JP6854875B1

JP6854875B1 - 回転電機

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Publication number: JP6854875B1
Application number: JP2019225040A
Authority: JP
Inventors: 勇気日高; 吉澤　敏行; 敏行吉澤; 前田　直秀; 直秀前田; 直司村上; 浩之東野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2021-04-07
Anticipated expiration: 2039-12-13
Also published as: FR3104847B1; US20220385157A1; JP2021097426A; CN112994286A; US11532974B2; DE102020214310A1; CN112994286B; US20210184519A1; FR3104847A1

Abstract

【課題】回転子起磁力の高調波成分を抑制し高調波鉄損低減することで、回転機効率を向上させることができる回転電機を得る。【解決手段】第１爪状磁極部１６ａと第２爪状磁極部１７ａの間となる磁極間部の一部に永久磁石２３が具備され、永久磁石２３が挿入されている磁極間部に設けられた第１面取り部２６ａおよび第２面取り部２７ａと永久磁石２３が挿入されていない磁極間部に設けられた第１面取り部２６ｂおよび第２面取り部２７ｂとは形状が異なる、もしくは、永久磁石２３が挿入されている磁極間部に設けられた第１磁束調整部２４ａおよび第２磁束調整部２５ａと、永久磁石が挿入されていない磁極間部に設けられた第１磁束調整部２４ｂおよび第２磁束調整部２５ｂとは形状が異なる。【選択図】図５

Description

本願は、爪状磁極部で構成された回転子を有した回転電機に関するものである。

回転電機において、固定子磁極の内周側に、一定のギャップを隔てて配置された回転子は、シャフトに一体的に取り付けられ、先端部分に複数のＮ極及びＳ極を持つ爪部を形成した１対の対向配置された爪形磁極と、この爪形磁極に磁化力を発生させる界磁巻線（回転子巻線）と、対向配置された爪形磁極の爪部間に交互に配置された永久磁石とから構成される。永久磁石が配置される対向配置された爪形磁極の爪部間の距離Ｌ１を、永久磁石が配置されない対向配置された爪形磁極の爪部間の距離Ｌ２よりも狭くしている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１―９８７８７号公報

特許文献１に記載された先行技術においては、永久磁石が挿入されている磁極間部と、挿入されていない磁極間部で、回転子起磁力量が異なるため、回転子起磁力の高調波成分が増加し、高調波鉄損増により回転機効率が低下する。

本願は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、回転子起磁力の高調波成分を抑制し高調波鉄損低減することで、回転機効率を向上させることができる回転電機を提供することを目的としている。

本願に開示される回転電機は、回転子と、回転子の外周に対して空隙を介して配置された固定子とを備え、回転子は回転子巻線と、第１ポールと第２ポールとが組み合わされて構成され、第１ポールおよび第２ポールによって形成される内部空間に回転子巻線が配置されるポールコア体とを有し、第１ポールは回転子の回転方向に間隔を空けて配置された複数の第１爪状磁極部を有し、第２ポールは回転子の回転方向に間隔を空けて配置された複数の第２爪状磁極部を有し、第１爪状磁極部と第２爪状磁極部の間となる磁極間部の一部に永久磁石が具備され、第１ポールと第２ポールは、第１爪状磁極部と第２爪状磁極部とが交互に噛み合うように組合された回転電機において、第１爪状磁極部の回転方向両側面に設けられ、第１爪状磁極部と第２爪状磁極部間の距離を縮小させる第１磁束調整部と、第２爪状磁極部の回転方向両側面に設けられ、第１爪状磁極部と第２爪状磁極部間の距離を縮小させる第２磁束調整部と、第１爪状磁極部の固定子側表面に、回転方向両端側に設けられた一対の第１面取り部と、第２爪状磁極部の固定子側表面に、回転方向両端側に設けられた一対の第２面取り部とを備え、永久磁石が挿入されている磁極間部に隣接する第１面取り部および第２面取り部と、永久磁石が挿入されていない磁極間部に隣接する第１面取り部および第２面取り部とは形状が異なるか、もしくは、永久磁石が挿入されている磁極間部に隣接する第１磁束調整部および第２磁束調整部と、磁石が挿入されていない磁極間部に隣接する第１磁束調整部および第２磁束調整部とは、形状が異なるものである。

本願に開示される回転電機の回転子によれば、永久磁石が挿入されている磁極間部と、永久磁石が挿入されていない磁極間部で面取り部もしくは磁束調整部の構造が異なることにより、回転子起磁力を対称波形とすることができ、回転子起磁力の高調波成分を抑制し高調波鉄損低減することで、回転機効率を向上させる機能が得られる。

