JPWO2013077115A1 - 回転電機 - Google Patents

Abstract

隣接するスロット（１８）の間に形成されたティース（１６）とこのティース（１６）に対して巻回されたコイル（２２）を有するステータ（１４）と、周方向に複数設けられた開口部（２５）に配された磁極部（２６）を有するロータ（１２）と、を備えた回転電機（１０）において、ステータ（１４）とロータ（１２）の磁束飽和部位（Ｑ）の近傍であってステータ（１４）及びロータ（１２）の少なくとも一方に、磁束飽和部位（Ｑ）の磁束飽和をさらに促進させる磁束飽和促進部としての例えば溝（６１）を設けてトルクリップルを低減した回転電機（１０）。

Description

この発明は、回転子（以下、ロータという。）と、固定子（以下、ステータという。）と、を備える回転電機（電動機又は発電電動機）に関し、例えば、電動車両（ＥＶ車両）、ハイブリッド車両（ＨＥＶ車両）、プラグインハイブリッド車両（ＰＨＥＶ車両）及び燃料電池車両（ＦＣＶ車両）等の車両（電気推進車両という。）に適用して好適な回転電機に関する。

電気推進車両に適用される回転電機は、例えば、回転子鉄心（ロータコア）の内部に永久磁石を収納したＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｅｔ）構造等を有するロータと、磁気回路を構成する固定子鉄心（ステータコア）及び該ステータコアのティースに巻回され回転磁界を発生するコイルを有するステータと、を備える。

このように構成される回転電機においては、ロータの回転角に対する出力トルクの変化をトルクリップルといい、このトルクリップルは、回転むらや、振動・騒音の発生要因となるので、小さいことが望ましい。

トルクリップルには、非通電状態でも発生するコギングトルクリップル（以下、コギングリップルという。）と、通電状態でロータを回転するトルクに発生する電流トルクリップルとがあり、回転電機のロータが回転しているときには、両者が合成されたトルクリップル（以下、合成されたトルクリップを、単にトルクリップルという。）として現れる。

特開２００９−１８９１６３号公報（以下、ＪＰ２００９−１８９１６３Ａという。）には、前記コギングリップルを低減する技術が開示されている（ＪＰ２００９−１８９１６３Ａの［０００８］参照）。

ところで、上記した回転電機を駆動源として走行する電気推進車両では、前記トルクリップルが、通常走行時の騒音発生要因あるいはクリープ走行時の振動発生要因等、騒音及び振動の発生要因となるため、その低減が求められている。

しかしながら、ＪＰ２００９−１８９１６３Ａに係る技術においては、コギングリップルを低減することはできるが、トルクリップルが逆に悪化するため、電気推進車両用の回転電機にＪＰ２００９−１８９１６３Ａに係る技術を採用することは適当ではない。

実際に、トルクリップルの大きさ（振幅）は、コギングリップルの大きさ（振幅）に比較して、概ね数倍程度以上の大きさであり、前記電気推進車両に発生する騒音及び振動の低減の観点からは、トルクリップルの低減が重要であるということが分かった。

この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、トルクリップルを低減することを可能とする回転電機を提供することを目的とする。

この発明に係る回転電機は、周方向にＳ個設けられたスロットと、隣接する前記スロットの間に形成されたティースと、前記ティースに巻回されたコイルと、を有するステータと、前記ステータの前記ティースの先端部にエアギャップを介して設けられ、開口部内に配された永久磁石からなる磁極部が周方向にＰ個設けられたロータと、を備えた回転電機であって、スロット数Ｓとロータ極数Ｐの最小公倍数Ｍを基本波とし、この基本波の第ｎ次高調波成分のトルクが最大となるロータ位相配置において、前記ステータと前記ロータの磁束飽和（磁気飽和ともいう。）が発生する部位の近傍であって前記ステータ及び前記ロータの少なくとも一方に、前記磁束飽和が発生する部位の磁束飽和をさらに促進させる磁束飽和促進部を設けることを特徴とする。

