JP6552929B2 - 回転電機およびエレベータ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、回転電機およびエレベータに関する。

回転電機のひとつとして、横方向磁束型回転電機が知られている。横方向磁束型回転電機は、回転軸の回転方向に沿う環状の巻線を有した固定子と、固定子に対して相対的に回転可能な回転子とを備える。
ところで、回転電機の分野では、振動の要因となるトルクの脈動分（以下、「トルク脈動」と称する場合がある。）の低減が期待されている。

特開２０１５−７０７６７号公報

本発明が解決しようとする課題は、トルクの脈動分の低減を図ることができる回転電機およびエレベータを提供することである。

実施形態の回転電機は、巻線と、Ｌ個（Ｌは任意の整数）の固定子磁極と、Ｌ個の回転子磁極と、を持つ。前記巻線は、回転軸の回転方向に沿う環状である。前記Ｌ個の固定子磁極は、前記回転方向に分かれて配置され、それぞれ前記巻線に面する。前記Ｌ個の回転子磁極は、互いに同じ極性を有するとともに前記回転方向に分かれて配置され、前記Ｌ個の固定子磁極に対向する。前記Ｌ個の固定子磁極は、それらの外周面で環状構造体によって結合され、互いの間に空隙を空けながら位置が定まっている。トルク脈動の基本波成分の次数をＮとすると、前記Ｌ個の固定子磁極および前記Ｌ個の回転子磁極のいずれか一方におけるＭ個（Ｍ≦Ｌ）の磁極間距離が（Θ，Θ＋Θ_１／Ｍ，Θ＋Θ_１×２／Ｍ，…，Θ＋Θ_１×（Ｍ−１）／Ｍ）の組合せであり、前記Θ_１は電気角で（１８０°／Ｎ）＜Θ_１＜（５４０°／Ｎ）を満たす。

第１の実施形態の回転電機を示す斜視図。 第１の実施形態の回転電機を示す断面図。 第１の実施形態の固定子を示す正面図。 第１の実施形態の回転子を示す正面図。 第１の実施形態の固定子のひとつの具体例を示す正面図。 第２の実施形態の回転電機を示す斜視図。 第２の実施形態の回転電機を示す断面図。 第２の実施形態の固定子の一部を示す断面図。 第２の実施形態の固定子の積層鋼板を示す正面図。 第２の実施形態の回転子を示す正面図。 トルク脈動が低減する原理の一例を示す図。 第２の実施形態の回転子の一部を拡大して示す正面図。 第１および第２の実施形態の回転電機駆動系のシステム構成を示すブロック図。 第１および第２の実施形態の駆動回路部の構成例を示す回路構成図。 第１および第２の実施形態のリングコイルに流れる電流の一例を示す図。 第１および第２の実施形態のリングコイルに流れる電流の他の一例を示す図。 第１および第２の実施形態のエレベータを示す側面図。

以下、実施形態の回転電機およびエレベータを、図面を参照して説明する。なお以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。

（第１の実施形態）
図１から図５を参照して、第１の実施形態の回転電機１について説明する。
図１は、第１の実施形態の回転電機１を示す斜視図である。
図１に示すように、本実施形態の回転電機１は、例えば横方向磁束型回転電機である。詳しく述べると、回転電機１は、回転軸２と、この回転軸２を回転駆動する複数（例えば３つ）の駆動要素３ａ，３ｂ，３ｃとを備える。また、回転電機１は、複数の駆動要素３ａ，３ｂ，３ｃを収容する図示しない筐体を備える。

回転軸２は、前記筐体に設けられた１対の軸受によって回転可能に支持されている。
ここで、説明の便宜上、回転軸２の軸方向Ｚ、径方向ｒ、および回転方向Ｒを定義する。回転軸２の軸方向Ｚは、回転軸２の延伸方向である。回転軸２の径方向ｒは、軸方向Ｚとは略直交する方向であり、回転軸２から放射状に離れる方向である。回転軸２の回転方向Ｒは、軸方向Ｚおよび径方向ｒとは略直交する方向であり、回転軸２から一定の距離を保ちながら、回転軸２の中心線の周りを回る方向である。

図２は、本実施形態の回転電機１を示す断面図である。
図２に示すように、複数の駆動要素３ａ，３ｂ，３ｃは、それぞれ、固定子１１と、回転子１２とを備える。言い換えると、回転電機１は、固定子１１と回転子１２の組を、回転軸２の軸方向Ｚに複数有する。ここで、回転電機１は、多相構造を有する。すなわち、上記複数の組では、回転方向Ｒにおける固定子１１と回転子１２との相対位置関係が互いに異なる。なお「相対位置」とは、位相のことである。すなわち、各駆動要素３ａ，３ｂ，３ｃの回転子１２（または固定子１１）は、回転方向Ｒにおいて、所定の位相差を有する。

例えば、本実施形態の回転電機１は、３相構造のモータである。すなわち、第１駆動要素３ａの固定子１１と回転子１２の組が「ａ相」、第２駆動要素３ｂの固定子１１と回転子１２の組が「ｂ相」、第３駆動要素３ｃの固定子１１と回転子１２の組が「ｃ相」に対応する。３相は、一般的に、Ｕ，Ｖ，Ｗを用いて表現される。なお以下の説明において、単に「固定子１１」または「回転子１２」と言う場合、それらの表現は、いずれの相の固定子または回転子であるかを区別しない意味で用いる。

まず、固定子１１について説明する。
図３は、本実施形態の固定子１１を示す正面図である。
図３に示すように、各固定子１１は、リングコイル２１と、複数のＵ字型鉄心２２とを有する。

リングコイル２１は、「巻線」の一例である。リングコイル２１は、回転軸２の回転方向Ｒに沿う環状に設けられている。すなわち、リングコイル２１は、回転軸２を中心として、回転軸２の回転方向Ｒに巻かれている。図２に示すように、リングコイル２１は、各相に１つずつ設けられている。すなわち、本実施形態の回転電機１は、合計で３つのリングコイル２１を有する。３つのリングコイル２１には、例えば、位相が１２０°ずつ異なる電流が供給される。なお、リングコイル２１に供給される電流の位相は、上記例に限られない。

図３に示すように、複数のＵ字型鉄心２２は、回転軸２の回転方向Ｒにおいて、互いに間隔を空けて分かれて配置されている。また、Ｕ字型鉄心２２に覆われていないリングコイル２１の部分は、複数のＵ字型鉄心２２の間の空隙に面している。

図２に示すように、各Ｕ字型鉄心２２は、Ｕ字状に形成されており、第１部分２２ａ、第２部分２２ｂ、および第３部分２２ｃを有する。第１部分２２ａは、回転軸２の軸方向Ｚで、リングコイル２１に面する。第２部分２２ｂは、リングコイル２１に対して、第１部分２２ａとは反対側に位置する。すなわち、第２部分２２ｂは、第１部分２２ａとは反対側からリングコイル２１に面する。第３部分２２ｃは、リングコイル２１の環状外側（すなわち径方向ｒの外周側）からリングコイル２１に面する。これにより、Ｕ字型鉄心２２は、Ｕ字状の凹部によって、リングコイル２１の一部を３方向から囲む。Ｕ字型鉄心２２の第１部分２２ａおよび第２部分２２ｂは、回転子１２に面する磁極を形成する。本実施形態では、Ｕ字型鉄心２２の第１部分２２ａおよび第２部分２２ｂは、それぞれ「固定子磁極２４」の一例である。

本実施形態の固定子１１は、上記のような複数のＵ字型鉄心２２によって形成された第１強磁性体ユニット２５を備える。第１強磁性体ユニット２５は、回転軸２の回転方向Ｒに分かれて配置された複数の固定子磁極２４を有する。本実施形態の固定子１１は、回転軸２の回転方向Ｒに分かれて配置されたＬ個（Ｌは任意の整数）の固定子磁極として、例えば２４個の固定子磁極２４を有する。

次に、回転子１２について説明する。
図２に示すように、各回転子１２は、例えば固定子１１の内側に配置され、回転軸２の回転方向Ｒに回転可能である。詳しく述べると、回転子１２は、固定子１１の第１強磁性体ユニット２５との間に空隙を空けて配置されている。回転子１２は、回転軸２を中心として、固定子１１に対して相対的に回転可能である。

図４は、本実施形態の回転子１２を示す正面図である。
なお図４では、回転子１２として採用可能な２種類の回転子１２１Ａおよび回転子１２１Ｂを示す。すなわち、回転電機１は、回転子１２１Ａおよび回転子１２１Ｂのいずれを備えてもよい。なお以下の説明において、回転子１２１Ａおよび回転子１２１Ｂを区別せずに表現する場合は、単に回転子１２と称する。

まず、図４中の（ａ）に示す回転子１２１Ａについて説明する。
図４中の（ａ）に示すように、回転子１２１Ａは、非磁性リング３１Ａ、複数のＩ字型鉄心３２、および、複数の永久磁石３３を有する。

