WO2020017114A1

WO2020017114A1 - 回転電機

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Publication number: WO2020017114A1
Application number: PCT/JP2019/015682
Authority: WO
Inventors: 勇気日高; 昇平藤倉
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2018-07-17
Filing date: 2019-04-10
Publication date: 2020-01-23
Also published as: JPWO2020017114A1; DE112019003611T5; JP6647463B1; CN112368909B; CN112368909A

Abstract

回転電機は、回転子１００と固定子１０１とを備えている。回転子１００に設けられた第１ポールコア体９および第２ポールコア体１０は、それぞれ、第１爪状磁極部１４および第２爪状磁極部１６を有している。第１爪状磁極部１４は、面取り部１５と面２１とを有し、第２爪状磁極部１６は、面取り部１７と面２２とを有している。第１爪状磁極部１４の面２１の周方向の幅ＬＷ１と第２爪状磁極部１６の面２２の周方向の幅ＬＷ２とは、少なくとも軸方向の一端で等しい。

Description

回転電機

　この発明は回転電機に関し、特に、回転子と固定子とを有する回転電機に関する。

　例えば特許文献１に記載の車両用交流発電機は、同一円周上に配置された電機子鉄心歯を有する電機子鉄心と、該鉄心歯と半径方向に小空隙を介して対向した極性の異なる対の爪形磁極とから構成されている。爪形磁極の回転に伴い、当該対の爪形磁極の一方の磁極後端および他方の磁極前端が、同一鉄心歯に対して対向する。そこで、特許文献１では、電機子鉄心歯の幅に対応させて、対の爪形磁極の一方の磁極後端および他方の磁極前端に面取り部を設けている。このように、電機子鉄心歯の幅に合わせて面取り部を設けているので、鉄心歯に流れ込む正負の磁束が互いに打消し合うことによって発生する無効な磁束が低減される。

特開昭５１－０８７７０５号公報

　極性の異なる対の爪形磁極は、磁束により、一方がＮ極に磁化され、他方がＳ極に磁化される。そのため、Ｎ極に対応する回転子起磁力とＳ極に対応する回転子起磁力とが発生する。Ｎ極に対応する回転子起磁力は正となり、Ｓ極に対応する回転子起磁力は負となる。このとき、Ｎ極に対応する回転子起磁力の波形と、Ｓ極に対応する回転子起磁力の波形とが、正負の符号が異なる対称波形となることが望ましい。以下では、正負の符号が異なる線対称の形状、および、向きが逆の線対称の形状を、「反対称」と呼ぶ。

　しかしながら、特許文献１に記載の車両用交流発電機では、軸に直交する平面において、対の爪形磁極の面取り部以外の帯域の幅を比較すると、当該幅は同一となっていない。その結果、Ｎ極に対応する回転子起磁力の波形と、Ｓ極に対応する回転子起磁力の波形とが、反対称波形とならない。そのため、時間次数２次の高調波磁束によって発生する渦電流損が増加し、回転電機の出力が低下するという課題があった。

　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、時間次数２次の高調波磁束によって発生する渦電流損を低減させ、回転電機の出力の向上を図る、回転電機を得ることを目的としている。

　この発明は、回転子と、前記回転子の外周に対して空隙を介して配置された固定子とを備え、前記回転子は、界磁巻線と、第１ポールコア体と第２ポールコア体とが組み合わされて構成され、前記第１ポールコア体および前記第２ポールコア体によって形成される内部空間に前記界磁巻線が配置される、ポールコアとを有し、前記第１ポールコア体は、前記回転子の周方向に間隔を空けて配置された複数の第１爪状磁極部を有し、前記複数の第１爪状磁極部の各々は第１先端部を有し、前記第２ポールコア体は、前記回転子の周方向に間隔を空けて配置された複数の第２爪状磁極部を有し、前記複数の第２爪状磁極部の各々は第２先端部を有し、前記第１ポールコア体と前記第２ポールコア体とは、前記複数の第１爪状磁極部と前記複数の第２爪状磁極部とが交互に噛み合うように組み合わされており、前記第１爪状磁極部の固定子側表面は、周方向両端に設けられた一対の第１面取り部と、前記一対の第１面取り部の間に配置された第１面とを有し、前記第２爪状磁極部の固定子側表面は、周方向両端に設けられた一対の第２面取り部と、前記一対の第２面取り部の間に配置された第２面とを有し、前記回転子の軸方向に直交し且つ前記第１先端部を通る平面、および、前記軸方向に直交し且つ前記第２先端部を通る平面の少なくともいずれか一方において、前記第１面の長さと前記第２面の長さとが等しい、回転電機である。

　この発明に係る回転電機によれば、時間次数２次の高調波磁束によって発生する渦電流損を低減させ、回転電機の出力の向上を図ることができる。

この発明の実施の形態１に係る回転電機の構成を模式的に示す断面図である。この発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される回転子の構成を示す斜視図である。この発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される回転子を構成する第１ポールコア体の構成を示す斜視図である。この発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される回転子を構成する第２ポールコア体の構成を示す斜視図である。この発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される固定子の構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される回転子を構成する第１ポールコア体および第２ポールコア体の爪状磁極部を示す固定子側から見た正面図である。この発明の実施の形態１に係る回転電機の回路構成の一例を模式的に示した図である。この発明の実施の形態１と比較するための比較例における回転子起磁力波形を示す図である。この発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子起磁力波形を示す図である。この発明の実施の形態１に係る回転電機の時間次数２次の回転子起磁力低減効果を比較例と比較した結果を示す図である。この発明の実施の形態１に係る回転電機の時間次数２次の固定子渦電流損分布を比較例と比較した結果を示す図である。この発明の実施の形態２に係る回転電機に適用される回転子を構成する第１ポールコア体および第２ポールコア体の爪状磁極部を示す固定子側から見た正面図である。この発明の実施の形態３に係る回転電機に適用される回転子を構成する第１ポールコア体および第２ポールコア体の爪状磁極部を示す固定子側から見た正面図である。この発明の実施の形態４に係る回転電機に適用される回転子を構成する第１ポールコア体および第２ポールコア体の爪状磁極部を示す固定子側から見た正面図である。この発明の実施の形態５に係る回転電機に適用される回転子を構成する第１ポールコア体および第２ポールコア体の爪状磁極部を示す固定子側から見た正面図である。この発明の実施の形態６に係る回転電機に適用される回転子を示す斜視図である。

