JP7055220B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本願は、回転電機に関し、特に回転子鉄心の構造に関するものである。

車両用の電動パワーステアリング装置または産業用電動機等に用いられる回転電機として、固定子鉄心に形成された複数のティース部に巻装されたコイルに対し、３相の電流がインバータから供給されるものがある。このような回転電機として、固定子鉄心の内周側に、磁気ギャップを介して回転自在に保持された回転子を備えたものが知られている。回転子鉄心は、周方向に複数の磁石用穴が設けられ、磁極を形成する永久磁石が埋設されている。

上記のような永久磁石埋込型の回転電機において、回転子鉄心の各磁極の磁気ギャップに対向する外周面を円弧状の花弁構造とすることにより、磁気ギャップにおける磁束密度の周方向波形を正弦波に近づけ、トルク脈動を抑制する技術が知られている。例えば特許文献１には、第１の円弧面と第２の円弧面とを含む円弧状の分割外周面と、６つの分割外周面の間の非磁性部（極間）に凹部を備えた永久磁石埋め込み型モータが開示されている。

一方、回転子鉄心の外周面を花弁構造とすることにより、磁石と磁気ギャップとの距離が拡大し、トルクが低下するという課題があった。また、特許文献１では、極間の凹部の深さによって磁石の周方向幅が制限され、さらなる磁力強化を図ることが困難であった。このような課題に対し、特許文献２及び特許文献３では、回転子鉄心の極間において、磁気ギャップに対向する外周面を円弧状とすることが提案されている。極間の外周面を円弧状とすることにより、磁石をより磁気ギャップに近い位置に配置することができると共に、磁石の周方向幅を大きくすることができ、トルクの向上が図られる。

特開２００７－２９５７０８号公報 特許第５７６２５６９号公報 特許第５８０５１９１号公報

しかしながら、回転子鉄心の極間の外周面を円弧状とした場合、磁気ギャップを通過する磁束の経路が短くなり、極間と固定子との間の磁気抵抗が低下する。これにより、極間と固定子とを結ぶ磁路（q軸）における磁束量及びインダクタンス（以下、ｑ軸インダクタンス）が増大する。その結果、回転電機が高速回転する場合にインダクタンス起因のインピーダンス成分が増大し、端子電圧が増大する。

一方、回転電機は、端子電圧が電源電圧を超える場合は発電機となり、トルクを発生しない。このため、回転速度を低下させ、端子電圧が電源電圧を超えないように制御する必要がある。すなわち、ｑ軸インダクタンスが増大すると回転電機の回転速度－トルク特性が低下し、運転可能領域が縮小するという課題があった。特に、電動パワーステアリング装置の電動機として用いる場合、駐停車時の据えぎり運転時等に高速回転で高トルクの出力が必要である。このため、電動機には、回転速度－トルク特性において広範囲の運転可能領域が求められ、運転可能領域の縮小は電動パワーステアリング装置の性能低下に繋がる。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、回転電機のトルク脈動の低減とトルク向上を図ると共に、q軸インダクタンスを低減して回転速度－トルク特性における高速回転特性の向上を図ることを目的とする。

本願に開示される回転電機は、複数の磁石用穴が周方向に設けられた回転子鉄心及び磁石用穴に埋設され磁極を形成する永久磁石を有する回転子と、コイルが巻回された複数のティース部が周方向に配置された固定子とを備え、回転子が固定子の内周側に磁気ギャップを介して配置された回転電機であって、回転子鉄心の外周部は、各々の磁極に対応して配置された回転子径よりも小径の円弧状の花弁部と、隣接する磁極の間の非磁性部に位置し永久磁石よりも外周側に配置された極間ブリッジとを有し、極間ブリッジは、磁気ギャップに対向する外周面が少なくとも１つの平面により形成され、回転子鉄心は、隣接する磁極を形成する２つの永久磁石の間に配置された極間径ブリッジを有し、極間径ブリッジの周方向中心線は、非磁性部の周方向中心線と一致している。

本願に開示される回転電機によれば、極間ブリッジの磁気ギャップに対向する外周面が平面により形成されているので、非磁性部の外周面が円弧状の曲面で形成されている場合に比べて磁気ギャップを通過する磁束の経路が長くなり、磁束の経路の磁気抵抗が増加する。これにより、q軸インダクタンスが低減され、回転速度－トルク特性における高速回転特性の向上を図ることができる。
本願の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

