JP2013128378A - 永久磁石式回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、ティースが等ピッチに配列されているステータコアを用いて、銅損の増大を抑え、効率を向上させることができると共に、コギングトルクの発生を抑えてトルク出力を向上させることができる永久磁石式回転電機を得る。
【解決手段】隣り合う第１ティース１０Ａと第２ティース１０Ｂの対に巻回された集中巻コイルを同相の相コイルに構成し、隣り合う相コイルを異相とする。各相コイルを構成する集中巻コイルが巻回される隣り合う第１ティース１０Ａと第２ティース１０Ｂの間のスロット先端部分の磁気抵抗を、隣り合う相コイル間のスロット先端部分の磁気抵抗より大きくする。第１溝１４および第２溝１５が、第１ティース１０Ａおよび第２ティース１０Ｂの先端面に、相コイルを構成する集中巻コイルが巻回される隣り合う第１ティース１０Ａと第２ティース１０Ｂの間のスロット先端部分側に変位して形成される。
【選択図】図１

Description

この発明は、極数とスロット数との比が１０ｎ：１２ｎ、又は１４ｎ：１２ｎ（但し、ｎは１以上の整数）に構成された永久磁石式回転電機に関する。

従来の永久磁石式同期モータは、極数が１０、スロット数が１２の構成において、ティースを第１ピッチと第１ピッチより小さい第２ピッチとを交互に有するように配置して、有効磁束量を確保し、トルク出力を向上させていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−９８９３７号公報

しかしながら、従来の永久磁石式同期モータでは、ティースが第１ピッチと第１ピッチより小さい第２ピッチとを交互に有するように配置されているので、コギングトルクが発生し、モータ作動時の振動や騒音の原因となっていた。さらに、ティースに巻回される集中巻コイルの巻回スペースは、第２ピッチに配置されているティース間のスロットに制約され、第１ピッチに配置されているティース間のスロットに無駄なスペースが生じてしまう。そこで、ティースが等ピッチに配列されているステータコアを用いたモータに比べ、巻線抵抗が大きくなり、銅損が大きくなり、効率の悪化をもたらすことになる。

この発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、ティースが等ピッチに配列されているステータコアを用いて、銅損の増大を抑え、効率を向上させることができると共に、コギングトルクの発生を抑えてトルク出力を向上させることができる永久磁石式回転電機を得ることを目的とする。

この発明の永久磁石式回転電機は、周方向に異なる磁極が等ピッチで交互に形成されたロータと、それぞれ環状のコアバックの内周面から径方向内方に突設されて周方向に等角ピッチで配列された複数のティース基部、および該ティース基部の先端から周方向両側に延設された鍔部を有するステータコア、および該ステータコアの各ティース基部に集中巻きに巻回された複数の集中巻コイルからなるステータコイルを有し、上記ロータを囲繞するように上記ロータに同軸に配設されるステータと、を備え、極数とスロット数との比が１０ｎ：１２ｎ、又は１４ｎ：１２ｎ（但し、ｎは１以上の整数）に構成されている。そして、上記ステータコイルは、周方向に隣り合う２つの上記ティース基部に巻回された上記集中巻コイル同士が同相の相コイルとなり、かつ周方向に隣り合う該相コイルが異相となるように、上記複数の集中巻コイルを結線して３相巻線に構成され、各相コイルを構成する周方向に隣り合う上記集中巻コイル間のスロット先端部分の磁気抵抗が周方向に隣り合う異相の相コイル間のスロット先端部分の磁気抵抗より大きく形成され、コギングトルク抑制用溝が、溝方向を軸方向として、上記ティースのそれぞれの先端面に、相コイルを構成する周方向に隣り合う上記集中巻コイルが巻回されている上記ティースの間のスロット先端部分側に変位して凹設されている。

この発明によれば、各相コイルを構成する周方向に隣り合う集中巻コイル間のスロット先端部分の磁気抵抗が周方向に隣り合う異相の相コイル間のスロット先端部分の磁気抵抗より大きく形成されているので、ステータコイルに通電される電流値が大きい領域での磁束の漏れが抑制され、トルク出力を向上させることができる。
また、コギングトルク抑制用溝が、溝方向を軸方向として、ティースのそれぞれの先端面に、相コイルを構成する周方向に隣り合う集中巻コイルが巻回されているティースの間のスロット先端部分側に変位して凹設されているので、スロット先端部分の磁気抵抗を異ならせることにより発生するコギングトルクを低減することができる。
さらに、ティース基部が等角ピッチに配列されているので、スロットのスペースを無駄なく利用して集中巻コイルを巻回することができ、銅損が少なくなり、効率を向上させることができる。

この発明の実施の形態１に係る永久磁石式回転電機を示す断面図である。 比較例１の永久磁石式回転電機を示す断面図である。 比較例２の永久磁石式回転電機を示す断面図である。 永久磁石式回転電機のステータコイルに通電する電流値とトルク出力との関係を示すグラフである。 比較例３の永久磁石式回転電機を示す断面図である。 比較例４の永久磁石式回転電機を示す断面図である。 永久磁石式回転電機におけるコギングトルクを示すグラフである。 この発明の実施の形態２に係る永久磁石式回転電機におけるステータを示す要部断面図である。 この発明の実施の形態３に係る永久磁石式回転電機におけるステータを示す要部断面図である。 この発明の実施の形態４に係る永久磁石式回転電機におけるステータを示す要部断面図である。 ステータコイルの各相コイルに通電される電流のベクトル図である。 各相コイルに通電される電流を考慮した磁束量を示す図である。 この発明の実施の形態６に係る永久磁石式回転電機におけるステータを示す要部断面図である。 この発明の実施の形態７に係る永久磁石式回転電機におけるステータを示す要部断面図である。 この発明の実施の形態８に係る永久磁石式回転電機を示す断面図である。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石式回転電機を示す断面図である。

