JP2013123327A

JP2013123327A - 回転電機

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Publication number: JP2013123327A
Application number: JP2011270990A
Authority: JP
Inventors: Shinya Sano; 新也佐野; Takeshi Tomonaga; 岳志朝永; Eiji Yanagida; 英治柳田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2013-06-20
Anticipated expiration: 2031-12-12
Also published as: JP6110062B2

Abstract

【課題】磁石埋込型の回転電機においてトルク発生効率の低下を抑制しながらトルクリプルを低減することである。
【解決手段】回転電機は、回転磁界を生成するステータと、ステータにギャップを介して対向配置され、磁石がそれぞれ埋設されている複数の磁極を周方向に間隔をおいて有するロータコア１２１を含むロータとを備える。ロータの各磁極に含まれる磁石２６は形状が同じでロータコア１２１を軸方向に貫通して設けられ、ロータコア１２１には各磁極２４ｎ，２４ｓの磁石２６の周方向外側に隣接してポケット部３８ａ，３８ｂが形成されており、ポケット部３８ａ，３８ｂの形状がロータコア１２１の軸方向に区分される第１ロータコア部分と第２ロータコア部分とで異なって形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁石が埋め込まれたロータを備える回転電機に関する。

従来、永久磁石が埋め込まれた磁極を有するロータと、このロータに回転磁界を作用させるステータとを備えた回転電機では、ステータのコイルに例えば三相交流電流を通電してロータを回転駆動するとき、ロータが出力するトルクに脈動またはリプルが生じる現象がある。このようなトルクリプルは、回転電機の振動および騒音の原因となることから、できるだけ低減することが望ましい。

このことに関連する先行技術文献として、例えば特開２００８−３１２３１８号公報（特許文献１）には、トルクリプルを低減することを解決課題とした回転電機が開示されている。この回転電機の固定子の界磁空間に配置された回転子は、回転子鉄心と、この回転子鉄心の外周部に周方向に所定の間隔を存して配置され、磁極を構成する複数の永久磁石とを備えている。そして、回転子鉄心の磁極部分の外周部は、磁極の中心から周方向に向かうに従って固定子との間のギャップが連続して大になる形態に構成されている。

また、同様にトルクリプル低減を解決課題として、特開２０００−１７５３８９号公報（特許文献２）には、ロータの外周部コアカット形状が異なるものを、ロータコアの積厚の積層方向の上部と下部が異なるカット形状となるように、ロータコアを相互に反転させて積み重ねて形成した、集中巻方式のブラシレスＤＣモータが記載されている。

特開２００８−３１２３１８号公報特開２０００−１７５３８９号公報

上記特許文献１および２に記載される回転電機およびモータはいずれも、ロータの外周面においてステータとの間のギャップが大きくなる部分を形成することによってロータのトルクリプルを低減しようとするものである。

しかしながら、ロータとステータとの間のギャップ拡大は磁気抵抗の増加を招き、トルク発生効率の低下につながる。

本発明の目的は、トルク発生効率の低下を抑制しながらトルクリプルを低減できる回転電機を提供することである。

本発明の一態様は、回転磁界を生成するステータと、前記ステータにギャップを介して対向配置され、磁石がそれぞれ埋設されている複数の磁極を周方向に間隔をおいて有するロータコアを含むロータとを備える回転電機であって、前記各磁極に含まれる磁石は形状が同じで前記ロータコアを軸方向に貫通して設けられ、前記ロータコアには前記各磁極の磁石の周方向外側に隣接して空隙部が形成されており、前記空隙部の形状が前記ロータコアの軸方向に区分される第１ロータコア部分と第２ロータコア部分とで異なって形成されているものである。

本発明の別の態様は、回転磁界を生成するステータと、前記ステータにギャップを介して対向配置され、磁石がそれぞれ埋設されている複数の磁極を周方向に間隔をおいて有するロータコアを含むロータとを備える回転電機であって、前記各磁極に含まれる磁石は形状が同じで前記ロータコアを軸方向に貫通して設けられ、前記ロータコアには前記各磁極の磁石の周方向外側に隣接して空隙部が形成されており、前記空隙部の形状が、周方向に隣り合う２つの磁極で構成される磁極対ごとに周方向で交互に異なって形成されているものである。

