特許 5884464 回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5884464

(24)【登録日】2016年2月19日

(45)【発行日】2016年3月15日

(54)【発明の名称】回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 21/14 20060101AFI20160301BHJP

   H02K 1/27 20060101ALI20160301BHJP

   H02K 1/16 20060101ALI20160301BHJP

【ＦＩ】

   H02K21/14 M

   H02K1/27 501A

   H02K1/27 501K

   H02K1/27 501M

   H02K1/16 C

【請求項の数】7

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2011-280779(P2011-280779)

(22)【出願日】2011年12月22日

(65)【公開番号】特開2013-132150(P2013-132150A)

(43)【公開日】2013年7月4日

【審査請求日】2014年9月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002853

【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(74)【代理人】

【識別番号】100103229

【弁理士】

【氏名又は名称】福市 朋弘

(72)【発明者】

【氏名】浅野 能成

(72)【発明者】

【氏名】芳之内 優

(72)【発明者】

【氏名】青田 桂治

【審査官】 マキロイ 寛済

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−１４２３９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３２０３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０５０５４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ２１／１４

Ｈ０２Ｋ １／１６

Ｈ０２Ｋ １／２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸(P)を中心として回転するシャフトに固定される界磁子(1)と、
前記界磁子に対して前記回転軸とは反対側でエアギャップを介して前記界磁子と対向する電機子(3)と
を備え、
前記界磁子は、
前記電機子と対面する外周面(15)を有し、複数の孔(14)が前記回転軸の周りで環状に穿たれる界磁子用コア(10)と、
前記複数の孔に格納され、前記回転軸を中心とした周方向で交互に極性の異なる４ｎ（ｎは自然数）個の磁極面を前記外周面に形成する複数の永久磁石(11)と
を備え、
前記複数の孔の各々は、前記永久磁石が格納される第１孔部(12)と、前記第１孔部の前記周方向の端部側から前記外周面へと向かって延在する第２孔部(13)とを有し、
前記第２孔部の表面であり、前記界磁子用コアのうち前記永久磁石と前記外周面との間のコア部(10a)と前記周方向で隣り合う第１表面(13a)は、前記永久磁石の前記周方向における中心を通る磁極中心側へと膨らむ曲線に沿う形状を有しており、
前記電機子は、
前記回転軸を中心として放射状に配置される３ｎ（ｎは自然数）個のティース(33)と、
前記ティースの、前記界磁子とは反対側の一端同士を連結するバックヨーク(31)と、
前記ティースに巻回される巻線(35)と
を備え、
前記ティースの各々は、前記一端から前記径方向に延在する延在部(331)と、前記延在部の前記界磁子側の一端に設けられ、前記延在部から前記周方向に延在する鍔部(332)とを有し、
前記周方向で隣り合う前記磁極面の二者の間の境界が前記ティースの一つの前記周方向における中心と前記周方向にて一致する位置関係で、前記電機子および前記界磁子が互いに対面した状態において、前記ティースの前記一つに属する前記鍔部の前記巻線側の第２表面(333)と、前記第１表面(13a)の前記周方向における中点(M1)での接線(B1)及び前記第１孔部の前記外周面側の第３表面(12a)の組との間の距離(dx)は、前記延在部とは反対側の前記第２表面(333)の端部(334)において最小値(d0)を採る、回転電機。

【請求項2】

前記鍔部(332)の前記第２表面(333)は前記回転軸(P)に沿って見て直線形状を有する、請求項１に記載の回転電機。

【請求項3】

前記状態において、前記鍔部(332)の前記第２表面(333)と前記延在部(331)との交点(335)においても、前記距離(dx)は前記最小値(d0)と同じ値を採る、請求項２に記載の回転電機。

【請求項4】

前記鍔部(332)の前記第２表面(333)は、前記回転軸(P)に沿って見て、前記巻線(35)側に膨らむ第２曲線に沿う形状を有する、請求項１に記載の回転電機。

【請求項5】

前記曲線及び前記第２曲線はいずれも円弧であり、
前記状態において、前記第１表面(13a)が沿う前記円弧の中心と、前記第２表面(333)が沿う前記円弧の中心とが互いに一致する、請求項４に記載の回転電機。

