JP7590905B2

JP7590905B2 - 回転電機のロータ

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Publication number: JP7590905B2
Application number: JP2021061122A
Authority: JP
Inventors: 芳永久保田; 雅志井上
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2024-11-27
Anticipated expiration: 2041-03-31
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Description

本発明は、回転電機のロータに関する。

従来から、コイルが取り付けられたステータと、磁石が取り付けられたロータと、を備える回転電機が知られている。このような回転電機では、コイルに電流を流すことによって生じるステータの磁界と、ロータに取り付けられた磁石によって生じるロータの磁界とが相互作用して、ロータが回転駆動される。このようにして、回転電機によって、電気エネルギから回転動力を得ることができるため、近年では、低炭素社会の実現に向けた取り組みとして、ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車等、回転電機が搭載され、回転電機の回転動力によって駆動する電動車両の普及が進んでいる。

そして、電動車両に搭載される回転電機においては、省エネルギ且つ高出力であることが強く求められており、そのためには、高負荷運転時における最大出力トルクを維持しつつ、無負荷運転時及び低負荷運転時における回転電機に生じる損失を低減させることが望ましい。

そこで、例えば特許文献１には、内周側ロータと外周側ロータとを備える回転電機が開示されている。特許文献１の回転電機は、内周側ロータと外周側ロータとを係脱させることによって、回転電機のロータの界磁状態を可変させ、高負荷運転時における最大出力トルクを維持しつつ、無負荷運転時及び低負荷運転時における回転電機に生じる損失を低減させる。

特開２００７－２３６０４９号公報

しかしながら、特許文献１の回転電機は、内周側ロータと外周側ロータとを係脱するための油路と、内周側ロータと外周側ロータとを係脱するための油圧を供給する位相制御装置と、が必要となる。そのため、特許文献１の回転電機は、構成が複雑化してしまう、という課題があった。

本発明は、回転電機の高負荷運転時における最大出力トルクの低下を抑制しつつ、回転電機の無負荷運転時における回転電機に生じる損失を低減させることが可能な飽和部を容易に形成できる回転電機のロータを提供する。

本発明は、
回転軸心を中心とする略円環形状を有するロータコアと、
前記ロータコアに周方向に沿って形成された複数の磁極部と、を備え、
各磁極部は、前記ロータコアに形成された軸方向に延在する磁石収容孔と、前記磁石収容孔に収容された永久磁石と、を有する回転電機のロータであって、
前記永久磁石は、前記軸方向に延在する第１主面と、前記軸方向に延在する第２主面と、を有し、
前記磁石収容孔は、前記軸方向から見た前記磁石収容孔の輪郭を形成する壁部を有し、
前記ロータコアには、前記軸方向から見て、前記永久磁石の前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方と向かい合う位置に、前記回転電機の無負荷運転時において磁気飽和する飽和部が形成されており、
前記飽和部は、前記磁石収容孔に収容されるとともに、前記軸方向から見て、
前記磁石収容孔の前記壁部と、前記永久磁石の前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方と、の間で、前記ロータコアの一部が前記第１主面又は前記第２主面と交差する方向に延びて形成されたコア突起と、
前記磁石収容孔の前記壁部と、前記永久磁石の前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方と、の間に形成された非磁性部と、によって構成され、
かつ、前記軸方向から見て、前記コア突起と、前記コア突起に形成された複数の前記非磁性部と、によって構成される。

本発明によれば、回転電機のロータにおいて、飽和部は、軸方向から見て、磁石収容孔の壁部と、永久磁石の第１主面及び第２主面の少なくとも一方と、の間に形成されたコア突起及び非磁性部によって構成されているので、回転電機の高負荷運転時における最大出力トルクの低下を抑制しつつ、回転電機の無負荷運転時における回転電機に生じる損失を低減させることができる。また、飽和部は、コア突起と、非磁性部と、によって構成されるので、飽和部を容易に形成できる。

本発明の第１実施形態の回転電機のロータを備える回転電機の正面図である。図１のロータの磁極部の正面図である。（ａ）は、本発明の第１磁気飽和部、第２磁気飽和部、第３磁気飽和部が形成されている場合における、回転電機の無負荷運転時のロータの磁極部の磁束密度のコンター図であり、（ｂ）は、本発明の第１磁気飽和部、第２磁気飽和部、第３磁気飽和部が形成されていない場合における、回転電機の無負荷運転時のロータの磁極部の磁束密度のコンター図である。（ａ）は、回転電機の無負荷運転時における、本発明のロータの磁極部の磁束密度のコンター図であり、（ｂ）は、回転電機の高負荷運転時における、本発明のロータの磁極部の磁束密度のコンター図である。図１の第１実施形態の回転電機のロータの第１磁気飽和部、第２磁気飽和部、及び第３磁気飽和部の占積率を変更した場合における回転電機の最大出力トルク－無負荷運転時損失の特性を示したグラフである。本発明の第１実施形態の回転電機のロータの第１磁気飽和部の変形例を示す図である。本発明の第２実施形態の回転電機のロータの第１磁気飽和部の第１実施例を示す図である。本発明の第２実施形態の回転電機のロータの第１磁気飽和部の第２実施例を示す図である。本発明の第２実施形態の回転電機のロータの第１磁気飽和部の第３実施例を示す図である。本発明の第３実施形態の回転電機のロータの磁極部の正面図である。縦軸を磁束密度Ｂ、横軸を磁場ＨとするＢ－Ｈカーブ、及び、本発明の第１磁気飽和部、第２磁気飽和部、第３磁気飽和部において、透磁率すなわちＢ－Ｈカーブの傾きが低下し始めた状態を示す図である。

以下、本発明の回転電機のロータを備える回転電機の各実施形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は、符号の向きに見るものとする。また、本明細書等では、断りなく軸方向、径方向、周方向というときは、ロータの回転軸心を基準にした方向をいう。また、軸方向内側とは、軸方向における回転電機の中央側をいい、軸方向外側とは、軸方向における回転電機の中央から離れる側をいう。また、周方向内側とは、磁極部の周方向中央側をいい、周方向外側とは、磁極部の周方向中央から離れる側をいう。

［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態の回転電機のロータについて図１～図６を参照しながら説明する。

＜回転電機＞
図１に示すように、本実施形態の回転電機１は、回転軸心ＲＣを回転軸心として回転し、回転軸心ＲＣを中心とする略円環形状のロータ１０と、ロータ１０の外周面を取り囲むように配置されたステータ９０と、を備える。

＜ロータ＞
図１に示すように、本実施形態の回転電機のロータ１０は、回転軸心ＲＣを中心とする略円環形状のロータコア２０と、ロータコア２０に周方向に沿って形成された複数の磁極部３０と、を備える。

ロータコア２０は、回転軸心ＲＣを中心とする略円環形状を有する。ロータコア２０の内周面２１は、圧入等によって不図示のロータシャフトがロータコア２０の円環内部に締め付けられるロータシャフト孔の壁面となっている。

ロータコア２０は、回転軸心ＲＣを中心とする略円環形状を有する複数の電磁鋼板４０が軸方向に積層されて形成されている。

磁極部３０は、周方向に沿って等間隔に複数形成されている。本実施形態では、１２個の磁極部３０が、周方向に沿って等間隔、すなわち３０度間隔に形成されている。

本明細書等においては、軸方向から見て、各磁極部３０の周方向中央を径方向に延びる軸をｄ軸（図中ｄ－ａｘｉｓ）、各磁極部３０の周方向端部を径方向に延び、ｄ軸に対し電気角で９０度隔てた軸をｑ軸（図中ｑ－ａｘｉｓ）と定義する。

各磁極部３０は、ロータコア２０に形成された軸方向に延在する磁石収容孔５０と、磁石収容孔５０に収容された永久磁石６０と、を有する。本実施形態では、各磁極部３０は、３つの磁石収容孔５０と、３つの磁石収容孔５０に収容された３つの永久磁石６０と、を有する。

＜ステータ＞
ステータ９０は、ロータ１０の外周面から径方向に所定の間隔を隔てて配置された略円環形状のステータコア９１と、ステータコア９１に取り付けられたステータコイル９２と、を備える。

ステータコイル９２に電流を流すと、ステータ９０に磁界が発生する。そして、ステータ９０に発生した磁界と、ロータ１０の各磁極部３０の永久磁石６０によって発生する磁界と、が相互作用することによって、ロータ１０が回転する。このようにして、回転電機１は回転駆動する。

