WO2018235144A1

WO2018235144A1 - 回転電機の回転子

Info

Publication number: WO2018235144A1
Application number: PCT/JP2017/022578
Authority: WO
Inventors: 松村　一弘
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2017-06-19
Filing date: 2017-06-19
Publication date: 2018-12-27
Also published as: JP6726361B2; JPWO2018235144A1

Abstract

本発明の一態様に係る回転電機の回転子は、電磁鋼板を積層して構成されるロータコアと、ロータコアにおける一磁極を構成する少なくとも一つの永久磁石と、永久磁石を埋設するための磁石挿入孔と、を備える。ロータコアは、磁石挿入孔において、一磁極が構成するｄ軸と電気的に直交するｑ軸側の端部に設けられた空隙部と、ロータコアの外周に、ロータコアの軸方向に沿って形成された切欠きと、を有する。空隙部は、ロータコアの外周に最も近い部分からｄ軸へ向かって該ロータコアの外周に沿って延在する突出部を有している。そして、ロータコアの回転中心から前記突出部のｄ軸側の先端を通ってロータコアの外周まで引かれた接線を接線Ａとした場合に、切欠きは、接線Ａよりもｄ軸側に形成される。

Description

回転電機の回転子

　本発明は、回転電機の回転子に関する。

　従来、周方向に複数配置された磁石挿入孔と、磁石挿入孔の両端において、磁極中心側に向かって突出して設けられた空隙部とが形成された回転子構造が知られている（ＪＰ２００６－２３８６７８Ａ参照）。

　ここで、ＪＰ２００６－２３８６７８Ａに開示された空隙部は、ロータコアの外周縁から所定距離を保ちながら、磁石挿入孔の端部から離れるにつれて徐々に細くなる構造（突出部）を有する。空隙部のこのような構造により、突出部の先端部付近においてロータコアの磁性体部分の径方向厚みを大きくすることができるので、永久磁石からの磁束に対するロータコアの磁気抵抗が小さくなり、トルクリプルを低減することができる。

　しかしながら、実際にロータコアを生産する際には、プレス加工するために用いる金型の耐久性を考慮して、空隙部の先端形状をＪＰ２００６－２３８６７８Ａに開示された先端形状よりも湾曲させる必要がある。そうすると、先端が湾曲するのにつられて空隙部の径方向幅が拡大するので、それに応じてロータコアの磁性体部分の径方向幅が小さくなり、トルクが低下してしまうという問題がある。

　本発明は、実際にロータコアを生産する際でも、金型の耐久性を低下させることなく、トルクの低下を抑制し、トルクリプルを低減させることができる回転子を提供することを目的とする。

　本発明の一態様における回転電機の回転子は、電磁鋼板を積層して構成されるロータコアと、ロータコアにおける一磁極を構成する少なくとも一つの永久磁石と、永久磁石を埋設するための磁石挿入孔と、を備える回転電機の回転子である。ロータコアは、磁石挿入孔において、一磁極が構成するｄ軸と電気的に直交するｑ軸側の端部に設けられた空隙部と、ロータコアの外周に、ロータコアの軸方向に沿って形成された切欠きと、を有する。空隙部は、ロータコアの外周に最も近い部分からｄ軸へ向かって該ロータコアの外周に沿って延在する突出部を有している。そして、ロータコアの回転中心から前記突出部のｄ軸側の先端を通ってロータコアの外周まで引かれた接線を接線Ａとした場合に、切欠きは、接線Ａよりもｄ軸側に形成される。

