(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ティースを含む固定子鉄心および前記ティースに設けられた巻線を有する固定子と、
前記固定子に対向して設けられ、回転子鉄心および前記回転子鉄心に埋め込まれ周方向に並べられた複数の永久磁石を有する回転子と
を備え、
前記永久磁石における前記固定子側の部分には、互いに異なる複数の磁極が周方向に並んで配置されており、
前記回転子鉄心は、
周方向に互いに隣り合う一対の前記永久磁石に挟まれたリブと、
前記永久磁石よりも前記固定子側に設けられ、前記リブに接続された磁極鉄心部と
有し、
前記永久磁石と前記リブとの周方向の間には、空隙が形成されており、
前記永久磁石と前記リブとの間の空隙における周方向を向く面は、前記永久磁石の面と前記リブの面とから構成されており、
前記リブを挟む一対の前記永久磁石のそれぞれにおける前記固定子側の部分であって周方向に互いに隣り合う端部には、互いに同一の磁極が配置されており、
前記永久磁石における前記固定子側の部分であって互いに磁極が異なる部分の間である異極間を通り径方向に延びた直線上における前記永久磁石と前記ティースとの間の磁気的な空隙長は、前記リブを通り径方向に延びた直線上における前記回転子鉄心と前記ティースとの間の磁気的な空隙長よりも大きい回転電機。
【請求項２】
ティースを含む固定子鉄心および前記ティースに設けられた巻線を有する固定子と、
前記固定子に対向して設けられ、回転子鉄心および前記回転子鉄心に埋め込まれ周方向に並べられた複数の永久磁石を有する回転子と
を備え、
前記永久磁石における前記固定子側の部分には、互いに異なる複数の磁極が周方向に並んで配置されており、
前記回転子鉄心は、
周方向に互いに隣り合う一対の前記永久磁石に挟まれたリブと、
前記永久磁石よりも前記固定子側に設けられ、前記リブに接続された磁極鉄心部と
有し、
前記リブを挟む一対の前記永久磁石のそれぞれにおける前記固定子側の部分であって周方向に互いに隣り合う端部には、互いに同一の磁極が配置されており、
前記永久磁石における前記固定子側の部分であって互いに磁極が異なる部分の間である異極間を通り径方向に延びた直線上における前記永久磁石と前記ティースとの間の磁気的な空隙長は、前記リブを通り径方向に延びた直線上における前記回転子鉄心と前記ティースとの間の磁気的な空隙長よりも大きく、
前記異極間を通り径方向に延びた直線上に配置された前記磁極鉄心部の部分には、磁気的に中空な孔が形成されており、
前記異極間を通り径方向に延びた直線上に配置された前記磁極鉄心部の部分の径方向外側を向く面と他の前記磁極鉄心部の径方向外側を向くの面とは、同一円上に配置される回転電機。
【請求項３】
前記磁極鉄心部は、前記異極間を通り径方向に延びた直線上から周方向にずれて配置されている請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記異極間を通り径方向に延びた直線上に配置された前記磁極鉄心部の部分には、磁気的に中空な孔が形成されている請求項１に記載の回転電機。
【請求項５】
前記磁極鉄心部は、径方向に延びた直線上における前記回転子鉄心と前記ティースとの間の空隙長が、径方向に延びた直線の位置が前記異極間を通る位置から前記リブを通る位置に近づくにつれて次第に小さくなるように形成された肉厚変化部を有している請求項１に記載の回転電機。
【請求項６】
前記永久磁石における周方向両端部であって径方向内側端部のぞれぞれと前記回転子の中心との距離は、互いに等しく、
前記永久磁石における周方向端部であって径方向内側端部と前記回転子の中心との距離を半径とし、前記回転子の中心を中心とする円柱の領域内には、前記永久磁石の一部が含まれている請求項１から請求項５までの何れか一項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記リブを通り径方向外側に延びた直線上に配置された前記磁極鉄心部の部分における前記固定子に対向する面には、凹部が形成されている請求項１から請求項６までの何れか一項に記載の回転電機。
【請求項８】
前記リブを通り径方向外側に延びた直線上に配置された前記磁極鉄心部の部分には、磁気的に中空な孔が形成されている請求項１から請求項６までの何れか一項に記載の回転電機。
【請求項９】
回転子鉄心および前記回転子鉄心の径方向の外側部分において周方向に間隔をあけて埋め込まれた複数の永久磁石を有する回転子と、
それぞれに巻線が設けられた複数のティースを有し、前記回転子に対して前記径方向に対向して配置された固定子と、
を備え、
前記回転子鉄心は、前記永久磁石を前記周方向に挟む一対のリブと、前記永久磁石よりも前記固定子側に設けられ、前記リブに接続された磁極鉄心部とを有し、
前記磁極鉄心部は、前記永久磁石における前記固定子側の部分であって互いに磁極が異なる部分の間である異極間を通り前記径方向に延びた直線上に配置された前記永久磁石の部分である異極間部よりも前記径方向外側に配置されず、
同一の前記永久磁石における一方の磁極から他方の磁極に入る磁気回路に含まれる２個の前記磁極鉄心部は、前記周方向に互いに離れて配置され、
前記異極間を通り前記径方向に延びた直線上における前記永久磁石と前記ティースとの間の磁気的な空隙長は、前記リブを通り前記径方向に延びた直線上における前記回転子鉄心と前記ティースとの間の空隙長よりも大きい回転電機。
【請求項１０】
前記永久磁石の前記径方向外側を向く面は、平面、または、前記周方向中間部が前記径方向外側に突出した円弧面であり、
