JP2020205725A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】磁極間部のロータコアから永久磁石に向かって流れる磁束が阻害されることを抑制するとともに、軽量化を実現する。【解決手段】実施形態の回転電機１は、ロータコア２１と、ロータコア２１の周方向に間隔をあけて複数設けられ、永久磁石２３が配置される磁石配置部２２と、永久磁石２３の外周を囲繞する囲繞部材２５と、を備え、ロータコア２１は、永久磁石２３よりも内周側に設けられた内周鉄心部２８を有し、内周鉄心部２８は、磁石配置部２２に沿って間隔をあけて設けられ、かつ、ロータコア２１の径方向に延びる複数の孔部３０を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機に関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車等に搭載される回転電機では、コイルに電流が供給されることでステータコアに磁界が形成され、ロータの磁石とステータコアとの間に磁気的な吸引力や反発力が生じる。これにより、ロータがステータに対して回転する。

例えば、特開２０１２−６０７９９号公報には、円周方向に略等間隔で配置され内周に開口する複数のスロットと、スロットの間に形成されるティースと、ティースに巻回されるコイルと、を有するステータと、ステータの内側にエアギャップを介して配置され、外周縁に沿って形成される複数の永久磁石挿入孔と、永久磁石挿入孔に挿入される永久磁石と、を有するロータと、を備えた構成が開示されている。ロータは、永久磁石挿入孔の外周鉄心部に、永久磁石挿入孔に対して直角に延びるとともに磁極中心に対して対称に配置された一対の第一のスリットと、一対の第一のスリットの外側の極間側に配置された一対の第二のスリットと、を有する。一対の第一のスリット間の距離は、ティース幅よりも小さい。一対の第二スリットは、ティースとロータの磁極中心とが一致する位置においてスロットの内周開口（スロットオープニング）に対向するように設けられている。

特開２０１２−６０７９９号公報

しかしながら、磁極間部のロータコアから永久磁石に向かって流れる磁束が阻害されることを抑制するとともに、ロータコアの軽量化を実現する上で改善の余地があった。

そこで本発明は、磁極間部のロータコアから永久磁石に向かって流れる磁束が阻害されることを抑制するとともに、軽量化を実現することができる回転電機を提供することを目的とする。

（１）本発明の一態様に係る回転電機（例えば、実施形態における回転電機１）は、ロータコア（例えば、実施形態におけるロータコア２１）と、前記ロータコアの周方向に間隔をあけて複数設けられ、永久磁石（例えば、実施形態における永久磁石２３）が配置される磁石配置部（例えば、実施形態における磁石配置部２２）と、前記永久磁石の外周を囲繞する囲繞部材（例えば、実施形態における囲繞部材２５）と、を備え、前記ロータコアは、前記永久磁石よりも内周側に設けられた内周鉄心部（例えば、実施形態における内周鉄心部２８）を有し、前記内周鉄心部は、前記磁石配置部に沿って間隔（例えば、実施形態における第二間隔Ｗ）をあけて設けられ、かつ、前記ロータコアの径方向に延びる複数の孔部（例えば、実施形態における孔部３０）を有する。

（２）本発明の一態様において、前記孔部は、冷却液が流通する冷却孔であってもよい。

（３）本発明の一態様において、前記複数の孔部は、前記径方向における前記磁石配置部との間隔Ｅ（例えば、実施形態における第一間隔Ｅ）がそれぞれ略同じになるように配置されていてもよい。

（４）本発明の一態様において、前記孔部は３つ以上設けられ、３つ以上の前記孔部は、前記周方向において隣り合う２つの前記孔部の間隔Ｗ（例えば、実施形態における第二間隔Ｗ）がそれぞれ略同じになるように配置されていてもよい。

（５）本発明の一態様において、前記内周鉄心部は、前記孔部よりも内周側に設けられた空隙部（例えば、実施形態における空隙部４０）を有し、前記径方向における前記孔部と前記空隙部との間隔（例えば、実施形態における第三間隔）をＤ、前記周方向における磁極間中心と前記磁石配置部との間隔（例えば、実施形態における第四間隔）をＣとしたとき、Ｄ≧Ｃを満たしてもよい。

（６）本発明の一態様において、前記永久磁石の表面磁束密度（例えば、実施形態における磁石表面磁束密度）をＢ１、前記内周鉄心部の最大磁束密度（例えば、実施形態における鉄心部最大磁束密度）をＢ２としたとき、前記周方向における前記孔部の幅（例えば、実施形態における孔幅Ｈ）は、Ｂ２≧Ｂ１を満たすように設定されていてもよい。

（７）本発明の一態様において、前記径方向における前記磁石配置部と前記孔部との間隔をＥ、前記周方向における前記孔部の外端と前記孔部の中心との間隔（例えば、実施形態における第五間隔）をＦとしたとき、Ｅ≧１．２×Ｆ／１．８を満たしてもよい。

（８）本発明の一態様において、前記孔部の個数をＮ、前記周方向における隣り合う２つの前記孔部の間隔をＷ、前記周方向における前記永久磁石の幅（例えば、実施形態における磁石幅）をＬ、前記永久磁石の表面磁束密度をＢ１、前記内周鉄心部の最大磁束密度をＢ２としたとき、Ｎ＝Ｌ×（１−Ｂ１／Ｂ２）×１／Ｗを満たしてもよい。

