(57)【要約】【課題】  コスト増加をできる限り抑制しても、トータルトルクを向上できる永久磁石回転子を提供する。【解決手段】  永久磁石回転子１は、円環状の多数の鉄心材として珪素鋼板を積層して構成される回転子鉄心２を有する。回転子鉄心２の外周部には所定間隔を有して、外周側が開放する複数の磁石挿入孔部３が形成されており、これらの磁石挿入孔部３には、永久磁石として例えば円弧状に形成されたフェライト磁石４が挿入されて、接着等により固定されている。さらに、回転子１において、フェライト磁石４が配置された部分が磁束の通り難い磁気的凹部（ｑ軸）１ａであり、フェライト磁石４，４間の鉄心部位が磁束の通り易い磁気的凸部（ｄ軸）１ｂであり、これらの磁気的凹部１ａ、磁気的凸部１ｂは円周方向に所定間隔を有して交互に形成されているので、固定子巻線に電流を流すことにより、リラクタンストルクと磁石トルクとを合わせたトータルトルクにより、回転子１が回転するのである。【選択図】  図１
2006115663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子鉄心と、
前記回転子鉄心の外周部に設けられ、外周側が開放する複数の磁石挿入孔部と、
前記磁石挿入孔部に挿入された永久磁石とを備えたことを特徴とする永久磁石回転子。
【請求項２】
前記磁石挿入孔部は、開放部から永久磁石が抜出すことを防止する抜止部を備えていることを特徴とする請求項１記載の永久磁石回転子。
【請求項３】
前記抜止部は、湾曲形状であることを特徴とする請求項２記載の永久磁石回転子。
【請求項４】
前記抜止部は、テーパ形状であることを特徴とする請求項２記載の永久磁石回転子。
【請求項５】
前記抜止部は、チップ形状であることを特徴とする請求項２記載の永久磁石回転子。
【請求項６】
前記永久磁石は、同一形状の複数の単位磁石により構成され、
前記磁石挿入孔部には、前記単位磁石が径方向に積み重ねて配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の永久磁石回転子。
【請求項７】
前記永久磁石は、異なる形状の複数の単位磁石により構成され、
前記磁石挿入孔部には、前記単位磁石が径方向に積み重ねて配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の永久磁石回転子。
【請求項８】
前記磁石挿入孔部の外周側に、１つの単位磁石が配置され、
残りの単位磁石の少なくとも１つの代わりに同形状の鉄ブロックが配置されることを特徴とする請求項６または７記載の永久磁石回転子。
【請求項９】
前記抜止部は、硬化処理されていることを特徴する請求項２ないし５のいずれかに記載の永久磁石回転子。
【請求項１０】
前記永久磁石は、中央部磁石とその周方向両側の側部磁石との３つに分割されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の永久磁石回転子。
【請求項１１】
前記中央部磁石は、周方向の両側部が、幅寸法が外周に向かうに従って順次小となるテーパ状に形成され、
前記側部磁石は、前記中央部磁石の周方向の両側部と合致する逆テーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１０記載の永久磁石回転子。
【請求項１２】
前記中央部磁石は、磁化方向が径方向に設定され、
前記側部磁石は、磁化方向が周方向に設定されていることを特徴とする請求項１０または１１記載の永久磁石回転子。
【請求項１３】
前記中央部磁石は、高エネルギー磁石であり、
前記側部磁石は、高保磁力磁石であることを特徴とする請求項１０または１１記載の永久磁石回転子。
【請求項１４】
前記中央部磁石は、フェライト系磁石であり、
前記側部磁石は、希土類系磁石であることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれかに記載の永久磁石回転子。
【請求項１５】
