JP7258824B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本開示は、回転電機に関する。

等角度間隔に複数の爪状磁極を有するＡ相用ステータ部と、等角度間隔に複数の爪状磁極を有するＢ相用ステータ部とが軸方向に並ぶステータと、Ａ相用及びＢ相用ステータ部の爪状磁極と対向する永久磁石を有するロータとを備えるモータが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７－１４７８１１号公報

複数のステータユニットがロータの軸方向に積層する回転電機の場合、回転電機のトルクが低下することがある。

本開示は、トルクの低下を抑制可能な回転電機を提供する。

本開示の一態様として、
回転自在に構成される略円筒状又は略円柱状のロータと、前記ロータの径方向に配置され前記ロータの回転軸心を囲む略環状のステータと、を備え、
前記ステータは、前記ロータの軸方向に積層する複数のステータユニットを有し、
前記複数のステータユニットは、それぞれ、
前記回転軸心を取り囲むように略環状に巻かれる巻線と、
前記巻線の周囲を包囲するように設けられるステータコアと、
前記ステータコアの軸方向の両端部のそれぞれから前記ロータに向かって前記ロータの径方向に突出する一又は複数の爪磁極と、を有し、
前記両端部のうちの一方の端部から突出する前記爪磁極は、前記両端部のうちの他方の端部から突出する前記爪磁極と、前記ステータの周方向で交互に並ぶように形成されており、
前記ロータは、所定の回転位置において、前記径方向で前記ステータのいずれかの前記爪磁極の少なくとも一部に対向する磁石を有し、
前記磁石の前記軸方向の磁石端部の少なくとも一方は、前記ステータの全ての前記爪磁極よりも前記軸方向に突出する、回転電機が提供される。

この構成によれば、トルク低下を抑制できる。

上記の回転電機において、
前記軸方向の両側の前記磁石端部は、前記ステータの全ての前記爪磁極よりも前記軸方向に突出してもよい。

この構成によれば、トルク低下を更に抑制できる。

上記の回転電機において、
前記複数のステータユニットのうち、前記軸方向で外側に位置する外ステータユニットの前記巻線の鎖交磁束数と前記軸方向で内側に位置する内ステータユニットの前記巻線の鎖交磁束数との差が小さくなるように、前記磁石端部は、前記外ステータユニットの前記爪磁極よりも前記軸方向に突出してもよい。

この構成によれば、前記外ステータユニットと前記内ステータユニットとの間でトルクのアンバランスを低減できる。

上記の回転電機において、
前記複数のステータユニットは、隣り合うステータユニットの間に間隔を空けて配置されており、
前記磁石の一部は、前記径方向で前記間隔と対向してもよい。

この構成によれば、トルクの低下を更に抑制できる。

上記の回転電機において、
前記間隔に非磁性体を備えてもよい。

この構成によれば、隣り合うステータユニット間での磁束漏れを非磁性体により抑制できるので、トルクの低下を更に抑制できる。

上記の回転電機において、
前記磁石は、一の磁石部材でもよい。

この構成によれば、前記磁石に構成される磁石部材の数が減るので、前記ロータコアへの前記磁石の組み立て性が向上する。

上記の回転電機において、
前記磁石は、前記軸方向に配列された複数の磁石部材を含み、
前記複数の磁石部材のうちの隣り合う磁石部材の間は、前記複数のステータユニットのうちの隣り合うステータユニットの間隔と前記径方向で対向してもよい。

この構成によれば、トルクの低下を更に抑制できる。

第１実施形態における回転電機の一例を示す斜視図である。 第１実施形態におけるステータの一例を示す斜視図である。 第１実施形態におけるステータユニットの一例を示す斜視図である。 第１実施形態におけるステータユニットの一例を示す分解斜視図である。 ロータの軸方向に積層する複数のステータユニットの各々の巻線に鎖交する磁束がアンバランスになっている状態の一例を示す図である。 第１実施形態における回転電機の第１構成例を部分的に示す断面図である。 第１実施形態における回転電機の第２構成例を部分的に示す断面図である。 第１実施形態における回転電機の第３構成例を部分的に示す断面図である。 第１実施形態における回転電機の第４構成例を部分的に示す断面図である。 第１実施形態における回転電機の第５構成例を部分的に示す断面図である。 第１実施形態における回転電機の第６構成例を部分的に示す断面図である。 第１実施形態における回転電機の第７構成例を部分的に示す断面図である。

以下、実施形態を説明する。

図１は、第１実施形態における回転電機の一例を示す斜視図である。図１に示すモータ１は、回転電機の一例である。モータ１は、ステータ１３の径方向の外側にロータ１０が配置されるアウタロータ型のクローポールモータである。モータ１は、例えば、空気調和機の圧縮機、ファン等に搭載される。

モータ１は、回転自在に構成される略円筒状のロータ１０と、ロータ１０の径方向の内側に配置されロータ１０の回転軸心ＡＸを囲む略環状のステータ１３と、を備える。ロータ１０は、モータ１の軸方向（以下、単に「軸方向」ともいう）がステータ１３よりも長い。

