JP2016220447A - ステータおよび回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】突極性を維持するステータおよび回転電機を提供する。
【解決手段】ヨーク１３と、ヨーク１３から径方向に延びる複数のティース１１と、周方向に隣り合うティース１１の相互間に形成される複数のスロット１２とを備えるステータ鉄心１０と、スロット１２に収容されて巻回されるステータ巻線とを有するステータにおいて、ティース１１の先端からヨーク１３側に所定距離ｔだけ離して設けられ、周方向に隣り合うティース１１の相互間を連結するリブＲｂを有する。この構成によれば、リブＲｂはティース１１の先端からヨーク１３側に所定距離ｔだけ離れて設けられるので、ロータ４０からリブＲｂに漏れる漏れ磁束φｅが無い。そのため、突極性を維持することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくともヨークと複数のティースとを有するステータと、当該ステータを含む回転電機に関する。

従来では、コギングトルクを効果的に減少させると共に、有効磁束の低減を抑えることを目的とするステータに関する技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。このステータは、複数の鉄芯部の半径方向内側の端部を互いに連繋する橋絡部を備え、橋絡部は、コアシートの板厚よりも薄く形成された薄肉部を有する。コアシートの板厚をｔ、薄肉部の板厚をＴとしたときに、薄肉部の板厚は０．２ｔ≦Ｔ＜ｔである。

特開２００３−０８８００７号公報

しかし、特許文献１に記載の技術をスイッチトリラクタンスモータ（Switched Reluctance Motor；以下では単に「ＳＲモータ」と呼ぶ。）に適用する場合には、以下の問題がある。第１の問題は、橋絡部に設けられる薄肉部は、薄肉部が設けられない部位よりも剛性が低下するためにステータ全体の剛性も低下し、振動や騒音が発生する恐れがある。第２の問題は、鉄芯部と橋絡部とは周方向に滑らかに連繋しているので、ロータから橋絡部に漏れる漏れ磁束があり、突極性が低下することである。

本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、第１の目的は突極性を維持することである。また、第２の目的はステータ全体の剛性を維持することである。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、ヨークと、前記ヨークから径方向に延びる複数のティースと、周方向に隣り合う前記ティースの相互間に形成される複数のスロットとを有するステータにおいて、前記ティースの先端から前記ヨーク側に所定距離だけ離れて設けられ、周方向に隣り合う前記ティースの相互間を連結するリブを有することを特徴とする。

この構成によれば、リブはティースの先端からヨーク側に所定距離だけ離れて設けられるので、ロータからリブに漏れる漏れ磁束を無視できるほどに抑制される。そのため、突極性を維持することができる。

第２の発明は、前記ティースは、前記リブとの間で流れる磁束を阻害するフラックスバリアを有することを特徴とする。

この構成によれば、フラックスバリアはティースとリブとの間で流れる磁束を阻害するので、ステータとロータの間で流れる磁束からリブに漏れて流れる漏れ磁束を抑制することができる。

第３の発明は、前記フラックスバリアは、三角形以上の多角形を含む多角形状、円形や扇形を含む円形状、前記多角形状と前記円形状とを合成した合成形状のうちで一以上の形状からなる貫通穴で形成されることを特徴とする。

この構成によれば、フラックスバリアは何らかの形状からなる貫通穴で形成すればよいので、複雑な工程を経ることなく簡単にステータを製造することができる。

第４の発明は、前記ティースの端面と前記フラックスバリアの端面との間の周方向幅は、前記リブの径方向幅の半分よりも小さく形成されることを特徴とする。

この構成によれば、ティースの端面とフラックスバリアの端面との間の周方向幅は、リブの径方向幅の半分よりも小さい。磁気飽和は、リブよりもティースの端面とフラックスバリアの端面との間で生じ易くなるので、ステータとロータの間で流れる磁束からリブに漏れて流れる漏れ磁束をより確実に抑制することができる。

第５の発明は、回転電機において、請求項１から８のいずれか一項に記載のステータと、回転自在に支持されるロータとを有することを特徴とする。

この構成によれば、突極性を維持したり、ステータ全体の剛性を維持したりできる回転電機を提供することができる。

なお「ヨーク」は、円環状（円筒状を含む）に形成される軟磁性体である。「ティース」は、ヨークから径方向に向けて延びて（あるいは突出して）形成される部位であって、他には「磁極歯」や「歯」等とも呼ばれる。「スロット」は、隣り合うティースの相互間に形成される空間であって、ステータ巻線が収容される部位である。「リブ」は、周方向に隣り合うティースの相互間を連結できれば形状を問わず、他には「ブリッジ」や「橋架部」等とも呼ばれる。「フラックスバリア」は、ティースとリブとの間で流れる磁束を阻害する磁気障壁であれば、任意に構成してよい。「回転電機」は、回転する部位（例えば軸やシャフト等）を有する機器であれば任意である。例えば、発電機，電動機，電動発電機等が該当する。ロータ（回転子）がステータ（固定子）の内径側に配置されるインナーロータ型でもよく、ロータがステータの外径側に配置されるアウターロータ型でもよい。