上記（１）の態様によれば、内周鉄心部は、磁石配置部に沿って間隔をあけて設けられ、かつ、ロータコアの径方向に延びる複数の孔部を有することで、以下の効果を奏する。
磁石配置部に沿って設けられた単一の孔部を有する場合およびロータコアの周方向に延びる複数の孔部を有する場合と比較して、磁極間部のロータコアから永久磁石に向かって流れる磁束が阻害されることを抑制することができる。加えて、複数の孔部によってロータコアが肉抜きされるため、ロータコアを軽量化することができる。したがって、磁極間部のロータコアから永久磁石に向かって流れる磁束が阻害されることを抑制するとともに、軽量化を実現することができる。

上記（２）の態様によれば、孔部は、冷却液が流通する冷却孔であることで、以下の効果を奏する。
永久磁石を内周側から冷却することができる。

上記（３）の態様によれば、複数の孔部は、径方向における磁石配置部との間隔Ｅがそれぞれ略同じになるように配置されていることで、以下の効果を奏する。
径方向において複数の孔部と磁石配置部との間隔Ｅがそれぞれ異なる場合と比較して、永久磁石に対する冷却の度合いにバラツキが発生することを抑制することができる。したがって、永久磁石を好適に冷却することができる。

上記（４）の態様によれば、孔部は３つ以上設けられ、３つ以上の孔部は、周方向において隣り合う２つの孔部の間隔Ｗがそれぞれ略同じになるように配置されていることで、以下の効果を奏する。
周方向において隣り合う２つの孔部の間隔Ｗがそれぞれ異なる場合と比較して、永久磁石に対する冷却の度合いにバラツキが発生することを抑制することができる。したがって、永久磁石を好適に冷却することができる。

上記（５）の態様によれば、内周鉄心部は、孔部よりも内周側に設けられた空隙部を有し、径方向における孔部と空隙部との間隔をＤ、周方向における磁極間中心と磁石配置部との間隔をＣとしたとき、Ｄ≧Ｃを満たすことで、以下の効果を奏する。
径方向における孔部と空隙部との間隔Ｄが周方向における磁極間中心と磁石配置部との間隔Ｃ未満の場合（Ｄ＜Ｃ）と比較して、磁極間部のロータコアから永久磁石に向かって流れる磁束が阻害されることをより効果的に抑制することができる。

上記（６）の態様によれば、永久磁石の表面磁束密度をＢ１、内周鉄心部の最大磁束密度をＢ２としたとき、周方向における孔部の幅は、Ｂ２≧Ｂ１を満たすように設定されていることで、以下の効果を奏する。
磁極間部のロータコアから永久磁石に向かって流れる磁束が阻害されることを抑制するとともに、軽量化を実現する上で孔部の個数を可及的に多くすることができる。

上記（７）の態様によれば、径方向における磁石配置部と孔部との間隔をＥ、周方向における孔部の外端と孔部の中心との間隔をＦとしたとき、Ｅ≧１．２×Ｆ／１．８を満たすことで、以下の効果を奏する。
径方向において孔部の外側に位置する永久磁石にも磁束を流し、かつ、軽量化を実現する上で孔部の個数を可及的に多くすることができる。

上記（８）の態様によれば、孔部の個数をＮ、周方向における隣り合う２つの孔部の間隔をＷ、周方向における永久磁石の幅をＬ、永久磁石の表面磁束密度をＢ１、内周鉄心部の最大磁束密度をＢ２としたとき、Ｎ＝Ｌ×（１−Ｂ１／Ｂ２）×１／Ｗを満たすことで、以下の効果を奏する。
磁極間部のロータコアから永久磁石に向かって流れる磁束が阻害されることを抑制するとともに、軽量化を実現する上で孔部の個数を可及的に多くすることができる。

実施形態に係る回転電機の概略構成図。 実施形態に係る回転電機を軸方向から見た図。 実施形態に係るオイルパスプレートの断面図。 実施形態に係る複数の孔部の配置の説明図。 実施形態に係る径方向における孔部と空隙部との間隔、および周方向における磁極間中心と磁石配置部との間隔の説明図。 パーミアンス係数の説明図。 ロータコアに用いる材料の磁化曲線（Ｂ−Ｈ曲線）の説明図。 理想的な磁路の説明図。 孔部の幅とトルクとの関係の説明図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。実施形態においては、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される回転電機（走行用モータ）を挙げて説明する。

＜回転電機＞
図１は、実施形態に係る回転電機１の概略構成図である。図１は、軸線Ｇを含む仮想平面で切断した断面を含む図である。以下、回転電機１の軸線Ｇに沿う方向を「軸方向」、軸線Ｇに直交する方向を「径方向」、軸線Ｇ周りの方向を「周方向」とする。
図１に示すように、回転電機１は、ロータコア２１の外周面に永久磁石２３が配置される、いわゆるＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータである。回転電機１は、コイル１２（図２参照）を有するステータ２と、ステータ２と同軸に設けられたロータ３と、を備える。