前記永久磁石は、中央部磁石と、その周方向両側に非磁性体の間隔片とで構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の永久磁石回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転トルクの向上を図ることができる永久磁石回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１は、永久磁石回転電機１００の横断面図を示し、この図１１において、円環状に形成された珪素鋼板を積層してなる固定子鉄心１０１には、所定間隔を有して複数のスロット１０１ａが設けられ、それぞれのスロット１０１ａ内には、固定子巻線１０２が収納され、以って固定子１０３が構成されている。さらに、固定子鉄心１０１の内周側には、円環状に形成された珪素鋼板を積層してなる回転子鉄心１０４が配設されている。この回転子鉄心１０４の外周部には、所定間隔を有して複数の磁石挿入孔部１０５が設けられ、この磁石挿入孔部１０５には永久磁石１０６が挿入され、以って永久磁石回転子１０７が構成されている。
【０００３】
そして、固定子巻線１０２に電流を流すことにより移動磁極を発生させ、移動磁極の磁気的吸引力により回転子１０７にトルクが発生するのである。その動作原理により高い運転効率を維持できる。
【０００４】
回転子１０７側で磁気的吸引力に寄与する要因のひとつには、永久磁石１０６が発生する磁力（磁石トルク）があり、この磁力が強い程磁気的吸引力が増大し、運転効率を向上させると共に出力密度の増大を図ることができる。このような永久磁石としては、高いエネルギー密度を有する希土類焼結磁石が存在する。例えば、フェライト磁石と希土類焼結磁石のひとつであるネオジム磁石を磁力について比較すると、同一体積においてネオジム磁石の磁力はフェライト磁石の磁力の３倍程度を有している。そのため、吸引力は格段の差を生じることが明らかである。このことから大出力回転機には、概ねネオジム磁石が使用されている。続いて、コストについて比較すると、フェライト磁石は酸化鉄の一種であるため非常に安く、ネオジム磁石は希少金属を使用していることからフェライト磁石の約１０倍程度のグラム単価を有している。そのため、希土類焼結磁石の回転機への普及について絶えず障壁となっている要因のひとつである。
【０００５】
ところで、磁気的吸引力に寄与するもうひとつの要因には、リラクタンストルクがある。一般に埋め込み磁石型の永久磁石回転子１０７は回転子鉄心１０４のスロット１０５内に永久磁石１０６を埋め込むため、永久磁石１０６の固定が簡単であると共に、外周側に存在する固定子鉄心１０１との主間隙を狭くすることができ、出力密度を大きく取れることができる。そこで、最近では、埋め込み磁石型の永久磁石回転子１０７の突極構造を活用して、通電された固定子巻線１０２の電磁石としての力を保有しながらもリラクタンストルクを積極的に利用することで、トルク向上の試みもなされている。ここで、突極構造とは、永久磁石回転子１０７のように、固定子１０３側からみて、磁束が永久磁石１０６を通る部分（磁束が通り難い部分である磁気的凸部）と磁束が永久磁石１０６を通らない部分（永久磁石１０６相互間を通る磁束が通り易い部分である磁気的凹部）とを交互に有する構造をいう。
【０００６】
永久磁石回転電機１００の製造コスト面を考慮すると、リラクタンストルクを極力増やし、その上昇分だけ磁石トルクを減らす即ち磁石使用量を減らす方法が賢明である。特に希土類焼結磁石を使用した永久磁石回転電機では、このような方法に基づいて製造されることになる。また、フェライト磁石を使用した永久磁石回転電機では、フェライト磁石の弱い磁石トルクをリラクタンストルクで補うといった方法に基づいて製造されることになる。
【０００７】
現在は、磁石トルクとリラクタンストルクとを合わせたトータルトルクを発生トルクとする永久磁石回転電機が主流を占めつつある。
【０００８】
ところで、非特許文献１には、リラクタンストルクの活用度合による回転子形状の使い分けについて、回転電機運転特性に対応させながら記載されている。この非特許文献１には、これら種々の回転子形状が紹介されているが、リラクタンストルクを活用する構造は、どれも永久磁石を回転子に完全に埋め込んでいるので、回転子鉄心には、永久磁石の外周側においても鉄心部分（図１１の１０４a参照）が存する構成となっている。
【非特許文献１】堺、他５名，「可変速特性に優れた電気自動車用永久磁石式リラクタンスモータの開発」，電気学会論文誌Ｄ(産業応用部門誌)，２００３年６月，第１２３巻，６月号，ｐ.681-689
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来技術の構成によれば、回転子１０７に永久磁石１０６の外周側に位置して鉄心部分１０４ａが存在するので、この鉄心部分１０４ａで永久磁石１０６の磁束の一部が固定子１０７３側に向かわずにショートカット状態となり、また、固定子１０３側の電磁石による磁束の一部も回転子１０７の中心方向に向かわずにショートカット状態になり、結果的に、磁束が漏洩してトータルトルクが減少する問題がある。
