(57)【要約】  集中巻のモータにおいて、高速回転時に発生する永久磁石の渦電流損を抑制し、かつ磁石の耐遠心力強度を確保可能な回転電機の提供。ティース部の周方向の幅をαとし、回転子の回転中心から永久磁石の両端の回転子表面側の角部それぞれを直線で結び、ｑ軸側の２本の直線の角度をβとする時、α＞βであり、第１のブリッジ部の最小幅をγ、フラックスバリアのｑ軸の最小幅をδとする時、γ＞δである。回転電機。
2017061244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と回転子とを備え、
前記固定子は、円環状のコアバック部と、前記コアバック部から前記回転子に向かって延びており固定子巻線が巻回されているティース部とを含み、
前記回転子は、磁性材料からなる回転子コアと、該回転子コアに支持されている永久磁石とを含み、
前記ティース部の周方向の幅をαとし、前記回転子の回転中心から前記永久磁石の両端の回転子表面側の角部それぞれを直線で結び、前記永久磁石のＮ極同士の中心をｄ軸とし、Ｎ極とＳ極の中心をｑ軸とし、ｑ軸側の２本の前記直線の角度をβとする時、
α＞βであり、
前記回転子コアにおける前記永久磁石の周方向両端部には、フラックスバリアが設けられ、
前記回転子コアは、前記フラックスバリアと回転子表面との間に第１のブリッジ部を有し、
前記第１のブリッジ部の最小幅をγ、前記フラックスバリアのｑ軸の最小幅をδとする時、
γ＞δである、
回転電機。
【請求項２】
前記永久磁石は長方形状であり、
前記永久磁石の両端部の回転子表面側には、前記フラックスバリアが設けられ、前記永久磁石の両端部の内径側には、磁束変動抑制穴が設けられており、
前記フラックスバリアと前記磁束変動抑制穴との間には、前記永久磁石の短辺を保持可能な直線部が設けられている、
請求項１の回転電機。
【請求項３】
q軸上の前記フラックスバリア間のブリッジ部のうち回転子表面に近い側を第２ａのブリッジ部とし、回転子表面から遠い側を第２ｂのブリッジ部とし、前記第２ａのブリッジ部の幅をＬａとし、前記第２ｂのブリッジ部の幅をＬｂとする時、
Ｌａ＜Ｌｂである、
請求項２の回転電機。
【請求項４】
前記永久磁石が１極あたり複数に分割され、ｑ軸に最も近い前記永久磁石において、ｑ軸側に近い磁石の短絡磁気抵抗が、ｑ軸側から遠い磁石の磁気抵抗よりも大きい、
請求項２または３の回転電機。
【請求項５】
極間部における前記永久磁石の極間部内径角部に、前記回転子コアよりも透磁率の小さい磁気抵抗部材を設け、
前記磁気抵抗部材の長辺方向の幅をａとし、前記回転子コアの飽和磁化をＭとし、かつ、前記永久磁石の動作温度の最小値をＴ１、動作温度の最大値をＴ２とし、
前記永久磁石は、温度の上昇とともに残留磁束密度が低下し、かつ前記永久磁石の動作温度が最小値のときの残留磁束密度をＢ１、前記永久磁石の動作温度が最大値の時の残留磁束密度をＢ２とする時、
Ｍ×γ／Ｂ１＜ａ＜Ｍ×γ／Ｂ２（ただし、Ｂ１＞Ｂ２）である、
請求項１〜４の何れか一項の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド自動車等の電動化車両用のモータでは、モータの回転数が１０，０００ｒ／ｍｉｎ以上の高速回転で駆動するため、回転子に永久磁石を用いる場合に耐遠心力強度に対して磁石保持可能な磁石埋め込み型の永久磁石モータが提案されている（特許文献１〜３）。また、電動化車両用モータの永久磁石はネオジムを主成分とする磁石を使用しており、高速回転時に磁石の発熱が問題となる。【０００３】
ここで、特許文献１には、回転子の磁石配置がＶ型の形状であり、永久磁石の周方向両側にフラックスバリアが設けられ、かつ磁石の内周角部両端にも隙間が設けられており、軸方向から磁石の隙間およびフラックスバリアに空気が流し込まれて永久磁石の発熱を奪い、軸方向端部のフィンで熱交換する構造が提案されている。【０００４】
また、特許文献２には、回転子の磁石配置がＶ型の形状で、永久磁石の内周側もしくは外周側に冷却用の通風路が設けられた構成が記載されている。【０００５】
さらに、特許文献３には、回転子の磁石配置がＶ型の形状で、永久磁石の周方向両端部にフラックスバリアが設けられており、かつ永久磁石の内周側にも隙間が設けられ、フラックスバリアおよび隙間には、磁石固定のためのモールド材が設けられており、また極間部にスリットが設けられ、スリットとフラックスバリア間のブリッジ部の熱応力を緩和した構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−０８７０７７号公報
【特許文献２】特開２００７−１０４８８８号公報
【特許文献３】特開２０１５−５３８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電気自動車やハイブリッド車等においては、モータが高回転で駆動するため、永久磁石の発熱の抑制と回転子の耐遠心力強度を満足する必要があり、上述した特許文献１〜３では、永久磁石を冷却方法に関して記載しているが、熱交換がしにくいモータ軸寸法が長いモータでは、上記の課題を解決できない。【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、集中巻のモータにおいて、高速回転時に発生する永久磁石の渦電流損を抑制し、かつ磁石の耐遠心力強度を確保可能な回転電機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】
