JP2018107854A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】効率よく総合トルクを高めることができる回転電機を提供する。【解決手段】外側マグネット２４および内側マグネット２５の外側面２４ａ，２５ａ、および内側面２４ｂ，２５ｂは、軸線Ｏを通る径方向に沿う直線Ｌ１上の任意の点を中心点Ｃ１，Ｃ２とする楕円弧状に形成されており、且つ、中心点Ｃ１，Ｃ２を中心とする楕円の長半径をＡとし、短半径をＢとし、中心点Ｃ１または中心点Ｃ２と軸線Ｏとの間の距離をＣとし、軸線Ｏを原点としたときの外側マグネット２４および内側マグネット２５の外側面２４ａ，２５ａ、および内側面２４ｂ，２５ｂの座標位置をＸ，Ｙとしたとき、外側マグネット２４および内側マグネット２５の外側面２４ａ，２５ａ、および内側面２４ｂ，２５ｂは、｛（Ｘ−Ｃ）２／Ａ２｝＋Ｙ２／Ｂ２＝１を満たす楕円上の座標位置に形成されている。【選択図】図３

Description

この発明は、回転電機に関するものである。

回転電機の中には、コイル等の導体が取り付けられた略円環状のステータと、ステータに対して回転自在に設けられたロータコアを有するロータと、を備えたものがある。また、このような回転電機のうち、ロータコアの外周部に、複数のマグネットを埋設したＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータが知られている。
このような回転電機は、ステータの導体に通電を行うと、ステータに磁束が発生し、この磁束とロータコア側のマグネットとの間で磁気的な吸引力や反発力が発生する。これにより、ロータが回転する。

さらに、ロータの回転トルクを高めるために、ロータコアを中空状に形成し、ロータコアの径方向外側と径方向内側の両方にステータを配置する、いわゆるダブルステータ型の回転電機が知られている。このような回転電機は、ロータの外周部と内周部とに、それぞれ複数のマグネットが埋設される。

また、ロータコアに埋設されるマグネットは、平板状に形成される場合が多く、できる限りロータコアの内外の表面に近づけて配置される。このように構成することで、マグネットの成形を容易に行うことができる。さらに、ロータコアの表面全体に渡ってマグネットの表面が近づくので、マグネットの磁束をできる限り有効利用することができる。このため、マグネットの磁束に起因する回転電機のトルクをできる限り高めることができる。

特許第５８４９８９０号公報

ところで、ステータに通電を行うことにより形成される磁束は、ロータコア側で弧状に流れる。ここで、ロータコアにおいて、磁束の流れ易い方向をｑ軸とし、このｑ軸に対して電気的、磁気的に直交する径方向に沿った方向をｄ軸とすると、上述の従来技術のようなマグネットは、ｑ軸に沿う形状とは異なる形状になる。
つまり、ロータコアの表面において、ｄ軸側にマグネットの磁束が大きく形成されるので、ロータとしてはリラクタンストルクを有効利用できない。このため、回転電機におけるマグネットの磁束に起因するトルクとリラクタンストルクとを合算したトルク（以下、総合トルクという）を高めにくいという課題があった。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、効率よく総合トルクを高めることができる回転電機を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の回転電機（例えば、実施形態における回転電機１，２０１，３０１）は、軸線回りに回転可能に設けられ中空状のロータコア（例えば、実施形態におけるロータコア３，２０３，３０３）を有するロータ（例えば、実施形態におけるロータ２）と、前記ロータコアの外周面（例えば、実施形態における外周面３ａ）側に配置され、通電されることにより磁界を発生する外側ステータ（例えば、実施形態における外側ステータ４）と、前記ロータコアの内周面（例えば、実施形態における内周面３ｂ）側に配置され、通電されることにより磁界を発生する内側ステータ（例えば、実施形態における内側ステータ５）と、前記ロータコアの外周部に周方向に並んで埋設され、径方向内側に向かって凸となるように湾曲形成された複数の外側マグネット（例えば、実施形態における外側マグネット２４，２２４Ａ〜２２４Ｄ，３２４Ａ，３２４Ｂ）と、前記ロータコアの内周部に周方向に並んで埋設され、径方向外側に向かって凸となるように湾曲形成された複数の内側マグネット（例えば、実施形態における内側マグネット２５，２２５Ａ，２２５Ｂ）と、を備え、前記外側マグネットおよび前記内側マグネットの各々径方向外側の外側面、および径方向内側の内側面は、前記軸線を通る径方向に沿う直線（例えば、実施形態における直線Ｌ１）上の任意の点を中心点（例えば、実施形態における中心点Ｃ１，Ｃ２）とする楕円弧状に形成されており、且つ、前記中心点を中心とする楕円の長半径をＡとし、短半径をＢとし、前記中心点と前記軸線との間の距離をＣとし、前記軸線を原点としたときの前記外側マグネットおよび前記内側マグネットの各々前記外側面、および前記内側面の座標位置をＸ，Ｙとしたとき、前記外側マグネットおよび前記内側マグネットの各々前記外側面、および前記内側面は、｛（Ｘ−Ｃ）^２／Ａ^２｝＋Ｙ^２／Ｂ^２＝１を満たす楕円上の座標位置に形成されていることを特徴とする。

このように構成することで、外側マグネットの外側面および内側面を、外側ステータで形成される磁束のｑ軸方向にほぼ沿わせることができる。また、内側マグネットの外側面および内側面を、内側ステータで形成される磁束のｑ軸方向にほぼ沿わせることができる。このため、リラクタンストルクを最大限有効利用することができ、回転電機の総合トルクを効率よく高めることができる。