　本発明の実施形態については、添付された図面とともに以下に詳細に説明する。

図１は、一実施形態の回転子構造を説明するための図である。図２は、従来形状の空隙を説明するための図である。図３は、従来形状の空隙において、生産性を考慮しない空隙が形成されたロータコア（従来例Ａ）と、生産性を考慮した空隙が形成されたロータコア（参考例Ｂ）とでのトルクの変化を解析した解析結果を示す図である。図４は、一実施形態の空隙と従来形状の空隙との形状の違いを説明するための図である。図５は、一実施形態、従来例Ａ、及び参考例Ｂの回転子構造によるトルクの変化を解析した解析結果を示す図である。図６は、一実施形態、従来例Ａ、及び参考例Ｂの回転子構造によるトルクリプルの変化を解析した解析結果を示す図である。図７は、一実施形態、従来例Ａ、及び参考例Ｂの回転子構造によるロータ鉄損の変化を解析した解析結果を示す図である。図８は、参考例Ｂのロータコアにおけるロータ鉄損の分布図である。図９は、一実施形態のロータコアにおけるロータ鉄損の分布図である。図１０は、図１の部分拡大図であって、一実施形態の切欠きの形状を説明するための図である。図１１は、一実施形態のロータコアにおいて、切欠きがθａに対応した位置に形成された場合のトルク性能の変化を解析した解析結果を示す図である。図１２は、一実施形態のロータコアにおいて、切欠きがθａに対応した位置に形成された場合のステータ鉄損の低減率の変化を解析した解析結果を示す図である。図１３は、一実施形態のロータコアにおいて、切欠きがθａに対応した位置に形成された場合のロータ鉄損の低減率の変化を解析した解析結果を示す図である。図１４は、一実施形態のロータコアにおいて、切欠きのｄ軸側の端部の位置を説明するための図である。図１５は、一実施形態のロータコアにおいて、切欠きがθαに対応した位置に形成された場合のステータ鉄損の低減率の変化を解析した解析結果を示す図である。図１６は、一実施形態のロータコアにおいて、切欠きがθαに対応した位置に形成された場合のロータ鉄損の低減率の変化を解析した解析結果を示す図である。図１７は、一実施形態のロータコアにおいて、切欠きがθαに対応した位置に形成された場合のトルクの低下率を解析した解析結果を示す図である。図１８は、一実施形態のロータコアにおいて、切欠きの深さＨの規定を説明するための図である。図１９は、一実施形態のロータコアにおいて、突出部のｄ軸側先端部の幅ｈを説明するための図である。図２０は、一実施形態のロータコアにおいて、切欠きの深さＨと突出部先端部分の幅ｈの比率（Ｈ／ｈ）と、ステータ鉄損低減率との関係を解析した解析結果を示す図である。図２１は、一実施形態のロータコアにおいて、切欠きの深さＨと突出部先端部分の幅ｈの比率（Ｈ／ｈ）と、トルクとの関係を解析した解析結果を示す図である。図２２は、実施例１の回転子構造を説明するための図である。図２３は、実施例２の回転子構造を説明するための図である。図２４は、実施例３の回転子構造を説明するための図である。図２５は、切欠きの変形例を示す図である。図２６は、従来の回転子構造を説明するための図である。

　－実施形態－
　図１は、本発明が適用される一実施形態の回転子を説明するための図である。同図に表されるのは、電動機或いは発電機を構成する回転電機が備える回転子（ロータ）６を軸方向に垂直な断面から見た構成図であって、構成全体の一部（一極分）である。本実施形態の回転電機は、ロータ６の内部に永久磁石が埋設されたいわゆるＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）型の回転電機であり、一極あたり２枚の永久磁石３が、ロータ６の外周側に開口するような略Ｖ字形状に配置された回転子を有する。

　なお、ここでは８極構造のロータを例に挙げるが、極数についてはこれに限定されるものではない。ただし、以下に説明する種々の解析データは、８極構造のロータ６と、スロット数が４８であって、且つ、固定子巻線が分布巻きによって巻き回されたステータ（不図示）とで構成された回転電機に本発明を適用して解析されたことを前提とする。

　回転子コア（ロータコア）１は、厚さ数百μｍの電磁鋼板を円環状に打ち抜き加工したものを軸方向に積層して形成された、いわゆる積層電磁鋼板構造によって円筒形に構成されている。また、ロータコア１には、永久磁石３を埋設するための磁石挿入孔２（以下、単に磁石孔２ともいう）が形成されるとともに、磁石孔２の周方向両端部には空隙４、５がそれぞれ形成されている。

　磁石孔２は、一極あたり二つの永久磁石３をそれぞれ埋設するための空間が形成された電磁鋼板単板が軸方向に積層されることで形成される孔部である。磁石孔２は、ロータ６の外周側に開口する略Ｖ字形状となるような配置で、一定の機械角毎に形成される。本実施形態のロータ６は８極構造である為、略Ｖ字形状に配置された一組の磁石孔２が、機械角４５度毎に形成される。図１が示すのはその一極分である。

　永久磁石３は、ロータコア１の磁石孔２に挿入された状態で固定される。また、永久磁石３は、二枚で一磁極を構成し、ロータ６の周方向に沿って、二つの永久磁石３が構成する磁極が互いに等間隔で、且つ、隣接する磁極の極性が互いに異極性となるように配置される。この二枚の永久磁石３がつくる磁束の方向がｄ軸（磁極中心）であり、ｄ軸に対して電気的磁気的に直交する方向がｑ軸である。

　永久磁石３は、長手方向の幅が磁石孔２よりも小さく形成されており、磁石孔２の周方向両端部分には、空間部分としての空隙４、５が形成される。この空間部分は、電磁鋼板よりも透磁率が低く、すなわち磁気抵抗が大きい。したがって、空隙４、５は、永久磁石３がロータ６に構成する磁気回路において、磁束（フラックス）が通りにくい磁気的障壁として作用する。

