JP5920472B2 - 回転電機およびロータ - Google Patents

Description

この発明は、回転電機およびロータに関する。

従来、ロータコアに永久磁石が埋め込まれた回転電機が知られている。このような回転電機は、たとえば、特開２００１−６９７３５号公報に開示されている。

上記特開２００１−６９７３５号公報には、回転子鉄心（ロータコア）と、回転子鉄心に埋め込まれた複数の永久磁石と、回転子鉄心に対向するように配置された固定子（ステータコア）とを備えた回転電機が開示されている。この回転電機では、複数の永久磁石は、磁石界磁軸とｄ軸とが互いに電気的に直交するように配置され、ｑ軸の電機子磁束を磁石磁束により相殺してｑ軸とｄ軸との電機子磁束の差を大きくすることによって主にリラクタンストルク成分からなるトルクを発生させている。

特開２００１−６９７３５号公報

しかしながら、上記特開２００１−６９７３５号公報の回転電機では、ｑ軸の電機子磁束を磁石磁束により相殺してｑ軸とｄ軸との電機子磁束の差を大きくすることによって主にリラクタンストルク成分からなるトルクを発生させているため、磁石磁束によるトルクをほとんど利用できないという不都合がある。このため、回転電機のトルクをより大きくすることが困難であるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、回転電機のトルクをより大きくすることが可能な回転電機およびロータを提供することである。

第１の局面による回転電機は、ロータコアと、ロータコアに埋め込まれた複数の永久磁石と、ロータコアに対向するように配置されたステータコアとを備え、複数の永久磁石は、ｄ軸の磁路を挟んで所定の間隔を隔てて同じ第１磁極が互いに対向するように配置された一対の第１永久磁石を含み、ロータコアは、ｄ軸の磁路中に形成された空隙を含み、複数の永久磁石は、第１永久磁石に隣接するとともに第１磁極とは異なる第２磁極がｄ軸の磁路側を向くように配置された第２永久磁石をさらに含み、空隙は、隣接する第１永久磁石の第１磁極と第２永久磁石の第２磁極との境界近傍のｄ軸の磁路中に形成されている。

第１の局面による回転電機では、上記のように、ｄ軸の磁路を挟んで所定の間隔を隔てて同じ第１磁極が互いに対向するように配置された一対の第１永久磁石を設けることによって、磁石界磁軸とｄ軸とを互いに同じ方向にすることができるので、磁石磁束によるトルクおよび電機子磁束によるリラクタンストルクを互いに相殺させることなく発生させることができる。これにより、回転電機のトルクをより大きくすることができる。また、ロータコアに、ｄ軸の磁路中に空隙を設けることによって、磁石磁束がｄ軸の磁路を介して短絡するのを空隙により抑制することができるので、磁石磁束によるトルクを効率よく発生させることができる。

第２の局面によるロータは、ロータコアと、ロータコアに埋め込まれた複数の永久磁石とを備え、複数の永久磁石は、磁石界磁軸とｄ軸とが互いに同じ方向になるように配置され、ロータコアは、ｄ軸の磁路中に形成された空隙を含み、複数の永久磁石は、ｄ軸の磁路を挟んで所定の間隔を隔てて同じ第１磁極が互いに対向するように配置された一対の第１永久磁石と、第１永久磁石に隣接するとともに第１磁極とは異なる第２磁極がｄ軸の磁路側を向くように配置された第２永久磁石とを含み、空隙は、隣接する第１永久磁石の第１磁極と第２永久磁石の第２磁極との境界近傍のｄ軸の磁路中に形成されている。

第２の局面によるロータでは、上記のように、複数の永久磁石を、磁石界磁軸とｄ軸とが互いに同じ方向になるように配置することによって、磁石磁束によるトルクおよび電機子磁束によるリラクタンストルクを互いに相殺させることなく発生させることができるので、回転電機のトルクをより大きくすることが可能なロータを提供することができる。また、ロータコアに、ｄ軸の磁路中に空隙を設けることによって、磁石磁束がｄ軸の磁路を介して短絡するのを空隙により抑制することができるので、磁石磁束によるトルクを効率よく発生させることができる。

上記回転電機およびロータによれば、回転電機のトルクをより大きくすることができる。

第１実施形態による回転電機の平面図である。 第１実施形態による回転電機のロータを通る磁束を示した平面図である。 第１実施形態による回転電機の電流位相角とトルクとの関係を示した図である。 第１実施形態による回転電機の弱め界磁制御を行った場合のベクトル図である。 第１実施形態による回転電機の強め界磁制御を行った場合のベクトル図である。 第２実施形態による回転電機の平面図である。 第２実施形態による回転電機のロータを通る磁束を示した平面図である。 第３実施形態による回転電機の平面図である。 第３実施形態による回転電機のロータを通る磁束を示した平面図である。 第１実施形態の変形例による回転電機の平面図である。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１および図２を参照して、第１実施形態による回転電機１００の構成について説明する。

図１に示すように、回転電機１００は、固定部であるステータ１と、回転部であるロータ２とを備えている。ステータ１は、ステータコア１１と、巻線１２とを含んでいる。ステータコア１１は、円筒形状に形成されている。また、ステータコア１１には、複数のスロット１３が形成されている。スロット１３とスロット１３との間のステータコア１１の部分は、ティース部１４を構成している。巻線１２は、スロット１３間に巻回されている。なお、巻線１２は、集中巻、または、分布巻によって巻回されている。