　以下、この発明を実施するための実施の形態について、図面に基づいて説明する。各図は、この発明を説明するために必要な構成要素を図示し、実際の全構成要素を図示しているとは限らない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。また、図中に記載されている各寸法は、図中記載の座標軸を基に計算される値で定義される。符号の英文字は大文字と小文字とで別の要素を意味する。また、各実施の形態において、「固定する」という記載は、対象物を固定すること全般を指し、その固定方法は限定されるものではない。「等しくなる」は、同一又はほぼ同一であることを意味しており、寸法交差の範囲で異なる場合には、有している機能は同じとみなす。「円環状」との記載は、円環状および円筒状の両方を含む。「軸方向」は、後述するシャフト４の長手方向を意味する。「径外方向」は、後述する回転子１００または固定子１０１の径方向における外側に向かう方向を意味し、「径内方向」は当該径方向における内側に向かう方向を意味する。「周外方向」は、回転子１００の回転方向を意味し、「周内方向」は、回転方向と逆向きの反回転方向を意味する。また、「径外方向」および「径内方向」をまとめて「径方向」と呼び、「周外方向」および「周内方向」をまとめて「周方向」と呼ぶ。また、後述する「第１爪状磁極部１４」および「第２爪状磁極部１６」の「最径外面」は、固定子１０１に対向する固定子側表面を意味する。「第１爪状磁極部１４」および「第２爪状磁極部１６」の「最周外端」は、最径外面の回転方向側端を意味し、「最周内端」は、最径外面の反回転方向側端を意味する。但し、回転方向は、時計回りおよび反時計回りのいずれか一方を意味し、特に、どちらかに限定されるものではない。

　実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の構成を模式的に示した断面図である。なお、本実施の形態１においては、回転電機として、例えば車両用交流発電電動機を例に挙げて説明する。しかしながら、本発明の回転電機は、これに限定されるものではない。また、図２は、本実施の形態１に係る車両用交流発電電動機に適用される回転子の構成を示す斜視図である。図２では、回転子として、ランデル型の回転子構造を示している。なお、図２では、図の簡略化のために、本実施の形態１に直接関連しない、例えば冷却ファンなどのいくつかの部品については、図示が省略されている。図３および図４は、本実施の形態１に係る車両用交流発電電動機に適用されるポールコアを構成する第１ポールコア体９および第２ポールコア体１０の構成をそれぞれ示す斜視図である。

　図１に示すように、車両用交流発電電動機１は、ケース２と、回転子１００と、固定子１０１と、プーリ３と、冷却ファン６と、一対のスリップリング１９と、一対のブラシ２０とを備えて構成されている。以下、これらの各構成要素について説明する。

　ケース２は、フロント側に設けられたフロントブラケット２Ａと、リヤ側に設けられたリヤブラケット２Ｂとを備えて構成されている。フロントブラケット２Ａとリヤブラケット２Ｂとは、それぞれ、椀形状を有している。フロントブラケット２Ａとリヤブラケット２Ｂとで形成される空間内に、回転子１００と固定子１０１とが配置される。フロントブラケット２Ａとリヤブラケット２Ｂとは、例えば、アルミニウム鋼板から構成されている。

　回転子１００は、界磁巻線１１と、第１ポールコア体９および第２ポールコア体１０からなるポールコアと、シャフト４とを備えて構成されている。シャフト４は、軸受５を介して、ケース２によって支持されている。回転子１００は、シャフト４を軸にして、ケース２に対して、回転自在に設けられている。界磁巻線１１は、界磁電流が流れることにより、磁束を発生する。第１ポールコア体９および第２ポールコア体１０は、界磁巻線１１を覆うように設けられ、界磁巻線１１の磁束によって磁極が形成される。

　プーリ３は、シャフト４のフロント側の端部に固定されている。シャフト４のフロント側の端部は、ケース２から突出している。プーリ３は、ベルトを介して、エンジンのクランクシャフトに連結される。

　冷却ファン６は、回転子１００の軸方向の両端面に固定されている。冷却ファン６は、回転子１００に対して冷却ガスを送風し、回転子１００を冷却する。

　固定子１０１は、回転子１００の外周面を囲むように、回転子１００の外側に配置されている。固定子１０１の内周面と回転子１００の外周面との間には空隙が設けられている。固定子１０１は、ケース２に固定されている。固定子１０１は、円筒状の固定子鉄心７と、固定子鉄心７に巻き付けられた固定子コイル８とを備えて構成されている。固定子コイル８は、回転子１００の回転に伴い、界磁巻線１１から発生される磁束を受ける。

