特許 6965211 電動機

(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】6965211

(24)【登録日】2021年10月22日

(45)【発行日】2021年11月10日

(54)【発明の名称】電動機

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/06 20060101AFI20211028BHJP

【ＦＩ】

   H02K1/06 Z

【請求項の数】8

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2018-114487(P2018-114487)

(22)【出願日】2018年6月15日

(65)【公開番号】特開2019-221013(P2019-221013A)

(43)【公開日】2019年12月26日

【審査請求日】2020年11月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100067828

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 悦司

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100109058

【弁理士】

【氏名又は名称】村松 敏郎

(72)【発明者】

【氏名】林 俊平

(72)【発明者】

【氏名】下田 敏章

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 烈

【審査官】 服部 俊樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１２４３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１０４８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１４８５１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１８８１２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０８９１９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０５１９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３３９１２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第９５／０２２１９２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ １／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸に配置されて前記回転軸とともに回転可能なロータと、
前記ロータの周囲に配置され、前記ロータとの間に作用する電磁力によって前記ロータを回転させるステータとを備え、
前記ステータは、
前記ロータを回転させるための交番電流が流れるＵ相コイルと、
前記Ｕ相コイルが巻き回され、前記Ｕ相コイルへの通電に起因して発生する磁束の通過を許容するＵ相コアと、
前記回転軸の周方向において前記Ｕ相コイルとは異なる位置に配置され、前記Ｕ相コイルを流れる交番電流とは異なる位相の交番電流が流れるＶ相コイルと、
前記Ｖ相コイルが巻き回され、前記Ｖ相コイルへの通電に起因して発生する磁束の通過を許容するとともに、前記Ｕ相コアから分離して配置されたＶ相コアと、
前記回転軸の周方向において前記Ｕ相コイル及び前記Ｖ相コイルとは異なる位置に配置され、前記Ｕ相コイルを流れる交番電流及び前記Ｖ相コイルを流れる交番電流とは異なる位相の交番電流が流れるＷ相コイルと、
前記Ｗ相コイルが巻き回され、前記Ｗ相コイルへの通電に起因して発生する磁束の通過を許容するとともに、前記Ｕ相コア及び前記Ｖ相コアから分離して配置されたＷ相コアとを含み、
前記Ｕ相コイル、前記Ｖ相コイル及び前記Ｗ相コイルは、前記回転軸の周方向に等間隔に配置され、
前記Ｕ相コア、前記Ｖ相コア及び前記Ｗ相コアは、それぞれ、
前記Ｕ相コイル、前記Ｖ相コイル及び前記Ｗ相コイルのうち対応するコイルが巻き回されるコイル巻回部と、
前記コイル巻回部に巻き回された前記コイルの軸方向において前記コイル巻回部よりも一端側に位置して前記ロータに対向する一端側対向部と、
前記コイル巻回部に巻き回された前記コイルの軸方向において前記コイル巻回部よりも他端側に位置して前記ロータに対向するとともに前記回転軸の軸方向において前記一端側対向部から離れて配置される他端側対向部とを含み、
前記ロータは、
前記Ｕ相コイル、前記Ｖ相コイル及び前記Ｗ相コイルへの通電に起因して発生する磁束の通過を許容する磁性材料によって形成され、
前記回転軸の外周面に沿って前記回転軸の周方向に延びるとともに前記回転軸の周方向において一端及び他端を有する第１周方向部と、
前記第１周方向部から前記回転軸の軸方向に離れて配置され、前記回転軸の外周面に沿って前記回転軸の周方向に延びるとともに前記回転軸の周方向において一端及び他端を有する第２周方向部と、
前記回転軸の軸方向に延びて、前記第１周方向部と前記第２周方向部を連結する軸方向連結部とを含み、
前記第１周方向部及び前記第２周方向部は、前記Ｕ相コイル、前記Ｖ相コイル及び前記Ｗ相コイルへの通電に起因して発生する磁束が前記ロータと前記Ｕ相コア、前記Ｖ相コア及び前記Ｗ相コアとの間に跨って形成される磁気回路を通過するように、前記ロータの回転位置に関わらず前記回転軸の軸方向及び径方向の何れかにおいて前記Ｕ相コア、前記Ｖ相コア及び前記Ｗ相コアの何れかが有する前記一端側対向部及び前記他端側対向部に対向可能な長さを有し、
前記Ｕ相コイル、前記Ｖ相コイル及び前記Ｗ相コイルの各々を流れる交番電流の位相は互いに１２０度ずれており、
前記Ｕ相コイルには、前記軸方向連結部が前記回転軸の周方向において前記Ｕ相コアと同じ位置にあるときに電流値が極大又は極小となるように交番電流が供給され、
前記Ｖ相コイルには、前記軸方向連結部が前記回転軸の周方向において前記Ｖ相コアと同じ位置にあるときに電流値が極大又は極小となるように交番電流が供給され、
前記Ｗ相コイルには、前記軸方向連結部が前記回転軸の周方向において前記Ｗ相コアと同じ位置にあるときに電流値が極大又は極小となるように交番電流が供給される、電動機。

【請求項2】

請求項１に記載の電動機であって、
前記第１周方向部及び前記第２周方向部は、前記回転軸の径方向において前記Ｕ相コア、前記Ｖ相コア及び前記Ｗ相コアよりも内側に位置しており、
前記第１周方向部及び前記第２周方向部の一方は、当該径方向において前記Ｕ相コア、前記Ｖ相コア及び前記Ｗ相コアの何れかが有する前記一端側対向部及び前記他端側対向部の一方に対向しており、
前記第１周方向部及び前記第２周方向部の他方は、当該径方向において前記Ｕ相コア、前記Ｖ相コア及び前記Ｗ相コアの何れかが有する前記一端側対向部及び前記他端側対向部の他方に対向している、電動機。

【請求項3】

請求項１に記載の電動機であって、
前記第１周方向部及び前記第２周方向部は、前記回転軸の軸方向において前記Ｕ相コア、前記Ｖ相コア及び前記Ｗ相コアの両側に位置しており、
前記第１周方向部及び前記第２周方向部の一方は、当該軸方向において前記Ｕ相コア、前記Ｖ相コア及び前記Ｗ相コアの何れかが有する前記一端側対向部及び前記他端側対向部の一方に対向しており、
前記第１周方向部及び前記第２周方向部の他方は、当該軸方向において前記Ｕ相コア、前記Ｖ相コア及び前記Ｗ相コアの何れかが有する前記一端側対向部及び前記他端側対向部の他方に対向している、電動機。

【請求項4】

請求項１〜３の何れか１項に記載の電動機であって、
前記第１周方向部及び前記第２周方向部は、それぞれ、前記回転軸の軸方向に積層された複数の電磁鋼板によって形成されている、電動機。

【請求項5】

請求項１〜４の何れか１項に記載の電動機であって、
前記軸方向連結部は、前記回転軸の軸方向に対して直交する方向に積層された複数の電磁鋼板によって形成されている、電動機。

【請求項6】

請求項１〜５の何れか１項に記載の電動機であって、
前記第１周方向部、前記第２周方向部及び前記軸方向連結部は互いに独立しており、
前記第１周方向部及び前記第２周方向部は、それぞれ、少なくとも一部が前記回転軸の外周面に接する接触部を有しており、
前記接触部には、前記回転軸の径方向内側に向かって開口するとともに前記回転軸の軸方向に延びて前記軸方向連結部の一部が嵌め込まれる溝が形成されており、
前記軸方向連結部は、その一部が前記回転軸の外周面に開口して前記回転軸の軸方向に延びる溝に嵌め込まれた状態で前記第１周方向部及び前記第２周方向部の各々によって前記回転軸の径方向外側から押え込まれることにより、前記回転軸とともに回転可能となるように前記回転軸に固定されている、電動機。