図２は、実施形態に係る回転電機１を軸方向から見た図である。図２においては、端面板２４等の図示を省略している。図２において、符号Ｌｄは永久磁石２３によって構成される磁極のｄ軸、符号Ｌｑはｑ軸をそれぞれ示す。軸方向から見て、ｄ軸Ｌｄは、軸線Ｇを通り、かつ、永久磁石２３を二等分する仮想直線（磁極中心を通る仮想直線）に相当する。軸方向から見て、ｑ軸Ｌｑは、軸線Ｇを通り、かつ、周方向に隣り合う２つの永久磁石２３の間を二等分する仮想直線（磁極間中心を通る仮想直線）に相当する。

図２に示すように、ステータ２は、ステータコア１１と、ステータコア１１に装着された複数層（例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイル１２と、を備える。

ステータコア１１は、軸線Ｇと同軸に配置された環状をなしている。例えば、ステータコア１１は、複数の鋼板を軸方向に積層して形成された積層コアである。なお、ステータコア１１は、金属磁性粉末（軟磁性粉）を圧縮成形した、いわゆる圧粉コアであってもよい。

ステータコア１１には、コイル１２が挿入されたスロット１３が周方向に並んで設けられている。ステータコア１１は、周方向においてスロット１３を区画する複数のティース１４を有する。ステータコア１１は、コイル１２に電流が流れることで磁界を発生する。

ステータ２は、不図示のケースに収容されている。ステータ２は、ケースの内部において、一部が冷媒に浸漬された状態で配置されている。例えば、冷媒としては、トランスミッションの潤滑や動力伝達等に用いられる作動油である、ＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｆｌｕｉｄ）等が好適に用いられる。

＜ロータ＞
図１に示すように、ロータ３は、ステータ２に対して径方向の内側に、間隔をあけて配置されている。ロータ３は、シャフト５に固定されている。ロータ３は、軸線Ｇ回りにシャフト５と一体で回転可能に構成されている。ロータ３は、ロータコア２１、磁石配置部２２、永久磁石２３、端面板２４および囲繞部材２５を備える。

図２に示すように、ロータコア２１は、軸線Ｇと同軸に配置された環状をなしている。ロータコア２１の径方向内側には、シャフト５が圧入固定されている。例えば、シャフト５は、不図示のケースに取り付けられた軸受を介してケースに回転可能に支持されている。例えば、ロータコア２１は、複数の鋼板を軸方向に積層して形成された積層コアである。なお、ロータコア２１は、金属磁性粉末（軟磁性粉）を圧縮成形した、いわゆる圧粉コアであってもよい。

ロータコア２１の外周面には、磁石配置部２２が形成されている。磁石配置部２２は、ロータコア２１の周方向に間隔をあけて複数配置されている。磁石配置部２２は、ロータコア２１の外周面においてロータコア２１を軸方向に貫通している（図１参照）。ロータコア２１の外周面には、永久磁石２３の周方向の位置決めをするための溝等が設けられていてもよい。

各磁石配置部２２内には、永久磁石２３が嵌め込まれている。永久磁石２３は、ロータコア２１の外周部において複数の磁石配置部２２のそれぞれに貼り付けられている。実施形態のロータ３は、永久磁石２３をロータ３表面（ロータコア２１の外周面）に組み込んだ、いわゆる表面磁石型（ＳＰＭ）である。

各永久磁石２３は、径方向に磁化方向が配向されている。各永久磁石２３は、周方向に沿って間隔をあけるとともに、交互に磁化方向が反転するように配置されている。各永久磁石２３は、永久磁石２３によってロータコア２１の外周面に形成される磁極の極性（Ｎ極またはＳ極）が周方向に交互に並ぶように磁化されている。

図２の例では、ロータコア２１の外周面には、周方向に間隔をあけて８個の磁石配置部２２が配置されている。ロータコア２１の外周面には、周方向に間隔をあけて８個の永久磁石２３が設けられている。複数の永久磁石２３は、ロータコア２１の外周面において、周方向に実質的に４５°間隔毎に配置されている。

永久磁石２３は、軸方向に沿って延びている（図１参照）。永久磁石２３の軸方向の長さは、ロータコア２１の軸方向の長さと略同じである。例えば、永久磁石２３は、希土類磁石である。例えば、希土類磁石としては、ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石、プラセオジム磁石等が挙げられる。永久磁石２３は、軸方向から見た断面形状が弧状を有する。

図１に示すように、端面板２４は、ロータコア２１に対して軸方向の両端部に配置されている。端面板２４は、ロータコア２１における少なくとも磁石配置部２２を軸方向の両端側から覆っている。端面板２４は、ロータコア２１の軸方向の外端面に当接している。端面板２４は、軸線Ｇと同軸に配置された環状をなしている。

図２に示すように、囲繞部材２５は、永久磁石２３の外周を囲繞している。囲繞部材２５は、永久磁石２３の外周部上に設けられている。囲繞部材２５は、フィラメント繊維をロータコア２１の周方向に沿って螺旋状に巻回することにより形成した、いわゆるフィラメントワインディング層である。例えば、フィラメント繊維としては、ガラス繊維やケプラー（登録商標）、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）等の樹脂材料を糸状に成形したものが挙げられる。フィラメントワインディング層は、永久磁石２３の外周部に巻回されることにより、永久磁石２３をロータコア２１の外周面に固定している。なお、フィラメントワインディング層は、ロータコア２１の径方向に複数回巻き回して積層させてもよい。

