WO2012150717A1

WO2012150717A1 - 回転電機

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Publication number: WO2012150717A1
Application number: PCT/JP2012/061607
Authority: WO
Inventors: 優芳之内; 青田　桂治; 浅野　能成
Original assignee: ダイキン工業株式会社
Priority date: 2011-05-02
Filing date: 2012-05-02
Publication date: 2012-11-08
Also published as: JP2012249512A

Abstract

　永久磁石同期型の回転電機において極数とスロット数の比Ｐ／Ｓが４／３の場合に、漏洩磁束を低減する技術を提供する。埋込磁石型ロータを採用した界磁子１２と、電機子１４とを備える回転電機において、永久磁石１２２の個数ｎと、電機子１４が備える磁芯１４２の個数ｍとがｎ／ｍ＝４／３の関係を満たし、界磁子１２の電機子１４と対向する側の表面に発生する磁極面Ｐ１の各々が、回転軸方向からの平面視で回転軸Ｑを中心として拡がる中心角を第１の角度θａとしたとき、鍔部１４６の各々が当該平面視で回転軸Ｑを中心として拡がる中心角たる第２の角度θｂは、１．００≦θａ／θｂ≦１．５３との関係を満たす。

Description

回転電機

　本発明は、回転電機に関し、特に永久磁石同期型のラジアルギャップ型回転電機に関するものである。

　永久磁石同期型の回転電機は界磁子と電機子とを備えている。界磁子は所定の回転軸を中心に回転する回転子である。電機子は、当該回転軸を中心とした当該界磁子の外側で空隙を介して当該界磁子と対向する環状の固定子である。界磁子は永久磁石を複数有しており、その一から出た磁束のうちには、電機子が有する電機子巻線を介さずに当該一の永久磁石に隣接する他の永久磁石へと入る磁束（以下、「漏洩磁束」と称する）がある。漏洩磁束はトルク発生に寄与しないので、その存在は回転電機の効率低下を招来する。効率を改善するために漏洩磁束を低減する技術が提案されており、例えば下記特許文献１及び特許文献２等に開示されている。

　特許文献１は電機子のスロット数を考慮することなく界磁子のフラックスバリアについての改善を提供している。具体的にはロータコアに埋め込まれた界磁磁石の径方向外側にフラックスバリアを設ける技術を提供している。一方、特許文献２では、１０極１２スロットの回転電機に特化して漏洩磁束の低減を図っている。具体的には、永久磁石を収容する収容孔の周方向両端における延設孔（収容孔の周方向両端より径方向外側に延びる孔）の長さを変化させ、延設孔同士の間の幅角度を変化させる。これにより、延設孔同士の間の幅角度と、ティースの径方向内側両端部の幅角度とが一定の条件を満たして、漏洩磁束の低減を図っている。

　他方、回転電機の極数及びスロット数の組合せは、トルクの大きさに関連があることが下記非特許文献１に開示されている。特に極数Ｐとスロット数Ｓの比Ｐ／Ｓ＝４／３の場合、比Ｐ／Ｓ＝２／３の場合と同等のトルクを得るとき、比Ｐ／Ｓ＝２／３の場合よりも低いステータ磁束密度を得る。そのため、比Ｐ／Ｓ＝２／３の場合よりも比Ｐ／Ｓ＝４／３の場合の方が、磁気飽和しにくいと考えられる。

　電機子巻線が巻回される巻回部は、回転軸に平行な軸方向からの平面視で径方向に延在する。よって鍔部が巻回部の辺縁から、当該径方向及び軸方向のいずれにも垂直な幅方向に突出することにより、巻回部に巻回された電機子巻線が径方向内側（すなわち界磁子側）へ移動することは、鍔部によって阻害される。

　鍔部を呈するティースの軸方向側の端部にインシュレータを載置し、当該インシュレータの界磁子側が軸方向に突出することによって電機子巻線の界磁子側への移動を阻害する態様が、例えば下記特許文献３等に開示されている。

特開２０００－２７８８９６号公報特開２００８－１０９７９９号公報特開２００７－１１６８４４号公報

赤津観、涌井伸二「巻線係数とインダクタンス係数を用いた多極多スロット集中巻ＳＰＭＳＭの簡易設計手法」電学論Ｄ，１２７巻１１号，２００７年

　上記特許文献２で示された条件は、Ｐ／Ｓ＝１０／１２という、Ｐ／Ｓが１より小さい場合について妥当するものであり、非特許文献１で示されている比Ｐ／Ｓ＝４／３（＞１）の場合については開示も示唆もなされていない。また、上記特許文献１のようなフラックスバリアの改善を行っても、極数がスロット数よりも多い場合については、漏洩磁束の低減は図れても、高いトルクを得ることができない。

　本発明は、上記課題に鑑み、永久磁石同期型の回転電機において高トルクを得ることができる極数とスロット数の比Ｐ／Ｓが４／３の場合に、漏洩磁束を低減する技術を提供することを主たる目的とする。

　また、仮にＰ＜Ｓの場合について上記特許文献２で紹介された値が、上記非特許文献１に開示されているＰ＞Ｓの場合についても適用可能であるならば、極数Ｐが大きくなるにつれて、ロータコアの延設孔同士の間の幅角度が小さくなる。よって鍔部の幅角度も小さくなる。