ロータ１０は、ステータ１３に対して、モータ１の径方向（以下、単に「径方向」ともいう）の外側に配置され、回転軸心ＡＸまわりに回転可能に構成される。ロータ１０は、ロータコア１１と、複数（この例では、２０個）の永久磁石１２とを含む。

ロータコア１１は、例えば、略円筒形状を有し、モータ１の回転軸心ＡＸと円筒形状の軸心とが略一致するように配置される。ロータコア１１は、軸方向において、ステータ１３よりも長く、磁性材料（例えば、鋼板、鋳鉄又は圧粉磁心など）により形成される。ロータコア１１は、軸方向において一の部材で構成されてもよいし、軸方向に積層される複数（例えば、後述するステータユニットの数に対応する数）の部材を組み合わせて構成されてもよい。

複数の永久磁石１２は、ロータコア１１の内周面において、周方向に等間隔で複数（本例では、２０個）並べられる。複数の永久磁石１２は、それぞれ、ロータコア１１の軸方向の略一端から略他端までの間に存在するように形成されている。永久磁石１２は、例えば、ネオジム焼結磁石やフェライト磁石である。

複数の永久磁石１２は、それぞれ、径方向の両端に異なる磁極が着磁されている。複数の永久磁石１２のうちの周方向で隣接する二つの永久磁石１２は、ステータ１３に面する径方向の内側に互いに異なる磁極が着磁されている。そのため、ステータ１３の径方向の外側には、周方向で、径方向の内側にＮ極が着磁された永久磁石１２と、径方向の内側にＳ極が着磁された永久磁石１２とが交互に配置される。

複数の永久磁石１２は、それぞれ、軸方向において、一の磁石部材で構成されていてもよいし、軸方向に分割される複数（例えば、軸方向に積層される後述のステータユニットの数に対応する数）の磁石部材で構成されていてもよい。この場合、軸方向に分割される永久磁石１２を構成する複数の磁石部材は、ステータ１３に面する径方向の内側に全て同じ磁極が着磁される。

なお、周方向に配置される複数の永久磁石１２は、例えば、周方向で異なる磁極が交互に着磁される円環状のリング磁石やプラスチック磁石等、周方向において、一の部材で構成される永久磁石に置換されてもよい。この場合、周方向において、一の部材で構成される永久磁石は、軸方向においても、一の部材で構成され、全体として、一の部材で構成されてもよい。また、周方向において、一の部材で構成される永久磁石は、複数の永久磁石１２の場合と同様、軸方向において、複数の部材に分割されていてもよい。また、周方向において、一の部材で構成されるプラスチック磁石が採用される場合、ロータコア１１は、省略されてもよい。なお、永久磁石は、複数であるか一の部材で構成されるかによらず、周方向に所定の極数に着磁され、または、配置される。

図２は、第１実施形態におけるステータの一例を示す斜視図である。具体的には、図２は、図１に示すロータ１０の図示を省略した図である。図２に示すステータ１３は、ロータ１０（ロータコア１１及び永久磁石１２）の径方向の内側に配置される。ステータ１３は、ロータ１０の回転軸心ＡＸを囲む略環状に形成された部材である。この例では、ステータ１３は、軸方向に積層される複数（この例では、３つ）のステータユニット１４～１６と、複数（この例では、２つ）の非磁性体層１７，１８とを含む。

ステータ１３は、互いに略同一構造の複数相（この例では、三相）分のステータユニット１４～１６を有する。具体的には、ステータ１３は、Ｕ相に対応するステータユニット１４と、Ｖ相に対応するステータユニット１５と、Ｗ相に対応するステータユニット１６とを有する。複数のステータユニット１４～１６は、周方向の位置が互いに電気角で１２０°異なるように配置される。

なお、モータ１（ステータ１３）の相は、三相に限られず、二相又は四相以上でもよい。

ステータ１３は、軸方向に隣り合うステータユニット１４，１５の間に非磁性体層１７を有し、軸方向に隣り合うステータユニット１５，１６の間に非磁性体層１８を有する。非磁性体層１７により、異なる二相の隣り合うステータユニット１４，１５の間での磁束漏れを抑制できる。非磁性体層１８により、異なる二相の隣り合うステータユニット１５，１６の間での磁束漏れを抑制できる。非磁性体層１７，１８は、隣り合う相間のスペーサとして機能する。

非磁性体層１７は、軸方向で隣接する、Ｕ相のステータユニット１４とＶ相のステータユニット１５との間に設けられるＵＶ相間部材である。非磁性体層１７は、例えば、軸方向に所定の厚みを有する略円板形状又は略円柱形状を有し、中心部分に不図示の挿通部材が挿通される挿通孔が形成される。非磁性体層１８についても同様であってよい。非磁性体層１８は、軸方向で隣接する、Ｖ相のステータユニット１５とＷ相のステータユニット１６との間に設けられるＶＷ相間部材である。

図３は、第１実施形態におけるステータユニットの一例を示す斜視図である。図４は、第１実施形態におけるステータユニットの一例を示す分解斜視図である。上述のステータユニット１５，１６は、図３，４に示すステータユニット１４と略同一構造のため、ステータユニット１５，１６の構成の説明については、ステータユニット１４の説明を援用することで省略する。

