(57)【要約】【課題】クローポール型の回転機において、エアギャップにおける磁束の受渡量の不均一を防いで、効率の低下を防ぐ。【解決手段】固定子１のステーコアは、クロー（鍵爪）形状を呈するＵ、Ｖ、Ｗ相ティース３ｂ、４ｂ、５ｂを備え、磁束を径方向と軸方向に流す３次元磁束タイプである。ステータコイルは２線式のＵ、Ｗ相コイル７、８で構成され、環状に設けられてＵ、Ｖ、Ｗ相コア３、４、５によって軸方向に挟まれる。Ｕ、Ｖ、Ｗ相ティース３ｂ、４ｂ、５ｂにおける回転子２の面は、付根部に近い側のエアギャップαが大きく、付根部から離れた側のエアギャップαが小さく設けられる。これにより、クローポール型であっても、エアギャップαにおける磁束の受渡量を軸方向において均一化することができ、モータ効率を向上できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロー形状を呈するティース（３ｂ、４ｂ、５ｂ）が複数設けられるクローポール型の固定子（１）を搭載する回転機において、
前記ティース（３ｂ、４ｂ、５ｂ）においてバックヨーク（３ａ、４ａ、５ａ）と接続する箇所を付根部、前記ティース（３ｂ、４ｂ、５ｂ）と回転子（２）との間の隙間をエアギャップ（α）とした場合、
前記ティース（３ｂ、４ｂ、５ｂ）において前記回転子（２）と対向する面は、
（ａ）前記付根部に近い側のエアギャップ（α）が大きく、
（ｂ）前記付根部から離れた側のエアギャップ（α）が小さくなるように、
軸方向に対して傾斜して設けられることを特徴とする回転機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転機において、
前記固定子（１）のステータコアは、複数のコア（３、４、５）を軸方向に組み合わせて設けられることを特徴とする回転機。
【請求項３】
請求項２に記載の回転機において、
前記固定子（１）のステータコイル（７、８）は、前記複数のコア（３、４、５）によって軸方向に挟まれる環状コイルであり、
前記固定子は、前記ステータコイル（７、８）の一部が前記ステータコアの軸方向の端から軸方向に突出しないコイルエンドレス型であることを特徴とする回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クロー形状（鍵爪形状）を呈する複数のティース（ポール）が設けられるクローポール型の固定子を搭載する回転機（電動モータまたはジェネレータ）に関する。
なお、以下では、「回転子の回転軸」の軸芯方向を「軸方向」と称して説明する。
【背景技術】
【０００２】
クローポール型とは異なる従来技術の回転機を、図８を参照して説明する。
図８（ａ）、（ｂ）に示す回転機は、ステータコイル１０１が各ティース１０２の周囲に巻回されるタイプ（ステータコイル１０１の一部がステータコア１０３の端から軸方向に突出するコイルエンド型）のＩＰＭモータ（埋込磁石内蔵型の電動モータ）であり、ステータコア１０３は磁束を径方向（軸方向に対して垂直方向）へ流す２次元磁束タイプである。
【０００３】
２次元磁束タイプのＩＰＭモータに用いられる「ステータコア１０３」と「ロータコア１０４」は、共に表面が絶縁された電磁鋼板を多数積層して形成したものであり、「ステータコア１０３における各ティース１０２」と「ロータコア１０４」の対向面（即ち、固定子と回転子の対向面）は軸方向に沿って平行に設けられる。即ち、従来技術において、各ティース１０２とロータコア１０４との間のエアギャップαは、軸方向で一定に設けられている。
【０００４】
一方、上記とは異なり、図７（ａ）に示すように、クロー形状を呈するティースが複数設けられるクローポール型の固定子を用いる場合であっても、ティースにおいて回転子と対向する面が軸方向に沿って平行に設けられる（例えば、特許文献１参照）。
即ち、クローポール型の固定子を用いる場合であっても、ティースと回転子との間のエアギャップが軸方向で一定に設けられる。
【０００５】
クローポール型の固定子は、磁束が径方向に流れるだけでなく、磁束が軸方向にも流れる３次元磁束タイプである。