非磁性リング３１Ａは、回転軸２を囲む環状に形成されている。非磁性リング３１Ａは、回転軸２の外周面に取り付けられている。

複数のＩ字型鉄心３２の各々は、回転軸２の径方向ｒに沿う板状に形成されている。Ｉ字型鉄心３２は、回転軸２の径方向ｒで非磁性リング３１Ａの外周側に配置され、非磁性リング３１Ａの外周面に固定されている。複数のＩ字型鉄心３２は、回転軸２の回転方向Ｒにおいて、互いに間隔を空けて分かれて配置されている。

図２に示すように、Ｉ字型鉄心３２は、回転軸２の軸方向Ｚに延びている。Ｉ字型鉄心３２は、回転軸２の径方向ｒで、固定子１１のリングコイル２１と、Ｕ字型鉄心２２の第１部分２２ａおよび第２部分２２ｂとに面する。Ｉ字型鉄心３２は、後述する永久磁石３３によって磁化されて、固定子１１に面する磁極を形成する。回転子１２１Ａでは、Ｉ字型鉄心３２は、「回転子磁極３４」の一例である。

複数の永久磁石３３は、図４中の（ａ）に示すように、回転軸２の回転方向Ｒにおいて、複数のＩ字型鉄心３２と交互に配置されている。回転軸２の回転方向Ｒで隣り合う２つの永久磁石３３の磁化方向は、例えば位相が１８０°異なる。
また、図２に示すように、永久磁石３３は、固定子１１のＵ字型鉄心２２の第１部分２２ａに面する位置と、Ｕ字型鉄心２２の第２部分２２ｂに面する位置とにそれぞれ配置されている。回転軸２の軸方向Ｚで隣り合う２つの永久磁石３３の磁化方向は、例えば位相が１８０°異なる。

回転子１２１Ａは、上記のような複数のＩ字型鉄心３２および複数の永久磁石３３によって形成された第２強磁性体ユニット３５を備える。第２強磁性体ユニット３５は、回転軸２の回転方向Ｒに分かれて配置された複数の回転子磁極３４を有する。この複数の回転子磁極３４は、互いに同じ極性を有するとともに回転軸２の回転方向Ｒに分かれて配置されたＬ個の回転子磁極３４を含む。なお本願で言う「極性が同じ」とは、固定子１１（固定子磁極２４）に対する極性（Ｎ極またはＳ極）が同じであることを意味する。
例えば、図４中の（ａ）に示す回転子１２１Ａでは、複数のＩ字型鉄心３２は、固定子１１のＵ字型鉄心２２の略半分のピッチで配置されている。これにより、回転子１２１Ａは、固定子磁極２４の倍の数（例えば４８個）の回転子磁極３４を有する。ここで、複数の回転子磁極３４は、複数の永久磁石３３によって、回転軸２の回転方向Ｒに「Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極…」のように交互に磁化されている。このため、回転子１２１Ａの複数の回転子磁極３４は、固定子１１に対してＮ極が向いたＬ個の回転子磁極３４と、固定子１１に対してＳ極が向いたＬ個の回転子磁極３４とを含む。言い換えると、回転子１２１Ａでは、複数の回転子磁極３４のなかで、ひとつ置きに配置された回転子磁極３４が「Ｌ個の回転子磁極３４」に対応する。なお、以下の説明において、単に「Ｌ個の回転子磁極」と称する場合は、「互いに極性が同じＬ個の回転子磁極」のことを意味する。

次に、図４中の（ｂ）に示す回転子１２１Ｂについて説明する。
図４中の（ｂ）に示すように、回転子１２１Ｂは、磁性リング３１Ｂ、複数のＩ字型鉄心３２、および、複数の永久磁石３３を有する。

磁性リング３１Ｂは、回転軸２を囲む環状に形成されている。磁性リング３１Ｂは、回転軸２の外周面に取り付けられている。

複数のＩ字型鉄心３２の各々は、回転軸２の径方向ｒに沿う板状に形成されている。Ｉ字型鉄心３２は、回転軸２の径方向ｒで磁性リング３１Ｂの外周側に配置され、磁性リング３１Ｂの外周面に固定されている。複数のＩ字型鉄心３２は、回転軸２の回転方向Ｒにおいて、互いに間隔を空けて分かれて配置されている。

Ｉ字型鉄心３２は、回転軸２の軸方向Ｚに延びている。これにより、Ｉ字型鉄心３２は、回転軸２の径方向ｒで、固定子１１のリングコイル２１と、Ｕ字型鉄心２２の第１部分２２ａおよび第２部分２２ｂとに面する。Ｉ字型鉄心３２は、後述する永久磁石３３によって磁化されて、固定子１１に面する磁極を形成する。回転子１２１Ｂでは、Ｉ字型鉄心３２は、「回転子磁極３４」の一例である。

複数の永久磁石３３は、図４中の（ｂ）に示すように、回転軸２の回転方向Ｒにおいて、複数のＩ字型鉄心３２と交互に配置されている。回転軸２の回転方向Ｒで隣り合う２つの永久磁石３３の磁化方向は、例えば位相が同じである。回転子１２１Ｂでは、永久磁石３３は、「回転子磁極３４」の一例である。
また、永久磁石３３は、固定子１１のＵ字型鉄心２２の第１部分２２ａに面する位置と、Ｕ字型鉄心２２の第２部分２２ｂに面する位置とにそれぞれ配置されている。回転軸２の軸方向Ｚで隣り合う２つの永久磁石３３の磁化方向は、例えば位相が１８０°異なる。

回転子１２１Ｂは、上記のような複数のＩ字型鉄心３２および複数の永久磁石３３によって形成された第２強磁性体ユニット３５を備える。第２強磁性体ユニット３５は、回転軸２の回転方向Ｒに分かれて配置された複数の回転子磁極３４を有する。この複数の回転子磁極３４は、互いに同じ極性を有するとともに回転軸２の回転方向Ｒに分かれて配置されたＬ個の回転子磁極３４を含む。
例えば、図４中の（ｂ）に示す回転子１２１Ｂでは、上記複数の永久磁石３３がＮ極であれば、上記複数のＩ字型鉄心３２はＳ極に磁化されている。また、上記複数の永久磁石３３がＳ極であれば、上記複数のＩ字型鉄心３２はＮ極に磁化されている。このため、回転子１２１Ｂの複数の回転子磁極３４は、固定子１１に対してＮ極が向いたＬ個の回転子磁極３４と、固定子１１に対してＳ極が向いたＬ個の回転子磁極３４とを含む。言い換えると、回転子１２１Ｂでは、複数の回転子磁極３４のなかで、ひとつ置きに配置された回転子磁極３４が「Ｌ個の回転子磁極３４」に対応する。

次に、固定子１１の磁極間距離、および回転子１２の磁極間距離について説明する。本実施形態では、固定子１１のＭ個の磁極間距離（θ_１，θ_２，…，θ_Ｍ）、および回転子１２の磁極間距離（Ψ_１，Ψ_２，…，Ψ_Ｍ）のいずれか一方が不均等に設定される。

すなわち、図３に示すように、各固定子１１は、上記Ｌ個の固定子磁極２４を有する。そして、上記Ｌ個の固定子磁極２４は、任意のＭ個（Ｍは整数、Ｍ≦Ｌ）の磁極間距離（θ_１，θ_２，…，θ_Ｍ）に基づいて配置される。

具体的な一例では、Ｍ個の磁極間距離（θ_１，θ_２，…，θ_Ｍ）は、回転方向Ｒに連続して並ぶＭ＋１個の固定子磁極２４の間に設定される。そして、固定子１１は、上記のようにＭ個の磁極間距離（θ_１，θ_２，…，θ_Ｍ）が設定された固定子磁極２４のセット（以下、磁極セットＳ１と称する。）を複数有する。なお、隣り合う２つの磁極セットＳ１の境界に位置する固定子磁極２４は、２つの磁極セットＳ１で共有される。

同様に、図４に示すように、各回転子１２は、上記Ｌ個の回転子磁極３４を有する。そして、上記Ｌ個の回転子磁極３４は、任意のＭ個（Ｍは整数、Ｍ≦Ｌ）の磁極間距離（Ψ_１，Ψ_２，…，Ψ_Ｍ）に基づいて配置される。

具体的な一例では、Ｍ個の磁極間距離（Ψ_１，Ψ_２，…，Ψ_Ｍ）は、上記Ｌ個の回転子磁極３４のなかで、回転方向Ｒに連続して並ぶＭ＋１個の回転子磁極３４の間に設定される。そして、回転子１２は、上記のようにＭ個の磁極間距離（Ψ_１，Ψ_２，…，Ψ_Ｍ）が設定されたＭ＋１個の回転子磁極３４のセット（以下、磁極セットＳ２と称する。）を複数有する。なお、隣り合う２つの磁極セットＳ２の境界に位置する回転子磁極３４は、２つの磁極セットＳ２で共有される。

なお、本願で言う「磁極間距離」とは、対象となる２つの磁極において、一方の磁極の回転方向Ｒにおける中心と、他方の磁極の回転方向Ｒにおける中心との間の角度（機械角または電気角）のことである（図３および図４参照）。なお、「磁極間距離」は、「磁極間ピッチ」と称してもよい。