【請求項7】

請求項６に記載の電動機であって、
前記回転軸が磁性材料によって形成されており、
前記第１周方向部及び前記第２周方向部は、それぞれ、前記回転軸の周方向の両端部分が前記回転軸の径方向において前記回転軸の外周面から離れて位置することによって前記回転軸の外周面との間に隙間を形成している、電動機。

【請求項8】

請求項６に記載の電動機であって、
前記回転軸が非磁性材料によって形成されている、電動機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動機に関し、詳しくは、永久磁石やコイルに代えて特定形状の鉄心によって構成されたロータを有する電動機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、永久磁石やコイルに代えて特定形状の鉄心によって構成されたロータを有する電動機として、ＳＲ（Switched Reluctance）モータが知られている。このようなＳＲモータは、例えば、下記特許文献１に開示されている。

【0003】

特許文献１に記載のＳＲモータは、突極鉄心を有するロータと、当該ロータを囲む円環状のステータとを備える。ロータは、その外周面からステータに向かって突出するとともに周方向に等間隔に位置する４つのロータ側突極を有している。ステータは、その内周面からロータに向かって突出するとともに周方向に等間隔に位置する６つのステータ側突極を有している。これらのステータ側突極の各々には、交番電流が供給されるコイルが巻き回されている。

【0004】

このようなＳＲモータにおいては、コイルに交番電流を供給することで発生する磁束がロータの軸方向に対して直交する方向に広がる平面内に形成される磁気回路を通過する。具体的には、ステータ側突極に巻き回されたコイルに交番電流が供給されると、それに伴って発生する磁束が当該ステータ側突極を通過し、当該ステータ側突極に対してロータの径方向で対向する位置にあるロータ側突極からロータに入る。ロータに入ってきた磁束は、当該ロータ側突極に対してロータの径方向で反対側に位置するロータ側突極を通過した後、当該ロータ側突極に対してロータの径方向で対向する位置にあるステータ側突極からステータに入る。

【0005】

このような磁気回路の磁気抵抗は、ロータ側突極とステータ側突極との間に形成される隙間の大きさに依存する。ここで、ロータ側突極とステータ側突極との間に形成される隙間は、ロータ側突極とステータ側突極がロータの径方向で対向しているときに最も小さくなる。

【0006】

上記ＳＲモータでは、磁気回路の磁気抵抗が最小となる位置にロータ側突極が存在するときに電流値が極大又は極小となるように、コイルに交番電流が供給される。このように交番電流がコイルに供給されることで、ロータ側突極を引き付けるステータ側突極の位置が周方向に順次移動する。その結果、ロータが回転する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００３−６１３８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

近年、ＳＲモータをより高速で駆動することが求められている。しかしながら、特許文献１に記載のＳＲモータでは、ロータとステータとの間に跨って形成される磁気回路がロータの軸方向に対して直交する方向に広がる平面内に形成されるため、ステータのコイルに供給される交番電流の周波数よりも高い周波数でロータを回転させることができない。具体的には、特許文献１に記載のＳＲモータでは、ロータが４つのロータ側突極を有するとともにステータが６つのステータ側突極を有しているため、交番電流の周波数の半分の周波数でしかロータを回転させることができない。仮に、特許文献１に記載のＳＲモータが４つのロータ側突極を有するロータの代わりに２つのロータ側突極を有するロータを備えていたとしても、ロータを交番電流の周波数と同じ周波数でしか回転させることができない。なお、交番電流の周波数を高くすると、当該交番電流を生成するインバータの負荷が大きくなるとともにインバータの冷却機構としてより高性能なものが必要になってしまう。

【0009】

本発明の目的は、ステータのコイルに供給される交番電流の周波数よりも高い周波数にてロータを回転させることができる電動機を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の目的を達成するために、本願の発明者等は、コイルへの通電に伴って形成される磁気回路に着目して検討を進めた。その結果、従来のようにロータとともに回転する回転軸の軸方向に対して直交する方向に広がる平面内にて閉じられた経路を磁束が流れるように磁気回路を形成するのではなく、少なくとも回転軸の軸方向及び径方向に磁束が流れるように磁気回路を形成すればよいことに気付いた。そして、このような磁気回路を形成するには、特定の形状を有するロータと、当該ロータを囲むように回転軸の周方向に等間隔に且つ互いに独立して配置された３つのコアとを備えるとともに、これら３つのコアの各々に巻き回されたコイルに対して互いに異なる位相を有する交番電流を供給すればよいという知見を得た。本発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。

【0011】

本発明の電動機は、回転軸に配置されて前記回転軸とともに回転可能なロータと、前記ロータの周囲に配置され、前記ロータとの間に作用する電磁力によって前記ロータを回転させるステータとを備え、前記ステータは、前記ロータを回転させるための交番電流が流れるＵ相コイルと、前記Ｕ相コイルが巻き回され、前記Ｕ相コイルへの通電に起因して発生する磁束の通過を許容するＵ相コアと、前記回転軸の周方向において前記Ｕ相コイルとは異なる位置に配置され、前記Ｕ相コイルを流れる交番電流とは異なる位相の交番電流が流れるＶ相コイルと、前記Ｖ相コイルが巻き回され、前記Ｖ相コイルへの通電に起因して発生する磁束の通過を許容するとともに、前記Ｕ相コアから分離して配置されたＶ相コアと、前記回転軸の周方向において前記Ｕ相コイル及び前記Ｖ相コイルとは異なる位置に配置され、前記Ｕ相コイルを流れる交番電流及び前記Ｖ相コイルを流れる交番電流とは異なる位相の交番電流が流れるＷ相コイルと、前記Ｗ相コイルが巻き回され、前記Ｗ相コイルへの通電に起因して発生する磁束の通過を許容するとともに、前記Ｕ相コア及び前記Ｖ相コアから分離して配置されたＷ相コアとを含み、前記Ｕ相コイル、前記Ｖ相コイル及び前記Ｗ相コイルは、前記回転軸の周方向に等間隔に配置され、前記Ｕ相コア、前記Ｖ相コア及び前記Ｗ相コアは、それぞれ、前記Ｕ相コイル、前記Ｖ相コイル及び前記Ｗ相コイルのうち対応するコイルが巻き回されるコイル巻回部と、前記コイル巻回部に巻き回された前記コイルの軸方向において前記コイル巻回部よりも一端側に位置して前記ロータに対向する一端側対向部と、前記コイル巻回部に巻き回された前記コイルの軸方向において前記コイル巻回部よりも他端側に位置して前記ロータに対向するとともに前記回転軸の軸方向において前記一端側対向部から離れて配置される他端側対向部とを含み、前記ロータは、前記Ｕ相コイル、前記Ｖ相コイル及び前記Ｗ相コイルへの通電に起因して発生する磁束の通過を許容する磁性材料によって形成され、前記回転軸の外周面に沿って前記回転軸の周方向に延びるとともに前記回転軸の周方向において一端及び他端を有する第１周方向部と、前記第１周方向部から前記回転軸の軸方向に離れて配置され、前記回転軸の外周面に沿って前記回転軸の周方向に延びるとともに前記回転軸の周方向において一端及び他端を有する第２周方向部と、前記回転軸の軸方向に延びて、前記第１周方向部と前記第２周方向部を連結する軸方向連結部とを含み、前記第１周方向部及び前記第２周方向部は、前記Ｕ相コイル、前記Ｖ相コイル及び前記Ｗ相コイルへの通電に起因して発生する磁束が前記ロータと前記Ｕ相コア、前記Ｖ相コア及び前記Ｗ相コアとの間に跨って形成される磁気回路を通過するように、前記ロータの回転位置に関わらず前記回転軸の軸方向及び径方向の何れかにおいて前記Ｕ相コア、前記Ｖ相コア及び前記Ｗ相コアの何れかが有する前記一端側対向部及び前記他端側対向部に対向可能な長さを有し、前記Ｕ相コイル、前記Ｖ相コイル及び前記Ｗ相コイルの各々を流れる交番電流の位相は互いに１２０度ずれており、前記Ｕ相コイルには、前記軸方向連結部が前記回転軸の周方向において前記Ｕ相コアと同じ位置にあるときに電流値が極大又は極小となるように交番電流が供給され、前記Ｖ相コイルには、前記軸方向連結部が前記回転軸の周方向において前記Ｖ相コアと同じ位置にあるときに電流値が極大又は極小となるように交番電流が供給され、前記Ｗ相コイルには、前記軸方向連結部が前記回転軸の周方向において前記Ｗ相コアと同じ位置にあるときに電流値が極大又は極小となるように交番電流が供給される。

