(57)【要約】【課題】構造が簡単で製造し易い構造でありながら、回転子と固定子との間の電磁力に起因する振動や騒音の低減化を図る。【解決手段】本実施形態の回転電機は、固定子巻線が巻装された固定子と、この固定子に対して回転可能に設けられた回転子鉄心における円周方向の複数箇所に磁極を形成する永久磁石が埋め込まれた回転子と、を備える。回転子鉄心の各磁極にあって固定子と対向する部位に、磁極の中心に対し円周方向に非対称となるように磁気抵抗部を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子巻線が巻装された固定子と、この固定子に対して回転可能に設けられた回転子鉄心における円周方向の複数箇所に磁極を形成する永久磁石が埋め込まれた回転子と、を備えた回転電機において、
前記回転子鉄心の各磁極にあって前記固定子と対向する部位に、磁極の中心に対し円周方向に非対称となるように磁気抵抗部を設けたことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記磁気抵抗部は、各磁極にあって磁極の中心より前記回転子の回転方向側に存していることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
前記回転子鉄心には、前記永久磁石の端部に位置させてフラックスバリアが設けられていて、
前記磁気抵抗部は、各磁極にあって磁極の中心と前記フラックスバリアのうち最も前記回転子の回転方向側に存するフラックスバリアとの間に存していることを特徴とする請求項２記載の回転電機。
【請求項４】
前記磁気抵抗部は、前記回転子鉄心にあって前記固定子と対向する面が開口した溝部であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の回転電機。
【請求項５】
前記磁気抵抗部は、前記回転子鉄心にあって前記固定子と対向する面が閉鎖された孔部であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド車（ＨＥＶ）に搭載される電動機や発電機などの回転電機においては、回転子鉄心に磁極形成用の永久磁石を複数個埋め込んだ永久磁石埋め込み型の回転電機が用いられている。この種の回転電機においては、回転子の回転時に、回転子と固定子との間に発生する電磁力に起因して振動や騒音が発生することが知られており、この振動や騒音を低減することが要求されている。
【０００３】
これに対処するために、例えば回転子を軸方向に複数個に分割し、分割された複数個の分割ピースを円周方向にずらすことで回転子にスキューを設けるようにしたものが提案されている。このものによれば、回転子と固定子との間の電磁力に起因して発生する振動や騒音を低減することができるとされている。しかしながら、このものでは構造が複雑で、製造し難いという欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−８７２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、構造が簡単で製造し易い構造でありながら、回転子と固定子との間の電磁力に起因する振動や騒音の低減化を図ることができる回転電機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態の回転電機は、固定子巻線が巻装された固定子と、この固定子に対して回転可能に設けられた回転子鉄心における円周方向の複数箇所に磁極を形成する永久磁石が埋め込まれた回転子と、を備える。回転子鉄心の各磁極にあって固定子と対向する部位に、磁極の中心に対し円周方向に非対称となるように磁気抵抗部を設ける。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態による回転電機の要部の概略構成を示す拡大図
【図２】第１の実施形態による回転電機の全体構成を概略的に示す図
【図３】第１の実施形態において、回転子の回転時に固定子に作用する電磁力を示す図
【図４】比較例における図３相当図
【図５】第２の実施形態による回転電機の図１相当図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、複数の実施形態による回転電機について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１の実施形態）
図２に示される回転電機１は、例えば電気自動車やハイブリッド車に搭載される発電機として用いられるものである。この回転電機１は、円環形状をなす固定子２と、この固定子２の界磁空間である内部空間に回転可能に配置された回転子３と、を備えている。
【０００９】
