(57)【要約】  簡単な構造で、誘起電圧波形を正弦波状に近づける。  回転電機は、ティースとスロットとが円周方向に交互に複数配置されてなるステータと、回転軸に固着され、ステータと空隙を介して配置されたロータと、ステータおよびロータを収容するハウジングとを備え、ティースには、制御装置から電力が供給される第１ステータコイルと、始端と終端が短絡された第２ステータコイルとが装着されている。
2015199105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ティースとスロットとが円周方向に交互に複数配置されてなるステータと、
回転軸に固着され、前記ステータと空隙を介して配置されたロータと、
前記ステータおよび前記ロータを収容するハウジングとを備え、
前記ティースには、制御装置から電力が供給される第１ステータコイルと、始端と終端が短絡された第２ステータコイルとが装着されている回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
前記第２ステータコイルには、位相を補償する位相補償部が設けられている回転電機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回転電機において、
前記ステータおよび前記ロータは、前記回転軸の軸方向に沿って並べて配置され、
前記ステータと前記ロータ間には、前記空隙としてのアキシャルギャップが形成されている回転電機。
【請求項４】
請求項１または２に記載の回転電機において、
前記ロータは、前記ステータの径方向内側、または径方向外側に配置され、
前記ステータと前記ロータ間には、前記空隙としてのラジアルギャップが形成されている回転電機。
【請求項５】
請求項１または２に記載の回転電機において、
前記回転電機と、前記回転電機を駆動する電力変換装置とが、前記ハウジングにより一体的に保持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、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
集中巻ステータの誘起電圧波形は矩形波状であり、高調波成分が重畳されていることが知られている。特に、ステータティースの数が少ないほど、多くの高調波が重畳される。高調波成分は、振動や騒音、モータ効率の低下の原因となる。【０００３】
従来、誘起電圧波形を正弦波状に近づけるため、磁石の配置をスキューする方法や着磁パターンをスキューさせる方法など、種々の提案がなされている。しかしながら、スキュー構造を採用する場合、小型化や製造コストの低減が難しいという問題がある。【０００４】
スキュー構造を採用しないで誘起電圧波形を変化させる技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１では、回転電機の位置センサレス制御へ適用することを目的として、少なくとも一相の電機子巻線に発生する誘起電圧の振幅を他相の電機子巻線に発生する誘起電圧の振幅と異なるように構成されたモータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２２８７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術では、誘起電圧の振幅を変化させることができるが、誘起電圧波形を正弦波状に近づけることができるものではなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の回転電機は、ティースとスロットとが円周方向に交互に複数配置されてなるステータと、回転軸に固着され、ステータと空隙を介して配置されたロータと、ステータおよびロータを収容するハウジングとを備え、ティースには、制御装置から電力が供給される第１ステータコイルと、始端と終端が短絡された第２ステータコイルとが装着されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡単な構造で、誘起電圧波形を正弦波状に近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態の回転電機ユニットの主要回路の構成を示す図。
【図２】回転電機ユニットの外観斜視図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る回転電機の構成を示す斜視図。
【図４】ステータの一部を示す斜視図。
【図５】（ａ）は第２コイルを示す図、（ｂ）は第２コイルが装着されていない状態のステータの一部を示す斜視図。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は比較例において回転するロータの磁石とステータのティースとの位置関係の変化を模式的に示す側面図、（ｄ）はロータが回転することによりＵ相巻線を鎖交する磁束の変化を示す模式図、（ｅ）はロータの回転によって、磁石の磁束が第１コイルに鎖交することによって生成されるＵ相の無負荷誘起電圧の変化を示す模式図。