この発明によれば、最小公倍数Ｍの基本波の第ｎ次高調波成分のトルクが最大となるロータ位相配置において磁束飽和が発生する部位（磁束飽和部位）の近傍に磁束飽和促進部を設けるようにしたので、磁束飽和が発生する部位の磁気抵抗が上がり、その結果、最小公倍数Ｍの基本波の第ｎ次高調波成分のトルクを低減することができる。

この場合、前記磁束飽和促進部は、前記ステータの前記ティースの前記先端部に設けられた、前記ステータの軸方向に延びる溝又は孔としてもよい。

なお、前記磁束飽和促進部は、前記磁極部の、前記ロータの径方向外方に設けられた、前記ロータの軸方向に延びる溝又は孔としてもよい。

この場合、前記磁束飽和促進部は、前記ステータの前記ティースの前記先端部に設けられた、前記ステータの軸方向に延びる前記溝又は前記孔と、当該溝又は当該孔に対して前記ティースの前記先端部の周方向の中心に対し対称に設けられた、前記ステータの軸方向に延びる他の溝又は他の孔とからなるように構成することが好ましい。対称に設けることで力行時と回生時のどちらもトルクリップルを低減することができる。

また、前記磁束飽和促進部は、前記磁極部の前記ロータの径方向外方に設けられた、前記ロータの軸方向に延びる前記溝又は前記孔と、当該溝又は当該孔に対して前記磁極部の、前記ロータの周方向の中心に対し対称に設けられた、前記ロータの軸方向に延びる他の溝又は他の孔とからなるように構成することが好ましい。対称に設けることで力行時と回生時のどちらもトルクリップルを低減することができ、かつ前記磁極部のロータ表面側に磁束飽和を促進する溝又は孔を優先して設けることで、ロータを軽量化することができる。

また、前記磁束飽和促進部は、前記磁極部の、前記ロータの径方向外方及び前記ティースの前記先端部の少なくとも一方に設けられた、前記回転電機の軸方向に延びる第１溝又は第１孔と、当該第１溝又は当該第１孔を設けることで発生する第ｎ次、又は第ｎ次とは異なる第ｍ次高調波成分のトルクが最大となるロータ位相配置において、前記ステータと前記ロータの少なくとも一方に、磁束飽和が発生する部位の近傍に設けられた、前記回転電機の軸方向に延びる第２溝又は第２孔と、で構成されることが好ましい。

第１溝を設けることによって顕在化した第ｎ次、又は第ｎ次とは異なる第ｍ次高調波成分のトルクが最大となるロータ位相配置において磁束飽和が発生する部位の近傍に第２溝を設けるようにしたので、その結果、第１溝を設けることによって顕在化した第ｎ次、又は第ｎ次とは異なる第ｍ次高調波成分のトルクを低減することができる。

なお、前記第１溝は又は前記第１孔は、前記磁極部の、前記ロータの径方向外方に設けられ、前記第２溝又は前記第２孔は、前記磁極部の、前記ロータの径方向外方及び前記ティースの前記先端部の少なくとも一方に設けられていることが好ましい。磁束飽和を促進させる溝を、ロータ側に優先して設けることで、ロータを軽量化することができる。

この発明によれば、トルクリップルに寄与する高調波成分の次数を割り出すとともに磁束飽和部位を割り出し、割り出した磁束飽和部位の磁気抵抗をさらに上げるようにしたので、トルクリップルに寄与する前記次数の高調波成分の最大トルクを低減することができる。よって、この発明によれば、トルクリップを、簡易な構造で、効率的に低減することができる。

