JP2016152712A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータのスロット倍数が２以上とされて、ステータコイルが分布巻き且つ短節巻きにて巻装されている回転電機において、ステータとロータとの間に流れる磁束を効率よく獲得し得るようにした回転電機を提供する。【解決手段】回転電機１は、複数の磁極を有するロータ３０と、複数のスロット２５を有するステータコア２２に巻装された３相の相巻線よりなるステータコイル２１を有するステータ２０とを備える。スロット倍数ｎが２とされ、ステータコイル２１の各相巻線は、隣接する（ｎ＋１）個のスロット２５に渡って短節巻きにて巻装されている。ロータ３０の回転軸線Ｏを中心として、磁極のアークレシオをαとし、ステータコア２２と対向して磁束を授受するロータ３０の磁束授受面３６の周方向角度範囲をβとし、スロット２５の周方向のスロットピッチをγとしたときに、β≦２ｎγ、且つβ＜αとされている。【選択図】図２

Description

本発明は、車両等に搭載されてモータや発電機として使用される回転電機に関する。

従来、車両に搭載されて使用される回転電機として、周方向に極性が交互に異なる磁極が形成されて回転可能に設けられたロータと、該ロータと径方向に対向して配置され周方向に配列された複数のスロットを有するステータコア、及び該ステータコアのスロットに分布巻きにて巻装された３相の相巻線よりなるステータコイルを有するステータと、を備えたものが一般に知られている。

そして、特許文献１及び特許文献２には、同一相の相巻線が収容されるスロットをロータの磁極ごとに周方向に連続して２個ずつ有し、スロット倍数が２とされているステータコアが開示されている。また、特許文献１には、長節巻きと短節巻きとをステータコアの周方向に沿って交互に繰り返して波巻きされているステータコイルが開示されている。

特開２０１４−９６９８６号公報 特開平１１−２８５２１６号公報

ところで、上記のような回転電機では、性能の向上を図るためにはステータコアとロータコアとの間に流れる磁束の量を、総じて大きく効率よく獲得する必要がある。しかし、振動の低減などの理由により、スロット倍数の増大化や短節巻き化を行った場合には、総合的な磁束量としては減少している。しかも、スロット倍数が２以上で分布巻きされたステータコイルに対して、更に複数スロットに渡る短節巻きが施された場合には、ロータに設けられた磁極のアークレシオを大きくすると、同相内で反磁界が生まれることによって、磁束量を効率的に獲得できないという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ステータのスロット倍数が２以上とされて、ステータコイルが分布巻き且つ短節巻きにて巻装されている回転電機において、ステータとロータとの間に流れる磁束を効率よく獲得し得るようにした回転電機を提供することを解決すべき課題とするものである。

上記課題を解決するためになされた第一の発明は、
周方向に極性が交互に異なるように配置された複数の磁極を有するロータ（３０，４０）と、
周方向に配列された複数のスロット（２５）を有し前記ロータと径方向に対向して配置されたステータコア（２２）、及び前記スロットに収容されて前記ステータコアに分布巻きにて巻装された３相の相巻線よりなるステータコイル（２１）を有するステータ（２０）と、を備えた回転電機において、
前記ステータコアの前記スロットは、前記ステータコイルの一相当たりｎ(ｎは２以上の自然数)個の割合で形成されてスロット倍数がｎとされ、
前記ステータコイルの各前記相巻線は、隣接する（ｎ＋１）個の前記スロットに渡って短節巻きにて巻装され、
前記ロータの回転軸線（Ｏ）を中心として、前記磁極のアークレシオをαとし、前記ステータコアと対向して磁束を授受する前記ロータの磁束授受面（３６，４６）の周方向角度範囲をβとし、前記スロットの周方向のスロットピッチをγとしたときに、β≦２ｎγ、且つβ＜αとされていることを特徴とする。

なお、本明細書において、短節巻きとは、ステータのスロットの数をロータの磁極数で除算した値をスロットピッチとする巻線の巻き方を全節巻きとしたときに、全節巻きのスロットピッチよりも小さいスロットピッチで巻く巻線の巻き方のことをいう。

この構成によれば、ロータの回転軸線を中心として、磁極のアークレシオをαとし、ステータコアと対向して磁束を授受するロータコアの磁束授受面の周方向角度範囲をβとし、スロットの周方向のスロットピッチをγとし、スロット倍数をｎとしたときに、β≦２ｎγ、且つβ＜αとされている。即ち、本発明では、ステータとロータとの間に流れる磁束は、β＜αの関係から、磁極のアークレシオαの範囲において、磁束授受面の周方向角度範囲βで設定された磁束よりも大きく生み出され、磁極のアークレシオαよりも小さい周方向角度範囲βの磁束授受面を通ってスロット内に入る。このとき、磁束授受面の周方向角度範囲βが、β≦２ｎγに設定され、且つステータコイルの各相巻線が、隣接する（ｎ＋１）個のスロットに渡って短節巻きにて巻装されていることから、各相巻線が直列又は並列で接続されていても同相内で反磁界が生まれない。即ち、ステータと対向するロータの磁束授受面の周方向角度範囲βが、反磁界を起こさない範囲に設定されている。そのため、本発明によれば、ステータとロータとの間に流れる磁束を効率よく獲得することができる。

また、上記課題を解決するためになされた第二の発明は、
周方向に極性が交互に異なるように配置された複数の磁極を有するロータ（３０，４０）と、
周方向に配列された複数のスロット（２５）を有し前記ロータと径方向に対向して配置されたステータコア（２２）、及び前記スロットに収容されて前記ステータコアに分布巻きにて巻装された６相の相巻線よりなるステータコイル（２１）を有するステータ（２０）と、を備えた回転電機において、
前記ステータコアの前記スロットは、前記ステータコイルの一相あたりｎ(ｎは２以上の自然数)個の割合で形成されてスロット倍数がｎとされ、
前記ステータコイルの各前記相巻線は、隣接するｎ個の前記スロットに渡って短節巻きにて巻装され、
前記ロータの回転軸線（Ｏ）を中心として、前記磁極のアークレシオをαとし、前記ステータコアと対向して磁束を授受する前記ロータの磁束授受面（３６，４６）の周方向角度範囲をβとし、前記スロットの周方向のスロットピッチをγとしたときに、β≦（３ｎ−１）γ、且つβ＜αとされていることを特徴とする。

この構成によれば、ロータの回転軸線を中心として、磁極のアークレシオをαとし、ステータコアと対向して磁束を授受するロータコアの磁束授受面の周方向角度範囲をβとし、スロットの周方向のスロットピッチをγとし、スロット倍数をｎとしたときに、β≦（３ｎ−１）γ、且つβ＜αとされている。即ち、本発明では、ロータコアの磁束授受面の周方向角度範囲βが、β≦（３ｎ−１）γの関係から、反磁界を起こさない範囲に設定されている。このとき、ステータコアとロータコアとの間に流れる磁束は、β＜αの関係から、磁束授受面の周方向角度範囲βで設定された磁極よりも大きな磁束がアークレシオαの範囲に生み出される。これにより、ステータコイルの各相巻線は、隣接する（ｎ＋１）個のスロットに渡って短節巻きにて巻装されていることから、直列又は並列で接続されていても反磁界が生まれないため、効率よく磁束を獲得することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載された各部材や部位の後の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的な部材や部位との対応関係を示すものであり、特許請求の範囲に記載された各請求項の構成に何ら影響を及ぼすものではない。