実施の形態１における電動機が搭載された車両用の電動パワーステアリング装置の構成図である。 実施の形態１における電動駆動装置を示す断面図である。 実施の形態１における回転電機を示す断面図である。 実施の形態１における回転電機を示す部分拡大断面図である。 実施の形態１における回転電機の比較例を示す断面図である。 実施の形態１における回転電機の比較例を示す部分拡大断面図である。 実施の形態１及び比較例における回転電機の磁束の経路を説明する図である。 実施の形態１における回転電機の変形例を示す部分拡大断面図である。 実施の形態２における回転電機を示す断面図である。 実施の形態２における回転電機を示す部分拡大断面図である。 実施の形態２における回転電機の変形例を示す断面図である。 実施の形態２における回転電機の変形例を示す部分拡大断面図である。 実施の形態３における回転電機を示す断面図である。 実施の形態３における回転電機を示す部分拡大断面図である。 実施の形態３における回転電機の変形例を示す断面図である。 実施の形態３における回転電機の変形例を示す部分拡大断面図である。 実施の形態３における回転電機の別の変形例を示す断面図である。 実施の形態３における回転電機を別の変形例を示す部分拡大断面図である。 実施の形態４における回転電機を示す断面図である。 実施の形態４における回転電機を示す部分拡大断面図である。 実施の形態４における回転電機の変形例を示す断面図である。 実施の形態４における回転電機の変形例を示す部分拡大断面図である。 実施の形態５における回転電機を示す断面図である。 実施の形態５における回転電機を示す部分拡大断面図である。

実施の形態１．
以下に、実施の形態１における回転電機について、図面に基づいて説明する。図１は、実施の形態１における電動機が搭載された車両用の電動パワーステアリング装置の構成図、図２は、図１に示す電動パワーステアリング装置の電動駆動装置を示す断面図、図３及び図４は、実施の形態１における回転電機を示す断面図及び部分拡大断面図である。なお、各図において、図中、同一、相当部分には同一符号を付している。

図１に示すように、電動パワーステアリング装置の電動駆動装置５０は、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３０と、実施の形態１における回転電機である電動機４０とを備えている。電動機４０は電動パワーステアリング装置のハウジング３４と平行に配設されている。ＥＣＵ３０は、第１のコネクタ３１、第２のコネクタ３２、及び電源コネクタ３３を有している。ＥＣＵ３０への電源供給は、バッテリーまたはオルタネータから電源コネクタ３３を介して送られる。

運転者は、ステアリングホイール（図示せず）を操舵し、そのトルクがステアリングシャフト（図示せず）を介してシャフト３５に伝達される。この時、トルクセンサ３６が検出したトルクは電気信号に変換され、ケーブル及び第１のコネクタ３１を介してＥＣＵ３０へ伝達される。一方、車速等の自動車の情報は電気信号に変換され、第２のコネクタ３２を介してＥＣＵ３０へ伝達される。ＥＣＵ３０は、トルク、車速等の自動車の情報に基づいて必要なアシストトルクを演算し、インバータを通じて電動機４０に電流を供給する。

電動機４０で発生したトルクは、ベルトとボールネジが内蔵されたギヤボックス３７を介してハウジング３４内のラック軸を軸方向（図１中、矢印の方向）に動かす推力を発生させる。これによりタイロッド３８が動き、タイヤが転舵して車両を旋回させる。その結果、運転者は、電動機４０のトルクによってアシストされ、少ない操舵力で車両を旋回させることができる。ラックブーツ３９は、装置内への異物の侵入を防止している。

電動機４０は、図２に示すように、固定子１と、固定子１の内側に回転自在に設けられた回転子２と、その内壁面に固定子１が固定された円筒形状のフレーム３と、フレーム３の片側開口部を覆うハウジング４とを備えている。ハウジング４は、複数本のボルト５でフレーム３に固定されている。

固定子１は、複数の磁性体のコアシート１１ａを軸方向に積層して構成された固定子鉄心１１と、固定子鉄心１１に収められた電機子巻線とを有している。図３に示すように、固定子鉄心１１は、円環状のコアバック１２と、コアバック１２から径内側方向に突出した複数（ここでは１２個）のティース部１３とを有している。隣接するティース部１３間にはスロット１４が形成され、コイル１６はスロット１４に収容されている。電機子巻線は、ティース部１３にインシュレータ１５を介して巻回されたコイル１６から構成されている。

