(57)【要約】  本発明によるステータ(3)は、複数のステータ要素(7, 8)を有する。ステータ要素の各々は、コア(9)と、コアの周りに巻かれたコイル(11,12)を含む。ステータ要素(7, 8)の間の磁束漏れを減少させるために、ステータ要素の少なくとも１つのコイルは、隣接したステータ要素に対してずらされる所定の角度で巻かれる。好ましくは、コイルは、コア(9)の内周に沿って延びる内側(26)と、コア(9)の外周に沿って延びる外側(25)と、を有する。コイルの外側(25)は、コイルの内側(26)に対して、隣接したステータ要素に向かう方向にずらされる。
2014528691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータであって、
複数のステータ要素を有し、前記ステータ要素の各々は、コアと、前記コアの周りに巻かれたコイルと、を含み、前記ステータ要素の間の磁束漏れを減少させるために、少なくとも１つのステータ要素の前記コイルは、隣接したステータ要素に対してずらされる所定の角度で巻かれる、ステータ。
【請求項２】
前記コイルは、前記コアの内周に沿って延びる内側と、前記コアの外周に沿って延びる外側と、を有し、前記コイルの外側は、前記コイルの内側に対して、前記隣接したステータ要素に向かう方向にずらされる、請求項１に記載のステータ。
【請求項３】
前記コアの周りの前記コイルの形状は、略平行六面体である、請求項１又は２に記載のステータ。
【請求項４】
前記少なくとも１つのステータ要素は、前記コイルが巻かれるボビンを有し、前記ボビンは、管と、一対のフランジと、を含み、前記一対のフランジの各々は、前記管の端部から延び、前記一対のフランジは、互いに平行であり且つ前記管の長手方向軸線に対して直交しない平面内に位置する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のステータ。
【請求項５】
前記少なくとも１つのステータ要素は、更なるコイルを含み、前記更なるコイルは、隣接したステータ要素に対してずらされる所定の角度で、前記コアの周りに巻かれる、請求項１〜４のいずれか１項に記載のステータ。
【請求項６】
前記ステータ要素の各々のコアは、Ｃ字形であり、背部と、前記背部の両端部から延びる２つのアームと、を含み、前記コイルは、前記アームの一方の周りに巻かれ、前記更なるコイルは、前記アームの他方の周りに巻かれる、請求項１〜５のいずれか１項に記載のステータ。
【請求項７】
ステータであって、
複数のステータ要素を有し、前記ステータ要素の各々は、コアと、前記コアの周りに巻かれたコイルと、を含み、少なくとも１つのステータ要素のコイルは、前記ステータのインダクタンスを減少させる方向にずらされる所定の角度で巻かれる、ステータ。
【請求項８】
電気機械であって、
ロータと、請求項１〜７のいずれか１項に記載のステータと、を有し、前記ステータ要素は、前記ロータの周りに配置される、電気機械。
【請求項９】
電気機械であって、
ロータと、前記ロータの周りに配置されたステータと、を有し、
前記ステータは、複数のステータ要素を含み、前記ステータ要素の各々は、コアと、前記コアの周りに巻かれたコイルと、を含み、前記コアは、Ｃ字形であり、背部と、前記背部の両端部から延びる一対のアームと、を有し、前記コイルの各々は、前記コアのそれぞれのアームの周りに巻かれ、前記コアの内周に沿って延びる内側と、前記コアの外周に沿って延びる外側とを有し、前記コイルの各々は、前記外側が前記内側に対して前記ロータに向かう方向にずらされる所定の角度で巻かれる、電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械のためのステータ、及びかかるステータを組込んだ電気機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機械のステータは、ロータの周りに配置された複数の要素を有する。隣接した要素の間の磁束漏れは、ステータのインダクタンスを増大させ、ロータに作用するトルクを減少させる。典型的には、磁束漏れは、ステータ要素を適切な形状にすることによって最小になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、磁束漏れを全く無くすことはできない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の側面において、本発明は、ステータであって、ステータ要素を有し、ステータ要素の各々は、コアと、コアの周りに巻かれたコイルと、を含み、ステータ要素の少なくとも１つのコイルは、ステータ要素の間の磁束漏れを減少させる、隣接したステータ要素に対してずらされる所定の角度で巻かれる、ステータを提供する。