　一対のスリップリング１９は、シャフト４のリヤ側の端部に固定されている。一対のスリップリング１９は、回転子１００に電流を供給する。

　一対のブラシ２０は、各スリップリング１９に摺動するように配設されている。

　以下、図２～図４を用いて、回転子１００のポールコアの構成について説明する。

　図２は、回転子１００のポールコアの構成を示した斜視図である。図２に示すように、回転子１００のポールコアは、第１ポールコア体９と第２ポールコア体１０とを備えて構成されている。第１ポールコア体９および第２ポールコア体１０とは、それぞれ、例えばＳ１０Ｃなどの低炭素鋼で冷間鍛造製法により作製される。シャフト４は、第１ポールコア体９および第２ポールコア体１０の軸心位置に設けられたシャフト挿通穴に挿入された状態で固定されている。

　図３は、第１ポールコア体９の構成を示した斜視図である。図３に示すように、第１ポールコア体９は、第１ボス部１２と、第１継鉄部１３と、第１爪状磁極部１４とを備えて構成されている。第１ボス部１２は、円筒形状を有している。第１ボス部１２の両端面は、正円形状を有している。なお、以下では、図２に示す第１ボス部１２の一方の端部を第１端１２１と呼び、図３に示す第１ボス部１２の他方の端部を第２端１２２と呼ぶこととする。第１ボス部１２の軸心位置には、シャフト４を挿入するためのシャフト挿通穴１２３が形成されている。シャフト挿通穴１２３は、第１ボス部１２の第１端１２１から第２端１２２に至る貫通穴である。第１継鉄部１３は、第１ボス部１２の第１端１２１の縁部から、径方向外側に延びるように設けられている。第１継鉄部１３は、例えば、厚肉リング状に構成されている。第１爪状磁極部１４は、第１継鉄部１３の外周部から、第２端１２２の方向に向けて、軸方向に延びている。従って、第１爪状磁極部１４の基端部は第１継鉄部１３に固定され、第１爪状磁極部１４の先端部は、固定されておらず、自由端となっている。

　第１爪状磁極部１４の最径外面は、台形形状を有している。そのため、第１爪状磁極部１４の周方向の幅は、基端部から先端部に向かって徐々に狭くなっている。また、第１爪状磁極部１４は、先細り形状に形成されている。すなわち、第１爪状磁極部１４の径方向の厚みは、基端部から先端部に向かって徐々に薄くなっている。第１爪状磁極部１４は、周方向の両端に、一対の面取り部１５を有している。面取り部１５は、固定子１０１の内周面と第１爪状磁極部１４の最径外面との間の空隙長を広くするために設けられている。また、第１爪状磁極部１４の最径外面において、面取り部１５の間には、面２１が設けられている。面２１は、正面から見た形状が長方形の形状を有している。面２１の部分においては、固定子１０１の内周面と第１爪状磁極部１４の最径外面との間の空隙長は周方向に一定である。面２１は、平らな面であってもよく、あるいは、曲面でもよい。面取り部１５は、第１爪状磁極部１４の基端部に隣接する部分には設けられていない。そのため、当該隣接する部分には、周方向に延びる根本部２３が設けられている。面２１と根本部２３とを合わせると、Ｔ字型の形状となる。なお、根本部２３は、必ずしも設ける必要はない。なお、図３に示すように、複数個の第１爪状磁極部１４が、第１継鉄部１３の外周部に沿って、周方向に、等ピッチで配置されている。図３の例では、８個の第１爪状磁極部１４が設けられている。なお、第１爪状磁極部１４の個数は、８個に限定されることはなく、任意の個数を設けるようにしてよい。また、ここでは、第１爪状磁極部１４が、等ピッチで配置されていると記載したが、必ずしもその場合に限らず、周方向に間隔を空けて設けるようにすればよい。

　図４は、第２ポールコア体１０の構成を示した斜視図である。図４に示すように、第２ポールコア体１０は、第１ポールコア体９と同様の構成を有している。すなわち、第２ポールコア体１０は、第２ボス部７２と、第２継鉄部７３と、第２爪状磁極部１６とを備えて構成されている。第２ボス部７２は、円筒形状を有している。第２ボス部７２の両端面は、正円形状を有している。なお、以下では、円筒形状の第２ボス部７２の一方の端部を第１端７２１と呼び、他方の端部を第２端７２２と呼ぶこととする。第２ボス部７２の軸心位置には、シャフト４を挿入するためのシャフト挿通穴７２３が形成されている。シャフト挿通穴７２３は、第２ボス部７２の第１端７２１から第２端７２２に至る貫通穴である。第２継鉄部７３は、第２ボス部７２の第１端７２１の縁部から、径方向外側に向かって延びるように設けられている。第２継鉄部７３は、例えば、厚肉リング状に構成されている。第２爪状磁極部１６は、第２継鉄部７３の外周部から、第２端７２２の方向に向けて、軸方向に延びている。従って、第２爪状磁極部１６の基端部は第２継鉄部７３に固定され、第２爪状磁極部１６の先端部は、固定されておらず、自由端となっている。

　第２爪状磁極部１６の最径外面は、台形形状を有している。そのため、第２爪状磁極部１６の周方向の幅は、基端部から先端部に向かって徐々に狭くなっている。また、第２爪状磁極部１６は、先細り形状に形成されている。すなわち、第２爪状磁極部１６の径方向の厚みは、基端部から先端部に向かって徐々に薄くなっている。第２爪状磁極部１６は、周方向の両端に、一対の面取り部１７を有している。面取り部１７は、固定子１０１の内周面と第２爪状磁極部１６の最径外面との間の空隙長を広くするために設けられている。また、それらの面取り部１７の間には、面２２が設けられている。面２２は、正面から見た形状が長方形の形状を有している。面２２の部分においては、固定子１０１の内周面と第１爪状磁極部１４の最径外面との間の空隙長は周方向に一定である。面２２は、平らな面であってもよく、あるいは、曲面でもよい。面取り部１７は、第２爪状磁極部１６の基端部に隣接する部分には設けられていない。そのため、当該隣接する部分には、周方向に延びる根本部２４が設けられている。面２２と根本部２４とを合わせると、Ｔ字型の形状となる。なお、根本部２４は、必ずしも設ける必要はない。なお、図４の例では、８個の第２爪状磁極部１６が、第２継鉄部７３の外周部に沿って、周方向に、等ピッチで配置されている。なお、第２爪状磁極部１６の個数は、８個に限定されることはなく、任意の個数を設けるようにしてよい。また、ここでは、第２爪状磁極部１６が、等ピッチで配置されていると記載したが、必ずしもその場合に限らず、周方向に間隔を空けて設けるようにすればよい。

