JP2007104782A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】優れたモータ特性改善効果をもち実用生産性に優れたコイルエンド突出型ステータコアをもつ回転電機を提供すること。
【解決手段】中央コア１の両端に付加コア２を設けた付加コア追加型ステータコア構造において、付加コア２は、コイルエンドよりもロータ側の部分である内鍔部２４と、コイルエンドの軸方向内側部分である主部２７と、コイルエンドよりも反ロータ側の部分である外鍔部２６とをからなる付加ティース２２と、外鍔部２６に磁気結合する付加ヨーク２１とからなる。付加ティース２２は、周方向積層電磁鋼板からなり、低鉄損かつ低磁気抵抗となっており、モータ特性が改善される。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機のステータコアの改良に関する。

回転電機のステータコイルは、集中巻き方式及び分布巻き方式の両方ともステータコアの両端面の軸方向外側にそれぞれコイルエンドと呼ばれる部分を有している。このコイルエンドは、本質的にステータコイルを構成する導体線（以下、コイル導体とも呼ぶ）のうち、スロット内に収容されるコイル導体（以下、スロット導体とも呼ぶ）に連なるとともに、スロットから軸方向外側に突出する導体線（コイルエンド導体とも呼ぶ）により構成される。このコイルエンド導体の本質的機能は異なるスロットに個別に収容される一対のスロット導体を接続することにあり、このためコイルエンド導体は少なくとも周方向へ所定距離延在する。良く知られているように、多数のコイルエンド導体を周方向に延在させるため、分布巻きにおいてはコイルエンドは軸方向にかなり大きく膨設せざるを得ず、集中巻きにおいても分布巻きほどではないにしても軸方向に膨設される。したがって、回転電機はコイルエンド部分においてトルクに関与しないデッドスペースをもち、これが回転電機の軸方向長への大型化の原因となっている。上記デッドスペース問題の改善のために下記の特許文献１、２は、コイルエンドと軸方向に重なる領域にて、ステータコアに付加コアを追加することを提案している。

特許文献１の付加コアは２つの構造をもつ。特許文献１の図１は、ティースの鍔部と同形の内鍔部を軸方向積層電磁鋼板により作製してティースの鍔部の軸方向端面に隣接して軸方向へ突出させ、同じく、ヨークと同形の付加ヨークを軸方向積層電磁鋼板により作製してヨークの軸方向端面に隣接して軸方向へ突出させた構造を開示する。特許文献１の図５に示される付加コア構造は、上記付加ヨークと上記内鍔部と、これら付加ヨークと内鍔部とを径方向に接続するティース主部とを磁気粉末成形体により作製することを開示している。

特許文献２の付加コア構造は、ティースの鍔部と同形の内鍔部をティースの鍔部の軸方向端面に隣接して軸方向へ突出させ、同じく、ヨークと同形の付加ヨークをヨークの軸方向端面に隣接して軸方向へ突出させた構造を開示し、これら内鍔部と付加ヨークとを軸方向積層電磁鋼板又は鉄系金属塊により作製することを提案している。
特開２００４−３２８９７１号公報 特開２００４−１５９４７６号公報

しかしながら、本発明者らの試作によれば上記した種々の構造の付加コアの追加は、製造コストや重量の増大の割にモータ特性改善効果が小さく、現状では費用効果比率、重量増加などの点で実用化が難しいことが判明した。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、優れたモータ特性改善効果をもち実用生産性に優れた付加コアをもつ回転電機を提供することをその目的としている。

上記課題を解決する各発明の回転電機は、略円筒状の中央コアと、前記中央コアの端面に隣接配置される付加コアとを有するステータコアと、前記ステータコアに径方向に対面するロータとを有し、前記中央コアは、ロータ周面に対面する先端部を有して径方向へ延在するティースと、前記ティースの基端部に隣接しつつ周方向へ延在するヨークとを有して軸方向積層電磁鋼板により作製され、前記付加コアは、ロータ周面とステータコイルのコイルエンドとの間隙を軸方向外側へ突出する内鍔部を有して前記ティースの軸方向端面に隣接配置される付加ティースと、前記ヨークの軸方向端面に隣接しつつ周方向に延在して前記付加ティースと磁束を授受する付加ヨークとを有する回転電機に適用される。

ステータとロータとの間の電磁作用は、両者間のラジアルエアギャップを通過する磁束の変化により生じるので、付加コアは、従来同様にラジアルエアギャップの磁束量を増大させてモータ特性を向上させる。また、この付加コアは、ステータコイルの熱をコイルエンドからの伝熱により良好に受熱することができるため、コイル温度の冷却効果を改善することもできる。

ティースとヨークとは、好適には軸方向積層電磁鋼板により構成される。ティースとヨークとは一体に形成されることができる他、別々に形成されて結合される構造（組み合わせコア構造）を採用することもできる。ロータはステータの径方向内側に配置されるインナーロータ構造の他、ロータがステータの径方向外側に配置されるアウターロータ構造を採用しても良い。