ステータコイルに巻線電流を付与してクロー形状を呈するティースに磁束を流すと、ティースと回転子の磁束の受渡量（磁束が流れる量）が、軸方向において不均一になる。具体的には、図７（ａ’）に示すように、ティースにおいて「付根部に近い側」は磁束が流れ易くて多くの磁束が流れ、逆に「付根部から軸方向に離れた側」は磁束が流れ難くて少ない磁束が流れる。
【０００６】
このように、軸方向において磁束の受渡量が不均一になると、回転子と固定子との間のトルクを有効利用できない。
即ち、クローポール型の固定子を搭載する回転機（電動モータまたはジェネレータ）では、効率が低下したり、出力トルクが低下する不具合が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３９４４１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、固定子と回転子との間における磁束の受渡の不均一を防いで、効率の低下を防ぐことができる「クローポール型の固定子を搭載する回転機」の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の回転機は、クローポール型の固定子を搭載する回転機であり、
ティースにおいて回転子と対向する面を、
（ａ）付根部に近い側のエアギャップが大きく、
（ｂ）付根部から離れた側のエアギャップが小さくなるように、
軸方向に対して傾斜して設けている。
【００１０】
これにより、ティースがクロー形状を呈するものであっても、軸方向における磁束の流れ易さを均一化できる。その結果、固定子と回転子の磁束の受渡量を、軸方向において均一化できる。
このように、クローポール型の固定子を搭載する回転機（電動モータまたはジェネレータ）であっても、軸方向において磁束の受渡量を均一化することができるため、固定子と回転子との間のトルクを有効利用することができ、効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】３次元磁束タイプのＩＰＭモータの断面図である（実施例１）。
【図２】３次元磁束タイプのＩＰＭモータの分解斜視図である（実施例１）。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である（実施例１）。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である（実施例１）。
【図５】図１のＶ−Ｖ線に沿う断面図である（実施例１）。
【図６】（ａ）ステータコアに付与する巻線電流の説明図、（ｂ）各ティースの磁極変化の説明図である（実施例１）。
【図７】ティースの軸方向の各部における磁束の受渡量を示す説明図である（参考例と実施例１）。
【図８】（ａ）２次元磁束タイプのＩＰＭモータの断面図、（ｂ）２次元磁束タイプのＩＰＭモータの要部断面図である（従来例）。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下において、図面を参照して［発明を実施するための形態］を説明する。
【実施例】
【００１３】
本発明の具体的な一例（実施例）を、図面を参照して説明する。なお、以下の実施例は一例であって、本発明が実施例に限定されないことはいうまでもない。
【００１４】
［実施例１］
図１〜図７を参照して実施例１を説明する。なお、以下では、図３の上側を「上」、図３の下側を「下」と称して説明するが、この上下方向は実施例を説明するための方向であり、限定されるものではない。
【００１５】
この実施例は、車両に搭載されるＩＰＭモータ（埋込磁石内蔵型の電動モータ）に本発明を適用したものである。
この実施例のＩＰＭモータは、３相９スロットの固定子１と、６極の回転子２とを用いて構成される。
この実施例のＩＰＭモータは、回転子２が固定子１の内側に配置されるインナーロータタイプである。
この実施例のＩＰＭモータは、ステータコイルの一部がステータコアの端から軸方向に突出しないコイルエンドレス型である。
