(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状の複数の鋼板を回転軸方向に積層して形成された回転子コアと、
前記回転子コアの内部にそれぞれ円周方向に所定間隔を空けて形成されたスロットの内部にそれぞれ埋め込まれた永久磁石と、を有し、
前記回転子コアの外周面を０基線と規定し、前記回転子コアを軸方向より見たときに、前記回転子コアの径方向線に対して傾斜した２本の傾斜線と、２本の前記傾斜線を前記径方向線と直交する方向に接続する上辺とを有し、前記回転子コアの径方向外径側に向かって突出、または径方向内径側に向かって凹んだ形状の起磁力波形が交互に形成される回転電機の回転子において、
前記起磁力波形の前記０基線から前記上辺までの高さをＢ、前記上辺の周方向幅を２π・Ｄｕｔｙ、前記上辺の周方向幅の両端から前記０基線までの傾斜部分の周方向幅を２π・Ｓｌｏｐｅ、高調波成分の次数をｎ、下記（１）式
【数１】
0005862048.tif 000010
で表される当該第ｎ次の高調波起磁力成分の振幅値をＡｍｐ１と規定した際に、
Ｓｌｏｐｅ＝ｋ／ｎ  [ｋは任意の自然数]の関係が成り立つよう構成されていることを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項２】
円環状の複数の鋼板を回転軸方向に積層して形成された回転子コアと、
前記回転子コアの内部にそれぞれ円周方向に所定間隔を空けて形成されたスロットの内部にそれぞれ埋め込まれた永久磁石と、を有し、
前記回転子コアの外周面を０基線と規定し、前記回転子コアを軸方向より見たときに、前記回転子コアの径方向線に対して傾斜した２本の傾斜線と、２本の前記傾斜線を前記径方向線と直交する方向に接続する上辺とを有し、前記回転子コアの径方向外径側に向かって突出、または径方向内径側に向かって凹んだ形状の起磁力波形が交互に形成される回転電機の回転子において、
前記起磁力波形の前記０基線から前記上辺までの高さをＢ、前記上辺の周方向幅を２π・Ｄｕｔｙ、前記上辺の周方向幅の両端から前記０基線までの傾斜部分の周方向幅を２π・Ｓｌｏｐｅ、高調波成分の次数をｎ、下記（１）式
【数１】
0005862048.tif 000011
で表される当該第ｎ次の高調波起磁力成分の振幅値をＡｍｐ１と規定した際に、
Ｄｕｔｙ＋Ｓｌｏｐｅ＝ｋ／ｎ  [ｋは任意の自然数]の関係が成り立つよう構成されていることを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項３】
前記回転子コアの外周面に、径方向内径側へ凹み回転軸方向に延びる複数の凹溝または径方向外径側へ突出し回転軸方向に延びる複数の凸条が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機の回転子。
【請求項４】
前記凹溝または前記凸条は、１磁極中で前記永久磁石が存在する周方向範囲内に設けられ、且つ、前記永久磁石によって形成される磁極の周方向中心線に対して線対称となる位置に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の回転電機の回転子。
【請求項５】
前記凹溝または前記凸条は、１磁極中で前記永久磁石が存在する周方向範囲において、周方向の外側端から内側に向かって所定の幅で形成されていることを特徴とする請求項４に記載の回転電機の回転子。
【請求項６】
円環状の複数の鋼板を回転軸方向に積層して形成された回転子コアと、
前記回転子コアの内部にそれぞれ円周方向に所定間隔を空けて形成されたスロットの内部にそれぞれ埋め込まれた永久磁石と、
前記回転子コアの外周面の前記永久磁石によって形成される磁極の周方向中心位置に設けられた、径方向内径側へ凹み回転軸方向に延びる凹溝または径方向外径側へ突出し回転軸方向に延びる凸条と、を有し、
前記回転子コアの外周面を０基線と規定し、前記回転子コアを軸方向から見たときに、前記回転子コアの外周面の前記磁極の周方向両端部に位置し、前記回転子コアの径方向線に対して傾斜した２本の第１傾斜線と、２本の前記第１傾斜線を前記径方向線と直交する方向に接続する第１上辺と、前記第１傾斜線の周方向内側であって前記回転子コアの外周面の前記凹溝または前記凸条の周方向両端部に位置し、前記回転子コアの径方向線に対して傾斜した２本の第２傾斜線と、２本の前記第２傾斜線を前記径方向線と直交する方向に接続する第２上辺とを有し、前記回転子コアの径方向外径側に向かって突出、または径方向内径側に向かって凹んだ形状の起磁力波形が交互に形成される回転電機の回転子において、