　鍔部の幅角度を小さくすると、電機子巻線が界磁子側へと移動しやすくなる。特に、電機子巻線の巻回数が大きい場合には、電機子巻線が幅方向に拡がるので、電機子巻線の一部が鍔部から幅方向にはみ出る。よって、電機子巻線の当該一部は界磁子側へと移動しやすくなる。

　電機子巻線の当該一部が界磁子側へと移動することを回避するには、導線の巻回数を減らす、及び／又は、導線の線径を細くすることが考えられる。しかし導線の巻回数を減らしたり、導線の線径を細くしたりすることは回転電機の運転効率低下を招来する。

　ティースは通常は幅方向よりも軸方向に長い。よって上記特許文献３で紹介されたようにインシュレータで電機子巻線の移動を阻害する場合でも、インシュレータが電機子巻線を押さえる軸方向の長さは、当該インシュレータが電機子巻線を押さえていない軸方向の長さよりも短いことが多い。

　よってインシュレータでティースの軸方向側の電機子巻線を押さえつつ、鍔部の幅角度を小さくすると、電機子巻線が界磁子側に引っ張られる力に対する抗力を与える領域が減少し、ガタツキや異音の発生を招来する可能性がある。

　本発明は、このような課題にも鑑み、巻回部の界磁子側の端部の幅方向の寸法に依存せずに電機子巻線が界磁子側に移動することを回避又は抑制する技術を提供することを、従たる目的とする。

　上記課題を解決すべく、本発明に係る回転電機の第１の態様は、回転軸（Ｑ）を中心として回転するシャフトに固定される界磁子（１２）と、前記回転軸に平行な回転軸方向からの平面視で前記回転軸に対して前記界磁子の外側で空隙を介して前記界磁子と対向する電機子（１４）とを備える（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）。前記界磁子は、永久磁石（１２２）の複数を有する埋込磁石型ロータである。前記電機子は電機子巻線を巻回する磁芯（１４２）の複数を有する。前記界磁子における磁極の個数ｎ（ｎは自然数）と前記磁芯の個数ｍ（ｍは自然数）とはｎ／ｍ＝４／３の関係を満たす。前記磁芯の各々は前記電機子巻線が集中巻で巻回される巻回部（１４４）と、前記巻回部よりも前記界磁子側において前記回転軸を中心とする周方向に突出する第１部（１４６）とを呈する。前記永久磁石の各々によって、前記界磁子の前記電機子と対向する側の表面に発生する磁極面（Ｐ１，Ｐ２）の各々が、前記平面視で前記回転軸を中心として拡がる中心角を第１の角度θａとしたとき、前記第１部の各々が前記平面視で前記回転軸を中心として拡がる中心角たる第２の角度θｂは、１．００≦θａ／θｂ≦１．５３との関係を満たす。

　本発明に係る回転電機の第２の態様は、その第１の態様であって、前記第２の角度θｂは、前記第１の角度θａに対して１．０４＜θａ／θｂ＜１．３５との関係を満たす。

　本発明に係る回転電機の第３の態様は、その第２の態様であって、前記第２の角度θｂは、前記第１の角度θａに対してθａ／θｂ＝１．２０との関係を満たす。

　本発明に係る回転電機の第４の態様は、その第１乃至第３の態様のいずれかであって、前記電機子は、前記磁芯（１４２）の前記軸に平行な軸方向の第１の端部（１４４ｂ）に載置されるインシュレータ（１９，１９Ａ，１９Ｂ）を更に有する。前記インシュレータは、前記磁芯の前記界磁子と対向する側において、前記磁芯の前記界磁子と対向する第２の端部（１４６）の前記軸方向及び前記径方向のいずれにも垂直な幅方向（Ｗ）の辺縁（１４６ｄ，１４６ｄＡ）よりも、少なくとも前記幅方向のいずれかに突出する。

　本発明に係る回転電機の第５の態様は、その第４の態様であって、前記辺縁（１４６ｄ）のうち前記幅方向（Ｗ）の一方側（Ｗａ）の端部（１４６ｄＡ）が前記巻回部の前記一方側の辺縁たる一方側辺縁（１４４ｄＡ）から突出する前記幅方向の長さは、前記辺縁（１４６ｄ）のうち前記幅方向の他方側（Ｗｂ）の端部（１４６ｄＢ）が前記巻回部の前記他方側の辺縁たる他方側辺縁（１４４ｄＢ）から突出する前記幅方向の長さよりも短い。前記インシュレータ（１９Ａ）は前記一方側にのみ突出し、前記インシュレータの前記一方側辺縁からの突出長さは、前記辺縁の前記他方側の端部が前記他方側辺縁から突出する前記幅方向の長さに略等しい。

　本発明に係る回転電機の第６の態様は、その第４の態様であって、前記インシュレータ（１９，１９Ｂ）は、前記磁芯（１４２）の前記界磁子と対向する側において、前記径方向（Ｒ）に対して前記幅方向（Ｗ）の双方にそれぞれ突出する。

　本発明に係る回転電機の第７の態様は、その第４乃至第６の態様のいずれかであって、前記インシュレータ（１９Ｂ）は、前記磁芯（１４２）の前記第１の端部（１４４ｂ）上に載置される第１部（１９２）と、前記第２の端部（１４６）に前記幅方向（Ｗ）で隣接する第２部（１９４）とを有する。

　本発明に係る回転電機の第８の態様は、その第７の態様であって、前記第２部（１９４）は、前記辺縁（１４６ｄ）の前記軸方向全体にわたって近接する。

　本発明に係る回転電機の第９の態様は、その第５乃至第８の態様のいずれかであって、前記第１部（１９２）のうち前記巻回部上に載置される部位の前記幅方向（Ｗ）の長さ（Ｗ１）は、前記巻回部の前記幅方向の長さ（Ｗ２）に略等しい。