　そして、空隙４、５のうち、よりロータコア１の外周側にある空隙５は、ロータコア１の外周に最も近い部分（最外周部）から、ｄ軸側に向かって、ロータコア１の外周に沿って延在して形成される突出部７を有する。

　この突出部７を含む空隙５の最外周部がロータコア１の外周に沿って形成されるため、空隙５とロータコア１の外周との間に形成されるブリッジ部８の磁束密度が一様に飽和し（磁気飽和）、ｑ軸方向に流れようとする磁束が低減する。これにより、永久磁石３から出る磁束密度のうち、突出部７の先端方向（ｄ軸方向）へ流れる磁束の割合が増加し、ロータ磁束が正弦波に近づくため、ステータ鎖交磁束における磁束密度の高調波成分を低減させることができる。

　そして、本実施形態のロータコア１の外周には、ロータコア１の回転中心側に向かって、且つ、ロータコア１の軸方向に沿って切欠き９が形成される。切欠き９は、ロータコア１の外周において、突出部７のｄ軸側の先端からｄ軸までの領域に形成される。図１を参照すれば、ロータコア１の回転中心から突出部７のｄ軸側の先端を通ってロータコア１の外周まで引いた接線を接線Ａとした場合に、切欠き９は、接線Ａよりもｄ軸側に形成される。さらに、図１に示す直線Ｂを用いても切欠き９のより具体的な位置を規定することができる。詳細は図１０を用いて後述する。

　ここで、本実施形態の切欠き９のより具体的な位置を説明する前に、本発明の比較となる従来の回転子構造と、その構造による特性および問題点について説明する。

　ＪＰ２００６－２３８６７８Ａでは、図２６に示すように、磁石挿入孔の少なくともロータコアの外周側端部に空隙が設けられた回転子構造が提案されている。この空隙は、ロータコア１の外周から所定距離を保ちつつ、磁極中心側に向かって徐々に細くなるように形成されることにより、トルクリプルを低減する。ただし、このような形状の空隙をプレス加工により形成するためには、プレス加工に用いる金型において空隙の先端部分に相当する部分を鋭角に形成する必要がある。

　しかしながら、金型における鋭角部分は、プレス加工を繰り返すにつれ摩耗したり、欠けて損傷したりする等して消耗が早い。すなわち、実際にロータコアを生産する際の金型の消耗を考慮すると、図２６に示すような空隙の形状は、ロータコアの生産時の工数及びコストの増大に起因して生産性を低下させてしまう問題を含んでいる。

　ここで、生産性を考慮し、図２６に示すような空隙の形状を、ロータコアの生産時における金型の消耗を許容できる形状に変更すると、図２で示すような形状となる。

　図２は、生産性を考慮しない従来形状の空隙２０と、当該空隙２０に対して生産性を考慮した形状変更を施した空隙３０とを説明するための図である。空隙３０を示す点線部分が、生産性を考慮して拡大された部分である。

　上述したとおり、空隙２０の形状ではプレス成型するための金型の先端部分が消耗しやすくなるので、金型の消耗を抑制するためには、先端部分の鋭角形状を湾曲形状に変更する必要がある。そうすると、空隙２０の径方向幅は、先端部分が湾曲するのに伴い図示する点線位置まで拡張された空隙３０の形状のとおりとなる。この形状差に伴うトルク性能の変化を解析した解析結果を図３に示す。

　図３は、従来形状の空隙において、生産性を考慮しない空隙２０が形成されたロータコアと、生産性を考慮した空隙３０が形成されたロータコアのトルクを示した図である。図示するとおり、生産性を考慮した空隙３０が形成されたロータコアは、空隙２０が形成されたロータコアに比べて、トルクが３パーセント程度低下する。これは、空隙２０に比べて空隙３０の径方向幅が増大するのに伴って、永久磁石からの鎖交磁束に対する磁気抵抗が増加したためである。

　すなわち、図２６に示すような従来の空隙部形状は、生産性を考慮した場合にはその形状を径方向に拡張する必要があり、その形状変更の結果としてトルクの低下を招いてしまうという問題がある。本実施形態のロータコア１の構造はこのような問題を解決するものであり、生産性を考慮したうえで、トルクの低下を伴うことなくトルクリプルを低減することができる。

　図４は、本実施形態の空隙５と従来の空隙２０との形状の違いを説明する図である。同図では、本実施形態のロータコア１に形成される空隙５と切欠き９が黒色で示されている。図示する空隙２０（白抜き部分）は、図２で示す生産性を考慮しない空隙２０の磁極中心側の先端部分である。図示するように、空隙２０の磁極中心側の先端部分の面積は、切欠き９の面積とほぼ同一である。

