(57)【要約】【課題】組立性と絶縁性を向上させることができる回転電機を提供すること。【解決手段】ステータ１００は、電機子コイル１１０の三相の巻線１１１が取り付けられステータヨーク部１２３に嵌め込まれるインシュレータ１３０を有する。インシュレータ１３０は、三相の巻線１１１のうち一相の巻線１１１が取り付けられた第１のインシュレータ１３１と、三相の巻線のうち第１のインシュレータ１３１に取り付けられた巻線１１１とは異なる相の巻線１１１が取り付けられた第２のインシュレータ１３２と、ステータヨーク部１２３に設置され第１のインシュレータ１３１と第２のインシュレータ１３２とによって挟まれる第３のインシュレータ１３３とを有する。【選択図】図１４
2017204959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のステータコアを有するステータと、
前記ステータの軸方向または径方向の少なくともいずれか一つの面側で前記ステータコアに対向するロータコアを有するロータと、を備える回転電機であって、
前記ステータは、
前記ステータコアに周方向に所定の間隔で配置された複数のティース部と、
隣り合う前記ティース部の間に形成されたヨーク部と、
前記ヨーク部にトロイダル巻された三相の巻線からなる電機子コイルと、
前記三相の巻線が取り付けられ前記ヨーク部に嵌め込まれるインシュレータとを有し、
前記インシュレータは、
前記三相の巻線のうち一相の巻線が取り付けられた第１の取付部と、
前記三相の巻線のうち前記第１の取付部に取り付けられた巻線とは異なる相の巻線が取り付けられた第２の取付部と、
前記ヨーク部に設置され前記第１の取付部と前記第２の取付部とによって挟まれる絶縁部材とを有することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記ステータコアは、前記ティース部と前記ヨーク部とに分割されており、前記ティース部と前記ヨーク部にはそれぞれを嵌め合わせ可能な凹凸部が形成されていることを特徴とする請求項１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、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石の磁束を利用してトルクを出力する回転電機では、永久磁石による有効磁束量を可変することができる回転電機が知られている。例えば、特許文献１には、電機子巻線が巻かれた固定子と、該固定子と空隙を介して回転可能に設けられた回転子を有する回転電機において、固定子が回転軸方向に第１回転子と第２回転子とに二分割され、それぞれに極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置された構造が記載されている。
【０００３】
このような構造から、特許文献１に記載の回転電機は、トルクや回転数の変化に応じて第２回転子を動作させ、第１回転子の永久磁石の極性と第２回転子の永久磁石の極性との位置関係を可変することによって、永久磁石による有効磁束量を調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２４６１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のように電機子巻線が固定子鉄心に巻回された回転電機にあっては、相の異なる電機子巻線を絶縁部材により絶縁する必要がある。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の回転電機は、電機子巻線の絶縁性について考慮されておらず、絶縁性が悪化するおそれがあった。また、特許文献１に記載の回転電機は、電機子巻線を固定子鉄心に巻回す工程が必要であり、組立性が悪化するおそれがあった。
【０００７】
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、組立性と絶縁性を向上させることができる回転電機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】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するため、環状のステータコアを有するステータと、前記ステータの軸方向または径方向の少なくともいずれか一つの面側で前記ステータコアに対向するロータコアを有するロータと、を備える回転電機であって、前記ステータは、前記ステータコアに周方向に所定の間隔で配置された複数のティース部と、隣り合う前記ティース部の間に形成されたヨーク部と、前記ヨーク部にトロイダル巻された三相の巻線からなる電機子コイルと、前記三相の巻線が取り付けられ前記ヨーク部に嵌め込まれるインシュレータとを有し、前記インシュレータは、前記三相の巻線のうち一相の巻線が取り付けられた第１の取付部と、前記三相の巻線のうち前記第１の取付部に取り付けられた巻線とは異なる相の巻線が取り付けられた第２の取付部と、前記ヨーク部に設置され前記第１の取付部と前記第２の取付部とによって挟まれる絶縁部材とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、組立性と絶縁性を向上させることができる回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の一部断面斜視図である。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態に係る回転電機を示す一部断面斜視図であって、電機子コイル、誘導コイルおよび界磁コイルを省略した図である。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態に係る回転電機における誘導コイルおよび界磁コイルと整流回路との結線図である。