固定子２は、固定子鉄心４と、この固定子鉄心４に巻装された固定子巻線５を備えている。固定子巻線５としては、この場合３相のコイルであるＵ相コイル５ｕ、Ｖ相コイル５ｖおよびＷ相コイル５ｗを備えている。固定子鉄心４は、複数枚の鋼板を積層して一体的に結着することによって円環形状をなすように形成されている。この固定子鉄心４は、径方向の内周部側へ突出する複数個、この場合４８個のティース６を有しているとともに、隣り合った各ティース６間にスロット７を有している。スロット７の数も４８である。３相の各コイル５ｕ，５ｖ，５ｗは、複数本のティース６を跨ぐようにスロット７に巻装されている。この場合、Ｕ相コイル５ｕが固定子鉄心４の最も外周部側に配置され、Ｖ相コイル５ｖがそのＵ相コイル５ｕよりも径方向の内周部側に配置され、Ｗ相コイル５ｗが最も内周部側に配置されている。
【００１０】
回転子３は、回転子鉄心８と、この回転子鉄心８の中心部に設けられた回転軸９と、回転子鉄心８に埋め込まれた、磁極形成用の複数個の永久磁石１０と、を備えている。この場合、回転子３の回転方向は、図１および図２の矢印Ａ方向の一方向である。回転子鉄心８は、円環状をなす鋼板を複数枚積層して一体化した円筒状をなしている。回転軸９は、その回転子鉄心８の中心部の孔に挿入され、当該回転子鉄心８と一体回転するように連結されている。回転子鉄心８の外周面と、固定子鉄心４の内周面（各ティース６の先端部の端面）との間には、所定寸法のギャップＧ（図１参照）が形成されている。
【００１１】
回転子鉄心８には、２個で対をなす磁石挿入孔部１１が、円周方向の複数箇所、この場合８箇所に等間隔で設けられている。したがって、２個で対をなす磁石挿入孔部１１は、８対設けられている。一対の磁石挿入孔部１１は、図１に示すように、半径方向の外周部側に向かうにしたがって対向距離が順次大となるように、回転子鉄心８の外周部側から見て「ハ」の字形に形成されている。各磁石挿入孔部１１は、回転子鉄心８の軸方向に沿って延びている。各磁石挿入孔部１１には、永久磁石１０がそれぞれ挿入固定されている。各永久磁石１０は、断面が扁平な矩形状をなし、回転子鉄心８の軸方向延びる板状をなしている。対をなす２個の永久磁石１０は、回転子鉄心８の回転中心側から見て、Ｖ字形に配置されている。
【００１２】
対をなす２個の永久磁石１０は、外周部側の極性が同じに設定されている。また、ある任意の対をなす２個の永久磁石１０の外周部側の極性と、これの隣に存する２個の永久磁石１０の外周部側の極性とは異なっている。したがって、対をなす２個の永久磁石１０で、一つの磁極を形成している。この場合、回転子３には、１６個の永久磁石１０によって８極の磁極が形成されている。ここで、対をなす２個の永久磁石１０で形成される各磁極において、２個の永久磁石１０の間の中心と、回転子３の回転中心Ｏとを結ぶ直線を磁極中心線Ｌ１（図１参照）とする。また、隣り合った２つの磁極間の中心と、回転子３の回転中心Ｏとを結ぶ直線を磁極間中心線Ｌ２（図１参照）とする。
【００１３】
回転子鉄心８において、対をなす２個の各永久磁石１０の端部に位置させてフラックスバリア１２，１３が形成されている。各フラックスバリア１２，１３は、磁石挿入孔部１１に連通する孔部から構成されていて、回転子鉄心８の軸方向に沿って延びている。回転子鉄心８の各磁極において、磁極中心線Ｌ１に近い２個のフラックスバリア１２で挟まれた部分には、幅が細いブリッジ部１４が形成され、また、磁極間中心線Ｌ２に近い外周部側のフラックスバリア１３と回転子鉄心８の外周面との間にも、幅が細いブリッジ部１５が形成されている。
【００１４】
さて、回転子鉄心８の各磁極において、固定子２と対向する部位である回転子鉄心８の外周面には、磁気抵抗部を構成する溝部１８が形成されている。この溝部１８は、固定子２と対向する面が開口した凹状をなしていて、回転子鉄心８の軸方向に沿って延びている。また、この溝部１８は、回転子鉄心８の各磁極において、磁極の中心となる磁極中心線Ｌ１と、フラックスバリア１２，１３のうち最も回転子３の回転方向である矢印Ａ方向側（図１において左側）に存する外周部側のフラックスバリア１３との間に存している。回転子鉄心８の各磁極において、磁極中心線Ｌ１に対して回転子３の回転方向とは反対側（図１において右側）には溝部１８は形成されていない。したがって、溝部１８は、回転子鉄心８の各磁極において、磁極の中心となる磁極中心線Ｌ１に対して円周方向に非対称に設けられている。
【００１５】
上記構成の回転電機１においては、回転子３の回転時に、固定子２と回転子３との間には、回転子３における各永久磁石１０による磁束と、固定子巻線５による磁束とが作用する。このときに固定子２に働く電磁力を解析するため、発明者らは、解析ソフトを用いてその解析を行った。図３は本実施形態における解析結果である。図４は、本実施形態と比較するための比較例における解析結果である。図４の比較例は、回転子鉄心８の外周面に、磁気抵抗部となる溝部１８を設けていない場合である。図３および図４において、矢印の向きは電磁力の向きを示し、また、矢印の長さは電磁力の大きさを示している。なお、図３および図４においては、固定子巻線５の図示は省略されている。
