JP7434075B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、回転電機に関する。

誘導電動機としては、いわゆるかご形回転子を用いたかご形回転電機が知られている。このかご形回転電機は、複数の固定子スロットを有する略円筒状の固定子鉄心に、固定子コイルが配置された固定子と、固定子の径方向内側に設けられ、固定子に対して回転自在に設けられた回転子と、により構成されている。

回転子は、回転軸線回りに回転自在に設けられた回転軸と、この回転軸に外嵌固定された回転子鉄心と、を有している。回転子鉄心には、径方向に沿って延びる複数の回転子ティースが放射状に配置されており、周方向で隣接する回転子ティース間に、回転子スロットが形成されている。この回転子スロットには、導体バーが挿通されている。導体バーは、回転子鉄心の軸方向端部にて短絡環によって接続され短絡されている。

このような構成のもと、回転電機は、固定子コイルに電流を供給すると、一次側（固定子側）で発生した磁束によって、導体バー（二次導体）に誘導電流が発生する。これにより、回転子に回転トルクが付与される。

一般的に、固定子スロット、回転子スロットの存在により、回転子と固定子の間には磁気的な凹凸があるため、その凹凸により、導体バーには一次側の磁束の基本波以外に空間的な高調波の磁束が鎖交する。この高調波磁束により導体バーに誘導される電流はトルクに寄与せず、損失（高調波二次銅損）となる問題があった。

特許第２７０４６６６号公報 国際公開第２０１７／０９０１５９号 特開２０１６－１７４５０７号公報

本発明が解決しようとする課題は、高調波二次銅損を抑制し、導体バーに生じる誘導電流を効率よくトルクに寄与させることが可能な回転電機を提供することにある。

実施形態の回転電機は、固定子と回転子を備える。前記固定子は、内周面に開口する複数の固定子スロットと、それぞれ隣り合う前記固定子スロット間に形成されてコイルが巻回される複数の固定子ティースとを有する。前記回転子は、導電性を有するロータバーが挿通される複数の回転子スロットと、前記固定子の内周面に沿った周方向に隣り合う前記回転子スロット間に形成された複数の回転子ティースと、前記回転子ティースの前記周方向の端部から径方向の所定長さに亘って前記周方向に突出する回転子スロットチップとを有し、中心軸線を中心に回転自在に設けられている。前記回転子は、前記回転子スロットを前記径方向に開口する開口部を外周に有する。前記回転子スロットチップは、前記回転子スロットの外周を前記周方向に狭め、前記開口部を形成するとともに、前記回転子スロットに挿通された前記ロータバーと前記径方向にラップする。前記固定子スロットの数をＮｓｓ、前記回転子スロットの数をＮｒｓとした場合、Ｎｓｓ≧Ｎｒｓなる関係を満たす。また、複数の前記固定子ティースの各々の前記周方向の最小幅をＷｓｔ、前記ロータバーに挟まれた複数の前記回転子ティースの各々の前記周方向の平均幅をＷｒｔ、複数の前記回転子スロットの各々の前記周方向の平均幅をＷｒｓ、全ての前記固定子ティースの前記最小幅Ｗｓｔの合計をＴｓｔ、全ての前記回転子ティースの前記平均幅Ｗｒｔの合計をＴｒｔ、前記回転子スロットチップの前記径方向の長さをＤｔｉｐとした場合、前記最小幅Ｗｓｔは、一つの前記固定子ティースの前記周方向の側面同士の最短距離であり、前記平均幅Ｗｒｔは、一つの前記回転子ティースの前記周方向の側面同士の平均距離であり、前記平均幅Ｗｒｓは、一つの前記回転子スロットの前記周方向の側面同士の平均距離であり、Ｔｓｔ≦Ｔｒｔ、かつ、（Ｗｓｔ－Ｗｒｓ）＋２×Ｄｔｉｐ≧Ｗｓｔなる関係を満たす。

第１の実施形態に係る回転電機の一部の概略構成を示す縦断面図。 図１の線Ａ－Ａに沿った回転電機の固定子および回転子の一部を概略的に示す断面図。 図２の一部を拡大して示す断面図。 第２の実施形態に係る固定子および回転子の一部を概略的に示す図１の線Ａ－Ａに相当する位置での断面図。 第３の実施形態に係る固定子および回転子の一部を概略的に示す図１の線Ａ－Ａに相当する位置での断面図。 第４の実施形態に係る固定子および回転子の一部を拡大して概略的に示す図１の線Ａ－Ａに相当する位置での断面図。 第４の実施形態の変形例に係る固定子および回転子の一部を拡大して概略的に示す図１の線Ａ－Ａに相当する位置での断面図。

