(57)【要約】【課題】低速回転域及び高速回転域のいずれの場合も十分な効率を得ることができる回転子、回転電機、及び車両を提供することである。【解決手段】実施形態の回転子は、シャフトと、回転子鉄心と、少なくとも１つの主磁石と、複数の空洞部と、ブリッジ部と、を持つ。シャフトは、回転軸線回りに回転する。回転子鉄心は、シャフトに固定され、複数極持つ。主磁石は、回転子鉄心の極毎に配置されている。複数の空洞部は、回転子鉄心の１極のうち周方向中央を極中心としたとき、主磁石に接し、極中心を挟んでいる。ブリッジ部は、回転子鉄心の空洞部と接する面に形成されている。そして、各ブリッジ部には、Ｎ極及びＳ極のそれぞれがブリッジ部に接するように、少なくとも１つの補助磁石が設けられ、補助磁石は、リコイル透磁率が１．２以上である。【選択図】図１
2019154126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸線回りに回転するシャフトと、
前記シャフトに固定され、複数極有する回転子鉄心と、
前記回転子鉄心の極毎に配置された少なくとも１つの主磁石と、
前記回転子鉄心の１極のうち周方向中央を極中心としたとき、前記主磁石に接し、前記極中心を挟んだ複数の空洞部と、
前記回転子鉄心の前記空洞部と接する面に形成されたブリッジ部と、
を備え、
各前記ブリッジ部には、Ｎ極及びＳ極のそれぞれが前記ブリッジ部に接するように、少なくとも１つの補助磁石が設けられ、
前記補助磁石は、リコイル透磁率が１．２以上である
回転子。
【請求項２】
前記主磁石は、前記極中心を中心に両側に配置され、
前記空洞部間の前記ブリッジ部に、前記補助磁石が設けられている
請求項１に記載の回転子。
【請求項３】
前記補助磁石の磁化方向は、前記主磁石によって形成される磁束の流れに沿う方向である
請求項１又は請求項２に記載の回転子。
【請求項４】
前記補助磁石の磁化方向は、前記主磁石によって形成される磁束の流れに沿う方向であり、
前記主磁石の磁極の向きと前記補助磁石の磁極の向きとが同一方向を向いている
請求項２に記載の回転子。
【請求項５】
前記補助磁石は、前記回転軸線方向からみて四角形状に形成され、前記回転軸線方向からみた一面が前記空洞部の内側面と同一平面上となるように、前記ブリッジ部に埋設されている
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の回転子。
【請求項６】
前記補助磁石は、外側面の全てが前記ブリッジ部に接するように、前記ブリッジ部に埋設されている
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の回転子。
【請求項７】
前記補助磁石は、前記ブリッジ部の前記極中心方向の略中央に配置されている
請求項２又は請求項４に記載の回転子。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の回転子と、
電機子巻線が巻回され、前記回転子に回転力を付与する固定子と、
を備えた回転電機。
【請求項９】
請求項８に記載の回転電機を備えた
車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、回転子、回転電機、及び車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、回転電機として車両（例えば、自動車や鉄道車両）に搭載された車両駆動用モータが挙げられる。車両駆動用モータとしては、永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ；ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｍｏｔｏｒ）がある。永久磁石同期モータは、電機子巻線が巻装された固定子と、この固定子に対し回転自在に設けられ、回転子鉄心に永久磁石が埋め込まれている回転子と、を備えている。また、回転子の中には、１極ごとに軸方向からみて複数の永久磁石を周方向に沿って並べて配置し、回転子の有効磁束を増大させる技術が提案されている。このような回転子は、例えば、１極ごとに配置された永久磁石の間に、空洞部を設けて永久磁石の漏れ磁束を抑制する場合もある。また、空洞部間には、回転子鉄心の機械的強度を確保するために、センターブリッジと称する回転子鉄心の一部を残す場合がある。
【０００３】
さらに、永久磁石同期モータを回転させるためには、インバータ等の補機が設けられている。この補機によって、所望の電機子巻線に所望の電圧を印加すると、電機子巻線に磁場が発生する。この磁場と永久磁石との間で生じる磁気的な吸引力や反発力によって、回転子が回転する。
【０００４】
ここで、回転子が回転することによる磁気変化によって、電機子巻線に逆起電圧が生じてしまう。とりわけ回転子が高速回転すると、電機子巻線に大きな逆起電圧が生じ、電機子巻線に電流を供給できずに、それ以上回転子を高速回転させることができなくなるという事象が発生する。また、補機が制御できる電圧（制御電圧）を超える逆起電圧が生じると、急激に回転トルクが減少したり補機が損傷したりする可能性があった。
このため、制御電流（弱め界磁電流）によって回転子の高速回転時の逆起電圧を低減させる技術が提案されている。しかしながら、制御電流は、永久磁石同期モータの出力に直接寄与しないので、この永久磁石同期モータの高速域でのモータ効率を低下させてしまう可能性があった。
【０００５】
ところで、永久磁石同期モータのモータ効率を高めるために、永久磁石として高性能希土類磁石が用いられる。高性能希土類磁石としては、高性能希土類磁石としてＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石等が広く知られている。これらの永久磁石は、多元素にて構成されている。Ｆｅ元素やＣｏ元素は飽和磁化増大の役割を担っている。
ＮｄやＳｍ等の希土類元素は、それらの４ｆ軌道にて大きな磁気異方性が誘起され、これにより大きな保磁力がもたらされる。このように、各構成元素のもつ特性が引き出され、高性能磁石が実現される。また、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石は、キュリー温度が高いため、耐熱性に優れた磁気特性をもつ。このため、変動が大きい温度環境での使用を伴うモータへの適用が可能である。従来のＳｍ−Ｃｏ系磁石では、高い耐熱性と耐減磁性から、高温域でのモータ特性の向上を促してきた。
【０００６】
ここで、永久磁石同期モータのモータ特性は、回転速度に対するトルク値にて効率、損失などの可変速特性などで表される。低速回転域でのトルクは、制御電流を印加する必要がないので、永久磁石の磁力が支配的になる。このため、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石のように、高い磁化をもつ磁石材が適している。これに対し、高速回転域では、制御電流によって銅損が上昇するので、結果的にモータ特性が低下してしまう可能性があった。
