特開 2024-85589 回転電機

(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】P2024085589

(43)【公開日】2024-06-27

(54)【発明の名称】回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/276 20220101AFI20240620BHJP

【ＦＩ】

H02K1/276

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022200181

(22)【出願日】2022-12-15

(71)【出願人】

【識別番号】000002059

【氏名又は名称】シンフォニアテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100142022

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 一晃

(72)【発明者】

【氏名】吉田 加津也

【テーマコード（参考）】

5H622

【Ｆターム（参考）】

5H622AA03

5H622CA02

5H622CA05

5H622CA10

5H622CA12

5H622CB03

5H622CB05

(57)【要約】

【課題】複数の極数のロータを有する回転電機において、低速回転領域では高トルクを出力可能な一方、高速回転領域では低トルクを出力可能な構成を、効率低下を抑制しつつ実現する。
【解決手段】モータ１は、軸線方向に延びる円筒状のステータ２と、ステータ２の径方向内方に位置するロータ３と、を有する。ロータ３は、円筒状のロータコア３１と、ロータ３の２極を構成するように、異なる磁石挿入孔３１ｂ内に挿入された磁石３２をそれぞれ複数含む第１磁石挿入孔群３３及び第２磁石挿入孔群３４と、を有する。第１磁石挿入孔群３３及び第２磁石挿入孔群３４にそれぞれ含まれる複数の磁石３２は、ロータ３を前記軸線方向に見て径方向外方に凸状になるように周方向に並んでいる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線方向に延びる円筒状のステータと、
前記ステータの径方向内方に位置する円柱状のロータと、
を有する回転電機であって、
前記ロータは、
複数の磁石挿入孔を有する円筒状のロータコアと、
前記ロータの複数の磁極を構成するように、異なる前記磁石挿入孔内に挿入された磁石をそれぞれ複数含む複数の磁石群と、
を有し、
前記各磁石群に含まれる前記複数の磁石は、前記ロータを前記軸線方向に見て径方向外方に凸状になるように周方向に並んでいる、
回転電機。

【請求項2】

請求項１に記載の回転電機において、
前記各磁石群は、少なくとも４個の磁石を含む、
回転電機。

【請求項3】

請求項２に記載の回転電機において、
前記ロータコアにおいて、前記各磁石群に含まれる複数の磁石のうち周方向中央側に位置する磁石に対して径方向外側に位置する部分の最大径方向寸法は、前記各磁石群に含まれる複数の磁石のうち周方向外側に位置する磁石に対して径方向外側に位置する部分の最大径方向寸法よりも大きい、
回転電機。

【請求項4】

請求項２に記載の回転電機において、
前記ロータコアは、前記各磁石群に含まれる各磁石の周方向外方に、前記ロータコアを前記軸線方向に貫通する空隙部を有し、
前記ロータを前記軸線方向に見て、前記各磁石群に含まれる複数の磁石のうち周方向外側に位置する磁石に対して周方向外方に位置する空隙部の面積は、前記各磁石群に含まれる複数の磁石のうち周方向中央側に位置する磁石に対して周方向外方に位置する空隙部の面積よりも大きい、
回転電機。

【請求項5】

請求項２に記載の回転電機において、
前記各磁石群に含まれる複数の磁石のうち周方向中央側に位置する磁石は、前記ロータを軸線方向に見て、前記ロータの径方向と９０度以外の角度で交差するように配置されている、
回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、円筒状のロータコアの磁石挿入孔内に複数の磁石が挿入されたロータを有する回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

円筒状のステータと、前記ステータの径方向内方に位置するロータとを有する回転電機として、例えば特許文献１に開示されるような永久磁石型回転電機が知られている。前記永久磁石型回転電機の永久磁石型ロータは、隣接する極性が異なるように配置された４個以上の永久磁石を有する。

【0003】

前記特許文献１には、前記永久磁石型ロータのロータコア内に、複数の磁石が位置する点が開示されている。すなわち、前記特許文献１に開示されている永久磁石型回転電機は、ロータコア内に磁石が位置するＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２－２５２９４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上述のようなＩＰＭモータにおいて、低速回転領域では高トルクを出力可能な一方、高速回転領域では低トルクを出力可能な構成が求められる場合がある。この場合、低速回転領域に比べてステータの電圧が高い高速回転領域では、磁束を弱めるために、弱め界磁制御を行う必要がある。この弱め界磁制御によって、ステータに流れる電流値が増えるため、銅損が増加して、モータの効率が悪化する。

【0006】

また、前記ＩＰＭモータを高速回転領域で駆動させる際にインバータの出力（出力周波数など）に制限がある場合には、ロータの極数を少なくする必要があり、モータ出力が低下する可能性がある。

【0007】

本発明の目的は、複数の極数のロータを有する回転電機において、低速回転領域では高トルクを出力可能な一方、高速回転領域では低トルクを出力可能な構成を、効率低下を抑制しつつ実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一実施形態に係る回転電機は、軸線方向に延びる円筒状のステータと、前記ステータの径方向内方に位置するロータと、を有する回転電機である。前記ロータは、複数の磁石挿入孔を有する円筒状のロータコアと、前記ロータの複数の磁極を構成するように、異なる前記磁石挿入孔内に挿入された磁石をそれぞれ複数含む複数の磁石群と、を有する。前記各磁石群に含まれる前記複数の磁石は、前記ロータを前記軸線方向に見て径方向外方に凸状になるように周方向に並んでいる（第１の構成）。

【0009】

このように、複数の極数のロータを有するＩＰＭモータにおいて、前記ロータの複数の磁極をそれぞれ構成する複数の磁石が、前記ロータを軸線方向に見て径方向外方に凸状になるように、ロータコア内に周方向に並ぶことにより、ロータコアにおける複数の磁石に対して径方向内方でｑ軸の磁束が通過しやすくなり、モータのｑ軸インダクタンスが大きくなる。

