JP2012115070A

JP2012115070A - 回転電機

Info

Publication number: JP2012115070A
Application number: JP2010262751A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kamei; 亀井　　健
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2012-06-14

Abstract

【課題】永久磁石が埋め込まれた構造において、永久磁石の厚みが大きくなるのを抑制することが可能な回転電機を提供する。
【解決手段】この回転電機１００は、１極分の永久磁石２３の外周面は、ロータコア２１の外周面に沿う形状に形成されているとともに、ロータコア２１の外周面に沿うようにロータコア２１に埋め込まれており、永久磁石２３の両端部のそれぞれとロータコア２１の回転中心とを結ぶ線分間の角度と、全周の角度を永久磁石の極数で除した角度との比率である永久磁石２３の１極当たりの極弧率が、６０％以上９０％以下になるように構成されているとともに、巻線１２のスロット１３への１スロット当たりの巻回数が、１０以上１４以下になるように構成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転電機に関し、特に、ロータコアの外周部近傍に永久磁石が埋め込まれている回転電機に関する。

従来、ロータコアの外周部近傍に永久磁石が埋め込まれている回転電機が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、ロータコアの外周部近傍に、矩形形状の断面を有する複数の永久磁石が埋め込まれているＩＰＭ（ＩｎｔｅｒｉｏｒＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔ）型の回転電機が開示されている。この回転電機では、複数の永久磁石は、平面的に見て、周方向の接線に沿うように（半径方向と直交するように）ロータコアに埋め込まれている。

特開２００２−３５４７２６号公報

しかしながら、上記特許文献１の回転電機では、複数の永久磁石が周方向の接線に沿うように（半径方向と直交するように）埋め込まれているため、永久磁石の外周面と、ロータコアの外周面との間のロータコアの部分の厚み（質量）が比較的大きくなる。このため、この部分にかかる遠心力によってロータコアのスリット部が変形する場合がある。そこで、永久磁石が埋め込まれるタイプのロータコアの機械的強度を高めるために、スリット部の幅を広くすることが考えられる。しかし、この場合には、スリット部に流れる漏れ磁束が大きくなり、永久磁石の磁束密度値Ｂｇが小さくなってしまう。このため、永久磁石が埋め込まれた構造において、電磁ギャップ部（ロータとステータとの間の隙間）に所望の磁束を到達させるためには、永久磁石の厚みを大きくしなければならない問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、永久磁石が埋め込まれた構造において、永久磁石の厚みが大きくなるのを抑制する（磁石使用量を削減する）ことが可能な回転電機を提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による回転電機は、スロットに巻線が巻回されるステータコアと、ステータコアの半径方向に対向するように設けられるロータコアと、ロータコアの外周部近傍に埋め込まれた永久磁石とを備え、１極分の永久磁石の少なくとも外周面は、ロータコアの外周面に沿う形状に形成されているとともに、ロータコアの外周面に沿うようにロータコアに埋め込まれており、永久磁石の両端部のそれぞれとロータコアの回転中心とを結ぶ線分間の角度と、全周の角度を永久磁石の極数で除した角度との比率である永久磁石の１極当たりの極弧率が、６０％以上９０％以下になるように構成されているとともに、巻線のスロットへの１スロット当たりの巻回数が、１０以上１４以下になるように構成されている。

この一の局面による回転電機では、上記のように、１極分の永久磁石の少なくとも外周面を、ロータコアの外周面に沿う形状に形成することによって、永久磁石がロータコアに埋め込まれた構造において、永久磁石をロータコアのより外側に配置することができる。そして、永久磁石をロータコアのより外側に配置するとともに、永久磁石をロータコアの外周面に沿うようにロータコアに埋め込むことにより、電磁ギャップ部（ロータとステータとの間の隙間）に到達する磁束が大きくなるので、永久磁石の厚みを大きくする必要がない。これにより、永久磁石が埋め込まれた構造において、永久磁石の厚みが大きくなるのを抑制することができる。また、本願発明者が鋭意検討した結果、極弧率を、６０％以上９０％以下になるように構成するとともに、巻線のスロットへの１スロット当たりの巻回数を、１０以上１４以下にすれば、電圧飽和を回避し、かつ大幅に磁石使用量を低減させながら回転電機に流れる電流を比較例である従来構造（図３）の回転電機の電流と略同じにできることを見い出した。なお、本発明の回転電機に流れる電流が従来構造の回転電機の電流と略同じにできる点は、シミュレーションにより確認済みである。

