特許 7378369 回転電機の回転子、回転電機及び電動駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-02

(45)【発行日】2023-11-13

(54)【発明の名称】回転電機の回転子、回転電機及び電動駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/276 20220101AFI20231106BHJP

   H02K 21/14 20060101ALI20231106BHJP

   H02K 7/116 20060101ALI20231106BHJP

   H02K 9/19 20060101ALI20231106BHJP

【ＦＩ】

H02K1/276

H02K21/14 M

H02K7/116

H02K9/19 B

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020151189

(22)【出願日】2020-09-09

(65)【公開番号】P2022045543

(43)【公開日】2022-03-22

【審査請求日】2023-01-24

(73)【特許権者】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】堀 雅寛

(72)【発明者】

【氏名】澤畠 公則

【審査官】安池 一貴

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－３０３２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０５８０４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１４９８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１０４９５６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １／２７６

Ｈ０２Ｋ ２１／１４

Ｈ０２Ｋ ７／１１６

Ｈ０２Ｋ ９／１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁石と、前記磁石を収納する磁石収納部を有する回転子コアと、を備え、
前記磁石は、回転軸の軸方向に垂直な横方向断面において、ｑ軸側の部位がｄ軸側の部位に対して外径側に位置するように配置されると共に、前記回転子コアの外径側の磁石厚さよりも内径側の磁石厚さが大きく形成され、
前記磁石には、軸方向に沿って形成される軸方向空間が形成され、
前記軸方向空間は、前記磁石の前記横方向断面を、回転中心を中心とする円周を境界として前記軸方向空間の断面を含む横方向断面積が相互に等しくなるように外径側領域と内径側領域とに分けた場合に、前記外径側領域における前記軸方向空間による空間密度よりも前記内径側領域における前記軸方向空間による空間密度の方が大きくなるように形成される回転電機の回転子。

【請求項2】

請求項１に記載の回転電機の回転子であって、
前記磁石は、ボンド磁石で構成されることを特徴とする回転電機の回転子。

【請求項3】

請求項１に記載の回転電機の回転子であって、
前記軸方向空間は、横方向断面における形状が円形、または、楕円形及び卵形を含む長円形であることを特徴とする回転電機の回転子。

【請求項4】

請求項１に記載の回転電機の回転子であって、
前記軸方向空間は、２つ以上の孔からなる孔群によって構成されることを特徴とする回転電機の回転子。

【請求項5】

請求項４に記載の回転電機の回転子であって、
前記軸方向空間は、内径側に配置される孔に対して外径側に配置される孔ほど、孔径が小さくなる孔群によって構成されることを特徴とする回転電機の回転子。

【請求項6】

固定子コアを有する固定子と、前記固定子コアの内周側に空隙を介して回転可能に配置された回転子と、を有する回転電機であって、
前記回転子として、請求項１に記載された回転電機の回転子を備えたことを特徴とする回転電機。

【請求項7】

駆動用の動力源として用いられる電動駆動装置であって、
回転電機と電力変換装置とを備え、
前記回転電機として、請求項６に記載された回転電機を備えたことを特徴とする電動駆動装置。

【請求項8】

請求項７に記載の電動駆動装置であって、
前記軸方向空間は、冷媒流路を構成し、
前記回転電機は、前記軸方向空間を流れる冷媒により冷却可能に構成されたことを特徴とする電動駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転子を備えた回転電機、その回転子、及び回転電機を用いた電動駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

本技術分野の背景技術として、特開２０１４－１０００４８号公報（特許文献１）に記載された永久磁石型回転電機、及び特開２０１９－０５８０４８号公報（特許文献２）に記載された回転電機が知られている。

【0003】

特許文献１の永久磁石型回転電機は、固定子鉄心を有する固定子と、回転子鉄心、回転子鉄心に形成された複数の磁石埋め込み孔、及び回転子鉄心の半径方向に配置された複数の永久磁石を備える回転子と、を備える。磁石埋め込み孔は、回転子の磁極中心軸上に中心を持ち、回転子の中心側に凸となる円弧状に形成されている。回転子鉄心は、内周側の磁石埋め込み孔において、磁極中心軸から離れた両端部で磁石埋め込み孔内に突出する２つの内周側の支持突起と、磁極中心軸上で内周側の磁石埋め込み孔に設けられたセンター係止構造部とを有し、円弧方向両端部がセンター係止構造部と一方の支持突起とに係合し保持されている（以上、要約参照）。さらに特許文献１では、永久磁石は円弧方向の中央部で２つに分割され、２つに分割された個々の永久磁石は円弧方向におけるｄ軸側端部の側の厚み（肉厚）がｑ軸側端部の側の厚み（肉厚）に対して厚くなるように形成されている（段落００２５及び図２参照）。

【0004】

また特許文献２の回転電機は、永久磁石が、一対の磁極面と、一対の磁極面に交差する非磁極面と、磁石本体を貫通して冷媒の流路となる貫通孔と、を備え、貫通孔の両端の開口部が非磁極面に形成されている（要約及び図１～３参照）。さらに特許文献２には、２つの永久磁石は、一対の磁極面間の厚み（肉厚）が一定の大きさを有するように形成され、固定子と回転子との間隙側（回転子の外周側）に開いたＶ字型となるように配置された構成が記載されている（段落００１１及び図２参照）。さらに特許文献２には、磁極面に直交する方向から見た場合に、磁極面の重心から貫通孔の重心までの距離ｄ１の方が、貫通孔の重心から非磁極面までの最短距離ｄ２よりも長くなる位置に、貫通孔を形成することが好ましいことが記載されている（段落００１８）。この場合、貫通孔は磁極面の端部の側に位置することになる（段落００１８及び図１～３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１４－１０００４８号公報

