WO2020021788A1 - 回転電機 - Google Patents

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宇宙 満田
義浩 深山
盛幸 枦山
井上　正哉
中村　成志
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Mitsubishi Electric Corp
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    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H—ELECTRICITY
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    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems

Definitions

  • the present invention relates to a rotating electric machine including a rotor and a stator.
  • a technique of skewing the magnetic center angle of the rotor by one slot angle of the stator in the rotating direction is generally used.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a rotating electric machine capable of reducing torque ripple and suppressing a reduction in output torque.
  • the rotating electric machine includes an annular stator, and a rotor provided inside the stator, wherein the rotor has a plurality of rotor units stacked in an axial direction, Each of the plurality of rotor units has a pair of permanent magnets and slits arranged in one or more rows in the radial direction between the pair of permanent magnets, and the slits extend in a circumferential direction protruding in the inner diameter direction.
  • torque ripple can be reduced and output torque can be suppressed from being reduced.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an entire configuration of the rotating electric machine according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of the rotating electric machine according to Embodiment 1 of the present invention. It is AA sectional drawing of FIG.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a rotor of the rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing a configuration of one pole of a rotor of the rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view of the first rotor unit shown in FIG. FIG.
  • FIG. 6 is a partial sectional view of a second rotor unit shown in FIG. 5.
  • FIG. 5 is a diagram showing a graph of an analysis result of verifying torque pulsation in the rotating electric machine according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 13 is a partial cross-sectional view of a first rotor unit of the rotary electric machine according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 13 is a partial cross-sectional view of a second rotor unit of the rotary electric machine according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a flow of a magnetic flux from a stator in a first rotor unit of a rotary electric machine according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a flow of a magnetic flux from a stator in a first rotor unit of a rotary electric machine according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a flow of a magnetic flux from a stator in a second rotor unit of the rotary electric machine according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a flow of a magnetic flux from a stator in a second rotor unit of the rotary electric machine according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 13 is a partial cross-sectional view of a first rotor unit of the rotary electric machine according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 13 is a partial cross-sectional view of a second rotor unit of the rotary electric machine according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 15 is an exploded perspective view showing a configuration of one pole of a rotor of a rotary electric machine according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 15 is an exploded perspective view showing a configuration of one pole of a rotor of a rotary electric machine according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 15 is a partial cross-sectional view of a first rotor unit of a rotary electric machine according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 15 is a partial cross-sectional view of a second rotor unit of the rotary electric machine according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 13 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 1 showing a configuration of a rotating electric machine according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 15 is a partial cross-sectional view of a first rotor unit of a rotary electric machine according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 17 is a partial cross-sectional view of a second rotor unit of the rotary electric machine according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 15 is an exploded perspective view showing a configuration of one pole of a rotor of a rotary electric machine according to Embodiment 8 of the present invention.
  • FIG. 15 is an exploded perspective view showing a configuration of one pole of a rotor of a rotary electric machine according to Embodiment 8 of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the entire configuration of the rotating electric machine according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of the rotating electric machine shown in FIG. However, FIG. 2 does not show some components such as the housings 9A and 9B and the support shaft 4 in FIG.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG.
  • the rotating electric machine 100 will be described by taking a three-phase permanent magnet type rotating electric machine of an 8-pole, 48-slot distributed winding type as an example.
  • the rotating electric machine 100 includes an annular stator 1 and a columnar rotor 2 arranged inside the stator 1.
  • a gap is provided between the inner peripheral surface of the stator 1 and the outer peripheral surface of the rotor 2.
  • a shaft insertion hole 250 is provided in a central portion of the rotor 2.
  • the support shaft insertion hole 250 is a through hole that passes through the rotor 2 in the axial direction.
  • the support shaft 4 is inserted into the support shaft insertion hole 250.
  • the support shaft 4 is fixed to the rotor 2.
  • the stator 1 includes a stator core 10 and a stator coil 12.
  • the stator core 10 is formed of an armature core.
  • the stator 1 is fixed to the second housing 9B by fitting the outer peripheral surface of the stator core 10 and the inner peripheral surface of the second housing 9B.
  • the first housing 9A and the second housing 9B constitute a housing as a housing of the rotating electric machine 100.
  • the rotor 2 is rotatably supported by the support shaft 4 relative to the stator 1.
  • the rotor 2 rotates about the support shaft 4.
  • the axial centerline of the support shaft 4 is referred to as a rotation axis X.
  • the stator core 10 includes an annular core back portion 101, 48 teeth 103 protruding from the core back portion 101 toward the rotor 2, and 48 slots 102 formed between the teeth 103. It is configured.
  • the teeth 103 are arranged along the inner circumference of the stator core 10 at intervals in the circumferential direction.
  • the teeth 103 are arranged, for example, at equal intervals.
  • the stator core 10 is formed by stacking a plurality of stator core sheets of the same shape in the axial direction for the purpose of reducing eddy current.
  • the stator core sheet is formed by punching out the same shape from an electromagnetic steel sheet.
  • the tip of each tooth 103 of the stator core 10 faces the outer peripheral surface of the rotor 2 via a gap.
  • the stator coil 12 is composed of 48 windings. Forty-eight windings are contained in slot 102. Each winding is wound around the stator core 10 in a distributed winding manner.
  • the distributed winding method is a method in which a winding is wound over a plurality of teeth 103.
  • the stator coil 12 is composed of 16 windings per phase. Therefore, the stator coil 12 is composed of a total of 48 windings for three phases. Forty-eight windings are connected. Each winding is connected to an inverter, which is a power converter (not shown). When a three-phase AC current is supplied from the inverter to the stator coil 12, a rotating magnetic field is generated from the stator 1 to the air gap, thereby generating torque in the rotor 2.
  • FIG. 4 is an overall view of the rotor 2 according to the first embodiment.
  • the rotor 2 includes a first rotor unit 201 and a second rotor unit 202.
