JPWO2015004745A1 - 回転電機、及びエレベータ用巻上機 - Google Patents

Abstract

回転電機では、ロータヨークにそれぞれ設けられた複数のロータ磁極部が、ロータヨークとステータとの間の空間で周方向について互いに間隔を置いて配置されている。各ロータ磁極部は、ロータヨークの表面に設けられた永久磁石と、磁性材料により構成され、永久磁石のステータ側の面に重なる磁極片とを有している。磁極片は、同一の磁性材料で構成された単一片である。

Description

この発明は、例えばモータや発電機等として用いられ、ステータに対して回転するロータに永久磁石が含まれている回転電機、及びこの回転電機を含むエレベータ用巻上機に関するものである。

従来、ロータコアに複数の永久磁石用穴を設け、永久磁石を各永久磁石用穴に挿入することにより、複数の永久磁石をロータコア内に埋めた回転電機（埋め込み磁石型回転電機）が知られている（特許文献１参照）。また、従来、複数の単位コアを継ぎ合わせて円環状のロータコアを構成し、ロータコアに複数の永久磁石を埋めてロータを構成した回転電機も知られている（特許文献２参照）。

特開２０１０−１４２０３２号公報 特開２００８−２５９３５９号公報

しかし、特許文献１及び２に示されている従来の回転電機では、ステータの反磁界による永久磁石の減磁は緩和されるが、ロータコアに永久磁石用穴を設ける必要があるので、回転電機の製造に手間がかかってしまう。特に、ロータコアが鋳物である場合には、ロータコアに永久磁石用穴を形成する加工を行う手間が極端に大きくなってしまう。また、特許文献１及び２に示されている従来の回転電機では、各永久磁石がロータコア内に埋められているので（埋め込み磁石型）、各永久磁石間の漏れ磁束が多くなり、回転電機の出力トルクが低下してしまうだけでなく、ロータコアとステータの反磁界との吸引力によりトルクリップルも大きくなってしまう。さらに、特許文献２に示されている従来の回転電機では、ロータコアを製造するときに、複数の単位コアを継ぎ合わせる工程が生じてしまい、回転電機の製造の手間がさらにかかってしまう。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、永久磁石の減磁を抑制することができるとともに、トルクの低下の抑制及びコストの低減を図ることができ、製造を容易にすることができる回転電機、及びエレベータ用巻上機を得ることを目的とする。

この発明による回転電機は、ステータコアと、ステータコアに周方向へ並べられた複数のステータコイルとを有するステータ、及び径方向についてステータに対向するロータヨークと、ロータヨークにそれぞれ設けられ、ロータヨークとステータとの間の空間で周方向について互いに間隔を置いて配置された複数のロータ磁極部とを有し、ステータに対して回転可能なロータを備え、各ロータ磁極部は、ロータヨークの表面に設けられた永久磁石と、磁性材料により構成され、永久磁石のステータ側の面に重なる磁極片とを有し、磁極片は、同一の磁性材料で構成された単一片である。

また、この発明による回転電機は、ステータコアと、ステータコアに周方向へ並べられた複数のステータコイルとを有するステータ、及び径方向についてステータに対向するロータヨークと、ロータヨークにそれぞれ設けられ、ロータヨークとステータとの間の空間で周方向について互いに間隔を置いて配置された複数のロータ磁極部とを有し、ステータに対して回転可能なロータを備え、各ロータ磁極部は、ロータヨークの表面に設けられた永久磁石と、磁性材料により構成され、永久磁石のステータ側の面に重なる磁極片とを有し、磁極片は、ロータの軸線に対して垂直なスキュー基準面を境界として連続する一対の対称部を持つスキュー部を有し、一対の対称部は、ロータの軸線とスキュー基準面との交点を通りスキュー基準面上に存在する直線のうち、ロータの周方向についての永久磁石の中心を通る直線であるスキュー基準線に関して対称に形成され、かつスキュー基準面に関して非対称となっている。

この発明による回転電機によれば、永久磁石の減磁を抑制することができるとともに、トルクの低下の抑制及びコストの低減を図ることができ、回転電機の製造を容易にすることができる。

この発明の実施の形態１による回転電機を示す縦断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図２のロータを示す断面図である。 図３のロータ磁極部を示す拡大図である。 図４のロータ磁極部を示す上面図である。 スキュー角度αとスキュー係数との関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態２による回転電機のロータの要部を示す断面図である。 図７のロータ磁極部を示す上面図である。 図８の磁極片をロータに用いたときのスキュー角度αとスキュー係数との関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態３による回転電機のロータの要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態４による回転電機のロータの要部を示す断面図である。 図１１のロータ磁極部を示す上面図である。 この発明の実施の形態５による回転電機のロータの要部を示す断面図である。 図１３のロータ磁極部を示す上面図である。 この発明の実施の形態６による回転電機のロータの要部を示す断面図である。 図１５のロータ磁極部を示す上面図である。 この発明の実施の形態７による回転電機のロータの要部を示す断面図である。 図１７のロータ磁極部を示す上面図である。 この発明の実施の形態８による回転電機のロータの要部を示す断面図である。 図１９のロータ磁極部を示す上面図である。 図２０の磁極片をロータに用いたときのスキュー角度βとスキュー係数との関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態９による回転電機のロータの要部を示す断面図である。 図２２のロータ磁極部を示す上面図である。 実施の形態１０による回転電機のロータの要部を示す断面図である。 図２４のロータ磁極部を示す上面図である。 この発明の実施の形態１１による回転電機のロータの要部を示す断面図である。 図２６のロータ磁極部を示す上面図である。 この発明の実施の形態１２による回転電機のロータの要部を示す断面図である。 図２８のロータ磁極部を示す上面図である。 この発明の実施の形態１３による回転電機のロータの要部を示す断面図である。 図３０のロータ磁極部を示す上面図である。 この発明の実施の形態１４による回転電機のロータの要部を示す断面図である。 図３２のロータ磁極部を示す上面図である。 この発明の実施の形態１５による回転電機のロータの要部を示す断面図である。 図３４のロータ磁極部を示す上面図である。 この発明の実施の形態１６による回転電機のロータの要部を示す断面図である。 図３６のロータ磁極部を示す上面図である。 この発明の実施の形態１７による回転電機のロータの要部を示す断面図である。 図３８のロータ磁極部を示す上面図である。 この発明の実施の形態１８による回転電機を適用したエレベータ用巻上機を示す縦断面図である。 図４０の磁極片に生じる鉄損が巻上機全体の鉄損に占める割合と、ロータの電気角周波数ｆとの関係を示すグラフである。

以下、この発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による回転電機を示す縦断面図である。また、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。さらに、図３は、図２のロータを示す断面図である。図において、回転電機１は、円環状のステータ２と、ステータ２の内側に配置され、ステータ２に対して回転可能なロータ３と、ステータ２及びロータ３を支持するハウジング４とを有している。

ハウジング４は、ステータ２を囲む円筒状のハウジング筒部５を有している。また、ハウジング４には、図１に示すように、ハウジング筒部５の中心軸線上に配置された支軸６が固定されている。ロータ３は、ベアリング７を介して支軸６に回転自在に取り付けられている。また、ロータ３は、支軸６を介してハウジング４に支持されている。

ステータ２は、ロータ３と同軸に配置されている。また、ステータ２は、ロータ３の外周を囲む円環状のステータコア８と、ステータコア８にそれぞれ設けられ、ステータコア８の周方向へ並べられた複数のステータコイル９と、ステータコア８に設けられ、ステータコア８と各ステータコイル９との間に介在するインシュレータ１０とを有している。ステータ２は、ステータコア８がハウジング筒部５内に嵌められた状態でハウジング４に支持されている。また、各ステータコイル９とステータコア８との間の絶縁状態は、インシュレータ１０により確保される。

ステータコア８は、支軸６の軸線方向に積層された複数枚の鋼板（磁性体）により構成されている。また、ステータコア８は、ハウジング筒部５の内周面に沿った円環状のバックヨーク部１１と、バックヨーク部１１から径方向内側へそれぞれ突出し、ステータコア８の周方向について互いに間隔を置いて配置された複数の磁極ティース部１２とを有している。各磁極ティース部１２は、ステータコア８の周方向について等間隔に配置されている。

ステータコイル９は、各磁極ティース部１２に個別に設けられている。従って、各ステータコイル９は、ステータコア８の周方向について等間隔に配置されている。ステータ２には、各ステータコイル９への通電により回転磁界が発生する。ロータ３は、ステータ２の回転磁界の発生により支軸６の軸線を中心に回転される。

ロータ３は、ロータヨーク１３と、ロータヨーク１３にそれぞれ設けられた複数のロータ磁極部１４とを有している。

ロータヨーク１３は、鋳鉄で構成された鋳物とされている。また、ロータヨーク１３は、支軸６と同軸に配置された円筒状のロータ筒部１５を有している。さらに、ロータヨーク１３は、ロータ３の径方向についてロータ筒部１５の外周面をステータ２に対向させた状態で、ステータ２の内側に配置されている。これにより、ロータ筒部１５の外周面は、径方向について各磁極ティース部１２の先端面に対向している。