＜ロータコアの構造＞
図２に示すように、ロータコア２１は、永久磁石２３よりも内周側に設けられた内周鉄心部２８を有する。内周鉄心部２８は、孔部３０と、孔部３０よりも内周側に設けられた空隙部４０と、を有する。

孔部３０は、冷却液（例えばＡＴＦ等の冷媒）が流通する冷却孔である。孔部３０は、内周鉄心部２８の外周部において内周鉄心部２８を軸方向に貫通している。孔部３０は、磁石配置部２２に沿って間隔をあけて複数設けられている。孔部３０は、３つ以上設けられている。図２の例では、１つの磁石配置部２２の内周側に１１個の孔部３０が配置されている。

以下、孔部３０への冷媒の供給経路の一例について図３を参照して説明する。
図３は、実施形態に係るオイルパスプレート５０の断面図である。図３では、ロータコア２１の径方向における磁石配置部２２と孔部３０との部分の図示を省略している。
図３に示すように、ロータコア２１は、軸線Ｇと同軸に配置された環状をなすオイルパスプレート５０を有していてもよい。

例えば、オイルパスプレート５０は、第一ロータコア２１Ａおよび第二ロータコア２１Ｂにより軸方向で挟まれた状態で、シャフト５に固定されている。シャフト５は、冷媒が流通するシャフト流路６０を有する。シャフト流路６０は、シャフト５を軸線Ｇと同軸に貫通する軸心流路６１と、シャフト５を径方向に貫通して軸心流路６１の内外を径方向に連通する径方向流路６２と、を有する。例えば、径方向流路６２は、シャフト５の軸方向中央部において周方向に複数設けられている（図３では１つの径方向流路６２を図示）。

オイルパスプレート５０は、冷媒が流通するオイルパス流路５１を有する。オイルパス流路５１は、オイルパスプレート５０の内周面上に開口しシャフト５の径方向流路６２に連通する中間流路５２と、オイルパスプレート５０における軸方向で第一ロータコア２１Ａを向く端面に形成された第一分配流路５３と、オイルパスプレート５０における軸方向で第二ロータコア２１Ｂを向く端面に形成された第二分配流路５４と、第一分配流路５３および第二分配流路５４よりも径方向内側でオイルパスプレート５０を軸方向に貫通する第三分配流路５５と、第一分配流路５３および第二分配流路５４よりも径方向外側でオイルパスプレート５０を軸方向に貫通する第四分配流路５６と、を有する。

例えば、軸心冷却により、シャフト５の軸心流路６１に供給された冷媒は、径方向流路６２に向かって図中矢印Ｖ１方向に流れる。その後、冷媒は、径方向流路６２を通過し、オイルパスプレート５０の中間流路５２に流入する。その後、冷媒は、中間流路５２を図中矢印Ｖ２方向に流れる。その後、冷媒の一部は、第四分配流路５６を通過し、孔部３０に流入する。その後、冷媒は、孔部３０に沿うように端面板２４に向かって図中矢印Ｖ３方向および図中矢印Ｖ４方向に流れる。その後、冷媒は、端面板２４に形成された端面流路５８を通じて外部に排出される（図中矢印Ｖ５方向、図中矢印Ｖ６方向参照）。
なお、一方の端面板２４の端面流路５８から冷媒を供給し、孔部３０を通じて他方の端面板２４の端面流路５８（軸方向において冷媒の供給側とは反対側）から冷媒を排出してもよい。

図示はしないが、冷媒の一部は、第一分配流路５３および第三分配流路５５を通過し、第一ロータコア２１Ａを軸方向に貫通する第一ロータ流路（不図示）に流入する。
また、冷媒の一部は、第二分配流路５４および第三分配流路５５を通過し、第二ロータコア２１Ｂを軸方向に貫通する第二ロータ流路（不図示）に流入する。

＜孔部の詳細＞
図４は、実施形態に係る複数の孔部３０の配置の説明図である。
図４に示すように、軸方向から見て、孔部３０は、ロータコア２１の径方向に延びる長円形状を有する。ここで、長円形状は、互いに平行な２つの線分３１と各線分３１の両端に接続された２つの円弧３２とを有する形状を意味する。

以下、径方向における磁石配置部２２と孔部３０との間隔を「第一間隔Ｅ」ともいう。第一間隔Ｅは、磁石配置部２２の径方向内端と孔部３０の線分３１の径方向外端（円弧３２を除いた部分の外端）との間の距離を意味する。複数の孔部３０は、第一間隔Ｅがそれぞれ略同じになるように配置されている。
ここで、「略同じ」とは、ロータコア２１の設計誤差（寸法誤差）の許容範囲内において、各孔部３０の第一間隔Ｅがそれぞれ実質的に同じであることを意味する。なお、「略同じ」には、各孔部３０の第一間隔Ｅがそれぞれ完全同一である場合が含まれる。

