(57)【要約】【課題】磁気抵抗及び渦電流に起因する損失を低減したより効率的な回転機、及び当該回転機に用いられるステータコアを提供する。【解決手段】ステータコア２１は、磁性材料からなる線材４０を略Ｕ字形状に束ねた複数の単位コアＣを円環状に配列してなるものであり、単位コアＣの各々は開口端ＯＰを円環の中心軸に向けた状態で配列されている。円環状に配列された単位コアＣのうちの隣接する２つの単位コア（例えば、単位コアＣ１，Ｃ２）の互いに接触する一側部Ｑ１，Ｑ２によってステータコア２１のティース３２が形成されている。回転機は、このステータコア２１をステータに備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能なロータと、該ロータの周りに配置されるステータとを備える回転機において、
前記ステータは、前記ロータの回転方向に沿って前記ロータに向けて突出した状態で配列されてコイルが巻回されるティースを複数有するステータコアを備えており、
前記ステータコアは、磁性材料からなる線材を略Ｕ字形状に束ねた複数の単位コアを、開口端を前記ロータ側に向けて前記ロータの回転方向に沿って配列してなるものである
ことを特徴とする回転機。
【請求項２】
前記ティースは、前記ロータの回転方向に沿って配列された前記単位コアのうちの隣接する２つの単位コアの互いに接触する一側部により形成されていることを特徴とする請求項１記載の回転機。
【請求項３】
前記ティースは、断面形状が円形形状に形成されていることを特徴とする請求項２記載の回転機。
【請求項４】
前記線材は、磁化容易方向が長手方向に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の回転機。
【請求項５】
前記線材は、断面形状が矩形形状であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の回転機。
【請求項６】
略円環形状のヨークと、該ヨークの周方向に沿って該ヨークの中心軸に向けて突出した状態で配列されてコイルが巻回される複数のティースとを有するステータコアであって、
前記ステータコアは、磁性材料からなる線材を略Ｕ字形状に束ねた複数の単位コアを、開口端を前記ヨークの中心軸に向けて前記ヨークの周方向に沿って配列して構成されており、
前記ティースは、前記ヨークの周方向に沿って配列された前記単位コアのうちの隣接する２つの単位コアの互いに接触する一側部により形成されている
ことを特徴とするステータコア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機や電動機等の回転機、及び回転機に用いられるステータコアに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の通り、発電機や電動機等の回転機は、ステータ（固定子）とロータ（回転子）とを備えており、回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、或いは電気エネルギーを回転運動エネルギーに変換する機器である。ステータ側にコイルが設けられる回転機では、軟鉄等の磁性材料により形成されてコイルが巻回されるティース（極歯）がロータの回転方向に沿って複数設けられた略円環形状のステータコアが用いられる。従来のステータコアは、製造を容易にするために、所定形状のコア分割片を組み合わせて構成されるものが多い。
【０００３】
図６，図７は、従来のステータコアを構成するコア分割片の一例を示す図である。図６，図７に示すコア分割片１００，１１０は共に、ロータの回転軸に直交する面における断面形状が略Ｔ字形状のものである。図６に示すコア分割片１００は、円弧形状のヨーク部分１０１と、ヨーク部分１０１の曲率中心方向に向けて延びるティース１０２とが一体形成されたものである。これに対し、図７に示すコア分割片１１０は、円弧形状のヨーク部分１１１に直線形状のティース１１２を接合して、ヨーク部分１１１の曲率中心に向けてティース１１２が延びる形状にしたものである。
【０００４】
図６に示すコア分割片１００は、磁気抵抗が小さな方向である磁化容易方向がティース１０２の長さ方向に沿う方向に設定されている。このコア分割片１００は、上述の通り、ヨーク部分１０１とティース１０２とが一体形成されたものであるため、ヨーク部分１０１における磁化容易方向Ｄ１０１とティース１０２における磁化容易方向Ｄ１０２とは同じ方向である。これに対し、図７に示すコア分割片１００は、ヨーク部分１１１における磁化容易方向Ｄ１１１とティース１１２における磁化容易方向Ｄ１１２とが交差するようにされている。
【０００５】
また、以下の特許文献１には、従来のステータコアの他の例が開示されている。図８は、従来のステータコアを構成するコア分割片の他の例を示す図であって、（ａ）はコア分割片の斜視図であり、（ｂ）はコア分割片の組み合わせを示す図である。図８（ａ）に示すコア分割片２００は、ヨーク部分２０１と２つのティース部分２０２とからなり、ロータの回転軸に直交する面における断面形状が略Ｕ字形状のものである。このコア分割片２００の磁化容易方向Ｄ２００は、一方のティース部分２０２からヨーク部分２０１を介して他方のティース部分２０２に至る方向に設定されている。
【０００６】