  • the second rotor unit 202 is stacked on the first rotor unit 201.
  • the outer dimensions of the first rotor unit 201 and the second rotor unit 202 are the same.
  • the rotor 2 has eight pairs of permanent magnets 21 as described later. Each of the eight pairs of permanent magnets forms a magnetic pole. Therefore, the rotor 2 has eight magnetic poles. The central angles of the eight magnetic poles of the rotor 2 are equal. Therefore, in the first embodiment, the central angles of the eight magnetic poles are each 45 degrees.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view showing one magnetic pole portion of eight magnetic poles of rotor 2 according to the first embodiment. As shown in FIG. 5, the first rotor unit 201 and the second rotor unit 202 that constitute one magnetic pole have basically the same configuration, but differ in the configuration of slits 22a and 22b described later. I have. In the following description, corresponding components in the first rotor unit 201 and the second rotor unit 202, such as “22a” and “22b”, are represented by the same numerals followed by lowercase alphabets. .
  • FIG. 6 is a view showing a cross-sectional shape of the first rotor unit 201 shown in FIG. Therefore, FIG. 6 shows one magnetic pole portion of the eight magnetic poles of the rotor 2.
  • FIG. 6 shows a cross section along a plane perpendicular to the axial direction of the first rotor unit 201. Since the eight magnetic poles of the rotor 2 have the same configuration, only the configuration of one magnetic pole portion will be described below.
  • the first rotor unit 201 includes, for each magnetic pole, a pair of permanent magnets 21a, a slit 22a formed between the pair of permanent magnets 21a, and a pair of flux barriers 23a. It is configured.
  • the pair of permanent magnets 21a are inserted and fixed in the magnet insertion holes 24a.
  • the center line of the magnetic pole formed by the pair of permanent magnets 21a is referred to as a d-axis 60.
  • the pair of permanent magnets 21a are arranged in a V-shape so as to be line-symmetric with respect to the d-axis 60. Specifically, the distance between the pair of permanent magnets 21a gradually increases from the center of the rotor 2 toward the outer periphery. However, the pair of permanent magnets 21a are separated from each other and are not in contact with each other. Further, three rows of slits 22a extending in the circumferential direction are formed between the pair of permanent magnets 21a.
  • Each slit 22a is a slit having an arcuate shape curved inward.
  • the opening of the arc-shaped slit 22 a faces the inner peripheral surface of the stator 1.
  • the three rows of slits 22a are arranged concentrically.
  • Each slit 22a is formed so as to be symmetrical with respect to the d axis 60.
  • Each slit 22a has a protruding inner diameter side. That is, each of the slits 22a is arranged such that both ends of the arc shape are arranged on the outer peripheral side of the rotor 2, and the center portion of the arc shape is closer to the center of the rotor 2 than both ends.
  • the circumferential length of the slit 22a provided on the outermost peripheral side of the rotor 2 is the shortest, and the circumferential length of the slit 22a provided on the most central side of the rotor 2 is small.
  • the length in the direction is the longest.
  • the widths of the three rows of slits 22a are the same.
  • a pair of flux barriers 23 a is provided on the outer peripheral portion of the rotor 2.
  • Each flux barrier 23a is formed so as to be connected to the magnet insertion hole 24a of the permanent magnet 21a.
  • the intersection of the cross section of the rotor 2 and the rotation axis X shown in FIG. 3 is referred to as the rotation axis center O.
  • the center O of the rotation axis is not shown in FIG. 6, the angle between two straight lines connecting the outermost positions of both ends of the slit 22a and the center O of the rotation axis is defined as "arc angle”.
  • the slits 22a are arranged such that the arc angles of the three rows of slits 22a are the arc angles ⁇ 1, ⁇ 2, and ⁇ 3, respectively.
  • an angle between a straight line connecting the innermost positions of both ends on the outer peripheral side of the flux barrier 23a and the rotation axis center O is defined as "an angle formed by a pair of flux barriers”.
  • the pair of flux barriers 23a is formed such that the angle formed by the pair of flux barriers 23a becomes ⁇ m.
  • FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional shape of the second rotor unit 202 shown in FIG. Accordingly, FIG. 7 shows one magnetic pole portion of the eight magnetic poles of the rotor 2. FIG. 7 shows a cross section along a plane perpendicular to the axial direction of the second rotor unit 202. As shown in FIG. 7, the second rotor unit 202 includes, for each magnetic pole, a pair of permanent magnets 21b, a slit 22b formed between the pair of permanent magnets 21b, and a flux barrier 23b. ing.
  • the pair of permanent magnets 21b are inserted and fixed in the magnet insertion holes 24b.
  • the center line of the magnetic pole formed by the pair of permanent magnets 21b is referred to as a d-axis 60.
  • the pair of permanent magnets 21b are arranged in a V-shape so as to be line-symmetric with respect to the d-axis 60. Specifically, the distance between the pair of permanent magnets 21b gradually increases from the center of the rotor 2 toward the outer periphery. However, the pair of permanent magnets 21b are separated from each other and are not in contact with each other. Two rows of slits 22b are formed between the pair of permanent magnets 21b.
  • Each slit 22b is a slit having an inwardly curved arc shape.
  • the opening of the lone-shaped slit 22 b faces the inner peripheral surface of the stator 1.
  • the two rows of slits 22b are arranged concentrically.
  • Each slit 22b is formed so as to have a line-symmetrical shape about the d-axis 60.
  • each slit 22b has a protruding inner diameter side. That is, the slits 22b are arranged such that both ends of the arc shape are on the outer peripheral side of the rotor 2 and the center portion of the arc shape is closer to the center of the rotor 2 than both ends.
