WO2023105701A1 - 回転電機の回転子 - Google Patents

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WO2023105701A1
WO2023105701A1 PCT/JP2021/045235 JP2021045235W WO2023105701A1 WO 2023105701 A1 WO2023105701 A1 WO 2023105701A1 JP 2021045235 W JP2021045235 W JP 2021045235W WO 2023105701 A1 WO2023105701 A1 WO 2023105701A1
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rotor
rotor core
opening
magnet
end surface
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French (fr)
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秀樹 久田
将 鹿野
宏明 牧野
宜之 岩田
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株式会社 東芝
東芝インフラシステムズ株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • 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
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/03—Machines characterised by aspects of the air-gap between rotor and stator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a rotor of a rotating electric machine having permanent magnets.
  • a permanent magnet type rotary electric machine includes a cylindrical stator and a cylindrical rotor rotatably supported inside the stator.
  • the rotor has a rotor core and a plurality of permanent magnets embedded within the rotor core.
  • a permanent magnet type rotating electric machine there is a rotating electric machine having a structure in which two magnets are arranged in a V shape for each magnetic pole, and magnet slots containing the magnets are open to the surface of the rotor core. Proposed.
  • magnetic flux leakage from the magnets in the bridges of the rotor core can be reduced, and magnet torque generated per magnet weight can be increased.
  • An object of the embodiments of the present invention is to provide a rotor of a rotating electric machine that can suppress windage loss while reducing leakage magnetic flux.
  • a rotor of a rotary electric machine includes a plurality of magnetic poles arranged in a circumferential direction around a central axis, and at least two magnetic poles spaced apart in the circumferential direction for each of the magnetic poles.
  • a rotor core having magnet retention slots; and a plurality of permanent magnets each disposed within the magnet retention slots.
  • the at least one magnet retention slot includes a magnet loading area in which the permanent magnets are arranged, a magnetic air gap located between the magnet loading area and the outer circumference of the stator core, and the magnetic air gap and the rotor core. and an aperture open to the perimeter of the.
  • the rotor core has an outer surface that continues to the outer peripheral surface of the rotor core and extends to the opening, an end surface that intersects the outer surface at an angle of 90 ⁇ 10° and faces the opening, and the end surface. and an inner surface intersecting with and forming side edges of the magnetic air gap, wherein the circumferential width of the opening is less than the circumferential width of the magnetic air gap.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a permanent magnet type rotating electric machine according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an enlarged part of the rotating electrical machine;
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the rotor showing an enlarged flux barrier portion of the rotor;
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing windage loss (state of airflow generated inside the flux barrier) of the rotor according to the first embodiment and the rotor of the comparative example;
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an enlarged part of the rotor of the rotary electric machine according to the second embodiment;
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing an enlarged part of the rotor of the rotary electric machine according to the third embodiment;
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a permanent magnet type rotating electric machine according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an enlarged part of the rotating electric machine.
  • the rotating electrical machine 10 is configured as, for example, an inner rotor type rotating electrical machine.
  • the rotary electric machine 10 includes a ring-shaped or cylindrical stator 12 supported by a fixed frame (not shown), and a rotor rotatably supported inside the stator about a central axis C and coaxially with the stator 12 .
  • a child 14 The rotary electric machine 10 is suitably applied to a drive motor or generator in, for example, a hybrid vehicle (HEV) or an electric vehicle (EV).
  • HEV hybrid vehicle
  • EV electric vehicle
  • the stator 12 includes a cylindrical stator core 16 and armature windings (coils) 18 wound around the stator core 16 .
  • the stator core 16 is configured by concentrically laminating a large number of magnetic material, for example, annular magnetic steel plates (core pieces) such as silicon steel.
  • a plurality of slots 20 are formed in the inner peripheral portion of the stator core 16 .
  • the plurality of slots 20 are arranged at regular intervals in the circumferential direction. Each slot 20 opens in the inner peripheral surface of the stator core 16 and extends radially from the inner peripheral surface. Each slot 20 extends over the entire length of the stator core 16 in the axial direction.
  • the outer peripheral portion of the stator core 16 forms an annular yoke portion 16a, and the inner peripheral portion of the stator core 16 faces the rotor 14.
  • 48 stator teeth 21 are configured.
  • a plurality of stator teeth 21 radially extend toward the central axis C from the yoke portion 16a.
  • the armature winding 18 is inserted through a plurality of slots 20 and wound around each stator tooth 21 .
  • a predetermined interlinkage magnetic flux is formed in the stator 12 (stator teeth 21 ) by applying a current to the armature winding 18 .
  • the rotor 14 includes a cylindrical shaft (rotating shaft) 22 whose both ends are rotatably supported by bearings (not shown), a cylindrical rotor iron core 24 fixed to substantially the center of the shaft 22 in the axial direction, and a rotating shaft. and a plurality of permanent magnets M embedded in the daughter core 24 .
  • the rotor 14 is coaxially arranged inside the stator 12 with a small gap (air gap). That is, the outer peripheral surface of the rotor 14 faces the inner peripheral surface of the stator 12 with a small gap therebetween.
  • the rotor core 24 has an inner hole 25 formed coaxially with the center axis C. As shown in FIG.
  • the shaft 22 is inserted and fitted into the inner hole 25 and extends coaxially with the rotor core 24 .
  • the rotor core 24 is configured as a laminate in which a large number of magnetic plates, for example, circular magnetic steel plates (core pieces) made of silicon steel or the like are concentrically laminated.
  • the rotor core 24 has the central axis C extending in the lamination direction of the core pieces and an outer peripheral surface coaxial with the central axis C. As shown in FIG.
  • the rotor 14 has a plurality of magnetic poles, for example, 8 magnetic poles, arranged in a circumferential direction around the central axis C.
  • the axis extending in the radial direction of the rotor core 24 passing through the central axis C and the boundary between the magnetic poles adjacent in the circumferential direction is electrically 90 degrees in the circumferential direction with respect to the q-axis and the q-axis.
  • the axis spaced apart, that is, the axis passing through the circumferential centers of the magnetic poles and the central axis C, is called the d-axis.
  • the direction in which the interlinking magnetic flux formed by the stator 12 easily flows is the q-axis.
  • the d-axis and the q-axis are provided alternately in the circumferential direction of the rotor core 24 with a predetermined phase.
  • One magnetic pole portion of the rotor core 24 refers to a region between two q-axes adjacent in the circumferential direction (circumferential angle region of 1/8 circumference). Thereby, the rotor core 24 is configured to have eight poles (magnetic poles).
  • a plurality of permanent magnets eg, two permanent magnets M
  • magnet holding slots also referred to as magnet holding cavities or magnet embedding holes
  • Two permanent magnets M are respectively loaded and arranged in magnet holding slots 34 and fixed to the rotor core 24 by, for example, an adhesive or the like.
  • the rotor core 24 has a plurality of air gap holes (cavities) 27 each formed across two magnetic poles at positions near the inner hole 25 and on the q-axis. Each air gap hole 27 extends through the rotor core 24 in the axial direction.