【0010】

このように、モータ１のｑ軸インダクタンスが増加することにより、ロータに生じるリラクタンストルクを大きくすることができ、出力トルクを増大できる。よって、上述の構成により、特に低速回転領域で高トルクを出力することができる。

【0011】

前記第１の構成において、前記各磁石群は、少なくとも４個の磁石を含む（第２の構成）。

【0012】

これにより、モータが、各磁石群に含まれる複数の磁石と同等の磁束を生じる１個の磁石を有する構成に比べて、ロータが回転した際に１個の磁石に生じる遠心力を分散することにより低減できる。よって、前記ロータが回転した際に、ロータコアが前記磁石の遠心力によって損傷を受けるのを抑制できる。また、各磁石群が少なくとも４個の磁石を含むことにより、ロータコアにおける径方向内方にｑ軸の磁束が通過しやすくなってモータのｑ軸インダクタンスが大きくなるだけでなく、ｄ軸の磁束が通過しやすくなってモータのｄ軸インダクタンスも大きくなる。よって、弱め界磁制御を行う際のｄ軸電流を減少させることができる。したがって、特に高速回転領域でも低トルクを出力可能な構成を、効率低下を抑制しつつ実現できる。

【0013】

前記第２の構成において、前記ロータコアにおいて、前記各磁石群に含まれる複数の磁石のうち周方向中央側に位置する磁石に対して径方向外側に位置する部分の最大径方向寸法は、前記各磁石群に含まれる複数の磁石のうち周方向外側に位置する磁石に対して径方向外側に位置する部分の最大径方向寸法よりも大きい（第３の構成）。

【0014】

これにより、磁石群によってロータに生じるｄ軸の磁束よりも、前記磁石群によって前記ロータに生じるｑ軸の磁束を大きくすることができる。よって、ロータに生じるリラクタンストルクを大きくすることができ、回転電機の出力トルクを増大できる。

【0015】

しかも、上述の構成により、前記ロータコアにおいて、前記磁石群の周方向中央側に位置する磁石に対して径方向外側に位置する部分の最大径方向寸法が大きいため、前記ロータの回転により前記磁石に生じる遠心力によって、ロータコアが損傷を受けるのを抑制できる。

【0016】

前記第２の構成において、前記ロータコアは、前記各磁石群に含まれる各磁石の周方向外方に、前記ロータコアを前記軸線方向に貫通する空隙部を有する。前記ロータを前記軸線方向に見て、前記各磁石群に含まれる複数の磁石のうち周方向外側に位置する磁石に対して周方向外方に位置する空隙部の面積は、前記各磁石群に含まれる複数の磁石のうち周方向中央側に位置する磁石に対して周方向外方に位置する空隙部の面積よりも大きい（第４の構成）。

【0017】

これにより、ロータコアにおいて、各磁石群の周方向外側に位置する磁石に対してより周方向外方に磁束を流すことができる。よって、前記磁石の周方向外方で磁束がショートカットして流れるのを防止して、前記磁石に生じるｄ軸の磁束の方向及びｑ軸の磁束の方向を、それぞれ、他の磁石で生じるｄ軸の磁束の方向及びｑ軸の磁束の方向に合わせることができる。したがって、ロータに、より大きい磁束を有するｄ軸の磁束及びｑ軸の磁束を生成することができる。

【0018】

前記第２の構成において、前記各磁石群に含まれる複数の磁石のうち周方向中央側に位置する磁石は、前記ロータを軸線方向に見て、前記ロータの径方向と９０度以外の角度で交差するように配置されている（第５の構成）。

【0019】

これにより、ロータを軸線方向に見て磁石がロータの径方向と９０度の角度で交差するように配置されている構成に比べて、ロータコアにおいて、各磁石群に含まれる複数の磁石のうち周方向中央側に位置する磁石に対して径方向外方に位置する部分の最小径方向寸法を、大きくすることができる。よって、ロータが回転した際に、磁石群の周方向中央側に位置する磁石に生じる遠心力によって、ロータコアが損傷を受けるのを抑制できる。

【発明の効果】

【0020】

本発明の一実施形態に係る回転電機によれば、ロータは、複数の磁石挿入孔を有する円筒状のロータコアと、前記ロータの複数の磁極をそれぞれ構成するように、異なる前記磁石挿入孔内に挿入された磁石をそれぞれ複数含む複数の磁石群と、を有する。前記各磁石群に含まれる前記複数の磁石は、前記ロータを前記軸線方向に見て径方向外方に凸状になるように周方向に並んでいる。

【0021】

これにより、低速回転領域では高トルクを出力しつつ、高速回転領域では弱め界磁制御を行っても効率低下を抑制することができる。したがって、複数の極数のロータを有する回転電機において、低速回転領域では高トルクを出力可能な一方、高速回転領域では低トルクを出力可能な構成を、効率低下を抑制しつつ実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、実施形態に係るモータの構成を模式的に示す図である。

【図2】図２は、ロータを軸線方向に見た図である。

【図3】図３は、本実施形態の４つの磁石によってロータに生じる磁束を模式的に示す図である。

【図4】図４は、ロータを軸線方向に見て、ロータコア内に該ロータコアの径方向に交差するようにＶ字状に磁石を配置した２極のモータにおいて、磁石によって生じる磁束を模式的に示す図である。

【図5】図５は、図３に示すロータを有するモータ（図５では比較例）及び図４に示すロータを有するモータ（図５では本発明）において、それぞれ生じるリラクタンストルク及び合成トルクの一例を示す図である。

【図6】図６は、ロータを軸線方向に見て、ロータコア内に該ロータコアの径方向に直交する方向に延びるように磁石を配置した２極のモータにおいて、磁石によって生じる磁束を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。以下の説明において、ロータ３の軸線Ｐが延びる方向を、軸線方向と呼び、ロータ３の周方向を、単に周方向と呼び、ロータ３の径方向を、単に径方向と呼ぶ。

