(57)【要約】【課題】コイルエンドレス型で、且つクローポール型の固定子を搭載する回転機を動作可能にする。【解決手段】ステータコイルは、Ｕ相コイル７とＷ相コイル８の「２線式」である。Ｕ相コイル７は、リング状に設けられてＵ相バックヨーク３ａとＶ相バックヨーク４ａの間に挟まれる。また、Ｗ相コイル８もリング状に設けられて、Ｕ相バックヨーク３ａとＶ相バックヨーク４ａの間に挟まれる。一方、Ｕ、Ｖ、Ｗ相ティース３ｂ、４ｂ、５ｂは、クロー形状（鍵爪形状）に設けられる。そして、各Ｕ、Ｖ、Ｗ相ティース３ｂ、４ｂ、５ｂと、周方向の隣接ティースとの間には、磁気遮断用の隙間αが設けられる。これにより、各Ｕ、Ｖ、Ｗ相ティース３ｂ、４ｂ、５ｂと回転子２との間で磁束を受け渡すことができ、コイルエンドレス型でクローポール型のＩＰＭモータを作動可能にできる。【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複数のティース（３ｂ、４ｂ、５ｂ）が環状に配置さ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、
前記固定子（１）は、複数のコア（３、４、５）を軸方向に組み合わせて結合したステータコアと、前記複数のコア（３、４、５）によって軸方向に挟まれるステータコイル（７、８）とを備え、
前記複数のティース（３ｂ、４ｂ、５ｂ）と、周方向で隣接するティース（３ｂ、４ｂ、５ｂ）との間に、隣接するティース間で磁束が直接流れるのを防ぐ磁気遮断用の隙間（α）を設けた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、
前記ステータコアは、Ｕ相ティース（３ｂ）を有するＵ相コア（３）と、Ｖ相ティース（４ｂ）を有するＶ相コア（４）と、Ｗ相ティース（５ｂ）を有するＷ相コア（５）とを軸方向で組み合わせて結合したものであり、
前記ステータコイルは、前記Ｕ相コア（３）と前記Ｖ相コア（４）の間に挟まれるＵ相コイル（７）と、前記Ｖ相コア（４）と前記Ｗ相コア（５）の間に挟まれるＷ相コイル（８）とからなる２線式であることを特徴とする回転機。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の回転機において、
前記複数のコア（３、４、５）は、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圧粉コアによって設けられることを特徴とする回転機。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の回転機において、
前記ステータコイル（７、８）は、表面に絶縁被覆が施されたアルミ線を環状に巻回して設けられ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】
クローポール型の回転機として、特許文献１に開示される技術が知られている。
特許文献１に開示される回転機は、コイルエンドレス型（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タイプ）の電動モータであり、複数のコアを軸方向に組み合わせたステータコアと、複数のコアによって軸方向へ挟まれるステータコイル（界磁巻線）とを備えている。
【０００３】
複数のコアのそれぞれには、クロー形状を呈するティースが複数設けられており、引用文献１の各ティースは周方向（回転方向）に接触配置されている。
このため、ステータコイルに巻線電流を付与すると、磁束がティースから隣接するティースに流れて、ステータコアの内部だけで磁束がループすることになり、磁束が回転子に作用しない。このため、引用文献１の電動モータは、作動しないものであった。
【０００４】
なお、上記では電動モータを例に説明したが、引用文献１の技術をジェネレータ（発電機）に適用すると、同様の不具合が発生する。
即ち、引用文献１の技術は、電動モータに適用しても、ジェネレータに適用しても、作動しないものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、コイルエンドレス型でクローポール型の回転機を動作可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の回転機は、コイルエンドレス型でクローポール型の固定子を搭載するものであり、クロー形状を呈する複数のティースと、周方向で隣接するティースとの間に、磁気遮断用の隙間を設けたものである。
このように、ティースと隣接するティースとの間に、磁気遮断用の隙間を設けることにより、ティースから隣接するティースへ直接磁束が流れる不具合を防ぐことができ、磁束をステータコアと回転子で受け渡すことができる。これにより、固定子と回転子との間で吸引力や反発力が作用するため、コイルエンドレス型でクローポール型の回転機（電動モータまたはジェネレータ）であっても、動作が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】コイルエンドレス型のＩＰＭモータの断面図である（実施例１）。
【図２】コイルエンドレス型の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】（ａ）回転数とトルクの関係を示すグラフ、（ｂ）回転数の鉄損との関係を示すグラフ、（ｃ）回転数と銅損との関係を示すグラフである（実施例１）。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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】
【００１０】
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。
【００１１】
［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。
【００１２】
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、ステータコアは、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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
なお、Ｕ相コア３、Ｖ相コア４、Ｗ相コア５は、電磁鋼板の積層体ではなく、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。
【００１６】
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る。
【００１７】
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。
【００１８】
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（磁気ギャップ）が形成される。
【００１９】
