WO2007026802A1

WO2007026802A1 - 回転電機

Info

Publication number: WO2007026802A1
Application number: PCT/JP2006/317182
Authority: WO
Inventors: Kazuto Sakai; Norio Takahashi; Masanori Arata; Motoyasu Mochizuki; Masakatsu Matsubara; Yasuo Hirano; Takashi Hanai
Original assignee: Kabushiki Kaisha Toshiba; Toshiba Industrial Products Manufacturing Corporation
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2007-03-08
Also published as: US20090261679A1; JP2007097387A; EP1942572A1

Abstract

　本発明は、小型・高出力を維持した上で、電磁力により発生する振動と騒音を低減することができる永久磁石埋め込み型の回転電機を提供することを目的とする。本発明の回転電機では、環状の固定子の内側にエアギャップを存して回転子が配置されている。固定子は、周方向に間隔をおいて複数のスロットが設けられた固定子鉄心と、各スロット内に収納されたコイルとを有している。回転子は、回転子鉄心と、回転子鉄心の外周部に沿って設定された複数の磁極形成箇所にそれぞれ埋め込まれた永久磁石と、各磁極形成箇所において永久磁石に磁化されてエアギャップに対向する面に磁極を形成する鉄心部と、各鉄心部のエアギャップに対向する面における周方向中央部に設けられた軸方向に延びる窪みとを有している。

Description

明細書

回転電機

技術分野

[0001] 本発明は、ハイブリッド自動車 (HEV)、電気自動車 (EV)、電車等の駆動用モータ、発電機に用いられる永久磁石埋め込み型の回転電機に関する。

背景技術

[0002] ハイブリッド自動車 (HEV)、電気自動車 (EV)、電車等の駆動用モータ、発電機には、永久磁石を利用した回転電機が主に使用されている。一般に、永久磁石モータは大きく分けて 2種類のタイプがある。回転子鉄心の外周に永久磁石を貼り付けた表面磁石型永久磁石モータと、回転子鉄心内に永久磁石を埋め込んだ埋め込み型永久磁石モータである。可変速駆動用モータとしては、埋め込み型永久磁石モータが適している。

[0003] 埋め込み型永久磁石モータとしては、「『埋込磁石同期モータの設計と制御』、武田洋次他、オーム社」の記載されたものや、特開平 7— 336919号公報に記載されたものが知られている。

[0004] 図 29を用いて、埋め込み型永久磁石モータ (IPM)の回転子 101の構成を説明する。回転子鉄心 102の外周部に長方形の空洞 103を等配で極数の数だけ設けてある。回転子 101は 4極であり、 4個の空洞 103を設けてそれぞれに永久磁石 104を揷人してある。

[0005] 永久磁石 104は、回転子 101の半径方向、または永久磁石 104の断面形状である長方形におけるエアギャップ面に対向する辺（図 29では長辺）に直角方向に磁化される。永久磁石 104としては、負荷電流により減磁しないように保磁力の高い NdFeB 永久磁石等が主に適用される。回転子鉄心 102は空洞を打抜いた電磁鋼板を積層して形成する。

[0006] また、可変速特性に優れた高出力のモータとしては、例えば、特開平 11— 27913 号公報、特開平 11— 136912号公報に記載されている永久磁石式リラクタンス型回転電機 (PRM)が知られてヽる。このような永久磁石式リラクタンス型回転電機 (PRM )は、 HEV用モータとして使用されている。その回転子の断面を図 30に示す。回転子 201の回転子鉄心 202内に複数対の永久磁石 203が V字状に配置され、 V字状に配置された永久磁石 203間には、リラクタンストルクを発生する磁極を形成する鉄心部 204がある。

[0007] ハイブリッド自動車 (HEV)、電気自動車 (EV)、電車等の駆動用として用いるモータは、広範囲の回転数で可変速運転を行うことが要求される。特に、 HEV及び EV用モータは 0〜 15, OOOrpmまでの広範囲で可変速を行う。

[0008] この場合、モータがトルクを発生するときに、電磁力による加振力も生じて固定子鉄心の固有振動モードと共振すると、振動'騒音が発生する。特に固定子鉄心全体が一様に膨張と収縮を繰り返すように変形する円環モード (0次モード)での加振が大きな振動と騒音を生じる。そこで、 0次モードを生じさせる電磁力成分をできる力ぎり小さくすることが要求される。尚、 HEV、 EV等の車載システムでは、量産性、軽量'小型化を考慮すると、回転電機の支持構造も耐振動性に優れた構造にするのは困難である。

[0009] 従来の振動'騒音の対策としては、モータの運転時の可変速範囲を狭くするか、振動 ·騒音が大きくなる速度域は極短時間で通過させる等の方法がある。しかし、 HEV 等では乗り心地、加速性が悪くなるためこのような方法をとることはできない。また、防音、防振材等をモータ等の駆動機構に適用する方法もあるが、大型化してエンジンスペースに収まらなくなるので、振動 '騒音の低減効果も限界がある。したがって、振動-騒音源となる回転電機の振動を可能な限り低減する必要がある。特に IPM等の永久磁石を埋め込んだ構成の回転電機は、リラクタンストルクも発生できるように回転子位置により磁気抵抗変化が生じる構成になっている。積極的に磁気抵抗変化があると電磁力の高調波が生じやすくなり、場合によっては振動と騒音の要因にもなる。発明の開示

[0010] 本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、小型 ·高出力を維持した上で、電磁力により発生する振動と騒音を低減することができる埋め込み型永久磁石式回転電機を提供することを目的とする。

[0011] 本発明の 1つの特徴は、環状の固定子と、この固定子の内側に配置され固定子との間にエアギャップを存して対向する回転子とを備え、固定子は、周方向に間隔をおいて複数のスロットが設けられた固定子鉄心と、各スロット内に収納されたコイルとを有し、回転子は、回転子鉄心と、回転子鉄心の外周部に沿って設定された複数の磁極形成箇所にそれぞれ埋め込まれた永久磁石と、回転子鉄心のエアギャップに対向する面に周方向に間隔をおいて設けられ回転子鉄心の軸方向に延びる複数の窪みとを有する回転電機にある。

[0012] 本発明によれば、回転子鉄心に窪みを設けることにより、エアギャップ中の磁束を変化させて半径方向の電磁力を低減することができるので、小型 ·高出力を維持した上で、電磁力により発生する振動と騒音を低減することができる。

[0013] 本発明の他の特徴は、環状の固定子と、この固定子の内側に配置され前記固定子との間にエアギャップを存して対向する回転子とを備え、前記固定子は、周方向に間隔をおいて 48個のスロットが設けられた固定子鉄心と、前記各スロット内に収納されたコイルとを有し、前記回転子は、回転子鉄心と、前記回転子鉄心の外周部に沿つて設定された 8箇所の磁極形成箇所にそれぞれ前記エアギャップに向けて V字状に開くように形成された 1対の空洞と、前記各空洞内に埋め込まれた永久磁石と、前記各磁極形成箇所において前記永久磁石に磁ィ匕されて前記エアギャップ面に磁極を形成する鉄心部と、前記各鉄心部の前記エアギャップに対向する面における周方向中央部に設けられた第 1の窪みと、前記回転子鉄心の前記エアギャップに対向する面における前記鉄心部の周方向中央部以外の部位に設けられた第 2、第 3の窪みとを有し、前記磁極のピッチを τ ρとしたとき、前記第 1の窪みの周方向幅中心と前記回転子の中心を通る軸と、前記第 2の窪みの周方向幅の中心と前記回転子の中心を通る軸と力 S成す角度 j8 2=て ρ Χ Ο. 226-0. 265となるように前記第 2の建みを酉己置し、前記第 1の窪みの周方向幅中心と前記回転子の中心を通る軸と、前記第 3の窪みの周方向幅の中心と前記回転子の中心を通る軸とが成す角度 3 = τ ρ Χ Ο. 3 98〜0. 472となるように前記第 3の窪みを配置し、前記各磁極形成箇所において、前記鉄心部の周方向幅中心と前記回転子の中心を通る軸と、前記 1対の空洞の前記エアギャップ側の端部の周方向幅の中心と前記回転子の中心を通る軸とがなす角度 j8 4= τ ρ Χ -Ο. 25〜一 0. 35、 τ ρ Χ Ο. 25〜0. 35 (周方向の一方向を +、他方向を一とする）となるように前記各空洞を配置した回転電機にある。

[0014] 本発明によれば、極数が 8極でスロット数力 8の回転電機において、第 1〜第 3の窪み、空洞の端部を組み合わせることで、これらを単独で設ける場合には除去しきれな力つた電磁力の成分を有効に除去できるため、振動 ·騒音をより低減することができる。