実施形態１の回転電機の軸方向に沿う模式断面図である。 実施形態１におけるステータとロータの配置状態を示す２磁極分の部分平面図である。 実施形態１において用いられる導体セグメントの断面図である。 実施形態１においてステータコアのスロットに導体セグメントを挿入する状態を示す説明図である。 実施形態１において用いられる大小一組の導体セグメントの模式的斜視図である。 実施形態１に係るステータの一部を示す部分平面図である。 実施形態１に係るステータの接合側エンド部の一部を示す斜視図である。 実施形態１においてステータコアのスロットに収容される導体セグメントの配置状態を接合側エンド部側から見た模式説明図である。 変形例１に係るロータの１磁極分を示す部分平面図である。 変形例２に係るロータの１磁極分を示す部分平面図である。 変形例３に係るロータの１磁極分を示す部分平面図である。 変形例４に係るロータコアの斜視図である。 変形例４に係るロータコアの軸直角方向に沿った部分断面図である。 変形例５に係るロータコアの軸直角方向に沿った部分断面図である。 変形例６に係るロータコアの軸直角方向に沿った部分断面図である。 変形例７におけるステータとロータの配置状態を示す２磁極分の部分平面図である。 実施形態２の回転電機の軸方向に沿う模式断面図である。 実施形態２に係るロータコアの第１ポールコアとステータコアの軸方向から見た正面図である。 実施形態２におけるステータとロータの配置状態を示す１磁極分の部分平面図である。 実施形態２に係るロータコアの第１ポールコアの斜視図である。 実施形態２に係るロータコアの第１ポールコアと第２ポールコアを組み合わせた状態を示す斜視図である。 変形例８におけるステータとロータの配置状態を示す１磁極分の部分平面図である。 変形例９に係るロータの軸方向に沿う断面図である。 変形例１０に係る回転電機の軸方向に沿う模式断面図である。 実施形態３におけるステータとロータの配置状態を示す２磁極分の部分平面図である。 変形例１１におけるステータとロータの配置状態を示す２磁極分の部分平面図である。 実施形態４におけるステータとロータの配置状態を示す１磁極分の部分平面図である。 変形例１２におけるステータとロータの配置状態を示す１磁極分の部分平面図である。

以下、本発明に係る回転電機の実施形態について図面を参照して具体的に説明する。

〔実施形態１〕
実施形態１の回転電機１は、車両用の電動発電機であって、図１に示すように、ハウジング１０と、ステータコア２２及びステータコイル２１を有し電機子として働くステータ２０と、埋設された複数の永久磁石により周方向に極性が交互に異なる磁極が形成されて界磁として働くロータ３０と、電力変換装置５０とを備えている。電力変換装置５０は、ステータコイル２１と入出力線１７等で接続されている。ハウジング１０は、一端が開口した有底円筒状の一対のハウジング部材１０ａ，１０ｂが開口部同士で接合されて、概ね円筒状に形成されている。

ステータ２０は、円環状に形成されて周方向に配列された複数のスロット２５を有するステータコア２２と、複数の導体セグメント（導線）２３により構成されたセグメント型のステータコイル２１と、ステータコア２２及びステータコイル２１間を電気絶縁する絶縁シート部材２４とを備えている。このステータ２０は、一対のハウジング部材１０ａ，１０ｂ間でそれらにステータコア２２の外周部が挟持されることによりハウジング１０に固定されている（図１参照）。

ステータコア２２は、円環状の複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成された一体型のものである。このステータコア２２は、図２に示すように、外周部を構成する円環状のバックコア２２ａと、バックコア２２ａから径方向内方へ突出し周方向に所定距離を隔てて配列された複数のティース２２ｂとからなる。ステータコア２２の隣接する二つのティース２２ｂ間には、ステータコア２２に巻装されるステータコイル２１を収容できるように、軸方向に貫通するスロット２５が周方向に等間隔に形成されている。実施形態１の場合、一つのスロット２５の周方向両側を区画する隣り合う二つのティース２２ｂの互いに対向する対向面（周方向側面）は、平行となるようにされている。よって、各ティース２２ｂは、径方向内方の突出先端に向かって僅かに先細り状となるように形成されている。

スロット２５は、ロータ３０の磁極数（実施形態１では１６極）に対応して、ステータコイル２１の一相当たりｎ(ｎは２以上の自然数)個の割合で形成されており、スロット倍数ｎが２とされている。よって、実施形態１の場合、スロット２５の数は、１６×３×２＝９６より９６個とされている。また、ロータ３０の回転軸線Ｏを中心とするスロット２５の周方向のスロットピッチγは、３６０°／９６＝３．７５°より３．７５°とされている。スロットピッチγは、スロット２５の周方向中心と回転軸線Ｏとをそれぞれ結ぶ２本の直線Ｌ３，Ｌ３のなす角度で規定される。なお、スロット２５及びティース２２ｂは、それぞれ周方向に等間隔に形成されているので、スロットピッチγは、ティース２２ｂの周方向のピッチと同じである。

ステータコア２２のスロット２５に巻装されたステータコイル２１は、３相の相巻線よりなり、分布巻きにて巻装されている。このステータコイル２１は、接合端部２３ｆ（図５参照）同士が互いに接合された複数のＵ字形状の導体セグメント２３により構成されている。導体セグメント２３は、図３に示すように、例えば銅やアルミ等の導電性金属材料よりなる矩形断面の導体部２３ｊと、内層２３１ｋ及び外層２３２ｋからなり導体部２３ｊの外周面を覆う２層構造の絶縁皮膜２３ｋとからなる角線で形成されている。なお、接合端部２３ｆは、絶縁皮膜２３ｋが剥離されて内部の導体部２３ｊが露出した状態になっており、異なる導体セグメント２３の所定の接合端部２３ｆ同士が接合された後、絶縁処理が施されている。

導体セグメント２３は、図４に示すように、一対の直線部２３ｇ、２３ｇとそれぞれの直線部２３ｇ、２３ｇの一端部同士を連結するターン部２３ｈとからなるＵ字形状のものが採用されている。図４には、隣接する２個のスロット２５Ａ，２５Ｂにそれぞれ挿入配置される大小で対をなす二組の導体セグメント２３（大セグメント２３１，小セグメント２３２）が示されている。この場合、対をなす大小セグメント２３１，２３２は、それらの一対の直線部（２３ｇ１，２３ｇ２）（２３ｇ３，２３ｇ４）が、５スロットピッチ離れた２個のスロット２５Ａ，２５Ｃ（図８参照）に軸方向一端側（図２の紙面裏側、図４の上側）から挿入される。

即ち、大セグメント２３１は、一方の直線部２３ｇ１が一方のスロット２５Ａの第４層（最外層）に挿入され、他方の直線部２３ｇ２がステータコア２２の反時計回り方向（図２、図４の矢印Ｙ方向）に５スロットピッチ離れた他方のスロット（図示せず）の第１層（最内層）に挿入される。そして、小セグメント２３２は、一方の直線部２３ｇ３が一方のスロット２５Ａの第３層に挿入され、他方の直線部２３ｇ４がステータコア２２の反時計回り方向に５スロットピッチ離れた他方のスロット（図示せず）の第２層に挿入される。このようにして、全スロット２５に対して偶数本の導体セグメント２３の直線部２３ｇが挿入配置される。実施形態１の場合には、各スロット２５内に合計４本の直線部２３ｇ１〜２３ｇ４が径方向１列に配置される。

上記のようにして、軸方向一端側から各スロット２５内に挿入された大小セグメント２３１，２３２は、図５に示すように、直線部２３ｇ１〜２３ｇ４の開放端部が、各スロット２５から軸方向他端側（図５の上側）に延出している。そして、大小セグメント２３１，２３２の対をなす直線部（２３ｇ１，２３ｇ２）（２３ｇ３，２３ｇ４）の開放端部が、ステータコア２２の軸方向端面に対して所定の角度をもって斜めに斜行するように互いに周方向反対側へ捻られて、概ね２．５スロットピッチ分の長さの斜行部２３ｅが形成されている。

対をなす大小セグメント２３１，２３２は、図５に示すように、スロット２５内に収容され軸方向に沿って直線状に延びる一対のスロット収容部２３ａ、２３ａと、スロット２５から軸方向に露出し周方向に延び出すコイルエンド部とを有する。コイルエンド部は、各スロット収容部２３ａ、２３ａの一端同士を連結するように一体に設けられてスロット２５の軸方向一端側（回転電機１のリア側で図１の右側）から突出するターン側エンド部２３ｂと、各スロット収容部２３ａ、２３ａの他端に一体に設けられてスロット２５の軸方向他端側（回転電機１のフロント側で図１の左側）から突出する一対の接合側エンド部２３ｃ、２３ｃとから構成されている。

ターン側エンド部２３ｂは、その先端に湾曲変形により形成された略Ｖ字状のターン部２３ｈを有している。一方、接合側エンド部２３ｃは、周方向に捻られてステータコア２２の軸方向端面に対して所定の角度をもって斜めに斜行する斜行部２３ｅと、この斜行部２３ｅの先端に屈曲変形により一体に形成された接合端部２３ｆとを有している。

ステータコア２２の各スロット２５には、それぞれ偶数本（本実施形態では４本）の電気導体（各導体セグメント２３のスロット収容部２３ａ）が収容されている。一つのスロット２５内に収容された４本の電気導体は、図６に示すように、ステータコア２２の内周側から第１層、第２層、第３層、第４層の順で１列に配置されている。各スロット２５内に収容されたこれらの電気導体が所定のパターンで接続されることにより、ステータコイル２１が形成される。

