(57)【要約】  リラクタンストルクの向上と、応力低減、力率改善を同時に図り、高出力化を実現した回転電機、およびその回転電機を備えた電動車両を提供する  回転子の磁極間を通るｑ軸上に永久磁石を配置し、その径方向に空隙を設け、さらには磁極中心を通るｄ軸を挟んで対向するようにも永久磁石を配置し、その対向する部位に空隙を設ける。また、ｄ軸に対向するように配置された永久磁石挿入孔の回転子コア内周側の境界線と一致する第１の仮想線と、回転子コア内周と同心円であり第１の仮想線と接する第２の仮想線とを設定したとき、最内周の第２の仮想線と、第１の仮想線との接点が２個以上であるように設定する。
2015076045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｄ軸磁石が挿入されるｄ軸磁石挿入孔と、
ｑ軸磁石が挿入されるｑ軸磁石挿入孔とを有する回転子を備える回転電機において、
前記ｄ軸磁石は、ｄ軸を挟んで対向するように配置され、
前記ｑ軸磁石は、ｑ軸上に配置され、
前記ｑ軸磁石挿入孔は、前記ｑ軸磁石の径方向外側に第１の空隙、径方向内側に第２の空隙を有し、
前記ｄ軸磁石挿入孔は、前記ｄ軸磁石がｄ軸を挟んで対向する部位に第３の空隙を有し、
前記第１の空隙は、磁石の側面の中心に逃げ部を有する形状であり、
前記第２の空隙及び第３の空隙は、磁石の角部に逃げ部を有する形状であり、
前記ｄ軸磁石挿入孔の回転子内周側の境界線と一致する第１の仮想線と、
前記回転子の外周と同心円であり前記第１の仮想線と接する第２の仮想線とを設定したとき、
最内周の前記第２の仮想線と、前記第１の仮想線との接点が２個以上である回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
前記ｄ軸磁石挿入孔が、前記ｑ軸磁石挿入孔と対向する部位に第４の空隙を有し、
前記第４の空隙は、磁石の角部に逃げ部を有する形状である回転電機。
【請求項３】
請求項１乃至２のいずれか一項に記載の回転電機であって、
前記回転電機の固定子は、分布巻により固定子巻線が巻き回されている回転電機。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の回転電機であって、
前記ｑ軸磁石、前記ｄ軸磁石の少なくともいずれか一方の磁石の残留磁束密度は０．３〜０．８Ｔである回転電機。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の回転電機であって、
前記ｑ軸磁石の回転子軸方向断面形状は、略矩形である回転電機。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の回転電機であって、
前記ｄ軸磁石の回転子軸方向断面形状は、略アーク形状である回転電機。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の回転電機であって、
前記ｑ軸磁石の磁化方向の寸法は、回転子最内周の前記ｄ軸磁石の磁化方向の寸法よりも厚い回転電機。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の回転電機と、
直流電力を供給するバッテリと、
前記バッテリの直流電力を交流電力に変換して前記回転電機に供給する変換装置とを備え、
前記回転電機のトルクを駆動力として用いる車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機、およびその回転電機を備えた電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の駆動用として用いられる回転電機には、その制御回路であるインバータ装置を含めて小型化と高出力化が要求されている。特に低速回転域においては大トルクであり、かつ高速回転域においても高出力が可能な永久磁石式回転電機が望まれている。このため、永久磁石式回転電機としては、高速回転時に弱め界磁が可能であり、しかもリラクタンストルクを活用できる埋め込み磁石型回転電機が多く用いられている。例えば、特許第４６６８７２１号公報には埋め込み磁石型回転電機の構造が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６６８７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、より大きなリラクタンストルクを得ようとすると、回転子コアの構造が複雑になり、遠心力により発生する応力が高くなることで、高回転化が難しくなる。一方、インダクタンスも増加することにより、力率が悪化し、インバータ容量やバッテリ容量がさらに必要になるという課題があった。【０００５】
