(57)【要約】【課題】この発明は、磁束密度増大部を磁気的空隙部の軸方向の一部の領域に形成し、かつ固定子鉄心の一部を構成する鉄心連結ブロックを磁束密度増大部の形成領域に配置して、ティースの先端側を連結する連結部を磁気飽和させ、連結部における漏れ磁束を低減して、構造体としての剛性を高めつつ、高トルク化を実現できる回転電機および電動パワーステアリング装置を得る。【解決手段】固定子鉄心は、周方向に隣り合う鍔部が連結部により連結されている固定子コアシートを積層した鉄心連結ブロックと、周方向に隣り合う鍔部が離間している固定子コアシートを積層した鉄心開口ブロックと、を軸方向に積層して構成され、磁束密度増大部が、磁気的空隙部の軸方向の一部の領域に形成され、鉄心連結ブロックの配設領域の少なくとも一部が、軸方向に関して、磁束密度増大部の形成領域と重なっている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状のコアバック、それぞれ、上記コアバックの内周面から径方向内方に突出して、周方向に互いに離間して配列された複数のティース、および上記複数のティースのそれぞれの先端部から周方向両側に突出する鍔部を有する固定子鉄心、および上記固定子鉄心に装着された固定子巻線を有する固定子と、
回転子鉄心、上記回転子鉄心の軸心位置を貫通して上記回転子鉄心に固着された回転軸、および上記回転子鉄心に埋め込まれた複数の永久磁石を有し、上記固定子の内周側に磁気的空隙部を介して同軸に配設される回転子と、を備え、
上記固定子鉄心は、周方向に隣り合う上記鍔部が連結部により連結されている第１固定子コアシートを積層した鉄心連結ブロックと、周方向に隣り合う上記鍔部が離間している第２固定子コアシートを積層した鉄心開口ブロックと、を軸方向に積層して構成され、
磁束密度増大部が、上記磁気的空隙部の軸方向の一部の領域に形成され、
上記鉄心連結ブロックの配設領域の少なくとも一部が、軸方向に関して、上記磁束密度増大部の形成領域と重なっている回転電機。
【請求項２】
上記永久磁石は、上記回転子鉄心の軸方向の一端から軸方向外方に突出し、
上記磁束密度増大部は、上記磁気的空隙部の軸方向長さをＬ、上記磁気的空隙部の軸方向の一端から軸方向の他端側の位置までの長さをＸとしたときに、Ｘ／Ｌ≦０．３２５を満たす軸方向の領域に形成されている請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
上記永久磁石の上記回転子鉄心からの突出長さをＬｅ、上記永久磁石の着磁方向の磁石幅をＷとしたときに、Ｌｅ／Ｗは、０．５以上、１．８以下である請求項２記載の回転電機。
【請求項４】
上記回転子鉄心の軸方向の端面が、上記固定子鉄心の軸方向の端面より軸方向外方に突出している請求項２記載の回転電機。
【請求項５】
上記回転子鉄心の軸方向の一端面に配設され、着磁方向を軸方向とする第２の永久磁石を備え、
上記磁束密度増大部は、上記磁気的空隙部の軸方向長さをＬ、上記磁気的空隙部の軸方向の一端から軸方向の他端側の位置までの長さをＸとしたときに、Ｘ／Ｌ≦０．３２５を満たす軸方向の領域に形成されている請求項１記載の回転電機。
【請求項６】
上記回転子鉄心は、上記磁気的空隙部側の外周面形状が異なる複数種類の回転子コアシートを積層して作製され、
上記複数種類の回転子コアシートは、他の回転子コアシートより、上記磁気的空隙部の径方向の幅を縮小するように外周面形状が拡大された拡大部を有する回転子拡大コアシートを備え、
上記磁束密度増大部が、上記回転子拡大コアシートの軸方向の配設位置に形成されている請求項１記載の回転電機。
【請求項７】
上記磁束密度増大部の領域に配設された上記第１固定子コアシートと上記第２固定子コアシートの総枚数に対する上記磁束密度増大部の領域に配設された上記第１固定子コアシートの枚数が占める割合が、上記磁束密度増大部を除く領域に配設された上記第１固定子コアシートと上記第２固定子コアシートの総枚数に対する上記磁束密度増大部を除く領域に配設された上記第１固定子コアシートの枚数が占める割合より大きい請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
上記連結部の径方向の幅が上記磁気的空隙部の径方向の最小幅より狭い請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の回転電機を搭載した電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、部分クローズドスロット形の固定子鉄心と永久磁石が埋め込まれた回転子を備えた回転電機および電動パワーステアリング装置に関し、特に、固定子鉄心のティース先端部間を連結する連結部における漏れ磁束を低減して、高トルク化を図る回転子構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転電機では、打ち抜かれた円環状のヨーク鉄心片を嵌合積層して作製されたヨーク積層鉄心と、打ち抜かれた磁極鉄心片を嵌合積層して作製され、周方向に間隔をおいてヨーク積層鉄心の内側に嵌合固定された磁極積層鉄心と、を備えたオープンスロット形の固定子鉄心が用いられていた。
【０００３】
従来の回転電機の固定子鉄心は、磁極積層鉄心が１つの磁極毎に分かれてヨーク積層鉄心に嵌合固定されているので、構造体としては剛性が十分ではなく、巻線時や取り扱い時に、固定子鉄心が変形し、歩留まりが低下するという不具合があった。
【０００４】
このような状況を鑑み、環状のヨーク積層鉄心の内側に嵌合固定される磁極積層鉄心を、磁極毎に分割され、その間に隙間をおいて放射状に配設された分割磁極鉄心片を嵌合積層してなる分割磁極積層鉄心と、分割磁極積層鉄心の上部および下部に嵌合積層された、隙間のない連結磁極鉄心片と、から構成した従来の回転電機の固定子鉄心が提案されていた（例えば、特許文献１参照）。さらに、円筒状の外周部と、巻線を巻回する歯部と、この歯部の内径側を所要枚数分だけ周方向に連結する連結部を一体とした内周部と、からなる積層鉄心を備え、連結部に短絡コイルを設置してなる従来の回転電機の固定子鉄心が提案されていた（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
特許文献１，２に記載された従来の回転電機の固定子鉄心では、軸方向の両端側に配設されている所要枚数分の鉄心片の磁極部の内径側が連結部で連結されている。そこで、構造体としての剛性が大きくなり、巻線時や取り扱い時における固定子鉄心の変形の発生を抑制できる。また、磁極部の内径側が連結部で連結されている鉄心片が、固定子鉄心の軸方向の両端側にのみ配設されているので、磁極部の内径側が連結部で連結されている鉄心片のみで構成されているクローズドスロット形の固定子鉄心に比べて、連結部における漏れ磁束の量が低減され、高トルク化が図られる。
【０００６】
さらに、特許文献２に記載された従来の回転電機の固定子鉄心では、短絡コイルに発生した磁束が連結部の高調波成分を含む漏れ磁束を打ち消すように作用するので、連結部での漏れ磁束の量が低減され、高トルク化が図られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１３３５０１号公報
【特許文献２】特開平６−２２４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載された従来の回転電機の固定子鉄心では、固定子鉄心の軸方向の両端側に配設されている連結磁極鉄心片の連結部に、漏れ磁束が流れるので、トルクを十分に高めることができないという課題があった。
特許文献２に記載された従来の回転電機の固定子鉄心では、短絡コイルに発生する磁束は回転電機の回転速度によって変動する。そこで、回転電機の駆動回転速度によっては、連結部を流れる漏れ磁束が十分に低減されず、トルクを十分に高めることができないという課題があった。
【０００９】
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、磁束密度増大部を磁気的空隙部の軸方向の一部の領域に形成し、かつ固定子鉄心の一部を構成する鉄心連結ブロックを磁束密度増大部の形成領域に配置して、ティースの先端側を連結する連結部を磁気飽和させ、連結部における漏れ磁束を低減して、構造体としての剛性を高めつつ、高トルク化を実現できる回転電機および電動パワーステアリング装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る回転電機は、円環状のコアバック、それぞれ、上記コアバックの内周面から径方向内方に突出して、周方向に互いに離間して配列された複数のティース、および上記複数のティースのそれぞれの先端部から周方向両側に突出する鍔部を有する固定子鉄心、および上記固定子鉄心に装着された固定子巻線を有する固定子と、回転子鉄心、上記回転子鉄心の軸心位置を貫通して上記回転子鉄心に固着された回転軸、および上記回転子鉄心に埋め込まれた複数の永久磁石を有し、上記固定子の内周側に磁気的空隙部を介して同軸に配設される回転子と、を備えている。上記固定子鉄心は、周方向に隣り合う上記鍔部が連結部により連結されている第１固定子コアシートを積層した鉄心連結ブロックと、周方向に隣り合う上記鍔部が離間している第２固定子コアシートを積層した鉄心開口ブロックと、を軸方向に積層して構成され、磁束密度増大部が、上記磁気的空隙部の軸方向の一部の領域に形成され、上記鉄心連結ブロックの配設領域の少なくとも一部が、軸方向に関して、上記磁束密度増大部の形成領域と重なっている。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、固定子鉄心が、周方向に隣り合う鍔部が連結部により連結されている第１固定子コアシートを積層した鉄心連結ブロックと、周方向に隣り合う鍔部が離間している第２固定子コアシートを積層した鉄心開口ブロックと、を軸方向に積層して構成されているので、構造体としての剛性が高められる。