以下に、図面を参照しながら、この発明の実施形態について説明する。なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。

（第１の実施形態）
図１は、実施形態に係る回転電機の中心軸線に沿って半分に分割した部分を概略的に示す縦断面図である。本実施形態では、回転電機が鉄道車両の駆動用として適用される場合を一例として想定する。ただし、回転電機の用途はこれに限定されず、その他の用途にも適用可能である。

図１に示すように、回転電機１０は、例えば、インナーロータ型の回転電機として構成されている。回転電機１０は、内部が密閉されたケース１２と、ケース１２内に配置された固定子（ステータ）１４と、かご型の回転子（ロータ）１６とを備えている。以下の説明では、回転電機１０において回転子１６が回転する中心軸線Ｃ１に沿った方向を軸方向とし、中心軸線Ｃ１回りに回転子１６が回転する方向を周方向（回転方向）とする。また、軸方向および周方向に直交する方向を径方向とし、径方向において中心軸線Ｃ１に近づく側を内、離れる側を外とする。

ケース１２は、ほぼ円筒状のフレーム１８と、フレーム１８の軸方向の一端に取り付けられて、この一端を閉塞した円盤状の第１ブラケット１９と、フレーム１８の軸方向の他端に取り付けられて、この他端を閉塞した円盤状の第２ブラケット２０と、を有している。第１ブラケット１９の中心部に、軸受Ｂ１を内蔵した第１軸受ハウジング２２ａがボルト止めされている。第２ブラケット２０の中心部に、軸受Ｂ２を内蔵した第２軸受ハウジング２２ｂがボルト止めされている。軸受Ｂ１および軸受Ｂ２は、回転電機１０の中心軸線Ｃ１に沿って整列して配置されている。

固定子１４は、円筒状の固定子鉄心２４と固定子鉄心２４に巻回された固定子コイル２８とを有している。固定子鉄心２４は、その外周面がフレーム１８の内周面に係合した状態でフレーム１８に支持され、中心軸線Ｃ１と同軸的に配置されている。固定子鉄心２４は、磁性材、例えば、珪素鋼板からなる環状の金属板を多数枚積層して構成されている。固定子鉄心２４の軸方向両端面には、環状の一対の鉄心押え２６ａ，２６ｂが固定されている。鉄心押え２６ａ，２６ｂは、鉄などの金属により環状に形成され、固定子鉄心２４が分離しないように軸方向両端側から挟み込んで保持している。鉄心押え２６ａ，２６ｂの内径は、内周部が後述する固定子コイル２８と接触しない程度の内径に設定されている。固定子鉄心２４と鉄心押え２６ａ，２６ｂとは、例えば溶接などにより一体化されている。

固定子鉄心２４の内周部には、中心軸線Ｃ１に向かって突出する複数の固定子ティース６０が形成されている。各固定子ティース６０は、周方向に沿って等間隔に配置されている。周方向に隣り合う固定子ティース６０の間の空隙は、それぞれ固定子スロット６２として構成される。換言すれば、各固定子ティース６０は、周方向に隣り合う固定子スロット６２間に形成されている。これら複数の固定子スロット６２は、固定子１４、端的には固定子鉄心２４の内周面に開口している。固定子ティース６０および固定子スロット６２は、それぞれ軸方向に延在している。各固定子スロット６２を介して各固定子ティース６０に固定子コイル２８が巻回されている。固定子コイル２８は、これらの固定子スロット６２に挿通された状態で固定子鉄心２４に取り付けられている。固定子コイル２８のコイルエンド２８ｅは、固定子鉄心２４の両端面から軸方向に張り出している。固定子コイル２８には、例えば架線からパンタグラフ（いすれも図示省略）を介して供給された直流電流が交流電流に変換されて供給される。

回転子１６は、回転シャフト３０と、回転子鉄心３２と、回転子鉄心３２に埋め込まれた複数本の導体バー（ロータバー）４０と、導体バー４０の両端に接続された一対のエンドリング４２ａ，４２ｂとを備えている。回転シャフト３０は、中心軸線Ｃ１と同軸的にケース１２内に配置され、軸方向の一端部および他端部がそれぞれ軸受Ｂ１，Ｂ２により回転自在に支持されている。回転シャフト３０の駆動側端部３０ａは、機外に延出している。駆動側端部３０ａには、駆動歯車装置等を接続するための継手が取り付けられる。

