(57)【要約】【課題】トルク増大を実現したＰＭシンクロナスモータを提供すること。【解決手段】ロータの永久磁石により形成されてマグネットトルクを発生するための永久磁石３は、セグメント磁路部５６を通じてステータに磁石磁束を供給する。永久磁石３はセグメント磁路部５６のステータ対向磁極面５７のうち、周方向一方側に強く、周方向他方側に弱く磁石磁束を供給する。このようにすればリラクタンストルクのピーク位相角近傍における磁石トルクの落ち込みを抑制できるため、大きな合成トルクを実現することができる。【選択図】図２６
2014039475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向へ電気角π毎に極性交互に配置されて磁石磁束を略周方向へ流す偶数個の永久磁石と、周方向に隣り合う２つの永久磁石の間を磁気的に接続する軟磁性磁路部とを有するＰＭシンクロナスモータにおいて、
前記軟磁性磁路部は、周方向両端部にてステータの周面に個別に対面する一対の低磁気抵抗部と、前記一対の低磁気抵抗部の間に配置されて磁束が周方向へ流れるのを許容し、磁束が径方向に流れるのを抑止する向きに延在する継鉄部と、を有することを特徴とするＰＭシンクロナスモータ。
【請求項２】
請求項１記載のＰＭシンクロナスモータにおいて、
前記継鉄部は、前記ステータの周面から遠ざかる向きに凹設された溝部により構成されているＰＭシンクロナスモータ。
【請求項３】
請求項２記載のＰＭシンクロナスモータにおいて、
前記継鉄部は、周方向へ延在するフラックバリアにより構成されているＰＭシンクロナスモータ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか記載のＰＭシンクロナスモータにおいて、
前記一対の低磁気抵抗部は、外周面の周方向幅がそれぞれ異なることを特徴とするＰＭシンクロナスモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機又はリニアモータなどに適用されるＰＭシンクロナスモータに関し、特にそのロータ構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＰＭシンクロナスモータは、マグネットトルクＴｍとリラクタンストルクＴｒとを発生する。これらのトルクを発生するために、ロータは、永久磁石により電気角π毎に形成された磁石磁極部Ｐｍと、電気角π毎に形成された低磁気抵抗部Ｐｒとを表面部に有している。磁石磁極部Ｐｍは電気角πごとにステータに向かうステータ対向磁極面の極性が反対とされる。低磁気抵抗部Ｐｒは、磁気突極部とも呼ばれる。周方向に隣接する一対の低磁気抵抗部Ｐｒ間の磁気抵抗は、他部位の磁気抵抗よりも小さく形成されている。磁石磁極部Ｐｍの両側の一対の低磁気抵抗部Ｐｒの周方向中心は、磁石磁極部Ｐｍの周方向中心を基準として対称に配置され、磁石磁極部Ｐｍの周方向中心と低磁気抵抗部Ｐｒの周方向中心とは電気角π／２離れている。
【０００３】
磁気突極部は、ロータを構成する軟磁性体の外周面を電気角πごとに径方向外側へ空間的に突出させる構造により実現できる他、軟磁性の円筒状ステータ内部にフラックスバリアを設けることによっても実現される。表面磁石型のＰＭシンクロナスモータ（ＳＰＭ）と埋め込み磁石型のＰＭシンクロナスモータ（ＩＰＭ）が広く知られている。下記の特許文献１〜４は、ＰＭシンクロナスモータの一例を記載している。
【０００４】
ＰＭシンクロナスモータは、効率に優れるうえマグネットトルクＴｍに加えてリラクタンストルクＴｒを発生できるので体格重量当たりのトルク、出力が大きく、トルクリップルも小さいため、車両用モータたとえばハイブリッド車の走行動力発生用途など広く採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−６００３８号公報
【特許文献２】特開２００１−３３９９２２号公報
【特許文献３】特開２００２−４４９２０号公報
【特許文献４】特開２００３−３２４８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、車両用途特に走行動力発生用途ではモータの体格重量はかなり大きくなり、特にハイブリッド車においては通常のエンジン系にそれが加算されるために更なる体格重量の低減が要望されている。この種の回転電機の体格重量の低減は、車両用途以外に航空機用途など種々の用途において本質的に重要な課題である。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、同一体格重量にてトルク、出力の増大が可能なＰＭシンクロナスモータを提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する発明は、周方向へ電気角π毎に極性交互に配置されて磁石磁束を略周方向へ流す偶数個の永久磁石と、周方向に隣り合う２つの永久磁石の間を磁気的に接続する軟磁性磁路部とを有するＰＭシンクロナスモータにおいて、前記軟磁性磁路部は、周方向両端部にてステータの周面に個別に対面する一対の低磁気抵抗部と、前記一対の低磁気抵抗部の間に配置されて磁束が周方向へ流れるのを許容し、磁束が径方向に流れるのを抑止する向きに延在する継鉄部とを有することをその特徴としている。
【０００９】