【図５】図５は、本発明の一実施の形態に係る回転電機を示す一部断面斜視図であって、第１のロータティースが、永久磁石の磁極と反対の磁極に磁化された状態を示す図である。
【図６】図６は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の斜視図であって、永久磁石の磁束と界磁コイルの磁束とが打ち消し合う状態を示す図である。
【図７】図７は、本発明の一実施の形態に係る回転電機のロータが高回転しているときのロータからステータに鎖交する磁束量を示す模式図である。
【図８】図８は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の、ロータの回転速度に対するロータからステータに鎖交する磁束量を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の、ステータコアの斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の、ステータコアの分割構造を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の、ステータコアの分割構造の変形例を示す斜視図である。
【図１２】図１２は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の、電機子コイルの斜視図である。
【図１３】図１３は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の、ギャップ面を示す斜視図である。
【図１４】図１４は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の、インシュレータの組付構造を示す斜視図である。
【図１５】図１５は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の、インシュレータの構造を示す斜視図である。
【図１６】図１６は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の、ステータの組立工程を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１から図１６は本発明の一実施の形態に係る回転電機を説明する図である。
【００１２】
図１及び図２に示すように、回転電機１は、通電により磁束を発生させるＷ相、Ｖ相、Ｕ相の三相の電機子コイル１１０を有するステータ１００と、ステータ１００で発生した磁束の通過により回転するロータ２００と、を備えている。
【００１３】
（ステータ）
ステータ１００は、高透磁率の磁性材料からなる環状のステータコア１２０と、このステータコア１２０に巻き回された電機子コイル１１０とを備えている。ステータ１００は、ステータコア１２０の外周面に設けられた非磁性体からなる図示しない連結片を介して図示しないハウジングに磁気的に遮断された状態で固定されている。これにより、例えば漏れ磁束の発生等が抑制される。
【００１４】
図２、図３に示すように、ステータコア１２０は、円環状のステータヨーク１２１と、このステータヨーク１２１から軸方向の両側と径方向の内面側とに突出したステータティース１２２とを備えている。ステータティース１２２は、ステータヨーク１２１に周方向に所定の間隔で複数形成されている。周方向に隣り合うステータティース１２２の間には、溝状の空間であるスロット１２５が形成されている。
【００１５】
ここで、軸方向とは、ロータ２００の回転軸２０（図７参照）が延伸する方向を示す。径方向とは、ロータ２００の回転軸２０が延伸する方向と直交する方向であり、回転軸２０を中心として放射方向に示される。径方向の内方側とは、径方向においてロータ２００の回転軸２０に近い側を示し、径方向の外方側とは、径方向においてロータ２００の回転軸２０から遠い側を示す。周方向とは、ロータ２００の回転軸２０を中心とする円周方向を示す。
【００１６】
電機子コイル１１０は、ステータコア１２０の周方向において隣り合うステータティース１２２の間に形成されたスロット１２５にトロイダル巻されている。Ｗ相、Ｖ相、Ｕ相の各電機子コイル１１０は、集中巻によりスロット１２５に巻き回されている。トロイダル巻とは、ステータコア１２０の環の内側と外側を交互に通るよう周回させて、ステータコア１２０に電機子コイル１１０の巻線を巻き回す方法である。
【００１７】
電機子コイル１１０は、断面が長方形の平角線からなり、エッジワイズ巻によるトロイダル巻の状態で、スロット１２５に巻回されている。エッジワイズ巻とは、スロット１２５に対して、平角線の短辺を回転電機１の径方向の内側と外側に対向させて、平角線を縦に巻き回す方法である。電機子コイル１１０の巻き方については追って詳しく説明する。
【００１８】
ステータティース１２２は、ステータコア１２０の軸方向の一方側及び他方側の側面部１２２ａと、ステータコア１２０の径方向の内面部１２２ｂとを有している。ステータティース１２２の側面部１２２ａには、後述する第１のロータティース２１２が軸方向に対向するようになっている。ステータティース１２２の内面部１２２ｂには、後述する第２のロータティース２８２が径方向に対向するようになっている。
【００１９】
ステータ１００は、電機子コイル１１０に三相交流が供給されることで、周方向に回転する回転磁界を発生させる。ステータ１００で発生した磁束（以下、この磁束を「主磁束」という）は、ロータ２００に鎖交するようになっている。これにより、ステータ１００は、ロータ２００を回転させることができる。
【００２０】
具体的には、電機子コイル１１０は、ステータティース１２２の周方向における両隣に配置されており、この一対の電機子コイル１１０は、一方の電機子コイル１１０から発生する磁束と、他方の電機子コイル１１０から発生する磁束とで、磁束の方向が周方向において反対方向となるように、その巻方向及び通電方向が設定されている。