【０００９】
上述した目的を達成するため、本発明の回転電機は、固定子と回転子とを備え、前記固定子は、円環状のコアバック部と、前記コアバック部から前記回転子に向かって延びており固定子巻線が巻回されているティース部とを含み、前記回転子は、磁性材料からなる回転子コアと、該回転子コアに支持されている永久磁石とを含み、前記ティース部の周方向の幅をαとし、前記回転子の回転中心から前記永久磁石の両端の回転子表面側の角部それぞれを直線で結び、前記永久磁石のＮ極同士の中心をｄ軸とし、Ｎ極とＳ極の中心をｑ軸とし、ｑ軸側の２本の前記直線の角度をβとする時、α＞βであり、前記回転子コアにおける前記永久磁石の周方向両端部には、フラックスバリアが設けられ、前記回転子コアは、上記フラックスバリアと上記回転子表面との間に第１のブリッジ部を有し、前記第１のブリッジ部の最小幅をγ、前記フラックスバリアのｑ軸の最小幅をδとする時、γ＞δである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高速回転時の磁石の耐遠心力に対する強度を第１のブリッジ部で保持するとともに、磁石端部における短絡磁気抵抗を第２のブリッジ部で抑制することで、永久磁石の漏れ磁束はほとんどＮ極から第１のブリッジ部を通り、Ｓ極に入り、回転子の内周部からＮ極に戻る構成となる。したがって、Ｎ極から第１、第２のブリッジ部を通り、Ｎ極の回転子内周側の漏れ磁束経路を抑制でき、漏れ磁束による磁気抵抗の変動を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における固定子、回転子の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における回転子の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における固定子、回転子の拡大図である。
【図４】本発明の実施の形態１における回転子の極間部の第１、第２の漏れ磁束経路図である。
【図５】本発明の実施の形態１における固定子、回転子の回転方向と第３の漏れ磁束経路図である。
【図６】本発明の実施の形態１における固定子のＵ相巻線の磁極の時間推移を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１における回転子に埋め込まれた永久磁石の磁石渦電流損失の時間推移を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１における固定子、回転子の永久磁石の磁石渦電流損失が最小時の回転方向位置関係図である。
【図９】本発明の実施の形態１における固定子のＵ、Ｖ、Ｗ相巻線における磁極の時間推移を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１における回転子の第１、第２ブリッジ部の詳細図である。
【図１１】本発明の実施の形態１における回転子の第１、第２ブリッジ部の寸法とトルク／磁石の渦電流損失の関係図である。
【図１２】本発明の実施の形態１における永久磁石の磁石温度と残留磁束密度の関係図である。
【図１３】本発明の実施の形態１における回転子の第１、第２ブリッジ部の寸法と最大応力の関係図である。
【図１４】本発明の実施の形態２における、回転子のトルクと磁石の渦電流損失との関係につき、磁束抑制穴の有無の依存性を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態２における回転子の磁束抑制穴拡大図である。
【図１６】本発明の実施の形態３における回転子のフラックスバリアと磁束抑制穴拡大図である。
【図１７】本発明の実施の形態４における回転子の第４の漏れ磁束の経路図である。
【図１８】本発明の実施の形態４における永久磁石がＵ型形状の場合における固定子、回転子の断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態４における永久磁石が２分割の場合における固定子、回転子の断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態５における回転子の第１、第２ブリッジ部の詳細図である。
【図２１】本実施の形態５に関し、磁石の渦電流損失あたりのトルクについて示すグラフである。
【図２２】本実施の形態５に関し、回転子の遠心力強度について比較したグラフである。
【図２３】本実施の形態５に関し、磁石の渦電流損失あたりのトルクを耐遠心力強度で規格化して示すグラフである。
【図２４】本発明の実施の形態６における回転子のｑ軸部分における第１の漏れ磁束の経路の拡大図である。
【図２５】本発明の実施の形態１〜６と特許文献３との最大応力の比較図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。
【００１３】
実施の形態１．
