(57)【要約】  実施形態によれば、回転電機は、固定子と、固定子に隙間を置いて対向する外周面を有する回転子鉄心２４と、各磁極に設けられた複数の永久磁石２６と、を具備し、中心軸線の回りで回転自在に設けられた回転子１４と、を備えている。回転子鉄心は、各磁極において、ｄ軸の両側に設けられ、それぞれ永久磁石が装填された２つの埋め込み孔３４と、それぞれｑ軸を含む位置で外周面に形成された複数の溝５０と、を有している。外周面に沿った溝の極弧度をＡ、溝の深さをＢ、それぞれ２つの埋め込み孔あるいは永久磁石の外周側端に接し、かつ、中心軸線を通る一対の仮想直線の間の極弧度をＣ、回転子鉄心の外接円の半径をＲとした場合、各溝は、０．０５＜ Ａ ＜０．０７５、    ０．００５ ＜ Ｂ／Ｒ ＜ ０．０２７の関係を満たして形成されている。
2019187205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、
前記固定子に隙間を置いて対向する外周面と前記外周面に沿って並んだ複数の磁極とを有する回転子鉄心と、前記各磁極に設けられた複数の永久磁石と、を具備し、中心軸線の回りで回転自在に設けられた回転子と、を備え、
前記回転子鉄心において、隣合う２つの磁極間の境界および前記中心軸線を通って放射方向に延びる軸をｑ軸、前記ｑ軸に対して電気角９０度をなす軸をｄ軸とすると、
前記回転子鉄心は、各磁極において、前記ｄ軸の両側に設けられ、それぞれ前記永久磁石が装填された２つの埋め込み孔と、それぞれ前記ｑ軸を含む位置で前記外周面に形成され前記回転子鉄心の内周側に突出した複数の溝と、を有し、
前記２つの埋め込み孔および２つの永久磁石は、前記ｄ軸に隣接する内周側端と前記外周面に隣接する外周側端とを有し、前記ｄ軸に対して線対称に配置され、前記内周側端から外周側端に向かうに従って、前記ｄ軸からの距離が徐々に広がるように配置され、
前記外周面に沿った前記溝の極弧度をＡ、前記溝の前記外周面からの深さをＢ、前記回転子鉄心の外周に接する外接円の半径をＲとした場合、前記各溝は、  
０．０５＜ Ａ ＜０．０７５  
０．００５ ＜ Ｂ／Ｒ ＜ ０．０２７  
の関係に形成されている回転電機。
【請求項２】
前記各溝は、前記ｑ軸上に中心を有する円弧状の底面で規定されている請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記各溝は、前記回転子鉄心の軸方向に沿って延在している請求項１又は２に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、回転子に永久磁石が設けられた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、永久磁石の目覚しい研究開発により、高磁気エネルギ積の永久磁石が開発され、このような永久磁石を用いた永久磁石型の回転電機が電車や自動車の電動機あるいは発電機として適用されつつある。通常、永久磁石型の回転電機は、円筒状の固定子と、この固定子の内側に回転自在に支持された円柱形状の回転子と、を備えている。回転子は、回転子鉄心と、この回転子鉄心内に埋め込まれた複数の永久磁石と、を備えている。【０００３】
このような永久磁石型の回転電機では、各磁極において、一対の永久磁石を内周面側から外周面側に向かって開くように対象に配置することにより、マグネットトルクに加えて、リラクタンストルクも利用できる磁気回路を形成することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５２７８００３号公報
【特許文献２】特許第４４９００４７号公報
【特許文献３】特開２０１４−７５８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