【0012】

上記電動機においては、周方向に等間隔に配置されたＵ相コア、Ｖ相コア及びＷ相コアとロータを利用して、少なくとも回転軸の軸方向及び径方向に磁束が流れるように磁気回路が形成される。そのため、ロータを交番電流の周波数よりも高い周波数にて回転させることができる。その理由は、以下のとおりである。

【0013】

先ず、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルへの交番電流の供給に伴って発生する磁束が通過する磁気回路について説明する。

【0014】

コイル巻回部に巻き回されたコイルに交番電流が供給されると、それに伴って発生する磁束が一方の対向部（一端側対向部及び他端側対向部の何れか）を通過し、当該一方の対向部に対して回転軸の径方向で対向する一方の周方向部（第１周方向部及び第２周方向部の何れか）からロータに入る。ロータに入ってきた磁束は、一方の周方向部から軸方向連結部に入った後、他方の周方向部を通過し、当該他方の周方向部に対して回転軸の径方向で対向する対向部であって上記一方の対向部と対を為す他方の対向部に入る。このようにして他方の対向部に入ってきた磁束は、コイル巻回部を通過した後、一方の対向部を再び通過する。つまり、上記電動機においては、コイルに交番電流が供給されることにより、少なくとも回転軸の軸方向及び径方向に磁束が流れるように、磁気回路が形成される。

【0015】

このような磁気回路は、ロータとコアの位置関係によって、その長さが変化する。具体的には、一方の周方向部のうち回転軸の径方向において一方の対向部に対向する部分（つまり、磁束が入ってくる部分）から軸方向連結部までの距離と、他方の周方向部のうち回転軸の径方向において他方の対向部に対向する部分（つまり、磁束が出てゆく部分）から軸方向連結部までの距離が長くなるほど、磁気回路全体の長さが長くなる。

【0016】

このように磁気回路の長さが変化すると、磁気回路の磁気抵抗が変化する。具体的には、磁気回路の長さが長くなるほど、磁気回路の磁気抵抗が大きくなる。磁気回路の磁気抵抗は、ロータの軸方向連結部とコアが回転軸の周方向において同じ位置にあるときに最小となる。

【0017】

ここで、上記電動機では、磁気回路の磁気抵抗が最小となる位置にロータの軸方向連結部が存在する状態で電流値が極大又は極小となるようにコイルに交番電流が供給され、且つ、このように交番電流が供給されるコイルが巻き回されたコアが互いに分離された状態で回転軸の周方向に等間隔（つまり、周方向に１２０度の間隔）で配置されている。そのため、交番電流の位相が１８０度進む毎に、つまり、交番電流の電流値が極大から極小或いは極小から極大に変化する間にロータが１回転する。その結果、上記電動機においては、交番電流の周波数の２倍の周波数にてロータを回転させることができる。

【0018】

上記電動機において、前記第１周方向部及び前記第２周方向部は、前記回転軸の径方向において前記Ｕ相コア、前記Ｖ相コア及び前記Ｗ相コアよりも内側に位置していてもよい。この場合、前記第１周方向部及び前記第２周方向部の一方は、当該径方向において前記Ｕ相コア、前記Ｖ相コア及び前記Ｗ相コアの何れかが有する前記一端側対向部及び前記他端側対向部の一方に対向しており、前記第１周方向部及び前記第２周方向部の他方は、当該径方向において前記Ｕ相コア、前記Ｖ相コア及び前記Ｗ相コアの何れかが有する前記一端側対向部及び前記他端側対向部の他方に対向していることが好ましい。

【0019】

このような態様においては、第１周方向部及び第２周方向部が回転軸の軸方向でＵ相コア、Ｖ相コア及びＷ相コアの各々に対してオーバーラップするので、回転軸の軸方向における電動機のサイズを小さくすることができる。

【0020】

上記電動機において、前記第１周方向部及び前記第２周方向部は、前記回転軸の軸方向において前記Ｕ相コア、前記Ｖ相コア及び前記Ｗ相コアの両側に位置していてもよい。この場合、前記第１周方向部及び前記第２周方向部の一方は、当該軸方向において前記Ｕ相コア、前記Ｖ相コア及び前記Ｗ相コアの何れかが有する前記一端側対向部及び前記他端側対向部の一方に対向しており、前記第１周方向部及び前記第２周方向部の他方は、当該軸方向において前記Ｕ相コア、前記Ｖ相コア及び前記Ｗ相コアの何れかが有する前記一端側対向部及び前記他端側対向部の他方に対向していることが好ましい。

【0021】

このような態様においては、第１周方向部及び第２周方向部が回転軸の径方向でＵ相コア、Ｖ相コア及びＷ相コアの各々に対してオーバーラップするので、回転軸の径方向における電動機のサイズを小さくすることができる。

【0022】

上記電動機において、好ましくは、前記第１周方向部及び前記第２周方向部は、それぞれ、前記回転軸の軸方向に積層された複数の電磁鋼板によって形成されている。

【0023】

このような態様においては、第１周方向部及び第２周方向部の各々を回転軸の周方向に磁束が流れるときの渦電流の発生を抑制することができる。

【0024】

上記電動機において、好ましくは、前記軸方向連結部は、前記回転軸の軸方向に対して直交する方向に積層された複数の電磁鋼板によって形成されている。

【0025】

このような態様においては、軸方向連結部を回転軸の軸方向に磁束が流れるときの渦電流の発生を抑制することができる。

【0026】

上記電動機において、好ましくは、前記第１周方向部、前記第２周方向部及び前記軸方向連結部は互いに独立しており、前記第１周方向部及び前記第２周方向部は、それぞれ、少なくとも一部が前記回転軸の外周面に接する接触部を有しており、前記接触部には、前記回転軸の径方向内側に向かって開口するとともに前記回転軸の軸方向に延びて前記軸方向連結部の一部が嵌め込まれる溝が形成されており、前記軸方向連結部は、その一部が前記回転軸の外周面に開口して前記回転軸の軸方向に延びる溝に嵌め込まれた状態で前記第１周方向部及び前記第２周方向部の各々によって前記回転軸の径方向外側から押え込まれることにより、前記回転軸とともに回転可能となるように前記回転軸に固定されている。

【0027】

このような態様においては、軸方向連結部の一部が回転軸の外周面に形成された溝に嵌め込まれた状態で、軸方向連結部の他の一部が第１周方向部及び第２周方向部の各々に形成された溝に嵌め込まれることにより、ロータが回転軸に対してその周方向に相対移動するのを規制することができる。また、軸方向連結部を機械要素であるキーとして利用することにより、第１周方向部及び第２周方向部が回転軸に対してその周方向に相対移動するのを規制することができる。

【0028】

また、第１周方向部、第２周方向部及び軸方向連結部が互いに分離しているので、ロータが複雑な形状であっても容易に形成することができる。

【0029】

上記電動機において、前記回転軸が磁性材料によって形成されていてもよい。この場合、好ましくは、前記第１周方向部及び前記第２周方向部は、それぞれ、前記回転軸の周方向の両端部分が前記回転軸の径方向において前記回転軸の外周面から離れて位置することによって前記回転軸の外周面との間に隙間を形成している。

