(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアバックとティースから構成された固定子コアと、
前記ティースに巻回された固定子巻線と、
前記固定子コアと前記固定子巻線とから構成された固定子と、
磁性体で構成され、前記固定子を収容するハウジングと、
前記固定子の内周側に回転可能に配置された回転子を備え、
前記ハウジングの内壁と前記コアバックの外周面との間に空隙が設けられ、
前記固定子コアは、軸方向に積層された複数の電磁鋼板から構成され、
前記電磁鋼板は、外縁部に突起部を有し、
隣り合うそれぞれの前記電磁鋼板は、当該突起部が周方向に異なる位置に配置されるよ
う積層され、
前記空隙が、前記ハウジングの内壁，前記コアバックの外周面、および前記突起部によ
り構成されている回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機であって、
前記空隙に非磁性金属材が配置または充填されている回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータや発電機などの回転電機、および回転電機の固定子コア製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の回転電機、例えばハイブリッド電気自動車の駆動用モータなどでは、搭載空間に制約がある一方で、限られたバッテリ電圧から高いトルクを得る必要がある。このため、回転電機の駆動に用いる磁束の利用効率を高める方法が考えられている。例えば特許文献１は、ハウジングに生じる渦電流損を低減し、ロストルクを抑える技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１５３２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ハウジングでは渦電流のほかに、表皮効果による磁路狭窄も発生している。特許文献１に開示されている技術では、表皮効果については特に考慮されていない。
【０００５】
そこで本発明の目的は、ハウジングにおける表皮効果による磁路狭窄を抑え、トルクを向上させた回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の回転電機は、例えばコアバックとティースから構成された固定子コアと、前記ティースに巻回された固定子巻線と、前記固定子コアと前記固定子巻線とから構成された固定子と、磁性体で構成され、前記固定子を収容するハウジングと、前記固定子の内周側に回転可能に配置された回転子を備え、前記ハウジングの内壁と前記コアバックの外周面との間に空隙が設けられ、前記固定子コアは、軸方向に積層された複数の電磁鋼板から構成され、前記電磁鋼板は、外縁部に突起部を有し、隣り合うそれぞれの前記電磁鋼板は、当該突起部が周方向に異なる位置に配置されるよう積層され、前記空隙が、前記ハウジングの内壁，前記コアバックの外周面、および前記突起部により構成されているような構成をとる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ハウジングで発生する表皮効果を抑え、トルクを向上させた回転電機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例である回転電機が適用されるハイブリッド電気自動車の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の実施例であるインバータ装置の回路構成を示す回路図。
【図３】本発明の実施例である回転電機の構造を示す鳥瞰図。
【図４】本発明の実施例である回転電機の断面構造を示す模式図。
【図５】渦電流損と表皮効果とがトルクに与える影響を示すグラフ。
【図６】径方向磁束の次数特性を示すグラフ。
【図７】本発明の実施例である回転電機の断面構造を示す模式図。
【図８】突起部の設置箇所によるトルクの違いを示すグラフ。
【図９】本発明の実施例である回転電機の固定子コアの一部を示す図。
【図１０】本発明の実施例である回転電機の固定子コアの構成を示す図。
