(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周を有する回転子と、ギャップを介して当該回転子の外周を取り囲む固定子と、を備える回転電機であって、
前記回転子は、
前記回転子の周方向に並べられた偶数個の第１永久磁石と、
前記周方向に隣り合う前記第１永久磁石の端部の前記固定子側の位置それぞれに設けられた、前記第１永久磁石と同数個の第２永久磁石と、
前記周方向に隣り合う前記第２永久磁石の間に設けられた、前記第１永久磁石と同数個のコア片と、を有し、
各前記第１永久磁石の磁化方向は、前記回転子の径方向と平行な方向であり、
前記周方向に隣り合う前記第１永久磁石の磁化方向は、互いに反対となっており、
各前記第２永久磁石の磁化方向は、前記径方向に対し垂直な方向であり、
前記周方向に隣り合う前記第２永久磁石の磁化方向は、互いに反対となっており、
前記コア片に隣接する前記第１永久磁石と２つの前記第２永久磁石のそれぞれが有する前記コア片側の磁極は、相互に同一極となるとともに、
前記周方向に隣り合う前記コア片と前記第２永久磁石とのそれぞれの開角を合計して得られた合計角に対し、前記コア片の開角の占める割合が０．５以上０．７以下である、回転電機。
【請求項２】
前記合計角に対して前記コア片の開角の占める割合が、略０．６である、請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記合計角に対して前記コア片の開角の占める前記割合である第１割合と、前記回転子の半径に対して前記回転子の径方向における前記コア片の厚みの占める第２割合とが、前記ギャップ中の磁束密度の基本波振幅が最大となるようにそれぞれ設定される、請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記第１割合をηとし、前記第２割合をζとしたとき、前記第１割合ηと前記第２割合ζは、次の関係式、
η＝−３．５１８８×ζ３＋３．３６２８×ζ２＋０．８０９４×ζ−０．３７９４
を満たすように設定される、請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
前記回転子は、各前記第１永久磁石の反固定子側に設けられ、外周を有するシャフトを有しており、
前記シャフトの外周に設けられた溝に各前記第１永久磁石が設けられることにより、前記シャフトと各前記第１永久磁石は、一体化されており、
各前記コア片が各前記第２永久磁石の前記固定子側で互いに連結されることにより、各前記コア片と各前記第２永久磁石は、一体化されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記回転子は、
前記回転子の回転軸方向における前記シャフトの一方端部から挿入され、当該回転軸方向における各前記コア片の一方端部と各前記第２永久磁石の一方端部とに固定された第１ブラケットと、
前記回転軸方向における前記シャフトの他方端部から挿入され、前記回転軸方向における各前記コア片の他方端部と各前記第２永久磁石の他方端部とに固定された第２ブラケットと、を有する、請求項５に記載の回転電機。
【請求項７】
前記第１および第２ブラケットには、前記シャフトの外周に設けられた溝と嵌合する第１嵌合部が設けられる、請求項６に記載の回転電機。
【請求項８】
前記回転子は、
連結された各前記コア片それぞれに前記回転軸方向に貫通するように設けられた支持部材を有し、
前記第１および第２ブラケットには、前記支持部材と嵌合する第２嵌合部が設けられる、請求項７に記載の回転電機。
【請求項９】
前記回転子は、
連結された各前記コア片それぞれに前記回転軸方向に貫通するように設けられた支持部材を有し、
前記第１および第２ブラケットには、前記支持部材と嵌合する嵌合部が設けられる、請求項６に記載の回転電機。
【請求項１０】
各前記コア片は、前記回転子の周方向に積層された方向性電磁鋼板で構成され、
前記方向性電磁鋼板の磁化容易方向は、前記回転子の径方向と平行な方向である、請求項５に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記回転子は、各前記コア片の前記固定子側に設けられた円筒状部材を有する、請求項１０に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記円筒状部材は、鋼管で構成される、請求項１１に記載の回転電機。
【請求項１３】
前記円筒状部材は、前記円筒状部材の径方向に積層されたアモルファス箔で構成される、請求項１１に記載の回転電機。
【請求項１４】
外周を有する回転子と、ギャップを介して当該回転子の外周を取り囲む固定子と、を備える回転電機の製造方法であって、
シャフトの外周に設けられた偶数個の溝それぞれに第１永久磁石を設けることにより、前記シャフトと各前記第１永久磁石とを一体化して第１構造体を形成する工程と、
円周状に一定の間隔を置いて前記第１永久磁石と同数個並べられ、外周側が互いに連結されたコア片の当該間隔に第２永久磁石を設けることにより、各前記コア片と各前記第２永久磁石を一体化して第２構造体を形成する工程と、
前記シャフトの周方向に隣り合う前記第１永久磁石の端部の外周側の位置に前記第２永久磁石が設けられるように、前記第１構造体を前記第２構造体の内周側に嵌合することにより、前記回転子を形成する工程と、を含み、
各前記第１永久磁石の磁化方向は、前記シャフトの径方向と平行な方向であり、
前記周方向に隣り合う前記第１永久磁石の磁化方向は、互いに反対となっており、
各前記第２永久磁石の磁化方向は、前記径方向に対し垂直な方向であり、
前記周方向に隣り合う前記第２永久磁石の磁化方向は、互いに反対となっており、
前記コア片に隣接する前記第１永久磁石と２つの前記第２永久磁石のそれぞれが有する前記コア片側の磁極は、相互に同一極となるとともに、
前記周方向に隣り合う前記コア片と前記第２永久磁石とのそれぞれの開角を合計して得られた合計角に対し、前記コア片の開角の占める割合が０．５以上０．７以下である、回転電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転電機において、固定子と回転子の間に介在するギャップ中の磁束密度（以下、ギャップ磁束密度と称す）の最大値を増加させる技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１では、回転子に用いる永久磁石を、ＭＦＣＳＰＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｆｌｕｘ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）配列と称される配列方法で配列している。以下、この配列について詳述する。
【０００３】