すなわち、本発明の磁石ロータは、従来公知のいわゆるスポーク型ＰＭシンクロナスモータと同じく、周方向へ電気角π毎に極性交互に配置されて磁石磁束を略周方向へ流す偶数個の永久磁石を有する。各磁石から出た磁石磁束は、各磁石間に位置して略周方向へ延在する軟磁性磁路に流れ込む。軟磁性磁路に流れ込んだ磁石磁束は、ステータの周面に対面する軟磁性磁路部の一対の低磁気抵抗部を通じてステータと磁石磁束を授受する。軟磁性磁路部の一対の低磁気抵抗部は、軟磁性磁路部の周方向両端に配置されるため、この一対の低磁気抵抗部にはステータ電流により形成される電流磁束も流れ、リラクタンストルクが生じる。いわゆる磁気突極部として機能するこれら一対の低磁気抵抗部の間には、一対の低磁気抵抗部の間に配置されて磁束が周方向へ流れるのを許容し磁束が径方向に流れるのを抑止する向きに延在する継鉄部が形成される。
【００１０】
この発明では特に、一つの低磁気抵抗部の両端の一対の低磁気抵抗部の周方向幅が異なる。これにより、上記第１発明と同じく、磁石磁束の周方向中心点と、低磁気抵抗部を流れる電流磁束の周方向中心点を、上記一対の低磁気抵抗部の周方向幅を等しくした場合に比べて周方向へずらせることができる。これにより、上記第１発明と同じ、効果を奏することができる。
【００１１】
好適な態様において、前記継鉄部は、前記ステータの周面から遠ざかる向きに凹設された溝部により構成されている。これにより、簡素な構成にて継鉄部における径方向への磁束の流れだけを選択的に抑制することができる。
【００１２】
好適な態様において、前記継鉄部は、周方向へ延在するフラックバリアにより構成されている。これにより、簡素な構成にて継鉄部における径方向への磁束の流れだけを選択的に抑制することができる。
【００１３】
好適な態様において、前記一対の低磁気抵抗部は、外周面の周方向幅がそれぞれ異なるように構成されている。これにより、一対の低磁気抵抗部の周方向幅を調節することで、磁石磁束Φｍの周方向中心位置と、ステータ電流により形成される電流磁束の周方向中心位置との相対角度を変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１のＰＭシンクロナスモータのロータの模式径方向断面図である。
【図２】実施形態１のロータのトルクシミュレーションに採用したロータモデルを示す模式部分断面図である。
【図３】トルク波形のシミュレーション結果１を示すトルク波形図である。
【図４】トルク波形のシミュレーション結果１を示すトルク波形図である。
【図５】トルク波形のシミュレーション結果１を示すトルク波形図である。
【図６】トルク波形のシミュレーション結果１を示すトルク波形図である。
【図７】実施形態１のロータのトルクシミュレーションに採用したロータモデルを示す模式部分断面図である。
【図８】トルク波形のシミュレーション結果１を示すトルク波形図である。
【図９】トルク波形のシミュレーション結果２を示すトルク波形図である。
【図１０】トルク波形のシミュレーション結果３を示すトルク波形図である。
【図１１】トルク波形のシミュレーション結果４を示すトルク波形図である。
【図１２】トルク波形のシミュレーション結果５を示すトルク波形図である。
【図１３】トルク波形のシミュレーション結果６を示すトルク波形図である。
【図１４】トルク波形のシミュレーション結果７を示すトルク波形図である。
【図１５】トルク波形のシミュレーション結果８を示すトルク波形図である。
【図１６】トルク波形のシミュレーション結果９を示すトルク波形図である。
【図１７】ロータ構造例１を示す模式部分径方向断面図である。
【図１８】ロータ構造例２を示す模式部分径方向断面図である。
【図１９】ロータ構造例３を示す模式部分径方向断面図である。
【図２０】ロータ構造例４を示す模式部分径方向断面図である。
【図２１】ロータ構造例５を示す模式部分径方向断面図である。
【図２２】ロータ構造例６を示す模式部分径方向断面図である。
【図２３】ロータ構造例７を示す模式部分径方向断面図である。
【図２４】ロータ構造例８を示す模式部分径方向断面図である。
【図２５】ロータ構造例９を示す模式部分径方向断面図である。
【図２６】実施形態２のＰＭシンクロナスモータのロータの模式径方向断面図である。
【図２７】実施形態３のＰＭシンクロナスモータのロータの模式径方向断面図である。
【図２８】実施形態２のトルク波形のシミュレーション結果を示すトルク波形図である。
【図２９】実施形態３のトルク波形のシミュレーション結果を示すトルク波形図である。
【図３０】比較例としての従来のＩＰＭシンクロナスモータのロータの模式径方向断面図である。
【図３１】図３０のトルク波形のシミュレーション結果を示すトルク波形図である。
【図３２】実施形態４のアウターロータ型ＰＭシンクロナスモータのロータの模式部分径方向断面図である。
【図３３】実施形態５のフラックスバリアをもつインナーロータ型ＰＭシンクロナスモータの磁石ロータの模式部分径方向断面図である。
【図３４】実施形態６のフラックスバリアをもつインナーロータ・スポーク型ＰＭシンクロナスモータの磁石ロータの模式部分径方向断面図である。
【図３５】実施形態７のＰＭシンクロナスモータの模式部分径方向断面図である。
【図３６】図３５のＰＭシンクロナスモータのトルク波形のシミュレーション結果を示すトルク波形図である。
【図３７】変形態様のＰＭシンクロナスモータの模式部分径方向断面図である。
【図３８】図３７のＰＭシンクロナスモータのトルク波形のシミュレーション結果を示すトルク波形図である。
