(57)【要約】【課題】回転子および固定子を複数配設しても、コギングトルクを低減できるとともに誘起電圧の波形を調整することができる回転電機を提供する。【解決手段】回転子コアと永久磁石とを有する回転子、および、固定子コアと固定子コアに巻線を巻回した固定子巻線とを有する固定子を有し、回転子が固定子との間にエアギャップをもって回転可能に保持され、回転子１１−１、１１−２および固定子２１−１、２１−２、２１−３が複数配設された回転電機１において、複数の固定子巻線が異なる巻線方式、例えば、集中巻とトロイダル巻の組合せ、とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子コアと永久磁石とを有する回転子、および、固定子コアと固定子コアに巻線を巻回した固定子巻線とを有する固定子を有し、回転子が固定子との間にエアギャップをもって回転可能に保持され、回転子および固定子が複数配設された回転電機において、複数の固定子巻線が異なる巻線方式を有していることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
回転子と固定子とがアキシャル方向に配設されたアキシャルギャップ型であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
複数の固定子巻線の異なる巻線方式が、集中巻とトロイダル巻の組合せであることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
複数の固定子巻線の異なる巻線方式が、両端部の固定子が集中巻であり、内部の固定子が集中巻とトロイダル巻の組合せであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
複数の固定子の極の位相がそれぞれ異なることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
複数の固定子の固定子コアが、電磁鋼板および／または圧粉コアにより構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子コアと永久磁石とを有する回転子、および、固定子コアと固定子コアに巻線を巻回した固定子巻線とを有する固定子を有し、回転子が固定子との間にエアギャップをもって回転可能に保持され、回転子および固定子が複数配設された回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転子に永久磁石を埋め込んだ回転電機は、損失が少なく効率が良い、出力が大きい等の理由により数多く使用されている。そのうち、回転子と固定子とをアキシャル方向に配置したアキシャルギャップ型回転電機では、薄型化が可能であり、レイアウトに制限がある用途に使用されている。しかしながら、アキシャルギャップ型回転電機では、大きなトルクを得ようとすると、回転子を大径化するか、回転子または固定子を多層化する必要がある。そこで、従来のアキシャルギャップ型回転電機では、例えば、固定子を２個、回転子を３個として回転電機を構成している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１８７６３５号公報
【０００３】
図９は上述した従来の回転電機の一例を説明するための図である。図９に示す例において、回転電機５１は、ケース５２と、ケース５２の側面側５２ａにベアリング５３を介して回転自在に装着された回転軸５４と、回転軸５４に固着されたそれぞれが永久磁石５５を埋め込んでなる３個の回転子５６と、ケース５２の外周面側５２ｂに固着されたそれぞれが回転子５６の間に配置される２つの固定子５７と、から構成されている。そして、図１０に図９のＡ−Ａ線に沿った断面を矢印方向に見た図を示すように、各固定子５７は、細線の強磁性体からなる固定子コア５８に巻線５９を巻回したもの複数個を固定子巻線板６０上に設け、その固定子巻線板６０をケース５２の外周面側５２ｂに固定している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の回転電機では、２つの固定子５７は同じ構成のもの、特に、巻線５９の巻線方式が同じものを使用しているため、１つの固定子５７のみを用いる場合は問題にならなかった、コギングトルクが大きくなるという問題が発生していた。また、２つの固定子５７が同じ巻線方式を用いているため、誘起電圧の波形を調整することができなかった。
【０００５】
