(57)【要約】      （修正有）【課題】高出力な回転電気機械を提供する。【解決手段】ロータ本体２０ａの軸方向の両端部は、ステータの軸方向の端部より突出した磁性体からなる突出部２９を有し、突出部２９は、ヨーク磁石２３に隣接する突出部２９には、ヨーク磁石２３と同一の磁界を有し、隣接するヨーク磁石２３の磁界が対向している吹出し磁極磁石２１イに隣接する突出部２９には、吹出し磁極磁石２１イに磁界２６を対向するように軸磁石２５を配列し、ロータ２０は、吹出し磁極磁石２１イの磁界２２の方向に、磁極磁石２１イの磁界２２、ヨーク磁石２３の磁界２４、補助磁石２７の磁界２８、及び軸磁石２５の磁界２６を合わせた集中磁束２２ａを有する。【選択図】図１
2020078220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心と巻線を有するステータと、永久磁石を有するロータと、前記ステータの軸と前記ロータの回転軸が同軸である回転電気機械において、前記ロータは、周方向に磁界を径外方向と径内方向とに交互に配列した磁極磁石と、前記磁極磁石の間の周方向に磁界を回転方向と反回転方向に交互に配列したヨーク磁石と、を有したロータ本体と、前記ロータ本体の軸方向の両端部は、前記ステータの軸方向の端部より突出した磁性体からなる突出部を有し、前記突出部は、前記ヨーク磁石に隣接する前記突出部には、前記ヨーク磁石と同一の磁界を有する補助磁石と、隣接する前記ヨーク磁石の磁界が対向している磁束の吹出し磁極磁石に隣接する前記突出部には、前記吹出し磁極磁石に磁界を対向するように配列された軸磁石と、及び／又は、隣接する前記ヨーク磁石の磁界が逆対向している磁束の吸込み磁極磁石に隣接する前記突出部には、前記吸込み磁極磁石に磁界を逆対向するように配列された軸磁石と、を有し、前記ロータは、前記吹出磁極磁石の磁界の方向に、前記磁極磁石の磁界、前記ヨーク磁石の磁界、前記補助磁石の磁界、及び前記軸磁石の磁界を合わせた集中磁束を有し、前記ステータは、前記集中磁束の方向に配したことを特徴とする回転電気機械。
【請求項２】
前記突出部の前記同軸方向の長さは、前記ステータの前記同軸上の長さの１０％以上３０％以下であることを特徴とする請求項１に記載する回転電気機械。
【請求項３】
前記鉄心は、コバルトを含有する磁性鋼板であることを特徴とする請求項１又は２に記載する回転電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、回転電気機械に用いられる永久磁石を有するロータに関する。
【背景技術】
【０００２】  レース車用、航空機用、ドローンなどに使用される発電機やモータなどの回転電気機械は、特に小型・高出力が重視される。従来、回転電気機械の小型・高出力にする方法として、永久磁石を有するロータの永久磁石を大きく設計することが行われている。近年、永久磁石のロータ上の配列構造として「ハルバッハ配列」が注目されている。例えば、特許文献１に記載されている特殊な磁石配列構造、いわゆるハルバッハ配列が用いられている。このハルバッハ配列の磁石は、ロータの径方向とその直交関係の周方向とに交互に配列される（二次元の円環状ハルバッハ配列）ことで、磁束を磁極中心に集中させて磁束量を増大させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−３８９６８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  しかし、更に高性能を求めるＦ１レースなどの車用、航空機用、ドローンなどには、更に高出力な回転電気機械が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  上記課題を解決するために、以下の発明がある。