本発明に係る回転電機において、前記空隙部の形状は、磁極中心を通る径方向線である磁極中心線から前記空隙部の縁部までの周方向角度が前記第１ロータコア部分と前記第２ロータコア部分とで、または周方向に隣り合う２つの磁極対間でずれるように異なっていてもよい。

この場合、前記第１ロータコア部分は複数の電磁鋼板が積層して構成され、前記第２ロータコア部分は前記第１ロータコア部分を構成する電磁鋼板を表裏反転して積層されることにより構成されてもよい。

本発明に係る回転電機によれば、磁極に含まれる磁石の周方向外側に形成された空隙部の形状が、第１ロータコア部と第２ロータコア部分とで異なって形成されているか、または、磁極対ごとに周方向で交互に異なって形成されていることで、ロータ全体について円柱状のコア外周面としながらもロータの回転駆動時に生じるトルクリプルを第１ロータコア部分の磁極と第２ロータコア部分の磁極とで、または、周方向に隣り合う磁極対間で打ち消し合うことが可能になり、トルクリプルを低減できる。

本発明の実施形態である回転電機の軸方向断面図である。図１の回転電機が備えるロータを構成する第１の実施形態のロータコアを軸方向から見た状態で示す図である。図２におけるロータコアの第１ロータコア部分の磁極を示す拡大図である。図２におけるロータコアの第２ロータコア部分の磁極を示す拡大図である。第１ロータコア部分の磁極におけるトルク発生ポイントの別の例を示す、図３Ａに対応する図である。第２ロータコア部分の磁極におけるトルク発生ポイントの別の例を示す、図３Ｂに対応する図である。ロータコアの磁極におけるポケット部の形状が第１ロータコア部分と第２ロータコア部分とで表裏反転した関係にある更に別の例を示す、図４Ａに対応する図である。ロータコアの磁極におけるポケット部の形状が第１ロータコア部分と第２ロータコア部分とで表裏反転した関係にある更に別の例を示す、図４Ｂに対応する図である。上段はパターンＡのポケット形状を有する第１ロータコア部分により発生するトルク波形を、中段はパターンＢのポケット形状を有する第２ロータコア部分により発生するトルク波形を、下段はロータ全体としての合成トルク波形をそれぞれ示す図である。第２の実施形態のロータコアを軸方向から見た状態で示す図である。図７のロータコアにおいてパターンＡのポケット形状を有する磁極を示す拡大図である。図７のロータコアにおいてパターンＢのポケット形状を有する磁極を示す拡大図である。パターンＢのポケット形状を有する磁極であって１つの磁極に１つの永久磁石が含まれる変形例を示す図である。パターンＢのポケット形状を有する磁極であって１つの磁極に３つの永久磁石が含まれる別の変形例を示す図である。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態の回転電機１の軸方向に沿う断面図である。回転電機１は、回転磁界を生成するステータ１０と、ステータ１０にギャップを介して対向配置されたロータ１１とを備える。より詳しくは、筒状をなすステータ１０の内周側に、略円柱状をなすロータ１１が所定のギャップを隔てて回転可能に設けられている。

ステータ１０の内周には、複数のティースが円周方向に等間隔で且つ径方向内側へ向かって突設されており、隣り合うティース間には、それぞれ、ティースと同数のスロットが内周側と軸方向両端で開口して形成されている。そして、スロットには、ティースの周囲に巻回されるステータコイル（図示せず）が挿入配置される。これにより、ステータコイルに例えば三相交流電流が通電されると、ロータ１１を回転駆動させる回転磁界がステータ１０の内側に発生するようになっている。

ロータ１１は、径方向中心部にシャフト穴２３を有する円柱状または円筒状のロータコア１２１と、ロータコア１２１のシャフト穴２３を貫通して固定されるシャフト１４と、矢印Ｘで示すシャフト１４（およびロータコア１２１）の軸方向に関してロータコア１２１の両側に接して配置されるエンドプレート１６と、ロータコア１２１およびエンドプレート１６をシャフト１４上に固定する固定部材１８とを備える。

ロータコア１２１は、例えば板厚０．３ｍｍの珪素鋼板等を円環状に打ち抜き加工してそれぞれ形成された多数の電磁鋼板を軸方向に積層して構成されている。ロータコア１２１を構成する各電磁鋼板は、かしめ、溶接、接着等の方法によって一体に連結されている。ロータコア１２１を構成する各電磁鋼板は、表面に形成された絶縁皮膜によって互いに電気的に絶縁されている。