＜磁極部＞
図２に示すように、各磁極部３０に形成される磁石収容孔５０は、軸方向から見て、ｄ軸と略直交するように周方向に延在し、ｄ軸に対して略対称な形状を有する第１磁石収容孔５１と、ｄ軸に対して周方向一方側（図２中、反時計回り側）で、第１磁石収容孔５１の周方向の外側に形成された第２磁石収容孔５２と、ｄ軸に対して周方向他方側（図２中、時計回り側）で、第１磁石収容孔５１の周方向の外側に形成された第３磁石収容孔５３と、を有する。第２磁石収容孔５２と第３磁石収容孔５３とは、径方向の外側に向かって互いの周方向の距離が長くなるように広がる略ハの字状に配置されている。したがって、第２磁石収容孔５２は、周方向の外側に向かうにしたがって径方向の外側となるように周方向に対して傾斜して延在する。第３磁石収容孔５３は、周方向の外側に向かうにしたがって径方向の外側となるように周方向に対して傾斜して延在する。第２磁石収容孔５２及び第３磁石収容孔５３は、周方向内側端部が第１磁石収容孔５１の周方向端部と周方向で対向するように配置されている。

３つの永久磁石６０は、第１磁石収容孔５１に収容される第１永久磁石６１と、第２磁石収容孔５２に収容される第２永久磁石６２と、第３磁石収容孔５３に収容される第３永久磁石６３と、を有する。第１永久磁石６１、第２永久磁石６２、及び第３永久磁石６３は、いずれも軸方向から見た断面が略長方形で軸方向に延在する平板状である。

第１永久磁石６１は、軸方向から見て、ｄ軸と略直交する方向を長手方向とする長方形状を有する。第１永久磁石６１は、径方向の内側を向いて軸方向に延在する内側面６１１と、径方向の外側を向いて軸方向に延在する外側面６１２と、周方向一端側で内側面６１１と外側面６１２とを接続して軸方向に延在する第１端面６１３ａと、周方向他端側で内側面６１１と外側面６１２とを接続して軸方向に延在する第２端面６１３ｂと、を有する。第１永久磁石６１は、軸方向から見て、内側面６１１及び外側面６１２と直交する方向に磁化されている。

第１磁石収容孔５１は、軸方向から見た第１磁石収容孔５１の輪郭を形成する壁部５１０を有する。壁部５１０は、軸方向から見て、第１永久磁石６１の内側面６１１と対向して軸方向に延在する内側壁部５１１と、第１永久磁石６１の外側面６１２と対向して軸方向に延在する外側壁部５１２と、内側壁部５１１の周方向一方側の端部と外側壁部５１２の周方向一方側の端部とを接続して軸方向に延在する第１端壁部５１３ａと、内側壁部５１１の周方向他方側の端部と外側壁部５１２の周方向他方側の端部とを接続して軸方向に延在する第２端壁部５１３ｂと、を備える。第１端壁部５１３ａと第２端壁部５１３ｂとは、軸方向から見て、内側壁部５１１の端部から外側壁部５１２の端部に向かうにしたがってｄ軸側に傾斜して延在している。

第２永久磁石６２は、軸方向から見て、ｄ軸に対して周方向一方側（図２中、反時計回り側）で、周方向の外側に向かうにしたがって径方向の外側となるように周方向に対して傾斜して延在し、当該延在方向を長手方向とする略長方形状を有する。第２永久磁石６２は、径方向の内側を向いて長手方向に延在し、軸方向に延在する内側面６２１と、径方向の外側を向いて長手方向に延在し、軸方向に延在する外側面６２２と、内側面６２１のｄ軸側の端部と外側面６２２のｄ軸側の端部とを接続して軸方向に延在するｄ軸側端面６２３ｄと、内側面６２１のｑ軸側の端部と外側面６２２のｑ軸側の端部とを接続して軸方向に延在するｑ軸側端面６２３ｑと、を有する。第２永久磁石６２は、ｑ軸側端面６２３ｑが第１永久磁石６１よりも径方向の外側となるように配置されている。第２永久磁石６２は、軸方向から見て、内側面６２１及び外側面６２２と直交する方向に磁化されている。

第２磁石収容孔５２は、軸方向から見た第２磁石収容孔５２の輪郭を形成する壁部５２０を有する。壁部５２０は、軸方向から見て、第２永久磁石６２の内側面６２１と対向して軸方向に延在する内側壁部５２１と、第２永久磁石６２の外側面６２２と対向して軸方向に延在する外側壁部５２２と、内側壁部５２１のｄ軸側の端部と外側壁部５２２のｄ軸側の端部とを接続して軸方向に延在するｄ軸側壁部５２３ｄと、内側壁部５２１のｑ軸側の端部と外側壁部５２２のｑ軸側の端部とを接続して軸方向に延在するｑ軸側壁部５２３ｑと、を備える。ｄ軸側壁部５２３ｄは、第１磁石収容孔５１の第１端壁部５１３ａと対向して延在している。ｑ軸側壁部５２３ｑは、軸方向から見て、内側壁部５２１の端部及び外側壁部５２２の端部から第２永久磁石６２の長手方向の外側に向かって大きく湾曲して延在しており、第２永久磁石６２のｑ軸側端面６２３ｑの長手方向外側には、フラックスバリアが形成されている。

第３永久磁石６３は、軸方向から見て、ｄ軸に対して周方向他方側（図２中、時計回り側）で、周方向の外側に向かうにしたがって径方向の外側となるように周方向に対して傾斜して延在し、当該延在方向を長手方向とする略長方形状を有する。第３永久磁石６３は、径方向の内側を向いて長手方向に延在し、軸方向に延在する内側面６３１と、径方向の外側を向いて長手方向に延在し、軸方向に延在する外側面６３２と、内側面６３１のｄ軸側の端部と外側面６３２のｄ軸側の端部とを接続して軸方向に延在するｄ軸側端面６３３ｄと、内側面６３１のｑ軸側の端部と外側面６３２のｑ軸側の端部とを接続して軸方向に延在するｑ軸側端面６３３ｑと、を有する。第３永久磁石６３は、ｑ軸側端面６３３ｑが第１永久磁石６１よりも径方向の外側となるように配置されている。第３永久磁石６３は、軸方向から見て、内側面６３１及び外側面６３２と直交する方向に磁化されている。

第３磁石収容孔５３は、軸方向から見た第３磁石収容孔５３の輪郭を形成する壁部５３０を有する。壁部５３０は、軸方向から見て、第３永久磁石６３の内側面６３１と対向して軸方向に延在する内側壁部５３１と、第３永久磁石６３の外側面６３２と対向して軸方向に延在する外側壁部５３２と、内側壁部５３１のｄ軸側の端部と外側壁部５３２のｄ軸側の端部とを接続して軸方向に延在するｄ軸側壁部５３３ｄと、内側壁部５３１のｑ軸側の端部と外側壁部５３２のｑ軸側の端部とを接続して軸方向に延在するｑ軸側壁部５３３ｑと、を備える。ｄ軸側壁部５３３ｄは、第１磁石収容孔５１の第２端壁部５１３ｂと対向して延在している。ｑ軸側壁部５３３ｑは、軸方向から見て、内側壁部５３１の端部及び外側壁部５３２の端部から第３永久磁石６３の長手方向の外側に向かって大きく湾曲して延在しており、第３永久磁石６３のｑ軸側端面６３３ｑの長手方向外側には、フラックスバリアが形成されている。

磁極部３０には、第１磁石収容孔５１、第２磁石収容孔５２、及び第３磁石収容孔５３の径方向の外側に、ステータコイル９２を流れるｑ軸電流によるｑ軸鎖交磁束が通る第１ｑ軸磁路３１ｑが形成される。また、磁極部３０には、第１磁石収容孔５１、第２磁石収容孔５２、及び第３磁石収容孔５３の径方向の内側に、ステータコイル９２を流れるｑ軸電流によるｑ軸鎖交磁束が通る第２ｑ軸磁路３２ｑが形成される。したがって、第１ｑ軸磁路３１ｑ及び第２ｑ軸磁路３２ｑは、第１磁石収容孔５１、第２磁石収容孔５２、及び第３磁石収容孔５３の外側に形成される。第１ｑ軸磁路３１ｑには、第１磁石収容孔５１の外側壁部５１２、第２磁石収容孔５２の外側壁部５２２、及び第３磁石収容孔５３の外側壁部５３２に沿って径方向の内側に向かって凸状に湾曲してｑ軸鎖交磁束が通る。第２ｑ軸磁路３２ｑには、第１磁石収容孔５１の内側壁部５１１、第２磁石収容孔５２の内側壁部５２１、及び第３磁石収容孔５３の内側壁部５３１に沿って径方向の内側に向かって凸状に湾曲してｑ軸鎖交磁束が通る。

磁極部３０には、第１ｑ軸磁路３１ｑと第２ｑ軸磁路３２ｑとの間に、フラックスバリア領域３３が形成される。フラックスバリア領域３３は、第１磁石収容孔５１、第２磁石収容孔５２、及び第３磁石収容孔５３を含み、第１ｑ軸磁路３１ｑ及び第２ｑ軸磁路３２ｑに沿って、径方向の内側に向かって凸状に湾曲した領域である。フラックスバリア領域３３は、ｑ軸磁束が可能な限り通らないように形成されることが好ましい。

