JP6803889B2 - 回転電機および回転電機を備える車両 - Google Patents

Description

本発明は、高効率運転を実現可能な回転電機および回転電機を備える車両に関する。

近年、低炭素社会の実現に向けた取り組みとして、車両の駆動源である内燃機関に加えてまたは代えて、回転電機を搭載した車両が普及している。ハイブリッド自動車（Hybrid Electric Vehicle）や電気自動車（Electric Vehicle）と呼ばれる車両がそれである。

回転電機は、円環状のステータ、および円筒状のロータを備えて構成されている。ステータは、ステータコアに備わる複数のスロットのそれぞれに、ステータコイルを設けて構成される。ロータは、ステータの内周面に対して僅かな空隙を隔てて、回動自在に設けられる。ロータに備わるロータコアには、周方向に等しい間隔を置いて複数の永久磁石が配設されている。

回転電機では、ステータコイルにモータ電流を流すと、ステータに回転磁界が発生する。こうしてステータに発生した回転磁界と、ロータコアに設けた永久磁石によりロータに生じた磁界とが相互作用することによってロータが回転駆動される。かかる回転電機では、省エネルギ化を実現するため、稼働状況に応じた適切な回転速度およびトルクをもって高効率（高出力）運転を行うことが強く求められている。

特許文献１には、ステータの中空部に回転自在に設けられるロータと、前記ロータに形成された磁石挿入孔に収納される磁石と、前記磁石挿入孔の内壁面は、前記磁石よりも前記ロータの径方向の中心側に配設され且つ前記磁石に向かって爪部が突出形成された中心側壁面と、前記磁石よりも前記ロータの径方向の外周側に配設される外周側壁面と、を有する回転電機が記載されている。特許文献１に記載の回転電機は、前記磁石に形成された溝に前記爪部が係合することで、前記磁石が前記外周側壁面から離間した状態で前記磁石挿入孔内に保持され、前記中心側壁面の前記磁石に臨む部位には、前記爪部の基端部に連なる凹部が形成され、前記凹部は、前記中心側壁面と前記磁石との間に空間を形成する。
特許文献１に係る回転電機によれば、ロータの耐久性を低下させることなく、ロータの外周側壁の形状自由度を向上させて、磁石の磁束の利用効率を効果的に向上させることができる。

特開２０１７−１５８２８２号公報

特許文献１に係る回転電機では、永久磁石の保持・位置決めのために、爪部を設けている。永久磁石の温度が下がると、磁化直行方向に膨張するため、爪部に応力がかりやすい。そのため、爪部と永久磁石とが接する面に大きい曲率を有する冷熱応力逃げ部を設けることで、爪部にかかる応力を分散させている。
しかしながら、大きい曲率を有する冷熱応力逃げ部を設けるためには、永久磁石内周側により広い空隙が必要となる。前記空隙により、磁束通路が制限され、トルク低下の原因となるという解決すべき課題があった。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、永久磁石の保持・位置決めのための爪部の損傷をなくすとともに、磁束の通路を確保して、トルク密度および減磁耐力を向上させる回転電機および回転電機を備える車両を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、ステータコアおよび当該ステータコアに設けられるコイルを有する円環状のステータと、駆動軸方向に延びる磁性体の収容孔が周方向に複数設けられるロータコアを有し、前記ステータの内周面と空隙を介して対向配置される円環状のロータと、を備える回転電機であって、前記ロータは、前記収容孔の端面から当該収容孔内に延びて前記磁性体を挟むように成形された複数の凸部を有し、前記磁性体は、硬磁性体および軟磁性体からなり、磁化方向に積層させて設けられ、前記軟磁性体は、前記凸部を有する前記収容孔の端部に面するように設けられ、前記軟磁性体の厚みは、前記凸部の磁化方向高さと比較して厚くなるように形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、永久磁石の保持・位置決めのための爪部の損傷をなくすとともに、磁束の通路を確保して、トルク密度および減磁耐力を向上させる回転電機および回転電機を備える車両を得ることができる。

