WO2018147392A1 - 回転電機 - Google Patents

Abstract

回転電機は（１０）、周方向に複数の磁極部（２２）を有する回転子（１２）と、磁極部の外周側及び内周側の少なくともいずれかに回転子と同軸に配置された固定子（１３）と、を備えている。固定子は、周方向に複数のスロット（２４）を有する固定子コア（２５）と、スロットに巻装された固定子巻線（３０）とを有している。固定子コアは、環状のヨーク（２６）と、当該ヨークから磁極部に向けて径方向に延びる複数のティース（２７）とを備え、ティースは、径方向内側ほど、径方向外側に比べて周方向の幅が狭くかつ軸方向の厚みが厚くなっている。

Description

回転電機 関連出願の相互参照

　本出願は、２０１７年２月１３日に出願された日本出願番号２０１７－０２４４３７号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、ラジアルギャップ型の回転電機に関するものである。

　回転電機においては、小型化を図るべく、固定子巻線として平角導線を採用することが行われている。平角導線の断面形状は、導線加工工程の簡素化の面から台形状よりは正方形又は長方形が望ましい。

　他方、ラジアルギャップ型回転電機の固定子において、導体断面が正方形又は長方形であることからすると、固定子コア（鉄心）において導線を収容するスロットを矩形状とすることが望ましい。この場合、固定子コアにおいて周方向に設けられる複数のティースが、内径側ほど幅狭の台形状となり、磁路幅の細い内径側において磁気飽和を生じ易くなることが懸念される。回転電機において磁気飽和を生じると、励磁電流が増加し、効率低下や出力の低下、騒音振動の増加が懸念される。磁気飽和を生じさせないためには、上記の台形状を維持したままティース内周部を幅広にすることが考えられるが、かかる構成では、固定子そのものが大型化してしまう背反が生じる。

　例えば特許文献１に記載の技術では、ティースの周方向幅を径方向に沿ってほぼ一定にすることで、スロットを、内周側の周方向幅がその外周側の周方向幅より小さくなるように形成することとしている。この場合、例えばスロットを台形状にする等の構成が示されている。

国際公開第２０１４／１９２３５０号

　しかしながら、上記特許文献１の構成では、径方向においてスロット幅が相違することから、スロット内の内周側と外周側とで導体の収容態様を変えることが強いられる。例えば、スロット内の内周側と外周側とで導体収容の向きを変えたり、異なる断面形状の導体を用いたりすることが強いられる。そのため、回転子を製造する過程において、スロット内へ導体を挿入する工程が煩雑になること、成型治具が多様化して管理や段取りが嵩むこと等の不都合が生じる。つまり、構成上の煩雑化を招来することが懸念される。

　本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、出力増大を図りつつ、しかも構成上の煩雑化を抑制することができる回転電機を提供することにある。

　以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

　第１の手段では、
　周方向に複数の磁極部を有する回転子と、前記磁極部の外周側及び内周側の少なくともいずれかに前記回転子と同軸に配置された固定子と、を備え、
　前記固定子は、周方向に複数のスロットを有する固定子コアと、前記スロットに巻装された固定子巻線とを有しており、
　前記固定子コアは、環状のヨークと、当該ヨークから前記磁極部に向けて径方向に延びる複数のティースとを備え、
　前記ティースは、径方向内側ほど、径方向外側に比べて周方向の幅が狭くかつ軸方向の厚みが厚くなっている。

　上記構成において、固定子コアのティースでは、径方向内側ほど、径方向外側に比べて周方向の幅が狭くなっており、固定子コアの平面視において（すなわち軸方向端部側から見て）台形状をなしている。これにより、周方向に隣り合うティース間に、径方向に沿って均一幅となるようにスロットを形成することが可能となる。したがって、スロット内の内周側と外周側とで導体の収容態様を変えることが強いられるといった不都合を抑制できる。

　また加えて、ティースにおいて、軸方向の厚みが径方向内側ほど厚くなっている。この場合、ティースでは、径方向内側ほど周方向に幅狭になるが、その分、軸方向の厚みが厚くなることで、ティースの内周部分において磁束流路面積を確保することができる。そのため、機器体格の大型化を抑制しつつもティースでの磁気飽和を緩和できる。その結果、出力増大を図りつつ、しかも構成上の煩雑化を抑制することができる。

　第２の手段では、前記固定子コアの軸方向両端のうち少なくともいずれかにおいて前記ティースに相当する部分の端面が、軸方向に直交する方向に対して傾斜し、かつ径方向内側ほど軸方向外側に膨出する傾斜面となっている。

　上記構成では、固定子コアの軸方向両端のうち少なくともいずれかの端面を、軸方向に直交する方向に対して傾斜し、かつ径方向内側ほど軸方向外側に膨出する傾斜面とすることにより、径方向内側ほど周方向の幅が狭くかつ軸方向の厚みが厚い複数のティースを有する固定子コアを好適に形成することができる。

　第３の手段では、前記ティースは、前記スロットを周方向に区画する部分である区画部において内周側端部の断面積と外周側端部の断面積とが等しくなっている。

　この場合、ティースにおいてスロットを周方向に区画する区画部において内周側端部の断面積と外周側端部の断面積とを等しくしたため、従来磁気飽和しがちであった内周側端部で磁気飽和が生じにくくなり、固定子巻線への鎖交磁束量を増強できる。これにより、出力増大を図ることが可能となる。

　第４の手段では、前記ティースの周方向側面が直線状の平坦面、前記固定子コアの軸方向両端のうち少なくともいずれかにおいて前記ティースに相当する部分の端面が、軸方向に直交する方向に対して傾斜し、かつ径方向内側ほど軸方向外側に膨出する傾斜面となっており、前記傾斜面は、径方向に凹状に延びる円弧面となっている。

　上記構成では、傾斜面が径方向に凹状に延びる円弧面となっていることから、傾斜面が径方向に直線状に延びる構成（円錐状とする構成）と比べて、径方向の各部においてティース断面積の差を小さくすることができる。つまり、ティースの横断面の面積Ｓを「周方向幅Ｄ×軸方向厚みＨ」とする場合、径方向に比例的に変化する周方向幅Ｄに対して軸方向厚みＨを反比例的に変化させることで、径方向の各部においてティース断面積を略同一にすることが可能となる。これにより、ティースの径方向において磁束量の均一化を図ることができる。

