WO2023139850A1 - 回転電機 - Google Patents

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WO2023139850A1
WO2023139850A1 PCT/JP2022/036901 JP2022036901W WO2023139850A1 WO 2023139850 A1 WO2023139850 A1 WO 2023139850A1 JP 2022036901 W JP2022036901 W JP 2022036901W WO 2023139850 A1 WO2023139850 A1 WO 2023139850A1
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WO
WIPO (PCT)
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grooves
degrees
electric machine
rotor
electrical angle
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/036901
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
宏明 牧野
直哉 佐々木
Original Assignee
株式会社東芝
東芝インフラシステムズ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社東芝, 東芝インフラシステムズ株式会社 filed Critical 株式会社東芝
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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
    • 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]

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to rotating electric machines.
  • a rotating electrical machine such as a permanent magnet motor is generally used as a power source for such an electric vehicle.
  • a rotating electrical machine since a rotating electrical machine generates torque ripple that causes electromagnetic noise when the motor is loaded, it is required to reduce this torque ripple.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a rotating electric machine capable of suppressing the influence of torque ripple that occurs secondarily due to the formation of grooves.
  • a rotating electric machine includes a rotor in which a plurality of permanent magnets forming one magnetic pole are arranged in the circumferential direction in a cylindrical iron core, a stator in which a winding is applied to a plurality of slots facing the rotor, and a plurality of grooves formed in one or both outer peripheral surfaces of the rotor region obtained by dividing one magnetic pole of the rotor by a magnetic pole center line, and divided by the core having a diameter equivalent to the circumscribed circle of the rotor.
  • FIG. 1 is an axial cross-sectional view of a rotating electric machine according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing one magnetic pole of the rotating electric machine shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of the grooves in the rotating electric machine according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a partial enlarged view of the P1 portion shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the torque ripple reduction effect of the groove portion of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the groove interval and the torque ripple in the rotary electric machine according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the size of the groove portion and the torque reduction rate in the rotary electric machine according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is an axial cross-sectional view of a rotating electric machine according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing one magnetic pole of the rotating electric machine shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of the groove
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the configuration of the grooves in the rotary electric machine according to the second embodiment.
  • 9 is a partially enlarged view of the P2 portion shown in FIG. 8.
  • FIG. FIG. 10 is a diagram for explaining the torque ripple reduction effect of the groove portion of the second embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the interval between the grooves and the torque ripple in the rotary electric machine according to the second embodiment.
  • 12A and 12B are diagrams for explaining the configuration of the groove portion in the rotating electric machine according to the third embodiment.
  • FIG. 13 is a partially enlarged view of the P3 portion shown in FIG. 12.
  • FIG. FIG. 14 is a diagram for explaining the torque ripple reduction effect of the grooves of the third embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the interval between the first set and the second set and the torque ripple in the rotary electric machine according to the third embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining the configuration of the grooves in the rotary electric machine according to the fourth embodiment. 17 is a partial enlarged view of the P4 portion shown in FIG. 16.
  • FIG. 18 is a diagram for explaining the torque ripple reduction effect of the groove portion of the fourth embodiment.
  • FIG. 19 is a diagram for explaining the configuration of the grooves in the rotating electric machine according to the fifth embodiment. 20 is a partial enlarged view of the P5 portion shown in FIG. 19.
  • FIG. FIG. 21 is a diagram for explaining the torque ripple reduction effect of the groove portion of the fifth embodiment.
  • FIG. 1 is an axial cross-sectional view of a rotating electric machine 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing one magnetic pole of the rotating electric machine 1 shown in FIG.
  • the rotating electrical machine 1 includes a substantially cylindrical stator 10 and a rotor 20 rotatably housed within the stator 10 .
  • a plurality of stator teeth 11 protruding radially inward are formed on the inner peripheral surface of the stator 10 .
  • a concave slot portion 12 is formed between the stator teeth 11 .
  • Each slot portion 12 opens toward the inner peripheral side of the stator 10 . Note that 48 slot portions 12 are formed in the rotary electric machine 1 of the present embodiment.
  • three-phase (U-phase, V-phase, and W-phase) windings that constitute a magnetic flux generating coil are wound around the stator teeth 11 by distributed winding (none of which is shown). Alternating current powers with different phases are supplied to each of the three-phase coils. As a result, a magnetic flux is generated that passes through each coil.
  • Each coil may be wound directly around the stator teeth 11, or may be mounted using an insulator.
  • the rotor 20 is formed of, for example, a rotor core in which a plurality of thin steel materials are laminated in the axial direction.
  • a rotary shaft 21 extending in the front and back directions (axial direction) of the drawing is fixed to the central portion of the rotor 20 .
  • the rotating shaft 21 is rotatably supported.
  • the rotor 20 also has a plurality of permanent magnets 22 .
  • the rotor 20 is constructed to have an IPM (Interior Permanent Magnet) structure in which a pair of permanent magnets 22 are embedded as one magnetic pole so as to form a substantially V shape that opens toward the outer peripheral surface of the rotor 20 .
  • IPM Interior Permanent Magnet
  • a plurality of V-shaped spaces 23 are formed at predetermined intervals in the circumferential direction of the rotor 20.
  • the accommodation spaces 23a accommodate flat plate-shaped permanent magnets 22 extending in the front and back directions of the drawing.
  • the magnetism of the permanent magnets 22 housed in each of the housing spaces 23a of one V-shaped space 23 on the outer peripheral surface side of the rotor 20 is the same. Further, the magnetism of the permanent magnets 22 housed in each of the housing spaces 23a on the side of the outer peripheral surface of the rotor 20 is different between the adjacent V-shaped spaces 23 .
  • the rotary electric machine 1 of the present embodiment has a configuration of 8 poles and 48 slots, in which N poles and S poles are alternately arranged on the front and back sides for each pair of permanent magnets 22 forming one magnetic pole.
  • the center line CL of the magnetic poles of the pair of permanent magnets 22 housed in the V-shaped space 23 passes through the middle of the pair of housing spaces 23a of the V-shaped space 23 and the center point 24 of the rotor 20 (rotating shaft 21). Furthermore, a virtual straight line VL forming an electrical angle of 90 degrees with the center line CL passes through the center point 24 of the rotor 20 and between the adjacent V-shaped spaces 23 .
  • a region corresponding to one magnetic pole defined by a pair of left and right imaginary straight lines VL centered on the center line CL is also referred to as "one magnetic pole region".
  • torque ripple which is uneven rotation, occurs when the motor is under load.
  • vibration and electromagnetic noise increase, so there is a demand to reduce them.
  • electrical noise has a high frequency band, which is a component of the noise, and is unpleasant, so it is desirable to reduce it.
  • a plurality of grooves are formed on the outer peripheral surface of the rotor 20 to reduce torque ripple.
  • one or two groove groups each including two grooves as a set are formed for each magnetic pole region, and the interval between the grooves forming one set is formed such that torque ripples of a predetermined order generated by forming the grooves weaken each other.
  • FIGS. 3 and 4 the configuration of the grooves 25 provided on the outer peripheral surface of the rotor 20 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of the groove portion 25 in the rotary electric machine 1 according to the first embodiment, and shows one magnetic pole portion of the rotor 20.
  • FIG. 4 is a partial enlarged view of the P1 portion shown in FIG.
  • a plurality of grooves 25 are provided on the outer peripheral surface of the rotor 20. As shown in FIG. Specifically, a set of two grooves 25 is provided in each region obtained by dividing one magnetic pole region into two by the center line CL.
  • each of the grooves 25 is formed along the axial direction of the rotating shaft 21 and has a cross-sectional shape that protrudes toward the center of rotation of the rotor 20 .
  • the groove portion 25 is formed in a substantially arc shape.
  • the width d1 of the groove portion 25 is about 6.0 degrees in electrical angle, and the deepest depth d2 of the groove portion 25 is equivalent to 60% of the distance between the stator teeth 11 of the stator 10 and the circumscribed circle of the rotor 20 (hereinafter also referred to as the gap length D).
  • a pair of two grooves 25 is separated by a spacer (rotor core) having a diameter equivalent to a circumscribing circle circumscribing the outer peripheral surface of the rotor 20 .
  • the pair of two grooves 25 are spaced apart such that the distance d3 between the deepest portions of the grooves 25 is 7.5 degrees in electrical angle.
  • the positions in the circumferential direction of the rotor 20 where the set of grooves 25 are formed are formed near the corners of the permanent magnets 22 arranged in a V shape in one magnetic pole region of the rotor 20 .
  • the intermediate position between the deepest portions of the pair of two groove portions 25 is arranged at a position with an electrical angle of 53 degrees from the center line CL.
  • a pair of grooves 25 provided in each region obtained by dividing one magnetic pole region into two by the center line CL are provided at positions that are symmetrical with respect to the center line CL.
  • the circumferential positions where the set of grooves 25 are formed are not limited to the above example.
  • the intermediate position between the deepest portions of the pair of two grooves 25 is preferably arranged in the range of an electrical angle of 49.2 degrees to 58.0 degrees from the center line CL.
  • a pair of grooves 25 may be formed in the vicinity of the corners closer to the center line CL among both corners of the permanent magnets 22 arranged in a V shape.
  • the intermediate position between the deepest portions of the pair of two groove portions 25 is preferably arranged in the range of 20.4 deg to 32.4 deg in electrical angle from the center line CL.
  • a pair of grooves 25 are provided in each of the regions obtained by dividing one magnetic pole region by the center line CL.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the torque ripple reduction effect of the groove portion 25 of the first embodiment.
  • the horizontal axis represents the order of electrical angular frequency
  • the vertical axis represents the magnitude of torque ripple.
  • Each graph shown in FIG. 5 shows the analysis results of the torque ripple when the load is generated in the rotary electric machine 1 described above (first embodiment), as well as the analysis results of the torque ripple when the load is generated in other rotary electric machine configurations (Comparative Examples 1 to 3).
