JP2011234601A

JP2011234601A - 回転電機

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Publication number: JP2011234601A
Application number: JP2010166342A
Authority: JP
Inventors: Tomoya Ueda; 智哉上田; Elson Ricky; エルソンリッキー; Shindo Kaji; 信藤梶
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2011-11-17

Abstract

【課題】回転電機のコギングトルクを低減する。
【解決手段】回転電機は、ステータコアが、コアバックと、周方向において等ピッチに配置されコアバックからロータマグネットに向かって延びる複数のティース２２４と、を備える。各ティースの先端面７が、部分円筒面状の基準先端面７１と、基準先端面に対してロータマグネットに向かって凸となる少なくとも１つの凸部７２と、を有する。スロット数とポール数との最小公倍数（スロット数とポール数の比が（２ｎ＋１）対４（ｎは自然数）の場合を除く。）をスロット数にて除した値から１を減じた数を凸部配置最大数として、少なくとも１つの凸部７２が、各ティースの両側のスロット間隙の間を凸部配置最大数に１を加えた個数に周方向に等分する凸部配置可能位置のうち予め定められた少なくとも１つの位置に配置され、少なくとも１つの位置が、中心軸を中心とする周方向において先端面の中央から離れた位置を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、駆動源および／または発電機として用いられる回転電機に関する。

米国特許第４９９８０３２号明細書では、図１ａ〜１ｃを参照して、第２欄６４行〜第３欄１２行に、ステータスロット間隙１４とロータポールギャップ２５との干渉により曲線１に示すトルクが生じ、磁性凸部１３３とロータポールギャップ２５との干渉により曲線２に示すトルクが生じることが開示されている。第３欄１３〜２７行に示されるように、凸部１３３の適切な幅ａはスロット間隙の幅ｓの０．５〜１倍である。図５および第３欄６０行〜第４欄１７行では、ステータヘッドに突出する端部を設けることにより、凸部と同様の効果を得ることができることが開示されている。図２ａおよび第４欄４０〜５９行では、強磁性アングル３３を取り付けることにより、凸部と同様の作用を得る手法が示されている。

図７ｄおよび図８ｄ並びに第５欄１６行〜５９行には、６ポール外側ステータと４ポール内側ロータとが開示されている。図７ａおよび図８ａに示されるように、凸部と端部との間のステータの先端の輪郭は波状とされ、エアギャップの拡大領域Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３が設けられる。これにより、図７ｃおよび図８ｃに示されるように曲線２、２’の合計の波形が低減される。図９ａでは、６ポール外側ステータと８ポール内側ロータとの場合が例示されており、１つの凸部３０３はステータポールの中央に位置し、２つの凸部はステータポールの中心とステータスロットの中心との間に位置する。

以上のように、米国特許第４９９８０３２号明細書では、ステータスロット間隙とロータポールギャップとの干渉により生じるトルクを低減する様々な手法が提案されている。

国際公開第２００９／１１９７３４号パンフレットの図３および段落００２６に開示される電機子３１では、ティース部３１５の対向面３１９の略中央に凸部５０が設けられる。これにより、段落００２８、００２９に記載されているように、凸部５０によって発生するコギングトルクの波形の位相は、スロットオープン３２０によって発生するコギングトルクの基本波の位相に対して略逆位相となる。その結果、コギングトルクが大幅に低減される。

また、図６および段落００３６では、対向面６１９の周方向の両端に２つの突部７０が形成されたものが開示され、図８および段落００４９では、対向面の中央に第１突部８０が形成され、両端に２つの第２突部８１が形成されたものが開示されている。これによってもコギングトルクが低減される。

さらに段落００６９では、これらの突部が設けられる形態は、ロータマグネット２３の磁極の数をＭとし、ティース部の数をＮとした場合、Ｍ：Ｎ＝２：２ｎ＋１またはＭ：Ｎ＝４：２ｎ＋１を満たす場合に限定される点が指摘されている。さらに、段落００７０では、Ｍ：Ｎ＝４：２ｎ＋１の場合は、ティース部の対向面における略１／４ピッチの位置に突部が設けられるとよい点にも言及されている。

