(57)【要約】【課題】  高トルク、高出力、及びサイズの小型化をより高いレベルで満足させる同期型駆動モータを提供すること。【解決手段】  同期型駆動モータは、周方向にスロットを空けて設けられた複数のティースを備えるステータコアと前記スロットを通る巻線とを有し、前記複数のティースの全ては、前記巻線が巻回された部分を有する、ステータと、永久磁石部を有し、前記永久磁石部により形成される複数の磁極面を前記ステータと対向する面に有するロータとを備え、前記複数のティースは、前記磁極面と対向する先端部を有し、前記先端部は、前記複数のティースの数より多い数の前記磁極面の周方向幅よりも小さい周方向幅を有する。【選択図】図７
2016167897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期型駆動モータであって、
前記同期型駆動モータは、
周方向にスロットを空けて設けられた複数のティースを備えるステータコアと前記スロットを通る巻線とを有し、前記複数のティースの全ては、前記巻線が巻回された部分を有する、ステータと、
永久磁石部を有し、前記永久磁石部により形成される複数の磁極面を前記ステータと対向する面に有するロータと
を備え、
前記複数のティースは、前記磁極面と対向する先端部を有し、前記先端部は、前記複数のティースの数より多い数の前記磁極面の周方向幅よりも小さい周方向幅を有する。
【請求項２】
請求項１に記載の同期型駆動モータであって、
隣り合う前記ティースが有する前記先端部の間の周方向ギャップは、前記先端部の周方向幅より大きい。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の同期型駆動モータであって、
前記ステータコアは、６個以上のティースを備え、
前記６個以上のティースのそれぞれは、前記磁極面と対向する先端部を有し、前記先端部は、前記複数のティースの数より多い数の前記磁極面の周方向幅よりも小さい周方向幅を有する。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１に記載の同期型駆動モータであって、
前記先端部は、前記複数のティースの数より多い数の前記磁極面の周方向幅よりも小さく且つ前記ティースの最も周方向幅が大きい部分における周方向幅よりも小さい周方向幅を有する。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１に記載の同期型駆動モータであって、
前記先端部は、前記複数のティースの数より多い数の前記磁極面の周方向幅より小さい周方向幅を有し、前記先端部の周方向幅より大きい軸方向厚みを有する。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１に記載の同期型駆動モータであって、
前記先端部を前記同期型駆動モータの回転軸線に沿って見た時に、前記ティースに巻回された前記巻線の周方向外縁が、前記ティースの前記先端部の周方向外縁よりも外側に位置する。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１に記載の同期型駆動モータであって、
前記永久磁石部は、径方向における前記ステータの外側に配置され、
前記ティースは、径方向における前記ステータの外側に設けられた前記磁極面と対向する先端部を有し、前記先端部は、前記複数のティースの数より多い数の前記磁極面の周方向幅よりも小さい周方向幅を有する。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１に記載の同期型駆動モータであって、
前記永久磁石部は、径方向における前記ステータの内側に配置され、
前記ティースは、径方向における前記ステータの内側に設けられた前記磁極面と対向する先端部を有し、前記先端部は、前記複数のティースの数より多い数の前記磁極面の周方向幅よりも小さい周方向幅を有する。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか１に記載の同期型駆動モータであって、
前記ロータは、前記磁極面を、前記ティースに対し、前記ロータの回転軸線方向に対向させるよう配置し、
前記ティースは、前記磁極面と前記回転軸線方向に対向する先端部を有し、前記先端部は、前記複数のティースの数より多い数の前記磁極面の周方向幅よりも小さい周方向幅を有する。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１に記載の同期型駆動モータであって、
前記永久磁石部は、希土類磁石で形成され、
前記ティースは、前記希土類磁石で形成された前記磁極面と対向する先端部を有し、前記先端部は、前記複数のティースの数より多い数の前記磁極面の周方向幅よりも小さい周方向幅を有する。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１に記載の同期型駆動モータであって、
前記永久磁石部は、フェライト磁石で形成され、
前記ティースは、前記フェライト磁石で形成された前記磁極面と対向する先端部を有し、前記先端部は、前記複数のティースの数より多い数の前記磁極面の周方向幅よりも小さい周方向幅を有する。
【請求項１２】
駆動ユニットであって、
請求項１〜１１のいずれか１に記載の同期型駆動モータと、
前記巻線に、ｄ軸電流成分を含んだ駆動電流を供給する制御装置を備える駆動ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期型駆動モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動モータは、高トルク・高出力・小サイズの全てを高いレベルで要求されている。特に、駆動モータは、通常、駆動対象の機器に搭載されるため、サイズの制約がある中で、如何に高トルク・高出力を実現し得るかが問題である。
【０００３】
特許文献１〜３には、圧縮機を駆動するモータが示されている。特許文献１〜３に示されたモータは、高い出力を得るために、磁極面数／ティース数が２／３の構成を採用している。磁極面数／ティース数が２／３のモータは、角速度ωが小さく、インピーダンスが小さい。従って、磁極面数／ティース数が２／３のモータは、大きな供給電流を受けることができるので、モータの出力を向上できる。
【０００４】
また、特許文献１〜３において、モータに備えられたティースの先端部には、周方向に突出する突出部を有している。突出部を有するティースは、磁極面と対向する面積を大きく確保することで、マグネットの磁束をより多く受ける。これにより駆動モータのトルクを高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−０７４８９８号公報
【特許文献２】特開平１１−１４６５８４号公報
【特許文献３】特開２００４−１３５３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、高トルク、高出力、及びサイズの小型化をより高いレベルで満足させる同期型駆動モータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。
（１）  同期型駆動モータであって、
前記同期型駆動モータは、
周方向にスロットを空けて設けられた複数のティースを備えるステータコアと前記スロットを通る巻線とを有し、前記複数のティースの全ては、前記巻線が巻回された部分を有する、ステータと、
永久磁石部を有し、前記永久磁石部により形成される複数の磁極面を前記ステータと対向する面に有するロータと
を備え、
前記複数のティースは、前記磁極面と対向する先端部を有し、前記先端部は、前記複数のティースの数より多い数の前記磁極面の周方向幅よりも小さい周方向幅を有する。
【０００８】
本発明者らは、同期型駆動モータのサイズを維持しつつ高出力・高トルクを両立することについて、鋭意検討を行った。その過程で、本発明者らは、下記（ｉ）及び（ｉｉ）に示すように、同期型駆動モータについて当業者が有する２つの常識を覆す発想の転換を行った。
【０００９】
（ｉ）従来から、磁極面数／ティース数が２／３である同期型駆動モータが用いられている理由は、磁極面数／ティース数が異なる各種の同期型駆動モータの中で、磁極面数／ティース数が２／３であるモータが、最も小さい角速度ωを有するからである。角速度ωが小さくなると、インピーダンスＺが低下するため、同期型駆動モータへ供給し得る電流が増加する。その結果、同期型駆動モータの出力が高められる。出力の向上は、同期型駆動モータにとって好ましい。言い換えれば、磁極面数／ティース数を２／３より大きくすると、角速度ωが大きくなるため、同期型駆動モータの出力が低下する。そのため、磁極面数／ティース数を２／３より大きくすることは、同期型駆動モータにとって好ましくないと考えられていた。しかし、本発明者らは、上記の常識を覆し、同期型駆動モータにおいて、磁極面数／ティース数を２／３より大きくすることを試みた。
【００１０】
（ｉｉ）従来から、ティースの先端部に、周方向に突出する突出部が設けられる理由は、以下の通りである。突出部を有するティースは、磁極面から多くの磁束を集めることができるので、トルクの向上に寄与する。また、突出部の存在により、ティースの先端部と磁極面との対向面積が増加するので、永久磁石部のパーミアンス係数が向上する。これにより、例えば、永久磁石部の薄型化により同期型駆動モータを小型化できる。また、トルクを向上することもできる。そのため、同期型駆動モータでは、ティースの突出部を大きくすることが好ましいと考えられていた。しかし、本発明者らは、上記の常識を覆し、同期型駆動モータにおいてティースの突出部を小さくしてみることを試みた。
【００１１】
本発明者らは、磁極面数／ティース数を２／３とする常識と、ティースの突出部を大きくする常識との両方を同時に覆すことを試みた。その結果、本発明者らは、複数のティースの数より多い数の磁極面を設け、ティースの先端部の周方向幅を磁極面の周方向幅よりも小さくすることにより、例えば同サイズの同期型駆動モータにおいて高出力・高トルクを高いレベルで満足させ得ることを見出した。
【００１２】
（１）の同期型駆動モータでは、磁極面数／ティース数が２／３である従来の同期型駆動モータ（以下、単に、従来の同期型駆動モータともいう）と比べると、磁極面数が多い。そのため、（１）の同期型駆動モータでは、（１）の同期型駆動モータと同じサイズを有する従来の同期型駆動モータと比べて、磁極面の周方向幅が小さい。さらに、ティースの先端部の周方向幅は、磁極面の周方向幅よりも小さい。従って、同期型駆動モータにおいてティースの先端部の周方向幅が小さくなると、隣り合うティースの先端部の周方向間隔であるティース間ギャップが大きくなる。
【００１３】
通常、先端部の周方向幅が小さい場合、先端部と磁極面とが対向する面積が小さくなるので、磁極面からティースに入り巻線と鎖交する鎖交磁束は少なくなる。しかし、（１）の同期型駆動モータでは、磁極面の周方向幅が小さいため、先端部の周方向幅を小さくしても、先端部と磁極面とが対向する面積の減少が抑制される。従って、ティースの先端部の周方向幅が小さくなることに伴う巻線の鎖交磁束の減少が抑制される。また、ティース間ギャップが大きいので、ティース間ギャップを介して漏れる磁束が少なくなる。漏れ磁束の低減により、例えば、ティースから磁極面に入るステータ磁束を多くすることが可能である。従って、（１）の同期型駆動モータでは、例えば、巻線の鎖交磁束の減少を抑制しつつ、ステータ磁束を多くすることにより、トルクを高くすることができる。
