JPWO2020021788A1 - 回転電機 - Google Patents

Abstract

回転電機１００は固定子１と回転子２とを備え、回転子２は、軸方向に積層された複数段のロータユニット２０１および２０２を有している。ロータユニット２０１および２０２のそれぞれは、一対の永久磁石２１と、１列以上のスリット２２ａおよび２２ｂとを有する。スリット２２ａおよび２２ｂは弧状形状を有して、弧状形状の両端は回転子２の外周側に配置されている。弧状形状の両端の位置と回転子２の回転軸中心とを結んだ２つの直線が成す角度を弧角としたとき、スリット２２ａの弧角および列数の少なくともいずれか一方が、少なくとも２つのロータユニット２０１および２０２間で互いに異なる。

Description

本発明は、回転子と固定子とを備えた回転電機に関する。

回転電機において、トルクリップルを低減させる手法としては、回転子の磁気中心角を、ステータの１スロット角度分だけ、回転方向にスキューさせる技術が一般的である。

しかしながら、回転子の磁気中心角をスキューさせると、回転位置における磁気抵抗差が小さくなってしまうため、出力トルクが低下してしまうという課題がある。

また、トルクリップルを低減させる別の手法として、回転子の非磁性領域の面積を積層方向に徐々に変化させることで、固定子に鎖交する磁石磁束の変化を緩やかにすることが提案されている。当該手法によれば、トルク変動を抑えることができるので、トルクリップルを低減することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２１９２９１号公報

上述したように、特許文献１の回転電機によれば、磁石磁束に由来するトルクリップルを低減させることができる。しかしながら、磁石磁束が低下してしまうため、結果として、出力トルクが低減してしまうという課題があった。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、トルクリップルを低減し、出力トルクの低減を抑えることができる回転電機を得ることを目的とする。

本発明に係る回転電機は、環状の固定子と、前記固定子の内側に設けられた回転子と
を備え、前記回転子は、軸方向に積層された複数段のロータユニットを有し、前記複数段のロータユニットのそれぞれは、一対の永久磁石と、前記一対の永久磁石間に径方向に１列以上配列されたスリットとを有し、前記スリットは、内径方向に突状の周方向に延びた弧状形状を有し、前記弧状形状の両端の位置と前記回転子の回転軸中心とを結んだ２つの直線が成す角度を、前記スリットの弧角としたとき、前記スリットの弧角および前記スリットの列数の少なくともいずれか一方が、少なくとも２つのロータユニット間で異なる。

本発明に係る回転電機によれば、トルクリップルを低減し、出力トルクの低減を抑えることができる。

本発明の実施の形態１に係る回転電機の全体の構成を示した断面図である。 本発明の実施の形態１に係る回転電機の構成を示した斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子の構成を示した斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子の１極分の構成を示した分解斜視図である。 図５に示した第１ロータユニットの部分断面図である。 図５に示した第２ロータユニットの部分断面図である。 本発明の実施の形態１に係る回転電機におけるトルク脈動を検証した解析結果のグラフを示した図である。 本発明の実施の形態２に係る回転電機の第１ロータユニットの部分断面図である。 本発明の実施の形態２に係る回転電機の第２ロータユニットの部分断面図である。 本発明の実施の形態２に係る回転電機の第１ロータユニットにおける固定子からの磁束の流れを表した図である。 本発明の実施の形態２に係る回転電機の第１ロータユニットにおける固定子からの磁束の流れを表した図である。 本発明の実施の形態２に係る回転電機の第２ロータユニットにおける固定子からの磁束の流れを表した図である。 本発明の実施の形態２に係る回転電機の第２ロータユニットにおける固定子からの磁束の流れを表した図である。 本発明の実施の形態３に係る回転電機の第１ロータユニットの部分断面図である。 本発明の実施の形態３に係る回転電機の第２ロータユニットの部分断面図である。 本発明の実施の形態４に係る回転電機の回転子の１極分の構成を示した分解斜視図である。 本発明の実施の形態５に係る回転電機の回転子の１極分の構成を示した分解斜視図である。 本発明の実施の形態６に係る回転電機の第１ロータユニットの部分断面図である。 本発明の実施の形態６に係る回転電機の第２ロータユニットの部分断面図である。 本発明の実施の形態７に係る回転電機の構成を示した図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施の形態７に係る回転電機の第１ロータユニットの部分断面図である。 本発明の実施の形態７に係る回転電機の第２ロータユニットの部分断面図である。 本発明の実施の形態８に係る回転電機の回転子の１極分の構成を示した分解斜視図である。 本発明の実施の形態８に係る回転電機の回転子の１極分の構成を示した分解斜視図である。

以下、図面を用いて、本発明に係る回転電機の実施の形態について説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る回転電機の全体の構成を示した断面図である。図２は、図１に示した回転電機の斜視図である。但し、図２においては、図１のハウジング９Ａおよび９Ｂ、支軸４などのいくつかの構成要素については図示を省略している。図３は、図１のＡ−Ａ断面図である。

なお、実施の形態１では、回転電機１００として、８極４８スロットの分布巻き方式の３相の永久磁石式回転電機を例に挙げて説明する。

図１〜図３に示すように、回転電機１００は、環状の固定子１と、固定子１の内側に配置された円柱状の回転子２とを備えて構成されている。固定子１の内周面と回転子２の外周面との間には空隙が設けられている。また、図２に示すように、回転子２の中央部分には、支軸挿入孔２５０が設けられている。支軸挿入孔２５０は、回転子２の軸方向を貫通する貫通穴である。支軸４は、支軸挿入孔２５０内に挿入される。支軸４は、回転子２に固定される。

図１に示すように、支軸４の軸方向の両端の外周面には、２個のベアリング５が嵌め合わされている。各ベアリング５の外周面と第１ハウジング９Ａの内周面とが互いに嵌め合わされることで、各ベアリング５は第１ハウジング９Ａに保持されている。これにより、支軸４は、第１ハウジング９Ａにより支持される。

図１に示すように、固定子１は、固定子鉄心１０と固定子コイル１２とを備えて構成されている。固定子鉄心１０は、電機子鉄心から構成される。固定子鉄心１０の外周面と第２ハウジング９Ｂの内周面とが嵌め合わされることで、固定子１は第２ハウジング９Ｂに固定されている。なお、第１ハウジング９Ａと第２ハウジング９Ｂとで、回転電機１００の筐体としてのハウジングが構成される。

以上の構成によって、回転子２は、支軸４により、固定子１に対して相対的に回転自在に支持されている。回転子２は、支軸４を中心にして回転する。以下では、支軸４の軸方向の中心線を回転軸Ｘと呼ぶこととする。

次に、図３を用いて、固定子１の固定子鉄心１０の構成について説明する。固定子鉄心１０は、円環状のコアバック部１０１と、コアバック部１０１から回転子２側に突出した４８個のティース１０３と、ティース１０３間に形成された４８個のスロット１０２とを備えて構成されている。ティース１０３は、固定子鉄心１０の内周に沿って、周方向に間隔を空けて配置されている。ティース１０３は、例えば等間隔で、配置される。固定子鉄心１０は、渦電流を低減する目的で、同一形状の複数枚の固定子鉄心シートを軸方向に積層されて構成されている。固定子鉄心シートは、電磁鋼板から、同一形状で打ち抜かれて形成される。固定子鉄心１０の各ティース１０３の先端部は、空隙を介して、回転子２の外周面と対向している。固定子コイル１２は、４８個の巻線から構成されている。４８個の巻線は、スロット１０２内に収められている。各巻線は、分布巻き方式で、固定子鉄心１０に巻き付けられている。分布巻き方式とは、巻線が、複数のティース１０３に跨って巻き付けられる方式である。固定子コイル１２は、１相当たり１６個の巻線から構成されている。従って、固定子コイル１２は、３相分の計４８個の巻線から構成されている。４８個の巻線は結線されている。各巻線は、図示しない電力変換器であるインバータに接続されている。インバータから固定子コイル１２に対して三相の交流電流を通電することによって、回転磁界が固定子１から空隙に対して発生し、それにより、回転子２にトルクが発生する。

