JP2022011943A - 回転電機 - Google Patents

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Abstract

【課題】トルクリップルを低減できる構造を有する回転電機を提供する。【解決手段】ロータは、周方向に互いに間隔を空けて配置された一対のマグネット41a,41b及び一対の第1フラックスバリア部51a,51bを有する。一対の第1フラックスバリア部のそれぞれは、周方向の縁部のうち他方の第1フラックスバリア部が位置する側と逆側に位置する周方向外縁部51c,51eを有する。一対の第1フラックスバリア部のそれぞれにおいて、周方向外縁部は、径方向外側に向かうに従って他方の第1フラックスバリア部へ近づく方向に沿って配置されている。一対の第1フラックスバリア部のそれぞれにおいて、周方向外縁部の径方向外端部は、軸方向に見て、一対のマグネットにおける延びる方向の中心をそれぞれ通りロータコアの外周面まで延びる一対の仮想中心線同士の周方向の間に位置する。【選択図】図3

Description

本発明は、回転電機に関する。
ロータコアとロータコアに設けられた穴に配置された永久磁石とを備える回転電機が知られている。例えば、特許文献1には、2つの永久磁石がステータ側に向かって広がるV字型に配置された回転電機が記載されている。
特開2018-85877号公報
特許文献1の回転電機においては、トルクリップルの低減を目的としてロータの外周面に溝部が設けられている。しかし、このような溝部を設けるだけでは、トルクリップルを十分に低減できない場合があった。そのため、さらなるトルクリップルの低減が求められていた。
本発明は、上記事情に鑑みて、トルクリップルを低減できる構造を有する回転電機を提供することを目的の一つとする。
本発明の回転電機の一つの態様は、中心軸を中心として回転可能なロータと、前記ロータと隙間を介して対向するステータと、を備える。前記ロータは、複数の収容穴を有するロータコアと、前記複数の収容穴の内部にそれぞれ収容された複数のマグネットと、を有する。前記複数のマグネットは、周方向に互いに間隔を空けて配置された一対のマグネットを含む。前記一対のマグネットは、軸方向に見て、径方向内側から径方向外側に向かうに従って互いに周方向に離れる方向に延びている。前記ロータコアは、周方向に互いに間隔を空けて配置された一対の第1フラックスバリア部を有する。前記一対の第1フラックスバリア部のそれぞれは、周方向の縁部のうち他方の第1フラックスバリア部が位置する側と逆側に位置する周方向外縁部を有し、かつ、前記ロータコアのうち前記一対のマグネットの各径方向内端部よりも径方向外側に位置する部分に設けられている。前記一対の第1フラックスバリア部のそれぞれにおいて、前記周方向外縁部は、軸方向に見て、径方向内側から径方向外側に向かうに従って他方の第1フラックスバリア部へ近づく方向に沿って配置されている。前記一対の第1フラックスバリア部のそれぞれにおいて、前記周方向外縁部の径方向外端部は、軸方向に見て、前記一対のマグネットにおける延びる方向の中心をそれぞれ通り前記ロータコアの外周面まで延びる一対の仮想中心線同士の周方向の間に位置する。
本発明の一つの態様によれば、回転電機において、トルクリップルを低減できる。
図1は、第1実施形態の回転電機を示す断面図である。 図2は、第1実施形態の回転電機の一部を示す断面図であって、図1におけるII-II断面図である。 図3は、第1実施形態のロータの磁極部およびステータコアの一部を示す断面図である。 図4は、第1実施形態のロータとステータとの間に流れる磁束のうち、24次成分およびリラクタンストルクを生じさせる磁束成分の一例をそれぞれ示す図である。 図5は、第1実施形態のロータとステータとの間に流れる磁束の48次成分の一例を示す図である。 図6は、第2実施形態の回転電機の一部を示す断面図である。 図7は、第3実施形態の回転電機の一部を示す断面図である。 図8は、比較例の回転電機の一部を示す断面図である。
各図に適宜示すZ軸方向は、正の側を「上側」とし、負の側を「下側」とする上下方向である。各図に適宜示す中心軸Jは、Z軸方向と平行であり、上下方向に延びる仮想線である。以下の説明においては、中心軸Jの軸方向、すなわち上下方向と平行な方向を単に「軸方向」と呼び、中心軸Jを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Jを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。各図に適宜示す矢印θは、周方向を示している。矢印θは、上側から見て中心軸Jを中心として時計回りの向きを向いている。以下の説明では、或る対象を基準として周方向のうち矢印θが向かう側、すなわち上側から見て時計回りに進む側を「周方向一方側」と呼び、或る対象を基準として周方向のうち矢印θが向かう側と逆側、すなわち上側から見て反時計回りに進む側を「周方向他方側」と呼ぶ。
なお、上下方向、上側、および下側とは、単に各部の配置関係等を説明するための名称であり、実際の配置関係等は、これらの名称で示される配置関係等以外の配置関係等であってもよい。
<第1実施形態>
図1に示すように、本実施形態の回転電機1は、インナーロータ型の回転電機である。本実施形態において回転電機1は、三相交流式の回転電機である。回転電機1は、例えば、三相交流の電源が供給されることで駆動される三相モータである。回転電機1は、ハウジング2と、ロータ10と、ステータ60と、ベアリングホルダ4と、ベアリング5a,5bと、を備える。
ハウジング2は、ロータ10、ステータ60、ベアリングホルダ4、およびベアリング5a,5bを内部に収容している。ハウジング2の底部は、ベアリング5bを保持している。ベアリングホルダ4は、ベアリング5aを保持している。ベアリング5a,5bは、例えば、ボールベアリングである。
ステータ60は、ロータ10と隙間を介して対向している。ステータ60は、ロータ10の径方向外側に位置する。ステータ60は、ステータコア61と、インシュレータ64と、複数のコイル65と、を有する。ステータコア61は、コアバック62と、複数のティース63と、を有する。コアバック62は、後述するロータコア20の径方向外側に位置する。図2に示すように、コアバック62は、ロータコア20を囲む環状である。コアバック62は、例えば、中心軸Jを中心とする円環状である。
複数のティース63は、コアバック62から径方向内側に延びている。複数のティース63は、周方向に間隔を空けて並んで配置されている。複数のティース63は、例えば、周方向に沿って一周に亘って等間隔に配置されている。ティース63は、例えば、48個設けられている。つまり、回転電機1のスロット数は、例えば、48である。図3に示すように、複数のティース63は、基部63aと、アンブレラ部63bと、をそれぞれ有する。
基部63aは、コアバック62から径方向内側に延びている。基部63aの周方向の寸法は、例えば、径方向の全体に亘って同じである。なお、基部63aの周方向の寸法は、例えば、径方向内側に向かうに従って小さくなっていてもよい。
アンブレラ部63bは、基部63aの径方向内側の端部に設けられている。アンブレラ部63bは、基部63aよりも周方向の両側に突出している。アンブレラ部63bの周方向の寸法は、基部63aの径方向内側の端部における周方向の寸法よりも大きい。アンブレラ部63bの径方向内側の面は、周方向に沿った曲面である。アンブレラ部63bの径方向内側の面は、軸方向に見て、中心軸Jを中心とする円弧状に延びている。アンブレラ部63bの径方向内側の面は、後述するロータコア20の外周面と径方向に隙間を介して対向している。周方向に隣り合うティース63同士において、アンブレラ部63b同士は、周方向に隙間を介して並んで配置されている。
複数のコイル65は、ステータコア61に取り付けられている。図1に示すように、複数のコイル65は、例えば、インシュレータ64を介してティース63に取り付けられている。本実施形態においてコイル65は、分布巻きされている。つまり、各コイル65は、複数のティース63に跨って巻き回されている。本実施形態においてコイル65は、全節巻きされている。つまり、コイル65が差し込まれるステータ60のスロット同士の周方向ピッチが、ステータ60に三相交流電源が供給された際に生じる磁極の周方向ピッチと等しい。回転電機1の極数は、例えば、8である。つまり、回転電機1は、例えば、8極48スロットの回転電機である。このように、本実施形態の回転電機1においては、極数をNとしたとき、スロット数がN×6となる。なお、図3から図5においては、コイル65の図示を省略している。図2から図5においては、インシュレータ64の図示を省略している。
ロータ10は、中心軸Jを中心として回転可能である。図2に示すように、ロータ10は、シャフト11と、ロータコア20と、複数のマグネット40と、を有する。シャフト11は、中心軸Jを中心として軸方向に延びる円柱状である。図1に示すように、シャフト11は、ベアリング5a,5bによって中心軸J回りに回転可能に支持されている。
ロータコア20は、磁性体である。ロータコア20は、シャフト11の外周面に固定されている。ロータコア20は、ロータコア20を軸方向に貫通する貫通孔21を有する。図2に示すように、貫通孔21は、軸方向に見て、中心軸Jを中心とする円形状である。貫通孔21には、シャフト11が通されている。シャフト11は、例えば圧入等により、貫通孔21内に固定されている。図示は省略するが、ロータコア20は、例えば、複数の電磁鋼板が軸方向に積層されて構成されている。