ステータ鉄心の第１構成例を模式的に示す斜視図である。 ステータ鉄心の第１構成例を模式的に示す平面図である。 トルク低下率とリブ位置との関係例を示すグラフ図である。 固有振動数とリブ位置との関係例を示すグラフ図である。 固有振動数とリブ位置との関係例を示すグラフ図である。 ステータ鉄心の第２構成例を模式的に示す斜視図である。 ステータ鉄心の第２構成例を模式的に示す平面図である。 ティースの成形例を示す平面図である。 トルク低下率と幅比率との関係例を示すグラフ図である。 ステータ鉄心の第３構成例を模式的に示す斜視図である。 ステータ鉄心の第３構成例を模式的に示す平面図である。 ステータ鉄心の第４構成例を模式的に示す斜視図である。 ステータ鉄心の第４構成例を模式的に示す平面図である。 セグメント導体の収容過程を模式的に示す側面図である。 図１４のXV方向から見たステータの構成例を模式的に示す平面図である。 セグメント導体同士の接続例を模式的に示す側面図である。 回転電機の構成例を模式的に示す断面図である。 トルク低下率と電流との関係例を示すグラフ図である。 トルク低下率比と電流との関係例を示すグラフ図である。 固有振動数の相違例を示すグラフ図である。 ステータ鉄心の第５構成例を模式的に示す平面図である。 ステータ鉄心の第６構成例を模式的に示す平面図である。 ステータ鉄心の第７構成例を模式的に示す平面図である。 ステータ鉄心の第８構成例を模式的に示す平面図である。 ステータ鉄心の第８構成例を模式的に示す平面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的に接続することを意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示しているとは限らない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。

英数字の連続符号は記号「〜」を用いて略記する。符号の英文字は、特に明示しない限り、大文字と小文字とで別の要素を意味する。例えば、図１に示すステータ鉄心１０Ａと、図１４に示す電磁鋼板１０ａは別の要素である。「巻回」は巻き回すことを意味し、巻いて装う「巻装」と同義に用いる。特に明示しない限り、「外径側」は径方向における外側や外周側を意味し、「内径側」は径方向における内側や内周側を意味する。実施の形態１〜５では、インナーロータ型の回転電機について説明する。

〔実施の形態１〕
実施の形態１は図１〜図５を参照しながら説明する。図１に示すステータ鉄心１０Ａは、後述する実施の形態５（図１５〜図１７）に示すステータ３０の構成要素であり、ステータ鉄心１０の一例である。このステータ鉄心１０Ａは、例えば極数ｍが「２４」であり、ティース１１，ヨーク１３，リブＲｂ１などを有する。

ヨーク１３は、円環状（円筒状を含む）に形成される部位である。複数のティース１１は、ヨーク１３から径方向に延びて形成される部位である。複数のスロット１２は、周方向に隣り合うティース１１の相互間に形成される空間であって、後述するステータ巻線２０（図１４〜図１７を参照）が収容される部位である。ステータ巻線２０の相数ｐは、例えば「３」である。

本形態のスロット１２は、ティース１１における径方向の辺に対応する径方向面ＳＦ１，ＳＦ２が平行になるように形成するとよい。このように形成すると、断面が四角形状のステータ巻線２０（図１４〜図１７を参照）を収容し易くなり、占積率が高まる。占積率は、ステータ巻線２０がスロット１２を占める比率である。

リブＲｂ１は、リブＲｂの一例である。このリブＲｂ１は、ステータ鉄心１０Ａにおいて、周方向に隣り合うティース１１の相互間を連結する部位である。図２に示すリブＲｂ１は、内径側に配置されるティース１１の先端面１１ａからヨーク１３側（つまり外径側）に所定距離ｔだけ離して設けられる。先端面１１ａは「先端」に相当する。リブＲｂ１は、占積率を高めるため、ティース１１の径方向面ＳＦ１，ＳＦ２に対して直交するように、ティース１１の相互間を連結するとよい。

ここで、ティース１１の径方向長さをティース長Ｔとする。所定距離ｔをティース長Ｔで除した値（ｔ／Ｔ）をリブ位置Ｐとする。すなわち、Ｐ＝ｔ／Ｔである。リブ位置Ｐとトルク低下率Ｒｔとの関係は、例えば図３に示す折れ線グラフのようになる。

図３において、リブ位置Ｐが０[％]となるリブ位置Ｐ１０は、リブＲｂ１がティース１１の先端面１１ａと滑らかになるように曲面で形成される閉スロット構造のステータ（以下では単に「閉スロット構造ステータ」と呼ぶ。）である。リブ位置Ｐが１００[％]となるリブ位置Ｐ１６は、リブＲｂ１が設けられない開スロット構造のステータ（以下では単に「開スロット構造ステータ」と呼ぶ。）である。

図３に示す特性線ＣＬ１によれば、漏れ磁束φｅによる影響を受けて、リブ位置Ｐ１０ではトルク低下率Ｒｔ１２になる。漏れ磁束φｅは、リブＲｂ１を介して、ティース１１とロータ４０（図８，図１７を参照）との間に漏れる磁束である（図２を参照）。