また、ロータコア１２１は、軸方向に関して第１ロータコア部分１２ａと第２ロータコア部分１２ｂとに区分される。本実施形態では、第１ロータコア部分１２ａと第２ロータコア部分１２ｂとは、ロータコア１２１の軸方向中央位置で等分に区分されている。そして、第１ロータコア部分１２ａに形成されるポケット部の形状と、第２ロータコア部分１２ｂに形成されるポケット部の形状とが異なっている。これについては後に詳述する。

ロータコア１２１には複数の磁極２４（図２参照）が周方向に均等な間隔で設けられている。各磁極２４は一対の永久磁石を含んで構成される。また、ロータコア１２１は、締り嵌めによる固定またはキー嵌合によってシャフト１４上での周方向位置が決められている。

なお、ロータコア１２１は、電磁鋼板を積層した形態以外にも、鉄、鉄−シリコン系合金、鉄−窒素系合金、鉄−ニッケル系合金、鉄−炭素系合金、鉄−ホウ素系合金、鉄−コバルト系合金、鉄−リン系合金、鉄−ニッケル−コバルト系合金および鉄−アルミニウム−シリコン系合金などの軟磁性金属粉末、もしくは軟磁性金属酸化物粉末がシリコン樹脂等の樹脂バインダーで被覆された磁性粉末などからなる圧粉磁心にて成形されるものであってもよい。

シャフト１４は、例えば丸棒鋼材から形成されており、その外周には径方向外側へ突出するフランジ部１５が形成されている。このフランジ部１５は、ロータ１１が組み立てられる際にエンドプレート１６に当接してシャフト１４でのロータコア１２１の軸方向位置を決める当り部として機能する。

エンドプレート１６は、ロータコア１２１の軸方向端面とほぼ同じ外形状の円板によって構成される。エンドプレート１６は、例えばアルミニウム、銅等の非磁性金属材料により好適に形成されている。ここで非磁性金属材料とするのは、磁極を構成する永久磁石の軸方向端部における磁束の短絡を抑制するためである。ただし、非磁性材料であれば金属材料に限定されるものではなく、樹脂材料で形成されてもよい。また、エンドプレート１６をロータコア１２１よりも小径化するか又は省略することにより、コスト低減を図ってもよい。

固定部材１８は、シャフト１４に固定される筒状の固定部２０と、固定部２０の一方端部から径方向外側へ突出する円環状の押え部２２とを含む。固定部材１８は、押え部２２によってロータコア１２１および２枚のエンドプレート１６を上記フランジ部１５に向かって押圧した状態で、固定部２０がシャフト１４に対して例えばかしめ、溶接、ねじ留め等の方法によって固定されることにより、シャフト１４上に固定される。これにより、ロータコア１２１がエンドプレート１６と共にシャフト１４に固定されることになる。

次に、図２、３Ａ、３Ｂを参照して、永久磁石が埋め込まれたロータコア１２１の構成について説明する。図２は、ロータコア１２１の軸方向端面を示す図であるが、ロータコア１２１における軸方向に垂直な断面の構成もこれと同様である。また、図３Ａは、パターンＡのポケット形状を有する第１ロータコア部分１２ａの磁極の拡大図であり、図３ＢはパターンＢのポケット形状を有する第２ロータコア部分１２ｂの磁極の拡大図である。

円柱状をなすロータコア１２１の中心部には、シャフト１４を挿入して固定するためのシャフト穴２３が貫通して形成されている。ロータコア１２１がシャフト１４に締り嵌めによって固定される場合、図２に示すようにシャフト穴２３は円形であってその縁部にキーは形成されていない。ただし、ロータコア１２１がキー嵌合を介してシャフト１４に取り付けられる場合、シャフト穴２３の縁部にキー（またはキー溝）が突設（または凹設）されることになる。

ロータコア１２１の外周部には、複数の磁極２４が周方向に等ピッチで設けられている。本実施形態では、８つの磁極２４が周方向に機械角度４５°ごとに設けられた例を示す。各磁極２４には、それぞれ、一対の永久磁石２６が埋設されている。一対の永久磁石２６は、ロータコア１２１の外周面４２近傍の内部に配置されている。磁極２４に含まれる２つの永久磁石２６は、同じ形状および大きさを有している。すなわち、永久磁石２６は、各２つの短辺側面および長辺側面を有する扁平直方体の形状をなし、ロータコア１２１と略同一の軸方向長さに形成されている。ただし、これに限定されるものではなく、一対の永久磁石２６は形状または大きさが異なっていてもよい。

