(57)【要約】【課題】トルクリップルの低減が可能であって、電磁鋼板を転積可能な回転電機のロータを提供する。【解決手段】回転電機のロータ１０において、磁極部は、回転軸心ＯまわりにＮ等分する位置に配置された基準磁極部１４０と、基準磁極部１４０の間に配置されたｎ個のランダム配置磁極部１４１、１４２、・・・とを有する。基準磁極部１４０から周方向に沿って反時計まわりに基準磁極部１４０に近い方からｋ番目のランダム配置磁極部は、該ランダム配置磁極部のｄ軸と基準磁極部１４０のｄ軸との成す角が、３６０ｋ／Ｎ（ｎ＋１）度から所定角度ずらした位置になるように配置される。また、磁石埋め込み孔１３は、ロータ１０を回転軸心Ｏまわりに３６０／Ｎ度回転したときに重なる位置に配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数の電磁鋼板から構成され、周方向に複数の磁石埋め込み孔を有するロータコアと、
前記磁石埋め込み孔に挿入された永久磁石によって構成される複数の磁極部と、
を有する回転電機のロータであって、
前記磁極部は、
前記ロータを回転軸心まわりにＮ等分（Ｎは２以上の整数）する位置に配置された基準磁極部と、前記基準磁極部間に配置されたｎ個（ｎは１以上の整数）のランダム配置磁極部とを有し、
前記基準磁極部から周方向に沿って反時計まわりに前記基準磁極部に近い方からｋ番目（ｋ＝１、２、・・・、ｎ）の前記ランダム配置磁極部は、該ランダム配置磁極部のｄ軸と前記基準磁極部のｄ軸との成す角が、３６０ｋ／Ｎ（ｎ＋１）度から所定角度ずらした位置になるように配置され、
前記磁石埋め込み孔は、前記ロータを前記回転軸心まわりに３６０／Ｎ度回転したときに重なる位置に配置された回転電機のロータ。
【請求項２】
請求項１に記載のロータを備える回転電機であって、
前記回転電機は、前記ロータの内径側に断接機構を備え、
前記ロータコアには、前記断接機構と連通する液体経路が軸方向に延設されており、
前記液体経路は、周方向に最も大きい間隔で配置された前記磁極部間に配置されている、回転電機。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機であって、
前記ロータコアには、前記液体経路と、該液体経路に最も近い前記磁極部との間に孔部が設けられている、回転電機。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機であって、
前記孔部には、前記電磁鋼板よりも熱抵抗率の大きな材料が充填されている、回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機のロータに関し、特に、ロータコアの内部に周方向に複数個の永久磁石が配置された回転電機のロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回転電機に使用されるロータとして、ロータコアの内部に周方向に複数個の永久磁石が配置されたロータを用いる、いわゆるＩＰＭモータが知られている。この種の回転電機は、高トルク・高出力化を図ると、それに伴って騒音・振動の原因となるトルクリップルが大きくなるという問題があった。そこで、トルクリップルを低減する手段として、例えば、特許文献１に記載された技術が知られている。
【０００３】
特許文献１には、ロータコアに複数の永久磁石が周方向に埋設された回転電機のロータであって、各永久磁石が中心軸線からみてそれぞれ不等角度間隔となるように配置された回転電機のロータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０８３０４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の回転電機のロータでは、回転軸方向からみて、各永久磁石の角度間隔が全て異なるため、複数の電磁鋼板を積層してロータコアを製造する場合に、転積することができず、磁気的に方向性が残ってしまう虞があった。
【０００６】
本発明は、トルクリップルの低減が可能であって、電磁鋼板を転積可能な回転電機のロータを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、