【請求項6】

前記巻線(35)と前記ティース(33)との間及び前記巻線(35)と前記バックヨーク(31)との間に介在する介在部(361)と、
前記鍔部(332)と前記巻線との間の前記介在部から、前記延在部(331)とは反対側に延在し、前記巻線を支持する非磁性の支持部(362)と
を有するインシュレータ(36)を更に備える、請求項１から５の何れか一つに記載の回転電機。

【請求項7】

前記第１孔部(12)と前記第２孔部(13)とは互いに離間する、請求項１から６のいずれか一つに記載の回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は回転電機に関し、特に永久磁石が界磁子コアに埋設される回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

非特許文献１は、界磁子と電機子とを備える電動機について記載している。界磁子と電機子とは回転軸を中心とした径方向でエアギャップを介して互いに対面し、当該回転軸を中心として互いに相対的に回転する。非特許文献１では、界磁子は界磁子用コアと、界磁子用コアの外周面に取り付けられる永久磁石とを有する。電機子は、環状のバックヨークと、複数のティースと、複数の巻線とを備えている。ティースはバックヨークから界磁子へと向って延在し巻線が巻回される延在部と、界磁子側で延在部から周方向に広がる鍔部とを有している。

【0003】

またマグネットトルクのみならずリラクタンストルクを利用できる電動機として、非特許文献２のように、永久磁石が界磁子コアに埋設される電動機が提案されている。リラクタンストルクは、いわゆるｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの差が大きいほど、大きい。

【0004】

なお非特許文献１，２のいずれにおいても、電機子のティースの数（スロット数）が界磁子の磁極の数（極数）よりも多い電動機について考察されている。

【0005】

また、本発明に関連する技術として特許文献１が挙げられており、特許文献１でもスロット数が極数よりも多い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０００−１６６１３５号公報

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】赤津観、涌井伸二、「巻線係数とインダクタンス係数を用いた多極多スロット集中巻ＳＰＭＳＭの簡易設計手法」電学論Ｄ，１２７巻１１号，２００７年

【非特許文献2】山際 昭雄、ほか２名、「エアコン用埋込磁石構造ＰＭモータの磁気特性」、パワーエレクトロニクス研究会論文誌、Vol.23、No1、１９９７年

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献１及び非特許文献１，２のいずれにおいても、ティースの鍔部における磁束密度に対してなんら考察が行われていない。これは次の理由による。即ち、特許文献１及び非特許文献１，２においてはスロット数が極数よりも多い。このような回転電機においては、界磁子の磁極面の周方向における幅が周方向におけるティースの中心同士の間の距離より広い。したがってｑ軸の磁束はティースの延在部を流れやすく、鍔部の磁束密度に対する考察が惹起されない。

【0009】

一方、極数とスロット数との比が４対３である場合、界磁子の磁極面の周方向における幅が、周方向におけるティースの中心同士の間の距離よりも狭い。したがって永久磁石の何れかの極からその隣の極に入る磁束がティース鍔部を流れやすい。

【0010】

図１１，１２は、電機子に生じるヒステリシス損を示す。図１１，１２の例示では等高線１００〜１０５を用いてヒステリシス損の分布を示しており、符号の数字が高いほど等高線は高いヒステリシス損を示す。図１１は４極、６スロットの回転電機におけるヒステリシス損の一例を示し、図１２は８極、６スロットの回転電機におけるヒステリシス損を示す。なお図１１，１２の例示では極数を判別できるように永久磁石も示されている。

【0011】

図１３，１４はそれぞれ図１１，１２の電機子の一部を拡大した図である。図１１，１３の例示では、ティースの鍔部においてヒステリシス損が等高線１０４よりも高い部分はほとんどなく、むしろティースの周方向における中央付近でヒステリシス損が最も高い等高線１０５が示されている。一方、図１２，１４の例示では、ティースの鍔部においてヒステリシス損が等高線１０４よりも高くなることが分かる。

