(57)【要約】【課題】  クローポール型回転電機の固定子を複数の爪磁極が一体に成形された円環状の成形体で構成すると大きな製造装置が必要となってしまう。【解決手段】  クローポール型回転電機の固定子を磁極対毎のブロックに分割したので小さな製造装置で製造可能である。また、隣の磁極対に漏れる磁束が無くなることで、余計な箇所に漏れていた磁束を低減することもできる。更には、固定子巻線が固定子に覆われていないのでインダクタンスを低減することが可能となる。【選択図】図５
2009005421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クローポール型固定子を備えた回転電機であって、
複数の爪磁極を備えた固定子鉄心と、該固定子鉄心内に巻回される固定子巻線とからなり、前記固定子鉄心は、前記固定子巻線に電流を通電した際に異なる磁極が形成される前記爪磁極の対を１つの磁極対とした場合、少なくとも１つの磁極対毎のブロックに分割されているクローポール型固定子と、
前記爪磁極と対向した位置に、回転自在に配置された回転子と、
を備えていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
前記固定子鉄心は、１つの磁極対毎のブロックに分割されていることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１に記載の回転電機において、
前記固定子鉄心の前記ブロックは、前記固定子巻線が巻回される部位で軸方向に分割され、それらの部材を組み合わせて構成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１に記載の回転電機において、
前記ブロックは、位置決め部材によって周方向に位置決めされていることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項１に記載の回転電機において、
前記ブロックは、軸方向両側に配置された保持板によって保持されていることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項５に記載の回転電機において、
前記保持板には前記ブロックを保持する保持部が設けられていることを特徴とする回転電機。
【請求項７】
請求項６に記載の回転電機において、
前記保持部は、溝もしくは突起によって構成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項８】
請求項５に記載の回転電機において、
一対の前記保持板は、前記固定子鉄心の外周を覆うように構成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項９】
請求項５に記載の回転電機において、
一対の前記保持板は、非磁性材料によって形成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項１０】
請求項５に記載の回転電機において、
一対の前記保持板は、非導電性材料によって形成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項１１】
請求項５に記載の回転電機において、
前記固定子は、複数の相からなり、
夫々の相の前記固定子における一方の前記保持板の軸方向外側端面に凹部を設けると共に、他方の前記保持板の軸方向外側端面に前記凹部と嵌合可能な凸部を設け、
前記凹部と前記凸部を嵌合させて夫々の相の前記固定子を軸方向に並べて配置することで夫々の相の前記固定子が周方向及び径方向に位置決めされることを特徴とする回転電機。
【請求項１２】
複数の爪磁極を有する固定子を備えた回転電機であって、
異なる磁極が形成される少なくとも一対の前記爪磁極を備えた複数の磁極対を周方向に離間させて配置することで構成される固定子鉄心と、該固定子鉄心内に巻回される固定子巻線からなる固定子と、
前記爪磁極と対向した位置に、回転自在に配置された回転子と、
を備えていることを特徴とする回転電機。
【請求項１３】
請求項１２に記載の回転電機において、
前記磁極対同士が離間した箇所から前記固定子巻線の端末線を外部に引出すことを特徴とする回転電機。
【請求項１４】
請求項１３に記載の回転電機において、
前記磁極対は、軸方向両側から保持板によって挟持されており、該保持板には、前記固定子巻線の端末線を通過させる通孔が設けられていることを特徴とする回転電機。
【請求項１５】
請求項１４に記載の回転電機において、
前記保持板には、前記通孔から外周側に向かって案内溝が設けられていることを特徴とする回転電機。
【請求項１６】
請求項１２に記載の回転電機において、
前記磁極対は、軸方向両側から保持板によって挟持されており、
該保持板には、夫々の前記磁極対の間から前記固定子巻線に向かって突出する座面を設け、該座面は、前記磁極対内の前記固定子巻線が装着される部位よりも前記固定子巻線側に突出していることを特徴とする回転電機。
【請求項１７】
磁性板を積層して構成された固定子を備えた回転電機であって、
固定子鉄心と、該固定子鉄心内に巻回される固定子巻線からなり、前記固定子鉄心は、軸方向一方側から軸方向他方側に向かって延びる第１の爪磁極と、軸方向他方側から軸方向一方側に向かって延びる第２の爪磁極とを有し、前記第１の爪磁極と前記第２の爪磁極が周方向に交互となるように構成された固定子と、
前記第１の爪磁極と前記第２の爪磁極に対向して回転自在に配置された回転子と、
を備え、
前記第１の爪磁極と前記第２の爪磁極における前記回転子との対向面が積層面となっていることを特徴とする回転電機。
【請求項１８】
請求項１７に記載の回転電機において、
前記固定子鉄心は、一対の前記第１の爪磁極と前記第２の爪磁極で構成される複数のブロックで構成されており、更に該ブロックは、前記第１の爪磁極と前記第２の爪磁極が周方向に交互となるように湾曲していることを特徴とする回転電機。
【請求項１９】
請求項１７に記載の回転電機において、
複数種類の形状の前記磁性板を積層して前記第１の爪磁極及び前記第２の爪磁極を構成することを特徴とする回転電機。
【請求項２０】
請求項１９に記載の回転電機において、
前記第１の爪磁極及び前記第２の爪磁極は、周方向中央側に積層される前記磁性板の軸方向長さが長く、その磁性板の周方向両側の磁性板が軸方向に短くなっていることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力電機用，産業用，家電用，自動車用などに幅広く使用されるモータ，発電機などの回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ，発電機などの回転電機は、誘導電動機，永久磁石同期電動機，直流整流子モータなど、種々の形式のモータ，発電機がある。これらの回転電機を、例えば、モータとして使用する場合、固定子、または、回転子を、巻線と鉄心で構成し、巻線に電流を流すことで鉄心が電磁石となることを利用して回転力を得る原理が採用されている。
【０００３】
近年、効率向上の要望が益々大きくなっている。効率向上には損失をできるだけ低減することが重要である。特許文献１には、巻線を環状に巻回することで、コイルエンドを無くすこと、および絶縁被覆が施された磁性粉体を圧縮して固め、高密度で高抵抗の特性を有する圧粉鉄心を採用することで鉄損も低減することが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１８０６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、固定子鉄心は複数の爪磁極が一体に成形された円環状の成形体から構成されている。磁性粉体を圧縮して大きな固定子鉄心を製造するには高度な生産技術が必要で、また大きな磁性粉体の圧縮設備が必要である。生産性が悪いとの問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、生産性の向上した回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に実施形態として説明する回転電機は、固定子鉄心分割して生産されるので、大きな固定子鉄心を作るための磁性粉体の圧縮設備が不要となり、生産性が向上する。
【０００８】
また以下に説明する一実施形態では、磁性粉体の代わりに積層金属板を使用しているので、大きな圧力を加えて圧縮成形する工程が不要となり、生産性が向上する。
【０００９】