実施の形態１に係る回転電機の断面図である。実施の形態１に係る回転電機の回転子の概観図である。実施の形態１に係る回転電機のポールコア体の概観図である。実施の形態１に係る回転電機の第１ポールの概観図である。実施の形態１に係る回転電機のポールコア体の断面図である。実施の形態１に係る回転電機のポールコア体の正面図である。実施の形態１に係る回転電機の磁束経路説明用の磁気回路図である。実施の形態１に係る回転電機の磁束経路を示す断面図である。実施の形態１に係る回転電機の電気回路を示すブロック図である。実施の形態１に係る回転電機と対比される先行例の起磁力を示す図である。実施の形態１に係る回転電機の起磁力を示す図である。実施の形態１に係る回転電機の起磁力高調波成分を説明するための図である。実施の形態１に係る回転電機の鉄損を説明するための鉄損比較図である。実施の形態１に係る回転電機の磁気回路図である。実施の形態１に係る回転電機の磁束経路を示す断面図である。実施の形態１に係る回転電機の磁束経路を示す断面図である。実施の形態２に係る回転電機のポールコア体の断面図である。実施の形態３に係る回転電機の磁束経路を示す断面図である。実施の形態４に係る回転電機の磁束経路を示す断面図である。実施の形態５に係る回転電機の磁束経路を示す断面図である。実施の形態６に係る回転電機の磁束経路を示す断面図である。実施の形態７に係る回転電機の磁束経路を示す断面図である。実施の形態８に係る回転電機の磁束経路を示す断面図である。実施の形態９に係る回転電機の回転子の磁極と永久磁石の配置の一例を示す模式図である。実施の形態１０に係る回転電機の回転子の磁極と永久磁石の配置を示す模式図である。

以下、本願に係る回転電機の実施の形態について、図面に基づいて説明する。各図は、実施の形態を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示しているとは限らない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。「固定する」は、対象物を固定できれば任意であり、その固定方法は問わない。「等しくなる」は同一若しくはほぼ同一であることを意味しており、寸法公差の範囲で異なるものであれば有している機能は同じとみなす。

実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る回転電機を模式的に示す断面図、図２は本実施の形態１に係る回転電機の回転子を示す概観図、図３は本実施の形態１に係る回転電機の回転子に適用されるポールコア体の概観を示す斜視図、図４はポールコア体の概観を構成する第１ポールを示す斜視図である。図１から図４において、車両用交流発電電動機としての回転電機１は、回転機部２と電気機器部３に分けられ、電気機器部３にはブラシ８とスリップリング９を介して回転子巻線１８に電力供給するように構成されており、また固定子巻線１２に電力供給するパワー回路部などが具備されている。

回転機部２は、略椀形状のアルミ製フロント・リヤブラケット４に、シャフト６が軸受７を介して支持されており、またシャフト６には、エンジンと図示しないベルトを介して接続されるプーリー５を備えている。フロント・リヤブラケット４内には、シャフト６と一体に設けられ回転自在に配設された回転子１３と、回転子１３の軸方向の両端面に固定されたファン１４と、回転子１３に対して一定の空隙を有して、回転子１３の外周を囲繞してフロントブラケット・リヤブラケット４に固定された固定子１０と、を備えている。
固定子１０は、円筒状の固定子鉄心１１と、固定子鉄心１１に巻装され、回転子１３の回転に伴い、後述する回転子巻線１８からの磁束を受ける固定子巻線１２と、を備えている。回転子１３は、ブラシ８とスリップリング９を介して、電気機器部３から供給される電流によって磁束を発生させる回転子巻線１８と、回転子巻線１８を覆うように設けられ、その磁束によって磁極が形成されるポールコア体１５と、を備えている。ポールコア体１５は、それぞれ例えばＳ１０Ｃなどの低炭素鋼で冷間鍛造製法などによって作製された第１ポール１６および第２ポール１７に分割構成されている。
第１ポール１６は、端面を正円とする円筒体に作製され、シャフト挿通穴１９が軸心位置を貫通して形成されたボス部１６ｃと、ボス部１６ｃの一端縁部から径方向外側に延設された厚肉リング状の継鉄部１６ｂと、継鉄部１６ｂの外周部から軸方向他端側に延設された第１爪状磁極部１６ａとを有している。第１爪状磁極部１６ａは、その最径外面形状を略台形形状とし、周方向幅が先端側に向かって徐々に狭くなり、かつ、径方向厚が先端側に向かって徐々に薄くなる先細り形状に形成され、継鉄部１６ｂの外周部に周方向に等ピッチで例えば８個配列されている。
第２ポール１７は、端面を正円とする円筒体に作製され、第１ポール１６と同様に、シャフト挿通穴が軸心位置を貫通して形成されたボス部と、ボス部の一端縁部から径方向外側に延設された厚肉リング状の継鉄部１７ｂと、継鉄部１７ｂの外周部から軸方向他端側に延設された第２爪状磁極部１７ａとを有している。第２爪状磁極部１７ａは、その最径外面形状を略台形形状とし、周方向幅が先端側に向かって徐々に狭くなり、かつ、径方向厚が先端側に向かって徐々に薄くなる先細り形状に形成され、継鉄部１７ｂの外周部に周方向に等ピッチで例えば８個配列されている。

