WO2021059483A1

WO2021059483A1 - 回転電機およびその製造方法

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Publication number: WO2021059483A1
Application number: PCT/JP2019/038158
Authority: WO
Inventors: 真宏 ▲高▼野; 小川　徹; 朔森本; 森　剛
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2021-04-01
Also published as: JPWO2021059483A1; JP7199559B2

Abstract

主極ティースに電機子巻線を容易に巻くことができるとともに、回転電機の出力トルクを向上させることができる回転電機を得る。この回転電機は、固定子鉄心および電機子巻線を有する固定子と、空隙を介して固定子に対向して設けられ、回転子鉄心および永久磁石を有する回転子とを備え、固定子鉄心は、円筒形状に形成された継鉄部と、継鉄部から回転子側に突出し、電機子巻線が巻かれた主極ティースと、周方向について主極ティースに隣り合うように設けられ、継鉄部から回転子側に突出した補極ティースとを有し、主極ティースは、継鉄部と同一部材となっており、補極ティースは、継鉄部とは別部材となっている。

Description

回転電機およびその製造方法

　この発明は、固定子鉄心が主極ティースおよび補極ティースを有する回転電機およびその製造方法に関する。

　従来、固定子鉄心および固定子鉄心に設けられた電機子巻線を有する固定子と、固定子に対向して設けられ、回転子鉄心および回転子鉄心に設けられた永久磁石を有する回転子とを備えた回転電機が知られている。固定子鉄心は、円筒形状に形成された継鉄部と、継鉄部から回転子側に突出し、電機子巻線が巻かれた主極ティースと、周方向について主極ティースに隣り合うように設けられ、継鉄部から回転子側に突出した補極ティースとを有している。主極ティースは継鉄部とは別部材となっており、補極ティースは継鉄部と同一部材となっている。電機子巻線が主極ティースに巻かれた後に、主極ティースが継鉄部に設置される。主極ティースが継鉄部に設置される前に電機子巻線が主極ティースに巻かれることによって、主極ティースに電機子巻線を容易に巻くことができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９－６５８２３号公報

　しかしながら、主極ティースは継鉄部とは別部材となっている。これにより、主極ティースと継鉄部との間には空隙が形成される。したがって、主極ティースと継鉄部とを通る磁気回路における磁気抵抗が増加する。その結果、回転電機の出力トルクが低下するという課題があった。

　この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、主極ティースに電機子巻線を容易に巻くことができるとともに、回転電機の出力トルクを向上させることができる回転電機およびその製造方法を提供するものである。

　この発明に係る回転電機は、固定子鉄心および固定子鉄心に設けられた電機子巻線を有する固定子と、空隙を介して固定子に対向して設けられ、回転子鉄心および回転子鉄心に設けられた永久磁石を有する回転子とを備え、固定子鉄心は、円筒形状に形成された継鉄部と、継鉄部から回転子側に突出し、電機子巻線が巻かれた主極ティースと、周方向について主極ティースに隣り合うように設けられ、継鉄部から回転子側に突出した補極ティースとを有し、主極ティースは、継鉄部と同一部材となっており、補極ティースは、継鉄部とは別部材となっている。

　この発明に係る回転電機およびその製造方法によれば、主極ティースに電機子巻線を容易に巻くことができるとともに、回転電機の出力トルクを向上させることができる。

実施の形態１に係る回転電機を示す断面図である。実施の形態１に係る回転電機を示す断面図である。固定子の組立手順を示すフローチャートである。実施の形態２に係る回転電機を示す断面図である。実施の形態３に係る回転電機の要部を示す断面図である。図５の回転電機の変形例の要部を示す断面図である。実施の形態４に係る回転電機を示す平面図である。実施の形態５に係る回転電機の要部を示す正面図である。図８の回転電機の変形例の要部を示す正面図である。図８の回転電機の別の変形例の要部を示す正面図である。実施の形態６に係る回転電機を示す斜視図である。図１１の回転電機を示す分解斜視図である。図１１の回転電機の変形例を示す斜視図である。図１３の回転電機を示す分解斜視図である。実施の形態７に係る回転電機が用いられた電動可変バルブタイミング機構を示す断面図である。図１５の電動可変バルブタイミング機構が用いられた内燃機関を示す構成図である。

　実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る回転電機を示す断面図である。実施の形態１では、回転電機として、インナーロータ型の永久磁石回転電機を例に説明する。回転電機は、フロントハウジング１と、フロントハウジング１に固定された固定子２と、フロントハウジング１に固定されたエンドフレーム３とを備えている。また、回転電機は、回転軸４と、回転軸４に固定され、回転軸４とともに回転する回転子５とを備えている。

　この例において、径方向とは回転軸４の中心軸線Ｏを中心とした径方向であり、周方向とは中心軸線Ｏを中心とした周方向であり、軸方向とは中心軸線Ｏに沿った方向である。図１では、周方向に対して垂直な回転電機の断面が示されている。

　フロントハウジング１は、円筒形状に形成されたハウジング円筒部１０１と、ハウジング円筒部１０１に接続された第１軸受保持部１０２とを有している。固定子２は、ハウジング円筒部１０１の内周面に固定されている。第１軸受保持部１０２は、ハウジング円筒部１０１に一体に形成されている。