【００１４】
さらに、（１）の同期型駆動モータでは、ティース間ギャップが大きいため、巻線の設計自由度が飛躍的に向上する。従って、例えば、巻線のターン数を増やすことにより、トルクを高めることもできる。
【００１５】
このように、（１）の同期型駆動モータによれば、例えば、巻線の鎖交磁束の減少を抑制しつつステータ磁束を大きくしたり、巻線のターン数を増やしたりすることにより、トルクを高くすることができる。よって、（１）の同期型駆動モータでは、（１）の同期型駆動モータと同じサイズを有する従来の同期型駆動モータと比べてトルクを向上できる。
【００１６】
また、（１）の同期型駆動モータでは、上述したように、ティース間ギャップが大きくなるので、インダクタンスＬが小さくなる。従って、ティースの数より磁極面の数が多くなり角速度ωが大きくなっても、インピーダンスの交流成分ωＬを維持できるので同期型駆動モータに供給される電流を確保できる。上述したようにトルクが向上しているので、電流を確保することにより出力を向上できる。また、（１）の同期型駆動モータでは、上述したように、巻線の設計自由度が向上しているので、例えば、同期型駆動モータのサイズを大きくすることなく、径の太い線を巻くことができる。これにより、巻線の抵抗Ｒを低下させることができるので、巻線に供給される電流を増大することによりトルク及び出力の双方を向上させることができる。よって、（１）の同期型駆動モータでは、（１）の同期型駆動モータと同じサイズを有する従来の同期型駆動モータと比べて出力を向上できる。なお、トルク及び出力のいずれをより向上させるかは、例えば巻線の径の太さ及びターン数のいずれをより増大させるかによって調整することができる。
【００１７】
このように（１）の同期型駆動モータによれば、（１）の同期型駆動モータと同じサイズを有する従来の同期型駆動モータと比べて、出力及びトルクを向上できる。
【００１８】
以上、（１）の同期型駆動モータが、（１）の同期型駆動モータと同じサイズを有する従来の同期型駆動モータと比べて、出力及びトルクを向上できることを説明した。更に、（１）の同期型駆動モータによれば、（１）の同期型駆動モータと同じ出力及びトルクを有する従来の同期型駆動モータと比べて、サイズを小型化することもできる。
【００１９】
このように（１）の同期型駆動モータによれば、高トルク、高出力、及びサイズの小型化を、高いレベルで満足させることができる。
【００２０】
（２）  （１）の同期型駆動モータであって、
隣り合う前記ティースが有する前記先端部の間の周方向ギャップは、前記先端部の周方向幅より大きい。
【００２１】
（２）によれば、巻線の設計の自由度がさらに向上するので、例えば、巻線のターン数をさらに増やすこと、又はさらに径の太い線を巻くことができる。従って、高トルク、高出力、及びサイズの小型化を、より高いレベルで満足させることができる。
【００２２】
（３）  （１）又は（２）の同期型駆動モータであって、
前記ステータコアは、６個以上のティースを備え、
前記６個以上のティースのそれぞれは、前記磁極面と対向する先端部を有し、前記先端部は、前記複数のティースの数より多い数の前記磁極面の周方向幅よりも小さい周方向幅を有する。
【００２３】
（３）によれば、同期型駆動モータ全体としての巻線の量（体積）を充分に確保しつつ、ティース１つ当たりの巻線の量（体積）の増加を抑制できる。従って、同期型駆動モータのサイズの増大を抑えつつ、例えば、巻線のターン数をさらに増やすこと、又はさらに径の太い線を巻くことができる。その結果、高トルク、高出力、及びサイズの小型化を、より高いレベルで満足させることができる。
【００２４】
（４）  （１）〜（３）のいずれか１の同期型駆動モータであって、
前記先端部は、前記複数のティースの数より多い数の前記磁極面の周方向幅よりも小さく且つ前記ティースの最も周方向幅が大きい部分における周方向幅よりも小さい周方向幅を有する。
【００２５】
（４）の同期型駆動モータによれば、ティースの先端部の周方向幅は、前記複数のティースの数より多い数の前記磁極面の周方向幅よりも小さい。そして、ティースの先端部の周方向幅は、ティースの周方向幅が最も大きい部分における周方向幅よりも小さい。従って、巻線の設計の自由度がさらに向上するので、例えば、巻線のターン数をさらに増やすこと、又はさらに径の太い線を巻くことができる。従って、高トルク、高出力、及びサイズの小型化を、より高いレベルで満足させることができる。
【００２６】
（５）  （１）〜（４）のいずれか１の同期型駆動モータであって、
前記先端部は、前記複数のティースの数より多い数の前記磁極面の周方向幅より小さい周方向幅を有し、前記先端部の周方向幅より大きい軸方向厚みを有する。
【００２７】
（５）によれば、例えば先端部の面積を一定の値に固定した場合に、軸方向厚みが周方向幅以下である構成と比べて、周方向幅を小さくできる。このため、さらに広いティース間ギャップを確保することができる。従って、高トルク、高出力、及びサイズの小型化を、より高いレベルで満足させることができる。
【００２８】
（６）  （１）〜（５）のいずれか１の同期型駆動モータであって、
前記先端部を前記同期型駆動モータの回転軸線に沿って見た時に、前記ティースに巻回された前記巻線の周方向外縁が、前記ティースの前記先端部の周方向外縁よりも外側に位置する。
【００２９】
（６）によれば、例えば巻線の周方向外縁が、ティースの先端部の周方向外縁以内に位置する場合と比較して、ティースに巻き付いた巻線の量が多いため、トルクが増大する。従って、高トルク、高出力、及びサイズの小型化を、より高いレベルで満足させることができる。
【００３０】
（７）  （１）〜（６）のいずれか１の同期型駆動モータであって、
前記永久磁石部は、径方向における前記ステータの外側に配置され、
前記ティースは、径方向における前記ステータの外側に設けられた前記磁極面と対向する先端部を有し、前記先端部は、前記複数のティースの数より多い数の前記磁極面の周方向幅よりも小さい周方向幅を有する。
【００３１】
（７）によれば、磁極面は径方向におけるステータの外側に配置され、ティースの先端部はステータの外側に設けられた磁極面と対向する。そのため、隣り合うティースの先端部の間隔が、隣り合うティースの根元部（先端部と反対の部分）の間隔と比べて相対的に広くなる。このため、巻線の配置の自由度がさらに高められる。従って、高トルク、高出力、及びサイズの小型化を、より高いレベルで満足させることができる。
【００３２】
（８）  （１）〜（６）のいずれか１の同期型駆動モータであって、
前記永久磁石部は、径方向における前記ステータの内側に配置され、
前記ティースは、径方向における前記ステータの内側に設けられた前記磁極面と対向する先端部を有し、前記先端部は、前記複数のティースの数より多い数の前記磁極面の周方向幅よりも小さい周方向幅を有する。
【００３３】
（８）によれば、磁極面は径方向におけるステータの内側に配置され、ティースの先端部はステータの内側に設けられた磁極面と対向する。このため、隣り合うティースの周方向間隔は、径方向で先端部に近いほど小さくなる。しかし、（８）の構成によれば、先端部が、複数のティースの数より多い数の磁極面の周方向幅よりも小さい周方向幅を有することによる、巻線の配置の自由度の増大の効果がより高い。従って、高トルク、高出力、及びサイズの小型化を、より高いレベルで満足させることができる。
【００３４】
（９）  （１）〜（６）のいずれか１の同期型駆動モータであって、
前記ロータは、前記磁極面を、前記ティースに対し、前記ロータの回転軸線方向に対向させるよう配置し、
前記ティースは、前記磁極面と前記回転軸線方向に対向する先端部を有し、前記先端部は、前記複数のティースの数より多い数設けられた前記磁極面の周方向幅よりも小さい周方向幅を有する。
【００３５】
（９）の同期型駆動モータにおける磁極面は、ティースに対し、ロータの回転軸線方向に対向させて配置されている。従って、ティースは、回転軸線方向に延びている。このため、巻線の配置の自由度が高い。従って、高トルク、高出力、及びサイズの小型化を、より高いレベルで満足させることができる。
【００３６】
（１０）  （１）〜（９）のいずれか１の同期型駆動モータであって、
前記永久磁石部は、希土類磁石で形成され、
前記ティースは、前記希土類磁石で形成された前記磁極面と対向する先端部を有し、前記先端部は、前記複数のティースの数より多い数の前記磁極面の周方向幅よりも小さい周方向幅を有する。
【００３７】
希土類磁石は高い磁気特性を有する分、小さい厚みを有する形状で使用される。（１０）によれば、磁極面の数がティースの数より多いため、同期型駆動モータのサイズを同じ条件とした場合、磁極面の周方向幅が小さい。このため、小さい厚みの磁石に対して得られるパーミアンス係数増加の効果が高い。従って、高トルク、高出力、及びサイズの小型化を、より高いレベルで満足させることができる。
【００３８】
（１１）  （１）〜（９）のいずれか１の同期型駆動モータであって、
前記永久磁石部は、フェライト磁石で形成され、
前記ティースは、前記フェライト磁石で形成された前記磁極面と対向する先端部を有し、前記先端部は、前記複数のティースの数より多い数の前記磁極面の周方向幅よりも小さい周方向幅を有する。
【００３９】
フェライト磁石の磁気特性は、希土類磁石より低い。このため、フェライト磁石で形成された永久磁石部は、希土類磁石と同程度の磁束を生じさせる場合、希土類磁石よりもより大きな厚みを有する。（１１）によれば、磁極面の数がティースの数より多いため、同期型駆動モータのサイズを同じ条件とした場合、磁極面の周方向幅が小さい。従って、フェライト磁石による厚み、及び磁極面の小さい周方向幅の双方によってパーミアンス係数が向上する。従って、高トルク、高出力、及びサイズの小型化を、より高いレベルで満足させることができる。
【００４０】
（１２）  駆動ユニットであって、
（１）〜（１１）のいずれか１の同期型駆動モータと、
前記巻線に、ｄ軸電流成分を含んだ駆動電流を供給する制御装置を備える駆動ユニット。
【００４１】
（１２）によれば、磁極面の数が複数のティースの数より多いので、磁極面の数が複数のティースの数の場合と比べて角速度ωが大きい。従って、ティースの先端部が磁極面の周方向幅よりも小さいことによって出力の向上が図られた構成において、インダクタンスが減少してもインピーダンスが維持される。従って、起電力を打ち消す電圧をインピーダンスとｄ軸電流の積によって生成する場合のｄ軸電流成分が低く抑えられる。従って、高速回転速度領域においても、高トルク、高出力、及びサイズの小型化を、高いレベルで満足させることができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、高トルク、高出力、及びサイズの小型化をより高いレベルで満足させる同期型駆動モータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】（ａ）は、磁極面数／ティース数が２／３であり、ティースの先端部の周方向幅が大きい同期型駆動モータの磁石による磁束の例を示す図である。（ｂ）は、磁極面数／ティース数が２／３であり、ティースの先端部の周方向幅が小さい同期型駆動モータの磁石による磁束の例を示す図である。（ｃ）は、ティースの数よりも多い磁極面を有し、ティースの先端部の周方向幅が大きい同期型駆動モータの磁石による磁束の例を示す図である。（ｄ）は、ティースの数よりも多い磁極面を有し、ティースの先端部の周方向幅が小さい同期型駆動モータの磁石による磁束の例を示す図である。