図５および図６は実施の形態１に係る第１ポール１６および第２ポール１７を示す断面図と正面図である。図５と図６は、回転方向（周方向）の８分の１部分について着目して図示している。第１爪状磁極部１６ａ、第２爪状磁極部１７ａは、回転対称を持って配置されていることから８分の１部分を示している。図５は、図６の軸方向断面図である。なお、図５において、紙面に垂直な方向が第１ポール１６および第２ポール１７の軸方向であり、紙面上方向が第１ポール１６および第２ポール１７の径方向である。図５と類似の他の図についても同様である。また、図６において、紙面右方向が第１ポール１６および第２ポール１７の回転方向であり、紙面上方向が第１ポール１６および第２ポール１７の軸方向である。第１爪状磁極部１６ａと第２爪状磁極部１７ａの間となる磁極間部２２の一部には永久磁石２３が具備され、第１ポール１６と第２ポール１７は、第１爪状磁極部１６ａと第２爪状磁極部１７ａとが交互に噛み合うように組合され、第１爪状磁極部１６ａの回転方向両側面には、第１爪状磁極部１６ａと第２爪状磁極部１７ａ間の距離を縮小させる第１磁束調整部２４ａ、２４ｂ（突起部）を備えており、第２爪状磁極部１７ａの回転方向両側面には、第１爪状磁極部１６ａと第２爪状磁極部１７ａ間の距離を縮小させる第２磁束調整部２５ａ、２５ｂ（突起部）を備えている。また、第１爪状磁極部１６ａの固定子側表面には、回転方向両端側に設けられた一対の第１面取り部２６ａ、２６ｂを有し、第２爪状磁極部１７ａの固定子側表面には、回転方向両端側に設けられた一対の第２面取り部２７ａ、２７ｂを有している。永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａに隣接して設けられた第１面取り部２６ａおよび第２面取り部２７ａと永久磁石が挿入されていない磁極間部２２ｂに隣接して設けられた第１面取り部２６ｂおよび第２面取り部２７ｂとは形状が異なる。例えば図５および図６において、図６におけるハッチング部分が、第１面取り部２６ａ、２６ｂ、第２面取り部２７ａ、２７ｂである。

この車両用交流発電電動機としての回転電機１の動作について図７〜図９を用いて説明する。図９に示すように回転子巻線１８にはバッテリ部１０５のバッテリ２０から電力が供給され、ブラシ８およびスリップリング９を介して電流が通電される。ただし、図９では回転子巻線１８に電力供給する回路（スイッチング素子等）は図示していない。回転子巻線１８に通電される電流によって、図７のような磁気回路で回転子１３から固定子巻線１２に回転子磁束および磁石磁束が供給される。また、図８に示す磁束経路図のように、永久磁石２３が作る磁束は、第１磁束調整部２４ａを介して第２磁束調整部２５ａを通る、回転子内で閉じる漏れ磁束２８を形成する磁気回路と、第１爪状磁極部１６ａから固定子１０を介して第２爪状磁極部１７ａを通る出力磁束２９に分けられる。

パワー回路部１０３は力行時と回生時で動作が異なり、力行時はバッテリ２０から電力が電源端子を介してパワー回路部１０３に給電され、制御回路部１０４はパワー回路部１０３の各スイッチング素子２１をＯＮ／ＯＦＦ制御して、直流もしくは交流電力が固定子巻線部１０１の固定子巻線１２に供給される。漏れ磁束２８と回転子巻線１８および永久磁石２３によって形成された出力磁束２９が、固定子巻線１２に流れる直流電流もしくは交流電流と鎖交することで、駆動トルクが発生する。この駆動トルクによって、回転子１３が回転駆動される。回生時は回転子巻線部１０２の回転子巻線１８および永久磁石２３によって形成された出力磁束が固定子１０と鎖交し、回転子巻線１８に誘起電圧が発生し、制御回路部１０４によってパワー回路部１０３の各スイッチング素子がＯＮ／ＯＦＦ制御され、バッテリ２０に電力供給される。

