(57)【要約】【課題】トルク定数を低下させずに、線間電圧の最大値を下げることのできる永久磁石式回転電機を提供する。【解決手段】回転子２０の外周部には、周方向の所定区間に亘って突出する凸部３１が各磁極２３Ａ、２３Ｂに形成される。凸部３１は、磁極中心Ｐを中心としてそれぞれ回転子磁極開角をθ１、凸部開角をθ２とすると、電気角で（４/９）θ１＜θ２＜（２/３）θ１を満たすように形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の固定子磁極を有する固定子と、
回転子コアと、前記回転子コアの内部に配置されて磁極を構成する複数の永久磁石部とを有し、前記固定子の径方向内側に所定の隙間を介して回転自在に対向配置された回転子と、を備える永久磁石式回転電機であって、
前記回転子の外周部には、周方向の所定区間に亘って突出する凸部が各磁極に形成され、
前記凸部は、磁極中心を中心としてそれぞれ回転子磁極開角をθ１、凸部開角をθ２とすると、電気角で（４/９）θ１＜θ２＜（２/３）θ１を満たす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】
前記回転子の外周部には、前記凸部を周方向両側から挟む非凸部が各磁極に形成され、
前記凸部と前記非凸部との境界部が、それぞれ前記回転子の外径側を凸とする１つの屈曲点を有す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】
前記回転子の外周部には、前記凸部を周方向両側から挟む非凸部が各磁極に形成され、
前記凸部と前記非凸部との境界部が、それぞれ前記回転子の外径側を凸とする屈曲点と、前記回転子の内径側を凸とする屈曲点と、を有す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４】
前記凸部の外周面は、前記回転子の回転軸心を中心とする円弧状に形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項５】
前記固定子の内周面は、前記凸部の外周面と相似形状を有することを特徴とする請求項４に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項６】
前記回転子には、周方向に隣接する前記磁極間に磁束短絡防止部が形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項７】
前記磁束短絡防止部は、前記回転子の外周面から凹設される溝部であり、
前記溝部の最内径部は、前記永久磁石部の最外径部よりも径方向内側に位置することを特徴とする請求項６に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項８】
θ２＝（５/９）θ１であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項９】
前記固定子の磁極数と前記回転子の磁極数との比率を３:２とすることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項１０】
複数の固定子磁極を有する固定子と、
回転子コアと、前記回転子コアの内部に配置されて磁極を構成する複数の永久磁石部とを有し、前記固定子の径方向内側に所定の隙間を介して回転自在に対向配置された回転子と、を備える永久磁石式回転電機であって、
前記回転子の外周部には、周方向の所定区間に亘って窪む凹部が各磁極の周方向両側に形成され、
前記凹部は、前記回転子の磁極中心を基準に回転子磁極開角をθ１、前記回転子の磁極端部側から磁極中心側に向かう凹部開角をθ３とすると、電気角で（１/６）θ１＜θ３＜（５/１８）θ１を満たす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１１】
前記回転子の外周部には、前記凹部に挟まれる非凹部が各磁極に形成され、
前記非凹部と前記凹部との境界部が、それぞれ前記回転子の外径側を凸とする１つの屈曲点を有することを特徴とする請求項１０に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項１２】
前記回転子の外周部には、前記凹部に挟まれる非凹部が各磁極に形成され、