図４は、本実施の形態１に係る回転子２の全体図である。図４に示すように、回転子２は、第１ロータユニット２０１と、第２ロータユニット２０２とを備えて構成されている。第１ロータユニット２０１の上に、第２ロータユニット２０２が積層されている。第１ロータユニット２０１と第２ロータユニット２０２とは、外形寸法が同じである。

回転子２は、後述するように、８対の永久磁石２１を有している。８対の永久磁石は、それぞれ、磁極を形成する。そのため、回転子２は、８個の磁極を有することになる。回転子２の８個の磁極の中心角は均等である。従って、本実施の形態１では、８個の磁極の中心角は、それぞれ、４５度になる。図５は、本実施の形態１に係る回転子２の８個の磁極のうちの１つの磁極部分を示した分解斜視図である。図５に示すように、１つの磁極を構成する第１ロータユニット２０１と第２ロータユニット２０２とは、基本的に同じ構成を有しているが、後述するスリット２２ａおよび２２ｂの構成が異なっている。以下の説明においては、「２２ａ」および「２２ｂ」のように、第１ロータユニット２０１と第２ロータユニット２０２とにおいて対応する構成要素については、同一の数字にアルファベットの小文字を続けた表記で示す。

図６は、図５に示した第１ロータユニット２０１の断面形状を示す図である。従って、図６は、回転子２の８個の磁極のうちの１つの磁極部分を示している。なお、図６は、第１ロータユニット２０１の軸方向に対して垂直な平面に沿った断面を示している。回転子２の８個の磁極は同じ構成を有しているので、以下では、１つの磁極部分の構成についてのみ説明する。図６に示すように、第１ロータユニット２０１は、各磁極ごとに、一対の永久磁石２１ａと、一対の永久磁石２１ａの間に形成されたスリット２２ａと、一対のフラックスバリア２３ａとを備えて構成されている。

一対の永久磁石２１ａは、磁石挿入孔２４ａに挿入されて固定されている。ここで、一対の永久磁石２１ａが形成する磁極の中心線をｄ軸６０と呼ぶこととする。一対の永久磁石２１ａは、ｄ軸６０に対して線対称になるように、Ｖ字状に配置されている。具体的には、一対の永久磁石２１ａ間の距離は、回転子２の中心から外周に向かって、徐々に増加している。但し、一対の永久磁石２１ａは、互いに離間しており、接触はしていない。また、一対の永久磁石２１ａ間には、周方向に延びた３列のスリット２２ａが形成されている。各スリット２２ａは、内側に向かって湾曲した弧状形状を有するスリットである。孤状形状のスリット２２ａの開口は、固定子１の内周面に対向している。３列のスリット２２ａは、同心円状に配置されている。各スリット２２ａは、ｄ軸６０を中心に線対称の形状になるように形成されている。また、各スリット２２ａは、内径側が突状になっている。すなわち、各スリット２２ａは、弧状形状の両端部が回転子２の外周側に配置され、弧状形状の中央部分が両端部よりも回転子２の中心側になるように、配置されている。また、３列のスリット２２ａのうち、回転子２の最も外周側に設けられているスリット２２ａの周方向の長さが最も短く、回転子２の最も中心側に設けられているスリット２２ａの周方向の長さが最も長い。ただし、３列のスリット２２ａの幅は同じである。また、回転子２の外周部分には、一対のフラックスバリア２３ａが設けられている。それぞれのフラックスバリア２３ａは、永久磁石２１ａの磁石挿入孔２４ａに連結するように形成されている。

ここで、図３に示す回転子２の断面と回転軸Ｘとの交点を、回転軸中心Ｏと呼ぶこととする。図６では、回転軸中心Ｏが図示されていないが、スリット２２ａの両端部の最も外側の位置と回転軸中心Ｏとをそれぞれ結んだ２つの直線間の角度を「弧角」と定義する。このとき、図６に示すように、３列のスリット２２ａの各弧角が、それぞれ、弧角θ１、θ２およびθ３となるように、各スリット２２ａは配置される。また、フラックスバリア２３ａの外周側の両端部の最も内側の位置と回転軸中心Ｏとを結んだ直線間の角度を、「一対のフラックスバリアが成す角度」と定義する。このとき、図６に示すように、一対のフラックスバリア２３ａが成す角度がθｍとなるように、一対のフラックスバリア２３ａは形成されている。

また、図７は、図５に示した第２ロータユニット２０２の断面形状を示す図である。従って、図７は、回転子２の８個の磁極のうちの１つの磁極部分を示している。なお、図７は、第２ロータユニット２０２の軸方向に対して垂直な平面に沿った断面を示している。第２ロータユニット２０２は、図７に示すように、各磁極ごとに、一対の永久磁石２１ｂと、一対の永久磁石２１ｂの間に形成されたスリット２２ｂと、フラックスバリア２３ｂとを備えて構成されている。

一対の永久磁石２１ｂは、磁石挿入孔２４ｂに挿入されて固定されている。ここで、一対の永久磁石２１ｂが形成する磁極の中心線をｄ軸６０と呼ぶこととする。一対の永久磁石２１ｂは、ｄ軸６０に対して線対称になるように、Ｖ字状に配置されている。具体的には、一対の永久磁石２１ｂ間の距離は、回転子２の中心から外周に向かって、徐々に増加している。但し、一対の永久磁石２１ｂは、互いに離間しており、接触はしていない。また、一対の永久磁石２１ｂ間には、２列のスリット２２ｂが形成されている。各スリット２２ｂは、内側に湾曲した弧状形状を有するスリットである。孤状形状のスリット２２ｂの開口は、固定子１の内周面に対向している。２列のスリット２２ｂは、同心円状に配置されている。各スリット２２ｂは、ｄ軸６０を中心に線対称の形状になるように形成されている。また、各スリット２２ｂは、内径側が突状になっている。すなわち、各スリット２２ｂは、弧状形状の両端部が回転子２の外周側で、弧状形状の中央部分が両端部よりも回転子２の中心側になるように、配置されている。また、各スリット２２ｂは、弧状形状の両端部が回転子２の外周側で、弧状形状の中央部分が両端部よりも中心側になるように、配置されている。また、２列のスリット２２ｂのうち、回転子２の最も外周側に設けられているスリット２２ｂの周方向の長さが最も短く、回転子２の最も中心側に設けられているスリット２２ｂの周方向の長さが最も長い。ただし、２列のスリット２２ｂの幅は同じである。また、回転子２の外周部分には、一対のフラックスバリア２３ｂが設けられている。それぞれのフラックスバリア２３ｂは、永久磁石２１ｂの磁石挿入孔２４ｂに連結するように形成されている。

ここで、上述したように、図３に示すように、回転子２の回転軸Ｘが通る回転軸中心を、回転軸中心Ｏと呼ぶこととする。図７では、回転軸中心Ｏが図示されていないが、スリット２２ｂの両端部の最も外側の位置と回転軸中心Ｏとをそれぞれ結んだ直線間の角度を「弧角」と定義する。このとき、図７に示すように、２列のスリット２２ｂの各弧角が、それぞれ、弧角θ’１およびθ’２となるように、各スリット２２ｂは配置される。また、フラックスバリア２３ｂの回転子２の外周側の両端部の最も内側の位置と、回転軸中心Ｏとを結んだ直線間の角度がθｍとなるように、一対のフラックスバリア２３ｂは形成されている。

なお、ここで、図６および図７において、弧角θ１、θ２、θ３、θ’１およびθ’２を、スリット２２ａおよび２２ｂの両端の最も外側の位置と回転軸中心Ｏとを結ぶ直線間の角度としているが、その場合に限らず、スリット２２ａおよび２２ｂの両端の最も内側の位置と回転軸中心Ｏとを結ぶ直線間の角度としてもよい。また、同様に、角度θｍを、フラックスバリア２３ａおよび２３ｂの両端の最も内側の位置と回転軸中心Ｏとを結ぶ直線間の角度としているが、その場合に限らず、フラックスバリア２３ａおよび２３ｂの両端の最も外側の位置と回転軸中心Ｏとを結ぶ直線間の角度としてもよい。さらに、本実施の形態１では、フラックスバリア２３ａおよび２３ｂの両端の位置を用いて角度θｍを定義したが、その場合に限らず、永久磁石２１ａおよび２１ｂの両端の位置を用いて角度θｍを定義するようにしてもよい。