以下に実施の形態で説明する回転電機では、固定子鉄心における複数の磁極対を周方向に離間させて配置したことを特徴としている。このような離間された構造のため、大きな成形装置を必要とせず生産性が向上する。また、以下の実施の形態で説明する回転電機は、爪磁極における回転子との対向面が積層面となるように磁性板を積層して構成したことを特徴としている。このため渦電流が生じ難い効果がある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、生産性が向上した回転電機を作ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
［実施例１］
以下に本発明における回転電機の一実施形態について図１〜図９に基づいて説明する。本実施例の回転電機は、電流を供給することで回転力を出力するモータであり、例えば、産業用，家電用，ＯＡ機器用，自動車用等に用いられる。特に自動車用の発電機やモータなど比較的大きな回転電機に使用すると本発明の効果がより顕著に現れる。図１は、モータの斜視図である。図１（ａ）は、各エンドブラケット，回転子，固定子を夫々別々に斜視図で表した図であり、図１（ｂ）は、各エンドブラケット，回転子，固定子を一体に組み付けた状態の斜視図を示している。図２は、エンドブラケットの斜視図である。図２（ａ）は、出力軸側のエンドブラケットの斜視図を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）のエンドブラケットに対して軸方向逆端側のエンドブラケットの斜視図を示している。図３は、Ｕ相のみの固定子の斜視図である。図４は、３相分の固定子の斜視図である。図５は、図３において保持板を外した状態で表示したものである。図６は、１つのブロックを斜視図で表示したものである。図７は、ブロックの他の実施形態である。図８は、回転子の磁極と固定子の磁極の位置関係を示した図である。図９は、各相の爪磁極の位置関係について説明した図である。
【００１２】
本実施例のモータは、円筒状の固定子１と、固定子１の内周に回転自在に配置された回転子２とを有し、それらは一対のエンドブラケット３ａ，３ｂによって軸方向から挟持固定されている。
【００１３】
固定子１は、円筒状に形成された１相分の固定子１ａを３個回転軸方向に積み重ねて３相の固定子１Ｕ，１Ｖ，１Ｗを構成している。上記固定子の内側には、回転子２が固定子１に対して回転自在に配置されている。この回転子２は、積層鋼板によって構成された回転子鉄心２１１と、この回転子鉄心２１１の外周に設けられたリング状の永久磁石２１２を有しており、回転子鉄心２１１の中心には、一体で回転できるように出力軸２１３が固定されている。このリング状の永久磁石２１２は、周方向に複数の磁極が形成されるように着磁されており、一定の角度範囲で交互に異なる極性となるようになっている。また、図１（ａ）に示すように永久磁石２１２は、軸方向に３つに分割されており、夫々が固定子の各相と対向する位置に配置されるようになっている。このため、１つの永久磁石と１相分の固定子１ａが対となって、相毎に独立した磁気回路が構成される。尚、分割された夫々の永久磁石２１２Ｕ，２１２Ｖ，２１２Ｗの磁極は、周方向に同じ位置となるように位相ずれなく着磁されている。このように磁気回路を各相毎に独立させることで、相間の磁束バラツキを低減することができる。
【００１４】
また、軸方向に３つ並んだリング状の永久磁石２１２Ｕ，２１２Ｖ，２１２Ｗの軸方向両側には、一対の軸受としてのボールベアリング２１４ａ，２１４ｂが設けられている。これらのボールベアリング２１４ａ，２１４ｂのうち、出力軸２１３が突出する側のボールベアリング２１４ａは、出力軸２１３が突出していない側のボールベアリング２１４ｂよりも径が大きく、肉厚となっている。これは、出力軸２１３側の方に大きな荷重がはたらきやすいため、大きな荷重を受けることができるようにしているためである。
【００１５】
このように構成された固定子１と回転子２は、一対のエンドブラケット３ａ，３ｂによって軸方向両側から挟持される。図２（ａ）には、出力軸側の第１エンドブラケット３ａを示しており、図２（ｂ）には、もう一方の第２エンドブラケット３ｂを示しているが、これらを比べてわかるように第１エンドブラケット３ａは、第２エンドブラケット３ｂに対して肉厚となっている。また、これらのエンドブラケット３ａ，３ｂの内周には、ボールベアリング２１４ａ，２１４ｂが嵌合可能な円環状のベアリング嵌合溝３１１ａ，３１１ｂが設けられると共に、ベアリング嵌合溝３１１ａ，３１１ｂの外周側にはベアリング嵌合溝３１１ａ，３１１ｂよりも底部が浅く円環状に形成された固定子保持溝３１２ａ，３１２ｂが設けられており、更に外周側の４箇所には、ボルト３１４を挿通させるための挿通穴３１３が設けられている。このベアリング嵌合溝３１１ａ，３１１ｂは、固定子保持溝３１２ａ，３１２ｂの底部に設けられるかたちとなる。ここで、３つの相分を積み重ねた固定子１Ｕ，１Ｖ，１Ｗの軸方向両端側外周を両エンドブラケット３ａ，３ｂの固定子保持溝３１２ａ，３１２ｂに嵌合させることで両エンドブラケット３ａ，３ｂに対して、固定子１と回転子２を位置決めすることができ、固定子１の軸中心と回転子２の軸中心を一致させることが可能となる。尚、第１エンドブラケット３ａは、肉厚のボールベアリング２１４ａが装着されるため、ベアリング嵌合溝３１１ａの深さが第２エンドブラケット３ｂよりも深くなっており、また、第２エンドブラケット３ｂにおける挿通穴３１３の内周には、ボルト３１４の雄ネジに対応した雌ネジが形成されている。
【００１６】
次に夫々の部品の組み付け手順について説明する。まず、固定子１の内周に回転子２を配置し、更に、回転子２に設けられたボールベアリング２１４ａ，２１４ｂが夫々のエンドブラケット３ａ，３ｂのベアリング嵌合溝３１１ａ，３１１ｂに嵌合するようにすると共に、固定子１の両端を両エンドブラケット３ａ，３ｂの固定子保持溝３１２ａ，３１２ｂに嵌合させるようにして固定子１と回転子２を挟み込む。この状態で、第１エンドブラケット３ａにおける４つの挿通穴３１３に４本のボルト３１４を挿通させ、各ボルト３１４の雄ネジを第２エンドブラケット３ｂにおける雌ネジにねじ込んで固定する。図１（ｂ）に夫々の部品を組み付けた状態を示す。この図を見てわかるように本実施例のモータは、コイルエンドが軸方向に無いコンパクトな構造を実現することができる。
【００１７】
次に固定子の詳細について図３〜図７に基づいて説明する。
【００１８】
本実施例は、３相モータであるため、図３に示すような１相分の固定子１ａを、軸方向に３つ積み重ねることで図４に示すような固定子１が構成される。このとき、各相の固定子１Ｕ，１Ｖ，１Ｗは、電気角で１２０度ずつ周方向にずらした状態で積み重なっている。尚、本実施例の１相分の固定子１ａは、全部で３２個の爪磁極１１１を有しており、これらの爪磁極１１１が１６個の磁極対１１２を構成するため、１つの磁極対１１２の角度は、３６０度／１６＝２２.５度となる。この角度を電気角で３６０度とすると、電気角で１２０度とは、実際の角度で７.５度となる。このため、図４に示すように夫々の相が７.５度ずつ周方向にずれて積み重ねられている。
【００１９】
次に図５及び図６に基づいて１相分の固定子１ａの詳細について説明する。本実施例における１相分の固定子１ａは、固定子鉄心１１３と固定巻線１１４、及び、これらの軸方向から挟持する一対の保持板１１５ａ，１１５ｂからなる。
【００２０】
固定子鉄心１１３は、図５に示すように複数のブロック１１３１の分割されており、これらのブロック１１３１は、電気的にも磁気的にも結合しておらず、周方向に隙間を持って略放射状に配置されており、これらの隙間は略等間隔となっている。また、そのうちの１つのブロック１１３１は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように軸方向に分割された２つの分割ブロック１１３１ａ，１１３１ｂからなる。図６（ｃ）に示す分割ブロックの１つは、軸方向に同一幅で延びる爪磁極１１１と、爪磁極１１１と略同方向に爪磁極１１１より短く延びるコアバック部１１６と、爪磁極１１１とコアバック部１１６を繋ぐ連結部１１７とからなり、側面から見て略コの字形状を呈している。尚、爪磁極１１１は、先端が細くなるように径方向に幅が異なっている。また、爪磁極１１１とコアバック部１１６は、周方向にずれた位置となるように連結部１１７は周方向に湾曲している。
【００２１】