　固定子２は、固定子鉄心２０１と、固定子鉄心２０１に設けられたインシュレータ２０２と、インシュレータ２０２を介して固定子鉄心２０１に設けられた電機子巻線２０３とを有している。

　エンドフレーム３は、エンドフレーム基部３０１と、エンドフレーム基部３０１に接続された第２軸受保持部３０２とを有している。第２軸受保持部３０２は、エンドフレーム基部３０１に一体に形成されている。エンドフレーム基部３０１には、軸方向について回転子５に対向する軸方向内側面３０３が形成されている。軸方向内側面３０３は、軸方向に対して垂直な面となっている。第２軸受保持部３０２は、軸方向内側面３０３から軸方向であって回転子５側に突出している。

　回転軸４は、非磁性体のステンレス製軸、磁性体の機械構造用炭素鋼製軸などから構成されている。機械構造用炭素鋼としては、Ｓ１０Ｃ、Ｓ４５Ｃ、ＳＣＭ４３５などが挙げられる。

　回転子５は、径方向について固定子２に対向している。また、回転子５は、固定子２よりも径方向内側に配置されている。回転子５は、回転子鉄心５０１と、回転子鉄心５０１に設けられた複数の永久磁石５０２とを有している。永久磁石５０２は、回転子鉄心５０１における固定子２に対向する面、すなわち、径方向外側を向く面に固定されている。永久磁石５０２は、回転電機における界磁として用いられている。回転子鉄心５０１は、軟磁性材から構成されている。具体的には、回転子鉄心５０１は、電磁鋼板、圧粉鉄心などから構成されている。また、回転子鉄心５０１は、ＳＰＣＣ、Ｓ１０Ｃ、Ｓ４５Ｃ、ＳＣＭ４３５などから構成されている。

　回転電機は、第１軸受保持部１０２に保持され、回転軸４を回転可能に支持する第１軸受６と、第２軸受保持部３０２に保持され、回転軸４を回転可能に支持する第２軸受７とを備えている。第１軸受６および第２軸受７のそれぞれは、磁性体または非磁性体から構成されている。第２軸受７は、軸方向内側面３０３から回転子５側に突出するように配置されている。

　図２は、実施の形態１に係る回転電機を示す断面図である。図２では、軸方向に対して垂直な回転電機の断面が示されている。固定子鉄心２０１は、継鉄部２０４と、継鉄部２０４から回転子５側に突出した複数の主極ティース２０５と、継鉄部２０４から回転子５側に突出した複数の補極ティース２０６とを有している。

　継鉄部２０４は、円筒形状に形成されている。継鉄部２０４の外周面は、ハウジング円筒部１０１の内周面に固定されている。

　主極ティース２０５は、継鉄部２０４から回転子５側、すなわち、径方向内側に突出している。複数の主極ティース２０５は、周方向に並んで配置されている。軸方向に対して垂直な主極ティース２０５の断面の形状は、Ｔ字形状となっている。主極ティース２０５は、継鉄部２０４と同一部材となっている。言い換えれば、主極ティース２０５は、継鉄部２０４に一体に形成されている。主極ティース２０５における径方向内側を向く面の形状は、軸方向に視た場合に、中心軸線Ｏを中心とした円弧形状となっている。

　補極ティース２０６は、継鉄部２０４から回転子５側、すなわち、径方向内側に突出している。複数の補極ティース２０６は、周方向に並んで配置されている。軸方向に対して垂直な補極ティース２０６の断面の形状は、Ｔ字形状となっている。補極ティース２０６は、継鉄部２０４とは別部材となっている。補極ティース２０６における径方向内側を向く面の形状は、軸方向に視た場合に、中心軸線Ｏを中心とした円弧形状となっている。

　主極ティース２０５における径方向内側を向く面および補極ティース２０６における径方向内側を向く面は、軸方向に視た場合に、中心軸線Ｏを中心とした同一円上に配置されている。主極ティース２０５の数および補極ティース２０６の数は、互いに一致している。主極ティース２０５および補極ティース２０６は、周方向について互いに隣り合うように配置されている。言い換えれば、主極ティース２０５および補極ティース２０６は、周方向に交互に等間隔に並べられている。さらに言い換えれば、周方向に互いに隣り合う一対の主極ティース２０５の間に１個の補極ティース２０６が配置され、周方向に互いに隣り合う一対の補極ティース２０６の間に１個の主極ティース２０５が配置されている。複数の主極ティース２０５および複数の補極ティース２０６は、固定子鉄心２０１における複数のティースを構成する。

　インシュレータ２０２は、主極ティース２０５に設けられている。電機子巻線２０３は、インシュレータ２０２を介して主極ティース２０５に設けられている。補極ティース２０６には、インシュレータ２０２および電機子巻線２０３が設けられていない。

　複数の電機子巻線２０３は、３相に分けられている。具体的には、主極ティース２０５の数は、６個となっており、Ｕ相の電機子巻線２０３の数は、２個、Ｖ相の電機子巻線２０３の数は、２個、Ｗ相の電機子巻線２０３の数は、２個となっている。