特開２００１−３３９９２１号公報に開示される永久磁石型電動機では、ティース部材の先端の内周面に補助溝を設けることによりコギングトルクの周期が小さくされる。さらに、固定子と回転子との間に相対的に電気角７２度のスキューを施し、コギングトルクが低減される。
米国特許第４９９８０３２号明細書国際公開第２００９／１１９７３４号パンフレット特開２００１−３３９９２１号公報

ところで、米国特許第４９９８０３２号明細書および国際公開第２００９／１１９７３４号パンフレットに開示されるモータでは、コギングトルクを低減するための様々な手法について検討されているが、コギングトルクを低減するために突起をどのように設けるべきか理論的に検討されておらず、モータの仕様に合わせた場当たり的な提案しかなされていない。特開２００１−３３９９２１号公報に開示される永久磁石型電動機では、コギングトルクの周期を小さくするという発想に基づいているため、コギングトルクの低減に限界がある。したがって、従来より、コギングトルクを低減する設計に多くの労力が必要であった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、スロット数とポール数とに基づいてティースの先端に凸部を設けることができる位置を提供することにより、コギングトルクを低減する設計を容易とすることを目的としている。

本発明の一の側面からは、回転電機は、中心軸を中心とする環状のステータを有する静止部と、前記ステータの内側または外側に配置されるロータマグネットを有する回転部と、を備え、前記ステータのステータコアが、環状のコアバックと、周方向において等ピッチに配置され、前記コアバックから前記ロータマグネットに向かって延びる複数のティースと、を備え、各ティースの先端面が、部分円筒面状の基準先端面と、前記基準先端面に対して前記ロータマグネットに向かって凸となる少なくとも１つの凸部と、を有し、スロット数とポール数との最小公倍数（スロット数とポール数の比が（２ｎ＋１）対４（ｎは自然数）の場合を除く。）を前記スロット数にて除した値から１を減じた数を凸部配置最大数として、前記少なくとも１つの凸部が、前記各ティースの両側のスロット間隙の間を前記凸部配置最大数に１を加えた個数に周方向に等分する凸部配置可能位置のうち予め定められた少なくとも１つの位置に配置され、前記少なくとも１つの位置が、前記中心軸を中心とする周方向において前記先端面の中央から離れた位置を含む。

本発明によれば、コギングトルクを低減する設計を容易とすることができる。

図１は、回転電機の断面図である。図２は、ステータコアおよびロータマグネットを示す平面図である。図３は、ティースの先端の拡大図である。図４は、凸部の拡大図である。図５は、コギングトルクを示す図である。図６は、ティースの先端を簡略化して示す図である。図７は、スロット間隙にてコギングトルクが生じる原理を説明するための図である。図８．Ａは、凸部によりトルクが生じる原理を説明するための図である。図８．Ｂは、凸部によりトルクが生じる原理を説明するための図である。図９は、スロット間隙の位置と磁極の境界の位置との関係を示す図である。図１０は、ステータコアおよびロータマグネットの他の例を示す平面図である。図１１は、ティースの先端の拡大図である。

本明細書では、回転電機の中心軸方向における上側を単に「上側」と呼び、下側を単に「下側」と呼ぶ。本明細書における上下方向は、実際の機器に組み込まれたときの上下方向を示すものではない。また、中心軸を中心とする周方向を、単に「周方向」と呼び、中心軸を中心とする径方向を、単に「径方向」と呼ぶ。

図１は、本発明の例示的な一の実施形態に係る回転電機１を示す図である。回転電機１は、例えば、電動アシスト自転車に搭載され、ペダルの踏み込みの補助および発電に利用される。回転電機１は、駆動源であるモータであり、発電機でもある。

回転電機１はインナーロータ型である。回転電機１は、固定組立体である静止部２と、回転組立体である回転部３と、軸受機構４と、を備える。軸受機構４は、回転電機１の中心軸Ｊ１を中心に回転部３を静止部２に対して回転可能に支持する。

静止部２は、ハウジング２１と、ステータ２２と、ブラケット２３と、を備える。ハウジング２１は、有底略円筒状である。ステータ２２は、中心軸Ｊ１を中心とする環状であり、ハウジング２１の内側面に取り付けられる。ブラケット２３は、環状であり、ハウジング２１の上端に取り付けられる。ステータ２２は、ステータコア２２１と、インシュレータ２２２と、コイル２２３と、を備える。ステータコア２２１は、薄板状の珪素鋼板が積層されて形成される。インシュレータ２２２は、ステータコア２２１の表面を被覆する絶縁体である。