各スロット２５内の電気導体は、ステータコア２２の軸方向一端側（図５の下側）のターン側エンド部２３ｂにおいては、ターン部２３ｈを経由することにより電気的に接続されている。これにより、ステータコア２２の軸方向一端側には、スロット２５から突出した多数のターン部２３ｈによって第１コイルエンド部が形成されている。また、ステータコア２２の軸方向他端側（図５の上側）の接合側エンド部２３ｃにおいては、接合端部２３ｆ同士が溶接等の手段で接合されることにより電気的に接続されている。これにより、ステータコア２２の軸方向他端側には、スロット２５から突出した多数の接合側エンド部２３ｃによって第２コイルエンド部２１ｂが形成されている（図７参照）。

各スロット２５内の１本の電気導体（スロット収容部２３ａ）は、５スロットピッチ離れた他のスロット２５内の１本の電気導体（スロット収容部２３ａ）と対をなしている。例えば、図８に示すように、一方のスロット２５Ａの第１層に収容された電気導体２３１ａは、ステータコア２２の時計回り方向（図４、図５、図８の矢印Ｘ方向）に向かって５スロットピッチ離れた他方のスロット２５Ｃの第４層に収容された電気導体２３１ｂと対をなしている。同様に、一方のスロット２５Ａの第２層に収容された電気導体２３２ａは、ステータコア２２の時計回り方向（矢印Ｘ方向）に向かって５スロットピッチ離れた他方のスロット２５Ｃの第３層に収容された電気導体２３２ｂと対をなしている。

そして、ステータコア２２の軸方向一端側のターン側エンド部２３ｂにおいて、これらの対をなす電気導体、即ち、第１層の電気導体２３１ａと第４層の電気導体２３１ｂとは、ターン部２３ｈ（２３１ｃ）を経由することにより接続されている。また、第２層の電気導体２３２ａと第３層の電気導体２３２ｂとは、ターン部２３ｈ（２３２ｃ）を経由することにより接続されている。

即ち、ターン側エンド部２３ｂにおいては、一つのスロット２５内に収容された第１層の電気導体２３１ａと第２層の電気導体２３２ａが、当該スロット２５からステータコア２２の時計回り方向（矢印Ｘ方向）に向かって延出している。また、一つのスロット２５内に収容された第４層の電気導体２３１ｂと第３層の電気導体２３２ｂが、当該スロット２５からステータコア２２の反時計回り方向（図４、図５、図８の矢印Ｙ方向）に向かって延出している。

また、一つのスロット２５内に収容された第２層の電気導体２３２ａは、ステータコア２２の時計回り方向（矢印Ｘ方向）に向かって５スロットピッチ離れた他のスロット２５内の第１層の電気導体２３１ａ’とも対をなしている。これら対をなす第２層の電気導体２３２ａと第１層の電気導体２３１ａ’は、ステータコア２２の軸方向他端側の接合側エンド部２３ｃにおいて、接合端部２３ｆ同士（２３２ｄと２３１ｄ’）の接合により接続されている（図５参照）。

同様に、一つのスロット２５内に収容された第４層の電気導体２３１ｂ’は、ステータコア２２の時計回り方向（矢印Ｘ方向）に向かって５スロットピッチ離れた他のスロット２５内の第３層の電気導体２３２ｂとも対をなしている。これら対をなす第４層の電気導体２３１ｂ’と第３層の電気導体２３２ｂは、ステータコア２２の軸方向他端側の接合側エンド部２３ｃにおいて、接合端部２３ｆ同士（２３１ｅ’と２３２ｅ）の接合により接続されている（図５参照）。

即ち、接合側エンド部２３ｃにおいては、一つのスロット２５内に収容された第１層の電気導体２３１ａと第３層の電気導体２３２ｂ’が、当該スロット２５からステータコア２２の反時計回り方向（矢印Ｙ方向）に向かって延出している。また、一つのスロット２５内に収容された第２層の電気導体２３２ａと第４層の電気導体２３１ｂ’が、当該スロット２５からステータコア２２の時計回り方向（矢印Ｘ方向）に向かって延出している。

上記のようにして、ステータコア２２の軸方向他端側の接合側エンド部２３ｃにおいて、導体セグメント２３の所定の接合端部２３ｆ同士が溶接等により接合されて所定のパターンで電気的に接続される。これにより、所定の導体セグメント２３が直列に接続されることによって、ステータコア２２のスロット２５に沿って周方向に波巻きで巻かれた３本の相巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）よりなるステータコイル２１が形成される。この場合、ステータコイル２１の各相巻線は、隣接する（ｎ＋１）個（実施形態１の場合ｎ＝２で３個）のスロット２５に渡って５スロットピッチの短節巻きにて巻装されている。

即ち、各相巻線は、図２に示すように、各スロット２５の内周側に収容された２本の電気導体（第１層及び第２層）が、ステータコア２２の時計回り方向（矢印Ｘ方向）に向かって５スロットピッチ離れたスロット２５の外周側に収容された２本の電気導体（第３層及び第４層）と接続している。そのため、実施形態１ではスロット倍数ｎが２とされていることから、同一相の相巻線が収容されるスロット２５は、第１層及び第２層が収容される内周側と第３層及び第４層が収容される外周側とで、周方向に１スロットピッチずれた状態になっている。

具体的には、図２に示すように、第１層及び第２層が収容される内周側では、ステータコア２２の反時計回り方向（矢印Ｙ方向）に向かって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相巻線が収容されるスロット２５が２個ずつ順番に繰り返すように配置されている。また、第３層及び第４層が収容される外周側では、内周側に対して、ステータコア２２の反時計回り方向（矢印Ｙ方向）へ１スロットピッチずれた状態で、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相巻線が収容されるスロット２５が２個ずつ順番に繰り返すように配置されている。これにより、各相巻線は、ステータコア２２の隣接する（ｎ＋１）個（ｎ＝２で３個）のスロット２５に渡って巻装されている。

なお、実施形態１のステータコイル２１は、基本となるＵ字形状の導体セグメント２３により、各相巻線がステータコア２２の周りを４周するように形成される。このとき、ステータコイル２１の各相巻線について、出力用引き出し線又は中性点用引き出し線を一体に有するセグメント、並びに１周目と２周目、２周目と３周目、３周目と４周目をそれぞれ接続するターン部を有するセグメントは、基本となる導体セグメント２３とは異なる異形セグメント（図示せず）で構成される。これら異形セグメントを用いて、ステータコイル２１の各相巻線が星型結線により結線される。

ロータ３０は、図１に示すように、ハウジング１０に軸受１１を介して回転可能に両端が支持されたシャフト１３と一体になって回転するもので、ハウジング１０内において、ステータコア２２と所定のエアギャップＧを介して径方向に対向して同軸状に配置されている。このロータ３０は、ステータコア２２と所定のエアギャップＧを介して径方向に対向して同軸状に配置され、周方向に配列された複数の磁石収容部３２を有するロータコア３１と、磁石収容部３２に収容されて周方向に極性が交互に異なる磁極を形成する複数の永久磁石３３とを含んで構成されている。

ロータコア３１は、中央に貫通孔３１ａを有する円環状の複数の鋼板を軸方向に積層して厚肉円筒状に形成されており、シャフト１３の外周に貫通孔３１ａを嵌合することにより固定されている。ロータコア３１の外周部には、軸方向に貫通する複数（実施形態１では１６個）の磁石収容部３２が周方向に所定距離を隔てて設けられている。磁石収容部３２は、ロータコア３１の外周側に長辺が位置し内周側に短辺が位置する台形の断面形状を有する。

各磁石収容部３２には、断面形状が矩形（長方形）の永久磁石３３が１個ずつ埋め込まれている。これにより、ロータコア３１の外周部には、各磁石収容部３２に埋め込まれた永久磁石３３によって、周方向に極性が交互に異なる複数の磁極（実施形態１では１６極（Ｎ極：８、Ｓ極：８））が形成されている。永久磁石３３は、長方形断面形状の長辺が磁石収容部３２の台形断面形状の短辺よりも僅かに短い大きさに形成されている。よって、各磁石収容部３２に収容された永久磁石３３の周方向両側には、断面形状が三角形の磁気的隙部３４がそれぞれ形成されている。この場合、ロータ３０の回転軸線Ｏを中心とする磁極のアークレシオαは、磁石収容部３２に収容された永久磁石３３の外周側平面の周方向両端と回転軸線Ｏとをそれぞれ結ぶ２本の直線Ｌ１，Ｌ１のなす角度で規定される。