前記磁極鉄心部は、前記永久磁石よりも前記径方向外側に設けられている請求項９に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記磁極鉄心部における前記周方向端部は、前記周方向外側に向かうにつれて前記径方向寸法が小さい請求項９または請求項１０に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ティースを含む固定子鉄心およびティースに設けられた巻線を有する固定子と、固定子に対向して設けられ、回転子鉄心および回転子鉄心に埋め込まれ周方向に並べられた複数の永久磁石を有する回転子とを備えた回転電機が知られている。永久磁石における固定子側の部分には、互いに異なる２個の磁極が周方向に並んで配置されている。回転子鉄心は、周方向に互いに隣り合う一対の永久磁石に挟まれたリブと、永久磁石よりも固定子側に設けられ、リブに接続された磁極鉄心部とを有している。リブを挟む一対の永久磁石のそれぞれにおける固定子側の部分であって周方向に互いに隣り合う端部には、互いに同一の磁極が配置されている。これにより、リブを挟む一対の永久磁石のそれぞれにおける固定子側の部分であって周方向に互いに隣り合う端部は、回転子における同一の磁極を構成する。回転子における同一の磁極を構成する一対の永久磁石の間にリブが配置されることによって、回転子の磁極における周方向中心部を通る磁気回路のインダクタンスが大きくなる。その結果、小さい電流成分を用いて、回転電機の弱め界磁制御を行うことができる。（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３８４７５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、永久磁石における固定子側の部分であって互いに磁極が異なる部分の間である異極間を通り径方向に延びた直線上における永久磁石とティースとの間の空隙長は、リブを通り径方向に延びた直線上における回転子鉄心とティースとの間の空隙長と一致している。これにより、異極間を通り径方向に延びた直線上に配置された永久磁石の部分である磁極間部とティースとの間には、磁束密度が高い磁気回路が形成される。電機子反作用によって、磁極間部には逆磁界が作用する。これにより、異極間部には減磁が発生する。したがって、巻線を鎖交する有効鎖交磁束が減少する。その結果、回転電機の出力トルクが低下するという課題があった。【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、回転電機の出力トルクの低下を抑制することができる回転電機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る回転電機は、ティースを含む固定子鉄心およびティースに設けられた巻線を有する固定子と、固定子に対向して設けられ、回転子鉄心および回転子鉄心に埋め込まれ周方向に並べられた複数の永久磁石を有する回転子とを備え、永久磁石における固定子側の部分には、互いに異なる複数の磁極が周方向に並んで配置されており、回転子鉄心は、周方向に互いに隣り合う一対の永久磁石に挟まれたリブと、永久磁石よりも固定子側に設けられ、リブに接続された磁極鉄心部と有し、永久磁石とリブとの周方向の間には、空隙が形成されており、永久磁石とリブとの間の空隙における周方向を向く面は、永久磁石の面とリブの面とから構成されており、リブを挟む一対の永久磁石のそれぞれにおける固定子側の部分であって周方向に互いに隣り合う端部には、互いに同一の磁極が配置されており、永久磁石における固定子側の部分であって互いに磁極が異なる部分の間である異極間を通り径方向に延びた直線上における永久磁石とティースとの間の磁気的な空隙長は、リブを通り径方向に延びた直線上における回転子鉄心とティースとの間の磁気的な空隙長よりも大きい。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る回転電機によれば、回転電機の出力トルクの低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す断面図である。
【図３】弱め界磁制御された場合の回転電機を示す概念図である。
【図４】図２のＡ部を示す拡大図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る回転電機を示す断面図である。
【図６】図５のＢ部を示す拡大図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係る回転電機を示す断面図である。
【図８】図７のＣ部を示す拡大図である。
【図９】この発明の実施の形態４に係る回転電機を示す断面図である。
【図１０】図９のＤ部を示す拡大図である。
【図１１】この発明の実施の形態５に係る回転電機を示す断面図である。
【図１２】図１１のＥ部を示す拡大図である。
【図１３】図１１の回転電機の変形例を示す断面図である。
【図１４】図１３のＦ部を示す拡大図である。
【図１５】この発明の実施の形態６に係る回転電機を示す断面図である。
【図１６】図１５のＧ部を示す拡大図である。
【図１７】この発明の実施の形態７に係る回転電機を示す断面図である。
【図１８】図１７のＨ部を示す拡大図である。
【図１９】この発明実施の形態８に係る回転電機を示す断面図である。
