JP2022047760A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】平均トルクの低下を抑えながら振動を抑制できる回転電機を提供する。【解決手段】複数のマグネットを有するロータ１０と、環状のコアバック６２、およびコアバック６２から径方向内側に延び周方向に間隔を空けて並んで配置された複数のティース６３を有するステータとを備える。複数のマグネットは、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る一対の第１マグネット４１ａ，４１ｂと、一対の第１マグネット４１ａ，４１ｂ同士の間の周方向位置に配置され、軸方向に見て径方向と直交する方向に延びる第２マグネット４２と、を含む。コアバック６２は、軸方向に貫通する穴部８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ，８０Ｄ，８０Ｅ，８０Ｆを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機に関する。

ロータおよびステータを有する回転電機においては、低振動・低騒音化が要求されている。そのため、モータを励振するロータとステータと間に働く電磁加振力への寄与度が高いエアギャップ近傍の形状を変更する技術として、例えば、周方向を向くティースの側面に、軸方向に沿って延びる溝を設けること（特許文献１）、固定子における突極の永久磁石と対向する面に補助溝を設けること（特許文献２）、ティースの先端のアンブレラ部の一部をカットして除去すること（特許文献３）が開示されている。

特許第４１１４３７２号公報 特許第４７１８５８０号公報 特許第３３０１９８１号公報

エアギャップ近傍の形状変更は、電磁加振力への寄与度も高いが、平均トルクへの寄与も高く、平均トルクが大きく低下する場合もあった。また、３つの永久磁石が∇形状に配置された回転電機が開発されている。この種の回転電機においても、平均トルクの低下を抑えながら振動を抑制できる技術が求められていた。

本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、平均トルクの低下を抑えながら振動を抑制できる回転電機を提供することを目的とする。

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、前記ロータの径方向外側に位置するステータと、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、前記ステータは、前記ロータコアを囲む環状のコアバック、および前記コアバックから径方向内側に延び周方向に間隔を空けて並んで配置された複数のティースを有するステータコアと、前記ステータコアに取り付けられた複数のコイルと、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、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る一対の第１マグネットと、前記一対の第１マグネットの径方向内端部よりも径方向外側において前記一対の第１マグネット同士の間の周方向位置に配置され、軸方向に見て径方向と直交する方向に延びる第２マグネットと、を含み、前記コアバックは、軸方向に貫通する穴部を有する。

本発明の一つの態様によれば、平均トルクの低下を抑えながら振動を抑制できる回転電機を提供することができる。

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、電気角次数と振幅との関係を示すグラフである。 図５は、ステータコアにおける主磁束の流れを示す図である。 図６は、ステータコアにおける高調波磁束の流れを示す図である。 図７は、穴部の有無によるトルクの変化を示すグラフである。 図８は、穴部の有無によるトルクリップルの変化を示すグラフである。 図９は、第２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。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る回転電機について説明する。なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。

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。

［回転電機１の第１実施形態］
図１に示すように、第１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。コアバック６２は、複数の穴部８０を有する。

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６７の数は、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、図５～図６においては、コイル６５の図示を省略している。図２～図３、図５～図６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、一対の第１収容穴３１ａ，３１ｂと、第２収容穴３２と、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、一対の第１マグネット４１ａ，４１ｂと、第２マグネット４２と、を含む。一対の第１マグネット４１ａ，４１ｂと、第２マグネット４２とは極を構成する。

本実施形態において一対の第１収容穴３１ａ，３１ｂと一対の第１マグネット４１ａ，４１ｂと第２収容穴３２と第２マグネット４２とは、周方向に間隔を空けて複数ずつ設けられている。一対の第１収容穴３１ａ，３１ｂと一対の第１マグネット４１ａ，４１ｂと第２収容穴３２と第２マグネット４２とは、例えば、８つずつ設けられている。

ロータ１０は、一対の第１収容穴３１ａ，３１ｂと一対の第１マグネット４１ａ，４１ｂと第２収容穴３２と第２マグネット４２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、一対の第１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。第１収容穴３１ａは、例えば、第１収容穴３１ｂの周方向一方側（＋θ側）に位置する。第１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。一対の第１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、第１収容穴３１ａと第１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。第１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。第１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。第１収容穴３１ａ，３１ｂの径方向外側の端部は、ロータコア２０の径方向外周縁部に位置する。