【図７】回転するロータの磁石と、ステータのティースとの位置関係の変化を模式的に示す斜視図。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は本実施の形態において回転するロータの磁石とステータのティースとの位置関係の変化を模式的に示す側面図、（ｄ）はロータが回転することによりＵ相巻線を鎖交する磁束の変化を示す模式図、（ｅ）はロータの回転によって、磁石の磁束が第１コイルに鎖交することによって生成されるＵ相の無負荷誘起電圧の変化を示す模式図。
【図９】本実施の形態に係る回転電機によるＵ相の誘起電圧波形（実線）、および、比較例に係る回転電機によるＵ相の誘起電圧波形（破線）を模式的に示した図。
【図１０】第２の実施の形態に係る回転電機の構成を示す断面斜視図。
【図１１】第２の実施の形態に係るステータの斜視図。
【図１２】ステータの一部を示す斜視図。
【図１３】（ａ）は第２コイルを示す図であり、（ｂ）は第２コイルが装着されていない状態のステータの一部を示す斜視図。
【図１４】（ａ）は変形例１−１に係るステータの部分拡大斜視図、（ｂ）は（ａ）に示される第２コイルを示す図。
【図１５】（ａ）は変形例１−２に係るステータの部分拡大斜視図、（ｂ）は（ａ）に示される第２コイルを示す図。
【図１６】（ａ）は変形例２−１に係るステータの部分拡大斜視図、（ｂ）は（ａ）に示される第２コイルを示す図。
【図１７】キャパシタ容量Ｃとキャパシタ電圧Ｖｃとの関係を示す図。
【図１８】（ａ）は変形例２−２に係るステータの部分拡大斜視図、（ｂ）は（ａ）に示される第２コイルを示す図。
【図１９】（ａ）は変形例２−３に係るステータの部分拡大斜視図、（ｂ）は（ａ）に示される第２コイルを示す図。
【図２０】（ａ）は変形例２−４に係るステータの部分拡大斜視図、（ｂ）は（ａ）に示される第２コイルを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明による回転電機の実施の形態を説明する。本実施形態に係る回転電機ユニット（機電一体型回転電機）は、自動車の走行に使用するのが好適な回転電機ユニットである。ここで、回転電機ユニットを使用するいわゆる電気自動車には、エンジンと回転電機ユニットの両方を備えるハイブリッドタイプの電気自動車（ＨＥＶ）と、エンジンを用いないで回転電機ユニットのみで走行する純粋な電気自動車（ＥＶ）とがあるが、以下に説明する回転電機ユニットは両方のタイプに利用できるので、ここでは代表してハイブリッドタイプの自動車に用いられる回転電機ユニットに基づいて説明する。
【００１１】
−第１の実施の形態−
図１は、本実施の形態の回転電機ユニット１０の主要回路の構成を示す図である。図１に示すように、回転電機ユニット１０は、電力変換装置１１と、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）交流電力で駆動される回転電機１２とを備えている。電力変換装置１１と回転電機１２とは、シールドケーブル等の交流ケーブル１９を介して電気的に接続されている。回転電機ユニット１０は、直流ケーブルを介して車両側のバッテリ１３に接続されている。
【００１２】
回転電機１２は、回転トルクを発生する電動機としての機能、ならびに、外部から加えられる機械エネルギーを電力に変換する発電機としての機能を有する。
【００１３】
電力変換装置１１は、インバータ回路１４および平滑コンデンサ１７を備えている。インバータ回路１４は、直流ケーブルを介してバッテリ１３と電気的に接続されており、バッテリ１３とインバータ回路１４との相互において電力の授受が行われる。
【００１４】
回転電機１２を電動機（モータ）として動作させる場合には、バッテリ１３から供給された直流電力をインバータ回路１４が交流電力に変換して回転電機１２に供給する。回転電機ユニット１０は、バッテリ１３の電力によって回転電機１２を電動機として作動させることにより、回転電機１２の動力のみによって車両を駆動することができる。
【００１５】
回転電機ユニット１０は、エンジンの動力あるいは車輪からの動力によって、回転電機１２を発電機（ジェネレータ）として動作させ、発電させることにより、バッテリ１３を充電できる。外部動力により回転電機１２が回転され、交流電力が発生すると、交流電力は電力変換装置１１により直流電力により変換され、バッテリ１３に供給され、バッテリ１３が充電される。
【００１６】
インバータ回路１４は、スイッチング半導体素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を備えている。以下略してＩＧＢＴと記す。
【００１７】
インバータ回路１４は、正極側（上アーム側）に３つのＩＧＢＴ１５ａおよびフライホイールダイオード１６ａと、負極側（下アーム側）に３つのＩＧＢＴ１５ｂおよびフライホイールダイオード１６ｂとにより、それぞれ各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）ごとに構成された上下アームの直列回路を有する。
【００１８】
