JP2012182941A - 回転電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】内部の冷却、及び導線の取り回しが容易にできるモータを提供すること。
【解決手段】シャフト１２と、ロータティース１６を有してシャフト１２に固定されるロータ１５と、シャフト１２の軸線方向に沿って延びるバイパスコア２２を含むステータ１７と、シャフト１２とバイパスコア２２とを磁気的に連結するとともに界磁コイル２９が巻回され、界磁コイル２９に通電した際にシャフト１２、ロータティース１６、バイパスコア２２とともに磁路を形成する複数の腕部２７ｂを含む界磁極２６と、を備え、各腕部２７ｂは、各腕部２７ｂの間に空間Ｓｂを形成するように配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電動機に関する。

従来から、永久磁石をロータに配設した永久磁石同期モータは、電気自動車やハイブリッド自動車などの様々な分野で駆動源として利用されている。このような永久磁石同期モータにおいて、強め磁界制御を行うことによって大きなトルクを得る一方で、弱め磁界制御を行うことによってステータとロータの間に生じる磁束量を低減して最大回転数を向上させることが提案されている（例えば、特許文献１，２）。

特許文献１，２の回転電動機（以下「モータ」と示す）は、界磁極に形成した界磁コイルに通電することにより、シャフト、ロータ、ステータ、及び界磁極によって環状の磁路が形成される。このため、特許文献１，２では、ロータ（ロータティース）を通過する磁束量を、界磁コイルに流す電流量の変化に伴わせて効果的に変化させることができる。したがって、特許文献１，２のモータでは、界磁コイルの通電を制御することによって強め磁界制御及び弱め磁界制御を可能とし、大きなトルクを得られるとともに最大回転数を向上させることができる。

特開２００８−４３０９９号公報 特開２００９−２７３２３１号公報

しかしながら、特許文献１，２のモータでは、界磁極コアを略円盤状に形成するとともに、この界磁極コアに対し、シャフトの軸線まわりで周回するように導線を巻回して界磁コイルを形成している。このため、特許文献１，２のモータでは、モータ内部に配設される電機子コイルやロータを冷却するための冷却媒体（例えば空気など）を界磁極側から導入することが困難であった。また、同様の理由で、特許文献１，２のモータでは、モータ内部に配設される電機子コイルなどへ通電するための導線を界磁極側から引き出すことができず、導線の取り回しに制約が生じていた。

本発明は、上記従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、内部の冷却、及び導線の取り回しが容易にできるモータを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、第１磁性体を含むシャフトと、軟磁性体からなるとともに凸極部を有し前記シャフトに固定されるロータと、前記シャフトの軸線方向に沿って延びる第２磁性体を含むステータと、前記第１磁性体と前記第２磁性体とを磁気的に連結するとともに界磁コイルが巻回され、当該界磁コイルに通電した際に前記第１磁性体、前記凸極部、及び前記第２磁性体とともに磁路を形成する複数の第３磁性体を含む界磁極と、を備え、前記複数の第３磁性体は、各第３磁性体の間に空間を形成するように配置されたことを要旨とする。

これによれば、第３磁性体の界磁コイルに通電することにより、シャフトの第１磁性体、ロータの凸極部、ステータの第２磁性体、及び界磁極の第３磁性体によって磁路（界磁磁束の流れ）が形成できる。そして、各第３磁性体は、各第３磁性体の間に空間を形成するように配置される。このため、界磁極をなす第３磁性体の間に形成された空間を介して、回転電動機の内部に冷却媒体を導入し、モータの内部を容易に冷却できる。また、回転電動機内に配設されるコイルに通電するための導線を、前記空間を介して界磁極側から引き出すことが可能となり、導線の取り回しが容易にできる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転電動機において、前記複数の第３磁性体は、前記シャフトから外側へ向けて放射状に延びるように形成されるとともに、各第３磁性体の外側端は開放状態とされたことを要旨とする。

これによれば、複数の第３磁性体は、シャフトから外側へ向けて放射状に延びるように形成されるとともに、各第３磁性体の外側端は開放状態とされている。このため、各第３磁性体の間の空間を大きく形成し、モータの内部をより容易に冷却できるとともに、導線の取り回しが容易にできる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の回転電動機において、前記ステータにおいて前記ロータとの対向面側には、複数の電機子コイルが形成されており、各第３磁性体には、前記ロータに対応する位置において前記シャフトの軸線方向のうち前記ロータ側へ近接するように近接部が形成され、前記界磁コイルは、前記近接部に巻回されたことを要旨とする。

これによれば、各第３磁性体には、ロータに対応する位置においてロータ側に近接するように近接部が形成されるとともに、当該近接部に界磁コイルが巻回されている。このため、ロータに対応する位置、すなわち、ステータの電機子コイルが存在しない空間を利用して界磁コイルを配置できる。このため、界磁コイルがシャフトの軸線方向のうちロータの反対側に突出することを抑制し、回転電動機を小型化することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の回転電動機において、前記各第３磁性体は、前記第１磁性体と前記第２磁性体とを磁気的に連結するように延在する鋼板を複数枚、積層して形成されたことを要旨とする。これによれば、鋼板を積層することで近接部を形成することができる。したがって、第３磁性体を簡便に形成することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のうち何れか一項に記載の回転電動機において、前記各第３磁性体は、前記シャフトの外周面と向かい合うギャップ面を介して前記シャフトの第１磁性体と磁気的に連結されたことを要旨とする。