請求項２に記載の回転電機において、前記内側ステータは、周方向に並んで配置され径方向外側に向かって突出する複数の内側ティース（例えば、実施形態における内側ティース１１）を有し、前記外側ステータは、周方向に並んで配置され径方向内側に向かって突出する複数の外側ティース（例えば、実施形態における外側ティース７）を有し、前記ロータコアの内周面の半径をＲ１とし、前記ロータコアの外周面の半径をＲ２とし、前記軸線を中心とする前記ロータコア上を通る任意の円弧（例えば、実施形態における任意の円弧Ｄ３）の半径をＲとし、前記内側ティースの軸線方向に沿い、且つ径方向に直交する方向に沿う断面の面積をＳ１とし、前記外側ティースの軸線方向に沿い、且つ径方向に直交する方向に沿う断面の面積をＳ２としたとき、前記任意の円弧の半径Ｒは、Ｒ＝Ｒ１＋〔（Ｒ２−Ｒ１）／｛１＋（Ｒ２／Ｒ１）^２｝〕×（Ｓ１／Ｓ２）を満たすように設定され、前記任意の円弧の径方向外側に、前記外側マグネットが配置されると共に、前記任意の円弧の径方向内側に、前記内側マグネットが配置されることを特徴とする。

ここで、内側ステータと外側ステータは、配置されるスペースの関係からそれぞれ大きさが異なり、形成される磁束量も異なる。このため、上記の式を満たす任意の円弧を境に内側マグネットと外側マグネットを配置することにより、各ステータによって形成される磁束を最大限有効利用することができる。よって、回転電機の総合トルクをさらに効率よく高めることができる。

請求項３に記載の回転電機において、前記外側マグネットおよび前記内側マグネットの径方向の最大肉厚は、５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする。

このように構成することで、各マグネットを必要以上に大きくしてしまうことを抑えることができる。
ところで、ロータコアへのマグネットの占有率が大きくなると、この分ロータコア自体が薄肉になり、ロータコアの剛性が低くなってしまう。しかしながら、外側マグネットおよび内側マグネットの径方向の最大肉厚を５ｍｍ以下に設定することにより、ロータコアの剛性の低下を抑えることができる。

請求項４に記載の回転電機において、前記外側マグネットは、さらに径方向に沿って複数並んで配置されており、径方向に沿って並ぶ複数の前記外側マグネットは、各々径方向外側の外側面、および径方向内側の内側面の楕円弧中心が同一直線上に配置されていることを特徴とする。

このように構成することで、ロータコアの外周面に形成される外側マグネットによる磁束量を増大させることができる。このため、回転電機の総合トルクをさらに効率よく高めることができる。

請求項５に記載の回転電機において、前記内側マグネットは、さらに径方向に沿って複数並んで配置されており、径方向に沿って並ぶ複数の前記内側マグネットは、各々径方向外側の外側面、および径方向内側の内側面の楕円弧中心が同一直線上に配置されていることを特徴とする。

このように構成することで、ロータコアの内周面に形成される内側マグネットによる磁束量を増大させることができる。このため、回転電機の総合トルクをさらに効率よく高めることができる。

請求項６に記載の回転電機において、前記ロータコアは、前記外側マグネットおよび前記内側マグネットの形状に対応するように形成され前記軸線方向に貫通する複数の空洞部を有し、前記複数の空洞部に、対応する前記外側マグネットおよび前記内側マグネットが収納されており、前記複数の空洞部のうちの少なくとも１つには、該空洞部を少なくとも２つの空間に隔てるブリッジ（例えば、実施形態におけるセンターブリッジ３０）が設けられており、前記ブリッジが設けられた前記空洞部に収納される前記外側マグネットおよび前記内側マグネットの少なくとも一方は、前記ブリッジを避けるように分割構成されていることを特徴とする。

このように、ブリッジを形成する分、ロータコアの剛性を高めることができる。このため、ロータの回転時に作用する力等によるロータコアの変形を抑えることができる。よって、回転電機のトルク性能が低下してしまうことを抑えることができる。

本発明によれば、外側マグネットの外側面および内側面を、外側ステータで形成される磁束のｑ軸方向にほぼ沿わせることができる。また、内側マグネットの外側面および内側面を、内側ステータで形成される磁束のｑ軸方向にほぼ沿わせることができる。このため、リラクタンストルクを最大限有効利用することができ、回転電機の総合トルクを効率よく高めることができる。

本発明の第１実施形態における回転電機の構成を示す、軸線方向に沿う断面図である。 本発明の第１実施形態における回転電機の一部の構成を示す、シャフトに直交する断面図である。 本発明の第１実施形態における外側マグネットおよび内側マグネットの形状決定方法を説明するための説明図である。 本発明の第１実施形態における外側マグネットおよび内側マグネットと、従来との総合トルクの変化を比較したグラフである。 本発明の第２実施形態における回転電機の一部の構成を示す、シャフトに直交する断面図である。 本発明の第２実施形態における第１変形例の回転電機の一部の構成を示す、シャフトに直交する断面図である。 本発明の第２実施形態における第２変形例の回転電機の一部の構成を示す、シャフトに直交する断面図である。 本発明の第３実施形態における回転電機の一部の構成を示す、シャフトに直交する断面図である。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
（回転電機）
図１は、回転電機１の構成を示す、軸線Ｏ方向に沿う断面図である。図２は、回転電機１の一部の構成を示す、シャフト２０（軸線Ｏ）に直交する断面図である。なお、図２では、回転電機１の１／１２セクター、すなわち、１／１２周の周角度領域分のみを示している。