　第５の手段では、前記固定子コアは、複数の鋼板が積層されてなる積層コア部と、その積層コア部の軸方向両端のうち少なくともいずれかに一体に設けられ、前記固定子コアの軸方向端面を、軸方向に直交する方向に対して傾斜し、かつ径方向内側ほど軸方向外側に膨出する傾斜面とする傾斜コア部とを有する。

　上記構成では、複数の鋼板が積層されてなる積層コア部に対して傾斜コア部が一体に設けられることで、固定子コアが形成されている。この場合、従来同様の構成である積層コア部を用いつつ、軸方向に所望の形状とする固定子コアを好適に構築できる。

　第６の手段では、前記傾斜コア部は、磁性粉体を材料とする成形体により構成されている。

　磁性粉体を材料として傾斜コア部を成形することにより、固定子コアの軸方向端面が傾斜面となるような構成であっても、その固定子コアを簡易に実現できる。

　第７の手段では、前記傾斜コア部は、前記固定子コアの軸方向端面において前記ヨークの少なくとも一部を除く部位に設けられている。

　回転電機では、ハウジングに対してヨークを係合させることにより固定子コアを固定する構成が知られている。この場合、磁性粉体の成形体よりなる傾斜コア部が固定コアの軸方向端面に設けられていると、コア固定を行う上で不都合が生じ得る。この点、固定子コアの軸方向端面においてヨークの少なくとも一部を除く部位に傾斜コア部が設けられているため、コア端面に傾斜コア部が設けられていても、固定子コアの固定を好適に実施できる。

　第８の手段では、前記スロット内には、前記固定子巻線を構成する導体が径方向に複数並べて配置され、前記固定子コアの軸方向両端には、それぞれ前記固定子巻線の一部であって、少なくとも１磁極分離れた前記スロットの間を繋ぐ繋ぎ部によりコイルエンド部が形成され、前記固定子コアの軸方向両端のうち少なくともいずれかにおいて前記ティースに相当する部分の端面が、軸方向に直交する方向に対して傾斜し、かつ径方向内側ほど軸方向外側に膨出する傾斜面となっており、前記コイルエンド部において、前記スロットの径方向内側に配置される前記繋ぎ部が、前記スロットの径方向外側に配置される前記繋ぎ部よりも盛り上がった形状となっている。

　固定子コアでは径方向内側と径方向外側とで円周長さが異なるため、固定子巻線において繋ぎ部の導体長さ（例えば導体セグメントのターン部の長さ）が全て同一である構成であれば、コイルエンド部において径方向内側と径方向外側とで繋ぎ部の盛り上がり量が相違する。つまり、スロットの径方向内側に配置される繋ぎ部が、スロットの径方向外側に配置される繋ぎ部よりも盛り上がった形状となる。この場合、コイルエンド部の盛り上がりと同様の向きで、固定子コアの軸方向端面の傾斜面が形成されている。これにより、固定子コアの軸方向端面において効率的な空間利用が可能となっている。

　第９の手段では、前記回転子は、前記磁極部として、前記固定子の内周側に配置される第１磁極部と、前記固定子の外周側に配置される第２磁極部とを有し、前記固定子コアは、前記ティースとして、前記ヨークから前記第１磁極部に向けて径方向内側に延びる複数の第１ティースと、前記ヨークから前記第２磁極部に向けて径方向外側に延びる複数の第２ティースとを備え、前記第１ティース及び前記第２ティースは、径方向内側ほど、径方向外側に比べて周方向の幅が狭くかつ軸方向の厚みが厚くなっている。

　上記構成では、二重ロータ式の回転電機において、第１ティース及び第２ティースが、径方向内側ほど、径方向外側に比べて周方向の幅が狭くかつ軸方向の厚みが厚くなっている。この場合、上記と同様に、スロット内の内周側及び外周側で導体の収容態様を変えることが強いられず、かつ機器体格の大型化を抑制しつつもティースでの磁気飽和を緩和できる。

　第１０の手段では、前記固定子として、径方向内側及び径方向外側に互いに離間して設けられる第１固定子及び第２固定子を備え、前記第１固定子及び前記第２固定子の間に設けられる前記回転子は、前記磁極部として、内周側に配置される第１磁極部と、外周側に配置される第２磁極部とを有し、前記第１固定子及び前記第２固定子にそれぞれ設けられた前記固定子コアの一方には、前記ティースとして、前記ヨークから前記第１磁極部に向けて径方向外側に延びる複数の第１ティースと、前記ヨークから前記第２磁極部に向けて径方向内側に延びる複数の第２ティースとを備え、前記第１ティース及び前記第２ティースは、径方向内側ほど、径方向外側に比べて周方向の幅が狭くかつ軸方向の厚みが厚くなっている。

　上記構成では、二重ステータ式の回転電機において、第１ティース及び第２ティースが、径方向内側ほど、径方向外側に比べて周方向の幅が狭くかつ軸方向の厚みが厚くなっている。この場合、上記と同様に、スロット内の内周側及び外周側で導体の収容態様を変えることが強いられず、かつ機器体格の大型化を抑制しつつもティースでの磁気飽和を緩和できる。

　第１１の手段では、固定子軸方向の両端のうち少なくともいずれかにおいて、前記第１ティース及び前記第２ティースに相当する部分の端面が、それぞれ軸方向に直交する方向に対して傾斜する傾斜面となっており、前記第１ティース側と前記第２ティース側とで前記傾斜面の傾斜角度が異なっている。

　この場合、第１ティース側と第２ティース側とで傾斜面（固定子コアの軸方向端面）の傾斜角度が異なっている構成では、第１ティース及び第２ティースで、径方向長さが異なっていたり、周方向幅が異なっていたりしても、その違いにかかわらず、スロットの内周側と外周側とのティース断面積を等しくすることが可能となる。

