(57)【要約】【課題】トルク増大と鉄損低減とトルクリップル及び磁気振動の低減が可能なランデル型ロータコアを有する界磁コイル型回転電機を提供すること。【解決手段】ランデル型ロータコアの爪極部４３Ａ、４３Ｂの爪極磁極面４４のうち、その軸方向前半部はその軸方向後半部に対して周方向一方側へ偏設される。これにより、上記効果を奏することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁コイルが巻装されて界磁束が軸方向に流れるボス部と、前記ボス部の軸方向外端部から周方向所定ピッチで径方向外側へ突出した後、軸方向界磁コイル囲繞向きに延在する複数の爪極部とをそれぞれ有し、互いに軸方向に隣接して回転軸に嵌着される一対のポールコアを有するランデル型ロータと、一定のティースピッチで周方向へ配置される多数のティースを有する積層鋼板製のステータコアとを有し、前記各爪極部の径方向外端面は、前記ティースの径方向内端面を連ねてなる前記ステータコアの内周面に対して所定の小ギャップだけ径小に形成された爪極磁極面を構成する界磁コイル型回転電機において、
偶数番目の前記爪極磁極面の磁極中心と、周方向一方側に隣接する奇数番目の前記爪極磁極面の磁極中心との間の奇数番目磁極中心ピッチ（P1）は、前記偶数番目の爪極磁極面の磁極中心と、周方向他方側に隣接する奇数番目の前記爪極磁極面の磁極中心との間の偶数番目磁極中心ピッチ（P２）よりも所定幅２τだけ偏位していることを特徴とする界磁コイル型回転電機。
【請求項２】
請求項１記載の界磁コイル型回転電機において、
前記所定幅２τは、ティースピッチ（Pt）に対して０．８〜１．２倍に設定されている界磁コイル型回転電機。
【請求項３】
請求項１記載の界磁コイル型回転電機において、
前記所定幅２τは、ティースピッチ（Pt）に対して０．９〜１．１倍に設定されている界磁コイル型回転電機。
【請求項４】
界磁コイルが巻装されて界磁束が軸方向に流れるボス部と、前記ボス部の軸方向外端部から周方向所定ピッチで径方向外側へ突出した後、軸方向界磁コイル囲繞向きに延在する複数の爪極部とをそれぞれ有し、互いに軸方向に隣接して回転軸に嵌着される一対のポールコアを有するランデル型ロータと、一定のティースピッチで周方向へ配置される多数のティースを有する積層鋼板製のステータコアとを有し、前記各爪極部の径方向外端面は、前記ティースの径方向内端面を連ねてなる前記ステータコアの内周面に対して所定の小ギャップだけ径小に形成された爪極磁極面を構成する界磁コイル型回転電機において、
前記各爪極磁極面の軸方向一端側半部の中心は、前記各爪極磁極面の軸方向他端側半部の中心よりも周方向同一向きに所定の周方向幅だけ偏位していることを特徴とする界磁コイル型回転電機。
【請求項５】
請求項４記載の界磁コイル型回転電機において、
前記各爪極磁極面の軸方向一端側半部の中心は、前記各爪極磁極面の軸方向他端側半部の中心よりも周方向同一向きに前記ティースピッチ（Ｐｔ）の０．４〜０．６倍に等しい周方向幅だけ偏位していることを特徴とする界磁コイル型回転電機。
【請求項６】
請求項４記載の界磁コイル型回転電機において、
前記各爪極の軸方向一端側半部は、周方向一端側に位置して前記爪極磁極面から所定深さだけ径方向内側へ凹設され、前記各爪極の軸方向他端側半部は、周方向他端側に位置して前記爪極磁極面から所定深さだけ径方向内側へ凹設されている界磁コイル型回転電機。
【請求項７】
請求項６記載の界磁コイル型回転電機において、
前記各爪極は、軸方向に長い略長方形の周方向展開形状を有している界磁コイル型回転電機。
【請求項８】
請求項４記載の界磁コイル型回転電機において、
前記各爪極の少なくとも径方向外側部分は、互いに平行に配置されるとともに、それぞれ周方向及び軸方向に対してそれぞれ斜設されている界磁コイル型回転電機。
【請求項９】
請求項８記載の界磁コイル型回転電機において、
前記ステータコアの前記ティースは、前記爪極の斜設向きに対して周方向逆向きに斜設されている界磁コイル型回転電機。
【請求項１０】
請求項４記載の界磁コイル型回転電機において、