車両等の移動体の駆動源として回転電機を用いる場合、燃費向上を図るために、高効率の回転電機が求められる。  
この発明の実施形態の課題は、効率向上が可能な永久磁石型の回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、回転電機は、固定子と、前記固定子に隙間を置いて対向する外周面と前記外周面に沿って並んだ複数の磁極とを有する回転子鉄心と、前記各磁極に設けられた複数の永久磁石と、を具備し、中心軸線の回りで回転自在に設けられた回転子と、を備えている。前記回転子鉄心において、隣合う２つの磁極間の境界および前記中心軸線を通って放射方向に延びる軸をｑ軸、および前記ｑ軸に対して電気角９０度をなす軸をｄ軸とすると、前記回転子鉄心は、各磁極において、前記ｄ軸の両側に設けられ、それぞれ前記永久磁石が装填された２つの埋め込み孔と、それぞれ前記ｑ軸を含む位置で前記外周面に形成され前記回転子鉄心の内周側に突出した複数の溝と、を有している。前記２つの埋め込み孔および２つの永久磁石は、前記ｄ軸に隣接する内周側端と前記外周面に隣接する外周側端とを有し、前記ｄ軸に対して線対称に配置され、前記内周側端から外周側端に向かうに従って、前記ｄからの距離が徐々に広がるように配置されている。前記外周面に沿った前記溝の極弧度をＡ、前記溝の前記外周面からの深さをＢ、前記回転子鉄心の外周に接する外接円の半径をＲとした場合、前記各溝は、０．０５＜ Ａ ＜０．０７５、  ０．００５ ＜ Ｂ／Ｒ ＜ ０．０２７  の関係に形成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態に係る永久磁石型の回転電機の横断面図。
【図２】図２は、前記回転電機の回転子の一部を拡大して示す断面図。
【図３】図３は、前記回転電機の回転子鉄心および永久磁石を示す斜視図。
【図４Ａ】図４Ａは、前記溝の極弧度と（転送変化割合／トルク変化割合）との関係を示す図。
【図４Ｂ】図４Ｂは、前記溝の極弧度と回転電機の効率との関係を示す図。
【図５】図５は、前記回転子鉄心における溝の深さと効率との関係を示す図。
【図６】図６は、前記回転子鉄心の外接円の半径Ｒに対する溝深さＢの割合（Ｂ／Ｒ）と、鉄損との関係を示す図。
【図７】図７は、前記回転子鉄心の外接円の半径Ｒに対する溝深さＢの割合（Ｂ／Ｒ）と、銅損との関係を示す図。
【図８】図８は、前記回転子鉄心の外接円の半径Ｒに対する溝深さＢの割合（Ｂ／Ｒ）と、モータ損失との関係を示す図。
【図９】図９は、固定子鉄心の一部を模式的に示す断面図。
【図１０】図１０は、前記回転電機の複数個所におけるジュール熱損の変化割合を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、図面を参照しながら、種々の実施形態について説明する。なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
【０００９】
図１は、実施形態に係る永久磁石型の回転電機の横断面図、図２は、回転子の一部を拡大して示す断面図、図３は、回転子を示す斜視図である。  
図１に示すように、回転電機１０は、例えば、インナーロータ型の回転電機として構成され、図示しない固定枠に支持された環状あるいは円筒状の固定子１２と、固定子の内側に中心軸線ＣＬの回りで回転自在に、かつ固定子１２と同軸的に支持された回転子１４と、を備えている。回転電機１０は、例えば、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）において、駆動モータあるいは発電機に好適に適用される。
【００１０】
