JP6132156B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、車両等に搭載されて電動機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、周方向に距離を隔てて埋設された複数の磁石を有する回転子コアと、回転子コア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固定子コアと、スロットに収容されて固定子コアに巻装された固定子巻線と、を備えたものが一般に知られている。回転子コア及び固定子コアは、通常、鉄損を低減するために、回転軸方向に積層された複数の電磁鋼板により形成されたものが採用されている。

そして、特許文献１には、回転軸方向に積層された複数の電磁鋼板よりなり周方向に距離を隔てて形成された複数の磁石挿入穴を有する回転子コアと、回転子コアの各磁石挿入穴に収容された複数の永久磁石と、を備えたモータ（回転電機）のロータ（回転子）が開示されている。この回転子において、磁石挿入穴に収容された永久磁石は、磁石挿入穴の壁面に樹脂材料で固定されており、磁石挿入穴の回転軸方向両端の開口部が樹脂材料によって閉じられている。よって、この回転子の永久磁石は、その回転軸方向長さが回転子コアの積層厚（回転軸方向長さ）よりも短くされて、磁石挿入穴から突出しないようにされている。

特開２０１１−２５４６７７号公報

ところで、特許文献１に開示された回転子のように、永久磁石の回転軸方向長さが回転子コアの積層厚よりも短くされている場合、固定子コアの積層厚との大小関係は次の３通りとなる。第１の場合は、図２１に示すように、（永久磁石９２７の回転軸方向長さ）＜（回転子コア９２１の積層厚）＜（固定子コア９３１の積層厚）となる場合である。この場合には、固定子コア９３１の磁束により、回転子コア９２１の積層された電磁鋼板が回転軸方向に開くという事態が発生し、回転子コア９２１の強度低下が問題となる。

第２の場合は、図２２に示すように、（固定子コア９３１の積層厚）≦（永久磁石９２７の回転軸方向長さ）＜（回転子コア９２１の積層厚）となる場合である。この場合には、永久磁石９２７の磁束により、固定子コア９３１の積層された電磁鋼板が回転軸方向に開くという事態が発生し、固定子巻線９３６との間の絶縁距離が短縮するという問題がある。

第３の場合は、図２３に示すように、（永久磁石９２７の回転軸方向長さ）＜（固定子コア９３１の積層厚）≦（回転子コア９２１の積層厚）となる場合である。この場合には、固定子コア９３１の回転軸方向で磁束密度分布が発生し、高磁束密度部で鉄損が増大するという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、固定子コアと固定子巻線との間の絶縁距離の短縮を回避しつつ、永久磁石と径方向に対向している固定子コアの磁束密度を低下させて鉄損を低減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本発明は、回転軸方向に積層された複数の電磁鋼板（２２）により形成されて、周方向に距離を隔てて埋設された複数の永久磁石（２７，１２７，２２７，３２７，４２７，５２７）、前記永久磁石を収容する磁石収容孔（２３）、及び前記永久磁石が収容された前記磁石収容孔の回転軸方向端の開口部を閉じる樹脂材料（２８）を有する回転子コア（２１）と、回転軸方向に積層された複数の電磁鋼板（３２，１３２，２３２，３３２）により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（３３）を有し、前記回転子コアの外側に径方向に対向して配置された固定子コア（３１，１３１，２３１，３３１）と、前記固定子コアに巻装された固定子巻線（３６）と、を備え、前記永久磁石の回転軸方向長さが前記回転子コア及び前記固定子コアの回転軸方向長さよりも短くされている回転電機において、前記固定子コアは、径方向内方へ突出して周方向両側の側面で前記スロットを区画する複数のティース（３５）を有し、前記ティースの突出先端部の周方向の一部は、回転軸方向長さが前記永久磁石の回転軸方向長さと同じに設定されており、前記固定子コアは、前記ティースの突出先端部の回転軸方向長さが前記永久磁石の回転軸方向長さと同じに設定されている周方向の一部の部位において、回転軸方向一方側へ倒された第１倒れ部（３２１ａ）を有する第１電磁鋼板（３２１）及び回転軸方向他方側へ倒された第２倒れ部（３２２ａ）を有する第２電磁鋼板（３２２）のうちの少なくとも一方と、前記第１又は第２倒れ部に相当する部位が除去された除去部（３２３ａ）を有する第３電磁鋼板（３２３）とが、前記第１又は第２倒れ部と前記第３電磁鋼板とが干渉することなく組み合わされて積層されていることを特徴とする。

なお、本発明において、ティースの突出先端部の周方向の一部は、回転軸方向長さが永久磁石の回転軸方向長さと同じに設定されていることに関して、必ずしも厳密に同等でなくてもよい。例えば、回転子コア及び固定子コア等の部材の不可避的な寸法公差や、回転子の回転軸を回転可能に支持する軸受に設定されるガタ等が許容範囲となる。

本発明によれば、永久磁石の回転軸方向長さが回転子コア及び固定子コアの回転軸方向長さよりも短くされている回転電機において、固定子コアは、径方向内方へ突出して周方向両側の側面でスロットを区画する複数のティースを有し、ティースの突出先端部の周方向の一部は、回転軸方向長さが永久磁石の回転軸方向長さと同じに設定されている。そのため、固定子コアの永久磁石に対向しない部位に永久磁石の磁束を引き込むことで、固定子コアの回転軸方向の磁束密度分布が均等化される。これにより、平均磁束密度が低下するので鉄損を低減することができる。