【0030】

このような態様においては、回転軸を利用してロータに突極性を持たせることができる。この突極性は、発生トルクの向上や脈動の抑制を可能にする。具体的に、前記ロータとステータとの間の空隙中の磁場変化がトルクを生じさせるので、前記ロータが突極性を有すること、つまり前記空隙の形状を周方向に変化させる形状を有すること、は発生トルクの制御を容易にしてその向上を可能にし、また脈動を抑制する設計を可能にする。

【0031】

上記電動機において、前記回転軸が非磁性材料によって形成されていてもよい。

【0032】

このような態様においては、回転軸の軽量化を実現することができるので、回転軸が磁性材料からなる場合よりも回転軸の回転に必要な電力を少なくすることができる。

【発明の効果】

【0033】

本発明の電動機によれば、ステータのコイルに供給される交番電流の周波数よりも高い周波数にてロータを回転させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】本発明の実施の形態による電動機を示す斜視図である。

【図2】図１に示す電動機において回転軸を取り除いた状態を示す斜視図である。

【図3】本発明の実施の形態による電動機を回転軸の軸方向から見たときのロータとＵ相コア、Ｖ相コア及びＷ相コアとの位置関係を示す模式図である。

【図4】図３におけるＩＶ−ＩＶ方向に相当する断面を示す説明図であって、Ｕ相コアとロータとの間に形成される磁気回路を示す説明図である。

【図5】Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルの各々に供給される交番電流の位相と振幅との関係を示すグラフである。

【図6】図５に示す位相Ｐ０でのロータとＵ相コア、Ｖ相コア及びＷ相コアとの位置関係を示す模式図である。

【図7】図５に示す位相Ｐ１でのロータとＵ相コア、Ｖ相コア及びＷ相コアとの位置関係を示す模式図である。

【図8】図５に示す位相Ｐ２でのロータとＵ相コア、Ｖ相コア及びＷ相コアとの位置関係を示す模式図である。

【図9】図５に示す位相Ｐ３でのロータとＵ相コア、Ｖ相コア及びＷ相コアとの位置関係を示す模式図である。

【図10】図５に示す位相Ｐ４でのロータとＵ相コア、Ｖ相コア及びＷ相コアとの位置関係を示す模式図である。

【図11】図５に示す位相Ｐ５でのロータとＵ相コア、Ｖ相コア及びＷ相コアとの位置関係を示す模式図である。

【図12】図５に示す位相Ｐ６でのロータとＵ相コア、Ｖ相コア及びＷ相コアとの位置関係を示す模式図である。

【図13】本発明の実施の形態の変形例１に係る電動機を示す斜視図である。

【図14】本発明の実施の形態の変形例２に係る電動機を回転軸の軸方向から見たときのロータとＵ相コア、Ｖ相コア及びＷ相コアとの位置関係を示す模式図である。

【図15】図１４におけるＸＶ−ＸＶ方向に相当する断面を示す説明図であって、Ｕ相コアとロータとの間に形成される磁気回路を示す説明図である。

【図16】本発明の実施の形態の変形例３に係る電動機を示す斜視図である。

【図17】本発明の実施の形態の変形例３に係る電動機を構成するロータの分解斜視図である。

【図18】本発明の実施の形態の変形例３に係る電動機を示す斜視図であって、当該電動機を構成するロータが図１６に示す回転軸とは異なる回転軸に固定された状態を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳述する。

【0036】

図１及び図２を参照しながら、本発明の実施の形態による電動機１０について説明する。図１は、電動機１０の斜視図である。図２は、図１に示す電動機１０において回転軸２０を取り除いた状態を示す斜視図である。

【0037】

電動機１０は、ロータ３０と、ステータ４０とを備える。以下、これらについて説明する。

【0038】

ロータ３０は、回転軸２０に配置されて、回転軸２０とともに回転する。ロータ３０は、後述するコイルへの通電に起因して発生する磁束の通過を許容する磁性材料によって形成されている。本実施の形態では、ロータ３０は、圧粉鉄心からなる。なお、回転軸２０は、非磁性材料によって形成されている。

【0039】

ロータ３０は、第１周方向部３２と、第２周方向部３４と、軸方向連結部３６とを含む。以下、これらについて説明する。

【0040】

第１周方向部３２及び第２周方向部３４は、それぞれ、回転軸２０の外周面に沿って回転軸２０の周方向に略一定の断面形状（本実施の形態では、矩形形状）で延びる。第１周方向部３２及び第２周方向部３４は、それぞれ、回転軸２０の周方向において一端及び他端を有する。別の表現をすれば、第１周方向部３２及び第２周方向部３４は、何れも、円環の一部を切り欠いた形状を有している。このような形状を有する第１周方向部３２及び第２周方向部３４においては、環状の磁路が分断されている。第１周方向部３２及び第２周方向部３４は、それぞれ、回転軸２０の周方向において半周以上の長さに亘って延びるように形成されている。第１周方向部３２及び第２周方向部３４は、回転軸２０の周方向において互いに同じ長さを有している。第１周方向部３２の一端は、回転軸２０の周方向において、第２周方向部３４の一端と同じ位置にある。第１周方向部３２の他端は、回転軸２０の周方向において、第２周方向部３４の他端と同じ位置にある。第２周方向部３４は、第１周方向部３２から回転軸２０の軸方向に離れて配置されている。第１周方向部３２及び第２周方向部３４は、互いに同じ大きさ及び形状を有している。

【0041】

軸方向連結部３６は、回転軸２０の軸方向に略一定の断面形状（本実施の形態では、略矩形形状）で延びて、第１周方向部３２と第２周方向部３４を連結する。本実施の形態では、軸方向連結部３６は、第１周方向部３２と第２周方向部３４に対して一体的に形成されている。

【0042】

ここで、第１周方向部３２は、軸方向連結部３６の軸方向一端部分のうち回転軸２０の径方向外側の端面に接続されている。第１周方向部３２は、当該端面から回転軸２０の径方向外側に向かって突出している。第１周方向部３２のうち回転軸２０の周方向中央部分が軸方向連結部３６に接続されている。

【0043】

また、第２周方向部３４は、軸方向連結部３６の軸方向他端部分のうち回転軸２０の径方向外側の端面に接続されている。第２周方向部３４は、当該端面から回転軸２０の径方向外側に向かって突出している。第２周方向部３４のうち回転軸２０の周方向中央部分が軸方向連結部３６に接続されている。

【0044】

なお、第１周方向部３２、第２周方向部３４及び軸方向連結部３６の各々の断面は、後述する磁束がロータ３０を通過するときに部分的な磁気飽和が生じるのを回避するように、同程度の大きさで形成される。

【0045】

ステータ４０は、ロータ３０の周囲に配置され、ロータ３０との間に作用する電磁力によってロータ３０を回転させる。ステータ４０は、例えば、図示しないハウジングに収容された状態で当該ハウジングに固定される。ステータ４０は、Ｕ相コイル４２Ｕと、Ｕ相コア４４Ｕと、Ｖ相コイル４２Ｖと、Ｖ相コア４４Ｖと、Ｗ相コイル４２Ｗと、Ｗ相コア４４Ｗとを含む。

【0046】

Ｕ相コイル４２Ｕ、Ｖ相コイル４２Ｖ及びＷ相コイル４２Ｗは、回転軸２０の周方向に等間隔に配置されている。別の表現をすれば、Ｕ相コイル４２Ｕ、Ｖ相コイル４２Ｖ及びＷ相コイル４２Ｗは、回転軸２０の周方向において互いに異なる位置に配置されている。