本発明の第１実施形態による回転電機の平面図である。本発明の第１実施形態による回転電機のロータコアの拡大平面図である。比較例による回転電機のロータコアの平面図である。シミュレーションにより求めた回転電機の電流値を７８３Ａにした場合のロータコアのトルクと位相との関係を示す図である。シミュレーションにより求めた回転電機の電流値を８８０Ａにした場合のロータコアのトルクと位相との関係を示す図である。シミュレーションにより求めた回転電機の電流値と巻回数との関係を示す図である。本発明の第１実施形態による回転電機と比較例による回転電機との性能を比較した図である。本発明の第１実施形態による回転電機の製造プロセスのロータコアを形成する工程を示す図である。本発明の第１実施形態による回転電機の製造プロセスの永久磁石に接着材を塗布する工程を示す図である。本発明の第１実施形態による回転電機の製造プロセスのロータコアに永久磁石を挿入する工程を示す図である。本発明の第１実施形態による回転電機の製造プロセスのロータコアに永久磁石が挿入された状態を示す図である。本発明の第１実施形態による回転電機の製造プロセスのロータコアにシャフトを挿入する工程を示す図である。本発明の第２実施形態による回転電機のロータコアの平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
まず、図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態による回転電機１００の構成について説明する。

図１に示すように、回転電機１００は、ステータ１と、ロータ２とを備えている。また、ステータ１は、ステータコア１１と、巻線１２とから構成されている。ステータコア１１の内側には、複数のスロット１３が形成されている。巻線１２は、スロット１３間に巻回されている。なお、巻線１２は、分布巻によって巻回されている。ここで、第１実施形態では、巻線１２のスロット１３への１スロット当たり巻回数は、１０以上１４以下になるように構成されている。また、スロット１３とスロット１３との間のステータコア１１の部分は、ティース部１４を構成している。また、ステータコア１１の外周部は、ヨーク部１５を構成している。

また、ロータ２は、ロータコア２１と、シャフト２２と、永久磁石２３とから構成されている。また、ロータコア２１は、たとえば電磁鋼板を積層して形成される。なお、ロータコア２１は、たとえば、鉄などの強磁性体部材を円形に折り曲げたものであってもよいし、円筒形の強磁性体部材であってもよい。また、円筒形の強磁性体部材は、鋳物等により構成されてもよい。また、シャフト２２は、ロータコア２１の中心を貫通するように設けられている。

また、永久磁石２３は、ロータコア２１に複数設けられている。複数の永久磁石２３は、ロータコア２１の外周部近傍に埋め込まれている。これにより、回転電機１００は、ＩＰＭ（ＩｎｔｅｒｉｏｒＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔ）型の回転電機を構成する。ここで、第１実施形態では、複数の永久磁石２３のそれぞれ（１極分の永久磁石２３）は、ロータコア２１の外周面に沿う形状に形成されている。具体的には、永久磁石２３の外周面および内周面は、略円弧形状に形成されている。また、永久磁石２３の外周面と内周面とは、ロータコア２１と同心の円の円弧からなる。そして、複数の永久磁石２３は、ロータコア２１の外周面に沿うように、ロータコア２１に埋め込まれている。

また、第１実施形態では、永久磁石２３の両端部のそれぞれとロータコア２１の回転中心Ｏとを結ぶ線分間の角度θ_１と、全周の角度（３６０度）を永久磁石２３の極数で除した角度θ_２との比率（θ_１／θ_２×１００）である永久磁石２３の１極当たりの極弧率は、６０％以上９０％以下（または、７０％以上８０％以下）になるように構成されている。

また、図２に示すように、永久磁石２３は、ロータコア２１に設けられる孔部２４に埋め込まれている。ここで、第１実施形態では、孔部２４の内周側には、永久磁石２３を接着材により固定するための接着溝２５が設けられている。なお、接着溝２５の半径方向の幅Ｗ１は、約０．１ｍｍ以上約０．２ｍｍ以下である。また、永久磁石２３は、永久磁石２３と孔部２４の外周側との間に隙間２６が生じるように孔部２４の内周側に固定されている。なお、隙間２６の半径方向の幅Ｗ２は、約１ｍｍである。