また、本発明によれば、永久磁石の回転軸方向長さが回転子コア及び固定子コアの回転軸方向長さよりも短くされていることから、永久磁石の磁束により、固定子コアの積層された電磁鋼板が回転軸方向に開くのを防止することができる。そのため、固定子コアと固定子巻線との間の絶縁距離の短縮を回避することができる。また、回転軸方向一方側へ倒された第１倒れ部を有する第１電磁鋼板及び回転軸方向他方側へ倒された第２倒れ部を有する第２電磁鋼板のうちの少なくとも一方と、第１又は第２倒れ部に相当する部位が除去された除去部を有する第３電磁鋼板とが、第１又は第２倒れ部と第３電磁鋼板とが干渉することなく組み合わされて積層されているから、第１又は第２倒れ部が第３電磁鋼板と干渉することなく電磁鋼板を積層することができ、これにより、固定子コアのティースの突出先端部の回転軸方向長さが永久磁石の回転軸方向長さと同じに設定されている周方向の一部の部位の設定が可能となる。

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る。

実施形態１に係る回転電機の回転軸方向断面図である。 実施形態１に係る回転電機の回転子コアと永久磁石と固定子コアとの構成を示す回転軸方向断面図である。 実施形態１に係る固定子の全体斜視図である。 実施形態１に係る固定子コアを構成する第１〜第３電磁鋼板のティースを示す部分平面図であって、（ａ）は第１電磁鋼板のティースを示し、（ｂ）は第３電磁鋼板のティースを示し、（ｃ）は第２電磁鋼板のティースを示す。 実施形態１に係る固定子コアを構成する第１〜第３電磁鋼板のティースを示す部分側面図であって、（ａ）は第１電磁鋼板のティースを示し、（ｂ）は第３電磁鋼板のティースを示し、（ｃ）は第２電磁鋼板のティースを示す。 実施形態１において固定子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に係る固定子巻線の結線図である。 実施形態１においてティースの「Ｂ部」における回転軸方向の磁束密度分布を示す説明図である。 実施形態１においてティースの「Ａ部」及び「Ａ部＋Ｂ部」における回転軸方向の磁束密度分布を示す説明図である。 実施形態２に係る回転電機の回転子コアと永久磁石と固定子コアとの構成を示す回転軸方向断面図である。 変形例１に係る回転電機の回転子コアと永久磁石と固定子コアとの構成を示す回転軸方向断面図である。 実施形態３に係る回転電機の回転子コアと永久磁石と固定子コアとの構成を示す回転軸方向断面図である。 変形例２に係る回転電機の回転子コアと永久磁石と固定子コアとの構成を示す回転軸方向断面図である。 実施形態４に係る回転電機の回転子コアと永久磁石と固定子コアとの構成を示す回転軸方向断面図である。 実施形態５に係る回転電機の回転子コアと永久磁石と固定子コアとの構成を示す回転軸方向断面図である。 実施形態６に係る回転電機の回転子コアと永久磁石と固定子コアとの構成を示す回転軸方向断面図である。 変形例３に係る固定子コアを構成する第１及び第３電磁鋼板のティースを示す部分平面図であって、（ａ）は第１電磁鋼板のティースを示し、（ｂ）は第３電磁鋼板のティースを示す。 変形例４に係る固定子コアを構成する第１及び第３電磁鋼板のティースを示す部分平面図であって、（ａ）は第１電磁鋼板のティースを示し、（ｂ）は第３電磁鋼板のティースを示す。 変形例５に係る固定子コアを構成する第１及び第３電磁鋼板のティースを示す部分平面図であって、（ａ）は第１電磁鋼板のティースを示し、（ｂ）は第３電磁鋼板のティースを示す。 変形例６に係る固定子コアを構成する第１及び第３電磁鋼板のティースを示す部分平面図であって、（ａ）は第１電磁鋼板のティースを示し、（ｂ）は第３電磁鋼板のティースを示す。 回転電機において（永久磁石の回転軸方向長さ）＜（回転子コアの積層厚）＜（固定子コアの積層厚）となる関係を有する構成を示す説明図である。 回転電機において（固定子コアの積層厚）≦（永久磁石の回転軸方向長さ）＜（回転子コアの積層厚）となる関係を有する構成を示す説明図である。 回転電機において（永久磁石の回転軸方向長さ）＜（固定子コアの積層厚）≦（回転子コアの積層厚）となる関係を有する構成を示す説明図である。

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〕
本実施形態に係る回転電機１は、車両用電動機として使用されるものである。この回転電機１は、図１に示すように、有底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なるハウジング１０と、ハウジング１０に軸受け１１，１２を介して回転自在に支承される回転軸１３と、回転軸１３の外周に嵌合固定された回転子２０と、ハウジング１０の内面に固定されて回転子２０の外側に径方向に対向して配置された固定子３０と、を備えている。

回転子２０は、図２に示すように、複数の電磁鋼板２２を回転軸方向に積層して形成された回転子コア２１と、回転子コア２１の外周部に周方向に距離を隔てて埋設された複数の永久磁石２７とからなる。回転子コア２１の外周部には、回転軸方向に貫通する８個の磁石収容孔２３が周方向に距離を隔てて形成されている。各磁石収容孔２３には、角柱状に形成された永久磁石２７が１個ずつ収容されている。これら８個の永久磁石２７によって、周方向に極性が交互に異なる複数の磁極（本実施形態では８極（Ｎ極：４、Ｓ極：４））が形成されている。