【図２】（ａ）は、ティース間ギャップと鎖交磁束との関係を示すグラフである。（ｂ）は、ティース間ギャップとティース間の漏れ磁束との関係を示すグラフである。
【図３】（ａ）は、ティース間ギャップとトルクとの関係を示すグラフである。（ｂ）は、ティース間ギャップとインダクタンスとの関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態に係る同期型駆動モータを備えたエンジンユニットの概略構成を模式的に示す部分断面図である。
【図５】図４における同期型駆動モータ及びその近傍部分を拡大して示した拡大断面図である。
【図６】同期型駆動モータの一部を軸方向に見た拡大断面図である。
【図７】ロータ及びステータの一例を模式的に示す拡大断面図である。
【図８】図７に示すティースをロータから径方向に見た配置を模式的に示す拡大図である。
【図９】ロータ及びステータの、図７とは別の例を模式的に示す拡大断面図である。
【図１０】（ａ）は、本実施形態の同期型駆動モータにおける電気特性を示すベクトル図である。（ｂ）は、従来の電気的特性を示すベクトル図である。（ｃ）は、比較例の電気的特性を示すベクトル図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）の各々は、巻線の接続例を模式的に示す図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）の各々は、巻線の接続例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本発明者らは、上述したように、同期型駆動モータのサイズを維持しつつ高出力・高トルクを両立することについて、鋭意検討を行った。その内容について、図面を用いて説明する。
【００４５】
従来の同期型駆動モータの設計では、ティースの先端部の周方向幅を大きくすることは好ましいと考えられていた。また、磁極面数／ティース数を２／３とすることも好ましいと考えられていた。これらの事項は、従来、同期型駆動モータの設計における常識であった。
【００４６】
図１（ａ）は、そのような従来の同期型駆動モータの磁石による磁束を示す図である。図１（ａ）に係る同期型駆動モータでは、磁極面数／ティース数が２／３である。また、ティースの先端部の周方向幅が比較的大きい。
【００４７】
図１（ａ）に示す従来の同期型駆動モータでは、ティースの先端部の周方向幅が大きいので、磁極面の広い領域から高い効率で磁束が集められる。従って、多くの磁束が集められ、巻線と鎖交する。以降、磁石から集められて巻線と鎖交する鎖交磁束を、単に鎖交磁束と称する。
【００４８】
従来、ティースの先端部の周方向幅を小さくすることは、上述した常識に反するため、好ましくないと考えられていた。
【００４９】
図１（ｂ）は、ティースの先端部の周方向幅が小さい同期型駆動モータの磁石による磁束を示す図である。図１（ｂ）に示す同期型駆動モータのサイズは、図１（ａ）に示す同期型駆動モータと同じである。図１（ｂ）に示す同期型駆動モータでも、磁極面数／ティース数が２／３である。但し、図１（ｂ）に示す同期型駆動モータにおけるティースの先端部の周方向幅は、図１（ａ）に示す同期型駆動モータと異なり、比較的小さい。
【００５０】
図１（ｂ）に示す同期型駆動モータでは、ティースが磁極面から集められる鎖交磁束が少ない。つまり、ティースの先端部の周方向幅が小さいため、先端部と磁極面とが対向する面積が少ない。その結果、鎖交磁束が減少している。このように、ティースの先端部の周方向幅が小さい同期型駆動モータでは、鎖交磁束が減少してしまう。
【００５１】
また、従来、磁極面数／ティース数を２／３よりも大きくすることも、上述した常識に反するため、好ましくないと考えられていた。
【００５２】
図１（ｃ）は、磁極面数／ティース数が４／３である同期型駆動モータの磁石による磁束の例を示す図である。図１（ｃ）に示す同期型駆動モータのサイズは、図１（ａ）に示す同期型駆動モータと同じである。図１（ｃ）に示す同期型駆動モータにおけるティースの先端部の周方向幅は、図１（ａ）に示す同期型駆動モータにおけるティースの先端部の周方向幅と同じである。
【００５３】
図１（ｃ）に示す同期型駆動モータでは、ティースの先端部の周方向幅が比較的大きい。そのため、磁石からティースの先端部に入った磁束の一部が、先端部を介して、隣の磁石へ漏れてしまう。
【００５４】
図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、ティースの先端部の周方向幅を小さくするか、又は磁極面数／ティース数を２／３よりも大きくした場合、良好な結果が得られなかった。図１（ａ）〜（ｃ）は、上述した２つの常識の通りの結果を示している。
【００５５】
本発明者らは、上述したように、磁極面数／ティース数を２／３とする常識と、ティースの突出部を大きくする常識との両方を同時に覆すことを試みた。その結果を、図１（ｄ）に示す。
【００５６】
図１（ｄ）は、磁極面数／ティース数が４／３であり且つティースの先端部の周方向幅が小さい同期型駆動モータの磁石による磁束の例を示す図である。図１（ｄ）に示す同期型駆動モータのサイズは、図１（ａ）に示す同期型駆動モータと同じである。図１（ｄ）に示す同期型駆動モータにおけるティースの先端部の周方向幅は、図１（ｂ）に示す同期型駆動モータにおけるティースの先端部の周方向幅と同じである。
【００５７】
図１（ｄ）に示す同期型駆動モータにおける磁極面の周方向幅は、図１（ａ）、（ｂ）に示す同期型駆動モータにおける磁極面の周方向幅よりも小さい。そして、図１（ｄ）に示す同期型駆動モータでは、ティースの先端部の周方向幅が小さいが、磁極面の周方向幅も小さいため、ティースの先端部と磁極面とが対向する面積の減少が抑制される。従って、図１（ｄ）に示す同期型駆動モータでは、ティースの先端部の周方向幅が小さくなることに伴う鎖交磁束の減少が抑制される。
【００５８】
図１（ｄ）に示す同期型駆動モータでは、ティースの先端部の周方向幅が小さいので、図１（ｃ）と異なり、ティースの先端部に入った磁束の一部が、先端部を介して、隣の磁石へ漏れるという事態の発生が抑制される。その結果、図１（ｄ）に示す同期型駆動モータでは、鎖交磁束の減少が抑制される。
【００５９】
このように、図１（ｄ）に示す同期型駆動モータでは、ティースの先端部の周方向幅が小さくなることに伴う鎖交磁束の減少が抑制されるとともに、隣のティースの先端部へ逃げる磁束が小さくなることによっても鎖交磁束の減少が抑制される。即ち、図１（ｄ）に示す同期型駆動モータでは、上述した２つの常識を同時に覆したにも関わらず、鎖交磁束の減少が抑制される。この関係について、図面を用いて説明する。
【００６０】
図２（ａ）は、ティース間ギャップに対する鎖交磁束の変化を示すグラフである。
【００６１】
図２（ａ）は、同じサイズを有する２つの同期型駆動モータの鎖交磁束ＦＬ１、ＦＬ２を示す。鎖交磁束ＦＬ１は、ティースの数より多い磁極面を有する同期型駆動モータの鎖交磁束である。具体的に、鎖交磁束ＦＬ１は、磁極面数／ティース数が４／３である同期型駆動モータの鎖交磁束である。また、鎖交磁束ＦＬ２は、磁極面数／ティース数が２／３である同期型駆動モータの鎖交磁束である。
【００６２】
図２（ａ）では、グラフの横軸がティース間ギャップを示す。ティース間ギャップが大きいほど、ティースの先端部の周方向幅が小さい。また、図２（ａ）では、グラフの縦軸が、鎖交磁束を示す。鎖交磁束は、例えば鎖交磁束の時間微分である誘起電圧として測定される。以下、図２（ａ）において鎖交磁束ＦＬ１、ＦＬ２を示す曲線の左端に対応するティース間ギャップを最小ギャップと称する。
【００６３】
また、図２（ａ）は、１つのティース当たりの鎖交磁束を示している。
磁極面数の多い同期型駆動モータでは、磁極面数の少ない同期型駆動モータよりも、磁極面の面積が小さい。従って、磁極面数の多い同期型駆動モータでは、磁極面数の少ない同期型駆動モータよりも、１つのティース当たりの鎖交磁束は少ない。従って、仮に図２（ａ）のグラフの縦軸が、鎖交磁束の変化量の絶対値を示すなら、鎖交磁束ＦＬ１は、鎖交磁束ＦＬ２よりも少なくなる。しかし、図２（ａ）では、２つの同期型駆動モータのティース間ギャップが最少ギャップである場合における鎖交磁束を１００％として、鎖交磁束ＦＬ１、ＦＬ２が相対的に示されている。即ち、図２（ａ）は、互いに対比できるように換算された鎖交磁束ＦＬ１、ＦＬ２を示している。そのため、図２（ａ）に示す鎖交磁束ＦＬ１、ＦＬ２の変化は、２つの同期型駆動モータにおける磁極面数及び磁極面の面積の違いを考慮せずに対比可能である。なお、同期型駆動モータの１回転における平均トルクを考えると、平均トルクは、磁極面の数に比例する。従って、２つの同期型駆動モータにおける全ティースの鎖交磁束の関係も、図２（ａ）に示す関係と同じであると解釈可能である。
【００６４】
図２（ａ）に示すように、ティースの先端部の周方向幅が減少しティース間ギャップが増大するに従って、鎖交磁束ＦＬ１、ＦＬ２は減少する。これは、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示されるように、ティースの先端部と磁極面とが対向する面積が小さくなるからである。しかし、ティースの数より多い磁極面を有する同期型駆動モータの鎖交磁束ＦＬ１の減少量は、磁極面数／ティース数が２／３である同期型駆動モータの鎖交磁束ＦＬ２の減少量よりも少ない。即ち、上述した２つの常識を同時に覆したにも関わらず鎖交磁束の減少が抑制されることを示している。
【００６５】
図２（ｂ）は、ティース間ギャップに対するティース間の漏れ磁束の変化を示すグラフである。
ティース間の漏れ磁束は、例えば、後述する図７に示すステータ４０の巻線Ｗにより発生した磁束のうち、ティース間ギャップｄを通じて、隣のティース４３に向かって流れる磁束である。ティース間の漏れ磁束が大きいと、ステータ磁束は小さい。隣のティース４３に向かって流れた磁束は、トルクの発生に寄与しない。なお、漏れ磁束の大きさは、ステータの形状に大きく依存する。２つの同期型駆動モータでは、磁極面数が異なるが、同期型駆動モータのサイズは同じなので、ステータの形状は同じである。従って、図２（ｂ）に示す例では、ティースの数より多い磁極面を有する同期型駆動モータにおけるティース間の漏れ磁束が、磁極面数／ティース数が２／３である同期型駆動モータにおけるティース間の漏れ磁束と同じである。即ち、図２（ｂ）に示すティース間の漏れ磁束は、これら２つの同期型駆動モータにおけるティース間の漏れ磁束である。
【００６６】
図２（ｂ）に示すように、ティースの先端部の周方向幅が小さくティース間ギャップが大きいと、ティース間の漏れ磁束が少ない。これは、ティース間ギャップが大きいと、ティース間ギャップの磁気抵抗が大きいからである。ティース間の漏れ磁束が小さくなることによって、ステータ磁束は大きくなる。
【００６７】
図１（ａ）〜（ｄ）及び図２（ａ）、（ｂ）は、上述した２つの同期型駆動モータにおける鎖交磁束及びティース間の漏れ磁束について、下記（Ａ）、（Ｂ）の関係を表している。
（Ａ）  ２つの同期型駆動モータの両方において、ティース間ギャップが広くなるにつれて、鎖交磁束が減少する。しかし、ティースの数より多い磁極面を有する同期型駆動モータの鎖交磁束ＦＬ１の減少は、磁極面数／ティース数が２／３である同期型駆動モータの鎖交磁束ＦＬ２の減少よりも抑制される。