【0047】

Ｕ相コイル４２Ｕ、Ｖ相コイル４２Ｖ及びＷ相コイル４２Ｗの各々には、ロータ３０を回転させるための交番電流が流れる。Ｕ相コイル４２Ｕ、Ｖ相コイル４２Ｖ及びＷ相コイル４２Ｗの各々を流れる交番電流の位相は互いに１２０度ずれている。つまり、Ｕ相コイル４２Ｕ、Ｖ相コイル４２Ｖ及びＷ相コイル４２Ｗの各々を流れる交番電流は、互いに異なる位相を有している。なお、Ｕ相コイル４２Ｕ、Ｖ相コイル４２Ｖ及びＷ相コイル４２Ｗの各々を流れる交番電流の詳細については、後述する。

【0048】

Ｕ相コア４４Ｕ、Ｖ相コア４４Ｖ及びＷ相コア４４Ｗは、回転軸２０の周方向に等間隔に配置されている。別の表現をすれば、Ｕ相コア４４Ｕ、Ｖ相コア４４Ｖ及びＷ相コア４４Ｗは、互いに分離して配置されている。

【0049】

Ｕ相コア４４Ｕには、Ｕ相コイル４２Ｕが巻き回されている。Ｕ相コア４４Ｕは、Ｕ相コイル４２Ｕへの通電に起因して発生する磁束の通過を許容する。

【0050】

Ｖ相コア４４Ｖには、Ｖ相コイル４２Ｖが巻き回されている。Ｖ相コア４４Ｖは、Ｖ相コイル４２Ｖへの通電に起因して発生する磁束の通過を許容する。

【0051】

Ｗ相コア４４Ｗには、Ｗ相コイル４２Ｗが巻き回されている。Ｗ相コア４４Ｗは、Ｗ相コイル４２Ｗへの通電に起因して発生する磁束の通過を許容する。

【0052】

Ｕ相コア４４Ｕ、Ｖ相コア４４Ｖ及びＷ相コア４４Ｗは、それぞれ、コイル巻回部４４１と、一端側対向部４４２と、他端側対向部４４３とを含む。以下、これらについて説明する。

【0053】

コイル巻回部４４１には、Ｕ相コイル４２Ｕ、Ｖ相コイル４２Ｖ及びＷ相コイル４２Ｗのうち対応するコイルが巻き回されている。コイル巻回部４４１は、回転軸２０の軸方向に略一定の矩形断面でストレートに延びている。

【0054】

一端側対向部４４２は、コイル巻回部４４１に巻き回されたコイルの軸方向においてコイル巻回部４４１よりも一端側に位置してロータ３０に対向する。一端側対向部４４２は、コイル巻回部４４１の一端から径方向内側に延び出している。一端側対向部４４２は、本体部４４２１と先端部４４２２とを含む。

【0055】

本体部４４２１は、コイル巻回部４４１の一端から径方向内側に向かって略一定の矩形断面でストレートに延びている。先端部４４２２は、本体部４４２１の先端に設けられている。先端部４４２２は、回転軸２０の外周面に沿って回転軸２０の周方向に延びている。先端部４４２２は、本体部４４２１から回転軸２０の周方向両側に突出するように延びている。

【0056】

他端側対向部４４３は、コイル巻回部４４１に巻き回されたコイルの軸方向においてコイル巻回部４４１よりも他端側に位置してロータ３０に対向する。他端側対向部４４３は、回転軸２０の軸方向において一端側対向部４４２から離れて配置されている。他端側対向部４４３は、コイル巻回部４４１の他端から回転軸２０の径方向内側に延び出している。他端側対向部４４３は、本体部４４３１と先端部４４３２とを含む。

【0057】

本体部４４３１は、コイル巻回部４４１の他端から径方向内側に向かって略一定の矩形断面でストレートに延びている。先端部４４３２は、本体部４４３１の先端に設けられている。先端部４４３２は、回転軸２０の外周面に沿って回転軸２０の周方向に延びている。先端部４４３２は、本体部４４３１から回転軸２０の周方向両側に突出するように延びている。

【0058】

ここで、第１周方向部３２及び第２周方向部３４は、回転軸２０の径方向においてＵ相コア４４Ｕ、Ｖ相コア４４Ｖ及びＷ相コア４４Ｗよりも内側に位置するとともに当該径方向においてＵ相コア４４Ｕ、Ｖ相コア４４Ｖ及びＷ相コア４４Ｗの何れかが有する一端側対向部４４２及び他端側対向部４４３に対向している。具体的には、第１周方向部３２が一端側対向部４４２に対して回転軸２０の径方向で対向しており、第２周方向部３４が他端側対向部４４３に対して回転軸の径方向で対向している。第１周方向部３２は、一端側対向部４４２に対して回転軸２０の径方向で対向するとともに一端側対向部４４２における対向面との間に所定の隙間を形成する外周面３２０を有している。第２周方向部３４は、他端側対向部４４３に対して回転軸２０の径方向で対向するとともに他端側対向部４４３における対向面との間に所定の隙間を形成する外周面３４０を有している。

【0059】

また、第１周方向部３２及び第２周方向部３４は、Ｕ相コイル４２Ｕ、Ｖ相コイル４２Ｖ及びＷ相コイル４２Ｗに交番電流が供給されることで発生する磁束がロータ３０とＵ相コア４４Ｕ、Ｖ相コア４４Ｖ及びＷ相コア４４Ｗとの間に跨って形成される磁気回路を通過するように、ロータ３０の回転位置に関わらず回転軸２０の径方向においてＵ相コア４４Ｕ、Ｖ相コア４４Ｖ及びＷ相コア４４Ｗの何れかが有する一端側対向部４４２及び他端側対向部４４３に対向可能な長さを有している。具体的には、第１周方向部３２はＵ相コア４４Ｕ、Ｖ相コア４４Ｖ及びＷ相コア４４Ｗの何れかが有する一端側対向部４４２に対して回転軸２０の径方向で対向可能な長さを有しており、第２周方向部３４がＵ相コア４４Ｕ、Ｖ相コア４４Ｖ及びＷ相コア４４Ｗの何れかが有する他端側対向部４４３に対して回転軸の径方向で対向可能な長さを有している。

【0060】

また、Ｕ相コイル４２Ｕには、ロータ３０の軸方向連結部３６が回転軸２０の周方向においてＵ相コア４４Ｕと同じ位置にあるときに電流値が極大又は極小となるように交番電流が供給される。ここで、軸方向連結部３６が回転軸２０の周方向においてＵ相コア４４Ｕと同じ位置にある状態とは、軸方向連結部３６が回転軸２０の周方向においてＵ相コア４４Ｕが有するコイル巻回部４４１と同じ位置にある状態をいう。

【0061】

また、Ｖ相コイル４２Ｖには、ロータ３０の軸方向連結部３６が回転軸２０の周方向においてＶ相コア４４Ｖと同じ位置にあるときに電流値が極大又は極小となるように交番電流が供給される。ここで、軸方向連結部３６が回転軸２０の周方向においてＶ相コア４４Ｖと同じ位置にある状態とは、軸方向連結部３６が回転軸２０の周方向においてＶ相コア４４Ｖが有するコイル巻回部４４１と同じ位置にある状態をいう。

【0062】

また、Ｗ相コイル４２Ｗには、ロータ３０の軸方向連結部３６が回転軸２０の周方向においてＷ相コア４４Ｗと同じ位置にあるときに電流値が極大又は極小となるように交番電流が供給される。ここで、軸方向連結部３６が回転軸２０の周方向においてＷ相コア４４Ｗと同じ位置にある状態とは、軸方向連結部３６が回転軸２０の周方向においてＷ相コア４４Ｗが有するコイル巻回部４４１と同じ位置にある状態をいう。

【0063】

図３及び図４を参照しながら、電動機１０においてロータ３０とステータ４０との間に跨って形成される磁気回路について説明する。図３は、電動機１０を回転軸２０の軸方向から見たときのロータ３０とＵ相コア４４Ｕ、Ｖ相コア４４Ｖ及びＷ相コア４４Ｗとの位置関係を示す模式図である。図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ方向に相当する断面を示す説明図であって、Ｕ相コア４４Ｕとロータ３０との間に形成される磁気回路を示す説明図である。なお、図４では、Ｕ相コア４４Ｕに巻き回されたＵ相コイル４２Ｕも図示している。