図８（ａ）に示すコア分割片２００は、図８（ｂ）に示す通り、ティース部分２０２同士が接触するように、ロータの回転方向Ｒ１００に沿って複数配列される。このように配列された隣接するコア分割片２００のティース部分２０２によって１つのティース２０３が形成される。尚、図８（ｂ）において破線で囲った部分は、図６，図７に示すコア分割片１００，２００に相当する部分である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−８２３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、図６に示すコア分割片１００はヨーク部分１０１内において磁路Ｐ１００と磁化容易方向Ｄ１０１とが交差し、図７に示すコア分割片１１０はヨーク部分１１１とティース１１２との接合部においてティース１１２からヨーク部分１１１内に入る磁束の磁路がヨーク部分１１１の磁化容易方向Ｄ１１１に交差するため、磁気抵抗が増大するという問題がある。また、図７に示すコア分割片１１０は、ヨーク部分１１１にティース１１２を接合しているため、接合部におけるギャップ（磁路を寸断する隙間）の存在によっても磁気抵抗が増大するという問題がある。
【０００９】
図８に示すコア分割片２００は、１つのティース２０３が複数のティース部分２０２から形成されており、渦電流が流れるティース２０３の断面積を小さくすることができることから渦電流をある程度は低減することができると考えられる。しかしながら、近年においては省エネルギーの要求が高まっており、渦電流による損失を更に低減する必要がある。また、更なる省エネルギーを実現するためには、渦電流による損失の低減に加えて、磁気抵抗を極力低減して回転機の効率を高める必要があると考えられる。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、磁気抵抗及び渦電流に起因する損失を低減したより効率的な回転機、及び当該回転機に用いられるステータコアを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の回転機は、回転可能なロータ（１０）と、該ロータの周りに配置されるステータ（２０）とを備える回転機（１）において、前記ステータは、前記ロータの回転方向に沿って前記ロータに向けて突出した状態で配列されてコイル（２２）が巻回されるティース（３２）を複数有するステータコア（２１）を備えており、前記ステータコアは、磁性材料からなる線材（４０）を略Ｕ字形状に束ねた複数の単位コア（Ｃ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）を、開口端（ＯＰ）を前記ロータ側に向けて前記ロータの回転方向に沿って配列してなるものであることを特徴としている。
また、本発明の回転機は、前記ティースが、前記ロータの回転方向に沿って配列された前記単位コアのうちの隣接する２つの単位コアの互いに接触する一側部（Ｑ１、Ｑ２）により形成されていることを特徴としている。
また、本発明の回転機は、前記ティースが、断面形状が円形形状に形成されていることを特徴としている。
また、本発明の回転機において、前記線材は、磁化容易方向（Ｄ１）が長手方向に設定されていることを特徴としている
また、本発明の回転機において、前記線材は、断面形状が矩形形状であることを特徴としている。
本発明のステータコアは、略円環形状のヨーク（３１）と、該ヨークの周方向に沿って該ヨークの中心軸に向けて突出した状態で配列されてコイル（２２）が巻回される複数のティース（３２）とを有するステータコア（２１）であって、前記ステータコアは、磁性材料からなる線材（４０）を略Ｕ字形状に束ねた複数の単位コア（Ｃ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）を、開口端（ＯＰ）を前記ヨークの中心軸に向けて前記ヨークの周方向に沿って配列して構成されており、前記ティースは、前記ヨークの周方向に沿って配列された前記単位コアのうちの隣接する２つの単位コアの互いに接触する一側部（Ｑ１、Ｑ２）により形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、磁性材料からなる線材を略Ｕ字形状に束ねた複数の単位コアを、開口端をヨークの中心軸に向けてヨークの周方向に沿って配列して構成されたステータコアを用いているため、磁気抵抗及び渦電流に起因する損失を低減したより効率的な回転機を実現することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態による回転機としての三相交流モータの正断面図である。
【図２】本発明の一実施形態によるステータコアの正断面図である。
【図３】ステータコアを構成する単位コアを示す斜視図である。
【図４】ティースの断面形状による効果を説明するための図である。
【図５】線材を用いたことによる効果を説明するための図である。
【図６】従来のステータコアを構成するコア分割片の一例を示す図である。
【図７】従来のステータコアを構成するコア分割片の一例を示す図である。