【図２０】図１９のＩ部を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す断面図である。回転電機は、円筒形状のフロントハウジング１と、フロントハウジング１の内周面に固定された固定子２とを備えている。また、回転電機は、回転軸３と、回転軸３に固定され、回転軸３とともに回転する回転子４とを備えている。回転子４は、回転子４の径方向について固定子２よりも内側に配置されている。この例では、径方向とは、回転子４についての径方向とし、周方向とは、回転子４についての周方向とし、軸方向とは、回転子４についての軸方向とする。図１では、回転電機における周方向に垂直な断面が示している。回転子４は、径方向について固定子２に対向して設けられている。
【００１０】
回転軸３は、非磁性体のステンレス製シャフト、磁性体の機械構造用炭素鋼製シャフトなどから構成されている。機械構造用炭素鋼としては、Ｓ１０Ｃ、Ｓ４５Ｃ、ＳＣＭ４３５などが挙げられる。
【００１１】
フロントハウジング１は、ハウジング円筒部１０１と、ハウジング円筒部１０１に接続された第１軸受保持部１０２とを有している。回転電機は、第１軸受保持部１０２に保持された第１軸受５を備えている。第１軸受５は、回転軸３を回転可能に支持している。第１軸受５は、磁性体または非磁性体から構成されている。
【００１２】
回転電機は、フロントハウジング１に固定されたエンドフレーム６を備えている。エンドフレーム６は、エンドフレーム基部６０１と、エンドフレーム基部６０１に接続された第２軸受保持部６０２とを有している。エンドフレーム基部６０１には、軸方向について回転子４に対向する軸方向内側面６０３が形成されている。回転電機は、第２軸受保持部６０２に保持された第２軸受７を備えている。第２軸受７は、回転軸３を回転可能に支持している。第２軸受７は、磁性体または非磁性体から構成されている。第２軸受７は、軸方向内側面６０３から回転子４に向かって突出するように配置されている。
【００１３】
回転子４は、回転子鉄心４０１と、回転子鉄心４０１に埋め込まれた複数の永久磁石４０２とを有している。回転子鉄心４０１は、軟磁性材から構成されている。また、回転子鉄心４０１は、例えば、電磁鋼板、圧粉磁心などから構成されている。永久磁石４０２は、回転電機の界磁として用いられている。
【００１４】
固定子２は、固定子鉄心２０１を有している。固定子鉄心２０１は、円筒形状のコアバック２０２と、コアバック２０２から径方向内側に突出した複数のティース２０３とを含んでいる。コアバック２０２は、ハウジング円筒部１０１の内周面に固定されている。複数のティース２０３は、周方向に等ピッチに並んで配置されている。ティース２０３は、軸方向に延びるように形成されている。
【００１５】
図２は、この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す断面図である。図２では、回転電機における軸方向に垂直な断面が示されている。ティース２０３は、軸方向に垂直な断面形状がＴ字形状となるように形成されている。ティース２０３における径方向内側を向く面の形状は、回転軸３に沿って視た場合に、回転子４の中心を中心とした円弧形状となっている。複数のティース２０３のそれぞれの径方向内側を向く面は、回転軸３に沿って視た場合に、回転子４の中心を中心とした同一円上に配置されている。
【００１６】
固定子２は、複数のティース２０３のそれぞれに設けられた図示しない複数のインシュレータと、インシュレータを介して、複数のティース２０３のそれぞれに設けられた複数の巻線２０４とを有している。複数の巻線２０４は、３相に分けられている。具体的には、ティース２０３の数は、１２個となっており、Ｕ相の巻線２０４の数は、４個、Ｖ相の巻線２０４の数は、４個、Ｗ相の巻線２０４の数は、４個となっている。
【００１７】
Ｕ相の巻線２０４をＵ相巻線２０４Ａとし、Ｖ相の巻線２０４をＶ相巻線２０４Ｂとし、Ｗ相の巻線２０４をＷ相巻線２０４Ｃとする。巻線２０４の巻き方向について、Ｕ相巻線２０４ＡをＵとし、Ｖ相巻線２０４ＢをＶとし、Ｗ相巻線２０４ＣをＷとし、右巻きを＋とし、左巻きを−として表す。この場合に、１２個の巻線２０４は、Ｕ−、Ｕ＋、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ−、Ｗ＋、Ｕ＋、Ｕ−、Ｖ−、Ｖ＋、Ｗ＋、Ｗ−の順に周方向に並べられる。１２個の巻線２０４の巻き方は、集中巻きとなっている。
【００１８】
Ｕ相巻線２０４Ａ、Ｖ相巻線２０４ＢおよびＷ相巻線２０４Ｃのそれぞれには、図示しない駆動装置から駆動電流が供給されるようになっている。Ｕ相巻線２０４Ａ、Ｖ相巻線２０４ＢおよびＷ相巻線２０４Ｃのそれぞれに駆動電流が供給されることによって、固定子２には、回転磁界が発生する。固定子２に回転磁界が発生することによって、回転子４は、正方向または逆方向に回転する。
【００１９】
なお、実施の形態１では、回転子４の磁極の数が１０個であり、巻線２０４の数が１２個である１０極１２スロットの回転電機の構成について説明する。しかしながら、この回転電機の構成は、一例である。回転電機は、１０極１２スロットの回転電機とは異なる回転電機であってもよい。
【００２０】
図１に示すように、回転電機は、回転子４に設けられた支持ケース８と、支持ケース８に支持され、軸方向について軸方向内側面６０３に対向して設けられた複数のセンサ磁石９と、軸方向内側面６０３に設けられた複数の磁気センサ１０とを備えている。支持ケース８は、非磁性体または磁性体から構成されている。支持ケース８を構成する非磁性体としては、真鍮、黄銅などが挙げられる。支持ケース８を構成する磁性体としては、Ｓ４５Ｃ、Ｓ１０Ｃなどが挙げられる。
【００２１】
複数のセンサ磁石９は、周方向に並んで配置されている。複数のセンサ磁石９のそれぞれにおける軸方向内側面６０３側の磁極は、Ｎ極またはＳ極となっている。周方向に互いに隣り合うセンサ磁石９における軸方向内側面６０３側の磁極のそれぞれは、互いに異なるようになっている。複数のセンサ磁石９の数は、回転子４の磁極の数である１０個のｎ倍の数となっている。ここで、ｎは自然数である。