回転子鉄心３２は、磁性材、例えば、珪素鋼板からなる環状の金属板を多数枚積層して構成され、ほぼ円筒形状に形成されている。回転子鉄心３２は、回転シャフト３０の軸方向のほぼ中央部に取り付けられ、固定子鉄心２４の内側に、中心軸線Ｃ１と同軸的に配置されている。回転子鉄心３２の外周面は、隙間Ｇをあけて固定子鉄心２４の内周面に対向している。回転子鉄心３２の軸方向長さは、固定子鉄心２４の軸方向長さとほぼ等しい。また、回転子鉄心３２は、軸方向の一端に位置する第１端面３２ａおよび軸方向の他端に位置する第２端面３２ｂを有している。第１端面３２ａおよび第２端面３２ｂは、中心軸線Ｃ１とほぼ直交して延在している。回転子鉄心３２の径方向中央部には、回転シャフト３０を挿通可能な貫通孔３２ｃが軸方向全体に亘って形成されている。回転子鉄心３２と回転シャフト３０とは、貫通孔３２ｃに対する回転シャフト３０の圧入や接着などにより一体化されている。

回転子鉄心３２は、回転シャフト３０に取り付けられた一対の鉄心押え３４ａ，３４ｂにより、軸方向両端側から挟まれるように支持されている。鉄心押え３４ａ，３４ｂは環状に形成され、その外径は回転子鉄心３２の外径よりも小さい。

回転子鉄心３２の外周部には、複数の回転子ティース５０が形成されている。各回転子ティース５０は、固定子１４、端的には固定子鉄心２４の内周面に沿った周方向にほぼ等間隔で配置されている。周方向に隣り合う回転子ティース５０の間の空隙は、それぞれ回転子スロット５２として構成される。換言すれば、各回転子ティース５０は、周方向に隣り合う回転子スロット５２間に形成されている。これら複数の回転子スロット５２は、周方向にほぼ等間隔で配置されている。また、各回転子ティース５０は、軸方向に延在している。各回転子スロット５２は、回転子鉄心３２を軸方向に貫通して延び、第１端面３２ａおよび第２端面３２ｂに開口している。

導体バー４０は、例えば銅やアルミニウムなどの導電性を有する部材（導電体）で、かつ非磁性体により形成された棒状部材である。導体バー４０は、各回転子スロット５２に挿通され、回転子鉄心３２の軸方向に延在している。導体バー４０の断面形状は、例えば、回転子スロット５２の断面形状に対応し、該断面形状よりも若干小さな略相似形をなしている。したがって、回転子スロット５２に挿通された状態では、導体バー４０と回転子スロット５２との間には、僅かなクリアランスが存在する。回転子スロット５２に挿通された導体バー４０は、例えばカシメや接着などにより、回転子スロット５２に固定される。導体バー４０の長手方向の一端部（第１バーエンド）４０ａは、回転子鉄心３２の第１端面３２ａから外方に延出している。導体バー４０の長手方向の他端部（第２バーエンド）４０ｂは、回転子鉄心３２の第２端面３２ｂから外方に延出している。第１バーエンド４０ａの延出長さと第２バーエンド４０ｂの延出長さとはほぼ等しく設定されている。

第１バーエンド４０ａの延出端に円環状のエンドリング４２ａが固定されている。エンドリング４２ａは中心軸線Ｃ１と同軸的に配置され、複数のバーエンド４０ａを互いに連結している。第２バーエンド４０ｂの延出端に円環状のエンドリング４２ｂが固定されている。エンドリング４２ｂは中心軸線Ｃ１と同軸的に配置され、複数のバーエンド４０ｂを互いに連結している。導体バー４０およびエンドリング４２ａ，４２ｂは、例えば、アルミニウム、銅など導電性を有する金属材料により形成されている。

複数本の導体バー４０および一対のエンドリング４２ａ，４２ｂは、回転電機１０のかご型ロータを構成している。固定子コイル２８に通電することにより、回転子鉄心３２が誘導されて回転し、回転シャフト３０が回転子鉄心３２と一体に回転する。

