JP2012100518A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】リラクタンストルクが発生する回転電機において、トルクの向上を図ることにある。
【解決手段】回転電機は、ロータ２が有する各磁気突極部５の反ロータ回転方向側部に、ロータ２の回転を妨げる方向に働く電磁力（負の電磁力）を弱める磁束を発生する磁気遮蔽体として導体板１１が設けられている。これによれば、導体板１１に渦電流が発生すると、ステータ３とロータ２との間に生じる固定子巻線７への通電により発生する磁束を妨げる方向に磁束が発生するため、導体板１１周辺の磁束が低下し、負の電磁力が低下する。そして、負の電磁力を弱めることができるので、トルクを向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車やトラック等に搭載される回転電機に関する。また、産業用機器、家庭電化製品等への適用も可能である。

従来より、図２０に示すように、回転電機１００として、複数のティース１０１が周方向に設けられたステータコア１０２に固定子巻線１０３を巻装してなるステータ１０４と、ステータ１０４の内周に回転可能に設けられたロータ１０５とを備え、各ティース１０１の先端部に複数の小歯（以下、ステータ小歯１０８と呼ぶ）が設けられ、ロータ１０５の外周にステータ小歯１０８とエアギャップ１０９を介して対向する複数の小歯（以下、ロータ小歯１１０と呼ぶ）が設けられているものがある（特許文献１参照）。そして、ステータ小歯１０８とロータ小歯１１０との間に生じる電磁力によって、ロータ１０５は回転する。

ところで、ステータ小歯１０８及びロータ小歯１１０を有する回転電機１００では、トルクを向上させるために、ステータ小歯１０８及びロータ小歯１１０を周方向に設けるピッチを細かくする（すなわち、歯数を増やす）ことが望まれる。

特開２００１−２６８８６８号公報

ステータ小歯１０８及びロータ小歯１１０を有する回転電機１００では、ステータ小歯１０８とロータ小歯１１０との間に作用する電磁力によりロータ１０５が回転するが、ステータ小歯１０８及びロータ小歯１１０を周方向に設けるピッチを細かくする（すなわち、歯数を増やす）と、トルクに寄与する電磁力の他に、ステータ小歯１０８とロータ小歯１１０との間にロータ１０５の回転を妨げる方向への電磁力（以下、負の電磁力と呼ぶ）が発生し、トルクが減少してしまうという問題点がある。

このようなステータとロータとの間に発生する負の電磁力によるトルク減少は、リラクタンス同期モータ等のリラクタンストルクが発生する回転電機全般において問題となっている。
そこで、本発明は、リラクタンストルクが発生する回転電機において、トルクの向上を図ることを課題とする。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の回転電機は、複数のティースが周方向に設けられたステータコアに固定子巻線が巻装されてなるステータと、ティースとエアギャップを介して対向する磁気突極部が複数形成されたロータコアを有するロータとを備え、ステータとロータとの間に作用する電磁力によりロータが回転する。

そして、ティースの先端部のロータ回転方向側、もしくは磁気突極部の反ロータ回転方向側の少なくとも一方に、ロータの回転を妨げる方向に働く電磁力を弱める磁束を発生する磁気遮蔽体が設けられている。

これによれば、磁気遮蔽体周辺の磁束密度を低下させることにより負の電磁力を低減することができるため、負の電磁力によるトルクの減少を抑え、トルクの向上を図ることができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の回転電機によれば、磁気遮蔽体は導体で形成されている。
すなわち、磁気遮蔽体は、導体に発生する渦電流または短絡電流により生じる磁束によって、磁気遮蔽体周辺の磁束密度を低下させ、ステータとロータとの間に生じる負の電磁力を発生させる磁束を弱めることができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の回転電機によれば、磁気遮蔽体は、ステータコア及びロータコアから絶縁されている。
これによれば、磁気遮蔽体に発生する渦電流や短絡電流がステータやロータに生じることはないため、トルクに寄与する電磁力を発生させる磁束にまで影響を及ぼすことなく、負の電磁力を発生させる磁束のみを弱めることができる。

〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の回転電機によれば、磁気遮蔽体は銅またはアルミニウムで形成されている。
銅またはアルミは、回転電機に用いられる一般的な材料である上、電気抵抗が低く、渦電流が発生しやすいため、負の電磁力を発生させる磁束を弱める効果が向上する。

〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の回転電機によれば、磁気遮蔽体は短絡コイルである。
これによれば、短絡電流により発生する磁束によって、短絡コイル周辺の磁束密度を低下させ、ステータとロータとの間に生じる負の電磁力を発生させる磁束を弱めることができる。

〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の回転電機によれば、磁気突極部は、ステータ側に突出する凸部として設けられている。
〔請求項７の手段〕
請求項７に記載の回転電機によれば、ロータコアは、周方向の両端に径方向に突出する突出部を有するコの字状のセグメントを周方向に複数個並べることにより形成されている。
〔請求項８の手段〕
請求項８に記載の回転電機によれば、ロータコアには、周方向の複数箇所に磁気抵抗の高い磁束遮断部が設けられており、磁気突極部は、周方向において磁束遮断部同士の間に形成されて磁束遮断部よりも磁気抵抗の小さい部分として設けられている。
請求項６〜８の手段は、リラクタンス同期モータに使われるタイプのロータの一実施態様を示すものである。

〔請求項９の手段〕
請求項９に記載の回転電機によれば、ティースの先端部は、複数のステータ小歯を有し、磁気突極部は、ステータ小歯とエアギャップを介して対向するロータ小歯であり、磁気遮蔽体は、各ステータ小歯のロータ回転方向側、もしくは各ロータ小歯の反ロータ回転方向側の少なくとも一方に設けられている。
本手段は、ステータ及びロータの一実施態様を示すものであり、ステータ及びロータは、ステッピングモータやスイッチトリラクタンスモータに代表される回転電機に用いられるステータ小歯及びロータ小歯を有する構成となっている。

〔請求項１０の手段〕
請求項１０に記載の回転電機は、複数のティースが周方向に設けられたステータコアに固定子巻線が巻装されてなり、各ティースの先端部に複数のステータ小歯を有するステータと、複数のステータ小歯とエアギャップを介して対向する複数のロータ小歯を有するロータとを備え、ステータとロータとの間に作用する電磁力によりロータが回転する。

そして、ステータ小歯に、ロータの回転を妨げる方向に働く電磁力（負の電磁力）を弱める磁束を発生する磁気遮蔽体を設ける。

これによれば、磁気遮蔽体周辺の磁束密度を低下させることにより負の電磁力を低減することができるため、ステータ小歯及びロータ小歯の歯数を増やすことによるトルクの減少を抑え、トルクの向上を図ることができる。

〔請求項１１の手段〕
請求項１１に記載の回転電機によれば、磁気遮蔽体は導体で形成されている。
すなわち、磁気遮蔽体は、導体に発生する渦電流または短絡電流により生じる磁束によって、磁気遮蔽体周辺の磁束密度を低下させ、ステータ小歯とロータ小歯間に生じる負の電磁力を発生させる磁束を弱めることができる。

〔請求項１２の手段〕
請求項１２に記載の回転電機によれば、磁気遮蔽体とステータ小歯との間は絶縁されている。
これによれば、磁気遮蔽体に発生する渦電流や短絡電流がステータ小歯に生じることはないため、トルクに寄与する電磁力を発生させる磁束にまで影響を及ぼすことなく、負の電磁力を発生させる磁束のみを弱めることができる。

〔請求項１３の手段〕
請求項１３に記載の回転電機によれば、磁気遮蔽体は銅またはアルミニウムで形成されている。
銅またはアルミは、回転電機に用いられる一般的な材料である上、電気抵抗が低く、渦電流が発生しやすいため、負の電磁力を発生させる磁束を弱める効果が向上する。

〔請求項１４の手段〕
請求項１４に記載の回転電機によれば、磁気遮蔽体は短絡コイルである。
これによれば、短絡電流により発生する磁束によって、短絡コイル周辺の磁束密度を低下させ、ステータ小歯とロータ小歯間に生じる負の電磁力を発生させる磁束を弱めることができる。

〔請求項１５の手段〕
請求項１５に記載の回転電機によれば、各ロータ小歯の形状は、ロータ回転方向におけるロータ小歯の中心とロータの回転軸とを通る線を中心に非対称となっており、反ロータ回転方向側のエアギャップが、ロータ回転方向側のエアギャップよりも大きくされている。
これによれば、磁気遮蔽体による磁束により負の電磁力を発生させる磁束を弱めることに加えて、ロータ小歯の反ロータ回転方向側とステータとの間の透磁率を小さくすることによって、負の電磁力を低減することができる。