【0064】

以下、Ｕ相コイル４２Ｕに交番電流を供給したときにロータ３０とＵ相コア４４Ｕとの間に形成される磁気回路について説明するが、Ｖ相コイル４２Ｖに交番電流を供給したときにロータ３０とＶ相コア４４Ｖとの間に形成される磁気回路や、Ｗ相コイル４２Ｗに交番電流を供給したときにロータ３０とＷ相コア４４Ｗとの間に形成される磁気回路については、Ｕ相コイル４２Ｕへの通電に起因して形成される磁気回路と同様であるから、それらの詳細な説明については省略する。

【0065】

先ず、Ｕ相コイル４２Ｕに交番電流が供給されると、磁束が発生する。当該磁束は、Ｕ相コイル４２Ｕが巻き回されたコイル巻回部４４１（Ｕ相コア４４Ｕが有するコイル巻回部４４１）を通過した後、一方の対向部（一端側対向部４４２及び他端側対向部４４３）からロータ３０に入る。具体的には、ロータ３０のうち一方の対向部に対して回転軸２０の径方向で対向する一方の周方向部（第１周方向部３２及び第２周方向部３４の何れか）からロータ３０に入る。このようにしてロータ３０に入ってきた磁束は、一方の周方向部から軸方向連結部３６に入った後、他方の周方向部を通過して、Ｕ相コア４４Ｕに戻る。具体的には、当該他方の周方向部に対して回転軸２０の径方向で対向する対向部であって上記一方の対向部と対を為す他方の対向部に入る。このようにして他方の対向部に入ってきた磁束は、Ｕ相コア４４Ｕが有するコイル巻回部４４１を再び通過する。つまり、電動機１０においては、Ｕ相コイル４２Ｕに交番電流が供給されることにより、少なくとも回転軸２０の軸方向及び径方向に磁束が流れるように、磁気回路が形成される。

【0066】

このようなＵ相コイル４２Ｕへの通電に起因して形成される磁気回路は、ロータ３０とＵ相コア４４の位置関係によって、その長さが変化する。具体的には、一方の周方向部のうち回転軸２０の径方向において一方の対向部に対向する部分（つまり、磁束が入ってくる部分）から軸方向連結部３６までの距離（つまり、回転軸２０の周方向での距離）と、他方の周方向部のうち回転軸２０の径方向において他方の対向部に対向する部分（つまり、磁束が出てゆく部分）から軸方向連結部３６までの距離（つまり、回転軸２０の周方向での距離）が長くなるほど、磁気回路全体の長さが長くなる。

【0067】

このように磁気回路の長さが変化すると、磁気回路の磁気抵抗が変化する。具体的には、磁気回路の長さが長くなるほど、磁気回路の磁気抵抗が大きくなる。磁気回路の磁気抵抗は、ロータ３０の軸方向連結部３６とＵ相コア４４Ｕのコイル巻回部４４１とが回転軸２０の周方向において同じ位置にあるときに最小となる。

【0068】

ここで、電動機１０では、磁気回路の磁気抵抗が最小となる位置にロータ３０の軸方向連結部３６が存在する状態で電流値が極大又は極小となるようにＵ相コイル４２Ｕ、Ｖ相コイル４２Ｖ及びＷ相コイル４２Ｗの各々に交番電流が供給され、且つ、このように交番電流が供給されるＵ相コイル４２Ｕ、Ｖ相コイル４２Ｖ及びＷ相コイル４２Ｗが巻き回されたＵ相コア４４Ｕ、Ｖ相コア４４Ｖ及びＷ相コア４４Ｗが互いに分離された状態で回転軸２０の周方向に等間隔（つまり、周方向に１２０度の間隔）で配置されている。そのため、交番電流の位相が１８０度進む毎に、つまり、交番電流の電流値が極大から極小或いは極小から極大に変化する間にロータ３０が１回転する。その結果、電動機１０においては、交番電流の周波数の２倍の周波数にてロータ３０を回転させることができる。

【0069】

図５〜図１２を参照しながら、電動機１０において交番電流の周波数の２倍の周波数にてロータ３０を回転させることができる理由について、もう少し詳しく説明する。図５は、Ｕ相コイル４２Ｕ、Ｖ相コイル４２Ｖ及びＷ相コイル４２Ｗの各々に供給される交番電流の位相と振幅との関係を示すグラフである。図６〜図１２は、それぞれ、図５に示す位相Ｐ０〜Ｐ６でのロータ３０とＵ相コア４４Ｕ、Ｖ相コア４４Ｖ及びＷ相コア４４Ｗとの位置関係を示す模式図である。

【0070】

位相Ｐ０（図５参照）では、Ｕ相コイル４２Ｕに供給される交番電流の電流値が極大値であり、図６に示す位置にてロータ３０が安定する。位相Ｐ０よりも３０度進んだ位相である位相Ｐ１（図５参照）では、Ｗ相コイル４２Ｗに供給される交番電流の電流値がゼロであり、図７に示す位置にてロータ３０が安定する。位相Ｐ１よりも３０度進んだ位相である位相Ｐ２（図５参照）では、Ｖ相コイル４２Ｖに供給される交番電流の電流値が極小値であり、図８に示す位置にてロータ３０が安定する。位相Ｐ２よりも３０度進んだ位相である位相Ｐ３（図５参照）では、Ｕ相コイル４２Ｕに供給される交番電流の電流値がゼロであり、図９に示す位置にてロータ３０が安定する。位相Ｐ３よりも３０度進んだ位相である位相Ｐ４（図５参照）では、Ｗ相コイル４２Ｗに供給される交番電流の電流値が極大値であり、図１０に示す位置にてロータ３０が安定する。位相Ｐ４よりも３０度進んだ位相である位相Ｐ５（図５参照）では、Ｖ相コイル４２Ｖに供給される交番電流の電流値がゼロであり、図１１に示す位置にてロータ３０が安定する。位相Ｐ５よりも３０度進んだ位相である位相Ｐ６（図５参照）では、Ｕ相コイル４２Ｕに供給される交番電流の電流値が極小値であり、図１２に示す位置にてロータ３０が安定する。

【0071】

ここで、ある位相（例えば、位相Ｐ３）でのロータ３０の位置は、当該位相よりも３０度遅れた位相（例えば、位相Ｐ２）でのロータ３０の位置よりも６０度進んでいる。つまり、Ｕ相コイル４２Ｕ、Ｖ相コイル４２Ｖ及びＷ相コイル４２Ｗの各々に供給される交番電流の位相が３０度進むごとに、ロータ３０が６０度回転する。

【0072】

したがって、電動機１０においては、交番電流の周波数の２倍の周波数にてロータ３０を回転させることができる。

【0073】

また、電動機１０においては、ロータ３０の第１周方向部３２がＵ相コア４４Ｕ、Ｖ相コア４４Ｖ及びＷ相コア４４Ｗの何れかが有する一端側対向部４４２に対して回転軸２０の径方向で対向するとともに、ロータ３０の第２周方向部３４がＵ相コア４４Ｕ、Ｖ相コア４４Ｖ及びＷ相コア４４Ｗの何れかが有する他端側対向部４４３に対して回転軸２０の径方向で対向する。そのため、第１周方向部３２を一端側対向部４４２に対して軸方向でオーバーラップさせることができるとともに、第２周方向部３４を他端側対向部４４３に対して軸方向でオーバーラップさせることができる。その結果、電動機１０における回転軸２０の軸方向での長さを短くすることができる。

【0074】

［実施の形態の変形例１］
図１３を参照しながら、上記実施の形態の変形例１に係る電動機１０Ａについて説明する。図１３は、実施の形態の変形例１に係る電動機１０Ａを示す斜視図である。