【0024】

図１は、本発明の実施形態に係るモータ１の構成を模式的に示す図である。モータ１は、軸線Ｐに沿って延びる円筒状のステータ２と、ステータ２の径方向内方に位置するロータ３とを有する。モータ１が、本発明の回転電機に対応する。

【0025】

ステータ２は、円筒状のステータコア２１と、ステータコイル２２とを有する。ステータコア２１は、例えば、複数の鋼板を厚み方向に積層することにより構成されている。ステータコア２１は、内周側に複数のティース２１ａを有する。複数のティース２１ａは、周方向に等間隔に並んでいる。隣り合うティース２１ａの間には、スロット２１ｂが形成されている。ステータコイル２２は、複数のティース２１ａにそれぞれ巻回されている。

【0026】

ステータ２の径方向内方には、ロータ３が回転可能に配置されている。ロータ３は、円筒状のロータコア３１と、磁石３２とを有する。ロータコア３１は、例えば、複数の鋼板を厚み方向に積層することにより構成されている。ロータコア３１は、図示しないシャフトが貫通するシャフト貫通孔３１ａと、磁石３２がそれぞれ挿入される複数の磁石挿入孔３１ｂとを有する。複数の磁石挿入孔３１ｂは、ロータコア３１を軸線方向に見て、長方形状である。複数の磁石挿入孔３１ｂは、ロータコア３１を軸線方向に貫通している。

【0027】

本実施形態では、ロータコア３１は、ロータコア３１を軸線方向に見て、軸線Ｐに対して径方向一方に４つの磁石挿入孔３１ｂを有し、軸線Ｐに対して径方向他方に４つの磁石挿入孔３１ｂを有する。ロータコア３１において前記径方向一方に位置する４つの磁石挿入孔３１ｂは、第１磁石挿入孔群３３（磁石群）を構成する。ロータコア３１において前記径方向他方に位置する４つの磁石挿入孔３１ｂは、第２磁石挿入孔群３４（磁石群）を構成する。第１磁石挿入孔群３３と第２磁石挿入孔群３４とは、ロータコア３１を軸線方向に見て、軸線Ｐを挟んで径方向の反対に位置する。

【0028】

第１磁石挿入孔群３３及び第２磁石挿入孔群３４の磁石挿入孔３１ｂ内に磁石３２がそれぞれ挿入されることにより、２極のロータ３が構成される。すなわち、ロータ３は、２極のＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータである。第１磁石挿入孔群３３内に挿入された複数の磁石３２は、第１磁石群３５を構成する。第２磁石挿入孔群３４内に挿入された複数の磁石３２は、第２磁石群３６を構成する。すなわち、ロータ３は、一対の磁石群を有する。第１磁石群３５及び第２磁石群３６は、ロータ３の磁極を構成する。第１磁石群３５の複数の磁石３２において、ロータ３の外周側の極性はＮ極であり、ロータ３の内周側の極性はＳ極である。第２磁石群３６の複数の磁石３２において、ロータ３の外周側の極性はＳ極であり、ロータ３の内周側の極性はＮ極である。

【0029】

磁石３２は、直方体状の永久磁石である。本実施形態では、第１磁石挿入孔群３３及び第２磁石挿入孔群３４の磁石挿入孔３１ｂ内にそれぞれ挿入される磁石３２は、いずれも同じ大きさ及び形状を有する。

【0030】

図２は、ロータ３を軸線方向に見た図である。図２に示すように、第１磁石挿入孔群３３と第２磁石挿入孔群３４とは、ロータ３を軸線方向に見て、軸線Ｐを中心として対称に配置されている点を除いて、同じ構成を有する。よって、以下では、第１磁石挿入孔群３３についてのみ説明する。

【0031】

第１磁石挿入孔群３３は、複数の磁石挿入孔３１ｂを含む。本実施形態では、第１磁石挿入孔群３３は、４つの磁石挿入孔３１ｂを含む。４つの磁石挿入孔３１ｂは、ロータコア３１を軸線方向に見て、ロータコア３１の径方向外方に凸状になるように周方向に並んでいる。また、４つの磁石挿入孔３１ｂは、ロータコア３１を軸線方向に見て、線対称に配置されている。詳しくは、ロータコア３１を軸線方向に見て、４つの磁石挿入孔３１ｂのうち、周方向内側に位置する２つの磁石挿入孔３１ｂ（以下、中央側磁石挿入孔４１という）は、それらの長手方向にほぼ直線状に並んでいる一方、周方向外側に位置する２つの磁石挿入孔３１ｂ（以下、外側磁石挿入孔４２という）の長手方向は、２つの中央側磁石挿入孔４１の長手方向（図２における紙面左右方向）に対して傾斜している。

【0032】

なお、２つの中央側磁石挿入孔４１は、それらの長手方向が交差するように、周方向に並んでいる。これにより、ロータコア３１において、中央側磁石挿入孔４１に対して径方向外方に位置する部分の径方向寸法が小さくなりすぎるのを防止できる。よって、ロータコア３１の強度低下を抑制できる。

【0033】

２つの中央側磁石挿入孔４１は、ロータコア３１において、中央側磁石挿入孔４１に対して径方向外方に位置する部分の径方向寸法が、外側磁石挿入孔４２に対して径方向外方に位置する部分の径方向寸法よりも大きくなるように設けられている。すなわち、ロータコア３１において、中央側磁石挿入孔４１に対して径方向外方に位置する部分の最小径方向寸法Ｘ１は、外側磁石挿入孔４２に対して径方向外方に位置する部分の最小径方向寸法Ｙ１よりも大きく、且つ、中央側磁石挿入孔４１に対して径方向外方に位置する部分の最大径方向寸法Ｘ２は、外側磁石挿入孔４２に対して径方向外方に位置する部分の最大径方向寸法Ｙ２よりも大きい。

