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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-12
(45)【発行日】2024-09-24
(54)【発明の名称】回転電機
(51)【国際特許分類】
H02K 1/276 20220101AFI20240913BHJP
【ＦＩ】
H02K1/276
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2023515730
(86)(22)【出願日】2022-12-16
(86)【国際出願番号】 JP2022046377
【審査請求日】2023-03-09
【早期審査対象出願】
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002941
【氏名又は名称】弁理士法人ぱるも特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】高橋 朋平
(72)【発明者】
【氏名】平尾 まい
(72)【発明者】
【氏名】北尾 純士
(72)【発明者】
【氏名】深山 義浩
(72)【発明者】
【氏名】日野 辰郎
(72)【発明者】
【氏名】有田 秀哲
【審査官】三島木 英宏
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２１－０９７４３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０７７０９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－０４４８５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／０２１６５１（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｋ １／２７６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ステータコアおよび三相交流電流が入力されるコイルを有する円筒状のステータと、前記ステータの内径側に前記ステータとギャップを介して配置された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、複数の磁石スロットを有するロータコアと、複数の前記磁石スロット内にそれぞれ配置された複数の磁石とを有し、
複数の前記磁石は径方向に２層以上の多層構造に配置されて１極を構成しており、
複数の前記磁石スロットと前記ロータコアの外周面との間はブリッジとなっており、
前記ロータコアの前記外周面には前記１極に付きｄ軸に対して対称な一対の低透磁率部を２組以上有しており、
全ての前記低透磁率部の周方向の少なくとも一部の領域は前記ブリッジの周方向の領域に含まれており、
２組以上の前記一対の低透磁率部は、前記ｄ軸を基準とする電気角で１７．６°以上４２．４°以下の範囲、５２．４°以上７１．６°以下の範囲および７８．８°以上８９．７°以下の範囲のいずれかの範囲に分散されて配置されており、前記磁石は貫通磁束の変動によって渦電流が生じる永久磁石であることを特徴とする回転電機。
【請求項2】
前記低透磁率部は、前記ロータコアの前記外周面に形成された切り欠き部であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項3】
前記低透磁率部は、前記ロータコアの前記外周面に形成された切り欠き部に充填された低透磁率部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項4】
前記低透磁率部は、前記ロータコアの前記外周面に前記ロータコアの他の部分よりも磁気抵抗が増大した応力印加部であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項5】
前記低透磁率部は、前記ロータコアの前記外周面の内径側に形成された貫通孔であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項6】
前記１極は３層で構成されており、１層目ブリッジの周方向の中心角は前記ｄ軸を基準とする電気角で３７．０°以上４０．４°以下の範囲であり、２層目ブリッジの周方向の中心角は前記ｄ軸を基準とする電気角で５９．２°以上６４．８°以下の範囲であり、３層目ブリッジの周方向の中心角は前記ｄ軸を基準とする電気角で７８．６°以上８４．６°以下の範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、回転電機に関する。
【背景技術】
【0002】
永久磁石を備えた回転電機において、トルク出力向上のためにロータ内の永久磁石が多層化された構造が提案されている。永久磁石が多層化された構造を有する回転電機では、永久磁石の磁束量が多いために磁束の高調波成分に起因する鉄損およびトルクリップルの増加が顕著になる。永久磁石が多層化された構造を有する従来の回転電機においては、トルクリップルを低減するためにロータコアの外周側表面に切り欠き部を設ける構造が提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０２１－１３６７９８号公報
【文献】特開２０２１－１９７８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
永久磁石が多層化された構造を有する従来の回転電機においては、厚さの薄い永久磁石が使用される。厚さの薄い永久磁石においては渦電流損失が増大するという問題がある。とくに、３層以上の多層化構造を有する回転電機においては、２層以下の構造に比べて格段に渦電流損失が増大する。
【0005】
しかしながら、従来の多層化構造を有する回転電機は、永久磁石における渦電流損失を低減できる構造ではなかった。なお、これ以降、永久磁石を単に磁石と表現する。
【0006】
本願は、上述の課題を解決するためになされたもので、磁石が多層化された構造を有する回転電機において磁石における渦電流損失を低減できる構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本願の回転電機は、ステータコアおよび三相交流電流が入力されるコイルを有する円筒状のステータと、ステータの内径側にステータとギャップを介して配置された円柱状のロータとを有する回転電機であって、ロータは、複数の磁石スロットを有するロータコアと、複数の磁石スロット内にそれぞれ配置された複数の磁石とを有し、複数の磁石は径方向に２層以上の多層構造に配置されて１極を構成しており、複数の磁石スロットとロータコアの外周面との間はブリッジとなっており、ロータコアの外周面には１極に付きｄ軸に対して対称な一対の低透磁率部を２組以上有しており、全ての低透磁率部の周方向の少なくとも一部の領域はブリッジの周方向の領域に含まれており、２組以上の一対の低透磁率部は、ｄ軸を基準とする電気角で１７．６°以上４２．４°以下の範囲、５２．４°以上７１．６°以下の範囲および７８．８°以上８９．７°以下の範囲のいずれかの範囲に分散されて配置されており、前記磁石は貫通磁束の変動によって渦電流が生じる永久磁石である。
【発明の効果】
【0008】
本願の回転電機においては、ロータコアの外周面には１極に付きｄ軸に対して対称な一対の低透磁率部を２組以上有しており、全ての低透磁率部の周方向の少なくとも一部の領域はブリッジの周方向の領域に含まれており、２組以上の一対の低透磁率部は、ｄ軸を基準とする電気角で１７．６°以上４２．４°以下の範囲、５２．４°以上７１．６°以下の範囲および７８．８°以上８９．７°以下の範囲のいずれかの範囲に分散されて配置されているので、磁石における渦電流損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】実施の形態１に係る回転電機の断面図である。
【図2】実施の形態１に係る回転電機の１極の領域の断面図である。
【図3】実施の形態１に係る回転電機の１極の領域の拡大断面図である。
【図4】実施の形態１に係る比較例１の回転電機の１極の領域の断面図である。
【図5】実施の形態１に係る回転電機のコイルに流す相電流を示す図である。
【図6】実施の形態１に係る比較例１の回転電機の磁石渦電流損失を示す図である。
【図7】実施の形態１における２種類の電流をｄｑ変換した場合のｄ軸電流を示す図である。
【図8】実施の形態１に係る比較例１の回転電機に２種類の電流を入力したときのｄ軸磁束の高調波成分の振幅を並べた解析結果を示す図である。
【図9】実施の形態１に係る比較例１の回転電機に２種類の電流を入力したときのｄ軸電流の高調波成分の振幅を並べた解析結果を示す図である。
【図10】実施の形態１に係る回転電機に２種類の電流を入力したときのｄ軸磁束の高調波成分の振幅を並べた解析結果を示す図である。
【図11】実施の形態１に係る回転電機に２種類の電流を入力したときのｄ軸電流の高調波成分の振幅を並べた解析結果を示す図である。