回転子は、シャフト、回転子コア、第１永久磁石、および第２永久磁石を備える。回転子コアは、シャフトの外周に設けられる。第１永久磁石は、回転子コアの外周に偶数個設けられる。第１永久磁石は、磁化方向を回転子コアの外周側と内周側に交互に向けて、回転子コアの周方向に並べられる。第２永久磁石は、第１永久磁石と同数個存在し、回転子コアの周方向に隣り合う第１永久磁石の端部の外周位置に配置される。第２永久磁石は、一定の間隔を置いて回転子コアの周方向に並べられている。このため、回転子コアの周方向に隣り合う第２永久磁石の間には、間隙部（つまり、空気の層）が形成される。第２永久磁石の磁化方向は、回転子コアの径方向とは垂直な方向である。回転子コアの周方向に隣り合う第２永久磁石の磁化方向は、互いに反対になっている。また、当該隣り合う第２永久磁石間の間隙部に面する当該隣り合う第２永久磁石の各極は、当該間隙部に面する第１永久磁石の極と同一極となっている。つまり、間隙部に隣接する第１永久磁石と２つの第２永久磁石のそれぞれが有する間隙部側の磁極は、相互に同一極となっている。
【０００４】
このようなＭＦＣＳＰＭ配列をもつ回転子を用いれば、第１永久磁石の残留磁束密度よりも大きなギャップ磁束密度を間隙部の外周側に発生させることが容易となる。その結果、第１永久磁石のみを用いるＲＳＰＭ（Ｒｉｎｇ―ｓｈａｐｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）配列と比べ、ギャップ磁束密度の最大値を増加させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２１７７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
回転電機では、近年、小形高出力化が望まれているが、回転電機を小形高出力化するには、ギャップ磁束密度の分布波形に含まれる基本波成分の振幅を増加させる必要がある。
【０００７】
しかしながら、上述したＭＦＣＳＰＭ配列をもつ従来の回転電機では、回転子コアの周方向に隣り合う第２永久磁石の間に間隙部が形成される。つまり、回転子コアの周方向に隣り合う第２永久磁石の間には、空気という透磁率の低い物質が存在する。このため、第２永久磁石の磁化力を大きくしたり、第１永久磁石および第２永久磁石の体積を増やしたりしても、ギャップ磁束密度の最大値は増加するものの、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅自体は増加し難いという問題があった。
【０００８】
このように、ＭＦＣＳＰＭ配列をもつ従来の回転電機では、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を増加させ難く、小形高出力化の実現が困難であった。
【０００９】
そこで、本発明は、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を容易に増加させ、小型高出力化を容易に実現することが可能な回転電機およびその製造方法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】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明に係る回転電機は、外周を有する回転子と、ギャップを介して当該回転子の外周を取り囲む固定子と、を備える回転電機であって、回転子は、回転子の周方向に並べられた偶数個の第１永久磁石と、周方向に隣り合う第１永久磁石の端部の固定子側の位置それぞれに設けられた、第１永久磁石と同数個の第２永久磁石と、周方向に隣り合う第２永久磁石の間に設けられた、第１永久磁石と同数個のコア片と、を有し、各第１永久磁石の磁化方向は、回転子の径方向と平行な方向であり、周方向に隣り合う第１永久磁石の磁化方向は、互いに反対となっており、各第２永久磁石の磁化方向は、径方向に対し垂直な方向であり、周方向に隣り合う第２永久磁石の磁化方向は、互いに反対となっており、コア片に隣接する第１永久磁石と２つの第２永久磁石のそれぞれが有するコア片側の磁極は、相互に同一極となるものである。
【００１１】
好ましくは、周方向に隣り合うコア片と第２永久磁石の両開角の合計角に対してコア片の開角の占める割合が０．５以上０．７以下であるとよい。または、周方向に隣り合うコア片と第２永久磁石の両開角の合計角に対してコア片の開角の占める割合が、略０．６であってもよい。または、周方向に隣り合うコア片と第２永久磁石の両開角の合計角に対してコア片の開角の占める第１割合と、回転子の半径に対して回転子の径方向におけるコア片の厚みの占める第２割合とが、ギャップ中の磁束密度の基本波振幅が最大となるようにそれぞれ設定されてもよい。この場合においてさらに、第１割合をηとし、第２割合をζとしたとき、第１割合ηと第２割合ζは、次の関係式、η＝−３．５１８８×ζ３＋３．３６２８×ζ２＋０．８０９４×ζ−０．３７９４を満たすように設定されてもよい。
【００１２】
また好ましくは、回転子は、各第１永久磁石の反固定子側に設けられ、外周を有するシャフトを有しており、シャフトの外周に設けられた溝に各第１永久磁石が設けられることにより、シャフトと各第１永久磁石は、一体化されており、各コア片が各第２永久磁石の固定子側で互いに連結されることにより、各コア片と各第２永久磁石は、一体化されているとよい。
【００１３】
この場合において、回転子は、回転子の回転軸方向におけるシャフトの一方端部から挿入され、当該回転軸方向における各コア片の一方端部と各第２永久磁石の一方端部とに固定された第１ブラケットと、回転軸方向におけるシャフトの他方端部から挿入され、回転軸方向における各コア片の他方端部と各第２永久磁石の他方端部とに固定された第２ブラケットと、を有してもよい。さらに、第１および第２ブラケットには、シャフトの外周に設けられた溝と嵌合する第１嵌合部が設けられてもよい。さらに、回転子は、連結された各コア片それぞれに回転軸方向に貫通するように設けられた支持部材を有し、第１および第２ブラケットには、支持部材と嵌合する第２嵌合部が設けられてもよい。または、回転子は、連結された各コア片それぞれに回転軸方向に貫通するように設けられた支持部材を有し、第１および第２ブラケットには、支持部材と嵌合する嵌合部が設けられてもよい。
【００１４】
またこの場合において、各コア片は、回転子の周方向に積層された方向性電磁鋼板で構成され、方向性電磁鋼板の磁化容易方向は、回転子の径方向と平行な方向であってもよい。さらに、回転子は、各コア片の固定子側に設けられた円筒状部材を有していてもよい。なお、円筒状部材は、鋼管で構成されてもよいし、円筒状部材の径方向に積層されたアモルファス箔で構成されてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を容易に増加させ、小型高出力化を容易に実現することが可能な回転電機およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る回転電機の断面図である。
【図２】従来のＭＦＣＳＰＭ配列における磁気回路を示す図である。
【図３】磁界解析に考慮した各構成部品の寸法を示した図である。
【図４Ａ】磁極数が６のときの磁界解析結果を示す等高線図である。
【図４Ｂ】磁極数が８のときの磁界解析結果を示す等高線図である。