第１発明の回転電機によれば特に、ロータ周面に対面しつつ軸方向外側へ突出する内鍔部と、前記付加ヨークの内周側の表面に接しつつ軸方向外側へ延在する外鍔部と、前記ティースの軸方向端面に隣接しつつ径方向に延在するとともに先端部が内鍔部に、前記基端部が外鍔部に磁気的に接続される主部とを有して周方向積層電磁鋼板により構成され、前記付加ヨークは、軸方向積層電磁鋼板により構成されている。ここで言う周方向積層電磁鋼板とは、多数の電磁鋼板を周方向（正確には接線方向へ積層したものを言う。

このようにすれば、上記特許文献１、２に比べてモータ特性たとえばトルク特性を向上できることがわかった。更に説明すると、付加コアをもつ回転電機では、ロータから付加ティースの内鍔部に流入した磁束は、ステータコイルと鎖交するために必ず軸方向内側へ曲げられ、その後、径方向へ曲げられてコイルエンド内の付加ティースの主部に入り、主部を通じてヨーク側へ流れる。しかし、付加ティースの内鍔部を従来のように軸方向積層電磁鋼板で作製する場合、磁束は軸方向積層電磁鋼板の各電磁鋼板（シート）を次々と厚さ方向に貫通する必要があり、これは磁路の磁気抵抗による磁束量の減少と渦電流損失の増大を発生させる。また、付加コアを磁性粉成形コアで構成する場合、最大磁束密度特に付加ティースの最大磁束密度が低下するため磁束量の増加が減少する。更に、付加コアを鉄塊で構成する場合、渦電流損失が大幅に増大するという不具合が生じた。

既知の付加コアのこれらの問題に対して、第１発明の付加コアは、付加ティースが周方向積層電磁鋼板により作製されているため、ロータからラジアルエアギャップを通じて内鍔部に流入した磁束は、内鍔部、主部及び外鍔部中を電磁鋼板の厚さ方向と直角方向へ通過することができ、従来のように多数の積層電磁鋼板を積層方向へ貫通するのを防止することができる。したがって、付加ティースにおける磁気抵抗の低減による磁束量の増大と渦電流損失の大幅な低減を実現することができ、その分だけモータ特性を向上することができる。

また、主部から出た磁束は、周方向積層電磁鋼板製の外鍔部にて軸方向外側に低磁気抵抗にて曲がることができ、この外鍔部に隣接する軸方向積層電磁鋼板からなる付加ヨークに良好に流入することができるため、磁路の磁気抵抗の一層の低減により磁束量を増大と鉄損低減とを実現することができる。

更に、上記した粉末成形型付加コアにおける飽和磁束密度が低く磁束増大量が小さいという問題も、上記した金属塊型付加コアにおける渦電流損質が大きいという問題も同時に解決することができる。

好適な態様において、前記主部及び内鍔部は、周方向積層電磁鋼板により一体に構成されている。このようにすれば、主部と内鍔部との間のギャップを消失させることにより付加ティース中の磁気抵抗を低減できるとともに、内鍔部を主部により機械支持することができるため、付加ティースの剛性及び耐振性を向上することができる。

好適な態様において、前記主部及び外鍔部は、周方向積層電磁鋼板により一体に構成されている。このようにすれば、主部と外鍔部との間のギャップを消失させることにより付加ティース中の磁気抵抗を低減できるとともに、主部を外鍔部により機械支持することができるため、付加ティースの剛性及び耐振性を向上することができる。

好適な態様において、前記主部、内鍔部及び外鍔部は、周方向積層電磁鋼板により一体に構成されている。このようにすれば、主部と内鍔部との間のギャップ並びに主部と外鍔部との間のギャップを消失させることにより付加ティース中の磁気抵抗を低減できるとともに、内鍔部及び主部を外鍔部により機械支持することができるため、付加ティースの剛性及び耐振性を更に向上することができる。

好適な態様において、前記主部は、周方向中央部から周方向端部へ向けて次第に狭くなる軸方向幅を有する。このようにすれば、ステータコイルのコイルエンドの最小曲率半径を大きくすることができるため、ステータコイルの絶縁信頼性の向上とコイル巻装作業の容易化を実現することができる。また、コイル導体として大断面積のものを採用することができるとともに、磁気音の低減やトルクリップルの低減を図ることができる。

好適な態様において、前記外鍔部は、前記付加ヨークの内周側の表面に凹設された嵌合溝に押入されて組み立てられている。これにより、外鍔部と付加ヨークとの機械的、磁気的結合強度を向上することができる。

好適な態様において、前記主部及び外鍔部は、周方向積層電磁鋼板により一体に構成され、前記中央コアは、前記ヨークに凹設されたティース嵌合溝に前記ティースの基端部を軸方向に押入されて組み立てられ、前記外鍔部は、軸方向に見て前記ティース嵌合溝内に収容される外形をもつ。

