(57)【要約】【課題】永久磁石型モータジェネレータの高効率化及び／又は小型化が可能な新規な極異方磁石、及び、これを用いた永久磁石型モータジェネレータを提供すること。【解決手段】極異方磁石３０ａ〜３０ｆは、一体磁石からなり、ｚ軸に対して平行方向に磁極の境界面３０ａ〜３２ｆがあり、かつ、ｘｙ平面上において、磁化容易軸が円弧状に、かつ、同心円状に配向している配向領域を備えている。永久磁石型モータジェネレータは、インナーロータのロータヨークの表面に接合され、又はロータヨークの内部に埋め込まれたｎ個の極異方磁石を備えている。極異方磁石は、Ｎ極及びＳ極がインナーロータの外周面側を向くように、ロータヨークの表面に接合され、又は前記ロータヨークの内部に埋め込まれている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の構成を備えた極異方磁石。
（１）前記極異方磁石は、一体磁石からなる。
（２）前記極異方磁石は、ｚ軸に対して平行方向に磁極の境界面がある。
（３）前記極異方磁石は、ｘｙ平面上において、磁化容易軸が円弧状に、かつ、同心円状に配向している配向領域を備えている。
【請求項２】
開き角（θ）が１８０°以下である請求項１に記載の極異方磁石。
但し、「開き角（θ）」とは、
前記磁化容易軸の配向方向を連続した円弧で近似し、前記円弧の中心をＣ点、曲率半径が最大となる前記円弧の両端点のＤ点及びＦ点とした時に、
ＣＤ線とＣＦ線とのなす角をいう。
【請求項３】
前記ｚ軸に対して垂直方向の断面形状がバームクーヘン形（中空円筒を軸方向に分割した形状）であり、前記バームクーヘン形の断面の円弧に沿って前記磁化容易軸が配向している請求項１又は２に記載の極異方磁石。
【請求項４】
前記ｚ軸に対して垂直方向の断面形状がレンズ形であり、前記レンズ形の断面の一方の円弧に沿って前記磁化容易軸が配向している請求項１又は２に記載の極異方磁石。
【請求項５】
以下の構成を備えた永久磁石型モータジェネレータ。
（１）前記永久磁石型モータジェネレータは、
２ｎ個（ｎ≧１）の磁極を備えたインナーロータと、
前記インナーロータに向かってティースが放射状に配置され、かつ、前記ティースの周囲にコイルが巻き付けられたアウターステータと
を備えている。
（２）前記インナーロータは、
シャフトと、
前記シャフトの外周面に接合されたロータヨークと、
前記ロータヨークの表面に接合され、又は前記ロータヨークの内部に埋め込まれたｎ個の磁石と
を備えている。
（４）前記磁石は、請求項１から４までのいずれか１項に記載の極異方磁石からなり、
前記極異方磁石は、Ｎ極及びＳ極が前記インナーロータの外周面側を向くように，前記ロータヨークの表面に接合され、又は前記ロータヨークの内部に埋め込まれている。
【請求項６】
以下の構成をさらに備えた請求項５に記載の永久磁石型モータジェネレータ。
（５）前記磁石は、前記インナーロータが回転した時に、前記配向領域の少なくとも一部分が前記アウターステータにより形成される平均磁路を横切る位置に設置されている。
ここで、「平均磁路」とは、
磁束の流出端となる最外部に位置するティース（Ａ）の先端面の中心をＡ点、前記磁束の流入端となる最外部に位置するティース（Ｂ）の先端面の中心をＢ点、前記アウターステータの中心をＯ点、Ａ点を通るＡＯ線の垂線とＢ点を通るＢＯ線の垂線との交点をＧ点とした時に、Ｇ点を中心とし、かつ、Ａ点及びＢ点を通る円弧（磁路）をいう。
（６）前記磁石は、次の（１）式を満たす。
ｒ'b≦ｒ≦ｒ'a      ・・・（１）
但し、
ｒは、前記ＡＯ線と前記ＢＯ線とのなす角の二等分線と、前記平均磁路との交点（Ｘ点）における前記磁石の前記配向領域内にある前記磁化容易軸の配向方向の曲率半径、
ｒ'aは、前記ティース（Ａ）の先端面の外側の端点をＡ’点、前記ティース（Ｂ）の先端面の外側の端点をＢ’点とした時に、Ｇ点を中心とし、かつ、Ａ'点及びＢ’点を通る円弧（磁路）の曲率半径、
ｒ'bは、前記ティース（Ａ）の先端面の内側の端点をＡ”点、前記ティース（Ｂ）の先端面の内側の端点をＢ”点とした時に、Ｇ点を中心とし、かつ、Ａ”点及びＢ”点を通る円弧（磁路）の曲率半径。
【請求項７】
次の（３）式を満たす請求項５又は６に記載の永久磁石型モータジェネレータ。
０≦ΔＬ≦（２πＲ／ｎ）×０．３      ・・・（３）
但し、
ΔＬは、前記磁石間の円周方向の最短距離、
Ｒは、前記インナーロータの中心から、前記磁石間の円周方向の距離がΔＬとなる位置までの長さ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極異方磁石及び永久磁石型モータジェネレータに関し、さらに詳しくは、ｘｙ平面上において磁化容易軸が円弧状に、かつ、同心円状に配向している極異方磁石、及びこれを用いた永久磁石型モータジェネレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータには、
