(57)【要約】  永久磁石同期電動機であって、回転子が鉄心（１）を含み；当該鉄心（１）は円柱形であり、鉄心（１）内部には軸線の周りにｐ個のＳ極磁鋼片（１１）及びｐ個のＮ極磁鋼片（１１）が均等に設けられており、ｐは正の整数であり；Ｓ極磁鋼片（１１）はＮ極磁鋼片（１１）と離間して配列され；鉄心（１）は、各磁鋼片（１１）における回転子の鉄心表面に２個のｄ軸表面溝（１４）が設けられ；１個の磁鋼片（１１）に対応する２個のｄ軸表面溝（１４）は、当該磁鋼片（１１）の中心線の両側に対称に分布し；１個の磁鋼片（１１）に対応する２個のｄ軸表面溝（１４）の軸線距離は、永久磁石同期電動機の固定子歯の歯元幅Ｗにほぼ等しい。当該永久磁石同期電動機及びその回転子は、低トルク領域内のトルクリップルを減らすことができ、且つ、構造が簡単で、加工性・製造性に優れ、低コストである。
2017514453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子が鉄心を含み；前記鉄心は円柱形であり、鉄心内部には軸線の周りにｐ個のＳ極磁鋼片及びｐ個のＮ極磁鋼片が均等に設けられており、ｐは正の整数であり；Ｓ極磁鋼片はＮ極磁鋼片と離間して配列された永久磁石同期電動機において、
前記鉄心は、各磁鋼片における回転子の鉄心表面に２個のｄ軸表面溝が設けられ；
１個の磁鋼片に対応する２個のｄ軸表面溝は、当該磁鋼片の中心線の両側に対称に分布し；
１個の磁鋼片に対応する２個のｄ軸表面溝の軸線距離は、永久磁石同期電動機の固定子歯の歯元幅の９０％〜１１０％であることを特徴とする、
永久磁石同期電動機。
【請求項２】
請求項１に記載の永久磁石同期電動機において、
前記永久磁石同期電動機は、分数スロット電動機であり；
前記鉄心は、隣接するＳ極磁鋼片とＮ極磁鋼片の中間部の外表面に軸方向に沿ってｑ軸表面溝が設けられていることを特徴とする、
永久磁石同期電動機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の永久磁石同期電動機において、
前記鉄心は、更に、隣接するＳ極磁鋼片とＮ極磁鋼片の中間部の内部に軸方向に沿ってインナーホールが設けられていることを特徴とする、
永久磁石同期電動機。
【請求項４】
請求項３に記載の永久磁石同期電動機において、
永久磁石同期電動機は、分数スロット集中型巻線永久磁石同期電動機であり；
分数スロット集中型巻線永久磁石同期電動機の毎極毎相のスロット数は、１／４以上且つ１／２以下であることを特徴とする、
永久磁石同期電動機。
【請求項５】
請求項４に記載の永久磁石同期電動機において、
前記分数スロット集中型巻線永久磁石同期電動機の固定子は、２４個の固定子歯を有し；
前記鉄心は、内部に軸線の周りに８個のＳ極磁鋼片及び８個のＮ極磁鋼片が交互かつ均等に設けられていることを特徴とする、
永久磁石同期電動機。
【請求項６】
請求項１に記載の永久磁石同期電動機において、
ｄ軸表面溝の開口幅は、永久磁石同期電動機の固定子歯のシュー幅の５０％〜１５０％であり；
ｄ軸表面溝の深さは空隙の２０％〜８０％であり；
１個の磁鋼片に対応する２個のｄ軸表面溝の軸線距離は、永久磁石同期電動機の固定子歯の歯元幅の９０％、１００％又は１１０％であることを特徴とする、
永久磁石同期電動機。
【請求項７】
請求項１に記載の永久磁石同期電動機において、
前記ｄ軸表面溝は、劣弧状溝であることを特徴とする、
永久磁石同期電動機。
【請求項８】
永久磁石同期電動機の回転子であって、鉄心を含み；前記鉄心は円柱形であり、鉄心内部には軸線の周りにｐ個のＳ極磁鋼片及びｐ個のＮ極磁鋼片が均等に設けられており、ｐは正の整数であり；Ｓ極磁鋼片はＮ極磁鋼片と離間して配列される永久磁石同期電動機の回転子において、
前記鉄心は、各磁鋼片における回転子の鉄心表面に２個のｄ軸表面溝が設けられ；
１個の磁鋼片に対応する２個のｄ軸表面溝は、当該磁鋼片の中心線の両側に対称に分布し；