磁極２４内において一対の永久磁石２６は、それぞれ、磁石挿入穴３２内に挿入および固定されている。これにより、２つの永久磁石２６は、ロータコア１２１の外周面４２へ向かって互いに間隔が広がるように略Ｖ字状に配置されている。また、一対の永久磁石２６は、周方向磁極中心位置を通る径方向線である磁極中心線Ｃに対して両側に対称に配置されている。さらに、各永久磁石２６は、１つの磁石片としてロータコア１２１を軸方向に貫通して設けられている。ただし、永久磁石２６は、必ずしもロータコア１２１の軸方向全体にわたって貫通していなくてもよく、ロータコア１２１よりも若干短い軸方向長さに形成されてもよい。

ロータコア１２１には、Ｎ極磁極２４ｎとＳ極磁極２４ｓとが周方向に交互に配置されている。図２中において、各磁極２４ｎ，２４ｓの内周側に付されている「Ｎ」、「Ｓ」の文字が対応する磁極の極性を表示している。より詳しくは、Ｎ極磁極２４ｎに含まれる一対の永久磁石２６では、外径側の長辺側面がＮ極で内径側の長辺側面がＳ極として着磁されている。一方、Ｓ極磁極２４ｓに含まれる一対の永久磁石２６では、外径側の長辺側面がＳ極で内径側の長辺側面がＮ極として着磁されている。そして、周方向に隣り合うＮ極磁極２４ｎとＳ極磁極２４ｓとによって磁極対２５が構成されている。図２には、ロータコア１２１に４つの磁極対２５が含まれている例が示されている。

各磁極２４ｎ、２４ｓにおいて、一対の永久磁石２６は、ロータコア１２１に軸方向に貫通して形成された磁石挿入穴３２内に配置されている。磁石挿入穴３２は、図３Ａ，３Ｂに示すように、永久磁石２６を収容する磁石収容部３４を備える。磁石収容部３４は、永久磁石２６の横断面と略相似で少し大きい長方形状に形成されている。

磁石挿入穴３２の磁極中心側の端部には、永久磁石２６の短辺側面から拡張されたポケット部３６が磁石収容部３４に連通してそれぞれ形成されている。ポケット部３６は、ロータコア１２１を軸方向に貫通する空隙部により構成されている。磁石収容部３４とポケット部３６との境界部には、磁石位置決め用の突起部４０が形成されている。

また、永久磁石２６が配置される磁石挿入穴３２の周方向外側の端部、すなわち永久磁石２６の端部がロータコア１２１の外周面４２の近傍に位置する側の端部には、ポケット部３８ａ，３８ｂが磁石収容部３４に連通して形成されている。ポケット部３８ａ，３８ｂもまた、ロータコア１２１を軸方向に貫通する空隙部により構成されている。ポケット部３８ａ，３８ｂと磁石収容部３４との境界部には、磁石位置決め用の突起部４０が形成されている。

空隙部からなる各ポケット部３６，３８ａ，３８ｂには、接着性のあるモールド樹脂が充填されている。このモールド樹脂は、充填される際にポケット部３６，３８ａ，３８ｂを介して永久磁石２６の長辺側面と磁石収容部３４の内壁との間の隙間にも入り込むことができる。これにより、永久磁石２６が磁石挿入穴３２内に、すなわちロータコア１２１にしっかりと固定されている。また、磁石挿入穴３２内では突起部４０により永久磁石２６が位置決めが行われることから、永久磁石２６を磁石収容部３４内に正確に配置および固定することができる。

図３Ａ、３Ｂに示すように、本実施形態のロータ１１では、第１ロータコア部分１２ａと第２ロータコア部分１２ｂとでポケット部３８ａ，３８ｂの形状をパターンＡとパターンＢとに異ならせている。具体的には、図３Ａを参照すると、パターンＡのポケット部３８ａの形状は、永久磁石２６の短辺側面が対向する方向に拡張されているが、永久磁石２６の外径側の長辺側面の延長線上からロータコア１２１の外周面側にはみ出ない、略三角状または略半円状に形成されている。これに対して、図３Ｂを参照すると、パターンＢのポケット部３８ｂの形状は、永久磁石２６の短辺側面が対向する方向に拡張されているとともに、永久磁石２６の外径側の長辺側面の延長線上からロータコア１２１の外周面側にはみ出して拡張されている。これにより、ポケット部３８ｂの縁部が、ポケット部３８ａに比べて磁極中心線Ｃ側に寄った位置となっている。

