JP2013027240A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁加振力の（２ｐ＋１）次の高調波成分を低減できる回転電機を提供する。
【解決手段】複数の永久磁石１２は軸Ｑ３の周りで環状に配置され、軸Ｑ３を中心とした周方向において交互に異なる磁極を発生する２ｐ個の磁極面を外周面に形成する。固定子は３ｐ個のティース３３を有する。３ｐ個のティース３３は延在部３１を有する。巻線は集中巻きで延在部３１に巻回される。ティース３３の対向面３２１は、回転子１に最も近い二点３２１ａを通りかつ軸Ｑ３を中心とした第１半径Ｒで規定される第１の仮想円弧Ａ１よりもバックヨーク３０側に近い第１形状を有し、二点３２１ａを通る第２半径ｒで規定される第２仮想円弧Ａ２と第１の仮想円弧Ａ１とによって囲まれる面積と、対向面３２１と第１仮想円弧Ａ１とによって囲まれる面積とを等しくする第２半径ｒは、第１半径Ｒよりも小さい。
【選択図】図２

Description

本発明は回転電機に関し、特に回転電機が有する固定子の形状に関する。

特許文献１には、ティースと、分布巻きでティースに巻回される巻線とを有するモータが記載されている。かかるモータにおいて、ティースの回転子側の先端部には補助溝が形成されている。これによってトルクリップル及びコギングトルクが低減される。特許文献１では１０極の永久磁石に対して、６０個のティースが設けられている。

特許文献２には、ブラシレスモータについて記載されている。かかるモータにおいて、コアの突極（ティース）の各々の先端部には２つの小歯が設けられている。当該２つの小歯は周方向で互いに離間している。よって突極の先端部には小歯によって挟まれる凹部が形成される。そして、この２つの小歯が互いに同極性の第１及び第２のマグネットとエアギャップを介して対面し、凹部が第１及び第２のマグネットとは異なる極性の第３のマグネットとエアギャップを介して対面する。かかる構造においては、突極と第３のマグネットとの間のエアギャップは、第１及び第２のマグネットと突極との間のエアギャップよりも広い。これにより、第１及び第２のマグネットからの磁束が突極を介して、その隣の第３のマグネットへと短絡しないようにしている。

その他、本発明に関連する技術として特許文献３，４が開示されている。

特開２００６−１４９１６７号公報 特開２００５−２６９８５２号公報 特開２０１０−０９８９４７号公報 特開２００６−１８７１０３号公報

特許文献１ではモータに生じる電磁加振力については考慮されていない。これは、特許文献１のコイルが分布巻きで巻回されることから当然である。なお本願出願人は、集中巻きの回転電機に生じる電磁加振力の（２ｐ＋１）（ｐは極対数）次の高調波成分が、分布巻きの回転電機に生じる電磁加振力の（２ｐ＋１）次の高調波成分よりも高いことを発見した。図２０は、分布巻きの回転電機に生じる電磁加振力の（２ｐ＋１）次の高調波成分を破線で示し、集中巻きの回転電機に生じる電磁加振力の（２ｐ＋１）次の高調波成分を示している。図２０から理解できるように分布巻きの回転電機に生じる電磁加振力は極めて小さく、たとえ当業者であっても特許文献１から電磁加振力の低減を惹起することはない。

また特許文献１では１０極の永久磁石に対して、６０個のティースが設けられている。極数とティースとの個数が１対６である場合、仮に特許文献１において集中巻きでコイルを巻回したとしても、他の次数に比べて振動の要因となりやすい電磁加振力の（２ｐ＋１）次の高調波成分を適切に抑制することはできない。極数及びティースの個数の比と（２ｐ＋１）次の高調波成分との関連については実施の形態で述べる。

また特許文献２についても電磁加振力については全く考慮されていない。しかも、特許文献２のブラシレスモータはいわゆるステッピングモータであって、凹部は２０極のマグネットに対して６個の突極が設けられている。極数とティースとの個数が１０対３である場合にも、電磁加振力の（２ｐ＋１）次の高調波成分を適切に抑制することができない。