図１０は実施の形態１に係る回転電機と対比される先行例の回転子起磁力を示す図、図１１は実施の形態１に係る回転電機の回転子起磁力を示す図である。図１２および図１３は実施の形態の効果を示す回転子起磁力の周波数分析図および鉄損低減図である。なお、図１０、図１１において、永久磁石が挿入されている磁極間部で作られる回転子起磁力をＭＦａで表し、永久磁石が挿入されていない磁極間部で作られる回転子起磁力をＭＦｂで表している。
図１０において先行例では永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａに隣接する第１面取り部２６ａおよび第２面取り部２７ａと、永久磁石が挿入されていない磁極間部２２ｂに隣接する第１面取り部２６ｂおよび第２面取り部２７ｂとで形状が同じため、回転子起磁力の強弱を調整する機構を備えておらず、永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａの方が起磁力の振れ幅が大きくなり、回転子起磁力が非対称波形となっている。
それに対して、本実施の形態では、例えば図６のように永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａに隣接する第１面取り部２６ａおよび第２面取り部２７ａの回転方向幅ＷＭａを、永久磁石２３が挿入されていない磁極間部２２ｂに隣接する第１面取り部２６ｂおよび第２面取り部２７ｂの回転方向幅ＷＭｂよりも大きくすることで、永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａで作られる回転子起磁力ＭＦａを減調整し、永久磁石２３が挿入されていない磁極間部２２ｂで作られる回転子起磁力ＭＦｂを増調整することができるため、回転子起磁力波形を図１１に示されるように対称波形にすることができる。その結果、図１２のように本実施の形態によって作られる回転子起磁力波形は、先行例よりも高調波成分を少なくすることができることから、図１３のようにモータ鉄損を低減できる。なお、図１２、図１３において、先行例における特性は棒グラフＡ（ドット表示）で表し、本実施の形態における特性は棒グラフＢ（ハッチング表示）で表している。

なお、本実施の形態では回転子巻線１８が作る磁束と永久磁石２３が作る磁束の固定子１０に鎖交する出力磁束経路が同一(図７、図８で示す両出力磁束が強め合う磁束経路)としている。そのため、永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａで作られる回転子起磁力の方には回転子巻線１８が作る磁束に磁石起磁力が足されることとなる。ゆえに永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａに隣接する第１面取り部２６ａおよび第２面取り部２７ａの回転方向幅ＷＭａを、永久磁石２３が挿入されていない磁極間部２２ｂに隣接する第１面取り部２６ｂおよび第２面取り部２７ｂの回転方向幅ＷＭｂよりも大きくすることで、第１および第２爪状磁極部の固定子対向面を調整し回転子起磁力波形を対称となるようにしている。図６では永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａに隣接する第１面取り部２６ａおよび第２面取り部２７ａの回転方向幅ＷＭａを３mmとし、永久磁石２３が挿入されていない磁極間部２２ｂに隣接する第１面取り部２６ｂおよび第２面取り部２７ｂの回転方向幅ＷＭｂを１．６ｍｍとした。

変形例として、回転子巻線起磁力と磁石起磁力が作る出力磁束経路が異なる方向(図１４、図１５で示す両出力磁束が弱め合う磁束経路)でも、本実施の形態による鉄損低減効果を得ることができる。その場合は、永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａで作られる回転子巻線起磁力から磁石起磁力が引かれることから、永久磁石２３が挿入されていない磁極間部２２ｂで作られる回転子起磁力の方が振れ幅が大きくなる。ゆえに、永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａに隣接する第１面取り部２６ａおよび第２面取り部２７ａの回転方向幅ＷＭａを、永久磁石２３が挿入されていない磁極間部２２ｂに隣接する第１面取り部２６ｂおよび第２面取り部２７ｂの回転方向幅ＷＭｂよりも小さくすれば、回転子起磁力波形を対象とする機能が得られることになる。