【００２１】
これにより、例えば一方の電機子コイル１１０がＶ＋相で、他方の電機子コイル１１０がＶ−相の場合、この一対の電機子コイル１１０から発生する磁束は、一対の電機子コイル１１０によって挟まれるステータティース１２２に向かい、ステータティース１２２においてぶつかり合うように発生する。そして、ステータティース１２２で発生した磁束は、ステータコア１２０の周方向と直交する側の方向に向きを変え、ステータティース１２２からロータ２００に向かう。
【００２２】
そして、ロータ２００に向かった磁束の一部は、後述する第１のロータコア２１０及び第２のロータコア２８０を通過した後、Ｗ＋相とＷ−相の一対の電機子コイル１１０によって挟まれたステータティース１２２に向かう。また、ロータ２００に向かった磁束の一部は、後述する第１のロータコア２１０及び第２のロータコア２８０を通過した後、Ｕ＋相とＵ−相の一対の電機子コイル１１０によって挟まれたステータティース１２２に向かう。
【００２３】
このように、ステータティース１２２とロータ２００とが対向する面では、電機子コイル１１０で発生した磁束の磁気回路が構成される。回転電機１は、ステータティース１２２とロータ２００とが対向する面をトルク発生面としてロータ２００を回転させる。
【００２４】
また、ステータ１００は、上述の通り、電機子コイル１１０がトロイダル巻で、かつ集中巻されている。このため、電機子コイル１１０に三相交流を供給した場合、ステータ１００には、ロータ２００の回転と同期して回転する回転磁界の他に、ロータ２００の回転と非同期の高調波回転磁界が発生する。この高調波回転磁界には、静止座標系における第２次空間高調波（同期回転座標系における第３次時間高調波）が含まれる。したがって、ステータ１００で発生する磁束には、高調波成分が重畳されていることとなる。
【００２５】
（ロータ）
図１、図２、図３に示すように、ロータ２００は、軸方向においてステータ１００を挟むようにして配置された一対のアキシャルギャップロータ２００Ａ、２００Ｂと、ステータコア１２０の径方向の内方側に配置されたラジアルギャップロータ２００Ｃとを含んで構成されている。
【００２６】
一対のアキシャルギャップロータ２００Ａ、２００Ｂとラジアルギャップロータ２００Ｃとは、互いに同期して回転するように回転軸２０（図７参照）に対して一体回転可能に固定されている。一対のアキシャルギャップロータ２００Ａ、２００Ｂとラジアルギャップロータ２００Ｃとは、一体化されていてもよい。
【００２７】
一対のアキシャルギャップロータ２００Ａ、２００Ｂのそれぞれは、高透磁率の磁性材料からなる環状の第１のロータコア２１０と、誘導コイル２１５と、界磁コイル２１６とを備えている。第１のロータコア２１０は、円環状の第１のロータヨーク２１１と、このロータヨーク２１１から軸方向のステータ１００側に向けて突出した第１のロータティース２１２とを備えている。第１のロータティース２１２は、第１のロータヨーク２１１の周方向に沿って所定の間隔をおいて複数形成されている。
【００２８】
第１のロータティース２１２は、ステータコア１２０の軸方向の両面側、すなわちステータコア１２０の軸方向の一方側及び他方側で、ステータティース１２２の側面部１２２ａに対向するようになっている。
【００２９】
第１のロータティース２１２には、誘導コイル２１５及び界磁コイル２１６が軸方向に層をなすようにして巻かれている。誘導コイル２１５及び界磁コイル２１６は、いずれも絶縁材料で被覆した巻線からなる。
【００３０】
誘導コイル２１５は、界磁コイル２１６よりもステータ１００側に配置されている。誘導コイル２１５は、ステータ１００側で発生した磁束に重畳された高調波成分に基づいて誘導電流を発生するようになっている。
【００３１】
具体的には、三相交流が電機子コイル１１０に供給されてステータ１００に回転磁界が発生すると、ステータ１００側で発生した高調波成分の磁束が誘導コイル２１５に鎖交する。これにより、誘導コイル２１５は、誘導電流を誘起させる。
【００３２】
界磁コイル２１６は、誘導コイル２１５よりも第１のロータコア２１０側に配置されている。界磁コイル２１６は、誘導コイル２１５で発生した誘導電流が整流されて供給されることにより磁界を発生させるようになっている。
【００３３】
これにより、第１のロータティース２１２を電磁石として機能させることができ、ステータティース１２２と第１のロータティース２１２とが対向する面をトルク発生面として機能させることができる。
【００３４】
ラジアルギャップロータ２００Ｃは、高透磁率の磁性材料からなり回転軸２０（図７参照）に対して一体回転可能に固定された第２のロータコア２８０と、永久磁石２８３とを有する。
【００３５】
第２のロータコア２８０は、環状の第２のロータヨーク２８１と、この第２のロータヨーク２８１から径方向の外方に向けて突出した第２のロータティース２８２とを備えている。第２のロータティース２８２は、第２のロータヨーク２８１の周方向に沿って所定の間隔をおいて複数形成されている。
【００３６】
第２のロータティース２８２は、ステータコア１２０の径方向の内面側においてステータティース１２２の内面部１２２ｂと対向するようになっている。第２のロータティース２８２には、永久磁石２８３が配置されている。
【００３７】
永久磁石２８３は、例えばネオジウム磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石）で構成されており、第２のロータティース２８２に内包されている。
【００３８】
（整流回路）
また、回転電機１は、誘導コイル２１５で発生した誘導電流を整流して界磁コイル２１６に供給する整流回路３０を備えている。
【００３９】
図４に示すように、整流回路３０は、２つのダイオードＤ１、Ｄ２を整流素子として備え、これらダイオードＤ１、Ｄ２と２つの誘導コイル２１５、および２つの界磁コイル２１６を結線した閉回路として構成されている。整流回路３０は、ロータ２００の軸方向の一方側及び他方側の誘導コイル２１５及び界磁コイル２１６のそれぞれに対応するように、ロータ２００の軸方向の一方側及び他方側にそれぞれ設けられる。