本実施の形態１の永久磁石を用いた集中巻の回転電機は、固定子と回転子とを備える。本実施の形態１における、固定子１と回転子１１の断面図を図１に示す。図１において、固定子は、円環状のコアバック部と、そのコアバック部から回転子に向かって凸状のティース部を有しており、上記ティース部には固定子巻線が巻回されている。固定子コア２は、内径側の凸状のティース部３が１８本と、円環状のコアバック部４とで構成されている。各々のティース部３には巻線が施されている（図示せず）。また、巻線の相順は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に、反時計まわりに巻線が施されている。
【００１４】
次に、回転子１１の断面図を図２に示す。回転子は、固定子１の内径側に配置されており、四辺形状の永久磁石と、前記永久磁石が埋め込まれた磁性材料からなる回転子コアとを備える。すなわち、具体的には、回転子１１は、回転子コア１２と、回転子コア１２に埋め込まれた２４個の永久磁石１３と、内径側の回転軸１６とで構成され、永久磁石の両端にはフラックスバリア１４が設けられている。ここで、永久磁石１３はネオジム磁石の略長方形形状であり、１極あたり２個で構成され回転子外周に向かってＶ型で配置されている。なお、図中に示すＮ、Ｓはそれぞれ磁石の極を示しており、Ｎ極の磁束の方向は回転子外周に向かう方向、Ｓ極の磁束の方向は回転子外周から内周に向かう方向で示している。さらに、極間部（Ｎ極とＳ極の境目）における永久磁石１３の内径側には、磁束変動抑制穴１５が設けられている。
【００１５】
固定子コア２と回転子コア１２の拡大図を図３に示す。ここで、磁石のＮ極の中心部をｄ軸、Ｎ極とＳ極の極間部をｑ軸と定義する。以下、ｄ軸、ｑ軸を用いて説明する。図３において、固定子コア２のティース部３の内径側の角度をαとし、回転子コア１２に埋め込まれている永久磁石１３のＶ型の極間部における外周側の角度をβとする。すなわち、固定子のティース部の周方向の幅をαとし、回転子の回転中心から永久磁石の両端の回転子表面側の角部それぞれを直線で結び、永久磁石のＮ極同士の中心をｄ軸とし、Ｎ極とＳ極の中心をｑ軸とし、ｑ軸側の２本の前記直線の角度をβとする時、α＞βとなっている。集中巻のモータにおいては、トルクの主要因が永久磁石によって発生するマグネットトルクが主体であるため、トルクを発生させるためには永久磁石の幅を大きくする、つまりβを小さくする必要があり、ティース部先端幅αよりも回転子の極間部の外周側角度βの方が小さくなる（α＞β）。
【００１６】
また、回転子コアにおける永久磁石の周方向両端部には、永久磁石の磁束短絡を防止するためのフラックスバリアが設けられ、回転子コアは、フラックスバリアと回転子表面との間に第１のブリッジ部を有し、第１のブリッジ部の最小幅をγ、上記フラックスバリアのｑ軸の最小幅をδとする時、γ＞δであり、回転子コアにおけるｑ軸上の回転子表面からδの径方向位置までは、磁性材料からなり、すなわち、いわゆるスリット等の中空領域が設けられていない。これにつき、図を参照してさらに説明する。
【００１７】
図３のようなティース部幅αと磁石幅の関係において、まず無負荷時の磁石の漏れ磁束を図４に示す。図４に示すように、無負荷時においてはＮ極の永久磁石１３から回転子磁石の表面の第１のブリッジ部１７を通り、Ｓ極の永久磁石１３から回転子コア１２を通ってＮ極に戻る第１の漏れ磁束の経路２１と、Ｎ極の永久磁石１３から第１のブリッジ部１７、第２のブリッジ部１８を通りＮ極の永久磁石に戻る第２の漏れ磁束の経路２２とが存在する。第２の漏れ磁束の経路についてはＳ極についても同様である。
【００１８】
次に、弱め磁束制御時におけるトルクに寄与しない漏れ磁束の経路を図５に示す。ここで弱め磁束制御とは、永久磁石の磁束の向きと反対方向の磁束を固定子のコイルで作ることであり、モータのトルク印加時において用いられる制御を示している。この弱め磁束制御の場合は、例えばＵ相巻線で作る磁束がＮ極とＳ極との間に来た時（磁束が０の場合：極間部）、つまり、図６の破線部の時刻の時に、回転子１１のＮ極の永久磁石１３とＳ極の永久磁石１３の極間部がＵ相のティース部３の中心より回転方向２４に対して進み側になる。
【００１９】
この時の漏れ磁束の経路として、図４で示した無負荷時の第１の漏れ磁束の経路と第２の漏れ磁束の経路に加えて、Ｎ極の永久磁石１３から回転子と固定子の空隙部２０を通り、固定子のティース部３の先端部を周方向に鎖交し、さらに空隙部２０からＳ極の永久磁石１３を通って回転子コア１２からＮ極の永久磁石１３に戻る第３の漏れ磁束の経路２３が存在する。これは、Ｕ相のティース部３がＮ極とＳ極の極間部になっているため、回転子１１からみると、ティース部３が励磁されていないため、磁束が通りやすくなってしまう。このようなことがＶ相、Ｗ相のティース部の磁束が無くなる付近（各相２回の計６回）で発生する。
【００２０】
ここで、弱め磁束制御時における永久磁石１３の磁石渦電流損失を磁界解析した結果を図７に示す。なお、回転位置に伴い永久磁石１３の磁石渦電流損失は変化するため、図７には、永久磁石の渦電流が大きい場合、小さい場合の２条件について固定子のＵ相が作る磁束、回転子位置を示している。
【００２１】
図７においては、電気角１周期あたりの磁石の渦電流損失の変動を示しており、図５で示した位置関係の時に磁石の渦電流損失が最も大きく、電気角１回転あたり、６山の波形となる。