このように構成された同形状の一対の分割ブロック１１３１ａ，１１３１ｂは、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すようにコアバック部１１６の先端同士が当接することで１つのブロック１１３１が構成される。ここで、爪磁極１１１は、コアバック部１１６より長くまで延びているが、連結部１１７が周方向に湾曲しているため、互いの分割ブロック１１３１ａ，１１３１ｂから延びる第１及び第２の爪磁極１１１ａ，１１１ｂは、周方向に互い違いとなるようになっている。尚、本実施例におけるブロック１１３１は、絶縁被覆された磁性体粉末（例えば、鉄粉）を高圧力で圧縮して押し固めた圧粉鉄心によって成形されている。この圧粉鉄心を用いることで電流の抵抗値が大きくなり、渦電流の発生を減少させることができる。
【００２２】
また、ブロック１１３１における爪磁極１１１とコアバック部１１６と連結部１１７で囲まれた空間には、環状に巻回された固定子巻線１１４が絶縁部材としての絶縁紙を介して装着されており、固定子巻線１１４の端末線は、ブロック１１３１間の隙間から外周側に引出され、図外のインバータ回路に接続される。本実施例の固定子巻線１１４は、断面が略矩角形状となっている平角線が用いられており、このような平角線が整列して巻回されているのでブロック１１３１内での固定子巻線１１４の占積率を向上させている。尚、固定子巻線１１４の表面には、絶縁被覆が施されている。
【００２３】
更に、夫々のブロック１１３１は、図５に示すような一対の保持板１１５ａ，１１５ｂによって軸方向から挟持されている。この保持板１１５ａ，１１５ｂは、略環状、詳細には、円板状であり、非磁性材料、かつ、非導電性材料である樹脂材料によって構成されている。このため、保持板１１５ａ，１１５ｂが各相の固定子１Ｕ，１Ｖ，１Ｗ間を磁気的に分離して、相間の磁気干渉を少なくしている。
【００２４】
また、保持板１１５ａ，１１５ｂにおける軸方向一方側の表面には、分割ブロック１１３１ａ，１１３１ｂの連結部１１７が嵌合する連結部嵌合溝１１５１が周方向に略等間隔で略放射状に形成されており、これらの連結部嵌合溝１１５１は、保持板１１５ａ，１１５ｂの外周縁から内周縁に渡って延びている。更に、これらの連結部嵌合溝１１５１間の内周側には、爪磁極１１１の先端が嵌合する爪磁極嵌合溝１１５２が形成されており、これらの爪磁極嵌合溝１１５２は内周縁に開口している。このため、この保持板１１５ａ，１１５ｂが位置決め部材を構成し、連結部嵌合溝１１５１及び爪磁極嵌合溝１１５２が保持部を構成する。
【００２５】
尚、ブロック１１３１としては、図７に示す構造のものも使用できる。図７に示す分割ブロック１１３１ａ，１１３１ｂは、コアバック部１１６が周方向に円弧状となる帯状に形成されており、連結部１１７は扇形に形成されている。また、爪磁極１１１は、連結部１１７の内周において周方向一方側に寄った位置に設けられているので、分割ブロック１１３１ａ，１１３１ｂ同士が組み合わさった場合には、互いの爪磁極１１１ａ，１１１ｂが周方向にずれて交互に配置されるようになっている。
【００２６】
以上、固定子１の構成について説明したが、次に固定子１の製造方法について、以下に説明する。
【００２７】
まず、絶縁被覆が施された鉄粉を圧縮して圧粉鉄心を構成するための複数の分割ブロック１１３１ａ，１１３１ｂを成形する。ここで圧粉鉄心を製造するための圧力としては、密度７.４Ｍｇ／ｍ3の成形体を得るのに１Ｇｐａが必要である。このため、１００cm2 程度の面積を持つ成形体を得るためには、１０００ton の荷重を加えられる装置が必要になり、実質大きいものを作ることが困難であった。しかしながら、本実施例では、分割ブロック１１３１ａ，１１３１ｂ毎に成形体を成形すればよいため、比較的安価な装置によって成形することが可能である。
【００２８】
このように成形された複数の分割ブロック１１３１ｂを、一方の保持板１１５ｂにおける連結部嵌合溝１１５１に嵌合し、更に、分割ブロック１１３１ｂにおける連結部１１７上に絶縁紙を載置すると共に、その上に環状に巻回された固定子巻線１１４を載置する。このとき、固定子巻線１１４は、ばらばらにならないように一体化されていると作業性がよく、例えば、ワニス等で固めたり、レーシングしたり、樹脂でモールドするとよい。尚、絶縁紙や、絶縁材料からなるボビンによって固定子巻線１１４を一体化することも可能である。この場合、絶縁紙を分割ブロック１１３１ｂにおける連結部１１７上に載置する必要はない。
【００２９】
次に固定子巻線１１４上に更に絶縁紙を載置すると共に、その上から別の分割ブロック１１３１ａを載置する。このとき、既に載置されている分割ブロック１１３１ｂにおけるコアバック部１１６の先端と、後から載置する分割ブロック１１３１ａにおけるコアバック部１１６の先端同士が当接し、更に、分割ブロック１１３１ａにおける夫々の爪磁極１１１ａ先端が爪磁極嵌合溝１１５２に嵌合するようにする。尚、必要に応じて、分割ブロック１１３１ａ，１１３１ｂのコアバック部１１６同士を溶接や接着剤等で固定してもよい。
【００３０】
この状態で、もう一方の保持板１１５ａを分割ブロック１１３１ａ上に載置するが、このとき、もう一方の保持板１１５ａに設けられた連結部嵌合溝１１５１に後から載置する分割ブロック１１３１ａにおける連結部１１７が、また、既に載置されている分割ブロック１１３１ｂにおける爪磁極１１１ｂ先端を爪磁極嵌合溝１１５２に嵌合させるようにする。
【００３１】
以上のように構成された１相分の固定子１ａを上述したように電気角で１２０度、実際の角度で７.５度だけ周方向にずらした状態で３つ積み重ねることで３相の固定子１が構成される。
【００３２】
次に、本実施例のモータの駆動原理について図８及び図９に基づいて説明する。
【００３３】
３相に構成された夫々の固定子巻線１１４に、図示を省略したインバータ回路から図８（ａ）に示すような交流電流を通電する。このとき、図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示すように電流の流れる方向によって、固定子巻線１１４の周囲を回るように実線矢印で示した方向と破線矢印で示した方向に磁束が通る。例えば、図８（ｂ）に示すような方向に電流が通電された場合には、図中右側の爪磁極１１１ａが磁化されてＳ極となり、図中左側の爪磁極１１１ｂがＮ極となる。また、図８（ｃ）に示すような方向に電流が通電された場合には、図中右側の爪磁極１１１ａがＮ極となり、図中左側の爪磁極１１１ｂがＳ極となる。ここで、固定子巻線１１４に通電する電流は、図８（ａ）に示すような交流電流であるため、時刻Ｔ１では爪磁極１１１が図８（ｄ）のような磁極配置となり、時刻Ｔ２では爪磁極１１１が図８（ｅ）のような磁極配置となる。つまり、爪磁極１１１は、Ｎ極となったり、Ｓ極となったりを交互に繰り返す。このとき、図８（ｄ）及び図８（ｅ）に示すように回転子２に設けられた永久磁石２１２は、固定子１の爪磁極１１１が磁化されることで引き寄せられて回転子２を回転させる。尚、固定子１の爪磁極１１１の極性が変更される周期は、交流電流の周波数によって変更させることができるため、回転子２の回転状態をレゾルバ等の回転センサで検出し、回転子２の回転に応じて固定子巻線１１４に通電する交流電流の周波数を変更することで連続的に回転子２を回転させることが可能となる。
【００３４】
尚、本実施例の固定子１は３相であるため、３つの固定子巻線１１４に夫々、位相の異なる交流電流が通電される。このとき、各相の爪磁極１１１は、電気角で１２０度、実際の角度で７.５度ずつ周方向にずれているので、回転子２がどの位置で停止していたとしても決まった方向に回転させることができるようになっている。詳細には、図９に基づいて説明する。図９（ａ）は、所定角度範囲の固定子を斜視図で表した図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）においてＵ相の固定子を破線部分で断面とした図である。図９（ｃ）は、図９（ａ）においてＶ相の固定子を破線部分で断面とした図である。図９（ｅ）は、図９（ａ）においてＷ相の固定子を破線部分で断面とした図である。この状態で、各相の固定子巻線１１４Ｕ，１１４Ｖ，１１４Ｗに位相の異なる交流電流を夫々通電する。
【００３５】