  • the slits 22b are arranged such that both ends of the arc shape are located on the outer peripheral side of the rotor 2 and the center portion of the arc shape is located closer to the center than both ends. Also, of the two rows of slits 22b, the circumferential length of the slit 22b provided on the outermost periphery of the rotor 2 is the shortest, and the circumferential length of the slit 22b provided on the most central side of the rotor 2 is smaller. The length in the direction is the longest. However, the widths of the two rows of slits 22b are the same. Further, a pair of flux barriers 23b is provided on the outer peripheral portion of the rotor 2. Each flux barrier 23b is formed so as to be connected to the magnet insertion hole 24b of the permanent magnet 21b.
  • the center of the rotation axis through which the rotation axis X of the rotor 2 passes is referred to as the rotation axis center O.
  • the center O of the rotation axis is not shown, but the angle between straight lines connecting the outermost positions of both ends of the slit 22b and the center O of the rotation axis is defined as "arc angle”.
  • the slits 22b are arranged such that the arc angles of the two rows of slits 22b are the arc angles ⁇ ′1 and ⁇ ′2, respectively.
  • a pair of flux barriers 23b is formed so that the angle between the innermost position of both ends of the flux barrier 23b on the outer peripheral side of the rotor 2 and a straight line connecting the rotation axis center O is ⁇ m. I have.
  • the arc angles ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ ′1, and ⁇ ′2 are defined as the distances between the straight lines connecting the outermost positions of both ends of the slits 22a and 22b and the rotation axis center O.
  • the angle is not limited to this, and may be an angle between straight lines connecting the innermost positions of both ends of the slits 22a and 22b and the rotation axis center O.
  • the angle ⁇ m is defined as an angle between a straight line connecting the innermost positions of both ends of the flux barriers 23a and 23b and the rotation axis center O.
  • both ends of the flux barriers 23a and 23b are May be an angle between a straight line connecting the outermost position of and the rotation axis center O.
  • the angle ⁇ m is defined using the positions of both ends of the flux barriers 23a and 23b.
  • the present invention is not limited to this, and the angle ⁇ m is defined using the positions of both ends of the permanent magnets 21a and 21b. You may make it.
  • the arc angles and the number of rows of the slits 22a and the slits 22b are different between the first rotor unit 201 and the second rotor unit 202 adjacent in the axial direction.
  • the magnetic path of the first rotor unit 201 through which the magnet magnetic flux passes is different from the magnetic path of the second rotor unit 202 through which the magnet magnetic flux passes. Therefore, in the first embodiment, the magnetic fluxes of the permanent magnets 21a and 21b are different between the rotor units 201 and 202.
  • the first rotor unit 201 and the second rotor unit 202 show the case where both the arc angle and the number of rows are different between the slit 22a and the slit 22b, but the present invention is not limited to this case. , And at least one of the arc angle and the number of columns may be different.
  • the shapes and positions of the magnet insertion hole 24a for inserting the pair of permanent magnets 21a and the magnet insertion hole 24b for inserting the pair of permanent magnets 21b are the same in the first rotor unit 201 and the second rotor unit 202. Also, the shapes of the pair of permanent magnets 21a and 21b are the same in the first rotor unit 201 and the second rotor unit 202.
  • the electromagnetic force F is proportional to the square of the air gap magnetic flux density B as shown in the following equation (1), and the magnetic flux density can be expressed as a function of the spatial harmonic order k and the time harmonic order ⁇ .
  • ⁇ is a circumferential position
  • t is time
  • ⁇ is an angular frequency
  • a (k, ⁇ ) represents the amplitude for the harmonic spatial order and the harmonic time order
  • ⁇ (k, ⁇ ) represents the phase for the harmonic spatial order and the harmonic time order.
  • the air gap magnetic flux density B is calculated based on the result of multiplication of the permeance of the rotor 2 and the magnetomotive force of the permanent magnets 21a and 21b.
  • Permeance is a measure of the magnetoresistance.
  • the amplitude and phase of the permeance harmonic component of the rotor 2 change according to the arc angles and the number of the slits 22a and 22b and the flux barriers 23a and 23b.
  • the amplitude A (k, ⁇ ) of the air gap magnetic flux density and the phase ⁇ (k, ⁇ ) change.
  • the torque ripple is one form of the electromagnetic force F that can be expressed by the spatial order 0 order and the time order ⁇ order. Therefore, it can be said that the amplitude and the phase are changed by being affected by the arc angles and the numbers of the slits 22a and 22b and the flux barriers 23a and 23b.
  • the multiplication result of the magnetomotive force and the permeance has a large effect on the air gap magnetic flux density B. Therefore, the amplitude and phase of the torque ripple can be changed by changing the shapes of the slits 22a and 22b and the flux barriers 23a and 23b so that the magnetic path through which the magnet magnetic flux passes differs. Further, by forming the slits 22a and 22b as arc-shaped slits, it is possible to form a d-axis in which magnetic flux does not easily flow and a q-axis perpendicular to the d-axis in which magnetic flux easily flows. As a result, it plays a role in increasing reluctance torque.
  • FIG. 8 shows a change in torque of the rotating electric machine 100 according to Embodiment 1 analyzed by the finite element method.
  • the horizontal axis shows the electrical angle
  • the vertical axis shows the torque.
  • a solid line 80 indicates a torque pulsation generated in the first rotor unit 201
  • a broken line 81 indicates a torque pulsation generated in the second rotor unit 202
  • a dashed line 82 indicates the first rotor unit 201 and the second rotor unit.
  • 4 shows torque pulsation generated in a rotor 2 combined with a rotor unit 202.
  • the first rotor unit 201 and the second rotor unit 202 set the shaft length ratio so that the amplitude of the specific order of the torque pulsation is equal and the phases are reversed, so that the electrical angle of the entire rotor unit is increased.
  • the torque ripple can be offset without reducing the average torque.
  • the shaft length ratio is the ratio of the height of each rotor unit.
  • the slit 22a and the slit 22b are described as arc-shaped slits.
  • the slit 22a and the slit 22b may have a U-shape extending in the circumferential direction, and may have a shape formed by combining three or more straight lines, and may be formed by combining three or more curves. It may be shaped or consist of one arc.