【００２２】
磁気センサ１０は、センサ磁石９に対して軸方向について一定の間隔をあけて対向して配置されている。磁気センサ１０としては、例えば、ホールＩＣが挙げられる。複数の磁気センサ１０は、周方向に並んで配置されている。磁気センサ１０の数は、３個となっている。３個の磁気センサ１０のそれぞれは、電気角１２０度の位置に配置されている。この例では、磁気センサ１０は、エンドフレーム６に固定されている。なお、磁気センサ１０は、図示しない保持部材を介してエンドフレーム６に固定されてもよい。
【００２３】
回転子４が回転することによって、センサ磁石９におけるＮ極に磁化された部分とＳ極に磁化された部分とが交互に磁気センサ１０に対向する。磁気センサ１０は、センサ磁石９におけるＮ極に磁化された部分とＳ極に磁化された部分とが交互に磁気センサ１０に対向することを検出する。
【００２４】
磁気センサ１０の検出信号は、図示しない制御回路に出力される。制御回路は、磁気センサ１０の検出信号に基づいて、回転子４の回転角または回転位置と回転子４の回転数とを算出する。制御回路は、回転子４の回転角または回転位置と回転子４の回転数とを用いて、回転電機の駆動制御を行う。なお、回転子４の回転角または回転位置と回転子４の回転数との算出は、センサ磁石９および磁気センサ１０を備えた位置センサの検出信号を用いず、エンコーダ、レゾルバなどの検出信号を用いてもよい。
【００２５】
図２に示すように、永久磁石４０２は、回転子鉄心４０１に埋め込まれている。回転子鉄心４０１は、永久磁石４０２よりも径方向外側に設けられた磁極鉄心部４０３と、永久磁石４０２よりも径方向内側に設けられた継鉄部４０４と、磁極鉄心部４０３と継鉄部４０４とを接続する複数のリブ４０５とを有している。
【００２６】
永久磁石４０２は、磁極鉄心部４０３および継鉄部４０４によって径方向に挟まれている。リブ４０５は、周方向に互いに隣り合う一対の永久磁石４０２の間に配置されている。回転子４の外周面は、磁極鉄心部４０３の径方向外側を向く面によって構成されている。固定子２の内周面と回転子４の外周面との間には、設定された空隙が形成されている。固定子２の内周面と回転子４の外周面とは、全周に渡って、互いに接触しない。
【００２７】
図２において、磁極Ｎおよび磁極Ｓは、永久磁石４０２における径方向外側の部分の磁極を表している。１つの永久磁石４０２において、永久磁石４０２の周方向中心部を境にして、永久磁石４０２における径方向外側の部分の磁極が互いに異なっている。永久磁石４０２は、１つの永久磁石用磁性体に対して二方向に着磁することによって形成されている。なお、永久磁石４０２は、２つの永久磁石用磁性体のそれぞれに対して一方向に着磁し、２つの永久磁石用磁性体のそれぞれにおける径方向外側の部分の磁極が互いに異なるように２つの永久磁石用磁性体を互いに隣接して配置することによって形成されてもよい。
【００２８】
複数の永久磁石４０２は、周方向に等間隔に配置されている。周方向に互いに隣り合う一対の永久磁石４０２の間には、リブ４０５が配置されている。周方向に互いに隣り合う一対の永久磁石４０２における互いに隣り合う部分の磁極は、互いに同一となっている。したがって、周方向にリブ４０５を挟む一対の永久磁石４０２における周方向に互いに隣り合う端部のそれぞれには、互いに同一の磁極が配置されている。この例では、二方向に着磁された１０個の永久磁石４０２によって、回転子４は、Ｎ極の数が５個であり、Ｓ極の数が５個である磁極を有している。また、回転子４の各磁極における周方向中心部には、リブ４０５が配置されている。
【００２９】
回転子鉄心４０１の透磁率は、永久磁石４０２の透磁率よりも大きい。回転子４の磁極における周方向中心部にリブ４０５が配置されている。これにより、回転子４の磁極における周方向中心部を通過する磁気回路におけるインダクタンスは、回転子４の磁極における周方向中心部にリブ４０５が配置されていない場合と比較して、大きくなる。
【００３０】
図３は、弱め界磁制御された場合の回転電機を示す概念図である。図３において、電流成分Ｉｄおよび電流成分Ｉｑは、インバータから巻線２０４に供給された各相の電流を回転子４の界磁磁束Φｍの回転座標を基準として座標変換した場合における各相の電流成分を示している。ｄ軸は、界磁磁束Φｍと同一方向であり、ｑ軸は界磁磁束Φｍに対して電気角で９０度進んだ方向である。ｑ軸は、誘起電圧と同相の方向である。
【００３１】
ｄ軸方向は、径方向であって、各磁極の周方向中心部を通る方向である。回転子４の磁極の周方向中心部には、磁極鉄心部４０３が配置されている。したがって、永久磁石４０２が各磁極の周方向中心部に配置された回転電機と比較して、実施の形態１の回転電機では、回転子４の磁極の周方向中心部を通る磁気回路のインダクタンスＬｄが大きくなる。その結果、永久磁石４０２が各磁極の周方向中心部に配置された回転電機と比較して、実施の形態１の回転電機では、回転子４の磁極の周方向中心部を通る磁気回路には、大きな磁束ＬｄＩｄが発生する。
【００３２】
ｄ軸方向の磁束Φｄは、界磁磁束Φｍと磁束ＬｄＩｄとを合成した値となる。したがって、電流成分Ｉｄに負の方向の電流が流れるように、巻線２０４に電流を供給することによって、ｄ軸方向の磁束Φｄが界磁磁束Φｍよりも小さくなる。
【００３３】
図４は、図２のＡ部を示す拡大図である。永久磁石４０２における固定子２側の部分であって、互いに磁極が異なる部分の間を異極間とする。異極間を通り径方向に延びた直線上に配置された永久磁石４０２の部分を異極間部４０６とする。
