JP6944675B2 - 回転子及び永久磁石式回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、トリクリップルを低減できる回転子及び永久磁石式回転電機に関する。

省資源や低コスト等の観点から、ロータコアの外周面の周方向に一方の磁極のマグネットが複数配置され、他方の磁極を各マグネット間に空隙を以て配置されたロータコアの鉄心部（突極）で代用する所謂コンシクエントポール型のロータを備えたモータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に示すロータは、ロータコアの周方向に一方の磁極のマグネットが複数配置されて複数のマグネット磁極部が形成されるとともに、各マグネット磁極部間にはロータコアに形成された鉄心部がそれぞれマグネット磁極部との各境界部に空隙を以て配置され、鉄心部を他方の磁極として機能させるように構成されたロータであって、マグネット磁極部がＮ極及びＳ極のいずれか一方の極性とされる第１ロータ部と、第１ロータ部との磁気抵抗となる磁気抵抗部を介して軸方向に重なる態様で配置されるとともにマグネット磁極部が第１ロータ部と異なる極性とされる第２ロータ部とを備えている。
そして、第１ロータ部と第２ロータ部とが周方向に電気角１８０°ずらして配置されている。即ち、第１ロータ部のマグネット磁極部とこのマグネット磁極部と同極性の第２ロータ部の鉄心部とが軸方向において重なるとともに、第２ロータ部のマグネット磁極部とこのマグネット磁極部と同極性の第１ロータ部の鉄心部とが軸方向において重なる態様で配置されている。

特開２０１３−１５３６３７号公報

しかしながら、この従来の特許文献１に示したコンシクエントポール型のロータを備えたモータにあっては、各マグネット磁極部及び各鉄心部の形状がロータの径方向外側に向けて凸形状となっており、ステータの内周面とロータの外周面との間のギャップがロータの周方向において不均一になっている。このため、ロータの回転に対するギャップの磁束密度変化が大きく、トルクリップルが増大し、モータ制御性能を悪化させてしまうといった問題点があった。
従って、本発明はこの問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、トルクリップルを低減できる回転子及び永久磁石式回転電機を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る回転子は、外形が円形の第１回転子コアの周方向に一方の磁極の第１永久磁石が複数配置されて一方の極性を有する複数の第１磁石極が形成されるとともに、各第１磁石極間の前記第１回転子コアに形成された鉄心部がそれぞれ前記一方の極性と異なる他方の極性を有する他方の磁極として機能する第１鉄極とされた第１ロータ部と、外形が円形の第２回転子コアの周方向に前記第１永久磁石の一方の磁極と異なる極性の他方の磁極の第２永久磁石が複数配置されて前記一方の極性と異なる他方の極性を有する複数の第２磁石極が形成されるとともに、各第２磁石極間の前記第２回転子コアに形成された鉄心部がそれぞれ前記他方の極性と異なる一方の極性を有する一方の磁極として機能する第２鉄極とされた第２ロータ部とを備え、前記第１ロータ部と前記第２ロータ部とが、空隙を介して軸方向に重なり、かつ周方向に電気角１８０°ずらして配置された回転子であって、前記第１回転子コアに形成された第１磁石極と第１鉄極との境界にあるｑ軸の近傍に、前記第１回転子コアの外形を円形に維持した状態で第１フラックスバリアを形成するとともに、前記第２回転子コアに形成された第２磁石極と第２鉄極との境界にあるｑ軸の近傍に、前記第２回転子コアの外形を円形に維持した状態で第２フラックスバリアを形成したことを要旨とする。

また、本発明の他の態様に係る回転子は、外形が円形の第１回転子コアの周方向に一方の磁極の第１永久磁石が複数配置されて一方の極性を有する複数の第１磁石極が形成されるとともに、各第１磁石極間の前記第１回転子コアに形成された鉄心部がそれぞれ前記一方の極性と異なる他方の極性を有する他方の磁極として機能する第１鉄極とされた第１ロータ部と、外形が円形の第２回転子コアの周方向に前記第１永久磁石の一方の磁極と異なる極性の他方の磁極の第２永久磁石が複数配置されて前記一方の極性と異なる他方の極性を有する複数の第２磁石極が形成されるとともに、各第２磁石極間の前記第２回転子コアに形成された鉄心部がそれぞれ前記他方の極性と異なる一方の極性を有する一方の磁極として機能する第２鉄極とされた第２ロータ部とを備え、前記第１ロータ部と前記第２ロータ部とが、空隙を介して軸方向に重なり、かつ周方向に電気角１８０°ずらして配置された回転子であって、前記第１回転子コアに形成された第１磁石極と第１鉄極及び前記第２回転子コアに形成された第２磁石極と第２鉄極が、それぞれ前記第１回転子コアの径方向外方及び前記第２回転子コアの径方向外方に対して突形状となるように、前記第１回転子コアに形成された第１磁石極と第１鉄極との間に前記第１回転子コアの外周面から凹む第１凹みを形成するとともに、前記第２回転子コアに形成された第２磁石極と第２鉄極との間に前記第２回転子コアの外周面から凹む第２凹みを形成し、前記第１回転子コアに形成された第１凹みは、前記第１回転子コアに形成された第１磁石極側のｄ軸と平行な第１辺と、該第１辺に対して所定の極間角度で接続する前記第１回転子コアに形成された第１鉄極側の第２辺との２辺のみで構成されているとともに、前記第２回転子コアに形成された第２凹みも、前記第２回転子コアに形成された第２磁石極側のｄ軸と平行な第１辺と、該第１辺に対して所定の極間角度で接続する前記第２回転子コアに形成された第２鉄極側の第２辺との２辺のみで構成されていることを要旨とする。