【文献】特開２０１９－０５８０４８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には、２つに分割された個々の永久磁石において、円弧方向におけるｄ軸側端部の側の厚み（肉厚）をｑ軸側端部の側の厚み（肉厚）に対して厚くする構成が記載されているものの、磁石内部に空間を設ける構成については記載がない。

【0007】

一方、特許文献２では、磁石は一対の磁極面間の厚み（肉厚）が一定の大きさを有するように形成され、磁石内部に貫通孔により形成される空間が設けられている。特許文献２では、磁石の保持力を向上することに対する配慮が十分ではない。例えば、特許文献２の図２では、磁石の水平断面（回転軸の軸方向に垂直な断面）を、回転子中心を中心とする円を境界として、内径側の水平断面積と外径側の水平断面積とが等しくなるように、区分けした場合に、同じ水平断面積を持つ貫通孔が内径側と外径側とにそれぞれ１つずつ形成されている。貫通孔が設けられた磁石の部位では、磁石の厚み（肉厚）が薄くなり、減磁率が大きくなる。このため特許文献２の磁石では、保持力の向上に制約が生じる。

【0008】

本発明の目的は、回転電機に使用される磁石の保持力を向上することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために、本発明の回転電機の回転子は、
磁石と、前記磁石を収納する磁石収納部を有する回転子コアと、を備え、
前記磁石は、回転軸の軸方向に垂直な横方向断面において、ｑ軸側の部位がｄ軸側の部位に対して外径側に位置するように配置されると共に、前記回転子コアの外径側の磁石厚さよりも内径側の磁石厚さが大きく形成され、
前記磁石には、軸方向に沿って形成される軸方向空間が形成され、
前記軸方向空間は、前記磁石の前記横方向断面を、回転中心を中心とする円周を境界として前記軸方向空間の断面を含む横方向断面積が相互に等しくなるように外径側領域と内径側領域とに分けた場合に、前記外径側領域における前記軸方向空間による空間密度よりも前記内径側領域における前記軸方向空間による空間密度の方が大きくなるように形成される。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、回転電機に使用される磁石の減磁率を低減することができ、磁石の保持力を向上することができる。これにより、回転電機の出力を向上することができる。

【0011】

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明に係る回転電機１００の、中心軸線Ａｘに平行で且つ中心軸線Ａｘを含む断面図（ｒ－ｚ断面図）である。

【図2】本発明に係る回転電機１００の、中心軸線Ａｘに垂直な断面図（横方向断面図）であり、主要構成部品である固定子１３０、回転子１１０及び回転軸１０１の配置を示す図である。

【図3】本発明に係る回転子コア１１１の周方向における一部を切り出して示す、中心軸線Ａｘに垂直な断面図（横方向断面図）である。

【図4】図３に示す横方向断面図において、磁石１１２－１，１１２－２を外径側領域と内径側領域とに区分けした状態を示す図（横方向断面図）である。

【図5】比較例の磁石における減磁率と本実施例の磁石における減磁率とを計算した結果を示す図である。

【図6】本実施例の固定子コア１３２及び回転子コア１１１に発生する磁束線φを示す図である。

【図7】本発明に係る回転子コア１１１の変更例（第１変更例）について、回転子コア１１１の周方向における一部を切り出して示す、中心軸線Ａｘに垂直な断面図（横方向断面図）である。

【図8】本発明に係る回転子コア１１１の変更例（第２変更例）について、回転子コア１１１の周方向における一部を切り出して示す、中心軸線Ａｘに垂直な断面図（横方向断面図）である。

【図9】本発明に係る回転子コア１１１の変更例（第３変更例）について、回転子コア１１１の周方向における一部を切り出して示す、中心軸線Ａｘに垂直な断面図（横方向断面図）である。

【図10】本発明の一実施例に係る回転電機１００を駆動用の動力源とする電動駆動装置２００の縦方向断面図である。

【図11】本発明の一実施例に係る回転電機１００を搭載したハイブリッド型電気自動車５００の概略構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して、本発明の一実施例について説明する。以下の説明において、回転電機１００の回転子１１０の径方向はｒで表示し、回転子１１０の回転軸１０１の軸方向（回転軸方向）はｚで表示し、回転子１１０の回転方向はθで表示する。また回転軸１０１の中心を通る軸線（中心軸線）はＡｘで表示する。すなわち軸方向ｚは回転軸１０１の中心軸線Ａｘに沿う方向である。回転子１１０の径方向ｒ及び回転軸の軸方向ｚは、それぞれ「径方向」及び「軸方向」と呼んで説明する場合がある。また回転方向θは、中心軸線Ａｘを中心とする周方向に一致することから、「周方向」と呼んで説明する場合がある。

【0014】

以下の説明において、上下方向、鉛直方向及び水平方向を指定して説明する場合があるが、これらの方向は図２に基づいて設定される方向であり、回転機１００の実装状態における上下方向、鉛直方向及び水平方向を指定するものではない。なお鉛直方向は軸方向ｚに沿う方向とする。

【0015】

また、回転電機１００を横方向に切断して示す断面、すなわち中心軸線Ａｘ（軸方向ｚ）に垂直な断面は横方向断面と呼び、回転電機１００を縦方向に切断して示す断面、すなわち中心軸線Ａｘに平行な断面は縦方向断面と呼ぶ。垂直断面において、特に中心軸線Ａｘを含む断面は、ｒ－ｚ断面と呼んで説明する場合がある。

