(57)【要約】【課題】動作時の騒音および振動を従来よりも低減できる分数スロット構成の三相回転電機を提供する。【解決手段】ティース２３およびスロット２４をもつ固定子鉄心２１、ならびに巻線２７を有する固定子２と、埋込み孔３２をもつ回転子鉄心３１、ならびにＮ磁極３３ＮおよびＳ磁極３３Ｓを有する回転子３とを備えた分数スロット構成の三相回転電機１であって、回転子鉄心３１は、固定子２に対向する部位であってＮ磁極３３Ｎの磁束が作用するＮ磁極作用部３４Ｎと、固定子２に対向する部位であってＳ磁極３３Ｓの磁束が作用するＳ磁極作用部３４Ｓと、Ｎ磁極作用部３４ＮとＳ磁極作用部３４Ｓとを周方向に区分する磁極境界３５と、Ｎ磁極作用部３４ＮおよびＳ磁極作用部３４Ｓの少なくとも一方の磁極境界３５に近接する周方向の端部寄り位置に配置されて磁束の通過を抑制する磁気抵抗部４１と、を有する。【選択図】図３
2017070040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に並ぶ複数のティースおよび複数のスロットをもつ固定子鉄心、ならびに前記複数のスロットに巻回された巻線を有する固定子と、
周方向に並ぶ複数の埋込み孔をもつ回転子鉄心、ならびに各前記埋込み孔に埋め込まれかつ周方向に交互に並ぶＮ磁極およびＳ磁極を有し、前記固定子に対向して同軸にかつ回転可能に支承された回転子と、を備え、
前記スロットの個数を前記Ｎ磁極およびＳ磁極の磁極数で除算し、さらに３で除算して得られる毎極毎相スロット数が整数とならない分数スロット構成の三相回転電機であって、
前記回転子鉄心は、
前記固定子に対向する部位であって前記Ｎ磁極の磁束が作用するＮ磁極作用部と、
前記固定子に対向する部位であって前記Ｓ磁極の磁束が作用するＳ磁極作用部と、
前記Ｎ磁極作用部と前記Ｓ磁極作用部とを周方向に区分する磁極境界と、
前記Ｎ磁極作用部および前記Ｓ磁極作用部の少なくとも一方の前記磁極境界に近接する周方向の端部寄り位置に配置され、前記Ｎ磁極および前記Ｓ磁極の少なくとも一方と前記ティースとの間の磁束の通過を抑制する磁気抵抗部と、を有する三相回転電機。
【請求項２】
前記磁気抵抗部は、各前記Ｎ磁極作用部のひとつおきの磁極境界に近接する側の前記端部寄り位置、および、各前記Ｓ磁極作用部の前記ひとつおきの磁極境界に近接する側の前記端部寄り位置に配置されている請求項１に記載の三相回転電機。
【請求項３】
前記磁気抵抗部は、各前記Ｎ磁極作用部の周方向両側の前記端部寄り位置、または、各前記Ｓ磁極作用部の周方向両側の前記端部寄り位置に配置されている請求項１に記載の三相回転電機。
【請求項４】
前記回転子鉄心は、
軸線方向に並べて転積され、かつ共通の前記Ｎ磁極および前記Ｓ磁極が埋め込まれた複数の鉄心ユニットからなるとともに、
前記共通のＮ磁極によって前記鉄心ユニットごとに磁化形成された前記Ｎ磁極作用部と、
前記共通のＳ磁極によって前記鉄心ユニットごとに磁化形成された前記Ｓ磁極作用部と、
前記Ｎ磁極作用部と前記Ｓ磁極作用部とを周方向に区分し、かつ前記鉄心ユニット間で共通する前記磁極境界と、
周方向の配置位置が前記鉄心ユニット相互間で相違する前記磁気抵抗部と、を有する請求項１に記載の三相回転電機。
【請求項５】
前記回転子鉄心は、第１および第２の前記鉄心ユニットからなり、
前記磁気抵抗部は、前記第１および前記第２の鉄心ユニットの各前記Ｎ磁極作用部および各前記Ｓ磁極作用部の周方向両側の前記端部寄り位置の総数のうち半数に配置され、かつ軸線方向に相互に並ばない請求項４に記載の三相回転電機。
【請求項６】
前記磁気抵抗部は、
前記第１の鉄心ユニットの各前記Ｎ磁極作用部の前記端部寄り位置であって、周方向に数えて奇数番目の磁極境界に近接する側の前記端部寄り位置、および、各前記Ｓ磁極作用部の前記端部寄り位置であって、前記奇数番目の磁極境界に近接する側の前記端部寄り位置に配置されるとともに、
前記第２の鉄心ユニットの各前記Ｎ磁極作用部の前記端部寄り位置であって、周方向に数えて偶数番目の磁極境界に近接する側の前記端部寄り位置、および、各前記Ｓ磁極作用部の前記端部寄り位置であって、前記偶数番目の磁極境界に近接する側の前記端部寄り位置に配置されている請求項５に記載の三相回転電機。
【請求項７】
前記磁気抵抗部は、
前記第１の鉄心ユニットの各前記Ｎ磁極作用部の周方向一側の前記端部寄り位置、および各前記Ｓ磁極作用部の周方向一側の前記端部寄り位置に配置されるとともに、
前記第２の鉄心ユニットの各前記Ｎ磁極作用部の周方向他側の前記端部寄り位置、および各前記Ｓ磁極作用部の周方向他側の前記端部寄り位置に配置されている請求項５に記載の三相回転電機。
【請求項８】
前記磁気抵抗部は、
前記第１の鉄心ユニットの各前記Ｎ磁極作用部の周方向両側の前記端部寄り位置に配置されるとともに、
前記第２の鉄心ユニットの各前記Ｓ磁極作用部の周方向両側の前記端部寄り位置に配置されている請求項５に記載の三相回転電機。
【請求項９】
前記磁気抵抗部は、
前記第１の鉄心ユニットの各前記Ｎ磁極作用部の周方向両側の端部寄り位置、および各前記Ｓ磁極作用部の周方向両側の前記端部寄り位置に配置されており、
前記第２の鉄心ユニットに配置されない請求項５に記載の三相回転電機。
【請求項１０】
前記磁気抵抗部は、前記Ｎ磁極作用部および前記Ｓ磁極作用部の少なくとも一方の前記固定子に対向する表面に設けられた凹部である請求項１〜９のいずれか一項に記載の三相回転電機。
【請求項１１】
前記スロットの個数をｎｓとし、前記Ｎ磁極および前記Ｓ磁極の磁極数を８としたとき、
前記磁気抵抗部の周方向の中央位置が前記磁極境界から離隔している角度を表す離隔角度θ１（°）は、次式を満たし、
２７０／ｎｓ≦θ１≦４５０／ｎｓ、
かつ、前記磁気抵抗部が周方向に存在する範囲を表す範囲角度θ２（°）は、次式を満たす、
９０／ｎｓ≦θ２≦２７０／ｎｓ、
請求項１０に記載の三相回転電機。
【請求項１２】
離隔角度θ１＝３６０／ｎｓ（°）、かつ、範囲角度θ２＝１８０／ｎｓ（°）である請求項１１に記載の三相回転電機。
【請求項１３】
前記磁気抵抗部は、前記Ｎ磁極作用部および前記Ｓ磁極作用部の少なくとも一方の内部に設けられた孔である請求項１〜９のいずれか一項に記載の三相回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子のスロットの個数を可動子の磁極数で除算し、さらに３で除算して得られる毎極毎相スロット数が整数とならない分数スロット構成の三相回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
分数スロット構成の三相回転電機は、電動機として用いるときのトルクリップルを低減し、発電機として用いるときの電圧波形を正弦波に近づける目的で用いられる。しかしながら、分数スロット構成の三相回転電機は、整数スロット構成の三相回転電機と比較して、動作時に発生する騒音や振動が増加する傾向にある。分数スロット構成の三相回転電機において、動作時の騒音や振動を低減する技術例が、特許文献１〜特許文献４に開示されている。
【０００３】