【図４Ｃ】磁極数が１０のときの磁界解析結果を示す等高線図である。
【図４Ｄ】磁極数が１２のときの磁界解析結果を示す等高線図である。
【図５Ａ】第１永久磁石２２の厚みＬが３ｍｍのときの磁界解析結果を示す等高線図である。
【図５Ｂ】第１永久磁石２２の厚みＬが６ｍｍのときの磁界解析結果を示す等高線図である。
【図５Ｃ】第１永久磁石２２の厚みＬが９ｍｍのときの磁界解析結果を示す等高線図である。
【図６】図４Ｃに等高線グラフを通常の折れ線グラフに書き換えた図である。
【図７】図６においてプロットしたそれぞれの折れ線の多項式による近似曲線、および、それらの近似曲線のピーク位置を結ぶ曲線を描いた図である。
【図８】図７に示したそれぞれの近似曲線のピーク値を与える割合ηの値と、それぞれの近似曲線に対応する割合ζとの関係を表す図である。
【図９】第２実施形態に係る回転電機の断面図である。
【図１０】図９に示した回転子コアの断面図である。
【図１１Ａ】図９に示した回転子の断面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示した構造にブラケットを追加した図
【図１２】第３実施形態に係る回転電機の断面図である。
【図１３】図１２に示した回転子コアの断面図である。
【図１４Ａ】図１２に示した回転子の断面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａに示した構造にブラケットを追加した図である。
【図１５】ギャップ磁束密度の分布波形を示した図
【図１６】図１５の分布波形に含まれる基本波成分の振幅の大きさを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。
【００１８】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る回転電機では、回転子に用いる永久磁石を、ＭＭＡＳＰＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ａｔｔａｃｈｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）配列と称される配列方法で配列している。この配列について図１を用いて具体的に説明する。
【００１９】
図１は、第１実施形態に係る回転電機の断面図である。図１に示す「Ｏ」は、回転子の回転軸を示している。図１では、回転電機を回転軸Ｏ方向に対し垂直に切断したときの当該回転電機の断面を示している。図１に示す「Ｇ」は、回転子と固定子の間に存在するギャップである。図１に示す一方向の矢印Ｄ１は、永久磁石の磁化方向を示す。
【００２０】
図１において、第１実施形態に係る回転電機は、固定子１および回転子２を備える。固定子１は、ギャップＧを介して略円筒状の回転子２の外周を取り囲む。固定子１は、固定子コア１１および固定子巻線１２を備える。固定子巻線１２は、固定子コア１１のティース部１１ａに設けられる。図１では、一例として、ティース部１１ａの数を１２個としている。
【００２１】
なお、ここでは一例として、回転電機が電動機として機能するものとする。この場合、固定子巻線１２に電流等を流すことにより回転磁界が発生し、当該回転磁界により回転子２がその周方向に回転する。
【００２２】
回転子２は、シャフト２１、第１永久磁石２２、第２永久磁石２３、および回転子コア２４を備える。第１永久磁石２２は、略円柱状のシャフト２１の外周に偶数個設けられる。図１では、一例として、第１永久磁石２２の数を１０個としている。
【００２３】
第１永久磁石２２は、磁化方向をシャフト２１の外周側と内周側に交互に向けて、シャフト２１の周方向（回転子２の周方向）に並べられている。これにより、各第１永久磁石２２の磁化方向は、シャフト２１の径方向と平行な方向となり、シャフト２１の周方向に隣り合う第１永久磁石２２の磁化方向は、互いに反対となる。第２永久磁石２３は、第１永久磁石２２の外周に第１永久磁石２２と同数個設けられる。第２永久磁石２３は、シャフト２１の周方向に隣り合う第１永久磁石２２の端部の外周位置に配置される。つまり、第２永久磁石２３は、シャフト２１の周方向において対向する第１永久磁石２２の当該周方向に垂直な端面それぞれの固定子１側に配置される。第２永久磁石２３の磁化方向は、シャフト２１の径方向（回転子２の径方向）とは垂直な方向である。また、シャフト２１の周方向に隣り合う第２永久磁石２３の磁化方向は、互いに反対となる。
【００２４】
第１永久磁石２２の固定子１側であって、シャフト２１の周方向に隣り合う第２永久磁石２３の間には、回転子コア２４を構成するコア片２４１が設けられている。シャフト２１の周方向に隣り合う第２永久磁石２３間のコア片２４１に面する当該隣り合う第２永久磁石２３の各極は、当該コア片２４１に面する第１永久磁石２２の極と同一極となっている。つまり、コア片２４１に隣接する第１永久磁石２２と２つの第２永久磁石２３のそれぞれが有するコア片２４１側の磁極は、相互に同一極となっている。
【００２５】
回転子コア２４を構成する各コア片２４１は、軟磁性体で構成される。コア片２４１の数は、第１永久磁石２２と同数個となる。なお、図１において、αは、コア片２４１の開角を示している。θｐは、回転子２の周方向に隣り合う第２永久磁石２３とコア片２４１からなる１磁極分の開角を示している。つまり、θｐは、回転子２の周方向に隣り合う第２永久磁石２３とコア片２４１の両開角の合計角である。ここで述べる開角とは、回転子２の回転中心（回転軸Ｏ）に対して開いた角度である。
【００２６】
次に、図２を参照して、第１実施形態で用いるＭＭＡＳＰＭ配列が、従来のＭＦＣＳＰＭ配列よりもギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を増加させ易い原理について説明する。図２は、従来のＭＦＣＳＰＭ配列における磁気回路を示す図である。図２では、第１永久磁石および第２永久磁石の起磁力をＦｍ、ギャップの磁気抵抗をＲｍ１、回転子の周方向に隣り合う第２永久磁石の間の磁気抵抗をＲｍ２としている。なお、ＭＦＣＳＰＭ配列における磁気回路を構成する要素には、上記要素以外に、各第１永久磁石の内周に設けられた回転子コアも含まれるが、その磁気抵抗は空気に比べて十分小さいので、ここでは無視する。
【００２７】
図２に示した磁気回路において発生する磁束Φは、起磁力Ｆｍを磁気抵抗の総和（Ｒｍ１＋Ｒｍ２）で除算した値となる。したがって、ギャップの磁気抵抗Ｒｍ１と、隣り合う第２永久磁石の間の磁気抵抗Ｒｍ２との総和を小さくすることにより、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を増加させることができる。ここで、ギャップ長が一定ならギャップの磁気抵抗Ｒｍ１は一定とみなせるから、隣り合う第２永久磁石の間の磁気抵抗Ｒｍ２を小さくすれば、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を増加させることができる。
【００２８】