【図３９】変形態様のＰＭシンクロナスモータの模式部分径方向断面図である。
【図４０】磁石磁束及び電流磁束の周方向中心位置と突極部の周方向幅との関係を説明するロータの模式周方向展開図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施形態１）
本発明の好適な実施形態１の原理を図面を参照して説明する。以下の実施形態では、２極表面磁石インナーロータモデルにて説明しているが、ロータ磁極数や公知の種々のロータ形式への変更は自由であることはもちろんである。
【００１６】
（ロータの基本構造）
図１は、この実施形態のＰＭシンクロナスモータのロータの模式径方向断面図を示す。
【００１７】
ロータ１は、回転軸２を中心として周方向電気角π離れた２つの永久磁石３、４を有している。永久磁石３、４は径方向最外径の部分円筒面形状の表面部をそれぞれもち、これら表面部は互いに逆極性に磁化されて磁石磁極部３０、４０となっている。５は回転軸２に嵌着、固定された軟鉄製のロータコアである。ロータコア５は、径方向最外径の部分円筒面形状の表面部を互いに電気角π離れた位置にそれぞれもち、これら表面部は本発明で言う低磁気抵抗部５１、５２となっている。これら磁石磁極部３０、４０及び低磁気抵抗部５１、５２は、ロータ１の外周面のそれぞれ一部を構成しており、ロータ１の外周面の残部はこの実施形態では非磁性体６の部分円筒面形状の表面部により占有されている。このようにして形成されたロータ１の外周面は、図略のステータコアの内周面に小さい電磁ギャップを介して対面している。非磁性体６としては、樹脂や非磁性金属で構成することができるが単なる空間としてもよい。
【００１８】
ロータコア５は、ロータ１の外周面よりほぼ永久磁石３、４の厚さだけ径小の円筒ヨーク部５３と、この円筒ヨーク部５３から互いに電気角π離れて略放射方向へ突出する磁気突極部５４、５５とからなり、積層電磁鋼板あるいは軟鋼ブロックにより形成されている。永久磁石３、４の径方向内側の底面は平坦に形成されており、円筒ヨーク部５３の外周面のうち平坦に面取りされた部分に固定されている。磁気突極部５４は永久磁石３に対して時計回転方向へ僅かな隙間を介して隣接しており、磁気突極部５５は永久磁石４に対して時計回転方向へ僅かな隙間を介して隣接している。
【００１９】
この実施形態の特徴は、低磁気抵抗部５１、５２の周方向中心を径方向へ貫通する軸線であるｒ軸と、永久磁石３、４の周方向中心を径方向へ貫通する軸線であるｍ軸との間の軸ずれ角度θｒｍが、電気角π／２よりも大幅に小さく設定されていることである。好適には軸ずれ角度θｒｍは１５°〜７５°、更に好適には４０〜５０°に設定される。
【００２０】
これに対して、従来のＰＭシンクロナスモータでは、低磁気抵抗部の周方向中心を径方向へ貫通する軸線であるｄ軸と、永久磁石の周方向中心を径方向へ貫通する軸線であるｑ軸との間の軸ずれ角度θｒｍは電気角π／２とされ、永久磁石の周方向中心を基準としてその両側の低磁気抵抗部は線対称配置されていた。
【００２１】
上記構造をもつこの実施例のロータは、従来の低磁気抵抗部線対称直角配置構造をもつロータに比べて、最大トルクすなわちトルクピーク値を増大できるという効果を奏する。これは、永久磁石３、４が発生するマグネットトルク波形のピーク位相角値（電流基準）と、低磁気抵抗部５１、５２が発生するリラクタンストルク波形のピーク位相角値（電流基準）とが近似することになるため、それらの合成トルクであるロータ１のトルクのピークが増加するためである。
【００２２】
（解析）
低磁気抵抗部５１、５２をその両側の永久磁石３、４の一方側に偏らせた場合に生じる上記トルク増加効果についての本発明者の解析を以下に記載する。ただし、図１において。ステータ電流ベクトルｉの方向をｉ軸とする。すなわちｉ軸位置においてステータ電流は最大値ｉｍａｘとなるものとする。
【００２３】
マグネットトルクＴｍは、ステータ電流ベクトルｉのｍ軸成分と磁石磁束Φｍとの積に概略比例するとみなすことができる。これに対して、リラクタンストルクＴｒは、ｒ軸インダクタンスＬｒと、ステータ電流ベクトルｉのｒ軸成分と、ステータ電流ベクトルｉのｒ軸直角成分との積に概略比例するものとみなせる。なお、低磁気抵抗部５１、５２の磁束（電流磁束とも言う）Φｉは、ｒ軸インダクタンスＬｒと、ステータ電流ベクトルｉのｒ軸直角成分との積に概略比例するものとみなすことができ、したがって、リラクタンストルクＴｒは、電流磁束Φｉと、ステータ電流ベクトルｉのｒ軸成分との積に概略比例するものとみなせる。なお、ここで、ｒ軸に直角な軸のインダクタンスは無視できるものとする。このことから、ロータトルク（合成トルク）を増大するには、マグネットトルクＴｍとリラクタンストルクＴｒとの両方を増大することが重要であることがわかる。
【００２４】
マグネットトルクＴｍを増大するには、ステータ電流ベクトルｉの軸であるｉ軸とｍ軸との位相角差を減らすようにすればよいことがわかる。次に、リラクタンストルクＴｒを増大するには、ステータ電流ベクトルｉのｒ軸成分とｒ軸直角成分とをともに増大するように設定すればよく、それにはｒ軸をｉ軸に対してなるべく電気角で４５°ずれるように設定するようにすればよい。結局、電流軸であるｉ軸をｍ軸に一致させてマグネットトルクＴｍを増大し、かつ、ｒ軸とｍ軸との間の軸ずれ角度θｒｍを電気角で４５°とするのが理想的であることがわかる。この場合、リラクタンストルクＴｒを生み出すステータ電流ベクトルｉのｒ軸成分とｒ軸直角（電気角π／２）成分との積が最大となる。