【図１１】従来例と本発明の実施例との径方向磁束の次数特性を比較するグラフ。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例について、ハイブリッド電気自動車に用いられる駆動用モータを例に説明する。
【実施例１】
【００１０】
まず、本実施例の回転電機が適用される車両の構成を図１に基づいて説明する。本実施例では、２つの異なる動力源を持つハイブリッド電気自動車を例に挙げて説明する。
【００１１】
本実施例のハイブリッド電気自動車は、内燃機関であるエンジンＥＮＧと、回転電機ＭＧ１によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを、回転電機ＭＧ２によって後輪ＲＬＷ，ＲＲＷをそれぞれ駆動するように構成された四輪駆動式のものである。本実施例では、エンジンＥＮＧと回転電機ＭＧ１によって前輪ＷＦＬＷ，ＦＲＷを、回転電機ＭＧ２によって後輪ＲＬＷ，ＲＲＷをそれぞれ駆動する場合について説明するが、回転電機ＭＧ１によって前輪ＷＦＬＷ，ＦＲＷを、エンジンＥＮＧと回転電機ＭＧ２によって後輪ＲＬＷ，ＲＲＷをそれぞれ駆動するようにしてもよい。
【００１２】
前輪ＦＬＷ，ＦＲＷの前輪車軸ＦＤＳには差動装置ＦＤＦを介して変速機Ｔ／Ｍが機械的に接続されている。変速機Ｔ／Ｍには動力分配機構ＰＳＭを介して回転電機ＭＧ１とエンジンＥＮＧが機械的に接続されている。動力分配機構ＰＳＭは、回転駆動力の合成や分配を司る機構である。回転電機ＭＧ１の固定子巻線にはインバータ装置ＩＮＶの交流側が電気的に接続されている。インバータ装置ＩＮＶは、直流電力を三相交流電力に変換する電力変換装置であり、回転電機ＭＧ１の駆動を制御するものである。インバータ装置ＩＮＶの直流側にはバッテリＢＡＴが電気的に接続されている。
【００１３】
後輪ＲＬＷ，ＲＲＷの後輪車軸ＲＤＳには差動装置ＲＤＦと減速機ＲＧを介して回転電機ＭＧ２が機械的に接続されている。回転電機ＭＧ２の固定子巻線にはインバータ装置ＩＮＶの交流側が電気的に接続されている。ここで、インバータ装置ＩＮＶは回転電機ＭＧ１，ＭＧ２に対して共用のものであって、回転電機ＭＧ１用のパワーモジュールＰＭＵ１及び駆動回路装置ＤＣＵ１と、回転電機ＭＧ２用のパワーモジュールＰＭＵ２及び駆動回路装置ＤＣＵ２と、モータ制御装置ＭＣＵとを備えている。
【００１４】
エンジンＥＮＧにはスタータＳＴＲが取り付けられている。スタータＳＴＲはエンジンＥＮＧを始動させるための始動装置である。
【００１５】
エンジン制御装置ＥＣＵは、エンジンＥＮＧの各コンポーネント機器（絞り弁，燃料噴射弁など）を動作させるための制御値をセンサや他制御装置などからの入力信号に基づいて演算する。この制御値は制御信号としてエンジンＥＮＧの各コンポーネント機器の駆動装置に出力される。これにより、エンジンＥＮＧの各コンポーネント機器の動作が制御される。
【００１６】
変速機Ｔ／Ｍの動作は変速機制御装置ＴＣＵによって制御されている。変速機制御装置ＴＣＵは、変速機構を動作させるための制御値をセンサや他制御装置などからの入力信号に基づいて演算する。この制御値は制御信号として変速機構の駆動装置に出力される。これにより、変速機Ｔ／Ｍの変速機構の動作が制御される。
【００１７】
バッテリＢＡＴはバッテリ電圧が２００ｖ以上の高電圧のリチウムイオンバッテリであり、バッテリ制御装置ＢＣＵによって充放電や寿命などが管理されている。バッテリ制御装置ＢＣＵには、バッテリの充放電や寿命などを管理するために、バッテリＢＡＴの電圧値及び電流値などが入力されている。尚、図示省略したが、バッテリとしては、バッテリ電圧１２ｖの低圧バッテリも搭載されており、制御系の電源，ラジオやライトなどの電源として用いられている。
【００１８】