図１において、永久磁石式回転電機１は、回転軸３に一体に取り付けられたロータ２と、ロータ２を囲繞して設けられるステータ６と、を備えている。

ロータ２は、円筒状に作製され、軸心位置に嵌入された回転軸３に固着されたロータコア４と、ロータコア４の外周面に等角ピッチで配設された１０個の永久磁石５と、を備えている。周方向に配列された１０個の永久磁石５は、磁化方向が径方向内方と径方向外方とを交互に向くように磁化されている。そして、永久磁石５には、フェライト系磁石、ネオジ磁石、サマリウムコバルト系磁石などが用いられる。

ステータ６は、ロータ２を囲繞するようにロータ２に同軸に配設されるステータコア７と、ステータコア７に巻回されるステータコイル１７と、を備えている。

ステータコア７は、円環状のコアバック８と、それぞれコアバック８の内周面から径方向内方に突設された６本ずつの第１ティース１０Ａおよび第２ティース１０Ｂと、を備えており、例えば所定の形状に打ち抜かれた薄肉の電磁鋼板を積層して作製される。第１ティース１０Ａと第２ティース１０Ｂは、周方向に交互に、かつ等角ピッチで配列されている。

第１ティース１０Ａは、一定の周方向幅を有し、コアバック８の内周面から径方向内方に突出するティース基部１１と、ティース基部１１の先端から周方向一側に突出する第１鍔部１２ａと、ティース基部１１の先端から周方向他側に突出する第２鍔部１２ｂと、溝方向を軸方向とし、第１ティース１０Ａの先端面に凹設されたコギングトルク抑制用溝としての断面矩形の第１溝１４と、を有する。第１鍔部１２ａのティース基部１１の先端からの周方向の突出長さは、第２鍔部１２ｂのティース基部１１の先端からの周方向の突出長さより短くなっている。また、第１溝１４の形成位置は、ティース基部１１の周方向中心位置を通る線分（以下、中心線Ａとする）に対して第１鍔部１２ａ側に変位している。

第２ティース１０Ｂは、一定の周方向幅を有し、コアバック８の内周面から径方向内方に延在するティース基部１１と、ティース基部１１の先端から周方向一側に延在する第１鍔部１３ａと、ティース基部１１の先端から周方向他側に延在する第２鍔部１３ｂと、第２ティース１０Ｂの先端面に凹設されたコギングトルク抑制用溝としての断面矩形の第２溝１５と、を有する。第１鍔部１３ａのティース基部１１の先端からの周方向の突出長さは、第２鍔部１３ｂのティース基部１１の先端からの周方向の突出長さより長くなっている。また、第２溝１５の形成位置は、ティース基部１１の中心線Ａに対して第２鍔部１３ｂ側に変位している。

ここで、第１鍔部１２ａのティース基部１１の先端からの周方向の突出長さは、第２鍔部１３ｂのティース基部１１の先端からの周方向の突出長さに等しい。第２鍔部１２ｂのティース基部１１の先端からの周方向の突出長さは、第１鍔部１３ａのティース基部１１の先端からの周方向の突出長さに等しい。第１溝１４および第２溝１５は、それぞれティース基部１１の中心線Ａから第１ティース１０Ａと第２ティース１０Ｂの対間のスロット先端部分側に変位している。そして、第１溝１４および第２溝１５のティース基部１１の中心線Ａからの周方向の変位量は、等しい。

このように構成されたステータコア７では、第１鍔部１２ａと第２鍔部１３ｂとを向き合わせた第１ティース１０Ａと第２ティース１０Ｂの対が、周方向に等角ピッチで６対配列されている。そして、スロット１６がコアバック８、第１ティース１０Ａおよび第２ティース１０Ｂにより画成される。第１鍔部１２ａと第２鍔部１３ｂとの間の隙間（スロット開口幅）Ｓｂが第２鍔部１２ｂと第１鍔部１３ａとの間の隙間（スロット開口幅）Ｓａより広くなっている。これにより、同相の相コイルを構成する周方向に隣り合う集中巻コイル間のスロット先端部分の磁気抵抗が、周方向に隣り合う異相の相コイル間のスロット先端部分の磁気抵抗より大きくなる。

ステータコイル１７は、第１ティース１０Ａおよび第２ティース１０Ｂのそれぞれに導体線を集中巻きに巻回して構成された１２本の円環状の集中巻コイル１７Ｕ１，１７Ｕ２，１７Ｖ１，１７Ｖ２，１７Ｗ１，１７Ｗ２により構成される。そして、対となる第１ティース１０Ａと第２ティース１０Ｂに巻回された集中巻コイル１７Ｕ１，１７Ｕ２によりＵ相コイル１７Ｕが構成され、対となる第１ティース１０Ａと第２ティース１０Ｂに巻回された集中巻コイル１７Ｖ１，１７Ｖ２によりＶ相コイル１７Ｖが構成され、対となる第１ティース１０Ａと第２ティース１０Ｂに巻回された集中巻コイル１７Ｗ１，１７Ｗ２によりＷ相コイル１７Ｗが構成される。

ここでは、ステータコイル１７は、Ｕ相コイル１７Ｕ、Ｖ相コイル１７Ｖ、Ｗ相コイル１７Ｗ、Ｕ相コイル１７Ｕ、Ｖ相コイル１７Ｗ、Ｗ相コイル１７Ｗの順にステータコア７に巻装されて、３相巻線に構成されている。なお、集中巻コイル１７Ｕ１，１７Ｖ１，１７Ｗ１は導体線が同方向に巻回され、集中巻コイル１７Ｕ２，１７Ｖ２，１７Ｗ２は導体線が逆方向に巻回されている。