本発明の実施形態に係る回転電機の正面図である。 上記実施形態に係る回転電機に備わるロータに設けられた磁極部の周辺を拡大して表す図である。 図２に示す磁極部において磁石磁束発生機能を有する磁性体のうち軟磁性体に係る第１積層構造を拡大して表す正面図である。 図３に示す磁性体のうち硬磁性体の積層構造を表す正面図である。 図４に示す磁性体を矢視方向から視た側面図である。 図５に示す磁性体の変形例を表す側面図である。 図２に示す磁極部において磁石磁束発生機能を有する磁性体のうち軟磁性体に係る第２積層構造を拡大して表す図である。 図７に示す磁性体のうち硬磁性体の積層構造を表す正面図である。 図８に示す磁性体を矢視方向から視た側面図である。 図９に示す磁性体の変形例を表す側面図である。 図１０に示す磁性体の変形例を表す側面図である。 図２に示す磁極部において磁石磁束発生機能を有する磁性体のうち軟磁性体に係る第３積層構造を拡大して表す正面図である。 比較例に係る回転電機の正面図である。 比較例に係る回転電機に備わるロータに設けた磁極部の周辺を拡大して表す図である。 上記実施形態に係る回転電機に備わるロータに設けた磁極部の周辺の磁束密度および磁束線図を示す図である。 比較例に係る回転電機に備わるロータに設けた磁極部の周辺の磁束密度および磁束線図を示す図である。 上記実施形態の変形例１に係る回転電機に備わるロータに設けた磁極部の周辺を拡大して表す図である。 上記実施形態の変形例２に係る回転電機に備わるロータに設けた磁極部の周辺を拡大して表す図である。

以下、本発明の実施形態に係る回転電機および回転電機を備える車両について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。また、部材のサイズおよび形状は、説明の便宜のため、変形または誇張して模式的に表す場合がある。

［回転電機１１の基本構成］
図１は、本発明の実施形態に係る回転電機１１の正面図である。図２は、図１に示す回転電機１１に備わるロータ１５に設けた磁極部３３の周辺を拡大して表す図である。
本実施形態は、爪部（凸部２８）が磁性体のロータ内周側にある場合の例である。
図１に示すように、本実施形態に係る回転電機１１は、ステータコア２１および当該ステータコア２１に設けられるコイルを有する円環状のステータ１３と、駆動軸方向に延びる磁性体の収容孔３４が周方向に複数設けられるロータコア２７を有し、ステータ１３の内周面と空隙を介して対向配置される円環状のロータ１５と、を備える。
ステータ１３は、ステータコア２１と、ステータコア２１に備わる複数のスロット２３と、複数のスロット２３のそれぞれに設けられたステータコイル２５と、を有して構成される。
ステータコア２１は、全体として円筒状に形成される。ステータコア２１は、例えば、円環状に形成された複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層して構成すればよい。

図２に示すように、円環状のロータ１５は、ステータ１３の内周面と僅かな空隙ＧＰを介して対向配置される。
図１および図２に示すように、ロータ１５は、ロータコア２７および磁極部３３を備える。ロータコア２７には、円筒状の内周側面を有する通孔１７が開設されている。ロータコア２７の通孔１７には回転軸１９が、通孔１７の内周側面に回転軸１９の外周側面を接合させて嵌め合わせられる。これにより、ロータコア２７の通孔１７に回転軸１９が嵌合固定される。

ロータコア２７は、ステータコア２１と同様に、例えば、円環状に形成された複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層して構成すればよい。
ロータコア２７には、軸方向に真っ直ぐに延びる磁性体３０を有する磁極部３３が、周方向に所定の間隔を置いて複数備わっている。また、ロータコア２７には、磁性体３０を収容するための収容孔３４が、周方向に所定の間隔を置いて複数備わっている。収容孔３４の構成について、詳しくは後記する。

ロータコア２７は、収容孔３４の端面から収容孔３４内に延びる複数の凸部２８を有し、複数の凸部２８は磁性体３０を挟むように成形される。凸部２８は、磁性体３０の保持・位置決めのための爪部に対応する。
また、従来、凸部２８と磁性体３０とが接する面に設置されていた、応力を分散するための冷熱応力逃げ部（後記図１４の比較例の冷熱応力逃げ部１２９参照）は廃止されている（このため図示されていない）。
さらに、ロータコア２７には、略三角形状の空洞部４０が、軸方向（図２参照）の全長に渡って形成されている。

［磁性体３０］
磁性体３０は、略矩形状の横断面を有する棒状の磁性部材によって形成される。磁性体３０の長さは、ロータ１５の軸方向全長と略同等の長さに設定されている。
図１および図２に示すように、磁性体３０は、硬磁性体３１および軟磁性体３２（低飽和磁化材料）から形成されている。
硬磁性体３１は、硬磁性材料よりなる。硬磁性材料としては、特に限定されないが、例えば、高トルク密度化を実現可能な、高磁気特性を有するネオジム磁石等の希土類磁石を好適に用いることができる。