そして本実施形態では、固定子１１のＭ個の磁極間距離（θ_１，θ_２，…，θ_Ｍ）、および回転子１２の磁極間距離（Ψ_１，Ψ_２，…，Ψ_Ｍ）のいずれか一方が不均等に設定される。具体的には、低減すべきトルク脈動の周期（機械角）をφとすると、Ｍ個の磁極間距離（θ_１，θ_２，…，θ_Ｍ）およびＭ個の磁極間距離（Ψ_１，Ψ_２，…，Ψ_Ｍ）のいずれか一方は、（Θ，Θ＋φ／Ｍ，Θ＋φ×２／Ｍ，…，Θ＋φ×（Ｍ−１）／Ｍ）の組合せに設定される。ここで、Θは、任意に設定される角度である。

なお、本願で言う「組合せに設定される」とは、例えば、（θ_１，θ_２，θ_３，…）がこの順番通りに（Θ，Θ＋φ／Ｍ，Θ＋φ×２／Ｍ，…）に対応してもよく、または（θ_１，θ_２，θ_３，…）がこの順番とは異なる順番で（Θ，Θ＋φ／Ｍ，Θ＋φ×２／Ｍ，…）に対応してもよいことを意味する。なお、（θ_１，θ_２，θ_３，…）がこの順番通りに（Θ，Θ＋φ／Ｍ，Θ＋φ×２／Ｍ，…）に対応するとは、θ_１がΘに設定され、θ_２がΘ＋φ／Ｍに設定され、θ_３がΘ＋φ×２／Ｍに設定されることを意味する。一方で、（θ_１，θ_２，θ_３，…）がこの順番とは異なる順番で（Θ，Θ＋φ／Ｍ，Θ＋φ×２／Ｍ，…）に対応するとは、例えば、θ_２がΘに設定され、θ_３がΘ＋φ／Ｍに設定され、θ_１がΘ＋φ×２／Ｍに設定されることなどを意味する。なおこれは、回転子１２の磁極間距離（Ψ_１，Ψ_２，…，Ψ_Ｍ）についても同様である。

より一般化すると、固定子磁極２４または回転子磁極３４が回転方向ＲにＬ個ある場合に、電気角の基本次数に対するＮ×１、Ｎ×２、…、Ｎ×（Ｍ−１）次の脈動分（ＭとＮは整数、Ｍ≦Ｌ）を低減するには、固定子１１のＭ個の磁極間距離（θ_１，θ_２，…，θ_Ｍ）および回転子１２のＭ個の磁極間距離（Ψ_１，Ψ_２，…，Ψ_Ｍ）のいずれか一方は、（Θ，Θ＋Θ_１／Ｍ，Θ＋Θ_１×２／Ｍ，…，Θ＋Θ_１×（Ｍ−１）／Ｍ）の組合せに設定される。ここで、前記Θ_１は、電気角で例えば（３６０°／Ｎ）に設定される。

なお、Θ_１＝（３６０°／Ｎ）は、前記Θ_１の一例である。前記Θ_１は、角度に幅を有してもよい。前記Θ_１は、電気角で（１８０°／Ｎ）＜Θ_１＜（５４０°／Ｎ）を満たせばよい。

本実施形態では、Ｍ個の磁極間距離は、回転方向Ｒにおいて、前記Θ_１／Ｍずつ順に大きくなる。すなわち、固定子１１のＭ個の磁極間距離（θ_１，θ_２，…，θ_Ｍ）または回転子１２のＭ個の磁極間距離（Ψ_１，Ψ_２，…，Ψ_Ｍ）は、回転方向Ｒにおいて、前記Θ_１／Ｍずつ順に大きくなる。

また、上記Ｌ個の固定子磁極２４および上記Ｌ個の回転子磁極３４のいずれか他方（すなわち、磁極間距離が均等に設定されている方）における磁極間距離をωとすると、前記Θは、不均等に設定された前記Ｍ個の磁極間距離の和がＭωとなるように設定される。
言い換えると、図４中の（ａ）に示す回転子１２１Ａを含む回転電機１では、例えば、固定子磁極２４のＭ個の磁極間距離が不均等に設定される場合、前記Θは、固定子磁極２４のＭ個の磁極間距離の和が２Ｍτとなるように設定される。なお、τは、回転子１２における磁極の極ピッチ（例えば隣り合う永久磁石３３の中心間の距離）である。なお、図４中の（ｂ）に示す回転子１２１Ｂでは、τは、回転方向ＲにおけるＩ字型鉄心３２の中心と、回転方向Ｒにおける永久磁石３３の中心との間の距離である。
またこれは、回転子１２１Ａ，１２１Ｂにおいて回転子磁極３４のＭ個の磁極間距離が不均等に設定される場合も同様である。すなわち、回転子磁極３４のＭ個の磁極間距離が不均等に設定される場合は、複数の固定子磁極２４の均等な磁極間距離をωとすると、前記Θは、回転子磁極３４の前記Ｍ個の磁極間距離の和がＭωとなるように設定される。
なお、Ｍ個の磁極間距離の和は、上記例に限られない。すなわち、Ｍ個の磁極間距離の和は、Ｍωまたは２Ｍτとならなくてもよい。

次に、具体的な一例について説明する。例えば、固定子磁極２４の数を２４個（Ｌ＝２４）、磁極間距離の数を２（Ｍ＝２）、３相構造のため６次の高調波成分の脈動（Ｎ＝６）を低減対象とすると、電気角Θ_１／Ｍ＝（（３６０°／６）／２）＝３０°となる。なお、電気角表現では、２極分（すなわち磁極ピッチの２倍）を３６０°としている。

図５は、本実施形態の固定子１１の具体的な一例を示す正面図である。
上述の具体例を別の表現で示すと、複数の固定子磁極２４は、交互に異なる２個の磁極間距離（θ＋Δθ，θ−Δθ）に基づいて配置される。例えば、前記θは、極対数をｐとすると、θ＝（３６０°／ｐ）と表すことができる。また、低減すべきトルク脈動の周期（機械角）をφとすると、前記Δθは、０＜Δθ＜（φ／２）を満たす。例えば、前記Δθは、φ／４に設定される。すなわち、低減すべきトルク脈動の周期（機械角）をφとすると、２個の磁極間距離（θ−Δθ，θ＋Δθ）は（Θ，Θ＋φ／２）となり、（θ−Δθ）＝Θとなり、前記Δθは、φ／４になる。
例えば、固定子磁極の数が２４であり、２．５°周期（６次の高調波成分）のトルク脈動を低減したい場合、複数の固定子磁極２４は、２つの磁極間距離（１５＋２．５／４）°と（１５−２．５／４）°に基づいて配置される。なお、回転子磁極３４についても、上記と同様に表現されてもよい。

また、回転電機１には、上述の不均等な磁極間距離に加えて、Ｕ字型鉄心２２を径方向ｒまわりに回転させるスキューが設けられてもよい。

このような構成の回転電機１によれば、無通電時および通電時に、回転位置に対するトルクの脈動分の低減を図ることができる。なお上記構成によってトルクの脈動を低減することができる原理は、第２の実施形態の回転電機１の説明のなかで詳しく後述する。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態の回転電機１について説明する。
図６から図１０は、第２の実施形態の回転電機１を示す。本実施形態は、固定子１１および回転子１２の構成が第１の実施形態とは異なる。なお、本実施形態のその他の構成は、第１の実施形態と同様である。

図６は、本実施形態の回転電機１を示す斜視図である。
図６に示すように、本実施形態の回転電機１は、第１の実施形態と同様に、３相構造の横方向磁束型回転電機である。すなわち、回転電機１は、「ａ相」、「ｂ相」、「ｃ相」に対応する複数の駆動要素３ａ，３ｂ，３ｃを有する。各駆動要素３ａ，３ｂ，３ｃは、固定子１１と、回転子１２とを備える。

まず、本実施形態の固定子１１について説明する。
図７は、本実施形態の回転電機１を示す断面図である。
図７に示すように、各固定子１１は、バルク鉄心４１、リングコイル２１、および複数の積層鋼板（電磁鋼板）４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄを有する。

バルク鉄心４１は、回転軸２の回転方向Ｒに沿う円筒状に形成されている。
リングコイル２１は、回転軸２の回転方向Ｒに沿う環状に設けられ、バルク鉄心４１の内周面に固定されている。リングコイル２１は、各相に１つずつ設けられている。

図８は、本実施形態の固定子１１の一部を示す断面図である。なお、図８では、説明の便宜上、リングコイル２１の図示を省略している。
図８に示すように、複数の積層鋼板４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄは、第１から第４の積層鋼板４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄを含む。第１および第２の積層鋼板４２ａ，４２ｂは、リングコイル２１に対して、回転軸２の軸方向Ｚの第１側に設けられている。一方で、第３および第４の積層鋼板４２ｃ，４２ｄは、リングコイル２１に対して、回転軸２の軸方向Ｚの第２側（すなわち積層鋼板４２ａ，４２ｂとは反対側）に設けられている。言い換えると、リングコイル２１は、１組の積層鋼板４２ａ，４２ｂと、別の１組の積層鋼板４２ｃ，４２ｄとの間に挟まれている。

