JP6714652B2 - 回転電機及び回転電機を備える車両 - Google Patents

Description

本発明は、高効率運転を実現可能な回転電機及び回転電機を備える車両に関する。

近年、低炭素社会の実現に向けた取り組みとして、車両の駆動源である内燃機関に加えて又は代えて、回転電機を搭載した車両が普及している。ハイブリッド自動車（Hybrid Electric Vehicle）や電気自動車（Electric Vehicle）と呼ばれる車両がそれである。

回転電機は、円環状のステータ、及び円筒状のロータを備えて構成されている。ステータは、ステータコアに備わる複数のスロットのそれぞれに、ステータコイルを設けて構成される。ロータは、ステータの内周面に対して僅かな空隙を隔てて、回動自在に設けられる。ロータに備わるロータコアには、周方向に等しい間隔を置いて複数の永久磁石が配設されている。

回転電機では、ステータコイルにモータ電流を流すと、ステータに回転磁界が発生する。こうしてステータに発生した回転磁界と、ロータコアに設けた永久磁石によりロータに生じた磁界とが相互作用することによってロータが回転駆動される。かかる回転電機では、省エネルギ化を実現するため、稼働状況に応じた適切な回転速度及びトルクをもって高効率（高出力）運転を行うことが強く求められている。

特許文献１には、ロータに対してステータを軸線方向に変位可能に設け、外部操作によってステータを軸線方向に変位させることにより、可変界磁を任意に実現可能な可変界磁回転電機の発明が記載されている。
特許文献１に係る可変界磁回転電機によれば、稼働状況に応じた適切な回転速度及びトルクをもって高効率（高出力）運転を実現することができる。

特開２０１０−０５７２０９号公報

しかしながら、特許文献１に係る可変界磁回転電機では、可変界磁による高効率運転を実現するために、ロータに対してステータを軸線方向に変位させるためのアクチュエータを別途設けることを要する。そのため、回転電機の重量及び体格の増大を招来するという解決すべき課題があった。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、重量及び体格の増大を招来することなく、高効率運転を実現可能な回転電機及び回転電機を備える車両を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、ステータコア及び当該ステータコアに設けられるコイルを有する円環状のステータと、駆動軸方向に延びる磁性体の収容孔が周方向に複数設けられるロータコアを有し、前記ステータの内周面と空隙を介して対向配置される円環状のロータと、を備える回転電機であって、前記磁性体は、硬磁性体及び軟磁性体からなり、前記軟磁性体は、前記硬磁性体に対して当該硬磁性体の磁化方向に積層させて設けられ、前記収容孔には、前記硬磁性体及び前記軟磁性体からなる前記磁性体が設けられ、前記軟磁性体は、前記硬磁性体の残留磁束密度よりも飽和磁束密度の低い性質を有することを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、重量及び体格の増大を招来することなく、高効率運転を実現可能な回転電機を得ることができる。

本発明に係る回転電機の正面図である。 図１Ａに示す回転電機に備わるロータに設けられた磁極部の周辺を拡大して表す図である。 図１Ｂに示す磁極部において磁石磁束発生機能を有する磁性体のうち軟磁性体に係る第１積層構造を拡大して表す正面図である。 図１Ｃに示す磁性体のうち硬磁性体の積層構造を表す正面図である。 図１Ｄに示す磁性体を矢視方向から視た側面図である。 図１Ｅに示す磁性体の変形例を表す側面図である。 図１Ｂに示す磁極部において磁石磁束発生機能を有する磁性体のうち軟磁性体に係る第２積層構造を拡大して表す図である。 図１Ｇに示す磁性体のうち硬磁性体の積層構造を表す正面図である。 図１Ｈに示す磁性体を矢視方向から視た側面図である。 図１Ｉに示す磁性体の変形例を表す側面図である。 図１Ｊに示す磁性体の変形例を表す側面図である。 図１Ｂに示す磁極部において磁石磁束発生機能を有する磁性体のうち軟磁性体に係る第３積層構造を拡大して表す正面図である。 比較例に係る回転電機の正面図である。 図２Ａに示す回転電機に備わるロータに設けられた磁極部の周辺を拡大して表す図である。 背景技術において、本発明に係る回転電機が必要となる場面の説明図である。 背景技術において、本発明に係る回転電機が必要となる場面の説明図である。 比較例に係る回転電機（無負荷時）において、磁性体周辺の磁束密度分布を表すコンタープロット図である。 比較例に係る回転電機（高負荷時）において、磁性体周辺の磁束密度分布を表すコンタープロット図である。 本発明に係る回転電機（無負荷時）において、磁性体周辺の磁束密度分布を表すコンタープロット図である。 本発明に係る回転電機（高負荷時）において、磁性体周辺の磁束密度分布を表すコンタープロット図である。 実効電流に対するトルクの推移を、本発明及び比較例間で対比して表す特性線図である。 実効電流に対する磁石磁束の推移を、本発明及び比較例間で対比して表す特性線図である。 回転速度に対する電圧の推移を、本発明及び比較例間で対比して表す特性線図である。 回転速度に対する電力の推移を、本発明及び比較例間で対比して表す特性線図である。 無負荷時における回転速度に対する鉄損の推移を、本発明及び比較例間で対比して表す特性線図である。