前記起磁力波形の０基線から前記第１上辺までの高さをＢ１、前記第１上辺の周方向幅を２π・Ｄｕｔｙ１、前記第１上辺の周方向幅の両端から前記０基線までの傾斜部分の周方向幅を２π・Ｓｌｏｐｅ１、前記第１上辺から前記第２上辺までの高さをＢ２、前記第２上辺の周方向幅を２π・Ｄｕｔｙ２、前記第２上辺の周方向幅の両端から前記第１上辺までの傾斜部分の周方向幅を２π・Ｓｌｏｐｅ２、高調波成分の次数をｎ、下記（２）式
【数２】
0005862048.tif 000012
で表される当該第ｎ次の高調波起磁力成分の振幅値をＡｍｐ２と規定した際に、Ｂ２が下記（３）式
【数３】
0005862048.tif 000013
を満たすよう構成されていることを特徴とする回転電機の回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車両や電気自動車等の車両等に用いられる回転電機の回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図１１の回転軸方向の断面図に示すように、車両等に用いられる回転電機（モータ）１０は、円環状の複数の鋼板を回転軸方向に積層して形成され回転軸１１の外周に嵌合固定された回転子コア１２と、回転子コア１２の内部に円周方向に所定間隔を空けて形成されたスロット１２ａの内部にそれぞれ埋め込まれた永久磁石１３とを有してなる回転子１４を備えると共に、周方向に複数のスロット（図示せず）を有して円環状に形成され回転子１４の外周面に対して所定の間隙を介して同軸状に配置された固定子コア１７と、固定子コア１７のスロットに巻装された固定子巻線１６とを有してなる固定子１８を備えて構成されている。
【０００３】
回転子１４は、図１２に示す円環状の回転子１４を周方向に複数極に分割（ここでは８分割）した内の隣接する２極分の回転子コア１４−１，１４−２に示すように、外周付近に円周方向に沿って一対の永久磁石１３−１，１３−２が所定間隔でスロット１２ａに埋め込まれている。図１２に示す例では、１極当りの回転子コア１４−１に、一対の永久磁石１３−１が当該回転子コア１４−１の半径方向の中心線Ｌ１に対して所定角度の傾斜で互いに対向する線対称となる状態に配設されている。この一対の永久磁石１３−１は、隣り合う一対の永久磁石１３−２と極性が逆となるように配設されている。例えば、一対の永久磁石１３−１は、外周側がＮ極で内周側がＳ極となる状態に配設され、隣の一対の永久磁石１３−２は、外周側がＳ極で内周側がＮ極となる状態に配設されている。この種の回転子を有する回転電機として特許文献１に記載のモータがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−５４２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した従来の永久磁石１３が配設された回転子１４においては、１極当りの回転子コアが発生する磁界の強さである起磁力の波形（起磁力波形）が、図１３に破線Ａｍｐで示すように、回転子１４の外周面を０基線として永久磁石１３−１の部分で外周側に台形状に突出し、隣の永久磁石１３−２の部分で内周側に台形状に突出する波状波形となる。この起磁力波形Ａｍｐは、理想的にはモータのトルクとして取り出せる１次成分の波形しか含まない場合を想定すると、一定間隔で隣り合う一対の永久磁石１３間で正弦波波形となる。
【０００６】
しかし、起磁力波形Ａｍｐは、実際には、図１４（ａ）に示すように、その振幅（無次元）は、電気角０〜３６０ｄｅｇで概略波形として９０度（π／２）および２７０度（３π／２）部分に逆位相で示されるが、この波形は、図１４（ｂ）に示すように振幅が１である１次成分に、この１次成分よりも徐々に小振幅となる３次成分，５次成分，…１９成分などの高調波成分を含むため、図１５に示すように台形状の波形となっている。なお、台形状波形は、永久磁石１３毎に逆転するが、図１５には逆転した台形状を示してある。
【０００７】
この起磁力波形Ａｍｐは、図１５に示すように、台形状部分における０基線からの高さ−ＢまたはＢの水平部分が、電気角π／２（＝９０度）を中心として２π・Ｄｕｔｙの幅を有し、この２π・Ｄｕｔｙの幅の両端から０まで傾斜する部分が２π・Ｓｌｏｐｅの傾斜幅を有する。この起磁力波形Ａｍｐの各部寸法に対応する回転子コア１４−１の各部寸法を、図１３に図１５と同一符号の末尾にＱを付けて示した。即ち、２π・ＤｕｔｙＱ、２π・ＳｌｏｐｅＱ、ＫＱと示した。
【０００８】