以下、周方向において隣り合う２つの孔部３０の間隔を「第二間隔Ｗ」ともいう。第二間隔Ｗは、周方向において隣り合う一方の孔部３０の線分３１と他方の孔部３０の線分３１との間の距離を意味する。複数の孔部３０は、第二間隔Ｗがそれぞれ略同じになるように配置されている。
ここで、「略同じ」とは、ロータコア２１の設計誤差（寸法誤差）の許容範囲内において、各孔部３０の第二間隔Ｗがそれぞれ実質的に同じであることを意味する。なお、「略同じ」には、各孔部３０の第二間隔Ｗがそれぞれ完全同一である場合が含まれる。

図５は、実施形態に係る径方向における孔部３０と空隙部４０との間隔、および周方向における磁極間中心と磁石配置部２２との間隔の説明図である。
図５に示すように、空隙部４０は、ロータコア２１の内周部に位置する複数の第一空隙４１を有する第一空隙群４２と、第一空隙群４２と孔部３０との間に配置された複数の第二空隙４３を有する第二空隙群４４と、を有する。

軸方向から見て、第一空隙４１は、ロータコア２１の周方向に延びる長円形状を有する。軸方向から見て、第一空隙４１は、ｄ軸Ｌｄおよびｑ軸Ｌｑを避けて配置されている。
軸方向から見て、第二空隙４３は、第一空隙４１よりも周方向に長く延びている。軸方向から見て、第二空隙４３は、ｄ軸Ｌｄを対称軸とする線対称形状を有する。

以下、径方向における孔部３０と第二空隙４３（空隙部４０）との間隔Ｄを「第三間隔Ｄ」、周方向における磁極間中心と磁石配置部２２との間隔Ｃを「第四間隔Ｃ」ともいう。
第三間隔Ｄは、孔部３０の径方向内端と第二空隙４３の径方向外端との間の距離を意味する。図５では、第三間隔Ｄとして、ｄ軸Ｌｄ上における孔部３０の径方向内端と第二空隙４３の径方向外端との間の距離を示す。
第四間隔Ｃは、磁石配置部２２の周方向外端とｑ軸Ｌｑとの間の距離を意味する。
図中矢印Ｊは、ロータコア２１における磁極間部、ロータコア２１において孔部３０と第二空隙４３との間の部分を通る磁束を示す。この磁路幅を確保するためには、下記の式（１）を満たす必要がある。
Ｄ≧Ｃ ・・・（１）
孔部３０は、上記の式（１）を満たす位置に配置されている。

以下、永久磁石２３の表面磁束密度を「磁石表面磁束密度」、内周鉄心部２８の最大磁束密度を「鉄心部最大磁束密度」ともいう。
磁石表面磁束密度は、永久磁石２３の径方向端面の磁束密度を意味する。
鉄心部最大磁束密度は、内周鉄心部２８の外周部において孔部３０を有しない部分の径方向端面の磁束密度を意味する。言い換えると、鉄心部最大磁束密度は、内周鉄心部２８の周方向において隣り合う２つの孔部３０の間の部分（孔部非形成部分）の径方向端面の磁束密度をすべて足し合わせた値（総和）である。
ここで、磁石表面磁束密度をＢ１、鉄心部最大磁束密度をＢ２とする。周方向における孔部３０の幅（孔幅Ｈ、図４参照）は、Ｂ２≧Ｂ１を満たすように設定されている。

以下、磁石表面磁束密度Ｂ１の設定方法の一例を説明する。
図６は、パーミアンス係数の説明図である。図６においては、温度条件として、２３℃（太い実線）、１００℃（通常の実線）、１２０℃（細かい破線）、１４０℃（一点鎖線）、１６０℃（二点鎖線）、１８０℃（粗い破線）、２００℃（細い実線）の例を示す。

まず、保証する温度を設定する。
次に、永久磁石の減磁点（例えば、１４０℃のグラフの変曲点）を選択する。
次に、減磁点と原点とを通る直線をひく。これにより、永久磁石の量を最小にできる永久磁石の厚みを決定する。なお、直線の傾きは永久磁石の厚みとギャップ（径方向におけるステータとロータとの間隔）の比に相当する。
次に、減磁点における永久磁石の磁束密度（磁石表面磁束密度Ｂ１）を読み取る。図６においては、Ｂ１＝１．２Ｔ（Ｗｂ／ｍ^２）に設定した例を示す。

以下、鉄心部最大磁束密度Ｂ２の設定方法の一例を説明する。
図７は、ロータコア２１に用いる材料の磁化曲線（Ｂ−Ｈ曲線）の説明図である。
鉄心部最大磁束密度Ｂ２は、磁界の強さを大きくしても磁束密度（縦軸の値）が略一定となる値に設定する。図７においては、Ｂ２＝１．８Ｔに設定した例を示す。
なお、鉄心部最大磁束密度Ｂ２は、永久磁石による磁束、コイルによる磁束、これらを通過させるためのティースの幅などに基づいて決定する。例えば、鉄心部最大磁束密度Ｂ２は、公知の鉄鋼材料の飽和磁束密度（１．７Ｔ〜１．８Ｔ）に基づいて決定する。