以下、本発明に係る回転電機及び回転電機を備える車両の実施形態について、適宜の図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下に示す図面において、同一の部材又は対応する部材間には同一の参照符号を付する。また、部材のサイズ及び形状は、説明の便宜のため、変形又は誇張して模式的に表す場合がある。

〔本発明に係る回転電機１１の基本構成〕
はじめに、本発明に係る回転電機１１の基本構成について、図１Ａ〜図１Ｌを参照して詳細に説明する。
図１Ａは、本発明に係る回転電機１１の正面図である。図１Ｂは、図１Ａに示す回転電機１１に備わるロータ１５に設けた磁極部３３の周辺を拡大して表す図である。
図１Ｃは、図１Ｂに示す磁極部３３において磁石磁束発生機能を有する磁性体３１のうち軟磁性体３７に係る第１積層構造３７−１を拡大して表す正面図である。図１Ｄは、図１Ｃに示す磁性体３１のうち硬磁性体３５の積層構造を表す正面図である。図１Ｅは、図１Ｄに示す磁性体３１を矢視方向から視た側面図である。図１Ｆは、図１Ｅに示す磁性体３１の変形例を表す側面図である。
図１Ｇは、図１Ｂに示す磁極部３３において磁石磁束発生機能を有する磁性体３１のうち軟磁性体３７に係る第２積層構造３７−２を拡大して表す正面図である。図１Ｈは、図１Ｇに示す磁性体３１のうち硬磁性体３５の積層構造を表す正面図である。図１Ｉは、図１Ｈに示す磁性体３１を矢視方向から視た側面図である。図１Ｊは、図１Ｉに示す磁性体３１の変形例を表す側面図である。図１Ｋは、図１Ｊに示す磁性体３１の変形例を表す側面図である。
図１Ｌは、図１Ｂに示す磁極部３３において磁石磁束発生機能を有する磁性体３１のうち軟磁性体３７に係る第３積層構造３７−３を拡大して表す正面図である。

本発明に係る回転電機１１は、図１Ａに示すように、円環状のステータ１３及びロータ１５を備えて構成されている。

ステータ１３は、図１Ａに示すように、ステータコア２１と、ステータコア２１に備わる複数のスロット２３と、複数のスロット２３のそれぞれに設けられたステータコイル２５と、を有して構成される。

ステータコア２１は、図１Ａに示すように、全体として円筒状に形成される。ステータコア２１は、例えば、円環状に形成された複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層して構成すればよい。

円環状のロータ１５は、図１Ｂに示すように、ステータ１３の内周面と僅かな空隙ＧＰを介して対向配置される。

ロータ１５は、図１Ａ，図１Ｂに示すように、ロータコア２７及び磁極部３３を備える。ロータコア２７には、円筒状の内周側面を有する通孔１７が開設されている。ロータコア２７の通孔１７には回転軸１９が、通孔１７の内周側面に回転軸１９の外周側面を接合させて嵌め合わせられる。これにより、ロータコア２７の通孔１７に回転軸１９が嵌合固定される。
ロータコア２７は、ステータコア２１と同様に、例えば、円環状に形成された複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層して構成すればよい。

ロータコア２７には、図１Ａ，図１Ｂに示すように、軸方向に真っ直ぐに延びる磁性体３１を有する磁極部３３が、周方向に所定の間隔を置いて複数備わっている。また、ロータコア２７には、磁性体３１を収容するための収容孔３９が、周方向に所定の間隔を置いて複数備わっている。収容孔３９の構成について、詳しくは後記する。さらに、ロータコア２７には、略三角形状の空洞部４０が、軸方向（図１Ｂ参照）の全長に渡って形成されている。

磁性体３１は、略矩形状の横断面を有する棒状の磁性部材によって形成される。磁性体３１の長さは、ロータ１５の軸方向全長と略同等の長さに設定されている。
詳しく述べると、磁性体３１は、図１Ａ，図１Ｂに示すように、硬磁性体３５及び軟磁性体３７から形成されている。

硬磁性体３５は、硬磁性材料よりなる。硬磁性材料としては、特に限定されないが、例えば、高トルク密度化を実現可能な、高磁気特性を有するネオジム磁石等の希土類磁石を好適に用いることができる。

一方、軟磁性体３７は、軟磁性材料よりなる。軟磁性材料としては、硬磁性体３５（の硬磁性材料）に係る残留磁束密度と比べて低い飽和磁化特性を有すると共に、ロータ１５の素材である電磁鋼板の最大透磁率と比べて高い最大透磁率特性を有する、例えばパーマロイを好適に用いることができる。なお、硬磁性体３５に対する軟磁性体３７の配置構造について、詳しくは後記する。