回転子２は、固定子１の内周側に磁気ギャップ１０を介して配置されている。図２に示すように、回転子２は、回転軸であるシャフト２１と、複数の磁性体のコアシート２２ａを軸方向に積層して構成された回転子鉄心２２と、永久磁石２３とを含み、シャフト２１の一端部にはプーリー２４が固定され、他端部にはセンサ用永久磁石２５が固定されている。コアシート１１ａ、２２ａは、例えば電磁鋼板である。シャフト２１は、ハウジング４に嵌着された第１の軸受６と、壁部７に嵌着された第２の軸受８によって両端が支持されている。センサ部９の基板９１には、回転角度センサである磁気センサ９２が設けられ、センサ用永久磁石２５と対向している。

回転子鉄心２２には、複数（ここでは１０個）の磁石用穴２２ｂが周方向に等間隔に設けられ、各々の磁石用穴２２ｂには永久磁石２３が埋設され磁極を形成している。永久磁石２３は、軸方向に垂直な断面形状が長方形の直方体である。永久磁石２３は、例えばネオジウム、鉄、ボロンを主成分とする希土類等が平板形状に加工されたものであり、その両面がそれぞれＮ極、Ｓ極に着磁されている。各々の磁石用穴２２ｂには、Ｎ極面とＳ極面とが交互になるように永久磁石２３が配置され、回転子２を形成している。以下の説明では、永久磁石２３の周方向幅を、磁極の周方向幅とする。

次に、回転子鉄心２２の外周部の構成について詳細に説明する。実施の形態１における回転子鉄心２２の外周部は、図３及び図４に示すように、各々の磁極に対応して配置された円弧状の花弁部２６と、隣接する磁極の間（以下、極間という）の非磁性部において永久磁石２３よりも外周側に配置された極間ブリッジ２７とを有している。

図４に示すように、極間ブリッジ２７の磁気ギャップ１０に対向する外周面は、１つの平面（第１平面２７ａ）により形成されている。極間ブリッジ２７は、軸方向に垂直な断面形状が略長方形であり、その外周面は直線状である。さらに、極間ブリッジ２７の径方向幅Ｗ３は一定である。また、実施の形態１では、軸方向に垂直な断面において、第１平面２７ａを延長した仮想直線Ｌ１は、花弁部２６の周方向中心部Ｐ１と交わっている。ただし、極間ブリッジ２７の形状はこれに限定されるものではなく、第１平面２７ａを延長した仮想直線が、花弁部２６の周方向中心部Ｐ１と交わらない場合も含まれる。

さらに、回転子鉄心２２は、隣接する磁極を形成する２つの永久磁石２３の間に配置された極間径ブリッジ２８を有している。極間径ブリッジ２８は、２つの永久磁石２３と極間ブリッジ２７とに囲まれた非磁性部に位置し、その周方向幅Ｗ４は一定である。極間径ブリッジ２８の周方向中心線Ｌ２は、極間の周方向中心線と一致している。極間ブリッジ２７と極間径ブリッジ２８とは互いに垂直に配置されており、軸方向に垂直な断面形状がＴ字状となっている。極間ブリッジ２７の径方向幅Ｗ３、及び極間径ブリッジ２８の周方向幅Ｗ４は、コアシート２２ａの軸方向の厚さよりも大きい。

花弁部２６は、回転子径よりも小径の円弧状であり、花弁部２６の周方向中心部Ｐ１は、永久磁石２３の周方向幅Ｗ２の中心と一致している。図３に示すように、花弁部２６は、その周方向中心部において回転子２の軸心Ａからの距離ｒ１が最大となり、周方向両端において回転子２の軸心Ａからの距離ｒ２が最小となっている。花弁部２６の周方向幅Ｗ１は、永久磁石２３の周方向幅Ｗ２以下であり（Ｗ１≦Ｗ２）、実施の形態１では等しい（Ｗ１＝Ｗ２）。

また、回転子鉄心２２は、極間ブリッジ２７、極間径ブリッジ２８、及び永久磁石２３の周方向端面２３１によって囲まれた領域に、永久磁石２３の漏れ磁束を遮蔽するフラックスバリア２９を備えている。フラックスバリア２９は、コアシート２２ａの内部に施された空気層である。フラックスバリア２９は、永久磁石２３から磁気ギャップ１０を通過して固定子１に流れる磁束（すなわちトルクに寄与する磁束）を遮蔽しないように、永久磁石２３と磁気ギャップ１０との間には設けられていない。