ステータとロータの平面図である（実施例１）。 ステータとロータの部分拡大図である（実施例１）。 （ａ）は、磁気遮蔽体を設けない場合のティースの先端部及び磁気突極部近傍の電磁力分布を示す図であり、（ｂ）は、磁気遮蔽体を設けた場合のティースの先端部及び磁気突極部近傍の電磁力分布を示す図である（実施例１）。 磁気遮蔽体を設けた場合と磁気遮蔽体を設けない場合のトルク波形である（実施例１）。 ステータとロータの部分拡大図である（実施例２）。 ステータとロータの平面図である（実施例３）。 ステータとロータの部分拡大図である（実施例３）。 （ａ）は、磁気遮蔽体を設けない場合のティースの先端部及び磁気突極部近傍の電磁力分布を示す図であり、（ｂ）は、磁気遮蔽体を設けた場合のティースの先端部及び磁気突極部近傍の電磁力分布を示す図である（実施例３）。 ステータとロータの部分拡大図である（実施例４）。 （ａ）、（ｂ）はステータとロータの部分拡大図である（実施例５、６）。 ステータとロータの平面図である（実施例７）。 ステータとロータの部分拡大図である（実施例７）。 （ａ）は、磁気遮蔽体を設けない場合のステータ小歯及びロータ小歯近傍の電磁力分布を示す図であり、（ｂ）は、磁気遮蔽体を設けた場合のステータ小歯及びロータ小歯近傍の電磁力分布を示す図である（実施例７）。 磁気遮蔽体を設けた場合と磁気遮蔽体を設けない場合のトルク波形である（実施例７）。 ステータとロータの部分拡大図である（実施例８）。 ステータとロータの部分拡大図である（実施例９）。 ステータとロータの部分拡大図である（実施例１０）。 ステータとロータの部分拡大図である（実施例１１）。 ステータとロータの平面図である（実施例１１）。 ステータ小歯とロータ小歯との間に生じる電磁力を説明する図である（従来例）。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

〔実施例１の構成〕
実施例１の回転電機１の構成を、図１〜図４を用いて説明する。
図１に示すように、本実施例の回転電機１は、リラクタンス同期モータであり、回転可能に支持されたロータ２と、ロータ２の外周側にロータ２を取り囲むように配置されたステータ３とを備える。

ロータ２は、積層電磁鋼板により円筒状に形成されたロータコア２ａからなっており、中心がシャフト４に固定されている。ロータコア２ａには、リラクタンストルクを発生するための磁気突極部５が周方向に複数個設けられている。本実施例では、８個の磁気突極部５が、それぞれ、ステータ３側（外周側）に突出する凸部として設けられている。

ステータ３は、積層電磁鋼板により円筒状に形成されたステータコア６に複数の相コイルからなる固定子巻線７を分布巻き方式で巻装してなる。
ステータコア６の内周面には、複数のティース９が設けられており、固定子巻線７はティース９に巻かれるとともに、ティース９とティース９の間に設けられたスロット１０内に配される。本実施例では、４８個のティース９が設けられており、固定子巻線７は３相コイルである。
図２に示すように、各ティース９の先端部、つまり、ロータ２の外周面に対面する側（内周側）の端部には、固定子巻線７の内周端よりも内周側に突出するとともにティース幅が大きくされたティース端部９ａが設けられている。

そして、ティース９は、エアギャップ１３を介して磁気突極部５と径方向に対向しており、固定子巻線７への通電により発生する磁束によって、ティース９と磁気突極部５との間に電磁力を生じ、この電磁力によってロータ２は回転する。

〔実施例１の特徴〕
実施例１の回転電機１は、各磁気突極部５の反ロータ回転方向側部に、ロータ２の回転を妨げる方向に働く電磁力（負の電磁力）を弱める磁束を発生する磁気遮蔽体が設けられている。
本実施例では、ロータ２の磁気突極部５の反ロータ回転方向側の端面５ａに、磁気遮蔽体として導体板１１が設けられている。

導体板１１はアルミニウム材料または銅材料により形成されている。そして、導体板１１と磁気突極部５の端面５ａとの間には絶縁板もしくは絶縁皮膜が設けられており、導体板１１と磁気突極部５とは電気的に絶縁されている。

〔実施例１の作用効果〕
図３（ａ）は磁気遮蔽体を設けない場合のティース９の先端部及び磁気突極部５近傍の電磁力分布を示す図であり、図３（ｂ）は磁気遮蔽体として導体板１１を設けた場合（本実施例の回転電機１）のティース９の先端部及び磁気突極部５近傍の電磁力分布を示す図である。

図３（ａ）に示すように、磁気遮蔽体を設けない場合は、ティース９の先端部と磁気突極部５との間に、負の電磁力が大きく発生している（図３（ａ）中の点線で囲った部分参照）。一方、図３（ｂ）に示すように、磁気遮蔽体として導体板１１を設けた場合には、図３（ａ）に比べて、負の電磁力が抑えられている（図３（ｂ）中の点線で囲った部分参照）。

