(57)【要約】【課題】トルクリプルやコギングトルクを低減させて、振動や騒音の少ない高品質で高効率な回転駆動をすることのできる電動回転機を提供すること。【解決手段】固定子１１は、回転子１２に対面する複数本のティース１５と、コイルをティースに巻き掛ける空間の複数のスロット１８とを有し、回転子には、ティースに磁気力を働かせる一対の永久磁石１６がＶ字に埋め込まれることにより、固定子内の回転子をリラクタンストルクとマグネットトルクにより回転駆動させる電動回転機１０であって、回転子の外周面１２ａには相対移動するティース毎の磁束密度が滑らかに変化するように、隙間Ｇの対面間隔Ｘｇの２０％〜４０％の溝深さＲｔでティース幅Ｔｓの調整溝２１をｄ軸からの変位角θ１＝３０°となる位置に形成する。【選択図】図５
2013099193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸心の回転軸を一体回転させる回転子と、該回転子を回転自在に収容する固定子と、を備えて、  前記固定子は、前記回転子の周回回転する外周面に向かって延在して該外周面に内周面側を対面させる複数本のティース部と、駆動電力を入力するコイルを前記ティース部に巻き掛ける空間であって該ティース部間に形成される複数のスロットと、を有し、  前記回転子には、前記ティース部の対向面に対する磁気力を働かせるように複数の永久磁石が埋め込まれることにより、  前記コイルへの通電時に発生する、前記ティース部内、当該ティース部背面側および前記回転子内を磁束が通過することによるリラクタンストルクおよび前記永久磁石との間の間で働く吸引力または反発力のマグネットトルクにより前記固定子内の前記回転子を回転駆動させる電動回転機であって、  前記回転子側の１組の前記永久磁石と前記固定子側の１組の前記スロットとが対応する構成で、該１組の永久磁石側を１磁極としたときに、該１磁極に対応する前記１組のスロットを形成する前記ティース部毎の磁束密度が当該１磁極中心から両側方に滑らかに変化するように、前記回転子における当該磁束の磁路の形成領域を調整することを特徴とする電動回転機。
【請求項２】
前記回転子の前記ティース部に対面する外周面と、前記１組の永久磁石の前記回転子の外周面側と、の間の前記磁束の磁路の形成領域の形状が前記１磁極中心から外方に向かって滑らかに連続するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動回転機。
【請求項３】
前記ティース部毎の磁束密度が前記１磁極中心から両側方に滑らかに変化させる前記磁束の磁路の形成領域の形状として、  前記１磁極の中心に対する両側均等位置で前記ティース部に対面する前記回転子の外周面に、当該ティース部の対面幅以内の幅で該ティース部と平行になるように形成されている調整溝を備えることを特徴とする請求項２に記載の電動回転機。
【請求項４】
前記回転子側には、当該外周面側に向かってＶ字型に開くように一対で前記１組の永久磁石を埋め込んで前記１磁極が構成され、  前記固定子側には、６つで前記１組のスロットが構成される電動回転機であって、  前記１磁極中心に対する正逆方向の電気角３０度の位置に、前記ティース部の対面幅の前記調整溝が形成されており、  前記調整溝は、０．２≦溝深さ／当該ティース部と前記外周面の対向面間距離≦０．４を満たす形状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電動回転機。
【請求項５】
前記１組の永久磁石の外端側に、磁束の回り込みを制限するフラックスバリアが形成されている場合には、当該フラックスバリアの外端部を含んで前記１磁極を構成していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電動回転機。
【請求項６】
前記ティース部毎の磁束密度が前記１磁極中心から両側方に滑らかに変化させる前記磁束の磁路の形成領域の形状として、  前記回転子の外周面との間で当該磁束の磁路の形成領域を形成する前記フラックスバリアの外側壁面を、前記永久磁石の外面の延長面から前記回転子の内方に湾曲する湾曲形状に形成することを特徴とする請求項５に記載の電動回転機。
【請求項７】
前記回転子側には、当該外周面側に向かってＶ字型に開くように一対で前記１組の永久磁石を埋め込んで前記１磁極が構成され、  前記固定子側には、６つで前記１組のスロットが構成される電動回転機であって、  前記フラックスバリアの外側壁面は、Ｒ６からＲ１０の範囲内の湾曲面で、  前記永久磁石の外面の延長面と該永久磁石の隣接箇所における当該外側壁面の接線との間の挟角が０°から４°の範囲内になるように形成されていることを特徴とする請求項６に記載の電動回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、電動回転機に関し、詳しくは、高品質な回転駆動を実現したものに関する。
【背景技術】