　第１２の手段では、前記第１ティースの数と前記第２ティースの数とが異なっている。

　この場合、第１ティースの数と第２ティースの数とが異なっていることで、径方向内側（第１ティース側）と径方向外側（第２ティース側）とにおいて異なる方式で固定子巻線を巻装すること等が可能となる。例えば、径方向内側の第１ティースの数を、径方向外側の第２ティースの数よりも少なくするとよい。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、回転電機の縦断面図であり、 図２は、回転子と固定子コアとを示す横断面図であり、 図３は、導体セグメントの構成を示す斜視図であり、 図４は、固定子の部分断面図であり、 図５は、コイルエンド部での導体接合状態を拡大して示す斜視図であり、 図６は、（ａ）はティースの平面図、（ｂ）はティースの縦断面図であり、 図７は、ティースの立体形状を示す斜視図であり、 図８は、回転子及び固定子の縦断面図であり、 図９は、第２実施形態において（ａ）は回転子と固定子コアとを示す横断面図、（ｂ）は回転電機の要部の縦断面図であり、 図１０は、第２実施形態においてティースの立体形状を示す斜視図であり、 図１１は、第３実施形態において（ａ）は回転子と固定子コアとを示す横断面図、（ｂ）は回転電機の要部の縦断面図であり、 図１２は、第３実施形態においてティースの立体形状を示す斜視図であり、 図１３は、第４実施形態において（ａ）は回転子と固定子コアとを示す横断面図、（ｂ）は回転電機の要部の縦断面図であり、 図１４は、別の実施形態において回転子と固定子コアとを示す横断面図であり、 図１５は、別の実施形態において回転子と固定子コアとを示す横断面図であり、 図１６は、別の実施形態においてティースの縦断面図である。

　以下、実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態における回転電機は、例えば車両動力源として用いられるものとなっている。ただし、回転電機は、産業用、車両用、家電用、ＯＡ機器用、遊技機用などとして広く利用されることが可能となっている。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一又は均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

　（第１実施形態）
　本実施形態に係る回転電機１０は、インナロータ式（内転式）の多相交流モータであり、その概要を図１及び図２に示す。図１は、回転電機１０の回転軸１１に沿う方向での縦断面図であり、図２は、回転軸１１に直交する方向での回転子１２及び固定子１３の横断面図である。以下の記載では、回転軸１１が延びる方向を軸方向とし、回転軸１１を中心として放射状に延びる方向を径方向とし、回転軸１１を中心として円周状に延びる方向を周方向としている。

　回転電機１０は、回転軸１１に固定された回転子１２と、回転子１２を包囲する位置に設けられる固定子１３と、これら回転子１２及び固定子１３を収容するハウジング１４とを備えている。回転子１２及び固定子１３は同軸に配置されている。ハウジング１４は、有底筒状の一対のハウジング部材１４ａ，１４ｂを有し、ハウジング部材１４ａ，１４ｂが開口部同士で接合された状態でボルト１５の締結により一体化されている。ハウジング１４には軸受け１６，１７が設けられ、この軸受け１６，１７により回転軸１１及び回転子１２が回転自在に支持されている。

　回転子１２は、回転子コア２１と、回転子コア２１の外周部（すなわち固定子１３の内周部に対して径方向に対向する側）に配置された複数の永久磁石２２とを有している。回転子コア２１は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により固定することで構成されている。永久磁石２２は、磁極部に相当し、極性が交互に異なるようにして周方向に所定間隔で配置されている。本実施形態では、回転子１２の磁極を１０磁極としているが、その磁極数に限定されるものではない。永久磁石２２は、希土類磁石でもフェライト磁石でもよく、磁石形状が断面直方状をなすもの以外に、円弧状をなすものやＶ字状をなすものでもよい。また、埋め込み磁石型でなくても、磁極表面に永久磁石２２を配置した表面磁石型であってもよい。

　固定子１３は、周方向に複数のスロット２４を有する円環状の固定子コア２５と、固定子コア２５の各スロット２４に分布巻で巻装された３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の固定子巻線３０とを備えている（図２では固定子巻線３０を略している）。固定子コア２５は、円環状の複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により固定することで構成されている。固定子コア２５は、円環状のヨーク２６と、ヨーク２６から径方向内側へ突出し周方向に所定距離を隔てて配列された複数のティース２７とを有し、隣り合うティース２７の間にスロット２４が形成されている。各ティース２７は、周方向に等間隔でそれぞれ設けられている。各スロット２４は、固定子コア２５の径方向を長手として延びる開口形状をなしている。

　各ティース２７の先端部にはフランジ２８が形成されており（図４参照）、このフランジ２８が、周方向に延びる鍔部に相当する。なお、図２等においては、ティース２７の先端部にフランジ２８が形成されることで、スロット２４としてセミクローズドスロットが示されているが、フランジ２８が形成されていないオープンスロットであってもよい。

　固定子コア２５に形成されたスロット２４の数は、回転子１２の磁極数（１０磁極）に対し、固定子巻線３０の１相あたり２個の割合となっている。本実施形態では、１０×３×２＝６０により、スロット数が６０個となっている。６０個のスロット２４は、周方向に繰り返し２個ずつ配置されたＵ相スロット、Ｖ相スロット及びＷ相スロットよりなる。

　各スロット２４には、ティース２７に巻回されるようにして固定子巻線３０が巻装されている。本実施形態では、固定子巻線３０を、複数の導体セグメント３１を互いに接合することで構成しており、導体セグメント３１を図３に示す。導体セグメント３１は、一対の直線部３２と、一対の直線部３２の一端同士を連結するターン部３３とを有している。一対の直線部３２における互いの離間距離は１磁極ピッチ（６スロットピッチ）である。一対の直線部３２は、固定子コア２５の軸方向の厚さよりも大きい長さを有している。導体セグメント３１は、断面矩形状の線状材よりなる被覆導線（平角導線）を用いて構成され、略Ｕ字形状に塑性変形させることで形成されている。なお、導体セグメント３１の断面は、正方形、長方形のいずれでもよく、角部にはコーナーアール成形又は面取り成形が施されていてもよい。図４に示すように、スロット２４内には、複数（８本）の導体セグメント４０がコア径方向に一列に並べて挿入配置されている。なお、スロット２４内には、周囲を絶縁シートで囲った状態で導体セグメント３１が挿入されている。