これは、固定子巻線７への通電により発生する磁界によって、導体板１１の表面には渦電流が発生し、負の電磁力を生じる磁束を弱める磁束が発生するためである。
すなわち、導体板１１に渦電流が発生すると、固定子巻線７への通電により発生する磁束（主磁束）を妨げる方向に磁束が発生するため、導体板１１周辺の磁束密度が低下し、負の電磁力が低下する。そして、負の電磁力を弱めることができるので、トルクを向上させることができる。

したがって、磁気突極部５の反ロータ回転方向側の端面５ａに磁気遮蔽体として導体板１１を設けることで負の電磁力を弱めることができるので、トルクを向上させることができる。図４は、磁気遮蔽体がある場合と磁気遮蔽体がない場合とで、発生するトルクを解析したものであるが、磁気遮蔽体がない場合と比較して、磁気遮蔽体がある場合の方が高いトルクを得られることがわかる。例えば、本実施例では、平均すると、磁気遮蔽体がある場合の方が磁気遮蔽体がない場合よりも１０％程度高いトルクが得られた。

〔実施例２〕
実施例２の回転電機１の構成を、実施例１とは異なる点を中心に、図５を用いて説明する。
本実施例の回転電機１では、磁気突極部５の端面５ａに磁気遮蔽体として短絡コイル１１ａが設けられている。
短絡コイル１１ａは、短絡して閉回路を構成するコイルであり、銅線又はアルミ線に絶縁皮膜を施した被覆導線を巻回して形成されているため、短絡コイル１１ａと磁気突極部５との間は電気的に絶縁されている。

各磁気突極部５のロータ回転方向の端面５ａには、短絡コイル１１ａが巻かれる突部５ｂと、突部５ｂの周囲に形成された溝部５ｃとが設けられ、短絡コイル１１ａは突部５ｂの周囲に巻かれるとともに溝部５ｃ内に配される。

本実施例においても、実施例１と同様に、磁気遮蔽体（短絡コイル１１ａ）によって負の電磁力が小さくなり、トルクを向上させることができる。
これは、固定子巻線７への通電により発生する磁界によって、短絡コイル１１ａに短絡電流が発生し、負の電磁力を生じる磁束を弱める磁束が発生するためである。
すなわち、短絡コイル１１ａに短絡電流が発生すると、固定子巻線７への通電により発生する磁束（主磁束）より位相が遅れた磁束が発生するため、磁束の流れが変化し、短絡コイル１１ａ周辺の磁束密度が低下し、負の電磁力が低下する。
したがって、磁気遮蔽体（短絡コイル１１ａ）を設けることで負の電磁力を弱めることができるので、トルクを向上させることができる。

〔実施例３〕
実施例３の回転電機１の構成を、実施例１とは異なる点を中心に、図６〜図８を用いて説明する。
本実施例の回転電機１によれば、ロータコア２ａは、複数のセグメント２ｂを周方向に並べることにより形成されている。

セグメント２ｂは、周方向の両端に径方向外側（外周側）に突出する突出部２ｃと、突出部２ｃ同士を内周部で連結する連結部２ｄとを有するコの字状を呈している。

複数のセグメント２ｂは、突出部２ｃが径方向外側に向くように並べられ、シャフト４に各セグメント２ｂが固定されることによって、複数のセグメント２ｂ同士が連結されている。なお、セグメント２ｂ同士の間には隙間が設けられている。

これにより、セグメント２ｂの一方の突出部２ｃと、隣合うセグメント２ｂの他方の突出部２ｃとが周方向に隣合い、この隣合う２本の突出部２ｃで１つの磁気突極部５を形成している。
本実施例では、８個のセグメント２ｂによって、８個の磁気突極部５が形成されている。

そして、各磁気突極部５の反ロータ回転方向側の端面５ａに、磁気遮蔽体として導体板１１が設けられている。本実施例の磁気突極部５の反ロータ回転方向側の端面５ａとは、隣合うセグメント２ｂの内で反ロータ回転方向側にあるセグメント２ｂのロータ回転方向側にある突出部２ｃの反ロータ回転方向側の端面のことである。

図８（ａ）は磁気遮蔽体を設けない場合のティース９の先端部及び磁気突極部５近傍の電磁力分布を示す図であり、図８（ｂ）は磁気遮蔽体として導体板１１を設けた場合（本実施例の回転電機１）のティース９の先端部及び磁気突極部５近傍の電磁力分布を示す図である。

図８（ａ）に示すように、磁気遮蔽体を設けない場合は、ティース９の先端部と磁気突極部５との間に、負の電磁力が大きく発生している（図８（ａ）中の点線で囲った部分参照）。セグメント型のロータ構造では、実施例１の一体型のロータ構造と比較して、負の電磁力が発生しやすい。