エンジン制御装置ＥＣＵ，変速機制御装置ＴＣＵ，モータ制御装置ＭＣＵ及びバッテリ制御装置ＢＣＵは車載用ローカルエリアネットワークＬＡＮを介して相互に電気的に接続されていると共に、総合制御装置ＧＣＵと電気的に接続されている。これにより、各制御装置間では双方向の信号伝送が可能になり、相互の情報伝達，検出値の共有などが可能になる。総合制御装置ＧＣＵは、車両の運転状態に応じて各制御装置に指令信号を出力するものである。例えば総合制御装置ＧＣＵは、運転者の加速要求に基づいたアクセルの踏み込み量に応じて車両の必要トルク値を算出し、この必要トルク値を、エンジンＥＮＧの運転効率が良くなるように、エンジンＥＮＧ側の出力トルク値と回転電機ＭＧ１側の出力トルク値とに分配し、分配されたエンジンＥＮＧ側の出力トルク値をエンジントルク指令信号としてエンジン制御装置ＥＣＵに出力し、分配された回転電機ＭＧ１側の出力トルク値をモータトルク指令信号としてモータ制御装置ＭＣＵに出力する。
【００１９】
次に、本実施例のハイブリッド電気自動車の動作について説明する。
【００２０】
ハイブリッド電気自動車の始動時，低速走行時（エンジンＥＮＧの運転効率（燃費）が低下する走行領域）は、回転電機ＭＧ１によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを駆動する。尚、本実施例では、ハイブリッド電気自動車の始動時及び低速走行時、回転電機ＭＧ１によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを駆動する場合について説明するが、回転電機ＭＧ１によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを駆動し、回転電機ＭＧ２によって後輪ＲＬＷ，ＲＲＷを駆動するようにしてもよい（四輪駆動走行をしてもよい）。インバータ装置ＩＮＶにはバッテリＢＡＴから直流電力が供給される。供給された直流電力はインバータ装置ＩＮＶによって三相交流電力に変換される。これによって得られた三相交流電力は回転電機ＭＧ１の固定子巻線に供給される。これにより、回転電機ＭＧ１は駆動され、回転出力を発生する。この回転出力は動力分配機構ＰＳＭを介して変速機Ｔ／Ｍに入力される。入力された回転出力は変速機Ｔ／Ｍによって変速され、差動装置ＦＤＦに入力される。入力された回転出力は差動装置ＦＤＦによって左右に分配され、左右の前輪車軸ＦＤＳにそれぞれ伝達される。これにより、前輪車軸ＦＤＳが回転駆動される。そして、前輪車軸ＦＤＳの回転駆動によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷが回転駆動される。
【００２１】
ハイブリッド電気自動車の通常走行時（乾いた路面を走行する場合であって、エンジンＥＮＧの運転効率（燃費）が良い走行領域）は、エンジンＥＮＧによって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを駆動する。このため、エンジンＥＮＧの回転出力は動力分配機構ＰＳＭを介して変速機Ｔ／Ｍに入力される。入力された回転出力は変速機Ｔ／Ｍによって変速される。変速された回転出力は差動装置ＦＤＦを介して前輪車軸ＦＤＳに伝達される。これにより、前輪ＦＬＷ，ＦＲＷをＷＨ−Ｆが回転駆動される。また、バッテリＢＡＴの充電状態を検出し、バッテリＢＡＴを充電する必要がある場合は、エンジンＥＮＧの回転出力を、動力分配機構ＰＳＭを介して回転電機ＭＧ１に分配し、回転電機ＭＧ１を回転駆動する。これにより、回転電機ＭＧ１は発電機として動作する。この動作により、回転電機ＭＧ１の固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータ装置ＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリＢＡＴに供給される。これにより、バッテリＢＡＴは充電される。
【００２２】
ハイブリッド電気自動車の四輪駆動走行時（雪道などの低μ路を走行する場合であって、エンジンＥＮＧの運転効率（燃費）が良い走行領域）は、回転電機ＭＧ２によって後輪ＲＬＷ，ＲＲＷを駆動する。また、上記通常走行と同様に、エンジンＥＮＧによって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを駆動する。さらに、回転電機ＭＧ１の駆動によってバッテリＢＡＴの蓄電量が減少するので、上記通常走行と同様に、エンジンＥＮＧの回転出力によって回転電機ＭＧ１を回転駆動してバッテリＢＡＴを充電する。