また、本発明の他の態様に係る永久磁石式回転電機は、固定子巻線を固定子コアに巻装した固定子と、該固定子の前記固定子コアの内周側に回転自在に配置された、前述の回転子とを備えたことを要旨とする。

本発明に係る回転子及び永久磁石式回転電機によれば、トルクリップルを低減できる回転子及び永久磁石式回転電機を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る永久磁石式回転電機の概略構成を示す断面図である。 図１に示す永久磁石式回転電機における回転子の斜視図である。 図１に示す永久式回転電機の１対の磁石極及び鉄極の部分を示す斜視図である。 図１に示す永久磁石式回転電機における回転子の第１ロータ部及び第２ロータ部を示す断面図である。 図１に示す永久磁石式回転電機の変形例の１対の磁石極及び鉄極の部分を示す斜視図である。 図５に示す変形例に係る永久磁石式回転電機における回転子の第１ロータ部及び第２ロータ部を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る永久磁石式回転電機の概略構成を示す断面図である。 図７に示す永久磁石式回転電機における回転子の斜視図である。 図７に示す永久式回転電機の１対の磁石極及び鉄極の部分を示す斜視図である。 図７に示す永久磁石式回転電機における回転子の第１ロータ部及び第２ロータ部を示す断面図である。 図７に示す永久磁石式回転電機における回転子の第１ロータ部の１対の磁石極及び鉄極の部分を拡大して示す図である。 参考例に係る永久磁石式回転電機の概略構成を示す断面図である。 図１２に示す永久磁石式回転電機における回転子の斜視図である。 図１２に示す永久磁石式回転電機における回転子の第１ロータ部及び第２ロータ部を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る永久磁石式回転電機における、第１辺と第２辺とがなす極間角度Ａ及び極数Ｐの積とトルクリップルとの関係を、参考例に係る永久磁石式回転電機における、第１辺と第３辺とがなす極間角度Ａ及び極数Ｐの積とトルクリップルとの関係と比較して示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る永久磁石式回転電機における、第１辺と第２辺とがなす極間角度Ａ及び極数Ｐの積とトルクとの関係を、参考例に係る永久磁石式回転電機における、第１辺と第３辺とがなす極間角度Ａ及び極数Ｐの積とトルクとの関係と比較して示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
先ず、本発明の第１実施形態に係る回転子及び永久磁石式回転電機について、図１乃至図４を参照して説明する。
本発明の第１実施形態に係る回転子を備えた永久磁石式回転電機は、図１に示されており、永久磁石式回転電機１は、６極３６スロットの、いわゆるコンシクエントポール型の回転子を備えた埋込磁石型同期電動機である。なお、本発明は、極数やスロット数、その他の各部分の寸法などによって何ら制約を受けるものではない。

図１に示す永久磁石式回転電機１は、固定子１０と、固定子１０の固定子コア１１の内周側に回転自在に配置された回転子２０とを備えている。
ここで、固定子１０は、円筒状の固定子コア１１を備えている。固定子コア１１の内周面側には、円周方向に等間隔で形成された複数（本実施形態にあっては３６個）のスロット１２及び複数（本実施形態にあっては３６個）の磁極ティース１３が形成される。各スロット１２には、複数の固定子巻線１４が巻装されている。

また、回転子２０は、図２に示すように、回転軸３０に固定される第１ロータ部２１Ａ及び第２ロータ部２１Ｂを備えている。
回転軸３０は、その中心軸線が固定子コア１１の中心軸線と一致するように配置され、回転軸３０の軸線方向の両側（図２における上側及び下側）がモータハウジングに図示しない軸受を介して回転可能に支持されている。従って、回転子２０は、回転軸３０の中心軸線を中心に回転可能となっている。

第１ロータ部２１Ａは、回転軸３０の一側（図２における上側）に固定された第１回転子コア２２ａを備えている。
第１回転子コア２２ａは、円筒状（外形が円形）に形成され、積層鉄心で構成される。第１回転子コア２２ａの中心に形成された軸孔に回転軸３０が挿入固定される。第１回転子コア２２ａの軸孔よりも径方向外側には、周方向に沿って複数（本実施形態にあっては、６極のコンシクエントポール型の回転子であるから、３個）の磁石スロット２３ａが所定間隔（３個であるから１２０°間隔）で形成されている。各磁石スロット２３ａは、周方向に細長く延びる矩形状に形成され、第１回転子コア２２ａの軸方向の両端間を貫通するように形成される。各磁石スロット２３ａには、一方の磁極（本実施形態にあってはＮ極）の矩形状の第１永久磁石２４ａが挿入されるとともに固定されている。各第１永久磁石２４ａは、第１回転子コア２２ａの軸方向の両端間を延びるように形成される。各磁石スロット２３ａに第１永久磁石２４ａが固定されることにより、第１回転子コア２２ａには、一方の極性（本実施形態にあってはＮ極）を有する複数（本実施形態にあっては３個）の第１磁石極２５ａが周方向に沿って所定間隔（３個であるから１２０°間隔）で形成される。