しかしながら、従来のＭＦＣＳＰＭ配列では、隣り合う第２永久磁石の間には、間隙部が形成される。つまり、隣り合う第２永久磁石の間には、空気という透磁率の低い物質が存在する。このため、隣り合う第２永久磁石の間の磁気抵抗Ｒｍ２を小さくし難く、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を増加させ難い。
【００２９】
これに対し、第１実施形態で用いるＭＭＡＳＰＭ配列では、隣り合う第２永久磁石の間には、透磁率の高いコア片２４１を設けている。このため、隣り合う第２永久磁石の間の磁気抵抗Ｒｍ２を従来のＭＦＣＳＰＭ配列よりも容易に小さくすることができる。このため、磁気抵抗の総和（Ｒｍ１＋Ｒｍ２）を従来のＭＦＣＳＰＭ配列よりも容易に小さくすることができるので、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を容易に増加させることができる。その結果、小型高出力化を容易に実現することができる。
【００３０】
以上のように、本実施形態では、回転子２の周方向に隣り合う第２永久磁石２３の間にコア片２４１が設けられている。これにより、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を容易に増加させ、小型高出力化を容易に実現することが可能となる。
【００３１】
次に、第１実施形態で用いるＭＭＡＳＰＭ配列において、コア片２４１の開角αに対し、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅に最大値（ピーク値）が存在する理由について説明する。なお、説明を分かりやすくするために、以下では、コア片２４１の開角αを変えても、第１永久磁石２２により発生する磁束の量は一定で、その大きさは第２永久磁石２３により発生する磁束の量に比べて十分小さいとみなす。この場合、ギャップ中の磁束の総量は第２永久磁石２３により発生する磁束の量とほぼ等しくなる。
【００３２】
第２永久磁石２３により発生する磁束の量は、第２永久磁石２３の形状が決まれば、次式に従い一意に定まる。式（１）は永久磁石のパーミアンスｐを与える式、式（２）は第２永久磁石２３の動作点における磁束密度Ｂｄを与える式、式（３）は第２永久磁石２３により発生する磁束Φ２を与える式である。なお、μ０は空気の透磁率であり、σとｆは漏れ係数、Ｌｍａｇは第２永久磁石２３の磁路長、Ａｍａｇは第２永久磁石２３の磁路断面積、Ｌｇａｐはギャップ長、Ａｇａｐはギャップの磁路断面積、Ｂｒは第２永久磁石２３の残留磁束密度、ｂＨｃは第２永久磁石２３の保磁力である。
【００３３】
【数１】
0005521820.tif 000002
式（１）
【００３４】
【数２】
0005521820.tif 000003
式（２）
【００３５】
【数３】
0005521820.tif 000004
式（３）
【００３６】
ここで、ギャップ磁束密度の分布波形は一般に台形波であり、その最大値Ｂｇｍは式（４）で与えられる。Ａｃｏｒｅは、コア片２４１のギャップ側の表面積である。
【００３７】
【数４】
0005521820.tif 000005
式（４）
【００３８】
式（１）〜式（４）からわかるように、第２永久磁石２３が磁路方向に厚い形状になるほど、Ｌｍａｇ／Ａｍａｇの値が大きくなり、パーミアンスｐが大きくなる。パーミアンスｐが大きくなると、動作点における磁束密度Ｂｄが増加し、ギャップ磁束密度の最大値Ｂｇｍが増加し、ギャップ磁束密度の分布波形が台形波であるので、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅も増加する。
【００３９】
しかしながら、第２永久磁石２３が磁路方向に厚い形状になりすぎると、コア片２４１の開角αが小さくなりすぎ、ギャップ磁束密度の分布波形が鋭く尖ったピークをもつ三角波に変化する。その結果、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅Ｂｇ１が減少する。このことは、式（５）により表現される。
【００４０】
【数５】
0005521820.tif 000006
式（５）
【００４１】
ここで、割合ηは、コア片２４１の開角αと１磁極（隣り合う第２永久磁石２３とコア片２４１）の開角θｐを用いて式（６）で定義される。式（６）で定義されるように、割合ηは、回転子２の周方向に隣り合う第２永久磁石２３とコア片２４１の両開角の合計角θｐに対してコア片２４１の開角αの占める割合を示すものである。
【００４２】
【数６】
0005521820.tif 000007
式（６）
【００４３】
このように、コア片２４１の開角αに対し、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅にピーク値が存在することがわかる。
【００４４】
次に、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅がピーク値になるときのコア片２４１の開角αの値について磁界解析結果を用いて説明する。磁界解析では、図３に示すように、固定子１の固定子コア１１を電磁鋼板から成る平滑円筒鉄心とした。また、ギャップＧ長を０．８ｍｍ、回転子２の外周半径Ｒ１を４１．７ｍｍ、固定子１の内周半径Ｒ２を４２．５ｍｍ、固定子１の外周半径Ｒ３を６１ｍｍとした。そして、式（６）により定義される割合ηと式（７）により定義される割合ζとを変化させた場合のギャップ磁束密度の基本波成分の振幅の変化を調べた。図３は、磁界解析で考慮した各構成部品の寸法を示した図である。図３に示す一方向の矢印Ｄ１は、永久磁石の磁化方向を示す。Ｒは、シャフト２１の外周に設けられた第１永久磁石２２の外周半径を示す。Ｌは、回転子２の径方向における第１永久磁石２２の厚みを示す。式（７）で定義されるように、割合ζは、回転子２の外周半径Ｒ１に対して回転子２の径方向におけるコア片２４１の厚みの占める割合を示すものである。
【００４５】
【数７】
0005521820.tif 000008
式（７）
【００４６】
図４Ａ〜図４Ｄに、磁極数を異ならせた場合における、割合η、割合ζ、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅の関係を示した磁界解析結果を示す。図４Ａは、磁極数が６のときの結果を示す等高線図であり、図４Ｂは、磁極数が８のときの結果を示す等高線図であり、図４Ｃは、磁極数が１０のときの結果を示す等高線図であり、図４Ｄは、磁極数が１２のときの結果を示す等高線図である。
【００４７】
図５Ａ〜図５Ｃに、回転子２の径方向における第１永久磁石２２の厚みＬを異ならせた場合における、割合η、割合ζ、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅の関係を示した磁界解析結果を示す。図５Ａは、Ｌが３ｍｍのときの結果を示す等高線図であり、図５Ｂは、Ｌが６ｍｍのときの結果を示す等高線図であり、図５Ｃは、Ｌが９ｍｍのときの結果を示す等高線図である。
【００４８】