各ロータ磁極部１４は、ロータ筒部１５の外周面にそれぞれ設けられている。また、各ロータ磁極部１４は、ロータ筒部１５とステータ２との間の空間でロータ３の周方向（ロータ３の回転方向）について互いに間隔を置いて配置されている。この例では、各ロータ磁極部１４がロータ３の周方向について等間隔に配置されている。

ここで、図４は、図３のロータ磁極部１４を示す拡大図である。また、図５は、図４のロータ磁極部１４を示す上面図である。なお、図４は、図５のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図となっている。各ロータ磁極部１４は、ロータ筒部１５の外周面（表面）に固定された板状の永久磁石１６と、永久磁石１６のステータ２側の面に重なる板状の磁極片１７とを有している。各永久磁石１６は、ロータ３の周方向について極性を交互に異ならせて配置されている。従って、各ロータ磁極部１４の極性も、ロータ３の周方向について交互に異なっている。

永久磁石１６の長さ方向は、ロータ３の軸線方向に一致している。永久磁石１６の形状は、永久磁石１６の長さ方向について均一の厚さ及び均一の幅を持つ平板状とされている。永久磁石１６の厚さ方向は、ロータ３の軸線に沿ってロータ３を見たときに、永久磁石１６の中心とロータ３の軸線とを結ぶ直線の方向（中心径方向）に一致している。永久磁石１６は、ロータ筒部１５に接着剤により固定されている。

磁極片１７の外周面（即ち、磁極片１７のステータ２側の面）は、ステータ２の内周面（即ち、各磁極ティース部１２の先端面が存在する仮想円筒面）に沿った円弧状面となっている。これにより、各磁極ティース部１２の先端面と各磁極片１７の外周面との間の空間の寸法は、ロータ３の周方向について均一になっている。各磁極片１７の永久磁石１６側の面は、永久磁石１６のステータ２側の面に沿った平面となっている。従って、各磁極片１７の厚さ寸法は、ロータ３の周方向について、磁極片１７の中心から磁極片１７の両端部に向かって連続的に小さくなっている。磁極片１７の厚さ寸法は、ロータ３の軸線方向のどの位置でも永久磁石１６の厚さ寸法よりも薄くなっている。

また、磁極片１７は、磁性材料（例えば鉄等）により構成されている。これにより、磁極片１７の透磁率は、永久磁石１６よりも高くなっている。さらに、磁極片１７は、積層体でない単一の板材に対する塑性加工により作製されている。これにより、磁極片１７は、同一の磁性材料で構成された単一片となっている。この例では、磁極片１７が、冷間圧延鋼板材（ＳＰＣＣ）に例えばプレス加工（打ち抜き加工又はプレス成形加工）や鍛造等を行うことによって作製されている。また、磁極片１７は、永久磁石１６に接着剤により固定されている。

磁極片１７は、ロータ３の軸線方向についてのロータ磁極部１４の着磁状態をロータ３の周方向へ変化させるスキュー部２１となっている。スキュー部２１は、図５に示すように、ロータ３の軸線方向について永久磁石１６の全範囲に配置されている。また、スキュー部２１は、ロータ３の軸線方向についての永久磁石１６の中心を通りロータ３の軸線に対して垂直な仮想平面であるスキュー基準面Ｓ１を境界として連続する一対の対称部２２を有している。

スキュー基準面Ｓ１には、ロータ３の軸線とスキュー基準面Ｓ１との交点と、ロータ３の周方向についての永久磁石１６の中心とを通る直線であるスキュー基準線Ｌ１が存在している。一対の対称部２２は、スキュー基準線Ｌ１に関して対称に形成され、かつスキュー基準面Ｓ１に関して非対称となっている。これにより、一対の対称部２２同士の関係は、ロータ３の軸線方向について、いわゆる段スキューされている関係にある。

各対称部２２の断面の形状及び大きさは、ロータ３の軸線方向についてのどの位置でも同一となっている。これにより、ロータ３の径方向に沿って見たときの各対称部２２のそれぞれの形状は、図５に示すように、ロータ３の軸線方向に沿った中心線を持つ矩形状となっている。従って、各対称部２２の周方向両端部には、ロータ３の軸線方向に沿った端面が形成されている。

ロータ３の周方向についての各対称部２２の寸法（各対称部２２の周方向寸法）Ｗｙは、図４に示すように、ロータ３の周方向についての永久磁石１６の寸法（永久磁石１６の周方向寸法）Ｗｍよりも大きくなっている（Ｗｙ＞Ｗｍ）。一対の対称部２２のそれぞれの中心線は、スキュー基準線Ｌ１に対して、ロータ３の周方向について互いに逆方向へずれている。これにより、共通のスキュー部２１では、ロータ３の周方向について、一方の対称部２２の両端部が他方の対称部２２の両端部に対してずれている。スキュー部２１は、図５に示すように、一方の対称部２２の周方向両端部のうち右側端部を左側端部よりも永久磁石１６から大きく突出させ、他方の対称部２２の周方向両端部のうち左側端部を右側端部よりも永久磁石１６から大きく突出させた状態で、永久磁石１６に重なっている。なお、図４では、ロータ３の軸線方向に沿って見たときの一対の対称部２２の中心線のそれぞれとロータ３の軸線とを結ぶ２本の直線がなす角度が、スキュー角度αとして示されている。

ロータ筒部１５の外周面には、ロータ筒部１５に対する永久磁石１６の位置決めをロータ３の周方向について行うとともに、永久磁石１６に作用する回転トルクの反力を受ける複数のロータヨーク突起１８が設けられている。

各ロータヨーク突起１８は、ロータ筒部１５の外周面から径方向外側へ突出した状態で各永久磁石１６間に介在している。各ロータヨーク突起１８の高さ寸法Ｈｒは、永久磁石１６の厚さ寸法（永久磁石１６の径方向寸法）Ｈｍよりも小さくなっている（Ｈｒ＜Ｈｍ）。この例では、Ｈｒ≦（Ｈｍ／５）とされている。これにより、各磁極片１７は、ロータ筒部１５及びロータヨーク突起１８から空間を介して離れて配置されている。

次に、スキュー部２１におけるスキュー角度αについて説明する。

磁極片１７がスキューされていない回転電機（即ち、磁極片１７がロータ３の周方向へずれることなくロータ３の軸線方向に沿って配置されている回転電機）のトルクＴ（θ，ｔ）は、式（１）〜式（４）に示すように、パーミアンスＡ（θ）と、ステータ２の起磁力Ｎｓ（θ，ｔ）及びロータ３の起磁力Ｎｒ（θ，ｔ）の合計との積である磁束密度Ｂ（θ，ｔ）に比例する。ここで、θはステータ２及びロータ３に共通する周方向の角度、ｔは時間、ωは電気角の角速度、ａ_i、ｋ_Ai、φ_AiはパーミアンスＡ（θ）の定数、ｎ_si、ｋ_Nsi、φ_Nsiはステータ２の起磁力Ｎｓ（θ，ｔ）の定数、ｎ_ri、ｋ_Nri、φ_Nri、ｋ_ωiはロータ３の起磁力Ｎｒ（θ，ｔ）の定数である。

次に、スキュー部２１における一対の対称部２２のスキュー角度がαである場合を考える。この場合、一方の対称部２２のパーミアンスをＡ（θ）、他方の対称部２２のパーミアンスをＡ（θ＋α）とすると、回転電機のトルクＴ（θ，ｔ）に比例する磁束密度Ｂ（θ，ｔ）は、式（５）で表される。

従って、式（５）により、スキュー角度がα＝１８０×ｍ／ｋ_Ai［°］（ｍは正の整数）で表されるとき、トルクリップルのｋ_Ai次成分をキャンセルして０に近い値にすることができる。例えば、トルクリップルの６次成分（ｋ_Ai＝６）をキャンセルしたい場合には、α＝３０×ｍ［°］（ｍは正の整数）がスキュー角度として理想の値となる。

図６は、スキュー角度αとスキュー係数との関係を示すグラフである。なお、スキュー係数は、スキューしない場合に対してスキューした場合におけるトルクリップルの特定成分の割合を表す係数である。図６からも、スキュー角度がα＝３０×ｍ［°］（ｍは正の整数）であるときに、トルクリップルの６次成分がほぼ０になることが分かる。即ち、磁極片１７のスキュー角度αを調整することにより、回転電機１のトルクリップルの特定成分がキャンセルされることが分かる。