図面の簡単な説明

[0015] [図 1]図 1は、本発明の第 1の実施形態の断面図である。

[図 2]図 2は、第 1の実施形態の 1極分の拡大断面図である。

[図 3]図 3は、第 1の実施形態の窪みを設けた回転電機の鉄心歯に作用する電磁力の解析結果を示すグラフである。

[図 4]図 4は、本発明の第 2の実施形態の 1極分の拡大断面図である。

[図 5]図 5は、第 2の実施形態の窪みを設けた回転電機の鉄心歯に作用する電磁力の解析結果を示すグラフである。

[図 6]図 6は、本発明の第 3の実施形態の 1極分の拡大断面図である。

[図 7]図 7は、第 3の実施形態の窪みを設けた回転電機の鉄心歯に作用する電磁力の解析結果を示すグラフである。

[図 8]図 8は、本発明の第 4の実施形態の 1極分の拡大断面図である。

[図 9]図 9は、本発明の第 5の実施形態の 1極分の拡大断面図である。

[図 10]図 10は、本発明の第 6の実施形態の 1極分の拡大断面図である。

[図 11]図 11は、本発明の第 7の実施形態の 2極分の断面図である。

[図 12]図 12は、図 11の 1Z2極分の拡大断面図である。

[図 13]図 13は、本発明の第 7の実施形態の 1極分の断面図である。

[図 14]図 14は、第 7の実施形態の負荷時における磁界解析の結果を示すグラフである。

[図 15]図 15は、第 7の実施形態の窪みの周方向位置を変化させたときの電磁力の変化を示すグラフである。

[図 16]図 16は、第 7の実施形態の窪みの幅を変化させたときの電磁力の変化を示すグラフである。 [図 17]図 17は、本発明の第 8の実施形態の 2極分の断面図である。

[図 18]図 18は、図 17の 1Z2極分の拡大断面図である。

[図 19]図 19は、第 8の実施形態の負荷時における磁界解析の結果を示すグラフである。

[図 20]図 20は、第 8の実施形態の窪みの周方向位置を変化させたときの電磁力の変化を示すグラフである。

[図 21]図 21は、第 8の実施形態の窪みの幅を変化させたときの電磁力の変化を示すグラフである。

[図 22]図 22は、第 8の実施形態の窪みの周方向位置を変化させたときの電磁力の変化を示すグラフである。

[図 23]図 23は、第 8の実施形態の窪みの幅を変化させたときの電磁力の変化を示すグラフである。

[図 24]図 24は、本発明の第 9の実施形態の 2極分の断面図である。

[図 25]図 25は、図 24の 1Z2極分の拡大断面図である。

[図 26]図 26は、第 9の実施形態の窪みの周方向位置を変化させたときの電磁力の変化を示すグラフである。

[図 27]図 27は、第 9の実施形態の窪みの周方向位置とトルクリプルとの関係を示すグラフである。

[図 28]図 28は、本発明の第 10の実施形態の 1Z2極分の拡大断面図である。

[図 29]図 29は、従来の回転電機の回転子の断面図である。

[図 30]図 30は、別の従来の回転電機の回転子の断面図である。

発明を実施するための最良の形態

[0016] 以下、本発明の 1実施形態を図面に基づいて説明する。

[0017] (第 1の実施形態）図 1は本発明の第 1の実施形態の断面図、図 2は第 1の実施形態の 1極分の拡大断面図である。図 1に示すように、この回転電機の極数は 8極、スロット数は 48である。 1は固定子で、固定子鉄心 2を有している。この固定子鉄心 2は、周方向に鉄心歯 3とスロット 4が交互に設けられた環状の電磁鋼板を複数枚積層して構成されている。そして、各スロット 4内にはコイル 5が収納されている。 [0018] 固定子 1の内側にはエアギャップ 6を存して回転子 7が配置され、この回転子 7は回転子鉄心 8を有して、る。回転子鉄心 8は環状の電磁鋼板を複数枚積層して構成されている。

[0019] 回転子鉄心 8には NdFeB系の永久磁石 9が複数個埋め込まれている。すなわち、永久磁石 9は回転子 7の外周部に沿って等しい角度間隔をおいて設定された複数の磁極形成箇所に対してそれぞれ設けられた 1対の空洞 10内に埋め込まれている。この 1対の空洞 10はエアギャップ 6に向けて開くように V字状に形成されている。 8極であるため、 V字状に配置された永久磁石 9は 8対となり、総個数では 16個となる。そして、各空洞 10の両端部は永久磁石 9の端部から突出している。

[0020] 鉄心部 11は、 1対の V字状の永久磁石 9の内側に挟まれるように形成されている。

この鉄心部 11は V字状に配置した 1対の永久磁石 9で磁化され、エアギャップ 6に対向する面に永久磁石 9による磁極が形成されている。この鉄心部 11において、その周方向幅の中心と回転子 7の中心を通る軸を中心として、エアギャップ 6に対向する面に回転子鉄心 8の軸方向に延びる窪み 12を設けてある。

[0021] 図 2に示すように、この窪み 12は、エアギャップ 6側の開口部が広ぐ内周側では狭くなる形状としてある。固定子 1のスロット 4のピッチを τ sとすると、本実施形態では、窪み 12の開口部の幅 Wq= T S X O. 87、開口部の深さは 0. 25mm,開口部に連続して狭くなつた部分の幅 Wn= τ s X O. 35、窪み 12の最も深い部位の深さは 2mm である。

[0022] 負荷状態ではエアギャップ 6中にはコイル 5の電流により形成される磁束と永久磁石 9により形成される磁束が生じる。これらの磁束はトルクを発生するとともに半径方向の電磁力を発生する。本発明では、鉄心部 11に窪み 12を設けることにより、エアギャップ 6中の磁束を変化させて半径方向の電磁力を低減することができる。

[0023] 鉄心部 11の中央にある窪み 12の作用と効果を確認するため、回転子 7を回転させながらこの回転電機の負荷時における磁界解析を行い、そのときの鉄心歯 3に作用する電磁力を算出した。その解析結果を図 3に示す。図 3は、鉄心部 11の窪み 12の幅を変化させたときの永久磁石 9による半径方向電磁力を示しており、窪み 12の深さが 1mmのときである。縦軸は固定子 1の鉄心歯 3に作用する半径方向電磁力を示し、横軸は WqZ て sである。

[0024] 本実施形態では、固定子鉄心 2全体が膨張'収縮するような変形を生じる 0次モードは電磁力の 6次成分と 12次成分により生じ、低振動'低騒音にするにはこの成分の電磁力を低減しなければならない。図 3に示すように、電磁力の 6次成分は WqZ て s =0. 4〜1. 5のときに/ J、さくでき、電磁力の 12次成分は Wq/て s = 0. 3〜1. 1のときに小さくできることがわかる。したがって、振動の要因である電磁力を低減することができ、小型 ·高出力を維持しつつ低振動と低騒音の回転電機を得ることができる。尚、 Wq、 Wnについては、 nを 0又は正の整数としたとき、 Wq= τ s X (2n+0. 53〜 1. 06)、 Wn= τ s X (2n+0. 20〜0. 49)の範囲内とするのが好ましい。

[0025] また、本実施形態では、窪み 12は、エアギャップ 6側の開口部が広ぐ内周側が狭い段付き形状であるが、このような段付き形状でない場合には、その周方向幅を τ s X (2η+0. 1〜1. 7)の範囲内とするのが好ましい。また、窪み 12のエアギャップ 6 に対向する幅広の開口部の深さについては、エアギャップ 6の径方向長さ（固定子 1 の内周面と回転子 2の内周面との距離）の 0. 3〜1. 0倍の範囲内とするのが好ましい。また、窪み 12の最も深い部位の深さは、エアギャップ 6の径方向長さの 0. 7〜10 倍とするのが好ましい。

[0026] (第 2の実施形態）図 4は本発明の第 2の実施形態の回転電機の 1極分の拡大断面図である。尚、本実施形態以降の各実施形態において、それ以前に説明した実施形態と対応する部分には同一の符号を付して示し、重複する説明は省略する。

[0027] 本実施形態では、鉄心部 11の周方向幅中心と回転子 7の中心を通る軸と、鉄心歯 3の周方向幅中心と回転子 7の中心を通る軸とがー致した状態で、回転子鉄心 8に設ける窪み 13の周方向幅の中心と回転子 7の中心を通る軸と、その窪み 13の近傍にあるスロット 4の周方向幅の中心と回転子 7の中心を通る軸とがなす角度 α 2= τ s X -0. 038となるよう、窪み 13を回転子鉄心 8のエアギャップ 6に対向する面に軸方向に延びるように設ける。

[0028] ここで、回転子 7の窪み 13とスロット 4のなす角度については、窪み 13の中心軸力スロット 4の中心軸に対して、永久磁石 9による磁極の中心軸側に位置するときの角度を負の値とし、逆側にあるときを正の値とする。図 4に示すように、窪み 13は鉄心部