また、上述した従来の回転電機では、固定子５７を保持するためにトルクに寄与しない固定子巻線板６０を用いている。固定子巻線板６０を樹脂系の材料で作製すると固定子５７の強度が低くなる問題があり、一方、固定子巻線板６０を金属系の材料で作製するとうず電流が発生して出力が低下するという問題があった。また、固定子巻線板６０があるために巻線５９を巻ける量が減り、出力が低下する。さらに、固定子巻線板６０と固定子コア５８と巻線５９とが別部品として存在するため、非常に組立辛いという問題点もあった。
【０００６】
本発明の目的は上述した問題点を解消して、回転子および固定子を複数配設しても、コギングトルクを低減できるとともに誘起電圧の波形を調整することができる回転電機を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の回転電機は、回転子コアと永久磁石とを有する回転子、および、固定子コアと固定子コアに巻線を巻回した固定子巻線とを有する固定子を有し、回転子が固定子との間にエアギャップをもって回転可能に保持され、回転子および固定子が複数配設された回転電機において、複数の固定子巻線が異なる巻線方式を有していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の回転電機によれば、回転子および固定子をそれぞれ複数個配設し、固定子巻線が異なる巻線方式を有することで、固定子コアの形状が異なり、コギングトルクの低減が可能である。また、それぞれの巻数を調整することで、誘起電圧の波形を調整することが可能である。
【０００９】
なお、本発明の回転電機の好適例によれば、回転子と固定子とがアキシャル方向に配設されたアキシャルギャップ型に構成することができる。このように構成すれば、アキシャルギャップ型回転電機にすることで、より薄型の回転電機を得ることが可能である。
【００１０】
また、本発明の回転電機の好適例によれば、複数の固定子巻線の異なる巻線方式を、集中巻とトロイダル巻の組合せとから構成することができる。このように構成すれば、両巻線方式とも固定子コアに巻線を巻回する方式のため、固定子コアをサイドケースや外周ケースに直接保持することができ、電磁鋼板や圧粉コアで容易に構成できることから、回転電機を容易に作製することが可能である。
【００１１】
さらに、本発明の回転電機の好適例によれば、複数の固定子巻線の異なる巻線方式が、両端部の固定子が集中巻であり、内部の固定子が集中巻とトロイダル巻の組合せとから構成することができる。このように構成すれば、両端部の集中巻の固定子はサイドケースに固定し、内部のトロイダル巻の固定子は外周ケースに固定することで、回転電機を容易に作製することが可能である。
【００１２】
さらにまた、本発明の好適例によれば、複数の固定子の極の位相がそれぞれ異なるよう構成することができる。このように構成すれば、コギングトルクの低減が可能であるとともに、誘起電圧の波形を調整することが可能である。
【００１３】
また、本発明の好適例によれば、複数の固定子の固定子コアを、電磁鋼板および／または圧粉コアにより構成することができる。このように構成すれば、いずれの場合も、固定子コアをサイドケースや外周ケースに直接保持することができ、回転電機を容易に作製することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る回転電機の軸方向の断面を示す図である。また、図２は本発明の第１の実施の形態に係る回転電機の固定子巻線のうち集中巻の一例を示す図であり、図３は本発明の第１の実施の形態に係る回転電機の固定子巻線のうちトロイダル巻の一例を示す図である。
【００１５】
図１に示す第１の実施の形態において、本発明の回転電機１は、大きく分けて、回転子１１（第１回転子１１−１及び第２の回転子１１−２）、固定子２１（第１の固定子２１−１、第２の固定子２１−２及び第３の固定子２１−３）、回転軸３１、ケース４１（径方向のサイドケース４２及び周方向の外周ケース４３）によって構成されている。第１の回転子１１−１及び第２の回転子１１−２は、それぞれ、円盤状の回転子コア１２と回転子コア１２に埋め込まれた磁石１３とを有している。そして、第１の回転子１１−１及び第２の回転子１１−２は、それぞれ、回転軸３１、ベアリング３２を介してサイドケース４２に保持される。なお、３３は回転軸３１に設置した回転センサである。
【００１６】
