(57)【要約】【課題】ＩＰＭモータにおいて、リラクタンストルクを大きくして、一定出力での可変速範囲を広くする。【解決手段】回転子鉄心１０２の内周側に配置された第１の永久磁石１１１と、回転子の周方向に関して隣接する第１永久磁石１１１の間の各位置に回転子の半径方向に伸びてｑ軸上に配置された第２の永久磁石１２１とを備える他に、複数の第１永久磁石１１１よりも外周側の各位置に、回転子の半径方向に対して交差する方向に沿い伸びて配置された磁気的空隙となる永久磁石１３１を有する。このような磁気的空隙を有するため、ｄ軸インダクタンスＬｄが小さくなり、リラクタンストルクが大きくなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子鉄心に永久磁石を軸方向に沿い挿入して構成した回転子を備えた磁石埋込型電動機において、
前記回転子鉄心の外周縁よりも内周側の周縁に沿う複数箇所に、前記回転子の半径方向に対して交差する方向に沿い伸びて配置された第１の永久磁石と、
前記回転子の周方向に関して隣接する前記第１永久磁石の間の各位置に、前記回転子の半径方向に伸びてｑ軸上に配置された第２の永久磁石と、
複数の前記第１永久磁石よりも外周側の各位置に、前記回転子の半径方向に対して交差する方向に沿い伸びて配置された磁気的空隙と、
を有することを特徴とする磁石埋込型電動機。
【請求項２】
請求項１において、
前記磁気的空隙は第３の永久磁石であることを特徴とする磁石埋込型電動機。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１の永久磁石の磁化方向は、前記回転子の半径方向と平行であり、しかも、周方向に隣接する第１の永久磁石では磁化方向が互いに逆方向になっており、
前記第２の永久磁石の磁化方向は、前記回転子の半径方向と交差する方向になっており、しかも、周方向に隣接する第２の永久磁石では磁化方向が互いに逆方向になっており、
前記回転子の各磁極では、前記第１の永久磁石の外周側の面の極性と、前記第２の永久磁石のうち当該磁極側の面の極性が一致しており、
前記第３の永久磁石の外周側の面の極性は、当該第３の永久磁石よりも内周側に配置している前記第１の永久磁石の外周側の面の極性と一致している、
ことを特徴とする磁石埋込型電動機。
【請求項４】
請求項２または請求項３において、
前記第３の永久磁石の周方向の両側面に隣接する部分に、空隙を配置したことを特徴とする磁石埋込型電動機。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４の何れか一項において、
前記回転子鉄心には、前記第２の永久磁石のうち半径方向の外周側の面から、回転子鉄心の外周面に至る、鉄心開放部が形成されていることを特徴とする磁石埋込型電動機。
【請求項６】
請求項４または請求項５の何れか一項において、
前記回転子に形成される磁極の周方向角度の半分の角度をθ１、
前記第３の永久磁石の周方向の両側面に隣接する部分に配置した空隙と、前記第２の永久磁石との間で、磁束が通る磁路の角度をθ２としたときに、
角度比θ２／θ１が０．２７〜０．３６となっていることを特徴とする磁石埋込型電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁石埋込型電動機（ＩＰＭモータ：Interior Permanent Magnet Motor）に関し、出力トルクを増大させることができるように工夫したものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高トルクモータの代表格として、磁石埋込型電動機（ＩＰＭモータ：Interior Permanent Magnet Motor）がある。ＩＰＭモータでは、回転子においてリラクタンストルクを発生させる磁束とマグネットトルクを発生させる磁束を磁極に通すように、磁極部に永久磁石を挿入して構成されている。
【０００３】
ここで、図９及び図１０を参照して、６極ＩＰＭモータの回転子を説明する。なお、図９及び図１０は、回転子を回転軸心に対して直交する面で破断して示す断面図である。