第１収容穴３１ａと第１収容穴３１ｂとは、例えば、軸方向に見て、ｄ軸を構成する図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。第１収容穴３１ａと第１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第１収容穴３１ａと同様の構成については、第１収容穴３１ｂについての説明を省略する場合がある。

第１収容穴３１ａは、第１直線部３１ｃと、内端部３１ｄと、外端部３１ｅと、を有する。第１直線部３１ｃは、軸方向に見て、第１収容穴３１ａが延びる方向に直線状に延びている。第１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、第１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、第１収容穴３１ａの径方向内側の端部である。外端部３１ｅは、第１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、第１収容穴３１ａの径方向外側の端部である。第１収容穴３１ｂは、第１直線部３１ｆと、内端部３１ｇと、外端部３１ｈと、を有する。

第２収容穴３２は、一対の第１収容穴３１ａ，３１ｂの径方向外側の端部同士の周方向の間に位置する。つまり、本実施形態において第２収容穴３２は、外端部３１ｅと外端部３１ｈとの周方向の間に位置する。第２収容穴３２は、例えば、軸方向に見て、径方向と直交する方向に略直線状に延びている。第２収容穴３２は、例えば、軸方向に見て、磁極中心線ＩＬ１と直交する方向に延びている。一対の第１収容穴３１ａ，３１ｂと第２収容穴３２とは、例えば、軸方向に見て、∇形状に沿って配置されている。

なお、本明細書において「或る対象が或る方向と直交する方向に延びる」とは、或る対象が、或る方向と厳密に直交する方向に延びる場合に加えて、或る対象が、或る方向と略直交する方向に延びる場合も含む。「或る方向と略直交する方向」とは、例えば、製造時の公差等によって、或る方向と厳密に直交する方向に対して数度［°］程度の範囲内で傾いた方向を含む。

軸方向に見て、第２収容穴３２の周方向の中心には、例えば、磁極中心線ＩＬ１が通っている。つまり、第２収容穴３２の周方向中心の周方向位置は、例えば、磁極部７０の周方向中心の周方向位置と一致している。第２収容穴３２の軸方向に見た形状は、例えば、磁極中心線ＩＬ１に対して線対称な形状である。第２収容穴３２は、ロータコア２０の径方向外周縁部に位置する。

第２収容穴３２は、第２直線部３２ａと、一端部３２ｂと、他端部３２ｃと、を有する。第２直線部３２ａは、軸方向に見て、第２収容穴３２が延びる方向に直線状に延びている。第２直線部３２ａは、例えば、軸方向に見て長方形状である。一端部３２ｂは、第２直線部３２ａの周方向一方側（＋θ側）の端部に繋がっている。一端部３２ｂは、第２収容穴３２の周方向一方側の端部である。一端部３２ｂは、第１収容穴３１ａにおける外端部３１ｅの周方向他方側（－θ側）に間隔を空けて配置されている。他端部３２ｃは、第２直線部３２ａの周方向他方側（－θ側）の端部に繋がっている。他端部３２ｃは、第２収容穴３２の周方向他方側の端部である。他端部３２ｃは、第１収容穴３１ｂにおける外端部３１ｈの周方向一方側に間隔を空けて配置されている。

一対の第１マグネット４１ａ，４１ｂは、一対の第１収容穴３１ａ，３１ｂの内部にそれぞれ収容されている。第１マグネット４１ａは、第１収容穴３１ａの内部に収容されている。第１マグネット４１ｂは、第１収容穴３１ｂの内部に収容されている。一対の第１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、第１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、第１マグネット４１ａ，４１ｂは、例えば、第１収容穴３１ａ，３１ｂ内の軸方向の全体に亘って設けられている。一対の第１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。第１マグネット４１ａは、例えば、第１マグネット４１ｂの周方向一方側（＋θ側）に位置する。

第１マグネット４１ａは、軸方向に見て第１収容穴３１ａに沿って延びている。第１マグネット４１ｂは、軸方向に見て第１収容穴３１ｂに沿って延びている。第１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。一対の第１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、第１マグネット４１ａと第１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。