図４Ａより、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅がピーク値となるときの割合ηの値は、おおよそ０．５以上０．７以下の範囲に存在することがわかる。このことは、図４Ｂ〜図４Ｄの結果からわかるように、磁極数が変化しても同じであり、図５Ａ〜図５Ｃの結果からわかるように、Ｌが変化しても同じであり、図４Ａ〜図４Ｄ、図５Ａ〜図５Ｃの結果からわかるように、割合ζが変化しても同じである。また、Ｒ１〜Ｒ３が変化しても、相似形になるだけであり、結果は同じである。
【００４９】
以上のことより、割合ηを０．５以上０．７以下の範囲内の値に設定することで、任意の割合ζ、磁極数、Ｒ１〜Ｒ３、Ｌに対し、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅をピーク値付近の値にすることができる。
【００５０】
また、図４Ａより、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅がピーク値となるときの割合ηの値は、上記０．５以上０．７以下の範囲内で、割合ζの値に応じて変化することがわかる。一方、図４Ａ〜図４Ｄの結果より、磁極数が変化してもギャップ磁束密度の分布の様子はあまり変化しない。同様に、図５Ａ〜図５Ｃの結果より、Ｌが変化してもギャップ磁束密度の分布の様子はあまり変化しない。つまり、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅がピーク値となるときの割合ηの値は、磁極数やＬにはあまり依存しないことがわかる。なお、Ｒ１〜Ｒ３が変化しても、相似形になるだけであり、結果は同じである。
【００５１】
このように、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅がピーク値となるときの割合ηの値は、上記０．５以上０．７以下の範囲内で、割合ζの値に応じて変化する。以下、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅がピーク値となるときの割合ηの値と、割合ζの値との関係について説明する。なお、以下では、説明を分かりやすくするために、磁極数が１０、Ｌが３ｍｍの場合の磁界解析結果に基づき説明するが、上述のように、以下の説明は、任意の磁極数、任意のＬに対して適用される。
【００５２】
図６は、図４Ｃの等高線グラフを通常の折れ線グラフに書き換えた図である。それぞれの折れ線は、割合ζの値が０．６、０．６４、０．６８、０．７１、０．７５、０．７８であるときの、割合ηに対するギャップ磁束密度の基本波成分の振幅の変化を表している。
【００５３】
図７は、図６においてプロットしたそれぞれの折れ線の多項式（ここでは四次式）による近似曲線、および、それらの近似曲線のピーク位置（つまり、基本波成分の振幅の最大値）を結ぶ曲線を描いた図である。ピーク位置を結ぶ曲線の近似式は、グラフの縦軸であるギャップ磁束密度の基本波成分の振幅をＢｇ１で表すと式（８）で表現される。
【００５４】
【数８】
0005521820.tif 000009
式（８）
【００５５】
図８は、図７に示したそれぞれの近似曲線のピーク値を与える割合ηの値と、それぞれの近似曲線に対応する割合ζとの関係を表す図である。この結果より、割合ηが略０．６のとき、割合ζに応じて変化する度合いが小さくなる。このため、割合ηを略０．６に設定することで、任意の割合ζ、磁極数、Ｒ１〜Ｒ３、Ｌに対し、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅をピーク値にさらに近づけることができる。望ましくは、割合ηを０．６に設定するとよい。
【００５６】
なお、２つの割合ηと割合ζは、図８に示す曲線の近似式である式（９）によって結ばれる。式（９）に従って割合ηおよび割合ζを設定することで、任意の磁極数、Ｒ１〜Ｒ３、Ｌに対し、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅をピーク値にすることができる。
【００５７】
【数９】
0005521820.tif 000010
式（９）
【００５８】
なお、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を最大にする（ピーク値にする）２つの割合η、割合ζを決定する手順は次のとおりである。まず、第１永久磁石２２の外周半径Ｒと回転子２の外周半径Ｒ１より、式（７）に従い割合ζを計算する。次に、式（９）に従い割合ηを計算する。ここまでの結果から、ある割合ζの値に対する最適な割合ηの値が定まることになる。最後に、求めた割合ηの値を式（８）に代入すれば、ある割合ζの値に対するギャップ磁束密度の基本波成分の振幅のピーク値を求めることができる。
【００５９】
＜第２実施形態＞
図９〜図１１Ａ、図１１Ｂを参照して、製作可能性や機械強度を考慮した回転子を備える第２実施形態に係る回転電機について説明する。図９は、第２実施形態に係る回転電機の断面図である。図１０は、図９に示した回転子コアの断面図である。図１１Ａは、図９に示した回転子の断面図である。図１１Ｂは、図１１Ａに示した構造にブラケットを追加した図である。図９〜図１１Ａ、図１１Ｂに示す「Ｏ」は、回転子の回転軸を示している。図９では、回転電機を回転軸Ｏ方向に対し垂直に切断したときの当該回転電機の断面を示している。図１０では、図９に示した回転子コアを回転軸Ｏ方向に対し垂直に切断したときの当該回転子コアの断面を示している。図１１Ａ、図１１Ｂでは、図９に示した回転子を線ＸＯＹで切断したときの当該回転子の断面を示している。図９に示す「Ｇ」は、回転子と固定子の間に存在するギャップである。図９に示す一方向の矢印Ｄ１は、永久磁石の磁化方向を示す。第１実施形態と同じ構成部品については、図９〜図１１Ａ、図１１Ｂにおいて同じ符号を付しており、適宜説明を省略する。
【００６０】
図９において、第２実施形態に係る回転電機は、固定子１および回転子３を備える。固定子１は、ギャップＧを介して略円筒状の回転子３の外周を取り囲む。図９では、一例として、ティース部１１ａの数を１２個としている。
【００６１】
なお、ここでは一例として、回転電機が電動機として機能するものとする。この場合、固定子巻線１２に電流等を流すことにより回転磁界が発生し、当該回転磁界により回転子３がその周方向に回転する。
【００６２】
回転子３は、シャフト３１、第１永久磁石３２、第２永久磁石３３、回転子コア３４、支持部材３５、ブラケット３６、ブラケット３７を備える。回転子３は、第２永久磁石３３を保持する外側構造体５１と、第１永久磁石３２を保持する内側構造体５２に二分される。
【００６３】