回転部３は、シャフト３１と、ヨーク３２と、ロータマグネット３３と、カバー部材３４と、を備える。シャフト３１は、中心軸Ｊ１を中心として配置される。ヨーク３２は、略円筒状であり、シャフト３１に固定される。ヨーク３２は、薄板状の磁性鋼板が積層されて形成される。ロータマグネット３３は、ステータ２２の内側に配置され、ヨーク３２の外側面に接着剤により固定される。カバー部材３４は、ロータマグネット３３の外側を覆う。

軸受機構４は、上部ボールベアリング４１と、下部ボールベアリング４２と、を備える。上部ボールベアリング４１は、ブラケット２３の内周面に取り付けられる。下部ボールベアリング４２は、ハウジング２１の底部中央に取り付けられる。シャフト３１は、ブラケット２３の開口を介してブラケット２３の上側に突出する。シャフト３１は、上部ボールベアリング４１および下部ボールベアリング４２により中心軸Ｊ１を中心に回転可能に支持される。

図２は、ステータコア２２１およびロータマグネット３３を示す平面図である。ステータコア２２１は、１２本のティース２２４と、コアバック２２５と、を備える。ステータコア２２１を構成する積層鋼板の各層は、周方向において連続する１枚の金属板である。コアバック２２５は環状である。ティース２２４は、コアバック２２５から中心軸Ｊ１に向かって、すなわち、ロータマグネット３３に向かって延びる。ティース２２４は、周方向において等ピッチにて配置される。各ティース２２４上に図１に示すインシュレータ２２２を介して導線が巻回されることにより、コイル２２３が形成される。ロータマグネット３３は、ステータ２２の内側に位置する。ロータマグネット３３は、１０個の磁極を有する。ステータ２２に電流が供給されることにより、ロータマグネット３３とステータ２２との間に、中心軸Ｊ１を中心とするトルクが発生する。逆に、ロータマグネット３３がステータ２２に対して回転することにより、ステータ２２から電力が取り出される。

図３は、１つのティース２２４の先端を拡大して示す図である。ティース２２４の先端面７は、ロータマグネット３３と径方向に対向する。先端面７は、基準先端面７１と、４個の凸部７２と、を有する。凸部７２の高さは非常に低い。複数の凸部７２は同形状である。基準先端面７１は、凸部７２の間および先端面７の最も端に位置する。基準先端面７１は部分円筒面状である。基準先端面７１の曲率中心は、中心軸Ｊ１と必ずしも一致しなくてよい。例えば、基準先端面７１の曲率中心は、中心軸Ｊ１よりも先端面７側に位置する。凸部７２は、基準先端面７１に対して中心軸Ｊ１に向かって、すなわち、ロータマグネット３３に向かって凸である。

図４は、１つの凸部７２を拡大して示す図である。図４では、ティース２２４側に平行斜線を付している。後述の図６においても同様である。凸部７２は、台形状であり、凸部先端面７２１と、一対の凸部傾斜面７２２と、を有する。なお、凸部７２は、幾何学的な厳密な意味での台形状ではないが、実質的に台形状である。凸部傾斜面７２２は、凸部先端面７２１の周方向両側に位置する。凸部傾斜面７２２は、凸部先端面７２１と基準先端面７１とを繋ぐ。凸部先端面７２１および基準先端面７１は、円筒面の一部であるが、これらの面の周方向の幅は全周に対して微小であるため、これらの面は平面であってもよい。

ステータコア２２１を構成する積層鋼板の各層は、周方向において連続する１枚の金属板であることから、図２に示すティース２２４間のスロット間隙２２６の周方向の幅は、ステータ２２の巻線の線径よりも大きい。なお、スロット間隙２２６に対応する機械角は微小であることから、「スロット間隙２２６の幅」は、ティース２２４の間の周方向における距離でもよく、最短直線距離でもよい。

