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特開2024-169001同期リラクタンスモータおよび同期リラクタンスモータの回転子の製造方法
(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】P2024169001
(43)【公開日】2024-12-05
(54)【発明の名称】同期リラクタンスモータおよび同期リラクタンスモータの回転子の製造方法
(51)【国際特許分類】
H02K 19/10 20060101AFI20241128BHJP
H02K 15/02 20060101ALI20241128BHJP
H02K 1/24 20060101ALI20241128BHJP
【ＦＩ】
H02K19/10 A
H02K15/02 E
H02K1/24 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023086163
(22)【出願日】2023-05-25
(71)【出願人】
【識別番号】598076591
【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】501137636
【氏名又は名称】株式会社ＴＭＥＩＣ
(74)【代理人】
【識別番号】110001092
【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】竹内 活徳
(72)【発明者】
【氏名】松下 真琴
(72)【発明者】
【氏名】小番 拓也
(72)【発明者】
【氏名】小山田 将亜
(72)【発明者】
【氏名】吉武 翔
(72)【発明者】
【氏名】倉員 淳
(72)【発明者】
【氏名】前川 佳朗
(72)【発明者】
【氏名】古賀 郁也
【テーマコード（参考）】
5H601
5H615
5H619
【Ｆターム（参考）】
5H601AA22
5H601CC01
5H601CC13
5H601CC17
5H601DD01
5H601DD09
5H601DD11
5H601EE35
5H601FF17
5H601GA02
5H601GA25
5H601GA34
5H601KK01
5H601KK08
5H601KK30
5H615AA01
5H615BB01
5H615BB07
5H615BB14
5H615PP02
5H615SS03
5H615SS05
5H619AA01
5H619AA07
5H619BB01
5H619BB06
5H619BB24
5H619PP04
(57)【要約】
【課題】力率が高くトルクリップル率の低い同期リラクタンスモータおよび同期リラクタンスモータの回転子の製造方法を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、同期リラクタンスモータ１は、回転子シャフト１１０と回転子鉄心１２０とを具備する回転子１００と、固定子鉄心１１と固定子とを具備する固定子１０とを備える。回転子鉄心１２０の６分の１周の周角度領域１２５のそれぞれの対象領域には、径方向に配列されそれぞれが径方向内側に向かって湾曲している非磁性体の領域である複数のバリア領域Ｆが形成され、回転子鉄心１２０の回転軸ＣＬに垂直な断面における複数のバリア領域１２２の占有面積の周角度領域の全体の面積に対する割合は４８％以上かつ５５％以下である。
【選択図】図１
【解決手段】実施形態によれば、同期リラクタンスモータ１は、回転子シャフト１１０と回転子鉄心１２０とを具備する回転子１００と、固定子鉄心１１と固定子とを具備する固定子１０とを備える。回転子鉄心１２０の６分の１周の周角度領域１２５のそれぞれの対象領域には、径方向に配列されそれぞれが径方向内側に向かって湾曲している非磁性体の領域である複数のバリア領域Ｆが形成され、回転子鉄心１２０の回転軸ＣＬに垂直な断面における複数のバリア領域１２２の占有面積の周角度領域の全体の面積に対する割合は４８％以上かつ５５％以下である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転軸を中心に回転可能に軸支されて軸方向に延びる回転子シャフトと、前記回転子シャフトに外嵌固定された円筒状の回転子鉄心とを具備する回転子と、
前記回転子鉄心の径方向の外側を囲むように前記回転子鉄心と間隔をあけて配置された固定子鉄心と、前記固定子鉄心に巻回された電機子巻線とを具備する固定子と、
を備えた同期リラクタンスモータであって、
前記回転子鉄心の６分の１周の周角度領域のそれぞれの対象領域には、径方向に配列されそれぞれが径方向内側に向かって湾曲している弓形の非磁性体の領域である複数のバリア領域が形成され、
前記回転子鉄心の前記回転軸に垂直な断面における複数の前記バリア領域の占有面積の前記周角度領域の全体の面積に対する割合は４８％以上かつ５５％以下である、
ことを特徴とする同期リラクタンスモータ。
前記回転子鉄心の径方向の外側を囲むように前記回転子鉄心と間隔をあけて配置された固定子鉄心と、前記固定子鉄心に巻回された電機子巻線とを具備する固定子と、
を備えた同期リラクタンスモータであって、
前記回転子鉄心の６分の１周の周角度領域のそれぞれの対象領域には、径方向に配列されそれぞれが径方向内側に向かって湾曲している弓形の非磁性体の領域である複数のバリア領域が形成され、
前記回転子鉄心の前記回転軸に垂直な断面における複数の前記バリア領域の占有面積の前記周角度領域の全体の面積に対する割合は４８％以上かつ５５％以下である、
ことを特徴とする同期リラクタンスモータ。
【請求項2】
前記断面において、それぞれの前記バリア領域の径方向の境界は、前記周角度領域の周方向の両側の境界線を漸近線とする双曲線であることを特徴とする請求項１に記載の同期リラクタンスモータ。
【請求項3】
製作条件決定ステップと製作ステップを有する同期リラクタンスモータの回転子の製造方法であって、
前記製作条件決定ステップは、
回転子の全体の基本仕様を決定するステップと、
回転子鉄心の外径および回転子スロットの仕様を決定するステップと、
前記回転子鉄心の周角度領域のそれぞれについて径方向に配列されそれぞれが径方向内側に向かって湾曲している弓形の非磁性体の領域である複数のバリア領域の配置を力率およびトルクリップルの点から決定する配置決定ステップを有し、
前記製作ステップは、
前記基本仕様に基づいて回転子シャフトを製作するステップと、
前記回転子鉄心の前記外径に基づいて電磁鋼板を確保するステップと、
前記回転子スロットの仕様と複数の前記バリア領域の前記配置に基づいて前記電磁鋼板の打ち抜きを行うステップと、
前記打ち抜きをされた前記電磁鋼板を積層構造に組み立てるステップと、
製作された前記回転子シャフトと前記積層構造を一体物に組み立てるステップと、
を有する、
ことを特徴とする同期リラクタンスモータの回転子の製造方法。
前記製作条件決定ステップは、
回転子の全体の基本仕様を決定するステップと、
回転子鉄心の外径および回転子スロットの仕様を決定するステップと、
前記回転子鉄心の周角度領域のそれぞれについて径方向に配列されそれぞれが径方向内側に向かって湾曲している弓形の非磁性体の領域である複数のバリア領域の配置を力率およびトルクリップルの点から決定する配置決定ステップを有し、
前記製作ステップは、
前記基本仕様に基づいて回転子シャフトを製作するステップと、
前記回転子鉄心の前記外径に基づいて電磁鋼板を確保するステップと、
前記回転子スロットの仕様と複数の前記バリア領域の前記配置に基づいて前記電磁鋼板の打ち抜きを行うステップと、
前記打ち抜きをされた前記電磁鋼板を積層構造に組み立てるステップと、
製作された前記回転子シャフトと前記積層構造を一体物に組み立てるステップと、
