JP2015042038A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】極数が多い場合でも、簡素な構造で振動および損音を低減できるとともに、発生トルクや発電量を十分に確保できる回転電機を提供すること。
【解決手段】環状のステータ１０と、ステータ１０の内側に回転自在に配置されたロータ１４とを備え、ステータ１０には、ロータ１４側に向かって突出した複数のステータティース２５が周方向に等間隔で設けられ、ロータ１４には、ステータ１０側に向かって突出した複数のロータティース３１が周方向に不等間隔で設けられ、周方向の少なくとも２箇所以上でステータティース２５およびロータティース３１が同時に正対し合うとともに、同時に正対し合うステータティース２５およびロータティース３１の周方向の間隔は、ロータ１４の回転角度にして、３６０°をステータ１０のステータ極数で除した角度と、３６０°をロータ１４のロータ極数で除した角度との最小公倍数の２倍以上の整数倍とされた角度になっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機に係り、スイッチトリラクタンス（以下、ＳＲ；Switched Reluctanceと略す）モータおよび同構造の発電機の改良に関する。

従来、振動や騒音を低減することを目的としたＳＲモータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようなＳＲモータでは、ステータコアとして積層される電磁鋼板において、各突極（ティース）間のバックヨークに対応した部分毎に剛性を異ならせたり、突極自身に対応した部分の剛性を異ならせたりしている。そして、そのような電磁鋼板を１枚毎に周方向に所定角度ずらしつつ、突極となる部分同士を重ね合わせるように積層することで、ステータコアを構成している。

このようなステータを用いると、各電磁鋼板における突極に対応した部分では、励磁によって生じる磁力方向の振動周波数を異ならせることが可能である。この結果、電磁力によりステータが変形して振動や騒音が起きた場合には、剛性が異なる部分同士が重なるように積層された電磁鋼板間で互いの干渉が生じ、摩擦力が働いて振動エネルギが消費されるため、振動の減衰が早まり、振動や騒音が早期に停止する。

一方、ＳＲモータとは異なるシンクロナスリラクタンス（Synchronous Reluctance）モータにおいて、トルクリップルを低減させる提案がなされている（例えば、特許文献２参照）。提案されたシンクロナスリラクタンスモータでは、ロータ外表面の分割磁路の中心位置（磁極の中心位置）を周方向で不等間隔としている。こうすることで、ロータ回転時にロータ外表面とステータとの間で生じる磁気抵抗変動の位相がずれることから、各磁極で磁気抵抗変動を打ち消し合わせることができ、トルクリップルを低減することが可能である。

そして、このような構成によって磁極毎の磁気抵抗変動の位相をずらすことはすなわち、電磁力の変動の位相をずらすことでもあるから、そのような構成をＳＲモータに適用することで、ＳＲモータでの振動および騒音を低減できる可能性がある。つまり、ＳＲモータでは、ロータにも所定数の突極が設けられるが、これらの突極を不等間隔で設けることで、ステータおよびロータ間で生じる電磁力の高調波成分を低減し、これに起因する振動や騒音を減少させるのである。

特開２０００−３７０４９号公報 特開２００１−１３６７１７号公報

しかしながら、近年のＳＲモータとしては、ステータ側の突極およびロータ側の突極の数が増加している。このため、振動、騒音を低減させるために、特許文献１のように、突極間毎にバックヨークの形状を工夫して剛性を異ならせたり、突極の形状を工夫して各突極の剛性を異ならせたりすることは、ティース、バックヨークの磁路幅または巻線可能な空間の確保が困難となり、体積当たりの出力の低下を招く。

また、振動、騒音を低減させるために、特許文献２の提案のように、ロータ側の突極を単に不等間隔で設けたのでは、１組のステータ側の突極およびロータ側の突極に関しては、互いの中心が一致するように対向（正対）するが、他の全ての突極同士が中心で対向しないという事象が起きてしまう。従って、このような状況では、ステータ側の電磁力がロータ側に十分に作用しない可能性があり、モータの場合であれば、ロータにて十分な発生トルクを得ることができず、発電機の場合では、鎖交磁束を大きく変化させることができずに発電量が低下するという問題がある。