偶数番目の前記爪極磁極面の磁極中心と、周方向一方側に隣接する奇数番目の前記爪極磁極面の磁極中心との間の奇数番目磁極中心ピッチ（P1）は、前記偶数番目の爪極磁極面の磁極中心と、周方向他方側に隣接する奇数番目の前記爪極磁極面の磁極中心との間の偶数番目磁極中心ピッチ（P２）よりも所定幅２τだけ偏位していることを特徴とする界磁コイル型回転電機。
【請求項１１】
請求項１０記載の界磁コイル型回転電機において、
前記所定幅２τは、ティースピッチ（Pt）に対して０．８〜１．２倍に設定されている界磁コイル型回転電機。
【請求項１２】
請求項１０記載の界磁コイル型回転電機において、
前記所定幅２τは、ティースピッチ（Pt）に対して０．９〜１．１倍に設定されている界磁コイル型回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば車両用交流発電機等に用いられる界磁コイル型回転電機に関し、特にランデル型ロータコアを有する界磁コイル型回転電機の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるクローポール構造を有する車両交流発電機のランデル式ロータコアは、互いに軸方向に隣接して回転軸に嵌着される一対のポールコアにより構成されている。各ポールコアは、界磁コイルが巻装されて界磁束が軸方向に流れるボス部と、このボス部の軸方向外端部から周方向所定ピッチで径方向外側へ突出した後、軸方向界磁コイル囲繞向きに延在する複数の爪極部とにより構成されている。ステータコアは積層鋼板により構成されており、一定のティースピッチで周方向へ配置された多数のティースを有する。各爪極部の径方向外端面は、ティースの径方向内端面を連ねてなるステータコアの内周面より所定の小ギャップ（電磁ギャップ）の径方向幅だけ径小に形成されて、爪極磁極面を構成している。
【０００３】
これにより、一方のポールコアの爪極磁極面からティースに入った界磁束は、ステータコアのバックヨークを周方向に約電気角πだけ流れた後、ティースから他方のポールコアの爪極磁極面に流入し、その後、ボス部を通じて元の位置に戻る。
【０００４】
一般に、爪極は軸方向基端側から軸方向先端側に向けて先細形状とされ、これにより、爪極磁極面は略台形状の周方向展開形状をもつ。これは、爪極の耐遠心力性能の向上と、ステータコイル鎖交する界磁束の変化率を円滑とするためである。これに対して、爪極の軸方向基端側から軸方向先端側に向けての先細率すなわち周方向幅減少率を減らして、爪極磁極面の周方向展開形状を従来よりも角形化することが、特許文献１により提案されている。これにより、一つの爪極磁極面の面積を増大できるため、出力アップが可能となる。
【特許文献１】特開２００７−２０９１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した従来のランデル型ロータコアでは、ステータコアのティースピッチによる磁気抵抗の周方向変化に起因するトルクリップルや振動が存在することが知られている。このティースピッチ起因のトルクリップルや振動は、上記した特許文献１のような角形の爪極磁極面を採用することにより顕著となってしまう。すなわち、爪極磁極面を角形化することにより出力アップが可能となるもののトルクリップルや振動の低減がその広い実用化を阻んでいた。
【０００６】
一方、上記した台形の爪極磁極面は、トルクリップルや振動の点で相対的に角形の爪極磁極面よりも有利であるが、界磁束のうち、ステータコア中を軸方向に流れる成分（軸方向成分とも言う）が大きいため、渦電流が増大するため鉄損が大きいという問題があった。
【０００７】
ティースピッチ起因のトルクリップルや振動の低減のために、ステータのティースにスキューを与えることは広く知られている技術であるが、ステータコアの製造工程が複雑となり、ステータコイル導体長も増大するという問題を派生させる。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、損失、トルクリップル（特にティーストルクリップル）及び振動の増大を抑止しつつ、出力向上が可能なランデル型ロータコアをもつ界磁コイル型回転電機を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、界磁コイル型回転電機の爪極部の形状又は空間配置形態に関して２つの独立発明が以下に記載される。これら２つの独立発明は、特にティース配置に起因するトルクリップルや磁気振動の低減という共通の発明課題を有しており、かつ、同時実施により相乗的なティーストルクリップル低減効果も奏するため、この明細書に一緒に記載される。