ロータ２は、ロータコア２１と、シャフト２２と、永久磁石２３ａおよび２３ｂとを含んでいる。ロータコア２１は、スリット２４と、フラックスバリア２５とを有する。また、ロータコア２１は、ステータコア１１の内側に対向するように配置されている。また、ロータコア２１は、たとえば電磁鋼板を積層して形成されている。なお、ロータコア２１は、たとえば、鉄などの強磁性体部材を円形に折り曲げたものであってもよいし、円筒形の強磁性体部材であってもよい。また、円筒形の強磁性体部材は、鋳物等により構成されてもよい。なお、永久磁石２３ａは、「第１永久磁石」の一例であり、永久磁石２３ｂは、「第２永久磁石」の一例である。また、スリット２４は、「空隙」の一例である。

シャフト２２は、ロータコア２１の中心を貫通するように設けられている。この、シャフト２２は、ロータコア２１を回転可能に支持するように構成されている。また、シャフト２２は、非磁性体（たとえば、非磁性ステンレス鋼）により形成されている。

永久磁石２３ａおよび２３ｂは、ロータコア２１に埋め込まれている。また、永久磁石２３ａ（２３ｂ）は、それぞれ、互いに対向するように２対（合計４つ）設けられている。また、一対の永久磁石２３ａは、図２に示すように、ｄ軸の磁路を挟んで所定の間隔を隔ててＮ極が互いに対向するように配置されている。また、一対の永久磁石２３ｂは、ｄ軸の磁路を挟んで所定の間隔を隔ててＳ極が互いに対向するように配置されている。つまり、永久磁石２３ａは、Ｎ極がｄ軸の磁路側を向くように配置されており、永久磁石２３ｂは、Ｓ極がｄ軸の磁路側を向くように配置されている。また、複数の永久磁石２３ａおよび２３ｂは、電機子のｄ軸（リラクタンスモータとしてのｄ軸）と、磁石界磁軸とが互いに同じ方向になるように配置されている。また、対向する一対の永久磁石２３ａ（２３ｂ）は、それぞれ、ｄ軸に沿って互いに平行に延びるように配置されている。また、永久磁石２３ｂは、永久磁石２３ａに隣接するように配置されている。すなわち、永久磁石２３ｂは、一対の永久磁石２３ａの各々に対して略直交する方向に延びるように隣接して配置されている。

また、図２に示すように、ｑ軸を挟んで隣接する永久磁石２３ａおよび２３ｂは、磁極が互いに逆向きの状態で対向し、かつ、略扇形状のフラックスバリア２５を取り囲むように（略扇形状のフラックスバリア２５の直線状部２５ａおよび２５ｂに沿って）配置されている。具体的には、永久磁石２３ａは、フラックスバリア２５側にＳ極を向けて配置されている。永久磁石２３ｂは、フラックスバリア２５側にＮ極を向けて配置されている。つまり、ｑ軸を挟んで隣接する永久磁石２３ａおよび２３ｂは、互いに異なる磁極をフラックスバリア２５側に向けて略Ｖ字形状に配置されている。また、永久磁石２３ａおよび２３ｂは、幅Ｗｍ（図１参照）を有するように形成されている。また、永久磁石２３ａおよび２３ｂは、たとえば、フェライト系の永久磁石により構成されている。

ここで、第１実施形態では、スリット２４は、永久磁石２３ａおよび２３ｂの磁石磁束が磁気的に短絡する（永久磁石２３ａのＮ極と永久磁石２３ｂのＳ極とが、ロータコア２１の内側で磁気的に短絡する）のを抑制するように構成されている。具体的には、スリット２４は、隣接する永久磁石２３ａおよび２３ｂの短絡する磁石磁束の方向と交差する方向に延びるスリット状の空間（空隙）により構成されている。また、スリット２４は、ｄ軸の磁路中に形成されている。つまり、スリット２４は、図２に示すように、電機子磁束（ｄ軸）の方向と交差（直交）する方向に延びるように形成されている。また、スリット２４は、隣接する永久磁石２３ａのＮ極と永久磁石２３ｂのＳ極との境界近傍のｄ軸の磁路中に形成されている。

また、スリット２４は、ｑ軸を挟んで隣接する永久磁石２３ａのＮ極と永久磁石２３ｂのＳ極とが、ロータコア２１の内側を通って短絡するのを抑制する位置に配置されている。具体的には、スリット２４は、隣接する永久磁石２３ａのＮ極と永久磁石２３ｂのＳ極との境界近傍のｄ軸の磁路中において、永久磁石２３ａおよび永久磁石２３ｂの延びる方向と交差する方向に延びるように形成されている。より詳細には、スリット２４は、ロータコア２１の半径方向と交差する方向の短絡する磁石磁束を妨げるように、ロータコア２１の半径方向に沿って直線状に延びるように形成されている。つまり、スリット２４は、隣接する永久磁石２３ａと永久磁石２３ｂとの境界近傍からロータコア２１の半径方向の内側に向かってシャフト２２の近傍まで直線状に延びるように形成されている。また、スリット２４は、磁石磁束および電機子磁束のｑ軸方向に沿って延びるように形成されている。