【０００４】
図９は従来技術に係る、一般的なＩＰＭモータの回転子１０を示す。同図に示すように、回転子１０のシャフト１１には、多数枚の電磁鋼板を積層して構成された回転子鉄心１２が取り付けられている。
【０００５】
回転子鉄心１２の外周縁に沿う複数箇所には、周方向に沿い一定ピッチで矩形の磁石挿入穴１３が極数（６極）分だけ形成されている。各磁石挿入穴１３は、回転子１０の軸方向に沿い伸びて貫通している。
各磁石挿入穴１３には矩形の永久磁石１４が挿入されている。つまり、永久磁石１４が回転子鉄心１２に埋め込まれている。各永久磁石１４は、回転子１０の軸方向に沿い伸びており、その磁化方向は、回転子１０の径方向と平行な方向になっている。しかも、周方向に隣接する永久磁石１４では、磁化方向が互いに反対方向となっている。
【０００６】
図１０は、図９に示す従来技術を更に改良して出力トルクを増大させたＩＰＭモータの回転子２０を示すものであり、例えば特許文献１〜３（特許第３８３２５３０、特開平８−２７５４１９、特開２０１１−７８２９８）などに開示されているものと同等なものである。
【０００７】
図１０に示すように、回転子２０のシャフト２１には、多数枚の電磁鋼板を積層して構成された回転子鉄心２２が取り付けられている。
【０００８】
回転子鉄心２２の外周縁よりも内周側の周縁（シャフト２１の外周縁よりも外周側の周縁）に沿う複数箇所には、周方向に沿い一定ピッチで矩形の磁石挿入穴２３が極数（６極）分だけ形成されている。この磁石挿入穴２３は、回転子２０の端面から見たときに（図１０に示す状態で見たときに）、回転子２０の半径方向に対して直交する方向に沿い長い矩形状になっている。各磁石挿入穴２３は、回転子２０の軸方向に沿い伸びて貫通している。
【０００９】
各磁石挿入穴２３には矩形の永久磁石２４が挿入されている。つまり、永久磁石２４が回転子鉄心２２に埋め込まれており、回転子２０の端面から見たときに（図１０に示す状態で見たときに）、永久磁石２４は回転子２０の半径方向に対して直交する方向に沿い伸びて配置されている。各永久磁石２４は、回転子２０の軸方向に沿い伸びており、その磁化方向は、回転子２０の径方向と平行な方向となっている。しかも、周方向に隣接する永久磁石２４では、磁化方向が互いに反対方向となっている。
【００１０】
回転子２０の周方向に関して、隣接する磁石挿入穴２３（永久磁石２４）の間の各位置には、矩形の磁石挿入穴２５が形成されている。この磁石挿入穴２５は、回転子２０の端面から見たときに（図１０に示す状態で見たときに）、回転子２０の半径方向に沿い長い矩形状になっている。各磁石挿入穴２５は、回転子２０の軸方向に沿い伸びて貫通している。
【００１１】
各磁石挿入穴２５には矩形の永久磁石２６が挿入されている。つまり、永久磁石２６が回転子鉄心２２に埋め込まれており、回転子２０の端面から見たときに（図１０に示す状態で見たときに）、永久磁石２６は回転子２０の半径方向に沿い伸びて配置されている。各永久磁石２６は、回転子２０の軸方向に沿い伸びており、その磁化方向は、回転子２０の径方向と直交する方向になっている。しかも、周方向に隣接する永久磁石２４では、磁化方向が互いに反対方向となっている。
【００１２】
この場合、回転子２０に形成される各磁極は、１つの永久磁石２４と２つの永久磁石２６とで構成されており、各磁極において、永久磁石２４の外周側の面の極性（Ｓ極、Ｎ極）と永久磁石２６のうち当該磁極側の面の極性（Ｓ極、Ｎ極）とが一致している。
【００１３】
各永久磁石２４の両側面（周方向の両側面）に隣接する部分には、空隙２７を配置している。つまり、磁石挿入穴２３は永久磁石２４よりも大きくなっており、磁石挿入穴２３のうち永久磁石２４で塞がれていない部分（各永久磁石２４の両側面に隣接する部分）が、空隙２７になっている。
空隙２７は磁気的抵抗が大きいため、空隙２７を配置することにより、永久磁石２４の一方の磁極面と他方の磁極面との間での磁束の短絡や、永久磁石２６の一方の磁極面と他方の磁極面との間での磁束の短絡を、可能な限り防止している。
【００１４】
図１０に示す回転子２０は、図９に示す回転子１０に比べて、永久磁石の数を増やすことにより、マグネットトルクを増大させている。