インバータ回路１４は、上下１アームの直列回路をまとめて一体のモジュールにした第１〜第３のパワーモジュールＰＭ１，ＰＭ２，ＰＭ３を、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相に対応して備えている。すなわち、電力変換装置１１は、一相あたりに一つのパワーモジュールを有し、各パワーモジュールＰＭ１，ＰＭ２，ＰＭ３は上下アーム回路の一対のトランジスタを直列接続して構成されている。
【００１９】
電力変換装置１１の直流正極側と直流負極側との間には、平滑コンデンサ１７が電気的に並列に接続されている。平滑コンデンサ１７は、電解コンデンサあるいはフィルムコンデンサであって、スイッチング半導体素子の高速スイッチング（オン・オフ）動作により生じる電圧・電流の脈動を抑制するために設けられている。
【００２０】
電力変換装置１１は、制御回路（不図示）と、ドライバ回路（不図示）と、信号コネクタ２６（図２参照）とを備えている。信号コネクタ２６は、車両側の制御装置から指令を受けたり、あるいは車両側の制御装置に回転電機ユニット１０の状態を表すデータを送信する。制御回路は、信号コネクタ２６から入力される指令に基づいて回転電機１２の制御量を演算し、電動機として運転するか発電機として運転するかを決定する。制御回路は、この決定結果に基づいて制御パルスを発生し、その制御パルスをドライバ回路へ供給する。ドライバ回路は、供給された制御パルスに基づいて、インバータ回路１４を制御するための駆動パルスを発生する。
【００２１】
図２は、回転電機ユニット１０の外観斜視図である。図２（ｂ）は図２（ａ）の反対側から見た回転電機ユニット１０の外観斜視図である。図２に示すように、回転電機ユニット１０は、回転電機１２と、回転電機１２を駆動する電力変換装置１１とが、一つのハウジング２０により一体的に保持されている。
【００２２】
ハウジング２０は、電力変換装置１１を収容保持する箱状部２１と、回転電機１２を収容保持する円筒状部２２とを有している。円筒状部２２は、円筒状の筒部２２ａと、筒部２２ａの軸方向一端を閉止するフロントブラケット２２ｂと、筒部２２ａの軸方向他端を閉止するリヤブラケット２２ｃとを有している。フロントブラケット２２ｂには、車両のエンジンまたはトランスミッションやギアボックスなどに取り付けられるようフランジ２２ｆが設けられている。フロントブラケット２２ｂの中央からは回転軸１４０が突出している。
【００２３】
箱状部２１は、筒部２２ａの外周面に一体的に固着されている。箱状部２１は、内部に電力変換装置１１を構成する各制御基板が配置される収容空間を有している。電力変換装置１１は、車両に搭載されるバッテリ１３の直流回路と接続されるパワーコネクタ（正極側および負極側の電極端子）２５と、車両側制御装置と接続される信号コネクタ２６とを備えている。パワーコネクタ２５および信号コネクタ２６は、箱状部２１の側板の開口部に配置される。
【００２４】
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る回転電機１００の構成を示す斜視図である。なお、図３では、図示上側のロータ１３０は分解された状態を示し、図示下側のロータ１３０は組み付けられた状態を示している。本実施の形態の回転電機１００は、ネオジウムなどの永久磁石内蔵型の三相同期電動機であり、一対のロータ（回転子）１３０の間に所定の空隙（アキシャルギャップ）を介してステータ（固定子）１１０を挟み込んだ構造を有する２ロータ１ステータ型のアキシャルギャップ型回転電機であり、ステータ１１０およびロータ１３０が、回転軸１４０の軸方向に沿って並べて配置されている。
【００２５】
回転電機１００は、回転軸１４０と、回転軸１４０に固着された一対のロータ１３０と、一対のロータ１３０間に配置されたステータ１１０と、ステータ１１０を保持する保持部材１１３とを備えている。一対のロータ１３０、ステータ１１０および保持部材１１３は、上述した円筒状部２２内に収容保持されている。
【００２６】
一対のロータ１３０は、回転軸１４０の軸方向（以下、単に軸方向とも記す）に所定の間隔をあけて、互いに対向して配置されている。一対のロータ１３０は、それぞれ同様の形状とされているため、一方のロータ１３０を代表して説明する。ロータ１３０は、中心に回転軸１４０が挿通される軸孔１３３が設けられている。ロータ１３０は、軸孔１３３に回転軸１４０が挿入され、固定されることで、回転軸１４０と一体となっている。
【００２７】
ロータ１３０は、円板状の構造材１３１と、８個の永久磁石（以下、単に磁石１３２と記す）を備えている。構造材１３１には、磁石１３２が嵌合される凹部１３４が、回転軸１４０の周方向（以下、単に周方向とも記す）に沿って、等間隔に配設されている。各凹部１３４には、磁石１３２が嵌着されている。磁石１３２は、軸方向に磁化されており、軸方向の一方の側がＳ極とされ、他方の側がＮ極とされている。磁石１３２は、周方向に隣り合う磁極が交互に逆向きとなるように、すなわち、Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，・・・となるように配置されている。