次に、本実施形態における固定子ティース６０および固定子スロット６２と、回転子ティース５０および回転子スロット５２との関係について説明する。
図２は、図１の線Ａ－Ａに沿った固定子１４および回転子１６の一部を概略的に示す断面図、図３は、図２の一部を拡大して示す断面図である。

図２および図３に示すように、回転子スロット５２は、開口部５４を介して回転子鉄心３２の外周に開口している。開口部５４は、回転子鉄心３２の軸方向の全長に亘って延在している。回転子スロット５２の周方向の幅は、開口部５４の周方向の幅よりも大きく設定されている。

回転子スロット５２の外周には、導体バー４０の脱落を防止するためのチップ部（回転子スロットチップ）３６が設けられている。チップ部３６は、回転子鉄心３２、端的には回転子ティース５０の周方向の端部から径方向の所定長さに亘って、周方向に突出する部分であり、回転子スロット５２の外周を周方向に狭める部分である。別の捉え方をすると、チップ部３６は、回転子鉄心３２（回転子ティース５０）の外周に沿って周方向に突出し、回転子スロット５２に挿通された導体バー４０と径方向にラップする部分である。回転子スロット５２の外周は、周方向の逆方向にそれぞれ突出する一対のチップ部３６によって周方向の両側から狭められており、これらのチップ部３６で狭められた回転子スロット５２の外周部分（外方に臨む部分）が開口部５４として形成されている。これらのチップ部３６により、回転子スロット５２からの導体バー４０の脱落防止が図られている。

本実施形態において、回転子スロット５２の数（Ｎｒｓ）は、固定子スロット６２の数（Ｎｓｓ）以下とされている（Ｎｓｓ≧Ｎｒｓ）。図２には、回転子スロット５２の数Ｎｒｓが固定子スロット６２の数Ｎｓｓよりも少ない場合（Ｎｓｓ＞Ｎｒｓ）の形態を一例として示す。この場合、例えば固定子スロット６２の数Ｎｓｓは３６、回転子スロット５２の数Ｎｒｓは２６である。ただし、Ｎｓｓ≧Ｎｒｓなる関係（以下、該関係式を式１という）を満たしていれば、固定子スロット６２の数Ｎｓｓと回転子スロット５２の数Ｎｒｓの組み合わせは任意である。

また、本実施形態において、固定子ティース６０、回転子ティース５０、および回転子スロット５２は、それぞれの周方向に対する幅寸法について所定の関係を有する。これらの各幅寸法は、次のように規定される。

固定子ティース６０の幅寸法としては、最小幅（Ｗｓｔ）を適用する。最小幅Ｗｓｔは、固定子ティース６０の周方向の側面を規定する二つの辺部６０ａ，６０ｂ、換言すれば径方向と直交する方向の側面を規定する二つの辺部６０ａ，６０ｂの任意の一点ずつを結んだ距離の最短距離である。図２に示す例では、図３に示す二点（以下、基準点という）ｓｔ１，ｓｔ２を結んだ距離が最小幅Ｗｓｔにあたる。基準点ｓｔ１，ｓｔ２は、固定子ティース６０の径方向における最も内寄りに位置する点である。換言すれば、基準点ｓｔ１，ｓｔ２は、中心軸線Ｃ１に向かって突出する固定子ティース６０の突出端部のうち、周方向の両端に位置する点である。

回転子ティース５０の幅寸法としては、平均幅（Ｗｒｔ）を適用する。平均幅Ｗｒｔは、回転子ティース５０の周方向の側面を規定する二つの辺部５０ａ，５０ｂ、換言すれば径方向と直交する方向の側面を規定する二つの辺部５０ａ，５０ｂの同周上（同径位置）の任意の一点ずつを結んだ距離の平均距離である。二つの辺部５０ａ，５０ｂで規定される周方向の側面は、回転子スロット５２に挿通された導体バー４０によって挟まれている。図２に示す例では、図示する二点（以下、基準点という）ｒｔ１，ｒｔ２を結んだ距離が平均幅Ｗｒｔにあたる。基準点ｒｔ１，ｒｔ２は、回転子ティース５０の径方向におけるほぼ中間に位置する点である。この場合、回転子ティース５０の断面形状は、径方向の内寄りほど幅寸法が狭く、外寄りほど幅寸法が広い略台形状となっている。

