JP2022185930A - 回転子及び回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】必要な出力トルクを確保しつつ、トルクリップルを低減することが可能な回転電機の回転子及び回転電機を提供する。
【解決手段】回転子（１５０）は、磁石（１５４）と、磁石（１５４）を収納する収納空間（１５３）が形成された回転子コア（１５２）とを備える。回転子コア（１５２）の外周面（１５２ａ）と磁石（１５４）の外周側表面（１５５ａ）から等距離となる位置を中央位置（Ｌｃ）と定義し、回転子コア（１５２）の外周面（１５２ａ）と中央位置（Ｌｃ）の間の領域を第１領域（Ａ１）と定義し、中央位置（Ｌｃ）と磁石（１５４）の間の領域を第２領域（Ａ２）と定義したとき、回転子コア（１５２）は、第１領域（Ａ１）又は第２領域（Ａ２）の一方側にのみ、回転子コア（１５２）の中心軸に沿って貫通する貫通孔（１５７）を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機の回転子及び回転電機に関する。

固定子コアに固定子コイルが巻回された固定子と、回転子コアに複数の磁石が埋め込まれた回転子とを備えた回転電機が知られている。特許文献１には、磁石が収納されるスリットと、複数のフラックスバリアとが形成された回転子コアを備えた回転電機が開示されている。フラックスバリアは、回転子コアを軸方向に貫通する貫通孔であり、スリットと回転子コアの外周面との間に設けられている。

特開２０１３－１２６２９１号公報

特許文献１に記載の回転電機では、突極軸に沿って長手方向を有する複数のフラックスバリアが、突極軸と交差する方向に等ピッチに並列配置されている。このため、特許文献１に記載の回転電機では、広範囲に亘ってフラックスバリアが配置されているため、磁気飽和する範囲が広くなることに起因した出力トルクの低下を招いているおそれがある。

本発明は、出力トルクの低下を抑制して必要な出力トルクを確保しつつ、トルクリップルを低減することが可能な回転電機の回転子及び回転電機を提供することを目的とする。

本発明の一態様による回転子は、磁石と、前記磁石を収納する収納空間が形成された回転子コアと、を備えた回転子であって、前記回転子コアの外周面と前記磁石の外周側表面から等距離となる位置を中央位置と定義し、前記回転子コアの外周面と前記中央位置の間の領域を第１領域と定義し、前記中央位置と前記磁石の間の領域を第２領域と定義したとき、前記回転子コアは、前記第１領域又は前記第２領域の一方側にのみ、前記回転子コアの中心軸に沿って貫通する貫通孔を有する。

本発明によれば、出力トルクの低下を抑制して必要な出力トルクを確保しつつ、トルクリップルを低減することが可能な回転電機の回転子及び回転電機を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る回転電機の構成を示す平面断面模式図である。 図２は、本発明の実施形態に係る回転電機の回転子の一部を示す拡大平面模式図であり、磁石と貫通孔の位置関係について示す。 図３Ａは、本実施形態に係る回転電機における磁力線を示す図である。 図３Ｂは、本実施形態の比較例に係る回転電機における磁力線を示す図である。 図４は、図３Ａ及び図３Ｂに示す線４０上での磁束密度を示す図である。 図５は、トルク波形図であり、本実施形態に係る回転電機のトルク波形を実線で示し、本実施形態の比較例に係る回転電機のトルク波形を破線で示す。 図６は、トルク波形の次数分析の結果を表す棒グラフであり、本実施形態に係る回転電機に対する結果を黒塗りのバーで示し、本実施形態の比較例に係る回転電機に対する結果を枠線が破線の白抜きのバーで示す。 図７は、本実施形態の変形例１－１に係る回転電機の回転子の一部を示す拡大平面模式図であり、磁石と貫通孔の位置関係について示す。 図８は、トルク波形図であり、本実施形態の変形例１－１に係る回転電機のトルク波形を太い実線で示し、本実施形態に係る回転電機のトルク波形を細い実線で示し、本実施形態の比較例に係る回転電機のトルク波形を細い破線で示す。 図９は、トルク波形の次数分析の結果を表す棒グラフであり、本実施形態の変形例１－１に係る回転電機に対する結果を枠線が実線の白抜きのバーで示し、本実施形態に係る回転電機に対する結果を黒塗りのバーで示し、本実施形態の比較例に係る回転電機に対する結果を枠線が破線の白抜きのバーで示す。 図１０は、本実施形態の変形例１－２に係る回転電機の回転子の一部を示す拡大平面模式図であり、磁石と貫通孔の位置関係について示す。 図１１は、トルク波形図であり、本実施形態の変形例１－２に係る回転電機のトルク波形を太い実線で示し、本実施形態に係る回転電機のトルク波形を細い実線で示し、本実施形態の比較例に係る回転電機のトルク波形を細い破線で示す。 図１２は、トルク波形の次数分析の結果を表す棒グラフであり、本実施形態の変形例１－２に係る回転電機に対する結果を枠線が実線の白抜きのバーで示し、本実施形態に係る回転電機に対する結果を黒塗りのバーで示し、本実施形態の比較例に係る回転電機に対する結果を枠線が破線の白抜きのバーで示す。 図１３は、本実施形態の変形例１－３に係る回転電機の回転子の一部を示す拡大平面模式図であり、磁石と貫通孔の位置関係について示す。 図１４は、トルク波形図であり、本実施形態の変形例１－３に係る回転電機のトルク波形を太い実線で示し、本実施形態に係る回転電機のトルク波形を細い実線で示し、本実施形態の比較例に係る回転電機のトルク波形を細い破線で示す。 図１５は、トルク波形の次数分析の結果を表す棒グラフであり、本実施形態の変形例１－３に係る回転電機に対する結果を枠線が実線の白抜きのバーで示し、本実施形態に係る回転電機に対する結果を黒塗りのバーで示し、本実施形態の比較例に係る回転電機に対する結果を枠線が破線の白抜きのバーで示す。 図１６は、本実施形態の変形例２に係る回転電機の回転子の一部を示す拡大平面模式図であり、磁石と貫通孔の位置関係について示す。