また、スリット２４は、図１に示すように、ロータコア２１とステータコア１１との間のギャップＷｇよりも大きい幅Ｗ１を有するように形成されている。具体的には、スリット２４は、ロータコア２１とステータコア１１との間のギャップＷｇの２倍よりも大きい幅Ｗ１を有するように形成されている。また、スリット２４は、永久磁石２３ａおよび２３ｂの幅Ｗｍよりも小さい幅Ｗ１を有するように形成されている。これにより、スリット２４は、隣接する永久磁石２３ａおよび２３ｂの短絡する磁石磁束を通さないように構成されている。また、電機子磁束が、永久磁石２３ａおよび２３ｂを通らないように構成されている。

フラックスバリア２５は、ロータコア２１の外周部近傍に形成されている。また、フラックスバリア２５は、永久磁石２３ａおよび２３ｂに対してスリット２４と反対側に形成されている。また、フラックスバリア２５は、ロータコア２１に磁気的な突極性（磁界が通りやすい軸および通り難い軸）を持たせるために形成されている。また、フラックスバリア２５は、スリット２４に対してロータコア２１の半径方向に所定の間隔を隔てて形成されている。これにより、図２に示すように、永久磁石２３ｂのＮ極と永久磁石２３ａのＳ極との磁石磁束が、スリット２４およびフラックスバリア２５の間を通って短絡される。また、フラックスバリア２５は、平面視において、略扇形状を有する空間により構成されている。また、フラックスバリア２５は、磁石磁束および電機子磁束のｑ軸方向（ｑ軸上）に形成されている。

次に、図３〜図５を参照して、第１実施形態による回転電機１００の強め界磁制御および弱め界磁制御について説明する。

第１実施形態による回転電機１００は、図３に示すような、電流位相角に対するトルクの特性を有する。つまり、この回転電機１００では、電機子磁束により発生するリラクタンストルクは、電流位相角が遅れ位相（負の位相）の場合大きくなり、電流位相角が進み位相（正の位相）の場合小さくなる。したがって、電圧が飽和する前に、電流位相角を遅らせる強め界磁制御を行うことにより、合成トルクを大きくすることが可能である。この場合、図５に示すように、力率角は大きくなるものの、トルクが大きくなるので、結果として、所望の出力を得ることが可能である。また、電圧が飽和した場合に、電流位相角を進ませて弱め界磁制御を行うことにより、電圧の飽和に起因する出力の低下を抑制することが可能である。つまり、図４に示すように、電流位相角を進ませることにより、電流と電圧との力率角を小さくして、出力が低下するのを抑制する。このように、強め界磁制御および弱め界磁制御の両方の制御を行うことができるので、可変速範囲を広範囲にすることが可能であり、自動車に搭載するのに適した回転電機１００の特性を得ることが可能である。