このように実際には回転子１４の起磁力波形Ａｍｐは、無駄な磁束成分となる高調波成分を含むため、この高調波成分が、回転子１４と固定子１８とによる交流での磁化時に鉄損を増加させるという問題がある。言い換えれば、高調波成分が無い状態が最も効率が良いが、高調波成分が増えるごとに効率が低下することになる。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、回転子に形成される起磁力波形の高調波成分による鉄損を低減し、効率を向上させることができる回転電機の回転子を提供することを解決すべき課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明者は、回転子に形成される起磁力波形の高調波成分による鉄損（以下、「高調波鉄損」ともいう。）を低減するために種々の調査・分析を行ったところ、高周波磁束を低減すればよいことを見いだした。また、高調波鉄損がモータのどの部位の影響により発生しているかを更に調査・分析を行ったところ、磁束の高調波成分にのみ影響を与える因子として、回転子の表面形状の影響が最も大きいことが判明した。本願発明者は、これらの知見に基づき、回転子の起磁力波形に着目し鋭意研究を重ねた結果、下記の（１）〜（３）を確認し、本発明を完成した。
（１）回転子の表面から磁束の発生する範囲（以下、「アーク角」ともいう。）を意図的に操作することにより、任意の高調波次数成分を無化することができる。
（２）回転子の表面上で磁束密度が急激に変化する部位の磁束変化の傾きを意図的に操作することにより、任意の高調波次数成分を無化することができる。
（３）回転子の表面上で磁束密度が急激に変化する部位の磁束の波高値の関係を意図的に操作することにより、任意の高調波次数成分を無化することができる。
【００１１】
即ち、上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の第一の発明は、
円環状の複数の鋼板を回転軸方向に積層して形成された回転子コアと、
前記回転子コアの内部にそれぞれ円周方向に所定間隔を空けて形成されたスロットの内部にそれぞれ埋め込まれた永久磁石と、を有し、
前記回転子コアの外周面を０基線と規定し、前記回転子コアを軸方向より見たときに、前記回転子コアの径方向線に対して傾斜した２本の傾斜線と、２本の前記傾斜線を前記径方向線と直交する方向に接続する上辺とを有し、前記回転子コアの径方向外径側に向かって突出、または径方向内径側に向かって凹んだ形状の起磁力波形が交互に形成される回転電機の回転子において、
前記起磁力波形の前記０基線から前記上辺までの高さをＢ、前記上辺の周方向幅を２π・Ｄｕｔｙ、前記上辺の周方向幅の両端から前記０基線までの傾斜部分の周方向幅を２π・Ｓｌｏｐｅ、高調波成分の次数をｎ、下記（１）式
【００１２】
【数１】
0005862048.tif 000002
【００１３】
で表される当該第ｎ次の高調波起磁力成分の振幅値をＡｍｐ１と規定した際に、
Ｓｌｏｐｅ＝ｋ／ｎ  [ｋは任意の自然数]の関係が成り立つよう構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、回転子に形成される起磁力波形において、Ｓｌｏｐｅ＝ｋ／ｎの関係が成り立つよう構成されていることによって、起磁力波形における第ｎ次の高調波起磁力成分の振幅値Ａｍｐ１を０に（無化）することができる。即ち、Ｓｌｏｐｅ＝ｋ／ｎは、（１）式のｓｉｎ（ｎπ・Ｓｌｏｐｅ）を０としたときに導き出されるものであり、Ｓｌｏｐｅ＝ｋ／ｎの関係式が成り立つときには、第ｎ次の高調波起磁力成分の振幅値Ａｍｐ１が０になる。よって、回転子に形成される起磁力波形から高調波の所望の次数成分を無化することができる。例えば、高調波鉄損に関与する５次成分を無くしたい場合には、ｎ＝５とすれば、Ａｍｐ１（５）＝０となって高調波の５次成分が無くなる。
【００１５】
したがって、本発明によれば、回転子に形成される起磁力波形の任意の高周波次数成分を無化することができるので、高調波鉄損を低減し、効率を向上させることができる。
【００１６】
そして、上記課題を解決するためになされた請求項２に記載の第二の発明は、
円環状の複数の鋼板を回転軸方向に積層して形成された回転子コアと、
前記回転子コアの内部にそれぞれ円周方向に所定間隔を空けて形成されたスロットの内部にそれぞれ埋め込まれた永久磁石と、を有し、
前記回転子コアの外周面を０基線と規定し、前記回転子コアを軸方向より見たときに、前記回転子コアの径方向線に対して傾斜した２本の傾斜線と、２本の前記傾斜線を前記径方向線と直交する方向に接続する上辺とを有し、前記回転子コアの径方向外径側に向かって突出、または径方向内径側に向かって凹んだ形状の起磁力波形が交互に形成される回転電機の回転子において、
前記起磁力波形の前記０基線から前記上辺までの高さをＢ、前記上辺の周方向幅を２π・Ｄｕｔｙ、前記上辺の周方向幅の両端から前記０基線までの傾斜部分の周方向幅を２π・Ｓｌｏｐｅ、高調波成分の次数をｎ、下記（１）式
【００１７】
【数１】
0005862048.tif 000003