極間ブリッジ２７及び極間径ブリッジ２８を通過して永久磁石２３に還流する漏れ磁束は、電動機の出力トルクに寄与しないため、フラックスバリア２９により遮蔽される。フラックスバリア２９を有することにより、磁気ギャップ１０により近い位置に永久磁石２３を配置することができる。なお、フラックスバリア２９の角部には、製造性向上のためのＣ面取りまたはＲ面取りを設けてもよい。

図５及び図６は、実施の形態１における回転電機の比較例を示す断面図及び部分拡大断面図である。比較例による回転子２００は、固定子１００の内周側に磁気ギャップ１０を介して配置されている。この比較例において、回転子鉄心２２の外周部は、各々の磁極に対応して配置された円弧状の花弁部２６と、極間に配置された極間ブリッジ２７０とを有し、極間ブリッジ２７０の外周面は１つの曲面２７０ａにより形成されている。すなわち、極間ブリッジ２７０の外周面は、軸方向に垂直な断面形状が円弧状となっている。なお、比較例の固定子１００の構成は、実施の形態１による固定子１と同様であるので説明を省略する。

実施の形態１における回転電機の作用及び効果について、図７（ａ）及び図７（ｂ）を用いて説明する。図７（ａ）は、実施の形態１による回転電機の磁束の経路を説明する図、図７（ｂ）は、上記比較例による回転電機の磁束の経路を説明する図である。図中、Ｍで示す点線は、磁束の経路を示している。

一般に、電動機においては、電源から巻線への正方向に電流を印加し所望のトルクを発生させるために、端子電圧を電源電圧よりも小さく設計する必要がある。一方、端子電圧は、q軸インダクタンスと回転速度の積に伴って増大するため、q軸インダクタンスが増大した場合、回転速度の上限が低下する。前述のように、回転速度の上限の低下は、電動機の速度－トルク特性の低下を招き、電動機の運転可能領域を縮小させる。このため、特に広い運転可能領域が求められる電動パワーステアリング装置等の用途においては、q軸インダクタンスの増大を抑制することが望ましい。

実施の形態１における回転電機の場合、図７（ａ）に示すように、磁束は、極間径ブリッジ２８及び極間ブリッジ２７を通過し、さらに磁気ギャップ１０を通過する。ここで、磁気ギャップ１０に対向する極間ブリッジ２７の外周面が第１平面２７ａにより形成されているため、磁気ギャップ１０を通過する磁束の経路の長さＬ３は、図７（ｂ）に示す比較例における磁束の経路の長さＬ３´に比べて長くなる（Ｌ３＞Ｌ３´）。よって、比較例よりも磁束の経路の磁気抵抗が増加し、磁束の流量が抑制され、q軸インダクタンスが低減される。これにより、端子電圧の低減と回転速度の上限の向上とが可能となる。

また、各々の磁極に対応して配置された花弁部２６により、磁気ギャップ１０における磁束密度波形を正弦波に近づけることができ、トルク脈動を抑制することができる。さらに、隣接する花弁部２６の間に極間ブリッジ２７を配置することにより、花弁部２６のみを連続して配置した場合よりも永久磁石２３を磁気ギャップ１０に近づけることができ、トルクを向上することができる。

なお、極間ブリッジ２７の径方向幅Ｗ３、及び極間径ブリッジ２８の周方向幅Ｗ４は、できるだけ小さくすることが望ましい。これにより、漏れ磁束の経路の磁気抵抗が増加し、漏れ磁束量が低減するため、トルクが向上する。ただし、Ｗ３及びＷ４を小さくし過ぎると、回転子鉄心２２の強度を確保することができず、製造性が低下する。このため、Ｗ３及びＷ４は、回転子鉄心２２を構成するコアシート２２ａの軸方向の厚さよりも大きい値とする。これにより、電磁鋼板の打ち抜き加工によるコアシート２２ａの製造性の向上と、漏れ磁束低減によるトルクの向上とを両立することができる。

また、図８は、実施の形態１における回転電機の変形例を示す部分拡大断面図である。この変形例のように、極間径ブリッジ２８に、周方向に突出する突起部２８ａを設け、永久磁石２３の周方向端面２３１に当接するようにしてもよい。これにより、永久磁石２３の周方向の位置ずれを抑制することができる。なお、突起部２８ａの位置は、永久磁石２３を保持することができる位置であればよく、極間ブリッジ２７または磁石用穴２２ｂに設けてもよい。