【００３４】
異極間部４０６よりも径方向外側に設けられた磁極鉄心部４０３の部分における固定子２に対向する面には、凹部４０７が形成されている。異極間を通り径方向に延びた直線上における回転子４と固定子２との間の空隙長Ｌ１は、リブ４０５を通り径方向に延びた直線上における回転子４と固定子２との間の空隙長Ｌ２よりも大きい。したがって、異極間を通り径方向に延びた直線上における永久磁石４０２とティース２０３との間の磁気的な空隙長は、リブ４０５を通り径方向に延びた直線上における回転子鉄心４０１とティース２０３との間の磁気的な空隙長よりも大きい。リブ４０５よりも径方向外側に配置された磁極鉄心部４０３の部分は、回転子４において最も固定子２に近い部分である最接近部である。
【００３５】
異極間を通り径方向に延びた直線上における磁極鉄心部４０３とティース２０３との間の空隙長Ｌ１は、異極間を通らずに径方向に延びた直線上における磁極鉄心部４０３とティース２０３との間の空隙長より大きくなっている。したがって、異極間部４０６とティース２０３との間の領域における磁気抵抗は、異極間を通らずに径方向に延びた直線上における磁極鉄心部４０３の部分とティース２０３との間の領域における磁気抵抗よりも大きくなる。これにより、異極間部４０６とティース２０３との間に形成される磁気回路は、異極間を通らずに径方向に延びた直線上における磁極鉄心部４０３の部分とティース２０３との間に形成される磁気回路よりも磁束密度が低くなる。
【００３６】
異極間部４０６とティース２０３との間に形成される磁気回路の磁束密度が低くなることによって、磁極間を通らずに径方向に延びた直線上に配置された磁極鉄心部４０３の部分と比較して、異極間部４０６には、電機子反作用による逆磁界が作用し難くなる。これにより、異極間部４０６には、減磁が生じ難くなる。その結果、巻線２０４を鎖交する有効鎖交磁束の減少が抑制され、回転電機の出力トルクの低下が抑制される。
【００３７】
以上説明したように、この発明の実施の形態１に係る回転電機では、異極間を通り径方向に延びた直線上における永久磁石４０２とティース２０３との間の磁気的な空隙長が、リブ４０５を通り径方向に延びた直線上における回転子鉄心４０１とティース２０３との間の磁気的な空隙長よりも大きい。これにより、回転電機の出力トルクの低下を抑制することができる。
【００３８】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２に係る回転電機を示す断面図である。図６は、図５のＢ部を示す拡大図である。図５では、回転電機における軸方向に垂直な断面が示されている。実施の形態２では、異極間部４０６よりも径方向外側には、磁極鉄心部４０３が設けられていない。言い換えれば、磁極鉄心部４０３は、異極間を通り径方向に延びた直線上から周方向にずれて配置されている。したがって、異極間を通り径方向に延びた直線上における永久磁石４０２とティース２０３との間の磁気的な空隙長は、リブ４０５を通り径方向に延びた直線上における回転子鉄心とティース２０３との間の磁気的な空隙長よりも大きい。
【００３９】
異極間部４０６よりも径方向外側に磁極鉄心部４０３が配置されていない。これにより、１つの永久磁石４０２における一方の磁極から他方の磁極に入る磁気回路には、一方の磁極よりも径方向外側に設けられた磁極鉄心部４０３および他方の磁極よりも径方向外側に設けられた磁極鉄心部４０３が含まれる。また、１つの永久磁石４０２における一方の磁極から他方の磁極に入る磁気回路に含まれる２個の磁極鉄心部４０３は、周方向に互いに離れている。したがって、１つの永久磁石４０２における一方の磁極から同一の永久磁石４０２における他方の磁極に入る磁気回路を通る漏れ磁束Φｘ１が減少する。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００４０】
以上説明したように、この発明の実施の形態２に係る回転電機では、実施の形態１と同様に、異極間部４０６における減磁の抑制によって、回転電機の出力トルクの低下を抑制することができる。また、漏れ磁束Φｘ１が減少することによって、回転電機の出力トルクの低下をさらに抑制することができる。
【００４１】
なお、実施の形態２では、磁極鉄心部４０３における周方向端部において、周方向外側に向かうにつれて径方向寸法が小さくなる構成について説明した。言い換えれば、実施の形態２では、磁極鉄心部４０３における周方向端部において、径方向外側を向く面が周方向外側に向かうにつれて径方向内側に配置される構成について説明した。しかしながら、磁極鉄心部４０３における周方向端部において、周方向の位置に関係なく径方向寸法が一定となる構成であってもよい。言い換えれば、磁極鉄心部４０３の周方向端部において、軸方向に視た場合に、径方向外側を向く面が周方向の位置に関係なく同一円上に配置される構成であってもよい。
【００４２】
実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３に係る回転電機を示す断面図である。図８は、図７のＣ部を示す拡大図である。図７では、回転電機における軸方向に垂直な断面が示されている。異極間部４０６よりも径方向外側に設けられた磁極鉄心部４０３の部分には、磁気的に中空な孔４０８が形成されている。孔４０８は、軸方向について磁極鉄心部４０３を貫通している。
【００４３】