図１Ａ，図１Ｂに示す例では、ひとつの磁極部３３は、一対の第１及び第２磁性体３１Ａ，３１Ｂを組み合わせて構成されている。
第１磁性体３１Ａは第１硬磁性体３５Ａ及び第１軟磁性体３７Ａからなる。一方、第２磁性体３１Ｂは第２硬磁性体３５Ｂ及び第２軟磁性体３７Ｂからなる。
本明細書中において、第１及び第２磁性体３１Ａ，３１Ｂを総称するときは、単に「磁性体３１」と呼ぶ。第１及び第２硬磁性体３５Ａ，３５Ｂを総称するときは、単に「硬磁性体３５」と呼ぶ。第１及び第２軟磁性体３７Ａ，３７Ｂを総称するときは、単に「軟磁性体３７」と呼ぶ。

一対の第１及び第２磁性体３１Ａ，３１Ｂは、図１Ｂに示すように、径方向に延びる中心線３８に対して線対称に、径方向（図１Ｂ参照）外側に傾斜しつつ略Ｖ字形状を描くように配設されている。

一対の第１及び第２磁性体３１Ａ，３１Ｂを収容するために、ロータ１５には、図１Ａ，図１Ｂに示すように、第１及び第２収容孔３９Ａ，３９Ｂが開設されている。第１及び第２収容孔３９Ａ，３９Ｂは、一対の第１及び第２磁性体３１Ａ，３１Ｂと同様に、中心線３８に対して線対称に、径方向（図１Ｂ参照）外側に傾斜しつつ略Ｖ字形状を描くように配設されている。

第１収容孔３９Ａは、中心線３８の側に位置する第１内側空隙部３９Ａ１と、径方向外側に位置する第１外側空隙部３９Ａ２と、第１内側及び第１外側空隙部３９Ａ１，３９Ａ２に挟まれて第１磁性体３１Ａを収容する第１収容部３９Ａ３と、を連続して一体に有している。

一方、第２収容孔３９Ｂは、第１収容孔３９Ａと同様に、中心線３８の側に位置する第２内側空隙部３９Ｂ１と、径方向外側に位置する第２外側空隙部３９Ｂ２と、第２内側及び第２外側空隙部３９Ｂ１，３９Ｂ２に挟まれて第２磁性体３１Ｂを収容する第２収容部３９Ｂ３と、を連続して一体に有している。

本明細書中において、第１及び第２収容孔３９Ａ，３９Ｂを総称するときは、単に「収容孔３９」と呼ぶ。また、第１及び第２収容部３９Ａ３，３９Ｂ３を総称するときは、単に「収容部３９−３」と呼ぶ。

磁性体３１は、収容孔３９の収容部３９−３に収容された状態で、収容部３９−３における径方向（図１Ｂ参照）の内壁面に対して不図示の接着剤等を用いて固定される。

一つの磁極部３３を構成する一対の磁性体３１に係る磁石極性は、径方向外側を向く側が互いに同一となり、かつ、隣り合う磁極部３３とは逆向きになるように設定されている。

磁性体３１のうち例えば硬磁性体３５には、磁化が起こり易い磁化容易方向と、磁化が起こり難い磁化困難方向とがある。図１Ｂに示す例では、硬磁性体３５の磁化容易方向３６（図１Ｂの矢印参照）は、ロータ１５の径方向外側を指向している。

磁性体３１の一部を構成する硬磁性体３５のうち磁化容易方向３６に存する一側面４１には、例えば図１Ｂ，図１Ｃ〜図１Ｌに示すように、不図示の接着剤等を介して、軟磁性体３７が接着固定されている。軟磁性体３７は、前記したように、硬磁性体３５に係る残留磁束密度と比べて低い飽和磁化特性を有すると共に、ロータ１５の素材である電磁鋼板の最大透磁率と比べて高い最大透磁率特性を有する。
これにより、軟磁性体３７は硬磁性体３５に係る磁石磁束を低減する機能を発揮する。

磁化容易方向３６に沿って延びる硬磁性体３５の高さ寸法ｄ１は、例えば図１Ｃ，図１Ｇに示すように、磁化容易方向３６に沿って延びる軟磁性体３７の高さ寸法ｄ２と比べて高く設定されている。磁化容易方向３６は、本発明の「磁化方向」に相当する。

磁性体３１の一部を構成する軟磁性体３７は、例えば、第１積層構造をとる第１軟磁性体３７−１（図１Ｃ〜図１Ｆ参照）と、第２積層構造をとる第２軟磁性体３７−２（図１Ｇ〜図１Ｋ参照）と、第３積層構造をとる第３軟磁性体３７−３（図１Ｌ参照）とに分けられる。

第１磁性体３１−１は、例えば図１Ｃに示すように、硬磁性体３５のうち磁化容易方向３６に存する一側面４１に、第１積層構造をとる第１軟磁性体３７−１を設けて構成されている。