（Ｂ）  ２つの同期型駆動モータの両方において、ティース間ギャップが広くなるにつれて、ティース間の漏れ磁束が減少する。２つの同期型駆動モータにおけるティース間の漏れ磁束の減少の程度は、同じ又は実質的に同じである。
本発明者らは、上記（Ａ）、（Ｂ）の関係により、上述した２つの同期型駆動モータにおいて、ティース間ギャップに対するトルクの変化に違いが生じることを見出した。次に、上述した２つの同期型駆動モータにおけるティース間ギャップに対するトルクの変化の違いについて、図面を用いて説明する。
【００６８】
図３（ａ）は、ティース間ギャップに対するトルクの変化を示すグラフである。
図３（ａ）には、ティースの数より多い磁極面を有する同期型駆動モータのトルクＴＱ１と、磁極面数／ティース数が２／３である同期型駆動モータのトルクＴＱ２が示されている。ティースの数より多い磁極面を有する同期型駆動モータの例として、磁極面数／ティース数が４／３である同期型駆動モータが示されている。
【００６９】
トルクは、磁極面数×鎖交磁束×ステータ磁束に比例する。図２（ａ）に示したように、ティースの数より多い磁極面を有する同期型駆動モータでは、ティースの先端部の周方向幅が減少しティース間ギャップが増大しても、鎖交磁束ＦＬ１の減少が抑制される。
このため、図３（ａ）に示すように、ティース間ギャップの増大に伴い、磁極面数／ティース数が２／３である同期型駆動モータのトルクＴＱ２は急激に減少するのに対し、ティースの数より多い磁極面を有する同期型駆動モータのトルクＴＱ１は、一旦増大する。トルクＴＱ１は、一旦増大した後、減少する。しかし、磁極面数／ティース数が２／３である同期型駆動モータのトルクＴＱ２と比べて、トルクＴＱ１の減少が抑制されている。つまり、ティースの数より多い磁極面を有する同期型駆動モータでは、ティースの先端部の周方向幅を減少させても、磁極面数／ティース数が２／３である同期型駆動モータの場合と比べて、トルクの減少が抑制されている。また、ティースの数より多い磁極面を有する同期型駆動モータでは、ティースの先端部の周方向幅を減少させティース間ギャップを増大する場合、最小ギャップにおけるトルクよりも大きなトルクが得られる領域が生じる。ティースの数より多い磁極面を有する同期型駆動モータでは、例えば、鎖交磁束の減少を抑制しつつ、ステータ磁束を多くすることにより、高いトルクを得ることが可能である。
【００７０】
さらに、ティースの数より多い磁極面を有し、ティースの先端部の周方向幅が磁極面の周方向幅よりも小さい同期型駆動モータは、ティース間ギャップが大きいため、巻線の設計自由度が飛躍的に向上する。例えば、製造工程において、線又は製造装置の一部がティース間ギャップを通過する。例えば、後述する図７及び図９に示すように、ティース間ギャップが大きいと、ティースに巻線を巻く技法及び製造装置の種類の選択の自由度が高い。また、例えば、後述する図９に示す場合のように、ティースの先端部４３ｃが小さい分、大きなスロットＳＬを利用して、巻線Ｗのターン数を増やすことができる。なお、ティースの先端部４３ｃが小さい分、大きなスロットＳＬを利用することは、図７の場合でも可能である。また、例えば、図９に示すステータ４０を製造する時に、ティース４３に巻き付けずに形成した巻線Ｗにティース４３を挿入させると、隣り合う巻線Ｗの間隔を狭めることができる。これによって、巻線のターン数を増やすことができる。ティースの先端部の周方向幅が小さくティース間ギャップが大きいほど、巻線の設計自由度が向上する。従って、ティースの数より多い磁極面を有し、ティースの先端部の周方向幅が磁極面の周方向幅よりも小さい同期型駆動モータでは、巻線のターン数を増やすことにより、トルクを高めることができる。
【００７１】
このように、ティースの数より多い磁極面を有し、ティースの先端部の周方向幅が磁極面の周方向幅よりも小さい同期型駆動モータによれば、例えば、鎖交磁束の減少を抑制しつつステータ磁束を大きくしたり、巻線のターン数を増やしたりすることにより、トルクを高くすることができる。このように、本発明者らは、上述した２つの常識を同時に覆すことにより、同期型駆動モータのトルクを高めることができることを見出した。
【００７２】
続いて、巻線のインピーダンスについて説明する。
図３（ｂ）は、ティース間ギャップに対するインダクタンスの変化を示すグラフである。
図３（ｂ）に示すように、ティースの先端部の周方向幅が小さくティース間ギャップが大きいと、インダクタンスは小さい。巻線で生じる磁束の磁路にティース間ギャップが含まれており、そして、ティース間ギャップが大きいとティース間ギャップでの磁気抵抗が大きいので、磁路全体の磁気抵抗が大きいためである。
【００７３】
同期型駆動モータの巻線に供給される電流は、巻線のインピーダンスに依存する。インピーダンスの交流成分は、角速度ωとインダクタンスＬの積ωＬである。ここで、ティースの数より多い磁極面を有する同期型駆動モータは、磁極面数／ティース数が２／３である同期型駆動モータよりも角速度ωが大きい。しかし、図３（ｂ）に示すように、ティースの先端部の周方向幅が磁極面の周方向幅よりも小さく、ティース間ギャップが大きいと、インダクタンスＬが小さい。このため、ティースの数より磁極面の数が多くなり角速度ωが大きくなっても、インピーダンスの交流成分ωＬを維持できる。即ち、角速度ωの増加に伴うインピーダンスの交流成分ωＬの増加を抑えることができる。その結果、同期型駆動モータに供給される電流を確保できる。
【００７４】
さらに、ティースの数より多い磁極面を有し、ティースの先端部の周方向幅が磁極面の周方向幅よりも小さい同期型駆動モータでは、ティース間ギャップが大きいため、巻線の設計自由度が飛躍的に向上する。ここで、例えば、製造工程において、線および巻線装置の一部にティース間ギャップを通過させる場合に、径の太い線を用いることが可能である。また、例えば、後述する図９に示す場合のように、ティースの先端部４３ｃが小さい分、大きなスロットを利用して、径の太い線を用いることができる。また、例えば、図９に示すステータ４０を製造する時に、ティース４３に巻き付けずに形成した巻線Ｗの中にティース４３を挿入させることができる。この場合、隣り合う巻線Ｗの間隔を狭めることができるので、径の太い線を用いることができる。これにより、巻線の抵抗Ｒを低下させることができるので、巻線に供給される電流を増大することによりトルク及び出力の双方を向上させることができる。
【００７５】
このように、ティースの数より多い磁極面を有し、ティースの先端部の周方向幅が磁極面の周方向幅よりも小さい同期型駆動モータは、同じサイズを有する従来の同期型駆動モータと比べて、出力及びトルクを向上できる。なお、トルク及び出力のいずれをより向上させるかは、例えば巻線の径の太さ及びターン数のいずれをより増大させるかによって調整することができる。
【００７６】
このように、本発明者らは、上述した２つの常識を同時に覆すことにより、同期型駆動モータにおいて、高トルク、高出力、及びサイズの小型化を、高いレベルで満足させることができることを見出し、本発明を完成させた。
【００７７】
以下、本発明を、好ましい実施形態に基づいて図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、本発明の同期型駆動モータの一例として、エンジンを始動する同期型駆動モータを説明する。
図４は、本発明の実施形態に係る同期型駆動モータＳＧを備えたエンジンユニットＥＵの概略構成を模式的に示す部分断面図である。
【００７８】
エンジンユニットＥＵは、例えば車両に搭載される。エンジンユニットＥＵは、エンジン本体Ｅと、同期型駆動モータＳＧとを備える。同期型駆動モータＳＧはエンジン本体Ｅを駆動するスタータモータである。
【００７９】
エンジンユニットＥＵは、同期型駆動モータＳＧを備えている。同期型駆動モータＳＧは、三相ブラシレスモータである。同期型駆動モータＳＧは、エンジン始動時には、クランクシャフト５を回転させてエンジン本体Ｅを始動させる。また、同期型駆動モータＳＧは、クランクシャフト５により回転されてジェネレータとして機能する。なお、同期型駆動モータＳＧがジェネレータとして機能する場合において、同期型駆動モータＳＧは、エンジンの燃焼開始後、必ずしも、常にジェネレータとして機能する必要はない。例えば、エンジンの燃焼が開始した後、同期型駆動モータＳＧが直ちにジェネレータとして機能せず、所定の条件が満たされた場合に、同期型駆動モータＳＧがジェネレータとして機能してもよい。そのような所定の条件としては、例えば、エンジン回転速度が所定速度に到達したこと、エンジンの燃焼が開始してから所定時間が経過したこと等が挙げられる。また、エンジンの燃焼開始後に、同期型駆動モータＳＧがジェネレータとして機能する期間と同期型駆動モータＳＧがモータ（例えば、車両駆動用モータ）として機能する期間とが含まれていてもよい。
【００８０】
エンジン本体Ｅは、クランクケース１と、シリンダ２と、ピストン３と、コネクティングロッド４と、クランクシャフト５とを備えている。シリンダ２は、クランクケース１から所定方向（例えば斜め上方）に突出する態様で設けられている。ピストン３は、シリンダ２内に往復移動自在に設けられている。クランクシャフト５は、クランクケース１内に回転可能に設けられている。コネクティングロッド４の一端部（例えば上端部）は、ピストン３に連結されている。コネクティングロッド４の他端部（例えば下端部）は、クランクシャフト５に連結されている。シリンダ２の端部（例えば上端部）には、シリンダヘッド６が取り付けられている。クランクシャフト５は、クランクケース１に、一対のベアリング７を介して、回転自在な態様で支持されている。クランクシャフト５の一端部５ａ（例えば右端部）は、クランクケース１から外方に突出している。クランクシャフト５の一端部５ａには、同期型駆動モータＳＧが取り付けられている。
【００８１】
クランクシャフト５の他端部５ｂ（例えば左端部）は、クランクケース１から外方に突出している。クランクシャフト５の他端部５ｂには、無段変速機ＣＶＴのプライマリプーリ２０が取り付けられている。プライマリプーリ２０は、固定シーブ２１と可動シーブ２２とを有する。固定シーブ２１は、クランクシャフト５の他端部５ｂの先端部分に、クランクシャフト５と共に回転するように固定されている。可動シーブ２２は、クランクシャフト５の他端部５ｂにスプライン結合されている。従って、可動シーブ２２は、軸方向Ｘに沿って移動可能であり、固定シーブ２１との間隔が変更される態様で、クランクシャフト５と共に回転する。プライマリプーリ２０とセカンダリプーリ（図示せず）とには、ベルトＢが掛けられている。クランクシャフト５の回転力が車両の駆動輪（図示略）に伝達される。
【００８２】
図５は、図４における同期型駆動モータＳＧ及びその近傍部分を拡大して示した拡大断面図である。図６は、図４に示す同期型駆動モータＳＧの一部を軸方向Ｘに見た拡大断面図である。
【００８３】
同期型駆動モータＳＧは、ロータ３０と、ステータ４０と、磁気センサユニット（図示せず）とを有する。ロータ３０は、ロータ本体部３１と、ロータ本体部３１に設けられた複数の永久磁石部３７とを有する。ロータ本体部３１は、例えば強磁性材料からなる。ロータ本体部３１は、有底筒状を有する。ロータ本体部３１は、筒状ボス部３２と、円板状の底壁部３３と、筒状のバックヨーク部３４とを有する。筒状ボス部３２は、クランクシャフト５の一端部５ａに挿入された状態で、クランクシャフト５に固定されている。底壁部３３は、筒状ボス部３２に固定されており、クランクシャフト５の径方向Ｙに広がる円板形状を有する。バックヨーク部３４は、底壁部３３の外周縁からクランクシャフト５の軸方向Ｘに延びる筒形状を有する。バックヨーク部３４は、クランクケース１側に延びている。本実施形態の同期型駆動モータＳＧでは、ロータ３０はアウターロータであり、ステータ４０はインナーステータである。