磁束密度増大部が、磁気的空隙部の軸方向の一部の領域に形成され、鉄心連結ブロックの配設領域の少なくとも一部が、軸方向に関して、磁束密度増大部の形成領域と重なっているので、増加された磁束が連結部に流れ、連結部が磁気飽和する。そこで、固定子巻線で発生した磁束が鍔部を通って隣のティースに流れにくくなる。これにより、固定子巻線により発生した磁束のなかのトルク発生に寄与しない漏れ磁束が低減されるので、固定子巻線により発生した磁束のトルク発生に寄与する有効磁束量が増大し、回転電機の高トルク化を実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る回転電機を搭載した電動駆動装置を示す縦断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す端面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子の要部を示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子鉄心の製造方法を説明する斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子鉄心の製造方法の実施態様を説明する斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る回転電機の実験機１における軸方向位置と磁気的空隙部の磁束密度の増加率との関係を示す図である。
【図８】比較例１の回転電機における磁束の流れを説明する図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る回転電機の実験機１における磁束の流れを説明する図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係る回転電機における磁束の流れを説明する図である。
【図１１】この発明の実施の形態１に係る回転電機の要部を示す端面図である。
【図１２】この発明の実施の形態１に係る回転電機における永久磁石の幅に対する突出高さの割合とトルクとの関係を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転数とトルクとの関係を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態２に係る回転電機を示す縦断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態３に係る回転電機を示す縦断面図である。
【図１６】この発明の実施の形態４に係る回転電機を示す縦断面図である。
【図１７】この発明の実施の形態５に係る回転電機を示す端面図である。
【図１８】この発明の実施の形態６に係る回転電機を示す端面図である。
【図１９】この発明の実施の形態６に係る回転電機における回転子の要部を示す斜視図である。
【図２０】この発明の実施の形態７に係る回転電機を示す縦断面図である。
【図２１】この発明の実施の形態７に係る回転電機における磁束の流れを説明する図である。
【図２２】この発明の実施の形態７に係る回転電機の比較例２に対するトルク向上率を示す図である。
【図２３】比較例２、実施例１、実施例２および実施例３の回転電機を示す縦断面図である。
【図２４】この発明の実施の形態８に係る回転電機における回転子の構造を説明する図である。
【図２５】この発明の実施の形態８に係る回転電機における磁束の流れを説明する図である。
【図２６】この発明の実施の形態９に係る回転電機における回転子の要部を示す斜視図である。
【図２７】この発明の実施の形態９に係る回転電機における回転子鉄心を構成する第１回転子コアシートを示す平面図である。
【図２８】この発明の実施の形態９に係る回転電機における回転子鉄心を構成する第２回転子コアシートを示す平面図である。
【図２９】この発明の実施の形態９に係る回転電機における回転子鉄心の要部を示す端面図である。
【図３０】この発明の実施の形態９に係る回転電機の実験機２における軸方向位置と磁気的空隙部の磁束密度の増加率との関係を示す図である。
【図３１】この発明の実施の形態９に係る回転電機における磁束の流れを説明する図である。
【図３２】この発明の実施の形態１０に係る回転電機における回転子の要部を示す斜視図である。
【図３３】この発明の実施の形態１０に係る回転電機を示す縦断面図である。
【図３４】この発明の実施の形態１１に係る自動車の電動パワーステアリング装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る回転電機を搭載した電動駆動装置を示す縦断面図である。なお、縦断面図とは、電動駆動装置の回転電機の回転軸の軸心を含む平面における断面図である。
【００１４】
図１において、電動駆動装置１００は、回転電機１０１と、回転電機１０１の軸方向一側に、回転電機１０１と一体に配設されたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）部２００と、を備えている。
【００１５】
回転電機１０１は、円環状の固定子２０と、固定子２０の内部に磁気的空隙部９を介して同軸に、かつ回転可能に配設された回転子１０と、を備えている。ここで、磁気的空隙部９とは、回転子鉄心１１と固定子鉄心２１との間の領域、すなわち回転子鉄心１１と固定子鉄心２１とが軸方向に重なり合っている領域である。
【００１６】
固定子２０は、円環状の固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１に巻装された固定子巻線２２と、を備えている。固定子２０は、圧入あるいは焼き嵌めにより、固定子鉄心２１を有底円筒状のフレーム１の円筒部１ａに内嵌状態に固着されて、フレーム１に保持されている。回転子１０は、軸心位置を貫通する回転軸１２に固着された回転子鉄心１１と、回転子鉄心１１に埋め込まれた複数の永久磁石１３と、を備えている。回転子１０は、フレーム１の開口を塞口するハウジング２とフレーム１の底部１ｂに配設された軸受３，４に回転軸１２を支持されて、固定子２０の内部に、同軸に、かつ回転可能に配設されている。プーリ５が、回転軸１２のハウジング２からの突出部に配設されている。
【００１７】
ＥＣＵ部２００は、回転電機１０１を駆動するためのインバータ回路を備え、インバータ回路はＭＯＳ−ＦＥＴ等のスイッチング素子２０１を有する。ヒートシンク２０２が、フレーム１の底部１ｂ側に取り付けられている。スイッチング素子２０１が、ヒートシンク２０２のフレーム１と反対側の面に装着されている。さらに、ケース２０３が、スイッチング素子２０１を内包するようにヒートシンク２０２に取り付けられている。ケース２０３内には、中間部材２０４や制御基板２０５が設けられている。
【００１８】
インバータ回路には、スイッチング素子２０１の他に、平滑コンデンサやノイズ除去用コイル、電源リレーやそれらを電気的に接続するバスバーなどがあるが、図１では省略している。バスバーは樹脂と一体成形されて中間部材２０４を形成している。
【００１９】
制御基板２０５は、第１および第２コネクタ２０６，２０７から受け取った情報に基づき、回転電機１０１を適切に駆動するためにスイッチング素子２０１に制御信号を送る。制御信号は、制御基板２０５とスイッチング素子２０１との間を電気的に接続する接続部材２０９によって伝達される。
【００２０】
磁気センサ２１０は、支持部２１２を介してヒートシンク２０２に支持された基板２１３に取り付けられている。磁気センサ２１０は、回転電機１０１の回転軸と同軸上で、かつ相対する位置に配置されていて、センサ用永久磁石２１１の発生する磁界を検出し、その向きを知ることで回転子１０の回転角度を検出する。電力が、バッテリ（図示せず）などから電源コネクタ２０８を介してＥＣＵ２００に送られる。ＥＣＵ２００は、この回転角度に応じて適切な駆動電流を回転電機１０１に供給する。
【００２１】
つぎに、回転電機１０１の構成について説明する。図２はこの発明の実施の形態１に係る回転電機を示す端面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図、図４はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子の要部を示す斜視図、図５はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子鉄心の製造方法を説明する斜視図、図６はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子鉄心の製造方法の実施態様を説明する斜視図である。なお、図２中、便宜的に、ティースには、周方向の配列順に、符号１から１８を割り振っている。さらに、各ティースに集中的に巻き回された集中巻コイルには、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれの相のコイルであるかがわかるように、便宜的に番号を付けて表している。
【００２２】
回転子１０は、図２から図４に示されるように、電磁鋼板から打ち抜かれた回転子コアシートを積層、一体化して作製された回転子鉄心１１と、回転子鉄心１１の軸心位置に挿入されて回転子鉄心１１に固着された回転軸１２と、回転子鉄心１１に埋め込まれた永久磁石１３と、を備える。回転子鉄心１１は、回転軸１２が挿入される円環状の基部１１ａと、周方向に互いに離間して、周方向に等角ピッチで配列されて、基部１１ａの外周側に配設された１４個の磁極部１１ｂと、それぞれ、基部１１ａから径方向外方に延び出て、基部１１ａと磁極部１１ｂとを機械的に連結する１４本のブリッジ部１１ｃと、を備える。
【００２３】
永久磁石１３は、長方形断面の棒状体に作製され、長方形断面の長手方向を径方向に、かつ短手方向を周方向に向けて、周方向に隣り合う磁極部１１ｂ間に配置され、磁極部１１ｂに固着されている。永久磁石１３は、長方形断面の短手方向が着磁方向１６であり、同じ極性が向き合うように、周方向に１４個配列されている。また、永久磁石１３は、回転子鉄心１１から軸方向両側にＬｅ（但し、Ｌｅ＞０）だけ突出させて、回転子鉄心１１に配設されている。なお、回転子鉄心１１の軸方向長さはＬである。
