(57)【要約】  ステータコアを有するステータと、上記ステータコアとの間に空隙を介して上記ステータコアと同軸に配置されるロータコア、および上記ロータコアに埋め込まれて周方向に等角ピッチで配置された、複数の、１磁極を構成する永久磁石群を有するロータと、を備え、フラックスバリアが、上記１磁極を構成する永久磁石群のなかの、周方向に隣り合う１組の永久磁石間に形成され、一対のリブが、上記隣り合う１組の永久磁石と上記フラックスバリアとの間の上記ロータコアの領域により構成され、上記１磁極を構成する永久磁石群から発生する磁束を上記ロータの回転方向に偏らせるための第１スリットが、上記１磁極を構成する永久磁石群の径方向の上記空隙側の上記ロータコアの領域に形成され、上記第１スリットの上記フラックスバリア側の端部が、上記一対のリブの延長線間に位置している。
2020017078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコア、およびステータコイルを有するステータと、
上記ステータコアとの間に空隙を介して上記ステータコアと同軸に配置されるロータコア、および上記ロータコアに埋め込まれて周方向に等角ピッチで配置された、複数の、１磁極を構成する永久磁石群を有するロータと、を備え、
フラックスバリアが、上記１磁極を構成する永久磁石群のなかの、周方向に隣り合う１組の永久磁石間に形成され、
一対のリブが、上記隣り合う１組の永久磁石と上記フラックスバリアとの間の上記ロータコアの領域により構成され、
上記１磁極を構成する永久磁石群から発生する磁束を上記ロータの回転方向に偏らせるための第１スリットが、上記１磁極を構成する永久磁石群の径方向の上記空隙側の上記ロータコアの領域に形成され、
上記第１スリットの上記フラックスバリア側の端部が、上記一対のリブの延長線間に位置している回転電機。
【請求項２】
上記第１スリットと上記フラックスバリアとがつながっている請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
磁石端フラックスバリアが、上記隣り合う１組の永久磁石と上記一対のリブとの間に形成されている請求項１又は請求項２記載の回転電機。
【請求項４】
上記１磁極を構成する永久磁石群は、周方向間隔が上記空隙側に漸次広がるＶ字状に配置され、
上記フラックスバリアは、Ｖ字状に配置された上記１磁極を構成する永久磁石群の谷部に形成されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
上記ステータコイルは、集中巻コイルである請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
上記第１スリットは、上記ステータコイルに通電したときに、上記ロータに作用する周方向の力の方向に傾斜している請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
上記１磁極を構成する永久磁石群は、２つの永久磁石からなる請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
上記ロータコアは、軸方向に複数に分割された分割ロータコアを備え、
上記分割ロータコア内では、上記第１スリットの形状および配置が同じであり、上記分割ロータコア毎では、上記第１スリットの形状および配置の少なくとも一方が異なっている請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項９】
上記第１スリットは、その形状および配置の少なくとも一方が異なる複数種類の第１スリットからなり、
上記複数種類の第１スリットは、周方向に分散して配置されている請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１０】
第２スリットが、上記１磁極を構成する永久磁石群の径方向の上記空隙側の上記ロータコアの領域であり、上記第１スリットに対して上記ロータの回転方向の進み側の領域に形成されている請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１１】
上記第１スリットの最小幅部が上記一対のリブのそれぞれの周方向の幅より狭い請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１２】
上記ロータの極数と上記ステータのスロット数との比が２：３である請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機に関し、特に永久磁石を有するロータを備える回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業用回転電機および電気自動車、ハイブリッド自動車用回転電機には、小型化・高出力化に有利な永久磁石式回転電機が多く採用されている。この永久磁石式回転電機のうち、永久磁石がロータコアの中に埋め込まれる構造である場合には、永久磁石からの磁石磁束によって発生する磁石トルクと、ロータコアの磁気抵抗に起因するリラクタンス磁束によって発生するリラクタンストルクとの２種類のトルクを得ることができる。そして、最終的な回転電機のトルクは、その２種類のトルクの合成トルクとなる。【０００３】
しかし、このように構成された永久磁石式回転電機においては、上記２種類のトルクがピーク値をとる電流位相角がそれぞれ異なるという特徴がある。そのため、２種類のトルクの合成トルクのピーク値をとる電流位相角が、２種類のトルクのそれぞれのピーク値をとる電流位相角から外れる。その結果、２種類のトルクの合成トルクのピーク値が、２種類のトルクのピーク値の合計より小さくなる。【０００４】
このような状況を鑑み、永久磁石からステータに向かう磁束をロータの回転方向に偏らせるためのスリットをロータコアに設けた構造が提案されていた（例えば、特許文献１）。【０００５】
この特許文献１では、永久磁石からステータに向かう磁束が、スリットにより、ロータの回転方向に偏らされ、磁石トルクがピーク値をとる電流位相角が変化する。これにより、磁石トルクがピーク値をとる電流位相角とリラクタンストルクがピーク値をとる電流位相角との差が小さくなり、両者の合成トルクのピーク値が大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２０６０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、永久磁石からステータに向かう磁束をロータの回転方向に偏らせるためのスリットが、ロータコアの永久磁石の外径側のコア領域に形成されていた。そのため、動作時に、遠心力が永久磁石に作用することにより、永久磁石とスリットとの間のロータコアの領域に発生する応力が高くなるという課題があった。【０００８】
そこで、永久磁石とスリットとの間のコア領域に発生する応力を緩和するには、スリットの形状を大きくする、または永久磁石とスリットとの間の間隔を広くする必要があった。しかしながら、スリットの形状を大きくした場合には、リラクタンストルクが発生するコア領域が狭くなり、リラクタンストルクが小さくなる。また、永久磁石とスリットとの間の間隔を広くした場合には、磁石トルクがピーク値をとる電流位相角をリラクタンストルクがピーク値をとる電流位相角に近づくように変化させることができなくなる。その結果、いずれの場合においても、合成トルクのピーク値が小さくなってしまう。【０００９】
