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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023154479
(43)【公開日】2023-10-20
(54)【発明の名称】回転電機
(51)【国際特許分類】
H02K 1/276 20220101AFI20231013BHJP
【ＦＩ】
H02K1/276
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022063788
(22)【出願日】2022-04-07
(71)【出願人】
【識別番号】000003609
【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所
(71)【出願人】
【識別番号】000000011
【氏名又は名称】株式会社アイシン
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】浦田 信也
(72)【発明者】
【氏名】平本 健二
(72)【発明者】
【氏名】大谷 裕子
(72)【発明者】
【氏名】中井 英雄
(72)【発明者】
【氏名】津田 哲平
(72)【発明者】
【氏名】井手上 薫樹
(72)【発明者】
【氏名】飯島 亜美
【テーマコード（参考）】
5H622
【Ｆターム（参考）】
5H622AA02
5H622CA02
5H622CA07
5H622CA10
5H622CA14
5H622CB03
5H622CB05
5H622PP10
(57)【要約】
【課題】ステータコイルに発生する逆起電圧を低減し、波高付近の最大値を基本波の振幅に近づけることができ、コイル印加電圧上限をインバータＤＣ電圧まで有効活用でき、トルクの増加が可能な回転電機を提供する。
【解決手段】回転電機１０は、スロット２１を有するステータ２０と、フラックスバリア３２に磁石３１が埋め込まれ構成される磁極３３を有するロータ３０とを備える。ロータ３０の周方向に隣り合う磁極対の各磁極３３は、フラックスバリア３２の延在する先端領域３４においてブリッジ３５を有し、ブリッジ３５は、ロータ３０表面に配置される外ブリッジ３５ａと、外ブリッジ３５ａよりも内径側に配置される中ブリッジ３５ｂの二種類の何れかであり、磁極対における外ブリッジ３５ａと中ブリッジ３５ｂの数は同じであり、外ブリッジ３５ａと中ブリッジ３５ｂの配置が、ｄ軸、ｑ軸の何か一方の軸に対して対称であり、他方の軸に対して非対称である。
【選択図】図１
【解決手段】回転電機１０は、スロット２１を有するステータ２０と、フラックスバリア３２に磁石３１が埋め込まれ構成される磁極３３を有するロータ３０とを備える。ロータ３０の周方向に隣り合う磁極対の各磁極３３は、フラックスバリア３２の延在する先端領域３４においてブリッジ３５を有し、ブリッジ３５は、ロータ３０表面に配置される外ブリッジ３５ａと、外ブリッジ３５ａよりも内径側に配置される中ブリッジ３５ｂの二種類の何れかであり、磁極対における外ブリッジ３５ａと中ブリッジ３５ｂの数は同じであり、外ブリッジ３５ａと中ブリッジ３５ｂの配置が、ｄ軸、ｑ軸の何か一方の軸に対して対称であり、他方の軸に対して非対称である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ステータと、
フラックスバリアに磁石が埋め込まれて構成される磁極を有するロータと、
を備え、
前記ロータの周方向に隣り合う磁極対の各磁極は、前記フラックスバリアの延在する先端領域においてブリッジを有し、
前記ブリッジは、外ブリッジと、外ブリッジよりも内径側に配置される中ブリッジの二種類の何れかであり、
前記磁極対における前記外ブリッジと前記中ブリッジの数は同じであり、
前記外ブリッジと前記中ブリッジの配置が、ｄ軸及びｑ軸の何か一方の軸に対して対称であり、他方の軸に対して非対称であることを特徴とする回転電機。
フラックスバリアに磁石が埋め込まれて構成される磁極を有するロータと、
を備え、
前記ロータの周方向に隣り合う磁極対の各磁極は、前記フラックスバリアの延在する先端領域においてブリッジを有し、
前記ブリッジは、外ブリッジと、外ブリッジよりも内径側に配置される中ブリッジの二種類の何れかであり、
前記磁極対における前記外ブリッジと前記中ブリッジの数は同じであり、
前記外ブリッジと前記中ブリッジの配置が、ｄ軸及びｑ軸の何か一方の軸に対して対称であり、他方の軸に対して非対称であることを特徴とする回転電機。
【請求項2】
請求項１に記載の回転電機であって、
前記磁極対の一方の磁極において、前記外ブリッジと前記中ブリッジの配置が、ｄ軸に対して非対称であり、
前記磁極対の他方の磁極において、前記外ブリッジと前記中ブリッジの配置が、前記磁極対の前記一方の磁極における配置とｑ軸に対して対称であることを特徴とする回転電機。
前記磁極対の一方の磁極において、前記外ブリッジと前記中ブリッジの配置が、ｄ軸に対して非対称であり、
前記磁極対の他方の磁極において、前記外ブリッジと前記中ブリッジの配置が、前記磁極対の前記一方の磁極における配置とｑ軸に対して対称であることを特徴とする回転電機。
【請求項3】
請求項１に記載の回転電機であって、
前記外ブリッジと前記中ブリッジの内の一方のみが、前記磁極対の一方の磁極において、ｄ軸に対して対称に配置され、