そこで、本発明は、電磁加振力の（２ｐ＋１）次の高調波成分を適切に低減できる回転電機を提供することを目的とする。

本発明にかかる回転電機の第１の態様は、固定子(3)及び回転子(1)を備え、前記回転子は、軸(Q3)を中心とした径方向において前記固定子に対して前記軸側で前記固定子と対面する外周面(11)と、前記軸の周りで環状に配置され、前記軸を中心とした周方向において交互に異なる磁極を発生する２ｐ（ｐは自然数）個の磁極面(11a〜11d)を前記外周面に形成する複数の永久磁石(12)とを有し、前記固定子は、前記軸を中心とした環状のバックヨーク(30)と、各々が、前記バックヨークから前記回転子へと前記径方向に沿って延在する延在部(31)と、前記延在部の前記バックヨークとは反対側の一端において前記回転子の前記外周面と対面する対向面(321)とを有する３ｐ個のティース(33)と、前記延在部に集中巻きで巻回される巻線(34)とを有し、前記ティースの前記対向面は、前記回転子に最も近い二点(321a)を通りかつ前記軸を中心とした第１半径（Ｒ）で規定される第１の仮想円弧(A1)よりも前記バックヨーク側に近い第１形状を有し、前記二点を通る第２半径（ｒ）で規定される第２仮想円弧(A2)と前記第１の仮想円弧とによって囲まれる面積と、前記対向面と前記第１仮想円弧とによって囲まれる面積とを等しくする前記第２半径は、前記第１半径よりも小さい。

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、前記対向面(321)の前記第１形状は、前記二点(321a)を通る円弧形状である。

本発明にかかる回転電機の第３の態様は、第１の態様にかかる回転電機であって、前記対向面(321)の第１形状は、前記二点(321a)と、前記周方向において前記二点の間に位置する中間点(321b)とがそれぞれ直線で繋がる形状である。

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、前記対向面(321)の前記第１形状は前記軸に沿う軸方向から見て前記回転子(1)側に突出する複数の突部を有する櫛歯形状であり、前記突部の前記回転子側の端面は前記第１仮想円弧に沿う。

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、前記突部の前記周方向における幅は前記対向面の中央部に比べてその両側で広く、前記突部の前記径方向における幅は前記中央部に比べてその両側で狭い。

本発明にかかる回転電機の第６の態様は、第１ないし第５の何れか一つの態様にかかる回転電機であって、前記対向面(321)の少なくとも一つは、前記軸に垂直な第１断面において前記第１形状を有し、前記軸に垂直な第２断面おいて前記第一仮想円弧(A1)に沿う第２形状を有する。

本発明にかかる回転電機の第７の態様は、第６の態様にかかる回転電機であって、前記対向面(321)の前記少なくとも一つは、前記第１断面に対して前記第２断面とは反対側に位置して前記軸に垂直な第３断面において、前記第２形状を有する。

本発明にかかる回転電機の第８の態様は、第６又は第７の態様にかかる回転電機であって、前記バックヨーク(31)及び前記ティース(33)は前記軸方向において連結される複数のコア部(35A,35B)から形成され、前記第１断面及び前記第２断面は、複数のコア部のうちそれぞれ第１及び第２のコア部に位置し、前記第１のコア部において、前記ティースの全ての前記対向面が前記第１形状を有し、前記第２のコア部において、前記ティースの全ての前記対向面が前記第２形状を有する。

本発明にかかる回転電機の第９の態様は、第６又は第７の態様にかかる回転電機であって、前記バックヨーク(30)及び前記ティース(33)は、前記軸方向に積層される複数の電磁鋼板から形成され、前記複数の電磁鋼板は互いに同一形状を有し、前記複数の電磁鋼板の各々において、前記ティースのうち少なくも一つ(33B)に属する前記対向面は前記第１形状を有し、他の少なくとも一つ(33A)に属する前記対向面は前記第２形状を有し、前記複数の電磁鋼板の各々はその下層の電磁鋼板に対して前記周方向で１２０／ｐ度ずつ回転して積層される。

本発明にかかる回転電機の第１の態様によれば、回転子は振れ回りを伴って回転する。かかる回転において、固定子の中心（バックヨークの中心）を始点として回転子の中心（外周面の中心）へと向かう方向に対向面が位置するときに、（２ｐ＋１）次の電磁加振力が最大となる。そして、対向面が第１仮想円弧よりもバックヨークに近い第１形状を有する。即ち、対向面が第１仮想円弧に対してバックヨーク側に凹む。よってかかる凹み部においてエアギャップを増大でき、ひいては磁気抵抗を比較的高くすることができる。これによって、（２ｐ＋１）次の電磁加振力の最大値を低減することができる。しかも、前記第１及び前記第２の仮想円弧によって囲まれる面積は、前記対向面と前記第１仮想円弧とによって囲まれる面積と等しいので、他の次数の電磁加振力の増大を招きにくい。