【００８４】
底壁部３３及びバックヨーク部３４は、例えば金属板をプレス成形することにより一体的に形成されている。なお、本発明では、底壁部３３とバックヨーク部３４とは別体に構成されていてもよい。即ち、ロータ本体部３１において、バックヨーク部３４は、ロータ本体部３１を構成する他の部分と一体的に構成されていてもよく、ロータ本体部３１を構成する他の部分と別体に構成されていてもよい。バックヨーク部３４と他の部分とが別体に構成されている場合、バックヨーク部３４が、強磁性材料からなればよく、他の部分は、強磁性材料以外の材料からなっていてもよい。
【００８５】
筒状ボス部３２には、クランクシャフト５の一端部５ａを挿入するためのテーパ状挿入孔３２ａが、クランクシャフト５の軸方向Ｘに沿って形成されている。テーパ状挿入孔３２ａは、クランクシャフト５の一端部５ａの外周面に対応するテーパ角を有する。挿入孔３２ａにクランクシャフト５の一端部５ａを挿入したときに、一端部５ａの外周面が挿入孔３２ａの内周面に接触し、クランクシャフト５が挿入孔３２ａに固定される。これにより、ボス部３２が、クランクシャフト５の軸方向Ｘに対して位置決めされる。この状態で、クランクシャフト５の一端部５ａの先端部分に形成された雄ねじ部５ｃに、ナット３５がねじ込まれる。これにより、クランクシャフト５に筒状ボス部３２が固定される。
【００８６】
筒状ボス部３２は、筒状ボス部３２の基端側（図中右側）に径大部３２ｂを有する。筒状ボス部３２は、径大部３２ｂの外周面に、径方向外側に向かって延びた鍔部３２ｃを有する。ロータ本体部３１の底壁部３３の中央部に形成された孔部３３ａに、筒状ボス部３２の径大部３２ｂが挿入されている。この状態において、鍔部３２ｃが底壁部３３の外周面（図中、右側面）に接している。筒状ボス部３２の鍔部３２ｃとロータ本体部３１の底壁部３３とが、ロータ本体部３１の周方向の複数個所において、鍔部３２ｃと底壁部３３とを貫通するリベット３６で一体的に固定されている。
【００８７】
ロータ本体部３１のバックヨーク部３４の内周面には、複数の永久磁石部３７が設けられている。永久磁石部３７は、径方向におけるステータ４０の外側に配置されている。各永久磁石部３７は、Ｓ極とＮ極とが同期型駆動モータＳＧの径方向に並ぶように設けられている。ロータ３０は、ステータ４０と対向する面に、複数の永久磁石部３７により形成される磁極面を有する。
【００８８】
複数の永久磁石部３７は、同期型駆動モータＳＧの周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置されるように設けられている。本実施形態では、ステータ４０と対向するロータ３０の磁極面の数が２４個である。ロータ３０の磁極面の数とは、ステータ４０と対向する磁極面の数をいう。ステータコアＳＴのティース４３と対向する永久磁石部３７の磁極面の数は、ロータ３０の磁極面の数に相当する。ロータ３０が有する磁極１つあたりの磁極面は、ステータ４０と対向する永久磁石部３７の磁極面に相当する。永久磁石部３７の磁極面は、永久磁石部３７とステータ４０との間に設けられた非磁性体（図示せず）により覆われている。永久磁石部３７とステータ４０との間には磁性体が設けられていない。非磁性体としては、特に限定されず、例えば、ステンレス鋼材が挙げられる。本実施形態において、永久磁石部３７は、フェライト磁石である。永久磁石部３７の形状は、特に限定されない。なお、ロータ３０は、永久磁石部３７が磁性材料に埋め込まれた埋込磁石型（ＩＰＭ型）であってもよいが、本実施形態のように、永久磁石部３７が磁性材料から露出した表面磁石型（ＳＰＭ型）であることが好ましい（図５及び図７参照）。また、ロータ３０は、インセット型であってもよい。インセット型のロータ３０では、永久磁石部３７の磁極面（永久磁石部３７のステータ４０との対向面）の少なくとも一部が磁性材料から露出し、周方向に並ぶ永久磁石部３７の間に磁性材料が設けられている。
【００８９】
ステータ４０は、ステータコアＳＴと巻線Ｗとを有する。ステータコアＳＴは、例えば薄板状のケイ素鋼板を軸方向に沿って積層することにより形成される。ステータコアＳＴは、ステータコアＳＴの中心部に、ロータ３０の筒状ボス部３２の外径よりも大きな内径の孔部４１を有する。また、ステータコアＳＴは、径方向外側に向かって一体的に延びた複数のティース４３を有する（図６参照）。複数のティース４３は、周方向にスロットＳＬを空けて設けられている。本実施形態においては、合計１８個のティース４３が周方向に間隔を空けて設けられている。ステータコアＳＴは、合計１８個のティース４３を有する。つまり、同期型駆動モータＳＧのステータコアＳＴは、６個以上のティース４３を備えている。ティース４３は、等ピッチ角で配置されている。従って、各ティース４３は、６０°以下のピッチ角で配置されている。ティース４３の数とスロットＳＬの数は等しい。
【００９０】
各ティース４３の周囲には、巻線Ｗが巻回されている。巻線Ｗは、スロットＳＬを通っている。ステータコアＳＴに備えられる複数のティース４３の全ては、巻線が巻回された部分を有する。巻線Ｗは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の何れかに属する。巻線Ｗは、例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に並ぶように配置される。複数のティース４３の全てが、巻線が巻回された部分を有するので、ティース４３の全てが、トルクに寄与する磁束を巻線Ｗの電流によって生じさせることができる。従って、高いトルクが生じる。
【００９１】
同期型駆動モータＳＧのステータコアＳＴは６個以上のティース４３を備えるので、同期型駆動モータＳＧ全体としての巻線Ｗの量（体積）を充分に確保しつつ、ティース１つ当たりの巻線のターン数が抑えられ、またこれに伴い、巻線を構成する線の１ターン当たりの周長の増大が抑えられる。従って、同期型駆動モータＳＧ全体としての巻線Ｗの量（体積）を充分に確保しつつ、ティース１つ当たりの巻線Ｗの量（体積）の増加を抑制できる。従って、同期型駆動モータＳＧのサイズの増大を抑えつつ、例えば、巻線のターン数を増やすこと、又は径の太い線を巻くことができる。
【００９２】
図５及び図６に示すように、ステータ４０には、同期型駆動モータＳＧの径方向の中央部分に孔部４１が形成されている。孔部４１内には、クランクシャフト５及びロータ３０の筒状ボス部３２が、孔部４１の壁面（ステータ４０）から間隔を空けて配置されている。この状態で、ステータ４０は、エンジン本体Ｅのクランクケース１に取り付けられている。ステータ４０のティース４３の先端部４３ｃ（先端面）は、ロータ３０を構成する永久磁石部３７の磁極面（内周面）から間隔ｇを空けて配置されている（図７参照）。この状態で、エンジン本体Ｅのクランクシャフト５とロータ３０とは一体で回転する。
【００９３】
上述したように、本実施形態に係る同期型駆動モータＳＧでは、ロータ３０の磁極面の数Ｐが２４であり、ティース４３の数が１８である。ロータ３０の磁極面の数Ｐと、ティース４３の数との比は、４：３である。即ち、ロータ３０は、ティース４３の数よりも多い磁極面を有する。ロータ３０の磁極面数とティース４３の数との比は、この例に限定されない。ロータ３０の磁極面数Ｐのティース４３の数に対する比の上限値としては、特に限定されないが、例えば、４／３である。ロータ３０が、ティース４３の数の４／３の磁極面を有することが好ましい。磁極数が２の倍数であるため、Ｎ極とＳ極とを交互に配置し易い。また、ティース数が３の倍数であるため、３相の電流により制御し易い。また、回転時の偏心が生じ難い。
【００９４】
なお、ロータ３０がティース４３の数の４／３の磁極面を有する場合について、厳密にロータ３０の磁極面数Ｐとティース４３の数との比が４：３である必要はない。例えば、ステータ４０に制御基板を装着するために、ステータ４０のスロットＳＬの一部が形成されない場合がある。この場合、一部のスロットＳＬ間の距離が、他のスロットＳＬ間の距離と異なるので、本来スロットＳＬの設けられるべき位置にスロットＳＬが設けられていないことになる。この場合、本来スロットＳＬが設けられるべき位置にスロットＳＬが設けられていることとして、ティース４３の数を決定してもよい。ロータ３０の磁極数についても同様である。即ち、磁極数とティース数との関係が４：３の関係を満たすような４：３系列の磁極及びティースの配置が行われている場合、ロータ３０が、実質的にティース４３の数の４／３の磁極面を有するといえる。言い換えると、同期型駆動モータＳＧが、４：３系列の回転電機の構成を基本構成として有しているといえる。これは、同期型駆動モータＳＧが４：３以外の比を有する場合についても同様である。
【００９５】
同期型駆動モータＳＧは、コントローラ（図示しない）と接続されている。同期型駆動モータＳＧ、及びコントローラは、駆動対象であるエンジン本体を駆動する駆動ユニット（図示しない）を構成する。すなわち、駆動ユニットは、同期型駆動モータＳＧ及びコントローラを備えている。コントローラは、本発明における制御装置に相当する。なお、コントローラは、ドライバ機能を備えていてもよい。コントローラがドライバを介して同期型駆動モータＳＧと接続されていてもよい。
【００９６】
コントローラは、ステータ４０の各巻線Ｗへの電流を制御する。即ち、コントローラが、エンジン本体Ｅの始動時に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の巻線に供給する電流を変化（例えば、増減）させる。電流変化の態様は特に限定されない。例えば、各相の巻線に対して、位相の異なる正弦波の電流を供給することにより、各相の巻線への供給電流を変化させてもよい。また、各相の巻線に対して、位相の異なる矩形波の電流を供給することにより、各相の巻線への供給電流を変化させてもよい（所謂１２０°通電）。これにより、ロータ３０は回転する。
【００９７】
コントローラは、ロータ３０がクランクシャフト５を回転させる時に、ステータ４０の巻線Ｗに供給される電流の位相が、ロータ３０が備える永久磁石部３７により巻線Ｗに生じる誘起電圧の位相に対して進角するように、巻線Ｗに対して電流を供給する。コントローラは、巻線Ｗに、ｄ軸電流成分を含んだ駆動電流を供給することによって、巻線Ｗに供給される電流の位相が進角するように巻線Ｗに対して電流を供給する。
【００９８】
エンジン本体Ｅが始動した後、エンジン本体Ｅのピストン３の往復動が、コネクティングロッド４を介してクランクシャフト５に伝えられ、クランクシャフト５が回転する。従って、クランクシャフト５の回転に伴って、クランクシャフト５に固定されたロータ３０が回転する。これによりロータ３０の永久磁石部３７がステータ４０の外周を回転する。このため、永久磁石部３７の磁束により、ステータ４０のティース４３に巻き付けられた巻線Ｗで構成される各巻線に誘導起電力が発生する。従って、少なくともエンジン本体Ｅの始動後においては、同期型駆動モータＳＧはジェネレータとして機能する。
【００９９】