前記外ブリッジと前記中ブリッジの内の他方のみが、前記磁極対の他方の磁極において、ｄ軸に対して対称に配置されることを特徴とする回転電機。
前記外ブリッジと前記中ブリッジの内の一方のみが、前記磁極対の一方の磁極において、ｄ軸に対して対称に配置され、
前記外ブリッジと前記中ブリッジの内の他方のみが、前記磁極対の他方の磁極において、ｄ軸に対して対称に配置されることを特徴とする回転電機。
【請求項4】
請求項１～３の何れか一項に記載の回転電機であって、
前記ロータは、径方向に複数の前記フラックスバリアを有し、
前記外ブリッジと前記中ブリッジの配置は、前記フラックスバリアの内、最外径側に配置される前記フラックスバリアに適用されることを特徴とする回転電機。
前記ロータは、径方向に複数の前記フラックスバリアを有し、
前記外ブリッジと前記中ブリッジの配置は、前記フラックスバリアの内、最外径側に配置される前記フラックスバリアに適用されることを特徴とする回転電機。
【請求項5】
請求項１～４の何れか一項に記載の回転電機であって、
前記ステータは周方向に等間隔に並ぶ複数のティースを有し、
隣合う前記ティースの開角をα、前記磁極における前記ｄ軸を挟む２つの前記ブリッジの周方向における中心と回転軸中心を結ぶ直線のなす角をβとするとき、
α×Ｎ≦β≦α×（Ｎ＋１）、但し、Ｎは１以上の整数、
を満足することを特徴とする回転電機。
前記ステータは周方向に等間隔に並ぶ複数のティースを有し、
隣合う前記ティースの開角をα、前記磁極における前記ｄ軸を挟む２つの前記ブリッジの周方向における中心と回転軸中心を結ぶ直線のなす角をβとするとき、
α×Ｎ≦β≦α×（Ｎ＋１）、但し、Ｎは１以上の整数、
を満足することを特徴とする回転電機。
【請求項6】
請求項１～５の何れか一項に記載の回転電機であって、
前記ロータは、互いに前記外ブリッジと前記中ブリッジの配置を入れ替えた部分ロータを、回転軸方向に積層して形成されることを特徴とする回転電機。
前記ロータは、互いに前記外ブリッジと前記中ブリッジの配置を入れ替えた部分ロータを、回転軸方向に積層して形成されることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、逆起電圧を低減可能なロータ構造を有する回転電機に関する。
【背景技術】
【0002】
回転電機は、電車や自動車の電動機として適用されている。通常、回転電機は、円筒状のステータとこのステータの内側で回転自在に支持されるロータを備えている。ロータは電磁鋼板を回転軸方向に積層して形成され、この電磁鋼板には、複数の磁石が埋め込まれ、異なる磁性の磁極が回転の周方向に交互に配置されている。
【0003】
ロータとステータ等から構成される回転電機において、ロータの回転による磁気変化によって、ステータコイルに逆起電圧（線間電圧）が発生する。逆起電圧の最大値が大きくなると、コイル印加電圧の上限を制限する必要があり、モータトルクが低下するという課題がある。
【0004】
特許文献１には、トルク定数を低下させずに、線間電圧の最大値を下げるために、ロータの外周部においてｑ軸上の表面に深い凹みを設けた永久磁石式回転電機が記載されている。特許文献２には、トルクリプルを低減するために、ロータ表面のＳ極、Ｎ極のそれぞれにおいて磁石に囲まれたロータコアの表面に凹みを設けた回転電機が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１２－１６１８９号公報
【特許文献2】特許２０１７－７００４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１は、磁極間のｑ軸に磁気抵抗を設けるものであり、リラクタンストルクを活用する回転電機には適用しにくい。特許文献２は、フラックスバリアとは別に磁気抵抗を設ける構成であり、トルクを平均的に低下させることが懸念される。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る回転電機は、スロットを有するステータと、フラックスバリアに磁石が埋め込まれ構成される磁極を有するロータとを備える。ロータの周方向に隣り合う磁極対の各磁極は、フラックスバリアの延在する先端領域においてブリッジを有し、ブリッジは、ロータ表面に配置される外ブリッジと、外ブリッジよりも内径側に配置される中ブリッジの二種類の何れかであり、磁極対における外ブリッジと中ブリッジの数は同じであり、外ブリッジと中ブリッジの配置が、ｄ軸、ｑ軸の何か一方の軸に対して対称であり、他方の軸に対して非対称であることを特徴とする。
【0008】
ここで、回転電機は、磁極対の一方の磁極において、外ブリッジと中ブリッジの配置が、ｄ軸に非対称であり、磁極対の他方の磁極において、外ブリッジと中ブリッジの配置が、磁極対の一方の磁極における配置とｑ軸に対して対称であることが好適である。
【0009】
また、回転電機は、外ブリッジと中ブリッジの内の一方のみが、磁極対の一方の磁極において、ｄ軸に対称に配置され、外ブリッジと中ブリッジの内の他方のみが、磁極対の他方の磁極において、ｄ軸に対称に配置されることが好適である。
【0010】
ここで、回転電機のロータは、径方向に複数のフラックスバリアを有し、外ブリッジと中ブリッジの上記配置は、フラックスバリアの内、最外径側に配置されるフラックスバリアに適用されることが好適である。
【0011】
また、回転電機は、隣合うティースの開角をα、磁極におけるｄ軸を挟む２つのブリッジの周方向における中心と回転軸中心を結ぶ直線のなす角をβとするとき、α×Ｎ≦β≦α×（Ｎ＋１）、（但し、Ｎは１以上の整数）を満足することが好適である。