【００２８】
図示上側のロータ１３０の磁石１３２と図示下側のロータ１３０の磁石１３２とは、軸方向から見たときに、周方向に同一位置に、かつ、同一形状で配置されている。
【００２９】
ステータ１１０は、周方向に沿って等間隔に配置される複数のステータコア（以下、単にコア１１１と記す）と、各コア１１１に装着された第１のステータコイル（以下、単に第１コイル１１２と記す）および第２のステータコイル（以下、単に第２コイル１２０と記す）とを有している。
【００３０】
複数のコア１１１は、周方向に沿って等間隔に配置され、保持部材１１３によって保持されている。コア１１１がティース１１１ｔとして構成され、コア１１１間がスロット１１１ｓとして構成される。つまり、ステータ１１０は、ティース１１１ｔとスロット１１１ｓとが円周方向に交互に複数配置されている。保持部材１１３は、円環状の平板部材であり、コア１１１が挿着される開口部（不図示）を有している。保持部材１１３はハウジング２０の円筒状の筒部２２ａの内周壁に、焼き嵌めや圧入により固着されている。フロントブラケット２２ｂおよびリヤブラケット２２ｃ（図２参照）には、軸受け（不図示）が設けられ、回転軸１４０は軸受によって回転可能に保持されている。
【００３１】
コア１１１は、アモルファス金属からなるアモルファス箔帯や電磁鋼板などの磁性薄板が回転軸１４０の径方向（以下、単に径方向とも記す）に積層されてなり、略直方体形状を呈している。なお、コア１１１は、圧粉磁心等の軟磁性材料から形成することもできる。
【００３２】
本実施の形態では、コア１１１は、軸方向中央部で保持部材１１３により保持され、保持部材１１３から軸方向一方側および軸方向他方側に突出している。保持部材１１３から突出しているコア１１１の軸方向一方側および軸方向他方側のそれぞれに、第１コイル１１２および第２コイル１２０が装着されている。
【００３３】
図４は、ステータ１１０の一部を示す斜視図である。図５（ａ）は第２コイル１２０を示す図であり、図５（ｂ）は第２コイル１２０が装着されていない状態のステータ１１０の一部を示す斜視図である。図４および図５では、保持部材１１３から突出しているコア１１１の軸方向一方側に巻回される第１コイル１１２および第２コイル１２０について示し、保持部材１１３から突出しているコア１１１の軸方向他方側に巻回される第１コイル１１２および第２コイル１２０については、軸方向一方側と同様の構成であるため、省略している。
【００３４】
図４および図５（ｂ）に示すように、第１コイル１１２は保持部材１１３の端面から軸方向に所定距離に亘って集中巻きで巻回され、コア１１１の端部は第１コイル１１２から突出している。この突出している部分を、以下では突出端部１１１ｅと記す。
【００３５】
一のコア１１１に装着された第１コイル１１２の端線は、他のコア１１１に装着された第１コイル１１２の端線に結線されて、図１に示す三相の電機子巻線、すなわちＵ相巻線１８Ｕ、Ｖ相巻線１８ＶおよびＷ相巻線１８Ｗが形成される。
【００３６】
図１に示すように、Ｕ相巻線１８Ｕ、Ｖ相巻線１８ＶおよびＷ相巻線１８Ｗは、一端が中性点１８Ｎに接続され、他端が回転電機１２の交流端子１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗに接続される。回転電機１２の交流端子１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗは、交流ケーブル１９を介して電力変換装置１１の交流端子１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗに接続されている。三相の電機子巻線に電力変換装置１１から交流電力が供給され、回転磁界が形成されることで、ロータ１３０が回転駆動する。
【００３７】
図５（ａ）に示すように、第２コイル１２０は、ロータ１３０の回転による磁石１３２の移動に応じてティース１１１ｔの外周に沿って誘導電流がループして流れるように、始端と終端とが短絡されている。第２コイル１２０は、各コア１１１の突出端部１１１ｅに装着される巻線部１２０ａと、巻線部１２０ａ同士を接続する接続部１２０ｂとを有し、全体としてリング状を呈している。巻線部１２０ａは、１回あるいは複数回、コア１１１の突出端部１１１ｅに巻回されてなる。第２コイル１２０は、１本の導線を曲げ加工して形成してもよいし、複数の巻線部１２０ａを形成し、その後、各巻線部１２０ａ同士の始端と終端を接続部１２０ｂで接続することで形成してもよい。なお、第２コイル１２０は、絶縁膜で外周が覆われている。
【００３８】
