(57)【要約】【解決手段】固定子と固定子極を有する電気機器用の巻線エンドキャップアセンブリ２２は、１つの固定子極の軸方向の反対方向の両端面に接続された第１及び第２のエンドキャップを含む。第１及び第２の内側巻線保持部６６は軸方向に延び、第１のエンドキャップ６４Ａの内端を第２のエンドキャップ６４Ｂの内端に連結している。第１及び第２のエンドキャップは外側部と、内側部と、外側部を内側部に連結するハブ部を含む。第１及び第２のエンドキャップと第１及び第２の内側巻線保持部によって巻線ワイヤを収納し保持するための連続した環状溝が形成される。第１及び第２の外側保持部は、第１及び第２のエンドキャップの外側部又はハブ部の隣りで第１及び第２のエンドキャップを接続する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の固定子極を備えた固定子を有する電気機器用の巻線エンドキャップアセンブリであって、
１つの前記固定子極の軸方向に反対を向く両端面に接続されている第１及び第２のエンドキャップと、
軸方向に延び、前記第１のエンドキャップの内端を前記第２のエンドキャップの内端に連結する第１の内側巻線保持部と、
を含む巻線エンドキャップアセンブリ。
【請求項２】
軸方向に延び、前記第１のエンドキャップの前記内端を前記第２のエンドキャップの前記内端に連結する第２の内側巻線保持部をさらに含む、請求項１に記載の巻線エンドキャップアセンブリ。
【請求項３】
前記第１及び第２のエンドキャップが、外側部、内側部及び前記外側部を前記内側部に連結するハブ部を含む、請求項２に記載の巻線エンドキャップアセンブリ。
【請求項４】
前記巻線エンドキャップアセンブリが磁気的絶縁材料からなり、前記電気機器がスイッチドリラクタンス電気機器である、請求項３に記載の巻線エンドキャップアセンブリ。
【請求項５】
前記スイッチドリラクタンス電気機器の前記固定子は、分割されて複数の固定子セグメントアセンブリを含む、請求項４に記載の巻線エンドキャップアセンブリ。
【請求項６】
前記固定子セグメントアセンブリが、半径方向の外縁部と前記半径方向の外縁部の中央部から半径方向内側に延びる歯型部とを有する積層された固定子板を含む固定子セグメントコアを含む、請求項５に記載の巻線エンドキャップアセンブリ。
【請求項７】
前記第１及び第２のエンドキャップの前記外側部が前記固定子板の前記外縁部と面一になり、前記第１及び第２のエンドキャップの前記内側部が前記固定子板の前記歯型部の半径方向の内側端部と面一になり、前記第１及び第２のエンドキャップの前記ハブ部が前記固定子板の前記歯型部と面一になる、請求項６に記載の巻線エンドキャップアセンブリ。
【請求項８】
前記第１及び第２の内側巻線保持部が、前記固定子セグメントコアにおける前記歯型部の半径方向の内側端部にある円周方向の突起に沿って軸方向に延びる、請求項６に記載の巻線エンドキャップアセンブリ。
【請求項９】
前記第１のエンドキャップの前記外側部が、巻線ワイヤの両反対端を連結するための第１及び第２の端子を収納する、請求項３に記載の巻線エンドキャップアセンブリ。
【請求項１０】
前記第１及び第２のエンドキャップ並びに前記第１及び第２の内側巻線保持部が一体成型されている、請求項２に記載の巻線エンドキャップアセンブリ。
【請求項１１】
前記第１及び第２のエンドキャップ並びに前記第１及び第２の内側巻線保持部が、巻線ワイヤを収納する連続環状溝を形成してなる、請求項３に記載の巻線エンドキャップアセンブリ。
【請求項１２】
前記第１及び第２のエンドキャップの前記外側部の隣りで、前記第１及び第２のエンドキャップを連結する第１及び第２の外側保持部をさらに含む、請求項３に記載の巻線エンドキャップアセンブリ。
【請求項１３】
前記外側部は空洞が形成されてなる、請求項３に記載の巻線エンドキャップアセンブリ。
【請求項１４】
前記外側部は半径方向外側面に溝が形成されてなる、請求項３に記載の巻線エンドキャップアセンブリ。
【請求項１５】
それぞれが固定子セグメントコアを備える複数の固定子セグメントアセンブリを含む固定子と、
前記固定子セグメントコアの軸方向に反対を向く両端面に取り付けられた第１及び第２のエンドキャップ、及び、軸方向に延びて前記第１のエンドキャップの内端を前記第２のエンドキャップの内端に連結する第１の内側巻線保持部を含むエンドキャップアセンブリと、
を含むスイッチドリラクタンス電気機器。
【請求項１６】
前記第１及び第２のエンドキャップが、外側部、内側部及び前記外側部を前記内側部に連結するハブ部を含む、請求項１５に記載のスイッチドリラクタンス電気機器。
【請求項１７】
前記第１及び第２のエンドキャップの前記外側部の隣りで、前記第１及び第２のエンドキャップを連結する第１及び第２の外側保持部をさらに含む、請求項１６に記載のスイッチドリラクタンス電気機器。