【０００５】
各ステータ要素のコイルは、コアを通る磁束の外筒又は導管として作用する。ステータ要素の少なくとも１つのコイルを、隣接したステータ要素に向かってずらすことによって、２つのステータ要素の間の磁束漏れを減少させる。従って、コアを通る磁束を全く減少させることなしに、ステータのインダクタンスを減少させる。さらに、２つのステータ要素の間の磁束漏れが少ないので、より多くのステータ磁束がロータと結合し、大きなトルクがステータによってロータに生じる。
【０００６】
好ましくは、各ステータ要素のコイルは、隣接したステータ要素に対してずらされる。これにより、ステータのインダクタンスを更に減少させ、ロータに作用するトルクを増大させる。
【０００７】
少なくとも１つステータ要素のコイルは、コアの内周に沿って延びる内側と、コアの外周に沿って延びる外側を有する。コイルの外側は、コイルの内側に対して、隣接したステータ要素に向かう方向にずらされる。その結果、２つのステータ要素のコアの外周における磁束漏れを減少させる。ステータ要素がロータの周りに配置される場合、このことはより多くのステータ磁束がロータと結合する。
【０００８】
コイルの形状は、底面がすべての側面に対して垂直である平行六面体であるのがよい。
【０００９】
好ましくは、ステータ要素の少なくとも１つは、コイルが巻かれるボビンを有する。好ましくは、ボビンは、管と、一対のフランジを含み、一対のフランジの各々は、管の端部から延びる。一対のフランジは、互いに平行であり且つ管の長手方向軸線に対して直交しない平面内に位置する。真っ直ぐな管体を有するボビンを設けることにより、コイルがコアの直線部分の周りに巻かれることを可能にする。さらに、各フランジは、管に対して直交しない平面内に位置するので、ボビンに巻かれたコイルはずらされる。従って、ずらされコイルは、コアの直線部分に設けられるのがよい。
【００１０】
ステータ要素の少なくとも１つは、更なるコイルを含み、更なるコイルは、隣接したステータ要素に対してずらされる所定の角度でコアの周りに巻かれる。コイル及び更なるコイルは、同じステータ要素に対してずらされてもよいし、別の隣接したステータ要素に対してずらされてもよい。更なるコイルを設けることによって、コアを通る磁束が増大する。更なるコイルを、隣接したステータ要素に向かってずらすことによって、隣接したステータ要素の間の磁束漏れを減少させる。
【００１１】
各ステータ要素のコアは、Ｃ字形であり、背部と、背部の両端部から延びる２つのアームとを有する。コイルは、アームの一方の周りに巻かれ、更なるコイルは、アームの他方の周りに巻かれる。Ｃ字形コアを採用することによって、４つ又はそれ以上の極を有するステータを実現できる。さらに、各ステータ要素に、比較的高い充填率を実現することができる。コイルをコアの各アームに配置することによって、同じステータ要素の異なる部品の間の磁束漏れを減少させる。各アームの自由端部は、極面を構成する。従って、各ステータ要素をロータの周りに配置するとき、隣接したステータ要素の間の磁束漏れは、一方のステータ要素のアームと、隣接したステータ要素アームとの間に生じる。各ステータ要素の各アームにコイルを設けることによって、隣接したステータ要素の間の磁束漏れを減少させる。更に、少なくとも１つのステータ要素のコイルをずらすこと、好ましくは全てのステータ要素の全てのコイルをずらすことによって、隣接したステータ要素の間の磁束漏れをさらに減少させる。
【００１２】
第２の側面において、本発明は、ステータであって、複数のステータ要素を有し、ステータ要素の各々は、コアと、コアの周りに巻かれたコイルと、を含み、少なくとも１つのステータ要素のコイルは、コイルがステータのインダクタンスを減少させる方向にずらされる角度で巻かれる、ステータを提供する。
【００１３】
少なくとも１つのステータ要素のコイルをずらすことによって、コアを通る磁束を減少させることなしに、ステータのインダクタンスを減少させる。
【００１４】
第３の側面において、本発明は、電気機械であって、ロータと、前の段落で述べた任意のステータと、を有し、ステータ要素が、ロータの周りに配置される、電気機械を提供する。
【００１５】