ロータコア20は、複数の収容穴30を有する。複数の収容穴30は、例えば、ロータコア20を軸方向に貫通している。複数の収容穴30の内部には、複数のマグネット40がそれぞれ収容されている。収容穴30内におけるマグネット40の固定方法は、特に限定されない。複数の収容穴30は、一対の収容穴31a,31bを含む。
複数のマグネット40の種類は、特に限定されない。マグネット40は、例えば、ネオジム磁石であってもよいし、フェライト磁石であってもよい。複数のマグネット40は、一対のマグネット41a,41bを含む。
本実施形態において一対の収容穴31a,31bと一対のマグネット41a,41bとは、周方向に間隔を空けて複数ずつ設けられている。一対の収容穴31a,31bと一対のマグネット41a,41bとは、例えば、8つずつ設けられている。
ロータ10は、一対の収容穴31a,31bと一対のマグネット41a,41bとを1つずつ含む磁極部70を複数有する。磁極部70は、例えば、8つ設けられている。複数の磁極部70は、例えば、周方向に沿って一周に亘って等間隔に配置されている。複数の磁極部70は、ロータコア20の外周面における磁極がN極の磁極部70Nと、ロータコア20の外周面における磁極がS極の磁極部70Sと、を複数ずつ含む。磁極部70Nと磁極部70Sとは、例えば、4つずつ設けられている。4つの磁極部70Nと4つの磁極部70Sとは、周方向に沿って交互に配置されている。各磁極部70の構成は、ロータコア20の外周面の磁極が異なる点および周方向位置が異なる点を除いて、同様の構成である。
図3に示すように、磁極部70において、一対の収容穴31a,31bは、周方向に互いに間隔を空けて配置されている。収容穴31aは、例えば、収容穴31bの周方向一方側(+θ側)に位置する。収容穴31a,31bは、例えば、軸方向に見て、径方向に対して斜めに傾いた方向に略直線状に延びている。一対の収容穴31a,31bは、軸方向に見て径方向内側から径方向外側に向かうに従って互いに周方向に離れる方向に延びている。つまり、収容穴31aと収容穴31bとの間の周方向の距離は、径方向内側から径方向外側に向かうに従って大きくなっている。収容穴31aは、例えば、径方向内側から径方向外側に向かうに従って、周方向一方側に位置する。収容穴31bは、例えば、径方向内側から径方向外側に向かうに従って、周方向他方側(-θ側)に位置する。一対の収容穴31a,31bは、例えば、軸方向に見て、径方向外側に向かうに従って周方向に広がるV字形状に沿って配置されている。収容穴31a,31bの径方向外側の端部は、ロータコア20の径方向外縁部に位置する。
収容穴31aと収容穴31bとは、例えば、軸方向に見て、図3に示す磁極中心線IL1を周方向に挟んで配置されている。磁極中心線IL1は、磁極部70の周方向中心と中心軸Jとを通り、径方向に延びる仮想線である。収容穴31aと収容穴31bとは、例えば、軸方向に見て、磁極中心線IL1に対して線対称に配置されている。以下、磁極中心線IL1に対して線対称である点を除いて収容穴31aと同様の構成については、収容穴31bについての説明を省略する場合がある。
また、以下の説明においては、各磁極部内において、或る対象を基準として周方向のうち磁極中心線IL1に近づく側を「周方向内側」と呼び、或る対象を基準として周方向のうち磁極中心線IL1から遠ざかる側を「周方向外側」と呼ぶ。
収容穴31aは、直線部31cと、内端部31dと、外端部31eと、を有する。直線部31cは、軸方向に見て、収容穴31aが延びる方向に直線状に延びている。直線部31cは、例えば、軸方向に見て長方形状である。内端部31dは、直線部31cの径方向内側の端部に繋がっている。内端部31dは、収容穴31aの径方向内側の端部である。外端部31eは、直線部31cの径方向外側の端部に繋がっている。外端部31eは、収容穴31aの径方向外側の端部である。収容穴31bは、直線部31fと、内端部31gと、外端部31hと、を有する。
一対のマグネット41a,41bは、一対の収容穴31a,31bの内部にそれぞれ収容されている。マグネット41aは、収容穴31aの内部に収容されている。マグネット41bは、収容穴31bの内部に収容されている。一対のマグネット41a,41bは、例えば、軸方向に見て長方形状である。図示は省略するが、マグネット41a,41bは、例えば、直方体状である。図示は省略するが、マグネット41a,41bは、例えば、収容穴31a,31b内の軸方向の全体に亘って設けられている。一対のマグネット41a,41bは、周方向に互いに間隔を空けて配置されている。マグネット41aは、例えば、マグネット41bの周方向一方側(+θ側)に位置する。
マグネット41aは、軸方向に見て収容穴31aに沿って延びている。マグネット41bは、軸方向に見て収容穴31bに沿って延びている。マグネット41a,41bは、例えば、軸方向に見て、径方向に対して斜めに傾いた方向に略直線状に延びている。一対のマグネット41a,41bは、軸方向に見て、径方向内側から径方向外側に向かうに従って互いに周方向に離れる方向に延びている。つまり、マグネット41aとマグネット41bとの間の周方向の距離は、径方向内側から径方向外側に向かうに従って大きくなっている。
マグネット41aは、例えば、径方向内側から径方向外側に向かうに従って、周方向一方側(+θ側)に位置する。マグネット41bは、例えば、径方向内側から径方向外側に向かうに従って、周方向他方側(-θ側)に位置する。一対のマグネット41a,41bは、例えば、軸方向に見て、径方向外側に向かうに従って周方向に広がるV字形状に沿って配置されている。
軸方向に見てV字形状に沿って配置されたマグネット41aとマグネット41bとの開き角度φ1は、例えば、鈍角である。開き角度φ1は、例えば、100°以上、140°以下である。図3において開き角度φ1は、仮想線IL2と仮想線IL3とが成す角度のうち大きい方の角度である。仮想線IL2は、軸方向に見て、マグネット41aが延びる方向に延びる仮想線である。仮想線IL2は、軸方向に見て、マグネット41aが延びる方向と直交する方向におけるマグネット41aの中心を通っている。仮想線IL3は、軸方向に見て、マグネット41bが延びる方向に延びる仮想線である。仮想線IL3は、軸方向に見て、マグネット41bが延びる方向と直交する方向におけるマグネット41bの中心を通っている。なお、「軸方向に見て、マグネットが延びる方向」とは、例えば本実施形態のマグネット41a,41bのようにマグネットが軸方向に見て長方形状の場合、長方形状のマグネットの長辺が延びる方向である。つまり、本実施形態において、軸方向に見て、マグネット41aが延びる方向とは、軸方向に見て長方形状のマグネット41aの長辺が延びる方向である。軸方向に見て、マグネット41bが延びる方向とは、軸方向に見て長方形状のマグネット41bの長辺が延びる方向である。
マグネット41aとマグネット41bとは、例えば、軸方向に見て、磁極中心線IL1を周方向に挟んで配置されている。マグネット41aとマグネット41bとは、例えば、軸方向に見て、磁極中心線IL1に対して線対称に配置されている。以下、磁極中心線IL1に対して線対称である点を除いてマグネット41aと同様の構成については、マグネット41bについての説明を省略する場合がある。
マグネット41aは、収容穴31a内に嵌め合わされている。より詳細には、マグネット41aは、直線部31c内に嵌め合わされている。マグネット41aの側面のうち、直線部31cが延びる方向と直交する方向における両側面は、例えば、直線部31cの内側面とそれぞれ接触している。軸方向に見て、マグネット41aの延伸方向の両端部は、収容穴31aの延伸方向の両端部からそれぞれ離れて配置されている。軸方向に見て、マグネット41aが延びる方向においてマグネット41aの両側には、内端部31dと外端部31eとがそれぞれ隣接して配置されている。ここで、本実施形態において内端部31dは、第3フラックスバリア部53aを構成している。外端部31eは、第3フラックスバリア部53bを構成している。つまり、ロータコア20は、軸方向に見て、マグネット41aが延びる方向においてマグネット41aを挟んで配置された一対の第3フラックスバリア部53a,53bを有する。ロータコア20は、軸方向に見て、マグネット41bが延びる方向においてマグネット41bを挟んで配置された一対の第3フラックスバリア部53c,53dを有する。
このように、ロータコア20は、軸方向に見て、各マグネット41a,41bが延びる方向において各マグネット41a,41bのそれぞれを挟んで一対ずつ配置された第3フラックスバリア部53a,53b,53c,53dを有する。第3フラックスバリア部53a,53b,53c,53d、後述する第1フラックスバリア部51a,51b、および後述する第2フラックスバリア部52a,52bは、磁束の流れを抑制できる部分である。すなわち、各フラックスバリア部には、磁束が通りにくい。各フラックスバリア部は、磁束の流れを抑制できるならば、特に限定されず、空隙部を含んでもよいし、樹脂部等の非磁性部を含んでもよい。
マグネット41aの磁極は、軸方向に見てマグネット41aが延びる方向と直交する方向に沿って配置されている。マグネット41bの磁極は、軸方向に見てマグネット41bが延びる方向と直交する方向に沿って配置されている。マグネット41aの磁極のうち径方向外側に位置する磁極とマグネット41bの磁極のうち径方向外側に位置する磁極とは、互いに同じである。マグネット41aの磁極のうち径方向内側に位置する磁極とマグネット41bの磁極のうち径方向内側に位置する磁極とは、互いに同じである。