回転子スロット５２の幅寸法としては、平均幅（Ｗｒｓ）を適用する。平均幅Ｗｒｓは、回転子スロット５２の周方向の側面を規定する二つの辺部５２ａ，５２ｂ、換言すれば径方向と直交する方向の側面を規定する二つの辺部５２ａ，５２ｂの同周上（同径位置）の任意の一点ずつを結んだ距離の平均距離である。図２に示す例では、図３に示す二点（以下、基準点という）ｒｓ１，ｒｓ２を結んだ距離が平均幅Ｗｒｓにあたる。基準点ｒｓ１，ｒｓ２は、回転子スロット５２の径方法におけるほぼ中間に位置する点である。なお、図２に示す例では、二つの辺部５２ａ，５２ｂの同周上（同径位置）の一点ずつを結んだ距離は、二つの辺部５２ａ，５２ｂの全ての位置（点）においてほぼ一定である。すなわちこの場合、回転子スロット５２の断面形状は、略長方形状となっている。

このように規定される固定子ティース６０の最小幅Ｗｓｔについて、全ての固定子ティース６０の最小幅Ｗｓｔの合計（合計幅）をＴｓｔとする。また、回転子ティース５０の平均幅Ｗｒｔについて、全ての回転子ティース５０の平均幅Ｗｒｔの合計（合計幅）をＴｒｔとする。この場合、固定子ティース６０と回転子ティース５０は、Ｔｓｔ≦Ｔｒｔなる関係（以下、該関係式を式２という）を満たすように構成されている。すなわち、全固定子ティース６０の最小幅Ｗｓｔの合計幅Ｔｓｔは、全回転子ティース５０の平均幅Ｗｒｔの合計幅Ｔｒｔ以下とされている。図２には、合計幅Ｔｓｔが合計幅Ｔｒｔよりも小さい場合（Ｔｓｔ＜Ｔｒｔ）の固定子ティース６０と回転子ティース５０の形態を一例として示す。

また、固定子ティース６０の最小幅Ｗｓｔおよび回転子ティース５０の平均幅Ｗｒｔは、チップ部３６の径方向の長さ（以下、深さＤｔｉｐという）と所定の関係を有する。チップ部３６の深さＤｔｉｐは、回転子スロット５２の中心線（図３に示す一点鎖線Ｌ５２）と回転子スロット５２の外周の円弧（図３に示す二点鎖線Ｒ５２）との仮想的な交点Ｘから、導体バー４０の端面４０ｃまでの最短距離である。回転子スロット５２の中心線Ｌ５２は、中心軸線Ｃ１と直交し、回転子スロット５２の周方向の幅（例えば平均幅Ｗｒｓ）を二分する点、つまり基準点ｒｓ１，ｒｓ２を結ぶ直線の中間点を通る直線である。導体バー４０の端面４０ｃは、導体バー４０の径方向の外側面である。

チップ部３６の深さＤｔｉｐをこのように規定した場合、チップ部３６、固定子ティース６０および回転子スロット５２は、（Ｗｓｔ－Ｗｒｓ）＋２×Ｄｔｉｐ≧Ｗｓｔなる関係（以下、該関係式を式３という）を満たすように構成されている。すなわち、固定子ティース６０の最小幅Ｗｓｔと回転子スロット５２の平均幅Ｗｒｓとの差にチップ部３６の深さＤｔｉｐの二倍の寸法を加えた値は、固定子ティース６０の最小幅Ｗｓｔ以上の値となる。

このように本実施形態によれば、固定子ティース６０、回転子ティース５０、回転子スロット５２、およびチップ部３６が上述した式１，２，３を満たすように構成されている。これにより、固定子１４から回転子１６に流れる空間的な磁束の高調波成分が導体バー４０と鎖交することを抑制できる。したがって、高調波磁束によって従来生じていた導体バーに誘導される電流の損失（高調波二次銅損）を抑制でき、導体バー４０に誘導電流を効率よく発生させてトルクに寄与させることができる。このため、回転電機１０のトルク損失の抑制を図ることが可能となる。