一方、図８（ｂ）に示すように、磁気遮蔽体として導体板１１を設けた場合には、図８（ａ）に比べて、負の電磁力が抑えられている（図８（ｂ）中の点線で囲った部分参照）。
したがって、負の電磁力が発生しやすいセグメント型のロータ構造であっても、磁気遮蔽体によって負の電磁力が小さくなり、トルクを向上させることができる。

〔実施例４〕
実施例４の回転電機１の構成を、実施例３とは異なる点を中心に、図９を用いて説明する。
本実施例の回転電機１では、磁気突極部５ではなく、各ティース９の先端部のロータ回転方向側部に磁気遮蔽体としての導体板１１が設けられている。
すなわち、各ティース９において、ティース端部９ａのロータ回転方向側の端面９ｂに導体板１１が設けられている。
これによって、磁気遮蔽体によって負の電磁力が小さくなり、トルクを向上させることができる。

〔実施例５〕
実施例５の回転電機１の構成を、実施例１とは異なる点を中心に、図１０（ａ）を用いて説明する。
本実施例の回転電機１では、ロータコア２ａに、周方向の複数箇所に磁気抵抗の高い磁束遮断部が設けられており、磁気突極部５は、周方向において磁束遮断部同士の間に形成されて磁束遮断部よりも磁気抵抗の小さい部分として設けられている。

すなわち、実施例１のロータ２のようにステータ３側に突出する凸部によって磁気突極部５を形成するのではなく、ロータコア２ａ内で相対的に磁気抵抗の小さい部分を設けることで、リラクタンストルクを発生するための磁気突極部５が形成されている。

例えば、図１０（ａ）に示すように、ロータコア２ａの周方向に所定ピッチで、磁束遮断部として空隙２ｅを設けている。そして、空隙２ｅ同士の間のロータコア２ａの部分は、空隙２ｅよりも磁気抵抗の小さい部分として磁気突極部５となっている。

そして、各磁気突極部５の反ロータ回転方向側の端面５ａに、磁気遮蔽体として導体板１１が設けられている。なお、磁気突極部５の反ロータ回転方向側の端面５ａは、空隙２ｅのロータ回転方向側の端面でもある。
これによって、磁気遮蔽体によって負の電磁力が小さくなり、トルクを向上させることができる。

〔実施例６〕
実施例６の回転電機１の構成を、実施例５とは異なる点を中心に、図１０（ｂ）を用いて説明する。
実施例５の回転電機１では、磁気突極部５ではなく、各ティース９の先端部に磁気遮蔽体としての導体板１１が設けられている。
本実施例の回転電機１では、磁気突極部５ではなく、各ティース９の先端部のロータ回転方向側の端面９ｂに磁気遮蔽体としての導体板１１が設けられている。
すなわち、各ティース９において、ロータ回転方向側に突出するティース端部９ａに導体板１１が設けられている。
これによって、磁気遮蔽体によって負の電磁力が小さくなり、トルクを向上させることができる。

〔実施例７の構成〕
実施例７の回転電機１の構成を、図１１〜図１４を用いて説明する。
本実施例の回転電機１は、リラクタンス型ステッピングモータであり、回転可能に支持されたロータ２と、ロータ２の外周側にロータ２を取り囲むように配置されたステータ３とを備える（図１１参照）。

ロータ２は、積層電磁鋼板により円筒状に形成されており、中心がシャフト４に固定されている。
ステータ３は、積層電磁鋼板により円筒状に形成されたステータコア６に複数の相コイルからなる固定子巻線７を集中巻き方式で巻装してなる。
ステータコア６の内周面には、複数のティース９（磁気突極部）が設けられており、固定子巻線７はティース９に巻かれるとともに、ティース９とティース９の間に設けられたスロット１０内に配される。

各ティース９の先端部（ロータ２の外周面に対面する側の端部）には、ロータ２側に突出する複数の小歯（ステータ小歯１２と呼ぶ）が設けられている（図１２参照）。
また、ロータ２の外周面には、ステータ小歯１２とエアギャップ１３を介して対向する複数の小歯（ロータ小歯１４と呼ぶ）を有している（図１２参照）。

そして、固定子巻線７の各相コイルへの通電をパルス信号により順次切り替えることで回転磁界が生じ、ロータ２が回転する。すなわち、固定子巻線７への通電により発生する磁束によって、ステータ小歯１２とロータ小歯１４との間に電磁力を生じ、この電磁力によってロータ２は回転する。
なお、各ティース９のステータ小歯１２の数及びロータ小歯１４の数は、ティース９の数や必要なトルク等の条件により適宜設計される。