　固定子コア２５においては、軸方向の一端側に導体セグメント３１のターン部３３が突出し、他端側に一対の直線部３２の先端部が突出している。そしてこの状態で、図５に示すように、各直線部３２が、固定子コア２５の端面に対して斜めに互いに周方向反対側へ捻られることで捻り部３４が形成され、その捻り部３４において、２つずつの導体セグメント３１の先端部どうしが例えば溶接により接合されている。導体セグメント３１どうしの導体接合部分は絶縁体３５により覆われている。これにより、各導体セグメント３１が所定のパターンで電気的に接続されている。この場合、所定の導体セグメント３１が直列に接続されることにより、固定子コア２５において周方向にＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線がそれぞれ巻回され、その各相巻線により固定子巻線３０が形成されている。

　固定子コア２５に固定子巻線３０が巻装された状態では、固定子コア２５の軸方向一端側に、複数の導体セグメント３１のターン部３３により全体としてリング状の第１コイルエンド部３６（図１参照）が形成されている。また、固定子コア２５の軸方向他端側には、複数の導体セグメント３１の直線部３２（捻り部３４）により全体としてリング状の第２コイルエンド部３７（図１参照）が形成されている。コイルエンド部３６，３７において、ターン部３３及び捻り部３４は、１磁極分（又は２磁極分でも可）離れたスロット２４の間を繋ぐ繋ぎ部に相当する。

　以下には、固定子コア２５のティース２７について特徴的な構成を説明する。図６において（ａ）はティース２７の平面形状を示し、（ｂ）はティース２７の縦断面を示す。なお、図６（ｂ）は、図６（ａ）の６ｂ－６ｂ断面図である。図７は、ティース２７の立体形状を示す斜視図である。

　図６（ａ）に示すように、固定子コア２５において、ティース２７は、径方向内側ほど、径方向外側に比べて周方向の幅が狭くなっており、径方向内側の位置Ｐ１での周方向幅ｄ１は、径方向外側の位置Ｐ２での周方向幅ｄ２よりも小さいものとなっている（ｄ１＜ｄ２）。この場合、ティース２７は、固定子コア２５の平面視において（すなわち軸方向端部側から見て）台形状をなしている。これにより、周方向に隣り合うティース２７間に、径方向に沿って均一幅となるようにスロット２４が形成されている。

　また、図６（ｂ）に示すように、ティース２７は、軸方向の厚みが径方向内側ほど厚くなっており、径方向内側の位置Ｐ１での軸方向厚みｈ１は、径方向外側の位置Ｐ２での軸方向厚みｈ２よりも大きいものとなっている（ｈ１＞ｈ２）。この場合、固定子コア２５における軸方向両側の端面が、軸方向に直交する方向に対して傾斜し、かつ径方向内側ほど軸方向外側に膨出する傾斜面となっている。本実施形態では、コア端面の傾斜面を、径方向に直線状に延びる構成としている。なお、固定子コア２５は、外周部分であるヨーク２６とその内周側のティース２７とを有するが、そのうちティース２７に相当する部分の端面が傾斜面となっていればよい。

　ここで、ティース２７は、スロット２４を周方向に区画する部分である区画部において内周側端部の断面積と外周側端部の断面積とが等しくなっていることが望ましい。すなわち、図７に示すように、ティース２７においてフランジ２８を除く部位が、スロット２４を周方向に区画する区画部Ｋであり、その区画部Ｋの内周側端部の断面積Ｓ１と外周側端部の断面積Ｓ２とが等しくなっている（Ｓ１＝Ｓ２）。なお、断面積Ｓ１，Ｓ２は、ティース２７の周方向幅と軸方向厚みとの積により定められるとよい。

　ティース２７は、回転子１２側である径方向内側ほど周方向に幅狭になっているが、その分、軸方向の厚みが厚くなることで、ティース２７の内周部分において磁束流路面積を確保することができる。

　図８に示すように、固定子コア２５は、複数の鋼板４１ａが積層されてなる積層コア部４１と、その積層コア部４１の軸方向両端側にそれぞれ一体に設けられた傾斜コア部４２とを有している。積層コア部４１は円環状をなし、軸方向両側の端面はいずれも軸方向に対して直交する平坦面となっている。

　傾斜コア部４２は、積層コア部４１の端面に一体化させて設けられ、積層コア部４１とは反対側が、径方向中心側ほど膨出する傘状となっている。これにより、固定子コア２５において、軸方向端面が、軸方向に直交する方向に対して傾斜し、かつ径方向内側ほど軸方向外側に膨出する傾斜面（円錐面）となっている。傾斜コア部４２は、磁性粉体を材料とする成形体により構成されている。磁性粉体は、例えば軟磁性材料である鉄－ケイ素系合金の粒子が絶縁層で覆われて構成されている。固定子コア２５の製造時には、例えば傾斜コア部４２を個別に形成し、エポキシ系の接着剤等により積層コア部４１に対して組み付けるとよい。また、積層コア部４１に対して成形型を組み付け、その型内に磁性粉体を導入し圧縮成形することで、積層コア部４１に一体に傾斜コア部４２を形成する構成であってもよい。

　積層コア部４１と傾斜コア部４２とは、平面視において略同じ形状を有しており、いずれにおいてもヨーク２６に相当する部分（ヨーク形成部）とティース２７に相当する部分（ティース形成部）を有する。ただし本実施形態では、傾斜コア部４２は、固定子コア２５の軸方向端面においてヨーク２６の一部を除く部位に設けられている。具体的には、傾斜コア部４２の外周寸法は、積層コア部４１の外周寸法よりも小さく、積層コア部４１の端面の一部には傾斜コア部４２が存在しない構成となっている。この場合、積層コア部４１の端面において傾斜コア部４２の不存在部分を用い、ハウジング１４に対する固定子コア２５の係合により固定子コア２５の固定が行われるようになっている。なお、傾斜コア部４２の外周寸法を積層コア部４１の外周寸法と同じにする構成であってもよい。