  • each magnet holding slot 34 is formed axially through the rotor core 24 .
  • the two magnet holding slots 34 are formed and arranged line-symmetrically with respect to the d-axis, for example, arranged side by side in a substantially V shape.
  • Each magnet holding slot 34 has an open end that opens or opens to the outer circumference of the rotor core 24 and a closed end (the other end) that is located near the d-axis and is closed.
  • Each magnet holding slot 34 functioning as a flux barrier has a rectangular magnet loading area 34a corresponding to the cross-sectional shape of the permanent magnet M, and an inner circumference extending from the inner peripheral end of the magnet loading area 34a toward the d-axis. It has a side gap (magnetic gap) 34b and an outer gap (magnetic gap) 34c that extends from the outer circumference side end of the magnet loading area 34a and opens to the outer circumference of the rotor core 24 .
  • the outer gap 34c extends from the magnet loading area 34a to the open end (opening 40) of the slot.
  • the magnet retention slot 34 extends obliquely with respect to the d-axis at an angle ⁇ of less than 90 degrees.
  • the magnet holding slots 34 are arranged such that the distance from the d-axis gradually widens from the inner peripheral end to the outer peripheral end, and the rotor core 24 is arranged from the inner peripheral end to the outer peripheral end. is inclined so that the distance from the outer peripheral surface of the The angle ⁇ can be arbitrarily changed without being limited to the illustrated example.
  • the permanent magnet M is formed, for example, in the shape of an elongated flat plate having a rectangular cross section, and is loaded in the magnet loading area 34 a of the magnet holding slot 34 .
  • the permanent magnet M has a length substantially equal to the axial length of the rotor core 24 .
  • Each permanent magnet M is embedded over substantially the entire axial length of the rotor core 24 .
  • the permanent magnet M may be configured by combining a plurality of magnets divided in the axial direction (longitudinal direction). In this case, the total length of the plurality of magnets is the axial length of the rotor core 24. formed to be approximately equal.
  • Two permanent magnets M located on both sides of the d-axis are arranged side by side in a substantially V-shape.
  • the two permanent magnets M are arranged such that the distance from the d-axis gradually widens from the inner peripheral end to the outer peripheral end, and the rotor core moves from the inner peripheral end to the outer peripheral end. It is arranged at an angle ⁇ so that the distance from the outer peripheral surface of 24 is gradually shortened.
  • Each permanent magnet M is magnetized in a direction perpendicular to its long side.
  • the two permanent magnets M located on both sides of the d-axis in the circumferential direction that is, the two permanent magnets M forming one magnetic pole, are arranged so that their magnetization directions are the same.
  • the two permanent magnets M located on both sides of each q-axis in the circumferential direction are arranged so that their magnetization directions are opposite to each other.
  • the rotary electric machine 10 constitutes an embedded permanent magnet type rotary electric machine having eight magnetic poles (four pole pairs) in which the north and south poles of the permanent magnets M are alternately arranged for each adjacent magnetic pole. ing.
  • the rotor core 24 has a fan-shaped outer peripheral region (first core portion) 24a located between the two magnet holding slots 34 and an inner peripheral region of the rotor core 24 in each magnetic pole. (A region (second iron core portion) between the magnet holding slot 34 and the inner hole 25 (shaft 22)) 24b, and two columnar bridges 50 connecting the first iron core portion 24a and the second iron core portion 24b. and have.
  • a bridge 50 is formed between the two inner gaps 34b of the two magnet holding slots 34 and extends along the d-axis. Note that the number of bridges 50 is not limited to two, and one or three or more may be provided.
  • FIG. 3 is a sectional view of the rotor core showing an enlarged magnet holding slot 34 on one side.
  • the magnet loading area 34a of the magnet holding slot 34 has a rectangular shape corresponding to the permanent magnet M, and has a flat inner edge (inner peripheral long side) 35b and a flat inner edge 35b spaced apart from the inner edge 35b. It is formed between the flat outer edges (peripheral long sides) 35a that face each other in parallel.
  • the inner edge 35b and the outer edge 35a extend obliquely at the angle ⁇ described above with respect to the d-axis.
  • the rotor core 24 has a holding protrusion (step) 36a projecting into the magnet holding slot 34 from the inner edge 35b of the magnet holding slot 34 at the end on the outer peripheral side of the magnet loading area 34a.
  • the inner peripheral side air gap 34b extends from the inner peripheral side end (d-axis side end) of the magnet loading area 34a toward the d-axis.
  • the inner peripheral side gap 34b faces the bridge 50 substantially in parallel.
  • the rotor core 24 has holding protrusions 36b protruding from the end surface of the inner clearance 34b, here the bridge 50, into the inner clearance 34b.
  • the holding protrusion 36b protrudes from the bridge 50 to near one end of the magnet loading area 34a.
  • the outer gap 34 c extends from the outer peripheral end of the magnet loading area 34 a (the end on the outer peripheral surface side of the rotor core) toward the outer peripheral surface of the rotor core 24 and opens to the outer periphery of the rotor core 24 through the opening 40 . Or open.
  • the outer gap 34c includes an outer edge 35d extending flush with the outer edge 35a toward the outer periphery of the rotor core 24 from one end of the outer edge 35a of the magnet loading area 34a, one end of the inner edge 35b of the magnet loading area 34a, Here, it is defined between the inner edge 35e extending from the projecting end of the holding projection 36a toward the outer circumference of the rotor core 24.
  • the outer edge 35 d is bent toward the inner edge 35 e near the outer peripheral surface of the rotor core 24 and extends in the circumferential direction to the opening 40 .
  • a circumferentially extending portion of the outer edge 35d constitutes an inner surface IS1 of the first projecting portion 52a, which will be described later.
  • the inner edge 35e is one step higher than the inner edge 35b by the height of the retaining projection 36a, ie, closer to the outer edge 35d, and extends substantially circumferentially from the protruding end of the retaining projection 36a.
  • the inner edge 35e extends to the vicinity of the outer peripheral surface after being bent toward the outer peripheral surface of the rotor core 24 on the way.
  • the inner edge 35e bends toward the outer edge 35d near the outer peripheral surface and extends in the circumferential direction up to the opening 40.
  • a circumferentially extending portion of the inner edge 35e constitutes an inner surface IS2 of the second projecting portion 52b, which will be described later.
  • the width W2 in the circumferential direction of the opening 40 is larger than the width W1 in the circumferential direction of the area on the side of the magnet loading area 34a (the distance between the outer edge 35d and the inner edge 35e). is narrowed.
  • the opening 40 has the width W ⁇ b>2 and extends over the entire axial length of the rotor core 24 .
  • Outer edges 35 a , 35 d and inner edges 35 b , 35 e of magnet holding slot 34 correspond to inner walls of magnet holding slot 34 .
  • the first core portion 24a of the rotor core 24 has a first projecting portion 52a projecting toward the opening 40 of the outer gap 34c, and the second core portion 24b projects toward the opening 40 of the outer gap 34c. It has a protruded second projecting portion 52b.