  • Comparative Example 1 is a rotating electric machine having a configuration in which the outer peripheral surface of the rotor 20 is not provided with grooves.
  • Comparative Example 2 is a rotating electric machine having a configuration in which one groove is provided in each region obtained by bisected one magnetic pole region by the center line CL.
  • Comparative Example 3 is a rotating electric machine having a structure in which two groove portions are arranged adjacent to each other in each region obtained by bisected one magnetic pole region by the center line CL.
  • the shape and size (width d1, depth d2) of the groove used in Comparative Examples 2 and 3 are the same as the size of the groove 25 in this embodiment.
  • an interval capable of simultaneously reducing the torque ripple of the 12th-order electrical component and the 24th-order electrical component is derived and applied to the above-described configuration.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the interval of the grooves 25 and the torque ripple in the rotary electric machine 1 according to the first embodiment.
  • the horizontal axis represents the interval between the grooves 25 (the interval between the deepest portions), and the vertical axis represents the magnitude of the torque ripple.
  • the torque ripple value is normalized based on the analysis result of Comparative Example 1 in which no groove is provided.
  • the torque ripple value tends to increase as the interval between the grooves 25 increases.
  • the torque ripple of 1 (pu) means the same as the analysis result of Comparative Example 1
  • the torque ripple of less than 1 (pu) means that the torque ripple is lower than that of Comparative Example 1. That is, the torque ripple of the electrical 12th-order component can be reduced more than in Comparative Example 1 by setting the interval of the grooves 25 in the range of the electrical angle greater than 6.0 degrees and less than 12.5 degrees.
  • the electrical 24th order component draws a graph that is convex downward according to the change in the interval of the grooves 25 .
  • the torque ripple is 1 (pu) or less when the interval between the grooves 25 is greater than 6.5 deg and less than 9.0 deg in electrical angle.
  • the reason why the torque ripples of both components are reduced is considered to be mainly due to the following two points.
  • the first point is that the phases of the new torque ripples of the 12th-order electrical component and the 24th-order electrical component generated by providing a set of grooves 25 act (interfere) independently for each order of the electrical angular frequency.
  • the phase of the torque ripple of the 12th-order electrical component generated by providing the grooves 25 and the phase of the original torque ripple of the 12th-order electrical component have a mutually weakening phase relationship.
  • the phase of the torque ripple of the 24th electrical component generated by providing one groove portion 25 and the phase of the torque ripple of the 24th electrical component generated by providing the other groove portion 25 have a mutually weakening phase relationship. That is, by separating the pair of grooves 25 within the above range, the electrical 12th order component is reduced, and the increase in the electrical 24th order component due to the provision of the grooves is suppressed.
  • the torque ripple of the electrical 24th order component is 1 (pu) or more.
  • the interval between the pair of two grooves 25 is an electrical angle of 7.5 degrees.
  • This interval corresponds to a range of an electrical angle greater than 6.5 degrees and less than 9.0 degrees, and corresponds to the minimum value of the torque ripple graph of the electrical 24th order component shown in FIG. That is, the pair of two grooves 25 are spaced apart from each other so that the torque ripples of the electrical 24th-order components generated by the formation of the grooves 25 weaken each other.
  • the torque ripple of the 12th order electrical component can be reduced more than in Comparative Example 1, and the torque ripple of the 12th order electrical component can be reduced to the same extent as in Comparative Examples 2 and 3.
  • the interval between the pair of grooves 25 is set to an electrical angle of 7.5 degrees, but this is not a limitation, and the value is not particularly limited as long as the electrical angle is greater than 6.5 degrees and less than 9.0 degrees.
  • the width d1 of the groove 25 is 6.0 degrees in electrical angle, and the depth d2 is about 60% of the gap length D.
  • other sizes may be used.
  • the size of the grooves 25 affects the decrease in the torque of the rotor 20, it is preferable to determine the size of the grooves 25 within the range of the allowable rate of decrease. Specifically, the torque reduction rate tends to increase as the total value of the sizes of all the grooves 25 provided in the rotor 20 increases.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the size of the groove portion 25 and the torque reduction rate in the rotary electric machine according to the first embodiment.
  • the horizontal axis represents the index indicating the size of the groove portion 25, and the vertical axis represents the average value of the torque decrease rate of the rotor 20. As shown in FIG.
  • the index means the total value obtained by summing the value M obtained by calculating the following formula (1) for all the grooves 25 within one magnetic pole region. For example, when N (for example, four) grooves 25 of the same size are provided in one magnetic pole, a value obtained by multiplying the value M by N serves as an index.
  • M (Ratio of width d1 of groove 25 to one cycle of electrical angle) x (ratio of depth of groove 25 to gap length D) (1)
  • the torque decrease rate tends to increase as the index increases. Specifically, as the size of the groove portion 25 increases, the gap length D between the stator 10 and the rotor 20 equivalently increases, thereby reducing the torque of the rotor 20 .
  • the torque reduction rate can be suppressed within a desired range. For example, when suppressing the torque decrease rate to 2%, the torque decrease rate can be suppressed to 2% or less by determining the size of the groove 25 formed in one magnetic pole so that the index is less than 0.18.
  • the width d1 is assumed to be less than the distance d3.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the configuration of the groove portion 25 in the rotary electric machine 1a according to the second embodiment, and shows one magnetic pole portion of the rotor 20.
  • FIG. 9 is a partially enlarged view of the P2 portion shown in FIG. 8. FIG.
  • a plurality of grooves 25 are provided on the outer peripheral surface of the rotor 20 . Specifically, a set of three grooves 25 is provided in each of the regions obtained by dividing one magnetic pole region into two by the center line CL.
  • each of the grooves 25 is formed along the axial direction of the rotating shaft 21 and has a cross-sectional shape that protrudes toward the center of rotation of the rotor 20 .
  • the groove portion 25 is formed in a substantially arc shape.
  • the width d1 of the groove portion 25 is approximately 4.8 degrees in electrical angle, and the depth d2 of the deepest portion of the groove portion 25 is equivalent to 60% of the gap length D.
  • a pair of three grooves 25 is separated by a spacer (rotor core) having a diameter equivalent to a circumscribing circle circumscribing the outer peripheral surface of the rotor 20 .
  • the set of three grooves 25 are spaced apart such that the distance d3 between the deepest portions of the grooves 25 is 5.0 degrees in electrical angle.
  • the positions in the circumferential direction of the rotor 20 where the set of grooves 25 are formed are formed near the corners of the permanent magnets 22 arranged in a V shape in one magnetic pole region of the rotor 20 .
  • the intermediate position between the deepest portions of the set of three groove portions 25 is arranged at an electrical angle of 53 degrees from the center line CL.
  • a pair of grooves 25 provided in each region obtained by dividing one magnetic pole region into two by the center line CL are provided at positions that are symmetrical with respect to the center line CL.
  • the circumferential positions where the set of grooves 25 are formed are not limited to the above example.
  • the intermediate position between the deepest portions of the set of three grooves 25 be in the range of 49.2 deg to 58.0 deg in electrical angle from the center line CL.
  • a pair of grooves 25 may be formed in the vicinity of the corners closer to the center line CL among both corners of the permanent magnets 22 arranged in a V shape.
  • the intermediate position between the deepest portions of the set of three grooves 25 is preferably arranged in the range of 20.4 deg to 32.4 deg in electrical angle from the center line CL.
  • a pair of grooves 25 are provided in each of the regions obtained by dividing one magnetic pole region by the center line CL.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the torque ripple reduction effect of the groove portion 25 of the second embodiment.
  • the horizontal axis represents the order of electrical angular frequency
  • the vertical axis represents the magnitude of torque ripple.
  • Each graph shown in FIG. 10 shows the analysis result of the torque ripple when the load is generated in the rotating electric machine 1a described above (second embodiment), as well as the analysis result of the torque ripple when the load is generated in another rotating electric machine configured as a comparative example (Comparative Example 1).
  • Comparative Example 1 is a rotating electric machine having a configuration in which the outer peripheral surface of the rotor 20 is not provided with grooves.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the interval of the grooves 25 and the torque ripple in the rotary electric machine 1a according to the second embodiment.
  • the horizontal axis represents the interval between the grooves 25 (the interval between the deepest portions), and the vertical axis represents the magnitude of the torque ripple.
  • the torque ripple value is standardized based on the analysis result of Comparative Example 1 in which no groove is provided.
  • the torque ripple value tends to gradually increase as the interval between the grooves 25 increases. That is, by setting the interval of the grooves 25 to be less than 8.0 deg in electrical angle, the torque ripple of the electrical 12th order component can be reduced compared to the first comparative example.
  • the electrical 24th order component draws a graph that is convex downward according to the change in the interval of the grooves 25 .
  • the torque ripple is 1 (pu) or less.
  • the torque ripples of the electrical 12th order component and the electrical 24th order component can be reduced at the same time.
  • the reason why the torque ripples of both components decrease is the same as in the first embodiment.
  • the phase of the torque ripple of the 24th electrical component secondarily generated by providing some of the grooves 25 among the set of three grooves 25 and the phase of the torque ripple of the 24th electrical component secondarily generated by providing the remaining grooves 25 have a mutually weakening phase relationship. That is, by separating each of the three grooves 25 constituting the set of grooves 25 within the above range, the torque ripple of the electrical 12th order component and the electrical 24th order component is reduced.
  • the torque ripple of the electrical 24th order component may become 1 (pu) or more.
  • the interval between the three grooves 25 forming a set is an electrical angle of 7.5 degrees.
  • This interval corresponds to the range of the electrical angle greater than 6.5 degrees and less than 9.0 degrees, and corresponds to the minimum value of the torque ripple graph of the electrical 24th order component shown in FIG. That is, the set of three grooves 25 are spaced apart from each other so that the torque ripples of the electrical 24th-order components generated by the formation of the grooves 25 weaken each other.