【００１０】
このよう問題を解決するためには、永久磁石１０６の磁束はその永久磁石１０６の周方向に幅寸法に比例することから、その幅寸法を大きくして磁石トルクを増加させるか、或いは、永久磁石１０６相互間の間隔を広げてリラクタンストルクを増加させることが考えられる。しかしながら、例えば、永久磁石１０６の幅寸法を小さくすると、リラクタンストルクは増加するが、永久磁石１０６としての磁石トルクは減少することになる。そこで、トータルトルクを上げるためには、永久磁石１０６の磁束は、永久磁石１０６の厚み寸法にも比例することから、その永久磁石１０６の径方向の厚み寸法を増やすことが好ましい。しかしながら、永久磁石１０６の幅を変えず単純にその厚さを増やすことにより体積が増加すると、それに伴うコスト増加が発生するといったジレンマに陥る。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、コスト増加をできる限り抑制して、トータルトルクを向上できる永久磁石回転子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の永久磁石回転子は、回転子鉄心と、前記回転子鉄心の外周部に設けられ、外周側が開放する複数の磁石挿入孔部と、前記磁石挿入孔部に挿入された永久磁石とを備えたことを特徴とする（請求項１）。
このような構成によれば、回転子鉄心には、永久磁石の外側に位置する鉄心部分が存在しないので、永久磁石による磁束及び固定子の電磁石による磁束の漏洩は阻止される。
【００１３】
本発明の永久磁石回転子は、前記永久磁石は、同一形状の複数の単位磁石により構成され、前記磁石挿入孔部には、前記単位磁石を径方向に積み重ねて配置されていることを特徴とする（請求項６）。
この場合、前記磁石挿入孔部の外周側に、１つの単位磁石が配置され、残りの単位磁石の少なくとも１つの代わりに同形状の鉄ブロックが配置されることを特徴とする（請求項８）。
【００１４】
本発明は、前記永久磁石は、異なる形状の複数の単位磁石により構成され、前記磁石挿入孔部には、前記単位磁石を径方向に積み重ねて配置されていることを特徴とする（請求項７）。
この場合、前記磁石挿入孔部の外周側に、１つの単位磁石が配置され、残りの単位磁石の少なくとも１つの代わりに同形状の鉄ブロックが配置されることを特徴とする（請求項８）。
【００１５】
このような構成によれば、永久磁石が複数個の単位磁石を配置すると共に磁石挿入孔部の外周側に１つの単位磁石を配置し、残りの単位磁石の少なくとも１つの代わりに同形状の鉄ブロックを配置することにより、所望の出力に合わせて単位磁石と鉄ブロックとを組み合わせて永久磁石を構成するので、複数の出力を発生する回転子をひとつの回転子鉄心により共通化することができ、製造コストを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、回転子鉄心には、永久磁石の外周側に位置する鉄心部分が存在しないので磁束の漏洩が発生せず、永久磁石及び電磁石の磁束を効率よく利用することができて、コスト増加をできるだけ抑制しながらトータルトルクを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１の実施例）
以下、本発明の第１の実施例について、図１を参照しながら説明する。
この図１において、永久磁石回転子（以下単に回転子という）１は、円環状の多数の鉄心材として珪素鋼板を積層して構成される回転子鉄心２を有する。回転子鉄心２の外周部には、所定間隔を有して外周側が開放する複数（図では４つ）の磁石挿入孔部３が形成されており、これらの磁石挿入孔部３には、永久磁石として例えば扇状に形成されたフェライト磁石４が挿入されて、接着等により固定されている。
【００１８】
さらに、回転子１において、フェライト磁石４が配置された部分が図示しない固定子の電磁石による磁束の通り難い磁気的凹部（ｑ軸）１ａであり、フェライト磁石４，４間の鉄心部分が磁束の通り易い磁気的凸部（ｄ軸）１ｂであり、これらの磁気的凹部１ａ、磁気的凸部１ｂは円周方向に所定間隔を有して交互に形成されている。
【００１９】