各磁石収容孔２３に収容された永久磁石２７は、磁石収容孔２３内に充填された樹脂材料２８により、磁石収容孔２３の壁面に固定されている。これら永久磁石２７は、その回転軸方向長さが回転子コア２１の積層厚（回転軸方向長さ）よりも所定長さ短いものが採用されている。本実施形態の場合、永久磁石２７は、磁石収容孔２３の回転軸方向中央部に位置しており、磁石収容孔２３の回転軸方向両端の開口部が樹脂材料２８によって閉じられている。

固定子３０は、図３に示すように、周方向に配列された複数のスロット３３を有する円環状の固定子コア３１と、スロット３３に収容されて固定子コア３１に巻装された三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の固定子巻線３６と、を備えている。

固定子コア３１は、円環状の複数の電磁鋼板３２を回転軸方向に積層して形成された一体型のものである。この固定子コア３１は、円環状のバックコア３４と、バックコア３４から径方向内方へ突出して周方向両側の側面でスロット３３を区画する複数のティース３５とからなる。本実施形態では、３相の固定子巻線３６を収容するように、４８個のスロット３３が周方向に等間隔に配置されている。

この固定子コア３１は、図２に示すように、その積層厚（回転軸方向長さ）が、回転子コア２１の回転軸方向長さよりも短くされ、永久磁石２７の回転軸方向長さよりも長くされたものが採用されている。そして、各ティース３５の突出先端部の周方向の一部（本実施形態では周方向両端部）は、回転軸方向長さが永久磁石２７の回転軸方向長さと同じに設定されている。以下、各ティース３５の突出先端部の回転軸方向長さが永久磁石２７の回転軸方向長さと同じに設定されている部位を「Ａ部」と言い、各ティース３５の突出先端部の「Ａ部」以外の部位を「Ｂ部」と言う。

固定子コア３１を構成する複数の電磁鋼板３２は、回転軸方向一方側（図２の上方側）に配置された複数の第１電磁鋼板３２１と、回転軸方向他方側（図２の下方側）に配置された複数の第２電磁鋼板３２２と、回転軸方向中央部に配置された複数の第３電磁鋼板３２３とが組み合わされて積層されている。

第１電磁鋼板３２１は、図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、「Ａ部」において、回転軸方向他方側（図２の下方側）へ倒された第１倒れ部３２１ａを有する。また、第２電磁鋼板３２２は、図４（ｃ）及び図５（ｃ）に示すように、「Ａ部」において、回転軸方向一方側（図２の上方側）へ倒された第２倒れ部３２２ａを有する。

この第１倒れ部３２１ａ及び第２倒れ部３２２ａは、ティース３５の突出先端部の周方向両端部に設けられている。なお、第１倒れ部３２１ａ及び第２倒れ部３２２ａの先端は、それらが倒された後に、ティース３５の突出先端と一致するように形成されている。また、第１倒れ部３２１ａ及び第２倒れ部３２２ａの周方向幅は、ティース３５の突出先端部全体の周方向幅の１／４程度にされている。よって、ティース３５の突出先端部の第１倒れ部３２１ａ及び第２倒れ部３２２ａ以外の部位の周方向幅は、ティース３５の突出先端部全体の周方向幅の１／２程度にされている。

また、第３電磁鋼板３２３は、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、「Ａ部」において、第１倒れ部３２１ａ及び第２倒れ部３２２ａに相当する部位が除去された除去部３２３ａを有する。除去部３２３ａの周方向幅は、第１倒れ部３２１ａ及び第２倒れ部３２２ａの周方向幅よりも大きくされており、第１倒れ部３２１ａ及び第２倒れ部３２２ａと第３電磁鋼板３２３とが干渉しないようにされている。

この場合、第１電磁鋼板３２１及び第２電磁鋼板３２２は、それぞれ永久磁石２７の回転軸方向長さの１／２程度の厚さに積層されている。また、回転軸方向中央部において隣接して配置された、第１電磁鋼板３２１の第１倒れ部３２１ａと第２電磁鋼板３２２の第２倒れ部３２２ａは、径方向内方側の先端部同士が接触した状態になっている。本実施形態では、第３電磁鋼板３２３の除去部３２３ａが設けられていることによって、第１倒れ部３２１ａと第２倒れ部３２２ａが第３電磁鋼板３２３と干渉することなく、第１〜第３電磁鋼板３２１〜３２３を積層することが可能となり、これにより「Ａ部」の設定が可能となる。

また、第１倒れ部３２１ａ、第２倒れ部３２２ａ及び除去部３２３ａは、第１〜第３電磁鋼板３２１〜３２３のティース３５の周方向両端部にそれぞれ設けられている。そして、ティース３５の突出先端部は、ティース３５の周方向中央を通り固定子コア３１の径方向に延びる直線Ｌ１に対して対称となる形状に形成されている。