ステータユニット１４は、回転軸心ＡＸを取り囲むように略環状に巻かれる巻線１９と、巻線１９の周囲を包囲するように設けられるステータコア９と、不図示の挿通部材が挿通される挿通孔８（図３参照）とを有する。ステータコア９は、例えば、圧粉磁心から形成される。圧粉磁心から形成されることで、高周波での鉄損を低減できる。ステータコア９は、ステータ１３の軸方向に巻線１９を挟んで対向する複数のコア２０，４０を有する。

複数のコア２０，４０は、巻線１９の周囲を取り囲むように設けられる。複数のコア２０，４０は、互いに同一形状である。

図４に示されるように、コア２０は、ヨーク２１と、複数の爪磁極２２と、中心孔２３とを有し、コア４０は、ヨーク４１と、複数の爪磁極４２と、中心孔４３とを有する。

ヨーク２１，４１は、軸方向視で円環形状を有すると共に、軸方向に所定の厚みを有する。ヨーク２１は、複数のコア２０，４０のうち自身のコア２０とは異なる他のコア４０と接触又は近接する。ヨーク２１は、略環状の第１ヨーク部２４と、他のコア４０と接触する第２ヨーク部２５とを有する。ヨーク４１は、複数のコア２０，４０のうち自身のコア４０とは異なる他のコア２０と接触又は近接する。ヨーク４１は、略環状の第１ヨーク部４４と、他のコア２０と接触する第２ヨーク部４５とを有する。

第１ヨーク部２４は、ステータコア９の軸方向の両端部のうちの一方の端部の一例である。第１ヨーク部４４は、ステータコア９の軸方向の両端部のうちの他方の端部の一例である。

第２ヨーク部２５は、第１ヨーク部２４の内周面２４ａから他のコア４０に向かって所定量だけ突出し、この例では、周方向に間隔を空けて配置された複数の内歯２６（２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ）を含む部位である。第２ヨーク部４５は、第１ヨーク部４４の内周面４４ａから他のコア２０に向かって所定量だけ突出し、この例では、周方向に間隔を空けて配置された複数の内歯４６（４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ）を含む部位である。

複数の爪磁極２２は、ヨーク２１の第１ヨーク部２４の外周面２４ｂにおいて、周方向に等間隔で配置される。複数の爪磁極２２は、それぞれ、ヨーク２１の第１ヨーク部２４の外周面２４ｂから、ロータ１０に向かって径方向の外側に突出する。複数の爪磁極４２は、ヨーク４１の第１ヨーク部４４の外周面４４ｂにおいて、周方向に等間隔で配置される。複数の爪磁極４２は、それぞれ、ヨーク４１の第１ヨーク部４４の外周面４４ｂから、ロータ１０に向かって径方向の外側に突出する。爪磁極２２は、爪磁極部２７を含み、爪磁極４２は、爪磁極部４７を含む。

爪磁極部２７は、所定の幅を有し、ヨーク２１の第１ヨーク部２４の外周面２４ｂから所定の長さだけ延び出す形で突出する。爪磁極部４７は、所定の幅を有し、ヨーク４１の第１ヨーク部４４の外周面４４ｂから所定の長さだけ延び出す形で突出する。

更に、爪磁極２２は、爪磁極部２８を含み、爪磁極４２は、爪磁極部４８を含む。これにより、巻線１９の電機子電流により磁化される爪磁極２２，４２の磁極面とロータ１０との対向面積を相対的に広く確保することができる。そのため、モータ１のトルクを相対的に増加させ、モータ１の出力を向上させることができる。

爪磁極部２８は、爪磁極部２７の先端から一対のコア２０，４０のうちの他のコア４０に向かって軸方向に所定の長さだけ延び出す形で突出する。例えば、爪磁極部２８は、爪磁極部２７からの距離に依らず幅が一定に形成される。爪磁極部４８は、爪磁極部４７の先端から一対のコア２０，４０のうちの他のコア２０に向かって軸方向に所定の長さだけ延び出す形で突出する。例えば、爪磁極部４８は、爪磁極部４７からの距離に依らず幅が一定に形成される。なお、爪磁極部２８は、爪磁極部２７から軸方向で離れるにつれて幅が狭くなるテーパ形状を有してもよく、爪磁極部４８は、爪磁極部４７から軸方向で離れるにつれて幅が狭くなるテーパ形状を有してもよい。

なお、爪磁極部２８，４８は、省略されてもよい。

中心孔２３は、第２ヨーク部２５の複数の内歯２６の内周面によって囲まれる貫通孔である。中心孔４３は、第２ヨーク部４５の複数の内歯４６の内周面によって囲まれる貫通孔である。コア２０，４０を組み合わせることで、中心孔２３，４３は、挿通孔８（図３参照）を形成する。

巻線１９は、軸方向視で円環状に巻き回される導線である。巻線は、コイルとも称される。巻線１９の両端は、モータ１の外部端子に電気的に繋がっている。モータ１の外部端子は、電源から供給される電力でモータ１を駆動する駆動装置（例えば、インバータ等）と電気的に接続される。