なお、固定子ティース６０、回転子ティース５０、回転子スロット５２、およびチップ部３６が上述した式１，２，３の関係を満たすように構成されていれば、これらの形態は、図１から図３に示す形態に限定されない。以下、図１から図３に示す形態とは異なる実施形態について説明する。なお、これらの実施形態において、回転電機１０の基本的な構成は図１に示す本実施形態と同様である。したがって、以下では、本実施形態との相違点について説明し、本実施形態に係る回転電機１０と同等の構成要素については、図面上で同一符号を付して説明を省略もしくは簡略化する。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る固定子１４および回転子１６の一部を概略的に示す図１の線Ａ－Ａに相当する位置での断面図である。第１の実施形態（Ｎｓｓ＞Ｎｒｓ）と異なり、図４には、回転子スロット５２２の数Ｎｒｓが固定子スロット６２の数Ｎｓｓと一致する場合（Ｎｓｓ＝Ｎｒｓ）の形態を一例として示す。固定子ティース６０および固定子スロット６２の形態は、第１の実施形態と同様である。この場合、例えば固定子スロット６２の数Ｎｓは３６、回転子スロット５２２の数Ｎｒは３６である。

回転子スロット５２２の断面形状は、径方向の内寄りほど周方向の幅寸法が狭く、外寄りほど周方向の幅寸法が広い略台形状となっている。回転子スロット５２２に挿通される導体バー４０２の断面形状は、回転子スロット５２２の断面形状に対応し、該断面形状よりも若干小さな略相似形の台形状をなしている。回転子スロット５２２の平均幅Ｗｒｓは、回転子スロット５２２の径方向におけるほぼ中間に位置する二点ｒｓ１，ｒｓ２間を結んだ距離にあたる。
これに対し、回転子ティース５０２の断面形状は、略長方形状となっている。したがって、回転子ティース５０２の周方向の幅寸法は、径方向において一定である。全固定子ティース６０の最小幅Ｗｓｔの合計幅Ｔｓｔは、全回転子ティース５０２の平均幅Ｗｒｔの合計幅Ｔｒｔと一致している。

このように本実施形態においては、回転子ティース５０２の周方向の幅寸法が径方向において一定となるため、回転子ティース５０２での磁気抵抗を径方向の内寄りと外寄りとで異ならせずに済む。結果として、回転子ティース５０２での磁気抵抗を低下させることができるとともに、磁束密度を均一化させることができる。これにより、導体バー４０２に誘導電流を効率よく発生させ、発生した誘導電流を回転シャフト３０のトルクに効率的に寄与させることができる。このため、回転電機１０のトルク損失の抑制を図ることが可能となる。
なお、回転子スロットの数Ｎｒｓを固定子スロットの数Ｎｓｓと一致させ、例えば、回転子スロットおよび導体バーの断面形状をそれぞれ略長方形状、回転子ティースの断面形状を略台形状としてもよい。

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態に係る固定子１４および回転子１６の一部を概略的に示す図１の線Ａ－Ａに相当する位置での断面図である。第１の実施形態（Ｎｓｓ＞Ｎｒｓ）と同様に、図５には、回転子スロット５２３の数Ｎｒｓが固定子スロット６２の数Ｎｓｓと一致する場合（Ｎｓｓ＝Ｎｒｓ）の形態を一例として示す。固定子ティース６０および固定子スロット６２の形態は、第１の実施形態と同様である。この場合、例えば固定子スロット６２の数Ｎｓは３６、回転子スロット５２３の数Ｎｒは２６である。

その一方で、回転子ティース５０３、回転子スロット５２３、および導体バー４０３の形態は、第１の実施形態に係る回転子ティース５０、回転子スロット５２、および導体バー４０とは相違している。

回転子ティース５０３の断面形状は、略長方形状となっている。したがって、回転子ティース５０３の周方向の幅寸法は、径方向において一定である。ただし、全固定子ティース６０の最小幅Ｗｓｔの合計幅Ｔｓｔは、全回転子ティース５０の平均幅Ｗｒｔの合計幅Ｔｒｔよりも小さい（Ｔｓｔ＜Ｔｒｔ）。

これに対し、回転子スロット５２３の断面形状は、径方向の内寄りほど周方向の幅寸法が狭く、外寄りほど周方向の幅寸法が広い略台形状となっている。回転子スロット５２３に挿通される導体バー４０３の断面形状は、回転子スロット５２３の断面形状に対応し、該断面形状よりも若干小さな略相似形の台形状をなしている。回転子スロット５２３の平均幅Ｗｒｓは、回転子スロット５２３の径方向におけるほぼ中間に位置する二点ｒｓ１，ｒｓ２間を結んだ距離にあたる。

