(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸(P)を中心として回転するシャフトに固定される界磁子(1)と、
前記界磁子に対して前記回転軸とは反対側でエアギャップを介して前記界磁子と対向する電機子(3)と
を備え、
前記界磁子は、
回転軸(P)の周りに環状に配置され、前記回転軸を中心とした径方向に磁極面を呈する複数の永久磁石(11)と、
前記永久磁石が格納される磁石格納孔(12)と、前記永久磁石によって４ｎ（ｎは自然数）個の磁極が形成され前記エアギャップを介して前記電機子と対向する外周面(14)とを有する界磁子用コア(10)と
を備え、
前記電機子は、
前記回転軸を中心として放射状に配置される３ｎ個のティース(33)と、
前記ティースの、前記界磁子とは反対側の一端同士を連結するバックヨーク(31)と、
前記ティースに巻回される巻線(35)と
を備え、
前記ティースの各々は、
前記一端から前記径方向に延在する延在部(331)と、
前記延在部の前記界磁子側の一端に設けられ、前記延在部から前記周方向に延在する鍔部(332)と
を有し、
前記周方向で隣り合う前記磁極の二者の間の境界が前記ティースの一つの前記周方向における中心と前記周方向にて一致する位置関係で、前記電機子および前記界磁子が互いに対向した状態において、前記ティースの前記一つに属する前記鍔部の前記巻線側の表面(333)と、前記磁石格納孔との間の距離(dx)は、前記表面のうち前記延在部とは反対側の端部(334)において最小値(d0)を採る、回転電機。
【請求項２】
回転軸(P)を中心として回転するシャフトに固定される界磁子(1)と、
前記界磁子に対して前記回転軸とは反対側でエアギャップを介して前記界磁子と対向する電機子(3)と
を備え、
前記界磁子は、
回転軸(P)の周りに環状に配置される複数の永久磁石(11)と、
前記永久磁石が格納される磁石格納孔(12)と、前記永久磁石によって４ｎ（ｎは自然数）個の磁極が形成され前記エアギャップを介して前記電機子と対向する外周面(14)とを有する界磁子用コア(10)と
を備え、
前記電機子は、
前記回転軸を中心として放射状に配置される３ｎ個のティース(33)と、
前記ティースの、前記界磁子とは反対側の一端同士を連結するバックヨーク(31)と、
前記ティースに巻回される巻線(35)と
を備え、
前記ティースの各々は、
前記一端から前記径方向に延在する延在部(331)と、
前記延在部の前記界磁子側の一端に設けられ、前記延在部から前記周方向に延在する鍔部(332)と
を有し、
前記周方向で隣り合う前記磁極の二者の間の境界が前記ティースの一つの前記周方向における中心と前記周方向にて一致する位置関係で、前記電機子および前記界磁子が互いに対向した状態において、前記ティースの前記一つに属する前記鍔部の前記巻線側の表面(333)と、前記磁石格納孔との間の距離(dx)は、前記表面のうち前記延在部とは反対側の端部(334)において最小値(d0)を採り、
前記界磁子用コア(10)は、前記永久磁石(11)の、前記回転軸(P)を中心とした周方向における両側から、前記外周面(111)へ向かって延在する非磁性体(13)を更に有し、
前記鍔部の前記表面と前記非磁性体との間の距離は前記最小値以上である、回転電機。
【請求項３】
前記鍔部(332)の前記表面(333)は前記回転軸(P)に沿って見て直線形状を有する、請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記鍔部(332)の前記表面(333)は前記回転軸(P)に沿って見て直線形状を有し、
前記状態において、前記鍔部(332)の前記表面(333)と前記延在部(331)との交点(335)にて、前記表面と前記磁石格納孔(12)及び前記非磁性体(13)の一組との間の距離は、前記最小値(d0)と同じ値を採る、請求項２に記載の回転電機。
【請求項５】
前記鍔部(332)の前記表面(333)は、前記回転軸(P)に沿って見て、前記巻線(35)側に膨らむ曲線に沿う形状を有する、請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項６】
前記鍔部(332)の表面(333)は、前記回転軸(P)に沿って見て、前記巻線(35)側に膨らむ円弧に沿う形状を有し、