【０００２】  各種装置に搭載する電動回転機には、搭載装置に応じた特性が要求されることになり、例えば、駆動源として内燃機関と共にハイブリッド自動車（Hybrid  Electric  Vehicle）に搭載されたり、単独の駆動源として電気自動車（Electric  Vehicle）に搭載される、駆動用モータの場合には、低回転域で大トルクを発生するのと同時に、広い可変速特性を備えることが要求される。【０００３】  このような特性を有する電動回転機としては、マグネットトルクと共に、リラクタンストルクを効果的に利用可能な構造を採用するのが有効であり、外周面側に向かって開くＶ字型になるように、磁力の強いネオジム磁石（Neodymium  magnet）などの永久磁石を回転子内に埋め込む、ＩＰＭ（Interior  Permanent  Magnet）構造を採用することが提案されている（例えば、特許文献１）。【０００４】  このＩＰＭ構造を採用する電動回転機にあっては、回転子内に永久磁石をＶ字型になるように埋め込んでｑ軸磁路を確保することによりリラクタンストルクを有効活用可能にする。このことから、この電動回転機におけるリラクタンストルクの比率がマグネットトルクよりも大きくなり、また、Ｖ字に永久磁石を埋め込んだ回転子におけるｑ軸とｄ軸のインダクタンス比（Ｌｑ／Ｌｄ）の突極比も大きくなって磁束波形に空間高調波が重畳し易くなる。なお、ｄ軸は、磁極が作る磁束の方向、すなわち、Ｖ字の永久磁石間の中心軸となり、ｑ軸は、そのｄ軸と電気的・磁気的に直交する、隣接する磁極（永久磁石）間の中心軸となる。【０００５】  このため、このような電動回転機では、トルクの変動幅であるトルクリプル（torqｕe  ripple）が増加してしまう。そして、このトルクリプルの増加は、電動回転機の振動や電磁騒音の増加原因になり、そのうちの電磁騒音は、内燃機関の駆動に起因する騒音よりも比較的周波数帯が高く、電動回転機を搭載する車両の乗員にとって不快な音になることから、できるだけ低減するのが好ましい。【０００６】  また、電動回転機は、電力消費を小さく、かつ、効率よく所望の駆動力を発生するために、高効率に駆動することが求められるが、振動等が発生すると損失となって、その効率の低下要因となる。【０００７】  特に、ハイブリッド自動車や電気自動車には、搭載空間の制約と共に、近年のエネルギ効率（燃費）の向上の要求に伴って、軽量化と同時に小型化による高エネルギ密度出力が可能な電動回転機が求められており、例えば、発進後の市街地走行時などに常用される領域における高効率な駆動を実現する必要があり、異常振動であるジャダー（judder）の低減やスムーズな加速性能のためにも、トルクリプルと共に、永久磁石の吸引力に起因するコギングトルク（Cogging  Torque）を抑えるのが効果的である。【０００８】  このような電動回転機（モータ）としては、単位体積当たりの出力密度を高めるほど、トルクリプルやコギングトルクの発生による電磁騒音の増加や効率悪化の傾向になるため、モータ単体として、小型化と共に、効率向上、電磁騒音低減、低トルクリプル、低コギングトルクを両立させることは極めて困難であるが、要望が大きいのも現実である。【０００９】  この種の電磁騒音、トルクリプル、コギングトルクの低減を実現する手段としては、回転子を軸方向に分割し��永久磁石同士を回転方向（周回回転方向）に捩じった位置関係にする、所謂、スキューを施すことが提案されている（例えば、特許文献２）。【００１０】  しかしながら、スキューを施した電動回転機にあっては、組立工数が増加して生産コストが増加するとともに、隣接する永久磁石同士には段差が存在する状態で組み付けられることから、その段差の境界面付近での着磁率が悪化して永久磁石としての磁束密度が低下することになる。この結果、電動回転機に備えさせる出力トルクが低下してしまう。【００１１】  このことから、この種の電動回転機では、スキューを施すことなく、電磁騒音などの低減を実現するための各種工夫がなされており、固定子内で回転する回転子の外周面の断面形状を花弁状にするなどして、回転子の外周面と固定子の内周面との間の隙間（エアギャップ）を、ｑ軸との交差位置で広くすることが提案されている（例えば、特許文献１、３、４）。【００１２】  しかし、この特許文献１、３、４に記載のような電動回転機にあっては、励磁軸となるｑ軸を中心に広い範囲でのエアギャップが大きくなることにより磁気抵抗が増加して、突極比やトルクの低下と共に効率悪化を招くことになる。【００１３】  また、この種の電動回転機では、このような磁気抵抗の増加なく、トルク低下の問題点を解決しながらトルクリプルやコギングトルクを抑えるために、永久磁石の両側方に形成して磁束の回り込みを制限するフラックスバリアの形状を工夫することが提案されている（例えば、特許文献５、６）。【００１４】  しかし、この特許文献５、６に記載のような電動回転機にあっては、特定形状のフラックスバリアを形成するために、永久磁石を挟んで回転子の外周面側を連結支持するブリッジ部の強度を確保することができずに、高速回転時における遠心力でそのブリッジ部が破損して破断などに至ってしまう、所謂、バースト現象が発生してしまう可能性が出てきてしまう。【００１５】  また、この種の電動回転機では、トルクリプルやコギングトルクを抑えるために、回転子の外周面に軸方向に延在する溝を形成することが提案されている（例えば、特許文献７〜１１）。【００１６】  しかし、この特許文献７〜１１にあっては、３相のＩＰＭモータ構造を採用する電動回転機の全ての条件に対応している訳ではなく、溝の形成位置をどのようにして決定すればよいのか、また、その溝幅はどの程度にすればよいのかなどの重要な形成条件が不明である。このため、他の構造に適用することができず、例えば、永久磁石の設置条件や固定子における後述のティース部の先端幅やスロットの開口幅などの各種条件に応じた最適条件にすることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００８−  ９９４１８号公報