【００１０】
これら２つの発明の界磁コイル型回転電機は、界磁コイルが巻装されて界磁束が軸方向に流れるボス部と、前記ボス部の軸方向外端部から周方向所定ピッチで径方向外側へ突出した後、軸方向界磁コイル囲繞向きに延在する複数の爪極部とをそれぞれ有し、互いに軸方向に隣接して回転軸に嵌着される一対のポールコアを有するランデル型ロータと、一定のティースピッチで周方向へ配置される多数のティースを有する積層鋼板製のステータコアとを有し、前記各爪極部の径方向外端面は、前記ティースの径方向内端面を連ねてなる前記ステータコアの内周面に対して所定の小ギャップだけ径小に形成された爪極磁極面を構成する界磁コイル型回転電機に適用される。この種の界磁コイル型回転電機は、車両用交流発電機として広く実用されており、周知であるため、説明は省略される。
【００１１】
第１発明の界磁コイル型回転電機は、偶数番目の前記爪極磁極面の磁極中心と、周方向一方側に隣接する奇数番目の前記爪極磁極面の磁極中心との間の奇数番目磁極中心ピッチ（P1）は、前記偶数番目の爪極磁極面の磁極中心と、周方向他方側に隣接する奇数番目の前記爪極磁極面の磁極中心との間の偶数番目磁極中心ピッチ（P２）よりも所定幅２τだけ偏位していることを特徴としている。なお、ここで言う磁極中心は、磁気的な中心を言う。
【００１２】
このようにすると、トルクリップル及び磁気振動特を大幅に低減できることがわかった。更に説明すると、ティースがティースピッチ（Ｐｔ）で周方向に配列されているため、奇数番目の爪極部から次の偶数番目の爪極部までのティース・爪極部間の磁気抵抗変化Rｘと、偶数番目の爪極部から次の奇数番目の爪極部までのティース・爪極部間の磁気抵抗変化Ryにより、トルクリップルや磁気振動が生じる。RxとRyとの周方向幅が異なるため、結局、上記トルクリップルや磁気振動は、複数の周波数成分の和となる。このため、この和の平均値は、各爪極部間の爪極部ピッチが等しい場合に較べて低減される。このことが、シミュレーション及び実験により判明した。
【００１３】
好適な態様において、前記所定幅２τは、ティースピッチ（Pt）に対して０．８〜１．２倍に設定される。これにより、ティースの周方向一定ピッチ配置に起因するトルクリップルや磁気振動が良好に低減されることがわかった。
【００１４】
更に好適な態様において、前記所定幅２τは、ティースピッチ（Pt）に対して０．９〜１．１倍に設定される。これにより、ティースの周方向一定ピッチ配置に起因するトルクリップルや磁気振動が更に良好に低減されることがわかった。
【００１５】
第２発明の界磁コイル型回転電機は、前記各爪極磁極面の軸方向一端側半部の中心が、前記各爪極磁極面の軸方向他端側半部の中心よりも周方向同一向きに所定の周方向幅だけ偏位していることを、その特徴としている。すなわち、この発明のランデル型ロータコアを有する界磁コイル型回転電機は、各爪極磁極面の軸方向一端側半部を軸方向他端側半部よりも周方向同一向きに偏設した点にその特徴がある。なお、留意されたいことは、爪極が軸方向一端側（以下、前端側とも言う）から軸方向他端側（以下、後端側とも言う）へ突出する場合には、軸方向一端側半部は爪極部（爪極とも言う）の基端側の半部を意味し、軸方向他端側半部は爪極部（爪極とも言う）の先端側の半部を意味する。逆に、爪極が軸方向他端側（後端側）から軸方向一端側（前端側）へ突出する場合には、軸方向一端側半部は爪極部（爪極とも言う）の先端側の半部を意味し、軸方向他端側半部は爪極部（爪極とも言う）の基端側の半部を意味する。
【００１６】