巻線１９は、軸方向において、一対のコア２０，４０の間に配置される。巻線１９は、第１ヨーク部２４，４４の外周面２４ｂ，４４ｂよりも径方向で内側に位置する外周部１９ａと、第１ヨーク部２４，４４の内周面２４ａ，４４ａよりも径方向で外側に位置する内周部１９ｂとを有するように、巻き回されている。

巻線１９が一対のコア２０，４０のうちの少なくとも一方に接触することで、巻線１９の放熱効果が向上する。例えば、巻線１９は、第１ヨーク部２４と第１ヨーク部４４の一方又は両方に軸方向で接触した状態で、第１ヨーク部２４と第１ヨーク部４４との間に軸方向に挟まれている。巻線１９は、第２ヨーク部２５と第２ヨーク部４５の一方又は両方に接触してもよい。巻線１９は、不図示のボビンを介して、一対のコア２０，４０のうちの少なくとも一方に接触してもよい。

巻線１９は、コアモールド、ボビン（巻き枠）などの公知の方法で絶縁されてもよい。空芯コイルに絶縁テープ巻き又はモールドなどの絶縁方法もある。巻線１９の線材には、丸線、角線、リッツ線などの任意の線材を採用できるが、角線や整列巻した丸線が好ましい。

図３に示すように、一対のコア２０，４０は、一方のコア２０の爪磁極２２と他方のコア４０の爪磁極４２とが周方向で交互に配置されるように組み合わされる。具体的には、一のコア２０の複数の爪磁極２２は、他のコア４０の爪磁極４２と、ステータコア９の周方向（ステータ１３の周方向）で交互に並ぶように形成されている。なお、コア２０の爪磁極２２とコア４０の爪磁極４２の数がいずれも一つの場合もありうる。この場合、一の爪磁極２２が一の爪磁極４２と周方向で交互に並ぶように形成されるとは、一の爪磁極２２の一方の周方向に一の爪磁極４２が位置し、一の爪磁極４２のその一方の周方向に当該一の爪磁極２２が位置することを表す。

円環状の巻線１９に電機子電流が流れると、一対のコア２０，４０のうちの一方のコア２０の爪磁極２２と他方のコア４０の爪磁極４２とは、磁化され、互いに異なる磁極を有する。これにより、一対のコア２０，４０において、一方のコア２０から突出する一の爪磁極２２は、周方向で隣接し、他方のコア４０から突出する他の爪磁極４２と異なる磁極を有する。そのため、巻線１９に流れる電機子電流により、ステータコア９（一対のコア２０，４０）の周方向には、Ｎ極の爪磁極２２及びＳ極の爪磁極４２の組み合わせと、Ｎ極の爪磁極４２及びＳ極の爪磁極２２の組み合わせとが、交互に発生する。

巻線１９を挟んで一対のコア２０，４０を組み合わせた状態で、複数の内歯２６は、コア４０から軸方向に突き出ても突き出なくてもよく、複数の内歯４６は、コア２０から軸方向に突き出ても突き出なくてもよい。一対のコア２０，４０の内側にスペーサを挿入して、ステータコア９の軸方向の長さを調整してもよい。

一対のコア２０，４０のうち、一のコアのヨークは、軸方向に略平行な少なくとも一つのヨーク面を有し、他のコアに当該ヨーク面で接触又は近接する。この例では、コア２０のヨーク２１は、コア４０のヨーク４１のヨーク面４９に接触又は近接するヨーク面２９と、コア４０のヨーク４１のヨーク面５０に接触又は近接するヨーク面３０とを有する。

ヨーク面２９は、第２ヨーク部２５の複数の内歯２６（２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ）のそれぞれに設けられる表面であり、周方向の一方（図３，４では、時計回り方向）の側に面している。ヨーク面３０は、第２ヨーク部２５の複数の内歯２６（２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ）のそれぞれに設けられる表面であり、周方向の他方（図３，４では、反時計回り方向）の側に面している。ヨーク面５０は、第２ヨーク部４５の複数の内歯４６（４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ）のそれぞれに設けられる表面であり、周方向の一方（図３，４では、時計回り方向）の側に面している。ヨーク面４９は、第２ヨーク部４５の複数の内歯４６（４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ）のそれぞれに設けられる表面であり、周方向の他方（図３，４では、反時計回り方向）の側に面している。

複数の内歯２６は、それぞれ、複数の内歯４６のうち周方向で自身の両側に隣接する二つの内歯に接触又は近接する。言い換えれば、複数の内歯４６は、それぞれ、複数の内歯２６のうち周方向で自身の両側に隣接する二つの内歯に接触又は近接する。具体的には、ヨーク２１の内歯２６ａは、周方向の一方の側に隣接する内歯４６ａのヨーク面４９にヨーク面２９で接触又は近接し、周方向の他方の側に隣接する内歯４６ｄのヨーク面５０にヨーク面３０で接触又は近接する。他の内歯についても同様である。このように、複数のヨーク面２９は、それぞれ、複数のヨーク面４９のうち対応する一のヨーク面４９に接触又は近接し、複数のヨーク面３０は、それぞれ、複数のヨーク面５０のうち対応する一のヨーク面５０に接触又は近接する。