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ロータコアの領域に発生する応力を低減しつつ、磁石トルクとリラクタンストルクとの合成トルクのピーク値を大きくできる回転電機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明による回転電機は、ステータコア、およびステータコイルを有するステータと、上記ステータコアとの間に空隙を介して上記ステータコアと同軸に配置されるロータコア、および上記ロータコアに埋め込まれて周方向に等角ピッチで配置された、複数の、１磁極を構成する永久磁石群を有するロータと、を備え、フラックスバリアが、上記１磁極を構成する永久磁石群のなかの、周方向に隣り合う１組の永久磁石間に形成され、一対のリブが、上記隣り合う１組の永久磁石と上記フラックスバリアとの間の上記ロータコアの領域により構成され、上記１磁極を構成する永久磁石群から発生する磁束を上記ロータの回転方向に偏らせるための第１スリットが、上記１磁極を構成する永久磁石群の径方向の上記空隙側の上記ロータコアの領域に形成され、上記第１スリットの上記フラックスバリア側の端部が、上記一対のリブの延長線間に位置している。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、上記の構成をとるので、ロータコアの領域に発生する応力を低減しつつ、合成トルクのピーク値を大きくできる回転電機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る回転電機におけるロータの１磁極周りを示す要部横断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る回転電機の無通電状態における電気角１周期分の磁石磁束によるギャップ磁束密度分布を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る回転電機における、電流値一定の条件下での電流位相角に対するトルクの変化を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る回転電機におけるロータにおける応力解析結果のミーゼス応力分布図である。
【図７】比較例のロータにおける応力解析結果のミーゼス応力分布図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る回転電機における電流値一定の条件下での電流位相角に対するトルクの変化を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る回転電機における第１変更例のロータの１磁極周りを示す要部横断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係る回転電機における第２変更例のロータの１磁極周りを示す要部横断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態１に係る回転電機における第３変更例のロータの１磁極周りを示す要部横断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態１に係る回転電機における第４変更例のロータの１磁極周りを示す要部横断面図である。
【図１３】この発明の実施の形態１に係る回転電機における第５変更例のロータの１磁極周りを示す要部横断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態２に係る回転電機を示す横断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態２に係る回転電機におけるロータの１磁極周りを示す要部横断面図である。
【図１６】この発明の実施の形態３に係る回転電機を示す縦断面図である。
【図１７】この発明の実施の形態３に係る回転電機における第１ロータの１磁極周りを示す要部横断面図である。
【図１８】この発明の実施の形態３に係る回転電機における第２ロータの１磁極周りを示す要部横断面図である。
【図１９】この発明の実施の形態４に係る回転電機を示す横断面図である。
【図２０】この発明の実施の形態５に係る回転電機におけるロータの１磁極周りを示す要部横断面図である。
【図２１】この発明の実施の形態６に係る回転電機を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す縦断面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。なお、縦断面図とは、回転軸の軸心を含む断面を示す断面図である。図２では、フレームおよびコイルエンドが省略されている。また、本明細書においては、便宜上、回転軸の軸心と平行な方向を軸方向、回転軸の軸心を中心として、回転軸の軸心と直交する方向を径方向、回転軸を中心として回転する方向を周方向とする。図中、Ｒは回転軸の回転方向である。
【００１４】
図１および図２において、回転電機１は、円筒状のフレーム２と、フレーム２の軸方向の両端に装着されて、フレーム２の軸方向両側の開口を塞ぐ一対の端板３と、一対の端板３に装着された軸受４に支持されて、フレーム２内に回転可能に設けられた回転軸５と、を備える。回転電機１は、回転軸５に固着されてフレーム２内に回転可能に設けられたロータ２０と、フレーム２内に挿入、保持されて、ロータ２０の外径側に同軸に設けられたステータ１０と、をさらに備える。ロータ２０とステータ１０との間には、空隙Ｇが形成されている。
【００１５】
ステータ１０は、円環状のステータコア１１と、ステータコア１１に装着されたステータコイル１２と、を備える。ステータコア１１は、円環状のコアバック１１０と、コアバック１１０の内周面から径方向内方に突出する複数のティース１１１と、を備え、例えば、電磁鋼板の薄板を軸方向に積層、一体化して構成される。ティース１１１は、周方向に等角ピッチで１８本配列されており、隣り合うティース１１１間の領域がスロット１１２となる。ステータコイル１２は、ティース１１１のそれぞれに導体線を巻き回して形成された集中巻コイル１２０により構成される。スロット１１２のそれぞれには、隣り合う集中巻コイル１２０が収納される。
【００１６】
ロータ２０は、回転軸５と、軸心位置にシャフト挿入孔が形成された円筒状のロータコア２１と、ロータコア２１の外径側に埋め込まれた２４個の永久磁石２２と、を備える。ロータコア２１は、シャフト挿入孔に挿入された回転軸５に固着される。ロータ２０は、回転軸５の軸方向両端を軸受４に支持されて、フレーム２内に回転可能に設けられる。ロータコア２１は、例えば、電磁鋼板の薄板を軸方向に積層、一体化して構成される。
【００１７】
ここで、ロータ２０の磁極周りの構造について図３を参照しつつ説明する。図３は、この発明の実施の形態１に係る回転電機におけるロータの１磁極周りを示す要部横断面図である。なお、横断面図とは、回転軸の軸心と直交する断面を示す断面図である。
【００１８】
ロータコア２１の外径側には、ロータコア２１を軸方向に貫通する磁石挿入穴２３の対が、等角ピッチで周方向に１２対形成されている。磁石挿入穴２３の対は、周方向の間隔が外径側に向かって漸次広くなるＶ字状に配置されている。磁石挿入穴２３は、断面長方形の穴形状に形成されている。なお、対をなす磁石挿入穴２３の内径側の端部同士は、周方向に離れている。
【００１９】
永久磁石２２は、磁石挿入穴２３と同等の断面長方形の角柱体に構成されている。永久磁石２２は、断面長方形の長辺で構成される面に直交するように着磁されている。これにより、永久磁石２２の断面長方形の長辺で構成される第１の面がＮ極となり、第１の面と反対側の第２の面がＳ極となる。永久磁石２２は、磁石挿入穴２３の各対に同じ極性が外径側を向くように、かつ隣り合う磁石挿入穴２３の対に異なる極性が外径側を向くように挿入、保持される。すなわち、周方向間隔が空隙Ｇ側に漸次広がるＶ字状に配置された永久磁石２２の対が、１磁極を構成する。そして、１磁極を構成する永久磁石２２の対が、ロータコア２１の外径側に埋め込まれて、周方向に等角ピッチで１２対配列されている。これにより、ロータ２０には、１２極の磁極が形成される。
【００２０】
第１フラックスバリア２４が、磁石挿入穴２３の断面長方形の短辺で構成される外径側の面を磁石挿入穴２３の断面長方形の長辺の長さ方向に張り出させて形成されている。磁石端フラックスバリアとしての第２フラックスバリア２５が、磁石挿入穴２３の断面長方形の短辺で構成される内径側の面を磁石挿入穴２３の断面長方形の長辺の長さ方向に張り出させて形成されている。第３フラックスバリア２６が、磁石挿入穴２３の対の第２フラックスバリア２５間の位置に形成されている。第１、第２および第３フラックスバリア２４，２５，２６は、それぞれ、ロータコア２１を軸方向に貫通するように形成されている。
【００２１】
ここで、周方向に隣り合う第２フラックスバリア２５および第３フラックスバリア２６の一部が、回転軸５の軸心から同一径方向距離に位置している。当該位置において、第２フラックスバリア２５と第３フラックスバリア２６との間のコア領域が、リブ２７となる。また、第１フラックスバリア２４とロータコア２１の外周面との間のコア領域が、ブリッジ２８となる。
【００２２】