ロータコア３１の外周面には、周方向に隣接する２つの磁極の間部分と対応する部位に、径方向内側に凹んだ複数の凹部３５が周方向に所定距離を隔てて設けられている。これにより、ロータコア３１の外周面の周方向に隣接する２つの凹部３５の間には、ステータコア２２と対向して磁束を授受する磁束授受面３６が形成されている。ロータ３０の回転軸線Ｏを中心とする各磁束授受面３６の周方向角度範囲βは、磁束授受面３６の周方向両端と回転軸線Ｏとをそれぞれ結ぶ２本の直線Ｌ２，Ｌ２のなす角度で規定される。

この場合、磁束授受面３６の周方向角度範囲βは、磁極のアークレシオαよりも小さくされており、β＜αとなる関係に設定されている。これにより、ステータ２０とロータ３０との間に流れる磁束は、β＜αの関係から、磁極のアークレシオαの範囲において、磁束授受面３６の周方向角度範囲βで設定された磁束よりも大きく生み出されるようにされている。

また、磁束授受面３６の周方向角度範囲βは、スロット倍数ｎ及びスロットピッチγとの関係において、β≦２ｎγを満たすように設定されている。具体的には、ｎ＝２、γ＝３．７５°から、磁束授受面３６の周方向角度範囲βは、β≦２×２×３．７５°＝１５°とされ、ステータコア２２の内周面に対して４スロットピッチ以下の範囲となるように設定されている。即ち、磁束授受面３６の周方向角度範囲βは、同相の相巻線において電流が流れる向きが互いに逆方向となる電気導体（スロット収容部２３ａ）が収容された２つのスロット２５の間隔（４スロットピッチ）以下となるように設定されている。これにより、各相巻線の同相内で反磁界が生まれないようにされている。

以上のように構成された実施形態１の車両用の回転電機１は、電力変換装置５０から供給される電力変換された駆動電流に基づいてステータ２０を励磁させると、その励磁作用によって回転トルク（動力となる場合を含む）が発生してロータ３０が回転する。この場合、回転電機１は電動機として作動する。発生した回転トルクは、ロータ３０及びシャフト１３から例えば車軸などの駆動部に出力される。

また、電力変換装置５０が電力変換信号を出力せず、かつ、エンジンの作動により出力軸の回転力がシャフト１３に伝達された場合には、ロータ３０も回転するので、ステータ２０のステータコイル２１に逆起電力が発生する。発生した逆起電力（回生電力）は、電力変換装置５０を介してバッテリに充電することができる。この場合、回転電機１は発電機として作動する。

以上のように、実施形態１の回転電機１によれば、スロット倍数がｎとされ、ステータコイル２１の各相巻線は、隣接する（ｎ＋１）個のスロット２５に渡って短節巻きにて巻装され、ロータ３０の回転軸線Ｏを中心として、磁極のアークレシオをαとし、磁束授受面３６の周方向角度範囲をβとし、スロットピッチをγとしたときに、β≦２ｎγ、且つβ＜αとされている。これにより、ステータ２０とロータ３０との間に磁束が流れる際に、ステータコイル２１の各相巻線の同相内に反磁界が生まれないようにされているので、ステータ２０とロータ３０との間に流れる磁束を効率よく獲得することができる。

また、実施形態１では、ロータコア３１の磁束授受面３６の周方向両側に、径方向に凹んだ凹部３５が設けられているため、磁束授受面３６の周方向角度範囲β（周方向幅）の設定を簡易に行うことができる。

〔変形例１〕
上記の実施形態１のロータ３０は、図９に示す変形例１のロータ３０のように、ロータコア３１の磁束授受面３６の周方向両端部、即ち、磁束授受面３６と凹部３５の径方向及び軸方向に広がる側面３５ａとが交わる角部に、円弧面状の面取り３７を施すようにしてもよい。この場合、磁束授受面３６の周方向角度範囲βは、磁束授受面３６の接線と凹部３５の側面３５ａの接線とが交わる交点Ｐ１，Ｐ１と、ロータ３０の回転軸線Ｏとをそれぞれ結ぶ２本の直線Ｌ４，Ｌ４のなす角度で規定される。また、円弧面状のＲ面取りに代えて、平面状のＣ面取りとしてもよい。

〔変形例２〕
上記の実施形態１のロータ３０は、図１０に示す変形例２のロータ３０のように、２個で対をなしステータ２０側に向かうにつれて互いに離間するようにＶ字状に配置された複数対の磁石収容部３２ａを有するロータコア３１と、Ｖ字状に配置された対をなす磁石収容部３２ａに収容されてそれぞれ一つの磁極を形成する複数対の永久磁石３３ａとで構成するようにしてもよい。

この場合、一対の永久磁石３３ａにより形成される一つの磁極のアークレシオαは、各永久磁石３３ａの反磁極中心側で最外周側に位置する角部と、ロータ３０の回転軸線Ｏとをそれぞれ結ぶ２本の直線Ｌ５，Ｌ５のなす角度で規定される。なお、磁束授受面３６の周方向角度範囲βは、実施形態１と同様である。変形例２によれば、各磁極の磁力を強化することができる。

〔変形例３〕
変形例３のロータ３０は、図１１に示すように、一対の永久磁石３３ａにより一つの磁極が形成されている変形例２のロータ３０に対して、各磁極に更に永久磁石３３ｂを付加したものである。この場合、ロータコア３１のＶ字状に配置された対をなす磁石収容部３２ａの中間部外周側に、長辺が周方向に延びる長方形断面の磁石収容部３２ｂが設けられており、この磁石収容部３２ｂに長方形断面の永久磁石３３ｂが収容配置されている。この場合、各磁極のアークレシオαは、変形例２と同様である。変形例３によれば、各磁極の磁力を変形例２より更に強化することができる。

〔変形例４〕
変形例４のロータ３０は、図１２及び図１３に示すように、強磁性体の粉末を圧縮して固めた圧粉磁心よりなるロータコア３１と、ロータコア３１内に形成された磁石収容部３２ｃに収容されて周方向に極性が交互に異なる磁極を形成する複数の永久磁石３３ｃとから構成されている。ロータコア３１は、周方向に分割された複数の分割コア３１ｂを円環状に組み付けてなるいわゆるかご形のものである。

このロータコア３１には、軸方向一端側（図１２の下側）の端面に開口し、所定の径方向幅で周方向に１周するように円環状に形成された磁石収容部３２ｃが設けられている。この磁石収容部３２ｃには、周方向に極性が交互に異なる複数の磁極（変形例４では１６極（Ｎ極：８、Ｓ極：８））を形成する複数の長方形断面の永久磁石３３ｃが収容配置されている。各永久磁石３３ｃは、接着剤などでロータコア３１に固定されている。この場合、ロータ３０の回転軸線Ｏを中心とする磁極のアークレシオαは、永久磁石３３ｃの外周側平面の周方向両端と回転軸線Ｏとをそれぞれ結ぶ２本の直線Ｌ６，Ｌ６のなす角度で規定される。

ロータコア３１の外周面には、径方向内方に凹んだ複数（変形例４では１６個）の凹部３５が周方向に所定距離を隔てて設けられている。これにより、ロータコア３１の外周面の隣接する２つの凹部３５の間には、ステータコア２２と対向して磁束を授受する磁束授受面３６が形成されている。ロータ３０の回転軸線Ｏを中心とする各磁束授受面３６の周方向角度範囲βは、実施形態１と同様に、磁束授受面３６の周方向両端と回転軸線Ｏとをそれぞれ結ぶ２本の直線Ｌ７，Ｌ７のなす角度で規定される。なお、変形例４の場合にも、磁極のアークレシオα及び磁束授受面３６の周方向角度範囲βは、実施形態１と同様に、β≦２ｎγ、且つβ＜αの関係を満たすように設定されている。