＜磁気飽和部＞
回転電機１で生じる損失には、鉄損と銅損とが含まれる。鉄損は、ロータコア２０及びステータコア９１の物性の為に発生する損失である。銅損は、ステータコイル９２の抵抗成分により発生する損失である。ステータコイル９２に電力が供給されていない無負荷運転時、及び、ステータコイル９２に供給される電力が小さい低負荷運転時では、回転電機１で生じる損失は、ステータコイル９２を流れる電流がゼロ又は小さいため銅損が少なく、鉄損が支配的となる。一方、ステータコイル９２に供給される電力が大きい高負荷運転時では、回転電機１で生じる損失は、ステータコイル９２を流れる電流が大きいため、銅損が支配的となる。

したがって、回転電機１は、高負荷運転時における最大出力トルクの低下を抑制しつつ、無負荷運転時及び低負荷運転時において、永久磁石６０から発生する磁束を低減させることによって、鉄損を低減させることが望ましい。

（第１磁気飽和部）
第１磁石収容孔５１には、第１永久磁石６１の内側面６１１及び外側面６１２の少なくとも一方と対向する位置に、第１磁気飽和部７１が形成されている。本実施形態では、第１磁気飽和部７１は、第１永久磁石６１の内側面６１１と対向する位置に形成されている。第１磁気飽和部７１は、軸方向から見て、第１磁気飽和部７１と対向する第１永久磁石６１の対向面、本実施形態では第１永久磁石６１の内側面６１１と対向して延在する。

第１磁気飽和部７１は、ロータコア２０の一部が第１磁石収容孔５１の内側壁部５１１から第１永久磁石６１の内側面６１１に向かって突出し、第１磁気飽和部７１の延在方向に沿って複数形成される凸部７１ａと、隣接する凸部７１ａの間に形成され、第１磁気飽和部７１の延在方向に沿って複数形成される空隙部７１ｂと、を有する。

本実施形態では、凸部７１ａは、第１磁石収容孔５１の内側壁部５１１から、周方向に波形に湾曲して、第１永久磁石６１の内側面６１１に向かって突出している。

このように、第１磁気飽和部７１は、軸方向から見て、第１磁石収容孔５１の壁部５１０の内側に形成される。そして、第１磁気飽和部７１は、軸方向から見て、第１磁石収容孔５１の内側壁部５１１から第１永久磁石６１に向かって突出し、第１永久磁石の内側面６１１と対向して延在する。そして、第１磁気飽和部７１は、ロータコア２０の一部によって形成された凸部７１ａと、第１磁石収容孔５１の内側壁部５１１と第１永久磁石６１の内側面６１１との間に形成される空隙部７１ｂと、によって構成される。

第１磁気飽和部７１は、回転電機１の無負荷運転時に磁気飽和するように形成される。磁気飽和とは、第１永久磁石６１の磁化方向に発生する磁界の磁束密度が第１磁気飽和部７１の飽和磁束密度に近くなり、第１磁気飽和部７１において透磁率、すなわち、図１１に示す縦軸を磁束密度Ｂ、横軸を磁場ＨとするＢ－Ｈカーブの傾きが低下し始めた状態のことを言う。

ロータコア２０は、前述したように、回転軸心ＲＣを中心とする略円環形状を有する複数の電磁鋼板４０が軸方向に積層されて形成されているが、空隙部７１ｂは、電磁鋼板４０よりも比透磁率が低いため、第１磁気飽和部７１は、ロータコア２０において、空隙部が形成されずに電磁鋼板４０が軸方向に積層された部分よりも飽和磁束密度が低くなっている。

そのため、図３に示すように、第１磁気飽和部７１は、空隙部が形成されずに電磁鋼板４０が軸方向に積層された部分よりも磁気飽和しやすい。したがって、回転電機１の無負荷運転時に、ロータコア２０の第２ｑ軸磁路３２ｑは磁気飽和せず、第１磁気飽和部７１は磁気飽和するように形成することができる。

そして、第１磁気飽和部７１は、回転電機１の無負荷運転時に磁気飽和するように形成されているので、回転電機１の無負荷運転時において、第１永久磁石６１から発生する磁束により第１磁気飽和部７１が磁気飽和して第１磁気飽和部７１の磁気抵抗が増加し、第１磁気飽和部７１が形成されていない場合よりも、第１永久磁石６１の磁化方向に発生する磁束が低減する。

回転電機１の無負荷運転時において回転電機１で生じる損失は、鉄損が支配的であるので、第１磁気飽和部７１によって、回転電機１の無負荷運転時における回転電機１に生じる損失を低減させることができる。

一方、図４に示すように、回転電機１の高負荷運転時においては、ステータコイル９２に大電流が供給されて、ステータ９０から大きな磁界が発生する。このとき、第１永久磁石６１の磁化方向に発生する磁束は、ステータコイル９２を流れる負のｄ軸電流によるｄ軸鎖交磁束と相殺されるため、回転電機１の無負荷運転時よりも低減する。したがって、回転電機１の無負荷運転時において磁気飽和が生じるように第１磁気飽和部７１を形成しても、回転電機１の高負荷運転時において、第１磁気飽和部７１に磁気飽和は生じないようにすることができる。よって、第１磁気飽和部７１を形成しても、回転電機１の高負荷運転時において第１永久磁石６１の磁化方向に発生する磁束は、第１磁気飽和部７１が形成されていない場合とほぼ変わらず、回転電機１は、高負荷運転時における最大出力トルクの低下を抑制できる。

このようにして、回転電機１のロータ１０は、第１磁石収容孔５１に第１磁気飽和部７１が形成されていることによって、回転電機１の高負荷運転時における最大出力トルクの低下を抑制しつつ、回転電機１の無負荷運転時及び低負荷運転時における回転電機１に生じる損失を低減させることができる。また、第１磁気飽和部７１は、ロータコア２０の一部によって形成された凸部７１ａと、第１磁石収容孔５１の内側壁部５１１と第１永久磁石６１との間に形成される空隙部７１ｂと、によって構成されるので、第１磁気飽和部７１を容易に形成することができる。さらに、第１磁気飽和部７１における凸部７１ａが占める割合と、空隙部７１ｂが占める割合とを容易に調整することができるので、第１磁気飽和部７１の飽和磁束密度を容易に調整することができる。

さらに、第１磁気飽和部７１は、ロータコア２０の一部が第１磁石収容孔５１の内側壁部５１１から第１永久磁石６１の内側面６１１に向かって突出した凸部７１ａと、隣接する凸部７１ａの間に形成される空隙部７１ｂと、によって構成されるので、電磁鋼板４０を所望の形状で打ち抜き加工することで、ロータ１０の製造工数の増加を抑制しつつ第１磁気飽和部７１を形成できる。

図２に戻って、第１磁気飽和部７１は、第１永久磁石６１の内側面６１１と対向して延在する主面７１１と、主面７１１の両端部から第１磁石収容孔５１の内側壁部５１１へと第１磁気飽和部７１の延在方向の外側を向いて延在する一対の側面７１２と、を有する。一対の側面７１２は、第１磁石収容孔５１の内部に露出するように形成される。

本実施形態では、主面７１１は、複数の凸部７１ａの先端面によって形成される。また、一対の側面７１２は、第１磁気飽和部７１の延在方向の両端に形成された凸部７１ａにおける、第１磁気飽和部７１の延在方向の外側を向く面によって形成される。

そして、第１永久磁石６１は、第１磁石収容孔５１において、軸方向から見て、内側面６１１の両端部が第１磁石収容孔５１の壁部５１０から離間した位置に配置される。換言すると、第１永久磁石６１は、第１磁石収容孔５１において、軸方向から見て、内側面６１１の両端部が第１磁石収容孔５１の内側壁部５１１、外側壁部５１２、第１端壁部５１３ａ、及び第２端壁部５１３ｂのいずれにも接触しない位置に配置される。

したがって、第１磁気飽和部７１は、第１磁石収容孔５１、第２磁石収容孔５２、及び第３磁石収容孔５３を含むフラックスバリア領域３３に配置される。このようにして、第１磁気飽和部７１は、第１ｑ軸磁路３１ｑ及び第２ｑ軸磁路３２ｑを避けた位置に形成される。

これにより、第１磁気飽和部７１は、ステータコイル９２を流れるｑ軸電流によるｑ軸鎖交磁束を減少させない位置に配置されるので、回転電機１の高負荷運転時における最大出力トルクの低下を抑制しつつ第１磁気飽和部７１を設けることができる。

（第２磁気飽和部）
第２磁石収容孔５２には、第２永久磁石６２の内側面６２１及び外側面６２２の少なくとも一方と対向する位置に、第２磁気飽和部７２が形成されている。本実施形態では、第２磁気飽和部７２は、第２永久磁石６２の内側面６２１と対向する位置に形成されている。第２磁気飽和部７２は、軸方向から見て、第２磁気飽和部７２と対向する第２永久磁石６２の対向面、本実施形態では第２永久磁石６２の内側面６２１と対向して延在する。

