JP2016135068A - アウターロータ型回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】巻線の体積重心をスロットの中心部ではなく外寄りに配置し、インナーロータ型回転電機よりも性能を高められるアウターロータ型回転電機を提供することである。
【解決手段】回転電機１０は、ステータ３０が放射状に形成される複数のティース３２を有し、ティース３２の周方向幅であるティース幅は、外側のティース幅をＷｏとし、内側のティース幅をＷｉとするとき、Ｗｉ／Ｗｏ≧０．６の比率である。この構成によれば、ステータ巻線３１は外側にゆくにつれて太くなるので、ティース３２は内側にゆくにつれて鉄心断面積を大きく確保し易くなる。よって、個々のティース３２で生じ得る磁気飽和を軽減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、周方向に展開するとともに径方向に着磁して配置される磁石を含むロータと、ロータの内側に配置されるステータとを有するアウターロータ型回転電機に関する。

ステータ（電機子固定子）とロータ（界磁回転子）とからなる回転電機には、ロータがステータの内側に配置されるインナーロータ型と、ロータがステータの外側に配置されるアウターロータ型とがある。アウターロータ型は、巻線性がよく、また界磁磁石の配置や鉄心磁束通路の確保が容易であるので、本来は高出力となる要素を持っており、高性能になると考えられている。

従来では、騒音の低減ことを目的とする小形電動モータ用ロータに関する技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。この小形電動モータ用ロータは、アウターロータ型構造形式であり、成層板から作られた磁気わく、ヨークが衝撃に対して高い減衰係数を有する。

特開平１０−１７８７５３号公報

しかし、実際にアウターロータ型回転電機を設計してみると、上述した特許文献１に記載の技術を含め、インナーロータ型回転電機に対して性能が劣るという問題点がある。そのため、アウターロータ型回転電機は実際の産業分野では殆ど使われることがなかった。

発明者は、アウターロータ型回転電機で性能が伸びない問題点の原因を検討してみた結果、以下の事項を発見した。磁石と巻線（コイル）とは起磁力源としては同じであるが、一般に、巻線電流密度の制約から巻線のほうが同一起磁力あたり大きなスペースを要する。アウターロータ型は、言うまでもなくステータが内側空間に配置されるが、その空間は多くの巻線で占有されるために鉄心断面積が小さくなる。すなわち、インナーロータ型と比べて鉄心の磁気回路面積が不足することが、インナーロータ型回転電機に対して性能が劣る原因である。このため、鉄心の磁気回路面積を如何に大きくするかが課題である。

本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、巻線の体積重心をスロットの中心部ではなく外寄りに配置し、インナーロータ型回転電機よりも性能を高められるアウターロータ型回転電機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、周方向に展開するとともに径方向に着磁して配置される磁石を含むロータと、前記ロータの内側に配置されるステータとを有するアウターロータ型回転電機であって、前記ステータは、放射状に形成される複数のティースを有し、隣り合う前記ティースの周方向幅であるティース幅は、外側のティース幅をＷｏとし、内側のティース幅をＷｉとするとき、Ｗｉ／Ｗｏ≧０．６の比率であることを特徴とする。

この構成では、常に１極分のティース３本のうち２本分以上の範囲で界磁磁束がステータに供給されるようにロータとステータの対向する磁気回路の全体（ｄ軸磁束通路とｑ軸磁束通路の和）を広げるとともに、ティースの相互間に形成されるスロットを内すぼみに形成し、ティースの内側（根元側）が完全飽和しないように最適に確保する。すなわち従来ネックとなりがちであったステータの内側（中心側）における鉄心の磁気回路面積が増えて飽和が緩和されるので、性能を高めることができる。同一体格であれば、本発明のアウターロータ型はインナーロータ型よりも格段に高性能にすることができる。

第２の発明は、前記ロータは、前記磁石の相互間に配置されて磁気的中性の無極性補極である軟磁性磁束通路を有するとともに前記軟磁性磁束通路は、周方向幅が電気角で５０°〜８０°の範囲内で設定することを特徴とする。