【0012】
更に回転電機のロータは、互いに外ブリッジと中ブリッジの配置を入れ替えた部分ロータを、回転軸方向に積層して形成されてもよい。
【発明の効果】
【0013】
本発明に係る回転電機は、ロータ回転に伴う逆起電圧を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の回転電機の部分断面図である。
【図2】本発明の回転電機のティースの開角とブリッジの開角との関係を示す。
【図3】実施例１～４のロータの磁極対におけるブリッジの配置を示す断面図である。
【図4】比較例１～３のロータの磁極対におけるブリッジの配置を示す断面図である。
【図5】比較例４～５のロータの磁極対におけるブリッジの配置を示す断面図である。
【図6】比較例１～３における逆起電圧波形を示す図であり、（ａ）は電気角一周期の波形図であり、（ｂ）は電気角６０°±３０°の拡大図である。
【図8】実施例１～４の逆起電圧波形を比較する図であり、（ａ）は実施例１、２の比較図、（ｂ）は実施例３、４の比較図である。
【図9】実施例と比較例のピーク電圧／基本波振幅の比較グラフである。
【図11】実施例１と比較例１、２のピーク電圧の発生位置を説明する図である。
【図12】実施例１の磁束密度分布の解析結果である。
【図13】比較例１の磁束密度分布の解析結果である。
【図14】比較例２の磁束密度分布の解析結果である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明において、具体的な形状、材料、方向、数値等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等に合わせて適宜変更することができる。また、以下で説明する実施形態および変形例の構成要素を選択的に組み合わせることは当初から想定されている。
【0016】
図１に本発明の回転電機１０の部分断面図を示す。回転電機１０は、ステータ２０とロータ３０を備えている。回転電機１０は、ステータ２０に回転磁場を発生させて、回転軸を中心にロータ３０を回転させる電動機である。図１では、ステータ２０及びロータ３０を扇形に切り取った一部分の断面を示している。
【0017】
ステータ２０は、中空の円筒形状をしている。ステータ２０は、複数の電磁鋼板を回転軸方向に沿って積層して形成されている。ステータ２０は、周方向にスロット２１とティース２２が等間隔に複数交互に配置された構造を有する。スロット２１には、コイルが巻回されている。ティース２２は、ロータ３０の外周と対向し、ロータ３０からの磁束を受ける面として作用する。スロット２１とティース２２の外周には、バックヨーク２３が配置されている。バックヨーク２３は、各ティース２２の間の磁束を結合するための鉄心であり、磁気回路を構成する。
【0018】
ロータ３０は、円筒形状である。ロータ３０は、中空円筒形状のステータ２０の内部において回転軸を中心に回転可能に配置される。ロータ３０は、その外周面がステータ２０の内周面と隙間を空けて配置される。ロータ３０は、複数の電磁鋼板を回転軸方向に沿って積層して構成される。
【0019】
ロータ３０は、内部に磁石３１が埋め込まれたフラックスバリア３２を有する。フラックスバリア３２は、ロータ３０を構成する電磁鋼板よりも透磁率が低い領域であり、例えば、ロータ３０の内部に設けられた空間で構成される。フラックスバリア３２によって、磁石３１から出る磁束がロータ３０の側面から漏れることが抑制され、ロータ３０の外周面上の磁束密度を高めることができる。
【0020】
フラックスバリア３２は、磁極毎に複数設けてもよい。フラックスバリア３２は、例えば、ロータ３０の径方向に複数設けてもよい。本実施の形態では、ロータ３０は、径方向に沿って２つの第１フラックスバリア３２ａ及び第２フラックスバリア３２ｂを有する。
【0021】
フラックスバリア３２に埋め込まれた磁石３１は、ロータ３０における磁極３３を構成する。磁石３１は、各磁極３３において磁束の方向がロータ３０の径方向を向くように配置される。すなわち、各磁極３３における磁束中心はｄ軸と一致する。磁石３１は、周方向に隣り合う磁極３３の磁化方向が異なるように配置され、磁極対をなすＳ磁極３３ＳとＮ磁極３３Ｎが周方向に沿って交互に形成される。ロータ３０において、Ｓ磁極３３ＳとＮ磁極３３Ｎの中央がｑ軸と一致する。
【0022】
フラックスバリア３２は、ｄ軸を中心としてロータ３０の周方向に沿って延設され、その両側の先端部がロータ３０の外周面に向かうように湾曲した形状を有する。また、第１フラックスバリア３２ａの両端の先端領域３４（第１先端領域３４ａ、第２先端領域３４ｂ）にはブリッジ３５が形成される。１つの磁極３３における第１フラックスバリア３２ａの第１先端領域３４ａは、当該磁極３３の隣にある他の磁極３３における第１フラックスバリア３２ａの第２先端領域３４ｂと隣り合うものとする。
【0023】
なお、本実施の形態では、フラックスバリア３２のうちロータ３０において最も外周面側に設けられた第１フラックスバリア３２ａの両端を先端領域３４（第１先端領域３４ａ、第２先端領域３４ｂ）とすることが好適である。ただし、第２フラックスバリア３２ｂ等の他のフラックスバリアの両端を先端領域３４（第１先端領域３４ａ、第２先端領域３４ｂ）としてもよい。
【0024】