特許文献１の回転電機は、電機子のスロット数Ｎｓと回転子の極数Ｐとの間に次の（１）式の関係を有し、分数スロット構成となっている。Ｎｓ＝３×｛Ｐ／２−ＩＮＴ（Ｐ／１０）｝…（１）。ただし、Ｐ≠６ｎまたは８ｍ（ｎ、ｍは整数）であり、ＩＮＴ（Ｐ／１０）はＰを１０で除した商の整数部の値である。さらに、実施形態には、スロット数Ｎｓが１８で、極数Ｐが１４の構成が例示説明されている。これによれば、振動と騒音が小さく、出力密度が高い回転電機を提供できる、とされている。
【０００４】
特許文献２および特許文献３にも、スロット数Ｎｓおよび極数Ｐを限定した分数スロット構成の回転電機が開示されている。そして、特許文献２における効果は、特許文献１と同様とされている。一方、特許文献３によれば、低次調波の振動を出さず、スロットリップルも小さく抑えられる、とされている。
【０００５】
また、特許文献４の永久磁石ロータは、略円形のロータコアシートを積層してなるロータコアの内部に永久磁石を埋設し、永久磁石の端面、正極面の端部、あるいは負極面の端部に接する長穴部を設けている。そして、長穴部の磁極境界からの角度をθｉとしたとき、θｉの異なるＮ種類のロータコアシートからなり、θｉ〜θＮの値が特定されている。これによれば、ロータ磁極間の磁束の漏れを低減させつつ、半径方向にバランスよく擬似的にスキューを施すことが可能になり、コギングトルクやトルクリップルに起因する騒音および振動を低減できる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３２９８３号公報
【特許文献２】特開２０１０−７５０４９号公報
【特許文献３】特開２００２−１６５４２８号公報
【特許文献４】特開２０００−６９６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１〜特許文献３の技術例において、回転数範囲が限定された用途では、低トルクリップル、低騒音、および低振動を実現できて好ましい。しかしながら、回転数範囲が広域にわたる用途では、制御の制約があるため、回転子の磁極数を大きくできない。
【０００８】
また、分数スロット構成の三相回転電機では、一般的に、電磁力の空間振動モードの最も低い次数は、スロット数Ｎｓと極数Ｐの最大公約数になる。特許文献３には、２次以下の空間振動モードの電磁力（起振力）を発生させないスロット数Ｎｓおよび極数Ｐが規定されているが、３次および４次の空間振動モードの電磁力が発生する組合せも規定されている。この場合、固定子の３次および４次の変形モードが電磁力に共振してしまい、低騒音および低振動を実現できないおそれがある。
【０００９】
また、特許文献４の技術は、整数スロット構成に限定して、コギングトルクやトルクリップルに起因する騒音および振動を低減するものである。したがって、特許文献４の技術を分数スロット構成に適用することはできない。
【００１０】
本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、動作時の騒音および振動を従来よりも低減できる分数スロット構成の三相回転電機を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の三相回転電機は、周方向に並ぶ複数のティースおよび複数のスロットをもつ固定子鉄心、ならびに前記複数のスロットに巻回された巻線を有する固定子と、周方向に並ぶ複数の埋込み孔をもつ回転子鉄心、ならびに各前記埋込み孔に埋め込まれかつ周方向に交互に並ぶＮ磁極およびＳ磁極を有し、前記固定子に対向して同軸にかつ回転可能に支承された回転子と、を備え、前記スロットの個数を前記Ｎ磁極およびＳ磁極の磁極数で除算し、さらに３で除算して得られる毎極毎相スロット数が整数とならない分数スロット構成の三相回転電機であって、前記回転子鉄心は、前記固定子に対向する部位であって前記Ｎ磁極の磁束が作用するＮ磁極作用部と、前記固定子に対向する部位であって前記Ｓ磁極の磁束が作用するＳ磁極作用部と、前記Ｎ磁極作用部と前記Ｓ磁極作用部とを周方向に区分する磁極境界と、前記Ｎ磁極作用部および前記Ｓ磁極作用部の少なくとも一方の前記磁極境界に近接する周方向の端部寄り位置に配置され、前記Ｎ磁極および前記Ｓ磁極の少なくとも一方と前記ティースとの間の磁束の通過を抑制する磁気抵抗部と、を有する。
【発明の効果】
【００１２】
一般的に、Ｎ磁極およびＳ磁極が埋め込まれた鉄心は、Ｎ磁極およびＳ磁極によって表面付近が磁化され、Ｎ磁極作用部およびＳ磁極作用部が形成される。本発明の分数スロット構成の三相回転電機において、回転子鉄心のＮ磁極作用部およびＳ磁極作用部は、回転子の回転位相に応じて、対向する固定子鉄心のティースの個数が変化してゆく。すると、Ｎ磁極作用部からティースに作用するＮ側電磁力の分布と、Ｓ磁極作用部からティースに作用するＳ側電磁力の分布とに差異が生じて、動作時の騒音および振動の原因になる。そこで、回転子鉄心の磁極境界の近傍に磁気抵抗部を設けることにより、パーミアンス（磁気抵抗の逆数）の周方向分布に意図的にアンバランスを形成して、磁束の分布を変える。これにより、Ｎ側電磁力およびＳ側電磁力の分布を変えて両者の差異を低減し、動作時の騒音および振動を従来よりも低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第８実施形態の三相回転電機の全体構成を示し、軸線に垂直な断面図である。
【図２】第１実施形態の回転子の詳細構造を説明する正面図である。
【図３】第１実施形態の回転子３の中心角９０°の範囲を示す斜視図である。
【図４】第１実施形態の磁気抵抗部の詳細形状および配置位置を説明する正面図である。
【図５】第１実施形態において、Ｓ磁極作用部の周方向中心がティースに正対した状態でのエアギャップにおける磁束密度の試算結果を示した図である。
【図６】第１実施形態において、磁極境界がティースに正対した状態でのエアギャップにおける磁束密度の試算結果を示した図である。
【図７】磁気抵抗部を有さない従来構成において、図５と同じ状態における試算結果を示した図である。
【図８】従来構成において、図６と同じ状態における試算結果を示した図である。
【図９】第２実施形態の三相回転電機の磁気抵抗部の形状および配置位置を説明する正面図である。
【図１０】第３実施形態の三相回転電機の磁気抵抗部の配置位置を説明する図であり、回転子の中心角９０°の範囲を示す斜視図である。
【図１１】第４実施形態の三相回転電機を説明する図であり、回転子の中心角９０°の範囲を示す斜視図である。
【図１２】第５実施形態の三相回転電機を説明する図であり、回転子の中心角９０°の範囲を示す斜視図である。
【図１３】第６実施形態の三相回転電機を説明する図であり、回転子の中心角９０°の範囲を示す斜視図である。
【図１４】第７実施形態の三相回転電機を説明する図であり、回転子の中心角９０°の範囲を示す斜視図である。
【図１５】第１〜第７実施形態における騒音および振動の低減効果、ならびにトルクの目減りを試算した結果を示す図である。