　ティースの数（スロット数）に対して極数が多くなると、界磁磁石で生じる磁束のうち、回転方向逆側のティースへと漏洩する磁束が増加する。当該磁束はモータ効率の低下を招来する。当該磁束の低減を図るにはθａ＝θｂが望ましいが、極数／スロット数＝４／３の場合には、θａ＞θｂのときにトルクが極大値をとる。本発明に係る回転電機の第１の態様によれば、界磁子からの漏洩磁束を低減できる。特に、界磁子の回転方向逆側に漏洩する磁束量を低減できる。もってモータ効率が向上する。

　本発明に係る回転電機の第２の態様によれば、界磁子からの漏洩磁束の低減効果が大きい。本発明に係る回転電機の第３の態様によれば、界磁子からの漏洩磁束を最も低減できる。

　本発明に係る回転電機の第４の態様によれば、巻回部の界磁子と対向する側の端部を、当該端部に対して界磁子から遠い側よりも幅方向に突出させずとも電機子巻線が界磁子側に崩れることを回避又は抑制できる。そのため、巻回部の製造工程を簡略化できる。また、インシュレータの素材を巻回部の素材よりも単位体積当たりの重さが軽い素材を採用すれば、巻回部と同じ素材で幅方向に突出させる態様よりも軽量化できる。また、幅方向の一方側にだけインシュレータを突出させることによりスロットオープンを大きくとることができ、電機子巻線を巻回しやすい。また、インシュレータを突出させない態様と比して巻回数を増加でき、占積率向上に資する。

　本発明に係る回転電機の第５の態様によれば、第４の態様と同様の効果を得ることができる。また、界磁子を幅方向の他方側から一方側へと回転させることにより、界磁子からの漏洩磁束を低減することに資する。

　本発明に係る回転電機の第６の態様によれば、電機子巻線が界磁子側に崩れることを回避又は抑制することに資する。

　本発明に係る回転電機の第７の態様によれば、第２部がティースの幅方向で隣接するので、第４の態様による効果を得ることに資する。

　本発明に係る回転電機の第８の態様によれば、電機子巻線が界磁子側に崩れることを回避又は抑制することに資する。

　本発明に係る回転電機の第９の態様によれば、電機子巻線の損傷を回避又は抑制しつつ占積率向上に資する。

　この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

本発明の第１の実施形態に係る回転電機の平面図。中心角の比とトルクの大きさとを示すグラフ。回転電機の変形例を示す図。本発明の第２の実施形態に係る回転電機の平面図。電機子の部分斜視図。電機子の部分断面図。本発明の第３の実施形態に係る回転電機の平面図。本発明の第４の実施形態に係る回転電機の電機子の部分斜視図。電機子の部分断面図。

　以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図１を初めとする以下の図には、本発明に関係する要素のみを示す。

　第１の実施の形態．
　図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る回転電機１０Ｂは、界磁子１２と、電機子１４とを備えている。界磁子１２は、回転軸Ｑを中心として回転するシャフト１１に固定されて回転する。図１は、回転軸Ｑに平行な回転軸方向からの平面視（以下、単に「平面視」と称する）を示す。電機子１４は回転軸Ｑに対して界磁子１２の外側で空隙を介して界磁子１２と対向する。

　界磁子１２には、埋込磁石型ロータが採用される。具体的には例えば、界磁子１２は、略円筒体を呈するロータコア１２１と、永久磁石１２２の複数とを有する。ロータコア１２１は、貫通孔１２３と、収容孔１２５の複数と、磁気障壁部１２７の複数とを呈する。

　貫通孔１２３は当該円筒体の中心を通り、これにシャフト１１が貫通する。収容孔１２５は永久磁石１２２を収容する。磁気障壁部１２７は収容孔１２５の両端に設けられる。埋込磁石型ロータを採用することにより、永久磁石が空気に露出する表面磁石型ロータよりも、永久磁石１２２で生じる磁束がロータコア１２１を通ることで電機子１４へと流れやすい。

　シャフト１１が貫通孔１２３を通ってロータコア１２１と固定されることにより、界磁子１２が回転軸Ｑを中心として回転する。

　収容孔１２５は、例えばそれぞれが径方向Ｒに垂直な方向（以下、「幅方向」と称する）Ｔに沿って延在し、回転軸Ｑを中心とした周方向に均等に配置される。永久磁石１２２は収容孔１２５の内部で磁極を径方向Ｒに向けてロータコア１２に埋設される。

　磁気障壁部１２７は収容孔１２５の幅方向Ｔの両端に設けられ、収容孔１２５の径方向Ｒ外側の辺縁よりも回転軸Ｑから遠離る側に向かって突出する。これにより、収容孔１２５に埋設された一の永久磁石１２２の一の磁極から他の磁極（当該永久磁石１２２の他の磁極及び他の永久磁石１２２の磁極）へと磁束が短絡することを回避又は抑制する。なお、本実施例では収容孔１２５と磁気障壁部１２７を一体に形成した態様を例示しているが、別体であっても良い。また、界磁子１２の電機子１４と対向する側の表面（以下、単に「界磁子１２の表面」とも称する）付近まで永久磁石１２２が配設される場合には、磁気障壁部１２７はなくても良い。