また、本実施の形態では永久磁石が作る起磁力を調整するため、第１面取り部２６ａ、２６ｂおよび第２面取り部２７ａ、２７ｂの回転方向幅が、永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａと永久磁石２３が挿入されていない磁極間部２２ｂとで異なる構成としたが、他の変形例として、回転子巻線１８が作る起磁力を調整することでも、鉄損低減効果を得ることができる。その場合には、図１６のように回転子巻線が作る磁束は実線で示される固定子に鎖交する出力磁束２９と、第１磁束調整部２４ａ、２４ｂおよび第２磁束調整部２５ａ、２５ｂを通って回転子内で閉じる漏れ磁束２８に分けられることから、永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａに隣接する第１磁束調整部２４ａおよび第２磁束調整部２５ａと、永久磁石２３が挿入されていない磁極間部２２ｂに隣接する第１磁束調整部２４ａおよび第２磁束調整部２５ｂの形状を異なる構成にすればよい。具体的には、永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａに隣接する第１磁束調整部２４ａおよび第２磁束調整部２５ａの回転方向幅ＷＦａを大きくすることで、永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａで作られる回転子起磁力を小さくし、永久磁石２３が挿入されていない磁極間部２２ｂに隣接する第１磁束調整部２４ｂおよび第２磁束調整部２５ｂの回転方向幅ＷＦｂを小さくすることで、永久磁石２３が挿入されていない磁極間部２２ｂで作られる回転子起磁力を大きくすれば回転子起磁力波形を対称波形とすることができる。即ち、第１磁束調整部２４ａおよび第２磁束調整部２５ａの回転方向幅ＷＦａを第１磁束調整部２４ｂおよび第２磁束調整部２５ｂの回転方向幅ＷＦｂよりも大きくする。図１６では永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａに隣接する第１磁束調整部２４ａおよび第２磁束調整部２５ａの回転方向幅ＷＦａを２．５ｍｍとし、永久磁石２３が挿入されていない磁極間部２２ｂに隣接する第１磁束調整部２４ｂおよび第２磁束調整部２５ｂの回転方向幅ＷＦｂを１．１ｍｍとした。

実施の形態２．
図１７は実施の形態２に係る回転子の第１ポール１６および第２ポール１７および永久磁石２３の第１爪状磁極部１６ａ、第２爪状磁極部１７ａの付近を示す断面図である。永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａに隣接する第１面取り部２６ａおよび第２面取り部２７ａの幅ＷＭａの方が、永久磁石が挿入されていない磁極間部２２ｂに隣接する第１面取り部２６ｂおよび第２面取り部２７ｂの幅ＷＭｂよりも、回転方向幅が広い。

本実施の形態２によれば、永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａに隣接する第１面取り部２６ａおよび第２面取り部２７ａの方が、永久磁石が挿入されていない磁極間部２２ｂに隣接する第１面取り部２６ｂおよび第２面取り部２７ｂよりも、第１面取り部２６ａおよび第２面取り部２７ａの回転方向幅が広く構成されていることで、図７、図８における磁石起磁力と回転子巻線起磁力の出力磁束が強め合う磁束経路にて、実施の形態１と同様にモータ鉄損低減機能を得ることができることから、回転子巻線に加えて永久磁石が挿入されることによる回転子起磁力向上効果と、モータ鉄損低減効果を両立することができる。

実施の形態３．
図１８は実施の形態３に係る回転子の第１ポール１６および第２ポール１７および永久磁石２３の第１爪状磁極部１６ａ、第２爪状磁極部１７ａの付近を示す断面図である。永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａに隣接する第１面取り部２６ａおよび第２面取り部２７ａの回転方向幅ＷＭａは、永久磁石２３の磁束出力面の径方向幅の半分Ｗｒｈよりも広い。

永久磁石２３が作る磁束は、第１磁束調整部２４ａを介して第２磁束調整部２５ａを通る、回転子内で閉じる漏れ磁束２８を形成する磁気回路と、第１爪状磁極部１６ａから固定子１０を介して第２爪状磁極部１７ａを通る出力磁束２９に分けられる。図７、図８で示すように磁石起磁力と回転子巻線起磁力が強め合う磁気回路となる場合、永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａにおいて、該磁極間部に隣接する第１面取り部２６ａおよび第２面取り部２７ａの回転方向幅を広げることで、該磁極間部で作られる磁石磁束を減調整することになる。この場合、２つの磁気回路を有する磁石起磁力は、半分相当が出力磁束となることから、該磁束の減調整を実現するために有効な構成は、該出力磁束に寄与する磁石起磁力の出力面に該当する、磁石の径方向幅の半分Ｗｒｈの寸法を基準として、第１面取り部２６ａおよび第２面取り部２７ｂの回転方向幅を選定すればよい。ゆえに、本実施の形態３の構成とすることで、回転子起磁力を対称波形とし、モータ鉄損低減機能を効果的に得ることができる。

実施の形態４．
図１９は実施の形態４に係る回転子の第１ポール１６および第２ポール１７および永久磁石２３の第１爪状磁極部１６ａ、第２爪状磁極部１７ａの付近を示す断面図である。永久磁石２３が挿入されていない磁極間部２２ｂに隣接する第１面取り部２６ｂおよび第２面取り部２７ｂの回転方向幅ＷＭｂは、永久磁石２３の磁束出力面の径方向幅の半分Ｗｒｈよりも狭い。