、ても窪み 13が同様に設けられている。

[0029] 負荷状態ではエアギャップ 6中にはコイル 5の電流により形成される磁束と永久磁石 9による磁束が生じる。これらの磁束はトルクを発生するとともに半径方向の電磁力を発生する。本実施形態では、回転子鉄心 8に窪み 13を設けることにより、ギャップ 6 中の磁束を変化させて半径方向の電磁力を低減できる。

[0030] 窪み 13の作用と効果を確認するため、第 1の実施形態の窪み 12がある回転電機に窪み 13を設けた回転電機を解析モデルとし、回転子 7を回転させながら負荷時の磁界解析を行った。そのときの鉄心歯 3に作用する電磁力を算出した。その解析結果を図 5に示す。図 5では、縦軸は固定子 1の鉄心歯 3に作用する半径方向電磁力、横軸は ex 2/ τ sであり、窪み 13の幅を変化させたときの半径方向電磁力を示している。

[0031] 本実施形態では、固定子鉄心 2全体が膨張 *収縮するような変形を生じる 0次モードは電磁力の 6次成分と 12次成分により生じ、低振動'低騒音にするにはこの成分の電磁力を低減しなければならない。図 5に示すように、電磁力の 6次成分は α 2Ζ τ s = -0. 1〜0. 1のときに小さくでき、電磁力の 12次成分は Q; 2Z T S=— 0. 14〜0 . 04のときに小さくできることがわかる。

[0032] 窪み 13の位置は Q; 2Z T S=— 0. 1〜0、窪み 13の幅は中心角で 2° (回転子 7の中心を中心点として窪みの周方向両端のなす角度）、深さは 0. 5mmのときが好ましぐこの条件では電磁力の 6次成分は 75%、 12次成分は 28%まで低減できる。これにより、振動の要因である電磁力を低減することができ、小型'高出力を維持しつつ低振動と低騒音の回転電機を得ることができる。

[0033] 尚、窪み 13の深さはエアギャップ 6の径方向長さの 0. 4〜4倍の範囲内とするのが好ましぐ窪み 13の周方向の幅はスロット 4のピッチの 0. 2〜0. 6倍の範囲内とするのが好ましい。

[0034] 本実施形態のように、窪み 13の数を 1つの磁極あたりで同数とし、各磁極の周方向幅の中心と回転子鉄心 8の中心とを通る軸を中心軸として窪み 13が対称的に配置されるようにすると、窪み 13が全周にわたって均一に配置されることになり、製造が容易となる。また、 1つの磁極の範囲内で窪み 13のピッチがスロット 4のピッチと異なるようにすることで、静止中、回転中のいずれにおいても全ての窪み 13が同時にスロット 4と対向することがないため、電磁力の不要成分の低減の点で好ましい。

[0035] (第 3の実施形態）図 6は本発明の第 3の実施形態の 1極分の拡大断面図である。

本実施形態では、回転子 7の鉄心部 11の周方向幅中心と回転子 7の中心を通る軸と、固定子 1の鉄心歯 3の周方向幅中心と回転子 7の中心を通る軸とがー致した状態で、回転子鉄心 8に設ける窪み 14の周方向幅中心と回転子 7の中心を通る軸と、窪み 14近傍のスロット 4の周方向幅の中心と回転子 7の中心を通る軸とがなす角度 ex 3 = τ s X O. 249となるよう、窪み 14を回転子鉄心 8のエアギャップ 6に対向する面に軸方向に延びるように設けてある。

[0036] ここで、窪み 14とスロット 4のなす角については、窪み 14の中心軸が、スロット 4の中心軸に対して、永久磁石 9による磁極の中心軸側に位置するときの角度を負の値とし、逆側にあるときを正の値とする。窪み 14は鉄心部 11の中心軸を対称軸として対称的に設けられている。

[0037] 負荷状態ではエアギャップ 6中にはコイル 5の電流により形成される磁束と永久磁石 9による磁束が生じる。これらの磁束はトルクを発生するとともに半径方向の電磁力を発生する。本発明では、回転子鉄心 8に窪み 14を設けることにより、ギャップ 6中の磁束を変化させて半径方向の電磁力を低減できる。

[0038] 窪み 14の作用と効果を確認するため、第 1の実施形態の窪み 12がある回転電機に窪み 14を設けた回転電機を解析モデルとし、回転子 7を回転させながら負荷時の磁界解析を行った。そのときの鉄心歯 3に作用する電磁力を算出した。その解析結果を図 7に示す。図 7では、縦軸は鉄心歯 3に作用する半径方向電磁力、横軸は《3 / τ sであり、窪み 14の幅を変化させたときの半径方向電磁力を示している。

[0039] 本実施形態では、固定子鉄心 2全体が膨張'収縮するような変形を生じる 0次モードは電磁力の 6次成分と 12次成分により生じ、低振動 ·低騒音を得るにはこの成分の電磁力を低減しなければならな、。

[0040] 図 7に示すように、電磁力の 6次成分は、 Q; 3Z T S=—0. 12〜0. 26のときに小さくでき、電磁力の 12次成分は、 Q; 3Z T S = 0. 17-0. 33のときに小さくできること力 S わかる。好ましくは、窪み 14の位置は α 3/ τ s = 0. 2〜0. 26、窪み 14の幅は中心角で 2° (回転子 7の中心を中心点として窪み 14の周方向両端のなす角度）、深さは 0. 5mmのときであり、この条件では電磁力の 6次成分は 80%、 12次成分は 14%まで低減できる。尚、窪み 14の深さはエアギャップ 6の径方向長さの 0. 4〜4倍とするのが好ましぐ窪み 14の周方向の幅はスロット 4のピッチの 0. 2〜0. 6倍とするのが好ましい。

[0041] これにより、振動の要因である電磁力を低減することができ、小型'高出力を維持しつつ低振動と低騒音の回転電機を得ることができる。

[0042] 本実施形態のように、窪み 14の数を 1つの磁極あたりで同数とし、各磁極の周方向幅の中心と回転子鉄心 8の中心とを通る軸を中心軸として窪み 14が対称的に配置されるようにすると、窪み 14が全周にわたって均一に配置されることになり、製造が容易となる。また、 1つの磁極の範囲内で窪み 14のピッチがスロット 4のピッチと異なるようにすることで、静止中、回転中のいずれにおいても全ての窪み 14が同時にスロット 4と対向することがないため、電磁力の不要成分の低減の点で好ましい。

[0043] (第 4の実施形態）図 8は本発明の第 4の実施形態の 1極分の拡大断面図である。

本実施形態の回転電機は、第 1の実施形態で説明した窪み 12、第 2の実施形態で説明した窪み 13、第 3の実施形態で説明した窪み 14をそれぞれ有して、る。

[0044] 負荷状態ではエアギャップ 6中にはコイル 5の電流により形成される磁束と永久磁石 9による磁束が生じる。これらの磁束はトルクを発生するとともに半径方向の電磁力を発生する。本実施形態では、固定子鉄心 2全体が膨張，収縮するような変形を生じる 0次モードは電磁力の 6次成分と 12次成分により生じ、低振動 ·低騒音にするにはこの成分の電磁力を低減しなければならな、。

[0045] 本実施形態の作用と効果を確認するため、回転子 7を回転移動させながら負荷時の磁界解析を行い、そのときの鉄心歯 3に作用する電磁力を算出した。窪み 13の位置は α 2Z τ s=— 0. 1〜0、窪み 13の幅は 2mm、深さは 0. 5mm、窪み 14の位置は α 3/ τ s = 0. 2〜0. 26、窪み 14の幅は 2mm、深さは 0. 5mmとした。この条件では電磁力の 6次成分は 70%、 12次成分は 12%まで低減でき、 6次と 12次の両方の電磁力を同時に低減することができる。これにより、振動の要因である電磁力を低減することができ、小型 ·高出力を維持しつつ低振動と低騒音の回転電機を得ることができる。

[0046] 本実施形態のように、窪み 13、 14の数を 1つの磁極あたりで同数とし、各磁極の周方向幅の中心と回転子鉄心 8の中心とを通る軸を中心軸として窪み 13、 14が対称的に配置されるようにすると、窪み 13、 14が全周にわたって均一に配置されることになり、製造が容易となる。

[0047] また、 1つの磁極の範囲内で窪み 13、 14のピッチがそれぞれスロット 4のピッチと異なるようにすると共に、磁極の中心軸の片側にぉ、て磁極の 1Z2の領域内に位置する窪み 13、 14のピッチがスロット 5のピッチと異なっていることで、静止中、回転中の V、ずれにおヽても全ての窪み 13、 14が同時にスロット 4と対向することがな!、ため、電磁力の不要成分の低減の点で好ましい。また、第 1〜第 3の窪み 12〜14を組み合わせることで、これらを単独で設ける場合には除去しきれな力つた電磁力の成分を有効に除去できるため、振動 ·騒音をより低減することができる。