この構成によれば、磁石のＮ極とＳ極とを周方向に交互に配置するとともに、磁石の相互間には磁気的に中性の無極性補極を持たせる。無極性補極は軟磁性磁束通路であり、ステータ（特にティース）から流れるｑ軸磁束によるリラクタンストルクが作用し、性能をより高めることができる。

第３の発明は、前記磁石は、周方向の極弧角を電気角で７０°以上に設定することを特徴とする。

この構成によれば、限られた所定の大きさのロータにおいて周方向に磁石を磁極として広くカバーすることになるので、ティースとの対向面積が増してティースの飽和が抑制されるとともに、同等磁束密度で面積が増えるたるにその積である磁束の量も増えることから、飛躍的に高性能化することができる。

なお、「外側」は径方向における外径側や外周側を意味し、「内側」は径方向における内径側や内周側を意味する。巻線は「コイル」や「導体線」に相当し、相数は三相以上であれば問わない。「ロータ」は、円形状（円環状や円筒状等を含む）に成形される。「アウターロータ型回転電機」は、回転する部材（例えば軸やシャフト等）を有する機器であれば任意である。例えば、発電機，電動機，電動発電機等が該当する。「ステータ巻線」は多相巻線であり、一本状の巻線でもよく、複数の導体線やコイルを電気的に接続して一本状にしたものでもよい。ステータ巻線の相数は、三相以上であれば問わない。「巻回」は巻き回すことを意味し、巻いて装う「巻装」と同義に用いる。

アウターロータ型回転電機にかかる第１構成例の一部分を模式的に示す断面図である。 ステータ巻線の第１巻回例を模式的に示す断面図である。 ステータの構成例を模式的に示す図である。 ステータの構成例を模式的に示す図である。 トルクとティース幅の比率との関係例を示すグラフ図である。 トルクと磁石角度との関係例を示すグラフ図である。 トルクとｑ軸コア角度との関係例を示すグラフ図である。 アウターロータ型回転電機にかかる第２構成例の一部分を模式的に示す断面図である。 ステータ巻線の第２巻回例を模式的に示す断面図である。 ステータ巻線の第３巻回例を模式的に示す断面図である。 アウターロータ型回転電機にかかる第３構成例の一部分を模式的に示す断面図である。 トルクと磁石量との関係例を示すグラフ図である。 トルクと回転数との関係例を示すグラフ図である。 ステータ巻線の第４巻回例を模式的に示す断面図である。 ステータ巻線の第５巻回例を模式的に示す断面図である。 ステータ巻線の第６巻回例を模式的に示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的に接続することを意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全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。以下では、「アウターロータ型回転電機」を単に「回転電機」と呼ぶことにする。

〔実施の形態１〕
実施の形態１は図１〜図７を参照しながら説明する。図１に示す回転電機１０Ａは、回転電機１０の一例である。この回転電機１０Ａは、ロータ２０Ａやステータ３０Ａなどを有する。なお、ロータ２０Ａとステータ３０Ａを除いた他の要素（例えばハウジングや回転軸など）について、図１では図示を省略し、明細書では説明を省略する。また図１には、磁石２２の中心軸であるｄ軸と、ｄ軸と直交するｑ軸を併せて示す。

ロータ２０Ａは、ロータ２０の一例である。このロータ２０Ａは、ロータ鉄心２１や磁石２２などを有する。ロータ鉄心２１は、軟磁性磁束通路２１ａや収容部２１ｂなどを有する。収容部２１ｂは磁石２２を収容する部位である。磁石２２は、周方向に延びて展開するとともに、径方向に着磁して配置される。軟磁性磁束通路２１ａは、周方向に隣り合う磁石２２の相互間に配置され、磁気的中性の無極性補極である。上述したｑ軸は、軟磁性磁束通路２１ａの周方向で中心を通るように設定する。