前記非凹部と前記凹部との境界部が、それぞれ前記回転子の外径側を凸とする屈曲点と、前記回転子の内径側を凸とする屈曲点と、を有することを特徴とする請求項１０に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項１３】
前記非凹部の外周面は、前記回転子の回転軸心を中心とする円弧状に形成されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項１４】
前記固定子の内周面は、前記非凹部の外周面より大径の円弧状に形成されることを特徴とする請求項１３に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項１５】
前記回転子には、周方向に隣接する前記磁極間に磁束短絡防止部が形成されることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項１６】
前記磁束短絡防止部は、前記回転子の外周面から凹設される溝部であり、
前記溝部の最内径部は、前記永久磁石部の最外径部よりも径方向内側に位置することを特徴とする請求項１５に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項１７】
θ３＝（２/９）θ１であることを特徴とする請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項１８】
前記固定子の磁極数と前記回転子の磁極数との比率を３:２とすることを特徴とする請求項１０〜１７のいずれか１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、回転子コアの内部に永久磁石が埋め込まれた構造を有するＩＰＭ（Internal Permanent Magnet）型の永久磁石式回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＰＭ型の永久磁石式回転電機は、電動トルクが磁石磁束によるマグネットトルクの他に、回転子の周方向各部における磁気抵抗の差に起因するリラクタンストルクを利用できる利点を有している。この回転電機は、回転子の回転にともない固定子巻線に誘起電圧（逆起電圧）が発生するため、高速回転域において、この誘起電圧に起因する線間電圧が制御回路の耐電圧を越えないように設計がなされている。
【０００３】
従来の回転電機では、永久磁石の磁石量やコイルの巻回数を低減したり、回転子コアを構成する積層鋼板の積層厚を低減することにより、線間電圧のピーク（最大値）を下げて制御回路の保護を図っていた。
【０００４】
また、特許文献１に記載の発明では、有効磁極開角によって生じるコギングトルクを、有効凸部開角によって生じるコギングトルクで相殺するように、それぞれの開角を設定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−８４６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の線間電圧のピークを下げる手法では、永久磁石の磁石量やコイルの巻回数を低減したり、回転子コアを構成する積層鋼板の積層厚を低減することにより、同時にトルク定数（Ｋｔ＝電動機トルク/相電流）も下げることとなっていた。即ち、従来は、線間電圧が制御回路の耐電圧を越えないようにトルク定数と誘起電圧のバランスをとる設計となっていた。
【０００７】
また、特許文献１に記載の回転電機では、コギングトルクを低減させることはできても、誘起電圧を下げることは考慮されていないため、高速回転時には、線間電圧が制御回路の耐電圧を越える虞があった。
【０００８】
本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、トルク定数を低下させずに、誘起電圧を下げることのできる永久磁石式回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
複数の固定子磁極を有する固定子（例えば、後述する実施形態における固定子１１）と、