[0048] (第 5の実施形態）図 9は本発明の第 5の実施形態の 1極分の拡大断面図である。

本実施形態では、各磁極において、鉄心部 11の周方向幅中心と回転子 7の中心を通る軸と、鉄心歯 3の周方向幅の中心と回転子 7の中心を通る軸とがー致した状態で、一方の空洞 10のエアギャップ 6側の端部 10aの周方向幅の中心と回転子 7の中心を通る軸と、その端部 10aの近傍にあるスロット 4の周方向幅の中心と回転子 7の中心を通る軸とがなす角度 α 4= τ s X O. 25としてある。永久磁石 9及び空洞 10の端部 10aは、鉄心部 11の中心軸を対称軸として対称に配置される。したがって、周方向の一方向の角度を +、他方向の角度を一とすると、エアギャップ 6に近い側に配置された他方の空洞 10の端部 10aの位置は α 4=— T S X O. 25となる。

[0049] 永久磁石 9のエアギャップ 6に近い側の空洞 10の端部 10aは 1極当り 2個あり、これら 2個の端部 10aのスロット 4に対する相対位置は τ s X (0. 25— (— 0. 25) ) = τ s X O. 5だけずれることになる。永久磁石 9とその厚みで形成される空洞 10の端部 10a は高調波磁束を生じる力空洞 10の端部 10aの位置を前記の位置に特定することにより高調波磁束を低減することができる。すなわち、電磁力の高調波成分を低減することができる。 [0050] 尚、空洞 10の端部 10aの位置を決める前記の 0. 25、 0. 25の値は若干の幅をもっても、その効果は同様に得られることはもちろんである。また空洞 10の端部 10a が永久磁石 9の端部から殆ど突出しておらず、永久磁石 10の端部とほぼ同一の場合は、空洞 10の端部 10aの中心軸は永久磁石 9の端部の中心軸とみなして位置を決定すればよい。

[0051] (第 6の実施形態）図 10は本発明の第 6の実施形態の 1極分の拡大断面図である。

本実施形態では、磁極ピッチ (すなわち、隣接する鉄心部 11の周方向幅の中心を通る軸間の距離)をて pと表したとき、鉄心部 11の周方向中央にある窪み 12 (第 1の窪み）の周方向幅中心と回転子 7の中心を通る軸と、回転子鉄心 8に設ける窪み 13 (第 2の窪み）の周方向幅中心と回転子 7の中心を通る軸のなす角度 j8 2= τ ρ Χ Ο. 22 6〜0. 265となるよう、回転子鉄心 8のエアギャップ 6に対向する面に窪み 13を設ける。

[0052] さらに、鉄心部 11の周方向中央にある窪み 12の周方向幅中心と回転子 7の中心を通る軸と、回転子鉄心 8に設ける窪み 14の周方向幅中心と回転子 7の中心を通る軸のなす角度 j8 3 = τ ρ Χ Ο. 398〜0. 472となるよう、回転子鉄' 、8のエアギャップ 6 に対向する面に窪み 14 (第 3の窪み)を設ける。

[0053] さらに、鉄心部 11の周方向幅中心と回転子 7の中心を通る軸と、エアギャップ 6側の端部 10aの周方向幅の中心と回転子 7の中心を通る軸とのなす角度 j8 4= τ p X 0 . 3となるよう、エアギャップ 6側の空洞 10の端部 10aを設ける。

[0054] エアギャップ 6側の空洞 10の端部 10aは、鉄心部 11の中心軸を対称軸として対称に配置される。すなわち、対称的に配置される他方の空洞 10のエアギャップ 6側の端部 10aは、 j8 4 = τ ρ Χ ( 0. 3)の位置に配置される。また、これらの端部の位置が幾分ずれても同様な作用と効果は得られ、実際は製造誤差もあることから、 β 4= て ρ Χ Ο. 25〜0. 35、 τ ρ Χ -0. 25〜一 0. 35の範囲でも同様の効果力得られる。

[0055] 本実施形態の極数が 8極でスロット数が 48の回転電機において、上記実施形態と同様に振動と騒音の要因となる電磁力成分を低減することができる。

[0056] また、第 1〜第 3の窪み 12〜14、空洞の端部 10aを組み合わせることで、これらを単独で設ける場合には除去しきれな力つた電磁力の成分を有効に除去できるため、振動 ·騒音をより低減することができる。

[0057] (第 7の実施形態）図 11は本発明の第 7の実施形態の 2極分の断面図、図 12は図

11の 1Z2極分の拡大断面図、図 13は 1極分の断面図である。本実施形態でも、第 1の実施形態で説明した如ぐ回転子鉄心 8の外周部に沿って 8個の鉄心部 11が形成されており、各鉄心部 11には、 1対の永久磁石 9が V字状に埋め込まれて磁極を形成している。これらの鉄心部 11間には、リラクタンストルクを発生するラタタンストルク磁極となる鉄心部 15が形成されて、る。

[0058] 永久磁石 9が埋め込まれる空洞 10の端部 10aは、漏れ磁束の抑制と回転時の遠心力の応力を緩和するため、永久磁石 9の端部力も突出して空隙を形成している。これらの端部 10aのうち、エアギャップ 6に近い端部 10aについては、鉄心部 15を挟んで位置する二つの端部 10aが、それらの周方向幅の中心と回転子鉄心 8の中心とを通る二つの軸の成す角度 0 2pm= T S X (n+O. 5)となるように配置されている。ここで、 nは整数である。また、これら二つの端部 10aは、その周方向中心位置 Θ pm= τ s X (n+O. 25)となるように配置してもよい。ここで、 Θ pmは、図 13に示す如ぐリラタタンストルク磁極である鉄心部 15の周方向幅の中心と回転子鉄心 8の中心とを通る軸 Lと、端部 10aの周方向幅の中心と回転子鉄心 8の中心とを通る軸 L"とが成す角度である。

[0059] より具体的には、極数を pとしたとき、 32° / (ρ/2)≤ Θ pm≤40° / (p/2)となる位置に端部 10aを配置すると、大きなトルクが得られると共に電磁力が小さくなると V、う好まし!/、結果が得られることがわかって、る。

[0060] そして、本実施形態では、図 12に示す如ぐ鉄心部 15におけるエアギャップ 6に対向する面に軸方向に延びる窪み 16を設けてある。尚、この窪み 16は、鉄心部 15の周方向幅の中心と回転子鉄心 8の中心とを通る軸 Lを対称軸として対称的にニ本設けられている。

[0061] この窪み 16の周方向位置は、鉄心部 15の周方向幅の中心と回転子鉄心 8の中心とを通る軸 1と、窪み 16の幅方向中心と回転子鉄心 8の中心とを通る軸とのなす角度を 0 1とすると、 Θ 1 = て s X (n+0. 16-0. 37)となるようにしてある。ここで、 nは整数とする。 [0062] 窪み 16の深さは 0. 5mmである。また、他の実施形態として、窪み 16を段付き形状として、開口部側の深さを 0. 25mm,全体の深さを 0. 5mmとすること〖こより、特性も滑らかな変化が得られる。尚、窪み 16の深さは、エアギャップ 6の径方向長さの 0. 2 〜2. 0倍とすると、電磁力の低減効果が大きいと共に、トルクが実質的に下がらないので好ましい。

[0063] 次に、窪み 16の作用と効果について述べる。負荷状態ではエアギャップ 6中にはコィル 5の電流により形成される磁束と永久磁石 9による磁束とが生じる。これらの磁束はトルクを発生するとともに半径方向の電磁力を発生する。本実施形態では、リラクタンストルクを発生する鉄心部 15に窪み 16を設けることにより、エアギャップ 6中の磁束を変化させて半径方向の電磁力を低減できる。

[0064] 窪み 16の作用と効果を確認するため、回転子 7を回転移動させながら、本実施形態の回転電機の負荷時における磁界解析を行い、そのときの鉄心歯 3に作用する電磁力を算出した。その解析結果を図 14に示す。

[0065] 本実施形態の 8極で 48スロットの回転電機では、固定子鉄心 8全体を膨張'収縮するような変形を生じる 0次モードは電磁力の 6次成分と 12次成分により生じ、低振動- 低騒音を得るには、この成分の電磁力を低減しなければならない。

[0066] 図 14では、リラクタンストルクを発生する磁極である鉄心部 15に窪み 16を設けた本実施形態の回転電機と、従来の回転電機 (窪み 16無し)とにおける半径方向の電磁力の比較を示している。尚、電磁力は従来機の電磁力を 1として正規ィ匕している。図 14に示すように、電磁力の 6次成分は 0. 67まで低減していることがわかる。

[0067] 次に、窪み 16の周方向位置と電磁力との関係について述べる。窪み 16の周方向中心位置を変化させたときの電磁力の変化を磁界解析にて検討した。図 15は窪み 1 6の中心の周方向位置 θ 1を変化させたときの電磁力の小さくなる範囲を示している。図 15の縦軸は従来機の電磁力を 1とし、横軸はスロット 4のピッチて sで正規化した値である。

