(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の基部から径方向内側に突出して形成されたティースを複数有するステータと、少なくとも一つの永久磁石により構成された磁極を複数有するロータと、を備える永久磁石式回転電機において、
前記ロータは、該ロータの外周と前記ティースの先端面との間に所定幅のギャップを介して配置されており、一磁極が構成するｄ軸と電気的に直交するｑ軸上における外周に、
該ロータの軸方向に沿って形成された第１の溝部と、
前記第１の溝部よりもｄ軸側における外周に該第１の溝部に連続して設けられ、該ロータの軸方向に沿って形成された第２の溝部と、
前記第１の溝部と前記第２の溝部との間に設けられた連接部とを有し、
前記連接部は、前記ロータの回転中心に対して該ロータのｄ軸上における最外周部を通る真円を該ロータの仮想外周とした場合に、前記先端面に最も近い部分における前記仮想外周から０より大きい所定の深さを有するように形成される、
ことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２】
前記第１の溝部における最深部の前記仮想外周からの深さをｄ１とし、
前記第２の溝部における最深部の前記仮想外周からの深さをｄ２とし、
前記連接部の前記所定の深さをｄ３とした場合に、
前記第１の溝部は、ｄ１≧ｄ３を満たすように形成され、
前記第２の溝部は、ｄ２≧ｄ３を満たすように形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項３】
前記ｄ軸を挟んで隣り合う前記第２の溝部の該ｄ軸側端部間の幅を電気角でθ１とした場合に、
前記第２の溝部は、θ１＜７５°を満たすように形成される、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項４】
前記ｄ軸を挟んで隣り合う前記第２の溝部の該ｄ軸側端部間の幅を電気角でθ１とし、
前記ティースの先端部における周方向幅を電気角でθ２とした場合に、
前記第２の溝部は、θ１＞５２°を満たすように形成され、
前記ティースの先端部は、８７°＜θ２＜９８°を満たすように形成される、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項５】
前記ティースは、前記ティースの先端部の周方向両端に、該ティース先端の周方向中心側から端部に向けて形成された切り欠きを有しており、
前記ティースの先端部において、前記切り欠きの該ティースの先端部の周方向中心側の端部間の幅を電気角でθ３とした場合に、
前記切り欠きは、θ３＞４６°を満たすように形成される、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項６】
前記ティースの先端面と、前記ｄ軸上における前記ロータの外周との間のギャップ幅をｄｇとした場合に、
前記第２の溝は、ｄ２／ｄｇ＞０．４を満たすように形成される、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の永久磁石式回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石式回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の磁極が構成されたロータにおいて、磁極間の外周に溝を設け、該溝に挟まれた一磁極が外周方向に凸形状となるように形成されることで、誘起電圧を下げつつ、コギングトルク或いはトルクリプルを低減することができるロータが開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１６１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ロータの構造設計においては、耐遠心力強度の観点から、ロータに埋設された永久磁石の外周側に遠心力に耐え得る程度のロータコア幅を確保する必要がある。したがって、特許文献１に開示されたロータにおいては、上記溝を設けたことで永久磁石をより内周側に配置する必要があるため、ステータに鎖交する磁石磁束が弱まり、トルクが低下してしまう。