  • the torque ripple of the electrical 12th order component can be reduced more than in the first comparative example.
  • the interval between the pair of grooves 25 is set to an electrical angle of 6.0 deg, but any value is acceptable as long as the electrical angle is greater than 4.8 deg and less than 8.0 deg.
  • one set of two grooves 25 is provided per region obtained by dividing one magnetic pole region into two by the center line CL.
  • the number of sets of grooves 25 provided per region is not limited to this.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the configuration of the groove portion 25 in the rotary electric machine 1b according to the third embodiment, and shows one magnetic pole portion of the rotor 20.
  • FIG. 13 is a partial enlarged view of the P3 portion shown in FIG. 12. As shown in FIG.
  • a plurality of grooves 25 are provided on the outer peripheral surface of the rotor 20. Specifically, two sets of two grooves 25 are provided in each of the regions obtained by dividing one magnetic pole region into two by the center line CL.
  • one of the two sets of grooves 25 arranged at the same position as the set of grooves 25 described in the first embodiment is indicated by grooves 25a, and the other set is indicated by grooves 25b.
  • the size (width d1, depth d2) and distance d3 of the grooves 25 forming each set are the same as in the first embodiment.
  • the set formed by the two grooves 25a is also referred to as the "first set”
  • the set formed by the two grooves 25b is also referred to as the "second set”.
  • the first group and the second group are separated by a spacer (rotor core) having a diameter equivalent to the circumscribing circle that circumscribes the outer peripheral surface of the rotor 20 .
  • the distance d4 between the center position between the deepest portions of the 25a forming the first group and the center position between the deepest portions of the 25b forming the second group is an electrical angle of 30 degrees.
  • the first and second sets are provided in each of the regions obtained by dividing one magnetic pole region into two by the center line CL in a line-symmetrical manner with respect to the center line CL.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining the torque ripple reduction effect of the groove portion 25 of the third embodiment.
  • the horizontal axis represents the order of electrical angular frequency
  • the vertical axis represents the magnitude of torque ripple.
  • Each graph shown in FIG. 14 shows the analysis result of the torque ripple when the load is generated in the rotating electric machine 1b described above (third embodiment), and also the analysis result of the torque ripple when the load is generated in another rotating electric machine configured as a comparative example (Comparative Example 1).
  • Comparative Example 1 is a rotating electric machine having a configuration in which the outer peripheral surface of the rotor 20 is not provided with grooves.
  • FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the interval between the first and second sets and the torque ripple in the rotary electric machine 1b according to the third embodiment.
  • the horizontal axis represents the interval between the first group and the second group (the interval between the intermediate positions of the deepest part), and the vertical axis represents the magnitude of the torque ripple.
  • the interval on the horizontal axis means the interval when the position of the second group near the center line CL is displaced while the position of the first group far from the center line CL is fixed.
  • the dashed line graph shows the torque ripple value of the electrical 12th order component in the first embodiment in which only the first set is provided (see FIG. 5).
  • the solid line graph is obtained by normalizing the torque ripple value of the electrical 12th order component of the present embodiment with the torque ripple value of the electrical 12th order component of Comparative Example 1 when the interval between the first group and the second group is changed.
  • the torque ripple of the 12th-order electrical component draws a graph that is convex downward according to the change in the interval between the first group and the second group.
  • the torque ripple of the electrical 12th-order component is lower than in the first embodiment in which only the first pair is provided when the interval between the first pair and the second pair is greater than 20 degrees and less than 31 degrees in electrical angle.
  • the interval between the first set and the second set is an electrical angle of 30 degrees.
  • Such an interval corresponds to a range in which the electrical angle is greater than 20 degrees and less than 31 degrees. Therefore, in the rotary electric machine 1b of the present embodiment, as shown in FIG. 14, the torque ripple of the electrical 12th order component can be reduced more than in the first comparative example.
  • the size and distance d3 of the grooves 25 constituting the first and second sets are the same as in the second embodiment. Therefore, in the rotary electric machine 1b of the present embodiment, it is possible to suppress an increase in secondary torque ripple of the electrical 24th order component newly generated by providing the groove portion 25, and the torque ripple of the electrical 24th order component can be reduced more than in Comparative Example 1.
  • the interval between the first pair and the second pair is 30 degrees in electrical angle, but the value is not particularly limited as long as the electrical angle is greater than 20 degrees and less than 31 degrees.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining the configuration of the groove portion 25 in the rotary electric machine 1c according to the fourth embodiment, and shows one magnetic pole portion of the rotor 20.
  • FIG. 17 is a partial enlarged view of the P4 portion shown in FIG. 16. As shown in FIG.
  • a plurality of grooves 25 are provided on the outer peripheral surface of the rotor 20 .
  • two sets of three grooves 25 are provided in each of the regions obtained by dividing one magnetic pole region into two by the center line CL.
  • the two sets of grooves 25 one set arranged at the same position as the set of grooves 25 described in the second embodiment is indicated by grooves 25a, and the other set is indicated by grooves 25b.
  • the size (width d1, depth d2) and distance d3 of each groove 25 are the same as in the second embodiment.
  • a set composed of three grooves 25a is referred to as a first set
  • a set composed of three grooves 25b is referred to as a second set.
  • the first group and the second group are separated by a spacer (rotor core) having a diameter equivalent to the circumscribing circle that circumscribes the outer peripheral surface of the rotor 20 .
  • the distance d4 between the center position between the deepest portions of the first set 25a and the center position between the deepest portions of the second set 25b is an electrical angle of 30 degrees.
  • the first and second sets are provided in each of the regions obtained by dividing one magnetic pole region into two by the center line CL in a line-symmetrical manner with respect to the center line CL.
  • FIG. 18 is a diagram for explaining the torque ripple reduction effect of the groove portion 25 of the fourth embodiment.
  • the horizontal axis represents the order of electrical angular frequency, and the vertical axis represents the magnitude of torque ripple.
  • Each graph shown in FIG. 18 shows, as Comparative Example 1, analysis results of torque ripple when a load is generated in the rotary electric machine 1c described above (fourth embodiment), as well as torque ripple analysis results when a load is generated in another structure of the rotary electric machine.
  • Comparative Example 1 is a rotating electric machine having a configuration in which the outer peripheral surface of the rotor 20 is not provided with grooves.
  • the gap between the first set and the second set and the torque ripple have the same relationship as in FIG. 15 described above. Therefore, by setting the interval between the first set and the second set to an electrical angle of more than 20 degrees and less than 31 degrees, the torque ripple of the electrical 12th order component can be reduced more than the configuration in which only the first set is provided (the configuration of the second embodiment).
  • the interval between the first set and the second set is an electrical angle of 30 degrees.
  • Such an interval corresponds to a range of an electrical angle greater than 20 degrees and less than 31 degrees. Therefore, in the rotary electric machine 1c of the present embodiment, as shown in FIG. 18, the torque ripple of the electrical 12th order component can be reduced more than in the first comparative example.
  • the size and distance d3 of the grooves 25 constituting the first and second sets are the same as in the second embodiment. Therefore, in the rotary electric machine 1c of the present embodiment, it is possible to suppress an increase in secondary torque ripple of the electrical 24th order component newly generated by providing the groove portion 25, and the torque ripple of the electrical 24th order component can be reduced more than in Comparative Example 1.
  • the interval between the first pair and the second pair is 30 degrees in electrical angle, but the value is not particularly limited as long as the electrical angle is greater than 20 degrees and less than 31 degrees.
  • the first and second sets of two or three grooves 25 are provided in each region obtained by dividing one magnetic pole region into two by the center line CL.
  • the number of groove portions 25 that constitute the first set and the second set may not be the same.
  • FIG. 19 is a diagram for explaining the configuration of the groove portion 25 in the rotary electric machine 1d according to the fifth embodiment, and shows one magnetic pole portion of the rotor 20.
  • FIG. 20 is a partial enlarged view of the P5 portion shown in FIG. 19. As shown in FIG.
  • a plurality of grooves 25 are provided on the outer peripheral surface of the rotor 20 .
  • five grooves 25 are provided in each of the regions obtained by dividing one magnetic pole region into two by the center line CL.
  • a set of two grooves 25a located farther from the center line CL corresponds to the first set of the above-described third embodiment.
  • a set of three grooves 25b located closer to the center line CL corresponds to the second set of the above-described fourth embodiment.
  • the size (width d1, depth d2) and distance d3 of the grooves 25a forming the first group are the same as those of the group of grooves 25 described in the first embodiment.
  • the size (width d1, depth d2) and distance d3 of the grooves 25b forming the second group are the same as those of the group of grooves 25 described in the second embodiment.
  • the first group and the second group are separated by a spacer (rotor core) having a diameter equivalent to the circumscribing circle that circumscribes the outer peripheral surface of the rotor 20 .
  • the distance d4 between the center position between the deepest portions of the 25a forming the first group and the center position between the deepest portions of the 25b forming the second group is an electrical angle of 30 degrees.
  • the first and second sets are provided in each of the regions obtained by dividing one magnetic pole region into two by the center line CL in a line-symmetrical manner with respect to the center line CL.
  • FIG. 21 is a diagram for explaining the torque ripple reduction effect of the groove portion 25 of the fifth embodiment.
  • the horizontal axis represents the order of electrical angular frequency, and the vertical axis represents the magnitude of torque ripple.
  • Each graph shown in FIG. 21 shows, as Comparative Example 1, analysis results of torque ripple when a load is generated in the rotating electric machine 1d described above (fifth embodiment), as well as analysis results of torque ripple when a load is generated in another rotating electric machine.
  • Comparative Example 1 is a rotating electric machine having a configuration in which the outer peripheral surface of the rotor 20 is not provided with grooves.
  • the torque ripple of the electrical 12th order component appears prominently.
  • the torque ripples of the 12th-order electrical component and the 24th-order electrical component are reduced as compared with the first comparative example.