以下、周方向における孔部３０の外端と孔部３０の中心との間隔Ｆ（図４参照）を「第五間隔Ｆ」ともいう。第五間隔Ｆは、周方向における孔部３０の線分３１と孔部３０の中心との間の距離を意味する。
ここで、径方向における磁石配置部２２と孔部３０との間隔（第一間隔Ｅ）をＥ、第五間隔ＦをＦとする。
第一間隔Ｅは、下記の式（２）を満たすように設定されている。
Ｅ≧１．２×Ｆ／１．８ ・・・（２）

ここで、孔部３０の個数をＮ、周方向における隣り合う２つの孔部３０の間隔をＷ、周方向における永久磁石２３の幅（磁石幅）をＬ、永久磁石２３の表面磁束密度（磁石表面磁束密度）をＢ１、内周鉄心部２８の最大磁束密度（鉄心部最大磁束密度）をＢ２とする。
永久磁石２３と内周鉄心部２８とを径方向に通過する磁束は一定であるため、下記の式（３）が得られる。
Ｎ×Ｗ＝Ｌ×（１−Ｔ１／Ｔ２） ・・・（３）
上記の式（３）を変形すると、下記の式（４）となる。
Ｎ＝Ｌ×（１−Ｂ１／Ｂ２）×１／Ｗ ・・・（４）
孔部３０の個数Ｎは、上記の式（４）を満たすように設定されている。
なお、周方向における孔部３０の幅Ｈ（孔幅）は、ロータコア２１の作製精度、冷媒の粘度、冷媒の流量などに基づいて総合的に決定する。

＜理想的な磁路＞
図８は、理想的な磁路の説明図である。
図中において、矢印Ｒはロータ３の回転方向、矢印Ｋはコイル磁束、矢印Ｍは磁石磁束をそれぞれ示す。また、符号Ａ１は吸引作用が生じる領域（以下「吸引領域」ともいう。）、符号Ａ２は反発作用が生じる領域（以下「反発領域」ともいう。）をそれぞれ示す。
コイル磁束Ｋは、吸引領域Ａ１および反発領域Ａ２のそれぞれの磁石磁束Ｍに跨るようにステータコア１１、内周鉄心部２８を流れる。磁石磁束Ｍは、永久磁石２３の径方向一端面からステータコア１１、内周鉄心部２８を通じて永久磁石２３の径方向他端面に向かって流れる。磁石磁束Ｍは、吸引領域Ａ１と反発領域Ａ２とで逆向きの流れとなっている。なお、理想的な磁路は、孔部３０を有しないロータを備える回転電機（不図示）の磁路に相当する。

以上説明したように、上記実施形態の回転電機１は、ロータコア２１と、ロータコア２１の周方向に間隔をあけて複数設けられ、永久磁石２３が配置される磁石配置部２２と、永久磁石２３の外周を囲繞する囲繞部材２５と、を備え、ロータコア２１は、永久磁石２３よりも内周側に設けられた内周鉄心部２８を有し、内周鉄心部２８は、磁石配置部２２に沿って間隔Ｗをあけて設けられ、かつ、ロータコア２１の径方向に延びる複数の孔部３０を有する。
この構成によれば、磁石配置部２２に沿って設けられた単一の孔部を有する場合およびロータコア２１の周方向に延びる複数の孔部を有する場合と比較して、磁極間部のロータコア２１から永久磁石２３に向かって流れる磁束が阻害されることを抑制することができる。加えて、複数の孔部３０によってロータコア２１が肉抜きされるため、ロータコア２１を軽量化することができる。したがって、磁極間部のロータコア２１から永久磁石２３に向かって流れる磁束が阻害されることを抑制するとともに、軽量化を実現することができる。

上記実施形態では、孔部３０は、冷却液が流通する冷却孔であることで、以下の効果を奏する。
永久磁石２３を内周側から冷却することができる。

上記実施形態では、複数の孔部３０は、径方向における磁石配置部２２との間隔Ｅがそれぞれ略同じになるように配置されていることで、以下の効果を奏する。
径方向において複数の孔部３０と磁石配置部２２との間隔Ｅがそれぞれ異なる場合と比較して、永久磁石２３に対する冷却の度合いにバラツキが発生することを抑制することができる。したがって、永久磁石２３を好適に冷却することができる。

上記実施形態では、孔部３０は３つ以上設けられ、３つ以上の孔部３０は、周方向において隣り合う２つの孔部３０の間隔Ｗがそれぞれ略同じになるように配置されていることで、以下の効果を奏する。
周方向において隣り合う２つの孔部３０の間隔Ｗがそれぞれ異なる場合と比較して、永久磁石２３に対する冷却の度合いにバラツキが発生することを抑制することができる。したがって、永久磁石２３を好適に冷却することができる。

上記実施形態では、内周鉄心部２８は、孔部３０よりも内周側に設けられた空隙部４０を有し、径方向における孔部３０と空隙部４０との間隔をＤ、周方向における磁極間中心と磁石配置部２２との間隔をＣとしたとき、Ｄ≧Ｃを満たすことで、以下の効果を奏する。
径方向における孔部３０と空隙部４０との間隔Ｄが周方向における磁極間中心と磁石配置部２２との間隔Ｃ未満の場合（Ｄ＜Ｃ）と比較して、磁極間部のロータコア２１から永久磁石２３に向かって流れる磁束が阻害されることをより効果的に抑制することができる。