この実施例のＩＰＭモータは、クローポール型のステータコアを採用するものであり、磁束が径方向（軸方向に対して垂直方向）に流れるだけでなく、磁束が軸方向にも流れる３次元磁束タイプである。
【００１６】
固定子１は、車両に対して直接または間接的に固定支持されるステータコアと、通電により磁力を発生してステータコアに磁束を生じさせるステータコイル（界磁巻線）とを備えて構成される。
ステータコアは、それぞれが磁性体材料よりなるＵ相コア３、Ｖ相コア４、Ｗ相コア５を軸方向に結合して設けられる。
【００１７】
Ｕ相コア３は、ステータコアの上部を構成するものであり、環状を呈するＵ相バックヨーク３ａと、１２０°間隔に設けられる３つのＵ相ティース３ｂとを備える。
Ｖ相コア４は、ステータコアの中間部を構成するものであり、環状を呈するＶ相バックヨーク４ａと、１２０°間隔に設けられる３つのＶ相ティース４ｂとを備える。
Ｗ相コア５は、ステータコアの下部を構成するものであり、環状を呈するＷ相バックヨーク５ａと、１２０°間隔に設けられる３つのＷ相ティース５ｂとを備える。
【００１８】
そして、Ｕ相コア３、Ｖ相コア４、Ｗ相コア５は、Ｕ相ティース３ｂ、Ｖ相ティース４ｂ、Ｗ相ティース５ｂが４０°づつずれた角度で組み合わされるものであり、Ｕ相ティース３ｂ、Ｖ相ティース４ｂ、Ｗ相ティース５ｂが直接接触しないように周方向（回転方向）に隙間（磁気遮断用の隙間）を隔てて配置される。
なお、Ｕ相コア３、Ｖ相コア４、Ｗ相コア５は、圧粉コア（表面が絶縁された磁性粉末を所定形状に成形した後に焼結したコア）によって設けられる。
【００１９】
ここで、Ｕ相ティース３ｂ、Ｖ相ティース４ｂ、Ｗ相ティース５ｂのそれぞれは、クロー形状（鍵爪形状）を呈するものであり、それぞれの軸方向の長さは、回転子２におけるロータコア６の軸方向の長さと略同じに設けられている。
【００２０】
具体的に、Ｕ相ティース３ｂは、図３に示すように、Ｕ相バックヨーク３ａの内側において内径方向へ伸びた後、下方向へ延長した略Ｌ字形状を呈する。
Ｖ相ティース４ｂは、図４に示すように、Ｖ相バックヨーク４ａの内側において内径方向へ伸びた後、上下方向へ延長した略Ｔ字形状を呈する。
Ｗ相ティース５ｂは、図５に示すように、Ｗ相バックヨーク５ａの内側において内径方向へ伸びた後、上方向へ延長した略Ｌ字形状を呈する。
【００２１】
ステータコイルは、ステータコアを構成するＵ、Ｖ、Ｗ相コア３、４、５の各間に挟まれる環状コイルであり、Ｕ相コイル７とＷ相コイル８によって構成される。
具体的に、Ｕ相コイル７は、Ｕ相バックヨーク３ａとＶ相バックヨーク４ａの間に挟まれ、Ｕ相バックヨーク３ａとＶ相バックヨーク４ａの間の環状溝に収容される環状コイルであり、絶縁被覆が施された銅線またはアルミ線を環状に巻回し、表面（ステータコアとの接触面）を樹脂でコーティングした樹脂モールド品である。
同様に、Ｗ相コイル８は、Ｖ相バックヨーク４ａとＷ相バックヨーク５ａの間に挟まれ、Ｖ相バックヨーク４ａとＷ相バックヨーク５ａの間の環状溝に収容される環状コイルであり、絶縁被覆が施された銅線またはアルミ線を環状に巻回し、表面を樹脂でコーティングした樹脂モールド品である。
【００２２】
回転子２は、固定子１の中心において回転自在に支持される回転軸に結合されるロータコア６と、このロータコア６に等間隔で埋設した６個の永久磁石９とを備えて構成される。
ロータコア６は、表面に絶縁膜が形成されたリング状の電磁鋼板（軟鉄板、 珪素鋼板、アモルファス金属板等）を多数積層して設けられる。
【００２３】
永久磁石９は、ステータコアに６０度間隔で設けられた６つのスリット内に、磁極を交互に反転するように挿入固定したものであり、回転子２に６極の磁界を形成するものである。なお、永久磁石９の種類（フェライト、アルニコ、希土類等）は限定されるものではなく、コスト、昇温状況、駆動対象物等に応じて適宜選択されるものである。
【００２４】
上述したＵ相コイル７とＷ相コイル８は、通電装置によって巻線電流（ステータコイルの通電量）が制御される。
この実施例のＩＰＭモータは、上述したように、Ｕ相コイル７とＷ相コイル８の「２線式」であり、通電装置は、図６（ａ）に示す位相間隔でＵ相コイル７とＷ相コイル８にサインカーブを描く巻線電流Ａ、Ｂを付与する。