このような回転電機１では、各ロータ磁極部１４が、永久磁石１６と、磁性材料により構成されて永久磁石１６のステータ２側の面に重なる磁極片１７とを有しているので、磁極片１７によって永久磁石１６からの磁束を通す磁路を構成することができ、パーミアンスを向上させることもできる。これにより、ステータ２の反磁界による永久磁石１６の減磁を抑制することができる。磁極片１７を構成する磁性材料としては、ステータ２の反磁界の影響を低減するために、透磁率又は飽和磁束密度の小さい材料が望ましく、例えば、電磁鋼板よりも透磁率又は飽和磁束密度の小さい圧延鋼板又は機械構造用炭素鋼等が挙げられる。

また、磁極片１７によって永久磁石１６の減磁を抑制することができるので、保磁力を向上させた高価な永久磁石をロータ３に用いる必要がなくなり、製造コストの低減を図ることもできる。例えば、高価な希土類材料（例えばジスプロシウム等）の添加量を減らしたネオジム焼結磁石を永久磁石１６として用いることができ、コストの低減を図ることもできる。さらに、ロータヨーク１３に永久磁石１６を埋めるための永久磁石用穴を設ける必要がないので、ロータヨーク１３の加工を容易にすることができ、回転電機１の製造を容易にすることができる。特に、ロータヨーク１３が鋳物である場合には、製造が容易になる効果が大きくなる。

また、永久磁石１６とステータ２との間の空間に永久磁石１６よりも透磁率の高い磁極片１７が介在することにより、永久磁石１６とステータ２との間の空間が同じ寸法であっても、永久磁石１６とステータ２との間における磁気抵抗を減らすことができ、ステータ２及びロータ３間の磁束量を増加させることができる。さらに、各ロータ磁極部１４が互いに間隔を置いて配置されているので、各ロータ磁極部１４間の漏れ磁束の量を低減することができる。このようなことから、回転電機１のトルクの低下を抑制することができる。

また、磁極片１７は、同一の磁性材料により構成された単一片となっているので、例えば単一の板材（金属板）をプレス加工や鍛造により磁極片１７を容易に作製することができる。これにより、回転電機１の製造をさらに容易にすることができる。さらに、薄板の積層体をかしめて作製した磁極片の積層方向の占積率は、薄板の絶縁被膜の厚さや、かしめによる薄板間の隙間の発生等によって１００％未満となるが、同一材料により構成された単一片を磁極片１７とすることにより、磁極片１７の占積率を１００％にすることができる。また、磁極片１７を単一片とすると、薄板を積層してかしめることによって形成されるかしめ部が磁極片１７に生じないので、磁極片１７の厚さの縮小化を図ることができるとともに、かしめ部による磁極片１７の劣化もなくすことができる。このようなことから、回転電機１の特性を向上させることができる。

また、スキュー基準面Ｓ１を境界として連続する一対の対称部２２が、スキュー基準線Ｌ１に関して対称に形成され、かつスキュー基準面Ｓ１に関して非対称となっているので、ロータ３の軸線方向について磁極片１７を段スキューさせることができ、永久磁石１６から磁極片１７を通ってステータ２に流れる磁束のロータ３の周方向の位相をずらすことができる。これにより、トルク波形をロータ３の周方向へずらして重ね合わせることができ、トルクリップルの低減を図ることができる。さらに、上記のように、永久磁石１６をロータ３の周方向にずらすことなく磁極片１７のパーミアンスＡ（θ）の周方向角度をずらすだけでトルクリップルを低減することができるので、ロータヨーク突起１８を段スキューさせる加工が不要になる。また、永久磁石を埋め込んだ一対のロータコア（薄板の積層体）をロータの周方向へ互いにずらして段スキューさせた構造では、永久磁石をそれぞれ埋め込んだ一対のロータコアをロータの周方向へずらしてロータの回転軸に位置決めする必要があるが、本実施の形態では、その必要はなく、段スキューさせた磁極片１７を１つの金型で作製すればよく、製造工程数を削減することができる。またロータコアを周方向にずらす代わりに、ロータコアの薄板の外周を異なる金型で周方向にずらす形状で打ち抜いて積層する構造に対しても、本実施の形態では、段スキューさせた磁極片１７を１つの金型で作製すればよく、製造コストを削減することができる。このようなことから、回転電機１の製造を容易にすることができ、コストの低減を図ることができる。

また、磁極片１７は、永久磁石１６のステータ２側の平らな面に重なっているので、磁極片１７と永久磁石１６との接着剤による接着を容易にすることができる。

また、磁極片１７における各対称部２２の周方向寸法Ｗｙは、永久磁石１６の周方向寸法Ｗｍよりも大きくなっているので、ステータ２と永久磁石１６との間に磁極片１７をより確実に介在させることができ、パーミアンスの向上をより確実に図ることができる。さらに、反磁界が図４の磁極片１７の一方の端部から他方の端部へ、又はその逆の方向へ通るため、永久磁石１６が反磁界の影響を受けにくくなる。これにより、ステータ２の反磁界による永久磁石１６の減磁をさらに確実に抑制することができる。

また、永久磁石１６の形状が平板状とされているので、例えば仕上げの研磨等を容易にすることができ、回転電機１の製造をさらに容易にすることができる。また、材料の歩留まりも向上させることができる。

また、ロータヨーク１３に対する各永久磁石１６の位置決めをロータ３の周方向について行う複数のロータヨーク突起１８がロータヨーク１３に設けられているので、ロータヨーク１３に対する各永久磁石１６の位置ずれをより確実に防止することができる。さらに、各永久磁石１６の位置決めを行うための他の部品を用いる必要がなくなり、部品点数の増加を抑制することができる。

また、各ロータヨーク突起１８の高さ寸法Ｈｒが永久磁石１６の厚さ寸法Ｈｍよりも小さくされている（Ｈｒ＜Ｈｍ）ので、磁極片１７とロータヨーク突起１８とが空間を介して互いに離れた状態を保つことができ、磁極片１７とロータヨーク突起１８との間を磁気的に絶縁させることができる。これにより、各ロータ磁極部１４間の漏れ磁束の量の増加を抑制して、トルクの向上を図ることができる。なお、磁極片１７とロータヨーク突起１８との間に非磁性部材（例えば樹脂又はステンレス等）が介在していてもよい。

なお、上記の例では、ステータ２の内周面（各磁極ティース部１２の先端面が存在する仮想円筒面）と各磁極片１７の外周面（各磁極片１７のステータ２側の面）との間の空間の寸法がロータ３の周方向について均一になっているが、ステータ２の内周面と磁極片１７の外周面との間の空間の寸法が磁極片１７の中心から両端部に向かって連続的に大きくなるように、各磁極片１７の外周面の形状を、ロータ３の軸線を中心とする円弧状よりも曲率半径の小さい円弧状としてもよい。このようにすれば、上記の式（１）で表されるパーミアンスＡ（θ）の周方向角度θに対する分布を磁極の正弦波状に近づけることができ、磁束密度Ｂ（θ，ｔ）の高次成分を小さくすることができる。これにより、トルクリップルの低減をさらに図ることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、スキュー部２１が、ロータ３の軸線方向について一対の対称部２２によって２段の段スキューとなっているが、一対の対称部２２によってスキュー部２１をロータ３の軸線方向について３段の段スキューとしてもよい。

即ち、図７は、この発明の実施の形態２による回転電機１のロータ３の要部を示す断面図である。また、図８は、図７のロータ磁極部１４を示す上面図である。なお、図７は、図８のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図となっている。磁極片１７は、スキュー基準面Ｓ１を境界として連続する一対の対称部２２を有するスキュー部２１となっている。一対の対称部２２は、実施の形態１と同様に、スキュー基準線Ｌ１に関して対称に形成され、かつスキュー基準面Ｓ１に関して非対称となっている。しかし、各対称部２２の形状は、実施の形態１と異なる形状となっている。

スキュー部２１では、ロータ３の周方向について、一方の対称部２２の両端部の一部が他方の対称部２２の両端部に対してずれている。この例では、各対称部２２の形状が、スキュー基準面Ｓ１に近い部分を残し、スキュー基準面Ｓ１から離れた部分のみをロータ３の周方向へずらした形状となっている。これにより、この例では、３つの段スキュー形成部２５がスキュー部２１に一対の対称部２２によって形成されている。ロータ３の径方向に沿って見たときの各段スキュー形成部２５の形状は、ロータ３の軸線方向に沿った中心線を持つ矩形状となっている。ロータ３の軸線方向についての各段スキュー形成部２５の寸法は互いに同一となっている。また、ロータ３の周方向についての各段スキュー形成部２５の寸法も互いに同一となっている。

スキュー部２１では、３つの段スキュー形成部２５のうち、中央の段スキュー形成部２５の中心線の位置がロータ３の周方向についてスキュー基準線Ｌ１の位置と一致し、両側に位置する一方及び他方の段スキュー形成部２５の中心線がスキュー基準線Ｌ１に対してロータ３の周方向について互いに逆方向へずれている。