発明１は、鉄心と巻線を有するステータと、永久磁石を有するロータと、ステータの軸とロータの回転軸が同軸である回転電気機械において、ロータは、周方向に磁界を径外方向と径内方向とに交互に配列した磁極磁石と、磁極磁石の間の周方向に磁界を回転方向と反回転方向に交互に配列したヨーク磁石と、を有したロータ本体と、ロータ本体の軸方向の両端部は、前記ステータの軸方向の端部より突出した磁性体からなる突出部を有し、突出部は、ヨーク磁石に隣接する突出部には、ヨーク磁石と同一の磁界を有する補助磁石と、隣接する前記ヨーク磁石の磁界が対向している磁束の吹出し磁極磁石に隣接する前記突出部には、吹出し磁極磁石に磁界を対向するように配列された軸磁石と、及び／又は、隣接するヨーク磁石の磁界が逆対向している磁束の吸込み磁極磁石に隣接する突出部には、吸込み磁極磁石に磁界を逆対向するように配列された軸磁石と、を有し、ロータは、吹出し磁極磁石の磁界の方向に、磁極磁石の磁界、ヨーク磁石の磁界、補助磁石の磁界、及び軸磁石の磁界を合わせた集中磁束を有し、ステータは、集中磁束の方向に配したことを特徴とする回転電気機械である。発明２は、突出部の同軸方向の長さは、ステータの同軸上の長さの１０％以上３０％以下であることを特徴とする発明１に記載する回転電気機械である。発明３は、鉄心は、コバルトを含有する磁性鋼板であることを特徴とする発明１又は２に記載する回転電気機械である。
【発明の効果】
【０００６】  従来に比べ性能である平均トルクが、発明１又は発明２のロータにより約１０〜１４％、発明３のロータにより５〜１５％向上する。発明４のステータにより、発明１乃至３に比べ約１５％向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態のロータの構造。
【図２】インナーロータ型の回転電力機械のステータとロータ。
【図３】第１実施形態の（ａ）吹出型の１極構成、（ｂ）に吸込み型の１極構成
【図４】第２実施形態の（ａ）吹出型の１極構成、（ｂ）に吸込み型の１極構成
【図５】第３実施形態の（ａ）吹出型の１極構成、（ｂ）に吸込型の１極構成
【図６】８極ロータの吹出型の１極のＦＥＡによる設計。
【図７】ステータ１０の磁束密度のＦＥＡ解析。（ａ）従来例、（ｂ）第２実施形態
【図８】回転角（°）に対するトルク（Ｎｍ）。（ａ）従来例、（ｂ）第２実施形態
【図９】磁束解析による集中磁束の流れ
【図１０】第４実施形態の突出部の長さ。
【図１１】軸磁石の長さの効果。（ａ）平均トルク、（ｂ）集中磁束
【図１２】第５実施形態のステータの飽和磁束の緩和
【図１３】ステータを高飽和磁束材料とする効果。（ａ）従来、（ｂ）高飽和磁束材料
【図１４】ハルバッハ配列構造による磁界の集中
【発明を実施するための形態】
【０００８】  以下、本発明を適用した回転電気機械１の実施形態について図面を用いて説明する。
【０００９】（ハルバッハ配列）  図１４に、平面状のハルバッハ配列構造による磁界の集中を示す。ロータ１２０は、永久磁石である磁極磁石１２１とヨーク磁石１２３からなる。図中の矢印は永久磁石の磁界を表す。磁極磁石１２１の磁界１２２が一方である上向きと他方であるその反対方向の下向きになるように、磁極磁石１２１を交互に配列する。磁極磁石１２１の間にヨーク磁石１２３を、ヨーク磁石１２３の磁界１２４を水平方向の一方である右方向と他方である左方向に交互に配列する。よって、ヨーク磁石１２３の磁力１２４を、左右の両方から集合する形で受ける（以下、磁力が対向すると記す）磁極磁石１２１イと、左右の両方へ離散する形で受ける（以下逆対向と記す）磁極磁石１２１ロが交互に配置される。ロータ１２０の集中磁束１２２ａは、磁極磁石１２１イの磁界１２２の方向から吹出され（吹出し磁極磁石と記す）、隣接する磁極磁石１２１ロの磁界１２２の方向に吸込まれる（吸込み磁極磁石と記す）。ロータ１２０は集中磁束１２２ａを有するので、ステータ１１０は、集中磁束１２２ａの方向に配される。ロータ１２０は集中磁束１２２ａにより、ステータ１１０に配置された巻き線１１３とそこに流れる電流による電磁力を高めることができる。