回転電機１では、スロット間隙２２６の数（以下、「スロット数」という。）は１２であり、ロータマグネット３３の磁極の数（以下、「ポール数」という。）は１０である。また、１つのティース２２４上に設けられる凸部７２の数は４である。凸部７２の位置は、各ティース２２４の両側のスロット間隙２２６の中央の間を周方向に等分する位置である。凸部７２のピッチ角は、（３６０／６０＝）６°である。これにより、後述するように、磁極がスロット間隙２２６を通過する際に発生するコギングトルク（以下、「基本コギングトルク」という。）とは逆位相の（コギング）トルクが、磁極と凸部７２との間に生じる。その結果、全体のコギングトルクが低減される。

図５は、全体のコギングトルクが低減される様子を計算機上でシミュレートした結果を示す図である。図５において、横軸は回転部３の回転位置であり、縦軸は回転部に作用するトルクである。破線８１は基本コギングトルクの波形を示し、一点鎖線８２は凸部７２による逆位相のトルクの波形を示す。実線８３は両トルクの和を示す。実線８３にて示すように、全体のコギングトルクが大幅に減少することが判る。

次に、スロット間隙２２６の幅と凸部７２の形状との関係について説明する。図６は、ティース２２４の先端を簡略化して示す図であり、水平方向が周方向に対応する。以下の説明における「幅」は、原則として周方向における距離、すなわち、円弧状の長さを指す。しかし、「幅」は全周に対して微小な距離であるため、直線距離として捉えられてもよい。また、各面の境界には僅かに略円弧状の面取形状が設けられる場合があるが、この場合、「幅」は面取形状を無くした設計上の幅を指すものとする。

既述のように、スロット間隙２２６の幅（以下、「スロット幅」という。）ＳＷはコイル２２３の巻線の直径よりも大きい。また、回転部３と基準先端面７１との間の距離であるギャップＡＧは非常に小さい。このようにスロット幅ＳＷが大きく、ギャップＡＧが小さい場合、凸部先端面７２１の幅（以下、「凸部先端幅」という。）ＴＷをスロット幅ＳＷよりも小さくすると全体のコギングトルクが低減されることがシミュレーションにより確認されている。さらに、基準先端面７１の径方向の位置における凸部７２の幅（以下、「凸部最大幅」という。）ＢＷをスロット幅ＳＷよりも小さくすることが好ましい。

凸部７２の数が４の場合、凸部７２間にゆとりがあるため、凸部最大幅ＢＷは、凸部先端幅ＴＷの２倍以上とすることができる。また、凸部７２により基本コギングトルクとは逆位相の波形を確実に得るために、凸部７２間の基準先端面７１の幅（以下、「凸部間幅」という。）ＩＷは、凸部先端幅ＴＷよりも大きい。

本実施形態では、基準先端面７１の曲率半径は約２５ｍｍ、ギャップＡＧは約０．３ｍｍ、凸部７２の高さは約０．０７ｍｍ、スロット幅ＳＷは約２ｍｍ、凸部先端幅ＴＷは約０．７ｍｍ、凸部最大幅ＢＷは約１．５ｍｍ、凸部間幅ＩＷは約１．２ｍｍである。

次に、全体のコギングトルクを低減することができる凸部７２の位置について説明する。図７は、基本コギングトルクが発生する原理を示す図である。図７の左右方向は周方向に対応する。以下の図８．Ａ、図８．Ｂおよび図９においても同様である。

周方向において、磁極３３１と磁極３３１との間の境界３３２がスロット間隙２２６と一致する場合、両側のティース２２４が異極に励磁され、両磁極３３１と両ティース２２４との間に破線にて示すように磁気回路が形成される。この状態からロータマグネット３３を左右に僅かに動かすと、ロータマグネット３３を元の位置に戻す力がロータマグネット３３に作用する。以下、この力を「求心力」と呼ぶ。

ここで、ステータコア２２１とロータマグネット３３との間では、磁極３３１の境界３３２とスロット間隙２２６とが一致する位置が、周方向に、スロット数とポール数の最大公約数（以下、適宜、単に「最大公約数」という。）だけ同時に現れる。一方、ロータマグネット３３を１回転すると、１つの境界３３２はスロット数だけスロット間隙２２６を通過することから、求心力の発生位置の延べ数（すなわち、同時に発生する求心力も個別に計数した数）は、スロット数とポール数とを乗算した数となる。このことから、ロータマグネット３３を１回転した際に発生する基本コギングトルクの波数は、（スロット数）×（ポール数）／（スロット数とポール数の最大公約数）＝（スロット数とポール数の最小公倍数）となる。