この発明の一実施形態に係る回転電機の断面図である。 図２Ａは、ロータに発生するトルクの方向の説明図、図２Ｂは、ステータに発生するトルクの方向の説明図、図２Ｃは、図２Ｂの一部拡大図である。 トルクリップルを低減する溝の形成位置の決定手法の説明に供される工程図である。 トルク波形及び該トルク波形をＦＦＴ解析した最大振幅を有する第ｎ次高調波トルク波形を示す説明図である。 ステータに対して、ロータが所定回転角度だけ回転した位置での磁束分布を示す説明図である。 磁束飽和部位の近傍に前記磁束飽和部位の磁気抵抗を上げるための溝をステータに設けた場合の磁束分布を示す説明図である。 磁束飽和部位の近傍に前記磁束飽和部位の磁気抵抗を上げるための孔をステータに設けた場合の磁束分布を示す説明図である。 トルクリップルの低減前後のトルク波形を示す波形図である。 トルクリップルの低減溝の設けられていない回転電機の一部切欠説明図である。 溝の配置位置のバリエーションを示す一部切欠説明図である。 図９及び図１０の溝の配置位置のバリエーションの概要説明図である。

以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係る回転電機１０の断面図である。回転電機１０は、例えばＥＶ車両の駆動用（推進用）のモータとして使用されるＩＰＭ型の回転電機である。

図１に示すように、回転電機１０は、基本的には、図示しない主軸と一体にされたロータ１２と、図示しないケーシングに固定されたステータ１４とから構成される。ロータ１２は、ステータ１４の内側にエアギャップ（間隙）を介して、前記主軸、すなわち回転電機１０の軸｛ロータ１２の軸（軸中心）及びステータ１４の軸（軸中心）でもある。｝を回転中心として回転可能に配置されている。なお、前記ケーシングは、図示しない車体フレームに固定される。

ロータ１２は、図示しない前記主軸と該主軸の外周側に設けられるロータコア２４と、ロータコア２４内に設けられた軸方向に延びる開口部２５に収納されて保持される複数（Ｐ個）の永久磁石部（以下、磁極部ともいう。）２６と、を備える。ロータ１２のロータ極数がＰ（図１例の回転電機１０では、Ｐ＝１２）である。

各永久磁石部２６は、磁極（磁化方向）が同じで、軸方向に延びる一対の永久磁石２８ａ、２８ａ及び永久磁石２８ｂ、２８ｂが周方向に交互に配置された構成とされている。

開口部２５に収納された一対の永久磁石２８ａ、２８ａの間及び一対の永久磁石２８ｂ、２８ｂの間、換言すれば、磁極部２６の周方向の中心にはリブ２７がロータコア２４に形成されている。各開口部２５の周方向の中心にリブ２７が設けられていると考えることもできる。

ステータ１４は、内周側に複数のティース１６及びティース１６間に位置する複数（Ｓ個）のスロット１８が形成されたステータコア２０と、各スロット１８に収納されティース１６の円筒周面部（端面部）である先端部１６ａ側に回転磁界を発生させてロータ１２を回転させる複数相（この実施形態では、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３相）のコイル（電機子巻線）２２と、を備える。ステータ１４のスロット数がＳ（図１例の回転電機１０では、Ｓ＝１８）である。

この実施形態に係る回転電機１０は、具体的に、上述したように、スロット１８の数であるスロット数ＳがＳ＝１８スロット、永久磁石部２６の数であるロータ極数ＰがＰ＝１２極になっている。

後述するが、この回転電機１０のティース１６のロータ対向面である先端部（端面部）１６ａ、及び／又はロータ１２のティース１６との対向面側である外周面部（単に、周面部ともいう。）１２ａ側に、トルクリップルを低減する１又は複数の軸方向（図１中、紙面と直交する方向）に延びる溝が形成されている。前記溝は、後述するように、磁束飽和（磁気飽和）促進部として機能する。

次に、回転電機１０（ロータ１２）のトルクリップルを低減する前記溝等の磁束飽和促進部の形成位置の決定手法について、以下、（Ａ）トルクリップルと、このトルクリップルを原因とする騒音・振動との因果関係についての説明、（Ｂ）回転電機１０のトルクリップル成分についての数学的な説明、（Ｃ）トルクリップルの振幅を低減させる具体的な構造及び手法の説明の順に説明する。