そこで、本発明は、大きなリラクタンストルクを得つつ、応力を低減し、さらには力率を改善した回転電機、およびその回転電機を備えた電動車両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】
【０００６】
本発明に係る回転電機は、回転子の磁極間を通るｑ軸上に永久磁石を配置し、その径方向に空隙を設け、さらには磁極中心を通るｄ軸を挟んで対向するようにも永久磁石を配置し、その対向する部位に空隙を設ける。また、ｄ軸に対向するように配置された永久磁石挿入孔の回転子コア内周側の境界線と一致する第１の仮想線と、回転子コア内周と同心円であり第１の仮想線と接する第２の仮想線とを設定したとき、最内周の第２の仮想線と、第１の仮想線との接点が２個以上であるように設定する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、リラクタンストルクの向上と、応力低減、力率改善を同時に図り、高出力化を実現した回転電機、およびその回転電機を備えた電動車両を提供することができる。【０００８】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ハイブリッド型電気自動車の概略構成を示す図。
【図２】電力変換装置６００の回路図。
【図３】回転電機２００の断面図。
【図４】固定子２３０および回転子２５０の断面図。
【図５】回転子２５０の部分拡大断面図。
【図６】永久磁石２５４ａ及び永久磁石２５４ｃへの逆磁界の磁束を示す図。
【図７】永久磁石２５４ｂの配置を説明する図。
【図８】永久磁石２５４ｂに略矩形の磁石を用いた回転子２５０の部分拡大断面図。
【図９】永久磁石２５４ｃに略矩形の磁石を用いた回転子２５０の部分拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
【００１１】
本発明による回転電機は、以下に説明するように、リラクタンストルクの向上と、応力低減、力率改善を同時に図り、高出力化が実現できる。そのため、例えば、電気自動車の駆動用回転電機として好適である。本発明による回転電機は、回転電機のみによって走行する純粋な電気自動車や、エンジンと回転電機の双方によって駆動されるハイブリッド型の電気自動車にも適用できるが、以下ではハイブリッド型の電気自動車を例に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態の回転電機を搭載したハイブリッド型電気自動車の概略構成を示す図である。車両１００には、エンジン１２０と第１の回転電機２００と第２の回転電機２０２とバッテリ１８０とが搭載されている。バッテリ１８０は、回転電機２００，２０２による駆動力が必要な場合には電力変換装置６００を介して回転電機２００，２０２に直流電力を供給し、回生走行時には回転電機２００，２０２から直流電力を受ける。バッテリ８１０と回転電機２００，２０２との間の直流電力の授受は、電力変換装置６００を介して行われる。また、図示していないが、車両には低電圧電力（例えば、１４ボルト系電力）を供給するバッテリが搭載されており、以下に説明する制御回路に直流電力を供給する。
【００１３】
エンジン１２０および回転電機２００，２０２による回転トルクは、変速機１３０とデファレンシャルギア１６０を介して前輪１１０に伝達される。変速機１３０は変速機制御装置１３４により制御され、エンジン１２０はエンジン制御装置１２４により制御される。バッテリ１８０は、バッテリ制御装置１８４により制御される。変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４、バッテリ制御装置１８４、電力変換装置６００および統合制御装置１７０は、通信回線１７４によって接続されている。