１個の磁鋼片に対応する２個のｄ軸表面溝の軸線距離は、永久磁石同期電動機の固定子歯の歯元幅の９０％〜１１０％であることを特徴とする、
永久磁石同期電動機の回転子。
【請求項９】
請求項８に記載の永久磁石同期電動機の回転子において、
前記永久磁石同期電動機は、分数スロット電動機であり；
前記鉄心は、隣接するＳ極磁鋼片とＮ極磁鋼片の中間部の外表面に軸方向に沿ってｑ軸表面溝が設けられていることを特徴とする、
永久磁石同期電動機の回転子。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の永久磁石同期電動機の回転子において、
前記鉄心は、更に、隣接するＳ極磁鋼片とＮ極磁鋼片の中間部の内部に軸方向に沿ってインナーホールが設けられていることを特徴とする、
永久磁石同期電動機の回転子。
【請求項１１】
請求項１０に記載の永久磁石同期電動機の回転子において、
永久磁石同期電動機は、分数スロット集中型巻線永久磁石同期電動機であり；
分数スロット集中型巻線永久磁石同期電動機の毎極毎相のスロット数は、１／４以上且つ１／２以下であるを特徴とする、
永久磁石同期電動機の回転子。
【請求項１２】
請求項１１に記載の永久磁石同期電動機の回転子において、
前記分数スロット集中型巻線永久磁石同期電動機の固定子は、２４個の固定子歯を有し；
前記鉄心は、内部に軸線の周りに８個のＳ極磁鋼片及び８個のＮ極磁鋼片が交互かつ均等に設けられていることを特徴とする、
永久磁石同期電動機の回転子。
【請求項１３】
請求項８に記載の永久磁石同期電動機の回転子において、
ｄ軸表面溝の開口幅は、永久磁石同期電動機の固定子歯のシュー幅の５０％〜１５０％であり；
ｄ軸表面溝の深さは空隙の２０％〜８０％であり；
１個の磁鋼片に対応する２個のｄ軸表面溝の軸線距離は、永久磁石同期電動機の固定子歯の歯元幅の９０％、１００％又は１１０％であることを特徴とする、
永久磁石同期電動機の回転子。
【請求項１４】
請求項８に記載の永久磁石同期電動機の回転子において、
前記ｄ軸表面溝は、劣弧状溝であることを特徴とする、
永久磁石同期電動機の回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機に関し、特に、永久磁石同期電動機及びその回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石電動機は、トルク密度が高い、出力密度が高い、高効率領域が広い等の優位性を有し、ハイブリッド、純電動及び燃料電池等の新エネルギー自動車用駆動電動機にとってファーストチョイスとなっている。特に、磁性鋼を組み込んだ永久磁石同期電動機は、回転子の突極効果により生じたリラクタンストルクを利用して、更にトルクレベルをアップさせ、弱界磁の速度調整範囲を拡大して回転速度を上げることができる。ただし、永久磁石の回転子はコギングトルクももたらし、磁気飽和でもたらされる非線形磁路等の影響を加えると、永久磁石電動機の逆起電力の高調波含有量が多くなり、負荷時のトルクリップルレベルは一般的な非同期電動機及び表面磁性鋼型永久磁石電動機よりも深刻である。これらは一定のＮＶＨ（Ｎｏｉｓｅ（騒音）、Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ（振動）、Ｈａｒｓｈｎｅｓｓ（ハーシュネス））を招き、乗客の不快感を増してしまうため、解決する必要がある。
【０００３】
逆起電力の高調波及びコギングトルクを効果的に低減し、トルクリップルを減らす従来の手段では、合理的な極スロットを選択して適応している。例えばトヨタプリウス（ＰＲＩＵＳ）に代表される多数の自動車用駆動電動機は、固定子４８スロット（歯）、回転子８極という手段が用いられ、本田ＩＭＡに代表されるＩＳＧ電動機の多くは、極数：スロット数比が３：２という集中巻線の手段が用いられている。
【０００４】
