WO2025013545A1

WO2025013545A1 - 回転電機

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Publication number: WO2025013545A1
Application number: PCT/JP2024/022163
Authority: WO
Inventors: 暁史高橋; 愼治杉本
Original assignee: Hitachi Ltd
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Priority date: 2023-07-12
Filing date: 2024-06-19
Publication date: 2025-01-16
Anticipated expiration: 2026-01-12
Also published as: JP2025012080A

Abstract

回転電機は、ステータと、ステータの内側にギャップを介して同心配置されるロータと、を備え、回転電機の軸方向視において、ロータは、周方向に並ぶ複数の磁極を有し、磁極は、径方向外周側に設けられた第一スロットと、径方向内周側に設けられた第二スロットを有し、第一スロットの辺のうち、第二スロットと対向する第一対向部は、鈍角の屈曲点を３つ以上有するとともに、第二スロットの辺のうち、第一スロットと対向する第二対向部は、第一対向部の屈曲点と同数以上の鈍角の屈曲点を有し、第一スロットに挿入される第一磁石および第二スロットに挿入される第二磁石は、磁極中心線に近づくほどギャップからの距離が遠くなるように配置され、第二磁石は、磁極中心線からの距離が遠くなるほど第二磁石の磁化方向幅が小さくなる。

Description

回転電機

　本発明は鉄道車両、自動車、トラック、バス、建設機械などに搭載される回転電機に関わる。

　モータ（回転電機）を小型・軽量にしながら、高出力・高効率化を図るため、トルクを増加可能な構造が考案されている。特許文献１には、径方向外周側に配置される外側磁石と径方向内周側に配置される内側磁石とによって、２層構造の磁極が形成された回転電機が開示されている。特許文献１に記載の回転電機では、外側磁石と内側磁石と間のコア部の磁化作用を活用することで、磁石トルクに加えてリラクタンストルクの増大を図っている。

特許第７１０７２４３号公報

　磁石の磁化方向と反対向きの磁界を減磁磁界と呼び、磁化の強さ（以下、保持力）よりも大きな減磁磁界が印加されると、磁石は減磁して本来の磁力を失う。一般的なモータでは、このような減磁磁界に対しても十分な耐力（以下、減磁耐力）を有するように、磁石の保持力や磁化方向幅が設計されている。しかし、モータ駆動中において、モータ巻線の経年劣化等に伴う絶縁性能の低下や、電気配線の断線、インバータ回路の故障などが原因となり突発的な短絡（以下、突発短絡）が引き起こされると、磁石磁束が発生する逆起電力によって短絡電流が発生し、これが甚大な減磁磁界を発生する。従来の２層構造では、このような減磁磁界に対して十分な減磁耐力を確保することが困難であった。

　本発明の目的は、高出力・高効率を維持しながら、突発短絡に対しても十分な減磁耐力を有する信頼性の高い回転電機を提供することにある。

　上記目的を達成するために、本発明には様々な実施形態を含むが、その一例をあげると、本発明の回転電機は、円筒形のステータと、前記ステータの内側にギャップを介して同心配置されるロータと、を備えた回転電機であって、前記回転電機の軸方向視において、前記ロータは、周方向に並ぶ複数の磁極を有し、前記磁極は、径方向外周側に設けられた第一スロットと、径方向内周側に設けられた第二スロットを有し、前記第一スロットと前記第二スロットは、それぞれ磁極中心線に対して線対称に配置され、前記第一スロットの辺のうち、前記第二スロットと対向する第一対向部は、鈍角の屈曲点を３つ以上有するとともに、前記第二スロットの辺のうち、前記第一スロットと対向する第二対向部は、前記第一対向部の前記屈曲点と同数以上の鈍角の屈曲点を有し、前記第一スロットに挿入される第一磁石および前記第二スロットに挿入される第二磁石は、前記磁極中心線に近づくほど前記ギャップからの距離が遠くなるように配置され、前記第二磁石は、前記磁極中心線からの距離が遠くなるほど前記第二磁石の磁化方向幅が小さくなる。