【0016】

［実施例１］
図１及び図２を参照して、本発明の一実施例に係る回転電機１００について説明する。図１は、本発明に係る回転電機１００の、中心軸線Ａｘに平行で且つ中心軸線Ａｘを含む断面図（ｒ－ｚ断面図）である。図２は、本発明に係る回転電機１００の、中心軸線Ａｘに垂直な断面図（横方向断面図）であり、主要構成部品である固定子１３０、回転子１１０及び回転軸１０１の配置を示す図である。

【0017】

本実施例に係る回転電機１００は、例えば、回転電機のみの動力によって走行する電気自動車や、エンジン及び回転電機の双方によって駆動されるハイブリッド型の電気自動車の走行用モータとして用いるのに好適である。

【0018】

回転電機１００は、固定子１３０と回転子１１０とハウジング１４１とを備える。固定子１３０は、ハウジング１４１の内部に保持され、固定子コア１３２と固定子巻線１３４とを備える。固定子コア１３２の内周側には、回転子１１０が空隙Ｇｐを介して回転可能に配置されている。なお図２の固定子１３０では、固定子巻線１３４や、固定子巻線１３４を巻回するスロット等の構成の図示を省略している。

【0019】

回転子１１０は、回転軸１０１に固定された回転子コア１１１と、複数の極（磁極）を構成する複数の永久磁石１１２と、非磁性体の端盤１１５－１，１１５－２と、を備え、回転軸１０１を中心として回転可能である。本実施例では回転子の極数が８極であり、回転子コア１１１には周方向に８極分の永久磁石１１２が配置される構成を示しているが、極数は８極に限定される訳ではない。以下、永久磁石１１２は磁石と呼んで説明する。

【0020】

回転子コア１１１は、主に磁路と強度部材とを構成する役割を持ち、多くの場合、薄板状の電磁鋼板を積層して作られる。薄板を積層して回転子コア１１１を形成する場合、軸方向ｚは薄板の積厚方向に一致する。端盤１１５－１，１１５－２は、回転子コア１１１を形成する電磁鋼板（積層鋼板）を軸方向において固定するために、回転子コア１１１の軸方向両端部に配置される構造部材である。回転軸１０１は駆動軸又はシャフトと呼ばれる場合もある。

【0021】

ハウジング１４１は、軸受１５１－１，１５１－２が設けられた一対のエンドブラケット１４１－１，１４１－２と、側面部１４１－３と、を有し、固定子１３０及び回転子１１０を内包する。回転軸１０１は、回転子１１０と一体に構成され、軸受１５１－１，１５１－２により回転自在に保持されている。

【0022】

本実施例では、回転電機１００は３相交流電流により駆動されるものとする。このために回転軸１０１は、回転子１１０の極の位置や回転速度を検出するレゾルバ１５３（回転角センサ）を備える。レゾルバ１５３からの出力に基づいて、図示しない制御回路及び駆動回路において、図示しないパワーモジュールがスイッチング動作を行うための制御信号及び駆動信号が生成される。

【0023】

パワーモジュールは、駆動信号に基づきスイッチング動作を行い、バッテリ５１０（図１１参照）から供給される直流電力を３相交流電力に変換する。この３相交流電力は、固定子巻線（コイル）１３４に供給され、回転磁界が固定子コア１３２に発生する。３相交流電流の周波数は、レゾルバ１５３の出力値に基づいて制御され、３相交流電流の回転子１１０に対する位相も、同じくレゾルバ１５３の出力値に基づいて制御される。なお固定子巻線１３４は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相が周方向に所定の順番に配置される。

【0024】

３相交流電力を生成するための制御回路、駆動回路及びパワーモジュールの構成と固定子巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）１３４の構成とは、周知の技術を適用して実施することができる。

【0025】

本実施例の回転電機１００は埋込磁石モータと呼ばれるタイプの回転電機であり、回転子コア１１１の外周近傍には、周方向に沿って、磁石１１２を固定する複数の孔（磁石挿入孔）１１４が、設けられている。磁石１１２は磁束を発生させる部品であり、磁石挿入孔１１４は磁石１１２が挿入されて収納される部位である。以下、磁石挿入孔１１４は磁石挿入部又は磁石収納部と呼んで説明する。

【0026】

磁石収納部１１４は回転子コア１１１に形成される孔であり、本実施例では軸方向ｚに延伸する貫通孔として設けられ、磁石１１２が埋め込まれる。なお、磁石収納部１１４は回転子コア１１１を軸方向ｚに貫通しない穴として設けられてもよい。

【0027】

次に、図３及び図４を参照して、磁石収納部１１４及び磁石１１２について、詳細に説明する。図３は、本発明に係る回転子コア１１１の周方向における一部を切り出して示す、中心軸線Ａｘに垂直な断面図（横方向断面図）である。図４は、図３に示す横方向断面図において、磁石１１２－１，１１２－２を外径側領域と内径側領域とに区分けした状態を示す図（横方向断面図）である。

【0028】

回転子１１０は、磁石１１２（１１２－１，１１２－２）と、磁石１１２（１１２－１，１１２－２）を収納する磁石収納部（磁石収納空間）１１４（１１４－１，１１４－２）を有する回転子コア１１１と、を備える。すなわち、回転子コア１１１には磁石１１２（１１２－１，１１２－２）を収納する磁石収納部（磁石収納空間）１１４（１１４－１，１１４－２）が形成されている。