また、同期型駆動モータＳＧは、磁気センサユニットを備えている。磁気センサユニットは、ロータ３０の回転位置を検出する。コントローラは、磁気センサユニットにより検出されたロータ３０の回転位置に基づいて、同期型駆動モータＳＧを制御する。また、コントローラは、ロータ３０の回転位置に基づいて定められるタイミングで、エンジン本体Ｅの燃焼を開始させる。
【０１００】
図７は、ロータ３０及びステータ４０の一例を模式的に示す拡大断面図である。図８は、図７に示すティース４３をロータ３０から径方向に見た配置を模式的に示す拡大図である。言い換えると、図８は、ティース４３の先端部４３ｃからティースの根元部（先端部４３ｃと反対の部分）に延びる方向にティース４３の先端部４３ｃを見た時のティース４３の先端部４３ｃを模式的に示している。ティース４３の先端部４３ｃからティースの根元部に延びる方向は、本実施形態のようにラジアルギャップ型の同期型駆動モータＳＧでは、例えば、同期型駆動モータＳＧの径方向に相当する。また、同期型駆動モータＳＧがアキシャルギャップ型である場合、ティース４３の先端部４３ｃからティースの根元部に延びる方向は、例えば、同期型駆動モータＳＧの軸線方向に相当する。
【０１０１】
ロータ３０は、バックヨーク部３４と、バックヨーク部３４の内周面において周方向に並ぶように設けられた複数の永久磁石部３７とを有する。また、ステータ４０は、ステータコアＳＴと巻線Ｗとを有する。ステータコアＳＴは、周方向に間隔を空けて設けられた複数のティース４３を有する。各ティース４３は、胴部４３ａと、先端部４３ｃと、一対の側方突出部４３ｂとを有する。先端部４３ｃはロータ３０と対向する。側方突出部４３ｂは、胴部４３ａよりも周方向両側に突出している。側方突出部４３ｂは、先端部４３ｃに含まれる。各ティース４３の間には、スロットＳＬが形成されている。各ティース４３の胴部４３ａの周囲には、巻線Ｗが巻き付けられている。図７に示す胴部４３ａは、本発明における巻線が巻回された部分に相当する。ティース４３の先端部４３ｃはステータコアＳＴの外側に設けられた磁極面と対向する。このため、隣り合うティース４３の先端部の間隔が、隣り合うティース４３の根元部の間隔と比べて相対的に広くなる。
【０１０２】
図７に示す間隔ｇは、同期型駆動モータＳＧの径方向におけるロータ３０とステータ４０との間隔である。間隔ｇは、同期型駆動モータＳＧの径方向における永久磁石部３７の磁極面とティース４３の先端部との間隔に相当する。永久磁石部３７の内周面は、同期型駆動モータＳＧの回転軸線方向に見て同期型駆動モータＳＧの径方向外側に膨らむ円弧形状を有する。ステータコアＳＴの外周面は、同期型駆動モータＳＧの回転軸線方向に見て同期型駆動モータＳＧの径方向外側に膨らむ円弧形状を有する。永久磁石部３７の内周面（磁極面）は、ステータコアＳＴの外周面と、間隔ｇを介して対向している。なお、永久磁石部３７の内周面は、上述したように非磁性体（図示せず）により覆われているが、間隔ｇに露出していてもよい。永久磁石部３７の内周面は、磁性体により覆われていない。つまり、永久磁石部３７の磁極面とティース４３の先端部とは、間に磁性体を介在させることなく対向している。間隔ｇは、特に限定されず、例えば、約１ｍｍである。ティース間ギャップｄは、同期型駆動モータＳＧの周方向に隣り合うティース４３の先端部４３ｃ間の間隔を示す。ティース間ギャップｄは、本発明における先端部の間の周方向ギャップに相当する。Ｄ２は、同期型駆動モータＳＧの径方向における巻線Ｗとバックヨーク部３４との距離を示す。Ｌ３７は、同期型駆動モータＳＧの周方向における永久磁石部３７の磁極面の幅を示す。Ｌ４３は、同期型駆動モータＳＧの周方向におけるティース４３の先端部４３ｃの幅を示す。本明細書において、磁極面の幅は、ロータ３０においてステータ４０と対向する面の周方向長さを磁極面の数で割った長さである。本実施形態の同期型駆動モータでは、永久磁石部を構成する永久磁石の磁石面の周方向幅が、磁極面の幅に相当する。
【０１０３】
図８に示す巻線Ｗの周方向外縁Ｗｓの幅Ｌｗ（巻線Ｗの周方向最大幅）は、先端部４３ｃの周方向幅Ｌ４３よりも大きい。なお、巻線Ｗの周方向外縁Ｗｓとは、巻線Ｗの外縁のうち、同期型駆動モータＳＧの周方向において最も外側に位置する縁をいう。巻線Ｗの周方向外縁Ｗｓは、例えば、図８に示すように、同期型駆動モータＳＧの軸線方向に延びる。ティース４３に巻回された巻線Ｗの周方向外縁Ｗｓは、ティース４３の先端部４３ｃの外縁よりも外側に位置している。また、図８に示すように、先端部４３ｃを同期型駆動モータの回転軸線と垂直方向に見た時に、つまり、先端部４３ｃを同期型駆動モータＳＧの中心に向かって無限遠から見た時に、巻線Ｗの最外周は、先端部４３ｃの外周よりも外側に位置している。また、図８に示すように、ティース４３の先端部４３ｃの軸方向Ｘにおける厚みＬｘは、先端部４３ｃの周方向幅Ｌ４３より大きい。また、ティース４３の胴部４３ａの軸方向厚みＬｘは、胴部４３ａの周方向幅Ｌａ４３より大きい。さらに、本実施形態では、巻線Ｗの周方向外縁Ｗｓの幅Ｌｗが、磁極面の幅Ｌ３７よりも大きい。即ち、本実施形態において、磁極面の幅Ｌ３７は、先端部４３ｃの周方向幅Ｌ４３よりも大きく且つ巻線Ｗの周方向外縁Ｗｓの幅Ｌｗよりも小さい。
【０１０４】
図８には、永久磁石部３７の磁極面の大きさも示されている。ロータ３０がティース４３に対して相対的に回転する時に全ての磁極面のそれぞれに対向するティース４３の先端部４３ｃの面積は、１つのティース４３の先端部４３ｃの面積を超えない。例えば、図８に示す状態の例では、破線で位置が示された１つの磁極面は、同時に２つのティース４３と対向している。しかし、これら２つのティース４３のうち、磁極面と対向する部分の面積の合計は、１つのティース４３の先端部４３ｃの面積を超えない。全ての磁極面について、磁極面と対向する部分の面積の合計が、１つのティース４３の先端部４３ｃの面積を超えない。
【０１０５】
ロータ３０は、ティース４３の数よりも多い数の磁極面がステータコアＳＴの外周面と対向した状態で、同期型駆動モータＳＧの径方向におけるステータ４０の外側において同期型駆動モータＳＧの回転軸線を中心として回転する。ロータ３０の回転に伴い、ティース４３の数よりも多い数の磁極面が、各ステータコアＳＴの外周面上を通過する。
【０１０６】
永久磁石部３７の外周面は、同期型駆動モータＳＧの回転軸線方向に見て同期型駆動モータＳＧの径方向外側に膨らむ円弧形状を有する。バックヨーク部３４の内周面は、同期型駆動モータＳＧの回転軸線方向に見て同期型駆動モータＳＧの径方向外側に膨らむ円弧形状を有する。永久磁石部３７の外周面とバックヨーク部３４の内周面とは接触している。具体的には、永久磁石部３７の外周面における周方向の少なくとも中央部分は、バックヨーク部３４の内周面と接触している。
【０１０７】
図９は、同期型駆動モータＳＧのロータ３０及びステータ４０の、図７とは別の例を模式的に示す拡大断面図である。
図９に示すロータ３０及びステータ４０は、図７に示す例と比べ、ステータ４０の一部の寸法と巻線Ｗの大きさとが異なる。例えば、ステータ４０において、隣り合うティース４３が有する先端部４３ｃの間のティース間ギャップｄは、先端部４３ｃの周方向幅Ｌ４３より大きい。また、巻線Ｗが、径方向において側方突出部４３ｂと重なる位置に配置されている。また、隣り合うティース４３に巻回された巻線Ｗの間隔が、図７に示す例よりも小さい。なお、図９に示すティース４３が、本発明における巻線が巻回された部分に相当する。
【０１０８】
図９におけるその他の構成は図７と共通である。そこで、図９における、図７の対応箇所に図７と同じ符号を付す。以降、特に図９の例であることを指定しない限り、図７を参照して、図７の例及び図９の例の双方に共通する事項を説明する。
【０１０９】
図７に示す同期型駆動モータＳＧにおいて、同期型駆動モータＳＧの周方向に隣り合うティース４３の先端部４３ｃ間の間隔は、ティース間ギャップｄである。ティース４３の先端部４３ｃの周方向幅Ｌ４３は、永久磁石部３７の磁極面の周方向幅Ｌ３７よりも小さい。つまり、ティース間ギャップｄは、ティース４３の先端部４３ｃの周方向幅Ｌ４３が、永久磁石部３７の磁極面の周方向幅Ｌ３７よりも小さくなるように設定されている。
【０１１０】
本実施形態の同期型駆動モータＳＧでは、磁極面の数がティース４３の数より多く、ティース４３の先端部４３ｃの周方向幅Ｌ４３が、永久磁石部３７の磁極面の周方向幅Ｌ３７よりも小さい。このため、本実施形態の同期型駆動モータＳＧでは、高トルク、高出力、及びサイズの小型化を、高いレベルで満足させることができる。また、ティース４３の数より多い磁極面を有し、ティース４３の先端部４３ｃの周方向幅Ｌ４３が磁極面の周方向幅よりも小さい同期型駆動モータＳＧによれば、この同期型駆動モータＳＧと同じ出力及びトルクを有する従来の同期型駆動モータと比べて、サイズを小型化することもできる。従って、高トルク、高出力、及びサイズの小型化を、高いレベルで満足させることができる。
【０１１１】
ここで、ティースから磁極面に向かうステータ磁束について図７を参照してさらに説明する。ティース間ギャップｄが増大すると、ティース４３における漏れ磁束が低減する。しかし、ティース間ギャップｄが距離Ｄ２を超えた場合、ティース間ギャップｄの増加量に対するティース４３の漏れ磁束の減少量が小さくなる。そのため、ティース間ギャップｄの増加量に対するステータ磁束の増加量も小さくなる。
【０１１２】
以上をふまえると、ティース間ギャップｄは、距離Ｄ２以下であることが好ましい。この場合、ロータ３０が、ティース４３の数の４／３以上の磁極を有することが好ましい。ロータ３０が、ティース４３の数の４／３の磁極を有することが特に好ましい。また、ティース４３の先端部４３ｃの周方向幅Ｌ４３は、磁極面の周方向幅Ｌ３７の１／３より大きいことが好ましい。
【０１１３】
また、ティース間ギャップｄは、永久磁石部３７の磁極面の周方向幅Ｌ３７以下であることが好ましく、永久磁石部３７の磁極面の周方向幅Ｌ３７より小さいことが好ましい。ティース間ギャップｄは、間隔ｇの１０倍以下であることが好ましい。また、ティース間ギャップｄは、間隔ｇの３倍以上であることが好ましく、間隔ｇの４倍以上であることがより好ましく、間隔ｇの５倍以上であることが更に好ましく、間隔ｇの７倍以上であることが特に好ましい。具体的には、ティース間ギャップｄは、１０ｍｍ以下であることが好ましい。また、ティース間ギャップｄは、３ｍｍ以上であることが好ましく、４ｍｍ以上であることがより好ましく、５ｍｍ以上であることが更に好ましく、７ｍｍ以上であることが特に好ましい。
【０１１４】
本実施形態の同期型駆動モータＳＧでは、巻線Ｗの周方向外縁Ｗｓの幅Ｌｗが、先端部４３ｃの周方向幅Ｌ４３よりも大きい。ティース４３に巻回される巻線Ｗの量が多いことで、より大きなトルク及び出力を得ることができる。また、図８に示すように、ティース４３の先端部４３ｃを同期型駆動モータＳＧの回転軸線と垂直方向に見た時に、すなわち、ティース４３の先端部４３ｃを磁極面から永久磁石部３７とティース４３とが対向する方向に見た時に、巻線Ｗの最外周が、先端部４３ｃの外周よりも外側に位置していることは好ましい。
また、図９に示す例では、先端部４３ｃを同期型駆動モータＳＧの回転軸線に沿って見た時に、ティース４３に巻回された巻線Ｗの周方向外縁Ｗｓが、ティース４３の先端部４３ｃの周方向外縁よりも外側に位置している。この場合、巻線Ｗの量がさらに多い。従ってさらに大きなトルク及び出力を得ることができる。
【０１１５】