【０００５】
また、特許文献１に開示された技術では、上述のロータに対するステータティースの形状について言及されていない。しかしながら、ステータティースの形状によっては、該ロータに溝を設けたことによるコギングトルク低減効果を十分に得ることができない場合がある。
【０００６】
本発明は、ロータに構成された磁極間に溝を設けても、トルクの低下を伴わずに、コギングトルク或いはトルクリプルを低減することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による永久磁石式回転電機は、環状の基部から径方向内側に突出して形成されたティースを複数有するステータと、少なくとも一つの永久磁石により構成された磁極を複数有するロータとを備える。ロータは、該ロータの外周とティースの先端面との間に所定幅のギャップを介して配置されている。そして、該ロータは、一磁極が構成するｄ軸と電気的に直交するｑ軸上における外周に、ロータの軸方向に沿って形成された第１の溝部と、第１の溝部よりもｄ軸側における外周に、第１の溝部に連続して設けられ、ロータの軸方向に沿って形成された第２の溝部と、第１の溝部と第２の溝部との間に設けられた連接部とを有する。連接部は、ロータの回転中心に対して該ロータのｄ軸上における最外周部を通る真円を該ロータの仮想外周とした場合に、先端面に最も近い部分における仮想外周から０より大きい所定の深さを有するように形成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ｑ軸上に設けられた第１の溝部に加えて、第１の溝部よりもｄ軸側における外周に第１の溝部に連続して設けられた第２の溝部を形成することで、第１の溝部と第２の溝部との間の連接部分において耐遠心力強度を満たすロータコア幅を確保して、永久磁石をよりロータ外周側に配置することができるので、トルクの低下を伴わずに、コギングトルク或いはトルクリプルを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本願発明に係る永久磁石式回転電機の一実施形態を説明するための図である。
【図２】図２は、第１の溝、第２の溝、および連接部の形状を規定するのに用いる指標を説明するための図である。
【図３】図３は、ＩＰＭモータの一般的なロータ形状および外周に溝を設けた従来例に係るロータ形状と、一実施形態のロータ形状とを比較する図である。
【図４】図４は、図３で示した三つのロータ形状それぞれの最大トルクを比較するための図である。
【図５】図５は、ロータの凸部幅θ１およびティースの先端部の幅θ２を説明するための図である。
【図６】図６は、有負荷時において、ロータの凸部幅θ１とティースの先端幅θ２とをそれぞれ変化させたときのトルクリプル解析値を表した図である。
【図７】図７は、ティースの先端幅θ２とコギングトルクとの関係を示した図である。
【図８】図８は、無負荷時において、ロータの凸部幅θ１と、ティースの先端幅θ２をそれぞれ変化させたときのコギングトルク解析値を表した図である。
【図９】図９は、一実施形態のティースに形成される切り欠きの形状を説明するための図である。
【図１０】図１０は、無負荷時において、ティース凸部幅θ３を変化させたときのコギングトルク解析値を示す図である。
【図１１】図１１は、無負荷時および有負荷時において、ギャップ幅ｄｇを一定とし、第２の溝の深さｄ２を変化させたときのコギングトルクおよびトルクリプルの解析値を示す図である。
【図１２】図１２は、変形例１のロータ形状を説明するための図である。
【図１３】図１３は、変形例２のロータ形状を説明するための図である。
【図１４】図１４は、変形例３のロータ形状を説明するための図である。
【図１５】図１５は、その他の変形例のロータ形状を説明するための図である。
【図１６】図１６は、ＩＰＭモータの一般的なロータ形状を示す軸方向に垂直な断面図である。