以下、第２コイル１２０を設けたことによる作用効果について、第２コイル１２０を設けない例（以下、比較例と記す）と比較して説明する。図６（ａ）、図６（ｂ）および図６（ｃ）は、比較例において、回転するロータ１３０の磁石１３２と、ステータ１１０のティース１１１ｔとの位置関係の変化を模式的に示す側面図である。図６（ｄ）はロータ１３０が回転することによりＵ相巻線を鎖交する磁束（以下、コイル鎖交磁束φと記す）の変化を示す模式図であり、横軸は電気角θを表している。図６（ｄ）に示す点Ａ０，Ｂ０，Ｃ０は、図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）のそれぞれの位置における鎖交磁束φを表している。図６（ｅ）は、ロータ１３０の回転によって、磁石１３２の磁束φｍが第１コイル１１２に鎖交することによって生成されるＵ相の無負荷誘起電圧の変化を示す模式図であり、横軸は電気角θを表している。
【００３９】
図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、ロータ１３０が図示Ｒ方向に回転すると、軸方向から見たときに磁石１３２がティース１１１ｔに重なり、通過することで、コイル鎖交磁束φが図６（ｄ）に示すように変化する。なお、軸方向から見たときに磁石１３２とティース１１１ｔが重なる領域の面積を、以下では重なり量と記す。
【００４０】
磁石１３２がティース１１１ｔに近づき（図６（ａ）および図６（ｄ）の点Ａ０参照）、軸方向から見たときに磁石１３２がティース１１１ｔに重なり始めると（図６（ｂ）および図６（ｄ）の点Ｂ０参照）、コイル鎖交磁束φが急激に増加する。その後、重なり量に変化が無い状態となるが、磁石１３２の端部で磁束の漏れが生じているので、鎖交磁束φは、一定とはならずに緩やかに変化する。磁石１３２とティース１１１ｔの重なり量が減り始めると（図６（ｃ）および図６（ｄ）の点Ｃ０参照）、コイル鎖交磁束φが急激に減少する。
【００４１】
第１コイル１１２での誘起電圧は、コイル鎖交磁束φの微分値に比例する（∝−ｄφ／ｄｔ）ため、Ｕ相の無負荷誘起電圧の波形は、図６（ｅ）に示すように、矩形波状になる。これは、誘起電圧波形に多くの高調波成分が重畳されているためである。なお、Ｖ相やＷ相の無負荷誘起電圧の波形も同様の形状となる。高調波成分は、振動や騒音、モータ効率の低下の原因となるため、誘起電圧波形は、できる限り正弦波形状に近づけることが好ましい。
【００４２】
本願発明者は、鎖交磁束φが急激に増減する領域（電気角範囲）に着目し、鎖交磁束φが急激に増減することを抑制するために、磁石１３２の移動に伴って誘導電流が流れる第２コイル１２０を設け、鎖交磁束φに影響を与える磁束φｇを生成することで、比較例に比べて誘起電圧波形を正弦波状に近づける構成を見出した。
【００４３】
図７（ａ）および図７（ｂ）は、本実施の形態において、回転するロータ１３０の磁石１３２と、ステータ１１０のティース１１１ｔとの位置関係の変化を模式的に示す斜視図である。図８（ａ）、図８（ｂ）および図８（ｃ）は、本実施の形態において、回転するロータ１３０の磁石１３２と、ステータ１１０のティース１１１ｔとの位置関係の変化を模式的に示す側面図である。図８（ｄ）はロータ１３０が回転することによりＵ相巻線を鎖交する磁束、すなわちコイル鎖交磁束φの変化を示す模式図であり、横軸は電気角θを表している。図８（ｄ）に示す点Ａ１，Ｂ１，Ｃ１は、図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）のそれぞれの位置における鎖交磁束φを表している。図８（ｅ）は、ロータ１３０の回転によって、磁石１３２の磁束φｍが第１コイル１１２に鎖交することによって生成されるＵ相の無負荷誘起電圧の変化を示す模式図であり、横軸は電気角θを表している。
【００４４】
磁石１３２がティース１１１ｔに近づき（図８（ａ）および図８（ｄ）の点Ａ１参照）、軸方向から見たときに磁石１３２がティース１１１ｔに重なり始めると（図７（ａ）および図８（ｂ）参照）、ティース１１１ｔを通過する磁石１３２の磁束φｍが急激に増加
する。
【００４５】
ここで、磁石１３２の磁束φｍによりティース１１１ｔが磁化することに起因して、誘起電圧が発生すると、第２コイル１２０に誘導電流Ｉｇが発生する。第２コイル１２０に誘導電流Ｉｇが発生すると、第２コイル１２０には磁石１３２の磁束φｍと反対向きの磁束φｇが発生する。
【００４６】
その後、第１コイル１１２を鎖交する磁石１３２の磁束φｍが増加から減少に転じると、第２コイル１２０に流れる誘導電流Ｉｇの向きが逆転する。磁石１３２とティース１１１ｔの重なり量が減り始めると（図７（ｂ）および図８（ｃ）参照）、ティース１１１ｔを通過する磁束φｍが急激に減少し、第２コイル１２０に流れる誘導電流Ｉｇが増加する。これにより、第２コイル１２０には磁石１３２の磁束φｍと同じ向きの磁束φｇが発生する。
【００４７】
比較例では、磁石１３２とティース１１１ｔの重なり量が増加し始めた直後や、磁石１３２とティース１１１ｔの重なり量が減少し始めた直後において、誘起電圧波形が急激に変化していた。これに対して、本実施の形態では、重なり量が増加し始めるタイミングや、減少し始めるタイミング、すなわち重なり量が急激に変化する状況において第２コイル１２０で発生する磁束φｇが最大になるため、磁束φｇにより磁石磁束φｍの急激な増減の影響を抑制することができる。これにより、本実施の形態では、図８（ｄ）に示すように、鎖交磁束φの変化を正弦波状に近づけることができる。その結果、図８（ｅ）に示すように、誘起電圧波形を正弦波状に近づけることができる。