固定子１２は、円筒状の固定子鉄心１６と固定子鉄心１６に巻き付けられた電機子巻線１８とを備えている。固定子鉄心１６は、磁性材、例えば、ケイ素鋼などの円環状の電磁鋼板を多数枚、同芯状に積層して構成されている。固定子鉄心１６の内周部には、複数のスロット２０が形成されている。複数のスロット２０は、円周方向に等間隔を置いて並んでいる。各スロット２０は、固定子鉄心１６の内周面に開口し、この内周面から放射方向に延出している。また、各スロット２０は、固定子鉄心１６の軸方向の全長に亘って延在している。複数のスロット２０を形成することにより、固定子鉄心１６の内周部は、回転子１４に面する複数（例えば、本実施形態では４８個）の固定子ティース２１を構成している。電機子巻線１８は、複数のスロット２０に埋め込まれ、各固定子ティース２１に巻き付けられている。電機子巻線１８に電流を流すことにより、固定子１２（固定子ティース２１）に所定の鎖交磁束が形成される。
【００１１】
図１および図３に示すように、回転子１４は、両端が図示しない軸受により回転自在に支持された円柱形状のシャフト（回転軸）２２と、このシャフト２２の軸方向ほぼ中央部に固定された円筒形状の回転子鉄心２４と、回転子鉄心２４内に埋め込まれた複数の永久磁石２６と、を有している。回転子１４は、固定子１２の内側に僅かな隙間を置いて同軸的に配置されている。すなわち、回転子１４の外周面は、僅かな隙間をおいて、固定子１２の内周面に対向している。回転子鉄心２４は中心軸線ＣＬと同軸的に形成された内孔２５を有している。シャフト２２は内孔２５に挿通および嵌合され、回転子鉄心２４と同軸的に延在している。回転子鉄心２４は、磁性材、例えば、ケイ素鋼などの円環状の電磁鋼板２４ａを多数枚、同芯状に積層した積層体として構成されている。
【００１２】
本実施形態において、回転子１４は、複数磁極、例えば、８磁極に設定されている。回転子鉄心２４において、隣合う２つの磁極間の境界および中心軸線ＣＬを通り、径方向あるいは放射方向に延びる軸をｑ軸、およびｑ軸に対して電気角９０°をなす軸をｄ軸（磁極中心軸）と称する。ここでは、固定子１２によって形成される鎖交磁束の流れ易い方向をｑ軸と称する。ｄ軸およびｑ軸は、回転子鉄心２４の円周方向に交互に、かつ、所定の位相で設けられている。回転子鉄心２４の１磁極は、ｑ軸間の領域（１／８周の周角度領域）をいう。このため、回転子鉄心２４は、８極（磁極）に構成されている。１磁極のうちの周方向中央がｄ軸となる。
【００１３】
図１および図２に示すように、回転子鉄心２４には、１磁極ごとに、２つの永久磁石２６が埋設されている。回転子鉄心２４の円周方向において、各ｄ軸の両側に、永久磁石２６の形状に対応した形状の磁石埋め込み孔（以下、埋め込み孔と称する）３４が形成されている。２つの永久磁石２６は、それぞれ埋め込み孔３４内に装填および配置されている。永久磁石２６は、例えば、接着剤等により回転子鉄心２４に固定されてもよい。
【００１４】
各埋め込み孔３４は、回転子鉄心２４を軸方向に貫通して延びている。埋め込み孔３４は、ほぼ矩形の断面形状を有し、それぞれｄ軸に対して傾斜している。回転子鉄心２４の中心軸線ＣＬと直交する断面でみた場合、２つの埋め込み孔３４は、例えば、ほぼＶ字状に並んで配置されている。すなわち、２つの埋め込み孔３４の内周側端はそれぞれｄ軸に隣接し、僅かな隙間をおいて互いに対向している。回転子鉄心２４において、２つの埋め込み孔３４の内周側端の間に、幅の狭い磁路狭隘部（ブリッジ部）３６が形成されている。２つの埋め込み孔３４の外周側端は、回転子鉄心２４の円周方向に沿ってｄ軸から離間し、回転子鉄心２４の外周面の近傍およびｑ軸の近傍に位置している。これにより、埋め込み孔３４の外周側端は、隣合う磁極の埋め込み孔３４の外周側端と、ｑ軸を挟んで対向している。回転子鉄心２４において、各埋め込み孔３４の外周側端と回転子鉄心２４の外周面との間に幅の狭い磁路狭隘部（ブリッジ部）３８が形成されている。このように、２つの埋め込み孔３４は、内周側端から外周側端に向かうに従って、ｄ軸からの距離が徐々に広がるように配置されている。