（ａ）ロータに電気伝導体を用いるインダクションモーター（ＩＭ）、
（ｂ）ロータの表面に永久磁石を貼り付けた表面磁石型（Surface Permanent Magnet; ＳＰＭ）モータ、
（ｃ）ロータの内部に永久磁石が埋め込まれた磁石埋込型（Interior Permanent Magnet; ＩＰＭ）モータ
などの様々な構造を持つものが知られている。
【０００３】
これらの内、ＩＰＭモータは、マグネットトルクとリラクタンストルクの双方を利用できるため、他のモータに比べて、使用可能な回転数域が広く、かつ、高速回転域においても高いトルクが得られるという利点がある。そのため、ＩＰＭモータは、電気自動車やハイブリッドカーの駆動源として用いられている。
これに対し、ＳＰＭモータは、ＩＰＭモータに比べてマグネットトルクを大きくすることができる。そのため、ＳＰＭモータは、一定の回転数で使用される用途（例えば、発電機）に用いられることが多い。
【０００４】
ＩＰＭモータやＳＰＭモータのような永久磁石型モータは、無通電状態であってもロータの回転に伴ってトルク（コギングトルク）が発生する。コギングトルクは、モータの騒音や振動の原因となる。そのため、コギングトルクの低減方法に関し、従来から種々の提案がなされている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、
（ａ）ｎ個の永久磁石ブロックをエポキシ系の接着剤で接着して１つの磁極とし、
（ｂ）合計ｐ個の前記磁極（合計ｐｎ個の永久磁石ブロック）をエポキシ系の樹脂で回転子の表面に接着し、
（ｃ）各永久磁石ブロックの着磁方向を周期的に変化させた
回転電機が開示されている。
同文献には、磁極の分割数（ｎ）を４以上にすると、コギングトルクを低減できる点が記載されている。
【０００６】
モータや発電機では、高効率化や小型化などを目的として、永久磁石型モータを用いるのが主流である。Ｎｄ磁石などの強力磁石は、大きく性能を向上させているが、モータの高効率化及び小型化に大きく寄与する特性である残留磁束密度（Ｂr）は理論限界にほぼ近づいている。一方、磁石形状、配向などのモータや発電機の磁気回路では、改善余地が多く残存されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３５４７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、永久磁石型モータジェネレータの高効率化及び／又は小型化が可能な新規な極異方磁石、及び、これを用いた永久磁石型モータジェネレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明に係る極異方磁石は、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記極異方磁石は、一体磁石からなる。
（２）前記極異方磁石は、ｚ軸に対して平行方向に磁極の境界面がある。
（３）前記極異方磁石は、ｘｙ平面上において、磁化容易軸が円弧状に、かつ、同心円状に配向している配向領域を備えている。
【００１０】
本発明に係る永久磁石型モータジェネレータは、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記永久磁石型モータジェネレータは、
２ｎ個（ｎ≧１）の磁極を備えたインナーロータと、
前記インナーロータに向かってティースが放射状に配置され、かつ、前記ティースの周囲にコイルが巻き付けられたアウターステータと
を備えている。
（２）前記インナーロータは、
シャフトと、
前記シャフトの外周面に接合されたロータヨークと、
前記ロータヨークの表面に接合され、又は前記ロータヨークの内部に埋め込まれたｎ個の磁石と
を備えている。
（４）前記磁石は、本発明に係る極異方磁石からなり、
前記極異方磁石は、Ｎ極及びＳ極が前記インナーロータの外周面側を向くように，前記ロータヨークの表面に接合され、又は前記ロータヨークの内部に埋め込まれている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る極異方磁石は、磁石ブロックをエポキシ樹脂などで接合した接合磁石と異なり、磁極の境界面に空間を含め磁石以外の異物がない。そのため、本発明に係る極異方磁石は、接合磁石に比べて磁石に内包する磁気モーメントを漏れなく外部へ放出することができる。特に、磁気回路の磁路と磁石配向が一致した場合、所望の磁気回路内部で大きな磁束を発生させることができる。