【００２５】
ただし、ｒ軸とｍ軸との間の軸ずれ角度θｒｍを電気角で１５°〜７５°の範囲とすれば、マグネットトルクＴｍとリラクタンストルクＴｒとの合計を従来よりも増大することができる。また、軸ずれ角度θｒｍを電気角で４５°に限定してしまうと、永久磁石３、４の周方向幅や低磁気抵抗部５１、５２の周方向幅に制限が生じ、このため磁石磁束Φｍ及びリラクタンス磁束Φｒ（電流磁束Φｉのｒ軸成分）が小さくなって合成トルク（ロータトルク）が小さくなる場合がある。このため、軸ずれ角度θｒｍを電気角で４０〜５０°の範囲で必要量だけ増やすことも好適である。
【００２６】
更に説明すると、リラクタンストルクＴｒは、電流軸であるｉ軸がｒ軸と一致する位相角、及び、ｉ軸がｒ軸と直角（電気角π／２）となる位相角で０となる。また、マグネットトルクＴｍは、軸ｉ軸がｍ軸と直角（電気角π／２）となる場合に０となる。これは従来と同じである。
【００２７】
これに対して、従来は、ｒ軸とｍ軸とが電気角で直角となっているため、ｉ軸をｍ軸と一致させるとリラクタンストルクＴｒが著しく減少してしまい、それを回避するためｉ軸をｍ軸からずらせるとマグネットトルクＴｍが減少してしまうわけである。この問題は、この実施形態のように、ｒ軸とｍ軸とをπ／２より小さく設定することにより実現することができるわけである。
【００２８】
（シミュレーション結果）
上記検討に基づく種々の実施例ロータ構造（実施ロータとも称する）のトルク波形のシミュレーション結果を以下に記載する。各実施ロータのステータ側の寸法、通電条件は同じとし、各実施ロータの内外径、ロータ長、磁石寸法、磁石特性は等しいとする。各実施ロータはＳＰＭ（表面磁石型）となっている。また、参考のために同一条件にてＩＰＭ（埋め込み磁石型）を作成してそのトルク波形を得た。このＩＰＭのトルク波形の図示は省略するが、その合成トルクピーク値は３６９Ｎｍであった。
【００２９】
（第１群の実施例ロータ）
第１群の実施例ロータのπ／４模式断面図を図２に示す。図２では、永久磁石３、４及び低磁気抵抗部５１、５２の周方向占有幅は１５°とし、更に、永久磁石３、４の周方向反対側に追加の低磁気抵抗部を設けたものである。したがって、この追加の低磁気抵抗部の分だけギャップ（既述した非磁性体６の部分）の周方向幅が減少し、低磁気抵抗部５１、５２の周方向中心がずれることになる。ａは追加の低磁気抵抗部５１、５２の周方向幅である。
【００３０】
図３はａが０ｍｍの場合のトルク波形を示し、図４はａが２ｍｍの場合のトルク波形を示し、図５はａが４ｍｍの場合のトルク波形を示し、図６はａが６ｍｍの場合のトルク波形を示す。ａの増加とともに合成トルクが減少することがわかった。しかし、各実施ロータのトルクピーク値は同一条件のＩＰＭより増大していることがわかった。
【００３１】
（第２群の実施例ロータ）
第２群の実施例ロータのπ／４模式断面図を図７に示す。図７では、永久磁石３、４の周方向占有幅は１５°とし、更に、低磁気抵抗部５１、５２の周方向占有幅を１５°から周方向幅ｂだけ増大したものである。したがって、この低磁気抵抗部の増大した幅ｂだけギャップ（既述した非磁性体６の部分）の周方向幅が減少し、低磁気抵抗部５１、５２の周方向中心がずれることになる。
【００３２】
図８はｂがー８ｍｍの場合のトルク波形を示し、図９はｂがー６ｍｍの場合のトルク波形を示し、図１０はｂがー４ｍｍの場合のトルク波形を示し、図１１はｂがー２ｍｍの場合のトルク波形を示し、図１２はｂが０ｍｍの場合のトルク波形を示し、図１３はｂが２ｍｍの場合のトルク波形を示し、図１４はｂが４ｍｍの場合のトルク波形を示し、図１５はｂが６ｍｍの場合のトルク波形を示し、図１６はｂが８ｍｍの場合のトルク波形を示す。低磁気抵抗部５１、５２の周方向幅を減らすと正トルクピークが大きくなるが負トルクピークが低下することがわかった。また、低磁気抵抗部５１、５２の周方向幅を増加すると、図１３、図１４に示すように、ＩＰＭに比べて負トルクピークを減少することなく正トルクピークを増大できることがわかった。
【００３３】
（ロータ構造例）
次に、具体的なロータ構造、特に永久磁石３、４の耐遠心力保持特性を強化したロータ構造を以下に説明する。なお、アウターロータ形式では永久磁石はロータの円筒状のヨークにより支持されるためこの問題はまったく生じない。
【００３４】
図１７は、積層電磁鋼板に軸方向に磁石収容孔５６を貫設し、この磁石収容孔５６に永久磁石３を収容したロータ構図を示す。このとき、ロータコア５のギャップ５７と磁石収容孔５６との間の側壁部５８は耐遠心力特性を確保可能な範囲でできるだけ薄くされる。
【００３５】
図１８は、図１７において、磁石収容孔５６及び永久磁石３を遠心方向外側に向けて先細としたロータ構造を示す。これにより、低磁気抵抗部５１を一方側の磁石磁極部３０に一層偏らせて配置することができる。
【００３６】
図１９は、永久磁石３を径方向に対して斜設したロータ構造を示す。これにより、永久磁石３の磁極面を拡大できるため、磁石磁束量を増大することができる。
【００３７】
図２０は、ロータコア５の外周面に非磁性ステンレス筒を被せることにより、永久磁石３の耐遠心力性能を改善したロータ構造を示す。
【００３８】
図２１は、永久磁石３の径方向内側の面に楔形突起を設け、この楔形突起を磁石収容孔５６の楔形条溝に嵌め込んだロータ構造を示す。なお、永久磁石３は非磁性ステンレス板製のマグネットホルダにより囲覆されている。