  • the torque ripple of the sixth-order electrical component is slightly increased in this embodiment as compared with the first comparative example.
  • the torque ripple of the 18th-order electrical component is approximately the same between Comparative Example 1 and the present embodiment.
  • the gap between the first set and the second set and the torque ripple have the same relationship as in FIG. 15 described above. Therefore, by setting the interval between the first set and the second set to an electrical angle of more than 20 degrees and less than 31 degrees, the torque ripple of the electrical 12th order component can be reduced more than the configuration in which only the first set is provided (the configuration of the second embodiment).
  • the interval between the first set and the second set is an electrical angle of 30 degrees.
  • Such an interval corresponds to a range of an electrical angle greater than 20 degrees and less than 31 degrees. Therefore, in the rotary electric machine 1d of the present embodiment, as shown in FIG. 21, the torque ripple of the electrical 12th order component can be reduced more than in the first comparative example.
  • the size and distance d3 of the grooves 25 forming the first and second sets are the same as in the first and second embodiments. Therefore, in the rotary electric machine 1d of the present embodiment, it is possible to suppress an increase in secondary torque ripple of the electrical 24th order component newly generated by providing the groove portion 25, and the torque ripple of the electrical 24th order component can be reduced more than in Comparative Example 1.
  • the interval between the first pair and the second pair is 30 degrees in electrical angle, but the value is not particularly limited as long as the interval is greater than 20 degrees in electrical angle and less than 31 degrees in electrical angle.
  • the first set is composed of two grooves 25 and the second set is composed of three grooves 25, but the present invention is not limited to this, and the first set may be composed of three grooves 25 and the second set may be composed of two grooves 25.
  • the grooves 25 have a convex cross-sectional shape toward the center of rotation of the rotor 20, but part or all of the grooves 25 may be filled with a non-magnetic material.
  • the outer circumference of the rotor 20 may be covered with a non-magnetic material.

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Abstract

実施形態の回転電機は、円筒形状の鉄心内に１磁極を形成する永久磁石が周方向に複数配置された回転子と、前記回転子に対向する複数のスロットに巻線が施された固定子と、前記回転子の１磁極を磁極中心線で２分した前記回転子の領域の一方又は両方の外周面に形成され、当該回転子の外接円と同等の径の鉄心で分断された複数の溝部と、を備え、前記複数の溝部の各々は、前記回転子の回転中心に向かって凸な形状を有し、当該溝部の最深部間が、当該溝部の形成によって生じる所定次数のトルクリプルが互いに弱め合う位相関係となる間隔を空けて配置される。

Description

回転電機
　本発明の実施形態は、回転電機に関する。
　近年、脱炭素化社会の実現に向け、電動車両の普及が進んでいる。かかる電動車両の動力源は、一般的に永久磁石モータ等の回転電機が用いられている。また、回転電機では、モータ負荷時に電磁騒音の原因となるトルクリプルが発生するため、このトルクリプルを低減することが求められている。
　従来、トルクリプルを低減するための手法として、ロータの外周部に１つ又は複数の溝部を設けることが提案されている。例えば、８極４８スロットのモータ構成において、電気１２次の成分のトルクリプルを低減するため、磁極の中心線と対称的に、１極あたり１つ又は複数の溝部を設ける手法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２００８－３１２３１６号公報 特開２００４－３２８９５６号公報
　しかしながら、従来の技術では、溝部の形成により特定の次数のトルクリプルについては低減することが可能であるが、溝部の影響により他の次数のトルクリプルがかえって増加する可能性がある。
　本発明が解決しようとする課題は、溝部の形成により副次的に発生するトルクリプルの影響を抑制することが可能な回転電機を提供することである。
　実施形態の回転電機は、円筒形状の鉄心内に１磁極を形成する永久磁石が周方向に複数配置された回転子と、前記回転子に対向する複数のスロットに巻線が施された固定子と、前記回転子の１磁極を磁極中心線で２分した前記回転子の領域の一方又は両方の外周面に形成され、当該回転子の外接円と同等の径の鉄心で分断された複数の溝部と、を備え、前記複数の溝部の各々は、前記回転子の回転中心に向かって凸な形状を有し、当該溝部の最深部間の距離が、当該溝部の形成によって生じる所定次数のトルクリプルが互いに弱め合う位相関係となる間隔を空けて配置される。
図１は、第１の実施形態に係る回転電機の軸心方向の断面図である。 図２は、図１に示した回転電機の１磁極を示す図である。 図３は、第１の実施形態に係る回転電機での、溝部の構成を説明するための図である。 図４は、図３に示したＰ１部分の部分拡大図である。 図５は、第１の実施形態の溝部によるトルクリプルの低減効果を説明するための図である。 図６は、第１の実施形態に係る回転電機での、溝部の間隔とトルクリプルとの関係を示す図である。 図７は、第１の実施形態に係る回転電機での、溝部の大きさとトルク低下率との関係を示す図である。 図８は、第２の実施形態に係る回転電機での、溝部の構成を説明するための図である。 図９は、図８に示したＰ２部分の部分拡大図である。 図１０は、第２の実施形態の溝部によるトルクリプルの低減効果を説明するための図である。 図１１は、第２の実施形態に係る回転電機での、溝部の間隔とトルクリプルとの関係を示す図である。 図１２は、第３の実施形態に係る回転電機での、溝部の構成を説明するための図である。 図１３は、図１２に示したＰ３部分の部分拡大図である。 図１４は、第３の実施形態の溝部によるトルクリプルの低減効果を説明するための図である。 図１５は、第３の実施形態に係る回転電機での、第１組及び第２組の間隔とトルクリプルとの関係を示す図である。 図１６は、第４の実施形態に係る回転電機での、溝部の構成を説明するための図である。 図１７は、図１６に示したＰ４部分の部分拡大図である。 図１８は、第４の実施形態の溝部によるトルクリプルの低減効果を説明するための図である。 図１９は、第５の実施形態に係る回転電機での、溝部の構成を説明するための図である。 図２０は、図１９に示したＰ５部分の部分拡大図である。 図２１は、第５の実施形態の溝部によるトルクリプルの低減効果を説明するための図である。
　以下、図面を参照して、実施形態に係る回転電機について説明する。
（第１の実施形態）
　図１は、第１の実施形態に係る回転電機１の軸心方向の断面図である。図２は、図１に示した回転電機１の１磁極を示す図である。
　回転電機１は、概略円筒形状に形成された固定子（ステータ）１０と、固定子１０内に回転自在に収納された回転子（ロータ）２０とを備える。