を有する、
ことを特徴とする同期リラクタンスモータの回転子の製造方法。
【請求項4】
前記配置決定ステップは、
前記周角度領域内の複数の前記バリア領域の径方向の層数を決定するステップと、
前記周角度領域内における対象領域内を径方向に分割し複数の微小領域を生成するステップと、
複数の前記微小領域から選択して前記層数の前記バリア領域を生ずる全ての組合せを生成するステップと、
前記全ての組合せのそれぞれについて、前記力率および前記トルクリップルを算出するステップと、
前記力率および前記トルクリップルに関する総合的なスコアに基づいて複数の前記バリア領域の前記配置を決定するステップと、
を有することを特徴とする請求項３に記載の同期リラクタンスモータの回転子の製造方法。
前記周角度領域内の複数の前記バリア領域の径方向の層数を決定するステップと、
前記周角度領域内における対象領域内を径方向に分割し複数の微小領域を生成するステップと、
複数の前記微小領域から選択して前記層数の前記バリア領域を生ずる全ての組合せを生成するステップと、
前記全ての組合せのそれぞれについて、前記力率および前記トルクリップルを算出するステップと、
前記力率および前記トルクリップルに関する総合的なスコアに基づいて複数の前記バリア領域の前記配置を決定するステップと、
を有することを特徴とする請求項３に記載の同期リラクタンスモータの回転子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、同期リラクタンスモータおよび同期リラクタンスモータの回転子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
図３５は、同期リラクタンスモータ（ＳｙｎＲＭ：Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ Ｍｏｔｏｒ）の回転子２０の従来例を示す部分断面図である。図３５は、４極子の場合の１極に相当する周方向に４分の１の部分を示している。
【0003】
一般的な同期リラクタンスモータの回転子２０は、その内径側で回転子シャフト２１に篏合されている。回転子２０と図示しない固定子との間には、ギャップ空間３０が形成されている。
【0004】
回転子２０の領域内には、フラックスバリア２３が設けられている。それぞれのフラックスバリア２３は、周方向に延びて、内径方向にすなわち回転子シャフト２１の方向に凸形状に湾曲して形成されている。フラックスバリア２３は、弓形の非磁性体（図３５の場合は空気）で構成された空洞部であるバリア領域２３ａと、その周方向の両端部に配された外周ブリッジ２３ｂを有する。図３５に示す例では、フラックスバリア２２ａは、１極あたりに、径方向にたとえば３層設けられている。回転子２０において、フラックスバリア２３と回転子シャフト２１を除く部分を、回転子鉄心２２とする。
【0005】
一般に空洞部は鉄心をくり抜いただけの構成とされることが多いが，非磁性体（樹脂や非磁性金属など）を挿入してもよい。
【0006】
図３５で示すように、フラックスバリア２３の長手方向（周方向）の中央と回転軸中心Ｏとを通り、外径方向に延びる軸をｄ軸とする。また、ｄ軸から電気角９０度（図３５に示す場合は４極であるので機械角で４５度）だけ反時計回り（＝回転方向）に回転させた軸をｑ軸とする。この定義において、「ｑ軸に磁束を流す」とは、ｑ軸の正方向（矢印の延びる方向）にＳ極が、ｑ軸の負方向（図３５に示す場合はｑ軸を時計回りに９０度回転させた方向）にＮ極が生じるように、図示しない固定子の電機子巻線に電流を流すことを意味する。
【0007】
ここで、回転子鉄心２２とフラックスバリア２３の面積の和を回転子鉄心領域の面積ＳＲｔで表し、また、バリア領域２３ａ全体の面積すなわち非磁性体領域の面積をＳＨｏｌｅで表す。回転子鉄心領域の面積ＳＲｔに占める非磁性体領域の面積ＳＨｏｌｅの比を、バリア領域比率ηＨｏｌｅで表す。すなわち、（バリア領域比率ηＨｏｌｅ）＝（非磁性体領域の面積ＳＨｏｌｅ）／（回転子鉄心領域の面積ＳＲｔ）である。
【0008】
４極のＳｙｎＲＭでは，バリア領域比率ηＨｏｌｅを適切に設計することによってトルクが最大化できることが知られている。空洞部と鉄心部の比率を約１：２に設定することによりトルクを最大化できることが知られている。この場合は、バリア領域比率ηＨｏｌｅが、１／（１＋２）すなわち０．３３に対応する。一方、トルクだけでなく力率にも着目することにより、４極のＳｙｎＲＭにおける最適なバリア領域比率ηＨｏｌｅが０．３５～０．３９となることを示した例も知られている。このように４極のＳｙｎＲＭについては、バリア領域比率ηＨｏｌｅを適切な値に設定することにより、トルクや力率の特性を改善したモータが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特許第６３６７４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
ところで、ＳｙｎＲＭの極数は４に限らず任意の偶数を設定できる。一般に、１極あたりの磁気回路に流れる磁束量は極数に反比例する。このため、極数を大きくすると、磁束量が減って磁束密度が小さくなり磁気回路に余裕ができる。したがって、その分だけ磁気回路の幅を小さくすることができる。この結果、トルク密度を大きくして、より小さなモータで同一トルクが得られることが知られている。
【0011】
一方で、極数を大きくすると、１極あたりのギャップ磁気抵抗が大きくなる。このため、一般に力率が悪化する。力率の悪化を抑えるためには、回転子の径を大きくして、相対的に、ギャップの磁気抵抗の割合を小さくせざるを得ない。この場合、回転子径が大きくなるため、回転子に生じる遠心力が大きくなり機械強度の制約が厳しくなる。
【0012】
以上をまとめると、以下のことが言える。
【0013】
（１）極数を大きくすると、トルク密度は大きくなるが遠心力も大きくなる。したがって、高トルクかつ低回転数のＳｙｎＲＭの仕様に適した選択と言える。
【0014】
（２）極数を小さくすると、トルク密度は小さくなるが遠心力も小さくなる。したがって、低トルクかつ高回転数のＳｙｎＲＭの仕様に適した選択と言える。
【0015】
これらのことから、高トルクは要求されるが回転数はそれほど高くないというＳｙｎＲＭの場合には、従来から多くの事例で用いられてきた４極の回転子よりも６極の回転子の方が適している場合がある。しかしながら、これまで、６極の回転子に関してバリア領域比率ηＨｏｌｅをどのように設定すればよいのかについては明らかにされていない。
【0016】
ここで、さらなる観点として、トルクリップル率がある。トルクリップル率は、振動や騒音に大きく影響するため、モータ性能を評価する上で重要なパラメータである。
【0017】
本発明の目的は、力率が高くトルクリップル率の低い同期リラクタンスモータおよび同期リラクタンスモータの回転子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0018】
上述の目的を達成するため、本発明の実施形態に係る同期リラクタンスモータは、回転軸を中心に回転可能に軸支されて軸方向に延びる回転子シャフトと、前記回転子シャフトに外嵌固定された円筒状の回転子鉄心とを具備する回転子と、前記回転子鉄心の径方向の外側を囲むように前記回転子鉄心と間隔をあけて配置された固定子鉄心と、前記固定子鉄心に巻回された電機子巻線とを具備する固定子と、を備えた同期リラクタンスモータであって、前記回転子鉄心の６分の１周の周角度領域のそれぞれの対象領域には、径方向に配列されそれぞれが径方向内側に向かって湾曲している複数のバリア領域が形成され、前記回転子鉄心の前記回転軸に垂直な断面における複数の前記バリア領域の占有面積の前記周角度領域の全体の面積に対して４８％以上かつ５５％以下である、ことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータを示す部分断面図である。