【0034】

また、ロータコア３１において、中央側磁石挿入孔４１に対して径方向外方に位置する部分の径方向寸法は、外側磁石挿入孔４２に近い側よりも、もう一方の中央側磁石挿入孔４１に近い側の方が大きい。さらに、ロータコア３１において、外側磁石挿入孔４２に対して径方向外方に位置する部分の径方向寸法は、中央側磁石挿入孔４１から遠い側よりも、中央側磁石挿入孔４１に近い側の方が大きい。すなわち、ロータコア３１において、中央側磁石挿入孔４１に対して径方向外方に位置する部分の最大径方向寸法Ｘ２は、最小径方向寸法Ｘ１よりも大きく、且つ、外側磁石挿入孔４２に対して径方向外方に位置する部分の最大径方向寸法Ｙ２は、最小径方向寸法Ｙ１よりも大きい。

【0035】

また、ロータコア３１において、中央側磁石挿入孔４１と外側磁石挿入孔４２とが対向する部分の径方向寸法は、外側磁石挿入孔４２側よりも中央側磁石挿入孔４１側の方が大きい。すなわち、ロータコア３１において、中央側磁石挿入孔４１の径方向外方に位置する部分の最小径方向寸法Ｘ１は、外側磁石挿入孔４２の径方向外方に位置する最大径方向寸法Ｙ２よりも大きい。

【0036】

中央側磁石挿入孔４１は、磁石３２が挿入された状態で、磁石３２に対して長手方向の両側に空隙部４１ａ，４１ｂを有する。空隙部４１ａは、中央側磁石挿入孔４１において、外側磁石挿入孔４２に近い側に位置する。空隙部４１ａは、ロータコア３１を軸線方向に見て、略台形状である。空隙部４１ｂは、中央側磁石挿入孔４１において、もう一方の中央側磁石挿入孔４１に近い側に位置する。空隙部４１ｂは、ロータコア３１を軸線方向に見て、略Ｔ字状である。

【0037】

同様に、外側磁石挿入孔４２は、磁石３２が挿入された状態で、磁石３２に対して長手方向の両側に空隙部４２ａ，４２ｂを有する。空隙部４２ａは、外側磁石挿入孔４２において、中央側磁石挿入孔４１とは反対側に位置する。空隙部４２ａは、ロータコア３１を軸線方向に見て、略Ｌ字状である。空隙部４２ｂは、外側磁石挿入孔４２において、中央側磁石挿入孔４１に近い側に位置する。空隙部４２ｂは、ロータコア３１を軸線方向に見て、矩形状である。

【0038】

空隙部４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂは、それぞれ、中央側磁石挿入孔４１及び外側磁石挿入孔４２の周りを、磁石３２によって生じる磁束がショートカットして流れるのを防止する。よって、ロータコア３１に空隙部４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂを設けることにより、モータ１のｄ軸インダクタンス及びｑ軸インダクタンスが大きくなる。よって、ロータ３のｑ軸の磁束（ロータ３の磁石３２の磁束方向における磁束をｄ軸の磁束とした場合に、ｄ軸の磁束に直交する方向の磁束）が増加する。

【0039】

ロータ３を軸線方向に見て、空隙部４２ａ，４２ｂの面積は、空隙部４１ａ，４１ｂの面積よりも大きい。空隙部４２ｂ及び空隙部４１ａの間には、ロータコア３１を軸線方向に見て径方向に延びるブリッジ部３１ｃが形成されており、空隙部４１ｂ同士の間には、ブリッジ部３１ｄが形成されている。これにより、ブリッジ部３１ｃに応力集中が生じるのを抑制することができ、ブリッジ部３１ｃの強度向上を図れる。

【0040】

上述の構成により、中央側磁石挿入孔４１及び外側磁石挿入孔４２内に挿入された磁石３２の配置も、中央側磁石挿入孔４１及び外側磁石挿入孔４２の配置と同様である。すなわち、ロータ３を軸線方向に見て、２つの中央側磁石挿入孔４１内に挿入された２つの磁石３２（以下、中央側磁石５１という）は、それらの長手方向にほぼ直線状に並んでいる一方、２つの外側磁石挿入孔４２に挿入された２つの磁石３２（以下、外側磁石５２という）の長手方向は、２つの中央側磁石５１の長手方向に対して傾斜している。４つの磁石３２は、ロータ３を軸線方向に見て、線対称に配置されている。

【0041】

また、ロータ３を軸線方向に見て、２つの中央側磁石５１は、それらの長手方向が交差するように、周方向に並んでいる。

【0042】

２つの中央側磁石５１は、ロータコア３１において、中央側磁石５１に対して径方向外方に位置する部分の径方向寸法が、外側磁石５２に対して径方向外方に位置する部分の径方向寸法よりも大きくなるように配置されている。すなわち、ロータコア３１において、中央側磁石５１に対して径方向外方に位置する部分の最小径方向寸法Ｖ１は、外側磁石５２に対して径方向外方に位置する部分の最小径方向寸法Ｗ１よりも大きく、且つ、中央側磁石５１に対して径方向外方に位置する部分の最大径方向寸法Ｖ２は、外側磁石５２に対して径方向外方に位置する部分の最大径方向寸法Ｗ２よりも大きい。

【0043】

また、ロータコア３１において、中央側磁石５１に対して径方向外方に位置する部分の径方向寸法は、外側磁石５２に近い側よりも、もう一方の中央側磁石５１に近い側の方が大きい。さらに、ロータコア３１において、外側磁石５２に対して径方向外方に位置する部分の径方向寸法は、中央側磁石５１から遠い側よりも、中央側磁石５１に近い側の方が大きい。すなわち、ロータコア３１において、中央側磁石５１に対して径方向外方に位置する部分の最大径方向寸法Ｖ２は、最小径方向寸法Ｖ１よりも大きく、且つ、外側磁石５２に対して径方向外方に位置する部分の最大径方向寸法Ｗ２は、最小径方向寸法Ｗ１よりも大きい。