【図１６】第１〜第７実施形態における騒音および振動の低減効果、ならびにトルクリップルの増減を試算した結果を示す図である。
【図１７】第１〜第７実施形態における騒音および振動の低減効果、ならびにコギングトルクの増減を試算した結果を示す図である。
【図１８】第８実施形態において、Ｓ磁極作用部の周方向中心がティースに正対した状態でのエアギャップにおける磁束密度の試算結果を示した図である。
【図１９】第８実施形態において、磁極境界がティースに正対した状態でのエアギャップにおける磁束密度の試算結果を示した図である。
【図２０】磁気抵抗部を有さない従来構成において、図１８と同じ状態における試算結果を示した図である。
【図２１】従来構成において、図１９と同じ状態における試算結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第１実施形態（一部、第２〜第８実施形態を含む）＞
本発明の第１〜第８実施形態の三相回転電機１の全体構成について、図１を参考にして説明する。第１〜第８実施形態の三相回転電機１は、例えば、ハイブリッド車両に搭載され、電動機として動作することにより車両の走行を駆動し、かつ、制動時には発電機として動作することにより回生発電を行う。このため、三相回転電機１は、回転数範囲が広域にわたって用いられる。第１〜第７実施形態の三相回転電機１は、８極６０スロットの構成であり、第８実施形態の三相回転電機１は、８極３６スロットの構成である。
【００１５】
図１は、第８実施形態の三相回転電機１の全体構成を示し、軸線ＡＸに垂直な断面図である。第１〜第８実施形態の三相回転電機１は、外周側に固定子２、内周側に回転子３を備えており、軸線ＡＸの周りに概ね軸対称なインナーロータタイプのラジアル空隙型に構成されている。第１〜第７実施形態と、第８実施形態とを比較すると、スロット数の相違点がある。第１〜第７実施形態の中では、後述する磁気抵抗部の詳細形状および配置位置が相互に異なる。
【００１６】
固定子２は、固定子鉄心２１ならびに巻線２７を有する。固定子鉄心２１は、略円筒状に形成されている。固定子鉄心２１は、ケイ素鋼板などの電磁鋼板を打ち抜いて形成した薄板状の鉄心材料を、軸線ＡＸ方向に複数枚積層して製造することができる。固定子鉄心２１は、外周側を周回する環状のヨーク２２、およびヨーク２２から周方向内向きに突設されて周方向に並ぶティース２３をもつ。各ティース２３の間には、軸線ＡＸ方向に延在するスロット２４がそれぞれ形成される。ティース２３およびスロット２４の個数ｎｓは、第１〜第７実施形態で各６０個、第８実施形態で各３６個である。したがって、スロット２４の配設ピッチ角度θＳは、３６０°を個数ｎｓで除算して求められ、第１〜第７実施形態で６°、第８実施形態で１０°となる。
【００１７】
巻線２７は、スロット２４に巻回形成されている。なお、図１には、巻線２７の平均径が図示されている。巻線２７は、例えば、銅線の表面をエナメルなどの絶縁層で被覆した導体を巻回して構成する。導体の断面形状は、特に限定されず、例えば丸線や角線など任意の形状を採用できる。また、複数の細い素線を組み合わせた並列導体を用いてもよい。並列導体を用いることにより、単導体の場合と比較して、巻線２７に発生する渦電流損を低減することができ、効率が向上する。さらに、曲げ加工に要する力を低減できるので、成形作業性が向上する。巻線２７の巻き方には、公知の分布巻きや集中巻きを採用でき、特に巻き方の制約は無い。
【００１８】
回転子３は、わずかなエアギャップＡＧを挟んで固定子２の内周側に同軸に配置される。回転子３は、回転子鉄心３１ならびに、Ｎ磁極３３ＮおよびＳ磁極３３Ｓを有する。回転子鉄心３１は、略円筒状に形成されている。回転子鉄心３１は、ケイ素鋼板などの電磁鋼板を打ち抜いて形成した薄板状の鉄心材料を、軸線ＡＸ方向に複数枚積層して製造することができる。回転子鉄心３１の内周側または軸線ＡＸ方向の端面に、図略の出力軸が一体的に設けられる。出力軸および回転子３は、図略のケーシングに設けられた軸受けにより、回転可能に支承される。
【００１９】
回転子鉄心３１の外周面に近接する位置には、周方向に並ぶとともに軸線ＡＸ方向に延在する１６個の埋込み孔３２が穿設されている。埋込み孔３２は、図１の断面図に示されるように、周方向に隣り合う２個がそれぞれ略「Ｖ」字状に配置されてペアになっている。埋込み孔３２の相互の離間距離は、ペア内で小さく、ペア間で大きくなっている。各ペアを構成する２個の埋込み孔３２には、同極性のＮ磁極３３ＮまたはＳ磁極３３Ｓが組になって埋め込まれている。Ｎ磁極３３ＮおよびＳ磁極３３Ｓは、それぞれ埋込み孔３２の周方向の中央部分に埋め込まれ、埋込み孔３２の周方向の両端部分は空隙になっている。
【００２０】
ここで、Ｎ磁極３３Ｎは、径方向外側にＮ極、径方向内側にＳ極を配置した永久磁石である。また、Ｓ磁極３３Ｓは、径方向外側にＳ極、径方向内側にＮ極を配置した永久磁石である。８ペアの埋込み孔３２に対して、４組各２個のＮ磁極３３Ｎおよび４組各２個のＳ磁極３３Ｓが周方向に交互に埋め込まれている。組になった２個のＮ磁極３３Ｎおよび２個のＳ磁極３３Ｓは、それぞれ１個の磁極として作用するので、磁極数Ｐは８となる。
【００２１】
三相回転電機１の毎極毎相スロット数は、下式によって求められ、第１〜第７実施形態で２．５、第８実施形態で１．５となる。
毎極毎相スロット数＝（スロット２４の個数ｎｓ）／（磁極数Ｐ）／３
したがって、第１〜第８実施形態の三相回転電機１は、すべて分数スロット構成になっている。
【００２２】
次に、回転子鉄心３１の詳細構造について説明する。図２は、第１実施形態の回転子３の詳細構造を説明する正面図である。また、図３は、第１実施形態の回転子３の中心角９０°の範囲を示す斜視図である。回転子鉄心３１は、Ｎ磁極作用部３４Ｎ、Ｓ磁極作用部３４Ｓ、磁極境界３５、および磁気抵抗部４１を有する。
【００２３】
Ｎ磁極作用部３４Ｎは、固定子２に対向する外周表面に近い部位である。Ｎ磁極作用部３４Ｎは、組になった２個のＮ磁極３３Ｎの磁束が作用することによって磁化形成される。具体的には、Ｎ磁極作用部３４Ｎは、回転子鉄心３１の２個のＮ磁極３３Ｎが埋め込まれたペアの埋込み孔３２と、外周表面とで囲まれる領域の辺りになる。Ｎ磁極作用部３４Ｎは、Ｎ磁極３３Ｎから出た磁束を固定子２のティース２３に向かわせる作用を有する。
【００２４】
同様に、Ｓ磁極作用部３４Ｓは、固定子２に対向する外周表面に近い部位である。Ｓ磁極作用部３４Ｓは、組になった２個のＳ磁極３３Ｓの磁束が作用することによって磁化形成される。具体的には、Ｓ磁極作用部３４Ｓは、回転子鉄心３１の２個のＳ磁極３３Ｓが埋め込まれたペアの埋込み孔３２と、外周表面とで囲まれる領域の辺りになる。Ｓ磁極作用部３４Ｓは、固定子２のティース２３から来た磁束をＳ磁極３３Ｓに戻す作用を有する。
【００２５】
回転子鉄心３１の外周表面には、４個のＮ磁極作用部３４Ｎ、および４個のＳ磁極作用部３４Ｓが周方向に交互に配置される。つまり、Ｎ磁極作用部３４ＮおよびＳ磁極作用部３４Ｓの総数は、８磁極相当である。そして、Ｎ磁極作用部３４ＮとＳ磁極作用部３４Ｓとの境界が磁極境界になる。磁極境界は、埋込み孔３２のペア間の位置に対応して８箇所あり、回転子鉄心３１を周方向に８等分する。図２には、ひとつおきの４箇所の磁極境界３５が示されている。