本発明にかかる回転電機の第２の態様によれば、対向面の形状が滑らかに変化するので、他の次数の電磁加振力の増大をさらに招きにくい。

本発明にかかる回転電機の第３の態様によれば、中間点以外は対向面の形状が滑らかに変化するので、他の次数の電磁加振力の増大をさらに招きにくい。

本発明にかかる回転電機の第４の態様によれば、突部の端面が第１仮想円弧に沿うので、当該端面と回転子との間でエアギャップを測定しやすい。

本発明にかかる回転電機の第５の態様によれば、突部の幅が対向面の中央部に比べてその両側で広いので、固定子との間の平均的な磁気抵抗をその中央部において高めることができ、（２ｐ＋１）次の電磁加振力を低減できる。

本発明にかかる回転電機の第６の態様によれば、軸方向の第２位置において対向面が軸を中心とした円弧に沿うので、エアギャップを測定しやすい。

本発明にかかる回転電機の第７の態様によれば、軸方向において互いに離れた断面においてエアギャップを測定することができるので、回転子の傾きを調整しやすい。

本発明にかかる回転電機の第８の態様によれば、従来の第２形状を有する第２コア部を用いることができる。

本発明にかかる回転電機の第９の態様によれば、同一形状の電磁鋼板を用いつつも、請求項６又は７の回転電機を実現することができる。

回転電機の概念的な構成の一例を示す断面図である。 回転電機の概念的な構成の一部の一例を示す断面図である。 一つのティースの概念的な構成の一例を示す図である。 回転子が振れ回りを伴って回転する様子を示す図である。 回転子が振れ回りを伴って回転する様子を示す図である。 回転子が振れ回りを伴って回転する様子を示す図である。 回転子が振れ回りを伴って回転する様子を示す図である。 電磁加振力の一例を示す図である。 回転電機の概念的な構成の一例を示す断面図である。 一つのティースの概念的な構成の一例を示す図である。 図１０の対向面と第一仮想円弧とによって囲まれる面積を示す図である。 第一仮想円弧と第二仮想円弧とによって囲まれる面積を示す図である。 一つのティースの概念的な構成の一例を示す図である。 図１３の対向面と第一仮想円弧とによって囲まれる面積を示す図である。 第一仮想円弧と第二仮想円弧とによって囲まれる面積を示す図である。 固定子用コアの概念的な構成の一例を示す断面図である。 固定子用コアと回転子との概念的な構成の一例を示す斜視図である。 固定子用コアの概念的な構成の一例を示す断面図である。 固定子用コアの概念的な構成の一例を示す断面図である。 電磁加振力の一例を示す図である。

実施の形態．
＜回転電機＞
図１に例示するように、本回転電機は回転子１と固定子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。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。

回転子１と固定子３とは径方向においてエアギャップを介して互いに対面する。より詳細には、固定子３は回転子１に対して回転軸Ｐとは反対側において回転子１と対向する。なお、ここでは回転軸Ｐは固定子３の中心Ｑ３に相当すると把握する。

回転子１は外周面１１を有している。外周面１１は径方向において固定子３と対面する。図１の例示では、外周面１１は回転子用コア１０によって形成されている。回転子用コア１０は軟磁性体（例えば鉄）で構成され、例えば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１１は略円形状を有している。

また回転子１は複数の永久磁石１２を備えている。複数の永久磁石１２は例えば希土類磁石（例えばネオジム、鉄、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、複数の永久磁石１２は回転子用コア１０に設けられた格納孔に格納される。また図１の例示では、各永久磁石１２は直方体状の板状形状を有している。各永久磁石１２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１２は必ずしも図１に示す形状で配置される必要はない。各永久磁石１２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。

複数の永久磁石１２は周方向において交互に異なる磁極を発生する２ｐ（ｐは自然数）個の磁極面を外周面１１に形成する。図１の例示では、４個の永久磁石１２が設けられており、これら４個の永久磁石１２が周方向において交互に異なる極性の磁極面を外周面１１に向けて配置される。これにより、外周面１１には４個の磁極面１１ａ〜１１ｄが形成される。例えば、正極の磁極面を外周面１１に向けて配置された２つの永久磁石１２が、それぞれ外周面１１に正極の磁極面１１ａ，１１ｃを形成し、負極の磁極面を外周面１１に向けて配置された２つの永久磁石１２がそれぞれ外周面１１に負極の磁極面１１ｂ，１１ｄを形成する。