【図2】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順を示すフロー図である。
【図3】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順におけるバリア領域洞形成領域の分割を説明する部分断面図である。
【図4】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順におけるバリア領域配置の評価の際の固定子側のモデルを示す部分断面図である。
【図5】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順における各バリア領域配置についての力率の算出結果を示すグラフである。
【図6】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順における各バリア領域配置についてのトルクリップルの算出結果を示すグラフである。
【図7】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順における各バリア領域配置についてのスコアの算出結果を示すグラフである。
【図8】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域配置についてのハイスコアを得た第１のバリア領域配置例である。
【図9】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域配置についてのハイスコアを得た第２のバリア領域配置例である。
【図10】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域配置についてのハイスコアを得た第３のバリア領域配置例である。
【図11】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域配置についてのハイスコアを得た第４のバリア領域配置例である。
【図12】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域配置についてのハイスコアを得た第５のバリア領域配置例である。
【図13】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域を７層とした場合の各バリア領域配置についての力率の算出結果を示すグラフである。
【図14】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域を７層とした場合の各バリア領域配置についてのトルクリップルの算出結果を示すグラフである。
【図15】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域を７層とした場合の各バリア領域配置についてのスコアの算出結果を示すグラフである。
【図16】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域を７層とした場合のバリア領域配置についてのハイスコアを得た第１のバリア領域配置例である。
【図17】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域を７層とした場合のバリア領域配置についてのハイスコアを得た第２の空洞配置例である。
【図18】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域を７層とした場合のバリア領域配置についてのハイスコアを得た第３のバリア領域配置例である。
【図19】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域を７層とした場合のバリア領域配置についてのハイスコアを得た第４のバリア領域配置例である。
【図20】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域を７層とした場合のバリア領域配置についてのハイスコアを得た第５のバリア領域配置例である。
【図21】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域を８層とした場合の各バリア領域配置についての力率の算出結果を示すグラフである。
【図22】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域を８層とした場合の各バリア領域配置についてのトルクリップルの算出結果を示すグラフである。
【図23】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域を８層とした場合の各バリア領域配置についてのスコアの算出結果を示すグラフである。
【図24】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域を８層とした場合のバリア領域配置についてのハイスコアを得た第１のバリア領域配置例である。
【図25】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域を８層とした場合のバリア領域配置についてのハイスコアを得た第２の空洞配置例である。
【図26】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域を８層とした場合のバリア領域配置についてのハイスコアを得た第３のバリア領域配置例である。
【図27】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域を８層とした場合のバリア領域配置についてのハイスコアを得た第４のバリア領域配置例である。
【図28】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域を８層とした場合のバリア領域配置についてのハイスコアを得た第５のバリア領域配置例である。
【図29】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順における各バリア領域の配置について補足するための第１の説明図である。
【図30】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順における各バリア領域の配置について補足するための第２の説明図である。
【図31】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順における各バリア領域の配置について補足するための第３の説明図である。
【図32】第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順における各バリア領域の配置について補足するための第４の説明図である。
【図33】第２の実施形態に係る同期リラクタンスモータを示す部分断面図である。
【図34】第３の実施形態に係る同期リラクタンスモータを示す部分断面図である。