【図１７】図１７は、ＩＰＭモータの一般的なロータ形状と、外周に溝を設けた従来例に係るロータ形状とを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本願発明に係る永久磁石式回転電機の一実施形態を説明するための図である。図で表されるのは、本実施形態に係る永久磁石式回転電機（以下、単に回転電機ともいう）が備えるロータ１及びステータ５を軸方向に垂直な断面から見た構成図であって、構成全体の一部である。
【００１１】
本実施形態の回転電機は、円環形状をなすステータ５と、ステータ５の内周側に配置された円筒形状のロータ１と、ロータ１の対応箇所に埋設された永久磁石３と、を備え、電動機或いは発電機を構成する。この回転電機は、ロータ１の内部に永久磁石３が埋設されていることから、いわゆるＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）型の回転電機に分類される。
【００１２】
ステータ５は、リング状のステータコア８（基部）と、ステータコア８から径方向内側（回転中心側）に向けて突出して設けられた複数のステータティース２（以下、単にティース２という）と、ティース２に集中巻きにより巻装された固定子巻線（不図示）と、からなる。ステータコア８は、例えば軟磁性材料である電磁鋼板を積層して形成される。
【００１３】
ロータ１は、ステータ５と同心円状をなし、ステータ５に形成されたティース２の先端面との間にエアギャップ６（以下、単にギャップ６という）を有するように配置される。ロータ１は、ロータコア７を有している。ロータコア７は、透磁率の高い金属製の鋼板を円環状に打ち抜き加工して形成された多数の電磁鋼板を軸方向に積層して構成された、いわゆる積層鋼板構造により円筒形に形成されている。また、ロータ１の、ステータ５と対向する外周側には、周方向に沿って、永久磁石３により構成される磁極が互いに等間隔で、且つ、互いに隣接する磁極の極性が異極性となるように設けられている。
【００１４】
永久磁石３は、ロータ１上において、一枚で一磁極を構成する。本実施形態の回転電機に係るロータ１は、周方向に沿って２０枚の永久磁石３が設けられた２０極構造を有する。一磁極を構成する一枚の永久磁石３が作る磁束の方向がｄ軸であり、ｄ軸に対して電気的磁気的に直交する方向がｑ軸である。
【００１５】
なお、ここでは２０極構造のロータを例に挙げるが、極数についてはこれに限定されるものではない。ただし、ステータ５が有するティース２の数は、ロータの極数との比が２：３となることを前提とする。本実施形態に係るロータ１は２０極構造であるため、ティース２の数は３０となる。
【００１６】
また、ロータ１は、各磁極間に、空間部分としてのフラックスバリア４を有する。フラックスバリア４は、ロータコア７を形成する電磁鋼板を打ち抜き加工することで形成される。また、フラックスバリア４は、電磁鋼板よりも透磁率が低く、すなわち磁気抵抗が大きい。したがって、フラックスバリア４は、永久磁石３がロータ１上に構成する磁気回路において、磁束（フラックス）が通りにくい磁気的障壁として作用する。
【００１７】
そして、ロータ１は、ｑ軸上に位置する外周面に、ロータ１の軸方向に沿って外周面から回転中心側に向かって窪むように形成された第１の溝Ｇ１と、第１の溝Ｇ１よりもｄ軸側の外周面に、第１の溝Ｇ１と連続して設けられ、ロータ１の軸方向に沿って外周面から回転中心側に向かって窪むように形成された第２の溝Ｇ２とを有する。本願発明は、ロータ１に設けられた第１の溝Ｇ１および第２の溝Ｇ２と、これらの溝が外周に設けられたロータ１との相対位置関係に基づき定められるティース２の形状とに特徴を有する。
【００１８】
ここで、本実施形態の特徴である、第１、第２の溝Ｇ１、Ｇ２、およびティース２の形状の詳細を説明する前に、本願発明の比較となる従来のロータ形状とその問題点について説明する。
【００１９】