所定距離ｔを増やすと急激にトルク低下率Ｒｔが低下し、リブ位置Ｐ１１（例えば５[％]）にはトルク低下率Ｒｔ１１になる（Ｒｔ１１＜Ｒｔ１２）。ところが、所定距離ｔをリブ位置Ｐ１１よりも大きなリブ位置Ｐ１２〜Ｐ１５にしても、トルク低下率Ｒｔ１１とほとんど変化しない。

リブ位置Ｐと固有振動数ｆｃとの関係は、例えば図４，図５に示す棒グラフのようになる。円環０次固有振動数，円環２次固有振動数，円環３次固有振動数，…，円環９次固有振動数のそれぞれについて、リブ位置Ｐ１０〜Ｐ１５における固有振動数ｆｃを示す。なお、ステータ３０の振動や騒音に大きく影響する次数ｎは、極数ｍを相数ｐで除した次数である（すなわちｎ＝ｍ／ｐ）。本形態では、極数ｍが「２４」であり、相数ｐが「３」であるので、ｎ＝ｍ／ｐ＝８となり、円環８次固有振動数が該当する。

図４に示す円環０次固有振動数は、リブ位置Ｐ１０のときに固有振動数ｆｃ１１になり、リブ位置Ｐ１０よりも大きなリブ位置Ｐ１１〜Ｐ１５のときに固有振動数ｆｃ１２になる。固有振動数ｆｃ１１と固有振動数ｆｃ１２とは、ほとんど差がない。

これに対して図５に示す円環８次固有振動数は、リブ位置Ｐ１０のときに固有振動数ｆｃ１４になり、リブ位置Ｐ１１，Ｐ１２のときも固有振動数ｆｃ１４とほとんど変化がない。ところが、リブ位置Ｐ１２（例えば１０[％]）よりも大きくしてゆくと、リブ位置Ｐ１３では固有振動数ｆｃ１３になり、急激に固有振動数ｆｃが低下してゆく。円環２次固有振動数，円環３次固有振動数，…，円環９次固有振動数は、いずれも円環８次固有振動数と同様の結果になった。よって、フラックスバリア１４が設けられるリブ位置Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３についても振動や騒音を低減できることを示す。

通電で生じる振動や騒音を抑制するには、図３と図４に示す結果を考慮してリブＲｂの位置を設定するとよい。すなわち、Ｐ１１≦Ｐ≦Ｐ１２を満たすようにティース長Ｔや所定距離ｔを設定するとよい。なお、リブ位置Ｐ１１，Ｐ１２の具体的な数値は、リブＲｂを含むステータ鉄心１０Ａの形態（寸法，形状，材料等）に応じて変わる。

〔実施の形態２〕
実施の形態２は図６〜図９を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態１と相違する点を説明する。

図６，図７に示すステータ鉄心１０Ｂは、ステータ鉄心１０の一例である。このステータ鉄心１０Ｂは、ティース１１，ヨーク１３，リブＲｂ１，フラックスバリア１４Ａなどを有する。ステータ鉄心１０Ｂは、実施の形態１に示すステータ鉄心１０Ａと比べて、さらにフラックスバリア１４Ａが設けられる。

フラックスバリア１４Ａは、フラックスバリア１４の一例である。このフラックスバリア１４Ａは、ティース１１に設けられ、平面（または断面）が四角形状の貫通穴である。当該四角形状は「所定形状」に相当し、矩形状（長方形状）や正方形状を含む。図７に示すように、リブＲｂ１の厚さ方向の距離（長さ）を「径方向幅Ｗ１」とする。ティース１１の端面（径方向面ＳＦ１，ＳＦ２）とフラックスバリア１４の内側端面との間で狭小となる部位は、「接続部位１１ｂ」と呼ぶことにする。接続部位１１ｂにかかる周方向の距離（長さ）を「周方向幅Ｗ２」とする。周方向幅Ｗ２は、リブＲｂ１とフラックスバリア１４Ａとの間の隙間でもある。この周方向幅Ｗ２は、径方向幅Ｗ１よりも小さくなるように設定するとよく（Ｗ２＜Ｗ１）、望ましくは径方向幅Ｗ１の半分よりも小さくなるように設定するとよい（Ｗ２＜Ｗ１／２）。リブＲｂ１の径方向幅Ｗ１は、通電で生じる振動や騒音が無い（あるいは無視できる）値を設定するとよい。

図８に示すように、ステータ３０を構成するティース１１とロータ４０との間は、磁束φｓｒが流れる。周方向に隣り合うティース１１の相互間には、リブＲｂ１を介して漏れ磁束φｔが流れる。周方向幅Ｗ２を小さく設定するほど、漏れ磁束φｔの流れを阻害するので、漏れ磁束φｔが小さくなる。その反面、周方向幅Ｗ２を小さく設定するほど、接続部位１１ｂの厚みが薄くなって剛性が低下する。これらを考慮すると、漏れ磁束φｔを小さく抑えるとともに、接続部位１１ｂについて所望の剛性を確保できるように周方向幅Ｗ２を設定するとよい。