【００４０】
整流回路３０における２つの誘導コイル２１５は、アキシャルギャップロータ２００Ａ、２００Ｂの周方向に隣り合う誘導コイル２１５である。２つの界磁コイル２１６は、アキシャルギャップロータ２００Ａ、２００Ｂの周方向に隣り合う界磁コイル２１６である。
【００４１】
ダイオードＤ１、Ｄ２は、アキシャルギャップロータ２００Ａ、２００Ｂに設けられている。
【００４２】
整流回路３０において、２つの誘導コイル２１５で発生した交流の誘導電流は、ダイオードＤ１、Ｄ２により直流に整流される。ダイオードＤ１、Ｄ２による整流後の直流は、直列接続されている２つの界磁コイル２１６に界磁電流として供給される。２つの界磁コイル２１６は、直流の界磁電流が供給されることにより誘導磁束を発生させる。
【００４３】
本実施形態では、直流の界磁電流により、２つの界磁コイル２１６が反対方向の誘導磁束を発生させるようになっている。具体的には、一方の界磁コイル２１６が巻回された第１のロータティース２１２はＮ極に磁化され、他方の界磁コイル２１６が巻回された第１のロータティース２１２はＳ極に磁化されるように、界磁コイル２１６の巻方向が設定されている。
【００４４】
また、図５に示すように、第１のロータティース２１２の磁極と、この第１のロータティース２１２と周方向で同位置にある永久磁石２８３の磁極とが反対の磁極に形成されるように、界磁コイル２１６の巻方向が設定されている。
【００４５】
（回転電機の作用）
次に、図６、図７及び図８を参照して、本実施の形態に係る回転電機１の作用について説明する。
【００４６】
本実施の形態に係る回転電機１は、以上説明したように、ロータ２００に永久磁石２８３を備え、その永久磁石２８３の磁束を利用してトルクを出力する永久磁石型同期モータである。
【００４７】
従来の永久磁石型同期モータでは、永久磁石の磁束が一定のため、ロータの回転速度が上昇するにつれて永久磁石の磁束によってステータの電機子コイルに生じる逆起電力が増加する。そして、ロータの回転速度がある回転速度に達すると、電機子コイルに生じた逆起電力が永久磁石型同期モータの電源電圧と等しくなる。これにより、永久磁石型同期モータにはそれ以上電流を流すことができなくなる。この結果、ロータの回転速度を上昇させることができなくなってしまう。
【００４８】
従来、こうした問題を解決するために、ステータの電機子コイルに永久磁石による磁束を打ち消す電流を流すことにより電機子コイルに生じる逆起電力を等価的に低減させる弱め界磁制御が行われていた。
【００４９】
しかしながら、この弱め界磁制御は、永久磁石の磁束を打ち消す方向の磁束を発生させるべく電流を流すことから、トルクに寄与しない磁束を発生させることになる。このため、出力に対して無駄なエネルギを消費しており、効率の低下を招いていた。
【００５０】
また、弱め界磁制御では、高調波磁束が生じるため、その高調波磁束に起因して永久磁石型同期モータの鉄損や電磁振動が増加するおそれがある。さらに、弱め界磁制御では、永久磁石の磁束に対して逆向きの磁束を発生させて永久磁石の磁束を抑え込むため、永久磁石の不可逆減磁が生じるおそれがある。このため、比較的保磁力の高い永久磁石を用いる必要があり、コストが増加してしまう。
【００５１】
また、永久磁石としてネオジウム磁石を用いた場合には、弱め界磁制御による外部磁場の変動により永久磁石に渦電流が生じ、永久磁石が発熱する。この発熱によって永久磁石の不可逆減磁が生じるおそれがある。したがって、耐熱性の高いレアアース等の材料を永久磁石に添加する必要がある。しかし、この場合には、添加されたレアアース等の材料が永久磁石にとって不純物となるため、永久磁石本来の性能を発揮させることができないおそれがある。
【００５２】
そこで、本実施の形態に係る回転電機１では、弱め界磁制御を行わずに、上述した界磁コイル２１６の作用によって、永久磁石２８３からステータ１００に鎖交する磁束量を調整可能な構成とした。これにより、本実施の形態に係る回転電機１は、上述したような弱め界磁制御による問題を解決することができる。
【００５３】
（ロータ低回転時）
本実施の形態に係る回転電機１においてロータ２００の回転速度が低いときは、ステータ１００に高調波成分の磁束が発生していないか、あるいは発生していても微量である。このため、界磁コイル２１６は、誘導磁束を発生してないか、あるいは発生していても微量である。
【００５４】
このため、第１のロータティース２１２は、Ｎ極またはＳ極の何れにも磁化されないか、磁化されても微量である。したがって、永久磁石２８３の磁束の全てがステータ１００に鎖交する。
【００５５】
このように、ロータ２００の回転速度が低いときは、ロータ２００の回転速度が高いときと比べて永久磁石２８３からステータ１００に鎖交する磁束の磁束量を増加させることができる。
【００５６】
（ロータ高回転時）
一方、本実施の形態に係る回転電機１においてロータ２００の回転速度が高いときは、ステータ１００に高調波成分の磁束が発生する。その高調波成分の磁束の磁束量は、ロータ２００の回転速度が上昇するにつれて増加する。
【００５７】
これにより、アキシャルギャップロータ２００Ａ、２００Ｂの誘導コイル２１５において誘導電流が誘起され、この誘起された誘導電流が整流回路３０によって整流されて直流電流として界磁コイル２１６に供給される。
【００５８】
直流電流が供給された界磁コイル２１６は、周方向における同じ位置に相当する永久磁石２８３の磁極とは反対の磁極となるよう、第１のロータティース２１２を磁化する方向に磁束を発生させる。すなわち、図５に示すように、第１のロータティース２１２の磁極と永久磁石２８３の磁極とは反対の磁極に形成される。
【００５９】