　電機子１４は、電機子巻線１４１の複数と、磁芯（ティース）１４２の複数と、ヨーク部１４３とを有する。磁芯１４２のそれぞれには電機子巻線１４１が集中巻で巻回される。ヨーク部１４３は、磁芯１４２よりも回転軸Ｑから遠い側で複数の磁芯１４２同士を環状に接続する。電機子１４では、磁芯１４２の複数が回転軸Ｑを中心として周方向で等間隔に放射状に延在し、ヨーク部１４３が複数の磁芯１４２に接続されつつ円環状を呈する。換言すれば、電機子１４は、円環状を呈するヨーク部１４３から回転軸Ｑ（当該円環の中心）へと向かって周方向で等間隔に磁芯１４２が突出する形状を呈する。なお、電機子巻線１４１は複数あるうちの一のみを破線で示している。

　磁芯１４２のそれぞれは、電機子巻線１４１が巻回される巻回部１４４と、巻回部１４４よりも界磁子１２側において回転軸Ｑを中心とする周方向θに沿って突出する鍔部１４６とを呈する。鍔部１４６が周方向θに沿って突出することにより、電機子巻線１４１が回転軸Ｑ側へと移動することを阻止できる。

　このような形状を呈する回転電機１０Ｂにおいて、界磁子１２の磁極面の個数ｎ（ｎは自然数）と磁芯１４２の個数ｍ（ｍは自然数）とは、ｎ／ｍ＝４／３との関係を満たす。図１では界磁子１２の磁極面の個数が１２個（ｎ＝１２）、磁芯１４２が９個（ｍ＝９）の態様を例示している。

　界磁子１２の表面に発生する磁極面Ｐ１は、次のようにして規定される。すなわち、磁極面Ｐ１は、平面視で回転軸Ｑの位置から見て永久磁石１２２の径方向Ｒ外側の磁極で生じる磁束が磁気障壁部１２７に阻害されることなくロータコア１２１の表面に到達する領域として規定される。図１では、一の永久磁石１２２を収容する収容孔１２５の両端に設けられた一対の磁気障壁部１２７がいずれも、次のような関係を保つ。すなわち、当該磁気障壁部１２７は、当該磁気障壁部１２７が設けられた当該永久磁石１２２よりも回転軸Ｑから遠い側において、当該磁気障壁部１２７の一方に対して当該永久磁石１２２とは反対側で隣接する他の永久磁石１２２側へと向かって当該永久磁石１２２の端から延在し、当該永久磁石１２２側に向かって延在する部分を持たない。当該一対の磁気障壁部１２７の他方も同様に延在する。換言すれば、一の永久磁石の両端に設けられた一対の磁気障壁部１２７は、回転軸Ｑから当該永久磁石１２２よりも遠離るほど、互いに遠離る。したがって、磁極面Ｐ１は、永久磁石１２２の径方向Ｒ外側の磁極の辺縁に基づいて規定される。具体的には、回転軸Ｑを起点として当該辺縁を通ってロータコア１２１の表面に到達した点の集合で囲まれる領域が磁極面Ｐ１として規定される。

　なお、図示は省略するが、界磁子１２の磁極面Ｐ１のそれぞれが回転軸方向に延在する長さと、電機子１４の磁芯１４２が呈する鍔部１４６のそれぞれが回転軸方向に延在する長さとは、略等しい。また、ここでは永久磁石１２２の一が発生する界磁磁束が一の磁極面を発生させる場合を例示している。ただし、ロータコア１２１の表面に向けて同極性の界磁磁束を発生させる複数の永久磁石が一の磁極面を発生させても良い。かかる複数の永久磁石は、界磁磁束の発生という観点からは一の永久磁石としてまとめて把握することができる。かかる複数の永久磁石は例えばロータコア１２１の表面に向けて開口するＶ字型に配列される。

　同様に、磁芯１４２は、例えば周方向に複数個に分割されていても、それらが一まとめにして集中巻で巻回される電機子巻線の磁芯となっていれば、一の磁芯１４２として把握する。

　本実施形態では、電機子１４の磁芯１４２の個数（例えば９個）に比べて界磁子１２の磁極面の個数（例えば１２個）の方が多いので、一の磁極面が周方向に採り得る寸法の範囲よりも、磁芯１４２の界磁子１２に向く側（鍔部１４６）が周方向に採り得る寸法の範囲の方が大きい。よって、一の磁極面から発生した磁束のうち、トルク発生に寄与しない磁束の低減を図るには、磁芯１４２の界磁子１２に向く側の周方向の寸法を設定する方が、適切な寸法を設定しやすい。鍔部１４６の周方向の寸法を小さくすると、磁極面Ｐ１に対向する磁性体の面積が減少するため、一の磁極面Ｐ１から電機子１４へと流れる磁束が減少する。

　一の磁極面Ｐ１が、平面視で回転軸Ｑを中心として拡がる中心角を第１の中心角θａとし、鍔部１４６のそれぞれが平面視で回転軸Ｑを中心として拡がる中心角を第２の中心角θｂとすると、これらの比θａ／θｂの大きさとトルクの大きさとは図２のような関係にある。ここで、図２の縦軸は、比θａ／θｂ＝１．００としたときのトルクの大きさを１．００としたときを基準としている。