　Ｕ相の電機子巻線２０３をＵ相電機子巻線２０３Ａとし、Ｖ相の電機子巻線２０３をＶ相電機子巻線２０３Ｂとし、Ｗ相の電機子巻線２０３をＷ相電機子巻線２０３Ｃとする。電機子巻線２０３の巻き方向について、Ｕ相電機子巻線２０３ＡをＵとし、Ｖ相電機子巻線２０３ＢをＶとし、Ｗ相電機子巻線２０３ＣをＷとし、右巻きを＋とし、左巻きを－として表す。この場合に、６個の電機子巻線２０３は、Ｕ＋、Ｖ－、Ｗ＋、Ｕ－、Ｖ＋、Ｗ－の順に周方向に並べられている。６個の電機子巻線２０３の巻き方は、集中巻きとなっている。

　Ｕ相電機子巻線２０３Ａ、Ｖ相電機子巻線２０３ＢおよびＷ相電機子巻線２０３Ｃのそれぞれには、図示しない駆動装置から駆動電流が供給されるようになっている。Ｕ相電機子巻線２０３Ａ、Ｖ相電機子巻線２０３ＢおよびＷ相電機子巻線２０３Ｃのそれぞれに駆動電流が供給されることによって、固定子２には、回転磁界が発生する。固定子２に回転磁界が発生することによって、回転子５は、正方向または逆方向に回転する。

　なお、実施の形態１では、回転子５の磁極の数が１０個であり、電機子巻線２０３の数が１２個である１０極１２スロットの回転電機の構成について説明する。しかしながら、この回転電機は、一例である。回転電機は、ｎを自然数として、４×ｎ極６×ｎスロット、６×ｎ極９×ｎスロット、８×ｎ極６×ｎスロット、８×ｎ極９×ｎスロット、１０×ｎ極９×ｎスロットなどであってもよい。また、回転電機は、ｎを自然数として、１０×ｎ極１２×ｎスロット、１０×ｎ極１５×ｎスロット、１２×ｎ極９×ｎスロット、１４×ｎ極１２×ｎスロット、１４×ｎ極１５×ｎスロットであってもよい。

　図１に示すように、回転電機は、回転子５に設けられた支持ケース８と、支持ケース８に支持され、軸方向について軸方向内側面３０３に対向して設けられたセンサ磁石９と、軸方向内側面３０３に設けられた複数の磁気センサ１０とを備えている。

　支持ケース８は、非磁性体または磁性体から構成されている。支持ケース８を構成する非磁性体としては、真鍮、黄銅などが挙げられる。支持ケース８を構成する磁性体としては、Ｓ４５Ｃ、Ｓ１０Ｃなどが挙げられる。

　センサ磁石９は、接着剤、樹脂などによって、支持ケース８に固定されている。センサ磁石９は、円筒形状に形成されている。センサ磁石９は、センサ磁石９の中心軸線が中心軸線Ｏと重なるように配置されている。センサ磁石９における軸方向内側面３０３側の磁極は、Ｎ極およびＳ極が周方向について交互に配置されている。また、センサ磁石９における軸方向内側面３０３側の磁極は、Ｎ極およびＳ極が周方向について等間隔に配置されている。センサ磁石９における軸方向内側面３０３側における磁極の数は、ｎを自然数とした場合に、回転電機の極数のｎ倍の数となっている。

　磁気センサ１０は、センサ磁石９に対して軸方向について一定の間隔をあけて対向している。磁気センサ１０としては、例えば、ホールＩＣが挙げられる。複数の磁気センサ１０は、周方向に並んで配置されている。複数の磁気センサ１０の数は、３個となっている。３個の磁気センサ１０のそれぞれは、電気角１２０度の位置に配置されている。この例では、磁気センサ１０は、エンドフレーム３に固定されている。なお、磁気センサ１０は、図示しない保持部材を介してエンドフレーム３に固定されてもよい。

　回転子５が回転することによって、センサ磁石９におけるＮ極に磁化された部分とＳ極に磁化された部分とが交互に磁気センサ１０に対向する。これにより、磁気センサ１０は、センサ磁石９におけるＮ極に磁化された部分とＳ極に磁化された部分とが磁気センサ１０に対向することを検出する。

　磁気センサ１０の検出信号は、図示しない制御回路に出力される。制御回路は、磁気センサ１０の検出信号に基づいて、回転子５の回転角または回転位置と回転子５の回転数とを算出する。制御回路は、回転子５の回転角または回転位置と回転子５の回転数とを用いて、回転電機の駆動制御を行う。なお、回転子５の回転角または回転位置と回転子５の回転数との算出は、センサ磁石９および磁気センサ１０を備えた位置センサによる検出信号を用いずに、エンコーダ、レゾルバなどによる検出信号を用いてもよい。