回転子コア（例えば、後述する実施形態における回転子コア２１）と、前記回転子コアの内部に配置されて磁極（例えば、後述する実施形態における第１磁極部２３Ａ、第２磁極部２３Ｂ）を構成する複数の永久磁石部（例えば、後述する実施形態における永久磁石２２ａ，２２ａ、２２ｂ，２２ｂ）とを有し、前記固定子の径方向内側に所定の隙間を介して回転自在に対向配置された回転子（例えば、後述する実施形態における回転子２０）と、を備える永久磁石式回転電機（例えば、後述する実施形態における回転電機１０）であって、
前記回転子の外周部には、周方向の所定区間に亘って突出する凸部（例えば、後述する実施形態における凸部３１）が各磁極に形成され、
前記凸部は、磁極中心を中心としてそれぞれ回転子磁極開角をθ１、凸部開角をθ２とすると、電気角で（４/９）θ１＜θ２＜（２/３）θ１を満たすように形成されることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、
前記回転子の外周部には、前記凸部を周方向両側から挟む非凸部（例えば、後述する実施形態における非凸部４１）が各磁極に形成され、
前記凸部と前記非凸部との境界部が、それぞれ前記回転子の外径側を凸とする１つの屈曲点（例えば、後述する実施形態における屈曲点５０）を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１の構成に加えて、
前記回転子の外周部には、前記凸部を周方向両側から挟む非凸部（例えば、後述する実施形態における非凸部４１）が各磁極に形成され、
前記凸部と前記非凸部との境界部が、それぞれ前記回転子の外径側を凸とする屈曲点（例えば、後述する実施形態における５１）と、前記回転子の内径側を凸とする屈曲点（例えば、後述する実施形態における５２）と、を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項の構成に加えて、
前記凸部の外周面は、前記回転子の回転軸心（例えば、後述する実施形態における回転軸心Ｏ）を中心とする円弧状に形成されることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項４の構成に加えて、
前記固定子の内周面は、前記凸部の外周面と相似形状を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか１項の構成に加えて、
前記回転子には、周方向に隣接する前記磁極間に磁束短絡防止部（例えば、後述する実施形態における溝部２６）が形成されることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に係る発明は、請求項６の構成に加えて、
前記磁束短絡防止部は、前記回転子の外周面から凹設される溝部（例えば、後述する実施形態における溝部２６）であり、
前記溝部の最内径部は、前記永久磁石部の最外径部よりも径方向内側に位置することを特徴とする。
【００１６】
請求項８に係る発明は、請求項１〜７のいずれか１項の構成に加えて、
θ２＝（５/９）θ１であることを特徴とする。
【００１７】
請求項９に係る発明は、請求項１〜８のいずれか１項の構成に加えて、
前記固定子の磁極数と前記回転子の磁極数との比率を３:２とすることを特徴とする。
【００１８】
上記目的を達成するために、請求項１０に係る発明は、
複数の固定子磁極を有する固定子（例えば、後述する実施形態における固定子１１）と、
回転子コア（例えば、後述する実施形態における回転子コア２１）と、前記回転子コアの内部に配置されて磁極（例えば、後述する実施形態における第１磁極部２３Ａ、第２磁極部２３Ｂ）を構成する複数の永久磁石部（例えば、後述する実施形態における永久磁石２２ａ，２２ａ、２２ｂ，２２ｂ）とを有し、前記固定子の径方向内側に所定の隙間を介して回転自在に対向配置された回転子（例えば、後述する実施形態における回転子２０）と、を備える永久磁石式回転電機（例えば、後述する実施形態における回転電機１０）であって、
前記回転子の外周部には、周方向の所定区間に亘って窪む凹部（例えば、後述する実施形態における非凸部４１）が各磁極の周方向両側に形成され、
前記凹部は、前記回転子の磁極中心を基準に回転子磁極開角をθ１、前記回転子の磁極端部側から磁極中心側に向かう凹部開角をθ３とすると、電気角で（１/６）θ１＜θ３＜（５/１８）θ１を満たすように形成されることを特徴とする。
【００１９】
請求項１１に係る発明は、請求項１０の構成に加えて、