【００２６】
磁気抵抗部４１は、従来構成の三相回転電機に設けられていなかった部位である。磁気抵抗部４１は、Ｎ磁極作用部３４ＮおよびＳ磁極作用部３４Ｓの少なくとも一方に設けられる。磁気抵抗部４１は、Ｎ磁極３３ＮおよびＳ磁極３３Ｓの少なくとも一方と、ティース２３との間に位置する。第１実施形態において、磁気抵抗部４１は、Ｎ磁極作用部３４ＮおよびＳ磁極作用部３４Ｓの固定子２に対向する外周表面に設けられた凹部とされている。さらに、この凹部（磁気抵抗部４１）は、Ｎ磁極作用部３４ＮおよびＳ磁極作用部３４Ｓの磁極境界に近接する周方向の端部寄り位置に設けられる。凹部（磁気抵抗部４１）は、鉄心材料が存在しない空間であり、その透磁率は鉄心材料と比較して３桁程度小さい。したがって、凹部（磁気抵抗部４１）は、Ｎ磁極３３ＮおよびＳ磁極３３Ｓとティース２３との間の磁束の通過を抑制する。
【００２７】
詳細には、磁気抵抗部４１は、各Ｎ磁極作用部３４Ｎのひとつおきの磁極境界３５に近接する側の端部寄り位置、および、各Ｓ磁極作用部３４Ｓのひとつおきの磁極境界３５に近接する側の端部寄り位置に配置されている。したがって、磁気抵抗部４１は、図２に示された８箇所となる。また、磁気抵抗部４１は、図３に示されるように、軸線ＡＸ方向に延在する。磁気抵抗部４１は、従来から用いられてきた鉄心材料の打ち抜き型を変更することによって形成される。したがって、回転子鉄心３１は、従来と同等の手間で製造される。
【００２８】
図４は、第１実施形態の磁気抵抗部４１の詳細形状および配置位置を説明する正面図である。凹部の形状を有する磁気抵抗部４１は、回転子鉄心３１の外周表面が一定の深さｄだけ切り欠かれて形成されている。磁気抵抗部４１の周方向の中央位置が磁極境界３５から離隔している角度を表す離隔角度θ１は、スロットピッチ角度θＳに等しい６°とされている。また、磁気抵抗部４１が周方向に存在する範囲を表す範囲角度θ２は、スロットピッチ角度θＳの半分の３°とされている。
【００２９】
深さｄ、離隔角度θ１、および範囲角度θ２は、シミュレーションの繰り返しによって最適値に設定される。深さｄが大き過ぎると、埋込み孔３２の周りに応力が集中して機械的強度が不足する。深さｄが小さいと、動作時の騒音および振動を低減する効果が減少する。よって、深さｄには最適値が存在する。また、離隔角度θ１の６°および範囲角度θ２の３°は、シミュレーションの結果で騒音および振動を低減する効果が顕著となった最適値である。これらの最適値を用いたときのシミュレーション結果を、後で図５〜図８に例示する。
【００３０】
上述のように構成された第１実施形態の三相回転電機１の作用について、磁気抵抗部４１を有さない従来構成と対比して説明する。第１実施形態の三相回転電機１において、電磁力の空間振動モードの最も低い次数は、スロット２４の個数ｎｓ（＝６０）および極数Ｐ（＝８）の最大公約数で求められ、４次となる。したがって、固定子２は、４次の変形モードで周方向の４箇所が径方向内側に収縮し、その間の４箇所が径方向外側に膨張する変形が発生し得る。外周側の固定子２の収縮および膨張の変形は、周囲に騒音および振動を発生する原因となる。なお、アウターロータタイプの三相回転電機では、外周側に配置される回転子の変形が、騒音および振動の原因となる。
【００３１】
そして、固定子２の収縮および膨張は、Ｎ磁極作用部３４Ｎからティース２３に作用するＮ側電磁力の分布と、Ｓ磁極作用部３４Ｎからティース２３に作用するＳ側電磁力の分布との差異によって引き起こされる。そこで、Ｎ側およびＳ側電磁力の分布についてシミュレーションを行う。シミュレーションでは、固定子２と回転子３との間のエアギャップＡＧにおける磁束密度を試算し、Ｎ側およびＳ側電磁力の分布について評価する。
【００３２】
理論的には、回転子鉄心３１から固定子鉄心２１に作用する径方向の電磁力は、エアギャップＡＧ内の磁束密度の２乗に比例する。また、磁束密度は、回転子３の起磁力（Ｎ磁極３３ＮおよびＳ磁極３３Ｓの強さに比例）とパーミアンスの積で表される。したがって、磁気回路の特性としての径方向の電磁力は、巻線２７に流れる電流の大きさおよび位相に関わりなく評価できる。
【００３３】
また、三相回転電機１では、回転子３の回転位相に応じて、Ｎ磁極作用部３４ＮおよびＳ磁極作用部３４Ｓが対向するティース２３の個数が変化してゆく。したがって、Ｎ側およびＳ側電磁力の分布のアンバランスが最も大きい状態、ならびにアンバランスが最も小さい状態を考慮する。アンバランスが最も大きい状態とは、Ｎ磁極作用部３４ＮまたはＳ磁極作用部３４Ｓの周方向中心がティース２３に正対した状態を意味する。シミュレーションは、Ｓ磁極作用部３４Ｓの周方向中心がティース２３に正対した状態を例にして行う。また、アンバランスが最も小さい状態とは、磁極境界３５がティース２３に正対した状態を意味する。
【００３４】
図５は、第１実施形態において、Ｓ磁極作用部３４Ｓの周方向中心がティース２３に正対した状態でのエアギャップＡＧにおける磁束密度の試算結果を示した図である。また、図６は、第１実施形態において、磁極境界３５がティース２３に正対した状態でのエアギャップＡＧにおける磁束密度の試算結果を示した図である。一方、図７は、磁気抵抗部４１を有さない従来構成において、図５と同じ状態における試算結果を示した図である。また、図８は、従来構成において、図６と同じ状態における試算結果を示した図である。図５〜図８において、横軸は、回転子３の中心角１８０°の範囲、すなわちＳ磁極作用部３４ＳおよびＮ磁極作用部３４Ｎの４磁極相当分を表している。また、縦軸は、エアギャップＡＧにおける磁束密度を表している。
【００３５】
図７の従来構成において、Ｓ磁極作用部３４ＳのＳ側電磁力は、矢印Ｘ１に示されるように、７個のティース２３に作用している。一方、Ｎ磁極作用部３４ＮのＮ側電磁力は、矢印Ｘ２に示されるように、６個のティース２３に作用している。このアンバランスに起因して、従来構成では、固定子２が４次の変形モードで大きく変形し、動作時の騒音および振動が大きくなる。
【００３６】
これに対し、図５の第１実施形態において、矢印Ａに示されるように、磁気抵抗部４１の作用で磁極境界３５の近傍の磁束密度が低減される。これにより、Ｓ磁極作用部３４ＳのＳ側電磁力は、矢印Ｂ１に示されるように、６個のティース２３への作用へと減少している。一方、Ｎ磁極作用部３４ＮのＮ側電磁力は、矢印Ｂ２に示されるように、６個のティース２３への作用が維持される。つまり、Ｓ磁極作用部３４ＳのＳ側電磁力の分布が、Ｎ磁極作用部３４ＮのＮ側電磁力の分布に近似してくる。したがって、Ｎ側およびＳ側電磁力のアンバランスが緩和され、固定子２の変形が軽減されて、従来構成よりも動作時の騒音および振動が低減される。
【００３７】