　図２に示すように、第１ポールコア体９と第２ポールコア体１０とは、軸方向に組み合わされる。このとき、複数の第１爪状磁極部１４と複数の第２ポールコア体１０の第２爪状磁極部１６とが周方向に交互に噛み合い、且つ、第１ボス部１２の第２端１２２と第２ボス部１２の第２端７２２とが軸方向の両方向から互いに突き合わされるように、第１ポールコア体９と第２ポールコア体１０とが組み合わされる。図２に示すように、第１ポールコア体９と第２ポールコア体１０とが組み合わされた状態においては、第１爪状磁極部１４の先端部が下向きとなり、第２爪状磁極部１６の先端部が上向きとなる。すなわち、図１で説明すると、第１爪状磁極部１４が軸方向のリヤ側に延びており、第２爪状磁極部１６の軸方向のフロント側に延びている。このように、第１爪状磁極部１４と第２爪状磁極部１６との向きは逆向きとなる。また、組み合わされた状態においては、図２に示すように、第１爪状磁極部１４の先端部の位置と、第２爪状磁極部１６の基端部の位置とは、軸方向において、距離Ｈだけ、ずれている。

　また、第１爪状磁極部１４と第２爪状磁極部１６との間に、極間磁石１８を配置するようにしてもよい。なお、極間磁石１８を備えた場合については、後述の実施の形態６で説明する。

　図５は、固定子１０１の構成を示す展開図である。図５に示すように、固定子１０１は、複数の磁極歯３０を有している。磁極歯３０は、径内方向に形成された鍔部３１と、径内方向から径外方向に形成された第一継鉄部３２と、隣り合う第一継鉄部３２を繋ぐ第二継鉄部３３とを備えて構成されている。

　上述したように、回転子１００は、面取り部１５，１７を備えている。面取り部１５，１７を設けることにより、固定子１０１の固定子鉄心７の内周面と第１および第２爪状磁極部１４，１６の最径外面との間の空隙長は、面２１，２２の部分の空隙長に比べて、広くなる。

　図６は、第１ポールコア体９の第１爪状磁極部１４と第２ポールコア体１０の第２爪状磁極部１６の構成を示す図である。図６は、第１ポールコア体９と第２ポールコア体１０とが図２に示すように組み合わされた状態における、第１爪状磁極部１４と第２爪状磁極部１６との位置関係を示している。

　ここで、図６に示すように、第１爪状磁極部１４の２つの面取り部１５のうちの一方の面取り部１５Ａは、最周外端４１から始まり、最周内線ＬＷ１－１で終わる傾斜面である。また、他方の面取り部１５Ｂは、最周内端４２から始まり、最周外線ＬＷ１－２で終わる傾斜面である。最周内線ＬＷ１－１および最周外線ＬＷ１－２は、面取り部１５Ａ，１５Ｂと面２１との境界線となっている。また、面２１は、第１爪状磁極部１４の軸方向の先端部２５から根本部２３まで軸方向に延びている。

　同様に、図６に示すように、第２爪状磁極部１６の２つの面取り部１７のうちの一方の面取り部１７Ａは、最周外端４３から始まり、最周内線ＬＷ２－１で終わる傾斜面である。また、他方の面取り部１７Ｂは、最周内端４４から始まり、最周外線ＬＷ２－２で終わる傾斜面である。最周内線ＬＷ２－１および最周外線ＬＷ２－２は、面取り部１７Ａ，１７Ｂと面２２との境界線となっている。また、面２２は、第２爪状磁極部１６の軸方向の先端部２８から根本部２４まで軸方向に延びている。

　本実施の形態１においては、最周内線ＬＷ１－１、最周外線ＬＷ１－２、最周内線ＬＷ２－１、および、最周外線ＬＷ２－２は、すべて、シャフト４の軸方向４０に対して平行になっている。

　このとき、本実施の形態１においては、図６に示すように、最周内線ＬＷ１－１と最周外線ＬＷ１－２との間の距離をＬＷ１とし、最周内線ＬＷ２－１と最周外線ＬＷ２－２との間の距離をＬＷ２とする。このとき、距離ＬＷ１と距離ＬＷ２とは、ＬＷ１＝ＬＷ２の関係が成り立つように構成されている。なお、本実施の形態１では、面２１および面２２が長方形であるため、面２１および面２２の全体において、ＬＷ１＝ＬＷ２の関係が成り立っている。しかしながら、これに限定されることはなく、軸方向に直交し、かつ、先端部２５を通る平面、および、軸方向に直交し、かつ、先端部２８を通る平面のうちの少なくともいずれか一方の平面において、面２１の幅ＬＷ１と面２２の幅ＬＷ２とが等しくなっていればよい。