第２磁気飽和部７２は、ロータコア２０の一部が第２磁石収容孔５２の内側壁部５２１から第２永久磁石６２の内側面６２１に向かって突出し、第２磁気飽和部７２の延在方向に沿って複数形成される凸部７２ａと、隣接する凸部７２ａの間に形成され、第２磁気飽和部７２の延在方向に沿って複数形成される空隙部７２ｂと、を有する。

本実施形態では、凸部７２ａは、第２磁石収容孔５２の内側壁部５２１から、周方向に波形に湾曲して、第２永久磁石６２の内側面６２１に向かって突出している。

このように、第２磁気飽和部７２は、軸方向から見て、第２磁石収容孔５２の壁部５２０の内側に形成される。そして、第２磁気飽和部７２は、軸方向から見て、第２磁石収容孔５２の内側壁部５２１から第２永久磁石６２に向かって突出し、第２永久磁石の内側面６２１と対向して延在する。そして、第２磁気飽和部７２は、ロータコア２０の一部によって形成された凸部７２ａと、第２磁石収容孔５２の内側壁部５２１と第２永久磁石６２の内側面６２１との間に形成される空隙部７２ｂと、によって構成される。

第２磁気飽和部７２は、回転電機１の無負荷運転時に磁気飽和するように形成される。磁気飽和とは、第２永久磁石６２の磁化方向に発生する磁界の磁束密度が第２磁気飽和部７２の飽和磁束密度に近くなり、第２磁気飽和部７２において透磁率、すなわち、図１１に示す縦軸を磁束密度Ｂ、横軸を磁場ＨとするＢ－Ｈカーブの傾きが低下し始めた状態のことを言う。

ロータコア２０は、前述したように、回転軸心ＲＣを中心とする略円環形状を有する複数の電磁鋼板４０が軸方向に積層されて形成されているが、空隙部７２ｂは、電磁鋼板４０よりも比透磁率が低いため、第２磁気飽和部７２は、ロータコア２０において、空隙部が形成されずに電磁鋼板４０が軸方向に積層された部分よりも飽和磁束密度が低くなっている。

そのため、図３に示すように、第２磁気飽和部７２は、空隙部が形成されずに電磁鋼板４０が軸方向に積層された部分よりも磁気飽和しやすい。したがって、回転電機１の無負荷運転時に、ロータコア２０の第２ｑ軸磁路３２ｑは磁気飽和せず、第２磁気飽和部７２は磁気飽和するように形成することができる。

そして、第２磁気飽和部７２は、回転電機１の無負荷運転時に磁気飽和するように形成されているので、回転電機１の無負荷運転時において、第２永久磁石６２から発生する磁束により第２磁気飽和部７２が磁気飽和して第２磁気飽和部７２の磁気抵抗が増加し、第２磁気飽和部７２が形成されていない場合よりも、第２永久磁石６２の磁化方向に発生する磁束が低減する。

回転電機１の無負荷運転時において回転電機１で生じる損失は、鉄損が支配的であるので、第２磁気飽和部７２によって、回転電機１の無負荷運転時における回転電機１に生じる損失を低減させることができる。

一方、図４に示すように、回転電機１の高負荷運転時においては、ステータコイル９２に大電流が供給されて、ステータ９０から大きな磁界が発生する。このとき、第２永久磁石６２の磁化方向に発生する磁束は、ステータコイル９２を流れる負のｄ軸電流によるｄ軸鎖交磁束と相殺されるため、回転電機１の無負荷運転時よりも低減する。したがって、回転電機１の無負荷運転時において磁気飽和が生じるように第２磁気飽和部７２を形成しても、回転電機１の高負荷運転時において、第２磁気飽和部７２に磁気飽和は生じないようにすることができる。よって、第２磁気飽和部７２を形成しても、回転電機１の高負荷運転時において第２永久磁石６２の磁化方向に発生する磁束は、第２磁気飽和部７２が形成されていない場合とほぼ変わらず、回転電機１は、高負荷運転時における最大出力トルクの低下を抑制できる。

このようにして、回転電機１のロータ１０は、第２磁石収容孔５２に第２磁気飽和部７２が形成されていることによって、回転電機１の高負荷運転時における最大出力トルクの低下を抑制しつつ、回転電機１の無負荷運転時及び低負荷運転時における回転電機１に生じる損失を低減させることができる。また、第２磁気飽和部７２は、ロータコア２０の一部によって形成された凸部７２ａと、第２磁石収容孔５２の内側壁部５２１と第２永久磁石６２との間に形成される空隙部７２ｂと、によって構成されるので、第２磁気飽和部７２を容易に形成することができる。さらに、第２磁気飽和部７２における凸部７２ａが占める割合と、空隙部７２ｂが占める割合とを容易に調整することができるので、第２磁気飽和部７２の飽和磁束密度を容易に調整することができる。

さらに、第２磁気飽和部７２は、ロータコア２０の一部が第２磁石収容孔５２の内側壁部５２１から第２永久磁石６２の内側面６２１に向かって突出した凸部７２ａと、隣接する凸部７２ａの間に形成される空隙部７２ｂと、によって構成されるので、電磁鋼板４０を所望の形状で打ち抜き加工することで、ロータ１０の製造工数の増加を抑制しつつ第２磁気飽和部７２を形成できる。

図２に戻って、第２磁気飽和部７２は、第２永久磁石６２の内側面６２１と対向して延在する主面７２１と、主面７２１の両端部から第２磁石収容孔５２の内側壁部５２１へと第２磁気飽和部７２の延在方向の外側を向いて延在する一対の側面７２２と、を有する。一対の側面７２２は、第２磁石収容孔５２の内部に露出するように形成される。

本実施形態では、主面７２１は、複数の凸部７２ａの先端面によって形成される。また、一対の側面７２２は、第２磁気飽和部７２の延在方向の両端に形成された凸部７２ａにおける、第２磁気飽和部７２の延在方向の外側を向く面によって形成される。

そして、第２永久磁石６２は、第２磁石収容孔５２において、軸方向から見て、内側面６２１の両端部が第２磁石収容孔５２の壁部５２０から離間した位置に配置される。換言すると、第２永久磁石６２は、第２磁石収容孔５２において、軸方向から見て、内側面６２１の両端部が第２磁石収容孔５２の内側壁部５２１、外側壁部５２２、ｄ軸側壁部５２３ｄ、及びｑ軸側壁部５２３ｑのいずれにも接触しない位置に配置される。

したがって、第２磁気飽和部７２は、第１磁石収容孔５１、第２磁石収容孔５２、及び第３磁石収容孔５３を含むフラックスバリア領域３３に配置される。このようにして、第２磁気飽和部７２は、第１ｑ軸磁路３１ｑ及び第２ｑ軸磁路３２ｑを避けた位置に形成される。

これにより、第２磁気飽和部７２は、ステータコイル９２を流れるｑ軸電流によるｑ軸鎖交磁束を減少させない位置に配置されるので、回転電機１の高負荷運転時における最大出力トルクの低下を抑制しつつ第２磁気飽和部７２を設けることができる。

（第３磁気飽和部）
第３磁石収容孔５３には、第３永久磁石６３の内側面６３１及び外側面６３２の少なくとも一方と対向する位置に、第３磁気飽和部７３が形成されている。本実施形態では、第３磁気飽和部７３は、第３永久磁石６３の内側面６３１と対向する位置に形成されている。第３磁気飽和部７３は、軸方向から見て、第３磁気飽和部７３と対向する第３永久磁石６３の対向面、本実施形態では第３永久磁石６３の内側面６３１と対向して延在する。

第３磁気飽和部７３は、ロータコア２０の一部が第３磁石収容孔５３の内側壁部５３１から第３永久磁石６３の内側面６３１に向かって突出し、第３磁気飽和部７３の延在方向に沿って複数形成される凸部７３ａと、隣接する凸部７３ａの間に形成され、第３磁気飽和部７３の延在方向に沿って複数形成される空隙部７３ｂと、を有する。

本実施形態では、凸部７３ａは、第３磁石収容孔５３の内側壁部５３１から、周方向に波形に湾曲して、第３永久磁石６３の内側面６３１に向かって突出している。

このように、第３磁気飽和部７３は、軸方向から見て、第３磁石収容孔５３の壁部５３０の内側に形成される。そして、第３磁気飽和部７３は、軸方向から見て、第３磁石収容孔５３の内側壁部５３１から第３永久磁石６３に向かって突出し、第３永久磁石の内側面６３１と対向して延在する。そして、第３磁気飽和部７３は、ロータコア２０の一部によって形成された凸部７３ａと、第３磁石収容孔５３の内側壁部５３１と第３永久磁石６３の内側面６３１との間に形成される空隙部７３ｂと、によって構成される。