つまり、軸方向一端側のポールコアの爪極部を前側爪極、軸方向他端側のポールコアの爪極部を後側爪極と呼ぶ時、前側爪極の先端側の半部はその基端側の半部に対して周方向一方側へ偏位し、後側爪極の先端側の半部はその基端側の半部に対して周方向他方側へ偏位する。これにより、各爪極部はスキューされることになるため、一つの爪極部の界磁束に対するステータコイルの鎖交量の変化は緩慢となり、トルクリップルや磁気振動を低減することができる。また、ティースとスロットの周方向交互配置に起因するティーストルクリップルも低減することができる。なお、この発明は、本質的に積層鋼板製のティースを斜設してスキューを与えるのと本質的に同じであるが、ティースにスキューを与えるのに対して、ステータ組み立て工程が簡単となり、ステータコイルの導体長が増大することが無いという利点が生まれる。なお、一般にロータコアの爪極部はボス部と一体に鍛造されるため、上記形状とすることによる工程増大はほとんど無視することができる。
【００１７】
また、上記トルクリップルの低減効果により、本発明の各爪極部の爪極磁極面の周方向展開形状を一辺が軸方向に延在する長方形の形状とすることができるため、一つの爪極部の磁極面面積を増大することができる。これにより、出力増大が可能となる。更に、従来のようにトルクリップル低減のために爪極部を台形化する必要がないため、ステータコア中を軸方向に流れる成分（軸方向成分とも言う）による渦電流の増大を減らすことができ、鉄損を低減することもできる。
【００１８】
好適な態様において、前記各爪極磁極面の軸方向一端側半部の中心は、前記各爪極磁極面の軸方向他端側半部の中心よりも周方向同一向きに前記ティースピッチの略半分（更に言えばティースピッチ（Ｐｔ）の０．４〜０．６倍）に等しい周方向幅だけ偏位している。これにより、爪極部の前半部と後半部とで略逆相となるため、ティースピッチ起因のトルクリップルや振動を大幅に低減することができる。
【００１９】
好適な態様において、前記各爪極の軸方向一端側半部は、周方向一端側に位置して前記爪極磁極面から所定深さだけ径方向内側へ凹設され、前記各爪極の軸方向他端側半部は、周方向他端側に位置して前記爪極磁極面から所定深さだけ径方向内側へ凹設されている。これにより、各爪極部の径方向内側部分は、爪極部の軸方向前半部が軸方向後半部に対して周方向に偏位させないため、爪極部の軸方向前半部と軸方向後半部との間の境界部における磁路直角断面積が減少して界磁束の流れが阻害されることがない。また、上記凹設は、通常の鍛造工程により容易に実施することができるため、製造工程の増大も回避することができる。
【００２０】
好適な態様において、前記各爪極は、軸方向に長い略長方形の周方向展開形状を有している。これにより、上述したように爪極部当たりの界磁束発生量を増大することができ、トルクや出力を増大することができる。
【００２１】
好適な態様において、前記各爪極の少なくとも径方向外側部分は、互いに平行に配置されるとともに、それぞれ周方向及び軸方向に対してそれぞれ斜設されている。端的に言えば、この態様の爪極部（爪極）の磁極面（爪極磁極面）の周方向展開形状は、平行四辺形の形状とされる。これにより、上記と同じく、爪極当たりの界磁束発生量を増大しつつトルクリップルを低減することができる。
【００２２】
好適な態様において、前記ステータコアの前記ティースは、前記爪極の斜設向きに対して周方向逆向きに斜設されている。このようにすれば、ティースの周方向斜設角（スキュー角）及び爪極の周方向斜設角（スキュー角）を増大しなくても、上記したティースと爪極との間の相対的なスキュー角を増大することができるため、製造の容易化や爪極の耐遠心力性能の低下を抑止しつつトルクリップル及び磁気振動の低減を実現することができる。
【００２３】
第２発明の好適な態様において、偶数番目の前記爪極磁極面の磁極中心と、周方向一方側に隣接する奇数番目の前記爪極磁極面の磁極中心との間の奇数番目磁極中心ピッチ（P1）は、前記偶数番目の爪極磁極面の磁極中心と、周方向他方側に隣接する奇数番目の前記爪極磁極面の磁極中心との間の偶数番目磁極中心ピッチ（P２）よりも所定幅２τだけ偏位している。すなわち、上記第１発明と第２発明とが同時に実施される。このようにすれば、両発明の効果を同時に奏するとともに、第１発明の実施後にも残るトルクリップルの所定周波数成分と、第２発明の実施後にも残るトルクリップルの所定周波数成分とが逆相関係となってうち消し合う効果を生じるため、トルクリップルを一層低減できることがわかった。つまり、上記第１発明と第２発明とを同時実施することにより、隣合う爪極部の界磁束に対するステータコイルの鎖交量の変化に差が生じ、トルクリップルや磁気振動を良好に低減することができることがわかった。