また、図８の従来構成において、Ｎ磁極作用部３４Ｎの電磁力と、Ｓ磁極作用部３４Ｓの電磁力とは、磁極境界３５の左右に概ね鏡面対称形状となり、元々バランスしている。そして、図６の第１実施形態において、このバランスは維持されている。つまり、磁気抵抗部４１は、Ｎ側およびＳ側電磁力が大きくアンバランスしているときに、アンバランス状態を緩和する作用を有し、Ｎ側およびＳ側電磁力が元々バランスしているときに、バランス状態を維持する。
【００３８】
なお、図５において、磁極境界３５の近傍の磁束密度が低減された分だけ、他の位置の磁束密度が従来構成（図７参照）よりも増加している。これにより、固定子２と回転子３の間を往復する全磁束は変わらない。これは、三相回転電機１が電動機として動作するときに出力するトルクが目減りしないことを意味し、かつ、発電機として動作するときに出力する電力が目減りしないことを意味する。
【００３９】
シミュレーションの結果、第１実施形態の三相回転電機１において、４次の空間振動モードに対応する騒音および振動の音圧レベルは、従来構成と比較して１６ｄＢ低減された。また、三相回転電機１が電動機として動作するときに出力するトルクは、ほとんど目減りしない、と確認された。
【００４０】
ここで、スロット２４の個数ｎｓおよび配設ピッチ角度θＳを用いて、離隔角度θ１の６°および範囲角度θ２の３°という最適値を一般化すると、次の（式１）、（式２）が得られる。
θ１＝θＳ＝３６０／ｎｓ……………………（式１）
θ２＝０．５・θＳ＝１８０／ｎｓ…………（式２）
【００４１】
さらに、離隔角度θ１および範囲角度θ２を変更したシミュレーションの結果、次の（式３）、（式４）の角度範囲で音圧レベルを５ｄＢ以上低減でき、有効であることが判明した。
７．５≦θ１≦１２．５………………………（式３）
２．５≦θ２≦７．５…………………………（式４）
【００４２】
ここで、スロット２４の個数ｎｓおよび配設ピッチ角度θＳを用いて、（式３）、（式４）を一般化すると、次の（式５）、（式６）が得られる。
２７０／ｎｓ＝０．７５・θＳ≦θ１≦１．２５・θＳ＝４５０／ｎｓ…（式５）
９０／ｎｓ＝０．２５・θＳ≦θ２≦０．７５・θＳ＝２７０／ｎｓ……（式６）
つまり、一般的に、離隔角度θ１が配設ピッチ角度θＳの０．７５〜１．２５倍の範囲にあり、かつ、範囲角度θ２が配設ピッチ角度θＳの０．２５〜０．７５倍の範囲にあると、動作時の騒音および振動の低減に有効であると推定できる。
【００４３】
第１実施形態の三相回転電機１は、周方向に並ぶ複数のティース２３および複数のスロット２４をもつ固定子鉄心２１、ならびに複数のスロット２４に巻回された巻線２７を有する固定子２と、周方向に並ぶ複数の埋込み孔３２をもつ回転子鉄心３１、ならびに各埋込み孔３２に埋め込まれかつ周方向に交互に並ぶＮ磁極３３ＮおよびＳ磁極３３Ｓを有し、固定子２に対向して同軸にかつ回転可能に支承された回転子３と、を備え、スロット２４の個数ｎｓをＮ磁極３３ＮおよびＳ磁極３３Ｓの磁極数Ｐで除算し、さらに３で除算して得られる毎極毎相スロット数が整数とならない分数スロット構成の三相回転電機１であって、回転子鉄心３１は、固定子２に対向する部位であってＮ磁極３３Ｎの磁束が作用するＮ磁極作用部３４Ｎと、記固定子２に対向する部位であってＳ磁極３３Ｓの磁束が作用するＳ磁極作用部３４Ｓと、Ｎ磁極作用部３４ＮとＳ磁極作用部３４Ｓとを周方向に区分する磁極境界３５と、Ｎ磁極作用部３４ＮおよびＳ磁極作用部３４Ｓの少なくとも一方に配置され、Ｎ磁極３３ＮおよびＳ磁極３３Ｓの少なくとも一方とティース２３との間の磁束の通過を抑制する磁気抵抗部４１と、を有する。
【００４４】
第１実施形態の三相回転電機１において、回転子鉄心３１のＮ磁極作用部３４ＮおよびＳ磁極作用部３４Ｓは、回転子３の回転位相に応じて、対向する固定子鉄心２１のティース２３の個数が変化してゆく。すると、Ｎ磁極作用部３４Ｎからティース２３に作用するＮ側電磁力の分布と、Ｓ磁極作用部３４Ｓからティース２３に作用するＳ側電磁力の分布とに差異が生じて、騒音および振動の原因になる。そこで、回転子鉄心３１の磁極境界３５の近傍に磁気抵抗部４１を設けることにより、パーミアンス（磁気抵抗の逆数）の周方向分布に意図的にアンバランスを形成して、磁束の分布を変える。これにより、Ｎ側電磁力およびＳ側電磁力の分布を変えて両者の差異を低減し、動作時の騒音および振動を従来よりも低減できる。
【００４５】
また、第１実施形態の三相回転電機１は、回転子３の磁極数Ｐに限定されずに実施可能であり、動作を制御する方式も限定されない。したがって、回転数範囲が広域にわたる用途においても、騒音および振動を低減する効果が得られる。
【００４６】
さらに、磁気抵抗部４１は、各Ｎ磁極作用部３４Ｎのひとつおきの磁極境界３５に近接する側の端部寄り位置、および、各Ｓ磁極作用部３４Ｓのひとつおきの磁極境界３５に近接する側の端部寄り位置に配置されている。これによれば、磁気抵抗部４１は、Ｎ側およびＳ側電磁力が大きくアンバランスしているときに、アンバランス状態を緩和する作用を有し、動作時の騒音および振動を低減する効果が顕著になる。
【００４７】
さらに、磁気抵抗部４１は、Ｎ磁極作用部３４ＮおよびＳ磁極作用部３４Ｓの少なくとも一方の固定子２に対向する表面に設けられた凹部とされている。これによれば、凹部の形状を有する磁気抵抗部４１は、鉄心材料の打ち抜き型を変更することによって容易に形成される。加えて、回転子３を構成する部品点数は増加しないので、コストの上昇が抑制される。
【００４８】
＜第２〜第７実施形態＞
次に、第２実施形態の三相回転電機１の構成について、第１実施形態と異なる点を主に説明する。第２実施形態では、磁気抵抗部４２の形状が第１実施形態と異なり、その他の部分の構成は第１実施形態と同じである。図９は、第２実施形態の三相回転電機の磁気抵抗部４２の形状および配置位置を説明する正面図である。
【００４９】
図示されるように、第２実施形態の磁気抵抗部４２は、Ｎ磁極作用部３４ＮおよびＳ磁極作用部３４Ｓの内部に設けられた孔とされている。この孔（磁気抵抗部４２）は、図２に示された磁気抵抗部４１と同じ８箇所に配置される。この孔（磁気抵抗部４２）は、Ｎ磁極３３ＮおよびＳ磁極３３Ｓの径方向外側にわずかに離隔して配置され、周方向に延びている。
【００５０】
次に、第３実施形態の三相回転電機１の構成について、第１実施形態と異なる点を主に説明する。第３実施形態では、磁気抵抗部４３の配置位置が第１実施形態と異なり、その他の部分の構成は第１実施形態と同じである。図１０は、第３実施形態の三相回転電機の磁気抵抗部４３の配置位置を説明する図であり、回転子３の中心角９０°の範囲を示す斜視図である。
【００５１】
図示されるように、第３実施形態の磁気抵抗部４３は、各Ｎ磁極作用部３４Ｎの周方向両側の端部寄り位置に配置されている。磁気抵抗部４３は、各Ｓ磁極作用部３４Ｓには配置されていない。上述とは逆に、磁気抵抗部４３は、各Ｓ磁極作用部３４Ｓの周方向両側の端部寄り位置に配置され、各Ｎ磁極作用部３４Ｎには配置されない構成であってもよい。磁気抵抗部４３は凹部の形状を有し、その詳細形状は、図４に示された磁気抵抗部４１と同じである。
【００５２】