このように構成された永久磁石式回転電機１は、１０極、１２スロットの３相モータとして動作する。つまり、電気角で１２０度の位相差を持つＵ相、Ｖ相、Ｗ相励磁電流が制御回路（図示せず）からＵ相コイル１７Ｕ、Ｖ相コイル１７Ｖ、Ｗ相コイル１７Ｗに供給される。これにより、ステータ６に回転磁界が発生し、ロータ２が回転する。ロータ２が回転すると、永久磁石５よる磁束変化によって、Ｕ相コイル１７Ｕ、Ｖ相コイル１７Ｖ、Ｗ相コイル１７Ｗに誘起電圧が発生する。この誘起電圧によって、各相のそれぞれにトルクが発生する。そして、永久磁石式回転電機１としては、３相を合成したトルクが発生する。

この実施の形態１によれば、第１ティース１０Ａと第２ティース１０Ｂの対がティース基部１１が等角ピッチとなるように６対配列され、集中巻コイル１７Ｕ１，１７Ｕ２，１７Ｖ１，１７Ｖ２，１７Ｗ１，１７Ｗ２が第１ティース１０Ａと第２ティース１０Ｂのそれぞれに巻回されている。第１ティース１０Ａと第２ティース１０Ｂの各対に巻回された集中巻コイルは同相の相コイルを構成し、隣り合う第１ティース１０Ａと第２ティース１０Ｂの対に巻回された集中巻コイルは同相の相コイルを構成している。

そして、第１ティース１０Ａと第２ティース１０Ｂの対により画成されるスロット１６のスロット開口幅Ｓｂが、隣り合う対の第１ティース１０Ａと第２ティース１０Ｂにより画成されるスロット１６のスロット開口幅Ｓａより広くなっている。これにより、同相の相コイルを構成する周方向に隣り合う集中巻コイルが巻装される第１ティース１０Ａと第２ティース１０Ｂの第１鍔部１２ａと第２鍔部１３ｂの間の磁気抵抗が、異相の相コイルが巻装される周方向に隣り合う第１ティース１０Ａと第２ティース１０Ｂの第２鍔部１２ｂと第１鍔部１３ａの間の磁気抵抗より大きくなる。このように、同相間のスロット先端部分での磁気抵抗が異相間のスロット先端部分での磁気抵抗より大きいので、同相間のスロット先端部分での漏れ磁束が低減され、永久磁石式回転電機１におけるトルク出力の向上を図ることができる。

また、第１溝１４が、ティース基部１１の中心線Ａに対して第１鍔部１２ａ側に変位し、かつ第２溝１５が、ティース基部１１の中心線Ａに対して第２鍔部１３ｂ側に変位している。このように形成された第１溝１４および第２溝１５により発生するコギングトルク８１が、異なるスロット開口幅Ｓａ，Ｓｂを有することに起因して発生するコギングトルクを打ち消すように作用し、永久磁石式回転電機１で発生するコギングトルクを低減することができる。

また、第１ティース１０Ａおよび第２ティース１０Ｂはティース基部１１が等角ピッチとなるように配列されているので、ティースが不等ピッチで配列されている場合における銅損の増大が抑制され、モータ効率を向上できる。

つぎに、この実施の形態１によるトルク出力の向上効果について比較例１，２による永久磁石式回転電機と対比させて説明する。

まず、比較例１，２による永久磁石式回転電機の構成について説明する。図２は比較例１の永久磁石式回転電機を示す断面図、図３は比較例２の永久磁石式回転電機を示す断面図である。図２および図３において、図１と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

比較例１の永久磁石式回転電機１００では、図２に示されるように、ステータコア１０１は、円環状のコアバック８と、それぞれコアバック８の内周面から径方向内方に突設されて、周方向に等角ピッチに配設された１２本のティース１０２と、を有する。ティース１０２は、一定の周方向幅を有し、コアバック８の内周面から径方向内方に突出するティース基部１１と、ティース基部１１の先端から周方向両側に突出する鍔部１０３と、を有する。そして、周方向に隣り合うティース１０２の鍔部１０３間の隙間（スロット開口幅）はＳａとなっている。比較例１の永久磁石式回転電機１００は、ステータコア７に代えてステータコア１０１を用いている点を除いて、永久磁石式回転電機１と同様に構成されている。

比較例２の永久磁石式回転電機１０５では、図３に示されるように、ステータコア１０６は、円環状のコアバック８と、それぞれコアバック８の内周面から径方向内方に突設されて、周方向に等角ピッチに配設された１２本のティース１０７と、を有する。ティース１０７は、一定の周方向幅を有し、コアバック８の内周面から径方向内方に突出するティース基部１１と、ティース基部１１の先端から周方向両側に突出する鍔部１０８と、を有する。そして、周方向に隣り合うティース１０７の鍔部１０８間の隙間（スロット開口幅）はＳｂとなっている。比較例２の永久磁石式回転電機１０５は、ステータコア７に代えてステータコア１０６を用いている点を除いて、永久磁石式回転電機１と同様に構成されている。

ここで、永久磁石式回転電機１，１００，１０５において、ステータコイル１７に通電する電流値を変えてトルク出力を測定した結果を図４に示した。なお、図４中、永久磁石式回転電機１における測定結果を実線で示し、永久磁石式回転電機１００における測定結果を一点鎖線で示し、永久磁石式回転電機１０５における測定結果を点線で示した。