軟磁性体３２は、軟磁性材料よりなる。軟磁性材料としては、硬磁性体３１（の硬磁性材料）に係る残留磁束密度Ｂｒと比べて低い飽和磁化特性を有すると共に、ロータ１５の素材である電磁鋼板の最大透磁率と比べて高い最大透磁率特性を有する、例えばパーマロイを好適に用いることができる。なお、硬磁性体３１と軟磁性体３２の配置構造について、詳しくは後記する。

回転電機１１は、ロータ１５が、収容孔３４の端面から収容孔３４内に延びて磁性体３０を挟むように成形された複数の凸部２８を有し、複数の凸部２８は、磁性体３０は硬磁性体３１および軟磁性体３２からなり、磁化方向に積層させて設けられ、軟磁性体３２は、凸部２８を有する収容孔３４の端部に面するように設けられる。

また、軟磁性体３２の磁化方向厚さは、凸部２８（爪部）の磁化方向高さと比較して高い方が好ましい。

図１および図２に示す例では、一つの磁極部３３は、一対の第１および第２磁性体３０Ａ，３０Ｂを組み合わせて構成されている。
第１磁性体３０Ａは、第１硬磁性体３１Ａおよび第１軟磁性体３２Ａからなる。一方、第２磁性体３０Ｂは、第２硬磁性体３０Ｂおよび第２軟磁性体３２Ｂからなる。
本明細書中において、第１および第２磁性体３０Ａ，３０Ｂを総称するときは、単に「磁性体３０」と呼ぶ。第１および第２硬磁性体３１Ａ，３１Ｂを総称するときは、単に「硬磁性体３１」と呼ぶ。第１および第２軟磁性体３２Ａ，３２Ｂを総称するときは、単に「軟磁性体３２」と呼ぶ。

一対の第１および第２磁性体３０Ａ，３０Ｂは、図２に示すように、径方向に延びる中心線３８に対して線対称に、径方向（図２参照）外側に傾斜しつつ略Ｖ字形状を描くように配設されている。
一対の第１および第２磁性体３０Ａ，３０Ｂを収容するために、ロータ１５には、図１および図２に示すように、第１および第２収容孔３４Ａ，３４Ｂが開設されている。第１および第２収容孔３４Ａ，３４Ｂは、一対の第１および第２磁性体３０Ａ，３０Ｂと同様に、中心線３８に対して線対称に、径方向（図２参照）外側に傾斜しつつ略Ｖ字形状を描くように配設されている。

第１収容孔３４Ａは、中心線３８の側に位置する第１内側空隙部３４Ａ１と、径方向外側に位置する第１外側空隙部３４Ａ２と、第１内側および第１外側空隙部３４Ａ１，３４Ａ２に挟まれて第１磁性体３０Ａを収容する第１収容部３４Ａ３と、を連続して一体に有している。
第２収容孔３４Ｂは、第１収容孔３４Ａと同様に、中心線３８の側に位置する第２内側空隙部３４Ｂ１と、径方向外側に位置する第２外側空隙部３４Ｂ２と、第２内側および第２外側空隙部３４Ｂ１，３４Ｂ２に挟まれて第２磁性体３０Ｂを収容する第２収容部３４Ｂ３と、を連続して一体に有している。

本明細書中において、第１および第２収容孔３４Ａ，３４Ｂを総称するときは、単に「収容孔３４」と呼ぶ。また、第１および第２収容部３４Ａ３，３４Ｂ３を総称するときは、単に「収容部３４−３」と呼ぶ。

磁性体３０は、収容孔３４の収容部３４−３に収容された状態で、収容部３４−３における径方向（図２参照）の内壁面に対して不図示の接着剤等を用いて固定される。
一つの磁極部３３を構成する一対の磁性体３０に係る磁石極性は、径方向外側を向く側が互いに同一となり、かつ、隣り合う磁極部３３とは逆向きになるように設定されている。

磁性体３０のうち例えば硬磁性体３１には、磁化が起こり易い磁化容易方向と、磁化が起こり難い磁化困難方向とがある。図２に示す例では、硬磁性体３１の磁化容易方向３５（図２の矢印参照）は、ロータ１５の径方向外側を指向している。