【００３９】
図２２は、ロータコア５のギャップ５７（図１７参照）に非磁性金属たとえばアルミニウム棒９を軸方向に挿入したロータ構造を示す。このアルミニウム棒９は、楔形の底部を径方向内側に有しており、ロータコア５に支持されている。また、アルミニウム棒９の径方向外側部分の周方向幅は径方向外側に向かうにつれて増大しており、これにより永久磁石３の遠心力を受けるようになっている。
【００４０】
図２３は、ロータコア５に永久磁石を接着した構造を示す。構造が簡素となる。
【００４１】
図２４は、図１７に示すロータコア構造において、磁石収容孔５６を、径方向外側に開口する磁石収容溝５９としたものである。ロータコア５は、磁石収容孔５６の開口を狭窄する鍔６０を有して永久磁石３の遠心力を受け取る。
【００４２】
図２５は、図２３に示すロータコア構造において、永久磁石３に接する低磁気抵抗部５１の側面のうち径方向外側の部分を切り欠き、更に永久磁石３も切り欠いたものである。これにより永久磁石３の漏れ磁束を減らすことができる。
【００４３】
（実施形態２）
本発明の好適な実施形態２の原理を図２６を参照して説明する。以下の実施形態では、８極埋込磁石インナーロータモデルにて説明しているが、ロータ磁極数や公知の種々のロータ形式への変更は自由であることはもちろんである。
【００４４】
（ロータの基本構造）
図２６は、この実施形態のＰＭシンクロナスモータの電気角π分の模式径方向断面図を示す。
【００４５】
ロータ１は、多数のスロット７１とティース７２とが形成されたステータ７の内周面に対面する外周面をもつ。ロータ１は、積層電磁鋼板製のロータコア５と、このロータコア５に埋設された永久磁石３とを有し、いわゆるＩＰＭ型のロータを構成している。
【００４６】
ロータコア５は、回転軸２に嵌着、固定された略円筒状のヨーク部５３と、ヨーク部５３の外周から電気角πごとにステータ７の内周面に向けて突出する複数の突極部５０と、互いに隣接する２つの突極部５０の間にヨーク部５３及び突極部５０と離れて配置されたセグメント磁路部５６とを有している。セグメント磁路部５６は、ステータ７の内周面に対して小さい電磁ギャップを挟んで対面する部分円筒面形状のステータ対向磁極面５７を有している。突極部５０も、ステータ７の内周面に対して小さい電磁ギャップを挟んで対面する部分円筒面形状のステータ対向磁極面を有している。
【００４７】
この実施形態では、ヨーク部５３及び突極部５０は低磁気抵抗部とも総称される。ヨーク部５３は、各突極部５０の反ステータ側の部位に連なっており、各突極部５０の反ステータ側の端部を磁気的に短絡している。低磁気抵抗部とセグメント磁路部５６とは磁気分離部８により磁気的に分離されている。磁気分離部８には非磁性体が配置されているが、セグメント磁路部５６や永久磁石３の支持を確保できれば、空隙により磁気分離部８を構成してもよい。
【００４８】
永久磁石３の一方の磁極面はセグメント磁路部５６の径方向内側の表面に密着しており、永久磁石３の他方の磁極面はヨーク部５３の径方向外側の表面に密着している。なお、この実施形態では永久磁石３は角棒状に形成されているが、永久磁石３の形状がこれに限定されないことはもちろんである。これにより、永久磁石３は、自己が接するセグメント磁路部５６とヨーク部５３とを逆方向に磁化する。図２６の矢印は永久磁石３の磁化方向を示す。なお、電気角π離れた２つの永久磁石３は逆向きに磁化される。
【００４９】
この実施形態の特徴は、永久磁石３がその両側の突極部５０の間の中間位置を示すｒｃ軸よりも一方の突極部５０側に近接した位置に配置した点にその特徴がある。これにより、セグメント磁路部５６のステータ対向磁極面５７のうち、ｒｃ軸よりも周方向磁石近接側は周方向磁石離遠側に対して相対的に永久磁石３により強く磁化される。したがって、ステータ側から見た磁石磁束の周方向中心言い換えればステータ側から見たロータ１の外周面上の周方向における同一極性の磁極の中心位置（図２６ではｍ軸にて示す）がその両側の２つの突極部５０の位置（図２６ではｒ軸で示す）のうちの一方側に近付いて設けられることになる。
【００５０】
このように構成したこの実施例のロータを用いたＰＭシンクロナスモータは、既述した実施形態１と同じく、磁極中心位置ｍの周方向シフトにより、上記実施形態１と同様にリラクタンストルクのトルクピーク位相角近傍における磁石トルクの落ち込みを防止し、その結果として、リラクタンストルクのトルクピーク位相角近傍における合成トルクの増大を実現する。更に、この実施形態では、ステータ電流によりセグメント磁路部５６を通過して周方向へ流れる磁束（電流磁束）がリラクタンストルクを増大させるため、合成トルクの一層の増大を実現することができる。
【００５１】
（変形態様）
永久磁石の非対称配置に相当するｍ軸の周方向シフトは、上記した永久磁石の偏位（たとえば周方向移動）の他、永久磁石の形状変更によっても実施することができ、永久磁石の磁化方向の変更によっても実施することができる。
【００５２】
（実施形態３）
本発明の好適な実施形態３の原理を図２７を参照して説明する。以下の実施形態では、８極埋込磁石インナーロータモデルにて説明しているが、ロータ磁極数や公知の種々のロータ形式への変更は自由であることはもちろんである。
【００５３】