[0068] Θ 1 = T S X (0. 16〜0. 37)のときに電磁力の 6次成分は 0. 7以下、電磁力の 12 次成分は逆に増加するが 2倍以内におさまる。このように窪み 16により電磁力の 6次成分を約 0. 4に低減することができる。また、図 16は図 15で示した範囲に窪み 16があるときに窪み 16の幅 Wlを変化させたときの電磁力の変化を示す。幅 W1は中心角 (窪み 16の一側縁と回転子鉄心 8の中心を通る軸と、窪み 16の他側縁と回転子鉄心 8の中心を通る軸とが成す角度）で表し、スロットピッチ τ sで正規ィ匕したものである。 Wl = τ s X (0. 2〜0. 5)の範囲で、電磁力 6次成分は 0. 7以下、電磁力 12次成分も 1以下に低減できることがわかる。

[0069] これにより、本実施形態により振動の要因である電磁力を低減できることが示されており、低振動と低騒音の回転電機を得ることができる。また、永久磁石 9を挿入する空洞 10のエアギャップ 6側の端部 10aは Θ 2pm = τ s X (n+ O. 5)になるように配置されるので、固定子 1の鉄心歯 3から見て、対称に配置された 2個の空洞 10aは 0. 5スロットピッチずれているため、スロット 4による電磁力変化とトルク脈動の影響を緩和できる。

[0070] (第 8の実施形態）図 17は本発明の第 8の実施形態の 2極分の断面図、図 18は図

12の 1Z2極分の拡大断面図である。本実施形態では、第 7の実施形態の構成に加えて、永久磁石 9による磁極である鉄心部 11のエアギャップ 6に対向する面に軸方向に延びる窪み 17を設けている。この窪み 17は、鉄心部 11の周方向幅の中心と回転子鉄心 8の中心とを結ぶ軸 L 'を対称軸として対称的に 2本設けられており、それぞれ永久磁石 9におけるエアギャップ 6側の端部の近くに位置して、る。

[0071] 尚、窪み 17の深さは、エアギャップ 6の径方向長さの 0. 2〜2. 0倍とすると、電磁力の低減効果が大き、と共に、トルクが実質的に下がらな、ので好ま、。

[0072] 次に、本実施形態の作用と効果について述べる。負荷状態では、エアギャップ 6中にはコイル 5の電流により形成される磁束と永久磁石 9による磁束とが生じる。これらの磁束は、トルクを発生するとともに半径方向の電磁力を発生する。本実施形態では、リラクタンストルクを発生する磁極である鉄心部 15に窪み 16を設け、永久磁石 9による磁極である鉄心部 11に窪み 17を設けることにより、エアギャップ 6中の磁束を変ィ匕させて半径方向の電磁力を低減できる。

[0073] 窪み 16と 17を設けたときの作用と効果を確認するため、回転子 7を回転移動させながら、本実施形態の回転電機の負荷時における磁界解析を行い、そのときの鉄心歯 3に作用する電磁力を算出した。その解析結果を図 19に示す。 [0074] 本実施形態の 8極で 48スロットの回転電機では、固定子鉄心 2全体を膨張'収縮するような変形を生じる 0次モードは電磁力の 6次成分と 12次成分により生じ、低振動- 低騒音を得るにはこの成分の電磁力を低減しなければならな、。

[0075] 図 19では、窪み 16、 17を有する本実施形態の回転電機、窪み 16又は窪み 17のいずれかのみを有する本発明の回転電機、そして従来機における半径方向の電磁力の比較を示す。尚、電磁力は従来機の電磁力を 1として正規ィ匕している。窪み 16 又は窪み 17のいずれかのみを有する回転電機では、電磁力 6次成分は 0. 25〜0. 67まで小さくできる力窪み 16と窪み 17を有する本発明の回転電機では、 0. 04と極めて小さくできることがわかる。同時に電磁力 12次成分も 0. 9と小さくなつている。

[0076] 窪みを設けるなどして電磁力 6次成分と 12次成分を低減する場合、一般的にはこれらの電磁力は二律背反の関係にあり、両方を小さくすることが困難である。しかし、図 19に示すように、窪み 16と窪み 17を有する本発明の回転電機では、電磁力の 12 次成分を従来機以下とした上で、電磁力 6次成分は 0. 04と著しく低減できる。

[0077] 次に、窪み 16と窪み 17を有する本発明の回転電機において、窪み 16について詳細に述べる。まず、窪み 16の周方向位置と電磁力との関係について述べる。窪み 16 の周方向中心位置を変化させたときの電磁力の変化を磁界解析にて検討した。図 2 0は窪み 16の周方向位置を変化させたときの電磁力の小さくなる範囲を示している。図 20の縦軸は従来機の電磁力を 1とし、横軸はスロットピッチて sで正規ィ匕した値である。 Θ 1 = T S X (0. 2〜0. 6)のときに電磁力の 6次成分は 0. 3以下、電磁力の 12 次成分は 2以内におさまる。このように窪み 16により電磁力の 6次成分を 0. 3まで低減できる。

[0078] また、図 21は、図 20で示した範囲に窪み 16があるときに、窪み 16の幅 W1を変化させたときの電磁力の変化を示す。窪み 16の幅 W1は、中心角で表し、スロットピッチ τ sで正規化したものである。 Wl = T S X (0. 4〜0. 7)の範囲にすると、電磁力 12 次成分を 1. 5以下とした上で、電磁力 6次成分は 0. 075以下 (電磁力 6次成分の最小値の 1. 5倍の範囲）と極めて小さくできる。尚、 nを整数とした場合、 Θ 1 = T S X (n + 0. 2〜0. 6)、nを 0及び自然数とした場合、 Wl = τ s X (n+O. 4〜0. 7)とすると、同様の好まし、結果が得られることがわかって、る。 [0079] より具体的には、固定子 1の毎相毎極あたりのスロット数を 2とし、極数を pとしたとき、 0 1= (10° 〜14° )Z(pZ2)とし、 Wl= (12° 〜18° )Ζ(ρΖ2)とすると、さらに好まし!/、結果が得られることがわ力つて、る。ここで毎相毎極あたりのスロット数とは、総スロット数 Z (相数 X極数)で求められる値である。

[0080] 次に窪み 16と 17を有する本発明回転電機において、窪み 17の果たす役割について詳細に述べる。窪み 17の周方向中心位置を変化させたときの電磁力の変化を磁界解析にて検討した。

[0081] 図 22は、窪み 17の周方向位置 Θ 2を変化させたときの電磁力の小さくなる範囲を示して、る。永久磁石 9による磁極 11の周方向中心と回転子鉄心 8の中心とを結ぶ軸と、窪み 17の周方向中心と回転子鉄心 8の中心とを結ぶ軸とのなす角度を 0 2とする。図 22の縦軸は従来機の電磁力を 1とし、横軸はスロットピッチて sで Θ 2を正規化した値である。 0 2= τ s X (0. 85-1. 3)のときに電磁力 6次成分は 0. 45以下（電磁力 6次成分の最小値の 1. 5倍の範囲）に低減できる。このように窪み 17により電磁力の 6次成分を 0. 45以下まで低減できる。

[0082] また、図 23は図 22で示した範囲に窪み 17があるときに窪み 17の幅 W2を変化させたときの電磁力の変化を示す。窪み 17の幅 W2は中心角で表し、スロットピッチ τ sで正規化したものである。 W2= τ s X (0. 47-0. 6)の範囲にすると、電磁力 12次成分を 1以下とした上で、電磁力 6次成分は 0. 07以下と極めて小さくできる。

[0083] これにより、本発明を用いることにより振動の要因である電磁力を低減できることが示され、低振動と低騒音の回転電機を得ることができる。

[0084] 尚、 nを整数とした場合、 Θ 2= T S X (n+O. 85〜： L 3)、 nを 0及び自然数とした場合、 W2 = τ s X (n+O. 47〜0. 6)とすると、同様の好ましい結果が得られることがわ力つている。より具体的には、固定子 1の毎相毎極あたりのスロット数を 2とし、極数を pとしたとき、 0 2= (26° 〜39° )Z(pZ2;^L、W2= (14° 〜18° )Ζ(ρΖ 2)とすると、さらに好ましい結果が得られることがわ力つている。また、空洞 10の端部 10aは、 Θ 2pm = τ s X (n+O. 5)になるように配置されるので、固定子 1の鉄心歯 3 から見て、対称の 2個の端部 10aは、 0. 5スロットピッチずれているため、スロットによる電磁力変化とトルク脈動の影響を緩和できる。 [0085] (第 9の実施形態）図 24は本発明の第 9の実施形態の 2極分の断面図、図 25は図 24の 1Z2極分の拡大断面図である。本実施形態では、第 8の実施形態の構成に加えて、永久磁石 9による磁極である鉄心部 11におけるエアギャップ 6に対向する面の周方向中央部に軸方向に延びる窪み 18が設けられている。この窪み 18は、鉄心部 11の周方向幅の中心と回転子鉄心 8の中心とを結ぶ軸 L'を対称軸として対称的に 2 本設けられている。尚、窪み 18の深さは、エアギャップ 6の径方向長さの 0. 2〜3. 0 倍とすると、電磁力の低減効果が大きいと共に、トルクが実質的に下がらないので好ましい。