　次に、回転電機の製造方法について説明する。ここでは、固定子２の組立手順について説明する。図３は、固定子２の組立手順を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１０１において、電機子巻線２０３が主極ティース２０５に巻かれる。ステップＳ１０１では、補極ティース２０６は、継鉄部２０４から離されている。したがって、主極ティース２０５の周囲には、電機子巻線２０３を巻くための十分なスペースが形成されている。その結果、電機子巻線２０３を主極ティース２０５に巻くことが容易となる。

　その後、ステップＳ１０２において、補極ティース２０６が継鉄部２０４に取り付けられる。補極ティース２０６が継鉄部２０４に取り付けられることによって、固定子２が組み立てられる。以上により、固定子２の組立手順が終了する。

　以上説明したように、実施の形態１に係る回転電機では、主極ティース２０５が継鉄部２０４と同一部材となっており、補極ティース２０６が継鉄部２０４とは別部材となっている。補極ティース２０６が継鉄部２０４とは別部材となっていることによって、補極ティース２０６が継鉄部２０４と同一部材となっている回転電機と比較して、主極ティース２０５に電機子巻線２０３を容易に巻くことができる。また、主極ティース２０５が継鉄部２０４と同一部材となっていることによって、主極ティース２０５が継鉄部２０４とは別部材となっている回転電機と比較して、主極ティース２０５と継鉄部２０４とを通る磁気回路における磁気抵抗が減少する。これにより、回転電機におけるトルク発生に寄与する主極ティース２０５を通る磁束が増加する。その結果、回転電機の出力トルクを向上させることができる。

　実施の形態２．
　図４は、実施の形態２に係る回転電機を示す断面図である。図４では、軸方向に対して垂直な回転電機の断面が示されている。実施の形態２では、回転電機として、アウターロータ型の永久磁石回転電機を例に説明する。円筒形状に形成された固定子軸１１の外周面には、固定子２が固定されている。固定子２よりも径方向外側には、回転子５が配置されている。

　回転子鉄心５０１は、円筒形状に形成されている。回転子鉄心５０１は、磁性体の機械構造用炭素鋼から構成されている。機械構造用炭素鋼としては、Ｓ１０Ｃ、Ｓ４５Ｃ、ＳＣＭ４３５などが挙げられる。回転子鉄心５０１は、固定子２に形成された図示しない軸受保持部に保持された図示しない軸受に回転可能の支持されている。

　永久磁石５０２は、回転子鉄心５０１における固定子２に対向する面、すなわち、径方向内側を向く面に固定されている。なお、この例では、回転子鉄心５０１における径方向内側を向く面に永久磁石５０２が固定されているが、回転子鉄心５０１における径方向内側を向く面に軟磁性材から構成された電磁鋼板または圧粉鉄心を介して永久磁石５０２が回転子鉄心５０１に対して固定されてもよい。この場合、電磁鋼板または圧粉鉄心は、回転子鉄心５０１とは別部材であり、電磁鋼板または圧粉鉄心には、永久磁石５０２を通る磁束が通る。

　継鉄部２０４の内周面は、固定子軸１１の外周面に固定されている。主極ティース２０５は、継鉄部２０４から回転子５側、すなわち、径方向外側に突出している。主極ティース２０５は、継鉄部２０４と同一部材となっている。言い換えれば、主極ティース２０５は、継鉄部２０４に一体に形成されている。主極ティース２０５における径方向外側を向く面の形状は、軸方向に視た場合に、中心軸線Ｏを中心とした円弧形状となっている。補極ティース２０６は、継鉄部２０４から回転子５側、すなわち、径方向外側に突出している。補極ティース２０６は、継鉄部２０４とは別部材となっている。補極ティース２０６における径方向外側を向く面の形状は、軸方向に視た場合に、中心軸線Ｏを中心とした円弧形状となっている。主極ティース２０５における径方向外側を向く面および補極ティース２０６における径方向外側を向く面は、軸方向に視た場合に、中心軸線Ｏを中心とした同一円上に配置されている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

　以上説明したように、実施の形態２に係る回転電機では、主極ティース２０５が継鉄部２０４と同一部材となっており、補極ティース２０６が継鉄部２０４とは別部材となっている。補極ティース２０６が継鉄部２０４とは別部材となっていることによって、補極ティースが継鉄部２０４と同一部材となっている回転電機と比較して、主極ティース２０５に電機子巻線２０３を容易に巻くことができる。また、主極ティース２０５が継鉄部２０４と同一部材となっていることによって、主極ティース２０５が継鉄部２０４とは別部材となっている回転電機と比較して、主極ティース２０５と継鉄部２０４とを通る磁気回路における磁気抵抗が減少する。これにより、回転電機におけるトルク発生に寄与する主極ティース２０５を通る磁束が増加する。その結果、回転電機の出力トルクを向上させることができる。

　実施の形態３．
　図５は、実施の形態３に係る回転電機の要部を示す断面図である。図５では、軸方向に対して垂直な回転電機の要部の断面が示されている。図５では、インナーロータ型の永久磁石回転電機が示されている。

　周方向についての主極ティース２０５の寸法をＷｍｔとする。周方向についての補極ティース２０６の最小寸法をＷｓｔとする。この場合に、Ｗｍｔ＞Ｗｓｔが満たされている。すなわち、周方向についての主極ティース２０５の寸法Ｗｍｔは、周方向についての補極ティース２０６の最小寸法Ｗｓｔよりも大きい。具体的には、Ｗｓｔ：Ｗｍｔ＝０．７：１となっている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