上記実施形態では、永久磁石２３の表面磁束密度をＢ１、内周鉄心部２８の最大磁束密度をＢ２としたとき、周方向における孔部３０の幅は、Ｂ２≧Ｂ１を満たすように設定されていることで、以下の効果を奏する。
磁極間部のロータコア２１から永久磁石２３に向かって流れる磁束が阻害されることを抑制するとともに、軽量化を実現する上で孔部３０の個数を可及的に多くすることができる。

上記実施形態では、径方向における磁石配置部２２と孔部３０との間隔をＥ、周方向における孔部３０の外端と孔部３０の中心との間隔をＦとしたとき、Ｅ≧１．２×Ｆ／１．８を満たすことで、以下の効果を奏する。
径方向において孔部３０の外側に位置する永久磁石２３にも磁束を流し、かつ、軽量化を実現する上で孔部３０の個数を可及的に多くすることができる。

上記実施形態では、孔部３０の個数をＮ、周方向における隣り合う２つの孔部３０の間隔をＷ、周方向における永久磁石２３の幅をＬ、永久磁石２３の表面磁束密度をＢ１、内周鉄心部２８の最大磁束密度をＢ２としたとき、Ｎ＝Ｌ×（１−Ｂ１／Ｂ２）×１／Ｗを満たすことで、以下の効果を奏する。
磁極間部のロータコア２１から永久磁石２３に向かって流れる磁束が阻害されることを抑制するとともに、軽量化を実現する上で孔部３０の個数を可及的に多くすることができる。

＜変形例＞
上記実施形態では、軸方向から見て、孔部３０は、ロータコア２１の径方向に延びる長円形状を有する例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、孔部３０は、ロータコア２１の径方向に延びる楕円形状（平面上のある２定点からの距離の和が一定となるような点の軌跡からなる曲線）を有していてもよい。例えば、孔部３０は、ロータコア２１の径方向に延びる矩形状を有していてもよい。すなわち、孔部３０は、ロータコア２１の径方向に延びていればよい。

上記実施形態では、孔部３０が１１個設けられている例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、孔部３０は１０個以下であってもよいし、１２個以上であってもよい。孔部３０の個数は、要求仕様によって変更可能である。

上記実施形態では、孔部３０は、冷却液としてＡＴＦが流通する冷却孔である例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、孔部３０は、ＡＴＦ以外の冷媒が流通する冷却孔であってもよい。また、孔部３０は、冷却液が流通しない貫通孔であってもよい。

上記実施形態では、複数の孔部３０は、径方向における磁石配置部２２との間隔Ｅがそれぞれ略同じになるように配置されている例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、径方向において複数の孔部３０と磁石配置部２２との間隔Ｅが少なくとも一部で互いに異なっていてもよい。

上記実施形態では、周方向において隣り合う２つの孔部３０の間隔Ｗがそれぞれ略同じになるように配置されている例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、周方向において隣り合う２つの孔部３０の間隔Ｗが少なくとも一部で互いに異なっていてもよい。

上記実施形態では、径方向における孔部３０と空隙部４０との間隔Ｄが周方向における磁極間中心と磁石配置部２２との間隔Ｃ以上の場合（Ｄ≧Ｃ）を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、径方向における孔部３０と空隙部４０との間隔Ｄが周方向における磁極間中心と磁石配置部２２との間隔Ｃ未満であってもよい（Ｄ＜Ｃ）。

上記実施形態では、回転電機１が、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される走行用モータである例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、回転電機１は、発電用モータやその他用途のモータ、車両用以外の回転電機（発電機を含む）であってもよい。

上記実施形態では、囲繞部材２５がフィラメントワインディング層である例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、囲繞部材２５は、フィラメント繊維以外の高強度材料（例えば金属等）で形成されたスリーブであってもよい。

上記実施形態では、ロータコア２１の外周面には、周方向に間隔をあけて８個の磁石配置部２２が配置されている例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、磁石配置部２２の配置数は、７個以下であってもよいし、９個以上であってもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能であり、上述した変形例を適宜組み合わせることも可能である。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例］
実施例は、本実施形態に係る複数の孔部３０を有するロータ３を備える回転電機１を用いた（図２参照）。
実施例では、径方向における磁石配置部と孔部との間隔をＥ、周方向における孔部の外端と孔部の中心との間隔をＦとしたとき、Ｅ＝１．２×Ｆ／１．８を満たすようにした。
実施例では、孔部の個数をＮ、周方向における隣り合う２つの孔部の間隔をＷ、周方向における永久磁石の幅をＬ、永久磁石の表面磁束密度をＢ１、内周鉄心部の最大磁束密度をＢ２としたとき、Ｎ＝Ｌ×（１−Ｂ１／Ｂ２）×１／Ｗを満たすようにした。
実施例では、Ｗ＝０．８ｍｍ、Ｌ＝２７．５ｍｍ、Ｂ１＝１．２Ｔ、Ｂ２＝１．８Ｔとした。
これにより、実施例ではＮ＝１１とした。
また、孔幅Ｈを０．８ｍｍ、ロータの直径を１０６．８ｍｍ、極対数を４とした。
実施例では、磁石幅Ｌに対する孔幅Ｈ（総和）の割合Ｘは３２％とした。
なお、割合Ｘは下記の式（５）より算出した。
Ｘ＝（Ｈ×Ｎ／Ｌ）×１００ ・・・（５）