次に、図２および図３を参照して、永久磁石の形状および配置位置に基づくロータコアのスリット部の変形の抑制と、永久磁石の漏れ磁束の抑制とについて、比較例（図３参照）と第１実施形態とを対比して説明する。

まず、図３に示すように、比較例による回転電機１１０のロータコア１１１では、ロータコア１１１の周方向の接線Ｌに沿うように、矩形形状の複数の永久磁石１１２が埋め込まれている。また、複数の永久磁石１１２は、間隔ｄ１を隔てて配置されている。比較例によるロータコア１１１では、永久磁石１１２が接線Ｌに沿うように配置されているので、永久磁石１１２とロータコア１１１の外周面までの距離ｄ２は、比較的大きくなる。すなわち、永久磁石１１２とロータコア１１１の外周面までのロータコア１１１の部分の質量が大きくなるので、ロータコア１１１が回転した場合に、この部分にかかる遠心力が大きくなるため、ロータコア１１１のスリット部１１１ａおよび１１１ｂが変形する可能性がある。

ロータコア１１１のスリット部１１１ａおよび１１１ｂの変形を抑制するために、永久磁石１１２の幅を狭くしてロータコア１１１のスリット部１１１ａおよび１１１ｂの幅を広げることにより、ロータコア１１１の強度を高めることが考えられる。この場合、スリット部の幅が広がるので、永久磁石１１２からの磁束がそのスリット部１１１ａおよび１１１ｂへ磁気飽和するまで流れ込んでしまい漏れ磁束が比較的大きくなってしまう。

これに対して、第１実施形態による回転電機１００のロータコア２１では、図２に示すように、複数の永久磁石２３は、ロータコア２１の外周面に沿う略円弧形状に形成されている。これにより、永久磁石２３からロータコア２１の外周面までの距離ｄ３は、比較的小さくなる。すなわち、永久磁石２３からロータコア２１の外周面までのロータコア２１の部分の質量が小さくなるので、ロータコア２１が回転した場合に、この部分にかかる遠心力は大幅に小さくなる。これにより、ロータコア２１のスリット部２１ａが変形するのが抑制される。その結果、ロータコア２１のスリット部２１ａの強度を確保するためにスリット部２１ａの幅を必要以上に広げる必要がなく永久磁石２３の漏れ磁束量を抑制できる。

次に、図４〜図６を参照して、極孤率および巻回数に対する回転電機１００を流れる電流の変化についてシミュレーションを行うことにより、本願発明者が鋭意検討した結果見い出した極弧率の範囲について詳細に説明する。

まず、ＩＰＭ型の回転電機１００のトルクＴは、下記の式（１）によって表わされる。

ここで、ｐ、ｍおよびΦは、それぞれ、極対数、相数、および、鎖交磁束量を表わす。また、ＬｑおよびＬｄは、それぞれ、ｑ軸（永久磁石間を通過する軸）インダクタンスおよびｄ軸（永久磁石を通過する軸）インダクタンスを表わす。また、ＩｄおよびＩｑは、ｑ軸電流およびｄ軸電流を表わす。Ｉは電流値の大きさ（スカラー量）を示しθの値により、ｄ軸電流、ｑ軸電流が決定される。また、ｄ軸相間電圧Ｖｄは、下記の式（２）によって表わされる。

ここで、Ｒおよびωは、それぞれ、相間抵抗値および電気角周波数を表わす。また、ｑ軸相間電圧Ｖｑは、下記の式（３）によって表わされる。

ここで、Ｅは、相間速度起電圧を表わす。また、線間電圧Ｖは、ｄ軸相間電圧Ｖｄおよびｑ軸相間電圧Ｖｑを用いて、下記の式（４）によって表わされる。

そして、上記式（１）に基づいて、電磁ギャップ部（ステータ１とロータ２との間の隙間）の磁束密度Ｂｇから求められる磁石トルク（式（１）の１項目）と、極弧率に基づく突極比（ｑ軸インダクタンスＬｑ／ｄ軸インダクタンスＬｄ）から求められるリラクタンストルク（式（１）の第２項）との両方を算出する。また、上記式（２）〜式（３）に基づいて、線間電圧を算出する。