前記回転軸(P)に沿って見て、前記非磁性体(13)は、自身と隣り合う前記永久磁石(12)側において前記外周面(14)に向かって延在する第１表面(13a)と、前記第１表面と繋がって前記外周面側で前記周方向に沿って延在する第２表面(13d)とを有し、
前記状態において、前記円弧の中心は前記第１表面と前記第２表面との交点(13f)に位置する、請求項２に記載の回転電機。
【請求項７】
前記巻線(35)と前記ティース(33)との間及び前記巻線(35)と前記バックヨーク(31)との間に介在する介在部(361)と、
前記鍔部(332)と前記巻線との間の前記介在部から、前記延在部(331)とは反対側に延在し、前記巻線を支持する非磁性の支持部(362)と
を有するインシュレータ(36)を更に備える、請求項１から６の何れか一つに記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電機に関し、特に永久磁石が界磁子コアに埋設される回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１は、界磁子と電機子とを備える電動機について記載している。界磁子と電機子とは例えば回転軸を中心とした径方向でエアギャップを介して互いに対面し、当該回転軸を中心として互いに相対的に回転する。非特許文献１では、界磁子は界磁子用コアと、界磁子用コアの外周面に取り付けられる永久磁石とを有する。電機子は、環状のバックヨークと、複数のティースと、複数の巻線とを備えている。ティースはバックヨークから界磁子へと向って延在し巻線が巻回される延在部と、界磁子側で延在部から周方向に広がる鍔部とを有している。
【０００３】
またマグネットトルクのみならずリラクタンストルクを利用できる電動機として、非特許文献２のように、永久磁石が界磁子コアに埋設される電動機が提案されている。リラクタンストルクは、いわゆるｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの差が大きいほど、大きい。
【０００４】
なお非特許文献１，２のいずれにおいても、電機子のティースの数（スロット数）が界磁子の磁極の数（極数）よりも多い電動機について考察されている。
【０００５】
また、本発明に関連する技術として特許文献１が挙げられており、特許文献１でもスロット数が極数よりも多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１６６１３５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】赤津観、涌井伸二、「巻線係数とインダクタンス係数を用いた多極多スロット集中巻ＳＰＭＳＭの簡易設計手法」電学論Ｄ，１２７巻１１号，２００７年
【非特許文献２】山際  昭雄、ほか２名、「エアコン用埋込磁石構造ＰＭモータの磁気特性」、パワーエレクトロニクス研究会論文誌、Vol.23、No1、１９９７年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１及び非特許文献１，２のいずれにおいても、ティースの鍔部における磁束密度に対してなんら考察が行われていない。これは次の理由による。即ち、特許文献１及び非特許文献１，２においてはスロット数が極数よりも多い。このような回転電機においては、界磁子の磁極面の周方向における幅が周方向におけるティースの中心同士の間の距離より広い。したがってｑ軸の磁束はティースの延在部を流れやすく、鍔部の磁束密度に対する考察が惹起されない。
【０００９】
一方、極数とスロット数との比が４対３である場合、界磁子の磁極面の周方向における幅が、周方向におけるティースの中心同士の間の距離よりも狭い。したがって永久磁石の何れかの極からその隣の極に入る磁束がティース鍔部を流れやすい。
【００１０】
図１１，１２は、電機子に生じるヒステリシス損を示す。図１１，１２の例示では等高線１００〜１０５を用いてヒステリシス損の分布を示しており、符号の数字が高いほど等高線は高いヒステリシス損を示す。図１１は４極、６スロットの回転電機におけるヒステリシス損の一例を示し、図１２は８極、６スロットの回転電機におけるヒステリシス損を示す。なお図１１，１２の例示では極数を判別できるように永久磁石も示されている。
【００１１】