第１スリット２９が、Ｖ字状に配置された永久磁石２２の対の外径側に位置するロータコア２１のコア領域に形成されている。第１スリット２９は、第３フラックスバリア２６の近傍からロータコア２１の外周面の近傍に至るように、直線帯状に延びている。第１スリット２９は、回転方向Ｒに対して前方に傾斜し直線状に延びている。第１スリット２９の内径側端部、すなわち第３フラックスバリア２６側の端部は、一対のリブ２７の延長線間に位置している。第１スリット２９の外径側端部、すなわち空隙Ｇ側の端部は、ロータコア２１の外周面の近傍に位置している。なお、第１スリット２９は、ロータコア２１を軸方向に貫通するように形成されてもよく、軸方向に貫通しないように軸方向の途中までの深さに形成されてもよい。また、第１スリット２９の最小幅部は、リブ２７の周方向の幅より狭くなっている。これにより、リブ２７の周辺の応力を低減できる。
【００２３】
第１スリット２９は、中空である。空気は、ロータコア２１より透磁率が低い。そこで、第１スリット２９は、Ｖ字状に配置された永久磁石２２の対の外径側のコア領域のなかで、低透磁率領域となる。なお、第１スリット２９内に、ロータコア２１より透磁率の低い樹脂、放熱材などを充填してもよい。これにより、ロータコア２１の強度が高められる。また、ロータコア２１および永久磁石２２の冷却効果が高められる。
【００２４】
このように構成された回転電機１では、ステータ１０のスロット１１２の数が１８、ロータ２０の極数が１２である。すなわち、回転電機１は、極−スロット数が２対３系のインナーロータ型の回転電機である。回転電機１は、力行運転に用いられることを想定している。力行運転とは、ステータコイル１２に通電した電気エレルギーをロータ２０が回転する運動エレルギーに変換する運転を指す。このとき、回転電機１は、電動機として動作する。ステータコイル１２に通電することによってロータ２０に作用する周方向の力は、ロータ２０の回転方向Ｒと同じである。なお、力行運転は、本発明の本旨ではないので、その詳細な説明は省略する。
【００２５】
第１フラックスバリア２４は、磁石挿入穴２３から断面長方形の長辺の長さ方向の外径側に張り出して形成されている。第２フラックスバリア２５は、磁石挿入穴２３から断面長方形の長辺の長さ方向の内径側に張り出して形成されている。第３フラックスバリア２６が、第２フラックスバリア２５間に形成されている。そこで、第１フラックスバリア２４とロータコア２１の外周面との間のブリッジ２８の径方向幅が狭められる。また、第２フラックスバリア２５と第３フラックスバリア２６との間のリブ２７の周方向幅が狭められる。これにより、永久磁石２２からリブ２７およびブリッジ２８を介して永久磁石２２に戻る、ロータコア２１内で閉じた磁路を流れる磁石磁束３１の流れが抑制される。その結果、空隙Ｇを介してステータ１０に鎖交する磁石磁束３１の量が多くなる。
【００２６】
第１スリット２９は、第３フラックスバリア２６の近傍からロータコア２１の外周面の近傍に至るように、直線状に延びている。第１スリット２９は、回転方向Ｒの前方、すなわち進み側に傾斜している。第１スリット２９の内径側端部は、第３フラックスバリア２６の近傍に位置している。第１スリット２９の外径側端部は、ロータコア２１の外周面の近傍に位置している。これにより、１磁極を構成するＶ字状に配置された永久磁石２２の対の外径側のコア領域が、第１スリット２９により、力行運転時における回転方向進み側コア領域３０Ａと回転方向遅れ側コア領域３０Ｂとに分離される。
【００２７】
つぎに、トルクの発生源となる磁束の状態について説明する。
回転方向Ｒの進み側に位置する永久磁石２２の磁束発生面から発生する磁石磁束３１は、ロータコア２１から空隙Ｇに流れる。このとき、低透磁率領域である第１スリット２９によって磁石磁束３１の流れる方向が制限され、磁石磁束３１が回転方向進み側に偏らされる。これにより、磁石磁束３１は、図３中矢印で示されるように、回転方向進み側コア領域３０Ａに偏在化する。その結果、磁石トルクが正のピーク値となる電流位相角を、第１スリット２９がない場合の電流位相角よりも大きくすることができる。
【００２８】
ステータコア１１から空隙Ｇを介してロータコア２１に流れるリラクタンス磁束３２の経路は、低透磁率領域である第１スリット２９によって制限される。これにより、リラクタンス磁束３２は、図３中に矢印で示されるように、回転方向進み側コア領域３０Ａには流れず、回転方向遅れ側コア領域３０Ｂのみに流れる。その結果、リラクタンストルクが正のピーク値となる電流位相角を、第１スリット２９が設けられていない場合の電流位相角よりも小さくすることができる。
【００２９】
これにより、磁石トルクとリラクタンストルクのそれぞれが正のピーク値となる電流位相角の間隔が狭まる。そこで、力行運転時における磁石トルクとリラクタンストルクとの合成トルク、すなわち総合的なトルクを向上させることができる。
【００３０】
つぎに、無通電状態における電気角１周期分の磁石磁束３１によるギャップ磁束密度分布を有限要素法により解析した結果を図４に示す。なお、電気角１周期分とは、磁極２極分である。図４は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の無通電状態における電気角１周期分の磁石磁束によるギャップ磁束密度分布を示す図である。図４中、横軸は周方向位置を示し、縦軸はギャップ磁束密度を示す。また、点線は第１スリット２９を設けない場合のギャップ磁束密度を示し、実線は第１スリット２９を設けた場合のギャップ磁束密度を示す。
【００３１】
図４から、第１スリット２９がある場合、第１スリット２９がない場合と比較して、力行運転時における１磁極内のギャップ磁束密度が、ロータ２０の回転方向の進み側に偏ることが分かった。
【００３２】
つぎに、電流値一定の条件下での電流位相角βに対するトルクの変化を有限要素法により解析した結果を図５に示す。図５は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における、電流値一定の条件下での電流位相角に対するトルクの変化を示す図である。なお、図５中、横軸は電流位相角βを示し、縦軸はトルクを示す。また、点線は第１スリット２９がない場合のトルクを示し、実線は第１スリット２９がある場合のトルクを示す。トルクは、磁石トルクとリラクタンストルクとの合成トルクである。
【００３３】
図５から、第１スリット２９がある場合の合成トルクの正のピーク値をとる電流位相角βが、第１スリット２９がない場合の合成トルクの正のピーク値をとる電流位相角βより小さくなることが分かった。また、図５から、第１スリット２９がある場合の合成トルクの正のピーク値が、第１スリット２９がない場合の合成トルクの正のピーク値より大きくなることがわかった。
【００３４】
第１スリット２９がない場合は、磁石トルクは、電流位相角βが０°のときに正のピーク値をとり、リラクタンストルクは、電流位相角βが４５°のときに正のピーク値をとる。図５の結果から、第１スリット２９を設けることにより、磁石トルクとリラクタンストルクのそれぞれが正のピーク値をとる電流位相角βが接近して、合成トルクが向上したと推考される。
【００３５】
このように、実施の形態１では、低透磁率領域である第１スリット２９を、１磁極を構成するＶ字状に配置された永久磁石２２の外径側のコア領域に、回転方向Ｒの進み側に傾くように設けている。これにより、磁石トルクとリラクタンストルクのそれぞれが正のピーク値をとる電流位相角βが互いに接近する。その結果、力行運転時、磁石トルクとリラクタンストルクとの合成トルクが向上される。
【００３６】
ここで、力行運転時のロータコアに発生する応力について説明する。
【００３７】
図６は、この発明の実施の形態１に係る回転電機におけるロータにおける応力解析結果のミーゼス応力分布図、図７は、比較例のロータにおける応力解析結果のミーゼス応力分布図である。
【００３８】
ロータ２０のロータコア２１では、図３に示されるように、第３フラックスバリア２６が、１磁極を構成する永久磁石２２の群のなかの周方向に隣り合う１組の永久磁石２２間に形成されている。一対のリブ２７が、隣り合う１組の永久磁石２２と第３スラックスバリア２６との間のロータコア２１の領域により構成されている。第１スリット２９の内径側端部が、第３フラックスバリア２６から離れ、一対のリブ２７の延長線間の周方向領域内に位置している。
【００３９】
比較例のロータ２００のロータコア２０１では、図７に示されるように第１スリット２９の内径側端部が、第３フラックスバリア２６から離れ、一対のリブ２７の延長線の回転方向遅れ側に位置している。なお、ロータコア２０１の他の構成は、ロータコア２１と同様に構成されている。