【特許文献２】特開２００６−３０４５４６号公報
【特許文献３】特開２０００−１９７２９２号公報
【特許文献４】特開２００７−３１２５９１号公報
【特許文献５】特開２００２−２２３５３８号公報
【特許文献６】特開２００９−  ７７５２５号公報
【特許文献７】特開２００４−３２８９５６号公報
【特許文献８】特開２００８−２０６３０８号公報
【特許文献９】特開２００８−２２００５３号公報
【特許文献１０】特開２００８−３１２３１６号公報
【特許文献１１】特開２０１１−１４２７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】  そこで、本発明は、トルクリプルやコギングトルクなどを低減させて、振動や騒音の少ない高品質で高効率な回転駆動をすることのできる電動回転機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】  上記課題を解決する電動回転機に係る発明の第１の態様は、軸心の回転軸を一体回転させる回転子と、該回転子を回転自在に収容する固定子と、を備えて、前記固定子は、前記回転子の周回回転する外周面に向かって延在して該外周面に内周面側を対面させる複数本のティース部と、駆動電力を入力するコイルを前記ティース部に巻き掛ける空間であって該ティース部間に形成される複数のスロットと、を有し、前記回転子には、前記ティース部の対向面に対する磁気力を働かせるように複数の永久磁石が埋め込まれることにより、前記コイルへの通電時に発生する、前記ティース部内、当該ティース部背面側および前記回転子内を磁束が通過することによるリラクタンストルクおよび前記永久磁石との間の間で働く吸引力または反発力のマグネットトルクにより前記固定子内の前記回転子を回転駆動させる電動回転機であって、前記回転子側の１組の前記永久磁石と前記固定子側の１組の前記スロットとが対応する構成で、該１組の永久磁石側を１磁極としたときに、該１磁極に対応する前記１組のスロットを形成する前記ティース部毎の磁束密度が当該１磁極中心から両側方に滑らかに変化（連続）するように、前記回転子における当該磁束の磁路の形成領域を調整することを特徴とするものである。【００２０】  上記課題を解決する電動回転機に係る発明の第２の態様は、上記第１の態様の特定事項に加え、前記回転子の前記ティース部に対面する外周面と、前記１組の永久磁石の前記回転子の外周面側と、の間の前記磁束の磁路の形成領域の形状が前記１磁極中心から外方に向かって滑らかに連続するように形成されていることを特徴とするものである。【００２１】  上記課題を解決する電動回転機に係る発明の第３の態様は、上記第２の態様の特定事項に加え、前記ティース部毎の磁束密度が前記１磁極中心から両側方に滑らかに変化させる前記磁束の磁路の形成領域の形状として、前記１磁極の中心に対する両側均等位置で前記ティース部に対面する前記回転子の外周面に、当該ティース部の対面幅以内の幅で該ティース部と平行になるように形成されている調整溝を備えることを特徴とするものである。【００２２】  上記課題を解決する電動回転機に係る発明の第４の態様は、上記第３の態様の特定事項に加え、前記回転子側には、当該外周面側に向かってＶ字型に開くように一対で前記１組の永久磁石を埋め込んで前記１磁極が構成され、前記固定子側には、６つで前記１組のスロットが構成される電動回転機であって、前記１磁極中心に対する正逆方向の電気角３０度の位置に、前記ティース部の対面幅の前記調整溝が形成されており、前記調整溝は、０．２≦溝深さ／当該ティース部と前記外周面の対向面間距離≦０．４を満たす形状に形成されていることを特徴とするものである。【００２３】  上記課題を解決する電動回転機に係る発明の第５の態様は、上記第１から第４のいずれか１つの特定事項に加え、前記１組の永久磁石の外端側に、磁束の回り込みを制限するフラックスバリアが形成されている場合には、当該フラックスバリアの外端部を含んで前記１磁極を構成していることを特徴とするものである。【００２４】  上記課題を解決する電動回転機に係る発明の第６の態様は、上記第５の態様の特定事項に加え、前記ティース部毎の磁束密度が前記１磁極中心から両側方に滑らかに変化させる前記磁束の磁路の形成領域の形状として、前記回転子の外周面との間で当該磁束の磁路の形成領域を形成する前記フラックスバリアの外側壁面を、前記永久磁石の外面の延長面から前記回転子の内方に湾曲する湾曲形状に形成することを特徴とするものである。