【００２４】
第２発明の好適な態様において、所定幅２τは、ティースピッチ（Pt）に対して０．８〜１．２倍に設定される。これにより、ティースピッチによる界磁束リップルが、隣り合う爪極とで略逆位相となるため、トルクリップルを良好に低減することができることがわかった。
【００２５】
第２発明の更に好適な態様において、所定幅２τは、ティースピッチ（Pt）に対して０．９〜１．１倍に設定される。これにより、トルクリップルを更に良好に低減することができることがわかった。
【００２６】
（その他の態様）
その他、従来同様に、各爪極部の間の周方向隙間に永久磁石を介挿してもよく、この永久磁石を保持するための保護カバーをロータコアに設けても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、この発明の界磁コイル型回転電機の好適な実施形態を図面を参照して具体的に説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に限定解釈されるものではなく、本発明の技術思想を他の公知技術又はそれと同等の必要機能を有する他の技術を組み合わせて実現してもよい。
【００２８】
（実施例１）
（全体構造）
実施例１のランデル式ロータコアを採用した車両用交流発電機を図１を参照して説明する。図１はこの車両用交流発電機の要部軸方向半断面図である。
【００２９】
図１において、１はロータ、２はステータ、３はモータフレーム、４はロータコア、５は界磁コイル、６は回転軸、７はステータコア、８はステータコイルである。ロータ１は、ロータコア４に界磁コイル５を巻装してなる。ロータ１は回転軸６に嵌着されている。ステータ２は、積層鋼板からなるステータコア７にステータコイル８を巻装してなり、ステータ２はモータフレーム３の周壁部の内周面に固定されている。ロータ１は、ステータ２の径方向内側に配置されていわゆるインナーロータ構造を有している。回転軸６は、モータフレーム３の両側の端壁部に図略の軸受けを介して回転自在に支持されている。
【００３０】
ロータコア４は、いわゆるランデル型ロータコア構造を有している。すなわち、ロータコア４は、それぞれ軟鋼製のポールコア４A、４Bを軸方向に隣接した状態にて回転軸６に嵌着されている。ポールコア４Ａは、一つの円筒状のボス部４１Aと、N（Nは２以上の自然数）のディスク部４２Aと、N（Nは２以上の自然数）の爪極部４３Aとによりそれぞれ構成されている。ただし、いままでの説明では、ディスク部４２A及び爪極部４３Aは、「爪極部」として定義されている。同じく、ポールコア４Bは、一つの円筒状のボス部４１Bと、N（Nは２以上の自然数）のディスク部４２Bと、N（Nは２以上の自然数）の爪極部４３Bとによりそれぞれ構成されている。ただし、いままでの説明では、ディスク部４２B及び爪極部４３Bは、「爪極部」として定義されている。
【００３１】
ディスク部４２A、４２は、ボス部４１A、４１Bの軸方向外端から径方向外側へ周方向等ピッチで突出している。爪極部４３A、４３Bは、ディスク部４２Ａ、４２Ｂの径方向外端から軸方向界磁コイル囲繞向きに延在している。爪極部４３Ａ、４３Ｂの径方向外端面のうちステータコア７の径方向内側に存在する領域は、爪極磁極面と呼ばれ、ステータコア７の図略のティースと磁束を授受する。つまり、爪極部４３Ａ、４３Ｂのうち、ステータコア７の軸方向長Lと重なる領域が爪極磁極面を構成している。周知のように、ポールコア４Ａの爪極部４３Aと、ポールコア４Ｂの爪極部４３Bとは、爪極部の周方向ピッチの略半分、好適には爪極部の周方向ピッチの０．４〜０．６倍更に好適には０．４５〜０．５５倍だけ周方向にずれている。界磁コイル５へ直流電流を通電すると、爪極部のピッチごとに反転する界磁束がステータコア７に与えられ、ステータコイル８がこの界磁束と鎖交する。以上説明した構造は、ランデルロータ構造の界磁コイル型回転電機として周知であるため、これ以上の説明は省略する。