第１実施形態では、上記のように、ｄ軸の磁路を挟んで所定の間隔を隔てて同じ磁極が互いに対向するように配置された一対の永久磁石２３ａを設けることによって、磁石界磁軸とｄ軸とを互いに同じ方向にすることができるので、磁石磁束によるトルクおよび電機子磁束によるリラクタンストルクを互いに相殺させることなく発生させることができる。これにより、回転電機１００のトルクをより大きくすることができる。また、ロータコア２１に、ｄ軸の磁路中にスリット２４を設けることによって、そのスリット２４により、磁石磁束がｄ軸の磁路を介して短絡するのを抑制することができるので、磁石磁束によるトルクを効率よく発生させることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、永久磁石２３ａに隣接するとともにＳ極がｄ軸の磁路側を向くように配置された永久磁石２３ｂを設け、スリット２４を、隣接する永久磁石２３ａのＮ極と永久磁石２３ｂのＳ極との境界近傍のｄ軸の磁路中に形成する。これにより、隣接する永久磁石２３ａのＮ極と永久磁石２３ｂのＳ極とがｄ軸の磁路側で短絡するのを容易に抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、スリット２４を、隣接する永久磁石２３ａのＮ極と永久磁石２３ｂのＳ極との境界近傍のｄ軸の磁路中において、ｄ軸と交差（直交）する方向に延びるように形成する。これにより、スリット２４をｄ軸の方向に沿って延びるように形成する場合に比べて、電機子磁束がスリット２４を通過する距離を短くすることができるので、磁石磁束がｄ軸の磁路を介して短絡するのを抑制しつつ、電機子磁束を通しやすくすることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、スリット２４は、ロータコア２１とステータコア１１との間のギャップＷｇよりも大きい幅Ｗ１を有する。これにより、永久磁石２３ａおよび２３ｂの磁石磁束をスリット２４よりもロータコア２１とステータコア１１との間のギャップの方を通りやすくすることができるので、永久磁石２３ａおよび２３ｂの磁石磁束が磁気的に短絡するのを容易に抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、スリット２４は、ロータコア２１とステータコア１１との間のギャップＷｇの２倍よりも大きい幅Ｗ１を有する。これにより、ロータコア２１とステータコア１１との間のギャップを２回通って（往復して）戻ってくる永久磁石２３ａおよび２３ｂの磁石磁束を、スリット２４よりもロータコア２１とステータコア１１との間のギャップを通りやすくすることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、スリット２４は、永久磁石２３ａおよび２３ｂの幅Ｗｍよりも小さい幅Ｗ１を有する。これにより、電機子磁束が永久磁石２３ａおよび２３ｂを通らずに、スリット２４を通るようにすることができるので、電機子磁束が永久磁石２３ａおよび２３ｂを通る場合と異なり、弱め界磁制御を行う際に、磁石磁束が電機子磁束により減磁することを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、永久磁石２３ａおよび２３ｂを、それぞれ、ｄ軸に沿って延びるように配置し、スリット２４を、隣接する永久磁石２３ａのＮ極と永久磁石２３ｂのＳ極との境界近傍のｄ軸の磁路中において、永久磁石２３ａおよび２３ｂの延びる方向と交差する方向に延びるように形成する。これにより、永久磁石２３ａおよび２３ｂの延びる方向と交差する方向に延びるスリット２４によって、磁石磁束がｄ軸の磁路を介して短絡するのを効果的に抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、一対の永久磁石２３ａを、ｄ軸に沿って互いに平行に対向して延びるように配置し、永久磁石２３ｂを、一対の永久磁石２３ａの各々に対して略直交する方向に延びるように配置し、スリット２４を、永久磁石２３ａおよび２３ｂの境界近傍からロータコア２１の半径方向の内側に向かって直線状に延びるように形成する。これにより、ロータコア２１の半径方向に沿って直線状に延びるスリット２４によって、永久磁石２３ａおよび２３ｂの磁石磁束が短絡するのを効果的に抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、ロータコア２１を回転可能に支持する非磁性体により形成されたシャフト２２を設け、スリット２４を、永久磁石２３ａおよび２３ｂの境界近傍からロータコア２１の半径方向の内側に向かってシャフト２２の近傍まで直線状に延びるように形成する。これにより、非磁性体のシャフト２２とスリット２４との両方により、永久磁石２３ａおよび２３ｂの磁石磁束が短絡するのをより効果的に抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、永久磁石２３ａおよび２３ｂを、フェライト系の永久磁石により構成する。このように希土類磁石に比べて磁力の弱いフェライト系の磁石を用いる場合にも、電機子磁束によるリラクタンストルクを有効に利用可能な本出願の構成により、所望の出力を容易に得ることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、ロータコア２１の外周部近傍で、かつ、永久磁石２３ａおよび２３ｂに対してスリット２４と反対側にフラックスバリア２５を設け、永久磁石２３ａおよび２３ｂを、フラックスバリア２５を囲むように配置する。これにより、フラックスバリア２５により、ロータコア２１に磁気的な突極性を持たせることができるとともに、フラックスバリア２５を囲む複数の永久磁石２３ａおよび２３ｂにより、磁石磁束を強めることができる。

（第２実施形態）
次に、図６および図７を参照して、第２実施形態による回転電機２００の構成について説明する。第２実施形態では、スリットがロータコアの半径方向に沿って延びるように形成されていた上記第１実施形態とは異なり、スリットがロータコアの半径方向と直交する方向に延びるように形成されている例について説明する。なお、第２実施形態において上記第１実施形態と同様の構成については、同一符号を用いるとともに説明を省略する。

図６に示すように、第２実施形態によるロータ３は、ロータコア３１と、シャフト３２と、永久磁石３３ａ、３３ｂ、３３ｃおよび３３ｄとを含んでいる。ロータコア３１は、スリット３４と、フラックスバリア２５とを有する。また、ロータコア３１は、ステータコア１１の内側に対向するように配置されている。また、ロータコア３１は、たとえば電磁鋼板を積層して形成されている。なお、ロータコア３１は、たとえば、鉄などの強磁性体部材を円形に折り曲げたものであってもよいし、円筒形の強磁性体部材であってもよい。また、円筒形の強磁性体部材は、鋳物等により構成されてもよい。なお、永久磁石３３ａおよび３３ｃは、「第１永久磁石」の一例であり、永久磁石３３ｂおよび３３ｄは、「第２永久磁石」の一例である。また、スリット３４は、「空隙」の一例である。

シャフト３２は、ロータコア３１の中心を貫通するように設けられている。この、シャフト３２は、ロータコア３１を回転可能に支持するように構成されている。また、シャフト３２は、磁性体（たとえば、磁性ステンレス鋼）により形成されている。ここで、第２実施形態では、永久磁石３３ａおよび３３ｂ（３３ｃおよび３３ｄ）の磁石磁束がロータコア３１の半径方向内側で磁気的に短絡しても構わないので、シャフト３２は、磁性体でも問題ない。