ところで、第１実施形態の三相回転電機１は、シミュレーションの結果によると、騒音および振動を低減できるが、トルクリップルおよびコギングトルクが増加するという問題点がある。この問題点は、磁気抵抗部４１の配置位置が周方向の特定の角度範囲、すなわちひとつおきの磁極境界３５の近傍に偏っていることに起因すると考えられる。換言すると、トルクリップルおよびコギングトルクの増加は、パーミアンスの変更箇所が周方向で偏る点が原因と考えられる。また、磁気抵抗部４１（凹部）の分だけ回転子３の周方向に質量のアンバランスが発生するという問題も内包している。
【００５３】
そこで、さらなる改良として、第４〜第７実施形態では、回転子鉄心を２個の鉄心ユニット５１、５２に分割して軸線ＡＸ方向に転積し、磁気抵抗部４４１〜４４４、４５１〜４５４、４６１〜４６４、４７１〜４７４の周方向の配置位置を鉄心ユニット５１、５２相互間で相違させる。これにより、パーミアンスの変更箇所を周方向に分散させるとともに、回転子３の周方向の質量のアンバランスを小さくできる。
【００５４】
第４〜第７実施形態において、固定子２は、第１実施形態と同様の６０スロット構成である。さらに、埋込み孔３２、Ｎ磁極３３Ｎ、Ｓ磁極３３Ｓ、および磁気抵抗部４４１〜４４４、４５１〜４５４、４６１〜４６４、４７１〜４７４の断面形状も、第１実施形態と同じである。図１１〜図１４は、第４〜第７実施形態の三相回転電機を説明する図であり、回転子３の中心角９０°の範囲を示す斜視図である。
【００５５】
第４〜第７実施形態において、回転子鉄心は、軸線ＡＸ方向に並べて転積され、かつ共通のＮ磁極３３ＮおよびＳ磁極３３Ｓが埋め込まれた第１および第２の鉄心ユニット５１、５２からなる。共通のＮ磁極３３ＮおよびＳ磁極３３Ｓによって、第１および第２の鉄心ユニット５１、５２には、Ｎ磁極作用部３４ＮおよびＳ磁極作用部３４Ｓが形成される。ここで、Ｎ磁極作用部３４ＮおよびＳ磁極作用部３４Ｓは、鉄心ユニット５１、５２ごとに異なるものとして扱う。したがって、Ｎ磁極作用部３４ＮおよびＳ磁極作用部３４Ｓの総数は、第１実施形態の２倍の１６磁極相当になる。
【００５６】
一方、Ｎ磁極作用部３４ＮとＳ磁極作用部３４Ｓとを周方向に区分する磁極境界３６、３６１、３６２は、２つの鉄心ユニット５１、５２の境界面を超えて軸線ＡＸ方向に延在している。このため、磁極境界３６、３６１、３６２は、鉄心ユニット５１、５２間で共通するものとして扱う。したがって、磁極境界３６、３６１、３６２は、第１実施形態と同様に８箇所ある。
【００５７】
また、Ｎ磁極作用部３４ＮおよびＳ磁極作用部３４Ｓは、磁極境界３６、３６１、３６２に近接する周方向両側にそれぞれ端部寄り位置を有する。したがって、端部寄り位置の総数は、１６（磁極相当）の２倍（周方向両側）で３２箇所となる。第４〜第７実施形態において、磁気抵抗部４４１〜４４４、４５１〜４５４、４６１〜４６４、４７１〜４７４は、端部寄り位置の総数のうち半数、すなわち１６箇所に配置されている。換言すると、回転子３の四分の一の範囲を示す図１１〜図１４において、磁気抵抗部４４１〜４４４、４５１〜４５４、４６１〜４６４、４７１〜４７４は、それぞれ４箇所に配置されている。さらに、磁気抵抗部４４１〜４４４、４５１〜４５４、４６１〜４６４、４７１〜４７４は、軸線ＡＸ方向に相互に並ばないように配置されている。
【００５８】
図１１に示される第４実施形態において、第１の磁気抵抗部４４１は、第１の鉄心ユニット５１の各Ｎ磁極作用部３４Ｎの端部寄り位置であって、周方向に数えて奇数番目の磁極境界３６１に近接する側の端部寄り位置に配置されている。第２の磁気抵抗部４４２は、第１の鉄心ユニット５１の各Ｓ磁極作用部３４Ｓの端部寄り位置であって、奇数番目の磁極境界３６１に近接する側の端部寄り位置に配置されている。第３の磁気抵抗部４４３は、第２の鉄心ユニット５２の各Ｎ磁極作用部３４Ｎの端部寄り位置であって、周方向に数えて偶数番目の磁極境界３６２に近接する側の端部寄り位置に配置されている。第４の磁気抵抗部４４４は、第２の鉄心ユニット５１の各Ｓ磁極作用部３４Ｓの端部寄り位置であって、偶数番目の磁極境界３６２に近接する側の端部寄り位置に配置されている。
【００５９】
図１２に示される第５実施形態において、第１の磁気抵抗部４５１は、第１の鉄心ユニット５１の各Ｎ磁極作用部３４Ｎの周方向一側（図中で時計回りに進んだ側）の端部寄り位置に配置されている。第２の磁気抵抗部４５２は、各Ｓ磁極作用部３４Ｓの周方向一側の端部寄り位置に配置されている。第３の磁気抵抗部４５３は、第２の鉄心ユニット５２の各Ｎ磁極作用部３４Ｎの周方向他側（図中で反時計回りに進んだ側）の端部寄り位置に配置されている。第４の磁気抵抗部４５４は、各Ｓ磁極作用部３４Ｓの周方向他側の端部寄り位置に配置されている。
【００６０】
図１３に示される第６実施形態において、第１および第２の磁気抵抗部４６１、４６２は、第１の鉄心ユニット５１の各Ｎ磁極作用部３４Ｎの周方向両側の端部寄り位置に配置されている。第３および第４の磁気抵抗部４６３、４６４は、第２の鉄心ユニットの各Ｓ磁極作用部３４Ｓの周方向両側の端部寄り位置に配置されている。
【００６１】
図１４に示される第７実施形態において、第１〜４の磁気抵抗部４７１〜４７４は、第１の鉄心ユニット５１の各Ｎ磁極作用部３４Ｎの周方向両側の端部寄り位置、および各Ｓ磁極作用部３４Ｓの周方向両側の端部寄り位置に配置されている。そして、磁気抵抗部は、第２の鉄心ユニット５２に配置されない。
【００６２】
なお、第４〜第６実施形態において、回転子鉄心を形成する薄板状の鉄心材料は、唯１つの形状で良い。詳述すると、第４および第６実施形態においては、第１および第２の鉄心ユニット５１、５２の間で、鉄心材料を周方向に１磁極相当分（４５°）だけずらして転積すればよい。また、第５実施形態においては、第１および第２の鉄心ユニット５１、５２の間で、鉄心材料の表裏を反転して転積すればよい。
【００６３】
一方、第７実施形態において、回転子鉄心の薄板状の鉄心材料は、磁気抵抗部４７１〜４７４の有無に応じて、２つの形状が必要になる。つまり、第７実施形態の回転子鉄心の製造には、２種類の打ち抜き型が必要になる。
【００６４】
第２〜第７実施形態の三相回転電機１についても、第１実施形態と同様のシミュレーションを行い、騒音および振動の低減効果、トルクの目減り、トルクリップルおよびコギングトルクの増減についてそれぞれ試算している。騒音および振動の低減効果については、４次の空間振動モードに対応する騒音および振動の音圧レベルを試算した。トルクリップルおよびコギングトルクについては、変動幅（peak-to-peak値）を試算した。
【００６５】
図１５は、第１〜第７実施形態における騒音および振動の低減効果、ならびにトルクの目減りを試算した結果を示す図である。図１６は、第１〜第７実施形態における騒音および振動の低減効果、ならびにトルクリップルの増減を試算した結果を示す図である。図１７は、第１〜第７実施形態における騒音および振動の低減効果、ならびにコギングトルクの増減を試算した結果を示す図である。