図１６は、一極あたり一枚の永久磁石を配置したＩＰＭモータの一般的なロータ形状を示す。複数の磁石挿入孔を設けたロータコアに永久磁石が埋設された構造である埋込磁石型モータは、ロータの磁気抵抗（リラクタンス）が回転角度によって変化する突極性を有するため、磁石トルクだけでなく、その突極性を利用したリラクタンストルクも有効に活用することができ、モータが出力するトルク密度を向上させることができる。そのため、ＩＰＭモータは、電動車両の駆動源ならびに発電用のモータ（回転電機）として広く用いられている。
【００２０】
しかしながら一方では、ロータの回転角度によって発生トルクが変化するため、ロータの回転に伴うトルク脈動（トルクリプル）が発生し、回転電機の振動や騒音の主要因となっている。また、無通電時であっても永久磁石からの磁石磁束が存在するため、ロータとステータティースとの相対位置関係によってトルクの脈動が発生し、これをコギングトルクと呼んでいる。コギングトルクも、無通電時における回転電機の振動や騒音の要因となる。特に、このような特性を有する回転電機を車両駆動用モータとして電動車両に適用した場合は、トルクリプル、コギングトルクともに車両音振悪化の原因となるため、これらを極力低減することが求められている。
【００２１】
これに対して、特開２０１２−１６１８９（特許文献１、特に図２参照）では、上述のとおり、ロータに構成された磁極間に、外周面から回転中心側に窪む溝を設け、該溝に挟まれた一磁極が外周方向に所定幅の凸形状となるように形成することで、コギングトルク或いはトルクリプルを低減することができるとするロータが開示されている。
【００２２】
図１７は、ＩＰＭモータの一般的なロータ形状（ａ）と、外周に溝を設けた従来例に係るロータ形状（ｂ）とを説明するための図である。ここで、ロータの形状を設計する際には、耐遠心力強度の観点から、ロータに埋設された永久磁石の外周側、特に、遠心力に伴う応力が集中する永久磁石の周方向端部の外周側に、該応力に耐え得る程度のロータコア幅を確保する必要がある。図１７（ａ）で示すＷは、そのロータコア幅を示している（以下、コア幅Ｗと呼ぶ）。図１７（ａ）で示す通り、環状のロータの外周に沿って埋設される矩形状（Ｉ型）の永久磁石は、該永久磁石の周方向端部に対向する位置にコア幅Ｗを確保することで、ｄ軸上における永久磁石の埋め込み深さＬが決定される。これを前提として、図１７（ｂ）で示す従来例に係るロータ形状について説明する。
【００２３】
従来例に係るロータ形状は、ロータに構成された磁極間、すなわちｑ軸上に溝が設けられていることを特徴とする。そうすると、図１７（ｂ）に示すように、永久磁石の周方向端部に対向する位置にコア幅Ｗを確保すると、溝が形成されていることで永久磁石をより回転中心側に配置する必要があるため、埋め込み深さは１．３Ｌとなる。そうすると、溝を設けた従来例では、溝が形成されていない一般的なロータ形状に比べて、永久磁石をより内周側に深埋めすることになるので、ステータに鎖交する磁石磁束が低減され、発生トルクが低下してしまう。
【００２４】
本願発明は、ロータ１の外周におけるｑ軸上に、外周面から回転中心側に向かって窪む溝を形成しつつも、トルクの低下を抑制し、且つ、トルクリプル或いはコギングトルクを低減することができる技術を提供することを目的とする。以下、本願発明に係る一実施形態の永久磁石式回転電機の詳細について説明する。
【００２５】
図１に戻って説明を続ける。先に述べたとおり、本実施形態に係るロータ１は、ｑ軸上に位置する外周面に、ロータ１の軸方向に沿って外周面から回転中心側に向かって窪むように形成された第１の溝Ｇ１と、第１の溝Ｇ１よりもｄ軸側の外周面に、第１の溝Ｇ１と連続して設けられ、ロータ１の軸方向に沿って外周面から回転中心側に向かって窪むように形成された第２の溝Ｇ２とを有する。そして、第１の溝Ｇ１と第２の溝Ｇ２は、第１の溝Ｇ１と、第１の溝Ｇ１と連続して設けられる第２の溝Ｇ２との間において、ロータ１の外周面がティース２の先端面に最も近くなる部分、換言すると、第１の溝Ｇ１と第２の溝Ｇ２との間において、ロータ１の径方向幅が最も大きい部分（以下、連接部９という）が、永久磁石３の周方向端部に対向する位置となるように形成される。このように、ロータ１には、永久磁石３の周方向端部に対向する外周位置の左右両側に、第１の溝Ｇ１と第２の溝Ｇ２とが形成されている。