（Ａ）トルクリップルと、このトルクリップルを原因とする騒音・振動との因果関係についての説明
回転電機１０を構成するロータ１２のみを描いている図２Ａにおいて、コイル２２によって形成される回転磁界によりロータ１２が回転すると、ロータ１２にトルクが発生し、ロータ１２には、図２Ａの矢印３２で示す回転方向のトルクが発生する。

このとき、回転電機１０を構成するステータ１４のみを描いている図２Ｂに示すように、ステータ１４には、作用・反作用の関係で、ロータ１２とは逆方向の矢印３４で示す方向のトルクが発生する。

この場合、ロータ１２に発生するトルクはトルクリップルを持っているので、ステータ１４に発生するトルクもトルクリップルを持つことになる。

その結果、図２Ｂ及びその一部拡大図である図２Ｃに示すように、ステータ１４に発生する矢印３４で示すトルクによってステータ１４のステータコア２０が周方向に加振されるために騒音・振動が発生する。

すなわち、回転電機１０のトルク、換言すればロータ１２のトルクの作用・反作用効果で発生するステータ１４側の矢印３４で示すトルクの発生を原因としてステータコア２０が加振され、騒音・振動が発生する。

よって、騒音・振動を低減するためには、ステータ１４の騒音・振動を抑制すればよいが、より根本的には、ロータ１２のトルクリップルを低減すればよいこととなる。

（Ｂ）回転電機１０のトルクリップル成分についての数学的な説明
一般に、回転電機１０のトルクＴの波形は、ステータ１４のスロット数Ｓと、ロータ１２のロータ極数Ｐの最小公倍数Ｍを基本次数とした次の（１）式で示す周期関数で表すことができる。

Ｔ＝ａ０＋ａ１ｃｏｓ（Ｍθ＋ｂ１）＋ａ２ｃｏｓ（２Ｍθ＋ｂ２）＋ａ３ｃｏｓ（３Ｍθ＋ｂ３）＋・・・
＝ａ０＋Σａｎｃｏｓ（ｎＭθ＋ｂｎ） …（１）
但し、Σは、ｎ＝１、２、３…の値での和の記号を表す。

（１）式において、ａｎ、ｂｎは定数であり、θはロータ１２の回転角度（機械角）である。

（１）式の右辺第１項のａ０は、平均トルク（直流分）であり、振動成分はない。右辺第２項のΣａｎｃｏｓ（ｎＭθ＋ｂｎ）は、トルクリップル成分（高調波成分）であるので、回転電機１０のトルクリップルの低減は、（１）式の右辺第２項の低減、すなわち振幅ａｎの低減が必要となる。

（Ｃ）トルクリップル（振幅ａｎ）を低減させる具体的な構造及び手法の説明
図１に示した回転電機１０では、ステータ１４のスロット数ＳがＳ＝１８、ロータ１２のロータ極数ＰがＰ＝１２であるので、最小公倍数Ｍは、Ｍ＝３６となる。

Ｍ＝３６を上記（１）式に代入すると、（２）式が得られる。

Ｔ＝ａ０＋ａ１ｃｏｓ（３６θ＋ｂ１）＋ａ２ｃｏｓ（７２θ＋ｂ２）＋ａ３ｃｏｓ（１０８θ＋ｂ３）＋・・・
＝ａ０＋Σａｎｃｏｓ（３６ｎθ＋ｂｎ） …（２）
但し、Σは、ｎ＝１、２、３、…の値での和の記号を表す。

次いで、トルクリップルを低減する前記溝の形成位置の決定手法（設計手法）について、図３に示す溝形成位置決定手順の工程図に基づき説明する。

ステップＳ１（第１の手順）にて、ステータ１４及び／又はロータ１２に溝が形成されていない状態（溝なし状態）の回転電機１０を所望回転数（常用使用領域の回転数、定格回転数、又はトルクリップルが最も大きくなる回転数等）で回転させ、トルク波形を、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）解析する。