同図に示すように、回転電機１は、例えば、車両駆動用に用いられるものであって、エンジンケース１８等に取り付けられている。回転電機１は、軸線Ｏ回りに回転可能に設けられ中空状のロータコア３を有するロータ２と、ロータコア３の外周面側に配置された外側ステータ４と、ロータコア３の内周面側に配置された内側ステータ５と、ロータ２を回転自在支持すると共に、外側ステータ４および内側ステータ５を固定するハウジング１４と、を備えている。

なお、ロータ２、外側ステータ４、および内側ステータ５は、それぞれ軸線Ｏを共通軸線として配置されている。以下、軸線Ｏに直交する方向を径方向と称し、軸線Ｏ回りに周回する方向を周方向と称して説明する。

（ハウジング）
ハウジング１４は、例えば、エンジンケース１８に取り付けられる略円板状のベース部１５を有している。ベース部１５の径方向中央には、後述のシャフト２０が挿通可能な貫通孔１５ａが形成されている。ベース部１５の外周縁には、このベース部１５に直交するように立ち上がる略円筒状の外側周壁部１６が設けられている。一方、ベース部１５の貫通孔１５ａの周縁にも、ベース部１５に直交するように立ち上がる略円筒状の内側周壁部１７が設けられている。そして、外側周壁部１６に外側ステータ４が固定され、内側周壁部１７に内側ステータ５が固定される。

（外側ステータ）
外側ステータ４は、ロータコア３の外周を取り囲むように形成された略円筒状の外側ステータコア６を有している。外側ステータコア６は、ハウジング１４の外側周壁部１６に内嵌固定されている。外側ステータコア６は、電磁鋼板を複数枚積層したり、軟磁性粉を加圧成形したりして形成することが可能である。

外側ステータコア６の内周面には、軸線Ｏに向かって突出し、周方向に等間隔で配列された複数の外側ティース７が一体成形されている。外側ティース７は、径方向に沿って延びる外側ティース本体７ａと、外側ティース本体７ａの先端（径方向内側端）から周方向に延びる外側鍔部７ｂと、により構成されている。外側ティース本体７ａは、軸線Ｏ方向に沿い、且つ径方向に直交する方向に沿う断面形状が略矩形状となるように形成されている。

そして、隣接する各外側ティース７間には、それぞれ外側スロット８が形成されている。各外側スロット８、つまり、外側ティース本体７ａと外側鍔部７ｂの内側面とにより形成される空間には、それぞれ複数本（本第１実施形態では４本）の外側コイルバー９が挿入されている。外側コイルバー９は、径方向に沿う断面形状が略矩形状に形成された棒状のものであり、外側スロット８内にできる限り隙間なく挿入される。また、外側コイルバー９の長さは、外側ステータコア６の軸線Ｏ方向両端から突出する長さに設定されている。

外側ステータコア６の軸線Ｏ方向両端から突出された各外側コイルバー９の端部は、それぞれ不図示の略円環状の連結プレートによって連結される。連結プレートは、導電性を有する、例えば銅等により形成されている。また、連結プレートは、各外側コイルバー９が所定の結線構造となるようにパターンを有している。このように構成された外側コイルバー９および連結プレートは、不図示の外部電源に電気的に接続される。そして、各外側コイルバー９に所定の電流を供給すると、外側ステータコア６に所定の磁界が発生する。

（内側ステータ）
内側ステータ５も、基本的構成は上記外側ステータ４と同様である。すなわち、内側ステータ５は、ロータコア３の内周を取り囲むように形成された略円筒状の内側ステータコア１０を有している。内側ステータコア１０は、ハウジング１４の内側周壁部１７に外嵌固定されている。内側ステータコア１０は、電磁鋼板を複数枚積層したり、軟磁性粉を加圧成形したりして形成することが可能である。

内側ステータコア１０の外周面には、径方向外側に向かって突出し、周方向に等間隔で放射状に配列された複数の内側ティース１１が一体成形されている。内側ティース１１は、径方向に沿って延びる内側ティース本体１１ａと、内側ティース本体１１ａの先端（径方向外側端）から周方向に延びる内側鍔部１１ｂと、により構成されている。内側ティース本体１１ａは、軸線Ｏ方向に沿い、且つ径方向に直交する方向に沿う断面形状が略矩形状となるように形成されている。

そして、隣接する各内側ティース１１間には、それぞれ内側スロット１２が形成されている。各内側スロット１２、つまり、内側ティース本体１１ａと内側鍔部１１ｂの内側面とにより形成される空間には、それぞれ複数本（本第１実施形態では４本）の内側コイルバー１３が挿入されている。内側コイルバー１３は、径方向に沿う断面形状が略矩形状に形成された棒状のものであり、内側スロット１２内にできる限り隙間なく挿入される。また、内側コイルバー１３の長さは、内側ステータコア１０の軸線Ｏ方向両端から突出する長さに設定されている。

内側ステータコア１０の軸線Ｏ方向両端から突出された各内側コイルバー１３の端部は、それぞれ不図示の略円環状の連結プレートによって連結される。連結プレートは、導電性を有する、例えば銅等により形成されている。また、連結プレートは、各内側コイルバー１３が所定の結線構造となるようにパターンを有している。このように構成された内側コイルバー１３および連結プレートは、不図示の外部電源に電気的に接続される。そして、各内側コイルバー１３に所定の電流を供給すると、内側コイルバー１３に所定の磁界が発生する。