本実施の形態では、外ブリッジ３５ａ及び中ブリッジ３５ｂの２種類のブリッジ３５が用いられる。外ブリッジ３５ａは、凹部等が設けられていないロータ３０の外周面付近において、ロータ３０の外周面とフラックスバリア３２の先端部とを繋ぐ部分である。中ブリッジ３５ｂは、ロータ３０の外周面に設けられた凹部又はロータ３０の内部に設けられた空隙とフラックスバリア３２の先端部とを繋ぐ部分である。すなわち、ロータ３０の外周面に設けた凹部や内部に設けられた空隙によって、中ブリッジ３５ｂは、ロータ３０の外周面に対して外ブリッジ３５ａよりも内側に位置する。
【0025】
各磁極３３において、第１フラックスバリア３２ａの第１先端領域３４ａと第２先端領域３４ｂはｄ軸に対して対称の位置にある。また、各磁極３３の構造は、ブリッジ３５の構成を除いて、ｑ軸に対して互いに対称である。第１先端領域３４ａと第２先端領域３４ｂには、それぞれ外ブリッジ３５ａまたは中ブリッジ３５ｂのいずれかが適用される。なお、ロータ３０の回転バランスを考慮して、ブリッジ３５は周方向に沿って周期的に配置することが好適である。
【0026】
図２は、隣り合うティース２２の開角とブリッジ３５のブリッジ開角との関係を示す。ここで、隣合うティース２２の径方向の中心線と回転軸を結ぶ直線のなす角をティースの開角αと定義する。第１先端領域３４ａと第２先端領域３４ｂに外ブリッジ３５ａを配置したときの外ブリッジ３５ａの周方向における中心と回転軸中心を結ぶ直線のなす角をブリッジ開角βと定義する。本発明の回転電機１０のブリッジ開角βとティースの開角αは、α×Ｎ≦β≦α×（Ｎ＋１）、（但し、係数Ｎは１以上の整数）を満足するように形成される。尚、図２においては、第２先端領域３４ｂには、中ブリッジ３５ｂが配置されているが、ブリッジ開角βは、外ブリッジ３５ａが配置されたと仮定して求めるものとする。
【0027】
本実施の形態の例では、ティース２２の開角αは７．５°とし、係数Ｎを２としている。したがって、ブリッジ３５のブリッジ開角βは、１５°≦β≦２２．５°の条件を満足するように設けている。ただし、ティース２２の開角αとブリッジ３５のブリッジ開角βとの関係は、これに限定されるものではなく、上記式を満たせばよい。
【0028】
ブリッジ３５の配置における対称（対称配置）について以下の通り定義する。
「ｄ軸に対して対称」とは、フラックスバリア３２の第１先端領域３４ａと第２先端領域３４ｂに配置されるブリッジ３５の種類が同じであることを意味する。
「ｄ軸に対して非対称」とは、フラックスバリア３２の第１先端領域３４ａと第２先端領域３４ｂに配置されるブリッジ３５の種類が異なることを意味する。
「ｑ軸に対して対称」とは、磁極対において、各磁極３３がｑ軸に対して対称位置の先端領域３４に同種類のブリッジ３５が配置されることを意味する。
「ｑ軸に対して非対称」とは、磁極対において、各磁極３３がｑ軸に対して対称位置の先端領域３４に異なる種類のブリッジ３５が配置されることを意味する。
「ｄ軸に対して対称」とは、フラックスバリア３２の第１先端領域３４ａと第２先端領域３４ｂに配置されるブリッジ３５の種類が同じであることを意味する。
「ｄ軸に対して非対称」とは、フラックスバリア３２の第１先端領域３４ａと第２先端領域３４ｂに配置されるブリッジ３５の種類が異なることを意味する。
「ｑ軸に対して対称」とは、磁極対において、各磁極３３がｑ軸に対して対称位置の先端領域３４に同種類のブリッジ３５が配置されることを意味する。
「ｑ軸に対して非対称」とは、磁極対において、各磁極３３がｑ軸に対して対称位置の先端領域３４に異なる種類のブリッジ３５が配置されることを意味する。
【0029】
本発明は、磁極対のＳ磁極３３Ｓ、Ｎ磁極３３Ｎに配置される外ブリッジ３５ａと中ブリッジ３５ｂが、ｄ軸およびｑ軸に対して特定の配置の対称性を有することにより、逆起電圧が抑制されることに着眼してなされたものである。
【0030】
【0031】
＜実施例１＞
実施例１のＳ磁極３３Ｓの第１先端領域３４ａには、中ブリッジ３５ｂが配置される。Ｓ磁極３３Ｓの第２先端領域３４ｂには、外ブリッジ３５ａが配置される。Ｎ磁極３３Ｎの第１先端領域３４ａには、外ブリッジ３５ａが配置される。Ｎ磁極３３Ｎの第２先端領域３４ｂには、中ブリッジ３５ｂが配置される。
実施例１のＳ磁極３３Ｓの第１先端領域３４ａには、中ブリッジ３５ｂが配置される。Ｓ磁極３３Ｓの第２先端領域３４ｂには、外ブリッジ３５ａが配置される。Ｎ磁極３３Ｎの第１先端領域３４ａには、外ブリッジ３５ａが配置される。Ｎ磁極３３Ｎの第２先端領域３４ｂには、中ブリッジ３５ｂが配置される。
【0032】
換言すると、Ｓ磁極３３Ｓの第１先端領域３４ａとＮ磁極３３Ｎの第１先端領域３４ａには、異なる種類のブリッジ３５が配置され、且つ、Ｓ磁極３３Ｓの第２先端領域３４ｂとＮ磁極３３Ｎの第２先端領域３４ｂには、異なる種類のブリッジ３５が配置される。
【0033】
以下、ブリッジ３５の配置構造を、磁極対のＳ磁極３３Ｓの第１先端領域３４ａ、第２先端領域３４ｂ、Ｎ磁極３３Ｎの第１先端領域３４ａ、第２先端領域３４ｂにそれぞれ配置されるブリッジ３５の種類の頭文字を順に並べて表記するものとする。具体的には、実施例１のブリッジ３５の配置構造を「中外外中」と表記する。
【0034】
＜実施例２＞
実施例２は、実施例１における外ブリッジ３５ａと中ブリッジ３５ｂを入れ替えた構成である。すなわち、実施例２のブリッジ３５の配置構造は「外中中外」である