【００１４】
統合制御装置１７０は、変速機制御装置１３４，エンジン制御装置１２４，電力変換装置６００およびバッテリ制御装置１８４よりも上位の制御装置であり、変速機制御装置１３４，エンジン制御装置１２４，電力変換装置６００およびバッテリ制御装置１８４の各状態を表す情報を、通信回線１７４を介してそれらからそれぞれ受け取る。統合制御装置１７０は、取得したそれらの情報に基づき各制御装置の制御指令を演算する。演算された制御指令は通信回線１７４を介してそれぞれの制御装置へ送信される。
【００１５】
高電圧のバッテリ１８０はリチウムイオン電池あるいはニッケル水素電池などの２次電池で構成され、２５０ボルトから６００ボルト、あるいはそれ以上の高電圧の直流電力を出力する。バッテリ制御装置１８４は、バッテリ１８０の充放電状況やバッテリ１８０を構成する各単位セル電池の状態を、通信回線１７４を介して統合制御装置１７０に出力する。
【００１６】
統合制御装置１７０は、バッテリ制御装置１８４からの情報に基づいてバッテリ１８０の充電が必要と判断すると、電力変換装置６００に発電運転の指示を出す。また、統合制御装置１７０は、主に、エンジン１２０および回転電機２００，２０２の出力トルクの管理、エンジン１２０の出力トルクと回転電機２００，２０２の出力トルクとの総合トルクやトルク分配比の演算処理を行い、その演算処理結果に基づく制御指令を、変速機制御装置１３４，エンジン制御装置１２４および電力変換装置６００へ送信する。電力変換装置６００は、統合制御装置１７０からのトルク指令に基づき、指令通りのトルク出力あるいは発電電力が発生するように回転電機２００，２０２を制御する。
【００１７】
電力変換装置６００には、回転電機２００，２０２を運転するためのインバータを構成するパワー半導体が設けられている。電力変換装置６００は、統合制御装置１７０からの指令に基づきパワー半導体のスイッチング動作を制御する。このパワー半導体のスイッチング動作により、回転電機２００，２０２は電動機としてあるいは発電機として運転される。
【００１８】
回転電機２００，２０２を電動機として運転する場合は、高電圧のバッテリ１８０からの直流電力が電力変換装置６００のインバータの直流端子に供給される。電力変換装置６００は、パワー半導体のスイッチング動作を制御して供給された直流電力を３相交流電力に変換し、回転電機２００，２０２に供給する。一方、回転電機２００，２０２を発電機として運転する場合には、回転電機２００，２０２の回転子が外部から加えられる回転トルクで回転駆動され、回転電機２００，２０２の固定子巻線に３相交流電力が発生する。発生した３相交流電力は電力変換装置６００で直流電力に変換され、その直流電力が高電圧のバッテリ１８０に供給されることにより、バッテリ１８０が充電される。
【００１９】
図２は、図１の電力変換装置６００の回路図を示す。電力変換装置６００には、回転電機２００のための第１のインバータ装置と、回転電機２０２のための第２のインバータ装置とが設けられている。第１のインバータ装置は、パワーモジュール６１０と、パワーモジュール６１０の各パワー半導体２１のスイッチング動作を制御する第１の駆動回路６５２と、回転電機２００の電流を検知する電流センサ６６０とを備えている。駆動回路６５２は駆動回路基板６５０に設けられている。
【００２０】
一方、第２のインバータ装置は、パワーモジュール６２０と、パワーモジュール６２０における各パワー半導体２１のスイッチング動作を制御する第２の駆動回路６５６と、回転電機２０２の電流を検知する電流センサ６６２とを備えている。駆動回路６５６は駆動回路基板６５４に設けられている。制御回路基板６４６に設けられた制御回路６４８、コンデンサモジュール６３０およびコネクタ基板６４２に実装された送受信回路６４４は、第１のインバータ装置と第２のインバータ装置とで共通に使用される。
【００２１】
パワーモジュール６１０，６２０は、それぞれ対応する駆動回路６５２，６５６から出力された駆動信号によって動作する。パワーモジュール６１０，６２０は、それぞれバッテリ１８０から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、その電力を対応する回転電機２００，２０２の電機子巻線である固定子巻線に供給する。また、パワーモジュール６１０，６２０は、回転電機２００，２０２の固定子巻線に誘起された交流電力を直流に変換し、高電圧バッテリ１８０に供給する。