【００２５】  上記課題を解決する電動回転機に係る発明の第７の態様は、上記第６の態様の特定事項に加え、前記回転子側には、当該外周面側に向かってＶ字型に開くように一対で前記１組の永久磁石を埋め込んで前記１磁極が構成され、前記固定子側には、６つで前記１組のスロットが構成される電動回転機であって、前記フラックスバリアの外側壁面は、Ｒ６からＲ１０の範囲内の湾曲面で、前記永久磁石の外面の延長面と該永久磁石の隣接箇所における当該外側壁面の接線との間の挟角が０°から４°の範囲内になるように形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２６】  このように、本発明の上記の第１の態様によれば、固定子側のコイルに通電することより生成される磁束がティース部から対面する回転子側に連続する磁路を通過する際に、その回転子側の磁路の形成領域に応じてその磁束密度が１磁極毎に滑らかに変化する。したがって、各相コイルに通電する相間電圧が歪むことや磁束の急激な変化を抑制することができ、回転子の回転時に生じるトルク変動のトルクリプルと共にコギングトルクを低減することができ、振動や騒音の少ない高品質な回転駆動を実現し、また、同時に、損失の少ない高効率に回転駆動させることができる。【００２７】  本発明の上記の第２の態様によれば、固定子側のティース部に対面する回転子の外周面と１磁極の永久磁石との間の磁束の磁路の形成領域が、その１磁極の相対移動時のティース部毎の磁束密度が１磁極中心から外方に向かって滑らかに連続するように調整されて、回転子の外周面にティース部から流れ込む磁束密度を調整することができる。したがって、ティース部毎の磁束波形を滑らかに連続させて、回転子の回転時に生じるトルクリプルと共にコギングトルクを低減させることができ、振動や騒音と共に損失の少ない高品質な回転駆動を実現することができる。【００２８】  本発明の上記の第３の態様によれば、固定子側のティース部に対面する回転子の外周面に、ティース部に対する対面幅以内で平行な調整溝が一磁極中心の両側に形成されて、１磁極の相対移動時のティース部毎の磁束密度が滑らかに連続するように調整される。すなわち、回転子のティース部に対面する外周面側との間の隙間を介する磁束の磁路の形成領域が１磁極中心から外方に向かって滑らかに連続するように調整溝が形成されて、回転子の外周面にティース部から流れ込む磁束密度を調整することができる。したがって、ティース部毎の磁束波形を滑らかに連続させて、回転子の回転時に生じるトルクリプルと共にコギングトルクを低減させることができ、振動や騒音と共に損失の少ない高品質な回転駆動を実現することができる。【００２９】  本発明の上記の第４の態様によれば、Ｖ字型の一対１組の永久磁石の１磁極が１組６スロットに対応する構造の場合に、溝深さ／ティース部と外周面の対向面間距離を０．２〜０．４になるように形成された調整溝が１磁極中心に対する正逆電気角３０度の位置に形成される。したがって、トルクリプルやコギングトルクを低減することができ、振動や騒音と共に損失の少ない高品質な回転駆動を実現することができる。【００３０】  本発明の上記の第５の態様によれば、１磁極内に永久磁石の外端部側のフラックスバリアも含めて（考慮して）、ティース部に対面する回転子の外周面における磁束の磁路の形成領域が１磁極中心から外方に向かって滑らかに連続するように形成される。したがって、磁束を有効活用しつつ、トルクリプルと共にコギングトルクを低減させることができ、振動や騒音と共に損失の少ない高品質な回転駆動を実現することができる。【００３１】  本発明の上記の第６の態様によれば、固定子側のティース部に対面する回転子の外周面との間で磁束の磁路となる領域を形成するフラックスバリアの外側壁面が永久磁石の外面の延長面から回転子の内方に湾曲する湾曲形状に形成される。すなわち、回転子のティース部に対面する外周面側のフラックスバリアの外側壁面との間の磁束の磁路の形成領域（磁束の通過形状や通過面積）が外方に向かって滑らかに連続するように形成されて、回転子の外周面にティース部から流れ込む磁束密度を調整することができる。したがって、ティース部毎の磁束波形を滑らかに連続させて、回転子の回転時に生じるトルクリプルと共にコギングトルクを低減させることができ、振動や騒音と共に損失の少ない高品質な回転駆動を実現することができる。【００３２】  本発明の上記の第７の態様によれば、Ｖ字型の一対１組の永久磁石の１磁極が１組６スロットに対応する構造の場合に、永久磁石の外面からの延長面に対する接線の挟角が０°〜４°の範囲内で連続するＲ６〜Ｒ１０の湾曲面になるように、フラックスバリアの外側壁面が形成される。したがって、トルクリプルやコギングトルクを低減することができ、振動や騒音と共に損失の少ない高品質な回転駆動を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る電動回転機の一実施形態を示す図であり、その基本構造を示す平面図である。
【図２】その回転子側に磁極がない場合の磁束発生の発生状況を示す平面図である。