このシミュレーションでは、定格のトルクが４６５２Ｎｍである回転電機を想定した。また、極対数が６極であり、スロット数が３６である回転電機を想定した。また、４００Ｖクラス（回転電機の端子間に供給される電圧が３８０Ｖ）の回転電機を想定した。

次に、極弧率および巻回数の一例として、極弧率を８０％、１スロット当たり巻回数を１０（Ｔ：ターン）とした場合のシミュレーションの結果について説明する。まず、図４に示すように、回転電機に流すＩ（電流の大きさ）を７３８Ａとし、回転電機に流す電流の位相を−９０度から９０度まで変化させた。なお、ｑ軸を０度とした。磁石トルクは、位相が０度の場合にピークを有する正弦波になる。また、リラクタンストルクは、磁石トルクの２倍の周期を有する正弦波になる。また、磁石トルクとリラクタンストルクとを合成したトルクは、位相が２０度の場合にピーク（定格のトルク４６５２Ｎｍ）となること、言い換えればこの電流が定格のトルク４６５２Ｎｍを出力する最も小さい電流であることがシミュレーションで確認された。しかしながら、この場合の線間電圧Ｖ（式（４）参照）は、４６９Ｖとなり、４００Ｖクラス（回転電機の端子間に供給される電圧が３８０Ｖ）の回転電機では、電圧飽和となってしまう。なお、電圧飽和とは、電源電圧よりも回転電機の端子電圧が大きくなり回転安定動作を維持できなくなることを意味する。

そこで、図５に示すように、端子電圧３８０（Ｖ）になるように決定された回転電機に流す電流の大きさを８８０Ａとし、回転電機に流す電流の位相を−９０度から９０度まで変化させた。磁石トルクとリラクタンストルクとを合成したトルクは、定格のトルク４６５２Ｎｍになる電流の位相が２点存在する。１つは−１８度、もう１つは４４．５度である。ここで−１８度とは上記の式（１）からｄ軸電流が正（プラス）になることを示しており、上記の式（３）から電圧が増加する電流位相となり適切な位相でない。電圧３８０（Ｖ）を考慮した場合、４４．５度が適切な位相となる。このように、極弧率および巻回数を選択した後、電流ベクトル（大きさと位相）の選択により、電圧飽和にならない状態を得ることが可能となる。そして、各極弧率（６０％、７０％、８０％および９０％）および１スロット当たりの各巻回数（８Ｔ、１０Ｔ、１２Ｔ、１４Ｔ）に対して、電圧飽和にならない状態が得られる電流値を示したものが図６である。

図６に示すように、各極弧率（６０％、７０％、８０％および９０％）において、１スロット当たりの巻回数が小さい場合（８Ｔ）には、電流値が大きくなり、巻回数が増えるに従って、電流値が小さくなった。なお、極弧率が６０％（７０％）では、巻回数が１２Ｔの場合に、電流値が最小８９６Ａ（８８３Ａ）になった。また、極弧率が８０％（９０％）では、１スロット当たりの巻回数が１０Ｔの場合に、電流値が最小８８０Ａ（８８８Ａ）になった。