　漏洩磁束は、理想的には、界磁子の磁極面から発生する界磁磁束がすべて、当該磁極面に対向するティースに流れれば発生しない。通常、界磁子の磁極面と電機子のティースとの間は非常に狭く設定されることに鑑みれば、第１の中心角θａが第２の中心角θｂに等しくなるまで拡がれば、界磁子の一の磁極から流れる磁束がすべてこれに対向する一のティースへ流れると考えられる。換言すれば、少なくとも比θａ／θｂは１以上の値をとる必要がある。よって図２の縦軸では比θａ／θｂ＝１．００としたときのトルクの大きさを基準（１．００）とした。

　しかしながら、図２の実線で示されたグラフを参照すると、比θａ／θｂが値１．００を超えて上昇しても、トルクが増大し、極大値をとることが分かる。これは以下の理由によると考えられる。

　上記のように、比θａ／θｂ＝１．００であれば、界磁磁束がすべてティースに流れると考えることができるのは磁極面同士の間隔が十分に広い場合である。しかしながら、Ｐ／Ｓ＝４／３のようにスロット数に対して極数が多い場合、比θａ／θｂ＝１．００では、一の磁極面Ｐ１からの磁束は界磁子が回転する方向のティースの鍔部のみならず、これと反対側に位置するティースの鍔部へと流れやすい。これはスロット数に対して極数が多いことで、界磁子１２の回転方向の逆側に位置するティースには、一の磁極面Ｐ１の回転方向の逆側に位置する他の磁極面Ｐ１による磁束が流れるからである。つまり、一の磁極面Ｐ１から流れる磁束が一の鍔部を介して当該一の磁極面Ｐ１の回転方向の逆側に位置する他の磁極面Ｐ１へと流れ、これがトルクの発生を阻害する。よって回転方向の逆側に位置するティースの鍔部に回転方向と逆向きの界磁磁束が流れることから、比θａ／θｂが１より増大するにつれてトルクは増大するものと考えられる。他方、θｂの極端な減少はティースが界磁磁束を十分に受ける広がりをもたないことになり、一の磁極面Ｐ１からこれに隣接する他の磁極面Ｐ１へと流れる磁束が増大するため、比θａ／θｂが大きすぎてもトルクは減少する。よって、比θａ／θｂは１より大きい値において極大値を有することになる。

　図２に示すように、比θａ／θｂが、１．００≦θａ／θｂ≦１．５３のときに、θａ／θｂ＝１．００としたとき以上のトルクを得ることができる。さらに、１．０４＜θａ／θｂ＜１．３５であることが望ましい。この範囲において各点間の傾きの絶対値（図２中の破線のグラフ）、つまりトルクのθａ／θｂに対する依存性が低いので、漏洩磁束の低減効果が大きく、かつ寸法誤差に起因する影響も小さいからである。特に、比θａ／θｂは、θａ／θｂ＝１．２０とすることが望ましい。このときに回転電機１０Ｂで得られるトルクが最大となるからである。換言すれば、ｎ／ｍ＝４／３との関係を満たす場合には、１．００≦θａ／θｂ≦１．５３との関係を満たすように、望ましくは１．０４＜θａ／θｂ＜１．３５であるように、更に望ましくはθａ／θｂ＝１．２０となるように、θａ，θｂを設定することにより、比較的大きなトルクを回転電機１０Ｂで得ることができる。

　〈変形例〉
　以上、本実施の形態の好適な態様について説明したが、本実施の形態はこれに限定されるものではない。例えば、図３に示すように、一対の磁気障壁部１２７Ａが永久磁石１２２よりも回転軸Ｑから遠離る側につれて、当該一対の磁気障壁部１２７Ａ同士が互いに近付く方向に突出する形状を呈しても良い。ここで、図３は、本発明の変形例に係る回転電機の平面図であり、図１で示した平面図の一部（約４分の１の領域）を示している。なお、上述の実施形態と同様の機能を有する構成については、同一符号を付してその説明を省略する。

　一対の磁気障壁部１２７Ａが回転軸Ｑから遠離るにつれて互いに近付く方向に突出する形状を呈する場合には、当該突出する部位が、永久磁石１２２からロータコア１２１へと向かう磁束の一部を阻害する。このとき界磁子１２の表面に発生する磁極面Ｐ２は、次のようにして規定される。すなわち、磁極面Ｐ２は、一対の磁気障壁部１２７Ａで挟まれる領域の幅が最も狭い部位の辺縁に基づいて規定される。より具体的には、回転軸Ｑを起点として当該辺縁を通ってロータコア１２１の表面に到達した点の集合で囲まれる領域が磁極面Ｐ２として規定される。こうして規定される磁極面Ｐ２は、回転軸Ｑを起点として永久磁石１２２の径方向Ｒ外側の幅方向Ｔ端部を通ってロータコア１２１の表面に到達した点の集合で囲まれる領域よりも狭い。

　このような場合であっても、比θａ／θｂが、１．００≦θａ／θｂ≦１．５３との関係を満たす（望ましくは１．０４＜θａ／θｂ＜１．３５、更に望ましくはθａ／θｂ＝１．２０との関係を満たす）ことにより、比較的大きなトルクを回転電機１０Ｂで得ることができる。

　第１の実施の形態における比θａ／θｂが維持されることを前提として、下記に第２乃至第４の実施の形態を説明する。

　第２の実施の形態．
　図４に示すように、本発明の第２の実施形態に係る電機子用磁芯２０は、電機子巻線１４１とともに電機子１４を形成する。電機子１４が界磁子１２に対して、回転軸Ｑと反対側で対向することでラジアルギャップ型の回転電機１０Ｃを形成する。