これによれば、第２磁性体を通過した界磁磁束が第３磁性体を通過して再びシャフトへ入るように磁路が形成され易い。したがって、凸極部における界磁磁束量が減少することを抑制し、より大きなトルクを得ることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のうち何れか一項に記載の回転電動機において、前記界磁極は、前記シャフトの両端側に対をなすように配設されており、各界磁コイルには、各界磁極からの前記磁路が相対向する方向に形成されるように電流が流されることを要旨とする。

これによれば、シャフトの両端側から磁路（界磁磁束の流れ）が相対向する方向に形成される。このため、シャフトの両端側の界磁極で発生された界磁磁束同士がシャフトで反発し合い、ロータの凸極部方向へ誘導される。したがって、ロータの凸極部における界磁磁束量を向上させ、より大きなトルクを得ることができる。

本発明によれば、内部の冷却、及び導線の取り回しが容易にできる。

部分的に分解したモータを模式的に示す斜視図。 モータを模式的に示す断面図。 第２の実施形態におけるモータを模式的に示す断面図。 第２の実施形態におけるモータの一部を模式的に示す斜視図。 （ａ）〜（ｄ）は、別例における界磁極コアを模式的に示す側面図。 別例におけるモータの一部を模式的に示す断面図。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態について、図１、及び図２にしたがって説明する。

図１、及び図２に示すように、回転電動機としてのモータ１１は、軟磁性体としての軟磁性材料（例えば、鉄や、ケイ素鋼など）から形成された略円柱状のシャフト１２を備えている。本実施形態では、シャフト１２の全体が第１磁性体をなしている。このシャフト１２は、ベアリング１３を介してモータ１１の両端をそれぞれ覆う各ハウジング部材１４ａ，１４ｂに組み付けられており、当該各ハウジング部材１４ａ，１４ｂに対して、シャフト１２の軸線Ｌまわりで回転可能に支持されている。なお、本実施形態の各ハウジング部材１４ａ，１４ｂには、各ハウジング部材１４ａ，１４ｂをシャフト１２の軸線Ｌに沿った方向に貫通する図示しない複数の通気孔が設けられている。

シャフト１２には、ロータ（回転子）１５が固定（固設）されている。このロータ１５は、シャフト１２の軸線Ｌまわりでシャフト１２と一体に回転可能に構成されている。また、シャフト１２の外周面とロータ１５の内周面とは密着されている。このため、シャフト１２とロータ１５とは、磁気的に連結（結合、接続）されている。ロータ１５は、軟磁性材料からなる複数枚の鋼板を軸線Ｌに沿った方向に積層して構成されている。このため、ロータ１５内において、磁束が軸線Ｌに沿った方向よりも軸線Ｌに直交するロータ１５の直径方向、及び周方向へ流れ易くなっている。

ロータ１５の外周面には、このロータ１５の直径方向外側へ向かって突出するように、略立方体状をなす複数（本実施形態では５本）の凸極部としてのロータティース１６が形成されている。ロータティース１６は、ロータ１５の外周面を周方向に等間隔（本実施形態では７２°間隔）に分割するように形成されているとともに、各ロータティース１６の先端面は、何れも同一周面上に位置している。また、各ロータティース１６は、軸線Ｌに沿ったロータ１５の全幅にわたって形成されている。換言すれば、本実施形態のロータティース１６は、ロータ１５の外周面からシャフト１２に向かって、シャフト１２の軸線Ｌに沿って延びる凹部を設けることにより形成されていると把握できる。このように、本実施形態のロータ１５は、永久磁石を備えない構成とされている。

ロータ１５の周囲には、このロータ１５を囲うように円環状のステータ（固定子）１７が配設されている。ステータ１７は、その内周面側に軟磁性材料からなる複数枚の鋼板を軸線Ｌに沿った方向に積層して構成したステータコア１８を備えている。このため、ステータコア１８内において、磁束がシャフト１２の軸線Ｌに沿った方向よりもこの軸線Ｌに直交するステータコア１８の直径方向、及び周方向へ流れ易くなっている。また、軸線Ｌに沿ったステータコア１８の寸法は、軸線Ｌに沿ったロータ１５の寸法と同一寸法に設定されている。

また、ステータコア１８には、このステータコア１８の内周面からシャフト１２に向かって突出するように複数（本実施形態では１２本）のステータティース１９が形成されているとともに、各ステータティース１９は、ステータコア１８の内周面を周方向に等間隔（本実施形態では３０°間隔）に分割するように形成されている。各ロータティース１６の先端面（ロータ１５の外周面）と、ステータティース１９（ステータ１７）の内周面との間には、僅かな隙間（例えば、０．７ｍｍ）が形成されている。各ステータティース１９には、導線が巻回（本実施形態では、集中巻）されて、電機子コイルとしてのステータコイル２０が形成されている。すなわち、本実施形態では、ステータ１７において、ロータ１５との対向面にステータコイル２０が形成されている。各ステータコイル２０は、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、及びＷ相巻線の何れかとされており、それぞれ位相差の異なる電流を流すことによって回転磁界を発生させるようになっている。