【０００７】
そこで、外部からの磁場に応答して磁化が容易に変化する高いリコイル透磁率をもつ永久磁石を使用することが考えられる。このような永久磁石を使用することにより、永久磁石同期モータの低速回転域でのモータ効率を維持しつつ、高速回転域でのモータ効率を向上させることが可能になる。
【０００８】
しかしながら、センターブリッジへの永久磁石の磁束漏れにより、高速回転域でのモータ効率を向上させようとすると、低速回転域でのモータ効率を十分満足できるとはいいにくい。また、低速回転域でのモータ効率を向上させようとすると、高速回転域でのモータ効率を十分満足できるとはいいにくい。このように、低速回転域のモータ効率、及び高速回転域のモータ効率のいずれか一方を向上させようとすると、他方のモータ効率が低下してしまうというトレードオフの関係は、単純に永久磁石を高いリコイル透磁率をもつ永久磁石を使用しただけでは十分に解決できない可能性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−１７５７３８号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２５９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、低速回転域及び高速回転域のいずれの場合も十分な効率を得ることができる回転子、回転電機、及び車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
実施形態の回転子は、シャフトと、回転子鉄心と、少なくとも１つの主磁石と、複数の空洞部と、ブリッジ部と、を持つ。シャフトは、回転軸線回りに回転する。回転子鉄心は、シャフトに固定され、複数極持つ。主磁石は、回転子鉄心の極毎に配置されている。複数の空洞部は、回転子鉄心の１極のうち周方向中央を極中心としたとき、主磁石に接し、極中心を挟んでいる。ブリッジ部は、回転子鉄心の空洞部と接する面に形成されている。そして、各ブリッジ部には、Ｎ極及びＳ極のそれぞれがブリッジ部に接するように、少なくとも１つの補助磁石が設けられ、補助磁石は、リコイル透磁率が１．２以上である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態の回転電機を示す回転軸線に直交する断面図。
【図２】第１の実施形態の高いリコイル透磁率をもつ永久磁石と通常のＮｄ磁石との磁束密度の変化を示すグラフ。
【図３】第１の実施形態のブリッジ部への主磁石の磁束、及び補助磁石の磁束の流れを示す説明図。
【図４】第１の実施形態の場合と補助磁石が無い場合とで回転トルクの変化を比較したグラフ。
【図５】第１の実施形態の場合と補助磁石が無い場合とで回転子鉄心の有効磁束の変化を比較したグラフ。
【図６】第１の実施形態の高μ磁石の場合とＮｄ磁石の場合とで回転トルクの変化を比較したグラフ。
【図７】第１の実施形態の高μ磁石の場合とＮｄ磁石の場合とで回転子鉄心の有効磁束の変化を比較したグラフである。
【図８】第１の実施形態の補助磁石のリコイル透磁率を変化させた場合の誘起電圧の大きさを比較した表。
【図９】第１の実施形態の回転子の回転トルクの変化を示すグラフ。
【図１０】第１の実施形態の第１変形例における回転子鉄心の回転軸線に直交する断面図。
【図１１】第１の実施形態の第２変形例における回転子鉄心の回転軸線に直交する断面図。
【図１２】第２の実施形態の回転子鉄心の回転軸線に直交する断面図。
【図１３】実施形態の回転電機が搭載された発電機の概略構成図。
【図１４】実施形態の回転電機が搭載された鉄道車両の概略構成図。
【図１５】実施形態の回転電機が搭載された自動車の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態の回転子、回転電機、及び車両を、図面を参照して説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、回転電機１を示し、回転軸線Ｐに直交する断面図である。なお、回転電機１の回転子２は８極であり、図１では、１極分、つまり、１／８周の周角度領域分のみを示している。
回転電機１は、略円筒状の固定子２０と、固定子２０よりも径方向内側に設けられ、固定子２０に対して回転自在に設けられた回転子２と、を備えている。なお、固定子２０及び回転子２は、それぞれの中心軸線が共通軸上に位置した状態で配置されている。以下、共通軸を回転軸線Ｐと称し、回転軸線Ｐ回りに周回する方向を周方向と称し、回転軸線Ｐ方向及び周方向に直交する方向を径方向と称する。
【００１５】
固定子２０は、略円筒状の固定子鉄心２１を有している。固定子鉄心２１は、電磁鋼板を複数枚積層したり、軟磁性粉を加圧成形したりして形成することが可能である。固定子鉄心２１の内周面には、回転軸線Ｐに向かって突出し、周方向に等間隔で配列された複数（例えば、本第１の実施形態では４８個）のティース２２が一体成形されている。ティース２２は、断面略長方形状に形成されている。そして、隣接する各ティース２２間には、それぞれスロット２３が形成されている。これらスロット２３を介し、各ティース２２に電機子巻線２４が巻回されている。この電機子巻線２４に電流を供給することにより、固定子２０（ティース２２）に所定の鎖交磁束が形成される。
【００１６】
回転子２は、回転軸線Ｐに沿って延び、この回転軸線Ｐ回りに回転するシャフト３と、シャフト３に外嵌固定された略円柱状の回転子鉄心４と、を備えている。回転子鉄心４の径方向中央には、シャフト３を挿入、又は圧入可能な貫通孔５が形成されている。
【００１７】
ここで、本第１の実施形態の回転子鉄心４において、固定子２０によって形成される鎖交磁束の流れ易い方向をｑ軸と称する。また、ｑ軸に対して電気的、磁気的に直交する径方向に沿った方向をｄ軸と称する。すなわち、回転子鉄心４の外周面４ａの任意の周角度位置に正の磁位（例えば磁石のＮ極を近づける）、これに対して１極分（本第１の実施形態の場合は機械角で４５度）ずれた他の任意の周角度位置に負の磁位（例えば磁石のＳ極を近づける）を与え、任意の位置を周方向へずらしていった場合に最も多くの磁束が流れる時の回転軸線Ｐから任意の位置に向かう方向をｑ軸と定義する。そして、このｑ軸に対して電気的、磁気的に直交する径方向に沿った方向をｄ軸と定義する。
【００１８】
つまり、回転子鉄心４の１極分とは、ｑ軸間の領域（１／８周の周角度領域）をいう。
このため、回転子鉄心４は、８極に構成されている。また、本第１の実施形態の回転子鉄心４では、１極のうちの周方向中央がｄ軸となる。
なお、以下の説明では、ｄ軸を極中心Ｅ１と称し、ｑ軸（１／８周の周角度領域の周方向両端）を極端Ｅ２と称して説明する。
【００１９】
回転子鉄心４には、１極ごとに、それぞれ２つの主磁石７と、２つの補助磁石１４が設けられている。すなわち、２つの主磁石７は、回転子鉄心４に主磁石７の形状に対応するように形成された２つの磁石収納孔６をそれぞれ埋めるように配置されている。そして、磁石収納孔６に、例えば接着剤等により主磁石７が固定されている。また、主磁石７は、回転軸線Ｐ方向からみて長方形の板状の永久磁石である。