【００２５】
具体的に通電装置は、電流位相０度の時にＵ相コイル７に最大の巻線電流Ａを与え、電流位相２４０度の時にＷ相コイル８に最大の巻線電流Ｂを与える。これにより、Ｕ相ティース３ｂにはＵ相コイル７による磁界が発生し、Ｗ相ティース５ｂにはＷ相コイル８による磁界が発生する。
一方、Ｖ相ティース４ｂには、Ｕ相コイル７とＷ相コイル８による磁界の和が逆向きに発生する。
【００２６】
これにより、Ｕ相ティース３ｂ、Ｖ相ティース４ｂ、Ｗ相ティース５ｂには、図６（ｂ）に示すように、磁界Ｕ、Ｖ、Ｗが等間隔で連続的に変化する。即ち、この実施例のＩＭＰモータは「２線式」であるが、Ｕ相ティース３ｂ、Ｖ相ティース４ｂ、Ｗ相ティース５ｂのそれぞれに「３線式」と同様の回転磁界Ｕ、Ｖ、Ｗを生じさせることができ、「３線式」と同様に、ＩＭＰモータを回転駆動できる。
【００２７】
固定子１と回転子２の軸芯は、同軸（同芯）に配置され、ロータコア６とＵ、Ｖ、Ｗ相ティース３ｂ、４ｂ、５ｂは非接触に設けられる。そして、ロータコア６とティース３ｂ、４ｂ、５ｂの間には、磁束の受渡しを行うエアギャップα（磁気ギャップ）が形成される。
【００２８】
エアギャップαで受け渡される磁束は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相ティース３ｂ、４ｂ、５ｂの付根部を流れる。このため、エアギャップαを軸方向で一定に設けた場合、付根部に近い側のエアギャップαでは磁束が流れ易くなり、逆に付根部から離れた側のエアギャップαでは磁束が流れ難くなる。
【００２９】
具体的に、エアギャップαを軸方向で一定に設けた場合、鍵爪部が下方へ延びる略Ｌ字形のＵ相ティース３ｂでは、付根部が存在する上側では磁束が流れ易く、付根部から離れた下側ほど磁束が流れ難くなる。
また、エアギャップαを軸方向で一定に設けた場合、鍵爪部が上下方向へ延びる略Ｔ字形のＶティースでは、付根部が存在する上下方向の中間では磁束が流れ易く、付根部から離れた上側と下側では磁束が流れ難くなる。
同様に、エアギャップαを軸方向で一定に設けた場合、鍵爪部が上方へ延びる略Ｌ字形のＷティースでは、付根部が存在する下側では磁束が流れ易く、付根部から離れた上側ほど磁束が流れ難くなる。
【００３０】
このように、エアギャップαを軸方向で一定に設けた場合、エアギャップαの軸方向において磁束が流れ易い部位と流れ難い部位とが存在するため、軸方向において磁束の受渡量が不均一になる。
その具体例を、図７を参照して説明する。なお、図７は、Ｕ相ティース３ｂに流れる磁束を磁界解析したものである。図７（ａ）に示すように、エアギャップαを軸方向で一定に設けてＵ相ティース３ｂに流れる磁束を、軸方向の５箇所で磁界解析する。すると、図７（ｂ）に示すように、付根部が存在する上側では磁束が多く流れ、付根部から離れた下側では磁束の流れが少ない。
【００３１】
この不具合を解決するために、この実施例では、
Ｕ、Ｖ、Ｗ相ティース３ｂ、４ｂ、５ｂにおいて回転子２と対向する面を、
（ａ）付根部に近い側のエアギャップαが大きく、
（ｂ）付根部から離れた側のエアギャップαが小さくなるように、
軸方向に対して傾斜して設けている。
即ち、Ｕ、Ｖ、Ｗ相ティース３ｂ、４ｂ、５ｂの内面（回転子２の対向面）形状を、付根部から離れるに従って小径化するようにテーパ形状に設けている。
【００３２】
具体的に、鍵爪部が下方へ延びる略Ｌ字形のＵ相ティース３ｂでは、図３に示すように、付根部が存在する上側ではエアギャップαが大きく、付根部から下方に向かうほどエアギャップαが小さくなるように、Ｕ相ティース３ｂにおけるロータコア６と対向する面を傾斜して設けている。
【００３３】
また、鍵爪部が中間部から上下方向へ延びる略Ｔ字形のＶ相ティース４ｂでは、図４に示すように、付根部が存在する上下方向の中間ではエアギャップαが大きく、付根部から上方に向かうほどエアギャップαが小さくなり、付根部から下方に向かうほどエアギャップαが小さくなるように、Ｖ相ティース４ｂにおけるロータコア６と対向する面を傾斜して設けている。