次いで、ステップＳ２（第２の手順）にて、トルク波形、この場合、溝なし状態でのＦＦＴ解析結果から、低減させたい次数のトルクリップルを抽出する。

次に、ステップＳ３（第３の手順）にて、低減させたい次数のトルクリップルがピークとして発生するロータ１２の回転角度を、前記ＦＦＴ解析結果から検出する。

図４は、ロータ回転角度θ［ｄｅｇ］に対するトルク波形５０及びトルク波形５０をＦＦＴ解析した、最大振幅を有する第ｎ次高調波トルク波形５２を示している。この実施形態では、最大振幅を有する第ｎ次高調波は、第１３６次高調波トルク波形５２であった。すなわち、上記（２）式での、ｎ×Ｍ＝１×３６の基本波に係るａ１ｃｏｓ（３６θ＋ｂ１）の高調波トルク波形であった。

よって、ステップＳ３（第３の手順）によって、図４に示す第１次（ｎ×Ｍ＝３６）高調波トルク波形５２のピーク値ａ１が発生するロータ回転角度θ＝α［ｄｅｇ］が、低減させたい次数のトルクリップルが発生するロータ１２の回転角度αとして抽出される。なお、ロータ回転角度θは、図１に一点鎖線で示す、Ｎ極が内側を向いている磁極部２６の周方向の中心位置がティース１６の周方向の中心位置に対向している状態が、θ＝０［ｄｅｇ］と定義される。

図４中、左端がθ＝０［ｄｅｇ］、右端がθ＝６０［ｄｅｇ］である。Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３相）のコイル２２を備えるロータ極数ＰがＰ＝１８の回転電機１０であるので、最小トルク位置間の機械角は、６０［ｄｅｇ］＝３６０［ｄｅｇ］÷（１８÷３）になっていることが分かる。

次いで、ステップＳ４（第４の手順）にて、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）により、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）で仮想的に作成したデジタルモデル上でシミュレーションを行い、低減させたい次数のトルクリップルが発生するロータ１２の回転角度αの位置での磁束飽和部位（より正確には、いわゆる磁気飽和に近い状態にある磁束が最も集中している部位）を特定する。

図５は、ステータ１４に対して、ロータ１２が上記の回転角度α（所定回転角度）だけ回転した位置での磁束分布を示す説明図である。

図５において、吹出部５４は、ロータ１２及びステータ１４の中に描かれた磁束が集中している磁束飽和部位Ｑを含む部分の拡大図である。図５において、破線の略円形の囲繞領域で示す磁束飽和部位Ｑは、ステータ１４のティース１６の先端部（端面部）１６ａの周方向左端部近傍の位置に位置していることが分かる。

このようにして、ステップＳ４（手順４）にて、磁束飽和部位Ｑを特定することができる。

この磁束飽和部位Ｑは、低減させたい次数のトルクリップルが発生するロータ１２の回転角度αで発生していることから、低減させたい次数のトルクリップルを低減するためには、この磁束飽和部位Ｑで、さらに磁束飽和が促進されるような構造、換言すれば、磁気抵抗が上がるような構造に形成すればよいことが推測される。

そのために、ステップＳ５（手順５）にて、図５に示した磁束飽和部位Ｑの近傍に、具体的には、図６に示すように、例えば、ステータ１４のティース１６の先端部（端面部）１６ａの周方向左側の位置の近傍に前記ＣＡＥ上でステータ１４の軸方向に平行する方向に延びる溝６１を設ける。そうすると、図６に破線の略楕円形（前記略円形より面積が広い）の囲繞領域で示す磁束飽和部位Ｑ´に示すように、より磁束が集中してさらに磁気抵抗の増加が認められた。図５に示した磁束飽和部位Ｑの領域が溝６１により図６に示した磁束飽和部位Ｑ´の領域に拡大したと考えることもできる。後述するように、溝６１を設ける位置は、ステータ１４のティース１６の先端部（端面部）１６ａではなく、図６において、磁束飽和部位Ｑの近傍に設けられた溝６１に対面するロータ１２側の周面部１２ａでもよく、両方に設けてもよい。