回転電機ＭＧ２によって後輪ＲＬＷ，ＲＲＷを駆動するめに、インバータ装置ＩＮＶにはバッテリＢＡＴから直流電力が供給される。供給された直流電力はインバータ装置ＩＮＶによって三相交流電力に変換され、この変換によって得られた交流電力が回転電機ＭＧ２の固定子巻線に供給される。これにより、回転電機ＭＧ２は駆動され、回転出力を発生する。発生した回転出力は、減速機ＲＧによって減速されて差動装置ＲＤＦに入力される。入力された回転出力は差動装置ＲＤＦによって左右に分配され、左右の後輪車軸ＲＤＳにそれぞれ伝達される。これにより、後輪車軸ＲＤＳが回転駆動される。そして、後輪車軸ＲＤＳの回転駆動によって後輪ＲＬＷ，ＲＲＷが回転駆動される。
【００２３】
ハイブリッド電気自動車の加速時は、エンジンＥＮＧと回転電機ＭＧ１によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを駆動する。尚、本実施例では、ハイブリッド電気自動車の加速時、エンジンＥＮＧと回転電機ＭＧ１によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを駆動する場合について説明するが、エンジンＥＮＧと回転電機ＭＧ１によって前輪ＦＬＷ，ＦＲＷを駆動し、回転電機ＭＧ２によって後輪ＲＬＷ，ＲＲＷを駆動するようにしてもよい（四輪駆動走行をしてもよい）。エンジンＥＮＧと回転電機ＭＧ１の回転出力は動力分配機構ＰＳＭを介して変速機Ｔ／Ｍに入力される。入力された回転出力は変速機Ｔ／Ｍによって変速される。変速された回転出力は差動装置ＦＤＦを介して前輪車軸ＦＤＳに伝達される。これにより、前輪ＦＬＷ，ＦＲＷが回転駆動される。
【００２４】
ハイブリッド電気自動車の回生時（ブレーキを踏み込み時、アクセルの踏み込みを緩めた時或いはアクセルの踏み込みを止めた時などの減速時）は、前輪ＦＬＷ，ＦＲＷの回転力を前輪車軸ＦＤＳ，差動装置ＦＤＦ，変速機Ｔ／Ｍ，動力分配機構ＰＳＭを介して回転電機ＭＧ１に伝達し、回転電機ＭＧ１を回転駆動する。これにより、回転電機ＭＧ１は発電機として動作する。この動作により、回転電機ＭＧ１の固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータ装置ＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリＢＡＴに供給される。これにより、バッテリＢＡＴは充電される。一方、後輪ＲＬＷ，ＲＲＷの回転力を後輪車軸ＲＤＳ，差動装置ＲＤＦ，減速機ＲＧを介して回転電機ＭＧ２に伝達し、回転電機ＭＧ２を回転駆動する。これにより、回転電機ＭＧ２は発電機として動作する。この動作により、回転電機ＭＧ２の固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータ装置ＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリＢＡＴに供給される。これにより、バッテリＢＡＴは充電される。
【００２５】
図２に、本実施例のインバータ装置ＩＮＶの構成を示す。
【００２６】
インバータ装置ＩＮＶは、前述したように、パワーモジュールＰＭＵ１，ＰＭＵ２，駆動回路装置ＤＣＵ１，ＤＣＵ２及びモータ制御装置ＭＣＵから構成されている。パワーモジュールＰＭＵ１，ＰＭＵ２は同一構成のものである。駆動回路装置ＤＣＵ１，ＤＣＵ２は同一構成のものである。
【００２７】
パワーモジュールＰＭＵ１，ＰＭＵ２は、バッテリＢＡＴから供給された直流電力を交流電力に変換して、それを対応する回転電機ＭＧ１，ＭＧ２に供給する変換回路（主回路ともいう）を構成している。また、変換回路は、対応する回転電機ＭＧ１，ＭＧ２から供給された交流電力を直流電力に変換してバッテリＢＡＴに供給することもできる。
【００２８】
変換回路はブリッジ回路であり、三相分の直列回路がバッテリＢＡＴの正極側と負極側との間に電気的に並列に接続されて構成されている。直列回路はアームとも呼ばれ、２つの半導体素子によって構成されている。
【００２９】