図面を参照して、本発明の実施形態に係る回転電機及び回転電機の回転子について説明する。本実施形態に係る回転電機は、自動車の走行駆動用として使用するのが好適な回転電機である。本実施形態に係る回転電機は、エンジンと回転電機の双方によって駆動されるハイブリッド型の電気自動車、及び、回転電機のみによって走行する純粋な電気自動車のいずれにも適用することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る回転電機１００の構成を示す平面断面模式図である。図１では、回転電機１００を軸方向からみた断面、すなわち回転電機１００の回転中心軸Ｏに直交する断面を示している。図１に示すように、回転電機１００は、ハウジング（不図示）に固定される固定子１３０と、固定子１３０の内周側に隙間をあけて回転可能に設けられる回転子１５０と、を備える。

回転電機１００は、複数の磁石１５４が回転子１５０に埋め込まれた永久磁石埋込型の三相同期モータである。回転電機１００は、固定子コア１３２に巻回される固定子コイル１３８に三相交流電流が供給されることで、回転子１５０を回転させる電動機として作動する。

固定子１３０は、ハウジング（不図示）の内側に嵌合固定される。回転子１５０は、シャフト１１８に固定されている。シャフト１１８がハウジング（不図示）の軸受によって支承されることにより、回転子１５０が固定子１３０の内側で回転可能に保持される。

回転子１５０の回転中心軸Ｏは、円筒状の固定子１３０の中心軸、及び回転電機１００の中心軸に一致する。なお、以下の説明において、「軸方向」、「周方向」、「径方向」とは、次のとおりである。「軸方向」とは、回転子１５０（回転子コア１５２）の回転中心軸Ｏに沿う方向である。「周方向」とは、回転子１５０の回転方向に沿う方向、すなわち軸方向に直交しかつ回転中心軸Ｏを中心とする円周方向である。「径方向」とは、回転中心軸Ｏ及び周方向に直交する方向、すなわち半径方向である。また、「内周側」は径方向内側（内径側）を指し、「外周側」はその逆方向、すなわち径方向外側（外径側）のことを指す。

固定子１３０は、円筒状の固定子コア１３２と、この固定子コア１３２に分布巻きで装着される固定子コイル１３８と、を備える。なお、本実施形態では、固定子コイル１３８の巻線方式は分布巻きであるが、巻線方式はこれに限定されず、集中巻きであってもよい。固定子コイル１３８は、後述する複数のスロット１３３のそれぞれに配置されるが、図１では、１つのスロット１３３に配置される固定子コイル１３８の断面を代表して示し、その他のスロット１３３に配置される固定子コイル１３８の図示は省略している。

固定子コア１３２の内周部には、固定子コア１３２の中心軸方向に平行な複数（本実施形態では４８個）のスロット１３３が形成される。複数のスロット１３３は、固定子コア１３２の周方向に等間隔で形成される。