【図35】同期リラクタンスモータの回転子の従来例を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る同期リラクタンスモータおよび同期リラクタンスモータの回転子の製造方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【0021】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータ１を示す部分断面図である。図１は、６極の回転子において、周方向に６分の１の範囲である周角度領域１２５のみを示している。ここで、周角度領域１２５は、回転軸ＣＬの延びる方向に垂直な主断面において、径方向内側は回転子シャフト貫通孔１２０ｒ、径方向外側は回転子外表面１２０ｗに挟まれ、周方向には２つの周方向境界線１２８に囲まれた領域である。
図１は、第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータ１を示す部分断面図である。図１は、６極の回転子において、周方向に６分の１の範囲である周角度領域１２５のみを示している。ここで、周角度領域１２５は、回転軸ＣＬの延びる方向に垂直な主断面において、径方向内側は回転子シャフト貫通孔１２０ｒ、径方向外側は回転子外表面１２０ｗに挟まれ、周方向には２つの周方向境界線１２８に囲まれた領域である。
【0022】
同期リラクタンスモータ１は、回転子１００、および回転子１００の径方向外側に、ギャップ空間３０を介して回転子１００を囲むように配された円筒状の固定子１０を備える。また、固定子は図示しないフレーム内に収納されている。
【0023】
固定子１０は、円筒状の固定子鉄心１１および固定子巻線１２を有する。固定子鉄心１１の内周面には、周方向に互いに間隔を置いて軸方向に延びた複数の固定子ティース１１ａが形成されている。互いに隣接する固定子ティース１１ａの間にはそれぞれ固定子スロット１１ｂが形成されている。固定子巻線１２は、固定子ティース１１ａに巻回されており、固定子巻線１２の固定子鉄心１１内の部分は、固定子スロット１１ｂ内に収納されている。なお、固定子１０のスロット数やスロット形状等については、図１に示されているものに限定されない。
【0024】
回転子１００は、回転子シャフト１１０および回転子鉄心１２０を有する。回転子シャフト１１０は、回転軸ＣＬに沿った方向に延びて、その長手方向の両側を、図示しない軸受によりそれぞれ回転可能に軸支されている。なお、軸方向とは、回転子シャフト１１０の回転軸に平行な方向、周方向とは、回転軸の周りを回転する方向を言うものとする。
【0025】
回転子鉄心１２０は、回転軸の延びる方向（軸方向）に積層された複数の円板状の電磁鋼板１２９を有する。それぞれの電磁鋼板１２９には、所定の部分が、たとえばパンチングマシンによりくり抜かれている。電磁鋼板１２９が積層されていることにより、くり抜かれた部分は、軸方向に延びた空間を形成する。なお、回転子鉄心１２０にスキューが施されている場合、例えば段スキューの場合は、回転軸のある部分で前記空間が途切れていてもよい。また、連続スキューの場合は、前記空間が軸方向に所定の角度を有して延在していてもよい。以降は、積層された状態の回転子鉄心１２０についての空間について説明する。
【0026】
回転子鉄心１２０の中央部分は、回転子シャフト１１０が貫通するための回転子シャフト貫通孔１２０ｒが形成されている。なお、回転子鉄心１２０が回転子シャフト１１０に嵌合されており、そのために、たとえば、一方にはキーが、また他方にはキー溝が形成されているが、図示は省略している。なお、キー以外の方法でトルクを伝達する構成（圧入、焼き嵌め、ボルト締め）で嵌合する場合は、キー溝は無くともよい。
【0027】
回転子鉄心１２０には、フラックスバリア１２１が形成されている。図１では、フラックスバリア１２１は、第１層フラックスバリア１２１ａ、第２層フラックスバリア１２１ｂ、第３層フラックスバリア１２１ｃ、第４層フラックスバリア１２１ｄ、第５層フラックスバリア１２１ｅ、および第６層フラックスバリア１２１ｆの６つのフラックスバリアを有する例を示している。以下では、必要のない限り、それぞれのフラックスバリアを含めて、フラックスバリア１２１と表記する場合がある。
【0028】
第１層のフラックスバリア１２１ａは、周方向に延びて、内径方向にすなわち回転子シャフト１１０の方向に凸形状に湾曲して形成された空洞部（非磁性体領域）であるバリア領域１２２ａと、その周方向の両端部に配された外周ブリッジ１２３ｂを有する。同様に、第２層フラックスバリア１２１ｂは、バリア領域１２２ｂと、その周方向の両端部に配された外周ブリッジ１２３ｂを有する。第３層フラックスバリア１２１ｃ、第４層フラックスバリア１２１ｄ、第５層フラックスバリア１２１ｅ、および第６層フラックスバリア１２１ｆについても同様である。以下それぞれのバリア領域をバリア領域１２２と、また、それぞれの外周ブリッジを外周ブリッジ１２３と、それぞれ総称するものとする。バリア領域１２２は、多くは、鉄心をくり抜いた空洞部だけで形成されるが、樹脂や非磁性金属などの非磁性体が充填されていてもよい。
【0029】
ここで、それぞれのフラックスバリア１２１のバリア領域１２２と回転子鉄心１２０の鉄心部との内部境界線１２７ａは、周角度領域１２５の周方向の両側の周方向境界線１２８を漸近線とする双曲線の一部となっている。なお、図１および図３以降においても、内部境界線１２７ａが双曲線の場合を示しているが、これに限定されない。たとえば、楕円あるいは多項式で表現される曲線であってもよい。あるいは、特性の複数の位置を指定し、それらを多項式その他の関数で内挿することにより曲線を設定してもよい。図１で示す場合は、回転子鉄心１２０のバリア領域比率ηＨｏｌｅは４８．２％である。
【0030】
図２は、実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順を示すフロー図である。
【0031】
同期リラクタンスモータの回転子の製造方法は、回転子１００の製作条件を決定する製作条件決定ステップと、製作条件決定ステップの結果に基づいて回転子１００を製作する製作ステップを有する。まず、製作条件決定ステップの詳細について、以下に説明する。
＜製作条件決定ステップ＞
＜製作条件決定ステップ＞
【0032】
まず、回転子１００全体の基本仕様の決定を行う（ステップＳ１１）。具体的には、同期リラクタンスモータ１の仕様の決定の一部として、回転子１００全体の基本仕様の決定を行う。この結果、回転子シャフト１１０の寸法・形状、回転子鉄心１２０の外径寸法が決定される。
【0033】
次に、回転子鉄心１２０の仕様、電磁鋼板１２９の打ち抜き形状の決定を行う（ステップＳ１２）。以下に、ステップＳ１２の詳細を説明する。
【0034】
ステップＳ１２としては、まず、各周角度領域内の径方向のフラックスバリア層数の決定を行う（ステップＳ１２ａ）。すなわち、フラックスバリア１２１の径方向の層数Ｎを決定する。本実施形態では、層数Ｎが６の場合を例にとっている。なお、本実施形態では、回転子１００が６極であるため、周角度領域１２５を中心角（円周角）が６０度の領域としている。
【0035】
次に、バリア領域形成領域内の分割を行う（ステップＳ１２ｂ）。
【0036】
図３は、実施形態に係る同期リラクタンスモータ１の回転子１００の製造方法の手順における対象領域１２６の分割を説明する部分断面図である。
【0037】
周角度領域１２５は、回転軸ＣＬに垂直な断面（主断面）においては、径方向内側の回転子シャフト貫通孔１２０ｒ、径方向外側の回転子外表面１２０ｗ、および隣接する周角度領域１２５との境界である２つの周方向境界線１２０ｓに囲まれた扇状の領域である。
【0038】
対象領域１２６を、周角度領域１２５において形成領域内側境界１２６ａと外周ブリッジ境界１２６ｂとに挟まれた領域として定義する。
【0039】