【0012】

図１１，１２においては同じ電機子が採用されており、極数とスロット数との比以外の条件は互いに同一である。このように図１１，１２において同じ電機子が採用されることから、図１１，１２で示されるヒステリシス損の相違は、おおよそ磁束密度の相違と見なすことができる。即ち、図１２に例示するように、８極、６スロットである回転電機においては、ティースの鍔部において磁束密度が高まる。言い換えると、ティースの鍔部で磁束密度が高まって磁束飽和が生じている、と理解することができ、これは、ティースの鍔部にｑ軸の磁束が比較的多く流れることに起因すると考えられる。

【0013】

このようにティースの鍔部を含むｑ軸の磁束が流れる磁路において磁束飽和が生じると、ｑ軸インダクタンスが低下し、ひいてはリラクタンストルクが低下する。

【0014】

そこで、本発明は、リラクタンストルクの低下を抑制できる回転電機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明にかかる回転電機の第１の態様は、回転軸(P)を中心として回転するシャフトに固定される界磁子(1)と、前記界磁子に対して前記回転軸とは反対側でエアギャップを介して前記界磁子と対向する電機子(3)とを備え、前記界磁子は、前記電機子と対面する外周面(15)を有し、複数の孔(14)が前記回転軸の周りで環状に穿たれる界磁子用コア(10)と、前記複数の孔に格納され、前記回転軸を中心とした周方向で交互に極性の異なる４ｎ（ｎは自然数）個の磁極面を前記外周面に形成する複数の永久磁石(11)とを備え、前記複数の孔の各々は、前記永久磁石が格納される第１孔部(12)と、前記第１孔部の前記周方向の端部側から前記外周面へと向かって延在する第２孔部(13)とを有し、前記第２孔部の表面であり、前記界磁子用コアのうち前記永久磁石と前記外周面との間のコア部(10a)と前記周方向で隣り合う第１表面(13a)は、前記永久磁石の前記周方向における中心を通る磁極中心側へと膨らむ曲線に沿う形状を有しており、前記電機子は、前記回転軸を中心として放射状に配置される３ｎ（ｎは自然数）個のティース(33)と、前記ティースの、前記界磁子とは反対側の一端同士を連結するバックヨーク(31)と、前記ティースに巻回される巻線(35)とを備え、前記ティースの各々は、前記一端から前記径方向に延在する延在部(331)と、前記延在部の前記界磁子側の一端に設けられ、前記延在部から前記周方向に延在する鍔部(332)とを有し、前記周方向で隣り合う前記磁極面の二者の間の境界が前記ティースの一つの前記周方向における中心と前記周方向にて一致する位置関係で、前記電機子および前記界磁子が互いに対面した状態において、前記ティースの前記一つに属する前記鍔部の前記巻線側の第２表面(333)と、前記第１表面(13a)の前記周方向における中点(M1)での接線(B1)及び前記第１孔部の前記外周面側の第３表面(12a)の組との間の距離(dx)は、前記延在部とは反対側の前記第２表面(333)の端部(334)において最小値(d0)を採る。

【0016】

本発明にかかる回転電機の第２の態様は、第１の態様にかかる回転電機であって、前記鍔部(332)の前記第２表面(333)は前記回転軸(P)に沿って見て直線形状を有する。

【0017】

本発明にかかる回転電機の第３の態様は、第２の態様にかかる回転電機であって、前記状態において、前記鍔部(332)の前記第２表面(333)と前記延在部(331)との交点(335)においても、前記距離(dx)は前記最小値(d0)と同じ値を採る。

【0018】

本発明にかかる回転電機の第４の態様は、第１の態様にかかる回転電機であって、前記鍔部(332)の前記第２表面(333)は、前記回転軸(P)に沿って見て、前記巻線(35)側に膨らむ第２曲線に沿う形状を有する。

【0019】

本発明にかかる回転電機の第５の態様は、第４の態様にかかる回転電機であって、前記曲線及び前記第２曲線はいずれも円弧であり、前記状態において、前記第１表面(13a)が沿う前記円弧の中心と、前記第２表面(333)が沿う前記円弧の中心とが互いに一致する。