また、回転子鉄心２２の製造時において、磁石用穴２２ｂへの永久磁石２３の圧入時に発生する応力は、コアシート２２ａの永久磁石２３近傍の局所的に強度が弱い部分、すなわち極間ブリッジ２７及び極間径ブリッジ２８において特に増大する。このため、実施の形態１では、極間ブリッジ２７の径方向幅Ｗ３及び極間径ブリッジ２８の周方向幅Ｗ４を一定とすることにより、極間ブリッジ２７及び極間径ブリッジ２８に印加される応力を均一に分布させ、局部への応力の集中を緩和している。また、極間ブリッジ２７と極間径ブリッジ２８とを互いに直交するＴ字状とすることにより、永久磁石２３の圧入時の応力集中をさらに緩和することができる。

また、極間ブリッジ２７及び極間径ブリッジ２８を直線状の単純な形状としているので、製造が容易であり、コアシート２２ａの製造コストを削減することができる。さらに、直方体の永久磁石２３を用いているため、母材磁石の切り出しによって低コストで大量生産が可能である。回転電機のコストの内、永久磁石２３のコストが占める割合が大きいため、大量生産が可能な永久磁石２３は回転電機のコスト削減に効果的である。

以上のことから、実施の形態１によれば、回転電機のトルク脈動の低減とトルク向上が図られると共に、q軸インダクタンスを低減して電動機の回転速度－トルク特性における高速回転特性の向上を図ることができる。従って、実施の形態１による回転電機を電動パワーステアリング装置の電動機として用いた場合、回転速度－トルク特性において運転可能領域が広範囲となり、高性能の電動パワーステアリング装置が得られる。

実施の形態２．
図９及び図１０は、実施の形態２における回転電機を示す断面図及び部分拡大断面図、図１１及び図１２は、実施の形態２における回転電機の変形例を示す断面図及び部分拡大断面図である。上記実施の形態１による回転電機の回転子鉄心２２は、極間ブリッジ２７の外周面が１つの平面により形成されていたが、実施の形態２による回転電機は、極間ブリッジ２７Ａの外周面が２つの平面により形成されている。なお、実施の形態２における回転電機のその他の構成については、上記実施の形態１とほぼ同様であるので説明を省略する。

実施の形態２における回転子鉄心２２の外周部は、各々の磁極に対応して配置された円弧状の花弁部２６を有し、花弁部２６の周方向幅は、永久磁石２３の周方向幅と同等である。また、極間の非磁性部には、永久磁石２３よりも外周側に配置された極間ブリッジ２７Ａを有し、その外周面は、第１平面２７ａと第２平面２７ｂとにより形成されている。第１平面２７ａと第２平面２７ｂの接続部２７ｃは、磁気ギャップ１０に対して凹んでいる。

図１０に示すように、極間ブリッジ２７Ａの外周面を形成する第１平面２７ａまたは第２平面２７ｂが極間径ブリッジ２８の周方向中心線Ｌ２となす軸心側の角度は、９０度よりも大きい。極間ブリッジ２７Ａと極間径ブリッジ２８は、極間径ブリッジ２８の周方向中心線Ｌ２を中心として線対称であり、軸方向に垂直な断面形状がＹ字状となっている。これにより、磁気ギャップ１０を通過する磁束の経路の長さＬ３（図７（ａ）参照）を上記実施の形態１よりも長くすることができ、磁束の経路における磁気抵抗をさらに増加させることができる。

また、図１１及び図１２に示す変形例では、第１平面２７ａと第２平面２７ｂの接続部２７ｃは、磁気ギャップ１０に対して突出している。このため、極間ブリッジ２７Ｂの外周面を形成する第１平面２７ａまたは第２平面２７ｂが極間径ブリッジ２８の周方向中心線Ｌ２となす軸心側の角度は、９０度よりも小さい。極間ブリッジ２７Ｂと極間径ブリッジ２８は、極間径ブリッジ２８の周方向中心線Ｌ２を中心として線対称であり、軸方向に垂直な断面形状が矢印形状となっている。

この変形例においても、磁気ギャップ１０を通過する磁束の経路の長さＬ３（図７（ａ）参照）を、極間が円弧状の比較例（図７（ｂ）参照）よりも長くすることができ、磁束の経路における磁気抵抗を増加させることができる。なお、図１０または図１２に示す極間ブリッジ２７Ａの接続部２７ｃの角部に、製造性向上のためのＣ面取り及びＲ面取りを設けてもよく、同様の効果が得られる。