さて、図示しない回転軸、回転子鉄心２及び端板が一体化されて回転子１が組み立てられる。このようにして、回転子１は、図示しない固定子巻線が施された固定子内に配置され、以って永久磁石式リラクタンス型回転電機が構成されるようになっている。そして、固定子巻線に電流を流すことにより、回転子１には、回転子鉄心２外周面と略同一周面に揃えられて配置されたフェライト磁石４と、固定子の移動磁極との間に発生する磁気吸引力及び磁気反発力によって、磁石トルクが発生する。また、回転子１には、磁気的凹部（ｑ軸）１ａと磁気的凸部（ｄ軸）１ｂとが形成されているので、これらの磁気的凸部１ｂおよび磁気的凹部１ａ上の空隙部分で、固定子巻線に電流を流すことにより蓄えられる磁気エネルギーが異なり、この磁気エネルギーの変化によりリラクタンストルクが発生する。これら磁石トルクとリラクタンストルクとを合わせたトータルトルクにより、回転子１が回転するようになる。
【００２０】
このような構成によれば、回転子鉄心２の外周部には、所定間隔を有して外周側が開放する複数の磁石挿入孔部３が形成され、それぞれの磁石挿入孔部３には、永久磁石としてフェライト磁石４が挿入されている。フェライト磁石４の外周側には回転子鉄心２の鉄心部分（図１１の１０４ａに相当）が存在していなく、フェライト磁石４の磁束およびリラクタンス磁束（固定子の電磁石による磁束）が、前記鉄心部分を通るショートカットにより漏洩することが抑制されている。これにより、本来のフェライト磁石４の磁束が有効に活用されると共に、リラクタンス磁束についても、フェライト磁石４の幅方向寸法を変化させていないので、低下を招くことがない。従って、リラクタンス磁束の低下させることなく、磁石の体積増加を抑えてコスト増加を抑制しながらも磁石トルクを向上させ、磁石トルクとリラクタンストルクとのトータルトルクを向上させることができる。
【００２１】
（第２の実施例）
図２は本発明の第２の実施例であり、前記第１の実施例と異なるところは、回転子鉄心２に変わる回転子鉄心５の外周部には、所定間隔を有して外周側が開放する複数の磁石挿入孔部６が形成され、この磁石挿入孔部６には、開放部の幅寸法が小となるような湾曲形状の抜止部７が設けられている。磁石挿入孔部６には、永久磁石として例えば当該磁石挿入孔部６と同一形状に形成されたフェライト磁石８が挿入されている。その他の構成は、前記第１の実施例と同様である。
【００２２】
このような構成によれば、磁石挿入孔部６は、開放部の幅寸法が小となるように湾曲形状に形成された抜止部７が設けられ、この磁石挿入孔部６には、当該磁石挿入孔部６と同一形状に形成されたフェライト磁石８が挿入されているので、固定子巻線に電流を流すことにより、磁石トルク及びリラクタンストルクが発生して回転子１が回転したとしても、フェライト磁石８が磁石挿入孔部６より抜け出してしまうことを防止することができる。尚、上記実施例と同様の効果を得ることは勿論である。
【００２３】
（第３の実施例）
図３は本発明の第３の実施例であり、前記第２の実施例と異なるところは、湾曲形状の抜止部７の代わりに、磁石挿入孔部６の外周側端部にチップを内側に張り出させたチップ形状の抜止部９が設けられている。そして、磁石挿入孔部６にフェライト磁石８を挿入し、ポンチング或いはプレス等で抜止部９に押圧力を加えて変形させることにより、その抜止部９によい、フェライト磁石８の抜け止めを行ない、回転子鉄心５に拘束させる。その他の構成は、前記第２の実施例と同様である。
【００２４】
このような構成によれば、チップ形状の抜止部９によりフェライト磁石８は拘束されているので、回転電機製造時の運搬中や回転電機の運転時に、振動により破損することや重心バランスの崩れにより偏心して振動が発生する危険性を防止することができ、回転子１のアンバランスを抑制してトータルトルクを最大限に発揮することができる。尚、前記実施例２と同様の効果を得ることは勿論である。
【００２５】
（第４の実施例）
図４は本発明の第４の実施例であり、図３と同一部分に同一符号を付して示し、以下異なるところを説明する。この実施例では、抜止部９を硬化処理した場合を示しており、その硬化方法としては、レーザによる焼入れ、浸炭処理あるいは窒化処理等があげられ、これら硬化方法を使用すれば抜止部９周辺（斜線部分）の硬化をあげて強度を向上させることができる。一般に電磁鋼板は非常に柔らか材質を有している。磁気特性を発揮するためには強度的にも軟質でなければならないが、磁石の遠心力に打ち勝つためには高い降伏点即ち硬質でなければならない。この相反する特性を両立させることは非常に難しく材質も限られている。また、高価な第３元素を組成に添加することになり、電磁鋼板自体も高くなるのが一般である。