【図８】従来のステータコアを構成するコア分割片の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による回転機について詳細に説明する。尚、以下の実施形態では、回転機が、外部から供給される三相交流により回転駆動される三相交流モータ（電動機）である場合を例に挙げて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態による回転機としての三相交流モータの正断面図である。図１に示す通り、本実施形態の三相交流モータ１は、回転可能に構成された回転子としてのロータ１０と、ロータ１０の周りに配置される固定子としてのステータ２０とを備えており、外部からの三相交流がステータ２０に供給されることによりロータ１０が回転駆動される。
【００１６】
ロータ１０は、回転軸１１とロータコア１２とを備えており、回転軸１１の中心軸の周りで回転可能に構成されている。回転軸１１は、紙面に対して垂直な方向に延びる円柱形状の部材であり、軸受等（図示省略）に支持されることにより中心軸の周りで回転可能である。ロータコア１２は、回転軸１１の周りに界磁鉄心として設けられており、その内部に複数の永久磁石（図示省略）を備えている。この永久磁石によって、ロータコア１２の表面には回転軸１１の周方向に沿った交番磁界が形成されている。
【００１７】
ステータ２０は、ステータコア２１、コイル２２、及びケーシング２３を備えており、外部から供給される三相交流によってロータ１０の周りに回転磁界を形成することによりロータ１０を回転駆動する。ステータコア２１は、ロータ１０の周りに電機子鉄心として設けられた部材である。図２は、本発明の一実施形態によるステータコアの正断面図である。
【００１８】
図２に示す通り、ステータコア２１は、略円環形状のヨーク３１と、ヨーク３１の周方向に沿ってヨーク３１の中心軸に向けて突出した状態で配列されてコイル２２が巻回される複数のティース３２とを有する。ステータコア２１に設けられたティース３２は、巻回されたコイル２２に三相交流が供給されることによって磁極として機能するものである。尚、ステータコア２１は、各ティース３２の突出方向がロータ１０の回転軸に向かうようにロータ１０の周りに配置され、かかる配置においてロータコア１２との間の間隔が予め設定された所定の間隔（例えば数ミリメートル程度）となるようにティース３２の突出量が設定されている。
【００１９】
ここで、図２に示す通り、ステータコア２１は、複数の単位コアＣを配列して構成される。図３は、ステータコアを構成する単位コアを示す斜視図である。図３に示す通り、単位コアＣは、軟鉄等の磁性材料により形成された複数の線材４０を略Ｕ字形状に束ねたものである。単位コアＣを構成する複数の線材４０は、その断面形状が０．５〜１ミリメートル角程度の矩形形状である線状の部材であって、磁化容易方向Ｄ１が長手方向に設定されたものである。
【００２０】
これら線材４０の各々の周囲には、必要に応じて絶縁用の被覆（コーティング）が形成される。このように、ステータコア２１をなす単位コアＣを複数の線材４０を束ねて形成するのは、ステータコア２１で生ずる渦電流を低減することによって三相交流モータ１の損失を低減するためである。また、磁化容易方向Ｄ１が線材４０の長手方向に設定されているのは、磁気抵抗を低減するためである。尚、以下では、図３に示した各単位コアＣを区別する必要がある場合には、それぞれ別の符号（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）を参照しつつ説明する。
【００２１】
図２に示す通り、ステータコア２１は、以上の構成の単位コアＣを、その開口端ＯＰをヨーク３１の中心軸に向けた状態で、ヨーク３１の周方向に沿って複数配列することにより構成される。ここで、ティース３２は、配列された複数の単位コアＣのうちの隣接する２つの単位コアの互いに接触する一側部によって形成される。具体的に、図３に示す例では、単位コアＣ１の一側部Ｑ２と単位コアＣ２の一側部Ｑ１とによって１つのティース３２が形成され、単位コアＣ２の一側部Ｑ２と単位コアＣ３の一側部Ｑ１とによって他の１つのティース３２が形成される。
【００２２】
また、図３に示す通り、ティース３２は、その断面形状が略円形形状に形成される。即ち、単位コアＣの両側部（一側部Ｑ１，Ｑ２）は、その断面形状が略半円形状とされており、隣接する２つの単位コアＣの一側部同士が接触することにより、断面形状が略円形形状であるティース３２が形成される。このように、ティース３２の断面形状を略円形形状とするのは、ティース３２とその周囲に巻回されるコイル２２との間の隙間を詰めることにより、巻線材料を減らして巻線抵抗を極力低減することにより三相交流モータ１の効率を高めるためである。また、同形状において巻線の巻数を増大させることが可能となり、出力の増大、ひいては電動機の小型化が期待される。
【００２３】
コイル２２は、ステータコア２１が有するティース３２の周囲に巻回され、外部から供給される三相交流が流れることにより、ステータコア２１のティース３２を磁極とするものである。具体的に、コイル２２は、Ｙ結線又はΔ結線がなされて三相交流の各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の電流が供給される複数のコイルを有しており、Ｕ相の電流が供給されるコイル、Ｖ相の電流が供給されるコイル、及びＵ相の電流が供給されるコイルが、ヨーク３１の周方向に沿ってステータコア２１に配列されたティース３２に順次巻回されている。このようなコイル２２に三相交流が供給されると、ティース３２順次磁化されて回転磁界が形成される。