各スロット１３３には、固定子コイル１３８が収容される。スロット１３３間にはティース１３４が形成される。本実施形態では、複数（本実施形態では４８個）のティース１３４が、環状のコアバック１３５から内径側に突出するように設けられている。ティース１３４は径方向の磁路を形成し、コアバック１３５は周方向の磁路を形成する。ティース１３４は、固定子コイル１３８によって発生した回転磁界を回転子１５０に導き、回転子１５０に回転トルクを発生させる。

固定子コア１３２は、例えば、円環形状の電磁鋼板または軟磁性金属板を複数枚積層することにより形成される。

回転子１５０は、円筒状の回転子コア１５２と、回転子コア１５２に固定される複数（本実施形態では１６個）の磁石１５４と、を備える。回転子コア１５２は、例えば、円環形状の電磁鋼板または軟磁性金属板を複数枚積層することにより形成される。

図２は、回転電機１００の回転子１５０の一部を示す拡大平面模式図であり、磁石１５４と貫通孔１５７の位置関係について示す。

図１及び図２に示すように、回転子コア１５２の外周部近傍には、直方体形状の磁石１５４を収納する収納空間としての磁石保持孔１５３が、周方向に間隔をあけて複数形成される。磁石１５４は、磁石保持孔１５３に挿入され、磁石保持孔１５３内で固定される。磁石保持孔１５３の周方向の幅は、磁石１５４の周方向の幅よりも大きい。磁石１５４の周方向一端と磁石保持孔１５３の周方向一側面との間には磁気的空隙１５６が形成される。磁気的空隙１５６には接着剤、樹脂等を埋め込んで、磁石１５４と一体に固めてもよい。

磁石１５４は、回転子１５０の磁極部１６０を形成する。本実施形態では、一対の磁石１５４によって１つの磁極部１６０が形成されている。本実施形態の回転電機１００は、磁極部１６０の数（すなわち磁極数）が８、スロット１３３の数（すなわちスロット数）が４８であるため、毎極スロット数は６（＝スロット数／磁極数）であり、毎極毎相スロット数ＮＳＰＰは２（＝スロット数／磁極数／相数）である。

図２に示すように、一対の磁石１５４は、磁極部１６０の周方向の中心軸である磁極中心軸Ｃａ（ｄ軸）に対して対称に設けられる。本実施形態に係る磁石１５４は、直方体形状であって、６つの平坦な側面（表面）として一対の幅広面１５５ａ，１５５ｂと一対の側面１５５ｃと一対の端面１５５ｄとを有する。磁石１５４は、一対の幅広面１５５ａ，１５５ｂが磁極部１６０の磁極中心軸Ｃａ（図２参照）に対して直交するように配置される。幅広面１５５ａ，１５５ｂは、磁石１５４の側面（表面）のうちで最も面積の大きい面である。以下、一対の幅広面１５５ａ，１５５ｂのうち、外周側に配置されるものを外周側表面１５５ａと記し、内周側に配置されるものを内周側表面１５５ｂと記す。外周側表面１５５ａは、磁石１５４を構成する６つの表面のうち、回転子コア１５２の外周面１５２ａに最も近い表面である。

磁石１５４の磁化方向は径方向を向いており、磁極部１６０ごとに磁化方向の向きが反転している。つまり、ある磁極部１６０を形成するための磁石１５４の固定子１３０側の面がＮ極、シャフト１１８側の面がＳ極に磁化されていたとすると、隣の磁極部１６０を形成する磁石１５４の固定子１３０側の面はＳ極、シャフト１１８側の面はＮ極に磁化されている。本実施形態では、８組（１６個）の磁石１５４が、周方向に等間隔で磁極毎に交互に磁化方向が変わるように磁化されて配置されている。磁石１５４は、ネオジウム系、サマリウム系の焼結磁石、フェライト磁石、ネオジウム系のボンド磁石などの永久磁石である。

回転子コア１５２の外周面１５２ａと磁石１５４の外周側表面１５５ａとの間には、回転子コア１５２を軸方向に貫通する貫通孔１５７が設けられている。本実施形態において、貫通孔１５７内に部材は設けられておらず、貫通孔１５７は空隙とされている。なお、貫通孔１５７内には樹脂等の非磁性体が充填されていてもよい。