なお、以下の説明では、主磁石７の部位を指すにあたり、回転軸線Ｐ方向からみた長手方向を単に長手方向と称し、回転軸線Ｐ方向からみた短手方向を単に短手方向と称して説明する。
【００２０】
２つの主磁石７は、極中心Ｅ１を中心に線対称に配置されている。また、２つの主磁石７は、長手方向で極中心Ｅ１側の第１端部７ａに対し、この第１端部７ａとは反対側の第２端部７ｂが径方向外側に位置するように配置されている。さらに、２つの主磁石７は、第１端部７ａから第２端部７ｂに向かうに従って漸次極中心Ｅ１から離間するように配置されている。
【００２１】
このように配置された主磁石７は、各主磁石７における回転子鉄心４の外周面４ａ側の磁束密度が高くなり、回転子鉄心４の表面磁束密度の高調波を低減できる。また、極中心Ｅ１に主磁石７の磁束が集中し易くなる。すなわち、１／８周の周角度領域のそれぞれに配置された２つの主磁石７は、磁化方向が同じとなる。つまり、例えば、１／８周の周角度領域のそれぞれに配置された２つの主磁石７は、それぞれ径方向外側の面がＮ極に着磁されているとする。この場合、周方向で隣り合う別の１／８周の周角度領域に配置された２つの主磁石７は、それぞれ径方向外側の面がＳ極に着磁されている。
【００２２】
主磁石７の長手方向両端部７ａ，７ｂ（第１端部７ａ、第２端部７ｂ）には、それぞれフラックスバリア９，１０（第１フラックスバリア９、第２フラックスバリア１０）が形成されている。換言すれば、各フラックスバリア９，１０は、主磁石７の長手方向に接している。各フラックスバリア９，１０は、回転子鉄心４を軸方向に貫通する空洞部である。各フラックスバリア９，１０は、主磁石７の長手方向両端部７ａ，７ｂから回転子鉄心４への磁束漏れを抑制する。
【００２３】
第１フラックスバリア９は、主磁石７の第１端部７ａから極中心Ｅ１側に向かって延びた後、シャフト３に向かって屈曲延出することにより、第１内側面９ａと、第２内側面９ｂと、第３内側面９ｃと、を有している。
第１内側面９ａは、主磁石７の第１端部７ａにおける径方向外側の角部から主磁石７の長手方向に沿って、極中心Ｅ１のやや手前に至るまで延出されている。第２内側面９ｂは、第１内側面９ａの主磁石７とは反対側端から極中心Ｅ１（ｄ軸）に沿って延出されている。第３内側面９ｃは、第２内側面９ｂ側の端部と主磁石７の第１端部７ａにおける径方向内側の角部とに跨るように延出されている。
【００２４】
一方、第２フラックスバリア１０は、主磁石７の第２端部７ｂから回転子鉄心４の外周面４ａに向かって延出することにより、第１内側面１０ａと、第２内側面１０ｂと、第３内側面１０ｃと、を有している。
第１内側面１０ａは、主磁石７の第２端部７ｂにおける径方向外側の角部から主磁石７の長手方向に沿って、回転子鉄心４の外周面４ａのやや手前に至るまで延出されている。第２内側面１０ｂは、第１内側面１０ａの外周面４ａ側の端部から外周面４ａのやや径方向内側をこの外周面４ａに沿って延出されている。第３内側面１０ｃは、第２内側面１０ｂの第１内側面１０ａとは反対側端と、主磁石７の第２端部７ｂにおける径方向外側の角部との間に跨るように、かつ主磁石７の長手方向に沿って延出されている。
【００２５】
ここで、２つの第１フラックスバリア９の間には、極中心Ｅ１上に位置するブリッジ部４０が形成される。換言すれば、ブリッジ部４０は、第１フラックスバリア９の第２位側面９ｂに接している。ブリッジ部４０は、回転子鉄心４を構成するものである。このようなブリッジ部４０におけるｄ軸方向（極中心Ｅ１方向）の略中央に、２つの補助磁石１４が設けられている。
すなわち、第１フラックスバリア９の第２内側面９ｂには、ｄ軸方向の略中央に、極中心Ｅ１側に向かって凹む凹部１３が形成されている。凹部１３は、補助磁石１４の形状に対応するように形成されている。そして、凹部１３を埋めるように、補助磁石１４が配置され、ブリッジ部４０に、例えば接着剤等により補助磁石１４が固定されている。
【００２６】
補助磁石１４は、回転軸線Ｐ方向からみて四角形の棒状の永久磁石である。補助磁石１４は、印加される外部磁場に基づいて、ブリッジ部４０に漏出する主磁石７の磁束の量を調整する役割を有する（詳細は後述する）。
凹部１３内に配置された補助磁石１４は、一面１４ａが第１フラックスバリア９内に露出している。つまり、補助磁石１４は、回転軸線Ｐ方向からみて一面１４ａを除いた残りの３面が、ブリッジ部４０に接触している。また、補助磁石１４の一面１４ａは、第１フラックスバリア９の第２内側面９ｂと同一平面状に位置している。
【００２７】
補助磁石１４の磁化方向は、極中心Ｅ１の方向に沿っている。補助磁石１４は、ブリッジ部４０に埋設された形になっているので、補助磁石１４のＮ極及びＳ極の両極が、ブリッジ部４０に接していることになる。また、補助磁石１４の磁化方向は、ブリッジ部４０に流れる主磁石７の磁束に沿っている。
さらに、補助磁石１４の磁化方向は、主磁石７の磁化方向と同様である。すなわち、例えば、同一の１／８周の周角度領域に配置された主磁石７のそれぞれ径方向外側の面がＮ極に着磁され、径方向内側の面がＳ極に着磁されているとする。この場合、補助磁石１４のそれぞれ径方向外側の面もＮ極に着磁され、径方向内側の面もＳ極に着磁される。これにより、主磁石７の磁束の流れの向きと補助磁石１４の磁束の流れの向きとが一致する。この結果、補助磁石１４の磁束が主磁石７の磁束を補う形になる。このため、回転子鉄心４の表面磁束密度が高まる。
【００２８】
このような構成のもと、補助磁石１４による磁束は、ブリッジ部４０に流れる。補助磁石１４は、ブリッジ部４０に埋設された形になっている（補助磁石１４のＮ極及びＳ極の両極が、ブリッジ部４０に接している）ので、ブリッジ部４０に、補助磁石１４の磁束が効率よく流れる。ブリッジ部４０に補助磁石１４の磁束が流れることにより、ブリッジ部４０の磁束密度が高まる。この結果、ブリッジ部４０が磁束飽和しやすくなる。
【００２９】
次に、主磁石７及び補助磁石１４の組成について説明する。
主磁石７及び補助磁石１４は、いわゆる高いリコイル透磁率をもつ永久磁石である。主磁石７及び補助磁石１４としては、例えば、Ｓｍ−Ｃｏ系永久磁石が用いられる。Ｓｍ−Ｃｏ系永久磁石としては、例えば、組成式：ＲｐＦｅｑＭｒＣｕｔＣｏ１００−ｐ−ｑ−ｒ−ｓ−ｔ（式中、Ｒは希土類元素から選ばれる少なくとも１種の元素、ＭはＴｉ（チタン），Ｚｒ（ジルコニウム）及びＨｆ（ハフニウム）から選ばれる少なくとも１種の元素であり、ｐ、ｑ、ｒ、ｓ及びｔはそれぞれ原子％で、１０．８≦ｐ≦１１．６、２５≦ｑ≦４０、０．８８≦ｒ≦４．５、０．８８≦ｔ≦１３．５を満たす）で表されるものが挙げられる。上記組成式の原子比は、Ｒ、Ｆｅ、Ｍ，Ｃｕ、及びＣｏの合計を１００原子％としたときの原子比であり、焼結体は微量酸素、及び炭素を含む。
【００３０】