図１に示すように、トヨタプリウスに用いられている４８スロット８極の永久磁石同期電動機は、固定子・回転子にスキューがないため、図２に示すように、逆起電力波形中の高調波含有量が多い。これは、鉄損を増やすだけではなく、マッチング制御時の回転子位置角の特定にも一定の精度誤差を生じさせるとともに、顕著なコギングトルク及びトルクリップルをともなう。
【０００５】
効果的に高調波、コギングトルク及びトルクリップルを低減するもう一つの従来の手段は、固定子の斜溝又は回転子の段スキューという方法により高調波含有量及びコギングトルクを除去して、トルクリップルを低減している。その動作原理は、複数の電動機を軸方向に沿ってずらして重ね、各段の電動機のコギングトルクの和をゼロに近づけて、逆起電力の高調波を互いに相殺させることである。ただし、次の欠陥が存在している。
【０００６】
一．固定子の斜溝又は回転子の段スキューでは、固定子のスタンプ或いは回転子のラミネーション群を積層する際に位置決めツールが必要となり、設備への投入コストが増えてしまい、製造の全体的な効率も下げる。
【０００７】
二．斜溝を施した後の固定子には巻線難易度が増え、巻線の有効長も相対的に長くなり、銅線の使用量が増えてしまう。
【０００８】
三．回転子の段スキューは、隣接ラミネーション組間の極性の異なる磁極間の距離を縮め、極間の漏れ磁束が増大することにより、電動機の出力性能が低下し、特にスキュー程度が比較的大きな電動機では、性能低下レベルがより一層顕著となる。
【０００９】
四．同じ電動機でも、斜溝及びスキューを完全に施した後では電動機のトルクピーク値及び出力がいずれも約１０％低下し、本来の性能レベルに達するためには、磁性鋼使用量を１０％増やさなければならず、現在永久磁石同期電動機の磁性鋼は主にネオジム・鉄・ホウ素であるが、レアアース価格の影響を受けて磁性鋼のコストが全体コストの約５０％に達した例もあり、磁性鋼使用量は製品の経済性に大きく影響する。
【００１０】
五．回転子の段スキューについて、一般的に、段数≧３の場合には、コギングトルク及びトルクリップルの低減程度は大きく変化せず、つまり、段数が無限大でない限り、固定子の斜溝の効果を奏することができず、且つ若干の特定のコギングトルクは段スキューの方法で低減できない。
【００１１】
六．ＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｓｔａｒｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ（総合スタータジェネレータモーター機能付き発電機））等の軸方向の長さが比較的短い又はスロット数が比較少ない電動機について、斜溝或いはスキューの実現には一定の難易度があり、且つ端部の漏れ磁束でもたらされる影響の割合が比較的大きく、これに起因したコギングトルク等は、斜溝或いはスキューによっても効果的に低減することはできない。
【００１２】
七．斜溝或いはスキューは、回転子上に周期的な軸方向分力を生じ、軸受の故障率がアップし、寿命を縮め、軸方向のＮＶＨも増加する。
【００１３】
日産リーフ（ＬＥＡＦ）に用いられている回転子の段スキューの永久磁石同期電動機は、図３に示す通りであり、当該回転子の段スキューの永久磁石同期電動機では逆起電力波形が著しく改善し、コギングトルク及びトルクリップルを低減できるが、電動機のピーク性能も低下するとともに、回転子の製造の複雑性が増える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明が解決しようとする技術的課題は、低トルク領域内のトルクリップルを低減でき、且つ構造が簡単で、加工性・製造性に優れ、低コストの、永久磁石同期電動機及びその回転子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の技術的課題を解決するために、本発明は永久磁石同期電動機を提供し、その回転子は鉄心を含み；前記鉄心は円柱形であり、鉄心内部には軸線の周りにｐ個のＳ極磁鋼片及びｐ個のＮ極磁鋼片が均等に設けられており、ｐは正の整数であり；Ｓ極磁鋼片はＮ極磁鋼片と離間して配列され；前記鉄心は、各磁鋼片における回転子の鉄心表面に２個のｄ軸表面溝が設けられ；１個の磁鋼片に対応する２個のｄ軸表面溝は、当該磁鋼片の中心線の両側に対称に分布し；１個の磁鋼片に対応する２個のｄ軸表面溝の軸線距離は、永久磁石同期電動機の固定子歯の歯元幅の９０％〜１１０％である。