  • the rotor 2 has the two-stage rotor units stacked in the axial direction, that is, the first rotor unit 201 and the second rotor unit 202.
  • Each of the first rotor unit 201 and the second rotor unit 202 includes a pair of permanent magnets 21a and 21b, and one or more rows of arc-shaped slits 22a and 22b provided between the pair of permanent magnets 21a and 21b, respectively. have.
  • the output torque is not reduced, and the reduction of the output torque can be suppressed. Furthermore, in the first embodiment, since the magnet flux of the slit and the magnet flux of the flux barrier are taken into consideration, the reduction of the torque output due to the reduction of the magnet flux can be suppressed.
  • FIG. 9 and 10 are cross-sectional views of first rotor unit 201 and second rotor unit 202 of the rotary electric machine according to Embodiment 2 of the present invention.
  • 9 and 10 show one magnetic pole portion of the eight magnetic poles of the rotor 2 as in FIGS. 6 and 7 described above.
  • FIG. 9 shows a cross section along a plane perpendicular to the axial direction of the first rotor unit 201.
  • FIG. 10 shows a cross section along a plane perpendicular to the axial direction of the second rotor unit 202.
  • the slits 22a of the first rotor unit 201 are three rows, and the slits 22b of the second rotor unit 202 are two rows.
  • the slits 22c of the first rotor unit 201 are provided.
  • the slits 22d of the second rotor unit 202 are each arranged in one row.
  • the widths of the three rows of slits 22a and the two rows of slits 22b are all the same, but in the second embodiment, the width of the slit 22c is different from the width of the slit 22d. . Specifically, the width of the slit 22c is larger than the width of the slit 22d.
  • the other configuration is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted here.
  • the first rotor unit 201 includes a pair of permanent magnets 21c, a slit 22c, and a pair of flux barriers 23c, as in the first embodiment.
  • the second rotor unit 202 includes a pair of permanent magnets 21d, a slit 22d, and a pair of flux barriers 23d, as in the first embodiment. .
  • the arc angle of the slit 22c of the first rotor unit 201 is ⁇ 1.
  • the arc angle of the slit 22d of the second rotor unit 202 is ⁇ 2.
  • the arc angle ⁇ 1 is larger than the arc angle ⁇ 2.
  • the width of the slit 22c is larger than the width of the slit 22d.
  • the ends of the slits 22c and 22d located on the outer periphery of the rotor 2 are referred to as "outer periphery ends".
  • the edges of the outer peripheral ends of the slits 22 c and 22 d are arranged along the outer periphery of the rotor 2.
  • the circumferential distance w1 indicating the width of the outer peripheral end of the slit 22c is larger than the circumferential distance w2 indicating the width of the outer peripheral end of the slit 22d.
  • the width of the slit 22c is generally larger than the width of the slit 22d.
  • the present invention is not limited to this, and at least the width of the outer peripheral end of the slit 22c may be larger than the width of the outer peripheral end of the slit 22d.
  • the notation “ ⁇ ” described above the arrow indicates that the flow of the magnetic flux is blocked by the slit 22c.
  • the notation “ ⁇ ” described above the arrow indicates a state in which the flow of the magnetic flux is not completely blocked by the slit 22d.
  • FIG. 11 and FIG. 12 showing the first rotor unit 201 will be compared.
  • the magnetic flux from the stator 1 is greater in the slit 22c of the first rotor unit 201 than in the slit 22d of the second rotor unit 202. It can be seen that the flow of water is efficiently blocked. The reason is that the circumferential distance w1 of the outer peripheral end of the slit 22c is larger than the circumferential distance w2 of the outer peripheral end of the slit 22d. In other words, the slit efficiently blocks the flow of the magnetic flux from the stator 1 as the circumferential distance of the outer peripheral end increases.
  • the timing at which the magnetic flux from the stator 1 is obstructed can be changed by changing the circumferential distance between the outer circumferential ends of the slits 22c and 22d. Therefore, in the second embodiment, the circumferential distances w1 and w2 of the outer circumferential ends of the slits 22c and 22d are set to different values. As described above, by appropriately setting the circumferential distances w1 and w2 of the outer circumferential ends of the slits 22c and 22d to appropriate values, the torque ripple generated for each of the first rotor unit 201 and the second rotor unit 202 is set. Can be appropriately adjusted.
  • the circumferential distances w1 and w2 of the outer peripheral ends of the arc-shaped slits 22c and 22d are determined by the first rotor unit 201 and the second rotor unit 202 adjacent in the axial direction. Different from each other. Therefore, since the phases of the torque ripple generated for each rotor unit are different, the torque ripple can be canceled when viewed as the whole rotor 2. As a result, torque ripple can be reduced while suppressing a decrease in torque output.
  • FIG. 15 and 16 are cross-sectional views of first and second rotor units 201 and 202 of the rotary electric machine according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIGS. 15 and 16 show one magnetic pole portion of the eight magnetic poles of the rotor 2 as in FIGS. 6 and 7 described above.
  • FIG. 15 shows a cross section along a plane perpendicular to the axial direction of the first rotor unit 201.
  • FIG. 16 shows a cross section along a plane perpendicular to the axial direction of the second rotor unit 202.
  • the angle ⁇ m formed by the pair of flux barriers 23a of the first rotor unit 201 and the angle ⁇ m formed by the pair of flux barriers of the second rotor unit 202 are the same.
  • the angle ⁇ m1 formed by the pair of flux barriers 23e of the first rotor unit 201 is different from the angle ⁇ m2 formed by the pair of flux barriers 23f of the second rotor unit 202.
  • the slits 22a of the first rotor unit 201 are three rows, and the slits 22b of the second rotor unit 202 are two rows.
  • the slits 22e and the slits 22f of the second rotor unit 202 are both arranged in one row.