図９は、本実施形態の固定子１１の積層鋼板４２ａを示す正面図である。
図８および図９に示すように、各積層鋼板４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄは、回転軸２の回転方向Ｒに交互に設けられた複数の凸部４４と複数の凹部４５とを有する。各凸部４４は、固定子１１の内周側に向けて突出している。凹部４５は、隣り合う２つの凸部４４の間に設けられている。積層鋼板４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄの複数の凸部４４は、リングコイル２１の両側に分かれて配置されている。また、積層鋼板４２ｂ，４２ｃの凸部４４は、それぞれリングコイル２１に面している。また、凸部４４が面しないリングコイル２１の部分は、凹部４５によって形成される空隙に面している。

本実施形態では、回転軸２の軸方向Ｚに並ぶ第１積層鋼板４２ａの１つの凸部４４と第２積層鋼板４２ｂの１つの凸部４４とによって、１つの固定子磁極２４が形成されている。言い換えると、この固定子磁極２４は、第１積層鋼板４２ａと第２積層鋼板４２ｂとによって２つに分割されている。同様に、回転軸２の軸方向Ｚに並ぶ第３積層鋼板４２ｃの１つの凸部４４と第４積層鋼板４２ｄの１つの凸部４４とによって、別の１つの固定子磁極２４が形成されている。言い換えると、この固定子磁極２４は、第３積層鋼板４２ｃと第４積層鋼板４２ｄとによって２つに分割されている。

本実施形態の固定子１１は、上記のようなバルク鉄心４１および複数の積層鋼板４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄによって形成された第１強磁性体ユニット２５を備える。本実施形態の固定子１１は、回転軸２の回転方向Ｒに分かれて配置されたＬ個（Ｌは任意の整数）の固定子磁極として、例えば２４個の固定子磁極２４を有する。

本実施形態では、４つの積層鋼板４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄは、回転軸２の回転方向Ｒに互いにずらして設けられている。すなわち、積層鋼板４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄの凸部４４は、回転軸２の回転方向Ｒに互いにわずかにずらして配置されている。これにより、スキュー構造に相当する構造が実現されている。なお、この内容は詳しく後述する。

次に、本実施形態の回転子１２について説明する。
図７に示すように、各回転子１２は、バルク鉄心５１、複数の積層鋼板（電磁鋼板）５２、および、複数の永久磁石５３を有する。

バルク鉄心５１は、回転軸２を囲む円筒状に形成されている。バルク鉄心５１は、回転軸２の外周面に取り付けられている。
複数の積層鋼板５２は、それぞれバルク鉄心５１を囲む環状に形成されている。複数の積層鋼板５２は、それぞれバルク鉄心５１の外周面に固定されている。

複数の永久磁石５３は、回転子１２の積層鋼板５２に設けられている。複数の永久磁石５３は、回転軸２の回転方向Ｒに並べられている。回転軸２の回転方向Ｒで隣り合う２つの永久磁石５３の磁化方向は、例えば位相が１８０°異なる。
また、複数の永久磁石５３は、第１および第２の積層鋼板４２ａ，４２ｂの凸部４４に面する位置と、第３および第４の積層鋼板４２ｃ，４２ｄの凸部４４に面する位置とにそれぞれ配置されている。回転軸２の軸方向Ｚで隣り合う２つの永久磁石５３の磁化方向は、例えば位相が１８０°異なる。

本実施形態では、回転子１２は、上記のようなバルク鉄心５１、積層鋼板５２、よび永久磁石５３よって形成された第２強磁性体ユニット３５を備える。

図１０は、本実施形態の回転子１２を示す正面図である。
なお図１０では、回転子１２として採用可能な３種類の回転子１２２Ａ，回転子１２２Ｂ、および回転子１２２Ｃを示す。すなわち、回転電機１は、回転子１２２Ａ、回転子１２２Ｂ、および回転子１２２Ｃのいずれを備えてもよい。なお、バルク鉄心５１、積層鋼板（電磁鋼板）５２、および、複数の永久磁石５３に関する上記説明は、回転子１２２Ａ、回転子１２２Ｂ、および回転子１２２Ｃで共通である。また以下の説明において、回転子１２２Ａ、回転子１２２Ｂ、および回転子１２２Ｃを区別せずに表現する場合は、単に回転子１２と称する。

まず、図１０中の（ａ）に示す回転子１２２Ａについて説明する。
図１０中の（ａ）に示すように、回転子１２２Ａは、積層鋼板５２と、複数の永久磁石５３とを有する。複数の永久磁石５３は、複数の第１永久磁石５３Ａと、複数の第２永久磁石５３Ｂとを含む。複数の第１永久磁石５３Ａ、および複数の第２永久磁石５３Ｂは、それぞれ積層鋼板５２の内部に設けられている。

複数の第１永久磁石５３Ａは、回転軸２の回転方向Ｒに互いに間隔を空けて分かれて配置されている。第１永久磁石５３Ａは、例えば回転軸２の回転方向Ｒに磁化されている。
複数の第２永久磁石５３Ｂは、複数の第１永久磁石５３Ａよりも径方向ｒの内周側に配置されている。複数の第２永久磁石５３Ｂは、回転軸２の回転方向Ｒに並べられている。第２永久磁石５３Ｂは、例えば回転軸２の径方向ｒに磁化されている。

回転子１２２Ａでは、積層鋼板５２のなかで複数の第１永久磁石５３Ａの間に位置する部分（以下、磁極部５２ａと称する。）が固定子１１に面する磁極を形成する。すなわち、磁極部５２ａは、「回転子磁極３４」の一例である。このため、回転子１２２Ａは、回転軸２の回転方向Ｒに分かれて配置された複数の回転子磁極３４を有する。この複数の回転子磁極３４は、互いに同じ極性を有するとともに回転軸２の回転方向Ｒに分かれて配置されたＬ個の回転子磁極３４を含む。
例えば、複数の磁極部５２ａは、複数の永久磁石５３によって、回転軸２の回転方向Ｒに「Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極…」のように交互に磁化されている。このため、回転子１２２Ａの複数の回転子磁極３４は、固定子１１に対してＮ極が向いたＬ個の回転子磁極３４と、固定子１１に対してＳ極が向いたＬ個の回転子磁極３４とを含む。言い換えると、回転子１２２Ａでは、複数の回転子磁極３４のなかで、ひとつ置きに配置された回転子磁極３４が「Ｌ個の回転子磁極３４」に対応する。

次に、図１０中の（ｂ）に示す回転子１２２Ｂについて説明する。
図１０中の（ｂ）に示すように、回転子１２２Ｂは、積層鋼板５２と、複数の永久磁石５３とを有する。複数の永久磁石５３は、積層鋼板５２の内部に設けられている。複数の永久磁石５３は、回転軸２の回転方向Ｒに並べられている。永久磁石５３は、例えば回転軸２の径方向ｒに磁化されている。回転軸２の回転方向Ｒで隣り合う２つの永久磁石５３の磁化方向は、例えば位相が１８０°異なる。

回転子１２２Ｂでは、複数の永久磁石５３の各々が、「回転子磁極３４」の一例である。このため、回転子１２２Ｂは、回転軸２の回転方向Ｒに分かれて配置された複数の回転子磁極３４を有する。この複数の回転子磁極３４は、互いに同じ極性を有するとともに回転軸２の回転方向Ｒに分かれて配置されたＬ個の回転子磁極３４を含む。例えば、回転子１２２Ｂの複数の回転子磁極３４は、固定子１１に対してＮ極が向いたＬ個の回転子磁極３４と、固定子１１に対してＳ極が向いたＬ個の回転子磁極３４とを含む。言い換えると、回転子１２２Ｂでは、複数の回転子磁極３４のなかで、ひとつ置きに配置された回転子磁極３４が「Ｌ個の回転子磁極３４」に対応する。

次に、図１０中の（ｃ）に示す回転子１２２Ｃについて説明する。
図１０中の（ｃ）に示すように、回転子１２２Ｃは、積層鋼板５２と、複数の永久磁石５３とを有する。複数の永久磁石５３は、積層鋼板５２の外周面に取り付けられている。複数の永久磁石５３は、回転軸２の回転方向Ｒに並べられている。複数の永久磁石５３は、例えば回転軸２の径方向ｒに磁化されている。回転軸２の回転方向Ｒで隣り合う２つの永久磁石５３の磁化方向は、例えば位相が１８０°異なる。

回転子１２２Ｃでは、複数の永久磁石５３の各々が、「回転子磁極３４」の一例である。このため、回転子１２２Ｃは、回転軸２の回転方向Ｒに分かれて配置された複数の回転子磁極３４を有する。この複数の回転子磁極３４は、互いに同じ極性を有するとともに回転軸２の回転方向Ｒに分かれて配置されたＬ個の回転子磁極３４を含む。例えば、回転子１２２Ｃの複数の回転子磁極３４は、固定子１１に対してＮ極が向いたＬ個の回転子磁極３４と、固定子１１に対してＳ極が向いたＬ個の回転子磁極３４とを含む。言い換えると、回転子１２２Ｃでは、複数の回転子磁極３４のなかで、ひとつ置きに配置された回転子磁極３４が「Ｌ個の回転子磁極３４」に対応する。