（ロータ）
ロータ２は、ロータコア３の他に、ハウジング１４の内側周壁部１７に軸受１９を介して回転自在に支持されているシャフト２０と、シャフト２０とロータコア３とを連結する略円環状のロータディスク２１と、を備えている。ロータディスク２１は、外側ステータ４および内側ステータ５を挟んでハウジング１４のベース部１５とは反対側に配置されている。そして、ロータディスク２１の径方向中央にシャフト２０が固定され、ロータディスク２１の外周部に、ロータコア３の軸線Ｏ方向の一端が固定されている。
これにより、ロータディスク２１を介してシャフト２０とロータコア３とが一体となって回転する。また、外側ステータ４、内側ステータ５、およびロータコア３が径方向に並んで配置される。

ロータコア３は、電磁鋼板を複数枚積層したり、軟磁性粉を加圧成形したりして形成することが可能である。ロータコア３の外周面３ａと外側ステータ４との間、およびロータコア３の内周面３ｂと内側ステータ５との間には、それぞれ所定のエアギャップＧが形成されている。

さらに、ロータコア３には、１／１２周の周角度領域のそれぞれに、外側空洞部２２と内側空洞部２３が１つずつロータコア３を軸線Ｏ方向に貫通するように形成されている。外側空洞部２２は、ロータコア３の外周部に形成され、内側空洞部２３は、ロータコア３の内周部に形成されている。すなわち、外側空洞部２２は、ロータコア３の外周部に周方向に等間隔に並んで１２個形成されている。また、内側空洞部２３は、ロータコア３の内周部に周方向に等間隔に並んで１２個形成されている。

外側空洞部２２は、径方向内側に向かって凸となるように湾曲形成されている。また、外側空洞部２２は、長手方向両端がロータコア３の外周面３ａに近接するように形成されている。そして、外側空洞部２２の長手方向両端と、ロータコア３の外周面３ａとの間に、それぞれ外側ブリッジ２６が形成される。
一方、内側空洞部２３は、径方向外側に向かって凸となるように湾曲形成されている。また、内側空洞部２３は、長手方向両端がロータコア３の内周面３ｂに近接するように形成されている。そして、内側空洞部２３の長手方向両端と、ロータコア３の内周面３ｂとの間に、それぞれ内側ブリッジ２７が形成される。

また、外側空洞部２２には、この外側空洞部２２の形状に対応するように、径方向に沿う断面が径方向内側に向かって凸となる弧状の外側マグネット２４が挿入されている。一方、内側空洞部２３には、この内側空洞部２３の形状に対応するように、径方向に沿う断面が径方向外側に向かって凸となる弧状の内側マグネット２５が挿入されている。すなわち、１つのステータ（外側ステータ４または内側ステータ５）に対し、ロータ２は、１２極の磁極を有している。

なお、以下の説明では、ロータコア３の１／１２周の周角度領域あたりを１極当りと称して説明する場合がある。また、以下の説明では、各空洞部２２，２３の長手方向、および短手方向は、径方向に沿う断面でみたときの長手方向、短手方向をいうものとする（後述の外側マグネット２４および内側マグネット２５も同様）。

外側マグネット２４および内側マグネット２５は、例えば、接着剤等によりロータコア３内に固定されている。しかしながら、これに限られるものではなく、例えば、各空洞部２２，２３に、それぞれ各マグネット２４，２５を圧入固定としてもよい。

外側マグネット２４の長手方向の長さは、外側空洞部２２の長手方向の長さよりも若干短く設定されている。そして、外側マグネット２４は、外側空洞部２２の長手方向中央に配置されている。このため、外側マグネット２４の長手方向両端と外側ブリッジ２６との間には、外側フラックスバリヤ（空隙部）２８が形成される。この外側フラックスバリヤ２８は、外側マグネット２４のロータコア３への磁束漏れを抑制するためのものである。

一方、内側マグネット２５の長手方向の長さは、内側空洞部２３の長手方向の長さよりも若干短く設定されている。そして、内側マグネット２５は、内側空洞部２３の長手方向中央に配置されている。このため、内側マグネット２５の長手方向両端と内側ブリッジ２７との間には、内側フラックスバリヤ（空隙部）２９が形成される。この内側フラックスバリヤ２９は、内側マグネット２５のロータコア３への磁束漏れを抑制するためのものである。

（外側マグネットおよび内側マグネットの形状決定方法）
次に、図３に基づいて、外側マグネット２４の径方向外側の外側面２４ａ、および径方向内側の内側面２４ｂと、内側マグネット２５の径方向外側の外側面２５ａ、および径方向内側の内側面２５ｂの形状の決定方法について説明する。
なお、各マグネット２４，２５が挿入される各空洞部２２，２３は、各マグネット２４，２５とほぼ同一の形状に形成されている。このため、各空洞部２２，２３の形状は、以下に説明する各マグネット２４，２５の形状決定方法と同様の方法に基づいて決定される（以下の実施形態についても同様）。