スキュー部２１は、図８に示すように、中央の段スキュー形成部２５の周方向両端部を永久磁石１６から均等に突出させるとともに、一方の段スキュー形成部２５の周方向両端部のうち右側端部を左側端部よりも永久磁石１６から大きく突出させ、他方の段スキュー形成部２５の周方向両端部のうち左側端部を右側端部よりも永久磁石１６から大きく突出させた状態で、永久磁石１６に重なっている。なお、図７では、ロータ３の軸線方向に沿って見たときのロータ３において、中央の段スキュー形成部２５の中心線とロータ３の軸線とを結ぶ直線（即ち、スキュー基準線Ｌ１）と、一方の段スキュー形成部２５の中心線とロータ３の軸線とを結ぶ直線とがなす角度、及び、中央の段スキュー形成部２５の中心線とロータ３の軸線とを結ぶ直線（即ち、スキュー基準線Ｌ１）と、他方の段スキュー形成部２５の中心線とロータ３の軸線とを結ぶ直線とがなす角度が、スキュー角度αとしてそれぞれ示されている。

スキュー部２１における各段スキュー形成部２５のスキュー角度がそれぞれαである場合、中央の段スキュー形成部２５のパーミアンスをＡ（θ）、一方及び他方の段スキュー形成部２５のそれぞれのパーミアンスをＡ（θ−α）及びＡ（θ＋α）とすると、回転電機のトルクＴ（θ，ｔ）に比例する磁束密度Ｂ（θ，ｔ）は、式（６）で表される。

従って、式（６）により、スキュー角度がα＝（１８０×（２×ｍ−１）±６０）／ｋ_Ai［°］（ｍは正の整数）で表されるとき、トルクリップルのｋ_Ai次成分をキャンセルして０に近い値にすることができる。例えば、トルクリップルの６次成分（ｋ_Ai＝６）をキャンセルしたい場合には、α＝３０×（２×ｍ−１）±１０［°］（ｍは正の整数）がスキュー角度として理想の値となる。

図９は、図８の磁極片１７をロータ３に用いたときのスキュー角度αとスキュー係数との関係を示すグラフである。図９からも、スキュー角度がα＝３０×（２×ｍ−１）±１０［°］（ｍは正の整数）であるときに、トルクリップルの６次成分がほぼ０になることが分かる。即ち、磁極片１７のスキュー角度αを調整することにより、回転電機１のトルクリップルの特定成分がキャンセルされることが分かる。また、例えば、図９において、スキュー角度がα＝２０［°］のときには、トルクリップルの６次成分及び１２次成分を同時に低減することができることから、段スキューの段数が増加すると、高次のトルクリップルの成分を同じスキュー角度で同時に低減することができる。

このようにスキュー部２１における段スキュー形成部２５の段数を３段に増加させると、上記と同様の効果を得ることができるだけでなく、高次のトルクリップルの成分の低減も図ることができる。

なお、段スキュー形成部２５の段数は、２段又は３段に限定されず、４段以上であってもよい。

実施の形態３．
図１０は、この発明の実施の形態３による回転電機１のロータ３の要部を示す断面図である。図１０において、各磁極片１７の形状は、永久磁石１６の厚さよりも薄い均一の厚さを持つ平板状とされている。これにより、各磁極片１７の永久磁石１６側の面及びステータ２側の面がいずれも平面となっている。他の構成は図４と同様である。

このように、磁極片１７の形状が平板状とされているので、例えば板材（金属板）のプレス加工や鍛造により磁極片１７の作製をさらに容易にすることができ、回転電機１の製造をさらに容易にすることができる。

実施の形態４．
図１１は、この発明の実施の形態４による回転電機のロータ３の要部を示す断面図である。また、図１２は、図１１のロータ磁極部１４を示す上面図である。なお、図１１は、図１２のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図となっている。図において、ロータ３の軸線方向についての磁極片１７の両端部（磁極片１７の軸線方向両端部）には、ロータ３の周方向について永久磁石１６を挟む一対の磁極片突起３１が１組ずつ設けられている。また、ロータ３の軸線方向についての磁極片１７の中間部（磁極片１７の軸線方向中間部）は、実施の形態１と同様のスキュー部２１とされている。磁極片１７の軸線方向両端部の周方向寸法は、磁極片１７の軸線方向中間部の周方向寸法よりも小さくなっている。各磁極片突起３１は、磁極片１７の軸線方向両端部における周方向両端部から、ロータ筒部１５に向けてそれぞれ突出している。この例では、各磁極片１７の軸線方向中間部には磁極片突起３１が設けられていない。各磁極片１７は、鋼板に対してプレス加工を行うことにより作製されている。他の構成は実施の形態１と同様である。

このような回転電機１では、ロータ３の周方向について永久磁石１６を挟む一対の磁極片突起３１が磁極片１７に設けられているので、永久磁石１６に対する磁極片１７の位置決めをロータ３の周方向について容易に行うことができ、磁極片１７を永久磁石１６に取り付けやすくすることができる。これにより、回転電機１の製造をさらに容易にすることができる。

実施の形態５．
実施の形態４では、一対の磁極片突起３１が磁極片１７の軸方向両端部にのみ設けられているが、一対の磁極片突起３１を、ロータ３の軸線方向について、磁極片１７の全範囲に亘って配置してもよい。

即ち、図１３は、この発明の実施の形態５による回転電機のロータ３の要部を示す断面図である。また、図１４は、図１３のロータ磁極部１４を示す上面図である。なお、図１３は、図１４のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿った断面図となっている。磁極片１７には、ロータ３の周方向について永久磁石１６を挟む一対の磁極片突起３１が設けられている。各磁極片突起３１は、磁極片１７からロータ筒部１５に向けてそれぞれ突出している。また、各磁極片突起３１は、永久磁石１６の両側面に沿ってロータ３の軸線方向へ磁極片１７の全範囲に亘って配置されている。さらに、磁極片１７では、ロータ３の周方向についての各対称部２２の範囲よりも内側に各磁極片突起３１がそれぞれ配置されている。他の構成は実施の形態１と同様である。

このようにすれば、永久磁石１６に対する磁極片１７の位置決めをさらに容易に行うことができ、回転電機１の製造をさらに容易にすることができる。また、ロータ３の周方向について永久磁石１６に対する磁極片１７の段スキュー角度をより正確に調整することができるので、トルクリップルをさらに確実に低減することができる。さらに、ステータ２に対して磁極片１７で永久磁石１６を覆うことによりパーミアンスが向上するため、ステータ２の反磁界による永久磁石１６の減磁の抑制をより確実に図ることができる。

実施の形態６．
図１５は、この発明の実施の形態６による回転電機のロータ３の要部を示す断面図である。また、図１６は、図１５のロータ磁極部１４を示す上面図である。なお、図１５は、図１６のＸＶ−ＸＶ線に沿った断面図である。スキュー部２１は、スキュー基準面Ｓ１を境界として連続する一対の対称部２２を有している。一対の対称部２２は、各対称部２２のステータ２側の部分の形状を左右非対称にすることにより、スキュー基準線Ｌ１に関して対称に形成され、かつスキュー基準面Ｓ１に関して非対称となっている。

ロータ３の軸線に垂直な平面における対称部２２の断面形状は、ロータ３の軸線方向についてのどの位置でも同一となっている。また、スキュー部２１では、ロータ３の周方向について、一方の対称部２２の両端部が他方の対称部２２の両端部と同位置に存在している。即ち、一対の対称部２２のそれぞれの両端部は、図１６に示すように、ロータ３の軸線方向に沿った２本の平行な直線上に配置されている。さらに、各対称部２２の周方向寸法Ｗｙは、永久磁石１６の周方向寸法Ｗｍよりも大きくなっている。各対称部２２は、ロータ３の周方向について両端部を永久磁石１６から均等に突出させた状態で永久磁石１６に重ねられている。

各対称部２２のステータ２側の部分には、第１のステータ対向面４１、第２のステータ対向面４２及び第３のステータ対向面４３と、第１及び第２のステータ対向面４１，４２間の境界に存在する稜線部４４と、第２及び第３のステータ対向面４２，４３間の境界に存在する谷線部４５とが形成されている。

稜線部４４及び谷線部４５はいずれも、対称部２２の中心線よりもロータ３の周方向へずれた位置にロータ３の軸線方向に沿って形成されている。また、稜線部４４は、図１６に示すように、ロータ３の径方向に沿ってロータ磁極部１４を見たとき、永久磁石１６の範囲内に形成されている。谷線部４５は、ロータ３の径方向に沿ってロータ磁極部１４を見たとき、永久磁石１６の範囲外に形成されている。この例では、稜線部４４が第１及び第２のステータ対向面４１，４２間を滑らかに繋ぐ曲面となっており、谷線部４５が第２及び第３のステータ対向面４２，４３間を滑らかに繋ぐ曲面となっている。