ケース４１の両端に配置された第１の固定子２１−１及び第２の固定子２１−２は、それぞれ図２に示すように、固定子バックコア部２２上に、扇状で例えば圧粉コアからなる固定子ティース部２３に絶縁紙２４及び絶縁体２５を介して巻線２６を集中巻したものを複数個円周状に配設して構成されている。第１の固定子２１−１及び第２の固定子２１−２は、固定子バックコア部２２によりサイドケースに４２に保持されている。第３の固定子２１−３は、図３に示すように、固定子コア２７の径方向に複数個それぞれが溝状に設けられた固定子ティース部２３に、図示しない絶縁紙及び絶縁体を介して巻線２６をトロイダル巻して構成されている。なお、２８は固定子ティース部先端、２９は固定子接続部である。第３の固定子２１−３は、固定子接続部２９を介して外周ケース４３に保持される。
【００１７】
上述した第１の実施の形態に係る本発明の回転電機１において、回転子１１は、固定子２１から与えられる回転磁束に対して磁石１３に反力を発生させ、回転軸３１を中心に回転するように構成されている。この磁石１３は、隣接する磁石１３の磁極が互いに相異するよう配置されている。ここで、回転子１１と固定子２１との間にはエアギャップと呼ばれる隙間１５が存在し、互いに接続することはない。
【００１８】
図１に示す例において、左右の端部の第１の固定子２１−１及び第２の固定子２１−２における巻線２６は集中巻とし、固定子バックコア部２２を通じてサイドケース４２に保持される。第１の回転子１１−１及び第２の回転子１１−２に挟まれた内部の第３の固定子２１−３における巻線２６はトロイダル巻とし、固定子コア２７の固定子接続部２９を通じて外周ケース４３に保持される。
【００１９】
ここで、内部の第３の固定子２１−３における巻線２６を、端部の巻線２６と同様に集中巻とすると、磁束の流れは内部の第３の固定子２１−３を貫通するものとなる。集中巻では巻線２６を軸方向の固定子ティース部２３に巻回するため、固定子ティース部２３と外周ケース４３との間に巻線２６が存在し、例えば従来例のように固定子の保持にトルクに関係の無い部位や容積が必要となり、出力低下の原因となる。一方、内部の第３の固定子２１−３における巻線２６をトロイダル巻とすることで、磁束の流れは内部の第３の固定子２１−３で折れ曲がるものとなる。トロイダル巻では巻線２６の巻回方向が集中巻と異なり、周方向の固定子コア２７の固定子ティース部２３に巻線２６を巻回するため、固定子コア２７と外周ケース４３との間に巻線２６の内部位、すなわち、固定子接続部２９が存在する。そのため、容積を増やすことなく、固定子接続部２９を外周ケース４３により保持することが可能である。このことで、回転電機１において回転子１１と固定子２１とを容易に多層化できるため、同出力の従来例の回転電機に比べ、コストを削減することが可能である。
【００２０】
次に、本発明の回転電機１におけるコギングトルク及び誘起電圧について説明する。図４は本発明例及び従来例におけるコギングトルクの波形における変化の様子を示すグラフである。図４に示す例では、集中巻の場合は１２スロット、トロイダル巻の場合は４８スロットとし、図１に示すように固定子を集中巻とトロイダル巻とを組み合わせた本発明例として、図１に示す固定子をすべて集中巻とした従来例１として、図１に示す回転子をすべてトロイダル巻とした従来例２として、時間（横軸）とコギングトルクの大きさ（縦軸）との関係で示した。図４の結果から、集中巻とトロイダル巻という異なる巻線方式を採用することで、集中巻およびトロイダル巻それぞれに発生するコギングトルクを調整することができ、コギングトルクを減らすことが可能であることがわかる。
【００２１】
また、図５は本発明例及び従来例における誘起電圧の波形における変化の様子を示すグラフである。図５に示す例でも図４に示す例と同じ条件で、本発明例と従来例１及び従来例２とにおける誘起電圧の変化の様子を示した。
【００２２】
図６（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の第２の実施の形態に係る回転電機における集中巻の第１及び第２の固定子とトロイダル巻の第３の固定子を示す図である。また、図７は本発明の第２の実施の形態におけるコギングトルクの波形を示すグラフであり、図８は本発明の第２の実施の形態における誘起電圧の波形を示すグラフである。なお、図７に示すコギングトルクの波形及び図８に示す誘起電圧の波形は、トロイダル巻の場合は３５スロットとした以外、図４及び図５に示した例と同じ方法で求めたものである。図５及び図８の結果から、集中巻およびトロイダル巻それぞれに発生する誘起電圧も、形状及び巻数を考慮することで、誘起電圧の波形を容易に調整することが可能であることがわかる
【００２３】