【0029】

図３に示すように、本実施例では、１つの極を構成する磁石１１２が２つの磁石１１２－１，１１２－２に分割され、２つの磁石１１２－１，１１２－２は固定子１３０の側に開いたＶ字型となるように配置される。このために、磁石収納部１１４も２つの磁石収納部１１４－１，１１４－２に分割される。本実施例では、２つの磁石収納部１１４－１，１１４－２は、相互に連通しない独立した空間を形成する。

【0030】

磁石１１２－１，１１２－２は、回転子コア１１１の磁石収納部１１４－１，１１４－２に挿入されて固定される。磁石１１２－１，１１２－２は、図３の横方向断面上において、相互に向かい合う対辺１１２ａ，１１２ｂを磁極面とし、２つの磁極面１１２ａ，１１２ｂを接続する対辺１１２ｃ，１１２ｄを有する。

【0031】

磁極面１１２ａ，１１２ｂは、図３の横方向断面上において、曲線を描く面として形成されている。本実施例では、磁極面１１２ａ，１１２ｂは曲率の異なる円弧形状（円弧面）としている。回転子１１０及び回転子コア１１１の径方向において、磁極面１１２ａは磁極面１１２ｂに対して径方向外側に配置され、磁極面１１２ｂは磁極面１１２ａに対して径方向内側に配置される。すなわち、磁極面１１２ａは固定子１３０側に配置され、磁極面１１２ｂは回転軸１０１側（反固定子側）に配置される。

【0032】

対辺１１２ｃ，１１２ｄは、磁石１１２－１，１１２－２の、円弧形状の周方向における端面である。回転子１１０及び回転子コア１１１の周方向において、端面１１２ｃはｄ軸側に配置され、端面１１２ｄはｑ軸側に配置される。端面１１２ｃは２つの磁極面１１２ａ，１１２ｂの中間部分が平面状に形成され、磁極面１１２ａ，１１２ｂに接続される部分が図３の横方向断面上で湾曲する曲面で形成される。端面１１２ｄは２つの磁極面１１２ａ，１１２ｂの間の全体が横方向断面上で湾曲する曲面で形成される。なお本実施例では、端面１１２ｃ及び端面１１２ｄの曲面は、円弧形状としている。

【0033】

２つの磁石１１２－１，１１２－２はＶ字型に配置されるため、端面１１２ｄにおける２つの磁極面１１２ａ，１１２ｂの間の中央部分は、端面１１２ｃにおける２つの磁極面１１２ａ，１１２ｂの間の中央部分よりも、径方向外側に位置する。言い換えれば、端面１１２ｃにおける２つの磁極面１１２ａ，１１２ｂの間の中央部分は、端面１１２ｄにおける２つの磁極面１１２ａ，１１２ｂの間の中央部分よりも、径方向内側に位置する。

【0034】

本実施例では、磁石１１２－１，１１２－２をボンド磁石で構成する形態を説明する。しかし、磁石１１２－１，１１２－２はボンド磁石に限定される訳ではなく、他の磁石、例えば焼結磁石、フェライト磁石又はその他の磁石を利用することができる。

【0035】

磁石（ボンド磁石）１１２－１，１１２－２は、樹脂の結合材（バインド材）と磁石粉末（磁性材）により成形された磁石であり、成形される磁石の形状に自由度がある。このため、電気的及び強度的に理想に近い形状を実現することができる。特に本実施例では、磁石１１２－１，１１２－２の形状や軸方向空間１２０を形成するために、ボンド磁石は好適である。

【0036】

２つの磁石収納部１１４－１，１１４－２は、相互に連通する１つの空間に形成されてもよく、この場合、図３の２つの磁石収納部１１４－１，１１４－２を分割する分割部１１６に対応する箇所に、磁石収納部の内周面から空間の内側に向かって突出して、２つの磁石１１２－１，１１２－２を分離するように支持する凸部（磁石支持部）を設けるとよい。また本発明の実施にあたり、磁石１１２を２つの磁石１１２－１，１１２－２に分割する必要はなく、磁石１１２は２つの磁石１１２－１，１１２－２が一体化された形状であってもよい。

【0037】

また本実施例では、成形済みのボンド磁石１１２－１，１１２－２を磁石収納部１１４－１，１１４－２に挿入する形態としているが、ボンド磁石１１２－１，１１２－２の材料を磁石収納部１１４－１，１１４－２に注入してインサート成形することもできる。磁石収納部１１４－１，１１４－２に成形済みのボンド磁石１１２－１，１１２－２を挿入する場合、磁石収納部１１４－１，１１４－２の内周面とボンド磁石１１２－１，１１２－２の外周面との間に隙間が形成される。一方、磁石収納部１１４－１，１１４－２にボンド磁石１１２－１，１１２－２の材料を注入してインサート成形する場合、磁石収納部１１４－１，１１４－２の内周面と磁石１１２－１，１１２－２の外周面との間に隙間が形成されず、磁石収納部１１４－１，１１４－２の内周面と磁石１１２－１，１１２－２の外周面とが密着する。

【0038】

図４に示すように、磁石１１２－１，１１２－２は、回転軸１０１の軸方向ｚに垂直な横方向断面において、ｑ軸側の部位がｄ軸側の部位に対して外径側に位置するように配置されると共に、回転子コア１１１の外径側（ｑ軸側）の磁石厚さＴｏよりも内径側（ｄ軸側）の磁石厚さＴｉが大きく形成される。すなわち、外径側の磁石厚さＴｏと内径側の磁石厚さＴｉは、Ｔｏ＜Ｔｉの関係を持つ。