【００１５】
図２および図３に示すように、永久磁石２６は、各埋め込み孔３４に装填され、回転子鉄心２４に埋め込まれている。永久磁石２６は、例えば、横断面が矩形状の細長い平板状に形成され、互いに平行に対向する第１表面および第２表面（裏面）、および互いに対向する一対の側面を有している。永久磁石２６は、回転子鉄心２４の軸方向長さとほぼ等しい長さＬ１を有している。永久磁石２６は、軸方向（長手方向）に複数に分割された磁石を組み合わせて構成されてもよく、この場合、複数の磁石の合計の長さが回転子鉄心２４の軸方向長さとほぼ等しくなうように形成される。各永久磁石２６は回転子鉄心２４のほぼ全長に亘って埋め込まれている。永久磁石２６の磁化方向は、永久磁石２６の表面および裏面と直交する方向としている。
【００１６】
図２に示すように、各埋め込み孔３４は、永久磁石２６の断面形状に対応した矩形状の装填領域３４ａと、この装填領域３４ａの長手方向の両端からそれぞれ延出する２つの空隙（内周側空隙３４ｂおよび外周側空隙３４ｃ）と、更に、装填領域３４ａの長手方向両端において埋め込み孔３４の内周側端面３５ａから埋め込み孔３４内に突出した一対の係止凸部３４ｄと、を有している。
【００１７】
装填領域３４ａは、平坦な矩形状の内周側端面３５ａと、この内周側端面３５ａと平行に対向する平坦な矩形状の外周側端面３５ｂとの間に規定されている。内周側空隙３４ｂは、第１内側面４４ａと、第２内側面４４ｂと、第３内側面４４ｃと、により規定されている。第１内側面４４ａは、装填領域３４ａの外周側端面３５ｂの一端（ｄ軸側の端）からｄ軸に向かって延出している。第２内側面４４ｂは、装填領域３４ａの内周側端面３５ａの一端（ｄ軸側の端、ここでは、係止凸部３４ｄ）から回転子鉄心２４の中心軸線ＣＬに向かってｄ軸とほぼ平行に延出している。第３内側面４４ｃは、第１内側面４４ａの延出端と第２内側面４４ｂの延出端とに跨り、ｄ軸とほぼ平行に延在している。なお、第３内側面４４ｃの両端部は、円弧面を介して第１内側面４４ａおよび第２内側面４４ｂに繋がっている。２つの埋め込み孔３４の内周側空隙３４ｂは、第３内側面４４ｂ同士がｄ軸およびブリッジ部３６を挟んで互いに対向して配置されている。
【００１８】
外周側空隙３４ｃは、第１内側面４６ａと、第２内側面４６ｂと、第３内側面４６ｃと、により規定されている。第１内側面４６ａは、装填領域３４ａの外周側端面３５ｂの他端（回転子鉄心外周面側の端）から回転子鉄心２４の外周面に向かって延出している。第２内側面４６ｂは、装填領域３４ａの内周側端面３５ａの他端（回転子鉄心外周面側の端、ここでは、係止凸部３４ｄ）から回転子鉄心２４の外周面に向かって延出している。第３内側面４６ｃは、第１内側面４６ａの延出端と第２内側面４６ｂの延出端とに跨り、回転子鉄心２４の外周面に沿って延出している。第３内側面４６ｃと回転子鉄心２４の外周面との間に、ブリッジ部３８が規定されている。  
内周側空隙３４ｂおよび外周側空隙３４ｃは、永久磁石２６の長手方向両端部から回転子鉄心２４への磁束漏れを抑制するフラックスバリアとして機能するとともに、回転子鉄心２４の軽量化にも寄与する。
【００１９】
永久磁石２６は、埋め込み孔３４の装填領域３４ａに装填され、第１表面が内周側端面３５ａに当接し、第２表面が外周側端面３５ｂに当接している。永久磁石２６は、一対の角部が係止凸部３４ｄにそれぞれ当接している。これにより、永久磁石２６は、装填領域３４ａ内に位置決めされている。永久磁石２６は接着剤等により回転子鉄心２４に固定されてもよい。各ｄ軸の両側に位置する２つの永久磁石２６は、ほぼＶ字状に並んで配置されている。すなわち、２つの永久磁石２６は、内周側端から外周側端に向かうに従って、ｄ軸からの距離が徐々に広がるように配置されている。
