(57)【要約】【課題】永久磁石が減磁するのを回避して高温動作が可能となる回転電機のロータを提供する。【解決手段】円盤状のロータコア１１と、ロータコア１１に、交互に極性を変え周方向に沿って配置した複数の永久磁石１３，１４と、ロータコア１１に、各永久磁石１３，１４の磁束と略平行に、且つ、相互に離間して配置するように形成した複数の第１スリット１５とを有する。各永久磁石１３，１４がロータコア１１に埋め込まれたＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）構造を有し、複数の第１スリット１５を、各永久磁石１３，１４の外周側のみに設けた。【選択図】図１
2006081338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤状のロータコアと、
前記ロータコアに、交互に極性を変え周方向に沿って配置した複数の永久磁石と、
前記ロータコアに、前記各永久磁石の磁束と略平行に、且つ、相互に離間して位置するように形成した複数のスリットと
を有する回転電機のロータ。
【請求項２】
前記各永久磁石が前記ロータコアに埋め込まれたＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）構造を有し、前記複数のスリットを、前記各永久磁石の外周側のみに設けた請求項１に記載の回転電機のロータ。
【請求項３】
前記スリットの内部に、前記各永久磁石の磁束を通し易い方向性を有して配置された磁性体を有する請求項１または２に記載の回転電機のロータ。
【請求項４】
前記磁性体は、重ね合わせ面が前記ロータコアの半径方向と一致するように積層した複数の電磁鋼板である請求項３に記載の回転電機のロータ。
【請求項５】
前記スリットの幅をＨ、前記スリットの数をＮ、前記各永久磁石の厚さをＴ、及び前記各永久磁石の面積に対する前記スリットの面積比をｋとするとき、２Ｔ＜Ｎ×Ｌ×ｋの関係を有する請求項1から４のいずれかに記載の回転電機のロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機のロータに関し、特に、永久磁石モータとして用いられる回転電機のロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車用走行モータに用いられる回転電機が知られている。この回転電機は、ロータが磁気突極型ロータ部とマグネット型ロータ部を軸方向直列に結合した構造を持ち、磁気突極型ロータ部の磁気突極型界磁極の磁束とマグネット型ロータ部の永久磁石型界磁極の磁束とは、共通の多相電機子コイルと鎖交する構成を有している（特許文献１参照）。
【０００３】
つまり、ロータを複数に分割し、その内の一つを表面磁石構造（ＳＰＭ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）に近い永久磁石モータ、その他のものをリラクタンスモータとして、これら分割したロータをお互いにずらすことにより、全体として強め界磁でトルクを出す構造に近いものを実現している。
【特許文献１】特開２００１−１１９８７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の回転電機の構成では、永久磁石モータとするロータに加わる磁界はｑ軸か−ｄ軸であり、より一層、磁石を高温で使うことは不可能である。つまり、永久磁石、特に汎用されている高ＢＨｍａｘのＮｅＦｅＢｒ系のものは、高温状態にあると、また、強い反磁界が加わると減磁が発生し、本来持っていた磁束を出すことができない。このため、永久磁石モータにおいては、永久磁石温度が減磁する温度を超えない範囲で、また、永久磁石に強い反磁界が加わらない状態で使用している。特に、永久磁石温度が減磁する温度を超えない範囲で使用することを考慮して、モータ冷却系の強化や、永久磁石を分割して可能な限り磁石が発熱しないようにする等の対策を必要とするため、コストが非常に高くなることが避けられなかった。