この実施形態は、図２６に示す実施形態２において、一つのセグメント磁路部５６の周方向両端部に２つの永久磁石３１、３２を個別に隣接させ、かつ、これら永久磁石３１、３２の磁化方向を変更したものである。図２７に示す２つの矢印は、２つの永久磁石３１、３２の磁化方向を示す。更に具体的に説明すると、永久磁石３１、３２は、セグメント磁路部５６の周方向両端部と、突極部５０との間に配置されている。永久磁石３２の磁化方向はほぼ周方向とされ、永久磁石３１の磁化方向は永久磁石３２のそれよりも径方向外側に向いている。ただし、一つのセグメント磁路部５６に隣接する２つの永久磁石３１、３２はこのセグメント磁路部５６を同一極性に磁化する。
【００５４】
このようにすれば、セグメント磁路部５６のステータ対向磁極面のうち、両側の突極部５０の間の中間位置を示すｒｃ軸よりも永久磁石３１に近い側の部分は、永久磁石３２に近い側の部分よりも強く磁化されることになる。したがって、ステータ側から見た磁石磁束の周方向中心言い換えればステータ側から見たロータ１の外周面上の周方向における同一極性の磁極の中心位置（図２７ではｍ軸にて示す）がその両側の２つの突極部５０の位置（図２７ではｒ軸で示す）のうちの一方側に近付いて設けられることになる。
【００５５】
このように構成したこの実施例のロータを用いたＰＭシンクロナスモータは、既述した実施形態１、２と同じく、磁極中心位置ｍの周方向シフトにより、上記実施形態１、２と同様にリラクタンストルクのトルクピーク位相角近傍における磁石トルクの落ち込みを防止し、その結果として、リラクタンストルクのトルクピーク位相角近傍における合成トルクの増大を実現する。更に、この実施形態では、ステータ電流によりセグメント磁路部５６を通過して周方向へ流れる磁束（電流磁束）がリラクタンストルクを増大させるため、合成トルクの一層の増大を実現することができる。
【００５６】
（シミュレーション結果）
図２６に示すロータを用いたＰＭシンクロナスモータのシミュレーション結果を図２８に、図２７に示すロータを用いたＰＭシンクロナスモータのシミュレーション結果を図２９に、図３０に示す通常のＰＭシンクロナスモータ用ロータを用いたＰＭシンクロナスモータのシミュレーション結果を図３１に示す。ただし、磁石磁束量、寸法などは等しいとした。ステータ電流は実効値で３６０Ａ、回転数は１ｒｐｍとした。
【００５７】
図２８、図２９、図３１の比較からわかるように、図２６、図２７に示す実施形態２、３のロータは、図３０のロータよりも格段に合成トルクのピーク値を増大でき、負トルクも増やすことができることがわかる。このトルク増大はリラクタンストルクの増大に依拠していることがわかる。
【００５８】
（変形態様）
その他、従来公知のＩＰＭシンクロナスモータのロータにおいて、磁石位置やロータ内磁路形状を変更して上記と同様に実質的な磁石の周方向中心位置を磁気突極部に対して周方向へずらしてもよいこと。
【００５９】
（実施形態４）
本発明の好適な実施形態４を図３２を参照して説明する。図３２はＩＰＭアウターロータにおいて永久磁石３を周方向にシフトした例を示す。この場合、耐遠心力性を確保しつつ、永久磁石３の周方向シフトが可能となるため、極めて実用性に優れる。
【００６０】
図３２において、アウタロータ型フラックスバリア磁石収容構造のロータ１は、上記各実施例の非磁性体６に相当するフラックスバリア６０を有する。周方向に隣り合う２つのフラックスバリア６０の間にいわゆる磁気突極部をなす突極部５０をもつ。フラックスバリア６０には板状の永久磁石３が収容されているが、この永久磁石３はフラックスバリア６０の周方向一方側へ偏って配置される。これにより、磁石磁束Φｍの周方向中心（いわゆるｄ軸）に対して、電流磁束（リラクタンストルク磁束）が流れる突極部５０の周方向中心（本明細書で言うｒ軸）は、永久磁石３をフラックスバリア６０の周方向中心点に配置する従来のロータ構造に対して周方向へ所定角度だけずれる。その結果として、リラクタンストルクのピーク位相角をマグネットトルクのピーク位相角に対して上記実施例と同様に調整することが可能となる。なお、図３２に記載したＮ、Ｓは、磁石により形成された磁極を示す。
【００６１】
（実施形態５）
本発明の好適な実施形態５を図３３を参照して説明する。図３３は、ＩＰＭインナーロータにおいて、永久磁石３を周方向にシフトした例を示す。図３３は、図３２のアウタロータ型フラックスバリア磁石収容構造のロータ１をインナーロータ型に変更したものである。
【００６２】
図３３において、インナーロータ型フラックスバリア磁石収容構造のロータ１は、上記各実施例の非磁性体６に相当するフラックスバリア６０を径方向に所定間隔隔てて２つ有する。なお、フラックスバリア６０及び磁石の形状は、従来のＩＰＭロータと同様、多数の変形が可能である。
【００６３】
周方向に隣り合う２つのフラックスバリア６０の間にいわゆる磁気突極部をなす突極部５０をもつ。フラックスバリア６０には板状の永久磁石３が収容されているが、この永久磁石３はフラックスバリア６０の周方向一方側へ偏って配置される。これにより、磁石磁束Φｍの周方向中心（いわゆるｄ軸）に対して、電流磁束（リラクタンストルク磁束）が流れる突極部５０の周方向中心（本明細書で言うｒ軸）は、永久磁石３をフラックスバリア６０の周方向中心点に配置する従来のロータ構造に対して周方向へ所定角度だけずれる。その結果として、リラクタンストルクのピーク位相角をマグネットトルクのピーク位相角に対して上記実施例と同様に調整することが可能となる。なお、図３３に記載したＮ、Ｓは、磁石により形成された磁極を示す。