永久磁石３３ａ〜３３ｄは、ロータコア３１に埋め込まれている。また、永久磁石３３ａ（３３ｂ〜３３ｄ）は、それぞれ、互いに対向するように２対（合計４つ）設けられている。また、一対の永久磁石３３ａは、図７に示すように、ｄ軸の磁路を挟んで所定の間隔を隔ててＮ極が互いに対向するように配置されている。また、一対の永久磁石３３ｂは、ｄ軸の磁路を挟んで所定の間隔を隔ててＳ極が互いに対向するように配置されている。つまり、永久磁石３３ａは、Ｎ極がｄ軸の磁路側を向くように配置されており、永久磁石３３ｂは、Ｓ極がｄ軸の磁路側を向くように配置されている。また、一対の永久磁石３３ｂは、一対の永久磁石３３ａに対してｄ軸方向にそれぞれ直線状に隣接するように配置されている。一対の永久磁石３３ｃは、ｄ軸の磁路を挟んで所定の間隔を隔ててＳ極が互いに対向するように配置されている。また、一対の永久磁石３３ｄは、ｄ軸の磁路を挟んで所定の間隔を隔ててＮ極が互いに対向するように配置されている。つまり、永久磁石３３ｃは、Ｓ極がｄ軸の磁路側を向くように配置されており、永久磁石３３ｄは、Ｎ極がｄ軸の磁路側を向くように配置されている。また、一対の永久磁石３３ｄは、一対の永久磁石３３ｃに対してｄ軸方向にそれぞれ直線状に隣接するように配置されている。また、永久磁石３３ａおよび３３ｂは、永久磁石３３ｃおよび３３ｄに対して略直交する方向に延びるように配置されている。

また、永久磁石３３ａ〜３３ｄは、電機子のｄ軸（リラクタンスモータとしてのｄ軸）と、磁石界磁軸とが互いに同じ方向になるように配置されている。また、対向する一対の永久磁石３３ａ（３３ｂ〜３３ｄ）は、それぞれ、ｄ軸に沿って互いに平行に延びるように配置されている。また、隣接する永久磁石３３ａ〜３３ｄは、磁極が互い違いになるように略扇形状のフラックスバリア２５を取り囲むように（略扇形状のフラックスバリア２５の直線状部２５ａおよび２５ｂに沿って）配置されている。具体的には、永久磁石３３ａは、フラックスバリア２５側にＳ極を向けて配置されている。永久磁石３３ｂは、フラックスバリア２５側にＮ極を向けて配置されている。永久磁石３３ｃは、フラックスバリア２５側にＮ極を向けて配置されている。永久磁石３３ｄは、フラックスバリア２５側にＳ極を向けて配置されている。また、フラックスバリア２５を取り囲んで隣接する永久磁石３３ａ〜３３ｄは、略Ｖ字形状に配置されている。また、永久磁石３３ａ〜３３ｄは、幅Ｗｍ（図６参照）を有するように形成されている。また、永久磁石３３ａ〜３３ｄは、たとえば、フェライト系の永久磁石により構成されている。

ここで、第２実施形態では、スリット３４は、永久磁石３３ａおよび３３ｂ（３３ｃおよび３３ｄ）の磁石磁束が磁気的に短絡するのを抑制するように構成されている。具体的には、スリット３４は、隣接する永久磁石３３ａおよび３３ｂ（３３ｃおよび３３ｄ）の短絡する磁石磁束の方向と交差する方向に延びるスリット状の空間（空隙）により構成されている。また、スリット３４は、ｄ軸の磁路中に形成されている。つまり、スリット３４は、図７に示すように、電機子磁束の方向（ｄ軸）と略直交する方向に延びるように形成されている。また、スリット３４は、隣接する永久磁石３３ａのＮ極（３３ｃのＳ極）と永久磁石３３ｂのＳ極（３３ｄのＮ極）との境界近傍のｄ軸の磁路中に形成されている。

また、スリット３４は、ｄ軸方向に沿って隣接する永久磁石３３ａのＮ極（３３ｃのＳ極）と永久磁石３３ｂのＳ極（３３ｄのＮ極）とが、短絡するのを抑制する位置に配置されている。具体的には、スリット３４は、一方の永久磁石３３ａのＮ極と一方の永久磁石３３ｂのＳ極との境界近傍から、ｄ軸の磁路を挟んで対向するように配置された他方の永久磁石３３ａのＮ極と他方の永久磁石３３ｂのＳ極との境界近傍まで直線状に延びるように形成されている。また、スリット３４は、一方の永久磁石３３ｃのＳ極と一方の永久磁石３３ｄのＮ極との境界近傍から、ｄ軸の磁路を挟んで対向するように配置された他方の永久磁石３３ｃのＳ極と他方の永久磁石３３ｄのＮ極との境界近傍まで直線状に延びるように形成されている。また、スリット３４は、ロータコア３１の半径方向と略直交する方向に沿って延びるように形成されている。

また、スリット３４は、図６に示すように、ロータコア３１とステータコア１１との間のギャップＷｇよりも大きい幅Ｗ２を有するように形成されている。具体的には、スリット３４は、ロータコア３１とステータコア１１との間のギャップＷｇの２倍よりも大きい幅Ｗ２を有するように形成されている。また、スリット３４は、永久磁石３３ａ〜３３ｄの幅Ｗｍよりも小さい幅Ｗ２を有するように形成されている。これにより、スリット３４は、永久磁石３３ａ〜３３ｄの短絡する磁石磁束を通さないように構成されている。また、電機子磁束が、永久磁石３３ａ〜３３ｄを通らないように構成されている。

第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第２実施形態では、上記のように、スリット３４を、一方の永久磁石３３ａのＮ極（３３ｃのＳ極）と一方の永久磁石３３ｂのＳ極（３３ｄのＮ極）との境界近傍から、ｄ軸の磁路を挟んで対向するように配置された他方の永久磁石３３ａのＮ極（３３ｃのＳ極）と他方の永久磁石３３ｂのＳ極（３３ｄのＮ極）との境界近傍まで直線状に延びるように形成する。これにより、スリット３４により、永久磁石３３ａおよび３３ｂ（３３ｃおよび３３ｄ）の短絡する磁石磁束を効果的に妨げることができる。