貫通孔１５７の位置の説明に当たり、回転中心軸Ｏから外周面１５２ａに延びる任意の直線上において、回転子コア１５２の外周面１５２ａと磁石１５４の外周側表面１５５ａから等距離となる位置を「中央位置」と定義する。磁石１５４の外周側で、かつ磁極中心軸Ｃａ側の端部を「第１端部Ｅ１」と定義し、磁石１５４の外周側で、かつ磁極中心軸Ｃａとは反対側の端部を「第２端部Ｅ２」と定義する。なお、第１端部Ｅ１は、外周側表面１５５ａの周方向一端部であり、第２端部Ｅ２は外周側表面１５５ａの周方向他端部である。中央位置は、周方向に沿って複数存在する。第１端部Ｅ１と第２端部Ｅ２の間における複数の中央位置を結んだ線を「中央線Ｌｃ」と定義する。回転子コア１５２の外周面１５２ａと中央線Ｌｃとの間の領域を「第１領域Ａ１」と定義し、中央線Ｌｃと磁石１５４の外周側表面１５５ａとの間の領域を「第２領域Ａ２」と定義する。

なお、磁石１５４の角部が面取りされている場合、第１端部Ｅ１は、外周側表面１５５ａにおける軸方向端部の辺（すなわち端面１５５ｄの外周側の長辺）の延長線と、磁極中心軸Ｃａ側の側面１５５ｃにおける軸方向端部の辺（すなわち端面１５５ｄの磁極中心軸Ｃａ側の短辺）の延長線の交点の位置と定義することが好ましい。同様に、第２端部Ｅ２は、外周側表面１５５ａにおける軸方向端部の辺（すなわち端面１５５ｄの外周側の長辺）の延長線と、磁極中心軸Ｃａ側とは反対側の側面１５５ｃにおける軸方向端部の辺（すなわち端面１５５ｄの磁極中心軸Ｃａ側とは反対側の短辺）の延長線の交点の位置と定義することが好ましい。

貫通孔１５７は、その全体が第１領域Ａ１に収まるように形成されている。つまり、貫通孔１５７の径方向の最大長さＬｂは、その位置における第１領域Ａ１の径方向の長さよりも短い。より具体的には、貫通孔１５７において径方向の長さが最大となる位置と、回転中心軸Ｏとを結ぶ直線Ｌｍ上において、貫通孔１５７の径方向の長さ（最大長さ）Ｌｂは第１領域Ａ１の径方向の長さよりも短い。このように、本実施形態において、貫通孔１５７は、第１領域Ａ１にのみ設けられ、第２領域Ａ２には、回転子コア１５２を軸方向に貫通する貫通孔が設けられていない。

本実施形態では、一対の磁石１５４のそれぞれに対応して１つずつ貫通孔１５７が設けられている。つまり、貫通孔１５７は、１つの磁極部１６０に対して２つ設けられている。１つの磁極部１６０を構成する一対の貫通孔１５７は、磁極中心軸Ｃａ（ｄ軸）に対して対称に形成されている。また、貫通孔１５７は、磁極中心軸Ｃａ（ｄ軸）から回転方向に電気角で９０°ずれた磁界境界に位置する軸であるｑ軸よりも磁極中心軸Ｃａ（ｄ軸）に近い位置に形成されている。

貫通孔１５７の周方向の長さ（最大長さ）Ｌａは、磁極部１６０を構成する一対の磁石１５４間の距離（最小距離）Ｄに比べて短い（Ｌａ＜Ｄ）。また、貫通孔１５７の径方向の長さ（最大長さ）Ｌｂは、周方向の長さ（最大長さ）Ｌａに比べて短い（Ｌｂ＜Ｌａ）。

貫通孔１５７は、磁石１５４の外周側表面１５５ａの周方向の中央を通り、かつ、回転子コア１５２の径方向に沿う直線Ｌ０と重なる位置に設けられる。具体的には、貫通孔１５７は、回転中心軸Ｏと第１端部Ｅ１とを結ぶ直線Ｌ１と、回転中心軸Ｏと第２端部Ｅ２とを結ぶ直線Ｌ２とのなす角θを二等分する直線Ｌ０上に配置される。

貫通孔１５７は、第１領域Ａ１において、回転子コア１５２の外周面１５２ａよりも第２領域Ａ２に近い位置に設けられる。

このように、第１領域Ａ１に収まる程度の小さな貫通孔１５７を設けることにより、回転子コア１５２の外周面１５２ａと磁石１５４の外周側表面１５５ａとの間の一部分を磁気飽和させることができる。これにより、各回転位置でのトルクを減少させ、トルク波形の形を変化させることにより、トルクリップルを低減することができる。