【0020】

本発明にかかる回転電機の第６の態様は、第１から第５の何れか一つの態様にかかる回転電機であって、前記巻線(35)と前記ティース(33)との間及び前記巻線(35)と前記バックヨーク(31)との間に介在する介在部(361)と、前記鍔部(332)と前記巻線との間の前記介在部から、前記延在部(331)とは反対側に延在し、前記巻線を支持する非磁性の支持部(362)とを有するインシュレータ(36)を更に備える。

【0021】

本発明にかかる回転電機の第７の態様は、第１から第６のいずれか一つの態様にかかる回転電機であって、前記第１孔部(12)と前記第２孔部(13)とは互いに離間する。

【発明の効果】

【0022】

本発明にかかる回転電機の第１の態様によれば、本回転電機において、極数が４ｎ個でありスロット数（＝ティースの数）が３ｎ個である。このような回転電機においては鍔部において磁束密度が高まりやすい。なぜなら、極数がスロット数よりも多いので、永久磁石の端がティースの鍔部と対面しやすく、ひいては永久磁石の何れかの極からその隣の極に入る磁束がティース鍔部を流れやすいからである。

【0023】

一方で、本回転電機によれば、鍔部の巻線側の第２表面と、接線および第３表面の一組との間の距離は、当該第２表面のうち延在部とは反対側の端部において最小値を採る。当該第２表面と当該一組の外周側とで規定される磁路はｑ軸の磁束が流れる磁路となるところ、当該距離が当該端部において最小値を採ることで、この磁路の幅の確保に資することができる。ひいてはティースの鍔部における磁束飽和を抑制することできる。磁束飽和が生じるとｑ軸のインダクタンスが低下し、以てリラクタンストルクが低下するところ、本回転電機によれば、このようなリラクタンストルクの低下を抑制することができる。

【0024】

本発明にかかる回転電機の第２の態様によれば、製造が容易であり、しかも巻線側に突出しないので巻線が巻回される面積（スロット面積）の低減を抑制できる。

【0025】

本発明にかかる回転電機の第３の態様によれば、ｑ軸磁路を確保しつつも、スロット面積を大きくできる。

【0026】

本発明にかかる回転電機の第４の態様によれば、第１の態様にかかる回転電機の実現に資する。

【0027】

本発明にかかる回転電機の第５の態様によれば、第４の態様にかかる回転電機の実現に資する。

【0028】

本発明にかかる回転電機の第６の態様によれば、回転軸に沿って見て、スロット面積を増大できる。

【0029】

本発明にかかる回転電機の第７の態様によれば、第１孔部と第２孔部との間に界磁子用コアの一部が介在するので、界磁子用コアの強度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】回転電機の概念的な構成の一例を示す図である。

【図2】界磁子の一部の概念的な構成の一例を示す図である。

【図3】界磁子の一部の概念的な構成の一例を示す図である。

【図4】界磁子の一部の概念的な構成の一例を示す図である。

【図5】回転電機の一部の概念的な構成の一例を示す図である。

【図6】回転電機の一部の概念的な構成の一例を示す図である。

【図7】回転電機の一部の概念的な構成の一例を示す図である。

【図8】回転電機の一部の概念的な構成の一例を示す図である。

【図9】回転電機の一部の概念的な構成の一例を示す図である。

【図10】回転電機の一部の概念的な構成の一例を示す図である。

【図11】ヒステリシス損の分布の一例を示す図である。

【図12】ヒステリシス損の分布の一例を示す図である。

【図13】図１１の電機子の一部を拡大した図である。

【図14】図１２の電機子の一部を拡大した図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

図１に例示するように、本回転電機は界磁子１と電機子３とを備える。なお図１では、回転軸Ｐに垂直な所定の断面における回転電機の概念的な構成の一例が示されている。以下で参照する他の図面でも当該断面における構成が示される。また以下では、回転軸Ｐを中心とした径方向を単に径方向と呼び、回転軸Ｐを中心とした周方向を単に周方向と呼び、回転軸Ｐに沿う方向を軸方向と呼ぶ。