【００２０】
各永久磁石２６は、第１表面および第２表面に垂直な方向に磁化されている。各ｄ軸の両側に位置する２つの永久磁石２６、すなわち、１磁極を構成する２つの永久磁石２６は、磁化方向が同一となるように配置されている。また、各ｑ軸の両側に位置する２つの永久磁石２６は、磁化方向が逆向きとなるように配置されている。複数の永久磁石２６を上記のように配置することにより、回転子鉄心２４の外周部において各ｄ軸上の領域は１つの磁極４０を中心に形成し、各ｑ軸上の領域は磁極間部４２を中心に形成している。本実施形態では、回転電機１０は、隣接する１磁極４０毎に永久磁石２６のＮ極とＳ極の表裏を交互に配置した、８極（４極対）、４８スロットで、単層分布巻で巻線した永久磁石埋め込み型の回転電機を構成している。
【００２１】
図１および図２に示すように、回転子鉄心２４に複数の空隙孔（空洞部）３０が形成されている。空隙孔３０は、それぞれ回転子鉄心２４を軸方向に貫通して延びている。空隙孔３０は、それぞれｑ軸上で、回転子鉄心２４の径方向ほぼ中央に位置し、隣合う磁極の２つ埋め込み孔３４の間に設けられている。空隙孔３０は、多角形、例えば、三角形の断面形状を有している。空隙孔３０の断面は、ｑ軸に直交する一辺と、それぞれ埋め込み孔３４に間隔を置いて対向する２辺と、を有している。空隙孔３０は、磁束を通り難くするフラックスバリアとして機能し、固定子１２の鎖交磁束の流れや永久磁石２６の磁束の流れを規制する。また、空隙孔３０を形成することにより、回転子鉄心２４の軽量化を図ることができる。
【００２２】
図２および図３に示すように、本実施形態では、回転子鉄心２４の外周面に、複数の溝５０が形成されている。溝５０は、それぞれｑ軸を含む位置で、外周面に形成されている。また、溝５０は、回転子鉄心２４の軸方向の全長に亘って、中心軸線ＣＬと平行に延在している。  
図２に示すように、溝５０は、ｑ軸と外周面との交点Ｐを含む位置に形成され、外周面から中心軸線ＣＬ側に突出している。本実施形態において、溝５０は、円弧状の底面を有する溝に形成されている。溝５０の底面は、ｑ軸上に中心を有する円弧形状としている。すなわち、円弧の頂点がｑ軸上に位置する底面であり、ｑ軸上の位置が最も深い、最深部となる溝５０としている。
【００２３】
溝５０は、回転子鉄心２４の径方向において、埋め込み孔３４（ここでは、外周側空隙３４ｃ）および永久磁石２６、と重ならない大きさ（幅）に形成されている。例えば、図２において、埋め込み孔３４あるいは永久磁石２６の外周側端に接し、本実施形態では、外周側空隙３４ｃの外周側端に接し、かつ、中心軸線ＣＬを通る仮想直線Ｌ１と、回転子鉄心２４の外周面との交点をＱとした場合、溝５０の側縁（幅方向の一端）は、Ｑ点からｑ軸側にずれた位置に設けられている。
【００２４】
溝５０の外周面に沿った幅に相当する溝５０の極弧度をＡ、外周面からの溝５０の深さ（最大深さ）をＢ、ｄ軸の両側に位置する一対の仮想直線Ｌ１間の極弧度をＣ、回転子鉄心２４の外周に接する外接円の半径をＲ、とした場合、各溝５０は、  
０．０５＜ Ａ ＜０．０７５、  ０．００５ ＜ Ｂ／Ｒ ＜ ０．０２７  
の関係を満たすように形成されている。
【００２５】