ステータ３０Ａは、ステータ３０の一例である。このステータ３０Ａは、ステータ巻線３１Ａ（図２を参照）やステータ鉄心３３などを有する。ステータ巻線３１Ａはステータ巻線３１の一例であり、多相（例えばＵ相，Ｖ相，Ｗ相の三相）の巻線である。複数のティース３２Ａは、ステータ鉄心３３から外側に向けて放射状に形成される。ステータ巻線３１Ａは、ティース３２の一例である。周方向に隣り合うティース３２Ａの相互間に形成される空間は、ステータ巻線３１Ａが収容されるスロット３４Ａである（図２を参照）。

ティース３２Ａの周方向幅を「ティース幅」とする。ティース３２Ａの内側におけるティース幅を内側ティース幅Ｗｉとし、ティース３２Ａの外側におけるティース幅を外側ティース幅Ｗｏとする。内側ティース幅Ｗｉと外側ティース幅Ｗｏは、いずれも任意に設定してよい。ただし、回転電機１０Ａの性能を高めるにあたり、内側ティース幅Ｗｉと外側ティース幅Ｗｏの比率に関する設定例については後述する（図５を参照）。

図２に示すスロット３４Ａにおいて、ステータ巻線３１Ａは複数層で収容されて巻回される。複数層の層数は任意に設定してよい。本形態では、層数を３層とし、内側から外側に向かって順番に第１層，第２層，第３層とする。第１層にはステータ巻線３１１ａが収容され、第２層にはステータ巻線３１２ａが収容され、第３層にはステータ巻線３１３ａが収容される。ステータ巻線３１１ａ，３１２ａ，３１３ａは、いずれもステータ巻線３１Ａの一部分である。ステータ巻線３１１ａ，３１２ａ，３１３ａの断面形状は、断面積が同じとなるように、スロット３４Ａの形状に沿って形成される。この形成により、ステータ巻線３１がスロット３４を占める占有率が向上する。また、ステータ巻線３１Ａの層間における特性（例えば許容電流値や抵抗値など）に差異が生じにくい。さらに、ステータ巻線３１Ａの体積重心がスロット３４Ａの外側寄りに配置されるので、ティース３２Ａ（ひいてはステータ鉄心３３）の磁気回路面積を大きくすることができる。

なお図２では、ステータ巻線３１Ａの相互間や、ステータ巻線３１Ａとステータ鉄心３３との間には絶縁部材（例えば絶縁被膜や絶縁紙など）の図示を省略している。実際には、ステータ巻線３１Ａを絶縁皮膜で覆ったり、耐熱樹脂の焼付け塗装したりする。また、ステータ巻線３１Ａの相互間や、ステータ巻線３１Ａとステータ鉄心３３との間などに、絶縁紙を介在させる。絶縁部材の省略については、後述する図９，図１０，図１４，図１５，図１６についても同様である。

図３には、ステータ巻線３１のコイルエンド部ＣＥ１，ＣＥ２を示す。コイルエンド部ＣＥ１，ＣＥ２は、図２に示すスロット３４Ａ（ひいてはステータ鉄心３３）から軸方向に突出する部位である。図３の構成例では、ステータ巻線３１にＵ字状（Ｕターン状とも呼ぶ）に形成された複数のコイルを用いている。Ｕ字状の底部をコイルエンド部ＣＥ２とする。コイルエンド部ＣＥ２と軸方向で反対側のコイルエンド部ＣＥ１では、接合Ｊによる接続を行っている。

図４はステータ巻線３１のコイルエンド部ＣＥ１を外側に配置した例を示し、コイルエンド部ＣＥ２の図示を省略する。このコイルエンド部ＣＥ１は、図示するように周方向に相互に整列配置された入り組み形状である。これにより、ステータ巻線３１をコンパクトに巻回することができ、ステータ３０全体の体格を小さく抑制できる。