実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、外周面が２つの平面により形成された極間ブリッジ２７Ａ、２７Ｂを有することにより、磁気ギャップ１０を通過する磁束の経路を長くするための設計自由度が向上し、q軸インダクタンスを低減することができ、電動機の回転速度－トルク特性のさらなる向上が図られる。

実施の形態３．
図１３及び図１４は、実施の形態３における回転電機を示す断面図及び部分拡大断面図である。実施の形態３における回転電機は、回転子鉄心２２の花弁部２６の周方向幅Ｗ１を、永久磁石２３の周方向幅Ｗ２よりも小さくしたものである（Ｗ１＜Ｗ２）。なお、実施の形態３における回転電機のその他の構成については、上記実施の形態１または実施の形態２とほぼ同様であるので説明を省略する。

実施の形態３における回転子鉄心２２の花弁部２６は、上記実施の形態１における花弁部２６（図４参照）よりも小径の円弧状である。なお、図１４において、点線Ｌ４は、上記実施の形態１における花弁部２６の外形の一部を示している。実施の形態３において、極間ブリッジ２７の外周面は第１平面２７ａにより形成され、磁極の外周面は、花弁部２６の外周面と、第１平面２７ａに連なる平面とによって形成されている。このように、花弁部２６の周方向幅Ｗ１を永久磁石２３の周方向幅Ｗ２よりも小さくすることにより、永久磁石２３から磁気ギャップ１０までの距離を実施の形態１よりも縮小することができる。

図１５及び図１６は、実施の形態３における回転電機の変形例を示している。この変形例による回転子鉄心２２は、花弁部２６の周方向幅Ｗ１が永久磁石２３の周方向幅Ｗ２よりも小さく、且つ、極間ブリッジ２７Ａの外周面は、第１平面２７ａと第２平面２７ｂとにより形成されている。第１平面２７ａと第２平面２７ｂの接続部２７ｃは、磁気ギャップ１０に対して凹んでいる。すなわち、上記実施の形態２と同様に、極間ブリッジ２７Ａと極間径ブリッジ２８は、軸方向に垂直な断面形状がＹ字状となっている。

また、図１７及び図１８は、実施の形態３における回転電機の別の変形例を示している。この別の変形例による回転子鉄心２２は、花弁部２６の周方向幅Ｗ１が永久磁石２３の周方向幅Ｗ２よりも小さく、且つ、極間ブリッジ２７Ｂの外周面は、第１平面２７ａと第２平面２７ｂとにより形成されている。第１平面２７ａと第２平面２７ｂの接続部２７ｃは、磁気ギャップ１０に対して突出している。すなわち、上記実施の形態２の変形例と同様に、極間ブリッジ２７Ｂと極間径ブリッジ２８は、軸方向に垂直な断面形状が矢印形状となっている。これらの変形例によっても、永久磁石２３から磁気ギャップ１０までの距離を上記実施の形態１よりも縮小することができる。

実施の形態３によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、永久磁石２３から磁気ギャップ１０までの距離を縮小することができるため、固定子鉄心１１に向かう磁束を増加させ、トルクを向上することができる。

実施の形態４．
図１９及び図２０は、実施の形態４における回転電機を示す断面図及び部分拡大断面図である。実施の形態４における回転電機は、回転子鉄心２２の１つの磁極が、複数の永久磁石により形成されている。なお、実施の形態４における回転電機のその他の構成については、上記実施の形態１とほぼ同様であるので説明を省略する。

実施の形態４による回転子鉄心２２は、１つの磁極が、直線状に配置された２個の永久磁石２３ａ、２３ｂにより形成されている。これらの永久磁石２３ａ、２３ｂの極性は一致している。永久磁石２３ａ、２３ｂは、軸方向に垂直な断面形状が長方形の直方体である。なお、１つの磁極を形成する磁石の数は、２個に限定されるものではなく、３個以上であってもよい。

また、図２１及び図２２は、実施の形態４における回転電機の変形例を示している。この変形例では、１つの磁極が、Ｖ字状に配置された２個の永久磁石２３ａ、２３ｂにより形成されている。２個の永久磁石２３ａ、２３ｂは、磁極の周方向中心線Ｌ５に対して線対称に配置されている。