【００１８】
で表される当該第ｎ次の高調波起磁力成分の振幅値をＡｍｐ１と規定した際に、
Ｄｕｔｙ＋Ｓｌｏｐｅ＝ｋ／ｎ  [ｋは任意の自然数]の関係が成り立つよう構成されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、回転子に形成される起磁力波形において、Ｄｕｔｙ＋Ｓｌｏｐｅ＝ｋ／ｎの関係が成り立つよう構成されていることによって、起磁力波形における第ｎ次の高調波起磁力成分の振幅値Ａｍｐ１を０に（無化）することができる。即ち、Ｄｕｔｙ＋Ｓｌｏｐｅ＝ｋ／ｎは、（１）式のｓｉｎ｛ｎπ・（Ｄｕｔｙ＋Ｓｌｏｐｅ）｝を０としたときに導き出されるものであり、Ｄｕｔｙ＋Ｓｌｏｐｅ＝ｋ／ｎの関係式が成り立つときには、第ｎ次の高調波起磁力成分の振幅値Ａｍｐ１が０になる。よって、回転子に形成される起磁力波形から高調波の所望の次数成分を無化することができる。例えば、高調波鉄損に関与する５次成分を無くしたい場合には、ｎ＝５とすれば、Ａｍｐ１（５）＝０となって高調波の５次成分が無くなる。
【００２０】
したがって、本発明によれば、回転子に形成される起磁力波形の任意の高周波次数成分を無化することができるので、高調波鉄損を低減し、効率を向上させることができる。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、前記回転子コアの外周面に、径方向内方側へ凹み回転軸方向に延びる複数の凹溝または径方向外径側へ突出し回転軸方向に延びる複数の凸条が設けられていることを特徴とする。
【００２２】
請求項３に記載の発明によれば、回転子コアの外周面に設けられた凹溝または凸条は、磁束密度が急激に変化する部位となるので、凹溝または凸条の形状や大きさ、それらを設ける位置を適宜設定することによって、磁束変化の傾きを最適化することができる。これにより、高調波鉄損をより有利に低減することが可能となる。
【００２３】
請求項４に記載の発明は、前記凹溝または前記凸条は、１磁極中で前記永久磁石が存在する周方向範囲内に設けられ、且つ、前記永久磁石によって形成される磁極の周方向中心線に対して線対称となる位置に設けられていることを特徴とする。
【００２４】
請求項４に記載の発明によれば、回転子に形成される起磁力波形が、上辺の周方向中心線に対して線対称となる形状になるので、高調波鉄損の低減に有利な理想の起磁力波形に近づけることができる。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、前記凹溝または前記凸条は、１磁極中で前記永久磁石が存在する周方向範囲において、周方向の外側端から内側に向かって所定の幅で形成されていることを特徴とする。
【００２６】
請求項５に記載の発明によれば、回転子の外周面から磁束の発生する範囲（アーク角）内において、凹溝または凸条を、周方向の広範囲に設けることができる。
【００２７】
そして、上記課題を解決するためになされた請求項６に記載の第三の発明は、
円環状の複数の鋼板を回転軸方向に積層して形成された回転子コアと、
前記回転子コアの内部にそれぞれ円周方向に所定間隔を空けて形成されたスロットの内部にそれぞれ埋め込まれた永久磁石と、
前記回転子コアの外周面の前記永久磁石によって形成される磁極の周方向中心位置に設けられた、径方向内径側へ凹み回転軸方向に延びる凹溝または径方向外径側へ突出し回転軸方向に延びる凸条と、を有し、
前記回転子コアの外周面を０基線と規定し、前記回転子コアを軸方向から見たときに、前記回転子コアの外周面の前記磁極の周方向両端部に位置し、前記回転子コアの径方向線に対して傾斜した２本の第１傾斜線と、２本の前記第１傾斜線を前記径方向線と直交する方向に接続する第１上辺と、前記第１傾斜線の周方向内側であって前記回転子コアの外周面の前記凹溝または前記凸条の周方向両端部に位置し、前記回転子コアの径方向線に対して傾斜した２本の第２傾斜線と、２本の前記第２傾斜線を前記径方向線と直交する方向に接続する第２上辺とを有し、前記回転子コアの径方向外径側に向かって突出、または径方向内径側に向かって凹んだ形状の起磁力波形が交互に形成される回転電機の回転子において、
前記起磁力波形の０基線から前記第１上辺までの高さをＢ１、前記第１上辺の周方向幅を２π・Ｄｕｔｙ１、前記第１上辺の周方向幅の両端から前記０基線までの傾斜部分の周方向幅を２π・Ｓｌｏｐｅ１、前記第１上辺から前記第２上辺までの高さをＢ２、前記第２上辺の周方向幅を２π・Ｄｕｔｙ２、前記第２上辺の周方向幅の両端から前記第１上辺までの傾斜部分の周方向幅を２π・Ｓｌｏｐｅ２、高調波成分の次数をｎ、下記（２）式
【００２８】
【数２】
0005862048.tif 000004
【００２９】