[0086] 次に本実施形態の作用と効果について述べる。負荷状態ではエアギャップ 6中にはコイル 5の電流により形成される磁束と永久磁石 9による磁束が生じる。これらの磁束はトルクを発生するとともに半径方向の電磁力を発生する。本発明では、リラクタンストルクを発生する磁極である鉄心部 15に窪み 16を設け、永久磁石 9による磁極である鉄心部 11の周方向中央部以外の部位に窪み 17を設け、さらに鉄心部 11の周方向中央部に窪み 18を設けることにより、エアギャップ 6中の磁束を変化させて半径方向の電磁力を低減し、かつ、トルクリプルも低減できる。

[0087] 窪み 16乃至 18を設けたときの作用と効果を確認するため、回転子 7を回転移動させながら本実施形態の回転電機の負荷時における磁界解析を行い、そのときの鉄心歯 3に作用する電磁力を算出した。

[0088] 本実施形態の 8極で 48スロットの回転電機では、固定子鉄心 2全体を膨張'収縮するような変形を生じる 0次モードは電磁力の 6次成分と 12次成分により生じ、低振動- 低騒音を得るにはこの成分の電磁力を低減しなければならない。そこで、窪み 18の周方向中心位置を変化させたときの電磁力の変化を磁界解析にて確認した。また、最大トルクを維持し、トルクリプルも低く抑える必要があるため、トルクの解析も同時に行った。

[0089] 図 26は窪み 18の周方向位置を変化させたときの電磁力の小さくなる範囲を示している。図 26の縦軸は従来機の電磁力を 1とし、横軸はスロットピッチて sで窪み 18の位置を示す角度 Θ 3を正規ィ匕した値である。また、図 27はこのときの最大トルクとトルクリプルを示す。縦軸は従来機のトルクとトルクリプルを 1としている。 [0090] θ 3は、永久磁石 9による磁極である鉄心部 11の周方向幅の中心と回転子鉄心 8 の中心とを通る軸 L'と、窪み 18の一側縁で軸 L'から遠い方の側縁と回転子鉄心 8 の中心とを通る軸とが成す角度である。 Θ 3= T S X (0. 4〜0. 5)のときに電磁力の 6次成分は 0. 14以下、電磁力の 12次成分は 1. 2以下におさまる。同時に図 27のトルクとトルクリプルに示すように、トルクは現状の約 1を維持してトルクリプルを約 2以下にできる。特に Θ 3を 0. 46以下にするとトルクリプルが現状以下の 0. 85程度に低減できる。

[0091] このように窪み 18により電磁力の 6次成分を 0. 14以下、電磁力 12次成分を 1以下まで低減し、同時に最大トルクを維持してトルクリプルを現状以下に低減できる。これにより、本実施の形態により振動の要因である電磁力を低減でき、最大トルクを維持してトルクリプルも低減できることが示され、低振動と低騒音で駆動性能の優れた回転電機を得ることができる。

[0092] 尚、 0 3≤ τ s X O. 5であれば、同様の好ましい結果を得られることがわかっている。より具体的には、固定子 1の毎相毎極あたりのスロット数を 2とし、極数を pとしたとき、 0 3= (12° 〜14° )Z(pZ2)とすると、さらに好ましい結果が得られることがわかつている。また、空洞 10の端部 10aは、 Θ 2pm = τ s X (n+O. 5)になるように配置されるので、鉄心歯 3から見て対称の 2個の端部 10aは、 0. 5スロットピッチずれているため、スロット 4による電磁力変化とトルク脈動の影響を緩和できる。

[0093] (第 10の実施形態）図 28は、本発明の第 10の実施形態の 1Z2極分の断面図である。本実施形態では、リラクタンストルク磁極である鉄心部 15に設けられた窪み 16は、鉄心部 15の周方向中央部側の部位 16a深さが他の部位 16bよりも浅くなつており、周方向中央部側の部位 16aの深さが 0. 25mm,他の部位 16bの深さが 0. 5mmとなっている。これにより、鉄心部 15における周方向中央部近傍の磁気抵抗は小さくなり、鉄心部 15の周方向中央部から離れた部位では磁気抵抗が大きくなるので、窪み 16によるリラクタンストルクの低下を抑制できる。

[0094] また、永久磁石 9による磁極である鉄心部 11の周方向中央部の窪み 18は、リラクタンストルク磁極である鉄心部 15とは電気角で 90° ずれており、窪み 18によるリラクタンストルクの低下への影響は小さい。また、窪み 18はトルクリプルの低減にも効果がある。そこで、窪み 18の深さは他の窪み 16、 17よりも深くすることができる。本実施形態では、窪み 18の深さは lmmで、窪み 17の深さは 0. 5mm,窪み 16の深さは、浅ヽ咅 M立 106a力0. 25mm、深!/ヽ咅 M立 16b力O. 5mmとした。

[0095] これにより、本実施形態の回転電機は、トルクの低下は僅かとした上で、加振源となる電磁力を低減できる。

[0096] 尚、窪み 16乃至 18の位置は、上記の各実施形態で述べた位置に限定されるものではない。また、上記の各実施形態では、永久磁石が挿入される空洞の端部は空隙となっているが、非磁性体が挿入された非磁性部であってもよい。また、上記の各実施形態では、永久磁石がエアギャップ面に向けて開口する V字状を成すように配置されている力エアギャップ面に向けて開口する U字状を成すように形成することもできる。さらに、各窪みは回転子鉄心の軸方向全長にわたって延びるように形成するのが好ましいが、軸方向の一部にのみ形成するようにしてもよい。その他にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲で上記の各実施形態に種々の改変を施すことができる。

Claims

請求の範囲

[1] 環状の固定子と、この固定子の内側に配置され前記固定子との間にエアギャップを存して対向する回転子とを備え、前記固定子は、周方向に間隔をおいて複数のスロットが設けられた固定子鉄心と、前記各スロット内に収納されたコイルとを有し、前記回転子は、回転子鉄心と、前記回転子鉄心の外周部に沿って設定された複数の磁極形成箇所にそれぞれ埋め込まれた永久磁石と、前記回転子鉄心の前記エアギヤップに対向する面に周方向に間隔をおいて設けられ前記回転子鉄心の軸方向に延びる複数の窪みとを有す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、前記窪みのピッチが前記スロットのピッチと異なってい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、前記窪みの数を 1つの磁極あたりで同数とし、

1つの磁極の範囲内で前記窪みのピッチが前記スロットのピッチと異なっていることを特徴とする回転電機。

[4] 請求項 1記載の回転電機において、前記窪みの数を 1つの磁極あたりで同数とし、前記各磁極の周方向幅の中心と前記回転子鉄心の中心とを通る軸を中心軸として前記窪みが対称的に配置され、前記各中心軸の片側において前記磁極の 1Z2の領域内に位置する前記窪みのピッチが前記スロットのピッチと異なっていることを特徴とする回転電機。

[5] 請求項 1記載の回転電機において、前記各磁極形成箇所において前記永久磁石に磁ィ匕されて前記エアギャップに対向する面に磁極を形成する鉄心部の前記エアギヤップに対向する面における周方向中央部に前記窪みが設けられたことを特徴とする回転電機。

[6] 請求項 5記載の回転電機において、前記回転子鉄心の前記エアギャップに対向する面における前記鉄心部の周方向中央部以外の部位にも窪みが設けられた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、前記回転子鉄心の前記エアギャップに対向する面における前記鉄心部の周方向中央部以外の部位に設けられた窪みのピッチが前記スロットのピッチと異なっていることを特徴とする回転電機。

[8] 請求項 6記載の回転電機において、前記回転子鉄心の前記エアギャップに対向する面における前記鉄心部の周方向中央部以外の部位に設けられる窪みの数を 1つの磁極あたりで同数とし、 1つの磁極の範囲内で前記窪みのピッチが前記スロットのピッチと異なっていることを特徴とする回転電機。

[9] 請求項 6記載の回転電機において、前記回転子鉄心の前記エアギャップに対向する面における前記鉄心部の周方向中央部以外の部位に設けられる窪みの数を 1つの磁極あたりで同数とし、前記各磁極の周方向幅の中心と前記回転子鉄心の中心とを通る軸を中心軸として前記窪みが対称的に配置され、前記各中心軸の片側において前記磁極の 1Z2の領域内に位置する前記窪みのピッチが前記スロットのピッチと異なっていることを特徴とする回転電機。