固定子コア３１に巻装された固定子巻線３６は、Ｕ字形状をなす複数の導体セグメント５０の開放端部同士を溶接で互いに接合することにより構成されている。導体セグメント５０は、断面が矩形の導体と、導体の外周面を被覆する絶縁被膜とからなる平角線でＵ字状に形成されている。この導体セグメント５０は、図６に示すように、互いに平行な一対の直線部５１，５１と、一対の直線部５１，５１の一端を互いに連結するターン部５２とを有する。ターン部５２の中央部には、固定子コア３１の端面３１ａに沿って延びる頭頂段部５３が設けられており、頭頂段部５３の両側には、固定子コア３１の端面３１ａに対して所定の角度で傾斜した傾斜部が設けられている。なお、符号２４は、固定子コア３１及び固定子巻線３６間を電気絶縁するインシュレータである。

図６には、同一相の隣接する２個のスロット３３Ａ、３３Ｂに挿入配置される２個で一組の導体セグメント５０Ａ、５０Ｂが示されている。この場合、２個の導体セグメント５０Ａ、５０Ｂは、それらの一対の直線部５１、５１が、同一のスロット３３ではなく、隣接した２個のスロット３３Ａ、３３Ｂに別々に軸方向一端側から挿入される。即ち、図６の右側にある２個の導体セグメント５０Ａ、５０Ｂにおいて、一方の導体セグメント５０Ａは、一方の直線部５１が一のスロット３３Ａの最外層（第８層）に挿入され、他方の直線部５１が固定子コア３０の反時計回り方向に向けて１磁極ピッチ（ＮＳ磁極ピッチ）離れた他のスロット（図示せず）の第７層に挿入される。

そして、他方の導体セグメント５０Ｂは、一方の直線部５１がスロット３３Ａと隣接したスロット３３Ｂの最外層（第８層）に挿入され、他方の直線部５１が固定子コア３０の反時計回り方向に向けて１磁極ピッチ（ＮＳ磁極ピッチ）離れた他のスロット（図示せず）の第７層に挿入される。即ち、２個の導体セグメント５０Ａ、５０Ｂは、周方向に１スロットピッチずれた状態に配置される。このようにして、全スロット３３に対して所定数の導体セグメント５０の直線部５１が挿入配置される。本実施形態の場合には、各スロット３３内に、合計８本の直線部５１が径方向１列に積層配置されている。

スロット３３から軸方向他端側へ延出した一対の直線部５１、５１の開放端部は、固定子コア３１の端面３１ａ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、約半磁極ピッチ分の長さの捻り部が形成されている。そして、固定子コア３１の軸方向他端側において、導体セグメント５０の所定の捻り部の先端部同士が溶接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５０が直列に接続されることにより、固定子コア３１のスロット３３に沿って周方向に渦巻き状に巻回されたそれぞれ２本の相巻線（Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２）を有する三相の固定子巻線３６が形成される。

なお、固定子巻線３６の各相について、基本となるＵ字形状の導体セグメント５０により、固定子コア３１の周りを８周する巻線（コイル）が形成される。しかし、固定子巻線３６の各相について、出力用引き出し線及び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周目とを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５０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、図７に示すように、固定子巻線３６の各相の巻線端が星型結線により結線される。

以上のように構成された本実施形態の回転電機１は、固定子巻線３６に通電されることにより回転子２０が所定の方向に回転し運転を開始する。図８には、回転電機１が作動した際の、ティース３５の「Ｂ部」における回転軸方向の磁束密度分布が示されている。この場合、ティース３５の永久磁石２７と径方向に対向していない回転軸方向両端部には磁束が流れず、ティース３５の永久磁石２７と径方向に対向している回転軸方向中央部において一定密度の磁束が流れている。即ち、永久磁石２７の回転軸方向長さに相当するティース３５の回転軸方向範囲において、一定密度の磁束が流れる。

また、図９の中央部には、回転電機１が作動した際の、ティース３５の「Ａ部」における回転軸方向の磁束密度分布が示されている。この場合、ティース３５の回転軸方向中央部に配置された除去部３２３ａを有する第３電磁鋼板３２３には磁束が流れず、永久磁石２７と径方向に対向した第１及び第２倒れ部３２１ａ，３２２ａを介して永久磁石２７の磁束を引き込むことで、第１及び第２電磁鋼板３２１，３２２の全体に一定密度の磁束が流れる。

そして、図９の右側には、ティース３５の「Ａ部」と「Ｂ部」を合成した（「Ａ部＋Ｂ部」）回転軸方向の磁束密度分布が示されている。本実施形態の場合には、「Ａ部」が設けられていることによって、ティース３５の回転軸方向中央部の第３電磁鋼板３２３が配置されている範囲では、磁束密度が最大から半分程度に下げられた状態になる。また、ティース３５の回転軸方向両端部では、磁束密度が最大の半分程度に押し上げられた状態になる。これにより、固定子コア３１の回転軸方向の磁束密度分布が均等化されるので、平均磁束密度が低下し、鉄損を低減することが可能となる。

したがって、本実施形態の回転電機１によれば、ティース３５の突出先端部の周方向の一部（周方向両端部）は、回転軸方向長さが永久磁石２７の回転軸方向長さと同じに設定されているため、固定子コア３１の永久磁石２７に対向しない部位に永久磁石２７の磁束を引き込むことで、固定子コア３１の回転軸方向の磁束密度分布が均等化される。これにより、平均磁束密度が低下するので鉄損を低減することができる。

また、本実施形態では、永久磁石２７の回転軸方向長さが回転子コア２１及び固定子コア３１の回転軸方向長さよりも短くされていることから、永久磁石２７の磁束により、固定子コア３１の積層された電磁鋼板３２が回転軸方向に開くのを防止することができる。そのため、固定子コア３１と固定子巻線３６との間の絶縁距離の短縮を回避することができる。