　本発明によれば、高出力・高効率を維持しながら、突発短絡に対しても十分な減磁耐力を有する信頼性の高い回転電機を提供できる。

　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

図１は、本発明の第１の実施例における回転電機（モータ）の全体構造の説明図である。図２は、本発明の第１の実施例における磁極構造の説明図である。図３Ａは、本発明の第２の実施例における磁極構造の説明図である。図３Ｂは、図３Ａの磁石挿入孔１０２、２０２の拡大図であり、各磁石の寸法を示す。図４は、本発明の第２の実施例における磁石構成の変形例の説明図である。図５は、本実施形態の比較例における磁極構造の説明図である。図６Ａは、モータ駆動中における電圧・電流ベクトル図である。図６Ｂは、突発短絡時における電圧・電流ベクトル図である。図７Ａは、本実施形態の比較例における磁極構造を示す図であって、第二磁石２２０ａと第二磁石２２０ｂの磁化方向幅が等しい場合の磁路について示す。図７Ｂは、本実施形態の比較例における磁極構造を示す図であって、第二磁石２２０ａの磁化方向幅が第二磁石２２０ｂの磁化方向幅よりも大きい場合の磁路について示す。

　以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。以下の説明では、同一の構成要素には同一の記号を付してある。それらの名称および機能は同じであり、重複説明は避ける。また、以下の説明では自動車、トラック、バスなど可変速駆動の永久磁石同期モータを対象としているが、本発明の効果はこれに限定されるものではなく、一定速を含む永久磁石同期機全般に適用可能である。

　以下、図１乃至２を用いて、本発明の第１の実施例について説明する。図１は本発明の第１の実施例における回転電機（モータ）の全体構造の説明図である。図２は本発明の第１の実施例における磁極構造の説明図である。

　図１に示すように、回転電機１は、円筒形のステータ１０と、ステータ１０の内側にギャップ２１を介して同心配置されるロータ２０とを備える。以下の説明では、回転電機１のロータ２０の回転中心軸に平行な方向を「軸方向」と記し、回転電機１のロータ２０の回転中心軸に直交するロータ２０の直径方向を「径方向」と記し、回転電機１のロータ２０の回転中心軸を中心とする円周方向を「周方向」と記す。図１および図２は、回転電機１を軸方向から見た図である。以下、回転電機１の軸方向視において、各構成の形状、配置、大きさ等について、詳しく説明する。図示するように、ロータ２０は、周方向に並ぶ複数の磁極３０を有する。

　図２に示すように、磁極３０は、径方向外周側に設けられた単一の第一スロット１００と、径方向内周側に設けられた単一の第二スロット２００を有する。第一スロット１００は、直方体形状の第一磁石１２０が挿入される磁石スロットである。第二スロット２００は、直方体形状の第二磁石２２０が挿入される磁石スロットである。第一スロット１００と第二スロット２００は、それぞれ磁極中心線（ｄ軸）３１に対して線対称に配置される。第一スロット１００に挿入される一対の第一磁石１２０は、磁極中心線３１に対して線対称に配置される。同様に、第二スロット２００に挿入される二対の第二磁石２２０は、磁極中心線３１に対して線対称に配置される。磁極中心線３１は、回転中心軸から径方向に延在し、かつ、磁極３０の中心を通過する線である。

　本実施例において、第一スロット１００と第二スロット２００は、それぞれ磁極中心線３１の位置にリブ１３０、２３０を有する。換言すれば、第一スロット１００は、一対の磁石挿入孔（以下、第一磁石挿入孔）１０２を有し、第二スロット２００は、一対の磁石挿入孔（以下、第二磁石挿入孔）２０２を有する。第一磁石挿入孔１０２には、一つの第一磁石１２０が挿入され、第二磁石挿入孔２０２には、二つの第二磁石２２０が挿入されている。一対の第一磁石挿入孔１０２は、磁極中心線３１に対して所定の傾斜角度だけ傾いて配置されている。第一スロット１００は、磁極中心線３１を対称軸とする線対称形状であり、径方向外側に向かって開いたＶ字状を呈する。同様に、一対の第二磁石挿入孔２０２は、磁極中心線３１に対して所定の傾斜角度だけ傾いて配置されている。第二スロット２００は、磁極中心線３１を対称軸とする線対称形状であり、径方向外側に向かって開いたＶ字状を呈する。

　リブ１３０、２３０は、遠心荷重による第一スロット１００と第二スロット２００の変形を回避する目的で設けられる。なお、リブ１３０、２３０は、必ずしもこの位置に設ける必要は無く、スロット内部の別の場所に設けてもよい。また、回転電機１の仕様によっては、リブ１３０、２３０を設けなくてもよい。