  • the width of the slit 22c of the first rotor unit 201 is different from the width of the slit 22d of the second rotor unit 202.
  • the width of the slit 22e of the first rotor unit 201 and the width of the slit 22f of the second rotor unit 202 are the same.
  • the first rotor unit 201 includes a pair of permanent magnets 21e, a slit 22e, and a pair of flux barriers 23e, as in the first embodiment.
  • the second rotor unit 202 includes a pair of permanent magnets 21f, a slit 22f, and a pair of flux barriers 23f.
  • the angle ⁇ m1 formed by the pair of flux barriers 23e of the first rotor unit 201 and the angle ⁇ m2 formed by the pair of flux barriers 23f of the second rotor unit 202 are different.
  • the arc angle ⁇ 1 of the slit 22e of the first rotor unit 201 is different from the arc angle ⁇ 2 of the slit 22f of the second rotor unit 202.
  • the magnetic path of the magnetic flux passing through the outer peripheral side of the rotor 2 is different. Therefore, the manner in which the magnetic flux from the stator 1 flows differs between the first rotor unit 201 and the second rotor unit 202. As a result, pulsation of the generated torque ripple can be reduced.
  • the angle ⁇ m1 formed by the pair of flux barriers 23e of the first rotor unit 201 and the angle ⁇ m2 formed by the pair of flux barriers 23f of the second rotor unit 202 are different.
  • the arc angle ⁇ 1 of the slit 22e of the first rotor unit 201 is different from the arc angle ⁇ 2 of the slit 22f of the second rotor unit 202. Therefore, since the phases of the torque ripple generated for each rotor unit are different, the torque ripple can be canceled when viewed as the whole rotor 2. As a result, torque ripple can be reduced while suppressing a decrease in torque output.
  • FIG. 17 is an exploded perspective view of rotor 2 according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 17 shows one magnetic pole portion of the eight magnetic poles of the rotor 2.
  • rotor 2 is provided with a three-stage rotor unit. Other configurations are the same as in the first embodiment.
  • the first-stage and third-stage rotor units counted from below have the same shape, and the first-stage and second-stage rotor units have the same shape. different.
  • the first-stage and third-stage rotor units are configured by the second rotor unit 202 described in the first embodiment, and the second-stage rotor unit is replaced by the second embodiment.
  • 1 comprises the first rotor unit 201.
  • the rotor units of a plurality of stages are composed of two types, the first rotor unit 201 and the second rotor unit 202, and the first rotor unit 201 and the second rotor unit 202 are alternately stacked.
  • the phase of the generated torque ripple changes according to the position of the rotating shaft of the rotor 2 in the axial direction. Specifically, the torque ripples have opposite phases at both ends of the rotation shaft of the rotor 2 and at the center. Therefore, by configuring the rotor 2 with a three-stage rotor unit and having a different configuration only in the second-stage rotor unit, the rotation axis X of the rotor 2 is oriented in a direction perpendicular to the rotation axis X. It is possible to change the mode of the vibration generated so as to bend. Therefore, by designing the rotor 2 using a three-stage rotor unit so as not to match the mode of the resonance frequency of the rotor 2, vibration and noise can be reduced.
  • the rotor 2 is configured by a three-stage rotor unit. Further, the first rotor units 201 and the second rotor units 202 are alternately stacked. Accordingly, since the phases of the torque ripple generated for each rotor unit are different, the torque ripple can be offset when viewed as the entire rotor 2. Therefore, torque ripple can be reduced. In addition, since the electromagnetic force generated by each rotor unit is different, when viewed in the height direction of the rotation axis, the mode of the resonance frequency that deforms the rotation axis X can be changed, and vibration and noise can be reduced.
  • the second-stage rotor unit is configured differently from the first-stage and third-stage rotor units.
  • the present invention is not limited to this case, and the third-stage rotor unit may have a different configuration from the first-stage and second-stage rotor units.
  • the configuration may be different from the rotor unit of the stage.
  • three types of rotor units may be used, and the first-stage rotor unit, the second-stage rotor unit, and the third-stage rotor unit may all have different configurations.
  • at least one of the arc angle of the slit and the number of rows of the slits may be different between at least two rotor units.
  • FIG. 18 is an exploded perspective view of rotor 2 according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 18 shows one magnetic pole portion of the eight magnetic poles of the rotor 2.
  • the rotor 2 is provided with a four-stage rotor unit. Other configurations are the same as in the first embodiment.
  • the first-stage and third-stage rotor units counted from below have the same shape
  • the second-stage and fourth-stage rotor units have the same shape.
  • Shape the shapes of the first-stage and second-stage rotor units are different.
  • the first-stage and third-stage rotor units are constituted by the second rotor unit 202 shown in the first embodiment
  • the second-stage and fourth-stage rotor units are The first rotor unit 201 shown in the first embodiment is constituted.
  • the rotor units of a plurality of stages are composed of two types, the first rotor unit 201 and the second rotor unit 202, and the first rotor unit 201 and the second rotor unit 202 are alternately stacked.
  • the phase of the generated torque ripple changes according to the position of the rotating shaft of the rotor 2 in the axial direction.
  • the torque ripples have opposite phases at both ends of the rotation shaft of the rotor 2 and at the center. Therefore, the rotor 2 is constituted by four-stage rotor units, and only the second-stage and fourth-stage rotor units are configured differently, so that the rotation axis of the rotor 2 is perpendicular to the rotation axis. It is possible to change the mode of the vibration generated so as to bend in an arbitrary direction. Therefore, by designing the rotor 2 using a four-stage rotor unit so as not to coincide with the mode of the resonance frequency of the rotor 2, vibration and noise can be reduced.
  • the rotor 2 is configured by a four-stage rotor unit. Further, the first rotor units 201 and the second rotor units 202 are alternately stacked. Accordingly, since the phases of the torque ripple generated for each rotor unit are different, the torque ripple can be offset when viewed as the entire rotor 2. Therefore, torque ripple can be reduced. In addition, since the electromagnetic force generated by each rotor unit is different, when viewed in the height direction of the rotation axis, the mode of the resonance frequency that deforms the rotation axis X can be changed, and vibration and noise can be reduced.