【請求項１８】
前記第１のエンドキャップの前記外側部が、巻線ワイヤの両反対端に連結された第１及び第２の端子を収納する、請求項１６に記載のスイッチドリラクタンス電気機器。
【請求項１９】
前記固定子セグメントコア及び前記エンドキャップアセンブリの周囲に巻き付けられた巻線ワイヤと、
前記巻線ワイヤ及び前記固定子セグメントコアの間に配置された絶縁体と、
をさらに含む、請求項１５に記載のスイッチドリラクタンス電気機器。
【請求項２０】
スイッチドリラクタンス電気機器の固定子用の固定子セグメントアセンブリであって、
半径方向の外縁部と前記半径方向の外縁部の中央から半径方向内側に延びる歯型部を有する固定子セグメントコアと、
前記固定子セグメントコアの軸方向に反対を向く両端面に隣り合うように配置される第１及び第２のエンドキャップ、及び、軸方向に延びて前記第１及び第２のエンドキャップの内端同士を連結する第１及び第２の内側巻線保持部を含む、連続環状溝を形成しているエンドキャップアセンブリと、
を含み、前記第１及び第２の内側巻線保持部が前記歯形部の内端と嵌合している固定子セグメントアセンブリ。
【請求項２１】
前記第１及び第２のエンドキャップが、外側部、内側部及び前記外側部を前記内側部に連結するハブ部を含む、請求項２０に記載の固定子セグメントアセンブリ。
【請求項２２】
前記第１及び第２のエンドキャップの前記外側部の隣りで、前記第１及び第２のエンドキャップを連結する第１及び第２の外側保持部をさらに含む、請求項２１に記載の固定子セグメントアセンブリ。
【請求項２３】
前記第１のエンドキャップの前記外側部が、巻線ワイヤの両反対端に連結するための第１及び第２の端子を収納する、請求項２０に記載の固定子セグメントアセンブリ。
【請求項２４】
前記環状溝の中に巻き付けられた巻線ワイヤと、
前記巻線ワイヤ及び前記固定子セグメントコアの間に配置された絶縁体と、
をさらに含む、請求項２０に記載の固定子セグメントアセンブリ。
【請求項２５】
スイッチドリラクタンス電気機器用の固定子であって、
それぞれが固定子セグメントコアを含む複数の固定子セグメントアセンブリと、前記固定子セグメントコアの軸方向に反対を向く両端面に隣り合うように配置された第１及び第２のエンドキャップを含む巻線エンドキャップアセンブリと、前記第１及び第２のエンドキャップならびに前記固定子セグメントコアの周囲に巻き付けた巻線と、を含む固定子。
【請求項２６】
前記第１及び第２のエンドキャップが、外側部、内側部及び前記外側部を前記内側部に連結するハブ部を含む、請求項２５に記載の固定子。
【請求項２７】
前記巻線エンドキャップアセンブリが、前記第１及び第２のエンドキャップの前記内側部を連結する第１及び第２の内側巻線保持部を含む、請求項２６に記載の固定子
【請求項２８】
前記巻線エンドキャップアセンブリが、前記第１及び第２のエンドキャップの前記外側部の一つと前記ハブ部とを連結する第１及び第２の外側保持部を含む、請求項２７に記載の固定子。
【請求項２９】
電気機器用固定子セグメントアセンブリであって、
第１及び第２の軸方向側面を有する固定子セグメントコアと、
前記第１の軸方向側面に沿って配置された第１の巻線保持部と、
前記固定子セグメントコアの周囲に巻き付けられて前記第１の巻線保持部に保持されてなる巻線ワイヤと、
を含む固定子セグメントアセンブリ。
【請求項３０】
前記第２の軸方向側面に沿って連結された第２の巻線保持部をさらに含む、請求項２９に記載の固定子セグメントアセンブリ。
【請求項３１】
前記第１の軸方向側面に沿って、前記第１の巻線保持部より半径方向外側の位置で連結された第３の巻線保持部をさらに含む、請求項２９に記載の固定子セグメントアセンブリ。
【請求項３２】
前記第２の軸方向側面に沿って、前記第２の巻線保持部より半径方向外側の位置で連結された第４の巻線保持部をさらに含む、請求項３０に記載の固定子セグメントアセンブリ。
【請求項３３】
前記固定子セグメントコアの一方の端面に接続され、かつ、前記第１の巻線保持部の一端に接続された第１のエンドキャップと、
前記固定子セグメントコアの反対側の端面に接続され、かつ、前記第１の巻線保持部の反対側の一端に接続された第２のエンドキャップと、
をさらに含む請求項２９に記載の固定子セグメントアセンブリ。
【請求項３４】
電気機器用の固定子セグメントアセンブリであって、
固定子セグメントコアと、
前記固定子セグメントコアに取り付けられ、前記固定子セグメントコアの周囲に実質的連続環状溝を形成してなる巻線保持部と、
前記連続環状溝内に巻き付けられてなる巻線ワイヤと、
を含む固定子セグメントアセンブリ。
【請求項３５】