図３は、外側マグネット２４および内側マグネット２５の形状決定方法を説明するための説明図である。なお、外側マグネット２４および内側マグネット２５は、弧状の向き（凸の向き）が径方向内側を向いているか径方向外側を向いているかの違いだけで、基本的な考え方は同一である。このため、図３では、外側マグネット２４および内側マグネット２５の符号を、１つのマグネットに付して説明する。つまり、図３に図示されたマグネットを外側マグネット２４としてみる場合、凹となる図中上側の側面が外側面２４ａを指し、凸となる図中下側の側面が内側面２４ｂを指す。これに対し、図３に図示されたマグネットを内側マグネット２５としてみる場合、凸となる図中上側の側面が外側面２５ａを指し、凹となる図中下側の側面が内側面２５ｂを指す。

ここで、各マグネット２４，２５の外側面２４ａ，２５ａおよび内側面２４ｂ，２５ｂは、軸線Ｏと、ロータコア３の１極当りの周方向中央とを通る直線Ｌ１に位置する中心点Ｃ１，Ｃ２とする楕円弧状に形成されている。また、各マグネット２４，２５の外側面２４ａ，２５ａおよび内側面２４ｂ，２５ｂは、中心点Ｃ１，Ｃ２を中心とする楕円Ｄ１，Ｄ２の長半径をＡとし、短半径をＢとし、中心点Ｃ１または中心点Ｃ２の何れかと軸線Ｏとの間の距離をＣとし、軸線Ｏを原点としたときの各マグネット２４，２５の外側面２４ａ，２５ａおよび内側面２４ｂ，２５ｂの座標位置をＸ，Ｙとしたとき、各マグネット２４，２５の外側面２４ａ，２５ａおよび内側面２４ｂ，２５ｂは、
｛（Ｘ−Ｃ）^２／Ａ^２｝＋Ｙ^２／Ｂ^２＝１ ・・・（１）
を満たす楕円Ｄ１，Ｄ２上の座標位置に形成されている。
上記式（１）を満たす楕円弧（座標位置）は、各ステータ４，５によって形成される磁束のロータコア３での流れの方向にほぼ沿った形になる。以下、より詳しく説明する。

説明にあたって、まず、本実施形態において、磁束の流れ易い方向をｑ軸と称する。また、ｑ軸に対して電気的、磁気的に直交する径方向に沿った方向をｄ軸と称する。すなわち、軸線Ｏと、ロータコア３の１極当りの周方向中央とを通る直線Ｌ１は、ｄ軸と一致する。

ここで、磁束密度は磁気ポテンシャルＶを用いて、

と表すことができる。そして、マクスウェルの方程式（磁束保存の式）より

を導き出すことができ、上記式（３）を極座標を用いてあらわすと、

と表すことができる。この式（４）を確定特異点周りでの級数解の定理に基づいて解くと、

この式（５）は、直交座標系では、

ここで、利用するのはポテンシャルの虚数部から得られるＮｏｒｍａｌ成分であるから、理想的な磁路（抵抗が一番小さい）は、以下の方程式で表すことができる。すなわち、ｎを磁極数とすると、

この式（７）の方程式に基づいて磁石の形状を決定すると、上記Ｌｑが大きくなる（磁束が通りやすい）。
ところで、ロータ２トルクの式は、

で表すことができるから、上記Ｌｑが大きくなると、回転電機１の総合トルクが増える。このことは、外側ステータ４および内側ステータ５の何れについても成立する。

ここで、上記式（７）は陰関数であり、この通りに各マグネット２４，２５の外側面２４ａ，２５ａおよび内側面２４ｂ，２５ｂを形成すると、製造コストが嵩んで量産しにくい。そこで、各マグネット２４，２５の外側面２４ａ，２５ａを、上記式（１）を満たす楕円弧状とすることにより、各マグネット２４，２５の外側面２４ａ，２５ａを上記式（７）の関数に近似した値にすることができる。すなわち、各マグネット２４，２５は、各ステータ４，５によって形成される磁束のロータコア３での流れの方向にほぼ沿った形になる。

また、図２に示すように、外側マグネット２４および内側マグネット２５は、それぞれロータコア３の以下の範囲に配置されている。
すなわち、ロータコア３の内周面３ｂの半径をＲ１とし、ロータコア３の外周面３ａの半径をＲ２とし、軸線Ｏを中心とするロータコア３上を通る任意の円弧Ｄ３の半径をＲとし、内側ティース本体１１ａの軸線Ｏ方向に沿い、且つ径方向に直交する方向に沿う断面（例えば、図２におけるＡ−Ａ線に沿う断面）の面積をＳ１とし、外側ティース７の軸線方向に沿い、且つ径方向に直交する方向に沿う断面（例えば、図２におけるＢ−Ｂ線に沿う断面）の面積をＳ２としたとき、任意の円弧Ｄ３の半径Ｒは、
Ｒ＝Ｒ１＋〔（Ｒ２−Ｒ１）／｛１＋（Ｒ２／Ｒ１）^２｝〕×（Ｓ１／Ｓ２）
・・・（９）
を満たすように設定され、任意の円弧Ｄ３の径方向外側に、外側マグネット２４が配置される。また、任意の円弧Ｄ３の径方向内側に、内側マグネット２５が配置される。

本第１実施形態では、おおよそロータコア３の２／３の外周側のスペースに、外側マグネット２４が配置される。また、おおよそロータコア３の１／３の内周側のスペースに、内側マグネット２５が配置される。
さらに、外側マグネット２４および内側マグネット２５の径方向の最大肉厚は、５ｍｍ以下に設定されている。