【図12】実施の形態１に係る比較例２の回転電機の１極の領域の断面図である。
【図13】実施の形態１に係る回転電機におけるｄ軸磁束の１２次成分振幅とｄ軸電流の１２次成分振幅との関係を示す図である。
【図14】実施の形態１に係る回転電機におけるｄ軸磁束の１２次成分振幅と磁石渦電流損失との関係を示す図である。
【図15】実施の形態１に係る回転電機における第１切り欠き部の構造に対するｄ軸磁束の１２次成分振幅の差を示した図である。
【図16】実施の形態１に係る回転電機における１層目ブリッジの構造に対するｄ軸磁束の１２次成分振幅の差を示した図である。
【図17】実施の形態１に係る回転電機における第２切り欠き部の構造に対するｄ軸磁束の１２次成分振幅の差を示した図である。
【図18】実施の形態１に係る回転電機における２層目ブリッジの構造に対するｄ軸磁束の１２次成分振幅の差を示した図である。
【図19】実施の形態１に係る回転電機における第２切り欠き部の構造に対するｄ軸磁束の１２次成分振幅の差を示した図である。
【図20】実施の形態１に係る回転電機における３層目ブリッジの構造に対するｄ軸磁束の１２次成分振幅の差を示した図である。
【図21】実施の形態１に係る回転電機における１層目ブリッジの構造に対するｄ軸磁束の１２次成分振幅の差を示した図である。
【図22】実施の形態１に係る回転電機における２層目ブリッジの構造に対するｄ軸磁束の１２次成分振幅の差を示した図である。
【図23】実施の形態１に係る回転電機における３層目ブリッジの構造に対するｄ軸磁束の１２次成分振幅の差を示した図である。
【図24】実施の形態２に係る回転電機の１極の領域の断面図である。
【図25】実施の形態３に係る回転電機の１極の領域の断面図である。
【図26】実施の形態４に係る回転電機の１極の領域の断面図である。
【図27】実施の形態５に係る回転電機の１極の領域の断面図である。
【図28】実施の形態６に係る回転電機の１極の領域の断面図である。
【図29】実施の形態７に係る回転電機の１極の領域の断面図である。
【図30】実施の形態８に係る回転電機の１極の領域の断面図である。
【図31】実施の形態９に係る回転電機の１極の領域の断面図である。
【図32】実施の形態１０に係る回転電機の１極の領域の断面図である。
【図33】実施の形態１１に係る回転電機の１極の領域の断面図である。
【図34】実施の形態１２に係る回転電機の１極の領域の断面図である。
【図35】実施の形態１３に係る回転電機の１極の領域の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本願を実施するための実施の形態に係る回転電機について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。
【0011】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る回転電機の断面図である。図１は、回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態に係る回転電機１は、ステータ１０とこのステータ１０の内径側に同軸に配置されたロータ２０とで構成されている。
図１は、実施の形態１に係る回転電機の断面図である。図１は、回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態に係る回転電機１は、ステータ１０とこのステータ１０の内径側に同軸に配置されたロータ２０とで構成されている。
【0012】
図１に示すように、ステータ１０は、円筒状のバックコア１１と、このバックコア１１から内径側に延伸されたティース１２と、ティース１２に巻き回されたコイル１３とで構成されている。バックコア１１とティース１２とは一体で形成されており、バックコア１１とティース１２とでステータコアを構成している。コイル１３は、隣り合うティース１２とバックコア１１とによって囲まれた領域であるスロットを利用してティース１２に巻き回されている。ロータ２０は、円筒状のロータコア２１と、ロータコア２１に形成された磁石スロット２３に挿入された磁石２２とで構成される。ロータコア２１の中心には回転軸３０が固定されている。回転軸３０の軸方向の両側にはベアリングが配置されており、ロータ２０は回転軸３０を中心にステータ１０に対して回転可能に設置されている。これ以降、回転軸３０に平行な方向を軸方向、ロータ２０が回転する方向を周方向、軸方向に直交する方向を径方向と称する。ステータコアおよびロータコア２１は、例えば電磁鋼板が軸方向に積層されて構成されている。また、磁石２２は永久磁石である。
【0013】
ティース１２は、周方向に均等に４８個配置されている。１つのスロットに配置されたコイル１３は、周方向に６個のティース１２を跨いだ別のスロットに配置されたコイル１３と直列に接続されている。磁石スロット２３は、内径側に向かってお互いの距離が狭くなるように対向して設けられた一対の磁石スロットが３層形成されている。磁石２２は、合計６個の磁石スロット２３にそれぞれ挿入されている。本実施の形態の回転電機１においては、６個の磁石スロット２３にそれぞれ挿入された６個の永久磁石で１極を構成している。図１の白矢印は、それぞれの磁石２２の着磁方向を示している。１極を構成するそれぞれの磁石２２は、平板状の形状であり短辺と平行な方向でかつ径方向に同じ方向に向くように着磁されている。本実施の形態の回転電機１においては、ロータ２０は８極で構成されており、隣り合う極の着磁方向が内径側と外径側とに交互になるように構成されている。本実施の形態の回転電機１は、８極４８スロットの分布巻き埋め込み磁石回転電機である。
【0014】
図２は、本実施の形態に係る回転電機の１極の領域の断面図である。１極の磁束の中心方向をｄ軸とし、このｄ軸に対して電気的に直角の方向をｑ軸とする。図２に示すように、ロータコア２１のｄ軸を中心として内径側に向かってお互いの距離が狭まるように対向して設けられた１対の１層目磁石スロット２３１、２層目磁石スロット２３２および３層目磁石スロット２３３が形成されている。そして、一対の１層目磁石スロット２３１には一対の１層目磁石２２１が、一対の２層目磁石スロット２３２には一対の２層目磁石２２２が、一対の３層目磁石スロット２３３には一対の３層目磁石２２３がそれぞれ挿入されている。ロータコア２１の外周面には、ｄ軸を中心として対称位置に設けられた１対の第１切り欠き部２４１と、第１切り欠き部２４１よりもｄ軸から離れた位置に設けられた１対の第２切り欠き部２４２とが形成されている。第１切り欠き部２４１および第２切り欠き部２４２は空間であるため、第１切り欠き部２４１および第２切り欠き部２４２の透磁率は、ロータコア２１の透磁率よりも小さい。すなわち、第１切り欠き部２４１および第２切り欠き部２４２は、それぞれ第１低透磁率部および第２低透磁率部とも称する。
【0015】
図３は、本実施の形態に係る回転電機の１極の領域の拡大断面図である。図３は、第１切り欠き部２４１および第２切り欠き部２４２の近傍の拡大断面図である。図３に示すように、フラックスバリアである１層目磁石スロット２３１、２層目磁石スロット２３２および３層目磁石スロット２３３がロータコア２１の外周面と対向する部分のロータコア２１に、１層目ブリッジ２７１、２層目ブリッジ２７２、３層目ブリッジ２７３がそれぞれ構成される。
【0016】
第１切り欠き部２４１は、第１切り欠き部２４１のｄ軸に最も近い端点である第１切り欠き部の始点２４１ａとｄ軸に最も遠い端点である第１切り欠き部の終点２４１ｂとの間の外周面がロータコア２１の最外周面よりも内周側になるように形成されている。そして、第１切り欠き部の終点２４１ｂは、１層目ブリッジ２７１のｄ軸に最も近い端点である１層目ブリッジの始点２７１ａとｄ軸に最も遠い端点である１層目ブリッジの終点２７１ｂとの間に位置する。すなわち、第１切り欠き部２４１の少なくとも一部は、１層目ブリッジ２７１の領域に形成されている。言い換えると、第１切り欠き部２４１の周方向の少なくとも一部の領域は、１層目ブリッジ２７１の周方向の領域に含まれている。
【0017】
第２切り欠き部２４２は、第２切り欠き部２４２のｄ軸に最も近い端点である第２切り欠き部の始点２４２ａとｄ軸に最も遠い端点である第２切り欠き部の終点２４２ｂとの間の外周面がロータコア２１の最外周面よりも内周側になるように形成されている。そして、第２切り欠き部の始点２４２ａは、３層目ブリッジ２７３のｄ軸に最も近い端点である３層目ブリッジの始点２７３ａとｄ軸に最も遠い端点である３層目ブリッジの終点２７３ｂとの間に位置する。すなわち、第２切り欠き部２４２の少なくとも一部は、３層目ブリッジ２７３の領域に形成されている。言い換えると、第２切り欠き部２４２の周方向の少なくとも一部の領域は、３層目ブリッジ２７３の周方向の領域に含まれている。
【0018】
次に、このように構成された回転電機において磁石渦電流損失を低減できる作用効果について詳細に説明する。