前記巻線保持部が絶縁材料からなる、請求項３４に記載の固定子セグメントアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機器に関し、さらに詳しくは、電気機器の巻線エンドキャップアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、モータや発電機のようなリラクタンス電気機器は、機器ハウジング内に組み込まれた固定子と、固定子に相対して回転するように保持された回転子とを備えている。リラクタンス型電気機器では、回転子が電磁回路のリラクタンスを最小にする（固定子巻線のインダクタンスを最大にする）位置に回転しようとする結果としてトルクを発生する。回転子のリラクタンスは、回転子の正反対の磁極対が、固定子の帯磁した正反対の磁極対と一列になったときに最小となる。シンクロリラクタンス型電気機器では、制御された周波数で巻線が励磁される。スイッチドリラクタンス電気機器においては、回転子の角度が検出される。感知された回転子の位置に応じて駆動回路が固定子巻線を励磁する。
【０００３】
回転子の角度を検出するのには異なった二つの手法がある。センサ方式では、外部の物理的センサを用いて回転子の角度を検出する。例えば、ホール効果センサ又は光学センサを備えた回転子位置変換器（ＲＰＴ）によって、回転子位置を物理的に検出する。センサーレス方式では、駆動回路に関連するエレクトロニクスによって、外部の物理的センサを用いることなく回転子の位置を得る。例えば、センサーレス方式では、励磁されていない巻線の逆起電力（ＥＭＦ）を測定することによって、又は測定用パルスを励磁された及び／又は励磁されていない巻線に入力してその電気的反応を検知することによって、あるいはそれ以外の電気的パラメータを感知して回転子の角度を得ることによって、回転子の位置が得られる。
【０００４】
従来のスイッチドリラクタンス電気機器は通常、ソリッド固定子コア及び／又は磁性材料から打ち抜いた円形の固定子板を複数枚重ねてなる積層固定子を備えている。固定子板には、半径方向内側に突出した固定子極と、隣接する固定子極間に設けられる極間スロットが形成されている。固定子極の周りには巻線ワイヤが巻かれている。巻線の巻き回数を増やし、スロットの充填率を上げることによって、電気機器のトルク密度は明らかに増加する。スイッチドリラクタンス電気機器の固定子極は、通常、両側面が平行になっており、元々巻線を適切な位置に保持しないようになっている。このため、巻線ワイヤを固定子極に保持するために、タングを固定子極の半径方向内側の終端に設けて対処できることもあった。
【０００５】
従来、巻線ワイヤをスイッチドリラクタンス電気機器の固定子に設けるには、いくつかの方法がある。巻線ワイヤは、あらかじめ巻いてから固定子極に移してもよい。あるいは、ニードル巻きによってワイヤを固定子極に巻き付けてもよい。いずれの方法でも、固定子極の軸端部の周りに余剰の巻線ワイヤやループが残りがちである。固定子極にたくさん巻き付けることは機器の性能上有利にはなるが、巻線のストレッチフォーミングの間に巻線ワイヤを適切な位置に保持することが難しい。さらに、巻線ワイヤの固定子極上の位置が固定子極ごとに、あるいは個々の電気機器ごとに異なっている。言い換えると、巻線ワイヤが巻き付けるごとに異なった位置に配置され、固定子極巻線の断面形状が異なっている。その結果、巻線の巻き付け回数が同一であるにもかかわらず、固定子極や電気機器のインダクタンスや抵抗が、固定子極ごとにしばしば変化してしまう。巻線を適切に配置しやすくするために、固定子極間に軸方向にクサビやトップスティックを挿入することで、普通は対処できていた。
【０００６】
上述したように、スイッチドリラクタンス電気機器の駆動回路には入力信号として回転子の角度位置が必要である。しかし、センサ方式を用いるスイッチドリラクタンス電気機器には多くの問題がある。センサ方式においては、ＲＰＴによって回転子の固定子に対する角度位置を検出する。ＲＰＴは、通常、１つ又はそれ以上のセンサと、回転子の軸に連結されて回転するシャッタと、を備えるセンサーボードを含む。シャッタには、複数のシャッター歯を配してあり、これらが回転子の回転に伴い光学センサの感知域を横切る。
【０００７】
スイッチドリラクタンス電気機器を適正に作動させるためには、回転子の角度位置が非常に重要である。このため、ＲＰＴのセンサーボードがハウジング及び固定子に対して正しく確実に配置されるように、複雑な位置合せ技術が用いられている。センサーボードの位置合せを誤ると、電気機器の性能に悪影響を及ぼすことが知られているが、こうした複雑な位置合せ技術を用いると、ＲＰＴを備えたスイッチドリラクタンス電気機器の製造コストが上昇する。
【０００８】