また、各第１磁石極２５ａ間の第１回転子コア２２ａに形成された鉄心部がそれぞれ前述の一方の極性（本実施形態にあってはＮ極）と異なる他方の極性（本実施形態にあってはＳ極）を有する他方の磁極として機能する第１鉄極２６ａとされる。この結果、第１回転子コア２２ａには、一方の極性（Ｎ極）を有する複数（３個）の第１磁石極２５ａと他方の極性（Ｓ極）を有する複数（３個）の第１鉄極２６ａとが周方向に沿って所定間隔（６０°間隔）で交互に形成される。なお、この第１磁石極２５ａと極性の異なる第１鉄極２６ａの形成について述べると、後に述べる第１フラックスバリアとしての第１孔２７ａがｑ軸の近傍に形成されることで、磁気抵抗となる。各第１磁石極２５ａの磁束は、この第１孔２７ａを迂回するように第１回転子コア２２ａの内部から各鉄心部に流入する。そして、その磁束が径方向外側に向かって各鉄心部を通過することにより、各鉄心部は隣接する第１磁石極２５ａとは極性の異なる疑似的な磁極が形成され、これにより、各鉄心部が第１磁石極２５ａとは極性の異なる第１鉄極２６ａとされる。

また、第２ロータ部２１Ｂは、回転軸３０の他側（図２における下側）に固定された第２回転子コア２２ｂを備えている。
第２回転子コア２２ｂは、円筒状（外形が円形）に形成され、積層鉄心で構成される。第２回転子コア２２ｂの中心に形成された軸孔に回転軸３０が挿入固定される。第２回転子コア２２ｂの軸孔よりも径方向外側には、図４に示すように、周方向に沿って複数（本実施形態にあっては、６極のコンシクエントポール型の回転子であるから、３個）の磁石スロット２３ｂが所定間隔（３個であるから１２０°間隔）で形成されている。各磁石スロット２３ｂは、周方向に細長く延びる矩形状に形成され、第２回転子コア２２ｂの軸方向の両端間を貫通するように形成される。各磁石スロット２３ｂには、第１永久磁石２４ａの一方の磁極（Ｎ極）と異なる極性の他方の磁極（本実施形態にあってはＳ極）の矩形状の第２永久磁石２４ｂが挿入されるとともに固定されている。各第２永久磁石２４ｂは、第２回転子コア２２ｂの軸方向の両端間を延びるように形成される。各磁石スロット２３ｂに第２永久磁石２４ｂが固定されることにより、第２回転子コア２２ｂには、一方の極性（Ｎ極）と異なる他方の極性（本実施形態にあってはＳ極）を有する複数（本実施形態にあっては３個）の第２磁石極２５ｂが周方向に沿って所定間隔（３個であるから１２０°間隔）で形成される。

また、各第２磁石極２５ｂ間の第２回転子コア２２ｂに形成された鉄心部がそれぞれ前述の他方の極性（Ｓ極）と異なる一方の極性（本実施形態にあってはＮ極）を有する一方の磁極として機能する第２鉄極２６ｂとされる。この結果、第２回転子コア２２ｂには、他方の極性（Ｓ極）を有する複数（３個）の第２磁石極２５ｂと一方の極性（Ｎ極）を有する複数（３個）の第２鉄極２６ｂとが周方向に沿って所定間隔（６０°間隔）で交互に形成される。この第２磁石極２５ｂと極性の異なる第２鉄極２６ｂの形成について述べると、後に述べる第２フラックスバリアとしての第２孔２７ｂがｑ軸の近傍に形成されることで、磁気抵抗となる。各第２磁石極２５ｂの磁束は、この第２孔２７ｂを迂回するように第２回転子コア２２ｂの内部から各鉄心部に流入する。そして、その磁束が径方向外側に向かって各鉄心部を通過することにより、各鉄心部は隣接する第２磁石極２５ｂとは極性の異なる疑似的な磁極が形成され、これにより、各鉄心部が第２磁石極２５ｂとは極性の異なる第２鉄極２６ｂとされる。

そして、第１ロータ部２１Ａと第２ロータ部２１Ｂとは、図２及び図３に示すように、空隙４１を介して軸方向に重なり、かつ図２乃至図４に示すように周方向に電気角１８０°ずらして配置される。本実施形態の場合、第１ロータ部２１Ａ及び第２ロータ部２１Ｂは、６極であるから極対数が３であり、周方向に機械角で６０°ずらして配置される。従って、第１ロータ部２１Ａの第１磁石極２５ａと第２ロータ部２１Ｂの第２鉄極２６ｂとが同極性（Ｎ極）で軸方向に重なり、第１ロータ部２１Ａの第１鉄極２６ａと第２ロータ部２１Ｂの第２磁石極２５ｂとが同極性（Ｓ極）で軸方向に重なって配置される。

ここで、空隙４１には、図２に示すように、回転軸３０の軸方向に着磁された永久磁石４２が配置されており、第１ロータ部２１Ａと第２ロータ部２１Ｂとが永久磁石４２を介して軸方向に重なって配置されている。永久磁石４２は、回転軸３０に固定される環状の板状に形成される。第１ロータ部２１Ａと第２ロータ部２１Ｂとが永久磁石４２を介して軸方向に重なるように配置されることにより、トルクを増大させることができる。

そして、図１乃至図４に示すように、第１ロータ部２１Ａにおいて、第１回転子コア２２ａに形成された第１磁石極２５ａと第１鉄極２６ａとの境界にあるｑ軸の近傍には、第１回転子コア２２ａの外形を円形に維持した状態で第１フラックスバリアとしての第１孔２７ａが形成されている。具体的には、各第１磁石極２５ａの周方向両側のｑ軸近傍に一対の第１孔２７ａが形成されるとともに、各第１鉄極２６ａの周方向両側のｑ軸近傍に一対の第１孔２７ａが形成される。各第１孔２７ａは、図４に示すように、径方向外側から径方向内側に向けて細くなる断面略三角形状に形成され、第１回転子コア２２ａの軸方向両端間を貫通するように形成される。