【００６６】
図１５〜図１７において、従来構成における試算結果を基準とし、黒の縦長の菱形で示している。第１実施形態の試算結果は、黒の正方形で示されている。以下同様に、第２実施形態の試算結果は白丸、第３実施形態の試算結果は白の正方形、第４実施形態の試算結果は白の縦長の菱形、第５実施形態の試算結果は黒丸、第６実施形態の試算結果は黒三角、第７実施形態の試算結果は白三角、でそれぞれ示されている。
【００６７】
第１実施形態において、前述したように騒音および振動の音圧レベルは、従来構成から１６ｄＢ低減され、トルクの目減りもほとんど無い。しかしながら、トルクリップルおよびコギングトルクは、大幅に増加する。第２実施形態において、音圧レベルの低減効果は、５ｄＢ程度と小さい。また、トルクリップルは大幅に減少し、コギングトルクは殆ど変わらない。第３実施形態において、音圧レベルの低減効果は、１５ｄＢあって第１実施形態と同程度であるが、トルクリップルおよびコギングトルクは、大幅に増加する。
【００６８】
第４〜第７実施形態の試算結果は類似しており、音圧レベルの低減効果は、１３〜１５ｄＢ程度と大きく、トルクの目減りもほとんど無い。また、第４〜第７実施形態では、トルクリップルおよびコギングトルクが増加する弊害も生じない。したがって、実用的には、第１〜第３実施形態よりも第４〜第７実施形態のいずれかを優先的に採用することが得策と考えられる。
【００６９】
第２実施形態の三相回転電機１において、磁気抵抗部４２は、Ｎ磁極作用部３４ＮおよびＳ磁極作用部３４Ｓの内部に設けられた孔とされている。これによれば、第１実施形態の凹部の形状を有する磁気抵抗部４１に代えて、孔の形状を有する磁気抵抗部４２を設けても、動作時の騒音および振動を従来よりも低減できる。
【００７０】
第３実施形態の三相回転電機１において、磁気抵抗部４３は、各Ｎ磁極作用部３４Ｎの周方向両側の端部寄り位置、または、各Ｓ磁極作用部３４Ｓの周方向両側の端部寄り位置に配置されている。これによれば、第１実施形態と同程度に動作時の騒音および振動を低減できる。
【００７１】
第４〜第７実施形態の三相回転電機１において、回転子鉄心は、軸線ＡＸ方向に並べて転積され、かつ共通のＮ磁極３３ＮおよびＳ磁極３３Ｓが埋め込まれた複数の鉄心ユニット５１、５２からなるとともに、共通のＮ磁極３３Ｎによって鉄心ユニット５１、５２ごとに磁化形成されたＮ磁極作用部３４Ｎと、共通のＳ磁極３３Ｓによって鉄心ユニット５１、５２ごとに磁化形成されたＳ磁極作用部３４Ｓと、Ｎ磁極作用部３４ＮとＳ磁極作用部３４Ｓとを周方向に区分し、かつ鉄心ユニット５１、５２間で共通する磁極境界３６、３６１、３６２と、周方向の配置位置が鉄心ユニット５１、５２相互間で相違する磁気抵抗部４４１〜４４４、４５１〜４５４、４６１〜４６４、４７１〜４７４と、を有する。
【００７２】
これによれば、パーミアンスの変更箇所を周方向に分散させるとともに、回転子３の周方向の質量のアンバランスを小さくできる。したがって、トルクリップルおよびコギングトルクが増加する弊害を抑制できる。
【００７３】
さらに、第４〜第７実施形態の三相回転電機１において、回転子鉄心は、第１および第２の鉄心ユニット５１、５２からなり、磁気抵抗部４４１〜４４４、４５１〜４５４、４６１〜４６４、４７１〜４７４は、第１および第２の鉄心ユニット５１、５２の各Ｎ磁極作用部３４Ｎおよび各Ｓ磁極作用部３４Ｓの周方向両側の端部寄り位置の総数のうち半数に配置され、かつ軸線ＡＸ方向に相互に並ばない。これによれば、２個の磁気抵抗部４４１〜４４４、４５１〜４５４、４６１〜４６４、４７１〜４７４が軸線ＡＸ方向に相互に並ばないので、パーミアンスの分散効果および質量のアンバランスの是正効果が確実で顕著になる。
【００７４】
第４実施形態の三相回転電機１において、磁気抵抗部４４１〜４４４は、第１の鉄心ユニット５１の各Ｎ磁極作用部３４Ｎの端部寄り位置であって、周方向に数えて奇数番目の磁極境界３６１に近接する側の端部寄り位置、および、各Ｓ磁極作用部３４Ｓの端部寄り位置であって、奇数番目の磁極境界３６１に近接する側の端部寄り位置に配置されるとともに、第２の鉄心ユニット５２の各Ｎ磁極作用部３４Ｎの端部寄り位置であって、周方向に数えて偶数番目の磁極境界３６２に近接する側の端部寄り位置、および、各Ｓ磁極作用部３４Ｓの端部寄り位置であって、偶数番目の磁極境界３６２に近接する側の端部寄り位置に配置されている。これによれば、動作時の騒音および振動を顕著に低減できるとともに、トルクリップルおよびコギングトルクが増加する弊害は生じない。
【００７５】
第５実施形態の三相回転電機１において、磁気抵抗部４５１〜４５５は、第１の鉄心ユニット５１の各Ｎ磁極作用部３４Ｎの周方向一側の端部寄り位置、および各Ｓ磁極作用部３４Ｓの周方向一側の端部寄り位置に配置されるとともに、第２の鉄心ユニット５２の各Ｎ磁極作用部３４Ｎの周方向他側の端部寄り位置、および各Ｓ磁極作用部３４Ｓの周方向他側の端部寄り位置に配置されている。これによれば、動作時の騒音および振動を顕著に低減できるとともに、トルクリップルおよびコギングトルクが増加する弊害は生じない。
【００７６】
第６実施形態の三相回転電機１において、磁気抵抗部４６１〜４６４は、第１の鉄心ユニット５１の各Ｎ磁極作用部３４Ｎの周方向両側の端部寄り位置に配置されるとともに、第２の鉄心ユニット５２の各Ｓ磁極作用部３４Ｓの周方向両側の端部寄り位置に配置されている。これによれば、動作時の騒音および振動を顕著に低減できるとともに、トルクリップルおよびコギングトルクが増加する弊害は生じない。
【００７７】
第７実施形態の三相回転電機１において、磁気抵抗部４７１〜４７４は、第１の鉄心ユニット５１の各Ｎ磁極作用部３４Ｎの周方向両側の端部寄り位置、および各Ｓ磁極作用部３４Ｓの周方向両側の端部寄り位置に配置されており、第２の鉄心ユニット５２に配置されない。これによれば、動作時の騒音および振動を顕著に低減できるとともに、トルクリップルおよびコギングトルクが増加する弊害は生じない。
【００７８】
さらに、第４〜第６実施形態において、回転子鉄心を形成する薄板状の鉄心材料は、唯１つの形状で良いので、回転子鉄心は容易に形成される。加えて、回転子３を構成する部品点数は増加しないので、コストの上昇が抑制される。
【００７９】
＜第８実施形態＞
次に、第８実施形態の三相回転電機１を対象としたシミュレーションについて説明する。前述したように、第８実施形態の三相回転電機１は、第１実施形態と同様のラジアル空隙型の構成を有し、固定子２のスロット２４の個数ｎｓが３６個である点が異なる。また、回転子３の磁極数Ｐは、第１実施形態と同じ８磁極である。
【００８０】
第８実施形態において、磁気抵抗部は、第１実施形態と同様の凹部の形状であって８箇所に配置されるが、離隔角度θ１および範囲角度θ２の最適値は、第１実施形態と異なっている。シミュレーションでは、第１実施形態と同様に、エアギャップＡＧにおける磁束密度を試算した。また、電磁力の空間振動モードの最も低い次数も、第１実施形態と同じく４次である。シミュレーションを繰り返した結果、離隔角度θ１の最適値は、スロットピッチ角度θＳに等しい１０°であり、範囲角度θ２の最適値は、スロットピッチ角度θＳの半分の５°であった。これらの最適値は、一般化された（式１）、（式２）を満たしている。これらの最適値を用いたときのシミュレーション結果を図１８〜図２１に例示する。