　固定子１０の内周面には、径方向内方に向けて突出する複数のステータティース１１が形成されている。ステータティース１１間には、凹状のスロット部１２が形成されている。各スロット部１２は、固定子１０の内周側に向けて開口している。なお、本実施形態の回転電機１では、スロット部１２は４８個形成されている。
　また、ステータティース１１には、磁束発生用のコイルを構成する３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線が分布巻により巻付形成されている（何れも図示せず）。３相の各コイルには、それぞれ位相がずれた交流電力が供給される。これにより、各コイルを通るような磁束が発生する。なお、各コイルは、ステータティース１１に対し、直接巻回してもよいし、インシュレータを用いて装着するようにしてもよい。
　回転子２０は、例えば複数の薄い鋼材を軸方向に積層した回転子鉄心で形成される。回転子２０の中央部には、図面の表裏面方向（軸心方向）に延在する回転軸２１が固設されている。回転軸２１は、回転可能に支持されている。また、回転子２０は、複数の永久磁石２２を備えている。回転子２０は、回転子２０の外周面に向かって開く略Ｖ字型となるように、一対で１組の永久磁石２２を１磁極として埋め込むＩＰＭ（Interior　Permanent　Magnet）構造となるように作成されている。
　より具体的には、回転子２０には、図面の表裏面方向に延在する平板状の永久磁石２２を収容する収容空間２３ａと、永久磁石２２の幅方向の両端側に位置し、磁束の回り込みを制限するフラックスバリア２３ｂとを有するＶ字状空間２３が、回転子２０の周方向に所定の間隔を隔てて複数形成されている。
　ここで、一つのＶ字状空間２３の収容空間２３ａの各々に収容される永久磁石２２の、回転子２０の外周面側の磁性は同じである。また、隣り合うＶ字状空間２３同士では、収容空間２３ａの各々に収容される永久磁石２２の、回転子２０の外周面側の磁性が相違する。つまり、本実施形態の回転電機１は、１磁極を形成する一対の永久磁石２２毎に、Ｎ極とＳ極との表裏を交互に配置した、８極４８スロットの構成となっている。
　また、Ｖ字状空間２３内に収容された一対の永久磁石２２の磁極の中心線ＣＬは、当該Ｖ字状空間２３が有する一対の収容空間２３ａの中間と、回転子２０（回転軸２１）の中心点２４とを通る。さらに、この中心線ＣＬとなす電気角度が９０ｄｅｇとなる仮想直線ＶＬは、隣り合うＶ字状空間２３間の中間と、回転子２０の中心点２４とを通る。以下では、回転子２０の外周面のうち、中心線ＣＬを中心とした左右一対の仮想直線ＶＬで区画される一の磁極に対応する領域を「一磁極領域」ともいう。
　上述した構成において、回転電機１では、固定子１０の各コイルに交流電流が供給されると、回転子２０にマグネットトルク及びリラクタンストルクが発生し、軸周りに回転駆動することで、永久磁石モータとして機能する。
　ところで、このような構成の回転電機１では、モータ負荷時に回転ムラであるトルクリプル（torque　ripple）が発生する。トルクリプルが増加すると、振動や電磁騒音が増加するため、低減することが求められている。特に、電気騒音は、騒音の成分となる周波数帯が高く、不快な音になるため低減することが好ましい。
　そこで、本実施形態の回転電機１では、回転子２０の外周面に溝部を複数形成することで、トルクリプルの低減化を図っている。具体的には、本実施形態の回転電機１では、一磁極領域毎に、２つの溝部を一組とする溝部群を１又は２つ形成し、一組をなす溝部間の間隔が、当該溝部を形成したことで生じる所定次数のトルクリプルが互いに弱め合う位相関係となるように形成されている。以下、図３及び図４を参照して、回転子２０の外周面に設けられる溝部２５の構成について説明する。
　図３は、第１の実施形態に係る回転電機１での、溝部２５の構成を説明するための図であり、回転子２０の１磁極部分を示している。また、図４は、図３に示したＰ１部分の部分拡大図である。
　図３及び図４に示すように、回転子２０の外周面には溝部２５が複数設けられる。具体的には、一磁極領域を中心線ＣＬで２分した領域の各々に、一組をなす２つの溝部２５がそれぞれ設けられる。
　ここで、溝部２５の各々は、回転軸２１の軸方向に亘って形成され、回転子２０の回転中心に向かって凸な断面形状を有する。例えば、溝部２５は、略円弧形状で形成される。溝部２５の幅ｄ１は、電気角度で６．０ｄｅｇ程度であり、溝部２５の最深部の深さｄ２は、固定子１０のステータティース１１と回転子２０の外接円との間の離隔距離（以下、ギャップ長Ｄともいう）の６０％相当となっている。
　また、一組をなす２つの溝部２５の間は、回転子２０の外周面に外接する外接円と同等の径のスペーサ（回転子鉄心）によって分断されている。本実施形態では、一組をなす２つの溝部２５は、当該溝部２５の最深部間の距離ｄ３が電気角度で７．５ｄｅｇとなるように間隔を空けて配置されている。
　また、一組の溝部２５が形成される、回転子２０の周方向の位置は、回転子２０の一磁極領域において、Ｖ字状に配置された永久磁石２２の角部に近接する付近に形成される。具体的には、本実施形態の回転電機１では、一組をなす２つの溝部２５の最深部間の中間位置が、中心線ＣＬから電気角度が５３ｄｅｇとなる位置に配置されている。また、一磁極領域を中心線ＣＬで２分した各領域に設けられる一組の溝部２５は、中心線ＣＬに対し線対称をなす位置に設けられる。
　なお、回転子２０の一磁極領域において、一組の溝部２５を形成する周方向の位置は、上記例に限らないものとする。但し、図３のように、中心線ＣＬからより離れた永久磁石２２の角部の付近に一組の溝部２５を形成する場合には、一組をなす２つの溝部２５の最深部間の中間位置は、中心線ＣＬから電気角度で４９．２ｄｅｇから５８．０ｄｅｇの範囲に配置することが好ましい。また、本実施形態では、Ｖ字状に配置された永久磁石２２の両角部のうち、中心線ＣＬにより近い角部の付近に一組の溝部２５を形成してもよい。この場合、一組をなす２つの溝部２５の最深部間の中間位置は、中心線ＣＬから電気角度で２０．４ｄｅｇから３２．４ｄｅｇの範囲に配置することが好ましい。また、本実施形態では、一磁極領域を中心線ＣＬで２分した領域の各々に一組の溝部２５を設けたが、これに限らず、何れか一方の領域に設ける形態としてもよい。
　以下、上述した構成の溝部２５によるトルクリプルの低減効果について説明する。
　図５は、第１の実施形態の溝部２５によるトルクリプルの低減効果を説明するための図である。図５において、横軸は、電気角周波数の次数を表しており、縦軸は、トルクリプルの大きさを表している。また、図５中に示す各グラフは、上述した回転電機１の負荷発生時のトルクリプルの解析結果（第１の実施形態）の他、他の回転電機の構成での負荷発生時のトルクリプルの解析結果を示している（比較例１～３）。
　ここで、比較例１は、回転子２０の外周面に溝部を設けない構成の回転電機である。比較例２は、一磁極領域を中心線ＣＬで２分した各領域に、１つの溝部を設けた構成の回転電機である。比較例３は、一磁極領域を中心線ＣＬで２分した各領域に、２つの溝部を隣接して配置した構成の回転電機である。なお、比較例２、３で使用する溝部の形状及び大きさ（幅ｄ１、深さｄ２）は、本実施形態での溝部２５の大きさと同様であるとする。
　図５に示すように、溝部を設けない構成の回転電機では、電気１２次成分のトルクリプルが顕著に現れる（比較例１参照）。一方で、溝部を一つ設けた回転電機や、２つの溝部を隣接配置した回転電機では、比較例１と比べて電気１２次成分のトルクリプルが低下する（比較例２、３参照）。つまり、溝部を設けることで、電気１２次成分のトルクリプルの低減できることが分かる。なお、電気６次及び電気１８次のトルクリプルについては、比較例１～３で同程度となっている。
　しかしながら、電気２４次成分のトルクリプルに着目すると、比較例２、３では、比較例１と比べ、トルクリプルが増加する傾向にある。この増加は、溝部を設けたことで副次的に発生した新たな電気２４成分のトルクリプルが寄与するものと考えられる。
　そこで、本実施形態の回転電機１では、図６に示す溝部２５の間隔とトルクリプルとの関係から、電気１２次成分及び電気２４次成分のトルクリプルを同時に低減可能な間隔を導出し、上述した構成に適用している。
　図６は、第１の実施形態に係る回転電機１での、溝部２５の間隔とトルクリプルとの関係を示す図である。ここで、横軸は、溝部２５間の間隔（最深部間の間隔）を表しており、縦軸は、トルクリプルの大きさを表している。なお、図６では、溝部を設けない比較例１での解析結果を基準にトルクリプルの値を規格化している。
　図６に示すように、電気１２次成分では、溝部２５の間隔が大きくなるにつれて、トルクリプルの値が増加する傾向にある。ここで、トルクリプルが１（ｐｕ）の状態は、比較例１の解析結果と同じであることを意味し、１（ｐｕ）未満であることは、比較例１よりもトルクリプルが低下していることを意味する。つまり、溝部２５の間隔を電気角度が６．０ｄｅｇより大きく、１２．５ｄｅｇ未満の範囲とすることで、電気１２次成分のトルクリプルを比較例１より低下させることができる。
　一方、電気２４次成分では、溝部２５の間隔の変化に応じて下に凸となるグラフを描く。ここで、溝部２５の間隔が電気角度６．５ｄｅｇより大きく、９．０ｄｅｇ未満の範囲では、トルクリプルが１（ｐｕ）以下となっている。
　そのため、溝部２５の間隔を電気角度が６．５ｄｅｇより大きく、９．０ｄｅｇ未満の範囲に設定することで、トルクリプルの、電気１２次成分の低減と、溝配置による副次的な電気２４次成分の増加の抑制を同時に実現することができる。なお、両成分のトルクリプルが低下する理由は、主に以下の２点によるものと考えられる。１点目は、一組の溝部２５を設けることで生じる新たな電気１２次成分及び電気２４次成分のトルクリプルの位相が、電気角周波数の次数毎に独立して作用（干渉）すること、２点目は、各溝が新たに作り出すトルクリプルが、電気１２次成分は強め合う位相関係、電気２４次成分は弱め合う位相関係となることにある。