　すなわち、本実施形態のロータコア１は、従来形状の空隙２０において生産性を考慮した場合に変更を強いられる細い先端部分を分離し、該部分を切欠き９とすることで、空隙２０と同等の空間面積を確保している。このようなロータコア１の構造によれば、生産時において用いる金型を過度に消耗させる虞がないので、従来のような生産性を考慮した形状変更を要さずに、生産性を考慮しない空隙２０と同等の空間面積をロータコア１において確保することができる。

　ロータコア１の構造による特性について図５～７を用いて説明する。

　図５は、従来形状において生産性を考慮しない空隙２０が形成されたロータコア（以下、従来例Ａと呼ぶ）、生産性を考慮した空隙３０が形成されたロータコア（以下、参考例Ｂと呼ぶ）、及び、本実実施形態のロータコア１のトルク性能を比較した図である。同図は、従来例Ａのトルクの大きさを１００％とした場合のトルクの大きさを％で示している。図示するとおり、本実施形態のロータコア１の構造によれば、参考例Ｂに比べてトルク性能が５％程度向上しており、従来例Ａと同等のトルク性能を、生産性を低下させることなく実現することができている。

　図６は、従来例Ａ、参考例Ｂ、及び、本実施形態のロータ６のトルクリプルを比較した図である。同図は、従来例Ａのトルクリプルの発生量を１００％とした場合のトルクリプルの発生量を％で示している。なお、トルクリプルはロータの回転に伴って生じるトルクの脈動（リプル）であり、ロータコアのスロット数に応じた次数で発生しやすい。したがって、同図では、ロータコア１のスロット数に対応した４８次のトルクリプルの発生量を解析した解析結果を示している。

　図示するとおり、本実施形態のロータ６の構造によれば、参考例Ｂに比べてトルクリプルを４０％程度低減できており、従来例Ａと同等のトルクリプルの発生量を、生産性を低下させることなく維持することができている。

　図７は、従来例Ａ、参考例Ｂ、及び、本実実施形態のロータ６のロータ鉄損を比較した図である。同図は、従来例Ａのロータ鉄損の大きさを１００％とした場合のロータ鉄損の大きさを％で示している。同図から、本実施形態のロータコア１の構造によれば、参考例Ｂに比べてロータ鉄損を約８％低減できていることが分かる。さらに、ロータコア１の構造によれば、従来例Ａと比べても約５％のロータ鉄損低減効果を実現できている。ロータコア１がロータ鉄損を低減できる理由について、図８、９を用いて説明する。

　図８は、参考例Ｂのロータコアにおけるロータ鉄損の分布図である。黒の濃さがロータ鉄損の大きさを示しており、黒が濃いほどロータ鉄損が大きいことを示す。参考例Ｂのロータコアでは、永久磁石からでた磁束は、磁気抵抗の高い空隙を回避して、磁気抵抗の低い磁性体部分を通ってステータ側へ流れようとする。したがって、ロータ鉄損は、空隙を回避する際の磁束の経路（磁路）が集中する部分、すなわち、突出部のｄ軸側の先端部分よりもｄ軸側の磁性体部分（黒色が濃い部分）に集中する。

　図９は、本実施形態のロータコア１におけるロータ鉄損の分布図である。図示するとおり、ロータコア１では、従来においてロータ鉄損が最も大きかった部分が切欠き９により排除されており、全体としてロータ鉄損が低減されていることが分かる。なお、その原因としては、永久磁石３から出た磁束が空隙５を回避して通る磁路上に設けた切欠き９により、磁束が気中に分散されたこと等が考えられる。

　次に、切欠き９のより詳細な位置について図１０を用いて説明する。切欠き９が突出部７のｄ軸側の先端、すなわち接線Ａよりもｄ軸側に形成されることは図１を用いて既に述べた。

　図１０は、切欠き９が形成される位置をより詳細に説明するための構成図である。同図は、図１に示すロータコア１において突出部７と切欠き９とが形成される部分の部分拡大図を示している。直線Ｂは、ロータコア１の回転中心と、切欠き９においてロータコア１の回転中心側に最も深い点とを通る直線である。

　切欠き９は、接線Ａと直線Ｂとの間の電気角をθａとした場合に、０°≦θａ≦１０°を満たすように形成される。このような位置に形成する理由を図１１から１３を用いて説明する。