上述した回転電機１０Ａに関する性能について、図５〜図７を参照しながら説明する。まず図５には、縦軸をトルクＴとし、横軸をティース幅の比率（Ｗｉ／Ｗｏ）とするとき、性能の特性線Ｌ１を示す。図示するように、Ｗｉ／Ｗｏ＝１．２のとき、トルクＴ１３（トルクＴの最大値）が得られる。Ｗｉ／Ｗｏ＝０．８ではトルクＴ１２（Ｔ１２＜Ｔ１３）が得られ、Ｗｉ／Ｗｏ＝０．６ではトルクＴ１１（Ｔ１１＜Ｔ１２）が得られる。全体の２／３以上の界磁磁束がティース３２Ａを流れるようにするには、ティース幅の比率をＷｉ／Ｗｏ≧０．６の範囲で設定するとよい。さらに性能を大きく確保するには、Ｗｉ／Ｗｏ≧０．８の範囲で設定するのが望ましい。

一方、Ｗｉ／Ｗｏを１．４よりも大きく設定してゆくにつれて、ティース３２Ａの外側先端部が次第に小さくなる。そのため、磁気飽和が生じ易くなり、ロータ２０との間で流れる磁束量が制約される。対称性を考慮すると、ティース幅の比率は０．６≦Ｗｉ／Ｗｏ≦１．８の範囲内で設定するのがよい。性能を大きく確保するには、０．８≦Ｗｉ／Ｗｏ≦１．５の範囲内で設定するのが望ましい。Ｗｉ／Ｗｏが１．５を越えると、性能が殆ど向上しないのに、スロット３４へのステータ巻線３１の収納についての困難性が高まる。そのため、Ｗｉ／Ｗｏは１．５以下で制約するのが望ましい。

図６には、縦軸をトルクＴとし、横軸を磁石角度θｍ１とするとき、性能の特性線Ｌ２を示す。横軸は、電気角を示すとともに、括弧内に機械角を示す。機械角＝電気角×（２／磁極数）の関係があるので、回転電機１０Ａは磁極数＝８（磁極対数が４）の例である。磁石角度θｍ１は、磁石角度θｍの一例であり、図１に示すようにロータ２０の中心からみた磁石２２の角度（磁石占有の極弧角を電気角で表現したもの）である。

図６に示すように、磁石角度θｍ１の電気角が１０４°のとき、トルクＴ２２（トルクＴの最大値）が得られる。磁石角度θｍ１の電気角が７０°では、トルクＴ２１（Ｔ２１＜Ｔ２２）が得られる。性能を高めるには、θｍ≧７０°に設定するとよい。

一方、磁石角度θｍ１の電気角を１０４°よりも大きく設定してゆくにつれて、軟磁性磁束通路２１ａが次第に小さくなる。軟磁性磁束通路２１ａが小さくなるにつれて、磁石２２の磁束がティース３２Ａに集中して磁気飽和が生じ易くなるので、ステータ３０との間で流れる磁束量が制約される。１極あたりティース３２Ａの三本中の一本は軟磁性磁束通路２１ａから磁束を出入りさせることを考慮すると、磁石角度θｍ１の電気角は７０°≦θｍ≦１２０°の範囲内で設定するとよい。

図７には、縦軸をトルクＴとし、横軸をｑ軸コア角度θｒとするとき、性能の特性線Ｌ３を示す。ｑ軸コア角度θｒは、図１に示すようにロータ２０の中心からみた軟磁性磁束通路２１ａの角度である。

図７に示すように、ｑ軸コア角度θｒの電気角が６５°のとき、トルクＴ３３（トルクＴの最大値）が得られる。ｑ軸コア角度θｒの電気角が５０°ではトルクＴ３１（Ｔ３１＜Ｔ３３）が得られ、８０°ではトルクＴ３２（Ｔ３２＜Ｔ３３）が得られる。性能を高めるには、５０°≦θｒ≦８０°の範囲Ｅｘ内で設定するとよい。