　以下、図７を用いて、本実施の形態１に係る車両用交流発電電動機１の動作について説明する。はじめに、車両用交流発電電動機１の電動機としての動作について説明する。車両用交流発電電動機１が設けられている車両には、バッテリ５１と、パワー回路部５２と、制御回路部５３と、界磁回路部５４とが設けられている。このとき、エンジン始動時に、バッテリ５１から直流電力が電源端子を介してパワー回路部５２に供給される。制御回路部５３は、パワー回路部５２の各スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御して、直流電力を交流電力に変換する。当該交流電力は、固定子１０１の固定子コイル８に供給される。一方、界磁回路部５４は、制御回路部５３からの指令に基づいて、ブラシ２０およびスリップリング１９を介して、回転子１００の界磁巻線１１に界磁電流を供給する。これにより、界磁巻線１１に、磁束が発生する。当該磁束により、第１ポールコア体９の第１爪状磁極部１４がＮ極に磁化され、第２ポールコア体１０の第２爪状磁極部１６がＳ極に磁化される。回転子１００の磁束と固定子コイル８に流れる電流とが鎖交することで、駆動トルクが発生する。当該駆動トルクにより、回転子１００が回転駆動される。そして、回転子１００の回転トルクが、プーリ３からベルトを介してエンジンのクランクシャフトに伝達され、エンジンを始動する。

　次に、車両用交流発電電動機１の発電機としての動作について説明する。エンジン運転状態では、エンジンの回転トルクがクランクシャフトからベルトおよびプーリ３を介してシャフト４に伝達され、回転子１００が回転される。このとき、界磁回路部５４が、制御回路部５３からの指令に基づいて、ブラシ２０およびスリップリング１９を介して、回転子１００の界磁巻線１１に界磁電流を供給する。これにより、界磁巻線１１に、磁束が発生する。当該磁束は、固定子１０１の固定子コイル８と鎖交し、三相交流電圧が固定子コイル８に誘起される。そして、制御回路部５３が、パワー回路部５２の各スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御して、固定子コイル８に誘起された三相交流電力を直流電力に変換し、バッテリ５１を充電する。

　次に、本実施の形態１に係る車両用交流発電電動機１の効果について説明する。図８は、本実施の形態１と比較するための比較例における回転子起磁力の波形を示した図である。図８においては、軸方向に直交し、かつ、第１爪状磁極部１４の先端部２５を通る平面における回転子起磁力の波形を示している。なお、軸方向に直交し、かつ、第２爪状磁極部１６の先端部２８を通る平面における回転子起磁力の波形も、図８と同様になる。比較例においては、距離ＬＷ１および距離ＬＷ２の関係が、ＬＷ１＝ＬＷ２となっていない。比較例の他の構成については、本実施の形態１と同じとする。一方、図９は、ＬＷ１＝ＬＷ２となっている本実施の形態１における回転子起磁力の波形を示した図である。図９においては、図８と同様に、軸方向に直交し、かつ、第１爪状磁極部１４の先端部２５を通る平面における回転子起磁力の波形を示している。本実施の形態１においては、上述したように、距離ＬＷ１および距離ＬＷ２の関係が、ＬＷ１＝ＬＷ２となっている。図８および図９において、横軸は時間を示し、縦軸は回転子起磁力を示す。

　図９に示す本実施の形態１においては、上述したように、距離ＬＷ１および距離ＬＷ２の関係が、ＬＷ１＝ＬＷ２となっている。そのため、Ｎ極に対応する回転子起磁力の波形と、Ｓ極に対応する回転子起磁力の波形とが、時間方向中心軸５０に対して、反対称となっている。すなわち、Ｓ極に対応する回転子起磁力の絶対値を求めると、当該絶対値の波形は、Ｎ極に対応する回転子起磁力の波形に対して、時間方向中心軸５０に対して線対称となる。

　一方、図８に示す比較例においては、距離ＬＷ１および距離ＬＷ２の関係が、ＬＷ１＝ＬＷ２となっていない。そのため、Ｎ極およびＳ極に対応する回転子起磁力波形が時間方向中心軸５０に対して反対称とならない。

　図１０に、図８および図９に示す回転子起磁力波形における時間方向のフーリエ級数展開結果を示す。図１０は、基本波起磁力を、比較例と本実施の形態１とで同じとした場合の比較結果である。図１０の左側のグラフが時間１次の回転子起磁力の比較結果を示し、図１０の右側のグラフが時間次数２次の回転子起磁力の比較結果を示す。図１０のグラフから、本実施の形態１では、時間次数２次の回転子起磁力が、比較例に対して、大幅に低減できていることが分かる。

　図１１は、参考例と本実施の形態１とのそれぞれにおける発電動作時の時間次数２次の固定子渦電流損を示す図である。図１１の左側が比較例を示し、図１１の右側が実施の形態１を示す。図１１の結果から、本実施の形態１は、比較例に対して、固定子渦電流損が低減できていることが分かる。このとき、固定子および回転子の軸方向位置は、図１と同じであるが、比較例では、第１爪状磁極１４の先端部２５および根本部２３、および、第２爪状磁極１６の先端部２８および根本部２４において、時間次数２次の渦電流損が多く発生していることがわかる。一方、実施の形態１においては、第１爪状磁極１４の先端部２５および根本部２３、および、第２爪状磁極１６の先端部２８および根本部２４において、時間次数２次の渦電流損の発生が抑制できていることがわかる。これは、Ｎ極およびＳ極に対応する回転子起磁力の波形が、第１爪状磁極１４の先端部２５、および、第２爪状磁極１６の先端部２８において、図９に示したように、時間方向中心軸５０に対して、反対称波形となっていることに起因している。