　図１１は、ロータコア１において、切欠き９がθａに対応した位置に形成された場合のトルク性能の変化を示す図である。横軸はθａ［°］を、縦軸は、トルク低下率［％］を示している。切欠き９が突出部７に近づけば近づくほど、すなわち、θａが小さければ小さいほど、トルク性能は低下傾向を示すことが分かる。しかしながら、θａが約１°から２０°に変化させても、その差は２、３％以内に納まっており、θａによるトルク性能の変化は微差であることが分かる。

　図１２は、ロータコア１において、切欠き９がθａに対応した位置に形成された場合のステータ鉄損の変化を示す図である。横軸はθａ［°］を、縦軸は、ステータ鉄損低減率［％］を示している。ステータ鉄損は、θａ＝約１３°を境に、切欠き９が突出部７に近づけば近づくほど、すなわち、θａが小さければ小さいほど、ステータ鉄損が低減されることがわかる。特に、θａが１０°を下回るとその低減率がより大きくなり、ステータ鉄損が大きく低減されることが分かる。なお、ステータ鉄損が低減される理由は、上記のロータ鉄損が低減される理由とは異なり、トルクリプルの高周波成分が低減されたこと等が考えられる。

　図１３は、ロータコア１において、切欠き９がθａに対応した位置に形成された場合のロータ鉄損の変化を示す図である。横軸はθａ［°］を、縦軸は、ロータ鉄損低減率［％］を示している。ロータ鉄損は、切欠き９が突出部７に近づけば近づくほど、すなわち、θａが小さければ小さいほど、ロータ鉄損が低減されることがわかる。特に、θａが１０°を下回るとその低減率がより大きくなり、ロータ鉄損が大きく低減されることが分かる。

　以上より、本実施形態の切欠き９は、接線Ａと直線Ｂとの間の電気角をθａとした場合に、０°≦θａ≦１０°を満たすように形成される。切欠き９がこのように形成されることにより、トルクの低下を抑制しつつ、ロータ鉄損及びステータ鉄損を低減することができる。なお、鉄損低減の観点からは、θａはより小さいほど好ましい。

　次に、ロータコア１に形成される切欠き９のｄ軸側の端部の位置について説明する。

　図１４は、切欠き９のｄ軸側の端部の位置を説明するための図である。ロータコア１の回転中心と、切欠き９のｄ軸側の端部とを通る接線を接線Ｃとし、接線Ｃからｄ軸までの電気角をθαとした場合に、切欠き９は、θα≧１５°を満たすように形成される。

　切欠き９をθα≧１５°を満たすように形成する理由を図１５から図１７を用いて説明する。

　図１５は、ロータコア１において、切欠き９がθαに対応した位置に形成された場合のステータ鉄損の変化を示す図である。横軸はθα［°］を、縦軸は切欠き９によるステータ鉄損低減率を示している。ステータ鉄損低減率は、切欠き９のｄ軸側端部がθα＝約１５°の場合に最も大きく、そこを境にθαがより大きくなっても、より小さくなっても鉄損低減率は小さくなることが分かる。

　図１６は、切欠き９がθａに対応した位置に形成された場合のロータ鉄損の変化を示す図である。横軸はθａ［°］を、縦軸はロータ鉄損の低減率［％］を示している。ロータ鉄損は、切欠き９のｄ軸側の端部がｄ軸に近づけば近づくほど、すなわち、θαが小さければ小さいほど、ロータ鉄損低減率は大きくなり、ロータ鉄損が大きく低減されることが分かる。

　図１７は、ロータコア１において、切欠き９がθαに対応した位置に形成された場合のトルク性能の変化を示す図である。横軸はθα［°］を、縦軸は、トルク低下率［％］を示している。切欠き９のｄ軸側の端部がｄ軸から遠ざかるほど、すなわち、θαが大きければ大きいほど、トルクが大きくなり、トルク性能が向上することが分かる。

　以上の結果に基づいて、切欠き９はθα≧１５°を満たすように形成される。その理由として、まず、図１５で示すステータ鉄損の低減率をみると、上記のとおりθα＝１５°においてステータ鉄損低減率が最も大きいことが分かる。そして、θα＝１５°を境に、θαを大きくしても小さくしてもステータ鉄損低減率は小さくなる（鉄損が大きくなる）。

　一方で、トルク性能はθαが大きくなるほど大きくなる。仮に、切欠き９の位置をθα＜１５°とした場合は、θαを小さくするほどステータ鉄損が大きくなり、且つ、トルク性能が減少するのでメリットがない。したがって、本実施形態の切欠き９は、鉄損低減とトルク性能の両立を目的として、θαを小さくすればするほどステータ鉄損、及び、ロータ鉄損を大きく低減できる値として、θα≧１５°を満たすように形成される。