　以上説明したように、実施の形態３に係る回転電機では、Ｗｍｔ＞Ｗｓｔが満たされている。周方向についての補極ティース２０６の最小寸法Ｗｓｔが小さくなることによって、軸方向に視た場合に、周方向に互いに隣り合う補極ティース２０６および主極ティース２０５と継鉄部２０４とによって囲まれる領域であるスロットＳの面積が大きくなる。これにより、電機子巻線２０３の線径を大きくすることができる。電機子巻線２０３の線径が大きくなることによって、電機子巻線２０３の電気抵抗が小さくなる。その結果、電機子巻線２０３に発生する銅損を低下させることができる。また、Ｗｍｔ＞Ｗｓｔが満たされていることによって、回転電機におけるトルク発生に寄与する主極ティース２０５を通る磁束が増加する。その結果、回転電機の出力トルクを向上させることができる。

　なお、実施の形態３では、回転電機として、インナーロータ型の永久磁石回転電機を例に説明した。しかしながら、回転電機として、実施の形態２と同様に、アウターロータ型の永久磁石回転電機であってもよい。図６は、図５の回転電機の変形例の要部を示す断面図である。図６では、軸方向に対して垂直な回転電機の要部の断面が示されている。また、図６では、固定子２のみが示されている。図６では、図５と同様に、Ｗｍｔ＞Ｗｓｔが満たされている。すなわち、周方向についての主極ティース２０５の寸法Ｗｍｔは、周方向についての補極ティース２０６の最小寸法Ｗｓｔよりも大きい。

　実施の形態４．
　図７は、実施の形態４に係る回転電機を示す平面図である。図７では、軸方向に視た場合の回転電機が示されている。実施の形態１および実施の形態２では、１０極１２スロットの回転電機について説明した。実施の形態４では、８極９スロットの回転電機について説明する。

　複数の電機子巻線２０３は、３相に分けられている。具体的には、主極ティース２０５の数は、６個となっており、Ｕ相の電機子巻線２０３の数は、２個、Ｖ相の電機子巻線２０３の数は、２個、Ｗ相の電機子巻線２０３の数は、２個となっている。電機子巻線２０３の巻き方向について、Ｕ相電機子巻線２０３ＡをＵとし、Ｖ相電機子巻線２０３ＢをＶとし、Ｗ相電機子巻線２０３ＣをＷとし、右巻きを＋とし、左巻きを－として表す。この場合に、６個の電機子巻線２０３は、Ｕ＋、Ｕ＋、Ｖ＋、Ｖ＋、Ｗ＋、Ｗ＋の順に周方向に並べられている。６個の電機子巻線２０３の巻き方は、集中巻きとなっている。それぞれ同一の相の電機子巻線２０３が巻かれ、周方向に互いに隣り合う一対の主極ティース２０５の間は、補極ティース２０６が配置されている。すなわち、一対のＵ相電機子巻線２０３Ａが巻かれた一対の主極ティース２０５の間に補極ティース２０６が配置されている。また、一対のＶ相電機子巻線２０３Ｂが巻かれた一対の主極ティース２０５の間に補極ティース２０６が配置されている。また、一対のＷ相電機子巻線２０３Ｃが巻かれた一対の主極ティース２０５の間に補極ティース２０６が配置されている。

　互いに異なる相の電機子巻線２０３が巻かれた一対の主極ティース２０５が周方向に隣り合っている。具体的には、Ｕ相電機子巻線２０３Ａが巻かれた主極ティース２０５とＶ相電機子巻線２０３Ｂが巻かれた主極ティース２０５とが周方向に隣り合っている。また、Ｖ相電機子巻線２０３Ｂが巻かれた主極ティース２０５とＷ相電機子巻線２０３Ｃが巻かれた主極ティース２０５とが周方向に隣り合っている。また、Ｗ相電機子巻線２０３Ｃが巻かれた主極ティース２０５とＵ相電機子巻線２０３Ａが巻かれた主極ティース２０５とが周方向に隣り合っている。

　互いに異なる相の電機子巻線２０３が巻かれた一対の主極ティース２０５が周方向に隣り合っていることによって、電機子巻線２０３の導体占有率を高くすることが困難となる。また、汎用のノズル巻線機を用いて電機子巻線２０３を主極ティース２０５に巻く場合には、周方向に互いに隣り合うティースの間であるスロット開口部２０７の周方向寸法が大きくなる。スロット開口部２０７の周方向寸法が大きくなることによって、回転電機に発生するコギングトルクが増加する。したがって、実施の形態４に係る回転電機では、実施の形態１および実施の形態２に係る回転電機と比較して、電機子巻線２０３の導体占有率が低下し、かつ、コギングトルクが増加する。その他の構成は、実施の形態１から実施の形態３までと同様である。