【００３２】
（爪極部４３Ａ、４３Ｂの詳細形状）
次に、この実施例の特徴をなす爪極部４３Ａ、４３Ｂの形状について図２及び図３を参照して詳しく説明する。図２は爪極磁極面の模式周方向展開図、図３は爪極部の周方向展開径方向断面図である。すなわち、（A−A）は図２のA-A線矢視断面図、図３（B−B）は図２のB-B線矢視断面図である。ただし、この図２は、爪極部４３Ａ、４３Ｂのうちステータコア７の内周面に対面可能な領域（すなわち本発明で言う爪極磁極面）だけを周方向に展開して図示している。
【００３３】
図２において、爪極部４３Ａと爪極部４３Ｂとは、周方向（PH）へ配置されている。P1は、奇数番目磁極中心ピッチ（Ｐ１）であり、P２は、偶数番目磁極中心ピッチである。ここで言う磁極中心とは、爪極部の磁極面の特に周方向における磁気的中心を言う。 
【００３４】
この実施形態では、爪極磁極面４４の前半部に凹部４５が形成され、爪極磁極面４４の後半部に凹部４６が形成されている。なお、留意されたいことは、凹部４５は、爪極部４３Ａの基端側に形成され、爪極部４３Bの先端側に形成されている点である。同じく、凹部４６は、爪極部４３Ａの先端側に形成され、爪極部４３Bの基端側に形成されている点である。凹部４５は、爪極部４３Ａ、４３Ｂの前半部のうち、その周方向一方側の角部を落とすように形成されている。同じく、凹部４６は、爪極部４３Ａ、４３Ｂの後半部のうち、その周方向他方側の角部を落とすように形成されている。この実施形態では、凹部４５，４６の周方向幅は、長方形に形成されて軸方向に延在する爪極部４３Ａ、４３Ｂの爪極磁極面４４の周方向幅の約１／３に形成されている。もちろん、凹部４５，４６の周方向幅は適宜設定可能である。凹部４５，４６の径方向深さは、爪極磁極面４４とステータコア７の径方向内周面との間の電磁ギャップの径方向幅の１０倍以上に設定されているが、適宜設定可能である。
【００３５】
ポールコア４Ａと４Ｂの位置設定により、爪極部４３Ｂの爪極磁極面の周方向における中心ｎ２は、爪極部４３Ａの爪極磁極面の周方向における中心ｎ1と、爪極部４３Ａの爪極磁極面の周方向における本来の中心Q よりも周方向へティースピッチ（Ｐｔ）の半分に相当する幅τだけずれている。
【００３６】
これにより、ティースピッチ起因のトルクリップル（磁束リップル）のうち、爪極部４３Ａ、４３Ｂにより生じるトルクリップル（及び磁気振動）成分が互いに打ち消し合うようになる。
【００３７】
また、凹部４５，４６の設定により、爪極部４３Ａ、４３Ｂの爪極磁極面４４の前半部の中心ｍ１は、爪極部４３Ａ、４３Ｂの爪極磁極面４４の後半部の中心ｍ２に対して、周方向へティースピッチの半分だけずれている。
【００３８】
これにより、ティースピッチ起因のトルクリップル（磁束リップル）のうち、爪極部４３Ａ、４３Ｂの前半部の回転により生じるトルクリップル（及び磁気振動）成分と、爪極部４３Ａ、４３Ｂの後半部の回転により生じるトルクリップル（及び磁気振動）成分とは、逆位相となり、互いにうち消し合う。
【００３９】
シミュレーションした結果を図９を参照して説明する。
【００４０】
このシミュレーションは、周方向展開形状が長方形の各爪極部磁極面を用い、ティースのスキューは無しの状態にて、爪極部のピッチ及び形状を変更した場合のトルクリップルをシミュレーションにより求めたものである。
【００４１】
１０１は、図２において、爪極部４３Bの周方向中心ｎ２がQ点に一致しており、しかも、各爪極部の軸方向前半部の周方向中心ｍ１と、軸方向後半部の周方向中心ｍ２とが周方向に等しい場合、すなわち、従来の爪極部構造でのティーストルクリップル波形を示す。
【００４２】
１０２は、図２において、τをティースピッチ（Ｐｔ）の半分に設定し、かつ、各爪極部の軸方向前半部の周方向中心ｍ１と、軸方向後半部の周方向中心ｍ２とが周方向に等しい位置とした場合のティーストルクリップル波形を示す。
【００４３】
１０３は、図２において、τをティースピッチ（Ｐｔ）の半分に設定し、かつ、各爪極部の軸方向前半部の周方向中心ｍ１と軸方向後半部の周方向中心ｍ２とが周方向へτだけ偏位している場合のティーストルクリップル波形を示す。