【００２２】
また、図８には、磁石の渦電流損失が最小の位置における回転子と固定子の位置関係を示している。このときのＵ相、Ｖ相、Ｗ相は図９に示す破線の時刻ｔ２における磁極となる。図８を見てみると、図５の場合には、Ｕ相が極間であったため磁束が通りやすくなるが、図８の回転位置になると回転子１１の極間部がティース部間の空隙部（スロット部分）となるため、磁気抵抗が大きくなり、図５で示したような漏れ磁束はほとんどなくなる。したがって、無負荷時と同様の漏れ磁束の経路が２箇所となり、永久磁石１３からみると磁束の変動が抑制されており渦電流損失が少なくなる。
【００２３】
これまでは、磁石の渦電流損の発生要因と、回転子および固定子の位置関係とから、渦電流損の大小が存在することを示してきた。ここからは、磁石の渦電流損失の低減方法について述べる。まず図１０に示すように、第１のブリッジ部１７の最小幅をγ、第２のブリッジ部１８の最小幅をδとおく。この時、γとδの関係を、（１）δ＝１．１８γ、（２）δ＝γ、（３）δ＝０．７６γ、（４）δ＝０．３８γの４条件の場合における永久磁石１３の磁石の渦電流損失あたりのトルクを磁界解析によって求めた結果を図１１に示す。ここで、（４）の条件においては、第２ブリッジ部の厚さがコアの板厚とほぼ同等の厚さを示している。なお、磁石の発熱量の算出については、一例であるが回転数１０，０００ｒ／ｍｉｎ回転時の解析結果を用いた。
【００２４】
図１１に示すように、第２ブリッジ部の幅がγより狭くなるにつれて、磁石の渦電流損失あたりのトルクが大きくなっていることがわかる。つまり、第２ブリッジ部を狭くすることで少ない磁石の発熱量で高トルクが出ていることを示している。一方、第２ブリッジ部がγより大きい場合には、磁石の渦電流損失あたりのトルクはほぼ一定である。
【００２５】
さらに、δ＝γの場合に、磁石発熱によって磁石温度が周囲温度から１００度上昇した場合を想定する。なお、磁石の発熱温度が１００度上昇する時の条件はトルク、回転数によって変化するため仮定の条件で示している。この場合でδ＝０．７６γの場合は、磁石の渦電流損あたりのトルクがδ＝γの場合と比べ１．１３倍のため、８８．５度の温度上昇、δ＝０．３８γの場合、磁石の渦電流損あたりのトルクが１．３１倍のため、７６．３度の温度上昇となる。
【００２６】
また、ネオジム磁石の温度と残留磁束密度の関係を図１２に示す。図１２に示したように、ネオジム磁石の残留磁束密度の温度係数は−０．１〜−０．２％／℃であり、高温になるほど残留磁束密度が低下する特性を有している。したがって、磁石温度を同一とする場合、δ＝０．７６γ、δ＝０．３８γの場合は、磁石の温度がδ＝γの場合よりも低くなるため、トルクをさらに向上でき、図１１で示してきた差よりも大きくなり、高速回転時のトルクを向上することができる。
【００２７】
また、図１１の条件における回転子の耐遠心力強度、つまり回転子のブリッジ部にかかる主応力を解析した結果を図１３に示す。同図において、第２ブリッジ部の幅が狭くなると、回転子の耐遠心力を保持するためのブリッジ部の分担が磁石の極間部にあたる第１ブリッジ部で負担するため、主応力の最大値は第２ブリッジ部を狭くすることで大きくなるが２％弱である。したがって、磁石の渦電流損と回転子の耐遠心力強度の両立のためには、コアの打ち抜きの制約上を考慮すると第２ブリッジ部の最小幅γを板厚以上でδより小さくすることが望ましい。
【００２８】
なお、実施の形態１では、極数とスロット数の比が２：３の場合について示したが、極数とスロット数の比が４：３の場合や、極数とスロット数の比が９±１：９、１２±２：１２の場合においても同様の効果を有する。
【００２９】
また、フラックスバリアについては、本実施の形態１では、空隙部を想定しているが、エポキシ等の樹脂でフラックスバリアが埋め込まれた場合でも同様の効果を有する。
【００３０】
さらに、永久磁石の種類について、ネオジム磁石と同様に磁石の抵抗率が小さい金属性のサマリウムコバルト磁石でも同等の効果を有する。
【００３１】
このように本実施の形態１によれば、集中巻のモータにおいて、磁石の渦電流損失を抑制と高速回転時においても遠心力に対する強度の両立を実現することができる。
【００３２】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。なお、本実施の形態２は、以下に説明する以外の内容については、上述した実施の形態１と同様であるものとする。本発明の実施の形態２における、永久磁石１３の極間部内周部に設けた磁束変動抑制穴１５の有無における磁石渦電流損失あたりのトルクを図１４に示す。なお、磁束変動抑制穴１５は空隙もしくは、エポキシ等の樹脂で覆われており、磁石の磁束短絡を抑制するため非磁性体で構成されている。また、第２ブリッジ部の幅はδ＝１．１８γの場合について記載している。
【００３３】
図１４に示すように、磁束変動抑制穴１５を設けることで、磁石の渦電流損失あたりのトルクは１．２倍に増加していることがわかる。また、実施の形態１で示した回転子の耐遠心力強度については、第２ブリッジ部の幅が同等のため磁束変動抑制穴１５を設けても応力は増加しない。
【００３４】