前記回転子の外周部には、前記凹部に挟まれる非凹部（例えば、後述する実施形態における凸部３１）が各磁極に形成され、
前記非凹部と前記凹部との境界部が、それぞれ前記回転子の外径側を凸とする１つの屈曲点（例えば、後述する実施形態における屈曲点５０）を有することを特徴とする。
【００２０】
請求項１２に係る発明は、請求項１０の構成に加えて、
前記回転子の外周部には、前記凹部に挟まれる非凹部（例えば、後述する実施形態における凸部３１）が各磁極に形成され、
前記非凹部と前記凹部との境界部が、それぞれ前記回転子の外径側を凸とする屈曲点（例えば、後述する実施形態における５１）と、前記回転子の内径側を凸とする屈曲点（例えば、後述する実施形態における５２）と、を有することを特徴とする。
【００２１】
請求項１３に係る発明は、請求項１１又は１２の構成に加えて、
前記非凹部の外周面は、前記回転子の回転軸心（例えば、後述する実施形態における回転軸心Ｏ）を中心とする円弧状に形成されることを特徴とする。
【００２２】
請求項１４に係る発明は、請求項１３の構成に加えて、
前記固定子の内周面は、前記非凹部の外周面より大径の円弧状に形成されることを特徴とする。
【００２３】
請求項１５に係る発明は、請求項１０〜１４のいずれか１項の構成に加えて、
前記回転子には、周方向に隣接する前記磁極間に磁束短絡防止部（例えば、後述する実施形態における溝部２６）が形成されることを特徴とする。
【００２４】
請求項１６に係る発明は、請求項１５の構成に加えて、
前記磁束短絡防止部は、前記回転子の外周面から凹設される溝部（例えば、後述する実施形態における溝部２６）であり、
前記溝部の最内径部は、前記永久磁石部の最外径部よりも径方向内側に位置することを特徴とする。
【００２５】
請求項１７に係る発明は、請求項１０〜１６のいずれか１項の構成に加えて、
θ３＝（２/９）θ１であることを特徴とする。
【００２６】
請求項１８に係る発明は、請求項１０〜１７のいずれか１項の構成に加えて、
前記固定子の磁極数と前記回転子の磁極数との比率を３:２とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１の発明によれば、回転子の外周部の形状を変更することで、トルク定数を低減させずに、線間電圧のピークを下げることができる。これにより制御回路の耐電圧に対しマージンを持つことができるため信頼性を向上させることができる。
【００２８】
請求項２の発明によれば、１つの屈曲点とすることで、凸部と非凸部との一方に対し他方が傾斜状（テーパ状）に形成されることとなるので、線間電圧のピークがより平準化（平坦化）される。
【００２９】
請求項３の発明によれば、２つの屈曲点とすることで、凸部と非凸部との一方に対し他方が段差状に形成されることとなるので、凸部と非凸部との外径変化を狭い範囲で大きくとることができ、外周形状の自由度が増える。
【００３０】
請求項４の発明によれば、凸部を円弧状とすることで回転子と固定子とをより近接して配置することが可能で、トルク定数の低下をより抑制することができる。
【００３１】
請求項５の発明によれば、回転子と固定子をより近接配置することができる。
【００３２】
請求項６の発明によれば、隣接する磁極間で磁束が回り、固定子への磁束量が低減するのを抑制することができる。
【００３３】
請求項７の発明によれば、永久磁石に作用する遠心力によって回転子コアに作用する応力が分散し、回転子強度の持続性が向上する。
【００３４】
請求項８の発明によれば、線間電圧のピークが最も平準化する。
【００３５】
請求項１０の発明によれば、回転子の外周部の形状を変更することで、トルク定数を低減させずに、線間電圧のピークを下げることができる。これにより制御回路の耐電圧に対しマージンを持つことができるため信頼性を向上させることができる。
【００３６】
請求項１１の発明によれば、１つの屈曲点とすることで、非凹部と凹部との一方に対し他方が傾斜状（テーパ状）に形成されることとなるので、線間電圧のピークがより平準化（平坦化）される。
【００３７】
請求項１２の発明によれば、２つの屈曲点とすることで、非凹部と凹部との一方に対し他方が段差状に形成されることとなるので、非凹部と凹部との外径変化を狭い範囲で大きくとることができ、外周形状の自由度が増える。
【００３８】