例えば、ある時刻では、Ｕ相とＶ相の固定子巻線１１４Ｕ，１１４Ｖに＋方向の電流が流れ、Ｗ相の固定子巻線１１４Ｗに−方向の電流が流れることで、Ｕ相とＶ相の爪磁極１１１Ｕ，１１１ＶがＮ極となり、Ｗ相の爪磁極１１１ＷだけがＳ極となる。この状態から所定時間が経過すると、Ｖ相の固定子巻線１１４Ｖに＋方向の電流が流れ、Ｗ相とＵ相の固定子巻線１１４Ｗ，１１４Ｕに−方向の電流が流れることで、Ｖ相の爪磁極１１１ＶがＮ極となり、Ｗ相とＵ相の爪磁極１１１Ｗ，１１１ＵがＳ極となる。更に所定時間が経過すると、Ｖ相とＷ相の固定子巻線１１４Ｖ，１１４Ｗに＋方向の電流が流れ、Ｕ相の固定子巻線１１４Ｕに−方向の電流が流れることで、Ｖ相とＷ相の爪磁極１１１Ｖ，１１１ＷがＮ極となり、Ｕ相の爪磁極１１１ＵだけがＳ極となる。このようにして各相の爪磁極１１１Ｕ，１１１Ｖ，１１１Ｗの極性を順番に変化させている。ここで、各相の爪磁極１１１Ｕ，１１１Ｖ，１１１Ｗが周方向にずれて配置されるので、固定子１の内周には、一方向に周回する回転磁界が生じるようになっている。この回転磁界に回転子２に配置された永久磁石２１２が吸引されて回転子は回転することになる。
【００３６】
以上、実施例１について説明したが、以下に実施例１の作用効果を示す。
【００３７】
本実施例の回転電機は、複数の爪磁極を備えた固定子鉄心と、該固定子鉄心内に巻回される固定子巻線とからなり、前記固定子鉄心は、前記固定子巻線に電流を通電した際に異なる磁極が形成される前記爪磁極の対を１つの磁極対とした場合、少なくとも１つの磁極対毎のブロックに分割されているクローポール型固定子と、前記爪磁極と対向した位置に、回転自在に配置された回転子と、を備えているので、固定子鉄心を分割されたブロック毎に製造すればよいため、大掛かりな製造装置を必要としない。特に、各ブロックを圧粉鉄心で製造する場合には、プレス圧力の大幅な低減を図ることができるので高密度の圧粉鉄心を安価な装置で製造することが可能となる。尚、クローポール型固定子は、異なる磁極が形成される一対の爪磁極間で磁束が通過すればよく、他の磁極対との間での磁束の流れが周方向に遮断されていても問題はない。
【００３８】
また、本実施例の回転電機における前記固定子鉄心は、１つの磁極対毎のブロックに分割されているので、可能な限りブロックの大きさを小さくすることができる。
【００３９】
また、本実施例の回転電機における前記固定子鉄心の前記ブロックは、前記固定子巻線が巻回される部位で軸方向に分割され、それらの部材を組み合わせて構成されているので、固定子巻線を各ブロック内に装着するのが容易となる。
【００４０】
また、本実施例の回転電機における前記ブロックは、位置決め部材によって周方向に位置決めされているので、各ブロックの位置が周方向にずれて磁極バランスが崩れてしまうことを防止することができる。
【００４１】
また、本実施例の回転電機における前記ブロックは、軸方向両側に配置された保持板によって保持されているので、部品点数が多くならず、簡単な構造で各ブロックを保持することができる。また、保持板によって固定子を保護することもできる。
【００４２】
また、本実施例の回転電機における前記保持板には前記ブロックを保持する保持部が設けられているので、保持板で確実に各ブロックを保持することができる。尚、保持部は、溝もしくは突起によって構成すれば、簡単な構造で高精度に位置決めすることができる。特に本実施例では、連結部嵌合溝に加え、爪磁極嵌合溝も設けており、この爪磁極嵌合溝に爪磁極を嵌合させるようにしているので爪磁極の強度を向上させることが可能となる。
【００４３】
また、本実施例の回転電機における一対の前記保持板は、非磁性材料によって形成されているので、固定子鉄心に流れる磁束に影響を及ぼすことがない。
【００４４】
また、本実施例の回転電機における一対の前記保持板は、非導電性材料によって形成されているので、保持板に渦電流が発生してしまうことを防止することができる。
【００４５】
また、本実施例の回転電機は、異なる磁極が形成される少なくとも一対の前記爪磁極を備えた複数の磁極対を周方向に離間させて配置することで構成される固定子鉄心と、該固定子鉄心内に巻回される固定子巻線からなる固定子と、前記爪磁極と対向した位置に、回転自在に配置された回転子と、を備えているので、固定子巻線全体が固定子鉄心で覆われることがない。ここで固定子巻線のインダクタンスの増加について説明する。固定子巻線の全体が固定子鉄心のような磁性体で覆われてしまう場合には、どうしてもインダクタンスが大きくなってしまう。このインダクタンスが大きくなると、電流と電圧の位相差が大きくなりモータの力率を低下させてしまう。また、電気的な時定数も大きくなるので制御性に欠けるといった特性上の問題も発生する。しかしながら、本実施例によれば、固定子鉄心の離間している箇所では、固定子巻線が固定子鉄心で覆われることがないため、インダクタンスを低減することが可能となる。このため、モータの力率を向上させることができ、電気的な時定数も小さくすることができる。更に、固定子鉄心のブロック同士が離間することで、図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示したように、磁束の流れを独立させることができる。このように隣の磁極対に漏れる磁束が無くなることで、余計な箇所に漏れていた磁束を低減することができる。このため、磁気効率を向上させることができる。加えて、外気と接触する固定子巻線の面積を大きくすることができるので、固定子巻線の冷却性も向上させることができる。
【００４６】
また、本実施例の回転電機は、前記磁極対同士が離間した箇所から前記固定子巻線の端末線を外部に引出しているので、特別な引出し穴等を固定子鉄心に設けたり、爪磁極間を縫って外部に固定子巻線の端末線を引出す必要がない。このため、容易に端末線を外部に引出すことができる。
【００４７】
［実施例２］
次に実施例２を図１０及び図１１に基づいて説明する。図１０は、実施例２の保持板を説明した図である。図１０（ａ）は、保持板におけるブロックの保持面を斜視図で表した図である。図１０（ｂ）は、一方の保持板の裏面を斜視図で表した図である。図１０（ｃ）は、他方の保持板の裏面を斜視図で表した図である。図１１は、実施例２のエンドブラケットの斜視図である。図１１（ａ）は、出力軸側のエンドブラケットの斜視図を示し、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のエンドブラケットに対して軸方向逆端側のエンドブラケットの斜視図を示している。尚、実施例１と実施例２は、保持板及びエンドブラケットの構造が異なるがそれ以外の構成は、ほぼ同様であるため、共通する部分についての説明を省略し、同一称呼，同一の符号で表す。
【００４８】
実施例２の保持板１１５は、図１０（ａ）に示すように、ブロックを保持する保持面は実施例１とほぼ同様であり、連結部嵌合溝１１５１及び爪磁極嵌合溝１１５２が実施例１と同様の配置で設けられている。この保持板１１５は、各相毎に一対ずつ設けられ、各ブロック１１３１を軸方向両側から挟持しているが、そのうちの一方の保持板１１５ａには、図１０（ｂ）に示すように軸方向外側の面に保持板１１５ａの周方向に沿って円環状に環状突起１１５３が形成されており、更に、環状突起１１５３の外周側の一箇所に円柱状の位置決め突起１１５４が設けられている。これらの突起１１５４が凸部となる。また、他方の保持板１１５ｂには、図１０（ｃ）に示すように環状突起１１５３に嵌合可能な円環状の環状溝１１５５が形成されており、更に、位置決め突起１１５４が嵌合可能な有底円形状の位置決め孔１１５６が環状溝１１５５の外周側一箇所に設けられている。これらの環状溝１１５５及び位置決め孔１１５６が凹部となる。尚、環状突起１１５３と環状溝１１５５の中心は、両保持板１１５の中心と一致するようになっており、また、図１０（ｂ）に示したように位置決め突起１１５４は、連結部嵌合溝１１５１のほぼ中心位置にあるのに対して、図１０（ｃ）に示した位置決め孔１１５６は、連結部嵌合溝１１５１の中心位置に対して周方向に７.５度ずれた位置に設けられている。
【００４９】
このように構成された一対の保持板１１５によって、１つの相の固定子１ａを軸方向に挟持するが、各相の固定子１Ｕ，１Ｖ，１Ｗを積み重ねる際、環状突起１１５３と環状溝１１５５を嵌合させることで各相の固定子１Ｕ，１Ｖ，１Ｗの軸心を一致させることができ、また、位置決め突起１１５４と位置決め孔１１５６を嵌合させることで各相の固定子１Ｕ，１Ｖ，１Ｗを７.５度ずつ周方向にずらすことができる。このように本実施例では、各相固定子１Ｕ，１Ｖ，１Ｗを位置決めしながら積み重ねて固定する必要がなく、環状突起１１５３と環状溝１１５５、及び、位置決め突起１１５４と位置決め孔１１５６を嵌合させるだけで周方向及び径方向に自動的に位置決めすることができる。このため、作業性を向上することができ、また、組み付け後に各相の固定子１Ｕ，１Ｖ，１Ｗ間でずれが生じてしまうのを防止することもできる。
【００５０】