【図３】本発明の課題の解決を説明するグラフである。
【図４】本発明の課題の解決を説明する一部拡大平面図である。
【図５】その一実施形態の一箇所の構成条件を示す一部拡大平面図である。
【図６】その構成の条件決定を説明するグラフである。
【図７】その構成の図６と異なる条件決定を説明するグラフである。
【図８】その構成の図６と異なる条件決定を説明するグラフである。
【図９】その一実施形態の図６と異なる箇所の構成条件を示す一部拡大平面図である。
【図１０】その構成による注目箇所における磁束の発生を示す一部拡大概念図である。
【図１１】その構成がない従来構成の注目箇所における磁束の発生を示す一部拡大概念図である。
【図１２】その一実施形態の適用の有無による作用効果を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】  以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１〜図１２は本発明に係る電動回転機の一実施形態を示す図である。
【００３５】  図１において、電動回転機（モータ）１０は、概略円筒形状に形成された固定子（ステータ）１１と、この固定子１１内に回転自在に収納されて軸心に一致する回転軸１３が固設されている回転子（ロータ）１２と、を備えており、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車において、内燃機関と同様の駆動源として、あるいは車輪ホイール内に搭載するのに好適な性能を有している。
【００３６】  固定子１１には、回転子１２の外周面１２ａにギャップＧ（図５を参照）を介して内周面１５ａ側を対面させるように軸心の法線方向に延在する複数本のステータティース１５が形成されている。このステータティース１５には、内部に対面収納されている回転子１２を回転駆動させる磁束を発生させるコイル（図４にＵ相コイルＣＵを図示）を構成する３相巻線が分布巻により巻付形成されている。
【００３７】  回転子１２は、外周面１２ａに向かって開くＶ字型になるように、一対で１組の永久磁石１６を１磁極として埋め込むＩＰＭ（Interior  Permanent  Magnet）構造になるように作製されている。この回転子１２は、図面の表裏方向に延在する平板状の永久磁石１６の角部１６ａを対面状態に嵌め込んで不動状態に収容する空間１７ａと、その永久磁石１６の幅方向の両側方に位置して磁束の回り込みを制限するフラックスバリアとして機能する空間１７ｂ（以下ではフラックスバリア１７ｂともいう）とを形成するＶ字空間１７が外周面１２ａに対面するように形成されている。このＶ字空間１７の間には、永久磁石１６を高速回転時の遠心力に抗して位置決め保持することができるように、永久磁石１６間を連結支持するセンタブリッジ２０が形成されている。
【００３８】  この電動回転機１０は、ステータティース１５間の空間が、巻線を通して巻き掛けることによりコイルを形成するためのスロット１８を構成しており、８組の永久磁石１６側にそれぞれ６本のステータティース１５が対面するように、言い換えると、一対の永久磁石１６側が構成する１磁極に６スロット１８が対応するように構築されている。すなわち、電動回転機１０は、隣接する１磁極毎に永久磁石１６のＮ極とＳ極の表裏を交互にした、８極（４極対）、４８スロットで、単相分布巻５ピッチで巻線した３相ＩＰＭモータに作製されている。なお、図中のＮ極、Ｓ極の表示は、部材表面に存在する訳ではなく、説明のために図示するものである。
【００３９】  これにより、電動回転機１０は、固定子１１のスロット１８内のコイルに通電してステータティース１５から対面する回転子１２内に磁束を通したときに、永久磁石１６との間に生じる吸引力と反発力に起因するマグネットトルクに加えて、その磁束が通過する磁路を最短にしようとするリラクタンストルクとの総合トルクにより回転駆動することができ、その回転子１２と一体回転する回転軸１３から通電入力する電気的エネルギを機械的エネルギとして出力することができる。
【００４０】  ここで、この電動回転機１０は、図２に示すように、１磁極を構成する一対の永久磁石１６に対応する複数のステータティース１５毎に、固定子１１から回転子１２内に均等配置された磁路を形成するように、スロット１８内に巻線コイルを分布巻きして形成されており、この磁路に沿うように、言い換えると、磁束の形成を妨げないように永久磁石１６を収容するＶ字空間１７が形成されている。なお、固定子１１と回転子１２は、ケイ素鋼などの電磁鋼板材料の薄板を所望の出力トルクに応じた厚さになるように軸方向に重ねてボルト穴１９などを利用してネジ止めすることにより作製されている。
【００４１】  ところで、電動回転機１０のように回転子１２内に永久磁石１６をＶ字に埋め込んだＩＰＭ構造では、磁極が作る磁束の方向、すなわち、Ｖ字の永久磁石１６間の中心軸をｄ軸とし、また、そのｄ軸と電気的・磁気的に直交する、隣接する磁極間の永久磁石１６間の中心軸をｑ軸としている。