【００１０】（第１実施形態）  図１に、第１実施形態のロータ２０の構造を示す。ロータ２０は、永久磁石である磁極磁石２１を、周方向に磁界２２を径外方向と径内方向とに交互に配列し、磁極磁石２１の間に永久磁石であるヨーク磁石２３を、磁界２４を周方向回転方向と反回転方向に交互に配列しでロータ本体２０ａを構成する。即ち、ロータ本体２０ａは吹出し磁極磁石２１イと吸込み磁極磁石２１ロが交互に配されている。ロータ本体２２ａの軸方向の両端部には、ステータ１０の軸方向の端部より突出したリング形状の磁性体からなる突出部２９を有する。突出部２９は、ヨーク磁石２３に隣接する突出部２９には、ヨーク磁石２３と同一の磁界２８を有する永久磁石である補助磁石２７を配する。吹出し磁極磁石２１イ（隣接するヨーク磁石２３の磁界２４が対向している）に隣接する突出部２９には、永久磁石である軸磁石２５の磁界２６を、吹出し磁極磁石２１イに対向するように配列する。また、吸込み磁極磁石２１ロ（隣接するヨーク磁石２３の磁界２４が逆対向している）に隣接する突出部２９には、磁性体である通路部材３７を配列する。よって、リング形状の突出部２９は、軸磁石２５、補助磁石２７、通路部材３７を有する。この構成により、ロータ２０は、吹出し磁極磁石２１イの磁界２２の方向に吹出され、吸込み磁極磁石２１ロの磁界２２の方向に吸込まれる集中磁束２２ａを有する。磁極磁石２１ロに吸込まれた集中磁束２２ａは、ヨーク磁石２３を経由、または順に通路部材３７、補助磁石２７、軸磁石２５を経由（両端の２系統）して隣接する２つの磁極磁石２１イに戻る。回転電気機械１は、ステータ１０をロータ２０の集中磁束２２ａの方向に配される。ステータ１０は鉄心１１と巻線１３を有し、ステータ１０の軸とロータ２０の回転軸３１が同軸である。ステータ１０の回転軸３１方向の長さは、ロータ２０の本体部の回転軸３１方向の長さとほぼ同じであり、ステータ１０とロータ２０は並列に配される。ここで、ヨーク磁石２３の磁界２４とその両端の補助磁石２７の磁界２８は同じ方向であるので、ヨーク磁石２３とその両端の補助磁石２７は一体で構成してもよい。
【００１１】  図２に、第１実施形態のインナーロータ型の回転電力機械１のステータ１０とロータ２０を示す。図２（ａ）は、ロータ２０全体に対する１極分のステータ１０を示す。ステータ１０は鉄心１１と巻き線１３からなる（巻線１３は図示せず。以下同じ）。回転電力機械１は、ロータ２０がステータ１０の内側にあるインナーロータ型の構造である。ステータ１０の軸とロータ２０の回転軸３１が同軸である。ロータ２０は、回転軸３１に対して回転方向３３に回転する。回転方向３３は逆回転方向でもよい。ロータ２０の軸方向の両端部には、ステータ１０の軸方向の端部より突出した突出部２９（片側のみ図示）を有している。突出部２９には、補助磁石２７ｈと、軸磁石２５又は通路部材３７が配列されている。図２（ｂ）は１極分のステータ１０とロータ２０を示す。
【００１２】  図３は、１極分のステータ１０に対する１極分のロータ１０の構成を示す。図２（ａ）は吹出し磁極３５イを示す。吹出し型極３５イは、吹出し磁極磁石２１イ、一対の軸磁石２５、一対のヨーク磁石２３ｈ、及び２対の補助磁石２７を有する。軸磁石２５は、吹出し磁極磁石２ロイに磁界２５を対向させて配される。吹出し磁極磁石２１イに磁界２６を対向させて軸磁石２５を配列することにより、吹出磁極磁石２１イから吹出される集中磁束２２ａを大きくする。図３（ｂ）は、吸込み磁極３５ロを示す。吸込み磁極３５ロ、吸込み磁極磁石２ロ、一対の通路部材３７、一対のヨーク磁石２３ｈ、及び２対の補助磁石２７を有する。ヨーク磁石２３ｈは、周方向の厚みがヨーク磁石２３の半分である。補助磁石２７ｈは同様に解析上周方向の厚みが補助磁石２７の半分である。ここでロータ２０は、図３（ａ）の吹出し磁極３５イと図３（ｂ）に吸込み磁極３５ロを、ヨーク磁石２３ｈの磁界２４がそれぞれ同じ向きになるように配される。即ち、吹出し磁極３５イの「あ」面と吸込み磁極３５ロの「あ」面、吹出し磁極３５イの「い」面と吸込み磁極３５ロの「い」面が接するように配される。ここで、ロータ２０が８極の場合、４つの吹出し磁極３５イと４つの吸込み磁極３５ロが、交互に配され、１極の回転方向の角度は４５°となる。