【００１６】
好ましくは、前記永久磁石同期電動機は、分数スロット電動機であり；前記鉄心は、隣接するＳ極磁鋼片とＮ極磁鋼片の中間部の外表面に軸方向に沿ってｑ軸表面溝が設けられている。
【００１７】
好ましくは、前記鉄心には、更に、隣接するＳ極磁鋼片とＮ極磁鋼片の中間部の内部に軸方向に沿ってインナーホールが設けられている。
【００１８】
好ましくは、永久磁石同期電動機は、分数スロット集中型巻線永久磁石同期電動機であり；分数スロット集中型巻線永久磁石同期電動機の毎極毎相のスロット数は、１／４以上且つ１／２以下である。
【００１９】
好ましくは、前記分数スロット集中型巻線永久磁石同期電動機の固定子は、２４個の固定子歯を有し；前記鉄心は、内部に軸線の周りに８個のＳ極磁鋼片及び８個のＮ極磁鋼片が交互かつ均等に設けられている。
【００２０】
好ましくは、ｄ軸表面溝の開口幅は、永久磁石同期電動機の固定子歯のシュー幅の５０％〜１５０％である。好ましくは、１個の磁鋼片に対応する２個のｄ軸表面溝の軸線距離は、永久磁石同期電動機の固定子歯の歯元幅の９０％、１００％又は１１０％である。
【００２１】
好ましくは、前記ｄ軸表面溝は、劣弧状溝である。
【００２２】
上記の技術的課題を解決するために、本発明は、永久磁石同期電動機の回転子を提供し、鉄心を含み；前記鉄心は円柱形であり、鉄心内部には軸線の周りにｐ個のＳ極磁鋼片及びｐ個のＮ極磁鋼片が均等に設けられており、ｐは正の整数であり；Ｓ極磁鋼片はＮ極磁鋼片と離間して配列され；前記鉄心は、各磁鋼片における回転子の鉄心表面に２個のｄ軸表面溝が設けられ；１個の磁鋼片に対応する２個のｄ軸表面溝は、当該磁鋼片の中心線の両側に対称に分布し；１個の磁鋼片に対応する２個のｄ軸表面溝の軸線距離は、永久磁石同期電動機の固定子歯の歯元幅の９０％〜１１０％である。
【００２３】
好ましくは、前記永久磁石同期電動機は、分数スロット電動機であり；前記鉄心は、隣接するＳ極磁鋼片とＮ極磁鋼片の中間部の外表面に軸方向に沿ってｑ軸表面溝が設けられている。
【００２４】
好ましくは、前記鉄心には、更に、隣接するＳ極磁鋼片とＮ極磁鋼片の中間部の内部に軸方向に沿ってインナーホールが設けられている。
【００２５】
好ましくは、永久磁石同期電動機は、分数スロット集中型巻線永久磁石同期電動機であり；分数スロット集中型巻線永久磁石同期電動機の毎極毎相のスロット数は、１／４以上且つ１／２以下である。
【００２６】
好ましくは、前記分数スロット集中型巻線永久磁石同期電動機の固定子は、２４個の固定子歯を有し；前記鉄心は、内部に軸線の周りに８個のＳ極磁鋼片及び８個のＮ極磁鋼片が交互かつ均等に設けられている。
【００２７】
好ましくは、ｄ軸表面溝の開口幅は、永久磁石同期電動機の固定子歯のシュー幅の５０％〜１５０％であり；ｄ軸表面溝の深さは、空隙の２０％〜８０％である。１個の磁鋼片に対応する２個のｄ軸表面溝の軸線距離は、永久磁石同期電動機の固定子歯の歯元幅の９０％、１００％又は１１０％である。
【００２８】