【００２４】
１４個の磁極部１１ｂは、それぞれの外周面の周方向中央部が、基部１１ａの軸心を中心とする一つの円筒面に接するように配列されている。そして、磁極部１１ｂの外周面は、外周面の周方向中央部が接する円筒面の曲率半径より小さい曲率半径の円筒面の一部で構成された、径方向外方に凸の曲面となっている。さらに、基部１１ａ、ブリッジ部１１ｃ、磁極部１１ｂ、および永久磁石１３により囲まれた空間１４は、空気が充満されており、非磁性部となっている。
【００２５】
なお、この空間１４は、空気に限らず、非磁性の樹脂や金属が充填されてもよい。ブリッジ部１１ｃは、全ての磁極部１１ｂと基部１１ａとを連結するように設けられているが、一部のブリッジ部１１ｃを省略してもよい。例えば、永久磁石１３を挟む一対の磁極部１１ｂの一方の磁極部１１ｂと基部１１ａとを連結するブリッジ部１１ｃが省略されている場合、永久磁石１３から一方の磁極部１１ｂ、ブリッジ部１１ｃ、基部１１ａ、ブリッジ部１１ｃ、他方の磁極部１１ｂを介して永久磁石１３に戻る磁路がなくなる、これにより、永久磁石１３で発生された磁束の漏れが低減され、トルクを向上できる。
【００２６】
このように構成された回転子１０では、周方向に配列された磁極部１１ｂの外周面が、隣り合う永久磁石１３間の周方向中間位置で、磁気的空隙部９の径方向の幅が最小となる径方向外方に凸の曲面に形成されている。これにより、磁気的空隙部９に発生する磁束密度の波形が滑らかとなり、コギングトルクやトルクリップルを低減できる。永久磁石１３は、長方形断面の棒状体に作製され、長方形断面の短手方向を着磁方向１６とし、該着磁方向１６を周方向に向けて、同じ極性が向き合うように、周方向に配列されている。これにより、永久磁石１３で発生した磁束が磁極部１１ｂに集中し、磁束密度を高めることができ、高トルク化が図られる。永久磁石１３は、長方形断面の棒状体に作製されているので、磁石の加工コストが低減され、回転電機１０１の低コスト化が図られる。基部１１ａ、ブリッジ部１１ｃ、磁極部１１ｂ、および永久磁石１３により囲まれた空間１４が、非磁性部となっているので、永久磁石１３で発生した磁束の漏れが低減され、高トルク化が図られる。
【００２７】
固定子鉄心２１は、電磁鋼板から打ち抜かれた固定子コアシートを積層一体化して作製され、円環状のコアバック２１ａ部と、それぞれ、コアバック２１ａの内周壁面から径方向内方に延び出て、周方向に等角ピッチで配列された１８本のティース２１ｂと、ティース２１ｂの先端部から周方向両側に突出する鍔部２１ｃと、周方向に隣り合う鍔部２１ｃ間を連結する連結部２１ｄと、を備える。固定子鉄心２１は、後述するように、周方向に隣り合う鍔部２１ｃ間が連結部２１ｄにより連結された鉄心連結ブロック３３を、周方向に隣り合う鍔部２１ｃ間が離間している鉄心開口ブロック３４の軸方向両端に積層して構成された、部分クローズドスロット形の固定子鉄心である。なお、コアバック２１ａと周方向に隣り合うティース２１ｂとの間に形成される空間がスロット２３となる。
【００２８】
このように構成された固定子鉄心２１は、軸方向の両端部を、周方向に隣り合う鍔部２１ｃ間が連結部２１ｄにより連結された鉄心連結ブロック３３で構成している。そこで、構造体としての剛性が大きくなるので、巻線時や取り扱い時における固定子鉄心２１の変形の発生が抑制される。また、回転電機１０１を駆動した場合、電磁力が固定子鉄心２１の内周側を歪ませるように作用するが、固定子鉄心２１の内径側の剛性が高められるので、回転電機１０１の振動の発生が抑制される。さらに、スロット２３が連結部２１ｄにより閉じられるので、固定子巻線２２を構成する集中巻コイル２２ａの固定子鉄心２１から内径側への飛び出しが阻止されるとともに、コギングトルクや電磁加振力の原因となるスロットパーミアンスの高調波成分が低減され、コギングトルクや電磁加振力を低減できる。
【００２９】
つぎに、固定子鉄心２１の製造方法について図５を参照にして説明する。
【００３０】
固定子鉄心２１は、６個の分割鉄心３０により構成されている。分割鉄心３０は、鉄心外径部３１と、鉄心内径部３２と、を備える。鉄心外径部３１は、電磁鋼板から打ち抜かれた４０枚の円弧形の固定子コアシート３１ａを嵌合積層して作製される。鉄心外径部３１の内周壁面には、Ｖ字溝３１ｂが、それぞれ溝方向を固定子コアシート３１ａの積層方向として、周方向に等角ピッチで３つ設けられている。なお、積層された固定子コアシート３１ａは、打ち抜き工程で形成された丸形状のカシメ部３１ｃ同士を嵌合させて、カシメ固定される。
【００３１】
鉄心内径部３２は、電磁鋼板から打ち抜かれた、３つのティース部の先端部を連結してなる１３枚の固定子コアシート３３ａを嵌合積層し、その上に、電磁鋼板からティース部の形状に打ち抜かれた、３つの固定子コアシート３４ａを、連結された３つのティース部の上にそれぞれ１４枚ずつ嵌合積層し、その上に、電磁鋼板から打ち抜かれた、３つのティース部の先端部を連結してなる１３枚の固定子コアシート３３ａを嵌合積層して、作製される。このように作製された鉄心内径部３２は、１３枚の固定子コアシート３３ａを嵌合積層した鉄心連結ブロック３３と、３つの固定子コアシート３４ａを１４枚ずつ嵌合積層した鉄心開口ブロック３４と、１３枚の固定子コアシート３３ａを嵌合積層した鉄心連結ブロック３３と、の３層構造となっている。なお、積層された固定子コアシート３３ａ，３４ａは、打ち抜き工程でティース部に形成された断面Ｖ字形のカシメ部３３ｂ，３４ｂを嵌合させて、カシメ固定される。
【００３２】
４０枚のティース部が嵌合積層されてティース２１ｂとなる。１３枚の固定子コアシート３３ａのティース部の先端部を連結する部分が積層されて連結部２１ｄとなる。ティース２１ｂの根元部が、Ｖ字状の突起３２ａとなっている。そして、突起３２ａをＶ字溝３１ｂに圧入、焼き嵌め、あるいは溶接により接続して、鉄心外径部３１と鉄心内径部３２が一体化され、分割鉄心３０が作製される。このように作製された、６つの分割鉄心３０が、鉄心外径部３１の周方向側面同士を突き合わせて円環状に配列されて、固定子鉄心２１が作製される。なお、鉄心外径部３１が円環状に連結されて、コアバック２１ａとなる。固定子コアシート３１ａ，３３ａが第１固定子コアシートに相当し、固定子コアシート３１ａ，３４ａが第２固定子コアシートに相当する。
【００３３】
図５による製造方法では、鉄心内径部３２を構成する固定子コアシート３３ａ，３４ａが、打ち抜き工程で形成された断面Ｖ字形のカシメ部を嵌合させて積層される。これにより、積層される固定子コアシート３３ａ，３４ａが回転せず、真円度の高い固定子鉄心２１を製造できるので、コギングトルクを低減することができる。ティース部の先端部を連結している鉄心連結ブロック３３が鉄心内径部３２の軸方向の両端部に配設されているので、鉄心内径部３２の強度が増加する。そこで、突起３２ａをＶ字溝３１ｂに圧入して鉄心外径部３１と鉄心内径部３２とを一体化する際に、鉄心内径部３２の軸方向端部に位置する固定子コアシート３３ａが分離するような不具合の発生が抑えられる。
【００３４】
つぎに、固定子鉄心の他の製造方法について図６を参照しつつ説明する。なお、図６による製造方法によって製造された固定子鉄心は、図５による製造方法によって製造された固定子鉄心と同等の構造を有する。
【００３５】
分割鉄心３０’は、電磁鋼板から打ち抜かれた、ティース部３６ｂが、それぞれ、円弧形部３６ａから内径側に突出して周方向に等角ピッチで３つ配列され、３つのティース部３６ｂの先端部が互いに連結されてなる１３枚の固定子コアシート３６を嵌合積層し、その上に、電磁鋼板から打ち抜かれた、ティース部３７ｂが、それぞれ、円弧形部３７ａから内径側に突出して周方向に等角ピッチで３つ配列され、３つのティース部３７ｂの先端部が分離されてなる１４枚の固定子コアシート３７を嵌合積層し、その上に、電磁鋼板から打ち抜かれた１３枚の固定子コアシート３６を嵌合積層して、作製される。なお、積層された固定子コアシート３６，３７は、打ち抜き工程で形成された丸形状のカシメ部３６ｃ、３７ｃを嵌合させ、断面Ｖ字形のカシメ部３６ｄ、３７ｄを嵌合させ、カシメ固定される。
【００３６】
このように作製された分割鉄心３０’は、１３枚の固定子コアシート３６を嵌合積層した鉄心連結ブロック３３’と、１４枚の固定子コアシート３７を嵌合積層した鉄心開口ブロック３４’と、１３枚の固定子コアシート３６を嵌合積層した鉄心連結ブロック３３’と、の３層構造となっている。
【００３７】
４０枚の円弧形部３６ａ，３７ａが嵌合積層されてコアバック部となり、４０枚のティース部３６ｂ，３７ｂが嵌合積層されてティース２１ｂとなる。１３枚のティース部３６ｂの先端部を連結する部分が積層されて連結部２１ｄとなる。このように作製された、６つの分割鉄心３０’が、コアバック部の周方向の側面同士を突き合わせて円環状に配列されて、固定子鉄心が作製される。なお、コアバック部が円環状に連結されて、コアバック２１ａとなる。固定子コアシート３６が第１固定子コアシートに相当し、固定子コアシート３７が第２固定子コアシートに相当する。
【００３８】
図６による製造方法では、コアバック部とティース２１ｂとが一体に作製されているので、図５による製造方法における鉄心外径部３１と鉄心内径部３２とを連結する構造に比べ、固定子鉄心の剛性をさらに高めることができ、鉄心外径部３１と鉄心内径部３２との連結部に起因する固定子鉄心の振動を低減できる。
【００３９】