貫通孔１５７を設けることにより、トルクリップルを低減できることについて、本実施形態の比較例と比較しつつ説明する。図３Ａは、本実施形態に係る回転電機１００における磁力線を示す図である。図３Ｂは、本実施形態の比較例に係る回転電機１００Ｚにおける磁力線を示す図である。本実施形態の比較例に係る回転電機１００Ｚでは、貫通孔１５７が設けられていない点が本実施形態に係る回転電機１００と相違しており、その他の構成は本実施形態に係る回転電機１００と同じである。

図３Ａ及び図３Ｂに示す左上方向に向かう矢印Ａｒ１，Ａｒ２は、回転子１５０の回転方向に働く電磁力を示している。図３Ａに示す円Ｃ１で囲まれた領域内には、磁束を遮るフラックスバリアとして機能する貫通孔１５７が形成されている。図３Ｂに示す円Ｃ２は、図３Ａに示す円Ｃ１と同じ領域を示している。図３Ａに示すように、貫通孔１５７の周囲の磁力線の間隔は、図３Ｂの円Ｃ２で囲まれた領域内の磁力線の間隔に比べて狭く、本実施形態では第１領域Ａ１において部分的な磁気飽和が発生している。

図４は、図３Ａ及び図３Ｂに示す線４０上での磁束密度を示す図である。図４において、横軸は回転中心軸Ｏからの径方向の距離を表し、縦軸は磁束密度を表している。本実施形態に係る回転電機１００の磁束密度は実線で示し、比較例に係る回転電機１００Ｚの磁束密度は破線で示している。図３Ａに示す線４０は、貫通孔１５７から径方向に外周面１５２ａまで延びる線である。図３Ｂに示す線４０の位置及び長さは、図３Ａに示す線４０と同じである。

図４に示すように、本実施形態に係る回転電機１００では、貫通孔１５７と回転子コア１５２の外周面１５２ａの間において、比較例に比べて磁束密度が高くなっている。また、磁束密度の差は、貫通孔１５７に近いほど大きく、外周面１５２ａに近いほど小さい。

図３Ａ、図３Ｂ及び図４に示すように、本実施形態では、貫通孔１５７の周囲の磁束密度が部分的に磁気飽和している。これにより、本実施形態における回転方向に働く電磁力Ａｒ１は、比較例における回転方向に働く電磁力Ａｒ２に比べて小さくなる。このように、本実施形態では、貫通孔１５７を設けることにより、比較例に比べて各回転位置でのトルクを減少させ、トルク波形の形を変化させることができる。

図５は、トルク波形図であり、本実施形態に係る回転電機１００のトルク波形を実線で示し、本実施形態の比較例に係る回転電機１００Ｚのトルク波形を破線で示す。図５において、横軸は回転角を表し、縦軸はトルクを表している。図５に示すように、本実施形態に係る回転電機１００（実線）では、比較例に係る回転電機１００Ｚ（破線）に比べて、最大出力トルクが低減し、かつ、トルクリップルが低減している。なお、上述したように、磁気飽和する範囲は貫通孔１５７の周囲に限定されるため、トルクの低減量は小さい。

図６は、トルク波形の次数分析の結果を表す棒グラフであり、本実施形態に係る回転電機１００に対する結果を黒塗りのバーで示し、本実施形態の比較例に係る回転電機１００Ｚに対する結果を枠線が破線の白抜きのバーで示す。図６において、横軸は時間次数を表し、縦軸はトルク振幅を表している。図６に示すように、本実施形態に係る回転電機１００では、トルクリップルの６次成分及び１２次成分が減少している。特に、本実施形態において、トルクリップルの１２次成分は、比較例の結果の１／４以下となっており、トルクリップルの１２次成分が大幅に減少している。

本実施形態によれば、トルクリップルの高調波振幅の時間１２次を貫通孔１５７を設けない場合（比較例）に比べて減少させることができるので、回転電機１００で発生する音、振動を低く抑えることができる。

上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。

（１）回転電機１００は、回転子１５０と、隙間を介して配置される固定子１３０とを備える。回転子１５０は、磁石１５４と、磁石１５４を収納する磁石保持孔（収納空間）１５３が形成された回転子コア１５２と、を備える。回転子コア１５２の外周面１５２ａと磁石１５４の外周側表面１５５ａから等距離となる位置を中央位置（中央線Ｌｃ）と定義し、回転子コア１５２の外周面１５２ａと中央位置（中央線Ｌｃ）の間の領域を第１領域Ａ１と定義し、中央位置（中央線Ｌｃ）と磁石１５４の間の領域を第２領域Ａ２と定義したとき、回転子コア１５２は、第１領域Ａ１にのみ、回転子コア１５２の中心軸（回転中心軸Ｏ）に沿って貫通する貫通孔１５７を有する。