【0039】

本明細書において、磁石厚さＴｉ，Ｔｏは、磁石１１２－１，１１２－２の外周側の磁極面１１２ａに垂直な方向における、磁極面１１２ａと１１２ｂとの間の寸法で定義される。

【0040】

上述した様に、端面１１２ｃにおける２つの磁極面１１２ａ，１１２ｂの間の中央部分が、端面１１２ｄにおける２つの磁極面１１２ａ，１１２ｂの間の中央部分よりも、径方向内側に位置する配置から、磁石１１２－１，１１２－２は内径側が厚く（Ｔｉ）、外径側が薄く（Ｔｏ）、磁石厚さが不均一に形成されている。

【0041】

磁石１１２－１，１１２－２には、軸方向ｚに沿って形成される軸方向空間１２０が形成されている。本実施例では、軸方向空間１２０は孔として形成されており、回転子コア１１１には２つの孔（軸方向空間）１２０が形成されている。ここでは、孔（軸方向空間）１２０は貫通孔に限定されないものとする。また軸方向空間１２０は、１つの孔で構成されてもよい。また本実施例では、軸方向空間１２０は横方向断面が円形の孔であるが、円形に限定される訳ではない。

【0042】

軸方向空間１２０は貫通孔として設けられることにより、後述するように、気体又は液体の冷媒を流す冷媒流路として利用することができる。軸方向空間１２０を冷媒流路として利用する場合、磁石１１２－１，１１２－２は冷媒によって直接冷却されるため、磁石１１２－１，１１２－２の温度上昇を抑制することができる。磁石１１２－１，１１２－２は温度上昇の抑制により、保磁力を向上することができる。

【0043】

なお、磁石１１２－１，１１２－２を接着剤やモールドで磁石収納部１１４－１，１１４－２に固定する際は、軸方向空間１２０をシールし、接着剤や樹脂が軸方向空間１２０に入るのを防ぐことが望ましい。

【0044】

軸方向空間１２０は、磁石１１２－１，１１２－２の横方向断面を、回転中心を中心とする円周Ｃを境界として軸方向空間１２０の断面を含む横方向断面積が相互に等しくなるように外径側領域１１２ｏと内径側領域１１２ｉとに分けた場合に、外径側領域１１２ｏにおける軸方向空間１２０による空間密度よりも内径側領域１１２ｉにおける軸方向空間１２０による空間密度の方が大きくなるように形成される。なお図４では、内径側領域１１２ｉに占める軸方向空間１２０の部分を白抜きの状態で、外径側領域１１２ｏに占める軸方向空間１２０の部分を黒く塗りつぶした状態で、示している。

【0045】

特に本実施例では、磁石１１２－１，１１２－２に設けられた全ての軸方向空間１２０が磁石厚さの大きい内径側（ｄ軸側）に偏って配置された形態である。なお本実施例の磁石１１２－１，１１２－２では、１つの磁石に対して２つの軸方向空間１２０が設けられている。

【0046】

ここで、図５及び図６を参照して、内径側（ｄ軸側）の磁石厚さＴｉ及び外径側（ｑ軸側）の磁石厚さＴｏと、内径側領域１１２ｉの軸方向空間１２０の空間密度及び外径側領域１１２ｏ軸方向空間１２０の空間密度と、の関係について、説明する。

【0047】

図５は、比較例の磁石における減磁率と本実施例の磁石における減磁率とを計算した結果を示す図である。図５では、回転子コア１１１に配置された磁石１１２－１，１１２－２，１１２－１’，１１２－２’の横方向断面が図示されている。

【0048】

図５では灰色に塗られた部分で減磁が生じ、特に色が濃くなる部分で減磁率が大きくなる。（Ａ）は本実施例の磁石１１２－１，１１２－２における減磁率を示しており、軸方向空間１２０と磁極面１１２ａ及び磁極面１１２ｂとの間で軽微な減磁ＤＲ１，ＤＲ２が生じ、減磁は軸方向空間１２０の近傍に限定されている。本実施例では、軸方向空間１２０が設けられた部分でも磁石厚さが大きくなり、減磁率を低減することができる。

【0049】

（Ｂ）は比較例の磁石１１２－１’，１１２－２’における減磁率を示しており、比較例の磁石１１２－１’，１１２－２’は横方向断面において厚さが一様である。磁石１１２－１’，１１２－２’では、軸方向空間１２０’から磁極面１１２ａ’及び磁極面１１２ｂ’に到る範囲で減磁ＤＲ１’，ＤＲ２’が生じ、軸方向空間１２０’の近傍では減磁率が大きくなっている。本比較例では、軸方向空間１２０が設けられた部分で特に磁石厚さが小さくなり、減磁率が大きくなる。

【0050】

図５から、軸方向空間１２０を配置する部分の磁石の厚みを増すことで、減磁を低減できることが分かる。このことから、磁石厚さを厚くした内径側（ｄ軸側）の軸方向空間１２０による空間密度を、磁石厚さを薄くした外径側（ｑ軸側）の軸方向空間１２０による空間密度よりも、大きくすることにより、磁石１１２－１，１１２－２に生じる減磁を低減できることが分かる。すなわち、本実施例の磁石１１２－１，１１２－２は、減磁耐力を向上することができ、保磁力を向上することができる。

【0051】

図６は、本実施例の固定子コア１３２及び回転子コア１１１に発生する磁束線φを示す図である。図６では、固定子コア１３２及び回転子コア１１１の横方向断面が図示されている。