〔実施例７の特徴〕
実施例７の回転電機１は、ステータ小歯１２に、ロータ２の回転を妨げる方向に働く電磁力（負の電磁力）を弱める磁束を発生する磁気遮蔽体が設けられている。

ステータ小歯１２及びロータ小歯１４を有する回転電機１では、トルクに寄与する電磁力の他に、ステータ小歯１２とロータ小歯１４との間に負の電磁力が発生する。
そこで、本実施例では、各ティース９において、各ステータ小歯１２の間及び、ロータ２の回転方向の下流端（すなわち、ロータ回転方向側端）に位置するステータ小歯１２のロータ回転方向の下流端部に、それぞれ短絡コイル２０〜２２が磁気遮蔽体として設けられている。なお、短絡コイル２０〜２２は、短絡して閉回路を構成するコイルである。

例えば、本実施例では、各ティース９に設けられるステータ小歯１２は３つであり、回転方向の上流側からステータ小歯１２ａ、１２ｂ、１２ｃとすると、短絡コイル２０は、隣り合うステータ小歯１２ａとステータ小歯１２ｂとの間の溝内に設けられている。また、短絡コイル２１は、隣り合うステータ小歯１２ｂとステータ小歯１２ｃとの間の溝内に設けられ、短絡コイル２２は、ステータ小歯１２のロータ回転方向側の端面２４に設けられている。
なお、短絡コイル２０〜２２は、それぞれ、銅線又はアルミ線に絶縁皮膜を施した被覆導線を巻回して形成されているため、短絡コイル２０〜２２とステータ小歯１２との間は電気的に絶縁されている。

〔実施例７の作用効果〕
図１３（ａ）は磁気遮蔽体を設けない場合のステータ小歯１２及びロータ小歯１４近傍の電磁力分布を示す図であり、図１３（ｂ）は磁気遮蔽体（短絡コイル２０〜２２）を設けた場合（実施例７の回転電機１）のステータ小歯１２及びロータ小歯１４近傍の電磁力分布を示す図である。

図１３（ａ）に示すように、磁気遮蔽体を設けない場合は、ステータ小歯１２とロータ小歯１４との間に、負の電磁力が大きく発生している（図１３（ａ）中の点線丸で囲った部分参照）。一方、図１３（ｂ）に示すように、磁気遮蔽体（短絡コイル２０〜２２）を設けた場合には、図１３（ａ）に比べて、負の電磁力が小さくなっている（図１３（ｂ）中の点線丸で囲った部分参照）。

これは、固定子巻線７への通電により発生する磁界によって、短絡コイル２０〜２２に短絡電流が発生し、負の電磁力を生じる磁束を弱める磁束が発生するためである。
すなわち、短絡コイル２０〜２２に短絡電流が発生すると、固定子巻線７への通電により発生する磁束（主磁束）より位相が遅れた磁束が発生するため、磁束の流れが変化し、短絡コイル２０〜２２周辺の磁束密度が低下し、負の電磁力が低下する。

したがって、磁気遮蔽体（短絡コイル２０〜２２）を設けることで負の電磁力を弱めることができるので、トルクを向上させることができる。図１４は、磁気遮蔽体がある場合と磁気遮蔽体がない場合とで、発生するトルクを解析したものであるが、磁気遮蔽体がない場合と比較して、磁気遮蔽体がある場合の方が高いトルクを得られることがわかる。

〔実施例８〕
実施例８の回転電機１の構成を、実施例７とは異なる点を中心に、図１５を用いて説明する。
本実施例の回転電機１では、各ティース９において、各ステータ小歯１２のロータ回転方向側の端面２４に磁気遮蔽体として導体板２６が設けられている。

導体板２６はアルミニウム材料または銅材料により形成されている。そして、導体板２６とステータ小歯１２の端面２４との間には絶縁板もしくは絶縁皮膜が設けられており、導体板２６とステータ小歯１２とは電気的に絶縁されている。

本実施例においても、実施例７と同様に、磁気遮蔽体（導体板２６）によって負の電磁力が小さくなり、トルクを向上させることができる。
これは、固定子巻線７への通電により発生する磁界によって、導体板２６の表面には渦電流が発生し、負の電磁力を生じる磁束を弱める磁束が発生するためである。
すなわち、導体板２６に渦電流が発生すると、固定子巻線７への通電により発生する磁束（主磁束）を妨げる方向に磁束が発生するため、導体板２６周辺の磁束密度が低下し、負の電磁力が低下する。そして、負の電磁力を弱めることができるので、トルクを向上させることができる。