さらに、スイッチドリラクタンス電気機器はＲＰＴを装備することで全体的に大型化してしまうため、機器及び製品のパッケージ仕様に不利な要素となりかねない。また、ＲＰＴを装着することによるコストの増加のため、ＲＰＴを必要としない開ループ誘導電動機が使える用途ではスイッチドリラクタンス電気機器は不利になる。
【０００９】
ＲＰＴに付随するもう一つの欠点は、スイッチドリラクタンス電気機器のフィールドサービスに関係している。具体的には、ベアリングのような、密閉された回転子ハウジングの内部にある摩耗品には、修理や交換が必要になる。摩耗品に手が届くようにするためには、回転子ハウジングから端蓋を取り外さねばならない。センサーボードの位置合わせは非常に重要であるため、端蓋を元の位置に戻すには複雑な位置合せの技術が要求される。サービス技術者による位置合せの作業が不適切な場合には、センサーボードの位置に狂いが生じ、電気機器の性能に悪影響を及ぼす。
【００１０】
ＲＰＴをなくして製造コストを下げ、位置合せに関わる問題を減らすには、回転子の位置の検出のためにセンサーレス技術を用いることが望ましい。しかし、スイッチドリラクタンス電気機器にセンサーレス方式を採用した場合でも、いくつかの問題がある。センサーレス方式では、スイッチドリラクタンス電気機器の固定子の励磁されていない巻線の逆起電力（ＥＭＦ）の大きさを検出するか、励磁された及び／又は励磁されていない巻線に出力する測定パルスを採用している。感知されたＥＭＦの大きさが予め定められたレベルに達したとき、巻線を流れる電流の方向を反対にする。測定用パルスを用いる場合には、適切な電気的反応が感知されたときに巻線を流れる電流の方向を反対にする。スイッチドリラクタンス電気機器の回転子の位置を検出するためのセンサーレス技術を開示する特許として、タンに付与された米国特許第５，９２９，５９０号及びメーズらに付与された米国特許第５，８７７，５６８号があり、これらは文献番号によってここに記載したものとする。
【００１１】
ＲＰＴの使用をやめれば一見種々の利点がありそうだが、センサーレス方式は限定的な成功を収めてきたに過ぎない。その理由は、固定子巻線の電気的特性が不安定なことにある。例えば、電気的特性の変動要因の一つは、組立て中に固定子極への巻線の巻き付けごとにその位置がずれることに起因している。巻線の巻き付け位置が固定子極ごとに変動すれば、固定子極の電気的特性もそれに伴って変動する。また、巻線は、適切に保持されていないと、使用中に巻き崩れが生じたり動いたりすることもあり得る。固定子巻線の電気的特性が変動すると、比較的低い逆ＥＭＦから回転子の角度位置を安定的に検出することが困難となる。同様に、固定子巻線の測定用パルスに対する反応も、電気的特性の変動によって、一定しない悪影響を受ける。
【００１２】
スイッチドリラクタンス電気機器のデザインは比較的成熟しているが、いくつかの点で改良が必要である。具体的には、スイッチドリラクタンス電気機器における固定子極の電気的特性を一定させることが望まれる。また、スロット充填率を上げることによって、スイッチドリラクタンス電気機器のトルク密度を向上させることも望ましい。トルク密度を向上させることによって、所定のトルク出力を得るためのスイッチドリラクタンス電気機器のサイズを小さくできるか、又は同じ大きさであればトルク出力を大きくできる。電気機器のトルク密度を高くすることができれば、スイッチドリラクタンス電気機器を備える製品の設計者は、製品の設計を柔軟に行うことができ、製品の差別化及び／又は利益性の向上を通じて売り上げを増大させることができる。
【００１３】
また、スイッチドリラクタンス電気機器にあっては、ＲＰＴを使用する必要をなくすことが望まれる。また、固定子のインダクタンスと抵抗の変動を減らしてセンサーレスのスイッチドリラクタンス電気機器の性能を向上させるために、スイッチドリラクタンス電気機器の固定子巻線を非常に規則正しく、かつ反復可能な方法で組み立てることが望ましい。
【特許文献１】
特開平９−８４２８２号公報
【特許文献２】
特開２０００−１４０５７号公報
【特許文献３】
米国特許第５，８２１，６６１号明細書
【特許文献４】
特開平１０−２１０７２１号公報
【特許文献５】
特開平５−３８０８６号公報
【特許文献６】
米国特許第５，９２９，５９０号明細書
【特許文献７】
米国特許第５，８７７，５６８号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る、固定子と固定子極を有する電気機器のための巻線エンドキャップアセンブリは、一つの固定子極の軸方向に反対を向く両端面に接続されている。第１の内側巻線保持部は軸方向に延び、第１のエンドキャップの内端と第２のエンドキャップの内端とを接続している。