【0032】

界磁子１は回転軸Ｐを中心として回転するシャフト（不図示）に固定される。電機子３は界磁子１に対して回転軸Ｐとは反対側でエアギャップを介して界磁子１と対向する。

【0033】

界磁子１は界磁子用コア１０と永久磁石１１とを備えている。界磁子用コア１０は軟磁性体（例えば鉄）で形成される。界磁子用コア１０は外周面１５を有しており、外周面１５は径方向においてエアギャップを介して電機子３と対向する。界磁子用コア１０は例えば回転軸Ｐを中心とした略円柱状の形状を有している。よって図１の例示では外周面１５は略円形状を有している。

【0034】

界磁子用コア１０には複数の孔１４が形成される。複数の孔１４は回転軸Ｐの回りで環状に配置され、各孔１４は第一孔部１２と第二孔部１３とを有している。第一孔部１２には永久磁石１１が格納される。複数の永久磁石１１は例えば希土類磁石（例えばネオジム、鉄およびホウ素を主成分とした希土類磁石）であって、回転軸Ｐの周りで環状に配置される。図１の例示では、各永久磁石１１は直方体状の板状形状を有している。各永久磁石１１は、周方向における自身の中央において、その厚み方向が径方向に沿う姿勢で配置される。なお各永久磁石１１は必ずしも図１に示す形状を採用する必要はない。各永久磁石１１は、例えば軸方向に見て、回転軸Ｐとは反対側（以下、外周側とも呼ぶ）若しくは回転軸Ｐ側（以下、内周側とも呼ぶ）へと開口するＶ字形状、又は外周側若しくは内周側へと開口する円弧状の形状を有していてもよい。

【0035】

複数の永久磁石１１は外周面１５に４ｎ（ｎは自然数）個の磁極面を形成する。４ｎ個の磁極面の極性は周方向において交互に異なる。図１の例示では、８個の永久磁石１１が設けられており、これら８個の永久磁石１１が外周面１５に８個の磁極面を形成する。これは、永久磁石１１の外周面１５側の表面（磁極面）の極性が周方向で交互に異なるように、永久磁石１１が配置されることで実現される。

【0036】

また図１の例示では、８個の永久磁石１１の各々が外周面１５に一つの磁極面を形成しているが、例えば一つの磁極面が複数の永久磁石１１によって形成されていてもよい。言い換えれば、図１における永久磁石１１の各々が複数の永久磁石に分割されていてもよい。

【0037】

第二孔部１３は永久磁石１１の周方向における両側から外周面１５に向って延在する。第二孔部１３は永久磁石１１の外周側の表面と内周側の表面との間で磁束が短絡することを抑制する。第二孔部１３には例えば非磁性体材料が充填されてもよい。非磁性体材料が充填されれば、界磁子用コア１０の強度を向上することができる。一方で第二孔部１３に非磁性体材料が充填されない場合には製造コストを低減できる。

【0038】

図２〜４はそれぞれ第二孔部１３の概念的な構成の例を示している。図２〜４の例示では、界磁子１のうち一の磁極に相当する部分のみが示されている。図２の例示では、第二孔部１３は表面１３ａ〜１３ｄを有している。表面１３ｂは、第一孔部１２の内周側の表面１２ｂと連続しており、表面１２ｂと略平行に延在する。なお、表面１３ｂが表面１２ｂよりも外周側に位置するように表面１３ｂ，１２ｂの間に段差が形成されてもよい。これによって当該段差は永久磁石１１の周方向におけるストッパとして機能することができる。表面１３ｃは、表面１２ｂとは反対側における表面１３ｂの端から略径方向に延在する。表面１３ｄは表面１３ｃの外周側の端から略周方向に延在する。表面１３ａは永久磁石１１の周方向における中心（磁極中心）側における表面１３ｄの端から、第一孔部１２の外周側の表面１２ａへと延在し、表面１２ａに至る。表面１３ａは、軸方向に見て極中心側へと膨らむ曲線に沿う形状を有している。なお表面１３ａは第二孔部１３と隣り合う永久磁石１１側において、表面１２ａから外周面１５に向って延在する、とも把握でき、表面１３ｄは表面１３ａと繋がって外周面１５側で周方向に沿って延在する、とも把握できる。また図２の例示では、表面１３ｂ〜１３ｄは軸方向に沿って見て直線である。