そこで、ステップＳ６（第６の手順）において、低減させたい次数のトルクリップルが低減されているかどうかを確認する。この場合、実際に、溝なしのステータ１４を、溝６１を設けたステータ１４に代替して、回転電機１０のロータ１２をステップＳ１（第１の手順）での前記所望回転数で回転させ、トルク波形を、ＦＦＴ解析し、ステップＳ２（第２の手順）と同様にして、ＦＦＴ解析結果から、トルクリップルの振幅を低減させようとした次数のトルクリップルを抽出する。

図８は、トルクリップルの低減前後のトルク波形を示す波形図である。破線で示すトルク波形５０及び第ｎ次高調波トルク波形（図８例では、第１次高調波トルク波形）５２は、溝６１（磁束飽和促進部）が設けられていないときの波形（図４を再掲）であり、実線で示すトルク波形１５０及び第ｎ次高調波トルク波形（図８例では、第１次高調波トルク波形）１５２は、図６に示したように、ステータ１４のティース１６の先端部（端面部）１６ａに溝６１を設けたときの波形であり、第ｎ次高調波トルク波形１５２のピーク値ａ２が、溝なし時のピーク値ａ１より低減振幅ΔＡと顕著に低減されていることが分かる。

溝６１は、回転電機１０の軸方向、図６例ではステータ１４の軸方向に形成されるが、形成される溝６１の溝幅及び深さがそれぞれ大きいほど、低減量が大きくなることを確認している。なお、磁束飽和促進部としての溝６１は、磁束飽和部位Ｑの磁気抵抗を上げることができればよいので、溝６１に限らず、溝６１に代替して、例えば、図７に示すように、溝６１位置の径方向外側にステータ１４の軸に平行する孔（円孔又は角孔）６１ｈを設けるようにしてもよい。溝６１とともに孔６１ｈを設けてもよい。

さらに、ステップＳ７（手順７）にて、低減させたい次数のトルクリップルの振幅が目標値である閾値以下となっているか否かを判定し、閾値以下となっていなかった場合（ステップＳ７：ＮＯ）には、ステップＳ５（手順５）以降の処理を閾値以下となる（ステップＳ７：ＹＥＳ）まで繰り返す。

次いで、ステップＳ８にて、低減させたい他次数のトルクリップル、この場合、例えば、２次（ｎ×Ｍ＝７２）等のトルクリップルが有るか否かを判定し、有る場合には（ステップＳ８：ＹＥＳ）、ステップＳ９（手順９）にて、ステータ１４及び／又はロータ１２に溝等が形成されている状態（溝あり状態）の回転電機１０を所望回転数で回転させ、ステップＳ１と同様、トルク波形を、ＦＦＴ解析する。以下、ステップＳ８の判定が否定的（ステップＳ８：ＮＯ）となるまで、ステップＳ２〜Ｓ９の手順を繰り返す。

以下、図９のベースとなる溝なし回転電機１０ｘの一部切欠説明図、図１０の溝の配置位置のバリエーション（種々例）の一部切欠説明図、及び、図９及び図１０を説明するための図１１の実施形態の概要説明図を参照して、さらなる実施形態についても説明する。

上述した実施形態に係る回転電機１０は、図１に示したように、周方向にＳ個設けられたスロット１８と、隣接するスロット１８、１８の間に形成されたティース１６と、ティース１６に巻回されたコイル２２と、を有するステータ１４と、ステータ１４のティース１６の先端部（端面部）１６ａにエアギャップ（間隙）を介して設けられ、周方向にＰ個設けられたリブ２７付き開口部２５に配された永久磁石２８ａ、２８ａ及び永久磁石２８ｂ、２８ｂからなる磁極部２６を有するロータ１２と、を備えた回転電機１０であって、スロット数Ｓとロータ極数Ｐの最小公倍数Ｍを基本波とし、この基本波の第ｎ（ｎ＝１、２，…）次高調波成分のトルクが最大となるロータ位相配置（ロータ回転角度α）において、ステータ１４とロータ１２の磁束飽和部位（磁束飽和が発生する部位）Ｑの近傍であってステータ１４及びロータ１２の少なくとも一方に、磁束飽和部位Ｑの磁束飽和をさらに促進させる磁束飽和促進部（溝６１又は孔等）を設けている。