次に、固定子１１の磁極間距離、および回転子１２の磁極間距離について説明する。本実施形態でも、固定子１１のＭ個の磁極間距離（θ_１，θ_２，…，θ_Ｍ）、および回転子１２の磁極間距離（Ψ_１，Ψ_２，…，Ψ_Ｍ）のいずれか一方が不均等に設定される。

詳しく述べると、図９に示すように、各固定子１１は、上記Ｌ個の固定子磁極２４を有する。そして、上記Ｌ個の固定子磁極２４は、第１の実施形態と同様に、任意のＭ個（Ｍは整数、Ｍ≦Ｌ）の磁極間距離（θ_１，θ_２，…，θ_Ｍ）に基づいて配置される。

また、図１０に示すように、各回転子１２は、上記Ｌ個の回転子磁極３４を有する。そして、上記Ｌ個の回転子磁極３４は、第１の実施形態と同様に、任意のＭ個（Ｍは整数、Ｍ≦Ｌ）の磁極間距離（Ψ_１，Ψ_２，…，Ψ_Ｍ）に基づいて配置される。

そして本実施形態でも、固定子１１のＭ個の磁極間距離（θ_１，θ_２，…，θ_Ｍ）、および回転子１２の磁極間距離（Ψ_１，Ψ_２，…，Ψ_Ｍ）のいずれか一方が不均等に設定される。具体的には、低減すべきトルク脈動の周期（機械角）をφとすると、Ｍ個の磁極間距離（θ_１，θ_２，…，θ_Ｍ）およびＭ個の磁極間距離（Ψ_１，Ψ_２，…，Ψ_Ｍ）のいずれか一方は、（Θ，Θ＋φ／Ｍ，Θ＋φ×２／Ｍ，…，Θ＋φ×（Ｍ−１）／Ｍ）の組合せに設定される。ここで、Θは、任意に設定される角度である。

より一般化すると、固定子磁極２４または回転子磁極３４が回転方向ＲにＬ個ある場合に、電気角の基本次数に対するＮ×１、Ｎ×２、…、Ｎ×（Ｍ−１）次の脈動分（ＭとＮは整数、Ｍ≦Ｌ）を低減するには、固定子１１のＭ個の磁極間距離（θ_１，θ_２，…，θ_Ｍ）および回転子１２のＭ個の磁極間距離（Ψ_１，Ψ_２，…，Ψ_Ｍ）のいずれか一方は、（Θ，Θ＋Θ_１／Ｍ，Θ＋Θ_１×２／Ｍ，…，Θ＋Θ_１×（Ｍ−１）／Ｍ）の組合せに設定される。ここで、前記Θ_１は、電気角で例えば（３６０°／Ｎ）に設定される。

なお、Θ_１＝（３６０°／Ｎ）は、前記Θ_１の一例である。前記Θ_１は、角度に幅を有してもよい。前記Θ_１は、電気角で（１８０°／Ｎ）＜Θ_１＜（５４０°／Ｎ）を満たせばよい。

本実施形態では、Ｍ個の磁極間距離は、回転方向Ｒにおいて、前記Θ_１／Ｍずつ順に大きくなる。すなわち、固定子１１のＭ個の磁極間距離（θ_１，θ_２，…，θ_Ｍ）または回転子１２のＭ個の磁極間距離（Ψ_１，Ψ_２，…，Ψ_Ｍ）は、回転方向Ｒにおいて、前記Θ_１／Ｍずつ順に大きくなる。

また、上記Ｌ個の固定子磁極２４および上記Ｌ個の回転子磁極３４のいずれか他方（すなわち、磁極間距離が均等に設定されている方）における磁極間距離をωとすると、前記Θは、不均等に設定された前記Ｍ個の磁極間距離の和がＭωとなるように設定される。
言い換えると、図１０に示す回転子１２２Ａ，１２２Ｂ，１２２Ｃのいずれかを含む回転電機１では、例えば、固定子磁極２４のＭ個の磁極間距離が不均等に設定される場合、前記Θは、固定子磁極２４のＭ個の磁極間距離の和が２Ｍτとなるように設定される。なお、τは、回転子１２における磁極の極ピッチ（例えば隣り合う永久磁石５３の中心間の距離）である。またこれは、回転子磁極３４のＭ個の磁極間距離が不均等に設定される場合も同様である。すなわち、回転子磁極３４のＭ個の磁極間距離が不均等に設定される場合は、複数の固定子磁極２４の均等な磁極間距離をωとすると、前記Θは、回転子磁極３４の前記Ｍ個の磁極間距離の和がＭωとなるように設定される。
なお、Ｍ個の磁極間距離の和は、上記例に限られない。すなわち、Ｍ個の磁極間距離の和は、Ｍωまたは２Ｍτとならなくてもよい。

次に、具体的な一例について説明する。例えば、固定子磁極２４の数を２４個（Ｌ＝２４）、磁極間距離の数を２（Ｍ＝２）、３相構造のため６次の高調波成分の脈動（Ｎ＝６）を低減対象とすると、電気角Θ_１／Ｍ＝（（３６０°／６）／２）＝３０°となる。また、この具体例な一例は、第１の実施形態の図５と同様に表現することもできる。

本実施形態では、上記のような不均等な磁極間距離に加えて，積層鋼板４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄを回転軸２の回転方向Ｒに互いにずらすスキューが設けられる。
図８に示すように、例えば、第１積層鋼板４２ａの凸部４４と、第２積層鋼板４２ｂの凸部４４との間のスキュー角を、スキュー角φ１と定義する。また、第３積層鋼板４２ｃの凸部４４と、第４積層鋼板４２ｄの凸部４４との間のスキュー角を、スキュー角φ２と定義する。また、第１積層鋼板４２ａの凸部４４と、第３積層鋼板４２ｃの凸部４４との間のスキュー角を、スキュー角φ３と定義する。回転電機１が４８極（すなわち極対数が２４）で設計される場合、磁極間距離は、３６０°／２４で１５°となる。また、３相構造の場合、最も大きな脈動成分は６次（Ｎ＝６）であるため、トルク脈動の周期は、１５°／６＝２．５°となる。

このため、２．５°周期（６次の高調波成分）の脈動を低減するためには、２個の固定子磁極２４の間のスキュー角φ３は、（２．５°／２）＝１．２５°に設定される。また、本実施形態では、各固定子磁極２４は、第１および第２の積層鋼板４２ａ，４２ｂ、または第３および第４の積層鋼板４２ｃ，４２ｄによって２つに分割されている。このため、２．５°周期（６次の高調波成分）の脈動をさらに低減するためには、スキュー角φ１およびφ２が（２．５°／２）＝１．２５°に設定される。

次に、上記不均等な磁極間距離によってトルク脈動が低減する原理について説明する。
図１１は、Ｎ＝６，Ｍ＝２を想定した場合のトルク脈動が低減する原理の一例を示す図であり、固定子１１と回転子１２２Ｃを例に取り上げている。なお図１１では、本実施形態の固定子１１と回転子１２２Ｃの構成を取り上げて説明するが、本実施形態の他の回転子１２、および第１の実施形態の構成についても、トルク脈動を低減することができる原理は同様である。

図１１に示すように、固定子１１の固定子磁極２４は、回転軸２の回転方向Ｒに並ぶ複数の固定子磁極２４ａ，２４ｂ，２４ｃを含む。固定子磁極２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、等間隔に配置されている。固定子磁極２４ａ，２４ｂ，２４ｃにより発生する６次のトルク脈動Ｔｐａ，Ｔｐｂ，Ｔｐｃは、回転子１２の永久磁石５３の進行方向の位置ｘに対して同位相である。そのため、トルク脈動Ｔｐａ，Ｔｐｂ，Ｔｐｃは、互いに強め合う。なお、永久磁石５３の中に記載した黒三角印は、磁化方向を示す。

一方で、固定子磁極２４Ｂは、固定子磁極２４ｂに対して６次のトルク脈動の半周期分ずらした位置に配置されたものである。この固定子磁極２４Ｂから発生するトルク脈動ＴｐＢは、固定子磁極２４ａ，２４ｃから発生するトルク脈動Ｔｐａ，Ｔｐｃに対して半周期分ずれる。このため、トルク脈動ＴｐＢは，トルク脈動Ｔｐａ，Ｔｐｃの少なくとも一部を相殺する。これにより、６次のトルク脈動を低減することができる。

次に、本実施形態の回転子１２の構造の細部について説明する。
図１２は、回転子１２２Ａの一部を拡大して示す正面図である。
図１２に示すように、回転子１２２Ａの積層鋼板５２には、複数の永久磁石５３が環状に等間隔で埋め込まれている。また図中の矢印は、永久磁石５３の磁化方向を示す。

上述したように、複数の永久磁石５３は、複数の第１永久磁石５３Ａと、複数の第２永久磁石５３Ｂとを含む。
複数の第１永久磁石５３Ａは、回転軸２の回転方向Ｒに互いに間隔を空けて分かれて配置されている。第１永久磁石５３Ａは、例えば回転軸２の回転方向Ｒに磁化されている。回転軸２の回転方向Ｒで隣り合う２つの第１永久磁石５３Ａの磁化方向は、互いに逆である。