また、本実施例では、アルミニウム材料または銅材料により形成された導体板２６を磁気遮蔽体として用いている。回転電機に用いられる一般的な材料の中でもアルミニウムや銅は電気抵抗が低く、渦電流が発生しやすいため、負の電磁力を弱める効果が向上する。

なお、導体板２６をステータ小歯１２の端面２４に設ける方法としては、例えば、端面２４に導体板２６を設置して仮固定し、固定子巻線７ごとステータ３をモールドする方法等が考えられる。

〔実施例９〕
実施例９の回転電機１の構成を、実施例８とは異なる点を中心に、図１６を用いて説明する。
本実施例の回転電機１では、各ティース９において、各ステータ小歯１２のロータ回転方向側の端面２４及び反ロータ回転方向側の端面２７のそれぞれに導体板２６、２８が設けられている。そして、端面２４に設けられる導体板２６は、端面２７に設けられる導体板２８よりもステータ径方向に大きく、この大きさの差が大きいほど、磁気遮蔽体としての負の電磁力を弱める作用が向上する。

〔実施例１０〕
実施例１０の回転電機１の構成を、実施例７とは異なる点を中心に、図１７を用いて説明する。
本実施例の回転電機１では、各ステータ小歯１２のロータ回転方向側の端面２４に、短絡コイル３０が磁気遮蔽体として設けられている。
すなわち、各ステータ小歯１２の端面２４には、短絡コイル３０が巻かれる突部３１と、突部３１の周囲に形成された溝部３２とが設けられ、短絡コイル３０は突部３１の周囲に巻かれるとともに溝部３２内に配される。

これによれば、実施例１と同様に、短絡コイル３０に発生する短絡電流により生じる磁束によって、負の電磁力を弱めることができるので、トルクを向上させることができる。

〔実施例１１〕
実施例１１の回転電機１の構成を、実施例８とは異なる点を中心に、図１８、図１９を用いて説明する。なお、図１８は、図１９の部分拡大図である。
各ロータ小歯１４の形状が、回転方向におけるロータ小歯１４の中心とロータ２のシャフト４の中心とを通る線Ｘ（図１９参照）を中心に非対称となっており、反ロータ回転方向側のエアギャップ１３が、ロータ回転方向側のエアギャップ１３よりも大きくされている（図１８参照）。

例えば、各ロータ小歯１４は、反ロータ回転方向側の端面３３がテーパ面となる台形状を呈しており、ロータ回転方向におけるロータ小歯１４の形状が線Ｘを中心に非対称になっている。すなわち、ロータ回転方向の上流側のエアギャップ１３が図１８に点線で示す三角形の分だけ広がり、回転時にステータ小歯１２との間に生じるエアギャップ１３が線Ｘを中心に非対称になっている。

これによれば、磁気遮蔽体（導体板２６）による磁束により負の電磁力を発生させる磁束を弱めることに加えて、ロータ小歯１４の反ロータ回転方向側とステータ３との間の透磁率を小さくすることによって、負の電磁力を低減することができる。

〔変形例〕
本発明の実施態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例１〜３、５の回転電機１では、ロータ２の磁気突極部５のみに磁気遮蔽体が設けられていたが、磁気突極部５とティース９の先端部の両方に磁気遮蔽体を設けてもよい。

また、実施例７〜１１の回転電機１はリラクタンス型ステッピングモータであったが、ステータ小歯１２及びロータ小歯１４を有するものであればよく、例えば、スイッチトリラクタンスモータやバーニャモータであってもよい。
また、このステータ小歯１２に磁気遮蔽体を設ける技術は、回転電機だけでなく、例えば、リニアモータに適用することもできる。

また、実施例７の回転電機１では、ステータ３がステータコア６に固定子巻線７を集中巻き方式で巻装してなっていたが、固定子巻線７は分布巻き方式でステータコア６に巻装されていてもよい。

また、実施例７〜１１では、ステータ小歯１２に磁気遮蔽体が設けられていたが、ロータ小歯１４に磁気遮蔽体を設けてもよいし、ステータ小歯１２及びロータ小歯１４の両方に磁気遮蔽体を設けてもよい。

また、実施例８、９では、導体板２６、２８の断面形状が矩形であり、実施例１１では、導体板２６の断面形状が台形であったが、導体板２６、２８の形状は、ステータ小歯１２の形状や必要な磁束等により適宜定められるものであり、これらに限定されない。