【００１６】
これら図３および図４において、一点鎖線で囲む領域Ｂに着目してみる。図３と図４を比較してみると、領域Ｂにおける電磁力の大きさが、図３の方が図４の場合より小さくなっていることがわかる。これは、図３の場合、回転子鉄心８の外周面に磁気抵抗部としての溝部１８を設けたことによる効果であるとみることができる。溝部１８を設けることで、溝部１８の底面と固定子２の内周面（ティース６の先端面）との間のギャップＧが大きくなり、そこを磁束が通り難くなり、この結果、固定子２に作用する磁束が小さくなったと考えられる。
【００１７】
本実施形態においては、回転子鉄心８における各磁極にあって固定子２と対向する外周面に、磁極の中心（磁極中心線Ｌ１）に対し円周方向に非対称となるように、磁気抵抗部を構成する溝部１８を設けたことにより、回転子３の回転時に固定子２に作用する電磁力を低減化できる。これにより、その電磁力に起因する振動や騒音の低減化を図ることが可能になる。しかも、この場合、回転子鉄心８の外周面に溝部１８を設ける、という簡単な構成で達成できるから、構造が簡単で製造し易い構造である。よって、構造が簡単で製造し易い構造でありながら、回転子３と固定子２との間の電磁力に起因する振動や騒音の低減化を図ることができる。また、回転電機１としての性能の低下も極力抑えることができる。
【００１８】
磁気抵抗部を構成する溝部１８は、各磁極にあって磁極中心線Ｌ１より回転子３の回転方向Ａ側に存している。これにより、回転子３が一方向のみに回転される回転電機１に一層有効である。
【００１９】
磁気抵抗部を構成する溝部１８は、各磁極にあって磁極中心線Ｌ１とフラックスバリア１２，１３のうち最も回転子３の回転方向Ａ側に存するフラックスバリア１３との間に存している。これにより、固定子２に作用する電磁力を一層効果的に低減させることが可能となる。
【００２０】
（第２の実施形態）
図５は第２の実施形態を示すものである。この第２の実施形態は、磁気抵抗部の形態が第１の実施形態とは異なっている。すなわち、磁気抵抗部としては、溝部１８に代えて、孔部２０によって構成している。この孔部２０は、円周方向に沿って延びるスリット状に形成されていて、固定子２と対向する面が、幅狭なブリッジ部２１によって閉鎖されている。
【００２１】
この第２の実施形態においては、第１の実施形態と同様な作用効果を得ることができることに加えて、次のような利点がある。孔部２０は、固定子２と対向する面がブリッジ部２１によって閉鎖されているので、回転子鉄心８の外周面としては滑らかであり、回転子３の回転時に風切り音のような騒音が発生せず、騒音の発生を一層低減させることが可能となる。
【００２２】
（その他の実施形態）
磁気抵抗部としての溝部１８、孔部２０は、１磁極に１個に限られず、円周方向に複数に分割するようにしてもよい。また、回転子鉄心８の各磁極において、磁極中心線Ｌ１を中心に円周方向に非対称であれば、回転子３の回転方向Ａとは反対側に、溝部１８よりも浅いあるいは幅狭な溝部、孔部２０よりも小さい孔部があってもよい。
【００２３】
上記した実施形態では、２個の永久磁石１０で１磁極を形成するものを例示したが、これに限られず、１個の永久磁石で１磁極を形成するものでもよく、３個以上の永久磁石で１磁極を形成するものでもよい。
【００２４】
回転電機１としては、発電機に限られず、電動機に適用できることは勿論である。また、インナーロータ形に限られず、アウターロータ形のものにも適用することができる。
以上説明したように本実施形態の回転電機によれば、回転子鉄心の各磁極にあって固定子と対向する部位に、磁極の中心に対し円周方向に非対称となるように磁気抵抗部を設ける構成とした。これにより、回転子鉄心に磁気抵抗部を設けるという簡単な構造で、製造し易い構造でありながら、回転子と固定子との間の電磁力に起因する振動や騒音の低減化を図ることができる。
【００２５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２６】
図面中、１は回転電機、２は固定子、３は回転子、４は固定子鉄心、５は固定子巻線、６はティース、７はスロット、８は回転子鉄心、９は回転軸、１０は永久磁石、１１は磁石挿入孔部、１２，１３はフラックスバリア、１８は溝部（磁気抵抗部）、２０は孔部（磁気抵抗部）を示す。
【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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