永久磁石２３が作る磁束は、第１磁束調整部２４ａを介して第２磁束調整部２５ａを通る、回転子内で閉じる漏れ磁束２８を形成する磁気回路と、第１爪状磁極部１６ａから固定子１０を介して第２爪状磁極部１７ａを通る出力磁束２９に分けられる。図７、図８で示すように磁石起磁力と回転子巻線起磁力が強め合う関係となる場合、永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａに隣接する第１面取り部２６ａおよび第２面取り部２７ａの回転方向幅ＷＭａによって回転子巻線磁束を減調整し、永久磁石が挿入されていない磁極間部２２ｂに隣接する第１面取り部２６ｂおよび第２面取り部２７ｂの回転方向幅ＷＭｂによって回転子巻線磁束を増調整することになる。この場合、磁石起磁力の半分相当となる出力磁束を調整する構成を、永久磁石が挿入されている磁極間部２２ａに隣接する第１面取り部２６ａおよび第２面取り部２７ａの回転方向幅によって実現することが効果的であることから、本実施の形態４の構成とすることで、回転子起磁力波形を対称とする機能を効果的に得ることができる。

実施の形態５．
図２０は実施の形態５に係る回転子の第１ポール１６および第２ポール１７および永久磁石２３の第１爪状磁極部１６ａ、第２爪状磁極部１７ａの付近を示す断面図である。永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａに隣接する第１磁束調整部２４ａおよび第２磁束調整部２５ａの回転方向幅ＷＨａの方が、永久磁石が挿入されていない磁極間部２２ｂに隣接する第１磁束調整部２４ｂおよび第２磁束調整部２５ｂの回転方向幅ＷＨｂよりも広い。

永久磁石２３が作る磁束は、第１磁束調整部２４ａを介して第２磁束調整部２５ａを通る、回転子内で閉じる漏れ磁束２８を形成する磁気回路と、第１爪状磁極部１６ａから固定子１０を介して第２爪状磁極部１７ａを通る出力磁束２９に分けられる。図７、図８で示す磁石起磁力と回転子巻線起磁力が強め合う関係となる場合、永久磁石が挿入されている磁極間部２２ａに隣接する第１磁束調整部２４ａおよび第２磁束調整部２５ａの回転方向幅を広げて磁石漏れ磁束を増加させることで、出力磁束を減調整できることから、本実施の形態５の構成とすることで鉄損低減効果を効果的に得られる。

実施の形態６．
図２１は実施の形態６に係る回転子の第１ポール１６の第１爪状磁極部１６ａ、第２爪状磁極部１７ａおよび第２ポール１７および永久磁石２３の付近を示す断面図である。永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａに隣接する第１磁束調整部２４ａおよび第２磁束調整部２５ａの径方向幅ＷＫは、永久磁石の磁束出力面の径方向幅の半分Ｗｒｈもよりも広い。

永久磁石２３が作る磁束は、第１磁束調整部２４ａを介して第２磁束調整部２５ａを通る、回転子内で閉じる漏れ磁束２８を形成する磁気回路と、第１爪状磁極部１６ａから固定子１０を介して第２爪状磁極部１７ａを通る出力磁束２９に分けられる。図７、図８で示す磁石起磁力と回転子巻線起磁力が強め合う関係となる場合、永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａに隣接する第１磁束調整部２４ａおよび第２磁束調整部２５ａの径方向幅を広げることで磁石漏れ磁束を増加させ、出力磁束を減調整できる。この場合、磁石起磁力の内、半分相当となる漏れ磁束を低減するのに、第１磁束調整部２４ａおよび第２磁束調整部２５ａの径方向幅ＷＫを、磁石磁束の出力面となる径方向幅の半分Ｗｒｈよりも広くする本実施の形態の構成は、鉄損低減効果を効果的に得られる。

実施の形態７．
図２２は実施の形態７に係る回転子の第１ポール１６および第２ポール１７および永久磁石２３の第１爪状磁極部１６ａ、第２爪状磁極部１７ａの付近を示す断面図である。永久磁石２３が挿入されていない磁極間部２２ｂには、第１磁束調整部２４ｂおよび第２磁束調整部２５ｂは設けられていなく、第１磁束調整部２４ｂおよび第２磁束調整部２５ｂは隣接しない。即ち、永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａにのみ、第１磁束調整部２４ａおよび第２磁束調整部２５ａが設けられている。