【0075】

上記実施の形態では、圧粉鉄心からなるロータ３０が採用されているが、図１３に示す変形例１では、複数の電磁鋼板３２１、３４１、３６１を用いて形成されたロータ３０Ａが採用されている。

【0076】

ロータ３０Ａは、第１周方向部３２Ａ、第２周方向部３４Ａ及び軸方向連結部３６Ａを有している。第１周方向部３２Ａ、第２周方向部３４Ａ及び軸方向連結部３６Ａは、それぞれ、複数の電磁鋼板３２１、３４１、３６１を積層したものである。

【0077】

具体的には、第１周方向部３２Ａ及び第２周方向部３４Ａでは、複数の電磁鋼板３２１、３４１が回転軸２０の軸方向に積層されている。第１周方向部３２Ａ及び第２周方向部３４Ａを形成する複数の電磁鋼板３２１、３４１は、積層された状態で接着されている。複数の電磁鋼板３２１、３４１の表面はそれぞれ絶縁層で覆われている。

【0078】

また、軸方向連結部３６Ａでは、複数の電磁鋼板３６１が回転軸２０の軸方向に対して直交する方向に積層されている。軸方向連結部３６Ａを形成する複数の電磁鋼板３６１は、積層された状態で接着されている。複数の電磁鋼板３６１の表面はそれぞれ絶縁層で覆われている。

【0079】

なお、図１３に示す例では、第１周方向部３２Ａ、第２周方向部３４Ａ及び軸方向連結部３６Ａの各々が複数の電磁鋼板を積層することで形成されているが、例えば、第１周方向部３２Ａ、第２周方向部３４Ａ及び軸方向連結部３６Ａの幾つかを複数の電磁鋼板を積層することで形成し、残りを圧粉鉄心で形成してもよい。

【0080】

電動機１０Ａにおいては、第１周方向部３２Ａ及び第２周方向部３４Ａがそれぞれ回転軸２０の軸方向に積層された複数の電磁鋼板３２１、３４１によって形成されており、当該積層された複数の電磁鋼板３２１、３４１の間には、各電磁鋼板の表面を覆う絶縁層が存在している。そのため、第１周方向部３２Ａ及び第２周方向部３４Ａの各々を回転軸２０の周方向に磁束が流れるときの渦電流の発生を抑制することができる。

【0081】

電動機１０Ａにおいては、軸方向連結部３６Ａが回転軸２０の軸方向に対して直交する方向に積層された複数の電磁鋼板３６１によって形成されており、当該積層された複数の電磁鋼板３６１の間には、各電磁鋼板の表面を覆う絶縁層が存在している。そのため、軸方向連結部３６Ａを回転軸２０の軸方向に磁束が流れるときの渦電流の発生を抑制することができる。

【0082】

電動機１０Ａにおいては、第１周方向部３２Ａ、第２周方向部３４Ａ及び軸方向連結部３６Ａがそれぞれ積層された複数の電磁鋼板３２１、３４１、３６１によって形成されている。そのため、例えば圧粉からなるものに比べて前記ロータ３０Ａの透磁率を大きくすることができる。その結果、より大きなトルクを発生させることができる。

【0083】

［実施の形態の変形例２］
図１４及び図１５を参照しながら、上記実施の形態の変形例２に係る電動機について説明する。図１４は、本変形例に係る電動機を回転軸の軸方向から見たときのロータ３０ＢとＵ相コア４４Ｕ、Ｖ相コア４４Ｖ及びＷ相コア４４Ｗとの位置関係を示す模式図である。図１５は、図１４におけるＸＶ−ＸＶ方向に相当する断面を示す説明図であって、Ｕ相コア４４Ｕとロータ３０との間に形成される磁気回路を示す説明図である。なお、図１５では、Ｕ相コア４４Ｕに巻き回されたＵ相コイル４２Ｕも図示している。

【0084】

上記実施の形態に係る電動機１０では、ロータ３０の第１周方向部３２がＵ相コア４４Ｕ、Ｖ相コア４４Ｖ及びＷ相コア４４Ｗの何れかが有する一端側対向部４４２に対して回転軸２０の径方向で対向するとともに、ロータ３０の第２周方向部３４がＵ相コア４４Ｕ、Ｖ相コア４４Ｖ及びＷ相コア４４Ｗの何れかが有する他端側対向部４４３に対して回転軸２０の径方向で対向している。

【0085】

これに対して、上記実施の形態の変形例２に係る電動機では、ロータ３０Ｂの第１周方向部３２ＢがＵ相コア４４Ｕ、Ｖ相コア４４Ｖ及びＷ相コア４４Ｗの各々が有する一端側対向部４４２よりも回転軸２０の軸方向において外側に位置している。これにより、第１周方向部３２ＢがＵ相コア４４Ｕ、Ｖ相コア４４Ｖ及びＷ相コア４４Ｗの何れかが有する一端側対向部４４２に対して回転軸２０の軸方向で対向している。そのため、第１周方向部３２Ｂを一端側対向部４４２に対して径方向でオーバーラップさせることができる。

【0086】

また、ロータ３０の第２周方向部３４ＢがＵ相コア４４Ｕ、Ｖ相コア４４Ｖ及びＷ相コア４４Ｗの各々が有する他端側対向部４４３よりも回転軸２０の軸方向において外側に位置している。これにより、第２周方向部３４ＢがＵ相コア４４Ｕ、Ｖ相コア４４Ｖ及びＷ相コア４４Ｗの何れかが有する他端側対向部４４３に対して回転軸２０の軸方向で対向している。そのため、第２周方向部３４Ｂを他端側対向部４４３に対して径方向でオーバーラップさせることができる。

【0087】

したがって、本変形例に係る電動機においては、回転軸２０の径方向での長さを短くすることができる。

【0088】

［実施の形態の変形例３］
図１６及び図１７を参照しながら、上記実施の形態の変形例３に係る電動機１０Ｃについて説明する。図１６は、実施の形態の変形例３に係る電動機１０Ｃを示す斜視図である。図１７は、電動機１０Ｃを構成するロータ３０Ｃの分解斜視図である。なお、図１７では、理解を容易にするために、ロータ３０Ｃの他に回転軸２０も図示している。

【0089】

電動機１０Ｃでは、ロータ３０の代わりに、ロータ３０Ｂを備える。ロータ３０Ｂを構成する第１周方向部３２Ｃ、第２周方向部３４Ｃ及び軸方向連結部３６Ｃは、互いに独立している。つまり、第１周方向部３２Ｃ、第２周方向部３４Ｃ及び軸方向連結部３６Ｃは、互いに分離可能である。

【0090】

第１周方向部３２Ｃ、第２周方向部３４Ｃ及び軸方向連結部３６Ｃは、圧粉鉄心からなるものであってもよいし、複数の電磁鋼板が積層されたものであってもよい。第１周方向部３２Ｃ及び第２周方向部３４Ｃが積層された複数の電磁鋼板からなる場合、当該複数の電磁鋼板は回転軸２０の軸方向に積層される。軸方向連結部３６Ｃが積層された複数の電磁鋼板からなる場合、当該複数の電磁鋼板は回転軸２０の軸方向に対して直交する方向に積層される。

【0091】

第１周方向部３２Ｃは、回転軸２０の外周面に接する接触部３２１を有している。接触部３２１には、溝３２１１が形成されている。溝３２１１は、回転軸２０の径方向内側に向かって開口するとともに、回転軸２０の軸方向に延びている。溝３２１１は、第１周方向部３２Ｃが延びる方向（回転軸２０の周方向）において、第１周方向部３２Ｃの中央部分に位置している。

【0092】

第２周方向部３４Ｃは、回転軸２０の外周面に接する接触部３４１を有している。接触部３４１には、溝３４１１が形成されている。溝３４１１は、回転軸２０の径方向内側に向かって開口するとともに、回転軸２０の軸方向に延びている。溝３４１１は、第２周方向部３４Ｃが延びる方向（回転軸２０の周方向）において、第２周方向部３４Ｃの中央部分に位置している。