　回転電機１の軸方向視において、第一スロット１００は、複数の辺を有している。第一スロット１００を構成する複数の辺のうち、第二スロット２００と対向する複数の辺（以下、対向辺とも記す）によって第一対向部１０１（図中、破線部参照）が形成される。第一対向部１０１は、鈍角の屈曲点１１０を３つ有する。なお、磁極中心線３１上の屈曲点１１０は、リブ１３０を省略した場合の第一対向部１０１の図示下側の端点に相当する。換言すれば、磁極中心線３１上の屈曲点１１０は、右側の第一磁石挿入孔１０２の左側の対向辺と、左側の第一磁石挿入孔１０２の右側の対向辺との交差点に相当する。

　同様に、回転電機１の軸方向視において、第二スロット２００は、複数の辺を有する。第二スロット２００を構成する複数の辺のうち、第一スロット１００と対向する複数の辺（以下、対向辺とも記す）によって第二対向部２０１（図中、破線部参照）が形成される。第二対向部２０１は、第一対向部１０１の屈曲点１１０と同数（３つ）の鈍角の屈曲点２１０を有する。なお、磁極中心線３１上の屈曲点２１０は、リブ２３０を省略した場合の第二対向部２０１の図示下側の端点に相当する。換言すれば、磁極中心線３１上の屈曲点２１０は、右側の第二磁石挿入孔２０２の左側の対向辺と、左側の第二磁石挿入孔２０２の右側の対向辺との交差点に相当する。

　第一スロット１００に挿入される第一磁石１２０と、第二スロット２００に挿入される第二磁石２２０は、ともに矢印（→）の向きに磁化され、磁極３０はＮ極を構成する。なお、第一磁石１２０と第二磁石２２０の磁化方向は、周方向に並ぶ磁極毎に反転している。つまり、図２に示す磁極３０に隣接する磁極３０はＳ極を構成する。

　第二スロット２００に挿入されている二対の第二磁石２２０のうち、磁極中心線３１の近くに配置される一対の第二磁石２２０を第二磁石２２０ａと記し、第二磁石２２０ａよりも磁極中心線３１から離れた位置に配置される一対の第二磁石２２０を第二磁石２２０ｂと記す。第二磁石２２０ｂと磁極中心線３１との成す角度は、第二磁石２２０ａと磁極中心線３１との成す角度よりも小さい。なお、第二磁石２２０と磁極中心線３１との成す角度とは、第二磁石２２０の磁化方向と直交する方向と、磁極中心線３１との交差角のうち、径方向外側に形成される角度（小さい方の角度）のことを指す。

　以下では本発明の実施形態に係る回転電機１の構造とすることにより得られる作用効果を、本実施形態の比較例との比較を通して説明する。

　図５は本実施形態の比較例における磁極構造の説明図である。図５に示すように、比較例の磁極３０は、径方向外周側に設けられた第一スロット１００と、径方向内周側に設けられた第二スロット２００を有する２層構造である。第一スロット１００は、鈍角の屈曲点１１０を２つしか有していない。これに伴い、第一磁石１２０は磁極中心線（ｄ軸）３１に対して直交して配置される。

　第二スロット２００は、鈍角の屈曲点２１０を３つ有している。第二スロット２００は、磁極中心線３１の近くに配置される一対の第二磁石２２０ａと、第二磁石２２０ａよりも磁極中心線３１から離れた位置に配置される一対の第二磁石２２０ｂとを有する。第二磁石２２０ｂと磁極中心線３１との成す角度は、第二磁石２２０ａと磁極中心線３１との成す角度よりも小さい。

　磁石の磁化方向と反対向きの磁界は、減磁磁界と呼ばれる。磁石の保持力よりも大きな減磁磁界が印加されると、磁石は減磁して本来の磁力を失う。一般的なモータでは、このような減磁磁界に対しても十分な減磁耐力を有するように、磁石の保持力や磁化方向幅が設計されている。図６Ａはモータ駆動中における電圧・電流ベクトル図であり、図６Ｂは突発短絡時における電圧・電流ベクトル図である。簡単のため、モータ巻線抵抗に対応する電圧降下分の記載は省略している。一般に、モータの磁極中心線をｄ軸と呼び、これに対して電気角で９０°進んだ軸をｑ軸と呼ぶ。

　図６Ａに示すように、磁石磁束が発生する逆起電力Ｅ０はｑ軸上に発生し、モータ電流が発生する磁束に起因した電圧降下分（ωＬＩ）とバランスするように、モータの印加電圧Ｖの大きさと位相が制御される。このような状態であればモータが減磁することは無い。