このように、軸方向に隣り合った第１ロータユニット２０１と第２ロータユニット２０２間で、スリット２２ａおよびスリット２２ｂの弧角および列数が異なる。これにより、第１ロータユニット２０１の磁石磁束の通る磁路と、第２ロータユニット２０２の磁石磁束の通る磁路とが異なる。従って、本実施の形態１では、ロータユニット２０１および２０２間で、永久磁石２１ａおよび２１ｂの磁束が互いに異なる。

なお、本実施の形態１では、第１ロータユニット２０１および第２ロータユニット２０２において、スリット２２ａおよびスリット２２ｂ間で、弧角と列数の両方が異なる場合を示したが、その場合に限らず、弧角と列数の少なくともいずれか一方が異なっていればよい。

一方、一対の永久磁石２１ａを挿入する磁石挿入孔２４ａおよび一対の永久磁石２１ｂを挿入する磁石挿入孔２４ｂの形状および位置は、第１ロータユニット２０１および第２ロータユニット２０２で同一である。また、一対の永久磁石２１ａおよび一対の永久磁石２１ｂの形状も、第１ロータユニット２０１および第２ロータユニット２０２で同一である。

以下、本実施の形態１に係る回転電機１００から得られる効果について説明する。電磁力Ｆは、下記の（１）式に示す通り、空隙磁束密度Ｂの２乗に比例し、磁束密度は空間高調波次数ｋ、時間高調波次数νの関数として表すことが出来る。ここで、θは周方向位置、ｔは時間、ωは角周波数とする。また、Ａ（ｋ，ν）は高調波空間次数および高調波時間次数に対する振幅を表し、φ（ｋ，ν）は高調波空間次数および高調波時間次数に対する位相を表すこととする。

さらに、空隙磁束密度Ｂは、回転子２のパーミアンスと永久磁石２１ａおよび２１ｂの起磁力との乗算結果に基づいて計算される。パーミアンスは磁気抵抗の粗密である。スリット２２ａおよび２２ｂおよびフラックスバリア２３ａおよび２３ｂの弧角および個数に応じて、回転子２のパーミアンス高調波成分の振幅と位相が変化する。その結果、空隙磁束密度の振幅Ａ（ｋ，ν）と位相φ（ｋ，ν）とが変化する。ここで、トルクリップルは、空間次数０次、時間次数ν次で表現できる電磁力Ｆの一つの形態である。そのため、スリット２２ａおよび２２ｂおよびフラックスバリア２３ａおよび２３ｂの弧角と個数とに影響を受けて、振幅と位相とが変化するといえる。

さらに、永久磁石式回転電機において、起磁力とパーミアンスとの乗算結果が、空隙磁束密度Ｂに与える影響は大きい。そのため、磁石磁束の通る磁路が異なるように、スリット２２ａおよび２２ｂおよびフラックスバリア２３ａおよび２３ｂの形状を変えることで、トルクリップルの振幅と位相とを変えることが出来る。また、スリット２２ａおよび２２ｂを円弧状のスリットにすることで、磁束が流れにくいｄ軸と、磁束の流れやすいｄ軸に垂直なｑ軸とを形成することができる。その結果、リラクタンストルクを増加させる役割を担っている。

図８は、本実施の形態１に係る回転電機１００について、有限要素法により解析したトルクの変化を示している。横軸は電気角を示し、縦軸はトルクを示す。また、図８において、実線８０は第１ロータユニット２０１に発生するトルク脈動を示し、破線８１は第２ロータユニット２０２に発生するトルク脈動を示し、一点鎖線８２は第１ロータユニット２０１と第２ロータユニット２０２とを組み合わせた回転子２に発生するトルク脈動を示す。第１ロータユニット２０１と第２ロータユニット２０２において、同様の電流条件で発生している或る次数のトルク脈動は、それぞれ、振幅と位相とが異なる。そこで、第１ロータユニット２０１および第２ロータユニット２０２のトルク脈動の特定の次数の振幅が同等で、且つ、位相が反転するように、軸長比を設定することで、ロータユニット全体として電気角平均トルクは落とすことなく、トルクリップルを相殺することが出来る。ここで，軸長比とは各ロータユニットの高さの比である。

なお、上記の説明においては、スリット２２ａとスリット２２ｂとが弧状形状を有するスリットであると説明したが、その場合に限定されない。スリット２２ａとスリット２２ｂとは、周方向に拡がったＵ字形状で、且つ、内径側が突状であればよいため、３つ以上の直線を組み合わせた形状でもよく、３つ以上の曲線を組み合わせた形状でもよく、あるいは、１つの円弧から構成されていてもよい。

以上のように、本実施の形態１においては、回転子２が、軸方向に積層された２段のロータユニット、すなわち、第１ロータユニット２０１と第２ロータユニット２０２とを有している。第１ロータユニット２０１および第２ロータユニット２０２のそれぞれは、一対の永久磁石２１ａおよび２１ｂと、一対の永久磁石２１ａおよび２１ｂ間のそれぞれに設けられた弧状形状の１列以上のスリット２２ａおよび２２ｂとを有している。このとき、スリット２２ａおよび２２ｂの弧状形状の両端の位置と回転子２の回転軸中心Ｏとを結んだ２つの直線が成す角度を弧角としたとき、スリット２２ａおよび２２ｂの弧角およびスリット２２ａおよび２２ｂの列数の少なくともいずれか一方が、軸方向に隣り合う第１ロータユニット２０１および第２ロータユニット２０２間で互いに異なる。当該構成により、ロータユニット毎に発生するトルクリップルの位相が異なるため、回転子２全体としてみたときのトルクリップルを相殺することができる。これにより、トルクリップルを低減することができる。また、本実施の形態１においては、回転子２にスキューを施していないため、出力トルクが低減することはなく、出力トルクの低減を抑えることができる。さらに、本実施の形態１では、スリットの磁石磁束およびフラックスバリアの磁石磁束を考慮しているため、磁石磁束の低減によるトルク出力の低減も抑えることができる。

実施の形態２．
図９および図１０は、本発明の実施の形態２に係る回転電機の第１ロータユニット２０１および第２ロータユニット２０２の断面図である。図９および図１０は、上記の図６および図７と同様に、回転子２の８個の磁極のうちの１つの磁極部分を示している。なお、図９は、第１ロータユニット２０１の軸方向に対して垂直な平面に沿った断面を示している。また、図１０は、第２ロータユニット２０２の軸方向に対して垂直な平面に沿った断面を示している。

上記の実施の形態１と本実施の形態２との違いについて説明する。

上記の実施の形態１では、第１ロータユニット２０１のスリット２２ａが３列、第２ロータユニット２０２のスリット２２ｂが２列だったが、本実施の形態２では、第１ロータユニット２０１のスリット２２ｃ、および、第２ロータユニット２０２のスリット２２ｄが、共に、１列ずつである。

また、上記の実施の形態１では、３列のスリット２２ａおよび２列のスリット２２ｂの幅がすべて同じであったが、本実施の形態２では、スリット２２ｃの幅とスリット２２ｄの幅とが異なる。具体的には、スリット２２ｃの幅が、スリット２２ｄの幅よりも大きい。

他の構成については、実施の形態１と同じであるため、ここでは説明を省略する。

以下、本実施の形態２について詳細に説明する。

図９に示すように、第１ロータユニット２０１は、上記の実施の形態１と同様に、一対の永久磁石２１ｃと、スリット２２ｃと、一対のフラックスバリア２３ｃとを備えて構成されている。また、図１０に示すように、第２ロータユニット２０２は、上記の実施の形態１と同様に、一対の永久磁石２１ｄと、スリット２２ｄと、一対のフラックスバリア２３ｄとを備えて構成されている。