　軸方向に見て、固定子コア２５の積層コア部４１は、回転子１２と同じ大きさで設けられている。すなわち、積層コア部４１と傾斜コア部４２とのうち積層コア部４１が回転子１２の外周部に対向するようにして、固定子コア２５が構成されている。ただし、傾斜コア部４２が回転子１２の外周部に対向するようにして、固定子コア２５が構成されていてもよい。

　上記構成の回転電機１０では、ティース２７の内周側端部の断面積Ｓ１と外周側端部の断面積Ｓ２とが等しいため、従来磁気飽和しがちであった内周側の最細部が磁気飽和しなくなり固定子巻線３０への鎖交磁束を増強することができる。この場合、固定子コア２５の積層コア部４１に回転子１２が対向する構成において、回転子１２の界磁束は固定子コア２５の積層コア部４１に入り、そこから傾斜コア部４２に軸方向に拡散していく。このとき、傾斜コア部４２が磁性紛体で成形されているため、積層コア部４１の磁束密度が軽減されるが、軽減された分を補うべく界磁束が回転子１２から供給され、鎖交磁束が増強される。傾斜コア部４２は、磁性紛体で成形されているために磁束の流れに方向性がないものとなっており、磁位差さえあれば軸方向にも容易に拡散していく。なお、ティース２７の外周側、すなわち幅広側は元々磁束密度が低いため、鎖交磁束が増強されても磁気飽和することはない。

　ここで、固定子コア２５では径方向内側と径方向外側とで円周長さが異なるため、固定子巻線３０において導体セグメント３１のターン部３３や捻り部３４の導体長さが全て同一であれば、コイルエンド部３６，３７において径方向内側と径方向外側とでターン部３３や捻り部３４の盛り上がり量が相違する。したがって、図８に示すように、各コイルエンド部３６，３７において、スロット２４の径方向内側（コア中心側）に配置されるターン部３３や捻り部３４は、スロット２４の径方向外側に配置されるターン部３３や捻り部３４よりも盛り上がった形状となっている。この場合、コイルエンド部３６，３７の盛り上がりと同様の向きで、固定子コア２５の軸方向端面の傾斜面が形成されている。これにより、固定子コア２５の軸方向端面において効率的な空間利用が可能となっている。

　なお、固定子巻線３０を、導体セグメント３１に代えて成形銅線（１本の連続線）を用いて構成することも可能である。かかる場合、同一ピッチで成形銅線を折り曲げ形成すると、やはり中心側が盛り上がった形状となるが、こうした巻線構造において上記のとおり効率的な空間利用が可能となる。中心側の盛り上がりが許容される構成であれば、製造面でも銅線の成形型を１種類で済ませることができ経済的である。

　以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

　固定子コア２５において、ティース２７を、径方向内側ほど、径方向外側に比べて周方向の幅が狭くかつ軸方向の厚みが厚くなる構成とした。この場合、ティース２７は、径方向内側ほど、径方向外側に比べて周方向の幅が狭いため、周方向に隣り合うティース２７間に、径方向に沿って均一幅となるようにスロット２４を形成することが可能となる。したがって、スロット２４内の内周側と外周側とで導体（固定子巻線３０）の収容態様を変えることが強いられるといった不都合を抑制できる。

　また加えて、ティース２７は、軸方向の厚みが径方向内側ほど厚いため、径方向内側ほど周方向に幅狭であっても、ティース２７の内周部分において磁束流路面積を確保することができる。そのため、機器体格の大型化を抑制しつつもティース２７での磁気飽和を緩和できる。その結果、出力増大を図りつつ、しかも構成上の煩雑化を抑制することができる。

　固定子コア２５の軸方向端面が、軸方向に直交する方向に対して傾斜し、かつ径方向内側（中央側）ほど軸方向外側に膨出する傾斜面となるように構成した。この場合、径方向内側ほど周方向の幅が狭くかつ軸方向の厚みが厚い複数のティース２７を有する固定子コア２５を好適に形成することができる。

　ティース２７において内周側端部の断面積（図７のＳ１）と外周側端部の断面積（図７のＳ２）とを等しくした。これにより、従来磁気飽和しがちであった内周側端部で磁気飽和が生じにくくなり、固定子巻線３０への鎖交磁束を増強できる。これにより、出力増大を図ることが可能となる。

　発明者らの試算によれば鎖交磁束の増強により約１０％のトルク増加が期待できる。さらに、磁気飽和が軽減できることにより、固定子コア２５の振動に起因する騒音の低減にも寄与できる。

　固定子コア２５を、複数の鋼板が積層されてなる積層コア部４１と、その積層コア部４１の軸方向端部に一体に設けられ、固定子コア２５の軸方向端面を傾斜面とする傾斜コア部４２とを有する構成とした。この場合、従来同様の構成である積層コア部４１を用いつつ、軸方向に所望の形状とする固定子コア２５を好適に構築できる。

　磁性粉体を材料として傾斜コア部４２を成形することにより、固定子コア２５の軸方向端面が傾斜面となるような構成であっても、その固定子コア２５を簡易に実現できる。磁性粉体により成形される傾斜コア部４２は電磁鋼板に比べて飽和磁束密度が劣るが、積層コア部４１との組み合わせにより、飽和磁束密度の適正化を図ることができる。

　回転電機１０では、ハウジング１４に対してヨーク２６を係合させることにより固定子コア２５を固定する構成が知られている。この場合、磁性粉体の成形体よりなる傾斜コア部４２が固定子コア２５の軸方向端面に設けられていると、コア固定を行う上で、傾斜コア部４２の破損が生じる等、不都合が生じ得る。この点、固定子コア２５の軸方向端面においてヨーク２６の少なくとも一部（例えばハウジング１４との係合部）を除く部位に傾斜コア部４２を設ける構成にしたため、コア端面に傾斜コア部４２が設けられていても、固定子コア２５の固定を好適に実施できる。