また、複数の第２永久磁石５３Ｂは、回転軸２の回転方向Ｒに並べられている。第２永久磁石５３Ｂは、例えば回転軸２の径方向ｒに磁化されている。回転軸２の回転方向Ｒで隣り合う２つの第２永久磁石５３Ｂの磁化方向は、互いに逆である。また、複数の第２永久磁石５３Ｂは、固定子１１に面する回転子１２の表面（周面）Ｓに対して、複数の第１永久磁石５３Ａよりも離れて配置されている。

図１２に示すように、回転軸２の径方向ｒに沿って見た場合、複数の第１永久磁石５３Ａの間の領域（すなわち磁極部５２ａ）は、第２永久磁石５３Ｂによって覆われている。また別の観点で見ると、積層鋼板５２の内周面５２ｂは、回転軸２の径方向ｒの外周側から、複数の第１永久磁石５３Ａと複数の第２永久磁石５３Ｂとによって囲まれている。

ここで、永久磁石５３Ａ，５３Ｂから出る磁束の一部は、積層鋼板５２のなかで永久磁石５３Ａ，５３Ｂの側面に面する部分を通り、同じ永久磁石５３Ａ，５３Ｂに戻る。このように放たれる永久磁石５３Ａ，５３Ｂの磁束の一部は、固定子１１を通らない。このため、上記磁束の一部は、トルクの発生に寄与しない。そこで、図１１に示すように、積層鋼板５２には、永久磁石５３Ａ，５３Ｂの各々の側面近傍に、穴（フラックスバリア）６１，６２，６３，６４が設けられている。これにより、永久磁石５３Ａ，５３Ｂの磁束が永久磁石５３Ａ，５３Ｂの側面近傍で積層鋼板５２を通りにくくなる。その結果、より多くの磁束が固定子１１に作用し、トルクの増大に寄与する。

詳しく述べると、積層鋼板５２に設けられる穴６１，６２，６３，６４は、第１から第４の穴６１，６２，６３，６４を含む。

第１穴６１は、回転子１２２Ａの表面Ｓに対して、複数の第１永久磁石５３Ａよりも離れた位置に設けられている。第１穴６１の少なくとも一部は、回転軸２の回転方向Ｒで、複数の第２永久磁石５３Ｂの間に位置する。第１穴６１の少なくとも一部は、回転軸２の径方向ｒで、第１永久磁石５３Ａに重なる。言い換えると、第１穴６１の少なくとも一部は、第１永久磁石５３Ａの磁化方向とは異なる方向から第１永久磁石５３Ａに面する。

第２穴６２は、回転子１２２Ａの表面Ｓに対して、複数の第２永久磁石５３Ｂよりも離れた位置に設けられている。第２穴６２の少なくとも一部は、回転軸２の径方向ｒで、複数の第２永久磁石５３Ｂの間の領域に重なる。本実施形態では、第２穴６２は、回転軸２の径方向ｒで、複数の第２永久磁石５３Ｂの間の領域を覆う。

第３穴６３および第４穴６４は、回転子１２２Ａの表面Ｓに対して、複数の第２永久磁石５３Ｂよりも近い位置に設けられている。第３穴６３および第４穴６４は、２つの第１永久磁石５３Ａと第２永久磁石５３Ｂとによって規定される１対の角部に沿って設けられている。第３穴６３および第４穴６４は、前記角部に沿う三角状に形成されている。第３穴６３および第４穴６４の各々の一部は、回転軸２の回転方向Ｒで、第１永久磁石５３Ａの端部に面する。また、第３穴６３および第４穴６４の各々の別の一部は、回転軸２の回転方向Ｒで、第１永久磁石５３Ａと第２永久磁石５３Ｂとの間の領域に面する。

また、図１２に示すように、回転子１２の表面Ｓ（すなわち積層鋼板５２の表面）には、溝６６が設けられている。溝６６は、回転軸２の回転方向Ｒにおいて、第１永久磁石５３Ａと第２永久磁石５３Ｂとの間に位置する。溝６６は、積層鋼板５２の表面から回転軸２の径方向ｒの内周側に窪んでいる。溝６６は、回転方向Ｒにおける溝６６の中央部に比べて、回転方向Ｒにおける溝６６の端部が深くなる円弧状の底面を有する。すなわち、溝６６は、回転方向Ｒにおける溝６６の中央部に比べて、第１永久磁石５３Ａの近傍で深くなっている。このような溝６６が設けられると、永久磁石５３Ａ，５３Ｂの磁束が、それら永久磁石５３Ａ，５３Ｂの近傍に集中することを抑制することができる。これにより、磁束を分散させることができ、トルク脈動をさらに効果的に低減することができる。なお、上記溝６６は、全ての駆動要素３ａ，３ｂ，３ｃの回転子１２に設けられる。このような構成によれば、トルク脈動の低減をさらに図ることができる。

また、図１２に示すように、固定子１１の凸部４４の先端部は、溝６８を有する。溝６８は、凸部４４の先端面に開口するとともに、回転子１２の径方向ｒの外周側に窪んでいる。このような溝６８が設けられると、固定子１１と回転子１２との間の空隙にて、永久磁石５３Ａ，５３Ｂによる磁束密度が、回転方向Ｒに正弦波に近い分布となる。これにより、トルク脈動をさらに低減することができる。なお、上記溝６８は、全ての駆動要素３ａ，３ｂ，３ｃの回転子１２に設けられる。このような構成によれば、トルク脈動の低減をさらに図ることができる。

以上のような構成の回転電機１によれば、無通電時および通電時に、回転位置に対するトルクの脈動分の低減を図ることができる。
すなわち上記第１および第２の実施形態の回転電機１は、リングコイル２１と、Ｌ個（Ｌは任意の整数）の固定子磁極２４と、Ｌ個の回転子磁極３４とを備える。リングコイル２１は、回転軸２の回転方向Ｒに沿う環状である。前記Ｌ個の固定子磁極２４は、回転方向Ｒに分かれて配置され、それぞれリングコイル２１に面する。前記Ｌ個の回転子磁極３４は、互いに同じ極性を有するとともに回転方向Ｒに分かれて配置され、前記Ｌ個の固定子磁極２４に対向する。そして、トルク脈動の基本波成分の次数をＮとすると、前記Ｌ個の固定子磁極２４および前記Ｌ個の回転子磁極３４のいずれか一方におけるＭ個の磁極間距離が（Θ，Θ＋Θ_１／Ｍ，Θ＋Θ_１×２／Ｍ，…，Θ＋Θ_１×（Ｍ−１）／Ｍ）の組合せであり、前記Θ_１は電気角で（１８０°／Ｎ）＜Θ_１＜（５４０°／Ｎ）を満たす。

このような構成によれば、上述したように、１つの磁極から発生するトルク脈動と、他の磁極から発生するトルク脈動の位相がずれる。これにより、１つの磁極から発生するトルク脈動の少なくとも一部と、他の磁極から発生するトルク脈動の少なくとも一部とが互いに相殺される。これにより、無通電時および通電時のトルク脈動の低減を図ることができる。なお、上記構成によれば、例えば鉄心にスキューを設けなくても、トルクの脈動分を低減することができる。これにより、製造性を高く維持したまま、トルク脈動を低減することができる。
なお、横方向磁束型回転電機以外の回転電機は、隣り合う固定子磁極の極性が一致しない構造である。このため、そのような回転電機における磁極間距離の考え方の角度を本実施形態の回転電機１にそのまま適用しても、トルク脈動の低減を図ることができない場合が想定される。一方で、本実施形態の上記関係式を満たすように磁極間距離を設定することで、本実施形態のような、隣り合う固定子磁極２４の極性が一致する回転電機１において、トルク脈動の低減を図ることができる。

また、上記第１および第２の本実施形態では、磁極の間の間隔（例えば磁極間の溝の間隔）を不均等にすることで、上記構成を実現している。すなわち、上記第１および第２の実施形態では、歯（磁極）の幅は変えていない。このような構成によれば、回転電機１の出力トルクを低下させることなく、トルク脈動を低減することができる。

なお、上述の「トルク脈動の基本波成分の次数をＮとする」は、「トルク脈動の高調波成分の次数をＮ×２，…，Ｎ×（Ｍ−１）とする」と読み替えてもよい。磁極間距離をＭ個設定することで、例えば、電気角の基本次数に対するＮ×２、Ｎ×３、…、Ｎ×（Ｍ−１）次の脈動分も低減することができる。これにより、トルク脈動をさらに低減することができる。

本実施形態では、前記Ｌ個の固定子磁極および前記Ｌ個の回転子磁極のいずれか他方（すなわち、Ｍ個の磁極間距離が均等に設定されている方）における磁極間距離をωとすると、前記Θは、前記Ｍ個の磁極間距離の和がＭωとなるように設定される。
このような構成によれば、Ｍ個の磁極間距離の和は、Ｍ個の磁極間距離が均等に設定された場合と等しくしながら、Ｍ個の磁極間距離を不均等に設定することができる。