また、回転子２０においては、永久磁石の種類として、永久磁石２４を希土類磁石とし、永久磁石２６をフェライト磁石とすることも行われている（特許文献１参照）。このようにすると、全ての永久磁石を希土類磁石とするものに比べて、安価にすることができる。
そして、図１０に示す構成を採用することにより、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスの差を大きくして、リラクタンストルクを大きくしている。
【００１５】
なお、ＩＰＭモータにおける出力トルクＴは、次式（１）で示される。
Ｔ＝Ｐｎ｛Φａ・Ｉａ・ｃｏｓβ−０.５（Ｌｄ−Ｌｑ）・Ｉ2・ｓｉｎ２β｝・・・（１）
ここで、Ｔは出力トルク、Φａはｄ，ｑ座標軸上の永久磁石による電機子鎖交磁束、Ｌｄ，Ｌｑはｄ，ｑ軸インダクタンス、Ｉａはｄ，ｑ座標軸上の電機子電流の振幅、βはｄ，ｑ座標軸上の電機子電流のｑ軸からの進み角、Ｐｎは極対数である。
式（１）において、第１項は永久磁石によるマグネットトルクであり、第２項はｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの差によって生じるリラクタンストルクである。
式（１）から分るように、ｄ軸磁束を小さくしてｄ軸インダクタンスＬｄを小さくし、ｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑとの差を大きくすることにより、リラクタンストルクを増大させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特許第３８３２５３０
【特許文献２】特開平８−２７５４１９
【特許文献３】特開２０１１−７８２９８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかし近年では、より大きなトルクで且つ一定出力での可変速範囲がより広いＩＰＭモータが要望されるようになってきている。かかる要望からすると、図９，図１０に示す回転子１０，２０を用いたＩＰＭモータでは、リラクタンストルクが十分とは言えず、マグネットトルクの比率が高くなるため、高回転領域では永久磁石による誘起電圧によって出力電圧の低下を生じることで一定出力での可変速範囲が狭いという問題があった。
【００１８】
本発明は、上記従来技術に鑑み、リラクタンストルクの増大を図ることができるとともに、一定出力での可変速範囲を広くすることができる、磁石埋込型電動機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】
【００１９】
上記課題を解決する本発明の構成は、
回転子鉄心に永久磁石を軸方向に沿い挿入して構成した回転子を備えた磁石埋込型電動機において、
前記回転子鉄心の外周縁よりも内周側の周縁に沿う複数箇所に、前記回転子の半径方向に対して交差する方向に沿い伸びて配置された第１の永久磁石と、
前記回転子の周方向に関して隣接する前記第１永久磁石の間の各位置に、前記回転子の半径方向に伸びてｑ軸上に配置された第２の永久磁石と、
複数の前記第１永久磁石よりも外周側の各位置に、前記回転子の半径方向に対して交差する方向に沿い伸びて配置された磁気的空隙と、を有することを特徴とする。
【００２０】
また本発明の構成は、
前記磁気的空隙は第３の永久磁石であることを特徴とする。
【００２１】
また本発明の構成は、
前記第１の永久磁石の磁化方向は、前記回転子の半径方向と平行であり、しかも、周方向に隣接する第１の永久磁石では磁化方向が互いに逆方向になっており、
前記第２の永久磁石の磁化方向は、前記回転子の半径方向と交差する方向になっており、しかも、周方向に隣接する第２の永久磁石では磁化方向が互いに逆方向になっており、
前記回転子の各磁極では、前記第１の永久磁石の外周側の面の極性と、前記第２の永久磁石のうち当該磁極側の面の極性が一致しており、
前記第３の永久磁石の外周側の面の極性は、当該第３の永久磁石よりも内周側に配置している前記第１の永久磁石の外周側の面の極性と一致している、ことを特徴とする。