　以上説明したように、実施の形態４に係る回転電機では、実施の形態１および実施の形態２と同様に、補極ティース２０６が継鉄部２０４と同一部材となっている回転電機と比較して、主極ティース２０５に電機子巻線２０３を容易に巻くことができる。また、この回転電機では、実施の形態１および実施の形態２と同様に、主極ティース２０５が継鉄部２０４とは別部材となっている回転電機と比較して、回転電機の出力トルクを向上させることができる。

　実施の形態５．
　図８は、実施の形態５に係る回転電機の要部を示す正面図である。図８では、アウターロータ型の回転電機が示されている。軸方向についての主極ティース２０５の寸法をＬｍｔとし、軸方向についての補極ティース２０６の寸法をＬｓｔと、軸方向についての永久磁石５０２の寸法をＬｍｇとする。実施の形態１および実施の形態２では、Ｌｍｔ＝Ｌｓｔが満たされている。一方、実施の形態５では、Ｌｍｔ≠Ｌｓｔが満たされている。図８では、Ｌｓｔ＞Ｌｍｔ≧Ｌｍｇが満たされている場合の回転電機が示されている。

　Ｌｓｔ＞Ｌｍｔが満たされることによって、補極ティース２０６における径方向に垂直な断面積は、Ｌｓｔ＝Ｌｍｔが満たされる場合の補極ティース２０６における径方向に垂直な断面積と比較して、大きくなる。したがって、補極ティース２０６の磁気抵抗は、Ｌｓｔ＝Ｌｍｔが満たされる場合の補極ティース２０６の磁気抵抗と比較して、減少する。したがって、周方向についての補極ティース２０６の寸法Ｗｓｔは、Ｌｓｔ＝Ｌｍｔが満たされる場合の周方向についての補極ティース２０６の寸法Ｗｓｔと比較して、小さくすることができる。これにより、スロットＳの軸方向に垂直な面積は、Ｌｓｔ＝Ｌｍｔが満たされる場合のスロットＳの軸方向に垂直な面積と比較して、大きくなる。したがって、電機子巻線２０３の導体断面積が大きくなり、回転電機の出力トルクが向上する。その他の構成は、実施の形態１から実施の形態４までと同様である。

　以上説明したように、実施の形態５に係る回転電機では、Ｌｓｔ＞Ｌｍｔが満たされている。これにより、回転電機の出力トルクを向上させることができる。

　なお、実施の形態５では、Ｌｓｔ＞Ｌｍｔが満たされている構成について説明した。図９は、図８の回転電機の変形例の要部を示す正面図である。図８では、Ｌｓｔ＞Ｌｍｔ≧Ｌｍｇが満たされている。一方、図９では、Ｌｍｇ≧Ｌｓｔ＞Ｌｍｔが満たされている。この場合、いわゆるオーバーハングしている永久磁石５０２と補極ティース２０６との間の空隙における磁気抵抗が低減される。これにより、永久磁石５０２のパーミアンスが向上する。その結果、回転電機の出力が向上する。

　図１０は、図８の回転電機の別の変形例の要部を示す正面図である。図８では、Ｌｓｔ＞Ｌｍｔが満たされている。一方、図１０では、Ｌｍｔ＞Ｌｓｔが満たされている。補極ティース２０６には、電機子巻線２０３が巻かれていない。補極ティース２０６における軸方向外側を向く面よりも径方向外側には、スペースＳＰが形成される。スペースＳＰには、磁気センサ１０が配置されてもよい。この場合に、永久磁石５０２がセンサ磁石９として用いられてもよい。また、スペースＳＰには、電機子巻線２０３の結線部分、放熱部材などが配置されてもよい。これらの場合に、回転電機における軸方向寸法を小さくすることができる。

　実施の形態６．
　図１１は、実施の形態６に係る回転電機を示す斜視図である。図１２は、図１１の回転電機を示す分解斜視図である。実施の形態６では、回転電機として、アウターロータ型の回転電機を例に説明する。

　実施の形態５では、Ｌｓｔ＞Ｌｍｇ≧ＬｍｔまたはＬｍｇ≧Ｌｓｔ＞Ｌｍｔが満たされている。複数の補極ティース２０６のそれぞれが互いに別部材から構成されている場合には、固定子２を組み立てる場合に、補極ティース２０６の取り扱いが煩雑になる。特に、小型の固定子２を組み立てる場合には、補極ティース２０６の取り扱いがさらに煩雑になる。したがって、複数の補極ティース２０６のそれぞれが互いに別部材から構成されている場合には、固定子２の組立に要する時間が長くなる。

　実施の形態６では、Ｌｓｔ＞Ｌｍｔが満たされており、固定子鉄心２０１は、複数の補極ティース２０６に一体に形成され、円環形状に形成されたブリッジ部２０８を有している。ブリッジ部２０８は、軸方向について継鉄部２０４に重ねられている。これにより、複数の補極ティース２０６は、モジュール化される。したがって、固定子２の組立が容易となる。