このようなポケット形状の違いから、パターンＡのポケット部３８ａを含む磁極２４ｎ，２４ｓでは、図３Ａに示すように、ロータ１１が矢印Ｒ方向に回転するとしたとき、ステータ１０の或るティースＴの先端に対してロータコア１２１の外周面上で磁石磁束（図３Ａ，３Ｂ中に破線で示す）が密集して流れ出るか流れ込むこととなる点または領域が周方向にずれることとなる。以下、この点または領域をトルク発生ポイント４４という。トルク発生ポイント４４は、ステータ１０のティースＴとの間で磁石磁束が多く流れることにより大きな磁気的吸引力、すなわちトルクが作用する磁極２４ｎ，２４ｓのコア外周面４２上における点または領域である。トルク発生ポイント４４は、第１ロータコア部分１２ａおよび第２ロータコア部分１２ｂのそれぞれについて軸方向に延伸して存在し、周方向に幅をもつ領域であってもよい。

より詳しくは、図３Ａと図３Ｂとを見比べると、パターンＢのポケット形状の磁極２４ｎ，２４ｓにおけるトルク発生ポイント４４は、パターンＡのポケット形状の磁極２４ｎ，２４ｓにおけるトルク発生ポイント４４よりもコア外周面４２上で磁極中心線Ｃ側にずれている。これは、ポケット部３８ａ，３８ｂは電磁鋼板よりも透磁率が低いモールド樹脂が充填されているため、パターンＢのポケット部３８ｂを含む磁極２４ｎ，２４ｓにおける磁石磁束が、磁極中心線Ｃ側に寄って且つロータコア１２１の外周面４２側に接近して形成されているポケット部３８ｂを通らないように、より大きく回り込こんで流れることによるものである。

ここで、図３Ａに示すパターンＡの磁極２４ｎ，２４ｓにおけるトルク発生ポイント４４とロータ１１の回転中心Ｏとを結ぶ直線と磁極中心線Ｃとがなす角度をθ１とし、図３Ｂに示すパターンＢの磁極２４ｎ，２４ｓにおけるトルク発生ポイント４４とロータ１１の回転中心Ｏとを結ぶ直線と磁極中心線Ｃとがなす角度をθ２とすると、トルク発生ポイント４４の周方向位置のずれ角度θ（＝θ１−θ２）は、第１ロータコア部分１２ａによって発生するトルクリプルと第２ロータコア部分１２ｂによって発生するトルクリプルとが互いに打ち消し合う関係となるように設定される。

具体的には、一般に回転電機が三相交流モータで４極対のロータを備えるものであるとき、ロータのトルク出力には一電気周期３６０°で１２回（１２次）のトルクリプルが発生するため、このようなトルクリプルを打ち消すには逆位相のトルクリプルが発生するように上記トルク発生ポイント４４の周方向位置のずれ角度θを設定すればよいから、この場合、電気角３６０°÷１２÷２＝１５°に相当するものとすればよい。また、別の例として、三相交流モータで２極対のロータを備えた回転電機では、６回（６次）のトルクリプルを打ち消すために電気角３６０°÷６÷２＝３０°に相当するずれ角度θに設定すればよい。

なお、上記では永久磁石２６の周方向外側に位置するポケット部３８ａ，３８ｂの磁極中心側の縁部の位置によってコア外周面４２上のトルク発生ポイント４４が規定されるものと説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図４Ａ，４Ｂに示すように、ポケット部３８ａ，３８ｂの外径側の縁部とコア外周面４２との間のブリッジ部の幅Ｗｂ１、Ｗｂ２が最も狭くなるところでのコア外周面４２上の点または領域をトルク発生ポイント４４として規定してもよい。ここで上記ブリッジ部の幅Ｗｂ１およびＷｂ２は、異なってもよいし、等しく設定されてもよい。