第１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。第１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。第１マグネット４１ａと第１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。第１マグネット４１ａと第１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第１マグネット４１ａと同様の構成については、第１マグネット４１ｂについての説明を省略する場合がある。

第１マグネット４１ａは、第１収容穴３１ａ内に嵌め合わされている。より詳細には、第１マグネット４１ａは、第１直線部３１ｃ内に嵌め合わされている。第１マグネット４１ａの側面のうち、第１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、第１直線部３１ｃの内側面とそれぞれ接触している。軸方向に見て第１直線部３１ｃが延びる方向において、第１マグネット４１ａの長さは、例えば、第１直線部３１ｃの長さと同じである。

軸方向に見て、第１マグネット４１ａの延伸方向の両端部は、第１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、第１マグネット４１ａが延びる方向において第１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１フラックスバリア部５１ａを構成している。外端部３１ｅは、第１フラックスバリア部５１ｂを構成している。つまり、ロータコア２０は、軸方向に見て、第１マグネット４１ａが延びる方向において第１マグネット４１ａを挟んで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。ロータコア２０は、軸方向に見て、第１マグネット４１ｂが延びる方向において第１マグネット４１ｂを挟んで配置された一対の第１フラックスバリア部５１ｃ，５１ｄを有する。

このように、ロータコア２０は、軸方向に見て、各第１マグネット４１ａ，４１ｂが延びる方向において各第１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１フラックスバリア部５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄを有する。第１フラックスバリア部５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ、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。

第２マグネット４２は、第２収容穴３２の内部に収容されている。第２マグネット４２は、一対の第１マグネット４１ａ，４１ｂの径方向内端部よりも径方向外側において一対の第１マグネット４１ａ，４１ｂ同士の間の周方向位置に配置されている。第２マグネット４２は、軸方向に見て第２収容穴３２に沿って延びている。第２マグネット４２は、軸方向に見て径方向と直交する方向に延びている。一対の第１マグネット４１ａ，４１ｂと第２マグネット４２とは、例えば、軸方向に見て、∇形状に沿って配置されている。

なお、本明細書において「第２マグネットが一対の第１マグネット同士の間の周方向位置に配置されている」とは、第２マグネットの周方向位置が一対の第１マグネット同士の間の周方向位置に含まれていればよく、第１マグネットに対する第２マグネットの径方向位置は特に限定されない。

第２マグネット４２の軸方向に見た形状は、例えば、磁極中心線ＩＬ１に対して線対称な形状である。第２マグネット４２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、第２マグネット４２は、例えば、直方体状である。図示は省略するが、第２マグネット４２は、例えば、第２収容穴３２内の軸方向の全体に亘って設けられている。第２マグネット４２の径方向内側部分は、例えば、一対の第１マグネット４１ａ，４１ｂの径方向外端部同士の周方向の間に位置する。第２マグネット４２の径方向外側部分は、例えば、一対の第１マグネット４１ａ，４１ｂよりも径方向外側に位置する。

第２マグネット４２は、第２収容穴３２内に嵌め合わされている。より詳細には、第２マグネット４２は、第２直線部３２ａ内に嵌め合わされている。第２マグネット４２の側面のうち、第２直線部３２ａが延びる方向と直交する径方向における両側面は、例えば、第２直線部３２ａの内側面とそれぞれ接触している。軸方向に見て第２直線部３２ａが延びる方向において、第２マグネット４２の長さは、例えば、第２直線部３２ａの長さと同じである。

軸方向に見て、第２マグネット４２の延伸方向の両端部は、第２収容穴３２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、第２マグネット４２が延びる方向において第２マグネット４２の両側には、一端部３２ｂと他端部３２ｃ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一端部３２ｂは、第２フラックスバリア部５２ａを構成している。他端部３２ｃは、第２フラックスバリア部５２ｂを構成している。つまり、ロータコア２０は、軸方向に見て、第２マグネット４２が延びる方向において第２マグネット４２挟んで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および第２マグネット４２は、第１マグネット４１ａを挟む一対の第１フラックスバリア部５１ａ，５１ｂのうち径方向外側に位置する第１フラックスバリア部５１ｂと、第１マグネット４１ｂを挟む一対の第１フラックスバリア部５１ｃ，５１ｄのうち径方向外側に位置する第１フラックスバリア部５１ｄとの周方向の間に位置する。