第１ロータユニット２０１のスリット２２ｃの弧角はθ１である。一方、第２ロータユニット２０２のスリット２２ｄの弧角はθ２である。ここで、弧角θ１は、弧角θ２より大きい。また、上述したように、スリット２２ｃの幅は、スリット２２ｄの幅より大きい。ここで、スリット２２ｃおよび２２ｄの回転子２の外周部に位置する端部を「外周部端部」と呼ぶこととする。スリット２２ｃおよび２２ｄの外周部端部の縁は、回転子２の外周に沿って配置されている。このとき、スリット２２ｃの外周部端部の幅を示す周方向距離ｗ１は、スリット２２ｄの外周部端部の幅を示す周方向距離ｗ２より大きい。なお、上記の説明においては、スリット２２ｃの幅が、全体的に、スリット２２ｄの幅より大きいと説明した。しかしながら、その場合に限らず、少なくとも、スリット２２ｃの外周部端部の幅が、スリット２２ｄの外周部端部の幅より大きければよい。

図１１および図１２は、本実施の形態２における、第１ロータユニット２０１の時刻ｔ＝Ｔ₁および時刻ｔ＝Ｔ₂における固定子１からの磁束の流れの一部を示した図である。図１１および図１２において、矢印の上に記載された表記「×」は、磁束の流れがスリット２２ｃに遮られていることを示す。

図１３および図１４は、本実施の形態２における、第２ロータユニット２０２の時刻ｔ＝Ｔ₁および時刻ｔ＝Ｔ₂における固定子１からの磁束の流れの一部を示した図である。図１４において、矢印の上に記載された表記「△」は、磁束の流れがスリット２２ｄによって完全には遮られていない状態を示す。

まず、第１ロータユニット２０１を示している図１１と図１２を比較する。時刻ｔ＝Ｔ₁の図１１においては、２つの矢印のうちの右側の方に「×」の表記がある。一方、時刻ｔ＝Ｔ₂の図１２においては、２つの矢印のうちの左側の方に「×」の表記がある。従って、スリット２２ｃが固定子１からの磁束を遮るタイミングが位置によって異なることがわかる。

次に、同一時刻ｔ＝Ｔ₁の図１１のスリット２２ｃと図１３のスリット２２ｄとを比較する。図１１のスリット２２ｃにおいては、２つの矢印のうちの１つに「×」の表記があり、磁束の流れがスリット２２ｃに遮られていることが分かる。一方、図１３のスリット２２ｄにおいては、２つの矢印の両方に「×」の表記はなく、従って、磁束の流れがスリット２２ｄによって遮られていないことがわかる。

同様に、別の同一時刻ｔ＝Ｔ₂の図１２のスリット２２ｃと図１４のスリット２２ｄとを比較する。図１２のスリット２２ｃにおいては、２つの矢印のうちの１つに「×」の表記があり、磁束の流れがスリット２２ｃに遮られていることが分かる。一方、図１４のスリット２２ｄにおいては、２つの矢印のうちの一方に「△」の表記があり、磁束の流れがスリット２２ｄによって完全には遮られていないことがわかる。

このように、時刻ｔ＝Ｔ₁および時刻ｔ＝Ｔ₂のいずれにおいても、第１ロータユニット２０１のスリット２２ｃの方が、第２のロータユニット２０２のスリット２２ｄよりも、固定子１からの磁束の流れを効率よく遮っていることがわかる。その理由は、スリット２２ｃの外周部端部の周方向距離ｗ１の方が、スリット２２ｄの外周部端部の周方向距離ｗ２より大きいことに起因する。すなわち、スリットは、外周部端部の周方向距離が大きくなるにつれて、固定子１からの磁束の流れを効率よく遮るようになる。

以上のように、スリット２２ｃおよび２２ｄの外周側端部の周方向距離を変えることで、固定子１からの磁束が妨げられるタイミングを変えることができる。そこで、本実施の形態２では、スリット２２ｃおよび２２ｄの外周側端部の周方向距離ｗ１およびｗ２を異なる値に設定している。このように、スリット２２ｃおよび２２ｄの外周側端部の周方向距離ｗ１およびｗ２を、適宜、適切な値に設定することにより、第１ロータユニット２０１および第２ロータユニット２０２毎に発生するトルクリップルの位相を適宜調整することが出来る。

以上のように、本実施の形態２においては、弧状形状のスリット２２ｃおよび２２ｄの外周部端部の周方向距離ｗ１およびｗ２が、軸方向に隣り合う第１ロータユニット２０１および第２ロータユニット２０２間で互いに異なる。そのため、ロータユニット毎に発生するトルクリップルの位相が異なるため、回転子２全体としてみたとき、トルクリップルを相殺することができる。その結果、トルク出力の低減を抑えながら、トルクリップルを低減させることができる。

実施の形態３．
図１５および図１６は、本発明の実施の形態３に係る回転電機の第１ロータユニット２０１および第２ロータユニット２０２の断面図である。図１５および図１６は、上記の図６および図７と同様に、回転子２の８個の磁極のうちの１つの磁極部分を示している。なお、図１５は、第１ロータユニット２０１の軸方向に対して垂直な平面に沿った断面を示している。また、図１６は、第２ロータユニット２０２の軸方向に対して垂直な平面に沿った断面を示している。

上記の実施の形態１および２と本実施の形態３との違いについて説明する。

上記の実施の形態１では、第１ロータユニット２０１の一対のフラックスバリア２３ａが成す角度θｍと第２ロータユニット２０２の一対のフラックスバリアが成す角度θｍとが同じであった。しかしながら、本実施の形態３では、第１ロータユニット２０１の一対のフラックスバリア２３ｅが成す角度θｍ１と第２ロータユニット２０２の一対のフラックスバリア２３ｆが成す角度θｍ２とが異なる。

また、上記の実施の形態１では、第１ロータユニット２０１のスリット２２ａが３列、第２ロータユニット２０２のスリット２２ｂが２列だったが、本実施の形態３では、第１ロータユニット２０１のスリット２２ｅ、および、第２ロータユニット２０２のスリット２２ｆが、共に、１列ずつである。

また、上記の実施の形態２では、第１ロータユニット２０１のスリット２２ｃの幅と第２ロータユニット２０２のスリット２２ｄの幅とが異なっていた。しかしながら、本実施の形態３では、第１ロータユニット２０１のスリット２２ｅの幅と第２ロータユニット２０２のスリット２２ｆの幅とが同じである。

他の構成については、実施の形態１または２と同じであるため、ここでは説明を省略する。

以下、本実施の形態３について詳細に説明する。

図１５に示すように、第１ロータユニット２０１は、上記の実施の形態１と同様に、一対の永久磁石２１ｅと、スリット２２ｅと、一対のフラックスバリア２３ｅとを備えて構成されている。また、図１６に示すように、第２ロータユニット２０２は、一対の永久磁石２１ｆと、スリット２２ｆと、一対のフラックスバリア２３ｆとを備えて構成されている。

上述したように、本実施の形態３では、第１ロータユニット２０１の一対のフラックスバリア２３ｅが成す角度θｍ１と第２ロータユニット２０２の一対のフラックスバリア２３ｆが成す角度θｍ２とが異なっている。また、本実施の形態３では、第１ロータユニット２０１のスリット２２ｅの弧角θ１は、第２ロータユニット２０２のスリット２２ｆの弧角θ２と異なる。

その結果、回転子２の外周側を通る磁束の磁路が異なる。そのため、固定子１からの磁束の通り方が、第１ロータユニット２０１および第２ロータユニット２０２毎に異なる。その結果、発生するトルクリップルの脈動を減らすことが出来る。

以上のように、本実施の形態３においては、第１ロータユニット２０１の一対のフラックスバリア２３ｅが成す角度θｍ１と第２ロータユニット２０２の一対のフラックスバリア２３ｆが成す角度θｍ２とが異なっている。また、本実施の形態３では、第１ロータユニット２０１のスリット２２ｅの弧角θ１は、第２ロータユニット２０２のスリット２２ｆの弧角θ２と異なる。そのため、ロータユニット毎に発生するトルクリップルの位相が異なるため、回転子２全体としてみたとき、トルクリップルを相殺することができる。その結果、トルク出力の低減を抑えながら、トルクリップルを低減させることができる。