さらに、本発明に係る極異方磁石は、磁化容易軸が円弧状に、かつ、同心円状に配向している配向領域を備えている。そのため、ステータからの磁力線の形状に合わせて磁化容易軸の配向方向の曲率半径を最適化し、ステータからの磁力線の形状と磁化容易軸の配向方向がほぼ一致するように極異方磁石をロータに設置すると、ステータ／ロータ間に発生するマグネットトルクを大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る極異方磁石の一例を示す模式図である。
【図２】円弧状グリーン体からバームクーヘン形磁石を製造する方法を説明するための模式図である。
【図３】Ｕ字型グリーン体から釣り鐘型磁石を製造する方法を説明するための模式図である。
【図４】本発明に係る永久磁石型モータジェネレータのインナーロータの模式図である。
【図５】平均磁路の定義を説明するための模式図である。
【００１３】
【図６】アウターステータにより形成される磁路の曲率半径と極異方磁石の磁化容易軸の配向方向の曲率半径との関係を示す模式図である。
【図７】極異方磁石の配向方向の曲率半径（ｒ）とトルクの関係を示す図である。
【図８】磁石間の周長（ΔＬ）の定義を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１．  極異方磁石］
本発明に係る極異方磁石は、以下の構成を備えている。
（１）前記極異方磁石は、一体磁石からなる。
（２）前記極異方磁石は、ｚ軸に対して平行方向に磁極の境界面がある。
（３）前記極異方磁石は、ｘｙ平面上において、磁化容易軸が円弧状に、かつ、同心円状に配向している配向領域を備えている。
【００１５】
［１．１．  一体磁石］
本発明に係る極異方磁石は、一体磁石からなる。「一体磁石」とは、磁石全体が同一の材料からなり、かつ、磁極の境界面が連続していること、あるいは、磁極の境界面に異物（例えば、接着剤）がないことをいう。
【００１６】
［１．２．  磁気配向］
本発明に係る極異方磁石は、ｚ軸に対して平行方向に磁極の境界面がある。また、極異方磁石は、ｘｙ平面上において、磁化容易軸が円弧状に、かつ、同心円状に配向している配向領域を備えている。極異方磁石は、その全体が配向領域からなるものでも良く、あるいは、その一部が配向領域からなるものでも良い。
磁化容易軸の配向方向を連続した円弧で表した時に、その円弧の曲率半径（以下、これを「配向方向の曲率半径（ｒ）」ともいう）は、特に限定されない。後述する方法を用いると、配向方向の曲率半径を広い範囲に渡って制御することができる。
【００１７】
［１．３．  開き角］
本発明において、「開き角（θ）」とは、
（ａ）前記磁化容易軸の配向方向を連続した円弧で近似し、
（ｂ）前記円弧の中心をＣ点、曲率半径が最大となる前記円弧の両端点のＤ点及びＦ点とした時に、
ＣＤ線とＣＦ線とのなす角をいう。
【００１８】
極異方磁石において、磁化容易軸の配向方向の基端側がＳ極、配向方向の先端側がＮ極となる。極異方磁石の開き角（θ）は、特に限定されない。
但し、極異方磁石を本発明に係る永久磁石型モータジェネレータに用いる場合において、開き角（θ）が過度に大きくなると、永久磁石型モータジェネレータの効率が低下する。従って、極異方磁石を永久磁石型モータジェネレータに用いる場合、開き角（θ）は、１８０°以下が好ましい。開き角（θ）は、永久磁石型モータジェネレータの構造に応じて最適な値を選択するのが好ましい。
【００１９】
［１．４．  形状］
本発明において、極異方磁石の形状は特に限定されない。磁化容易軸が円弧状に配向している素材（形状は問わない）を作製し、次いで得られた素材から不要部分を除去すると、種々の形状を備えた極異方磁石が得られる。
【００２０】
図１に、本発明に係る極異方磁石の一例を示す。図１（ａ）に示す極異方磁石３０ａは、ｚ軸に対して垂直方向の断面形状がバームクーヘン形（中空円筒を軸方向に分割した形状）であり、断面全体が配向領域からなる。その開き角θは、外周面の円弧の両端点（Ｄ点、Ｆ点）とバームクーヘン形の中心（Ｃ点）とのなす角（すなわち、破線で示した扇形の中心角）である。後述する方法を用いると、このようなバームクーヘン形の極異方磁石３０ａが得られる。
磁極の境界面３２ａはｚ軸に対して平行であり、磁化容易軸（図１中、円弧状の矢印で表示。以下同じ。）はｘｙ平面上において円弧状に、かつ同心円状に配向している。図１（ａ）の場合、極異方磁石３０ａの左側の平面がＳ極となり、右側の平面がＮ極となる。
【００２１】
図１（ｂ）に示す極異方磁石３０ｂは、ｚ軸に対して垂直方向の断面形状がレンズ形であり、断面全体が配向領域からなる。その開き角θは、極異方磁石３０ａと同一である。極異方磁石３０ｂは、図１（ａ）に示す極異方磁石３０ａから余剰部分を除去することにより得られる。
磁極の境界面３２ｂはｚ軸に対して平行であり、磁化容易軸はｘｙ平面上において円弧状に、かつ同心円状に配向している。図１（ｂ）の場合、極異方磁石３０ｂの左側の上面がＳ極となり、右側の上面がＮ極となる。