【００２６】
図２は、第１の溝Ｇ１、第２の溝Ｇ２、および連接部９の形状を規定するのに用いる指標を説明するための図である。図中の点線はロータ１の仮想外周Ｃである。この仮想外周Ｃは、ロータ１の回転中心に対して、ロータ１のｄ軸上における最外周部（図中の点Ａ）を通る真円で表され、第１の溝Ｇ１、第２の溝Ｇ２、および連接部９の形状を規定するための基準となる。なお、仮想外周Ｃは、溝を形成しない場合におけるロータコア７の外径線と一致する線である。
【００２７】
第１の溝Ｇ１の深さは、ｄ１と定義される。ｄ１は、仮想外周Ｃから、第１の溝Ｇ１の最深部（回転中心に最も近い部分）までの長さを示す。
【００２８】
第２の溝Ｇ２の深さは、ｄ２と定義される。ｄ２は、仮想外周Ｃから、第２の溝Ｇ２の最深部までの長さを示す。
【００２９】
連接部９の深さは、ｄ３と定義される。ｄ３は、仮想外周Ｃから、連接部９においてティース２の先端面に最も近い部分までの長さを示す。ｄ３は、対遠心力強度を考慮して設定されている。
【００３０】
第１の溝Ｇ１、第２の溝Ｇ２、および連接部９をこのように定義すると、本実施形態におけるロータ１の形状は、以下を満たすように形成される。すなわち、第１の溝Ｇ１は、ｄ１≧ｄ３を満たすように形成される。そして、第２の溝Ｇ２は、ｄ２≧ｄ３を満たすように形成される。
【００３１】
図３は、図１７で示したＩＰＭモータの一般的なロータ形状（ａ）及び、外周に溝を設けた従来例に係るロータ形状（ｂ）と、本実施形態のロータ１の形状（ｃ）とを比較する図である。
【００３２】
図３（ｃ）で示すとおり、従来例では一つであった溝を、本実施形態では、連接部９を介して、第１の溝Ｇ１と第２の溝Ｇ２との二つに分けて形成する。そして、第１の溝Ｇ１と第２の溝Ｇ２は、連接部９が、ロータ１において永久磁石３の周方向端部に対向する位置となるように形成される。そうすると、耐遠心力強度の観点からは、連接部９においてコア幅Ｗを確保すればよいため、図３（ａ）、（ｂ）で示すコア幅Ｗを一定に確保したまま、永久磁石３を従来例と比べてより外周側に配置することができるので、該永久磁石３の埋め込み深さを小さくすることができる。なお、連接部９の深さｄ３は０であってもよいので、本実施形態の永久磁石３の埋め込み深さを、図３（ｃ）で示す１．１Ｌよりもさらに小さくすることも可能である（例えば１．０Ｌ）。
【００３３】
図４は、図３で示した本実施形態を含む三つのロータ形状それぞれの最大トルクを比較するための図である。各ロータ形状に係る最大トルクは、溝なしの形状（図３（ａ））に係る最大トルクを１００％とした場合の比率[％]で表される。図４で示す解析結果から分かるように、本実施形態のロータ形状によれば、従来例と比べてトルクを約１．２％増加させることができる。
【００３４】
次に、これまで説明したロータ１の形状を前提として、本実施形態に係るティース２の形状との関係に言及しつつ、ロータ１の形状のより細部を規定する。具体的には、トルクリプルの低減効果の観点から、ロータ１の外周面において、ｄ軸を挟んで隣り合う第２の溝Ｇ２の該ｄ軸側端部間の幅（凸部幅θ１）の適切な大きさを規定する。
【００３５】
図５は、凸部幅θ１、および、ティース２の先端部の幅θ２を説明するための図である。θ１は、ロータ１の外周においてｄ軸を挟んで隣り合う第２の溝Ｇ２のｄ軸側端部間の幅を電気角で表すものである。θ２は、ティース２の回転中心側の先端部分の周方向幅（先端幅）を電気角で表すものである。
【００３６】
図６は、有負荷時（通電時）において、ロータ１の凸部幅θ１と、ティース２の先端幅θ２をそれぞれ変化させたときのトルクリプル解析値を表した図である。横軸に、ロータ１の凸部幅θ１[°]を示し、縦軸にティース２の先端幅θ２[°]を示す。図中に表される等高線で区切られた各エリアａ〜ｇはトルクリプルの大きさで区画されており、ａで示すエリアのトルクリプルが最も小さく、ｇで示すエリアのトルクリプルが最も大きい。
【００３７】