【００８１】
図１８は、第８実施形態において、Ｓ磁極作用部３４Ｓの周方向中心がティース２３に正対した状態でのエアギャップＡＧにおける磁束密度の試算結果を示した図である。また、図１９は、第８実施形態において、磁極境界３５がティース２３に正対した状態でのエアギャップＡＧにおける磁束密度の試算結果を示した図である。一方、図２０は、磁気抵抗部を有さない従来構成において、図１８と同じ状態における試算結果を示した図である。また、図２１は、従来構成において、図１９と同じ状態における試算結果を示した図である。図１８〜図２１において、横軸は、回転子３の中心角１８０°の範囲、すなわちＳ磁極作用部３４ＳおよびＮ磁極作用部３４Ｎの４磁極相当分を表している。また、縦軸は、エアギャップＡＧにおける磁束密度を表している。
【００８２】
図２０の従来構成において、Ｓ磁極作用部３４ＳのＳ側電磁力は、矢印Ｘ３に示されるように、３個のティース２３に作用している。一方、Ｎ磁極作用部３４ＮのＮ側電磁力は、矢印Ｘ４に示されるように、４個のティース２３に作用している。このアンバランスに起因して、従来構成では、固定子２が４次の変形モードで大きく変形し、動作時の騒音および振動が大きくなる。
【００８３】
これに対し、図１８の第８実施形態において、矢印Ｃに示されるように、磁気抵抗部の作用で磁極境界３５の近傍の磁束密度が低減される。これにより、Ｓ磁極作用部３４ＳのＳ側電磁力は、矢印Ｄ１に示されるように、３個のティース２３への作用が維持される。一方、Ｎ磁極作用部３４ＮのＮ側電磁力は、矢印Ｄ２に示されるように、３個のティース２３への作用へと減少している。つまり、Ｎ磁極作用部３４ＮのＮ側電磁力の分布が、Ｓ磁極作用部３４ＳのＳ側電磁力の分布に近似してくる。したがって、Ｎ側およびＳ側電磁力のアンバランスが緩和され、固定子２の変形が軽減されて、従来構成よりも動作時の騒音および振動が低減される。
【００８４】
また、図２１の従来構成において、Ｎ磁極作用部３４Ｎの電磁力と、Ｓ磁極作用部３４Ｓの電磁力とは、磁極境界３５の左右に概ね鏡面対称形状となり、元々バランスしている。そして、図１９の第８実施形態において、このバランスは維持されている。つまり、磁気抵抗部は、Ｎ側およびＳ側電磁力が大きくアンバランスしているときに、アンバランス状態を緩和する作用を有し、Ｎ側およびＳ側電磁力が元々バランスしているときに、バランス状態を維持する。
【００８５】
シミュレーションの結果、第８実施形態の三相回転電機１において、４次の空間振動モードに対応する騒音および振動の音圧レベルは、従来構成と比較して８ｄＢ低減された。また、図１８において、磁極境界３５の近傍の磁束密度が低減された分だけ、他の位置の磁束密度が従来構成（図２０参照）よりも増加している。これにより、固定子２と回転子３の間を往復する全磁束は変わらない。したがって、第８実施形態においても、三相回転電機が電動機として動作するときに出力するトルクは目減りせず、発電機として動作するときに出力する電力も目減りしない。
【００８６】
さらに、第８実施形態の構成で離隔角度θ１および範囲角度θ２を変更したシミュレーションの結果、一般化された（式５）、（式６）の角度範囲で音圧レベルを低減でき、有効であることが確認された。加えて、（式１）、（式２）、（式５）、および（式６）の妥当性は、第１および第８実施形態以外の構成でも確認済みである。
【００８７】
第１、第３〜第８実施形態において、スロット２４の個数をｎｓとし、Ｎ磁極３３ＮおよびＳ磁極３３Ｓの磁極数Ｐを８としたとき、磁気抵抗部４１の周方向の中央位置が磁極境界３５から離隔している角度を表す離隔角度θ１（°）は、（式５）を満たし、かつ、磁気抵抗部４１が周方向に存在する範囲を表す範囲角度θ２（°）は、（式６）を満たす。これによれば、騒音および振動の音圧レベルを所定量以上（第１実施形態の例では５ｄＢ以上）低減できる。
【００８８】
さらに、第１、第３〜第８実施形態において、離隔角度θ１＝３６０／ｎｓ（°）、かつ、範囲角度θ２＝１８０／ｎｓ（°）である。これによれば、騒音および振動の音圧レベルを大幅に（第１、第３〜第７実施形態の例では１３〜１６ｄＢ）低減できる。
【００８９】
＜実施形態の応用および変形＞
なお、各実施形態において、磁気抵抗部４１〜４３、４４１〜４４４、４５１〜４５４、４６１〜４６４、４７１〜４７４の形状、大きさ、および配置位置は、埋込み孔３２やＮ磁極３３ＮおよびＳ磁極３３Ｓの形状、大きさ、および配置位置に合わせて適宜変更できる。また、第４〜第７実施形態を拡張し、回転子鉄心を３個以上の鉄心ユニットに分割して軸線方向に転積し、鉄心ユニット相互間で磁気抵抗部の周方向の配置位置をずらすようにしてもよい。
【００９０】
さらになお、本発明は、実施形態で説明した以外のスロット数および磁極数を有する三相回転電機でも実施できる。また、本発明は、内周側に固定子、外周側に回転子を備えるアウターロータタイプの構成や、軸線に直交するエアギャップを挟んで固定子と回転子とが軸線方向に並ぶ軸方向空隙型の構成でも実施できる。本発明は、その他にも様々な応用や変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の三相回転電機は、実施形態で説明したハイブリッド車両への搭載だけでなく、産業用の各種工作装置や搬送装置、ポンプなどの駆動源として幅広く利用できる。
【符号の説明】
【００９２】
１：三相回転電機
２：固定子    ２１：固定子鉄心    ２３：ティース
２４：スロット    ２７：巻線
３：回転子    ３１：回転子鉄心    ３２：埋込み孔
３３Ｎ：Ｎ磁極    ３３Ｓ：Ｓ磁極
３４Ｎ：Ｎ磁極作用部    ３４Ｓ：Ｓ磁極作用部
３５：ひとつおきの磁極境界
３６、３６１、３６２：磁極境界
４１、４３：磁気抵抗部（凹部）    ４２：磁気抵抗部（孔）
４４１〜４４４、４５１〜４５４：磁気抵抗部（凹部）
４６１〜４６４、４７１〜４７４：磁気抵抗部（凹部）
５１、５２：第１および第２の鉄心ユニット
【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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【図１０】
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【図１１】
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【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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