【００２２】
図１（ｃ）に示す極異方磁石３０ｃは、ｚ軸に対して垂直方向の断面形状が疑似レンズ形（上下面がレンズ状の円弧からなり、左右面が平面からなる形状）であり、断面全体が配向領域からなる。その開き角（θ）は、極異方磁石３０ａと同一である。極異方磁石３０ｃは、図１（ａ）に示す極異方磁石３０ａから余剰部分を除去することにより得られる。
磁極の境界面３２ｃはｚ軸に対して平行であり、磁化容易軸はｘｙ平面上において円弧状に、かつ同心円状に配向している。図１（ｃ）の場合、極異方磁石３０ｃの左側の平面がＳ極となり、右側の平面がＮ極となる。
【００２３】
図１（ｄ）に示す極異方磁石３０ｄは、ｚ軸に対して垂直方向の断面形状が扇形（中実円筒を軸方向に分割した形状）であり、断面全体が配向領域からなる。極異方磁石３０ｄの外周面（Ｄ点及びＦ点を通る円弧）の曲率半径は、図１（ａ）に示す極異方磁石３０ａのそれと同一であるが、開き角（θ）は、極異方磁石３０ａのそれより小さくなっている。極異方磁石３０ｄは、図１（ａ）に示す極異方磁石３０ａから余剰部分を除去することにより得られる。
磁極の境界面３２ｄはｚ軸に対して平行であり、磁化容易軸はｘｙ平面上において円弧状に、かつ同心円状に配向している。図１（ｄ）の場合、極異方磁石３０ｄの左側の平面がＳ極となり、右側の平面がＮ極となる。
【００２４】
図１（ｅ）に示す極異方磁石３０ｅは、ｚ軸に対して垂直方向の断面形状がホームベース形であり、断面全体が配向領域からなる。その開き角（θ）は、極異方磁石３０ａと同一である。極異方磁石３０ｅは、図１（ａ）に示す極異方磁石３０ａから余剰部分を除去することにより得られる。
磁極の境界面３２ｅはｚ軸に対して平行であり、磁化容易軸はｘｙ平面上において円弧状に、かつ同心円状に配向している。図１（ｅ）の場合、極異方磁石３０ｅの左側の平面がＳ極となり、右側の平面がＮ極となる。
【００２５】
図１（ｆ）に示す極異方磁石３０ｆは、ｚ軸に対して垂直方向の断面が釣り鐘形であり、断面の一部（図１（ｆ）中、ハッチングで示した領域）が配向領域からなる。配向領域の両側は、磁化容易軸が完全に同心円状に配向していないが、極異方磁石３０ｆの外周面に沿って磁化容易軸が楕円弧状に配向している。配向領域の配向の中心（Ｃ点）は、極異方磁石３０ｆの上面の円弧上にあるため、その開き角（θ）は、極異方磁石３０ａより大きく、かつ、１８０°に近い値となる。
磁極の境界面３２ｆはｚ軸に対して平行であり、配向領域内の磁化容易軸はｘｙ平面上において円弧状に、かつ同心円状に配向している。図１（ｆ）の場合、極異方磁石３０ｆの左側の上面がＳ極となり、右側の上面がＮ極となる。
【００２６】
［１．５．  極異方磁石の材料］
極異方磁石の材料は、磁化容易軸を円弧状に配向させることが可能であり、かつ、保磁力の高い材料であれば良い。このような材料としては、例えば、
（ａ）Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類合金（Ｒは、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｔｂなどの希土類元素、Ｔは、Ｆｅ、Ｃｏなどの遷移金属元素）、
（ｂ）Ｒ−Ｃｏ系合金（Ｒは、Ｓｍなどの希土類元素）、
（ｃ）Ｒ−Ｆｅ系合金（Ｒは、Ｓｍなどの希土類元素）
などがある。これらの中でも、Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類合金は、高保磁力が得られ、かつ、磁化容易軸を円弧状に配向させるのが容易であるので、極異方磁石の材料として好適である。
【００２７】
［２．  極異方磁石の製造方法（１）］
本発明に係る極異方磁石は、種々の方法により製造することができる。
例えば、図１（ａ）〜図１（ｅ）に示す極異方磁石３０ａ〜３０ｅは、
（ａ）円弧状又はＵ字型のグリーン体を製造し、
（ｂ）グリーン体を円周方向に沿って圧縮すると同時に、ラジアル方向の厚さを増大させることにより、断面がバームクーヘン形又は扇形の磁石を製造し、
（ｃ）必要に応じて、得られた磁石から不要部分を除去する
ことにより製造することができる。
【００２８】
［２．１．  第１工程］
まず、円弧状又はＵ字型のグリーン体を製造する。グリーン体の製造方法は、特に限定されない。グリーン体の製造方法としては、例えば、
（ａ）粉末を円弧状又はＵ字型に圧粉成型する方法、
（ｂ）冷間静水圧加圧成形法（ＣＩＰ）等の加圧成形法により圧粉体を得る方法、
（ｃ）通電加熱焼結法（ＳＰＳ）、金属粉末射出成形法等により焼結体を得る方法、
などがある。
【００２９】
［２．２．  第２工程］
次に、熱間において、円弧状又はＵ字型のグリーン体を円周方向に沿って圧縮すると同時に、ラジアル方向の厚さを増大させることにより、断面がバームクーヘン形又は扇形の磁石を製造する。図２に、熱間塑性加工法を用いて円弧状グリーン体からバームクーヘン形磁石を製造する方法を説明するための模式図を示す。