これにより、コイルエンドを貫通した付加コアの主部の磁束は、各電磁鋼板（シート）から飛び出すことなく外鍔部にて再び軸方向に曲がり、その後、この外鍔部に接する付加ヨークに流入することができるので、一層の磁気抵抗低減を実現することができる。そのうえ、周方向積層電磁鋼板からなる付加ティースの両鍔部及び主部が一体であるため、付加ヨークは、外鍔部を通じて主部及び内鍔部を良好に支持することができる。更に、外鍔部は軸方向に見た場合に中央コアのヨークのティース嵌合溝内に収まる形状をもつので、外鍔部をもつ付加ティースを中央コアのティースと一体として状態にて付加ティース付きのティースを中央コアのティース嵌合溝に押し込むことができる。このため、これら付加ティース及びティースにステータコイルを集中巻きした後、ティース及び付加ティースをヨーク及び付加ヨークに軸方向に押し込んで嵌合させることができ、分割コア型集中巻き構造の製造工程を複雑化させることがない。

好適な態様において、前記外鍔部は、周方向積層電磁鋼板により前記主部と別体に構成され、前記中央コアは、前記ヨークに凹設されたティース嵌合溝に前記ティースの基端部を軸方向へ押入されて組み立てられる。すなわち、この態様では、付加ティースの主部と外鍔部とが分割されているため付加ティース及びティースに成形済み集中巻きコイルを嵌め込むことができ、製造工程の更なる簡素化を実現することができる。

更に詳しく説明すると、外鍔部をまだ取り付けない状態にて付加ティース及びティースをヨークのティース嵌合溝に軸方向に押し込み、後から外鍔部を付加ヨークに軸方向に押し込むことができるため、外鍔部の形状の自由度が確保しつつティースとヨークとを分割した分割コア構造を採用することができる。

この場合、あらかじめ成形されたコイルを付加ティースの主部及びティースに径方向へ嵌め込んだ後、ティースの基端部をヨークのティース嵌合溝に軸方向へ押し込んでそれらを機械的に結合し、その後、外鍔部を付加ヨークの嵌合溝に軸方向へ押し込んで完成させることが好適である。これにより、外鍔部の形状自由度を確保しつつ成形済みコイルをステータコイルとして採用することができる。

なお、中央コアのティースは、周方向両側へ張り出した鍔部を先端部に有して中央コアのヨークに軸方向に嵌合されることが磁気回路上、更に好適である。結局、この態様によれば、中央コアにティース分割構造を採用し、成形済みステータコイルをティース及び付加ティースに装着してからこれらティースのセットを中央コアや付加コアに軸方向に嵌合するため、ステータコイルの巻装が簡単となる。付加ティースの外鍔部は、付加ティースの主部とは別体として付加ティースの主部へステータコイルを装着した後、取り付ける外鍔部分割構造を採用することにより、上記成形済みステータコイルの装着が好適に実現する。

好適な態様において、前記ロータは、主界磁磁束を発生する主永久磁石を有して前記中央コアに対面する中央ロータ部と、付加界磁磁束を発生する付加永久磁石を有して前記付加コアに対面する端部ロータ部とを有し、前記付加永久磁石は、前記主永久磁石よりも小さい前記ロータの単位軸方向幅当たりの磁束発生量をもつ。

すなわち、付加コアの最大磁束量は、内鍔部と主部と外鍔部とをもつ付加ティースの各磁路部分のうち主として主部の磁路直角断面積により規定される。なお、この場合、内鍔部に流入した磁束の一部は中央コアのティース側にも流れ込むことはできるが、通常では中央コアのティースの磁束密度は大きく設定されるため、この磁束バイパス現象は考慮しないものとする。したがって、付加コアとそれに対面する端部ロータ部との間の電磁ギャップの磁束密度は、中央コアとそれに対面する中央ロータ部との間の電磁ギャップの磁束密度より小さくならざるを得ない。この態様では、端部ロータ部の発生磁束が中央ロータ部のそれよりも小さくなるように中央ロータ部の主永久磁石よりも小型のあるいは残留磁束密度が小さい永久磁石を付加ティースに設ける。これにより、高価な永久磁石量を減らしてコストダウンを図ることができる。

好適な態様において、前記ロータは、界磁磁束を発生する永久磁石を有して前記中央コアに対面する中央ロータ部と、主としてリラクタンストルクを発生するための磁気突極構造を有して前記付加コアに対面する端部ロータ部とを有する。このようにすれば、上記と同じ理由にて、端部ロータ部の発生磁束が中央ロータ部のそれよりも小さくなるように端部ロータ部を磁気突極構造として実質的に永久磁石を省略する。これにより高価な永久磁石量を減らしてコストダウンを図ることができる。