また、極弧率が９０％の場合、ロータコアの表面に永久磁石が配置されるＳＰＭ（ＳｕｒｆａｃｅＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔ）型の回転電機に構造が近くなるので、電磁ギャップ部（ステータとロータとの間の隙間）の平均磁束密度Ｂｇが大きくなる。これにより、１スロット当たりの巻回数が小さい場合（８Ｔ、１０Ｔ）でも、比較的小さな電流値で所望のトルクを得ることが可能となる。一方、１スロット当たりの巻回数が大きい場合（１２Ｔ、１４Ｔ）では、電圧飽和を抑制するためにｄ軸電流が大きくなることに伴って、電流値（ｑ軸電流とｄ軸電流とのベクトルの大きさ）が大きくなっていると考えられる。つまり、ＳＰＭ型の回転電機では、巻線から発生する磁束がロータコアを流れることにより生じるリラクタンストルクがない（小さい）ため、磁石トルクを大きくして所望のトルクを得る必要がある。磁石トルクを大きくするためには、ｑ軸（永久磁石間を通過する軸）電流を大きくする必要がある。しかし、ｑ軸電流を流すと、逆起電力（ωＬｑＩｑ）が大きくなり、端子電圧は、やがて飽和（電圧飽和）してしまう。そこで、電圧飽和なしに、トルクを発生させるために、ｄ軸（永久磁石を通過する軸）電流を負（マイナス）側に流す。ｄ軸電流を流すことによって生じる逆起電力（ωＬｄＩｄ）は、速度起電力（Ｅ）を打ち消す方向に生じるので、ｄ軸相間電圧Ｖｄが増加するがｑ軸相間電圧Ｖｑは小さくなり端子電圧を異常増加させない状態で、トルクを大きくすることができる。しかしながら、ｑ軸電流に加えてｄ軸電流も流す場合には、回転電機に流れる電流は増加してしまう。

また、極弧率が６０％の場合、極弧率が９０％の場合と異なり、電磁ギャップ部の平均磁束密度Ｂｇが小さくなる。すなわち、磁石トルクが小さくなる。一方、極弧率が６０％の場合では、永久磁石間の間隔が大きくなり、ロータコアのリラクタンストルクに寄与する部分が大きくなるので、リラクタンストルクは大きくなる。しかし、リラクタンストルクの増大によって、磁石トルクの減少を補うことはできない。このため、所望のトルクを得るために、他の極弧率の場合と比べて、比較的電流値が大きくなると考えられる。

また、図６に示すように、極弧率が６０％以上９０％以下で、かつ、１スロット当たりの巻回数が１０Ｔ以上１４Ｔ以下の場合には、電流値が比較的小さくなる（８８０Ａ以上９１２Ａ以下）ことと電流値の変化が比較的小さい（８８０Ａ以上９１２Ａ以下）ことが判明した。

また、極弧率が７０％以上８０％以下で、かつ、１スロット当たりの巻回数が１０Ｔ以上１４Ｔ以下の場合には、電流値が９００Ａ以下になることと電流値の変化がさらに小さい（８８０Ａ以上９００Ａ以下）ことが判明した。

以上のように、本願発明者は、電圧飽和を回避し、かつロータコア強度を考慮し大幅に磁石使用量を低減させ回転電機に流れる電流を従来構造（図３）の電流値９００（Ａ）と略同じにすることを実現した。具体的には磁石の極弧率と１スロット当たりの巻回数を調整することで行い、極弧率が６０％以上９０％以下（７０％以上８０％以下）で、かつ、１スロット当たりの巻回数１０Ｔ以上１４Ｔ以下が適切であることを見い出した。

次に、図７を参照して、図３に示す比較例による回転電機１１０および第１実施形態による回転電機１００の永久磁石の質量などの比較について説明する。なお、図７では、極弧率が７０％であり、１スロット当たりの巻回数が１２Ｔである場合の比較例による回転電機１１０と第１実施形態による回転電機１００との比較について説明する。

図７に示すように、比較例による回転電機１１０と第１実施形態による回転電機１００とのステータの外径は、共に５８０ｍｍであり、電磁部の長さ（ステータの回転軸方向の長さ）は、共に９００ｍｍである。また、定格電圧は、共に３８０Ｖである。また、比較例による回転電機１１０の定格電流は、９００Ａであり、第１実施形態による回転電機１００の定格電流は、８８０Ａである。

そして、比較例による回転電機１１０では、これらの条件を満たすように、永久磁石１１２を選択した場合、１極当たりの永久磁石１１２の質量が１３．０ｋｇになることが判明した。一方、第１実施形態による回転電機１００では、１極当たりの永久磁石２３の質量が９．０ｋｇになることが判明した。すなわち、第１実施形態による永久磁石２３の質量は、比較例による永久磁石１１２の質量に比べて、約０．７倍になることが確認された。これは、第１実施形態による永久磁石２３をロータコア２１の外周面に沿う略円弧形状に形成することによって、永久磁石２３をロータコア２１のより外側に配置することが可能となるので、電磁ギャップ部（ステータ１とロータ２との間の隙間）まで到達する磁束が大きくなり、永久磁石２３の厚みを小さくすることが可能となったと考えられる。一方、比較例による永久磁石１１２は、外周面に沿う形状に形成されていない（永久磁石１１２が接線Ｌに沿うように配置されている、図３参照）ので、永久磁石１１２をロータコア２１の外側に配置することができない。このため、ロータコアのスリット部１１１ａおよび１１１ｂの強度を考えるとスリット幅を広げることで対応する。その結果、漏れ磁束量が増加するので電磁ギャップ部まで到達する磁束が小さくなるので、永久磁石１１２の厚みを比較的大きくする必要があったと考えられる。