例えば、図９に示す溝なしの、いわゆるベース（基本）の回転電機１０ｘに対して、回転電機１０ａ（図１０、図１１参照）では、ステータ１４側のみに上述した、ステータ１４の軸方向に延びる溝６１（図６も参照）を設けている。

この回転電機１０ａ（上記実施形態の回転電機１０）によれば、最小公倍数Ｍの基本波の第ｎ次高調波成分のトルクが最大となるロータ位相配置（ロータ回転角度α）において磁束飽和部位Ｑの近傍に磁束飽和促進部としての溝６１を設けるようにしたので、磁束飽和部位Ｑの磁気抵抗が上がり、その結果、最小公倍数Ｍの基本波の第ｎ次高調波成分のトルクを低減することができる。

実際上、溝６１は、ロータ１２のイナーシャの低減及び軽量化のために、図１０（図１１）の回転電機１０ｂの構成で示すように、ロータ１２の磁極部２６位置上の周面部１２ａ（径方向端部）に、ロータ１２の軸方向に延びる溝６２として設けることが好ましい。

この場合、ロータ１２の磁極部２６位置上に設けられる溝６２は、図１０（図１１）の回転電機１０ｃの構成で示すように、磁極部２６の周方向の中心に対し対称に溝６２、６４（他の溝６４）を設けることが好ましい。対称に設けることで力行時と回生時のどちらもトルクリップルを低減することができる。

なお、図１０（図１１）の回転電機１０ｄの構成で示すように、ステータ１４のティース１６の先端部（端面部）１６ａの周方向の中心に対し対称に溝６１、６３（他の溝６３）を設けるようにしても、力行時と回生時のどちらもトルクリップルを低減することができる。

また、溝は、図１０（図１１）の回転電機１０ｅの構成で示すように、ロータ１２の磁極部２６とステータ１４の少なくとも一方に設けられた第１溝、例えば、溝６１と、該第１溝としての溝６１を設けることで発生する第ｎ次、又は第ｎ次とは異なる第ｍ次高調波成分のトルクが最大となるロータ位相配置において、ステータ１４及びロータ１２の少なくとも一方に、磁束飽和部位Ｑの近傍に第２溝としての溝６５を設けるようにしてもよい。第１溝としての溝６１を設けることによって顕在化した第ｎ次、又は第ｎ次とは異なる第ｍ次高調波成分のトルクが最大となるロータ位相配置において磁束飽和部位Ｑの近傍に第２溝としての溝６５を設けることで、第１溝としての溝６１を設けることによって顕在化した第ｎ次、又は第ｎ次とは異なる第ｍ次高調波成分のトルクを第２溝としての溝６５によって低減することができる。

この場合においても、力行及び回生を考慮して、図１０（図１１）の回転電機１０ｆの構成で示すように、ロータ１２と、ステータ１４にそれぞれ対称に溝（６５、６６）、（６１、６３）を設けることが好ましい。

さらにまた、図１０（図１１）の回転電機１０ｇの構成で示すように、ロータ１２と、ステータ１４にそれぞれ対称に溝（６５、６６）、（６１、６３）を設けるとともに、さらなる高調波のトルクリップルを低減する溝６７、６８をステータ１４に設けるようにしてもよい。

上述した実施形態によれば、トルクリップに寄与する高調波成分の次数を割り出すとともに磁束飽和部位Ｑを割り出し、割り出した磁束飽和部位Ｑの磁気抵抗を、トルクリップル低減溝を形成することで、さらに上げるようにしたので、トルクリップを発生している次数の高調波の最大トルクを、計画的且つ効率的に低減することができる。

なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

Claims (7)