【０００５】
この発明の目的は、永久磁石が減磁するのを回避して高温動作が可能となる回転電機のロータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、この発明に係る回転電機のロータは、円盤状のロータコアと、前記ロータコアに、交互に極性を変え周方向に沿って配置した複数の永久磁石と、前記ロータコアに、前記各永久磁石の磁束と略平行に、且つ、相互に離間して位置するように形成した複数のスリットとを有する。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る回転電機のロータにより、ｑ軸の磁気抵抗を大きくすることができるので、ｄ軸インダクタンスＬｄがｑ軸インダクタンスＬｑよりも大きくなる（Ｌｄ＞Ｌｑ）ことを実現する順凸極型のモータとなって、永久磁石が減磁するのを回避することができる。これにより、高温動作が可能となるので、冷却構造を簡素化することができ、コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図１は、この発明の一実施の形態に係る回転電機のロータの平面図である。図１に示すように、回転電機のロータ１０は、円盤状のロータコア１１と、ロータコア１１の回転軸となるシャフト１２を有する。ロータコア１１は、例えば、電磁鋼板を積層して形成されており、ロータコア１１の外周縁近傍には、複数の永久磁石Ｎ極１３と永久磁石Ｓ極１４が交互に極性を変え周方向に沿って配置されている。
【０００９】
永久磁石Ｎ極１３と永久磁石Ｓ極１４のそれぞれの両端には、長軸方向を半径方向としてロータコア１１の外周縁側に長方形の第１スリット１５が開けられている。更に、永久磁石Ｎ極１３と永久磁石Ｓ極１４のそれぞれの外周側（ロータコア１１外周縁側）には、長軸方向をロータコア１１の半径方向とする幅が狭く細長い溝状の第２スリット１６が、各永久磁石１３，１４から離間して複数個開けられている。各第２スリット１６は、各永久磁石１３，１４の両第１スリット１５の間に、各永久磁石１３，１４の磁束と略平行になるように、それぞれの隣接間隔がほぼ等しく並ぶ放射状に配置されている。
【００１０】
この第２スリット１６は幅が狭く、隣接する第２スリット１６同士はスリット幅よりも広いい間隔を有するため、各永久磁石１３，１４が作る磁束と同一方向のｄ軸の磁気抵抗は、第２スリット１６を設けていない場合に比べ大きな変化はない。即ち、ロータ１０のｄ軸方向のインダクタンスＬｄは殆ど変化しない。一方、ｄ軸と直交する方向のｑ軸の磁気抵抗は、複数の第２スリット１６がｑ軸磁束に対する磁気抵抗となるため、第２スリット１６を設けていない場合に比べ大きくなる。即ち、ロータ１０のｑ軸方向のインダクタンスＬｑは低下することになる。従って、ｄ軸インダクタンスＬｄをｑ軸インダクタンスＬｑより大きくする（Ｌｄ＞Ｌｑ）ことが可能となり、順凸極の特性を有するロータ１０とすることができる。
【００１１】
このロータ１０（図１参照）において、第２スリット１６の数をｍ、第２スリット１６の半径方向長さをＭ、第２スリット１６の回転方向長さをＮ、ロータコア１１の積層厚さをＬ、電磁鋼板部の透磁率をμ０  とし、第２スリット１６を開けない場合のｄ軸方向の軸磁気抵抗をＲｍｄ、ｑ軸方向の磁気抵抗をＲｍｑ、第２スリット１６を開けた場合のｄ軸方向の磁気抵抗をＲｍｄ’、ｑ軸方向の磁気抵抗をＲｍｑ’とすれば、第２スリット１６を開けた場合を以下のように近似することができる。なお、第２スリット１６を開けない場合のｄ軸方向の軸磁気抵抗Ｒｍｄ、ｑ軸方向の磁気抵抗Ｒｍｑは、略エアギャップと永久磁石で決まる磁気抵抗と考えられる。
【００１２】
Ｒｍｄ’≒Ｒｍｄ…（１）
Ｒｍｑ’＝Ｒｍｑ＋ｍ×Ｎ／（μ０  ×Ｍ×Ｌ）…（２）
【００１３】