好ましくは、前記ｄ軸表面溝は、劣弧状溝である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の永久磁石同期電動機は、１周期における空隙磁束密度の基本波含有量の比率を増やして磁束密度波形の逆起電力の高調波含有量を減らすことができ、つまり、空隙磁束密度が良好な正弦性を有する。そして、電動機の非通電時には、内部の磁場は完全に磁性鋼によって提供され、回転子を回転させて生じるトルクは磁束密度の振幅及び透磁率とのみ関連し、線形の状態において磁束密度波形が正弦の場合には、コギングトルクは除去される。本発明の永久磁石同期電動機は、固定子の開溝によってもたらされる空隙磁束密度波形の歪みによるコギングトルクを低減することにより、負荷動作時に電動機のトルクリップルレベル、特に低トルク領域内のトルクリップルを減らすことができ、且つ、本発明の永久磁石同期電動機の回転子は構造が簡単で、加工性・製造性に優れ、低コストである。
【００３０】
以下、本発明の実施形態を明確に説明するために、本発明が必要とする図面を簡単に紹介する。以下に記載する図面は本発明の若干の実施例にすぎず、当業者にとって格別の創意工夫を必要としないという前提において、これらの図面に基づいてその他の図面を得ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来の４８スロット８極の永久磁石同期電動機を示す模式図
【図２】図１に示す永久磁石同期電動機の逆起電力波形を示す模式図
【図３】従来の回転子の段スキューの永久磁石同期電動機を示す模式図
【図４】本発明の永久磁石同期電動機の回転子の実施例１を示す模式図
【図５】本発明の永久磁石同期電動機の回転子の実施例２を示す模式図
【図６】本発明の永久磁石同期電動機の回転子の実施例３を示す模式図
【図７】シュー幅及び空隙を示す模式図
【図８Ａ】回転子に処理が施されていない場合の永久磁石同期電動機の逆起電力を示す模式図
【図８Ｂ】回転子に処理が施されていない場合の永久磁石同期電動機のコギングトルクを示す模式図
【図８Ｃ】回転子に処理が施されていない場合の永久磁石同期電動機のトルクリップルを示す模式図
【図９Ａ】回転子の鉄心にｑ軸表面溝及びｑ軸インナーホールが設けられた後の永久磁石同期電動機の逆起電力を示す模式図
【図９Ｂ】回転子の鉄心にｑ軸表面溝及びｑ軸インナーホールが設けられた後の永久磁石同期電動機のコギングトルクを示す模式図
【図９Ｃ】回転子の鉄心にｑ軸表面溝及びｑ軸インナーホールが設けられた後の永久磁石同期電動機のトルクリップルを示す模式図
【図１０Ａ】回転子の鉄心にｑ軸表面溝及びｄ軸表面溝が設けられた後の永久磁石同期電動機の逆起電力を示す模式図
【図１０Ｂ】回転子の鉄心にｑ軸表面溝及びｄ軸表面溝が設けられた後の永久磁石同期電動機のコギングトルクを示す模式図
【図１０Ｃ】回転子の鉄心にｑ軸表面溝及びｄ軸表面溝が設けられた後の永久磁石同期電動機のトルクリップルを示す模式図
【図１１Ａ】回転子の鉄心にｑ軸表面溝とｑ軸インナーホール及びｄ軸表面溝が設けられた後の永久磁石同期電動機の逆起電力を示す模式図
【図１１Ｂ】回転子の鉄心にｑ軸表面溝とｑ軸インナーホール及びｄ軸表面溝が設けられた後の永久磁石同期電動機のコギングトルクを示す模式図
【図１１Ｃ】回転子の鉄心にｑ軸表面溝とｑ軸インナーホール及びｄ軸表面溝が設けられた後の永久磁石同期電動機のトルクリップルを示す模式図
【図１２】ｄ軸表面溝を開ける前後の空隙磁束密度の振幅を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を組み合わせて本発明における技術的解決手段について明確、完全な記述を行うが、記述する実施例は本発明の全部の実施例ではなく、一部の実施例であることは明らかである。本発明における実施例に基づいて、当業者が格別な創意工夫を要することなく得られる全ての他の実施例は、いずれも本発明の保護範囲に属する。
【００３３】
（実施例１）