また、第２実施例の出力側の第１エンドブラケット３ａにおけるベアリング嵌合溝３１１ａの外周には、ベアリング嵌合溝３１１ａよりも底部が浅く円環状に形成された固定子保持用環状溝３１５が設けられており、その外周側の一箇所には、円形の固定子位置決め用孔３１６が設けられている。尚、ベアリング嵌合溝３１１ａは、固定子保持用環状溝３１５の底部に設けられるかたちとなる。また、もう一方の第２エンドブラケット３ｂにおけるベアリング嵌合溝３１１ｂの外周には、円環状に突出した固定子保持用環状突起３１７が設けられており、この固定子保持用環状突起３１７は、ベアリング嵌合溝３１１ｂの外周縁から所定の隙間を隔てて設けられるかたちとなっている。ここで、３つの相分を積み重ねた固定子１Ｕ，１Ｖ，１Ｗの軸方向一端に設けられている環状突起１１５３を第１エンドブラケット３ａの固定子保持用環状溝３１５に嵌合させると共に、位置決め突起１１５４を固定子位置決め用孔３１６に嵌合させて径方向の位置決めを行うことができる。また、３つの相分を積み重ねた固定子１Ｕ，１Ｖ，１Ｗの軸方向他端に設けられている環状溝１１５５に第２エンドブラケット３ｂに設けられた固定子保持用環状突起３１７を嵌合させて径方向の位置決めを行うことができる。このように両エンドブラケット３ａ，３ｂに対して、固定子１と回転子２を位置決めすることで、固定子１の軸中心と回転子２の軸中心を一致させることが可能となる。
【００５１】
［実施例３］
次に実施例３を図１２に基づいて説明する。図１２は、実施例３の保持板を説明した図である。図１２（ａ）は、保持板におけるブロックの保持面を斜視図で表した図である。図１２（ｂ）は、一方の保持板における図１２（ａ）の裏面を斜視図で表した図である。尚、実施例２と実施例３は、保持板の一部の構造が異なるがそれ以外の構成は、ほぼ同様であるため、共通する部分についての説明を省略し、同一称呼，同一の符号で表す。
【００５２】
実施例３の保持板１１５は、実施例２の保持板１１５とほぼ同様であるが、固定子巻線１１４の端末線を通す通孔１１５７、及び、通孔１１５７から外周側に向かって端末線を案内する案内溝１１５８が新たに設けられている点が異なる。図１２（ａ）に示すように通孔１１５７は、隣り合う連結部嵌合溝１１５１の間に周方向に並んで一対設けられ、夫々は貫通している。これらの通孔１１５７には、固定子巻線１１４の両端末線が通り、保持板１１５の軸方向外側面に端末線を導出させている。このように、固定子巻線１１４の両端末線を保持板１１５の軸方向外側に導出させることで、端末線がブロックに当接することを防止できる。このため、固定子巻線１１４における端末線の絶縁を確実なものとすることができる。
【００５３】
また、図１２（ｂ）に示すように、保持板１１５の軸方向外側の面に開口した各通孔１１５７から連続して一対の案内溝１１５８が外周縁に向かって延びており、位置決め突起１１５４と案内溝１１５８は隣り合って設けられている。このため、各相の固定子１Ｕ，１Ｖ，１Ｗにおける保持板１１５同士が軸方向に密着したとしても、案内溝１１５８を通して外周側に固定子巻線１１４の両端末線を引出すことができる。尚、本実施例では図示していないが、これらの通孔１１５７及び案内溝１１５８は、もう一方の保持板１１５ｂに設けられていてもよく、また、設けられていなくてもよい。通孔１１５７及び案内溝１１５８が両方の保持板１１５に設けられている場合には、必要に応じて端末線を引出す側を決めることができる。
【００５４】
［実施例４］
次に実施例４を図１３に基づいて説明する。図１３は、実施例４の保持板を説明した図である。図１３（ａ）は、保持板におけるブロックの保持面を斜視図で表した図である。図１３（ｂ）は、一方の保持板を取り外した状態で所定角度分の固定子を斜視図で表した図である。図１３（ｃ）は、１相分の固定子の斜視図である。図１３（ｄ）は、３相分の固定子の斜視図である。尚、実施例３と実施例４は、保持板の一部の構造が異なるがそれ以外の構成は、ほぼ同様であるため共通する部分についての説明を省略する。なお同一称呼，同一符号は同一の構造で同一の作用なし、効果を有する。
【００５５】
実施例４は、隣り合う連結部嵌合溝１１５１間に略四角形状の座面１１５９が設けられている。この座面１１５９は、図１３（ａ）に示すように連結部嵌合溝１１５１間の全ての箇所に設けられており、各ブロック１１３１を保持板１１５に組み付けた際には、図１３（ｂ）に示すようにブロック１１３１における連結部１１７よりも固定子巻線１１４側に突出するような高さとなっている。このような座面１１５９を設けることにより固定子巻線１１４は、複数の座面１１５９で部分的に保持され、ブロック１１３１と接触しないようになっている。このため、固定子巻線１１４の絶縁を確実なものとすることができ、絶縁紙やボビン等の絶縁部材を省略することも可能である。
【００５６】
また、本実施例の保持板１１５の外周には、筒状の保護部１１６０が一体的に成形されており、図１３（ｃ）に示すように一対の保持板１１５ａ，１１５ｂで各ブロック１１３１を挟み込んだ際、互いの保護部１１６０同士が当接して、ブロック１１３１の外周側を覆うようになっている。このため、一対の保持板１１５ａ，１１５ｂが固定子１を覆うハウジングの機能を有し、各ブロック１１３１は外側に露出しないため、外部から衝撃が加わってもブロック１１３１を保護することができる。尚、本実施例のブロック１１３１は、強度の低い圧粉鉄心で製造しているが、圧粉鉄心は、鉄粉を圧縮成形しただけの成形体で、曲げ強度で１５０Ｍｐａ程度の強度しかないため、非常に強度が低いという問題があり、モールドなどの強度向上策が必要であった。しかしながら、本実施例を用いれば圧粉鉄心で製造された各ブロック１１３１を保護することができるばかりか、保持板１１５で軸方向から挟み込むことで強度の向上をも図ることが可能となる。更に、これらの保持板１１５は、防水や防錆等の効果も有しており、必要に応じて、一対の保持板１１５が互いに接触する箇所を接着材等で接合しても構わない。
【００５７】
また、これらの保持板１１５の保護部１１６０は、各ブロック１１３１の外周と接触するように構成されているので、保持板１１５を熱伝導率の高い材料で製造すれば、固定子巻線１１４で発生した熱を各ブロック１１３１から保持板１１５に逃がすことができる。熱伝導率の高い材料としては、アルミナ、もしくは、シリカを含む熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂が考えられ、例えば、スーパーポリエステル等の不飽和ポリエステル樹脂がある。尚、更に冷却効果を高めるためには、これらの保持板１１５の保護部１１６０外周に複数のフィンを設けてもよい。
【００５８】
このように構成された１相分の固定子１Ｕ，１Ｖ，１Ｗを実施例２と同様に環状突起１１５３と環状溝１１５５、及び、位置決め突起１１５４と位置決め孔１１５６を嵌合させて周方向及び径方向に位置決めしながら、３つを積み重ねることで図１３（ｄ）に示すような３相分の固定子１Ｕ，１Ｖ，１Ｗが出来上がる。
【００５９】
［実施例５］
次に実施例５を図１４〜図１５に基づいて説明する。図１４は、実施例５における分割ブロックを説明した図である。図１４（ａ）は、分割ブロックを構成する１枚の鋼板の斜視図である。図１４（ｂ）は、複数の鋼板を積層した状態の斜視図である。図１４（ｃ）は、分割ブロックの成形型の側面断面図である。図１４（ｄ）は、分割ブロックの斜視図である。図１５は、各種材料の磁束密度（Ｂ）と磁場（Ｈ）の関係を比較したグラフである。尚、実施例１と実施例５は、分割ブロックが積層鋼板からなる点が異なるがそれ以外の構成は、ほぼ同様であるため、共通する部分についての説明を省略し、同一称呼，同一の符号で表す。
【００６０】
実施例５は、実施例１における分割ブロックを図１４（ｄ）に示すように磁性板を積層した積層鋼板で構成している。クローポール型の固定子鉄心を積層鋼板で構成しようとした場合、爪磁極とコアバック部を有する鋼板を積層し、爪磁極の部分を折り曲げて成形することが考えられるが、積層方向が爪磁極の厚み方向となってしまうため、回転子から周方向に流入する磁束の影響により、渦電流が発生してしまう。このため、高い周波数域では駆動できないといった問題がある。これに対して、本実施例では、爪磁極１１１の積層面を回転子２と対向させている。本実施例における爪磁極１１１における周方向の電流抵抗が大きくなり、渦電流の発生を出来るだけ少なくすることが可能となり、それに伴い、磁束密度を向上することができる。また、本実施例では、積層方向が周方向となるため、磁極対１１２毎のブロックに離間させることが容易となる。
【００６１】