図3に示すように、磁極部70Nにおいて、マグネット41aの磁極のうち径方向外側に位置する磁極とマグネット41bの磁極のうち径方向外側に位置する磁極とは、例えば、N極である。磁極部70Nにおいて、マグネット41aの磁極のうち径方向内側に位置する磁極とマグネット41bの磁極のうち径方向内側に位置する磁極とは、例えば、S極である。
図示は省略するが、磁極部70Sにおいては、磁極部70Nに対して、各マグネット40の磁極が反転して配置されている。つまり、磁極部70Sにおいて、マグネット41aの磁極のうち径方向外側に位置する磁極とマグネット41bの磁極のうち径方向外側に位置する磁極とは、例えば、S極である。磁極部70Sにおいて、マグネット41aの磁極のうち径方向内側に位置する磁極とマグネット41bの磁極のうち径方向内側に位置する磁極とは、例えば、N極である。
ロータコア20は、周方向に互いに間隔を空けて配置された一対の第1フラックスバリア部51a,51bを有する。一対の第1フラックスバリア部51a,51bは、磁極部70ごとに設けられている。各磁極部70において、一対の第1フラックスバリア部51a,51bは、ロータコア20のうち一対のマグネット41a,41bの各径方向内端部よりも径方向外側に位置する部分に設けられている。一対の第1フラックスバリア部51a,51bは、ロータコア20のうち一対の収容穴31a,31bの径方向外縁部とロータコア20の外周面とによって囲まれた部分に設けられている。一対の第1フラックスバリア部51a,51bのそれぞれは、例えば、ロータコア20を軸方向に貫通する孔によって作られた空隙部である。第1フラックスバリア部51aは、例えば、第1フラックスバリア部51bの周方向一方側(+θ側)に位置する。
各磁極部70において、第1フラックスバリア部51aと第1フラックスバリア部51bとは、例えば、軸方向に見て、磁極中心線IL1を周方向に挟んで配置されている。本実施形態において一対の第1フラックスバリア部51a,51b同士の間の周方向中心位置は、一対のマグネット41a,41b同士の間の周方向中心位置と同じである。第1フラックスバリア部51aと第1フラックスバリア部51bとは、例えば、軸方向に見て、磁極中心線IL1に対して線対称に配置されている。以下、磁極中心線IL1に対して線対称である点を除いて第1フラックスバリア部51aと同様の構成については、第1フラックスバリア部51bについての説明を省略する場合がある。
本実施形態において一対の第1フラックスバリア部51a,51bは、軸方向に見て、径方向内側から径方向外側に向かうに従って互いに周方向に近づく方向に延びるスリット状である。第1フラックスバリア部51a,51bは、例えば、軸方向に見て、径方向内側から径方向外側に向かうに従って周方向内側に位置する方向に直線状に延びている。第1フラックスバリア部51a,51bの径方向内端部および径方向外端部は、例えば、軸方向に見て、丸みを帯びている。
第1フラックスバリア部51aは、例えば、径方向内側から径方向外側に向かうに従って、周方向他方側(-θ側)に位置する。第1フラックスバリア部51bは、例えば、径方向内側から径方向外側に向かうに従って、周方向一方側(+θ側)に位置する。一対の第1フラックスバリア部51a,51bは、例えば、軸方向に見て、径方向内側に向かうに従って周方向に広がるV字形状に沿って配置されている。一対の第1フラックスバリア部51a,51bが沿って配置されるV字形状は、一対のマグネット41a,41bが沿って配置されるV字形状に対して径方向に反転したV字形状である。
軸方向に見てV字形状に沿って配置された第1フラックスバリア部51aと第1フラックスバリア部51bとの開き角度φ2は、例えば、直角または、鈍角である。開き角度φ2は、例えば、90°以上、140°以下である。図3において開き角度φ2は、仮想線IL4と仮想線IL5とが成す角度のうち大きい方の角度である。仮想線IL4は、軸方向に見て、第1フラックスバリア部51aが延びる方向に延びる仮想線である。仮想線IL4は、軸方向に見て、第1フラックスバリア部51aが延びる方向と直交する方向における第1フラックスバリア部51aの中心を通っている。仮想線IL5は、軸方向に見て、第1フラックスバリア部51bが延びる方向に延びる仮想線である。仮想線IL5は、軸方向に見て、第1フラックスバリア部51bが延びる方向と直交する方向における第1フラックスバリア部51bの中心を通っている。
マグネット41aとマグネット41bとの開き角度φ1に対する第1フラックスバリア部51aと第1フラックスバリア部51bとの開き角度φ2の比は、例えば、0.7以上、1.5以下である。開き角度φ2は、例えば、開き角度φ1よりも大きい。なお、開き角度φ2は、開き角度φ1より小さくてもよいし、開き角度φ1と同じであってもよい。
第1フラックスバリア部51aは、周方向外縁部51cと、周方向内縁部51dと、を有する。周方向外縁部51cは、第1フラックスバリア部51aにおける周方向の縁部のうち他方の第1フラックスバリア部51bが位置する側(-θ側)と逆側(+θ側)に位置する縁部である。つまり、周方向外縁部51cは、第1フラックスバリア部51aの周方向外側の縁部である。周方向外縁部51cは、軸方向に見て、径方向内側から径方向外側に向かうに従って他方の第1フラックスバリア部51bへ近づく方向に沿って配置されている。周方向外縁部51cは、例えば、軸方向に見て、第1フラックスバリア部51aが延びる方向に直線状に延びている。
なお、本明細書において「或る対象が、軸方向に見て、径方向内側から径方向外側に向かうに従って他の対象へ近づく方向に沿って配置されている」とは、或る対象の径方向外端部の周方向位置が、或る対象の径方向内端部の周方向位置よりも、周方向のうち或る対象を基準として他の対象が位置する側の位置となっていればよい。つまり、本実施形態において「周方向外縁部51cが、軸方向に見て、径方向内側から径方向外側に向かうに従って他方の第1フラックスバリア部51bへ近づく方向に沿って配置されている」とは、周方向外縁部51cの径方向外端部の周方向位置が、周方向外縁部51cの径方向内端部の周方向位置よりも、周方向のうち周方向外縁部51cを基準として第1フラックスバリア部51bが位置する側(-θ側)の位置となっていればよい。
周方向内縁部51dは、第1フラックスバリア部51aにおける周方向の縁部のうち他方の第1フラックスバリア部51bが位置する側(-θ側)に位置する縁部である。つまり、周方向内縁部51dは、第1フラックスバリア部51aの周方向内側の縁部である。本実施形態において周方向内縁部51dは、軸方向に見て、径方向内側から径方向外側に向かうに従って他方の第1フラックスバリア部51bへ近づく方向に沿って配置されている。周方向内縁部51dは、例えば、軸方向に見て、第1フラックスバリア部51aが延びる方向に直線状に延びている。周方向内縁部51dは、例えば、軸方向に見て、周方向外縁部51cが延びる方向と平行な方向に延びている。
第1フラックスバリア部51bは、周方向外縁部51eと、周方向内縁部51fと、を有する。周方向外縁部51eは、軸方向に見て、径方向内側から径方向外側に向かうに従って他方の第1フラックスバリア部51aへ近づく方向に沿って配置されている。このように、一対の第1フラックスバリア部51a,51bのそれぞれは、周方向の縁部のうち他方の第1フラックスバリア部が位置する側と逆側に位置する周方向外縁部51c,51eを有する。一対の第1フラックスバリア部51a,51bのそれぞれにおいて、周方向外縁部51c,51eは、軸方向に見て、径方向内側から径方向外側に向かうに従って他方の第1フラックスバリア部へ近づく方向に沿って配置されている。
周方向内縁部51fは、軸方向に見て、径方向内側から径方向外側に向かうに従って他方の第1フラックスバリア部51aへ近づく方向に沿って配置されている。このように、本実施形態では、一対の第1フラックスバリア部51a,51bのそれぞれは、周方向の縁部のうち他方の第1フラックスバリア部が位置する側に位置する周方向内縁部51d,51fを有する。周方向内縁部51d,51fは、軸方向に見て、径方向内側から径方向外側に向かうに従って他方の第1フラックスバリア部へ近づく方向に沿って配置されている。
一対の第1フラックスバリア部51a,51bのそれぞれにおいて、周方向外縁部51c,51eの径方向外端部は、軸方向に見て、一対の仮想中心線IL6,IL7同士の周方向の間に位置する。一対の仮想中心線IL6,IL7は、一対のマグネット41a,41bにおける延びる方向の中心をそれぞれ通りロータコア20の外周面まで延びる仮想線である。仮想中心線IL6は、軸方向に見て、マグネット41aが延びる方向におけるマグネット41aの中心を通る。仮想中心線IL6は、軸方向に見て、マグネット41aが延びる方向にマグネット41aを二等分する垂直二等分線である。仮想中心線IL6は、仮想線IL2と直交している。仮想中心線IL7は、軸方向に見て、マグネット41bが延びる方向におけるマグネット41bの中心を通る。仮想中心線IL7は、軸方向に見て、マグネット41bが延びる方向にマグネット41bを二等分する垂直二等分線である。仮想中心線IL7は、仮想線IL3と直交している。
仮想中心線IL6と仮想中心線IL7とは、例えば、軸方向に見て、ロータコア20上で交差していない。仮想中心線IL6と仮想中心線IL7とは、例えば、磁極中心線IL1を周方向に挟んで配置されている。仮想中心線IL6と仮想中心線IL7とは、例えば、軸方向に見て、磁極中心線IL1に対して線対称に配置されている。本実施形態において、一対の仮想中心線IL6,IL7同士の周方向の間とは、仮想中心線IL6の周方向内側および仮想中心線IL7の周方向内側を含む。