上記課題を解決する第２発明の回転電機は、前記付加ティースは、ロータ周面に対面しつつ軸方向外側へ突出する内鍔部と、前記ティースの軸方向端面に隣接しつつ径方向に延在するとともに先端部が内鍔部に連なる主部とを有して周方向積層電磁鋼板により一体に構成され、前記付加ティースの主部の基端部は、前記付加ヨークの内周側の表面に凹設された嵌合溝に押入されて組み立てられていることを特徴としている。すなわち、この第２発明の付加コアは、上記第１発明の付加コアから外鍔部を省略した構造を採用している。この場合の付加コア中のロータ磁束の流れを説明する。

ロータから出た磁束は、周方向積層電磁鋼板からなる付加ティースの内鍔部に流入後、内鍔部内にて軸方向に流れ、付加ティースの主部に流れ込む。その後、磁束は主部内を径方向に流れて軸方向積層電磁鋼板からなる付加ヨークの径方向内端から付加ヨーク内に流れ込み、付加ヨーク内を周方向に流れて他の付加ティースに達する。

第１発明の外鍔部を持たないこの第２発明によれば、付加ヨークの軸方向幅は、付加ティースの主部の軸方向幅よりも広いため、付加ヨークが主部の軸方向厚さと同等以上の軸方向幅をもつなら、磁束は付加ヨーク内にて主部に先んじて磁気飽和することはない。このため、この発明によれば、付加ヨークと付加ティースとの間の微小空隙の分だけ磁路の磁気抵抗が多少増大するのみで第１発明とほぼ同様の効果を奏することができる。ちなみに、付加ヨークと付加ティースとは実質的に密着し、かつ、主部の基端部が付加ヨークの内周側の表面に凹設された嵌合溝に押込まれているため、付加ヨークと付加ティースとの間の磁気抵抗の増加を小さくすることができる。また、同期モータにおいては、磁路中の全空隙長は、ロータとステータとの間の電磁ギャップの幅に加えて永久磁石の幅が加算されるため、この理由からも付加ヨークと付加ティースとの間の微小ギャップが追加されても全空隙長の増加はほとんどなく、この第２発明によれば上記第１発明とほぼ同じ効果を奏することができる。また、付加ティースの主部の基端部は、付加ヨークの嵌合溝に嵌入されるために、両者間の機械的、磁気的結合度を向上できるという効果も実用上重要である。その他、第１発明の上記好適態様のうち、外鍔部に無関係の態様は、この第２発明にも適用することができる。

本発明の回転電機の好適な態様を以下の実施例を参照して説明する。ただし、本発明は下記の実施例に限定解釈されるべきではなく、その他の公知技術あるいはそれと使用される機能が共通する技術を組み合わせて本発明を実現してもよいことは当然である。

（実施例１）
まず、上記第１発明の回転電機を具体化した実施例１のステータコアを、その軸方向模式断面図である図１と、その軸方向にみた模式側面図である図２を参照して説明する。なお、図２において、破断線の左側は付加コア装着前の形状を示し、右側は付加コア装着後の形状を示す。ステータコイルは図示省略されている。

（全体構造）
このステータコアは、分割コア型ステータコアであって、図２の破断線の左側に図示する中央コア１と、図２の破断線の右側に図示する付加コア２とからなり、付加コア２は図１に示すように中央コア１の前後両端面に固定されている。図１に示す３はロータである。

中央コア１は、略円筒状のヨーク１１と、ヨーク１１の内周面から求心方向へ突出する１２個のティース１２とからなる。ヨーク１１は、それぞれ部分円筒形状をもつ合計１２個の単位コアバック１３を円筒状に組み立てて構成されている。ヨーク１１及びティース１２はそれぞれ電磁鋼板を軸方向に積層した軸方向積層電磁鋼板により構成されている。ティース１２は、ロータ３の外周面に対面しつつ周方向両側へ張り出した鍔部１４を先端部に有しており、ティース１２の基端部は、ヨーク１１のティース嵌合溝１５に径内側へ抜き出し不能に嵌合している。なお、ヨーク１１を１２個の単位コアバック１３に分割せず、一体化してもよいし、ヨーク１１とティース１２とを一体に形成してもよい。また単位コアバックは例えば３ティース毎を単位とする分割でもよい。つまりコアの一体、分割、ティースとヨークの一体、分割の形態にはよらない。 付加コア２は、略円筒状の付加ヨーク２１と、付加ヨーク２１の内周面から求心方向へ突出する１２個の付加ティース２２とからなる。付加ヨーク２１は、それぞれ部分円筒形状をもつ合計１２個の単位コアバック２３を円筒状に組み立てて構成されている。付加ヨーク２１は、電磁鋼板を軸方向に積層した軸方向積層電磁鋼板により構成され、ヨーク１１の軸方向端面に隣接して配置されている。なお、付加ヨーク２１を１２個の単位コアバック２３に分割せず、例えば３ティース毎を単位とする分割でもいいし、一体化してもよい。つまり、単位コアバックは一例にすぎず、付加ヨークの形態にはとらわれない。