ここで、永久磁石の渦電流損失低減について図４を用いて説明する。永久磁石の漏れ磁束は、第１の漏れ磁束の経路２１と第２の漏れ磁束の経路２２の２種類が存在していることは実施の形態１において説明しているが、磁石角部に磁束変動抑制穴１５を設けると、第１および第２の漏れ磁束の経路の磁気抵抗が増加するため、永久磁石１３からみると磁束の変動が抑制される。つまり、永久磁石１３の磁束の変動によって発生する磁石渦電流損失が低減される。
【００３５】
また、永久磁石１３の極間部周方向内周部に磁束変動抑制穴１５を設けているが、これは、第１および第２の漏れ磁束の経路は、図４に示したように永久磁石１３の長辺方向の端部を通る経路となるため、磁束変動抑制穴１５は磁石角部に設ける必要がある。さらに、磁束変動抑制穴１５については、永久磁石１３の角部よりも極間部に張り出している形状を示している。これは、永久磁石１３の角部を通る磁束変動をより抑制できるためである。なお、実施の形態２では、磁束変動抑制穴１５について空隙とした場合に、永久磁石の冷却用の穴と共用してもよい。
【００３６】
実施の形態２では、磁束変動抑制穴１５を略円形で示してきたが、図１５のように極端にｑ軸近傍迄あけても問題ない。この場合、耐遠心力強度に関して課題となる可能性があるが、耐遠心力強度に関しては、図１５のようにｑ軸近傍迄磁束変動抑制穴を設けた場合でも応力はほとんど増大しない。これは、第１のブリッジ部で発生する応力が主に曲げ方向の応力がかかるため、ｑ軸部に構造部材があれば曲げ強度を吸収できるためである。したがって、本構造の場合、ｑ軸には構造部材が必要となる。
【００３７】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。なお、本実施の形態３は、以下に説明する以外の内容については、上述した実施の形態１または２と同様であるものとする。
【００３８】
本発明の実施の形態３における、永久磁石１３、回転子コア１２、フラックスバリア１４、磁束変動抑制穴１５の位置関係の詳細図を図１６に示す。同図において、永久磁石は略長方形状であり、永久磁石の両端部の回転子表面側（永久磁石における、回転子の外周表面側の長辺の端部側）には、フラックスバリア１４が設けられ、永久磁石の両端部の内径側（永久磁石における、回転子の回転中心側の長辺の端部側）には、磁束変動抑制穴１が設けられている。さらに、フラックスバリア１４と磁束変動抑制穴１５との間には、永久磁石の形状に沿った磁石位置決め部３１（直線状）を有した構造である。この場合、永久磁石１３の磁石渦電流損および耐遠心力強度については、実施の形態１および２に示してきたのと同様であるが、さらに、永久磁石１３の短辺を直線部に接触させることで永久磁石の周方向および径方向の位置決めが容易となり、永久磁石１３の挿入位置による磁束量のばらつきを抑制できる。
【００３９】
なお、磁石位置決め部３１の設ける位置については、磁石の短辺の中心よりも内径側に作ることが望ましい。これは、第１のブリッジ部にかかる応力低減のため、第１のブリッジ部のフラックスバリアの形状を円弧形状にするが、位置決め部を外周側に持ってくると円弧の半径を小さくなり、第１のブリッジ部の応力が大きくなるのを防ぐためである。
【００４０】
実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について説明する。なお、本実施の形態４は、以下に説明する以外の内容については、上述した実施の形態１〜３のいずれかと同様であるものとする。
【００４１】
本発明の実施の形態４における、永久磁石１３、回転子コア１２、フラックスバリア１４、磁束変動抑制穴１５、第１のブリッジ部１７、第２のブリッジ部１８、第３のブリッジ部１９の位置関係を図１７に示す。同図において、一極の永久磁石は、実施の形態１，２と同様にＶ型の形状である。また、第３のブリッジ部における第４の漏れ磁束の経路４１についても併記する。
【００４２】
ここで、第３のブリッジ部においては、永久磁石１３が回転子内部に深く埋め込まれているため、実施の形態１で示してきたように固定子のティース部３およびティース部間のスロット部が第３のブリッジ部の径方向側を通過するときでも磁束の変動はほとんど発生しない。また、第３のブリッジ部はＶ型の場合極中心であるため、例えば、磁石の磁束が第３のブリッジ部の周方向両側で同じ極の磁束を発生している。したがって、第３のブリッジ部における磁石からの要因で発生する磁束の変動も少ない。したがって、漏れ磁束の経路として遮断する必要があるのは、実施の形態１で示してきたように極間部（第２の漏れ磁束の経路２２）であり、第４の漏れ磁束の経路４１を遮断するよりも第２の漏れ磁束の経路２２を遮断する方が、磁石の渦電流損失増大には効果的である。つまり極間部（ｑ軸近傍）の磁気抵抗を磁極中心部（ｑ軸から遠い）の磁気抵抗よりも増加させることで効果的に磁石の渦電流損失を抑制できる。
【００４３】
なお、本実施の形態４では、磁石形状が１極あたり２個のＶ型形状を示してきたが、図１８の磁石が１極あたりの３個のＵ型形状や図１９の２個分割の平板形状を平行に並べた配置でも同様の効果を有する。
【００４４】
実施の形態５．
次に、本発明の実施の形態５について説明する。なお、本実施の形態５は、以下に説明する以外の内容については、上述した実施の形態１〜４のいずれかと同様であるものとする。