【００４０】
力行運転時、比較例のロータコア２０１に発生する応力は、図７に示されるように、１５６ＭＰａであった。力行運転時、ロータコア２１に発生する応力は、図６に示されるように、７８ＭＰａであった。このように、第１スリット２９の内径側端部を一対のリブ２７の延長線間の周方向領域内に位置させることで、ロータコア２１に発生する応力を低減できることが確認された。
【００４１】
これは、比較例のロータ２００では、遠心力が永久磁石２２に作用したときに、ロータコア２０１が変位する方向に第１スリット２９の内径側端部が位置している。さらに、第１スリット２９の最小幅部がリブ２７の周方向の幅より狭い。そのため、第１スリット２９の内径側端部に発生する応力が大きくなる。ロータ２０では、第１スリット２９の内径側端部が、一対のリブ２７の延長線に挟まれた領域に位置している。そのため、遠心力が永久磁石２２に作用したときに、第１スリット２９の内径側端部は、ロータコア２１が変位する方向から遠ざかる。これにより、第１スリット２９の内径側端部に発生する応力が低減されたものと推考される。
【００４２】
このように、実施の形態１によるロータ２０では、第１スリット２９の内径側端部が、一対のリブ２７の延長線に挟まれた領域に位置している。これにより、ロータコア２１に発生する応力が低減される。さらに、ロータ２０では、第１スリット２９が１磁極を構成するＶ字状に配置された永久磁石２２の外径側のコア領域に、回転方向Ｒの進み側に傾くように設けている。これにより、力行運転時、磁石トルクとリラクタンストルクとの合成トルクが向上される。
【００４３】
つぎに、ロータ２０から永久磁石２２を取り外し、ステータコイル１２を集中巻コイル又は分布巻コイルにより構成して、電流値一定の条件下での電流位相角βに対するトルクの変化を有限要素法により解析した結果を図８に示す。図８は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における電流値一定の条件下での電流位相角に対するトルクの変化を示す図である。なお、図８中、横軸は電流位相角βを示し、縦軸はトルクを示す。また、点線は第１スリット２９がない場合のトルクを示し、実線は第１スリット２９がある場合のトルクを示す。トルクは、リラクタンストルクである。
【００４４】
図８に示されるように、集中巻構造のステータコイルを用いた場合では、第１スリット２９がある場合は、第１スリット２９がない場合に比較して、リラクタンストルクの正のピーク値が大きくなった。一方、分布巻構造のステータコイルを用いた場合では、第１スリット２９がある場合は、第１スリット２９がない場合に比較して、リラクタンストルクの正のピーク値が小さくなった。このように、従来、リラクタンストルクが十分に発揮できなかった集中巻構造でも、第１スリット２９があることにより、リラクタンス磁束の経路が変化し、リラクタンストルクが向上できることが確認された。
【００４５】
また、図８に示されるように、ステータコイルの巻線構造に拘わらず、第１スリット２９があることにより、リラクタンストルクの正のピーク値をとる電流位相角βが小さくなった。したがって、ステータコイルの巻線構造に拘わらず、第１スリット２９を設けることにより、磁石トルクとリラクタンストルクのそれぞれが正のピーク値をとる電流位相角βが互いに接近する。その結果、力行運転時、磁石トルクとリラクタンストルクとの合成トルクが向上される。
【００４６】
つぎに、ロータの変更例について説明する。図９は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における第１変更例のロータの１磁極周りを示す要部横断面図、図１０は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における第２変更例のロータの１磁極周りを示す要部横断面図、図１１は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における第３変更例のロータの１磁極周りを示す要部横断面図、図１２は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における第４変更例のロータの１磁極周りを示す要部横断面図、図１３は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における第５変更例のロータの１磁極周りを示す要部横断面図である。
【００４７】
第１変更例のロータ２０Ａでは、図９に示されるように、第１スリット２９が第３フラックスバリア２６と空隙Ｇとに開口するようにロータコア２１Ａに形成されている。第１スリット２９の内径側端部は、一対のリブ２７の延長線間の周方向領域内に位置している。ロータ２０Ａの他の構成は、ロータ２０と同様に構成されている。そこで、ロータ２０Ａを用いても、実施の形態１と同様の効果が得られる。また、ロータ２０Ａを用いた場合には、第１スリット２９の空隙Ｇ側での漏れ磁束が低減されるので、トルクをより向上させることができる。
【００４８】
第２変更例のロータ２０Ｂでは、図１０に示されるように、１磁極を構成する永久磁石２２を保持する３つの磁石挿入穴２３が、それらの周方向の間隔が外径側に向かって漸次広くなるＶ字状に配置されている。すなわち、２つの磁石挿入穴２３が、回転方向の進み側に傾斜して１列に配列されている。残る１つの磁石挿入穴２３が、回転方向の遅れ側に傾斜している。第１フラックスバリア２４と第２フラックスバリア２５とが、各磁石挿入穴２３の断面長方形の長辺の長さ方向の両端に形成されている。回転方向の進み側に傾斜する磁石挿入穴２３間には、リブ２７が形成されている。傾斜方向が異なる磁石挿入穴２３間には、第３フラックスバリア２６が形成されている。一対のリブ２７が第３フラックスバリア２６を挟んで形成されている。第１スリット２９が、第３フラックスバリア２６と空隙Ｇとに開口するようにロータコア２１Ｂに形成されている。
【００４９】
したがって、ロータ２０Ｂを用いても、上記ロータ２０Ａを用いた場合と同様の効果が得られる。なお、１磁極を構成する永久磁石２２の個数は４個以上でもよい。この場合においても、永久磁石２２は、Ｖ字状に配置される。第３フラックスバリア２６は、Ｖ字状の谷部を構成する永久磁石２２間に形成される。
【００５０】
第３変更例のロータ２０Ｃでは、図１１に示されるように、第１スリット２９が第３フラックスバリア２６の近傍からロータコア２１Ｄの外周面の近傍に至るようにロータコア２１Ｃに形成されている。第１スリット２９は、回転方向Ｒの進み側に凸の弧状帯状に形成されている。ロータ２０Ｃの他の構成は、ロータ２０と同様に構成されている。そこで、ロータ２０Ｃを用いても、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００５１】
第４変更例のロータ２０Ｄでは、図１２に示されるように、直線帯状の第２スリット３３が第１スリット２９の回転方向の進み側に磁石挿入穴２３の近傍からロータコア２１Ｄの外周面の近傍に至るようにロータコア２１Ｄに形成されている。ロータ２０Ｄの他の構成は、ロータ２０と同様に構成されている。そこで、ロータ２０Ｄを用いても、実施の形態１と同様の効果が得られる。また、第２スリット３３は、１磁極を構成する２つの永久磁石２２のなかの回転方向Ｒの進み側に位置する永久磁石２２の外径側に配置されている。したがって、第２スリット３３の内径側端部は、遠心力が回転方向Ｒの進み側に位置する永久磁石２２に作用したときに、ロータコア２１Ｄが変位する方向から遠ざかる。そこで、第２スリット３３の内径側端部に発生する応力は、大きくならない。さらに、低透磁率領域である第２スリット３３が、回転方向進み側コア領域３０Ａに、回転方向の進み側に傾斜して設けられている。そこで、低透磁率領域である第２スリット３３によって磁石磁束３１の流れる方向が制限され、磁石磁束３１が回転方向進み側により偏らされる。
【００５２】
第５変更例のロータ２０Ｅでは、図１３に示されるように、直線帯状の２つの第１スリット２９ａ，２９ｂが、第３フラックスバリア２６の近傍からロータコア２１Ｆの外周面の近傍に至るように１列に並んでロータコア２１Ｅに形成されている。ロータ２０Ｅの他の構成は、ロータ２０と同様に構成されている。そこで、ロータ２０Ｅを用いても、実施の形態１と同様の効果が得られる。なお、第５変更例では、第１スリットが２つに分割されているが、３つ以上に分割されてもよい。また、第３変更例のロータ２０Ｃにおいて、弧状帯状の第１スリット２９を複数の第１スリットに分割してもよい。