本実施形態では、前記Θ_１は電気角で（３６０°／Ｎ）に設定される。
このような構成によれば、１つの磁極から発生するトルク脈動と、他の磁極から発生するトルク脈動とが最も大きく相殺される。これにより、トルク脈動の低減をさらに図ることができる。

本実施形態では、前記Ｍ個の磁極間距離は、回転軸２の回転方向Ｒにおいて、前記Θ_１／Ｍずつ順に大きくなる。
このような構成によれば、複数の磁極から発生するトルク脈動の位相が均等にずれるために、複数の磁極から発生したトルク脈動が局所的に強め合うような可能性をさらに小さくすることができる。これにより、トルク脈動の低減をさらに確実に図ることができる。

本実施形態では、回転子１２は、積層鋼板５２と、複数の第１永久磁石５３Ａと、複数の第２永久磁石５３Ｂとを有する。複数の第１永久磁石５３Ａは、積層鋼板５２の内部に設けられ、回転軸２の回転方向Ｒに磁化されている。複数の第２永久磁石５３Ｂは、積層鋼板５２の内部に設けられ、回転軸２の径方向ｒに磁化されている。複数の第１永久磁石５３Ａのなかで、回転方向Ｒで隣り合う２つの第１永久磁石５３Ａの磁化方向は、互いに逆である。複数の第２永久磁石５３Ｂのなかで、回転方向Ｒで隣り合う２つの第２永久磁石５３Ｂの磁化方向は、互いに逆である。複数の第２永久磁石５３Ｂは、固定子１１に面する回転子１２の表面Ｓに対して、複数の第１永久磁石５３Ａよりも離れた位置に配置されている。

このような構成によれば、固定子１１に面する回転子１２の表面Ｓに対して２層構造で配置された第１永久磁石５３Ａと第２永久磁石５３Ｂとによって大きな磁束を作ることができる。これにより、回転電機１の出力トルクを高めることができる。

本実施形態では、積層鋼板５２は、固定子１１に面する回転子１２の表面Ｓに対して、第１永久磁石５３Ａよりも離れた位置に第１穴６１を有する。第１穴６１の少なくとも一部は、回転軸２の径方向ｒで、第１永久磁石５３Ａに重なる。
このような構成によれば、例えば、第１永久磁石５３Ａから出た磁束が固定子１１を通らずに第１永久磁石５３Ａに戻ることを抑制することができる。また、第２永久磁石５３Ｂから出た磁束が固定子１１を通らずに第２永久磁石５３Ｂに戻ることを抑制することができる。これにより、より多くの磁束をトルクの発生に作用させることができる。これにより、回転電機１の出力トルクをさらに高めることができる。

本実施形態では、第１穴６１の少なくとも一部は、回転軸２の回転方向Ｒで、複数の第２永久磁石５３Ｂの間に位置する。
このような構成によれば、複数の第２永久磁石５３Ｂの間のスペースを利用して、第１穴６１が配置されている。これにより、多くの磁束をトルクの発生に作用させるとともに、第１穴６１を設けることによる回転子１２または固定子１１の大型化を避けることができる。

本実施形態では、積層鋼板５２は、回転子１２の表面Ｓに対して、複数の第２永久磁石５３Ｂよりも離れた位置に第２穴６２を有する。第２穴６２の少なくとも一部は、回転軸２の径方向ｒで、複数の第２永久磁石５３Ｂの間の領域に重なる。
このような構成によれば、磁束の経路が狭くなるため、第１および第２の永久磁石５３Ａ，５３Ｂから出た磁束がそれら磁石５３Ａ，５３Ｂの近傍（側面）を通ってそのまま元の磁石５３Ａ，５３Ｂに戻ることを抑制することができる。これにより、磁束の漏れを抑制することができ、より多くの磁束をトルクの発生に作用させることができる。これにより、回転電機１の出力トルクをさらに高めることができる。

なお、上記第１または第２の実施形態の回転電機１は、さまざまな応用を付すこともできる。
例えば、第１および第２の実施形態では３相構造の回転電機について説明したが、本実施形態の構成はそれ以外の多相構造にも適用できる。すなわち、第１および第２の実施形態の回転電機１には、２相構造、４相構造、または５相構造などのモータでもよい。

また、第１および第２の強磁性体ユニット２５，３５の少なくとも一方は、少なくとも一部に磁気的な異方性を有する強磁性体を有してもよい。なお、磁気異方性とは、方向によって磁化のしやすさが異なる性質を言う。

例えば、第１の実施形態の固定子１１のＵ字型鉄心２２が、少なくとも一部に磁気的な異方性を有する強磁性体によって形成されてもよい。この場合、Ｕ字型鉄心２２は、例えば、第２部分２２ｂから第３部分２２ｃを通り第１部分２２ａに向かう方向（図２中の矢印Ａ１参照）に磁化しやすい磁気異方性を有する。また、第１の実施形態の回転子１２のＩ字型鉄心３２が、少なくとも一部に磁気的な異方性を有する強磁性体によって形成されてもよい。この場合、Ｉ字型鉄心３２は、例えば、Ｕ字型鉄心２２の第１部分２２ａに面する部分から、Ｕ字型鉄心２２の第２部分２２ｂに面する部分に向かう方向（図２中の矢印Ａ２参照）に磁化しやすい磁気異方性を有する。

また、第２の実施形態の固定子１１のバルク鉄心４１が、少なくとも一部に磁気的な異方性を有する強磁性体によって形成されてもよい。この場合、バルク鉄心４１は、例えば、第３および第４の積層鋼板４２ｃ，４２ｄから第１および第２の積層鋼板４２ａ，４２ｂに向かう方向（図７中の矢印Ａ３参照）に磁化しやすい磁気異方性を有する。また、固定子１１の第１から第４の積層鋼板４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄが、少なくとも一部に磁気的な異方性を有する強磁性体によって形成されてもよい。この場合、積層鋼板４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄは、例えば、回転軸２の径方向ｒに磁化しやすい磁気異方性を有する。また、第２の実施形態の回転子１２の積層鋼板５２が、少なくとも一部に磁気的な異方性を有する強磁性体によって形成されてもよい。この場合、積層鋼板５２は、例えば、固定子１１の第１および第２の積層鋼板４２ａ，４２ｂに面する部分から、固定子１１の第３および第４の積層鋼板４２ｃ，４２ｄに面する部分に向かう方向（図７中の矢印Ａ４参照）に磁化しやすい磁気異方性を有する。

次に、第１および第２の実施形態の「回転電機駆動系のシステム構成」について説明する。
図１３は、回転電機駆動系７１のシステム構成を示すブロック図である。
図１３に示すように、回転電機１を駆動する回転電機駆動系７１は、回転角度検出部７２、回転制御部７３、及び駆動回路部７４を有する。

回転角度検出部（測定部）７２は、回転子１２の回転方向Ｒの回転角度を検出する。例えば、回転角度検出部７２は、回転電機１の回転軸２に取り付けられた回転角度センサ７５を有する。回転角度センサ７５は、例えばエンコーダである。回転角度検出部７２は、回転角度センサ７５のセンサ出力から回転角度を検出する。なおこれに代えて、回転角度検出部７２は、後述する駆動回路部７４が出力する電圧および電流と、回転電機１の物理モデルとに基づいて、回転子１２の回転角度を検出してもよい。なお、駆動回路部７４の出力と回転電機１の物理モデルとに基づいて回転角度を検出する方法を、センサレス位置推定を称する。

回転制御部（制御部）７３は、回転角度検出部７２の検出結果から得られる回転角度情報（位置情報出力）に基づいて、駆動回路部７４を制御する。例えば、回転制御部７３は、前記回転角度情報と、回転電機１の回転制御アルゴリズムとに基づき、駆動回路部７４に印加すべき電圧を決定し、その電圧を駆動回路部７４に供給する。例えば、回転電機駆動系７１は、回転角度センサ７５のセンサ出力、または上記センサレス位置推定に基づき、角度フィードバック制御を行ってもよい。

駆動回路部７４は、回転制御部７３から出力されるパルス出力および電圧出力と、図示しない電源装置から供給される電源とに基づき、回転電機１のリングコイル（電機子巻線）２１に電流（電機子励磁電流）を供給する。これにより、回転電機１の回転子１２にトルクが加わり、回転電機１が駆動される。

図１４は、駆動回路部７４の構成例を示す回路構成図である。
図１４に示すように、駆動回路部７４は、スイッチング回路８１と、ゲートドライブ回路８２とを有する。スイッチング回路８１、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）およびダイオードなどを含む複数のスイッチング部８１ａを有する。各スイッチング部８１ａは、各相のリングコイル２１にブリッジ接続されている。スイッチング部８１ａは、ゲートドライブ回路８２からのパルス信号に基づいて駆動される。ここでは、３相結線を想定しているが、相数が異なる場合にも、その相数に対応した同様のスイッチング回路が適用可能である。また、リングコイル２１に電力増幅回路（図示せず）を適用してもよい。