  • the first rotor units 201 and the second rotor units 202 are alternately stacked.
  • the present invention is not limited to this case.
  • the first rotor unit 201, the second rotor unit 202, the second rotor unit 202, and the first rotor unit 201 may be stacked in order from the bottom.
  • three types of rotor units may be stacked in order from the bottom, such as a first rotor unit 201, a second rotor unit 202, a second rotor unit 202, and a third rotor unit.
  • first rotor unit 201, the first rotor unit 201, the second rotor unit 202, and the third rotor unit may be stacked in order from the bottom.
  • four types of rotor units may be used, and all of the first to fourth stage rotor units may have different configurations.
  • the order of lamination may be any order.
  • at least one of the arc angle of the slit and the number of rows of the slits may be different between at least two rotor units.
  • FIG. 19 is a diagram showing a cross-sectional shape of first rotor unit 201 of rotor 2 according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 19 shows one magnetic pole portion of the eight magnetic poles of the rotor 2.
  • FIG. 19 shows a cross section along a plane perpendicular to the axial direction of the first rotor unit 201.
  • FIG. 20 shows a cross-sectional shape of second rotor unit 202 of rotor 2 according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 20 shows one magnetic pole portion of the eight magnetic poles of the rotor 2.
  • FIG. 20 shows a cross section along a plane perpendicular to the axial direction of the second rotor unit 202.
  • the slit 22e of the first rotor unit 201 and the slit 22f of the second rotor unit 202 are both line-symmetrical with respect to the d-axis 60.
  • the slit 22g of the first rotor unit 201 and the slit 22h of the second rotor unit 202 are not both line-symmetric with respect to the d-axis 60.
  • the angle ⁇ m1 formed by the pair of flux barriers 23e of the first rotor unit 201 and the angle ⁇ m2 formed by the pair of flux barriers 23f of the second rotor unit 202 are different, and The arc angle ⁇ 1 of the slit 22e of the first rotor unit 201 and the arc angle ⁇ 2 of the slit 22f of the second rotor unit 202 were different.
  • the angle ⁇ m formed by the pair of flux barriers 23g of the first rotor unit 201 and the angle ⁇ m formed by the pair of flux barriers 23h of the second rotor unit 202 are the same, and
  • the arc angle ⁇ 1 of the slit 22g of the first rotor unit 201 and the arc angle ⁇ 2 of the slit 22h of the second rotor unit 202 are the same.
  • the first rotor unit 201 includes a pair of permanent magnets 21g, a slit 22g, and a pair of flux barriers 23e, as in the first embodiment.
  • the second rotor unit 202 includes a pair of permanent magnets 21h, a slit 22h, and a pair of flux barriers 23h.
  • the slit 22g of the first rotor unit 201 is not line-symmetric with respect to the d-axis 60. Therefore, in the following description, as shown in FIG. 19, the arc angle of the slit 22g is divided into two with the d axis as the boundary line, and the arc angle on the leading side in the rotation direction is called ⁇ 11, Is called ⁇ 12. Therefore, the arc angle of the slit 22g is ⁇ 11 + ⁇ 12. At this time, the arc angle ⁇ 11 on the rotation direction leading side and the arc angle ⁇ 12 on the rotating direction return side are different.
  • the slit 22h of the second rotor unit 202 is not line-symmetric with respect to the d-axis 60. Therefore, in the following description, as shown in FIG. 20, the arc angle of the slit 22h is divided into two with the d axis as a boundary line, and the arc angle on the leading side in the rotation direction is called ⁇ 21, and Is referred to as ⁇ 22. Therefore, the arc angle of the slit 22h is ⁇ 21 + ⁇ 22. At this time, the arc angle ⁇ 21 on the leading side in the rotating direction is different from the arc angle ⁇ 22 on the returning side in the rotating direction.
  • the first rotor unit 201 and the second rotor unit 202 generate the first rotor unit 201 by setting the arc angle of the slit 22g and the arc angle of the slit 22h to different angles.
  • the phase of the torque ripple and the phase of the torque ripple generated in the second rotor unit 202 can be changed.
  • the arc angle on the rotation direction advance side and the arc angle on the rotation direction return side are set to different angles.
  • the current lead angle at which the reluctance torque reaches a peak value can be shifted.
  • the current advance at which the reluctance torque has a peak value can be made closer to the current advance at which the magnet torque has a peak value.
  • the maximum torque can be improved.
  • the rotation direction is The arc angle ⁇ 21 on the advance side and the arc angle ⁇ 22 on the return side in the rotation direction are different.
  • the arc angle ⁇ 11 of the first rotor unit 201 on the rotation direction advance side is different from the arc angle ⁇ 21 of the second rotor unit 202 on the rotation direction advance side, and the arc angle ⁇ 12 on the rotation direction return side of the first rotor unit 201 is different.
  • the arc angle ⁇ 22 on the rotation direction return side of the second rotor unit is different.
  • the phases of the torque ripple generated for each rotor unit are different, the torque ripple can be offset when the entire rotor 2 is viewed.
  • the arc angle of the slit between the rotation direction leading side and the rotation direction return side the phase of the magnet magnetic flux is unevenly distributed on the rotation direction leading side, and the phase of the reluctance magnetic flux is unevenly distributed on the rotation direction return side. it can.
  • the current advance at which the magnet torque peaks and the current advance at which the reluctance torque peaks can be brought closer to each other, and the output torque can be increased.
  • FIG. FIG. 21 is a plan view showing a configuration of a rotating electric machine according to Embodiment 7 of the present invention.
  • the rotating electric machine 100A according to the seventh embodiment includes a stator 41 and a rotor.