【００２２】
パワーモジュール６１０，６２０は図２に記載のごとく３相ブリッジ回路を備えており、３相に対応した直列回路が、それぞれバッテリ１８０の正極側と負極側との間に電気的に並列に接続されている。各直列回路は上アームを構成するパワー半導体２１と下アームを構成するパワー半導体２１とを備え、それらのパワー半導体２１は直列に接続されている。パワーモジュール６１０とパワーモジュール６２０とは、図２に示す如く回路構成がほぼ同じであり、ここではパワーモジュール６１０で代表して説明する。
【００２３】
本実施の形態では、スイッチング用パワー半導体素子としてＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）２１を用いている。ＩＧＢＴ２１は、コレクタ電極，エミッタ電極及びゲート電極の３つの電極を備えている。ＩＧＢＴ２１のコレクタ電極とエミッタ電極との間にはダイオード３８が電気的に接続されている。ダイオード３８は、カソード電極及びアノード電極の２つの電極を備えており、ＩＧＢＴ２１のエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向となるように、カソード電極がＩＧＢＴ２１のコレクタ電極に、アノード電極がＩＧＢＴ２１のエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。
【００２４】
なお、スイッチング用パワー半導体素子として、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いてもよい。ＭＯＳＦＥＴは、ドレイン電極，ソース電極及びゲート電極の３つの電極を備えている。ＭＯＳＦＥＴの場合には、ソース電極とドレイン電極との間に、ドレイン電極からソース電極に向かう方向が順方向となる寄生ダイオードを備えているので、図２のダイオード３８を設ける必要がない。
【００２５】
各相のアームは、ＩＧＢＴ２１のエミッタ電極とＩＧＢＴ２１のコレクタ電極とが電気的に直列に接続されて構成されている。なお、本実施の形態では、各相の各上下アームのＩＧＢＴを１つしか図示していないが、制御する電流容量が大きいので、実際には複数のＩＧＢＴが電気的に並列に接続されて構成されている。以下では、説明を簡単にするため、１個のパワー半導体として説明する。
【００２６】
図２に示す例では、各相の各上下アームはそれぞれ３個のＩＧＢＴによって構成されている。各相の各上アームのＩＧＢＴ２１のコレクタ電極はバッテリ１８０の正極側に、各相の各下アームのＩＧＢＴ２１のソース電極はバッテリ１８０の負極側にそれぞれ電気的に接続されている。各相の各アームの中点（上アーム側ＩＧＢＴのエミッタ電極と下アーム側のＩＧＢＴのコレクタ電極との接続部分）は、対応する回転電機２００，２０２の対応する相の電機子巻線（固定子巻線）に電気的に接続されている。
【００２７】
駆動回路６５２，６５６は、対応するインバータ装置６１０，６２０を制御するための駆動部を構成しており、制御回路６４８から出力された制御信号に基づいて、ＩＧＢＴ２１を駆動させるための駆動信号を発生する。それぞれの駆動回路６５２，６５６で発生した駆動信号は、対応するパワーモジュール６１０，６２０の各パワー半導体素子のゲートにそれぞれ出力される。駆動回路６５２，６５６には、各相の各上下アームのゲートに供給する駆動信号を発生する集積回路がそれぞれ６個設けられており、６個の集積回路を１ブロックとして構成されている。
【００２８】
制御回路６４８は各インバータ装置６１０，６２０の制御部を構成しており、複数のスイッチング用パワー半導体素子を動作（オン・オフ）させるための制御信号（制御値）を演算するマイクロコンピュータによって構成されている。制御回路６４８には、上位制御装置からのトルク指令信号（トルク指令値）、電流センサ６６０，６６２のセンサ出力、回転電機２００，２０２に搭載された回転センサのセンサ出力が入力される。制御回路６４８はそれらの入力信号に基づいて制御値を演算し、駆動回路６５２，６５６にスイッチングタイミングを制御するための制御信号を出力する。