第１磁性体３１−１のうち第１軟磁性体３７−１は、図１Ｃに示すように、磁化容易方向３６に、平板状の軟磁性体３７ａ１，３７ｂ１，３７ｃ１，３７ｄ１を複数枚積層させて構成されている。複数枚の軟磁性体３７ａ１，３７ｂ１，３７ｃ１，３７ｄ１のそれぞれは、均一な高さ寸法ｄ３を呈している。複数枚の軟磁性体３７ａ１，３７ｂ１，３７ｃ１，３７ｄ１同士は、不図示の接着剤を用いて相互に接着されている。

第１磁性体３１−１のうち硬磁性体３５は、図１Ｄに示すように、磁化容易方向３６と直交する幅方向に、平板状の硬磁性体３５ａを複数積層させて構成されている。複数枚の硬磁性体３５ａのそれぞれは、均一な幅寸法を呈している。複数枚の硬磁性体３５ａ同士は、接着剤を用いて相互に接着されている。

第１磁性体３１−１のうち硬磁性体３５は、図１Ｅに示すように、軸方向に沿って一体に延伸するように構成されている。

ただし、第１磁性体３１−１の変形例として、図１Ｆに示すように、軸方向に沿って平板状の硬磁性体３５ａを複数積層することで硬磁性体３５を構成しても構わない。

一方、第２磁性体３１−２は、例えば図１Ｇに示すように、硬磁性体３５のうち磁化容易方向３６に存する一側面４１に、第２積層構造をとる第２軟磁性体３７−２を設けて構成されている。

第２磁性体３１−２のうち第２軟磁性体３７−２は、図１Ｇに示すように、磁化容易方向３６に直交する方向に、平板状の軟磁性体３７ａ２，３７ｂ２，３７ｃ２，・・・３７ｓ２，３７ｔ２を複数積層させて構成されている。複数枚の軟磁性体３７ａ２，３７ｂ２，３７ｃ２，・・・３７ｓ２，３７ｔ２のそれぞれは、均一な幅寸法ｄ４を呈している。複数枚の軟磁性体３７ａ２，３７ｂ２，３７ｃ２，・・・３７ｓ２，３７ｔ２同士は、不図示の接着剤を用いて相互に接着されている。

第２磁性体３１−２のうち硬磁性体３５は、図１Ｈに示すように、磁化容易方向３６と直交する幅方向に、平板状の硬磁性体３５ａを複数積層させて構成されている。複数枚の硬磁性体３５ａのそれぞれは、均一な幅寸法を呈している。複数枚の硬磁性体３５ａ同士は、接着剤を用いて相互に接着されている。

第２磁性体３１−２のうち硬磁性体３５は、図１Ｉに示すように、軸方向に沿って一体に延伸するように構成されている。

ただし、第２磁性体３１−２の変形例として、図１Ｊに示すように、軸方向に沿って平板状の硬磁性体３５ａを複数積層することで硬磁性体３５を構成しても構わない。

さらに、図１Ｊに示す第２磁性体３１−２の変形例に係る第２磁性体３１−２Ｂとして、図１Ｋに示すように、軸方向に沿って方形状の軟磁性体３７−２ａ（ただし、軟磁性体３７ａは、図１Ｇ等に示す軟磁性体３７ａ２，３７ｂ２，３７ｃ２，・・・３７ｓ２，３７ｔ２と比べて薄肉に形成されている。）を複数積層することで第２軟磁性体３７−２Ａを構成しても構わない。

また、第３磁性体３１−３は、図１Ｌに示すように、硬磁性体３５のうち磁化容易方向３６に存する一側面４１に、第３積層構造をとる第３軟磁性体３７−３を設けて構成されている。なお、第３積層構造とは、第１積層構造と第２積層構造との組み合わせに係る軟磁性体３７の積層構造である。

第３磁性体３１−３のうち第３軟磁性体３７−３は、図１Ｌに示すように、軸方向及び磁化容易方向３６の両方に沿って分割した方形棒状の軟磁性体３７−３ａを、軸方向及び磁化容易方向３６に沿って複数積層させて構成されている。複数の軟磁性体３７−３ａのそれぞれは、均一な高さ寸法及び軸方向長さ寸法を呈している。複数の軟磁性体３７−３ａ同士は、接着剤を用いて相互に接着されている。

〔比較例に係る回転電機１１１の基本構成〕
次に、比較例に係る回転電機１１１の基本構成について、図２Ａ，図２Ｂを参照して詳細に説明する。
図２Ａは、比較例に係る回転電機１１１の正面図である。図２Ｂは、図２Ａに示す比較例に係る回転電機１１１に備わるロータ１１５に設けた磁極部１３３の周辺を拡大して表す図である。

比較例に係る回転電機１１１は、図２Ａに示すように、円環状のステータ１１３及びロータ１１５を備えて構成されている。

ステータ１１３は、図２Ａに示すように、本発明に係るステータ１３と同様に、ステータコア１２１と、ステータコア１２１に備わる複数のスロット１２３と、複数のスロット１２３のそれぞれに設けられたステータコイル１２５と、を有して構成される。