【0052】

図６から分かるように、磁石１１２－１，１１２－２は、Ｖ字型に配置され、外径側（ｑ軸側）の磁石厚さＴｏよりも内径側（ｄ軸側）の磁石厚さＴｉが大きく形成されることにより、磁束線φが磁石１１２－１，１１２－２の磁極面１１２ａ，１１２ｂに沿うように発生する。リラクタンストルクを有効活用するためには、磁束線φに沿って磁石１１２ａ，１１２ｂを配置することが望ましい。本実施例では、磁石１１２－１，１１２－２が磁束線φに沿って配置されるため、リラクタンストルクを有効活用することができ、回転電機１００の最大トルクを向上することができる。

【0053】

上述したように本実施例では、回転子１１０は下記のような構成を備える。
磁石１１２－１，１１２－２と、磁石１１２－１，１１２－２を収納する磁石収納部（磁石収納空間）１１４－１，１１４－２を形成する回転子コア１１１と、を備え、
磁石１１２－１，１１２－２は、回転軸１０１の軸方向に垂直な横方向断面において、ｑ軸側の部位がｄ軸側の部位に対して外径側に位置するように配置されると共に、回転子コア１１１の外径側（ｑ軸側）の磁石厚さＴｏよりも内径側（ｄ軸側）の磁石厚さＴｉが大きく形成され、
磁石１１２－１，１１２－２には、軸方向に沿って形成される軸方向空間１２０が形成され、
軸方向空間１２０は、磁石１１２－１，１１２－２の前記横方向断面を、回転中心を中心とする円周Ｃを境界として軸方向空間１２０の断面を含む横方向断面積が相互に等しくなるように外径側領域１１２ｏと内径側領域１１２ｉとに分けた場合に、外径側領域１１２ｏにおける軸方向空間１２０による空間密度よりも内径側領域１１２ｉにおける軸方向空間１２０による空間密度の方が大きくなるように形成される。

【0054】

本実施例の回転子１１０は、軸方向空間１２０を設ける箇所の磁石１１２－１，１１２－２の厚みが増すことで、減磁耐力が向上する。

【0055】

この場合、磁石１１２－１，１１２－２は、ボンド磁石で構成されることが好ましい。ボンド磁石は、樹脂の結合材（バインド材）と磁石粉末（磁性材）を用いて射出成型により形成される磁石であり、形状自由度が大きく、焼結磁石と比較して軸方向空間１２０を容易に設けることができる。

【0056】

本実施例の回転電機１００は、固定子コア１３２を有する固定子１３０と、固定子コア１３２の内周側に空隙Ｇｐを介して回転可能に配置された回転子１１０と、を有する回転電機であって、回転子１１０として、上述した回転子１１０を備える。これにより、本実施例の回転電機１００は、リラクタンストルクを有効活用できる磁石配置となり、最大トルクが向上する。

【0057】

［変更例１］
図７を参照して、実施例１の変更例を説明する。図７は、本発明に係る回転子コア１１１の変更例（第１変更例）について、回転子コア１１１の周方向における一部を切り出して示す、中心軸線Ａｘに垂直な断面図（横方向断面図）である。

【0058】

本変更例では、実施例１に対して、軸方向空間１２０の形状を変更している。その他の構成は、実施例１と同様である。図７では、実施例１で説明した構成に対応する構成には、実施例１と同じ符号を付している。

【0059】

実施例１では、軸方向空間（貫通孔）１２０は横方向断面における形状が円形であった。軸方向空間１２０の横方向断面における形状は円形に限定される訳ではなく、図７に示すような長円形であってもよい。なお本明細書において、長円形は、図７に示す形状に限定される訳ではなく、楕円形及び卵形を含むものとする。

【0060】

すなわち軸方向空間１２０は、横方向断面における形状が円形、または、楕円形及び卵形を含む長円形であることが好ましい。軸方向空間（貫通孔）を、横方向断面が円や長円形など、角が少ない形状とすることで、圧力分布の均一化が可能となり、磁石１１２－１，１１２－２の強度が向上する。

【0061】

［変更例２］
図８を参照して、実施例１の変更例を説明する。図８は、本発明に係る回転子コア１１１の変更例（第２変更例）について、回転子コア１１１の周方向における一部を切り出して示す、中心軸線Ａｘに垂直な断面図（横方向断面図）である。

【0062】

本変更例では、実施例１に対して、軸方向空間１２０の構成を変更している。その他の構成は、実施例１と同様である。図８では、実施例１で説明した構成に対応する構成には、実施例１と同じ符号を付している。

【0063】

実施例１では、軸方向空間１２０を２つの孔からなる孔群によって構成する形態としている。しかし軸方向空間１２０は、２つに限定される訳ではない。本変更例では、軸方向空間１２０を３つの孔１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃで構成している。３つの孔１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃは、実施例１の軸方向空間１２０と同様に構成されるものとする。軸方向空間１２０は、４つ以上の孔からなる孔群で構成されてもよい。

【0064】

実施例１では、軸方向空間１２０を１つの孔によって構成する形態も説明しているが、軸方向空間１２０は２つ以上の孔からなる孔群によって構成されることが好ましい。この場合、軸方向空間１２０の断面積は、孔群を構成する複数の孔の断面積の総和となる。軸方向空間１２０を複数個の孔からなる孔群とすることで、１つあたりの孔の小径化が可能となり、孔のレイアウトの自由度が向上する。この場合、孔群１２０は、内径側領域１１２ｉに占める孔群の面積Ｓｉｎと外径側領域１１２ｏに占める孔群の面積Ｓｏｕｔとが、Ｓｉｎ＞Ｓｏｕｔとなるように、構成される。