〔変形例５〕
変形例５のロータ３０は、図１４に示すように、変形例４と同様に形成されたかご形のロータコア３１の磁石収容部３２ｄに、永久磁石３３ｄ，３３ｅをハルバッハ配列で配置したものである。この場合、永久磁石３３ｄ，３３ｅは、周方向に極性が交互に異なる磁極を形成するように、永久磁石３３ｄ，３３ｅの配向方向が径方向及び周方向の２方向を向くように配置されている。各永久磁石３３ｄ，３３ｅは、接着剤などでロータコア３１に固定されている。なお、変形例５の場合にも、磁極のアークレシオα及び磁束授受面３６の周方向角度範囲βは、変形例４と同様に規定され、β≦２ｎγ、且つβ＜αの関係を満たすように設定されている。

変形例５の場合には、配向方向が周方向を向くように配置される永久磁石３３ｅが存在し、無効となる磁力が存在するが、変形例５によれば、無効磁束を下げ、その永久磁石３３ｅのもつ特性を十分に発揮させることができる。その結果、求められる磁力の向上に付随し、パーミアンスが上昇し、耐熱性が向上する。

〔変形例６〕
変形例６のロータ３０は、図１５に示すように、変形例４と同様に形成されたかご形のロータコア３１に埋め込まれる永久磁石３３ｆとして、円筒状に形成されて周方向に複数の磁極が着磁された等方性磁石を採用したものである。この等方性磁石は、周方向に極性が交互に異なるように形成された複数の磁極（変形例６では１２極（Ｎ極：６、Ｓ極：６））を有する。よって、ロータコア３１の外周面には、それぞれ１２個の凹部３５と磁束授受面３６が周方向に交互に配置されている。

この場合、ロータ３０の回転軸線Ｏを中心とする各磁極のアークレシオαは、各磁極の反磁極中心側で最外周側に位置する角部と、回転軸線Ｏとをそれぞれ結ぶ２本の直線Ｌ８，Ｌ８のなす角度で規定される。具体的には、アークレシオαは、６スロットピッチで２２．５°とされている。また、各磁束授受面３６の周方向角度範囲βは、変形例４と同様に、２本の直線Ｌ７，Ｌ７のなす角度で規定される。なお、変形例６の場合にも、磁極のアークレシオα及び磁束授受面３６の周方向角度範囲βは、実施形態１と同様に、β≦２ｎγ、且つβ＜αの関係を満たすように設定されている。

〔変形例７〕
変形例７は、図１６に示すように、ステータコア２２の内周部に設けられた各ティース２２ｂの突出先端部に、周方向両側に張り出す鍔部２２ｃを有する点で、上記実施形態１のステータコア２２と異なる。この場合、ロータ３０の回転軸線Ｏを中心として、ティース２２ｂの周方向中心から鍔部２２ｃの周方向先端までの周方向角度範囲をδとしたときに、磁束授受面３６の周方向角度範囲βは、β≦２ｎγ−２δとされている。なお、周方向角度範囲δは、ティース２２ｂの周方向中心と回転軸線Ｏを結ぶ直線Ｌ９と、鍔部２２ｃの周方向先端と回転軸線Ｏを結ぶ直線Ｌ１０とのなす角度により規定される。

変形例７のように、各ティース２２ｂの突出先端部に鍔部２２ｃを有する場合には、磁束授受面３６の周方向角度範囲βを上記の範囲に設定することで、ステータ２０とロータ３０との間に流れる磁束を効率よく獲得することができる。

〔実施形態２〕
上記実施形態１の回転電機１では、永久磁石埋め込み型のロータ３０が採用されていたのに対して、実施形態２の回転電機２は、ランデル型コア４１及び界磁コイル４４を有する電磁石型のロータ４０が採用されている点で異なる。よって、実施形態１と共通する部材や構成についての詳しい説明は省略し、以下、図１７〜図２１を参照して異なる点及び重要な点を説明する。なお、実施形態１と共通する部材については同じ符号を用いる。

実施形態の回転電機２は、車両用の電動発電機であって、図１７に示すように、ハウジング１０と、ステータコア２２及びステータコイル２１を有し電機子として働くステータ２０と、ランデル型コア４１及び界磁コイル４４を有し界磁として働くロータ４０と、電力変換装置５０とを備えている。実施形態２のハウジング１０、ステータ２０及び電力変換装置５０は、実施形態１と同じであるので、実施形態１の説明及び図１〜図８等を援用し、詳しい説明は省略する。

ロータ４０は、図１７に示すように、ハウジング１０に軸受１１を介して回転可能に両端が支持されたシャフト１３と一体になって回転するもので、フロント側の第１ポールコア４２とリア側の第２ポールコア４３を軸方向に組み付けてなるランデル型コア４１と、ランデル型コア４１に巻装された界磁コイル４４と、を備えている。

ランデル型コア４１の第１ポールコア４２は、図１８及び図２０に示すように、シャフト１３の外周に嵌合固定された円筒状のボス部４２ａと、ボス部４２ａの軸方向一端部から径方向に延びるディスク部４２ｂと、ディスク部４２ｂの外周部から軸方向に沿ってボス部４２ａ側に延びる複数（実施形態２では８個）の第１爪磁極部４２ｃとからなる。また、第２ポールコア４３は、図１７及び図２１に示すように、第１ポールコア４２と同様に構成されており、ボス部４３ａと、ディスク部４３ｂと、８個の第２爪磁極部４３ｃとからなる。

第１ポールコア４２と第２ポールコア４３は、それぞれの第１爪磁極部４２ｃと第２爪磁極部４３ｃを互い違いに向かい合わせるようにして、両ボス部４２ａ，４３ａの軸方向端面同士が接面する状態に組み付けられている（図１７及び図２１参照）。これにより、第１爪磁極部４２ｃと第２爪磁極部４３ｃが、周方向に所定距離を隔てて交互に配置されている。そして、両ボス部４２ａ，４３ａの外周面と第１及び第２爪磁極部４２ｃ，４３ｃとの間の空間部に、絶縁処理された導体線を円筒状かつ同心状に巻回してなる界磁コイル４４が配置されている。この界磁コイル４４への通電によって、第１爪磁極部４２ｃと第２爪磁極部４３ｃが互いに異なる極性に磁化される。実施形態２の場合には、第１及び第２爪磁極部４２ｃ，４３ｃが８個ずつ設けられているので、１６極（Ｎ極：８、Ｓ極：８）の磁極が形成されるようになっている。

第１及び第２爪磁極部４２ｃ，４３ｃは、軸方向根元側（ディスク部４２ｂ，４３ｂ側）から先端側に向かって徐々に細くなる先細り状に形成されている。そして、第１及び第２爪磁極部４２ｃ，４３ｃの周方向両側の側面と外周面とが交わる角部には、平面状の面取り４２ｄ，４３ｄが施されている。第１及び第２爪磁極部４２ｃ，４３ｃのそれぞれ周方向両側で対をなす面取り４２ｄ，４３ｄの間に位置する外周面は、ステータコア２２と対向して磁束を授受する磁束授受面４６となっている。

第１及び第２爪磁極部４２ｃ，４３ｃのロータ４０の回転軸線Ｏを中心とするアークレシオαは、図１９に示すように、第１及び第２爪磁極部４２ｃ，４３ｃの周方向両側の側面と面取り４２ｄ，４３ｄとが交わる角部と回転軸線Ｏとをそれぞれ結ぶ２本の直線Ｌ１１，Ｌ１１のなす角度で規定される。この場合、第１及び第２爪磁極部４２ｃ，４３ｃのアークレシオαは、第１及び第２爪磁極部４２ｃ，４３ｃが軸方向に先細り状に形成されていることから軸方向に変化しており、軸方向根元側が最大角αmax となっている。

このアークレシオαの最大角αmax は、スロット倍数ｎ及びスロットピッチγとの関係において、αmax ≧３ｎγを満たすように設定されている。具体的には、ｎ＝２、γ＝３．７５°から、アークレシオαの最大角αmax は、αmax ≧３×２×３．７５°＝２２．５°とされ、ステータコア２２の内周面に対して６スロットピッチ以上の範囲となるように設定されている。

また、第１及び第２爪磁極部４２ｃ，４３ｃの磁束授受面４６の周方向角度範囲をβは、磁束授受面４６の周方向両端と回転軸線Ｏとをそれぞれ結ぶ２本の直線Ｌ１２，Ｌ１２のなす角度で規定される。この場合、磁束授受面４６の周方向角度範囲βは、第１及び第２爪磁極部４２ｃ，４３ｃのアークレシオαよりも小さくされており、β＜αとなる関係に設定されている。これにより、ステータ２０とロータ４０との間に流れる磁束は、β＜αの関係から、第１及び第２爪磁極部４２ｃ，４３ｃのアークレシオαの範囲において、磁束授受面４６の周方向角度範囲βで設定された磁束よりも大きく生み出されるようにされている。