また、前述のように、ステータ１７（ステータティース１９）とロータ１５は、軸線Ｌに沿った寸法を同一寸法に設定されていることから、軸線Ｌに沿った方向におけるステータコイル２０の両端部（コイルエンド）は、ロータ１５の両端よりも軸線Ｌに沿った方向のうち外側に突出している。したがって、軸線Ｌに沿った方向におけるロータ１５の両端面に対応する位置には、ステータコイル２０とシャフト１２とに挟まれた円環状の空間Ｓａが形成されている（図２に示す）。

また、ステータ１７には、軸線Ｌに沿って延びるように形成され、ステータコア１８の外周面を全周にわたって覆う円筒状の第２磁性体としてのバイパスコア２２が配設されている。バイパスコア２２は、粉末成型磁性体（ＳＭＣ:Ｓｏｆｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）から形成されている。また、ステータコア１８の外周面と、バイパスコア２２の内周面とは密着されている。このため、ステータコア１８とバイパスコア２２とは、磁気的に連結されている。また、軸線Ｌに沿った方向におけるバイパスコア２２の両端の内周面には、それぞれ先端面から軸線Ｌの方向に沿って略直方体状に切り欠き形成した複数（本実施形態では１２個）の凹部２２ａが設けられている。本実施形態では、シャフト１２、ロータ１５、及びステータ１７が主電動機部２５を構成している。

軸線Ｌに沿った方向におけるシャフト１２（主電動機部２５）の両端側には、対をなすように界磁磁束を発生するための界磁極２６が配設されている。各界磁極２６は、バイパスコア２２とシャフト１２とを磁気的に連結する界磁極コア（界磁極ヨーク）２７を備えている。界磁極コア２７は、同一形状に打ち抜き形成された複数枚の鋼板を軸線Ｌに沿った方向に積層して形成されている。界磁極コア２７には、円環状に形成されシャフト１２を挿通するための固定部２７ａと、この固定部２７ａから軸線Ｌに直交し、且つ軸線Ｌから外側へ向けて放射状（スポーク状）に延びる複数本（本実施形態では１２本）の第３磁性体としての腕部２７ｂが形成されている。各腕部２７ｂは、固定部２７ａの外周面を等間隔（本実施形態では３０°間隔）に分割するように配置されている。また、軸線Ｌに直交する方向の外側に位置する各腕部２７ｂの先端部（外側端）は、相互に連結されておらず開放状態とされている。また、各腕部２７ｂにおいてシャフト１２（固定部２７ｂ）側には、それぞれ導線が巻回されて界磁コイル２９が形成されている。軸線Ｌから、当該軸線Ｌと直交する方向の外側に位置する各界磁コイル２９の端部までの寸法は、何れも同一寸法に設定されているとともに、軸線Ｌからステータコイル２０の内周面までの寸法よりも小さく設定されている。

界磁極２６は、主電動機部２５（ステータ１７）に対して、界磁極コア２７の各腕部２７ｂの先端部をバイパスコア２２の両端部に形成された凹部２２ａに挿入するように組み付けられている。界磁極コア２７をステータ１７に組み付けた状態において、各腕部２７ｂの先端部（先端面）は、バイパスコア２２に対して密着されており、各腕部２７ｂ（界磁極コア２７）とバイパスコア２２（ステータ１７）とは、磁気的に連結されている。また、界磁極コア２７の固定部２７ａには、シャフト１２が挿通される。固定部２７ａの内周面とシャフト１２の外周面とは、相互に平行となるように対向配置されているとともに、両周面の間には僅かな隙間（例えば、０．３ｍｍ）が形成されている。本実施形態では、固定部２７ａの内周面がギャップ面２７ｇとなる。このように、本実施形態において、界磁極コア２７は、ギャップ面２７ｇがシャフト１２の外周面と向かい合うように（対向するように）配設されている。したがって、界磁極コア２７（各腕部２７ｂ）とシャフト１２とは、ギャップ面２７ｇを介して磁気的に連結されている。また、本実施形態の各腕部２７ｂは、シャフト１２とバイパスコア２２とを磁気的に連結するように延在する鋼板を複数枚、積層して形成されていると把握できる。

また、界磁極コア２７をステータ１７に組み付けた状態において、界磁コイル２９は、ロータ１５に対応する位置に配置されるとともに、空間Ｓａに対して挿入された状態となる。すなわち、界磁コイル２９とロータ１５とは、ステータコイル２０よりも軸線Ｌに沿った方向の内側（ロータ１５側）で対向している。また、界磁極コア２７をステータ１７に組み付けた状態において、各腕部２７ｂの間には、各腕部２７ｂとバイパスコア２２とに囲まれるように、シャフト１２の端面側から見て略三角形状の空間Ｓｂが形成される（図１に示す）。