積層された複数の電磁鋼板から構成され、周方向に複数の磁石埋め込み孔を有するロータコアと、
前記磁石埋め込み孔に挿入された永久磁石によって構成される複数の磁極部と、
を有する回転電機のロータであって、
前記磁極部は、
前記ロータを前記回転軸心まわりにＮ等分（Ｎは２以上の整数）する位置に配置された基準磁極部と、前記基準磁極部間に配置されたｎ個（ｎは１以上の整数）のランダム配置磁極部とを有し、
前記基準磁極部から周方向に沿って反時計まわりに前記基準磁極部に近い方からｋ番目（ｋ＝１、２、・・・、ｎ）の前記ランダム配置磁極部は、該ランダム配置磁極部のｄ軸と前記基準磁極部のｄ軸との成す角が、３６０ｋ／Ｎ（ｎ＋１）度から所定角度ずらした位置になるように配置され、
前記磁石埋め込み孔は、前記ロータを回転軸心まわりに３６０／Ｎ度回転したときに重なる位置に配置されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ロータを回転軸心まわりにＮ等分（Ｎは２以上の整数）する位置に配置された基準磁極部から周方向に沿って反時計まわりに基準磁極部に近い方からｋ番目（ｋ＝１、２、・・・、ｎ）のランダム配置磁極部は、該ランダム配置磁極部のｄ軸と基準磁極部のｄ軸との成す角が、３６０ｋ／Ｎ（ｎ＋１）度から所定角度ずらした位置になるように配置されるので、トルクリップルを低減することができる。また、磁石埋め込み孔は、ロータを回転軸心まわりに３６０／Ｎ度回転したときに重なる位置に配置されるので、電磁鋼板を転積できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態の回転電機を軸方向から見た正面図である。
【図２】図１の回転電機に発生するトルクリップルを示すグラフである。
【図３】図１の変形例の回転電機の部分拡大図である。
【図４】図３の斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態における回転電機を軸方向から見た正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の回転電機のロータの各実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
【００１１】
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態の回転電機のロータ１０について図１〜図４を参照しながら説明する。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態に係る回転電機１は、ロータシャフト（不図示）の外周部に取り付けられた円環形状のロータ１０と、ロータ１０の外周部に対向配置された円環形状のステータ２０と、を備える。
【００１３】
ステータ２０は、ロータ１０の外周部に配置された円環形状のステータコア２１と、ステータコア２１の内周面に周方向に沿って等間隔に設けられたスロット部（本実施形態では３６個）に挿入されたコイル２２と、を備える。
【００１４】
ロータ１０は、略同一形状の円環状の電磁鋼板１２、例えばケイ素鋼板を軸方向に複数積層することで形成され、周方向に複数の磁石埋め込み孔１３が形成されたロータコア１１と、磁石埋め込み孔１３に挿入された永久磁石１４と、を備える。
【００１５】
磁石埋め込み孔１３は、ロータコア１１の外周面に向かって略Ｖ字状になるように配置された２個の磁石埋め込み孔１３を１組として、ロータコア１１の周方向に１２組形成されている。さらに、磁石埋め込み孔１３は、ロータ１０を回転軸心Ｏまわりに１８０度回転したときに重なるように配置されている。
【００１６】
永久磁石１４は、径方向に磁化されており、前述の２個１組の磁石埋め込み孔１３に挿入される永久磁石１４の磁化方向は同じになるように構成され、かつ、隣り合う組の磁石埋め込み孔１３に挿入される永久磁石１４と磁化方向が異なるように構成されている。これにより、ロータ１０には、周方向に１２個の磁極部が形成される。
【００１７】
磁極部は、ロータ１０を回転軸心Ｏまわりに２等分する位置に配置された２つの基準磁極部１４０と、基準磁極部１４０の間に反時計回りに配置された５個のランダム配置磁極部１４１、１４２、１４３、１４４、１４５と、を有する。