また、第２実施形態では、上記のように、スリット３４を、ｄ軸と略直交する方向に延びるように形成する。これにより、ｄ軸と略直交する方向に延びるスリット３４によって、磁石磁束がｄ軸の磁路を介して短絡するのを容易に抑制することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、スリット３４を、ロータコア３１の半径方向と略直交する方向に沿って延びるように形成する。これにより、ロータコア３１の半径方向と直交する方向に沿って延びるスリット３４により、永久磁石３３ａおよび３３ｂ（３３ｃおよび３３ｄ）の短絡する磁石磁束を効果的に妨げることができる。

第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
次に、図８および図９を参照して、第３実施形態による回転電機３００の構成について説明する。第３実施形態では、ｄ軸方向に隣接する永久磁石を直線状に並べて配置した上記第２実施形態とは異なり、ｄ軸方向に隣接する永久磁石を折れ線状に並べて配置した例について説明する。

図８に示すように、第３実施形態によるロータ４は、ロータコア４１と、シャフト４２と、永久磁石４３ａ、４３ｂ、４３ｃおよび４３ｄとを含んでいる。ロータコア４１は、スリット４４と、フラックスバリア２５とを有する。また、ロータコア４１は、ステータコア１１の内側に対向するように配置されている。また、ロータコア４１は、たとえば電磁鋼板を積層して形成されている。なお、ロータコア４１は、たとえば、鉄などの強磁性体部材を円形に折り曲げたものであってもよいし、円筒形の強磁性体部材であってもよい。また、円筒形の強磁性体部材は、鋳物等により構成されてもよい。なお、永久磁石４３ａおよび４３ｃは、「第１永久磁石」の一例であり、永久磁石４３ｂおよび４３ｄは、「第２永久磁石」の一例である。また、スリット４４は、「空隙」の一例である。

シャフト４２は、ロータコア４１の中心を貫通するように設けられている。この、シャフト４２は、ロータコア４１を回転可能に支持するように構成されている。また、シャフト４２は、上記した第２実施形態と同様に磁性体（たとえば、磁性ステンレス鋼）により形成されている。

永久磁石４３ａ〜４３ｄは、ロータコア４１に埋め込まれている。また、永久磁石４３ａ（４３ｂ〜４３ｄ）は、それぞれ、互いに対向するように２対（合計４つ）設けられている。また、一対の永久磁石４３ａは、図９に示すように、ｄ軸の磁路を挟んで所定の間隔を隔ててＮ極が互いに対向するように配置されている。また、一対の永久磁石４３ｂは、ｄ軸の磁路を挟んで所定の間隔を隔ててＳ極が互いに対向するように配置されている。つまり、永久磁石４３ａは、Ｎ極がｄ軸の磁路側を向くように配置されており、永久磁石４３ｂは、Ｓ極がｄ軸の磁路側を向くように配置されている。また、一対の永久磁石４３ｂは、一対の永久磁石４３ａに対してｄ軸方向にそれぞれ折れ線状に隣接するように配置されている。つまり、一対の永久磁石４３ａは、半径方向の外側に向かって広がるように配置されるとともに、一対の永久磁石４３ｂは、半径方向の外側に向かって狭まるように配置されている。

一対の永久磁石４３ｃは、ｄ軸の磁路を挟んで所定の間隔を隔ててＳ極が互いに対向するように配置されている。また、一対の永久磁石４３ｄは、ｄ軸の磁路を挟んで所定の間隔を隔ててＮ極が互いに対向するように配置されている。つまり、永久磁石４３ｃは、Ｓ極がｄ軸の磁路側を向くように配置されており、永久磁石４３ｄは、Ｎ極がｄ軸の磁路側を向くように配置されている。また、一対の永久磁石４３ｄは、一対の永久磁石４３ｃに対してｄ軸方向にそれぞれ折れ線状に隣接するように配置されている。つまり、一対の永久磁石４３ｃは、半径方向の外側に向かって広がるように配置されるとともに、一対の永久磁石４３ｄは、半径方向の外側に向かって狭まるように配置されている。また、永久磁石４３ｂおよび４３ｄは、図９に示すように、ｑ軸を挟んで隣接するように配置されている。

また、永久磁石４３ａ〜４３ｄは、電機子のｄ軸（リラクタンスモータとしてのｄ軸）と、磁石界磁軸とが互いに同じ方向になるように配置されている。また、対向する一対の永久磁石４３ａ（４３ｂ〜４３ｄ）は、それぞれ、ｄ軸に対して所定の角度を有して配置されている。また、隣接する永久磁石４３ａ〜４３ｄは、磁極が互い違いになるようにフラックスバリア２５を取り囲むように配置されている。具体的には、永久磁石４３ａは、フラックスバリア２５側にＳ極を向けて配置されている。永久磁石４３ｂは、フラックスバリア２５側にＮ極を向けて配置されている。永久磁石４３ｃは、フラックスバリア２５側にＮ極を向けて配置されている。永久磁石４３ｄは、フラックスバリア２５側にＳ極を向けて配置されている。また、フラックスバリア２５を取り囲んで隣接する永久磁石４３ａ〜４３ｄは、略Ｕ字形状に配置されている。また、永久磁石４３ａ〜４３ｄは、幅Ｗｍ（図８参照）を有するように形成されている。また、永久磁石４３ａ〜４３ｄは、たとえば、フェライト系の永久磁石により構成されている。