また、同様に、図２及び図４に示すように、第２ロータ部２１Ｂにおいて、第２回転子コア２２ｂに形成された第２磁石極２５ｂと第２鉄極２６ｂとの境界にあるｑ軸の近傍には、第２回転子コア２２ｂの外形を円形に維持した状態で第２フラックスバリアとしての第２孔２７ｂが形成されている。具体的には、各第２磁石極２５ｂの周方向両側のｑ軸近傍に一対の第２孔２７ｂが形成されるとともに、各第２鉄極２６ｂの周方向両側のｑ軸近傍に一対の第２孔２７ｂが形成される。各第２孔２７ｂは、図４に示すように、径方向外側から径方向内側に向けて細くなる断面略三角形状に形成され、第１回転子コア２２ａの軸方向両端間を貫通するように形成される。

このように、第１ロータ部２１Ａにおいて、ｑ軸の近傍に第１フラックスバリアとしての第１孔２７ａ設けられているので、前述したように、第１磁石極２５ａ間の各鉄心部を第１磁石極２５ａとは極性の異なる第１鉄極２６ａとすることができる。また、同様に、第２ロータ部２１Ｂにおいて、ｑ軸の近傍に第２フラックスバリアとしての第２孔２７ｂ設けられているので、前述したように、第２磁石極２５ｂ間の各鉄心部を第２磁石極２５ｂとは極性の異なる第２鉄極２６ｂとすることができる。

そして、第１及び第２フラックスバリアとしての第１孔２７ａ、第２孔２７ｂは、第１回転子コア２２ａ及び第２回転子コア２２ｂの外形を円形に維持した状態で形成されるので、固定子コア１１の内周面と第１回転子コア２２ａ及び第２回転子コア２２ｂの外周面との間のギャップを周方向において均一にでき、ギャップ部における磁束密度変化を緩やかにし、トルクリップルを低減することができる。
次に、図１乃至図４に示す永久磁石式回転電機の変形例について、図５及び図６を参照して説明する。

図５及び図６に示す永久磁石式回転電機１は、基本構成は図１乃至図４に示す永久磁石式回転電機１と同様であるが、第１ロータ部２１Ａにおける、ｑ軸の近傍に形成された第１フラックスバリアとしての第１孔２７ａの具体的配置及び第２ロータ部２１Ｂにおける、ｑ軸の近傍に形成された第２フラックスバリアとしての第２孔２７ｂの具体的配置について、図１乃至図４に示す永久磁石式回転電機１と異なっている。

即ち、第１ロータ部２１Ａにおいて、第１回転子コア２２ａに形成された第１磁石極２５ａと第１鉄極２６ａとの境界にあるｑ軸の近傍には、第１回転子コア２２ａの外形を円形に維持した状態で第１フラックスバリアとしての第１孔２７ａが形成されている点は、図１乃至図４に示す永久磁石式回転電機１と同様である。しかし、第１ロータ部２１Ａにおいて、各第１磁石極２５ａの周方向両側のｑ軸近傍に一対の第１孔２７ａが形成されているが、図１乃至図４に示す永久磁石式回転電機１と異なり、各第１鉄極２６ａの周方向両側のｑ軸近傍に一対の第１孔２７ａが形成されていない。

また、第２ロータ部２１Ｂにおいて、第２回転子コア２２ｂに形成された第２磁石極２５ｂと第２鉄極２６ｂとの境界にあるｑ軸の近傍には、第２回転子コア２２ｂの外形を円形に維持した状態で第２フラックスバリアとしての第２孔２７ｂが形成されている点は、図１乃至図４に示す永久磁石式回転電機１と同様である。しかし、第２ロータ部２１Ｂにおいて、各第２磁石極２５ｂの周方向両側のｑ軸近傍に一対の第２孔２７ｂが形成されているが、図１乃至図４に示す永久磁石式回転電機１と異なり、各第２鉄極２６ｂの周方向両側のｑ軸近傍に一対の第２孔２７ｂが形成されていない。

この図５及び図６に示す変形例に係る永久磁石式回転電機１においても、第１ロータ部２１Ａにおいて、ｑ軸の近傍に第１フラックスバリアとしての第１孔２７ａ設けられているので、第１磁石極２５ａ間の各鉄心部を第１磁石極２５ａとは極性の異なる第１鉄極２６ａとすることができる。また、同様に、第２ロータ部２１Ｂにおいて、ｑ軸の近傍に第２フラックスバリアとしての第２孔２７ｂ設けられているので、第２磁石極２５ｂ間の各鉄心部を第２磁石極２５ｂとは極性の異なる第２鉄極２６ｂとすることができる。但し、図５及び図６に示す変形例に係る永久磁石式回転電機１においては、図１乃至図４に示す永久磁石式回転電機１に対し、フラックスバリアとしての孔の数は少ないので、漏れ磁束が多く、トルクは小さくなる。

そして、第１及び第２フラックスバリアとしての第１孔２７ａ、第２孔２７ｂは、第１回転子コア２２ａ及び第２回転子コア２２ｂの外形を円形に維持した状態で形成されるので、図１乃至図４に示す永久磁石式回転電機１と同様に、固定子コア１１の内周面と第１回転子コア２２ａ及び第２回転子コア２２ｂの外周面との間のギャップを周方向において均一にでき、ギャップにおける磁束密度変化を緩やかにし、トルクリップルを低減することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る回転子及び永久磁石式回転電機について、図７乃至図１１を参照して説明する。