【００４５】
本発明の実施の形態５における永久磁石１３、回転子コア１２、フラックスバリア１４、磁束変動抑制穴１５、第１のブリッジ部１７、第２ａのブリッジ部５１、第２ｂのブリッジ部５２の位置関係を図２０に示す。
【００４６】
第２ａのブリッジ部５１は、回転子表面に近い側のブリッジ部であり、第２ｂのブリッ
ジ部５２は、回転子表面から遠い側のブリッジ部を示している。ここで、第２ａのブリッ
ジ部５１の最小幅をＬａ、第２ｂのブリッジ部５２の最小幅をＬｂとする時、Ｌａ＜Ｌｂ
にする方が望ましい。
【００４７】
ここで、Ｌａ＜Ｌｂとした場合の効果について説明する。効果を示すために、ＬａとＬｂのうち幅が広い方を１．１８γ、狭い方を０．７６γとして説明する。図２１に、磁石の渦電流損失あたりのトルクについて示す。なお、図２１に示す値はすべてＬａ＜Ｌｂの場合の値で規格化している。
【００４８】
同図に示すようにＬａ（０．７６γ）＜Ｌｂ（１．１８γ）の場合の方が、Ｌａ（１．１８γ）＞Ｌｂ（０．７６γ）よりも磁石の渦電流損失あたりのトルクが３．１％大きい。
【００４９】
一方、図２２に、Ｌａ（０．７６γ）＜Ｌｂ（１．１８γ）とＬａ（１．１８γ）＞Ｌｂ（０．７６γ）とした場合における回転子の遠心力強度について比較したものを示す。同図に示すように、Ｌａ（１．１８γ）＞Ｌｂ（０．７６γ）の場合は遠心力の最大値が０．５％低い。
【００５０】
ここで、磁石の渦電流損失あたりのトルクを耐遠心力強度で規格化したものを図２３に示す。同図に示すようにＬａ＜Ｌｂにした方が磁石の渦電流損失あたりのトルクを耐遠心力強度で割った値が２．６％大きく、Ｌａ＜Ｌｂにする方が望ましい。
【００５１】
実施の形態６．
次に、本発明の実施の形態６について説明する。なお、本実施の形態６は、以下に説明する以外の内容については、上述した実施の形態１〜５のいずれかと同様であるものとする。
本発明の実施の形態６における、永久磁石１３と回転子コア１２、および磁束変動抑制穴１５の関係を図２４に示す。同図には、第２の漏れ磁束の経路２２を併記しており、回転子コアの飽和磁化をＭ、永久磁石の残留磁束密度をＢｍと定義している。ここでは、磁気抵抗部材として磁束変動抑制穴１５（空隙部）を用いて説明する。また、磁束変動抑制穴１５の永久磁石１３の長辺方向成分における幅をａと定義している。
【００５２】
ここで、第２の漏れ磁束の経路２２の永久磁石の磁束漏れにおいては、第１のブリッジ部１７が磁気飽和するまで永久磁石の長手方向の幅ａの範囲を通る。さらに、回転子コアの飽和磁化Ｍは大凡２Ｔ、永久磁石の残留磁束密度Ｂｍは常温時において１．２〜１．４Ｔとなり、磁石の漏れ磁束に使われる永久磁石の幅はａ＝Ｍ×γ／Ｂｍとなる。また、永久磁石の残留磁束密度Ｂｍは図１２に示したように磁石の温度上昇に伴い減少する傾向がある。したがって、使用環境の温度範囲を下限値Ｔ１、上限値をＴ２とする時、それに応じた永久磁石の残留磁束密度は、図１２に示すようにＢ１、Ｂ２と現わすことができる。そのため、磁束変動抑制穴１５の永久磁石１３の長手方向の幅ａはＭ×γ／Ｂ１＜ａ＜Ｍ×γ／Ｂ２の幅にすることが望ましい。
【００５３】
このような本実施の形態６によれば、磁石の漏れ磁束の変動が大きい磁石角部に近い箇所の磁気抵抗を大きくすることで、トルクの低下を防止でき、かつ磁石の渦電流損失を低減できる。
【００５４】
以上に示してきたように、本願ではｑ軸間の漏れ磁束の経路の磁気抵抗を増加させるとともに回転子の遠心力強度を図ってきたが、特許文献３のｑ軸にスリットを設ける場合においても漏れ磁束の低減が可能であるが、回転子の遠心力強度については図２５に示すようにｑ軸にスリットを設けてしまうと遠心力に対する応力支持部が第３のブリッジ部に課題にかかるため、最大応力が１．２５倍と大きくなる。したがって、本発明に記載したように、磁石の角部に磁束変動抑制穴１５（磁気抵抗部材）を設ける方が高速回転する電気自動車やハイブリッド車両においては望ましい。
【００５５】
以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。
【００５６】
本実施の形態１〜６には、永久磁石１３の漏れ磁束の経路を防止するために、磁束変動抑制穴１５（空隙：比透磁率１）を用いて説明してきたが、磁束変動抑制穴１５については非磁性体（エポキシ等の樹脂で含浸）しても同様の効果を有する。また、短絡磁気抵抗を増加させる観点から回転子コア１２よりも透磁率の低い材料で磁束変動抑制穴１５を構成してもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１  固定子、２  固定子コア、３  ティース部、４  コアバック、１１  回転子、１２  回転子コア、１３  永久磁石、１４  フラックスバリア、１５  磁束変動抑制穴、１６  回転軸、１７  第１のブリッジ部、１８  第２のブリッジ部、１９  第３のブリッジ部、２０  固定子−回転子間の空隙部、２１  第１の漏れ磁束の経路、２２  第２の漏れ磁束の経路、２３  第３の漏れ磁束の経路、２４  回転方向、３１  磁石位置決め部、４１  第４の漏れ磁束の経路。
【図１】
2017061244.tif 000003
【図２】