図１３，１４はそれぞれ図１１，１２の電機子の一部を拡大した図である。図１１，１３の例示では、ティースの鍔部においてヒステリシス損が等高線１０４よりも高い部分はほとんどなく、むしろティースの周方向における中央付近でヒステリシス損が最も高い等高線１０５が示されている。一方、図１２，１４の例示では、ティースの鍔部においてヒステリシス損が等高線１０４よりも高くなることが分かる。
【００１２】
図１１，１２においては同じ電機子が採用されており、極数とスロット数との比以外の条件は互いに同一である。このように図１１，１２において同じ電機子が採用されることから、図１１，１２で示されるヒステリシス損の相違は、おおよそ磁束密度の相違と見なすことができる。即ち、図１２に例示するように、８極、６スロットである回転電機においては、ティースの鍔部において磁束密度が高まる。言い換えると、ティースの鍔部で磁束密度が高まって磁束飽和が生じている、と理解することができ、これは、永久磁石の何れかの極からその隣の極に入る磁束がティース鍔部を流れやすいことに起因すると考えられる。
【００１３】
このようにティースの鍔部を含むｑ軸の磁束が流れる磁路において磁束飽和が生じると、ｑ軸インダクタンスが低下し、ひいてはリラクタンストルクが低下する。
【００１４】
そこで、本発明は、リラクタンストルクの低下を抑制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】
【００１５】
本発明にかかる回転電機の第１の態様は、回転軸(P)を中心として回転するシャフトに固定される界磁子(1)と、前記界磁子に対して前記回転軸とは反対側でエアギャップを介して前記界磁子と対向する電機子(3)とを備え、前記界磁子は、回転軸(P)の周りに環状に配置され、前記回転軸を中心とした径方向に磁極面を呈する複数の永久磁石(11)と、前記永久磁石が格納される磁石格納孔(12)と、前記永久磁石によって４ｎ（ｎは自然数）個の磁極が形成され前記エアギャップを介して前記電機子と対向する外周面(14)とを有する界磁子用コア(10)とを備え、前記電機子は、前記回転軸を中心として放射状に配置される３ｎ個のティース(33)と、前記ティースの、前記界磁子とは反対側の一端同士を連結するバックヨーク(31)と、前記ティースに巻回される巻線(35)とを備え、前記ティースの各々は、前記一端から前記径方向に延在する延在部(331)と、前記延在部の前記界磁子側の一端に設けられ、前記延在部から前記周方向に延在する鍔部(332)とを有し、前記周方向で隣り合う前記磁極の二者の間の境界が前記ティースの一つの前記周方向における中心と前記周方向にて一致する位置関係で、前記電機子および前記界磁子が互いに対向した状態において、前記ティースの前記一つに属する前記鍔部の前記巻線側の表面(333)と、前記磁石格納孔との間の距離(dx)は、前記表面のうち前記延在部とは反対側の端部(334)において最小値(d0)を採る。
【００１６】
本発明にかかる回転電機の第２の態様は、回転軸(P)を中心として回転するシャフトに固定される界磁子(1)と、前記界磁子に対して前記回転軸とは反対側でエアギャップを介して前記界磁子と対向する電機子(3)とを備え、前記界磁子は、回転軸(P)の周りに環状に配置される複数の永久磁石(11)と、前記永久磁石が格納される磁石格納孔(12)と、前記永久磁石によって４ｎ（ｎは自然数）個の磁極が形成され前記エアギャップを介して前記電機子と対向する外周面(14)とを有する界磁子用コア(10)とを備え、前記電機子は、前記回転軸を中心として放射状に配置される３ｎ個のティース(33)と、前記ティースの、前記界磁子とは反対側の一端同士を連結するバックヨーク(31)と、前記ティースに巻回される巻線(35)とを備え、前記ティースの各々は、前記一端から前記径方向に延在する延在部(331)と、前記延在部の前記界磁子側の一端に設けられ、前記延在部から前記周方向に延在する鍔部(332)とを有し、前記周方向で隣り合う前記磁極の二者の間の境界が前記ティースの一つの前記周方向における中心と前記周方向にて一致する位置関係で、前記電機子および前記界磁子が互いに対向した状態において、前記ティースの前記一つに属する前記鍔部の前記巻線側の表面(333)と、前記磁石格納孔との間の距離(dx)は、前記表面のうち前記延在部とは反対側の端部(334)において最小値(d0)を採り、前記界磁子用コア(10)は、前記永久磁石(11)の、前記回転軸(P)を中心とした周方向における両側から、前記外周面(111)へ向かって延在する非磁性体(13)を更に有し、前記鍔部の前記表面と前記非磁性体との間の距離は前記最小値以上である。