　以上のように、本実施の形態１においては、第１爪状磁極部１４の面取り部１５と面２１との境界線ＬＷ１－１，ＬＷ１－２、および、第２爪状磁極部１６の面取り部１７と面２２との境界線ＬＷ２－１，ＬＷ２－２は、共に、固定子１０１に対向する面において、シャフト４の軸方向に対して平行である。また、面２１の幅ＬＷ１と面２２の幅ＬＷ２とが、ＬＷ１＝ＬＷ２の関係を満たす。これにより、回転子１００が作る起磁力波形は、時間方向中心軸５０に対し、反対称となる。これにより、時間次数２次の渦電流損が低減する。その結果、回転電機の出力が向上する。

　なお、本実施の形態１では、面２１および面２２の全体において、ＬＷ１＝ＬＷ２の関係を満たしている。しかしながら、その場合に限らず、面２１の先端部２５を通る平面および面２２の先端部２８を通る平面の少なくともいずれか一方において、ＬＷ１＝ＬＷ２の関係を満たしていればよい。上述したように、第１爪状磁極部１４および第２爪状磁極部１６は、軸方向に先細りする形状を有している。そのため、時間次数２次の渦電流損低減効果は、固定子１０１の軸端面上で最も大きくなる。そのため、軸方向に直交しかつ面２１の先端部２５を通る平面および軸方向に直交しかつ面２２の先端部２８を通る平面の少なくともいずれか一方の平面において、ＬＷ１＝ＬＷ２の関係を満たしていれば、本実施の形態１の効果は得られる。

　実施の形態２．
　図１２は、この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電電動機１の第１爪状磁極部１４と第２爪状磁極部１６とを示す正面図である。図１２は、第１ポールコア体９と第２ポールコア体１０とが図２に示すように組み合わされた状態における、第１爪状磁極部１４と第２爪状磁極部１６とを示している。

　図１２において、図６と同じまたは相当する部分については、同一符号により示している。

　本実施の形態２と上記の実施の形態１との違いは、本実施の形態２においては、図１２に示すように、第１爪状磁極部１４の面２１および第２爪状磁極部１６の面２２とが、共に、長方形ではない点である。本実施の形態２においては、第１爪状磁極部１４の面２１および第２爪状磁極部１６の面２２とが、菱形の一部分からなる形状、あるいは、２つの台形の底辺同士を合わせてなる形状を有している。他の構成は、実施の形態１と同じである。以下では、主に、実施の形態２と異なる点について、詳細に説明する。

　図１２に示すように、第１爪状磁極部１４の２つの面取り部１５のうちの一方の面取り部１５Ａは、最周外端４１から始まり、最周内線ＬＷ１－１で終わる傾斜面である。また、他方の面取り部１５Ｂは、最周内端４２から始まり、最周外線ＬＷ１－２で終わる傾斜面である。最周内線ＬＷ１－１および最周外線ＬＷ１－２は、面取り部１５Ａ，１５Ｂと面２１との境界線となっている。

　同様に、図１２に示すように、第２爪状磁極部１６の２つの面取り部１７のうちの一方の面取り部１７Ａは、最周外端４３から始まり、最周内線ＬＷ２－１で終わる傾斜面である。また、他方の面取り部１７Ｂは、最周内端４４から始まり、最周外線ＬＷ２－２で終わる傾斜面である。すなわち、最周内線ＬＷ２－１および最周外線ＬＷ２－２は、面取り部１７Ａ，１７Ｂと面２２との境界線となっている。

　本実施の形態２においては、最周内線ＬＷ１－１、最周外線ＬＷ１－２、最周内線ＬＷ２－１、および、最周外線ＬＷ２－２は、すべて、シャフト４の軸方向４０に対して平行ではない。

　このとき、本実施の形態２においては、図１２に示すように、第１爪状磁極部１４の先端部２５での最周内線ＬＷ１－１と最周外線ＬＷ１－２との間の距離をＬＷ１とする。

　また、図１２に示すように、軸方向４０に直交し且つ第１爪状磁極部１４の先端部２５を通る平面内に位置する第２爪状磁極部１６の面２２の部分を、先端部２５に対応する対応部分２６とする。また、当該対応部分２６での最周内線ＬＷ２－１および最周外線ＬＷ２－２との間の距離をＬＷ２とする。

　以下、対応部分２６についてさらに詳細に説明する。上述したように、図２に示すように、第１ポールコア体９と第２ポールコア体１０とを組み合わせた状態にすると、第１爪状磁極部１４の先端部２５の軸方向の位置と、第２爪状磁極部１６の基端部２７の軸方向の位置とは、距離Ｈだけずれている。そのため、第１爪状磁極部１４の先端部２５に対応する、第２爪状磁極部１６の対応部分２６は、第２爪状磁極部１６の基端部２７から距離Ｈだけシフトされた位置となる。

　本実施の形態２では、第１爪状磁極部１４の先端部２５の幅をＬＷ１とし、第２爪状磁極部１６の対応部分２６の幅をＬＷ２とし、ＬＷ１＝ＬＷ２の関係が成り立つように、面取り部１５，１７を形成する。

　同様に、軸方向４０に直交し且つ第２爪状磁極部１６の先端部２８を通る平面内に位置する第１爪状磁極部１４の面２１の部分を、先端部２８に対応する対応部分２９とする。また、第２爪状磁極部１６の先端部２８の幅を距離ＬＷ４とし、第１爪状磁極部１４の対応部分２９の幅を距離ＬＷ３とする。具体的には、第１爪状磁極部１４の対応部分２９での最周内線ＬＷ１－１と最周外線ＬＷ１－２との間の距離をＬＷ３とする。このとき、ＬＷ３＝ＬＷ４の関係が成り立つように、面取り部１５，１７が形成されている。また、ＬＷ１とＬＷ４とは、ＬＷ１＝ＬＷ４であるため、ＬＷ１＝ＬＷ２＝ＬＷ３＝ＬＷ４となる。