1. 周方向にＳ個設けられたスロット（１８）と、隣接する前記スロット（１８、１８）の間に形成されたティース（１６）と、前記ティース（１６）に巻回されたコイル（２２）と、を有するステータ（１４）と、
   前記ステータ（１４）の前記ティース（１６）の先端部（１６ａ）にエアギャップを介して設けられ、開口部（２５）内に配された永久磁石（２８ａ又は２８ｂ）からなる磁極部（２６）が周方向にＰ個設けられたロータ（１２）と、
   を備えた回転電機であって、
   スロット数Ｓとロータ極数Ｐの最小公倍数Ｍを基本波とし、この基本波の第ｎ次高調波成分のトルクが最大となるロータ位相配置において、前記ステータ（１４）と前記ロータ（１２）の磁束飽和が発生する部位（Ｑ）の近傍であって前記ステータ（１４）及び前記ロータ（１２）の少なくとも一方に、前記磁束飽和が発生する部位（Ｑ）の磁束飽和をさらに促進させる磁束飽和促進部を設ける
   ことを特徴とする回転電機。
2. 請求項１記載の回転電機において、
   前記磁束飽和促進部は、
   前記ステータ（１４）の前記ティース（１６）の前記先端部（１６ａ）に設けられた、前記ステータ（１４）の軸方向に延びる溝（６１）又は孔（６１ｈ）である
   ことを特徴とする回転電機。
3. 請求項１記載の回転電機において、
   前記磁束飽和促進部は、
   前記磁極部（２６）の、前記ロータ（１２）の径方向外方に設けられた、前記ロータの軸方向に延びる溝（６２）又は孔である
   ことを特徴とする回転電機。
4. 請求項２記載の回転電機において、
   前記磁束飽和促進部は、
   前記ステータ（１４）の前記ティース（１６）の前記先端部（１６ａ）に設けられた、前記ステータ（１４）の軸方向に延びる前記溝（６１）又は前記孔（６１ｈ）と、当該溝（６１）又は当該孔（６１ｈ）に対して前記ティース（１６）の前記先端部（１６ａ）の周方向の中心に対し対称に設けられた、前記ステータ（１４）の軸方向に延びる他の溝（６３）又は他の孔とからなる
   ことを特徴とする回転電機。
5. 請求項３記載の回転電機において、
   前記磁束飽和促進部は、
   前記磁極部（２６）の前記ロータ（１２）の径方向外方に設けられた、前記ロータ（１２）の軸方向に延びる前記溝（６２）又は前記孔と、当該溝（６２）又は当該孔に対して前記磁極部（２６）の、前記ロータ（１２）の周方向の中心に対し対称に設けられた、前記ロータ（１２）の軸方向に延びる他の溝（６４）又は他の孔とからなる
   ことを特徴とする回転電機。
6. 請求項１記載の回転電機において、
   前記磁束飽和促進部は、
   前記磁極部（２６）の、前記ロータ（１２）の径方向外方及び前記ティース（１６）の前記先端部（１６ａ）の少なくとも一方に設けられた、前記回転電機の軸方向に延びる第１溝（６１）又は第１孔（６１ｈ）と、当該第１溝（６１）又は当該第１孔（６１ｈ）を設けることで発生する第ｎ次、又は第ｎ次とは異なる第ｍ次高調波成分のトルクが最大となるロータ位相配置において、前記ステータ（１４）と前記ロータ（１２）の少なくとも一方に、磁束飽和が発生する部位（Ｑ）の近傍に設けられた、前記回転電機の軸方向に延びる第２溝（６５）又は第２孔と、で構成される
   ことを特徴とする回転電機。
7. 請求項６記載の回転電機において、
   前記第１溝（６１）又は前記第１孔（６１ｈ）は、前記磁極部（２６）の、前記ロータ（１２）の径方向外方に設けられ、前記第２溝（６５）又は前記第２孔は、前記磁極部（２６）の、前記ロータ（１２）の径方向外方及び前記ティース（１６）の前記先端部（１６ａ）の少なくとも一方に設けられている
   ことを特徴とする回転電機。

Images