また、図３Ａ，３Ｂに示す例では、パターンＡのポケット形状とパターンＢのポケット形状とが全く異なるために第１ロータコア部分１２ａ用の電磁鋼板を打ち抜くパンチ型と第２ロータコア部分１２ｂ用の電磁鋼板を打ち抜くパンチ型の２種類が必要になるが、図５Ａ，５Ｂに示すように、磁極２４ｎ，２４ｓに含まれる一対の永久磁石２６のうち一方の永久磁石２６の周方向外側の端部に隣接するポケット部３８ａの形状をパターンＡとする一方で、他方の永久磁石２６の周方向外側端部に隣接するポケット部３８ｂの形状をパターンＢとしてもよい。図５Ａ，５Ｂに示す例では、ブリッジ部の幅Ｗｂが最も狭くなるところのコア外周面４２上の点または領域にトルク発生ポイント４４が規定されており、また、ポケット部３８ａ，３８ｂのいずれにおいてもブリッジ部の最狭幅Ｗｂが等しく形成されている。このように１つの磁極２４ｎ，２４ｓにパターンＡおよびＢのポケット部３８ａ，３８ｂを形成して磁極中心線Ｃに対して表裏対称をなすようにしておけば、１種類のパンチ型で打ち抜いた電磁鋼板を表裏反転させて積層することによって第１ロータコア部分１２ａおよび第２ロータコア部分１２ｂを構成することが可能になり、製造コストを低減できる。

図６は、本実施形態のロータ１１を備えた回転電機１のトルク波形を示す図である。図６において、上段はパターンＡのポケット形状を有する第１ロータコア部分１２ａにより発生するトルク波形を、中段はパターンＢのポケット形状を有する第２ロータコア部分１２ｂにより発生するトルク波形を、下段はロータ１１全体としての合成トルク波形をそれぞれ示している。この図６に示すトルク波形は、三相交流モータで２磁極対のロータの場合のものである。

上述したようにパターンＡのポケット部３８ａを含む第１ロータコア部分１２ａではピーク間が電気角６０°である６次のトルクリプルが生じる。このことが図６中の上段に示されている。これに対し、パターンＢのポケット部３８ｂを含む第２ロータコア部分１２ｂでは、第１ロータコア部分１２ａのトルク波形に対して電気角３０°だけ位相がずれたトルクリプルを含むトルク波形が生じる。このことが図６中の中段に示されている。そして、第１および第２ロータコア部分１２ａ，１２ｂを含むロータコア１２１全体、すなわちロータ１１全体としては、これらの位相がずれた２つのトルクリプルが互いに打ち消し合うことによってトルクリプルが完全に又は略完全に平滑化されたトルク波形となる。このことが図６中の下段に示されている。

このように本実施形態のロータ１１を備える回転電機１によれば、磁極２４ｎ，２４ｓに含まれる永久磁石の２６の周方向外側に形成されたポケット部３８ａ，３８ｂの形状が第１ロータコア部分１２ａと第２ロータコア部分１２ｂとで異なって形成されていることで、各磁極２４ｎ，２４ｓにおいて磁石磁束がステータ１０のティースＴとの間でロータコア１２１に出入するコア外周面４２上の周方向位置４４を、ロータコア１２１全体について円柱状のコア外周面としながらも、第１ロータコア部分１２ａと第２ロータコア部分１２ｂとでずらすことができる。これにより、磁石埋込み型ロータ１１を備えた回転電機１においてロータ１１の回転駆動時に生じるトルクリプルを第１ロータコア部分１２ａと第２ロータコア部分１２ｂとで打ち消し合うことが可能になり、トルクリプルを低減できる。

また、ロータコア１２１の外周面４２を円柱状面としてステータ１０との間のギャップＧ（図３Ａ−図４Ｂ参照）を周方向に一様にできるので、トルク発生効率の低下を抑制できる。

さらに、各磁極２４ｎ，２４ｓに含まれる永久磁石２６が同一形状で、磁極２４ｎ，２４ｓにおける永久磁石２６の配置位置を全ての磁極２４ｎ，２４ｓで同一とすることができ、かつ、磁極ピッチを周方向で等ピッチにすることができる。したがって、自動組付装置によってロータコア１２１に永久磁石２６を自動組付けする場合等において組付性を良好に維持することができる。