また、本実施形態では、固定子コア３１の回転軸方向長さは、回転子コア２１の回転軸方向長さよりも短くされている。そのため、固定子巻線３６により回転子コア２１に回転軸方向に電磁力が加わることによって、回転子コア２１の積層された電磁鋼板２２が回転軸方向に開くのを防止することができる。これにより、回転子コア２１の強度低下を回避することができる。

また、本実施形態の固定子コア３１は、第１倒れ部３２１ａを有する複数の第１電磁鋼板３２１と、第２倒れ部３２２ａを有する複数の第２電磁鋼板３２２と、除去部３２３ａを有する複数の第３電磁鋼板３２３とが所定の状態に組み合わされて積層されている。そのため、固定子コア３１のティース３５に、所望の「Ａ部」を容易に形成することができる。

また、本実施形態では、ティース３５の突出先端部は、ティース３５の周方向中央を通り固定子コア３１の径方向に延びる直線Ｌ１に対して対称となる形状に形成されている。そのため、回転子２０の正逆両回転方向において、例えばトルクやリップル等の同じ性能を容易に出すことができる。

〔実施形態２〕
実施形態２に係る回転電機は、基本的構成が実施形態１のものと同じであるが、永久磁石１２７の配置位置と、固定子コア１３１を構成する電磁鋼板１３２の構成が、実施形態１のものと異なる。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、異なる点及び重要な点について図１０を参照して説明する。なお、実施形態１と共通する部材や構成については同じ符号を用いる。

実施形態２の永久磁石１２７は、実施形態１の永久磁石２７と同じものが用いられているが、回転子コア２１の磁石収容孔２３の回転軸方向他方側（図１０の下方側）に寄った位置に配置されている点で、実施形態１と異なる。この場合、永久磁石１２７は、磁石収容孔２３内に充填された樹脂材料２８により、磁石収容孔２３の壁面に固定されている。また、磁石収容孔２３の回転軸方向両端の開口部は、樹脂材料２８によって閉じられている。

実施形態２の固定子コア１３１を構成する電磁鋼板１３２は、回転軸方向一方側（図１０の上方側）に配置された複数の第１電磁鋼板３２１と、回転軸方向他方側端部（図１０の下方側端部）に配置された複数の第３電磁鋼板３２３とが組み合わされて積層されている。なお、実施形態２の第１及び第３電磁鋼板３２１，３２３は、実施形態１で用いられたものと同じである。これにより、実施形態２の場合にも、各ティース３５の突出先端部の周方向の一部（周方向両端部）は、回転軸方向長さが永久磁石１２７の回転軸方向長さと同じに設定されている。

以上のように構成された実施形態２の回転電機によれば、ティース３５の突出先端部の周方向の一部（周方向両端部）は、回転軸方向長さが永久磁石１２７の回転軸方向長さと同じに設定されているため、固定子コア３１の回転軸方向の磁束密度分布が均等化される。これにより、平均磁束密度が低下するので鉄損を低減することができる等、実施形態１と同様の作用及び効果を奏する。

特に、実施形態２の場合には、永久磁石１２７が磁石収容孔２３の回転軸方向他方側に寄った位置に配置されているので、樹脂材料２８で永久磁石１２７を磁石収容孔２３に固定する際の作業が容易になる。

〔変形例１〕
上記の実施形態２では、永久磁石１２７が磁石収容孔２３の回転軸方向他方側（図１０の下方側）に寄った位置に配置されていたが、図１１に示す変形例１のように、永久磁石１２７を、磁石収容孔２３の回転軸方向一方側（図１１の上方側）に寄った位置に配置してもよい。

この場合、固定子コア１３１を構成する電磁鋼板１３２は、回転軸方向他方側（図１１の下方側）に配置された複数の第２電磁鋼板３２２と、回転軸方向一方側端部（図１１の上方側端部）に配置された複数の第３電磁鋼板３２３とが組み合わされて積層されている。なお、変形例１の第２及び第３電磁鋼板３２２，３２３は、実施形態１で用いられたものと同じである。これにより、変形例１の場合にも、各ティース３５の突出先端部の周方向の一部（周方向両端部）は、回転軸方向長さが永久磁石１２７の回転軸方向長さと同じに設定されており、実施形態２と同様の作用及び効果を奏する。

〔実施形態３〕
実施形態３に係る回転電機は、基本的構成が実施形態１のものと同じであるが、永久磁石２２７が２個に分割されている点で実施形態１のものと異なる。即ち、実施形態３の永久磁石２２７は、図１２に示すように、実施形態１の永久磁石２７が単純に回転軸方向に２個に分割されたものであり、２個の永久磁石２２７は、回転軸方向に対向する端面同士が互いに接触乃至は近接（２個の永久磁石２２７間に樹脂材料２８が存在）した状態に配置されている。なお、実施形態３に係る回転電機の永久磁石２２７以外の構成は、実施形態１と同じであるので、共通する部材には同じ符号を付し、それらの詳しい説明は省略する。

したがって、実施形態３の回転電機の場合にも、ティース３５の突出先端部の周方向の一部（周方向両端部）は、回転軸方向長さが永久磁石２２７の回転軸方向長さと同じに設定されているため、固定子コア３１の回転軸方向の磁束密度分布を均等化させて鉄損を低減することができる等、実施形態１と同様の作用及び効果を奏する。