【００３４】
さらに、鍵爪部が上方へ延びる略Ｌ字形のＷ相ティース５ｂでは、図５に示すように、付根部が存在する下側ではエアギャップαが大きく、付根部から上方に向かうほどエアギャップαが小さくなるように、Ｗ相ティース５ｂにおけるロータコア６と対向する面を傾斜して設けている。
【００３５】
このように設けることで、Ｕ、Ｖ、Ｗ相ティース３ｂ、４ｂ、５ｂがクロー形状を呈するＩＰＭモータであっても、軸方向における磁束の流れ易さを均一化することができ、固定子１と回転子２の磁束の受渡量を、軸方向において均一化できる。
【００３６】
その具体例を、図７を参照して説明する。この実施例では、上述したように、Ｕ相ティース３ｂにおけるロータコア６と対向する面を傾斜して設けている。このため、Ｕ相ティース３ｂに流れる磁束を、図７（ｂ）に示すように、軸方向の５箇所で磁界解析すると、図７（ｂ’）に示すように、「付根部が存在する上側」から「付根部から離れた下側」までの広い範囲で磁束の流れを均一にできる。
もちろん、Ｖ相ティース４ｂとＷ相ティース５ｂでも同様の効果が得られる。
【００３７】
（実施例１の効果１）
この実施例のＩＰＭモータは、上述したように、コイルエンドレス型で、且つＵ、Ｖ、Ｗ相ティース３ｂ、４ｂ、５ｂがクロー形状を呈する３次元磁束タイプであるが、本発明を採用することにより、軸方向における磁束の流れ易さを均一化でき、固定子１と回転子２の磁束の受渡量を、軸方向において均一化できる。
このため、コイルエンドレス型でクローポール型の固定子１を搭載するＩＰＭモータであっても、固定子１と回転子２との間で発生するトルクを有効利用することができ、モータ効率を向上できる。
【００３８】
（実施例１の効果２）
この実施例の固定子１は、上述したように、コイルエンドレス型であるため、軸方向寸法を従来の２次元磁束タイプ（コイルエンド型）に比較し短縮することができる。その結果、ＩＰＭモータを偏平化でき、小型、軽量化を達成できる。
【００３９】
（実施例１の効果３）
この実施例の固定子１は、上述したように、コイルエンドレス型であり、ステータコイル（Ｕ、Ｗ相コイル７、８）を予め環状に設けておき、Ｕ、Ｖ、Ｗ相コア３、４、５で挟み込む構成を採用する。これにより、固定子１の組付を容易化できる。このため、ティース周囲にステータコイルを巻く「巻線工程」を廃止することができ、製造コストを低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
上記の実施例では、ＩＰＭモータに本発明を適用する例を示したが、限定するものではない。具体的には、ＳＰＭ（表面磁石配置型）モータ、永久磁石９を用いないＳＲ（スイッチドリラクタンス）モータ、誘導モータなどに広く適用可能なものである。
【００４１】
上記実施例において開示した具体的な数値（３相９スロット、６極ロータ等）は、実施例説明のための具体的な一例であって、適宜変更可能なものである。
【００４２】
上記の実施例では、インナーロータタイプを示したが、アウターロータタイプであっても良い。
【００４３】
上記の実施例では、出力トルクを発生する電動モータ（電動機）に本発明を適用する例を示したが、回転子２の回転によって発電を行うジェネレータ（発電機）に本発明を適用しても良い。もちろん、電動モータとジェネレータの両方の機能を果たす回転機に本発明を適用しても良いことは言うまでもない。
【００４４】
上記の実施例では、車両搭載用に本発明を適用する例を示したが、車両以外の産業用機器、家庭用機器などに広く適用可能なものである。
【符号の説明】
【００４５】
１  固定子
２  回転子
３ａ  Ｕ相バックヨーク
３ｂ  Ｕ相ティース
４ａ  Ｖ相バックヨーク
４ｂ  Ｖ相ティース
５ａ  Ｗ相バックヨーク
５ｂ  Ｗ相ティース
α  エアギャップ
【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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