しかも、極数の多いＳＲモータにおいては、互いに正対し合うステータ側の突極およびロータ側の突極の数も多く、多数の箇所の突極間で同時に発生する電磁力によってステータ円環部が収縮、拡張する。この電磁力は、励磁周波数の相数比倍の高調波を有しており、ステータ円環部との共振作用によって大きな電磁力が生じる。このため、そのようなＳＲモータでは、発生する電磁力による高調波が要因となり、大きな振動および騒音が生じることになる。さらに、ＳＲモータでの突極の数が多いことにより、励磁周波数が大きくなる一方で、ステータ外径が大きくなることで共振周波数が小さくなり、互いの周波数が近づいてステータおよびロータが共振し、振動および騒音も大きくなる。

しかし、特許文献１，２では、例えばロータ側でいえば、突極の数が４つ（特許文献１）または６つ（特許文献２）と少なく、電磁力の高調波やモータ固有振動数による共振が振動、騒音の要因であるといった知見に基づく問題可決手段については、一切触れられていない。特に、特許文献２のシンクロナスリラクタンスモータでは、周方向の磁気抵抗変動がＳＲモータほど大きくないため、ステータ円環部を縮小、拡張させるような電磁力の高調波がさほど大きくなく、特許文献２から前述の課題の解決手段を見出すことは難しい。

本発明の目的は、極数が多い場合でも、簡素な構造で振動および騒音を低減できるとともに、発生トルクや発電量を十分に確保できる回転電機を提供することである。

第１本発明に係る回転電機は、環状のステータと、前記ステータの内側または外側に回転自在に配置されたロータとを備える回転電機において、前記ステータには、前記ロータ側に向かって突出した複数のステータティースが周方向に等間隔で設けられ、前記ロータには、前記ステータ側に向かって突出した複数のロータティースが周方向に不等間隔で設けられ、周方向の少なくとも２箇所以上で前記ステータティースおよび前記ロータティースが同時に正対し合うとともに、同時に正対し合う前記ステータティースおよび前記ロータティースの周方向の間隔は、前記ロータの回転角度にして、３６０°を前記ステータのステータ極数で除した角度と、３６０°を前記ロータのロータ極数で除した角度との最小公倍数の２倍以上の整数倍とされた角度になっていることを特徴とする。
ここで、「ステータティースおよびロータティースが正対する」とは、各ティースの周方向の中心が一致する位置で互いに対向する状態のことをいう。

第２発明に係る回転電機では、前記最小公倍数の２倍以上の整数倍とされた角度は、前記ロータティースが設けられた位置における前記ロータの回転角度にして、３６０°×（相数−１）を前記ロータ極数で除してこれに所定角度を加えた第１角度、および３６０°×（相数−１）を前記ロータ極数で除してこれから前記所定角度を減じた第２角度の和であることが好ましい。

第３発明に係る回転電機では、前記ロータの隣接する前記ロータティース間の間隔としては、前記ロータの回転角度にして、３６０°を前記ロータ極数で除してこれに所定角度を加えた第３角度、３６０°を前記ロータ極数で除した第４角度、および３６０°を前記ロータ極数で除してこれから前記所定角度を減じた第５角度の３種類があることが好ましい。

第４発明に係る回転電機では、前記ロータティースの先端には、前記ステータに近接対向する対向面部が設けられ、前記対向面部の周方向の両側の辺縁は、周方向に突出した角部となっていることが好ましい。