第３磁気飽和部７３は、回転電機１の無負荷運転時に磁気飽和するように形成される。磁気飽和とは、第３永久磁石６３の磁化方向に発生する磁界の磁束密度が第３磁気飽和部７３の飽和磁束密度に近くなり、第３磁気飽和部７３において透磁率、すなわち、図１１に示す縦軸を磁束密度Ｂ、横軸を磁場ＨとするＢ－Ｈカーブの傾きが低下し始めた状態のことを言う。

ロータコア２０は、前述したように、回転軸心ＲＣを中心とする略円環形状を有する複数の電磁鋼板４０が軸方向に積層されて形成されているが、空隙部７３ｂは、電磁鋼板４０よりも比透磁率が低いため、第３磁気飽和部７３は、ロータコア２０において、空隙部が形成されずに電磁鋼板４０が軸方向に積層された部分よりも飽和磁束密度が低くなっている。

そのため、図３に示すように、第３磁気飽和部７３は、空隙部が形成されずに電磁鋼板４０が軸方向に積層された部分よりも磁気飽和しやすい。したがって、回転電機１の無負荷運転時に、ロータコア２０の第２ｑ軸磁路３２ｑは磁気飽和せず、第３磁気飽和部７３は磁気飽和するように形成することができる。

そして、第３磁気飽和部７３は、回転電機１の無負荷運転時に磁気飽和するように形成されているので、回転電機１の無負荷運転時において、第３永久磁石６３から発生する磁束により第３磁気飽和部７３が磁気飽和して第３磁気飽和部７３の磁気抵抗が増加し、第３磁気飽和部７３が形成されていない場合よりも、第３永久磁石６３の磁化方向に発生する磁束が低減する。

回転電機１の無負荷運転時において回転電機１で生じる損失は、鉄損が支配的であるので、第３磁気飽和部７３によって、回転電機１の無負荷運転時における回転電機１に生じる損失を低減させることができる。

一方、図４に示すように、回転電機１の高負荷運転時においては、ステータコイル９２に大電流が供給されて、ステータ９０から大きな磁界が発生する。このとき、第３永久磁石６３の磁化方向に発生する磁束は、ステータコイル９２を流れる負のｄ軸電流によるｄ軸鎖交磁束と相殺されるため、回転電機１の無負荷運転時よりも低減する。したがって、回転電機１の無負荷運転時において磁気飽和が生じるように第３磁気飽和部７３を形成しても、回転電機１の高負荷運転時において、第３磁気飽和部７３に磁気飽和は生じないようにすることができる。よって、第３磁気飽和部７３を形成しても、回転電機１の高負荷運転時において第３永久磁石６３の磁化方向に発生する磁束は、第３磁気飽和部７３が形成されていない場合とほぼ変わらず、回転電機１は、高負荷運転時における最大出力トルクの低下を抑制できる。

このようにして、回転電機１のロータ１０は、第３磁石収容孔５３に第３磁気飽和部７３が形成されていることによって、回転電機１の高負荷運転時における最大出力トルクの低下を抑制しつつ、回転電機１の無負荷運転時及び低負荷運転時における回転電機１に生じる損失を低減させることができる。また、第３磁気飽和部７３は、ロータコア２０の一部によって形成された凸部７３ａと、第３磁石収容孔５３の内側壁部５３１と第３永久磁石６３との間に形成される空隙部７３ｂと、によって構成されるので、第３磁気飽和部７３を容易に形成することができる。さらに、第３磁気飽和部７３における凸部７３ａが占める割合と、空隙部７３ｂが占める割合とを容易に調整することができるので、第３磁気飽和部７３の飽和磁束密度を容易に調整することができる。

さらに、第３磁気飽和部７３は、ロータコア２０の一部が第３磁石収容孔５３の内側壁部５３１から第３永久磁石６３の内側面６３１に向かって突出した凸部７２ａと、隣接する凸部７２ａの間に形成される空隙部７２ｂと、によって構成されるので、電磁鋼板４０を所望の形状で打ち抜き加工することで、ロータ１０の製造工数の増加を抑制しつつ第３磁気飽和部７３を形成できる。

図２に戻って、第３磁気飽和部７３は、第３永久磁石６３の内側面６３１と対向して延在する主面７３１と、主面７３１の両端部から第３磁石収容孔５３の内側壁部５３１へと第３磁気飽和部７３の延在方向の外側を向いて延在する一対の側面７３２と、を有する。一対の側面７３２は、第３磁石収容孔５３の内部に露出するように形成される。

本実施形態では、主面７３１は、複数の凸部７３ａの先端面によって形成される。また、一対の側面７３２は、第３磁気飽和部７３の延在方向の両端に形成された凸部７３ａにおける、第３磁気飽和部７３の延在方向の外側を向く面によって形成される。

そして、第３永久磁石６３は、第３磁石収容孔５３において、軸方向から見て、内側面６３１の両端部が第３磁石収容孔５３の壁部５３０から離間した位置に配置される。換言すると、第３永久磁石６３は、第３磁石収容孔５３において、軸方向から見て、内側面６３１の両端部が第３磁石収容孔５３の内側壁部５３１、外側壁部５３２、ｄ軸側壁部５３３ｄ、及びｑ軸側壁部５３３ｑのいずれにも接触しない位置に配置される。

したがって、第３磁気飽和部７３は、第１磁石収容孔５１、第２磁石収容孔５２、及び第３磁石収容孔５３を含むフラックスバリア領域３３に配置される。このようにして、第３磁気飽和部７３は、第１ｑ軸磁路３１ｑ及び第２ｑ軸磁路３２ｑを避けた位置に形成される。

これにより、第３磁気飽和部７３は、ステータコイル９２を流れるｑ軸電流によるｑ軸鎖交磁束を減少させない位置に配置されるので、回転電機１の高負荷運転時における最大出力トルクの低下を抑制しつつ第３磁気飽和部７３を設けることができる。

＜最大出力トルク－無負荷損失特性＞
次に、図５を参照しながら、第１磁気飽和部７１、第２磁気飽和部７２、及び第３磁気飽和部７３が形成されている場合の回転電機１のトルク－無負荷損失特性について説明する。

図５は、第１磁気飽和部７１、第２磁気飽和部７２、及び第３磁気飽和部７３において、ロータコア２０の一部で形成された凸部７１ａ、７２ａ、７３ａが占める割合を変化させた場合の最大出力トルク－無負荷損失特性を示した図である。なお、本明細書等においては、第１磁気飽和部７１、第２磁気飽和部７２、及び第３磁気飽和部７３における凸部７１ａ、７２ａ、７３ａが占める割合を、占積率と言うこともある。

図５に示す最大出力トルクＴ０は、占積率が０［％］、すなわち、第１磁気飽和部７１、第２磁気飽和部７２、及び第３磁気飽和部７３が設けられる領域が、全て空隙となっている場合における回転電機１の最大出力トルクである。

最大出力トルクＴ２０は、占積率が２０［％］、すなわち、第１磁気飽和部７１、第２磁気飽和部７２、及び第３磁気飽和部７３において、ロータコア２０の一部で形成された凸部７１ａ、７２ａ、７３ａが占める割合が２０［％］である場合における回転電機１の最大出力トルクである。

最大出力トルクＴ４０は、占積率が４０［％］、すなわち、第１磁気飽和部７１、第２磁気飽和部７２、及び第３磁気飽和部７３において、ロータコア２０の一部で形成された凸部７１ａ、７２ａ、７３ａが占める割合が４０［％］である場合における回転電機１の最大出力トルクである。

最大出力トルクＴ６０は、占積率が６０［％］、すなわち、第１磁気飽和部７１、第２磁気飽和部７２、及び第３磁気飽和部７３において、ロータコア２０の一部で形成された凸部７１ａ、７２ａ、７３ａが占める割合が６０［％］である場合における回転電機１の最大出力トルクである。

最大出力トルクＴ８０は、占積率が８０［％］、すなわち、第１磁気飽和部７１、第２磁気飽和部７２、及び第３磁気飽和部７３において、ロータコア２０の一部で形成された凸部７１ａ、７２ａ、７３ａが占める割合が８０［％］である場合における回転電機１の最大出力トルクである。

最大出力トルクＴ１００は、占積率が１００［％］、すなわち、第１磁気飽和部７１、第２磁気飽和部７２、及び第３磁気飽和部７３が設けられる領域が、全てロータコア２０となっている場合における回転電機１の最大出力トルクである。

図５に示す無負荷時損失Ｌ０は、占積率が０［％］、すなわち、第１磁気飽和部７１、第２磁気飽和部７２、及び第３磁気飽和部７３が設けられる領域が、全て空隙となっている場合における回転電機１の無負荷運転時に生じる損失である。

無負荷時損失Ｌ２０は、占積率が２０［％］、すなわち、第１磁気飽和部７１、第２磁気飽和部７２、及び第３磁気飽和部７３において、ロータコア２０の一部で形成された凸部７１ａ、７２ａ、７３ａが占める割合が２０［％］である場合における回転電機１の無負荷運転時に生じる損失である。