【００１８】
一般的な回転電機のロータでは、磁極部は等間隔で配置されるため、磁極部の数が１２個の場合、３６０÷１２＝３０度間隔で磁極部が配置される。すなわち、ランダム配置磁極部１４１、１４２、１４３、１４４、１４５は、一般的には、基準磁極部１４０に近い方からｋ番目（ｋ＝１、２、・・・、５）のランダム配置磁極部のｄ軸であるｄｋと、基準磁極部１４０のｄ軸であるｄ０との成す角θｋが、３０×ｋ度の位置になるように配置される。
【００１９】
本実施形態のランダム配置磁極部１４１、１４２、１４３、１４４、１４５は、θｋが、３０×ｋ度から所定角度ずらした位置になるように配置されている。具体的には、ランダム配置磁極部１４１のｄ軸であるｄ１とｄ０との成す角θ１は３０度から−２．５度ずらした２７．５度となっている。また、ランダム配置磁極部１４２のｄ軸であるｄ２とｄ０との成す角θ２は６０度から−２．５度ずらした５７．５度となっている。同様に、θ３は９０度から−２．５度ずらした８７．５度、θ４は１２０度から＋２．５度ずらした１２２．５度、θ５は１５０度から＋２．５度ずらした１５２．５度、となっている。
【００２０】
これにより、本実施形態の回転電機１のロータ１０は、図２に示すように、θｋ＝３０×ｋ度、すなわち、１２個の磁極部が全て等間隔で配置された場合よりも、発生するトルクリップルを低減することができる。さらに、磁石埋め込み孔１３は、ロータ１０を回転軸心Ｏまわりに１８０度回転したときに重なるように配置されているので、電磁鋼板１２を転積することが可能である。
【００２１】
図３及び図４に示すように、ロータ１０の内径側には、断接機構、例えば、湿式クラッチ機構３０が設けられていてもよい。
【００２２】
湿式クラッチ機構３０は、ロータシャフト（図示せず）の外周面に設けられたインナーハブ（図示せず）と、インナーハブの外周面に嵌合された円環状のクラッチプレート（図示せず）と、ロータ１０の内周面に設けられたクラッチアウターハブ３１と、クラッチアウターハブ３１の内周面に嵌合された円環状のフリクションプレート（図示せず）とにより構成され、クラッチプレートとフリクションプレートとが解放または締結することで、動力の断接が行われる。クラッチアウターハブ３１は、ロータ１０の回転軸心Ｏを回転軸心とする円環状であり、内周面は凹凸形状を有する。そして、該凹凸形状により、円環状のフリクションプレート（図示せず）の外周面と嵌合する。
【００２３】
クラッチアウターハブ３１には、内周面と外周面を貫通する連通路３２が設けられ、ロータコア１１に設けられた液体経路１５と連通する。液体経路１５は、ロータコア１１を軸方向に貫通する孔部でもよく、図３及び図４に示すようにロータコア１１の内周面に形成された溝部であってもよい。湿式クラッチ機構３０を潤滑・冷却するための液体は、図４に示すように、ロータシャフトから湿式クラッチ機構３０を通り、連通路３２から液体経路１５を通ってロータ１０の外部に排出される。図４中の矢印は、液体の流れ方向を示す矢印である。
【００２４】
液体経路１５は、軸方向からみて、ランダム配置磁極部１４３とランダム配置磁極部１４４の間に設けられている。ここで、ランダム配置磁極部１４３とランダム配置磁極部１４４との間は、ロータ１０に設けられた１２個の磁極部のうち、磁極部間の周方向間隔が最も大きい。磁極部間の周方向間隔が最も大きい部分は、磁束が通過する領域が十分確保されているため、ロータコア１１に液体経路１５を設けることによる磁束密度の低減を最小に抑えて、湿式クラッチ機構３０を潤滑・冷却するための液体をロータ１０の外部に排出することができる。また、該液体は、磁極部間の周方向間隔が最も大きい部分に設けられた液体経路１５を通ることになるので、該液体の熱が永久磁石１４に伝達することを低減できる。
【００２５】
さらに、図３及び図４に示すように、ランダム配置磁極部１４３とランダム配置磁極部１４４は、液体経路１５から最も近い磁極部であり、ロータコア１１には、液体経路１５とランダム配置磁極部１４３との間、及び、液体経路１５とランダム配置磁極部１４４との間に、軸方向からみて、それぞれ液体経路１５から最も近い永久磁石１４と略平行な長円形状を有し、軸方向に延びる孔部１６が設けられている。液体経路１５を通る液体の熱は、孔部１６を通って永久磁石１４に伝達するが、孔部１６内の空気は電磁鋼板１２より熱伝導率が低いため、該液体の熱が永久磁石１４に伝達することをより低減できる。