  • the first projecting portion 52a faces the second projecting portion 52b in the circumferential direction with the opening 40 interposed therebetween. That is, by providing the first projecting portion 52a and the second projecting portion 52b, the circumferential width W2 of the opening 40 is formed to be narrower than the circumferential width W1 of the outer peripheral side gap 34c.
  • the first protruding portion 52a includes an outer surface (first outer surface) OS1 that continues to the outer peripheral surface of the rotor core 24 and extends in the circumferential direction to the opening 40, and a first outer surface that intersects the outer surface OS1 at a substantially right angle (90 ⁇ 10°). It has one end surface ES1 and an inner surface (first inner surface) IS1 that faces the outer surface OS1 at a distance and intersects the first end surface ES1 at a substantially right angle (90 ⁇ 10°).
  • the inner surface IS1 forms part of the outer edge 35d of the outer gap 34c and is connected to the outer edge 35d.
  • the first end face ES1 is a straight line, and the tangent line at the intersection of the circumscribed circle centered on the central axis C of the stator core 24 and circumscribing the outer circumference of the stator core 24 and the extension line of the first end face ES1 is It is assumed to be orthogonal to the first end surface ES1.
  • the second protruding portion 52b includes an outer surface (second outer surface) OS2 that continues to the outer peripheral surface of the rotor core 24 and extends in the circumferential direction up to the opening 40, and a second outer surface that intersects the outer surface OS2 at a substantially right angle (90 ⁇ 10°).
  • the inner surface IS2 forms part of the inner edge 35e of the outer gap 34c and is connected to the inner edge 35e.
  • An inner edge 35e of the outer gap 34c is connected to an inner edge 35b of the magnet loading area 34a via a holding projection 36a.
  • the second end face ES2 is a straight line, and the tangent line at the intersection of the circumscribed circle centered on the central axis C of the stator core 24 and circumscribing the outer circumference of the stator core 24 and the extension line of the second end face ES2 is It is assumed to be orthogonal to the second end surface ES2.
  • the first projecting portion 52a and the second projecting portion 52b extend over the entire length of the stator core 24 in the axial direction.
  • the first end face ES1 of the first projecting portion 52a and the second end face ES2 of the second projecting portion 52b face each other substantially parallel with a gap therebetween.
  • An opening 40 is defined between the first end surface ES ⁇ b>1 and the second end surface ES ⁇ b>2 , and the opening 40 opens to the outer gap 34 and the outer circumferential surface of the rotor core 14 . That is, the outer gap 34 c is open to the outer circumference of the stator core 24 through the opening 40 .
  • the opening 40 extends over the entire axial length of the rotor core 24 .
  • the electromagnetic steel sheets forming the rotor core 24 are processed in the following steps. First, a disk-shaped electromagnetic steel sheet having an inner hole 25, a gap hole 27 and a plurality of magnet holding slots 34 is punched out with a bridge left between the magnet holding slot and the outer peripheral surface. An opening 40 having a width W2 is then formed by punching the area corresponding to the opening of the bridge. When the opening 40 is punched as described above, there is a possibility that the corners of the protruding portions 52a and 52b do not have a square shape composed of perfect two straight lines due to punching sag or the like. For example, the corner may be an arc-shaped corner with a radius of curvature of 0.2 mm or less.
  • the permanent magnet M has a rectangular cross-sectional shape, and this cross-section has a pair of long sides facing each other in parallel and a pair of short sides facing each other.
  • the permanent magnet M is loaded in the magnet loading area 34a of the magnet holding slot 34, with one long side adjacently facing or abutting the outer edge 35a and the other long side adjacently facing or facing the inner edge 35b. , abutting.
  • One end of the outer short side of the permanent magnet M abuts on the holding projection 36a.
  • the other short side of the permanent magnet M is in contact with the holding projection 36b.
  • the permanent magnets M may be fixed to the rotor core 24 with an adhesive or the like.
  • the cross-sectional shape of the permanent magnet M is not limited to a rectangular shape (rectangle), and may be a parallelogram.
  • the inner peripheral side gap 34b and the outer peripheral side gap 34c of the magnet holding slot 34 function as a magnetic gap (flux barrier) that suppresses magnetic flux leakage from both ends of the permanent magnet M in the longitudinal direction to the rotor core 24. It also contributes to weight reduction of the child core 24 . Furthermore, since the outer gap 34c is open to the outer circumference of the rotor core 24 through the opening 40, short-circuiting of magnet magnetic flux within the rotor core 24 is suppressed. As a result, the performance of the rotating electrical machine 10 is improved, and the size and weight of the rotating electrical machine 10 can be reduced.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing how an airflow is generated in the outer gap of the rotor according to Comparative Example 1, Comparative Example 2, and the present embodiment. As shown in FIG. 4( a ), the rotor according to Comparative Example 1 does not have a protrusion, and the width of the opening in the circumferential direction matches the width of the outer gap in the circumferential direction.
  • FIG. 4B in the rotor according to Comparative Example 2, the corners of the protruding ends of the first protruding portions 52a and the second protruding portions 52b are not right angles but curved.
  • various hatchings are used to represent differences in the strength of the airflow (speed of the airflow).
  • the upper section shows the stronger airflow (flowing at high speed)
  • the lower section shows the weaker airflow (the airflow does not move).
  • FIG. 4 shows the state when the rotor is rotating counterclockwise.
  • FIG. 4A in the rotor according to Comparative Example 1, a high-speed airflow is generated near the opening end of the outer gap 34c, and is relatively strong (fast) inside the outer gap 34c. Airflow is occurring.
  • FIG. 4(b) in the rotor according to Comparative Example 2, a strong (fast) gas flowed into the outer gap 34c through the opening, and a relatively strong air flow was generated inside the outer gap 34c. It has occurred.
  • FIG. 4(c) according to the rotor according to the present embodiment, although a weak airflow is slightly generated inside the outer space 34c, most of the airflow is generated. It can be seen that the air is not moving. That is, it can be seen that the airflow flowing from the opening 40 into the outer space 34c is greatly reduced.
  • one end of the magnet holding slot 34 is open to the outer circumference of the rotor core 24 through the opening 40.
  • the leakage magnetic flux of the permanent magnet can be reduced, and the magnet torque generated per magnet weight can be increased.
  • the opening by providing the opening with at least the outer peripheral tip and the first protrusion and the second protrusion whose corners are formed at substantially right angles, the airflow generated inside the outer peripheral space (flux barrier) is suppressed, Windage loss of the rotor 14 can be reduced.
  • the operating efficiency of the rotary electric machine 10 is improved, and it is possible to improve the torque and output.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the rotor core showing an enlarged magnet holding slot of the rotor of the rotary electric machine according to the second embodiment.
  • the tip corner portion on the outer peripheral side that is, the corner portion where the outer surface OS1 and the end surface ES1 intersect is substantially It is formed at a right angle (90 ⁇ 10°).
  • the tips and corners on the inner peripheral side ie, the corners where the inner surface IS1 and the end surface ES1 intersect, are rounded in an arc shape.