【0065】

この場合、軸方向空間１２０は、内径側に配置される孔１２０ａに対して外径側に配置される孔１２０，１２０ｃほど、孔径が小さくなる孔群によって構成されることが好ましい。孔１２０の孔径を外径側に配置される孔ほど小さくすることで、磁石１１２－１，１１２－２の厚さを略均一化でき、保磁力の低下を抑制して保磁力を均一化できる。

【0066】

［変更例３］
図９を参照して、実施例１の変更例を説明する。図９は、本発明に係る回転子コア１１１の変更例（第３変更例）について、回転子コア１１１の周方向における一部を切り出して示す、中心軸線Ａｘに垂直な断面図（横方向断面図）である。

【0067】

本変更例では、実施例１に対して、軸方向空間１２０の構成を変更しており、変更例２の軸方向空間１２０の構成をさらに変更したものである。その他の構成は、実施例１又は変更例２と同様である。図９では、実施例１及び変更例２で説明した構成に対応する構成には、実施例１及び変更例２と同じ符号を付している。

【0068】

変更例２において、最も外径側に配置された孔１２０ｃは他の孔１２０ａ，１２０ｂから離れて配置されてもよい。これにより、孔１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃを冷媒の流路として構成し、孔１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃに冷媒を流した際に、磁石１１２－１，１１２－２内に生じる温度差を低減することができる。言い換えれば、本発明に係る実施例は、軸方向空間１２０を構成する孔が磁石１１２－１，１１２－２の外径側（ｑ軸側）の端部に配置されることを、否定するものではない。

【0069】

この場合も、孔群１２０は、内径側領域１１２ｉに占める孔群の面積Ｓｉｎと外径側領域１１２ｏに占める孔群の面積Ｓｏｕｔとが、Ｓｉｎ＞Ｓｏｕｔとなるように、構成される。

【0070】

［実施例２］
本実施例では、図１０及び図１１を参照して、回転電機１００を搭載した電気自動車について説明する。図１０は、本発明の一実施例に係る回転電機１００を駆動用の動力源とする電動駆動装置２００の縦方向断面図である。図１１は、本発明の一実施例に係る回転電機１００を搭載したハイブリッド型電気自動車５００の概略構成を示す図である。図１０及び図１１では、実施例１（変更例を含む）で説明した構成に対応する構成に、実施例１と同じ符号を付している。

【0071】

実施例１に係る回転電機１００は、回転電機のみの動力によって走行する純粋な電気自動車や、エンジン及び回転電機の双方によって駆動されるハイブリッド型の電気自動車の駆動装置２００に適用できるが、以下ではハイブリッド型の電気自動車を例に説明する。以下、ハイブリッド型電気自動車５００は車両と呼んで説明する。

【0072】

図１０に示すように、電動駆動装置２００は、回転電機１００と、出力軸（駆動軸）２１０と、回転電機１００の回転軸１０１と出力軸２１０との間に設けられたギア２２０と、電力変換装置２３０と、を備える。本実施例では、ギア２２０はハウジング１４１－４の内部に収納される。本実施例では、電力変換装置２３０は回転電機１００と一体化されている。

【0073】

本実施例の電動駆動装置２００は、車両５００の駆動用の動力源として用いられる電動駆動装置であって、回転電機と電力変換装置とを備え、回転電機として、実施例１（変更例を含む）で説明した回転電機１００を備える。これにより、保磁力が向上した電動駆動装置を実現することができる。

【0074】

また、本実施例の電動駆動装置２００は、軸方向空間１２０を冷媒ＲＦが流れる冷媒流路として利用し、回転電機１００に冷媒ＲＦを循環させる。冷媒流路は、回転軸１０１内部→端盤１１５－２→磁石１１２－１，１１２－１の軸方向空間１２０→端盤１１５－１→コイル１３４のコイルエンド→回転電機１００の外部をとして構成される。

【0075】

冷媒ＲＦは、回転電機に発生する熱を吸収する物質であり、油等の流体や、空気等の気体を用いることができる。冷媒ＲＦは、回転電機１００の内部に入れる場合、絶縁を保てるように、油（ＡＴＦ）とする場合が多い。

【0076】

冷媒ＲＦの冷却は図示しないチラーを設けて行ってもよいし、車両５００の場合、走行風を用いることもできる。冷媒ＲＦの循環には、図示しないポンプを用いてもよいし、回転電機１００の回転による力を利用してもよい。

【0077】

上述した様に、本実施例の電動駆動装置２００では、軸方向空間１２０は冷媒流路を構成し、回転電機１００は軸方向空間１２０を流れる冷媒により冷却可能に構成される。これにより、磁石１１２－１，１１２－２を直接冷却することができ、磁石温度を低減することができる。これにより磁石１１２－１，１１２－２は、保磁力がさらに向上する。加えて、回転電機１００の内部温度（コイルやコア等の温度）を低減することができ、回転電機１００の、引いては電動駆動装置２００の高効率化が可能となる。