形成領域内側境界１２６ａは、空洞としてのバリア領域１２２を形成する径方向の内側の限界位置である。たとえば、回転子鉄心１２０の径方向の内側領域における冷却孔の有無等を考慮して設定される。形成領域内側境界１２６ａは、内径側に凸であり、たとえば２つの周方向境界線１２０ｓを漸近線とする双曲線である。
【0040】
外周ブリッジ境界１２６ｂは、回転子鉄心１２０の構造強度の確保と漏れ磁束の低減の両者の観点からその径方向の厚みが設定される外周ブリッジ１２２(図１)の径方向の内側表面の包絡面である。
【0041】
このようにして設定された対象領域１２６において、内径側に凸の曲線群を描く。この曲線群のそれぞれは、たとえば、２つの周方向境界線１２０ｓを漸近線とする双曲線であるＮ本の点線で示す内部境界線１２７ａを描く。なお、図３では、対象領域１２６内の内部境界線１２７ａの一部のみを図示している。Ｎ本の内部境界線１２７ａにより、対象領域１２６は、細長い弓型領域である（Ｎ＋１）個の微小領域１２７ｂに分割される。なお、Ｎ本の内部境界線１２７ａは、等間隔に配置されている。ここで、等間隔とは、周方向境界線１２０ｓの一方に正の最大値、もう一方に負の最小値となるような、周方向に正弦波状に分布する起磁力を回転子外表面１２０ｗに与えたとき、隣り合う２本の内部境界線１２７ａで囲まれた微小領域１２７ｂに流れる磁束の量が均一になることにより定義される。単純に、距離が等間隔であるというわけではない。
【0042】
ここで、「内径側に凸の曲線群」について説明する。一般に、ＳｙｎＲＭの性能（効率や力率）を高めるためには、ｑ軸に磁束を流した時に生じる磁束線に対して、バリア部の長手方向がこれにほぼ平行となるように，フラックスバリアを構成すればよいことが知られている。固定子の起磁力分布が完全な正弦波状で，鉄心内部の透磁率が一様であるという理想的な条件においては、ｑ軸に磁束を流した場合の回転子のベクトルポテンシャルＡ（ｐ，θ）は，次の式（１）のようになる。
【0043】
【数1】
【0044】
すなわち，Ａ（ｒ，θ）の等高線を描けば，それが磁束線に対応する。式（１）において，例えば，ｐ＝４、ａ＝０とすれば，Ａ（ｒ，θ）は次の式（２）のようになる。
Ａ（ｒ，θ）＝Ｂｒ２／（２Ｒ）・ｓｉｎ２θ＝（Ｂ／Ｒ）ｘｙ＝Ａ（ｘ，ｙ）
・・・（２）
ここで、ｘ＝ｒｃｏｓθ、ｙ＝ｒｓｉｎθであることを用いた。すなわち，4極のモータにおいては，Ａ（ｒ，θ）の等高線（Ａ（ｒ，θ）＝ｃｏｎｓｔ．）は、ＸＹ＝ｃｏｎｓｔ．となり、直交座標系における双曲線となることが分かる。６極の場合は、前述の通り、２つの周方向境界線１２０ｓ（この２直線のなす角は６０度）を漸近線とする双曲線となる。
Ａ（ｒ，θ）＝Ｂｒ２／（２Ｒ）・ｓｉｎ２θ＝（Ｂ／Ｒ）ｘｙ＝Ａ（ｘ，ｙ）
・・・（２）
ここで、ｘ＝ｒｃｏｓθ、ｙ＝ｒｓｉｎθであることを用いた。すなわち，4極のモータにおいては，Ａ（ｒ，θ）の等高線（Ａ（ｒ，θ）＝ｃｏｎｓｔ．）は、ＸＹ＝ｃｏｎｓｔ．となり、直交座標系における双曲線となることが分かる。６極の場合は、前述の通り、２つの周方向境界線１２０ｓ（この２直線のなす角は６０度）を漸近線とする双曲線となる。
【0045】
図３における「内径側に凸の曲線群」は，式（１）の(1)式のＡ（ｒ，θ）の等高線そのものであり，次の式（３）として，等間隔に２００本の等高線を引いて得られたものである。
Ａ（ｒ，θ）＝Ｃ（ｎ／２００）（ｎ＝１，２，・・・，２００） …（３）
Ａ（ｒ，θ）＝Ｃ（ｎ／２００）（ｎ＝１，２，・・・，２００） …（３）
【0046】
なお，実際には，固定子１０の起磁力分布には空間高調波が含まれるため、理想的な正弦波にはならない。また，回転子鉄心１２０には磁気飽和が発生するため，透磁率の分布も一様ではない。したがって、式（１）はあくまで目安であり、フラックスバリア１２１が式（１）の等高線に完全に沿っていることを必要とするものではない。
【0047】
次に、バリア領域の配置の全ての組合せを摘出する（ステップＳ１２ｃ）。すなわち、径方向に１つあるいは連続する複数の微小領域１２７ｂをバリア領域として、このようなバリア領域が径方向に６つ形成される全ての組合せを、バリア領域配置として摘出する。
【0048】
なお，バリア領域配置の組み合わせを摘出する際に，制約条件を全く設けない場合，例えば，微小領域１２７ｂが１個だけで構成されたバリア領域や鉄心領域を有する回転子形状が選ばれてしまう可能性がある。このような形状は，構造強度が弱かったり，機械加工が困難であったりして，製造上の課題があるため，初めから取り除いておいた方が良い。このため，組み合わせを探索する際は，微小領域が適当な数Ｍ以上連続するという制約条件を課す。本実施例では，Ｍ＝１０とした。また，バリア領域比率ηＨｏｌｅについても，極端に小さいものや，極端に大きいものは，モータ性能が低いと想定され，初めから省いておくことが望ましい。以上から，本実施例では，ηＨｏｌｅが０．３５以上，０．６以下となることも制約条件とした。ここで、バリア領域比率ηＨｏｌｅは、前述の様に、回転子鉄心領域の面積ＳＲｔに占めるバリア領域の面積ＳＨｏｌｅの比である。具体的には、図３で示す主断面において、対象領域１２６内に形成された６つのバリア領域の面積の、周角度領域１２５の面積に対する比である。
【0049】
次に、それぞれのバリア領域配置に関して、バリア領域比率ηＨｏｌｅ、力率およびトルクリップルを算出する（ステップＳ１２ｄ）。
【0050】
図４は、実施形態に係る同期リラクタンスモータ１の回転子１００の製造方法の手順におけるバリア領域配置の評価の際の固定子１０側のモデルを示す部分断面図である。図４は、周方向に６分の１セクターを示しており、１つのセクターに固定子スロット１１ｂが１２個形成されている。なお、固定子スロット１１ｂの数（スロット数）や、固定子スロット１１ｂの形状は、図４に示したものに限定されない。たとえば、矩形のスロット形状でもよい。
＜実施例＞
＜実施例＞
【0051】
図３において、対象領域１２６を２００個の微小領域１２７ｂに分割した場合で、本実施形態の実施例を以下に説明する。なお、分割数は、バリア領域配置の性能上の相互の比較の精度が確保できる数以上であれば２００に限定されない。
【0052】
微小領域１２７ｂが２００個の場合、前述の制約条件を満足するバリア領域配置の組み合わせは、１４０９ケースとなる。この１４０９ケースのバリア領域配置のそれぞれについて、バリア領域比率ηＨｏｌｅ、力率およびトルクリップルを計算する。ここで、ｎ番目のケースの力率とトルクリップル率をそれぞれ、Ｐ６（ｎ）、Ｒ６（ｎ）で表す。なお、添え字の６は、バリア領域が６層の場合であることを表す。
【0053】
１４０９ケースの力率の平均値Ｐ６ａｖｅとトルクリップルの平均値Ｒ６ａｖｅは、それぞれ次の式（４）および式（５）により算出される。
【0054】
Ｐ６ａｖｅ＝（ΣＰ６（ｎ））／１４０９ …（４）
【0055】
Ｒ６ａｖｅ＝（ΣＲ６（ｎ））／１４０９ …（５）
【0056】
ここで、Σは、ｎ＝１～１４０９の和を示す。
【0057】
また、力率およびトルクリップルはバリア領域比率ηＨｏｌｅに対して正規分布であるとは限らないが、力率の標準偏差Ｐ６ｓｔｄとトルクリップルの標準偏差Ｒ６ｓｔｄを、それぞれ次の式（６）および式（７）により算出される値とする。
【0058】
Ｐ６ｓｔｄ＝√［（Σ（Ｐ６（ｎ）－Ｐ６ａｖｅ）２／１４０９］ …（６）
【0059】
Ｒ６ｓｔｄ＝√［（Σ（Ｒ６（ｎ）－Ｒ６ａｖｅ）２／１４０９］ …（７）
【0060】
ここで、√［Ｘ］は、Ｘの平方根を示す。
【0061】
次に、上記の平均値と標準偏差を用いて、次の式（８）および式（９）を用いて、各物理量を規格化する。
【0062】
ｐ６（ｎ）＝（Ｐ６（ｎ）－Ｐ６ａｖｅ＋３Ｐ６ｓｔｄ）／（６Ｐ６ｓｔｄ） ‥‥（８）
【0063】
ｒ６（ｎ）＝（Ｒ６（ｎ）－Ｒ６ａｖｅ＋３Ｒ６ｓｔｄ）／（６Ｒ６ｓｔｄ） ‥‥（９）