軸方向に視た場合に、異極間部４０６よりも径方向外側に設けられた磁極鉄心部４０３の部分における径方向外側を向く面は、リブ４０５よりも径方向外側に設けられた磁極鉄心部４０３の部分における径方向外側を向く面と、同一円上に配置されている。言い換えれば、実施の形態２とは異なり、異極間部４０６よりも径方向外側に設けられた磁極鉄心部４０３における径方向外側を向く面には、凹部が形成されていない。
【００４４】
異極間部４０６よりも径方向外側に設けられた磁極鉄心部４０３の部分に磁気的に中空な孔４０８が形成されている。これにより、異極間を通り径方向に延びた直線上における永久磁石４０２とティース２０３との間の磁気的な空隙長は、リブ４０５を通り径方向に延びた直線上における回転子鉄心とティース２０３との間の磁気的な空隙長よりも大きくなる。
【００４５】
異極間部４０６よりも径方向外側に設けられた磁極鉄心部４０３の部分に磁気的に中空な孔４０８が形成されている。これにより、１つの永久磁石４０２における一方の磁極からティース２０３を介して同一の永久磁石４０２における他方の磁極に入る磁気回路を通る漏れ磁束Φｘ２が減少する。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００４６】
以上説明したように、この発明の実施の形態３に係る回転電機によれば、実施の形態１と同様に、異極間部４０６における減磁の抑制によって、回転電機の出力トルクの低下を抑制することができる。また、軸方向に視た場合に、異極間部４０６よりも径方向外側に設けられた磁極鉄心部４０３の部分における径方向外側を向く面は、リブ４０５よりも径方向外側に設けられた磁極鉄心部４０３の部分における径方向外側を向く面と、同一円上に配置されている。したがって、実施の形態１および実施の形態２と比較して、回転子４の外周面における凹凸が低減される。その結果、回転電機に発生する風損および騒音を低減させることができる。
【００４７】
実施の形態４．
図９は、この発明の実施の形態４に係る回転電機を示す断面図である。図１０は、図９のＤ部を示す拡大図である。図９では、回転電機における軸方向に垂直な断面が示されている。磁極鉄心部４０３は、磁極鉄心部４０３における周方向中央部に設けられた磁極鉄心中央部４０９と、磁極鉄心部４０３における周方向両端部に設けられた肉厚変化部４１０とを有している。
【００４８】
磁極鉄心中央部４０９では、径方向に延びた直線上における回転子鉄心４０１とティース２０３との間の空隙長は、径方向に延びた直線が周方向に移動した場合であっても一定となっている。肉厚変化部４１０では、径方向に延びた直線上における回転子鉄心４０１とティース２０３との間の空隙長は、径方向に延びた直線の位置がリブ４０５を通る位置に近づくにつれて次第に小さくなっている。肉厚変化部４１０における磁極鉄心中央部４０９側の端部と磁極鉄心中央部４０９とでは、径方向に延びた直線上における回転子鉄心４０１とティース２０３との間の空隙長が互いに同一となっている。
【００４９】
言い換えれば、磁極鉄心部４０３は、径方向に延びた直線上における回転子鉄心４０１とティース２０３との間の空隙長が、径方向に延びた直線の位置が異極間を通る位置からリブ４０５を通る位置に近づくにつれて次第に小さくなるように形成された肉厚変化部４１０を有している。
【００５０】
なお、磁極鉄心部４０３は、磁極鉄心中央部４０９を有さない構成であってもよい。すなわち、磁極鉄心部４０３は、一対の肉厚変化部４１０のみを有する構成であってもよい。また、実施の形態４では、磁極鉄心部４０３における周方向端部に肉厚変化部４１０が設けられている。しかしながら、磁極鉄心部４０３は、肉厚変化部４１０よりも周方向外側に設けられた部分を有してもよい。この場合、磁極鉄心部４０３における肉厚変化部４１０よりも周方向外側に設けられた部分では、径方向に延びた直線上における回転子鉄心４０１とティース２０３との間の空隙長が、肉厚変化部４１０における径方向に延びた直線上における回転子鉄心４０１とティース２０３との間の空隙長以下となる。
【００５１】
異極間部４０６とティース２０３との間の空隙長が、異極間を通らずに径方向に延びた直線上における回転子鉄心４０１とティース２０３との間の空隙長よりも大きくなることによって、漏れ磁束Φｘ１および漏れ磁束Φｘ２が減少する。その他の構成は、実施の形態２と同様である。
【００５２】
以上説明したように、この発明の実施の形態４に係る回転電機によれば、実施の形態１と同様に、異極間部４０６における減磁の抑制によって、回転電機の出力トルクの低下を抑制することができる。また、漏れ磁束Φｘ１および漏れ磁束Φｘ２が減少することによって、巻線２０４を通る有効鎖交磁束Φｔが増加する。その結果、回転電機の出力トルクを増加させることができる。
【００５３】
実施の形態５．
図１１は、この発明の実施の形態５に係る回転電機を示す断面図である。図１２は、図１１のＥ部を示す拡大図である。図１１では、回転電機における軸方向に垂直な断面が示されている。実施の形態４では、永久磁石４０２の形状が板形状に形成されている。言い換えれば、実施の形態４では、永久磁石４０２における径方向外側を向く面および径方向内側を向く面のそれぞれは、平面となっている。一方、実施の形態５では、永久磁石４０２における径方向外側を向く面および径方向内側を向く面のそれぞれは、周方向中間部が径方向外側に突出した湾曲面となっている。軸方向に視た場合に、永久磁石４０２における径方向外側を向く面および径方向内側を向く面のそれぞれは、回転子４の中心を中心とした円弧面となっている。その他の構成は、実施の形態４と同様である。
【００５４】