　具体的には、上記の範囲で離隔させた一組の溝部２５では、溝部２５を設けることで生じた電気１２次成分のトルクリプルの位相と、元来の電気１２次成分のトルクリプルの位相とが、互いに弱め合う位相関係となる。また、上記の範囲で離隔させた一組の溝部２５では、一方の溝部２５を設けることで生じた電気２４次成分のトルクリプルの位相と、他方の溝部２５を設けることで生じた電気２４次成分のトルクリプルの位相とが、互いに弱め合う位相関係となる。すなわち、一組の溝部２５を上記の範囲で離隔することで、電気１２次成分が低下し、かつ溝を設けたことによる電気２４次成分の増加を抑制することになる。
　換言すると、一組をなす２つの溝部２５を一磁極領域に設けたとしても、溝部２５間の間隔が上記の範囲を逸脱した状態となっていれば、電気２４次成分のトルクリプルに係る位相は弱め合う関係とはならない。そのため、例えば図５の比較例３では、電気２４次成分のトルクリプルは１（ｐｕ）以上となる。
　上述したように、本実施形態の回転電機１では、一組をなす２つの溝部２５間の間隔を電気角度７．５ｄｅｇとしている。かかる間隔は、電気角度が６．５ｄｅｇより大きく、９．０ｄｅｇ未満の範囲に該当し、図６に示す電気２４次成分のトルクリプルのグラフの極小値に対応する。すなわち、一組をなす２つの溝部２５は、当該溝部２５の形成によって生じる電気２４次成分のトルクリプルが互いに弱め合う位相関係となる間隔を空けて配置されている。
　したがって、本実施形態の回転電機１では、図５に示すように、電気１２次成分のトルクリプルを比較例１よりも低減することができ、比較例２、３と同程度に電気１２次成分のトルクリプルを低減することできる。また、本実施形態の回転電機１では、一組の溝部２５を設けたことにより新たに発生する、副次的な電気２４次成分のトルクリプルの増加を抑制することができ、比較例１よりも低減することができる。
　なお、本実施形態では、一組をなす溝部２５間の間隔を電気角度７．５ｄｅｇとしたが、これに限らず、電気角度が６．５ｄｅｇより大きく、電気角度が９．０ｄｅｇ未満の範囲内であれば、その値は特に問わないものとする。
　また、上述の実施形態では、溝部２５の大きさとして、幅ｄ１を電気角度６．０ｄｅｇ、深さｄ２をギャップ長Ｄの６０％程度としたが、これに限らず、他の大きさで形成してもよい。但し、溝部２５の大きさは、回転子２０のトルク低下に影響するため、許容できる低下率の範囲で溝部２５の大きさを定めることが好ましい。具体的には、回転子２０に設けられる全ての溝部２５の大きさを合計した値が増えるほど、トルク低下率も増加する傾向にある。
　図７は、第１の実施形態に係る回転電機での、溝部２５の大きさとトルク低下率との関係を示す図である。同図において、横軸は、溝部２５の大きさを示す指標を表しており、縦軸は、回転子２０のトルク低下率の平均値を表している。
　なお、指標は、下記式（１）を算出して得られた値Ｍを、一磁極領域内の全ての溝部２５で合計した合計値を意味する。例えば、同一サイズの溝部２５が１磁極内にＮ個（例えば４個）設けられる場合、値ＭにＮ個を乗算した値が指標となる。
　Ｍ＝（電気角１周期に対する溝部２５の幅ｄ１の比）
　　　　　　　×（ギャップ長Ｄに対する溝部２５の深さの比）…（１）
　図７に示すように、トルク低下率は、指標が大きくなるほど上昇する傾向にある。具体的には、溝部２５の大きさが増加するほど、固定子１０と回転子２０と間のギャップ長Ｄが等価的に広がり、これによって回転子２０のトルクが低下する。
　そこで、図７に示した指標とトルク低下率との関係に基づき、溝部２５の大きさを定めることで、トルクの低下率を所望の範囲で抑えることができる。例えば、トルク低下率を２％に抑える場合、指標が０．１８未満となるように１磁極に形成する溝部２５の大きさを定めることで、トルク低下率を２％以下に抑えることができる。なお、溝部２５の大きさのうち、幅ｄ１は距離ｄ３未満の値であるとする。
　このように、トルクへの影響を加味した上で溝部２５の大きさを決めることで、所望のトルクを維持し、且つ電気１２次成分及び電気２４次成分のトルクリプルを低下することが可能な回転電機１を実現することができる。
（第２の実施形態）
　次に、第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では、一組をなす２つの溝部２５を１磁極あたり１又は２設ける構成とした。しかしながら、一組をなす溝部２５の個数はこれに限るものではない。
　そこで、第２の実施形態では、一組をなす溝部２５の個数を３個とした場合の構成について説明する。なお、第１の実施形態で説明した要素と同様の要素については、同一の符号を付与し、説明を適宜省略する。
　図８は、第２の実施形態に係る回転電機１ａでの、溝部２５の構成を説明するための図であり、回転子２０の１磁極部分を示している。また、図９は、図８に示したＰ２部分の部分拡大図である。
　図８及び図９に示すように、回転子２０の外周面には溝部２５が複数設けられる。具体的には、溝部２５は、一磁極領域を中心線ＣＬで２分した領域の各々に、一組をなす３つの溝部２５がそれぞれ設けられる。
　ここで、溝部２５の各々は、回転軸２１の軸方向に亘って形成され、回転子２０の回転中心に向かって凸な断面形状を有する。例えば、溝部２５は、略円弧形状で形成される。溝部２５の幅ｄ１は、電気角度で４．８ｄｅｇ程度であり、溝部２５の最深部の深さｄ２は、ギャップ長Ｄの６０％相当となっている。
　また、一組をなす３つの溝部２５の間は、回転子２０の外周面に外接する外接円と同等の径のスペーサ（回転子鉄心）によって分断されている。本実施形態の回転電機１ａでは、一組をなす３つの溝部２５は、当該溝部２５の最深部間の距離ｄ３が電気角度で５．０ｄｅｇとなるように間隔を空けて配置されている。
　また、一組の溝部２５が形成される、回転子２０の周方向の位置は、回転子２０の一磁極領域において、Ｖ字状に配置された永久磁石２２の角部に近接する付近に形成される。具体的には、本実施形態の回転電機１ａでは、一組をなす３つの溝部２５の最深部間の中間位置が、中心線ＣＬから電気角度が５３ｄｅｇとなる位置に配置されている。また、一磁極領域を中心線ＣＬで２分した各領域に設けられる一組の溝部２５は、中心線ＣＬに対し線対称をなす位置に設けられる。
　なお、回転子２０の一磁極領域において、一組の溝部２５を形成する周方向の位置は、上記例に限らないものとする。但し、図８のように、中心線ＣＬからより離れた永久磁石２２の角部の付近に一組の溝部２５を形成する場合には、一組をなす３つの溝部２５の最深部間の中間位置は、中心線ＣＬから電気角度で４９．２ｄｅｇから５８．０ｄｅｇの範囲に配置することが好ましい。また、本実施形態では、Ｖ字状に配置された永久磁石２２の両角部のうち、中心線ＣＬにより近い角部の付近に一組の溝部２５を形成してもよい。この場合、一組をなす３つの溝部２５の最深部間の中間位置は、中心線ＣＬから電気角度で２０．４ｄｅｇから３２．４ｄｅｇの範囲に配置することが好ましい。また、本実施形態では、一磁極領域を中心線ＣＬで２分した領域の各々に一組の溝部２５を設けたが、これに限らず、何れか一方の領域に設ける形態としてもよい。
　以下、上述した構成の溝部２５によるトルクリプルの低減効果について説明する。
　図１０は、第２の実施形態の溝部２５によるトルクリプルの低減効果を説明するための図である。図１０において、横軸は、電気角周波数の次数を表しており、縦軸は、トルクリプルの大きさを表している。また、図１０中に示す各グラフは、上述した回転電機１ａの負荷発生時のトルクリプルの解析結果（第２の実施形態）の他、比較例となる他の回転電機の構成での負荷発生時のトルクリプルの解析結果を示している（比較例１）。ここで、比較例１は、回転子２０の外周面に溝部を設けない構成の回転電機である。
　図１０に示すように、比較例１の回転電機では、電気１２次成分のトルクリプルが顕著に現れる。一方で、本実施形態の回転電機１ａでは、比較例１と比較し、電気１２次成分及び電気２４次成分の両成分のトルクリプルが低下している。なお、電気６次成分及び電気１８次成分のトルクリプルについては、比較例１及び本実施形態でも同程度となっている。
　図１１は、第２の実施形態に係る回転電機１ａでの、溝部２５の間隔とトルクリプルとの関係を示す図である。ここで、横軸は、溝部２５間の間隔（最深部間の間隔）を表しており、縦軸は、トルクリプルの大きさを表している。なお、図１１では、溝部を設けない比較例１での解析結果を基準にトルクリプルの値を規格化している。
　図１１に示すように、電気１２次成分では、溝部２５の間隔が大きくなるにつれて、トルクリプルの値が徐々に増加する傾向にある。つまり、溝部２５の間隔を電気角度８．０ｄｅｇ未満とすることで、電気１２次成分のトルクリプルを比較例１より低下させることができる。
　一方、電気２４次成分では、溝部２５の間隔の変化に応じて下に凸となるグラフを描く。ここで、溝部２５の間隔が電気角度４．８ｄｅｇより大きく、８．０ｄｅｇ未満の範囲では、トルクリプルが１（ｐｕ）以下となっている。
　そのため、溝部２５の間隔を電気角度４．８ｄｅｇより大きく、８．０ｄｅｇ未満の範囲に設定することで、電気１２次成分及び電気２４次成分のトルクリプルを同時に低下させることができる。なお、両成分のトルクリプルが低下する理由は、第１の実施形態と同様である。具体的には、一組をなす３つの溝部２５のうち、一部の溝部２５を設けることで副次的に生じた電気２４次成分のトルクリプルの位相と、残りの溝部２５を設けることで副次的に生じた電気２４次成分のトルクリプルの位相とが、互いに弱め合う位相関係となる。すなわち、一組の溝部２５を構成する３つの溝部２５の各々を、上記の範囲で離隔することで、電気１２次成分及び電気２４次成分のトルクリプルが低下することになる。
　換言すると、一組をなす３つの溝部２５を一磁極領域に設けたとしても、溝部２５間の間隔が上記の範囲を逸脱した状態となっていれば、電気２４次成分のトルクリプルに係る位相は弱め合う関係とはならない。そのため、溝部２５間の間隔が上記の範囲を逸脱した構成では、電気２４次成分のトルクリプルが１（ｐｕ）以上となる可能性がある。
　上述したように、本実施形態の回転電機１ａでは、一組をなす３つの溝部２５間の間隔を電気角度７．５ｄｅｇとしている。かかる間隔は、電気角度が６．５ｄｅｇより大きく、９．０ｄｅｇ未満の範囲に該当し、図１１に示す電気２４次成分のトルクリプルのグラフの極小値に対応する。すなわち、一組をなす３つの溝部２５は、当該溝部２５の形成によって生じる電気２４次成分のトルクリプルが互いに弱め合う位相関係となる間隔を空けて配置されている。