ここで、一点鎖線で示すティース１１の周方向中心と、フラックスバリア１４Ａの端面（スロット１２側）との距離を「周方向幅Ｗ３」とする。フラックスバリア１４Ａの周方向にかかる両端面の距離を「周方向幅Ｗ４」とする。周方向幅Ｗ４を周方向幅Ｗ３で除した比率（Ｗ４／Ｗ３）を「幅比率Ｑ」とする。すなわち、Ｑ＝Ｗ４／Ｗ３である。

トルク低下率Ｒｔと幅比率Ｑとの関係は、図９のようになる。幅比率Ｑが０[％]となる幅比率Ｑ１０は、ティース１１にフラックスバリア１４Ａが形成されない（図１，図２を参照）。幅比率Ｑが大きくなるにつれて、二点鎖線で示すようにフラックスバリア１４Ａがティース１１の中心側に向かって大きくなる。幅比率Ｑが１００[％]となる幅比率Ｑ１５は、図８に示す左右のフラックスバリア１４Ａが一つになって形成される。

図９に示す特性線ＣＬ２によれば、幅比率Ｑ１１（例えば１０[％]）以下ではトルク低下率Ｒｔ２１に留まる。幅比率Ｑ１１からトルク低下率Ｒｔが次第に増加してゆき、幅比率Ｑ１２（例えば３０[％]）にはトルク低下率Ｒｔ２２になり、幅比率Ｑ１３にはトルク低下率Ｒｔ２３になり、幅比率Ｑ１４にはトルク低下率Ｒｔ２４になる。

トルクの低下を抑制するには、図９に示す結果を考慮してフラックスバリア１４Ａの周方向幅Ｗ４を設定するとよい。すなわち、Ｑ１０＜Ｑ≦Ｑ１２を満たすように周方向幅Ｗ４を設定するとよい。望ましくは、Ｑ１０＜Ｑ≦Ｑ１１を満たすように周方向幅Ｗ４を設定するとよい。幅比率Ｑ１１，Ｑ１２はいずれも「所定比率」に相当し、ステータ鉄心１０Ｂの形態（寸法，形状，材料等）に応じて変わる。

〔実施の形態３〕
実施の形態３は図１０，図１１を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１，２で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態１，２と相違する点を説明する。

図１０，図１１に示すステータ鉄心１０Ｃは、ステータ鉄心１０の一例である。このステータ鉄心１０Ｃは、ティース１１，ヨーク１３，リブＲｂ１，フラックスバリア１４Ｂなどを有する。ステータ鉄心１０Ｃは、実施の形態１に示すステータ鉄心１０Ａと比べて、さらにフラックスバリア１４Ｂが設けられる。

フラックスバリア１４Ｂは、実施の形態２に示すフラックスバリア１４Ａと形状が異なる。すなわち、フラックスバリア１４Ａが四角形状の貫通穴であるのに対して、フラックスバリア１４Ｂは平面（または断面）が三角形状の貫通穴である。

径方向幅Ｗ１と周方向幅Ｗ２の関係や、幅比率Ｑ（図９を参照）については、実施の形態２と同様である。よって、実施の形態２と同様に設定するとよい。

〔実施の形態４〕
実施の形態４は図１２，図１３を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１〜３で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態１〜３と相違する点を説明する。

図１２，図１３に示すステータ鉄心１０Ｄは、ステータ鉄心１０の一例である。このステータ鉄心１０Ｄは、ティース１１，ヨーク１３，リブＲｂ１，フラックスバリア１４Ｃなどを有する。ステータ鉄心１０Ｄは、実施の形態１に示すステータ鉄心１０Ａと比べて、さらにフラックスバリア１４Ｃが設けられる。

フラックスバリア１４Ｃは、実施の形態２に示すフラックスバリア１４Ａや、実施の形態３に示すフラックスバリア１４Ｂと形状が異なる。すなわち、フラックスバリア１４Ａが四角形状の貫通穴であり、フラックスバリア１４Ｂが三角形状の貫通穴であるのに対して、フラックスバリア１４Ｃは平面（または断面）が円弧形状の貫通穴である。円弧形状は「円形状」に相当する。

径方向幅Ｗ１と周方向幅Ｗ２の関係や、幅比率Ｑ（図９を参照）については、実施の形態２と同様である。よって、実施の形態２と同様に設定するとよい。

〔実施の形態５〕
実施の形態５は図１４〜図２０を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１〜４で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態１〜４と相違する点を説明する。

上述したステータ鉄心１０を用いて、ステータ３０や回転電機１００を製造する例について説明する。ステータ鉄心１０には、ステータ鉄心１０Ａ〜１０Ｄのいずれか一のステータ鉄心を適用してもよく、二以上のフラックスバリア１４を組み合わせて成形したステータ鉄心１０を適用してもよい。ステータ鉄心１０は、図１４に示すような複数の電磁鋼板１０ａを用いて積層成形してもよく、軟磁性体で単体成形してもよい。