固定子巻線２２は、ティース２１ｂのそれぞれに巻かれた１８本の集中巻コイル２２ａを備える。ここでは、Ｕ相は、＋Ｕ11，−Ｕ12，＋Ｕ13，−Ｕ21，＋Ｕ22，−Ｕ23の６個の集中巻コイル２２ａから構成され、Ｖ相は、＋Ｖ11，−Ｖ12，＋Ｖ13，−Ｖ21，＋Ｖ22，−Ｖ23の６個の集中巻コイル２２ａから構成され、Ｗ相は、−Ｗ11，＋Ｗ12，−Ｗ13，＋Ｗ21，−Ｗ22，＋Ｗ23の６個の集中巻コイル２２ａから構成されている。１８個の集中巻コイル２２ａは、図２に示されるように、１番から１８番のティース２１ｂのそれぞれに対応して、＋Ｕ11，＋Ｖ11，−Ｖ12、−Ｗ11、−Ｕ12、＋Ｕ13、＋Ｖ13、＋Ｗ12、−Ｗ13、−Ｕ21、−Ｖ21、＋Ｖ22、＋Ｗ21、＋Ｕ22、−Ｕ23、−Ｖ23、−Ｗ22、＋Ｗ23の順に並んでいる。なお、「＋」、「−」は集中巻コイル２２ａの巻極性を示し、「＋」と「−」は逆の巻極性となる。Ｕ相を構成する６個の集中巻コイル２２ａが接続されてＵ相コイルが構成され、Ｖ相を構成する６個の集中巻コイル２２ａが接続されてＶ相コイルが構成され、Ｗ相を構成する６個の集中巻コイル２２ａが接続されてＷ相コイルが構成される、さらに、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルがＹ結線、あるいはΔ結線されて、固定子巻線２２が構成される。
【００４０】
このように構成された回転子１０と固定子２０は、磁気的空隙部９を介して同軸に配設される。また、回転子鉄心１１と固定子鉄心２１は、同じ軸方向長さに作製され、軸方向の両端面が面一となるように配設される。回転子１０と固定子２０を備えた回転電機１０１は、集中巻の１４極１８スロットであり、集中巻の１０極１２スロットに比べて、空間次数が２の電磁加振力が小さくなり、振動および騒音を低減できる。また、高調波、特にトルクリップルの主成分である６ｆ成分や１２ｆ成分の巻線係数が小さく、トルクリップルを低減できる。さらに、固定子巻線２２が集中巻コイル２２ａにより構成されているので、コイルエンドが小さく、小型化が図られるとともに、銅損が小さく、高効率化が図られる。
【００４１】
つぎに、永久磁石１３を回転子鉄心１１の端面から突出させることによる効果を説明するために、回転子１０と、鉄心開口ブロック３４のみで構成されたオープンスロット形の固定子鉄心２１’と、を用いて回転電機の実験機１を作製し、回転軸１２の軸方向と直交する断面での磁気的空隙部９の磁束密度を測定した結果を図７に示す。図７はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の実験機１における軸方向位置と磁気的空隙部の磁束密度の増加率との関係を示す図である。ここで、図７において、横軸は、Ｘ／Ｌとした。但し、Ｌは回転子鉄心１１の軸方向長さ、Ｘは回転子鉄心１１の軸方向の一端を０としたときの軸方向の位置である。縦軸は、回転軸１２の軸方向の位置における比較例１の回転電機に対する実験機１の磁気的空隙部９の磁束密度の増加率である。
【００４２】
なお、比較例１の回転電機は、鉄心開口ブロック３４のみで作製されたオープンスロット形の固定子鉄心２１’と、永久磁石１３と同じ断面形状の永久磁石１３’が両端面を回転子鉄心１１の軸方向の両端面と面一となるように埋め込まれた回転子１０’を用いて作製した。永久磁石１３’は、回転子鉄心１１の軸方向長さと同じ長さに作製され、永久磁石１３より短い。また、回転子鉄心１１の軸方向の両端面が固定子鉄心２１の軸方向の両端面と面一となっているので、磁気的空隙部９の軸方向長さは、回転子鉄心１１の軸方向長さに一致する。
【００４３】
図７から、永久磁石１３が回転子鉄心１１の端面から突出している回転子１０を用いた実験機１では、Ｘ／Ｌが、０≦Ｘ／Ｌ≦０．３２５および０．６７５≦Ｘ／Ｌ≦１の範囲で、比較例１の回転電機に対して、磁気的空隙部９の磁束密度の増加率が大きいことが確認できた。また、比較例１の回転電機では、磁気的空隙部９の磁束密度は軸方向でほぼ一様であった。そこで、永久磁石１３が回転子鉄心１１の端面から突出している回転子１０を用いた実験機１では、磁気的空隙部９の磁束密度が、０≦Ｘ／Ｌ≦０．３２５および０．６７５≦Ｘ／Ｌ≦１の範囲で増大していることがわかった。つまり、実験機１では、磁束密度増大部３５が、０≦Ｘ／Ｌ≦０．３２５および０．６７５≦Ｘ／Ｌ≦１の範囲に形成された。
【００４４】
つぎに、磁束密度増大部３５が形成される理由について図８および図９を参照して説明する。図８は比較例１の回転電機における磁束の流れを説明する図、図９はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の実験機１における磁束の流れを説明する図である。
【００４５】
比較例１の回転電機では、永久磁石１３’の磁束は、図８に矢印で示されるように、周方向に流れてＮ極の磁極部１１ｂに入り、磁極部１１ｂを径方向外方に流れ、磁気的空隙部９を介してティース２１ｂに流れ込む。さらに、比較例１の回転電機では、永久磁石１３’が回転子鉄心１１の端面と面一となっているので、図８に矢印で示されるように、Ｎ極の磁極部１１ｂに入った磁束の一部が、Ｎ極の磁極部１１ｂを軸方向外方に流れ、ついで永久磁石１３’の端面上を周方向に流れてＳ極の磁極部１１ｂに入り、Ｓ極の磁極部１１ｂを軸方向内方に流れて永久磁石１３’に戻る。この磁路を流れる磁束が、漏れ磁束となる。この漏れ磁束により、磁極部１１ｂから磁気的空隙部９を介してティース２１ｂに流れ込む磁束量が低減する。
【００４６】
一方、実験機１では、永久磁石１３で発生した磁束は、図９に矢印で示されるように、周方向に流れてＮ極の磁極部１１ｂに入り、磁極部１１ｂを径方向外方に流れ、磁気的空隙部９を介してティース２１ｂに流れ込む。また、永久磁石１３が回転子鉄心１１の端面から突出している。そこで、永久磁石１３からＮ極の磁極部１１ｂに入った磁束が、Ｎ極の磁極部１１ｂを軸方向外方に流れ、ついで永久磁石１３の端面を周方向に流れてＳ極の磁極部１１ｂに入り、さらにＳ極の磁極部１１ｂを軸方向内方に流れて永久磁石１３に戻る磁路は形成されない。さらに、永久磁石１３の回転子鉄心１１の端面からの突出分だけ磁石量が増加するので、永久磁石１３で発生する磁束量が増加する。この増加した磁束は、空気層を介して軸方向外方からＮ極の磁極部１１ｂに入り、磁極部１１ｂを径方向外方に流れ、磁気的空隙部９を介してティース２１ｂに流れ込む。これにより、磁極部１１ｂから磁気的空隙部９を介してティース２１ｂに流れ込む磁束量が増加し、磁気的空隙部９の磁束密度が比較例１の回転電機に対して増加する。
【００４７】
また、回転子鉄心１１は絶縁被覆された回転子コアシートの積層体であるので、回転子コアシート間に磁気抵抗が存在し、磁束は回転子鉄心１１を積層方向、すなわち軸方向に流れにくい。そこで、永久磁石１３を回転子鉄心１１の端面から突出させることにより増加した磁束量が、主に、回転子鉄心１１の両端部側からティース２１ｂに流れ込む。これにより、図７に示されるように、磁束密度増大部３５が回転子鉄心１１の軸方向の両端部側に形成されたもの、と推考される。
【００４８】
つぎに、回転電機１０１における永久磁石１３で発生した磁束の流れについて図１０を参照しつつ説明する。図１０はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における磁束の流れを説明する図である。
【００４９】
永久磁石１３で発生した磁束は、図１０に矢印で示されるように、鉄心連結ブロック３３のティース２１ｂ、鍔部２１ｃおよび連結部２１ｄに流れ込む。回転電機１０１では、鉄心連結ブロック３３が固定子鉄心２１の軸方向の両端部側に配設されており、鉄心連結ブロック３３の軸方向の配設位置が、磁気的空隙部９の磁束密度増大部３５の形成領域に一致している。そこで、増加された磁束量が連結部２１ｄに流れ込むので、連結部２１ｄが磁気飽和し、連結部２１ｄの磁気抵抗が増大する。これにより、固定子巻線２２により発生した磁束が、連結部２１ｄを通って隣のティース２１ｂに流れにくくなる。このように、固定子巻線２２により発生した磁束のなかのトルク発生に寄与しない漏れ磁束が低減されるので、固定子巻線２２により発生した磁束のトルク発生に寄与する有効磁束量が増大し、回転電機１０１の高トルク化を実現できる。
【００５０】
つぎに、連結部２１ｄの径方向の幅ａと磁気的空隙部９の径方向の最小幅ｇとの関係について図１１を参照しつつ説明する。図１１はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の要部を示す端面図である。
【００５１】
回転子鉄心１１から固定子鉄心２１に流れ込む磁束量は、磁気的空隙部９の大きさに影響される。磁気的空隙部９の径方向の幅に対して連結部２１ｄの径方向の幅を小さくすると、磁束量に対して連結部２１ｄの径方向の幅が小さくなり、連結部２１ｄが磁気飽和しやすくなる。そこで、連結部２１ｄの磁気抵抗が増大し、連結部２１ｄを経路とする漏れ磁束が低減される。これにより、固定子巻線２２が発生する磁束の有効磁束量が増大し、回転電機１０１の高トルク化が図られる。したがって、高トルク化の観点から、連結部２１ｄの径方向の幅ａを磁気的空隙部９の径方向の最小幅ｇより小さくすることが好ましい。
【００５２】
つぎに、永久磁石１３の回転子鉄心１１の端面からの突出高さＬｅを固定とし、永久磁石１３の周方向幅Ｗを変えて、回転電機１０１のトルクを測定した結果を図１２に示す。図１２はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における永久磁石の幅に対する突出高さの割合とトルクとの関係を示す図である。図１２において、横軸は永久磁石の幅に対する突出高さの割合（Ｌｅ／Ｗ）である。縦軸は、固定子２０と、回転子１０に換えて永久磁石１３’の端面が回転子鉄心１１の端面と面一となっている回転子１０’と、を用いた比較例２の回転電機に対する回転電機１０１のトルク向上率である。
【００５３】