第５発明に係る回転電機は、複数の電磁鋼板を積層して構成されたステータコアを有する環状のステータと、前記ステータの内側または外側に回転自在に配置されるとともに、複数の電磁鋼板を積層して構成されたロータコアを有するロータとを備えるスイッチトリラクタンス型の回転電機において、前記ステータコアには、前記ロータ側に向かって突出した複数のステータティースが周方向に等間隔で設けられ、前記ロータコアには、前記ステータコア側に向かって突出した複数のロータティースが周方向に不等間隔で設けられ、周方向の少なくとも２箇所以上で前記ステータティースおよび前記ロータティースが同時に正対し合うとともに、同時に正対し合う前記ステータティースおよび前記ロータティースの周方向の間隔は、前記ロータの回転角度にして、３６０°を前記ステータのステータ極数で除した角度と、３６０°を前記ロータのロータ極数で除した角度との最小公倍数の２倍以上の整数倍とされた角度になっており、前記最小公倍数の２倍以上の整数倍とされた角度は、前記ロータティースが設けられた位置における前記ロータの回転角度にして、３６０°×（相数−１）を前記ロータ極数で除してこれに所定角度を加えた第１角度、および３６０°×（相数−１）を前記ロータ極数で除してこれから前記所定角度を減じた第２角度の和であり、前記ロータの隣接する前記ロータティース間の間隔としては、前記ロータの回転角度にして、３６０°を前記ロータ極数で除してこれに所定角度を加えた第３角度、３６０°を前記ロータ極数で除した第４角度、および３６０°を前記ロータ極数で除してこれから前記所定角度を減じた第５角度の３種類があり、前記ロータティースの先端には、前記ステータに近接対向する対向面部が設けられ、前記対向面部の周方向の両側の辺縁は、周方向に突出した角部となっていることが好ましい。

第１発明によれば、ロータティースを不等間隔で設けるうえ、同時に正対し合うステータティースおよびロータティースの周方向の間隔を、従来の間隔に対してずらすので、ロータ極数およびステータ極数が多いにも係わらず、ステータティースとロータティースとが周方向において同時に正対する箇所としては、従来に比して少なくなる。従って、ステータ側からロータ側に作用する電磁力の位相をずらすことができるため、ステータ円環部を収縮、拡張する電磁力の高調波を抑制でき、振動や騒音を確実に低減できる。

また、周方向の少なくとも２箇所以上でステータティースおよびロータティースが同時に正対し合うことで、電動機として構成した場合のロータでの発生トルクや、発電機として構成した場合の発電量を十分に確保することが可能である。しかも、ロータティースを不等間隔で設けるだけでよいから、バックヨーク部分の形状を変更したり、ティース自身の形状を変更したりする必要がなく、製作が繁雑になることもない。

第２、第３発明によれば、第１角度や第２角度、あるは第３角度〜第５角度により、ロータティースが規則性を持って不等間隔で設けられるようになる。従って、電磁鋼板を積層してロータコアを製作する場合など、電磁鋼板の周方向の位置を、規則的に並設されたロータティースを利用して合わせ込むことができ、積層工程を容易かつ正確にできる。

第４発明によれば、ロータティース先端には、周方向に突出した角部を設けるので、ステータと近接対向する対向面部の表面積を大きくでき、かつ対向面部の磁気抵抗の急変を抑制できる。このため、電磁力の高調波成分を効率的に低減でき、大きな不当間隔を設ける必要がなく、発生トルクを大きくしたままで騒音を低減できる。
第５発明では、第１〜第４発明の各構成を備えており、上述の全ての作用効果を奏することができる。

本発明の一実施形態に係る回転電機を示す分解斜視図。 回転電機のロータおよびステータを示す正面図。 ロータおよびステータの一部を拡大して示す拡大図。 ロータの要部を拡大して示す拡大図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の回転電機としての発電機モータ１を示す分解斜視図である。
図１において、発電機モータ１は、ハイブリッド型の建設機械（油圧ショベル）に搭載されており、図示しないエンジンと油圧ポンプとの間に挟まれるように配置される。

［油圧ショベルの大略構成］
ハイブリッド型の油圧ショベルは、走行体と、走行体に旋回可能に設けられた旋回体とを備えている。旋回体は、作業機、キャブ、カウンタウェイト、エンジンルームを備えている。旋回体は、発電機モータ１あるいはキャパシタからの電気エネルギにより動作する旋回電動モータにて駆動される。旋回電動モータは旋回体の減速時に回生により発電し、発電で得られた電気エネルギはキャパシタに蓄積される。

［発電機モータの構成］
発電機モータ１は、エンジンの出力軸および油圧ポンプの入力軸に対して、ロータ軸１４Ａが直接的、あるいは間接的に接続されており、エンジンの出力軸の回転駆動力によって発電を行う。発電機モータ１は、インバータを介してキャパシタに接続されている。エンジンの回転を増加させる場合など、発電機モータ１は、必要に応じてキャパシタに蓄えられた電気エネルギによって電動機として使用され、エンジンの回転をアシストする。また、エンジンがアイドリング状態にある場合には、発電機モータ１はエンジンの回転駆動力を受けて発電し、発電によって生じた電気エネルギはキャパシタに蓄えられる。