アームは相毎に、上アーム側のパワー半導体素子と下アーム側のパワー半導体素子とが電気的に直列に接続されて構成されている。本実施例では、パワー半導体素子として、スイッチング半導体素子であるＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を用いている。ＩＧＢＴを構成する半導体チップは、コレクタ電極，エミッタ電極及びゲート電極の３つの電極を備えている。ＩＧＢＴのコレクタ電極とエミッタ電極との間にはＩＧＢＴとは別チップのダイオードが電気的に接続されている。ダイオードは、ＩＧＢＴのエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向になるように、ＩＧＢＴのエミッタ電極とコレクタ電極との間に電気的に接続されている。尚、パワー半導体素子としては、ＩＧＢＴの代わりにＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いる場合もある。この場合、ダイオードは省略される。
【００３０】
パワー半導体素子Ｔｐｕ１のエミッタ電極とパワー半導体素子Ｔｎｕ１のコレクタ電極が電気的に直列に接続されることにより、パワーモジュールＰＭＵ１のｕ相アームが構成されている。ｖ相アーム，ｗ相アームもｕ相アームと同様に構成されており、パワー半導体素子Ｔｐｖ１のエミッタ電極とパワー半導体素子Ｔｎｖ１のコレクタ電極が電気的に直列に接続されることにより、パワーモジュールＰＭＵ１のｖ相アームが、パワー半導体素子Ｔｐｗ１のエミッタ電極とパワー半導体素子Ｔｎｗ１のコレクタ電極が電気的に直列に接続されることにより、パワーモジュールＰＭＵ１のｗ相アームがそれぞれ構成されている。パワーモジュールＰＭＵ２についても、上述したパワーモジュールＰＭＵ１と同様の接続関係で各相のアームが構成されている。
【００３１】
パワー半導体素子Ｔｐｕ１，Ｔｐｖ１，Ｔｐｗ１，Ｔｐｕ２，Ｔｐｖ２，Ｔｐｗ２のコレクタ電極はバッテリＢＡＴの高電位側（正極側）に電気的に接続されている。パワー半導体素子Ｔｎｕ１，Ｔｎｖ１，Ｔｎｗ１，Ｔｎｕ２，Ｔｎｖ２，Ｔｎｗ２のエミッタ電極はバッテリＢＡＴの低電位側（負極側）に電気的に接続されている。
【００３２】
パワーモジュールＰＭＵ１のｕ相アーム（ｖ相アーム，ｗ相アーム）の中点（各アームの上アーム側パワー半導体素子のエミッタ電極と下アーム側パワー半導体素子のコレクタ電極との接続部分）は、回転電機ＭＧ１のｕ相（ｖ相，ｗ相）の固定子巻線に電気的に接続されている。
【００３３】
パワーモジュールＰＭＵ２のｕ相アーム（ｖ相アーム，ｗ相アーム）の中点（各アームの上アーム側パワー半導体素子のエミッタ電極と下アーム側パワー半導体素子のコレクタ電極との接続部分）は、回転電機ＭＧ２のｕ相（ｖ相，ｗ相）の固定子巻線に電気的に接続されている。
【００３４】
バッテリＢＡＴの正極側と負極側との間には、パワー半導体素子が動作することによって生じる直流電圧の変動を抑制するために、平滑用の電解コンデンサＳＥＣが電気的に接続されている。
【００３５】
駆動回路装置ＤＣＵ１，ＤＣＵ２は、モータ制御装置ＭＣＵから出力された制御信号に基づいて、パワーモジュールＰＭＵ１，ＰＭＵ２の各パワー半導体素子を動作させる駆動信号を出力し、各パワー半導体素子を動作させる駆動部を構成するものであり、絶縁電源，インタフェース回路，駆動回路，センサ回路及びスナバ回路（いずれも図示省略）などの回路部品から構成されている。
【００３６】
モータ制御装置ＭＣＵは、マイクロコンピュータから構成された演算装置であり、複数の入力信号を入力し、パワーモジュールＰＭＵ１，ＰＭＵ２の各パワー半導体素子を動作させるための制御信号を駆動回路装置ＤＳＵ１，ＤＳＵ２に出力する。入力信号としてはトルク指令値τ＊１，τ＊２，電流検知信号ｉｕ１〜ｉｗ１，ｉｕ２〜ｉｗ２，磁極位置検知信号θ１，θ２が入力されている。
【００３７】