請求項１３の発明によれば、非凹部を円弧状とすることで回転子と固定子とをより近接して配置することが可能で、トルク定数の低下をより抑制することができる。
【００３９】
請求項１４の発明によれば、回転子と固定子をより近接配置することができる。
【００４０】
請求項１５の発明によれば、隣接する磁極間で磁束が回り、固定子への磁束量が低減するのを抑制することができる。
【００４１】
請求項１６の発明によれば、永久磁石に作用する遠心力によって回転子コアに作用する応力が分散し、回転子強度の持続性が向上する。
【００４２】
請求項１７の発明によれば、線間電圧のピークが最も平準化する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る第１実施形態の回転電機の正面図である。
【図２】（ａ）第１実施形態の回転電機の要部拡大図であり、（ｂ）は従来の回転電機の要部拡大図である。
【図３】第１実施形態の回転電機と従来の回転電機における、電気角に対する誘起電圧、線間電圧、磁束密度の関係の解析値を示すグラフである。
【図４】（ａ）は本実施形態の回転電機の各相の線間電圧の実測値を示すグラフであり、（ｂ）は従来の回転電機の各相の線間電圧の実測値を示すグラフである。
【図５】回転子コアの形状と線間電圧波形との関係を示す図である。
【図６】第１実施形態の回転電機の形状を決める際のフローを説明するフロー図である。
【図７】第２実施形態の回転電機の要部拡大図である。
【図８】第２実施形態の回転電機における、電気角に対する誘起電圧と線間電圧の関係を示すグラフである。
【図９】第２実施形態の回転電機の形状を決める際のフローを説明するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明の各実施形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
＜第１実施形態＞
図１及び図２（ａ）に示すように、本実施形態の回転電機１０は、例えば電気自動車のトラクションモータとして使用されるＩＰＭ型の永久磁石式回転電機であり、主に固定子１１と回転子２０とから構成されている。固定子１１は、積層された電磁鋼板の内周側に複数のスロット１４及びティース１５が形成された固定子コア１３と、スロット１４に収容され回転磁界を発生させて回転子２０を回転させる複数相（本実施形態では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相）の電機子巻線１６と、を備え、複数の固定子磁極（本実施形態では１８個）を構成する。本実施形態の回転電機１０においては、ティース１５の先端部が円弧状に形成され、電機子巻線１６はティース１５に突極集中巻きで巻装されている。
【００４５】
回転子２０は、略円筒状の回転子シャフト（図示せず）と、その外周側に設けられる回転子コア２１と、複数の磁極部２３とを備え、固定子１１の径方向内側に所定の隙間を介して回転可能に配置されている。
【００４６】
回転子コア２１は、複数の電磁鋼板２７…２７が軸方向に積層されて構成されている。各電磁鋼板２７…２７は、その内部に孔部２４を有するとともに、その外周部に回転子コア２１の固定子対向面である外周面２１ａ近傍に一対の埋め込み穴２５，２５が円周方向に複数形成された略円環形状を有する。
【００４７】
回転子コア２１の一対の埋め込み穴２５，２５は、一様幅を有するセンターリブ２９で区画され、それぞれに永久磁石２２ａ（２２ｂ）が配置される。磁化方向が同じ２つの永久磁石２２ａ，２２ａにより第１磁極部２３Ａが構成され、永久磁石２２ａ，２２ａと磁化方向が異なる２つの永久磁石２２ｂ，２２ｂにより第２磁極部２３Ｂが構成され、これら第１磁極部２３Ａと第２磁極部２３Ｂとが周方向に交互に配列され、複数の回転子磁極（本実施形態では１２個）が構成される。
【００４８】
各永久磁石２２ａ（２２ｂ）は、同一形状で構成され、且つ、断面が略長方形状を有する。そして、各永久磁石２２ａ（２２ｂ）は埋め込み穴２５内に隙間なく、特に各永久磁石２２ａ（２２ｂ）の外周側の側面全面が回転子コア２１に接触するように装着される。
【００４９】