本実施形態のモータ１１では、この空間Ｓｂを介して、ステータコイル２０へ通電するための図示しない導線がハウジング部材１４ｂ側からモータ１１の外部へ引き出されている。また、各界磁極コア２７の界磁コイル２９には、磁路（界磁磁束の流れ）がステータ１７（バイパスコア２２）側からシャフト１２側へ向かうように形成されるように、それぞれ電流が流されるようになっている。なお、軸線Ｌに沿った方向における主電動機部２５の両端部は、前述したハウジング部材１４ａ，１４ｂに覆われており、ロータ１５、ステータ１７の内部、及び界磁極２６が露出しないようになっている。

次に、以上のように構成したモータ１１の作用について、各界磁コイル２９に通電した際に形成される磁路（界磁磁束の流れ）を中心に説明する。
図２に示すように、本実施形態のモータ１１において、各界磁コイル２９に電流が流されることにより各腕部２７ｂに発生された界磁磁束は、両界磁極２６の中間点へ向かって相互に対向するようにシャフト１２を通過する（矢印Ｙ１に示す）。そして、各界磁コイル２９で発生された界磁磁束は、シャフト１２内で反発し合う（ぶつかり合う）とともに、シャフト１２の軸線Ｌに直交する方向（ロータ１５の直径方向）へ誘導される（矢印Ｙ２に示す）。ロータ１５の各ロータティース１６を通過した界磁磁束は、各ステータティース１９を通過してバイパスコア２２に入るとともに、各界磁極２６へ向かって誘導される（矢印Ｙ３に示す）。そして、バイパスコア２２から各界磁極コア２７の腕部２７ｂに入った界磁磁束は、各腕部２７ｂを通過するとともにギャップ面２７ｇを介して再びシャフト１２へ入る（矢印Ｙ４に示す）。

このように、本実施形態のモータ１１では、シャフト１２、ロータ１５のロータティース１６、バイパスコア２２、及び界磁極２６の界磁極コア２７（腕部２７ｂ）の順に通過し、再びシャフト１２へ入るように環状（ループ状）の磁路（界磁磁束の流れ）が形成される（矢印Ｙ１〜Ｙ４に示す）。このため、本実施形態のモータ１１において、ロータ１５のロータティース１６は、界磁磁束によってＮ極の極性を持つことになる。すなわち、本実施形態では、ロータティース１６（界磁磁束）が、永久磁石同期モータにおけるロータに配設された永久磁石と同様の働きを持つことになる。

また、本実施形態のモータ１１では、各界磁コイル２９に流す電流量を増加させることで界磁磁束を増加させ、より大きなトルクを得ることができる。その一方で、本実施形態のモータ１１では、高速回転時において各界磁コイル２９に流す電流量を減少させることで界磁磁束を減少させ、最大回転数を向上させることができる。すなわち、本実施形態のモータ１１では、強め磁界制御のみによって最大トルク及び最大回転数を向上させることができる。したがって、本実施形態のモータ１１では、ロータ１５に永久磁石を配設した場合に必要な弱め磁界制御が不要となり、その構成を簡略化できる。

また、本実施形態のモータ１１では、各ハウジング部材１４ａ，１４ｂに形成された通気孔、及び各腕部２７ｂ間に形成された空間Ｓｂを介して、モータ１１の外部の空気などの冷却媒体をモータ１１の内部に導入し、モータ１１の内部（ロータ１５、ステータコア１８、及びステータコイル２０など）を容易に冷却することができる。

したがって、本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）界磁極コア２７の各腕部２７ｂに形成した界磁コイル２９に通電することにより、シャフト１２、ロータ１５のロータティース１６、ステータ１７のバイパスコア２２によって磁路（界磁磁束の流れ）が形成できる。そして、各腕部２７ｂは、シャフト１２の軸線Ｌと直交する方向に延びるように形成されているとともに、各腕部２７ｂの間に空間Ｓｂを形成するように配置されている。このため、界磁極コア２７をなす腕部２７ｂの間に形成された空間Ｓｂを介して、モータ１１の内部に冷却媒体を導入し、モータ１１の内部を容易に冷却することができる。また、本実施形態では、腕部２７ｂの間に形成された空間Ｓｂを介して、モータ１１内に形成されるコイル（ステータコイル２０など）に通電するための導線を界磁極コア２７側から引き出すことが可能となり、導線の取り回しが容易にできる。

（２）特に、本実施形態のモータ１１では、ステータ１７にステータコイル２０が形成されており、モータ１１の側方から導線を引き出そうとした場合には、ステータコア１８や、バイパスコア２２を貫通するように引き出し口を設ける必要がある。この場合には、ステータコア１８や、バイパスコア２２に形成される磁路を部分的に分断する結果となり、モータ１１の出力低下や、ロータティース１６における磁束量が不均一となる虞がある。本実施形態では、モータ１１内に形成されるコイル（ステータコイル２０など）へ通電するための導線を、腕部２７ｂに間に形成される空間Ｓｂを介してハウジング部材１４ｂ側からモータ１１の外部へ引き出し可能とすることで、このような問題を好適に解決している。