ステータコア１２１は、図２Ａに示すように、全体として円筒状に形成される。ステータコア１２１は、円環状に形成された複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層して構成される。

円環状のロータ１１５は、図２Ｂに示すように、ステータ１1３の内周面と僅かな空隙ＧＰを介して対向配置される。

ロータ１１５は、図２Ａ，図２Ｂに示すように、本発明に係るロータ１５と同様に、ロータコア１２７及び磁極部１３３を備える。ロータコア１２７には、図２Ａに示すように、円筒状の内周側面を有する通孔１１７が開設されている。ロータコア１２７の通孔１１７には回転軸１１９が、通孔１１７の内周側面に回転軸１１９の外周側面を接合させて嵌め合わせられる。これにより、ロータコア１２７の通孔１１７に回転軸１１９が嵌合固定される。
ロータコア１２７は、ステータコア１２１と同様に、円環状に形成された複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層して構成される。

ロータコア１２７には、図２Ａ，図２Ｂに示すように、軸方向に真っ直ぐに延びる磁性体１３１を有する磁極部１３３が、周方向に所定の間隔を置いて複数備わっている。また、ロータコア１２７には、磁性体１３１を収容するための収容孔１３９が、周方向に所定の間隔を置いて複数備わっている。さらに、ロータコア１２７には、略三角形状の空洞部１４０が、軸方向（図２Ａ参照）の全長に渡って形成されている。

磁性体１３１は、略矩形状の横断面を有する棒状の磁性部材によって形成される。磁性体１３１の長さは、ロータ１１５の軸方向全長と略同等の長さに設定されている。また、硬磁性体１３５のみから形成される磁性体１３１の高さ寸法（径方向寸法）及び幅寸法（周方向寸法）は、本発明に係る磁性体３１のうち硬磁性体３５の高さ寸法（径方向寸法）及び幅寸法（周方向寸法）と同等に設定されている。

本比較例に係る磁性体１３１は、図２Ａ，図２Ｂに示すように、硬磁性体１３５のみから形成されている。磁性体１３１が硬磁性体１３５のみから形成される点が、本比較例に係る回転電機１１１と、本発明に係る回転電機１１との主な相違点である。

硬磁性体１３５は硬磁性材料よりなる。硬磁性材料としては、本発明に係る回転電機１１と同様に、高トルク密度化を実現可能な、高磁気特性を有するネオジム磁石等の希土類磁石が用いられる。

図２Ａ，図２Ｂに示す例では、ひとつの磁極部１３３は、一対の磁性体１３１Ａ，１３１Ｂを組み合わせて構成されている。
本明細書中において、一対の磁性体１３１Ａ，１３１Ｂを総称するときは、単に「磁性体１３１」と呼ぶ。

一対の磁性体１３１Ａ，１３１Ｂは、図２Ｂに示すように、径方向に延びる中心線１３８に対して線対称に、径方向（図２Ｂ参照）外側に傾斜しつつ略Ｖ字形状を描くように配設されている。

一対の磁性体１３１Ａ，１３１Ｂを収容するために、ロータ１１５には、図２Ａ，図２Ｂに示すように、一対の収容孔１３９Ａ，１３９Ｂが開設されている。一対の収容孔１３９Ａ，１３９Ｂは、一対の磁性体１３１Ａ，１３１Ｂと同様に、中心線１３８に対して線対称に、径方向（図２Ｂ参照）外側に傾斜しつつ略Ｖ字形状を描くように配設されている。
本明細書中において、一対の収容孔１３９Ａ，１３９Ｂを総称するときは、単に「収容孔１３９」と呼ぶ。

磁性体１３１は、収容孔１３９に収容された状態で、収容孔１３９における径方向（図１Ｂ参照）の内壁面に対して不図示の接着剤等を用いて固定される。

一つの磁極部１３３を構成する一対の磁性体１３１に係る磁石極性は、本発明に係る回転電機１１と同様に、径方向外側を向く側が互いに同一となり、かつ、隣り合う磁極部１３３とは逆向きになるように設定されている。

〔本発明に係る回転電機１１の作用効果〕
次に、本発明に係る回転電機１１の作用効果について、比較例に係る回転電機１１１と対比しながら、適宜図面を参照しつつ説明する。

図３Ａ，図３Ｂは、背景技術において、本発明に係る回転電機が必要となる場面の説明図である。

本発明に係る回転電機１１の作用効果の説明に先立って、比較例に係る回転電機１１１を用いた背景技術において、本発明に係る回転電機１１が必要となる場面について、図３Ａ，図３Ｂを参照しつつ説明する。