【００６４】
（実施例６）
本発明の好適な実施形態６を図３４を参照して説明する。図３４は、偶数個（図３４では４個）の永久磁石３が放射状に配置された公知のスポーク型ＩＰＭロータにおいて、ロータコア５は、フラックスバリア６０と、フラックスバリア６０と永久磁石３との間にいわゆる磁気突極部をなす突極部５０Ａ、５０Ｂとを有する。突極部５０Ａは、永久磁石３の一対の磁極面６００、６０１のうち反時計方向側の磁極面６００に近接する磁気突極部であり、突極部５０Ｂは、永久磁石３の一対の磁極面６００、６０１のうち時計方向側の磁極面６０１に近接する磁気突極部である。この実施形態では、フラックスバリア６０は、永久磁石３の磁極面６００に近接し、磁極面６０１から離れて配置される。これにより、突極部５０Ａの周方向幅は狭く、突極部５０Ｂの周方向幅は広く形成されている。
【００６５】
このフラックスバリア６０の設置は、この部位におけるロータコア５の外周面を凹ませて溝部としたのと同等であり、フラックスバリア６０の部位における径方向への言い換えればステータコアへの磁束の流れを抑制する。したがって、このようにすると、上記実施例と同様の効果を奏することができる。
【００６６】
更に説明すると、図３４に示される２つの永久磁石３から出た磁石磁束は、突極部５０Ａの外周面部５０２と、突極部５０Ｂの外周面部５０３とに均等に磁極を形成するとみなすことができ、これら外周面５０２、５０３は、フラックスバリア６０により周方向へ偏っている。これに対して、電流磁束Φｒに対しては、この影響は相対的に小さい。このため、永久磁石３の磁石磁束の周方向中心（いわゆるｄ軸）が２つの隣合う永久磁石３の周方向中間点を存在する従来のスポーク型ロータに対して、この実施例の磁石磁束の周方向中心（いわゆるｄ軸）は周方向へずれる。このため、リラクタンストルクのピーク位相角をマグネットトルクのピーク位相角に対して上記実施例と同様に調整することが可能となる。なお、図３４に記載したＮ、Ｓは、磁石により形成された磁極を示す。
【００６７】
（実施形態７）
本発明の好適な実施形態７を図３５を参照して説明する。図３５は、図２において、永久磁石３が略周方向に磁石磁束を出すようにしたものである。図３５において矢印は磁石磁束の方向を示す。永久磁石３が磁石磁束を周方向へ出すという意味において、図３５は、永久磁石３が径方向に配置される一種のスポーク型ロータであり、従来のスポーク型ロータのロータコアに対して、永久磁石３の径方向内側の軟磁性ロータ部分を省略した点と、周方向に隣り合う２つの永久磁石３、３の間に位置してロータコア５の外周面に溝部（凹部）９を設けた点にその特徴がある。
【００６８】
つまり、この実施形態のロータ１は、ステータ７の内周面に面しつつ永久磁石３と軟磁性磁路部５６とを交互に周方向へ配置してなる。したがって、軟磁性磁路部５６の周方向両端は永久磁石３の磁極面に接している。軟磁性磁路部５６は、周方向へ延在する継鉄部５７と、この継鉄部５７の周方向両端に個別に配置された突極部（本発明で言う低磁気抵抗部）５８、５９とからなる。永久磁石３は、周方向へ電気角π毎に極性交互に配置されて磁石磁束を略周方向へ流す。軟磁性磁路部５６を周方向に隣り合う２つの永久磁石の間を磁気的に接続し、これら２つの永久磁石３から磁石磁束Φｍを受け取る。軟磁性磁路部５６の突極部５８、５９は径方向外側のステータ７の内周面と磁束を授受する。軟磁性磁路部５６の継鉄部５７は、主として周方向両側の突極部５８、５９に電流磁束Φｒを流す。溝部９は、継鉄部５７の径方向外側に隣接配置されて、継鉄部５７がステータ７に磁束を流すのを阻止する。この実施形態の更なる特徴は、突極部５８と突極部５９の周方向幅が異なることである。
【００６９】
このようにすれば、突極部５８と突極部５９の周方向幅を調節することにより、上記した各実施形態と同様に、磁石磁束Φｍの周方向中心位置と、ステータ電流により形成される電流磁束の周方向中心位置との相対角度を変更することができる。
【００７０】
つまり、図３５に示される２つの永久磁石３から周方向逆側に出た磁石磁束は、突極部（低磁気抵抗部）５８の外周面部と、突極部（低磁気抵抗部）５９の外周面部とに均等に磁極を形成するとみなすことができ、これら外周面の周方向幅が異なるため、磁石磁束の周方向中心点は相対的に大きく変位する。これに対して、突極部５８から突極部５９へと流れる電流磁束Φｒに対しては、この突極部５８、５９の周方向幅の変更の影響は相対的に小さい。このため、永久磁石３の磁石磁束の周方向中心（いわゆるｄ軸）が２つの隣合う永久磁石３の周方向中間点を存在する従来のスポーク型ロータに対して、この実施例の磁石磁束の周方向中心（いわゆるｄ軸）は周方向へずれる。このため、リラクタンストルクのピーク位相角をマグネットトルクのピーク位相角に対して上記実施例と同様に調整することが可能となる。
【００７１】
（シミュレーション結果）
図３５のロータモデルにおいて、突極部５８、５９の周方向幅を変更した場合のトルク変化を図３６に示す。図３６はシミュレーションにて求めた。図３５において、永久磁石３の厚さすなわち周方向幅と、突極部５８の周方向幅Ｂと、突極部５９の周方向幅Ａとの合計は一定とした。
【００７２】
図３６は、ある電流位相角での周方向幅ＡとＢとの差（ＡーＢ）とリラクタンストルクと磁石トルクと総合トルクとを関係を示す。図３６から、周方向幅ＡとＢとの差（ＡーＢ）を正方向へ増大するとリラクタンストルクが増大し、負方向に増大するとマグネットトルクが増大することがわかる。