この構成では、限られた領域（第１領域Ａ１）に収まる程度の小さな貫通孔１５７が回転子コア１５２に形成され、部分的な磁気飽和を発生させることができる。これにより、出力トルクの低下を抑制して自動車の駆動に必要な出力トルクを確保しつつ、トルクリップルを低減することが可能な回転電機１００の回転子１５０及び回転電機１００を提供することができる。その結果、音、振動の発生が抑えられた高出力の回転電機１００を提供することができる。

（２）貫通孔１５７は、磁石１５４の外周側表面１５５ａの周方向の中央を通り、かつ、回転子コア１５２の径方向に沿う線と重なる位置に設けられる。このように、本実施形態に係る回転電機１００では、貫通孔１５７が磁石１５４の周方向の中央部に対応した位置に配置されているため、貫通孔１５７が磁石１５４の周方向の端部に対応した位置に配置される場合に比べて、出力トルクの低下を抑制しつつ、トルクリップルを効果的に低減することができる。

（３）回転子１５０は、一対の磁石１５４によって構成される磁極部１６０を複数有し、貫通孔１５７は、一対の磁石１５４のそれぞれに対応して１つずつ設けられる。この構成により、周方向にバランスよく、部分的に磁気飽和させる位置が設定される（図１参照）。その結果、回転電機１００の出力トルクの低下を抑制しつつ、トルクリップルを効果的に低減することができる。

（４）貫通孔１５７の周方向の長さＬａは、一対の磁石１５４間の距離Ｄよりも短い。これにより、回転子コア１５２の周方向において、磁気飽和させる範囲を制限することができ、回転電機１００の出力トルクの低下を抑制することができる。

次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。

＜変形例１＞
上記実施形態では、貫通孔１５７が、第１領域Ａ１において、回転子コア１５２の外周面１５２ａよりも第２領域Ａ２に近い位置に設けられる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。以下、貫通孔１５７の位置を変更した本実施形態の変形例１－１～１－３に係る回転電機１００Ａ～１００Ｃについて説明する。

＜変形例１－１＞
図７は、本実施形態の変形例１－１に係る回転電機１００Ａの回転子１５０Ａの一部を示す拡大平面模式図であり、磁石１５４と貫通孔１５７Ａの位置関係について示す。図７に示すように、変形例１－１に係る回転電機１００Ａでは、貫通孔１５７Ａが、第１領域Ａ１において、第２領域Ａ２よりも回転子コア１５２の外周面１５２ａに近い位置に設けられている。この構成では、上記実施形態に比べて、部分的な磁気飽和が増すため、各回転位置でのトルクがさらに減少する。このため、図８のトルク波形図に示されるように、本変形例１－１に係る回転電機１００Ａ（太い実線）では、上記実施形態に係る回転電機１００Ｚ（細い実線）に比べて、最大出力トルクが低減している。また、図９の次数分析結果に示されるように、本変形例１－１に係る回転電機１００Ａ（枠線が実線の白抜きのバー）では、上記実施形態に係る回転電機１００（黒塗りのバー）に比べて、トルクリップルの１２次成分をさらに低減することができる。

なお、トルクリップルの２４次成分については、本変形例１－１に係る回転電機１００Ａに比べて、上記実施形態に係る回転電機１００の方が低く抑えられている。つまり、上記実施形態では、トルクリップルの１２次成分及び２４次成分のいずれも小さい値とすることができるため、好適である。

＜変形例１－２＞
図１０は、本実施形態の変形例１－２に係る回転電機１００Ｂの回転子１５０Ｂの一部を示す拡大平面模式図であり、磁石１５４と貫通孔１５７Ｂの位置関係について示す。図１０に示すように、変形例１－２に係る回転電機１００Ｂでは、貫通孔１５７Ｂが、第２領域Ａ２において、磁石１５４の外周側表面１５５ａよりも第１領域Ａ１に近い位置に設けられている。この構成では、上記実施形態に比べて、部分的な磁気飽和が緩和されるため、各回転位置でのトルクが増加する。このため、図１１のトルク波形図に示されるように、本変形例１－２に係る回転電機１００Ｂ（太い実線）では、上記実施形態に係る回転電機１００（細い実線）に比べて、最大出力トルクを増加させることができる。また、図１２の次数分析結果に示されるように、本変形例１－２に係る回転電機１００Ｂ（枠線が実線の白抜きのバー）では、比較例に係る回転電機１００Ｚ（枠線が破線の白抜きのバー）に比べて、トルクリップルの１２次成分を低減することができる。また、本変形例１－２に係る回転電機１００Ｂでは、比較例に係る回転電機１００Ｚ及び上記実施形態に係る回転電機１００（黒塗りのバー）に比べて、トルクリップルの２４次成分を低減することができる。なお、トルクリップルの１２次成分については、本変形例１－２に係る回転電機１００Ｂに比べて、上記実施形態に係る回転電機１００の方が低く抑えられている。