以上説明したように、この発明の実施の形態５に係る回転電機によれば、永久磁石４０２における径方向外側を向く面は、湾曲面となっている。これにより、永久磁石４０２における径方向外側を向く面の表面積が増加する。したがって、永久磁石４０２における径方向外側を向く面を通る総磁束数が増加する。その結果、巻線２０４を鎖交する有効鎖交磁束数が増加して、回転電機の出力トルクを向上させることができる。
【００５５】
なお、実施の形態５では、永久磁石４０２における径方向内側を向く面が湾曲面となっている構成について説明した。図１３は、図１１の回転電機の変形例を示す断面図である。図１４は、図１３のＦ部を示す拡大図である。永久磁石４０２における径方向内側を向く面は、平面となってもよい。
【００５６】
実施の形態６．
図１５は、この発明の実施の形態６に係る回転電機を示す断面図である。図１６は、図１５のＧ部を示す拡大図である。図１５では、回転電機における軸方向に垂直な断面が示されている。永久磁石４０２の周方向一端部であって径方向内側部分と、回転子の中心との間の距離をＬ３とする。永久磁石４０２の周方向他端部であって径方向内側部分と、回転子の中心との間の距離をＬ４とする。距離Ｌ３および距離Ｌ４は、互いに等しくなっている。言い換えれば、永久磁石４０２における周方向両端部であって径方向内側端部のそれぞれを回転子４の中心との距離は、互いに等しくなっている。
【００５７】
永久磁石４０２における周方向端部であって径方向内側部分と回転子４の中心との間の距離を半径とし、回転子４の中心を中心とする円柱Ｖ１の内部には、永久磁石４０２の一部が含まれている。なお、円柱Ｖ１の領域の側面に永久磁石４０２が接する構成であってもよい。
【００５８】
永久磁石４０２における径方向外側を向く面および径方向内側を向く面は、平面となっている。言い換えれば、永久磁石４０２の形状は、平板形状となっている。
【００５９】
永久磁石の形状が平板形状であり、円柱Ｖ１の内部に永久磁石が含まれない場合には、回転子４の磁極の周方向中心部に配置された磁極鉄心部４０３の部分における径方向寸法を大きくする必要がある。回転子４の磁極の周方向中心部に配置された磁極鉄心部４０３の部分とは、リブ４０５を通り径方向に延びた直線上に配置された磁極鉄心部４０３の部分である。永久磁石の形状が平板形状であり、円柱Ｖ１の内部に永久磁石が含まれない場合には、回転子４の磁極の周方向中心部に配置された磁極鉄心部４０３の部分における周方向に垂直な断面積が増加する。実施の形態６では、円柱Ｖ１の内部に永久磁石４０２の一部が含まれることによって、円柱Ｖ１の内部に永久磁石が含まれない場合と比較して、磁極鉄心部４０３における周方向に垂直な断面積が減少する。これにより、磁極鉄心部４０３における周方向の磁気抵抗が増加する。したがって、周方向に隣り合う一対のティース２０３のうちの一方のティース２０３から出た磁束のうち、永久磁石４０２に鎖交せずに他方のティース２０３に戻る磁束である漏れ磁束Φｘ３が低減される。その他の構成は、実施の形態１から実施の形態５と同様である。
【００６０】
以上説明したように、この発明の実施の形態６に係る回転電機では、距離Ｌ３および距離Ｌ４は、互いに等しくなっている。また、永久磁石４０２における周方向端部であって径方向内側部分と回転子４の中心との間の距離を半径とし、回転子４の中心を中心とする円柱Ｖ１の内部には、永久磁石４０２の一部が含まれている。これにより、漏れ磁束Φｘ３を低減させることができる。したがって、永久磁石４０２に鎖交する有効鎖交磁束を増加させることができる。その結果、回転電機の出力トルクを向上させることができる。
【００６１】
実施の形態７．
図１７は、この発明の実施の形態７に係る回転電機を示す断面図である。図１８は、図１７のＨ部を示す拡大図である。図１７では、回転電機における軸方向に垂直な断面が示されている。リブ４０５を通り径方向に延びた直線上に配置された回転子鉄心４０１の部分における固定子２に対向する面には、凹部４１１が形成されている。
【００６２】
凹部４１１は、磁極鉄心部４０３およびリブ４０５における固定子２側の部分に渡って形成されている。凹部４１１は、回転子４における磁極の周方向中心部に配置されている。凹部４１１の内周面と、凹部４１１に対して周方向に隣り合う永久磁石４０２との間の寸法をＬ５とする。磁極鉄心部４０３における径方向寸法の最薄部における径方向寸法をＬ６とする。寸法Ｌ５は、寸法Ｌ６以下となっている。
【００６３】
軸方向に視た場合の凹部４１１の内周面の形状は、Ｕ字形状となっている。なお、軸方向に視た場合の凹部４１１の内周面の形状は、長方形、Ｖ字形状などであってもよい。
【００６４】
リブ４０５を通り径方向に延びた直線上に配置された磁極鉄心部４０３の部分における固定子２に対向する面に凹部４１１が形成されることによって、磁極鉄心部４０３における凹部４１１が形成された部分における周方向の磁気抵抗が増加する。これにより、異極間部４０６のインダクタンスＬｑが低下する。したがって、永久磁石４０２に鎖交せずに磁極鉄心部４０３を周方向に通る漏れ磁束Φｘ４が減少する。
【００６５】
漏れ磁束Φｘ４が減少することによって、固定子鉄心２０１を通過する総磁束数が減少する。これにより、固定子鉄心２０１の磁気抵抗の増加が抑制される。したがって、永久磁石４０２のパーミアンス係数の低下が抑制される。その結果、高負荷時における設定された電流あたりのトルク低下が抑制される。
【００６６】
固定子鉄心２０１を通過する総磁束数が減少することによって、巻線２０４に発生する誘起電圧が減少する。これにより、高速回転時においても、より多くの電流が巻線２０４に流れる。その結果、回転電機における高速回転時の最大出力トルクが増加し、また、回転電機における動作範囲が拡大される。その他の構成は、実施の形態１から実施の形態６と同様である。
【００６７】