本実施形態では、周方向外縁部51c,51eの全体が、一対の仮想中心線IL6,IL7同士の周方向の間に位置する。本実施形態において一対の第1フラックスバリア部51a,51bの全体は、一対の仮想中心線IL6,IL7同士の周方向の間に位置する。第1フラックスバリア部51aの全体は、仮想中心線IL6の周方向内側に位置する。第1フラックスバリア部51bの全体は、仮想中心線IL7の周方向内側に位置する。
一対の第1フラックスバリア部51a,51bは、例えば、一対のマグネット41a,41b同士の周方向の間に位置する。本実施形態において一対の第1フラックスバリア部51a,51bは、一対のマグネット41a,41bの径方向外側にそれぞれ位置する。第1フラックスバリア部51aは、マグネット41aの径方向外側に位置する。第1フラックスバリア部51bは、マグネット41bの径方向外側に位置する。
なお、本明細書において「或る対象が他の対象の径方向外側に位置する」とは、中心軸に対して或る対象が他の対象よりも径方向外側に位置することに加え、或る対象の少なくとも一部の周方向位置が、他の対象の少なくとも一部の周方向位置と同じであればよい。また、本明細書において「或る対象が他の対象の径方向内側に位置する」とは、中心軸に対して或る対象が他の対象よりも径方向内側に位置することに加え、或る対象の少なくとも一部の周方向位置が、他の対象の少なくとも一部の周方向位置と同じであればよい。
例えば、本実施形態において「第1フラックスバリア部51aがマグネット41aの径方向外側に位置する」とは、中心軸Jに対して第1フラックスバリア部51aがマグネット41aよりも径方向外側に位置することに加え、第1フラックスバリア部51aの少なくとも一部の周方向位置が、マグネット41aの少なくとも一部の周方向位置と同じであればよい。
第1フラックスバリア部51aの全体の周方向位置は、例えば、マグネット41aの周方向位置に含まれている。第1フラックスバリア部51aの周方向内側の端部は、例えば、マグネット41aの周方向内側の端部よりも周方向外側に位置する。第1フラックスバリア部51aの周方向内側の端部は、例えば、マグネット41aの周方向内側の端部とほぼ同じ周方向位置に位置する。第1フラックスバリア部51aの周方向外側の端部は、例えば、マグネット41aの周方向外側の端部よりも周方向内側に位置する。
一対の第1フラックスバリア部51a,51bのそれぞれは、一対のマグネット41a,41bのそれぞれから径方向外側に離れて位置する。本実施形態において、第1フラックスバリア部51aの径方向内端部とマグネット41aとの間の径方向の距離L2は、第1フラックスバリア部51aの径方向内端部とロータコア20の外周面との間の径方向の距離L1の半分以上である。図3に示す距離L1は、例えば、周方向外縁部51cの径方向内端部とロータコア20の外周面との間の径方向の距離である。図3に示す距離L2は、例えば、周方向外縁部51cの径方向内端部とマグネット41aの径方向外縁部との間の径方向の距離である。距離L2は、例えば、距離L1の半分よりも大きく、距離L1よりも小さい。
軸方向に見て、第1フラックスバリア部51a,51bが延びる方向における第1フラックスバリア部51a,51bの寸法は、マグネット41a,41bが延びる方向におけるマグネット41a,41bの寸法よりも小さい。軸方向に見て、第1フラックスバリア部51a,51bが延びる方向と直交する方向における第1フラックスバリア部51a,51bの寸法は、マグネット41a,41bが延びる方向と直交する方向におけるマグネット41a,41bの寸法よりも小さい。
本実施形態においてロータコア20は、周方向に互いに間隔を空けて配置された一対の第2フラックスバリア部52a,52bを有する。第2フラックスバリア部52aは、例えば、第2フラックスバリア部52bの周方向一方側(+θ側)に位置する。一対の第2フラックスバリア部52a,52bは、磁極部70ごとに設けられている。一対の第2フラックスバリア部52a,52bのそれぞれは、例えば、ロータコア20を軸方向に貫通する孔によって作られた空隙部である。第2フラックスバリア部52a,52bは、例えば、軸方向に見て、磁極中心線IL1と平行な辺を有する角丸の正方形状である。
各磁極部70において、第2フラックスバリア部52aと第2フラックスバリア部52bとは、例えば、軸方向に見て、磁極中心線IL1を周方向に挟んで配置されている。本実施形態において一対の第2フラックスバリア部52a,52b同士の間の周方向中心位置は、一対のマグネット41a,41b同士の間の周方向中心位置と同じである。第2フラックスバリア部52aと第2フラックスバリア部52bとは、例えば、軸方向に見て、磁極中心線IL1に対して線対称に配置されている。以下、磁極中心線IL1に対して線対称である点を除いて第2フラックスバリア部52aと同様の構成については、第2フラックスバリア部52bについての説明を省略する場合がある。
一対の第2フラックスバリア部52a,52bは、一対の第1フラックスバリア部51a,51bにおける径方向外端部の径方向外側にそれぞれ位置する。第2フラックスバリア部52aは、第1フラックスバリア部51aにおける径方向外端部の径方向外側に位置する。第2フラックスバリア部52bは、第1フラックスバリア部51bにおける径方向外端部の径方向外側に位置する。本実施形態において第2フラックスバリア部52a,52bは、一対の仮想中心線IL6,IL7同士の周方向の間に位置する。
第1フラックスバリア部51aと第2フラックスバリア部52aとは、径方向に間隔を空けて配置されている。第1フラックスバリア部51bと第2フラックスバリア部52bとは、径方向に間隔を空けて配置されている。第1フラックスバリア部51a,51bと第2フラックスバリア部52a,52bとの間の径方向の距離は、例えば、第2フラックスバリア部52a,52bとロータコア20の外周面との間の径方向の距離と同じである。第1フラックスバリア部51a,51bと第2フラックスバリア部52a,52bとの間の径方向の距離および第2フラックスバリア部52a,52bとロータコア20の外周面との間の径方向の距離は、例えば、0.5mm以上、6mm以下である。
なお、第1フラックスバリア部51a,51bと第2フラックスバリア部52a,52bとの間の径方向の距離は、第2フラックスバリア部52a,52bとロータコア20の外周面との間の径方向の距離より大きくてもよいし、小さくてもよい。
第2フラックスバリア部52a,52bの周方向の寸法と第2フラックスバリア部52a,52bの径方向の寸法とは、例えば、互いに同じである。第2フラックスバリア部52a,52bの周方向の寸法および第2フラックスバリア部52a,52bの径方向の寸法は、例えば、第1フラックスバリア部51a,51bが延びる方向における第1フラックスバリア部51a,51bの寸法よりも小さい。第2フラックスバリア部52a,52bの周方向の寸法および第2フラックスバリア部52a,52bの径方向の寸法は、例えば、第1フラックスバリア部51a,51bが延びる方向と直交する方向における第1フラックスバリア部51a,51bの寸法と同じである。
磁極部70の周方向中心が或る1つのティース63の周方向中心と同じ周方向位置に配置された或る状態において、第1フラックスバリア部51a,51bおよび第2フラックスバリア部52a,52bは、当該或るティース63の径方向内側に位置する。言い換えれば、当該或る状態において、第1フラックスバリア部51a,51bおよび第2フラックスバリア部52a,52bは、他の1つのティース63と周方向位置が重なる。
図2から図5は、当該或る状態の一例を示している。図2から図5において周方向中心が磁極部70の周方向中心と同じ周方向位置に配置されたティース63を、ティース66Aと呼ぶ。つまり、図2から図5に示す或る状態において、ティース66Aが「或る1つのティース」に相当する。図2から図5に示す或る状態において、軸方向に見て、ティース66Aの周方向中心には、磁極中心線IL1が通る。
図2から図5に示す或る状態において、ティース66Aの周方向一方側(+θ側)に隣り合うティース63をティース66Bと呼ぶ。ティース66Aの周方向他方側(-θ側)に隣り合うティース63をティース66Cと呼ぶ。ティース66Bの周方向一方側に隣り合うティース63をティース66Dと呼ぶ。ティース66Cの周方向他方側に隣り合うティース63をティース66Eと呼ぶ。なお、以下の説明においては、図2から図5に示す或る状態を単に「或る状態」と呼ぶ。
図4および図5に示すように、或る状態において、第1フラックスバリア部51aの周方向内側の端部および第2フラックスバリア部52aは、例えば、ティース66Aのアンブレラ部63bのうち周方向一方側(+θ側)の端部の径方向内側に位置する。或る状態において、第1フラックスバリア部51bの周方向内側の端部および第2フラックスバリア部52bは、例えば、ティース66Aのアンブレラ部63bのうち周方向他方側(-θ側)の端部の径方向内側に位置する。
或る状態において、第1フラックスバリア部51aの周方向外側の端部は、ティース66Aよりも周方向外側(+θ側)に位置する。或る状態において、第1フラックスバリア部51aの周方向外側の端部は、例えば、ティース66Bのアンブレラ部63bのうち周方向内側(-θ側)の端部の径方向内側に位置する。