図１４には、上述のようにして構成されたステータ鉄心１０に対して、ステータ巻線２０の一部であるセグメント導体２１を収容する過程を示す。ステータ巻線２０を構成するセグメント導体２１は多数あり、所定形状に形成されている。言い換えると、ステータ巻線２０は多数に分割されたセグメント導体２１からなる。所定形状は任意の形状でよく、本形態では図１４に示すＵ字形状を適用する。

図１４に示すように、セグメント導体２１を矢印Ｄ１方向（軸方向）に沿って移動させ、スロット１２に収容する。収容した後の状態を図１５に示す。径方向面ＳＦ１，ＳＦ２が平行に形成されると、図１５に示すようにセグメント導体２１を整列してスロット１２に収容することが容易である。なお図１５に示すステータ３０は、ステータ鉄心１０としてステータ鉄心１０Ｂを用いて製造した例を示す。

スロット１２に軸方向に収容されたセグメント導体２１は、図１６に示す接続部Ｊのように、端部２１ａ同士をステータ鉄心１０の軸方向外側（コイルエンド）で接続する。接続法は導通すれば任意であり、例えば溶接やハンダ付け等のような接合が該当する。ステータ巻線２０は、多数のセグメント導体２１同士を接続することによって、ステータ鉄心１０に巻回される。こうして、図１５に示すステータ３０を製造することができる。

上述したステータ３０やロータ４０などをハウジング１０１内に組み付けることによって、図１７に示す回転電機１００を製造することができる。この回転電機１００は、ステータ３０やロータ４０のほかに、ハウジング１０１，軸受１０２（ベアリング），回転軸１０５などを有する。ロータ４０は磁石の有無を問わない。本形態のロータ４０は、磁石を有しない軟磁性体で構成する。

ステータ３０は、ステータ鉄心１０やステータ巻線２０などを有する。ロータ４０は、ステータ３０の内径側にギャップを介して回転自在に配置される。当該ロータ４０は、ステータ３０との間で磁束φｓｒ（図８を参照）が流れて回転すれば、どのように構成してもよい。回転軸１０５は、軸受１０２を介してハウジング１０１に回転自在に支持される。回転軸１０５は、ロータ４０に直接的または間接的に固定されるか、ロータ４０と一体成形される。いずれにせよ、回転軸１０５とロータ４０は一体に回転する。ハウジング１０１は、フレームや筐体などを含み、ステータ３０，ロータ４０，回転軸１０５などを収容できれば任意の形状や材料等で形成してよい。

制御装置１０４は、回転電機１００（具体的にはロータ４０）の回転を制御する装置であり、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit）やコンピュータなどが該当する。この制御装置１０４は、少なくとも電力を変換するインバータを含み、さらには電圧を変換するコンバータを含めてもよい。回転電機１００（すなわちステータ巻線２０の端部）と制御装置１０４との間は、接続線１０３によって接続する。

上述のように構成された回転電機１００にかかる特性について、図１８〜図２０を参照しながら説明する。図１８には、縦軸をトルク低下率Ｒｔとし、横軸を電流Ｉとする特性線ＣＬ３，ＣＬ４の一例を示す。一点鎖線で示す特性線ＣＬ３は、従来の閉スロット構造ステータを用いた回転電機の特性である。実線で示す特性線ＣＬ４は、実施の形態１に示すステータ鉄心１０Ａ（図１，図２を参照）を用いたステータ３０を有する回転電機１００の特性である。

特性線ＣＬ４と特性線ＣＬ３を比べてみると、電流Ｉの大小にかかわらず、特性線ＣＬ４のトルク低下率Ｒｔは特性線ＣＬ３よりも低い。すなわちステータ３０は、従来の閉スロット構造ステータよりも、性能を向上させることができる。

図１９には、縦軸をトルク低下率比Ｒｔｒとし、横軸を電流Ｉとする特性線ＣＬ５の一例を示す。トルク低下率比Ｒｔｒは、トルク低下率Ｒｔａをトルク低下率Ｒｔｂで除した値である。すなわち、Ｒｔｒ＝Ｒｔａ／Ｒｔｂである。トルク低下率Ｒｔａは、実施の形態２〜４に示すステータ鉄心１０Ｂ〜１０Ｄ（図６，図７，図１０〜図１３を参照）にかかるトルク低下率Ｒｔである。トルク低下率Ｒｔｂは、実施の形態１に示すフラックスバリア１４を有しないステータ３０にかかるトルク低下率Ｒｔである。

特性線ＣＬ５として示すトルク低下率比Ｒｔｒは、低電流域において１．０よりも下回っている。すなわち、フラックスバリア１４を設けることで、さらに回転電機１００の性能を向上させることができる。なお、低電流域は磁束φｓｒが飽和に至らない大きさの電流域である。具体的には、回転電機１００の定格電流に対して数分の１（例えば５分の１）以下の電流域などが該当する。