【００２４】
ケーシング２３は、ステータコア２１の外周を覆う円環状の部材であって、ロータ１０（回転軸１１の一部及びロータコア１２）、ステータコア２１、及びコイル２２を収容する。また、このケーシング２３は、複数の分割コアＣを結合する「たが」としても機能する。尚、分割コアＣの結合方法は、ケーシング２３を「たが」として用いる以外に、接着等によって結合する方法を用いることも可能である。
【００２５】
次に、上記構成における三相交流モータ１の動作について簡単に説明する。外部からの三相交流が三相交流モータ１に供給されると、三相交流の各層の電流がステータ２０に設けられたコイル２２に流れる。すると、コイル２２が巻回されたティース２４が順次磁化され、ロータ１０の回転方向に沿って回転磁界が形成される。すると、表面に交番磁界が形成されたロータコア１２がこの回転磁界と相互作用し、吸引力及び反発力が生ずることによりロータ１４が回転駆動される。
【００２６】
図４は、ティースの断面形状による効果を説明するための図である。まず、図４（ｂ）に示す通り、断面形状が長方形形状である複数の短冊部材３０１が積層されてなり、断面形状が矩形形状であるティース３００について考える。このティース３００の周囲に巻回されるコイル３０２は、ティース３００の４つの角部で曲げられるため略四角環状になる。ここで、コイルの剛性によってティース３００の４つの角部においてコイルを直角に曲げることができないため、ティース３００の４つの辺部においてティース３００とコイル３０２との間に大きな隙間Ｖ２が生じて巻線の材料長が長くなり巻線抵抗が大きくなる。
【００２７】
次に、図４（ａ）に示す通り、線材４０によって形成された単位コアＣを用いて形成された断面形状が略円形形状であるティース３２について考える。このティース３２の周囲に巻回されるコイル２２は、ティース３２の断面形状に沿った略円環状になり、ティース３２に対してコイル２２をより密着させて巻回することができる。すると、ティース３２とコイル２２との間の隙間Ｖ１が小さくなって巻線の材料長が短くなり、巻線抵抗が小さくなる。その結果、三相交流モータ１の効率を高めることができる。
【００２８】
図５は、線材を用いたことによる効果を説明するための図である。まず、断面形状が長方形形状である複数の短冊部材３０１を用いた場合には、図５（ｂ）に示す通り、渦電流の流路Ｐ２が短冊部材３０１の長手方向に延びるため、さほど渦電流を低減することはできない。次に、断面形状が矩形形状である線材４０を用いた場合には、図５（ａ）に示す通り、渦電流の流路Ｐ１を極めて小さくすることができるため、渦電流を大幅に低減することができる。
【００２９】
以上説明した通り、本実施形態では、長手方向に磁化容易方向が設定された磁性材料からなる線材４０を略Ｕ字形状に束ねた複数の単位コアＣを、開口端ＯＰをロータ１０側に向けてロータ１０の回転方向に沿って配列して形成されたステータコア２１を用いているため、磁気抵抗及び渦電流を大幅に低減することができる。また、本実施形態では、ステータコア２１に設けられるティース３２の断面形状を略円形形状にしており、ティース３２に対してコイル２２をより密着させて巻回することができるため、巻線の材料長を短くすることで、巻線抵抗を低減することができる。このため、本実施形態では三相交流モータ１の効率をより高めることができる。
【００３０】
以上、本発明の一実施形態による回転機について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、電動機の一種である三相交流モータを例に挙げて説明したが、発電機にも本発明を適用することができる。また、本発明は、三相交流以外の多相電流が用いられる回転機にも適用することができる。
【００３１】
また、上記実施形態では、ティース３２の断面形状が略円形状である場合を例に挙げて説明したが、ティース３２の断面形状は、略楕円形状、矩形形状、その他の三相交流モータ１の形状や特性に応じて適切な形状にすることができる。但し、周囲に巻回されるコイルの密着度がたかまる形状であるのが望ましい。また、線材４０は、必ずしも断面形状が矩形形状である必要はなく、円形形状等の他の形状であっても良い。
【符号の説明】
【００３２】
１                  三相交流モータ
１０                ロータ
２０                ステータ
２１                ステータコア
２２                コイル
３１                ヨーク
３２                ティース
４０                線材
Ｃ                  単位コア
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３    単位コア
Ｄ１                磁化容易方向
ＯＰ                開口端
Ｑ１，Ｑ２          一側部
【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】
2011223751.tif 000008
【図７】
2011223751.tif 000009
【図８】
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