図８．Ａおよび図８．Ｂは、凸部７２により生じるトルクの原理を示す図である。ティース２２４の先端の中央に１つの凸部７２のみが設けられる場合を示す。

図８．Ａに示すように、周方向において、磁極３３１の境界３３２が凸部７２と一致する場合、凸部７２全体では磁気的にニュートラルとなり、ティース２２４と両磁極３３１との間には、周方向の力は作用しない。この状態から図８．Ｂに示すように、境界３３２が僅かに左に移動すると、凸部７２とティース２２４の先端の他の部位とが異極に励磁されて磁気回路が生じ、さらに同方向へとロータマグネット３３を移動させる力がロータマグネット３３に作用する。以下、この力を「排斥力」という。

凸部７２が存在しない場合においても、ティース２２４の先端の中央を中心として排斥力が発生する。しかし、凸部７２が中央に存在する場合は、ティース２２４の励磁により生じる排斥力が強められる。なお、凸部７２がティース２２４の先端の中央に存在しない場合であっても境界３３２と凸部７２との間に排斥力が発生する。

以上のことから、スロット数とポール数の最大公約数の数だけスロット間隙２２６と磁極３３１の境界３３２とが同時に一致する状態において、周方向において他の境界３３２が凸部７２と一致することにより全体のコギングトルクを低減することが実現される。

図９は、図２において、スロット間隙２２６と磁極３３１の境界３３２とが一致する位置から次に一致する位置までを抜き出した図である。最も右側に位置するスロット間隙２２６および境界３３２を数えない場合、スロット間隙２２６の数（＝（スロット数Ｓｎ）／（最大公約数ＧＣＤ））と境界３３２の数（＝（ポール数Ｐｎ）／（最大公約数ＧＣＤ））とは当然に互いに素である。

ここで、隣接するスロット間隙２２６の間の距離をＳＬ、隣接する境界３３２の間の距離をＢＬとすると、図９の上段と下段との長さが等しいことから、（ＳＬ・Ｓｎ／ＧＣＤ）＝（ＢＬ・Ｐｎ／ＧＣＤ）となる。したがって、最も左のスロット間隙２２６の中央から、各境界３３２までの距離は、ＳＬ・（Ｓｎ／Ｐｎ）の１倍から（Ｐｎ−１）倍までの整数倍となる。この距離は、破線３３３にて示すように、ティース２２４の先端において、両側のスロット間隙２２６の間の距離ＳＬを（Ｐｎ／ＧＣＤ）個に等分した位置（以下、「等分位置」という。）のいずれかである。

さらに、（Ｓｎ／ＧＣＤ）と（Ｐｎ／ＧＣＤ）とは互いに素であることから、図９の左右方向の長さである（ＳＬ×Ｓｎ／ＧＣＤ）の間に、互いに異なる等分位置が各１回だけ現れる。このことから、磁極３３１の境界３３２が図９の左から右へと移動すると、各ティース２２４の先端では、各等分位置に境界３３２が位置する時点で、いずれかのスロット間隙２２６といずれかの境界３３２とが一致する。

なお、スロット数Ｓｎとポール数Ｐｎの最小公倍数ＬＣＭは、（Ｓｎ×Ｐｎ／ＧＣＤ）であることから、（Ｐｎ／ＧＣＤ）は（ＬＣＭ／Ｓｎ）でもある。また、ティース２２４の先端上においてＳＬを（ＬＣＭ／Ｓｎ）個に等分する位置の数は、（ＬＣＭ／Ｓｎ−１）個となる。

換言すれば、配置可能な凸部７２の数（ＬＣＭ／Ｓｎ−１）を凸部配置最大数とすると、各ティース２２４の両側のスロット間隙２２６の間を、凸部配置最大数に１を加えた数（ＬＣＭ／Ｓｎ）にて周方向に等分する位置が、凸部７２が配置可能な凸部配置可能位置となる。これらの位置は、凸部配置可能位置の全てでもある。