図１の例示では４つの永久磁石１２（いわゆる４極の回転子１）が例示されているが、回転子１は２個の永久磁石１２を有していてもよく、６個以上の永久磁石１２を有していてもよい。また図１の例示では、４つの永久磁石１２の各々が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１２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１２の各々が複数の永久磁石に分割されていてもよい。

図１の例示では、回転子用コア１０には永久磁石１２の周方向における両側において空隙１３，１４が形成されている。空隙１３は永久磁石１２の両側から径方向において外周面１１側に延在する。空隙１３は、永久磁石１２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。同じ磁極面に近接して設けられる空隙１３，１４についてみれば、空隙１４は空隙１３に対して磁極中心側に位置している。また空隙１４の径方向における幅は磁極中心に向かうに従って低減する。かかる空隙１４によって外周面１１の磁束密度の形状をより正弦波に近づけることができる。なお、空隙１３，１４は互いに離間することなく、連続していても良い。

回転子用コア１０は例えば軸方向に積層された電磁鋼板で構成されてもよい。これにより回転子用コア１０の軸方向における電気抵抗を高めることができ、以って回転子用コア１０を流れる磁束に起因した渦電流の発生を低減することができる。また回転子用コア１０は、意図的に電気的絶縁物（例えば樹脂）を含んで形成される圧粉磁心によって構成されてもよい。絶縁物が含まれているので圧粉磁心の電気抵抗は比較的高く、以って渦電流の発生を低減できる。

また図１の例示では、外周面１１が回転子用コア１０によって形成されているものの、永久磁石１２によって形成されていてもよい。言い換えれば、回転子１は埋込型の回転子でなくてもよく、永久磁石１２が回転子用コアの表面に取り付けられる表面取付型の回転子であってもよい。

固定子３は固定子用コア３５と電機子巻線３４とを備えている。固定子用コア３５は軟磁性体（例えば鉄）で構成され、バックヨーク３０と３ｐ個のティース３３とを備えている。バックヨーク３０は回転軸Ｐを中心とした環状の形状を有している。３ｐ個のティース３３は回転軸Ｐを中心として放射状に配置されている。バックヨーク３０は、ティース３３の径方向における両端のうち回転子１とは反対側の一端同士を連結する。

電機子巻線３４は径方向を軸としてティース３３に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。

かかる回転電機において、電機子巻線３４に適切に電流を流すことで、固定子３は回転子１へと回転磁界を印可することができる。回転子１は印加された回転磁界に応じて回転する。

次に、図２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２は、一つのティース３３とこれと対向する回転子１の一部とを模式的に示している。

ティース３３は延在部３１と対向面３２１とを有している。延在部３１はバックヨーク３０から回転軸Ｐへと径方向に沿って回転子１側へと延在する。対向面３２１は回転子１と径方向で対面する面である。図２の例示では、対向面３２１は鍔部３２によって形成されている。鍔部３２はバックヨーク３０とは反対側で延在部３１と連続している。また鍔部３２は延在部３１から周方向の互いに反対の二方向に広がっている。かかる鍔部３２によって、電機子巻線３４の巻き崩れを抑制することができる。

また対向面３２１は次で説明する形状を有している。ここではまず、対向面３２１の形状を説明する際に用いる第一仮想円弧Ａ１について説明する。第一仮想円弧Ａ１は、対向面３２１のうち最も回転軸Ｐに近い二点３２１ａを通り、かつ回転軸Ｐを中心とした第一半径Ｒによって規定される円弧である。なお回転軸Ｐに最も近い二点３２１ａとは、対向面３２１上の点のうち、回転軸Ｐに最も近い点と、その次に近い点を意味する。対向面３２１は、この第一仮想円弧Ａ１よりもバックヨーク３０に近い形状を有している。換言すれば、対向面３２１は第一仮想円弧Ａ１に対してバックヨーク３０側に後退した形状を有している。更に言い換えれば、対向面３２１は第一仮想円弧Ａ１に対して回転軸Ｐよりも遠い側で凹む。

図２の例示では、対向面３２１は第二仮想円弧Ａ２に沿う形状を有している。第二仮想円弧Ａ２は、二点３２１ａを通りかつ第一半径Ｒよりも小さい第二半径ｒによって規定される円弧である。当該円弧は二点３２１ａを通るので、第二半径ｒを規定する中心Ｑ２は中心Ｑ１，Ｑ３を結ぶ線分上に位置する。