ロータ３は、中央ロータ（本発明で言う中央ロータ部）３１と、その両端に配置された付加ロータ（本発明で言う端部ロータ部）３２とからなり、図示しない回転軸に固定されている。この実施例では中央ロータ３１は永久磁石が埋設された軸方向積層電磁鋼板製の磁石ロータからなり、付加ロータ３２はいわゆる磁気突極構造の軸方向積層電磁鋼板製のリラクタンスロータからなる。

（付加ティース２２の構造）
付加ティース２２は、図１に示すように略コ字状の軸方向断面を有しており、図２に示すように電磁鋼板を周方向（正確には接線方向）に積層した周方向積層電磁鋼板により構成されている。付加ティース２２は、ロータ３の外周面に対面しつつ軸方向外側へ突出する内鍔部２４と、付加ヨーク２１の嵌合溝２５に嵌合しつつ軸方向外側へ延在する外鍔部２６と、ティース１２の軸方向端面に隣接しつつ径方向に延在する主部２７とからなる。主部２７は、内鍔部２４と外鍔部２６との間の磁束授受のための部材であり、主部２７と内鍔部２４と外鍔部２６とは電磁鋼板により一体に形成されている。付加ティース２２の主部２７には、ティース１２とともに図示しないステータコイルが集中巻きされている。ティース１２は単位コアバック１３の周方向中央に配置され、付加ティース２２は単位コアバック２３の周方向中央に配置され、ティース１２と付加ティース２２とは周方向同位置に配置され、好適には付加ティース２２の周方向（接線方向）幅はティース１２の周方向幅に等しくされている。もちろん等しくなくてもよい。

付加ティース２２の外鍔部２６は、付加ヨーク２１の嵌合溝２５に嵌合している。嵌合溝２５の径方向断面は、図２に示すように方形とされている。嵌合溝１５は、図２に示すように、内周側に嵌合溝２５と略同形（少し広い）の第１溝部１５１と、この第１溝部１５１から径方向外側に更に凹設されたくさび形の第２溝部１５２とからなる。嵌合溝（ティース嵌合溝）１５が第１溝部１５１をもつのは、後述するように、付加ティース２２の外鍔部２６がこの第１溝部１５１を軸方向へ通過可能とするためである。

付加ティース２２の拡大斜視図を図３に示し、中央コア１及び付加コア２の斜視図を図４〜図６に示す。図４はステータコアを組み立てた状態を示し、図５はティース１２及び付加ティース２２を示し、図６は中央コア１の一つの単位コアバック分を示す。

（ステータの組み立て）
ステータの組み立て工程を以下に説明する。まず、１２分の１のヨーク１１である単位コアバック１３と、１２分の１の付加ヨーク２１である単位コアバック２３とを軸方向積層電磁鋼板によりそれぞれ製造する。次に、ティース１２の両端に付加ティース２２をそれぞれ重ね、ステータコイル４を集中巻きする。次に、ステータコイルが巻装されたティース１２及び付加ティース２２を、嵌合溝１５、２５に軸方向に押し込んで、一体化する。なお、各単位コアバック２３の嵌合溝２５と付加ティース２２の外鍔部２６とが嵌合するように、付加ヨーク２１を軸方向両側から後付けしてもよい。最後に、このようにして形成された１２個のコアユニットをリング状に組み合わせてステータコアを完成する。なお、分割されたステータコアの各部材の固定はたとえば溶接や嵌合あるいは締結により一体化されることができる。

（ロータ３の構造）
ロータ３の模式斜視図を図７に示す。ただし、図７において、付加ロータ３２の一部は切り欠いて示されている。既述したように中央ロータ（本発明で言う中央ロータ部）３１は永久磁石が埋設された軸方向積層電磁鋼板製の埋め込み磁石ロータからなり、付加ロータ３２はいわゆる磁気突極構造の軸方向積層電磁鋼板製のリラクタンスロータからなる。

（動作説明）
図１を参照して磁束の流れを説明する。

中央ロータ３１からティース１２に流入した磁束はヨーク１１に入り、ヨーク１１内を周方向に流れて他のティース１２に達する。付加ロータ３２から付加ティース２２の内鍔部２４に流入した磁束は内鍔部２４内を軸方向流れて付加ティース２２の主部２７に入り、主部２７を径方向へ流れて外鍔部２６に入り、外鍔部２６内を軸方向へ流れて付加ヨーク２１に入り、付加ヨーク２１内を周方向に流れて他の付加ティース２２に達する。なお、一部の磁束は付加ティース２２の主部２７とティース１２との間にて軸方向へ流れ、また、付加ヨーク２１とヨーク１１との間にて軸方向に流れることができる。

（効果）
この実施例によれば、従来のステータにおいてステータコイルのコイルエンドが存在するステータコアの軸方向両側のアイドルスペースにおいて、コイルエンドの径方向内側に内鍔部２４が、コイルエンドの径方向外側に外鍔部２６が、コイルエンドの内側に主部２７が設けられている。