上記のように、回転子鉄心２４の外周面に溝５０を設けることにより、回転電機１０の鉄損を低減し、効率向上を実現することができる。図４Ａは、回転電機１０の鉄損の変化割合／トルクの変化割合（回転電機の効率に相当）と、溝の極弧度Ａと、の関係を示している。図４Ｂは、溝５０の極弧度Ａと回転電機１０の効率向上値との関係を示す図である。図４Ａに示すように、ｑ軸上に溝５０を設けた場合、溝５０の幅に相当する極弧度Ａを増やすことで、（鉄損変化割合／トルク変化割合）が１から単調に増加していく、すなわち、回転電機の効率が上がっていくことが分かる。しかし、極弧度Ａがある大きさまで増加すると、例えば、極弧度が０．０８になると、それ以降は、鉄損低減の効果が頭打ちになる。これは、溝５０が、仮想直線Ｌ１と外周面との交点Ｑに交わる、又は、Ｑ点を含む位置まで幅が広くなった時であり、すなわち、溝５０が、外周側空隙３４ｃあるいは永久磁石２６と径方向に重なって位置する時であり、このような極弧度Ａの領域は、トルクの変化に対して、鉄損の減少量が望めない領域となる。そのため、本実施形態では、溝５０の極弧度Ａは、ｄ軸の両側に位置する一対の仮想直線Ｌ１間の極弧度Ｃに基き、  
（０．５−Ｃ）≒０．０７５を上限に設定している。ここで、（０．５）は、１磁極の極弧度、すなわち、隣接する２本のｑ軸間の極弧度、に相当している。
【００２６】
極弧度Ａと回転電機の効率との関係は、図４Ｂに示すように、極弧度Ａが０．０５よりも大きくなると、効率向上値がプラスとなり、すなわち、効率が向上する。ただし、先の検討（図４Ａ）より極弧度Ａを増やしても、極弧度Ａは、ｄ軸の両側に位置する一対の仮想直線Ｌ１間の極弧度Ｃに基づき計算した（０．５−Ｃ）を超えると、トルクの変化に対して、鉄損の減少量が望めない。また、この値を超えると、溝５０が磁路狭隘部３８（ブリッジ部）を侵食し、磁路狭隘部３８を狭くしてしまう。そのため、製造性の問題が発生する可能性を考慮し、効率向上の上限は（０．５−Ｃ）≒０．０７５とした。
【００２７】
外周面に溝５０を設けた場合、鉄損が減少する反面、トルクも減少する。そのため、同運転点で検討した際に銅損が上昇する。回転電機の効率に関係する損失は、銅損と鉄損の合計になる。従って、溝５０の深さＢは、鉄損および銅損を考慮して設定する必要がある。図５は、溝５０の最適深さを検討した結果を示すもので、回転子鉄心２４の外接円の半径Ｒに対する溝深さＢの割合（Ｂ／Ｒ）と、回転電機の効率向上値との関係を示している。この図から、溝深さＢ（Ｂ／Ｒ）を、０．００５ ＜ （Ｂ／Ｒ） ＜ ０．０２７の範囲とすることにより、効率改善効果があることが分かる。  
図６、図７、図８は、回転子鉄心２４の外接円の半径Ｒに対する溝深さＢの割合（Ｂ／Ｒ）と、鉄損、鉄損、およびモータ損失との関係をそれぞれ示している。各図は、外周溝５０が設けられていないベースモデルの回転電機のモータ損失を１として、鉄損値、銅損値を規格化している。また、図８では、銅損＋鉄損＝モータ損失としている。  
回転子鉄心２４に溝５０を設けることで、回転電機のトルクが減少する。そのため、効率値を計算するための動作点（指定されたトルク及び回転数）で、ベースモデルと同じトルクを出すためには、より大きい電流が必要となる。従って、巻線にかかる電流値が大きくなることで、図７に見られるように、溝５０が深くなるにつれて銅損が増加する。  
鉄損については、図６に見られるように、ベースモデルに比較して、溝５０を深くするにつれて鉄損が減少する。これは後述する固定子ティースにおける渦電流損失の高次成分が減少したことに起因すると考えられる。  
そして、図６、図７、図８から分かるように、溝５０を設けることにより、銅損値の増加分よりも鉄損値の低減分の方が大きくなるため、トータルのモータ損失はベースモデルのモータ損失よりも小さくなり、その結果、効率が良くなる。  
前述した鉄損の減少に関して説明をする。鉄損は、ヒステリシス損失と渦電流損失に分類することができる。ヒステリシス損失とは鉄心の磁区が交番磁界によって磁界の向きを変えるときの損失であり、渦電流損失は鉄心の中に生じる渦電流によって生じる損失である。本検討では特に後者の渦電流損失における高調波成分を低減したことにより、鉄損が低減されると考えられる。  