また、既述のように、基本コギングトルクのピークは、ロータマグネット３３が１回転する間にスロット数とポール数の最小公倍数だけ現れることから、ピーク間の機械角と凸部配置可能位置間の機械角とは等しく、全ての凸部配置可能位置に凸部７２を設けることにより、基本コギングトルクの全てのピークが相殺され、全体のコギングトルクが低減される。

全体のコギングトルクを低減するためには、必ずしも全ての凸部配置可能位置に凸部７２が設けられる必要はない。しかし、ランダムに凸部７２を配置したのではいずれかのスロット間隙２２６と境界３２２とが一致する時点で凸部７２によるコギングトルク低減効果が得られない虞がある。図９に示すように、（ＳＬ・Ｓｎ／ＧＣＤ）の間では、凸部配置可能位置のそれぞれが１回現れることから、各ティース２２４の同じ位置に凸部７２を設けることにより、基本コギングトルクの各ピークが同様に低減される。すなわち、予め定められた少なくとも１つの凸部配置可能位置に少なくとも１つの凸部７２が設けられることが好ましい。

図２の場合、Ｓｎは１２、Ｐｎは１０であることから、凸部配置最大数（ＬＣＭ／Ｓｎ−１）は、（６０／１２−１＝）４である。図２では、全ての凸部配置可能位置に凸部７２が設けられる。すなわち、各ティース２２４に設けられる凸部７２の数は凸部配置最大数である。

また、１つのティース２２４に複数の凸部７２が設けられる場合、凸部７２は、中心軸Ｊ１に平行かつ径方向に延びる各ティース２２４の対称面に対して対称に配置されることが好ましい。これにより、ティース２２４の設計工数を削減することができる。

なお、米国特許第４９９８０３２号明細書および国際公開第２００９／１１９７３４号パンフレットでは、ティースの先端の中央に凸部を設け、この凸部とスロット間隙の中心との間の中央に他の２つの凸部を設ける例が開示されている。しかし、既述のように、これらの開示は様々なコギングトルク低減策の１つとして偶々開示されているにすぎない。すなわち、米国特許第４９９８０３２号明細書では、スロット数が６、ポール数が８の場合に、国際公開第２００９／１１９７３４号パンフレットでは、スロット数：ポール数＝（２ｎ＋１）：４（ｎは自然数）の場合に、ティースの先端に３つの凸部が設けられてよいことが偶々見いだされたにすぎない。

したがって、本発明では従来偶々示された条件を除くため、スロット数とポール数の比が（２ｎ＋１）対４（ｎは自然数）の場合が除かれる。また、先端面７の中央にのみ凸部７２が設けられる場合も除かれる。すなわち、本発明において、少なくとも１つの凸部７２の位置には、先端面７の中央から離れた位置が含まれる。ただし、スロット数とポール数とがどのような関係の場合に先端面７の中央にのみ凸部７２が設けられてよいかは、上記従来技術文献では明らかにはされてない。

上記実施形態では、スロット数とポール数とに基づいて凸部配置可能位置の全てを得ることができる。これにより、凸部を設ける位置を容易に決定することができ、ステータ２２の設計が容易となり、設計コストの低減が実現される。

図１０は、ステータコア２２１およびロータマグネット３３の他の例を示す図である。図１０では、図２と同様の構成に同符号を付している。図１０のステータコア２２１およびロータマグネット３３は、例えば、電動式自動二輪車の駆動源および発電機に用いられる。スロット数およびポール数が異なる点を除いて、回転電機の基本構造は、図１および図２と同様である。

図１０では、スロット数が１８であり、ポール数が１６である。したがって、凸部配置最大数（ＬＣＭ／Ｓｎ−１）は、（１４４／１８−１＝）７である。図１０では、全ての凸部配置可能位置に凸部７２が設けられ、各ティース２２４の凸部７２の数は凸部配置最大数である。凸部７２のピッチ角は、（３６０／１４４＝）２．５°である。これにより、図２の場合と同様に、全体のコギングトルクが低減される。図１１は、ティース２２４の先端の拡大図である。図３の場合と同様に、基準先端面７１は、凸部７２の間および先端面７の最も端に位置する。複数の凸部７２は、同形状かつ台形状であり、図４と同様に、凸部先端面と、一対の凸部傾斜面と、を有する。