内鍔部２４の存在は、内鍔部２４と付加ロータ３２の外周面との間の電磁ギャップの磁気抵抗を小さくすることができることを意味し、小さい磁界強度（AT）により多くの磁束を形成できることを意味する。つまり、付加ロータ３２と付加コア２との設置により、ステータコイルに鎖交するロータ磁束を増加することができる。このため、従来同様、モータ性能を向上することができる。

なお、付加ロータ３２と付加コア２との間を流れる磁束量は、ヨーク１１への磁束漏れを無視すれば、付加ティース２２の主部２７を流れることができる磁束量に略等しく、付加ロータ３２を流れることができる磁束量は主部２７の磁路断面積にその飽和磁束密度を掛けた量に略等しくなる。また、付加ティース２２は周方向積層電磁鋼板により構成されているため、高価で強度に劣る磁性粉末成形体を採用しなくても付加ティース２２の磁気抵抗の低減と渦電流損失の低減を図ることができる。更に、内鍔部２４及び外鍔部２６はステータコイルのコイルエンドに良好に接触するため、ステータコイルの熱はこの内鍔部２４や外鍔部２６を通じて良好に付加コア２に放熱することができる。

（変形態様）
ロータ３の変形態様を図８に示す。このロータ３は、図７に示す付加ロータ３２を永久磁石が埋設された軸方向積層電磁鋼板製の埋め込み磁石ロータにより構成したものである。すなわち、ロータ３は、主界磁磁束を発生する主永久磁石を有して中央コアに対面する中央ロータ３１と、付加界磁磁束を発生する補助の永久磁石を有して付加コア２に対面する付加ロータ３２とから構成される。この場合、補助の永久磁石は、主永久磁石よりも小さいロータの単位軸方向幅当たりの磁束発生量をもてばよく、相対的に安価なあるいは小型の永久磁石を用いればよい。更に、ロータ３は同期機用ロータの他、既知の各種交流モータ方式に適したロータ構造を採用することができる。ただし、付加ロータ３２の永久磁石により付加ロータ３２から付加コア２に流入する磁束量は、付加コア２の主部２７の磁路断面積により制約されるため、付加ロータ３２と付加コア２との間の電磁ギャップの磁束密度は、中央ロータ３１と中央コア１との間の電磁ギャップの磁束密度より小さく設定される。

（変形態様）
変形態様を図９に示す。図９は、付加ティース２２の内鍔部２４の特に内周面を、ティース１２の鍔部１４の内周面と同一形状に湾曲させたものである。これにより、内鍔部２４と付加ロータ３２との間の電磁ギャップの幅を低減することができ、モータ特性を改善することができる。

（変形態様）
上記実施例では、付加ティース２２の主部２７の周方向（接線方向）幅はティース１２の周方向幅に等しくされたが、付加ティース２２には、成形済みの集中巻きステータコイルのコイルエンドが嵌着されるため、コイルエンドを円滑に湾曲させるため、付加ティース２２の主部２７の周方向幅はティース１２の周方向幅より小さく設定しても良い。あるいは、ヨーク１１のスロットから出たステータコイルの湾曲を確保できる範囲にて、たとえばヨーク１１の端面から少し離れて付加ティース２２の周方向幅をティース１２のそれより広くし、付加ティース２２の主部２７の最大磁束量を増大させても良い。

（変形態様）
変形態様を図１０に示す。図１０は、付加ティース２２近傍を求心方向にみた部分平面図である。ただし、付加ティース２２は主部２７の部位にて破断（ハッチングは省略）し、外鍔部２６の図示はされていない。この変形態様では、付加ティース２２を構成する周方向積層電磁鋼板は、主部２７の部位にて各電磁鋼板の厚さが変更されている。すなわち、主部２７の周方向中央部に配置される電磁鋼板は、主部２７の周方向周辺部の電磁鋼板よりも主部２７の軸方向幅が大きく設定されている。このようにすれば、この主部２７に巻回されるステータコイルのコイルエンドを構成するコイル導体の曲率半径を増加することができる。

（変形態様）
ヨーク１１の嵌合溝１５の変形態様を図１１に示す。図１１の嵌合溝１５０は図２に示す２段溝構造の嵌合溝１５とは異なって、単段溝構造を採用している。図１１において、破線で囲まれた方形領域は付加ティース２２の外鍔部２６を軸方向にみた形状を示している。この態様では、付加ティース２２の外鍔部２６は内鍔部２４及び主部２７と一体に周方向積層電磁鋼板により形成されている。付加ティース２２とティース１２とを一体化したティースアセンブリにステータコイルを集中巻きし、次にこのティースアセンブリを、ヨーク１１及び付加ヨーク２１からなるヨークアセンブリに軸方向に押し込めばよい。外鍔部２６はヨーク１１の嵌合溝１５内を軸方向に移動可能な形状をもつため、組み立てに支障が出ることは無い。