ロータコア20は、ロータコア20の外周面から径方向内側に窪む凹部22a,22bを有する。本実施形態において凹部22a,22bは、磁極部70ごとに一対ずつ設けられている。図示は省略するが、凹部22a,22bは、軸方向に延びる溝である。各磁極部70において、凹部22aと凹部22bとは、例えば、軸方向に見て、磁極中心線IL1に対して線対称に配置されている。以下、磁極中心線IL1に対して線対称である点を除いて凹部22aと同様の構成については、凹部22bについての説明を省略する場合がある。
凹部22aの少なくとも一部は、第1フラックスバリア部51aの径方向外側に位置する。凹部22a全体の周方向位置は、例えば、第1フラックスバリア部51aの周方向位置に含まれている。凹部22aは、例えば、第1フラックスバリア部51aの径方向内端部の径方向外側に位置する。凹部22aは、第2フラックスバリア部52aよりも周方向外側(+θ側)に位置する。
或る状態において、凹部22aは、ティース66Bの周方向中心よりも周方向内側(-θ側)に位置する。或る状態において、凹部22aの少なくとも一部は、ティース66Bの径方向内側に位置する。本実施形態では、或る状態において、凹部22aの周方向外側(+θ側)の端部が、ティース66Bのアンブレラ部63bにおける周方向内側(-θ側)の端部の径方向内側に位置する。
本実施形態によれば、第1フラックスバリア部51a,51bが設けられることで、トルクリップルを低減できる。以下、詳細に説明する。図4に示すように、ロータ10とステータ60との間を流れる磁束は、24次成分の磁束B24を含む場合がある。磁束B24は、例えば、磁束B24aと、磁束B24bと、を含む。
図4に示す磁束B24のうち磁束B24aは、例えば、ティース66Dから径方向内側に放出され、ロータコア20を通ってティース66Aのアンブレラ部63bにおける周方向一方側(+θ側)の端部に流れる磁束である。ティース66Dからロータコア20内に流入した磁束B24aは、周方向内側(-θ側)に流れる。ロータコア20内を周方向内側に流れる磁束B24aは、第1フラックスバリア部51aの周方向外縁部51cおよび第2フラックスバリア部52aの周方向外縁部に沿って径方向外側に案内され、ティース66Aに流入する。磁束B24aは、ロータコア20の外周面のうち凹部22aよりも周方向内側(-θ側)で、かつ、第2フラックスバリア部52aよりも周方向外側(+θ側)の部分からティース66Aへと流れる。
図4に示す磁束B24のうち磁束B24bは、例えば、ティース66Dから径方向内側に放出され、ロータコア20を通ってティース66Bのアンブレラ部63bにおける周方向内側(-θ側)の端部に流れる磁束である。磁束B24bは、ロータコア20の外周面のうち凹部22aよりも周方向外側(+θ側)の部分からティース66Bへと流れる。
図5に示すように、ロータ10とステータ60との間を流れる磁束は、48次成分の磁束B48を含む場合がある。磁束B48は、例えば、磁束B48aと、磁束B48bと、を含む。磁束B48aは、例えば、マグネット41aから径方向外側に放出され、一対の第1フラックスバリア部51a,51b同士の周方向の間および一対の第2フラックスバリア部52a,52b同士の周方向の間を通って、ティース66Aに流れる磁束である。磁束B48bは、例えば、マグネット41bから径方向外側に放出され、一対の第1フラックスバリア部51a,51b同士の周方向の間および一対の第2フラックスバリア部52a,52b同士の周方向の間を通って、ティース66Aに流れる磁束である。
ここで、仮に第1フラックスバリア部51a,51bが設けられていない場合、24次成分の磁束B24と48次成分の磁束B48とが、ロータコア20内において同じ箇所を通りやすくなる。具体的に、例えば、図4に示す磁束B24aは、図4に示すよりも周方向内側(-θ側)に広がって、ティース66Aへと流れる。また、例えば、図5に示す磁束B48aは、マグネット41aから放出された後、図5に示すよりも周方向外側(+θ側)に広がって、ティース66Aへと流れる。この場合、24次成分の磁束B24の一部と48次成分の磁束B48の一部とが、ロータコア20のうちティース66Aの径方向内側に位置する部分において重なり合いやすい。24次成分の磁束B24と48次成分の磁束B48とがロータコア20内において重なり合うと、ロータコア20のうち当該磁束が重なり合った部分を通る磁束密度が大きくなり過ぎて、磁束が飽和しやすい。そのため、意図しない磁束の流れが生じて、トルクリップルが増大する場合がある。
これに対して、本実施形態によれば、一対の第1フラックスバリア部51a,51bが設けられ、一対の第1フラックスバリア部51a,51bのそれぞれにおいて、周方向外縁部51c,51eは、軸方向に見て、径方向内側から径方向外側に向かうに従って他方の第1フラックスバリア部へ近づく方向に沿って配置されている。これにより、例えば、図4に示すように、第1フラックスバリア部51aによって磁束B24aを周方向に遮りつつ、周方向外縁部51cに沿って磁束B24aを径方向外側に滑らかに流しやすい。したがって、磁束B24aが第1フラックスバリア部51aよりも周方向内側に広がることを抑制できる。そのため、磁束B24aが磁極部70の周方向の中央部を通ることを抑制できる。
また、例えば、図5に示すように、マグネット41a,41bから放出された磁束B48a,B48bを一対の第1フラックスバリア部51a,51b同士の間に集めて流しやすくできる。そのため、磁束B48a,B48bが第1フラックスバリア部51a,51bよりも周方向外側に広がることを抑制できる。これにより、磁束B48a,B48bを磁極部70の周方向の中央部に好適に集めることができる。
以上のように、第1フラックスバリア部51a,51bによって、24次成分の磁束B24と48次成分の磁束B48とを周方向に分断しやすくできる。具体的には、24次成分の磁束B24を磁極部70の周方向の中央部よりも周方向外側に通しつつ、48次成分の磁束B48を磁極部70の周方向の中央部に通しやすくできる。そのため、24次成分の磁束B24と48次成分の磁束B48とがロータコア20内において重なり合うことを抑制でき、ロータコア20内において磁束が飽和することを抑制できる。これにより、意図しない磁束の流れを生じにくくでき、トルクリップルを低減できる。
ここで、上述した第1フラックスバリア部51a,51bによって得られる効果は、第1フラックスバリア部51a,51bのような形状のフラックスバリア部を単に設けるだけで得られるわけではない。例えば、図8に示す比較例の回転電機301におけるロータコア320のように、一対のフラックスバリア部351a,351bの全体が一対の仮想中心線IL6,IL7よりも周方向外側に位置する場合、上述した本実施形態のような効果は得られない。
図8に示すように、一対のフラックスバリア部351a,351bの形状は、例えば、本実施形態における一対の第1フラックスバリア部51a,51bの形状と同様である。一対のフラックスバリア部351a,351bの全体が一対の仮想中心線IL6,IL7よりも周方向外側に位置する場合、フラックスバリア部351a,351bが磁極中心線IL1から周方向外側に比較的遠く離れた位置に配置される。この場合、ティース66Dからロータコア320を介してティース66Aに流れる24次成分の磁束が、例えば、ロータコア320に流入した後にフラックスバリア部351aによって磁束B24cと磁束B24dとに分断される。磁束B24cは、フラックスバリア部351aの径方向内側を通る。磁束B24dは、フラックスバリア部351aの径方向外側を通る。磁束B24cと磁束B24dとは、ロータコア320内におけるフラックスバリア部351aよりも周方向内側の部分において合流し、ティース66Aへと流れる。この場合、合流した磁束B24c,B24dが周方向内側に広がりやすい。
また、一対のフラックスバリア部351a,351bの全体が一対の仮想中心線IL6,IL7よりも周方向外側に位置する場合、一対のフラックスバリア部351a,351b同士の周方向の間隔が比較的大きくなる。そのため、一対のマグネット41a,41bから放出された48次成分の磁束B48c,B48dが、一対のフラックスバリア部351a,351bによって磁極部70の周方向の中央部に集められにくく、周方向外側に広がりやすい。これにより、周方向外側に広がった磁束B48cが周方向内側に広がった磁束B24c,B24dとロータコア320内で重なり合いやすい。したがって、一対のフラックスバリア部351a,351bを設けても、磁束B24と磁束B48とが重なり合うことを抑制できず、上述した本実施形態におけるトルクリップルを抑制できる効果を得られない。
これに対して、本実施形態によれば、一対の第1フラックスバリア部51a,51bのそれぞれにおいて、周方向外縁部51c,51eの径方向外端部は、軸方向に見て、一対の仮想中心線IL6,IL7同士の周方向の間に位置する。そのため、一対の第1フラックスバリア部51a,51bを磁極中心線IL1に比較的近い周方向位置に配置できる。これにより、図4に示すように、ロータコア20内に流入した24次成分の磁束B24aが図8に示す磁束B24c,B24dのように分断されることを抑制できる。また、第1フラックスバリア部51aによって磁束B24aが磁極部70の周方向の中央部に広がることを抑制しつつ、周方向外縁部51cに沿って磁束B24aをティース66Aへと滑らかに導きやすい。
また、周方向外縁部51c,51eの径方向外端部が軸方向に見て一対の仮想中心線IL6,IL7同士の周方向の間に位置することで、一対の第1フラックスバリア部51a,51b同士の周方向の間隔を比較的小さくできる。そのため、図5に示すように、一対のマグネット41a,41bから放出されて一対の第1フラックスバリア部51a,51bの間を通る磁束B48a,B48bを磁極部70の周方向の中央部に好適に集めることができ、磁束B48a,B48bが周方向外側に広がることを抑制できる。これにより、24次成分の磁束B24と48次成分の磁束B48とがロータコア20内で重なり合うことを好適に抑制できる。したがって、トルクリップルを好適に低減できる。