　コイルエンド部３６，３７において、スロット２４の径方向内側に配置される繋ぎ部（ターン部３３及び捻り部３４）を、スロット２４の径方向外側に配置される繋ぎ部よりも盛り上がるような形状とした。この場合、コイルエンド部３６，３７の盛り上がりと同様の向きで、固定子コア２５の軸方向端面の傾斜面が形成されており、固定子コア２５の軸方向端面において効率的な空間利用が可能となっている。つまり、回転電機１０に与えられた許容スペースを最大限効率的に利用できるものとなっている。

　（第２実施形態）
　回転電機として、アウタロータ式（外転式）の多相交流モータを採用してもよい。本実施形態の回転電機１０Ａについて図９を用いて説明する。本実施形態の回転電機１０Ａは、第１実施形態の回転電機１０と比べて、回転子１２と固定子１３との内外位置が入れ替わった点で相違しているが、基本構成は同じである。以下には、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

　回転電機１０Ａにおいて、回転子１２は円環状をなす回転子コア２１を有し、回転子コア２１の内周側に複数の永久磁石２２を備えている。回転子コア２１は、アーム部５１により回転軸１１に対して固定されている。固定子１３は、回転子１２（永久磁石２２）の内周側に設けられている。固定子コア２５は、環状のヨーク２６から回転子１２に向けて径方向外側に延びる複数のティース２７を備えている。

　そして、かかる基本構成において、ティース２７は、径方向内側ほど、径方向外側に比べて周方向の幅が狭くかつ軸方向の厚みが厚くなっている。回転電機１０Ａでは、固定子１３の外側に回転子コア２１が配置されており、ティース２７は、径方向外側ほど、周方向の幅が広くかつ軸方向の厚みが薄い構成となっている。ここで、図１０に示すように、ティース２７においてフランジ２８を除く部位が、スロット２４を周方向に区画する区画部Ｋであり、その区画部Ｋの内周側端部の断面積Ｓ１と外周側端部の断面積Ｓ２とが等しくなっている（Ｓ１＝Ｓ２）。

　ティース２７は、回転子１２側である径方向外側ほど周方向に幅広になっているが、その分、軸方向の厚みが薄くなることで、ティース２７の外周部分において磁束流路面積の過剰な増大が抑制されている。この場合、上記と同様に、スロット２４内の内周側及び外周側で導体の収容態様を変えることが強いられず、かつ機器体格の大型化を抑制しつつもティース２７での磁気飽和を緩和できる。

　（第３実施形態）
　回転電機として、二重ロータ式（内外転複合式）の多相交流モータを採用してもよい。本実施形態の回転電機１０Ｂについて図１１を用いて説明する。本実施形態の回転電機１０Ｂは、第１実施形態の回転電機１０と比べて、固定子１３の内側及び外側に回転子１２の磁極部がそれぞれ配置されている点で相違している。以下には、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

　回転電機１０Ｂにおいて、回転子１２は、固定子１３の内周側に配置される第１回転子コア２１Ａと、固定子１３の外周側に配置される第２回転子コア２１Ｂとを有している。磁極部として、第１回転子コア２１Ａには第１磁極部２２Ａが設けられ、第２回転子コア２１Ｂには第２磁極部２２Ｂが設けられている。これら各磁極部２２Ａ，２２Ｂは永久磁石よりなる。固定子コア２５は、ティースとして、ヨーク２６から第１磁極部２２Ａに向けて径方向内側に延びる複数の第１ティース２７Ａと、ヨーク２６から第２磁極部２２Ｂに向けて径方向外側に延びる複数の第２ティース２７Ｂとを備えている。第１ティース２７Ａ及び第２ティース２７Ｂは、径方向内側ほど、径方向外側に比べて周方向の幅が狭くかつ軸方向の厚みが厚くなっている。

　図１２では、第１ティース２７Ａにおいて、内周側端部の断面積Ｓ１と外周側端部の断面積Ｓ２とが等しくなっており（Ｓ１＝Ｓ２）、第２ティース２７Ｂにおいて、内周側端部の断面積Ｓ３と外周側端部の断面積Ｓ４とが等しくなっている（Ｓ３＝Ｓ４）。図１２の構成ではさらに、Ｓ２＝Ｓ３であるとよい。なお、図１２では、各ティース２７Ａ，２７Ｂの先端部のフランジ２８を省略して示している。

　本実施形態によれば、二重ロータ式の回転電機１０Ｂにおいて、上記と同様に、スロット２４内の内周側及び外周側で導体の収容態様を変えることが強いられず、かつ機器体格の大型化を抑制しつつもティース２７Ａ，２７Ｂでの磁気飽和を緩和できる。

　ここで、第１ティース２７Ａ及び第２ティース２７Ｂに相当する部分の端面が、それぞれ軸方向に直交する方向に対して傾斜する傾斜面となっており、第１ティース２７Ａ側と第２ティース２７Ｂ側とで傾斜面の傾斜角度は同じである。ただし、第１ティース２７Ａ側と第２ティース２７Ｂ側とで傾斜面の傾斜角度が異なっていてもよい。つまり、図１１（ｂ）においてθ１＝θ２、又はθ１≠θ２とする。

　第１ティース２７Ａ側と第２ティース２７Ｂ側とで傾斜面の傾斜角度θ１，θ２を相違させる場合、傾斜角度θ１，θ２は、各ティース２７Ａ，２７Ｂの径方向長さや周方向幅に応じて個々に設定されるとよい。ただし、いずれにおいても、各ティース２７Ａ，２７Ｂにおいて、内周側端部の断面積と外周側端部の断面積とが等しくなるようにしつつ、傾斜角度θ１，θ２が定められるとよい。第１ティース２７Ａ側と第２ティース２７Ｂ側とで傾斜面（固定子コア２５の軸方向端面）の傾斜角度θ１，θ２が異なっている構成では、第１ティース２７Ａ及び第２ティース２７Ｂで、径方向長さが異なっていたり、周方向幅が異なっていたりしても、その違いにかかわらず、スロット２４の内周側と外周側とのティース断面積を等しくすることが可能となる。