図４に示されるように、電流値が所定の電流値より小さい領域では、比較例１の永久磁石式回転電機１００のトルク出力が大きくなり、電流値が所定の電流値より大きい領域では、比較例２の永久磁石式回転電機１０５のトルク出力が大きくなる結果が得られた。つまり、電流値が所定の電流値より小さい領域では、スロット開口幅を狭くすることで、トルク出力を大きくでき、電流値が所定の電流値より大きい領域では、スロット開口幅を広くすることで、トルク出力を大きくできることがわかった。これは、電流が大きくなると、スロット先端部分、すなわち隣り合う鍔部１０３，１０８間での漏れ磁束の影響によってティース１０２，１０７での磁気飽和が顕著となったことに起因すると推考される。

図４に示されるように、永久磁石式回転電機１は、電流値が所定の電流値より小さい領域では、比較例１の永久磁石式回転電機１００と同等のトルク出力が得られ、電流値が所定の電流値より大きい領域では、比較例２の永久磁石式回転電機１０５と同等のトルク出力が得られた。すなわち、永久磁石式回転電機１は、電流値の大小に拘らず、大きなトルク出力が得られることがわかった。

図４から、全てのスロット開口幅がＳａの場合には、電流値が大きくなると、同相間のスロット先端部分での漏れ磁束が多くなり、ティースでの磁気飽和が顕著となり、トルク出力が低下したものと推考される。永久磁石式回転電機１では、同相間のスロット開口幅（Ｓｂ）を、異相間のスロット開口幅（Ｓａ）より広くしているので、特に電流値が大きくなった場合に問題となっていた同相間のスロット先端部分での漏れ磁束が低減され、電流値が所定の電流値より大きい領域で、比較例２と同等のトルク出力が得られたものと推考される。また、永久磁石式回転電機１では、異相間のスロット開口幅Ｓａを、同相間のスロット開口幅Ｓｂより狭くしているので、電流値が所定の電流値より小さい領域で、比較例１と同等のトルク出力が得られたものと推考される。このように、永久磁石式回転電機１では、電流値が大きくなった場合のトルク出力の低下がなく、トルクリニアリティーが改善される。

つぎに、この実施の形態１によるコギングトルクの低減効果について比較例１，３，４による永久磁石式回転電機を用いて説明する。

まず、比較例３による永久磁石式回転電機の構成について説明する。図５は比較例３の永久磁石式回転電機を示す断面図である。図５において、図１と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

比較例３の永久磁石式回転電機では、図５に示されるように、ステータコア１１１は、円環状のコアバック８と、それぞれコアバック８の内周面から径方向内方に突設されて、周方向に等角ピッチに配設されたそれぞれ６本の第１ティース１１２Ａおよび第２ティース１１２Ｂと、を有する。第１ティース１１２Ａは、一定の周方向幅を有し、コアバック８の内周面から径方向内方に突出するティース基部１１と、ティース基部１１の先端から周方向一側に突出する第１鍔部１２ａと、ティース基部１１の先端から周方向他側に突出する第２鍔部１２ｂと、を有する。

第２ティース１１２Ｂは、一定の周方向幅を有し、コアバック８の内周面から径方向内方に突出するティース基部１１と、ティース基部１１の先端から周方向一側に突出する第１鍔部１３ａと、ティース基部１１の先端から周方向他側に突出する第２鍔部１３ｂと、を有する。
このように構成されたステータコア１１１は、第１溝１４および第２溝１５が省略されている点を除いて、ステータコア７と同様に構成されている。

この比較例３の永久磁石式回転電機は、ステータコア７に代えてステータコア１１１を用いている点を除いて、永久磁石式回転電機１と同様に構成されている。

つぎに、比較例４による永久磁石式回転電機の構成について説明する。図６は比較例４の永久磁石式回転電機を示す断面図である。図６において、図１および図３と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

比較例４の永久磁石式回転電機では、図６に示されるように、ステータコア１０１Ａは、円環状のコアバック８と、それぞれコアバック８の内周面から径方向内方に突設されて、周方向に等角ピッチに配設されたそれぞれ６本の第１ティース１０２Ａおよび第２ティース１０２Ｂと、を有する。第１ティース１０２Ａは、一定の周方向幅を有し、コアバック８の内周面から径方向内方に突出するティース基部１１と、ティース基部１１の先端から周方向両側に突出する鍔部１０３と、溝方向を軸方向とし、第１ティース１０２Ａの先端面に凹設された第１溝１４と、を有する。また、第１溝１４の形成位置は、ティース基部１１の中心線Ａ（図示せず）に対して周方向一側に変位している。

第２ティース１０２Ｂは、一定の周方向幅を有し、コアバック８の内周面から径方向内方に突出するティース基部１１と、ティース基部１１の先端から周方向両側に突出する鍔部１０３と、溝方向を軸方向とし、第２ティース１０２Ｂの先端面に凹設された第２溝１５と、を有する。また、第２溝１５の形成位置は、ティース基部１１の中心線Ａに対して周方向他側に変位している。なお、第１溝１４のティース基部１１の中心線Ａからの周方向一側への変位量は、第２溝１５のティース基部１１の中心線Ａ（図示せず）からの周方向他側への変位量に等しい。
このように構成されたステータコア１０１Ａは、第１溝１４および第２溝１５が省略されている点を除いて、ステータコア１０１と同様に構成されている。

この比較例４の永久磁石式回転電機は、ステータコア１０１に代えてステータコア１０１Ａを用いている点を除いて、比較例１の永久磁石式回転電機１００と同様に構成されている。