本実施形態での発電機モータ１は、３相のスイッチトリラクタンス（以下ＳＲ：Switched Reluctance と略す）モータの構造を有した発電機モータであって、ステータ１０と、エンジン側の第１ハウジング１１と、フライホイール１２と、カップリング１３と、ロータ１４と、ハウジングとしての油圧ポンプ側の第２ハウジング１５と、フランジ１６とを備えている。

ステータ１０は、発電機モータ１の外郭を構成する第１、第２ハウジング１１，１５内の空間に設けられる。このようなステータ１０は、ヨーク部分をエンジン側から貫通する複数のボルト２２（図１中に１本のみを図示）によって第２ハウジング１５にボルト固定される。

第１ハウジング１１は、鋳鉄製の部材であって、第２ハウジング１５と接合されて内部にステータ１０やロータ１４等を収納する空間を形成する。この収納空間の下部には、ロータ軸１４Ａや軸受部分の潤滑を促すとともに、ステータ１０の発熱部位（コイル２１等）を冷却するための冷却油を貯留する油溜部２３が形成されている。

フライホイール１２は、第１、第２ハウジング１１，１５内において、エンジンの出力軸に固定される。また、フライホイール１２は、カップリング１３を介してロータ１４と接続され、第１、第２ハウジング１１，１５内で回転する。

カップリング１３は、略円環状の部材であって、フライホイール１２に対してボルト固定される。このカップリング１３は、内径部分に形成された内歯スプラインがロータ軸１４Ａのエンジン側の外径部分に形成された外歯スプラインと噛合し、互いにスプライン結合される。このことにより、フライホイール１２、カップリング１３、およびロータ軸１４Ａを有するロータ１４は共に回転し、エンジンによって駆動される。

ロータ１４は、第１、第２ハウジング１１，１５内において、ステータ１０の内周側の空間に配置されている。ロータ１４の中央には、ロータ軸１４Ａがボルト固定される支持空間１４Ｂが形成されている。支持空間１４Ｂ内には、フランジ１６の中央に設けられた円筒状の支持部１６Ａが入り込む。そして、支持空間１４Ｂの内周面と支持部１６Ａの外周面との間に軸受が配置されることで、ロータ１４がフランジ１６の支持部１６Ａ回りに回転自在に支持される。

一方、ロータ１４のロータ軸１４Ａにおける油圧ポンプ側の部分は、フランジ１６の支持部１６Ａ内に挿入される。ロータ１４のロータ軸１４Ａにおいて、支持部１６Ａ内に挿入された部分の内径側には、内歯スプラインが形成されている。この内歯スプラインと油圧ポンプの入力軸に設けられた外歯スプラインとがスプライン結合される。このことにより、油圧ポンプがロータ１４を介してエンジンによって駆動されることになる。

第２ハウジング１５は、鋳鉄製の部材であって、発電機モータ１における油圧ポンプ側（図１中での右側）に設けられている。第２ハウジング１５は、ボルト固定される第１ハウジング１１と共に、ステータ１０、フライホイール１２、カップリング１３、およびロータ１４を収納するための収納空間を形成する。

第２ハウジング１５の肩部分には、収容空間と連通する内部空間を有した電気ボックス１７が取り付けられる。電気ボックス１７の内部空間内には、コイル２１からの電力線を結線するターミナルが配置されている。このようなターミナルは、電気ボックス１７に固定される電源ケーブルのコネクタに接続される。すなわち、発電機モータ１で発電された電気エネルギは、電気ボックス１７から該電源ケーブルを通してインバータに送電される。

フランジ１６は、第１、第２ハウジング１１，１５で形成される収納空間を第２ハウジング１５側で閉塞する部材である。従って、フランジ１６は、第２ハウジング１５に対して油圧ポンプ側からボルト固定される。フランジ１６の中央には、支持部１６Ａと同軸上に挿通孔１６Ｂが設けられ、この挿通孔１６Ｂに挿通される油圧ポンプの入力時軸が前述したように、ロータ１４のロータ軸１４Ａと結合される。