上記組成式におけるＲは、磁石材料の磁気異方性を高める元素である。元素Ｒの例として、Ｙ（イットリウム）を含む希土類から選ばれる１つ、又は複数の元素などを用いることができる。例えば、Ｓｍ，Ｃｅ（セリウム），Ｎｄ，Ｐｒ（プラセオジム）等を用いることができ、特に、Ｓｍを用いることが好ましい。
また、例えば、元素ＲとしてＳｍを含む複数の元素を用いる場合、Ｓｍ濃度を元素Ｒとして適用可能な元素全体の５０原子％以上とすることにより、磁石材料の性能を高めることができる。尚、元素Ｒとして適用可能な元素の７０原子％以上、さらには９０原子％以上をＳｍとすると、より好ましい。
【００３１】
元素Ｒとして適用可能な元素の濃度を、例えば１０．８原子％以上、１２．５原子％以下とすることにより、保磁力を大きくすることが可能となる。元素Ｒとして適用可能な元素濃度が、１０．８原子％未満の場合、多量のα−Ｆｅが析出するため、十分な保磁力を得られなくなり、１２．５原子％より多い場合は飽和磁化の低下がみられる。元素Ｒとして適用可能な元素の濃度は、１１．０原子％以上１１．２原子％以下であることがより好ましい。
【００３２】
上記組成式におけるＭは、Ｆｅの濃度が高い場合の組成にて、大きな保磁力を発現させるために必要な元素である。元素Ｍには、例えば、Ｔｉ，Ｚｒ、及びＨｆ（ハフニウム）から成る群より選ばれる１つないし複数の元素が用いられる。元素Ｍの含有量が、４．５原子％より大きい場合、元素Ｍを過剰に含有する異相が生成しやすくなり、磁気特性の低下を引き起こす。また、元素Ｍの含有量が０．８８原子％未満であると、Ｆｅ濃度を高め、磁化を向上させる効果が得られにくくなる。よって、元素Ｍの含有量ｒは、１．１５原子％以上３．５７原子％以下であることが好ましい。より好ましくは、１．４９原子％よりも大きく２．２４原子％以下であること、さらには１．５５原子％以上２．２３原子％以下であることがもっとも好ましい。
【００３３】
元素Ｍは、少なくともＺｒを含むことが好ましい。特に、元素Ｍの５０原子％以上をＺｒとすることにより、永久磁石の保磁力を高めることが可能となる。一方、元素Ｍの中で、Ｈｆは高価なため、Ｈｆ使用量は可能な限り少ないことが好ましい。例えば、Ｈｆの含有量は、元素Ｍの２０原子％未満であることが好ましい。
Ｃｕ（銅）は、磁石材料において高い保磁力の発現機構に欠かせない元素である。Ｃｕの含有量は、例えば３．５原子％以上１３．５原子％以下であることが好ましい。これよりも含有量が多いと、磁化の低下を著しく起こしてしまう。また、これよりも少量であると、良好な磁気特性を得ることが困難となる。Ｃｕの含有量ｔは、３．９原子％以上９．０原子％以下であることがより好ましく、さらに４．４原子％以上５．７原子％以下であることがより好ましい。
【００３４】
Ｆｅは、主として磁化を担う元素である。Ｆｅを多量に配合することにより、磁石材料の飽和磁化を高めることができるが、過剰に配合するとα−Ｆｅの析出や、相分離により所望の結晶相が得られにくくなり、よって保磁力低下を招くおそれもある。Ｆｅの含有量ｑは、２５原子％以上４０原子％以下であることが好ましい。Ｆｅの含有量ｑは、２８原子％以上３６原子％以下であることがより好ましく、もっとも好ましいのは３０原子％以上３３原子％以下である。
【００３５】
Ｃｏは、磁化発現を担うとともに、高い保磁力を発現させる元素である。また、Ｃｏを多く配合することで、高いキュリー温度が得られ、耐熱性を高めることができる。Ｃｏの配合量が少ないと、先述の効果が低くなるが、過剰に添加すると、相対的にＦｅの割合が減少し、磁化低下を招くおそれがある。また、Ｃｏの２０原子％以下を、Ｎｉ（ニッケル），Ｖ（バナジウム），Ｃｒ（クロム），Ｍｎ（マンガン），Ａｌ（アルミニウム），Ｓｉ（ケイ素），Ｇａ（ガリウム），Ｎｂ（ニオブ），Ｔａ（タンタル），Ｗ（タングステン）から成る群より選ばれる１つないし複数の元素で置換することにより、磁石特性である保磁力を高めることが可能となる。
【００３６】
また、主磁石７及び補助磁石１４は、六方晶系Ｔｈ２Ｚｎ１７型結晶相（２−１７型結晶相）を有する主相と、主相と主相の境界となる粒界相からなる２次元金属組織を有する。さらに、主相は、２−１７型結晶相を有するセル相と、六方晶系のＣａＣｕ５型結晶相（１−５型結晶相）を有するＣｕリッチ相から成る。Ｃｕリッチ相は、ひとつのセル相を包括する形態をとっていることが好ましい。上記構造をセル構造ともいう。また、Ｃｕリッチ相には、セル相を分断するセル壁相も含まれている。
【００３７】
Ｃｕリッチ相は、Ｃｕ濃度が周囲と比較し高い相をいう。例えば、Ｃｕリッチ相のＣｕ濃度は、Ｔｈ２Ｚｎ１７型結晶相のＣｕ濃度の１．２倍以上であることが好ましい。Ｃｕリッチ相は、例えばＴｈ２Ｚｎ１７型結晶相におけるｃ軸を含む断面において、線状又は板状に存在する。Ｃｕリッチ相の構造定義は特になさないが、六方晶系のＣａＣｕ５型結晶相（１−５型結晶相）等が一例としてあげられる。また、永久磁石は、相の異なる複数のＣｕリッチ相を有していてもよい。
【００３８】
Ｃｕリッチ相の磁壁エネルギーは、Ｔｈ２Ｚｎ１７型結晶相の磁壁エネルギーよりも高く、この磁壁エネルギーの差が磁壁移動の障壁となる。よって、Ｃｕリッチ相がピニングサイトとして機能することにより、複数のセル相間での磁壁移動の抑制となる。これをピニング効果とも称する。これより、セル相を囲むようにＣｕリッチ相が形成されることがより好ましくなる。
【００３９】
２５原子％以上のＦｅを含むＳｍ−Ｃｏ系磁石において、Ｃｕリッチ相のＣｕ濃度は、１０原子％以上６０原子％以下であることが好ましい。Ｃｕリッチ相でのＣｕ濃度を高くすることで、より良好な磁気特性を得ることが可能となる。Ｆｅ濃度が高い組成域では、Ｃｕリッチ相のＣｕ濃度にばらつきが生じてしまう。このため、ピニング効果が得られにくくなり、磁気特性を良好なものに保てなくなる。
ピニングサイトを外れた磁壁の移動にともない磁化反転が生じ、磁化が低下してしまう。外部磁場を印加した際、その磁石の保磁力より低い磁場にて磁壁移動が生じてしまうと、磁化が低下し、磁石特性がおちてしまう。ゆえに、セル構造領域を増やすことにより、磁化の低下抑制を促す。
【００４０】
Ｔｈ２Ｚｎ１７型結晶相やＣｕリッチ相からなるセル構造の観察及びセルの組成分析には、ＳＴＥＭ（走査透過型電子顕微鏡：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、ＳＴＥＭ−ＥＤＸ（走査透過型電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分光法：ＳＴＥＭ−Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐ）にて観察を行う。
ＳＴＥＭ観察用サンプルの前処理として、まず収束イオンビーム（ＦＩＢ：Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）を用いて、粒界相が視野に入るよう加工を施す。尚、上記サンプルは未着磁であることが好ましい。ＳＴＥＭ−ＥＤＸにて元素濃度測定を行うサンプルの前処理として、サンプルの表面から１ｍｍ以上内部を切り出し、測定用サンプルとする。また、磁化容易軸（ｃ軸）に平行な面に対し、倍率１００，０００倍にて観察を行う。また、Ｃｕと元素Ｍのマッピング像を同視野にてとる。