図４に示すように、永久磁石同期電動機の回転子は、鉄心１を含む。鉄心１は円柱形であり、鉄心内部には軸線の周りにｐ個のＳ極磁鋼片１１及びｐ個のＮ極磁鋼片１１が均等に設けられており、ｐは正の整数であり；Ｓ極磁鋼片はＮ極磁鋼片と離間して配列され；鉄心１は、各磁鋼片における回転子の鉄心表面に２個のｄ軸表面溝１４が設けられ；１個の磁鋼片に対応する２個のｄ軸表面溝１４は、等該磁鋼片の中心線（つまりｄ軸）の両側に対称に分布し；１個の磁鋼片に対応する２個のｄ軸表面溝１４の軸線距離は、永久磁石同期電動機の固定子歯の歯元幅Ｗにほぼ等しい（例えば、永久磁石同期電動機の固定子歯の歯元幅Ｗの９０％〜１１０％とする場合、永久磁石同期電動機の固定子歯の歯元幅Ｗの９０％、１００％又は１１０％とすることができる）。
【００３４】
コギングトルクは、永久磁石電動機の永久磁石と固定子開溝後の固定子歯との間の不均一な相互作用力の接線成分に起因するもので、鉄心飽和の影響を無視すると、コギングトルクＴｃｏｇは
【数１】
2017514453.tif 000003
と表すことができる。式中、Ｚは固定子の歯数、Ｌａは鉄心軸方向の長さ、μ０は定数、Ｒ１は空隙に対応する内径、Ｒ２は空隙に対応する外径、Ｇｎは空隙パーミアンスに対応する係数、Ｂｒは永久磁石の磁場が空隙の円周に沿って生じる磁束密度、αは永久磁石の中心線（ｄ軸）と固定子歯中心線との間の挟角、ｎはｎＺ／２ｐが整数となるような正整数である。表現式から分かるように、ｎＺ／２ｐ次高調波の磁束密度成分のみがコギングトルクを生じる可能性があり、ｎＺ／２ｐ次高調波の空隙磁束密度Ｂｒの振幅を低下させることによってコギングトルクを低減できる。
【００３５】
実施例１の永久磁石同期電動機は、各磁鋼片における回転子の鉄心表面に２個のｄ軸表面溝１４が設けられており、また１個の磁鋼片に対応する２個のｄ軸表面溝１４の軸線距離は、永久磁石同期電動機の固定子歯２の歯元幅Ｗにほぼ等しく、このようにして、図４、図７に示すように、固定子歯の中心がｄ軸と一致する場合には、１個の磁鋼片に対応する２個のｄ軸表面溝の軸線が固定子歯のシュー２１の先端部にあることで、固定子開溝の作用により起きる空隙磁束密度の振幅の急変を緩和でき、これにより磁束密度の逆起電力の高調波の振幅を下げ、理論的に解析したコギングトルク表現式によれば、コギングトルクが相対的に低くなる。図１２に示すように（淡色及び濃色のグラフはそれぞれｄ軸表面溝の開溝前後の磁束密度の変化に対応する）、逆起電力中の低次高調波の振幅が大幅に減少していることが分かる。
【００３６】
実施例１の永久磁石同期電動機は、１周期における空隙磁束密度の基本波含有量の比率を増やして磁束密度波形の逆起電力の高調波含有量を減らすことができ、つまり、空隙磁束密度が良好な正弦性を有する。そして、電動機の非通電時には、内部の磁場は完全に磁性鋼によって提供され、回転子を回転させて生じるトルクは磁束密度の振幅及び透磁率とのみ関連し、線形の状態において磁束密度波形が正弦の場合には、コギングトルクは除去される。よって本実施例１の永久磁石同期電動機は、固定子の開溝によってもたらされる空隙磁束密度波形の歪みによるコギングトルクを低減することにより、負荷動作時に電動機のトルクリップルレベルを下げることができ、同時に低トルク領域内のコギングトルクがトルクリップルに占める割合は比較的大きいため、コギングトルクが比較的低い場合、低トルク領域内のトルクリップルを著しく減らすことができる。且つ、実施例一の永久磁石同期電動機の回転子は構造が簡単で、加工性・製造性に優れ、低コストである。
【００３７】
好ましくは、図７に示すように、ｄ軸表面溝１４の開口幅は、永久磁石同期電動機の固定子歯２のシュー幅２１の５０％〜１５０％（例えば、５０％、１００％、１５０％）であり、ｄ軸表面溝１４の深さは空隙Ｆ（永久磁石同期電動機の固定子歯元から回転子の鉄心までの距離）の２０％〜８０％（例えば、２０％、５０％、８０％）である。前述のとおり、空隙磁束密度は定常成分、基本波成分及び高調波成分を含み、このうち基本波成分のみが電動機の磁気性能に有益であり、空隙の変化が均一であれば空隙磁束密度の基本波含有量を大きくでき、ｄ軸表面溝１４の開口幅が永久磁石同期電動機の固定子歯２のシュー２１の幅Ｌの５０％〜１５０％であり、ｄ軸表面溝１４の深さが空隙Ｆの２０％〜８０％であれば、空隙磁束密度がｄ軸からｑ軸まで穏やかに変化して、ｄ軸表面溝１４の開溝によってもたらされる高調波の影響を低減できる。