本発明の他の特徴として、第２の内側巻線保持部が軸方向に延び、第１のエンドキャップの内端と第２のエンドキャップの内端とを接続している。第１及び第２のエンドキャップと第１及び第２の内側巻線保持部によって、第１及び第２のエンドキャップ、固定子極、第１及び第２の内側巻線保持部の周りに巻き付けられる巻線ワイヤを収容して保持するための環状溝が形成される。巻線エンドキャップアセンブリは、さらに、第１及び第２のエンドキャップのハブ部又は外側部を接続する第１及び第２の外側保持部を含む。
本発明の他の特徴として、スイッチドリラクタンス電気機器は固定子を備えている。固定子は、それぞれが固定子セグメントコアを有する複数の固定子セグメントアセンブリを含む。エンドキャップアセンブリは、固定子セグメントコアの軸方向に反対を向く両端面に隣り合うように配置された第１及び第２のエンドキャップを含む。第１の内側巻線保持部は軸方向に延び、第１のエンドキャップの内端と第２のエンドキャップの内端とを接続している。
本発明のさらに他の特徴として、スイッチドリラクタンス電気機器の固定子用の固定子セグメントアセンブリは、固定子セグメントコアを含む。固定子セグメントコアは、半径方向の外周縁部と、半径方向の外縁部の中央から半径方向内側に延びる歯型部と、を有する。エンドキャップアセンブリは、連続環状溝を形成する。エンドキャップアセンブリは、固定子セグメントコアの軸方向に反対を向く両端面に隣り合うように配置された第１及び第２のエンドキャップを含む。第１及び第２の内側巻線保持部は軸方向に延び、第１及び第２のエンドキャップの内端を接続している。第１及び第２の内側巻線保持部は、歯型部の内端に対応するようになっている。
本発明のその他の態様、目的、特徴、利点は、明細書、図面、請求の範囲の記載から明らかになるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に詳述する内容は、本発明の好ましい実施の形態のみを示すものであって、本発明の範囲、適用性、あるいは構成を限定するものではない。言い換えれば、以下の記述は当業者が本発明の好ましい実施の形態を実施することを可能にするための説明を提供するものである。したがって、本発明の諸要素の機能と配置は、請求項に明示する本発明の要旨及び範囲を逸脱することなく、種々変更することが可能である。
【００１６】
本発明によれば、固定子を複数の固定子セグメントアセンブリに分割することと、巻線ワイヤを適正な位置に配して保持する巻線エンドキャップアセンブリを設けることによって、スイッチドリラクタンス電気機器の固定子の電気的特性のバラツキが極めて減少する。それぞれの固定子セグメントアセンブリは、固定子コア、巻線エンドキャップアセンブリ、巻線ワイヤ及び絶縁体を含む。固定子セグメントアセンブリは、巻線ワイヤを高精度で毎回巻き付けるコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）巻線機を用いて、個別に巻き付けることができる。巻線エンドキャップアセンブリによって、巻線ワイヤを収容するための連続環状溝が形成される。連続環状溝は、巻線ワイヤを巻き崩れないように一定の位置に配置するのに役立つ。
【００１７】
以下、図面を参照しつつ具体的に説明する。スイッチドリラクタンス電気機器１０は、ハウジング１２、ハウジング１２内に取り付けられたセグメント固定子１４、セグメント固定子１４に相対して回転するよう支持された回転子１６を含む。エンドキャップアセンブリはスイッチドリラクタンス電気機器と組み合わせて使用すると特にその有利性を発揮するが、他の種類の電気機器とともに用いても良い。本発明によれば、セグメント固定子１４は複数の固定子セグメントアセンブリ１８を含み、これを個々に組み立てた後に他の固定子セグメントアセンブリと組み合わせてセグメント固定子１４とする。以下に詳述するが、各固定子セグメントアセンブリ１８は、固定子セグメントコア２０と、固定子セグメントコア２０に隣り合い、かつ／又は、取り付けられたエンドキャップアセンブリ２２と、固定子セグメントコア２０及びエンドキャップアセンブリ２２の周囲に巻き付けられた巻線ワイヤ２４と、を含む。
【００１８】
主として図１及び図２に示すように、固定子セグメントコア２０はソリッドコア又は個々の固定子板２６を積層させたものを含む。それぞれの固定子板２６は、アーチ型の外縁部２８と歯型部である極部３０を含む。外縁部２８の外端面３２は、ハウジング１２の内壁面３４に合うように成形されている。外縁部２８の内端面１３０は通常アーチ型であり、外端面３２と概ね同中心をなしている。各外縁部２８は、一つの端面３８に設けられた舌状突起３６と、その反対側の端面４２に形成された溝４０を有する。固定子板２６の極部３０は、アーチ状内端面４４とその円周方向に延びる一対の突起４６を有する。
【００１９】