以上のように、第1フラックスバリア部51a,51bを、単純に設けるだけでなく、周方向外縁部51c,51eが一対の仮想中心線IL6,IL7同士の周方向の間に位置する位置に設けることで、上述した本実施形態におけるトルクリップルを低減できる効果を得られる。
また、本実施形態によれば、一対の第1フラックスバリア部51a,51bのそれぞれは、周方向の縁部のうち他方の第1フラックスバリア部が位置する側に位置する周方向内縁部51d,51fを有する。一対の第1フラックスバリア部51a,51bのそれぞれにおいて、周方向内縁部51d,51fは、軸方向に見て、径方向内側から径方向外側に向かうに従って他方の第1フラックスバリア部へ近づく方向に沿って配置されている。そのため、48次成分の磁束B48a,B48bを、周方向内縁部51d,51fに沿って、周方向内側かつ径方向外側に案内しやすい。これにより、一対のマグネット41a,41bから放出された磁束B48a,B48bを磁極部70の周方向の中央部に好適に集めやすく、磁束B48a,B48bが周方向外側に広がることをより抑制できる。したがって、24次成分の磁束B24と48次成分の磁束B48とがロータコア20内で重なり合うことをより好適に抑制でき、トルクリップルをより好適に低減できる。
また、本実施形態によれば、ロータコア20は、第1フラックスバリア部51aにおける径方向外端部の径方向外側に位置する第2フラックスバリア部52aを有する。そのため、図4に示すように、第1フラックスバリア部51aと第2フラックスバリア部52aとによって、24次成分の磁束B24aが周方向内側に流れることをより好適に抑制しつつ、24次成分の磁束B24aを径方向外側に好適に案内できる。また、図5に示すように、一対の第1フラックスバリア部51a,51b同士の間を径方向外側に通過した48次成分の磁束B48a,B48bを、第2フラックスバリア部52aによって径方向外側に好適に案内できる。そのため、一対の第1フラックスバリア部51a,51b同士の間を径方向外側に通過した磁束B48a,B48bが周方向外側に広がることを抑制できる。以上により、24次成分の磁束B24と48次成分の磁束B48とがロータコア20内で重なり合うことをより好適に抑制でき、トルクリップルをより好適に低減できる。
また、本実施形態によれば、ロータコア20は、周方向に互いに間隔を空けて配置された一対の第2フラックスバリア部52a,52bを有する。一対の第2フラックスバリア部52a,52bは、一対の第1フラックスバリア部51a,51bにおける径方向外端部の径方向外側にそれぞれ位置する。そのため、第1フラックスバリア部51bの周方向外側から24次成分の磁束B24が流れてくる場合であっても、第1フラックスバリア部51bと第2フラックスバリア部52bとによって、磁束B24を周方向に好適に遮りつつ径方向外側に好適に案内できる。また、一対の第1フラックスバリア部51a,51b同士の間を径方向外側に通過した48次成分の磁束B48a,B48bを、一対の第2フラックスバリア部52a,52bによって径方向外側に、より好適に案内できる。そのため、一対の第1フラックスバリア部51a,51b同士の間を径方向外側に通過した磁束B48a,B48bが周方向外側に広がることをより抑制できる。以上により、24次成分の磁束B24と48次成分の磁束B48とがロータコア20内で重なり合うことをより好適に抑制でき、トルクリップルをより好適に低減できる。
ロータ10とステータ60との間を流れる磁束は、例えば、図4に示す磁束BR1,BR2の成分を含む場合がある。磁束BR1,BR2は、マグネット41a,41bの磁束によらず、ステータ60に電力が供給されることによってロータ10とステータ60との間に流れる磁束である。磁束BR1,BR2によって、いわゆるリラクタンストルクが生じる。図4に示すように、磁束BR1,BR2は、ロータコア20内を径方向内側に凹となる円弧状に流れて、異なるティース63同士の間に流れる。磁束BR1は、例えば、ティース66Bからロータコア20を介してティース66Cに流れる。磁束BR2は、例えば、ティース66Dからロータコア20を介してティース66Eに流れる。仮に、このような磁束BR1,BR2が遮られると、リラクタンストルクが低下して、回転電機1のトルクが低下する虞がある。
これに対して、本実施形態によれば、第1フラックスバリア部51a,51bと第2フラックスバリア部52a,52bとは、径方向に間隔を空けて配置されている。そのため、図4に示すように、磁束BR1を、第1フラックスバリア部51aと第2フラックスバリア部52aとの径方向の間、および第1フラックスバリア部51bと第2フラックスバリア部52bとの径方向の間を通過させて、ロータコア20内に好適に流すことができる。これにより、磁束BR1が遮られにくくでき、リラクタンストルクが低下することを抑制できる。したがって、回転電機1のトルクが低下することを抑制できる。また、磁束BR1が遮られることを抑制できるため、磁束BR1が第1フラックスバリア部51aおよび第2フラックスバリア部52aの周方向外側(+θ側)において磁束B24aと重なることを抑制できる。そのため、ロータコア20内において磁束の飽和が生じることをより好適に抑制でき、トルクリップルをより好適に低減できる。
なお、第1フラックスバリア部51a,51bと第2フラックスバリア部52a,52bとの径方向の間を通過する磁束は、上述したリラクタンストルクを生じさせる磁束BR1だけに限られない。例えば、24次および48次以外の他の次数成分の磁束が、第1フラックスバリア部51a,51bと第2フラックスバリア部52a,52bとの径方向の間を通過する場合もある。この場合においても、他の次数成分の磁束に起因して生じるトルクが低減することを抑制できる。また、他の次数成分の磁束が遮られることを抑制できることで、他の次数成分の磁束が24次成分の磁束B24aと重なることも抑制できる。そのため、トルクリップルをより好適に低減できる。
また、本実施形態によれば、一対の第1フラックスバリア部51a,51bは、一対のマグネット41a,41bの径方向外側にそれぞれ位置する。そのため、一対のマグネット41a,41bから放出される磁束B48a,B48bを、一対の第1フラックスバリア部51a,51b同士の間に流しやすくできる。これにより、磁束B48a,B48bが周方向外側に広がることをより抑制できる。したがって、トルクリップルをより好適に低減できる。
また、本実施形態によれば、一対の第1フラックスバリア部51a,51bの径方向内端部と一対のマグネット41a,41bとの間の径方向の距離L2は、一対の第1フラックスバリア部51a,51bの径方向内端部とロータコア20の外周面との間の径方向の距離L1の半分以上である。そのため、一対の第1フラックスバリア部51a,51bの径方向内端部と一対のマグネット41a,41bとの間の径方向の距離L2を比較的大きくできる。これにより、図4に示すように、上述したリラクタンストルクを生じさせる磁束BR2を、第1フラックスバリア部51aとマグネット41aとの径方向の間、および第1フラックスバリア部51bとマグネット41bとの径方向の間を通過させて、ロータコア20内に好適に流すことができる。これにより、磁束BR2が遮られにくくでき、リラクタンストルクが低下することをより抑制できる。したがって、回転電機1のトルクが低下することをより抑制できる。
また、本実施形態によれば、一対の第1フラックスバリア部51a,51b同士の間の周方向中心位置は、一対のマグネット41a,41b同士の間の周方向中心位置と同じである。そのため、一対のマグネット41a,41bから放出される磁束B48a,B48bを、一対の第1フラックスバリア部51a,51b同士の間に、より好適に流しやすくできる。これにより、磁束B48a,B48bが周方向外側に広がることをより好適に抑制できる。したがって、トルクリップルをより好適に低減できる。
また、本実施形態によれば、ロータコア20は、ロータコア20の外周面から径方向内側に窪む凹部22aを有する。凹部22aの少なくとも一部は、第1フラックスバリア部51aの径方向外側に位置する。そのため、図4に示すように、凹部22aによって、24次成分の磁束B24aと磁束B24bとを周方向に好適に分けることができる。つまり、磁束B24aが周方向外側に広がって、磁束B24bと重なることを抑制できる。また、磁束B24bが周方向内側に広がって、磁束B24aと重なることを抑制できる。これにより、24次成分の磁束B24が局所的に集中することを抑制でき、磁束B24の飽和が生じることを抑制できる。したがって、トルクリップルをより好適に低減できる。
また、本実施形態によれば、凹部22aは、第1フラックスバリア部51aの径方向内端部の径方向外側に位置する。そのため、第1フラックスバリア部51aと凹部22aとの径方向の間を境界として、磁束B24aと磁束B24bとを好適に周方向に分けやすい。これにより、磁束B24aと磁束B24bとが重なり合うことをより好適に抑制できる。したがって、磁束B24の飽和が生じることをより好適に抑制でき、トルクリップルをより好適に低減できる。
上述した凹部22aが設けられることによって得られる効果は、凹部22bによっても同様に得られる。本実施形態では、一対の凹部22a,22bが設けられることで、トルクリップルをより好適に低減できる。