また、回転子コア２１には、磁化方向が異なる第１磁極部２３Ａと第２磁極部２３Ｂとを区画する溝部２６が外周面２１ａから径方向内側に窪むように形成される。溝部２６の最内径部（最深部）は、永久磁石２２ａ（２２ｂ）の最外径部よりも径方向内側に位置する。溝部２６の周方向中間部と回転子２０の回転軸心Ｏを結ぶ溝部中心線Ｑが各磁極の終端（磁極端）をなし、磁極中心Ｐを中心として隣り合う溝部２６の溝部中心線Ｑ間が電気角で１８０°に相当する。溝部２６は、永久磁石２２ａ、２２ｂの磁極からの交番磁束を遮断することにより、隣り合う磁極部２３への磁束短絡を防ぐ磁束短絡抑制部として機能する。また、回転中の遠心力により永久磁石２２ａ（２２ｂ）が回転子コア２１に及ぼす応力を、最小肉厚部２８と溝部２６との２箇所で受けることができ、応力を分散して受けることとなる。
【００５０】
また、各磁極部２３Ａ、２３Ｂには、磁極中心Ｐから周方向両側の所定区間に亘って回転軸心Ｏを中心とする円弧形状の外周面を有する凸部３１が形成され、凸部３１の周方向両側から溝部２６までの所定区間に亘ってテーパ状の外周面を有する非凸部４１が形成され、凸部３１と非凸部４１との境界部にそれぞれ回転子２０の外径側を凸とする１つの屈曲点５０が形成される。
【００５１】
即ち、各磁極部２３Ａ、２３Ｂの磁極中央部は凸部３１をなし、磁極中央部を挟んで周方向両側の磁極端部は非凸部４１をなしている。固定子１１の内周面は、凸部３１と相似形状を有し、凸部３１との隙間は一定であり、固定子１１の内周面と非凸部４１との隙間は、屈曲点５０から溝部２６に近づくに従って大きくなっている。ここで、磁極中央部を基準に磁極端部を見ると、磁極端部は凹部となり、磁極中央部が非凹部となり、反対に、磁極端部を基準に磁極中央部を見ると、磁極中央部は凸部となり、磁極端部が非凸部となる。磁極中央部又は磁極端部のいずれを基準としてもよいが、以下の説明においては、磁極中央部を凸部３１、磁極端部を非凸部４１として説明する。
【００５２】
凸部３１は、磁極中心Ｐを中心としてそれぞれ回転子磁極開角（溝部中心線Ｑ間開角）をθ１、凸部開角（屈曲点５０間開角）をθ２とすると、（４/９）θ１＜θ２＜（２/３）θ１を満たすように形成され、非凸部（凹部）開角（屈曲点５０と溝部中心線Ｑ間開角）をθ３とすると、電気角で（１/６）θ１＜θ３＜（５/１８）θ１を満たすように形成される。より好ましくは、θ２＝（５/９）θ１であり、θ３＝（２/９）θ１である。なお、本実施形態では、θ１＝１８０°、θ２＝１００°、θ３＝４０°に設定されている。
【００５３】
ここで、各磁極部２３Ａ、２３Ｂの外周面が回転軸心Ｏを中心とする円弧形状のみで形成された図２（ｂ）に示す回転子を従来の回転電機とすると、図３に示すように、本実施形態のＵ相磁束密度が従来のＵ相磁束密度に比べて電気角で９０°及び２７０°近傍で磁束変化率が高くなっており、これに伴って本実施形態のＵ相誘起電圧が従来のＵ相誘起電圧より９０°及び２７０°近傍で低く平坦になっており、さらにＵ相とＶ相の相誘起電圧の差（Ｕ相誘起電圧−Ｖ相誘起電圧）である本実施形態のＵ−Ｖ線間電圧が従来のＵ−Ｖ線間電圧よりピークが低く平坦になっている。
【００５４】
これは磁極中央部が凸部３１をなし、磁極端部が非凸部４１をなしているので、図５に示すように、永久磁石永久磁石２２ａ（２２ｂ）の磁石磁束を固定子１１の内周面に近い凸部３１に集中させることができ、固定子１１への磁束進入を凸部３１で急激化できるためと考えられる。固定子１１への磁束進入を急激化させることにより、磁束密度変動によって発生する誘起電圧において１次基本周波数に加え、３次周波数成分、５次周波数成分を調整する効果があり、トルク定数を低下させることなく（１）式から導かれる各相誘起電圧を調整したものである。そして、各相誘起電圧を調整することにより各相誘起電圧の差である線間電圧のピークを低下させ、線間電圧波形の振幅を抑制できる。
【００５５】
[式１] 
Ｖ＝ｎ・ｄ/ｄｔ・Φ・ｓｉｎωｔ                                  （１）
Ｖ：誘起電圧、ｎ：コイル巻数、Φ：磁束密度、ω：角速度、ｔ：時間
【００５６】
なお、図３は、Ｕ相のみを表示したがＶ相及びＷ相も同じ傾向を示す。図４（ａ）に示す本実施形態のＵ−Ｖ線間電圧、Ｖ−Ｗ線間電圧、Ｗ−Ｕ線間電圧、いずれも図４（ｂ）に示す従来の回転電機のＵ−Ｖ線間電圧、Ｖ−Ｗ線間電圧、Ｗ−Ｕ線間電圧に比べて、ピークが低く平坦になっており、従来の回転電機では線間電圧のピークが制御回路の耐電圧を越えているのに対し、本実施形態の回転電機１０では線間電圧のピークが制御回路の耐電圧より小さい値を示している。