　なお、θαの上限値は、接線Ｃと、回転中心と突出部７のｄ軸側端部とを通る接線Ａとが一致した場合に、接線Ｃ及び接線Ａからｄ軸までの電気角とする。　

　次に、ロータコア１に形成される切欠き９の深さの規定について説明する。切欠き９の深さは、突出部７のｄ軸側先端部の幅との関係で規定される。

　図１８は、切欠き９の深さの規定を説明するための図である。同図は、図１等で示した突出部７と切欠き９とを拡大した部分拡大図である。図１８の切欠き９に引かれた点線は、ロータコア１の仮想外周である。

　図１８に示すＨは、切欠き９の深さＨを示す。深さＨは、ロータコア１の回転中心から切欠き９の回転中心側に最も深い点を通ってロータコア１の仮想外周まで引かれた線において、回転中心側に最も深い点から仮想外周までの距離と定義される。

　図１８に示すｈは、突出部７のｄ軸側先端部の幅を示す。幅ｈの定義は、図１９を用いて説明する。

　図１９は、突出部７のｄ軸側先端部の幅ｈを説明するための図である。幅ｈを規定するため、突出部７の先端部分の構成を以下のように定義する。すなわち、突出部７の先端側の外縁は、ロータコア１の略周方向に沿うように形成された内径側及び外径側の二つの外縁線７０、７１と、突出部７のｄ軸側の先端部分であって、外縁線７０、７１と連続し、且つ、外縁線７０と外縁線７１とを繋ぐ曲線７２とから構成される。そして、外縁線７０及び外縁線７１と、曲線７２とが接続される点を、それぞれ、変曲点７３、７４と定義する。

　突出部７の先端側の外縁がこのように定義された場合に、幅ｈは、突出部７の外形側の変曲点７３と、内径側の変曲点７４とを結ぶ直線の長さと定義される。

　切欠き９の深さＨと、突出部先端部分の幅ｈが上記のように定義されることを前提とすれば、突出部７及び切欠き９は、０＜Ｈ／ｈ≦１を満たすように形成される。このように規定する理由について、図２０、２１を用いて説明する。

　図２０は、切欠き９の深さＨと突出部先端部分の幅ｈの比率（Ｈ／ｈ）と、ステータ鉄損低減率との関係を示す図である。横軸はＨ／ｈを、縦軸はステータ鉄損低減率［％］を示している。同図から、Ｈ／ｈが略１（Ｈ≒ｈ）に達するまでにおいては、Ｈ／ｈが増加するほど、すなわち、突出部先端部分の幅ｈに対して切欠き９の深さＨが大きくなるほど、ステータ鉄損はより小さくなることが分かる。一方で、Ｈ／ｈが略１（Ｈ≒ｈ）に達して以降は、ステータ鉄損の低減率は再び小さくなり、ステータ鉄損が徐々に増加する傾向があることが分かる。

　図２１は、切欠き９の深さＨと突出部先端部分の幅ｈの比率（Ｈ／ｈ）と、トルク性能との関係を示す図である。横軸はＨ／ｈを、縦軸はトルク性能［％］を示している。同図から、Ｈ／ｈが増加するほど、すなわち、突出部先端部分の幅ｈに対して切欠き９の深さＨが大きくなるほど、トルク性能が低下することがわかる。

　以上の結果より、本実施形態の突出部７及び切欠き９は、Ｈ／ｈが増加すればするほどステータ鉄損を低減でき、且つ、９５％以上のトルク性能を確保できる値として、０＜Ｈ／ｈ≦１を満たすように形成される。なお、Ｈ／ｈ＞１の領域においては、Ｈ／ｈが増加すればするほどステータ鉄損が増加し、且つ、トルク性能はより低下していくので、突出部７及び切欠き９を形成する際の規定とするメリットはない。

　以上、一実施形態の回転電機の回転子６は、電磁鋼板を積層して構成されるロータコア１と、ロータコア１における一磁極を構成する少なくとも一つの永久磁石３と、永久磁石３を埋設するための磁石挿入孔２と、を備える。ロータコア１は、磁石挿入孔２において、一磁極が構成するｄ軸と電気的に直交するｑ軸側の端部に設けられた空隙５と、ロータコア１の外周に、ロータコア１の軸方向に沿って形成された切欠き９と、を有する。空隙５は、ロータコア１の外周に最も近い部分からｄ軸へ向かってロータコア１の外周に沿って延在する突出部７を有している。そして、ロータコア１の回転中心から突出部７のｄ軸側の先端を通ってロータコア１の外周まで引かれた接線を接線Ａとした場合に、切欠き９は、接線Ａよりもｄ軸側に形成される。