【００４２】  そして、電動回転機１０は、例えば、図３に図示する無負荷時のＵ相−Ｖ相の線間電圧波形に示すように、１周期における時期α、βで高調波が重畳しており、この重畳する高調波の大きさに応じて線間電圧の歪みなどが増大する。この線間電圧波形における高調波の１周期における時期α、βは、相電圧と線間電圧の関係から、図４に示すように、固定子１１側のスロット１８に巻き掛けたＵ相電圧用コイルＣＵに、回転子１２側の１磁極（一対の永久磁石１６側）を合わせたときのｄ軸を中心にする対称位置Ｂ、Ｄのステータティース１５が対応しており、この時期α、βにおける相電圧波形成分を低減することにより線間電圧の歪みなどを抑えることができる。
【００４３】  このため、電動回転機１０は、高調波成分の重畳時期α、βの該当ステータティース１５に鎖交する磁束に対する磁気抵抗を高くすることによりその高調波成分を抑えるようになっており、図５に示すように、ステータティース１５の内周面１５ａと回転子１２の外周面１２ａとの間の隙間Ｇを調整する凹状の調整溝２１が形成されている。この調整溝２１は、後述するように、そのステータティース１５の内周面１５ａに対面する回転子１２の外周面１２ａに形成するなどして透磁率を下げることにより磁気抵抗を高くすることができ、重畳する高調波成分を抑えて線間電圧波形を正弦波に近づけて線間電圧の歪みなどを低減している。すなわち、調整溝２１は、１磁極に対応する１周期内で固定子１１側のステータティース１５から回転子１２側に通る磁束の磁束密度が滑らかに連続して変化するようにその磁束の磁路の形成領域における磁気抵抗を調整している。
【００４４】  この調整溝２１は、回転子１２の外周面１２ａに形成する最適な位置や形状を有限要素法による電磁界解析を行って決定しており、斜面２１ａに挟まれている最深部２１ｂの形成位置やその深さの最適条件が決定されて形成されている。
【００４５】  詳細には、調整溝２１は、例えば、回転子１２の外周面１２ａから最深部２１ａまでの溝深さＲｔ、ステータティース１５の内周面１５ａの対面幅に一致させた斜面２１ａの縁間隔の溝幅Ｔｓを一定として、有限要素法による電磁界解析を行って形成位置を決定しており、回転子１２の１磁極のｄ軸（一対の永久磁石１６間の中心線）を中心にする対称位置Ｂ、Ｄのステータティース１５に対面する最深部２１ｂの位置の正逆方向のずれ量の変位角θ１をパラメータとしている。ここで、この調整溝２１は、溝幅Ｔｓをステータティース１５の内周面１５ａの対面幅に一致させているが、この条件が好適ではあるがこれに限るものではなく、上記の対称位置Ｂ、Ｄに位置するステータティース１５の内周面１５ａに対面する範囲内であればその対面幅以内に磁束の磁路の形成領域の調整の都合に応じて、適宜縮小してもよい。
【００４６】  この有限要素法による電磁界解析では、一対の永久磁石１６の磁力による吸引力に起因するコギングトルクの低減率や、線間電圧における高調波の含有率を表す線間電圧ＴＨＤ（Total  Harmonic  Distortion：高調波歪率）の増加率を導出すると、図６のグラフに示すような結果が得られる。この図６のグラフからは、ｄ軸に対する正逆方向の変位角θ１は、次の条件１程度でコギングトルクと線間電圧ＴＨＤを良好に抑えることができ、次の条件２程度の範囲内に納めるのが好ましく、さらに、次の条件３が最適値であることが分かる。このような条件を満たすことにより、調整溝２１は、ｄ軸を中心にする対称位置Ｂ、Ｄのステータティース１５の内周面１５ａとこれに対面する外周面１２ａとの間の透磁率を効果的に下げて（磁気抵抗を上げて）線間電圧波形を正弦波に近づけることができる。なお、コギングトルクの低減率や線間電圧ＴＨＤの増加率は、外周面１２ａに調整溝２１を形成していない回転子１２におけるコギングトルクや線間電圧ＴＨＤを基準にして算出している。      条件１：２８°≦｜θ１（電気角）｜≦３２°      条件２：２９°≦｜θ１（電気角）｜≦３１°      条件３：θ１＝±３０°
【００４７】  また、調整溝２１は、溝幅Ｔｓをそのままにして溝深さＲｔを変化させ、回転子１２の外周面１２ａとステータティース１５の内周面１５ａとの間のギャップＧの隙間間隔（対向面間距離）Ｘｇに対するその溝深さＲｔの比率δをパラメータとして、有限要素法による電磁界解析を行って、その溝深さＲｔを決定する。
【００４８】  この有限要素法による電磁界解析では、電動回転機１０に負荷が課されていない、例えば、下り坂の滑走時の場合におけるコギングトルクの低減率や線間電圧ＴＨＤの増加率を導出すると、図７のグラフに示すような結果を得ることができる。また、発進後の市街地走行時などに必要とされるトルク常用領域における線間電圧ＴＨＤの増加率と共にトルクの減少率やそのトルクの変動幅であるトルクリプルを導出すると、図８のグラフに示すような結果を得ることができる。この無負荷時の図７のグラフからは、比率δ＝４０％程度が最適条件であることが分かり、また、トルク常用領域の図８のグラフからは、比率δ＝２０％程度が最適条件であることが分かる。これらの両立を考慮すると、そのエアギャップＧの間隔Ｘｇに対する溝深さＲｔの比率δとしては、次の条件４程度の範囲内に納めるのが好ましく、このような条件を満たすことにより、トルクの低減率を小さく抑えつつトルクリプルや線間電圧ＴＨＤを良好に抑えることができ、ｄ軸を中心にする対称位置Ｂ、Ｄのステータティース１５の内周面１５ａとこれに対面する外周面１２ａとの間の透磁率を効果的に下げて（磁気抵抗を上げて）線間電圧波形を正弦波に近づけることができる。なお、トルクの減少率やトルクリプルの低減率は、線間電圧ＴＨＤの増加率などと同様に、外周面１２ａに調整溝２１を形成していない回転子１２におけるコギングトルクや線間電圧ＴＨＤを基準にして算出している。      条件４：２０％≦δ（δ＝Ｒｔ／Ｘｇ）≦４０％