【００７３】
これにより、この実施形態においても、上記各実施形態と同じく、磁石磁束Φｍの周方向中心（ｄ軸）が相対的にリラクタンストルクを発生する電流磁束Φｒの周方向中心に対して周方向へ変位させることができ、それによりマグネットトルクに対するリラクタンストルクの割合を調節することができる。
【００７４】
（変形態様）
変形態様を図３７を参照して説明する。この変形態様を図３５に示す永久磁石３を、所定の磁石傾斜角度θだけ傾けた点にその特徴をもつ。永久磁石３を傾斜させることにより、その両側の突極部５８、５９における磁石磁束の流れが偏り、その影響により電流磁束の流れが偏るため、マグネットトルクとリラクタンストルクとを変更することができる。
【００７５】
（シミュレーション結果）
図３７のロータモデルにおいて、永久磁石３の磁石傾斜角度θを変更した場合のトルク変化を図３８に示す。図３８はシミュレーションにて求めた。図３７において、永久磁石３の径方向内端部を、周方向幅が狭い突極部５８の側に傾けた。つまり、突極部５８、５９の外周面部の周方向幅は図３５に対して変更しなかった。図３８は、ある電流位相角での磁石傾斜角度θとリラクタンストルクと磁石トルクと総合トルク（トータルトルク）との関係を示す。図３６から、周方向幅ＡとＢとの差（ＡーＢ）を正方向へ増大するとリラクタンストルクが増大し、負方向に増大するとマグネットトルクが増大することがわかる。磁石傾斜角度θが正向きに増大すると、リラクタンストルクが減少し、磁石トルクが増大することがわかる。
【００７６】
（変形態様）
変形態様を図３９を参照して説明する。
【００７７】
この変形態様は、図３５において、永久磁石３を径方向外側に向けて先細となる台形断面をもつようにしたものである。また、この変形態様は、（図参照）３５において、各軟磁性磁路部５６及び永久磁石３の径方向内側に位置して非磁性の円筒部７００を設けたものである。円筒部７００は（図略の回転軸に嵌着されている。軟磁性磁路部５６は径方向内側へ突出する楔部５００をもち、非磁性の円筒部７００の外周面は、軟磁性磁路部５６の楔部５００により係止されている。円筒部７００は、たとえばアルミニウムのインサート成型により製造される。これにより、軟磁性磁路部５６及び永久磁石３の耐遠心力性能を向上させることができる。
【００７８】
図３４における磁石磁束Φｍと電流磁束（リラクタンストルク磁束）Φｒとの関係を図４０の周方向展開図を参照して追加説明する。
【００７９】
突極部５８、５９は、その周方向両側の永久磁石３、３から磁石磁束Φｍを受け取り、突極部５８、５９の外周面部５８０、５９０からステータ７に流す。突極部５８の外周面部５８０から出る磁石磁束をΦｍ１とし、突極部５９の外周面部５９０から出る磁石磁束をΦｍ２とする。したがって、ロータ１の１磁極分の磁石磁束Φｍはこれら磁石磁束Φｍ１、Φｍ２の合計となる。しかし、突極部５８、５９の外周面部５８０、５９０の周方向幅が異なるため、磁石磁束Φｍの周方向中心位置すなわちｄ軸は、２つの永久磁石３、３の単純な中間位置ｚより突極部５９側（図４０にて時計方向へ）にずれる。これに対して、点線で示す電流磁束はわずかに反時計方向へずれる。更に詳しく説明すると、合計の電流磁束Φｒは、その両側の電流磁束Φｒ１、Φｒ２の和となる。電流磁束Φｒ１と電流磁束Φｒ２とはほぼ等しい大きさをもつとみなすことができるため、合計の電流磁束Φｒの周方向中心位置すなわち図１で言うｒ軸はわずかに反時計方向へシフトする。
【００８０】
結局、この実施形態では、突極部５８、５９の周方向幅の変更により磁石磁束軸と電流磁束軸とを逆方向へシフトさせることができるため、突極部５８、５９の周方向幅の調節により所望のマグネットトルクとリラクタンストルクとを得ることができる。
【符号の説明】
【００８１】
（実施形態１、２）
１  ロータ
２  回転軸
３  永久磁石
４  永久磁石
５  ロータコア
６  非磁性体
７  ステータ
８  磁気分離部
３０  磁石磁極部
３１  永久磁石
３２  永久磁石
４０  磁石磁極部
５０  突極部
５１  低磁気抵抗部
５２  低磁気抵抗部
５３  円筒ヨーク部（ヨーク部）
５４  磁気突極部
５５  磁気突極部
５６  セグメント磁路部
５７  ステータ対向磁極面
７１  スロット
７２  ティース
（実施形態３、４）
１  ロータ
３  永久磁石
６  非磁性体
３１  永久磁石
３２  永久磁石
５０  突極部
５６  セグメント磁路部
６０  フラックスバリア
（実施形態５）
１  ロータ
３  永久磁石
６  非磁性体
５０  突極部
６０  フラックスバリア
（実施形態６）
３  永久磁石
５  ロータコア
５０Ａ  突極部
５０Ｂ  突極部
６０  フラックスバリア
５０２  外周面
５０２  外周面部
５０３  外周面部
６００  磁極面
６０１  磁極面
（実施形態７）
１  ロータ
３  永久磁石
５  ロータコア
７  ステータ
９  溝
５６  軟磁性磁路部
５７  継鉄部
５８  低磁気抵抗部（突極部）
５９  低磁気抵抗部（突極部）
５００  楔部
７００  非磁性の円筒部
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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