実施例２は、実施例１における外ブリッジ３５ａと中ブリッジ３５ｂを入れ替えた構成である。すなわち、実施例２のブリッジ３５の配置構造は「外中中外」である
【0035】
＜実施例３＞
実施例３のＳ磁極３３Ｓの第１先端領域３４ａと第２先端領域３４ｂには、中ブリッジ３５ｂが配置される。Ｎ磁極３３Ｎの第１先端領域３４ａと第２先端領域３４ｂには、外ブリッジ３５ａが配置される。
実施例３のＳ磁極３３Ｓの第１先端領域３４ａと第２先端領域３４ｂには、中ブリッジ３５ｂが配置される。Ｎ磁極３３Ｎの第１先端領域３４ａと第２先端領域３４ｂには、外ブリッジ３５ａが配置される。
【0036】
換言すると、Ｓ磁極３３Ｓの第１先端領域３４ａと第２先端領域３４ｂには、同じ種類のブリッジ３５が配置され、且つ、Ｎ磁極３３Ｎの先端領域３４には、Ｓ磁極３３Ｓの先端領域３４と異なる種類のブリッジ３５が配置される。実施例３のブリッジ３５の配置構造は「中中外外」である。
【0037】
＜実施例４＞
実施例４は、実施例３における外ブリッジ３５ａと中ブリッジ３５ｂを入れ替えた構成である。すなわち、実施例４のブリッジ３５の配置構造は「外外中中」である。
実施例４は、実施例３における外ブリッジ３５ａと中ブリッジ３５ｂを入れ替えた構成である。すなわち、実施例４のブリッジ３５の配置構造は「外外中中」である。
【0038】
＜ブリッジの配置構造の条件＞
実施例１～４において磁極対について共通する条件は、以下の２つである。
条件（１）：外ブリッジ３５ａの数と中ブリッジ３５ｂの数が同数である。
条件（２）：外ブリッジ３５ａと中ブリッジ３５ｂの配置が、ｄ軸、ｑ軸の何れか一方の軸に対して対称であり、他方の軸に対しては非対称である。
磁極対において、外ブリッジ３５ａと中ブリッジ３５ｂをこのように構成することで、逆起電圧の抑制が可能である。
実施例１～４において磁極対について共通する条件は、以下の２つである。
条件（１）：外ブリッジ３５ａの数と中ブリッジ３５ｂの数が同数である。
条件（２）：外ブリッジ３５ａと中ブリッジ３５ｂの配置が、ｄ軸、ｑ軸の何れか一方の軸に対して対称であり、他方の軸に対しては非対称である。
磁極対において、外ブリッジ３５ａと中ブリッジ３５ｂをこのように構成することで、逆起電圧の抑制が可能である。
【0039】
次に比較例として、上記の条件（２）を満足しないブリッジ３５の配置構造を図４、５に示す。図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）、図５（ａ）、図５（ｂ）は、それぞれ比較例１、比較例２、比較例３、比較例４、比較例５の外ブリッジ３５ａと中ブリッジ３５ｂの配置を示す。
【0040】
＜比較例１＞
比較例１のＳ磁極３３Ｓの第１先端領域３４ａと第２先端領域３４ｂには、外ブリッジ３５ａが配置される。Ｎ磁極３３Ｎの第１先端領域３４ａと第２先端領域３４ｂにも、外ブリッジ３５ａが配置される。すなわち、比較例１のブリッジ３５の配置構造は「外外外外」である。
比較例１のＳ磁極３３Ｓの第１先端領域３４ａと第２先端領域３４ｂには、外ブリッジ３５ａが配置される。Ｎ磁極３３Ｎの第１先端領域３４ａと第２先端領域３４ｂにも、外ブリッジ３５ａが配置される。すなわち、比較例１のブリッジ３５の配置構造は「外外外外」である。
【0041】
＜比較例２＞
比較例２のＳ磁極３３Ｓの第１先端領域３４ａと第２先端領域３４ｂには、中ブリッジ３５ｂが配置される。Ｎ磁極３３Ｎの第１先端領域３４ａと第２先端領域３４ｂにも、中ブリッジ３５ｂが配置される。すなわち、比較例２のブリッジ３５の配置構造は「中中中中」である。
比較例２のＳ磁極３３Ｓの第１先端領域３４ａと第２先端領域３４ｂには、中ブリッジ３５ｂが配置される。Ｎ磁極３３Ｎの第１先端領域３４ａと第２先端領域３４ｂにも、中ブリッジ３５ｂが配置される。すなわち、比較例２のブリッジ３５の配置構造は「中中中中」である。
【0042】
＜比較例３＞
比較例３のＳ磁極３３ＳとＮ磁極３３Ｎの全ての先端領域３４には、外ブリッジ３５ａと中ブリッジ３５ｂの両方が配置される。すなわち、比較例３は、比較例１と比較例２の両方のブリッジ３５の配置構造を備える。比較例３のブリッジ３５の配置構造は「外外外外／中中中中」である。
比較例３のＳ磁極３３ＳとＮ磁極３３Ｎの全ての先端領域３４には、外ブリッジ３５ａと中ブリッジ３５ｂの両方が配置される。すなわち、比較例３は、比較例１と比較例２の両方のブリッジ３５の配置構造を備える。比較例３のブリッジ３５の配置構造は「外外外外／中中中中」である。
【0043】
＜比較例４＞
比較例４のＳ磁極３３Ｓの第１先端領域３４ａには、外ブリッジ３５ａが配置される。Ｓ磁極３３Ｓの第２先端領域３４ｂには、中ブリッジ３５ｂが配置される。Ｎ磁極３３Ｎの第１先端領域３４ａには、Ｓ磁極３３Ｓの第１先端領域３４ａと同じ種類の外ブリッジ３５ａが配置される。Ｎ磁極３３Ｎの第２先端領域３４ｂには、Ｓ磁極３３Ｓの第２先端領域３４ｂと同じ種類の中ブリッジ３５ｂが配置される。すなわち、比較例４のブリッジ３５の配置構造は「外中外中」である。
比較例４のＳ磁極３３Ｓの第１先端領域３４ａには、外ブリッジ３５ａが配置される。Ｓ磁極３３Ｓの第２先端領域３４ｂには、中ブリッジ３５ｂが配置される。Ｎ磁極３３Ｎの第１先端領域３４ａには、Ｓ磁極３３Ｓの第１先端領域３４ａと同じ種類の外ブリッジ３５ａが配置される。Ｎ磁極３３Ｎの第２先端領域３４ｂには、Ｓ磁極３３Ｓの第２先端領域３４ｂと同じ種類の中ブリッジ３５ｂが配置される。すなわち、比較例４のブリッジ３５の配置構造は「外中外中」である。