で表される当該第ｎ次の高調波起磁力成分の振幅値をＡｍｐ２と規定した際に、Ｂ２が下記（３）式
【００３０】
【数３】
0005862048.tif 000005
【００３１】
を満たすよう構成されていることを特徴とする。
【００３２】
請求項６に記載の発明によれば、回転子に形成される起磁力波形において、（３）式を満たすよう構成されていることによって、起磁力波形における第ｎ次の高調波起磁力成分の振幅値Ａｍｐ２を０に（無化）することができる。即ち、（３）式は、（２）式のＡｍｐ２＝０とした場合にＢ２をＢ１について解くことで導き出されるものであり、（３）式の関係式が成り立つときには、第ｎ次の高調波起磁力成分の振幅値Ａｍｐ２が０になる。よって、回転子に形成される起磁力波形から高調波の所望の次数成分を無化することができる。例えば、高調波鉄損に関与する５次成分を無くしたい場合には、ｎ＝５とすれば、Ａｍｐ２（５）＝０となって高調波の５次成分が無くなる。
【００３３】
したがって、本発明によれば、回転子に形成される起磁力波形の任意の高周波次数成分を無化することができるので、高調波鉄損を低減し、効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態１に係る回転電機の構造を示す回転軸方向の断面図である。
【図２】実施形態１に係る回転子を周方向に複数極に分割した内の隣接する２極分の回転子コアを示す断面図である。
【図３】実施形態１に係る回転子コアと従来の回転子コアとの起磁力波形を比較する説明図である。
【図４】（ａ）は実施形態１に係る回転子に形成される起磁力波形を電気角で示した概略波形図であり、（ｂ）は高周波の各次数における高調波成分の振幅を示す図である。
【図５】実施形態２に係る回転子を周方向に複数極に分割した内の１極分の回転子コアを示す断面図である。
【図６】（ａ）は実施形態２に係る回転子に形成される起磁力波形を電気角で示した概略波形図であり、（ｂ）は高周波の各次数における高調波成分の振幅を示す図である。
【図７】実施形態３に係る回転子を周方向に複数極に分割した内の１極分の回転子コアを示す断面図である。
【図８】実施形態３に係る回転子コアの起磁力波形および各部分の寸法を比較する説明図である。
【図９】実施形態３に係る回転子コアの起磁力波形および各部分の寸法を示す波形図である。
【図１０】実施形態３の変形例１に係る回転子を周方向に複数極に分割した内の１極分の回転子コアを示す断面図である。
【図１１】従来の回転電機の構造を示す回転軸方向の断面図である。
【図１２】従来の回転電機の回転子を周方向に複数極に分割した内の隣接する２極分の回転子コアを示す断面図である。
【図１３】従来の回転子コアの起磁力波形および各部分の寸法を示す説明図である。
【図１４】（ａ）は従来の回転電機の回転子に形成される起磁力波形を電気角で示した概略波形図であり、（ｂ）は高周波各次数における高調波成分の振幅を示す図である。
【図１５】回転子コアの起磁力波形および各部分の寸法を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００３６】
〔実施形態１〕
図１は、実施形態１に係る回転電機の構造を示す回転軸方向の断面図である。図２は、実施形態１に係る回転子を周方向に複数極に分割した内の隣接する２極分の回転子コアを示す断面図である。図３は、実施形態１に係る回転子コアと従来の回転子コアとの起磁力波形を比較する説明図である。図４は、（ａ）は実施形態１に係る回転子に形成される起磁力波形を電気角で示した概略波形図であり、（ｂ）は高周波の各次数における高調波成分の振幅を示す図である。
【００３７】
本実施形態の回転電機３０は、例えば、車両用のモータとして使用されるものであって、図１に示すように、電機子として働く固定子１８と、界磁として働く回転子３４と、固定子１８及び回転子３４を収容し、締結ボルト（図示せず）よって連結、固定されたフロントハウジング１０ａ及びリアハウジング１０ｂ等を含んで構成されている。
【００３８】
固定子１８は、円環状に形成されて周方向に複数のスロット（図示せず）を有する固定子コア１７と、固定子コア１７のスロットに巻装され電力変換用のインバータ（図示せず）に接続された三相の固定子コイル１６とを有する。この固定子１８は、フロントハウジング１０ａ及びリアハウジング１０ｂ間で挟持されることにより固定されており、回転子３４の外周側に所定の隙間を介して配置されている。
【００３９】