【００２２】
また本発明の構成は、
前記第３の永久磁石の周方向の両側面に隣接する部分に、空隙を配置したことを特徴とする。
【００２３】
また本発明の構成は、
前記回転子鉄心には、前記第２の永久磁石のうち半径方向の外周側の面から、回転子鉄心の外周面に至る、鉄心開放部が形成されていることを特徴とする。
【００２４】
また本発明の構成は、
前記回転子に形成される磁極の周方向角度の半分の角度をθ１、
前記第３の永久磁石の周方向の両側面に隣接する部分に配置した空隙と、前記第２の永久磁石との間で、磁束が通る磁路の角度をθ２としたときに、
角度比θ２／θ１が０．２７〜０．３６となっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、回転子鉄心に永久磁石を軸方向に沿い挿入して構成した回転子を備えた磁石埋込型電動機において、
回転子鉄心の内周側に配置された第１の永久磁石と、回転子の周方向に関して隣接する第１永久磁石の間の各位置に回転子の半径方向に伸びてｑ軸上に配置された第２の永久磁石とを備える他に、複数の第１永久磁石よりも外周側の各位置に、回転子の半径方向に対して交差する方向に沿い伸びて配置された磁気的空隙を有する構成とした。
このような磁気的空隙を有するため、ｄ軸インダクタンスＬｄが小さくなり、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの差が大きくなり、リラクタンストルクが大きくなり、併せて高回転領域ではマグネットトルクによる出力低下をリラクタンストルクで補うことができるようになり一定出力での可変速範囲が広くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例１に係る磁石埋込型電動機の回転子を、回転軸心に対して直交する面で破断して示す断面図。
【図２】角度比を説明するための説明図。
【図３】角度比θ２／θ１と平均トルクとの関係を示す特性図。
【図４】本実施例１の回転子を備えたＩＰＭモータと従来のＩＰＭモータにおける、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの差を対比して示す特性図。
【図５】本実施例１の回転子を備えたＩＰＭモータと従来のＩＰＭモータにおける、回転速度−モータ出力特性を対比して示す特性図。
【図６】本実施例１の回転子を備えたＩＰＭモータと従来のＩＰＭモータにおける、１００％負荷時のトルク波形の解析結果を対比して示す特性図。
【図７】本実施例１の回転子を備えたＩＰＭモータと従来のＩＰＭモータにおける、１００％負荷時のトルク波形の解析結果を対比して示す特性図。
【図８】本発明の実施例２に係る磁石埋込型電動機の回転子を、回転軸心に対して直交する面で破断して示す断面図。
【図９】従来の磁石埋込型電動機の回転子を、回転軸心に対して直交する面で破断して示す断面図。
【図１０】従来の磁石埋込型電動機の回転子を、回転軸心に対して直交する面で破断して示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る磁石埋込型電動機を、実施例に基づき詳細に説明する。
【００２８】
〔実施例１〕
本発明の実施例１に係る、磁石埋込型電動機の回転子を、回転軸心に対して直交する面で破断して示す断面図である図１を参照して説明する。なお、固定子は通常のものと同様であるため、図示は省略する。
【００２９】
図１に示すように、回転子１００のシャフト１０１には、多数枚の電磁鋼板を積層して構成された回転子鉄心１０２が取り付けられている。
【００３０】
回転子鉄心１０２の外周縁よりも内周側の周縁（シャフト１０１の外周縁よりも外周側の周縁）に沿う複数箇所には、周方向に沿い一定ピッチで矩形の磁石挿入穴１１０が極数（６極）分だけ形成されている。
この磁石挿入穴１１０は、回転子１００の端面から見たときに（図１に示す状態で見たときに）、回転子１００の半径方向に対して直交する方向に沿い長い矩形状になっている。各磁石挿入穴１１０は、回転子１００の軸方向に沿い伸びて貫通している。
【００３１】