【0044】

また、ロータコア３１において、中央側磁石５１と外側磁石５２とが対向する部分の径方向寸法は、外側磁石５２側よりも中央側磁石５１側の方が大きい。すなわち、ロータコア３１において、中央側磁石５１の径方向外方に位置する部分の最小径方向寸法Ｖ１は、外側磁石５２の径方向外方に位置する最大径方向寸法Ｗ２よりも大きい。

【0045】

これにより、ロータ３を軸線方向に見て、４つの磁石３２は、径方向外方に凸状となるように周方向に並んでいる。このような４つの磁石３２の配置により、ロータ３には、図３に示すような磁束が流れる。図３は、本実施形態の４つの磁石３２によってロータ３に生じる磁束を模式的に示す図である。図３では、ｑ軸の磁束を実線で模式的に示し、ｄ軸の磁束を破線で模式的に示す。

【0046】

図４は、比較のために、ロータ１０３を軸線方向に見て、ロータコア１３１内にロータコア１３１の径方向に交差するようにＶ字状に磁石１３２が配置された２極のモータ１０１において、磁石１３２によって生じる磁束を模式的に示す図である。図４でも、ｑ軸の磁束を実線で模式的に示し、ｄ軸の磁束を破線で模式的に示す。

【0047】

なお、モータのＴＮ特性やモータサイズの諸条件が同等であると仮定して磁石の数量が異なるモータを検討する際、ｄ軸の磁束は、磁石の総使用量に依存する。図３に示す本実施形態のロータ３に生じるｄ軸の磁束と図４に示すロータ１０３に生じるｄ軸の磁束とは、同等とする。

【0048】

図３に示すように、本実施形態の構成を有するロータ３は、４つの磁石３２に対して径方向内方に、q軸の磁束が生じる。既述のとおり、ロータ３の４つの磁石３２は、ロータ３を軸線方向に見て、径方向に凸状となるように周方向に並んでいる。そのため、ロータ３に生じるｑ軸の磁束は、磁石１３２がロータ１０３の径方向に直交する方向に延びるように配置されている図４に示すロータ１０３に生じるｑ軸の磁束よりも大きい。

【0049】

本実施形態の構成を有するロータ３は、空隙部４１ａ，４２ｂ間に形成されているブリッジ部３１ｃ及び空隙部４１ｂ同士の間に形成されているブリッジ部３１ｄにより、図４に示すロータ１０３よりもｑ軸インダクタンスが大きいため、ｑ軸の磁束が通過しやすい。また、上述のように、ロータ３のｄ軸の磁束とロータ１０３のｄ軸の磁束とが同等であるとすると、ロータ３のｄ軸インダクタンスとロータ１０３のｄ軸インダクタンスも同等になる。

【0050】

これらの点を考慮すると、ロータ３の突極比は、ロータ１０３の突極比よりも大きい。

【0051】

また、一般的に、モータに生じるリラクタンストルクは、下式（１）によって表される。
Ｔr ＝ ｐ×（Ｌｄ－Ｌｑ）×ｉｄ×ｉｑ （１）
ここで、Ｔrはリラクタンストルク、ｐは極対数、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、ｉｄはｄ軸電流、ｉｑはｑ軸電流を、それぞれ示す。

【0052】

これにより、ロータ３に生じるリラクタンストルクは、ロータ１０３の場合よりも大きくなり、合成トルクを増大できる。

【0053】

図５は、図３に示すモータ１（図５では本発明）及び図４に示すモータ１０１（図５では比較例）において、それぞれ生じるリラクタンストルク及び合成トルクの一例を示す図である。図５に示すように、図３に示す本発明に係るモータ１では、図４に示す比較例に係るモータ１０１で生じるリラクタンストルクよりも大きいリラクタンストルクが生じる。よって、リラクタンストルクとマグネットトルクとを合成して得られる合成トルクも、図４に示す本発明に係るモータ１の方が、図３に示す比較例に係るモータに比べて大きい。

【0054】

なお、ロータ３のｄ軸の磁束とロータ１０３のｄ軸の磁束も同等であることから、図３に示す本発明に係るモータ１で生じる前記マグネットトルクと図４に示す比較例に係るモータ１０１で生じる前記マグネットトルクについても、同等となる。

【0055】

また、図６は、図３との比較のために、ロータ２０３を軸線方向に見て、ロータコア２３１の径方向に直交する方向に延びるように磁石２３２を配置した２極のモータ２０１において、磁石２３２によって生じる磁束を模式的に示す図である。図６でも、ｑ軸の磁束を実線で模式的に示し、ｄ軸の磁束を破線で模式的に示す。

【0056】

なお、図４と同様、図３に示すロータ３に生じるｄ軸の磁束と図６に示すロータ２０３に生じるｄ軸の磁束とは、同等とする。

【0057】

図６に示すロータ２０３には、図４に示すロータ１０３よりもｑ軸の磁束が通過しやすい。よって、ロータ２０３のｑ軸インダクタンスは、ロータ１０３のｑ軸インダクタンスよりも大きい。よって、ロータ２０３の突極比は、ロータ１０３の突極比よりも大きい。しかし、ロータ２０３の回転が高速になるにつれ、ロータ２０３が回転した際に磁石２３２に生じる遠心力は大きくなる。

【0058】

一般的に、モータに生じる遠心力は、下式（２）によって表される。
Ｆ ＝ ｍ×ｒ×ω^２ （２）
ここで、Ｆは遠心力、ｍは磁石の質量、ｒはロータ中心から磁石までのロータ径方向の距離（以降、配置距離とする）、ωはロータの回転速度（回転数）を、それぞれ示す。