【0044】
比較例５は、比較例４における外ブリッジ３５ａと中ブリッジ３５ｂを入れ替えた構成である。すなわち、比較例５のブリッジ３５の配置構造は「中外中外」である。
【0045】
以上示した様に、比較例１～５は、磁極対において、外ブリッジ３５ａの数と中ブリッジ３５ｂの数が同数であり、上記条件（１）を満足する。一方、外ブリッジ３５ａと中ブリッジ３５ｂは、ｄ軸とｑ軸に対して共に対称、又は、共に非対称であり、上記条件（２）を満足しない。
【0046】
実施例１～４および比較例１～５の磁極対における外ブリッジ３５ａと中ブリッジ３５ｂの配置について表１にまとめた。
【0047】
【表1】
【0048】
次に、ブリッジ３５の配置に対する逆起電圧の発生の違いについて説明する。図６～９に実施例および比較例のブリッジ３５の配置における逆起電圧のシミュレーション結果を示す。
【0049】
図６は、比較例１～３についてのＵＶ相線間電圧における逆起電圧のシミュレーション結果を示す。図６において、横軸は電気角を示し、縦軸は逆起電圧をｐｕ単位で示す。図６（ａ）は、電気角一周期の逆起電圧波形を示し、図６（ｂ）は、電気角６０°±３０°の拡大図であり、基本波の最大振幅近傍の波形を示す。
【0050】
比較例１～３の全てにおいて、ピーク電圧値は、電気角６０°付近における基本波電圧の最大値よりも大きくなった。従って、コイルへの印加電圧上限を抑える必要があり、インバータＤＣ電圧まで有効活用できない。
【0051】
比較例２では、d軸がティース２２の中心軸と平行になるときの電気角、すなわち線間電圧の基本波電圧の最大値の電気角（６０°）付近で電圧が増加した。一方、電気角６０°の前後１５°付近、すなわちティース２２の中心軸からスロット２１の中心軸へｄ軸が回転するときの電気角に相当する電気角付近において電圧が減少した。
【0052】
比較例１と比較例３では、ｄ軸がスロット２１の中心軸と平行になるときの電気角、すなわち基本波電圧の最大値の電気角６０°に対して、ティース２２の中心軸からスロット２１の中心軸へｄ軸が回転するときの電気角に相当する１５°程度ずれた電気角において電圧が増加した。
【0053】
比較例３では、電気角６０°付近における基本波電圧の最大値が小さくなった。これによって、比較例３では回転電機１０のトルクが低下した。比較例３では、Ｓ磁極３３ＳとＮ磁極３３Ｎの全ての先端領域３４に外ブリッジ３５ａと中ブリッジ３５ｂの両方が配置されており、ブリッジ３５の総数が多いため、磁石３１の磁束がロータ３０内にて閉じてしまい、ステータ２０との鎖交量が減少したためと推察される。比較例３に対してブリッジ３５の総数が少ない比較例２、比較例１では、回転電機１０のトルクは比較例３より大きくなった。比較例１～３のトルク比は、比較例２：比較例１：比較例３＝１００.０：９８.５：９６.２であった。
【0054】
図７は、実施例１、４と比較例１、２のＵＶ相線間電圧における逆起電圧のシミュレーション結果を示す。図７において、横軸は電気角を示し、縦軸は逆起電圧をｐｕ単位で示す。図７（ａ）は、電気角一周期の逆起電圧波形を示し、図７（ｂ）は、電気角６０°±３０°の拡大図であり、基本波の最大振幅近傍の波形を示す。
【0055】
実施例１および実施例４では、比較例１に対して、電気角６０°付近のピーク電圧を低減させることができ、比較例２に対して、電気角６０°±１５°付近のピーク電圧を低減させることができた。すなわち、実施例１および実施例４では、全体としてピーク電圧を低減できた。
【0056】
図８（ａ）は、実施例１と実施例２のＵＶ相線間電圧における逆起電圧のシミュレーション結果、図８（ｂ）は、実施例３と実施例４のＵＶ相線間電圧における逆起電圧のシミュレーション結果を示す。実施例２のブリッジ３５の配置は、実施例１のブリッジ３５の配置を周方向に一磁極分だけ回転した配置と同じであり、実施例２では実質的に実施例１と同じ逆起電圧波形となった。また、実施例４のブリッジ３５の配置は、実施例３のブリッジ３５の配置を周方向に一磁極分だけ回転した配置と同じであるので、実施例３では実質的に実施例４と同じ逆起電圧波形となった。
【0057】
実施例１～４は、比較例１と比較例２の中間的な逆起電圧をもつことが特徴である。具体的には、高調波電圧を調整して、逆起電圧の最大値が基本波の最大値に近くなるようにすることができた。
【0058】
図９は、ピーク電圧を基本波の振幅で除した値（ピーク電圧／基本波振幅）の算出結果を示す。回転電機１０においてトルクは基本波電圧の振幅に応じて大きくなる。したがって、ピーク電圧/基本波振幅の値が小さいほど、基本波電圧振幅とピーク電圧値が近く、コイルへの印加電圧の制約下で基本波電圧を大きくできることを意味する。すなわち、ピーク電圧／基本波振幅の値が小さいほど、電圧制約下においてトルクを出し易くなる。実施例１～４では、比較例１、２に比べてピーク電圧／基本波振幅の値が小さく、比較例１，２に比べて電圧制約下においてトルクを出し易いと言える。また、実施例１、２では、実施例３、４に対してもトルク出力において若干優位性がある。
【0059】
図１０は、実施例１と比較例４、５のＵＶ相線間電圧における逆起電圧のシミュレーション結果を示す。実施例１及び比較例４、５では、各磁極３３において外ブリッジ３５ａの数と中ブリッジ３５ｂの数を均等とした。また、ブリッジ３５の配置がｄ軸に対して非対称としたことも同様である。ただし、実施例１のブリッジ３５の配置はｑ軸に対して対称であるのに対して、比較例４、５のブリッジ３５の配置はｑ軸に対して非対称である点で異なる。