ここで、比較例１，３，４の永久磁石式回転電機において、ロータ２を同じ位置から回転させた場合の回転角度に対するコギングトルクを測定した結果を図６に示した。

図６からわかるように、比較例１の永久磁石式回転電機１００では、極数（１０）とスロット数（１２）との組み合わせにより、６０山のコギングトルク８０が発生した。

比較例３の永久磁石式回転電機では、コギングトルク８０とコギングトルク８１とを合成したコギングトルクが発生した。比較例３の永久磁石式回転電機では、スロット開口幅が異なることからスロット開口部の磁気抵抗が異なる。コギングトルク８１は、このスロット開口部での磁気抵抗が異なることに起因して発生する３０山のコギングトルクである。コギングトルク８１の波高はコギングトルク８０の波高に比べて大きいので、図６では、比較例３の永久磁石式回転電機で発生したコギングトルクはコギングトルク８１のみを示した。

比較例４の永久磁石式回転電機では、コギングトルク８０とコギングトルク８２とを合成したコギングトルクが発生した。コギングトルク８２は、第１ティース１０２Ａおよび第２ティース１０２Ｂの先端面に形成されている第１溝１４および第２溝１５に起因して発生する３０山のコギングトルクである。コギングトルク８２の波高はコギングトルク８０の波高に比べて大きいので、図６では、比較例４の永久磁石式回転電機で発生したコギングトルクはコギングトルク８２のみを示した。そして、第１溝１４および第２溝１５がティース基部１１の中心線Ａに対して同相側に変位しているので、コギングトルク８１と逆位相のコギングトルク８２が得られた。

これらのことから、第１溝１４および第２溝１５がティース基部１１の中心線Ａに対して同相側に変位して形成されていることに起因して発生するコギングトルク８２が、スロット開口幅が異なることに起因して発生するコギングトルク８１と逆位相となり、コギングトルク８１を相殺できることがわかった。
永久磁石式回転電機１において、コギングトルクを測定したところ、比較例１の永久磁石式回転電機１００と同等に低く抑えることができるが確認できた。

なお、上記実施の形態１では、１０極と１２スロットの永久磁石式回転電機１について説明しているが、１４極と１２スロットの永久磁石式回転電機においても、同様の効果が得られる。

また、上記実施の形態１では、１０極と１２スロットの永久磁石式回転電機１について説明しているが、極数とスロット数はこれに限定されるものではなく、極数とスロット数との比が１０：１２であればよい。同様に、永久磁石式回転電機の極数とスロット数との比は１０：１２に限定されるものではなく、極数とスロット数との比が１４：１２でもよい。すなわち、本発明は、極数が１０ｎ、スロット数が１２ｎ、又は極数が１４ｎ、スロット数が１２ｎ、（但し、ｎは１以上の整数）の永久磁石式回転電機に適用できる。

また、上記実施の形態１では、対となる第１ティース１０Ａと第２ティース１０Ｂとのそれぞれに巻回された集中巻コイルを直列に接続して相コイルを構成するものとしているが、導体線を第１ティース１０Ａに集中巻きに巻回した後に、対となる第２ティース１０Ｂに逆向きに集中巻きに巻回して相コイルを構成してもよい。

実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２に係る永久磁石式回転電機におけるステータを示す要部断面図である。

図８において、断面半円形の第１溝１４Ａおよび第２溝１５Ａが第１ティース１０Ａおよび第２ティース１０Ｂの先端面に凹設されている。
なお、この実施の形態２では、このように構成されたステータコア７Ａを用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

このように構成された永久磁石式回転電機においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

なお、上記実施の形態１，２では、第１溝および第２溝が断面矩形または断面半円形の溝形状に形成されているものとしているが、第１溝および第２溝は断面形状に限定されない。

実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３に係る永久磁石式回転電機におけるステータを示す要部断面図である。

図９において、第１ティース１０Ａは、一定の周方向幅を有し、コアバック８の内周面から径方向内方に突出するティース基部１１と、ティース基部１１の先端から周方向一側に突出する第１鍔部１９ａと、ティース基部１１の先端から周方向他側に突出する第２鍔部１９ｂと、溝方向を軸方向とし、第１ティース１０Ａの先端面に凹設された断面矩形の第１溝１４と、を有する。第１鍔部１９ａのティース基部１１の先端からの周方向の突出長さは、第２鍔部１９ｂのティース基部１１の先端からの周方向の突出長さと等しい。また、第１鍔部１９ａの延出端の肉厚Ｈ１が第２鍔部１９ｂの延出端の肉厚Ｈ２より薄くなっている。なお、第１溝１４の形成位置は、ティース基部１１の中心線Ａに対して第１鍔部１９ａ側に変位している。

第１ティース１０Ｂは、一定の周方向幅を有し、コアバック８の内周面から径方向内方に突出するティース基部１１と、ティース基部１１の先端から周方向一側に突出する第１鍔部２０ａと、ティース基部１１の先端から周方向他側に突出する第２鍔部２０ｂと、溝方向を軸方向とし、第１ティース１０Ａの先端面に凹設された断面矩形の第２溝１５と、を有する。なお、第２溝１５の形成位置は、ティース基部１１の中心線Ａに対して第２鍔部２０ｂ側に変位している。

ここで、第１鍔部２０ａおよび第２鍔部２０ｂのティース基部１１の先端からの周方向の突出長さは、第１鍔部１９ａおよび第２鍔部１９ｂのティース基部１１の先端からの周方向の突出長さと等しい。また、第１鍔部２０ａの延出端の肉厚は第２鍔部１９ｂの延出端の肉厚Ｈ２と等しく、第２鍔部２０ｂ延出端の肉厚は第１鍔部１９ａの延出端の肉厚Ｈ１と等しい。第１溝１５のティース基部１１の中心線Ａからの周方向の変位量は、第１溝１４のティース基部１１の中心線Ａからの周方向の変位量に等しい。