【００２９】
コネクタ基板６４２に実装された送受信回路６４４は、電力変換装置６００と外部の制御装置との間を電気的に接続するためのもので、図１の通信回線１７４を介して他の装置と情報の送受信を行う。コンデンサモジュール６３０は、ＩＧＢＴ２１のスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制するための平滑回路を構成するもので、第１のパワーモジュール６１０や第２のパワーモジュール６２０における直流側の端子に電気的に並列に接続されている。
【００３０】
図３は、図１の回転電機２００の断面図を示す。なお、回転電機２００と回転電機２０２とはほぼ同じ構造を有しており、以下では回転電機２００の構造を代表例として説明する。ただし、以下に示す構造は回転電機２００，２０２の双方に採用されている必要はなく、一方だけに採用されていても良い。
【００３１】
ハウジング２１２の内部には固定子２３０が保持されており、固定子２３０は固定子コア２３２と固定子巻線２３８とを備えている。固定子コア２３２の内周側には、回転子２５０が空隙２２２を介して回転可能に保持されている。回転子２５０は、シャフト２１８に固定された回転子コア２５２と、永久磁石２５４と、非磁性体のあて板２２６とを備えている。ハウジング２１２は軸受２１６が設けられた一対のエンドブラケット２１４を有しており、シャフト２１８はこれらの軸受２１６により回転自在に保持されている。
【００３２】
シャフト２１８には、回転子２５０の極の位置や回転速度を検出するレゾルバ２２４が設けられている。このレゾルバ２２４からの出力は、図２に示した制御回路６４８に取り込まれる。制御回路６４８は、取り込まれた出力に基づいて制御信号を駆動回路６５２に出力する。駆動回路６５２は、その制御信号に基づく駆動信号をパワーモジュール６１０に出力する。パワーモジュール６１０は、制御信号に基づきスイッチング動作を行い、バッテリ１８０から供給される直流電力を３相交流電力に変換する。この３相交流電力は図３に示した固定子巻線２３８に供給され、回転磁界が固定子２３０に発生する。３相交流電流の周波数はレゾルバ２２４の出力値に基づいて制御され、３相交流電流の回転子２５０に対する位相も同じくレゾルバ２２４の出力値に基づいて制御される。
【００３３】
図４は固定子２３０および回転子２５０の断面を示す図であり、図３のＡ−Ａ断面図を示したものである。なお、図４ではハウジング２１２、シャフト２１８及び固定子巻線２３８の記載を省略した。
【００３４】
固定子鉄心２３２の内周側には、多数のスロット２３７とティース２３６とが全周に渡って均等に配置されている。本実施の形態では、スロット２３７は等間隔に４８個形成されている。尚、図４では、スロットおよびティースの全てに符号を付すことはせず、代表して一部のティースとスロットにのみに符号を付した。スロット２４内にはスロット絶縁（図示省略）が設けられ、固定子巻線２３８を構成するｕ相〜ｗ相の複数の相巻線が装着されている。本実施の形態では、固定子巻線２３８の巻き方として分布巻を採用している。
【００３５】
分布巻とは、複数のスロット２３７を跨いで離間した２つのスロットに相巻線が収納されるように、相巻線が固定子鉄心２３２に巻かれる巻線方式である。本実施例では、巻線方式として分布巻を採用しているので、形成される磁束分布は正弦波状に近く、リラクタンストルクを得やすい。そのため、弱め界磁制御やリラクタンストルクを活用して、低回転速度だけでなく高回転速度までの広い回転数範囲についての制御が可能であり、電気自動車などのモータ特性を得るのに適している。
【００３６】
また、回転子コア２５２の内部には、永久磁石を挿入するための複数の磁石挿入孔２５３が極単位で等間隔に設けられている。各磁石挿入孔２５３は軸方向に沿って形成されており、その磁石挿入孔２５３には永久磁石が２５４がそれぞれ埋め込まている。
【００３７】