　図４では界磁子の磁極面の数が１２（ｎ＝１２）、磁芯１４２の数が９（ｍ＝９）の態様を示し、ｎ／ｍ＝４／３の関係にある。

　電機子用磁芯２０は、磁芯１４２の複数と、インシュレータ１９とを備えている。第１の実施の形態と同様にして、ヨーク部１４３は磁芯１４２の複数を連結する。電機子用磁芯２０は更に、ヨーク部１４３を含むと把握しても良い。

　図５は、電機子１４の部分斜視図であり、図４において９個ある磁芯１４２のうち周方向に隣接する３個の磁芯１４２の近傍を示している。また、図６は電機子１４の部分断面図であり、幅方向Ｗに垂直な面での断面図を示している。

　巻回部１４４は、電機子巻線１４１が巻回される芯として機能する。また、鍔部１４６は、巻回部１４４よりも回転軸Ｑ側で界磁子１２（図４参照）と対向する。鍔部１４６は巻回部１４４の幅方向（回転軸Ｑを中心として巻回部１４４が延在する方向たる径方向Ｒと軸方向とのいずれにも垂直な方向）Ｗの辺縁よりも幅方向Ｗに突出する。

　本実施形態では巻回部１４４の幅方向Ｗの辺縁よりも幅方向Ｗに突出する鍔部１４６を呈する態様を示している。しかし必ずしも幅方向Ｗに突出する鍔部１４６を呈する必要はなく、巻回部１４４よりも回転軸Ｑ側が狭まっていても良い。これにより、電機子用磁芯２０の軽量化に資する。

　このような磁芯１４２及びヨーク部１４３は、予め定められた形状に打抜かれた鋼板の複数を軸方向に積層することにより形成できる。なお、図４では電機子巻線１４１は複数あるうちの一のみを破線で示している。また、図６では一の磁芯１４２のみについて、電機子巻線１４１で隠れる部位を破線で示している。

　インシュレータ１９は、例えば樹脂成形品が採用されて、磁芯１４２の軸方向の端部１４４ｂ上に載置される。具体的にはインシュレータ１９は、環状部１９１と、第１部１９２の複数と、突出部１９３の複数とを有する。インシュレータ１９は、磁芯１４２と電機子巻線１４１との絶縁に資する。

　環状部１９１は、ヨーク部１４３が呈する円環と略同径の円環を呈し、ヨーク部１４３の軸方向の端部１４３ｂに載置される。具体的には、環状部１９１の内径は、回転軸Ｑを中心として、回転軸Ｑとヨーク部１４３の回転軸Ｑに近い側（径方向Ｒ内側）の辺縁１４３ｃとの間の長さよりも大きい。環状部１９１の外径は、回転軸Ｑとヨーク部１４３の回転軸Ｑから遠い側（径方向Ｒ外側）の辺縁１４３ａとの間の長さよりも小さい。これにより、環状部１９１が電機子巻線１４１の巻回を阻害することを回避し、かつ、回転電機１０Ｃの径方向Ｒの大きさを抑制できる。

　環状部１９１には複数の第１部１９２が接続される。具体的には例えば磁芯１４２と同数（本実施形態では９個）の第１部１９２が回転軸Ｑを中心として周方向で等間隔に放射状に延在し、環状部１９１に接続される。それぞれの第１部１９２が、複数の磁芯１４２それぞれが呈する端部１４４ｂ上に、より具体的には、巻回部１４４の軸方向の端部１４４ｂ上に載置される。

　本実施形態では第１部１９２が磁芯１４２と同数の態様を示している。しかし必ずしも同数である必要はなく、第１部１９２の個数は、磁芯１４２の個数以下であれば良い。

　巻回部１４４が幅方向Ｗに長さＷ２を呈するとき、当該巻回部１４４の軸方向の端部１４４ｂ上に載置される第１部１９２の幅方向Ｗの長さＷ１は、長さＷ２に略等しいことが望ましい。何となれば、第１部１９２が巻回部１４４よりも幅方向Ｗに突出しないことにより、電機子巻線１４１の占積率向上に資するからである。

　また、巻回部１４４が同一形状に打抜かれた鋼板の複数を積層して形成された場合には（あるいは磁芯１４２が同一形状に打抜かれた鋼板の複数を積層して形成された場合には）、端部１４４ｂの幅方向Ｗの辺縁が径方向Ｒからの平面視で直角を呈する。よってＷ１＜Ｗ２では当該辺縁での電機子巻線の損傷を招来する。この観点からも長さＷ１は、長さＷ２に略等しいことが望ましい。

　突出部１９３は、例えば第１部１９２のそれぞれに接続されて、鍔部１４６の軸方向の端部１４６ｂ上に載置される。具体的には、突出部１９３は、鍔部１４６の軸方向の端部１４６ｂ上に載置されて、鍔部１４６の幅方向Ｗの双方の辺縁１４６ｄよりも幅方向Ｗの両側に突出する。より具体的には、突出部１９３は、巻回部１４４の幅方向Ｗの双方の辺縁１４４ｄよりも幅方向Ｗの両側に突出する。

　ただし突出部１９３は、当該突出部１９３に接続される第１部１９２が載置される巻回部１４４の鍔部１４６と、当該鍔部１４６に周方向で隣接する他の鍔部１４６との最近接地点の中間地点より突出することはない。これによりスロット開口部を確保できる。