トルク指令値τ＊１，τ＊２は車両の運転モードに応じて上位の制御装置から出力されたものである。トルク指令値τ＊１は回転電機ＭＧ１に、トルク指令値τ＊２は回転電機ＭＧ２にそれぞれ対応する。電流検知信号ｉｕ１〜Ｉｗ１は、インバータ装置ＩＮＶの変換回路から回転電機ＭＧ１の固定子巻線に供給されるｕ相〜ｗ相の入力電流の検知信号であり、変流器（ＣＴ）などの電流センサによって検知されたものである。電流検知信号ｉｕ２〜Ｉｗ２は、インバータ装置ＩＮＶから回転電機ＭＧ２の固定子巻線に供給されたｕ相〜ｗ相の入力電流の検知信号であり、変流器（ＣＴ）などの電流センサによって検知されたものである。磁極位置検知信号θ１は回転電機ＭＧ１の回転の磁極位置の検知信号であり、レゾルバ，エンコーダ，ホール素子，ホールＩＣなどの磁極位置センサによって検知されたものである。磁極位置検知信号θ２は回転電機ＭＧ１の回転の磁極位置の検知信号であり、レゾルバ，エンコーダ，ホール素子，ホールＩＣなどの磁極位置センサによって検知されたものである。
【００３８】
モータ制御装置ＭＣＵは、入力信号に基づいて電圧制御値を演算し、この電圧制御値を、パワーモジュールＰＭＵ１，ＰＭＵ２のパワー半導体素子Ｔｐｕ１〜Ｔｎｗ１，Ｔｐｕ２〜Ｔｎｗ２を動作させるための制御信号（ＰＷＭ信号（パルス幅変調信号））として駆動回路装置ＤＣＵ１，ＤＣＵ２に出力する。
【００３９】
一般にモータ制御装置ＭＣＵが出力するＰＷＭ信号は、時間平均した電圧が正弦波になるようにしている。この場合、瞬時の最大出力電圧は、インバータの入力である直流ラインの電圧だから、正弦波の電圧を出力する場合には、その実効値は１／√２になる。そこで、本発明のハイブリッド電気自動車両では、限られたインバータ装置でさらにモータの出力をあげるために、モータの入力電圧の実効値を増やす。つまり、ＭＣＵのＰＷＭ信号が矩形波状にＯＮとＯＦＦしか無いようにする。こうすれば、矩形波の波高値はインバータの直流ラインの電圧Ｖｄｃとなり、その実効値はＶｄｃとなる。これが最も電圧実効値を高くする方法である。
【００４０】
しかし、矩形波電圧は、低回転数領域ではインダクタンスが小さいために電流波形が乱れる問題があり、これによりモータに不要な加振力が発生し騒音が生じる。したがって、矩形波電圧制御は高速回転時のみ使用し、低周波数では通常のＰＷＭ制御を行う。
【００４１】
図３，図４は本実施例の回転電機ＭＧ１を示す図であり、図３は鳥瞰図、図４は分かり易さのため各部品の比率を変えて描いた模式図である。なお、同じ部品を示すものには同じ符号を付している。
【００４２】
本実施例では、回転電機ＭＧ１として埋設型永久磁石式三相交流同期機を用いた場合を例に挙げ説明する。尚、本実施例では、回転電機ＭＧ１の構成について説明するが、回転電機ＭＧ２も同様の構成になっている。
【００４３】
回転電機ＭＧ１は、回転磁界を発生する固定子１１０と、固定子１１０との磁気的作用により回転すると共に、固定子１１０の内周側と空隙１６０を介して回転可能に配置された回転子１３０とを備えている。
【００４４】
固定子１１０は、コアバック１１２とティース１１３からなる固定子コア１１１と、通電により磁束を発生させる固定子巻線１２０を挿入するスロットとを備えている。
【００４５】
固定子コア１１１は、板状の磁性部材を打ち抜いて形成した複数の板状の成型部材を軸方向に積層して、あるいは鋳鉄によって形成したものである。ここで、軸方向とは回転子の回転軸に沿う方向を意味する。
【００４６】
固定子巻線１２０は、スロットに挿入されることにより、ティース１１３に巻回された状態となる。
【００４７】
固定子コア１１１の周りにはハウジング１５０が設けられている。ハウジング１５０は磁性体で構成されており、磁路としても使われる。
【００４８】
回転子１３０は、回転側の磁路を構成する回転子コア１３１，永久磁石１３２，回転軸となるシャフト（図示せず）を備えている。
【００４９】
ハウジング１５０の内壁とコアバック１１２の外周面との間の少なくとも一部には、空隙１６０が設けられている。このようにハウジング１５０の内壁とコアバック１１２の外周面との間に空隙１６０を設けることで、回転電機ＭＧ１のトルクを向上させることができる。以下、その理由について説明する。
【００５０】
ハウジング１５０の導電率を０.０Ｓ／ｍにした場合と、表皮効果を考慮した場合とにおけるトルクを有限要素法で計算した。計算条件として、ハウジング１５０の透磁率は高炭素鋼を仮定した。
【００５１】