【００４９】  さらに、この電動回転機１０は、回転子１２側の一対のフラックスバリア１７ｂを含む永久磁石１６の１磁極が固定子１１側に対して相対回転することにより、複数のステータティース１５毎に一磁極が繰り返し対面しており、そのステータティース１５と回転子１２との間を磁束が通ることによりその回転子１２を回転駆動させている。このとき、回転子１２内では、固定子１１のステータティース１５の内周面１５ａに対面する１磁極の回転方向に対する前後における、回転子１２の外周面１２ａとフラックスバリア１７ｂのその外周面１２ａ側に位置するフィレット部（外側壁面）１７ｂｗとの間の領域を通る磁束の形成状況が変化することになる。このことから、回転子１２の外周面１２ａ側は、図９に示すように、そのフラックスバリア１７ｂの少なくともフィレット部１７ｂｗが湾曲形状に形成されている。これにより、回転子１２の外周面１２ａとフラックスバリア１７ｂのフィレット部１７ｂｗとの間の磁束形成領域は、磁束の通過面積や磁束の形成形状が１磁極の外側に向かって滑らかに連続して変化しており、回転子１２の外周面１２ａに内周面１５ａ側を対面させているステータティース１５の切換を１磁極毎に滑らかに連続させることができ、ステータティース１５内に形成される磁束の密度（強度）が急激に変化することを未然に防止して、トルクの変化を滑らかに連続させることができる。また、永久磁石１６を回転子１２内に支持する強度も十分に得ることができる（損なうことがない）。
【００５０】  詳細には、回転子１２側の１磁極におけるフラックスバリア１７ｂのフィレット部１７ｂｗの湾曲形状は、ハイブリッド自動車や電気自動車に要求されるトルクの大きさに応じて設定すればよく、例えば、回転子１２の外周面１２ａと間の領域における磁束の通過面積を大きくすればするほど回転子１２の１磁極の外部への磁束漏れが多くなることから、それとの兼ね合いで作製すればよい。
【００５１】  例えば、電動回転機１０としては、６６０〜１２００ｃｃのガソリンエンジンを搭載する車両と同等に、減速比７．０〜１０．０で利用するハイブリッド自動車用を一例にして、ネオジム磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）を採用して永久磁石１６を製作し、４名乗車でトランク利用時の走行に必要なトルクを発生するのに十分な構造を決定する場合を説明する。
【００５２】  この場合には、図９に示すように、回転子１２の外周面１２ａとフラックスバリア１７ｂのフィレット部１７ｂｗとの間の最薄となる箇所の肉厚幅Ｔｆと、この肉厚幅Ｔｆを回転子１２の外周面１２ａに添わせる円弧面Ｒａｆとを用いて、Ｖ字空間１７の永久磁石１６の収容空間１７ａの対向壁面の延長面１７ａｗと円弧面Ｒａｆとの交差位置Ｍ付近におけるフラックスバリア１７ｂのフィレット部１７ｂｗの湾曲形状Ｒｆを、曲率半径Ｒ６〜Ｒ１０にする。また、このフラックスバリア１７ｂのフィレット部１７ｂｗは、Ｖ字空間１７の収容空間１７ａの延長面１７ａｗに対する、永久磁石１６の隣接箇所における接線であるフラックスバリア開口直線Ｌ１との挟角θ２が０°〜４°の範囲内に収まるように決定する。なお、図９中のθ３はｄ軸に対するＶ字空間１７の収容空間１７ａの延長面１７ａｗ（永久磁石１６）の傾斜角を示しており、この傾斜角θ３もトルクリプルなどを抑えることができるように決定すればよい。なお、ここでは、上記交差位置Ｍにおける曲率半径を説明するが、これに限るものではなく、単純にフラックスバリア１７ｂのフィレット部１７ｂｗの全体をＶ字空間１７の収容空間１７ａの延長面１７ａｗから滑らかに連続させて曲率半径Ｒ６〜Ｒ１０に形成してもよいことは言うまでもない。
【００５３】  このように、回転子１２では、図１０に示すように、１磁極におけるフラックスバリア１７ｂのフィレット部１７ｂｗを湾曲形状にすることにより、その外周面１２ａとの間の領域を通る磁束をステータティース１５の相対的な移動に応じて滑らかに増減させることができ、ステータティース１５を通る磁束が急激に変化して大きなコギングトルクを発生させてしまうことを回避することができる。
【００５４】  詳細には、図１１に示すように、フラックスバリア１７ｂのフィレット部１７ｂｗが、Ｖ字空間１７の収容空間１７ａの延長面１７ａｗとフラックスバリア開口直線Ｌ１との挟角がθ２＝０°のまま湾曲形状になることなく屈曲する従来の形状の場合には、磁束密度の変化が急激となっている。図中破線で示すステータティース１５における縁部に注目すると明確なように、図１１（ａ）〜図１１（ｂ）のタイミングＴ１、Ｔ２のように、フラックスバリア１７ｂの１／４程度がステータティース１５に対面する程度では磁束φが通ることはほとんどなく、図１１（ｃ）のタイミングＴ３になって、フラックスバリア１７ｂの半分程度がステータティース１５に対面して初めて磁束φが急激に増加し始め、その結果大きなコギングトルクとなってしまう。