本発明の第２実施形態に係る回転子を備えた永久磁石式回転電機は、図７に示されており、永久磁石式回転電機１は、６極３６スロットの、いわゆるコンシクエントポール型の回転子を備えた埋込磁石型同期電動機である。なお、本発明は、極数やスロット数、その他の各部分の寸法などによって何ら制約を受けるものではない。
図７に示す永久磁石式回転電機１は、固定子１０と、固定子１０の固定子コア１１の内周側に回転自在に配置された回転子２０とを備えている。

ここで、固定子１０は、円筒状の固定子コア１１を備えている。固定子コア１１の内周面側には、円周方向に等間隔で形成された複数（本実施形態にあっては３６個）のスロット１２及び複数（本実施形態にあっては３６個）の磁極ティース１３が形成される。各スロット１２には、複数の固定子巻線１４が巻装されている。
また、回転子２０は、図８に示すように、回転軸３０に固定される第１ロータ部２１Ａ及び第２ロータ部２１Ｂを備えている。

回転軸３０は、その中心軸線が固定子コア１１の中心軸線と一致するように配置され、回転軸３０の軸線方向の両側（図８における上側及び下側）がモータハウジングに図示しない軸受を介して回転可能に支持されている。従って、回転子２０は、回転軸３０の中心軸線を中心に回転可能となっている。
第１ロータ部２１Ａは、回転軸３０の一側（図８における上側）に固定された第１回転子コア２２ａを備えている。

第１回転子コア２２ａは、円筒状（外形が円形）に形成され、積層鉄心で構成される。第１回転子コア２２ａの中心に形成された軸孔に回転軸３０が挿入固定される。第１回転子コア２２ａの軸孔よりも径方向外側には、周方向に沿って複数（本実施形態にあっては、６極のコンシクエントポール型の回転子であるから、３個）の磁石スロット２３ａが所定間隔（３個であるから１２０°間隔）で形成されている。各磁石スロット２３ａは、周方向に細長く延びる矩形状に形成され、第１回転子コア２２ａの軸方向の両端間を貫通するように形成される。各磁石スロット２３ａには、一方の磁極（本実施形態にあってはＮ極）の矩形状の第１永久磁石２４ａが挿入されるとともに固定されている。各第１永久磁石２４ａは、第１回転子コア２２ａの軸方向の両端間を延びるように形成される。各磁石スロット２３ａに第１永久磁石２４ａが固定されることにより、第１回転子コア２２ａには、一方の極性（本実施形態にあってはＮ極）を有する複数（本実施形態にあっては３個）の第１磁石極２５ａが周方向に沿って所定間隔（３個であるから１２０°間隔）で形成される。

また、各第１磁石極２５ａ間の第１回転子コア２２ａに形成された鉄心部がそれぞれ前述の一方の極性（本実施形態にあってはＮ極）と異なる他方の極性（本実施形態にあってはＳ極）を有する他方の磁極として機能する第１鉄極２６ａとされる。この結果、第１回転子コア２２ａには、一方の極性（Ｎ極）を有する複数（３個）の第１磁石極２５ａと他方の極性（Ｓ極）を有する複数（３個）の第１鉄極２６ａとが周方向に沿って所定間隔（６０°間隔）で交互に形成される。なお、この第１磁石極２５ａと極性の異なる第１鉄極２６ａの形成について述べると、後に述べる第１凹み２８ａが第１磁石極２５ａと第１鉄極２６ａとの間に第１回転子コア２２ａの外周面から凹むように形成されることで、磁気抵抗となる。各第１磁石極２５ａの磁束は、この第１凹み２８ａを迂回するように第１回転子コア２２ａの内部から各鉄心部に流入する。そして、その磁束が径方向外側に向かって各鉄心部を通過することにより、各鉄心部は隣接する第１磁石極２５ａとは極性の異なる疑似的な磁極が形成され、これにより、各鉄心部が第１磁石極２５ａとは極性の異なる第１鉄極２６ａとされる。

また、第２ロータ部２１Ｂは、回転軸３０の他側（図８における下側）に固定された第２回転子コア２２ｂを備えている。
第２回転子コア２２ｂは、円筒状（外形が円形）に形成され、積層鉄心で構成される。第２回転子コア２２ｂの中心に形成された軸孔に回転軸３０が挿入固定される。第２回転子コア２２ｂの軸孔よりも径方向外側には、図１０に示すように、周方向に沿って複数（本実施形態にあっては、６極のコンシクエントポール型の回転子であるから、３個）の磁石スロット２３ｂが所定間隔（３個であるから１２０°間隔）で形成されている。各磁石スロット２３ｂは、周方向に細長く延びる矩形状に形成され、第２回転子コア２２ｂの軸方向の両端間を貫通するように形成される。各磁石スロット２３ｂには、第１永久磁石２４ａの一方の磁極（Ｎ極）と異なる極性の他方の磁極（本実施形態にあってはＳ極）の矩形状の第２永久磁石２４ｂが挿入されるとともに固定されている。各第２永久磁石２４ｂは、第２回転子コア２２ｂの軸方向の両端間を延びるように形成される。各磁石スロット２３ｂに第２永久磁石２４ｂが固定されることにより、第２回転子コア２２ｂには、一方の極性（Ｎ極）と異なる他方の極性（本実施形態にあってはＳ極）を有する複数（本実施形態にあっては３個）の第２磁石極２５ｂが周方向に沿って所定間隔（３個であるから１２０°間隔）で形成される。