外側構造体５１は、第２永久磁石３３、回転子コア３４、支持部材（例えば丸棒）３５より主に構成される。回転子コア３４は、図１０および図１１Ａに示すように、回転軸Ｏ方向に積層された電磁鋼板で構成される。回転子コア３４の内周面には、第２永久磁石３３を埋設するための溝３４ａが周方向に一定の間隔を置いて設けられる。溝３４ａは、回転軸Ｏ方向に沿って形成され、第１永久磁石３２と同数個形成されている。溝３４ａの底部３４２（回転子コア３４のギャップ側外周部であって後述する連結部）は、図１０に示すように、回転子コア３４の外周面の真円度および円筒度を確保するような形状にすることが望ましい。図１０に示すように溝３４ａが設けられることで、回転子コア３４は、一定の間隔を置いて周方向に並んだ複数のコア片３４１と、回転子コア３４の外周で互いのコア片３４１を連結する連結部（溝３４ａの底部３４２）とにより構成されることになる。各コア片３４１には、支持部材３５を挿入するための貫通孔３５ａが形成されている。
【００６４】
第２永久磁石３３は、略平板形状である。第２永久磁石３３は、回転軸Ｏ方向に垂直な断面形状における短手方向に磁化方向が向くように着磁される。着磁された第２永久磁石３３は、溝３４ａに挿入され、回転子コア３４と接着される。これにより、第２永久磁石３３と回転子コア３４とが一体化する。このときの各第２永久磁石３３の磁化方向は、図９に示すように、第１実施形態と同様である。
【００６５】
なお、第２永久磁石３３は、溝３４ａに挿入されて回転子コア３４と接着された後、図９に示す磁化方向をもつように着磁されてもよい。
【００６６】
支持部材３５は、一般的な鉄系またはセラミック系の材料で構成される。支持部材３５は、各コア片３４１の貫通孔３５ａに挿入される。支持部材３５は、ブラケット３６および３７とともに、回転子コア３４および第２永久磁石３３を支持する。これにより、回転子コア３４および第２永久磁石３３にトルクや遠心力が作用しても、回転子コア３４および第２永久磁石３３が保持される。
【００６７】
内側構造体５２は、シャフト３１と第１永久磁石３２により主に構成される。シャフト３１の外周面には、第１永久磁石３２を埋設するための溝３１ａが周方向に一定の間隔を置いて設けられる。溝３１ａは、回転軸Ｏ方向に沿って形成され、第１永久磁石３２と同数個形成されている。第１永久磁石３２は、略平板形状である。図９では、一例として、第１永久磁石３２の数を１０個としている。第１永久磁石３２は、回転軸Ｏ方向に垂直な断面形状における短手方向に磁化方向が向くように着磁される。着磁された第１永久磁石３２は、溝３１ａに挿入され、シャフト３１と接着される。これにより、第１永久磁石３２とシャフト３１とが一体化する。このときの各第１永久磁石３２の磁化方向は、図９に示すように、第１実施形態と同様である。回転子３の周方向に隣り合う第１永久磁石３２の間３２ａには、空間を設けるか、あるいは、樹脂などを充填する。
【００６８】
なお、第１永久磁石３２は、溝３１ａに挿入されてシャフト３１と接着された後、図９に示す磁化方向をもつように着磁されてもよい。
【００６９】
以上のように構成された内側構造体５２は、外側構造体５１の内周側に嵌合される。これにより、内側構造体５２は、外側構造体５１と一体化される。このとき、第２永久磁石３３は、シャフト３１の周方向に隣り合う第１永久磁石３２の端部の外周位置に配置される。また、コア片３４１に隣接する第１永久磁石３２と２つの第２永久磁石３３のそれぞれが有するコア片３４１側の磁極は、相互に同一極となっている。互いに嵌合された内側構造体５２および外側構造体５１は、図１１Ｂに示すように、回転軸Ｏ方向の両端に固定された２つのブラケット３６および３７により連結される。
【００７０】
図１１Ａに示すように、シャフト３１の外周面に形成された溝３１ａの回転軸Ｏ方向の長さは、第１永久磁石３２の回転軸Ｏ方向の長さよりも長くなっている。第１永久磁石３２が存在しない溝３１ａによって、シャフト３１の回転軸Ｏ方向における両端部の形状は、スプライン形状となる。
【００７１】
図１１Ｂに示すように、ブラケット３６および３７は、支持部材３５が嵌合される嵌合部である丸穴３６ａおよび３７ａを有する。ブラケット３６のシャフト３１側かつ第１永久磁石３２側には、スプライン形状を有するシャフト３１の一方端部と嵌合可能な形状をもつ嵌合部３６ｂが形成される。ブラケット３７のシャフト３１側かつ第１永久磁石３２側には、スプライン形状を有するシャフト３１の他方端部と嵌合可能な形状をもつ嵌合部３７ｂが形成される。ブラケット３６をシャフト３１の一方端部から挿入し、シャフト３１の一方端部と嵌合部３６ｂを嵌合し、丸穴３６ａに支持部材３５を圧入または接着する。同様に、ブラケット３７をシャフト３１の他方端部から挿入し、シャフト３１の他方端部と嵌合部３７ｂを嵌合し、丸穴３７ａに支持部材３５を圧入または接着する。これにより、外側構造体５１と内側構造体５２とが一体化される。
【００７２】
以上のように、本実施形態では、回転子３の周方向に隣り合う第２永久磁石３３の間にコア片３４１が設けられている。これにより、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を容易に増加させ、小型高出力化を容易に実現することが可能となる。
【００７３】
また本実施形態では、回転子３が内側構造体５２と外側構造体５１に二分されるので、それらを嵌合するだけで製作可能となるので、ＭＭＡＳＰＭ配列をもつ回転子３の製作が容易になる。
【００７４】
また本実施形態では、ブラケット３６が、回転軸Ｏ方向におけるシャフト３１の一方端部から挿入され、回転軸Ｏ方向における各コア片３４１の一方端部と各第２永久磁石３３の一方端部とに固定される。同様に、ブラケット３７が、回転軸Ｏ方向におけるシャフト３１の他方端部から挿入され、回転軸Ｏ方向における各コア片３４１の他方端部と各第２永久磁石３３の他方端部とに固定される。これにより、回転子３の機械強度を高めることができる。
【００７５】
また本実施形態では、ブラケット３６がシャフト３１の一方端部と嵌合部３６ｂで嵌合され、ブラケット３７がシャフト３１の他方端部と嵌合部３７ｂで嵌合される。これにより、回転子３の回転方向（周方向）に対する機械強度を、さらに高めることができる。さらに、支持部材３５によっても、回転子３の回転方向に対する機械強度を、さらに高めることができる。
【００７６】
なお、本実施形態に係る回転電機を第１実施形態に従って最適化してもよい。この場合、図９に示すように、例えば、コア片３４１の周方向における一方端面であって径方向における中心点をＺ１とし、コア片３４１の周方向における他方端面であって径方向における中心点をＺ２とする。また、第２永久磁石３３の周方向における他方端面であって径方向における中心点をＺ３とする。なお、第２永久磁石３３の周方向における一方端面であって径方向における中心点は、Ｚ２となる。このとき、コア片３４１の開角αは、中心点Ｚ１と回転軸Ｏとを結ぶ直線と、中心点Ｚ２と回転軸Ｏとを結ぶ直線とがなす鋭角に等しい。また、１磁極（隣り合う第２永久磁石３３とコア片３４１）の開角θｐは、中心点Ｚ１と回転軸Ｏとを結ぶ直線と、中心点Ｚ３と回転軸Ｏとを結ぶ直線とがなす鋭角に等しい。このコア片３４１の開角αと１磁極の開角θｐを式（６）に代入して求められる割合ηを、第１実施形態に従って最適化すればよい。また、シャフト３１の外周に設けられた第１永久磁石３２の外周半径をＲとし、このＲを式（７）に代入して求められる割合ζを、第１実施形態に従って最適化すればよい。なお、本実施形態に係る回転電機を第１実施形態に従って最適化しなくても、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を容易に増加させ、小型高出力化を容易に実現することが可能となることはいうまでもない。