実施の形態４．
図１７は、本発明の実施の形態４に係る回転子２の分解斜視図である。図１７は、回転子２の８個の磁極のうちの１つの磁極部分を示している。図１７に示すように、本実施の形態４においては、回転子２は、３段のロータユニットを備えて構成されている。他の構成については、実施の形態１と同じである。

図１７に示すように、３段のロータユニットのうち、下から数えて、１段目と３段目のロータユニットは同様の形状であり、１段目と２段目のロータユニットの形状が異なる。具体的には、例えば、１段目と３段目のロータユニットを、上記の実施の形態１で示した第２ロータユニット２０２で構成し、２段目のロータユニットを、上記の実施の形態１で示した第１ロータユニット２０１で構成する。このように、複数段のロータユニットを、第１ロータユニット２０１と第２ロータユニット２０２の２種類から構成し、第１ロータユニット２０１と第２ロータユニット２０２とを交互に積層させる。

回転子２の回転軸の軸方向の位置に応じて、発生するトルクリップルの位相が変化する。具体的には、回転子２の回転軸両端と中央部分とではトルクリップルの位相が逆位相になる。そのため、回転子２を３段のロータユニットで構成し、且つ、２段目のロータユニットだけを異なる構成にすることにより、回転子２の回転軸Ｘを、回転軸Ｘに対して垂直な方向に曲げるように発生する振動のモードを変えることが出来る。そのため、回転子２の共振周波数のモードと一致しないように３段のロータユニットを用いて回転子２を設計することで、振動・騒音を低減することが出来る。

以上のように、本実施の形態４においては、回転子２を、３段のロータユニットで構成している。また、第１ロータユニット２０１と第２ロータユニット２０２とが交互に積層されている。これにより、ロータユニット毎に発生するトルクリップルの位相が異なるため、回転子２全体としてみたとき、トルクリップルを相殺することができる。そのため、トルクリップルを低減することができる。また、各ロータユニットで発生する電磁力が異なるため、回転軸の高さ方向でみたとき、回転軸Ｘを変形させる共振周波数のモードを変えることができ、振動・騒音を減らすことができる。

なお、本実施の形態４においては、３段のロータユニットを積層する例について説明したが、奇数個であれば、任意の段数にしてもよい。その場合においても、同様の効果が得られることはいうまでもない。

また、本実施の形態４においては、２段目のロータユニットを、１段目および３段目のロータユニットと異なる構成にした。また、この場合に限定されず、３段目のロータユニットを、１段目および２段目のロータユニットと異なる構成にしてもよく、あるいは、１段目のロータユニットを、２段目および３段目のロータユニットと異なる構成にしてもよい。さらに、ロータユニットを３種類にして、１段目のロータユニット、２段目のロータユニット、および、３段目のロータユニットの全てが互いに異なる構成にしてもよい。このように、本実施の形態４においては、少なくとも２つのロータユニット間で、スリットの弧角およびスリットの列数の少なくともいずれか一方が異なるようにすればよい。

実施の形態５．
図１８は、本発明の実施の形態５に係る回転子２の分解斜視図である。図１８は、回転子２の８個の磁極のうちの１つの磁極部分を示している。図１８に示すように、本実施の形態４においては、回転子２は、４段のロータユニットを備えて構成されている。他の構成については、実施の形態１と同じである。

図１８に示すように、４段のロータユニットのうち、下から数えて、１段目と３段目のロータユニットは同様の形状であり、２段目と４段目のロータユニットは同様の形状である。但し、１段目と２段目のロータユニットの形状は異なる。具体的には、例えば、１段目と３段目のロータユニットを、上記の実施の形態１で示した第２ロータユニット２０２で構成し、２段目と４段目のロータユニットを、上記の実施の形態１で示した第１ロータユニット２０１で構成する。このように、複数段のロータユニットを、第１ロータユニット２０１と第２ロータユニット２０２の２種類から構成し、第１ロータユニット２０１と第２ロータユニット２０２とを交互に積層させる。

回転子２の回転軸の軸方向の位置に応じて、発生するトルクリップルの位相が変化する。具体的には、回転子２の回転軸両端と中央部分とではトルクリップルの位相が逆位相になる。そのため、回転子２を４段のロータユニットで構成し、且つ、２段目および４段目のロータユニットだけを異なる構成にすることにより、回転子２の回転軸を、回転軸に対して垂直な方向に曲げるように発生する振動のモードを変えることが出来る。そのため、回転子２の共振周波数のモードと一致しないように４段のロータユニットを用いて回転子２を設計することで、振動・騒音を低減することが出来る。

以上のように、本実施の形態５においては、回転子２を、４段のロータユニットで構成している。また、第１ロータユニット２０１と第２ロータユニット２０２とが交互に積層されている。これにより、ロータユニット毎に発生するトルクリップルの位相が異なるため、回転子２全体としてみたとき、トルクリップルを相殺することができる。そのため、トルクリップルを低減することができる。また、各ロータユニットで発生する電磁力が異なるため、回転軸の高さ方向でみたとき、回転軸Ｘを変形させる共振周波数のモードを変えることができ、振動・騒音を減らすことができる。

なお、本実施の形態５においては、４段のロータユニットを積層する例について説明したが、偶数個であれば、任意の段数にしてもよい。その場合においても、同様の効果が得られることはいうまでもない。

また、本実施の形態５においては、第１ロータユニット２０１と第２ロータユニット２０２とが交互に積層されている場合について説明した。しかしながら、この場合に限定されず、例えば、下から順に、第１ロータユニット２０１、第２ロータユニット２０２、第２ロータユニット２０２、および、第１ロータユニット２０１のように積層してよい。また、ロータユニットを３種類にして、下から順に、第１ロータユニット２０１、第２ロータユニット２０２、第２ロータユニット２０２、および、第３ロータユニットのように積層してよい。あるいは、下から順に、第１ロータユニット２０１、第１ロータユニット２０１、第２ロータユニット２０２、および、第３ロータユニットのように積層してよい。さらに、ロータユニットを４種類にして、１段目から４段目までのロータユニットの全てが互いに異なる構成にしてもよい。また、積層する順序は、任意の順でよい。このように、本実施の形態５においては、少なくとも２つのロータユニット間で、スリットの弧角およびスリットの列数の少なくともいずれか一方が異なるようにすればよい。

実施の形態６．
図１９は、本発明の実施の形態６に係る回転子２の第１ロータユニット２０１の断面形状を示す図である。図１９は、回転子２の８個の磁極のうちの１つの磁極部分を示している。なお、図１９は、第１ロータユニット２０１の軸方向に対して垂直な平面に沿った断面を示している。

図２０は、本発明の実施の形態６に係る回転子２の第２ロータユニット２０２の断面形状を示す図である。図２０は、回転子２の８個の磁極のうちの１つの磁極部分を示している。なお、図２０は、第２ロータユニット２０２の軸方向に対して垂直な平面に沿った断面を示している。

上記の実施の形態３と本実施の形態６との違いについて説明する。

上記の実施の形態３においては、第１ロータユニット２０１のスリット２２ｅおよび第２ロータユニット２０２のスリット２２ｆが、共に、ｄ軸６０に対して線対称形状であったが、本実施の形態６においては、第１ロータユニット２０１のスリット２２ｇおよび第２ロータユニット２０２のスリット２２ｈが、共に、ｄ軸６０に対して線対称形状でない。

また、上記の実施の形態３においては、第１ロータユニット２０１の一対のフラックスバリア２３ｅが成す角度θｍ１と第２ロータユニット２０２の一対のフラックスバリア２３ｆが成す角度θｍ２とが異なっており、且つ、第１ロータユニット２０１のスリット２２ｅの弧角θ１と第２ロータユニット２０２のスリット２２ｆの弧角θ２とが異なっていた。