【００１３】（第２実施形態）  第２実施形態は、吹出し磁極３５イに通路部材３７、吸込み磁極３５ロに軸磁石２５を用いる。図４（ａ）は、吹出し磁極３５イを示す。図４（ｂ）は、吸込み磁極３５ロを示す。軸磁石２５は、吸込み磁極磁石２ロに磁界２５を逆対向させて配される。吸込み磁極磁石２１ロに磁界２６を逆対向させて軸磁石２５を配列することにより、吸込み磁極磁石２１ロに吸引される集中磁束２２ａを大きくする。第２実施形態で発生される集中磁束２２ａの大きさは、第１実施形態で発生される集中磁束２２ａの大きさと同等である。使用される永久磁石の磁界を合わせた大きさが等価だからである。
【００１４】（第３実施形態）  第３実施形態は、第１実施形態及び第２実施形態における通路部材３７の代わりに軸磁石２５を配列したことを特徴とする。図５に、第３実施形態のロータを示す。図５（ａ）に吹出し磁極３５イの構成を示す。回転軸３１回りの回転方向３３を示す。中央に吹出し磁極磁石２１イが径外方向に磁界２２となるように配してある。周方向回転方向に磁極磁石２１イを介して一対のヨーク磁石２３ｈがその磁界２４を対向させて配置されている。回転軸３１の方向の突起部２９には、磁極磁石２１イを介して一対の軸磁石２５がその磁界２６を対向させて配置されている。ヨーク磁石２３と軸磁石２５の４つの交差部には、補助電極２７ｈが配されている。補助電極２７は、ヨーク電極２３と一体となり磁界の方向は同一である。図５（ｂ）に吸込み磁極３５の構成を示す。中央に吸込磁極磁石２１ロが径内方向に磁界２２となるように配してある。周方向回転方向に磁極磁石２１ロを介して一対のヨーク磁石２３ｈがその磁界２４を逆対向させて配置されている。回転軸３１の方向の突起部２９には、磁極磁石２１ロを介して一対の軸磁石２５がその磁界２６を逆対向させて配置されている。ヨーク磁石２３と軸磁石２５の４つの交差部には、補助電極２７ｈが配されている。補助電極２７は、ヨーク電極２３と一体となり磁界の方向は同一である。また、軸磁石２５に吸引された集中磁束２２ａは、隣接する補助磁石２７ｈに流れる。
【００１５】  図６に、第３実施形態の８極ロータの有限要素解析法Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ａｎａｌｙｓｉｓ（以下、ＦＥＡと記す）による設計例を示す。図６（ａ）は、吹出し磁極３５イである径外方向の磁界２２を有する磁極磁石２１を含む１極と隣接するヨーク磁石２３ｈを示す。ステータ１０のコア外径Φ１６４ｍｍ、積厚（回転軸３１方向）５０ｍｍの回転電気機械１の内部にロータ２０を設置する。ロータ２０の磁極磁石２１及びヨーク磁石２３ｈの回転軸方向の長さは５０ｍｍであり、ステータ１０と５０ｍｍ重なっている。突起部２９（軸磁石２５）の回転軸３１方向の軸長さは２０ｍｍである。図６（ｂ）にＦＥＡによる磁界の設計に用いた磁界の初期値を示す。磁極磁石２１の磁界２２（径外方向）を示す。ヨーク磁石２３ｈイの磁界２４イとーク磁石２３ｈロの磁界２４ロは対向している。軸磁石２５イの磁界２６イと軸磁石２５ロの磁界２６ロは対向している。補助磁石２７ｈイの磁界２８イと補助磁石２７ｈロの磁界２８ロは対向し、補助磁石２７ｈハの磁界２８ハと補助磁石２７ｈニの磁界２８ニは対向している。