実施の形態４によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、１つの磁極を複数の永久磁石２３ａ、２３ｂで構成することにより、磁束の経路の設計自由度が向上する。また、２個の永久磁石２３ａ、２３ｂをＶ字状に配置することにより、磁気ギャップ１０の磁束密度波形をさらに正弦波形状に近づけることができ、トルクの向上及びトルク脈動の低減が図られる。

実施の形態５．
図２３及び図２４は、実施の形態５における回転電機を示す断面図及び部分拡大断面図である。実施の形態５における回転電機は、回転子鉄心２２の花弁部２６に、永久磁石２３と磁気ギャップ１０との間で径方向に延在するスリット２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ（以下、スリット２６ａ～２６ｇと記す）を有している。なお、実施の形態５における回転電機のその他の構成については、上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

実施の形態５における回転子鉄心２２は、上記実施の形態１と同様に、軸方向に垂直な断面形状が略長方形の極間ブリッジ２７を有している。このように、極間ブリッジ２７を直線状とした場合、磁束の経路の長さＬ３(図７（ａ）参照)が長くなり磁気抵抗が増加するため、この磁束の経路を迂回して花弁部２６を周方向に通過する磁束が増大する。そこで、実施の形態５では、花弁部２６にスリット２６ａ～２６ｇを設けることにより、花弁部２６を周方向に通過する磁束の経路の磁気抵抗を増加させている。

複数のスリット２６ａ～２６ｇは、磁極の周方向中心線Ｌ５、すなわち花弁部２６の周方向中心線に対し線対称に配置されている。また、各々のスリットが永久磁石２３の径方向端面２３２となす角度θ（θ≦９０°）を、磁極の周方向中心線Ｌ５に近いスリットから順にθ１、θ２、・・θｎ（ここではｎ＝４）としたとき、θ１≧θ２≧・・≧θｎを満たしている。具体的には、中央のスリット２６ｄが永久磁石２３の径方向端面２３２となす角度θ１が９０°で最大であり、その両側のスリット２６ｃ、２６ｅがなす角度θ２、さらに両側のスリット２６ｂ、２６ｆがなす角度θ３、両端のスリット２６ａ、２６ｇがなす角度θ４の順に小さくなっている（θ１≧θ２≧θ３≧θ４）。

このように、複数のスリット２６ａ～２６ｇを、磁極の周方向中心線Ｌ５に対して放射状に配置することにより、隣接するスリット間の周方向幅が磁気ギャップ１０に向かって大きくなる。これにより、磁石用穴２２ｂへの永久磁石２３の圧入時に、コアシート２２ａの強度を確保することができる。また、スリット２６ｄの磁気ギャップ１０に最も近い箇所、すなわちスリット２６ｄの先端と、花弁部２６の外周面との間の径方向幅Ｗ５は、コアシート２２ａの軸方向の厚さよりも大きい。これにより、電磁鋼板の打ち抜き加工によるコアシート２２ａの製造性が向上する。なお、実施の形態５による回転子鉄心２２は、７個のスリット２６ａ～２６ｇを有しているが、スリットの数はこれに限定されるものではなく、１個であってもよい。

実施の形態５によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、花弁部２６にスリット２６ａ～２６ｇを設けることにより、花弁部２６を周方向に通過する磁束の経路の磁気抵抗を増加させることができる。これにより、q軸インダクタンスをさらに低減することができ、電動機の回転速度－トルク特性のさらなる向上が図られる。

なお、上記実施の形態１から実施の形態５では、１０極１２スロットの回転電機を示したが、極数とスロット数がこれと異なる場合についても同様の効果が得られる。また、固定子１の内周側に回転子２が配置された内転式の回転電機を例に挙げて説明したが、本願の構成は固定子の外周側に回転子が配置された外転式の回転電機においても同様の効果が得られる。さらに、すべての磁極に永久磁石２３が少なくとも１つ配置された回転電機を例に挙げて説明したが、本願の構成は、磁極１つおきに磁石を配置するコンシクエントポール型の回転電機においても同様の効果が得られる。