以上説明したように、この発明の実施の形態７に係る回転電機によれば、リブ４０５を通り径方向に延びた直線上に配置された磁極鉄心部４０３の部分における固定子２に対向する面には、凹部４１１が形成されている。これにより、回転電機における高速回転時の最大出力トルクを増加させることができ、また、回転電機における動作範囲を拡大することができる。
【００６８】
実施の形態８．
図１９は、この発明実施の形態８に係る回転電機を示す断面図である。図２０は、図１９のＩ部を示す拡大図である。図１９では、回転電機における軸方向に垂直な断面が示されている。リブ４０５を通り径方向に延びた直線上に配置された磁極鉄心部４０３の部分およびリブ４０５の部分には、磁気的に空隙な孔４１２が形成されている。孔４１２は、回転子４における磁極の周方向中心部に配置されている。孔４１２の内周面と、孔４１２に対して周方向に隣り合う永久磁石４０２との間の寸法をＬ７とする。磁極鉄心部４０３における径方向寸法の最薄部における径方向の寸法をＬ６とする。寸法Ｌ７は、寸法Ｌ６以下となっている。
【００６９】
磁極鉄心部４０３およびリブ４０５に孔４１２が形成されることによって、磁極鉄心部４０３における孔４１２が形成された部分における周方向の磁気抵抗が増加する。これにより、異極間部４０６のインダクタンスＬｑが低下する。したがって、永久磁石４０２に鎖交せずに磁極鉄心部４０３を周方向に通る漏れ磁束Φｘ４が減少する。
【００７０】
漏れ磁束Φｘ４が減少することによって、固定子鉄心２０１を通過する総磁束数が減少する。これにより、固定子鉄心２０１の磁気抵抗の増加が緩和される。したがって、永久磁石４０２のパーミアンス係数の低下が抑制される。その結果、高負荷時における設定された電流あたりのトルク低下が抑制される。
【００７１】
固定子鉄心２０１を通過する総磁束数が減少することによって、巻線２０４に発生する誘起電圧が減少する。これにより、高速回転時においても、より多くの電流が巻線２０４に流れる。その結果、回転電機における高速回転時の最大出力トルクが増加し、また、回転電機における動作範囲が拡大される。その他の構成は、実施の形態７と同様である。
【００７２】
以上説明したように、この発明の実施の形態８に係る回転電機によれば、リブ４０５を通り径方向に延びた直線上に配置された磁極鉄心部４０３の部分における固定子２に対向する面には、凹部４１１が形成されている。これにより、回転電機における高速回転時の最大出力トルクを増加させることができ、また、回転電機における動作範囲を拡大することができる。また、回転子４の外周面には、凹凸部が低減される。その結果、回転電機に発生する風損および騒音を低減させることができる。
【符号の説明】
【００７３】
１  フロントハウジング、２  固定子、３  回転軸、４  回転子、５  第１軸受、６  エンドフレーム、７  第２軸受、８  支持ケース、９  センサ磁石、１０  磁気センサ、１０１  ハウジング円筒部、１０２  第１軸受保持部、２０１  固定子鉄心、２０２  コアバック、２０３  ティース、２０４  巻線、２０４Ａ  Ｕ相巻線、２０４Ｂ  Ｖ相巻線、２０４Ｃ  Ｗ相巻線、４０１  回転子鉄心、４０２  永久磁石、４０３  磁極鉄心部、４０４  継鉄部、４０５  リブ、４０６  異極間部、４０７  凹部、４０８  孔、４０９  磁極鉄心中央部、４１０  肉厚変化部、４１１  凹部、４１２  孔、６０１  エンドフレーム基部、６０２  第２軸受保持部、６０３  軸方向内側面。
【要約】
回転電機の出力トルクの低下を抑制することができる回転電機を得る。この回転電機は、固定子と回転子とを備え、永久磁石における固定子側の部分には、互いに異なる２個の磁極が周方向に並んで形成されており、回転子鉄心は、周方向に互いに隣り合う一対の永久磁石に挟まれたリブと、永久磁石よりも固定子側の領域に設けられ、リブに接続された磁極鉄心部と有し、リブを挟む一対の永久磁石のそれぞれにおける固定子側の部分であって周方向に互いに隣り合う端部には、互いに同一の磁極が形成されており、異極間を通り径方向に延びた直線上における永久磁石とティースとの間の磁気的な空隙長は、リブを通り径方向に延びた直線上における回転子鉄心とティースとの間の磁気的な空隙長よりも大きい。【図１】
0006873335.tif 000002
【図２】
0006873335.tif 000003
【図３】
0006873335.tif 000004
【図４】
0006873335.tif 000005
【図５】
0006873335.tif 000006
【図６】
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【図７】
0006873335.tif 000008
【図８】
0006873335.tif 000009
【図９】
0006873335.tif 000010
【図１０】
0006873335.tif 000011
【図１１】
0006873335.tif 000012
【図１２】
0006873335.tif 000013
【図１３】
0006873335.tif 000014
【図１４】
0006873335.tif 000015
【図１５】
0006873335.tif 000016
【図１６】
0006873335.tif 000017
【図１７】
0006873335.tif 000018
【図１８】
0006873335.tif 000019
【図１９】
0006873335.tif 000020
【図２０】
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