  • the tip corner portion on the outer peripheral side that is, the corner portion where the outer surface OS2 and the end surface ES2 intersect is formed at a substantially right angle (80 to 90 degrees).
  • the tips and corners on the inner peripheral side ie, the corners where the inner surface IS2 and the end surface ES2 intersect, are rounded in an arc shape.
  • other configurations of the rotor 14 are the same as those of the rotor according to the first embodiment.
  • the rotor according to the second embodiment configured as described above it is possible to suppress the airflow generated inside the outer peripheral side gap (flux barrier) 34c and reduce the windage loss of the rotor. That is, in the protruding portion of the rotor, by forming at least the tip and the corners on the outer peripheral side substantially at right angles, it is possible to suppress the generation of air currents and reduce the windage loss.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the rotor core showing an enlarged magnet holding slot of the rotor of the rotary electric machine according to the third embodiment.
  • the rotor core 24 of the stator has only the first projections 52a and no second projections.
  • the protruding portion is provided only on the downstream side in the rotation direction with respect to the opening 40 of the outer space 34c. That is, the first core portion 24 a of the stator core 24 integrally has a first projecting portion projecting toward the opening 40 .
  • the first protruding portion 52a has an outer surface OS1 that extends in the circumferential direction continuously to the outer peripheral surface of the rotor core 24, a first end surface ES1 that intersects the outer surface OS1 at a substantially right angle (80 to 90 degrees), and an outer surface OS1. and an inner surface IS1 that is spaced apart and intersects the first end surface ES1 at a substantially right angle (90 ⁇ 10°).
  • the inner surface IS1 forms part of the outer edge 35d of the outer gap 34c and is connected to the outer edge 35d.
  • the tip corner portion on the outer peripheral side that is, the corner portion where the outer surface OS1 and the end surface ES1 intersect is formed substantially at a right angle
  • the tip corner portion on the inner peripheral side that is, the corner portion at which the end surface ES1 intersects
  • the corner where the inner surface IS1 and the end surface ES1 intersect is formed substantially at a right angle
  • the corners on the inner peripheral side may be configured to be rounded in an arc shape.
  • An inner edge 35e of the outer peripheral space 34c is bent toward the outer peripheral side, and then extends substantially linearly to the outer peripheral surface.
  • the inner edge 35e and the outer peripheral surface of the rotor core 24 intersect substantially at right angles.
  • An opening 40 is formed between the end surface ES1 of the first projecting portion 52a and the inner edge 35e.
  • the width W2 of the opening 40 in the circumferential direction is narrower than the width W1 of the outer gap 34c in the circumferential direction.
  • other configurations of the rotor 14 are the same as those of the rotor according to the first embodiment.