ここで、第３実施形態では、スリット４４は、永久磁石４３ａおよび４３ｂ（４３ｃおよび４３ｄ）の磁石磁束が磁気的に短絡するのを抑制するように構成されている。具体的には、スリット４４は、隣接する永久磁石４３ａおよび４３ｂ（４３ｃおよび４３ｄ）の短絡する磁石磁束の方向と交差する方向に延びるスリット状の空間（空隙）により構成されている。また、スリット４４は、ｄ軸の磁路中に形成されている。つまり、スリット４４は、図９に示すように、電機子磁束の方向（ｄ軸）と略直交する方向に延びるように形成されている。また、スリット４４は、隣接する永久磁石４３ａのＮ極（４３ｃのＳ極）と永久磁石４３ｂのＳ極（４３ｄのＮ極）との境界近傍のｄ軸の磁路中に形成されている。

また、スリット４４は、ｄ軸方向に沿って隣接する永久磁石４３ａのＮ極（４３ｃのＳ極）と永久磁石４３ｂのＳ極（４３ｄのＮ極）とが、短絡するのを抑制する位置に配置されている。具体的には、スリット４４は、一方の永久磁石４３ａのＮ極と一方の永久磁石４３ｂのＳ極との境界近傍から、ｄ軸の磁路を挟んで対向するように配置された他方の永久磁石４３ａのＮ極と他方の永久磁石４３ｂのＳ極との境界近傍まで直線状に延びるように形成されている。また、スリット４４は、一方の永久磁石４３ｃのＳ極と一方の永久磁石４３ｄのＮ極との境界近傍から、ｄ軸の磁路を挟んで対向するように配置された他方の永久磁石４３ｃのＳ極と他方の永久磁石４３ｄのＮ極との境界近傍まで直線状に延びるように形成されている。また、スリット４４は、ロータコア４１の半径方向と略直交する方向に沿って延びるように形成されている。

また、スリット４４は、図８に示すように、ロータコア４１とステータコア１１との間のギャップＷｇよりも大きい幅Ｗ３を有するように形成されている。具体的には、スリット４４は、ロータコア４１とステータコア１１との間のギャップＷｇの２倍よりも大きい幅Ｗ３を有するように形成されている。また、スリット４４は、永久磁石４３ａ〜４３ｄの幅Ｗｍよりも小さい幅Ｗ３を有するように形成されている。これにより、スリット４４は、永久磁石４３ａ〜４３ｄの短絡する磁石磁束を通さないように構成されている。また、電機子磁束が、永久磁石４３ａ〜４３ｄを通らないように構成されている。

第３実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記第１実施形態では、スリット（空隙）をステータコアの半径方向に沿って延びるように形成し、上記第２および第３実施形態では、スリット（空隙）をステータコアの半径方向と直交する方向に沿って延びるように形成する構成の例を示したが、空隙がｄ軸の磁路中に形成されていれば、他の形状（たとえば、ロータコアの半径方向と直角以外に交差する方向に延びる形状）に形成されていてもよい。また、空隙がｄ軸の磁路中に形成されていれば、スリット状以外の丸形形状や多角形形状に形成されていてもよい。

また、上記第１実施形態では、スリット（空隙）が、シャフト近傍まで延びるように形成されている構成の例を示したが、図１０に示す第１実施形態の変形例による回転電機４００のように、空隙５４を、シャフト５２に接続するまで延びるように形成してもよい。この場合、ロータ５は、ロータコア５１と、シャフト５２と、永久磁石５３ａおよび５３ｂとを含む。空隙５４は、ロータコア５１にスリット状に形成されている。これにより、空隙５４を、シャフト５２に接続するまで延びるように形成することができるので、永久磁石５３ａおよび５３ｂの磁石磁束が短絡するのをより容易に抑制することが可能である。また、ロータコア５１には、外周部近傍の永久磁石５３ａおよび５３ｂが配置された側の切り欠きにより、フラックスバリア５５が形成されている。上記第１実施形態の変形例のように、フラックスバリア５５の外周のロータコア部分を無くすようにロータコア５１を形成してもよい。

２、３、４、５ ロータ
１１ ステータコア
２１、３１、４１、５１ ロータコア
２２、３２、４２、５２ シャフト
２３ａ、３３ａ、３３ｃ、４３ａ、４３ｃ、５３ａ 永久磁石(第１永久磁石)
２３ｂ、３３ｂ、３３ｄ、４３ｂ、４３ｄ、５３ｂ 永久磁石(第２永久磁石)
２４、３４、４４ スリット（空隙）
２５、５５ フラックスバリア
５４ 空隙
１００、２００、３００、４００ 回転電機

Claims (18)