また、この例では、コア２０のヨーク２１は、コア４０のヨーク４１の内周面４４ａに接触又は近接する外周面３１を有し、コア４０のヨーク４１は、コア２０のヨーク２１の内周面２４ａに接触又は近接する外周面５１を有する。内周面２４ａ，４４ａ及び外周面３１，５１は、いずれも、軸方向に略平行なヨーク面の一つである。

外周面３１は、第２ヨーク部２５の複数の内歯２６（２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ）のそれぞれに設けられる湾曲した表面であり、径方向の外側に面している。外周面５１は、第２ヨーク部４５の複数の内歯４６（４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ）のそれぞれに設けられる湾曲した表面であり、径方向の外側に面している。

このように、第１実施形態におけるモータ１は、コア２０，４０のうちの一のコアのヨークは、軸方向に略平行な少なくとも一つのヨーク面を有し、他のコアに当該ヨーク面で接触又は近接する構成を有する。このような構成によれば、圧粉磁心を軸方向にプレスすることで、コア２０，４０を形成することができるが，プレス方向の寸法精度が悪化しても、当該ヨーク面はプレス方向に略平行であるので、当該ヨーク面の寸法精度が低下しにくい。したがって、ステータコア９の軸方向の寸法精度の低下を抑制できる。

ところで、複数のステータユニットがロータの軸方向に積層する場合、複数のステータユニットの各々の巻線に鎖交する磁束がアンバランスになり、モータのトルクが低下することがある。

図５は、ロータの軸方向に積層する複数のステータユニットの各々の巻線に鎖交する磁束がアンバランスになっている状態の一例を示す図であり、ロータ軸中心にロータを一定速で回転させた時に、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のステータユニットの各々の巻線に誘起される電圧の波形を示している。図５では、Ｕ，Ｗ相のステータユニットの各々の巻線に生じる誘起電圧が、Ｖ相のステータユニットの巻線に生じる誘起電圧よりも小さいことを示している。巻線に生じる誘起電圧は、巻線に鎖交する磁束に比例する。つまり、図５は、軸方向において両側に位置するＵ，Ｗ相の巻線の鎖交磁束は、軸方向において内側に位置するＶ相の巻線の鎖交磁束よりも少ないことを示している。Ｕ，Ｗ相の巻線に鎖交する磁束が少ないと、Ｕ，Ｗ相のステータユニットにより発生するトルクが低下する結果、モータ全体として発生するトルクが低下してしまう。

これに対し、本開示に係る第１実施形態では、図１に示すように、ロータ１０は、所定の回転位置において、径方向でステータ１３のいずれかの爪磁極の少なくとも一部に対向する少なくとも一つの永久磁石１２を有する。複数の爪磁極が周方向に配置されているので、一の永久磁石１２が径方向で対向する爪磁極は、ロータ１０の回転位置によって異なる（変わる）。永久磁石１２の軸方向の磁石端部の少なくとも一方（永久磁石１２の軸方向における片側又は両側の磁石端部）は、図１に示すように、ステータ１３の全ての爪磁極よりも軸方向に突出する。磁石端部がステータ１３の全ての爪磁極よりも軸方向に突出することで、軸方向において両側に位置するＵ，Ｗ相のステータユニット１４，１６の各々の巻線１９に鎖交する磁束が、磁石端部が突出する分だけ増加するので、モータ１のトルクの低下を抑制できる。磁石端部が突出する長さによっては、モータ１のトルクを増大させることも可能である。

次に、図６～図１２を参照して、モータ１の複数の構成例（モータ１Ａ～１Ｇ）について説明する。図６～１２は、軸心ＡＸを通る軸方向に平行な断面を模式的に示し、軸心ＡＸに対して径方向の一方の側のみを図示する。図６～１２に示すロータコア１１は、略円筒形状の側壁１１ａと、軸方向の一方の側に位置する端板１１ｂと、軸方向の他方の側に位置する端板１１ｃとを有する。端板１１ｂは、側壁１１ａの軸方向の一方の端部に接続される端面であり、端板１１ｃは、側壁１１ａの軸方向の他方の端部に接続される端面である。端板１１ｂ，１１ｃのうちの一方又は両方は、無くてもよい。

隣り合う異なる相のステータユニットのそれぞれの爪磁極２２，４２は、軸方向に配置されている。Ｕ相のステータユニット１４の爪磁極２２，４２とＶ相のステータユニット１５の爪磁極２２，４２は、軸方向に隣接して位置している。Ｖ相のステータユニット１５の爪磁極２２，４２とＷ相のステータユニット１６の爪磁極２２，４２は、軸方向に隣接して位置している。

Ｄｅは、永久磁石１２の軸方向の一方の側の磁石端部１２ａ（又は、他方の側の磁石端部１２ｂ）がステータ１３の全ての爪磁極２２，４２よりも軸方向に突出する長さを表す。Ｄｒは、磁石端部１２ａから端板１１ｂまでの距離（又は、磁石端部１２ｂから端板１１ｃまでの距離）を表す。Ｄｐは、ＤｅとＤｒの和である。Ｄｉは、隣り合うステータユニットの軸方向の間隔の長さ（あるいは、非磁性体層１７，１８の軸方向の厚さ）を表す。Ｄｅ，Ｄｒ，Ｄｉの大きさを調整することで、磁石端部１２ａ，１２ｂで発生して各相の巻線に鎖交する磁束の量を増減できる。