第１のステータ対向面４１は対称部２２の周方向一端部に形成され、第３のステータ対向面４３は対称部２２の周方向他端部に形成されている。第２のステータ対向面４２は、第１及び第３のステータ対向面４１，４３間に形成されている。

対称部２２は、第１のステータ対向面４１が形成された磁極片厚肉部４６と、第３のステータ対向面４３が形成され、磁極片厚肉部４６よりも厚さが薄くなっている磁極片薄肉部４７と、第２のステータ対向面４２が形成され、磁極片厚肉部４６から磁極片薄肉部４７に向かって連続的に厚さが薄くなる磁極片肉厚変化部４８とを有している。

第１のステータ対向面４１は、ステータ２の内周面に沿った円弧状面となっている。これにより、磁極片厚肉部４６の厚さは、対称部２２の周方向端部に向かって連続的に小さくなっている。第３のステータ対向面４３は、対称部２２の裏面（永久磁石１６側の面）と平行になっている。これにより、磁極片薄肉部４７の厚さは、均一の厚さとなっている。第２のステータ対向面４２は、第１のステータ対向面４１から第３のステータ対向面４３に向かって対称部２２の裏面に対して傾斜している。対称部２２の厚さは、稜線部４４の位置で最も大きく、磁極片薄肉部４７で最も小さくなっている。他の構成は実施の形態１と同様である。

このように、各対称部２２のステータ２側の部分に稜線部４４及び谷線部４５を形成することによっても、磁極片１７を段スキューさせることができ、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、スキュー部２１では、ロータ３の周方向について、一方の対称部２２の両端部が他方の対称部２２の両端部と同位置に存在しているので、磁極片１７の周方向位置をロータ３の軸線方向について一定にすることができ、各磁極片１７と各永久磁石１６との間の磁束の漏れをロータ３の軸線方向のどの位置でも抑制することができる。これにより、回転電機１のトルクの低減を抑制することができる。

また、各対称部２２の周方向中間部に稜線部４４が形成され、各対称部２２の周方向端部が磁極片薄肉部４７とされているので、磁極片１７全体としてみると、磁極片１７の周方向両端部での磁気抵抗を、磁極片１７の周方向中間部での磁気抵抗よりも大きくすることができる。これにより、各ロータ磁極部１４間の漏れ磁束の量を低減することができ、回転電機１のトルクの向上をさらに図ることができる。

なお、上記の例では、各対称部２２の周方向寸法Ｗｙが永久磁石１６の周方向寸法Ｗｍよりも大きくなっている（Ｗｙ＞Ｗｍ）が、各対称部２２の周方向寸法Ｗｙを永久磁石１６の周方向寸法Ｗｍと等しくしてもよい（Ｗｙ＝Ｗｍ）。このようにすれば、各ロータ磁極部１４間の漏れ磁束の量をさらに低減することができ、回転電機１のトルクの向上をさらに図ることができる。

実施の形態７．
実施の形態６では、第１〜第３のステータ対向面４１〜４３と、稜線部４４及び谷線部４５とが磁極片１７のステータ２側の部分に形成されているが、第１及び第２のステータ対向面４１，４２と、第１及び第２のステータ対向面４１，４２間の境界に存在する稜線部４４とを磁極片１７のステータ２側の部分に形成するだけで、第３のステータ対向面４３及び谷線部４５をなくしてもよい。

即ち、図１７は、この発明の実施の形態７による回転電機のロータ３の要部を示す断面図である。また、図１８は、図１７のロータ磁極部１４を示す上面図である。なお、図１７は、図１８のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿った断面図となっている。各対称部２２のステータ２側の部分には、第１のステータ対向面４１及び第２のステータ対向面４２と、第１及び第２のステータ対向面４１，４２間の境界に存在する稜線部４４とが形成されている。磁極片１７は、第１のステータ対向面４１が形成された磁極片厚肉部４６と、第２のステータ対向面４２が形成された磁極片肉厚変化部４８とを有している。第３のステータ対向面４３及び谷線部４５は各対称部２２のステータ２側の部分に形成されておらず、磁極片１７は磁極片薄肉部４７を有していない。他の構成は実施の形態６と同様である。

このように、磁極片１７が磁極片薄肉部４７を有していないので、ロータ３の周方向について永久磁石１６から突出させる磁極片１７の寸法を磁極片薄肉部４７の寸法分だけ短くすることができ、各ロータ磁極部１４間の漏れ磁束の量を低減することができる。これにより、回転電機１のトルクの向上をさらに図ることができる。

実施の形態８．
実施の形態６では、稜線部４４及び谷線部４５がロータ３の軸線方向に沿って対称部２２のステータ２側の部分に形成されているが、対称部２２のステータ２側の部分に稜線部４４及び谷線部４５をロータ３の軸線方向に対してロータ３の周方向へ傾斜させて形成してもよい。

即ち、図１９は、この発明の実施の形態８による回転電機のロータ３の要部を示す断面図である。また、図２０は、図１９のロータ磁極部１４を示す上面図である。なお、図１９は、図２０のＸＩＸ−ＸＩＸ線に沿った断面図となっている。各対称部２２のステータ２側の部分に形成された稜線部４４及び谷線部４５は、ロータ３の軸線方向に対してロータ３の周方向へ傾斜して形成されている。また、稜線部４４及び谷線部４５は、互いに平行になっている。

各対称部２２に形成された稜線部４４は、スキュー基準線Ｌ１を通っている。これにより、各稜線部４４は、一対の対称部２２間で連続し、ロータ３の軸線方向に対してロータ３の周方向へ傾斜する１本の直線上に形成されている。即ち、スキュー部２１は、いわゆる連続スキューとなっている。なお、図１９では、ロータ３の軸線方向に沿って見たときの稜線部４４の一端部及び他端部のそれぞれとロータ３の軸線とを結ぶ２本の直線がなす角度が、スキュー角度βとして示されている。他の構成は実施の形態６と同様である。

このように、一対の対称部２２に形成された稜線部４４がロータ３の軸線方向に対してロータ３の周方向へ傾斜されているので、永久磁石１６か磁極片１７を通ってステータ２に流れる磁束のロータ３の周方向の位相を連続的にずらすことができ、トルク波形を周方向に連続的にずらして重ね合わせることができる。これにより、回転電機１のトルクリップルの低減をさらに図ることができる。

ここで、スキュー部２１における各対称部２２のスキュー角度がβである場合、磁極片１７のパーミアンスをＡ（θ＋β）とすると、回転電機のトルクＴ（θ，ｔ）に比例する磁束密度Ｂ（θ，ｔ）は、式（７）で表される。

従って、式（７）により、スキュー角度がβ＝３６０×ｍ／ｋ_Ai［°］（ｍは正の整数）で表されるとき、トルクリップルのｋ_Ai次成分をキャンセルして０に近い値にすることができる。例えば、トルクリップルの６次成分（ｋＡ_i＝６）をキャンセルしたい場合には、β＝６０×ｍ［°］（ｍは正の整数）がスキュー角度として理想の値となる。

図２１は、図２０の磁極片１７をロータ３に用いたときのスキュー角度βとスキュー係数との関係を示すグラフである。図２１からも、スキュー角度がβ＝６０×ｍ［°］（ｍは正の整数）であるときに、トルクリップルの６次成分がほぼ０になることが分かる。即ち、磁極片１７のスキュー角度βを調整することにより、回転電機１のトルクリップルの特定成分がキャンセルされることが分かる。また、磁極片１７は連続スキューされているので、図２１に示すように、高次のトルクリップルの成分を同じスキュー角度で同時に低減することができる。

このように、一対の対称部２２に形成された稜線部４４をロータ３の軸線方向に対してロータ３の周方向へ傾斜させることにより、上記と同様の効果を得ることができるだけでなく、高次のトルクリップルの成分の低減も図ることができる。

実施の形態９．
図２２は、この発明の実施の形態９による回転電機１のロータ３の要部を示す断面図である。また、図２３は、図２２のロータ磁極部１４を示す上面図である。なお、図２２は、図２３のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線に沿った断面図となっている。磁極片１７は、スキュー基準面Ｓ１を境界として連続する一対の対称部２２を有するスキュー部２１となっている。一対の対称部２２は、スキュー基準線Ｌ１に関して対称に形成され、かつスキュー基準面Ｓ１に関して非対称となっている。

スキュー部２１では、ロータ３の周方向について、一方の対称部２２の両端部が他方の対称部２２の両端部に対してずれている。各対称部２２の周方向両端部には、ロータ３の軸線方向に対してロータ３の周方向へ傾斜する互いに平行な端面が形成されている。各対称部２２の周方向両端部に形成された端面は、一対の対称部２２間で連続している。これにより、スキュー部２１の周方向両端部は、スキュー基準面Ｓ１の位置で段差が形成されることなくロータ３の軸線方向に対してロータ３の周方向へ傾斜している。即ち、スキュー部２１は、いわゆる連続スキューとなっている。他の構成は実施の形態１と同様である。