　このように、本実施の形態２においては、第１爪状磁極部１４または第２爪状磁極部１６の軸方向一端面および軸方向他端面において、ＬＷ１＝ＬＷ２、および、ＬＷ３＝ＬＷ４となるように、面取り部１５，１７が形成されている。

　このように構成することにより、本実施の形態２においては、実施の形態１と同様に、図９に示すように、Ｎ極およびＳ極に対応する回転子起磁力が、時間方向中心軸５０に対して、反対称波形となることから、時間次数２次の固定子渦電流損低減効果が得られる。その結果、回転電機の出力が向上する。

　さらに、本実施の形態２においては、第１爪状磁極部１４の先端部２５を通る平面、および、第２爪状磁極部１６の先端部２８を通る平面の両方において、ＬＷ１＝ＬＷ２、および、ＬＷ３＝ＬＷ４となるように、面取り部１５，１７を形成している。そのため、Ｎ極およびＳ極に対応する回転子起磁力が、時間方向中心軸５０に対して、回転子１００の軸方向一端面かつ軸方向他端面上で、反対称波形となることから、時間次数２次の固定子渦電流損低減効果が効率よく得られる。

　実施の形態３．
　図１３は、この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電電動機１の第１爪状磁極部１４と第２爪状磁極部１６とを示す部分正面図である。図１３は、第１ポールコア体９と第２ポールコア体１０とが図２に示すように組み合わされた状態における、第１爪状磁極部１４と第２爪状磁極部１６とを示している。

　図１３において、図６と同じまたは相当する部分については、同一符号により示している。

　図１３において、点線８０で囲まれた部分は、第１爪状磁極部１４および第２爪状磁極部１６の最径外面において、固定子鉄心７に対向する部分を示す。なお、長さＬＳＣは、固定子１０１のコア軸長、すなわち、固定子鉄心７の軸方向の長さを示す。

　本実施の形態３と実施の形態１との違いは、本実施の形態３においては、点線８０で囲まれた部分において、第１爪状磁極部１４および第２爪状磁極部１６の最径外面の形状が、固定子鉄心７に対向する面において、平行四辺形となっている点である。

　すなわち、本実施の形態３においては、第１爪状磁極部１４の面２１および第２爪状磁極部１６の面２２が、平行四辺形の形状を有している。他の構成については、実施の形態１と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。

　以上のように、本実施の形態３によれば、第１爪状磁極部１４の面２１および第２爪状磁極部１６の面２２が、平行四辺形の形状を有している。そのため、固定子１０１に鎖交する全ての起磁力において、回転子が作る起磁力波形を時間方向中心軸に対して、反対称波形となるように形成されるため、固定子全域において、時間次数２次の渦電流損を低減し、回転電機の出力を向上させることができる。

　実施の形態４．
　図１４は、この発明の実施の形態４に係る車両用交流発電電動機１の第１爪状磁極部１４と第２爪状磁極部１６とを示す正面図である。図１４は、第１ポールコア体９と第２ポールコア体１０とが図２に示すように組み合わされた状態における、第１爪状磁極部１４と第２爪状磁極部１６とを示している。

　図１４において、図６と同じまたは相当する部分については、同一符号により示している。

　本実施の形態４においては、第１爪状磁極部１４において、面取り部１５Ａと面取り部１５Ｂとが、第１爪状磁極部１４の周方向中心軸６０に対して線対称の形状となっている。同様に、第２爪状磁極部１６において、面取り部１７Ａと面取り部１７Ｂとが、第２爪状磁極部１６の周方向中心軸６１に対して線対称の形状となっている。図１４においては、面２１，２２が長方形のように記載されているが、面取り部１５Ａ，１５Ｂが線対称で、且つ、面取り部１７Ａ，１７Ｂが線対称であるという条件を満たしていれば、面２１，２２の形状は限定されない。他の構成については、実施の形態１と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。

　以上のように、実施の形態４によれば、第１爪状磁極部１４において、面取り部１５Ａと面取り部１５Ｂとを線対称の形状とし、第２爪状磁極部１６において、面取り部１７Ａと面取り部１７Ｂとを線対称の形状としている。これにより、Ｎ極およびＳ極に対応する回転子起磁力の波形が、磁極中心に対して、時間方向にそれぞれ対称波形となる。そのため、磁束変動を抑えることができ、鉄損を低減することができる。

　実施の形態５．
　図１５は、この発明の実施の形態５に係る車両用交流発電電動機１の第１爪状磁極部１４と第２爪状磁極部１６とを示す正面図である。図１５は、第１ポールコア体９と第２ポールコア体１０とが図２に示すように組み合わされた状態における、第１爪状磁極部１４と第２爪状磁極部１６とを示している。

　図１５において、図６と同じまたは相当する部分については、同一符号により示している。

　図１５に示すように、第１爪状磁極部１４と第２爪状磁極部１６との周方向の中心軸を、周方向中心軸６３とする。

　本実施の形態５においては、第１爪状磁極部１４の全体の形状と第２爪状磁極部１６の全体の形状とが、周方向中心軸６３に対して、反対称形状となっている。ここで、反対称形状とは、同一形状で、且つ、逆向きに配置されている場合を意味する。

　すなわち、本実施の形態５においては、実施の形態４と同様に、第１爪状磁極部１４の周方向の回転方向側に設けられた面取り部１５Ａと、第２爪状磁極部１６の周方向の反回転方向側に設けられた面取り部１７Ｂとが、反対称形状を有し、且つ、第１爪状磁極部１４の周方向の反回転方向側に設けられた面取り部１５Ｂと、第２爪状磁極部１６の周方向の回転方向側に設けられた面取り部１７Ａとが、反対称形状を有している。図１５においては、面２１，２２が長方形のように記載されているが、面取り部１５Ａ，１７Ｂが反対称で、且つ、面取り部１５Ｂ，１７Ｂが反対称であるという条件を満たしていれば、面２１，２２の形状は限定されない。他の構成については、実施の形態１と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。