また、磁束授受面４６の周方向角度範囲βは、スロット倍数ｎ及びスロットピッチγとの関係において、β≦２ｎγを満たすように設定されている。具体的には、実施形態１と同様に、ｎ＝２、γ＝３．７５°から、磁束授受面４６の周方向角度範囲βは、β≦２×２×３．７５°＝１５°とされ、ステータコア２２の内周面に対して４スロットピッチ以下の範囲となるように設定されている。即ち、磁束授受面４６の周方向角度範囲βは、同相の相巻線において電流が流れる向きが互いに逆方向となる電気導体（スロット収容部２３ａ）が収容された２つのスロット２５の間隔（４スロットピッチ）以下となるように設定されている。これにより、各相巻線の同相内で反磁界が生まれないようにされている。

以上のように構成された実施形態２の車両用の回転電機２は、電力変換装置５０から供給される電力変換された駆動電流に基づいてステータ２０を励磁させると、その励磁作用によって回転トルク（動力となる場合を含む）が発生してロータ４０が回転する。この場合、回転電機２は電動機として作動する。発生した回転トルクは、ロータ４０及びシャフト１３から例えば車軸などの駆動部に出力される。

また、電力変換装置５０が電力変換信号を出力せず、かつ、エンジンの作動により出力軸の回転力がシャフト１３に伝達された場合には、ロータ４０も回転するので、ステータ２０のステータコイル２１に逆起電力が発生する。発生した逆起電力（回生電力）は、電力変換装置５０を介してバッテリに充電することができる。この場合、回転電機２は発電機として作動する。

以上のように、実施形態２の回転電機２によれば、スロット倍数がｎとされ、ステータコイル２１の各相巻線は、隣接する（ｎ＋１）個のスロット２５に渡って短節巻きにて巻装され、ロータ３０の回転軸線Ｏを中心として、第１及び第２爪磁極部４２ｃ，４３ｃのアークレシオをαとし、磁束授受面３６の周方向角度範囲をβとし、スロットピッチをγとしたときに、β≦２ｎγ、且つβ＜αとされて、アークレシオαの最大角αmax が、αmax ≧３ｎγとされている。これにより、ステータ２０とロータ４０との間に磁束が流れる際に、ステータコイル２１の各相巻線の同相内に反磁界が生まれないようにされているので、ステータ２０とロータ４０との間に流れる磁束を効率よく獲得することができるなど実施形態１と同様の作用及び効果を奏する。

また、実施形態２では、ランデル型コア４１及び界磁コイル４４を有する電磁石型のロータ４０が採用されているので、２次元平面が軸方向に連続する実施形態１の永久磁石埋め込み型のロータ３０に比べ、ステータ２０の軸方向端面付近では、β≧３ｎとすることができるので、磁力強化を図ることができる。

〔変形例８〕
変形例８は、図２２に示すように、変形例７と同様に、ステータコア２２の内周部に設けられた各ティース２２ｂの突出先端部に、周方向両側に張り出す鍔部２２ｃを有する点で、上記実施形態２のステータコア２２と異なる。この場合、ロータ３０の回転軸線Ｏを中心として、ティース２２ｂの周方向中心から鍔部２２ｃの周方向先端までの周方向角度範囲をδとしたときに、磁束授受面４６の周方向角度範囲βは、β≦２ｎγ−２δとされている。なお、周方向角度範囲δは、ティース２２ｂの周方向中心と回転軸線Ｏを結ぶ直線Ｌ９と、鍔部２２ｃの周方向先端と回転軸線Ｏを結ぶ直線Ｌ１０とのなす角度により規定される。

変形例８のように、各ティース２２ｂの突出先端部に鍔部２２ｃを有する場合には、磁束授受面４６の周方向角度範囲βを上記の範囲に設定することで、ステータ２０とロータ４０との間に流れる磁束を効率よく獲得することができる。

〔変形例９〕
変形例９は、図２３に示すように、上記実施形態２のランデル型コア４１及び界磁コイル４４を有する電磁石型のロータ４０において、シャフト１３の内部に液体冷媒が軸方向に流通する第１流通路１５を有するようにしたものである。変形例９によれば、電磁石型のロータ４０内に設けられた流通路１５に液体冷媒を流通させることで、発熱する界磁コイル４４を集中的に冷却することができる。

〔変形例１０〕
変形例１０は、図２４に示すように、上記変形例９の第１流通路１５を有するロータ４０に対して、更にシャフト１３の軸方向中央部において放射方向に延びる複数の第２流通路１６を付加したものである。この第２流通路１６は、径方向内方側が第１流通路１５と連通し、径方向外方側がランデル型コア４１を構成する第１及び第２ポールコア４２，４３の両ボス部４２ａ，４３ａの外周面に開口している。なお、ハウジング１０の下方部には、第２流通路１６から放出された液体冷媒を回収するドレン孔１９が設けられている。

変形例１０によれば、ロータ４０の回転時の遠心力によって、液体冷媒が第１流通路１５から第２流通路１６を通って放射方向に放出されるため、界磁コイル４４及び第１及び第２爪磁極部４２ｃ，４３ｃを液体冷媒で直接的に冷却することができる。これにより、効率よく冷却することができるので、良好な冷却効果を得ることができる。

〔実施形態３〕
上記実施形態１の回転電機１では、３相の相巻線よりなるステータコイル２１が採用されていたのに対して、実施形態３の回転電機は、６相の相巻線よりなるステータコイル２１が採用されている点で異なる。よって、実施形態１と共通する部材や構成についての詳しい説明は省略し、以下、図３〜図８、図２５を参照して異なる点及び重要な点を説明する。なお、実施形態１と共通する部材については同じ符号を用いる。

実施形態３の６相の相巻線よりなるステータコイル２１は、実施形態１と同様に、図４に示す大小で対をなすＵ字形状の導体セグメント２３（大セグメント２３１，小セグメント２３２）を採用して形成されている。この場合、対をなす一組の大小セグメント２３１，２３２は、それらの一対の直線部（２３ｇ１，２３ｇ２）（２３ｇ３，２３ｇ４）が、５スロットピッチ離れた２個のスロット２５Ａ，２５Ｃ（図８参照）に軸方向一端側（図４の上側、図２５の紙面裏側）から挿入されている。

即ち、大セグメント２３１は、一方の直線部２３ｇ１が一方のスロット２５Ａの第４層（最外層）に挿入され、他方の直線部２３ｇ２がステータコア２２の反時計回り方向（図４、図２５の矢印Ｙ方向）に５スロットピッチ離れた他方のスロット（図示せず）の第１層（最内層）に挿入される。そして、小セグメント２３２は、一方の直線部２３ｇ３が一方のスロット２５Ａの第３層に挿入され、他方の直線部２３ｇ４がステータコア２２の反時計回り方向に５スロットピッチ離れた他方のスロット（図示せず）の第２層に挿入される。このようにして、全スロット２５に対して偶数本の導体セグメント２３の直線部２３ｇが挿入配置される。実施形態３の場合には、各スロット２５内に合計４本の直線部２３ｇ１〜２３ｇ４が径方向１列に配置される（図６、図８参照）。

この場合、各スロット２５内の１本の電気導体（スロット収容部２３ａ）は、５スロットピッチ離れた他のスロット２５内の１本の電気導体（スロット収容部２３ａ）と対をなしている。例えば、図８に示すように、一方のスロット２５Ａの第１層に収容された電気導体２３１ａは、ステータコア２２の時計回り方向（図４、図５、図８、図２５の矢印Ｘ方向）に向かって５スロットピッチ離れた他方のスロット２５Ｃの第４層に収容された電気導体２３１ｂと対をなしている。同様に、一方のスロット２５Ａの第２層に収容された電気導体２３２ａは、ステータコア２２の時計回り方向（矢印Ｘ方向）に向かって５スロットピッチ離れた他方のスロット２５Ｃの第３層に収容された電気導体２３２ｂと対をなしている。

そして、実施形態１と同様に、大小セグメント２３１，２３２の、各スロット２５から軸方向他端側（図５の上側）に延出している対をなす直線部（２３ｇ１，２３ｇ２）（２３ｇ３，２３ｇ４）の開放端部が、互いに周方向反対側へ捻られて、概ね２．５スロットピッチ分の長さの斜行部２３ｅが形成される。この斜行部２３ｅの先端には、屈曲変形により接合端部２３ｆが一体に形成されている。その後、ステータコア２２の軸方向他端側において、導体セグメント２３の所定の接合端部２３ｆ同士が溶接等の手段で接合されて所定のパターンで電気的に接続される。