磁性体３０の一部を構成する硬磁性体３１のうち磁化容易方向３５に存する一側面４１には、例えば図２，図３〜図１２に示すように、不図示の接着剤等を介して、軟磁性体３２が接着固定されている。軟磁性体３２は、前記したように、硬磁性体３１に係る残留磁束密度と比べて低い飽和磁化特性を有すると共に、ロータ１５の素材である電磁鋼板の最大透磁率と比べて高い最大透磁率特性を有する。
これにより、軟磁性体３２は、硬磁性体３１に係る磁石磁束を低減する機能を発揮する。

［磁性体３０の積層構造］
図３は、図２に示す磁極部３３において磁石磁束発生機能を有する磁性体３０のうち軟磁性体３２に係る第１積層構造３２−１を拡大して表す正面図である。図４は、図３に示す磁性体３０のうち硬磁性体３１の積層構造を表す正面図である。図５は、図４に示す磁性体３０を矢視方向から視た側面図である。図６は、図５に示す磁性体３０の変形例を表す側面図である。

図７は、図２に示す磁極部３３において磁石磁束発生機能を有する磁性体３０のうち軟磁性体３２に係る第２積層構造３２−２を拡大して表す正面図である。図８は、図７に示す磁性体３０のうち硬磁性体３１の積層構造を表す正面図である。図９は、図８に示す磁性体３０を矢視方向から視た側面図である。図１０は、図９に示す磁性体３０の変形例を表す側面図である。図１１は、図１０に示す磁性体３０の変形例を表す側面図である。
図１２は、図２に示す磁極部３３において磁石磁束発生機能を有する磁性体３０のうち軟磁性体３２に係る第３積層構造３２−３を拡大して表す正面図である。

磁化容易方向３５に沿って延びる硬磁性体３１の高さ寸法ｄ１は、例えば図３，図７に示すように、磁化容易方向３５に沿って延びる軟磁性体３２の高さ寸法ｄ２と比べて高く設定されている。磁化容易方向３５は、本発明の「磁化方向」に相当する。

磁性体３０の一部を構成する軟磁性体３２は、例えば、第１積層構造をとる第１軟磁性体３２−１（図３〜図６参照）と、第２積層構造をとる第２軟磁性体３２−２（図７〜図１１参照）と、第３積層構造をとる第３軟磁性体３２−３（図１２参照）とに分けられる。

〈第１磁性体３０−１〉
第１磁性体３０−１は、例えば図３に示すように、硬磁性体３１のうち磁化容易方向３５に存する一側面４１に、第１積層構造をとる第１軟磁性体３２−１を設けて構成されている。
第１磁性体３０−１のうち第１軟磁性体３２−１は、図３に示すように、磁化容易方向３５に、平板状の軟磁性体３２ａ１，３２ｂ１，３２ｃ１，３２ｄ１を複数枚積層させて構成されている。複数枚の軟磁性体３２ａ１，３２ｂ１，３２ｃ１，３２ｄ１のそれぞれは、均一な高さ寸法ｄ３を呈している。複数枚の軟磁性体３２ａ１，３２ｂ１，３２ｃ１，３２ｄ１同士は、不図示の接着剤を用いて相互に接着されている。

第１磁性体３０−１のうち硬磁性体３１は、図４の矢印Ｖに示すように、磁化容易方向３５と直交する幅方向に、平板状の硬磁性体３１ａを複数積層させて構成されている。複数枚の硬磁性体３１ａのそれぞれは、均一な幅寸法を呈している。複数枚の硬磁性体３１ａ同士は、接着剤を用いて相互に接着されている。

第１磁性体３０−１のうち硬磁性体３１は、図５に示すように、軸方向に沿って一体に延伸するように構成されている。
ただし、第１磁性体３０−１の変形例として、図６に示すように、軸方向に沿って平板状の硬磁性体３１ａを複数積層することで硬磁性体３１を構成しても構わない。

〈第２磁性体３０−２〉
第２磁性体３０−２は、例えば図７に示すように、硬磁性体３１のうち磁化容易方向３５に存する一側面４１に、第２積層構造をとる第２軟磁性体３２−２を設けて構成されている。
第２磁性体３０−２のうち第２軟磁性体３２−２は、図７に示すように、磁化容易方向３５に直交する方向に、平板状の軟磁性体３２ａ２，３２ｂ２，３２ｃ２，…，３２ｓ２，３２ｔ２を複数積層させて構成されている。複数枚の軟磁性体３２ａ２，３２ｂ２，３２ｃ２，…，３２ｓ２，３２ｔ２のそれぞれは、均一な幅寸法ｄ４を呈している。複数枚の軟磁性体３２ａ２，３２ｂ２，３２ｃ２，…，３２ｓ２，３２ｔ２同士は、不図示の接着剤を用いて相互に接着されている。