回転子３４は、フロントハウジング１０ａ及びリアハウジング１０ｂに軸受け１０ｃを介して回転自在に支承された回転軸１１と一体になって回転するもので、円環状の複数の鋼板を軸方向に積層して形成された回転子コア３２を有する。この回転子コア３２の、固定子１８の内周側と向き合う外周側には、軸方向に貫通する複数のスロット３２ａが円周方向に所定距離を隔てて設けられており、各スロット３２ａにそれぞれ永久磁石３３が埋め込まれている。本実施形態の場合、ハの字状に配置された一対の永久磁石３３により１つの磁極が形成されており、複数対の永久磁石３３によって周方向に極性が交互に異なる複数の磁極（本実施形態では８極（Ｎ極：４、Ｓ極：４））が形成されている。
【００４０】
図２に示すように、１極の回転子コア３２−１には、一対の永久磁石３３が、磁極中心を通り回転子コア３２−１の径方向に延びる中心線Ｌ１に対して所定角度の傾斜で互いに対向する線対称となる状態（ハの字状）に配設されている。この一対の永久磁石３３−１は、隣り合う一対の永久磁石３３−２と極性が逆となるように配設されている。例えば、一対の永久磁石３３−１は、外周側がＮ極で内周側がＳ極となる状態に配設され、隣の一対の永久磁石３３−２は、外周側がＳ極で内周側がＮ極となる状態に配設されている。
【００４１】
本実施形態の回転子３４は、回転子３４に形成される起磁力波形の高調波成分による鉄損を低減するために、回転子３４の外周面から磁束の発生する範囲（アーク角）が最適となるように設定されている。即ち、本実施形態の回転子３４は、回転子コア３２の外周面を０基線と規定し、回転子コア３２を軸方向より見たときに、回転子コア３２の径方向線に対して傾斜した２本の傾斜線と、２本の傾斜線を径方向線と直交する方向に接続する上辺とを有し、回転子コア３２の径方向外径側に向かって突出、または径方向内径側に向かって凹んだ形状の起磁力波形が交互に形成される。
【００４２】
そして、起磁力波形の０基線から上辺までの高さをＢ、上辺の周方向幅を２π・Ｄｕｔｙ、上辺の周方向幅の両端から０基線までの傾斜部分の周方向幅を２π・Ｓｌｏｐｅ、高調波成分の次数をｎ、下記（１）式
【００４３】
【数１】
0005862048.tif 000006
【００４４】
で表される当該第ｎ次の高調波起磁力成分の振幅値をＡｍｐ１と規定した際に、Ｓｌｏｐｅ＝ｋ／ｎの関係が成り立つよう構成されている。この場合、（１）式においてｎ＝５とし、高調波鉄損に関与する５次成分を無化させるようにしている。
【００４５】
具体的には、回転子コア３２に配設された一対の永久磁石３３の配置状態を操作して、Ｓｌｏｐｅを５１．４度（電気角）に設定することにより、高調波鉄損に関与する７次成分を無化させるようにしている。即ち、図３に示すように、従来の回転子１４（図１２参照）では、一対の永久磁石１３は、長手方向軸が中心線Ｌ１に対して角度θ１で傾斜するように配設されていたが、本実施形態では、永久磁石３３の長手方向軸が中心線Ｌ１に対して角度θ１よりも鋭角な角度θ２となるように配設されている。これにより、起磁力波形のＳｌｏｐｅ１がＳｌｏｐｅ２に拡張される。
【００４６】
本実施形態では、Ｓｌｏｐｅが５１．４度（電気角）に設定されていることによって、回転子３４に形成される起磁力波形は、図４（ａ）に示すようになる。そして、図４（ｂ）に示すように、高周波の７次成分を無化することができる。これは、Ｓｌｏｐｅ＝１／７であるため、７の倍数次が無化するからである。よって、１４次成分も無化できるはずだが、１４次成分はもともと存在しないので効果はない。
【００４７】
以上のように、本実施形態の回転子３４によれば、回転子に形成される起磁力波形において、Ｓｌｏｐｅ＝ｋ／ｎの関係が成り立つよう構成されていることによって、起磁力波形における第ｎ次の高調波起磁力成分の振幅値Ａｍｐ１を０に（無化）することができる。即ち、起磁力波形の任意の高周波次数成分を無化することができるので、高調波鉄損に関与する５次成分を無化して高調波鉄損を低減し、効率を向上させることができる。
【００４８】
〔実施形態２〕
図５は、実施形態２に係る回転子を周方向に複数極に分割した内の１極分の回転子コアを示す断面図である。
【００４９】
本実施形態の回転子４４は、実施形態１の回転子３４に対して、回転子コア４２の外周面に、径方向内径側へ凹み回転軸方向に貫通する２本の凹溝４５を設けた点でのみ異なる。よって、実施形態１と共通する部材や構成についての詳しい説明は省略し、異なる点を主として説明する。なお、本実施形態の回転子コア４２には、実施形態１の回転子コア３１と同様に、１極の範囲内において、一対の永久磁石４３が、磁極中心を通り回転子コア３２の径方向に延びる中心線Ｌ１に対して所定角度の傾斜で互いに対向する線対称となる状態（ハの字状）に配設されている。
【００５０】
２本の凹溝４５は、１磁極中で永久磁石４３が存在する周方向範囲内に設けられ、且つ、中心線Ｌ１に対して線対称となる位置に設けられている。この２本の凹溝４５は、１磁極中で永久磁石４３が存在する周方向範囲において、周方向の外側端から内側に向かって所定の幅で形成されている。