2017061244.tif 000004
【図３】
2017061244.tif 000005
【図４】
2017061244.tif 000006
【図５】
2017061244.tif 000007
【図６】
2017061244.tif 000008
【図７】
2017061244.tif 000009
【図８】
2017061244.tif 000010
【図９】
2017061244.tif 000011
【図１０】
2017061244.tif 000012
【図１１】
2017061244.tif 000013
【図１２】
2017061244.tif 000014
【図１３】
2017061244.tif 000015
【図１４】
2017061244.tif 000016
【図１５】
2017061244.tif 000017
【図１６】
2017061244.tif 000018
【図１７】
2017061244.tif 000019
【図１８】
2017061244.tif 000020
【図１９】
2017061244.tif 000021
【図２０】
2017061244.tif 000022
【図２１】
2017061244.tif 000023
【図２２】
2017061244.tif 000024
【図２３】
2017061244.tif 000025
【図２４】
2017061244.tif 000026
【図２５】
2017061244.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成29年2月7日(2017.2.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と回転子とを備え、
前記固定子は、円環状のコアバック部と、前記コアバック部から前記回転子に向かって延びており固定子巻線が巻回されているティース部とを含み、
前記回転子は、磁性材料からなる回転子コアと、該回転子コアに支持されている永久磁石とを含み、
前記ティース部の周方向の幅をαとし、前記回転子の回転中心から前記永久磁石の両端の回転子表面側の角部それぞれを直線で結び、前記永久磁石のＮ極同士の中心をｄ軸とし、Ｎ極とＳ極の中心をｑ軸とし、ｑ軸側の２本の前記直線の角度をβとする時、
α＞βであり、
前記回転子コアにおける前記永久磁石の周方向両端部には、フラックスバリアが設けられ、
前記回転子コアは、前記フラックスバリアと回転子表面との間に第１のブリッジ部を有し、
前記第１のブリッジ部の最小幅をγ、前記フラックスバリアのｑ軸の最小幅をδとする時、
γ＞δであり、
前記永久磁石は長方形状であり、
前記永久磁石の両端部の回転子表面側には、前記フラックスバリアが設けられ、前記永久磁石の両端部の内径側には、磁束変動抑制穴が設けられており、
前記フラックスバリアと前記磁束変動抑制穴との間には、前記永久磁石の短辺を保持可能な直線部が設けられており、
q軸上の前記フラックスバリア間のブリッジ部のうち回転子表面に近い側を第２ａのブリッジ部とし、回転子表面から遠い側を第２ｂのブリッジ部とし、前記第２ａのブリッジ部の幅をＬａとし、前記第２ｂのブリッジ部の幅をＬｂとする時、
Ｌａ＜Ｌｂであり、
前記回転子におけるＮ極とＳ極との間の極間部が、前記固定子巻線が励磁されて磁束を作るときの前記磁束が無くなる前記ティース部に対向する、
回転電機。
【請求項２】
前記永久磁石が１極あたり複数に分割され、ｑ軸に最も近い前記永久磁石において、ｑ軸側に近い磁石の短絡磁気抵抗が、ｑ軸側から遠い磁石の磁気抵抗よりも大きい、
請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記回転子の極数と前記ティースの数との比が２：３である、
請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記永久磁石が１極あたり２個に分割され、
１極あたり２個の前記永久磁石が、前記回転子の外周に向かってＶ型で配置されている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
極間部における前記永久磁石の極間部内径角部に、前記回転子コアよりも透磁率の小さい磁気抵抗部材を設け、
前記磁気抵抗部材の長辺方向の幅をａとし、前記回転子コアの飽和磁化をＭとし、かつ、前記永久磁石の動作温度の最小値をＴ１、動作温度の最大値をＴ２とし、
前記永久磁石は、温度の上昇とともに残留磁束密度が低下し、かつ前記永久磁石の動作温度が最小値のときの残留磁束密度をＢ１、前記永久磁石の動作温度が最大値の時の残留磁束密度をＢ２とする時、
Ｍ×γ／Ｂ１＜ａ＜Ｍ×γ／Ｂ２（ただし、Ｂ１＞Ｂ２）である、
請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2017061244.tif 000028
【図２】
2017061244.tif 000029
【図３】
2017061244.tif 000030
【図４】
2017061244.tif 000031
【図５】
2017061244.tif 000032
【図６】
2017061244.tif 000033
【図７】
2017061244.tif 000034