このように、スキュー部２１は連続スキューとなっているので、スキュー部２１が段スキューとなっている場合に比べて、高次のトルクリップルの成分の低減を図ることができる。

実施の形態１０．
図２４は、実施の形態１０による回転電機１のロータ３の要部を示す断面図である。また、図２５は、図２４のロータ磁極部１４を示す上面図である。なお、図２４は、図２５のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線に沿った断面図となっている。スキュー部２１は、スキュー基準面Ｓ１を境界として連続する一対の対称部２２を有している。一対の対称部２２は、各対称部２２のステータ２側の部分の形状を左右非対称にすることにより、スキュー基準線Ｌ１に関して対称に形成され、かつスキュー基準面Ｓ１に関して非対称となっている。

ロータ３の軸線に垂直な平面における各対称部２２の断面形状は、ロータ３の軸線方向についてのどの位置でも同一となっている。また、スキュー部２１では、ロータ３の周方向について、一方の対称部２２の両端部が他方の対称部２２の両端部と同位置に存在している。即ち、一対の対称部２２のそれぞれの両端部は、図２５に示すように、ロータ３の軸線方向に沿った２本の平行な直線上に配置されている。さらに、各対称部２２の周方向寸法は、永久磁石１６の周方向寸法よりも大きくなっている。各対称部２２は、ロータ３の周方向について両端部を永久磁石１６から均等に突出させた状態で永久磁石１６に重ねられている。

各対称部２２のステータ２側の部分には、対称部２２の厚さ方向に深さを持つ溝５１がロータ３の軸線方向に沿って形成されている。これにより、対称部２２の溝５１が形成されている部分の厚さは、対称部２２の他の部分の厚さよりも薄くなっている。溝５１は、スキュー基準線Ｌ１を通る対称部２２の中心線からロータ３の周方向へずれた位置に形成されている。この例では、溝５１は、ロータ３の軸線方向についての対称部２２の全範囲に設けられている。他の構成は実施の形態１と同様である。

このように、各対称部２２のステータ２側の部分に溝５１をロータ３の軸線方向に沿って形成することによっても、磁極片１７を段スキューさせることができ、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、スキュー部２１では、ロータ３の周方向について、一方の対称部２２の両端部が他方の対称部２２の両端部と同位置に存在しているので、磁極片１７の周方向位置をロータ３の軸線方向について一定にすることができ、各磁極片１７と各永久磁石１６との間の磁束の漏れをロータ３の軸線方向のどの位置でも抑制することができる。これにより、回転電機１のトルクの低減を抑制することができる。

実施の形態１１．
実施の形態１０では、溝５１がロータ３の軸線方向に沿って対称部２２のステータ２側の部分に形成されているが、対称部２２のステータ２側の部分に溝５１をロータ３の軸線方向に対してロータ３の周方向へ傾斜させて形成してもよい。

即ち、図２６は、この発明の実施の形態１１による回転電機のロータ３の要部を示す断面図である。また、図２７は、図２６のロータ磁極部１４を示す上面図である。なお、図２６は、図２７のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線に沿った断面図となっている。各対称部２２のステータ２側の部分には、ロータ３の軸線方向に対してロータ３の周方向へ傾斜する溝５１が形成されている。各対称部２２に形成された溝５１は、スキュー基準線Ｌ１を通っている。これにより、各溝５１は、一対の対称部２２間で連続し、ロータ３の軸線方向に対してロータ３の周方向へ傾斜する１本の直線上に形成されている。即ち、スキュー部２１は、いわゆる連続スキューとなっている。他の構成は実施の形態１０と同様である。

このように、一対の対称部２２に形成された溝５１がロータ３の軸線方向に対してロータ３の周方向へ傾斜されているので、永久磁石１６か磁極片１７を通ってステータ２に流れる磁束のロータ３の周方向の位相を連続的にずらすことができ、トルク波形を周方向に連続的にずらして重ね合わせることができる。これにより、回転電機１のトルクリップルの低減をさらに図ることができる。また、スキュー部２１が連続スキューとなっているので、スキュー部２１が段スキューとなっている場合に比べて、高次のトルクリップルの成分の低減を図ることができる。

実施の形態１２．
図２８は、この発明の実施の形態１２による回転電機１のロータ３の要部を示す断面図である。また、図２９は、図２８のロータ磁極部１４を示す上面図である。なお、図２８は、図２９のＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＶＩＩＩ線に沿った断面図となっている。磁極片１７は、ロータ３の軸線に対して垂直な仮想平面であるスキュー境界面Ｓ２を境界として連続する一対のスキュー部２１を有している。各スキュー部２１は、スキュー基準面Ｓ１を境界として連続する一対の対称部２２を有している。従って、磁極片１７には、一対のスキュー基準面Ｓ１と、一対のスキュー基準面Ｓ１間の中央位置に存在するスキュー境界面Ｓ２とが設定されている。

一対のスキュー部２１は、スキュー境界面Ｓ２に関して対称となっている。各スキュー部２１では、一対の対称部２２が、スキュー基準線Ｌ１に関して対称に形成され、かつスキュー基準面Ｓ１に関して非対称となっている。各スキュー部２１の構成は、実施の形態１と同様である。従って、ロータ３の径方向に沿って見たときの各対称部２２の形状は矩形状であり、一対の対称部２２の周方向両端部はロータ３の周方向について互いにずれている。また、各対称部２２の周方向両端部に形成された端面は、ロータ３の軸線方向に沿って形成されている。ロータ３の径方向に沿って磁極片１７を見たときには、図２９に示すように、各スキュー部２１における４つの対称部２２のうち、スキュー境界面Ｓ２に近い一方の２つの対称部２２同士と、スキュー境界面Ｓ２から離れた他方の２つの対称部２２同士とが、ロータ３の周方向について互いに逆方向へずれている。他の構成は実施の形態１と同様である。

このような回転電機１では、一対のスキュー部２１がスキュー境界面Ｓ２に関して対称となっており、各スキュー部２１では、一対の対称部２２が、スキュー基準線Ｌ１に関して対称に形成され、かつスキュー基準面Ｓ１に関して非対称となっているので、永久磁石１６から磁極片１７を通ってステータ２に流れる磁束のロータ３の周方向の位相を各スキュー部２１のそれぞれでずらすことができ、各スキュー部２１のそれぞれにおいてトルク波形を周方向にずらして重ね合わせることができる。これにより、トルクリップルの低減をさらに図ることができる。また、トルクを発生する力のうち、ロータ３の軸線方向成分であるスラスト力が各スキュー部２１によって生じるが、スラスト力の方向がスキュー境界面Ｓ２を境界として互いに逆方向となるので、スラスト力を打ち消すことができる。これにより、ロータ３を支える支持物（例えばベアリング７及びハウジング４等）にかかる力を抑制することができ、回転電機１の小形化を図ることができる。

実施の形態１３．
実施の形態１２では、ロータ３の径方向に沿って見たときの各対称部２２の周方向両端部にロータ３の軸線方向に沿った端面が形成されているが、各対称部２２の周方向両端部に形成された端面をロータ３の軸線方向に対してロータ３の周方向へ傾斜させてもよい。

即ち、図３０は、この発明の実施の形態１３による回転電機１のロータ３の要部を示す断面図である。また、図３１は、図３０のロータ磁極部１４を示す上面図である。なお、図３０は、図３１のＸＸＸ−ＸＸＸ線に沿った断面図となっている。一対のスキュー部２１は、スキュー境界面Ｓ２に関して対称となっている。各スキュー部２１では、一対の対称部２２が、スキュー基準線Ｌ１に関して対称に形成され、かつスキュー基準面Ｓ１に関して非対称となっている。各スキュー部２１の構成は、実施の形態９のスキュー部２１の構成と同様である。即ち、各対称部２２の周方向両端部には、ロータ３の軸線方向に対してロータ３の周方向へ傾斜する端面が形成されている。ロータ３の径方向に沿って磁極片１７を見たときには、図３１に示すように、各スキュー部２１における４つの対称部２２のうち、スキュー境界面Ｓ２に近い一方の２つの対称部２２同士と、スキュー境界面Ｓ２から離れた他方の２つの対称部２２同士とが、ロータ３の周方向について互いに逆方向へずれている。他の構成は実施の形態１２と同様である。

このように、対称部２２の周方向両端部に形成された端面をロータ３の軸線方向に対してロータ３の周方向へ傾斜させることにより各スキュー部２１を連続スキューとしても、スキュー境界面Ｓ２を境界としてロータ３に生じるスラスト力の方向を逆方向にすることができ、スラスト力を打ち消すことができる。これにより、回転電機１の小形化を図ることができる。また、各スキュー部２１を連続スキューとすることにより高次のトルクリップルの低減も図ることができる。