  • the rotor according to the third embodiment configured as described above, it is possible to suppress the airflow generated inside the outer peripheral space (flux barrier) 34c and reduce the windage loss of the rotor. That is, by providing a protruding portion on at least one side of the opening in the circumferential direction, and forming at least the tip and corners of the outer peripheral side of the protruding portion at a substantially right angle, the airflow generated inside the flux barrier is suppressed and the windage loss is reduced. can be reduced.
  • the protruding portion of the rotor core is not limited to the first core portion 24a, and may be provided only in the second core portion 24b.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the present invention at the implementation stage.
  • various inventions can be formed by appropriate combinations of the plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be omitted from all components shown in the embodiments. Furthermore, components across different embodiments may be combined as appropriate.
  • the number of magnetic poles, size, shape, etc. of the rotor are not limited to the above-described embodiments, and can be changed in various ways according to the design.
  • the number of permanent magnets installed in each magnetic pole of the rotor is not limited to two, and can be increased as required.
  • the protrusion length of the protrusion and the width of the opening are not limited to the examples shown in the embodiments, and can be variously changed as necessary.
  • the number of magnet holding slots is not limited to two, and three or more may be provided.
  • the two magnet holding slots provided in each magnetic pole are not limited to symmetrical shapes, and may be formed in asymmetrical shapes.
  • the configuration may be such that the opening 40 is provided only in one of the magnet holding slots.

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Abstract

実施形態によれば、回転電機の回転子は、円周方向に並ぶ複数の磁極と、磁極ごとに円周方向に間隔を置いて配置された少なくとも２つの磁石保持スロット３４と、を有する回転子鉄心２４と、それぞれ磁石保持スロットの内に配置された複数の永久磁石Ｍと、を備えている。少なくとも１つの磁石保持スロットは、永久磁石が配置された磁石装填領域３４ａと、磁石装填領域と固定子鉄心の外周との間に位置する磁気空隙３４ｃと、磁気空隙と回転子鉄心の外周とに開口した開口４０と、を含んでいる。各磁極において、回転子鉄心は、回転子鉄心の外周面に連続して開口まで延びる外面と、外面と角度９０±１０°で交差し開口に面する端面と、端面と交差し磁気空隙の側縁を形成した内面と、を有する突出部５２ａを具備している。開口の円周方向の幅は、磁気空隙の円周方向の幅よりも小さい。

Description

回転電機の回転子
　この発明の実施形態は、永久磁石を有する回転電機の回転子に関する。
　永久磁石型の回転電機は、円筒状の固定子と、この固定子の内側に回転自在に支持された円柱形状の回転子と、を備えている。回転子は、回転子鉄心と、この回転子鉄心内に埋め込まれた複数の永久磁石と、を備えている。
　このような永久磁石型の回転電機として、１磁極当たり２枚の磁石をＶ字状に配置し、かつ、磁石を収容している磁石スロットを回転子鉄心の表面に開放した構成の回転電機が提案されている。上記構成の回転電機では、回転子鉄心のブリッジにおける磁石の磁束漏れを低減し、磁石重量当たりに発生する磁石トルクを増加することが可能となる。あるいは、回転電機のトルクを維持したまま磁石重量を低減することが可能となる。
　しかしながら、上記構成の回転電機では、回転時に生じる風損（回転子と空気の摩擦抵抗による損失）が増大する懸念がある。
特開２０１４－５０２０８号公報 特開２０１８－８５８１９号公報 特開２００４－１０４９６２号公報 特許第５３７０４３３号公報 特許第５４１２９７８号公報 特許第３９９６４１７号公報
　この発明の実施形態の課題は、漏洩磁束の低減を図りつつ、風損を抑制することが可能な回転電機の回転子を提供することにある。
　この発明の実施形態によれば、回転電機の回転子は、中心軸線を中心とする円周方向に並ぶ複数の磁極と、前記磁極ごとに前記円周方向に間隔を置いて配置された少なくとも２つの磁石保持スロットと、を有する回転子鉄心と、それぞれ前記磁石保持スロットの内に配置された複数の永久磁石と、を備えている。少なくとも１つの前記磁石保持スロットは、前記永久磁石が配置された磁石装填領域と、前記磁石装填領域と前記固定子鉄心の外周との間に位置する磁気空隙と、前記磁気空隙と前記回転子鉄心の外周とに開口した開口と、を含んでいる。前記各磁極において、前記回転子鉄心は、前記回転子鉄心の外周面に連続して前記開口まで延びる外面と、前記外面と角度９０±１０°で交差し前記開口に面する端面と、前記端面と交差し前記磁気空隙の側縁を形成した内面と、を有する突出部を具備し、前記開口の前記円周方向の幅は、前記磁気空隙の前記円周方向の幅よりも小さい。
図１は、第１実施形態に係る永久磁石型の回転電機の横断面図。 図２は、前記回転電機の一部を拡大して示す横断面図。 図３は、前記回転子のフラックスバリア部分を拡大して示す回転子の断面図。 図４は、第１実施形態に係る回転子および比較例に回転子の風損（フラックスバリアの内部に発生する気流状態）を模式的に示す図。 図５は、第２実施形態に係る回転電機の回転子の一部を拡大して示す横断面図。 図６は、第３実施形態に係る回転電機の回転子の一部を拡大して示す横断面図。
　以下に、図面を参照しながら、この発明の実施形態について説明する。なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は簡略化あるいは省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
　（第１実施形態）　
　図１は、第１実施形態に係る永久磁石型の回転電機の横断面図、図２は、回転電機の一部を拡大して示す断面図である。