【００１６】  解析条件は、以下である。三次元過渡磁場解析に用いたＦＥＭ解析は、ムラタソフトウェア（株）製のＦｅｍｔｅｔである。永久磁石の特性は、磁極磁石２１、ヨーク磁石２３、軸磁石２５及び補助磁石２７とも同じである。具体的には信越化学Ｎ３６Ｚ＿１４０℃のデータを使用した。体格はΦ１６４、ステータ１０のコア積厚５０ｍｍ、極数は８、スロット数４８、１極１相あたりのスロット数は２、全節巻き、スロット当たりの導体本数は４である。巻き線は全直列、並列数１、Ｙ結線である。１６０Ａ（線間電流振幅値）であり、回転数は３０００ｒｐｍである。鉄心１１の材質は５０Ｈ２３０（新日鉄住金）である。解析条件は、第３実施形態において同じ、第４実施形態において鉄心１１の材質を除いて同じである。
【００１７】  図７に、ステータ１０の磁束密度のＦＥＡ解析結果を示す。図７（ａ）は従来例、図７（ｂ）は第３実施形態示す。従来ステータ１１１に対して第３実施形態のステータ１１の磁束密度がより飽和に近い様相へと明瞭に変化している。
【００１８】  図８に、回転角（°）に対する発生したトルク（Ｎｍ）を示す。図８（ａ）は従来例、図８（ｂ）は第３実施形態を示す。同７中のトルク特性にみると、平均トルクが従来の４１Ｎｍから４７Ｎｍと１４％増加した。これは軸磁石２３、補助磁石２５を持ちることにより集中磁束２２ａが増加したことによる。ここで、第１実施形態及び第２実施形態においても、平均トルクが約１０％増加した（図示せず）。
【００１９】  図９は、図８での平均トルクの増加の原因である集中磁束２２ａの流れの磁束解析の結果を示す。特に、軸磁石２５での磁束がどのように流れているか、また吹出し磁極磁石２１イ、吸込み磁極磁石２２ロの内部の流れ方については周方向や軸方向から入っている形跡はあるかをベクトル方向の変化を解析し観察した。同９（ａ）の空間を含む全体的な流れでは、図７に示されたステータ１０の鉄心１３の高い磁束密度がステータ１０内部の自己漏れ磁束などではなくてロータ２０界磁からの集束であることを示している。またロータ２０内側空間では磁性体がないにも関わらず漏れ磁束は多くなく、磁束の流れは複数の磁石内を通過して完結するハルバッハ配列の磁束流れの特徴を表している。図９（ｂ）は、ロータ２０表面での集中磁束２２ａの密度を示す。吹出し磁極磁石２１イの四辺付近の吹出の集中磁束２２ａ及び吸込み磁極磁石２１ロの四辺付近の吸込みの集中磁束２２ａの密度が高い。吸込み磁極磁石２１ロから吹出し磁極磁石２１イへの集中磁束２２ａの流れは３系統である。第１に隣接するヨーク磁石２３を経由して、磁極磁石２１ロの主に辺部に主に吸込まれる。この集中磁束２２ａは磁極磁石２１イの辺部に流れる。第２に両端の突起部２９を通じて流れる。即ち、吸込み磁極磁石２１ロの四辺付近の吸込みの集中磁束２２ａは、隣接する軸磁石２５から補助磁石２７、そして隣接する軸磁石２５を経由して吹出し磁極磁石２１イに流れる（両端の２系統）。図９（ｃ）は、その磁束の流れ方をベクトルで示したものである。これより周方向よりも軸方向からの磁束供給が多く、今回の軸磁石２５の配列の効果が、軸磁石２５の無い通常の周方向ハルバッハ配列以上に作用し得ることを現象面から根拠づけている。図９（ｄ）は、吹出し磁極磁石２１イ、吸込み磁極磁石２１ロの内部の集中磁束２２ａの流れ方について示す。集中磁束２２ａのベクトル方向の変化についてみると、周方向や軸方向から入っている形跡がある。これは四方から集合する集中磁束２２ａが、そのまま磁極磁石２１イのセンターから吹き出する集中磁束２２ａの源になっている。
【００２０】（第４実施形態）  図１０に、第４実施形態の突出部２９の長さを０〜２０ｍｍと変えた５つのＦＥＭモデルを示す。突出部２９は、軸磁石２５と補助磁石２７からなる。よって、突出部２９の長さは、同軸上の軸磁石２５の長さである。図１０（ａ）は０ｍｍで軸磁石２５が無い場合、図１０（ｂ）は軸磁石２５が５ｍｍ、図１０（ｃ）は軸磁石２５が１０ｍｍ、図１０（ｄ）は軸磁石２５が１５ｍｍ、図１０（ｅ）は軸磁石２５９が２０ｍｍの場合をそれぞれ示す。