また、比較例による回転電機１１０では、電磁ギャップ部における平均磁束密度は、０．５Ｔになることが判明した。一方、第１実施形態による回転電機１００では、電磁ギャップ部における平均磁束密度は、０．５４Ｔになることが判明した。すなわち、第１実施形態による永久磁石２３の平均磁束密度は、比較例による永久磁石１１２の平均磁束密度に比べて、約１．１倍になることが確認された。これは、第１実施形態による永久磁石２３をロータコア２１の外周面に沿う略円弧形状に形成することによって、永久磁石２３をロータコア２１のより外側に配置することが可能となる一方、比較例による永久磁石１１２は、外周面に沿う略円弧形状に形成されていないので、永久磁石１１２をロータコア２１の外側に配置することができないためであると考えられる。

また、比較例による回転電機１１０の定格電流は、９００Ａとなる一方、第１実施形態による回転電機１００の定格電流は、８８０Ａとなった。すなわち、第１実施形態による回転電機１００の定格電流は、比較例による回転電機１１０の定格電流の約０．９８倍となり、第１実施形態による回転電機１００の定格電流は、比較例による回転電機１１０の定格電流と略同等となることが判明した。

次に、図８〜図１２を参照して、第１実施形態による回転電機１００のロータコア２１の組立て方法について説明する。

まず、図８に示すように、孔部２４が設けられる電磁鋼板を積層することにより、ロータコア２１を形成する。なお、孔部２４の内周側には、永久磁石２３を接着材により固定するための接着溝２５が設けられている。次に、図９に示すように、永久磁石２３の内周側の面に、接着材２７を塗布する。そして、図１０に示すように、永久磁石２３の外周側にスペーサ２８を取り付ける。なお、スペーサ２８は、非磁性体からなる。

その後、図１１に示すように、永久磁石２３の外周側にスペーサ２８が取り付けられた状態で、永久磁石２３をロータコア２１の孔部２４に挿入する。この場合、外周側と内周側の磁気吸引力を比較すると外周側のスペーサの厚み分、外周側より内周側の磁気吸引力が大きくなり、永久磁石２３は、孔部２４の内周側に引き寄せられる。

次に、永久磁石２３が孔部２４に接着された後、スペーサ２８を取り除く。その結果、永久磁石２３の外周面と、孔部２４の外周側との間に隙間２６を空けた状態で、永久磁石２３は、孔部２４の内周側に固定される。その後、ロータコア２１を加熱して、ロータコア２１の中心の孔部２９を膨張させる。そして、図１２に示すように、膨張した孔部２９に、シャフト２２を挿入する。その後、ロータコア２１が冷却して、孔部２９が収縮することにより、シャフト２２がロータコア２１の孔部２９に固定される。