特に、実施形態３の場合には、永久磁石２２７が２個に分割され小さくされていることから、永久磁石２２７の取り扱いが容易になり作業効率を向上させることができる。

なお、実施形態３では、回転子コア２１の磁石収容孔２３内に埋設された永久磁石２２７だけを回転軸方向に２個に分割しているが、永久磁石２２７を含む回転子コア２１全体を回転軸方向に２分割して形成した後、それら２個の分割コアを回転軸方向に積み重ねて固定することにより、実施形態３の回転子コア２１を形成することができる。

この場合、２個の分割コアは、回転子コア２１の回転軸方向中央を通る軸直角平面に対して対称形状であるため、同一形状に形成した２個の分割コアの一方を反転させた状態で積み重ねることにより、回転子コア２１を形成することができる。このようにすれば、回転子コア２１をより簡単に形成することができる。

〔変形例２〕
上記の実施形態３の永久磁石２２７は、実施形態１の永久磁石２７を回転軸方向に２個に分割したものであるが、図１３に示す変形例２のように、実施形態１の永久磁石２７を回転軸方向に３個に分割するようにしてもよい。なお、図示はしないが、実施形態１の永久磁石２７を回転軸方向に４個以上に分割するようにしてもよい。

〔実施形態４〕
実施形態４に係る回転電機は、基本的構成が実施形態２のものと同じであるが、永久磁石３２７が２個に分割されている点で実施形態２のものと異なる。即ち、実施形態４の永久磁石３２７は、図１４に示すように、実施形態２の永久磁石１２７が単純に回転軸方向に２個に分割されたものであり、磁石収容孔２３の回転軸方向他方側端部（図１４の下方側）に寄った位置に配置されている。この場合、２個の永久磁石３２７は、回転軸方向に対向する端面同士が互いに接触乃至は近接（２個の永久磁石３２７間に樹脂材料２８が存在）した状態に配置されている。なお、実施形態４の２個の永久磁石３２７の回転軸方向合計長さは、実施形態２の永久磁石１２７の回転軸方向長さよりも短くされている。

また、実施形態４の固定子コア２３１を構成する電磁鋼板２３２は、回転軸方向中央部（図１４の上下方向中央部）に配置された複数の第１電磁鋼板３２１と、回転軸方向両端（図１４の上下方向両端）にそれぞれ配置された複数の第３電磁鋼板３２３とが組み合わされて積層されている。なお、実施形態４の第１及び第３電磁鋼板３２１，３２３は、実施形態１で用いられたものと同じである。これにより、実施形態４の場合にも、各ティース３５の突出先端部の周方向の一部（周方向両端部）は、回転軸方向長さが永久磁石３２７の回転軸方向長さと同じに設定されている。

なお、実施形態４に係る回転電機の他の構成は、実施形態２と同じであるので、共通する部材には同じ符号を付し、それらの詳しい説明は省略する。以上のように構成された実施形態４の回転電機の場合にも、実施形態２と同様の作用及び効果を奏する。

〔実施形態５〕
実施形態５に係る回転電機は、基本的構成が実施形態３のものと同じであるが、２個に分割された永久磁石４２７の配置位置と、固定子コア３１を構成する第１〜第３電磁鋼板３２１〜３２３の組み合わせが実施形態３のものと異なる。よって、実施形態３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、異なる点及び重要な点について説明する。

実施形態３では、２個の永久磁石２２７が磁石収容孔２３の回転軸方向中央部に接触乃至は近接した状態に配置されていたが、実施形態５では、図１５に示すように、２個の永久磁石４２７が磁石収容孔２３の回転軸方向両端部に離間した状態に配置されている。２個の永久磁石４２７の間には、樹脂材料２８が充填されている。

また、実施形態５の固定子コア３１は、回転軸方向一方側（図１５の上方側）から順番に積層配置された、複数の第３電磁鋼板３２３と、複数の第２電磁鋼板３２２と、複数の第１電磁鋼板３２１と、複数の第３電磁鋼板３２３とにより構成されている。この場合、第１電磁鋼板３２１及び第２電磁鋼板３２２は、それぞれ永久磁石４２７の回転軸方向長さと同じ厚さに積層されている。また、回転軸方向両端にそれぞれ配置された第３電磁鋼板３２３は、２個の永久磁石４２７の間に充填された樹脂材料２８の回転軸方向長さの１／２程度の厚さに積層されている。

以上のように構成された実施形態５の回転電機の場合にも、ティース３５の突出先端部の周方向の一部は、回転軸方向長さが永久磁石４２７の回転軸方向長さと同じに設定されていることから、実施形態３と同様の作用及び効果を奏する。

なお、実施形態５の回転子コア２１は、実施形態３の永久磁石２２７を含む回転子コア２１全体を回転軸方向に２分割して形成した後、それら２個の分割コアの両方を互いに反転させた状態で回転軸方向に積み重ねて固定することにより形成することができる。このようにすれば、回転子コア２１をより簡単に形成することができる。なお、積み重ねる分割コアの数量を３個以上にしてもよい。

〔実施形態６〕
実施形態６に係る回転電機は、基本的構成が実施形態４のものと同じであるが、２個に分割された永久磁石５２７の配置位置が実施形態４のものと異なる。即ち、実施形態６では、図１６に示すように、２個の永久磁石５２７が磁石収容孔２３の回転軸方向他方側（図１６の下方側）に寄った位置に、互いに離間した状態に配置されている。この場合、２個の永久磁石５２７の間には、樹脂材料２８が充填されている。そして、回転軸方向一方側の永久磁石５２７は、回転軸方向他方側の端面が磁石収容孔２３の回転軸方向中央に位置するように配置されている。