【００３８】
好ましくは、ｄ軸表面溝１４は、劣弧状溝である。ｄ軸表面溝１４の断面は劣弧状であるため、固定子の開溝作用による空隙磁束密度の振幅の急変をより一層緩和し、磁束密度の逆起電力の高調波振幅を下げることができ、且つ回転子の機械的強度に対する影響が比較的小さく、加工に便利である。
【００３９】
（実施例２）
実施例１に基づく永久磁石同期電動機として、永久磁石同期電動機は分数スロット電動機であり、図５に示すように、鉄心１は、隣接するＳ極磁鋼片とＮ極磁鋼片の中間部（つまり、回転子のｑ軸部分）の外表面に軸方向に沿ってｑ軸表面溝１２が設けられている。
【００４０】
永久磁石同期電動機の平均トルクはＴ＝ｐ［φｆｉｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）ｉｄｉｑ］で、式中、ｐは電動機極対数、φｆは永久磁石の基本波磁場が固定子巻線において生じる鎖交磁束、ｉｄは固定子のｄ軸電流，ｉｑは固定子のｑ軸電流、Ｌｄは固定子巻線のｄ軸インダクタンス、Ｌｑは固定子巻線のｑ軸インダクタンスである。永久磁石同期電動機のトルクＴは、主に２つの部分で構成され、つまり、永久磁石の鎖交磁束（永久磁石材料の励磁磁場及びｄ軸電流の作用）が生じる同期トルクと、ｄ軸、ｑ軸の磁路非対称によるｄ軸インダクタンスＬｄ及びｑ軸インダクタンスＬｑの不等によるリラクタンストルクからなり、リラクタンストルクは永久磁石電動機のトルク／電流密度を上げることができるものの、同時にトルクリップルを大幅に増加させることが多い。
【００４１】
分数スロット電動機（つまり、毎極毎相のスロット数が分数になる電動機で、その毎極毎相のスロット数
【数２】
2017514453.tif 000004
で、ｐは電動機の極対数、ｍは相数、Ｚは固定子歯数、ｂ、ｊ、ｋは正の整数であり、ｋ＞ｊである）について、ｄ軸、ｑ軸磁路の非対称によるｄ軸インダクタンスＬｄ及びｑ軸インダクタンスＬｑの不等によるリラクタンストルクが占める割合は大きくないため、回転子のｑ軸磁路の形状を変更することにより、トルクリップルを大幅に下げ、トータルの合成トルクをそのまま維持できることが多い。
【００４２】
ｄ軸表面に開溝した後はコギングトルク及び低トルク領域内のトルクリップルを低減でき、高トルク領域の対応電流が比較的大きければ、リラクタンストルクに起因するトルクリップルの割合が比較的多くなり、この場合、ｑ軸部分に開溝し、Ｌｑパラメータを変更することにより、負荷動作時の中、高トルク領域におけるトルクリップルが著しく改善される。実施例２の永久磁石同期電動機は、分数スロット電動機であり、回転子の鉄心表面にｄ軸表面溝及びｑ軸表面溝が設けられることで、固定子開溝により空隙磁束密度波形の歪みによるコギングトルクを低減し、低トルク領域内のトルクリップルを低減できるだけではなく、回転子の鉄心表面のｑ軸部分での開溝を通じて回転子のｑ軸磁路の形状を変更することにより、トータルの合成トルクをほぼそのまま維持した状態で、トルクリップルを大幅に下げ、負荷動作時の電動機のトルクリップルレベル、特に中、高トルク領域内のトルクリップルを低減することができる。
【００４３】
好ましくは、永久磁石同期電動機は、分数スロット集中型巻線永久磁石同期電動機であり、その毎極毎相のスロット数Ｔは１／４以上且つ１／２以下である。集中巻線の利点は、巻線端部接続部分の短縮、導線の使用量減少、巻線のコイル抵抗低下、銅損減少、電動機の効率向上、コスト削減、製造周期の短縮である。分数スロット集中型巻線永久磁石同期電動機の巻線ピッチはｙ＝１で、Ｚ／ｐ範囲が３／２から３の間にある場合、つまり、毎極毎相のスロット数Ｔが１／４以上且つ１／２以下である場合、同一コイルの２つのコイル辺の誘導起電力の差が１８０°に近くなり、比較的高い巻線係数を得ることができる。