　本実施形態では、インシュレータ１９は巻回部１４４の幅方向Ｗの双方の辺縁１４４ｄを覆っていないが、覆っても良い。そのとき、突出部１９３が「突出する」とは、辺縁１４４ｄを覆うインシュレータ（辺縁１４４ｄを覆う態様は図示省略）の厚みよりも十分に大きい長さだけ突出することをいう。

　突出部１９３が、巻回部１４４の幅方向Ｗの辺縁１４４ｄよりも幅方向Ｗの両側に突出する。かかる構成は、突出部１９３が辺縁１４４ｄよりも突出しない場合と比して、電機子巻線１４１が界磁子１２側に引っ張られる力に対する抗力を与える領域が増大し、かつ当該抗力を与えない領域が減少する。

　よって、巻回部１４４の幅方向Ｗの寸法に依存せず、電機子巻線１４１が界磁子１２側に崩れることを回避又は抑制できる。仮に鍔部１４６を巻回部１４４の幅方向Ｗの辺縁よりも突出させるとしても、突出部１９３を鍔部１４６よりも幅方向Ｗに更に突出させるので、電機子巻線１４１が界磁子１２側に崩れることをより確実に回避又は抑制できる。

　また、漏洩磁束の低減を考慮して鍔部１４６の幅を磁極面の幅に応じて設定できるので、電機子巻線１４１が界磁子１２側に崩れることを阻止しつつ、界磁子１２と電機子１４との間の磁束の漏洩を低減することに資する。

　第３の実施の形態．
　図７に示すように、本発明の第３の実施の形態に係る電機子用磁芯２０Ａは、第２の実施の形態で示したインシュレータ１９に代えて、インシュレータ１９Ａを有する。電機子用磁芯２０Ａと電機子巻線１４１とで電機子１４Ａを形成し、電機子１４Ａと界磁子１２とでラジアルギャップ型の回転電機１０Ａを形成する。なお、以下の実施形態において既述の実施形態と同様の機能を有する要素については、同一符号を付してその説明を省略する。

　鍔部１４６Ａは、第１実施形態の鍔部１４６と同様に、巻回部１４４の幅方向Ｗの辺縁よりも幅方向Ｗに突出する。その突出長さは、幅方向Ｗの一方側（巻回部１４４の延在方向における回転軸Ｑを中心とする周方向で反時計方向側に対応する方向側）Ｗａに比して他方側Ｗｂの方が長い。このような鍔部１４６Ａを電機子用磁芯２０Ａが備える磁芯１４２Ａのすべてに設け、これを採用した電機子１４Ａに対して界磁子１２を回転軸Ｑを中心とする周方向で反時計方向に回転させることにより、界磁子１２からの漏洩磁束を低減できる。

　インシュレータ１９Ａは、第２の実施の形態のインシュレータ１９と同様に、環状部１９１と、複数の第１部１９２とを有する。そして、第２の実施の形態の突出部１９３に代えて突出部１９３Ａを有する。

　突出部１９３Ａは、例えば第１部１９２のそれぞれに接続されて鍔部１４６Ａの軸方向の端部１４６ｂ上に載置される。具体的には、突出部１９３Ａは、鍔部１４６Ａの軸方向の端部１４６ｂ上に載置されて、鍔部１４６Ａの幅方向Ｗの一方側Ｗａの辺縁１４６ｄＡよりも幅方向Ｗの当該一方側Ｗａに突出する。より具体的には、突出部１９３Ａは、巻回部１４４の幅方向Ｗの一方側Ｗａの辺縁たる一方側辺縁１４４ｄＡよりも幅方向Ｗの当該一方側Ｗａに突出する。

　一方側辺縁１４４ｄＡからの突出部１９３Ａの突出長さは、例えば幅方向Ｗの他方側Ｗｂの辺縁たる他方側辺縁１４４ｄＢからの鍔部１４６Ａの当該他方側Ｗｂへの突出長さに等しい。そして、突出部１９３Ａの当該他方側Ｗｂは、当該他方側Ｗｂの辺縁１４４ｄＢからの、鍔部１４６Ａの当該他方側Ｗｂへの突出長さに等しい。要するに、鍔部１４６Ａが幅方向Ｗで非対称を呈し、突出部１９３Ａが幅方向Ｗで対称を呈する。

　突出部１９３Ａは、当該突出部１９３Ａに接続される第１部１９２が載置される巻回部１４４の鍔部１４６Ａと、当該鍔部１４６Ａに周方向で隣接する他の鍔部１４６Ａとの最近接地点の中間地点より突出することはない。これにより鍔部１４６Ａが幅方向Ｗで非対称であるモータ（図示省略）においても、インシュレータ１９Ａを幅方向Ｗで対称とすることで、電機子巻線１４１が界磁子１２側に崩れることをより確実に回避又は抑制できる。

　第４の実施の形態．
　図８、図９に示すように、本発明の第４の実施の形態に係る電機子用磁芯は、第２の実施の形態で示したインシュレータ１９に代えてインシュレータ１９Ｂを有する。これにより電機子１４Ｂを形成する。なお、図８は、電機子１４Ｂの部分斜視図であり、図５に相当する部位を示している。また、図９は電機子１４Ｂの部分断面図であり、幅方向Ｗに垂直な面での断面図を示している。

　インシュレータ１９Ｂは、第２の実施の形態のインシュレータ１９と同様に、環状部１９１と、複数の第１部１９２と、複数の突出部１９３とを有し、第２部１９４を更に有する。