永久磁石２３が作る磁束は、第１磁束調整部２４ａを介して第２磁束調整部２５ａを通る、回転子内で閉じる漏れ磁束２８を形成する磁気回路と、第１爪状磁極部１６ａから固定子１０を介して第２爪状磁極部１７ａを通る出力磁束２９に分けられる。図７、図８で示すように磁石起磁力と回転子巻線起磁力が強め合う関係となる場合、永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａに隣接する第１磁束調整部２４ａおよび第２磁束調整部２５ａによって出力磁束を減調整し、永久磁石が挿入されていない磁極間部２２ｂに隣接する第１磁束調整部２４ｂおよび第２磁束調整部２５ｂによって出力磁束を増調整することになる。この場合、永久磁石が挿入されていない磁極間部２２ｂには、第２磁束調整部２５ｂおよび第１磁束調整部２４ｂは隣接しない構成とすることで、永久磁石が挿入されていない磁極間部２２ｂの増調整が最大出力磁束となるので、モータ鉄損低減機能を得つつ、回転子起磁力を最大限出力磁束として活用することができる。

実施の形態８．
図２３は実施の形態８に係る回転子の第１ポール１６および第２ポール１７および永久磁石２３の第１爪状磁極部１６ａ、第２爪状磁極部１７ａの付近示す断面図である。永久磁石が挿入されていない磁極間部２２ｂには、第１面取り部２６ｂおよび第２面取り部２７ｂは設けられていなく、第１磁束調整部２４ｂおよび第２磁束調整部２５ｂは隣接しない。即ち、永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａにのみ、第１面取り部２６ａおよび第２面取り部２７ａが設けられている。

永久磁石２３が作る磁束は、第１磁束調整部２４ａを介して第２磁束調整部２５ａを通る、回転子内で閉じる漏れ磁束２８を形成する磁気回路と、第１爪状磁極部１６ａから固定子１０を介して第２爪状磁極部１７ａを通る出力磁束２９に分けられる。図７、図８で示すように、磁石起磁力と回転子巻線起磁力が強め合う関係となる場合、永久磁石が挿入されている磁極間部２２ａに隣接する第１面取り部２６ａおよび第２面取り部２７ａによって出力磁束を減調整し、永久磁石が挿入されていない磁極間部２２ｂに隣接する第１面取り部２６ｂおよび第２面取り部２７ｂにより出力磁束を増調整することになる。この場合、永久磁石が挿入されていない磁極間部２２ｂには、第１面取り部２６ｂおよび第２面取り部２７ｂは隣接しない構成とすることで、永久磁石が挿入されていない磁極間部２２ｂの増調整が最大出力磁束となるので、モータ鉄損低減機能を得つつ、回転子起磁力を最大限出力磁束として活用することができる。

実施の形態９．
図２４は実施の形態９に係る回転電機の回転子１３の磁極と永久磁石２３の配置を示す模式図である。同図において、紙面に垂直な方向が回転子１３の軸方向であり、紙面上方向が回転子１３の径方向であり、紙面左方向が回転子１３の回転方向である。永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａの数と永久磁石２３が挿入されていない磁極間部２２ｂの数は同数である。図２４では簡略化して、回転方向を直線状の向きとし、磁極を構成する第１爪状磁極部１６ａ、第２爪状磁極部１７ａと永久磁石２３を直線的に示している。

永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａの数と永久磁石２３が挿入されていない磁極間部２２ｂの数を同数とすることで、永久磁石２３が挿入されることによって回転子巻線起磁力に磁石起磁力が足される磁極間部の数と、永久磁石２３が挿入されないことによって回転子巻線起磁力が維持される磁極間部の数を同数とできるため、回転子起磁力波形を対称形状とする機能が効果的に得られる。

実施の形態１０．
図２５は実施の形態１０に係る回転電機の回転子１３の磁極と永久磁石２３の配置を示す模式図である。同図において、紙面に垂直な方向が回転子１３の軸方向であり、紙面上方向が回転子１３の径方向であり、紙面左方向が回転子１３の回転方向である。永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａと永久磁石２３が挿入されていない磁極間部２２ｂは回転方向に交互に配置されている。図２５では簡略化して、回転方向を直線状の向きとし、磁極を構成する第１爪状磁極部１６ａ、第２爪状磁極部１７ａと永久磁石２３を直線的に示している。

永久磁石２３が挿入されている磁極間部２２ａと永久磁石が挿入されていない磁極間部２２ｂが回転方向に交互に配置することで、回転子起磁力波形の強弱の周期性が２つの磁極間部で１周期とすることができ、非対称性が最小単位となる。ゆえに、モータ鉄損低減効果を得るための、面取り部もしくは磁束調整部の構造変更が最小単位の周期でできる。構造変更の周期が小さくできれば、周期ごとに金型加工を加える場合、金型の構造がより簡易な形態をとることができるため、モータ鉄損低減効果を得るための製造設備を簡易化することができる。