【００１７】
本発明にかかる回転電機の第３の態様は、第１または第２の態様にかかる回転電機であって、前記鍔部(332)の前記表面(333)は前記回転軸(P)に沿って見て直線形状を有する。
【００１８】
本発明にかかる回転電機の第４の態様は、第２の態様にかかる回転電機であって、前記鍔部(332)の前記表面(333)は前記回転軸(P)に沿って見て直線形状を有し、前記状態において、前記鍔部(332)の前記表面(333)と前記延在部(331)との交点(335)にて、前記表面と前記磁石格納孔(12)及び前記非磁性体(13)の一組との間の距離は、前記最小値(d0)と同じ値を採る。
【００１９】
本発明にかかる回転電機の第５の態様は、第１または第２の態様にかかる回転電機であって、前記鍔部(332)の前記表面(333)は、前記回転軸(P)に沿って見て、前記巻線(35)側に膨らむ曲線に沿う形状を有する。
【００２０】
本発明にかかる回転電機の第６の態様は、第２の態様にかかる回転電機であって、前記鍔部(332)の表面(333)は、前記回転軸(P)に沿って見て、前記巻線(35)側に膨らむ円弧に沿う形状を有し、前記回転軸(P)に沿って見て、前記非磁性体(13)は、自身と隣り合う前記永久磁石(12)側において前記外周面(14)に向かって延在する第１表面(13a)と、前記第１表面と繋がって前記外周面側で前記周方向に沿って延在する第２表面(13d)とを有し、前記状態において、前記円弧の中心は前記第１表面と前記第２表面との交点(13f)に位置する。
【００２１】
本発明にかかる回転電機の第７の態様は、第１から第６の何れか一つの態様にかかる回転電機であって、前記巻線(35)と前記ティース(33)との間及び前記巻線(35)と前記バックヨーク(31)との間に介在する介在部(361)と、前記鍔部(332)と前記巻線との間の前記介在部から、前記延在部(331)とは反対側に延在し、前記巻線を支持する非磁性の支持部(362)とを有するインシュレータ(36)を更に備える。
【発明の効果】
【００２２】
本発明にかかる回転電機の第１の態様によれば、本回転電機において、極数が４ｎ個でありスロット数（＝ティースの数）が３ｎ個である。このような回転電機においては鍔部において磁束密度が高まりやすい。なぜなら、極数がスロット数よりも多いので、永久磁石の端がティースの鍔部と対面しやすく、ひいては永久磁石の何れかの極からその隣の極に入る磁束がティース鍔部を流れやすいからである。
【００２３】
一方で、本回転電機によれば、鍔部の巻線側の表面と磁石格納孔との間の距離は、当該表面のうち延在部とは反対側の端部において最小値を採る。当該表面と当該磁石格納孔とで規定される磁路はｑ軸の磁束が流れる磁路となるところ、当該距離が当該端部において最小値を採ることで、この磁路の幅の確保に資することができる。ひいてはティースの鍔部における磁束飽和を抑制することできる。磁束飽和が生じるとｑ軸のインダクタンスが低下し、以てリラクタンストルクが低下するところ、本回転電機によれば、このようなリラクタンストルクの低下を抑制することができる。
【００２４】
本発明にかかる回転電機の第２の態様によれば、非磁性体があっても、ｑ軸の磁路の幅の確保に資することができる。
【００２５】
本発明にかかる回転電機の第３の態様によれば、製造が容易であり、しかも巻線側に突出しないので巻線が巻回される面積（スロット面積）の低減を抑制できる。
【００２６】
本発明にかかる回転電機の第４の態様によれば、ｑ軸磁路を確保しつつも、スロット面積を大きくできる。
【００２７】
本発明にかかる回転電機の第５の態様によれば、第１の態様にかかる回転電機の実現に資する。
【００２８】
本発明にかかる回転電機の第６の態様によれば、第５の態様にかかる回転電機の実現に資する。
【００２９】
本発明にかかる回転電機の第７の態様によれば、回転軸に沿って見て、巻線を巻回できる面積を増大できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】回転電機の概念的な構成の一例を示す図である。
【図２】界磁子の一部の概念的な構成の一例を示す図である。
【図３】界磁子の一部の概念的な構成の一例を示す図である。
【図４】界磁子の一部の概念的な構成の一例を示す図である。
【図５】回転電機の一部の概念的な構成の一例を示す図である。