（３）複数の腕部２７ｂは、シャフト１２から外側へ向けて放射状に延びるように形成されているとともに、各腕部２７ｂの先端部は、相互に連結されておらず開放状態とされている。このため、各腕部２７ｂの間の空間Ｓｂを大きく形成し易く、モータ１１の内部の冷却や、導線の取り回しをより容易にできる。

（４）界磁極コア２７のギャップ面２７ｇ（固定部２７ａの内周面）は、シャフト１２の外周面と向かい合うように配置した。このため、ステータ１７を通過した界磁磁束が界磁極コア２７（腕部２７ｂ）を通過して再びシャフト１２へ入るように磁路が形成され易くできる。したがって、ロータティース１６における界磁磁束量が減少することを抑制し、より大きなトルクを得ることができる。

（５）シャフト１２（主電動機部２５）の両端側に対を成すように界磁極２６を配設するとともに、各界磁極２６に形成された界磁コイル２９には、各界磁極２６からの磁路（界磁磁束の流れ）が相対向する方向に形成されるように電流が流されるようにした。このため、シャフト１２の両端側から磁路が相対向する方向に形成されるため、各界磁極２６で発生された界磁磁束同士がシャフト１２で反発しあうとともに、ロータ１５の直径方向の外側（ロータティース１６）へ誘導される。したがって、ロータ１５のロータティース１６における界磁磁束量を向上させ、より大きなトルクを得ることができる。

（６）界磁極コア２７を円盤状に形成する場合と比較して、磁性材料の使用量を削減できる。また、鋼板を積層して界磁極コア２７を形成するため、ＳＭＣで形成する場合と比較して界磁極コア２７の強度を向上させることができる。

（７）各腕部２７ｂを軸線Ｌに直交する方向に延びるように形成した。このため、界磁コイル２９の巻数を増加させる場合であっても、各腕部２７ｂの延びる方向に向かって順に巻回していけばよく、界磁コイル２９の直径が増大することに伴って軸線Ｌに沿った方向へモータ１１が大型化することを抑制できる。

（８）界磁極２６は、ステータ１７に対して、界磁極コア２７の各腕部２７ｂの先端部をバイパスコア２２の両端部に形成された凹部２２ａに挿入するように組み付けた。このため、単に、各腕部２７ｂの先端部がバイパスコア２２の両端面に接するように組み付ける場合と比較して、バイパスコア２２と界磁極コア２７（各腕部２７ｂ）との磁気的な連結を強めることができる。

（９）本実施形態のモータ１１では、ロータ１５から永久磁石を省略できる。一般に、永久磁石同期モータに使用される永久磁石は、希土類磁石など希少性が高く高価な永久磁石が使用されており、モータの製造コストが増加する原因の１つとなっていた。これに対し、本実施形態のモータ１１では、永久磁石が不要となり、モータ１１のコスト増加を抑制することができる。

（１０）また、本実施形態のモータ１１では、永久磁石を使用していないため、引きずり損の発生を抑制することができる。また、永久磁石同期モータにおいて、強め磁界制御や弱め磁界制御を行った場合には、Ｎ極とＳ極で磁束量がアンバランスとなってしまうが、本実施形態のモータ１１では、このような問題が生じない。

（１１）また、永久磁石をロータ１５の外周面に配設した構成や、ロータ１５に巻線した構成と比較して、永久磁石や巻線が飛散するのを防止する構成（ロータ１５を保護部材で覆うなど）が不要となり、ロータ１５の構成を簡略化することができる。したがって、最大回転数の向上に資する。

（１２）本実施形態のモータ１１では、永久磁石を用いる構成とは異なり、各界磁コイル２９に通電することによって界磁磁束を発生させる構成を採用している。このため、本実施形態では、各界磁コイル２９に流す界磁電流を制御することで界磁磁束量を自在に調整することができる。すなわち、本実施形態のモータ１１では、界磁電流の制御によって、界磁磁束を増加させて最大トルクを向上させたり、界磁磁束を減少させて最大回転数を向上させたりできる。特に、本実施形態のモータ１１では、強め磁界制御のみによって最大トルク及び最大回転数を向上させることができる。このため、モータ１１の制御構成を簡略化することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施形態について、図３及び図４にしたがって説明する。以下の説明では、既に説明した実施形態と同一構成、及び同一制御内容について同一符号を付すなどし、その重複する説明を省略及び簡略化する。なお、第２の実施形態では、界磁極コア２７の形状が第１の実施形態と異なっており、その他の部分は同一とされている。

図３及び図４に示すように、本実施形態の界磁極コア２７は、略円環状に形成された軟磁性材料からなる固定部２７ａと、各腕部２７ｂとが別体に形成されている。固定部２７ａには、シャフト１２が挿通されているとともに、固定部２７ａの内周面は、シャフト１２の外周面に対して僅かな隙間（例えば０．３ｍｍ）を介して対向配置されている。このため、固定部２７ａとシャフト１２とは、磁気的に連結されている。本実施形態では、固定部２７ａの内周面がギャップ面２７ｇとなる。