次に、実施例５のブロックの製造方法について説明する。まず、板厚が０.２mm〜１.０mm、好ましくは、０.２mm〜０.５mmの電磁鋼板を図１４（ａ）のような形状に成形する。尚、図１４（ａ）に示した鋼板の形状は、実施例１における分割ブロックの側面の形状と同様となるようにする。また、形状の成形方法としては、一般的には、プレスによる打抜きが考えられるが、レーザーカットやウォータージェット等の工法やエッチング等の化学的な手法を用いることも可能である。縁部のダレを低減するためにはエッチングによる成形を行うことが望ましい。
【００６２】
このように成形された複数の鋼板を積層して、図１４（ｂ）のような積層体構成する。次にこの積層体を図１４（ｃ）に示す成形型４のダイ４ａの中に装着してパンチ４ｂで押圧することで、連結部１１７を実施例１と同様の形状となるように塑性変形させて湾曲させる。図１４（ｃ）では、ダイ４ａ及びパンチ４ｂの側面断面を示しているが、ダイ４ａは図１４（ｂ）に示す積層体とほぼ同様の形状の載置部４１ａを有しており、この載置部４１ａの底部側には、連結部１１７を湾曲させるために深さ方向に曲面が形成されている。また、パンチ４ｂは、ダイ４ａにおける載置部４１ａに対応する形状の押圧部４１ｂを有しており、この押圧部４１ｂの先端は、ダイ４ａにおける載置部４１ａの底部形状に対応するように突出している。このため、ダイ４ａの載置部４１ａに図１４（ｂ）のような積層体を装着し、パンチ４ｂによって押圧することで連結部１１７が塑性変形し、図１４（ｄ）に示すような連結部１１７が湾曲した分割ブロック１１３１ａ，１１３１ｂが成形される。尚、湾曲した連結部１１７は、成形型４から取り出した際にスプリングバックによって若干元に戻ってしまう。このため、ダイ４ａの載置部４１ａにおける底部及びパンチ４ｂの押圧部４１ｂにおける先端を、大きめに湾曲させておくとよい。このように製造された一対の分割ブロック１１３１ａ，１１３１ｂを実施例１と同様に組み合わせることでブロック１１３１が製造される。
【００６３】
ここで図１５に基づいて、ブロック１１３１の材料として圧粉鉄心を用いた場合と、積層鋼板を用いた場合の磁束密度（Ｂ）と磁場（Ｈ）の関係について説明すると共に、積層鋼板の材料を変えることによる磁束密度（Ｂ）と磁場（Ｈ）の関係についても説明する。図１５における５０Ａ１３００は、厚さ０.６５mm，密度７.８５kg／ｄｍ3，鉄損１３.００Ｗ／kg以下，磁束密度１.６９Ｔ以上の無方向性電磁鋼板であり、５０Ａ８００は、厚さ０.５０mm，密度７.８０kg／ｄｍ3，鉄損８.００Ｗ／kg以下，磁束密度１.６８Ｔ以上の無方向性電磁鋼板である。また、ＳＰＣＣ_ｔ０.５は、厚さ０.５０mmの冷間圧延鋼板であり、ＳＳ４００は、一般構造用圧延鋼板である。更に圧粉鉄心１とは、密度が７.５以上の圧粉鉄心で、圧粉鉄心２とは、密度が７.４以下の圧粉鉄心ある。このため、圧粉鉄心１の方が圧粉鉄心２よりも高い透磁率を有する。
【００６４】
この図１５を見てわかるように圧粉鉄心を用いてブロック１１３１を構成するよりもＳＰＣＣ_ｔ０.５やＳＳ４００のような一般構造用圧延鋼板を用いる方が磁束密度を高くでき、また、５０Ａ１３００や５０Ａ８００のような無方向性電磁鋼板を用いる方が磁束密度を更に高くすることができる。このため、無方向性電磁鋼板を用いると、インダクタンスの低減と共に出力トルクが増加できる利点を訴求することができるので、性能面から見ると無方向性電磁鋼板が最も適しているが、コストや成形の容易さ等を勘案して材料を選択するとよい。
【００６５】
以上、実施例５について説明したが、この実施例の回転電機は、磁性板を積層して構成された固定子を備えた回転電機であって、固定子鉄心と、該固定子鉄心内に巻回される固定子巻線からなり、前記固定子鉄心は、軸方向一方側から軸方向他方側に向かって延びる第１の爪磁極と、軸方向他方側から軸方向一方側に向かって延びる第２の爪磁極とを有し、前記第１の爪磁極と前記第２の爪磁極が周方向に交互となるように構成された固定子と、前記第１の爪磁極と前記第２の爪磁極に対向して回転自在に配置された回転子と、を備え、前記第１の爪磁極と前記第２の爪磁極における前記回転子との対向面が積層面となっているので、渦電流の発生を極力少なくすることで鉄損を減少させることができる。また、磁性板の積層方向が回転子の対向面に対して、ほぼ垂直となっているので、回転子のとの間で吸引力が生じたとしても、夫々の磁性板が回転子側に変形してしまわないように十分な強度を確保することができる。
【００６６】
また、この実施例の固定子鉄心は、一対の前記第１の爪磁極と前記第２の爪磁極で構成される複数のブロックで構成されており、更に該ブロックは、前記第１の爪磁極と前記第２の爪磁極が周方向に交互となるように湾曲しているので、積層する板の形状を変化させずに最小限の枚数でブロックを構成することができる。
【００６７】
［実施例６］
次に実施例６について図１６に基づいて説明する。図１６は、実施例６の分割ブロックの斜視図である。尚、実施例５と共通する部分についての説明を省略し、同一称呼，同一の符号で表す。
【００６８】
この実施例では、複数の種類からなる鋼板を積層することで、爪磁極１１１における積層方向略中央、言い換えれば、周方向略中央の爪磁極１１１の長さをその両側の長さより長くしている。詳細に説明すると、爪磁極１１１における積層方向略中央で積層されている４枚の鋼板は、爪磁極１１１の長さが同じとなっており、その両側に積層される夫々４枚ずつの鋼板は、一枚ずつ徐々に爪磁極１１１の長さが短くなっている。また、積層方向の中央にて爪磁極１１１の形状は対称となっている。ここでクローポール型のモータにおける爪磁極１１１の磁束量について説明すると、磁束量は、爪磁極１１１の先端から根本に向かって徐々に多くなるため、爪磁極１１１の断面積が先端から根本に向かって大きくなっていくことが理想である。本実施形態では、このような理想に近づけた爪磁極形状とすることが可能である。尚、このようなブロックを製造するには、複数の金型を用いて複数形状の鋼板を打抜くか、異なるパターン形状を印刷してエッチング加工することで実現できる。
【００６９】
以上、実施例６について説明したが、この実施例は、複数種類の形状の前記磁性板を積層して前記第１の爪磁極及び前記第２の爪磁極を構成しているので、爪磁極の形状を自由に設定することができる。更に、本実施例の爪磁極は、周方向中央側に積層される前記磁性板の軸方向長さが長く、その磁性板の周方向両側の磁性板が軸方向に短くしている。このため、磁束量の大きさに応じた爪磁極の断面積を確保することができる。
【００７０】
［実施例７］
次に実施例７について図１７に基づいて説明する。図１７は、実施例７の分割ブロックを説明した斜視図である。図１７（ａ）は、成形前の積層体を示し、図１７（ｂ）は、最終的な分割ブロックを示す。尚、実施例５と共通する部分についての説明を省略し、同一称呼，同一の符号で表す。
【００７１】
この実施例は、ブロック１１３１を軸方向に分割しておらず、１つの積層体によって１つのブロック１１３１を構成している。このブロック１１３１を製造するには、まず、図１７（ａ）に示すような略四角形状の枠体の一部分が切断されたような略Ｃ字形状の鋼板を積層して積層体を構成する。次に、この積層体における切断部分が積層方向にずれるように、切断部分と対向する側の辺を図１７（ｂ）に示すように変形させる。このようにして１つのブロックが製造され、積層方向にずれた切断部分が爪磁極１１１ａ，１１１ｂとなり、変形させた部分がコアバック部１１６になる。また、それらを連結した部分が連結部１１７となる。尚、この実施例のブロック１１３１は、他の実施例とは異なり、軸方向で分割されていないため、固定子巻線１１４は各ブロック１１３１に直接巻くか、もしくは、爪磁極１１１ａ，１１１ｂ間から固定子巻線１１４を挿入する必要がある。
【００７２】
以上、実施例７について説明したが、この実施例では、ブロック１１３１が軸方向に分割されていないのでコアバック１１６部で磁束が通り易くなり、磁気効率が向上するといった作用効果を有する。また、部品点数も低減することが可能となる。
【００７３】
［実施例８］
次に回転電機として車両用交流発電機に本発明を適用した実施例を図１８に基づいて説明する。図１８は、車両用交流発電機の側面断面図である。尚、他の実施例と共通する部分については、同一称呼，同一の符号で表す。また共通する動作や作用や効果は説明が重複するので、省略する。
【００７４】