上述したように、固定子セグメントコア２０は、複数の固定子板２６を積層して形成することが好ましい。固定子板２６は、磁気的に伝導性の薄板から打ち抜いて得られたものである。打ち抜き工程において、一対の第１のスリット５０を外縁部２８に切り込み、一対の第２のスリット５２を極部３０に切り込み、スリット５０，５２の間の中央部を変形させる。スリット５０はスリット５２に対して横に配置する。固定子セグメントコア２０を形成する固定子板２６は積層して圧接する。以上の操作によって固定子板２６は切り離し可能な形で相互に連結され、固定子セグメントコア２０を形成する。
【００２０】
回転子１６は、円周状の縁部５４と、縁部５４から放射状に突出した複数の歯型部である極部５６と、を含む。回転子１６には、キー溝６０が切られた円形孔５８が設けられている。回転子１６の円形孔５８は、回転子軸（図示せず）を受け入れるものである。図示した実施の形態に限って言えば、回転子１６は等間隔を置く８つの極部５６を有し、セグメント固定子１４は等間隔を置く１２個の極部３０を有する。しかし、上記以外の回転子極と固定子極の組み合わせもありうる。さらに、各極部５６には、アーチ型の外端面６２が形成されており、固定子板２６の極部３０のアーチ型の内端面４４に対して空隙６３を形成する。
【００２１】
図３及び図４に示すように、固定子セグメントアセンブリ１８は、固定子セグメントコア２０、エンドキャップアセンブリ２２及び巻線ワイヤ２４を含む。エンドキャップアセンブリ２２は、磁気的絶縁材料で形成されており、第１のエンドキャップ６４Ａ、第２のエンドキャップ６４Ｂ及び長く延びた一対の巻線保持部６６を備えている。第１のエンドキャップ６４Ａは固定子セグメントコア２０の一つの端部に位置し、第２のエンドキャップ６４Ｂは固定子セグメントコア２０の反対側の端部に位置する。巻線保持部６６は、第１及び第２のエンドキャップ６４Ａと６４Ｂを接続し、固定子板２６の極部３０の半径方向で内側端部近辺にある突起４６の隣に位置する。ここで、エンドキャップ６４Ａと６４Ｂは類似の形状とすることが好ましい。同様に、巻線保持部６６も類似の構造とすることが好ましい。各巻線保持部６６の反対を向く両端をエンドキャップ６４Ａと６４Ｂに接続するにはスナップ留めを用いることが考えられる。さらに、エンドキャップ６４Ａと６４Ｂを固定子セグメントコア２０の反対を向く両端に固着するには接着剤を用いることが考えられる。エンドキャップ６４Ａと６４Ｂ及び／又は巻線保持部６６は、一体型のエンドキャップアセンブリ２２として固定子セグメントコア２０をとり囲むようなモールド成型品としても良いし、あるいは個別の部品として固定子セグメントコア２０に接着しても良い。第１のエンドキャップ６４Ａと第２のエンドキャップ６４Ｂとは類似であるため、以下の説明において第１のエンドキャップ６４Ａに関係する部品の参照番号には添え字Ａを付し、第２のエンドキャップ６４Ｂの類似部品の参照には同一番号に添え字Ｂを付する。
【００２２】
ブラシレスの永久磁石電気機器とは異なり、スイッチドリラクタンス電気機器は永久磁石やその他の直流励磁を回転子の外面に備えていない。スイッチドリラクタンスモータには、正反対の固定子凸極を励磁することによって回転子を貫通する磁束通路ができる。この結果、正反対の回転子極に、電磁回路のリラクタンスを最小にするように、かつ回転子極が励磁された固定子凸極と一列になるように力が働く。こうした作動原理上の違いがあるため、スイッチドリラクタンス機器は隣同士の固定子極の間隔が大きくなりがちであるのに対し、ブラシレス永久磁石機器では一般に凸極ができる限り接近するように配置される。ブラシレス永久磁石機器においては、固定子凸極同士が接近しているために隣同士の固定子極の間のリラクタンスは小さくなる。これに対して、スイッチドリラクタンス機器の固定子凸極同士の間隔は広いため、隣同士の固定子極の間のリラクタンスは大きい。隣同士の固定子極間のリラクタンスを低下させることなく巻線を保持しようとすると、スイッチドリラクタンス機器に設ける磁性タングを十分に増やすことができない。しかし、本発明に係るエンドキャップアセンブリは絶縁性の巻線保持部６６を用いるため、磁極間リラクタンスを低下させることなく巻線の保持ができる。絶縁性の巻線保持部は、ブラシレス永久磁石機で用いるタングよりもさらに延伸できる。その結果、絶縁性の保持部は巻線の軸方向の保持機能を果たす。
【００２３】
端子７０，７２は、図４及び図６Ａに示すように、それぞれ、第１のエンドキャップ６４Ａの端面７８Ａ（第２のエンドキャップ６４Ｂの端面７８Ｂ）に形成されたスロット７４，７６（図６Ｃ）に取り付けられるようになっている。巻線ワイヤ２４の一端が第１の端子７０に接続され、巻線ワイヤ２４の他端が第２の端子７２に接続されている。絶縁材７７は、固定子セグメントコア２０の両側面上で巻線ワイヤ２４を覆うように配置されている。また、絶縁材７７は、固定子セグメントコア２０の極部３０の側部と巻線ワイヤ２４との間（図示せず）にも配置されている。