［ステータおよびロータ］
図２には、発電機モータ１のステータ１０およびロータ１４が示されている。
ステータ１０は、円環状のステータコア２０や、複数のコイル２１によって構成されている。ステータコア２０は、複数の電磁鋼板を積層して構成されている。ステータコア２０の外周側は、円環状のヨーク２４となっている。このヨーク２４には、径方向の内側に向かって突出する複数のステータティース２５が周方向に沿って等間隔で設けられている。各ステータティース２５には、集中巻きによるコイル２１が巻回されている。本実施形態では、３６極のステータ１０を構成するため、ステータコア２０には、合計３６個のステータティース２５が設けられている。

ロータ１４も、複数の電磁鋼板を積層して構成されたロータコア３０を有している。ロータコア３０の外周には、複数のロータティース３１が外方に向けて突出して設けられている。本実施形態では、２４極のロータ１４を構成するため、ロータコア３０には、合計２４個のロータティース３１が設けられている。このようなロータティース３１は、周方向に沿って等間隔ではなく、所定の規則性を持って不等間隔で設けられている。

［ロータティースの配置］
先ず、図示を省略するが、従来のステータティースおよびロータティースについて、本実施形態での符号をそのまま用いて説明すると、ステータコア２０に３６個のステータティース２５が設けられている場合（ステータ極数が３６の場合）、隣り合うステータティース２５間の間隔はロータ１４の回転角度にして１０°となる。また、ロータコア３０に２４個のロータティース３１が設けられているのであれば（ロータ極数が２４であれば）、隣り合うロータティース３１間の間隔は１５°となる。このため、任意の１組のステータティース２５とロータティース３１とが、互いの中心を一致させるようにして対向（正対）した場合、次に正対するのは、１０°と１５°との最小公倍数である３０°周方向にずれた位置のティース２５，３１同士である。

つまり、従来、いずれかのティース２５，３１同士が正対している場合、ステータ１０側では、全周を通して２つおきの合計１２個のステータティース２５がロータティース３１と同時に正対する。ロータ１４では、全周を通して１つおきの合計１２個のロータティース３１が正対する。このために各ティース２５，３１は、３０°の等間隔で正対する。

また、相数が３である三相交流を用いる場合では、それら１２個のステータティース２５は全て同位相となる。このため、多くのステータティース２５で同時に励磁されることとなり、駆動時のトルクリップルによって発生する振動や騒音よりも、ロータ１４間での電磁力の高調波および固有振動数の共振により発生する振動や騒音が大きくなる。

これに対して、本実施形態においては、１つおきのロータティース３１間の間隔、つまり周方向に沿って並設された３つのロータティース３１間の成す角度の合計が、いずれの箇所でも３１°または２９°になっている。例えば、図２に示すように、時計回りで順に設けられたロータティース３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ間の成す角度の合計はθ１＝３１°である。ロータティース３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ間の成す角度の合計はθ２＝２９°である。ロータティース３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅ間の成す角度の合計もθ３＝２９°である。ロータティース３１Ｄ，３１Ｅ，３１Ｆ間の成す角度の合計はθ４＝３１°である。ロータティース３１Ｅ，３１Ｆ，３１Ｇ間の成す角度の合計もθ５＝３１°である。

従って、本実施形態では、ロータティース３１が１つずれる毎に、３つのロータティース３１間の成す角度の合計は、３１°，３１°，２９°，２９°，３１°，３１°，２９°，２９°・・・のように、３１°と２９°とを２回ずつ規則的に繰り返す。このような構成では、いずれかのティース２５，３１同士が正対している場合、３つおきのロータティース３１と、５つおきのステータティース２５とが正対する。

すなわち、１０°と１５°との最小公倍数である３０°の２倍に相当する６０°おきにティース２５，３１同士が正対する。図２に示すロータティース３１Ａ〜３１Ｇでいえば、ロータティース３１Ｃとこの外方に位置するステータティース２５とが正対し、ここから６０°ずれた３つおきのロータティース３１Ｇとこの外方に位置する５つおきのステータティース２５とが正対している。