各磁石挿入穴１１０には矩形の永久磁石１１１が挿入されている。つまり、永久磁石１１１が回転子鉄心１０２に埋め込まれており、回転子１００の端面から見たときに（図１に示す状態で見たときに）、永久磁石１１１は回転子１００の半径方向に対して直交する方向に沿い伸びて配置されている。
各永久磁石１１１は、回転子１００の軸方向に沿い伸びており、その磁化方向は、回転子１００の径方向と平行な方向となっている。しかも、周方向に隣接する永久磁石１１１では、磁化方向が互いに反対方向となっている。
【００３２】
回転子１００の周方向に関して、隣接する磁石挿入穴１１０（永久磁石１１１）の間の各位置には、矩形の磁石挿入穴１２０が形成されている。
この磁石挿入穴１２０は、回転子１００の端面から見たときに（図１に示す状態で見たときに）、回転子１００の半径方向に沿い長い矩形状になっている。各磁石挿入穴１２０は、回転子１００の軸方向に沿い伸びて貫通している。
【００３３】
各磁石挿入穴１２０には矩形の永久磁石１２１が挿入されている。つまり、永久磁石１２１が回転子鉄心１０２に埋め込まれており、回転子１００の端面から見たときに（図１に示す状態で見たときに）、永久磁石１２１は回転子１００の半径方向に沿い伸びて配置されている。つまり、永久磁石１２１は、回転子１００の半径方向に伸びてｑ軸上に配置されている。
各永久磁石１２１は、回転子１００の軸方向に沿い伸びており、その磁化方向は、回転子１００の径方向と直交する方向になっている。しかも、周方向に隣接する永久磁石１２１では、磁化方向が互いに反対方向となっている。
【００３４】
複数の各磁石挿入穴１１０（永久磁石１１１）よりも外周側の各位置には、矩形の磁石挿入穴１３０が形成されている。つまり、複数の各磁石挿入穴１１０（永久磁石１１１）よりも外周側の各位置において、周方向に沿い一定ピッチで矩形の磁石挿入穴１３０が極数（６極）分だけ形成されている。この磁石挿入穴１３０は、回転子１００の周方向に関して、隣接する磁石挿入穴１１０（永久磁石１１１）の間の各位置に形成されている。
この磁石挿入穴１３０は、回転子１００の端面から見たときに（図１に示す状態で見たときに）、回転子１００の半径方向に対して直交する方向に沿い長い矩形状になっている。各磁石挿入穴１３０は、回転子１００の軸方向に沿い伸びて貫通している。
【００３５】
各磁石挿入穴１３０には矩形の永久磁石１３１が挿入されている。つまり、永久磁石１３１が回転子鉄心１０２に埋め込まれており、回転子１００の端面から見たときに（図１に示す状態で見たときに）、永久磁石１３１は回転子１００の半径方向に対して直交する方向に沿い伸びて配置されている。
各永久磁石１３１は、回転子１００の軸方向に沿い伸びており、その磁化方向は、回転子１３０の径方向と平行な方向となっている。しかも、周方向に隣接する永久磁石１３１では、磁化方向が互いに反対方向となっている。
【００３６】
この場合、回転子１００に形成される各磁極は、回転子１００の半径方向に対して直交する方向に沿い伸びて配置された内周側の永久磁石１１１と、回転子１００の半径方向に対して直交する方向に沿い伸びて配置された外周側の永久磁石１３１と、回転子１００の半径方向に伸びて隣接するｑ軸上に配置された一対の永久磁石１２１，１２１とで構成されている。
また、永久磁石１１１，１３１は、回転子１００の周方向に関して、隣接するｑ軸（永久磁石１２１）の間に位置している。つまり、永久磁石１１１，１３１はｄ軸に交差する状態で配置されている。
【００３７】
各磁極において、永久磁石１１１の外周側の面の極性（Ｓ極、Ｎ極）と、一対の永久磁石１２１，１２１のうち当該磁極側の面の極性（Ｓ極、Ｎ極）とが一致している。
また、永久磁石１３１の磁化方向は、当該永久磁石１３１よりも内周側に位置している永久磁石１１１の磁化方向と一致しており、永久磁石１３１の外周側の面の極性（Ｓ極、Ｎ極）と永久磁石１１１の外周側の面の極性（Ｓ極、Ｎ極）が一致している。
【００３８】
なお本例では、回転子１００の端面から見たときに（図１に示す状態で見たときに）、永久磁石１１１の長さと永久磁石１３１の長さを等しくしており、永久磁石１１１，１３１を同一寸法の永久磁石で賄うことができるようにしている。