（実施例２）
実施例２を図１２〜図１５を参照して説明する。この実施例は、既述した実施例１において付加ティース２２の外鍔部２６を内鍔部２４及び主部２７と別体とした点を特徴としている（図１２参照）。この実施例の付加ティース２２の内鍔部２４及び主部２７は、図９に示すようにＬ字状の軸方向断面を有しており、電磁鋼板を周方向（正確には接線方向）に積層した周方向積層電磁鋼板により互いに一体に形成されている。付加ティース２２の外鍔部２６は、周方向（接線方向）に積層された電磁鋼板からなり、全体として略直方体形状となっている。なおＬ字上の軸方向断面は、軸方向外側が細く、中央コア側が太くなるように設定してもよい。

図１３はヨーク１１とティース１２との嵌合状態を示す模式斜視図である。この実施例のヨーク１１は、内周面に逆くさび状（あり溝状）の第２溝部１５２だけをもち、実施例１の第１溝部１５１が省略されている。軸方向に延在する条溝である第２溝部１５２には、ティース１２に突設されて軸方向に延在する突条１９が軸方向に嵌合している。付加ティース２２をティース１２の軸方向両側に固定してなるティースアセンブリを図１４に示し、このティースアセンブリをヨーク１１及び付加ヨーク２１に個別に嵌合した状態を図１５に示す。

この場合の製造工程を説明すると、内鍔部２４及び主部２７からなるL字状の付加ティース２２をティース１２の両端面に隣接させたティースサブアセンブリを作製し、これにあらかじめ巻装成形したステータコイルの１集中巻きコイルを嵌め込む。次に、付加ヨーク２１及びヨーク１１からなるヨークアセンブリにこのティースサブアセンブリを軸方向に嵌め込み、最後に外鍔部２６を付加ヨーク２１の嵌合溝２５に軸方向に嵌め込む。

この実施例によれば、図６に示す態様に比べてヨーク１１や付加ヨーク２１の最小径方向幅を増加することができる。

（実施例３）
実施例３のステータコア構造を図１６を参照して説明する。図１６は、回転電機の軸方向模式断面図である。この変形態様の特徴は、図１に示す実施例１の付加ティース２２と比べて、この実施例の付加ティース２２０は、周方向積層電磁鋼板からなる内鍔部２４と主部２７とだけで構成され、外鍔部２６が省略されている点にある。付加ヨーク２１０の軸方向厚さは、主部２７の軸方向幅に等しく設定されている。主部２７の基端部は、付加ヨーク２１０の嵌合溝２５に嵌入されている。

この態様においても、付加ロータ３２と付加コア２との間の電磁ギャップの磁気抵抗は内鍔部２４の軸方向伸張により十分に低減され、付加ロータ３２から内鍔部２４に入った磁束は主部２７から付加ヨーク２１０に流入して周方向へ曲がって他の付加ティースに達することができる。付加ヨーク２１０は主部２７の軸方向厚さに等しい軸方向厚さをもつため、付加ヨーク２１０が主部２７に先んじて磁気飽和することはなく、実施例１と同様のモータ特性向上を図ることができ、かつ、材料費の低減と軽量化を図ることができる。

（変形態様）
上記した各実施例では、インナーロータ型分割コア方式のステータコアを例示したが、本発明はそれに限定されるものではなく、アウターロータ構造や非分割コア構造にも適用可能であることは当然である。また、ステータコイルも集中巻きに限定されるものではなく、分布巻きとしてもよいことはもちろんである。更に、付加ティースや付加ヨークをティース又はヨークへ固定するには、溶接、嵌合等が公知の種々の固定技術を採用することができ、ステータの組み立てについても、あらかじめ成形したコイルをティースに装着する他、ティースに直接巻いてもよい。コイルに用いる導線の断面は角線の他丸線でもよい。中央コアのティースとヨークとの組み付け、及び付加ティースと付加ヨークとの組み付けにも公知の種々の固定方法を採用することができる。

実施例１のロータ及びステータコアの模式軸方向断面図である。 図１のステータコアの側面図である。 図１の付加ティースの斜視図である。 図１のステータコアの部分斜視図である。 図４のティース及び付加ティースの斜視図である。 図４のティースとヨークとの嵌合状態を示す斜視図である。 ロータ構造を示す模式斜視図である。 ロータ構造の変形態様を示す模式斜視図である。 付加ティースの変形態様を示す斜視図である。 付加ティースの変形態様を示す斜視図である。 付加ティースの変形態様を示す斜視図である。 実施例２の付加ティースを示す模式斜視図である。 実施例２のティースとヨークとの嵌合状態を示す斜視図である。 実施例２の付加ティースとティースとを結合した状態を示す模式斜視図である。 実施例２のステータコアの組み立て完了状態を示す模式斜視図である。 実施例３を示す軸方向模式断面図である。

符号の説明

１ 中央コア
２ 付加コア
３ ロータ
１１ ヨーク
１２ ティース
１３ 単位コアバック
１４ 鍔部
１５ ティース嵌合溝
２１ 付加ヨーク
２２ 付加ティース
２３ 単位コアバック
２４ 内鍔部
２５ 嵌合溝
２６ 外鍔部
２７ 主部
３１ 中央ロータ
３２ 付加ロータ
１５０ 嵌合溝
１５１ 溝部
１５２ 溝部
２２０ 付加ティース