図１０のステータコア２２１においても、図６に示すスロット幅ＳＷはコイル２２３の巻線の直径よりも大きい。ギャップＡＧは非常に小さい。凸部先端幅ＴＷは、スロット幅ＳＷよりも小さい。なお、凸部最大幅ＢＷもスロット幅ＳＷより小さい。

１つのティース２２４に設けられる凸部７２の数は７であることから、凸部７２間にゆとりが少ない。したがって、図１０の場合、凸部最大幅ＢＷは、凸部先端幅ＴＷの２倍未満である。また、凸部７２により基本コギングトルクとは逆位相のトルクを確実に得るために、凸部間幅ＩＷは、凸部先端幅ＴＷよりも大きい。

本実施形態では、基準先端面７１の曲率半径は約５５ｍｍ、ギャップＡＧは約１ｍｍ、凸部７２の高さは約０．０９ｍｍ、スロット幅ＳＷは約２．５ｍｍ、凸部先端幅ＴＷは約０．８ｍｍ、凸部最大幅ＢＷは約１．２ｍｍ、凸部間幅ＩＷは約１．２ｍｍである。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々に変形されてよい。

先端面７には複数の凸部７２が設けられることが好ましい。複数の凸部７２を設けることにより、凸部７２の高さを低く抑えることができる。特に、４以上の凸部７２を設けることにより凸部７２の高さを大幅に低く抑えることができる。これにより、基準先端面７１と回転部３とを近づけることができ、駆動および発電の効率が向上する。また、４以上の凸部７２を設けることにより、加工誤差が回転電機１の全体のコギングトルクや駆動または発電の効率に与える影響を低減することができる。

ステータコア２２１は、周方向に複数の部品を並べて構成される、いわゆる分割コアでもよい。この場合、スロット間隙２２６の幅を巻線の線径よりも小さくすることができる。ロータマグネット３３も複数の磁石を周方向に並べたものであってもよい。この場合、磁極３３１の境界３３２は、磁石の間の中央に位置する。

回転電機１は、ロータマグネット３３がステータ２２の径方向外側に配置されるアウタロータ型でもよい。この場合、ティース２２４は、コアバック２２５から径方向外方へとロータマグネット３３に向かって延びる。

本発明に係る回転電機は、電動アシスト自転車、電動バイク、電気自動車等の駆動源および発電機、風力発電の発電機、パワーステアリング装置の駆動源等に利用することができる。さらに、他の用途として利用することができる。

１回転電機
２静止部
３回転部
７先端面
２２ステータ
３３ロータマグネット
７１基準先端面
７２凸部
２２１ステータコア
２２４ティース
２２５コアバック
２２６スロット間隙
Ｊ１中心軸

Claims

中心軸を中心とする環状のステータを有する静止部と、
前記ステータの内側または外側に配置されるロータマグネットを有する回転部と、
を備え、
前記ステータのステータコアが、
環状のコアバックと、
周方向において等ピッチに配置され、前記コアバックから前記ロータマグネットに向かって延びる複数のティースと、
を備え、
各ティースの先端面が、部分円筒面状の基準先端面と、前記基準先端面に対して前記ロータマグネットに向かって凸となる少なくとも１つの凸部と、を有し、
スロット数とポール数との最小公倍数（スロット数とポール数の比が（２ｎ＋１）対４（ｎは自然数）の場合を除く。）を前記スロット数にて除した値から１を減じた数を凸部配置最大数として、前記少なくとも１つの凸部が、前記各ティースの両側のスロット間隙の間を前記凸部配置最大数に１を加えた個数に周方向に等分する凸部配置可能位置のうち予め定められた少なくとも１つの位置に配置され、
前記少なくとも１つの位置が、前記中心軸を中心とする周方向において前記先端面の中央から離れた位置を含む、回転電機。
前記少なくとも１つの凸部が、複数の凸部である、請求項１に記載の回転電機。
前記複数の凸部が、前記中心軸に平行かつ径方向に延びる前記各ティースの対称面に対して対称に配置される、請求項２に記載の回転電機。
前記複数の凸部の数が、前記凸部配置最大数である、請求項２または３に記載の回転電機。
前記複数の凸部の数が、４以上である、請求項２ないし４のいずれかに記載の回転電機。
前記少なくとも１つの凸部が、台形状である、請求項１ないし５のいずれかに記載の回転電機。