【００３９】
また半径方向に関して、永久磁石１１１（磁石挿入溝１１０）を、シャフト１０１から離れた位置に配置している。このため、永久磁石１１１（磁石挿入溝１１０）とシャフト１０１との広い範囲に回転子鉄心１０２が存在することになる結果、回転子鉄心１０２からシャフト１０１に伝達する軸トルクに対する強度を増やすことができる。またシャフト１０１を回転子鉄心１０２に圧入する強度を高めることができる。
【００４０】
また回転子１００の周方向に関して、隣接するｑ軸の間のすべての領域（部分）が、１つの磁極になっているため、１磁極あたりに通す磁束量を多くすることができる。
ちなみに、１つの磁極が、隣接するｑ軸の間の一部の領域（部分）で形成されている場合には、１磁極あたりに通す磁束量が制限されてしまう。
【００４１】
各永久磁石１１１の両側面（周方向の両側面）に隣接する部分には、空隙１１２，１１２を配置している。つまり、磁石挿入穴１１０は永久磁石１１１よりも大きくなっており、磁石挿入穴１１０のうち永久磁石１１１で塞がれていない部分（各永久磁石１１１の両側面に隣接する部分）が、空隙１１２，１１２になっている。
空隙１１２，１１２は、永久磁石１２１の近くにまで伸びている。
【００４２】
空隙１１２，１１２は磁気的抵抗が大きいため、空隙１１２，１１２を配置することにより、永久磁石１１１の一方の磁極面と他方の磁極面との間での磁束の短絡や、永久磁石１２１の一方の磁極面と他方の磁極面との間での磁束の短絡を可能な限り防止している。
【００４３】
各永久磁石１３１の両側面（周方向の両側面）に隣接する部分には、空隙１３２，１３２を配置している。つまり、磁石挿入穴１３０は永久磁石１３１よりも大きくなっており、磁石挿入穴１３０のうち永久磁石１３１で塞がれていない部分（各永久磁石１３１の両側面に隣接する部分）が、空隙１３２，１３２になっている。
空隙１３２，１３２は、回転子鉄心１０２の外周面の近くにまで伸びている。
【００４４】
空隙１３２，１３２は磁気的抵抗が大きいため、空隙１３２，１３２を配置することにより、永久磁石１３１の一方の磁極面と他方の磁極面との間での磁束の短絡を可能な限り防止している。
【００４５】
永久磁石１２１のうち空隙１３２側の辺（半径方向に沿い伸びる辺）と、空隙１３２のうち永久磁石１２１側の辺は、本例では並行になっている。
そして、永久磁石１２１のうち空隙１３２側の辺（半径方向に沿い伸びる辺）と、空隙１３２のうち永久磁石１２１側の辺との間隔（つまり、両辺の間に存在する回転子鉄心１０２の寸法）は、ｄ軸磁束及びｑ軸磁束を十分に通過させることができる間隔（寸法）になっている。この間隔を規定する「角度比」については後述する。
【００４６】
回転子鉄心１０２には、各永久磁石１２１のうち半径方向の外周側の面から、回転子鉄心１０２の外周面に至る、鉄心開放部１０３が形成されている。鉄心開放部１０３は、回転子１００の軸方向に沿い伸びている。
この鉄心開放部１０３があるため、回転子鉄心１０２の外周側において、永久磁石１２１の一方の磁極面と他方の磁極面との間での磁束の短絡を防止している。
【００４７】
ここで、図２を参照して「角度比」について説明する。
図２において、シャフト１０１の回転中心からみて、隣接するｑ軸間の開き角度を、「磁極の周方向角度」と定義して規定する。そして、「磁極の周方向角度」の半分の角度をθ１とする。
また、ｄ軸磁束及びｑ軸磁束が通る磁路、つまり、永久磁石１２１のうち空隙１３２側の辺（半径方向に沿い伸びる辺）と空隙１３２のうち永久磁石１２１側の辺との間で回転子鉄心１０２が存在する部分の角度をθ２と定義して規定する。角度θ２について更に説明すると、シャフト１０１の回転中心からみて、永久磁石１２１の角部Ｐ１と空隙１３２の角部Ｐ２との間の開き角度をθ２と定義して規定する。
本実施例では、角度比θ２／θ１を０．２７〜０．３６としている。
【００４８】
上記構成となっている回転子１００を備えたＩＰＭモータでは、次のような顕著な効果を奏することができる。
【００４９】
（第１の効果）