【0039】

なお図１，２の例示では、磁極面の境界（以下、極間とも呼ぶ）側において隣り合う第二孔部１３同士の間（表面１３ｃ同士の間）には界磁子用コア１０の一部が介在している。このコア部にはいわゆるｑ軸の磁束の一部が通るのでｑ軸のインダクタンスを向上することができる。ひいてはリラクタンストルクを向上することができる。

【0040】

また図１，２の例示では、界磁子用コア１０のうち永久磁石１１に対して外周側のコア部と、第二孔部１３同士の間のコア部とが外周側において互いに連結される。これにより、たとえ第二孔部１３に非磁性体材料が充填されない場合であっても界磁子用コア１０の強度を向上することができる。なお第二孔部１３と外周面１５との間のコア部の径方向における幅は、当該コア部が容易に磁束飽和する程度に狭いことが望ましい。当該コア部を経由して永久磁石１１の外周側の表面と内周側の表面との間で磁束が短絡することを抑制することができるからである。

【0041】

図３の例示では、図２の界磁子１と比較して、第二孔部１３が第一孔部１２と周方向で離間している。言い換えれば、第二孔部１３と第一孔部１２との間に界磁子用コア１０の一部が介在している。これにより、たとえ第二孔部１３に非磁性体材料が充填されない場合であっても界磁子用コア１０の強度を向上することができる。

【0042】

図４の例示では、図２の界磁子１と比較して、第二孔部１３が表面１３ｄを有していない。表面１３ａは、表面１３ｃの外周側の端から表面１２ａへと延在している。

【0043】

もちろん、第二孔部１３の形状は上述した例に限るものではなく、永久磁石１１の外周側の磁極面と内周側の磁極面との間で磁束が短絡することを抑制することが可能な任意の形状を有していればよい。ただし、本実施の形態では表面１３ａは磁極中心側に膨らむ曲線に沿う形状を有する。

【0044】

再び図１を参照して、電機子３はバックヨーク３１と３ｎ個のティース３３と電機子巻線３５とを備えている。バックヨーク３１は軟磁性体（例えば鉄）で形成され、例えば回転軸Ｐを中心とした環状の形状を有している。３ｎ個のティース３３は軟磁性体（例えば鉄）で形成され、回転軸Ｐを中心として放射状に配置されている。バックヨーク３１は界磁子１とは反対側で３ｎ個のティース３３の一端同士を磁気的に連結する。

【0045】

電機子巻線３５は径方向を軸としてティース３３に例えば集中巻きで巻回される。なお本願では特に断らない限り、電機子巻線は、これを構成する導線の一本一本を指すのではなく、導線が一纏まりに巻回された態様を指す。これは図面においても同様である。また、巻き始め及び巻き終わりの引き出し線、及びそれらの結線も図面においては省略した。

【0046】

かかる回転電機において、電機子巻線３５に適切に電流を流すことで、電機子３は界磁子１へと回転磁界を印加することができる。これにより界磁子１は当該回転磁界に応じて回転する。換言すれば、界磁子１が回転子として機能し、電機子３は固定子として機能する。

【0047】

次に図５も参照して、ティース３３の形状について更に詳細に説明する。図５は、一つのティース３３とこれと対面する界磁子１の一部とを模式的に示している。

【0048】

ティース３３は延在部３３１と鍔部３３２とを有している。延在部３３１はバックヨーク３１から回転軸Ｐへと径方向に沿って界磁子１側へと延在し、電機子巻線３５が巻回される。鍔部３３２はバックヨーク３１とは反対側で延在部３３１と連続している。鍔部３３２は延在部３３１から周方向の互いに反対側に延在する。鍔部３３２によって例えば電機子巻線３５の巻崩れを抑制できる。

【0049】

ティース３３の界磁子１との対向面は、延在部３３１の界磁子１側の面と鍔部３３２の界磁子１側の面とによって形成され、図の例示では回転軸Ｐを中心とした円弧に沿う形状を有している。