【0059】

これにより、ロータ３で生じるｄ軸の磁束とロータ１０３で生じるｄ軸の磁束とを同等（磁石の総使用量を同等）とした場合、ロータ２０３の磁石２３２に生じる遠心力は、ロータ２０３の回転が高速になるにつれ、ロータ３の各磁石３２に生じる遠心力よりも大きくなる。そのため、磁石同士の距離を小さくして磁石をロータ中心側に配置しつつ、磁気飽和の発生を抑制するために磁石２３２に対して長手方向の両側に位置する空隙部を大きくする必要がある。これにより、ロータ２０３にはｑ軸の磁束が通過しにくいため、ロータ２０３のｑ軸インダクタンスは小さい。よって、図３に示すモータ１に生じるリラクタンストルクは、図４に示すモータ１０１と同様に、図６に示すロータ２０３に生じるリラクタンストルクよりも大きい。したがって、モータ１の合成トルクを増大できる。

【0060】

以上の構成により、本実施形態に係るモータ１は、軸線方向に延びる円筒状のステータ２と、ステータ２の径方向内方に位置するロータ３と、を有する。ロータ３は、円筒状のロータコア３１と、ロータ３の２極を構成するように、異なる磁石挿入孔３１ｂ内に挿入された磁石３２をそれぞれ複数含む第１磁石挿入孔群３３及び第２磁石挿入孔群３４と、を有する。第１磁石挿入孔群３３及び第２磁石挿入孔群３４にそれぞれ含まれる複数の磁石３２は、ロータ３を前記軸線方向に見て径方向外方に凸状になるように周方向に並んでいる。

【0061】

このように、２極のロータ３を有するＩＰＭモータであるモータ１において、ロータ３を構成する複数の磁石３２が、ロータ３を軸線方向に見て径方向外方に凸状になるように周方向に並ぶことにより、ロータコア３１における複数の磁石３２に対して径方向内方でｑ軸の磁束が通過しやすくなり、モータ１のｑ軸インダクタンスが大きくなる。

【0062】

このように、モータ１のｑ軸インダクタンスが増加することにより、ロータ３に生じるリラクタンストルクを大きくすることができ、出力トルクを増大できる。よって、上述の構成により、特に低速回転領域で高トルクを出力可能である。

【0063】

また、本実施形態では、第１磁石挿入孔群３３及び第２磁石挿入孔群３４は、少なくとも４個の磁石３２を含む。これにより、モータが、第１磁石挿入孔群３３及び第２磁石挿入孔群３４にそれぞれ含まれる複数の磁石３２による磁束と同等の磁束を生じる１個の磁石を有する構成に比べて、ロータ３が回転した際に１個の磁石に生じる遠心力を分散することにより低減できる。よって、ロータ３が回転した際に、ロータコア３１が磁石３２の遠心力によって損傷を受けるのを抑制できる。

【0064】

また、第１磁石挿入孔群３３及び第２磁石挿入孔群３４が少なくとも４個の磁石３２を含むことにより、ロータコア３１における径方向内方にｑ軸の磁束が通過しやすくなってモータ１のｑ軸インダクタンスが大きくなるだけでなく、ｄ軸の磁束が通過しやすくなってモータ１のｄ軸インダクタンスも大きくなる。

【0065】

よって、弱め界磁制御を行う際のｄ軸電流を減少させることができる。したがって、特に高速回転領域でも低トルクを出力可能な構成を、効率低下を抑制しつつ実現できる。

【0066】

また、本実施形態では、ロータコア３１において、第１磁石挿入孔群３３及び第２磁石挿入孔群３４に含まれる複数の磁石３２のうち周方向中央側に位置する磁石に対して径方向外側に位置する部分の最大径方向寸法Ｘ２は、第１磁石挿入孔群３３及び第２磁石挿入孔群３４に含まれる複数の磁石３２のうち周方向外側に位置する磁石に対して径方向外側に位置する部分の最大径方向寸法Ｙ２よりも大きい。

【0067】

これにより、第１磁石挿入孔群３３及び第２磁石挿入孔群３４とロータ３の外周との間に生じるｑ軸の磁束を大きくすることができる。よって、ロータ３に生じるリラクタンストルクを大きくすることができ、モータ１の出力トルクを増大できる。

【0068】

しかも、上述の構成により、ロータコア３１において、第１磁石挿入孔群３３及び第２磁石挿入孔群３４の周方向中央側に位置する磁石に対して径方向外側に位置する部分の最大径方向寸法が大きいため、ロータ３の回転により磁石３２に生じる遠心力によって、ロータコア３１が損傷を受けるのを抑制できる。

【0069】

また、本実施形態では、ロータコア３１は、第１磁石挿入孔群３３及び第２磁石挿入孔群３４に含まれる各磁石３２の周方向外方に、ロータコア３１を前記軸線方向に貫通する空隙部４１ａ，４２ａを有する。ロータ３を前記軸線方向に見て、第１磁石挿入孔群３３及び第２磁石挿入孔群３４に含まれる複数の磁石３２のうち周方向外側に位置する外側磁石５２に対して周方向外方に位置する空隙部４２ａの面積は、第１磁石挿入孔群３３及び第２磁石挿入孔群３４に含まれる複数の磁石３２のうち周方向中央側に位置する中央側磁石５１に対して周方向外方に位置する空隙部４１ａの面積よりも大きい。

【0070】

これにより、ロータコア３１において、第１磁石挿入孔群３３及び第２磁石挿入孔群３４の周方向外側に位置する外側磁石５２に対してより周方向外方に磁束を流すことができる。よって、外側磁石５２の周方向外方で磁束がショートカットするのを防止して、外側磁石５２によって生じるｄ軸の磁束の方向及びｑ軸の磁束の方向を、それぞれ、他の磁石３２によって生じるｄ軸の磁束の方向及びｑ軸の磁束の方向に合わせることができる。したがって、ロータ３により大きなｄ軸の磁束及びｑ軸の磁束を生成することができる。