　以上のように、本実施の形態５によれば、回転子起磁力を第１爪状磁極部１４と第２爪状磁極部１６とで反対称波形とできるため、回転方向の磁束変動が最小となり、鉄損低減効果が最大となる。

　実施の形態６．
　図１６は、この発明の実施の形態６に係る車両用交流発電電動機１に適用される回転子を示す斜視図である。

　本実施の形態６においては、第１爪状磁極部１４と第２爪状磁極部１６との間に、極間磁石１８が設けられている。他の構成は、実施の形態１～５のいずれかと同じとすればよいため、ここでは、その説明は省略する。

　極間磁石１８を備えた場合には、極間磁石を備えない場合と比較して、高調波回転子起磁力が増加する。そのため、実施の形態１～５に比べて、さらに、回転電機の出力が向上する。

　なお、上記の実施の形態１～６では、回転電機として、車両用交流発電電動機を例に挙げて説明したが、その場合に限らず、車両用交流発電機などの他の回転電機にも適用されることは言うまでもない。また、用途としては、車両用に限定されることなく、他の用途に用いられる回転電機に実施の形態１～６を適用してもよい。このように、この発明の実施の形態１～６は、爪状磁極部を有するポールコアを備えた回転電機全般に適用可能であり、いずれの場合においても、同様の効果を奏する。

　１　車両用交流発電電動機、２　ケース、３　プーリ、４　シャフト、５　軸受、６　冷却ファン、７　固定子鉄心、８　固定子コイル、９　第１ポールコア体、１０　第２ポールコア体、１１　界磁巻線、１２　第１ボス部、１３　第１継鉄部、１４　第１爪状磁極部、１５　面取り部、１６　第２爪状磁極部、１７　面取り部、１８　極間磁石、７２　第２ボス部、７３　第２継鉄部。

Claims

　回転子と、
　前記回転子の外周に対して空隙を介して配置された固定子と
　を備え、
　前記回転子は、
　界磁巻線と、
　第１ポールコア体と第２ポールコア体とが組み合わされて構成され、前記第１ポールコア体および前記第２ポールコア体によって形成される内部空間に前記界磁巻線が配置される、ポールコアと
　を有し、
　前記第１ポールコア体は、前記回転子の周方向に間隔を空けて配置された複数の第１爪状磁極部を有し、前記複数の第１爪状磁極部の各々は第１先端部を有し、
　前記第２ポールコア体は、前記回転子の周方向に間隔を空けて配置された複数の第２爪状磁極部を有し、前記複数の第２爪状磁極部の各々は第２先端部を有し、
　前記第１ポールコア体と前記第２ポールコア体とは、前記複数の第１爪状磁極部と前記複数の第２爪状磁極部とが交互に噛み合うように組み合わされており、
　前記第１爪状磁極部の固定子側表面は、周方向両端に設けられた一対の第１面取り部と、前記一対の第１面取り部の間に配置された第１面とを有し、
　前記第２爪状磁極部の固定子側表面は、周方向両端に設けられた一対の第２面取り部と、前記一対の第２面取り部の間に配置された第２面とを有し、
　前記回転子の軸方向に直交し且つ前記第１先端部を通る平面、および、前記軸方向に直交し且つ前記第２先端部を通る平面の少なくともいずれか一方において、前記第１面の長さと前記第２面の長さとが等しい、
　回転電機。
　前記第１爪状磁極部の前記第１面取り部と前記第１面との境界線、および、前記第２爪状磁極部の前記第２面取り部と前記第２面との境界線は、共に、前記固定子に対向する面において軸方向に対して平行である、
　請求項１に記載の回転電機。
　前記第１爪状磁極部の前記第１面の長さと、前記第２爪状磁極部の前記第２面の長さとは、前記軸方向に直交し且つ前記第１先端部を通る前記平面、および、前記軸方向に直交し且つ前記第２先端部を通る前記平面の両方において等しい、
　請求項１に記載の回転電機。
　前記第１爪状磁極部の前記第１面および前記第２爪状磁極部の前記第２面の形状は、平行四辺形である、
　請求項１に記載の回転電機。
　前記第１爪状磁極部の前記一対の第１面取り部の形状は、前記第１爪状磁極部の周方向中心軸に対して対称であり、
　前記第２爪状磁極部の前記一対の第２面取り部の形状は、前記第２爪状磁極部の周方向中心軸に対して対称である、
　請求項１から４までのいずれか１項に記載の回転電機。
　前記第１爪状磁極部の前記周方向の回転方向側に設けられた前記第１面取り部の形状と、前記第２爪状磁極部の前記周方向の反回転方向側に設けられた前記第２面取り部の形状とは、前記第１爪状磁極部と前記第２爪状磁極部の周方向中心軸に対して反対称であり、
　前記第１爪状磁極部の前記周方向の前記反回転方向側に設けられた前記第１面取り部の形状と、前記第２爪状磁極部の前記周方向の前記回転方向側に設けられた前記第２面取り部の形状とは、前記第１爪状磁極部と前記第２爪状磁極部の周方向中心軸に対して反対称である、
　請求項１から５までのいずれか１項に記載の回転電機。
　前記第１爪状磁極部と前記第２爪状磁極部との間に設けられた極間磁石を備えた、
　請求項１から６までのいずれか１項に記載の回転電機。