　このような回転子６によれば、実際にロータコア１を生産する際の生産性を低下させることなく、トルクの低下を抑制し、且つ、トルクリプルを低減させることができる。

　また、一実施形態の回転電機の回転子６によれば、ロータコア１の回転中心と、切欠き９において回転中心側に最も深い点とを通る直線を直線Ｂとし、接線Ａから直線Ｂまでの電気角をθａとした場合に、切欠き９は、０°≦θａ≦１０°を満たすように形成される。このような回転子６によれば、実際にロータコア１を生産する際の生産性を低下させることなく、トルクの低下を抑制し、且つ、トルクリプルを低減させることができるのに加えて、ロータ鉄損及びステータ鉄損を大きく低減することができる。

　また、一実施形態の回転電機の回転子６によれば、ロータコア１の回転中心と、切欠き９のｄ軸側端部とを通る接線を接線Ｃとし、接線Ｃからｄ軸までの電気角をθαとした場合に、切欠き９は、θα≧１５°を満たすように形成される。切欠き９を形成する位置をこのように規定することにより、ロータコア１の設計において、θα≧１５°を満たす範囲においてθαを小さくすればするほど、トルクの低下を許容範囲に抑制しつつ、ステータ鉄損を大きく低減することができる。

　また、一実施形態の回転電機の回転子６によれば、突出部７の先端部分の幅をｈとし、ロータコア１の回転中心から切欠き９の回転中心側に最も深い点を通ってロータコア１の仮想外周まで引かれた線において、回転中心側に最も深い点から仮想外周までの距離をＨとした場合に、突出部７と切欠き９は、Ｈ／ｈ≦１を満たすように形成される。なお、突出部の先端部分の幅ｈは、以下のように定義される。すなわち、突出部７の先端側の外縁は、ロータコア１の略周方向に沿うように形成された内径側及び外径側の二つの外縁線７０、７１と、ｄ軸側の先端部分において内径側の外縁線７１と外径側の外縁線７０とを結ぶ外縁曲線７２とから構成され、外縁線７０、７１と外縁曲線７２とが接続される点を変曲点７３、７４とした場合に、突出部７の先端部分の幅ｈは、突出部７の外形側の変曲点７３と、内径側の変曲点７４とを結ぶ直線の長さである。切欠き９の形状をこのように規定することにより、ロータコア１の設計において、Ｈ／ｈ≦１を満たす範囲においてＨ／ｈを増加すればするほど、トルクの低下を許容範囲に抑制しつつ、ステータ鉄損を大きく低減することができる。

　以下では、これまで説明した一実施形態の回転子６に係る特徴を備えた他の実施例、すなわち、ロータコア１の外周において突出部７のｄ軸側の先端部分よりもｄ軸側の領域に切欠き９を備える他の実施例について説明する。以下で説明するような回転子構造であっても、上記特徴を備えた突出部７と、切欠き９とを備える限り、一実施形態において説明したのと同様の技術的効果を得ることができる。

　（実施例１）
　図２２は、実施例１のロータ６が備えるロータコア１０１を示す。ロータコア１０１は、一実施形態のロータコア１とは異なり、１磁極につき一枚の永久磁石３を備える。永久磁石３が挿入される磁石挿入孔２は、長手方向をｄ軸と直交する方向とし、その両端部においてｄ軸側に向かってロータコア１の外周に沿って延在する突出部７を有する空隙５をそれぞれ備えている。ロータコア１０１も、回転中心と、突出部７のｄ軸側の先端部とを通る接線Ａよりもｄ軸側の外周に切欠き９が形成される。

　（実施例２）
　図２３は、実施例２のロータ６が備えるロータコア１０２を示す。ロータコア１０２は、一実施形態のロータコア１とは異なり、１磁極につき３枚の永久磁石３を備える。そして、３枚の内の一枚は、実施例１と同様に、長手方向がｄ軸と直交するように配置され（径方向最外周位置）、他の２枚の永久磁石３は、径方向最外周位置に配置した永久磁石３よりもロータコア１の回転中心側に、ロータコア１の外周側に開口するような略Ｖ字形状に配置される。一実施形態のロータコア１において上述した突出部７の形状等の規定は、径方向最外周位置の永久磁石３の両端に形成された空隙５に適用される。また、図示する通り、接線Ａは、回転中心と、径方向最外周位置の永久磁石３の両端部分に形成された突出部７のｄ軸側先端部を通る線である。ロータコア１０２における切欠き９も、接線Ａよりもｄ軸側の外周に形成される。