　しかしながら、モータ駆動中において、モータ巻線の経年劣化等に伴う絶縁性能の低下や、電気配線の断線、インバータ回路の故障などが原因となり突発短絡が引き起こされると、印加電圧Ｖがゼロになる。このため、図６Ｂに示すように逆起電力Ｅ０とバランスする電圧降下分（ωＬＩ）を発生するように、負のｄ軸方向に短絡電流Ｉが発生し、これが甚大な減磁磁界を発生する。

　このとき、図５に示すように、ギャップ２１における減磁磁界の空間分布は、ｄ軸（磁極中心線３１）にピークを有する正弦波状になる。したがって、減磁磁界５０Ａ～５０Ｄのうち、最も強い減磁磁界は５０Ａであり、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄの順に弱くなる。比較例の構造では、磁極中心線３１の近傍の甚大な減磁磁界５０Ａ、５０Ｂにさらされる第一磁石１２０、第二磁石２２０ａと、磁極中心線３１から離れた小さな減磁磁界５０Ｃ、５０Ｄにさらされる第二磁石２２０ｂは、いずれも同程度の磁化方向幅（厚み）で構成されている。このため、突発短絡時に発生する減磁磁界に対して、十分な減磁耐力を確保することが困難である。また、第一磁石１２０は磁極中心線３１に対して直交して配置されている。つまり、周方向において、ギャップ２１から第一磁石１２０までの距離がほぼ同等になる。このため、磁極中心線３１の近傍に発生する最も強い減磁磁界５０Ａに対して、十分な減磁耐力を確保することが困難である。

　このように、磁極中心線３１の近く配置される磁石ほど、強い減磁磁界にさらされる。ここで、磁石の厚みを厚くする、あるいは、磁石の磁化方向に直交する方向の幅を狭くすることにより、磁石の磁気抵抗を増加させ、減磁磁界により磁石に入ってくる逆向きの磁束の量を減らすことができる。

　そこで本実施形態では図２に示すように、第二磁石２２０の磁化方向幅（厚み）を、磁極中心線３１からの距離が遠くなるほど、小さくなるように構成する。すなわち、磁極中心線３１に近い位置に配置される第二磁石２２０ａの磁化方向幅Ｔ２ａと、第二磁石２２０ａよりも磁極中心線３１から遠い位置に配置される第二磁石２２０ｂの磁化方向幅Ｔ２ｂとを、Ｔ２ａ＞Ｔ２ｂの関係にする。これによって、第二磁石２２０ａの磁気抵抗を向上できるので、甚大な減磁磁界５０Ａ、５０Ｂに対しても減磁耐力を向上できる。

　加えて、回転電機１の軸方向視において、第一磁石１２０の磁化方向幅Ｔ１と、第二磁石２２０のうち最も小さな磁化方向幅（すなわち、第二磁石２２０ｂの磁化方向幅）Ｔ２ｂとは、Ｔ１＞Ｔ２ｂの関係を有する構成としてもよい。第一磁石１２０の厚みを第二磁石２２０ｂよりも厚くして第一磁石１２０の磁気抵抗をより高めることで、減磁磁界５０Ａ、５０Ｂに対する減磁耐力をさらに向上することができる。また、回転電機１の軸方向視において、第一磁石１２０の磁化方向に対して直交方向の磁石幅Ｗ１と、第二磁石２２０のうち磁化方向幅が最も小さな磁石（すなわち、第二磁石２２０ｂ）の磁化方向に対して直交方向の磁石幅Ｗ２ｂとが、Ｗ１＜Ｗ２ｂの関係を有する構成としてもよい。第一磁石１２０の磁石幅Ｗ１を小さくして第一磁石１２０の磁気抵抗をより高めることで、減磁磁界５０Ａ、５０Ｂに対する減磁耐力をさらに向上することができる。なお、磁化方向幅Ｔ１、Ｔ２ｂ及び磁石幅Ｗ１、Ｗ２ｂは、Ｔ１＞Ｔ２ｂかつＷ１＜Ｗ２ｂの関係を有する構成としてもよい。これによって、第一磁石１２０の磁気抵抗を向上できるので、甚大な減磁磁界５０Ａ、５０Ｂに対しても減磁耐力を向上できる。