[10] 請求項 5乃至 9のいずれかに 1項記載の回転電機において、 τ 3を前記スロットのピツチ、 ηを 0以上の整数としたとき、前記各鉄心部の前記エアギャップに対向する面における周方向中央部に設けられた窪みの周方向の幅が T S X (2η+0. 1〜1. 7)であることを特徴とする回転電機。

[11] 請求項 1乃至 10のいずれか 1項記載の回転電機において、前記各磁極形成箇所において前記永久磁石に磁ィ匕されて前記エアギャップに対向する面に磁極を形成する鉄心部の周方向幅中心と前記回転子の中心を通る軸と、前記スロット間に形成される鉄心歯の周方向幅中心と前記回転子の中心を通る軸とがー致した状態で、前記回転子鉄心の前記エアギャップに対向する面における前記鉄心部の周方向中央部以外の部位に設けられた窪みの周方向幅の中心と前記回転子の中心を通る軸と、その窪みの近傍にあるスロットの周方向幅の中心と前記回転子の中心を通る軸とがなす角度 α 2が、 τ sを前記スロットのピッチとしたとき、 T S X— 0. 14-0. 1 (前記窪みの中心軸が前記スロットの中心軸に対して前記磁極の中心軸側に位置するときの角度を負の値とし、逆側に位置するときの角度を正の値とする）となるように前記窪みを設けたことを特徴とする回転電機。

[12] 請求項 1乃至 10のいずれか 1項記載の回転電機において、前記各磁極形成箇所において前記永久磁石に磁ィ匕されて前記エアギャップに対向する面に磁極を形成する鉄心部の周方向幅中心と前記回転子の中心を通る軸と、前記スロット間に形成される鉄心歯の周方向幅中心と前記回転子の中心を通る軸とがー致した状態で、前記回転子鉄心の前記エアギャップに対向する面における前記鉄心部の周方向中央部以外の部位に設けられた窪みの周方向幅の中心と前記回転子の中心を通る軸と、その窪みの近傍にあるスロットの周方向幅の中心と前記回転子の中心を通る軸とがなす角度 α 3が、 τ sを前記スロットのピッチとしたとき、 T S X— 0. 12-0. 33 (前記窪みの中心軸が前記スロットの中心軸に対して前記磁極の中心軸側に位置するときの角度を負の値とし、逆側にあるときの角度を正の値とする）となるように前記窪みを設けたことを特徴とする回転電機。

[13] 請求項 5乃至 10のいずれか 1項記載の回転電機において、前記各鉄心部の前記エアギャップに対向する面における周方向中央部に設けられた窪みは、前記エアギヤップ側の周方向幅が広く、前記回転子鉄心の内周側に向けて周方向幅が狭くなる形状であることを特徴とする回転電機。

[14] 請求項 13記載の回転電機において、 τ sを前記スロットのピッチ、 nを 0以上の整数としたとき、前記鉄心部の前記エアギャップに対向する面の周方向中央部に設けられた窪みは、前記エアギャップに対向する開口部における周方向幅が τ s X (2n+0 . 53〜： L 06)、前記開口部よりも内側の狭く絞った部分の周方向幅が τ s X (2n+0 . 20〜0. 49)であることを特徴とする回転電機。

[15] 請求項 13又は 14に記載の回転電機において、前記鉄心部の前記エアギャップに対向する面の周方向中央部に設けられた窪みにおける前記エアギャップに対向する幅広の部位の深さが前記エアギャップの径方向長さの 0. 3〜1. 0倍であることを特徴とする回転電機。

[16] 請求項 5乃至 10、 13乃至 15のいずれ力 1項記載の回転電機において、前記鉄心部の前記エアギャップに対向する面の周方向中央部に設けられた窪みにおける最も深い部位の深さが前記エアギャップの径方向長さの 0. 7〜 10倍であることを特徴とする回転電機。

[17] 請求項 1乃至 16のいずれか 1項記載の回転電機において、前記回転子鉄心の前記エアギャップに対向する面における前記鉄心部の周方向中央部以外の部位に設けられた窪みの深さが前記エアギャップの径方向長さの 0. 4〜4倍であることを特徴とする回転電機。

[18] 請求項 1乃至 17のいずれか 1項記載の回転電機において、前記回転子鉄心の前記エアギャップに対向する面における前記鉄心部の周方向中央部以外の部位に設けられた窪みの周方向幅が前記スロットのピッチの 0. 2〜0. 6倍であることを特徴とする回転電機。

[19] 請求項 1乃至 18のいずれか 1項記載の回転電機において、前記各磁極において 1 対の前記永久磁石が前記エアギャップに向けて開くように V字状に配置されたことを特徴とする回転電機。

[20] 請求項 19記載の回転電機において、前記各永久磁石が前記回転子鉄心に形成された空洞内に埋め込まれ、前記各磁極形成箇所において前記永久磁石に磁化されて前記エアギャップに対向する面に磁極を形成する鉄心部の周方向幅中心と前記回転子の中心を通る軸と、前記スロット間に形成される鉄心歯の周方向幅中心と前記回転子の中心を通る軸とがー致した状態で、前記各磁極の 1対の空洞における前記エアギャップ側の端部の周方向幅の中心と前記回転子の中心を通る軸と、その近傍にあるスロットの周方向幅の中心と前記回転子の中心を通る軸とがなす角度 α 4 は、 τ sを前記スロットのピッチとしたときに、 T S X— 0. 25、 T S X O. 25 (周方向の一方向を +、他方向を一とする）となるように前記各空洞を配置したことを特徴とする回転電機。

[21] 環状の固定子と、この固定子の内側に配置され前記固定子との間にエアギャップを存して対向する回転子とを備え、前記固定子は、周方向に間隔をおいて 48個のスロットが設けられた固定子鉄心と、前記各スロット内に収納されたコイルとを有し、前記回転子は、回転子鉄心と、前記回転子鉄心の外周部に沿って設定された 8箇所の磁極形成箇所にそれぞれ前記エアギャップに向けて V字状に開くように形成された 1 対の空洞と、前記各空洞内に埋め込まれた永久磁石と、前記各磁極形成箇所にお V、て前記永久磁石に磁ィ匕されて前記エアギャップ面に磁極を形成する鉄心部と、前記各鉄心部の前記エアギャップに対向する面における周方向中央部に設けられた第 1の窪みと、前記回転子鉄心の前記エアギャップに対向する面における前記鉄心部の周方向中央部以外の部位に設けられた第 2、第 3の窪みとを有し、前記磁極のピッチを τ ρとしたとき、前記第 1の窪みの周方向幅中心と前記回転子の中心を通る軸と、前記第 2の窪みの周方向幅の中心と前記回転子の中心を通る軸とが成す角度 ι8 2= τ ρ Χ Ο. 226-0. 265となるように前記第 2の窪みを配置し、前記第 1の窪みの周方向幅中心と前記回転子の中心を通る軸と、前記第 3の窪みの周方向幅の中心と前記回転子の中心を通る軸とが成す角度 j8 3 = τ ρ Χ Ο. 398-0. 472となるように前記第 3の窪みを配置し、前記各磁極形成箇所において、前記鉄心部の周方向幅中心と前記回転子の中心を通る軸と、前記 1対の空洞の前記エアギャップ側の端部の周方向幅の中心と前記回転子の中心を通る軸とがなす角度 j8 4= τ ρ Χ— 0. 2 5〜一 0. 35、 τ ρ Χ Ο. 25〜0. 35 (周方向の一方向を +、他方向を一とする）となるように前記各空洞を配置したことを特徴とする回転電機。

[22] 前記永久磁石による磁極間にリラクタンストルクを発生するリラクタンストルク磁極となる鉄心部を有し、このリラクタンストルク磁極における前記エアギャップに対向する面に前記窪みが設けられたことを特徴とする請求項 1記載の回転電機。

[23] 請求項 22記載の回転電機において、前記各リラクタンストルク磁極の窪みは、前記リラクタンストルク磁極の周方向幅の中心と前記回転子鉄心の中心を通る軸を対称軸として対称的に設けられたことを特徴とする回転電機。

[24] 請求項 22又は 23記載の回転電機において、 τ sを前記スロットのピッチとしたとき、前記リラクタンストルク磁極の窪みの周方向中心位置 θ 1は、 0 1 = τ s X (n+0. 16 〜0. 37)であることを特徴とする回転電機。

但し、 Θ 1は、前記リラクタンストルク磁極の周方向幅の中心と前記回転子鉄心の中心とを通る軸と、前記窪みの幅方向の中心と前記回転子鉄心の中心とを通る軸とが成す角度、 nは整数とする。

[25] 請求項 22乃至 24のいずれ力 1項記載の回転電機において、 τ 5を前記スロットのピッチとしたとき、前記窪みの周方向幅 W1は、 Wl = T S X (n+0. 2〜0. 5)であることを特徴とする回転電機。