  • a description will be given by taking a three-phase permanent magnet type rotating electric machine of a concentrated winding type having 12 poles and 18 slots as an example of rotating electric machine 100A.
  • the entire configuration of the rotating electric machine 100A according to the seventh embodiment is basically the same as that of FIG. 1, and thus the description thereof is omitted here.
  • stator 41 and rotor 42 of rotating electric machine 100A is different from stator 1 and rotor 2 described in the first embodiment, although the number of poles and the number of slots are different. Therefore, the description is omitted here.
  • the stator coil 12 is wound around each of the teeth 103 provided on the stator core 10 in a distributed winding manner, but in the seventh embodiment, the stator coil 12 is wound. Are wound around the teeth 103 provided on the stator core 10 in a concentrated winding manner.
  • the rotor 42 is configured by stacking two stages of rotor units in the axial direction, as in the first embodiment.
  • the first-stage rotor unit is referred to as a first rotor unit 203
  • the second-stage rotor unit is referred to as a second rotor unit 204.
  • FIG. 22 is a diagram showing a cross-sectional shape of the first rotor unit 203 of the rotor 42 according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 22 shows one magnetic pole portion of the twelve magnetic poles of the rotor 42.
  • FIG. 22 shows a cross section along a plane perpendicular to the axial direction of the first rotor unit 203.
  • FIG. 23 is a diagram showing a cross-sectional shape of the second rotor unit 204 of the rotor 42 according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 23 shows one magnetic pole portion of the twelve magnetic poles of the rotor 42.
  • FIG. 23 shows a cross section along a plane perpendicular to the axial direction of the second rotor unit 204.
  • the first rotor unit 203 includes a pair of permanent magnets 21i, a slit 22i provided between the pair of permanent magnets 21i, and a pair of flux barriers 23i.
  • the pair of permanent magnets 21i are inserted and fixed in the magnet insertion holes 24i.
  • the pair of permanent magnets 21i are arranged in a V-shape so as to be line-symmetric with respect to the d-axis 60.
  • the slit 22i has a band shape.
  • one point of the pair of permanent magnets 21i on the side of the permanent magnet 21i arranged on the rotation direction return side is defined as a point P.
  • An air gap is provided between the point P and the permanent magnet 21i.
  • the point P is disposed along one of the two sides in the longitudinal direction of the permanent magnet 21i that is closer to the outer peripheral side.
  • a point shifted from the point P toward the rotation direction advance side and one point on the outer peripheral side of the rotor 2 is defined as a point Q.
  • the slit 22i is formed along a straight line connecting the points P and Q.
  • the distance in the longitudinal direction of the slit 22i is the same as the linear distance between the point P and the point Q.
  • the angle formed between the straight line 61 connecting the point Q and the center O of the rotation axis and the d-axis 60 is called the deflection angle of the strip-shaped slit 22i, and is defined as the deflection angle ⁇ 31. It is desirable that the point P is located on the rotation direction return side of the d-axis 60 and the point Q is located on the rotation direction advance side of the d-axis 60. Further, as shown in FIG.
  • the distance from the intersection of one side of the permanent magnet 21i on the side where the point P is disposed and the straight line connecting the point Q and the point P to the end of the permanent magnet 21i is represented by a distance L.
  • the distance L is appropriately set to an arbitrary value.
  • the phase of the magnet magnetic flux is unevenly distributed to the rotational direction leading side, Further, the phase of the reluctance magnetic flux can be unevenly distributed on the return side in the rotation direction.
  • the current advance angle at which the magnet torque peaks and the current advance angle at which the reluctance torque peaks can be brought closer to each other, and as a result, the torque can be increased.
  • the second rotor unit 204 includes a pair of permanent magnets 21j, a slit 22j provided between the pair of permanent magnets 21j, and a pair of flux barriers 23j. .
  • the pair of permanent magnets 21j are inserted and fixed in the magnet insertion holes 24j.
  • the pair of permanent magnets 21j are arranged in a V-shape so as to be line-symmetric with respect to the d-axis 60.
  • the slit 22j has a band shape.
  • one point of the pair of permanent magnets 21j on the side of the permanent magnet 21j arranged on the return side in the rotation direction is defined as a point P.
  • An air gap is provided between the point P and the permanent magnet 21j.
  • the point P is disposed along one of the two sides in the longitudinal direction of the permanent magnet 21i that is closer to the outer peripheral side.
  • one point on the outer side of the rotor 2 on the leading side in the rotation direction from the point P is defined as a point Q.
  • the slit 22j is formed along a straight line connecting the points P and Q.
  • the distance in the longitudinal direction of the slit 22j is the same as the distance between the point P and the point Q.
  • the angle formed by the straight line 61 connecting the point Q and the rotation axis center O and the d-axis 60 is called the deflection angle of the strip-shaped slit 22j, and is defined as the deflection angle ⁇ 32. It is desirable that the point P is located on the rotation direction return side of the d-axis 60 and the point Q is located on the rotation direction advance side of the d-axis 60. Further, as shown in FIG.
  • the distance from the intersection of one side of the permanent magnet 21i on the side where the point P is disposed and the straight line connecting the point Q and the point P to the end of the permanent magnet 21i is represented by a distance L.
  • the distance L is appropriately set to an arbitrary value.
  • the deflection angle ⁇ 31 in FIG. 22 and the deflection angle ⁇ 32 in FIG. 23 are ⁇ 31 ⁇ ⁇ 32.
  • the phase of the magnet magnetic flux is unevenly distributed toward the rotation direction advance side, Further, the phase of the reluctance magnetic flux can be unevenly distributed on the return side in the rotation direction.
  • the current advance angle at which the magnet torque peaks and the current advance angle at which the reluctance torque peaks can be brought closer to each other, and as a result, the torque can be increased.
  • the deflection angle ⁇ 31 in FIG. 22 and the deflection angle ⁇ 32 in FIG. 23 are ⁇ 31 ⁇ ⁇ 32.