【００５７】
次に、本実施形態の回転電機１０の形状を決める際の手順について図６を参照して説明する。
先ず、車両の搭載位置、スペースの関係から回転電機１０の外径を決定する（ステップＳ１１）。続いて、車両の要求トルクにより磁石位置を決定する（ステップＳ１２）。永久磁石２２ａ（２２ｂ）は、回転子コア２１の外周側に配置するほどより多くのトルクを出力することができる。次に、最大回転数時の応力により最小肉厚部２８の肉厚ｔ（図２（ａ）参照）を決定する（ステップＳ１３）。そして、凸部３１が（４/９）θ１＜θ２＜（２/３）θ１を満たすように屈曲点５０を決定する（ステップＳ１４）。
【００５８】
以上、説明したように本実施形態の回転電機１０は、回転子２０の外周部には、周方向の所定区間に亘って突出する凸部３１が各磁極部２３Ａ、２３Ｂに形成され、凸部３１は、磁極中心Ｐを中心としてそれぞれ回転子磁極開角をθ１、凸部開角をθ２とすると、電気角で（４/９）θ１＜θ２＜（２/３）θ１を満たすように形成されるので、固定子１１への磁束進入を凸部３１で急激化でき、トルク定数を低下させずに各相誘起電圧を調整することができる。そして、各相誘起電圧を調整することにより各相誘起電圧の差である線間電圧のピークを低下させることができる。従って、制御回路の耐電圧に対しマージンを持つことができるため信頼性を向上させることができる。あるいは、制御回路の耐電圧以下に収まる範囲で、モータ定数を向上させ高性能な回転電機とすることができる。
【００５９】
また、このように、各磁極部２３Ａ、２３Ｂの外周部の形状を変更するだけで、線間電圧のピークを下げることができるので、磁石の形状を限定しない。特に、永久磁石２２ａ（２２ｂ）を矩形状とすることで、成形型をそのまま使用できたり、切削など機械加工を施すにしても削り代を少なくでき、低コストで製造できる。また、成形材であれば成形表面ほど高硬度であるため遠心力が作用しても磁石割れ等の虞を低減でき、磁石強度及び回転子コア強度に有利で信頼性が向上する。また、回転電機１０の性能やサイズによらず永久磁石２２ａ（２２ｂ）を流用することができる。特に近年では、貴重な希土類材料を使用した永久磁石を製造するにあたり、材料の大量確保にコスト面で有利であり、製造面では大掛かりで特殊な専用設備が必要だがその設備償却に大きく貢献する。
【００６０】
また、永久磁石２２ａ（２２ｂ）の外周側の側面は、全面が回転子コア２１に接触するため磁気抵抗なく磁石磁束を回転子外周面２１ａに伝えることができ、高価な希土類材料を使用した永久磁石のポテンシャルを最大限に生かすことができる。
【００６１】
また、各磁極部２３Ａ、２３Ｂ間には溝部２６が設けられているので、回転子コア２１は遠心力が作用した永久磁石２２ａ（２２ｂ）の角が埋め込み穴２５の隅近傍に接触し遠心力を受けるため、曲げモーメントアームが小さくでき、さらに最小肉厚部２８と溝部２６との２箇所で応力を受けることができ、１箇所で応力集中が発生するのを抑制することができる。
【００６２】
また、突極集中巻きの回転電機に適用することで、回転子コア２１から軸方向にはみ出す巻線を小さくでき回転電機を小型化することができる。さらに、トルクリップル低減の効果もあり、回転電機を低騒音化することができる。
【００６３】
また、回転電機１０は、ＩＰＭ型の回転電機なので、遠心力が作用した場合でも永久磁石２２ａ（２２ｂ）の保持が容易であり、高回転にも対応することができる。
【００６４】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態の回転電機について図７を参照して説明する。
本実施形態の各磁極部２３Ａ、２３Ｂには、磁極中心Ｐから周方向両側の所定区間に亘って回転軸心Ｏを中心とする円弧形状の外周面を有する凸部３１が形成され、凸部３１の周方向両側から溝部２６までの所定区間に亘って凸部３１の円弧形状より小径の円弧形状の外周面を有する非凸部４２が形成され、凸部３１と非凸部４２との境界部にそれぞれ回転子２０の外径側を凸とする第１屈曲点５１と、回転子２０の内径側を凸とする第２屈曲点５２とが形成される。第１屈曲点５１と第２屈曲点５２とはテーパ面５３で連結される。
【００６５】