また、各第２磁石極２５ｂ間の第２回転子コア２２ｂに形成された鉄心部がそれぞれ前述の他方の極性（Ｓ極）と異なる一方の極性（本実施形態にあってはＮ極）を有する一方の磁極として機能する第２鉄極２６ｂとされる。この結果、第２回転子コア２２ｂには、他方の極性（Ｓ極）を有する複数（３個）の第２磁石極２５ｂと一方の極性（Ｎ極）を有する複数（３個）の第２鉄極２６ｂとが周方向に沿って所定間隔（６０°間隔）で交互に形成される。なお、この第２磁石極２５ｂと極性の異なる第２鉄極２６ｂの形成について述べると、後に述べる第２凹み２８ｂが第２磁石極２５ｂと第２鉄極２６ｂとの間に第２回転子コア２２ｂの外周面から凹むように形成されることで、磁気抵抗となる。各第２磁石極２５ｂの磁束は、この第２凹み２８ｂを迂回するように第２回転子コア２２ｂの内部から各鉄心部に流入する。そして、その磁束が径方向外側に向かって各鉄心部を通過することにより、各鉄心部は隣接する第２磁石極２５ｂとは極性の異なる疑似的な磁極が形成され、これにより、各鉄心部が第２磁石極２５ｂとは極性の異なる第２鉄極２６ｂとされる。

そして、第１ロータ部２１Ａと第２ロータ部２１Ｂとは、図８及び図９に示すように、空隙４１を介して軸方向に重なり、かつ図８乃至図１０に示すように周方向に電気角１８０°ずらして配置される。本実施形態の場合、第１ロータ部２１Ａ及び第２ロータ部２１Ｂは、６極であるから極対数が３であり、周方向に機械角で６０°ずらして配置される。従って、第１ロータ部２１Ａの第１磁石極２５ａと第２ロータ部２１Ｂの第２鉄極２６ｂとが同極性（Ｎ極）で軸方向に重なり、第１ロータ部２１Ａの第１鉄極２６ａと第２ロータ部２１Ｂの第２磁石極２５ｂとが同極性（Ｓ極）で軸方向に重なって配置される。

ここで、空隙４１には、図９に示すように、回転軸３０の軸方向に着磁された永久磁石４２が配置されており、第１ロータ部２１Ａと第２ロータ部２１Ｂとが永久磁石４２を介して軸方向に重なって配置されている。永久磁石４２は、回転軸３０に固定される環状の板状に形成される。第１ロータ部２１Ａと第２ロータ部２１Ｂとが永久磁石４２を介して軸方向に重なるように配置されることにより、トルクを増大させることができる。

そして、図７乃至図１１に示すように、第１ロータ部２１Ａにおいて、第１実施形態の第１ロータ部２１Ａと異なり、第１回転子コア２２ａに形成された第１磁石極２５ａと第１鉄極２６ａが、第１回転子コア２２ａの径方向外方に対して突形状となるように、第１回転子コア２２ａに形成された第１磁石極２５ａと第１鉄極２６ａとの間に第１回転子コア２２ａの外周面から凹む複数（本実施形態にあっては６個）の第１凹み２８ａが形成されている。
また、同様に、図８及び図１０に示すように、第２ロータ部２１Ｂにおいて、第１実施形態の第２ロータ部２１Ｂと異なり、第２回転子コア２２ｂに形成された第２磁石極２５ｂと第２鉄極２６ｂが、第２回転子コア２２ｂの径方向外方に対して突形状となるように、第２回転子コア２２ｂに形成された第２磁石極２５ｂと第２鉄極２６ｂとの間に第２回転子コア２２ｂの外周面から凹む複数（本実施形態にあっては６個）の第２凹み２８ｂが形成されている。
このように、第１ロータ部２１Ａにおいて、第１回転子コア２２ａに形成された第１磁石極２５ａと第１鉄極２６ａとの間に第１回転子コア２２ａの外周面から凹む複数の第１凹み２８ａが形成されているので、第１磁石極２５ａ間の各鉄心部を第１磁石極２５ａとは極性の異なる第１鉄極２６ａとすることができる。また、同様に、第２ロータ部２１Ｂにおいて、第２回転子コア２２ｂに形成された第２磁石極２５ｂと第２鉄極２６ｂとの間に第２回転子コア２２ｂの外周面から凹む複数の第２凹み２８ｂが形成されているので、前述したように、第２磁石極２５ｂ間の各鉄心部を第２磁石極２５ｂとは極性の異なる第２鉄極２６ｂとすることができる。

そして、第１回転子コア２２ａに形成された第１凹み２８ａは、図１１に示すように、第１回転子コア２２ａに形成された第１磁石極２５ａ側のｄ軸と平行な第１辺Ｌ１と、第１辺ｌ１に対して所定の極間角度Ａで接続する第１回転子コア２２ａに形成された第１鉄極２６ａ側の第２辺Ｌ２との２辺のみで構成されている。同様に、第２回転子コア２２ｂに形成された第２凹み２８ｂは、図１０に示すように、第２回転子コア２２ｂに形成された第２磁石極２５ｂ側のｄ軸と平行な第１辺Ｌ１と、第１辺Ｌ１に対して所定の極間角度Ａで接続する第２回転子コア２２ｂに形成された第２鉄極２６ｂ側の第２辺Ｌ２との２辺のみで構成されている。

これにより、固定子コア１１の内周面と第１回転子コア２２ａ及び第２回転子コア２２ｂの外周面との間のギャップにおける磁束密度変化を緩やかにし、トルクリップルを低減することができる。
以下、第２実施形態に係る永久磁石式回転電機１におけるトルクリップル低減効果について、図１２乃至図１４に示す参考例に係る永久磁石式回転電機と比較して説明する。