図６は、第１実施形態における回転電機の第１構成例を部分的に示す断面図である。図６に示すモータ１Ａでは、永久磁石１２の軸方向の両側の磁石端部１２ａ，１２ｂは、ステータ１３の全ての爪磁極２２，４２よりも軸方向に突出する。軸方向の両側の磁石端部１２ａ，１２ｂが全ての爪磁極２２，４２よりも軸方向に突出するので、軸方向において両側に位置するＵ，Ｗ相のステータユニット１４，１６の各々の巻線１９に鎖交する磁束が、磁石端部１２ａ，１２ｂが突出する分だけ増加する。その結果、モータ１Ａのトルクの低下を抑制できる。

Ｕ，Ｖ，Ｗ相の複数のステータユニットのうち、Ｕ相のステータユニット１４は、軸方向で外側に位置する外ステータユニットの一例であり、Ｖ相のステータユニット１５は、軸方向で内側に位置する内ステータユニットの一例である。Ｕ相のステータユニット１４の巻線１９の鎖交磁束数とＶ相のステータユニット１５の巻線１９の鎖交磁束数との差が小さくなるように、磁石端部１２ａは、Ｕ相のステータユニット１４の爪磁極２２，４２よりも軸方向に突出する。これにより、Ｕ相のステータユニット１４により発生するトルクとＶ相のステータユニット１５により発生するトルクとの差が小さくなるので、ステータユニット１４，１５間でトルクのアンバランスを低減できる。

同様に、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の複数のステータユニットのうち、Ｗ相のステータユニット１６は、軸方向で外側に位置する外ステータユニットの一例であり、Ｖ相のステータユニット１５は、軸方向で内側に位置する内ステータユニットの一例である。Ｗ相のステータユニット１６の巻線１９の鎖交磁束数とＶ相のステータユニット１５の巻線１９の鎖交磁束数との差が小さくなるように、磁石端部１２ｂは、Ｗ相のステータユニット１６の爪磁極２２，４２よりも軸方向に突出する。これにより、Ｗ相のステータユニット１６により発生するトルクとＶ相のステータユニット１５により発生するトルクとの差が小さくなるので、ステータユニット１５，１６間でトルクのアンバランスを低減できる。

Ｕ，Ｖ，Ｗ相の複数のステータユニット１４，１５，１６の各々の巻線１９の鎖交磁束数の差が小さくなるように、磁石端部１２ａはＵ相のステータユニット１４の爪磁極２２，４２よりも軸方向に突出し、磁石端部１２ｂはＷ相のステータユニット１６の爪磁極２２，４２よりも軸方向に突出してもよい。これにより、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のステータユニット１４，１５，１６の各々により発生するトルクの差が小さくなるので、ステータユニット１４，１５，１６間でトルクのアンバランスを低減できる。

Ｕ，Ｖ，Ｗ相の複数のステータユニット１４，１５，１６は、隣り合うステータユニットの間に間隔を空けて配置されており、永久磁石１２の一部は、径方向で当該間隔と対向している。これにより、軸方向で隣り合うステータユニットの各々の巻線１９に鎖交する磁束が、永久磁石１２のうち径方向で当該間隔と対向する部分で発生する分だけ増加する。その結果、モータ１Ａのトルクの低下を抑制できる。

図６に示す例では、複数の永久磁石１２は、それぞれ、軸方向に配列された複数（この例では、３つ）の磁石部材１１２，２１２，３１２を含む。磁石部材１１２の下端部及び磁石部材２１２の上端部は、隣り合うステータユニット１４，１５の間隔と径方向で対向する。これにより、ステータユニット１４，１５の各々の巻線１９に鎖交する磁束が、永久磁石１２のうち径方向で当該間隔と対向する部分で発生する分だけ増加するので、モータ１Ａのトルクの低下を抑制できる。同様に、磁石部材２１２の下端部及び磁石部材３１２の上端部は、隣り合うステータユニット１５，１６の間隔と径方向で対向する。これにより、ステータユニット１５，１６の各々の巻線１９に鎖交する磁束が、永久磁石１２のうち径方向で当該間隔と対向する部分で発生する分だけ増加するので、モータ１Ａのトルクの低下を抑制できる。

モータ１Ａは、隣り合うステータユニット１４，１５の間隔に非磁性体層１７を備え、隣り合うステータユニット１５，１６の間隔に非磁性体層１８を備える。隣り合うステータユニット間での磁束漏れを非磁性体層１７，１８により抑制できるので、モータ１Ａのトルクの低下を更に抑制できる。