【0050】

さてティース３３の形状、より詳細には鍔部３３２の電機子巻線３５側の表面３３３の形状を特定するために、次の位置関係で界磁子１と電機子３とが対向する状態を考慮する。即ち図５に例示するように、ティース３３の一つの周方向における中心（以下、ティース中心と呼ぶ）と、周方向における磁極面の境界（極間）の一つとが、周方向において一致する状態を考慮する。

【0051】

この状態において鍔部３３２の電機子巻線３５側の表面３３３と、表面１３ａの周方向における中点Ｍ１に接する接線Ｂ１及び表面１２ａの組との間の距離ｄｘは、表面３３３のうち延在部３３１とは反対側の端部３３４において最小値ｄ０を採る。なお接線Ｂ１及び表面１２ａの組は、接線Ｂ１のうち接線Ｂ１と表面１２ａとの交点に対して極間側の部分と、表面１２ａのうち当該交点に対して磁極中心側の部分とを含む部分である、と把握しても良い。

【0052】

これにより、表面３３３と、接線Ｂ１および表面１２ａの組との間の距離を最小値ｄ０以上に確保することができる。さて表面３３３と接線Ｂ１および表面１２ａの組との間の部分はｑ軸の磁束の一部が流れる磁路として機能する。なお、ｑ軸の磁束は磁極中心において周方向に流れ極間において径方向に流れる。図２の例示ではこのｑ軸の磁束の一部の一例が太線の矢印で示されている。したがって、ｑ軸の磁束は第一孔部１２の磁極中心側では主として表面１２ａに沿って流れ、第二孔部１３の近傍では主として接線Ｂ１に沿って流れる。

【0053】

本回転電機によれば、表面３３３と接線Ｂ１及び表面１２ａの組との間の磁路の幅を最小値ｄ０以上に確保することができるので、ティース３３の鍔部３３２における磁束飽和を抑制することができる。ひいてはｑ軸インダクタンスの低下を抑制してリラクタンストルクの低下を抑制することができる。

【0054】

なお既に上述したようにスロット数が極数以上である回転電機においては、ティースの鍔部の磁束飽和を抑制しようとする必要性が非常に小さい。よって従来ではティースの鍔部の磁束密度を抑制しようとする指向はなかった。一方、本実施の形態のように極数とスロット数との比が４対３である本回転電機において、上述の関係を満たすティースを採用することで、従来は着目されていないティースの鍔部の磁束密度を低減することができ、本回転電機において問題となるティースの鍔部における磁束飽和を抑制できるのである。

【0055】

また図５の例示では、鍔部３３２の表面３３３は軸方向に沿って見て直線形状を有している。よって製造が容易であり、また電機子巻線３５側に突出しないので、軸方向に見て、電機子巻線３５が巻回される面積（以下、スロット面積と呼ぶ）を低減させにくい。したがって、例えば同じ巻数で巻線を巻回する場合に巻線としてより太い導線を採用することができる。よって銅損の発生を抑制できる。

【0056】

また表面３３３と延在部３３１との交点３３５においても、表面３３３と、接線Ｂ１及び表面１２ａの組との間の距離ｄｘが最小値ｄ０を採ることが望ましい。これは次の理由による。即ち、例えば交点３３５がよりバックヨーク３１側に存在すれば、鍔部３３２が空間的に電機子巻線３５側に広がり、スロット面積を低減させる。よって、交点３３５においても距離ｄｘが最小値ｄ０を採ることで、ｄ軸の磁路の幅の確保に資すると共に、スロット面積の確保にも資することができる。したがって銅損を抑制することができる。

【0057】

図６の例示では、ティース３３の延在部３３１の周方向における幅Ｗ１が距離Ｄ１よりも小さい。距離Ｄ１は、周方向で互いに隣り合う第一孔部１２に属する表面１２ａの周方向における端同士の、極間側の間の距離である。この場合、表面３３３と接線Ｂ１との距離を最小値ｄ０以上にするためには、交点３３５がよりバックヨーク３１側に位置するように表面３３３の傾斜を決定する必要がある。なぜなら、接線Ｂ１と外周面１５との距離は、極間側に向うに従って小さくなるからである。なお図６の例示では、表面３３３と接線Ｂ１とが互いに平行である。これにより、設計に際して表面３３３を容易に決定することができる。

