１０は従来技術を示す図であり、図１１は図１０のＤ−Ｄ断面図である。
【００４７】
図１と比較すれば、符号２０は珪素鋼鈑を積層した固定子鉄心でその内周部に歯を回転軸方向に平行に有している。そして絶縁体３や巻き線４は図１の場合と同じである。符号２３は回転子鉄心であり、その外周に歯を回転軸と平行に有している。即ちラジアルギャップ式回転機である。回転子はＨＢＳＴＭなので、永久磁石８を２個の回転子鉄心２３でサンドイッチ状に挟持し回転軸で固着する構成は同じである。符号２１，２２はアルミ材等の非磁性体よりなるブラケットであり、前後ブラケット２１，２２の一部分が固定子の外周ではなくて、直接固定子の内周部の一部に嵌合してエアギャップの確保案内をする方式、即ち「内インロー」方式とよばれる方式を採用している。そのため回転子２３の軸方向長さが減少して固定子との対向面積が少なく工トルク化に問題を有している。そして固定子２０を通過する穴部を貫通したボルト１１で両ブラケットは２０と固着されて、軸方向に２極に着磁されてＨＢＳＴＭとなる。従ってエアギャップの固定子と回転子の歯対向はラジアルギャップのみであるので、本発明の如くギャップパーミアンスは増加できず、本発明のように高トルク化に対しては問題を有していた。またＨＢＳＴＭやＢＬＤＣモータは永久磁石を使用しているので界磁磁束用の電気入力が不要となるため、効率の高い回転電機あるいは発電機といえるが、しかし近年永久磁石の内の高磁気エネルギーを有した希土類磁石のネオジム磁石等の価格が高騰しているため、ＨＢＳＴＭやＢＬＤＣモータでは磁石使用量を少なくして高効率にする必要がある。それらの課題の解決策として本発明はエアギャップのパーミアンスを大きくとれるので極めて有効なものといえる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明による回転電機は電動機または発電機に活用でき、安価で堅牢で軽薄短小、高トルク化、高効率化に適した、きわめて実用的なものである。従って工業的に大きな貢献が期待される。
【符号の説明】
【００４９】
１００、３００、４００…固定子
２００…回転子
１、１４、１８、２０…固定子鉄心
４…巻き線
５、６、１７、２１、２２…ブラケット
７…回転子鉄心
８…永久磁石
９…軸受け
１０…回転軸
１１…ボルト
１２…スペーサ
１５、１１０…環状ヨーク部
１６…給電用リード
１２０…巻き線極
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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