(57)【要約】【課題】エンドコイル部に流れる電流をロータに作用する磁束の発生に効率よく利用する回転電機を提供する。【解決手段】略円筒状のバックコア部（３ｂ）と前記バックコア部（３ｂ）から突出するティース部（３ａ）を有するステータコア（３）、及び、前記ステータコア（３）のティース部に巻かれたステータコイル（５）とを有するステータ（１）と、前記ステータ（１）にギャップを介して回転可能に保持され且つ永久磁石（１９）を有するロータ（１７）とを備えた回転電機において、前記ステータコアの前記バックコア部から前記ロータ近傍まで略半径方向に延びる磁性体（１１）による磁路を前記コイルのコイルエンド部（５ａ）を覆うように設置することを特徴とする回転電機。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒状のバックコア部と前記バックコア部から突出するティース部を有するステータコア、及び前記ステータコアのティース部に巻かれたステータコイルを有するステータと、前記ステータにギャップを介して回転可能に保持され且つ永久磁石を有するロータとを備えた回転電機において、
前記ステータコアの前記バックコア部から前記ロータ近傍まで略半径方向に延びる磁性体による磁路を前記コイルのコイルエンド部を覆うように設置することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記磁性体は、前記ステータコアと密着することを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
前記磁性体は前記ステータコアに溶接により密着されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記磁性体による前記磁路は前記ステータと前記ロータとの間の前記ギャップ近傍まで延長されている事を特徴とする請求項１〜３に記載の回転電機。
【請求項５】
前記磁性体のロータ側の端部と前記ステータの内周面との間の距離は、前記ギャップよりも長いことを特徴とする請求項１〜４に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ロータに永久磁石を有する回転電機のステータ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動機において、ステータコアのティース部（歯部）に巻回されたコイルに流した電流による磁束は、ステータの軸方向およびそれに対抗する軸方向逆向きに供給された一対の電流によって生じる。しかしながら、コイルエンド部に流れる電流は、トルクにほとんど反映されず、電流の二乗に比例する銅損を発生させるのみである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、エンドコイル部に流れる電流をロータに作用する磁束の発生に効率よく利用する回転電機を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の回転電機は、略円筒状のバックコア部と前記バックコア部から突出するティース部を有するステータコア、及び、前記ステータコアのティース部に巻かれたステータコイルとを有するステータと、前記ステータにギャップを介して回転可能に保持され且つ永久磁石を有するロータとを備える。前記ステータコアの前記バックコア部から前記ロータ近傍まで略半径方向に延びる磁性体による磁路を前記コイルのコイルエンド部を覆うように設置する。
【０００５】
【作用・効果】
本発明によれば、コイルエンド部を覆うように磁性体による磁路を設けたので、これまで有効に利用されていなかったエンドコイル部に流れる電流を磁束の発生に効率よく利用できる事になるので、ロータ端部でのトルクが向上し、電動機の特性を大幅に向上することが可能である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して、本発明の電動機に係るステータを従来技術のステータと比較して説明する。
【０００７】
図１（ａ）を参照すると、本発明のステータ１は、ステータコア３、ステータコア３のティース部５ａに巻かれるコイル５、及びステータコア３に接続する磁性体１１を具備する。ステータは円筒状であり、円筒状の内周面２５と円筒状の外周面２７を有する（図４参照）。本実施形態では、ステータコア３は、それぞれが一つのティ−ス部３ａを含む同形の複数の分割コア７に分けられており、複数の分割コア７が全体で略円筒状になるように連結され、ステータコア３を形成している。なお、本明細書では、ステータコア３の略円筒状のコイル５の巻かれない部分をバックコア部３ｂと呼び、バックコア部３ｂから突出するコイル５の巻かれる突出部をティース部と呼んでいる。
【０００８】