【００２６】
これによれば、磁気的に柔らかい即ち強度の低い材料を使い、磁気抵抗を低下させて磁束の流れを改善し、且つ鉄損を低減し、高い強度を必要とする抜止部９のみ硬化処理をして強度向上を行っている。磁石間の鉄心部位が狭くなる、或いは、抜止部９が強度を維持するために大きな曲がりを有する場合、前記部位には応力集中が起こり、降伏点を超える個所が出てくると、運転中に前記鉄心部位は金属疲労を生じて破断に至り、磁石が飛散して回転電機が破損する虞があるが、抜止部に硬化処理をすることで強度を向上させることができるのである。
【００２７】
（第５の実施例）
図５は本発明の第５の実施例であり、前記第２の実施例と異なるところを説明する。永久磁石としてのフェライト磁石８の代わりに、フェライト磁石１０を用いられ、フェライト磁石１０は、底辺側先端に向かって順次幅寸法が小となるテーパを有すると共に先端側は回転子鉄心５の円周と同一面に揃うように（かまぼこ形状）形成された複数の単位磁石として例えば２つのフェライト単位磁石１０ａ，１０ａにより構成される。このフェライト単位磁石１０ａ，１０ａの底辺部をそれぞれ合致させてひとつのフェライト磁石１０が構成される。さらに、回転子鉄心５には、フェライト単位磁石１０ａ，１０ａが径方向に積み重ねられたフェライト磁石１０と同一形状に形成された磁石挿入孔部１１が形成されており、この磁石挿入孔部１１は、フェライト単位磁石１０ａのテーパ面と合致するテーパ形状の抜止部１２が設けられている。そして、フェライト磁石１０が挿入されて配置された後に着磁される。その他の構成は、前記第２の実施例と同様である。
【００２８】
このような構成によれば、同一形状に形成された複数として２つのフェライト単位磁石１０ａ，１０ａが、磁石挿入孔部１１に回転子鉄心２の径方向に積み重ねられているので、回転機が必要とする磁石磁束を発生させるために２つの単位磁石を使用したとしても、異種形状の磁石を２つ用意する場合に比しコストを抑制することができると共に、前記第１及び２の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００２９】
（第６の実施例）
図６は本発明の第６の実施例であり、前記第１の実施例と異なるところを説明する。永久磁石としてのフェライト磁石４を用いた代わりに、フェライト磁石１３を用いられる。フェライト磁石１３は、複数として２つのフェライト単位磁石１３ａとフェライト単位磁石１３ｂとを含んで構成され、フェライト単位磁石１３ａは、磁石底辺側から先端部に向かって順次幅寸法が小となるテーパを有すると共に上端側は回転子１の円周と同一面に揃うように（かまぼこ形状）形成され、フェライト単位磁石１３ｂは、フェライト単位磁石１３ａの底辺幅より長辺幅寸法が小さい直方体形状に形成されている。さらに、回転子鉄心２の磁石挿入孔部１４には、フェライト単位磁石１３ａが径方向外周側に配置され、フェライト単位磁石１３ｂがその内側に積み重ねられて配置される。磁石挿入孔部１４は、フェライト単位磁石１３ａのテーパ面と合致するテーパ形成の抜止部１５が設けられている。そして、フェライト磁石１３は、磁石挿入孔部１４に挿入されて配置された後に着磁される。その他の構成は、前記第１の実施例と同様である。
【００３０】
このような構成によれば、異なる形状の複数として２つのフェライト単位磁石１３ａ，１３ｂにより構成され、かまぼこ形状のフェライト単位磁石１３ａの径方向内周側に直方体形状のフェライト単位磁石１３ｂが積み重ねられて配置されている。例えば、回転子１が小型になると、永久磁石１３間に存在する回転子鉄心２の鉄心部位が内周側になる程極端に狭くなってしまう。当該鉄心部分は、磁気的凸部（ｄ軸）であるためにリラクタンス磁束が流れることから、狭くなりすぎると磁気的飽和を発生し、リラクタンス磁束を減少させてしまう虞があり、結果として磁石トルクが増えたとしてもそれ以上にリラクタンストルクが減少してトータルトルクが減少する虞がある。しかしながら、内周側に配置するフェライト単位磁石１３ｂはフェライト単位磁石１３ｂ間に存在する鉄心部分を磁気飽和させないように幅寸法がフェライト単位磁石１３ａより小さく形成されているので、磁石トルクを低下させることなく当該鉄心部位の磁気飽和によるリラクタンストルクの減少を抑制することができ、大きなトータルトルクを発生させることができる。さらに、フェライト単位磁石１３ｂは、直方形状であるために安価に製造することができる。その他前記第１の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