【0064】
この結果、それぞれ、（平均値－標準偏差の３倍）から（平均値＋標準偏差の３倍）の領域を、０から１の間の領域に変換することができる。仮に正規分布の場合は、平均値±標準偏差の範囲は、全体の９９．７％であることから、この場合も、０から１の間の領域で、データの大部分をカバーすることになる。
【0065】
【0066】
図５は、実施形態に係る同期リラクタンスモータ１の回転子１００の製造方法の手順における各バリア領域配置についての力率の算出結果を示すグラフである。図５の横軸はバリア領域比率ηＨｏｌｅ（％）、縦軸は、規格化した力率である。
【0067】
図５で、白抜きの丸印は、それぞれバリア領域配置の結果を示す。また、黒塗りのひし形で示す５つは、後述する高スコアの上位５つのバリア領域配置の結果を示す。図５の結果が示すように、上位５つのバリア領域配置は、力率の値が大きいが、力率のみに注目すれば、他にも力率の高いバリア領域配置があることが分かる。それぞれのバリア領域比率ηＨｏｌｅ（％）においては、力率の値は図５の上下（力率の大小）方向に分布している。設計上、力率を最大化したケースをみると、バリア領域比率ηＨｏｌｅに対して上に凸状となっている。
【0068】
図６は、実施形態に係る同期リラクタンスモータ１の回転子１００の製造方法の手順における各バリア領域配置についてのトルクリップルの算出結果を示すグラフである。図６の横軸はバリア領域比率ηＨｏｌｅ（％）、縦軸は、規格化したトルクリプル値である。
【0069】
図５と同様に、図６において、白抜きの丸印は、それぞれバリア領域配置の結果を示す。また、黒塗りのひし形で示す５つは、後述する高スコアの上位５つのバリア領域配置の結果を示す。図６の結果が示すように、上位５つのバリア領域配置は、トルクリップル値の値が小さいが、トルクリップル値のみに注目すれば、他にもトルクリップル値の小さいバリア領域配置があることが分かる。それぞれのバリア領域比率ηＨｏｌｅ（％）においては、トルクリップル値は図５の上下（力率の大小）方向に分布している。設計上、トルクリップル値を最小化したケースをみると、バリア領域比率ηＨｏｌｅに対して下に凸状となっている。
【0070】
図７は、実施形態に係る同期リラクタンスモータ１の回転子１００の製造方法の手順における各バリア領域配置についてのスコアの算出結果を示すグラフである。図７の横軸はバリア領域比率ηＨｏｌｅ（％）、縦軸は、スコア値ｓ（ｎ）である。
【0071】
ここで、スコア値ｓ（ｎ）は、次の式（１０）により算出する。
【0072】
ｓ（ｎ）＝［ｍＰ／（ｍＰ＋ｍＲ）］・ｐ６（ｎ）－［ｍＲ／（ｍＰ＋ｍＲ）］・ｒ６（ｎ）
・・・（１０）
・・・（１０）
【0073】
ここで、ｍＰおよびｍＲはそれぞれ力率およびトルクリップル値についての重み付けの数である。力率が高く、トルクリップルが小さいほど、ｓ（ｎ）の値は大きくなる。すなわち、ｓ（ｎ）は、同期リラクタンスモータの総合的な性能を表す指標と考えられる。図７では、ｍＰ＝３、ｍＲ＝１とした場合を示している。図１に示す本実施形態の同期リラクタンスモータ１においては、バリア領域比率ηＨｏｌｅは４８．２％、そのスコア値ｓ（ｎ）は、０．５１７である。
【0074】
図５で示す力率は上に凸状、図６で示すトルクリップルは下に凸の特性を有している。この結果、力率の最大化とトルクリップルの最小化を図ろうとする場合、図７に示すように、最適なケースを生ずるバリア領域比率ηＨｏｌｅ（％）は、ある範囲に収まる。
【0075】
図８ないし図１２は、それぞれ、実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域配置についてのハイスコアを得たその他の第１ないし第５の例である。なお、第１の例は、図１に示した回転子鉄心１２０のバリア領域部配置である。
【0076】
６層での第１のバリア領域配置例１３６ａでは、バリア領域比率ηＨｏｌｅは４８．２％、スコア値ｓ（ｎ）は０．５１７である。６層での第２のバリア領域配置例１３６ｂでは、バリア領域比率ηＨｏｌｅは４９．５％、スコア値ｓ（ｎ）は０．５２６である。６層での第３のバリア領域配置例１３６ｃでは、バリア領域比率ηＨｏｌｅは５１．３％、スコア値ｓ（ｎ）は０．５１８である。６層での第４のバリア領域配置例１３６ｄでは、バリア領域比率ηＨｏｌｅは４８．７％、スコア値ｓ（ｎ）は０．５２０である。６層での第５のバリア領域配置例１３６ｆでは、バリア領域比率ηＨｏｌｅは５４．５％、スコア値ｓ（ｎ）は０．５１５である。
【0077】
このように、ｓ（ｎ）の値の大きな上位５つのケースにおいては、バリア領域比率ηＨｏｌｅの最小値は、４８．２％、バリア領域比率ηＨｏｌｅの最大値は、５４．５％である。したがって、バリア領域比率ηＨｏｌｅが４８．２％ないし５４．５％の範囲で、スコア値ｓ（ｎ）が最大となるケースを選定すれば総合的な性能が最良のケースが得られることになる。
【0078】
なお、トルク性能に関しては、以下のことが言える。いま、力率は皮相電力に対する有効電力の比率であり、有効電力は出力と損失の合計である。また、一般には出力が損失よりも十分大きいため、有効電力の値はほぼ出力の値と考えてもよい。このため、力率を向上させることは、皮相電力をできるだけ小さくしながら出力を大きくすること、すなわちトルクを大きくすることと同義である。したがって、以上の様にして得られたケースにおいては、トルク値も確保できることになる。
＜バリア領域が７層の場合＞
＜バリア領域が７層の場合＞
【0079】
以下に、変形例として、フラックスバリアが７層の場合を示す。
【0080】
図１３は、実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域を７層とした場合の各バリア領域配置についての力率の算出結果を示すグラフである。図１３の横軸はバリア領域比率ηＨｏｌｅ（％）、縦軸は、規格化した力率である。
【0081】
図１３においては、図５と同様に、白抜きの丸印は、それぞれバリア領域配置の結果を示す。また、黒塗りのひし形で示す５つは、後述する高スコアの上位５つのバリア領域配置の結果を示す。図１３の結果は、図５の６層の場合と同様に、設計上、力率を最大化したケースをみると、バリア領域比率ηＨｏｌｅに対して上に凸状となっている。
【0082】
図１４は、実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域を７層とした場合の各バリア領域配置についてのトルクリップルの算出結果を示すグラフである。図１４の横軸はバリア領域比率ηＨｏｌｅ（％）、縦軸は、規格化したトルクリプル値である。
【0083】
図１３と同様に、図１４において、白抜きの丸印は、それぞれバリア領域配置の結果を示す。また、黒塗りのひし形で示す５つは、後述する高スコアの上位５つのバリア領域配置の結果を示す。図１４の結果が示すように、設計上、トルクリップル値を最小化したケースをみると、バリア領域比率ηＨｏｌｅに対して下にやや凸状となっている。
【0084】
図１５は、実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域を７層とした場合の各バリア領域配置についてのスコアの算出結果を示すグラフである。
【0085】
図１３で示す力率は上に凸状、図１４で示すトルクリップルは下に凸の特性を有している。この結果、力率の最大化とトルクリップルの最小化を図ろうとする場合、図１５に示すように、最適なケースを生ずるバリア領域比率ηＨｏｌｅ（％）は、ある範囲に収まる。
【0086】
【0087】