無負荷時損失Ｌ４０は、占積率が４０［％］、すなわち、第１磁気飽和部７１、第２磁気飽和部７２、及び第３磁気飽和部７３において、ロータコア２０の一部で形成された凸部７１ａ、７２ａ、７３ａが占める割合が４０［％］である場合における回転電機１の無負荷運転時に生じる損失である。

無負荷時損失Ｌ６０は、占積率が６０［％］、すなわち、第１磁気飽和部７１、第２磁気飽和部７２、及び第３磁気飽和部７３において、ロータコア２０の一部で形成された凸部７１ａ、７２ａ、７３ａが占める割合が６０［％］である場合における回転電機１の無負荷運転時に生じる損失である。

無負荷時損失Ｌ８０は、占積率が８０［％］、すなわち、第１磁気飽和部７１、第２磁気飽和部７２、及び第３磁気飽和部７３において、ロータコア２０の一部で形成された凸部７１ａ、７２ａ、７３ａが占める割合が８０［％］である場合における回転電機１の最大出力トルクである。

無負荷時損失Ｌ１００は、占積率が１００［％］、すなわち、第１磁気飽和部７１、第２磁気飽和部７２、及び第３磁気飽和部７３が設けられる領域が、全てロータコア２０となっている場合における回転電機１の無負荷運転時に生じる損失である。

本実施形態では、第１磁気飽和部７１、第２磁気飽和部７２、及び第３磁気飽和部７３は、占積率が２０［％］以上６０［％］以下、すなわち、ロータコア２０の一部で形成された凸部７１ａ、７２ａ、７３ａが占める割合が２０［％］以上６０［％］以下となっている。より好ましくは、第１磁気飽和部７１、第２磁気飽和部７２、及び第３磁気飽和部７３は、占積率が４０［％］近傍、すなわち、ロータコア２０の一部で形成された凸部７１ａ、７２ａ、７３ａが占める割合が４０［％］近傍となっている。

これにより、図５に示すように、回転電機１の最大出力トルクの低下をより抑制しつつ、回転電機１の無負荷運転時における損失をより低減することができる。

（変形例）
図６に示すように、第１磁気飽和部７１は、凸部７１ａが、第１磁石収容孔５１の内側壁部５１１から、第１磁気飽和部７１の延在方向の一端側に凸の円弧状に湾曲して、第１永久磁石６１の内側面６１１に向かって突出して形成されていてもよい。なお、詳細な説明は省略するが、第２磁気飽和部７２及び第３磁気飽和部７３も第１磁気飽和部７１と同様に、凸部７２ａが、第２磁石収容孔５２の内側壁部５２１から、第２磁気飽和部７２の延在方向の一端側に凸の円弧状に湾曲して、第２永久磁石６２の内側面６２１に向かって突出して形成されていてもよく、凸部７３ａが、第３磁石収容孔５３の内側壁部５３１から、第３磁気飽和部７３の延在方向の一端側に凸の円弧状に湾曲して、第３永久磁石６３の内側面６３１に向かって突出して形成されていてもよい。

［第２実施形態］
続いて、本発明の第２実施形態の回転電機のロータ１０について図７～図９を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態の回転電機のロータ１０と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略又は簡略化する。第２実施形態の回転電機のロータ１０は、第１磁気飽和部７１、第２磁気飽和部７２、及び第３磁気飽和部７３の形状が第１実施形態の回転電機をロータ１０と異なる。以下、第２実施形態の回転電機のロータ１０における第１磁気飽和部７１の形状について詳細に説明する。なお、詳細な説明は省略するが、第２実施形態の回転電機のロータ１０における第２磁気飽和部７２及び第３磁気飽和部７３は、第２実施形態の回転電機のロータ１０における第１磁気飽和部７１と同様の形状を有している。

図７～図９に示すように、本実施形態の第１磁気飽和部７１は、軸方向から見て、ロータコア２０の一部が第１磁石収容孔５１の内側壁部５１１から第１永久磁石６１の内側面６１１に向かって突出する突出部７１ｃと、第１磁気飽和部７１の延在方向に沿って突出部７１ｃの内部に複数形成される空隙部７１ｄと、を有する。

（第１実施例）
図７に示すように、本実施形態の第１実施例の第１磁気飽和部７１の突出部７１ｃは、軸方向から見て、ロータコア２０の一部が第１磁石収容孔５１の内側壁部５１１から第１永久磁石６１の内側面６１１に向かって突出し、第１磁気飽和部７１の延在方向に沿って複数形成される凸部７１ｅと、各凸部７１ｅの先端部を接続し、第１永久磁石６１の内側面６１１と対向して延在する主面部７１ｆと、によって構成される。凸部７１ｅは、第１磁石収容孔５１の内側壁部５１１から、周方向に波形に湾曲して、第１永久磁石６１の内側面６１１に向かって突出している。

本実施例では、主面７１１は、主面部７１ｆによって形成される。また、一対の側面７１２は、第１磁気飽和部７１の延在方向の両端に形成された凸部７１ｅにおける、第１磁気飽和部７１の延在方向の外側を向く面によって形成される。

また、本実施例では、空隙部７１ｄは、隣接する２つの凸部７１ｅと、主面部７１ｆと、第１磁石収容孔５１の内側壁部５１１と、によって囲まれており、突出部７１ｃの内部に複数形成される。

（第２実施例）
図８に示すように、本実施形態の第２実施例の第１磁気飽和部７１の突出部７１ｃは、軸方向から見て、ロータコア２０の一部が第１磁石収容孔５１の内側壁部５１１から第１永久磁石６１の内側面６１１に向かって突出し、第１磁気飽和部７１の延在方向に沿って複数形成される凸部７１ｇと、各凸部７１ｇの先端部を接続し、第１永久磁石６１の内側面６１１と対向して延在する主面部７１ｈと、によって構成される。凸部７１ｇは、第１磁石収容孔５１の内側壁部５１１から、第１永久磁石６１の内側面６１１と略直交する方向に略直線状に突出している。

本実施例では、主面７１１は、主面部７１ｈによって形成される。また、一対の側面７１２は、第１磁気飽和部７１の延在方向の両端に形成された凸部７１ｇにおける、第１磁気飽和部７１の延在方向の外側を向く面によって形成される。

また、本実施例では、空隙部７１ｄは、隣接する２つの凸部７１ｇと、主面部７１ｈと、第１磁石収容孔５１の内側壁部５１１と、によって囲まれており、突出部７１ｃの内部に複数形成される。

（第３実施例）
図９に示すように、本実施形態の第３実施例の第１磁気飽和部７１の突出部７１ｃは、軸方向から見て、ロータコア２０の一部が第１磁石収容孔５１の内側壁部５１１から第１永久磁石６１の内側面６１１に向かって突出し、第１磁気飽和部７１の延在方向を長手方向とする略長方形状を有する。

本実施例では、主面７１１は、軸方向から見て略長方形状を有する突出部７１ｃの第１永久磁石６１の内側面６１１と対向する先端面によって構成される。一対の側面７１２は、軸方向から見て、第１磁気飽和部７１の延在方向の両端に形成された側壁面によって形成される。

また、本実施例では、空隙部７１ｄは、軸方向から見て略円形状を有し、第１磁気飽和部７１の延在方向に沿って突出部７１ｃの内部に複数形成されている。

第１実施例から第３実施例で示したように、本実施形態の第１磁気飽和部７１は、ロータコア２０の一部が第１磁石収容孔５１の内側壁部５１１から第１永久磁石６１の内側面６１１に向かって突出した突出部７１ｃと、第１磁気飽和部７１の延在方向に沿って突出部７１ｃの内部に複数形成される空隙部７１ｄと、によって構成されるので、電磁鋼板４０を所望の形状で打ち抜き加工することで、ロータ１０の製造工数増加を抑制しつつ第１磁気飽和部７１を形成できる。

さらに、空隙部７１ｄは、突出部７１ｃの内部に形成されるので、第１磁気飽和部７１を高い剛性で形成することができる。

［第３実施形態］
続いて、本発明の第３実施形態の回転電機のロータ１０について図１０を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態の回転電機のロータ１０と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略又は簡略化する。第３実施形態の回転電機のロータ１０は、第１磁石収容孔５１、第２磁石収容孔５２、及び第３磁石収容孔５３の配置及び形状、並びに、第１永久磁石６１、第２永久磁石６２、及び第３永久磁石６３の配置及び形状が、第１実施形態の回転電機をロータ１０と異なる。以下、第１実施形態の回転電機のロータ１０と第３実施形態の回転電機のロータ１０との相違点について詳細に説明する。