これによって、対向面３２１の周方向における中央部３２１ｂが第一仮想円弧Ａ１に対してバックヨーク３０側に位置する。したがって、中央部３２１ｂにおける対向面３２１と回転子１との間のエアギャップＧ１は、二点３２１ａにおける対向面３２１と回転子１との間のエアギャップＧ２よりも大きい。

なお、図２の例示では、二点３２１ａは対向面３２１の周方向における両端と一致しているが、これに限らない。例えば図３に示すように、二点３２１ａが対向面３２１の周方向における両端よりも中央部３２１ｂ側に位置していても良い。図３の例示では、対向面３２１の周方向における両端と二点３２１ａとの間の部分が第一仮想円弧Ａ１に沿う形状を有している。

＜回転子の回転動作と電磁加振力＞
かかる回転電機において、上述したように回転子１は固定子３によって印加される回転磁界に応じて回転する。より詳細には、回転子１は振れ回りを伴って回転する。ここでいう振れ回りとは回転子１の中心Ｑ１が固定子３の中心Ｑ３の周りを回転する公転動作を意味する。かかる振れ回りは、回転子１が停止した状態における中心Ｑ１と中心Ｑ３とのずれ、回転子１の重量バランス、回転子１が駆動する負荷（例えば不図示の圧縮機）の重量バランス、或いは不図示のシャフトの剛性などに起因して生じる。

以下ではまず、振れ回りを伴う回転子１の回転について従来の回転電機を用いて説明する。図４〜図７は、回転子１が振れ回りを伴って回転する様子の一例を示している。図４〜図７では、回転子１を簡略して示し、従来の固定子におけるティース３３の内接円を破線で示している。なお、従来の固定子におけるティース３３の対向面３２１は第一仮想円弧Ａ１に沿う形状を有している。また図Ｘ（Ｘは５，６又は７）は、図（Ｘ−１）に対して回転子１が反時計回り方向に９０度回転した場合の様子を示している。図４〜７に示すように、回転子１は、その中心Ｑ１が固定子３の中心Ｑ３の周りを回転しつつ（即ち公転しながら）、中心Ｑ１の周りを自転する。

さて、回転磁界によって回転する回転子１においては、図４〜７に示すように、回転子１が自転すれば回転子１の中心Ｑ１もほぼ同じ角度だけ回転する。つまり、回転子１の自転と公転とがほぼ同期する。例えば図４から図５へと回転子１が９０度自転したときには、中心Ｑ１も中心Ｑ３の周りを９０度回転する。

このような振れ回りを伴う回転子１の回転によって、本回転電機には電磁加振力が生じる。これは次の理由による。即ち、図４〜７に例示する振れ回りを伴った回転によって、エアギャップによる磁気抵抗が不均一となり、これによって回転子１と固定子３との間の磁束密度に高調波成分が生じる。電磁加振力は磁束密度の２乗に基づいて表現されるので、磁束密度の高調波成分によって電磁加振力にも高調波成分が生じる。

図８は、本回転電機に生じる電磁加振力の（２ｐ＋１）（ここでは５）次の高調波成分と、従来の回転電機に生じる電磁加振力の（２ｐ＋１）次の高調波成分を示している。図８では、従来の回転電機についての電磁加振力が破線の曲線で示されている。その他の３つの曲線は本回転電機についての電磁加振力を示している。３つの曲線の別は、中央部３２１ｂと第一仮想円弧Ａ１の周方向における中央部との間の距離Ｗの相違によって生じている。一点鎖線で示された曲線は距離Ｗが０．１ｍｍである回転電機についての電磁加振力を示し、実線で示された曲線は距離Ｗが０．３ｍｍである回転電機についての電磁加振力を示し、二点差線で示されて曲線は距離Ｗが０．５ｍｍである回転電機についての電磁加振力を示している。

なお、図８の電磁加振力は、回転子１の中心Ｑ１と固定子３の中心Ｑ３とのずれ量が０．３ｍｍである場合のシミュレーションにより算出されたものである。

さて、図８から理解できるように、本回転電機によれば電磁加振力の（２ｐ＋１）次の高調波成分の最大値を低減することができる。これは以下の理由によると考察される。磁極面の個数（２ｐ個）とティース３３の個数（３ｐ個）との比が２対３である場合には、電磁加振力の（２ｐ＋１）次の高調波成分はそれぞれ次の状況で最大値と最小値を採る。即ち、中心Ｑ１，Ｑ３を結んだ直線Ｂ１がティース３３の周方向における中心に位置する場合（図１参照）に電磁加振力の（２ｐ＋１）次の高調波成分が最大となり、直線Ｂ１が隣り合うティース３３の間の中央に位置する場合（図９参照）に電磁加振力の（２ｐ＋１）次の高調波成分が最小となる。