これにより、所定の導体セグメント２３が直列に接続されることによって、ステータコア２２のスロット２５に沿って周方向に波巻きで巻かれた６本の相巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｘ相、Ｙ相、Ｚ相）よりなるステータコイル２１が形成される。この場合、ステータコイル２１の各相巻線は、隣接するｎ個（実施形態３の場合ｎ＝２で２個）のスロット２５に渡って５スロットピッチの短節巻きにて巻装されている。

即ち、各相巻線は、図２５に示すように、各スロット２５の内周側に収容された２本の電気導体（第１層及び第２層）が、ステータコア２２の時計回り方向（矢印Ｘ方向）に向かって５スロットピッチ離れたスロット２５の外周側に収容された２本の電気導体（第３層及び第４層）と接続している。そのため、実施形態３ではスロット倍数ｎが２とされていることから、同一相の相巻線が収容されるスロット２５は、第１層及び第２層が収容される内周側と第３層及び第４層が収容される外周側とで、周方向に１スロットピッチずれた状態になっている。

具体的には、図２５に示すように、第１層及び第２層が収容される内周側では、ステータコア２２の反時計回り方向（矢印Ｙ方向）に向かって、Ｕ相、Ｘ相、Ｖ相、Ｙ相、Ｗ相、Ｚ相の各相巻線が収容されるスロット２５が１個ずつ順番に繰り返すように配置されている。また、第３層及び第４層が収容される外周側では、内周側に対して、ステータコア２２の反時計回り方向（矢印Ｙ方向）へ１スロットピッチずれた状態で、Ｕ相、Ｘ相、Ｖ相、Ｙ相、Ｗ相、Ｚ相の各相巻線が収容されるスロット２５が１個ずつ順番に繰り返すように配置されている。これにより、各相巻線は、ステータコア２２の隣接するｎ個（ｎ＝２で２個）のスロット２５に渡って巻装されている。

なお、実施形態３のステータコイル２１は、実施形態１と同様に、基本となるＵ字形状の導体セグメント２３により、各相巻線がステータコア２２の周りを４周するように形成される。このとき、ステータコイル２１の各相巻線について、出力用引き出し線又は中性点用引き出し線を一体に有するセグメント、並びに１周目と２周目、２周目と３周目、３周目と４周目をそれぞれ接続するターン部を有するセグメントは、基本となる導体セグメント２３とは異なる異形セグメント（図示せず）で構成される。これら異形セグメントを用いて、ステータコイル２１の各相巻線が星型結線により結線される。

実施形態３において、ロータ３０の回転軸線Ｏを中心とする、磁極のアークレシオα及び磁束授受面３６の周方向角度範囲β、並びにスロットピッチγは、実施形態１と同様に規定されるものであるが、実施形態３では、β≦（３ｎ−１）γ、且つβ＜αとなるように設定されている。即ち、β＜αの関係から、ステータ２０とロータ３０との間に流れる磁束は、磁極のアークレシオαの範囲において、磁束授受面３６の周方向角度範囲βで設定された磁束よりも大きく生み出されるようにされている。

また、β≦（３ｎ−１）γの関係から、磁束授受面３６の周方向角度範囲βは、β≦（３×２−１）×３．７５°＝１８．７５°とされ、ステータコア２２の内周面に対して５スロットピッチ以下の範囲となるように設定されている。即ち、磁束授受面３６の周方向角度範囲βは、同相の相巻線において電流が流れる向きが互いに逆方向となる電気導体（スロット収容部２３ａ）が収容された２つのスロット２５の間隔（５スロットピッチ）以下となるように設定されている。これにより、各相巻線の同相内で反磁界が生まれないようにされている。

以上のように、実施形態３の回転電機によれば、スロット倍数がｎとされ、ステータコイル２１の各相巻線は、隣接するｎ個のスロット２５に渡って短節巻きにて巻装され、ロータ３０の回転軸線Ｏを中心として、磁極のアークレシオをαとし、磁束授受面３６の周方向角度範囲をβとし、スロットピッチをγとしたときに、β≦（３ｎ−１）γ、且つβ＜αとされている。これにより、実施形態１と同様に、ステータ２０とロータ３０との間に磁束が流れる際に、ステータコイル２１の各相巻線の同相内に反磁界が生まれないようにされているので、ステータ２０とロータ３０との間に流れる磁束を効率よく獲得することができる。

特に、実施形態３の場合には、磁束授受面３６の周方向角度範囲βの上限が、実施形態１の場合の４スロットピッチから５スロットピッチに増大されるため、磁束授受面３６を流れる磁束の量を増大させて性能の向上を図ることができる。

〔変形例１１〕
変形例１１は、図２６に示すように、変形例７，８と同様に、ステータコア２２の内周部に設けられた各ティース２２ｂの突出先端部に、周方向両側に張り出す鍔部２２ｃを有する点で、上記実施形態３のステータコア２２と異なる。この場合、ロータ３０の回転軸線Ｏを中心として、ティース２２ｂの周方向中心から鍔部２２ｃの周方向先端までの周方向角度範囲をδとしたときに、磁束授受面３６の周方向角度範囲βは、β≦（３ｎ−１）γ−２δとされている。なお、周方向角度範囲δは、ティース２２ｂの周方向中心と回転軸線Ｏを結ぶ直線Ｌ９と、鍔部２２ｃの周方向先端と回転軸線Ｏを結ぶ直線Ｌ１０とのなす角度により規定される。

変形例１１のように、各ティース２２ｂの突出先端部に鍔部２２ｃを有する場合には、磁束授受面３６の周方向角度範囲βを上記の範囲に設定することで、ステータ２０とロータ３０との間に流れる磁束を効率よく獲得することができる。

〔実施形態４〕
上記実施形態３の回転電機では、永久磁石埋め込み型のロータ３０が採用されていたのに対して、実施形態４の回転電機は、ランデル型コア４１及び界磁コイル４４を有する電磁石型のロータ４０が採用されている点で異なる。即ち、実施形態４の回転電機は、図２７に示すように、実施形態３の６相の相巻線よりなるステータコイル２１を有するステータ２０（図２５参照）と、実施形態２のランデル型コア４１及び界磁コイル４４を有するロータ４０（図１９参照）とを組み合わせて構成されている。よって、図２７において、実施形態２，３と共通する部材に同じ符号を付すだけに止めて、実施形態４の回転電機の構成等についての詳しい説明は省略する。

以上のように、実施形態４の回転電機によれば、スロット倍数がｎとされ、ステータコイル２１の各相巻線は、隣接するｎ個のスロット２５に渡って短節巻きにて巻装され、ロータ３０の回転軸線Ｏを中心として、第１及び第２爪磁極部４２ｃ，４３ｃのアークレシオをαとし、磁束授受面３６の周方向角度範囲をβとし、スロットピッチをγとしたときに、β≦（３ｎ−１）γ、且つβ＜αとされて、アークレシオαの最大角αmax が、αmax ≧３ｎγとされている。これにより、実施形態３の回転電機と同様の作用及び効果を得ることができる。

〔変形例１２〕
変形例１２は、図２８に示すように、変形例７，８，１１と同様に、ステータコア２２の内周部に設けられた各ティース２２ｂの突出先端部に、周方向両側に張り出す鍔部２２ｃを有する点で、上記実施形態４のステータコア２２と異なる。この場合、ロータ３０の回転軸線Ｏを中心として、ティース２２ｂの周方向中心から鍔部２２ｃの周方向先端までの周方向角度範囲をδとしたときに、磁束授受面４６の周方向角度範囲βは、β≦（３ｎ−１）γ−２δとされている。なお、周方向角度範囲δは、ティース２２ｂの周方向中心と回転軸線Ｏを結ぶ直線Ｌ９と、鍔部２２ｃの周方向先端と回転軸線Ｏを結ぶ直線Ｌ１０とのなす角度により規定される。

変形例１２のように、各ティース２２ｂの突出先端部に鍔部２２ｃを有する場合には、磁束授受面４６の周方向角度範囲βを上記の範囲に設定することで、ステータ２０とロータ４０との間に流れる磁束を効率よく獲得することができる。