【００５５】  これに対して、この電動回転機１０では、図１０に示すように、フラックスバリア１７ｂのフィレット部１７ｂｗを上記の条件を満たす湾曲形状に形成しているので、磁束密度がステータティース１５の相対位置に応じて変化している。図中破線で示すステータティース１５における縁部に注目すると明確なように、図１０（ａ）のタイミングＴ１から図１０（ｂ）のタイミングＴ２に示すように、フラックスバリア１７ｂの１／４程度がステータティース１５に対面する程度でも磁束φが既に増加し始めており、さらに、図１０（ｃ）のタイミングＴ３に示すように、フラックスバリア１７ｂの半分程度以上にステータティース１５が対面するに従って磁束φが滑らかに増加してコギングトルクとなることのない滑らかなトルクを生成出力することができている。
【００５６】  したがって、この電動回転機１０では、図１２に示すように、回転子１２の外周面１２ａに調整溝２１を形成することなく、フラックスバリア１７ｂのフィレット部１７ｂｗも湾曲形状に形成されていない場合には、図中波形Ａで示すように大きなコギングトルクが発生しているのに対して、回転子１２の外周面１２ａに調整溝２１を形成するだけでも図中波形Ｂで示すようにそのコギングトルクを低減することができている。さらに、その調整溝２１に加えて、フラックスバリア１７ｂのフィレット部１７ｂｗを上記条件の湾曲形状に形成することにより図中波形Ｃで示すように小さなコギングトルクの発生に抑えることができている。
【００５７】  このように本実施形態においては、ｄ軸に対する変位角θ１＝３０°となる回転子１２の外周面１２ａの位置に、ステータティース１５の内周面１５ａとの対面幅に一致する溝幅Ｔｓで、その外周面１２ａと内周面１５ａとの隙間Ｇの間隔Ｘｇに対する比率が２０％〜４０％となる溝深さＲｔの調整溝２１が形成される。また、フラックスバリア１７ｂのフィレット部１７ｂｗが曲率半径Ｒ６〜Ｒ１０の湾曲形状に形成される。これにより、１磁極が相対移動する際に形成するステータティース１５毎の磁束密度を滑らかに連続させることができ、滑らかな磁束波形にして高品質なトルクを発生させることのできるＩＰＭ構造モータとすることができる。したがって、電動回転機１０を振動や騒音を少なく高品質回転をさせることができるとともに、損失を少なく高効率に回転駆動させることができる。
【００５８】  ここで、本実施形態では、永久磁石１６をＶ字型にして回転子１２内に埋め込む構造を採用する場合を一例に説明するが、これに限るものではなく、例えば、永久磁石を回転子１２の外周面１２ａに対して平板状に対面する状態に埋め込む平板配置の場合にも適用することができ、同様の作用効果を得ることができる。
【００５９】  また、８極４８スロットモータの構成の電動回転機１０を一例にして、１磁極１対が１周期（３６０°）に対応する角度を電気角として説明するが、これに限るものではなく、１磁極に対して６スロットが対応する他のモータ構造にも適用することができ、例えば、６極３６スロット、４極２４スロット、１０極６０スロットのモータ構造にもそのまま適用することができる。
【００６０】  本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、各請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】  これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６２】１０    電動回転機１１    固定子１２    回転子１２ａ  外周面１３    回転軸１５    ステータティース１５ａ  内周面１６    永久磁石１６ａ  角部１７    Ｖ字空間１７ｂ  フラックスバリア１７ｂｗ        フィレット部１８    スロット２０    センタブリッジ２１    調整溝２１ａ  斜面２１ａ  最深部Ｇ      エアギャップＲｔ    溝深さＴｓ    溝幅Ｘｇ    隙間間隔θ１    変位角θ２    挟角φ      磁束
【図１】
2013099193.tif 000003
【図２】
2013099193.tif 000004
【図３】
2013099193.tif 000005
【図４】
2013099193.tif 000006
【図５】
2013099193.tif 000007
【図６】
2013099193.tif 000008
【図７】
2013099193.tif 000009
【図８】
2013099193.tif 000010
【図９】
2013099193.tif 000011
【図１０】
2013099193.tif 000012
【図１１】
2013099193.tif 000013
【図１２】
2013099193.tif 000014