【００４４】
好ましくは、分数スロット集中型巻線永久磁石同期電動機の固定子は２４個（Ｚ＝２４）の固定子歯を有し、各固定子歯が１個のコイルのみで巻き付けられ；鉄心は、内部に軸線の周りに８個のＳ極磁鋼片及び８個のＮ極磁鋼片（８対の回転子磁極で、ｐ＝８、計２ｐ個の極）が交互かつ均等に分布しているため、電動機の毎極毎相のスロット数は
【数３】
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となる。
【００４５】
（実施例３）
実施例２に基づく永久磁石同期電動機として、図６に示すように、鉄心１には更に、隣接するＳ極磁鋼片とＮ極磁鋼片の中間部（つまり、回転子のｑ軸部分）の内部に軸方向に沿ってインナーホール１３が設けられている。
【００４６】
ｄ軸表面に開溝した後はコギングトルク及び低トルク領域内のトルクリップルを低減でき、高トルク領域の対応電流が比較的大きければ、リラクタンストルクに起因するトルクリップルの割合が比較的多くなり、この場合、ｑ軸部分に開溝又は開孔し、Ｌｑパラメータを変更することにより、負荷動作時の中、高トルク領域におけるトルクリップルが著しく改善される。
【００４７】
鉄心のｑ軸部分にインナーホールをあけるのは、電動機の突極効果によるトルクリップルを低減できるだけではなく、ｑ軸の磁気ブリッジを狭くすることにより、当該箇所の磁場飽和度を増加させ、極間の漏れ磁束を小さくすることに相当し、永久磁石の鎖交磁束を高めすることに相当し、つまり、電動機の磁性鋼利用率を向上させる；また、鉄心のｑ軸箇所にインナーホールをあけた後は、ｑ軸磁路のリラクタンスが増大し、同一の固定子電流条件において、磁性鋼部分に進入するｄ軸の磁界を弱める反磁界が低くなり、磁性鋼の耐消磁性を増強する。
【００４８】
実施例３の永久磁石同期電動機において、回転子の鉄心表面のｑ軸に開溝し、鉄心のｑ軸部分にインナーホールをあけ、また各磁鋼片における回転子の鉄心表面に、ｄ軸と対称となるように２個のｄ軸表面溝１４が設けられていることは、電動機の突極効果によるトルクリップルを低減でき；効果的に極間の漏れ磁束を抑制し、電動機の磁性鋼利用率を向上させることができ；同一の固定子電流条件において、磁性鋼部分に進入するｄ軸の磁界を弱める反磁界を低くして、磁性鋼の耐消磁性を増強でき；コギングトルク及び全領域内の電動機の負荷動作時のトルクリップルレベルを下げて、スキューの効果を奏することができる。
【００４９】
回転子に処理が施されていない場合の永久磁石同期電動機の逆起電力は図８Ａに示す通りであり、コギングトルクは図８Ｂに示す通りであり、トルクリップルは図８Ｃに示す通りである。
【００５０】
回転子の鉄心にｑ軸表面溝及びｑ軸インナーホールが設けられた後の永久磁石同期電動機の逆起電力は図９Ａに示す通りであり、コギングトルクは図９Ｂに示す通りであり、トルクリップルは図９Ｃに示す通りである。
【００５１】
回転子の鉄心にｑ軸表面溝及びシュー溝が設けられた後の永久磁石同期電動機の逆起電力は図１０Ａに示す通りであり、コギングトルクは図１０Ｂに示す通りであり、トルクリップルは図１０Ｃに示す通りである。
【００５２】
回転子の鉄心にｑ軸表面溝、ｑ軸インナーホール及びシュー溝が設けられた後の永久磁石同期電動機の逆起電力は図１１Ａに示す通りであり、コギングトルクは図１１Ｂに示す通りであり、トルクリップルは図１１Ｃに示す通りである。
【００５３】
以上の記載は本発明の実施例にすぎず、これらは本発明を限定するものではなく、本発明の精神と原則を逸脱しない修正、同等の置換、改良等は、いずれも本発明の保護範囲内に含まれる。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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