ステータの構成と固有振動数ｆｃとの関係は、例えば図２０に示す棒グラフのようになる。なお、「開スロット」はリブＲｂが設けられない開スロット構造ステータである。「閉スロット」は、リブＲｂがティース１１の先端面１１ａと滑らかになるように曲面で形成される閉スロット構造ステータである。「１０Ａ」はステータ鉄心１０Ａを有するステータ３０である。「１０Ｂ〜１０Ｄ」はステータ鉄心１０Ｂ〜１０Ｄをそれぞれ有するステータ３０である。

円環０次固有振動数は、開スロット構造ステータで固有振動数ｆｃ２１になる。これに対して、閉スロット構造ステータや、ステータ鉄心１０Ａ〜１０Ｄをそれぞれ有するステータ３０は固有振動数ｆｃ２２とになる。図示するように、固有振動数ｆｃ２１と固有振動数ｆｃ２２とは、ほとんど差がない。

これに対して円環８次固有振動数は、開スロット構造ステータで固有振動数ｆｃ２３になる。これに対して、閉スロット構造ステータや、ステータ鉄心１０Ａ〜１０Ｄをそれぞれ有するステータ３０は固有振動数ｆｃ２４になる。図示するように、固有振動数ｆｃ２３と固有振動数ｆｃ２４とは、大きな差がある（ｆｃ２４＞ｆｃ２３）。図示を省略するが、円環２次固有振動数，円環３次固有振動数，…，円環９次固有振動数は、図４，図５と同様になる。よって、ステータ３０を有する回転電機１００は、従来の閉スロット構造ステータと同程度に、振動や騒音を抑制することができる。

〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態１〜５に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。

上述した実施の形態２〜４では、ステータ鉄心１０において周方向に隣り合うティース１１の相互間を連結するリブＲｂとして、板形状のリブＲｂ１を適用する構成とした（図１，図６，図１０，図１２を参照）。この形態に代えて、リブＲｂ１以外の形状からなるリブＲｂを適用する構成としてもよい。例えば、図２１に示すステータ鉄心１０ＥのリブＲｂ２は、平行して設けた複数枚（図２１では２枚）の板形状からなる。図２２に示すステータ鉄心１０ＦのリブＲｂ３は、平行して設けた複数枚の板形状と、径方向に隣り合う板形状を連結した部位とを有する。図２３に示すステータ鉄心１０ＧのリブＲｂ４は、非直線的に曲げた部位を有する板形状からなる。図示を省略するが、隣り合うティース１１の相互間を連結できれば、メッシュ状に形成してもよく、曲面状に形成してもよい。いずれの形状でリブＲｂを形成するにせよ、漏れ磁束φｅを抑制することができるので、実施の形態２〜４と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態２〜４では、フラックスバリア１４（１４Ａ〜１４Ｃ）をティース１１に設ける構成とした（図６，図７，図１０〜図１３を参照）。この形態に代えて、フラックスバリア１４をティース１１とリブＲｂに跨るように設ける構成としてもよい。例えば、図２４に示すステータ鉄心１０Ｈは、実施の形態３に示すステータ鉄心１０Ｃのフラックスバリア１４Ｂ（図１０，図１１を参照）と同様の形状をなすフラックスバリア１４Ｄを有する。このフラックスバリア１４Ｄは、ティース１１とリブＲｂ２に跨るように設けられる。この構成例における周方向幅Ｗ２は、図示するように径方向と交差する方向の幅になる。フラックスバリア１４Ｄに代えて、フラックスバリア１４Ａ，１４Ｃを適用してもよい。フラックスバリア１４を設ける位置が相違するに過ぎないので、実施の形態２〜４と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態２〜４では、フラックスバリア１４（１４Ａ〜１４Ｃ）は平面（または断面）が所定形状の貫通穴で構成した（図６，図７，図１０〜図１３を参照）。この形態に代えて、図２５に示すステータ鉄心１０Ｉのフラックスバリア１４Ａ（貫通穴）を非磁性部材１５で埋める構成としてもよい。図示を省略するが、フラックスバリア１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄについても同様に、非磁性部材１５で埋める構成としてもよい。非磁性部材１５は、例えば非磁性金属（具体的にはアルミニウム，銅，ステンレス鋼，真鍮など）や、非磁性樹脂などのように非磁性を示す部材が該当する。また図示を省略するが、軸方向の厚みが径方向幅Ｗ１の半分よりも小さくなる非貫通穴（すなわち凹部）で構成してもよい。いずれの構成にせよ、漏れ磁束φｔを抑制することができるので、実施の形態２〜４と同様の作用効果が得られる。非磁性部材１５で埋めると、フラックスバリア１４が無いティース１１（図１，図２を参照）と同程度の剛性を確保することができる。