【００４１】
Ｃｕマッピング像と元素Ｍマッピング像を重ねた際、Ｃｕ濃度が高い領域がＣｕリッチ相に相当する。また、Ｃｕ濃度及び元素Ｍ濃度の両方が高い領域をＣｕリッチ異相という。
上記セル構造は、保磁力の大きさを決定する主要因であり、かつリコイル透磁率を決める要因のひとつでもある。リコイル透磁率は、減磁曲線の平均的な傾きで、次式にて定義される。
リコイル透磁率μ＝残留磁束密度Ｂｒ／保磁力ＨｃＢ・・・（１）
【００４２】
ここで、リコイル透磁率が高いとは、印加される外部磁場に応答して磁化が容易に変化することをいう。外部磁場に対して磁化が可逆的に応答する条件として、減磁曲線の変曲点（クニック）を動作点が超えない範囲である事があげられる。動作点とは、磁束密度Ｂと磁場Ｈの関数で表され、ある外部磁場に対して磁性材料が応答した際の磁気特性をさす。外部磁場により動作点がクニックを超えた場合、磁化は不可逆的となる。すなわち減磁し、これまでとは異なる減磁曲線をもつことになり、その上を動作点が動くことになる。したがって、高いリコイル透磁率をもつ永久磁石とは、具体的には、以下の通りである。
【００４３】
図２は、縦軸を磁束密度［Ｔ］とし、横軸を磁場［ｋＡ／ｍ］としたときの磁束密度の変化を示すグラフであり、通常のＮｄ磁石と、高いリコイル透磁率をもつ永久磁石（高μ磁石）とを比較している。
図２に示すように、高いリコイル透磁率をもつ磁石とは、上記クニックが第２象限に現れないような高い保磁力をもち、かつ外部磁場に対する磁化応答性が優れているものが好ましい。すなわち、残留磁化Ｂｒが１．１６Ｔ以上、保磁力Ｈｃｊが１５００ｋＡ／ｍ以上、リコイル透磁率が１．２以上である。さらに、残留磁化Ｂｒが１．１６Ｔ以上、保磁力Ｈｃｊが１５００ｋＡ／ｍ以上、保磁力ＨｃＢが７００ｋＡ／ｍ以上、リコイル透磁率が１．２以上１．８以下である。なお、リコイル透磁率の設定値についての理由の詳細については後述するが、主磁石７及び補助磁石１４のリコイル透磁率の上限値が１．８以下であるのは、永久磁石を製造するにあたっての上限に起因するところが大きい。したがって、主磁石７及び補助磁石１４のリコイル透磁率は１．８以下でなくてもよい。
【００４４】
そして、このように保磁力を維持したまま磁化に応答性をもたせた磁性材が必要となる。保磁力発生には、セル構造の存在が必至であるが、角型のよいままでは、外部磁場にたいする磁化の応答性が損なわれる。そこで、角型をおとすため、粒内異相の存在が重要となる。異相は元素ＭとＣｕから成り、そのＣｕ濃度は粒界のこれまで粒界に多く分布していたＣｕリッチ相が、粒内にある濃度内で分布することで、保磁力を維持したまま角型をおさえる、すなわち磁化の応答性を上げることが可能となる。
【００４５】
粒内異相には、Ｃｕリッチ相、Ｃｕ及び元素Ｍからなる相があげられる。ここでいう粒内異相とは、粒界相に重ならない、又は粒界相端部に接することのない異相をいう。粒内異相の有無確認及び濃度と分布状態は、焼結体のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）の観察、ＳＥＭ−ＥＤＸ（走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分光法：ＳＥＭ−Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐ）での測定によって調べる。
【００４６】
粒内異相の存在をＳＥＭで確認できた場合、その濃度を面積比にて定量化する。例えば１視野におけるＳＥＭ像全面に対する異相面積の占有率にて表す。例えば、倍率３０００倍のＳＥＭ像にて、磁化１．２０Ｔ、保磁力１８００ｋＡ／ｍ、リコイル透磁率１．０８の焼結体では、異相の面積占有率は０．１％であるのに対し、磁化１．１８Ｔ、保磁力１７００ｋＡ／ｍ、リコイル透磁率１．２８の焼結体では異相の面積占有率は０．８％であった。また、異なる熱処理条件を施した結果、保磁力が１００ｋＡ／ｍ以下となった焼結体の異相の面積占有率は、３．０％と非常に大きい。このように磁気特性と異相濃度には相関があり、保磁力や磁化を保ちつつ高いリコイル透磁率を必須特性として加えるためには、粒内異相の存在が重要といえる。
【００４７】
次に、主磁石７及び補助磁石１４の製造方法について説明する。
主磁石７及び補助磁石１４は、上記磁気特性を有する合金粉末を加圧成形して成る焼結体により形成されている。
合金粉末は、例えばアーク溶解法や高周波溶解法による溶湯を鋳造し、固まった母合金を粉砕することで調整することができる。合金粉末は、組成が異なる複数の粉末を混ぜ合わせ、組成調整してもよい。また、メカニカルアロイング法、メカニカルグラインディング法、ガスアトマイズ法、置換拡散法などを用いて合金粉末を調整してもよい。ストリップキャスト法を用いた合金薄帯作製では、フレーク状の合金薄帯を作製、その後合金薄帯を粉砕することで合金粉末を調整する。
【００４８】
例えば、周速０．１ｍ／秒以上２０ｍ／秒以下で回転する銅製冷却ロールに合金溶湯を傾注、ロール表面から剥離することにより、厚さ１ｍｍ以下の薄帯を作製することができる。周速が０．１ｍ／秒未満の場合、薄帯において組成のばらつきが大きくなる。また、周速２０ｍ／秒を超える場合、結晶粒が微細化過ぎてしまい、磁気特性が低下する場合がある。このため、冷却ロールの周速は０．３ｍ／秒以上１５ｍ／秒以下、さらに好ましくは０．５ｍ／秒以上１２ｍ／秒以下である。合金粉末の平均粒径は２μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、また粒径が２μｍ以上１０μｍ以下の粒子が体積割合にて８０％以上であることが好ましい。
【００４９】
このような合金粉末又は粉砕前の合金に対して、必要であれば均質化を目的とした熱処理をしてもよい。粉砕にはジェットミルやボールミル等を用い実施される。粉砕は合金の酸化防止のため、乾式では不活性ガス雰囲気下、湿式では有機溶媒中にて行うことが好ましい。
【００５０】
次に上記粉砕粉を、電磁石の中に設置した金型へ合金粉末を充填し、磁場中にて加圧成形する。磁場を印加することにより、結晶軸を配向させた圧粉体を製造する。製造した圧粉体の焼結を行うことにより、焼結体を形成する。
焼結は、例えばＡｒガスなどの不活性ガス雰囲気や真空下で行われる。不活性ガス雰囲気中で焼結した場合、蒸気圧が高いＳｍ等の元素Ｒの蒸発抑制を促すことができる。これによって、組成のずれが生じにくくなる効果がある。しかしながら、不活性ガス雰囲気中では、異相生成や圧粉体中に存在する空孔へ不活性ガスが残存し、焼きしまらず密度をあげることができない可能性がでてくる。一方、真空下で焼結した場合、異相生成の抑制や焼結体の高密度化はかなうが、蒸気圧の高い元素Ｒの蒸散量が多くなり、組成ずれが生じ、永久磁石として適切な合金組成制御が困難となる。