第１マグネット４１ａの磁極は、軸方向に見て第１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。第１マグネット４１ｂの磁極は、軸方向に見て第１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。第２マグネット４２の磁極は、径方向に沿って配置されている。

第１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第１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第２マグネット４２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。第１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第１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第２マグネット４２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、第１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第１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第２マグネット４２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、第１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第１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第２マグネット４２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、第１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第１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第２マグネット４２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、第１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第１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第２マグネット４２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。

第２マグネット４２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（以下では、単に「或る状態」と称する）において、周方向中心が第２マグネット４２の周方向中心と同じ周方向に位置に配置されたティース６３を、ティース６６Ａと呼ぶ。図２～図３は、当該或る状態の一例を示している。つまり、図２～図３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～図３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。また、本明細書において「或る状態」は、「ティースの一つ６６Ａの周方向の中心位置がｄ軸である磁極中心線ＩＬ１と一致している」状態である。

図２～図３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。

ステータコア６１は、スロット６７と穴部８０とを有している。図３に示すように、スロット６７は、ティース６６Ａの周方向一方側（＋θ側）に位置するスロット６７Ａと、ティース６６Ａの周方向他方側（－θ側）に位置するスロット６７Ｂと、ティース６６Ｂの周方向一方側に位置するスロット６７Ｃと、ティース６６Ｃの周方向他方側に位置するスロット６７Ｄと、ティース６６Ｄの周方向一方側に位置するスロット６７Ｅと、ティース６６Ｅの周方向他方側に位置するスロット６７Ｆとを含む。

穴部８０は、コアバック６２に設けられている。穴部８０は、ティース６３の径方向の外側に位置する。穴部８０は、周方向に間隔をあけて複数設けられている。穴部８０は、スロット６７Ａの径方向の外側に位置する穴部８０Ａと、スロット６７Ｂの径方向の外側に位置する穴部８０Ｂと、スロット６７Ｃの径方向の外側に位置する穴部８０Ｃと、スロット６７Ｄの径方向の外側に位置する穴部８０Ｄと、スロット６７Ｅの径方向の外側に位置する穴部８０Ｅと、スロット６７Ｆの径方向の外側に位置する穴部８０Ｆと、を含む。軸方向に見て、穴部８０Ａ、スロット６７Ａおよびティース６６Ａの相対位置関係は、他の穴部８０Ｂ～８０Ｆ、スロット６７Ｂ～６７Ｆ、およびティース６６Ｂ～６６Ｅについても同様であるため、以下では代表的に穴部８０Ａについて説明する。

軸方向に見て穴部８０Ａは、径方向内側の部分と径方向外側の部分と周方向の両端に位置する曲面８１，８２とを有する。径方向内側の部分と径方向外側の部分とは、周方向に延びる円弧形状である。径方向内側の部分と径方向外側の部分とは、軸方向に見て穴部８０Ａにおける周方向の中心と中心軸Ｊとを通る直線と直交する直線であってもよい。曲面８１，８２は、穴部８０Ａにおける径方向内側の部分と径方向外側の部分とに接している。曲面８１，８２は半円形状である。曲面８１，８２の曲率中心は、穴部８０Ａにおける周方向の中心側に位置する。

軸方向に見て穴部８０Ａの周方向一方側の端部の位置は、曲面８１上である。穴部８０Ａの周方向他方側の端部の位置は、曲面８２上である。穴部８０Ａの周方向一方側の端部の位置は、スロット６７Ａの周方向一方側の端部の位置よりも周方向の他方側である。穴部８０Ａの周方向他方側の端部の位置は、スロット６７Ａの周方向他方側の端部の位置よりも周方向の一方側である。従って、穴部８０Ａは、軸方向に見て、周方向で隣り合うティース６６Ａ、６６Ｂと径方向で重ならない位置に配置されている。

軸方向に見て穴部８０Ａにおける径方向内側の部分とコアバック６２における内周面との距離Ｌ１は、穴部８０Ａにおける径方向外側の部分とコアバック６２における外周面との距離Ｌ２よりも短い。穴部８０Ａの径方向中心の位置は、コアバック６２の径方向中心の位置よりも径方向内側である。コアバック６２において穴部８０Ａは、径方向内側に偏って配置されている。