【００３０】
円弧状グリーン体を熱間塑性加工する場合において、ダイスの形状を最適化すると、図２（ａ）に示すように、円弧状グリーン体２８を円周方向に圧縮すると同時に、ラジアル方向の厚さを増大させることができる。その結果、図２（ｂ）に示すように、円弧状グリーン体２８からバームクーヘン形の極異方磁石３０ａを製造することができる。
【００３１】
なお、熱間で円弧状グリーン体２８を塑性変形させると、結晶粒周りの低融点粒界相が液化し、結晶粒の回転・移動が可能となる。また、円弧状グリーン体２８を極異方磁石３０ａに塑性変形させる場合、円弧状グリーン体２８の円周方向に圧縮応力を印加すると同時に、ラジアル方向と長手方向に引張応力を印加する。これにより、極異方磁石３０ａの磁化容易軸は、主として円周方向に配向する。歪は、成形中に順次与えることも可能で、最終的に所望のトータル歪量とする。
【００３２】
［２．３．  第３工程］
次に、必要に応じて、第２工程で得られた磁石から不要部分を除去する。円弧状グリーン体２８を極異方磁石３０ａに塑性加工した後、極異方磁石３０ａから不要部分を研削除去すると、図１（ｂ）〜図１（ｅ）に示すような種々の形状を有する極異方磁石３０ｂ〜３０ｅが得られる。
【００３３】
［３．  極異方磁石の製造方法（２）］
図３に、Ｕ字型グリーン体から釣り鐘型磁石を製造する方法を説明するための模式図を示す。図１（ｆ）に示す極異方磁石３０ｆは、以下のようにして製造することができる。
すなわち、Ｕ字型グリーン体を熱間塑性加工する場合において、ダイスの形状を最適化すると、図３（ａ）に示すように、Ｕ字型グリーン体２８ａをＵ字に沿った方向（広義の円周方向）に圧縮すると同時に、Ｕ字に対して垂直方向（広義のラジアル方向）の厚さを増大させることができる。その結果、図３（ｂ）に示すように、Ｕ字型グリーン体２８ａから釣り鐘型の極異方磁石３０ｆを製造することができる。
【００３４】
［４．  永久磁石型モータジェネレータ］
本発明に係る永久磁石型モータジェネレータは、以下の構成を備えている。
（１）前記永久磁石型モータジェネレータは、
２ｎ個（ｎ≧１）の磁極を備えたインナーロータと、
前記インナーロータに向かってティースが放射状に配置され、かつ、前記ティースの周囲にコイルが巻き付けられたアウターステータと
を備えている。
（２）前記インナーロータは、
シャフトと、
前記シャフトの外周面に接合されたロータヨークと、
前記ロータヨークの表面に接合され、又は前記ロータヨークの内部に埋め込まれたｎ個の磁石と
を備えている。
（４）前記磁石は、本発明に係る極異方磁石からなり、
前記極異方磁石は、Ｎ極及びＳ極が前記インナーロータの外周面側を向くように，前記ロータヨークの表面に接合され、又は前記ロータヨークの内部に埋め込まれている。
【００３５】
［４．１．  インナーロータ］
図４に、本発明に係る永久磁石型モータジェネレータのインナーロータの模式図を示す。図４において、インナーロータ１０は、シャフト１２と、シャフト１２の外周面に接合されたロータヨーク２０と、ロータヨーク２０の表面に接合された極異方磁石３０、３０…とを備えている。なお、図示はしないが、極異方磁石３０、３０…は、ロータヨーク２０の内部に埋め込まれていても良い。
【００３６】
［４．１．１．  磁極数］
インナーロータ１０は、２ｎ個（ｎ≧１）の磁極を備えている。磁極の数は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な個数を選択することができる。一般に、磁極の数が多くなるほど、コイルに鎖交する磁束の切替回数が増える。各極における磁石量の減り分を考慮しても、同じ回転数では、磁極の数が多くなるほど、トルク、及び発電量が向上する。このような効果を得るためには、磁極の数は、４極以上が好ましい。磁極の数は、さらに好ましくは、８極以上である。
一方、磁極の数が多くなりすぎると、ステータ形状と巻線が複雑になり、モータ体格が肥大化するという問題があり、特に小型モータで顕著となる。従って、磁極の数は、１６極以下が好ましい。磁極の数は、さらに好ましくは、１２極以下である。
【００３７】
［４．１．２．  ロータヨーク］
ロータヨーク２０は、アウターステータ（図示せず）の内周面に対向する表面又は内部に、ｎ個の極異方磁石３０、３０…を保持するためのものである。ロータヨーク２０の材料は、目的に応じて最適な材料を選択するのが好ましい。
例えば、図４に示すように、ロータヨーク２０の表面に極異方磁石３０、３０…を密に接合する場合、インナーロータ１０は、マグネットトルクのみで回転する。この場合、ロータヨーク２０の材料は、特に限定されない。
【００３８】