　（第４実施形態）
　回転電機として、二重ステータ式（内外転複合式）の多相交流モータを採用してもよい。本実施形態の回転電機１０Ｃについて図１３を用いて説明する。本実施形態の回転電機１０Ｃは、第１実施形態の回転電機１０と比べて、回転子１２を挟んで内外両側に固定子１３がそれぞれ配置されている点で相違している。以下には、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

　回転電機１０Ｃは、固定子として、径方向内側及び径方向外側に互いに離間して設けられる第１固定子１３Ａ及び第２固定子１３Ｂを備えている。第１固定子１３Ａ及び第２固定子１３Ｂの間に設けられる回転子１２は、磁極部として、内周側に配置される第１磁極部２２Ａと、外周側に配置される第２磁極部２２Ｂとを有している。第１固定子１３Ａ及び第２固定子１３Ｂにそれぞれ設けられた固定子コア２５の一方には、ティースとして、ヨーク２６から第１磁極部２２Ａに向けて径方向外側に延びる複数の第１ティース２７Ａと、ヨーク２６から第２磁極部２２Ｂに向けて径方向内側に延びる複数の第２ティース２７Ｂとを備えている。第１ティース２７Ａ及び第２ティース２７Ｂは、径方向内側ほど、径方向外側に比べて周方向の幅が狭くかつ軸方向の厚みが厚くなっている。

　本実施形態によれば、二重ステータ式の回転電機１０Ｃにおいて、上記と同様に、スロット２４内の内周側及び外周側で導体の収容態様を変えることが強いられず、かつ機器体格の大型化を抑制しつつもティース２７Ａ，２７Ｂでの磁気飽和を緩和できる。

　回転電機１０Ｃにおいて、第１ティース２７Ａ側と第２ティース２７Ｂ側とで傾斜面の傾斜角度は同じである（θ１＝θ２）。ただし、第１ティース２７Ａ側と第２ティース２７Ｂ側とで傾斜面の傾斜角度が異なっていてもよい（θ１≠θ２）。

　（他の実施形態）
　上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

　・上記の各実施形態以外に、以下の構成の回転電機１０への適用が可能である。図１４には、インナロータ式の回転電機１０の構成を示す。図１４の回転電機１０は、８極１２スロットの集中巻きの構成を有している。本構成においても、ティース２７が、径方向内側ほど、径方向外側に比べて周方向の幅が狭くかつ軸方向の厚みが厚くなっているとよい。

　図１５には、二重ステータ式の回転電機１０Ｃの構成を示す。図１５の回転電機１０Ｃにおいて、回転子１２は内外とも８極である。回転子１２の内側の第１固定子１３Ａはティース数が１２であり、集中巻きにより固定子巻線３０が巻装され、回転子１２の外側の第２固定子１３Ｂはティース数が４８であり、全節分布巻きにより固定子巻線３０が巻装されている。径方向内側の第１ティース２７Ａの数が径方向外側の第２ティース２７Ｂの数よりも少なくなっている。

　図１５の回転電機１０Ｃでは、第１ティース２７Ａの数と第２ティース２７Ｂの数とが異なっているため、径方向内側（第１ティース２７Ａ側）と径方向外側（第２ティース２７Ｂ側）とにおいて異なる方式で固定子巻線３０を巻装すること等が可能となる。二重ロータ式の回転電機１０Ｂにおいても、第１ティース２７Ａの数と第２ティース２７Ｂの数とが異なる構成としてもよい。

　・内外転複合式の回転電機において、径方向内側の磁極部と径方向外側の磁極部とで磁極数が異なっていてもよい。また、径方向内側及び外側で固定子巻線３０の方式が異なっていてもよい。例えば、径方向内側を６極集中巻き、径方向外側を８極全節分布巻きにすることが考えられる。

　・上記実施形態では、固定子コア２５において、コア端面の傾斜面を、径方向に直線状に延びる構成としたが（図６（ｂ）参照）、これを変更してもよい。図１６（ａ）にはティース２７の縦断面を示す。なお、ティース２７は、周方向側面が直線状の平坦面となる形状を有している（図６（ａ）参照）。図１６（ａ）において、固定子コア２５の軸方向端面が、軸方向に直交する方向に対して傾斜し、かつ径方向内側ほど軸方向外側に膨出する傾斜面となっており、傾斜面は、径方向に凹状に延びる円弧面となっている。

　上記構成では、傾斜面が径方向に凹状に延びる円弧面となっていることから、傾斜面が径方向に直線状に延びる構成（円錐状とする構成）と比べて、径方向の各部においてティース断面積の差を小さくすることができる。つまり、ティース２７の横断面の面積Ｓを「周方向幅Ｄ×軸方向厚みＨ」とする場合、径方向に比例的に変化する周方向幅Ｄに対して軸方向厚みＨを反比例的に変化させることで、径方向の各部においてティース断面積を略同一にすることが可能となる。これにより、ティース２７の径方向において磁束量の均一化を図ることができる。

　図１６（ｂ）に示す固定子コア２５では、軸方向両端のうち一方のみが傾斜面となっている。つまり、固定子コア２５の軸方向両端のうち一方が、軸方向に直交する方向に対して傾斜する傾斜面となり、他方が、軸方向に直交する方向に延びる平坦面となっている。この場合、固定子コア２５の軸方向両面のうち第１コイルエンド部３６側（導体セグメント３１のターン部３３側）を傾斜面、第２コイルエンド部３７側（捻り部３４側）を平坦面とする構成、又は、第１コイルエンド部３６側を平坦面、第２コイルエンド部３７側を傾斜面とする構成が考えられる。ただし、導体セグメント３１の組み付けを考えると、固定子コア２５の軸方向両面のうち第１コイルエンド部３６側を傾斜面とし、第２コイルエンド部３７側を平坦面とするとよい。固定子コア２５の軸方向両面のうち平坦面側で導体セグメント３１どうしを接合することで、その接合のための捻り加工や接合の作業の容易化を図ることができる。