上記構成によれば、コアバック６２が、穴部８０Ａ～８０Ｆを有することで、回転電機１のトルク低下を抑制しつつ、ステータ６０における磁束の高調波成分に起因する電磁加振力を低減して振動を抑制できる。

以下、詳細に説明する。図４に示されるように、回転電機１を流れる磁束は、トルクに寄与する主磁束の成分ＭＣに加えて、振動および損失の元となる高調波磁束の成分ＨＣが存在する。図５に示されるように、穴部８０を有さないステータコア６１において、或る状態で主磁束は、コアバック６２を周方向に沿って流れる。図６に示されるように、穴部８０を有さないステータコア６１において、或る状態で高調波磁束は、コアバック６２に中心を有する弧を描いてコアバック６２を流れる。高調波磁束が流れる弧の中心は、コアバック６２において外周面よりも内周面に近い側に位置している。

本実施形態によれば、コアバック６２に周方向に延び軸方向に貫通する穴部８０Ａ～８０Ｆが設けられることで、コアバック６２で弧を描いて流れる高調波磁束を阻害することができる。そのため、本実施形態によれば、磁束の高調波成分に起因する電磁加振力を低減して低振動・低騒音化を実現できる。

図７に示すように、コアバック６２に穴部８０Ａ～８０Ｆを有さない回転電機１と、コアバック６２に穴部８０Ａ～８０Ｆを有する本実施形態の回転電機１とを比較すると、回転電機１のトルクに寄与する電気角０次成分の電磁加振力の振幅は約２％の減少に留まっている。これに対して、図８に示すように、コアバック６２に穴部８０Ａ～８０Ｆを有する本実施形態の回転電機１では、電気角２４次成分のトルクリプルを約８０％低減できる。

本実施形態によれば、穴部８０Ａ～８０Ｆにおける径方向内側の部分とコアバック６２における内周面との距離Ｌ１が、穴部８０Ａ～８０Ｆにおける径方向外側の部分とコアバック６２における外周面との距離Ｌ２よりも短く、穴部８０Ａ～８０Ｆの径方向中心の位置がコアバック６２の径方向中心の位置よりも径方向内側であることで、高調波磁束が流れる弧の中心の近くに位置する。従って、本実施形態によれば、或る状態で弧を描く高調波磁束の流れを効果的に阻害して、磁束の高調波成分に起因する電磁加振力による低振動・低騒音化を効果的に低減することができる。

本実施形態によれば、穴部８０Ａ～８０Ｆの周方向一方側の端部の位置が、スロット６７Ａの周方向一方側の端部の位置よりも周方向の他方側であり、穴部８０Ａ～８０Ｆの周方向他方側の端部の位置が、スロット６７Ａの周方向他方側の端部の位置よりも周方向の一方側であり、穴部８０Ａ～８０Ｆが軸方向に見て、周方向で隣り合うティースと径方向で重ならない位置に配置されていることで、コアバック６２を周方向に流れる磁束がティースに流れることを阻害しづらくなる。従って、本実施形態によれば、穴部８０Ａ～８０Ｆにより、トルクに寄与する磁束の流れを阻害することを抑制できる。

本実施形態によれば、穴部８０Ａ～８０Ｆの周方向の両端に曲面８１，８２を有することで、コアバック６２を周方向に流れる磁束がティースに流れることを阻害しづらくなる。従って、本実施形態によれば、穴部８０Ａ～８０Ｆにより、トルクに寄与する磁束の流れを阻害することを一層抑制することができる。

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Ｎ×３次の磁束成分、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次の磁束成分を含む。このような場合、穴部８０Ａ～８０Ｆを設けることで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、かつ、Ｎ×３次の磁束成分に起因するトルクリップルが増大することを抑制することで低騒音化を実現できる。そのため、穴部８０Ａ～８０Ｆ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、トルクリップルを低減することで低騒音化を実現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Ｎ×３次の磁束成分、Ｎ×６次の磁束成分を含む。このような場合、穴部８０Ａ～８０Ｆを設けることで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、かつ、Ｎ×３次の磁束成分に起因するトルクリップルが増大することを抑制することで低騒音化を実現できる。そのため、穴部８０Ａ～８０Ｆ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、トルクリップルを低減することで低騒音化を実現できる効果を好適に得やすい。