　ブリッジ部２０８は、ブリッジ部２０８と補極ティース２０６とが一体に形成されるために必要な強度を有している。なお、ブリッジ部２０８の軸方向寸法は、補極ティース２０６に入った磁束がブリッジ部２０８を介して別の補極ティース２０６に漏れることが抑制される程度に小さくなっている。ブリッジ部２０８が継鉄部２０４に対して軸方向に重ねられることによって、主極ティース２０５における軸方向中心に対する補極ティース２０６における軸方向中心の位置が決められる。その他の構成は、実施の形態１から実施の形態５までと同様である。

　以上説明したように、実施の形態６に係る回転電機では、Ｌｓｔ＞Ｌｍｔが満たされ、固定子鉄心２０１は、補極ティース２０６に一体に形成され、円環形状に形成されたブリッジ部２０８を有し、ブリッジ部２０８は、軸方向について継鉄部２０４に重ねられている。これにより、固定子２の組立が容易となる。

　なお、実施の形態６では、ブリッジ部２０８が軸方向について継鉄部２０４に重ねられている構成について説明した。ブリッジ部２０８が軸方向について他の部材を介して継鉄部２０４に重ねられている構成であってもよい。図１３は、図１１の回転電機の変形例を示す斜視図である。図１４は、図１３の回転電機を示す分解斜視図である。図１３および図１４では、ブリッジ部２０８は、熱可塑性樹脂から構成されたインシュレータ２０２を介して、軸方向について継鉄部２０４に重ねられている。

　また、実施の形態６では、ブリッジ部２０８が軸方向について継鉄部２０４に重ねられている構成について説明した。ブリッジ部２０８が軸方向について継鉄部２０４に重ねられた後に、主極ティース２０５と補極ティース２０６との間の固定のために、図示しない樹脂モールドを用いてもよい。また、図１３および図１４では、ブリッジ部２０８には、軸方向に延びた穴２０９が形成され、インシュレータ２０２における軸方向外側を向く面には、突起２１０が形成されてもよい。この場合に、突起２１０が穴２０９に通された後に、突起２１０の軸方向端部が部分的に加熱されて溶かされて、突起２１０にカシメが形成される。これにより、継鉄部２０４に対する補極ティース２０６の軸方向への動きが制限される。

　実施の形態７．
　図１５は、実施の形態７に係る回転電機が用いられた電動可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ：Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｖａｌｖｅ　Ｔｉｍｉｎｇ）を示す断面図である。図１６は、図１５の電動可変バルブタイミング機構が用いられた内燃機関を示す構成図である。

　内燃機関は、ダブル・オーバー・ヘッド・カムシャフト構造を備えた４ストロークエンジンとなっている。４ストロークとは、膨張、排気、吸気および圧縮を行う４個の工程である。ダブル・オーバー・ヘッド・カムシャフト構造は、吸気側および排気側のそれぞれにカム軸を備えている。吸気側のカム軸を吸気側カム軸１２とし、排気側のカム軸を排気側カム軸１３とする。

　内燃機関は、電動可変バルブタイミング機構１４を備えている。電動可変バルブタイミング機構１４は、吸気側カム軸１２の軸方向端部に設けられた減速機１４１と、減速機１４１に設けられた回転電機である電動機１４２とを有している。減速機１４１の出力軸１４３は、図示しないねじを用いて吸気側カム軸１２に固定されている。

　内燃機関は、油圧可変バルブタイミング機構１５を備えている。油圧可変バルブタイミング機構１５は、排気側カム軸１３の軸方向端部に設けられている。

　内燃機関は、クランク軸１６と、クランク軸１６とともに回転するスプロケット１７と、吸気側カム軸１２とともに回転するスプロケット１８と、排気側カム軸１３とともに回転するスプロケット１９とを備えている。スプロケット１７は、クランク軸１６の軸方向端部に装着されている。スプロケット１８は、吸気側カム軸１２の軸方向端部に装着されている。スプロケット１９は、排気側カム軸１３の軸方向端部に装着されている。また、内燃機関は、スプロケット１７、スプロケット１８およびスプロケット１９に渡って設けられたタイミングチェーン２０を備えている。吸気側カム軸１２および排気側カム軸１３は、クランク軸１６の回転に連動して回転する。

　スプロケット１８およびスプロケット１９のそれぞれの歯数は、スプロケット１７の歯数の２倍の歯数となっている。スプロケット１８およびスプロケット１９のそれぞれの直径の寸法は、スプロケット１７の直径の寸法の２倍の寸法となっている。これにより、クランク軸１６が７２０度だけ回転する間に、吸気側カム軸１２および排気側カム軸１３のそれぞれは、３６０度だけ回転する。すなわち、吸気側カム軸１２および排気側カム軸１３のそれぞれの回転数は、エンジンの回転数の１／２倍の回転数となる。

　クランク軸１６に対する吸気側カム軸１２の位相であるカム位相は、エンジンの回転速度およびエンジンの負荷に対応して変化する。カム位相は、車両の快適な走行および車両の燃費に関わる。電動可変バルブタイミング機構１４は、クランク軸１６に連動して回転する吸気側カム軸１２に捻じる動作を加える。これにより、エンジンの回転速度およびエンジンの負荷に対応して、カム位相が調整される。

　電動可変バルブタイミング機構１４は、電動機１４２を制御する制御回路１４４を有している。制御回路は、ＥＤＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｄｒｉｖｅ　Ｕｎｉｔ）である。