〔実施の形態２〕
実施の形態２は図８〜図１０を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態１と相違する点を説明する。

図８に示す回転電機１０Ｂは、回転電機１０の一例である。この回転電機１０Ｂは、ロータ２０Ａやステータ３０Ｂなどを有する。図１に示す回転電機１０Ａと比べて、回転電機１０Ｂはステータ３０Ａに代えてステータ３０Ｂ，３０Ｃを有する点が相違する。

ステータ３０Ｂ，３０Ｃは、いずれもステータ３０の一例である。ステータ３０Ｂ，３０Ｃは、ステータ巻線３１Ｂ（図９を参照）またはステータ巻線３１Ｃ（図１０を参照）や、ステータ鉄心３３などを有する。ステータ巻線３１Ｂ，３１Ｃは、いずれもステータ巻線３１の一例であり、多相の巻線である。複数のティース３２Ｂ，３２Ｃ（図９，図１０を参照）は、ステータ鉄心３３から外側に向けて放射状に形成される。

図９に示すステータ巻線３１Ｂは、断面形状が平角状（すなわち矩形状）であり、図２に示すステータ巻線３１Ａと相違する。第１層にはステータ巻線３１１ｂが収容され、第２層にはステータ巻線３１２ｂが収容され、第３層にはステータ巻線３１３ｂが収容される。ステータ巻線３１１ｂ，３１２ｂ，３１３ｂは、いずれもステータ巻線３１Ｂの一部分である。

周方向に隣り合うティース３２Ｂの相互間に形成される空間は、ステータ巻線３１Ｂが収容されるスロット３４Ｂである。スロット３４Ｂは、階段状に形成される段付きスロットである。ティース３２Ｂの相互間距離を「スロット幅」とする。図９には、内側からスロット幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３で形成した例を示す。スロット幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は、任意に設定してよい。個々のティース３２Ｂで生じ得る磁気飽和を最小限に抑えるには、Ｗ１：Ｗ２：Ｗ３＝１：２：３の比率で設定するとよい。なおスロット幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は、ステータ巻線３１１ｂ，３１２ｂ，３１３ｂの周方向幅でもある。

図１０に示すステータ巻線３１Ｃは、図９に示すステータ巻線３１Ｂの変形例である。第１層にはステータ巻線３１１ｃが収容され、第２層にはステータ巻線３１２ｃが収容され、第３層にはステータ巻線３１３ｃが収容される。ステータ巻線３１１ｃ，３１２ｃ，３１３ｃは、いずれもステータ巻線３１Ｃの一部分である。

上述したステータ巻線３１Ｂは、ステータ巻線３１１ｂ，３１２ｂ，３１３ｂの径方向幅（図９の縦方向幅）を等しくする。これに対してステータ巻線３１Ｃは、図２に示すステータ巻線３１Ａと同様に、断面積が同じとなるように径方向幅を設定して形成される。よって、ステータ巻線３１Ｃの層間における特性（例えば許容電流値や抵抗値など）に差異が生じにくい。

周方向に隣り合うティース３２Ｃの相互間に形成される空間は、ステータ巻線３１Ｃが収容されるスロット３４Ｃである。スロット３４Ｃは、スロット３４Ｂと同様に、階段状に形成される段付きスロットである。上述したステータ巻線３１Ｂ，３１Ｃは、いずれも断面が平角化されるので、スロット３４Ｂ，３４Ｃを占める占有率が向上する。

〔実施の形態３〕
実施の形態３は図１１〜図１３を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１，２で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態１，２と相違する点を説明する。

図１１に示す回転電機１０Ｃは、回転電機１０の一例である。この回転電機１０Ｃは、ロータ２０Ｂやステータ３０Ａなどを有する。図１に示す回転電機１０Ａと比べて、回転電機１０Ｃはロータ２０Ａに代えてロータ２０Ｂを有する点が相違する。