　したがって、本実施形態の回転電機１ａでは、図１０に示すように、電気１２次成分のトルクリプルを比較例１よりも低減することができる。また、本実施形態の回転電機１ａでは、一組の溝部２５を設けたことにより新たに発生する、副次的な電気２４次成分のトルクリプルの増加を抑制することができ、比較例１よりも低減することができる。
　なお、本実施形態では、一組をなす溝部２５間の間隔を電気角度６．０ｄｅｇとしたが、電気角度４．８ｄｅｇより大きく、８．０ｄｅｇ未満の範囲内であれば、その値は特に問わないものとする。
（第３の実施形態）
　次に、第３の実施形態について説明する。第１の実施形態では、一組をなす２つの溝部２５を、一磁極領域を中心線ＣＬで２分した領域あたり１設ける構成とした。しかしながら、領域あたりに設ける一組の溝部２５の個数はこれに限るものではない。
　そこで、第３の実施形態では、第２の実施形態で説明した一組をなす２つの溝部２５を、一磁極領域を中心線ＣＬで２分した領域あたり２設ける場合の構成について説明する。なお、第１の実施形態で説明した要素と同様の要素については、同一の符号を付与し、説明を適宜省略する。
　図１２は、第３の実施形態に係る回転電機１ｂでの、溝部２５の構成を説明するための図であり、回転子２０の一磁極部分を示している。また、図１３は、図１２に示したＰ３部分の部分拡大図である。
　図１２及び図１３に示すように、回転子２０の外周面には溝部２５が複数設けられる。具体的には、溝部２５は、一磁極領域を中心線ＣＬで２分した領域の各々に、一組をなす２つの溝部２５が２組設けられている。同図では、２組の溝部２５のうち、第１の実施形態で説明した一組の溝部２５と同様の位置に配置される一方の組を溝部２５ａで表記しており、他方の組を溝部２５ｂで表記している。なお、各組を構成する溝部２５の大きさ（幅ｄ１、深さｄ２）及び距離ｄ３は、第１の実施形態と同様である。以下、２つの溝部２５ａで構成される組を「第１組」、２つの溝部２５ｂで構成される組を「第２組」ともいう。
　また、第１組と第２組との間は、回転子２０の外周面に外接する外接円と同等の径のスペーサ（回転子鉄心）によって分断されている。本実施形態の回転電機１ｂでは、第１組を構成する２５ａの最深部間の中心位置と、第２組を構成する２５ｂの最深部間の中心位置との間の距離ｄ４が、電気角度３０ｄｅｇとなっている。
　なお、本実施形態では、一磁極領域を中心線ＣＬで２分した領域の各々に、中心線ＣＬに対して線対称となる形で第１組及び第２組を設けたが、これに限らず、何れか一方の領域に第１組及び第２組を設ける構成としてもよい。
　以下、図１４及び図１５を参照し、上述した構成の溝部２５によるトルクリプルの低減効果について説明する。
　図１４は、第３の実施形態の溝部２５によるトルクリプルの低減効果を説明するための図である。図１４において、横軸は、電気角周波数の次数を表しており、縦軸は、トルクリプルの大きさを表している。また、図１４中に示す各グラフは、上述した回転電機１ｂの負荷発生時のトルクリプルの解析結果（第３の実施形態）の他、比較例となる他の回転電機の構成での負荷発生時のトルクリプルの解析結果を示している（比較例１）。ここで、比較例１は、回転子２０の外周面に溝部を設けない構成の回転電機である。
　図１４に示すように、比較例１の回転電機では、電気１２次成分のトルクリプルが顕著に現れる。一方で、本実施形態の回転電機１ｂでは、比較例１と比較し、電気１２次成分及び電気２４次成分の両成分のトルクリプルが低下している。なお、電気６次成分のトルクリプルについては、比較例１と比較し本実施形態が微増となっている。また、電気１８次成分のトルクリプルについては、比較例１と本実施形態とで同程度となっている。
　図１５は、第３の実施形態に係る回転電機１ｂでの、第１組及び第２組の間隔とトルクリプルとの関係を示す図である。ここで、横軸は、第１組と第２組との間隔（最深部の中間位置間の間隔）を表しており、縦軸は、トルクリプルの大きさを表している。なお、横軸の間隔は、中心線ＣＬから遠い第１組の位置を固定した状態で、中心線ＣＬに近い第２組の位置を変移させた際の間隔を意味する。
　破線のグラフは、第１組のみを設けた第１の実施形態での電気１２次成分のトルクリプルの値を示している（図５参照）。また、実線のグラフは、第１組と第２組との間隔を変化させた際の、本実施形態の電気１２次成分のトルクリプルの値を、比較例１の電気１２次成分のトルクリプルの値で規格化したものである。
　図１５に示すように、電気１２次成分のトルクリプルは、第１組と第２組との間隔の変化に応じて下に凸となるグラフを描く。ここで、第１組と第２組との間隔が電気角度２０ｄｅｇより大きく、３１ｄｅｇ未満の範囲では、第１組のみを設けた第１の実施形態での電気１２次成分のトルクリプルより低くなることが分かる。
　上述したように、本実施形態の回転電機１ｂでは、第１組と第２組との間隔を電気角度３０ｄｅｇとしている。かかる間隔は、電気角度が２０ｄｅｇより大きく、３１ｄｅｇ未満の範囲に該当する。したがって、本実施形態の回転電機１ｂでは、図１４に示すように、電気１２次成分のトルクリプルを比較例１より低減することができる。
　また、第１組及び第２組を構成する溝部２５の大きさ及び距離ｄ３は、第２の実施形態と同様である。そのため、本実施形態の回転電機１ｂでは、溝部２５を設けたことにより新たに発生する、副次的な電気２４次成分のトルクリプルの増加を抑制することができ、電気２４次成分のトルクリプルを比較例１よりも低減することができる。
　なお、本実施形態では、第１組と第２組との間隔を電気角度３０ｄｅｇとしたが、電気角度が２０ｄｅｇより大きく、３１ｄｅｇ未満の範囲内であれば、その値は特に問わないものとする。
（第４の実施形態）
　次に、第４の実施形態について説明する。上述した第２の実施形態では、一組をなす３つの溝部２５を、一磁極領域を中心線ＣＬで２分した領域あたり１設ける構成とした。しかしながら、領域あたりに設ける一組の溝部２５の個数はこれに限るものではない。
　そこで、第４の実施形態では、第２の実施形態で説明した一組をなす３つの溝部２５を、一磁極領域を中心線ＣＬで２分した領域あたり２設ける場合の構成について説明する。なお、第２の実施形態で説明した要素と同様の要素については、同一の符号を付与し、説明を適宜省略する。
　図１６は、第４の実施形態に係る回転電機１ｃでの、溝部２５の構成を説明するための図であり、回転子２０の一磁極部分を示している。また、図１７は、図１６に示したＰ４部分の部分拡大図である。
　図１６及び図１７に示すように、回転子２０の外周面には溝部２５が複数設けられる。具体的には、溝部２５は、一磁極領域を中心線ＣＬで２分した領域の各々に、一組をなす３つの溝部２５が２組設けられている。図１６では、２組の溝部２５のうち、第２の実施形態で説明した一組の溝部２５と同様の位置に配置される一方の組を溝部２５ａで表記しており、他方の組を溝部２５ｂで表記している。なお、各溝部２５の大きさ（幅ｄ１、深さｄ２）及び距離ｄ３は、第２の実施形態と同様である。以下、３つの溝部２５ａで構成される組を第１組、３つの溝部２５ｂで構成される組を第２組という。
　また、第１組と第２組との間は、回転子２０の外周面に外接する外接円と同等の径のスペーサ（回転子鉄心）によって分断されている。本実施形態の回転電機１ｃでは、第１組を構成する２５ａの最深部間の中心位置と、第２組を構成する２５ｂの最深部間の中心位置との間の距離ｄ４が、電気角度３０ｄｅｇとなっている。
　なお、本実施形態では、一磁極領域を中心線ＣＬで２分した領域の各々に、中心線ＣＬに対して線対称となる形で第１組及び第２組を設けたが、これに限らず、何れか一方の領域に第１組及び第２組を設ける構成としてもよい。
　以下、図１８を参照し、上述した構成の溝部２５によるトルクリプルの低減効果について説明する。
　図１８は、第４の実施形態の溝部２５によるトルクリプルの低減効果を説明するための図である。横軸は、電気角周波数の次数を表しており、縦軸は、トルクリプルの大きさを表している。また、図１８に示す各グラフは、上述した回転電機１ｃの負荷発生時のトルクリプルの解析結果（第４の実施形態）の他、他の回転電機の構成での負荷発生時のトルクリプルの解析結果を比較例１として示している。ここで、比較例１は、回転子２０の外周面に溝部を設けない構成の回転電機である。
　図１８に示すように、比較例１の回転電機では、電気１２次成分のトルクリプルが顕著に現れる。一方で、本実施形態の回転電機１ｃでは、比較例１と比較し、電気１２次成分及び電気２４次成分の両成分のトルクリプルが低下している。なお、電気６次成分のトルクリプルについては、比較例１と比較し本実施形態が微増となっている。また、電気１８次成分のトルクリプルについては、比較例１と本実施形態とで同程度となっている。
　ここで、第１組と第２組との間隔と、トルクリプルとは、上述した図１５と同様の関係を有している。そのため、第１組と第２組との間隔を電気角度２０ｄｅｇより大きく、３１ｄｅｇ未満とすることで、電気１２次成分のトルクリプルを、第１組のみを設けた構成（第２の実施形態の構成）よりも低下させることができる。
　上述したように、本実施形態の回転電機１ｃでは、第１組と第２組との間隔を電気角度３０ｄｅｇとしている。かかる間隔は、電気角度２０ｄｅｇより大きく、３１ｄｅｇ未満の範囲に該当する。したがって、本実施形態の回転電機１ｃでは、図１８に示すように、電気１２次成分のトルクリプルを比較例１より低減することができる。
　また、第１組及び第２組を構成する溝部２５の大きさ及び距離ｄ３は、第２の実施形態と同様である。そのため、本実施形態の回転電機１ｃでは、溝部２５を設けたことにより新たに発生する、副次的な電気２４次成分のトルクリプルの増加を抑制することができ、電気２４次成分のトルクリプルを比較例１よりも低減することができる。
　なお、本実施形態では、第１組と第２組との間隔を電気角度３０ｄｅｇとしたが、電気角度が２０ｄｅｇより大きく、３１ｄｅｇ未満の範囲内であれば、その値は特に問わないものとする。
（第５の実施形態）
　次に、第５の実施形態について説明する。上述した第３の実施形態、第４の実施形態では、２又は３の溝部２５で構成される第１組及び第２組を、一磁極領域を中心線ＣＬで２分した各領域に２設ける構成とした。しかしながら、第１組及び第２組を構成する溝部２５の個数は同数でなくてもよい。