【図６】回転電機の一部の概念的な構成の一例を示す図である。
【図７】回転電機の一部の概念的な構成の一例を示す図である。
【図８】回転電機の一部の概念的な構成の一例を示す図である。
【図９】回転電機の一部の概念的な構成の一例を示す図である。
【図１０】回転電機の一部の概念的な構成の一例を示す図である。
【図１１】ヒステリシス損の分布の一例を示す図である。
【図１２】ヒステリシス損の分布の一例を示す図である。
【図１３】図１１の電機子の一部を拡大した図である。
【図１４】図１２の電機子の一部を拡大した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１に例示するように、本回転電機は界磁子１と電機子３とを備える。なお図１では、回転軸Ｐに垂直な所定の断面における回転電機の概念的な構成の一例が示されている。以下で参照する他の図面でも当該断面における構成が示される。また以下では、回転軸Ｐを中心とした径方向を単に径方向と呼び、回転軸Ｐを中心とした周方向を単に周方向と呼び、回転軸Ｐに沿う方向を軸方向と呼ぶ。
【００３２】
界磁子１は回転軸Ｐを中心として回転するシャフト（不図示）に固定される。電機子３は界磁子１に対して回転軸Ｐとは反対側でエアギャップを介して界磁子１と対向する。
【００３３】
界磁子１は界磁子用コア１０と永久磁石１１とを備えている。界磁子用コア１０は軟磁性体（例えば鉄）で形成される。界磁子用コア１０は外周面１４を有しており、外周面１４は径方向においてエアギャップを介して電機子３と対向する。界磁子用コア１０は例えば回転軸Ｐを中心とした略円柱状の形状を有している。よって図１の例示では外周面１４は略円形状を有している。
【００３４】
界磁子用コア１０には複数の磁石格納孔１２が形成される。各磁石格納孔１２には永久磁石１１が格納される。複数の永久磁石１１は例えば希土類磁石（例えばネオジム、鉄およびホウ素を主成分とした希土類磁石）であって、回転軸Ｐの周りで環状に配置される。また図１の例示では、各永久磁石１１は直方体状の板状形状を有している。各永久磁石１１は、周方向における自身の中央において、その厚み方向が径方向に沿う姿勢で配置される。なお各永久磁石１１は必ずしも図１に示す形状を採用する必要はない。各永久磁石１１は、例えば軸方向に見て、回転軸Ｐとは反対側（以下、外周側とも呼ぶ）若しくは回転軸Ｐ側（以下、内周側とも呼ぶ）へと開口するＶ字形状、又は外周側若しくは内周側へと開口する円弧状の形状を有していてもよい。
【００３５】
複数の永久磁石１１は外周面１４に４ｎ（ｎは自然数）個の磁極面を形成する。４ｎ個の磁極面の極性は周方向において交互に異なる。図１の例示では、８個の永久磁石１１が設けられており、これら８個の永久磁石１１が外周面１４に８個の磁極面を形成する。これは、永久磁石１１の外周面１４側の表面（磁極面）の極性が周方向で交互に異なるように、永久磁石１１が配置されることで実現される。
【００３６】
また図１の例示では、８個の永久磁石１１の各々が外周面１４に一つの磁極面を形成しているが、例えば一つの磁極面が複数の永久磁石１１によって形成されていてもよい。言い換えれば、図１における永久磁石１１の各々が複数の永久磁石に分割されていてもよい。
【００３７】
図１の例示では、界磁子用コア１０は磁極面の各々を形成する永久磁石１１の周方向における両側において非磁性体１３を有している。非磁性体１３は永久磁石１１の両側から外周面１４に向って延在する。非磁性体１３は、永久磁石１１の外周側の表面と内周側の表面との間で磁束が短絡することを抑制する。非磁性体１３は例えば空隙によって形成される。非磁性体１３が空隙で形成される場合であれば、非磁性体１３として所定の非磁性材料を採用する場合に比べて製造コストを低減できる。
【００３８】
図２〜４はそれぞれ非磁性体１３の概念的な例を示している。図２〜４の例示では、界磁子１のうち一の磁極に相当する部分のみが示されている。図２の例示では、非磁性体１３は表面１３ａ〜１３ｄを有している。表面１３ｂは、磁石格納孔１２の内周側の表面１２ｂと連続しており、表面１２ｂと略平行に延在する。なお、表面１３ｂが表面１２ｂよりも外周側に位置するように表面１３ｂ，１２ｂの間に段差が形成されてもよい。これによって当該段差は永久磁石１１の周方向におけるストッパとして機能することができる。表面１３ｃは、表面１２ｂとは反対側における表面１３ｂの端から略径方向に延在する。表面１３ｄは表面１３ｃの外周側の端から略周方向に延在する。表面１３ａは永久磁石１１の周方向における中心（磁極中心）側における表面１３ｄの端から、磁石格納孔１２の外周側の表面１２ａへと延在し、表面１２ａに至る。なお表面１３ａは、非磁性体１３と隣り合う永久磁石１１側において、外周面１４に向って延在する、とも把握でき、表面１３ｄは表面１３ａと繋がって外周面１４側で周方向に沿って延在する、とも把握できる。また図２の例示では、表面１３ａ〜１３ｄは軸方向に沿って見て直線である。