バックコア部３ｂは、隣り合う磁極を結ぶ磁気回路を構成する。各分割コア７は、Ｔ字型の電磁鋼板を回転軸方向（Ｙ軸方向）に積層して形成される。複数のティ−ス部３ａの先端面８は内周面２５に位置する。内周面２５にほぼステータコア３は、このような分割構造を有する必要はなく、通常の一体構造のステータコアでもよい。
【０００９】
図１（ａ）では、一つの分割コア５が示されている。コイル５は、ステータ端面９に略平行に延び、かつステータ端面９上に位置するコイルエンド部５ａと、電動機の回転軸方向（Ｙ軸方向）に延びるコイルサイド部５ｂから構成される。図１（ａ）において、コイル５を流れる電流の方向は、コイルエンド部５ａにおいてほぼＸ軸方向であり、コイルサイド部５ｂにおいてほぼＹ軸方向であり、ティース部３ａにおいてステータの半径方向（Ｚ軸方向）に磁束を生じる。
【００１０】
磁性体１１は、ステータコア３に接続する基部１１ａと、基部１１ａからロータ１７側にステータ１の略半径方向（Ｚ軸方向）にティース部３ａに沿って延びる板部１１ｂから構成されている。磁性体１１は、ステータコア３のバックコア部３ｂからロータ１７近傍までコイルエンド部５ａを覆う様に設置されている。磁性体１１は、ステータコア端面９と密着して、ステータコア３に固定されている。好適には、磁性体１１はステータコア３と溶接により密着されている。磁性体１１は、ケイ素鋼など高透磁率を有する材料で構成され、コイルエンド部５ａを流れる電流により生じる磁場を通す磁路として機能する。こうして、磁性体１１とステータコア３により、コイルエンド部５ａの周りを囲む磁路が形成される。
【００１１】
ティース部３ａには、コイルサイド部５ｂに流れる電流から生じる磁束に加えて、コイルエンド部５ａを流れる電流により生じる磁束が生じる。新たに設けた磁路は、溶接などによりステータコア３に密着させるので、磁束の流れがスムーズになり、電動機の特性を大幅に向上することが可能である。
【００１２】
なお、図１（ｂ）に示す従来技術のステータにおいて、このような磁性体は設けられておらず、エンドコイル部に流れる電流から生じる磁束は有効に利用されていなかったので、エンドコイル部に流れる電流は電動機の性能に影響しなかった。
【００１３】
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ磁性体１１の正面、端面、側面を示す。磁性体１１は全体的に、コイルエンド部５ａを覆うような略Ｌ字型形状または円弧形状（半円筒形状）を有する。図において、磁性体１１の正面、端面は、長方形であるが、これに限定されるものではない。図２（ｃ）ように、磁性体１１の側面はＬ字型形状であるが、これに限定されるものでない。図２（ｄ）は、磁性体１１のＩＩ−ＩＩ線に沿った、磁性体１１の長手方向に垂直の断面図である。磁性体１１は、コイルエンド部５ａを覆う形で配置され、コイルエンド部５ａは磁性体１１とステータコア３に挟まれている。
【００１４】
図３は、本発明の第１実施形態に係る電動機の軸方向の断面を示す。電動機は、大きく分けてステータ１、ロータ１７、回転軸１３、ケース（図示しない）によって構成されている。ロータ１７は、略円筒形状をしており、ステータ１に対して回転可能に保持される。
【００１５】
ロータ１７は外周方向に設けられているステータ１の内部で、ステータ１から与えられる回転磁束に対して、ロータ１７の永久磁石１９に反力を発生させ、回転軸１３を中心に回転するように構成されている。この永久磁石１９は、隣接する永久磁石１９の磁極は互いに相違するよう配置されている。ここで、ロータ１７とステータ１の間にはエアギャップと呼ばれる隙間が存在し、互いに接触することはない。
ステータ１は、その外周面２７を通じてケース２１に保持される。また、ロータ１７は回転軸１３、ベアリング１５を通じてケース２１に保持される。
【００１６】
従来の電動機では、軸方向に流れる電流により発生した磁束（図３では下向き）に対して反力を発生してトルクを発生させている。本実施形態では、コイルエンド部５ａを覆うように新たに磁性体１１による磁路をステータ両端部に設けて、紙面垂直方向にコイルエンド部５ａを流れる電流による磁束をステータ両端部で発生させて、ロータ１７の永久磁石１９との間で反力を発生させて、よりトルクを大きく発生することができる。
【００１７】
なお、図３に示すように、磁性体１１は、そのロータ側端部１１ｃがステータ１の内周面２５を超えて位置するように、バックコア部３ｂからロータ側に略半径方向に延びている。さらに、磁性体１１のロータ側端部１１ｃとステータ１の内周面２５との間の距離Ｍは、ステータとロータのギャップの幅Ｄよりも大きいことが好ましい（Ｍ＞Ｄ）。このようにすれば、ロータ１７とステータ１とのギャップよりも、ステータ１と新たに設けた磁路との距離を大きくするので、ステータにできる磁束が新たに設けた磁路に回り込むことなく、ロータ１７の永久磁石１９に直接的に作用するので、電動機の特性を大幅に向上することが可能である。
【００１８】