図１５は、リングコイル２１に流れる電流の一例を示す。なお、図１５は、３相結線をした場合にリングコイル２１に流れる電流の例を示す。
図１５は、例えば、スイッチング回路８１を用いたＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御が適用された場合、あるいは、電力増幅回路（図示せず）の出力が適用された場合における３相電流（Ｕ相電流９１ａ、Ｖ相電流９１ｂ、Ｗ相電流９１ｃ）を示す。実際には３相電流にはノイズが含まれるが、図１５には、位相が１２０度ずつ異なる基本波成分のみを示す。回転子１２は、この基本波の周波数に対応した速度で駆動される。

図１６は、リングコイル２１に流れる電流の他の例を示す。なお、図１６は、図１５と同様に、３相結線をした場合にリングコイル２１に流れる電流の例を示す。
図１６に示すように、リングコイル２１には、例えば、スイッチング回路８１を用いたパルス制御に基づいて、それぞれ位相が１２０度異なる矩形波状の３相電流（Ｕ相電流９２ａ、Ｖ相電流９２ｂ、Ｗ相電流９２ｃ）が供給される。

図１７は、第１および第２の実施形態の回転電機１を備えたエレベータ１００を示す。
図１７に示すように、エレベータ１００は、乗りかご１０１、つり合いおもり１０２、ロープ１０３、滑車１０４、および回転電機１を備える。

乗りかご１０１は、昇降路に配置され、図示しないガイドレールに沿って昇降動作可能である。乗りかご１０１には、ロープ１０３の一端部が連結されている。
つり合いおもり１０２は、昇降路に配置され、図示しない別のガイドレールに沿って昇降動作可能である。つり合いおもり１０２には、ロープ１０３の他端部が連結されている。

滑車（シーブ）１０４には、ロープ１０３が巻き掛けられている。
回転電機１は、滑車１０４を駆動する巻上機である。回転電機１は、シャフト１０５を介して滑車１０４に連結されている。回転電機１は、滑車１０４を回転させることで、乗りかご１０１およびつり合いおもり１０２を昇降動作させる。

このような構成によれば、エレベータ１００は、上記第１または第２の実施形態の構成を有して乗りかご１０１を駆動する回転電機１を有するため、トルク脈動に基づく乗りかご１０１の振動の低減を図ることができる。

以上、第１および第２の実施形態の回転電機１について説明した。なお、実施形態の回転電機１は、上記例に限定されない。
例えば、磁極間の個数である上記Ｍは、２個や、３個、４個、またはその他の個数でもよい。
実施形態に係る回転電機１は、第１および第２の実施形態のように回転子１２と固定子１１との対向面の法線が回転軸２の径方向ｒとなるラジアルギャップモータである例に限られない。実施形態の回転電機１は、回転子１２と固定子１１との対向面の法線が回転軸２の軸方向Ｚとなるアキシャルギャップモータであってもよい。アキシャルギャップモータでは、リングコイル２１を回転軸２の軸方向Ｚから固定子鉄心によって挟むのではなく、回転軸２の径方向ｒから固定子鉄心によって挟み込む構成になる。さらに、実施形態の回転電機１は、第１および第２の実施形態のように回転子１２が固定子１１の内側に位置するインナーロータである例に限られない。実施形態の回転電機１は、回転子１２が固定子１１の外側に位置するアウターロータであってもよい。
また、第１および第２の実施形態の回転電機１は、エレベータ１００の巻上機に限定されず、車両の駆動用モータや、各種の電動機、発電機、その他の機械に幅広く適用可能である。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、トルク脈動の基本波成分の次数をＮとすると、複数の固定子磁極および複数の回転子磁極のいずれか一方におけるＭ個の磁極間距離が（Θ，Θ＋Θ_１／Ｍ，Θ＋Θ_１×２／Ｍ，…，Θ＋Θ_１×（Ｍ−１）／Ｍ）の組合せであり、前記Θ_１は電気角で（１８０°／Ｎ）＜Θ_１＜（５４０°／Ｎ）を満たす。このような構成によれば、トルクの脈動分の低減を図ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…回転電機、２…回転軸、１１…固定子、１２…回転子、２１…リングコイル（巻線）、２４…固定子磁極、３４…回転子磁極、５２…積層鋼板、６１…第１穴（穴）、１００…エレベータ、１０１…乗りかご、Ｓ…回転子の表面、Ｚ…回転軸の軸方向、ｒ…回転軸の径方向、Ｒ…回転軸の回転方向。

Claims (12)

1. 回転軸の回転方向に沿う環状の巻線と、
   前記回転方向に分かれて配置され、それぞれ前記巻線に面するＬ個（Ｌは任意の整数）の固定子磁極と、
   互いに同じ極性を有するとともに前記回転方向に分かれて配置され、前記Ｌ個の固定子磁極に対向するＬ個の回転子磁極と、
   を備え、
   前記Ｌ個の固定子磁極は、それらの外周面で環状構造体によって結合され、互いの間に空隙を空けながら位置が定まっており、
   トルク脈動の基本波成分の次数をＮとすると、前記Ｌ個の固定子磁極および前記Ｌ個の回転子磁極のいずれか一方におけるＭ個（Ｍ≦Ｌ）の磁極間距離が（Θ，Θ＋Θ_１／Ｍ，Θ＋Θ_１×２／Ｍ，…，Θ＋Θ_１×（Ｍ−１）／Ｍ）の組合せであり、前記Θ_１は電気角で（１８０°／Ｎ）＜Θ_１＜（５４０°／Ｎ）を満たす、
   回転電機。
2. 前記Ｌ個の固定子磁極における前記Ｍ個の磁極間距離が（Θ，Θ＋Θ _１ ／Ｍ，Θ＋Θ _１ ×２／Ｍ，…，Θ＋Θ _１ ×（Ｍ−１）／Ｍ）の組合せであり、
   前記Ｌ個の固定子磁極は、前記回転方向に交互に設けられた複数の凸部と複数の凹部とを有する部材の前記複数の凸部によって形成されている、
   請求項１に記載の回転電機。
3. 前記Ｌ個の固定子磁極における前記Ｍ個の磁極間距離が（Θ，Θ＋Θ _１ ／Ｍ，Θ＋Θ _１ ×２／Ｍ，…，Θ＋Θ _１ ×（Ｍ−１）／Ｍ）の組合せであり、
   前記Ｌ個の固定子磁極の各々は、前記回転方向に交互に設けられた複数の凸部と複数の凹部とを有する第１部材の前記複数の凸部の１つと、前記回転方向に交互に設けられた複数の凸部と複数の凹部とを有するとともに前記回転軸の軸方向で前記第１部材と並ぶ第２部材の前記複数の凸部の１つとが重ねられることで形成され、
   前記第２部材の前記複数の凸部の各々は、前記第１部材の前記複数の凸部のいずれか１つの凸部に対して前記回転軸の軸方向で一部が重なるとともに、前記いずれか１つの凸部に対して前記回転方向でずれて配置されている、
   請求項１または請求項２に記載の回転電機。
4. 前記Ｍは、４以上の整数である、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回転電機。
5. 前記Ｌ個の固定子磁極および前記Ｌ個の回転子磁極のいずれか他方における磁極間距離をωとすると、前記Θは、前記Ｍ個の磁極間距離の和がＭωとなるように設定される、
   請求項４に記載の回転電機。
6. 前記Θ_１は、電気角で（３６０°／Ｎ）に設定される、
   請求項４または請求項５に記載の回転電機。
7. 前記Ｍ個の磁極間距離は、前記回転方向において、前記Θ_１／Ｍずつ順に大きくなる、
   請求項６に記載の回転電機。
8. 前記巻線および前記Ｌ個の固定子磁極を有した固定子と、
   前記Ｌ個の回転子磁極を有した回転子と、を備え、
   前記回転子は、電磁鋼板と、前記電磁鋼板の内部に設けられて前記回転方向に磁化された複数の第１永久磁石と、前記電磁鋼板の内部に設けられて前記回転軸の径方向に磁化された複数の第２永久磁石とを含み、
   前記複数の第１永久磁石のなかで、前記回転方向で隣り合う２つの第１永久磁石の磁化方向は、互いに逆であり、
   前記複数の第２永久磁石のなかで、前記回転方向で隣り合う２つの第２永久磁石の磁化方向は、互いに逆であり、
   前記複数の第２永久磁石は、前記固定子に面する前記回転子の表面に対して、前記複数の第１永久磁石よりも離れて配置された、
   請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の回転電機。
9. 前記電磁鋼板は、前記回転子の前記表面に対して、前記複数の第１永久磁石よりも離れた位置に第１穴を有し、
   前記第１穴の少なくとも一部は、前記径方向で、前記第１永久磁石に重なる、
   請求項８に記載の回転電機。
10. 前記第１穴の少なくとも一部は、前記回転方向で、前記複数の第２永久磁石の間に位置する、
    請求項９に記載の回転電機。
11. 前記電磁鋼板は、前記回転子の前記表面に対して、前記複数の第２永久磁石よりも離れた位置に第２穴を有し、
    前記第２穴の少なくとも一部は、前記径方向で、前記複数の第２永久磁石の間の領域に重なる、
    請求項８から請求項１０のいずれか一項に記載の回転電機。
12. 乗りかごと、
    前記乗りかごを駆動する請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の回転電機と、
    を備えたエレベータ。

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