７層での第１のバリア領域配置例１３７ａでは、バリア領域比率ηＨｏｌｅは５２．７％、スコア値ｓ（ｎ）は０．５３９である。７層での第２のバリア領域配置例１３７ｂでは、バリア領域比率ηＨｏｌｅは５０．９％、スコア値ｓ（ｎ）は０．５３９である。７層での第３のバリア領域配置例１３７ｃでは、バリア領域比率ηＨｏｌｅは４９．８％、スコア値ｓ（ｎ）は０．５２８である。７層での第４のバリア領域配置例１３７ｄでは、バリア領域比率ηＨｏｌｅは５１．０％、スコア値ｓ（ｎ）は０．５３０である。７層での第５のバリア領域配置例１３７ｆでは、バリア領域比率ηＨｏｌｅは５２．２％、スコア値ｓ（ｎ）は０．５３５である。
【0088】
このように、ｓ（ｎ）の値の大きな上位５つのケースにおいては、バリア領域比率ηＨｏｌｅの最小値は、４９．８％、バリア領域比率ηＨｏｌｅの最大値は、５２．７％である。したがって、バリア領域を７層とした場合は、バリア領域比率ηＨｏｌｅが４９．８％ないし５２．７％の範囲で、スコア値ｓ（ｎ）が最大となるケースを選定すれば総合的な性能が最良のケースが得られることになる。
＜フラックスバリアが８層の場合＞
＜フラックスバリアが８層の場合＞
【0089】
図２１は、実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてフラックスバリア１２１を８層とした場合の各バリア領域配置についての力率の算出結果を示すグラフである。図２１の横軸はバリア領域比率ηＨｏｌｅ（％）、縦軸は、規格化した力率である。
【0090】
図２１においては、図５と同様に、白抜きの丸印は、それぞれバリア領域配置の結果を示す。また、黒塗りのひし形で示す５つは、後述する高スコアの上位５つのバリア領域配置の結果を示す。図２１の結果は、図５の６層の場合と同様に、設計上、力率を最大化したケースをみると、バリア領域比率ηＨｏｌｅに対して上に凸状となっている。
【0091】
図２２は、実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域を８層とした場合の各バリア領域配置についてのトルクリップルの算出結果を示すグラフである。図２２の横軸はバリア領域比率ηＨｏｌｅ（％）、縦軸は、規格化したトルクリプル値である。
【0092】
図５と同様に、図２２において、白抜きの丸印は、それぞれバリア領域配置の結果を示す。また、黒塗りのひし形で示す５つは、後述する高スコアの上位５つのバリア領域配置の結果を示す。図２２の結果が示すように、設計上、トルクリップル値を最小化したケースをみると、バリア領域比率ηＨｏｌｅに対して下に凸状となっている。
【0093】
図２３は、実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順においてバリア領域を８層とした場合の各バリア領域配置についてのスコアの算出結果を示すグラフである。
【0094】
図２１で示す力率は上に凸状、図２２で示すトルクリップルは下に凸の特性を有している。この結果、力率の最大化とトルクリップルの最小化を図ろうとする場合、図２３に示すように、最適なケースを生ずるバリア領域比率ηＨｏｌｅ（％）は、ある範囲に収まる。
【0095】
【0096】
８層での第１のバリア領域配置例１３８ａでは、バリア領域比率ηＨｏｌｅは４８．３％、スコア値ｓ（ｎ）は０．５４７である。８層での第２のバリア領域配置例１３８ｂでは、バリア領域比率ηＨｏｌｅは５０．６％、スコア値ｓ（ｎ）は０．５１９である。８層での第３のバリア領域配置例１３８ｃでは、バリア領域比率ηＨｏｌｅは４８．７％、スコア値ｓ（ｎ）は０．５３５である。８層での第４のバリア領域配置例１３８ｄでは、バリア領域比率ηＨｏｌｅは５３．１％、スコア値ｓ（ｎ）は０．５４０である。８層での第５のバリア領域配置例１３８ｆでは、バリア領域比率ηＨｏｌｅは５１．７％、スコア値ｓ（ｎ）は０．５２２である。
【0097】
このように、ｓ（ｎ）の値の大きな上位５つのケースにおいては、バリア領域比率ηＨｏｌｅの最小値は、４８．３％、バリア領域比率ηＨｏｌｅの最大値は、５３．１％である。したがって、バリア領域を８層とした場合は、バリア領域比率ηＨｏｌｅが４８．３％ないし５３．１％の範囲で、スコア値ｓ（ｎ）が最大となるケースを選定すれば総合的な性能が最良のケースが得られることになる。
【0098】
＜標準偏差との関係について＞
以上、ほぼ同じバリア領域比率ηＨｏｌｅの中に複数ある形状の中から最良のケースを選定する上で、最大のスコアを有する形状を得る方法を説明した。以下では、標準偏差との関係について説明する。
以上、ほぼ同じバリア領域比率ηＨｏｌｅの中に複数ある形状の中から最良のケースを選定する上で、最大のスコアを有する形状を得る方法を説明した。以下では、標準偏差との関係について説明する。
【0099】
図２９は、第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順における各バリア領域の配置について補足するための第１の説明図である。具体的には、対象領域１２６（図３）が分割された微小領域１２７の一部を示す図である。
１つのバリア領域１２２は、ｋ個の連続した微小領域１２７により形成される。図２９では、ｋが１５の場合を示している。このｋを割当て数と呼ぶものとすると、たとえば６層配置の場合であれば、６つの割当て数で、６つのバリア領域１２２を形成していることになる。すなわち、それぞれのバリア領域配置がその層数の対応する割当て数の組を有することになる。
１つのバリア領域１２２は、ｋ個の連続した微小領域１２７により形成される。図２９では、ｋが１５の場合を示している。このｋを割当て数と呼ぶものとすると、たとえば６層配置の場合であれば、６つの割当て数で、６つのバリア領域１２２を形成していることになる。すなわち、それぞれのバリア領域配置がその層数の対応する割当て数の組を有することになる。
【0100】
図３０は、第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順における各バリア領域の配置について補足するための第２の説明図である。図３０は、先に示した図７上に、ほぼ同じバリア領域比率ηＨｏｌｅを有する中で、スコアが最大のケースＮｏ．５９５と、スコアが最小のケースＮｏ．１３１４）を示したものである。Ｎｏ．５９５のケースは、図９に示した６層での第２のバリア領域配置例１３６ｂである。このケースは、前述のように、バリア領域比率ηＨｏｌｅは４９．５％、スコア値ｓ（ｎ）は０．５２６である。
【0101】
図３１は、第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順における各バリア領域の配置について補足するための第３の説明図である。図３１は、Ｎｏ．１３１４のケース、すなわち、６層での比較例１３６ｈのバリア領域の配置を示している。Ｎｏ．１３１４のケースでは、バリア領域比率ηＨｏｌｅは、Ｎｏ．５９５のケースとほぼ同じ４９．３％、スコア値ｓ（ｎ）は０．１７６である。
【0102】
ここで、各層の割当て数ｎｉを（ｎ１，・・・，ｎＮ）で表す（ｎ１は最も外径側のバリア領域における割り当て数で、添え字が大きいほど、内径側を表すとする）と、Ｎｏ．５９５のケースでは（２１，１５，１０，２４，１７，２３）である。また、Ｎｏ．１３１４のケースでは（１６，１５，５１，１５，１５，１７）となり、図３１に示すように、径方向外側から３番目のバリア領域１２２が大きく、全体のバランスが悪い。
【0103】
今、Ｎ層の場合の（ｎ１，・・・，ｎＮ）の標準偏差ＱＮｓｔｄを次の式（１１）で表す。
ＱＮｓｔｄ＝√［（Σ（Ｐ６（ｎ）－ＱＮａｖｅ）２／Ｎ］ …（１１）
ただし、ΣはＮ個の数の和、ＱＮａｖｅはＮ個の数の平均値である、
ＱＮｓｔｄ＝√［（Σ（Ｐ６（ｎ）－ＱＮａｖｅ）２／Ｎ］ …（１１）