　図１に示すように、回転電機１０は、例えば、インナーロータ型の回転電機として構成されている。回転電機１０は、図示しない固定枠に支持された環状あるいは円筒状の固定子１２と、固定子の内側に中心軸線Ｃの回りで回転自在に、かつ固定子１２と同軸的に支持された回転子１４と、を備えている。回転電機１０は、例えば、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）において、駆動モータあるいは発電機に好適に適用される。
　固定子１２は、円筒状の固定子鉄心１６と固定子鉄心１６に巻き付けられた電機子巻線（コイル）１８とを備えている。固定子鉄心１６は、磁性材、例えば、ケイ素鋼などの円環状の電磁鋼板（鉄心片）を多数枚、同芯状に積層して構成されている。固定子鉄心１６の内周部には、複数のスロット２０が形成されている。複数のスロット２０は、円周方向に等間隔を置いて並んでいる。各スロット２０は、固定子鉄心１６の内周面に開口し、この内周面から放射方向に延出している。また、各スロット２０は、固定子鉄心１６の軸方向の全長に亘って延在している。複数のスロット２０を形成することにより、固定子鉄心１６の外周部は円環状のヨーク部１６ａを構成し、固定子鉄心１６の内周部は、回転子１４に面する複数（例えば、本実施形態では４８個）の固定子ティース２１を構成している。複数の固定子ティース２１は、ヨーク部１６ａから中心軸線Ｃに向かって放射方向に延出している。電機子巻線１８は複数のスロット２０に挿通され、各固定子ティース２１に巻き付けられている。電機子巻線１８に電流を流すことにより、固定子１２（固定子ティース２１）に所定の鎖交磁束が形成される。
　回転子１４は、両端が図示しない軸受により回転自在に支持された円柱形状のシャフト（回転軸）２２と、シャフト２２の軸方向ほぼ中央部に固定された円筒形状の回転子鉄心２４と、回転子鉄心２４に埋め込まれた複数の永久磁石Ｍと、を有している。回転子１４は、固定子１２の内側に僅かな隙間（エアギャップ）を置いて同軸的に配置されている。すなわち、回転子１４の外周面は、僅かな隙間をおいて、固定子１２の内周面に対向している。回転子鉄心２４は中心軸線Ｃと同軸的に形成された内孔２５を有している。シャフト２２は内孔２５に挿通および嵌合され、回転子鉄心２４と同軸的に延在している。回転子鉄心２４は、磁性体板、例えば、ケイ素鋼などの円環状の電磁鋼板（鉄心片）を多数枚、同芯状に積層した積層体として構成されている。回転子鉄心２４は、鉄心片の積層方向に延びる前記中心軸線Ｃと、中心軸線Ｃと同軸の外周面と、を有している。
　本実施形態において、回転子１４は、中心軸線Ｃを中心とする円周方向に並んだ複数の磁極、例えば、８磁極を有している。回転子鉄心２４において、中心軸線Ｃおよび円周方向に隣合う磁極間の境界を通り回転子鉄心２４の径方向に延びる軸をｑ軸、およびｑ軸に対して円周方向に電気的に９０°離間した軸、つまり、磁極の円周方向の中心と中心軸線Ｃとを通る軸、をｄ軸と称する。固定子１２によって形成される鎖交磁束の流れ易い方向がｑ軸となる。ｄ軸およびｑ軸は、回転子鉄心２４の円周方向に交互に、かつ、所定の位相で設けられている。回転子鉄心２４の１磁極分とは、円周方向に隣合う２本のｑ軸間の領域（１／８周の周角度領域）をいう。これにより、回転子鉄心２４は、８極（磁極）に構成されている。
　図１に示すように、回転子鉄心２４には、１磁極ごとに、複数の永久磁石、例えば、２つの永久磁石Ｍが埋設されている。回転子鉄心２４の円周方向において、各ｄ軸の両側に、永久磁石Ｍを装填するための磁石保持スロット（磁石保持空洞部あるいは磁石埋め込み孔と称する場合もある。）３４が形成されている。２つの永久磁石Ｍは、それぞれ磁石保持スロット３４内に装填および配置され、例えば、接着剤等により回転子鉄心２４に固定されている。
　回転子鉄心２４は、内孔２５に近い位置、かつｑ軸上の位置に、２つの磁極に跨ってそれぞれ形成された複数の空隙孔（空洞）２７を有している。各空隙孔２７は、回転子鉄心２４を軸方向に貫通して延在している。
　図２に示すように、各磁石保持スロット３４は、回転子鉄心２４を軸方向に貫通して形成されている。回転子鉄心２４の中心軸線Ｃと直交する横断面でみた場合、２つの磁石保持スロット３４は、ｄ軸に対して線対称に形成および配置され、例えば、ほぼＶ字状に並んで配置されている。各磁石保持スロット３４は、回転子鉄心２４の外周に開口あるいは開放する開口端と、ｄ軸の近傍に位置し閉塞した閉塞端（他端）とを有している。
　フラックスバリアとして機能する各磁石保持スロット３４は、永久磁石Ｍの断面形状に対応した矩形状の磁石装填領域３４ａと、磁石装填領域３４ａの内周側端からｄ軸の側に延出した内周側空隙（磁気空隙）３４ｂと、磁石装填領域３４ａの外周側端から延出し回転子鉄心２４の外周に開放した外周側空隙（磁気空隙）３４ｃと、を有している。外周側空隙３４ｃは、磁石装填領域３４ａからスロットの開口端（開口４０）まで延在している。
　磁石保持スロット３４は、ｄ軸に対して、９０度よりも小さい角度θで傾斜して延在している。すなわち、磁石保持スロット３４は、内周側端から外周側端に向かうに従って、ｄ軸からの距離が徐々に広がるように、かつ、内周側端から外周側端に向かうに従って、回転子鉄心２４の外周面からの距離が徐々に短くなるように、傾斜して設けられている。角度θは、図示の例に限定されることなく、任意に変更可能である。
　永久磁石Ｍは、例えば、横断面が矩形状の細長い平板状に形成され、磁石保持スロット３４の磁石装填領域３４ａに装填されている。永久磁石Ｍは、回転子鉄心２４の軸方向長さとほぼ等しい長さを有している。各永久磁石Ｍは回転子鉄心２４の軸方向のほぼ全長に亘って埋め込まれている。なお、永久磁石Ｍは、軸方向（長手方向）に複数に分割された磁石を組み合わせて構成されてもよく、この場合、複数の磁石の合計の長さが回転子鉄心２４の軸方向長さとほぼ等しくなるように形成される。
　ｄ軸の両側に位置する２つの永久磁石Ｍは、ほぼＶ字状に並んで配置されている。すなわち、２つの永久磁石Ｍは、内周側端から外周側端に向かうに従って、ｄ軸からの距離が徐々に広がるように、かつ、内周側端から外周側端に向かうに従って、回転子鉄心２４の外周面からの距離が徐々に短くなるように、角度θだけ傾斜して配置されている。
　各永久磁石Ｍは、長辺に垂直な方向に磁化されている。ｄ軸の円周方向の両側に位置する２つの永久磁石Ｍ、すなわち、１磁極を構成する２つの永久磁石Ｍは、磁化方向が同一となるように配置されている。また、各ｑ軸の円周方向の両側に位置する２つの永久磁石Ｍは、磁化方向が逆向きとなるように配置されている。本実施形態では、回転電機１０は、隣接する１磁極毎に永久磁石ＭのＮ極とＳ極の表裏を交互に配置した８磁極（４極対）の永久磁石埋め込み型の回転電機を構成している。
　図２に示すように、回転子鉄心２４は、各磁極において、２つの磁石保持スロット３４の相互間に位置する扇状の外周領域（第１鉄心部）２４ａと、回転子鉄心２４の内周領域（磁石保持スロット３４と内孔２５（シャフト２２）との間の領域（第２鉄心部））２４ｂと、第１鉄心部２４ａと第２鉄心部２４ｂとを連結した２本の柱状のブリッジ５０と、を備えている。ブリッジ５０は、２つの磁石保持スロット３４の２つの内周側空隙３４ｂの間に形成され、ｄ軸に沿って延在している。なお、ブリッジ５０は、２本に限らず、１本、あるいは、３本以上設ける構成としても良い。
　回転子鉄心２４および磁石保持スロット３４の構成をより詳しく説明する。
　図３は、一方の磁石保持スロット３４を拡大して示す回転子鉄心の断面図である。
　図示のように、磁石保持スロット３４の磁石装填領域３４ａは、永久磁石Ｍに対応する矩形状であり、平坦な内側縁（内周側長辺）３５ｂと、この内側縁３５ｂと間隔を置いて平行に対向する平坦な外側縁（外周側長辺）３５ａとの間に形成されている。内側縁３５ｂおよび外側縁３５ａは、ｄ軸に対して、前述の角度θで傾斜して延在している。回転子鉄心２４は、磁石装填領域３４ａの外周側の端において、磁石保持スロット３４の内側縁３５ｂから磁石保持スロット３４内に突出する保持突起（段差）３６ａを有している。