【００５３】
このように、実施の形態１および第１から第５変更例で説明したように、第１スリット２９の内径側端部が１対のリブ２７の延長線間に位置していれば、第１スリット２９の形状および配置、および永久磁石２２の個数は適宜変更できる。これにより、磁石磁束３１による磁気飽和を発生させることなく、効果的に高いトルクを得ることができる。また、第１スリット２９の内径側端部が１対のリブ２７の延長線間に位置していれば、第１スリット２９の回転方向の進み側のコア領域に１本以上の第２スリット３３を設けてもよい。
【００５４】
実施の形態２．
図１４は、この発明の実施の形態２に係る回転電機を示す横断面図、図１５は、この発明の実施の形態２に係る回転電機におけるロータの１磁極周りを示す要部横断面図である。
【００５５】
上記実施の形態１における回転電機１は、力行運転に用いられることを想定しているが、実施の形態２における回転電機１Ａは、回生運転に用いられることを想定している。回生運転とは、ロータ４０に与えられた運動エネルギーを電気エネルギーに変換して、ステータコイル１２の端子から電気エネルギーを取り出す運転を指す。このとき、回転電機１Ａは、発電機として動作する。なお、回生運転は、本発明の本旨ではないので、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
図１４および図１５において、回転電機１Ａは、ステータ１０と、ステータ１０の内径側に、ステータ１０との間に隙間Ｇを設けて、同軸に配置されたロータ４０と、を備える。ロータ４０は、ロータコア４１を備える。なお、図示されていないが、ステータ１０およびロータ４０は、フレーム２および一対の端板３からなるハウジング内に収納されている。
【００５７】
ロータコア４１は、第１スリット２９の配置が異なる点を除いて、ロータコア２１と同様に構成されている。具体的には、第１スリット２９は、Ｖ字状に配置された永久磁石２２の対の外径側のコア領域に、第３フラックスバリア２６からロータコア４１の外周面近傍に至るように、直線帯状に延びている。第１スリット２９は、回転方向Ｒに対して後方、すなわち遅れ側に傾斜している。第１スリット２９の内径側端部は、第３フラックスバリア２６に連結され、一対のリブ２７の延長線間に位置している。第１スリット２９の外径側端部は、ロータコア４１の外周面の近傍に位置している。
【００５８】
１磁極を構成するＶ字状に配置された永久磁石２２の対の外径側のコア領域が、第１スリット２９により、回生運転時における回転方向進み側コア領域３０Ａと回転方向遅れ側コア領域３０Ｂとに分離される。
【００５９】
ロータ４０は、外部から運動エネルギーを受け取って回転する。回生運転時に、ステータコイル１２に通電することによってロータ４０に作用する周方向の力の向きは、ロータ４０の回転方向Ｒと逆となる。すなわち、回生運転時に、回転電機１Ａ自体が発揮するトルクは、外部からのトルクを相殺するように作用する。
【００６０】
つぎに、トルクの発生源となる磁束の状態について説明する。回生運転時に、回転方向遅れ側に位置する永久磁石２２から発生する磁石磁束３１は、ロータコア４１から隙間Ｇに流れようとする。このとき、低透磁率領域である第１スリット２９によって磁石磁束３１の流れる方向が制限され、磁石磁束３１が回転方向遅れ側に偏らされる。これにより、磁石磁束３１は、図１５中矢印で示されるように、磁石磁束３１は、回転方向遅れ側コア領域３０Ｂに偏在化する。その結果、磁石トルクが負のピーク値となる電流位相角βを、第１スリット２９がない場合の電流位相角βよりも小さくすることができる。そこで、リラクタンストルクが負のピーク値となる電流位相角βを、第１スリット２９がない場合の電流位相角βよりも大きくすることができる。
【００６１】
さらに、ステータコア１１から隙間Ｇを介してロータコア４１に流れようとするリラクタンス磁束３２は、低透磁率領域である第１スリット２９により経路が制限される。これにより、リラクタンス磁束３２は、図１５中矢印で示されるように、回転方向遅れ側コア領域３０Ｂを避けて、回転方向進み側コア領域３０Ａを通る。これにより、リラクタンストルクが負のピーク値となる電流位相角βを、第１スリット２９がない場合の電流位相角βよりも大きくすることができる。
【００６２】
実施の形態２では、第１スリット２９を設けることにより、磁石トルクの負のピーク値となる電流位相角とリラクタンストルクの負のピーク値となる電流位相角とを近づけることができる。したがって、回生運転時における回転電機１Ａの磁石トルクとリラクタンストルクとの合成トルクを向上させることができる。
また、第１スリット２９の内径側端部が、一対のリブ２７の延長線間の周方向領域に位置しているので、第１スリット２９の内径側端部に発生する応力を小さくできる。
【００６３】
なお、実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様に、第１スリット２９の内径側端部が１対のリブ２７の延長線間に位置していれば、第１スリット２９の形状および配置、および永久磁石２２の個数は適宜変更できる。
【００６４】
実施の形態３．
図１６は、この発明の実施の形態３に係る回転電機を示す縦断面図、図１７は、この発明の実施の形態３に係る回転電機における第１ロータの１磁極周りを示す要部横断面図、図１８は、この発明の実施の形態３に係る回転電機における第２ロータの１磁極周りを示す要部横断面図である。
【００６５】
図１６において、回転電機１Ｂは、フレーム２と、フレーム２の軸方向両側の開口を塞ぐ一対の端板３と、一対の端板３に装着された軸受４に支持されて、フレーム２内に回転可能に設けられた回転軸５と、フレーム２内に収納保持されたステータ１０と、ステータ１０の内径側に、ステータ１０との間に隙間Ｇを設けて、同軸に配置されたロータ５０と、を備える。ロータ５０は、軸方向に２等分割された第１ロータ５０Ａと第２ロータ５０Ｂとを備える。第１ロータ５０Ａおよび第２ロータ５０Ｂは、第１分割ロータコア５１Ａおよび第２分割ロータコア５１Ｂを備える。
【００６６】
第１分割ロータコア５１Ａおよび第２分割ロータコア５１Ｂは、第１スリット２９Ａおよび第１スリット２９Ｂの形状および配置が異なる点を除いて、同様に構成されている。第１分割ロータコア５１Ａおよび第２分割ロータコア５１Ｂは、第１スリットの形状、配置および軸方向長さが異なる点を除いて、実施の形態１におけるロータコア２１と同様に構成されている。
【００６７】
第１スリット２９Ａは、図１７に示されたように、Ｖ字状に配置された永久磁石２２の対の外径側のコア領域に、第３フラックスバリア２６から第１分割ロータコア５１Ａの外周面の近傍に至るように、直線状に延びている。第１スリット２９Ａは、回転方向Ｒに対して前方、すなわち進み側に傾斜している。第１スリット２９Ａの内径側端部は、第３フラックスバリア２６に連結され、一対のリブ２７の延長線間に位置している。第１スリット２９Ａの外径側端部は、第１分割ロータコア５１Ａの外周面の近傍に位置している。
【００６８】
第１スリット２９Ｂは、図１８に示されたように、Ｖ字状に配置された永久磁石２２の対の外径側のコア領域に、第３フラックスバリア２６から第２分割ロータコア５１Ｂの外周面の近傍に至るように、直線状に延びている。第１スリット２９Ｂは、第１スリット２９Ａの回転方向の後方、すなわち遅れ側に配置されている。第１スリット２９Ｂは、回転方向Ｒの進み側に傾斜している。第１スリット２９Ｂの内径側端部は、第３フラックスバリア２６に連結され、一対のリブ２７の延長線間に位置している。第２スリット２９Ｂの外径側端部は、第２分割ロータコア５１Ｂの外周面の近傍に位置している。
【００６９】
実施の形態３では、第１スリット２９Ａおよび第１スリット２９Ｂが、１磁極を構成するＶ字状に配置された永久磁石２２の外径側のコア領域に、回転方向Ｒの進み側に傾くように設けている。そこで、実施の形態３においても、力行運転時、磁石トルクとリラクタンストルクとの合成トルクが向上される。また、第１スリット２９Ａおよび第１スリット２９Ｂの内径側端部が、一対のリブ２７の延長線に挟まれた領域に位置している。そこで、実施の形態３においても、第１分割ロータコア５１Ａおよび第２分割ロータコア５１Ｂに発生する応力が低減される。
【００７０】