このことからすると、本実施形態のステータ１０側では、従来と同様、３０°ずつ２つおきにずれた合計１２個のステータティース２５が同時に励磁されるが、励磁されたステータティース２５に対して正対するのは、６０°ずつ３つおきにずれた合計６つのロータティース３１同士だけであるから、大きな電磁力が生じる箇所を従来よりも少なくできる。このため、ステータ円環部を収縮、拡張する電磁力の高調波を低減でき、振動および騒音を低減できる。

また、ＳＲモータの構造を有した発電機モータ１では従来、各ティース２５，３１の数が多いことにより、励磁周波数が大きくなる一方で、ステータ径が大きくなることで共振周波数が小さくなり、互いの周波数が近づいてステータ１０とロータ１４とが共振し、振動および騒音が大きくなる。しかし、本実施形態の発電機モータ１によれば、電磁力の高調波成分を抑制できるため、振動および騒音をより確実に抑制できる。

なお、正対し合うティース２５，３１の数が従来の半分となり、発電量も僅かに低下するが、このような発電量の低下は、不等間隔を適切に設けることで、実際の使用にあたって問題とならないレベルにできる。

［ロータティースの角度の数式化］
このように、周方向に沿って並設された３つのロータティース３１間の成す角度の合計θ１〜θ５としては、第１角度θＡおよび第２角度θＢの２種類があり、それらは以下の（１）式および（２）式で表される。
θＡ ＝（３６０×（モータ相数−１）／ロータ極数）°＋１° ・・・ （１）
θＢ ＝（３６０×（モータ相数−１）／ロータ極数）°−１° ・・・ （２）
これら第１角度θＡ、第２角度θＢの組み合わせにより、ロータコア３０の全周にわたるロータティース３１の配置が割り振られている。本実施形態では、モータ相数は３相で、ロータ極数は２４極であり、θＡ＝３１°、θＢ＝２９°となっている。

［ロータティース間の角度の詳細］
図３には、第１角度θＡ＝３１°および第２角度θＢ＝２９°を実現するための隣り合うロータティース３１間の角度について示されている。
図３において、ロータティース３１Ａ，３１Ｂ間の角度はα１＝１６°である。ロータティース３１Ｂ，３１Ｃ間の角度はα２＝１５°である。ロータティース３１Ｃ，３１Ｄ間の角度はα３＝１４°である。ロータティース３１Ｄ，３１Ｅ間の角度はα４＝１５°である。ロータティース３１Ｅ，３１Ｆ間の角度はα５＝１６°である。ロータティース３１Ｆ，３１Ｇ間の角度はα６＝１５°である。このように、ロータコア３０全周では、１５°，１６°，１５°，１４°，１５°，１６°，１５°，１４°・・・を規則的に繰り返す。

すなわち、角度θ１〜θ５、角度α１〜α６、および第１角度θＡ、第２角度θＢ間相互の関係は以下の通である。
θ１ ＝ α１ ＋ α２ ＝ ３１° ＝θＡ
θ２ ＝ α２ ＋ α３ ＝ ２９° ＝θＢ
θ３ ＝ α３ ＋ α４ ＝ ２９° ＝θＢ
θ４ ＝ α４ ＋ α５ ＝ ３１° ＝θＡ
θ５ ＝ α５ ＋ α６ ＝ ３１° ＝θＡ

そして、隣り合うロータティース３１間の角度α１、α２、α３、α４、α５、α６・・・としては、以下の（３）〜（５）式で表される第３角度αＡ、第４角度αＢ、および第５角度αＣの３種類に分けられる。
αＡ ＝（１８０×（モータ相数−１）／ロータ極数）°＋１° ・・・ （３）
αＢ ＝（１８０×（モータ相数−１）／ロータ極数）° ・・・ （４）
αＣ ＝（１８０×（モータ相数−１）／ロータ極数）°−１° ・・・ （５）
本実施形態では、モータ相数は３相で、ロータ極数は２４極であり、αＡ＝１６°、αＢ＝１５°、αＣ＝１４°となっている。