【００５１】
本実施形態の回転子４４は、回転子４４に形成される起磁力波形の高調波成分による鉄損を低減するために、回転子４４の外周面から磁束の発生する範囲（アーク角）が最適となるように設定されている。即ち、本実施形態の回転子４４は、回転子コア４２の外周面を０基線と規定し、回転子コア４２を軸方向より見たときに、回転子コア４２の径方向線に対して傾斜した２本の傾斜線と、２本の傾斜線を径方向線と直交する方向に接続する上辺とを有し、回転子コア４２の径方向外径側に向かって突出、または径方向内径側に向かって凹んだ形状の起磁力波形が交互に形成される。
【００５２】
そして、起磁力波形の０基線から上辺までの高さをＢ、上辺の周方向幅を２π・Ｄｕｔｙ、上辺の周方向幅の両端から０基線までの傾斜部分の周方向幅を２π・Ｓｌｏｐｅ、高調波成分の次数をｎ、下記（１）式
【００５３】
【数１】
0005862048.tif 000007
【００５４】
で表される当該第ｎ次の高調波起磁力成分の振幅値をＡｍｐ１と規定した際に、Ｄｕｔｙ＋Ｓｌｏｐｅ＝ｋ／ｎ  [ｋは任意の整数]の関係が成り立つよう構成されている。
【００５５】
具体的には、回転子コア４２の外周面の形状を操作して、アーク角を１２０度（電気角）に設定することにより、高調波鉄損に関与する３次成分を無化させるようにしている。即ち、回転子コア４２の外周面に、上記のように２本の凹溝４５が設けられることによって、アーク角が１２０度（電気角）となるように設定されている。そして、２本の凹溝４５が設けられた部位は、磁束密度が急激に変化する部位であり、この部位における磁束変化の傾きは、凹溝４５の深さを変えることなどによって調整可能である。
【００５６】
本実施形態では、アーク角が１２０度（電気角）に設定されていることによって、起磁力波形は、図６（ａ）に示すようになる。そして、図６（ｂ）に示すように、高周波の３次成分、９次成分および１５次成分を無化することができる。これは、Ｄｕｔｙ＋Ｓｌｏｐｅ＝１／３であるため、３の倍数次が無化するからである。よって、６次成分および１２次成分も無化できるはずだが、それらの成分はもともと存在しないので効果はない。
【００５７】
以上のように、本実施形態の回転子４４によれば、回転子に形成される起磁力波形において、Ｄｕｔｙ＋Ｓｌｏｐｅ＝ｋ／ｎの関係が成り立つよう構成されていることによって、起磁力波形における第ｎ次の高調波起磁力成分の振幅値Ａｍｐ１を０に（無化）することができる。即ち、起磁力波形の任意の高周波次数成分を無化することができるので、高調波鉄損に関与する３次成分を無化して高調波鉄損を低減し、効率を向上させることができる。
【００５８】
また、本実施形態では、回転子コア４２の外周面に設けられた２本の凹溝４５は、磁束密度が急激に変化する部位となるので、凹溝４５の形状や大きさ、それらを設ける位置を適宜設定することによって、磁束変化の傾きを最適化することができる。
【００５９】
また、２本の凹溝４５は、１磁極中で永久磁石４３が存在する周方向範囲内に設けられ、且つ、永久磁石４３によって形成される磁極の周方向中心線Ｌ１に対して線対称となる位置に設けられていることから、回転子４４に形成される起磁力波形が、上辺の周方向中心を通る中心線Ｌ１に対して線対称となる形状になるので、高調波鉄損の低減に有利な理想の起磁力波形に近づけることができる。
【００６０】
さらに、２本の凹溝４５は、１磁極中で永久磁石４３が存在する周方向範囲において、周方向の外側端から内側に向かって所定の幅で形成されているので、回転子４４の外周面から磁束の発生する範囲（アーク角）内において、２本の凹溝４５を、周方向の広範囲に設けることができる。
【００６１】
なお、本実施形態では、回転子コア４２の外周面に、径方向内径側へ凹み回転軸方向に貫通する２本の凹溝４５を設けるようにしているが、２本の凹溝４５に代えて、径方向外径側へ突出し回転軸方向に貫通する２本の凸条を設けるようにしてもよい。
【００６２】
〔実施形態３〕
図７は、実施形態３に係る回転子を周方向に複数極に分割した内の１極分の回転子コアを示す断面図である。図８は、実施形態３に係る回転子コアの起磁力波形および各部分の寸法を比較する説明図である。図９は、実施形態３に係る回転子コアの起磁力波形および各部分の寸法を示す波形図である。
【００６３】
本実施形態の回転子５４は、実施形態１の回転子３４に対して、回転子コア５２の外周面の永久磁石５３によって形成される磁極の周方向中心位置に、径方向内径側へ凹み回転軸方向に延びる１本の凹溝５５が設けられている点でのみ異なる。よって、実施形態１と共通する部材や構成についての詳しい説明は省略し、異なる点を主として説明する。なお、本実施形態の回転子コア５２には、実施形態１の回転子コア３１と同様に、１極の範囲内において、一対の永久磁石５３が、磁極中心を通り回転子コア５２の径方向に延びる中心線Ｌ１に対して所定角度の傾斜で互いに対向する線対称となる状態（ハの字状）に配設されている。