第１実施形態では、上記のように、１極分の永久磁石２３の外周面を、ロータコア２１の外周面に沿う形状に形成することによって、永久磁石２３がロータコア２１に埋め込まれた構造において、永久磁石２３をロータコア２１のより外側に配置することができる。そして、永久磁石２３をロータコア２１のより外側に配置するとともに、永久磁石２３をロータコア２１の外周面に沿うようにロータコア２１に埋め込むことにより、電磁ギャップ部（ロータ２とステータ１との間の隙間）に到達する磁束が大きくなるので、永久磁石２３の厚みを必要以上に大きくする必要がない。これにより、永久磁石２３が埋め込まれた構造において、永久磁石２３の厚みが大きくなるのを抑制することができる。また、上記した知見に基づき、極弧率を、６０％以上９０％以下になるように構成するとともに、巻線１２のスロット１３への１スロット当たりの巻回数を、１０Ｔ以上１４Ｔ以下にすることによって、上記シミュレーションに示すように、回転電機１００に流れる電流を電圧飽和まで考慮して従来構造の電流値と同等にすることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、永久磁石２３の１極当たりの極弧率を、７０％以上８０％以下になるように構成するとともに、巻線１２のスロット１３への１スロット当たりの巻回数が、１０Ｔ以上１４Ｔ以下になるように構成する。これにより、上記シミュレーションに示すように、回転電機１００に流れる電流を電圧飽和まで考慮して従来構造の電流値以下（小さく）にすることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、１極分の永久磁石２３の外周面を、略円弧形状に形成する。これにより、永久磁石２３の外周面の形状が、ロータコア２１の外周面の形状を近似した形状になるので、永久磁石２３をロータコア２１のより外側に容易に配置することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、略円弧形状に形成されている永久磁石２３の外周面を、ロータコア２１と同心の円の円弧を有する円弧形状に形成する。これにより、永久磁石２３の外周面の形状が、ロータコア２１の外周面の形状をより近似した形状になるので、永久磁石２３をロータコア２１のさらに外側に配置することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、ロータコア２１に永久磁石２３を埋め込むための孔部２４を設けて、孔部２４の内周側に、永久磁石２３を接着材２７により固定するための接着溝２５を設ける。これにより、永久磁石２３と孔部２４の内周側との間に接着材２７が設けられることに起因して、孔部２４に対して永久磁石２３ががたつくのを、接着溝２５により抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、永久磁石２３を、孔部２４の外周側と隙間２６を空けた状態で、ロータコア２１の孔部２４の内周側に固定する。これにより、永久磁石２３が、孔部２４の外周側に固定される場合と異なり、永久磁石２３とロータコア２１の外周面との間のロータコア２１の部分にかかる遠心力が、永久磁石２３が内側に固定される分、小さくなる。その結果、遠心力に起因して、ロータコア２１のスリット部２１ａが変形するのを抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、図１３を参照して、第２実施形態の回転電機１０１のロータコア３１について説明する。この第２実施形態では、上記永久磁石２３が略円弧形状に形成されている第１実施形態と異なり、永久磁石３２は、略矩形形状に形成されている。

図１３に示すように、第２実施形態のロータコア３１の１極分の永久磁石３２は、略矩形形状に形成される２つの永久磁石３２ａおよび３２ｂから構成されている。そして、２つの永久磁石３２ａおよび３２ｂは、内周側の端部を接触させてロータコア３１の外周側に向かって凸形状になるように配置されている。これにより、１極分の永久磁石３２の外周面は、ロータコア３１の外周面に沿う形状に形成される。また、永久磁石３２ａの磁化の方向と、永久磁石３２ｂの磁化の方向とは、同じである。

また、永久磁石３２の両端部のそれぞれとロータコア３１の回転中心Ｏとを結ぶ線分間の角度θ_１と、全周の角度（３６０度）を永久磁石３２の極数で除した角度θ_２との比率（θ_１／θ_２×１００）である永久磁石３２の１極当たりの極弧率は、６０％以上９０％以下（または、７０％以上８０％以下）になるように構成されている。

また、永久磁石３２ａおよび３２ｂは、ロータコア３１に形成される孔部３３に埋め込まれている。また、孔部３３の内周側には、永久磁石３２ａおよび３２ｂを接着材により固定するための接着溝３４が設けられている。また、永久磁石３２ａおよび３２ｂは、永久磁石３２ａおよび３２ｂと、孔部３３の外周側との間に隙間３５が生じるように孔部３３の内周側に固定されている。なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第２実施形態では、上記のように、１極分の永久磁石３２を、略矩形形状に形成される２つの永久磁石３２ａおよび３２ｂから構成して、２つの永久磁石３２ａおよび３２ｂの周方向の端部を接触させてロータコア３１の外周側に向かって凸形状に配置することにより、１極分の永久磁石３２の外周面を、ロータコア３１の外周面に沿う形状に形成する。これにより、永久磁石が円弧形状に形成される場合と異なり、矩形形状の永久磁石を円弧形状に加工する手間が省けるので、容易に、ロータコア３１の外周面に沿う形状を有する永久磁石３２を形成することができる。また、矩形形状の永久磁石３２を加工せずにそのまま使用することができるので、永久磁石の歩留まりを向上させることができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記第１実施形態では、永久磁石を、略円弧形状に形成するとともに、上記第２実施形態では、２つの矩形形状を凸形状に配置して１極分の永久磁石をロータコアの外周面に沿う形状に形成する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、１極分の永久磁石を、台形状のような多角形状に形成することにより、永久磁石をロータコアの外周面に沿う形状に形成してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、１極分の永久磁石の外周面および内周面をロータコアの外周面に沿う形状に形成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、少なくとも１極分の永久磁石の外周面がロータコアの外周面に沿う形状に形成されていればよい。たとえば、外周側のみが円弧形状に形成される半円形状の永久磁石を用いてもよい。