（回転電機の動作）
次に、回転電機１の動作について説明する。
まず、外側ステータ４に設けられている複数の外側コイルバー９に、選択的に通電を行う。また、内側ステータ５に設けられている複数の内側コイルバー１３に、選択的に通電を行う。

外側コイルバー９に通電を行うと、外側ステータ４に磁束が発生し、この磁束とロータコア３の外側マグネット２４との間で磁気的な吸引力や反発力が発生する。また、内側コイルバー１３に通電を行うと、内側ステータ５に磁束が発生し、この磁束とロータコア３の内側マグネット２５との間で磁気的な吸引力や反発力が発生する。これにより、ロータ２が回転する。

また、外側ステータ４で発生した磁束は、ロータコア３に流れる。さらに、内側ステータ５で発生した磁束も、ロータコア３に流れる。
ここで、外側マグネット２４は、上記式（１）を満たす座標位置（Ｘ，Ｙ）に形成されているので、外側ステータ４によって形成される磁束のロータコア３での流れ方向にほぼ沿っている。また、内側マグネット２５も、上記式（１）を満たす座標位置（Ｘ，Ｙ）に形成されているので、内側ステータ４によって形成される磁束のロータコア３での流れ方向にほぼ沿っている。

換言すれば、各マグネット２４，２５の外側面２４ａ，２５ａは、対応するステータ４，５で形成される磁束のｑ軸方向にほぼ沿っている。このため、各マグネット２４，２５によってｄ軸方向に不要な磁束が形成されることが抑制され、回転電機１のリラクタンストルクを最大限有効利用することができる。

したがって、上述の第１実施形態によれば、回転電機１の総合トルクを効率よく高めることができる。

具体的に、図４に基づいて説明する。
図４は、縦軸を総合トルクとし、横軸をロータ２の回転角度としたときの総合トルクの変化を、本第１実施形態の外側マグネット２４および内側マグネット２５と、外側マグネットおよび内側マグネットが平板状に形成されている場合（従来）と、を比較したグラフである。
同図に示すように、回転角度の大部分の範囲において、本第１実施形態の回転電機１の総合トルクが従来よりも大きくなることが確認できる。

また、上述の第１実施形態では、軸線Ｏを中心とするロータコア３上を通る任意の円弧Ｄ３を、上記式（８）を満たすように設定したとき、この任意の円弧Ｄ３の径方向外側に、外側マグネット２４を配置している。また、任意の円弧Ｄ３の径方向内側に、内側マグネット２５を配置している。本第１実施形態では、おおよそロータコア３の２／３の外周側のスペースに、外側マグネット２４を配置している。また、おおよそロータコア３の１／３の内周側のスペースに、内側マグネット２５を配置している。

ここで、ロータコア３の径方向外側に配置される外側ステータ４の大きさは、ロータコア３の径方向内側に配置される内側ステータ５の大きさと比較して大きい。このため、外側ステータ４により形成される磁束量は、内側ステータ５により形成される磁束量と比較して大きくなる。したがって、上述のように、ロータコア３において、外側マグネット２４の占有スペース（外側マグネット２４の大きさ）を、内側マグネット２５の占有スペース（内側マグネット２５の大きさ）よりも大きく設定することにより、各ステータ２４，２５によって形成される磁束を最大限有効利用することができる。このため、回転電機１の総合トルクをさらに効率よく高めることができる。

また、上述の第１実施形態では、外側マグネット２４および内側マグネット２５の径方向の最大肉厚は、５ｍｍ以下に設定されている。このため、各マグネット２４，２５を必要以上に大きくしてしまうことを抑えることができる。
ところで、ロータコア３へのマグネット２４，２５の占有率が大きくなると、この分ロータコア３自体が薄肉になり、ロータコア３の剛性が低くなってしまう。しかしながら、外側マグネット２４および内側マグネット２５の径方向の最大肉厚を５ｍｍ以下に設定することにより、ロータコア３の剛性の低下を抑えることができる。

（第２実施形態）
次に、図５に基づいて、第２実施形態について説明する。
図５は、回転電機２０１の一部の構成を示す、シャフト２０（軸線Ｏ）に直交する断面図であって、前述の図２に対応している。なお、第１実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明を省略する（以下の実施形態、および変形例についても同様）。

前述の第１実施形態と本第２実施形態との相違点は、前述の第１実施形態のロータコア３と、本第２実施形態のロータコア２０３と、が異なる点にある。
より具体的には、本第２実施形態では、前述の第１実施形態で説明した式（８）を満たす任意の円弧Ｄ３の径方向外側に、２つの外側マグネット２２４ａ，２２４ｂが径方向に並んで埋設されている。

これら２つの外側マグネット２２４Ａ，２２４Ｂは、各々外側面２２４Ａａ，２２４Ｂａ、および内側面２２４Ａｂ，２２４Ｂｂが、前述の第１実施形態で説明した式（１）を満たす座標位置（Ｘ，Ｙ）に形成されている。また、２つの外側マグネット２２４Ａ，２２４Ｂは、楕円弧中心が直線Ｌ１上に位置するように配置されている。

このように、上述の第２実施形態では、ロータコア２０３の外周面２０３ａに形成される磁束量が、２つの外側マグネット２２４Ａ，２２４Ｂによって形成される。このため、ロータコア２０３の外周面２０３ａに形成される磁束量を増大させることができる。よって、回転電機２０１の総合トルクをさらに効率よく高めることができる。