これに対し、本実施の形態６では、第１ロータユニット２０１の一対のフラックスバリア２３ｇが成す角度θｍと第２ロータユニット２０２の一対のフラックスバリア２３ｈが成す角度θｍとが同一であり、且つ、第１ロータユニット２０１のスリット２２ｇの弧角θ１と第２ロータユニット２０２のスリット２２ｈの弧角θ２とが同一である。

他の構成については、実施の形態１〜５のいずれかと同じである。

以下、実施の形態６について詳細に説明する。

図１９に示すように、第１ロータユニット２０１は、上記の実施の形態１と同様に、一対の永久磁石２１ｇと、スリット２２ｇと、一対のフラックスバリア２３ｅとを備えて構成されている。また、図２０に示すように、第２ロータユニット２０２は、一対の永久磁石２１ｈと、スリット２２ｈと、一対のフラックスバリア２３ｈとを備えて構成されている。

上述したように、本実施の形態６においては、第１ロータユニット２０１のスリット２２ｇがｄ軸６０に対して線対称でない。そのため、以下の説明においては、図１９に示すように、スリット２２ｇの弧角をｄ軸を境界線にして２つに分けて、回転方向進み側の弧角をθ１１と呼び、回転方向戻り側の弧角をθ１２と呼ぶこととする。従って、スリット２２ｇの弧角は、θ１１＋θ１２となる。このとき、回転方向進み側の弧角θ１１と回転方向戻り側の弧角θ１２とは異なる。

同様に、第２ロータユニット２０２のスリット２２ｈがｄ軸６０に対して線対称でない。そのため、以下の説明においては、図２０に示すように、スリット２２ｈの弧角をｄ軸を境界線にして２つに分けて、回転方向進み側の弧角をθ２１と呼び、回転方向戻り側の弧角をθ２２と呼ぶこととする。従って、スリット２２ｈの弧角は、θ２１＋θ２２となる。このとき、回転方向進み側の弧角θ２１と回転方向戻り側の弧角θ２２とは異なる。

また、図１９と図２０とを比較すると、図１９に示すスリット２２ｇの回転方向進み側の弧角θ１１と、図２０に示すスリット２２ｈの回転方向進み側の弧角θ２１とは異なる。同様に、図１９に示すスリット２２ｇの回転方向戻り側の弧角θ１２と、図２０に示すスリット２２ｈの回転方向戻り側の弧角θ２２とは異なる。

本実施の形態６においては、第１ロータユニット２０１および第２ロータユニット２０２毎に、スリット２２ｇの弧角とスリット２２ｈの弧角とを異なる角度にすることで、第１ロータユニット２０１に発生するトルクリップルの位相と第２ロータユニット２０２に発生するトルクリップルの位相とを変えることができる。

また、本実施の形態６においては、第１ロータユニット２０１および第２のロータユニット２０２のそれぞれにおいて、回転方向進み側の弧角と回転方向戻り側の弧角とを異なる角度にすることで、リラクタンストルクがピーク値となる電流進角をシフトすることが出来る。これにより、リラクタンストルクがピーク値となる電流進角を、マグネットトルクがピーク値となる電流進角に近づけることが出来る。その結果、最大トルクを向上させることが出来る。

以上のように、本実施の形態６においては、第１ロータユニット２０１において、回転方向進み側の弧角θ１１と回転方向戻り側の弧角θ１２とが異なり、第２ロータユニット２０２において、回転方向進み側の弧角θ２１と回転方向戻り側の弧角θ２２とは異なる。さらに、第１ロータユニット２０１の回転方向進み側の弧角θ１１と、第２ロータユニット２０２の回転方向進み側の弧角θ２１とが異なり、第１ロータユニット２０１の回転方向戻り側の弧角θ１２と、第２ロータユニットの回転方向戻り側の弧角θ２２とが異なる。これにより、ロータユニット毎に発生するトルクリップルの位相が違うため、回転子２全体としてみたとき、トルクリップルを相殺することが出来る。さらに、スリットの弧角を回転方向進み側と回転方向戻り側で変えることにより、磁石磁束の位相を回転方向進み側に偏在化させ、リラクタンス磁束の位相を回転方向戻り側に偏在化することができる。その結果、磁石トルクがピークとなる電流進角とリラクタンストルクがピークとなる電流進角とを互いに近づけることが可能となり、出力トルクを上昇させることが出来る。

実施の形態７．
図２１は、本発明の実施の形態７に係る回転電機の構成を示した平面図である。本実施の形態７に係る回転電機１００Ａは、固定子４１と回転子４２とを備える。本実施の形態７においては、回転電機１００Ａとして、１２極１８スロットの集中巻き方式の３相の永久磁石式回転電機を例に挙げて説明する。

本実施の形態７に係る回転電機１００Ａの全体の構成は、図１と基本的に同じあるため、ここでは、その説明を省略する。

また、本実施の形態７に係る回転電機１００Ａの固定子４１と回転子４２の構成は、極数とスロット数とが異なるものの、実施の形態１で説明した固定子１と回転子２と基本的に同じであるため、ここでは、その説明を省略する。ただし、上記の実施の形態１では、固定子コイル１２が固定子鉄心１０に設けられた各ティース１０３に対して分布巻方式で巻き付けられていたが、本実施の形態７では、固定子コイル１２が固定子鉄心１０に設けられた各ティース１０３に対して集中巻方式で巻き付けられている点が異なる。

また、本実施の形態７においては、回転子４２は、実施の形態１と同様に、軸方向に２段のロータユニットが積み重ねられて構成されている。以下では、１段目のロータユニットを第１ロータユニット２０３と呼び、２段目のロータユニットを第２ロータユニット２０４と呼ぶ。

図２２は、本発明の実施の形態７に係る回転子４２の第１ロータユニット２０３の断面形状を示す図である。図２２は、回転子４２の１２個の磁極のうちの１つの磁極部分を示している。なお、図２２は、第１ロータユニット２０３の軸方向に対して垂直な平面に沿った断面を示している。

図２３は、本発明の実施の形態７に係る回転子４２の第２ロータユニット２０４の断面形状を示す図である。図２３は、回転子４２の１２個の磁極のうちの１つの磁極部分を示している。なお、図２３は、第２ロータユニット２０４の軸方向に対して垂直な平面に沿った断面を示している。

図２２に示すように、第１ロータユニット２０３は、一対の永久磁石２１ｉと、一対の永久磁石２１ｉ間に設けられたスリット２２ｉと、一対のフラックスバリア２３ｉとを備えて構成されている。一対の永久磁石２１ｉは、磁石挿入孔２４ｉに挿入されて固定されている。一対の永久磁石２１ｉは、ｄ軸６０に対して線対称になるように、Ｖ字状に配置されている。

本実施の形態７においては、スリット２２ｉは、帯状形状を有している。ここで、図２２において、一対の永久磁石２１ｉのうち、回転方向戻り側に配置された永久磁石２１ｉ側の一点を点Ｐとする。点Ｐと当該永久磁石２１ｉとの間には空隙が設けられている。点Ｐは、当該永久磁石２１ｉの長手方向の２辺のうちの外周側に近い方の１辺に沿って配置される。また、点Ｐよりも回転方向進み側にシフトされ、且つ、回転子２の外周側の一点を点Ｑとする。スリット２２ｉは、点Ｐと点Ｑとを繋ぐ直線に沿って形成されている。すなわち、スリット２２ｉの長手方向の距離は、点Ｐと点Ｑとの間の直線距離と同じである。このとき、点Ｑと回転軸中心Ｏとを結ぶ直線６１とｄ軸６０とが成す角度を、帯状形状のスリット２２ｉの偏向角と呼び、偏向角θ３１とする。なお、点Ｐをｄ軸６０よりも回転方向戻り側に配置させ、点Ｑをｄ軸６０よりも回転方向進み側に配置させることが望ましい。また、図２２に示すように、点Ｐが配置された側の永久磁石２１ｉの１辺と点Ｑと点Ｐとを結ぶ直線との交点から当該永久磁石２１ｉの端部までの距離を距離Ｌとしたとき、当該距離Ｌは、任意の値に適宜設定する。