【００４４】
図９から、τをティースピッチ（Ｐｔ）の半分に設定することによりトルクリップルを大幅に低減できることがわかった。更に、τをティースピッチ（Ｐｔ）の半分に設定し、そのうえ各爪極部の軸方向前半部の周方向中心ｍ１と、軸方向後半部の周方向中心ｍ２とをτだけ周方向に偏位させることにより、トルクリップルを更に一層低減できることがわかった。
【００４５】
なお、図９は、シミュレーション結果の一例を示すものであり、τは、ティースピッチ（Ｐｔ）の０．４〜０．６倍、更に好適には０．４５〜０．５５倍とすることにより、上述したトルクリップル低減効果及び磁気振動低減効果が得られることがわかった。
【００４６】
更に説明すると、互いに隣接する２つの爪極部の間の周方向間隔である爪極部ピッチのうち、奇数番目の爪極部ピッチと偶数番目の爪極部ピッチとを変更した場合、上記に説明したが、N（Nは自然数）番目の爪極部ピッチと、N＋１番目の爪極部ピッチと、N＋２番目の爪極部ピッチとを異ならせても良い。更に、N（Nは自然数）番目の爪極部ピッチと、N＋１番目の爪極部ピッチと、N＋２番目の爪極部ピッチと、N＋３番目の爪極部ピッチとを異ならせても良い。
【００４７】
奇数番目の爪極部ピッチと偶数番目の爪極部ピッチとを変更した場合にトルクリップルを低減することができる理由について、たとえば発電作用を例として更に下記に説明する。Pを発電電力とする。トルクTは、P／ωに等しく、PはV・V/ｒに等しいと見なすことができる。Vは発電電圧、ｒは負荷抵抗である。Vは発電電圧であり、コイル鎖交磁束φの変化に比例する。ここで、磁束φを爪極部と一つのティースとの間の授受磁束と仮定する。奇数番目の各ティースと爪極部との間の磁束をφ１、偶数番目の各ティースと爪極部との間の磁束をφ２とすれば、互いに位相が異なるφ１、φ２の変化（ｄ（φ１＋φ２）／ｄｔがティースに生じていることになる。したがって、ひとつのティースに作用するトルクは、上記関係からティース磁束変化量（ｄ（φ１＋φ２）／ｄｔ）の２乗に比例する。つまり、φ１、φ２をそれぞれ正弦波の関数とすれば、奇数番目の爪極部ピッチと偶数番目の爪極部ピッチとを変更することにより、（ｄ（φ１＋φ２）／ｄｔ）の２乗値は、多くの高調数成分を含み、各高調数成分が打ち消し合うことにより全体としてトルクリップルが低減されることが予想される。
【００４８】
その他、この実施形態では、爪極部４３Ａ、４３Ｂが軸方向に延在し、爪極磁極面４４が長方形の形状をもつため、一個の爪極磁極面４４が発生する界磁束を増大することができる。その結果としてモータ出力を向上することができる。更に、この実施形態では、爪極部４３Ａと爪極部４３Ｂとの周方向幅が軸方向各部においてほぼ等しくなっている。このため、たとえば爪極部４３Ａからステータコア７の一枚の鋼板に入った界磁束は、この鋼板内を周方向かつ径方向に流れて、爪極部４３Ｂに流れることができる。つまり、積層鋼板製のステータコア７を軸方向に流れる界磁束成分を大幅に低減することができる。その結果として、ステータコア７の鉄損を大幅に低減することができる。これに対して、図８に示す従来の先細形状の爪極磁極面４４０では、ステータコアの一枚の鋼板７００と対面する爪極部４３Ａの周方向幅L２と、爪極部４３Ａの周方向幅L１とは大幅に異なるため、原理的に、ステータコア７の内部を軸方向に流れる界磁束の軸方向成分が大きい。このため、大きな鉄損が発生する。なお、図８において、Wdはディスク部の軸方向幅である。図３は、図２の爪極部４３Ａ、４３Ｂの径方向断面図であり、（A−A）は、図２のA-A線矢視断面図、（B−B）は図２のB-B線矢視断面図である。一つの爪極部４３Ａの部分斜視図を図４に示す。
【００４９】
（実施形態２）
実施形態２の爪極部４３Ａ、４３Ｂを図６を参照して説明する。図６は爪極磁極面の模式周方向展開図である。図６において、Wdはディスク部４２Ａ、４２Ｂの軸方向幅、Lは爪極部４３Ａ、４３Ｂのうちステータコア７に対面する爪極磁極面４４の軸方向幅である。
【００５０】