図４は、本実施の形態において、第１切り欠き部および第２切り欠き部を備えていない比較例１の回転電機の１極の領域の断面図である。図４に示す黒矢印は、磁石を貫通する磁束（これ以降、磁石貫通磁束と記す）である。図５は、本実施の形態において、回転電機のコイル１３に流す相電流を示す図である。図５において、実線は一般的な三角波キャリア比較方式のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）インバータ駆動制御によるＰＷＭ電流の波形である。破線はＰＷＭ電流から全ての高調波成分を排除して基本波成分のみを抽出した理想電流の波形である。ＰＷＭ電流は、ＰＷＭインバータ駆動制御のシミュレーションにより算出した電流である。ＰＷＭインバータ駆動制御の条件は、三相電流の基本波１周期の中にキャリア波形が１５周期含まれる同期１５パルス制御の条件とした。なお、図５は三相電流のうちの一相の電流のみを示しており、残り二相の電流は示していない。残り二相の電流波形は、図５に示した電流波形をそれぞれ電気角で１２０°ずつ位相が異なる電流波形となる。
図４は、本実施の形態において、第１切り欠き部および第２切り欠き部を備えていない比較例１の回転電機の１極の領域の断面図である。図４に示す黒矢印は、磁石を貫通する磁束（これ以降、磁石貫通磁束と記す）である。図５は、本実施の形態において、回転電機のコイル１３に流す相電流を示す図である。図５において、実線は一般的な三角波キャリア比較方式のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）インバータ駆動制御によるＰＷＭ電流の波形である。破線はＰＷＭ電流から全ての高調波成分を排除して基本波成分のみを抽出した理想電流の波形である。ＰＷＭ電流は、ＰＷＭインバータ駆動制御のシミュレーションにより算出した電流である。ＰＷＭインバータ駆動制御の条件は、三相電流の基本波１周期の中にキャリア波形が１５周期含まれる同期１５パルス制御の条件とした。なお、図５は三相電流のうちの一相の電流のみを示しており、残り二相の電流は示していない。残り二相の電流波形は、図５に示した電流波形をそれぞれ電気角で１２０°ずつ位相が異なる電流波形となる。
【0019】
図６は、図４に示す比較例１の回転電機に２種類の電流を入力したときの磁石渦電流損失を示す図である。図６において、左側は理想電流を入力したときの磁石渦電流損失を示しており、右側はＰＷＭ電流を入力したときの磁石渦電流損失を示している。図６において、縦軸はＰＷＭ電流を入力したときの磁石渦電流損失を基準とした相対値である。理想電流入力時に比べて、ＰＷＭ電流入力時はおよそ５倍の磁石渦電流損失が発生する。図７は、図５に示す２種類の電流をｄｑ変換した場合のｄ軸電流を示す図である。図７に示すように、理想電流は高調波成分を含まないためｄｑ変換したｄ軸電流には当然ながらほとんど脈動がない。一方、ＰＷＭ電流は高調波成分を含むためｄｑ変換したｄ軸電流には大きな脈動がある。このｄ軸電流の脈動により、図４に示す磁石貫通磁束の経路において高調波の磁束変動が発生し、結果として磁石渦電流損失が増大する。
【0020】
図８は、図４に示す比較例１の回転電機に２種類の電流を入力したときのｄ軸磁束波形をフーリエ級数展開し、高調波成分の振幅を並べた解析結果を示す図である。また、図９は、図４に示す比較例１の回転電機に２種類の電流を入力したときのｄ軸電流波形をフーリエ級数展開し、高調波成分の振幅を並べた解析結果を示す図である。さらに、図１０は、図２に示す本実施の形態の回転電機に２種類の電流を入力したときのｄ軸磁束波形をフーリエ級数展開し、高調波成分の振幅を並べた解析結果を示す図である。また、図１１は、図２に示す本実施の形態の回転電機に２種類の電流を入力したときのｄ軸電流波形をフーリエ級数展開し、高調波成分の振幅を並べた解析結果を示す図である。
【0021】
図９および図１１に示すＰＷＭ電流入力時のｄ軸電流振幅を比較すると、図１１に示す本実施の形態の回転電機の１２次成分の振幅の方が図９に示す比較例１の回転電機の１２次成分の振幅よりも小さい。一方、図８および図１０に示すＰＷＭ電流入力時のｄ軸磁束振幅を比較すると、図１０に示す本実施の形態の回転電機の１２次成分の振幅と図８に示す比較例１の回転電機の１２次成分の振幅との差はほとんどない。しかし、理想電流入力時のｄ軸磁束振幅を比較すると、図８に示す比較例１の回転電機の１２次成分の振幅は、図１０に示す本実施の形態の回転電機の１２次成分の振幅よりも著しく小さい。そのため、比較例１の回転電機においては、ＰＷＭ電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分の振幅と理想電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分の振幅との差が大きい。一方、本実施の形態の回転電機においては、ＰＷＭ電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分の振幅と理想電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分の振幅との差は小さい。
【0022】
図１２は、本実施の形態に係る比較例２の回転電機の１極の領域の断面図である。比較例２の回転電機においては、３層目ブリッジの周方向の中心角度が本実施の形態の回転電機に比べて小さくなっている。具体的には、ｄ軸を電気角の基準０°とした場合、比較例２の回転電機においては、３層目ブリッジの中心と回転軸中心とを結ぶ直線とｄ軸とのなす電気角が７８．４°に設定されている。そのため、第２切り欠き部の始点２４２ａが、３層目ブリッジのｄ軸に最も遠い端点である３層目ブリッジの終点２７３ｂよりもｑ軸側に位置する。言い換えると、第２切り欠き部２４２の周方向の領域は、３層目ブリッジ２７３の周方向の領域に含まれていない。
比較例２の回転電機においても、２種類の電流を入力したときのｄ軸磁束波形をフーリエ級数展開し、図８および図９に示したように高調波成分の振幅を算出した。
比較例２の回転電機においても、２種類の電流を入力したときのｄ軸磁束波形をフーリエ級数展開し、図８および図９に示したように高調波成分の振幅を算出した。
【0023】
図１３は、本実施の形態に係る回転電機において、ＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅から理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅を減算した振幅差と、ＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸電流の１２次成分振幅との関係を示す図である。図１３において、横軸はＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅から理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅を減算した振幅差であり、縦軸はＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸電流の１２次成分振幅である。図１３において、Ａは本実施の形態の回転電機、Ｂは図４に示す比較例１の回転電機、Ｃは図１２に示す比較例２の回転電機の特性値である。
【0024】
図１４は、本実施の形態に係る回転電機において、ＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅から理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅を減算した振幅差と、ＰＷＭ電流を入力したとき磁石渦電流損失との関係を示す図である。図１４において、横軸はＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅から理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅を減算した振幅差であり、縦軸はＰＷＭ電流を入力したときの磁石渦電流損失である。図１４において、Ａは本実施の形態の回転電機、Ｂは図４に示す比較例１の回転電機、Ｃは図１２に示す比較例２の回転電機の特性値である。
【0025】
図１３に示す各回転電機の関係と図１４に示す各回転電機の関係とはほぼ一致している。理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅がＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅に近いときすなわち横軸の零に近いときに、図１３に示すようにＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸電流の１２次成分振幅が小さくなり、かつ図１４に示すように磁石渦電流損失も小さくなる。例えば、第１切り欠き部および第２切り欠き部を備えていない比較例１の回転電機における磁石渦電流損失に対して、第１切り欠き部および第２切り欠き部を備えた本実施の形態の回転電機における磁石渦電流損失は、約３１％低減する。このように、理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅との差を小さくすることで磁石渦電流損失を低減させることができる。