図１２から、Ｌｅ／Ｗを大きくなると、トルク向上率が大きくなり、Ｌｅ／Ｗが約１．０でトルク向上率が最大となり、Ｌｅ／Ｗをさらに大きくすると、トルク向上率が小さくなることがわかった。ここで、Ｌｅ／Ｗが０．５未満の場合にトルク向上率が小さくなるのは、永久磁石１３からＮ極の磁極部１１ｂに入り、磁極部１１ｂを径方向内方に流れ、永久磁石１３の端面を通ってＳ極の磁極部１１ｂに流れる漏れ磁束を確実に抑制できないので、連結部２１ｄに流れ込む磁束量が少なくなり、連結部２１ｄの磁気飽和がしにくくなったため、と推考される。また、Ｌｅ／Ｗが１．８を超えた場合にトルク向上率が小さくなるのは、永久磁石１３の突出部からＮ極の磁極部１１ｂに流れ込む磁路である空気層の磁気抵抗が大きくなり、永久磁石１３の突出部からＮ極の磁極部１１ｂに流れ込む磁束量が低減するので、連結部２１ｄに流れ込む磁束量が少なくなり、連結部２１ｄの磁気飽和がしにくくなったため、と推考される。
【００５４】
したがって、トルク向上率の観点から、Ｌｅ／Ｗを０．５以上、１．８以下とすることが好ましい。そして、Ｌｅ／Ｗを０．５以上、１．８以下とすることで、永久磁石１３’の端面が回転子鉄心１１の端面と面一となっている回転子１０’を用いた比較例２の回転電機に対するトルク向上率を４％以上とすることができる。
【００５５】
つぎに、回転数を変えて回転電機１０１のトルクを測定した結果を図１３に示す。図１３はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における回転数とトルクとの関係を示す図である。図１３において、横軸は回転数、縦軸はトルクである。なお、図１３中、点線は回転電機１０１を示し、実線は回転子１０に換えて回転子１０’を用いた比較例２の回転電機である。トルクがほぼ一定の回転数領域を定格領域、定格領域の最大トルクを定格トルク、トルクが定格トルクより小さくなる回転数領域を高回転領域、高回転領域のトルクを高回転トルクとした。トルクについては、比較例２の回転電機の定格トルクを１ｐ．ｕ．とし、回転数については、比較例２の回転電機の定格領域の最大回転数を１ｐ．ｕ．とした。
【００５６】
図１３から、回転電機１０１では、比較例２の回転電機に対して、定格トルクを大きくできることがわかった。つまり、永久磁石１３を回転子鉄心１１の端面から突出させることで、定格トルクを向上させることができた。
【００５７】
なお、上記実施の形態１では、永久磁石１３が回転子鉄心１１の軸方向両端面から突出しているが、永久磁石は回転子鉄心１１の軸方向の一方の端面から突出していればよい。
【００５８】
実施の形態２．
図１４はこの発明の実施の形態２に係る回転電機を示す縦断面図である。
【００５９】
図１４において、固定子２０Ａは、固定子鉄心２１Ａと、固定子巻線２２と、を備えている。固定子鉄心２１Ａは、１５枚の第１固定子コアシートを積層して作製された鉄心連結ブロック３３を、６枚の第２固定子コアシートを積層して作製された鉄心開口ブロック３４の軸方向両端に積層して構成されている。
なお、実施の形態２による回転電機１０２は、固定子２０に換えて固定子２０Ａを用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００６０】
この実施の形態２においても、鉄心連結ブロック３３が磁束密度増大部３５に配置されているので、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００６１】
実施の形態３．
図１５はこの発明の実施の形態３に係る回転電機を示す縦断面図である。
【００６２】
図１５において、固定子２０Ｂは、固定子鉄心２１Ｂと、固定子巻線２２と、を備えている。固定子鉄心２１Ｂは、８枚の第１固定子コアシートを積層して作製された鉄心連結ブロック３３と、８枚の第２固定子コアシートを積層して作製された鉄心開口ブロック３４と、を軸方向に交互に積層して構成されている。
なお、実施の形態３による回転電機１０３は、固定子２０に換えて固定子２０Ｂを用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００６３】
この実施の形態３においても、鉄心連結ブロック３３が磁束密度増大部３５に配置されているので、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
この実施の形態３によれば、鉄心連結ブロック３３が固定子鉄心２１Ｂの軸方向の両端部と中央部に配設されている。そこで、固定子鉄心２１Ｂの剛性は、固定子鉄心２１に比べて、軸方向に関して一様となり、回転電機１０３の剛性がさらに向上される。
【００６４】
実施の形態４．
図１６はこの発明の実施の形態４に係る回転電機を示す縦断面図である。
【００６５】
図１６において、固定子２０Ｃは、固定子鉄心２１Ｃと、固定子巻線２２と、を備えている。固定子鉄心２１Ｃは、２枚又は１枚の第１固定子コアシートにより作製された鉄心連結ブロック３３と、１枚の第２固定子コアシートにより作製された鉄心開口ブロック３４と、を軸方向に交互に積層して構成されている。
なお、実施の形態４による回転電機１０４は、固定子２０に換えて固定子２０Ｃを用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００６６】
この実施の形態４では、鉄心連結ブロック３３が軸方向に関して一様に分布しているので、固定子鉄心２１Ｃの剛性が軸方向に関して一様となり、回転電機１０４の剛性をさらに向上できる。
【００６７】
また、鉄心連結ブロック３３を構成する９枚の第１固定子コアシートが、磁束密度増大部３５の領域に配設されている。１つの磁束密度増大部３５の領域は１３枚の固定子コアシートが積層された領域に相当する。また、鉄心連結ブロック３３を構成する８枚の第１固定子コアシートが、磁束密度増大部３５でない領域に配設されている。磁束密度増大部３５でない領域は１４枚の固定子コアシートが積層された領域に相当する。そこで、磁束密度増大部３５の領域における鉄心連結ブロック３３の占める割合は約７０％となる。一方、磁束密度増大部３５でない領域における鉄心連結ブロック３３の占める割合は約５７％となる。
【００６８】
このように、磁束密度増大部３５の領域における鉄心連結ブロック３３の占める割合が、磁束密度増大部３５でない領域における鉄心連結ブロック３３の占める割合より大きいので、鉄心連結ブロック３３に含まれる連結部２１ｄが、全体として磁気飽和しやすくなり、高トルク化が図られる。
【００６９】
実施の形態５．
図１７はこの発明の実施の形態５に係る回転電機を示す端面図である。
【００７０】
図１７において、回転電機１０５は、固定子２０Ｄと、回転子１０Ａと、を備える。
【００７１】
回転子１０Ａは、電磁鋼板から打ち抜かれた回転子コアシートを積層、一体化して作製された回転子鉄心１１Ａと、回転子鉄心１１Ａの軸心位置に挿入されて回転子鉄心１１Ａに固着された回転軸１２と、回転子鉄心１１Ａに埋め込まれた永久磁石１３と、を備える。回転子鉄心１１Ａは、回転軸１２が挿入される円環状の基部１１ａと、周方向に互いに離間して、周方向に等角ピッチで配列されて、基部１１ａの外周側に配設された１０個の磁極部１１ｂと、それぞれ、基部１１ａから径方向外方に延び出て、基部１１ａと磁極部１１ｂとを機械的に連結する１０本のブリッジ部１１ｃと、を備える。永久磁石１３は、回転子鉄心１１Ａから軸方向両側に突出するように、回転子鉄心１１Ａに配設されている。
【００７２】
固定子２０Ｄは、固定子鉄心２１Ｄと、固定子巻線２２Ｄと、を備えている。
【００７３】
固定子鉄心２１Ｄは、円環状のコアバック２１ａ部と、それぞれ、コアバック２１ａの内周壁面から径方向内方に延び出て、周方向に等角ピッチで配列された１２本のティース２１ｂと、ティース２１ｂの先端部から周方向両側に突出する鍔部２１ｃと、周方向に隣り合う鍔部２１ｃ間を連結する連結部２１ｄと、を備える。そして、固定子鉄心２１Ｄは、図示していないが、１３枚の第１固定子コアシートを積層して作製された、連結部２１ｄで鍔部２１ｃ間を連結してなる鉄心連結ブロックを、１４枚の第２固定子コアシートを積層して作製された、鍔部２１ｃ間が離間している鉄心開口ブロックの軸方向両端に積層して構成されている。固定子巻線２２Ｄは、ティース２１ｂのそれぞれに巻回された１２本の集中巻コイル２２ａにより構成されている。なお、コアバック２１ａと周方向に隣り合うティース２１ｂとの間に形成される空間がスロット２３となる。
【００７４】
この実施の形態５においても、永久磁石１３が回転子鉄心１１Ａの軸方向両端面から突出するように回転子鉄心１１Ａに配設されているので、磁束密度増大部が、磁気的空隙部９の軸方向の両端側に形成される。そして、固定子鉄心２１Ｄの鉄心連結ブロックが磁束密度増大部の形成領域に一致するように配設されている。したがって、この実施の形態５においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００７５】
この実施の形態５によれば、回転電機１０５が、集中巻の１０極１２スロットであるので、スロット数が少なく、巻線が容易となり、製造性が高められる。
【００７６】
実施の形態６．
図１８はこの発明の実施の形態６に係る回転電機を示す端面図、図１９はこの発明の実施の形態６に係る回転電機における回転子の要部を示す斜視図である。
【００７７】
図１８および図１９において、回転電機１０６は、固定子２０と、磁気的空隙部９を介して固定子２０の内周側に同軸に配設された回転子６０と、を備えている。
【００７８】
回転子６０は、電磁鋼板から打ち抜かれた回転子コアシートを積層、一体化して作製された回転子鉄心６１と、回転子鉄心６１の軸心位置に挿入されて回転子鉄心６１に固着された回転軸１２と、回転子鉄心６１に埋め込まれた永久磁石１３と、を備える。
【００７９】
回転子鉄心６１は、穴方向を軸方向として回転子鉄心６１の軸心位置を貫通するように形成された回転軸挿入穴６１ａと、それぞれ、回転子鉄心６１の軸心を中心とする一つの円筒面に接する、当該円筒面より小さい曲率半径の円筒面の一部で構成された、径方向外方に凸の曲面に構成されて、周方向に等角ピッチで配列された１８個の曲面部６１ｂと、曲面部６１ｂのそれぞれの内周側に、長方形断面の穴形状で、長方形断面の短手方向を径方向に一致させ、かつ穴方向を軸方向として、回転子鉄心６１を貫通するように形成された磁石挿入穴６１ｃと、を備える。
【００８０】