図６に示す例では、軸方向で隣り合う磁石部材１１２，２１２の間（この例では、磁石部材１１２の下端部と磁石部材２１２の上端部との接面又は微小な隙間）は、軸方向で隣り合うステータユニット１４，１５の間隔と径方向で対向する。これにより、ステータユニット１４，１５の各々の巻線１９に鎖交する磁束が、永久磁石１２のうち径方向で当該間隔と対向する部分で発生する分だけ増加するので、モータ１Ａのトルクの低下を抑制できる。同様に、軸方向で隣り合う磁石部材２１２，３１２の間（この例では、磁石部材２１２の下端部と磁石部材３１２の上端部との接面又は微小な隙間）は、軸方向で隣り合うステータユニット１５，１６の間隔と径方向で対向する。これにより、ステータユニット１５，１６の各々の巻線１９に鎖交する磁束が、永久磁石１２のうち径方向で当該間隔と対向する部分で発生する分だけ増加するので、モータ１Ａのトルクの低下を抑制できる。

図７は、第１実施形態における回転電機の第２構成例を部分的に示す断面図である。第２構成例において、上述の構成例と同様の構成についての説明は、上述の構成例についての説明を援用することで、省略又は簡略する。

図７に示すモータ１Ｂでは、永久磁石１２の軸方向の片側の磁石端部１２ａは、ステータ１３の全ての爪磁極２２，４２よりも軸方向に突出する。軸方向の片側の磁石端部１２ａが全ての爪磁極２２，４２よりも軸方向に突出するので、軸方向において片側に位置するＵ相のステータユニット１４の巻線１９に鎖交する磁束が、磁石端部１２ａが突出する分だけ増加する。その結果、モータ１Ｂのトルクの低下を抑制できる。

図８は、第１実施形態における回転電機の第３構成例を部分的に示す断面図である。第３構成例において、上述の構成例と同様の構成についての説明は、上述の構成例についての説明を援用することで、省略又は簡略する。

図８に示すモータ１Ｃでは、複数の永久磁石１２は、それぞれ、軸方向に配列された複数（この例では、２つ）の磁石部材１１２，２１２を含む。磁石部材１１２の上端部と下端部との間の中間部は、隣り合うステータユニット１４，１５の間隔と径方向で対向する。これにより、ステータユニット１４，１５の各々の巻線１９に鎖交する磁束が、永久磁石１２のうち径方向で当該間隔と対向する部分で発生する分だけ増加するので、モータ１Ｃのトルクの低下を抑制できる。同様に、磁石部材２１２の上端部と下端部との間の中間部は、隣り合うステータユニット１５，１６の間隔と径方向で対向する。これにより、ステータユニット１５，１６の各々の巻線１９に鎖交する磁束が、永久磁石１２のうち径方向で当該間隔と対向する部分で発生する分だけ増加するので、モータ１Ｃのトルクの低下を抑制できる。

図９は、第１実施形態における回転電機の第４構成例を部分的に示す断面図である。第４構成例において、上述の構成例と同様の構成についての説明は、上述の構成例についての説明を援用することで、省略又は簡略する。

図９に示すモータ１Ｄでは、複数の永久磁石１２は、それぞれ、一の磁石部材１１２で構成される。磁石部材１１２の上端部と下端部との間の中間部は、隣り合うステータユニット１４，１５の間隔及び隣り合うステータユニット１５，１６の間隔と径方向で対向する。これにより、ステータユニット１４，１５，１６の各々の巻線１９に鎖交する磁束が、永久磁石１２のうち径方向で当該間隔と対向する部分で発生する分だけ増加するので、モータ１Ｄのトルクの低下を抑制できる。

また、各々の永久磁石１２が一の磁石部材１１２であることにより、ロータコア１１への永久磁石１２の組み立て性が向上する。

図１０は、第１実施形態における回転電機の第５構成例を部分的に示す断面図である。第５構成例において、上述の構成例と同様の構成についての説明は、上述の構成例についての説明を援用することで、省略又は簡略する。

図１０に示すモータ１Ｅでは、複数の永久磁石１２は、それぞれ、軸方向に配列された複数（この例では、２つ）の磁石部材１１２，２１２を含む。軸方向で隣り合う磁石部材１１２，２１２の間に隙間１２ｃが設けられている。隙間１２ｃの軸方向の長さを調節することで、磁石端部１２ａ，１２ｂが爪磁極２２，４２よりも軸方向に突出する長さを調節できるので、モータ１Ｅのトルクの増減を微調整できる。

図１１は、第１実施形態における回転電機の第６構成例を部分的に示す断面図である。第６構成例において、上述の構成例と同様の構成についての説明は、上述の構成例についての説明を援用することで、省略又は簡略する。

図１１に示すモータ１Ｆでは、複数の永久磁石１２は、それぞれ、軸方向に配列された複数（この例では、６つ）の磁石部材１１２，２１２，３１２，４１２，５１２，６１２を含む。軸方向に配列される磁石部材の数を増やすことで、磁石端部１２ａ，１２ｂが爪磁極２２，４２よりも軸方向に突出する長さを調節する自由度が増えるので、モータ１Ｆのトルクの増減の微調整が容易になる。

図１２は、第１実施形態における回転電機の第７構成例を部分的に示す断面図である。第７構成例において、上述の構成例と同様の構成についての説明は、上述の構成例についての説明を援用することで、省略又は簡略する。