図１２乃至図１４に示す参考例に係る永久磁石式回転電機１は、図７乃至図１１に示す第２実施形態に係る永久磁石式回転電機１と基本構成は同様であるが、第１ロータ部２１Ａにおいて、第１回転子コア２２ａに形成された第１磁石極２５ａと第１鉄極２６ａとの間に形成される第１凹み２９ａの形状が、図７乃至図１１に示す第２実施形態に係る永久磁石式回転電機１における第１凹み２８ａの形状と異なっている。また、第２ロータ部２１Ｂにおいて、第２回転子コア２２ｂに形成された第２磁石極２５ｂと第２鉄極２６ｂとの間に形成される第２凹み２９ｂの形状が、図７乃至図１１に示す第２実施形態に係る永久磁石式回転電機１における第２凹み２８ｂの形状と異なっている。

先ず、第１回転子コア２２ａには、第１磁石極２５ａと第１鉄極２６ａとの間に第１回転子コア２２ａの外周面から凹む複数の第１凹み２９ａが形成されている。各第１凹み２９ａは、図１４に示すように、第１回転子コア２２ａに形成された第１磁石極２５ａ側のｄ軸と平行な第１辺Ｌ１１と、第１回転子コア２２ａに形成された第１鉄極２６ａ側のｄ軸と平行な第２辺Ｌ１２と、第１辺Ｌ１１及び第２辺Ｌ１２と第１回転子コア２２ａの径方向内側で接続する第３辺Ｌ１３とで構成されている。第１辺Ｌ１１と第３辺Ｌ１３とは第１実施形態に係る永久磁石式回転電機１と同様の極間角度Ａで接続されている。
また、第２回転子コア２２ｂには、第２磁石極２５ｂと第２鉄極２６ｂとの間に第２回転子コア２２ｂの外周面から凹む複数の第２凹み２９ｂが形成されている。各第２凹み２９ｂは、図１４に示すように、第２回転子コア２２ｂに形成された第２磁石極２５ｂ側のｄ軸と平行な第１辺Ｌ１１と、第２回転子コア２２ｂに形成された第２鉄極２６ｂ側のｄ軸と平行な第２辺Ｌ１２、第１辺Ｌ１１及び第２辺Ｌ１２と第２回転子コア２２ｂの径方向内側で接続する第３辺Ｌ１３とで構成されている。第１辺Ｌ１１と第３辺Ｌ１３とは第１実施形態に係る永久磁石式回転電機１と同様の極間角度Ａで接続されている。

この場合、第１凹み２９ａ及び第２凹み２９ｂが３辺で構成されて第２辺Ｌ１２が存在することにより、突極比が大きくなって、固定子コア１１の内周面と第１回転子コア２２ａ及び第２回転子コア２２ｂの外周面との間のギャップにおける磁束密度変化が大きく、トルクリップルが増大し、モータ制御性能を悪化させてしまう。

これに対して、第２実施形態に係る永久磁石式回転電機１においては、第１回転子コア２２ａに形成された第１凹み２８ａは、前述したように、第１回転子コア２２ａに形成された第１磁石極２５ａ側のｄ軸と平行な第１辺Ｌ１と、第１辺ｌ１に対して所定の極間角度Ａで接続する第１回転子コア２２ａに形成された第１鉄極２６ａ側の第２辺Ｌ２との２辺のみで構成され、固定子コア１１の内周面と第１回転子コア２２ａの外周面との間のギャップにおける磁束密度変化を緩やかにし、高調波成分が減り、トルクリップルを低減することができる。同様に、第２回転子コア２２ｂに形成された第２凹み２８ｂは、前述したように、第２回転子コア２２ｂに形成された第２磁石極２５ｂ側のｄ軸と平行な第１辺Ｌ１と、第１辺Ｌ１に対して所定の極間角度Ａで接続する第２回転子コア２２ｂに形成された第２鉄極２６ｂ側の第２辺Ｌ２との２辺のみで構成され、固定子コア１１の内周面と第２回転子コア２２ｂの外周面との間のギャップにおける磁束密度変化を緩やかにし、高調波成分が減り、トルクリップルを低減することができる。

図１５には、第２実施形態に係る永久磁石式回転電機１において、第１辺Ｌ１と第２辺Ｌ２とがなす極間角度Ａと極数Ｐとの積に対するトルクリップルの変化の状態が示されている。ここで、トルクリップルは、図１２乃至図１４に示す参考例に係る永久磁石式回転電機１において、第１辺Ｌ１１と第３辺Ｌ１３とがなす極間角度Ａと極数Ｐとの積に対するトルクリップルを１とした場合の比で示される。

図１５に示すように、第２実施形態に係る永久磁石式回転電機１において、第１辺Ｌ１と第２辺Ｌ２とがなす極間角度Ａと極数Ｐとの積（極数Ｐを一定とした場合、極間角度Ａ）をいかにしても、参考例に係る永久磁石式回転電機１よりもトルクリップルが低減されている。
次に、第１回転子コア２２ａに形成された第１凹み２８ａ及び第２回転子コア２２ｂに形成された第２凹み２８ｂにおける極間角度Ａは、極数をＰとした場合、下記（１）式で示される範囲内に設定されることが好ましい。
３９０／Ｐ≦Ａ≦６００／Ｐ …（１）

前記極間角度Ａを、（１）式で示される範囲内に設定することにより、トルクリップルを低減しつつ、参考例に係る永久磁石式回転電機１よりも十分に大きなトルクを維持することができる。
トルクは、マグネットトルクとリラクタンストルクとの足し合わせであり、極間角度Ａを、Ａ＜ ３９０／Ｐとすると、ｑ軸インダクタンスは増加し、リラクタンストルクは増加するものの、それ以上に磁束短絡が増え、マグネットトルクが低下し、参考例に係る永久磁石式回転電機１よりもトルクが低下する。一方、極間角度Ａを、Ａ＞６００／Ｐとすると、ｑ軸インダクタンスが低下し、リラクタンストルクが低下するとともに、回転子２０と固定子１０との対向面積が小さくなり、鎖交磁束数が減少しマグネットトルクが低下し、考例に係る永久磁石式回転電機１よりもトルクが低下する。