第４の側面において、本発明は、電気機械であって、ロータと、ロータの周りに配置されたステータと、を有し、ステータは、複数のステータ要素を含み、ステータ要素の各々は、コアと、コアの周りに巻かれたコイルと、を含み、コアは、Ｃ字形であり、背部と、背部の両端部から延びる一対のアームと、を含み、コイルの各々は、コアのそれぞれのアームの周りに巻かれ、コアの内周に沿って延びる内側と、コアの外周に沿って延びる外側と、を有し、コイルの各々は、外側が内側に対してロータに向かう方向にずれる所定の角度で巻かれる、電気機械を提供する。
【００１６】
このように各コイルをずらすことによって、隣接したステータ要素の間の磁束漏れは、コアの外周において低減される。従って、コアを通る磁束を減少させることなしに、ステータのインダクタンスを小さくする。さらに、各ステータ要素がロータの周りに配置されるので、より多くのステータ磁束がロータと結合する。
【００１７】
本発明を容易に理解できるように、添付図面を参照して、本発明の実施形態を例示的に以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による電気機械の断面図である。
【図２】磁束漏れ線を示す、本発明と異なる電気機械の断面図である。
【図３】磁束漏れ線を示す、図１と同じ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１の電気機械１は、ロータ２と、ステータ３を有する。
【００２０】
ロータ２は、シャフト４を有し、４極の永久磁石５とベアリング（図示せず）がシャフト４に取付けられる。ベアリングは、磁石５の上に配置され、ロータ２を電気機械１のフレーム６に取付けるのに使用される。ベアリングが着座するフレーム６の一部分は、ステータ３の上に位置するが、明瞭化のためにその輪郭だけを示す。
【００２１】
ステータ３は、ロータ２の両側に配置された２つのステータ要素７、８を有する。各ステータ要素７、８は、コア９と、ボビン要素１０と、一対のコイル１１、１２を有する。
【００２２】
コア９は、略Ｃ字形であり、背部１３と、背部１３の両側部から延びる２つのアーム１４、１５を有する。各アーム１４、１５は、ロータ２に向かって延び、極面１６、１７を構成する自由端部を有する。
【００２３】
ボビン要素１０は、ブリッジ壁２０によって連結されたボビン１８、１９を有する。各ボビン１８、１９は、中空管２１と、前フランジ２２と、後フランジ２３を有し、各フランジ２２、２３は、中空管２１の端部から外方に延びる。各ボビン１８、１９のフランジ２２、２３は、互いに平行であり且つ中空管２１の長手方向軸線２４に対して直交しない平面内に位置する。ブリッジ壁２０は、２つのボビン１８、１９の後フランジ２３の間を延び、これらを連結する。
【００２４】
各ボビン１８、１９はそれぞれ、コア９のアーム１４、１５に設けられる。各ステータ要素７、８のコア９の上に位置するフレーム６は、アーム１４、１５に沿う各ボビン１８、１９の長さを制限する。各ボビン１８、１９の中空管２１は、アーム１４、１５を包囲し、前フランジ２２は、極面１６、１７に近い方であり、後フランジ２３は、極面１６、１７から遠い方である。中空管２１は、コア９の直線部分を包囲する。従って、直線部分は、中空管２１の軸線と一致する長手方向軸線を有する。かくして、フランジ２２、２３は、ボビン１８、１９が設けられるコア９の直線部分の長手方向軸線に対して直交しない平面内に位置する。
【００２５】
各コイル１１、１２は、それぞれのボビン１８、１９に巻かれたワイヤを含む。単一のワイヤが、ステータ要素７、８の両方のコイル１１、１２に使用されるのがよい。変形例として、別個のワイヤが、各コイル１１、１２には用いられてもよい。コイル１１、１２の各巻き部は、ボビン１８、１９のフランジ２２、２３と平行な平面内に位置する。その結果、コイル１１、１２の各巻き部は、中空管２１の長手方向軸線２４に対して直交しない平面内に位置し、従って、コイル１１、１２が巻かれるコア９の直線部分に対して直交しない平面内に位置する。
【００２６】
各コイル１１、１２は、コア９の外周２７に沿って延びる外側壁２５と、コア９の内周２８に沿って延びる内側壁２６を有する。コイル１１、１２は、各コイル１１、１２の外側壁２５が内側壁２６に対してずれる所定の角度で巻かれる。さらに、外側壁２５は、内側壁２６に対して、対向するステータ要素に向かう方向にずれる。従って、コア９の周りの各コイル１１、１２の形状は、底面がすべての側面に対して垂直である平行六面体とみなすことができる。
【００２７】