Claims (11)

1. 略円筒状の中央コアと、前記中央コアの端面に隣接配置される付加コアとを有するステータコアと、前記ステータコアに径方向に対面するロータとを有し、
   前記中央コアは、ロータ周面に対面する先端部を有して径方向へ延在するティースと、前記ティースの基端部に隣接しつつ周方向へ延在するヨークとを有して軸方向積層電磁鋼板により作製され、
   前記付加コアは、ロータ周面とステータコイルのコイルエンドとの間隙を軸方向外側へ突出する内鍔部を有して前記ティースの軸方向端面に隣接配置される付加ティースと、前記ヨークの軸方向端面に隣接しつつ周方向に延在して前記付加ティースと磁束を授受する付加ヨークとを有する回転電機において、
   前記付加ティースは、ロータ周面に対面しつつ軸方向外側へ突出する内鍔部と、前記付加ヨークの内周側の表面に接しつつ軸方向外側へ延在する外鍔部と、前記ティースの軸方向端面に隣接しつつ径方向に延在するとともに先端部が内鍔部に、前記基端部が外鍔部に磁気的に接続される主部とを有して周方向積層電磁鋼板により構成され、
   前記付加ヨークは、軸方向積層電磁鋼板により構成されていることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１記載の回転電機において、
   前記主部及び内鍔部は、周方向積層電磁鋼板により一体に構成されている回転電機。
3. 請求項１記載の回転電機において、
   前記主部及び外鍔部は、周方向積層電磁鋼板により一体に構成されている回転電機。
4. 請求項１記載の回転電機において、
   前記主部、内鍔部及び外鍔部は、周方向積層電磁鋼板により一体に構成されている回転電機。
5. 請求項１記載の回転電機において、
   前記主部は、周方向中央部から周方向端部へ向けて次第に狭くなる軸方向幅を有する回転電機。
6. 請求項１記載の回転電機において、
   前記外鍔部は、前記付加ヨークの内周側の表面に凹設された嵌合溝に押入されて組み立てられている回転電機。
7. 請求項６記載の回転電機において、
   前記主部及び外鍔部は、周方向積層電磁鋼板により一体に構成され、
   前記中央コアは、前記ヨークに凹設されたティース嵌合溝に前記ティースの基端部を軸方向に押入されて組み立てられ、
   前記外鍔部は、軸方向に見て前記ティース嵌合溝内に収容される外形をもつ回転電機。
8. 請求項６記載の回転電機において、
   前記外鍔部は、周方向積層電磁鋼板により前記主部と別体に構成され、
   前記中央コアは、前記ヨークに凹設されたティース嵌合溝に前記ティースの基端部を軸方向へ押入されて組み立てられる回転電機。
9. 請求項１記載の回転電機において、
   前記ロータは、
   主界磁磁束を発生する主永久磁石を有して前記中央コアに対面する中央ロータ部と、付加界磁磁束を発生する付加永久磁石を有して前記付加コアに対面する端部ロータ部とを有し、
   前記付加永久磁石は、前記主永久磁石よりも小さい前記ロータの単位軸方向幅当たりの磁束発生量をもつことを回転電機。
10. 請求項１記載の回転電機において、
    前記ロータは、
    界磁磁束を発生する永久磁石を有して前記中央コアに対面する中央ロータ部と、主としてリラクタンストルクを発生するための磁気突極構造を有して前記付加コアに対面する端部ロータ部とを有する回転電機。
11. 略円筒状の中央コアと、前記中央コアの端面に隣接配置される付加コアとを有するステータコアと、前記ステータコアに径方向に対面するロータとを有し、
    前記中央コアは、ロータ周面に対面する先端部を有して径方向へ延在するティースと、前記ティースの基端部に隣接しつつ周方向へ延在するヨークとを有して軸方向積層電磁鋼板により作製され、
    前記付加コアは、ロータ周面とステータコイルのコイルエンドとの間隙を軸方向外側へ突出する内鍔部を有して前記ティースの軸方向端面に隣接配置される付加ティースと、前記ヨークの軸方向端面に隣接しつつ周方向に延在して前記付加ティースと磁束を授受する付加ヨークとを有する回転電機において、
    前記付加ティースは、ロータ周面に対面しつつ軸方向外側へ突出する内鍔部と、前記ティースの軸方向端面に隣接しつつ径方向に延在するとともに先端部が内鍔部に連なる主部とを有して周方向積層電磁鋼板により一体に構成され、
    前記付加ティースの主部の基端部は、前記付加ヨークの内周側の表面に凹設された嵌合溝に押入されて組み立てられ、
    前記付加ヨークは、軸方向積層電磁鋼板により構成されていることを特徴とする回転電機。

Images