さらにまた、各磁極２４ｎ，２４ｓに含まれる永久磁石２６は、ロータコア１２１を軸方向に貫通する１つの磁石片を用いることができるので、軸方向に分割された永久磁石を周方向にスキューさせた状態でロータコアに埋め込むことによりトルクリプルを低減する構造に比べて、部品数およびコストの削減と組付性の向上を図れる。

（第２実施形態）
次に、図７，８Ａおよび８Ｂを参照して、第２実施形態のロータを備える回転電機について説明する。図７は、第２の実施形態の回転電機におけるロータコア１２２を軸方向から見た状態で示す図である。なお、第２実施形態の回転電機は、上記第１実施形態に対してロータコアにおけるポケット部の構造だけが異なり他の構成は同じである。したがって、以下においては主として相違点についてだけ説明することとし、第１実施形態と同一構成には同一符号を付して重複する説明を省略する。

本実施形態のロータコア１２２は、上記ロータコア１２１における第１および２ロータコア部分のように軸方向に区分されてはいない。したがって、積層されてロータコア１２２を構成する全ての電磁鋼板は、同一形状に打ち抜き加工されており、かつ、表裏反転させることなく積層されている。よって、本実施形態における磁極のポケット部３８ａ，３８ｂは、ロータコア１２２内において軸方向に沿って同一形状に貫通して形成されている。

一方、図７を参照すると明らかなように、磁極に含まれるポケット部の形状が、周方向に隣り合う２つの磁極で構成される磁極対ごとに周方向で交互に異なって形成されている。より詳しくは、１つの磁極対２５ａを構成する周方向に隣り合う２つの磁極２４ｎａ，２４ｓａのポケット部３８ａはパターンＡの形状に形成される一方、周方向に隣り合う別の磁極対２５ｂを構成する２つの磁極２４ｎｂ，２４ｓｂのポケット部３８ｂはパターンＢの形状に形成されている。図７では、８つの磁極２４ｎａ，２４ｓａ，２４ｎｂ，２４ｓｂが周方向で交互に配置された４磁極対２５ａ，２５ｂの例を示すが、これに限定されるものではなく、例えば４つの磁極が周方向で交互に配置された２磁極対等であってもよい。

図８ＡにパターンＡのポケット部３８ａを含む磁極２４ｎａ，２４ｂが拡大して示されており、図８ＢにパターンＢのポケット部３８ｂを含む磁極２４ｎｂ，２４ｓｂが拡大して示されている。図８Ａ，８Ｂに示す例では、図４Ａ，４Ｂに示したのと同様に、ポケット部３８ａ，３８ｂの外径側の縁部とコア外周面４２との間のブリッジ部の幅が最も狭くなるところでのコア外周面４２上の点または領域をトルク発生ポイント４４として規定している。そして、図８Ｂに示すパターンＢのポケット部３８ｂを含む磁極２４ｎｂ，２４ｓｂにおけるトルク発生ポイント４４のコア外周面上における周方向位置が、図８Ａに示すパターンＡのポケット部３８ａを含む磁極２４ｎａ，２４ｓａにおけるトルク発生ポイント４４に対して、所定の角度θだけ磁極中心線Ｃ側にずれていることは、第１実施形態について上述したのと同じである。

したがって、上記ロータコア１２２を有するロータ１１を備えた回転電機においても、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、磁極２４ｎａ，２４ｓａ，２４ｎｂ，２４ｓｂに含まれる永久磁石２６の周方向外側に形成されたポケット部３８ａ，３８ｂの形状が磁極対２５ａ，２５ｂごとに周方向で交互に異なって形成されていることで、各磁極対２５ａ，２５ｂにおいて磁石磁束がステータ１０のティースＴとの間でロータコア１２２に出入するコア外周面４２上の周方向位置を、ロータコア１２２全体について円柱状のコア外周面４２としながらも、或る磁極対２５ａとこれと周方向に隣り合う別の磁極対２５ｂとでずらすことができる。これにより、磁石埋込み型ロータ１１を備えた回転電機において、ロータ１１の回転駆動時に生じるトルクリプルを上記或る磁極対２５ａと上記別の磁極対２５ｂとで打ち消し合うことが可能になり、トルクリプルを低減できる。