図１０は、回転電機の固定子ティース、ヨーク、回転子鉄心（コア）における渦電流損失の変化割合を次数ごとに示している。図９に示すように、固定子ティースは、固定子鉄心１６のスロット２０間に形成されたティース２１に対応し、ヨーク１９は、スロット２０の外周端と固定子鉄心１６の外周面との間の領域に対応している。図１０から、回転子鉄心２４の外周面に溝５０を設けた場合、各部の渦電流損失が低減することが分かる。
【００２８】
本実施形態における鉄心渦電流損抑制原理について説明する。渦電流損失は鉄心内の磁束密度の時間変化に起因して発生し、周期的な現象の場合、その振幅と周波数のそれぞれ２乗に比例する。回転電機を励磁する周波数に同期した磁束密度の変化はトルクを得るために必要不可欠であるのに対して、高調波成分はトルク発生に貢献せず、先述の渦電流損発生要因となる。本実施形態では、適切な外周形状の溝５０を設けることにより、鉄心内の高調波磁束を抑制することで、渦電流損失の低減を図るものである。
【００２９】
また、本実施形態では、固定子ティース２１に生じる渦電流損を特に抑制対象としており、その要因となる高調波磁束抑制原理について説明する。基本的な原理として、電機子反作用によって生じる磁束の挙動は、電機子反作用の起磁力とパーミアンスとの積よって決まる。電機子巻線を周波数ｆｅの三相交流通電で励磁することにより、ある固定子ティース２１には励磁電流と同一周波数ｆｅで脈動する起磁力が生じる。また、上記起磁力から見たパーミアンスは、回転子の回転に同期して脈動する。当該回転電機は、一般的な同期電動機であり、１励磁周期あたり２極分の機械角だけ回転する。従って、パーミアンスは２ｆｅを基本周波数として脈動する。パーミアンスには高調波成分が含まれており、本実施形態におけるフェイスカット（溝５０）を施すことにより、周波数６ｆｅで脈動する高調波成分が減少する。周波数ｆｅで脈動する起磁力と周波数６ｆｅで脈動するパーミアンスとによって生じる高調波磁束は、変調作用により、６ｆｅ±ｆｅの周波数で出現する。以上の原理により、５次、７次高調波成分に起因した渦電流損失が抑制される。
【００３０】
上記のように構成された永久磁石型の回転電機１０によれば、電機子巻線１８に通電することにより、電機子巻線１８から発生する鎖交磁束と、永久磁石２６の発生磁界との相互作用により、回転子１４がシャフト２２を中心に回転する。回転電機１０は、固定子１２と永久磁石２６との間に生じる吸引力と反発力に起因するマグネットトルクに加えて、磁束が通過する磁路を最短にしようとするリラクタンストルクとの総合トルクにより回転駆動される。回転電機１０は、通電入力する電気的エネルギを、回転子１４と一体回転するシャフト２２から機械的エネルギとして出力することができる。  
回転子鉄心２４の外周面で、それぞれｑ軸を含む位置に複数の溝５０を設け、更に、各溝５０を０．０５＜Ａ＜０．０７５、０．００５＜Ｂ／Ｒ＜ ０．０２７の関係を満たす溝とすることにより、回転電機１０の鉄損を低減し、効率改善を図ることができる。  
以上のことから、本実施形態によれば、効率向上が可能な永久磁石型の回転電機が得られる。
【００３１】
なお、この発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。  
例えば、回転子の磁極数、寸法、形状等は、前述した実施形態に限定されることなく、設計に応じて種々変更可能である。内周側空隙、外周側空隙、および空隙孔の断面形状は、実施形態の形状に限定されることなく、種々の形状を選択可能である。各磁極において、永久磁石の数は、一対に限らず、３個以上としてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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