（第７の実施例）
以下本発明の第７の実施例を説明する。
永久磁石リラクタンス型回転電機において、一般に固定子巻線に流れる電流と磁石磁束とが作用することによりトルクが発生するが、電流による磁界は回転子磁極中心に向かって径方向に付加される。この磁界は磁石に対して反磁化方向即ち減磁する方向に加わる。従って、磁石はその減磁に打ち勝つ保磁力或いは厚さを有する必要がある。図７に示すような形状であって分割されていない永久磁石の場合は、中央から両端に近づく程磁石厚は少なくなる。固定子巻線に流れる電流による減磁界は、永久磁石の両端側にもある程度加わっているが、その減磁界が、永久磁石の保磁力（厚さも考慮に入れた）に勝って強い場合は、前記永久磁石両端部が減磁されてしまうことになる。また、十分な磁石厚さがあったとしても、磁石両端部は回転子鉄心の鉄心部分と接しているため、この永久磁石部分に加わる減磁界量が小さくても、前記鉄心部分に向けて加わる減磁界成分が、永久磁石の狭い厚さ部分を貫通して加わる虞もあり、予期しない減磁を生じてしまう可能性もある。よって、減磁を防止するために磁石厚さに関して、両端部の減磁界を基に設計することもできるが、その結果、所定以上のトルクを得てしまう程の磁石量になってしまうと不経済である。
【００３２】
そこで、本発明の第７の実施例では、以下のようにして減磁を抑制するようにした。
図７は本発明の第７の実施例を示し、前記第２の実施例と異なるところについて説明する。前記第２の実施例においては、フェライト磁石８を用いたが、代わりに、永久磁石として例えばフェライト磁石１６を中央部磁石１６ａとその周方向両側に配置される側部磁石１６ｂ，１６ｂとの３つに分割して用いる構成とした。
【００３３】
中央部磁石１６ａは、周方向の両側部が、幅寸法が外周に向かうに従って順次小となるテーパ状に形成されると共に、磁化方向が径方向に向けて着磁して配置されている。側部磁石１６ｂは、幅寸法が外周に向かうに従って順次大となるテーパ状に形成されて、中央部磁石１６ａの周方向の両側部と合致すると共に、磁化方向が周方向に向けて着磁して配置されている。どの磁石の磁化も磁極中心に向かって同極（ＮｏｒＳ極）となるように着磁されている。即ち、磁極中央に配置する中央部磁石１６ａとは別の磁石を、磁石の減磁が厳しい部位である両端部に側部磁石１６ｂとして設けるようにした。
【００３４】
側部磁石１６ｂの磁化方向は、周方向に向けて配置されている。磁石の減磁は、磁化方向軸に対して加わった減磁界成分の大きさによる。従って、磁化方向に対して直角に加わる減磁界成分によって磁石は減磁することがない。即ち、側部磁石１６ｂは、いくら幅が狭くても減磁界は磁化に対して直角方向に加わるため、減磁することはない。また、周方向に磁化が向いている側部磁石１６ｂから発生する磁束は、磁極中央に向かって流れるため、中央部磁石１６ａの発生する磁束に相乗することができる。従って、中央部磁石１６ａの厚さは、この中央部磁石１６ａの両端に配置された側部磁石１６ｂの減磁を考慮せず決定できるため、必要とされる所定トルクに対して、最適量の磁石を配置することができる。さらに、中央部磁石１６ａと側部磁石１６ｂはテーパ形状に形成されているため、中央部磁石１６ａが遠心力で飛散しないように側部磁石１６ｂが押さえ込む役目を果たすと共に側部磁石１６ｂが遠心力で飛散しないように抜止部７により飛散が防止される。減磁によるトータルトルクの低下を抑制することができると共に、前記実施例と同様の効果を得ることができる。
【００３５】
（第８の実施例）
図８及び図９は本発明の第８に実施例を示し、上記第７の実施例と異なるところは、中央部磁石１６ａ及び側部磁石１６ｂをフェライト磁石で形成した代わりに、中央部磁石１７ａは高エネルギー磁石で形成され、側部磁石１７ｂは高保磁力磁石で構成される。さらに、中央部磁石１７ａ及び側部磁石１７ｂの磁化方向は径方向に着磁されている。その他の構成は、前記第７の実施例と同様である。
【００３６】
このような構成によれば、前述のように磁石の両端部は減磁に弱い可能性があるため、この両端部に配置する側部磁石１７ｂは、優れた減磁性能を有する高保磁力磁石を用いられ、磁極中央の大きなトルクを誘起する中央部磁石１７ａには、磁束発生量の大きな高エネルギー磁石を用いることで、側部磁石１７ｂの減磁を考慮する必要がなくなると共に、少ない磁石量で所定のトルクを発揮することができるのである。