また、ロータコア１２２の外周面を円柱状面としてステータとの間のギャップＧを周方向に一様にできるので、トルク発生効率の低下を抑制できる。

さらに、各磁極２４ｎａ，２４ｓａ，２４ｎｂ，２４ｓｂに含まれる永久磁石２６が同一形状で、磁極２４ｎａ，２４ｓａ，２４ｎｂ，２４ｓｂにおける永久磁石２６の配置位置を全て同一とすることができ、かつ、磁極ピッチまたは磁極対ピッチを周方向で等ピッチにすることができる。したがって、自動組付装置によってロータコア１２２に永久磁石２６を自動組付けする場合において組付性を良好に維持することができる。

さらにまた、各磁極２４ｎａ，２４ｓａ，２４ｎｂ，２４ｓｂに含まれる永久磁石２６は、ロータコア１２２を軸方向に貫通する１つの磁石片を用いることができるので、軸方向に分割された永久磁石を周方向にスキューさせた状態でロータコアに埋め込むことによりトルクリプルを低減する構造に比べて、部品数およびコストの削減と組付性の向上を図れる。

なお、上記において第１および第２の実施形態およびその変形例について説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内において種々の変更や改良が可能である。

例えば、上記においては、ロータに含まれる各磁極には２つの永久磁石がそれぞれ埋め込まれる例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図９に示すように、１つの磁極２４に１つの永久磁石２６が埋め込まれるロータコア１２３を含むロータを備えた回転電機に適用されてもよいし、あるいは、図１０に示すように１つの磁極２４に少なくとも３つの永久磁石２６が埋め込まれるロータコア１２４を含むロータを備えた回転電機に適用されてもよい。ここで、図９および図１０では、ポケット部３８ｂがパターンＢの形状に形成された例を示しており、パターンＡの形状のポケット部の図示を省略している。

１回転電機、１０ステータ、１１ロータ、１２ａ第１ロータコア部分、１２ｂ第２ロータコア部分、１４シャフト、１５フランジ部、１６エンドプレート、１８固定部材、２０固定部、２２押え部、２３シャフト穴、２４磁極、２４ｎ，２４ｎａ，２４ｎｂＮ極磁極、２４ｓ，２４ｓａ，２４ｓｂＳ極磁極、２５，２５ａ，２５ｂ磁極対、２６永久磁石、３２磁石挿入穴、３４磁石収容部、３６，３８ａ，３８ｂポケット部、４０突起部、４２外周面またはコア外周面、４４トルク発生ポイントまたは周方向位置、１２１，１２２，１２３，１２４ロータコア、Ｃ磁極中心線、Ｇギャップ、Ｏ回転中心、Ｒ回転方向、Ｔティース、Ｗｂ，Ｗｂ１，Ｗｂ２ブリッジ幅、Ｘ軸方向、θ，θ１，θ２角度。

Claims

回転磁界を生成するステータと、前記ステータにギャップを介して対向配置され、磁石がそれぞれ埋設されている複数の磁極を周方向に間隔をおいて有するロータコアを含むロータとを備える回転電機であって、
前記各磁極に含まれる磁石は形状が同じで前記ロータコアを軸方向に貫通して設けられ、前記ロータコアには前記各磁極の磁石の周方向外側に隣接して空隙部が形成されており、前記空隙部の形状が前記ロータコアの軸方向に区分される第１ロータコア部分と第２ロータコア部分とで異なって形成されている、
回転電機。
回転磁界を生成するステータと、前記ステータにギャップを介して対向配置され、磁石がそれぞれ埋設されている複数の磁極を周方向に間隔をおいて有するロータコアを含むロータとを備える回転電機であって、
前記各磁極に含まれる磁石は形状が同じで前記ロータコアを軸方向に貫通して設けられ、前記ロータコアには前記各磁極の磁石の周方向外側に隣接して空隙部が形成されており、前記空隙部の形状が、周方向に隣り合う２つの磁極で構成される磁極対ごとに周方向で交互に異なって形成されている、
回転電機。
請求項１または２に記載の回転電機において、
前記空隙部の形状は、磁極中心を通る径方向線である磁極中心線から前記空隙部の縁部までの周方向角度が前記第１ロータコア部分と前記第２ロータコア部分とで、または周方向に隣り合う２つの磁極対間でずれるように異なっている、回転電機。
請求項３に記載の回転電機において、
前記第１ロータコア部分は複数の電磁鋼板が積層して構成され、前記第２ロータコア部分は前記第１ロータコア部分を構成する電磁鋼板を表裏反転して積層されることにより構成される、回転電機。