【0071】

また、本実施形態では、第１磁石挿入孔群３３及び第２磁石挿入孔群３４の周方向中央側に位置する中央側磁石５１は、ロータ３を軸線方向に見て、ロータ３の径方向と９０度以外の角度で交差するように配置されている。

【0072】

これにより、ロータを軸線方向に見て磁石がロータの径方向と９０度の角度で交差するように配置されている構成に比べて、ロータコア３１において、第１磁石群３５及び第２磁石群３６の周方向中央側に位置する中央側磁石５１に対して径方向外方に位置する部分の最小径方向寸法を、大きくすることができる。よって、ロータ３が回転した際に、第１磁石挿入孔群３３及び第２磁石挿入孔群３４の周方向中央側に位置する中央側磁石５１に生じる遠心力によって、ロータコア３１が損傷を受けるのを抑制できる。

【0073】

（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

【0074】

前記実施形態では、回転電機の一例としてモータ１が挙げられている。しかしながら、回転電機は、発電機などのように、円筒状の部品とその径方向内方に位置する部品とを有する機器であれば、どのような機器であってもよい。

【0075】

前記実施形態では、ロータコア３１は、厚み方向に積層された複数の鋼板によって構成されている。しかしながら、ロータコアは、金属材料によって一体で構成されていてもよい。

【0076】

前記実施形態では、ロータ３の極数は、２極である。しかしながら、ロータの極数は複数であれば、２極以外の極数であってもよい。なお、ロータの極数は、ｑ軸インダクタンスを増加させる観点から、２極または４極が好ましい。

【0077】

前記実施形態では、ロータコア３１の第１磁石挿入孔群３３及び第２磁石挿入孔群３４は、それぞれ、４つの磁石挿入孔３１ｂを含む。しかしながら、ロータコアの磁石挿入孔群は、複数の磁石挿入孔を含んでいれば、３つ以下の磁石挿入孔を含んでいてもよいし、５つ以上の磁石挿入孔を含んでいてもよい。第１磁石挿入孔群に含まれる磁石挿入孔の数と、第２磁石挿入孔群に含まれる磁石挿入孔の数とが異なっていてもよい。

【0078】

前記実施形態では、ロータ３の第１磁石群３５及び第２磁石群３６は、それぞれ、４つの磁石３２を含む。しかしながら、ロータの磁石群は、複数の磁石を含んでいれば、３つ以下の磁石を含んでいてもよいし、５つ以上の磁石を含んでいてもよい。第１磁石群に含まれる磁石の数と、第２磁石群に含まれる磁石の数とが異なっていてもよい。

【0079】

前記実施形態では、ロータ３の複数の磁石３２は、いずれも同じ大きさ及び形状を有する。しかしながら、ロータの複数の磁石は、磁石群ごとに異なる形状または大きさを有していてもよいし、それぞれ、異なる形状または大きさを有していてもよい。

【0080】

前記実施形態では、ロータ３の４つの磁石挿入孔３１ｂ及び磁石３２は、ロータ３を軸線方向に見て、線対称に配置されている。しかしながら、ロータの４つの磁石挿入孔及び磁石は、ロータコアを軸線方向に見て、ロータコアの径方向外方に凸状になるように周方向に並んでいれば、線対称以外の配置で配置されていてもよい。また、ロータコアを軸線方向に見て、第１磁石挿入孔群と第２磁石挿入孔群とで、磁石挿入孔の配置が異なっていてもよい。ロータコアを軸線方向に見て、第１磁石群と第２磁石群とで、磁石の配置が異なっていてもよい。

【0081】

前記実施形態では、磁石挿入孔３１ｂは、ロータコア３１を軸線方向に見て、長方形状である。しかしながら、磁石挿入孔は、磁石を挿入可能な形状であれば、ロータコアを軸線方向に見て長方形状以外の形状を有していてもよい。

【0082】

前記実施形態では、ロータコア３１を軸線方向に見て、２つの中央側磁石挿入孔４１は、それらの長手方向が交差するように、周方向に並んでいる。しかしながら、ロータコアを軸線方向に見て、２つの中央側磁石挿入孔は、それらの長手方向が一致または平行になるように周方向に並んでいてもよい。

【0083】

前記実施形態では、ロータコア３１において、中央側磁石挿入孔４１に対して径方向外方に位置する部分の最小径方向寸法Ｘ１は、外側磁石挿入孔４２に対して径方向外方に位置する部分の最小径方向寸法Ｙ１よりも大きく、且つ、中央側磁石挿入孔４１に対して径方向外方に位置する部分の最大径方向寸法Ｘ２は、外側磁石挿入孔４２に対して径方向外方に位置する部分の最大径方向寸法Ｙ２よりも大きい。しかしながら、ロータコアにおいて、中央側磁石挿入孔に対して径方向外方に位置する部分の最小径方向寸法は、外側磁石挿入孔に対して径方向外方に位置する部分の最小径方向寸法と同じか、それよりも小さくてもよい。また、ロータコアにおいて、中央側磁石挿入孔に対して径方向外方に位置する部分の最大径方向寸法は、外側磁石挿入孔に対して径方向外方に位置する部分の最大径方向寸法と同じか、それよりも小さくてもよい。

【0084】

前記実施形態では、ロータコア３１において、中央側磁石挿入孔４１に対して径方向外方に位置する部分の径方向寸法は、外側磁石挿入孔４２に近い側よりも、もう一方の中央側磁石挿入孔４１に近い側の方が大きい。しかしながら、ロータコアにおいて、中央側磁石挿入孔に対して径方向外方に位置する部分の径方向寸法は、外側磁石挿入孔に近い側と、もう一方の中央側磁石挿入孔に近い側とで同じであってもよいし、外側磁石挿入孔に近い側がもう一方の中央側磁石挿入孔に近い側よりも大きくてもよい。