【0060】
比較例４では、電気角５０°付近で電圧が高くなってピークを示し、電気角６０°付近における基本波電圧の振幅最大値より高くなった。また、電気角６０°から僅かにずれた角度と電気角８０°において電圧が高くなってピークを示した。比較例５では、電気角７２°付近で電圧が高くなってピークを示し、電気角６０°付近における基本波電圧の振幅最大値を超えた。また、電気角６０°付近と電気角４２°付近で、電圧が高くなってピークを示した。なお、比較例５の電圧波形は、比較例４の電圧波形を電気角６０°を中心に反転させたような波形となった。これは、比較例５のブリッジ３５の配置が比較例４のブリッジ３５の配置をｄ軸に対して反転させたものに相当することによるものである。
【0061】
以上のように、実施例１～４のブリッジ３５の配置は、比較例１～５のブリッジ３５の配置に対して逆起電圧を低減する効果があった。
【0062】
＜発明効果の定性的説明＞
逆起電圧は、ｄ軸がティース２２の中心軸と平行になる状態、及びｄ軸がスロット２１の中心軸と平行になる状態で大きくなり易い。ｄ軸がティース２２の中心軸と平行になる状態では、逆起電圧（線間電圧）の基本波最大値の位相の電圧（電圧Ａとする）が増減する。ｄ軸がスロット２１の中心軸と平行になる状態では、基本波最大値からティース２２の中心軸からスロット２１の中心軸へロータ３０が回転する時の電気角に対する位相がずれた位置の電圧（電圧Ｂとする）が大きく増減する。
逆起電圧は、ｄ軸がティース２２の中心軸と平行になる状態、及びｄ軸がスロット２１の中心軸と平行になる状態で大きくなり易い。ｄ軸がティース２２の中心軸と平行になる状態では、逆起電圧（線間電圧）の基本波最大値の位相の電圧（電圧Ａとする）が増減する。ｄ軸がスロット２１の中心軸と平行になる状態では、基本波最大値からティース２２の中心軸からスロット２１の中心軸へロータ３０が回転する時の電気角に対する位相がずれた位置の電圧（電圧Ｂとする）が大きく増減する。
【0063】
比較例２の場合、中ブリッジ３５ｂのみを配置した構成であり、電圧Ａが大きくなる。比較例１の場合、外ブリッジ３５ａのみを配置した構成であり、電圧Ｂが大きくなる。実施例１～４のブリッジ３５の配置では、外ブリッジ３５ａと中ブリッジ３５ｂを併用した中間的な構造であり、電圧Ａ及び電圧Ｂにおける逆起電圧のピークの増加を抑制することができる。
【0064】
図１１は、比較例１、比較例２及び実施例１の逆起電圧波形を電圧Ａ、電圧Ｂの位相と共に示す。電圧Ａは、電気角６０°における逆起電圧であり、電圧Ｂは電気角４５°及び７５°における逆起電圧である。実施例１では、電圧Ａと電圧Ｂは比較例１と比較例２の中間的な値を示し、全体としてピーク電圧が低減できた。
【0065】
図１２～図１４は、それぞれ実施例１、比較例１、比較例２の磁束密度分布の解析結果を示す。図１２～図１４において、（ａ）は電気角４５°における磁束密度分布の解析結果、（ｂ）は電気角６０°における磁束密度分布の解析結果を示す。以下、図１２～１４に示すように各ティース２２に＃１～＃１２の番号を付し、当該番号を用いて説明する。
【0066】
＜外ブリッジ３５ａで磁束変動が大きくなる理由：電気角４５°＞
図１２（ａ）に示すように、実施例１の電気角４５°では、外ブリッジ３５ａが２つのティース２２の間（＃３と＃４、＃７と＃８）に位置する。このとき、磁石３１からの磁束が外ブリッジ３５ａを介してティース２２へ直接流れ込もうとするため、ティース２２に流れ込む磁束の変動が大きくなり易い。また、２つのティース２２からロータ３０に流れ込む磁束が外ブリッジ３５ａにおいて相殺される磁束相殺の影響によっても磁束の変動が起き易い。また、中ブリッジ３５ｂは外ブリッジ３５ａに比べてティース２２から離れており、中ブリッジ３５ｂを介して磁束がティース２２に渡る状況における磁路の磁気抵抗変化が小さく、外ブリッジ３５ａに比べて磁束変動が起きにくい。したがって、電気角４５°付近では、外ブリッジ３５ａによって、逆起電圧が大きくなり易い。
図１２（ａ）に示すように、実施例１の電気角４５°では、外ブリッジ３５ａが２つのティース２２の間（＃３と＃４、＃７と＃８）に位置する。このとき、磁石３１からの磁束が外ブリッジ３５ａを介してティース２２へ直接流れ込もうとするため、ティース２２に流れ込む磁束の変動が大きくなり易い。また、２つのティース２２からロータ３０に流れ込む磁束が外ブリッジ３５ａにおいて相殺される磁束相殺の影響によっても磁束の変動が起き易い。また、中ブリッジ３５ｂは外ブリッジ３５ａに比べてティース２２から離れており、中ブリッジ３５ｂを介して磁束がティース２２に渡る状況における磁路の磁気抵抗変化が小さく、外ブリッジ３５ａに比べて磁束変動が起きにくい。したがって、電気角４５°付近では、外ブリッジ３５ａによって、逆起電圧が大きくなり易い。
【0067】
＜中ブリッジ３５ｂで磁束変動が大きくなる理由：電気角６０°＞
図１２（ｂ）に示すように、実施例１の電気角６０°では、ティース２２(＃１、＃９)に隣接するティース２２(＃１２、＃１０)に磁束が流れ、それによってロータ３０の回転に伴った当該ティース２２（＃１、＃９）における磁束変動が大きくなり易い。外ブリッジ３５ａは対向するティース２２(＃３、＃７)のみに磁束を流すので、磁束変動が起きにくい。したがって、電気角６０°付近においては、中ブリッジ３５ｂによって、逆起電圧が大きくなり易い。