即ち、各磁極部２３Ａ、２３Ｂの磁極中央部は凸部３１をなし、磁極中央部を挟んで周方向両側の磁極端部は非凸部４２をなしており、固定子１１の内周面と凸部３１との隙間は一定であり、テーパ面５３で磁極中央部側から溝部２６側に近づくに従って急激に大きくなり、固定子１１の内周面と非凸部４２との隙間は、固定子１１の内周面と凸部３１との隙間より大きな隙間で一定となっている。本実施形態でも、磁極中央部を凸部３１、磁極端部を非凸部４１として説明するが、磁極中央部を基準に磁極端部を凹部として、磁極中央部を非凹部としてもよい。
【００６６】
凸部３１は、磁極中心Ｐを中心としてそれぞれ回転子磁極開角（溝部中心線Ｑ間開角）をθ１、凸部開角（第１屈曲点５１間開角）をθ２とすると、（４/９）θ１＜θ２＜（２/３）θ１を満たすように形成され、非凸部（凹部）開角（第１屈曲点５１と溝部中心線Ｑ間開角）をθ３とすると、電気角で（１/６）θ１＜θ３＜（５/１８）θ１を満たすように形成される。より好ましくは、θ２＝（５/９）θ１であり、θ３＝（２/９）θ１である。第１屈曲点５１と回転子２０の回転軸心Ｏを結ぶ第１直線Ｒ１と、第２屈曲点５２と回転子２０の回転軸心Ｏを結ぶ第２直線Ｒ２とは、電気角で１°以上離れている。
【００６７】
図８は、第２実施形態におけるＵ相誘起電圧とＵ−Ｖ線間電圧を示すものであるが、図３に示した従来の回転電機と比べて、電気角で１２０°及び３００°近傍でＵ−Ｖ線間電圧のピークが低く平坦になっていることがわかる。
【００６８】
次に、本実施形態の回転電機１０の形状を決める際の手順について図９を参照して説明する。
先ず、車両の搭載位置、スペースの関係から回転電機１０の外径を決定する（ステップＳ２１）。続いて、車両の要求トルクにより磁石位置を決定する（ステップＳ２２）。永久磁石２２ａ（２２ｂ）は、回転子コア２１の外周側に配置するほどより多くのトルクを出力することができる。次に、最大回転数時の応力により最小肉厚部２８の肉厚ｔを決定する（ステップＳ２３）。そして、凸部３１が（４/９）θ１＜θ２＜（２/３）θ１を満たすように第１屈曲点５１を決定する（ステップＳ２４）。続いて、第１屈曲点５２より電気角で１°以上で第２屈曲点５２を決定する（ステップＳ２５）。
【００６９】
以上、説明したように本実施形態の回転電機１０は、凸部３１と非凸部４１との境界部が、回転子２０の外径側を凸とする第１屈曲点５１と、回転子２０の内径側を凸とする第２屈曲点５２と、を有する場合であっても第１実施形態と同様に、トルク定数を低下させずに各相誘起電圧を調整することができる。そして、各相誘起電圧を調整することにより各相誘起電圧の差である線間電圧のピークを低下させることができる。従って、制御回路の耐電圧に対しマージンを持つことができるため信頼性を向上させることができる。あるいは、制御回路の耐電圧以下に収まる範囲で、モータ定数を向上させ高性能な回転電機とすることができる。
【００７０】
なお、第１実施形態と比べると、ピーク近傍で線間電圧が上下動しており、非凸部４１は円弧形状よりもテーパ形状の方が好ましいといえる。これは、テーパ形状の方が磁束の流れが滑らかになり、波形のピークがより平坦になるからである。回路保護の観点では、より線間電圧が平坦の方がピークを抑えられるので有利となる。
【００７１】
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１０      回転電機
１１      固定子
１６      電機子巻線
２０      回転子
２１      回転子コア
２１ａ    回転子コアの外周面
２２ａ    永久磁石（永久磁石部）
２２ｂ    永久磁石（永久磁石部）
２３      磁極部
２３Ａ    第１磁極部
２３Ｂ    第２磁極部
２６      溝部（磁束短絡防止部）
５０      屈曲点
５１      第１屈曲点
５２      第２屈曲点
３１      凸部（非凹部）
４１      非凸部（凹部）
θ１      回転子磁極開角
θ２      凸部開角
θ３      非凸部開角（凹部開角）
Ｏ        回転軸心
Ｐ        磁極中心
【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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