（第２実施形態の第１変形例）
なお、上述の第２実施形態では、ロータコア２０３に２つの外側マグネット２２４Ａ，２２４Ｂを埋設した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、図６に示すように、ロータコア２０３に、３つの外側マグネット２２４Ｃ，２２４Ｄ，２２４Ｅを径方向に並べて埋設してもよい。これら３つの外側マグネット２２４Ｃ，２２４Ｄ，２２４Ｅは、上記式（１）を満たす座標位置（Ｘ，Ｙ）に形成され、且つ楕円弧中心が直線Ｌ１上に位置するように配置されている。
このように構成することで、上述の第２実施形態と比較して、さらに回転電機２０１の総合トルクを高めることができる。

（第２実施形態の第２変形例）
また、上述の第２実施形態の第１変形例に加え、図７に示すように、ロータコア２０３に、２つの内側マグネット２２５Ａ，２２５Ｂを径方向に並べて埋設してもよい。これら２つの内側マグネット２２５Ａ，２２５Ｂも上記式（１）を満たす座標位置（Ｘ，Ｙ）に形成され、且つ楕円弧中心が直線Ｌ１上に位置するように配置されている。
このように構成することで、ロータコア２０３の内周面２０３ｂに形成される磁束量を増大させることができる。よって、上述の第２実施形態の第１変形例と比較して、さらに回転電機２０１の総合トルクをさらに高めることができる。

（第３実施形態）
次に、図８に基づいて、第３実施形態について説明する。
図８は、回転電機３０１の一部の構成を示す、シャフト２０（軸線Ｏ）に直交する断面図であって、前述の図２に対応している。
前述の第１実施形態と本第３実施形態との相違点は、前述の第１実施形態のロータコア３に形成されている外側空洞部２２と、本第３実施形態のロータコア３０３に形成されている外側空洞部３２２との形状が異なる点にある。

より具体的には、第３実施形態のロータコア３０３に形成されている外側空洞部３２２には、長手方向中央に、径方向に沿うセンターブリッジ３０が形成されている。センターブリッジ３０は、ロータコア３０３の外側空洞部３２２を挟んだ径方向両側を連結している。すなわち、外側空洞部３２２は、センターブリッジ３０によって、長手方向に分かれた２つの空洞部３２２ａ，３２２ｂに隔てられている。なお、センターブリッジ３０の周方向の肉厚は、磁路が形成されない程度（磁束が飽和する程度）に設定することが望ましい。これにより、センターブリッジ３０による漏れ磁束を防止できる。

２つの空洞部３２２ａ，３２２ｂには、それぞれ外側マグネット３２４Ａ，３２４Ｂが挿入され、接着剤等により固定されている。
ここで、２つの外側マグネット３２４Ａ，３２４Ｂは、第１実施形態における外側マグネット２４を、長手方向中央を中心にして２分割したものである。すなわち、２つの外側マグネット３２４Ａ，３２４Ｂの基本的構成は、外側マグネット２４と同様である。

このように、上述の第３実施形態では、外側空洞部３２２にセンターブリッジ３０が設けられている。このため、センターブリッジ３０を形成する分、ロータコア３０３の剛性を高めることができる。この結果、ロータコア３０３の回転時にかかる応力によって、このロータコア３０３が変形してしまうことを抑えることができる。よって、回転電機３０１のトルク性能が低下してしまうことを抑えることができる。

なお、上述の第３実施形態では、外側空洞部３２２にセンターブリッジ３０を設けた場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、内側空洞部２３にセンターブリッジ３０を設けてもよい。また、各空洞部２２，２３に、複数のブリッジを設けてもよい。このように構成することで、ロータコア３０３の剛性を高めることができる。

本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。

例えば、回転電機１，２０１，３０１は、車両駆動用に用いられるものであって、エンジンケース１８等に取り付けられている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、さまざまな装置の駆動用に回転電機１，２０１，３０１を用いることが可能である。そして、装置に応じて回転電機１，２０１，３０１の取り付けられる箇所が変るのもいうまでもない。

また、上述の実施形態では、ハウジング１４は、ベース部１５と、外側周壁部１６と、内側周壁部１７と、により構成されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ロータ２を回転自在に支持可能で、且つ外側ステータ４と内側ステータ５を固定可能な構成であればよい。

さらに、上述の実施形態では、ロータコア３，２０３，３０３に、外側空洞部２２と内側空洞部２３と、を形成した場合について説明した。そして、これら空洞部２２，２３に、それぞれマグネット２４〜２２５Ｂを挿入し、これにより、ロータコア３，２０３，３０３にマグネット２４〜２２５Ｂを埋設した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、各空洞部２２，２３を形成せずに、ロータコア３，２０３，３０３にマグネット２４〜２２５Ｂを埋設してもよい。例えば、ロータコア３，２０３，３０３を、軟磁性粉を加圧して成形する場合、この加圧成形時に同時にマグネット２４〜２２５Ｂを埋設してもよい。

また、上述の実施形態では、各ステータ４，５の各々スロット８，１２に、それぞれ４本ずつコイルバー９，１３を挿入した場合について説明した。しかしながら、各スロット８，１２に挿入されるコイルバー９，１３の本数は４本に限られるものではなく、任意の本数を設定することができる。
さらに、上述の実施形態では、ロータ２は、１２極の磁極を有している場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ロータ２の極数、各ステータ４，５の各々スロット８，１２の個数（スロット数）は、任意に設定することができる。