　第２部１９４は、鍔部１４６の幅方向で隣接する。具体的には例えば、第２部１９４は、突出部１９３のうち、鍔部１４６の幅方向Ｗの双方の辺縁１４６ｄよりも幅方向Ｗの両側に突出する部位の軸方向の端部に接続されて、鍔部１４６の幅方向Ｗの双方の辺縁１４６ｄの軸方向Ｑ全体にわたって近接する。

　本実施形態では突出部１９３と第２部１９４とが一体に形成されている態様を図８に示している。つまり、径方向Ｒからの平面視で第２部１９４は突出部１９３とともに略Ｕ字形状を呈し、鍔部１４６の辺縁（軸方向の端部１４６ｂ及び幅方向Ｗの辺縁１４６ｄ）に近接する。

　図８、図９では図示を省略している軸方向の一方側においては、例えば次のような態様を呈する。すなわち、鍔部１４６の軸方向の当該一方側の端部（図示省略）上に、第１実施形態で示した突出部１９３を載置し、当該突出部１９３と第２部１９４とを接続する。これにより、電機子巻線１４１が界磁子１２側に崩れることをより確実に回避又は抑制できる。

　第２乃至第４の実施の形態の好適な態様について説明したが、当該実施の形態はこれに限定されるものではない。例えば、第２部１９４を幅方向Ｗの一方側にのみ設けても良い。

　この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

Claims

　回転軸（Ｑ）を中心として回転するシャフトに固定される界磁子（１２）と、
　前記回転軸に平行な回転軸方向からの平面視で前記回転軸に対して前記界磁子の外側で空隙を介して前記界磁子と対向する電機子（１４）とを備える回転電機（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）であって、
　前記界磁子は、永久磁石（１２２）の複数を有する埋込磁石型ロータであり、
　前記電機子は電機子巻線を巻回する磁芯（１４２）の複数を有し、
　前記界磁子における磁極の個数ｎ（ｎは自然数）と前記磁芯の個数ｍ（ｍは自然数）とはｎ／ｍ＝４／３の関係を満たし、
　前記磁芯の各々は前記電機子巻線が集中巻で巻回される巻回部（１４４）と、前記巻回部よりも前記界磁子側の第１部（１４６）とを呈し、
　前記永久磁石の各々によって、前記界磁子の前記電機子と対向する側の表面に発生する磁極面（Ｐ１，Ｐ２）の各々が、前記平面視で前記回転軸を中心として拡がる中心角を第１の角度θａとしたとき、
　前記第１部の各々が前記平面視で前記回転軸を中心として拡がる中心角たる第２の角度θｂは、
１．００≦θａ／θｂ≦１．５３
との関係を満たす、回転電機。
　前記第２の角度θｂは、前記第１の角度θａに対して
１．０４＜θａ／θｂ＜１．３５
との関係を満たす、
請求項１記載の回転電機。
　前記第２の角度θｂは、前記第１の角度θａに対して
θａ／θｂ＝１．２０
との関係を満たす、請求項２記載の回転電機。
　前記電機子は、
　前記磁芯（１４２）の前記軸に平行な軸方向の第１の端部（１４４ｂ）に載置されるインシュレータ（１９，１９Ａ，１９Ｂ）
を更に有し、
　前記インシュレータは、前記磁芯の前記界磁子と対向する側において、前記磁芯の前記界磁子と対向する第２の端部（１４６）の前記軸方向及び前記径方向のいずれにも垂直な幅方向（Ｗ）の辺縁（１４６ｄ，１４６ｄＡ）よりも、少なくとも前記幅方向のいずれかに突出する、請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の回転電機。
　前記辺縁（１４６ｄ）のうち前記幅方向（Ｗ）の一方側（Ｗａ）の端部（１４６ｄＡ）が前記巻回部の前記一方側の辺縁たる一方側辺縁（１４４ｄＡ）から突出する前記幅方向の長さは、前記辺縁（１４６ｄ）のうち前記幅方向の他方側（Ｗｂ）の端部（１４６ｄＢ）が前記巻回部の前記他方側の辺縁たる他方側辺縁（１４４ｄＢ）から突出する前記幅方向の長さよりも短く、
　前記インシュレータ（１９Ａ）は前記一方側にのみ突出し、
　前記インシュレータの前記一方側辺縁からの突出長さは、前記辺縁の前記他方側の端部が前記他方側辺縁から突出する前記幅方向の長さに略等しい、請求項４記載の回転電機。
　前記インシュレータ（１９，１９Ｂ）は、
　前記磁芯（１４２）の前記界磁子と対向する側において、前記径方向（Ｒ）に対して前記幅方向（Ｗ）の双方にそれぞれ突出する、請求項４記載の回転電機。
　前記インシュレータ（１９Ｂ）は、
　前記磁芯（１４２）の前記第１の端部（１４４ｂ）上に載置される第１部（１９２）と、
　前記第２の端部（１４６）に前記幅方向（Ｗ）で隣接する第２部（１９４）と
を有する、請求項４ないし請求項６のいずれか一つに記載の回転電機。
　前記第２部（１９４）は、前記辺縁（１４６ｄ）の前記軸方向全体にわたって近接する、請求項７記載の回転電機。
　前記第１部（１９２）のうち前記巻回部上に載置される部位の前記幅方向（Ｗ）の長さ（Ｗ１）は、前記巻回部の前記幅方向の長さ（Ｗ２）に略等しい、請求項５ないし請求項８のいずれか一つに記載の回転電機。