　さらに、第一スロット１００の第一対向部１０１は鈍角の屈曲点１１０を３つ有し、第二スロット２００の第二対向部２０１も鈍角の屈曲点２１０を３つ有している。これによって、第一磁石１２０および第二磁石２２０は、磁極中心線３１に近づくほどギャップ２１からの距離が遠くなるように配置できる。また、第二磁石２２０ｂの磁化方向幅Ｔ２ｂよりも、第二磁石２２０ａの磁化方向幅Ｔ２ａを大きくするためのスペースを確保できる。これにより、第二磁石２２０ａの磁化方向幅（厚み）Ｔ２ａを大きくして、減磁磁界５０Ａが通過する一層目及び二層目の磁石の全体の厚さ（Ｔ１＋Ｔ２ａ）を十分に確保することができる。このため、磁極中心線３１の近傍に発生する最も強い減磁磁界５０Ａに対して、第一磁石１２０、第二磁石２２０ａの減磁耐力を向上できる。

　図７Ａおよび図７Ｂを用いて、仮に第二スロット２００の第二対向部２０１の屈曲点２１０が３つ未満である場合に生じる問題点について説明する。図７Ａは、本実施形態の比較例における磁極構造を示す図であって、第二磁石２２０ａと第二磁石２２０ｂの磁化方向幅が等しい場合の磁路について示す。図７Ｂは、本実施形態の比較例における磁極構造を示す図であって、第二磁石２２０ａの磁化方向幅が第二磁石２２０ｂの磁化方向幅よりも大きい場合の磁路について示す。

　図７Ａに示すように、仮に第二スロット２００の第二対向部２０１の屈曲点２１０が３つ未満（図７Ａでは２つ）の場合、第二磁石２２０ａの磁化方向幅を大きくすると、図７Ｂに示すような構成となる。このような構成では、ｑ軸磁束５１の通路として確保していた磁路幅Ｌ１よりも小さな磁路幅Ｌ２が生じてしまう。すなわち、リラクタンストルクを発生するために必要なｑ軸磁束５１が減少してしまうため、十分なトルクを発生できなくなる。したがって、比較例では、図７Ｂのような構成にはできず、図７Ａの構成となるため、磁極中心線３１の近傍に発生する最も強い減磁磁界５０Ａに対して、第二磁石２２０ａの磁化方向幅を大きくすることによる減磁耐力の向上を図ることができない。

　以上、第１の実施例では、第一スロット１００の辺のうち、第二スロット２００と対向する第一対向部１０１が、鈍角の屈曲点１１０を３つ有するとともに、第二スロット２００の辺のうち、第一スロット１００と対向する第二対向部２０１は、第一対向部１０１の屈曲点１１０と同数の鈍角の屈曲点２１０を有する。また、第二磁石２２０は、磁極中心線３１からの距離が遠くなるほど第二磁石２２０の磁化方向幅が小さくなるように構成されている。これにより、高出力・高効率を維持しながら、突発短絡に対しても十分な減磁耐力を有する信頼性の高い回転電機（モータ）１を提供することができる。

　なお、上記の構成の別の形態として、磁石の磁化方向幅Ｔと、磁化方向に対して直交方向の磁石幅Ｗの比（Ｔ／Ｗ）をアスペクト比Ｒと定義し、第二磁石２２０ａのアスペクト比Ｒ２ａ（＝Ｔ２ａ／Ｗ２ａ）を、第二磁石２２０ｂのアスペクト比Ｒ２ｂ（＝Ｔ２ｂ／Ｗ２ｂ）よりも大きくする構成としても良い。例えば、第二磁石２２０ａの磁石幅Ｗ２ａを第二磁石２２０ｂの磁石幅Ｗ２ｂよりも小さくすることにより、Ｒ２ａ＞Ｒ２ｂを満足する構成とすることができる。この場合、第二磁石２２０ａの磁化方向幅Ｔ２ａと第二磁石２２０ｂの磁化方向幅Ｔ２ｂの関係は、Ｔ２ａ≦Ｔ２ｂであってもよい。加えて、第一磁石１２０のアスペクト比Ｒ１（＝Ｔ１／Ｗ１）を、第二磁石２２０ｂのアスペクト比Ｒ２ｂよりも大きくする構成としても良い。例えば、第一磁石１２０の磁石幅Ｗ１を第二磁石２２０ｂの磁石幅Ｗ２ｂよりも小さくすることにより、Ｒ１＞Ｒ２ｂを満足する構成とすることができる。この場合、第一磁石１２０の磁化方向幅Ｔ１と第二磁石２２０ｂの磁化方向幅Ｔ２ｂの関係は、Ｔ１≦Ｔ２ｂであってもよい。