なお、この実施の形態３では、このように構成されたステータコア７Ｂを用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

このように構成されたステータコア７Ｂでは、同相間のスロット開口幅と異相間のスロット開口幅は共にＳａとなっているが、第１ティース１０Ａの第１鍔部１９ａと第２ティース１０Ｂの第２鍔部２０ｂの延出端の肉厚Ｈ１が第１ティース１０Ａの第２鍔部１９ｂと第２ティース１０Ｂの第１鍔部２０ａの延出端の肉厚Ｈ２より薄くなっているので、同相間のスロット先端部分での磁気抵抗が異相間のスロット先端部分の磁気抵抗より大きくなっている。
また、第１溝１４および第２溝１５がティース基部１１の中心線Ａに対して同相側に変位して形成されている。

したがって、この実施の形態３においても、上記実施の形態１と同様に、トルク出力が向上されるとともに、コギングトルクを低減できる。

実施の形態４．
図１０はこの発明の実施の形態４に係る永久磁石式回転電機におけるステータを示す要部断面図である。

図１０において、第１ティース１０Ａは、一定の周方向幅を有し、コアバック８の内周面から径方向内方に突出するティース基部１１と、ティース基部１１の先端から周方向一側に突出する第１鍔部２１ａと、ティース基部１１の先端から周方向他側に突出する第２鍔部２１ｂと、溝方向を軸方向とし、第１ティース１０Ａの先端面に凹設された断面矩形の第１溝１４と、を有する。第１鍔部２１ａのティース基部１１の先端からの周方向の突出長さは、第２鍔部２１ｂのティース基部１１の先端からの周方向の突出長さより短い。また、第１鍔部２１ａの延出端の肉厚Ｈ１が第２鍔部２１ｂの延出端の肉厚Ｈ２より薄くなっている。なお、第１溝１４の形成位置は、ティース基部１１の中心線Ａに対して第１鍔部２１ａ側に変位している。

第１ティース１０Ｂは、一定の周方向幅を有し、コアバック８の内周面から径方向内方に突出するティース基部１１と、ティース基部１１の先端から周方向一側に突出する第１鍔部２２ａと、ティース基部１１の先端から周方向他側に突出する第２鍔部２２ｂと、溝方向を軸方向とし、第１ティース１０Ａの先端面に凹設された断面矩形の第２溝１５と、を有する。なお、第２溝１５の形成位置は、ティース基部１１の中心線Ａに対して第２鍔部２２ｂ側に変位している。

ここで、第１鍔部２２ａのティース基部１１の先端からの周方向の突出長さは、第２鍔部２１ｂのティース基部１１の先端からの周方向の突出長さと等しい。第２鍔部２２ｂのティース基部１１の先端からの周方向の突出長さは、第１鍔部２１ａのティース基部１１の先端からの周方向の突出長さと等しい。また、第１鍔部２２ａの延出端の肉厚は第２鍔部２１ｂの延出端の肉厚Ｈ２と等しく、第２鍔部２２ｂの延出端の肉厚は第１鍔部２１ａの延出端の肉厚Ｈ１と等しい。第１溝１５のティース基部１１の中心線Ａからの周方向の変位量は、第１溝１４のティース基部１１の中心線Ａからの周方向の変位量に等しい。

なお、この実施の形態４では、このように構成されたステータコア７Ｃを用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

このように構成されたステータコア７Ｃでは、同相間のスロット開口幅Ｓｂが異相間のスロット開口幅Ｓａより広くなっており、かつ、第１ティース１０Ａの第１鍔部２１ａと第２ティース１０Ｂの第２鍔部２２ｂの延出端の肉厚Ｈ１が第１ティース１０Ａの第２鍔部２１ｂと第２ティース１０Ｂの第１鍔部２２ａの延出端の肉厚Ｈ２より薄くなっているので、同相間のスロット先端部分での磁気抵抗が異相間のスロット先端部分の磁気抵抗より大きくなっている。
また、第１溝１４および第２溝１５がティース基部１１の中心線Ａに対して同相側に変位して形成されている。

したがって、この実施の形態４においても、上記実施の形態１と同様に、トルク出力が向上されるとともに、コギングトルクを低減できる。

実施の形態５．
図１１はステータコイルの各相コイルに通電される電流のベクトル図、図１２は各相コイルに通電される電流を考慮した磁束量を示す図である。なお、図１２において、ティースＵ＋およびティースＵ−にはＵ相を構成する集中巻コイルが巻回され、ティースＶ−にはＶ相を構成する集中巻コイルが巻回され、ティースＷ＋にはＷ相を構成する集中巻コイルが巻回され、ティースＵ＋およびティースＷ＋には導体線が順方向に巻回され、ティースＵ−およびティースＶ−には導体線が逆方向に巻回されているものとする。

３相電流における各相コイルに通電される電流は、図１１に示されるように、１２０度の位相差を持つ。隣り合う２つのティースに同相の集中巻コイルが巻回されている場合、図１２に示されるように、ティースＵ＋，Ｕ−における磁束量は（０，２）となり、その大きさは２となる。また、ティースＷ＋，Ｕ＋における磁束量は（−√３／２，−３／２）となり、その大きさは√３となる。また、ティースＵ−，Ｖ−における磁束量は（√３／２，３／２）となり、その大きさは√３となる。
これらのことから、同相間のスロット部分の磁束量が２となり、異相間のスロット部分の磁束量が√３となり、同相間のスロット先端部分での漏れ磁束量が異相間のスロット先端部分での漏れ磁束量より多くなることがわかる。