1. ロータコアと、
   前記ロータコアに埋め込まれた複数の永久磁石と、
   前記ロータコアに対向するように配置されたステータコアとを備え、
   前記複数の永久磁石は、ｄ軸の磁路を挟んで所定の間隔を隔てて同じ第１磁極が互いに対向するように配置された一対の第１永久磁石を含み、
   前記ロータコアは、ｄ軸の磁路中に形成された空隙を含み、
   前記複数の永久磁石は、前記第１永久磁石に隣接するとともに第１磁極とは異なる第２磁極がｄ軸の磁路側を向くように配置された第２永久磁石をさらに含み、
   前記空隙は、隣接する前記第１永久磁石の第１磁極と前記第２永久磁石の第２磁極との境界近傍のｄ軸の磁路中に形成されている、回転電機。
2. 前記空隙は、隣接する前記第１永久磁石の第１磁極と前記第２永久磁石の第２磁極との境界近傍のｄ軸の磁路中において、ｄ軸と交差する方向に延びるように形成されている、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記空隙は、ｄ軸と交差する方向に延びるスリット状に形成されている、請求項２に記載の回転電機。
4. スリット状の前記空隙は、前記ロータコアと前記ステータコアとの間のギャップよりも大きい幅を有する、請求項３に記載の回転電機。
5. 前記スリット状の空隙は、前記ロータコアと前記ステータコアとの間のギャップの２倍よりも大きい幅を有する、請求項４に記載の回転電機。
6. スリット状の前記空隙は、前記永久磁石の幅よりも小さい幅を有する、請求項３に記載の回転電機。
7. 前記第１永久磁石および前記第２永久磁石は、ｄ軸に沿って延びるように配置されており、
   前記空隙は、隣接する前記第１永久磁石の第１磁極と前記第２永久磁石の第２磁極との境界近傍のｄ軸の磁路中において、前記第１永久磁石および前記第２永久磁石の延びる方向と交差する方向に延びるように形成されている、請求項１に記載の回転電機。
8. 前記一対の第１永久磁石は、ｄ軸に沿って互いに平行に対向して延びるように配置されており、
   前記第２永久磁石は、前記一対の第１永久磁石の各々に対して略直交する方向に延びるように２つ配置されており、
   前記空隙は、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石との境界近傍から前記ロータコアの半径方向の内側に向かって直線状に延びるように形成されている、請求項１に記載の回転電機。
9. 前記ロータコアを回転可能に支持する非磁性体により形成されたシャフトをさらに備え、
   前記空隙は、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石との境界近傍から前記ロータコアの半径方向の内側に向かって前記シャフトの近傍まで直線状に延びるように形成されている、請求項８に記載の回転電機。
10. 前記第２永久磁石は、前記一対の第１永久磁石に対してｄ軸方向にそれぞれ隣接するように配置されるとともに、ｄ軸の磁路を挟んで所定の間隔を隔てて同じ第２磁極が互いに対向するように配置された一対の前記第２永久磁石を含み、
    前記空隙は、一方の前記第１永久磁石の第１磁極と一方の前記第２永久磁石の第２磁極との境界近傍から、ｄ軸の磁路を挟んで対向するように配置された他方の前記第１永久磁石の第１磁極と他方の前記第２永久磁石の第２磁極との境界近傍まで直線状に延びるように形成されている、請求項１に記載の回転電機。
11. 前記空隙は、ｄ軸と略直交する方向に延びるように形成されている、請求項１０に記載の回転電機。
12. 前記空隙は、前記ロータコアの半径方向と略直交する方向に沿って延びるスリット状に形成されている、請求項１０に記載の回転電機。
13. 前記永久磁石は、フェライト系の永久磁石により構成されている、請求項１に記載の回転電機。
14. 前記ロータコアは、外周部近傍で、かつ、前記永久磁石に対して前記空隙と反対側に形成されたフラックスバリアをさらに含み、
    前記複数の永久磁石は、前記フラックスバリアを取り囲むように配置されている、請求項１に記載の回転電機。
15. ロータコアと、
    前記ロータコアに埋め込まれた複数の永久磁石とを備え、
    前記複数の永久磁石は、磁石界磁軸とｄ軸とが互いに同じ方向になるように配置され、
    前記ロータコアは、ｄ軸の磁路中に形成された空隙を含み、
    前記複数の永久磁石は、ｄ軸の磁路を挟んで所定の間隔を隔てて同じ第１磁極が互いに対向するように配置された一対の第１永久磁石と、前記第１永久磁石に隣接するとともに第１磁極とは異なる第２磁極がｄ軸の磁路側を向くように配置された第２永久磁石とを含み、
    前記空隙は、隣接する前記第１永久磁石の第１磁極と前記第２永久磁石の第２磁極との境界近傍のｄ軸の磁路中に形成されている、ロータ。
16. 前記空隙は、隣接する前記第１永久磁石の第１磁極と前記第２永久磁石の第２磁極との境界近傍のｄ軸の磁路中において、ｄ軸と交差する方向に延びるように形成されている、請求項１５に記載のロータ。
17. 前記空隙は、ｄ軸と交差する方向に延びるスリット状に形成されているとともに、スリット状の前記空隙は、前記ロータコアの外周部に対向するように配置されるステータコアと前記ロータコアとの間のギャップよりも大きい幅を有するように形成されている、請求項１６に記載のロータ。
18. 前記空隙は、ｄ軸と交差する方向に延びるスリット状に形成されているとともに、スリット状の前記空隙は、前記永久磁石の幅よりも小さい幅を有するように形成されている、請求項１６に記載のロータ。

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