一般的に、磁極中央を通る軸をｄ軸、磁極間中央を通る軸をｑ軸と呼ぶ。永久磁石２５４ａはｑ軸上に配置されており、永久磁石２５４ｂと永久磁石２５４ｃはｄ軸をはさんで対向するように配置される。永久磁石２５４ａは略矩形であり、永久磁石２５４ｂと永久磁石２５４ｃは略アーク形状ある。これら永久磁石は回転子２５０の界磁極として作用し、本実施の形態では８極となっている。また、その磁化方向は、永久磁石２５４ａはｑ軸と直行する方向を、永久磁石２５４ｂ、２５４ｃはそれぞれの内周面径方向を向いており、磁極ごとに磁化方向の向きが反転している。すなわち、回転子２５０の外周面で、ある磁極中央部がＮ極になるように磁化されていれば、隣の磁極中央ではＳ極となるように磁化されており、円周方向に交互になるように磁化されている。
【００３８】
永久磁石２５４は、磁化した後に磁石挿入孔２５３に挿入しても良いし、回転子コア２５２の磁石挿入孔２５３に挿入した後に強力な磁界を与えて磁化するようにしても良い。ただし、磁化後の永久磁石２５４は強力な磁石なので、回転子２５０に永久磁石２５４を固定する前に磁石を着磁すると、永久磁石２５４の固定時に回転子コア２５２との間に強力な吸引力が生じて組み付け作業の妨げとなる。また、永久磁石２５４の強力な吸引力により、永久磁石２５４に鉄粉などのごみが付着するおそれがある。そのため、回転電機の生産性を考慮した場合、永久磁石２５４を回転子コア２５２に挿入した後に磁化するのが好ましい。
【００３９】
図５は、図４に示した断面図の一部を拡大して示したものである。永久磁石２５４ａ、２５４ｂ、２５４ｃはそれぞれ磁石挿入孔２５３に挿入され、接着剤で固定されている。磁石挿入孔２５３の一部は永久磁石の寸法に比べ、組立に必要な隙間以上に大きく設定されており、その大きさの違いから、永久磁石２５４ａの端部には穴空間２５７ａ１と２５７ａ２が、永久磁石２５４ｂの端部には穴空間２５７ｂ１と２５７ｂ２が、永久磁石２５４ｃの端部には穴空間２５７ｃ１と２５７ｃ２があり、磁気的空隙として機能する。また、磁石挿入孔２５３とは別に設定された２５７ｄもあり、これも磁気的空隙として機能する。この穴空間は完全に空間でなくても良く、接着剤で埋め込んでも良いし、成型用樹脂で永久磁石と一体に固めても良い。
【００４０】
穴空間２５７ａ１は永久磁石２５４ａの角部と、永久磁石２５４ａの端部中央部に設けられており、穴空間２５７ａ２は永久磁石２５４ａの角部に設けられている。穴空間２５７ｂ１、２５７ｂ２は永久磁石２５４ｂの角部に設けられている。穴空間２５７ｃ１は永久磁石２５４ｃの回転子内周側の角部と、永久磁石２５４ｃの端部中央からロータ外周側の角部に設けられており、穴空間２５７ｃ２は永久磁石２５４ｃの角部に設けられている。穴空間２５７ｄは永久磁石２５４ａと永久磁石２５４ｂとが対向する間に設けられている。
【００４１】
つまり、穴空間２５７ａ１や穴空間２５７ｃ１のように、回転子コア２５２の外周に隣接する穴空間は永久磁石の端部中央部に存在している。穴空間はいずれも角Ｒを大きく取れるので、応力の集中を緩和するという機能を有するが、穴空間２５７ａ１と穴空間２５７ｃ１に関しては、永久磁石２５４の回転子コア２５２外周側の磁気抵抗を大きくし、図６に示すように、回転電機運転時に発生する永久磁石の磁化方向と逆向きの磁束Φｒを回転子コア外周側へ逃がすことが出来るためであり、回転子の逆磁界に対する減磁耐力を向上させることが出来る。
【００４２】
図５に示す磁束Φｑはｑ軸を通る磁束を示し、磁束Φｄはｄ軸を通る磁束を示している。リラクタンストルクは、磁束Φｑが通る磁路の磁気抵抗と、磁束Φｄが通る磁路の磁気抵抗との差に基づいて発生する。また、マグネットトルクは、永久磁石２５４から出される磁束のうち各相巻線に鎖交する成分と、各相巻線に流れる交流電流の鎖交磁束に直交する成分の積で表される。
【００４３】
本実施の形態を用いれば、磁束Φｑの通る磁路は回転子コア２５２の幅が広く取られているので、磁路の磁気抵抗は小さく出来る。一方、磁束Φｄの通る磁路には透磁率の低い永久磁石２５４ａと永久磁石２５４ｃが存在するので、磁路の磁気抵抗が大きく、磁束Φｑと磁束Φｄそれぞれの磁路の磁気抵抗の差を大きくすることが出来るため、大きなリラクタンストルクを得ることが可能となる。また、永久磁石２５４には、ネオジウム系，サマリウム系の焼結磁石やフェライト磁石，ネオジウム系のボンド磁石などを用いることができ、その残留磁束密度はほぼ０．３〜１．３Ｔ程度であるが、本実施の形態を用いれば、一般的な永久磁石型回転電機に比べ、永久磁石の表面積は広く、永久磁石２５４ａ、２５４ｂ、２５４ｃの磁化方向はいずれも磁極中央付近に集中するように配置されており、鎖交磁束が多く取れるため、永久磁石の残留磁束密度が低くても、マグネットトルクの低下は小さい。よって、残留磁束密度が０．３〜０．８Ｔ程度の永久磁石を用いても、十分な性能を得ることが出来る。