また、実施形態６の固定子コア３３１を構成する電磁鋼板３３２は、回転軸方向一方側から順番に、複数の第１電磁鋼板３２１と複数の第３電磁鋼板３２３とが交互に２組ずつ組み合わされて積層されている。なお、実施形態６の第１及び第３電磁鋼板３２１，３２３は、実施形態１で用いられたものと同じである。これにより、実施形態６の場合にも、各ティース３５の突出先端部の周方向の一部（周方向両端部）は、回転軸方向長さが各永久磁石３２７の回転軸方向長さと同じに設定されている。

なお、実施形態６に係る回転電機の他の構成は、実施形態４と同じであるので、共通する部材には同じ符号を付し、それらの詳しい説明は省略する。以上のように構成された実施形態６の回転電機の場合にも、実施形態４と同様の作用及び効果を奏する。

なお、実施形態６の回転子コア２１は、永久磁石５２７を含む回転子コア２１全体を回転軸方向に２分割して形成した後、それら２個の分割コアを回転軸方向に積み重ねて固定することにより形成することができる。この場合、２個の分割コアは、同一形状であるため、回転子コア２１を簡単且つ低コストで製造することができる。なお、積み重ねる分割コアの数量を３個以上にしてもよい。

〔他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態及び変形例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。以下、固定子コア３１を構成する電磁鋼板３１に関して、変形例３〜６により具体的に説明する。なお、変形例３〜６に係る図１７〜２０においては、第１電磁鋼板と第３電磁鋼板が示されており、第２電磁鋼板については、第１電磁鋼板と倒れ部の倒れ方向が反対側となる点だけで異なるため、図示及び説明は省略する。また、実施形態１と共通する部材や部位については、同じ符号を用いる。

〔変形例３〕
変形例３の第１電磁鋼板３２１は、図１７（ａ）に示すように、第１倒れ部３２１ａがティース３５の突出先端部の周方向中央部に設けられている。即ち、実施形態１では、第１倒れ部３２１ａがティース３５の突出先端部の周方向両端部に設けられた外側倒しタイプであるのに対して、変形例３の第１倒れ部３２１ａは内側倒しタイプのものである。この場合、第１倒れ部３２１ａの周方向幅は、ティース３５の突出先端部全体の周方向幅の１／２弱程度にされている。また、第１倒れ部３２１ａの周方向両側にあるティース３５の突出先端部の周方向幅は、ティース３５の突出先端部全体の周方向幅の１／４弱程度にされている。

一方、変形例３の第３電磁鋼板３２３は、図１７（ｂ）に示すように、ティース３５の突出先端部の周方向中央部に、第１倒れ部３２１ａに相当する部位が除去された除去部３２３ａを有する。除去部３２３ａの周方向幅は、ティース３５の突出先端部全体の周方向幅の１／２強程度にされている。この除去部３２３ａは、第１倒れ部３２１ａと第３電磁鋼板３２３とが干渉しないようにするため、第１倒れ部３２１ａの周方向幅よりも大きくされている。

なお、変形例３の第１電磁鋼板３２１及び第３電磁鋼板３２３は、実施形態１と同様に、ティース３５の突出先端部が、ティース３５の周方向中央を通り固定子コア３１の径方向に延びる直線Ｌ１に対して対称となる形状に形成されている。

〔変形例４〕
変形例４は、図１８（ａ）（ｂ）に示すように、実施形態１に対して、第１電磁鋼板３２１の第１倒れ部３２１ａ及び第３電磁鋼板３２３の除去部３２３ａの周方向幅が小さくなるように変更されたものである。変形例４では、第１倒れ部３２１ａ及び除去部３２３ａの周方向幅は、ティース３５の突出先端部全体の周方向幅の１／７程度にされている。但し、除去部３２３ａの周方向幅は、第１倒れ部３２１ａと第３電磁鋼板３２３とが干渉しないようにするため、第１倒れ部３２１ａの周方向幅よりも大きくされている。

また、第１電磁鋼板３２１の第１倒れ部３２１ａの間にあるティース３５の突出先端部の周方向幅は、ティース３５の突出先端部全体の周方向幅の１／２程度にされている。

なお、変形例４の第１電磁鋼板３２１及び第３電磁鋼板３２３は、実施形態１と同様に、ティース３５の突出先端部が、ティース３５の周方向中央を通り固定子コア３１の径方向に延びる直線Ｌ１に対して対称となる形状に形成されている。

〔変形例５〕
変形例５は、図１９（ａ）（ｂ）に示すように、実施形態１に対して、第１電磁鋼板３２１の第１倒れ部３２１ａ及び第３電磁鋼板３２３の除去部３２３ａの周方向幅が大きくなるように変更されたものである。変形例５では、第１倒れ部３２１ａ及び除去部３２３ａの周方向幅は、ティース３５の突出先端部全体の周方向幅の１／３程度にされている。但し、除去部３２３ａの周方向幅は、第１倒れ部３２１ａと第３電磁鋼板３２３とが干渉しないようにするため、第１倒れ部３２１ａの周方向幅よりも大きくされている。