本回転電機のティース３３の中央部３２１ｂにおけるエアギャップは、従来の回転電機のティースの中央部におけるエアギャップよりも広い。したがって、直線Ｂ１がティース３３の周方向における中心に位置するときに、（２ｐ＋１）次の高調波成分に対して磁気抵抗を増大させることができる。よって、（２ｐ＋１）次の高調波成分の最大値を低減することができる。

従来提案されている手法により、偶数次の電磁加振力は大きく低減されてきており、近年は相対的に奇数次、特に（２ｐ＋１）次の電磁加振力が大きくなってきているため、本回転電機によれば、効率的に振動を抑制することができる。

なお特許文献２に記載のモータを想定して、極数を２０、ティースの個数を６個として２１次（＝（２ｐ＋１）次）の高調波成分を計算したところ、直線Ｂ１がティースの中央に位置するときに（２ｐ＋１）次の高調波成分の最大値を採るという事象は確認されず、（２ｐ＋１）次の高調波成分の低減効果は確認されなかった。

また図２の例示では、ティース３３の対向面３２１は、第二仮想円弧Ａ２に沿う形状を有している。よって、対向面３２１と回転子１との間のエアギャップが周方向で滑らかに変化する。したがって、（２ｐ＋１）次以外の次数の高調波成分の増大を招きにくい。

＜対向面３２１の形状の他の例＞
図１０に例示するティース３３は、対向面３２１の形状という点を除いて図２に例示するティース３３と同様である。図１０の対向面３２１は、二点３２１ａと、周方向における二点３２１ａの中間点とがそれぞれ直線で繋がる形状を有している。なお図１０の例示では、中間点は中央部３２１ｂと一致しているものの、周方向の何れか一方にずれていても構わない。

また対向面３２１と第一仮想円弧Ａ１とによって囲まれる第一面積（図１１参照）と、第一仮想円弧Ａ１と第二仮想円弧Ａ２とによって囲まれる第二面積（図１２参照）とを等しくする第二半径ｒは、第一半径Ｒよりも小さい。

かかる対向面３２１の形状でも、対向面３２１の中央部３２１ｂと回転子１との間のエアギャップが、従来の回転電機における当該エアギャップよりも広い。よって、第１の実施の形態と同様に電磁加振力の（２ｐ＋１）次の高調波成分を低減することができる。しかも、中間点以外は対向面３２１の形状が滑らかに変化するので、他の次数の電磁加振力の増大を招きにくい。

なお、図２の対向面３２１は、第一半径Ｒよりも小さい第二半径ｒによって規定される第二仮想円弧に沿う形状を有している。よって図２の対向面３２１においても、第一面積と第二面積とを等しくする第二半径ｒは第一半径Ｒよりも小さい、という条件を満たす。

図１３に例示するティース３３は、対向面３２１の形状という点を除いて図２に例示するティース３３と同一である。対向面３２１は軸方向から見て回転子１側に突出する複数の突部を有する櫛歯形状を有している。当該突部の回転子１側の端面は第一仮想円弧Ａ１に沿っている。

また対向面３２１と第一仮想円弧Ａ１とによって囲まれる第一面積（図１４参照）と、第一仮想円弧Ａ１と第二仮想円弧Ａ２とによって囲まれる面積（図１５参照）とを等しくする第二半径ｒは、第一半径Ｒよりも小さい。

また図１３の例示では、各突部の周方向における幅は、対向面３２１の中央に比べてその両側で広く、各突部の径方向における幅（深さ）は対向面３２１の中央に比べてその両側で狭い（浅い）。これにより、対向面３２１と回転子１との間の平均的なエアギャップが、おおよそ第二仮想円弧Ａ２に沿う形状を有する。