一方、ロータヨーク２０の表面に極異方磁石３０、３０…を、所定の隙間（ΔＬ）をあけて接合する場合、アウターステータからの磁束が隙間（ΔＬ）を通ってロータヨーク２０の内部に流入する。このような場合、ロータヨーク２０の材料として、高透磁率材料を用いるのが好ましい。ロータヨーク２０の材料として高透磁率材料を用いると、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクを発生させることができる。
ここで、「高透磁率材料」とは、極異方磁石３０よりも比透磁率が高い材料をいう。
【００３９】
高いリラクタンストルクを発生させるためには、ロータヨーク２０を構成する材料の比透磁率は、５０以上が好ましく、さらに好ましくは、５００以上である。このような条件を満たす高透磁率材料としては、例えば、
（ａ）３％Ｓｉ−Ｆｅ、６．５％Ｓｉ−Ｆｅなどの電磁鋼板、
（ｂ）パーメンジュール（Ｆｅ−Ｃｏ合金）、アモルファス（Ｆｅ基、Ｃｏ基）、ナノ結晶合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｕ−Ｎｂ系）
などがある。図４に示す例では、ロータヨーク２０には、電磁鋼板の積層体が用いられている。
【００４０】
［４．１．３．  極異方磁石］
本発明において、インナーロータ１０に備えられる磁石として、本発明に係る極異方磁石３０が用いられる。極異方磁石３０は、Ｎ極及びＳ極がインナーロータ１０の外周面側を向くように，ロータヨーク２０の表面に接合され、又はロータヨーク２０の内部に埋め込まれている。換言すれば、極異方磁石３０は、円弧状の配向軸の凹側が外側を向くように、ロータヨーク２０の表面に接合され、又はロータヨーク２０の内部に埋め込まれている。極異方磁石３０の詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
【００４１】
［４．２．  アウターステータ］
アウターステータ（図示せず）は、中央にインナーロータ１０を挿入するための貫通穴を備えており、貫通穴の内表面には、界磁コイルの鉄芯となるティースが放射状に配置されている。また、ティースの周囲には、コイルが巻き付けられている。コイルは、インナーロータに対して回転磁界を作用させるため、又はインナーロータの回転に伴う磁束の変化を電流として取り出すために用いられる。アウターステータは、ティースによって形成される磁路の曲率半径（ｒ'）と極異方磁石３０の配向方向の曲率半径（ｒ）との間に、後述する関係を備えているものが好ましい。アウターステータの構造に関するその他の点（例えば、ティースの構造、コイルの巻き線方式など）は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な構造を選択することができる。
【００４２】
［４．３．  磁路の曲率半径と配向方向の曲率半径との関係］
［４．３．１．  平均磁路］
図５に、平均磁路の定義を説明するための模式図を示す。アウターステータ４０は、インナーロータ（図示せず）に向かってティース４２ａ、４２ｂ…が放射状に配置されている。また、ティース４２ａ、４２ｂ…の周囲には、コイル（図示せず）が巻き付けられている。コイルの巻き方としては、分布巻きと集中巻きがある。図５は、分布巻きの例であり、ティース４２ａから流出した磁束は、これに隣接するティース４２ｂではなく、そのさらに隣にあるティース４２ｃに流入する。
【００４３】
ティース４２ａ、４２ｂ…によって形成される磁路は、厳密には同心円状ではないが、各ティース４２ａ、４２ｂ…の中心を通る磁束には、真円弧となるものが含まれる。そこで、各ティース４２ａ、４２ｂ…の中心を通る磁束の経路の内、真円弧となるものを「平均磁路」と定義する。
すなわち、磁束の流出端となる１又は２以上のティースの内、最外部に位置するティース（Ａ）の先端面の中心をＡ点、磁束の流入端となる１又は２以上のティースの内、最外部に位置するティース（Ｂ）の先端面の中心をＢ点、アウターステータ４０の中心をＯ点とする。また、Ａ点を通るＡＯ線の垂線とＢ点を通るＢＯ線の垂線との交点をＧ点とする。この時、Ｇ点を中心とし、かつ、Ａ点及びＢ点を通る円弧を「平均磁路」と定義する。
図５に示すように、１つおきに磁束が流入・流出するケースでは、ティース４２ａの先端面の中心がＡ点となり、ティース４２ｃの先端面の中心がＢ点となる。平均磁路４４は、Ａ点及びＢ点を通る円弧として表される。
【００４４】
上述したように、極異方磁石３０は、ロータヨーク２０の表面に接合されていても良く、あるいは、ロータヨーク２０の内部に埋め込まれていても良い。但し、高いマグネットトルクを得るためには、極異方磁石３０は、インナーロータ１０が回転した時に、極異方磁石３０内にある配向領域の少なくとも一部分がアウターステータ４０により形成される平均磁路４４を横切る位置に設置されているのが好ましい。
【００４５】