このように本実施形態は、第２の実施形態において、回転子スロット５２３の数Ｎｒｓと固定子スロット６２の数Ｎｓｓとを一致させた（Ｎｓｓ＝Ｎｒｓ）形態に相当する。
本実施形態によれば、第２の実施形態と同様に、回転子ティース５０３の周方向の幅寸法が径方向において一定となるため、回転子ティース５０３での磁気抵抗を径方向の内寄りと外寄りとで異ならせずに済む。結果として、回転子ティース５０３での磁気抵抗を低下させることができるとともに、磁束密度を均一化させることができる。第２の実施形態の回転子ティース５０２と比べて、回転子ティース５０３の平均幅Ｗｒｔが広いため、回転子ティース５０３での磁束密度が小さくなり、磁気抵抗の低下効果をより高めることができる。

（第４の実施形態）
上述した第１の実施形態から第３の実施形態においては、回転子スロット５２，５２２，５２３、および導体バー４０，４０２，４０３の断面形状を四辺形（四角形）としているが、これらはそれ以上の多角形の断面形状を有するように構成されてもよい。

図６は、第４の実施形態に係る固定子１４および回転子１６の一部を拡大して概略的に示す図１の線Ａ－Ａに相当する位置での断面図である。図６に示すように、回転子スロット５２４の断面形状は六角形状とされている。図６に示す例では、径方向の内寄りほど周方向の幅寸法が狭く、外寄りほど周方向の幅寸法が広い略台形の内寄りの角が面取り（例えばＣ面取り）された略六角形状の断面形状となるように、回転子スロット５２４が構成されている。別の捉え方をすれば、このような六角形状の断面形状の回転子スロット５２４が周方向に並ぶように、回転子ティース５０４が構成されている。回転子ティース５０４は、このように回転子スロット５２４が面取りされた形態でチップ部３６と連続している。回転子スロット５２４に挿通される導体バー４０４の断面形状は、回転子スロット５２４の断面形状に対応し、該断面形状よりも若干小さな略相似形の六角形状をなしている。

また、図７は、第４の実施形態の変形例に係る固定子１４および回転子１６の一部を拡大して概略的に示す図１の線Ａ－Ａに相当する位置での断面図である。図７に示すように、回転子スロット５２４ａの断面形状は八角形状とされている。図７に示す例では、略長方形の内寄りの角が面取り（例えばＣ面取り）されるとともに、周方向に対向する二面が互いに接近するように途中で屈曲した略八角形状の断面形状となるように、回転子スロット５２４ａが構成されている。別の捉え方をすれば、このような八角形状の断面形状の回転子スロット５２４ａが周方向に並ぶように、回転子ティース５０４ａが構成されている。回転子ティース５０４ａは、このように回転子スロット５２４ａが面取りされた形態でチップ部３６と連続している。回転子スロット５２４ａに挿通される導体バー４０４ａの断面形状は、回転子スロット５２４ａの断面形状に対応し、該断面形状よりも若干小さな略相似形の八角形状をなしている。

このように本実施形態においては、回転子スロット５２４，５２４ａが面取りされた形態で回転子ティース５０４，５０４ａがチップ部３６と連続している。換言すれば、回転子ティース５０４，５０４ａとチップ部３６との連続部５６は、回転子スロット５２４，５２４ａにおいて面取りされている。このため、第１の実施形態から第３の実施形態（図３、図４、図５）と比べて、回転子ティース５０４，５０４ａにおけるチップ部３６との連続部５６が広くなる。このため、チップ部３６の近傍における回転子ティース５０４，５０４ａでの磁束密度が小さくなり、磁気抵抗を低下させることができる。これにより、固定子１４から回転子１６に流れる空間的な磁束の高調波成分が導体バー４０４，４０４ａと鎖交することを抑制できる。したがって、導体バー４０２に誘導電流を効率よく発生させてトルクに寄与させることができ、回転電機１０のトルク損失の抑制を図ることが可能となる。

以上、本発明のいくつかの実施形態（変形例を含む）を説明したが、上述した各実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、第１の実施形態から第４の実施形態においては、回転子ティース５０，５０２，５０３，５０４，５０４ａ、回転子スロット５２，５２２，５２３，５２４、５２４ａ、および導体バー４０，４０２，４０３，４０４，４０４ａの形態をそれぞれ相違させている。これに代えてもしくは加えて、固定子ティース６０および固定子スロット６２の形態を、式１，２，３の関係を満たすような形態にそれぞれ相違させてもよい。