　電動機１４２は、アウターロータ型の電動機となっている。電動機１４２は、固定子２と、回転子５とを備えている。減速機１４１の入力軸１４５は、中空となっている。入力軸１４５は、回転子鉄心５０１に一体に形成されている。固定子軸は、制御回路１４４の図示しないカバーに固定されている。カバーに対する固定子軸の固定は、固定子軸がカバーに一体に形成されることによって、または、固定子軸がカップリングのような機構によってカバーに接続されることによって、行われている。

　固定子２は、回転子軸に固定されている。回転子軸に対する固定子２の固定は、固定子軸に固定子２が圧入されることによって、または、固定子軸に固定子２が焼嵌めされることによって、行われている。

　減速機１４１は、遊星差動歯車減速機となっている。遊星差動歯車減速機は、簡単な構成で大きな減速比を得ることができる。減速機１４１の入力軸１４５は、回転子５と同軸な部分と、回転子５に対して径方向に偏心した軸を中心とした偏心部１４６とを有している。入力軸１４５における回転子５と同軸な部分は、入力軸１４５における軸方向両端部に配置されている。偏心部１４６は、入力軸１４５における軸方向中間部に配置されている。減速機１４１の外歯車１４７は、軸受１４８を介して偏心部１４６に設けられている。その他の構成は、実施の形態１から実施の形態６までと同様である。

　以上説明したように、実施の形態７に係る電動機によれば、電動可変バルブタイミング機構１４の軸方向寸法を大幅に小さくすることができる。その結果、スペースが小さいエンジンルームに電動可変バルブタイミング機構１４を容易に配置することができる。

　なお、実施の形態７では、減速機１４１が遊星差動歯車減速機となっている電動可変バルブタイミング機構１４について説明した。しかしながら、減速機１４１は、遊星差動歯車減速機の他に、波動歯車減速機、遊星歯車減速機、サイクロ減速機であってもよい。

　１　フロントハウジング、２　固定子、３　エンドフレーム、４　回転軸、５　回転子、６　第１軸受、７　第２軸受、８　支持ケース、９　センサ磁石、１０　磁気センサ、１１　固定子軸、１２　吸気側カム軸、１３　排気側カム軸、１４　電動可変バルブタイミング機構、１５　油圧可変バルブタイミング機構、１６　クランク軸、１７　スプロケット、１８　スプロケット、１９　スプロケット、２０　タイミングチェーン、１０１　ハウジング円筒部、１０２　第１軸受保持部、１４１　減速機、１４２　電動機、１４３出力軸、１４４　制御回路、１４５　入力軸、１４６　偏心部、１４７　外歯車、１４８　軸受、２０１　固定子鉄心、２０２　インシュレータ、２０３　電機子巻線、２０４　継鉄部、２０５　主極ティース、２０６　補極ティース、２０７　スロット開口部、２０８　ブリッジ部、２０９　穴、２１０　突起、３０１　エンドフレーム基部、３０２　第２軸受保持部、３０３　軸方向内側面、５０１　回転子鉄心、５０２　永久磁石。

Claims

　固定子鉄心および前記固定子鉄心に設けられた電機子巻線を有する固定子と、
　空隙を介して前記固定子に対向して設けられ、回転子鉄心および前記回転子鉄心に設けられた永久磁石を有する回転子と
　を備え、
　前記固定子鉄心は、
　　円筒形状に形成された継鉄部と、
　　前記継鉄部から前記回転子側に突出し、前記電機子巻線が巻かれた主極ティースと、
　　周方向について前記主極ティースに隣り合うように設けられ、前記継鉄部から前記回転子側に突出した補極ティースと
　を有し、
　前記主極ティースは、前記継鉄部と同一部材となっており、
　前記補極ティースは、前記継鉄部とは別部材となっている回転電機。
　周方向についての前記主極ティースの寸法をＷｍｔとし、周方向についての前記補極ティースの最小寸法をＷｓｔとした場合に、Ｗｍｔ＞Ｗｓｔを満たす請求項１に記載の回転電機。
　前記主極ティースの数および前記補極ティースの数は、互いに一致しており、
　前記主極ティースおよび前記補極ティースは、周方向に交互に並べられている請求項１または請求項２に記載の回転電機。
　軸方向についての前記主極ティースの寸法をＬｍｔとし、軸方向についての前記補極ティースの寸法をＬｓｔとした場合に、Ｌｍｔ≠Ｌｓｔを満たす請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の回転電機。
　Ｌｓｔ＞Ｌｍｔを満たし、
　前記固定子鉄心は、前記補極ティースに一体に形成され、円環形状に形成されたブリッジ部をさらに有し、
　前記ブリッジ部は、軸方向について前記継鉄部に重ねられている請求項４に記載の回転電機。
　請求項１から請求項５までの何れか一項に記載の回転電機の製造方法であって、
　前記電機子巻線が前記主極ティースに巻かれ、
　前記電機子巻線が前記主極ティースに巻かれた後に、前記補極ティースが前記継鉄部に取り付けられる回転電機の製造方法。