回転子鉄心１０２において、内周側の永久磁石１１１よりもの外周側の部分に、永久磁石１３１と磁石挿入穴１１０及び空隙１１２が、ｄ軸に交差する状態で配置されている。これら永久磁石１３１と磁石挿入穴１１０及び空隙１１２は、磁気抵抗が大きいため、ｄ軸磁束が小さくなってｄ軸インダクタンスＬｄが小さくなり、ｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑとの差が大きくなり、リラクタンストルクが大きくなる。
またリラクタンストルクが大きくなるため、高回転領域ではマグネットトルクによる出力低下をリラクタンストルクで補うことができるようになり、一定出力での可変速範囲が広くなる。
【００５０】
（第２の効果）
図１０に示す従来の回転子２０の構成に対して、本実施例の回転子１００では、永久磁石１３１が増えるため、マグネットトルクを増大させることができる。
【００５１】
（第３の効果）
本実施例の回転子１００では、空隙１１２、空隙１３２及び鉄心開放部１０３を設けることにより、各永久磁石１１１，１２１，１３１の磁束の短絡（永久磁石の漏れ磁束）を抑えることができ、これによってもマグネットトルクを増大させることができる。
【００５２】
（第４の効果）
本実施例の回転子１００では、角度比θ２／θ１を０．２７〜０．３６としているため平均トルクが、この角度範囲で最大となる。
図３は角度比θ２／θ１と平均トルクとの関係を示している。図３において、トータルトルクは、リラクタンストルクとマグネットトルクを合わせたトルクであり、トータルトルクは、角度比θ２／θ１が０．３のときに最大となる。
この最大トータルトルクに対して、トータルトルクが最大で１パーセント小さい範囲が、角度比θ２／θ１が０．２７〜０．３６となっている範囲である。
【００５３】
もちろん、角度比θ２／θ１が０．２７〜０．３６であれば、理想的に大きなトルクがえられるが、この角度比の範囲を外れた範囲であっても、上述した第１〜第３の効果を得ることができる。
【００５４】
ここで、本実施例１の回転子１００を備えたＩＰＭモータの特性と、図１０に示す回転子２０を備えたＩＰＭモータの特性を対比して示す。図４はｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの差を示しており、図５は回転速度−モータ出力特性を示している。
なお、本実施例１の回転子１００を備えたＩＰＭモータと、図１０に示す回転子２０を備えたＩＰＭモータを比較する際に、両者とも、固定子は３６スロットで、巻線や寸法も同じとし、モータ特性は有限要素法による磁界解析により算定した。
【００５５】
図４より、実施例１の回転子１００を備えたＩＰＭモータは、図１０に示す回転子２０を備えたＩＰＭモータよりも、ｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑの差が、３０パーセント以上大きいことがわかる。
また図５より、回転子２０を備えたＩＰＭモータは回転速度が大きくなると一定出力での可変速駆動はできないが、回転子１００を備えたＩＰＭモータでは、１０００ｍｉｎ-1から８０００ｍｉｎ-1までの広い範囲で一定出力の可変速駆動が可能であることがわかる。
【００５６】
図６及び図７は、本実施例１の回転子１００を備えたＩＰＭモータと、図１０に示す回転子２０を備えたＩＰＭモータの、１００％負荷時のトルク波形の解析結果を示す。図６及び図７より、実施例１の回転子１００を備えたＩＰＭモータの方が、回転子２０を備えたＩＰＭモータに比べて、トルク脈動を約１０パーセント小さくすることができることがわかる。
回転子１００を備えたＩＰＭモータにおいては、永久磁石１３１及び鉄心開放部１０３を設け、この永久磁石１３１及び鉄心開放部１０３の寸法を最適値に設定することにより、トルク脈動を小さくすることができたのである。
【００５７】
〔実施例２〕
次に本発明の実施例２に係る回転子１００Ａを、回転軸心に対して直交する面で破断して示す断面図である図８を参照して説明する。なお、第１の実施例に係る回転子１００と同一部分には同一符号を付し、重複する部分の説明は省略する。
【００５８】