実施の形態１４．
図３２は、この発明の実施の形態１４による回転電機１のロータ３の要部を示す断面図である。また、図３３は、図３２のロータ磁極部１４を示す上面図である。なお、図３２は、図３３のＸＸＸＩＩ−ＸＸＸＩＩ線に沿った断面図となっている。一対のスキュー部２１は、スキュー境界面Ｓ２に関して対称となっている。各スキュー部２１では、一対の対称部２２が、スキュー基準線Ｌ１に関して対称に形成され、かつスキュー基準面Ｓ１に関して非対称となっている。各スキュー部２１の構成は、実施の形態１０のスキュー部２１の構成と同様である。即ち、各対称部２２のステータ２側の部分には、ロータ３の軸線方向に沿った溝５１が形成されている。また、溝５１は、スキュー基準線Ｌ１を通る対称部２２の中心線からロータ３の周方向へずれた位置に形成されている。さらに、スキュー部２１では、ロータ３の周方向について、一方の対称部２２の両端部が他方の対称部２２の両端部と同位置に存在している。ロータ３の径方向に沿って磁極片１７を見たときには、図３３に示すように、各スキュー部２１における４つの溝５１のうち、スキュー境界面Ｓ２に近い一方の２つの溝５１同士と、スキュー境界面Ｓ２から離れた他方の２つの溝５１同士とが、ロータ３の周方向について互いに逆方向へずれている。他の構成は実施の形態１２と同様である。

このように、各対称部２２のステータ２側の部分に溝５１をロータ３の軸線方向に沿って形成することによっても、磁極片１７を段スキューさせることができ、実施の形態１０と同様の効果を得ることができる。また、スキュー境界面Ｓ２を境界としてロータ３に生じるスラスト力の方向を逆方向にすることができ、スラスト力を打ち消すことができる。これにより、回転電機１の小形化を図ることができる。

実施の形態１５．
図３４は、この発明の実施の形態１５による回転電機１のロータ３の要部を示す断面図である。また、図３５は、図３４のロータ磁極部１４を示す上面図である。なお、図３４は、図３５のＸＸＸＩＶ−ＸＸＸＩＶ線に沿った断面図となっている。一対のスキュー部２１は、スキュー境界面Ｓ２に関して対称となっている。各スキュー部２１では、一対の対称部２２が、スキュー基準線Ｌ１に関して対称に形成され、かつスキュー基準面Ｓ１に関して非対称となっている。

各スキュー部２１の構成は、実施の形態１１のスキュー部２１の構成と同様である。即ち、各対称部２２のステータ２側の部分には、ロータ３の軸線方向に対してロータ３の周方向へ傾斜する溝５１が形成されている。各溝５１は、一対の対称部２２間及び一対のスキュー部２１間のそれぞれで連続している。さらに、スキュー部２１では、ロータ３の周方向について、一方の対称部２２の両端部が他方の対称部２２の両端部と同位置に存在している。ロータ３の径方向に沿って磁極片１７を見たときには、図３５に示すように、各スキュー部２１における４つの溝５１のうち、スキュー境界面Ｓ２に近い一方の２つの溝５１同士と、スキュー境界面Ｓ２から離れた他方の２つの溝５１同士とが、ロータ３の周方向について互いに逆方向へ傾斜しながらずれることにより、４つの溝５１が連続するＶ字状の溝が磁極片１７に形成されている。他の構成は実施の形態１２と同様である。

このように、各対称部２２のステータ２側の部分に溝５１をロータ３の軸線方向に対してロータ３の周方向へ傾斜させて形成することにより、磁極片１７を連続スキューさせることができ、実施の形態１１と同様の効果を得ることができる。また、スキュー境界面Ｓ２を境界としてロータ３に生じるスラスト力の方向を逆方向にすることができ、スラスト力を打ち消すことができる。これにより、回転電機１の小形化を図ることもできる。

実施の形態１６．
図３６は、この発明の実施の形態１６による回転電機１のロータ３の要部を示す断面図である。また、図３７は、図３６のロータ磁極部１４を示す上面図である。なお、図３６は、図３７のＸＸＸＶＩ−ＸＸＸＶＩ線に沿った断面図となっている。一対のスキュー部２１は、スキュー境界面Ｓ２に関して対称となっている。各スキュー部２１では、一対の対称部２２が、スキュー基準線Ｌ１に関して対称に形成され、かつスキュー基準面Ｓ１に関して非対称となっている。

各スキュー部２１の構成は、実施の形態６のスキュー部２１の構成と同様である。即ち、各対称部２２のステータ２側の部分には、第１のステータ対向面４１、第２のステータ対向面４２及び第３のステータ対向面４３と、第１及び第２のステータ対向面４１，４２間の境界に存在する稜線部４４と、第２及び第３のステータ対向面４２，４３間の境界に存在する谷線部４５とが形成されている。稜線部４４及び谷線部４５はいずれも、対称部２２の中心線よりもロータ３の周方向へずれた位置にロータ３の軸線方向に沿って形成されている。スキュー部２１では、ロータ３の周方向について、一方の対称部２２の両端部が他方の対称部２２の両端部と同位置に存在している。

ロータ３の径方向に沿って磁極片１７を見たときには、図３７に示すように、各スキュー部２１における４つの稜線部４４のうち、スキュー境界面Ｓ２に近い一方の２つの稜線部４４同士と、スキュー境界面Ｓ２から離れた他方の２つの稜線部４４同士とが、ロータ３の周方向について互いに逆方向へずれている。また、各スキュー部２１における４つの谷線部４５も、スキュー境界面Ｓ２に近い一方の２つの谷線部４５同士と、スキュー境界面Ｓ２から離れた他方の２つの谷線部４５同士とが、ロータ３の周方向について互いに逆方向へずれている。他の構成は実施の形態１２と同様である。

このように、各対称部２２のステータ２側の部分に稜線部４４及び谷線部４５をロータ３の軸線方向に沿って形成することによっても、磁極片１７を段スキューさせることができ、実施の形態６と同様の効果を得ることができる。また、スキュー境界面Ｓ２を境界としてロータ３に生じるスラスト力の方向を逆方向にすることができ、スラスト力を打ち消すことができる。これにより、回転電機１の小形化を図ることもできる。

実施の形態１７．
図３８は、この発明の実施の形態１７による回転電機１のロータ３の要部を示す断面図である。また、図３９は、図３８のロータ磁極部１４を示す上面図である。なお、図３８は、図３９のＸＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＸＶＩＩＩ線に沿った断面図となっている。磁極片１７は、スキュー基準面Ｓ１を境界として連続する一対の対称部２２を有している。一対の対称部２２は、スキュー基準線Ｌ１に関して対称に形成され、かつスキュー基準面Ｓ１に関しても対称となっている。従って、この例では、磁極片１７及び永久磁石１６がいずれもスキューされていない。この例では、ロータ３の径方向に沿って磁極片１７を見たときの各対称部２２の形状が矩形状となっている。

各磁極片１７の外周面の形状は、ロータ３の軸線を中心とする円弧状よりも曲率半径の小さい円弧状となっている。これにより、ステータ２の内周面５５と磁極片１７の外周面との間の空間の寸法は、ロータ３の周方向について磁極片１７の中心から両端部に向かって連続的に大きくなっている。他の構成は実施の形態１と同様である。

このように、ステータ２の内周面５５と磁極片１７の外周面との間の空間の寸法が、ロータ３の周方向について磁極片１７の中心から両端部に向かって連続的に大きくなっているので、上記の式（１）で表されるパーミアンスＡ（θ）の周方向角度θに対する分布を磁極の正弦波状に近づけることができ、磁束密度Ｂ（θ，ｔ）の高次成分を小さくすることができる。これにより、トルクリップルの低減をさらに図ることができる。

実施の形態１８．
上記実施の形態１〜１７による回転電機１をエレベータ用巻上機に適用してもよい。

即ち、図４０は、この発明の実施の形態１８による回転電機を適用したエレベータ用巻上機を示す縦断面図である。図において、エレベータ用巻上機は、実施の形態１と同様の回転電機であるモータ７１と、モータ７１の駆動力により回転される駆動シーブ７２とを有している。

駆動シーブ７２は、ベアリング７を介して支軸６に回転自在に支持されている。駆動シーブ７２は、ロータヨーク１３と一体に成形されている。この例では、駆動シーブ７２及びロータヨーク１３を構成する材料が鋳鉄とされている。駆動シーブ７２は、支軸６の軸線方向について、ステータ２の範囲から外れた位置に設けられている。駆動シーブ７２及びロータ３は、ステータコイル９への通電により、支軸６の軸線を中心に一体に回転される。駆動シーブ７２の外周面には、複数本の主索用溝７３が駆動シーブ７２の周方向に沿って設けられている。

かご及び釣合おもり（いずれも図示せず）を吊り下げる複数本の主索は、各主索用溝７３に沿って駆動シーブ７２に巻き掛けられる。かご及び釣合おもりは、駆動シーブ７２の回転により昇降路内を昇降される。