上述した実施の形態２のフラックスバリア１４Ａは平面（または断面）が四角形状の貫通穴で構成し（図６，図７を参照）、実施の形態３のフラックスバリア１４Ｂは平面（または断面）が三角形状の貫通穴で構成し（図１０，図１１を参照）、実施の形態４のフラックスバリア１４Ｃは平面（または断面）が円弧形状の貫通穴で構成した（図１２，図１３を参照）。これらの形態に代えて、五角形状以上からなる多角形状の貫通穴で構成してもよく、円弧形状以外の円形状（例えば半円形を含む円形や扇形等）で構成してもよく、多角形状と円形状とを合成した合成形状で構成してもよい。フラックスバリア１４の形状が相違するに過ぎないので、実施の形態２〜４と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態２〜４では、リブＲｂとティース１１の境界部で一つのフラックスバリア１４（１４Ａ〜１４Ｃ）を設ける構成とした（図６，図７，図１０〜図１３を参照）。この形態に代えて、リブＲｂとティース１１の境界部で二つ以上のフラックスバリア１４を設ける構成としてもよい。二つ以上のフラックスバリア１４は、同じ形状で形成してもよく、異なる形状で形成してもよい。リブＲｂとティース１１の境界部に設けるフラックスバリア１４の数が相違するに過ぎないので、実施の形態２〜４と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態１〜５では、インナーロータ型の回転電機１００に適用する構成とした（図１，図２，図６，図７，図１０〜図１７を参照）。この形態に代えて、アウターロータ型の回転電機１００に適用する構成としてもよい。この構成では、外径側に配置されるティース１１の先端面１１ａからヨーク１３側（つまり内径側）に所定距離ｔだけ離して設けられてリブＲｂが設けられる。ロータ４０とステータ３０の配置が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜５と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態１〜５では、ロータ４０は磁石を有しない軟磁性体で構成した（図１７を参照）。この形態に代えて、磁石を有する構成としてもよい。磁石の有無が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜５と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態１〜５では、ステータ鉄心１０の極数ｍとして２４を適用し、ステータ巻線２０の相数ｐとして３を適用する構成とした。この形態に代えて、極数ｍは２４以外の数を適用してもよく、相数ｐは３以外の数を適用してもよい。極数ｍや相数ｐが相違するに過ぎないので、実施の形態１〜５と同様の作用効果が得られる。

〔作用効果〕
上述した実施の形態１〜５および他の実施の形態によれば、以下に示す各効果を得ることができる。

（１）ヨーク１３と、ヨーク１３から径方向に延びる複数のティース１１と、周方向に隣り合うティース１１の相互間に形成される複数のスロット１２とを備えるステータ鉄心１０（１０Ａ〜１０Ｉ）と、スロット１２に収容されて巻回されるステータ巻線２０とを有するステータ３０において、ティース１１の先端からヨーク１３側に所定距離ｔだけ離して設けられ、周方向に隣り合うティース１１の相互間を連結するリブＲｂ（Ｒｂ１〜Ｒｂ４）を有する構成とした（図１，図２，図６，図７，図１０〜図１３，図２１〜図２５を参照）。この構成によれば、リブＲｂはティース１１の先端からヨーク１３側に所定距離ｔだけ離れて設けられるので、ロータ４０からリブＲｂに漏れる漏れ磁束φｅを無視できるほどに抑制される。そのため、突極性を維持することができる。また、周方向に隣り合うティース１１の相互間をリブＲｂで連結することで、従来の閉スロット構造ステータと同程度の剛性が維持され、振動や騒音を抑制することができる。

（２）ステータ鉄心１０は、リブＲｂとの間で流れる漏れ磁束φｔを阻害するフラックスバリア１４（１４Ａ〜１４Ｄ）を有する構成とした（図６，図７，図１０〜図１３，図２１〜図２５を参照）。この構成によれば、フラックスバリア１４はティース１１とリブＲｂとの間で流れる漏れ磁束φｔを阻害するので、ステータ３０とロータ４０の間で流れる磁束φｓｒからリブＲｂに漏れて流れる漏れ磁束φｔを抑制することができる。

（３）フラックスバリア１４は、三角形以上の多角形を含む多角形状（フラックスバリア１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｄ）、あるいは円形や扇形を含む円形状（フラックスバリア１４Ｃ）からなる穴で形成される構成とした（図６，図７，図１０〜図１３，図２１〜図２５を参照）。図示を省略するが、多角形状と円形状とを合成した合成形状からなる穴で形成してもよく、これら以外の他形状（すなわち任意の形成）で形成してもよい。すなわち、多角形状，円形状，合成形状，他形状のうちで一以上の形状からなる穴で形成すればよい。いずれの形状で形成するにせよ、ティース１１の先端からヨーク１３側に所定距離ｔだけ離れて設けることで、リブＲｂに漏れて流れる漏れ磁束φｔを抑制することができる。

（４）フラックスバリア１４として設けられる穴（貫通穴または非貫通穴）は、非磁性部材１５で埋められる構成とした（図２５を参照）。この構成によれば、穴が非磁性部材１５で埋められるので、穴による剛性の低下を抑制することができる。