【００５１】
また、焼結炉内の水分量や、圧粉体又は合金粉末に付着、混入している水分によって、熱処理にて分解され、酸素分子及び水素分子が生じる。酸素分子は元素Ｒと結合し、元素Ｒの酸化物を生成される。元素Ｒの酸化物は、磁石特性全般を低下させる要因となる。一方、水素分子は、微量混入した炭素と結合し、炭化水素を生成する。この炭化水素が、元素Ｍと反応し、元素Ｍの炭化物が生成される。よって、炉内水分量、及び合金粉末や圧粉体に付着、又は含有している水分は可能な限り制御することが重要である。
【００５２】
以上の点に対し、真空下で前処理工程（仮焼結工程）を実施後、Ａｒガス等の不活性ガス雰囲気中で焼結工程（本焼結工程）を行うことが有効である。このような真空下での前処理工程と不活性ガス雰囲気中での本焼結工程とを有する焼結工程を手教することによって、圧粉体に付着、又は含有している水分を減らし、酸化物及び炭化物の生成を低減する。また、蒸気圧の高いＳｍ等の元素Ｒの蒸発を抑制することができる。また、所圧粉体内に存在する空孔を低減させ焼きしまった高い密度をもつ焼結体がえられる。
２５原子％以上のＦｅ濃度を有する磁性粉末（合金粉末）を焼結する場合には、本焼結工程温度に至るまでは、真空下にて維持することが好ましい。本焼結温度に達すると同時に不活性ガス雰囲気へ切り替えることで、焼結中のＳｍ等の元素Ｒの蒸散を極力抑えることが可能となる。
【００５３】
また、真空下から不活性ガスへ切り替える温度を温度ＴＶ−Ｇとし、本焼結工程の保持温度を温度ＴＳとしたとき、ＴＶ−Ｇ＞ＴＳ−６１℃を満たすことが好ましい。ＴＳ−６１℃以下では、異相が焼結体中に残存し、磁石特性低下を引き起こす。さらに十分焼きしめることができず、高密度化が困難となる。また、ＴＶ−Ｇ＞ＴＳ−５０℃、さらにはＴＶ−Ｇ≧ＴＳ−４０℃、さらにはＴＶ−Ｇ≧ＴＳ−３０℃を満たすことが好ましい。
真空下での焼結（仮焼結工程）時の真空度は、９×１０−２Ｐａ以下であることが好ましい。９×１０−２Ｐａを超える場合、元素Ｒの酸化物が過剰に形成し、磁気特性劣化の要因となる。また、元素Ｍの炭化物相が過剰に生成されやすくなる。仮焼結工程の真空度は、５×１０−２Ｐａ以下とすることがより好ましく、１×１０−２Ｐａ以下ではより好ましい。
【００５４】
本焼結工程における保持温度は、１２３０℃以下であることが好ましい。これは、Ｆｅ濃度が高くなると、融点降下が起こるため、焼結時の元素Ｒの蒸散を最小限にするためである。より好ましくは、１２１５℃以下、さらに１２０５℃以下、さらには１１９５℃以下が好ましい。本焼結工程における保持時間を、３０分以上１５時間以下とすることにより、高密度な焼結体を得ることが可能となる。保持時間が３０分未満の場合、十分に焼きしまらず、焼結体の密度が十分でなくなる。また、保持時間が１５時間以上の場合、Ｓｍが著しく蒸発してしまうため、良好な磁気特性を得るのが困難となる。保持時間は、１時間以上１０時間以下であり、さらには１時間以上４時間以下であることがより好ましい。
【００５５】
次に溶体化処理を行う。溶体化処理は、相分離組織の前駆体となるＴｂＣｕ７型結晶相（１−７型結晶相）を形成する熱処理である。溶体化処理では、１１００℃以上１１９０℃以下の温度で、３０分以上２４時間以下の保持時間を要する。溶体化処理の際、保持温度は１１００℃未満の場合、及び１１９０℃以上の場合、溶体化処理後の焼結体のＴｂＣｕ７型結晶相の割合が小さく、磁気特性が低下する可能性が高くなる。保持温度は、１１２０℃以上１１８０℃以下は好ましく、さらには１１２０℃以上１１７０℃以下がより好ましい。
【００５６】
また、溶体化処理の保持時間が３０分未満の場合、構成相の不均一化が起こり、保磁力が低下する。また、溶体化処理の保持時間が２４時間を超える場合、焼結体中の元素Ｒの蒸発量が多くなり、良好な磁気特性を得ることが困難となる。このため、溶体化処理の保持時間は、１時間以降１２時間以下が好ましく、さらには１時間以上８時間以下が好ましい。なお、真空下やＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中での溶体化処理を行うことも、粉末中の元素Ｒの酸化抑制を促すことになる。
【００５７】
先述した焼結工程と溶体化処理との間に、両熱処理の保持温度の中間温度程度にて、一定時間保持する熱処理を行ってもよい。この工程を高質化処理、又は中間熱処理という。高質化処理は、金属組織、特にマクロ組織を制御することを目的とした処理である。高質化処理では、例えば本焼結工程における保持温度より１０℃以上の低温、かつ溶体化処理における保持温度より１０℃以上の高温で、２時間以上１２時間以下の保持時間を有することが好ましい。元素の拡散速度の観点から、溶体化処理だけでは、焼結中に生成した異相を完全に除去するのは不可能である。また、粒成長を確実に十分なものとするには溶体化処理だけでは不十分な可能性がある。そこで、高質化処理をほどこし、異相の除去及び粒成長をより助長することができる。
【００５８】
高質化処理時の保持温度は、例えば１１４０℃以上１１９０℃以下であることが好ましい。１１４０℃未満の場合、及び１１９０℃を超える場合は、磁気特性が低下する可能性がある。また、高質化処理の保持時間が２時間未満の場合、元素拡散が不十分となり、異相の除去が十分になされず、磁気特性の改善への効果が小さくなる。また、保持時間が１２時間を超える場合、元素Ｒの蒸発量が多くなり、良好な磁気特性を得ることが困難となる。なお、高質化処理における熱処理時間は４時間以上１０時間以下であることが好ましく、さらには６時間以上８時間以下であることがより好ましい。また、高質化処理は酸化防止のため、真空下又はＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中での処理がより好ましい。
【００５９】
次に焼結体の時効処理を行う。時効処理は、金属組織の制御を行い、磁石の保磁力を高めることを目的に行う処理である。よって、時効処理によって、磁石の金属組織を複数相へ相分離させる。保磁力向上を目的とした場合の時効処理温度は、７００℃以上９００℃以下まで昇温させ、保持温度にて３０分以降８０時間以下処理を行う。その後、降温速度を０．２℃／分以上２．０℃／分以下で冷却を行い、４００℃以上６５０℃以下の温度まで徐冷し、到達温度にて３０分以上８時間以下で保持する。
【００６０】
高い保磁力を維持し、かつ高いリコイル透磁率を有する金属組織を形成させるためには、上記時効処理温度と異なる熱処理条件を必要とする。例えば、第１保持にて保持温度を９００℃以上にし、これまで懸念していた異相の存在を適度に促す。例えば、９１０℃にて４０時間保持すると、これまで粒内にみられなかった異相が生じる。この異相の存在により、角型が低下、高いリコイル透磁率を有する磁石がえられる。９３０℃以上の保持温度では、保磁力が急激に減少し、良好な磁気特性を有する高いリコイル透磁率磁石の作製は望めない。時効処理の保持温度は９００℃以上９３０℃未満であることが好ましい。また、保持時間は、３０分以上８０時間以下が好ましい。保持温度が９００℃未満では、角型比が高くなり、リコイル透磁率が小さくなってしまう。一方、保持温度が９３０℃を超えると、保磁力が急激に低減してしまう。