図１０に示すように、本実施形態では、第１磁石収容孔５１は、ロータコア２０の外周面近傍に形成されている。さらに、第２磁石収容孔５２は、第２永久磁石６２のｄ軸側端面６２３ｄが第１永久磁石６１の径方向内側に位置し、第２永久磁石６２のｑ軸側端面６２３ｑが第１永久磁石６１と径方向において略同位置となるように形成されている。第３磁石収容孔５３は、第３永久磁石６３のｄ軸側端面６３３ｄが第１永久磁石６１の径方向内側に位置し、第３永久磁石６３のｑ軸側端面６３３ｑが第１永久磁石６１と径方向において略同位置となるように形成されている。

本実施形態では、磁極部３０には、第１磁石収容孔５１の径方向の外側に、ステータコイル９２を流れるｑ軸電流によるｑ軸鎖交磁束が通る第１ｑ軸磁路３１ｑが形成される。また、磁極部３０には、第１磁石収容孔５１の径方向の内側、且つ、第２磁石収容孔５２及び第３磁石収容孔５３の径方向の外側の領域に、ステータコイル９２を流れるｑ軸電流によるｑ軸鎖交磁束が通る第２ｑ軸磁路３２ｑが形成される。さらに、第２磁石収容孔５２及び第３磁石収容孔５３の径方向の内側に、ステータコイル９２を流れるｑ軸電流によるｑ軸鎖交磁束が通る第３ｑ軸磁路３５ｑが形成される。

第１ｑ軸磁路３１ｑには、第１磁石収容孔５１の外側壁部５１２に沿って径方向の内側に向かって凸状に湾曲してｑ軸鎖交磁束が通る。第２ｑ軸磁路３２ｑには、第１磁石収容孔５１の内側壁部５１１と、第２磁石収容孔５２の外側壁部５２２及び第３磁石収容孔５３の外側壁部５３２に沿って径方向の内側に向かって凸状に湾曲してｑ軸鎖交磁束が通る。第３ｑ軸磁路３５ｑには、第２磁石収容孔５２の内側壁部５２１及び第３磁石収容孔５３の内側壁部５３１に沿って径方向の内側に向かって凸状に湾曲してｑ軸鎖交磁束が通る。

磁極部３０に形成されるフラックスバリア領域３３は、第１ｑ軸磁路３１ｑと第２ｑ軸磁路３２ｑとの間に形成される第１フラックスバリア領域３３１と、第２ｑ軸磁路３２ｑと第３ｑ軸磁路３５ｑとの間に形成される第２フラックスバリア領域３３２と、を有する。第１フラックスバリア領域３３１は、第１磁石収容孔５１を含み、第１ｑ軸磁路３１ｑ及び第２ｑ軸磁路３２ｑに沿って、径方向の内側に向かって凸状に湾曲した領域である。第２フラックスバリア領域３３２は、第２磁石収容孔５２及び第３磁石収容孔５３を含み、第２ｑ軸磁路３２ｑ及び第３ｑ軸磁路３５ｑに沿って、径方向の内側に向かって凸状に湾曲した領域である。第１フラックスバリア領域３３１及び第２フラックスバリア領域３３２は、ｑ軸磁束が可能な限り通らないように形成されることが好ましい。

第１磁気飽和部７１は、第１磁石収容孔５１の内側壁部５１１の延在方向における略中央部分で、ロータコア２０の一部が第１磁石収容孔５１の内側壁部５１１から第１永久磁石６１の内側面６１１に向かって突出する凸部７１ａと、凸部７１ａを挟んで形成される一対の空隙部７１ｂと、を有する。換言すると、一対の空隙部７１ｂは、第１磁石収容孔５１の内側壁部５１１の延在方向において凸部７１ａの一方側と他方側とに形成される。

第２磁気飽和部７２は、第２磁石収容孔５２の内側壁部５２１の延在方向における略中央部分で、ロータコア２０の一部が第２磁石収容孔５２の内側壁部５２１から第２永久磁石６２の内側面６２１に向かって突出する凸部７２ａと、凸部７２ａを挟んで形成される一対の空隙部７２ｂと、を有する。換言すると、一対の空隙部７２ｂは、第２磁石収容孔５２の内側壁部５２１の延在方向において凸部７２ａの一方側と他方側とに形成される。

第３磁気飽和部７３は、第３磁石収容孔５３の内側壁部５３１の延在方向における略中央部分で、ロータコア２０の一部が第３磁石収容孔５３の内側壁部５３１から第３永久磁石６３の内側面６３１に向かって突出する凸部７３ａと、凸部７３ａを挟んで形成される複数の空隙部７３ｂと、を有する。換言すると、複数の空隙部７３ｂは、第３磁石収容孔５３の内側壁部５３１の延在方向において凸部７３ａの一方側と他方側とに形成される。

これにより、簡素な形状で、第１磁気飽和部７１、第２磁気飽和部７２、及び第３磁気飽和部７３を構成できるので、第１磁気飽和部７１、第２磁気飽和部７２、及び第３磁気飽和部７３を容易に製造できる。

以上、本発明の各実施形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

例えば、第１磁気飽和部７１の空隙部７１ｂを含む第１磁石収容孔５１の内部には、樹脂が充填されていてもよい。同様に、第２磁気飽和部７２の空隙部７２ｂを含む第２磁石収容孔５２の内部には、樹脂が充填されていてもよい。また同様に、第３磁気飽和部７３の空隙部７３ｂを含む第３磁石収容孔５３の内部には、樹脂が充填されていてもよい。

例えば、本実施形態では、第１磁気飽和部７１は、第１磁石収容孔５１の内側壁部５１１に形成されているものとしたが、第１磁気飽和部７１は、第１磁石収容孔５１の外側壁部５１２に形成されていてもよいし、第１磁石収容孔５１の内側壁部５１１及び外側壁部５１２の双方に形成されていてもよい。

例えば、本実施形態では、第２磁気飽和部７２は、第２磁石収容孔５２の内側壁部５２１に形成されているものとしたが、第２磁気飽和部７２は、第２磁石収容孔５２の外側壁部５２２に形成されていてもよいし、第２磁石収容孔５２の内側壁部５２１及び外側壁部５２２の双方に形成されていてもよい。

例えば、本実施形態では、第３磁気飽和部７３は、第３磁石収容孔５３の内側壁部５３１に形成されているものとしたが、第３磁気飽和部７３は、第３磁石収容孔５３の外側壁部５３２に形成されていてもよいし、第３磁石収容孔５３の内側壁部５３１及び外側壁部５３２の双方に形成されていてもよい。

例えば、本実施形態では、回転電機のロータ１０は、第１磁石収容孔５１に形成された第１磁気飽和部７１、第２磁石収容孔５２に形成された第２磁気飽和部７２、及び、第３磁石収容孔５３に形成された第３磁気飽和部７３、を有するものとしたが、回転電機のロータ１０は、第１磁気飽和部７１、第２磁気飽和部７２、及び、第３磁気飽和部７３の少なくとも１つを有していればよい。すなわち、第１磁気飽和部７１、第２磁気飽和部７２、及び、第３磁気飽和部７３のいずれか１つ又は２つは省略されていてもよい。

本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を一例として示しているが、これに限定されるものではない。

（１）回転軸心（回転軸心ＲＣ）を中心とする略円環形状を有するロータコア（ロータコア２０）と、
前記ロータコアに周方向に沿って形成された複数の磁極部（磁極部３０）と、を備え、
各磁極部は、前記ロータコアに形成された軸方向に延在する磁石収容孔（第１磁石収容孔５１、第２磁石収容孔５２、第３磁石収容孔５３）と、前記磁石収容孔に収容された永久磁石（第１永久磁石６１、第２永久磁石６２、第３永久磁石６３）と、を有する回転電機（回転電機１）のロータ（ロータ１０）であって、
前記永久磁石は、前記軸方向に延在する第１主面（内側面６１１、６２１、６３１）と、前記軸方向に延在する第２主面（外側面６１２、６２２、６３２）と、を有し、
前記磁石収容孔は、前記軸方向から見た前記磁石収容孔の輪郭を形成する壁部（壁部５１０、５２０、５３０）を有し、
前記ロータコアには、前記軸方向から見て、前記永久磁石の前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方と向かい合う位置に、前記回転電機の無負荷運転時において磁気飽和する飽和部（第１磁気飽和部７１、第２磁気飽和部７２、第３磁気飽和部７３）が形成されており、
前記飽和部は、前記軸方向から見て、
前記磁石収容孔の前記壁部と、前記永久磁石の前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方と、の間で、前記ロータコアの一部が前記第１主面又は前記第２主面と交差する方向に延びて形成されたコア突起（凸部７１ａ、７２ａ、７３ａ、突出部７１ｃ）と、
前記磁石収容孔の前記壁部と、前記永久磁石の前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方と、の間に形成された非磁性部（空隙部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂ、７１ｄ）と、によって構成される、回転電機のロータ。