第２磁性体３０−２のうち硬磁性体３１は、図８の矢印IXに示すように、磁化容易方向３５と直交する幅方向に、平板状の硬磁性体３１ａを複数積層させて構成されている。複数枚の硬磁性体３１ａのそれぞれは、均一な幅寸法を呈している。複数枚の硬磁性体３１ａ同士は、接着剤を用いて相互に接着されている。

第２磁性体３０−２のうち硬磁性体３１は、図９に示すように、軸方向に沿って一体に延伸するように構成されている。
ただし、第２磁性体３０−２の変形例として、図１０に示すように、軸方向に沿って平板状の硬磁性体３１ａを複数積層することで硬磁性体３１を構成しても構わない。

さらに、図１０に示す第２磁性体３０−２の変形例に係る第２磁性体３０−２Ｂとして、図１１に示すように、軸方向に沿って方形状の軟磁性体３２−２ａ（ただし、軟磁性体３２ａは、図７等に示す軟磁性体３２ａ２，３２ｂ２，３２ｃ２，…，３２ｓ２，３２ｔ２と比べて薄肉に形成されている。）を複数積層することで第２軟磁性体３２−２Ａを構成しても構わない。

〈第３磁性体３０−３〉
第３磁性体３０−３は、図１２に示すように、硬磁性体３１のうち磁化容易方向３５に存する一側面４１に、第３積層構造をとる第３軟磁性体３２−３を設けて構成されている。なお、第３積層構造とは、第１積層構造と第２積層構造との組み合わせに係る軟磁性体３２の積層構造である。

第３磁性体３０−３のうち第３軟磁性体３２−３は、図１２に示すように、軸方向および磁化容易方向３５の両方に沿って分割した方形棒状の軟磁性体３２−３ａを、軸方向および磁化容易方向３５に沿って複数積層させて構成されている。複数の軟磁性体３２−３ａのそれぞれは、均一な高さ寸法および軸方向長さ寸法を呈している。複数の軟磁性体３２−３ａ同士は、接着剤を用いて相互に接着されている。

［比較例に係る回転電機１１１の基本構成］
次に、比較例に係る回転電機１１１の基本構成について、図１３および図１４を参照して詳細に説明する。
図１３は、比較例に係る回転電機１１１の正面図である。図１４は、図１３に示す比較例に係る回転電機１１１に備わるロータ１１５に設けた磁極部１３３の周辺を拡大して表す図である。
図１３に示すように、比較例に係る回転電機１１１は、円環状のステータ１１３およびロータ１１５を備えて構成されている。
ステータ１１３は、本発明に係るステータ１３と同様に、ステータコア１２１と、ステータコア１２１に備わる複数のスロット１２３と、複数のスロット１２３のそれぞれに設けられたステータコイル１２５と、を有して構成される。
ステータコア１２１は、全体として円筒状に形成される。ステータコア１２１は、円環状に形成された複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層して構成される。
図１４に示すように、円環状のロータ１１５は、ステータ１１３の内周面と僅かな空隙ＧＰを介して対向配置される。

図１３および図１４に示すように、ロータ１１５は、本実施形態に係るロータ１５と同様に、ロータコア１２７および磁極部１３３を備える。図１３に示すように、ロータコア１２７には、円筒状の内周側面を有する通孔１１７が開設されている。ロータコア１２７の通孔１１７には回転軸１１９が、通孔１１７の内周側面に回転軸１１９の外周側面を接合させて嵌め合わせられる。これにより、ロータコア１２７の通孔１１７に回転軸１１９が嵌合固定される。
ロータコア１２７は、ステータコア１２１と同様に、円環状に形成された複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層して構成される。
ロータコア１２７には、軸方向に真っ直ぐに延びる磁性体１３０を有する磁極部１３３が、周方向に所定の間隔を置いて複数備わっている。また、ロータコア１２７には、磁性体１３０を収容するための収容孔１３４が、周方向に所定の間隔を置いて複数備わっている。

ロータコア１２７は、収容孔１３４の端面から収容孔１３４内に延びる複数の凸部１２８を有し、複数の凸部１２８は磁性体１３０を挟むように成形される。凸部１２８は、磁性体３０の保持・位置決めのための爪部に対応する。
また、凸部１２８と磁性体１３０とが接する面には、応力を分散するための冷熱応力逃げ部１２９が設置されている。
さらに、ロータコア１２７には、略三角形状の空洞部１４０が、軸方向（図１３参照）の全長に渡って形成されている。