　図３Ａ乃至３Ｂを用いて本発明の第２の実施例について説明する。図３Ａは本発明の第２の実施例における磁極構造の説明図であり、図２との違いは磁石挿入孔の形状と磁石の配置である。図３Ｂは、図３Ａの磁石挿入孔１０２、２０２の拡大図であり、各磁石の寸法を示す。

　図５に示したように、第二スロット２００の方が、第一スロット１００よりも周方向に亘る幅が広く、減磁磁界の位置依存性が大きい。そこで、第１の実施例では、減磁磁界５０Ａ、５０Ｂに対する減磁耐力を向上させる方法として、図２に示したように、磁極中心線３１に近くなるほど、第二スロット２００に挿入される第二磁石２２０の磁化方向幅を大きくする例について説明した。これに対して、第２の実施例では、第二磁石２２０だけでなく、磁極中心線３１に近くなるほど、第一スロット１００に挿入される第一磁石１２０の磁化方向幅を大きくすることで、さらなる減磁耐力の向上を図っている。以下、第２の実施例について、詳しく説明する。

　図３Ａおよび図３Ｂに示すように、回転電機１の軸方向視において、第一スロット１００に挿入される第一磁石１２０は、磁極中心線３１からの距離が遠くなるほど第一磁石１２０の磁化方向幅が小さくなるように構成されている。すなわち、磁極中心線３１に近い位置に配置される第一磁石１２０ａの磁化方向幅Ｔ１ａは、第一磁石１２０ａよりも磁極中心線３１から遠い位置に配置される第一磁石１２０ｂの磁化方向幅Ｔ１ｂよりも大きくなるよう構成されている（Ｔ１ａ＞Ｔ１ｂ）。

　また、第二スロット２００に挿入される第二磁石２２０は、磁極中心線３１からの距離が遠くなるほど第二磁石２２０の磁化方向幅が小さくなるように構成されている。図示する例では、第二磁石挿入孔２０２に３つの第二磁石２２０が挿入されている。以下、磁極中心線３１に近い順に、第二磁石２２０に符号ａ、ｂ、ｃをつけて記す。

　第二磁石２２０ｂの磁化方向幅Ｔ２ｂは、第二磁石２２０ｃの磁化方向幅Ｔ２ｃよりも大きくなるよう構成されている（Ｔ２ｂ＞Ｔ２ｃ）。さらに、第二磁石２２０ａの磁化方向幅Ｔ２ａは、第二磁石２２０ｂの磁化方向幅Ｔ２ｂと同等以上になるように構成されている（Ｔ２ａ≧Ｔ２ｂ）。これによって、第一磁石１２０ａ、第二磁石２２０ａ、２２０ｂの磁気抵抗を向上できるので、甚大な減磁磁界５０Ａ、５０Ｂ（図５参照）に対して減磁耐力を向上できる。

　加えて、第一スロット１００の第一対向部１０１は、鈍角の屈曲点１１０を７つ有する。同様に、第二スロット２００の第二対向部２０１は、第一対向部の屈曲点１１０と同数（７つ）の鈍角の屈曲点２１０を有する。これによって、第一磁石１２０ｂの磁化方向幅Ｔ１ｂよりも、第一磁石１２０ａの磁化方向幅Ｔ１ａを大きくするためのスペースを確保できる。同様に、第二磁石２２０ｃ、２２０ｂ、２２０ａの順に磁化方向幅を大きくするためのスペースを確保できる。さらに、第一スロット１００の屈曲点１１０、および第二スロット２００の屈曲点２１０の数を増やすことによって、第一磁石１２０および第二磁石２２０の磁化方向幅を、磁極中心線３１からの距離に応じて木目細かく設定できる。このため、過不足なく減磁耐力を向上できる。

　なお、上記の構成の別の形態として、第二磁石２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃのアスペクト比Ｒ２ａ（＝Ｔ２ａ／Ｗ２ａ）、Ｒ２ｂ（＝Ｔ２ｂ／Ｗ２ｂ）、Ｒ２ｃ（＝Ｔ２ｃ／Ｗ２ｃ）の関係が、Ｒ２ａ≧Ｒ２ｂ＞Ｒ２ｃとなるように構成しても良い。加えて、第一磁石１２０ａ、１２０ｂと第二磁石２２０ｃのアスペクト比Ｒ１ａ（＝Ｔ１ａ／Ｗ１ａ）、Ｒ１ｂ（＝Ｔ１ｂ／Ｗ１ｂ）、Ｒ２ｃの関係が、Ｒ１ａ＞Ｒ１ｂ≧Ｒ２ｃとなるように構成してもよい。