この実施形態では、爪極部４３Ａ、４３Ｂは前端側から後端側へ向かうにつれて周方向一方側へ斜設されている。これにより、爪極部４３Ａ、４３Ｂの爪極磁極面４４の前半部の中心は、爪極部４３Ａ、４３Ｂの爪極磁極面４４の後半部の中心に対して周方向に所定幅だけずれることになる。これにより、実施形態１と同じ効果を奏することができる。更に、この実施形態によれば、爪極部４３Ａ、４３Ｂの形状が単純であるので、ロータコア４の製造が容易となり、かつ、爪極部４３Ａ、４３Ｂの耐遠心力性能を実施形態１よりも向上することができるという効果を奏することもできる。
【００５１】
なお、この実施形態においても、上記τをたとえばティースピッチ（Ｐｔ）の半分に設定することにより、トルクリップル低減効果を増大することができる。
【００５２】
（実施形態３）
実施形態３の爪極部４３Ａ、４３Ｂを図７を参照して説明する。図７は爪極磁極面の模式周方向展開図である。図７において、Wdはディスク部４２Ａ、４２Ｂの軸方向幅、Lは爪極部４３Ａ、４３Ｂのうちステータコア７に対面する爪極磁極面４４の軸方向幅である。１００は、ステータコアのティースの周方向斜設方向を示す仮想線である。
【００５３】
すなわち、この実施形態では、爪極部４３Ａ、４３Ｂは前端側から後端側へ向かうにつれて周方向一方側へ斜設されている。また、ステータコアのティースは、前端側から後端側へ向かうにつれて周方向他方側へ斜設されている。このようにすれば、ティースの周方向斜設角（スキュー角）及び爪極の周方向斜設角（スキュー角）を増大しなくても、上記したティースと爪極との間の相対的なスキュー角を増大することができるため、製造の容易化や爪極の耐遠心力性能の低下を抑止しつつトルクリップル及び磁気振動の低減を実現することができる。
【００５４】
なお、この実施形態においても、上記τをたとえばティースピッチ（Ｐｔ）の半分に設定することにより、トルクリップル低減効果を増大することができる。
【００５５】
好適には、ティースの周方向斜設角（スキュー角）と爪極の周方向斜設角（スキュー角）とは同程度とされる。好適には、ティースの軸方向前端と爪極の軸方向前端との位置関係に対して、ティースの軸方向後端と爪極の軸方向後端との位置関係は、０．５〜１ティースピッチだけずれている。これにより、ティーストルクリップルを含むトルクリップルや磁気振動を良好に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】実施例１のランデル式ロータコアを採用した車両用交流発電機の要部軸方向半断面図である。
【図２】図１の爪極部の模式周方向展開図である。
【図３】爪極部の周方向展開径方向断面図であり、（A−A）は図２のA-A線矢視断面図、（B−B）は図２のB-B線矢視断面図である。
【図４】図２，図３の爪極部の部分斜視図である。
【図５】図４の爪極部の角部を面取りした変形態様を示す部分斜視図である。
【図６】実施形態２の爪極部の模式周方向展開図である。
【図７】実施形態３の爪極部の模式周方向展開図である。
【図８】従来の典型的な爪極部の模式周方向展開図である。
【図９】実施例1のトルクリップル低減効果を示すシミュレーション結果を示すトルクリップル波形図である。
【符号の説明】
【００５７】
１      ロータ
２      ステータ
３      モータフレーム
４A      ポールコア
４B      ポールコア
４      ロータコア
５      界磁コイル
６      回転軸
７      ステータコア
８      ステータコイル
４１A      ボス部
４１B      ボス部
４２A      ディスク部
４２B      ディスク部
４３A      爪極部
４３B      爪極部
４４      爪極磁極面
４５      凹部
４６      凹部
【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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【図８】
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【図９】
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