【００２６】
孔部１６には、電磁鋼板１２よりも熱抵抗率の大きい材料、例えば、樹脂や発泡材などが充填されていてもよい。この場合も、孔部１６に充填された材料は電磁鋼板１２より熱伝導率が低いため、湿式クラッチ機構３０を潤滑・冷却するための液体の熱が永久磁石１４に伝達することを低減できる。
【００２７】
［第２実施形態］
続いて、本発明の第２実施形態の回転電機のロータ１０Ａについて図５を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態のロータ１０と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略又は簡略化する。
【００２８】
第１実施形態のロータ１０は、ロータ１０を回転軸心Ｏまわりに２等分する位置に配置された２つの基準磁極部１４０と、基準磁極部１４０の間に反時計回りに配置された５個のランダム配置磁極部１４１、１４２、１４３、１４４、１４５と、を有するものとしたが、第２実施形態のロータ１０Ａは、ロータ１０Ａを回転軸心Ｏまわりに３等分する位置に配置された３つの基準磁極部１４０と、基準磁極部１４０の間に反時計回りに配置された３個のランダム配置磁極部１４１、１４２、１４３と、を有する。そして、磁石埋め込み孔１３は、ロータ１０を回転軸心Ｏまわりに１２０度回転したときに重なるように配置されている。
【００２９】
本実施形態のランダム配置磁極部１４１、１４２、１４３は、θｋが、３０×ｋ度から所定角度ずらした位置になるように配置されている。具体的には、ランダム配置磁極部１４１のｄ軸であるｄ１とｄ０との成す角θ１は３０度から−２．５度ずらした２７．５度となっている。また、ランダム配置磁極部１４２のｄ軸であるｄ２とｄ０との成す角θ２は６０度から−２．５度ずらした５７．５度となっている。同様に、θ３は９０度から＋２．５度ずらした９２．５度となっている。
【００３０】
なお、説明を簡単且つ明確にするために、第１実施形態では、ロータ１０を回転軸心Ｏまわりに２等分する位置に配置された２つの基準磁極部１４０とし、第２実施形態では、ロータ１０Ａを回転軸心Ｏまわりに３等分する位置に配置された３つの基準磁極部１４０としたが、基準磁極部１４０は、２等分または３等分に限らず、Ｎ等分（Ｎは２以上の整数）する位置にＮ個配置してもよい。
【００３１】
この場合、磁石埋め込み孔１３は、ロータを回転軸心Ｏまわりに３６０／Ｎ度回転したときに重なる位置に配置される。
【００３２】
また、第１実施形態では、基準磁極部１４０の間に反時計回りに配置された５個のランダム配置磁極部１４１、１４２、１４３、１４４、１４５とし、第２実施形態では、基準磁極部１４０の間に反時計回りに配置された３個のランダム配置磁極部１４１、１４２、１４３としたが、ランダム配置磁極部は、基準磁極部間にｎ個（ｎは１以上の整数）配置してもよい。
【００３３】
この場合、反時計回りに基準磁極部１４０に近い方からｋ番目（ｋ＝１、２、・・・、ｎ）のランダム配置磁極部は、該ランダム配置磁極部のｄ軸ｄｋと基準磁極部１４０のｄ軸ｄ０との成す角θｋが、３６０ｋ／Ｎ（ｎ＋１）度から所定角度ずらした位置になるように配置される。
【００３４】
また、第１実施形態及び第２実施形態では、θｋは、３６０ｋ／Ｎ（ｎ＋１）度から＋２．５度または−２．５度ずらした位置としたが、０度を除く任意の角度ずらすことができ、それぞれ異なっていてもよい。
【００３５】
なお、前述した実施形態は、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、第１実施形態及び第２実施形態では、２個の永久磁石１４を１組として１つの磁極部を形成するものとしたが、１個の永久磁石１４で１つの磁極部を形成してもよいし、３個以上の永久磁石１４を１組として１つの磁極部を形成するものとしてもよい。また、例えば、湿式クラッチ機構３０を潤滑・冷却するための液体は、ロータシャフトから湿式クラッチ機構３０を通り、連通路３２から液体経路１５を通ってロータ１０の外部に排出されるものとしたが、液体経路１５から連通路３２を通って湿式クラッチ機構３０に導入されるものとしてもよい。