【００３７】
（変形例）
例えば、中央部磁石１７ａは高エネルギー磁石として体積の大なるフェライト磁石で形成し、側部磁石１７ｂを、希土類系磁石として例えば高エネルギー高保磁力のネオジム磁石で形成する。
【００３８】
図９はフェライト系磁石と希土類系磁石の特性比較結果を示し、この図９において、フェライト系磁石はフェライト磁石を示し、磁束密度が０．４５（Ｔ）、保磁力が４５０（ＫＡ／ｍ）、密度が４．７（ｇ／ｃｍ3）、グラム単価が０．８（円）である。希土類系磁石は、添加元素により特性を変化させたネオジム磁石であり、高エネルギーのネオジム磁石Ａ及び高保磁力のネオジム磁石Ｂに分類される。高保磁力のネオジム磁石Ｂは、主成分の他に添加元素として例えばＣｏ、Ｔｂ及びＤｙ等の元素を添加して保磁力を改善したもので、磁束密度が１．３０（Ｔ）、保磁力が２８００（ＫＡ／ｍ）、密度が７．５（ｇ／ｃｍ3）、グラム単価が１３（円）である。また、前記添加元素（不純物）の添加を少なくし、所謂ネオジムの純度を向上させたものが高エネルギーのネオジム磁石Ａであり、高エネルギーのネオジム磁石は、磁束密度が１．４３（Ｔ）、保磁力が１２００（ＫＡ／ｍ）、密度が７．５（ｇ／ｃｍ3）、グラム単価が１２（円）である。他に、高保磁力磁石としては、ＳｍＣｏ（サマリウム・コバルト）磁石があり、磁束密度が１．００（Ｔ）、保磁力が２５００以上（ＫＡ／ｍ）、密度が８．４（ｇ／ｃｍ3）、グラム単価が２５（円）である。
【００３９】
このような構成によれば、図９より明らかなように、高エネルギーのネオジム磁石はフェライト磁石と比較して、３倍程度の磁束発生力（磁束密度）、３倍程度の耐減磁性能（保磁力）であることから、３倍程度の体積のフェライト磁石に相当することになる。また、フェライト磁石は、ネオジム磁石と比較して、主磁石として大きな体積を占めたとしても密度が小さいため、それほどの重量にはならない。
【００４０】
従って、中央部磁石１７ａは、比較的大きな磁石形状となり厚さを大きくできることからエネルギーの低いフェライト磁石であっても磁束量を暑さでかせぐことができ、主磁石が大きく減少することはない。フェライト磁石は、希土類系磁石と比較して、大きな重量とならないため、回転機の運転時に発生する遠心力による飛散に対する拘束力は少なくてすみ、機械強度の問題の緩和となる。さらに、グラム単価が、一桁以上安価であるため、低コストにて回転電機を製造することができる。
【００４１】
また、側部磁石１７ｂは、中央部磁石１７ａと比較して体積が小さくなるが、高エネルギーを有するネオジム磁石であることから、フェライト磁石と同等程度の磁束を発生しながらも、動体積のフェライト磁石と比較して、高保磁力であることから厚さが小さくても減磁することはない。
【００４２】
よって、磁石の飛散を効率よく防止しながらも、減磁を抑制し、低コストで所定のトータルトルクを得ることができる。さらに、前記実施例と同様の効果を得ることもできる。尚、中央部磁石１７ａを小体積に設定する場合には、中央部磁石１７ａにネオジム磁石Ａを用い、側部磁石１７ｂにネオジム磁石Ｂ或いはＳｍＣｏ磁石を用いるようにしてもよい。
【００４３】
（第９の実施例）
図１０は本発明の第９の実施例を示す。
永久磁石リラクタンス型回転電機においては、一般的に永久磁石の磁化を径方向に向けていることから、磁極中央の磁石は大きなトルクを誘起する磁束を発生する。しかしながら、一部の磁石磁束は磁石間に存する鉄心部分に流れ、固定子巻線と鎖交せず、磁石トルクに寄与しない、いわゆる漏れ磁束となる。
【００４４】
そこで、以下のようにして漏れ磁束を抑制する構成とした。
図１０は本発明第９の実施例を示し、前記第７の実施例と異なるところについて説明する。前記第７の実施例と異なるところは、側部磁石１６ｂの代わりに、非磁性材として例えば高抵抗率材であるセラミック体及び樹脂ブロックなどの間隔片１６ｃを用いて構成したことである。尚、間隔片１６ｃは、中央部磁石１６ａのテーパに合わせた外周側に大のテーパが設けられている。
【００４５】