図１２に示すモータ１Ｇのように、隣り合うステータユニット間に間隔が無くてもよく、非磁性体層１７，１８が無くてもよい。部品構成が簡略化されるので、モータ１Ｇの組み立て性が向上する。

以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が可能である。

例えば、ヨーク部において、軸方向に対向する面がある場合、軸方向に対向する面同士は接触しない、または、軸方向に略平行なヨーク面間の距離に対し、軸方向に対向する面間の距離を長くすると好適である。これにより、軸方向の寸法の誤差が大きくても、その誤差を吸収することができる。

例えば、上述の実施形態では、モータ１は、ステータ１３の径方向の外側にロータ１０が配置されるアウタロータ型のクローポールモータである。しかしながら、本開示に係る回転電機は、ステータの径方向の内側にロータが配置されるインナロータ型のクローポールモータにも適用できる。インナロータ型の場合、回転電機は、回転自在に構成される略円柱状のロータと、当該ロータの径方向の外側に配置され当該ロータの回転軸心を囲む略環状のステータと、を備える。

１，１Ａ～１Ｇ モータ
８ 挿通孔
９ ステータコア
１０ ロータ
１１ ロータコア
１１ａ 側壁
１１ｂ，１１ｃ 端板
１２ 永久磁石
１２ａ，１２ｂ 磁石端部
１２ｃ 隙間
１３ ステータ
１４～１６ ステータユニット
１７，１８ 非磁性体層
１９ 巻線
１９ａ 外周部
１９ｂ 内周部
２０，４０ コア
２１，４１ ヨーク
２２，４２ 爪磁極
２３，４３ 中心孔
２４，４４ 第１ヨーク部
２４ａ，４４ａ 内周面
２４ｂ，４４ｂ 外周面
２５，４５ 第２ヨーク部
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ 内歯
２７，２８，４７，４８ 爪磁極部
２９，３０，４９，５０ ヨーク面
３１，５１ 外周面
１１２，２１２，３１２，４１２，５１２、６１２ 磁石部材
ＡＸ 回転軸心

Claims (12)

1. 回転自在に構成される略円筒状又は略円柱状のロータと、前記ロータの径方向に配置され前記ロータの回転軸心を囲む略環状のステータと、を備え、
   前記ステータは、前記ロータの軸方向に積層する複数のステータユニットを有し、
   前記複数のステータユニットは、それぞれ、
   前記回転軸心を取り囲むように略環状に巻かれる巻線と、
   前記巻線の周囲を包囲するように設けられるステータコアと、
   前記ステータコアの軸方向の両端部のそれぞれから前記ロータに向かって前記ロータの径方向に突出する一又は複数の爪磁極と、を有し、
   前記両端部のうちの一方の端部から突出する前記爪磁極は、前記両端部のうちの他方の端部から突出する前記爪磁極と、前記ステータの周方向で交互に並ぶように形成されており、
   前記ロータは、所定の回転位置において、前記径方向で前記ステータのいずれかの前記爪磁極の少なくとも一部に対向する磁石を有し、
   前記磁石の前記軸方向の磁石端部の少なくとも一方は、前記ステータの全ての前記爪磁極よりも前記軸方向に突出し、
   前記複数のステータユニットのうち、前記軸方向で外側に位置する外ステータユニットの前記巻線の鎖交磁束数と前記軸方向で内側に位置する内ステータユニットの前記巻線の鎖交磁束数との差が小さくなるように調整された突出量で、前記磁石端部は、前記外ステータユニットの前記爪磁極よりも前記軸方向に突出する、回転電機。
2. 前記軸方向の両側の前記磁石端部は、前記ステータの全ての前記爪磁極よりも前記軸方向に突出する、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記複数のステータユニットは、隣り合うステータユニットの間に間隔を空けて配置されており、
   前記磁石の一部は、前記径方向で前記間隔と対向する、請求項１又は２に記載の回転電機。
4. 前記間隔に非磁性体を備える、請求項３に記載の回転電機。
5. 前記磁石は、一の磁石部材である、請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機。
6. 前記磁石は、前記軸方向に配列された複数の磁石部材を含み、
   前記複数の磁石部材のうちの隣り合う磁石部材の間は、前記複数のステータユニットのうちの隣り合うステータユニットの間隔と前記径方向で対向する、請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機。
7. 前記磁石は、前記軸方向に配列された複数の磁石部材を含む、請求項１，２，３，４，６のいずれか一項に記載の回転電機。
8. 前記複数の磁石部材の数は、前記複数のステータユニットの数よりも多い、請求項７に記載の回転電機。
9. 前記複数の磁石部材の数は、前記複数のステータユニットの数よりも少ない、請求項７に記載の回転電機。
10. 前記複数の磁石部材の数は、前記複数のステータユニットの数と同じ、請求項７に記載の回転電機。
11. 前記ロータは、前記ステータの径方向の外側に配置された、請求項１から１０のいずれか一項に記載の回転電機。
12. 前記ロータは、前記ステータの径方向の内側に配置された、請求項１から１０のいずれか一項に記載の回転電機。

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