【００４８】
図９は、本実施の形態に係る回転電機によるＵ相の誘起電圧波形ｗ１（実線）、および、比較例に係る回転電機によるＵ相の誘起電圧波形ｗ０（破線）を模式的に示した図である。図９に示すように、比較例では矩形状の誘起電圧波形であったが、本実施の形態では、誘起電圧の立上がりや立下りを緩やかに変化させることができるので、比較例に比べて誘起電圧波形を正弦波形状に近づけることができる。
【００４９】
上述した第１の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
ティース１１１ｔとスロット１１１ｓとが円周方向に交互に複数配置されてなるステータ１１０と、回転軸１４０に固着され、ステータ１１０と空隙を介して配置されたロータ１３０と、ステータ１１０およびロータ１３０を収容するハウジング２０とを備え、ティース１１１ｔには、電力変換装置１１から電力が供給される第１コイル１１２と、始端と終端が短絡された第２コイル１２０とが装着されている。このような本実施の形態によれば、鎖交磁束φが急激に増減する領域（電気角範囲）において、第２コイル１２０により大きな磁束φｇを発生させることで、鎖交磁束φの変化を抑制することができるので、第２コイル１２０を備えていない比較例に比べて、誘起電圧波形を正弦波状に近づけることができる。その結果、振動や騒音を抑え、モータ効率の向上を図ることができる。また、本実施形態は、スキュー構造を採用する場合に比べて簡単な構造であるため、コストの増加を抑えつつ、誘起電圧波形を正弦波状に近づけることができる。
【００５０】
−第２の実施の形態−
図１０〜図１３を参照して第２の実施の形態に係る回転電機ユニットについて説明する。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。図１０は第２の実施の形態に係る回転電機２００の構成を示す断面斜視図であり、図１１は第２の実施の形態に係るステータ２１０の斜視図である。
【００５１】
第１の実施の形態では、ステータ１１０およびロータ１３０が軸方向に沿って並べて配置され、ステータ１１０とロータ１３０間に空隙としてのアキシャルギャップが形成されたアキシャルギャップ型回転電機（図３参照）を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。
【００５２】
第２の実施の形態に係る回転電機は、ラジアルギャップ型回転電機である。回転電機２００は、回転軸２４０に固着されるロータ２３０がステータ２１０の径方向内側に配置され、ステータ２１０とロータ２３０間には、空隙としてのラジアルギャップが形成されている。
【００５３】
ステータ２１０を構成する固定子鉄心は、円環形状の電磁鋼板が複数枚積層してなる。図１１に示すように、ステータ２１０には、軸方向に平行な複数のスロット２１１ｓが周方向に等間隔となるように形成されている。スロット２１１ｓ間にはティース２１１ｔが形成されている。つまり、ステータ２１０は、ティース２１１ｔとスロット２１１ｓとが円周方向に交互に複数配置されている。
【００５４】
各ティース２１１ｔは環状のコアバック２１１ｂと一体となっている。各ティース２１１ｔには、絶縁性を有する材料からなるボビン２５０を介して第１コイル２１２が集中巻きで巻回されている。ボビン２５０は、コアバック２１１ｂに当接される鍔部２５０ｂと、鍔部２５０ｂから径方向に延在し、ティース２１１ｔの外周側面を覆う覆い部２５０ａとを有している。各ティース２１１ｔは、第１コイル２１２によって発生した回転磁界をロータ２３０に導き、ロータ２３０に回転トルクを発生させる働きをする。
【００５５】
図１２はステータ２１０の一部を示す斜視図である。図１３（ａ）は第２コイル２２０を示す図であり、図１３（ｂ）は第２コイル２２０が装着されていない状態のステータ２１０の一部を示す斜視図である。図１２および図１３（ｂ）に示すように、第１コイル２１２はボビン２５０の鍔部２５０ｂの端面から径方向に所定距離に亘って集中巻きで巻回され、ティース２１１ｔの端部が第１コイル２１２から突出している。この突出している部分を、以下では突出端部２１１ｅと記す。
【００５６】
一のティース２１１ｔに装着された第１コイル２１２の端線は、他のティース２１１ｔに装着された第１コイル２１２の端線に結線されて、図１に示すＵ相巻線１８Ｕ、Ｖ相巻線１８ＶおよびＷ相巻線１８Ｗが形成される。
【００５７】
図１３（ａ）に示すように、第２コイル２２０は、ロータ２３０の回転による磁石の移動に応じてティース２１１ｔの外周に沿って誘導電流がループして流れるように、始端と終端とが短絡されている。第２コイル２２０は、各ティース２１１ｔの突出端部２１１ｅに装着される巻線部２２０ａと、巻線部２２０ａ同士を接続する接続部２２０ｂとを有し、全体としてリング状を呈している。巻線部２２０ａは、１回あるいは複数回、ティース２１１ｔの突出端部２１１ｅに巻回されてなる。第２コイル２２０は、１本の導線を曲げ加工して形成してもよいし、複数の巻線部２２０ａを形成し、その後、各巻線部２２０ａ同士の始端と終端を接続部２２０ｂで接続することで形成してもよい。なお、第２コイル２２０は、絶縁膜で外周が覆われている。