磁性体１３０は、略矩形状の横断面を有する棒状の磁性部材によって形成される。磁性体１３０の長さは、ロータ１１５の軸方向全長と略同等の長さに設定されている。また、硬磁性体１３１のみから形成される磁性体１３０の高さ寸法（径方向寸法）および幅寸法（周方向寸法）は、本発明に係る磁性体３０のうち硬磁性体３１の高さ寸法（径方向寸法）および幅寸法（周方向寸法）と同等に設定されている。

図１３および図１４に示すように、本比較例に係る磁性体１３０は、硬磁性体１３１のみから形成されている。磁性体１３０が硬磁性体１３１のみから形成される点が、本比較例に係る回転電機１１１と、本実施形態に係る回転電機１１との主な相違点である。
硬磁性体１３１は、硬磁性材料よりなる。硬磁性材料としては、本発明に係る回転電機１１と同様に、高トルク密度化を実現可能な、高磁気特性を有するネオジム磁石等の希土類磁石が用いられる。

図１３および図１４に示す例では、一つの磁極部１３３は、一対の磁性体１３０Ａ，１３０Ｂを組み合わせて構成されている。
本明細書中において、一対の磁性体１３０Ａ，１３０Ｂを総称するときは、単に「磁性体１３０」と呼ぶ。

一対の磁性体１３０Ａ，１３０Ｂは、図１４に示すように、径方向に延びる中心線１３８に対して線対称に、径方向（図１４参照）外側に傾斜しつつ略Ｖ字形状を描くように配設されている。
一対の磁性体１３０Ａ，１３０Ｂを収容するために、ロータ１１５には、図１３および図１４に示すように、一対の収容孔１３４Ａ，１３４Ｂが開設されている。一対の収容孔１３９Ａ，１３４Ｂは、一対の磁性体１３０Ａ，１３０Ｂと同様に、中心線１３８に対して線対称に、径方向（図１４参照）外側に傾斜しつつ略Ｖ字形状を描くように配設されている。
本明細書中において、一対の収容孔１３４Ａ，１３４Ｂを総称するときは、単に「収容孔１３４」と呼ぶ。

磁性体１３０は、収容孔１３４に収容された状態で、収容孔１３４における径方向（図１４参照）の内壁面に対して不図示の接着剤等を用いて固定される。
一つの磁極部１３３を構成する一対の磁性体１３０に係る磁石極性は、本発明に係る回転電機１１と同様に、径方向外側を向く側が互いに同一となり、かつ、隣り合う磁極部１３３とは逆向きになるように設定されている。

［本実施形態に係る回転電機１１の作用効果］
次に、本実施形態に係る回転電機１１の作用効果について、比較例に係る回転電機１１１と対比しながら、適宜図面を参照しつつ説明する。
図１５は、本実施形態に係る回転電機１１に備わるロータ１５に設けた磁極部３３の周辺の磁束密度および磁束線図を示す図である。図１６は、比較例に係る回転電機１１１に備わるロータ１１５に設けた磁極部１３３の周辺の磁束密度および磁束線図を示す図である。図１５および図１６において、磁束密度を、濃淡の粗密で表記している。磁束密度が高い場合は、濃淡を密に、磁束密度が低くなるほど濃淡を粗で表している。

図１６に示すように、比較例に係る回転電機１１１は、ロータコア１２７の凸部１２８と磁性体１３０とが接する面に冷熱応力逃げ部１２９が設置されている。磁性体１３０が接する面に冷熱応力逃げ部１２９があるので、図１６の符号ａに示すように、磁束が通りにくい。このため、磁束通路が制限され、トルク密度および減磁耐力が低下する原因となる。

これに対して、図１５に示すように、本実施形態に係る回転電機１１は、冷熱応力逃げ部がない。冷熱応力逃げ部がないので、磁束通路が確保され、トルク密度および減磁耐力を向上させることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る回転電機１１は、ロータ１５が、収容孔３４の端面から収容孔３４内に延びて磁性体３０を挟むように成形された複数の凸部２８を有し、複数の凸部２８は、磁性体３０は硬磁性体３１および軟磁性体３２からなり、磁化方向に積層させて設けられ、軟磁性体３２は、凸部２８を有する収容孔３４の端部に面するように設けられる。