本発明者らは、比較例に係る回転電機１１１において高効率運転を実現するためのアプローチのひとつとして、磁性体１３１を構成する硬磁性体１３５に係る磁石磁束を低減してはどうか？との着想を得た。その際に、図３Ａに示すように、最大トルクが得られる最大トルク点におけるモータ電流−磁束の関係を維持した状態で、モータ電流の比較的低い低負荷領域で磁性体１３１を構成する硬磁性体１３５に係る磁石磁束を充分に低減する（本発明に係る特性線図参照）ことが好ましいとの知見にたどり着いた。

一方、図３Ｂに示す回転速度−トルクの特性線図では、回転速度の増大につれて、力行運転ではトルクの低下する傾向がみられる一方、回生運転では、力行運転時のトルクとは逆向きのトルクの低下する傾向がみられる。比較例に係る回転電機１１１では、銅損と鉄損が均衡する（銅損＝鉄損）図３Ｂに示す高効率運転ゾーンが常用される。

ここで、モータ運転時に生じる損失は、大きく銅損と鉄損に二分される。銅線に電流が流れて加熱されることで生じる損失を銅損と呼び、ロータコア１２７や磁性体１３１に渦電流が生じて加熱されることで生じる損失を鉄損と呼ぶ。

低速（高トルク）域を含む高負荷運転では、モータ電流が大きくなるため銅損が支配的になる。これとは逆に、高速（低トルク）域を含む低負荷運転では、鉄損は周波数又は周波数の２乗に比例するため鉄損が支配的となる。

モータ設計の際には、使用負荷点を念頭に置きながら銅損と鉄損の均衡をどのようにとるのかの検討が重要となる。基本的には、常用される運転ポイントにおいて、銅損：鉄損がおよそ１：１に均衡するように設計することが多い。

そこで問題となるのが、図３Ｂに示す鉄損が支配的な低負荷運転ゾーンである。この低負荷運転ゾーンは、トルクが０となる無負荷運転を含む。無負荷運転とは、回転電機１１１に結線された電線が開放状態にある運転モードを意味する。低負荷運転ゾーンでは、モータ電流に起因する損失は小さい（モータ電流が低いため）。また、鉄損は磁石磁束に比例して増大する傾向がみられる。

こうした低負荷運転ゾーンにおいて、磁性体１３１を構成する硬磁性体１３５にに係る磁石磁束をいかにして抑制するのかが問題となる。

そこで、第１の観点（請求項１に係る発明に対応）に基づく回転電機１１では、高負荷運転ゾーンにおける磁性体３１に係る磁束を維持した状態で、低負荷運転ゾーンにおける磁性体３１に係る磁束を抑制するため、下記の構成を採用することとした。
すなわち、磁性体３１は、硬磁性体３５及び軟磁性体３７からなる。軟磁性体３７は、硬磁性体３５の磁化方向に積層させて設けられる。収容孔３９には、硬磁性体３５及び軟磁性体３７からなる磁性体３１が設けられている。

第１の観点に基づく回転電機１１では、ステータコイル２５にモータ電流を流すと、ステータ１３に回転磁界が発生する。こうしてステータ１３に発生した回転磁界と、ロータ１５に備わる磁性体３１による磁界とが相互作用することによって、ステータ１３に対してロータ１５が回転駆動される。

第１の観点に基づく回転電機１１において、ロータ１５に備わる磁性体３１では、硬磁性体３５の磁化方向に積層させて軟磁性体３７が設けられている。このため、軟磁性体３７は、比較例に係る回転電機１１１と比べて、低負荷運転では磁性体３１に係る磁束を抑制する一方、高負荷運転では磁性体３１に係る磁束を高める（維持する）ように作用する。
なお、軟磁性体３７は、硬磁性体３５の残留磁束密度と比べて、飽和磁束密度の低い性質を有するものとされる。

第１の観点に基づく回転電機１１では、軟磁性体３７は、比較例に係る回転電機１１１と比べて、低負荷運転では磁性体３１に係る磁束を抑制する一方、高負荷運転では磁性体３１に係る磁束を実質的に維持するように作用する。

前記の磁束抑制／維持作用について、比較例に係る図４Ａ，図４Ｂ、及び本発明（第１の観点に基づく）に係る図５Ａ，図５Ｂを参照して説明する。

図４Ａは、比較例に係る回転電機１１１（無負荷時：モータ電流０Ａ）において、磁性体１３１周辺の磁束密度分布を表すコンタープロット図である。図４Ｂは、比較例に係る回転電機１１１（高負荷時：モータ電流約１００Ａ）において、磁性体１３１周辺の磁束密度分布を表すコンタープロット図である。

図５Ａは、本発明に係る回転電機１１（無負荷時：モータ電流０Ａ）において、磁性体３１周辺の磁束密度分布を表すコンタープロット図である。図５Ｂは、本発明に係る回転電機１１（高負荷時：モータ電流約１００Ａ）において、磁性体３１周辺の磁束密度分布を表すコンタープロット図である。