　なお、図１６（ａ）、（ｂ）の構成は、インナロータ式、アウタロータ式、二重ロータ式、二重ステータ式のいずれの型式の回転電機にも適用できる。

　・上記実施形態では、固定子コア２５を、複数の鋼板４１ａを積層してなる積層コア部４１と、磁性粉体により成形される傾斜コア部４２とにより構成したが、これを変更してもよい。例えば、固定子コア２５の全体、すなわち傾斜部分（傘部）を含む全体を磁性粉体により成形してもよい。

　・回転電機として、かご型導体の誘導電動機への適用も可能である。その他、クローポール巻線界磁型、突極リラクタンス型、磁気変調リラクタンス型の回転電機への適用も可能である。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (12)

1. 　周方向に複数の磁極部（２２，２２Ａ，２２Ｂ）を有する回転子（１２）と、前記磁極部の外周側及び内周側の少なくともいずれかに前記回転子と同軸に配置された固定子（１３，１３Ａ，１３Ｂ）と、を備え、
   　前記固定子は、周方向に複数のスロット（２４）を有する固定子コア（２５）と、前記スロットに巻装された固定子巻線（３０）とを有しており、
   　前記固定子コアは、環状のヨーク（２６）と、当該ヨークから前記磁極部に向けて径方向に延びる複数のティース（２７，２７Ａ，２７Ｂ）とを備え、
   　前記ティースは、径方向内側ほど、径方向外側に比べて周方向の幅が狭くかつ軸方向の厚みが厚くなっている回転電機。
2. 　前記固定子コアの軸方向両端のうち少なくともいずれかにおいて前記ティースに相当する部分の端面が、軸方向に直交する方向に対して傾斜し、かつ径方向内側ほど軸方向外側に膨出する傾斜面となっている請求項１に記載の回転電機。
3. 　前記ティースは、前記スロットを周方向に区画する部分である区画部（Ｋ）において内周側端部の断面積と外周側端部の断面積とが等しくなっている請求項１又は２に記載の回転電機。
4. 　前記ティースの周方向側面が直線状の平坦面、前記固定子コアの軸方向両端のうち少なくともいずれかにおいて前記ティースに相当する部分の端面が、軸方向に直交する方向に対して傾斜し、かつ径方向内側ほど軸方向外側に膨出する傾斜面となっており、
   　前記傾斜面は、径方向に凹状に延びる円弧面となっている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機。
5. 　前記固定子コアは、複数の鋼板が積層されてなる積層コア部（４１）と、その積層コア部の軸方向両端のうち少なくともいずれかに一体に設けられ、前記固定子コアの軸方向端面を、軸方向に直交する方向に対して傾斜し、かつ径方向内側ほど軸方向外側に膨出する傾斜面とする傾斜コア部（４２）とを有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転電機。
6. 　前記傾斜コア部は、磁性粉体を材料とする成形体により構成されている請求項５に記載の回転電機。
7. 　前記傾斜コア部は、前記固定子コアの軸方向端面において前記ヨークの少なくとも一部を除く部位に設けられている請求項６に記載の回転電機。
8. 　前記スロット内には、前記固定子巻線を構成する導体（３１）が径方向に複数並べて配置され、
   　前記固定子コアの軸方向両端には、それぞれ前記固定子巻線の一部であって、少なくとも１磁極分離れた前記スロットの間を繋ぐ繋ぎ部（３３，３４）によりコイルエンド部（３６，３７）が形成され、
   　前記固定子コアの軸方向両端のうち少なくともいずれかにおいて前記ティースに相当する部分の端面が、軸方向に直交する方向に対して傾斜し、かつ径方向内側ほど軸方向外側に膨出する傾斜面となっており、
   　前記コイルエンド部において、前記スロットの径方向内側に配置される前記繋ぎ部が、前記スロットの径方向外側に配置される前記繋ぎ部よりも盛り上がった形状となっている請求項１乃至７のいずれか１項に記載の回転電機。
9. 　前記回転子は、前記磁極部として、前記固定子の内周側に配置される第１磁極部（２２Ａ）と、前記固定子の外周側に配置される第２磁極部（２２Ｂ）とを有し、
   　前記固定子コアは、前記ティースとして、前記ヨークから前記第１磁極部に向けて径方向内側に延びる複数の第１ティース（２７Ａ）と、前記ヨークから前記第２磁極部に向けて径方向外側に延びる複数の第２ティース（２７Ｂ）とを備え、
   　前記第１ティース及び前記第２ティースは、径方向内側ほど、径方向外側に比べて周方向の幅が狭くかつ軸方向の厚みが厚くなっている請求項１乃至８のいずれか１項に記載の回転電機。
10. 　前記固定子として、径方向内側及び径方向外側に互いに離間して設けられる第１固定子（１３Ａ）及び第２固定子（１３Ｂ）を備え、
    　前記第１固定子及び前記第２固定子の間に設けられる前記回転子は、前記磁極部として、内周側に配置される第１磁極部（２２Ａ）と、外周側に配置される第２磁極部（２２Ｂ）とを有し、
    　前記第１固定子及び前記第２固定子にそれぞれ設けられた前記固定子コアの一方には、前記ティースとして、前記ヨークから前記第１磁極部に向けて径方向外側に延びる複数の第１ティース（２７Ａ）と、前記ヨークから前記第２磁極部に向けて径方向内側に延びる複数の第２ティース（２７Ｂ）とを備え、
    　前記第１ティース及び前記第２ティースは、径方向内側ほど、径方向外側に比べて周方向の幅が狭くかつ軸方向の厚みが厚くなっている請求項１乃至８のいずれか１項に記載の回転電機。
11. 　固定子軸方向の両端のうち少なくともいずれかにおいて、前記第１ティース及び前記第２ティースに相当する部分の端面が、それぞれ軸方向に直交する方向に対して傾斜する傾斜面となっており、
    　前記第１ティース側と前記第２ティース側とで前記傾斜面の傾斜角度が異なっている請求項９又は１０に記載の回転電機。
12. 　前記第１ティースの数と前記第２ティースの数とが異なっている請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の回転電機。

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