回転軸１２は、回転軸挿入穴６１ａに挿入、固着されている。永久磁石１３は、磁石挿入穴６１ｃの穴形状に略一致する長方形断面の棒状体に作製され、磁石挿入穴６１ｃのそれぞれに挿入、固着されて、回転子鉄心６１に配設されている。永久磁石１３の長さ方向の両端部は、回転子鉄心６１から軸方向外方に突出している。永久磁石１３は、長方形断面の短手方向が着磁方向であり、曲面部６１ｂの極性が、Ｎ極とＳ極とを交互にとるように、周方向に配列されている。
【００８１】
このように構成された回転電機１０６は、集中巻の１４極１８スロットである。また、回転子鉄心６１の軸方向の両端面が、固定子鉄心２１の軸方向の両端面と面一となっているので、磁気的空隙部９の軸方向長さは、回転子鉄心６１の軸方向長さＬと同じである。さらに、永久磁石１３が回転子鉄心６１の軸方向両端面から突出するように回転子鉄心６１に配設されている。したがって、回転電機１０６においても、上記実施の形態１と同様に、磁束密度増大部が、磁気的空隙部９の軸方向に関して、０≦Ｘ／Ｌ≦０．３２５および０．６７５≦Ｘ／Ｌ≦１の範囲に形成される。そして、固定子鉄心２１の鉄心連結ブロックが磁束密度増大部の形成領域に一致するように配設されている。したがって、この実施の形態６においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００８２】
この実施の形態６では、固定子２０に対向する回転子鉄心６１の表面積が大きくなるので、回転子鉄心６１から固定子鉄心２１の連結部２１ｄに流れ込む磁束量が増大する。そこで、連結部２１ｄが磁気飽和しやすくなり、固定子巻線２２により発生した磁束のなかのトルク発生に寄与しない漏れ磁束が低減されるので、固定子巻線２２により発生した磁束のトルク発生に寄与する有効磁束量が増大し、回転電機１０６の高トルク化を実現できる。
【００８３】
なお、実施の形態６においても、永久磁石１３の回転子鉄心６１からの突出量をＬｅ、永久磁石１３の長方形断面の短手方向の長さ、すなわち幅をＷとしたときに、Ｌｅ／Ｗを０．５以上、１．８以下とすることで、永久磁石の端面が回転子鉄心６１の端面と面一となっている回転子を用いた回転電機に対するトルク向上率を４％以上とすることができる。
【００８４】
実施の形態７．
図２０はこの発明の実施の形態７に係る回転電機を示す縦断面図、図２１はこの発明の実施の形態７に係る回転電機における磁束の流れを説明する図である。
【００８５】
図２０において、回転子１０Ｂは、電磁鋼板から打ち抜かれた回転子コアシートを積層、一体化して作製された回転子鉄心１１Ｂと、回転子鉄心１１Ｂの軸心位置に挿入されて回転子鉄心１１Ｂに固着された回転軸１２と、回転子鉄心１１Ｂに埋め込まれた永久磁石１３と、を備える。回転子鉄心１１Ｂは、積層される回転子コアシートの枚数が多いことを除いて、回転子鉄心１１と同様に構成されている。つまり、回転子鉄心１１Ｂの軸方向の両端面が、固定子鉄心２１の軸方向の両端面に対して、軸方向外方に位置している。さらに、永久磁石１３が、軸方向両端部を回転子鉄心１１Ｂから軸方向両側に突出させて、回転子鉄心１１Ｂに配設されている。
なお、実施の形態７による回転電機１０７は、回転子１０に換えて回転子１０Ｂを用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００８６】
このように構成された回転電機１０７では、永久磁石１３が回転子鉄心１１Ｂの軸方向両端面から突出するように回転子鉄心１１Ｂに配設されているので、上記実施の形態１と同様に、磁束密度増大部３５が、磁気的空隙部９の軸方向に関して、０≦Ｘ／Ｌ≦０．３２５および０．６７５≦Ｘ／Ｌ≦１の範囲に形成される。実施の形態７では、回転子鉄心１１Ｂが固定子鉄心２１から軸方向外方に延長されているので、磁気的空隙部９は、固定子鉄心２１からの延長部を除いた回転子鉄心１１Ｂの部分と固定子鉄心２１との間の領域となる。したがって、Ｌは固定子鉄心２１の軸方向長さ、すなわち磁気的空隙部９の軸方向長さである。
そして、固定子鉄心２１の鉄心連結ブロック３３が磁束密度増大部３５の形成領域に一致するように配設されている。したがって、この実施の形態７においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００８７】
つぎに、回転電機１０７における永久磁石１３で発生した磁束の流れについて図２１を参照しつつ説明する。
【００８８】
回転子鉄心１１Ｂは、固定子鉄心２１の軸方向の端面から軸方向外方に突出する延長部を有する。そこで、回転子鉄心１１Ｂの延長部に相対する磁石部分で発生した磁束は、周方向に流れて回転子鉄心１１Ｂの延長部に入る。さらに、回転子鉄心１１Ｂから軸方向外方に突出する永久磁石１３の突出部で発生した磁束は、図２１に矢印で示されるように、空気層を介して軸方向外方から回転子鉄心１１Ｂの延長部に入る。回転子鉄心１１Ｂの延長部に入った磁束の一部は、磁極部１１ｂを径方向外方に流れ、空気層を介して軸方向外方から固定子鉄心２１に流れる。回転子鉄心１１Ｂの延長部に入った磁束の残部は、磁極部１１ｂを軸方向内方に流れ、その後磁極部１１ｂを径方向外方に流れ、磁気的空隙部９を介して固定子鉄心２１に流れる。
【００８９】
ここで、上記実施の形態１では、固定子鉄心２１の端面と回転子鉄心１１の端面とが面一となっているので、永久磁石１３の回転子鉄心１１からの突出部で発生した磁束は、空気層を介して軸方向外方から磁極部１１ｂに入る。
【００９０】
この実施の形態７では、回転子鉄心１１Ｂの端面が固定子鉄心２１の端面に対して軸方向外方に位置している。そこで、実施の形態７では、実施の形態１における永久磁石１３の突出部の回転子鉄心１１の端面側の部分に相当する部分で発生した磁束は、軸方向外方からではなく、周方向に流れて、回転子鉄心１１Ｂの延長部に入ることになる。このように、実施の形態１における永久磁石１３の突出部の回転子鉄心１１の端面側の部分に相当する部分で発生した磁束が回転子鉄心１１Ｂに流れる経路の磁気抵抗が小さくなる。これにより、実施の形態１における永久磁石１３の突出部の回転子鉄心１１の端面側の部分に相当する部分で発生した磁束を効率的に磁極部１１ｂに集中できるので、固定子鉄心２１に流れ込む磁束量を増大することができる。
【００９１】
したがって、増大された磁束が、固定子鉄心２１の連結部２１ｄに流れ込むので、連結部２１ｄが磁気飽和し、連結部２１ｄの磁気抵抗が増大する。これにより、固定子巻線２２により発生した磁束が、連結部２１ｄを通って隣のティース２１ｂに流れにくくなる。このように、固定子巻線２２により発生した磁束のなかのトルク発生に寄与しない漏れ磁束が低減されるので、固定子巻線２２により発生した磁束のトルク発生に寄与する有効磁束量が増大し、回転電機１０７の高トルク化を実現できる。
【００９２】
ここで、回転子鉄心１１Ｂに延長部を設けることによる効果を説明するために、比較例２、実施例１、実施例２および実施例３の回転電機を作製し、比較例２の回転電機に対するトルク向上率を測定した結果を図２２に示す。図２２はこの発明の実施の形態７に係る回転電機の比較例２の回転電機に対するトルク向上率を示す図である。図２２において、縦軸は、比較例２の回転電機に対する実施例１〜３の回転電機のトルク上昇率である。図２３は比較例２、実施例１、実施例２および実施例３の回転電機を示す縦断面図である。
【００９３】
比較例２の回転電機は、図２３の（ａ）に示されるように、永久磁石１３’が両端面を回転子鉄心１１の軸方向の両端面と面一となるように埋め込まれた回転子１０’と、固定子２０と、から構成されている。実施例１の回転電機は、図２３の（ｂ）に示されるように、回転子１０と、固定子２０と、から構成され、実施の形態１に相当する。実施例２の回転電機は、図２３の（ｃ）に示されるように、永久磁石１３が両端面を回転子鉄心１１Ｃの軸方向の両端面と面一となるように埋め込まれた回転子１０Ｃと、固定子２０と、から構成されている。実施例３の回転電機は、図２３の（ｄ）に示されるように、永久磁石１３が両端面を回転子鉄心１１Ｂの軸方向の両端面から突出するように埋め込まれた回転子１０Ｂと、固定子２０と、から構成され、実施の形態７に相当する。
【００９４】
図２２から、実施例１、実施例２および実施例３の回転電機は、比較例３の回転電機に対して、それぞれ、３．０％、３．１％および３．５％トルクを向上できたことがわかった。このように、実施例３の回転電機は、実施例１，２の回転電機に対して、永久磁石１３の軸方向長さを増やすことなく、トルクを向上できることがわかった。
【００９５】
比較例２の回転電機に対する実施例１の回転電機によるトルク向上は、永久磁石１３を回転子鉄心１１から突出させたことによる、磁石量の増大と磁石端面を介する漏れ磁束の低減の効果と推考される。実施例１の回転電機に対する実施例２の回転電機によるトルク向上は、永久磁石１３の回転子鉄心１１からの突出部を回転子鉄心１１Ｃに埋め込み、永久磁石１３の回転子鉄心１１からの突出部で発生した磁束を効率的に回転子鉄心１１Ｃに流れ込ませたことによる効果と推考される。実施例２の回転電機に対する実施例３の回転電機によるトルク向上は、永久磁石１３を回転子鉄心１１Ｂから突出させたことによる磁石端面を介する漏れ磁束の低減効果と推考される。
【００９６】
実施の形態８．
図２４はこの発明の実施の形態８に係る回転電機における回転子の構造を説明する図、図２５はこの発明の実施の形態８に係る回転電機における磁束の流れを説明する図である。
【００９７】
図２４において、回転子１０Ｄは、永久磁石１３’が両端面を回転子鉄心１１の軸方向の両端面と面一となるように埋め込まれ、第２の永久磁石１５が回転子鉄心１１の磁極部１１ｂのそれぞれの軸方向両端面に貼り付けられて、構成されている。第２の永久磁石１５は磁極部１１ｂの端面形状と同じ平面形状の薄板状に作製され、厚み方向が着磁方向である。そして、第２の永久磁石１５は、磁極部１１ｂの極性と同じ極性の面を磁極部１１ｂに向けて配設されている。
なお、実施の形態８による回転電機は、回転子１０に換えて回転子１０Ｄを用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００９８】