ロータ２０Ｂは、図１に示すロータ２０Ａと比べて、磁石２２の角度（極弧角）が相違する。ロータ２０Ａの磁石２２が磁石角度θｍ１であるのに対して、ロータ２０Ｂの磁石２２は磁石角度θｍ２である（θｍ２＞θｍ１）。すなわち、ロータ２０Ａとロータ２０Ｂとでは磁石量が相違する。

トルクＴと磁石量Ｍとの関係例を図１２に示す。磁石量Ｍを変化させながら測定したトルクＴをプロットし、測定されたトルクＴの最大値を結んでゆくと特性線Ｌ４のようになった。図１，図８に示すロータ２０Ａの磁石２２を磁石量Ｍ１とし、図１１に示すロータ２０Ｂの磁石２２を磁石量Ｍ２とする。特性線Ｌ４に従って、磁石量Ｍ１ではトルクＴ４２が得られ、磁石量Ｍ２ではトルクＴ４３が得られる（Ｔ４３＞Ｔ４２）。従来では磁石量Ｍ１の磁石を用いても、トルクＴ４１しか得られなかった（Ｔ４１＜Ｔ４２＜Ｔ４３）。したがって、従来よりも回転電機１０の性能が高められる。

図１２でプロットしたデータの一部について、低速トルクの一例を次の表１に示し、高速トルクの一例を次の表２に示す。低速トルクの回転数Ｎは基底回転数が異なるのに対して、高速トルクの回転数Ｎは１００００[rpm]で一定にしている。これらの表中に示すデータは一例に過ぎず、条件を変えても同様の結果が得られた。

また、トルクＴと回転数Ｎとの関係例を図１３に示す。回転数Ｎを変化させながら測定したトルクＴは、特性線Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７のようになった。実線で示す特性線Ｌ５は、図１１に示すロータ２０Ｂの磁石２２（磁石量Ｍ２）を用いた例である。一点鎖線で示す特性線Ｌ６は、図１，図８に示すロータ２０Ａの磁石２２（磁石量Ｍ１）を用いた例である。二点鎖線で示す特性線Ｌ７は、従来技術（磁石量Ｍ１）を用いた例である。トルクＴは、回転数Ｎの全域にわたって向上しており、磁石２２の磁石量Ｍが多いほど高まる。

〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態１〜３に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。

上述した実施の形態１〜３では、層数を３層とし、ステータ巻線３１は第１層，第２層，第３層で断面形状を異ならせる構成とした（図２，図９，図１０を参照）。この形態に代えて、層数を２層や４層以上で構成してもよい。また、複数層のうちで２層以上について、ステータ巻線３１の断面形状および断面積が同じになるように構成してもよい。

例えば、図１，図２，図１１に示すティース３２Ａおよびスロット３４Ａについては、図１４に示すステータ巻線３１Ｄを用いる構成が該当する。ステータ巻線３１Ｄは、第１層にはステータ巻線３１１ｄが収容され、第２層には複数のステータ巻線３１２ｄが収容され、第３層には複数のステータ巻線３１３ｄが収容される。少なくともステータ巻線３１２ｄ，３１３ｄは断面形状および断面積が同じである。

例えば、図８，図９に示すティース３２Ｂおよびスロット３４Ｂについては、図１５に示すステータ巻線３１Ｅや図１６に示すステータ巻線３１Ｆを用いる構成が該当する。

図１５に示すステータ巻線３１Ｅは、第１層にはステータ巻線３１１ｅが収容され、第２層には複数のステータ巻線３１２ｅが収容され、第３層には複数のステータ巻線３１３ｅが収容される。ステータ巻線３１１ｅ，３１２ｅ，３１３ｅは断面形状および断面積が同じ平角線である。

図１６に示すステータ巻線３１Ｆは、第１層にはステータ巻線３１１ｆが収容され、第２層には複数のステータ巻線３１２ｆが収容され、第３層には複数のステータ巻線３１３ｆが収容される。ステータ巻線３１１ｆ，３１２ｆ，３１３ｆは断面形状および断面積が同じ平角線である。径方向にも複数のステータ巻線を配置しているので、図１６に示すステータ巻線３１Ｆの層数は６層とも言える。