このように、第１ロータユニット２０３において、ｄ軸６０に対して、回転方向に、スリット２２ｉの外周側端部を傾けて配置することで、磁石磁束の位相を回転方向進み側に偏在化し、また、リラクタンス磁束の位相を回転方向戻り側に偏在化することができる。それにより、力行運転時に、磁石トルクがピークとなる電流進角とリラクタンストルクがピークとなる電流進角とを互いに近づけることができ、結果として、トルクを上昇させることが出来る。

また、図２３に示すように、第２ロータユニット２０４は、一対の永久磁石２１ｊと、一対の永久磁石２１ｊ間に設けられたスリット２２ｊと、一対のフラックスバリア２３ｊとを備えて構成されている。一対の永久磁石２１ｊは、磁石挿入孔２４ｊに挿入されて固定されている。一対の永久磁石２１ｊは、ｄ軸６０に対して線対称になるように、Ｖ字状に配置されている。

本実施の形態７においては、スリット２２ｊは、帯状形状を有している。ここで、図２３において、一対の永久磁石２１ｊのうち、回転方向戻り側に配置された永久磁石２１ｊ側の一点を点Ｐとする。点Ｐと永久磁石２１ｊとの間には空隙が設けられている。点Ｐは、当該永久磁石２１ｉの長手方向の２辺のうちの外周側に近い方の１辺に沿って配置される。また、点Ｐよりも回転方向進み側で、且つ、回転子２の外周側の一点を点Ｑとする。スリット２２ｊは、点Ｐと点Ｑとを繋ぐ直線に沿って形成されている。すなわち、スリット２２ｊの長手方向の距離は、点Ｐと点Ｑとの間の距離と同じである。このとき、点Ｑと回転軸中心Ｏとを結ぶ直線６１とｄ軸６０とが成す角度を、帯状形状のスリット２２ｊの偏向角と呼び、偏向角θ３２とする。なお、点Ｐをｄ軸６０よりも回転方向戻り側に配置させ、点Ｑをｄ軸６０よりも回転方向進み側に配置させることが望ましい。また、図２２に示すように、点Ｐが配置された側の永久磁石２１ｉの１辺と点Ｑと点Ｐとを結ぶ直線との交点から当該永久磁石２１ｉの端部までの距離を距離Ｌとしたとき、当該距離Ｌは、任意の値に適宜設定する。ここで、図２２の偏向角θ３１と図２３の偏向角θ３２とは、θ３１≠θ３２とする。

このように、第２ロータユニット２０４において、ｄ軸６０に対して、回転方向に、スリット２２ｊの外周側端部を傾けて配置することで、磁石磁束の位相を回転方向進み側に偏在化し、また、リラクタンス磁束の位相を回転方向戻り側に偏在化することができる。それにより、力行運転時に、磁石トルクがピークとなる電流進角とリラクタンストルクがピークとなる電流進角とを互いに近づけることができ、結果として、トルクを上昇させることが出来る。

また、上述したように、本実施の形態７では、図２２の偏向角θ３１と図２３の偏向角θ３２とは、θ３１≠θ３２としている。このように、第１ロータユニット２０３と第２ロータユニット２０４とのそれぞれで、スリット２２ｉの偏向角θ３１と、スリット２２ｊの偏向角θ３２とを異なる角度にすることで、磁石磁束の磁路が変り、回転子４２のパーミアンス高調波の振幅・位相が変化する。そのため、第１ロータユニット２０３に発生するトルクリップルの位相と第２ロータユニット２０４に発生するトルクリップルの位相とを変えることが可能である。その結果、回転子４２全体としてトルクリップルを相殺することが出来る。

以上のように、本実施の形態７においては、回転方向に向かってスリット２２ｉおよび２２ｊの外周側端部を傾けることで、磁石磁束の位相を回転方向進み側に偏在化し、リラクタンス磁束の位相を回転方向戻り側に偏在化することができる。そのため、力行運転時に、磁石トルクがピークとなる電流進角とリラクタンストルクがピークとなる電流進角とを互いに近づけることが可能となり、出力トルクを上昇させることが出来る。

さらに、第１ロータユニット２０３におけるスリット２２ｉの偏向角θ３１と、第２ロータユニット２０４におけるスリット２２ｊの偏向角θ３２とを異なる角度としたので、磁石磁束の磁路が変り、回転子４２のパーミアンス高調波の振幅・位相が変化する。そのため、そのため、第１ロータユニット２０３に発生するトルクリップルの位相と第２ロータユニット２０４に発生するトルクリップルの位相とを変えることが可能であるため、回転子４２全体としてトルクリップルを相殺することが出来る。その結果、トルクリップルを低減することができる。

なお、実施の形態７では、スリット２２ｉおよび２２ｊの列数を１としたが、この場合限らず、スリット２２ｉおよび２２ｊの列数を２以上の任意の値にしてもよい。また、ロータユニットの段数を２段として説明したが、任意の段数にしてもよい。但し、帯状形状のスリット２２ｉおよび２２ｊの偏向角およびスリット２２ｉおよび２２ｊの列数の少なくともいずれか一方が、軸方向に隣り合うロータユニット間で異なるように回転子４２を構成する。

実施の形態８．
図２４は、本発明の実施の形態８に係る回転電機の構成を示した回転子の１極分を示した分解斜視図である。回転子は、第１ロータユニット４０１と、第２ロータユニット４０２とで構成されている。第１ロータユニット４０１は、３列の磁気スリット４３ａを有し、第２ロータユニット４０２は２列の磁気スリット４３ｂを有し、それぞれ異なる断面形状となっている。第１ロータユニット４０１における磁気スリット４３ａは、極毎に、対称軸６３を有している。また、第２ロータユニット４０２における磁気スリット４３ｂは、極毎に、対称軸６４を有している。

第１ロータユニット４０１においては、図２４に示すように、対称軸６３に対して線対称になるように、１対の磁石４４ａと、１対の磁石挿入孔４５ａと、フラックスバリア４６ａと、磁気スリット４３ａとが、配置されている。

同様に、第２ロータユニット４０２においては、図２４に示すように、対称軸６４に対して線対称になるように、１対の磁石４４ｂと、１対の磁石挿入孔４５ｂと、フラックスバリア４６ｂと、磁気スリット４３ｂとが、配置されている。

本実施の形態８においては、第１ロータユニット４０１の対称軸６３が、第２ロータユニット４０２の対称軸６４に対して、回転子の回転軸を中心に、角度δ［ｄｅｇ］だけ、反時計回りに回転した位置になるように、第１ロータユニット４０１が、第２ロータユニット４０２に対してシフトされて配置されている。

このように、第１ロータユニット４０１と第２ロータユニット４０２とが回転してずれることで、スキューされたロータユニットとなり、磁石の起磁力自体の空間位相を、第１ロータユニット４０１と第２ロータユニット４０２との間でずらすことが出来る。その結果、第１ロータユニット４０１および第２ロータユニット４０２の各々で発生するトルクリップルの位相をずらすことが出来るため、回転子全体としてトルクリップルを低減することが可能となる。

なお、本実施の形態８は、図２４の構成に限定されない。

例えば、図２５に示すような構成であってもよい。すなわち、図２５に示すように、回転軸の高さ方向から見た時、第１ロータユニット４０３の磁石４７ａの位置と、第２ロータユニット４０４の磁石４７ｂの位置とが同一であってもよい。この場合において、第１ロータユニット４０３が有する磁気スリット４８ａの対称軸を対称軸６５とし、第２ロータユニット４０４が有する磁気スリット４８ｂの対称軸を対称軸６６とする。このとき、対称軸６５は、対称軸６６に対して、回転子の回転軸を中心に、角度δ［ｄｅｇ］だけ反時計回りに回転した位置に配置されている。すなわち、図２５では、回転軸の高さ方向から見た時、対称軸６５は、対称軸６６に対して、同一の位置ではなく、シフトされた位置に配置されている。