【0026】
ＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分は、第１切り欠き部２４１および第２切り欠き部２４２の構造を変化させても通常大きく変化しない。一方で、理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分は、第１切り欠き部２４１および第２切り欠き部２４２の構造によって大きく変化する。そのため、ロータ２０を設計するときには、理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅に着目し、理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とが等しくなるように設計すればよい。実際の設計においては、電磁界解析により理想電流を入力し、効果の予測および検討を行うことが想定される。
【0027】
本実施の形態の回転電機において、磁石渦電流損失を低減する効果を奏するための第１切り欠き部および第２切り欠き部の構造について説明する。第１切り欠き部および第２切り欠き部を備えた本実施の形態の回転電機において、第１切り欠き部および第２切り欠き部の異なる各部寸法を様々に組み合わせた形状の複数のロータを設計し、２種類の電流を入力したときの電磁界解析を行った。なお、第１切り欠き部および第２切り欠き部の径方向の深さは一定とし、その径方向の深さはステータとロータとの間のギャップ長の１／３とした。
【0028】
図１５は、第１切り欠き部の周方向の少なくとも一部の領域が１層目ブリッジの周方向の領域に含まれている場合の第１切り欠き部の構造に対する理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅との差を示した図である。図１５において、横軸はｄ軸を電気角の基準０°とした場合の電気角であり、縦軸は理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅との差である。また、図１５において、破線は第１切り欠き部の始点の位置を電気角で示したものであり、一点破線は第１切り欠き部の終点の位置を電気角で示したものである。
【0029】
図１６は、１層目ブリッジの構造に対する理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅との差を示した図である。図１６において、横軸はｄ軸を電気角の基準０°とした場合の電気角であり、縦軸は理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅との差である。また、図１６において、破線は１層目ブリッジの始点の位置を電気角で示したものであり、一点破線は１層目ブリッジの終点の位置を電気角で示したものである。
【0030】
ＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅と理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とが一致し、双方の差が０となる範囲が磁石渦電流損失を低減させる効果が得られる構造となる。図１５に示すように、本実施の形態の回転電機においては、電気角１７．６°～４２．４°の有効範囲に第１切り欠き部を形成したときに磁石渦電流損失を低減させる効果が得られる。
【0031】
また、図１６に示すように、磁石渦電流損失を低減させる効果が得られる１層目ブリッジの電気角の有効範囲は、第１切り欠き部の有効範囲と一部重なる範囲がある。第１切り欠き部と１層目ブリッジとの周方向位置が互いに重なっている場合、ティースとロータコアとを渡るトルク発生源となる磁束の経路になりにくい１層目ブリッジに第１切り欠き部が設けられる状態となる。その結果、本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部がトルク発生源となる磁束を阻害せず、トルク減少の影響が現れにくいという効果も得られる。
【0032】
図１７は、第２切り欠き部の周方向の少なくとも一部の領域が２層目ブリッジの周方向の領域に含まれている場合の第２切り欠き部の構造に対する理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅との差を示した図である。図１７において、横軸はｄ軸を電気角の基準０°とした場合の電気角であり、縦軸は理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅との差である。また、図１７において、破線は第２切り欠き部の始点の位置を電気角で示したものであり、一点破線は第２切り欠き部の終点の位置を電気角で示したものである。
【0033】
図１８は、２層目ブリッジの構造に対する理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅との差を示した図である。図１８において、横軸はｄ軸を電気角の基準０°とした場合の電気角であり、縦軸は理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅との差である。また、図１８において、破線は２層目ブリッジの始点の位置を電気角で示したものであり、一点破線は２層目ブリッジの終点の位置を電気角で示したものである。
【0034】
ＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅と理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とが一致し、双方の差が０となる範囲が磁石渦電流損失を低減させる効果が得られる構造となる。図１７に示すように、本実施の形態の回転電機においては、電気角５２．４°～７１．６°の有効範囲に第２切り欠き部を形成したときに磁石渦電流損失を低減させる効果が得られる。
【0035】
また、図１８に示すように、磁石渦電流損失を低減させる効果が得られる２層目ブリッジの電気角の有効範囲は、第２切り欠き部の有効範囲と一部重なる範囲がある。第２切り欠き部と２層目ブリッジとの周方向位置が互いに重なっている場合、ティースとロータコアとを渡るトルク発生源となる磁束の経路になりにくい２層目ブリッジに第２切り欠き部が設けられる状態となる。その結果、本実施の形態の回転電機においては、第２切り欠き部がトルク発生源となる磁束を阻害せず、トルク減少の影響が現れにくいという効果も得られる。
【0036】
図１９は、第２切り欠き部の周方向の少なくとも一部の領域が３層目ブリッジの周方向の領域に含まれている場合の第２切り欠き部の構造に対する理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅との差を示した図である。図１９において、横軸はｄ軸を電気角の基準０°とした場合の電気角であり、縦軸は理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅との差である。また、図１９において、破線は第２切り欠き部の始点の位置を電気角で示したものであり、一点破線は第２切り欠き部の終点の位置を電気角で示したものである。
【0037】
図２０は、３層目ブリッジの構造に対する理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅との差を示した図である。図２０において、横軸はｄ軸を電気角の基準０°とした場合の電気角であり、縦軸は理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅との差である。また、図２０において、破線は３層目ブリッジの始点の位置を電気角で示したものであり、一点破線は３層目ブリッジの終点の位置を電気角で示したものである。
【0038】
ＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅と理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とが一致し、双方の差が０となる範囲が磁石渦電流損失を低減させる効果が得られる構造となる。図１９に示すように、本実施の形態の回転電機においては、電気角７８．８°～８９．７°の有効範囲に第２切り欠き部を形成したときに磁石渦電流損失を低減させる効果が得られる。
【0039】
また、図２０に示すように、磁石渦電流損失を低減させる効果が得られる３層目ブリッジの電気角の有効範囲は、第２切り欠き部の有効範囲と一部重なる範囲がある。第２切り欠き部と３層目ブリッジとの周方向位置が互いに重なっている場合、ティースとロータコアとを渡るトルク発生源となる磁束の経路になりにくい３層目ブリッジに第２切り欠き部が設けられる状態となる。その結果、本実施の形態の回転電機においては、第２切り欠き部がトルク発生源となる磁束を阻害せず、トルク減少の影響が現れにくいという効果も得られる。