【0093】

軸方向連結部３６Ｃは、回転軸２０の外周面に固定されている。具体的には、軸方向連結部３６Ｃの一部が回転軸２０の外周面に形成された溝２０１に嵌め込まれている。溝２０１は、回転軸２０の外周面に開口して、回転軸２０の軸方向に延びている。

【0094】

軸方向連結部３６Ｃの一部が回転軸２０の外周面に形成された溝２０１に嵌め込まれた状態で、第１周方向部３２Ｃ及び第２周方向部３４Ｃが軸方向連結部３６Ｃに組み付けられている。具体的には、第１周方向部３２Ｃの溝３２１１に対して軸方向連結部３６Ｃの一端部分が嵌め込まれることにより、第１周方向部３２Ｃが軸方向連結部３６Ｃに組み付けられている。第２周方向部３４Ｃの溝３４１１に対して軸方向連結部３６Ｃの他端部分が嵌め込まれることにより、第２周方向部３４Ｃが軸方向連結部３６Ｃに組み付けられている。

【0095】

このようにして第１周方向部３２Ｃ及び第２周方向部３４Ｃがそれぞれ軸方向連結部３６Ｃに組み付けられることにより、軸方向連結部３６Ｃが回転軸２０の径方向外側から第１周方向部３２Ｃ及び第２周方向部３４Ｃによって押え込まれる。その結果、ロータ３０が回転軸２０とともに回転可能となるように回転軸２０に固定される。

【0096】

ここで、図１６及び図１７に示す例では、回転軸２０が磁性材料によって形成されている。また、回転軸２０の外周面は、第１外周面２０Ａと、第２外周面２０Ｂとを含む。

【0097】

第１外周面２０Ａは、回転軸２０の径方向において第１周方向部３２Ｃ及び第２周方向部３４Ｃに接触する。第１外周面２０Ａには、溝２０１が形成されている。

【0098】

第２外周面２０Ｂは、第１外周面２０Ａよりも回転軸２０の径方向で内側に位置している。つまり、第２外周面２０Ｂは、第１外周面２０Ａよりも小さな直径で形成されている。そのため、第１外周面２０Ａと第２外周面２０Ｂとの間には、段差が形成されている。第２外周面２０Ｂは、回転軸２０の外周面のうち第１外周面２０Ａを除いた領域に形成されている。第２外周面２０Ｂにおける回転軸２０の周方向での長さは、第１外周面２０Ａにおける回転軸２０の周方向での長さよりも大きい。

【0099】

このように回転軸２０の外周面が第１外周面２０Ａと第２外周面２０Ｂとを有することにより、第１周方向部３２Ｃにおける回転軸２０の周方向の両端部分がそれぞれ回転軸２０の径方向において回転軸２０の外周面における第２外周面２０Ｂから離れているとともに、第２周方向部３４Ｃにおける回転軸２０の周方向の両端部分がそれぞれ回転軸２０の径方向において回転軸２０の外周面における第２外周面２０Ｂから離れている。つまり、第１周方向部３２Ｃにおける回転軸２０の周方向の両端部分は、それぞれ、回転軸２０の外周面における第２外周面２０Ｂとの間に隙間を形成している。また、第２周方向部３４Ｃにおける回転軸２０の周方向の両端部分も、それぞれ、回転軸２０の径方向において回転軸２０の外周面における第２外周面２０Ｂとの間に隙間を形成している。

【0100】

電動機１０Ｃにおいては、軸方向連結部３６Ｃの一部が回転軸２０の外周面における第１外周面２０Ａに形成された溝２０１に嵌め込まれた状態で、軸方向連結部３６Ｃの他の一部が第１周方向部３２Ｃ及び第２周方向部３４Ｃの各々に形成された溝３２１、３４１に嵌め込まれることにより、ロータ３０が回転軸２０に対してその周方向に相対移動するのを規制することができる。

【0101】

電動機１０Ｃにおいては、軸方向連結部３６Ｃを利用して、第１周方向部３２Ｃ及び第２周方向部３４Ｃの回転軸２０に対する相対回転を規制することができる。

【0102】

電動機１０Ｃにおいては、第１周方向部３２Ｃ、第２周方向部３４Ｃ及び軸方向連結部３６Ｃが互いに分離しているので、ロータ３０が複雑な形状であっても容易に形成することができる。

【0103】

電動機１０Ｃにおいては、回転軸２０が磁性材料によって形成されているとともに、第１周方向部３２Ｃ及び第２周方向部３４Ｃは、それぞれ、回転軸２０の周方向の両端部分が回転軸２０の径方向において回転軸２０の外周面における第２外周面２０Ｂから離れて位置することによって回転軸２０の外周面における第２外周面２０Ｂとの間に隙間を形成している。そのため、回転軸２０を利用してロータ３０に突極性を持たせることができる。この突極性は、発生トルクの向上や脈動の抑制を可能にする。具体的に、前記ロータ３０とステータ４０との間の空隙中の磁場変化がトルクを生じさせるので、前記ロータ３０が突極性を有すること、つまり前記空隙の形状を周方向に変化させる形状を有すること、は発生トルクの制御を容易にしてその向上を可能にし、また脈動を抑制する設計を可能にする。

【0104】

なお、図１６に示す例では、磁性材料で形成された回転軸２０と第１周方向部３２Ｃ及び第２周方向部３４Ｃとの間に隙間を形成するために、回転軸２０の外周面が第１外周面２０Ａと第２外周面２０Ｂとを有しているが、例えば、回転軸２０が非磁性材料で形成されている場合には、図１８に示すように、回転軸２０の外周面が溝２０１以外に段差を有していないようにしてもよい。

【0105】

［実施の形態の変形例４］
例えば、ロータが、非磁性材料で形成されて回転軸２０の周方向に延びるとともに第１周方向部３２の一端及び他端を接続する第１接続部を有するとともに、非磁性材料で形成されて回転軸２０の周方向に延びるとともに第２周方向部３４の一端及び他端を接続する第２接続部を有するようにしてもよい。この場合、ロータの軸方向両端部分を環状にすることができるので、ロータの回転バランスを向上させることができる。

【0106】

以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、これらはあくまでも例示であって、本発明は、上述の実施の形態の記載によって、何等、限定的に解釈されるものではない。

【0107】

例えば、上記実施の形態では、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルの各々が回転軸の軸方向に延びるコイル巻回部に巻き回されているが、例えば、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルの各々が回転軸の径方向に延びるコイル巻回部に巻き回されていてもよい。

【0108】

例えば、上記実施の形態では、Ｕ相コア、Ｖ相コア及びＷ相コアの各々が有する一端側対向部及び他端側対向部において先端部が設けられているが、当該先端部はなくてもよい。

【0109】

例えば、上記実施の形態において、ロータを覆う筒状又は管状の部材を採用してもよい。この場合、ロータの強度を確保することができる。

【0110】

例えば、一端側対向部及び他端側対向部の一方が第１周方向部及び第２周方向部の一方に対して径方向で対向するとともに、一端側対向部及び他端側対向部の他方が第１周方向部及び第２周方向部の他方に対して軸方向で対向してもよい。

【符号の説明】

【0111】

１０ 電動機
２０ 回転軸
３０ ロータ
３２ 第１周方向部
３４ 第２周方向部
３６ 軸方向連結部
４０ ステータ
４２Ｕ Ｕ相コイル
４２Ｖ Ｖ相コイル
４２Ｗ Ｗ相コイル
４４Ｕ Ｕ相コア
４４Ｖ Ｖ相コア
４４Ｗ Ｗ相コア
４４１ コイル巻回部
４４２ 一端側対向部
４４３ 他端側対向部

【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】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】