つまり、α１＝α５＝１６°＝αＡ、α２＝α４＝α６＝１５°＝αＢ、α３＝１４°＝αＣである。
従って、本実施形態では、周方向に沿って第３角度αＡ、第４角度αＢ、第５角度αＣ、第４角度αＢ、第３角度αＡ、第４角度αＢ、第５角度αＣ・・・を規則的に繰り返すことで、上述した第１角度θＡ＝３１°、第２角度θＢ＝２９°の繰り返しの規則性を実現している。

また、θＡ、θＢおよびαＡ、αＢ、αＣの関係は、（６）式および（７）式の通りである。
θＡ ＝ αＡ ＋ αＢ ・・・ （６）
θＢ ＝ αＢ ＋ αＣ ・・・ （７）

以上には、ステータ１０およびロータ１４を周方向に略９０°で４等分した場合の１つの領域について説明した。他の領域については、以上に説明した１つの領域と略同じであり、１つの領域を説明することで理解できるため、さらなる他の領域についての説明を省略する。

［ロータティースの形状］
本実施形態のステータ１０側では、３６個のステータティース２５のうち、１２個のステータティース２５が一度に励磁されるのに対して、これらと正対するロータティース３１の数が６個である。このことにより、ステータ１０およびロータ１４間で生じる電磁力が小さくなり、振動や騒音を少なくできる一方で、発電量やロータ１４で生じるトルクを多少ながら低下させる。このような発電量やトルクの低下は、実際の使用にあたっては問題ないレベルではあるが、本実施形態では、そのような僅かな特性低下に対してすら手当がなされている。すなわち、本実施形態では、ロータティース３１の先端形状を変更し、発電量やロータ１４での発生トルクが低減するのを抑制している。

図４には、ロータティース３１の拡大図が示されている。
図４において、ロータティース３１は略台形状であり、その先端にはステータ１０と近接対向する対向面部３２が設けられている。対向面部３２の周方向の両側の辺縁は、ロータ１４の回転軸に平行な角部３３となっている。これらの角部３３は、電磁鋼板の積層によって形成される両側の側面３４に対して周方向に突出しており、対向面部３２の表面積を拡張させている。ステータと近接対向する対向面部の表面積を大きくでき、かつ対向面部の磁気抵抗の急変を抑制できる。このため、電磁力の高調波成分を効率的に低減でき、大きな不当間隔を設ける必要がなく、発生トルクを大きくしたままで騒音を低減できる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、３６０°×（モータ相数−１）をロータ極数で除し、これに1°を加えた角度をθＡとし、１°を減じた角度をθＢとしたが、加減する角度は１°に限定されず、その実施にあたって適宜に決められてよい。

前記実施形態では、３６０°をステータ極数、ロータ極数で除した角度がそれぞれ１０°、１５°であり、これらの１０°と１５°との最小公倍数である３０°の２倍に相当する６０°おきにティース２５，３１同士が正対していたが、例えば、当該３０°の３倍である９０°おきに正対させてもよい。ただし、２倍の角度で正対させることで、より大きな発生トルクを生じさせることができ、好ましい。

前記実施形態では、モータ相数が３相の場合について例示したが、４相など、その他の相数の回転電機に本発明を適用してもよい。そして、４相の相数の場合で、ステータ極数が３２、ロータ極数が２４においては、３６０°×（４−１）／２４＝１０８０°／２４＝４５°となり、従って、４５°±１°であってもよい。ただし、この場合の４５°±１°は、２つおきのロータティース３１間の間隔の成す角度である。 また、本発明は、外側がロータ、内側がステータのアウターロータ型ＳＲモータでも実施可能である。

前記実施形態のロータ１４では、不等間隔で設けられた２４個のロータティース３１のうち、ステータティース２５に対して同時に正対するのは６つのロータティース３１であった。しかし、これに限定されず、第１角度θＡ、第２角度θＢ、第３角度αＡ、第４角度αＢ、第５角度αＣの大きさを変更することで、５つ以下のロータティース３１を、ステータティース２５に対して同時に正対するようにしてもよいし、７つ以上のロータティース３１を、ステータティース２５に対して同時に正対するようにしてもよい。要するに、ロータティース３１が等間隔ではなく設けられ、かつ２つ以上のロータティース３１が同時にステータティース２５と正対するように設けられていればよい。