【図８】
2017061244.tif 000035
【図９】
2017061244.tif 000036
【図１０】
2017061244.tif 000037
【図１１】
2017061244.tif 000038
【図１２】
2017061244.tif 000039
【図１３】
2017061244.tif 000040
【図１４】
2017061244.tif 000041
【図１５】
2017061244.tif 000042
【図１６】
2017061244.tif 000043
【図１７】
2017061244.tif 000044
【図１８】
2017061244.tif 000045
【図１９】
2017061244.tif 000046
【図２０】
2017061244.tif 000047
【図２１】
2017061244.tif 000048
【図２２】
2017061244.tif 000049
【図２３】
2017061244.tif 000050
【図２４】
2017061244.tif 000051
【図２５】
2017061244.tif 000052
【手続補正書】
【提出日】平成29年6月16日(2017.6.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と回転子とを備え、
前記固定子は、円環状のコアバック部と、前記コアバック部から前記回転子に向かって延びており固定子巻線が巻回されているティース部とを含み、
前記回転子は、磁性材料からなる回転子コアと、該回転子コアに支持されている永久磁石とを含み、
前記ティース部の周方向の幅をαとし、前記回転子の回転中心から前記永久磁石の両端の回転子表面側の角部それぞれを直線で結び、前記永久磁石のＮ極同士の中心をｄ軸とし、Ｎ極とＳ極の中心をｑ軸とし、ｑ軸側の２本の前記直線の角度をβとする時、
α＞βであり、
前記回転子コアにおける前記永久磁石の周方向両端部には、フラックスバリアが設けられ、
前記回転子コアは、前記フラックスバリアと回転子表面との間に第１のブリッジ部を有し、
前記第１のブリッジ部の最小幅をγ、ｑ軸上の前記フラックスバリア間のブリッジ部の最小幅をδとする時、
γ＞δであり、
前記永久磁石は長方形状であり、
前記永久磁石の両端部の回転子表面側には、前記フラックスバリアが設けられ、前記永久磁石の両端部の内径側には、磁束変動抑制穴が設けられており、
前記フラックスバリアと前記磁束変動抑制穴との間には、前記永久磁石の短辺を保持可能な直線部が設けられており、
q軸上の前記フラックスバリア間のブリッジ部のうち回転子表面に近い側を第２ａのブリッジ部とし、回転子表面から遠い側を第２ｂのブリッジ部とし、前記第２ａのブリッジ部の幅をＬａとし、前記第２ｂのブリッジ部の幅をＬｂとする時、
Ｌａ＜Ｌｂであり、
前記固定子巻線が励磁されることで作られる磁束が前記ティース部において無くなるときに前記ｑ軸側の２本の直線の角度βの範囲のすべてが前記ティース部の周方向の幅αの範囲内に入り、かつ前記固定子巻線が励磁されることで作られる磁束が前記ティース部において無くなるときに前記ｑ軸が前記ティース部の中心よりも前記回転子の回転方向の進み側に位置するように、前記固定子巻線が前記永久磁石の磁束の向きと反対方向の磁束を作る弱め磁束制御の位相を進める、
回転電機。
【請求項２】
前記永久磁石が１極あたり複数に分割され、前記ｑ軸上のフラックスバリア間のブリッジ部を通る漏れ磁束の経路における磁気抵抗が、前記永久磁石のｑ軸から遠い端部側における前記フラックスバリア間のブリッジ部を通る漏れ磁束の経路における磁気抵抗よりも大きい、
請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記回転子の極数と前記ティースの数との比が２：３である、
請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記永久磁石が１極あたり２個に分割され、
１極あたり２個の前記永久磁石が、前記回転子の外周に向かってＶ型で配置されている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
極間部における前記永久磁石の極間部内径角部に、前記回転子コアよりも透磁率の小さい前記磁束変動抑制穴を設け、
前記磁束変動抑制穴と接する前記永久磁石の長辺方向の幅をａとし、前記回転子コアの飽和磁化をＭとし、かつ、前記永久磁石の動作温度の最小値をＴ１、動作温度の最大値をＴ２とし、
前記永久磁石は、温度の上昇とともに残留磁束密度が低下し、かつ前記永久磁石の動作温度が最小値のときの残留磁束密度をＢ１、前記永久磁石の動作温度が最大値の時の残留磁束密度をＢ２とする時、
Ｍ×γ／Ｂ１＜ａ＜Ｍ×γ／Ｂ２（ただし、Ｂ１＞Ｂ２）である、
請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記弱め磁束制御の位相は、前記ｑ軸から前記回転子の回転方向に進んだ位相であって、かつπ／２−（α−β）／２よりも大きい位相である、
請求項１から５のいずれか１項に記載の回転電機。
【国際調査報告】
2017061244.tif 000053
2017061244.tif 000054