第１スリットの形状、配置を変えることにより、コギングトルク、トルクリプルおよび電磁加振力の高調波成分の位相、振幅が変化する。実施の形態３では、第１スリット２９Ａと第１スリット２９Ｂとの形状および配置が異なる。そこで、形状、配置の異なる第１スリット２９Ａと第１スリット２９Ｂとを適宜組み合わせることにより、コギングトルク、トルクリプルおよび電磁加振力の高調波成分を打ち消すことができる。これにより、コギングトルク、トルクリプルおよび電磁加振力の高調波成分を低減することができる。
【００７１】
なお、上記実施の形態３では、ロータコアが軸方向に２つに等分割されているが、２つに不等分割されてもよい。
また、上記実施の形態３では、ロータコアが軸方向に２つに分割されているが、ロータコアは、３つ以上に分割されてもよい。この場合、分割された各ロータコアにおいて、上記実施の形態１と同様に、第１スリットの内径側端部が一対のリブの延長線間に位置していれば、第１スリットの形状および配置、永久磁石の個数は適宜変更できる。これにより、組み合わせる第１スリットの種類が多くなり、コギングトルク、トルクリプルおよび電磁加振力の高調波成分をより低減することができる。
【００７２】
また、上記実施の形態３では、第１スリットが回転方向の進み側に傾斜する、力行運転に用いられる回転電機に適用したが、第１スリットが回転方向の遅れ側に傾斜する、回生運転に用いられる回転電機に適用してもよい。
【００７３】
実施の形態４．
図１９は、この発明の実施の形態４に係る回転電機を示す横断面図である。
【００７４】
図１９において、回転電機１Ｃは、ステータ１０と、ステータ１０の内径側に、ステータ１０との間に隙間Ｇを設けて、同軸に配置されたロータ６０と、を備える。ロータ６０は、ロータコア６１を備える。なお、図示されていないが、ステータ１０およびロータ６０は、フレーム２および一対の端板３からなるハウジング内に収納されている。
【００７５】
ロータコア６１には、第１スリット２９Ａおよび第１スリット２９Ｂが、１磁極毎に、交互に、１磁極を構成するＶ字状に配置された永久磁石２２の対の外径側のコア領域に形成されている。なお、他の構成は、実施の形態３におけるロータ５０と同様に構成されている。
【００７６】
実施の形態４では、第１スリット２９Ａおよび第１スリット２９Ｂが、１磁極毎に、交互に、回転方向Ｒの進み側に傾くように設けている。そこで、実施の形態４においても、力行運転時、磁石トルクとリラクタンストルクとの合成トルクが向上される。また、第１スリット２９Ａおよび第１スリット２９Ｂの内径側端部が、一対のリブ２７の延長線に挟まれた領域に位置している。そこで、実施の形態４においても、ロータコア６１に発生する応力が低減される。
【００７７】
実施の形態４では、１磁極毎に交互に形成された第１スリット２９Ａと第１スリット２９Ｂとの形状および配置が異なっている。つまり、形状および配置が異なる第１スリット２９Ａおよび第１スリット２９Ｂが、周方向に分散して配置されている。そこで、実施の形態４においても、形状、配置の異なる第１スリット２９Ａと第１スリット２９Ｂとを適宜組み合わせることにより、コギングトルク、トルクリプルおよび電磁加振力の高調波成分を打ち消すことができる。これにより、コギングトルク、トルクリプルおよび電磁加振力の高調波成分を低減することができる。
【００７８】
なお、上記実施の形態４では、２種類の第１スリットは、形状および配置が異なっているが、２種類の第１スリットは、形状および配置の少なくとも一方が異なっていればよい。
また、上記実施の形態４では、２種類の第１スリットが１磁極毎に交互にロータコアに形成されているが、２種類の第１スリットは、複数磁極ずつ交互にロータコアに形成されてもよいし、異なる磁極数で交互にロータコアに形成されてもよい。
また、上記実施の形態４では、２種類の第１スリットがロータコアに形成されているが、３種類以上の第１スリットをロータコアに形成してもよい。
また、実施の形態４においても、上記実施の形態１と同様に、第１スリットの内径側端部が１対のリブの延長線間に位置していれば、第１スリットの形状および配置、および永久磁石の個数は適宜変更できる。
また、上記実施の形態４では、単一のロータコアを用いているが、上記実施の形態３と同様に、軸方向に分割されたロータコアを用いてもよい。
【００７９】
ここで、上記実施の形態４では、第１スリットが回転方向の進み側に傾斜する、力行運転に用いられる回転電機に適用したが、第１スリットが回転方向の遅れ側に傾斜する、回生運転に用いられる回転電機に適用してもよい。
【００８０】
実施の形態５．
図２０は、この発明の実施の形態５に係る回転電機におけるロータの１磁極周りを示す要部横断面図である。
【００８１】
図２０において、ロータ７０のロータコア７１には、１磁極を構成する永久磁石２２を保持する３つの磁石挿入穴２３が、それらの周方向の間隔が外径側に向かって漸次広くなるＶ字状に配置されている。すなわち、２つの磁石挿入穴２３が、回転方向の進み側に傾斜して１列に配列されている。残る１つの磁石挿入穴２３が、回転方向の遅れ側に傾斜している。第１フラックスバリア２４と第２フラックスバリア２５とが、各磁石挿入穴２３の断面長方形の長辺の長さ方向の両端に形成されている。隣り合う磁石挿入穴２３間のそれぞれには、第３フラックスバリア２６が形成されている。リブ２７が、第３フラックスバリア２６のそれぞれを挟んで一対ずつ形成されている。第１スリット２９が、第３フラックスバリア２６のそれぞれと空隙Ｇとに開口するようにロータコア７１に形成されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００８２】
実施の形態５では、第３フラックスバリア２６が、１磁極を構成するＶ字状に配置された３つの永久磁石２２のなかの周方向に隣り合う?組の永久磁石２２間のそれぞれに形成されている。２つのスリット２９が、１磁極を構成するＶ字状に配置された３つの永久磁石２２の外径側のロータコア７１の領域に形成されている。２つのスリット２９は、回転方向Ｒの進み側に傾くように直線状に延びている。１つのスリット２９の内径側端部は、周方向に隣り合う１組の永久磁石２２間に形成されている第３フラックスバリア２６を周方向に挟んで形成されている一対のリブ２７の延長線間に位置している。もう一つスリット２９の内径側端部は、周方向に隣り合うもう１組の永久磁石２２間に形成されている第３フラックスバリア２６を周方向に挟んで形成されている一対のリブ２７の延長線間に位置している。
したがって、実施の形態５においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００８３】
実施の形態５では、３つの永久磁石２２により１磁極を構成している。そこで、遠心力が永久磁石２２に作用したときに、ロータコア７１に作用する応力が分散される。これにより、ロータコア７１に発生する応力は、第３スラックスバリア２６が１つの場合よりも低減される。また、第１スリット２９が２つであるので、第１スリット２９が１つの場合に比べて、比較的に高いトルクを得ることができる。
【００８４】
なお、実施の形態５においても、上記実施の形態１，４と同様に、第１スリットの内径側端部が１対のリブの延長線間に位置していれば、第１スリットの形状および配置、および永久磁石の個数は適宜変更できる。
また、実施の形態５では、単一のロータコアを用いているが、上記実施の形態３と同様に、軸方向に分割されたロータコアを用いてもよい。
また、実施の形態５では、第１スリットが回転方向の進み側に傾斜する、力行運転に用いられる回転電機に適用したが、第１スリットが回転方向の遅れ側に傾斜する、回生運転に用いられる回転電機に適用してもよい。
【００８５】
実施の形態６．
図２１は、この発明の実施の形態６に係る回転電機を示す横断面図である。
【００８６】
図２１において、回転電機１Ｄは、ステータ１０Ａと、ステータ１０Ａの外径側に、ステータ１０Ａとの間に隙間Ｇを設けて、同軸に配置されたロータ８０と、を備える。
【００８７】
ステータ１０Ａは、円環状のステータコア１１Ａと、ステータコア１１Ａに装着されたステータコイル１２Ａと、を備える。ステータコア１１Ａは、円環状のコアバック１１０Ａと、コアバック１１０Ａの外周面から径方向外方に突出する複数のティース１１１Ａと、を備える。ティース１１１Ａは、周方向に等角ピッチで１８本配列されており、隣り合うティース１１１Ａ間の領域がスロット１１２Ａとなる。ステータコイル１２Ａは、ティース１１１Ａのそれぞれに導体線を巻き回して形成された集中巻コイル１２０Ａにより構成される。
【００８８】