この構成により、磁性体３０の収容孔３４の端面に接する部分を、低飽和磁化材料である軟磁性体３２とすることで、電磁鋼板と低飽和磁化材料との線膨張係数差が、電磁鋼板と永久磁石との線膨張係数差よりも格段に小さくなる。これにより、電磁鋼板と永久磁石との線膨張係数差で発生する冷熱応力逃げ部を作る必要がなくなり、磁束通路が確保されるため、トルク密度が向上する。

また、軟磁性体３２（低飽和磁化材料）が、磁石に接着しているため、磁石の爪部が損傷する懸念がなくなり、磁石角部のＲを作る必要がないため空隙を設ける必要がなくなる。これにより、磁束の通路が確保され、トルク密度および減磁耐力を向上させることが可能になる

また、本実施形態では、軟磁性体３２の厚みは、凸部２８の磁化方向高さと比較して厚くなるように形成されている。これにより、磁石の温度が下がり、磁化直行方向に膨張したとしても、凸部２８への応力をかけることなく、軟磁性体３２を凸部２８を有する収容孔３４の端部に、確実に面するように設置することができる。

また、本実施形態では、軟磁性体３２は、軟磁性材料を複数積層して形成されている。これにより、磁化方向に磁石磁束の変動が生じた際に軟磁性体３２に生じる渦電流損を低減する効果を期待することができる。

また、本実施形態では、軟磁性材料同士が積層する積層面は、磁化方向に直交する方向を向いて広がっている（図３〜図６に示す第１積層構造をとる第１軟磁性体３２−１、および図１２に示す第３積層構造をとる第３軟磁性体３２−３参照）。これにより、軟磁性体３２を構成する軟磁性材料の積層数を抑制しながら、磁化方向に磁石磁束の変動が生じた際に軟磁性体３２に生じる渦電流損を低減することができる。

また、本実施形態では、軟磁性材料同士が積層する積層面は、磁化方向を向いて広がっている（図７〜図１１に示す第２積層構造をとる第２軟磁性体３２−２、および図１２に示す第３積層構造をとる第３軟磁性体３２−３参照）。これにより、磁化方向に磁石磁束の変動が生じた際に軟磁性体３２に生じる渦電流損を一層低減することができる。

また、本実施形態では、軟磁性体は、前記硬磁性体の残留磁束密度よりも、飽和磁束密度の低い性質を有する。そのため、軟磁性体３２は硬磁性体３１に係る磁石磁束を低減するように働くので、磁化方向に磁石磁束の変動が生じた際に軟磁性体３２に生じる渦電流損を一層低減することができる。

上記回転電機１１を駆動源として搭載する車両によれば、重量および体格の増大を招来することなく、高効率運転を実現可能な回転電機１１を駆動源として搭載した車両を得ることができる。

［変形例］
〈変形例１〉
図１７は、本実施形態の変形例１に係る回転電機に備わるロータ１５に設けた磁極部３３の周辺を拡大して表す図である。図２と同一構成部分には同一番号を付して重複箇所の説明を省略する。
変形例１は、爪部（凸部）が磁性体３０のロータ外周側にある場合の例である。

図１７に示すように、ロータコア２７は、収容孔３４の端面から収容孔３４内に延びる複数の凸部２９を有し、複数の凸部２９は磁性体３０のロータ外周側にあって、磁性体３０を挟むように成形される。本変形例にあっても、図１〜図１２の回転電機１１と同様に、冷熱応力逃げ部は廃止されている。

変形例１によれは、本実施形態と同様に、冷熱応力逃げ部を作る必要がなくなるので、図１〜図１２の回転電機１１と同様の効果、すなわち、磁束通路が確保され、トルク密度が向上する効果を得ることができる。

〈変形例２〉
図１８は、本実施形態の変形例２に係る回転電機に備わるロータ１５に設けた磁極部３３の周辺を拡大して表す図である。図１７と同一構成部分には同一番号を付して重複箇所の説明を省略する。
変形例２は、爪部（凸部）が磁性体３０のロータ内周側と外周側にある場合の例である。

図１８に示すように、磁性体３０のロータ内周側にあって、磁性体３０を挟むように成形された複数の凸部２８と、磁性体３０のロータ外周側にあって、磁性体３０を挟むように成形された複数の凸部２９と、を有する。本変形例にあっても、図１〜図１２の回転電機１１と同様に、冷熱応力逃げ部は廃止されている。