　内周側空隙３４ｂは、磁石装填領域３４ａの内周側端（ｄ軸側の端）からｄ軸に向かって延出している。内周側空隙３４ｂは、ブリッジ５０とほぼ平行に対向している。回転子鉄心２４は、内周側空隙３４ｂの端面、ここでは、ブリッジ５０から内周側空隙３４ｂの内に突出した保持突起３６ｂを有している。保持突起３６ｂは、ブリッジ５０から磁石装填領域３４ａの一端の近傍まで突出している。
　外周側空隙３４ｃは、磁石装填領域３４ａの外周側端（回転子鉄心の外周面側の端）から回転子鉄心２４の外周面に向かって延出し、開口４０を通して回転子鉄心２４の外周に開放あるいは開口している。外周側空隙３４ｃは、磁石装填領域３４ａの外側縁３５ａの一端から回転子鉄心２４の外周に向かって外側縁３５ａと面一に延びる外側縁３５ｄと、磁石装填領域３４ａの内側縁３５ｂの一端、ここでは、保持突起３６ａの突出端から回転子鉄心２４の外周の側に延びる内側縁３５ｅと、の間に規定されている。
　外側縁３５ｄは、回転子鉄心２４の外周面の近傍で、内側縁３５ｅの側に屈曲し、開口４０まで円周方向に延びている。外側縁３５ｄの円周方向に延びる部分は、後述する第１突出部５２ａの内面ＩＳ１を構成している。
　内側縁３５ｅは、保持突起３６ａの高さ分だけ、内側縁３５ｂよりも一段高く、すなわち、外側縁３５ｄの側に近く、保持突起３６ａの突出端からほぼ円周方向に延びている。また、内側縁３５ｅは、途中で、回転子鉄心２４の外周面の側に屈曲した後、外周面の近傍まで延びている。更に、内側縁３５ｅは、外周面の近傍で、外側縁３５ｄの側に屈曲し、開口４０まで円周方向に延びている。内側縁３５ｅの円周方向に延びる部分は、後述する第２突出部５２ｂの内面ＩＳ２を構成している。
　外周側空隙３４ｃにおいて、磁石装填領域３４ａの側の領域の円周方向の幅（外側縁３５ｄと内側縁３５ｅとの間の間隔）Ｗ１に対して、開口４０の円周方向の幅Ｗ２の方が狭くなっている。開口４０は、上記幅Ｗ２で、回転子鉄心２４の軸方向の全長に亘って開口している。
　なお、磁石保持スロット３４の外側縁３５ａ、３５ｄおよび内側縁３５ｂ、３５ｅは、磁石保持スロット３４の内壁に相当している。
　回転子鉄心２４の第１鉄心部２４ａは、外周側空隙３４ｃの開口４０に向かって突出した第１突出部５２ａを有し、第２鉄心部２４ｂは、外周側空隙３４ｃの開口４０に向かって突出した第２突出部５２ｂを有している。第１突出部５２ａは、開口４０を挟んで第２突出部５２ｂと円周方向に対向している。すなわち、第１突出部５２ａおよび第２突出部５２ｂを設けることにより、開口４０の円周方向の幅Ｗ２は外周側空隙３４ｃの円周方向の幅Ｗ１よりも狭く形成されている。
　第１突出部５２ａは、回転子鉄心２４の外周面に連続して開口４０まで円周方向に延びる外面（第１外面）ＯＳ１と、外面ＯＳ１にほぼ直角（９０±１０°）に交差する第１端面ＥＳ１と、外面ＯＳ１に間隔を置いて対向し第１端面ＥＳ１にほぼ直角（９０±１０°）に交差する内面（第１内面）ＩＳ１と、を有している。内面ＩＳ１は、外周側空隙３４ｃの外側縁３５ｄの一部を形成し、外側縁３５ｄに繋がっている。
　本実施形態において、第1端面ＥＳ１は直線であり、固定子鉄心２４の中心軸線Ｃを中心とし固定子鉄心２４の外周に外接する外接円と第１端面ＥＳ１の延長線との交点における接線が第１端面ＥＳ１と直交するものとしている。
　第２突出部５２ｂは、回転子鉄心２４の外周面に連続して開口４０まで円周方向に延びる外面（第２外面）ＯＳ２と、外面ＯＳ２にほぼ直角（９０±１０°）に交差する第２端面ＥＳ２と、外面ＯＳ２に間隔を置いて対向し第２端面ＥＳ２にほぼ直角（９０±１０°）に交差する内面（第２内面）ＩＳ２と、を有している。内面ＩＳ２は、外周側空隙３４ｃの内側縁３５ｅの一部を形成し、内側縁３５ｅに繋がっている。外周側空隙３４ｃの内側縁３５ｅは、保持突起３６ａを介して磁石装填領域３４ａの内側縁３５ｂに繋がっている。
　本実施形態において、第２端面ＥＳ２は直線であり、固定子鉄心２４の中心軸線Ｃを中心とし固定子鉄心２４の外周に外接する外接円と第２端面ＥＳ２の延長線との交点における接線が第２端面ＥＳ２と直交するものとしている。
　第１突出部５２ａおよび第２突出部５２ｂは、固定子鉄心２４の軸方向の全長に亘って延在している。第１突出部５２ａの第１端面ＥＳ１と、第２突出部５２ｂの第２端面ＥＳ２とは、間隔を置いてほぼ平行に対向している。第１端面ＥＳ１と第２端面ＥＳ２との間に開口４０が規定され、この開口４０は、外周側空隙３４と回転子鉄心１４の外周面とに開口している。すなわち、外周側空隙３４ｃは開口４０を通して固定子鉄心２４の外周に開放している。なお、開口４０は、回転子鉄心２４の軸方向の全長に亘って延在している。
　回転子鉄心２４を構成する電磁鋼板は、以下の工程で加工される。初めに、磁石保持スロットと外周面との間にブリッジを残した状態で、内孔２５、空隙孔２７および複数の磁石保持スロット３４を有する円盤状の電磁鋼板を打ち抜き加工する。次いで、ブリッジの開口相当領域を打ち抜き加工することにより、幅Ｗ２の開口４０を形成する。
　上記のように開口４０を打ち抜き加工する場合、打ち抜きのダレ等に起因して、各突出部５２ａ、５２ｂの角部が完全な二直線で構成される角形状とはならない可能性がある。例えば、曲率半径が０．２ｍｍ以下の円弧状の角部となる場合がある。すなわち、角部を形成する二直線間はＲ＝０～０．２ｍｍの円弧で連結されている。
　そのため、本実施形態において、突出部５２ａ、５２ｂのほぼ直角（９０±１０°）の角部とは、Ｒ＝０～０．２ｍｍの円弧状の角部を含むものとする。
　永久磁石Ｍは、矩形状の断面形状を有し、この断面は、互いに平行に対向する一対の長辺および互いに対向する一対の短辺を有している。永久磁石Ｍは、磁石保持スロット３４の磁石装填領域３４ａに装填され、一方の長辺が外側縁３５ａに隣接対向し、あるいは、当接し、他方の長辺が内側縁３５ｂに隣接対向し、あるいは、当接している。永久磁石Ｍの外周側の短辺の一端部は、保持突起３６ａに当接している。永久磁石Ｍの他方の短辺は、保持突起３６ｂに当接している。これにより、永久磁石Ｍは、長手方向の位置が位置決めされた状態で磁石装填領域３４ａ内に保持されている。
　永久磁石Ｍは接着剤等により回転子鉄心２４に固定されてもよい。永久磁石Ｍの断面形状は、矩形状（長方形）に限らず、平行四辺形としてもよい。
　磁石保持スロット３４の内周側空隙３４ｂおよび外周側空隙３４ｃは、永久磁石Ｍの長手方向の両端部から回転子鉄心２４への磁束漏れを抑制する磁気空隙（フラックスバリア）として機能するとともに、回転子鉄心２４の軽量化にも寄与する。更に、外周側空隙３４ｃは、開口４０を介して回転子鉄心２４の外周に開放しているため、回転子鉄心２４内での磁石磁束の短絡を抑制する。これにより、回転電機１０の性能が向上し、ひいては回転電機１０の小型化および軽量化が図れる。
　突出端の外面側および内面側の角部がほぼ直角に形成された第１突出部５２ａおよび第２突出部５２ｂを外周側空隙３４ｃの開放端に設けることにより、開口４０を通して外周側空隙３４ｃに流入する外気を低減し、外周側空隙３４ｃの内部に発生する気流を抑制し、風損の低減を図ることが可能となる。
　図４は、比較例１、比較例２、および本実施形態に係る回転子の外周側空隙における気流の発生状態を模式的に示す図である。図４（ａ）に示すように、比較例１に係る回転子は、突出部を備えておらず、開口の円周方向の幅は、外周側空隙の円周方向の幅と一致している。図４（ｂ）に示すように、比較例２に係る回転子では、第１突出部５２ａおよび第２突出部５２ｂの突出端の角部は、直角ではなく、湾曲している。図４において、ハッチングを種々代えて気流の強さ（気流の速さ）の違いを表している。図４において、縦に並んだ５段のハッチング部のうち、上段に行くほど、気流が強く（高速で流れる）、下段に行くほど気流が弱い（気流が動いていない）、ハッチング部を示している。図４は、回転子が反時計回りに回転している時の状態を示している。
　図４（ａ）に示すように、比較例１に係る回転子では、外周側空隙３４ｃの開口端付近に高速の気流が発生し、外周側空隙３４ｃの内部にも比較的、強い（速い）気流が発生している。図４（ｂ）に示すように、比較例２に係る回転子では、開口を通して強い（速い）気体が外周側空隙３４ｃの内に流入し、外周側空隙３４ｃの内部に比較的、強い気流が発生している。