このため、図６に示すように、界磁コイル２１６による磁束の磁路（白抜きの矢印で示す）が、軸方向および径方向の両方で、永久磁石２８３による磁束の磁路（黒塗りの矢印で示す）とは逆方向に発生する。この逆向きの磁路は、ステータ１００のステータコア１２０において打ち消し合う。
【００６０】
したがって、図７に示すように、永久磁石２８３の磁束のうち、界磁コイル２１６の磁束によって打ち消されなかった磁束が、ステータ１００に鎖交する。また、永久磁石２８３の磁束の一部が、ステータコア１２０の軸方向の端部において、ギャップ（空隙）を通過して第１のロータティース２１２側に流れる。この結果、永久磁石２８３からステータ１００に鎖交する磁束の磁束量が抑えられる。
【００６１】
また、図８において、回転数Ｒ１より小さい領域では、第１のロータティース２１２に磁極が形成されず、径方向において永久磁石２８３の磁束がステータ１００に鎖交する。また、回転数Ｒ１より大きい領域では、第１のロータティース２１２の磁極が永久磁石２８３の磁極とは反対の磁極に形成されるので、径方向と軸方向において永久磁石２８３の磁束がステータ１００に鎖交し、永久磁石２８３からステータ１００に鎖交する磁束の磁束量が抑えられる。また、ロータ２００の回転数が高くなるに連れて、誘導コイル２１５に誘起される誘導電流が多くなり、永久磁石２８３からステータ１００に鎖交する磁束の磁束量が減少する。
【００６２】
したがって、ロータ２００の回転速度が高い場合であっても弱め界磁制御を不要とすることができる。このため、弱め界磁制御により生ずる高調波磁束に起因した鉄損や電磁振動を防止することができる。
【００６３】
さらに、弱め界磁制御を不要としたので、保磁力の高い永久磁石を用いる必要がなく、また耐熱性の高いレアアース等の材料を永久磁石に添加する必要もない。これにより、回転電機１のコストを低減させることができる。
【００６４】
このように、本実施の形態に係る回転電機１では、弱め界磁制御を行わずに永久磁石２８３からステータ１００に鎖交する磁束量を調整可能としたので、ロータ２００の回転速度が高いときであっても効率の低下を防止することができる。また、ロータ２００の回転速度が低いときには出力の向上を図ることができる。
【００６５】
（ステータの機械構造）
この回転電機１では磁路が３次元的に発生するため、ステータコア１２０の材料は、軟磁性複合材料であるＳＭＣ（Soft Magnetic Composite）を用いるのが望ましい。
【００６６】
ＳＭＣは、絶縁処理が施された微細な鉄粉を圧縮して固めて成形した圧粉磁心材である。このため、成形部材の寸法が大きいほど大型のプレス機を用いる必要があり、またその成形も困難となる。そこで、本実施形態では、ステータコア１２０は周方向に分割されている。
【００６７】
図９、図１０において、ステータコア１２０は、ステータヨーク１２１を有するステータヨーク部１２３と、ステータティース１２２を有するステータティース部１２４とに、分割面１２０Ａで分割されている。ステータコア１２０は、ステータヨーク１２１を軸方向および径方向に横切る平面を分割面１２０Ａとして分割されている。
【００６８】
ステータヨーク部１２３は凸部１２３Ａ、１２３Ｂを備えている。凸部１２３Ａは、ステータヨーク部１２３の軸方向の一方側（図の上方）における周方向の一方側（図の右方）に設けられており、周方向の一方側に隣合うステータティース部１２４に向かって分割面１２０Ａから突出している。
【００６９】
凸部１２３Ｂは、ステータヨーク部１２３の軸方向の他方側（図の下方）における周方向の他方側（図の左方）に設けられており、周方向の他方側に隣合うステータティース部１２４に向かって分割面１２０Ａから突出している。
【００７０】
凸部１２３Ａ、１２３Ｂは、十分な機械強度が得られるように、軸方向および周方向に幅広に形成されている。凸部１２３Ａ、１２３Ｂは本発明における凹凸部を構成している。
【００７１】
ステータティース部１２４は、凹部１２４Ａ、１２４Ｂを備えており、この凹部１２４Ａ、１２４Ｂは、ステータヨーク部１２３の凸部１２３Ａ、１２３Ｂが周方向から嵌め合わせ可能な形状に形成されている。
【００７２】
凹部１２４Ａは、ステータティース部１２４の軸方向の一方側における周方向の他方側に設けられており、周方向の他方側に隣合うステータティース部１２４に対して分割面１２０Ａから窪んでいる。
【００７３】
凹部１２４Ｂは、ステータティース部１２４の軸方向の他方側における周方向の一方側に設けられており、周方向の一方側に隣合うステータティース部１２４に対して分割面１２０Ａから窪んでいる。凹部１２４Ａ、１２４Ｂは本発明における凹凸部を構成している。
【００７４】
ステータヨーク部１２３は、凸部１２３Ａ、１２３Ｂの基端部にフィレット１２３Ａ１、１２３Ｂ１が形成されている。ステータティース部１２４は、凹部１２４Ａ、１２４Ｂの入口部にフィレット１２４Ａ１、１２４Ｂ１が形成されている。このフィレット１２４Ａ１、１２４Ｂ１は、ステータヨーク部１２３のフィレット１２３Ａ１、１２３Ｂ１と面接触するように互いに等しい曲率で形成されている。
【００７５】
このように分割構造のステータコア１２０は、ステータヨーク部１２３の凸部１２３Ａ、１２３Ｂとステータティース部１２４の凹部１２４Ａ、１２４Ｂとを接着剤を塗布してそれぞれ嵌め合わせることで一体化され、環状に形成される。
【００７６】
このように、ステータコア１２０をステータヨーク部１２３とステータティース部１２４とからなる分割構造にしたことで、予め成形された電機子コイル１１０をステータヨーク１２１に取付けておき、ステータヨーク部１２３とステータティース部１２４とを凹凸を嵌め合わせて組み上げることができる。このため、環状のステータコア１２０を効率的に組立てることができる。
【００７７】
また、磁気回路への影響が少ないステータヨーク１２１に分割面１２０Ａを設定しているため、性能を劣化させることなくステータコア１２０の組立性を向上させることができる。
【００７８】