【００２４】
図５に示すように、スイッチドリラクタンス駆動回路８０は、接続導線８２，８４，８６を介してプリント回路基板８８に接続されている。プリント回路基板８８は円形であり、半径方向外側に突出した複数の端子パッド９０を有している。各端子パッド９０は、導電性の端子スロット９２及び９４を有し、各固定子セグメントアセンブリ１８について、端子７０及び７２を取り付けられるように配置されている。駆動回路８０は、固定子セグメントアセンブリ１８の巻線ワイヤ２４の励磁を制御する機能を持つ。
【００２５】
エンドキャップアセンブリ２２の構造をより明確に説明するため、図６Ａに固定子セグメントアセンブリ１８を、絶縁材７７がスロットに配される前であってその上に巻線ワイヤ２４が巻き付けられる前の状態で示す。第１のエンドキャップ６４Ａは外側部９８Ａと内側部１００Ａを有し、これらがハブ部１０２Ａで連結され、全体で共通のフェース面１０４Ａを形成する。フェース面１０４Ａは、固定子セグメントコア２０の軸方向の端面１０６と隣接し、これに接着されている。同様に第２のエンドキャップ６４Ｂのフェース面１０４Ｂは、固定子セグメントコア２０の端面１０８と隣接し、これに接着されている。第１のエンドキャップ６４Ａが固定子セグメントコア２０に固定された状態では、その外側部９８Ａは外縁部２８に対してわずかに半径方向内側に延び、かつ外縁部２８と平行になっている。ハブ部１０２Ａは極部３０と並んでおり、内側部１００Ａは突起４６を越えて内端面４４で横に延びるとともに内端面４４と並んでいる。同様の配置が、第２のエンドキャップ６４Ｂを固定子セグメントコア２０の反対側の端面１０８に固定するに際しても採られている。さらに、ハブ部１０２Ａ及び１０２Ｂの幅は、固定子セグメントコア２０の極部３０の幅を超えない。巻線保持部６６の両端は、それぞれ、エンドキャップ６４Ａ及び６４Ｂのフェース面１０４Ａ及び１０４Ｂに、内側部１００Ａ又は１００Ｂに隣り合うように取り付けられている。かくしてエンドキャップアセンブリ２２によって連続環状溝１０９が形成され、この中に巻線ワイヤ２４を正確に収納し保持することが可能となる。
【００２６】
図６Ｂは、第１のエンドキャップ６４Ａの内側部１００Ａ及び第２のエンドキャップ６４Ｂの内側部１００Ｂが長方形をなすことを示す。しかし、この他の構造、例えば半円形、正方形、台形などを採用することもできる。また、巻線保持部６６をエンドキャップ６４Ａ及び／又は６４Ｂと一体成型し、反対側のエンドキャップの内側部への接続に適した片持ち構造として配することもできる。エンドキャップアセンブリ２２の重量を軽減するため、エンドキャップ６４Ａ及び６４Ｂの外側部に軸方向側部溝１１０Ａ，１１０Ｂと軸方向中央溝１１２Ａ，１１２Ｂを形成しても良い。同様に、空洞１１４を設けて壁厚を均一化して陥没や塑性変形を防止し、もしくは必要な材料と重量の軽減を図っても良い。
【００２７】
図７Ａ、７Ｂ、７Ｃは、固定子セグメントコア２０との接続及び巻線ワイヤ２４の保持のための他のエンドキャップアセンブリ１２２を示す。ここで、図６Ａ、６Ｂ、６Ｃに示すものと類似の要素については同じ参照番号を用いる。特に、第１のエンドキャップ１２４Ａは概ね第１のエンドキャップ６４Ａと類似している。エンドキャップアセンブリ１２２は、一対の巻線保持部をさらに有する。外側保持部１２６Ａは、第２のエンドキャップ１２４Ｂの外側部９８Ｂに接続するため、外側部９８Ａの隣の共通フェース面１０４Ａから軸方向に延びる。同様に、外側保持部１２６Ｂは、第１のエンドキャップ１２４Ａの共通フェース面１０４Ａに接続するため、共通フェース面１０４Ｂから軸方向に延びる。外側保持部１２６Ａ及び１２６Ｂは、巻線ワイヤ２４を正確に巻き付けるための補強部材となる。外側保持部１２６Ａ及び１２６Ｂは、外縁部２８の内壁面１３０（図２）の外形と対応するように、アーチ状上端１２７Ａ及び１２７Ｂを有する。さらに、外側保持部１２６Ａ及び１２６Ｂは、ハブ部１０２Ａ及び１０２Ｂに対して垂直になった下端１３２Ａ及び１３２Ｂを有する。
【００２８】