【００２１】  図１１に、軸磁石２５の長さの効果を示す（条件：第３実施形態）。図１０（ａ）は、軸磁石２５の長さに対する平均トルクを示す。平均トルクは、軸磁石２５の長さに比例して大きくなり、１０ｍｍにおいて４６．３Ｎｍ（軸磁石なし４１．１Ｎｍに比べ、１３％増加）を発生し、ここを変曲点として平均トルクの増加率は小さくなる。軸磁石２５の長さ１０ｍｍは、ステータ１０の幅５０ｍｍに対して２０％となる。軸磁石２５の長さ５ｍｍ（１０％）において４３．３Ｎｍ（軸磁石なしに比べ、５％増加）、軸磁石２５の長さ１５ｍｍ（３０％）において４７．１Ｎｍ（軸磁石なしに比べ、１５％増加）する。軸磁石２５の長さ５ｍｍ（１０％）未満では、平均トルク増加が小さい。これは、軸磁石２５が薄いため磁極磁石２１へ軸方向に磁束を注入または引き抜く際の磁界が弱く、かつ極間のヨーク磁石２３に磁束を受け渡すときの磁気回路通路断面積が狭いため軸方向磁束は絞られてしまうものと考えられる。また、軸磁石２５の長さ１５ｍｍ（３０％）を超えると、軸方向磁束を出し入れする磁界は強くなるが周方向配列の磁界を抑制しトータルとしての界磁磁束は頭打ちになる。加えて回転電気機械が大型化する。よって、軸磁石２５の同軸方向の長さは、ステータ１０の同軸上の長さの１０％以上３０％以下が良い。この場合、平均トルクは５〜１５％向上する。図１１（ｂ）は、軸磁石２５の長さに対する集中磁束２２ａ（ｍＷｂ）を示す。図１１（ａ）の平均トルクと同じ傾向を示す。
【００２２】（第５実施形態）  図１２に、第５実施形態のステータ１０の飽和磁束の緩和を示す。横軸は磁束の強さ（Ａ／ｍ）、縦軸は磁束密度（Ｔ：テスラ）である。実際の設計においてはステータ１０の鉄心１３もそれなりの形状・材質を採ることが望ましい。たとえロータ２０が大量の磁束を発生できてもステータ１０が飽和的であればその特長を生かすことができない。鉄心１３の磁性材料をコバルト含有させた高飽和材に変えること効果がある。例として、レース用発電機や航空機用などで使われる例のある特殊磁性材であるＶＡＣＯＦＬＵＸ４８（ＶＡＣＵＵＭＳＣＨＭＥＬＺＥ社製、以下ＶＡＣ社と記す）で、４９％コバルト含有の鋼板である。設計的には磁界の強さ（Ａ／ｍ）は、１００００から４００００を用いる。コバルトを含有させることにより磁束密度（Ｔ）は、０，２５から０．２７程度大きくなる。
【００２３】  図１３に、ステータを高飽和磁束材料とする効果を示す（条件：第３実施形態）。図１３（ａ）は、従来の、低鉄損で一般的な電磁鋼板５０Ｈ２３０（新日鉄住金）である。図１３（ｂ）高飽和磁束材料であるＶＡＣＯＦＬＵＸ４８（ＶＡＣ社製）、４９％コバルト鋼である。図１３（ａ）の４７Ｎｍが、鉄心１１がコバルトを含有する磁性鋼板であることにより図１３（ｂ）５４Ｎｍと約１５％向上した。尚、図１３（ａ）は、図８（ｂ）とほぼ同じ条件の結果であり、同レベルのトルクとなっている。
【００２４】（第６実施形態）  第６実施形態は、アウターロータ型の回転電気機械１を示す（図示せず）。これは第１実施形態、第２実施形態、及び第３実施形態のロータ２０の磁極磁石２１の吹出し磁極磁石２１イと吸込み磁極磁石２１ロを入れ替え、磁極磁石２１の磁界２２の方向を逆にしたものである。これによりロータ２０の集中磁束２２ａは、逆方向の内側の径内方向となる。よって、ステータ１０は、ロータ２０の内側に配される。これにより外側に配されたロータ２０が回転するアウターロータ型の回転電気機械１を提供する。第４実施形態、第５実施形態の作用、効果も有する。
【００２５】  以上、第１実施形態乃至第６実施形態より本発明は以下となる。