【００３９】
なお図１，２の例示では、磁極面の境界（極間）側において隣り合う非磁性体１３同士の間（表面１３ｃ同士の間）には界磁子用コア１０の一部が介在している。このコア部にはいわゆるｑ軸の磁束の一部が通るのでｑ軸のインダクタンスを向上することができる。ひいてはリラクタンストルクを向上することができる。
【００４０】
また図１，２の例示では、界磁子用コア１０のうち永久磁石１１に対して外周側のコア部と、非磁性体１３同士の間のコア部とが外周側において互いに連結される。これにより、たとえ非磁性体１３が空隙で形成されたとしても界磁子用コア１０の強度を向上することができる。なお非磁性体１３と外周面１４との間のコア部の径方向における幅は、当該コア部が容易に磁束飽和する程度に狭いことが望ましい。当該コア部を経由して永久磁石１１の外周側の表面と内周側の表面との間で磁束が短絡することを抑制することができるからである。
【００４１】
図３の例示では、図２の界磁子１と比較して、非磁性体１３が磁石格納孔１２と周方向で離間している。言い換えれば、非磁性体１３と磁石格納孔１２との間に界磁子用コア１０の一部が介在している。これにより、たとえ非磁性体１３が空隙で形成されたとしても界磁子用コア１０の強度を向上することができる。
【００４２】
図４の例示では、図２の界磁子１と比較して、非磁性体１３が表面１３ｅを更に備えている。表面１３ｅは表面１２ａと表面１３ａとを繋ぐ表面である。表面１３ａは図２の表面１３ａと比べてより外周面１４に沿っている。言い換えれば、表面１３ａに沿う直線と外周面１４とがなす角度のうち小さいほうの角度は、図４の例示のほうが小さい。表面１３ｅは表面１３ａの磁極中心側の端から表面１２ａへと延在して、表面１２ａへと至る。表面１３ｅに沿う直線と外周面１４とがなす角度のうち小さいほうの角度は、表面１３ａのそれよりも大きい。
【００４３】
もちろん、非磁性体１３の形状は上述した例に限るものではなく、永久磁石１１の外周側の磁極面と内周側の磁極面との間で磁束が短絡することを抑制することが可能な任意の形状を有していればよい。
【００４４】
再び図１を参照して、電機子３はバックヨーク３１と３ｎ個のティース３３と電機子巻線３５とを備えている。バックヨーク３１は軟磁性体（例えば鉄）で形成され、例えば回転軸Ｐを中心とした環状の形状を有している。３ｎ個のティース３３は軟磁性体（例えば鉄）で形成され、回転軸Ｐを中心として放射状に配置されている。バックヨーク３１は界磁子１とは反対側で３ｎ個のティース３３の一端同士を磁気的に連結する。
【００４５】
電機子巻線３５は径方向を軸としてティース３３に例えば集中巻きで巻回される。なお本願では特に断らない限り、電機子巻線は、これを構成する導線の一本一本を指すのではなく、導線が一纏まりに巻回された態様を指す。これは図面においても同様である。また、巻き始め及び巻き終わりの引き出し線、及びそれらの結線も図面においては省略した。
【００４６】
かかる回転電機において、電機子巻線３５に適切に電流を流すことで、電機子３は界磁子１へと回転磁界を印加することができる。これにより例えば界磁子１は当該回転磁界に応じて回転する。換言すれば、界磁子１が回転子として機能し、電機子３は固定子として機能する。
【００４７】
次に、図５も参照して、ティース３３の形状について更に詳細に説明する。図５は、一つのティース３３とこれと対面する界磁子１の一部とを模式的に示している。
【００４８】
ティース３３は延在部３３１と鍔部３３２とを有している。延在部３３１はバックヨーク３１から回転軸Ｐへと径方向に沿って界磁子１側へと延在し、電機子巻線３５が巻回される。鍔部３３２はバックヨーク３１とは反対側で延在部３３１と連続している。鍔部３３２は延在部３３１から周方向の互いに反対側に延在する。鍔部３３２によって例えば電機子巻線３５の巻崩れを抑制できる。
【００４９】