変形例２によれば、冷熱応力逃げ部を作る必要がなくなるので、図１〜図１２の回転電機１１と同様の効果、すなわち、磁束通路が確保され、トルク密度が向上する効果を得ることができる。
また、変形例２によれば、磁性体３０は、ロータ内周側に設けられた凸部２８と、ロータ外周側に設けられた凸部２９とによる周方向の上下両面側から、より確実に保持される。同様の理由で、凸部（爪部）の損傷による回転電機１１の故障を未然に防止することができる。

以上説明した複数の実施形態は、本発明の具現化の例を示したものである。したがって、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならない。本発明はその要旨またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形態で実施することができるからである。

例えば、本発明に係る回転電機１１の説明において、軟磁性体３２は、硬磁性体３１の磁化方向であって、硬磁性体３１における径方向外側に積層させて設けられる態様を例示して説明したが、本発明はこの例に限定されない。

軟磁性体３２は、硬磁性体３１の磁化方向であって、硬磁性体３１における径方向内側に積層させて設けられる態様を採用してもよい。
また、硬磁性体３１をその磁化方向に複数に分割し、分割された硬磁性体３１同士の間に軟磁性体３２を挟み込んで積層させるように軟磁性体３２を設ける態様を採用してもよい。

また、本発明に係る回転電機１１の基本構成に関する説明において、磁極部３３の構成要素である磁性体３０、および収容孔３４の数量・形状は、回転電機１１としての回転性能を妨げないのであれば、いかなる数量・形状であっても構わない。

また、本発明に係る回転電機１１の基本構成に関する説明において、「１２」の磁極部３３、「７２」のスロット２３を備える構成の回転電機１１を例示して説明したが、本発明はこの例に限定されない。
磁極部３３・スロット２３の数量は、回転電機１１としての回転性能を妨げないのであれば、いかなる数量であっても構わない。

また、本発明に係る回転電機１１の基本構成に関する説明において、横断面が矩形状の磁性体３０の高さ寸法（径方向寸法）および幅寸法（周方向寸法）は、回転電機１１の出力特性への影響を実験・シミュレーションを通して求めた結果と、目標となる出力特性とを比較衡量した上で、適宜の寸法を設定すればよい。

また、本発明に係る回転電機１１は、例えば、ハイブリッド車（車両）に搭載される薄型のモータやジェネレータである。ハイブリッド車両に限らず、回転電機１１を備えた車両であれば、これに限らない。例えば、ハイブリッド車両は、エンジンを有さずモータのみを駆動源とする電気自動車または燃料電池車両であってもよい。

１１ 回転電機
１３ ステータ
１５ ロータ
２１ ステータコア
２５ ステータコイル（コイル）
２８，２９ 凸部（爪部）
３０ 磁性体
３１ 硬磁性体
３２ 軟磁性体
３４ 収容孔

Claims (7)

1. ステータコアおよび当該ステータコアに設けられるコイルを有する円環状のステータと、
   駆動軸方向に延びる磁性体の収容孔が周方向に複数設けられるロータコアを有し、前記ステータの内周面と空隙を介して対向配置される円環状のロータと、を備える回転電機であって、
   前記ロータは、前記収容孔の端面から当該収容孔内に延びて前記磁性体を挟むように成形された複数の凸部を有し、
   前記磁性体は、硬磁性体および軟磁性体からなり、磁化方向に積層させて設けられ、
   前記軟磁性体は、前記凸部を有する前記収容孔の端部に面するように設けられ、
   前記軟磁性体の厚みは、前記凸部の磁化方向高さと比較して厚くなるように形成されている
   ことを特徴とする回転電機。
2. 前記ロータコアは、円環状に形成された複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層して構成されており、
   前記軟磁性体は、前記電磁鋼板との線膨張係数差が、前記電磁鋼板と前記硬磁性体との線膨張係数差より小さい
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記軟磁性体は、軟磁性材料を複数積層して形成されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
4. 前記軟磁性材料同士が積層する積層面は、前記磁化方向に直交する方向を向いて広がっている
   ことを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
5. 前記軟磁性材料同士が積層する積層面は、前記磁化方向を向いて広がっている
   ことを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
6. 前記軟磁性体は、前記硬磁性体の残留磁束密度よりも、飽和磁束密度の低い性質を有する
   ことを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか一項に記載の回転電機。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の回転電機を駆動源として搭載してなる
   ことを特徴とする回転電機を備える車両。