図１８に示す本実施例の車両用交流発電機は、図中左側に配置されるフロントブラケット５Ｆと図中左側に配置されるリアブラケット５Ｒとを有しており、夫々のブラケット５Ｆ，５Ｒは、内部に収容空間を有する有底筒状、つまり、椀形状を呈しているが、これらのフロントブラケット５Ｆ及びリアブラケット５Ｒの内周側と外周側には、空気が流通するための複数の風穴６が開口している。
【００７５】
フロントブラケット５Ｆの径方向外周側部分の肉厚は、リアブラケット５Ｒ側を肉厚Ａとし、底面側を肉厚ＢとするとＡ＞Ｂの関係となっている。また、フロントブラケット５Ｆ側の端部外周にはリアブラケット５Ｒが嵌合可能な環状の段差からなる嵌合部５ａが形成されている。更にフロントブラケット５Ｆの軸方向端面側部分の肉厚Ｃは、肉厚Ａ＞肉厚Ｃ＞肉厚Ｂの関係となっている。
【００７６】
また、リアブラケット５Ｒの径方向外周側部分においてもフロントブラケット５Ｆと同様にフロントブラケット５Ｆ側の肉厚Ｄ＜底部側の肉厚Ｅの関係となっていると共に、この肉厚Ｄ部分の端部内周には、フロントブラケット５Ｆの段差部５ａが嵌合可能な環状の段差からなる嵌合部５ｂが形成されている。尚、リアブラケット５Ｒの厚肉Ｅ部分は、フロントブラケット５Ｆの肉厚Ｂよりも厚肉となっている。
【００７７】
加えて、フロントブラケット５Ｆ及びリアブラケット５Ｒには、夫々、固定穴が開口する固定部７が径方向外周側に突出して一体に設けられており、これらの固定部７が図示しないボルトによって車両に取り付けられる。また、フロントブラケット５Ｆ及びリアブラケット５Ｒは、アルミニウム合金によって成形されており、成形方法としてはダイキャストが用いられる。
【００７８】
リアブラケット５Ｒの軸方向端には、夫々のブラケットよりも薄肉のリアカバー８が取り付けられており、このリアカバー８は、夫々のブラケット同様、内部に収容空間を有する有底筒状、つまり、椀形状を呈している。このリアカバー８にも空気が流通するための風穴６が内周側や外周側に複数開口している。また、リアカバー８の外周側には、バッテリに接続されるターミナル９が取り付けられている。尚、リアカバー８は、樹脂製、もしくは、アルミニウム合金製である。
【００７９】
フロントブラケット５Ｆ及びリアブラケット５Ｒの軸方向外端部における径方向略中心位置には、夫々、軸受としてのボールベアリング１０ａ，１０ｂが取り付けられているが、フロントブラケット５Ｆに取り付けられるボールベアリング１０ａは、リアブラケット５Ｒに取り付けられるボールベアリング１０ｂよりも外径の大きなものが用いられている。
【００８０】
これらのボールベアリング１０ａ，１０ｂの内輪には、シャフト１１が挿通され、このシャフト１１はフロントブラケット５Ｆ及びリアブラケット５Ｒに対して相対回転自在に支持されている。
【００８１】
また、シャフト１１のフロントブラケット５Ｆ側端には、回転伝達部材としてのプーリ１２がボルトによって一体回転するように固定されており、このプーリ１２には、図示されていないエンジンの回転が伝達されるクランクプーリから無端伝達帯としてのベルトによって回転が伝達される。このためシャフト１１は、エンジンの回転数とプーリ１２とクランクプーリのプーリ比に比例して回転する。
【００８２】
更にシャフト１１のリアブラケット５Ｒ側の端部には、シャフト１１と一体に回転するよう２つのスリップリング１３が取り付けられており、夫々のスリップリング１３に押付けられた状態で摺動する２つのブラシ１４を介して電力が供給されるようになっている。
【００８３】
シャフト１１の回転軸方向の略中央部には、磁性材料にて成形されたフロント側ロータ部材１５Ｆ，リヤ側ロータ部材１５Ｒがシャフト１１と一体に回転するよう別々にセレーション結合されており、また、フロント側ロータ部材１５Ｆ，リヤ側ロータ部材１５Ｒは、軸方向に向かい合って当接した状態で軸方向の移動が規制されるべく、夫々のロータ部材１５Ｆ，１５Ｒの外側端をシャフト１１に形成した環状溝１１ａ内に塑性流動させている。このようにシャフト１１に固定されたフロント側ロータ部材１５Ｆ，リヤ側ロータ部材１５Ｒによって回転子としてのロータ１５が構成される。
【００８４】
このロータ１５の回転軸方向における両端面には、外周側に複数の羽根を有する通風手段としての板状のファン１６Ｆ，１６Ｒが取り付けられており、ロータ１５と一体的に回転する。これらのファン１６Ｆ，１６Ｒは、回転することによる遠心力によって、内周側から外周側に空気を流通させるようになっている。尚、フロントブラケット５Ｆ側のフロントファン１６Ｆは、リアブラケット５Ｒ側のリアファン１６Ｒよりも羽根が小さく、流通させる空気の流量もフロントファン１６Ｆは、リアファン１６Ｒよりも少ない。
【００８５】
フロント側ロータ部材１５Ｆ，リヤ側ロータ部材１５Ｒは、内周側に位置する軸部１５ａと、外周側に位置する径方向断面がＬ字形状の複数の回転子爪磁極１５ｂとからなり、両ロータ部材１５Ｆ，１５Ｒの軸部１５ａの軸方向端部同士が向かい合って当接することでルンデル型鉄心が構成される。軸部１５ａ外周と回転子爪磁極１５ｂ内周間には、界磁巻線１７が回転軸周りに巻装され、この界磁巻線１７の両端は、シャフト１１に沿って延出して前述のスリップリング１３に夫々接続されている。このため、ブラシ１４からスリップリング１３を介して供給される直流電流は、界磁巻線１７を流れそれに伴いロータ１５が磁化され、回転子爪磁極１５ｂから固定子磁束が入り固定子巻線と鎖交して再び固定子爪に戻る磁気回路が形成される。回転子の爪に対向する固定子の爪が、回転子の回転に従って変わることにより上記磁気回路の磁束の方向が変化する。このため回転子の回転に基づいて固定子巻線に鎖交する磁束の方向が変わる。この変化に基づき上記固定子巻線に交流電圧が誘起される。この交流電圧は回転子の回転速度に基づいて変わり、また界磁巻線１７に供給される界磁電流の大きさに基づいて変わる。交流発電機として使用する場合、発電電圧をバッテリの蓄電状態に基づいて制御することが望ましく、先ずバッテリの端子電圧などからバッテリの蓄電状態を検知し、望ましい目標発電電圧を定め、上記目標発電電圧となるように上記界磁電流の供給量をフィードバック制御する。回転子の回転速度の変動で、上述の通り、発電電圧が変化するが、回転速度の変化に基づく発電電圧の上記変化は上記フィードバック制御で解決できる。上記の制御は一般にＩＣレギュレータと呼ばれる発電電圧制御回路で行われ、この電圧制御回路により界磁巻線１７に供給される電流が制御される。上記制御に基づいて発電された目標電圧の直流電力がターミナル９から出力される。なお上記発電電圧制御回路は全波整流回路を備えており、固定子巻線に誘起された上記交流電圧が全波整流回路により直流電圧に変換される。上記発電電圧制御回路や上記全波整流回路はリアカバー８の内側に設けられているが、詳細な説明を省略する。
【００８６】
図で、フロントブラケット５Ｆにおけるの肉厚Ａ部分と肉厚Ｂ部分との間、及び、リアブラケット５Ｒにおける肉厚Ｄ部分と肉厚Ｅ部分との間に設けられた互いの段差１９Ｆ，１９Ｒには、実施例１と同様の３相の固定子１Ｕ，１Ｖ，１ＷがＵ相，Ｖ相，Ｗ相の順に挟持固定されている。尚、Ｕ相の固定子１Ｕ及びＶ相の固定子１Ｖは、フロントブラケット５Ｆの内周に全ての部分が収容されており、Ｗ相の固定子１Ｗは、一部がフロントブラケット５Ｆの内周に収容され、その他の部分はリアブラケット５Ｒの内周に収容されていることから、固定子１全体としては、フロントブラケット５Ｆとの接触面積の方がリアブラケット５Ｒとの接触面積より大きくなる。このような固定子１は、内周がロータ１５の回転子爪磁極１５ｂの外周とわずかな隙間を介して対向するようになる。
【００８７】
また、固定子１における夫々の相における固定子巻線１１４は、リアカバー８内に取り付けられた整流回路１８に接続されている。更に、この整流回路１８は、ターミナル９を介してバッテリと接続している。
【００８８】
尚、整流回路１８は、複数のダイオードで構成されており、これらのダイオードに関しては、独立した３相コイルを構成しているため６個のダイオードで全波整流する構成となっている。
【００８９】
次に本実施例の作動について説明する。
【００９０】
まず、エンジンの始動に伴ってクランクシャフトからベルトを介してプーリ１２に回転が伝達されるため、シャフト１１を介して回転子としてのロータ１５を回転させる。ここでロータ１５に設けられた界磁巻線１７にスリップリング１３を介してブラシ１４から直流電流を供給すると界磁巻線１７の内外周を周回する磁束が生じるため、ロータ１５における回転子爪磁極１５ｂにＮ極、又は、Ｓ極が周方向に交互に形成される。この界磁巻線１５による磁束は、フロント側ロータ部材１５ＦのＮ極の回転子爪磁極１５ｂから固定子１の軸方向一方から延びる爪磁極１１１をとおって固定子巻線１１４周りに周回し、軸方向他方側から延びる爪磁極１１１に到達する。更に、この磁束はリヤ側ロータ部材１５ＲのＳ極の回転子爪磁極１５ｂに到達することでロータ１５と固定子１を周回する磁気回路が形成される。このように回転子にて生じた磁束が固定子巻線１１４と鎖交するため、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の固定子巻線１１４のそれぞれに交流誘起電圧が発生し、全体としては３相の交流誘起電圧が生じる。