また、同期型駆動モータＳＧでは、隣り合うティース４３の先端部の間隔が、隣り合うティース４３の根元部（先端部と反対の部分）の間隔と比べて相対的に広くなることによって、巻線Ｗの配置の自由度がより高められる。このため、巻線Ｗの量を多くすることによって、大きなトルク及び出力を得ることができる。
【０１１６】
また、図７に示す例では、ロータ３０がティース４３に対して相対的に回転する時に全ての磁極面のそれぞれに対向するティース４３の先端部４３ｃの面積が、１つのティース４３の先端部４３ｃの面積を超えないため、１つの磁極面から生じる磁束が、１つのティース４３の先端部４３ｃの面積を超える領域に分散することが抑えられる。従って、トルクの低下が抑えられる。全てのティース４３の先端部４３ｃは、実質的に同じ周方向幅を有することが好ましい。全てのティース４３の先端部４３ｃは、周方向に互いに等間隔又は実質的に等間隔を空けて配置されていることが好ましい。言い換えると、全てのティース間ギャップｄが同じであることが好ましい。また、全ての磁極面は、実質的に同じ周方向幅を有することが好ましい。
【０１１７】
また、図８に示すように、胴部４３ａの周方向幅Ｌａ４３は、ティース４３の胴部４３ａの軸方向厚みＬｘより小さい。このため、スロットＳＬの周方向幅を広く確保できる。従って、巻線のターン数をさらに増やすこと、又はさらに径の太い線を巻くことができる。よって、より大きなトルク及び出力を得ることができる。また、同期型駆動モータＳＧにおけるティース４３の先端部４３ｃの周方向幅Ｌ４３は、ティース４３の先端部４３ｃの軸方向厚みＬｘより小さい。このため、広いティース間ギャップｄを確保することができる。広いティース間ギャップｄによって巻線Ｗの設計の自由度がさらに向上するので、例えば、巻線のターン数をさらに増やすこと、又はさらに径の太い線を巻くことができる。従って、より大きなトルク及び出力を得ることができる。
【０１１８】
また、同期型駆動モータＳＧでは、ロータ３０がティース４３の数より多い磁極面を有しており、磁極数が多いので、角速度ωが大きくなる。角速度ωが大きいので、ディテントトルク（detent torque）が小さくなる。
【０１１９】
また、同期型駆動モータＳＧでは、永久磁石部３７が、フェライト磁石で形成されている。フェライト磁石の磁気特性は、希土類磁石より低い。そのため、フェライト磁石は、例えば希土類磁石よりも大きな厚みを有する。さらに、同期型駆動モータＳＧでは、磁極面の数がティース４３の数より多いため、磁極面の周方向幅Ｌ３７が小さい。永久磁石部３７は、大きな厚みと、小さい周方向幅の双方によって、高いパーミアンス係数を有する。従って、より大きなトルク及び出力を得ることができる。
【０１２０】
なお、先端部４３ｃの周方向幅Ｌ４３が小さくなりティース間ギャップｄが大きくなると、インダクタンスＬが小さくなる（図３（ｂ）参照）。しかし、同期型駆動モータＳＧでは、ロータ３０の磁極数がステータ４０のティースの数よりも多く、角速度ωが大きいので、インピーダンスの交流成分ωＬの値が確保される。このため、発電電流を抑えるために、例えば巻線Ｗのターン数を減少させる必要がない。従って、ティース間ギャップｄを大きくすることによりインダクタンスＬの値が小さくなっても、発電電流を大きく増加させることなく、始動時のトルクをより一層向上させることが可能である。
【０１２１】
本実施形態の同期型駆動モータＳＧにおいて、コントローラは、巻線Ｗに、ｄ軸電流成分を含んだ駆動電流を供給する。ｄ軸電流成分に起因する電圧によって、回転時に生じる誘起電圧の影響が緩和されるため、高速回転時におけるトルクが向上する。
【０１２２】
図１０（ａ）は、本実施形態の同期型駆動モータＳＧにおける電気特性を示すベクトル図である。図１０（ｂ）は、従来の同期型駆動モータにおける電気的特性を示すベクトル図である。図１０（ｃ）は、比較例の同期型駆動モータにおける電気的特性を示すベクトル図である。
【０１２３】
図１０（ａ）に係る本実施形態の同期型駆動モータＳＧでは、磁極面数／ティース数が４／３である。これに対して、図１０（ｂ）に係る従来の同期型駆動モータでは、磁極面数／ティース数が２／３である。図１０（ａ）に係る同期型駆動モータにおける角速度ωは、図１０（ｂ）に係る従来の同期型駆動モータにおける角速度ωの２倍である。
【０１２４】
図１０（ａ）に係る本実施形態の同期型駆動モータＳＧでは、図１０（ｂ）に係る従来の同期型駆動モータと比べると、磁極面数が多いため、磁極面の周方向幅が小さい。そして、図１０（ａ）に係る本実施形態の同期型駆動モータＳＧが有するティースの先端部の周方向幅は、磁極面の周方向幅よりも小さい。これに対して、図１０（ｂ）に係る従来の同期型駆動モータでは、図１０（ａ）に係る本実施形態の同期型駆動モータＳＧよりも、ティースの先端部の周方向幅が大きく設定されている。本実施形態の同期型駆動モータにおけるインダクタンスＬは、図１０（ｂ）に係る従来の同期型駆動モータにおけるインダクタンスＬの１／２倍である。
【０１２５】
図１０（ｃ）に係る同期型駆動モータは、磁極面数／ティース数が２／３である。本実施形態の同期型駆動モータにおける角速度ωは、図１０（ｃ）に係る比較例の同期型駆動モータにおける角速度ωの２倍である。
【０１２６】
また、図１０（ｃ）に係る比較例の同期型駆動モータでは、図１０（ｂ）に係る従来の同期型駆動モータと比べると、ティースの先端部の周方向幅が小さく設定されている。そのため、図１０（ｃ）に係る同期型駆動モータにおけるインダクタンスＬは、図１０（ｂ）に係る従来の同期型駆動モータにおけるインダクタンスＬよりも小さい。
【０１２７】
図１０（ａ）〜（ｃ）に係る同期型駆動モータでは、巻線に、ｄ軸電流成分を含んだ駆動電流が供給されている。図１０（ａ）〜図１０（ｃ）においてＶｔは、同期型駆動モータの端子電圧を示す。Ｅは、誘起電圧を示す。Ｉｄは、ｄ軸電流を示す。Ｉｑは、ｑ軸電流を示す。
【０１２８】
一般に、同期型駆動モータの端子電圧Ｖｔは、バッテリ等の電源から供給されるので、上限を有する。ロータ３０の回転速度が大きくなるのに伴い、巻線Ｗの誘起電圧Ｅは大きくなるので、トルクに寄与するｑ軸電流を供給するための電圧の余裕が小さくなる。しかし、図１０（ａ）〜（ｃ）に係る同期型駆動モータでは、巻線に、ｄ軸電流成分を含んだ駆動電流が供給されているので、図１０（ａ）に示すように、誘起電圧Ｅを打ち消す向きの電圧Ｉｄ・ωＬが生じる。このことによって、誘起電圧Ｅが大きくなっても、トルクに寄与するｑ軸電流を巻線へ供給することができる。図１０（ａ）〜（ｃ）に示す例では、誘起電圧Ｅが、同期型駆動モータの端子電圧Ｖｔより大きくなっているが、ｑ軸電流が巻線に供給されている。
【０１２９】
図１０（ａ）に係る本実施形態の同期型駆動モータＳＧは、図１０（ｂ）に係る従来の同期型駆動モータと比べて、２倍の角速度ωを有し、１／２倍のインダクタンスＬを有する。その結果、図１０（ａ）に係る本実施形態の同期型駆動モータＳＧと、図１０（ｂ）に係る従来の同期型駆動モータとでは、誘起電圧を抑える電圧成分（Ｉｄ・ωＬ）が等しくなっている。言い換えれば、本実施形態の同期型駆動モータでは、ティースの先端部の周方向幅が小さいので、インダクタンスＬが小さいが、角速度ωが大きいので、誘起電圧を打ち消す方向の電圧成分（Ｉｄ・ωＬ）が確保される。
【０１３０】
図１０（ａ）に係る本実施形態の同期型駆動モータＳＧは、図１０（ｃ）に係る比較例の同期型駆動モータと比べて、２倍の角速度ωを有する。図１０（ａ）に係る本実施形態の同期型駆動モータＳＧにおけるインダクタンスＬは、図１０（ｃ）に係る比較例の同期型駆動モータにおけるインダクタンスＬと同程度である。そのため、図１０（ｃ）に係る比較例の同期型駆動モータでは、誘起電圧を抑える電圧成分（Ｉｄ・ωＬ）が小さくなる。従って、ｑ軸電流も小さくなる。
【０１３１】
しかし、本実施形態の同期型駆動モータＳＧでは、ロータ３０が、ティースの数よりも多い数の磁極面を有しているため、角速度ωが大きい。従って、小さいｄ軸電流でも、大きな角速度ωによって誘起電圧を抑える電圧成分（Ｉｄ・ωＬ）が確保される。このため、誘起電圧Ｅが大きくなっても、トルクに寄与するｑ軸電流を巻線へ供給することができる。従って、同期型駆動モータＳＧでは、高速回転時におけるトルクが向上する。なお、ｄ軸電流成分を含んだ駆動電流を供給する方法としては、例えばベクトル制御によって明示的な量のｄ軸電流成分を供給する方法、及び駆動電流の位相を進めることによって実質的にｄ軸電流成分を供給する進角制御が採用される。進角制御の方法としては、特に限定されず、従来公知の方法を採用できる。
【０１３２】
同期型駆動モータＳＧでは、上述したように、巻線Ｗがティース４３に巻き付けられている。巻線Ｗは、スロットＳＬを通るように設けられている。同期型駆動モータＳＧでは、ティース４３の先端部４３ｃの周方向幅Ｌ４３が小さく、ティース間ギャップｄが大きいので、巻線の設計の自由度が高い。巻線Ｗの巻き方は、集中巻きであっても、分布巻きであってもよく、特に限定されないが、集中巻きであることが好ましい。また、巻線Ｗの構成としては、例えば、以下に示す態様が挙げられる。
【０１３３】
図１１（ａ）〜（ｃ）の各々は、巻線Ｗの接続例を模式的に示す図である。
図１１（ａ）は、スター結線（Ｙ結線）を示す。各相の直流抵抗をｒとすると、相間抵抗Ｒは、Ｒ=ｒ+ｒ=２ｒである。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す各相の巻線を２つに分け、２つの巻線を並列接続したパラレル結線を示す。相間抵抗Ｒは、Ｒ=ｒ/２+ｒ/２=ｒとなる。図１１（ｃ）は、図１１（ａ）に示す各相の巻線を３つに分け、３つの巻線を並列接続したパラレル結線を示す。相間抵抗Ｒは、Ｒ=ｒ/３+ｒ/３=２ｒ/３となる。
【０１３４】
本発明においては、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）のいずれも採用することができる。但し、本発明においては、各相を構成する巻線は、複数の巻線を並列接続したパラレル結線により構成されていることが好ましい。その理由について、以下に説明する。
【０１３５】
本発明者は、低速回転領域においては、インピーダンスにおける直流抵抗Ｒの低下が、トルク向上に比較的大きく寄与することを見出した。従って、上述したようにωＬを大きく設定しつつ、直流抵抗Ｒを小さく設定することにより、低速回転領域における出力トルクをより効果的に大きく確保できる。図１１（ｂ）、（ｃ）に示すように、各相を構成する巻線が、複数の巻線を並列接続したパラレル結線により構成されることにより、直流抵抗Ｒが小さくなる。従って、低速回転領域における出力トルクをより効果的に大きく確保できる。なお、巻線が並列接続される本数は、２本、３本に限定されず、４本以上であってもよい。また、各相の巻線には、並列接続と直列接続とが混在していてもよい。例えば、各相の巻線に、複数の巻線が並列接続されることにより構成された巻線の組が複数含まれていて、複数の巻線の組が、直列接続されていてもよい。また、巻線Ｗの接続例は、図１１（ａ）〜（ｃ）に示す例に限定されず、例えば、図１２（ａ）〜（ｃ）に示す接続例であってもよい。
【０１３６】
図１２（ａ）〜（ｃ）の各々は、巻線の接続例を模式的に示す図である。
図１２（ａ）は、デルタ結線（Δ結線）を示す。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す各相の巻線を２つに分け、２つの巻線を並列接続したパラレル結線を示す。図１２（ｃ）は、図１２（ａ）に示す各相の巻線を３つに分け、３つの巻線を並列接続したパラレル結線を示す。デルタ結線を採用した場合においても、各相を構成する巻線が、複数の巻線を並列接続したパラレル結線により構成されることにより、直流抵抗Ｒを小さくできる。なお、巻線が並列接続される本数は、２本、３本に限定されず、４本以上であってもよい。