［４．３．２．  曲率半径］
理想的には、アウターステータ４０により形成される磁路と、極異方磁石３０の磁化容易軸の配向方向とを完全に一致させるのが好ましい。実際には、両者を完全に一致させるのは難しいが、平均磁路４４と磁化容易軸の配向方向を一致させることはできる。この場合、磁化容易軸の配向方向が平均磁路４４に近づくほど、高いマグネットトルクが得られる。
【００４６】
高いマグネットトルクを得るためには、インナーロータ１０に用いられる磁石は、次の（１）式を満しているのが好ましい。
ｒ'b≦ｒ≦ｒ'a      ・・・（１）
但し、
ｒは、前記ＡＯ線と前記ＢＯ線とのなす角の二等分線と、前記平均磁路との交点（Ｘ点）における前記磁石の前記配向領域内にある前記磁化容易軸の配向方向の曲率半径、
ｒ'aは、前記ティース（Ａ）の先端面の外側の端点をＡ’点、前記ティース（Ｂ）の先端面の外側の端点をＢ’点とした時に、Ｇ点を中心とし、かつ、Ａ’点及びＢ’点を通る円弧（磁路）の曲率半径、
ｒ'bは、前記ティース（Ａ）の先端面の内側の端点をＡ”点、前記ティース（Ｂ）の先端面の内側の端点をＢ”点とした時に、Ｇ点を中心とし、かつ、Ａ”点及びＢ”点を通る円弧（磁路）の曲率半径。
【００４７】
図５に示す例の場合、ティース４２ａの先端面の外側の端点がＡ’点となり、ティース４２ｃの先端面の外側の端点がＢ’点となる。ｒ'aは、Ｇ点を中心とし、Ａ’点及びＢ’点を通る円弧（最大磁路４４ａ）の曲率半径である。
また、ティース４２ａの先端面の内側の端点がＡ”点となり、ティース４２ｃの先端面の内側の端点がＢ”点となる。ｒ'bは、Ｇ点を中心とし、Ａ”点及びＢ”点を通る円弧（最小磁路４４ｂ）の曲率半径である。
さらに、平均磁路４４の曲率半径をｒ'0とする。
【００４８】
図６に、アウターステータ４０により形成される磁路の曲率半径（ｒ'）と極異方磁石の磁化容易軸の配向方向の曲率半径（ｒ）との関係を示す。インナーロータ１０に備えられるバームクーヘン形の極異方磁石３０のＳ極及びＮ極が、それぞれ、ティース４２ａ及び４２ｃの真上に来た場合を考える。図６（ｂ）は、極異方磁石３０のＸ点における配向方向の曲率半径（ｒ）とアウターステータ４０の平均磁路４４の曲率半径（ｒ'0）とが完全に一致している場合を表す。
【００４９】
一方、図６（ａ）は、極異方磁石３０のＸ点における配向方向の曲率半径（ｒ）が平均磁路４４の曲率半径（ｒ'0）より小さい場合を表す。また、図６（ｃ）は、極異方磁石３０のＸ点における配向方向の曲率半径（ｒ）が平均磁路４４の曲率半径（ｒ'0）より大きい場合を表す。一般に、極異方磁石３０のＸ点における配向方向の曲率半径（ｒ）が平均磁路４４の曲率半径（ｒ'0）に比べて大きすぎる場合、及び小さすぎる場合のいずれも、マグネットトルクは低下する。
【００５０】
図７に、極異方磁石３０のＸ点における配向方向の曲率半径（ｒ）とトルクの関係を示す。ｒ'a及びｒ'bは、それぞれ、ティースが形成する磁路を同心円と仮定した場合の最大磁路４４ａの曲率半径及び最小磁路４４ｂの曲率半径に相当する。図７より、極異方磁石３０のＸ点における配向方向の曲率半径（ｒ）がｒ'bからｒ'aの範囲にある時にトルクが相対的に大きくなることがわかる。
【００５１】
［４．４．  磁石間の周長］
図８に、磁石間の周長（ΔＬ）の定義を説明するための模式図を示す。磁石間の周長（ΔＬ）は、永久磁石型モータジェネレータの特性に影響を与える。本発明に係る永久磁石型モータジェネレータは、次の（３）式を満たしているのが好ましい。
０≦ΔＬ≦（２πＲ／ｎ）×０．３      ・・・（３）
但し、
ΔＬは、前記磁石間の円周方向の最短距離、
Ｒは、前記インナーロータの中心から、前記磁石間の円周方向の距離がΔＬとなる位置までの長さ。
【００５２】
（３）式中、「２πＲ／ｎ」は、半径Ｒの円周上にｎ個の極異方磁石３０を配置する場合において、１個の極異方磁石３０が占有することができる円弧の長さの最大値（最大占有長さ）を表す。ΔＬが実質的にゼロである場合、永久磁石型モータジェネレータは、マグネットトルクのみを利用することができる。一方、インナーロータ１０のロータヨーク２０に高透磁率材料を用い、かつ、ΔＬを所定の範囲とすると、永久磁石型モータジェネレータは、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクを利用することができる。
但し、ΔＬが大きくなりすぎると、磁石量が減ることによりマグネットトルクが減少する。そのため、マグネットトルクが必要となる低速回転域や始動に必要となるトルクが不足する。従って、ΔＬは、（２πＲ／ｎ）×０．３以下が好ましい。ΔＬは、永久磁石型モータの用途に応じて最適な値を選択するのが好ましい。
【００５３】
［４．５．  用途］
本発明に係る永久磁石型モータジェネレータは、
（ａ）電気エネルギーを力学的エネルギーに変換する電力機器（狭義の「モータ」）、