また、本実施形態によれば、一対の第1フラックスバリア部51a,51bは、軸方向に見て、径方向内側から径方向外側に向かうに従って互いに周方向に近づく方向に延びるスリット状である。そのため、第1フラックスバリア部51a,51bの周方向外縁部51c,51eおよび周方向内縁部51d,51fの両方を、軸方向に見て、径方向内側から径方向外側に向かうに従って互いに周方向に近づく方向に延びる形状とできる。これにより、上述したようにして、周方向外縁部51c,51eおよび周方向内縁部51d,51fに沿って、磁束B24,B48を好適に案内できる。したがって、トルクリップルをより好適に低減できる。
また、本実施形態によれば、回転電機1は、三相交流式の回転電機であって、極数をNとしたとき、スロット数がN×6となる。このような回転電機1においては、ロータ10とステータ60との間を流れる磁束が、上述した24次成分の磁束B24のようなN×3次の磁束成分、上述した48次成分の磁束B48のようなN×6次の磁束成分を含む。例えば、N=10の場合、すなわち回転電機1が10極60スロットの回転電機である場合、ロータ10とステータ60との間を流れる磁束は、10×3次、すなわち30次の磁束成分と、10×6次、すなわち60次の磁束成分と、を含む。このような場合、第1フラックスバリア部51a,51bを設けることで、上述した24次成分の磁束B24および48次成分の磁束B48と同様に、N×3次の磁束成分およびN×6次の磁束成分に起因するトルクリップルを低減できる。そのため、第1フラックスバリア部51a,51bを設けることで、極数がNでスロット数がN×6の回転電機1において、上述したトルクリップルを低減できる効果を好適に得やすい。
また、本実施形態によれば、コイル65は、分布巻き、かつ、全節巻きされている。このようにコイル65が巻かれた回転電機1においては、ロータ10とステータ60との間を流れる磁束が、上述した24次成分の磁束B24のようなN×3次の磁束成分、上述した48次成分の磁束B48のようなN×6次の磁束成分を含む。このような場合、第1フラックスバリア部51a,51bを設けることで、上述した24次成分の磁束B24および48次成分の磁束B48と同様に、N×3次の磁束成分およびN×6次の磁束成分に起因するトルクリップルを低減できる。そのため、第1フラックスバリア部51a,51bを設けることで、極数がNでスロット数がN×6の回転電機1において、上述したトルクリップルを低減できる効果を好適に得やすい。
<第2実施形態>
図6に示すように、本実施形態の回転電機101のロータコア120において、一対の第1フラックスバリア部151a,151bは、軸方向に見て、略三角形状である。第1フラックスバリア部151aは、例えば、第1フラックスバリア部151bの周方向一方側(+θ側)に位置する。第1フラックスバリア部151aと第1フラックスバリア部151bとは、例えば、軸方向に見て、磁極中心線IL1に対して線対称に配置されている。以下、磁極中心線IL1に対して線対称である点を除いて第1フラックスバリア部151aと同様の構成については、第1フラックスバリア部151bについての説明を省略する場合がある。
第1フラックスバリア部151aの周方向の寸法は、例えば、径方向内側から径方向外側に向かうに従って小さくなっている。第1フラックスバリア部151aの周方向外縁部151cは、第1実施形態の周方向外縁部51cと同様である。第1フラックスバリア部151aの周方向内縁部151dは、例えば、軸方向に見て、径方向に対して斜めに傾いた方向に直線状に延びている。軸方向に見て、周方向内縁部151dが延びる方向は、例えば、周方向外縁部151cが延びる方向と異なっている。周方向内縁部151dの径方向に対する傾きは、例えば、周方向外縁部151cの径方向に対する傾きよりも小さい。周方向内縁部151dは、径方向内側から径方向外側に向かうに従って周方向内側(-θ側)に位置する。周方向外縁部151cと周方向内縁部151dとは、径方向内側から径方向外側に向かうに従って、互いに周方向に近づく。周方向内縁部151dの径方向外端部は、周方向外縁部151cの径方向外端部と繋がっている。周方向内縁部151dの径方向外端部と周方向外縁部151cの径方向外端部との接続部分は、例えば、径方向外側に凸となる円弧状である。
第1フラックスバリア部151aは、径方向内縁部151gを有する。径方向内縁部151gは、周方向外縁部151cの径方向内端部と周方向内縁部151dの径方向内端部とを繋いでいる。径方向内縁部151gは、例えば、軸方向に見て、周方向に対して斜めに傾いた方向に直線状に延びている。径方向内縁部151gの周方向外側(+θ側)の端部は、周方向外縁部151cの径方向内端部と繋がっている。径方向内縁部151gの周方向外側の端部と周方向外縁部151cの径方向内端部との接続部分は、例えば、周方向外側に凸となる円弧状である。径方向内縁部151gの周方向内側(-θ側)の端部は、例えば、周方向内縁部151dの径方向内端部に対して、直角に繋がっている。
第1フラックスバリア部151bは、周方向外縁部151eと、周方向内縁部151fと、径方向内縁部151hと、を有する。一対の第1フラックスバリア部151a,151bの形状が上述したような形状であっても、第1実施形態と同様にして、トルクリップルを低減できる。回転電機101のその他の構成は、上述した第1実施形態の回転電機1のその他の構成と同様にできる。
<第3実施形態>
図7に示すように、本実施形態の回転電機201のロータコア220において、第1フラックスバリア部251aは、複数のフラックスバリアピース部251pによって構成されている。第1フラックスバリア部251bは、複数のフラックスバリアピース部251qによって構成されている。複数のフラックスバリアピース部251pは、例えば、軸方向に見て、仮想線IL4で示す第1実施形態の第1フラックスバリア部51aが延びる方向に沿って、互いに間隔を空けて並んでいる。径方向外側に位置するフラックスバリアピース部251pほど、周方向内側(-θ側)に位置する。複数のフラックスバリアピース部251qは、軸方向に見て、仮想線IL5で示す第1実施形態の第1フラックスバリア部51bが延びる方向に沿って、互いに間隔を空けて並んでいる。径方向外側に位置するフラックスバリアピース部251qほど、周方向内側(+θ側)に位置する。
フラックスバリアピース部251pおよびフラックスバリアピース部251qは、例えば、ロータコア220を軸方向に貫通する孔によって作られた空隙部である。フラックスバリアピース部251pおよびフラックスバリアピース部251qは、例えば、4つずつ設けられている。フラックスバリアピース部251pは、例えば、軸方向に見て、仮想線IL4と平行な辺を有する正方形状である。フラックスバリアピース部251qは、例えば、軸方向に見て、仮想線IL5と平行な辺を有する正方形状である。
第1フラックスバリア部251aの周方向外縁部は、複数のフラックスバリアピース部251pの周方向外縁部によって構成されている。第1フラックスバリア部251aの周方向外縁部における径方向内端部は、複数のフラックスバリアピース部251pのうち最も径方向内側に配置されたフラックスバリアピース部251pの周方向外縁部である。第1フラックスバリア部251aの周方向外縁部における径方向外端部は、複数のフラックスバリアピース部251pのうち最も径方向外側に配置されたフラックスバリアピース部251pの周方向外縁部である。最も径方向外側に配置されたフラックスバリアピース部251pの周方向外縁部における周方向位置は、最も径方向内側に配置されたフラックスバリアピース部251pの周方向外縁部における周方向位置よりも、周方向のうち第1フラックスバリア部251aを基準として第1フラックスバリア部251bが位置する側(-θ側)の位置となっている。
第1フラックスバリア部251bの周方向外縁部は、磁極中心線IL1に対して線対称である点を除いて、第1フラックスバリア部251aの周方向外縁部と同様である。これにより、一対の第1フラックスバリア部251a,251bのそれぞれにおいて、周方向外縁部は、軸方向に見て、径方向内側から径方向外側に向かうに従って他方の第1フラックスバリア部へ近づく方向に沿って配置されている。一対の第1フラックスバリア部251a,251bの周方向外縁部がこのように配置されることで、第1フラックスバリア部251a,251bが複数のフラックスバリアピース部251p,251qで構成されていても、第1実施形態と同様に磁束B24aを径方向外側に好適に案内できる。したがって、トルクリップルを低減できる。
また、本実施形態によれば、一対の第1フラックスバリア部251a,251bは、軸方向に見て、径方向内側から径方向外側に向かうに従って互いに周方向に近づく方向に複数のフラックスバリアピース部251p,251qが間隔を空けて並んで構成されている。そのため、隣り合うフラックスバリアピース部251p同士の間および隣り合うフラックスバリアピース部251q同士の間に、例えば、24次および48次以外の次数成分の磁束、およびリラクタンストルクを生じさせる磁束BR2等を流すことができる。これにより、回転電機201のトルクが低下することを抑制しつつ、トルクリップルをより好適に低減できる。
複数のフラックスバリアピース部251pのうち最も径方向内側に位置するフラックスバリアピース部251pは、例えば、軸方向に見て、仮想中心線IL6と重なっている。最も径方向内側に位置するフラックスバリアピース部251pの一部は、仮想中心線IL6よりも周方向外側(+θ側)に位置する。複数のフラックスバリアピース部251qのうち最も径方向内側に位置するフラックスバリアピース部251qは、例えば、軸方向に見て、仮想中心線IL7と重なっている。最も径方向内側に位置するフラックスバリアピース部251qの一部は、仮想中心線IL7よりも周方向外側(-θ側)に位置する。