　これに対して、図４（ｃ）に示すように、本実施形態に係る回転子によれば、外周側空隙３４ｃの内部に弱い気流が僅かに発生しているが、大部分は気流が発生せず空気が動いていないことが分かる。すなわち、開口４０から外周側空隙３４ｃに流入する気流が大幅に減少していることが分かる。
　以上のように構成された第１実施形態に係る回転電機１０の回転子１４によれば、磁石保持スロット３４の一端が開口４０を通して回転子鉄心２４の外周に開放している構成とすることにより、永久磁石の漏れ磁束を低減し、磁石重量当たりに発生する磁石トルクを増加させることが可能となる。更に、少なくとも外周側の先端、角部がほぼ直角に形成された第１突出部および第２突出部を開口部に設けることにより、外周側空隙（フラックスバリア）内部に発生する気流を抑制し、回転子１４の風損を低減することができる。これにより、回転電機１０の運転効率が向上し、トルクおよび出力の向上を図ることが可能となる。
　以上により、第１実施形態によれば、漏洩磁束の低減を図りつつ、風損を抑制することが可能な回転電機および回転子が得られる。
　次に、この発明の他の実施形態に係る回転電機の回転子について説明する。なお、以下に説明する他の実施形態において、前述した第１実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略あるいは簡略化し、第１実施形態と異なる部分を中心に詳しく説明する。
　（第２実施形態）
　図５は、第２実施形態に係る回転電機の回転子の磁石保持スロットを拡大して示す回転子鉄心の断面図である。
　図示のように、第２実施形態によれば、回転子鉄心２４の第１突出部５２ａにおいて、外周側の先端角部、すなわち、外面ＯＳ１と端面ＥＳ１とが交差している角部は、ほぼ直角（９０±１０°）に形成されている。内周側の先端、角部、すなわち、内面ＩＳ１と端面ＥＳ１とが交差している角部は、円弧状にラウンドしている。
　第２突出部５２ｂにおいて、外周側の先端角部、すなわち、外面ＯＳ２と端面ＥＳ２とが交差している角部は、ほぼ直角（８０～９０度）に形成されている。内周側の先端、角部、すなわち、内面ＩＳ２と端面ＥＳ２とが交差している角部は、円弧状にラウンドしている。
　第２実施形態において、回転子１４の他の構成は、前述した第１実施形態に係る回転子と同一である。
　上記のように構成された第２実施形態に係る回転子においても、外周側空隙（フラックスバリア）３４ｃの内部に発生する気流を抑制し、回転子の風損を低減することができる。すなわち、回転子の突出部において、少なくとも外周側の先端、角部をほぼ直角に形成することにより気流の発生を抑制し、風損の低減を図ることが可能となる。
　（第３実施形態）
　図６は、第３実施形態に係る回転電機の回転子の磁石保持スロットを拡大して示す回転子鉄心の断面図である。
　図示のように、第３実施形態によれば、固定子の回転子鉄心２４は、第１突出部５２ａのみを有し、第２突出部は設けられていない。回転子の回転方向を反時計方向とした場合、外周側空隙３４ｃの開口４０に対し、例えば、回転方向の下流側のみに突出部が設けられている。すなわち、固定子鉄心２４の第１鉄心部２４ａは、開口４０に向かって突出した第１突出部を一体に有している。
　第１突出部５２ａは、回転子鉄心２４の外周面に連続して円周方向に延びる外面ＯＳ１と、外面ＯＳ１にほぼ直角（８０～９０度）に交差する第１端面ＥＳ１と、外面ＯＳ１に間隔を置いて対向し第１端面ＥＳ１にほぼ直角（９０±１０°）に交差する内面ＩＳ１と、を有している。内面ＩＳ１は、外周側空隙３４ｃの外側縁３５ｄの一部を形成し、外側縁３５ｄに繋がっている。このように、第１突出部５２ａにおいて、外周側の先端角部、すなわち、外面ＯＳ１と端面ＥＳ１とが交差している角部は、ほぼ直角に形成され、内周側の先端角部、すなわち、内面ＩＳ１と端面ＥＳ１とが交差している角部は、ほぼ直角に形成されている。なお、前述したように、内周側の角部は、円弧状にラウンドした構成としても良い。
　外周側空隙３４ｃの内側縁３５ｅは、外周側に屈曲した後、外周面までほぼ直線的に延びている。ここでは、内側縁３５ｅと回転子鉄心２４の外周面とはほぼ直角に交差している。第１突出部５２ａの端面ＥＳ１と内側縁３５ｅとの間に開口４０が形成されている。開口４０の円周方向の幅Ｗ２は外周側空隙３４ｃの円周方向の幅Ｗ１よりも狭く形成されている。
　第３実施形態において、回転子１４の他の構成は、前述した第１実施形態に係る回転子と同一である。
　上記のように構成された第３実施形態に係る回転子においても、外周側空隙（フラックスバリア）３４ｃの内部に発生する気流を抑制し、回転子の風損を低減することができる。すなわち、開口の円周方向の少なくとも一方に突出部を設け、少なくとも突出部の外周側の先端、角部をほぼ直角に形成することにより、フラックスバリアの内部に発生する気流を抑制し、風損の低減を図ることが可能となる。
　第３実施形態において、回転子鉄心の突出部は、第１鉄心部２４ａに限らず、第２鉄心部２４ｂのみに設ける構成としてもよい。
　なお、この発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
　例えば、回転子の磁極数、寸法、形状等は、前述した実施形態に限定されることなく、設計に応じて種々変更可能である。回転子の各磁極における永久磁石の設置数は、２つに限らず、必要に応じて、増加可能である。突出部の突出長さ、開口の幅は、実施形態で示した例に限定されることなく、必要に応じて種々変更可能である。
　各磁極において、磁石保持スロットは、２つに限らず、３つ以上設けてもよい。更に、各磁極に設けられた２つの磁石保持スロットは対称な形状に限らず、非対称な形状に形成しても良い。例えば、一方の磁石保持スロットのみに開口４０を設ける構成としても良い。

Claims (4)

  1. 　中心軸線を中心とする円周方向に並ぶ複数の磁極と、前記磁極ごとに前記円周方向に間隔を置いて配置された少なくとも２つの磁石保持スロットと、を有する回転子鉄心と、
    　それぞれ前記磁石保持スロットの内に配置された複数の永久磁石と、を備え、
    　少なくとも１つの前記磁石保持スロットは、前記永久磁石が配置された磁石装填領域と、前記磁石装填領域と前記回転子鉄心の外周との間に位置する磁気空隙と、前記磁気空隙と前記回転子鉄心の外周とに開口した開口と、を含み、
    　前記磁極において、前記回転子鉄心は、前記回転子鉄心の外周面に連続して前記開口まで延びる外面と、前記外面と角度９０±１０°で交差し前記開口に面する端面と、前記端面と交差し前記磁気空隙の側縁を形成した内面と、を有する突出部を具備し、前記開口の前記円周方向の幅は、前記磁気空隙の前記円周方向の幅よりも小さい、
    　回転電機の回転子。
  2. 　前記突出部において、前記端面と前記内面とが角度９０±１０°で交差している請求項１に記載の回転電機の回転子。
  3. 　前記突出部において、前記端面と前記内面とが交差している角部は、円弧状に湾曲している請求項１に記載の回転電機の回転子。
  4. 　前記少なくとも１つの磁石保持スロットにおいて、前記回転子鉄心は、前記開口の前記円周方向の一方の側に位置する第１突出部と、前記開口の前記円周方向の他方の側に位置する第２突出部と、を具備し、
    　前記第１突出部は、前記回転子鉄心の外周面に連続して前記開口まで延びる第１外面と、前記第１外面と角度９０±１０°で交差し前記開口に面する第１端面と、前記第１端面と交差し前記磁気空隙の側縁を形成した第１内面と、を有し、
    　前記第２突出部は、前記回転子鉄心の外周面に連続して前記開口まで延びる第２外面と、前記第２外面と角度９０±１０°で交差し前記開口に面する第２端面と、前記第２端面と交差し前記磁気空隙の側縁を形成した第２内面と、を有している、請求項１に記載の回転電機の回転子。
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