図１６には、第２実施形態に係る永久磁石式回転電機１において、第１辺Ｌ１と第２辺Ｌ２とがなす極間角度Ａと極数Ｐとの積に対するトルクの変化の状態が示されている。ここで、トルクは、参考例に係る永久磁石式回転電機１において、第１辺Ｌ１１と第３辺Ｌ１３とがなす極間角度Ａと極数Ｐとの積に対するトルクを１とした場合の比で示される。
図１６に示すように、第２実施形態に係る永久磁石式回転電機１において、極間角度Ａが（１）式で示される範囲内に設定される場合には、参考例に係る永久磁石式回転電機１よりも十分に大きなトルクを維持できている。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、第１実施形態に係る永久磁石式回転電機１において、第１及び第２フラックスバリアは、第１孔２７ａ、第２孔２７ｂで形成される必要は必ずしもなく、孔内に磁気抵抗部材を充填するようにしてもよい。

また、第２実施形態に係る永久磁石式回転電機１において、第１回転子コア２２ａに形成された第１凹み２８ａ及び第２回転子コア２２ｂに形成された第２凹み２８ｂにおける極間角度Ａは、前述した（１）式で示される範囲内に設定される必要は必ずしもない。
更に、第１実施形態及び第２実施形態に係る永久磁石式回転電機１において、空隙４１に、軸方向に着磁された永久磁石４２を配置する必要は必ずしもない。

１ 永久磁石式回転電機
１０ 固定子
１１ 固定子コア
１２ スロット
１３ 磁極ティース
１４ 固定子巻線
２０ 回転子
２１Ａ 第１ロータ部
２１Ｂ 第２ロータ部
２２ａ 第１回転子コア
２２ｂ 第２回転子コア
２３ａ 磁石スロット
２３ｂ 磁石スロット
２４ａ 第１永久磁石
２４ｂ 第２永久磁石
２５ａ 第１磁石極
２５ｂ 第２磁石極
２６ａ 第１鉄極
２６ｂ 第２鉄極
２７ａ 第１孔（第１フラックスバリア）
２７ｂ 第２孔（第２フラックスバリア）
２８ａ 第１凹み
２８ｂ 第２凹み
３０ 回転軸
４１ 空隙
４２ 永久磁石
Ａ 極間角度
Ｌ１ 第１辺
Ｌ２ 第２辺

Claims (4)

1. 外形が円形の第１回転子コアの周方向に一方の磁極の第１永久磁石が複数配置されて一方の極性を有する複数の第１磁石極が形成されるとともに、各第１磁石極間の前記第１回転子コアに形成された鉄心部がそれぞれ前記一方の極性と異なる他方の極性を有する他方の磁極として機能する第１鉄極とされた第１ロータ部と、外形が円形の第２回転子コアの周方向に前記第１永久磁石の一方の磁極と異なる極性の他方の磁極の第２永久磁石が複数配置されて前記一方の極性と異なる他方の極性を有する複数の第２磁石極が形成されるとともに、各第２磁石極間の前記第２回転子コアに形成された鉄心部がそれぞれ前記他方の極性と異なる一方の極性を有する一方の磁極として機能する第２鉄極とされた第２ロータ部とを備え、前記第１ロータ部と前記第２ロータ部とが、空隙を介して軸方向に重なり、かつ周方向に電気角１８０°ずらして配置された回転子であって、
   前記第１回転子コアに形成された第１磁石極と第１鉄極及び前記第２回転子コアに形成された第２磁石極と第２鉄極が、それぞれ前記第１回転子コアの径方向外方及び前記第２回転子コアの径方向外方に対して突形状となるように、前記第１回転子コアに形成された第１磁石極と第１鉄極との間に前記第１回転子コアの外周面から凹む第１凹みを形成するとともに、前記第２回転子コアに形成された第２磁石極と第２鉄極との間に前記第２回転子コアの外周面から凹む第２凹みを形成し、
   前記第１回転子コアに形成された第１凹みは、前記第１回転子コアに形成された第１磁石極側のｄ軸と平行な第１辺と、該第１辺に対して所定の極間角度で接続する前記第１回転子コアに形成された第１鉄極側の第２辺との２辺のみで構成されているとともに、前記第２回転子コアに形成された第２凹みも、前記第２回転子コアに形成された第２磁石極側のｄ軸と平行な第１辺と、該第１辺に対して所定の極間角度で接続する前記第２回転子コアに形成された第２鉄極側の第２辺との２辺のみで構成されていることを特徴とする回転子。
2. 前記第１回転子コアに形成された前記第１凹み及び前記第２回転子コアに形成された前記第２凹みにおける前記極間角度は、該極間角度をＡ、極数をＰとしたとき、下記（１）式で示される範囲内に設定されることを特徴とする請求項１に記載の回転子。
   ３９０／Ｐ≦Ａ≦６００／Ｐ …（１）
3. 前記空隙に軸方向に着磁された永久磁石が配置され、前記第１ロータ部と前記第２ロータ部とが前記永久磁石を介して軸方向に重なって配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転子。
4. 固定子巻線を固定子コアに巻装した固定子と、該固定子の前記固定子コアの内周側に回転自在に配置された、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の回転子とを備えたことを特徴とする永久磁石式回転電機。

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