　次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、上述の異なる実施形態で説明した構成同士を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせることも可能である。

　＜変形例１＞
　ところで、磁化方向幅が異なる磁石を複数使用すると、磁石コストが増大する。そこで、例えば、図４に示すように基本となる直方体形状の単位磁石４０を径方向および周方向に組み合わせて磁石を構成する。これにより、磁石コストの増大を回避できる。図４は、上述した第２の実施例における磁石構成の変形例の説明図である。本変形例の第一スロット１００および第二スロット２００の形状は、第２の実施例（図３Ａ参照）と同じである。本変形例では、回転電機１の軸方向視において、第一磁石１２０と第二磁石２２０が、それぞれ基本となる形状を備えた２つ以上の単位磁石４０からなる点が、第２の実施例と異なっている。

　本変形例では、第一磁石１２０ａは、磁化方向に積層された３個の単位磁石４０からなる。また、第一磁石１２０ｂは、磁化方向に積層された２個の単位磁石４０からなる。第二磁石２２０ａは、磁化方向に積層された３個の単位磁石４０が、磁化方向と直交する方向に２列配置されてなる。同様に、第二磁石２２０ｂは、磁化方向に積層された３個の単位磁石４０が、磁化方向と直交する方向に２列配置されてなる。第二磁石２２０ｃは、磁化方向に積層された２個の単位磁石４０からなる。

　第一磁石１２０ａの磁化方向幅Ｔ１ａは、単位磁石４０の磁化方向幅（厚み）ｔの３倍に相当する寸法である（Ｔ１ａ＝３×ｔ）。第一磁石１２０ｂおよび第二磁石２２０ｃの磁化方向幅Ｔ１ｂ、Ｔ２ｃは、単位磁石４０の磁化方向幅（厚み）ｔの２倍に相当する寸法である（Ｔ１ｂ＝Ｔ２ｃ＝２×ｔ）。第二磁石２２０ａ、２２０ｂの磁化方向幅Ｔ２ａ、Ｔ２ｂは、単位磁石４０の磁化方向幅（厚み）の３倍に相当する寸法である（Ｔ２ａ＝Ｔ２ｂ＝３×ｔ）。このように、本変形例では、回転電機１の軸方向視において、第一磁石１２０と第二磁石２２０の磁化方向幅は、第一スロット１００と第二スロット２００に挿入される単位磁石４０の個数によって決まる。

　第二磁石２２０ａおよび第二磁石２２０ｂの磁化方向に直交する方向の磁石幅Ｗ２ａ、Ｗ２ｂは単位磁石４０の磁化方向に直交する方向の磁石幅ｗの２倍に相当する寸法である（Ｗ２ａ＝Ｗ２ｂ＝２×ｗ）。このように、本変形例では、回転電機１の軸方向視において、第一磁石１２０、第二磁石２２０の磁化方向に対して直交方向の磁石幅は、第一スロット１００と第二スロット２００に挿入される単位磁石４０の個数によって決まる。

　また、本変形例では、回転電機１の軸方向視において、単位磁石４０の寸法（磁化方向幅および磁化方向に直交する磁石幅）は、磁極３０に含まれる単位磁石４０の個数が最小となるように決定される。

　このような構成とすることで、使用する磁石を共通化しつつ、適正な部品点数および管理コストを維持することが可能となる。したがって、本変形例によれば、高出力・高効率を維持しながら、突発短絡に対しても十分な減磁耐力を有する信頼性の高い回転電機（モータ）１を低コストで提供できる。

　なお、図４に示す例では、単位磁石４０の寸法が、磁極３０に含まれる単位磁石４０の個数が最小となるように決定される例について説明したが、単位磁石４０の寸法の決定方法はこれに限定されない。例えば、図４に示す例に対して、単位磁石４０の磁化方向幅（厚み）を半分にしてもよいし、単位磁石４０の磁化方向に直交する磁石幅を半分にしてもよい。しかしながら、この場合、単位磁石４０の個数が多くなるため、上述したように、単位磁石４０の寸法は、磁極３０に含まれる単位磁石４０の個数が最小となるように決定することが好ましい。