　そこで、第５の実施形態では、第１組及び第２組を構成する溝部２５の個数を相違させた形態について説明する。なお、上述の実施形態で説明した要素と同様の要素については、同一の符号を付与し、説明を適宜省略する。
　図１９は、第５の実施形態に係る回転電機１ｄでの、溝部２５の構成を説明するための図であり、回転子２０の１磁極部分を示している。また、図２０は、図１９に示したＰ５部分の部分拡大図である。
　図１９及び図２０に示すように、回転子２０の外周面には溝部２５が複数設けられる。具体的には、溝部２５は、一磁極領域を中心線ＣＬで２分した領域の各々に、５つの溝部２５が設けられる。ここで、５つの溝部２５のうち、中心線ＣＬからより離れた位置に存在する２個の溝部２５ａからなる組は、上述した第３の実施形態の第１組に対応する。また、５つの溝部２５のうち、中心線ＣＬにより近い位置に存在する３個の溝部２５ｂからなる組は、上述した第４の実施形態の第２組に対応する。なお、第１組を構成する溝部２５ａの大きさ（幅ｄ１、深さｄ２）及び距離ｄ３は、第１の実施形態で説明した一組をなす溝部２５と同様である。また、第２組を構成する溝部２５ｂの大きさ（幅ｄ１、深さｄ２）及び距離ｄ３は、第２の実施形態で説明した一組をなす溝部２５と同様である。
　また、第１組と第２組との間は、回転子２０の外周面に外接する外接円と同等の径のスペーサ（回転子鉄心）によって分断されている。本実施形態の回転電機１ｄでは、第１組を構成する２５ａの最深部間の中心位置と、第２組を構成する２５ｂの最深部間の中心位置との間の距離ｄ４が、電気角度３０ｄｅｇとなっている。
　なお、本実施形態では、一磁極領域を中心線ＣＬで２分した領域の各々に、中心線ＣＬに対して線対称となる形で第１組及び第２組を設けたが、これに限らず、何れか一方の領域に第１組及び第２組を設ける構成としてもよい。
　以下、図２１を参照し、上述した構成の溝部２５によるトルクリプルの低減効果について説明する。
　図２１は、第５の実施形態の溝部２５によるトルクリプルの低減効果を説明するための図である。横軸は、電気角周波数の次数を表しており、縦軸は、トルクリプルの大きさを表している。また、図２１に示す各グラフは、上述した回転電機１ｄの負荷発生時のトルクリプルの解析結果（第５の実施形態）の他、他の回転電機の構成での負荷発生時のトルクリプルの解析結果を比較例１として示している。ここで、比較例１は、回転子２０の外周面に溝部を設けない構成の回転電機である。
　図２１に示すように、比較例１の回転電機では、電気１２次成分のトルクリプルが顕著に現れる。一方で、本実施形態の回転電機１ｄでは、比較例１と比較し、電気１２次成分及び電気２４次成分のトルクリプルが低下している。なお、電気６次成分のトルクリプルについては、比較例１と比較し本実施形態が微増となっている。また、電気１８次成分のトルクリプルについては、比較例１と本実施形態とで同程度となっている。
　ここで、第１組と第２組との間隔と、トルクリプルとは、上述した図１５と同様の関係を有している。そのため、第１組と第２組との間隔を電気角度２０ｄｅｇより大きく、３１ｄｅｇ未満とすることで、電気１２次成分のトルクリプルを、第１組のみを設けた構成（第２の実施形態の構成）よりも低下させることができる。
　上述したように、本実施形態の回転電機１ｃでは、第１組と第２組との間隔を電気角度３０ｄｅｇとしている。かかる間隔は、電気角度２０ｄｅｇより大きく、３１ｄｅｇ未満の範囲に該当する。したがって、本実施形態の回転電機１ｄでは、図２１に示すように、電気１２次成分のトルクリプルを比較例１より低減することができる。
　また、第１組及び第２組を構成する溝部２５の大きさ及び距離ｄ３は、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様である。そのため、本実施形態の回転電機１ｄでは、溝部２５を設けたことにより新たに発生する、副次的な電気２４次成分のトルクリプルの増加を抑制することができ、電気２４次成分のトルクリプルを比較例１よりも低減することができる。
　なお、本実施形態では、第１組と第２組との間隔を電気角度３０ｄｅｇとしたが、電気角度２０ｄｅｇより大きく、３１ｄｅｇ未満の範囲内であれば、その値は特に問わないものとする。また、本実施形態では、第１組を２個の溝部２５で構成し、第２組を３個の溝部２５で構成したが、これに限らず、第１組を３個の溝部２５で構成し、第２組を２個の溝部２５で構成してもよい。
（変形例）
　上述の第１～第５の実施形態では、回転子２０の外周面に溝部２５を複数設ける形態と説明した。溝部２５は、回転子２０の回転中心に向かって凸な断面形状を有するが、溝部２５の一部又は全てに、非磁性体を充填する構成としてもよい。また、回転子２０の外周を非磁性体で覆う構成としてもよい。これにより、回転子２０が回転する際の溝部２５による空気抵抗を低減することができるため、トルクの低下を防ぐことができる。
　以上、本発明のいくつかの実施形態（及び変形例）を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (12)

  1. 　円筒形状の鉄心内に１磁極を形成する永久磁石が周方向に複数配置された回転子と、
    　前記回転子に対向する複数のスロットに巻線が施された固定子と、
    　前記回転子の１磁極を磁極中心線で２分した前記回転子の領域の一方又は両方の外周面に形成され、当該回転子の外接円と同等の径の鉄心で分断された複数の溝部と、
    　を備え、
    　前記複数の溝部の各々は、前記回転子の回転中心に向かって凸な形状を有し、当該溝部の最深部間の距離が、当該溝部の形成によって生じる所定次数のトルクリプルが互いに弱め合う位相関係となる間隔を空けて配置される、回転電機。
  2. 　前記複数の溝部は、２つの溝部を有し、
    　前記２つの溝部は、当該溝部が有する最深部間の距離が、電気角度で６．５度より大きく９．０度未満の間隔を空けて配置される、
    　請求項１に記載の回転電機。
  3. 　前記複数の溝部は、３つの溝部を有し、
    　前記３つの溝部は、当該溝部が有する最深部間の距離が、電気角度で４．８度より大きく８．０度未満の間隔を空けて配置される、
    　請求項１に記載の回転電機。
  4. 　前記複数の溝部の最深部間の中間位置は、前記磁極中心線から電気角度で２０．４度から３２．４度、又は４９．２度から５８．０度の間隔を空けた位置に配置される、
    　請求項２又は３に記載の回転電機。
  5. 　前記複数の溝部は、隣り合う２つの溝部を２組有し、
    　各組をなす前記２つの溝部は、当該溝部が有する最深部間の距離が、電気角度で６．５度より大きく９．０度未満の間隔を空けて配置され、
    　前記２組の溝部のうち、一方の組が有する前記溝部の最深部間の中間位置と、他方の組が有する前記溝部の最深部間の中間位置とが、電気角度で２０度より大きく３１度未満の間隔を空けて配置される、
    　請求項１に記載の回転電機。
  6. 　前記複数の溝部は、隣り合う３つの溝部を２組有し、
    　各組をなす前記３つの溝部は、当該溝部が有する最深部間の距離が、電気角度で４．８度より大きく８．０度未満の間隔を空けて配置され、
    　前記２組の溝部のうち、一方の組が有する前記溝部の最深部間の中間位置と、他方の組が有する前記溝部の最深部間の中間位置とが、電気角度で２０度より大きく３１度未満の間隔を空けて配置される、
    　請求項１に記載の回転電機。
  7. 　前記複数の溝部は、隣り合う２つの溝部からなる組と、隣り合う３つの溝部からなる組との２組を有し、
    　前記２つの溝部は、当該溝部が有する最深部間の距離が、電気角度で６．５度より大きく９．０度未満の間隔を空けて配置され、
    　前記３つの溝部は、当該溝部が有する最深部間の距離が、電気角度で４．８度より大きく８．０度未満の間隔を空けて配置され、
    　前記２組の溝部のうち、一方の組が有する前記溝部の最深部間の中間位置と、他方の組が有する前記溝部の最深部間の中間位置とが、電気角度で２０度より大きく、３１度未満の間隔を空けて配置される、
    　請求項１に記載の回転電機。
  8. 　前記２組の溝部のうち、少なくとも一方の組が有する前記溝部の最深部間の中間位置は、前記磁極中心線から電気角度で２０．４度から３２．４度、又は４９．２度から５８．０度の範囲内で配置される、
    　請求項５～７の何れか一項に記載の回転電機。
  9. 　前記複数の溝部の幅及び深さは、前記１磁極あたりに形成される全ての前記溝部の幅及び深さの合計値を表す指標に応じて決定される、
    　請求項１～８の何れか一項に記載の回転電機。
  10. 　前記指標は、電気角１周期に対する前記溝部の幅の比と、前記固定子と前記回転子の前記外接円との離隔距離に対する前記溝部の深さの比とを乗算した乗算値を、前記１磁極あたりに形成される全ての前記溝部で合計することで算出され、
    　前記複数の溝部の幅及び深さは、前記指標の値が０．１８未満となる範囲で決定される、
    　請求項９に記載の回転電機。
  11. 　前記溝部の一部又は全てには、非磁性体が充填される、
    　請求項１～１０の何れか一項に記載の回転電機。
  12. 　前記回転子の外周は、非磁性体で覆われる、
    　請求項１～１０の何れか一項に記載の回転電機。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008312316A (ja) * 2007-06-13 2008-12-25 Toyota Motor Corp 回転電機
JP2009112166A (ja) * 2007-10-31 2009-05-21 Fujitsu General Ltd 磁石埋め込み型回転子、この回転子を用いた電動機及びこの電動機を用いた圧縮機
JP2014113033A (ja) * 2012-10-30 2014-06-19 Toyota Industries Corp 磁石埋込式回転電機
JP2014143797A (ja) * 2013-01-22 2014-08-07 Toyota Industries Corp 磁石埋込式回転電機

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