エアギャップ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では磁束が流れ難くなる。
そこで、この実施例では、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、図３〜図５に示すように、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。
即ち、Ｕ、Ｖ、Ｗ相ティース３ｂ、４ｂ、５ｂにおいて回転子２と対向する面を軸方向に対して傾斜して設けることで、（ｉ）付根部に近い側のエアギャップを大きくし、（ｉｉ）逆に、付根部から離れた側ではエアギャップが小さくなるように設けている。
【００２０】
回転子２を駆動するための磁力を発生するステータコイルは、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。
【００２１】
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、表面に絶縁被覆が施された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、表面に絶縁被覆が施された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極の磁界を形成させるものである。なお、永久磁石９４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】
Ｕ相ティース３ｂ、Ｖ相ティース４ｂ、Ｗ相ティース５ｂは、周方向に等間隔で並んで配置される。ここで、従来技術と同様に、Ｕ相ティース３ｂ、Ｖ相ティース４ｂ、Ｗ相ティース５ｂを、隣接ティースに「接触配置」または「極めて近くに接近配置」すると、ステータコアの内部だけで磁束がループしてしまい、磁束が回転子２に作用しない。
そこで、この実施例では、Ｕ相ティース３ｂ、Ｖ相ティース４ｂ、Ｗ相ティース５ｂと隣接ティースとの間に、磁束が直接流れるのを防ぐ磁気遮断用の隙間α（図１において破線ハッチングで示す空間）を設けている。この隙間αは、隣接ティース間で直接磁束が流れるのを阻止するのに十分な周方向の空隙である。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
（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クローポール型の固定子１を搭載するものであり、クロー形状を呈する各Ｕ、Ｖ、Ｗ相ティース３ｂ、４ｂ、５ｂと、周方向の隣接ティースとの間に磁気遮断用の隙間αを設けている。
このため、各Ｕ、Ｖ、Ｗ相ティース３ｂ、４ｂ、５ｂと隣接ティースとの間で直接磁束が流れる不具合を防ぐことができ、各Ｕ、Ｖ、Ｗ相ティース３ｂ、４ｂ、５ｂと回転子２との間で磁束を受け渡すことができる。これにより、固定子１と回転子２との間で吸引力や反発力が作用する。その結果、コイルエンドレス型でクローポール型のＩＰＭモータ（回転機の一例）であっても、動作（回転トルクの発生）が可能になる。
【００２９】
（実施例１の効果２）
この実施例のＩＰＭモータは、上述したように、各Ｕ、Ｖ、Ｗ相ティース３ｂ、４ｂ、５ｂにおいて回転子２と対向する面を軸方向に対して傾斜して設け、（ｉ）付根部に近い側のエアギャップを大きくし、（ｉｉ）逆に、付根部から離れた側のエアギャップを小さくしている。
これにより、回転子２と各Ｕ、Ｖ、Ｗ相ティース３ｂ、４ｂ、５ｂとの間における軸方向の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。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。
【００３０】
（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を採用するため、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。即ち、ＩＰＭモータを偏平化して小型、軽量化できる。
【００３１】
ここで、小型モータは、大型モータに比較してモータ出力が小さくなる。モータ出力は「回転数×トルク」である。このため、図７（ａ）に示すように、小型モータでモータ出力が大型モータの１／３であっても、小型モータの回転数を３倍にすれば、小型モータのモータ出力を大型モータと同等にすることができる。
【００３２】
そこで、この実施例のＩＰＭモータは、回転数の高回転化に対応するように、以下の２つの高速化対応技術を採用する。
第１の高速化対応技術は、ステータコアを成すＵ、Ｖ、Ｗ相コア３、４、５を圧粉コアによって設けたものである。ステータコアを圧粉コアで設けることで、図７（ｂ）に示すように、電磁鋼板を積層したステータコアに比較して、高周回転時の浮遊鉄損を低減することができる。
【００３３】
第２の高速化対応技術は、ステータコイルを成すＵ、Ｗ相コイル７、８をアルミ線で設けたものである。ステータコイルをアルミ線で設けることで、図７（ｃ）に示すように、銅線で設けたステータコイルに比較して、高周回転時の浮遊銅損を低減することができる。
【００３４】
このように、この実施例のＩＰＭモータは、上記第１、第２高速化対応技術を採用して高回転化が図られているため、偏平化に伴う小型、軽量化が成されても、高いモータ出力を発生させることができる。
【００３５】
（実施例１の効果４）
この実施例においてステータコアを成すＵ、Ｖ、Ｗ相コア３、４、５は、上述したように圧粉コアによって設けられる。このため、電磁鋼板を積層するステータコアに比較して、形状の自由度合を高めることができる。即ち、ステータコアの形状を比較的自由に設けることができる。これにより、振動や騒音の低減を図るべく、ステータコアの形状をスキューさせることが可能になり、低振動、低騒音のＩＰＭモータが提供可能になる。
【００３６】
（実施例１の効果５）
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】
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
上記の実施例では、ステータコイルにアルミ線を用いる例を示したが、銅線を用いるものであっても良い。
【００４１】
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。
【００４２】
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】
【００４３】
１    固定子
３    Ｕ相コア
３ｂ  Ｕ相ティース
４    Ｖ相コア
４ｂ  Ｖ相ティース
５    Ｗ相コア
５ｂ  Ｗ相ティース
α    磁気遮断用の隙間
【図１】
2015046979.tif 000003
【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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