式（１）において、ロータコア１１を構成する電磁鋼板部とスリット部の磁気抵抗が並列配置となり、電磁鋼板部の透磁率μ０  はエアギャップ部の透磁率に比べ非常に大きいことから、結果として、ｄ軸方向の磁気抵抗Ｒｍｄとｑ軸方向の磁気抵抗Ｒｍｑが第２スリット１６の形成前後で変化することはないとした。上記式（１），（２）は、第２スリット１６の形成によって凸極比を変更することができることを意味する。
【００１４】
また、第２スリット１６の幅（短軸方向）Ｈと、第２スリット１６の数Ｎ、各永久磁石１３，１４の厚さＴ、及び各永久磁石１３，１４の面積に対する第２スリット１６の面積の比をｋとして、
２Ｔ＜Ｎ×Ｌ×ｋ
の関係を満足することにより、ｄ軸インダクタンスＬｄをｑ軸インダクタンスＬｑより大きくする（Ｌｄ＞Ｌｑ）ことができる。
【００１５】
図２は、この発明の他の実施の形態に係る回転電機のロータの平面図である。図２に示すように、回転電機のロータ２０は、第２スリット１６の内部に、磁性体２１を装着している。その他の構成及び作用は、ロータ１０と同様である。
【００１６】
磁性体２１は、例えば、複数枚の電磁鋼板２２により形成されている。複数枚の電磁鋼板２２は、板厚方向に密着させて積み重ねた積層状態にすると共に重ね合わせ面がロータコア１１の半径方向と一致するように、即ち、各永久磁石１３，１４の磁束を通し易い方向性を有するように磁束と略平行に、隙間なく挿入配置されている。これにより、ｄ軸の磁気抵抗は、第２スリット１６の有無に拘わらず略不変となる。
【００１７】
一方、ｑ軸の磁気抵抗は、第２スリット１６の内部に挿入配置した磁性体２１がｑ軸方向に対し略直交しているため、第２スリット１６を形成しないロータに比べ大きくなる。
【００１８】
従って、ｄ軸の磁気抵抗を大きくすることなくｑ軸の磁気抵抗のみを大きくすることができるので、ロータ２０は、ロータ１０（図１参照）より、更に順凸極性を高めることができる。
【００１９】
なお、回転電機が、永久磁石Ｎ極１３と永久磁石Ｓ極１４がロータコア１１内に埋め込んで配置した、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）構造を有する場合、各永久磁石１３，１４のそれぞれの外周側（ロータ外周縁側）のみに第２スリット１６を入れると、ｑ軸磁束は各永久磁石１３，１４の外周側となるので、ｄ軸インダクタンスＬｄをｑ軸インダクタンスＬｑより大きくする（Ｌｄ＞Ｌｑ）ことが可能となり、順凸極の特性を有するロータ１０とすることができる。また、高回転に伴う各永久磁石１３，１４の左右両端コア部の応力集中を緩和することができる。
【００２０】
このように、この発明によれば、永久磁石１３，１４の磁束と略平行になるように第２スリット１６を設けたので、ｑ軸の磁気抵抗を大きくすることができ、これによって、ｄ軸インダクタンスＬｄがｑ軸インダクタンスＬｑより大きく（Ｌｄ＞Ｌｑ）なり順凸極型のモータとなる。この順凸極構造により、永久磁石の減磁を回避することができるので、高温動作が可能となって冷却構造を簡素化することができ、コストを低減することができる。
【００２１】
なお、上記実施の形態において、第２スリット１６は、永久磁石Ｎ極１３と永久磁石Ｓ極１４のそれぞれの外周側（ロータ外周縁側）に形成しているが、これに限るものではなく、第２スリット１６を、永久磁石Ｎ極１３と永久磁石Ｓ極１４のそれぞれの内周側（シャフト１２側）に、或いは外周側（ロータ外周縁側）と内周側（シャフト１２側）の両方に、形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の一実施の形態に係る回転電機のロータの平面図である。
【図２】この発明の他の実施の形態に係る回転電機のロータの平面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０，２０  ロータ
１１  ロータコア
１２  シャフト
１３  永久磁石Ｎ極
１４  永久磁石Ｓ極
１５  第１スリット
１６  第２スリット
２１  磁性体
２２  電磁鋼板
【図１】
2006081338.tif 000003
【図２】
2006081338.tif 000004