したがって、永久磁石式回転電機１において、同相間のスロット開口幅Ｓｂと異相間のスロット開口幅Ｓａとを、Ｓｂ：Ｓａ＝２：√３を満足するように構成することで、同相間のスロット先端部分と異相間のスロット先端部分での漏れ磁束量をほぼ同じにすることができる。

実施の形態６．
図１３はこの発明の実施の形態６に係る永久磁石式回転電機におけるステータを示す要部断面図である。

図１３において、保持溝としての断面矩形の第３溝２５が、溝方向を軸方向として、第１ティース１０Ａおよび第２ティース１０Ｂの先端面のティース基部１１の中心線Ａが通る位置に凹設されている。
なお、この実施の形態６では、このように構成されたステータコア７Ｄを用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

このように構成されたステータコア７Ｄでは、第３溝２５が第１ティース１０Ａおよび第２ティース１０Ｂの先端面のティース基部１１の中心線Ａが通る位置に形成されているので、第３溝２５での磁気抵抗が増大され、ステータの突極磁極数を擬似的に増加させるのと同じ磁気的効果が得られる。その結果、ロータの１回転当たりの脈動数が増加され、コギングトルクを低減できる。

実施の形態７．
図１４はこの発明の実施の形態７に係る永久磁石式回転電機におけるステータを示す要部断面図である。

図１４において、コギングトルク抑制用穴としての断面矩形の貫通穴２６が、第１ティース１０Ａの先端側に、穴方向を軸方向として、ティース基部１１の中心線Ａに対して第１鍔部１２ａ側に変位して穿設されている。同様に、貫通穴２６が、第２ティース１０Ｂの先端側に、穴方向を軸方向として、ティース基部１１の中心線Ａに対して第２鍔部１３ｂ側に変位して穿設されている。
なお、この実施の形態７では、このように構成されたステータコア７Ｅを用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

このように構成されたステータコア７Ｅでは、貫通穴２６が第１ティース１０Ａおよび第２ティース１０Ｂの先端側に、ティース基部１１の中心線Ａに対して同相側、すなわち第１ティース１０Ａと第２ティース１０Ｂ間のスロット先端部分側に変位して形成されているので、貫通穴２６が異なるスロット開口幅Ｓａ，Ｓｂを有することに起因して発生するコギングトルクを打ち消すように作用する。
したがって、この実施の形態７においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。

この種のステータコアは、絶縁性の向上やモータ温度の低減を目的とし、樹脂モールドされる場合がある。上記実施の形態１によるステータコア７では、第１溝１４および第２溝１５が第１ティース１０Ａおよび第２ティース１０Ｂの先端面に凹設されているので、モールド樹脂が第１溝１４および第２溝１５に充填される。そして、第１溝１４および第２溝１５に充填硬化されたモールド樹脂は、永久磁石式回転電機の作動中に第１溝１４および第２溝１５から飛び出し、ロータ２とステータコア７との間に挟み込まれ、永久磁石式回転電機の損傷事故につながる恐れがある。そこで、ステータコア７を樹脂モールドする場合には、カバーなどを取り付けて、モールド樹脂が第１溝１４や第２溝１５に入り込まないようにする必要があり、作業性が悪化してしまう。

この実施の形態７によれば、第１溝１４および第２溝１５に代えて貫通穴２６を形成しているので、カバーなどを取り付ける必要がなく、樹脂モールドの作業性が高められる。
なお、この実施の形態７において、第１ティース１０Ａおよび第２ティース１０Ｂの先端側のティース基部１１の中心線Ａが通る位置に補助貫通穴を軸方向に貫通するように形成すれば、上記実施の形態６と同様に、ロータの１回転当たりの脈動数が増加され、コギングトルクを低減することができる。

実施の形態８．
図１５はこの発明の実施の形態８に係る永久磁石式回転電機を示す断面図である。

図１５において、ステータコア７Ｆは、円環状のコアバック８と、それぞれコアバック８の内周面から径方向内方に突設された６本ずつの第１ティース３０Ａおよび第２ティース３０Ｂと、を備えている。第１ティース３０Ａと第２ティース３０Ｂは、周方向に交互に、かつ等角ピッチで配列されている。

第１ティース３０Ａは、周方向幅が先端側に向って漸次細くなる先細り形状を有し、コアバック８の内周面から径方向内方に突出するティース基部１１Ａと、ティース基部１１Ａの先端から周方向一側に突出する第１鍔部１２ａと、ティース基部１１Ａの先端から周方向他側に突出する第２鍔部１２ｂと、溝方向を軸方向とし、第１ティース３０Ａの先端面に凹設された断面矩形の第１溝１４と、を有する。第１鍔部１２ａのティース基部１１Ａの先端からの周方向の突出長さは、第２鍔部１２ｂのティース基部１１Ａの先端からの周方向の突出長さより短くなっている。また、第１溝１４の形成位置は、ティース基部１１Ａの中心線Ａに対して第１鍔部１２ａ側に変位している。

第２ティース３０Ｂは、周方向幅が先端側に向って漸次細くなる先細り形状を有し、コアバック８の内周面から径方向内方に延在するティース基部１１Ａと、ティース基部１１Ａの先端から周方向一側に延在する第１鍔部１３ａと、ティース基部１１Ａの先端から周方向他側に延在する第２鍔部１３ｂと、第２ティース３０Ｂの先端面に凹設された断面矩形の第２溝１５と、を有する。第１鍔部１３ａのティース基部１１Ａの先端からの周方向の突出長さは、第２鍔部１３ｂのティース基部１１Ａの先端からの周方向の突出長さより長くなっている。また、第２溝１５の形成位置は、ティース基部１１の中心線Ａに対して第２鍔部１３ｂ側に変位している。
このように構成されたステータコア７Ｆは、ティース基部１１Ａが、周方向幅が先端側に向って漸次細くなる先細り形状を有している点を除いて、上記ステータコア７と同様に構成されている。