ティース３３の界磁子１との対向面は、延在部３３１の界磁子１側の面と鍔部３３２の界磁子１側の面とによって形成され、図の例示では回転軸Ｐを中心とした円弧に沿う形状を有している。
【００５０】
さてティース３３の形状、より詳細には鍔部３３２の電機子巻線３５側の表面３３３の形状を特定するために、次の位置関係で界磁子１と電機子３とが対向する状態を考慮する。即ち図５に例示するように、ティース３３の一つの周方向における中心（以下、ティース中心と呼ぶ）と、周方向における磁極面の境界（以下、極間と呼ぶ）の一つとが、周方向において一致する状態を考慮する。この状態において鍔部３３２の電機子巻線３５側の表面３３３と、磁石格納孔１２との間の距離ｄｘは、表面３３３のうち延在部３３１とは反対側の端部３３４において最小値ｄ０を採る。
【００５１】
これにより、表面３３３と磁石格納孔１２との間の距離を最小値ｄ０以上に確保することができる。さて表面３３３と磁石格納孔１２との間の部分はｑ軸の磁束の一部が流れる磁路として機能する。図２の例示ではこのｑ軸の磁束の一部の一例が太線の矢印で示されている。表面３３３と磁石格納孔１２との間の磁路の幅を最小値ｄ０以上に確保することができるので、ティース３３の鍔部３３２における磁束飽和を抑制することができる。ひいてはｑ軸インダクタンスの低下を抑制してリラクタンストルクの低下を抑制することができる。
【００５２】
なお図５に例示するように非磁性体１３が設けられる場合には、鍔部３３２の表面３３３と、非磁性体１３及び磁石格納孔１２の一組との間の距離ｄｘが端部３３４側で最小値を採ることが望ましい。換言すれば、表面３３３と非磁性体１３との間の距離も最小値ｄ０以上であることが望ましい。非磁性体１３と表面３３３との間の部分もｑ軸の磁束が流れる磁路として機能するところ、この部分においてもｑ軸の磁束が流れる磁路の幅を確保することができるからである。
【００５３】
なお既に上述したようにスロット数が極数以上である回転電機においては、ティースの鍔部の磁束飽和を抑制しようとする必要性が非常に小さい。よって、従来ではティースの鍔部の磁束密度を抑制しようとする指向はなかった。一方、本実施の形態のように極数とスロット数との比が４対３である本回転電機において、上述の関係を満たすティースを採用することで、従来は着目されていないティースの鍔部の磁束密度を低減することができ、本回転電機において問題となるティースの鍔部における磁束飽和を抑制できるのである。
【００５４】
また図５の例示では、鍔部３３２の表面３３３は軸方向に沿って見て直線形状を有している。よって製造が容易であり、また電機子巻線３５側に突出しないので、軸方向に見て、電機子巻線３５が巻回される面積（以下、スロット面積と呼ぶ）を低減させにくい。したがって、例えば同じ巻数で巻線を巻回する場合に巻線としてより太い導線を採用することができる。よって銅損の発生を抑制できる。
【００５５】
また表面３３３と延在部３３１との交点３３５においても、表面３３３と、磁石格納孔１２および非磁性体１３の一組との間の距離ｄｘが最小値ｄ０を採ることが望ましい。これは次の理由による。即ち、例えば交点３３５がよりバックヨーク３１側に存在すれば、鍔部３３２が空間的に電機子巻線３５側に広がり、スロット面積を低減させる。よって、交点３３５においても距離ｄｘが最小値ｄ０を採ることで、ｄ軸の磁路の幅の確保に資すると共に、スロット面積の確保にも資することができる。したがって銅損を抑制することができる。
【００５６】
図６の例示では、ティース３３の延在部３３１の周方向における幅Ｗ１が距離Ｄ１よりも小さい。距離Ｄ１は、周方向で互いに隣り合う磁石格納孔１２に属する表面１２ａの周方向における端同士の極間側の間の距離である。この場合、表面３３３と非磁性体１３との距離を最小値ｄ０以上にするためには、交点３３５がよりバックヨーク３１側に位置するように表面３３３の傾斜を決定する必要がある。なぜなら、非磁性体１３と外周面１４との距離は、極間側に向うに従って小さくなるからである。図６の例示では、表面３３３と非磁性体１３の表面１３ａとが互いに平行である。これにより、設計に際して表面３３３を容易に決定することができる。
【００５７】
図７の例示では、幅Ｗ１が距離Ｄ１よりも大きい。この場合、交点３３５がバックヨーク３１から離れていても、距離ｄｘが端部３３４において最小値を採る表面３３３を採用することができる。これは、図６と比較して、交点３３５が周方向において非磁性体１３と離れるので、その分、交点３３５を界磁子１側に近づけても交点３３５と非磁性体１３との間の距離を最小値ｄ０以上に確保できるからである。