（５）ティース１１の端面とフラックスバリア１４の端面との間の周方向幅Ｗ２は、リブＲｂの径方向幅Ｗ１の半分よりも小さく形成される構成とした（図７，図１１，図１３，図２４を参照）。この構成によれば、ティース１１の端面とフラックスバリア１４の端面との間の周方向幅Ｗ２は、リブＲｂの径方向幅Ｗ１よりも小さい。磁気飽和は、リブＲｂよりもティース１１の端面とフラックスバリア１４の端面との間で生じ易くなるので、ステータ３０とロータ４０の間で流れる磁束φｓｒからリブＲｂに漏れて流れる漏れ磁束φｔをより確実に抑制することができる。

（６）フラックスバリア１４の周方向にかかる両端面の距離である周方向幅Ｗ４を、ティース１１の周方向中心とフラックスバリア１４Ａの片側端面（すなわちスロット１２側の端面）との距離である周方向幅Ｗ３で除した比率である幅比率Ｑ（＝Ｗ４／Ｗ３）は、所定比率（幅比率Ｑ１１または幅比率Ｑ１２）以下となるように設定する構成とした（図８，図９を参照）。この構成によれば、ステータ３０（特にステータ鉄心１０）とロータ４０との間で流れる磁束φｓｒは、フラックスバリア１４による磁束量の低下を抑えることができる。したがって、フラックスバリア１４による回転電機１００の性能が低下するのを抑制することができる。

（７）複数の電磁鋼板１０ａを積層して構成される構成とした（図１４，図１６を参照）。この構成によれば、所定形状に形成された電磁鋼板１０ａを積層すればよいので、簡単な工程でステータ鉄心１０を形成（製造）することができる。

（８）リブＲｂは、ティース１１の径方向面ＳＦ１，ＳＦ２に対して直交するように連結される構成とした（図２，図７を参照）。この構成によれば、断面が四角形状に成形されたステータ巻線２０（すなわちセグメント導体２１）を収容する場合には、占積率を高められる。また、機械的剛性を向上させ、固有周波数を高めることができ、性能の低下をより確実に抑制することができる。

（９）回転電機１００は、ステータ鉄心１０（１０Ａ〜１０Ｉ）を含むステータ３０と、回転自在に支持されるロータ４０とを有する構成とした（図１７を参照）。この構成によれば、突極性を維持したり、ステータ３０全体の剛性を維持したりする回転電機１００を適用することができる。

（１０）ロータ４０は、磁石を有しない軟磁性体からなる構成とした（図１７を参照）。この構成によれば、軟磁性体からなるロータ４０を有するＳＲモータは、さらにリラクタンストルクによる性能を向上させることができる。

１０（１０Ａ〜１０Ｉ） ステータ鉄心
１１ ティース
１２ スロット
１３ ヨーク
２０ ステータ巻線
３０ ステータ（固定子）
４０ ロータ（回転子）
φｅ，φｔ 漏れ磁束
Ｌｒ 所定距離
Ｒｂ（Ｒｂ１〜Ｒｂ４） リブ

Claims (10)

1. ヨーク（１３）と、前記ヨークから径方向に延びる複数のティース（１１）と、周方向に隣り合う前記ティースの相互間に形成される複数のスロット（１２）とを備えるステータ鉄心（１０）と、
   前記スロットに収容されて巻回されるステータ巻線（２０）とを有するステータ（３０）において、
   前記ティースの先端から前記ヨーク側に所定距離（ｔ）だけ離して設けられ、周方向に隣り合う前記ティースの相互間を連結するリブ（Ｒｂ）を有することを特徴とするステータ。
2. 前記ステータ鉄心は、前記リブとの間で流れる磁束を阻害するフラックスバリア（１４）を有することを特徴とする請求項１に記載のステータ。
3. 前記フラックスバリアは、三角形以上の多角形を含む多角形状（１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｄ）、円形や扇形を含む円形状（１４Ｃ）、前記多角形状と前記円形状とを合成した合成形状のうちで一以上の形状からなる穴で形成されることを特徴とする請求項２に記載のステータ。
4. 前記貫通穴は、非磁性部材（１５）で埋められることを特徴とする請求項３に記載のステータ。
5. 前記ティースの端面と前記フラックスバリアの端面との間の周方向幅（Ｗ２）は、前記リブの径方向幅（Ｗ１）の半分よりも小さく形成されることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載のステータ。
6. 前記フラックスバリアの周方向にかかる両端面の距離である周方向幅（Ｗ４）と、前記ティースの周方向中心とフラックスバリア１４Ａの片側端面との距離である周方向幅（Ｗ３）で除した比率である幅比率（Ｑ）は、所定比率（Ｑ１１，Ｑ１２）以下となるように設定することを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載のステータ。
7. 複数の電磁鋼板（１０ａ）を積層して構成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のステータ。
8. 前記リブは、前記ティースの径方向面（ＳＦ１，ＳＦ２）に対して直交するように連結されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のステータ。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のステータと、
   回転自在に支持されるロータ（４０）とを有することを特徴とする回転電機（１００）。
10. 前記ロータは、磁石を有しない軟磁性体からなることを特徴とする請求項９に記載の回転電機。

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