なお、この実施の形態８では、このように構成されたステータコア７Ｆを用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

したがって、この実施の形態８においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
この実施の形態８によれば、ティース基部１１Ａが、周方向幅が先端側に向って漸次細くなる先細り形状を有しているので、一定の周方向幅を有するティース基部１１に比べて、ティース基部１１Ａの根元側での磁気飽和が緩和される。したがって、この実施の形態８による永久磁石式回転電機１Ａでは、磁束量が確保され、トルク出力を向上させることができる。

２ ロータ、６ ステータ、７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆ ステータコア、８ コアバック、１０Ａ，３０Ａ 第１ティース、１０Ｂ，３０Ｂ 第２ティース、１１，１１Ａ ティース基部、１２ａ，１９ａ，２１ａ 第１鍔部、１２ｂ，１９ｂ，２１ｂ 第２鍔部、１３ａ，２０ａ，２２ａ 第１鍔部、１３ｂ，２０ｂ，２２ｂ 第２鍔部、１４，１４Ａ 第１溝（コギングトルク抑制用溝）、１５，１５Ａ 第２溝（コギングトルク抑制用溝）、１６ スロット、１７ ステータコイル、１７Ｕ１，１７Ｕ２，１７Ｖ１，１７Ｖ２，１７Ｗ１，１７Ｗ２ 集中巻コイル、１７Ｕ Ｕ相コイル、１７Ｖ Ｖ相コイル、１７Ｗ Ｗ相コイル、２５ 第３溝（補助溝）、２６ 貫通穴（コギングトルク抑制用穴）。

Claims (7)

1. 周方向に異なる磁極が等ピッチで交互に形成されたロータと、それぞれ環状のコアバックの内周面から径方向内方に突設されて周方向に等角ピッチで配列された複数のティース基部、および該ティース基部の先端から周方向両側に延設された鍔部を有するステータコア、および該ステータコアの各ティース基部に集中巻きに巻回された複数の集中巻コイルからなるステータコイルを有し、上記ロータを囲繞するように上記ロータに同軸に配設されるステータと、を備え、極数とスロット数との比が１０ｎ：１２ｎ、又は１４ｎ：１２ｎ（但し、ｎは１以上の整数）に構成された永久磁石式回転電機において、
   上記ステータコイルは、周方向に隣り合う２つの上記ティース基部に巻回された上記集中巻コイル同士が同相の相コイルとなり、かつ周方向に隣り合う該相コイルが異相となるように、上記複数の集中巻コイルを結線して３相巻線に構成され、
   各相コイルを構成する周方向に隣り合う上記集中巻コイル間のスロット先端部分の磁気抵抗が周方向に隣り合う異相の相コイル間のスロット先端部分の磁気抵抗より大きく形成され、
   コギングトルク抑制用溝が、溝方向を軸方向として、上記ティースのそれぞれの先端面に、相コイルを構成する周方向に隣り合う上記集中巻コイルが巻回されている上記ティースの間のスロット先端部分側に変位して凹設されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
2. 周方向に異なる磁極が等ピッチで交互に形成されたロータと、それぞれ環状のコアバックの内周面から径方向内方に突設されて周方向に等角ピッチで配列された複数のティース基部、および該ティース基部の先端から周方向両側に延設された鍔部を有するステータコア、および該ステータコアの各ティース基部に集中巻きに巻回された複数の集中巻コイルからなるステータコイルを有し、上記ロータを囲繞するように上記ロータに同軸に配設されるステータと、を備え、極数とスロット数との比が１０ｎ：１２ｎ、又は１４ｎ：１２ｎ（但し、ｎは１以上の整数）に構成された永久磁石式回転電機において、
   上記ステータコイルは、周方向に隣り合う２つの上記ティース基部に巻回された上記集中巻コイル同士が同相の相コイルとなり、かつ周方向に隣り合う該相コイルが異相となるように、上記複数の集中巻コイルを結線して３相巻線に構成され、
   各相コイルを構成する周方向に隣り合う上記集中巻コイル間のスロット先端部分の磁気抵抗が周方向に隣り合う異相の相コイル間のスロット先端部分の磁気抵抗より大きく形成され、
   コギングトルク抑制用穴が、上記ティースのそれぞれの先端側に、相コイルを構成する周方向に隣り合う上記集中巻コイルが巻回されている上記ティースの間のスロット先端部分側に変位して軸方向に貫通するように形成されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
3. 相コイルを構成する周方向に隣り合う上記集中巻コイル間のスロット開口部の隙間Ｓｂと、周方向に隣り合う異相の相コイル間のスロット開口部の隙間Ｓａが、Ｓｂ＞Ｓａを満足するように構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の永久磁石式回転電機。
4. 上記スロット開口部の隙間Ｓｂと上記スロット開口部の隙間Ｓａとが、Ｓｂ＝（２／√３）×Ｓａを満足するように構成されていることを特徴とする請求項３記載の永久磁石式回転電機。
5. 補助溝が、溝方向を軸方向として、上記ティースそれぞれの先端面の、上記ティース基部の周方向中央位置に凹設されていることを特徴とする請求項１、請求項３および請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機。
6. 補助貫通穴が、上記ティースそれぞれの先端側の、上記ティース基部の周方向中央位置に軸方向に貫通して形成されていることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機。
7. 上記ティース基部は、その周方向幅が先端側に向って漸次細くなる先細り形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機。

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