【００５８】
図７の例示では、表面３３３は磁石格納孔１２の表面１２ａと平行である。ただし、図７の例示においても交点３３５と非磁性体１３との間の距離は最小値ｄ０以上である。よってｑ軸の磁路の幅を確保することができる。しかも表面３３３と表面１２ａとが平行であればスロット面積が比較的広いので好適である。
【００５９】
図８の例示にかかる回転電機は、表面３３３の傾斜という点を除いて図７の回転電機と同一である。図８の例示では、表面３３３が表面１３ａと平行である。これによっても、表面３３３と非磁性体１３との距離及び表面３３３と磁石格納孔１２との距離は最小値ｄ０以上であるので、ｑ軸の磁路を確保できる。
【００６０】
なお端部３３４の位置を固定した表面３３３の傾斜は、図７の表面３３３と図８の表面３３３との間で設定されてもよい。これによって、スロット面積が図８のスロット面積よりも低減することを回避できる。
【００６１】
図９の例示では、軸方向に沿って見て、表面３３３は電機子巻線３５側に膨らむ曲線に沿う形状を有している。これによっても、表面３３３の端部３３４において距離ｄｘが最小値ｄ０を採ることで、ｑ軸の磁束が流れる磁路の幅を確保することができる。また表面３３３が直線形状を有する場合に比して、当該磁路の幅をより広く確保することができる。
【００６２】
また図９の例示では、表面３３３は軸方向に沿って見て円弧に沿う形状を有しており、当該円弧の中心は表面１３ａと表面１３ｄとの交点１３ｆに位置している。これによれば、設計の際に円弧を決定しやすい。
【００６３】
図１０に例示するように、電機子３は、インシュレータ３６を更に備えていても良い。インシュレータ３６は絶縁性を有し、介在部３６１と支持部３６２とを有している。介在部３６１は軸方向から見た電機子巻線３５とティース３３との間及び電機子巻線３５とバックヨーク３１との間に介在する。これにより、電機子巻線３５からティース３３又はバックヨーク３１へと電流が漏れることを抑制できる。また支持部３６２は介在部３６１のうち電機子巻線３５と鍔部３３２との間の部分から延在部３３１とは反対側に延在する。これによって、電機子巻線３５が鍔部３３２の端部３３４よりも周方向外側まで巻回されたとしても、支持部３６２が径方向で電機子巻線３５を支持することができる。したがって、軸方向に沿って見て電機子巻線３５が占める面積を増大することができ、ひいては銅損を低減することができる。
【００６４】
なお支持部３６２は非磁性であり、軟磁性体であるティースと区別される。したがって例えば支持部３６２と磁石格納孔１２との間の距離は最小値ｄ０よりも小さくても構わない。
【００６５】
またインシュレータ３６は図１０の電機子３に限らず、図２の電機子３が有していても良い。ただし、図１０に例示するように、表面３３３が表面１３ａ，１３ｄの交点を中心とした円弧形状を有していれば、スロット面積が比較的小さい。よって、インシュレータ３６を設けることによるスロット面積の拡大量は大きい。
【符号の説明】
【００６６】
１  界磁子
３  電機子
１０  界磁子用コア
１１  永久磁石
１２  磁石格納孔
１３  非磁性体
１３ａ，３３３  表面
３１  バックヨーク
３３  ティース
３５  電機子巻線
３３１  延在部
３３２  鍔部
３６  インシュレータ
３６１  介在部
３６２  支持部
【図１】
0005884463.tif 000002
【図２】
0005884463.tif 000003
【図３】
0005884463.tif 000004
【図４】
0005884463.tif 000005
【図５】
0005884463.tif 000006
【図６】
0005884463.tif 000007
【図７】
0005884463.tif 000008
【図８】
0005884463.tif 000009
【図９】
0005884463.tif 000010
【図１０】
0005884463.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0005884463.tif 000013
【図１３】
0005884463.tif 000014
【図１４】
0005884463.tif 000015