〔他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。

例えば、上記の実施形態１〜４では、本発明に係る回転電機を車両用の電動発電機に適用した例を説明したが、本発明は、車両に搭載されて、発電機又は電動機として単独の機能で使用する回転電機にも適用することができる。

１，２…回転電機、 １３…シャフト、 １５…第１流通路、 １６…第２流通路、 ２０…ステータ、 ２１…ステータコイル、 ２２…ステータコア、 ２２ｂ…ティース、 ２２ｃ…鍔部、 ２５…スロット、 ３０…ロータ、 ３１…ロータコア、 ３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ…磁石収容部、 ３３，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ，３３ｆ…永久磁石、 ３５…凹部、 ３６…磁束授受面、 ３７…面取り、 ４０…ロータ、 ４１…ランデル型コア、 ４２…第１ポールコア、 ４２ｃ…第１爪磁極部、 ４３…第２ポールコア、 ４３ｃ…第２爪磁極部、 ４４…界磁コイル、 ４６…磁束授受面、 Ｏ…ロータの回転軸線。

Claims (15)

1. 周方向に極性が交互に異なるように配置された複数の磁極を有するロータ（３０，４０）と、
   周方向に配列された複数のスロット（２５）を有し前記ロータと径方向に対向して配置されたステータコア（２２）、及び前記スロットに収容されて前記ステータコアに分布巻きにて巻装された３相の相巻線よりなるステータコイル（２１）を有するステータ（２０）と、を備えた回転電機において、
   前記ステータコアの前記スロットは、前記ステータコイルの一相当たりｎ(ｎは２以上の自然数)個の割合で形成されてスロット倍数がｎとされ、
   前記ステータコイルの各前記相巻線は、隣接する（ｎ＋１）個の前記スロットに渡って短節巻きにて巻装され、
   前記ロータの回転軸線（Ｏ）を中心として、前記磁極のアークレシオをαとし、前記ステータコアと対向して磁束を授受する前記ロータの磁束授受面（３６，４６）の周方向角度範囲をβとし、前記スロットの周方向のスロットピッチをγとしたときに、β≦２ｎγ、且つβ＜αとされ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、
   前記ロータ（３０）は、磁石収容部（３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ）を有するロータコア（３１）と、前記磁石収容部に収容されて周方向に極性が交互に異なる前記磁極を形成する永久磁石（３３，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ，３３ｆ）とを有することを特徴とする回転電機。
3. 請求項２に記載の回転電機において、
   前記ロータコアは、前記磁束授受面（３６）の周方向両側に径方向に凹んだ凹部（３５）を有することを特徴とする回転電機。
4. 請求項３に記載の回転電機において、
   前記磁束授受面の周方向両端の角部には、面取り（３７）が施されていることを特徴とする回転電機。
5. 請求項２〜４の何れか一項に記載の回転電機において、
   前記永久磁石（３３ｄ）は、周方向に極性が交互に異なる前記磁極を形成するように、前記永久磁石の配向方向が径方向及び周方向の２方向を向くようにハルバッハ配列で配置されていることを特徴とする回転電機。
6. 請求項２〜４の何れか一項に記載の回転電機において、
   前記永久磁石（３３ｅ）は、円筒状に形成されて周方向に複数の前記磁極が着磁された等方性磁石であることを特徴とする回転電機。
7. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記ロータ（４０）は、第１爪磁極部（４２ｃ）を有する第１ポールコア（４２）と第２爪磁極部（４３ｃ）を有する第２ポールコア（４３）とを組み合わせてなり前記第１爪磁極部と前記第２爪磁極部が周方向に交互に配置されているランデル型コア（４１）と、前記ランデル型コアに巻装された界磁コイル（４４）と、を備え、
   前記ロータの回転軸線を中心として、前記第１及び第２爪磁極部のアークレシオをαとし、前記ステータコアと対向して磁束を授受する前記第１及び第２爪磁極部の磁束授受面（４６）の周方向角度範囲をβとし、前記スロットの周方向のスロットピッチをγとしたときに、β≦２ｎγ、且つβ＜αとされているとともに、
   前記第１及び第２爪磁極部は、前記アークレシオαが軸方向に変化するように形成されて、前記アークレシオαの最大角αmax が、αmax ≧３ｎγとされていることを特徴とする回転電機。
8. 請求項７に記載の回転電機において、
   前記第１及び第２爪磁極部の前記磁束授受面の周方向角度範囲βは、前記第１及び第２爪磁極部の軸方向根元側から先端側に向かって徐々に小さくなっていることを特徴とする回転電機。
9. 請求項７又は８に記載の回転電機において、
   前記ロータは、シャフト（１３）の内部に液体冷媒が軸方向に流通する第１流通路（１５）を有することを特徴とする回転電機。
10. 請求項９に記載の回転電機において、
    前記シャフト及び前記ランデル型コアは、前記第１流通路と連通し、前記液体冷媒が放射方向に流通する第２流通路（１６）を有することを特徴とする回転電機。
11. 請求項１〜１０の何れか一項に記載の回転電機において、
    前記ステータコアは、径方向に突出して周方向に配列される前記スロットを区画する複数のティース（２２ｂ）を有するとともに、前記ティースは、突出先端部に周方向両側に張り出す鍔部（２２ｃ）を有し、
    前記ロータの回転軸線を中心として、前記ティースの周方向中心から前記鍔部の周方向先端までの周方向角度範囲をδとしたときに、
    前記磁束授受面の周方向角度範囲βは、β≦２ｎγ−２δとされていることを特徴とする回転電機。
12. 周方向に極性が交互に異なるように配置された複数の磁極を有するロータ（３０，４０）と、
    周方向に配列された複数のスロット（２５）を有し前記ロータと径方向に対向して配置されたステータコア（２２）、及び前記スロットに収容されて前記ステータコアに分布巻きにて巻装された６相の相巻線よりなるステータコイル（２１）を有するステータ（２０）と、を備えた回転電機において、
    前記ステータコアの前記スロットは、前記ステータコイルの一相あたりｎ(ｎは２以上の自然数)個の割合で形成されてスロット倍数がｎとされ、
    前記ステータコイルの各前記相巻線は、隣接するｎ個の前記スロットに渡って短節巻きにて巻装され、
    前記ロータの回転軸線（Ｏ）を中心として、前記磁極のアークレシオをαとし、前記ステータコアと対向して磁束を授受する前記ロータの磁束授受面（３６，４６）の周方向角度範囲をβとし、前記スロットの周方向のスロットピッチをγとしたときに、β≦（３ｎ−１）γ、且つβ＜αとされていることを特徴とする回転電機。
13. 請求項１２に記載の回転電機において、
    前記ロータ（３０）は、磁石収容部（３２）を有するロータコア（３１）と、前記磁石収容部に収容されて周方向に極性が交互に異なる前記磁極を形成する複数の永久磁石（３３）とを有することを特徴とする回転電機。
14. 請求項１２に記載の回転電機において、
    前記ロータ（４０）は、第１爪磁極部（４２ｃ）を有する第１ポールコア（４２）と第２爪磁極部（４３ｃ）を有する第２ポールコア（４３）とを組み合わせてなり前記第１爪磁極部と前記第２爪磁極部が周方向に交互に配置されているランデル型コア（４１）と、前記ランデル型コアに巻装された界磁コイル（４４）とを有し、
    前記ロータの回転軸線を中心として、前記第１及び第２爪磁極部のアークレシオをαとし、前記ステータコアと対向して磁束を授受する前記第１及び第２爪磁極部の磁束授受面（４６）の周方向角度範囲をβとし、前記スロットの周方向のスロットピッチをγとしたときに、β≦（３ｎ−１）γ、且つβ＜αとされているとともに、
    前記第１及び第２爪磁極部は、前記アークレシオαが軸方向に変化するように形成されて、前記アークレシオαの最大角αmax が、αmax ≧３ｎγとされていることを特徴とする回転電機。
15. 請求項１２〜１４の何れか一項に記載の回転電機において、
    前記ステータコアは、径方向に突出して周方向に配列される前記スロットを区画する複数のティース（２２ｂ）を有するとともに、前記ティースは、突出先端部に周方向両側に張り出す鍔部（２２ｃ）を有し、
    前記ロータの回転軸線を中心として、前記ティースの周方向中心から前記鍔部の周方向先端までの周方向角度範囲をδとしたときに、
    前記磁束授受面の周方向角度範囲βは、β≦（３ｎ−１）γ−２δとされていることを特徴とする回転電機。

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