ロータ筒部１５の内側には、駆動シーブ７２及びロータ３に対して制動力を与えるブレーキ装置７４が設けられている。ブレーキ装置７４は、ロータ筒部１５に対してロータ３の径方向へ変位可能なブレーキシュー（図示せず）を有している。ブレーキ装置７４は、ブレーキシューをロータ筒部１５の内周面に接触させることにより駆動シーブ７２及びロータ３に制動力を与え、ブレーキシューをロータ筒部１５から離すことにより駆動シーブ７２及びロータ３に対する制動力を解除する。

このようなエレベータ用巻上機では、実施の形態１による回転電機がモータ７１として用いられているので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。即ち、永久磁石１６の減磁を抑制することができるとともに、モータ７１のトルクの向上及びコストの低減を図ることができ、エレベータ用巻上機の製造を容易にすることができる。

ここで、エレベータ用巻上機のロータ３の回転速度と鉄損との関係について説明する。エレベータ用巻上機に適用される回転電機１に発生する鉄損Ｗは、ヒステリシス損Ｗｈ及び渦損Ｗｅの和で表される。即ち、鉄損Ｗは、式（８）で表される。

また、ヒステリシス損Ｗ_hは、鉄損係数ｋ_h、磁極片１７等の磁性体に流れる磁束密度Ｂのｎｈ乗、ロータ３の電気角周波数ｆ、質量Ｍにそれぞれ比例する。さらに、渦損Ｗ_eは、鉄損係数ｋ_e、磁束密度Ｂのｎｅ乗、ロータ３の電気角周波数ｆのｎｆ乗、質量Ｍにそれぞれ比例する。従って、ヒステリシス損Ｗ_hは式（９）で表され、渦損Ｗ_eは式（１０）で表される。

式（８）〜式（１０）により、渦損Ｗｅが電気角周波数ｆのｎｆ乗に比例し、ｎｆの値が通常１．７〜２の値となることから、ロータ３の電気角周波数ｆが増加すると、渦損Ｗ_eが鉄損Ｗの中で支配的になることが分かる。

図４１は、図４０の磁極片１７に生じる鉄損が巻上機全体の鉄損に占める割合と、ロータ３の電気角周波数ｆとの関係を示すグラフである。図４１に示すように、巻上機のロータ３の回転速度を表す電気角周波数を約２６０［Ｈｚ］以下に抑制すれば、磁極片１７に発生する渦損が巻上機全体の鉄損に対して５０％を超えずに支配的にならない。従って、電気角周波数を約２６０［Ｈｚ］以下に抑制すれば、渦損の発生を抑制できるため、巻上機全体の温度上昇を抑制する必要がある場合に有利となる。また磁極片１７が、磁性板の積層体ではなく、同一の磁性材料で構成した単一片の場合でも、巻上機全体の温度上昇を抑制できるため、積層体でない単一の板材を塑性加工することにより磁極片１７を容易に作製することができる。また、図４１の巻上機全体の鉄損は回転電機１に発生する鉄損と等しいため、巻上機全体の鉄損を回転電機の鉄損に置き換えられることは言うまでもない。

なお、上記の例では、実施の形態１と同様の回転電機が巻上機のモータ７１とされているが、実施の形態２〜１７のいずれかと同様の回転電機を巻上機のモータ７１としてもよい。

また、実施の形態１〜１７では、磁極片１７の周方向寸法Ｗｙが永久磁石１６の周方向寸法Ｗｍよりも小さくはなっていないが、磁極片１７の周方向寸法Ｗｙを永久磁石１６の周方向寸法Ｗｍよりも小さくしてもよい（Ｗｙ＜Ｗｍ）。

また、実施の形態１〜１７では、磁極片１７の周方向寸法Ｗｙが永久磁石１６の周方向寸法Ｗｍよりも大きくなっている（Ｗｙ＞Ｗｍ）が、実施の形態２と同様に、磁極片１７の周方向寸法Ｗｙを永久磁石１６の周方向寸法Ｗｍとほぼ同一（完全同一を含む）にしてもよい（Ｗｙ＝Ｗｍ）。

また、実施の形態２及び４〜１７では、磁極片１７の外周面が円弧状の面とされているが、実施の形態３と同様に、磁極片１７の外周面を平面とすることにより磁極片１７の形状を平板状としてもよい。

また、実施の形態２〜３及び６〜１７では、実施の形態４又は５での一対の磁極片突起３１を磁極片１７に設けることにより、永久磁石１６に対する磁極片１７の周方向の位置決めを行ってもよい。

また、実施の形態１〜１６では、磁極片１７が同一の磁性材料で構成された単一片とされているが、これに限定されず、磁性材料でそれぞれ構成された複数の部分片を組み合わせて形成された複合片を磁極片１７としてもよい。

また、実施の形態１〜１７では、複数のロータヨーク突起１８がロータヨーク１３に設けられているが、各永久磁石１６がロータヨーク１３に対して位置ずれしないのであれば、ロータヨーク突起１８はなくてもよい。

また、実施の形態１〜１７では、ロータ３の外周を環状のステータ２が囲むインナロータ型の回転電機にこの発明が適用されているが、ステータ２の外周を環状のロータ３が囲むアウタロータ型の回転電機にこの発明を適用してもよい。

Claims (13)

1. ステータコアと、上記ステータコアに周方向へ並べられた複数のステータコイルとを有するステータ、及び
   径方向について上記ステータに対向するロータヨークと、上記ロータヨークにそれぞれ設けられ、上記ロータヨークと上記ステータとの間の空間で周方向について互いに間隔を置いて配置された複数のロータ磁極部とを有し、上記ステータに対して回転可能なロータ
   を備え、
   各上記ロータ磁極部は、上記ロータヨークの表面に設けられた永久磁石と、磁性材料により構成され、上記永久磁石の上記ステータ側の面に重なる磁極片とを有し、
   上記磁極片は、同一の磁性材料で構成された単一片である回転電機。
2. ステータコアと、上記ステータコアに周方向へ並べられた複数のステータコイルとを有するステータ、及び
   径方向について上記ステータに対向するロータヨークと、上記ロータヨークにそれぞれ設けられ、上記ロータヨークと上記ステータとの間の空間で周方向について互いに間隔を置いて配置された複数のロータ磁極部とを有し、上記ステータに対して回転可能なロータ
   を備え、
   各上記ロータ磁極部は、上記ロータヨークの表面に設けられた永久磁石と、磁性材料により構成され、上記永久磁石の上記ステータ側の面に重なる磁極片とを有し、
   上記磁極片は、上記ロータの軸線に対して垂直なスキュー基準面を境界として連続する一対の対称部を持つスキュー部を有し、
   上記一対の対称部は、上記ロータの軸線と上記スキュー基準面との交点を通り上記スキュー基準面上に存在する直線のうち、上記ロータの周方向についての上記永久磁石の中心を通る直線であるスキュー基準線に関して対称に形成され、かつ上記スキュー基準面に関して非対称となっている回転電機。
3. 上記スキュー部では、上記ロータの周方向について、一方の上記対称部の両端部が他方の上記対称部の両端部に対してずれている請求項２に記載の回転電機。
4. 上記スキュー部では、上記ロータの周方向について、一方の上記対称部の両端部が他方の上記対称部の両端部と同位置にある請求項２に記載の回転電機。
5. 上記対称部の断面形状は、上記ロータの軸線方向についてのどの位置でも同一である請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。
6. 上記対称部の上記ステータ側の部分には、第１のステータ対向面及び第２のステータ対向面と、上記第１のステータ対向面及び上記第２のステータ対向面間の境界に形成され、上記ロータの軸線方向に対して上記ロータの周方向へ傾斜する稜線部とが形成されている請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。
7. 上記対称部の上記ステータ側の部分には、上記ロータの軸線方向に対して上記ロータの周方向へ傾斜する溝が形成されている請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。
8. 上記磁極片は、上記ロータの軸線に対して垂直なスキュー境界面を境界として連続する一対の上記スキュー部を有し、
   一対の上記スキュー部は、上記スキュー境界面に関して対称となっている請求項２〜請求項７のいずれか一項に記載の回転電機。
9. 上記磁極片には、周方向について上記永久磁石を挟む一対の磁極片突起が設けられている請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の回転電機。
10. 上記磁極片突起は、上記ロータの軸線方向について、上記永久磁石の全範囲に亘って配置されている請求項９に記載の回転電機。
11. 上記磁極片と上記ステータとの間の空間の寸法は、上記ロータの周方向について上記磁極片の両端部に向かって連続的に大きくなっている請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の回転電機。
12. 上記ロータの回転速度である電気角周波数が２６０Ｈｚ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の回転電機。
13. 請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の回転電機であるモータ、及び
    上記モータの駆動力により回転される駆動シーブ
    を備えているエレベータ用巻上機。

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