各コイル１１、１２は、コア９を通る磁束の外筒又は導管として作用する。従って、磁束は、コイル１１、１２が巻かれているコア９の直線部分から漏れることが防止される。図２及び３を参照して後で説明するように、各ステータ要素７、８のコイル１１、１２を対向するステータ要素に向かってずらすことによって、２つのステータ要素７、８の間の磁束漏れが減少する。
【００２８】
図２は、図１に示し且つ説明した電気機械と多くの点で同一である電気機械３０を示す。しかしながら、図１の電気機械１とは異なり、各ボビン３４のフランジ３６、３７は、中空管３８の長手方向軸線３９に対して直交する平面内に位置する。その結果、各コイル３５の巻き部は、コイル３５が巻かれているコア３３の直線部分の長手方向軸線に対して直交する平面内に位置する。この場合も、各ボビン３４の長さは、フレーム４０によって制限される。
【００２９】
磁束４１は、２つのステータ要素３１、３２の間において、コイル３５で覆われていないコア３３の領域のところで漏れる。さらに同様に、磁束４２は、各コア３３の２つのアームの間において、コイル３５で覆われていない領域で漏れる。コイル３５の巻き方の結果として、上記領域４３、４４は、コア３３の外周及び内周で露出する。
【００３０】
図１の電気機械１であれば、各コイル１１、１２は、対向するステータ要素７、８の方向にずれている。その結果、図２の電気機械３０において露出していた上記領域４３、４４は、図３に示すように、コイル１１、１２によって覆われる。その結果、上記領域４３、４４における磁束の漏れが抑制される。従って、２つのステータ要素７、８の間における磁束漏れが減少し、同じように、各ステータ要素７、８の２つのアーム１４、１５の間における磁束漏れ４２が減少する。その結果、ステータ３のインダクタンスが小さくなる。さらに、より多くのステータ磁束がロータ２と結合し、かくして、より大きいトルクがステータ３によってロータ２に生じる。
【００３１】
コイル１１、１２を、対向するステータ要素７、８に向かってずらすと、各コア９の後方の領域４５が露出する。しかしながら、露出した上記領域４５と上記隣接した（対向する）ステータ要素７、８との間の距離は、図２における露出した上記領域４３と上記隣接した（対向する）ステータ要素７、８との距離よりも非常に大きい。その結果、２つのステータ要素７、８の間の正味の磁束漏れ４１は減少する。
【００３２】
図１の電気機械１のロータ２は、シャフト４を有し、磁石５及びベアリング（図示せず）がシャフト４に取付けられる。ベアリングを磁石５に近接して取付けると、比較的小型のロータ２を実現できる。しかしながら、結果として、ベアリングが着座するフレーム６は、ボビン１８、１９の位置に制約を課す。従って、ロータ２は、フレーム６が空間的制約を与えない他の方法で電気機械１内に取付けられるのがよい。例えば、ベアリングと磁石５との間の間隔を大きくし、又は、ベアリング及びフレーム６の直径を小さくする。フレーム６がボビン１８、１９の位置に対して制約を与えるか否かに関わらず、２つのステータ要素７、８の間の磁束漏れ４１を減少させるために、各ステータ要素７、８のコイル１１、１２は、対向するステータ要素に向かってずらされる。
【００３３】
図１の電気機械１は、ステータ３を有し、ステータ３は、ロータ２の両側に配置された２つのステータ要素７、８を有する。しかしながら、ステータ３は、ロータ２の周りに配置される任意の数のステータ要素を有していてもよい。同様に、ロータ２は、任意の数の極を有していてもよく、永久磁石５を含む必要はない。例えば、電気機械は、突出した極を有する鉄心ロータの周りに配置されたステータ要素を有するリラクタンス機械である。ステータ要素の数に関係なく、磁束漏れを減少させるために、各ステータ要素のコイルは、隣接したステータ要素に向かってずらされる。
【００３４】
図１の電気機械１において、各ステータ要素７、８の各コイル１１、１２は、隣接したステータ要素に向かってずらされる。しかしながら、ステータ要素７、８の間の磁束漏れ４１の減少は、ステータ３のコイルの一方だけをずらすことによっても実現される。従って、ステータ３の全てのコイルをずらすことは必須ではない。しかしながら、ステータ３のより多くのコイルをずらすと、磁束漏れのより大きい減少が達成される傾向がある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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