図５にそれぞれの条件でのトルク特性を示す。横軸に空隙の幅、縦軸にハウジング１５０無しの場合のトルクを１００としたときのトルクを示す。ここで、空隙の幅は、空隙１６０におけるコアバック１１２の外周面とハウジング１５０の内壁との間の距離を示す。空隙の幅が０mmの場合の特性を見ると、ハウジング１５０無しの場合のトルクを１００とすると、ハウジング１５０を考慮し且つ導電率を０.０Ｓ／ｍにした場合は１０７と７の向上を示している。これが（１）ハウジング磁路が寄与したトルクである。しかし、導電率７,０００,０００Ｓ／ｍと実際のトルクの条件にした場合は１０１となっている。この理由としてハウジング１５０で発生する（２）渦電流損に伴うロストルクが考えられたので、その損失分を差し引いたところ１０６となった。しかし、それでもハウジング１５０を考慮した実際のトルクである１０１とは５の差が発生しており、この値が（３）表皮効果に伴うハウジング磁路狭窄が与えるロストルクであることが分かった。この結果より、ロストルクはハウジング１５０で発生する渦電流損ではなく表皮効果による磁路狭窄が支配的であることが分かる。
【００５２】
次にハウジング１５０と固定子コア１１１との間に空隙１６０を設けることを仮定した計算を行った。図５の横軸に示す空隙の幅を広げることにより、表皮効果が小さくなり、空隙の幅２.５mmまで実際のトルクが上昇することが分かった。
【００５３】
磁路狭窄が軽減する理由について説明する。磁束浸透深さδは以下の数式で示される。
【００５４】
【数１】
0005572508.tif 000002
【００５５】
上記の数式においては、ω：磁束の周波数［rad／ｓ］、σ：ハウジングまたはハウジングと固定子コアとの間の部材の電導率［Ｓ／ｍ］、μ：ハウジングまたはハウジングと固定子コアとの間の部材の透磁率［Ｈ／ｍ］である。
【００５６】
上記の数式から、ω，σ，μの少なくとも１つを小さくすることができれば、磁束浸透深さを大きくすることができることがわかる。ハウジング１５０と固定子コア１１１との間に空隙１６０を設けることにより、σとμが小さくなり、磁束浸透深さδが大きくなり、トルクが増加したと考えられる。
【００５７】
図６に固定子外径部の径方向磁束の時間波形を次数分析したグラフを示す。ここでは基本波（１次）を１.０と定義した。空隙１６０を設けない場合（図６中のＧＡＰ０.０mmの場合）、ハウジング１５０の内径部に空間高調波が発生し、ωを増大させてしまうことがグラフより読み取れる。そこで、空隙１６０を２.５mmにしたところ、３次高調波が０.６から０.３と半減し、他の次数でも高調波が小さくなったことが分かる。このことからもωが小さくなり、磁束が深くまで浸透できるようになったことが分かる。
【００５８】
なお、２.５mmを超えるとトルクが下降する理由は、ハウジング１５０の幅が狭くなり磁路として作用しにくくなったためである。
【００５９】
このように、ハウジング１５０の内壁とコアバック１１２の外周面との間に空隙１６０を設けることにより、表皮効果を低減し、トルクを向上させることができる。
【００６０】
本実施例では、固定子１１０のぐらつきを抑えるため空隙１６０に非磁性金属材を配置または充填し、固定子１１０の回転を抑えるため周り止め２００を備えている。ここで、非磁性金属材は、例えばアルミニウムや非磁性ステンレス鋼などである。空隙１６０に非磁性金属材を配置または充填しても前述したトルク向上効果を得ることができ、さらに強度と放熱性をより向上させることが可能である。
【実施例２】
【００６１】
図７を用いて本発明の別の実施例について説明する。
【００６２】
実施例１では、固定子コア１１１の回転防止は周り止め２００によってなされていた。本実施例では実施例１の固定子コア１１１に複数の突起部１１５を軸方向に設けることで、固定子コア１１１とハウジング１５０との接触部分を確保することにより信頼性をさらに向上させている。これらの突起部１１５、ハウジング１５０の内壁、前記コアバック１１２により空隙１６０が構成される。
【００６３】
ここで突起部１１５は、図７のＡ−Ａ′直線で示すように、ティース１１３の径方向背面に位置するように設けられる。これは、図８に示すようにスロット外周部よりもティース１１３の外周部に突起部１１５を設けた方がトルクが大きくなるためであり、この構造によって信頼性の向上とトルクの向上を同時に達成することができる。