【0078】

図１１に示すように、車両５００には、エンジン５２０と第１回転電機１００－１と第２回転電機１００－２とバッテリ５８０とが搭載されている。バッテリ５８０は、第１回転電機１００－１や第２回転電機１００－２による駆動力が車両５００に必要な場合には、電力変換装置２３０を介して第１回転電機１００－１や第２回転電機１００－２に直流電力を供給する。なお図１１では、電力変換装置２３０は第１回転電機１００－１及び第２回転電機１００－２から分離された形態として図示されているが、図１０に示すように、電力変換装置２３０は第１回転電機１００－１及び第２回転電機１００－２に一体化された構成にすることができる。

【0079】

バッテリ５８０は、回生走行時には第１回転電機１００－１や第２回転電機１００－２から直流電力を受ける。バッテリ５８０と第１回転電機１００－１や第２回転電機１００－２との間の直流電力の授受は、電力変換装置２３０を介して行われる。また、図示していないが、車両１００には低電圧電力（例えば、１４ボルト系電力）を供給するバッテリが搭載されており、以下に説明する制御回路に直流電力を供給する。

【0080】

なお、第１回転電機１００－１と第２回転電機１００－２とはほぼ同じ構造を有しており、上述した回転電機１００で構成することができる。但し、上述した押圧部材２０１，２０２に係る構造は、第１回転電機１００－１と第２回転電機１００－２の双方が備えている必要はなく、一方だけが備えていてもよい。

【0081】

エンジン５２０及び第１回転電機１００－１や第２回転電機１００－２による回転トルクは、変速機５３０とデファレンシャルギア５６０を介して前輪５１０に伝達される。変速機５３０は、変速機制御装置５３４により制御される。エンジン５２０は、エンジン制御装置５２４により制御される。バッテリ５８０は、バッテリ制御装置５８４により制御される。変速機制御装置５３４、エンジン制御装置５２４、バッテリ制御装置５８４、電力変換装置６００及び統合制御装置５７０は、通信回線５７４によって互いに接続されている。

【0082】

統合制御装置５７０は、変速機制御装置５３４、エンジン制御装置５２４、電力変換装置２３０及びバッテリ制御装置５８４よりも上位の制御装置であり、変速機制御装置５３４、エンジン制御装置５２４、電力変換装置２３０及びバッテリ制御装置５８４の各状態を表す情報を、通信回線５７４を介してそれらからそれぞれ受け取る。統合制御装置５７０は、取得したそれらの情報に基づき各装置への制御指令を演算する。演算された制御指令は、通信回線５７４を介してそれぞれの装置へ送信される。

【0083】

バッテリ５８０は、リチウムイオン電池又はニッケル水素電池などの２次電池で構成され、２５０ボルトから６００ボルト、又はそれ以上の高電圧の直流電力を出力する。バッテリ制御装置５８４は、バッテリ５８０の充放電状況やバッテリ５８０を構成する各単位セル電池の状態を、通信回線５７４を介して統合制御装置５７０に出力する。

【0084】

統合制御装置５７０は、バッテリ制御装置５８４からの情報に基づいてバッテリ５８０の充電が必要と判断すると、電力変換装置２３０に発電運転の指示を出す。また、統合制御装置５７０は、主に、エンジン５２０、第１回転電機１００－１及び第２回転電機１００－２の出力トルクの管理と、エンジン５２０の出力トルクと第１回転電機１００－１及び第２回転電機１００－２の出力トルクとの総合トルクやトルク分配比の演算処理を行い、この演算処理結果に基づく制御指令を、変速機制御装置５３４、エンジン制御装置５２４及び電力変換装置６００へ送信する。電力変換装置２３０は、統合制御装置５７０からのトルク指令に基づき、指令通りのトルク出力又は発電電力が発生するように第１回転電機１００－１及び第２回転電機１００－２を制御する。

【0085】

電力変換装置２３０には、第１回転電機１００－１及び第２回転電機１００－２を運転するためのインバータ回路を構成するパワー半導体が設けられている。電力変換装置２３０は、統合制御装置５７０からの指令に基づきパワー半導体のスイッチング動作を制御する。このパワー半導体のスイッチング動作により、第１回転電機１００－１と第２回転電機１００－２は、電動機として又は発電機として運転される。

【0086】

第１回転電機１００－１と第２回転電機１００－２を電動機として運転する場合は、高電圧のバッテリ５８０からの直流電力が電力変換装置２３０のインバータの直流端子に供給される。電力変換装置２３０は、パワー半導体のスイッチング動作を制御して、供給された直流電力を３相交流電力に変換し、変換した電力を第１回転電機１００－１と第２回転電機１００－２に供給する。一方、第１回転電機１００－１と第２回転電機１００－２を発電機として運転する場合には、第１回転電機１００－１及び第２回転電機１００－１の回転子が外部から加えられる回転トルクで回転駆動され、第１回転電機１００－１及び第２回転電機１００－２の固定子巻線に３相交流電力が発生する。発生した３相交流電力は、電力変換装置２３０で直流電力に変換され、この直流電力がバッテリ５８０に供給されることにより、高電圧のバッテリ１８０が充電される。

【0087】

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加したりすることが可能である。

【符号の説明】

【0088】

１００…回転電機、１０１…回転軸、１１０…回転子、１１１…回転子コア、１１２，１１２－１，１１２－２…磁石、１１２ｉ…磁石１１２－１，１１２－２の横方向断面における内径側領域、１１２ｏ…磁石１１２－１，１１２－２の横方向断面における外径側領域、１１４，１１４－１，１１４－２…磁石収納部（磁石収納空間）、１２０…軸方向空間、１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ…軸方向空間１２０を構成する孔、１３０…固定子、１３２…固定子コア、２００…電動駆動装置、５００…車両、Ｇｐ…空隙。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】