また、本実施形態の各腕部２７ｂは、軟磁性材料からなる複数枚の鋼板を、各腕部２７ｂが伸びる方向と直交し、且つ軸線Ｌに直交する方向（すなわち軸線Ｌまわりの周方向）に積層して形成されている。各腕部２７ｂは、固定部２７ａに対し、シャフト１２側の基端部（基端面）が固定部２７ａの外周面に密着するように固定されており、各腕部２７ｂと固定部２７ａとは、磁気的に連結されている。また、各腕部２７ｂには、ロータ１５（空間Ｓａ）に対応する位置（領域）において、軸線Ｌに沿った方向のうちロータ１５側に近接するように近接部Ｋが形成されている。また、各腕部２７ｂは、近接部Ｋから軸線Ｌに沿った方向のうちロータ１５とは反対側へ屈曲した後、ステータコイル２０よりも軸線Ｌに直交する方向の外側において、シャフト１２とは反対側の先端部（先端面）がバイパスコア２２（ステータ１７）の端面に向かう（対向する）ように再び屈曲されている。

そして、腕部２７ｂの近接部Ｋには、界磁コイル２９が巻回されている。このため、界磁コイル２９は、ロータ１５に対応する位置に配置されるとともに、空間Ｓａに対して挿入された状態となる。すなわち、界磁コイル２９とロータ１５とは、ステータコイル２０のコイルエンドよりも軸線Ｌに沿った方向の内側（ロータ１５側）で対向している。換言すれば、軸線Ｌに沿った方向において界磁コイル２９のロータ１５側の端部（コイルエンド）は、ステータコイル２０のコイルエンドよりもロータ１５側に位置している。

したがって、本実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１）〜（１２）に加えて、以下のような効果を得ることができる。
（１３）界磁極コア２７の各腕部２７ｂには、ロータ１５（空間Ｓａ）に対応する位置においてロータ１５側へ近接するように近接部Ｋが形成されるとともに、当該近接部Ｋに界磁コイル２９が巻回されている。このため、ロータ１５に対応する位置（領域）、すなわち、ステータに形成されるステータコイル２０が存在しない空間Ｓａを利用して界磁コイル２９を配置できる。このため、各界磁コイル２９がシャフト１２の軸線Ｌに沿った方向のうちロータ１５の反対側（モータ１１の外側）に突出することを抑制し、モータ１１の小型化を図ることができる。

（１４）また、各腕部２７ｂは、シャフト１２とバイパスコア２２とを磁気的に連結するように延在する鋼板を複数枚、積層して形成されている。このため、本実施形態では、同一形状の鋼板を積層するだけで近接部Ｋを含む腕部２７ｂの全体を簡便に形成することができる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 上記第２の実施形態において、各腕部２７ｂを形成する鋼板の積層方向は適宜変更してもよい。ただし、第２の実施形態のように、腕部２７ｂを簡便に形成する観点からは、鋼板の積層方向を各腕部２７ｂが伸びる方向と直交し、且つ軸線Ｌに直交する方向とするのが好ましい。

○ 上記第２の実施形態において、固定部２７ａ、及び各腕部２７ｂを一体に形成してもよい。同様に、上記第１の実施形態において、固定部２７ａ、及び各腕部２７ｂを別体に形成してもよい。

○ 上記各実施形態において、固定部２７ａを省略してもよい。すなわち、各腕部２７ｂのシャフト１２側の端面がシャフト１２の外周面と向かい合うように固定されておればよい。この場合、各腕部２７ｂのシャフト１２側の基端面がギャップ面２７ｇとなる。本別例では、各腕部２７ｂが界磁極コア２７をなす。

○ 上記各実施形態において、界磁極コア２７の腕部２７ｂの本数を適宜変更してもよい。
○ 上記各実施形態において、界磁極コア２７の各腕部２７ｂを異なる形状としてもよい。以下、図５にしたがって具体的に説明する。なお、図５は、シャフト１２の端面を正面にして見た状態を示すとともに、ハウジング部材１４ａ、ロータ１５（ロータティース１６）、ステータコア１８（ステータティース１９）、ステータコイル２０の図示を省略した模式図とされている。例えば、図５（ａ）に示すように、各腕部２７ｂは、軸線Ｌと交差しない方向に向かって延びるように形成してもよい。また、図５（ｂ）に示すように、各腕部２７ｂは、屈曲していてもよい。また、図５（ｃ）に示すように、各腕部２７ｂは、ステータ１７のバイパスコア２２側で複数に分岐していてもよく、また逆に固定部２７ａ（シャフト１２）側で複数に分岐していてもよい。すなわち、各腕部２７ｂは、軸線Ｌに沿った方向と交差する方向に延びるように形成されておればよい。より具体的に言えば、各腕部２７ｂは、シャフト１２の端面側から見て各腕部２７ｂの中心線の全部、又は一部がシャフト１２の軸線に沿った方向と交差しておればよく、中心線が軸線Ｌと交差していなくてもよい。また、各腕部２７ｂは、シャフト１２とステータ１７のバイパスコア２２とを磁気的に連結しておればどのような形状に形成してもよい。