【0040】
次に、第１切り欠き部および第２切り欠き部を備えた本実施の形態の回転電機において、１層目ブリッジ、２層目ブリッジおよび３層目ブリッジの異なる各部寸法を様々に組み合わせた形状の複数のロータを設計し、２種類の電流を入力したときの電磁界解析を行った。なお、第１切り欠き部および第２切り欠き部の少なくとも一部の領域がブリッジの周方向の領域に重なっていれば、以下に示す電磁界解析において、ブリッジの周方向の幅はｄ軸磁束の１２次成分振幅には影響を与えないことが確認できている。
【0041】
図２１は、１層目ブリッジの構造に対する理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅との差を示した図である。図２１において、横軸はｄ軸を電気角の基準０°とした場合の電気角であり、縦軸は理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅との差である。図２１において、実線は１層目ブリッジの周方向の中心の位置を電気角で示したものである。
【0042】
ＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅と理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とが一致し、双方の差が０となる範囲が磁石渦電流損失を低減させる効果が得られる構造となる。図２１に示すように、本実施の形態の回転電機においては、１層目ブリッジの周方向の中心角を電気角３７．０°～４０．４°の有効範囲に設定したときに磁石渦電流損失を低減させる効果が得られる。
【0043】
図２２は、２層目ブリッジの構造に対する理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅との差を示した図である。図２２において、横軸はｄ軸を電気角の基準０°とした場合の電気角であり、縦軸は理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅との差である。図２２において、実線は２層目ブリッジの周方向の中心の位置を電気角で示したものである。
【0044】
ＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅と理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とが一致し、双方の差が０となる範囲が磁石渦電流損失を低減させる効果が得られる構造となる。図２２に示すように、本実施の形態の回転電機においては、２層目ブリッジの周方向の中心角を電気角５９．２°～６４．８°の有効範囲に設定したときに磁石渦電流損失を低減させる効果が得られる。
【0045】
図２３は、３層目ブリッジの構造に対する理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅との差を示した図である。図２３において、横軸はｄ軸を電気角の基準０°とした場合の電気角であり、縦軸は理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅との差である。図２３において、実線は３層目ブリッジの周方向の中心の位置を電気角で示したものである。
【0046】
ＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅と理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とが一致し、双方の差が０となる範囲が磁石渦電流損失を低減させる効果が得られる構造となる。図２３に示すように、本実施の形態の回転電機においては、３層目ブリッジの周方向の中心角を電気角７８．６°～８４．６°の有効範囲に設定したときに磁石渦電流損失を低減させる効果が得られる。
【0047】
【0048】
なお、ＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅と理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅とが完全に一致し、双方の差が０となる必要はない。磁石渦電流損失が無視できる程度に低減できるのであれば、ＰＷＭ電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅と理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次成分振幅との差は０でなくてもよい。
【0049】
上述のように本実施の形態の回転電機は、ステータコアおよび三相交流電流が入力されるコイルを有する円筒状のステータと、ステータの内径側にステータとギャップを介して配置されたロータとを有する回転電機であって、ロータは、複数の磁石スロットを有するロータコアと、複数の磁石スロット内にそれぞれ配置された複数の磁石とを有している。そして、複数の磁石は径方向に２層以上の多層構造に配置されて１極を構成しており、複数の磁石スロットとロータコアの外周面との間はブリッジとなっており、ロータコアの外周面には１極に付きｄ軸に対して対称な一対の低透磁率部を２組以上有しており、全ての低透磁率部の周方向の少なくとも一部の領域はブリッジの周方向の領域に含まれている。
【0050】
このように構成された回転電機においては、ロータコアの外周面には１極に付きｄ軸に対して対称な一対の低透磁率部を２組以上有しており、全ての低透磁率部の周方向の少なくとも一部の領域はブリッジの周方向の領域に含まれているので、磁石における渦電流損失を低減することができる。
【0051】
本実施の形態の回転電機においては、同期１５パルスのＰＷＭ制御を用いている。そのため、ＰＷＭ制御に起因するｄ軸磁束およびｄ軸電圧の高調波成分は主にパルス数の±３次すなわち１２次と１８次とに発生している。本実施の形態の回転電機において、同期パルス数が１５と異なる同期制御を行う場合は、理想電流を入力したときのｄ軸磁束の１２次または１８次以外の高調波に着目することで同様の効果が得られる。また、非同期ＰＷＭ制御であっても一定の回転速度で駆動させる用途の回転電機において特定の次数の高調波成分が現れる場合に、理想電流を入力したときのｄ軸磁束の高調波に着目することで同様の効果が得られる。
【0052】
なお、本実施の形態の回転電機として、８極４８スロットの分布巻き埋め込み磁石回転電機を用いて説明したが、他の構成の回転電機であってもよい。例えば８極４８スロット以外の極数とスロット数との組み合わせの回転電機でもよく、分布巻きではなく集中巻きの回転電機であってもよい。
【0053】
実施の形態２．
図２４は、実施の形態２に係る回転電機の１極の領域の断面図である。図２４は、回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部２４１の全領域が１層目ブリッジ２７１の領域に形成されている。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部２４１は電気角１７．６°～４２．４°の有効範囲に形成されており、第２切り欠き部２４２は電気角７８．８°～８９．７°の有効範囲に形成されている。
図２４は、実施の形態２に係る回転電機の１極の領域の断面図である。図２４は、回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部２４１の全領域が１層目ブリッジ２７１の領域に形成されている。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部２４１は電気角１７．６°～４２．４°の有効範囲に形成されており、第２切り欠き部２４２は電気角７８．８°～８９．７°の有効範囲に形成されている。
【0054】
第１切り欠き部２４１および第２切り欠き部２４２が上記のような有効範囲に形成されていれば、第１切り欠き部２４１の全領域が１層目ブリッジ２７１の領域に形成されていても、理想電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅がＰＷＭ電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅にほぼ等しくなり、磁石渦電流損失を抑制することができる。
【0055】
また、本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部２４１の全領域が１層目ブリッジ２７１の領域に完全に含まれるため、ティース１２とロータコア２１とを渡る磁束を極力阻害せず、トルク減少の影響が極めて現れにくいという効果も得られる。
【0056】
なお、図示してはいないが、第２切り欠き部２４２が上記のような有効範囲に形成されていれば、第２切り欠き部２４２の全領域が３層目ブリッジ２７３の領域に形成されていてもよい。
【0057】
実施の形態３．