また、第１電磁鋼板３２１の第１倒れ部３２１ａの間にあるティース３５の突出先端部の周方向幅は、ティース３５の突出先端部全体の周方向幅の１／３弱程度にされている。但し、第１倒れ部３２１ａの間にあるティース３５の突出先端部の周方向幅は、第１倒れ部３２１ａの周方向幅よりも少し小さい。

なお、変形例５の第１電磁鋼板３２１及び第３電磁鋼板３２３は、実施形態１と同様に、ティース３５の突出先端部が、ティース３５の周方向中央を通り固定子コア３１の径方向に延びる直線Ｌ１に対して対称となる形状に形成されている。

〔変形例６〕
変形例６の第１電磁鋼板３２１は、図２０（ａ）に示すように、第１倒れ部３２１ａがティース３５の突出先端部の周方向一方側（図２０の左側）に設けられている。この第１倒れ部３２１ａの周方向幅は、ティース３５の突出先端部全体の周方向幅の１／２弱程度にされている。また、第１倒れ部３２１ａの周方向他方側にあるティース３５の突出先端部の周方向幅も、ティース３５の突出先端部全体の周方向幅の１／２弱程度にされている。

一方、変形例６の第３電磁鋼板３２３は、図２０（ｂ）に示すように、ティース３５の突出先端部の周方向一方側（図２０の左側）に、第１倒れ部３２１ａに相当する部位が除去された除去部３２３ａを有する。除去部３２３ａの周方向幅は、ティース３５の突出先端部全体の周方向幅の１／２強程度にされている。この除去部３２３ａは、第１倒れ部３２１ａと第３電磁鋼板３２３とが干渉しないようにするため、第１倒れ部３２１ａの周方向幅よりも大きくされている。

なお、変形例６の第１電磁鋼板３２１及び第３電磁鋼板３２３は、上記の実施形態及び変形例と異なり、ティース３５の突出先端部が、ティース３５の周方向中央を通り固定子コア３１の径方向に延びる直線Ｌ１に対して非対称となる形状に形成されている。そのため、回転子２０の正回転方向に合わせた、例えばトルクやリップル等の性能を容易に出すことができる。

なお、上記の実施形態及び変形例では、本発明に係る回転電機を車両用電動機に適用した例を説明したが、本発明は、車両に搭載される回転電機としての発電機、あるいは電動機、さらには両者を選択的に使用し得る回転電機にも適用することができる。

１…車両用電動機（回転電機）、 ２０…回転子、 ２１…回転子コア、 ２２…電磁鋼板、 ２３…磁石収容孔、 ２７，１２７，２２７，３２７，４２７，５２７…永久磁石、 ３０…固定子、 ３１，１３１，２３１，３３１…固定子コア、 ３２，１３２，２３２，３３２…電磁鋼板、 ３２１…第１電磁鋼板、 ３２１ａ…第１倒れ部、 ３２２…第２電磁鋼板、 ３２２ａ…第２倒れ部、 ３２３…第３電磁鋼板、 ３２３ａ…除去部、 ３３…スロット、 ３５…ティース、 ３６…固定子巻線。

Claims (4)

1. 回転軸方向に積層された複数の電磁鋼板（２２）により形成されて、周方向に距離を隔てて埋設された複数の永久磁石（２７，１２７，２２７，３２７，４２７，５２７）、前記永久磁石を収容する磁石収容孔（２３）、及び前記永久磁石が収容された前記磁石収容孔の回転軸方向端の開口部を閉じる樹脂材料（２８）を有する回転子コア（２１）と、回転軸方向に積層された複数の電磁鋼板（３２，１３２，２３２，３３２）により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（３３）を有し、前記回転子コアの外側に径方向に対向して配置された固定子コア（３１，１３１，２３１，３３１）と、前記固定子コアに巻装された固定子巻線（３６）と、を備え、前記永久磁石の回転軸方向長さが前記回転子コア及び前記固定子コアの回転軸方向長さよりも短くされている回転電機において、
   前記固定子コアは、径方向内方へ突出して周方向両側の側面で前記スロットを区画する複数のティース（３５）を有し、前記ティースの突出先端部の周方向の一部は、回転軸方向長さが前記永久磁石の回転軸方向長さと同じに設定されており、
   前記固定子コアは、前記ティースの突出先端部の回転軸方向長さが前記永久磁石の回転軸方向長さと同じに設定されている周方向の一部の部位において、回転軸方向一方側へ倒された第１倒れ部（３２１ａ）を有する第１電磁鋼板（３２１）及び回転軸方向他方側へ倒された第２倒れ部（３２２ａ）を有する第２電磁鋼板（３２２）のうちの少なくとも一方と、前記第１又は第２倒れ部に相当する部位が除去された除去部（３２３ａ）を有する第３電磁鋼板（３２３）とが、前記第１又は第２倒れ部と前記第３電磁鋼板とが干渉することなく組み合わされて積層されていることを特徴とする回転電機。
2. 前記固定子コアの回転軸方向長さは、前記回転子コアの回転軸方向長さよりも短くされていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記ティースの突出先端部は、前記ティースの周方向中央を通り前記固定子コアの径方向に延びる直線（Ｌ１）に対して対称となる形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機。
4. 前記ティースの突出先端部は、前記ティースの周方向中央を通り前記固定子コアの径方向に延びる直線（Ｌ１）に対して非対称となる形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機。

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