【００５８】
このような第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００５９】
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
（変形例１）
上述した実施の形態では、各ティース１１１ｔ，２１１ｔの突出端部１１１ｅ，２１１ｅに第２コイル１２０，２２０の巻線部１２０ａ，２２０ａが装着され、各巻線部１２０ａ，２２０ａが接続部１２０ｂ，２２０ｂで接続されている例について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、複数のティース１１１ｔ，２１１ｔのそれぞれに、第２コイルを装着してもよい。つまり、接続部１２０ｂ，２２０ｂを省略してもよい。
【００６０】
（変形例１−１）
図１４を参照して、第１の実施の形態の第２コイル１２０に代えて、複数のティース１１１ｔのそれぞれに第２コイル１２０Ｖを装着した例について説明する。本変形例では、各巻線部１２０ａ同士は接続されておらず、複数のコア１１１のそれぞれに、第２コイル１２０Ｖが装着されている。ティース１１１ｔごとに一つずつ装着される第２コイル１２０Ｖは、１回あるいは複数回、巻回され、始端と終端とが短絡されている。このような変形例によれば、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００６１】
（変形例１−２）
図１５を参照して、第２の実施の形態の第２コイル２２０に代えて、複数のティース２１１ｔのそれぞれに第２コイル２２０Ｖを装着した例について説明する。本変形例では、各巻線部２２０ａ同士は接続されておらず、複数のティース２１１ｔのそれぞれに、第２コイル２２０Ｖが装着されている。ティース２１１ｔごとに一つずつ装着される第２コイル２２０Ｖは、１回あるいは複数回、巻回され、始端と終端とが短絡されている。このような変形例によれば、第２の実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００６２】
（変形例１−３）
Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線のうちのいずれか一つまたは２つが巻回されるティースにのみ第２コイルを装着してもよい。
（変形例１−４）
Ｕ相巻線が巻回されるティースのそれぞれに巻線部を装着し、接続部で接続したＵ相用第２コイルと、Ｖ相巻線が巻回されるティースのそれぞれに巻線部を装着し、接続部で接続したＶ相用第２コイルと、Ｗ相巻線が巻回されるティースのそれぞれに巻線部を装着し、接続部で接続したＷ相用第２コイルとを設けてもよい。
【００６３】
（変形例２）
必要に応じて第２コイルに位相補償部３２５を設けてもよい。
（変形例２−１）
図１６を参照して、第１の実施の形態において位相補償部３２５を設ける一例について説明する。本変形例では、Ｕ相巻線を構成する第１コイル１１２が装着されるティース１１１ｔの突出端部１１１ｅに装着される巻線部１２０ａに位相補償部３２５が設けられている。位相補償部３２５は、第２コイル１２０に直列で接続されるキャパシタで構成される。
【００６４】
第１の実施の形態で説明した比較例では、次の過程を経て誘起電圧が発生する。
（過程１）磁石１３２の磁束φｍによりティース１１１ｔが磁化する。
（過程２）第１コイル１１２で誘起電圧が発生する。
【００６５】
これに対して、第１の実施の形態では、次の過程を経て誘起電圧が発生する。
（過程１）磁石１３２の磁束φｍによりティース１１１ｔが磁化する。
（過程２）第２コイル１２０に誘導電流Ｉｇが発生する。
（過程３）磁束φｇが発生し、鎖交磁束φが補正される。
（過程４）第１コイル１１２で誘起電圧が発生する。
【００６６】
したがって、誘起電圧が発生する過程が、比較例に比べて、第１の実施の形態の方が多くなる。このため、第１コイル１１２に発生する電圧と、第２コイル１２０に発生する電圧間に位相差が生じる場合がある。そこで、本変形例では、第２コイル１２０に、位相を補償するための位相補償部３２５を設けている。
【００６７】
図１７は、キャパシタ容量Ｃとキャパシタ電圧Ｖｃとの関係を示す図である。横軸は周波数ｆを表し、縦軸はキャパシタ電圧Ｖｃを表している。グラフでは、３つの特性を示しており、最も容量Ｃが小さい特性Ｃ１を一点鎖線で示し、最も容量Ｃが大きい特性Ｃ３を破線で示し、容量Ｃが特性Ｃ１の容量と特性Ｃ３の容量の間にある特性Ｃ２を実線で示している。図示するように、キャパシタの容量Ｃを大きくするほど、キャパシタ電圧Ｖｃが小さくなる。したがって、位相補償部３２５による電圧の影響を小さくするために、位相補償部３２５を構成するキャパシタの容量Ｃはできる限り大きい方が望ましい。本実施の形態では、位相補償部３２５を設けることで回転電機ユニットのサイズが大きくならない程度に、キャパシタの容量Ｃをできる限り大きくしている。
【００６８】