図２５は、実施の形態３に係る回転電機の１極の領域の断面図である。図２５は、回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部２４１が１層目ブリッジ２７１の全領域を含んだ範囲に形成されている。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部２４１は電気角１７．６°～４２．４°の有効範囲に形成されており、第２切り欠き部２４２は電気角７８．８°～８９．７°の有効範囲に形成されている。
図２５は、実施の形態３に係る回転電機の１極の領域の断面図である。図２５は、回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部２４１が１層目ブリッジ２７１の全領域を含んだ範囲に形成されている。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部２４１は電気角１７．６°～４２．４°の有効範囲に形成されており、第２切り欠き部２４２は電気角７８．８°～８９．７°の有効範囲に形成されている。
【0058】
第１切り欠き部２４１および第２切り欠き部２４２が上記のような有効範囲に形成されていれば、第１切り欠き部２４１が１層目ブリッジ２７１の全領域を含んだ範囲に形成されていても、理想電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅がＰＷＭ電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅にほぼ等しくなり、磁石渦電流損失を抑制することができる。
【0059】
なお、図示してはいないが、第２切り欠き部２４２が上記のような有効範囲に形成されていれば、第２切り欠き部２４２が３層目ブリッジ２７３の全領域を含んだ範囲に形成されていてもよい。
【0060】
実施の形態４．
図２６は、実施の形態４に係る回転電機の１極の領域の断面図である。図２６は、回転軸に直交する方向の断面図である。実施の形態１の回転電機においては、第１切り欠き部および第２切り欠き部の径方向の深さはギャップ長の１／３であった。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部２４１の径方向の深さが１層目磁石スロット２３１近傍まで延伸されている。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部２４１は電気角１７．６°～４２．４°の有効範囲に形成されており、第２切り欠き部２４２は電気角７８．８°～８９．７°の有効範囲に形成されている。
図２６は、実施の形態４に係る回転電機の１極の領域の断面図である。図２６は、回転軸に直交する方向の断面図である。実施の形態１の回転電機においては、第１切り欠き部および第２切り欠き部の径方向の深さはギャップ長の１／３であった。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部２４１の径方向の深さが１層目磁石スロット２３１近傍まで延伸されている。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部２４１は電気角１７．６°～４２．４°の有効範囲に形成されており、第２切り欠き部２４２は電気角７８．８°～８９．７°の有効範囲に形成されている。
【0061】
第１切り欠き部２４１および第２切り欠き部２４２が上記のような有効範囲に形成されていれば、第１切り欠き部２４１の径方向の深さが１層目磁石スロット２３１近傍まで延伸されていても、理想電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅がＰＷＭ電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅にほぼ等しくなり、磁石渦電流損失を抑制することができる。
【0062】
なお、図示してはいないが、第２切り欠き部２４２が上記のような有効範囲に形成されていれば、第２切り欠き部２４２の径方向の深さが３層目磁石スロット２３３近傍まで延伸されていてもよい。
【0063】
実施の形態５．
図２７は、実施の形態５に係る回転電機の１極の領域の断面図である。図２７は、回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部２４１の全領域が２層目ブリッジ２７２の領域に形成されている。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部２４１は電気角５２．４°～７１．６°の有効範囲に形成されており、第２切り欠き部２４２は電気角７８．８°～８９．７°の有効範囲に形成されている。
図２７は、実施の形態５に係る回転電機の１極の領域の断面図である。図２７は、回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部２４１の全領域が２層目ブリッジ２７２の領域に形成されている。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部２４１は電気角５２．４°～７１．６°の有効範囲に形成されており、第２切り欠き部２４２は電気角７８．８°～８９．７°の有効範囲に形成されている。
【0064】
第１切り欠き部２４１および第２切り欠き部２４２が上記のような有効範囲に形成されていれば、第１切り欠き部２４１の全領域が２層目ブリッジ２７２の領域に形成されていても、理想電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅がＰＷＭ電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅にほぼ等しくなり、磁石渦電流損失を抑制することができる。
【0065】
実施の形態６．
図２８は、実施の形態６に係る回転電機の１極の領域の断面図である。図２８は、回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態の回転電機においては、第２切り欠き部２４２の全領域が２層目ブリッジ２７２の領域に形成されている。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部２４１は電気角１７．６°～４２．４°の有効範囲に形成されており、第２切り欠き部２４２は電気角５２．４°～７１．６°の有効範囲に形成されている。
図２８は、実施の形態６に係る回転電機の１極の領域の断面図である。図２８は、回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態の回転電機においては、第２切り欠き部２４２の全領域が２層目ブリッジ２７２の領域に形成されている。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部２４１は電気角１７．６°～４２．４°の有効範囲に形成されており、第２切り欠き部２４２は電気角５２．４°～７１．６°の有効範囲に形成されている。
【0066】
第１切り欠き部２４１および第２切り欠き部２４２が上記のような有効範囲に形成されていれば、第２切り欠き部２４２の全領域が２層目ブリッジ２７２の領域に形成されていても、理想電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅がＰＷＭ電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅にほぼ等しくなり、磁石渦電流損失を抑制することができる。
【0067】
実施の形態７．
図２９は、実施の形態７に係る回転電機の１極の領域の断面図である。図２９は、回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部２４１の一部の領域が１層目ブリッジ２７１の領域に形成されており、第２切り欠き部２４２の一部の領域が２層目ブリッジ２７２の領域に形成されており、第３切り欠き部２４３の一部の領域が３層目ブリッジ２７３の領域に形成されている。本実施の形態の回転電機においては、実施の形態１と同様に、第１切り欠き部２４１は電気角１７．６°～４２．４°の有効範囲に形成されており、第２切り欠き部２４２は電気角５２．４°～７１．６°の有効範囲に形成されており、第３切り欠き部２４３は電気角７８．８°～８９．７°の有効範囲に形成されている。
図２９は、実施の形態７に係る回転電機の１極の領域の断面図である。図２９は、回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部２４１の一部の領域が１層目ブリッジ２７１の領域に形成されており、第２切り欠き部２４２の一部の領域が２層目ブリッジ２７２の領域に形成されており、第３切り欠き部２４３の一部の領域が３層目ブリッジ２７３の領域に形成されている。本実施の形態の回転電機においては、実施の形態１と同様に、第１切り欠き部２４１は電気角１７．６°～４２．４°の有効範囲に形成されており、第２切り欠き部２４２は電気角５２．４°～７１．６°の有効範囲に形成されており、第３切り欠き部２４３は電気角７８．８°～８９．７°の有効範囲に形成されている。