このように、図２５に示す例のように、第１ロータユニット４０３の磁石４７ａの位置と第２ロータユニット４０４の磁石４７ｂの位置とを同一とする構成とすることで、製造時に、磁石４７ａ，４７ｂを、回転軸高さ方向から、第１ロータユニット４０３および第２ロータユニット４０４を貫いて挿入することが出来る。また、磁石４７ａ，４７ｂによる第１ロータユニット４０３および第２ロータユニット４０４間の漏れ磁束も低減することが出来る。また、第１ロータユニット４０３の磁気スリット４８ａの対称軸６５と、第２ロータユニット４０４の磁気スリット４８ｂの対称軸６６とが、角度δ［ｄｅｇ］だけシフトすることで、極の中心に対して、非磁性領域を偏在化させることができる。それにより、磁石磁束を回転方向進み側と戻り側でずらすことが出来るため、第１ロータユニット４０３および第２ロータユニット４０４の磁石磁束の位相をずらすことが出来る。その結果、磁石磁束に起因するトルクリップルを低減することが出来る。

なお、上記の実施の形態８の説明においては、図２４および図２５において、いずれも、ロータユニットが２つの場合を例に挙げて説明したが、ロータユニットの個数は３個以上でもよい。その場合には、複数段のロータユニットのうち、少なくとも１つのロータユニットの磁気スリットの対称軸が、他のロータユニットの磁気スリットの対称軸に対して、回転軸を軸中心とする回転方向に、予め設定された角度δ［ｄｅｇ］だけシフトされるように、各ロータユニットを配置すればよい。

なお、角度δ［ｄｅｇ］は、特に限定されるものではなく、任意の角度に適宜設定すればよい。

なお、上記の実施の形態１〜８においては、スリット２２の中が空洞の場合を例に挙げて説明しているが、その場合に限定されない。たとえば、第１ロータユニット２０１および第２ロータユニット２０２を構成する素材自身の透過率よりも透過率の低い樹脂、放熱材などをスリット２２内に充填させるようにしてもよい。

１ 固定子、２ 回転子、４ 支軸、５ ベアリング、９Ａ 第１ハウジング、９Ｂ 第２ハウジング、１０ 固定子鉄心、１２ 固定子コイル、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉ，２１ｊ 永久磁石、２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇ，２２ｈ，２２ｉ，２２ｊ スリット、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆ，２３ｇ，２３ｈ，２３ｉ，２３ｊ フラックスバリア、４１ 固定子、４２ 回転子、６０ ｄ軸、１００，１００Ａ 回転電機、１０１ コアバック部、１０２ スロット、１０３ ティース、２０１，２０３ 第１ロータユニット、２０２，２０４ 第２ロータユニット、２５０ 支軸挿入孔。

本発明に係る回転電機は、環状の固定子と、前記固定子の内側に設けられた回転子と
を備え、前記回転子は、軸方向に積層された複数段のロータユニットを有し、前記複数段のロータユニットのそれぞれは、一対の永久磁石と、前記一対の永久磁石間に径方向に１列以上配列されたスリットとを有し、前記複数段のロータユニットのそれぞれに配置される前記一対の永久磁石の形状は、前記複数段のロータユニットのうち少なくとも一部のロータユニットにおいて同一であり、前記スリットは、内径方向に突状の周方向に延びた弧状形状を有し、前記弧状形状の両端の位置と前記回転子の回転軸中心とを結んだ２つの直線が成す角度を、前記スリットの弧角としたとき、前記スリットの弧角および前記スリットの列数の少なくともいずれか一方が、少なくとも２つのロータユニット間で異なる。

本発明に係る回転電機は、環状の固定子と、前記固定子の内側に設けられた回転子とを備え、前記回転子は、軸方向に積層された複数段のロータユニットを有し、前記複数段のロータユニットのそれぞれは、一対の永久磁石と、前記一対の永久磁石間に径方向に１列以上配列されたスリットとを有し、前記複数段のロータユニットのそれぞれに配置される前記一対の永久磁石の形状は、それぞれの前記複数段のロータユニットにおいて同一であり、前記スリットは、内径方向に向かって湾曲した突状の周方向に延びた弧状形状を有し、前記スリットの開口は前記固定子の内周面に対向し、前記弧状形状の両端の位置と前記回転子の回転軸中心とを結んだ２つの直線が成す角度を、前記スリットの弧角としたとき、前記スリットの弧角および前記スリットの列数の少なくともいずれか一方が、少なくとも２つのロータユニット間で異なることで，リラクタンス磁束の磁路を少なくとも２つのロータユニット間で異ならせる。

Claims (9)

1. 環状の固定子と、
   前記固定子の内側に設けられた回転子と
   を備え、
   前記回転子は、軸方向に積層された複数段のロータユニットを有し、
   前記複数段のロータユニットのそれぞれは、一対の永久磁石と、前記一対の永久磁石間に径方向に１列以上配列されたスリットとを有し、
   前記スリットは、内径方向に突状の周方向に延びた弧状形状を有し、
   前記弧状形状の両端の位置と前記回転子の回転軸中心とを結んだ２つの直線が成す角度を、前記スリットの弧角としたとき、
   前記スリットの弧角および前記スリットの列数の少なくともいずれか一方が、少なくとも２つのロータユニット間で異なる、
   回転電機。
2. 前記スリットの少なくとも両端の幅は、少なくとも２つのロータユニット間で異なる、
   請求項１に記載の回転電機。
3. 前記複数段のロータユニットのそれぞれは、
   前記一対の永久磁石が挿入される一対の磁石挿入孔と、
   前記一対の磁石挿入孔に連結して設けられた一対のフラックスバリアと
   をさらに有し、
   前記一対のフラックスバリアの外周側端部と前記回転軸中心とをそれぞれ結んだ２つの直線が成す角度を、前記一対のフラックスバリアが成す角度としたとき、
   前記一対のフラックスバリアが成す角度は、少なくとも２つのロータユニット間で異なる、
   請求項１または２に記載の回転電機。
4. 前記複数段のロータユニットのうち、少なくとも１つのロータユニットの前記磁気スリットの対称軸が、他のロータユニットの前記磁気スリットの対称軸に対して、前記回転軸を軸中心とする回転方向にシフトされて配置されている、
   請求項１から３までのいずれか1項に記載の回転電機。
5. 前記一対の磁石挿入孔の形状および位置は、前記複数段のロータユニット間で互いに同一である、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の回転電機。
6. 前記複数段のロータユニットの段数は、３以上である、
   請求項１から５までのいずれか１項に記載の回転電機。
7. 前記複数段のロータユニットは、第１ロータユニットと第２ロータユニットの２種類から構成され、
   前記第１ロータユニットと前記第２ロータユニットとは交互に積層されている、
   請求項１から６までのいずれか１項に記載の回転電機。
8. 前記スリットの前記弧角を、前記一対の永久磁石が形成する磁極の中心線から２つに分けて、一方を回転方向進み側の弧角とし、他方を回転方向戻り側の弧角としたとき、
   前記複数段のロータユニットのそれぞれにおいて、前記回転方向進み側の弧角と前記回転方向戻り側の弧角とは互いに異なり、
   前記回転方向進み側の弧角は、少なくとも２つのロータユニット間で異なり、
   前記回転方向戻り側の弧角は、少なくとも２つのロータユニット間で異なる、
   請求項１から7までのいずれか１項に記載の回転電機。
9. 環状の固定子と、
   前記固定子の内側に設けられた回転子と
   を備え、
   前記回転子は、軸方向に積層された複数段のロータユニットを有し、
   前記複数段のロータユニットのそれぞれは、一対の永久磁石と、前記一対の永久磁石間に設けられ、直線状に延びた１列以上の帯状形状のスリットとを有し、
   前記帯状形状のスリットの第１端は、前記一対の永久磁石のうち、回転方向戻り側に配置された一方の永久磁石側に配置され、
   前記帯状形状のスリットの第２端は、前記第１端の位置よりも回転方向進み側にシフトされ、且つ、前記回転子の外周側に配置され、
   前記第２端と前記回転軸中心とを結ぶ直線と、前記一対の永久磁石が形成する磁極の中心線とが成す角度を、前記スリットの偏向角としたとき、
   前記帯状形状のスリットの偏向角および前記スリットの列数の少なくともいずれか一方が、少なくとも２つのロータユニット間で異なる、
   回転電機。

Images