［回転電機１の第２実施形態］
次に、回転電機１の第２実施形態について、図９を参照して説明する。
図９において、図１乃至図８に示す第１実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。

図９に示すように、軸方向に見て、穴部８０Ａ～８０Ｆは真円状である。穴部８０Ａ～８０Ｆの周方向の中心位置は、スロット６７Ａ～６７Ｆの周方向の中心位置と同一である。軸方向に見て穴部８０Ａ～８０Ｆにおける径方向内側の部分とコアバック６２における内周面との距離Ｌ１は、穴部８０Ａ～８０Ｆにおける径方向外側の部分とコアバック６２における外周面との距離Ｌ２よりも長い。穴部８０Ａ～８０Ｆの径方向中心の位置は、コアバック６２の径方向中心の位置よりも径方向外側である。コアバック６２において穴部８０Ａ～８０Ｆは、径方向外側に偏って配置されている。
他の構成は、上記第１実施形態の回転電機１と同様である。

本実施形態の回転電機１では、上記第１実施形態の回転電機１と同様の作用効果が得られることに加えて、回転電機１のトルクに寄与する電気角０次成分の電磁加振力の振幅が２％未満の減少に留まることを確認できた。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、周方向に延びる穴部８０Ａ～８０Ｆが径方向でティースと重ならない位置に配置されている構成を例示したが、この構成に限定されない。ティースに磁束の流れに対する影響が軽微であれば、径方向でティースと重なる位置に配置されている構成であってもよい。また、穴部８０Ａ～８０Ｆの径方向の中心位置をコアバック６２の径方向中心の位置よりも径方向内側である構成を例示したが、高調波磁束が流れる弧の中心位置に応じて、穴部８０Ａ～８０Ｆの径方向の中心位置をコアバック６２の径方向中心の位置またはコアバック６２の径方向中心の位置よりも径方向外側である構成としてもよい。

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…回転電機、 １０…ロータ、 ２０…ロータコア、 ３０…収容穴、 ４０…マグネット、 ４１ａ，４１ｂ…第１マグネット、 ４２…第２マグネット、 ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ…第１フラックスバリア部、 ５２ａ，５２ｂ…第２フラックスバリア部、 ６０…ステータ、 ６１…ステータコア、 ６２…コアバック、 ６３，６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃ，６６Ｄ，６６Ｅ…ティース、 ６５…コイル、 ６７…スロット、 ７０、７０Ｎ、７０Ｓ…磁極部、 ８０，８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ，８０Ｄ，８０Ｅ，８０Ｆ…穴部、 ８１，８２…曲面、 ＩＬ１…磁極中心線（ｄ軸）、 Ｊ…中心軸

Claims (7)

1. 中心軸を中心として回転可能なロータと、
   前記ロータの径方向外側に位置するステータと、
   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、
   前記ステータは、
   前記ロータコアを囲む環状のコアバック、および前記コアバックから径方向内側に延び周方向に間隔を空けて並んで配置された複数のティースを有するステータコアと、
   前記ステータコアに取り付けられた複数のコイルと、
   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、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る一対の第１マグネットと、
   前記一対の第１マグネットの径方向内端部よりも径方向外側において前記一対の第１マグネット同士の間の周方向位置に配置され、軸方向に見て径方向と直交する方向に延びる第２マグネットと、
   を含み、
   前記コアバックは、軸方向に貫通する穴部を有する、回転電機。
2. 軸方向に見て、前記穴部は周方向に延び、前記穴部における径方向内側の部分と前記コアバックにおける内周面との距離は、前記穴部における径方向外側の部分と前記コアバックにおける外周面との距離よりも短い、
   請求項１に記載の回転電機。
3. 軸方向に見て、前記穴部は真円状であり、前記穴部における径方向内側の部分と前記コアバックにおける内周面との距離は、前記穴部における径方向外側の部分と前記コアバックにおける外周面との距離よりも長い、
   請求項１に記載の回転電機。
4. 軸方向に見て前記穴部は、径方向で前記ティースと重ならない位置に配置されている、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機。
5. 前記コイルは、分布巻きされている、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機。
6. 前記穴部は、周方向の端部に曲面を有する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電機。
7. 前記穴部は、周方向に間隔を空けて複数配置されている、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の回転電機。

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