（ｂ）力学的エネルギーを電気エネルギーに変換する電力機器（ジェネレータ）、及び
（ｃ）モータとジェネレータの双方の機能を持つ電力機器（モータジェネレータ）
のいずれの用途にも用いることができる。
すなわち、本発明において、「永久磁石型モータジェネレータ」という時は、狭義のモータ、ジェネレータ、及びモータジェネレータが含まれる。
【００５４】
［５．  作用］
本発明に係る極異方磁石は、磁石ブロックをエポキシ樹脂などで接合した接合磁石と異なり、磁極の境界線に空間を含め磁石以外の異物がない。そのため、本発明に係る極異方磁石は、接合磁石に比べて磁石に内包する磁気モーメントを漏れなく外部へ放出することができる。特に、磁気回路の磁路と磁石配向が一致した場合、所望の磁気回路内部で大きな磁束を発生させることができる。
さらに、本発明に係る極異方磁石は、磁化容易軸が円弧状に、かつ、同心円状に配向している配向領域を備えている。そのため、ステータからの磁力線の形状に合わせて磁化容易軸の配向方向の曲率半径を最適化し、ステータからの磁力線の形状と磁化容易軸の配向方向がほぼ一致するように極異方磁石をロータに設置すると、ステータ／ロータ間に発生するマグネットトルクを大きくすることができる。
【実施例】
【００５５】
（実施例１〜４、比較例１〜２）
［１．  試験方法］
図４に示すインナーロータ１０を備えた永久磁石型モータジェネレータの特性を評価した。ロータヨークには、高透磁率材料を用いた。また、磁石間の周長ΔＬは、極異方磁石の最大占有長さ（２πＲ／ｎ）の０％（実施例１）、１０％（実施例２）、２０％（実施例３）、又は３０％（実施例４）とした。
また、比較として、ラジアル異方性リングを用いたＳＰＭモータ（比較例１）、及び板磁石を用いたＩＰＭモータ（比較例２）の特性も評価した。
【００５６】
［２．  結果］
表１に結果を示す。表１より、以下のことがわかる。
（１）ΔＬが小さくなるほど、マグネットトルクは大きくなった。
（２）実施例１〜３は、比較例１に比べて、いずれの対応回転数においてもマグネットトルクが大きくなった。一方、実施例４は、比較例１に比べて、マグネットトルクは小さいが、高回転数域における合成トルクは比較例１より大きくなった。
（３）実施例１〜３の合成トルクは、比較例２と同等以上であった。一方、実施例４は、比較例２と比べて、低回転数域における合成トルクは劣るが、高回転数域の合成トルクは比較例２を超えた。
【００５７】
【表１】
2018038162.tif 000003
【００５８】
（実施例５）
［１．  試験方法］
極異方磁石の磁化容易軸の配向方向の曲率（曲率半径の逆数）が最適である場合（すなわち、Ｘ点における磁化容易軸の配向方向の曲率半径が平均磁路の曲率半径と一致している場合）について、磁石使用量と、誘起電圧実効値の磁極数依存性を調べた。
【００５９】
［２．  結果］
表２に結果を示す。表２より、以下のことが分かる。
（１）磁化容易軸の最適な曲率は、極数に依存する。極数が６である時の最適な曲率をχとした場合、極数が８、１０、１２である時の最適な曲率は、それぞれ、１．３２χ、１．６７χ、１．９２χとなる。
（２）極異方磁石を用いたモータジェネレータ（実施例５）は、ラジアル異方性リング磁石を用いたモータ（比較例１）に比べて磁石使用量が２〜３割程度多くなるという欠点がある。しかしながら、同一磁極数で比較した場合、実施例５は、比較例１に比べて誘起電圧実効値が３〜４割程度向上する。
【００６０】
【表２】
2018038162.tif 000004
【００６１】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明に係る永久磁石型モータジェネレータは、発電機、電気自動車やハイブリッドカーの駆動用モータ等に使用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１０                  インナーロータ
２０                  ロータヨーク
３０、３０ａ〜３０ｆ  極異方磁石
３２ａ〜３２ｆ        磁極の境界面
４０                  アウターステータ
４２ａ〜４２ｃ        ティース
【図１】
2018038162.tif 000005
【図２】
2018038162.tif 000006
【図３】
2018038162.tif 000007
【図４】
2018038162.tif 000008
【図５】
2018038162.tif 000009
【図６】
2018038162.tif 000010
【図７】
2018038162.tif 000011
【図８】
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