上述した実施の形態１の回転電機１０Ａはロータ２０Ａとステータ３０Ａを有し（図１を参照）、実施の形態２の回転電機１０Ｂはロータ２０Ａとステータ３０Ｂ，３０Ｃを有し（図８を参照）、実施の形態３の回転電機１０Ｃはロータ２０Ｂとステータ３０Ａを有する構成とした（図１１を参照）。この形態に代えて、図示しないが、ロータ２０Ｂとステータ３０Ｂを有する構成としてもよく、ロータ２０Ｂとステータ３０Ｃを有する構成としてもよい。磁石量Ｍが増えるのでトルクＴも向上する（図１２，図１３を参照）。

上述した実施の形態１〜３では、スロット３４Ｂ，３４Ｃの段数を２で構成した（図９，図１０を参照）。この形態に代えて、３以上の段数で階段状に形成してもよい。段数が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜３と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態１〜３では、ロータ２０には単体の磁石２２を備える構成とした（図１，図８，図１１を参照）。この形態に代えて、複数の分割磁石で磁石２２を構成してもよい。磁石２２を分割するか否かの相違に過ぎないので、上述した実施の形態１〜３と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１〜３では、ロータ２０の収容部２１ｂは磁石２２を保持するブリッジを有する構成とした（図１，図８，図１１を参照）。ブリッジは、ロータ２０の内径側で軟磁性磁束通路２１ａの相互間を結ぶ部位である。この形態に代えて、磁石２２を固定することを条件として、収容部２１ｂはブリッジを有しない構成としてもよい。磁石２２の固定方法は問わない。ブリッジを有するか否かの相違に過ぎないので、上述した実施の形態１〜３と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１〜３では、回転電機１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）は磁極数＝８（磁極対数が４）で構成した（図１，図８，図１１を参照）。この形態に代えて、他の磁極数（あるいは磁極対数）で構成してもよい。磁極数（磁極対数）が相違するに過ぎないので、上述した実施の形態１〜３と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１〜３では、ステータ巻線３１のＵ字状のコイルエンド部ＣＥ１を軸方向片側に配置し、周方向に相互に整列配置された入り組み形状にする構成とした（図４を参照）。この形態に代えて、Ｕ字状をもたずステータ巻線３１の切断・再接続仕様のコイルエンド部ＣＥ２（図３を参照）を両側に配置し、周方向に相互に整列配置された入り組み形状にする構成としてもよい。外側に配置するコイルエンド部ＣＥ１，ＣＥ２がＵ字状の曲げ形状であっても切断再接続形状であっても製法が相違するに過ぎず、ともに入り組み形状とするので、上述した実施の形態１〜３と同様の作用効果、また小型化の設計的メリットを得ることができる。

〔作用効果〕
上述した実施の形態１〜３および他の実施の形態によれば、以下に示す各効果を得ることができる。

（１）回転電機１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）において、ステータ３０は放射状に形成される複数のティース３２を有し、ティース３２の周方向幅であるティース幅は、外側のティース幅をＷｏとし、内側のティース幅をＷｉとするとき、Ｗｉ／Ｗｏ≧０．６の比率である構成とした（図１，図８，図１１を参照）。この構成によれば、常に１極分のティース３２の三本のうち二本分以上の範囲で界磁磁束がステータ鉄心３３に供給されるようにロータ２０とステータ３０の対向する磁気回路の全体（ｄ軸磁束通路とｑ軸磁束通路の和）を広げるとともに、ティース３２の相互間に形成されるスロット３４を内すぼみに形成し、ティース３２の内側（根元側）が完全飽和しないように最適に確保する。すなわち従来ネックとなりがちであったステータ３０の内側（中心側）における鉄心の磁気回路面積が増えて飽和が緩和されるので、性能を高めることができる。同一体格であれば、本発明のアウターロータ型はインナーロータ型よりも格段に高性能にすることができる。