【００６４】
本実施形態の回転子５４は、回転子５４に形成される起磁力波形の高調波成分による鉄損を低減するために、回転子コア５２の外周面の永久磁石５３によって形成される磁極の周方向中心位置（アーク角の中心位置）に所定の深さＤの凹溝５５が設けられている。
【００６５】
即ち、本実施形態の回転子５４は、図７および図８に示すように、回転子コア５２の外周面を０基線と規定し、回転子コア５２を軸方向より見たときに、回転子コア５２の径方向線に対して傾斜した２本の第１傾斜線と、２本の第１傾斜線を径方向線と直交する方向に接続する第１上辺と、回転子コア５２の径方向線に対して傾斜した２本の第２傾斜線と、２本の第２傾斜線を径方向線と直交する方向に接続する第２上辺とを有し、回転子コア５２の径方向外径側に向かって突出、または径方向内方側に向かって凹んだ形状の起磁力波形が交互に形成される。
【００６６】
そして、図９に示すように、起磁力波形の０基線から第１上辺までの高さをＢ１、第１上辺の周方向幅を２π・Ｄｕｔｙ１、第１上辺の周方向幅の両端から０基線までの傾斜部分の周方向幅を２π・Ｓｌｏｐｅ１、第１上辺から第２上辺までの高さをＢ２、第２上辺の周方向幅を２π・Ｄｕｔｙ２、第２上辺の周方向幅の両端から第１上辺までの傾斜部分の周方向幅を２π・Ｓｌｏｐｅ２、高調波成分の次数をｎ、下記（２）式
【００６７】
【数２】
0005862048.tif 000008
【００６８】
で表される当該第ｎ次の高調波起磁力成分の振幅値をＡｍｐ２と規定した際に、Ｂ２が下記（３）式
【００６９】
【数３】
0005862048.tif 000009
【００７０】
を満たすよう構成されている。
【００７１】
本実施形態では、回転子コア５２の外周面に設けられた凹溝５５が、（３）式を満足するように所定の深さＤに設定されている。なお、この凹溝５５を回転子コア５２の外周面に設ける際に、凹溝５５の深さＤを深くするとＳｌｏｐｅ２の傾斜が急になり、凹溝５５の深さＤを浅くするとＳｌｏｐｅ２の傾斜が緩やかになる。これにより、（３）式の関係式が成り立つ時、（２）式における第ｎ次の高調波起磁力成分の振幅値Ａｍｐ２を０に（無化）することができる。即ち、第ｎ次の高調波磁束変化は無くなるので、起磁力波形の任意の高周波次数成分を無化することができる。
【００７２】
したがって、本実施形態の回転子５４によれば、回転子５４に形成される起磁力波形の任意の高周波次数成分を無化することができるので、高調波鉄損を低減し、効率を向上させることができる。
【００７３】
なお、本実施形態では、回転子コア５２の外周面に、径方向内径側へ凹み回転軸方向に貫通する凹溝５５を設けるようにしているが、この凹溝５５に代えて、図１０に示す回転子コア６２のように、径方向外径側へ突出し回転軸方向に貫通する凸条６６を設けるようにしてもよい。
【００７４】
また、上記の実施形態１〜３では、１極当りの回転子コアに一対の永久磁石３３が配設されている構造としたが、永久磁石３３は１つであっても上記実施形態同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７５】
１０，３０…回転電機、  １１…回転軸、  １２，１２−１，１２−２，３２−１，３２−２，４２，５２，６２…回転子コア、  １２ａ，３２ａ…スロット、  １３，３３，３３−１，３３−２…永久磁石、  １４，３４，４４，５４…回転子、  １６…固定子巻線、  １７…固定子コア、  １８…固定子、  ４５，５５…凹溝、  ６６…凸条。
【図１】
0005862048.tif 000014
【図２】
0005862048.tif 000015
【図３】
0005862048.tif 000016
【図４】
0005862048.tif 000017
【図５】
0005862048.tif 000018
【図６】
0005862048.tif 000019
【図７】
0005862048.tif 000020
【図８】
0005862048.tif 000021
【図９】
0005862048.tif 000022
【図１０】
0005862048.tif 000023
【図１１】
0005862048.tif 000024
【図１２】
0005862048.tif 000025
【図１３】
0005862048.tif 000026
【図１４】
0005862048.tif 000027
【図１５】
0005862048.tif 000028