実施の形態８による回転電機では、永久磁石１３’で発生した磁束が、周方向に流れて回転子鉄心１１の磁極部１１ｂに入る。さらに、第２の永久磁石１５で発生した磁束が、軸方向に流れて磁極部１１ｂに入る。これにより、磁極部１１ｂに入る磁束量が増大される。そして、磁極部１１ｂに入った磁束は、図２５に矢印で示されるように、磁気的空隙部９を介して固定子鉄心２１のティース２１ｂ、鍔部２１ｃおよび連結部２１ｄに流れ込む。
【００９９】
実施の形態８では、回転子鉄心１１の軸方向の両端面が固定子鉄心２１の軸方向の両端面と面一となっているので、磁気的空隙部９の軸方向長さは、回転子鉄心１１の軸方向長さＬに一致する。第２の永久磁石１５が磁極部１１ｂの軸方向両端面に配設され、第２の永久磁石１５が発生した磁束が磁極部１１ｂに流れ込むように構成されているので、磁極部１１ｂに入る磁束量が増大される。そこで、実施の形態８においても、上記実施の形態１と同様に、磁束密度増大部３５が、磁気的空隙部９の軸方向に関して、０≦Ｘ／Ｌ≦０．３２５および０．６７５≦Ｘ／Ｌ≦１の範囲に形成される。
【０１００】
また、鉄心連結ブロック３３が、磁気的空隙部９の磁束密度増大部３５の形成領域に一致するように、配設されている。そこで、実施の形態８においても、連結部２１ｄが磁気飽和しやすくなり、固定子巻線２２により発生した磁束が、連結部２１ｄを通って隣のティース２１ｂに流れにくくなる。このように、固定子巻線２２により発生した磁束のなかのトルク発生に寄与しない漏れ磁束が低減されるので、固定子巻線２２により発生した磁束のトルク発生に寄与する有効磁束量が増大し、回転電機の高トルク化を実現できる。
【０１０１】
まお、上記実施の形態８では、第２の永久磁石１５を磁極部１１ｂの端面に貼り付けているが、磁極部の軸方向の端部に切り欠きを形成し、第２の永久磁石１５をその切り欠きに埋め込んでも、同様の効果が得られる。
また、上記実施の形態８では、第２の永久磁石１５を磁極部１１ｂの軸方向の両端面に配設したが、第２の永久磁石１５を磁極部１１ｂの軸方向の一方の端面にのみ配設してもよい。
【０１０２】
また、上記実施の形態８では、長方形断面の永久磁石１３’が磁極部１１ｂ間に埋め込まれた回転子鉄心１１の磁極部１１ｂの端面に第２の永久磁石１５を配設しているが、長方形断面の永久磁極が磁極部を軸方向に貫通するように埋め込まれた回転子鉄心の磁極部の端面に第２の永久磁石を配設しても、同様の効果が得られる。
【０１０３】
実施の形態９．
図２６はこの発明の実施の形態９に係る回転電機における回転子の要部を示す斜視図、図２７はこの発明の実施の形態９に係る回転電機における回転子鉄心を構成する第１回転子コアシートを示す平面図、図２８はこの発明の実施の形態９に係る回転電機における回転子鉄心を構成する第２回転子コアシートを示す平面図、図２９はこの発明の実施の形態９に係る回転電機における回転子鉄心の要部を示す端面図である。
【０１０４】
図２６において、回転子１０Ｅは、電磁鋼板から打ち抜かれた、回転子コアシートとしての回転子拡大コアシート５０と回転子非拡大コアシート５１を積層、一体化して作製された回転子鉄心４０と、回転子鉄心４０の軸心位置に挿入されて回転子鉄心４０に固着された回転軸１２（図示せず）と、回転子鉄心４０に埋め込まれた永久磁石１３’と、を備える。回転子鉄心４０は、回転軸１２が挿入される円環状の基部４０ａと、周方向に互いに離間して、周方向に等角ピッチで配列されて、基部４０ａの外周側に配設された１４個の磁極部４０ｂと、それぞれ、基部４０ａから径方向外方に延び出て、基部４０ａと磁極部４０ｂとを機械的に連結する１４本のブリッジ部４０ｃと、を備える。
【０１０５】
永久磁石１３’は、長方形断面の棒状体に作製され、長方形断面の長手方向を径方向に、かつ短手方向を周方向に向けて、周方向に隣り合う磁極部４０ｂ間に配置され、磁極部４０ｂに固着されている。永久磁石１３’は、長方形断面の短手方向が着磁方向であり、同じ極性が向き合うように、周方向に１４個配列されている。また、永久磁石１３’の長さ方向の両端面が、回転子鉄心４０の軸方向の両端面に面一となっている。
【０１０６】
回転子拡大コアシート５０は、図２７に示されるように、円環状の基部５０ａと、周方向に互いに離間して、周方向に等角ピッチで配列されて、基部５０ａの外周側に配設された１４個の磁極部５０ｂと、それぞれ、基部５０ａから径方向外方に延び出て、基部５０ａと磁極部５０ｂとを連結する１４本のブリッジ部５０ｃと、を備える。１４個の磁極部５０ｂは、それぞれの外周面の周方向中央部が、基部５０ａの中心を軸心とする一つの円筒面に接するように配列されている。そして、磁極部５０ｂの外周面は、外周面の周方向中央部が接する円筒面の曲率半径より小さい曲率半径の円筒面の一部で構成された径方向外方に凸の曲面となっている。
【０１０７】
回転子非拡大コアシート５１は、図２８に示されるように、円環状の基部５１ａと、周方向に互いに離間して、周方向に等角ピッチで配列されて、基部５１ａの外周側に配設された１４個の磁極部５１ｂと、それぞれ、基部５１ａから径方向外方に延び出て、基部５１ａと磁極部５１ｂとを連結する１４本のブリッジ部５１ｃと、を備える。ここで、回転子非拡大コアシート５１は、磁極部５１ｂの外周面の曲率半径が磁極部５０ｂの外周面の曲率半径より小さい点を除いて、回転子拡大コアシート５０と同じ形状となっている。
【０１０８】
回転子鉄心４０は、１３枚の回転子拡大コアシート５０を積層、一体化した鉄心拡大ブロック４１を、１４枚の回転子非拡大コアシート５１を積層、一体化した鉄心非拡大ブロック４２の軸方向両端に積層して構成されている。そこで、４０枚の基部５０ａ，５１ａが積層、一体化されて基部４０ａを構成する。４０枚のブリッジ部５０ｃ，５１ｃが積層、一体化されてブリッジ部４０ｃを構成する。１３枚の磁極部５０ｂが積層、一体化されて拡大磁極部４１ａを構成し、１４枚の磁極部５１ｂが積層、一体化されて非拡大磁極部４２ａを構成する。そして、拡大磁極部４１ａを非拡大磁極部４２ａの軸方向両端に配設して、磁極部４０ｂが構成される。非拡大磁極部４２ａに対して外径側に突出する拡大部４３が、図２９に示されるように、拡大磁極部４１ａの外周部の周方向両側に形成されている。
【０１０９】
なお、実施の形態９による回転電機は、回転子１０に換えて回転子１０Ｅを用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。
【０１１０】
ここで、回転子鉄心４０の磁極部４０ｂに拡大磁極部４１ａを形成することによる効果を説明するために、回転子１０Ｅと、鉄心開口ブロック３４のみで構成されたオープンスロット形の固定子鉄心２１’と、を用いて回転電機の実験機２を作製し、回転軸１２の軸方向と直交する断面での磁気的空隙部９の磁束密度を測定した結果を図３０に示す。図３０はこの発明の実施の形態９に係る回転電機の実験機２における軸方向位置と磁気的空隙部の磁束密度の増加率との関係を示す図である。ここで、図３０において、横軸は、Ｘ／Ｌとした。但し、Ｌは回転子鉄心４０の軸方向長さ、Ｘは回転子鉄心４０の軸方向の一端を０としたときの軸方向の位置である。縦軸は、回転軸１２の軸方向の位置における比較例３の回転電機に対する実験機２の磁気的空隙部９の磁束密度の増加率である。
【０１１１】
なお、比較例３の回転電機には、鉄心開口ブロック３４のみで作製されたオープンスロット形の固定子鉄心２１’と、鉄心非拡大ブロック４２のみで作製された回転子鉄心４０’に永久磁石１３’を埋め込んだ回転子と、を用いた。また、回転子鉄心４０の軸方向の両端面が固定子鉄心２１の軸方向の両端面と面一となっているので、磁気的空隙部９の軸方向長さは、回転子鉄心４０の軸方向長さＬに一致する。
【０１１２】
図３０から、回転子１０Ｅを用いた実験機２では、Ｘ／Ｌが、０≦Ｘ／Ｌ≦０．３２５および０．６７５≦Ｘ／Ｌ≦１の範囲で、比較例３の回転電機に対して、磁気的空隙部９の磁束密度の増加率が大きいことが確認できた。また、比較例３の回転電機では、磁気的空隙部９の磁束密度は軸方向でほぼ一様であった。そこで、回転子１０Ｅを用いた実験機２では、磁気的空隙部９の磁束密度が、０≦Ｘ／Ｌ≦０．３２５および０．６７５≦Ｘ／Ｌ≦１の範囲で増大していることがわかった。つまり、実験機２では、磁束密度増大部３５が、磁気的空隙部９の軸方向に関して、０≦Ｘ／Ｌ≦０．３２５および０．６７５≦Ｘ／Ｌ≦１の範囲に形成された。
【０１１３】
比較例３の回転電機では、磁極部が非拡大磁極部４２ａのみで構成されているので、磁気的空隙部９の径方向の幅は、非拡大磁極部４２ａの外周面の周方向中央部から周方向両側に変位するほど広くなる。これにより、固定子鉄心２１’と非拡大磁極部４２ａとの間の磁気抵抗は、非拡大磁極部４２ａの外周面の周方向両側に変位するほど大きくなる。そこで、磁束は、非拡大磁極部４２ａの周方向中央部から固定子鉄心２１’に集中的に流れ込むことになる。
【０１１４】
一方、実験機２では、回転子鉄心４０の磁極部４０ｂが拡大磁極部４１ａと非拡大磁極部４２ａとにより構成されている。拡大磁極部４１ａの周方向両側における磁気的空隙部９の径方向の幅は、非拡大磁極部４２ａの周方向両側における磁気的空隙部９の間隔より狭くなっている。そこで、拡大磁極部４１ａにおいては、磁束は、拡大磁極部４１ａの外周面の全域から固定子鉄心２１’に流れ込むことになる。つまり、拡大磁極部４１ａから固定子鉄心２１’に流れ込む磁束量が、非拡大磁極部４２ａから固定子鉄心２１’に流れ込む磁束量より多くなる。そして、実験機２では、１３枚の回転子拡大コアシート５０を積層してなる鉄心拡大ブロック４１が、４０枚の回転子拡大コアシート５０と回転子非拡大コアシート５１を積層してなる回転子鉄心４０の軸方向両端側に配設されているので、磁束密度増大部３５が、磁気的空隙部９の軸方向に関して、０≦Ｘ／Ｌ≦０．３２５および０．６７５≦Ｘ／Ｌ≦１の範囲に形成されたもの、と推考される。
【０１１５】