図１２（ｂ）に示すように、実施例１の電気角６０°では、ティース２２(＃１、＃９)に隣接するティース２２(＃１２、＃１０)に磁束が流れ、それによってロータ３０の回転に伴った当該ティース２２（＃１、＃９）における磁束変動が大きくなり易い。外ブリッジ３５ａは対向するティース２２(＃３、＃７)のみに磁束を流すので、磁束変動が起きにくい。したがって、電気角６０°付近においては、中ブリッジ３５ｂによって、逆起電圧が大きくなり易い。
【0068】
図１３（ａ）に示すように、比較例１の電気角４５°では、ティース２２（＃１、＃２）の間、ティース２２（＃３，＃４）の間、ティース２２（＃７，＃８）及びティース２２（＃９、＃１０）の間に外ブリッジ３５ａが位置する。したがって、外ブリッジ３５ａがティース２２（＃３、＃４）の間及びティース２２（＃７、＃８）の間に位置する実施例１に比べて、さらにティース２２に流れ込む磁束の変動が大きくなり易い。また、中ブリッジ３５ｂは設けられていないため、電気角６０°付近においては磁束変動が起きにくい。したがって、比較例１では、電気角４５°付近において大きな逆起電圧が発生し易い。
【0069】
図１４（ｂ）に示すように、比較例２の電気角６０°では、ティース２２（＃１、＃９）に隣接するティース２２（＃１２、＃１０）及びティース２２（＃３、＃７）に隣接するティース２２（＃４、＃６）に磁束が流れる。したがって、ティース２２（＃１、＃９）に隣接するティース２２（＃１２、＃１０）に磁束が流れる実施例１に比べて、ロータ３０の回転に伴った磁束変動が大きくなり易い。また、外ブリッジ３５ａは設けられていないため、電気角４５°付近においては磁束変動が起きにくい。したがって、比較例２では、電気角６０°付近において大きな逆起電圧が発生し易い。
【0070】
＜参考例：ロータコアの交互積層＞
実施例１と実施例２では、Ｓ磁極３３Ｓにおけるブリッジ３５の配置とＮ磁極３３Ｎにおけるブリッジ３５の配置が入れ替わっている。すなわち、実施例１及び実施例２において、磁石３１を除いたロータ３０の構造は一磁極分だけ回転させると一致する。そこで、実施例１のブリッジ３５の配置を有するロータ３０と実施例２のブリッジ３５の配置を有するロータ３０とをそれぞれ部分ロータとして回転軸方向に沿って積層することによって、ロータ３０の回転時における重量のバランスを向上させることができる。実施例３と実施例４についても同様である。
実施例１と実施例２では、Ｓ磁極３３Ｓにおけるブリッジ３５の配置とＮ磁極３３Ｎにおけるブリッジ３５の配置が入れ替わっている。すなわち、実施例１及び実施例２において、磁石３１を除いたロータ３０の構造は一磁極分だけ回転させると一致する。そこで、実施例１のブリッジ３５の配置を有するロータ３０と実施例２のブリッジ３５の配置を有するロータ３０とをそれぞれ部分ロータとして回転軸方向に沿って積層することによって、ロータ３０の回転時における重量のバランスを向上させることができる。実施例３と実施例４についても同様である。
【0071】
ここで、図１０に示した様に比較例４、５のブリッジ３５の配置は、単独では逆起電圧の抑制効果は無かった。しかし、次に述べるように軸方向に交互に積層することで、逆起電圧の低減効果が得られる。
【0072】
実施例１のブリッジ３５の構造と同様の効果は、「構造Ｘ：単独では逆起電圧で課題が大きかった比較例１と比較例２のブリッジ配置の電磁鋼板を軸方向に交互積層する」、もしくは、「構造Ｙ：単独では逆起電圧で課題が大きかった比較例４と比較例５のブリッジ配置の電磁鋼板を軸方向に交互積層する」ことでも実現可能である。構造Ｘ及び構造Ｙは交互積層が前提であり、ロータ３０を構成する電磁鋼板を２種類用意しなくてはならないことが欠点となる。構造Ｙはｑ軸に対して鏡面対称のため、電磁鋼板の表裏を入れ替えた形状であり、同じ金型で製作可能である。よって、構造Ｙは構造Ｘよりは生産コストを低減できると考えられる。
【0073】
尚、実施例１のブリッジ配置は、実施例２のブリッジ配置の電磁鋼板と交互積層しなくても逆起電圧が低減可能である。実施例３も同様である。しかし、回転バランスを取るために、実施例１と実施例２のブリッジ配置の電磁鋼板を軸方向に交互積層しなければならない場合（構造Ｚ）、逆起電圧の抑制効果についてのみ考えると、構造Ｙとの差が小さくなる。但し、構造Ｚは打ち抜いたコアを一磁極分の角度を回転させて積層できるのに対し、構造Ｙは裏表を入れ替えて積層しなくてはならないため、生産工数的には、構造Ｚの場合が有利である。参考例として、実施例１、構造Ｘ、構造Ｙの逆起電圧波形を図１５に示す。構造Ｘ、構造Ｙともに実施例１と同様に逆起電圧を抑制できている。
【0074】
なお、本発明は上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項の範囲内において種々の変更や改良が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【0075】
１０ 回転電機、２０ ステータ、２１ スロット、２２ ティース、２３ バックヨーク、３０ ロータ、３１ 磁石、３２、３２ａ、３２ｂ フラックスバリア、３３ 磁極、３３Ｎ Ｎ磁極、３３Ｓ Ｓ磁極、３４ 先端領域、３４ａ 第１先端領域、３４ｂ 第２先端領域、３５ ブリッジ、３５ａ 外ブリッジ、３５ｂ 中ブリッジ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】