このような構成によれば、磁石磁束が鉄心部分に漏れ出さないように非磁性材からなる間隔片１６ｃで中央部磁石１６ａと回転子鉄心５の鉄心部分との間を離す役目を担っている。間隔片１６ｃは磁束を通さない効果を有しているので、中央部磁石１６ａの磁束はすべてが固定子巻線と鎖交することになり、磁石トルクの向上に貢献する。さらに、間隔片１６ｃと中央部磁石１６ａとはテーパ形状となっているため、中央部磁石１６ａが遠心力で飛散しないように間隔片１６ｃが押さえ込む役目を果たしている。従って、中央部磁石１６ａの磁束の漏れを抑制して強い磁石トルクを得ることのでき、そして、前記実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
（その他の実施例）
尚、本発明は、上記し且つ図面に示す実施例にのみ限定されるものではなく、次のような拡張または変形が可能である。
上記第１の実施例において、永久磁石としてフェライト磁石３は、円弧状に形成される構成としたが、フェライト磁石は、かまぼこ形状に形成されてもよい。
上記第１，２，３，４の実施例において、永久磁石としてフェライト磁石３を用いて構成したが、永久磁石としてネオジム磁石（高エネルギー或いは高保磁力のどちらでも可）を用いて構成してもよい。
【００４７】
上記実施例において、抜止部７，９は、磁石挿入孔部６の開放部の幅寸法が小となるような湾曲形状或いは磁石挿入孔部６の外周側端部に張り出したチップ形状に形成される構成としたが、抜止部７，９は、磁石挿入孔部６の開放部の幅寸法が順次小となるテーパ形状に形成される構成であってもよい。
【００４８】
上記第５の実施例において、フェライト単位磁石１０ａの底辺部を合わせて径方向に積み重ねて配置する構成としたが、内周側に存在するフェライト単位磁石１０ａの上端部が径外周方向を向くように積み重ねた配置してもよく、この場合、回転子鉄心２形状は複雑になるが、運転時に１つの抜止部１２だけではフェライト単位磁石１０ａにかかる遠心力により応力集中を受けることで飛散を防止できない場合であっても、２つの抜止部により回転時の応力集中を分散させることができ、安定して信頼性の高い運転を実現することができる。
上記第５及び第６の実施例において、複数の単位磁石として２つの単位磁石で構成したが、２つ以上ならいくつの単位磁石を用いて構成してもよい。
上記第５または６の実施例において、回転子鉄心５または２の内周側にフェライト単位磁石１０ａまたは１３ｂを配置する代わりに、鉄ブロックを挿入してもよい。
【００４９】
ここで、回転子鉄心５または２に設けた複数の磁石挿入孔部１１または４に挿入するフェライト単位磁石１０または１３のうち内周側に入れる単位磁石を増やすほど磁石トルクは向上するが、フェライト磁石１０，１３に所定以上の磁石トルクを付帯させることはコスト増加を抑制する点からは不利である。そこで、フェライト単位磁石１０ａまたは１３ｂを配置する必要がなかった場合、空隙ができてしまい、リラクタンス磁束の流れを妨げることになるが、その空隙に鉄ブロックを挿入して配置することで、磁気回路が形成され、前記磁束の流れを妨げないようにすることできる。これにより、比較的広い出力トルクの範囲にわたって回転子を共有化することができると共に、出力トルクの調節をフェライト単位磁石１０ａ，１３ａの挿入個数を変えることで調節することができる。
上記実施例において、抜止部７，１２，１５を硬化処理してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施例を示す回転子の断面図
【図２】本発明の第２の実施例を示す図１相当図
【図３】本発明の第３の実施例を示す図１相当図
【図４】本発明の第４の実施例を示す図１相当図
【図５】本発明の第５の実施例を示す図１相当図
【図６】本発明の第６の実施例を示す図１相当図
【図７】本発明の第７の実施例を示す図１相当図
【図８】本発明の第８の実施例を示す図１相当図
【図９】磁石の特性図
【図１０】本発明の第９の実施例を示す図１相当図
【図１１】従来技術を示す回転電機の断面図
【符号の説明】
【００５１】
図面中、１は固定子鉄心、１ａは磁気的凹部、１ｂは磁気的凸部、２，５は回転子鉄心、３，６，１１，１４は磁石挿入孔部、４，１０，１３はフェライト磁石、７，９，１２，１５は抜止部、８，１６はフェライト磁石、１０ａ，１３ａ，１３ｂはフェライト単位磁石、１６ａ，１７ａは中央部磁石、１６ｂ，１７ｂは側部磁石、１６ｃは間隔片を示す。
【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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