かかる対向面３２１の形状によっても、対向面３２１の中央部３２１ｂと回転子１との間のエアギャップが、従来の回転電機における当該エアギャップよりも広い。なお、ここでいう中央部３２１ｂとは、対向面３２１の周方向における中央付近において突部の根元に相当する。したがって、第１の実施の形態と同様に電磁加振力の（２ｐ＋１）次の高調波成分を低減することができる。また平均的なエアギャップが第二仮想円弧Ａ２に沿う形状を有していれば、他の次数の高調波成分の増大を抑制することができる。しかも、突部の端面が第一仮想円弧Ａ１に沿うので、対向面３２１と回転子１との間のエアギャップを測定しやすい。

第２の実施の形態．
第２の実施の形態においては、ティース３３の少なくとも一つの対向面３２１の形状は、軸方向の第１断面において第１の実施の形態で述べた形状（例えば図２，１０，１３）を有し、軸方向の第２断面において第一仮想円弧Ａ１に沿う形状を有している。以下、図１６，１７も参照して本回転電機の具体例について説明する。

例えば図１７に示すように、固定子用コア３５は固定子用コア部３５Ａ，３５Ｂを有する。かかる固定子用コア部３５Ａにおいては、図１に例示するように３ｐ個のティース３３の全ての対向面３２１が第１の実施の形態で述べた形状を有し、固定子用コア部３５Ｂにおいては、図１６に例示するように、３ｐ個のティース３３の全ての対向面３２１が第一仮想円弧Ａ１に沿う形状を有する。

かかる固定子用コア部３５Ａ，３５Ｂが互いに軸方向で連結されて固定子用コア３５が形成される。図１７の例示では、例えば一つの固定子用コア部３５Ａと一つの固定子用コア部３５Ｂとが軸方向で互いに連結される。

かかる固定子用コア部３５Ａにおいては、対向面３２１が第一仮想円弧Ａ１に沿うので対向面３２１と回転子１との間のエアギャップを測定しやすい。図１７の例示では、対向面３２１と回転子１との間のエアギャップを測定するエアギャップゲージ５０も示されている。したがって、本回転電機によれば、固定子用コア部３５Ｂによって電磁加振力の（２ｐ＋１）次の高調波成分を低減できるとともに、固定子用コア部３５Ａによって対向面３２１と回転子１との間のエアギャップを測定しやすい。

また図１７に示すように、２つの固定子用コア部３５Ｂが軸方向で一つの固定子用コア部３５Ａを挟む位置関係で、固定子用コア部３５Ａ，３５Ｂが連結されてもよい。かかる固定子用コア３５によれば、対向面３２１は、第１断面に対して第２断面とは反対側に位置して回転軸Ｐに垂直な第３断面において、第一仮想円弧Ａ１に沿う形状を有する。なお、２つ以上の固定子用コア部３５Ａと２つ以上の固定子用コア部３５Ｂとが軸方向で互いに交互に連結されてもよい。

かかる固定子用コア３５によれば、軸方向における２カ所でエアギャップを測定することができる。よって、回転子１と固定子３との間の傾きを調整しやすい。

次に、固定子用コア３５の他の例について説明する。ここでは、固定子用コア３５は軸方向に沿う複数の電磁鋼板によって形成される。例えば各電磁鋼板は図１８に示す形状を有している。図１８に例示するように、３ｐ個のティース３３のうち少なくとも一つのティース３３Ｂの対向面３２１は、第１の実施の形態で述べた形状を有し、他の少なくとも一つのティース３３Ａの対向面３２１は第一仮想円弧Ａ１に沿う形状を有している。図１８の例示では、一つのティース３３Ａと（３ｐ−１）個のティース３３Ｂが設けられている。

そして、本固定子用コア３５は、図１８に例示する電磁鋼板を以下で述べるように回転させつつ積層することで形成される。即ち、電磁鋼板の各々はその下層の電磁鋼板に対して１２０／ｐ度回転される。例えば図１９の電磁鋼板は、図１８の電磁鋼板に対して、回転軸Ｐを中心として６０度回転させたものである。

したがって、積層後の固定子用コア３５において、所定の一つのティース３３の対向面３２１は、所定の電磁鋼板において第１の実施の形態で述べた形状を有し、別の電磁鋼板において第一仮想円弧Ａ１に沿う形状を有する。図１８の例示では、連続する５枚の電磁鋼板において所定の一つのティース３３の対向面３２１が第１の実施の形態で述べた形状を有し、その次の電磁鋼板において第一仮想円弧Ａ１に沿う形状を有する。よって、電磁加振力の（２ｐ＋１）次の高調波成分を低減するとともに、対向面３２１と回転子１との間のエアギャップの測定を容易とすることができる。