図８に示すように、回転子鉄心１０２の外周縁よりも内周側の周縁（シャフト１０１の外周縁よりも外周側の周縁）に沿う複数箇所には、周方向に沿い一定ピッチで、２個で一組となった矩形の磁石挿入穴１１０ａ，１１０ｂが極数（６極）分だけ形成されている。
この磁石挿入穴１１０ａ，１１０ｂは、回転子１００の端面から見たときに（図８に示す状態で見たときに）、相互に離間して両者間に回転子鉄心１０２が存在する状態で、回転子１００の半径方向に対して直交する方向に沿い伸びた矩形状になっている。
各磁石挿入穴１１０ａ，１１０ｂは、回転子１００の軸方向に沿い伸びて貫通していると共に、磁石挿入穴１２０に連通している。
【００５９】
各磁石挿入穴１１０ａ，１１０ｂには、矩形の永久磁石１１１ａ，１１１ｂが挿入されている。つまり、永久磁石１１１ａ，１１１ｂが回転子鉄心１０２に埋め込まれており、回転子１００の端面から見たときに（図８に示す状態で見たときに）、永久磁石１１１ａ，１１１ｂは、相互に離間して両者間に回転子鉄心１０２が存在する状態で、回転子１００の半径方向に対して直交する方向に沿い伸びて配置されている。
各永久磁石１１１ａ，１１１ｂは、回転子１００の軸方向に沿い伸びており、その磁化方向は、回転子１００の径方向と平行な方向となっている。しかも、同じ磁極においては、永久磁石１１１ａ，１１１ｂはその磁化方向が同一となると共に、隣接する磁極の永久磁石１１１ａ，１１１ｂでは、その磁化方向が互いに反対方向となっている。
【００６０】
各永久磁石１１１ａ，１１１ｂのうち、永久磁石１２１側の面に隣接する部分には、空隙１１２ａ，１１２ｂを配置している。つまり、磁石挿入穴１１０ａ，１１０ｂは永久磁石１１１ａ，１１１ｂよりも大きくなっており、磁石挿入穴１１０ａ，１１０ｂのうち永久磁石１１１ａ，１１１ｂで塞がれていない部分（各永久磁石１１１ａ，１１１ｂのうち永久磁石１２１側の部分）が、空隙１１２ａ，１１２ｂになっている。
空隙１１２ａ，１１２ｂは、磁石挿入穴１２０に連通して永久磁石１２１に接している。
【００６１】
他の部分は実施例１の回転子１００と同様な構成になっている。
【００６２】
この実施例２の回転子１００Ａでは、磁石挿入孔１１０Ａと磁石挿入孔１１０ｂとの間に回転子鉄心１０２が存在するため、回転子１００Ａの機械的強度を上げることができる。
【００６３】
〔実施例３〕
上記の実施例１，２の変形例を、実施例３として以下に説明する。
【００６４】
上記の実施例１，２では永久磁石１３１を備えているが、永久磁石１３１を備えていない構成を採用することもできる。
つまり、磁石挿入穴１３０及び空隙１３２は形成するが、磁石挿入穴１３０内に永久磁石１３１を挿入・配置しない構成を採用するのである。
【００６５】
このようにすると、磁石挿入穴１３０及び空隙１３２は、磁束を通し難い「磁気的空隙」となるため、ｄ軸磁束が小さくなってｄ軸インダクタンスＬｄが小さくなり、ｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑとの差が大きくなり、リラクタンストルクが大きくなる。またリラクタンストルクが大きくなるため、高回転領域ではマグネットトルクによる出力低下をリラクタンストルクで補うことができるようになり、一定出力での可変速範囲が広くなる。
【００６６】
なお、磁気的空隙となる磁石挿入穴１３０及び空隙１３２に、磁束を通し難い材料（アルミニウムや接着剤）などを挿入していてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１００，１００Ａ  回転子
１０１  シャフト
１０２  回転子鉄心
１０３  鉄心開放部
１１０，１１０ａ，１１０ｂ  磁石挿入穴
１１１，１１１ａ，１１１ｂ  第１の永久磁石
１１２，１１２ａ，１１２ｂ  空隙
１２０  磁石挿入穴
１２１  第２の永久磁石
１３０  磁石挿入穴
１３１  第３の永久磁石
１３２  空隙
【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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