ロータ８０は、ロータコア８１と、ロータコア８１の内径側に埋め込まれた２４個の永久磁石２２と、を備える。ロータコア８１の内径側には、ロータコア８１を軸方向に貫通する磁石挿入穴２３が、等角ピッチで１２対形成されている。磁石挿入穴２３は、断面長方形の穴形状である。磁石挿入穴２３の対は、周方向の間隔が内径側に向かって漸次広くなるＶ字状に配置されている。磁石挿入穴２３は、断面長方形の穴形状に形成されている。なお、対をなす磁石挿入穴２３の外径側の端部同士は、周方向に離れている。
【００８９】
永久磁石２２は、磁石挿入穴２３と同等の断面長方形の角柱体に構成されている。永久磁石２２は、断面長方形の長辺で構成される面に直交するように着磁されている。これにより、永久磁石２２の断面長方形の長辺で構成される第１の面がＮ極となり、第１の面と反対側の第２の面がＳ極となる。永久磁石２２は、磁石挿入穴２３の各対に同じ極性が内径側を向くように、かつ隣り合う磁石挿入穴２３の対に異なる極性が内径側を向くように挿入、保持される。すなわち、周方向間隔が空隙Ｇ側に漸次広くなるＶ字状に配置された永久磁石２２の対が、１磁極を構成する。そして、１磁極を構成する永久磁石２２の対が、ロータコア２１の外径側に埋め込まれて、周方向に等角ピッチで１２対配列されている。これにより、ロータ２０には、１２極の磁極が形成される。
【００９０】
第１フラックスバリア２４が、磁石挿入穴２３の断面長方形の短辺で構成される内径側の面を磁石挿入穴２３の断面長方形の長辺の長さ方向に張り出させて形成されている。第２フラックスバリア２５が、磁石挿入穴２３の断面長方形の短辺で構成される外径側の面を磁石挿入穴２３の断面長方形の長辺の長さ方向に張り出させて形成されている。第３フラックスバリア２６が、磁石挿入穴２３の対の第２フラックスバリア２５間の位置に形成されている。第１、第２および第３フラックスバリア２４，２５，２６は、それぞれ、ロータコア２１を軸方向に貫通するように形成されている。
【００９１】
ここで、周方向に隣り合う第２フラックスバリア２５および第３フラックスバリア２６の一部が、ロータの回転軸の軸心から同一径方向距離に位置している。当該位置において、第２フラックスバリア２５と第３フラックスバリア２６との間のコア領域が、リブ２７となる。また、第１フラックスバリア２４とロータコア２１の内周面との間のコア領域が、ブリッジ２８となる。
【００９２】
第１スリット２９が、Ｖ字状に配置された永久磁石２２の対の内径側、すなわち空隙Ｇ側に位置するロータコア８１のコア領域に形成されている。第１スリット２９は、第３フラックスバリア２６からロータコア８１の内周面の近傍に至るように、直線帯状に延びている。第１スリット２９は、回転方向Ｒに対して前方に傾斜し直線状に延びている。第１スリット２９の外径側端部、すなわち第３スラックスバリア２６側の端部は、一対のリブ２７の延長線間に位置している。第１スリット２９の内径側端部、すなわち空隙Ｇ側の端部は、ロータコア８１の内周面の近傍に位置している。
【００９３】
このように構成された回転電機１Ｄでは、ステータ１０Ａのスロット１１２Ａの数が１８、ロータ８０の極数が１２である。すなわち、回転電機１Ｄは、極−スロット数が２対３系のアウターロータ型の回転電機である。回転電機１Ｄは、力行運転に用いられることを想定している。
【００９４】
実施の形態６では、第１スリット２９が、Ｖ字状に配置された永久磁石２２の対の内径側のコア領域に、回転方向Ｒの進み側に傾くように設けられている。第１スリット２９の内径側端部が、第３フラックスバリア２６を挟むように形成されている一対のリブ２７の延長線間に位置している。したがって、実施の形態６においても、上記実施の形態１と同様に効果が得られる。
【００９５】
なお、実施の形態６においても、上記実施の形態１、４，５と同様に、第１スリットの外径側端部が１対のリブの延長線間に位置していれば、第１スリットの形状および配置、および永久磁石の個数は適宜変更できる。
また、上記実施の形態６では、単一のロータコアを用いているが、上記実施の形態３と同様に、軸方向に分割されたロータコアを用いてもよい。
また、実施の形態６では、第１スリットが回転方向の進み側に傾斜する、力行運転に用いられる回転電機に適用したが、第１スリットが回転方向の遅れ側に傾斜する、回生運転に用いられる回転電機に適用してもよい。  
【００９６】
なお、上記各実施の形態では、ステータコアおよびロータコアが電磁鋼板を積層した積層鉄心で構成されているが、ステータコアおよびロータコアは、磁性体の塊状体で作製された塊状鉄心で構成されてもよい。
また、上記各実施の形態では、ステータコイルが集中巻コイルで構成されているが、ステータコイルは、分布巻コイルで構成されてもよい。
【００９７】
また、上記各実施の形態では、１２極１８スロット、すなわち２対３系列の回転電機について説明しているが、回転電機の極・スロット数は、２対３系列に限定されず、８対９系列、１０対１２系列などでもよい。８対９系列および１０対１２系列は、２対３系列に比べ、巻線係数を増加させる効果があり、トルクの向上およびトルク脈動の抑制が可能となる。
また、上記各実施の形態では、第３フラックスバリアの周方向の両方向に位置する磁石挿入穴のそれぞれの第３フラックスバリア側に第２フラックスバリアが設けられているが、第３フラックスバリアの周方向の第１方向に位置する磁石挿入穴の第３フラックスバリア側に第２フラックスバリアが設けられていればよい。
【００９８】
本発明は、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想および教示に基づいて当業者であれば、種々の改変態様をとるえることは自明である。
【符号の説明】
【００９９】
１０、１０Ａ  ステータ、１１、１１Ａ  ステータコア、１２、１２Ａ  ステータコイル、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，５０，６０，７０，８０  ロータ、２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ，６１、７１，８１  ロータコア、２２  永久磁石、２９，２９ａ，２９ｂ  第１スリット、２９Ａ  第１スリット、２９Ｂ  第１スリット、３３  第２スリット、５１Ａ  第１分割ロータコア、５１Ｂ  第２分割ロータコア、１１２、１１２Ａ  スロット、Ｇ  空隙。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年7月3日(2019.7.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコア、およびステータコイルを有するステータと、
上記ステータコアとの間に空隙を介して上記ステータコアと同軸に配置されるロータコア、および上記ロータコアに埋め込まれて周方向に等角ピッチで配置された、複数の、１磁極を構成する永久磁石群を有するロータと、を備え、
フラックスバリアが、上記１磁極を構成する永久磁石群のなかの、周方向に隣り合う１組の永久磁石間に形成され、
一対のリブが、上記隣り合う１組の永久磁石と上記フラックスバリアとの間の上記ロータコアの領域により構成され、
上記１磁極を構成する永久磁石群から発生する磁束を上記ロータの回転方向に偏らせるための第１スリットが、上記１磁極を構成する永久磁石群の径方向の上記空隙側の上記ロータコアの領域に形成され、
上記第１スリットの上記フラックスバリア側の端部が、上記一対のリブの延長線間に位置している回転電機。
【請求項２】
上記第１スリットの上記フラックスバリア側の端部が、上記一対のリブの延長線間の周方向領域内に位置している請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
上記第１スリットの上記フラックスバリア側の端部が、上記一対のリブを上記空隙側へ延長した延長線間の前記ロータコアの周方向領域内に位置している請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
上記第１スリットと上記フラックスバリアとがつながっている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
磁石端フラックスバリアが、上記隣り合う１組の永久磁石と上記一対のリブとの間に形成されている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
上記１磁極を構成する永久磁石群は、周方向間隔が上記空隙側に漸次広がるＶ字状に配置され、