前記実施形態では、発電機モータ１について説明したが、本発明の回転電機としては、発電機であっても、電動機であってもよい。

本発明は、ハイブリッド建設機械や電気式建設機械の回転電機に利用できる他、ハイブリッド自動車あるいは電気自動車にも利用できる。

１…回転電機である発電機モータ、１０…ステータ、１４…ロータ、２０…ステータコア、２５…ステータティース、３０…ロータコア、３１…ロータティース、３２…対向面部、３３…角部、θＡ…第１角度、θＢ…第２角度、αＡ…第３角度、αＢ…第４角度、αＣ…第５角度。

Claims (5)

1. 環状のステータと、
   前記ステータの内側または外側に回転自在に配置されたロータとを備える回転電機において、
   前記ステータには、前記ロータ側に向かって突出した複数のステータティースが周方向に等間隔で設けられ、
   前記ロータには、前記ステータ側に向かって突出した複数のロータティースが周方向に不等間隔で設けられ、
   周方向の少なくとも２箇所以上で前記ステータティースおよび前記ロータティースが同時に正対し合うとともに、
   同時に正対し合う前記ステータティースおよび前記ロータティースの周方向の間隔は、前記ロータの回転角度にして、３６０°を前記ステータのステータ極数で除した角度と、３６０°を前記ロータのロータ極数で除した角度との最小公倍数の２倍以上の整数倍とされた角度になっている
   ことを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記最小公倍数の２倍以上の整数倍とされた角度は、前記ロータティースが設けられた位置における前記ロータの回転角度にして、３６０°×（相数−１）を前記ロータ極数で除してこれに所定角度を加えた第１角度、および３６０°×（相数−１）を前記ロータ極数で除してこれから前記所定角度を減じた第２角度の和である
   ことを特徴とする回転電機。
3. 請求項１または請求項２に記載の回転電機において、
   前記ロータの隣接する前記ロータティース間の間隔としては、前記ロータの回転角度にして、３６０°を前記ロータ極数で除してこれに所定角度を加えた第３角度、３６０°を前記ロータ極数で除した第４角度、および３６０°を前記ロータ極数で除してこれから前記所定角度を減じた第５角度の３種類がある
   ことを特徴とする回転電機。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の回転電機において、
   前記ロータティースの先端には、前記ステータに近接対向する対向面部が設けられ、
   前記対向面部の周方向の両側の辺縁は、周方向に突出した角部となっている
   ことを特徴とする回転電機。
5. 複数の電磁鋼板を積層して構成されたステータコアを有する環状のステータと、
   前記ステータの内側または外側に回転自在に配置されるとともに、複数の電磁鋼板を積層して構成されたロータコアを有するロータとを備えるスイッチトリラクタンス型の回転電機において、
   前記ステータコアには、前記ロータ側に向かって突出した複数のステータティースが周方向に等間隔で設けられ、
   前記ロータコアには、前記ステータコア側に向かって突出した複数のロータティースが周方向に不等間隔で設けられ、
   周方向の少なくとも２箇所以上で前記ステータティースおよび前記ロータティースが同時に正対し合うとともに、
   同時に正対し合う前記ステータティースおよび前記ロータティースの周方向の間隔は、前記ロータの回転角度にして、３６０°を前記ステータのステータ極数で除した角度と、３６０°を前記ロータのロータ極数で除した角度との最小公倍数の２倍以上の整数倍とされた角度になっており、
   前記最小公倍数の２倍以上の整数倍とされた角度は、前記ロータティースが設けられた位置における前記ロータの回転角度にして、３６０°×（相数−１）を前記ロータ極数で除してこれに所定角度を加えた第１角度、および３６０°×（相数−１）を前記ロータ極数で除してこれから前記所定角度を減じた第２角度の和であり、
   前記ロータの隣接する前記ロータティース間の間隔としては、前記ロータの回転角度にして、３６０°を前記ロータ極数で除してこれに所定角度を加えた第３角度、３６０°を前記ロータ極数で除した第４角度、および３６０°を前記ロータ極数で除してこれから前記所定角度を減じた第５角度の３種類があり、
   前記ロータティースの先端には、前記ステータに近接対向する対向面部が設けられ、
   前記対向面部の周方向の両側の辺縁は、周方向に突出した角部となっている
   ことを特徴とする回転電機。

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