【0058】

図７の例示では、幅Ｗ１が距離Ｄ１よりも大きい。この場合、交点３３５がバックヨーク３１から離れていても、距離ｄｘが端部３３４において最小値を採る表面３３３を採用することができる。これは、図６と比較して、交点３３５が周方向において第二孔部１３と離れるので、その分、交点３３５を界磁子１側に近づけても交点３３５と接線Ｂ１との間の距離を最小値ｄ０以上に確保できるからである。

【0059】

図７の例示では、第一孔部１２の表面１２ａと平行な場合の交点３３５よりもバックヨーク側に交点３３５が設けられている。なお交点３３５と接線Ｂ１との間の距離は最小値ｄ０以上であり、図７の例示では交点３３５と接線Ｂ１との間の距離は最小値ｄ０である。よってｑ軸の磁路の幅を確保することができるとともに、スロット面積を比較的大きくすることができる。

【0060】

図８の例示にかかる回転電機は、表面３３３の傾斜という点を除いて図７の回転電機と同一である。図８の例示では、表面３３３が接線Ｂ１と平行である。これによっても、表面３３３と接線Ｂ１及び表面１２ａの組の距離は最小値ｄ０以上であるので、ｑ軸の磁路を確保できる。

【0061】

なお端部３３４の位置を固定した表面３３３の傾斜は、図７の表面３３３と図８の表面３３３との間で設定されてもよい。これによって、スロット面積が図８のスロット面積よりも低減することを回避できる。

【0062】

図９の例示では、軸方向に沿って見て、表面３３３は電機子巻線３５側に膨らむ曲線に沿う形状を有している。これによっても、表面３３３の端部３３４において距離ｄｘが最小値ｄ０を採ることで、ｑ軸の磁束が流れる磁路の幅を確保することができる。また表面３３３が直線形状を有する場合に比して、当該磁路の幅をより広く確保することができる。

【0063】

また図９の例示では、表面３３３は軸方向に沿って見て円弧に沿う形状を有している。表面３３３が沿う円弧の中心は、表面１３ａが沿う円弧の中心と同じであってもよい。これによれば、設計の際に円弧を決定しやすい。

【0064】

図１０に例示するように、電機子３は、インシュレータ３６を更に備えていても良い。インシュレータ３６は絶縁性を有し、介在部３６１と支持部３６２とを有している。介在部３６１は軸方向から見た電機子巻線３５とティース３３との間及び電機子巻線３５とバックヨーク３１との間に介在する。これにより、電機子巻線３５からティース３３又はバックヨーク３１へと電流が漏れることを抑制できる。また支持部３６２は介在部３６１のうち電機子巻線３５と鍔部３３２との間の部分から延在部３３１とは反対側に延在する。これによって、電機子巻線３５が鍔部３３２の端部３３４よりも周方向外側まで巻回されたとしても、支持部３６２が径方向で電機子巻線３５を支持することができる。したがって、軸方向に沿って見て電機子巻線３５が占める面積を増大することができ、ひいては銅損を低減することができる。

【0065】

なお支持部３６２は非磁性であり、軟磁性体であるティースと区別される。したがって例えば支持部３６２と第一孔部１２との間の距離は最小値ｄ０よりも小さくても構わない。

【0066】

またインシュレータ３６は図１０の電機子３に限らず、図２の電機子３が有していても良い。ただし、図１０に例示するように、表面３３３が表面１３ａ，１３ｄの交点を中心とした円弧形状を有していれば、スロット面積が比較的小さい。よって、インシュレータ３６を設けることによるスロット面積の拡大量は大きい。

【符号の説明】

【0067】

１ 界磁子
３ 電機子
１０ 界磁子用コア
１１ 永久磁石
１２ 磁石格納孔
１３ 非磁性体
１３ａ，３３３ 表面
３１ バックヨーク
３３ ティース
３５ 電機子巻線
３３１ 延在部
３３２ 鍔部
３６ インシュレータ
３６１ 介在部
３６２ 支持部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】