このように、本実施形態においては、一対の第1フラックスバリア部251a,251bの一部が一対の仮想中心線IL6,IL7同士の周方向の間よりも周方向外側に位置する。この場合であっても、一対の第1フラックスバリア部251a,251bのそれぞれにおいて、周方向外縁部の径方向外端部が、軸方向に見て、一対の仮想中心線IL6,IL7同士の周方向の間に位置するならば、第1実施形態と同様にして、トルクリップルを低減できる。なお、回転電機201のその他の構成は、上述した各実施形態の回転電機のその他の構成と同様にできる。
本発明は上述の実施形態に限られず、本発明の技術的思想の範囲内において、他の構成を採用することもできる。一対の仮想中心線は、軸方向に見て、ロータコア上で交差してもよい。例えば、上述した第1実施形態において、マグネット41a,41bの開き角度φ1が図3に示すよりも小さく、仮想中心線IL6,IL7同士がロータコア20上で交差してもよい。この場合、仮想中心線IL6,IL7は、ロータコア20の外周面より径方向内側で交差して、ロータコア20の外周面まで延びてもよい。この場合、仮想中心線IL6,IL7同士が交差した点よりも径方向外側においては、仮想中心線IL6が仮想中心線IL7よりも周方向他方側(-θ側)に位置する。この場合、仮想中心線IL6,IL7同士の周方向の間とは、仮想中心線IL6,IL7同士が交差した点より径方向外側における仮想中心線IL6,IL7同士の周方向の間も含む。
一対の第1フラックスバリア部は、周方向外縁部が、軸方向に見て、径方向内側から径方向外側に向かうに従って他方の第1フラックスバリア部へ近づく方向に沿って配置されているならば、どのような形状であってもよい。第1フラックスバリア部が穴によって構成される場合、穴は底部を有する穴であってもよい。第1フラックスバリア部は、ロータコアに設けられた穴内に樹脂等の非磁性体が配置されて構成されてもよい。一対の第1フラックスバリア部は、互いに非線対称な形状であってもよい。
一対の第1フラックスバリア部は、周方向外縁部の径方向外端部が、軸方向に見て、一対のマグネットにおける延びる方向の中心をそれぞれ通りロータコアの外周面まで延びる一対の仮想中心線同士の周方向の間に位置するならば、どのような位置に配置されてもよい。例えば、第1フラックスバリア部のうち半分以上の部分が、軸方向に見て、一対の仮想中心線同士の周方向の間より外側に配置されてもよい。
第1フラックスバリア部の径方向内端部とマグネットとの間の径方向の距離は、特に限定されない。第1フラックスバリア部の径方向内端部は、マグネットの径方向外側に隣接してもよい。第1フラックスバリア部は、マグネットの径方向外側に位置しなくてもよい。例えば、上述した第1実施形態において、一対のマグネット41a,41bが図3に示すよりも互いに周方向に離れて、一対の第1フラックスバリア部51a,51bが一対のマグネット41a,41bよりも周方向内側に位置してもよい。一対の第1フラックスバリア部同士の間の周方向中心位置は、一対のマグネット同士の間の周方向中心位置に対してずれていてもよい。
第2フラックスバリア部は、一対の第1フラックスバリア部のうち一方の第1フラックスバリア部の径方向外端部の径方向外側にのみ設けられていてもよい。例えば、上述した第1実施形態において、一対の第2フラックスバリア部52a,52bは、いずれか一方のみが設けられていてもよい。第2フラックスバリア部の形状は、特に限定されない。第2フラックスバリア部は、例えば、円形状であってもよいし、径方向に延びるスリット形状であってもよい。第2フラックスバリア部は、第1フラックスバリア部に隣接して配置されてもよい。第2フラックスバリア部は、設けられなくてもよい。
ロータコアに設けられた凹部の形状は、特に限定されない。凹部の数は、特に限定されない。例えば、上述した第1実施形態の各磁極部70において、凹部22a,22bはいずれか一方のみが設けられていてもよいし、凹部22a,22bは3つ以上設けられていてもよい。凹部は、設けられていなくてもよい。
本発明が適用される回転電機は、モータに限られず、発電機であってもよい。この場合、回転電機は、三相交流式の発電機であってもよい。回転電機の用途は、特に限定されない。回転電機は、例えば、車両に搭載されてもよいし、車両以外の機器に搭載されてもよい。回転電機の極数およびスロット数は、特に限定されない。回転電機においてコイルはどのような巻き方で構成されていてもよい。以上、本明細書において説明した構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。
1,101,201…回転電機、10…ロータ、20,120,220,320…ロータコア、22a,22b…凹部、30,31a,31b…収容穴、40,41a,41b…マグネット、51a,51b,151a,151b,251a,251b…第1フラックスバリア部、51c,51e,151c,151e…周方向外縁部、51d,51f,151d,151f…周方向内縁部、52a,52b…第2フラックスバリア部、60…ステータ、251p,251q…フラックスバリアピース部、IL6,IL7…仮想中心線、J…中心軸

Claims (12)

  1. 中心軸を中心として回転可能なロータと、
    前記ロータと隙間を介して対向するステータと、
    を備え、
    前記ロータは、
    複数の収容穴を有するロータコアと、
    前記複数の収容穴の内部にそれぞれ収容された複数のマグネットと、
    を有し、
    前記複数のマグネットは、周方向に互いに間隔を空けて配置された一対のマグネットを含み、
    前記一対のマグネットは、軸方向に見て、径方向内側から径方向外側に向かうに従って互いに周方向に離れる方向に延び、
    前記ロータコアは、周方向に互いに間隔を空けて配置された一対の第1フラックスバリア部を有し、
    前記一対の第1フラックスバリア部のそれぞれは、周方向の縁部のうち他方の第1フラックスバリア部が位置する側と逆側に位置する周方向外縁部を有し、かつ、前記ロータコアのうち前記一対のマグネットの各径方向内端部よりも径方向外側に位置する部分に設けられ、
    前記一対の第1フラックスバリア部のそれぞれにおいて、前記周方向外縁部は、軸方向に見て、径方向内側から径方向外側に向かうに従って他方の第1フラックスバリア部へ近づく方向に沿って配置され、
    前記一対の第1フラックスバリア部のそれぞれにおいて、前記周方向外縁部の径方向外端部は、軸方向に見て、前記一対のマグネットにおける延びる方向の中心をそれぞれ通り前記ロータコアの外周面まで延びる一対の仮想中心線同士の周方向の間に位置する、回転電機。
  2. 前記一対の第1フラックスバリア部のそれぞれは、周方向の縁部のうち他方の第1フラックスバリア部が位置する側に位置する周方向内縁部を有し、
    前記一対の第1フラックスバリア部のそれぞれにおいて、前記周方向内縁部は、軸方向に見て、径方向内側から径方向外側に向かうに従って他方の第1フラックスバリア部へ近づく方向に沿って配置されている、請求項1に記載の回転電機。
  3. 前記ロータコアは、前記第1フラックスバリア部における径方向外端部の径方向外側に位置する第2フラックスバリア部を有する、請求項1または2に記載の回転電機。
  4. 前記ロータコアは、周方向に互いに間隔を空けて配置された一対の前記第2フラックスバリア部を有し、
    前記一対の第2フラックスバリア部は、前記一対の第1フラックスバリア部における径方向外端部の径方向外側にそれぞれ位置する、請求項3に記載の回転電機。
  5. 前記第1フラックスバリア部と前記第2フラックスバリア部とは、径方向に間隔を空けて配置されている、請求項3または4に記載の回転電機。
  6. 前記一対の第1フラックスバリア部は、前記一対のマグネットの径方向外側にそれぞれ位置する、請求項1から5のいずれか一項に記載の回転電機。
  7. 前記一対の第1フラックスバリア部の径方向内端部と前記一対のマグネットとの間の径方向の距離は、前記一対の第1フラックスバリア部の径方向内端部と前記ロータコアの外周面との間の径方向の距離の半分以上である、請求項6に記載の回転電機。
  8. 前記一対の第1フラックスバリア部同士の間の周方向中心位置は、前記一対のマグネット同士の間の周方向中心位置と同じである、請求項1から7のいずれか一項に記載の回転電機。
  9. 前記ロータコアは、前記ロータコアの外周面から径方向内側に窪む凹部を有し、
    前記凹部の少なくとも一部は、前記第1フラックスバリア部の径方向外側に位置する、請求項1から8のいずれか一項に記載の回転電機。
  10. 前記凹部は、前記第1フラックスバリア部の径方向内端部の径方向外側に位置する、請求項9に記載の回転電機。
  11. 前記一対の第1フラックスバリア部は、軸方向に見て、径方向内側から径方向外側に向かうに従って互いに周方向に近づく方向に延びるスリット状である、請求項1から10のいずれか一項に記載の回転電機。
  12. 前記一対の第1フラックスバリア部は、軸方向に見て、径方向内側から径方向外側に向かうに従って互いに周方向に近づく方向に複数のフラックスバリアピース部が間隔を空けて並んで構成されている、請求項1から10のいずれか一項に記載の回転電機。
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