【００７７】
＜第３実施形態＞
図１２〜図１４Ａ、図１４Ｂを参照して、製作可能性や機械強度を考慮した回転子を備える第３実施形態に係る回転電機について説明する。図１２は、第３実施形態に係る回転電機の断面図である。図１３は、図１２に示した回転子コアの断面図である。図１４Ａは、図１２に示した回転子の断面図である。図１４Ｂは、図１４Ａに示した構造にブラケットを追加した図である。図１２〜図１４Ａ、図１４Ｂに示す「Ｏ」は、回転子の回転軸を示している。図１２では、回転電機を回転軸Ｏ方向に対し垂直に切断したときの当該回転電機の断面を示している。図１３では、図１２に示した回転子コアを回転軸Ｏ方向に対し垂直に切断したときの当該回子コアの断面を示している。図１４Ａ、図１４Ｂでは、図１２に示した回転子を線ＸＯＹで切断したときの当該回転子の断面を示している。図１２に示す「Ｇ」は、回転子と固定子の間に存在するギャップである。図１２に示す一方向の矢印Ｄ１は、永久磁石の磁化方向を示す。図１４Ａ、図１４Ｂに示す両方向の矢印Ｄ２は、方向性電磁鋼板の磁化容易方向を示す。第２実施形態と同じ構成部品については、図１２〜図１４Ａ、図１４Ｂにおいて同じ符号を付しており、適宜説明を省略する。
【００７８】
本実施形態に係る回転電機は、第２実施形態に係る回転電機に対し、回転子３が回転子４に入れ代わり、回転子コア３４が回転子コア４４に入れ代わり、支持部材３５が省略され、ブラケット３６および３７がブラケット４６および４７に入れ代わった点が異なる。それ以外の構成部品については、第２実施形態と同様であり、同じ符号を付して、適宜説明を省略する。
【００７９】
図１２において、第３実施形態に係る回転電機は、固定子１および回転子４を備える。
固定子１は、ギャップＧを介して略円筒状の回転子４の外周を取り囲む。図１２では、一例として、ティース部１１ａの数を１２個としている。
【００８０】
なお、ここでは一例として、回転電機が電動機として機能するものとする。この場合、固定子巻線１２に電流等を流すことにより回転磁界が発生し、当該回転磁界により回転子４がその周方向に回転する。
【００８１】
回転子４は、シャフト３１、第１永久磁石３２、第２永久磁石３３、回転子コア４４、ブラケット４６、ブラケット４７を備える。回転子４は、第２永久磁石３３を保持する外側構造体６１と、第１永久磁石３２を保持する内側構造体５２に二分される。
【００８２】
外側構造体６１は、第２永久磁石３３および回転子コア４４より主に構成される。回転子コア４４は、図１３および図１４Ａに示すように、複数のコア片４４１と円筒状部材４４２により構成される。各コア片４４１は、積層された方向性電磁鋼板で構成される。各コア片４４１は、回転子４の周方向に一定の間隔を置いて並べられている。各コア片４４１の積層方向は、図１３に示すように、回転子４の周方向である。各コア片４４１を構成する方向性電磁鋼板の磁化容易方向は、図１４Ａ、図１４Ｂに示すように、回転子４の径方向と平行な方向である。なお、図１３における各コア片４４１の断面形状は、略台形状である。このような各コア片４４１を製造する方法としては、次のような方法が考えられる。まず、磁化容易方向を一致させながら複数枚の方向性電磁鋼板を積層する。その後、積層した方向性電磁鋼板を図１３の略台形状となるようにワイヤカットやプレス機によって加工する。これにより、図１３に示す各コア片４４１が成形される。
【００８３】
各コア片４４１の外周には、肉厚の薄い略円筒状の円筒状部材４４２が設けられる。これにより、各コア片４４１は、互いに連結され、一体となる。このように、回転子コア４４は、一定の間隔を置いて周方向に並んだ複数のコア片４４１と、回転子コア４４の外周で互いのコア片４４１を連結する連結部の役割を果たす円筒状部材４４２とにより構成されることになる。円筒状部材４４２は、例えば、ステンレス系の鋼管のように機械強度が高い部材で構成される。あるいは、円筒状部材４４２は、アモルファス箔帯を円筒状に巻いて径方向に積層したもので構成されてもよい。このような円筒状部材４４２を用いることにより、各コア片４４１が遠心力またはトルクにより飛散する危険を低減することが可能となる。あるいは、円筒状部材４４２は、圧粉磁心により構成されてもよい。
【００８４】
第２永久磁石３３は、略平板形状である。第２永久磁石３３は、回転軸Ｏ方向に垂直な断面形状における短手方向に磁化方向が向くように着磁される。着磁された第２永久磁石３３は、回転子４の周方向に隣り合うコア片４４１間の間隔４４ａに挿入され、回転子コア４４と接着される。間隔４４ａは、第１永久磁石３２と同数個形成されている。このときの各第２永久磁石３３の磁化方向は、図１２に示すように、第１実施形態と同様である。
【００８５】
なお、第２永久磁石３３は、間隔４４ａに挿入されて回転子コア４４と接着された後、図１２に示す磁化方向をもつように着磁されてもよい。なお、内側構造体５２については、第２実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００８６】
以上のように構成された内側構造体５２は、外側構造体６１の内周側に嵌合される。このとき、第２永久磁石３３は、シャフト３１の周方向に隣り合う第１永久磁石３２の端部の外周位置に配置される。また、コア片４４１に隣接する第１永久磁石３２と２つの第２永久磁石３３のそれぞれが有するコア片４４１側の磁極は、相互に同一極となっている。互いに嵌合された内側構造体５２および外側構造体６１は、図１４Ｂに示すように、回転軸Ｏ方向の両端に固定された２つのブラケット４６および４７により連結される。
【００８７】
図１４Ａに示すように、シャフト３１の外周面に形成された溝３１ａの回転軸Ｏ方向の長さは、第１永久磁石３２の回転軸Ｏ方向の長さよりも長くなっている。第１永久磁石３２が存在しない溝３１ａによって、シャフト３１の回転軸Ｏ方向における両端部の形状は、スプライン形状となる。
【００８８】
図１４Ｂに示すように、ブラケット４６のシャフト３１側かつ第１永久磁石３２側には、スプライン形状を有するシャフト３１の一方端部と嵌合可能な形状をもつ嵌合部４６ｂが形成される。ブラケット４７のシャフト３１側かつ第１永久磁石３２側には、スプライン形状を有するシャフト３１の他方端部と嵌合可能な形状をもつ嵌合部４７ｂが形成される。ブラケット４６をシャフト３１の一方端部から挿入し、シャフト３１の一方端部と嵌合部４６ｂを嵌合する。同様に、ブラケット４７をシャフト３１の他方端部から挿入し、シャフト３１の他方端部と嵌合部４７ｂを嵌合する。これにより、外側構造体６１と内側構造体５２とが一体化される。
【００８９】
以上のように、本実施形態では、回転子４の周方向に隣り合う第２永久磁石３３の間にコア片４４１が設けられている。これにより、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を容易に増加させ、小型高出力化を容易に実現することが可能となる。