無負荷時（低負荷時）における比較例及び本発明を対比すると、本発明に係る磁性体３１（図５Ａ参照）は、比較例に係る磁性体１３１（図４Ａ参照）と比べて、磁束密度が低減していることがわかる。これは、本発明に係る磁性体３１の一部を構成する軟磁性体３７が、低負荷運転において、磁性体３１に係る磁束を抑制するように作用していることを意味する。

一方、高負荷時における比較例及び本発明を対比すると、本発明に係る磁性体３１（図５Ｂ参照）は、比較例に係る磁性体１３１（図５Ａ参照）と比べて、磁束密度が同等であることがわかる。これは、本発明に係る磁性体３１の一部を構成する軟磁性体３７が、高負荷運転において、磁性体３１に係る磁束を実質的に維持するように作用していることを意味する。

前記の磁束抑制／維持作用について、比較例及び本発明を対比しながら、図６Ａ〜図６Ｅを参照して説明する。

図６Ａは、実効電流［Ａｒｍｓ］に対するトルク［Ｎｍ］の推移を、本発明及び比較例間で対比して表す特性線図である。
実効電流に対するトルクの推移を、本発明及び比較例間で対比して表す特性線図（図６Ａ）によれば、本発明にかかる回転電機１１では、回転電機１１の出力（回転速度とトルクの関数）を、比較例に対して実質的に不変に維持していることがわかる。

図６Ｂは、実効電流［Ａｒｍｓ］に対する磁石磁束［Ｗｂ］の推移を、本発明及び比較例間で対比して表す特性線図である。
実効電流に対する磁石磁束の推移を、本発明及び比較例間で対比して表す特性線図（図６Ｂ）によれば、本発明にかかる回転電機１１では、回転電機１１の低負荷時における磁石磁束が、比較例に比べて低下していることがわかる。

図６Ｃは、回転速度［ｒｐｍ］に対する電圧［Ｖ］の推移を、本発明及び比較例間で対比して表す特性線図である。図６Ｄは、回転速度［ｒｐｍ］に対する電力［Ｗ］の推移を、本発明及び比較例間で対比して表す特性線図である。
回転速度に対する電圧／電力の推移を、本発明及び比較例間で対比して表す特性線図（図６Ｃ，図６Ｄ）によれば、本発明にかかる回転電機１１では、回転電機１１の逆起電力が比較例に比べて低減していることがわかる。

図６Ｅは、無負荷時における回転速度［ｒｐｍ］に対する鉄損［Ｗ］の推移を、本発明及び比較例間で対比して表す特性線図である。
無負荷時における回転速度に対する鉄損の推移を、本発明及び比較例間で対比して表す特性線図（図６Ｅ）によれば、本発明にかかる回転電機１１では、無負荷時における回転電機１１の損失が、比較例に比べて約１割ほど低減していることがわかる。

第１の観点に基づく（本発明に係る）回転電機１１によれば、比較例に係る回転電機１１１と比べて、軟磁性体３７は、低負荷運転では磁性体３１に係る磁石磁束を抑制する一方、高負荷運転では磁性体３１に係る磁石磁束を実質的に維持するように作用するため、重量及び体格の増大を招来することなく、高効率運転を実現可能な回転電機１１を得ることができる。
換言すると、第１の観点に基づく回転電機１１によれば、高効率運転を実現可能な回転速度及びトルクを含む出力パラメータの実用範囲を広げることができる。
なお、第１の観点に基づく回転電機１１によれば、低負荷運転における磁性体３１に係る磁石磁束を抑制するために、例えば磁束弱め制御が必要な場面において、その制御量を低減する効果を期待することもできる。
また、軟磁性体は、硬磁性体３５の残留磁束密度よりも飽和磁束密度の低い性質を有するため、軟磁性体３７は硬磁性体３５に係る磁石磁束を低減するように働く。その結果、磁化方向に磁石磁束の変動が生じた際に軟磁性体３７に生じる渦電流損を一層低減することができる。

第２の観点（請求項２に係る発明に対応）に基づく回転電機１１では、硬磁性体３５の磁化方向において、軟磁性体３７の厚みは、硬磁性体３５の厚みと比較して薄肉に形成されている。

第２の観点に基づく回転電機１１によれば、軟磁性体３７の厚みは、硬磁性体３５の厚みと比較して薄肉に形成されているため、第１の観点に基づく回転電機１１の作用効果に加えて、磁性体３１全体としての厚み方向（磁化方向）サイズを抑制することができる。

第３の観点（請求項３に係る発明に対応）に基づく回転電機１１では、軟磁性体３７は、軟磁性材料を複数積層して形成されている。

第３の観点に基づく回転電機１１によれば、軟磁性体３７は、軟磁性材料を複数積層して形成されているため、第１の観点に基づく回転電機１１の作用効果に加えて、磁化方向に磁石磁束の変動が生じた際に軟磁性体３７に生じる渦電流損を低減する効果を期待することができる。