但し、 W1は、前記窪みの一側縁と前記回転子鉄心の中心を通る軸と、前記窪みの他側縁と前記回転子鉄心の中心を通る軸とが成す角度、 nは 0及び自然数とする。

[26] 請求項 22記載の回転電機において、前記永久磁石による磁極の前記エアギヤップに対向する面における周方向中央部以外の部位に前記窪みが設けられたことを特徴とする回転電機。

[27] 請求項 26記載の回転電機において、前記リラクタンストルク磁極の窪みは、前記リラタタンストルク磁極の周方向幅の中心と前記回転子鉄心の中心とを通る軸を対称軸として対称的に設けられ、前記永久磁石による磁極の窪みは、この磁極の周方向幅の中心と前記回転子鉄心の中心とを通る軸を対称軸として対称的に設けられたことを特徴とする回転電機。

[28] 請求項 26又は 27記載の回転電機において、 τ sを前記スロットのピッチとしたとき、前記リラクタンストルク磁極の窪みの周方向中心位置 0 1 = τ s X (n+O. 2〜0. 6) であり、前記永久磁石による磁極の窪みの周方向中心位置 Θ 2= τ s X (n+O. 85 〜1. 3)であることを特徴とする回転電機。

但し、 Θ 1は、前記リラクタンストルク磁極の周方向幅の中心と前記回転子鉄心の中心とを通る軸と、前記リラクタンストルク磁極の窪みの幅方向の中心と前記回転子鉄心の中心とを通る軸とが成す角度、 Θ 2は、前記永久磁石による磁極の周方向幅の中心と前記回転子鉄心の中心とを通る軸と、前記永久磁石による磁極の窪みの幅方向の中心と前記回転子鉄心の中心とを通る軸とが成す角度、 nは整数とする。

[29] 請求項 26乃至 28のいずれ力 1項記載の回転電機において、 τ 5を前記スロットのピッチとしたとき、前記リラクタンストルク磁極の窪みの周方向幅 Wl = τ s X (n + O. 4〜0. 7)、前記永久磁石による磁極の窪みの周方向幅 W2= τ s X (n+O. 47〜0 . 6)であることを特徴とする回転電機。

但し、 W1は、前記リラクタンストルク磁極の窪みの一側縁と前記回転子鉄心の中心を通る軸と、前記リラクタンストルク磁極の窪みの他側縁と前記回転子鉄心の中心を通る軸とが成す角度、 W2は、前記永久磁石による磁極の窪みの一側縁と前記回転子鉄心の中心を通る軸と、前記永久磁石による磁極の窪みの他側縁と前記回転子鉄心の中心を通る軸とが成す角度、 nは 0及び自然数とする。

[30] 請求項 22乃至 29のいずれか 1項記載の回転電機において、前記永久磁石による磁極の前記エアギャップに対向する面における周方向中央部に前記窪みが設けられたことを特徴とする回転電機。

[31] 請求項 30記載の回転電機において、前記永久磁石による磁極の周方向幅の中心と前記回転子鉄心の中心とを通る軸と、前記永久磁石による磁極の周方向中央部の窪みの一側縁で前記軸力遠い方の側縁と前記回転子鉄心の中心とを通る軸とが成す角度 Θ 3が、 θ 3≤ τ s X O. 5となるように前記永久磁石による磁極の周方向中央部の窪みが配置されたことを特徴とする回転電機。

[32] 請求項 22乃至 31のいずれか 1項記載の回転電機において、前記リラクタンストルク磁極の窪み及び前記永久磁石による磁極の周方向中央部以外の窪みの深さは、前記エアギャップの径方向長さの 0. 2〜2. 0倍であり、前記永久磁石による磁極の周方向中央部の窪みの深さは、前記エアギャップの径方向長さの 0. 2〜3. 0倍であることを特徴とする回転電機。

[33] 請求項 22乃至 32のいずれか 1項記載の回転電機において、前記各磁極形成箇所において前記永久磁石が前記エアギャップに向けて開くように V字状、又は前記エアギャップに向けて開口する U字状に設けられたことを特徴とする回転電機。

[34] 請求項 22乃至 33のいずれか 1項記載の回転電機において、前記各永久磁石における前記エアギャップ側の端部に空隙又は非磁性部が設けられ、前記スロットのピツチを τ sとしたとき、前記空隙又は前記非磁性部の周方向中心位置 Θ pm= τ s X ( n+0. 25)又は前記リラクタンストルク磁極を挟む二つの前記空隙又は前記非磁性部の周方向幅の中心と前記回転子鉄心の中心とを通る二つの軸の成す角度 0 2pm = T S X (n+0. 5)であることを特徴とする回転電機。

但し、 Θ pmは、前記リラクタンストルク磁極の周方向幅の中心と前記回転子鉄心の中心とを通る軸と、前記空隙又は前記非磁性部の周方向幅の中心と前記回転子鉄心の中心とを通る軸とが成す角度、 nは整数とする。

[35] 請求項 26乃至 34のいずれか 1項記載の回転電機において、前記固定子の毎相毎極あたりのスロット数を 2とし、極数を pとしたとき、前記リラクタンストルク磁極の窪みの中心位置 0 1= (10° 〜14° )Z(pZ2)とし、前記永久磁石による磁極における周方向中央部以外の窪みの中心位置 Θ 2= (26° 〜39° )Z(pZ2)とし、前記リラクタンストルク磁極の窪みの周方向幅 Wl = (12° 〜18° )Z(pZ2)とし、前記永久磁石による磁極における周方向中央部以外の窪みの周方向幅 W2= (14° 〜18° ) Z (p/2)としたことを特徴とする回転電機。

但し、 Θ 1は、前記リラクタンストルク磁極の周方向幅の中心と前記回転子鉄心の中心とを通る軸と、前記リラクタンストルク磁極の窪みの幅方向の中心と前記回転子鉄心の中心とを通る軸とが成す角度、 Θ 2は、前記永久磁石による磁極の周方向幅の中心と前記回転子鉄心の中心とを通る軸と、前記永久磁石による磁極の周方向中央部以外の窪みの幅方向の中心と前記回転子鉄心の中心とを通る軸とが成す角度、 n は整数とする。

[36] 請求項 30乃至 35のいずれか 1項記載の回転電機において、前記固定子の毎相毎極あたりのスロット数を 2とし、極数を pとしたとき、前記リラクタンストルク磁極の窪みの中心位置 0 1= (10° 〜14° ) Z(pZ2)とし、前記永久磁石による磁極における周方向中央部以外の窪みの中心位置 Θ 2= (26° 〜39° ) Z(pZ2)とし、前記リラクタンストルク磁極の窪みの周方向幅 Wl = (12° 〜18° ) Z(pZ2)とし、前記永久磁石による磁極における周方向中央部以外の窪みの周方向幅 W2= (14° 〜18° ) / (p/2)とし、前記永久磁石による磁極の周方向中央部の窪みの一側縁の位置 0 3= (12° 〜14° ) Z(pZ2)としたことを特徴とする回転電機。

但し、 Θ 1は、前記リラクタンストルク磁極の周方向幅の中心と前記回転子鉄心の中心とを通る軸と、前記リラクタンストルク磁極の窪みの幅方向の中心と前記回転子鉄心の中心とを通る軸とが成す角度、 Θ 2は、前記永久磁石による磁極の周方向幅の中心と前記回転子鉄心の中心とを通る軸と、前記永久磁石による磁極の周方向中央部以外の窪みの幅方向の中心と前記回転子鉄心の中心とを通る軸とが成す角度、 n は整数とし、 Θ 3は、前記永久磁石による磁極の周方向幅の中心と前記回転子鉄心の中心とを通る軸と、前記永久磁石による磁極の周方向中央部の窪みの一側縁で該軸から遠い方の側縁と前記回転子鉄心の中心とを通る軸とが成す角度とする。

[37] 請求項 22乃至 36のいずれか 1項記載の回転電機において、前記各磁極形成箇所において前記永久磁石が前記エアギャップに向けて開くように V字状に配置され、前記永久磁石における前記エアギャップ側の端部に空隙又は非磁性部が設けられており、この空隙又は非磁性部の周方向幅の中心と前記回転子鉄心の中心とを通る軸と、前記リラクタンストルク磁極の周方向幅の中心と前記回転子鉄心の中心とを通る軸とが成す角度 Θ pmが、 32° / (ρ/2)≤ Θ pm≤40° Ζ(ρΖ2)となる位置に前記空隙又は前記非磁性部が配置されたことを特徴とする回転電機。

[38] 請求項 22乃至 37のいずれか 1項記載の回転電機において、前記リラクタンストルク磁極の窪みは、前記リラクタンストルク磁極の周方向中央側の深さが他の部位よりも浅くなつていることを特徴とする回転電機。

[39] 請求項 22乃至 38のいずれか 1項記載の回転電機において、前記永久磁石による磁極の周方向中央部の窪みの深さが他の前記窪みよりも深くなつていることを特徴とする回転電機。