また、予め成形された電機子コイル１１０をステータヨーク１２１に取付けることができる。このため、ステータコア１２０に電機子コイル１１０を直接巻回す場合と比較して、特殊な巻線機を使用することなく電機子コイル１１０を成形でき、電機子コイル１１０の絶縁性および占積率を向上させることができる。
【００７９】
さらに、ステータコア１２０をステータヨーク部１２３とステータティース部１２４とに分割したことで、プレス成形時の圧力をステータヨーク部１２３およびステータティース部１２４に均一に作用させることができる。このため、ステータコア１２０に密度のばらつきが生じることを抑えることができる。また、プレス機の加圧力に制約されることなく、ＳＭＣからなる所望の大きさのステータコア１２０を高密度に成形することができる。
【００８０】
また、ステータヨーク部１２３とステータティース部１２４とを、凹部１２４Ａ、１２４Ｂと凸部１２３Ａ、１２３Ｂとの凹凸形状により嵌め合わせる構造としたことで、ステータヨーク部１２３とステータティース部１２４との位置決めを容易に精度よく行うことができる。このため、ステータコア１２０の同心度と周方向の位置決め精度を向上させることができる。
【００８１】
したがって、図１３に示すように、ラジアルギャップ面において、第２のロータティース２８２に対するステータティース１２２の内面部１２２ｂのギャップの大きさを精度良く管理することができる。また、アキシャルギャップ面において、第１のロータティース２１２に対するステータティース１２２の側面部１２２ａのギャップの大きさを精度良く管理することができる。また、ステータコア１２０の機械強度を向上させることができる。
【００８２】
また、凸部１２３Ａ、１２３Ｂを幅広に形成し、ステータヨーク部１２３にフィレット１２３Ａ１、１２３Ｂ１を形成し、ステータティース部１２４にフィレット１２４Ａ１、１２４Ｂ１を形成したことで、プレス成形時に凸部１２３Ａ、１２３Ｂの基部にクラックが発生するのを防止できる。また、ステータヨーク部１２３をステータティース部１２４に組み付ける際の強度を向上させることができる。
【００８３】
ここで、ステータコア１２０の分割数は、ステータコア１２０の寸法が大きくなるほど増加させることが好ましい。ステータコア１２０の寸法が大きいほど、分割数を増加させてステータヨーク部１２３の寸法およびステータティース部１２４の寸法を小さくすることで、プレス成形時にステータコア１２０に密度のばらつきが生じることを抑制できる。
【００８４】
例えば、図１１に示すように、ステータヨーク部１２３を、第１ステータヨーク部１２３Ｃと第２ステータヨーク部１２３Ｄとに軸方向に分割してもよい。
【００８５】
第１ステータヨーク部１２３Ｃには、第２ステータヨーク部１２３Ｄに対して窪んだ凹部１２３Ｃ１と、第２ステータヨーク部１２３Ｄに対して突出する凸部１２３Ｃ２とが形成されている。
【００８６】
第２ステータヨーク部１２３Ｄには、第１ステータヨーク部１２３Ｃに対して窪んだ凹部１２３Ｄ１と、第１ステータヨーク部１２３Ｃに対して突出する凸部１２３Ｄ２とが形成されている。
【００８７】
第１ステータヨーク部１２３Ｃと第２ステータヨーク部１２３Ｄは、凹部１２３Ｃ１と凸部１２３Ｄ２の嵌め合わせ、および凹部１２３Ｄ１と凸部１２３Ｃ２の嵌め合わせによって、組立てることができる。
【００８８】
また、ステータティース部１２４を、第１ステータティース部１２４Ｃと第２ステータティース部１２４Ｄとに軸方向に分割してもよい。
【００８９】
第１ステータティース部１２４Ｃには、第２ステータティース部１２４Ｄに対して窪んだ凹部１２４Ｃ１と、第２ステータティース部１２４Ｄに対して突出する凸部１２４Ｃ２とが形成されている。
【００９０】
第２ステータティース部１２４Ｄには、第１ステータティース部１２４Ｃに対して窪んだ凹部１２４Ｄ１と、第１ステータティース部１２４Ｃに対して突出する凸部１２４Ｄ２とが形成されている。
【００９１】
第１ステータティース部１２４Ｃと第２ステータティース部１２４Ｄは、凹部１２４Ｃ１と凸部１２４Ｄ２の嵌め合わせ、および凹部１２４Ｄ１と凸部１２４Ｃ２の嵌め合わせによって、組立てることができる。
【００９２】
図１２において、電機子コイル１１０は、予めトロイダル巻されている。トロイダル巻とは、ステータコア１２０の環の内側と外側を交互に通って、ステータコア１２０のステータヨーク部１２３（ステータヨーク１２１）の周囲を周回するように巻線１１１を形成する方法である。
【００９３】
電機子コイル１１０の巻線１１１は、断面が長方形の平角線からなる。電機子コイル１１０は、エッジワイズ巻によるトロイダル巻の状態に予め形成されている。エッジワイズ巻とは、スロット１２５に対して、平角線からなる巻線１１１の短辺を回転電機１の径方向内方側と径方向外方側に対向させて、巻線１１１を縦に巻き回す方法である。この電機子コイル１１０は、ステータコア１２０に集中巻で配置される。
【００９４】
電機子コイル１１０の巻線１１１は、巻始めと巻終りとなる両端部１１１Ａがステータコア１２０の外周部に向かって延びるように配置されている。また、巻線１１１の両端部１１１Ａはステータ１００の外周部に配置されている。
【００９５】
このように、電機子コイル１１０をエッジワイズ巻きとしたことで、巻ピッチ方向に隣り合う巻線１１１同士が長辺で面接触し、電流に応じた断面積を維持したまま巻数を増加できる。このため、電機子コイル１１０の占積率を向上でき、ステータ１００の起磁力を増大できる。
【００９６】
また、電機子コイル１１０をエッジワイズ巻きとしたことで、巻線１１１の巻き始めと巻終りとなる両端部１１１Ａをステータ１００の外周部に配置することができる。
【００９７】
このため、電機子コイル１１０をフラットワイズ巻（平角線の長辺を内径方向として巻き回す方法）にした場合と比較して、電機子コイル１１０の巻線１１１の両端部１１１Ａの取出しに必要なスペースを小さくでき、電機子コイル１１０の占積率を向上させることができる。