第４の観点（請求項４に係る発明に対応）に基づく回転電機１１では、軟磁性材料同士が積層する積層面は、磁化方向に直交する方向を向いて広がっている（図１Ｃ〜図１Ｆに示す第１積層構造をとる第１軟磁性体３７−１、及び図１Ｌに示す第３積層構造をとる第３軟磁性体３７−３参照）。

第４の観点に基づく回転電機１１によれば、軟磁性材料同士が積層する積層面は、磁化方向に直交する方向を向いて広がっているため、軟磁性体３７を構成する軟磁性材料の積層数を抑制しながら、磁化方向に磁石磁束の変動が生じた際に軟磁性体３７に生じる渦電流損を低減することができる。

第５の観点（請求項５に係る発明に対応）に基づく回転電機１１では、軟磁性材料同士が積層する積層面は、磁化方向を向いて広がっている（図１Ｇ〜図１Ｋに示す第２積層構造をとる第２軟磁性体３７−２、及び図１Ｌに示す第３積層構造をとる第３軟磁性体３７−３参照）。

第５の観点に基づく回転電機１１によれば、軟磁性材料同士が積層する積層面は、磁化方向を向いて広がっているため、磁化方向に磁石磁束の変動が生じた際に軟磁性体３７に生じる渦電流損を一層低減することができる。

第６の観点に基づく発明（請求項６に係る発明に対応）は、第１〜第５のうちいずれかの観点に基づく回転電機１１を駆動源として搭載してなる。

第６の観点に基づく発明によれば、重量及び体格の増大を招来することなく、高効率運転を実現可能な回転電機１１を駆動源として搭載した車両を得ることができる。

〔その他の実施形態〕
以上説明した複数の実施形態は、本発明の具現化の例を示したものである。したがって、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならない。本発明はその要旨またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形態で実施することができるからである。

例えば、本発明に係る回転電機１１の説明において、軟磁性体３７は、硬磁性体３５の磁化方向であって、硬磁性体３５における径方向外側に積層させて設けられる態様を例示して説明したが、本発明はこの例に限定されない。

軟磁性体３７は、硬磁性体３５の磁化方向であって、硬磁性体３５における径方向内側に積層させて設けられる態様を採用してもよい。
また、硬磁性体３５をその磁化方向に複数に分割し、分割された硬磁性体３５同士の間に軟磁性体３７を挟み込んで積層させるように軟磁性体３７を設ける態様を採用してもよい。

また、本発明に係る回転電機１１の基本構成に関する説明において、磁極部３３の構成要素である磁性体３１、及び収容孔３９の数量・形状は、回転電機１１としての回転性能を妨げないのであれば、いかなる数量・形状であっても構わない。

また、本発明に係る回転電機１１の基本構成に関する説明において、「１２」の磁極部３３、「７２」のスロット２３を備える構成の回転電機１１を例示して説明したが、本発明はこの例に限定されない。
磁極部３３・スロット２３の数量は、回転電機１１としての回転性能を妨げないのであれば、いかなる数量であっても構わない。

また、本発明に係る回転電機１１の基本構成に関する説明において、横断面が矩形状の磁性体３１の高さ寸法（径方向寸法）及び幅寸法（周方向寸法）は、回転電機１１の出力特性への影響を実験・シミュレーションを通して求めた結果と、目標となる出力特性とを比較衡量した上で、適宜の寸法を設定すればよい。

１１ 本発明に係る回転電機
１３ ステータ
１５ ロータ
２１ ステータコア
２５ ステータコイル（コイル）
３１ 磁性体
３５ 硬磁性体
３７ 軟磁性体
３９ 収容孔

Claims (6)

1. ステータコア及び当該ステータコアに設けられるコイルを有する円環状のステータと、
   駆動軸方向に延びる磁性体の収容孔が周方向に複数設けられるロータコアを有し、前記ステータの内周面と空隙を介して対向配置される円環状のロータと、を備える回転電機であって、
   前記磁性体は、硬磁性体及び軟磁性体からなり、
   前記軟磁性体は、前記硬磁性体の磁化方向に積層させて設けられ、
   前記収容孔には、前記硬磁性体及び前記軟磁性体からなる前記磁性体が設けられ、
   前記軟磁性体は、前記硬磁性体の残留磁束密度よりも飽和磁束密度の低い性質を有する
   ことを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記硬磁性体の磁化方向において、前記軟磁性体の厚みは、前記硬磁性体の厚みと比較して薄肉に形成されている
   ことを特徴とする回転電機。
3. 請求項１又は２に記載の回転電機であって、
   前記軟磁性体は、軟磁性材料を複数積層して形成されている
   ことを特徴とする回転電機。
4. 請求項３に記載の回転電機であって、
   前記軟磁性材料同士が積層する積層面は、前記磁化方向に直交する方向を向いて広がっている
   ことを特徴とする回転電機。
5. 請求項３に記載の回転電機であって、
   前記軟磁性材料同士が積層する積層面は、前記磁化方向を向いて広がっている
   ことを特徴とする回転電機。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転電機を駆動源として搭載してなる
   ことを特徴とする回転電機を備える車両。