ただし、ΣはＮ個の数の和、ＱＮａｖｅはＮ個の数の平均値である、
【0104】
式（１１）によりそれぞれの標準偏差を求めると、Ｎｏ．５９５のケースでは４．８９、Ｎｏ．１３１４のケースでは１３．２１となる。
【0105】
図３２は、第１の実施形態に係る同期リラクタンスモータの回転子の製造方法の手順における各バリア領域の配置について補足するための第４の説明図である。図３２の横軸はバリア領域比率（％）、縦軸は式（１１）で計算した標準偏差を示す。図３２中に、Ｎｏ．５９５のケースとＮｏ．１３１４のケースの場所を表示している。
【0106】
このように、バリア領域比率がほぼ同じ場合は、スコアが高いバリア配置ケースでは、標準偏差が小さく、スコアが低いバリア配置ケースでは、標準偏差が大きいことが分かる。本来、磁界解析等によって、モータの力率やトルクリップルを計算し、それを元にスコアを計算しなければならないが、単純に回転子の形状情報から標準偏差を算出し、それに基づいて、ベストケースを選択することも可能である。
【0107】
以上のように、６極の同期リラクタンスモータ１の回転子１００においては、フラックスバリア１２１を６層ないし８層形成する場合は、バリア領域比率ηＨｏｌｅを４８％～５５％の範囲で選定することにより、力率、トルク値およびトルクリップル値に関する総合的な性能を確保することができる。
【0108】
［第２の実施形態］
図３３は、第２の実施形態に係る同期リラクタンスモータ１ａを示す部分断面図である。第２の実施形態は、第１の実施形態の変形である、
図３３は、第２の実施形態に係る同期リラクタンスモータ１ａを示す部分断面図である。第２の実施形態は、第１の実施形態の変形である、
【0109】
本実施形態に係る同期リラクタンスモータ１ａの回転子鉄心１２０ａにおいては、フラックスバリア１２１が、第１の実施形態と異なる。これ以外は、第１の実施形態と同様である。
【0110】
具体的には、たとえば、フラックスバリア１２１ａは、第１の実施形態と同様に、バリア領域１２２ａおよび外周ブリッジ１２３ａを有するとともに、バリア領域１２２ａをまたぐように径方向に延びた内部ブリッジ１２４ａをさらに有する。また、フラックスバリア１２１ｂは、バリア領域１２２ｂおよび外周ブリッジ１２３ｂを有するとともに、バリア領域１２２ｂをまたぐように径方向に延びた内部ブリッジ１２４ｂをさらに有する。フラックスバリア１２１ｃ、１２１ｄ、１２１ｅおよび１２１ｆについても同様である。
【0111】
このように、内部ブリッジを有することにより、バリア領域の形成による構造強度の低下を補償し、必要な構造強度を確保することができる。なお、内部ブリッジはすべてのフラックスバリアにおいて設けなければならないわけでなく、例えば、フラックスバリア１２１ｆのみを設けて、それ以外のフラックスバリア１２１ｃ、１２１ｄ、１２１ｅには内部ブリッジはなく、外部ブリッジのみを有する、という構造でもよい。
【0112】
［第３の実施形態］
図３４は、第３の実施形態に係る同期リラクタンスモータ１ｂを示す部分断面図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形である。
図３４は、第３の実施形態に係る同期リラクタンスモータ１ｂを示す部分断面図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形である。
【0113】
本実施形態における回転子１００ｂの回転子鉄心１２０ｂにおいては、フラックスバリア１２１が形成されていない領域に、スタッドボルト通し孔１４１が回転子鉄心１２０ｂを軸方向に貫通するように形成されている。また、周方向境界線１２８の一部において、冷却孔１４２が形成されており、それぞれの周角度領域１２５が互いに隣接することにより、回転子鉄心１２０ｂを軸方向に貫通する冷却用の貫通孔が形成される。
【0114】
このように、本実施形態では、さらに回転子鉄心１２０ｂの結束、回転子１００ｂの冷却の機能を備える構成とすることができる。なお、これらの孔の配置や個数は任意であり、必要とされる軸方向結束強度や冷却性能に基づいて、任意に配置してよい。
【0115】
以上、説明した実施形態によれば、力率が高くトルクリップル率の低い同期リラクタンスモータおよび同期リラクタンスモータの回転子の製造方法を提供することが可能となる。
【0116】
［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、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。また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、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、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。
以上、本発明の実施形態を説明したが、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。また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、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、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。
【符号の説明】
【0117】
１、１ａ、１ｂ…同期リラクタンスモータ、１０…固定子、１１…固定子鉄心、１１ａ…固定子ティース、１１ｂ…固定子スロット、１２…固定子巻線、２０…従来例の回転子、２１…回転子シャフト、２２…回転子鉄心、２３…フラックスバリア、２３ａ…バリア領域、２３ｂ…外周ブリッジ、３０…ギャップ空間、１００…回転子、１１０…回転子シャフト、１２０、１２０ａ、１２０ｂ…回転子鉄心、１２０ｒ…回転子シャフト貫通孔、１２０ｓ…周方向境界線、１２０ｗ…回転子外表面、１２１…フラックスバリア、１２１ａ…第１層フラックスバリア、１２１ｂ…第２層フラックスバリア、１２１ｃ…第３層フラックスバリア、１２１ｄ…第４層フラックスバリア、１２１ｅ…第５層フラックスバリア、１２１ｆ…第６層フラックスバリア、１２２、１２２ａ、１２２ｂ…バリア領域、１２３、１２３ａ、１２３ｂ…外周ブリッジ、１２４ａ、１２４ｂ…内部ブリッジ、１２５…周角度領域、１２６…対象領域、１２６ａ…形成領域内側境界、１２６ｂ…外周ブリッジ境界、１２７ａ…内部境界線、１２７ｂ……微小領域、１２８…周方向境界線、１２９…電磁鋼板、１３６ａ…６層での第１のバリア領域配置例、１３６ｂ…６層での第２のバリア領域配置例、１３６ｃ…６層での第３のバリア領域配置例、１３６ｄ…６層での第４のバリア領域配置例、１３６ｆ…６層での第５のバリア領域配置例、１３６ｈ…６層での比較例、１３７ａ…７層での第１のバリア領域配置例、１３７ｂ…７層での第２のバリア領域配置例、１３７ｃ…７層での第３のバリア領域配置例、１３７ｄ…７層での第４のバリア領域配置例、１３７ｆ…７層での第５のバリア領域配置例、１３８ａ…８層での第１のバリア領域配置例、１３８ｂ…８層での第２のバリア領域配置例、１３８ｃ…８層での第３のバリア領域配置例、１３８ｄ…８層での第４のバリア領域配置例、１３８ｆ…８層での第５のバリア領域配置例、１４１…スタッドボルト通し孔、１４２…冷却孔
【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】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】