【００９８】
また、電機子コイル１１０の巻線１１１の両端部１１１Ａをステータ１００の外周部に配置したことで、ステータ１００の外周部に配置した図示しないバスバーによって巻線１１１を容易に結線することができ、回転電機１を径方向に小型化できる。
【００９９】
また、電機子コイル１１０をエッジワイズ巻きとしたことにより、巻線１１１の表面側に他の巻線１１１が重なることを防止し、全ての巻線１１１が露出した状態にできる。このため、電機子コイル１１０の放熱性を向上でき、回転電機１の冷却性能を向上させることができる。
【０１００】
また、平角線からなる巻線１１１の短辺がアキシャルギャップロータ２００Ａ、２００Ｂとのギャップ面と一致するように電機子コイル１１０を巻き回すことができる。このため、磁束に直交する方向（軸方向）の面における巻線１１１の断面積を小さくでき、渦電流損を低減させることができる。
【０１０１】
図１４、図１５において、ステータ１００は樹脂製のインシュレータ１３０を備えている。インシュレータ１３０は、三相の電機子コイル１１０の巻線１１１が取り付けられてステータヨーク部１２３に嵌め込まれている。すなわち、インシュレータ１３０は電機子コイル１１０とステータコア１２０の間に設けられている。
【０１０２】
インシュレータ１３０は、第１のインシュレータ１３１と第２のインシュレータ１３２と第３のインシュレータ１３３との３つに分割されている。第１のインシュレータ１３１は本発明における第１の取付部を構成し、第２のインシュレータ１３２は本発明における第２の取付部を構成し、第３のインシュレータ１３３は本発明における絶縁部材を構成している。
【０１０３】
第１のインシュレータ１３１は、ステータヨーク部１２３に周方向の一方側から嵌め込まれる筒状部１３１Ａと、この筒状部１３１Ａの周方向の他方側の端部に連続する鍔部１３１Ｂとを備えている。筒状部１３１Ａからの鍔部１３１Ｂの高さは、電機子コイル１１０の巻線１１１の長辺の幅と概ね等しく形成されている。
【０１０４】
第１のインシュレータ１３１の筒状部１３１Ａには、三相のうちの１つの相（例えば、Ｕ−相）の電機子コイル１１０の巻線１１１が、予め成形された状態で嵌め込まれるようになっている。
【０１０５】
第１のインシュレータ１３１は、電機子コイル１１０の巻線１１１が取り付けられた状態で、ステータヨーク部１２３の周方向の一方側に配置されるようになっている。
【０１０６】
第２のインシュレータ１３２は、ステータヨーク部１２３に周方向の他方側から嵌め込まれる筒状部１３２Ａと、この筒状部１３２Ａの周方向の一方側の端部に連続する鍔部１３２Ｂとを備えている。筒状部１３２Ａからの鍔部１３２Ｂの高さは、電機子コイル１１０の巻線１１１の長辺の幅と概ね等しく形成されている。
【０１０７】
第２のインシュレータ１３２の筒状部１３２Ａには、三相のうちの他の１つの相（例えば、Ｖ＋相）の電機子コイル１１０の巻線１１１が、予め成形された状態で嵌め込まれるようになっている。
【０１０８】
第２のインシュレータ１３２は、電機子コイル１１０の巻線１１１が取り付けられた状態で、ステータヨーク部１２３の周方向の他方側に配置されるようになっている。
【０１０９】
第３のインシュレータ１３３は、鍔部１３１Ｂ、１３２Ｂと同形状に形成されている。第３のインシュレータ１３３は、ステータヨーク部１２３の周方向の中間位置に配置され、第１のインシュレータ１３１の筒状部１３１Ａと第２のインシュレータ１３２の筒状部１３２Ａとによって挟まれるようになっている。
【０１１０】
第３のインシュレータ１３３は、ステータヨーク部１２３の周方向の中間位置に配置されることで、Ｕ−相の電機子コイル１１０とＶ＋相の電機子コイル１１０とを隔てて双方の電機子コイル１１０を絶縁している。
【０１１１】
すなわち、本実施形態の回転電機１では、１つのスロット１２５に２相分（例えば、Ｕ−、Ｖ＋）の電機子コイル１１０の巻線１１１を取付けているため、相の異なる電機子コイル１１０の各巻線１１１を隔てて絶縁している。
【０１１２】
ステータ１００を組立てる際は、まず、第３のインシュレータ１３３がステータヨーク部１２３に周方向から嵌め込まれる。
【０１１３】
次いで、予め電機子コイル１１０の巻線１１１が取付けられた第１のインシュレータ１３１および第２のインシュレータ１３２が、周方向の両側からステータヨーク部１２３に嵌め込まれる。
【０１１４】
これにより、ステータヨーク部１２３と２つの電機子コイル１１０からなるステータヨーク組部品が作成される。
【０１１５】
その後、図１６に示すように、ステータヨーク部１２３と電機子コイル１１０からなるステータヨーク組部品は、凹部１２４Ａ、１２４Ｂと凸部１２３Ａ、１２３Ｂの嵌め合わせにより、ステータティース部１２４に外周側から組み付けられる。この工程をステータ１００の周方向に沿って繰り返すことで、環状のステータ１００が作成される。
【０１１６】
このように、予め成形した電機子コイル１１０をインシュレータ１３０に組み付けておき、このインシュレータ１３０をステータヨーク部１２３に嵌め込むことで組立てることができる。このため、組立性が向上する。
【０１１７】
このステータ１００は、集中巻構造のトロイダルステータであるため、１つスロット１２５に２相分の電機子コイル１１０を隣り合わせて配置している。このため、絶縁材を用いて、隣合う電機子コイル１１０同士の絶縁性を向上させる必要がある。また、絶縁材を用いたことで組立性が悪化しないように配慮する必要がある。
【０１１８】
そこで、本実施形態では、インシュレータ１３０を、第１のインシュレータ１３１、第２のインシュレータ１３２、第３のインシュレータ１３３に分割した。また、第３のインシュレータ１３３を、第１のインシュレータ１３１と第２のインシュレータ１３２とで挟まれるように配置した。また、第３のインシュレータ１３３によって電機子コイル１１０同士を絶縁した。
【０１１９】