【００９０】
また本実施形態では、回転子４が内側構造体５２と外側構造体６１に二分されるので、それらを嵌合するだけで製作可能となるので、ＭＭＡＳＰＭ配列をもつ回転子４の製作が容易になる。
【００９１】
また本実施形態では、ブラケット４６が、回転軸Ｏ方向におけるシャフト３１の一方端部から挿入され、回転軸Ｏ方向における各コア片４４１の一方端部と各第２永久磁石３３の一方端部とに固定される。同様に、ブラケット４７が、回転軸Ｏ方向におけるシャフト３１の他方端部から挿入され、回転軸Ｏ方向における各コア片４４１の他方端部と各第２永久磁石３３の他方端部とに固定される。これにより、回転子３の機械強度を高めることができる。
【００９２】
また本実施形態では、ブラケット４６がシャフト３１の一方端部と嵌合部４６ｂで嵌合され、ブラケット４７がシャフト３１の他方端部と嵌合部４７ｂで嵌合される。これにより、回転子４の回転方向（周方向）に対する機械強度を、さらに高めることができる。
【００９３】
また本実施形態では、各コア片４４１が方向性電磁鋼板で構成され、当該方向性電磁鋼板の磁化容易方向が回転子４の径方向を向いている。このため、第１永久磁石３２および第２永久磁石３３から発生する磁束が回転子４の径方向へは通りやすく、回転軸Ｏ方向へは通りにくくなる。このため、第２実施形態の回転子３に比べ、回転軸Ｏ方向（各コア片４４１の積層方向）へ漏れる漏れ磁束の割合が低下し、回転軸Ｏ方向に対して垂直な方向（各コア片４４１の径方向）へ進む磁束の割合が増加する。その結果、回転子４の外周から固定子１の内周へ進む磁束の割合が増加し、固定子巻線１２と鎖交する磁束が増加するので、さらなる小型高出力化を実現することが可能となる。
【００９４】
また本実施形態では、円筒状部材４４２がアモルファス箔帯を積層したもので構成される場合もあった。この場合、円筒状部材４４２がステンレス系の鋼管で構成される場合に比べ、円筒状部材４４２に発生する渦電流損を低く抑えることが可能となる。また、アモルファス箔帯の透磁率はステンレス系の鋼管よりも高い。このため、ギャップ磁束密度を高く設計することが可能となる。さらに、アモルファス箔帯の一枚一枚の厚さは、約０．０２５μｍと薄い。このため、積層枚数を微調節することにより、円筒状部材４４２の肉厚を可能な限り薄くしてギャップ磁束密度を最大化することができる。また、円筒状部材４４２に要求される必要十分な機械強度を確保する設計も容易となる。
【００９５】
なお、本実施形態に係る回転電機を第１実施形態に従って最適化してもよい。この場合、図１２に示すように、例えば、コア片４４１の周方向における一方端面であって径方向における中心点をＺ４とし、コア片４４１の周方向における他方端面であって径方向における中心点をＺ５とする。また、第２永久磁石３３の周方向における他方端面であって径方向における中心点をＺ６とする。なお、第２永久磁石３３の周方向における一方端面であって径方向における中心点は、Ｚ５となる。このとき、コア片４４１の開角αは、中心点Ｚ４と回転軸Ｏとを結ぶ直線と、中心点Ｚ５と回転軸Ｏとを結ぶ直線とがなす鋭角に等しい。また、１磁極（隣り合う第２永久磁石３３とコア片４４１）の開角θｐは、中心点Ｚ４と回転軸Ｏとを結ぶ直線と、中心点Ｚ６と回転軸Ｏとを結ぶ直線とがなす鋭角に等しい。このコア片４４１の開角αと１磁極の開角θｐを上式（６）に代入して求められる割合ηを、第１実施形態に従って最適化すればよい。また、シャフト３１の外周に設けられた第１永久磁石３２の外周半径をＲとし、このＲを式（７）に代入して求められる割合ζを、第１実施形態に従って最適化すればよい。なお、本実施形態に係る回転電機を第１実施形態に従って最適化しなくても、ギャップ磁束密度の基本波成分の振幅を容易に増加させ、小型高出力化を容易に実現することが可能となることはいうまでもない。
【００９６】
次に、以上に説明した第１および第２実施形態に係る効果について検証した結果を示す。図１５は、磁界解析により計算したギャップ磁束密度の分布波形を示す図である。図１５において、従来のＲＳＰＭ配列の分布波形は、永久磁石の径方向厚さが５ｍｍの場合の分布波形である。従来のＭＦＣＳＰＭ配列の分布波形は、第１永久磁石、第２永久磁石とも径方向厚さが５ｍｍの場合の分布波形である。ＭＭＡＳＰＭ１配列（第１実施形態）の分布波形は、第１実施形態に係る第２永久磁石およびコア片を上述の最適寸法にした場合の分布波形である。ＭＭＡＳＰＭ２配列（第２実施形態）は、第２実施形態に係る第２永久磁石およびコア片を上述の最適寸法にした場合の分布波形である。図１５より、従来のＭＦＣＳＰＭ配列、ＭＭＡＳＰＭ１配列、ＭＭＡＳＰＭ２配列におけるギャップ磁束密度は、全てＲＳＰＭ配列のギャップ磁束密度よりも大きいことがわかる。
【００９７】
図１６は、図１５の分布波形に含まれる基本波成分の振幅の大きさを示す図である。従来のＲＳＰＭ配列と従来のＭＦＣＳＰＭ配列を比較すると、基本波成分の振幅はＭＦＣＳＰＭ配列の方が小さいことがわかる。これは、図１５に示したように、従来のＭＦＣＳＰＭ配列におけるギャップ磁束密度の分布波形が三角波に近い形状になるためである。一方、ＭＭＡＳＰＭ１配列（第１実施形態）、ＭＭＡＳＰＭ２配列（第２実施形態）におけるギャップ磁束密度の基本波成分の振幅は、従来のＲＳＰＭ配列と従来のＭＦＣＳＰＭ配列よりも大きくなっている。ＭＭＡＳＰＭ２配列（第２実施形態）におけるギャップ磁束密度の基本波成分の振幅は、ＲＳＰＭ配列やＭＦＣＳＰＭ配列よりも１．３倍以上大きくなっている。このように、第１および第２実施形態に係る回転電機によって得られる効果は十分に大きいと言うことができる。なお、第３実施形態に係る効果については記載していないが、この効果も十分に大きいことは言うまでもない。
【００９８】
なお、以上に説明した各実施形態に係る回転電機は、電動機として機能するものとしたが、これに限定されない。各実施形態に係る回転電機は、発電機として機能するものであってもよい。
【００９９】
以上、本発明の各実施形態について説明した。ただし、いわゆる当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上記各実施形態から適宜変更が可能であり、また、上記各実施形態と変更例による手法を適宜組み合わせて利用することも可能である。すなわち、このような変更等が施された技術であっても、本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１００】
１  固定子
１１  固定子コア
１２  固定子巻線
２、３、４  回転子
２１、３１  シャフト
２２、３２  第１永久磁石
２３、３３  第２永久磁石
２４、３４、４４  回転子コア
２４１、３４１、４４１  コア片
３５  支持部材
３６、３７、４６、４７  ブラケット
４４２  円筒状部材
５１、６１  外側構造体
５２  内側構造体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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