【0068】
このように構成された回転電機においては、理想電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅がＰＷＭ電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅にほぼ等しくなり、磁石渦電流損失を抑制することができる。
【0069】
実施の形態８．
図３０は、実施の形態８に係る回転電機の１極の領域の断面図である。図３０は、回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部２４１および第２切り欠き部２４２が円弧状に形成されている。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部２４１は電気角１７．６°～４２．４°の有効範囲に形成されており、第２切り欠き部２４２は電気角７８．８°～８９．７°の有効範囲に形成されている。
図３０は、実施の形態８に係る回転電機の１極の領域の断面図である。図３０は、回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部２４１および第２切り欠き部２４２が円弧状に形成されている。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部２４１は電気角１７．６°～４２．４°の有効範囲に形成されており、第２切り欠き部２４２は電気角７８．８°～８９．７°の有効範囲に形成されている。
【0070】
第１切り欠き部２４１および第２切り欠き部２４２が上記のような有効範囲に形成されていれば、第１切り欠き部２４１および第２切り欠き部２４２が円弧状に形成されていても、理想電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅がＰＷＭ電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅にほぼ等しくなり、磁石渦電流損失を抑制することができる。
【0071】
実施の形態９．
図３１は、実施の形態９に係る回転電機の１極の領域の断面図である。図３１は、回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部および第２切り欠き部が円弧状に形成された実施の形態８の回転電機において、第１切り欠き部および第２切り欠き部の部分にロータコア２１の透磁率よりも低い透磁率を有する第１低透磁率部材２５１および第２低透磁率部材２５２がそれぞれ充填されている。この第１低透磁率部材２５１および第２低透磁率部材２５２がそれぞれ第１低透磁率部および第２低透磁率部となる。低透磁率部材としては電磁鋼板よりも透磁率が低い、例えばアルミニウムなどの非磁性体を用いることができる。本実施の形態の回転電機においては、第１低透磁率部材２５１は電気角１７．６°～４２．４°の有効範囲に配置されており、第２低透磁率部材２５２は電気角７８．８°～８９．７°の有効範囲に配置されている。
図３１は、実施の形態９に係る回転電機の１極の領域の断面図である。図３１は、回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部および第２切り欠き部が円弧状に形成された実施の形態８の回転電機において、第１切り欠き部および第２切り欠き部の部分にロータコア２１の透磁率よりも低い透磁率を有する第１低透磁率部材２５１および第２低透磁率部材２５２がそれぞれ充填されている。この第１低透磁率部材２５１および第２低透磁率部材２５２がそれぞれ第１低透磁率部および第２低透磁率部となる。低透磁率部材としては電磁鋼板よりも透磁率が低い、例えばアルミニウムなどの非磁性体を用いることができる。本実施の形態の回転電機においては、第１低透磁率部材２５１は電気角１７．６°～４２．４°の有効範囲に配置されており、第２低透磁率部材２５２は電気角７８．８°～８９．７°の有効範囲に配置されている。
【0072】
このように構成された回転電機においては、理想電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅がＰＷＭ電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅にほぼ等しくなり、磁石渦電流損失を抑制することができる。
【0073】
なお、本実施の形態の回転電機においては、ロータコアの第１切り欠き部および第２切り欠き部に低透磁率部材を充填して第１低透磁率部および第２低透磁率部をそれぞれ形成している。これ以外に、第１切り欠き部および第２切り欠き部を備えていないロータコアの第１低透磁率部および第２低透磁率部となる位置に応力を印加して第１低透磁率部および第２低透磁率部を形成してもよい。電磁鋼板で構成されたロータコアに応力を印加することでその部分の磁気抵抗が増加する。応力が印加された応力印加部は磁気抵抗が増加するので、その部分が第１低透磁率部および第２低透磁率部となる。
【0074】
このように構成された回転電機においても、理想電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅がＰＷＭ電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅にほぼ等しくなり、磁石渦電流損失を抑制することができる。また、本実施の回転電機においては、ロータコアの外周面が平坦になるので、ロータが回転したときの騒音が低減する。
【0075】
実施の形態１０．
図３２は、実施の形態１０に係る回転電機の１極の領域の断面図である。図３２は、回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部および第２切り欠き部が形成された実施の形態２の回転電機において、第１切り欠き部および第２切り欠き部に替えてロータコア２１を軸方向に貫通した第１貫通孔２６１および第２貫通孔２６２がそれぞれ形成されている。第１貫通孔２６１および第２貫通孔２６２は、ロータコア２１の外周面の内径側に形成されている。本実施の形態の回転電機においては、第１貫通孔２６１は電気角１７．６°～４２．４°の有効範囲に形成されており、第２貫通孔２６２は電気角７８．８°～８９．７°の有効範囲に形成されている。第１貫通孔２６１および第２貫通孔２６２は空間であるため、第１貫通孔２６１および第２貫通孔２６２の透磁率はロータコア２１の透磁率よりも小さい。すなわち、第１貫通孔２６１および第２貫通孔２６２は、それぞれ第１低透磁率部および第２低透磁率部となる。
図３２は、実施の形態１０に係る回転電機の１極の領域の断面図である。図３２は、回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態の回転電機においては、第１切り欠き部および第２切り欠き部が形成された実施の形態２の回転電機において、第１切り欠き部および第２切り欠き部に替えてロータコア２１を軸方向に貫通した第１貫通孔２６１および第２貫通孔２６２がそれぞれ形成されている。第１貫通孔２６１および第２貫通孔２６２は、ロータコア２１の外周面の内径側に形成されている。本実施の形態の回転電機においては、第１貫通孔２６１は電気角１７．６°～４２．４°の有効範囲に形成されており、第２貫通孔２６２は電気角７８．８°～８９．７°の有効範囲に形成されている。第１貫通孔２６１および第２貫通孔２６２は空間であるため、第１貫通孔２６１および第２貫通孔２６２の透磁率はロータコア２１の透磁率よりも小さい。すなわち、第１貫通孔２６１および第２貫通孔２６２は、それぞれ第１低透磁率部および第２低透磁率部となる。
【0076】
このように構成された回転電機においては、理想電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅がＰＷＭ電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅にほぼ等しくなり、磁石渦電流損失を抑制することができる。また、本実施の回転電機においては、ロータコア２１の外周面が平坦になるので、ロータが回転したときの騒音が低減する。
【0077】
実施の形態１から実施の形態１０で説明したように、磁石渦電流損失を低減するための回転電機の構造は次のような構造である。すなわち、回転電機はロータコアの外周面に磁気抵抗が変化する構造を備えており、この構造によってＰＷＭ制御によるキャリア高調波成分を含まない電流を入力したときのｄ軸磁束の高調波成分のうち少なくとも１つの次数成分の振幅と、ＰＷＭ制御によるキャリア高調波成分を含む電流を入力したときのｄ軸磁束の高調波成分のうち前記少なくとも１つの次数成分の振幅とが等しくなる。
【0078】
実施の形態１１．