【００３６】
また、本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。
【００３７】
（１）  積層された複数の電磁鋼板（電磁鋼板１２）から構成され、周方向に複数の磁石埋め込み孔（磁石埋め込み孔１３）を有するロータコア（ロータコア１１）と、
前記磁石埋め込み孔に挿入された永久磁石（永久磁石１４）によって構成される複数の磁極部と、
を有する回転電機（回転電機１）のロータ（ロータ１０）であって、
前記磁極部は、
前記ロータを前記回転軸心まわりにＮ等分（Ｎは２以上の整数）する位置に配置された基準磁極部（基準磁極部１４０）と、前記基準磁極部間に配置されたｎ個（ｎは１以上の整数）のランダム配置磁極部（ランダム配置磁極部１４１、１４２、１４３、１４４、１４５）とを有し、
前記基準磁極部から周方向に沿って反時計まわりに前記基準磁極部に近い方からｋ番目（ｋ＝１、２、・・・、ｎ）の前記ランダム配置磁極部は、該ランダム配置磁極部のｄ軸と前記基準磁極部のｄ軸との成す角が、３６０ｋ／Ｎ（ｎ＋１）度から所定角度ずらした位置になるように配置され、
前記磁石埋め込み孔は、前記ロータを回転軸心（回転軸心Ｏ）まわりに３６０／Ｎ度回転したときに重なる位置に配置された、回転電機のロータ。
【００３８】
（１）によれば、ロータを回転軸心まわりにＮ等分（Ｎは２以上の整数）する位置に配置された基準磁極部から周方向に沿って反時計まわりに基準磁極部に近い方からｋ番目（ｋ＝１、２、・・・、ｎ）のランダム配置磁極部は、該ランダム配置磁極部のｄ軸と基準磁極部のｄ軸との成す角が、３６０ｋ／Ｎ（ｎ＋１）度から所定角度ずらした位置になるように配置されるので、回転電機の高トルク・高出力化を図りつつ、トルクリップルを低減することができる。また、磁石埋め込み孔は、ロータを回転軸心まわりに３６０／Ｎ度回転したときに重なる位置に配置されるので、電磁鋼板を転積することが可能であり、転積することにより、ロータが局所的に発熱することを抑制できる。
【００３９】
（２）  （１）に記載のロータを備える回転電機であって、
前記回転電機は、前記ロータの内径側に断接機構（湿式クラッチ機構３０）を備え、
前記ロータコアには、前記断接機構と連通する液体経路（液体経路１５）が軸方向に延設されており、
前記液体経路は、周方向に最も大きい間隔で配置された前記磁極部間に配置されている、回転電機。
【００４０】
（２）によれば、ロータコアには、周方向に最も大きい間隔で配置された磁極部間に、断接機構を通る液体の液体経路が設けられているので、磁束密度の低下を抑制しつつ、断接機構から排出される液体をロータ外部に排出できる。また、該液体は磁極部間の距離の長い部分に設けられた液体経路を通ることになるので、該液体の熱が磁極部に伝達することを低減できる。
【００４１】
（３）  （２）に記載の回転電機であって、
前記ロータコアには、前記液体経路と、該液体経路に最も近い前記磁極部との間に孔部が設けられている、回転電機。
【００４２】
（３）によれば、ロータコアには、液体経路と、該液体経路に最も近い磁極部との間に孔部が設けられているので、断接機構から排出される液体の熱が永久磁石に伝達することを低減できる。
【００４３】
（４）  （３）に記載の回転電機であって、
前記孔部には、前記電磁鋼板よりも熱抵抗率の大きな材料が充填されている、回転電機。
【００４４】
（４）によれば、孔部には、電磁鋼板よりも熱抵抗率の大きな材料が充填されているので、断接機構から排出される液体の熱が永久磁石に伝達することを低減できる。
【符号の説明】
【００４５】
１  回転電機
１０、１０Ａ  ロータ
１１  ロータコア
１２  電磁鋼板
１３  磁石埋め込み孔
１４  永久磁石
１４０  基準磁極部
１４１、１４２、１４３、１４４、１４５  ランダム配置磁極部
１５  液体経路
１６  孔部
３０  湿式クラッチ機構（断接機構）
【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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