＜変形例１－３＞
図１３は、本実施形態の変形例１－３に係る回転電機１００Ｃの回転子１５０Ｃの一部を示す拡大平面模式図であり、磁石１５４と貫通孔１５７Ｃの位置関係について示す。図１３に示すように、変形例１－３に係る回転電機１００Ｃでは、貫通孔１５７Ｃが第２領域Ａ２において、第１領域Ａ１よりも磁石１５４の外周側表面１５５ａに近い位置に設けられている。この構成では、上記実施形態に比べて、部分的な磁気飽和が緩和されるため、各回転位置でのトルクが増加する。このため、図１４のトルク波形図に示されるように、本変形例１－３に係る回転電機１００Ｃ（太い実線）では、上記実施形態に係る回転電機１００（細い実線）に比べて、最大出力トルクを増加させることができる。また、図１５の次数分析結果に示されるように、本変形例１－３に係る回転電機１００Ｃ（枠線が実線の白抜きのバー）では、比較例に係る回転電機１００Ｚ（枠線が破線の白抜きのバー）に比べて、トルクリップルの１２次成分を低減することができる。また、本変形例１－３に係る回転電機１００Ｃでは、比較例に係る回転電機１００Ｚ及び上記実施形態に係る回転電機１００（黒塗りのバー）に比べて、トルクリップルの２４次成分を低減することができる。なお、トルクリップルの１２次成分については、本変形例１－３に係る回転電機１００Ｃに比べて、上記実施形態に係る回転電機１００の方が低く抑えられている。

以上のとおり、上記実施形態、変形例１－１～１―３で説明したとおり、第１領域Ａ１又は第２領域Ａ２の一方側にのみ、貫通孔を設けることにより、出力トルクの低下を抑制して必要な出力トルクを確保しつつ、トルクリップルを低減することが可能な回転電機の回転子及び回転電機を提供することができる。なお、上述したように、貫通孔１５７が、第１領域Ａ１において、回転子コア１５２の外周面１５２ａよりも第２領域Ａ２に近い位置に設けられた実施形態（図２、図５及び図６参照）では、トルクリップルの１２次成分及び２４次成分の双方が小さい値に抑えられているため、特に、好適である。

＜変形例２＞
上記実施形態では、貫通孔１５７が、１つの磁極部１６０を構成する一対の磁石１５４のそれぞれに対応して１つずつ設けられる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。貫通孔１５７は、１つの磁極部１６０に対して３つ以上設けられていてもよい。また、図１６に示すように、一対の磁石１５４のそれぞれに対応して、複数の貫通孔が設けられていてもよい。図１６は、本実施形態の変形例２に係る回転電機１００Ｄの回転子１５０Ｄの一部を示す拡大平面模式図であり、磁石１５４と貫通孔１５７Ｄ１～１５７Ｄ５の位置関係について示す。図１６に示す例では、一対の磁石１５４のうちの一方の磁石（例えば、図示左側の磁石）１５４と回転子コア１５２の外周面１５２ａとの間に、５つの貫通孔１５７Ｄ１～１５７Ｄ５が設けられている。５つの貫通孔１５７Ｄ１，１５７Ｄ２，１５７Ｄ３，１５７Ｄ４，１５７Ｄ５は、磁極中心軸Ｃａ側から周方向にこの順で設けられる。複数の貫通孔１５７Ｄ１～１５７Ｄ５は、周方向に略等間隔で配置される。このように、１つの磁石１５４と回転子コア１５２の外周面１５２ａとの間に２つ以上の貫通孔１５７を設けてもよい。１つの磁石１５４に対して２つ以上の貫通孔１５７を設け、部分的に磁気飽和する位置を増やすことによりトルクリップルの低減を図ることができる。