【００６１】
また、時効処理での保持温度へ到達させる際の昇温速度は、５．０℃／分以上１５℃／分以下で行う。これは金属組織中の異相濃度、及び分布形態を制御し、磁気特性のばらつきを低減させることで、十分な保磁力とリコイル透磁率を兼ねた磁石を、再現性高く作製するためである。保持温度への昇温速度を１５℃／分以上３５℃／分以下であることが好ましい。昇温速度は、元素の拡散速度と拡散度に作用するため、形成相の分布へ影響を及ぼす。例えば、昇温速度３０℃／分では、ばらつきがほぼなく一様な特性を持った磁石を作製できる。
【００６２】
最初の保持温度からの次の保持温度までの徐冷時、冷却速度は０．２℃／分未満の場合、セル壁相の厚さが増し、磁化が減少しやすくなる。また、２．０℃／分を超える場合、セル相とセル壁相とのＣｕ濃度勾配が十分につかず、保磁力の低下が著しくなる。徐冷時の冷却速度は、例えば０．４℃／分以上１．５℃／分以下、さらには０．５℃／分以上１．３℃／分以下であることがより好ましい。また、４００℃未満まで冷却する場合、異相が形成されやすくなる。６５０℃を超える温度まで徐冷する場合、Ｃｕリッチ相でのＣｕ濃度が適当でなくなり、十分な保磁力が得られないことがある。また、第２保持での保持時間が、３０分未満、又は８時間を超える場合、異相濃度が過剰となり、十分な磁気特性が得られなくなる可能性がある。
以上の工程により永久磁石を製造することができる。上記製造法では、適度な保磁力を維持したまま、高いリコイル透磁率もかね、外部磁場に対する応答性の高い永久磁石を製造することができる。
【００６３】
次に、回転電機１の動作について説明する。
固定子２０の電機子巻線２４に電流を供給すると、鎖交磁束が形成される。この鎖交磁束と回転子２の主磁石７による磁束との間で磁気的な吸引力や反発力が生じ、回転子２が回転する。
また、回転子２には、主磁石７の長手方向に沿ってｑ軸磁路が形成される。一方、ｄ軸は、主磁石７や第３フラックスバリア１１、第４フラックスバリア１２により、殆ど磁路が形成されない。このため、回転子鉄心４に固定子２０の鎖交磁束が流れやすい方向と流れにくい方向とが形成される。そして、これにより発生するリラクタンストルクが、回転子２の回転に寄与される。
このように、回転子２は、各磁石７，１４による磁束と、リラクタンストルクと、により、効率よく回転する。そして、回転子２の回転トルクを向上させることができる。
【００６４】
図３は、回転子鉄心４のブリッジ部４０への主磁石７の磁束Φ１、及び補助磁石１４の磁束Φ２の流れを示す説明図であって、図１のＡ部拡大図に対応している。
図３に示すように、１極ごとに配置された２つの主磁石７の間には、ブリッジ部４０が形成されている。ブリッジ部４０は、主磁石７の磁束Φ１が漏出される磁路となる。
【００６５】
ここで、前述したように、回転子２が低速回転の場合は、固定子２０側において、回転子２が回転することによる主磁石７の磁気変化が小さい。このため、磁気変化による電機子巻線２４に生じる誘起電圧も小さいので、制御電流を必要としない。つまり、補助磁石１４に外部磁場が印加されることがなく、補助磁石１４が減磁されることがない。このため、ブリッジ部４０は、補助磁石１４による磁束Φ２により磁束密度が高くなる。したがって、ブリッジ部４０は磁束飽和しやすく、ブリッジ部４０への主磁石７の磁束漏れが抑制される。この結果、主磁石７の磁束Φ２が積極的に固定子２０側へと流れるので、低速回転時における回転子２の回転トルクをさらに確実に向上させることができる。
【００６６】
とりわけ、補助磁石１４は、ブリッジ部４０におけるｄ軸方向（極中心Ｅ１方向、ブリッジ部４０の径方向中央）の略中央に設けられている。しかも、補助磁石１４の磁化方向は極中心Ｅ１の方向に沿っており、かつ主磁石７の磁化方向と同様である。換言すれば、補助磁石１４の磁化方向は、主磁石７の磁束Φ１の流れに沿う方向である。このため、ブリッジ部４０には、このブリッジ部４０への主磁石７の磁束Φ１の漏出を阻害するように、効果的に補助磁石１４の磁束Φ２が流れる。したがって、補助磁石１４によって、ブリッジ部４０に主磁石７の磁束が確実に流れにくくなる。
【００６７】
これに対し、回転子２が高速回転の場合は、固定子２０側において、回転子２が回転することによる主磁石７の磁気変化が大きい。このため、磁気変化による電機子巻線２４に生じる誘起電圧も大きくなるので、制御電流によって誘起電圧を低減させる。すると、補助磁石１４に外部磁場が印加されるので、補助磁石１４が減磁される。この結果、ブリッジ部４０に流れる補助磁石１４の磁束Φ２が減少し、ブリッジ部４０の磁束密度が低くなる。したがって、ブリッジ部４０に、主磁石７の磁束Φ１が流れやすくなる。このため、主磁石７の固定子２０側に流れる磁束Φ１が減少し、結果的に高速回転時における回転子２の回転トルクが向上される。
【００６８】
次に、図４〜図８に基づいて、上記のような補助磁石１４の効果について詳述する。
図４は、縦軸を回転子２の回転トルク［Ｎ・ｍ］とし、横軸を回転子２の回転位相角［ｄｅｇ］としたときの回転トルクの変化を、補助磁石１４が有る（本第１の実施形態）場合と、補助磁石１４が無い（従来）場合とで比較したグラフである。
図４に示すように、従来と比較して本第１の実施形態の回転電機１は、低速回転時及び高速回転時のいずれの場合も回転トルクが向上されることが確認できる。とりわけ、低速回転時において、従来と比較して本第１の実施形態の回転電機１の回転トルクが向上されることが確認できる（図４におけるＢ部参照）。
【００６９】
図５は、縦軸を回転子２の有効磁束［Ｗｂ］とし、横軸を制御電流［Ａ］としたときの回転子鉄心４の有効磁束の変化を、補助磁石１４が有る（本第１の実施形態）場合と、補助磁石１４が無い（従来）場合とで比較したグラフである。
図５に示すように、従来と比較して本第１の実施形態の回転電機１は、有効磁束の変化が大きくなることが確認できる。すなわち、従来と比較して本第１の実施形態の回転電機１は、低速回転時の（制御電流が小さい場合の）回転子鉄心４の有効磁束が大きく、高速回転時の（制御電流が大きい場合の）回転子鉄心４の有効磁束が小さいことが確認できる。この結果、高速回転時の誘起電圧を減少することができる（図５におけるＣ部参照）。
【００７０】
なお、高速回転時の有効磁束が従来と比較して低減されるのは、ブリッジ部４０に補助磁石１４を設ける分、ブリッジ部４０の周方向の幅を従来よりも大きくしていることも起因している。すなわち、図５より、従来と比較してブリッジ部４０の周方向の幅を大きくした場合であっても、補助磁石１４によって、低速回転時の主磁石７の磁束漏れを低減できていることが確認できる。
【００７１】