図６の解析結果から、ティース２の先端幅θ２の大きさによらず、凸部幅θ１を小さくするほどトルクリプルを低減できていることがわかる。この解析結果より、本実施形態における第２の溝Ｇ２は、ロータ１の凸部幅θ１が、θ１＜７５°を満たすように形成される。ロータ１の凸部幅θ１の大きさをこのように規定することにより、トルクの低下を伴うことなくトルクリプルを低減することができる。
【００３８】
次に、コギングトルクの低減効果の観点から、ロータ１の凸部幅θ１[°]、および、ティース２の先端幅θ２[°]を規定する。その前提として、ティース２の先端幅θ２とコギングトルクには、図７で示すような相関関係がある。
【００３９】
図７は、ティース２の先端幅θ２とコギングトルクとの関係を示した図である。横軸は、ティース２の先端幅θ２[°]を示し、縦軸はコギングトルクの振幅（ピークトゥピーク）の大きさを示している。図７の解析結果から分かるとおり、コギングトルクは、ティース２の先端幅θ２の大きさによって大きく変化し、θ２＝９２°において最も小さくなる。この解析結果を前提として、コギングトルクの低減効果の観点から、ロータ１の凸部幅θ１及びティース２の先端幅θ２の適切な電気角幅[°]を規定する。
【００４０】
図８は、無負荷時（非通電時）において、ロータ１の凸部幅θ１と、ティース２の先端幅θ２をそれぞれ変化させたときのコギングトルク解析値を表した図である。横軸に、ロータ１の凸部幅θ１[°]を示し、縦軸にティース２の先端幅θ２[°]を示す。図中に表される等高線で区切られた各エリアａ〜ｈはコギングトルクの大きさで区画されており、ａで示すエリアのコギングトルクが最も小さく、ｈで示すエリアのコギングトルクが最も大きい。
【００４１】
図８の解析結果から、コギングトルクの大小は、凸部幅θ１および先端幅θ２の双方に対して相関関係があることがわかる。すなわち、コギングトルクの低減効果の観点からロータ１の最適な形状を設計する際には、凸部幅θ１だけではなく、ロータ１の凸部幅θ１およびティース２の先端幅θ２の双方を考慮する必要がある。
【００４２】
したがって、本実施形態にかかる凸部幅θ１および先端幅θ２は、図８の解析結果から導かれる比較的高いコギングトルクの低減効果を示す範囲に規定される。すなわち、凸部幅θ１はθ１＞５２°を満たすように形成され、先端幅θ２は、８７°＜θ２＜９８°を満たすように形成される。これにより、ロータ１とステータ５とで構成される回転電機において、コギングトルクの低減効果を確実に得ることができる。
【００４３】
さらに、図６で示した、ロータ１の凸部幅θ１に基づくトルクリプルの低減効果も考慮して、凸部幅θ１を、５２°＜θ１＜７５°を満たすように形成することで、本実施形態に係る永久磁石式回転電機において、トルクリプルとコギングトルクの双方共を確実に低減することが可能となる。なお、上記規定範囲は、図８中の太枠内に基づくものである。
【００４４】
次に、本願発明に特徴的なティース２の先端部の形状について説明する。本実施形態にかかるティース２は、ティース２の先端部の周方向両端に切り欠き１０を有する。
【００４５】
図９は、切り欠き１０の形状を説明するための図である。図で示すように、切り欠き１０は、ティース２の先端部の周方向両端に、ティース２の先端部を周方向中心側から周方向端部に向けて削ぐように形成される。そして、コギングトルクの低減効果の観点から、ティース２の先端部両端に形成された各切り欠き１０の最適な周方向長さを規定することができる。
【００４６】
以下では、切り欠き１０の周方向長さを、図９で示すように、切り欠き１０のティース２の周方向中心側の端部間の電気角幅（ティース凸部幅θ３）で規定する。
【００４７】