【0085】

前記実施形態では、ロータコア３１において、外側磁石挿入孔４２に対して径方向外方に位置する部分の径方向寸法は、中央側磁石挿入孔４１から遠い側よりも、中央側磁石挿入孔４１に近い側の方が大きい。しかしながら、ロータコアにおいて、中央側磁石挿入孔に対して径方向外方に位置する部分の径方向寸法は、外側磁石挿入孔から遠い側と、中央側磁石挿入孔に近い側とで同じであってもよいし、外側磁石挿入孔から遠い側が中央側磁石挿入孔に近い側よりも大きくてもよい。

【0086】

前記実施形態では、中央側磁石挿入孔４１は、磁石３２が挿入された状態で、磁石３２に対して長手方向の両側に空隙部４１ａ，４１ｂを有する。しかしながら、中央側磁石挿入孔は、磁石が挿入された状態で、前記磁石に対して長手方向の一方のみに空隙部を有していてもよいし、前記磁石に対して長手方向に空隙部を有していなくてもよい。また、中央側磁石挿入孔が有する空隙部の形状は、前記実施形態に記載されている形状に限らず、他の形状であってもよい。

【0087】

前記実施形態では、外側磁石挿入孔４２は、磁石３２が挿入された状態で、磁石３２に対して長手方向の両側に空隙部４２ａ，４２ｂを有する。しかしながら、外側磁石挿入孔は、磁石が挿入された状態で、前記磁石に対して長手方向の一方のみに空隙部を有していてもよいし、前記磁石に対して長手方向に空隙部を有していなくてもよい。また、外側磁石挿入孔が有する空隙部の形状は、前記実施形態に記載されている形状に限らず、他の形状であってもよい。

【0088】

前記実施形態では、ロータ３を軸線方向に見て、外側磁石挿入孔４２の長手方向の両端部に位置する空隙部４２ａ，４２ｂの面積は、中央側磁石挿入孔４１の長手方向の両端部に位置する空隙部４１ａ，４１ｂの面積よりも大きい。しかしながら、外側磁石挿入孔の長手方向の両端部に位置する空隙部の面積は、中央側磁石挿入孔の長手方向の両端部に位置する空隙部の面積以下であってもよい。

【0089】

前記実施形態では、磁石３２は、ロータ３を軸線方向に見て、長方形状である。しかしながら、磁石は、磁石挿入孔に挿入可能な形状であれば、ロータを軸線方向に見て長方形状以外の形状を有していてもよい。

【0090】

前記実施形態では、ロータ３を軸線方向に見て、２つの中央側磁石５１は、それらの長手方向が交差するように、周方向に並んでいる。しかしながら、ロータを軸線方向に見て、２つの中央側磁石は、それらの長手方向が平行になるように周方向に並んでいてもよい。

【0091】

前記実施形態では、ロータコア３１において、中央側磁石５１に対して径方向外方に位置する部分の最小径方向寸法Ｖ１は、外側磁石５２に対して径方向外方に位置する部分の最小径方向寸法Ｗ１よりも大きく、且つ、中央側磁石挿入孔４１に対して径方向外方に位置する部分の最大径方向寸法Ｖ２は、外側磁石５２に対して径方向外方に位置する部分の最大径方向寸法Ｗ２よりも大きい。しかしながら、ロータコアにおいて、中央側磁石に対して径方向外方に位置する部分の最小径方向寸法は、外側磁石に対して径方向外方に位置する部分の最小径方向寸法と同じか、それよりも小さくてもよい。また、ロータコアにおいて、中央側磁石に対して径方向外方に位置する部分の最大径方向寸法は、外側磁石に対して径方向外方に位置する部分の最大径方向寸法と同じか、それよりも小さくてもよい。

【0092】

前記実施形態では、ロータコア３１において、中央側磁石５１に対して径方向外方に位置する部分の径方向寸法は、外側磁石５２に近い側よりも、もう一方の中央側磁石５１に近い側の方が大きい。しかしながら、ロータコアにおいて、中央側磁石に対して径方向外方に位置する部分の径方向寸法は、外側磁石に近い側と、もう一方の中央側磁石に近い側とで同じであってもよいし、外側磁石に近い側がもう一方の中央側磁石に近い側よりも大きくてもよい。

【0093】

前記実施形態では、ロータコア３１において、外側磁石５２に対して径方向外方に位置する部分の径方向寸法は、中央側磁石５１から遠い側よりも、中央側磁石５１に近い側の方が大きい。しかしながら、ロータコアにおいて、中央側磁石に対して径方向外方に位置する部分の径方向寸法は、外側磁石から遠い側と、中央側磁石に近い側とで同じであってもよいし、外側磁石から遠い側が中央側磁石に近い側よりも大きくてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0094】

本発明は、円筒状のステータと、前記ステータの径方向内方に位置する円柱状のロータとを有する回転電機に利用可能である。

【符号の説明】

【0095】

１、１０１、２０１ モータ（回転電機）
２ ステータ
３、１０３、２０３ ロータ
２１ ステータコア
２１ａ ティース
２１ｂ スロット
２２ ステータコイル
３１、１３１、２３１ ロータコア
３１ａ シャフト貫通孔
３１ｂ 磁石挿入孔
３１ｃ、３１ｄ ブリッジ部
３２、１３２、２３２ 磁石
３３ 第１磁石挿入孔群
３４ 第２磁石挿入孔群
３５ 第１磁石群（磁石群）
３６ 第２磁石群（磁石群）
４１ 中央側磁石挿入孔
４１ａ、４１ｂ 空隙部
４２ 外側磁石挿入孔
４２ａ、４２ｂ 空隙部
５１ 中央側磁石
５２ 外側磁石
Ｐ 軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】