つぎに、実施の形態９による回転電機における永久磁石１３’で発生した磁束の流れについて図３１を参照しつつ説明する。図３１はこの発明の実施の形態９に係る回転電機における磁束の流れを説明する図である。
【０１１６】
実施の形態９による回転電機では、１３枚の第１固定子コアシートを積層してなる鉄心連結ブロック３３が、１４枚の第２固定子コアシートを積層してなる鉄心開口ブロック３４の軸方向両端に配設されているので、鉄心連結ブロック３３の配設領域が、軸方向に関して、磁束密度増大部３５の形成領域と一致する。そこで、増大した磁束が、図３１に矢印で示されるように、磁気的空隙部９を介して固定子鉄心２１の連結部２１ｄに流れ込むので、連結部２１ｄが磁気飽和し、連結部２１ｄの磁気抵抗が増大する。これにより、固定子巻線により発生した磁束が、連結部２１ｄを通って隣のティース２１ｂに流れにくくなる。このように、固定子巻線により発生した磁束のなかのトルク発生に寄与しない漏れ磁束が低減されるので、固定子巻線により発生した磁束のトルク発生に寄与する有効磁束量が増大し、回転電機の高トルク化を実現できる。
【０１１７】
また、拡大磁極部４１ａと非拡大磁極部４２ａとを備えている。そして、磁気的空隙部９の非拡大磁極部４２ａで発生する密度波形が、磁気的空隙部９の拡大磁極部４１ａで発生する密度波形より滑らかとなる。これにより、コギングトルクやトルクリップルを小さくすることができる。
磁気的空隙部９の拡大磁極部４１ａで発生するコギングトルクやトルクリップルが、磁気的空隙部９の非拡大磁極部４２ａで発生するコギングトルクやトルクリップルと相殺され、コギングトルクやトルクリップルを小さくすることができる。
拡大磁極部４１ａに磁気的空隙部９の径方向の幅を狭くする拡大部４３が形成されているので、拡大部４３と固定子鉄心２１とが引きつけ合うリラクタンストルクが発生し、トルクをさらに向上させることができる。
【０１１８】
なお、上記実施の形態９では、拡大磁極部４１ａと非拡大磁極部４２ａとが基部４０ａの中心を中心軸とする一つの円筒面に接するように構成されているが、拡大磁極部４１ａが接する円筒面の直径が、非拡大磁極部４２ａが接する円筒面の直径より大きくてもよい。
【０１１９】
また、上記実施の形態９では、拡大磁極部４１ａおよび非拡大磁極部４２ａの外周面が径方向外方に凸の滑らかな曲面に形成されているが、拡大磁極部および非拡大磁極部の外周面は、径方向外方に凸の滑らか曲面に限定されない。つまり、回転子拡大コアシートの磁極部が、回転子非拡大コアシートの磁極部に対して拡大部を有していれば、磁極部の外周面は、径方向外方に凸の滑らか曲面に限定されず、例えば、磁極部の回転軸に直交する断面形状が、周方向に凹凸を繰り返す滑らかな波状形状、複数の線分を周方向に連結した多角の形状、線分と曲線とを周方向に交互に連結した形状でもよい。
【０１２０】
また、上記実施の形態９では、磁極部が外周面の曲率が異なる回転子拡大コアシート５０と回転子非拡大コアシート５１を積層して構成されているが、磁極部は、外周面の曲率が異なる３種類以上の回転子鉄心磁極片を積層して構成されてもよい。この場合、他の回転子コアシートに対して、外周面の形状が磁気的空隙部９側に拡大される拡大部４３を有する回転子コアシートを積層してなる磁極部が拡大磁極部となる。
【０１２１】
実施の形態１０．
図３２はこの発明の実施の形態１０に係る回転電機における回転子の要部を示す斜視図、図３３はこの発明の実施の形態１０に係る回転電機を示す縦断面図である。
【０１２２】
図３２および図３３において、回転子１０Ｆは、鉄心拡大ブロック４１と鉄心非拡大ブロック４２とを軸方向に交互に配列して構成された回転子鉄心４０Ａと、回転子鉄心４０Ａの軸心位置に挿入されて回転子鉄心４０Ａに固着された回転軸１２と、回転子鉄心４０Ａに埋め込まれた永久磁石１３’と、を備える。
固定子２０Ｅは、鉄心連結ブロック３３と鉄心開口ブロック３４とを軸方向に交互に配列して構成された固定子鉄心２１Ｅと、固定子巻線２２と、を備える。そして、鉄心連結ブロック３３は、軸方向に関して、鉄心拡大ブロック４１の配設領域に一致するように配設されている。
【０１２３】
このように構成された回転電機１０８では、鉄心拡大ブロック４１と鉄心非拡大ブロック４２とが軸方向に交互に配設されているので、磁気的空隙部９の磁束密度増大部３５が鉄心拡大ブロック４１の配設領域に形成される。そして、鉄心連結ブロック３３が、軸方向に関して、鉄心拡大ブロック４１の配設領域に一致するように配設されている。そこで、増加された磁束が、磁気的空隙部９を介して固定子鉄心２１Ｅの連結部２１ｄに流れ込むので、連結部２１ｄが磁気飽和し、連結部２１ｄの磁気抵抗が増大する。これにより、固定子巻線２２により発生した磁束が、連結部２１ｄを通って隣のティース２１ｂに流れにくくなる。このように、固定子巻線２２により発生した磁束のなかのトルク発生に寄与しない漏れ磁束が低減されるので、固定子巻線２２により発生した磁束のトルク発生に寄与する有効磁束量が増大し、回転電機の高トルク化を実現できる。
【０１２４】
なお、上記各実施の形態では、回転子鉄心が電磁鋼板から打ち抜かれた回転子コアシートを積層して作製されているが、回転子鉄心は磁性体の塊状体で作製してもよい。
また、上記各実施の形態では、集中巻の１４極１８スロットおよび集中巻の１２極１０スロットの回転電機ついて説明したが、回転電機の極数スロット数はこれらに限定されない。
【０１２５】
実施の形態１１．
図３４はこの発明の実施の形態１１に係る自動車の電動パワーステアリング装置の説明図である。
【０１２６】
図３４において、電動パワーステアリング装置５００は、上記実施の形態１による回転電機１０１とＥＣＵ部２００とを備える電動駆動装置１００を搭載している。
【０１２７】
運転者がステアリングホイール（図示しない）を操舵すると、そのトルクがステアリングシャフト（図示しない）を介してシャフト５０１に伝達される。このとき、シャフト５０１に伝達されたトルクはトルクセンサ５０２により検出されて電気信号に変換され、ケーブル（図示しない）を通じて電動駆動装置１００の第１コネクタ２０６を介してＥＣＵ部２００に伝達される。一方，車速などの自動車の情報が電気信号に変換されて第２コネクタ２０７を介してＥＣＵ部２００に伝達される。ＥＣＵ部２００は、このトルクと、車速などの自動車の情報とから、必要なアシストトルクを演算し、インバータを通じて回転電機１０１に電流を供給する。
【０１２８】
回転電機１０１は軸心をラック軸の移動方向５０７に平行な向きに配置されている。また、ＥＣＵ部２００への電力供給は、バッテリやオルタネータから電源コネクタ２０８を介して送られる。回転電機１０１が発生したトルクは、ベルト（図示せず）とボールネジ（図示せず）が内蔵されたギヤボックス５０３によって減速され、ハウジング５０４の内部にあるラック軸（図示せず）を矢印の方向に動かす推力を発生させ、運転者の操舵力をアシストする。そこで、タイロッド５０５が動き、タイヤが転舵して車両を旋回させることができる。これにより、運転者は、回転電機１０１のトルクによってアシストされ、少ない操舵力で車両を旋回させることができる。なお、ラックブーツ５０６は異物が装置内に侵入しないように設けられている。
【０１２９】
このような電動パワーステアリング装置５００においては、車両への搭載性と燃費向上の観点から、電動駆動装置１００は、小型高出力であることが望ましい。さらに、運転者の快適性の観点から、電動駆動装置１００は、低振動・低騒音であることが望まれる。
【０１３０】
実施の形態１による回転電機１０１は、トルクを向上しながら回転電機１０１の剛性も向上させることができるので、高トルク化と低振動、低騒音化との両立が可能となり、電動パワーステアリング装置５００の高トルク化と低振動、低騒音化とを図ることができる。
【０１３１】
なお、上記実施の形態１１では、実施の形態１による回転電機１０１を電動駆動装置に組み込んだが、実施の形態２〜１０による回転電機を組み込んでも、同様の効果が得られる。
また、回転電機の軸心がラック軸の移動方向５０７に平行な向きに配置されている電動パワーステアリング装置５００は、大型車に適したシステムであるが、回転電機の高出力化が必要となる。そして、回転電機を高出力化すると、回転電機に起因する振動、騒音も増加することになる。しかしながら、実施の形態１〜１０による回転電機を用いた電動パワーステアリング装置は、高トルク化と低振動、低騒音化とを実現できるので、大型車二も適用でき、燃費を低減できるという効果が得られる。
【符号の説明】
【０１３２】
９  磁気的空隙部、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ  回転子、１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，４０，４０Ａ  回転子鉄心、１２  回転軸、１３，１３’  永久磁石、１５  第２の永久磁石、１６  着磁方向、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ  固定子、２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ  固定子鉄心、２１ａ  コアバック、２１ｂ  ティース、２１ｃ  鍔部、２１ｄ  連結部、２２，２２Ｄ  固定子巻線、３１ａ  固定子コアシート、３３  鉄心連結ブロック、３３ａ  固定子コアシート、３４  鉄心開口ブロック、３４ａ  固定子コアシート、３５  磁束密度増大部、３６  固定子コアシート、３７  固定子コアシート、４３  拡大部、５０  回転子拡大コアシート、５１  回転子非拡大コアシート、１００  電動駆動装置、１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８  回転電機、５００  電動パワーステアリング装置。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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