（２）ロータ２０は、磁石２２の相互間に配置されて磁気的中性の無極性補極である軟磁性磁束通路２１ａを有し、軟磁性磁束通路２１ａは、周方向幅が電気角で５０°〜８０°の範囲Ｅｘ内で設定する構成とした（図１，図７，図８，図１１を参照）。この構成によれば、ステータ３０（特にティース３２）から流れるｑ軸磁束によるリラクタンストルクが作用し、性能をより高めることができる。

（３）磁石２２は、周方向の極弧角を電気角で７０°以上に設定する構成とした（図１，図６，図８，図１１を参照）。この構成によれば、限られた所定の大きさのロータ２０において周方向に磁石２２を磁極として広くカバーすることになるので、ティース３２との対向面積が増してティース３２の飽和が抑制されるとともに、同等磁束密度で面積が増えるたるにその積である磁束の量も増えることから、飛躍的に高性能化することができる。

（４）ティース３２の相互間に形成されるスロット３４Ｂ，３４Ｃに収容されて巻回されるステータ巻線３１は平角線であり、ステータ巻線３１のコイルエンド部ＣＥ１（ＣＥ２）は相互に整列配置された入り組み形状である構成とした（図３，図４を参照）。この構成によれば、コイルエンド部ＣＥ１（ＣＥ２）が整列配置されるので、ステータ巻線３１をコンパクトに巻回することができる。よって、ティース３２の磁気回路に余裕が得られる。

（５）ティース３２の相互間に形成されるスロットは、階段状に形成される段付きスロット３４Ｂ，３４Ｃである構成とした（図８〜図１０を参照）。この構成によれば、ステータ巻線３１の断面を平角化することができ、スロット３４を占める占有率が向上する。また、平角状のステータ巻線３１（すなわち平角線）はスロット３４に対してコンパクトに収容できるので、ティース３２の磁気回路に余裕が得られる。

（６）スロット３４Ｂ，３４Ｃは、内側から１：２：３の比率のスロット幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３をもつ構成とした（図９，図１０を参照）。この構成によれば、個々のティース３２で生じ得る磁気飽和を最小限に抑えることができる。

１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ） 回転電機
２０（２０Ａ，２０Ｂ） ロータ（回転子）
２２ 磁石
３０（３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ） ステータ（固定子）
３１（３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅ，３１Ｆ） ステータ巻線
３２（３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ） ティース

Claims (6)

1. 周方向に展開するとともに径方向に着磁して配置される磁石を含むロータと、前記ロータの内側に配置されるステータとを有するアウターロータ型回転電機であって、
   前記ステータは、放射状に形成される複数のティースを有し、
   前記ティースの周方向幅であるティース幅は、外側のティース幅をＷｏとし、内側のティース幅をＷｉとするとき、Ｗｉ／Ｗｏ≧０．６の比率であることを特徴とするアウターロータ型回転電機。
2. 前記ロータは、前記磁石の相互間に配置されて磁気的中性の無極性補極である軟磁性磁束通路を有し、
   前記軟磁性磁束通路は、周方向幅が電気角で５０°〜８０°の範囲内で設定することを特徴とする請求項１に記載のアウターロータ型回転電機。
3. 前記磁石は、周方向の極弧角を電気角で７０°以上に設定することを特徴とする請求項１または２に記載のアウターロータ型回転電機。
4. 前記ティースの相互間に形成されるスロットに収容されて巻回されるステータ巻線は平角線であり、
   前記ステータ巻線のコイルエンド部は相互に整列配置された入り組み形状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のアウターロータ型回転電機。
5. 前記ティースの相互間に形成されるスロットは、階段状に形成される段付きスロットであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のアウターロータ型回転電機。
6. 前記スロットは、内側から１：２：３の比率のスロット幅をもつことを特徴とする請求項５に記載のアウターロータ型回転電機。

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