本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１、１００ 固定子、２、２００ 回転子、３ フレーム、４ ハウジング、５ ボルト、６ 第１の軸受、７ 壁部、８ 第２の軸受、９ センサ部、１０ 磁気ギャップ、１１ 固定子鉄心、１１ａ コアシート、１２ コアバック、１３ ティース部、１４ スロット、１５ インシュレータ、１６ コイル、２１ シャフト、２２ 回転子鉄心、２２ａ コアシート、２２ｂ 磁石用穴、２３、２３ａ、２３ｂ 永久磁石、２４ プーリー、２５ センサ用永久磁石、２６ 花弁部、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ スリット、２７、２７Ａ、２７Ｂ、２７０ 極間ブリッジ、２７ａ 第１平面、２７ｂ 第２平面、２７ｃ 接続部、２８ 極間径ブリッジ、２８ａ 突起部、２９ フラックスバリア、３０ ＥＣＵ、３１ 第１のコネクタ、３２ 第２のコネクタ、３３ 電源コネクタ、３４ ハウジング、３５ シャフト、３６ トルクセンサ、３７ ギヤボックス、３８ タイロッド、３９ ラックブーツ、４０ 電動機（回転電機）、５０ 電動駆動装置、９１ 基板、９２ 磁気センサ、２３１ 周方向端面、２３２ 径方向端面、２７０ａ 曲面

Claims (17)

1. 複数の磁石用穴が周方向に設けられた回転子鉄心及び前記磁石用穴に埋設され磁極を形成する永久磁石を有する回転子と、コイルが巻回された複数のティース部が周方向に配置された固定子とを備え、前記回転子が前記固定子の内周側に磁気ギャップを介して配置された回転電機であって、
   前記回転子鉄心の外周部は、各々の前記磁極に対応して配置された回転子径よりも小径の円弧状の花弁部と、隣接する前記磁極の間の非磁性部に位置し前記永久磁石よりも外周側に配置された極間ブリッジとを有し、
   前記極間ブリッジは、前記磁気ギャップに対向する外周面が少なくとも１つの平面により形成され、
   前記回転子鉄心は、隣接する前記磁極を形成する２つの前記永久磁石の間に配置された極間径ブリッジを有し、前記極間径ブリッジの周方向中心線は、前記非磁性部の周方向中心線と一致していることを特徴とする回転電機。
2. 前記極間径ブリッジは、周方向幅が一定であることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
3. 前記回転子鉄心は、軸方向に積層された複数の磁性体のコアシートを含み、前記極間径ブリッジの周方向幅は、前記コアシートの軸方向の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
4. 前記回転子鉄心は、軸方向に積層された複数の磁性体のコアシートを含み、前記極間ブリッジの径方向幅は、前記コアシートの軸方向の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回転電機。
5. 前記極間ブリッジの前記外周面は、１つの平面により形成され、前記極間ブリッジの径方向幅は一定であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。
6. 前記極間ブリッジは、軸方向に垂直な断面形状が矩形であることを特徴とする請求項５記載の回転電機。
7. 前記極間ブリッジの前記外周面は、１つの平面により形成され、前記極間ブリッジの径方向幅は一定であり、前記極間ブリッジと前記極間径ブリッジとは、互いに垂直に配置されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
8. 前記極間ブリッジの前記外周面は、２つの平面により形成され、前記２つの平面の接続部は、前記磁気ギャップに対して凹んでいることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。
9. 前記極間ブリッジの前記外周面は、２つの平面により形成され、前記２つの平面の接続部は、前記磁気ギャップに対して突出していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。
10. 前記花弁部の周方向幅は、前記永久磁石の周方向幅以下であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の回転電機。
11. 前記永久磁石は、軸方向に垂直な断面形状が長方形の直方体であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の回転電機。
12. 前記極間ブリッジ、前記極間径ブリッジ、及び前記永久磁石の周方向端面によって囲まれた領域に、前記永久磁石の漏れ磁束を遮蔽するフラックスバリアを備えたことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
13. 前記極間径ブリッジは、周方向に突出する突起部を有することを特徴とする請求項１または請求項１２記載の回転電機。
14. １つの前記磁極は、複数の前記永久磁石により形成されていることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の回転電機。
15. 前記花弁部は、前記永久磁石と前記磁気ギャップとの間で径方向に延在するスリットを有することを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の回転電機。
16. 複数の前記スリットが前記磁極の周方向中心線に対し線対称に配置され、前記スリットが前記永久磁石の径方向端面となす９０°以下の角度θを前記磁極の周方向中心線に近い前記スリットのものから順にθ１、θ２、・・θｎとしたとき、θ１≧θ２≧・・≧θｎを満たすことを特徴とする請求項１５記載の回転電機。
17. 前記回転子鉄心は、軸方向に積層された複数の磁性体のコアシートを含み、前記スリットの先端と前記花弁部の外周面との間の径方向幅は、前記コアシートの軸方向の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１５または請求項１６記載の回転電機。

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