○ 上記各実施形態において、図５（ｄ）に示すように、軸線Ｌに直交する方向の外側に位置する各腕部２７ｂの先端部（外側端）を相互に連結する円環状の連結部２７ｃを設けてもよい。このように形成しても、固定部２７ａ、各腕部２７ｂ、及び連結部２７ｃによって、空間Ｓｂを形成することができる。

○ 上記各実施形態において、各腕部２７ｂは、シャフト１２（固定部２７ａ）側、又はステータ１７側において、軸線Ｌに沿った方向のうちモータ１１の外側に向かって突出するように傾斜させてもよい。

○ 上記各実施形態において、バイパスコア２２の凹部２２ａを省略してもよい。この場合には、各腕部２７ｂの先端部（外側端）がバイパスコア２２の先端面に接触するように界磁極２６をステータ１７に組み付ければよい。

○ 上記各実施形態において、界磁コイル２９は、各腕部２７ｂに形成されておればよく、ステータ１７側、あるいは腕部２７ｂの全体にわたって形成されていてもよい。また、各界磁コイル２９は、ロータ１５に対応しない位置に形成されていてもよく、また空間Ｓａの外に配設されていてもよい。ただし、モータ１１を小型化する観点からは、上記各実施形態のように構成するのが好ましい。

○ 上記各実施形態において、主電動機部２５（シャフト１２）の片方側にのみ界磁極２６を設けてもよい。このように構成しても、界磁コイル２９に通電することによって、シャフト１２、ロータ１５のロータティース１６、バイパスコア２２、及び界磁極コア２７（各腕部２７ｂ）を順に通過して、再びシャフト１２に入るように環状の磁路（界磁磁束の流れ）を形成することができる。ただし、界磁極２６を片側だけ設ける構成とした場合には、発生させた界磁磁束の一部がロータ１５（ロータティース１６）へ入ることなくシャフト１２を通ってしまう可能性があるため、上記各実施形態のように構成することが好ましい。

○ 上記各実施形態において、ロータ１５のロータティース１６の数は、適宜変更してもよい。また、ステータ１７のステータティース１９の数は、適宜変更してもよい。すなわち、モータ１１は、１０極１２スロットに構成することに限られず、２０極２４スロットなど異なる構成としてもよい。

○ 上記実施形態において、分布巻により各ステータコイル２０を形成してもよい。
○ 上記各実施形態において、シャフト１２の磁路形成部位に別に軟磁性材料を配設してもよい。具体的に言えば、シャフト１２において、対をなす界磁極２６の各ギャップ面２７ｇと対応する位置の間の全周に亘って軟磁性材料からなる円環状のシャフトバイパスコアを配設する。この場合、シャフトバイパスコアは、シャフト１２の基部よりも渦電流損の少ない材質を用いるとよい。このように構成することで、ロータ１５に形成されたロータティース１６迄の磁路（界磁磁束の流れ）を形成し易くできる。したがって、ロータティース１６における界磁磁束量を向上させ、より大きなトルクを得ることができる。なお、この場合、シャフト１２の基部は、非磁性材料で形成してもよい。

○ 上記各実施形態において、各ロータティース１６の形状は適宜変更してもよい。すなわち、各ロータティース１６がロータ１５の直径方向へ磁束を通し易い凸極部として機能すればよい。

○ 上記各実施形態において、バイパスコア２２の形状は適宜変更してもよい。すなわち、バイパスコア２２は、ロータ１５のロータティース１６から受け入れた界磁磁束を各腕部２７ｂへ誘導可能であればよい。

○ 上記実施形態において、各ロータティース１６間に非磁性材料からなるスペーサを配設するようにしてもよい。
○ 上記実施形態において、モータ１１は、アウターロータ型のモータとして具体化してもよい。具体的に言えば、図６に示すように、シャフト１２には、軟磁性材料からなる有底筒状のアウターロータ本体（第１磁性体）３０ａがシャフト１２と一体に回転可能に固着されている。アウターロータ本体３０ａの内周面には、複数のロータティース（凸極部）１６が形成されている。アウターロータ本体３０ａ、及びロータティース１６は、アウターロータ３０をなす。また、アウターロータ３０の内側には、ステータ３１が配設されている。ステータ３１において、軟磁性材料からなる円筒状の鉄心（第２磁性体）３２の外周面には、複数のステータティース１９が形成されているとともに、各ステータティース１９には、ステータコイル２０が形成されている。また、鉄心３２の内側には、シャフト１２がベアリング１３を介して軸線Ｌまわりで回転可能に支持されている。また、鉄心３２外周面には、ステータティース１９よりもアウターロータ本体３０ａの底部側に、鉄心３２から外側へ向けて放射状に延びる複数本の腕部（第３磁性体）２７ｂが形成されている。本別例では、各腕部２７ｂが界磁極コア２７をなす。各腕部２７ｂには、それぞれ界磁コイル２９が形成されているとともに、アウターロータ本体３０ａの内周面において腕部２７ｂに対応する位置には、内側に帯状に突出する円環状の突出部３３が形成されている。各腕部２７ｂ、及び突出部３３は、複数枚の鋼板を積層して形成されている。このように構成しても、各界磁コイル２９に電流を流すことにより発生した磁束が各腕部２７ｂ、突出部３３、アウターロータ本体３０ａ、ロータティース１６、ステータティース１９、及び鉄心３２の順に通過し、再び各腕部２７ｂへ入るように、環状の磁路（界磁磁束の流れ）を形成することができる（矢印Ｙａ〜Ｙｃに示す）。なお、この場合、各腕部２７ｂ及び突出部３３は、ステータティース１９よりもアウターロータ本体３０ａの開口部側に設けてもよい。