［比較例１］
比較例１は、孔部３０を有しないロータを備える回転電機（不図示）を用いた。

［比較例２］
比較例２は、実施例１よりも大きい孔幅Ｈの孔部を有するロータを備える回転電機（不図示）を用いた。
比較例２は、孔幅Ｈを１．２ｍｍとした。
比較例２では、孔幅Ｈ以外の条件を実施例１と同様とした。

［比較例３］
比較例３は、比較例２よりも大きい孔幅Ｈの孔部を有するロータを備える回転電機（不図示）を用いた。
比較例３は、孔幅Ｈを１．８ｍｍとした。
比較例３では、孔幅Ｈ以外の条件を実施例１と同様とした。

［実験例］
実施例、比較例１〜３のそれぞれにおいて、回転電機のトルクを測定した。なお、ロータの回転数は１５００ｒｐｍ、電流は２６０Ａｒｍｓとした。
図９は、孔部の幅（孔幅）とトルクとの関係の説明図である。図９において、孔幅０ｍｍは孔部を有しない場合（比較例１）を示す。

図９に示すように、孔幅が０．８ｍｍ以下の範囲（孔部を有しない場合を含む）ではトルクを維持できることを確認できた。すなわち、磁石幅に対する孔幅（総和）の割合が３２％以下の場合、トルクを維持できることが分かった。
一方、孔幅が０．８ｍｍを超えると、トルクが大幅に減少することを確認できた。すなわち、磁石幅に対する孔幅の割合が３２％を超える場合、トルクが大幅に減少することが分かった。
電流進角０度の場合で解析すると、
比較例２のトルクは１３６Ｎｍであった。
比較例３のトルクは１３４Ｎｍであった。
これに対し、実施例のトルクは１４２Ｎｍであった。
以上により、実施例１では、内周鉄心部の磁石配置部に沿って複数の孔部を有していても、トルクを維持できることが分かった。

１…回転電機
２１…ロータコア
２２…磁石配置部
２３…永久磁石
２５…囲繞部材
２８…内周鉄心部
３０…孔部
４０…空隙部
Ｂ１…磁石表面磁束密度（永久磁石の表面磁束密度）
Ｂ２…鉄心部最大磁束密度（内周鉄心部の最大磁束密度）
Ｅ…第一間隔（径方向における孔部と磁石配置部との間隔）
Ｗ…第二間隔（周方向において隣り合う２つの孔部の間隔）
Ｄ…第三間隔（径方向における孔部と空隙部との間隔）
Ｃ…第四間隔（周方向における磁極間中心と磁石配置部との間隔）
Ｆ…第五間隔（周方向における孔部の外端と孔部の中心との間隔）
Ｎ…孔部の個数
Ｌ…磁石幅（周方向における永久磁石の幅）
Ｈ…孔幅（周方向における孔部の幅）

Claims (8)

1. ロータコアと、
   前記ロータコアの周方向に間隔をあけて複数設けられ、永久磁石が配置される磁石配置部と、
   前記永久磁石の外周を囲繞する囲繞部材と、を備え、
   前記ロータコアは、前記永久磁石よりも内周側に設けられた内周鉄心部を有し、
   前記内周鉄心部は、前記磁石配置部に沿って間隔をあけて設けられ、かつ、前記ロータコアの径方向に延びる複数の孔部を有することを特徴とする回転電機。
2. 前記孔部は、冷却液が流通する冷却孔であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記複数の孔部は、前記径方向における前記磁石配置部との間隔Ｅがそれぞれ略同じになるように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
4. 前記孔部は３つ以上設けられ、
   ３つ以上の前記孔部は、前記周方向において隣り合う２つの前記孔部の間隔Ｗがそれぞれ略同じになるように配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機。
5. 前記内周鉄心部は、前記孔部よりも内周側に設けられた空隙部を有し、
   前記径方向における前記孔部と前記空隙部との間隔をＤ、前記周方向における磁極間中心と前記磁石配置部との間隔をＣとしたとき、
   Ｄ≧Ｃ
   を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機。
6. 前記永久磁石の表面磁束密度をＢ１、前記内周鉄心部の最大磁束密度をＢ２としたとき、
   前記周方向における前記孔部の幅は、Ｂ２≧Ｂ１を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電機。
7. 前記径方向における前記磁石配置部と前記孔部との間隔をＥ、前記周方向における前記孔部の外端と前記孔部の中心との間隔をＦとしたとき、
   Ｅ≧１．２×Ｆ／１．８
   を満たすことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の回転電機。
8. 前記孔部の個数をＮ、前記周方向における隣り合う２つの前記孔部の間隔をＷ、前記周方向における前記永久磁石の幅をＬ、前記永久磁石の表面磁束密度をＢ１、前記内周鉄心部の最大磁束密度をＢ２としたとき、
   Ｎ＝Ｌ×（１−Ｂ１／Ｂ２）×１／Ｗ
   を満たすことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の回転電機。
   
   

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