また、上記第１実施形態の極孤率および巻回数に対する回転電機を流れる電流の変化について行ったシミュレーションでは、端子電圧３８０（Ｖ）で示したが本発明はこれに限られない。たとえば、巻回数が同じでも各相での並列結線方法で端子電圧を変更できる。たとえば６極の回転電機の場合、その公約数である１、２、３、６で端子電圧を変化させることができる。１の場合を３８０（Ｖ）、２の場合を１９０（Ｖ）、３の場合を１２６（Ｖ）、６の場合を６３（Ｖ）のようにできる。なお、これらの端子電圧比で電流値も変化するが、比率のみ変化するため図６に示した傾向は全く同じとなる。また、永久磁石の極対数を４極や８極など、６極以外の極数でも良い。

また、上記第２実施形態では、２つの矩形形状の永久磁石を凸形状に配置することにより、永久磁石をロータコアの外周面に沿う形状に形成する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、３つ以上の永久磁石を並べて、１極分の永久磁石をロータコアの外周面に沿う形状に形成してもよい。

１１ステータコア
１２巻線
１３スロット
２１、３１ロータコア
２３、３２永久磁石
２４、３３孔部
２５、３４接着溝
２６、３５隙間

Claims

スロットに巻線が巻回されるステータコアと、
前記ステータコアの半径方向に対向するように設けられるロータコアと、
前記ロータコアの外周部近傍に埋め込まれた永久磁石とを備え、
１極分の前記永久磁石の少なくとも外周面は、前記ロータコアの外周面に沿う形状に形成されているとともに、前記ロータコアの外周面に沿うように前記ロータコアに埋め込まれており、
前記永久磁石の両端部のそれぞれと前記ロータコアの回転中心とを結ぶ線分間の角度と、全周の角度を前記永久磁石の極数で除した角度との比率である前記永久磁石の１極当たりの極弧率が、６０％以上９０％以下になるように構成されているとともに、前記巻線の前記スロットへの１スロット当たりの巻回数が、１０以上１４以下になるように構成されている、回転電機。
前記永久磁石の１極当たりの極弧率が、７０％以上８０％以下になるように構成されているとともに、前記巻線の前記スロットへの１スロット当たりの巻回数が、１０以上１４以下になるように構成されている、請求項１に記載の回転電機。
前記１極分の永久磁石は、略矩形形状に形成される複数の永久磁石を含み、前記複数の永久磁石を、前記永久磁石の周方向の端部を接触させて前記ロータコアの外周側に向かって凸形状に配置することにより、前記１極分の永久磁石の外周面が、前記ロータコアの外周面に沿う形状に形成されている、請求項１または２に記載の回転電機。
前記１極分の永久磁石の少なくとも外周面は、略円弧形状に形成されている、請求項１または２に記載の回転電機。
前記略円弧形状に形成されている永久磁石の少なくとも外周面は、前記ロータコアと同心の円の円弧を有する円弧形状に形成されている、請求項４に記載の回転電機。
前記ロータコアには、前記ロータコアに前記永久磁石を埋め込むための孔部が形成されており、前記孔部の内周側には、前記永久磁石を接着材により固定するための接着溝が設けられている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機。
前記永久磁石は、前記孔部の外周側と隙間を空けた状態で、前記ロータコアの前記孔部の内周側に固定されている、請求項６に記載の回転電機。