図１０は、無負荷時（非通電時）において、ティース凸部幅θ３を変化させたときのコギングトルク解析値を表した図である。横軸にティース凸部幅θ３[°]を示し、縦軸にコギングトルクの振幅の大きさを示す。図のほぼ中央に横に引かれた点線は、ティース先端幅θ２とティース凸部幅θ３が一致した点、すなわち切り欠き１０を形成しない場合のコギングトルクの大きさを示している。図１０の解析結果から、ティース凸部幅θ３の大きさによってコギングトルクは大きく変化することが分かる。そして、切り欠き１０を、ティース凸部幅θ３が電気角４６°より大きくなるように形成することで、コギングトルク低減効果を得ることができることが分かる。なお、ティース凸部幅θ３＝６１°で、最も高いコギングトルク低減効果を得ることができる。
【００４８】
したがって、本実施形態におけるティース２の先端部両端には、ティース凸部幅θ３＞４６°を満たすように切り欠き１０が形成される。これにより、ロータ１との相対位置関係において、ティース２に切り欠き１０を形成しない場合よりも、コギングトルクをさらに低減することができる。
【００４９】
次に、本実施形態のロータ１に形成される第２の溝Ｇ２の深さｄ２を、ロータ１とステータ５との間に設けられるギャップ６のギャップ幅ｄｇとの関係から規定する。なお、ギャップ幅ｄｇは、図２に示すように、ティース２の先端面からロータ１の仮想外周Ｃまでの距離とする。
【００５０】
図１１は、無負荷時および有負荷時において、ギャップ幅ｄｇを一定とし、第２の溝Ｇ２の深さｄ２を変化させたときのコギングトルク（無負荷時）およびトルクリプル（有負荷時）の解析値を示す図である。横軸は、ギャップ幅ｄｇに対する第２の溝Ｇ２の深さｄ２の割合を示し、縦軸はトルクリプルおよびコギングトルクの振幅の大きさを、ｄ２＝０、すなわち第２の溝Ｇ２を形成しない場合を１００％としたときの割合で示す。
【００５１】
図１１の解析結果から、ｄ２／ｄｇ＞０．４、すなわち、第２の溝Ｇ２の深さｄ２をギャップ幅ｄｇの４割以上とすることで、第２の溝Ｇ２を形成しない場合に比べてコギングトルクを大幅に低減できることが分かる。また、ｄ２／ｄｇ＞０．４を満たすことで、有負荷時におけるトルクリプルも少なくとも２割以上低減できていることが分かる。
【００５２】
したがって、本実施形態における第２の溝Ｇ２の深さｄ２は、ｄ２／ｄｇ＞０．４を満たすように形成される。これにより、第２の溝Ｇ２を設けないロータ形状に比べて、コギングトルクおよびトルクリプルを大幅に低減することが可能となる。
【００５３】
以上、一実施形態に係る永久磁石式回転電機は、環状の基部（ステータコア８）から径方向内側に突出して形成されたティース２を複数有するステータ５と、永久磁石３により構成された磁極を複数有するロータ１とを備える。ロータ１は、一磁極が構成するｄ軸と電気的に直交するｑ軸上における外周に、ロータ１の軸方向に沿って形成された第１の溝Ｇ１と、第１の溝Ｇ１よりもｄ軸側における外周に、第１の溝Ｇ１に連続して設けられ、ロータ１の軸方向に沿って形成された第２の溝Ｇ２とを有する。そして、ロータ１の回転中心に対して、ロータ１のｄ軸上における最外周部を通る真円をロータ１の仮想外周Ｃとし、第１の溝Ｇ１における最深部の仮想外周Ｃからの深さをｄ１とし、第２の溝Ｇ２における最深部の仮想外周Ｃからの深さをｄ２とし、第１の溝Ｇ１と第２の溝Ｇ２との間において、ティース２の先端面に最も近い部分（連接部９）における仮想外周Ｃからの深さをｄ３とした場合に、第１の溝Ｇ１は、ｄ１≧ｄ３を満たすように形成され、第２の溝Ｇ２は、ｄ２≧ｄ３を満たすように形成される。これにより、耐遠心力強度の観点から必要なコア幅Ｗを確保しつつ、永久磁石３の埋め込み深さを小さくすることができ、従来例に比べてトルクを増加させることができる。
【００５４】
また、一実施形態に係る永久磁石式回転電機によれば、ｄ軸を挟んで隣り合う第２の溝Ｇ２のｄ軸側端部間の幅を電気角でθ１とした場合に、第２の溝Ｇ２は、θ１＜７５°を満たすように形成される。これにより、ティース２の先端部幅によらず、トルクリプルを低減させることができる。
【００５５】
また、一実施形態に係る永久磁石式回転電機によれば、ｄ軸を挟んで隣り合う第２の溝Ｇ２の該ｄ軸側端部間の幅を電気角でθ１とし、ティース２の先端部における周方向幅を電気角でθ２とした場合に、第２の溝Ｇ２は、θ１＞５２°を満たすように形成され、ティース２の先端部は、８７°＜θ２＜９８°を満たすように形成される。ロータ１の凸部幅θ１とティース２の先端幅θ２をこのように規定することで、トルクの低下を伴わずにコギングトルクを確実に低減させることができる。