また、実施例９では、ステータ小歯１２のロータ回転方向の端面２４及び反ロータ回転方向側の端面２７のそれぞれに大きさの異なる導体板２６、２８が設けられていたが、大きさを異ならせるのではなく、例えば、導体板２６、２８の材質を異ならせてもよい。すなわち、ステータ小歯１２の端面２４及び端面２７での磁束の生じ方が非対称になればよい。

１ 回転電機
２ ロータ
２ａ ロータコア
２ｂ セグメント
２ｃ 突出部
２ｅ 空隙（磁束遮断部）
３ ステータ
５ 磁気突極部
６ ステータコア
７ 固定子巻線
９ ティース（磁気突極部）
９ａ ティース端部
１１ 導体板（磁気遮蔽体）
１１ａ 短絡コイル（磁気遮蔽体）
１２ ステータ小歯
１３ エアギャップ
１４ ロータ小歯
２０〜２２、３０ 短絡コイル（磁気遮蔽体）
２６、２８ 導体板（磁気遮蔽体）

Claims (15)

1. 複数のティースが周方向に設けられたステータコアに固定子巻線が巻装されてなるステータと、
   前記ティースとエアギャップを介して対向する複数の磁気突極部が形成されたロータコアを有するロータとを備え、
   前記ステータと前記ロータとの間に作用する電磁力により前記ロータが回転する回転電機であって、
   前記ティースの先端部のロータ回転方向側、もしくは前記磁気突極部の反ロータ回転方向側の少なくとも一方に、前記ロータの回転を妨げる方向に働く電磁力を弱める磁束を発生する磁気遮蔽体が設けられていることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記磁気遮蔽体は導体で形成されていることを特徴とする回転電機。
3. 請求項１または２に記載の回転電機において、
   前記磁気遮蔽体は、前記ステータコア及び前記ロータコアから絶縁されていることを特徴とする回転電機。
4. 請求項２または３に記載の回転電機において、
   前記磁気遮蔽体は銅またはアルミニウムで形成されていることを特徴とする回転電機。
5. 請求項２または３に記載の回転電機において、
   前記磁気遮蔽体は短絡コイルであることを特徴とする回転電機。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の回転電機において、
   前記磁気突極部は、前記ステータ側に突出する凸部として設けられていることを特徴とする回転電機。
7. 請求項６に記載の回転電機において、
   前記ロータコアは、周方向の両端に径方向に突出する突出部を有するコの字状のセグメントを周方向に複数個並べることにより形成されていることを特徴とする回転電機。
8. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の回転電機において、
   前記ロータコアには、周方向の複数箇所に磁気抵抗の高い磁束遮断部が設けられており、
   前記磁気突極部は、周方向において前記磁束遮断部同士の間に形成されて前記磁束遮断部よりも磁気抵抗の小さい部分として設けられていることを特徴とする回転電機。
9. 請求項１〜５のいずれかに記載の回転電機において、
   前記ティースの先端部は、複数のステータ小歯を有し、
   前記磁気突極部は、前記ステータ小歯とエアギャップを介して対向するロータ小歯であり、
   前記磁気遮蔽体は、前記各ステータ小歯のロータ回転方向側、もしくは前記各ロータ小歯の反ロータ回転方向側の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする回転電機。
10. 複数のティースが周方向に設けられたステータコアに固定子巻線が巻装されてなり、前記各ティースの先端部に複数のステータ小歯を有するステータと、
    前記ステータ小歯とエアギャップを介して対向する複数のロータ小歯を有するロータとを備え、
    前記ステータと前記ロータとの間に作用する電磁力により前記ロータが回転する回転電機であって、
    前記ステータ小歯に、前記ロータの回転を妨げる方向に働く電磁力を弱める磁束を発生する磁気遮蔽体を設けることを特徴とする回転電機。
11. 請求項１０に記載の回転電機において、
    前記磁気遮蔽体は導体で形成されていることを特徴とする回転電機。
12. 請求項１０または１１に記載の回転電機において、
    前記磁気遮蔽体と前記ステータ小歯との間は絶縁されていることを特徴とする回転電機。
13. 請求項１１または１２に記載の回転電機において、
    前記磁気遮蔽体は銅またはアルミニウムで形成されていることを特徴とする回転電機。
14. 請求項１１または１２に記載の回転電機において、
    前記磁気遮蔽体は短絡コイルであることを特徴とする回転電機。
15. 請求項１０〜１４のいずれかに記載の回転電機において、
    前記各ロータ小歯の形状は、ロータ回転方向における前記ロータ小歯の中心と前記ロータの回転軸とを通る線を中心に非対称となっており、反ロータ回転方向側の前記エアギャップが、ロータ回転方向側の前記エアギャップよりも大きくされていることを特徴とする回転電機。

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