図６（ａ）、（ｂ）に示す例において、図１に示す例と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。本例では、図６（ａ）に示す集中巻と図６（ｂ）に示すトロイダル巻の極の位相を、それぞれ別の位相となるように形成している。このことで、図７に示すように、コギングトルクの波形のピークをずらすことができ、よりコギングトルクを減らすことが可能であることがわかる。また、図８に示すように、誘起電圧の波形のピークもずらすことができ、誘起電圧の波形を容易に調整することが可能であることがわかる。
【００２４】
本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、種々の変形、変更が可能である。例えば、上述した実施例では回転電機と述べているが、それは電動機でも発電機でも本発明を適用できる。また、上述した実施例では８極であるが、他の極数でもかまわない。さらに、上述した実施例では固定子コアを圧粉コアから構成したが、電磁鋼板、アモルファス等他の強磁性体でも構成することが可能である。さらにまた、上述した実施例ではアキシャルギャップ型回転電機で説明しているが、ラジアルギャップ型回転電機でもかまわない。また、上述した実施例では異なる巻線方式を集中巻とラジアル巻とで説明しているが、集中巻と分布巻等、他の巻線方式の組合せでもかまわない。さらに、上述した実施例では、回転子が２個、固定子が３個の場合を述べているが、例えば、回転子が３個、固定子が４個の場合、回転子が４個、固定子が５個の場合等、それら以外の組み合わせでもかまわない。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の回転電機は、回転子コアと回転子コアに設けられた磁石とを有する回転子と、固定子コアと固定子コアに巻回した固定子コイルとを有する固定子とを有し、回転子が固定子との間にエアギャップをもって回転可能に保持された回転電機において、回転子および固定子を複数配設しても、コギングトルクを低減できるとともに誘起電圧の波形を調整することができる用途に好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る回転電機の軸方向の断面を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る回転電機の固定子巻線のうち集中巻の一例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る回転電機の固定子巻線のうちトロイダル巻の一例を示す図である。
【図４】本発明例及び従来例におけるコギングトルクの波形における変化の様子を示すグラフである。
【図５】本発明例及び従来例における誘起電圧の波形における変化の様子を示すグラフである。
【図６】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の第２の実施の形態に係る回転電機における集中巻の第１及び第２の固定子とトロイダル巻の第３の固定子を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態におけるコギングトルクの波形を示すグラフである。
【図８】本発明の第２の実施の形態における誘起電圧の波形を示すグラフである。
【図９】従来の回転電機の一例を説明するための図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ線に沿った断面を矢印方向に見た図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  回転電機
１１  回転子
１１−１  第１の回転子
１１−２  第２の回転子
１２  回転子コア
１３  磁石
１５  隙間
２１  固定子
２１−１  第１の固定子
２１−２  第２の固定子
２１−３  第３の固定子
２２  固定子バックコア部
２３  固定子ティース部
２４  絶縁紙
２５  絶縁体
２６  巻線
２７  固定子コア
２８  固定子ティース部先端
２９  固定子接続部
３１  回転軸
３２  ベアリング
３３  回転センサ
４１  ケース
４２  サイドケース
４３  外周ケース
【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】
2006025486.tif 000009
【図８】
2006025486.tif 000010
【図９】
2006025486.tif 000011
【図１０】
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