【００４４】
一般的にリラクタンストルクが大きい永久磁石型回転電機は、インダクタンスが大きくなり、それにより力率が悪化し、最大出力が低下するというデメリットがある。しかし、本実施の形態を用いれば、永久磁石を多く用いており、特に永久磁石２５４ａにより磁路の磁気抵抗が大きく、インピーダンスを低く出来るため、力率の悪化を抑制でき、高回転域での出力の低下を防ぐことが出来る。この力率改善のため、永久磁石２５４ａの磁化方向の寸法は、永久磁石２５４ｂの磁化方向の寸法よりも厚く設定されている。
【００４５】
図７は、図５に示した断面図の１極分を拡大して示したものである。従来であれば、永久磁石を多く使い、回転子コア２５２を複雑な形状にすれば、高回転時に応力集中が発生し、磁気回路上は高回転時の出力が可能でも、機械的に高回転化に対応できないというデメリットが出てくる。応力は、高回転時に回転子コア２５２ならびに永久磁石２５４に発生する遠心力により、応力ベクトルσが回転子コア２５２の略周方向に発生し、応力ベクトルσに対して凸な部分に集中するが、本実施の形態では、永久磁石２５４ｂが挿入される磁石挿入孔の回転子コア２５２内周側の境界線と一致する仮想線Ｌ１と、回転子コア２５２の内周と同心円であり仮想線Ｌ１と接する仮想線Ｌ２との接点Ｐ１が２個あるため、応力が分散することで高回転化が機械的も可能となっている。本実施の形態では２個であるが、この接点は１磁極に２個以上あることで応力を分散することが出来る。
【００４６】
図８に本発明を用いた別の回転電機の断面拡大図を示す。永久磁石２５４ｂに略矩形の磁石を用いたとしても、永久磁石２５４ｂが挿入される磁石挿入孔の回転子コア２５２内周側の境界線と一致する仮想線Ｌ１と、回転子コア２５２の内周と同心円であり仮想線Ｌ１と接する仮想線Ｌ２との接点Ｐ１が２個あるため、応力が分散することで高回転化が可能となる。
【００４７】
図９に本発明を用いた別の回転電機の断面拡大図を示す。永久磁石２５４ｃに略矩形の磁石を用いたとしても、本発明の構成とすることで同じ効果を得ることが出来る。つまり、永久磁石２５４ｃの個数も１磁極あたり２個に限られたわけでなく、本発明の特徴を損なわない限り、同じ効果を得ることが出来る。
【００４８】
また、図１、２に示すように、上述した回転電機と、直流電力を供給するバッテリと、バッテリの直流電力を交流電力に変換して回転電機に供給する変換装置とを備え、回転電機のトルクを駆動力として用いることを特徴とする車両において、高出力な車両を提供することができる。
【００４９】
以上、８極の回転電機を例に説明したが、極数に限らず、他の極数の回転電機に適用できる。また、本発明は車両駆動用回転電機に限らず、さまざまな用途に使用される回転電機にも適用することができ、さらには、駆動用に限らず、発電機など種々の回転電機に適用が可能である。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記の実施形態になんら限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５０】
１００：車両
１２０：エンジン
１８０：バッテリ
２００，２０２：回転電機
２３０：固定子
２３２：固定子コア
２３６：ティース
２３７：スロット
２３８：固定子巻線
２４１：コイルエンド
２５０：回転子
２５２：回転子コア
２５４ａ〜ｃ：永久磁石
２５７ａ１〜ｃ２：磁気的空隙
６００：電力変換装置
Φｄ：ｄ軸の磁束
Φｑ：ｑ軸の磁束
Φｒ：逆磁界の磁束
Ｌ１〜Ｌ２：仮想線
Ｐ１：接点
σ：応力ベクトル
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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