また、上述の実施形態では、各ティース７，１１は、径方向に沿って延びる各ティース本体７ａ，１１ａと、各ティース本体７ａ，１１ａの先端から周方向に延びる各鍔部７ｂ，１１ｂと、により構成されている場合について説明した。さらに、各ティース本体７ａ，１１ａは、軸線Ｏ方向に沿い、且つ径方向に直交する方向に沿う断面形状が略矩形状となるように形成されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、各ティース７，１１は、各コイルバー９，１３を取り付け可能なスロットを形成できる形状であればよい。すなわち、例えば、鍔部７ｂ，１１ｂを形成しなくてもよい。このため、ティース本体７ａ，１１ａの軸線Ｏ方向に沿い、且つ径方向に直交する方向に沿う断面の面積Ｓ１，Ｓ２とは、ティース７，１１の軸線Ｏ方向に沿い、且つ径方向に直交する方向に沿う断面の面積Ｓ１，Ｓ２と考えてよい。

１，２０１，３０１…回転電機、２…ロータ、３，２０３，３０３…ロータコア、３ａ…外周面、３ｂ…内周面、４…外側ステータ、５…内側ステータ、７…外側ティース、１１…内側ティース、２２…外側空洞部（空洞部）、２３…内側空洞部（空洞部）、２４，２２４，２２４Ｂ，２２４Ｃ，２２４Ｄ，３２４Ａ，３２４Ｂ…外側マグネット、２４ａ，２５ａ…外側面、２４ｂ，２５ｂ…内側面、２５，２２５Ａ，２２５Ｂ…内側マグネット、３０…センターブリッジ（ブリッジ）、Ｃ１，Ｃ２…中心点、Ｄ３…任意の円弧、Ｌ１…直線、Ｏ…軸線

Claims (6)

1. 軸線回りに回転可能に設けられ中空状のロータコアを有するロータと、
   前記ロータコアの外周面側に配置され、通電されることにより磁界を発生する外側ステータと、
   前記ロータコアの内周面側に配置され、通電されることにより磁界を発生する内側ステータと、
   前記ロータコアの外周部に周方向に並んで埋設され、径方向内側に向かって凸となるように湾曲形成された複数の外側マグネットと、
   前記ロータコアの内周部に周方向に並んで埋設され、径方向外側に向かって凸となるように湾曲形成された複数の内側マグネットと、
   を備え、
   前記外側マグネットおよび前記内側マグネットの各々径方向外側の外側面、および径方向内側の内側面は、前記軸線を通る径方向に沿う直線上の任意の点を中心点とする楕円弧状に形成されており、
   且つ、前記中心点を中心とする楕円の長半径をＡとし、短半径をＢとし、前記中心点と前記軸線との間の距離をＣとし、前記軸線を原点としたときの前記外側マグネットおよび前記内側マグネットの各々前記外側面、および前記内側面の座標位置をＸ，Ｙとしたとき、
   前記外側マグネットおよび前記内側マグネットの各々前記外側面、および前記内側面は、
   ｛（Ｘ−Ｃ）^２／Ａ^２｝＋Ｙ^２／Ｂ^２＝１
   を満たす楕円上の座標位置に形成されている
   ことを特徴とする回転電機。
2. 前記内側ステータは、周方向に並んで配置され径方向外側に向かって突出する複数の内側ティースを有し、
   前記外側ステータは、周方向に並んで配置され径方向内側に向かって突出する複数の外側ティースを有し、
   前記ロータコアの内周面の半径をＲ１とし、前記ロータコアの外周面の半径をＲ２とし、前記軸線を中心とする前記ロータコア上を通る任意の円弧の半径をＲとし、前記内側ティースの軸線方向に沿い、且つ径方向に直交する方向に沿う断面の面積をＳ１とし、前記外側ティースの軸線方向に沿い、且つ径方向に直交する方向に沿う断面の面積をＳ２としたとき、
   前記任意の円弧の半径Ｒは、
   Ｒ＝Ｒ１＋〔（Ｒ２−Ｒ１）／｛１＋（Ｒ２／Ｒ１）^２｝〕×（Ｓ１／Ｓ２）
   を満たすように設定され、
   前記任意の円弧の径方向外側に、前記外側マグネットが配置されると共に、前記任意の円弧の径方向内側に、前記内側マグネットが配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記外側マグネットおよび前記内側マグネットの径方向の最大肉厚は、５ｍｍ以下に設定されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
4. 前記外側マグネットは、さらに径方向に沿って複数並んで配置されており、
   径方向に沿って並ぶ複数の前記外側マグネットは、各々径方向外側の外側面、および径方向内側の内側面の楕円弧中心が同一直線上に配置されている
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の回転電機。
5. 前記内側マグネットは、さらに径方向に沿って複数並んで配置されており、
   径方向に沿って並ぶ複数の前記内側マグネットは、各々径方向外側の外側面、および径方向内側の内側面の楕円弧中心が同一直線上に配置されている
   ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の回転電機。
6. 前記ロータコアは、前記外側マグネットおよび前記内側マグネットの形状に対応するように形成され前記軸線方向に貫通する複数の空洞部を有し、
   前記複数の空洞部に、対応する前記外側マグネットおよび前記内側マグネットが収納されており、
   前記複数の空洞部のうちの少なくとも１つには、該空洞部を少なくとも２つの空間に隔てるブリッジが設けられており、
   前記ブリッジが設けられた前記空洞部に収納される前記外側マグネットおよび前記内側マグネットの少なくとも一方は、前記ブリッジを避けるように分割構成されている
   ことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の回転電機。

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