  • the magnetic path of the magnet magnetic flux changes.
  • the amplitude and phase of the permeance harmonic of the rotor 42 change. Therefore, the phase of the torque ripple generated in the first rotor unit 203 and the phase of the torque ripple generated in the second rotor unit 204 can be changed. As a result, the torque ripple can be offset by the rotor 42 as a whole.
  • the seventh embodiment by tilting the outer peripheral end of the slits 22i and 22j toward the rotation direction, the phase of the magnet flux is unevenly distributed toward the rotation direction advance side, and the phase of the reluctance flux is changed. It can be unevenly distributed on the return side in the rotation direction. Therefore, at the time of the power running operation, the current advance angle at which the magnet torque peaks and the current advance angle at which the reluctance torque peaks can be brought close to each other, and the output torque can be increased.
  • the deflection angle ⁇ 31 of the slit 22i in the first rotor unit 203 and the deflection angle ⁇ 32 of the slit 22j in the second rotor unit 204 are set to different angles, the magnetic path of the magnet flux changes, and the permeance harmonic of the rotor 42 changes. The amplitude and phase of the wave change. Therefore, since the phase of the torque ripple generated in the first rotor unit 203 and the phase of the torque ripple generated in the second rotor unit 204 can be changed, the torque ripple can be offset as the whole rotor 42. Can be done. As a result, torque ripple can be reduced.
  • the number of columns of the slits 22i and 22j is 1.
  • the present invention is not limited to this, and the number of columns of the slits 22i and 22j may be any value of 2 or more.
  • the number of stages of the rotor unit has been described as being two, any number of stages may be used.
  • the rotor 42 is configured such that at least one of the deflection angles of the strip-shaped slits 22i and 22j and the number of rows of the slits 22i and 22j is different between rotor units adjacent in the axial direction.
  • FIG. 24 is an exploded perspective view showing one pole of a rotor showing a configuration of a rotary electric machine according to Embodiment 8 of the present invention.
  • the rotor includes a first rotor unit 401 and a second rotor unit 402.
  • the first rotor unit 401 has three rows of magnetic slits 43a
  • the second rotor unit 402 has two rows of magnetic slits 43b, each having a different cross-sectional shape.
  • the magnetic slit 43a in the first rotor unit 401 has a symmetry axis 63 for each pole.
  • the magnetic slit 43b in the second rotor unit 402 has a symmetry axis 64 for each pole.
  • a pair of magnets 44a, a pair of magnet insertion holes 45a, a flux barrier 46a, A slit 43a is arranged.
  • a pair of magnets 44b, a pair of magnet insertion holes 45b, and a flux barrier 46b are formed so as to be line-symmetric with respect to the symmetry axis 64. And a magnetic slit 43b.
  • the axis of symmetry 63 of the first rotor unit 401 is counterclockwise with respect to the axis of symmetry 64 of the second rotor unit 402 by an angle ⁇ [deg] around the rotation axis of the rotor.
  • the first rotor unit 401 is shifted and disposed with respect to the second rotor unit 402 such that the first rotor unit 401 is rotated to the position rotated around.
  • the first rotor unit 401 and the second rotor unit 402 are rotated and shifted to form a skewed rotor unit, and the spatial phase of the magnetomotive force itself of the magnet is changed by the first rotor unit 401 and the second rotor unit. It can be shifted between the unit 402. As a result, the phase of the torque ripple generated in each of the first rotor unit 401 and the second rotor unit 402 can be shifted, so that the torque ripple can be reduced as a whole rotor.
  • the configuration shown in FIG. 25 may be used. That is, as shown in FIG. 25, when viewed from the height direction of the rotating shaft, the position of the magnet 47a of the first rotor unit 403 and the position of the magnet 47b of the second rotor unit 404 may be the same. .
  • the symmetry axis of the magnetic slit 48a of the first rotor unit 403 is defined as the symmetry axis 65
  • the symmetry axis of the magnetic slit 48b of the second rotor unit 404 is defined as the symmetry axis 66.
  • the symmetry axis 65 is disposed at a position rotated counterclockwise by an angle ⁇ [deg] around the rotation axis of the rotor with respect to the symmetry axis 66. That is, in FIG. 25, when viewed from the height direction of the rotation axis, the symmetry axis 65 is not at the same position as the symmetry axis 66 but at a shifted position.
  • the magnets 47a , 47b can be inserted through the first rotor unit 403 and the second rotor unit 404 from the height direction of the rotation shaft.
  • the leakage magnetic flux between the first rotor unit 403 and the second rotor unit 404 due to the magnets 47a and 47b can be reduced.
  • the axis of symmetry 65 of the magnetic slit 48a of the first rotor unit 403 and the axis of symmetry 66 of the magnetic slit 48b of the second rotor unit 404 are shifted by an angle ⁇ [deg], so that the center of the pole is shifted.
  • non-magnetic regions can be localized. Accordingly, the magnet magnetic flux can be shifted between the leading side and the returning side in the rotation direction, so that the phases of the magnet magnetic fluxes of the first rotor unit 403 and the second rotor unit 404 can be shifted. As a result, it is possible to reduce the torque ripple caused by the magnet magnetic flux.
  • the number of rotor units may be three or more.
  • the axis of symmetry of the magnetic slit of at least one of the rotor units of the plurality of rotor units is set in a rotational direction about the axis of rotation with respect to the axis of symmetry of the magnetic slits of the other rotor units.
  • the rotor units may be arranged so as to be shifted by a preset angle ⁇ [deg].
  • angle ⁇ [deg] is not particularly limited, and may be appropriately set to an arbitrary angle.
  • the slit 22 may be filled with a resin, a heat radiating material, or the like having a transmittance lower than the transmittance of the material constituting the first rotor unit 201 and the second rotor unit 202.
  • stator core 12 stator coil

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

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

回転電機
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　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。

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。
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