発明１は、鉄心１１と巻線１３を有するステータ１０と、永久磁石を有するロータ２０と、ステータ１０の軸とロータ２０の回転軸３１が同軸である回転電気機械１において、ロータ２０は、周方向に磁界２２を径外方向と径内方向とに交互に配列した磁極磁石２１と、磁極磁石２１の間の周方向に磁界２４を回転方向と反回転方向に交互に配列したヨーク磁石２３と、を有したロータ本体２０ａと、ロータ本体２０ａの軸方向の両端部は、ステータ１０の軸方向の端部より突出した磁性体からなる突出部２９を有し、突出部２９は、ヨーク磁石２３に隣接する突出部２９には、ヨーク磁石２３と同一の磁界を有し、隣接するヨーク磁石２３の磁界が対向している磁束の吹出し磁極磁石２１イに隣接する突出部２９には、吹出し磁極磁石２１イに磁界２６を対向するように軸磁石２５を配列し、及び／又は、隣接するヨーク磁石２３の磁界２４が逆対向している磁束の吸込み磁極磁石２１ロに隣接する突出部２６には、吸込み磁極磁石２１ロに磁界２６を逆対向するように軸磁石２５を配列し、ロータ２０は、吹出し磁極磁石２１イの磁界２２の方向に、磁極磁石２１の磁界２２、ヨーク磁石２１の磁界２４、補助磁石２７の磁界２８、及び軸磁石２５の磁界２６を合わせた集中磁束２２ａを有し、ステータ１０は、集中磁束２２ａの方向に配したことを特徴とする回転電気機械１ある。発明２、突出部２９の同軸方向の長さは、ステータ１０の同軸上の長さの１０％以上３０％以下であることを特徴とする発明１に記載する回転電気機械１である。発明３は、鉄心１３は、コバルトを含有する磁性鋼板であることを特徴とする発明１又は２に記載する回転電気機械１である。
【００２６】  以上より、従来に比べ性能である平均トルクが、発明１の隣接するヨーク磁石２３の磁界が対向している磁束の吹出し磁極磁石２１イに隣接する突出部２９には、吹出し磁極磁石２１イに磁界２６を対向するように軸磁石２５を配列し、又は、隣接するヨーク磁石２３の磁界２４が逆対向している磁束の吸込み磁極磁石２１ロに隣接する突出部２６には、吸込み磁極磁石２１ロに磁界２６を逆対向するように軸磁石２５を配列したロータ２０により、約１０％向上する。また、隣接するヨーク磁石２３の磁界が対向している磁束の吹出し磁極磁石２１イに隣接する突出部２９には、吹出し磁極磁石２１イに磁界２６を対向するように軸磁石２５を配列し、及び隣接するヨーク磁石２３の磁界２４が逆対向している磁束の吸込み磁極磁石２１ロに隣接する突出部２６には、吸込み磁極磁石２１ロに磁界２６を逆対向するように軸磁石２５を配列したロータ２０により、約１４％向上する。発明２のロータ２０により５〜１５％向上する。発明３のステータ１０により、発明１または２に比べ約１５％向上する。
【産業上の利用可能性】
【００２７】  本発明は、永久磁石ロータを用いた回転電気機械を、シンプルな技術で高性能化できる。電動機、発電機いずれにも適用できるので、更に高性能を求めるＦ１レースなどの車用、航空機用、ドローンなどの回転電気機械として提供できる。
【符号の説明】
【００２８】１      回転電気機械                        １０    ステータ１１    鉄心                                １３    巻線２０    ロータ                              ２２ａ  ロータ本体２１    磁極磁石（イ：吹出、ロ：吸込）      ２２    磁極磁石の磁界２２ａ  集中磁束                            ２３    ヨーク磁石２３ｈ  半分厚のヨーク磁石                  ２４    ヨーク磁石の磁界２５    軸磁石                              ２６    軸磁石の磁界２７    補助磁石                            ２８    補助磁石の磁界２９    突出部                              ３０    駆動磁界３１    回転軸（ロータ）                    ３３    回転方向（ロータ）３５    極（磁極）                          ３７    通路部材（磁性体材料）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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