＜変形例３＞
上記実施形態では、貫通孔１５７が、磁石１５４の外周側表面１５５ａの周方向の中央を通り、かつ、回転子コア１５２の径方向に沿う線と重なる位置に設けられる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、１つの磁石１５４に対して、図１６に示す貫通孔１５７Ｄ１～１５７Ｄ５のいずれか１つ、あるいは複数が回転子コア１５２に設けられていてもよい。少なくとも、貫通孔は、第１領域Ａ１又は第２領域Ａ２の一方側にのみ設けられていればよい。

＜変形例４＞
上記実施形態では、磁極中心軸Ｃａに対して直交する方向に沿って一対の磁石１５４が配置されている例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、１つの磁極部１６０を構成する一対の磁石１５４は、軸方向に直交する平面内において、外周側に向けて開く略Ｖ字状を呈するように、配置されていてもよい。

＜変形例５＞
上記実施形態では、一対の磁石１５４によって構成される磁極部１６０を複数有する回転子１５０に本発明が適用される例について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、１つの磁石１５４によって構成される磁極部１６０を複数有する回転子１５０に適用することができる。また、本発明は、３つ以上の磁石１５４によって構成される磁極部１６０を複数有する回転子１５０に適用することもできる。１つ以上の磁石１５４によって構成される磁極部１６０を複数有する回転子１５０において、貫通孔１５７が、１つの磁極部１６０に対して複数設けられることにより、部分的に磁気飽和させる位置を分散させ、出力トルクの低下を抑制しつつ、トルクリップルの低減を図ることができる。なお、貫通孔１５７の数は、上記実施形態で説明したように、１つの磁極部１６０に対して２つ設けることが好ましい。これにより、磁気飽和する位置を分散させつつ、磁気飽和する範囲を制限することができる。その結果、回転電機１００の出力トルクの低下を抑制しつつ、トルクリップルを効果的に低減することができる。

＜変形例６＞
上記実施形態では、自動車の駆動用の回転電機を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。エレベータ、鉄道車両等の種々の移動体の駆動力を発生させる回転電機に本発明を適用することができる。なお、回転電機は、移動体の駆動力を発生させるものに限定されることもない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ…回転電機、１３０…固定子、１３２…固定子コア、１３８…固定子コイル、１５０，１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄ…回転子、１５２…回転子コア、１５２ａ…外周面、１５３…磁石保持孔（収納空間）、１５４…磁石、１５５ａ…外周側表面（幅広面）、１５５ｂ…内周側表面（幅広面）、１５５ｃ…側面、１５５ｄ…端面、１５７，１５７Ａ，１５７Ｂ，１５７Ｃ，１５７Ｄ１，１５７Ｄ２，１５７Ｄ３，１５７Ｄ４，１５７Ｄ５…貫通孔、１６０…磁極部、Ａ１…第１領域、Ａ２…第２領域、Ｃａ…磁極中心軸、Ｅ１…第１端部、Ｅ２…第２端部、Ｌ０…直線（線）、Ｌ１…直線、Ｌ２…直線、Ｌｃ…中央線（中央位置）、Ｏ…回転中心軸

Claims (6)

1. 磁石と、前記磁石を収納する収納空間が形成された回転子コアと、を備えた回転子であって、
   前記回転子コアの外周面と前記磁石の外周側表面から等距離となる位置を中央位置と定義し、
   前記回転子コアの外周面と前記中央位置の間の領域を第１領域と定義し、
   前記中央位置と前記磁石の間の領域を第２領域と定義したとき、
   前記回転子コアは、前記第１領域又は前記第２領域の一方側にのみ、前記回転子コアの中心軸に沿って貫通する貫通孔を有する
   回転子。
2. 請求項１に記載の回転子において、
   １つ以上の前記磁石によって構成される磁極部を複数有し、
   前記貫通孔は、１つの前記磁極部に対して複数設けられる
   回転子。
3. 請求項２に記載の回転子において、
   前記貫通孔は、前記磁石の外周側表面の周方向の中央を通り、かつ、前記回転子コアの径方向に沿う線と重なる位置に設けられる
   回転子。
4. 請求項３に記載の回転子において、
   前記磁極部は、一対の前記磁石によって構成され、
   前記貫通孔は、前記一対の磁石のそれぞれに対応して１つずつ設けられる
   回転子。
5. 請求項４に記載の回転子において、
   前記貫通孔は、前記第１領域において、前記回転子コアの外周面よりも前記第２領域に近い位置に設けられる
   回転子。
6. 請求項１に記載の回転子と、
   前記回転子と隙間を介して配置される固定子と、を備えた
   回転電機。

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