上記フラックスバリアは、Ｖ字状に配置された上記１磁極を構成する永久磁石群の谷部に形成されている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
上記ステータコイルは、集中巻コイルである請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
上記第１スリットは、上記ステータコイルに通電したときに、上記ロータに作用する周方向の力の方向に傾斜している請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項９】
上記１磁極を構成する永久磁石群は、２つの永久磁石からなる請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１０】
上記ロータコアは、軸方向に複数に分割された分割ロータコアを備え、
上記分割ロータコア内では、上記第１スリットの形状および配置が同じであり、上記分割ロータコア毎では、上記第１スリットの形状および配置の少なくとも一方が異なっている請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１１】
上記第１スリットは、その形状および配置の少なくとも一方が異なる複数種類の第１スリットからなり、
上記複数種類の第１スリットは、周方向に分散して配置されている請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１２】
第２スリットが、上記１磁極を構成する永久磁石群の径方向の上記空隙側の上記ロータコアの領域であり、上記第１スリットに対して上記ロータの回転方向の進み側の領域に形成されている請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１３】
上記第１スリットの最小幅部が上記一対のリブのそれぞれの周方向の幅より狭い請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１４】
上記ロータの極数と上記ステータのスロット数との比が２：３である請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の回転電機。
【手続補正書】
【提出日】令和1年12月10日(2019.12.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコア、およびステータコイルを有するステータと、
上記ステータコアとの間に空隙を介して上記ステータコアと同軸に配置されるロータコア、および上記ロータコアに埋め込まれて周方向に等角ピッチで配置された、複数の、１磁極を構成する永久磁石群を有するロータと、を備え、
フラックスバリアが、上記１磁極を構成する永久磁石群のなかの、周方向に隣り合う１組の永久磁石間に形成され、
一対のリブが、上記隣り合う１組の永久磁石と上記フラックスバリアとの間の上記ロータコアの領域により構成され、
上記１磁極を構成する永久磁石群から発生する磁束を上記ロータの回転方向に偏らせるための第１スリットが、上記１磁極を構成する永久磁石群の径方向の上記空隙側の上記ロータコアの領域に形成され、
上記第１スリットの上記フラックスバリア側の端部が、上記一対のリブの延長線間に位置しており、
上記第１スリットの上記フラックスバリア側の端部と上記フラックスバリアとの間の距離は、上記第１スリットの上記フラックスバリア側の端部と上記隣り合う１組の永久磁石のそれぞれとの間の距離よりも近い回転電機。
【請求項２】
上記第１スリットは、その形状および配置の少なくとも一方が異なる複数種類の第１スリットからなり、
上記複数種類の第１スリットは、周方向に分散して配置されている請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
ステータコア、およびステータコイルを有するステータと、
上記ステータコアとの間に空隙を介して上記ステータコアと同軸に配置されるロータコア、および上記ロータコアに埋め込まれて周方向に等角ピッチで配置された、複数の、１磁極を構成する永久磁石群を有するロータと、を備え、
フラックスバリアが、上記１磁極を構成する永久磁石群のなかの、周方向に隣り合う１組の永久磁石間に形成され、
一対のリブが、上記隣り合う１組の永久磁石と上記フラックスバリアとの間の上記ロータコアの領域により構成され、
上記１磁極を構成する永久磁石群から発生する磁束を上記ロータの回転方向に偏らせるための第１スリットが、上記１磁極を構成する永久磁石群の径方向の上記空隙側の上記ロータコアの領域に形成され、
上記第１スリットの上記フラックスバリア側の端部が、上記一対のリブの延長線間に位置しており、
上記ロータコアは、軸方向に複数に分割された分割ロータコアを備え、
上記分割ロータコア内では、上記第１スリットの形状および配置が同じであり、上記分割ロータコア毎では、上記第１スリットの形状および配置の少なくとも一方が異なっている回転電機。
【請求項４】
上記第１スリットの上記フラックスバリア側の端部が、上記一対のリブの延長線間の周方向領域内に位置している請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
上記第１スリットの上記フラックスバリア側の端部が、上記一対のリブを上記空隙側へ延長した延長線間の前記ロータコアの周方向領域内に位置している請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
上記第１スリットの上記フラックスバリア側の端部が、上記フラックスバリアに向かって延びている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
上記第１スリットの上記空隙側の端部が、上記一対のリブの延長線間の周方向領域外に位置している請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
上記第１スリットと上記フラックスバリアとがつながっている請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項９】
磁石端フラックスバリアが、上記隣り合う１組の永久磁石と上記一対のリブとの間に形成されている請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１０】
上記１磁極を構成する永久磁石群は、周方向間隔が上記空隙側に漸次広がるＶ字状に配置され、
上記フラックスバリアは、Ｖ字状に配置された上記１磁極を構成する永久磁石群の谷部に形成されている請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１１】
上記ステータコイルは、集中巻コイルである請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１２】
上記第１スリットは、上記ステータコイルに通電したときに、上記ロータに作用する周方向の力の方向に傾斜している請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１３】
上記１磁極を構成する永久磁石群は、２つの永久磁石からなる請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１４】
第２スリットが、上記１磁極を構成する永久磁石群の径方向の上記空隙側の上記ロータコアの領域であり、上記第１スリットに対して上記ロータの回転方向の進み側の領域に形成されている請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１５】
上記第１スリットの最小幅部が上記一対のリブのそれぞれの周方向の幅より狭い請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１６】
上記ロータの極数と上記ステータのスロット数との比が２：３である請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の回転電機。
【国際調査報告】
2020017078.tif 000024
2020017078.tif 000025
2020017078.tif 000026
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