【０１３７】
また、本発明では、スター結線及びデルタ結線のいずれについても好適に採用され得るが、スター結線がより好ましい。ステータ４０とロータ３０との相対位置関係又は永久磁石の磁極の強さの差等の要因により各相の誘起電圧に差異があっても、循環電流がより生じ難いからである。従って、スター結線によれば、発電損失がより生じ難く、効率の低下をより効果的に抑制できる。なお、本発明において、インピーダンスにおける直流抵抗Ｒを小さく設定する方法は、上述したパラレル結線に限定されるものではない。例えば、断面の最小幅の大きい巻線を採用してもよい。巻線Ｗは、スロットＳＬを通るように設けられるので、スロットＳＬを通る範囲内で巻線Ｗの断面の最小幅を大きくできる。
【０１３８】
通常の電動機では、出力向上の観点から、スロットを通るように設けられる巻線のターン数（巻き数）が多く、スロット内の巻線の占積率が高いことが好ましい。また、通常の発電機でも、発電効率の観点から、スロットを通るように設けられる巻線のターン数が多く、スロット内の巻線の占積率が高いことが好ましい。そのため、通常の電動機及び発電機では、ティースの先端部間のティース間ギャップｄ（ｍｍ）に対する巻線の断面の最小幅（ｍｍ）の比は、小さく設定されていた。
【０１３９】
一方、本実施形態に係る同期型駆動モータＳＧでは、ロータ３０が、同期型駆動モータＳＧの周方向に並び且つティース４３の数よりも多い磁極面を同期型駆動モータＳＧの径方向における永久磁石部３７の内周面に有する。同期型駆動モータＳＧが、ステータ４０の径方向外側に、多くの磁極面を有する。この同期型駆動モータＳＧにおいては、ティース４３の先端部４３ｃ間のティース間ギャップｄ（ｍｍ）に対する巻線の断面の最小幅（ｍｍ）を大きくすることにより、回転速度の低い始動時における出力トルクをより大きく確保できる。なお、ティース４３の先端部間４３ｃのティース間ギャップｄ（ｍｍ）に対する巻線の断面の最小幅を大きくすると、直流抵抗Ｒが小さくなるため、同期型駆動モータＳＧがジェネレータとして機能する場合の発電電流の増大が懸念される。しかし、角速度ωの増大により高速回転時のインピーダンスが確保されるので、発電電流の増大が抑えられる。従って、出力トルクの増大と発電電流の抑制とを両立できる。
【０１４０】
また、本実施形態に係る同期型駆動モータＳＧでは、並列接続又は径の太い線を用いることによって巻線Ｗの直流抵抗Ｒを小さくすることができるので、巻線に電流が流れる場合の損失を小さくすることができる。例えば、同期型駆動モータＳＧがジェネレータとして機能する場合、電流Ｉが巻線Ｗを流れ、損失（Ｉ２Ｒ）が生じるが、巻線Ｗの直流抵抗Ｒが低いことによって、損失を小さくすることができる。従って、同期型駆動モータＳＧはジェネレータとして機能する場合の効率が高い。
【０１４１】
具体的に、ティース４３の先端部間のティース間ギャップｄ（ｍｍ）に対する巻線Ｗの断面の最小幅（ｍｍ）の比が０．１以上であることが好ましく、０．１６であることがより好ましく、０．３以上であることが更に好ましく、１／３以上であることが特に好ましい。なお、巻線Ｗの断面形状が真円である場合、巻線Ｗの径が、巻線Ｗの断面の最小幅に相当する。また、巻線Ｗの断面形状が楕円である場合、巻線Ｗの短径が、巻線Ｗの断面の最小幅に相当する。また、巻線Ｗが平角線巻線である場合、巻線Ｗの断面の矩形における短辺の長さが、巻線Ｗの断面の最小幅に相当する。なお、直流抵抗の小さい材料により巻線を構成することにより、インピーダンスにおける直流抵抗Ｒを小さくしてもよい。
【０１４２】
図７及び図９を参照して説明した例において、ティース４３の先端部４３ｃは、ティース４３の最も周方向幅が大きい部分である。しかし、本発明の同期型駆動モータには、ティースの先端部の周方向幅が、ティースの最も周方向幅が大きい部分の周方向幅以下である形状も採用可能である。さらに、本発明の同期型駆動モータには、ティースの先端部の周方向幅が、ティースの最も周方向幅が大きい部分の周方向幅未満である形状も採用可能である。この場合、ティース間ギャップが大きいので、巻線の設計の自由度がさらに向上する。例えば、巻線のターン数をさらに増やすこと、又はさらに径の太い線を巻くことができる。従って、より大きなトルク及び出力を得ることができる。
【０１４３】
上述した実施形態では、永久磁石部にフェライト磁石が用いられている。しかし、本発明の同期型駆動モータには、永久磁石部に、希土類磁石も採用可能である。永久磁石部としては、例えば、ネオジボンド磁石、サマリウムコバルト磁石、ネオジム磁石等の磁石が採用され得る。希土類磁石は高い磁気特性を有するため、厚みが小さい。ここで、磁極面の数がティースの数より多いと、同期型駆動モータのサイズを同じ条件とした場合、磁極面の周方向幅が小さい。小さい厚みの磁石では、磁極面の周方向幅が小さいことによるパーミアンス係数増加の効果が高い。従って、高い磁気特性を有する希土類磁石を用いると共に、高いパーミアンス係数の効果が得られるので、高トルク、高出力、及びサイズの小型化を、より高いレベルで満足させることができる。
【０１４４】
上述した同期型駆動モータにおける永久磁石部は、径方向におけるステータの外側に配置されている。しかし、本発明の同期型駆動モータには、永久磁石部が、径方向におけるステータの内側に配置された構成も採用可能である。この構成はインナーロータ及びアウターステータを有する。この場合、ティースの先端部は、径方向におけるステータの内側に設けられた磁極面と対向する。このため、隣り合うティースの周方向間隔は、径方向で先端部に近いほど小さくなる。この場合、磁極面の数がティースの数より多く、先端部の周方向幅が磁極面の周方向幅よりも小さいことによる、巻線の配置の自由度の増大の効果がより高い。このため、巻線のターン数を多くすること、又は太い径の線を用いることができる。従って、高トルク、高出力、及びサイズの小型化を、より高いレベルで満足させることができる。
【０１４５】
また、本発明の同期型駆動モータには、ロータが、磁極面を、ティースに対し、回転軸線方向に対向させるよう配置された構成も採用可能である。この場合、ティースの先端部は、磁極面と回転軸線方向に対向する。従って、ティースは、回転軸線方向に延びている。従って、巻線の配置の自由度が高い。また、磁極面の数がティースの数より多く、先端部の周方向幅が磁極面の周方向幅よりも小さいことによる、巻線の配置の自由度の増大の効果も高い。このため、巻線のターン数を多くすること、又は太い径の線を用いることができる。従って、高トルク、高出力、及びサイズの小型化を、より高いレベルで満足させることができる。
【０１４６】
なお、上述した実施形態では、本発明の同期型駆動モータの例として、エンジンを始動する同期型駆動モータを説明した。しかし、本発明の同期型駆動モータはこれに限らず、例えば、車両の車輪を駆動するモータに適用できる。また、本発明の同期型駆動モータは産業機器の機構又は民生機器の機構を駆動するモータに適用できる。本発明の同期型駆動モータは、駆動対象物及びバッテリを備えた装置に搭載され、前記バッテリから電流の供給を受け、前記駆動対象物を駆動するように構成されていてもよい。本発明の同期型駆動モータは、駆動対象物を備えるとともにバッテリに接続された装置に搭載され、前記バッテリから電流の供給を受け、前記駆動対象物を駆動するように構成されていてもよい。本発明の同期型駆動モータは、高トルク、高出力及びサイズの小型化を高いレベルで満足させることができる。従って、本発明の同期型駆動モータは、同期型駆動モータがバッテリにより駆動される状況下での使用に好適である。また、本発明の同期型駆動モータは、駆動対象物を備えた装置に搭載された状況下での使用に好適である。なお、駆動対象物としては、特に限定されず、例えば、エンジンのクランクシャフト、車輪が挙げられる。前記装置としては、特に限定されず、例えば、エンジンユニット、車両が挙げられる。
【０１４７】
また、上述した実施形態では、ジェネレータとして機能する同期型駆動モータＳＧを説明した。しかし、本発明の同期型駆動モータはこれに限らず、モータとしてのみ機能してもよい。
【０１４８】
また、上述した実施形態では、６個以上のティース４３を備えた同期型駆動モータＳＧを説明した。しかし、本発明の同期型駆動モータはこれに限らず、５個以下のティースを備えていてもよい。
【０１４９】
また、上述した実施形態では、ティース４３の先端部４３ｃが、周方向幅Ｌ４３より大きい軸方向厚みＬｘを有する例を説明した。しかし、本発明の同期型駆動モータはこれに限らず、先端部が、周方向幅より小さい軸方向厚みを有していてもよい。
【０１５０】
また、上述した実施形態では、胴部４３ａよりも周方向両側に突出した側方突出部４３ｂを有するティース４３の例を説明した、しかし、本発明の同期型駆動モータはこれに限らず、ティースは、周方向両側に突出した部分を有さなくてもよい。
【０１５１】
また、上述した実施形態では、回転軸線に沿って見た時に、ティースに巻回された巻線の周方向外縁Ｗｓが、ティース４３の先端部４３ｃの周方向外縁よりも外側に位置する例を説明した。しかし、本発明の同期型駆動モータはこれに限らず、巻線の周方向外縁が、ティースの先端部の周方向外縁よりも内側に位置していてもよい。
【０１５２】
ここに用いられた用語及び表現は、説明のために用いられたものであって限定的に解釈するために用いられたものではない。ここに示され且つ述べられた特徴事項の如何なる均等物をも排除するものではなく、本発明のクレームされた範囲内における各種変形をも許容するものであると認識されなければならない。
【０１５３】
本発明は、多くの異なった形態で具現化され得るものである。この開示は本発明の原理の実施例を提供するものと見なされるべきである。それら実施例は、本発明をここに記載しかつ／又は図示した好ましい実施形態に限定することを意図するものではないという了解のもとで、多くの図示実施形態がここに記載されている。
【０１５４】
本発明の図示実施形態を幾つかここに記載した。本発明は、ここに記載した各種の好ましい実施形態に限定されるものではない。本発明は、この開示に基づいて当業者によって認識され得る、均等な要素、修正、削除、組み合わせ（例えば、各種実施形態に跨る特徴の組み合わせ）、改良及び／又は変更を含むあらゆる実施形態をも包含する。クレームの限定事項はそのクレームで用いられた用語に基づいて広く解釈されるべきであり、本明細書あるいは本願のプロセキューション中に記載された実施例に限定されるべきではない。そのような実施例は非排他的であると解釈されるべきである。例えば、この開示において、「好ましくは」という用語は非排他的なものであって、「好ましいがこれに限定されるものではない」ということを意味するものである。
【符号の説明】
【０１５５】
３０    ロータ
３７    永久磁石部
４０    ステータ
４３    ティース
４３ｃ    先端部
ＳＧ    同期型駆動モータ
ＳＬ    スロット
ＳＴ    ステータコア
Ｗ    巻線
ｄ    ティース間ギャップ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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