上述の各実施の形態を踏まえて、本願に係る回転電機の実施の形態については、永久磁石が挿入されている磁極間部に隣接する第１面取り部および第２面取り部と、永久磁石が挿入されていない磁極間部に隣接する第１面取り部および第２面取り部とは形状が異なる構成、もしくは、永久磁石が挿入されている磁極間部に隣接する第１磁束調整部および第２磁束調整部と、永久磁石が挿入されていない磁極間部に隣接する第１磁束調整部および第２磁束調整部とは形状が異なる構成を有しており、どちらも、回転子起磁力波形に影響を与える。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１０固定子、１３回転子、１６ａ第１爪状磁極部、１７ａ第２爪状磁極部、１８回転子巻線、２２ａ，２２ｂ磁極間部、２３永久磁石、２４ａ，２４ｂ第１磁束調整部、２５ａ，２５ｂ第２磁束調整部、２６ａ，２６ｂ第１面取り部、２７ａ，２７ｂ第２面取り部

Claims

回転子と、前記回転子の外周に対して空隙を介して配置された固定子とを備え、前記回転子は回転子巻線と、第１ポールと第２ポールとが組み合わされて構成され、前記第１ポールおよび前記第２ポールによって形成される内部空間に前記回転子巻線が配置されるポールコア体とを有し、前記第１ポールは前記回転子の回転方向に間隔を空けて配置された複数の第１爪状磁極部を有し、前記第２ポールは前記回転子の回転方向に間隔を空けて配置された複数の第２爪状磁極部を有し、前記第１爪状磁極部と前記第２爪状磁極部の間となる磁極間部の一部に永久磁石が具備され、前記第１ポールと前記第２ポールは、前記第１爪状磁極部と前記第２爪状磁極部とが交互に噛み合うように組合された回転電機において、前記第１爪状磁極部の回転方向両側面に設けられ、前記第１爪状磁極部と前記第２爪状磁極部との間の距離を縮小させる第１磁束調整部と、前記第２爪状磁極部の回転方向両側面に設けられ、前記第１爪状磁極部と前記第２爪状磁極部との間の距離を縮小させる第２磁束調整部と、前記第１爪状磁極部の固定子側表面に、回転方向両端側に設けられた一対の第１面取り部と、前記第２爪状磁極部の固定子側表面に、回転方向両端側に設けられた一対の第２面取り部とを備え、前記永久磁石が挿入されている磁極間部に隣接する前記第１面取り部および前記第２面取り部と、前記永久磁石が挿入されていない磁極間部に隣接する前記第１面取り部および前記第２面取り部とは形状が異なる、もしくは、前記永久磁石が挿入されている磁極間部に隣接する前記第１磁束調整部および前記第２磁束調整部と、前記永久磁石が挿入されていない磁極間部に隣接する前記第１磁束調整部および前記第２磁束調整部とは、形状が異なることを特徴とする回転電機。
前記永久磁石が挿入されている磁極間部に隣接する前記第１面取り部および前記第２面取り部の方が、前記永久磁石が挿入されていない磁極間部に隣接する前記第１面取り部および前記第２面取り部よりも、前記第１面取り部および前記第２面取り部の回転方向幅が広いことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記永久磁石が挿入されている磁極間部に隣接する前記第１面取り部および前記第２面取り部の回転方向幅は、前記永久磁石の磁束出力面の径方向幅の半分よりも広いことを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
前記永久磁石が挿入されていない磁極間部に隣接する前記第１面取り部および前記第２面取り部の回転方向幅は、前記永久磁石の磁束出力面の径方向幅の半分よりも狭いことを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
前記永久磁石が挿入されている磁極間部に隣接する前記第１磁束調整部および前記第２磁束調整部の方が、前記永久磁石が挿入されていない磁極間部に隣接する前記第１磁束調整部および前記第２磁束調整部よりも、前記第１磁束調整部および前記第２磁束調整部の回転方向幅が広いことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
前記永久磁石が挿入されている磁極間部に隣接する前記第１磁束調整部および前記第２磁束調整部の径方向幅は、前記永久磁石の磁束出力面の径方向幅の半分よりも広いことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機。
前記永久磁石が挿入されていない磁極間部には、前記第１磁束調整部および前記第２磁束調整部は隣接しないことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機。
前記永久磁石が挿入されていない磁極間部には前記第１面取り部および前記第２面取り部は隣接しないことを特徴とする請求項１または請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の回転電機。
前記永久磁石が挿入されている磁極間部の数と前記永久磁石が挿入されていない磁極間部の数は同数であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の回転電機。
前記永久磁石が挿入されている磁極間部と前記永久磁石が挿入されていない磁極間部は回転方向に交互に配置されることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の回転電機。