このように磁性体１１による磁路はステータ１とロータ１７との間のギャップ近傍まで延長されており、磁束が強くなり、電動機の特性を大幅に向上することが可能である。
【００１９】
図４は、第一実施形態に係るコイルエンド部５ａを覆う磁路のステータ１上での位置を示す軸方向垂直な電動機の断面図である。前述したように、ステータコア３は、それぞれが一つのティ−ス部３ａを含む同形の複数の分割コア７に分割されており、複数の分割コア７が全体で略円筒状になるように連結され配置されている。ステータ１のティース部３ａの数及びコイル５の数は９であり、ロータ１７の磁極数は６である。
【００２０】
磁性体１１は、ティース部と略同一の幅をもって、コイルエンド部５ａを覆うように配置されている。図３では、説明上、一つの磁性体１１がステータ１上に配置されているが、磁性体１１はすべてのティース部３ａに対して配置するのが望ましい。しかし、部分的に、例えば一つおきに、ティース部３ａに対して磁性体１１を配置してもよい。
【００２１】
次に、磁性体１１に係る第二実施形態を説明する。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ第二実施形態に係る磁性体１１の正面、端面、側面を示す。図５（ｄ）は、磁性体１１のＶ−Ｖ線に沿った、磁性体１１の長手方向に垂直の断面図である。この実施形態では、磁性体１１は、コイル５のより多くの部分を覆うように、第一実施形態と略同一形態の板部１１ｂに庇部１１ｄを加えたものである。したがって、磁性体１１は、コイルエンド部５ａを取り囲むように、コイルエンド部５ａ上で長手方向垂直の断面形状が略凹状になっている。このように、磁性体１１は、第一実施形態と違って、コイルエンド部５ａとコイルサイド部５ｂとが連結する角部５ｃを庇部１１ｄが覆う構造を有する。
【００２２】
ステータ１の軸方向に巻込むように巻回されたコイルエンド部５ａを取り囲むように磁路が形成されているので、第一実施形態より磁束を大きくする事ができ、電動機の出力（トルク）及び効率を向上することが可能である。
【００２３】
図６は、第二実施形態に係るコイルエンド部５ａを覆う磁路のステータ１上での位置を示す軸方向垂直な電動機の断面端面図である。図のように、第二実施形態では、磁性体１１は、ティース部３ａの幅より大きい幅をもって、コイルエンド部５ａを覆うように配置されている。
【００２４】
以上二つの実施形態で示した通り、本発明によれば、コイルエンドを覆うように磁性体による磁路を設けたので、これまで有効に利用されていなかった電流を磁束に効率よく変換できる事になるので，ロータ端部でのトルクが向上し、電動機の特性を大幅に向上することが可能である。
【００２５】
ここで示した通り、コイルエンド部を覆う様に磁路を設けた事により、エンドコイルに流れる電流によるロータに向かう磁束を有効に発生させることができ、電動機の出力及び効率を向上することが可能である。
【００２６】
上記の実施形態において、コイルは集中巻でも分布巻でもかまわない。
【００２７】
また、上記実施形態は、ステータコアが分割構造のものであるが、一体構造のステータコアでもかまわない。また、上記実施形態は極数が６極のものであるが、他の極数の電動機にも本発明は適用可能である。さらに、本実施例では電動機と述べているが、発電機でもかまわない。
【００２８】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明のステータを示す斜視図である。（ｂ）従来技術を示す斜視図である。
【図２】（ａ）半径方向へ投影した磁性体の正面図である。（ｂ）軸方向へ投影した磁性体の端面図である。（ｃ）周方向へ投影した磁性体の側面であり、併せてコイルが示されている。（ｄ）は、ＩＩ−ＩＩ線に沿った、磁性体１１の長手方向に垂直の断面図であり、併せてコイルとステータコアが示されている。
【図３】第１実施形態に係る電動機の軸方向の部分断面図である。
【図４】第一実施形態に係る電動機の断面図である。
【図５】（ａ）半径方向へ投影した磁性体の正面図である。（ｂ）軸方向へ投影した磁性体の端面図である。（ｃ）周方向へ投影した磁性体の側面であり、併せてコイルが示されている。（ｄ）は、Ｖ−Ｖ線に沿った、磁性体１１の長手方向に垂直の断面図であり、併せてコイルとステータコアが示されている。
【図６】第二実施形態に係る電動機の断面図である。
【符号の説明】
１  ステータ
３  ステータコア
３ａ  ティース部
３ｂ  バックコア部
５  コイル
５ａ  コイルエンド部
５ｂ  コイルサイド部
７  分割コア
１１  磁性体
１３  回転軸
１５  ベアリング
１７  ロータ
１９  永久磁石
２５  ステータ内周面
２７  ステータ外周面
【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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