このように、必要に応じて位相補償部３２５を設けることで、第１コイル１１２に発生する電圧と第２コイル１２０に発生する電圧間の位相差を低減することができる。なお、位相補償部３２５は、Ｕ相巻線が巻回されたティース１１１ｔに装着される巻線部１２０ａにのみ設ける例について説明したが、Ｖ相巻線やＷ相巻線が巻回されたティース１１１ｔに装着される巻線部１２０ａに位相補償部３２５を設けてもよい。
【００６９】
（変形例２−２）
図１８に示すように、上述した（変形例１−１）に係る回転電機ユニットにおいて、所定の第２コイル１２０Ｖに位相補償部３２５を設けるようにしてもよい。
（変形例２−３）
図１９に示すように、上述した第２の実施の形態に係る回転電機ユニットにおいて、所定の巻線部２２０ａに位相補償部３２５を設けるようにしてもよい。
（変形例２−４）
図２０に示すように、上述した（変形例１−２）に係る回転電機ユニットにおいて、所定の第２コイル２２０Ｖに位相補償部３２５を設けるようにしてもよい。
【００７０】
（変形例３）
第２の実施の形態では、ロータ２３０がステータ２１０の径方向内側に配置されたインナーロータ型の回転電機２００について説明したが、ロータ２３０がステータ２１０の径方向外側に配置されたアウターロータ型の回転電機に本発明を適用してもよい。
【００７１】
（変形例４）
上述した実施の形態では、ティース１１１ｔ，２１１ｔのロータ１３０，２３０側端部に第２コイル１２０，２２０を設ける例について説明したが、本発明はこれに限定されない。第２コイル１２０，２２０と第１コイル１１２，２１２の位置関係は上述した実施の形態に限定されず、たとえば、ティース１１１ｔの保持部材１１３側端部に第２コイル１２０を巻回してもよいし、ティース２１１ｔのコアバック２１１ｂ側端部に第２コイル２２０を巻回してもよい。
【００７２】
（変形例５）
第１の実施の形態では、２ロータ１ステータ型のアキシャルギャップ型回転電機を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。１ロータ１ステータ型のアキシャルギャップ型回転電機に本発明を適用することもできる。
【００７３】
（変形例６）
ロータの種類は、上記した実施の形態に限定されない。たとえば、磁石１３２の代わりに、突極を有するロータを備えたスイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）を採用してもよい。
【００７４】
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００７５】
１０  回転電機ユニット
１１  電力変換装置
１２  回転電機
１３  バッテリ
１４  インバータ回路
１５ａ，１５ｂ  ＩＧＢＴ
１６ａ，１６ｂ  フライホイールダイオード
１７  平滑コンデンサ
１８Ｎ  中性点
１８Ｕ  Ｕ相巻線
１８Ｖ  Ｖ相巻線
１８Ｗ  Ｗ相巻線
１９  交流ケーブル
２０  ハウジング
２１  箱状部
２２  円筒状部
２２ａ  筒部
２２ｂ  フロントブラケット
２２ｃ  リヤブラケット
２２ｆ  フランジ
２５  パワーコネクタ
２６  信号コネクタ
１００  回転電機
１１０  ステータ
１１１  コア
１１１ｅ  突出端部
１１１ｓ  スロット
１１１ｔ  ティース
１１２  第１コイル
１１３  保持部材
１２０，１２０Ｖ  第２コイル
１２０ａ  巻線部
１２０ｂ  接続部
１３０  ロータ
１３１  構造材
１３２  磁石
１３３  軸孔
１３４  凹部
１４０  回転軸
２００  回転電機
２１０  ステータ
２１１ｂ  コアバック
２１１ｅ  突出端部
２１１ｓ  スロット
２１１ｔ  ティース
２１２  第１コイル
２２０，２２０Ｖ  第２コイル
２２０ａ  巻線部
２２０ｂ  接続部
２３０  ロータ
２４０  回転軸
２５０  ボビン
２５０ａ  覆い部
２５０ｂ  鍔部
３２５  位相補償部
【図１】
2015199105.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】
2015199105.tif 000009
【図８】
2015199105.tif 000010
【図９】
2015199105.tif 000011
【図１０】
2015199105.tif 000012
【図１１】
2015199105.tif 000013
【図１２】
2015199105.tif 000014
【図１３】
2015199105.tif 000015
【図１４】
2015199105.tif 000016
【図１５】
2015199105.tif 000017
【図１６】
2015199105.tif 000018
【図１７】
2015199105.tif 000019
【図１８】
2015199105.tif 000020
【図１９】
2015199105.tif 000021
【図２０】
2015199105.tif 000022
【国際調査報告】
2015199105.tif 000023
2015199105.tif 000024