　（実施例３）
　図２４は、実施例３のロータ６が備えるロータコア１０３を示す。ロータコア１０３は、一実施形態のロータコア１とは異なり、一磁極につき４つ以上の切欠き９を備える。本実施例においては、一実施形態のロータコア１において上述した切欠き９の形状等の規定は、突出部７のｄ軸側の先端とｄ軸との間の領域（接線Ａとｄ軸との間の領域）において、ｄ軸に最も近い切欠き９に適用される。

　続いて、上述の一実施形態、及び実施例１～３で示した切欠き９の形状の変形例について説明する。本発明が適用される切欠き９は、以下の変形例を含むものとする。

　図２５は、切欠き９の変形例を示す。例えば、切欠き９は必ずしも▽型に切り欠かれる必要はなく、図２５（ａ）に示すように、台形形状であっても良い。なお、このような形状の切欠き９は、ロータコア１の回転中心側にもっとも近い部分が周方向に幅を持つ。この場合において上記の直線Ｂ（回転中心と切欠き９の最も深い点とを結ぶ直線）を引く場合は、ロータコア１の回転中心側にもっとも近い部分であって且つ突出部７に最も近い位置と、回転中心とを通る直線を直線Ｂとすればよい。

　また、図２５（ｂ）に示すように、切欠き９は、回転中心側に凸な円弧形状に形成されてもよい。

　また、図２５（ｃ）に示すように、切欠き９は、ロータコア１の回転中心側にもっとも近い部分を境に、ｑ軸側の傾斜がｄ軸側の傾斜よりも緩やかになるように形成されてもよい。なお、切欠き９の位置が０°≦θａ≦１０°を満たす限りにおいては、図示するように、切欠き９のｑ軸側の端部が突出部７のｄ軸側の先端部分よりもｑ軸側の領域にあってもよい。

　以上、本発明の実施形態、及びその変形例について説明したが、上記実施形態及び変形例は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。例えば、上述の説明においては、空隙５は空間部分であると説明したが、必ずしも空間である必要な無く、例えば樹脂材料のような非磁性材料で充填されていてもよい。

Claims

　電磁鋼板を積層して構成されるロータコアと、前記ロータコアにおける一磁極を構成する少なくとも一つの永久磁石と、前記永久磁石を埋設するための磁石挿入孔と、を備える回転電機の回転子において、
　前記ロータコアは、
　前記磁石挿入孔において、前記一磁極が構成するｄ軸と電気的に直交するｑ軸側の端部に設けられた空隙部と、
　前記ロータコアの外周に、前記ロータコアの軸方向に沿って形成された切欠きと、を有し、
　前記空隙部は、前記ｑ軸側の端部から前記ｄ軸へ向かって該ロータコアの外周に沿って延在する突出部を有し、
　前記ロータコアの回転中心から前記突出部の前記ｄ軸側の先端を通って前記ロータコアの外周まで引かれた接線を接線Ａとした場合に、
　前記切欠きは、前記接線Ａよりも前記ｄ軸側に形成される、
回転電機の回転子。
　請求項１に記載の回転電機の回転子において、
　前記ロータコアの回転中心と、前記切欠きにおいて前記回転中心側に最も深い点とを通る直線を直線Ｂとし、前記接線Ａから前記直線Ｂまでの電気角をθａとした場合に、
　前記切欠きは、０°≦θａ≦１０°を満たすように形成される、
回転電機の回転子。
　請求項１又は２に記載の回転電機の回転子において、
　前記ロータコアの回転中心と、前記切欠きの前記ｄ軸側端部とを通る接線を接線Ｃとし、前記接線Ｃから前記ｄ軸までの電気角をθαとした場合に、
　前記切欠きは、θα≧１５°を満たすように形成される、
回転電機の回転子。
　請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機の回転子において、
　前記突出部の先端部分の幅をｈとし、
　前記ロータコアの回転中心から前記切欠きの前記回転中心側に最も深い点を通って前記ロータコアの仮想外周まで引かれた線において、前記回転中心側に最も深い点から前記仮想外周までの距離をＨとした場合に、
　前記突出部と前記切欠きは、０＜ｓＨ／ｈ≦１を満たすように形成される、
回転電機の回転子。
　請求項４に記載の回転電機の回転子において、
　前記突出部の先端側の外縁は、前記ロータコアの略周方向に沿うように形成された内径側及び外径側の二つの外縁線と、前記ｄ軸側の先端部分において内径側の前記外縁線と外径側の前記外縁線とを結ぶ外縁曲線とから構成され、
　前記外縁線と前記外縁曲線とが接続される点を変曲点とした場合に、前記ｈは、前記突出部の外形側の前記変曲点と、内径側の前記変曲点とを結ぶ直線の長さである、
回転電機の回転子。