【００９１】
このように発電された交流電圧は、整流回路１８によって、全波整流されて直流電圧に変換される。整流された直流電圧は例えば約１４.３Ｖ 程度の所定電圧になるようにＩＣレギュレータ（図示せず）で界磁巻線１７に供給する電流を制御することで達成している。
【００９２】
また、ロータ１５が回転する際には、フロントファン１６Ｆ及びリアファン１６Ｒもロータ１５と共に回転するので、外部の空気を内周側である軸方向から取り入れ、外周方向に排出する空気の流れを形成する。
【００９３】
フロントファン１６Ｆは、回転することにより、フロントブラケット５Ｆにおけるボールベアリング１０ａの外周部分に設けられた内周側の風穴６から軸方向に外部の空気を吸い込み、吸い込まれた空気は、フロントファン１６Ｆの羽根によって生じる遠心力によって外周側に流動し、フロントブラケット５Ｆ外周側の厚肉部分に設けられた外周側の風穴６から排出される。ここで固定子１の軸方向一側面及び外周面は、フロントブラケット５Ｆに接触した状態で固定されているため、固定子１に発生した熱は、フロントブラケット５Ｆに十分伝達され、更に、このフロントブラケット５Ｆの熱が伝達された箇所は、外周側の風穴６に向かって空気が流れる箇所に面して設けられているため、固定子１を冷却することができる。
【００９４】
リアファン１６Ｒは、回転することにより、リアカバー８の外周側縁部に設けられた風穴６及び図示されていないリアカバー８の軸方向端面に開口する内周側の風穴から整流回路１８を経由して、リアブラケット５Ｒにおけるボールベアリング１０ｂの外周部分に設けられた内周側の風穴６から軸方向に外部の空気を吸い込み、吸い込まれた空気は、リアファン１６Ｒの羽根によって生じる遠心力によって外周側に流動し、リアブラケット５Ｒの外周側に設けられた外周側の風穴６から排出される。このため、フロントブラケット５Ｆと同様に固定子１から生じる熱、及び、リアブラケット５Ｒに伝達された固定子１の熱は、外周側の風穴６に向かって流れる空気によって冷却される。
【００９５】
更に、回転することに発生するフロントファン１６Ｆの圧力とリアファン１６Ｒの圧力との圧力差により、ロータ１５の磁極間の隙間とロータ１５と固定子１との隙間を空気が流通する。本実施例では、リアファン１６Ｒに発生する圧力が大きくなるため、フロントブラケット５Ｆ側からロータ１５と固定子１の間とロータ１５の磁極間の隙間を通ってリアブラケット５Ｒ側に空気が流れ、ロータ１５及び固定子１は、冷却されることになる。
【００９６】
以上、各実施例について説明したが、他にも適用可能な構成について以下に列挙する。
【００９７】
上記実施例では回転電機を発電に使用するものとして、車両用交流発電機について説明したが、風力発電機等にも適用することが可能である。また、上記実施例では回転電機をモータとして使用するものとして、永久磁石を有するモータについて説明したが、永久磁石を有しない突極型回転子，磁気抵抗の異なるリラクタンス型回転子，界磁巻線によって磁束を生じさせるルンデル型回転子，誘導モータに使用されるかご型導体を有する回転子等を用いることも可能である。
【００９８】
また、上記実施例において回転電機をモータに使用する場合の回転子がリング状の永久磁石を備えた回転子としたが、永久磁石はリング状のものでなくてもよく、例えば、複数の永久磁石を外周側に配置固定した表面磁石式や、回転子鉄心内に複数の磁石を埋め込んだ埋め込み磁石式であってもよい。また、隣り合う永久磁石間に補助磁極を設けてリラクタンストルクを利用するものであってもよい。
【００９９】
また、上記実施例のブロックは、１つの磁極対毎に分割したが、複数対の磁極対毎に分割しても本発明の作用効果を得ることができる。非常に小型の回転電機に使用する場合や磁極数が非常に多くなった場合には、このように複数対の磁極対毎に分割すると有効である。
【０１００】
また、上記実施例では、各ブロックを周方向に離間させたものとし、インダクタンス低減の作用効果について説明したが、インダクタンスの低減を行う必要のない場合には、各ブロックを周方向に離間させる必要はなく、このようにしても本発明における製造上の作用効果は十分に得られる。
【０１０１】
また、上記実施例では、１相の固定子における爪磁極の総数を３２としたが、仕様に応じて適宜変更することが可能である。
【０１０２】
また、上記実施例では、固定子巻線に平角線を用いたが、断面が円形，楕円，多角形等の固定子巻線を用いてもよく、更には、固定子鉄心内で潰したような断面が異形状のものであってもよい。
【０１０３】
また、上記実施例における圧粉鉄心で構成したブロックにおいては、爪磁極における回転子と対向する面が略四角形状となっているもので説明したが、爪磁極の先端に向かって幅が細くなる略台形状としてもよい。このようにすることで爪磁極にスキューが施され、回転子との磁気脈動を低減することができる。尚、圧粉鉄心は、比較的自由に３次元的な形状を成形することができるため、設計自由度を向上することができる。
【０１０４】
また、上記実施例では、回転子の回転角度を回転センサによって検出することを説明したが、固定子巻線の誘起電圧から回転子磁極の位置を検出して、各相の固定子巻線への通電の切り替えを行う誘起電圧位置検出方式、つまり、センサレス方式を用いて回転子の位置を検出することも可能である。
【０１０５】
また、上記実施例５では、積層する磁性板として０.２mm〜０.５mmの電磁鋼板について説明したが、板厚が０.２mm 以下のものを使用することも可能であり、その場合、アモルファス，パーメンジュール等の薄板状，リボン材料を用いることが考えられる。例えば、板厚が０.０２５mm程度のアモルファスリボン材料を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】第１実施例としてのモータの斜視図である。
【図２】第１実施例としてのエンドブラケットの斜視図である。
【図３】第１実施例におけるＵ相のみの固定子の斜視図である。
【図４】第１実施例における３相分の固定子の斜視図である。
【図５】保持板を外した状態で表示したものである。
【図６】第１実施例の１つのブロックを斜視図で表示したものである。
【図７】ブロックの他の実施形態である。
【図８】回転子の磁極と固定子の磁極の位置関係を示した図である。
【図９】各相の爪磁極の位置関係について説明した図である。
【図１０】実施例２の保持板を説明した図である。
【図１１】実施例２のエンドブラケットの斜視図である。
【図１２】実施例３の保持板を説明した図である。
【図１３】実施例４の保持板を説明した図である。
【図１４】実施例５における分割ブロックを説明した図である。
【図１５】各種材料の磁束密度（Ｂ）と磁場（Ｈ）の関係を比較したグラフである。
【図１６】実施例６の分割ブロックの斜視図である。
【図１７】実施例７の分割ブロックを説明した斜視図である。
【図１８】実施例８としての車両用交流発電機の側面断面図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１  固定子
２  回転子
１１１  爪磁極
１１１ａ  第１爪磁極
１１１ｂ  第２爪磁極
１１２  磁極対
１１３  固定子鉄心
１１４  固定子巻線
１１５ａ，１１５ｂ  保持板
１１３１  ブロック
１１３１ａ，１１３１ｂ  分割ブロック
１１５１  連結部嵌合溝
１１５２  爪磁極嵌合溝
１１５３  環状突起（凸部）
１１５４  位置決め突起（凸部）
１１５５  環状溝（凹部）
１１５６  位置決め孔（凹部）
１１５７  通孔
１１５８  案内溝
１１５９  座面
１１６０  保護部
【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】
2009005421.tif 000017
【図１６】
2009005421.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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