【００６４】
また、突起部１１５が軸方向に設けられているため、空隙１６０は軸方向に構成される。特にハイブリッド電気自動車用の駆動用回転電機は、例えばパワーステアリング用モータなどに比べて筐体が軸方向に短いため、空隙１６０を周方向に構成するよりも表皮効果をより低減することが可能である。
【実施例３】
【００６５】
図９，図１０を用いて本発明の別の実施例について説明する。図９は固定子コア１１１の一部を拡大したものであり、図１０は固定子１１０の外周部の模式図である。なお、図１０ではティース１１２の図示を省略している。
【００６６】
本実施例では電磁鋼板の外縁部に凹凸を設け、これを軸方向に積層することで固定子コア１１１を構成する。ここで、電磁鋼板外縁部の凸部が突起部１１５，凹部が空隙１６０に相当する。この電磁鋼板を少しずつずらして積層することにより、空隙１６０をスキューさせることができる。
【００６７】
電磁鋼板を表裏交互に積層してもよい。これにより、電磁鋼板のプレス成形時に生じる歪みの積層による蓄積を抑え、信頼性を更に向上させることができる。
【００６８】
また、本実施例で用いる電磁鋼板は、１種類の同じ形状に形成したものを用いてもよい。図１０に示すように１種類の電磁鋼板を表裏交互に、かつ一枚ずつ空隙１６０の位置が異なるように積層することで、電磁鋼板を複数種類用意することなく空隙１６０をスキューさせることができる。
【００６９】
なお、図９，図１０では、１１１Ａが電磁鋼板の表面で配置したもの、１１１Ｂが裏面で配置したものを示している。
【００７０】
図１１に従来構造の固定子コアと本実施例における固定子コア１１１との、固定子コア径方向の磁束密度分布をＦＦＴで解析した結果を示す。縦軸は空間１次高調波（基本波）を１としたときの磁束密度、横軸は高調波の次数である。この図から、本実施例の固定子コア１１１は空間３次高調波を特に低減させており、結果として回転電機のトルクをより向上させられることが分かる。
【００７１】
上記のいずれの実施例においても、空隙１６０にアルミニウムや非磁性ステンレス鋼などの非磁性金属材を配置または充填し、強度と放熱性をより向上させることが可能である。
【００７２】
以上で説明した各実施例は次に述べる課題を解決し、次に述べる効果を奏する。これらの解決しようとする課題や効果は上述の解決しようとする課題や効果と重複する点があるが、多くは異なる課題や効果である。
【００７３】
各実施例は、図１０に示すように、１種類の電磁鋼板を表裏交互に軸方向に積層することで固定子を形成することが可能である。このような構造にすることで、電磁鋼板を複数種類用意する必要がなく、生産性が向上する。さらに、この構造により、１種類の電磁鋼板を積層させることによる圧延歪みの蓄積を回避することもできる。
【００７４】
また、例えばハイブリッド電気自動車用モータなどは、エンジンルームに搭載するために小型化が求められている。本発明を用いれば、同サイズの体格の回転電機に比べてトルクの向上が可能であるため、モータ体格の小型化に資することができる。
【００７５】
以上説明したように、本発明を用いれば表皮効果を低減し、トルクの向上が可能である。上述した各実施例ではインナーロータ型回転電機を例に説明したが、アウターロータ型回転電機にも本発明を適用することができる。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７６】
１１０  固定子
１１１  固定子コア
１１２  コアバック
１１３  ティース
１２０  固定子巻線
１３０  回転子
１５０  ハウジング
１６０  空隙
２００  周り止め
ＭＧ１  回転電機
【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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【図１０】
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【図１１】
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