図３３は、実施の形態１１に係る回転電機の１極の領域の断面図である。図３３は、回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態の回転電機においては、３層で１極を構成する１層目磁石２２１、２層目磁石２２２および３層目磁石２２３がそれぞれ１つの平板状の磁石で構成されている。また、本実施の形態の回転電機において、１層目ブリッジ２７１の中心は電気角３７．０°～４０．４°の範囲内であり、２層目ブリッジ２７２の中心を電気角５９．２°～６４．８°の範囲内であり、３層目ブリッジ２７３の中心を電気角７８．６°～８４．６°の範囲内である。さらに、本実施の形態の回転電機においては、実施の形態２と同様に、第１切り欠き部２４１は電気角１７．６°～４２．４°の有効範囲に形成されており、第２切り欠き部２４２は電気角７８．８°～８９．７°の有効範囲に形成されている。
図３３は、実施の形態１１に係る回転電機の１極の領域の断面図である。図３３は、回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態の回転電機においては、３層で１極を構成する１層目磁石２２１、２層目磁石２２２および３層目磁石２２３がそれぞれ１つの平板状の磁石で構成されている。また、本実施の形態の回転電機において、１層目ブリッジ２７１の中心は電気角３７．０°～４０．４°の範囲内であり、２層目ブリッジ２７２の中心を電気角５９．２°～６４．８°の範囲内であり、３層目ブリッジ２７３の中心を電気角７８．６°～８４．６°の範囲内である。さらに、本実施の形態の回転電機においては、実施の形態２と同様に、第１切り欠き部２４１は電気角１７．６°～４２．４°の有効範囲に形成されており、第２切り欠き部２４２は電気角７８．８°～８９．７°の有効範囲に形成されている。
【0079】
このように構成された回転電機においては、理想電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅がＰＷＭ電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅にほぼ等しくなり、磁石渦電流損失を抑制することができる。
【0080】
実施の形態１２．
図３４は、実施の形態１２に係る回転電機の１極の領域の断面図である。図３４は、回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態の回転電機においては、３層で１極を構成する１層目磁石２２１、２層目磁石２２２および３層目磁石２２３がそれぞれ１つの円弧状の磁石で構成されている。また、本実施の形態の回転電機において、１層目ブリッジ２７１の中心は電気角３７．０°～４０．４°の範囲内であり、２層目ブリッジ２７２の中心を電気角５９．２°～６４．８°の範囲内であり、３層目ブリッジ２７３の中心を電気角７８．６°～８４．６°の範囲内である。さらに、本実施の形態の回転電機においては、実施の形態２と同様に、第１切り欠き部２４１は電気角１７．６°～４２．４°の有効範囲に形成されており、第２切り欠き部２４２は電気角７８．８°～８９．７°の有効範囲に形成されている。
図３４は、実施の形態１２に係る回転電機の１極の領域の断面図である。図３４は、回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態の回転電機においては、３層で１極を構成する１層目磁石２２１、２層目磁石２２２および３層目磁石２２３がそれぞれ１つの円弧状の磁石で構成されている。また、本実施の形態の回転電機において、１層目ブリッジ２７１の中心は電気角３７．０°～４０．４°の範囲内であり、２層目ブリッジ２７２の中心を電気角５９．２°～６４．８°の範囲内であり、３層目ブリッジ２７３の中心を電気角７８．６°～８４．６°の範囲内である。さらに、本実施の形態の回転電機においては、実施の形態２と同様に、第１切り欠き部２４１は電気角１７．６°～４２．４°の有効範囲に形成されており、第２切り欠き部２４２は電気角７８．８°～８９．７°の有効範囲に形成されている。
【0081】
このように構成された回転電機においては、理想電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅がＰＷＭ電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅にほぼ等しくなり、磁石渦電流損失を抑制することができる。
【0082】
実施の形態１３．
図３５は、実施の形態１３に係る回転電機の１極の領域の断面図である。図３５は、回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態の回転電機は、実施の形態２の回転電機において、１層目磁石２２１のみ１つの平板状の磁石で構成されている。また、本実施の形態の回転電機において、１層目ブリッジ２７１の中心は電気角３７．０°～４０．４°の範囲内であり、２層目ブリッジ２７２の中心を電気角５９．２°～６４．８°の範囲内であり、３層目ブリッジ２７３の中心を電気角７８．６°～８４．６°の範囲内である。さらに、本実施の形態の回転電機においては、実施の形態２と同様に、第１切り欠き部２４１は電気角１７．６°～４２．４°の有効範囲に形成されており、第２切り欠き部２４２は電気角７８．８°～８９．７°の有効範囲に形成されている。
図３５は、実施の形態１３に係る回転電機の１極の領域の断面図である。図３５は、回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態の回転電機は、実施の形態２の回転電機において、１層目磁石２２１のみ１つの平板状の磁石で構成されている。また、本実施の形態の回転電機において、１層目ブリッジ２７１の中心は電気角３７．０°～４０．４°の範囲内であり、２層目ブリッジ２７２の中心を電気角５９．２°～６４．８°の範囲内であり、３層目ブリッジ２７３の中心を電気角７８．６°～８４．６°の範囲内である。さらに、本実施の形態の回転電機においては、実施の形態２と同様に、第１切り欠き部２４１は電気角１７．６°～４２．４°の有効範囲に形成されており、第２切り欠き部２４２は電気角７８．８°～８９．７°の有効範囲に形成されている。
【0083】
このように構成された回転電機においては、理想電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅がＰＷＭ電流入力時のｄ軸磁束の１２次成分振幅にほぼ等しくなり、磁石渦電流損失を抑制することができる。
【0084】
本願は、様々な例示的な実施の形態およ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、およ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。
したがって、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。
したがって、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。
【符号の説明】
【0085】
１ 回転電機、１０ ステータ、１１ バックコア、１２ ティース、１３ コイル、２０ ロータ、２１ ロータコア、２２ 磁石、２３ 磁石スロット、３０ 回転軸、２２１ １層目磁石、２２２ ２層目磁石、２２３ ３層目磁石、２３１ １層目磁石スロット、２３２ ２層目磁石スロット、２３３ ３層目磁石スロット、２４１ 第１切り欠き部、２４２ 第２切り欠き部、２４３ 第３切り欠き部、２５１ 第１低透磁率部材、２５２ 第２低透磁率部材、２６１ 第１貫通孔、２６２ 第２貫通孔、２７１ １層目ブリッジ、２７２ ２層目ブリッジ、２７３ ３層目ブリッジ。
【要約】
磁石が多層化された構造を有する回転電機において、磁石渦電流損失を低減できる構造を提供する。
ステータとロータとを有する回転電機であって、ロータは複数の磁石スロット（２３１、２３２、２３３）を有するロータコア（２１）と、複数の磁石（２２１、２２２、２２３）とを有し、複数の磁石は径方向に２層以上の多層構造に配置されて１極を構成しており、複数の磁石スロットとロータコアの外周面との間はブリッジとなっており、ロータコアの外周面には１極に付きｄ軸に対して対称な一対の切り欠き部（２４１、２４２）を２組以上有しており、全ての切り欠き部の周方向の少なくとも一部の領域はブリッジの周方向の領域に含まれている。
ステータとロータとを有する回転電機であって、ロータは複数の磁石スロット（２３１、２３２、２３３）を有するロータコア（２１）と、複数の磁石（２２１、２２２、２２３）とを有し、複数の磁石は径方向に２層以上の多層構造に配置されて１極を構成しており、複数の磁石スロットとロータコアの外周面との間はブリッジとなっており、ロータコアの外周面には１極に付きｄ軸に対して対称な一対の切り欠き部（２４１、２４２）を２組以上有しており、全ての切り欠き部の周方向の少なくとも一部の領域はブリッジの周方向の領域に含まれている。
【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】