これにより、各相の電機子コイル１１０同士の絶縁性を向上させることができ、電機子コイル１１０の組立性を向上させることができる。
【０１２０】
また、第１のインシュレータ１３１の鍔部１３１Ｂ、および第２のインシュレータ１３２の鍔部１３２Ｂにより、電機子コイル１１０を周方向に支持することができ、機械強度を向上させることができる。
【０１２１】
ここで、電機子コイル１１０の絶縁方法として、ステータコア１２０との間に絶縁紙を挟む手法や、ステータコア１２０をカプトン等の絶縁テープで養生する手法も考えられる。
【０１２２】
しかし、このような手法では、ステータ１００の組立時の負荷によって絶縁紙や絶縁テープが破れ、絶縁性が低下してしまうおそれがあり、組付性が低下してしまう。
【０１２３】
これに対し、本実施形態では、ステータコア１２０と電機子コイル１１０の間、および周方向に隣合う電機子コイル１１０同士を、樹脂製のインシュレータ１３０により絶縁している。
【０１２４】
このため、ステータ１００の組立時にインシュレータ１３０が破損して絶縁性が低下するおそれがなくなり、組立性を向上させることができる。
【０１２５】
以上のように、本実施の形態の回転電機１によれば、ステータ１００は、電機子コイル１１０の三相の巻線１１１が取り付けられステータヨーク部１２３に嵌め込まれるインシュレータ１３０を有する。
【０１２６】
そして、インシュレータ１３０は、三相の巻線１１１のうち一相の巻線１１１が取り付けられた第１のインシュレータ１３１と、三相の巻線のうち第１のインシュレータ１３１に取り付けられた巻線１１１とは異なる相の巻線１１１が取り付けられた第２のインシュレータ１３２と、ステータヨーク部１２３に設置され第１のインシュレータ１３１と第２のインシュレータ１３２とによって挟まれる第３のインシュレータ１３３とを有する。
【０１２７】
これにより、巻線１１１が取り付けられた第１のインシュレータ１３１および第２のインシュレータ１３２を、第３のインシュレータ１３３を挟むようにステータヨーク部１２３に設置できる。これにより組立性を向上させることができる。また、第３のインシュレータ１３０により、隣り合う巻線１１１同士の絶縁性を向上させることができる。この結果、組立性と絶縁性を向上させることができる。
【０１２８】
また、本実施の形態の回転電機１によれば、ステータ１００は、ステータティース部１２４とステータヨーク部１２３とに分割されている。また、ステータティース部１２４とステータヨーク部１２３にはそれぞれを嵌め合わせ可能な凹部１２４Ａ、１２４Ｂおよび凸部１２３Ａ、１２３Ｂが形成されている。
【０１２９】
これにより、凹部１２４Ａ、１２４Ｂと凸部１２３Ａ、１２３Ｂとを嵌め合わせることで、環状のステータコア１２０を効率的に組立てることができる。また、ステータヨーク部１２３とステータティース部１２４との位置決めを容易に行うことができ、ステータコア１２０の同心度を向上させることができる。また、ステータティース１２２の軸方向の位置決め精度を向上させることができる。これにより、ラジアルギャップ面およびアキシャルギャップ面におけるギャップの大きさを精度良く管理することができる。また、ステータコア１２０の機械強度を向上させることができる。
【０１３０】
なお、本実施の形態では、第１のロータティース２１２がステータコア１２０の軸方向の両面側に対向するように設けられているが、これに限らず、例えばステータコア１２０の軸方向の一方側の側面又は他方側の側面に対向するように設けられてもよい。すなわち、第１のロータティース２１２は、ステータコア１２０の軸方向の一方側の側面及び他方側の側面のうち、いずれか一方の側面側にのみ設ける構成であってもよい。この場合、軸方向の片側のアキシャルギャップロータ２００Ａ、２００Ｂのみを採用した分、回転電機１の体格を小さくすることができる。
【０１３１】
また、本実施の形態では、ステータ１００の径方向内方側にラジアルギャップロータ２００Ｃを配置しているが、これに限らず、例えばステータ１００の径方向外方側にラジアルギャップロータ２００Ｃを配置してもよい。
【０１３２】
本発明の実施の形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。
【符号の説明】
【０１３３】
１  回転電機
１００  ステータ
１１０  電機子コイル
１１１  巻線
１２０  ステータコア
１２３  ステータヨーク部（ヨーク部）
１２３Ａ、１２３Ｂ  凸部（凹凸部）
１２４  ステータティース部（ティース部）
１２４Ａ、１２４Ｂ  凹部（凹凸部）
１３０  インシュレータ
１３１  第１のインシュレータ（第１の取付部）
１３２  第２のインシュレータ（第２の取付部）
１３３  第３のインシュレータ（絶縁部材）
２００  ロータ
２００Ａ  アキシャルギャップロータ（ロータ）
２００Ｃ  ラジアルギャップロータ（ロータ）
２１０  第１のロータコア（ロータコア）
２８０  第２のロータコア（ロータコア）
【図１】
2017204959.tif 000003
【図２】
2017204959.tif 000004
【図３】
2017204959.tif 000005
【図４】
2017204959.tif 000006
【図５】
2017204959.tif 000007
【図６】
2017204959.tif 000008
【図７】
2017204959.tif 000009
【図８】
2017204959.tif 000010
【図９】
2017204959.tif 000011
【図１０】
2017204959.tif 000012
【図１１】
2017204959.tif 000013
【図１２】
2017204959.tif 000014
【図１３】
2017204959.tif 000015
【図１４】
2017204959.tif 000016
【図１５】
2017204959.tif 000017
【図１６】
2017204959.tif 000018