【００５６】
また、一実施形態に係る永久磁石式回転電機によれば、ティース２の先端部の周方向両端にティース２先端の周方向中心側から端部に向けて形成された切り欠き１０を有しており、ティース２の先端部において切り欠き１０の該ティース２先端の周方向中心側の端部間の幅を電気角でθ３とした場合に、切り欠き１０は、θ３＞４６°を満たすように形成される。これにより、コギングトルクをさらに低減させることができる。
【００５７】
また、一実施形態に係る永久磁石式回転電機によれば、ティース２の先端面と、ｄ軸上におけるロータ１の外周との間のギャップ幅をｄｇとした場合に、第２の溝Ｇ２は、ｄ２／ｄｇ＞０．４を満たすように形成される。これにより、無負荷時におけるコギングトルクを大幅に低減させるとともに、有負荷時のトルクリプルを低減させることができる。
【００５８】
以下では、これまで説明した一実施形態に係る特徴を備えた変形例を図１２〜図１５を参照して提示する。
【００５９】
−変形例１−
図１２は、変形例１のロータ形状を説明するための図である。変形例１では、第２の溝Ｇ２が複数の溝で構成される。なお、第２の溝Ｇ２を複数の溝で構成する場合は、ロータ１の凸部幅θ１を規定する際の第２の溝Ｇ２のｄ軸側端部は、図中の点Ｂとする。このように、本願発明にかかる第２の溝Ｇ２は、一つに限らず、２つ以上の複数の溝で構成されてもよい。
【００６０】
−変形例２−
図１３は、変形例２のロータ形状を説明するための図である。変形例２では、２枚の永久磁石３をＩ型に配置することで一磁極を構成する。このように、本願発明にかかる一磁極は、一枚の永久磁石により構成されるのに限定されず、複数の永久磁石により構成されてもよい。
【００６１】
−変形例３−
図１４は、変形例３のロータ形状を説明するための図である。変形例３では、２枚の永久磁石がロータ１の外周側に開口するような略Ｖ字形状に配置される。このように、本願発明にかかる永久磁石の配置は、必ずしもＩ型にする必要はなく、Ｖ字形状であってもよい。永久磁石３をＶ字形状に配置した場合、第１の溝Ｇ１と第２の溝Ｇ２は、第１の溝Ｇ１と第２の溝Ｇ２との間の連接部９が、一磁極を構成する永久磁石３の周方向端部の最外周部位に対向する位置となるように形成される。なお、図１５に示すように、Ｖ字形状に配置された２枚の永久磁石よりも外周側に、さらにもう一枚の永久磁石３を配置して、略三角形に配置された３枚の永久磁石により一磁極を構成してもよい。
【００６２】
本発明は、上述した一実施形態および変形例に限定されることはなく、更なる変形や応用が可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１…ロータ
２…ティース
３…永久磁石
５…ステータ
６…ギャップ
８…基部（ステータコア）
【図１】
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【図２】
0006507956.tif 000003
【図３】
0006507956.tif 000004
【図４】
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【図５】
0006507956.tif 000006
【図６】
0006507956.tif 000007
【図７】
0006507956.tif 000008
【図８】
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【図９】
0006507956.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0006507956.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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