　単位磁石４０、第一磁石１２０、および第二磁石２２０の形状、大きさ、配置関係は、種々の態様とすることができる。図示しないが、例えば、第一磁石１２０ｂおよび第二磁石２２０ｃをそれぞれ１つの単位磁石４０で構成し、第一磁石１２０ａ、第二磁石２２０ａ、および第二磁石２２０ｂをそれぞれ２つ以上の単位磁石４０で構成してもよい。つまり、第一磁石１２０と第二磁石２２０は、それぞれ基本となる形状を備えた１つ以上の単位磁石４０により構成することができる。

　＜変形例２＞
　磁極３０を構成する第一磁石１２０および第二磁石２２０の個数は、上述した例とする場合に限定されない。また、第一対向部１０１および第二対向部２０１の屈曲点１１０、２１０の数も上述した例に限定されない。少なくとも、第一対向部１０１が鈍角の屈曲点１１０を３つ以上有し、第二対向部２０１が第一対向部１０１の屈曲点１１０と同数以上の鈍角の屈曲点２１０を有していればよい。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１：回転電機
１０：ステータ
２０：ロータ
２１：ギャップ
３０：磁極
３１：磁極中心線（ｄ軸）
４０：単位磁石
５０：減磁磁界
１００：第一スロット
１０１：第一対向部
１０２：第一磁石挿入孔
１１０：第一対向部の鈍角の屈曲点
１２０：第一磁石
１３０：第一スロットのリブ
２００：第二スロット
２０１：第二対向部
２０２：第二磁石挿入孔
２１０：第二対向部の鈍角の屈曲点
２２０：第二磁石
２３０：第二スロットのリブ

Claims

　円筒形のステータと、前記ステータの内側にギャップを介して同心配置されるロータと、を備えた回転電機であって、
　前記回転電機の軸方向視において、
　　前記ロータは、周方向に並ぶ複数の磁極を有し、前記磁極は、径方向外周側に設けられた第一スロットと、径方向内周側に設けられた第二スロットを有し、前記第一スロットと前記第二スロットは、それぞれ磁極中心線に対して線対称に配置され、
　　前記第一スロットの辺のうち、前記第二スロットと対向する第一対向部は、鈍角の屈曲点を３つ以上有するとともに、前記第二スロットの辺のうち、前記第一スロットと対向する第二対向部は、前記第一対向部の前記屈曲点と同数以上の鈍角の屈曲点を有し、
　　前記第一スロットに挿入される第一磁石および前記第二スロットに挿入される第二磁石は、前記磁極中心線に近づくほど前記ギャップからの距離が遠くなるように配置され、
　　前記第二磁石は、前記磁極中心線からの距離が遠くなるほど前記第二磁石の磁化方向幅が小さくなること、を特徴とする回転電機。
　前記回転電機の軸方向視において、前記第一磁石の磁化方向幅Ｔ１と、前記第二磁石の最も小さな磁化方向幅Ｔ２とが、Ｔ１＞Ｔ２の関係を有すること、を特徴とする請求項１に記載の回転電機。
　前記回転電機の軸方向視において、前記第一磁石の磁化方向に対して直交方向の磁石幅Ｗ１と、前記第二磁石のうち磁化方向幅が最も小さな磁石の磁化方向に対して直交方向の磁石幅Ｗ２とが、Ｗ１＜Ｗ２の関係を有すること、を特徴とする請求項１に記載の回転電機。
　前記回転電機の軸方向視において、前記第一磁石は、前記磁極中心線からの距離が遠くなるほど前記第一磁石の磁化方向幅が小さくなること、を特徴とする請求項１に記載の回転電機。
　前記回転電機の軸方向視において、前記第一磁石と前記第二磁石は、それぞれ基本となる形状を備えた１つ以上の単位磁石からなること、を特徴とする請求項１に記載の回転電機。
　前記回転電機の軸方向視において、前記第一磁石と前記第二磁石の磁化方向幅は、前記第一スロットと前記第二スロットに挿入される前記単位磁石の個数によって決まること、を特徴とする請求項５に記載の回転電機。
　前記回転電機の軸方向視において、前記第一磁石、前記第二磁石の磁化方向に対して直交方向の磁石幅は、前記第一スロットと前記第二スロットに挿入される前記単位磁石の個数によって決まること、を特徴とする請求項５に記載の回転電機。
　前記回転電機の軸方向視において、前記単位磁石の寸法は、前記磁極に含まれる前記単位磁石の個数が最小となるように決定されること、を特徴とする請求項５に記載の回転電機。