以上の説明から明らかなように、本発明に係るスイッチドリラクタンス電気機器用のセグメント固定子は、固定子セグメントアセンブリの巻線を正確に施すことを可能にすることによって電気機器のトルク密度を向上させる。また、スロット充填率を上げることによって電気機器のトルク出力を向上できるか、あるいはその代わりに所定のトルク出力を得るための電気機器の外形サイズを小さくできる。スイッチドリラクタンス電気機器の固定子セグメントアセンブリは個別に巻き付けてもよい。巻線エンドキャップアセンブリが提供する連続環状溝によって、巻線を一定の位置に配置しやすくなり、巻き崩れを防止しやすくなる。固定子及び固定子極は、電気的により均一で、かつインダクタンスと抵抗の変動をより少なくして製造することができる。電気特性における変動幅を改善したのでセンサーレス方式を支障なく採用することができ、その結果としてスイッチドリラクタンス電気機器の製造コストが大幅に低下し、かつ使用時における信頼性が向上する。固定子セグメントの電気特性における変動幅を改善した結果、より安価な駆動回路の使用及び／又はより正確な制御が可能となる。
【００２９】
以上の記述から当業者には明らかなように、本発明が提供する広汎な知見は多様な形態で実施可能である。したがって、本発明はそれについての特定の実施例との関連において説明をしたが、本発明の事実上の適用範囲はそのように限定されるべきではない。本発明の図面、明細書ならびに請求項の検討をすれば、当業者にはその他の修正変更点が直ちに明らかになるからである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、スイッチドリラクタンス電気機器のセグメント固定子及び回転子を示す図である。
【図２】図２は、固定子板を示す図である。
【図３】図３は、本発明によるエンドキャップアセンブリの斜視図である。
【図４】図４は、固定子に対応する固定子セグメントアセンブリの斜視図である。
【図５】図５は、スイッチリラクタンス駆動回路と、駆動回路を固定子セグメントアセンブリの端子に接続する回路基板を示す図である。
【図６】図６Ａは、積層された固定子板とエンドキャップアセンブリをより分かりやすく図解するため、巻線ワイヤと絶縁体を取り除いた固定子セグメントアセンブリを示す図であり、図６Ｂは、図６Ａに示すエンドキャップアセンブリの平面図であり、図６Ｃは、図６Ｂに示すエンドキャップアセンブリの端面図である。
【図７】図７Ａは、他のエンドキャップアセンブリを示す点を除き図６Ａに示したものと同様の図であり、図７Ｂは、図７Ａに示すエンドキャップアセンブリの平面図であり、図７Ｃは、図７Ｂに示すエンドキャップアセンブリの端面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０…スイッチドリラクタンス電気機器
１２…ハウジング
１４…セグメント固定子
１６…回転子
１８…固定子セグメントアセンブリ
２０…固定子セグメントコア
２２…エンドキャップアセンブリ
２４…巻線ワイヤ
２６…固定子板
２８…固定子板２６の外縁部
３０…固定子板２６の極部（歯型部）
３２…固定子板２６の外端面
３４…ハウジング１２の内壁面
３６…固定子板２６の舌状突起
３８…固定子板２６の端面
４０…固定子板２６の溝
４２…固定子板２６の端面
４４…固定子板２６のアーチ状内端面
４６…固定子板２６の突起
５０…第１のスリット
５２…第２のスリット
５４…回転子１６の縁部
５６…回転子１６の極部
５８…回転子１６の円形孔
６０…回転子１６のキー溝
６２…回転子１６の外端面
６３…空隙
６４Ａ…第１のエンドキャップ
６４Ｂ…第２のエンドキャップ
６６…巻線保持部
７０…第１の端子
７２…第２の端子
７４…スロット
７６…スロット
７７…絶縁材
７８Ａ…第１のエンドキャップ６４Ａの端面
７８Ｂ…第２のエンドキャップ６４Ｂの端面
８０…スイッチドリラクタンス駆動回路
８２、８４，８６…接続導線
８８…プリント回路基板
９０…端子パッド
９２…端子スロット
９４…端子スロット
９８Ａ…第１のエンドキャップ６４Ａの外側部
９８Ｂ…第２のエンドキャップ６４Ｂの外側部
１００Ａ…第１のエンドキャップ６４Ａの内側部
１００Ｂ…第２のエンドキャップ６４Ｂの内側部
１０２Ａ…ハブ部
１０２Ｂ…ハブ部
１０４Ａ…第１のエンドキャップ６４Ａのフェース面
１０４Ｂ…第２のエンドキャップ６４Ｂのフェース面
１０６…固定子セグメントコア２０の端面
１０８…固定子セグメントコア２０の端面
１０９…連続環状溝
１１０Ａ…軸方向側部溝
１１０Ｂ…軸方向側部溝
１１２Ａ…軸方向中央溝
１１２Ｂ…軸方向中央溝
１１４…空洞
１２２…エンドキャップアセンブリ
１２４Ａ…第１のエンドキャップ
１２４Ｂ…第２のエンドキャップ
１２６Ａ…外側保持部
１２６Ｂ…外側保持部
１２７Ａ…外側保持部１２６Ａのアーチ状上端
１２７Ｂ…外側保持部１２６Ｂのアーチ状上端
１３０…固定子板２６の内壁面
１３２Ａ…外側保持部１２６Ａの下端
１３２Ｂ…外側保持部１２６Ｂの下端
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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