（１）によれば、回転電機のロータにおいて、飽和部は、軸方向から見て、磁石収容孔の壁部と、永久磁石の第１主面及び第２主面の少なくとも一方と、の間に形成されたコア突起及び非磁性部によって構成されているので、回転電機の高負荷運転時における最大出力トルクの低下を抑制しつつ、回転電機の無負荷運転時における回転電機に生じる損失を低減させることができる。また、飽和部は、コア突起と、非磁性部と、によって構成されるので、飽和部を容易に形成することができる。

（２）（１）に記載の回転電機のロータであって、
前記軸方向から見て、
前記飽和部は、前記磁石収容孔の前記壁部の内側に形成されており、
各磁極部の前記磁石収容孔の外側には、前記回転電機のｑ軸鎖交磁束が通るｑ軸磁路（第１ｑ軸磁路３１ｑ、第２ｑ軸磁路３２ｑ）が形成される、回転電機のロータ。

（２）によれば、飽和部は磁石収容孔の内部に形成されているので、各磁極部の磁石収容孔の外側に形成されるｑ軸磁路を避けた位置に飽和部を設けることができ、回転電機の高負荷運転時における最大出力トルクの低下を抑制しつつ飽和部を設けることができる。

（３）（１）又は（２）に記載の回転電機のロータであって、
前記コア突起（凸部７１ａ、７２ａ、７３ａ）は、前記磁石収容孔の前記壁部と、前記永久磁石の前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方と、の間に複数形成され、
前記非磁性部（空隙部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂ）は、複数の前記コア突起の間に形成されている、回転電機のロータ。

（３）によれば、コア突起は、磁石収容孔の壁部と、永久磁石の第１主面及び第２主面の少なくとも一方と、の間に複数形成され、非磁性部は、複数のコア突起の間に形成されているので、ロータの製造工数の増加を抑制しつつ飽和部を形成できる。

（４）（１）又は（２）に記載の回転電機のロータであって、
前記飽和部は、前記軸方向から見て、
前記コア突起（突出部７１ｃ）と、前記コア突起に形成された複数の前記非磁性部（空隙部７１ｄ）と、によって構成される、回転電機のロータ。

（４）によれば、飽和部は、軸方向から見て、コア突起と、コア突起に形成された複数の非磁性部と、によって構成されるので、ロータの製造工数の増加を抑制しつつ飽和部を形成できる。さらに、非磁性部は、コア突起に形成されるので、飽和部を高い剛性で形成することができる。

（５）（１）又は（２）に記載の回転電機のロータであって、
前記飽和部は、前記軸方向から見て、
前記コア突起（凸部７１ａ、７２ａ、７３ａ）と、前記コア突起を挟んで形成された複数の前記非磁性部（空隙部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂ）と、によって構成される、回転電機のロータ。

（５）によれば、飽和部は、軸方向から見て、コア突起と、コア突起を挟んで形成された一対の非磁性部と、によって構成されるので、簡素な形状で飽和部を構成できる。これにより、飽和部を容易に製造できる。

（６）（１）から（５）のいずれかに記載の回転電機のロータであって、
前記飽和部は、前記ロータコアの一部が占める割合が、２０％以上６０％以下である、回転電機のロータ。

（６）によれば、飽和部は、ロータコアの一部が占める割合が、２０％以上６０％以下であるので、回転電機の最大出力トルクの低下をより抑制しつつ、回転電機の無負荷運転時における損失をより低減することができる。

（７）（１）から（６）のいずれかに記載の回転電機のロータであって、
前記飽和部は、前記軸方向から見て、
前記永久磁石の前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方と向かい合って延在する主面（主面７１１、７２１、７３１）と、
前記主面の両端部から前記磁石収容孔の前記壁部へと前記飽和部の延在方向の外側を向いて延在する一対の側面（側面７１２、７２２、７３２）と、を有し、
前記一対の側面は、前記磁石収容孔の内部に露出するように形成され、
前記永久磁石は、前記磁石収容孔において、前記軸方向から見て、前記永久磁石の前記第１主面又は前記第２主面の両端部が前記磁石収容孔の前記壁部から離間した位置に配置される、回転電機のロータ。

（７）によれば、飽和部の一対の側面は、磁石収容孔の内部に露出するように形成され、永久磁石は、磁石収容孔において軸方向から見て、対向面の両端部が磁石収容孔の壁部から離間した位置に配置されるので、飽和部は、ｑ軸鎖交磁束を減少させない位置に配置される。これにより、回転電機の高負荷運転時における最大出力トルクの低下を抑制しつつ飽和部を設けることができる。

１回転電機
１０ロータ
２０ロータコア
３０磁極部
３１ｑ第１ｑ軸磁路（ｑ軸磁路）
３２ｑ第２ｑ軸磁路（ｑ軸磁路）
５１第１磁石収容孔（磁石収容孔）
５１０壁部
５２第２磁石収容孔（磁石収容孔）
５２０壁部
５３第３磁石収容孔（磁石収容孔）
５３０壁部
６１第１永久磁石（永久磁石）
６１１内側面（第１主面）
６１２外側面（第２主面）
６２第２永久磁石（永久磁石）
６２１内側面（第１主面）
６２２外側面（第２主面）
６３第３永久磁石（永久磁石）
６３１内側面（第１主面）
６３２外側面（第２主面）
７１第１磁気飽和部（飽和部）
７１ａ凸部（コア突起）
７１ｂ空隙部（非磁性部）
７１ｃ突出部（コア突起）
７１ｄ空隙部（非磁性部）
７１１主面
７１２側面
７２第２磁気飽和部（飽和部）
７２ａ凸部（コア突起）
７２ｂ空隙部（非磁性部）
７２１主面
７２２側面
７３第３磁気飽和部（飽和部）
７３ａ凸部（コア突起）
７３ｂ空隙部（非磁性部）
７３１主面
７３２側面
ＲＣ回転軸心

Claims

回転軸心を中心とする略円環形状を有するロータコアと、
前記ロータコアに周方向に沿って形成された複数の磁極部と、を備え、
各磁極部は、前記ロータコアに形成された軸方向に延在する磁石収容孔と、前記磁石収容孔に収容された永久磁石と、を有する回転電機のロータであって、
前記永久磁石は、前記軸方向に延在する第１主面と、前記軸方向に延在する第２主面と、を有し、
前記磁石収容孔は、前記軸方向から見た前記磁石収容孔の輪郭を形成する壁部を有し、
前記ロータコアには、前記軸方向から見て、前記永久磁石の前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方と向かい合う位置に、前記回転電機の無負荷運転時において磁気飽和する飽和部が形成されており、
前記飽和部は、前記磁石収容孔に収容されるとともに、前記軸方向から見て、
前記磁石収容孔の前記壁部と、前記永久磁石の前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方と、の間で、前記ロータコアの一部が前記第１主面又は前記第２主面と交差する方向に延びて形成されたコア突起と、
前記磁石収容孔の前記壁部と、前記永久磁石の前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方と、の間に形成された非磁性部と、によって構成され、
かつ、前記軸方向から見て、前記コア突起と、前記コア突起に形成された複数の前記非磁性部と、によって構成される、回転電機のロータ。
請求項１に記載の回転電機のロータであって、
前記軸方向から見て、
前記飽和部は、前記磁石収容孔の前記壁部の内側に形成されており、
各磁極部の前記磁石収容孔の外側には、前記回転電機のｑ軸鎖交磁束が通るｑ軸磁路が形成される、回転電機のロータ。
請求項１又は２に記載の回転電機のロータであって、
前記コア突起は、前記磁石収容孔の前記壁部と、前記永久磁石の前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方と、の間に複数形成され、
前記非磁性部は、複数の前記コア突起の間に形成されている、回転電機のロータ。
請求項１又は２に記載の回転電機のロータであって、
前記飽和部は、前記軸方向から見て、
前記コア突起と、前記コア突起を挟んで形成された複数の前記非磁性部と、によって構成される、回転電機のロータ。
請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機のロータであって、
前記飽和部は、前記ロータコアの一部が占める割合が、２０％以上６０％以下である、回転電機のロータ。
請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電機のロータであって、
前記飽和部は、前記軸方向から見て、
前記永久磁石の前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方と向かい合って延在する主面と、
前記主面の両端部から前記磁石収容孔の前記壁部へと前記飽和部の延在方向の外側を向いて延在する一対の側面と、を有し、
前記一対の側面は、前記磁石収容孔の内部に露出するように形成され、
前記永久磁石は、前記磁石収容孔において、前記軸方向から見て、前記永久磁石の前記第１主面又は前記第２主面の両端部が前記磁石収容孔の前記壁部から離間した位置に配置される、回転電機のロータ。
請求項１又は２に記載の回転電機のロータであって、
前記磁石収容孔における前記壁部は、内側壁部、外側壁部、第１端壁部、及び第２端壁部を有し、
前記永久磁石は、前記磁石収容孔において、前記軸方向から見て、前記第１主面の両端部が前記磁石収容孔の前記内側壁部、前記外側壁部、前記第１端壁部、及び前記第２端壁部のいずれにも接触しない位置に配置されている、回転電機のロータ。