１０…回転電機、１２…ケース、１４…固定子（ステータ）、１６…回転子（ロータ）、１８…フレーム、２４…固定子鉄心、２６ａ，２６ｂ…鉄心押え、２８…固定子コイル、３０…回転シャフト、３２…回転子鉄心、３４ａ，３４ｂ…鉄心押え、３６…チップ部、４０，４０２，４０３，４０４，４０４ａ…導体バー（ロータバー）、４０ｃ…端面（外側面）、５０，５０２，５０３，５０４，５０４ａ…回転子ティース、５０ａ，５０ｂ…辺部、５２，５２２，５２３，５２４、５２４ａ…回転子スロット、５２ａ，５２ｂ…辺部、５４…開口部、５６…連続部、６０…固定子ティース、６０ａ，６０ｂ…辺部、６２…固定子スロット、Ｃ１…中心軸線、Ｄｔｉｐ…チップ部の深さ、Ｌ５２…回転子スロットの中心線、Ｒ５２…回転子スロットの外周円弧、Ｘ…交点、ｒｓ１，ｒｓ２…回転子スロットの基準点、ｒｔ１，ｒｔ２…回転子ティースの基準点、ｓｔ１，ｓｔ２…固定子ティースの基準点、Ｔｒｔ…全回転子ティースの平均幅の合計幅、Ｔｓｔ…全固定子ティースの最小幅の合計幅、Ｗｒｓ…回転子スロットの平均幅、Ｗｒｔ…回転子ティースの平均幅、Ｗｓｔ…固定子ティースの最小幅。

Claims (4)

1. 内周面に開口する複数の固定子スロットと、それぞれ隣り合う前記固定子スロット間に形成されてコイルが巻回される複数の固定子ティースとを有する固定子と、
   導電性を有するロータバーが挿通される複数の回転子スロットと、前記固定子の内周面に沿った周方向に隣り合う前記回転子スロット間に形成された複数の回転子ティースと、前記回転子ティースの前記周方向の端部から径方向の所定長さに亘って前記周方向に突出する回転子スロットチップとを有し、中心軸線を中心に回転自在に設けられた回転子と、を備え、
   前記回転子は、前記回転子スロットを前記径方向に開口する開口部を外周に有し、
   前記回転子スロットチップは、前記回転子スロットの外周を前記周方向に狭め、前記開口部を形成するとともに、前記回転子スロットに挿通された前記ロータバーと前記径方向にラップし、
   前記固定子スロットの数をＮｓｓ、前記回転子スロットの数をＮｒｓとした場合、
   Ｎｓｓ≧Ｎｒｓ
   なる関係を満たし、
   複数の前記固定子ティースの各々の前記周方向の最小幅をＷｓｔ、前記ロータバーに挟まれた複数の前記回転子ティースの各々の前記周方向の平均幅をＷｒｔ、複数の前記回転子スロットの各々の前記周方向の平均幅をＷｒｓ、全ての前記固定子ティースの前記最小幅Ｗｓｔの合計をＴｓｔ、全ての前記回転子ティースの前記平均幅Ｗｒｔの合計をＴｒｔ、前記回転子スロットチップの前記径方向の長さをＤｔｉｐとした場合、
   前記最小幅Ｗｓｔは、一つの前記固定子ティースの前記周方向の側面同士の最短距離であり、
   前記平均幅Ｗｒｔは、一つの前記回転子ティースの前記周方向の側面同士の平均距離であり、
   前記平均幅Ｗｒｓは、一つの前記回転子スロットの前記周方向の側面同士の平均距離であり、
   Ｔｓｔ≦Ｔｒｔ、かつ、（Ｗｓｔ－Ｗｒｓ）＋２×Ｄｔｉｐ≧Ｗｓｔ
   なる関係を満たす
   回転電機。
2. 前記回転子ティースと前記回転子スロットチップとは、面取りされた形態で連続する
   請求項１に記載の回転電機。
3. 前記回転子スロットチップの前記径方向の長さＤｔｉｐは、前記回転子スロットの前記周方向の幅を二分する点を通り前記中心軸線と直交する直線と前記回転子スロットの外周の円弧との仮想的な交点から、当該回転子スロットに挿通された前記ロータバーの前記径方向の外側面までの最短距離である
   請求項１または２に記載の回転電機。
4. 前記固定子スロットの数Ｎｓｓは、３６である
   請求項３に記載の回転電機。

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