以下、上記各実施形態、及び別例（変形例）から把握できる技術的思想を追記する。
（イ）前記複数の第３磁性体は、それぞれ前記シャフトの軸線に沿った方向と交差する方向に延びるように形成された請求項１に記載の回転電動機。

（ロ）第１磁性体を含むシャフトと、軟磁性体からなるとともに凸極部を有し前記シャフトに固定されるロータと、前記シャフトの軸線方向に沿って延びる第２磁性体を含むステータと、前記第１磁性体と前記第２磁性体とを磁気的に連結する第３磁性体、及び界磁コイルを含む界磁極と、を備え、前記界磁コイルに通電した際に前記第１磁性体、前記凸極部、前記第２磁性体、及び前記第３磁性体によって磁路が形成され、前記第３磁性体のギャップ面は、前記シャフトの外周面に向かうように形成された回転電動機（以下、技術的思想ロと示す）。

技術的思想ロによれば、第２磁性体を通過した界磁磁束が第３磁性体を通過して再びシャフトの第１磁性体へ入るように磁路が形成され易い。したがって、凸極部における界磁磁束量が減少することを抑制し、より大きなトルクを得ることができる。前述した特開２００８−４３０９９号公報（特許文献１）、及び特開２００９−２７３２３１号公報（特許文献２）では、界磁極コアのギャップ面がシャフト１２の外周面に向かうように構成されていない。技術的思想ロによれば、特許文献１，２の構成と比較して、第２磁性体を通過した界磁磁束が第３磁性体を通過して再びシャフトへ入るように磁路が形成され易くできる。なお、技術的思想ロにおける「第３磁性体」は、上記各実施形態のように複数の腕部２７ｂとして形成することに限られず、円盤状に形成することも含む。

１１…モータ（回転電動機）、１２…シャフト（第１磁性体）、１５…ロータ、１６…ロータティース（凸極部）、１７，３１…ステータ、２０…ステータコイル（電機子コイル）、２２…バイパスコア（第２磁性体）、２６…界磁極、２７…界磁極コア、２７ａ…固定部、２７ｂ…腕部（第３磁性体）、２７ｇ…ギャップ面、２９…界磁コイル、３０…アウターロータ、３０ａ…アウターロータ本体（第１磁性体）、３２…鉄心（第２磁性体）、Ｋ…近接部、Ｌ…軸線、Ｓｂ…空間。

Claims (6)

1. 第１磁性体を含むシャフトと、
   軟磁性体からなるとともに凸極部を有し前記シャフトに固定されるロータと、
   前記シャフトの軸線方向に沿って延びる第２磁性体を含むステータと、
   前記第１磁性体と前記第２磁性体とを磁気的に連結するとともに界磁コイルが巻回され、当該界磁コイルに通電した際に前記第１磁性体、前記凸極部、及び前記第２磁性体とともに磁路を形成する複数の第３磁性体を含む界磁極と、を備え、
   前記複数の第３磁性体は、各第３磁性体の間に空間を形成するように配置された回転電動機。
2. 前記複数の第３磁性体は、前記シャフトから外側へ向けて放射状に延びるように形成されるとともに、各第３磁性体の外側端は開放状態とされた請求項１に記載の回転電動機。
3. 前記ステータにおいて前記ロータとの対向面側には、複数の電機子コイルが形成されており、
   各第３磁性体には、前記ロータに対応する位置において前記シャフトの軸線方向のうち前記ロータ側へ近接するように近接部が形成され、前記界磁コイルは、前記近接部に巻回された請求項１又は請求項２に記載の回転電動機。
4. 前記各第３磁性体は、前記第１磁性体と前記第２磁性体とを磁気的に連結するように延在する鋼板を複数枚、積層して形成された請求項３に記載の回転電動機。
5. 前記各第３磁性体は、前記シャフトの外周面と向かい合うギャップ面を介して前記シャフトの第１磁性体と磁気的に連結された請求項１〜請求項４のうち何れか一項に記載の回転電動機。
6. 前記界磁極は、前記シャフトの両端側に対をなすように配設されており、
   各界磁コイルには、各界磁極からの前記磁路が相対向する方向に形成されるように電流が流される請求項１〜請求項５のうち何れか一項に記載の回転電動機。

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