しかも、同一形状の電磁鋼板を用いて固定子用コア３５を形成できる。したがって、電磁鋼板を作成する際に用いる打ち抜き部材として、複数種類の打ち抜き部材を作成する必要がなく、製造を容易にできる。

１ 回転子
３ 固定子
１１ 外周面
１１ａ〜１１ｄ 磁極面
２０ 永久磁石
３０ バックヨーク
３３ ティース
３２１ 対向面
３２１ａ 二点
Ａ１，Ａ２ 仮想円弧
Ｐ 回転軸
Ｑ１，Ｑ３ 中心

Claims (9)

1. 固定子(3)及び回転子(1)を備え、
   前記回転子は、
   軸(Q3)を中心とした径方向において前記固定子に対して前記軸側で前記固定子と対面する外周面(11)と、
   前記軸の周りで環状に配置され、前記軸を中心とした周方向において交互に異なる磁極を発生する２ｐ（ｐは自然数）個の磁極面(11a〜11d)を前記外周面に形成する複数の永久磁石(12)と
   を有し、
   前記固定子は、
   前記軸を中心とした環状のバックヨーク(30)と、
   各々が、前記バックヨークから前記回転子へと前記径方向に沿って延在する延在部(31)と、前記延在部の前記バックヨークとは反対側の一端において前記回転子の前記外周面と対面する対向面(321)とを有する３ｐ個のティース(33)と、
   前記延在部に集中巻きで巻回される巻線(34)と
   を有し、
   前記ティースの前記対向面は、前記回転子に最も近い二点(321a)を通りかつ前記軸を中心とした第１半径（Ｒ）で規定される第１の仮想円弧(A1)よりも前記バックヨーク側に近い第１形状を有し、
   前記二点を通る第２半径（ｒ）で規定される第２仮想円弧(A2)と前記第１の仮想円弧とによって囲まれる面積と、前記対向面と前記第１仮想円弧とによって囲まれる面積とを等しくする前記第２半径は、前記第１半径よりも小さい、回転電機。
2. 前記対向面(321)の前記第１形状は、前記二点(321a)を通る円弧形状である、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記対向面(321)の第１形状は、前記二点(321a)と、前記周方向において前記二点の間に位置する中間点(321b)とがそれぞれ直線で繋がる形状である、請求項１に記載の回転電機。
4. 前記対向面(321)の前記第１形状は前記軸に沿う軸方向から見て前記回転子(1)側に突出する複数の突部を有する櫛歯形状であり、前記突部の前記回転子側の端面は前記第１仮想円弧に沿う、請求項１に記載の回転電機。
5. 前記突部の前記周方向における幅は前記対向面の中央部に比べてその両側で広く、前記突部の前記径方向における幅は前記中央部に比べてその両側で狭い、請求項４に記載の回転電機。
6. 前記対向面(321)の少なくとも一つは、前記軸に垂直な第１断面において前記第１形状を有し、前記軸に垂直な第２断面おいて前記第一仮想円弧(A1)に沿う第２形状を有する、請求項１ないし５の何れか一つに記載の回転電機。
7. 前記対向面(321)の前記少なくとも一つは、前記第１断面に対して前記第２断面とは反対側に位置して前記軸に垂直な第３断面において、前記第２形状を有する、請求項６に記載の回転電機。
8. 前記バックヨーク(30)及び前記ティース(33)は前記軸方向において連結される複数のコア部(35A,35B)から形成され、
   前記第１断面及び前記第２断面は、複数のコア部のうちそれぞれ第１及び第２のコア部に位置し、
   前記第１のコア部において、前記ティースの全ての前記対向面が前記第１形状を有し、前記第２のコア部において、前記ティースの全ての前記対向面が前記第２形状を有する、請求項６又は７に記載の回転電機。
9. 前記バックヨーク(30)及び前記ティース(33)は、前記軸方向に積層される複数の電磁鋼板から形成され、
   前記複数の電磁鋼板は互いに同一形状を有し、
   前記複数の電磁鋼板の各々において、前記ティースのうち少なくも一つ(33B)に属する前記対向面は前記第１形状を有し、他の少なくとも一つ(33A)に属する前記対向面は前記第２形状を有し、
   前記複数の電磁鋼板の各々はその下層の電磁鋼板に対して前記周方向で１２０／ｐ度ずつ回転して積層される、請求項６又は７に記載の回転電機。

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