図６は、縦軸を回転子２の回転トルク［Ｎ・ｍ］とし、横軸を回転子２の回転位相角［ｄｅｇ］としたときの回転トルクの変化を、補助磁石１４が高いリコイル透磁率をもつ高μ磁石（本第１の実施形態）の場合と、補助磁石１４が通常のＮｄ磁石の場合とで比較したグラフである。図７は、縦軸を回転子２の有効磁束［Ｗｂ］とし、横軸を制御電流［Ａ］としたときの回転子鉄心４の有効磁束の変化を、補助磁石１４が高いリコイル透磁率をもつ高μ磁石（本第１の実施形態）の場合と、補助磁石１４が通常のＮｄ磁石の場合とで比較したグラフである。
【００７２】
図６に示すように、補助磁石１４として高μ磁石を用いた場合（以下、単に高μ磁石の場合という）は、補助磁石１４としてＮｄ磁石を用いた場合（以下、単にＮｄ磁石の場合という）と比較して回転トルクが若干低減してしまうことが確認できる。しかしながら、図７に示すように、高μ磁石の場合は、全体的にＮｄ磁石の場合と比較して回転子鉄心４の有効磁束が低減されることが確認できる。この結果、電機子巻線２４の誘起電圧が低減されることが確認できる。
【００７３】
図８は、補助磁石１４のリコイル透磁率を変化させた場合の誘起電圧［Ｖｒｍｓ］の大きさを比較した表である。なお、図８において、高速回転時とは、定格回転時に対して１．５倍の場合をいう。
図８に示すように、補助磁石１４のリコイル透磁率が１．２以上である場合、補助磁石１４のリコイル透磁率が１．２よりも小さい場合と比較して、定格回転時、及び高速回転時の誘起電圧が低減されることが確認できる。
【００７４】
このように、上述の第１の実施形態では、回転子鉄心４の１極ごとに２つの主磁石７が極中心Ｅ１を挟んで線対称に配置されている。主磁石７は、第１端部７ａが極中心Ｅ１側に位置し、第２端部７ｂが径方向外側に位置するように配置されている。そして、２つの第１フラックスバリア９の間のブリッジ部４０に、補助磁石１４が配置されている。補助磁石１４のＮ極及びＳ極の両極は、ブリッジ部４０に接している。この補助磁石１４は、外部磁場によって容易に減磁される特性を有している。このため、回転子２の低速回転時には、ブリッジ部４０に補助磁石１４の磁束が効率よく流れ、ブリッジ部４０への主磁石７の磁束漏れを抑制できる。これに対し、高速回転時には、ブリッジ部４０に主磁石７の磁束が漏出される。よって、低速回転時及び高速回転時のいずれの場合も回転電機１の効率を十分得ることができる。とりわけ、補助磁石１４は、リコイル透磁率が１．２以上である。この結果、電機子巻線２４への誘起電圧をできる限り低減することができ、低速回転時及び高速回転時のいずれの場合も回転電機１の回転トルクを向上できる。
【００７５】
図９は、縦軸を回転子２の回転トルクとし、横軸を回転子２の回転速度とした場合の回転トルクの変化を示すグラフである。
図９に示すように、本第１の実施形態の回転電機１によれば、補助磁石１４が設けられていない従来と比較して、低速回転時及び高速回転時のいずれの場合も回転電機１の回転トルクを向上できる。
【００７６】
また、補助磁石１４の磁化方向は、極中心Ｅ１の方向に沿っており、主磁石７の磁極の向きと補助磁石１４の磁極の向きとが同一方向を向いている。換言すれば、補助磁石１４の磁化方向は、主磁石７の磁束の流れに沿う方向である。このため、低速回転時には、補助磁石１４の磁束が主磁石７の磁束を補う形になるとともに、ブリッジ部４０の磁束密度を高めやすく、回転子鉄心４の表面磁束密度を高めることができる。一方、高速回転時には、ブリッジ部４０への主磁石７の磁束が漏出されやすく、電機子巻線２４への誘起電圧を極力低減させることができる。
【００７７】
また、補助磁石１４は、一面１４ａが第１フラックスバリア９内に露出している。つまり、補助磁石１４の一面１４ａを除いた残りの３面は、ブリッジ部４０に接触している。また、補助磁石１４の一面１４ａは、第１フラックスバリア９の第２内側面９ｂと同一平面状に位置している。このため、ブリッジ部４０に、補助磁石１４の磁束を効率よく流すことができ、より効果的にブリッジ部４０への主磁石７の磁束漏れを低減できる。さらに、第１フラックスバリア９の開口面積が、補助磁石１４によって小さくなってしまうこともないので、第１フラックスバリア９の機能を損なうこともない。
【００７８】
また、補助磁石１４は、ブリッジ部４０の極中心Ｅ１方向の略中央に配置されている。このため、低速回転時において、ブリッジ部４０の磁束密度を、補助磁石１４によって効果的に高めることができる。よって、低速回転時において、ブリッジ部４０に主磁石７の磁束が確実に流れにくくなり、低速回転時の回転電機１の回転トルクをより確実に向上できる。
【００７９】
（第１変形例）
なお、上述の第１の実施形態では、回転子鉄心４の凹部１３内に配置された補助磁石１４は、一面１４ａを除いた残りの３面がブリッジ部４０に接触されている場合について説明した。しかしながら、回転子鉄心４は、以下のように構成されていてもよい。
【００８０】
図１０は、回転子鉄心４の第１変形例を示す回転軸線Ｐに直交する断面図であって、前述の図１に対応している。
図１０に示すように、回転子鉄心４に形成されている凹部２１３は、周方向の幅Ｗ２が、補助磁石１４の周方向の幅Ｗ３よりも若干大きくなるように形成されている。また、補助磁石１４は、一面１４ａが第１フラックスバリア９の第２内側面９ｂと同一平面状に位置するように配置されている。このため、補助磁石１４の第１フラックスバリア９とは反対側の他面１４ｂと、ブリッジ部４０との間には、空洞部４１が形成される。この空洞部４１は、補助磁石１４の他面１４ｂからブリッジ部４０へと漏出する磁束を抑制するフラックスバリアとして機能する。また、空洞部４１によって、補助磁石１４の周方向の幅とブリッジ部４０の周方向の幅とをそれぞれ独立に変更することも可能になる。
【００８１】
この回転子鉄心４の第１変形例によれば、補助磁石１４の磁束を、できる限りブリッジ部４０の幅方向中央に集約させることができるので、低速回転時におけるブリッジ部４０への主磁石７の磁束漏れをより確実に抑制できる。
【００８２】
なお、上述の第１の実施形態、及び第１変形例では、補助磁石１４は、ブリッジ部４０におけるｄ軸方向（極中心Ｅ１方向）の略中央に設けられている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ブリッジ部４０のｄ軸方向の任意の箇所に、補助磁石１４を設けることが可能である。
【００８３】
また、上述の第１の実施形態、及び第１変形例では、補助磁石１４は、一面１４ａが第１フラックスバリア９の第２内側面９ｂと同一平面状に位置するように配置されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ブリッジ部４０に、補助磁石１４のＮ極及びＳ極の両極が接していればよく、補助磁石１４の一面１４ａが、第１フラックスバリア９の第２内側面９ｂから突出していてもよい。
【００８４】
（第２変形例）
また、上述の第１の実施形態では、各ブリッジ部４０に、２つの補助磁石１４が設けられている場合について説明した。しかしながら、回転子鉄心４は、以下のように構成されていてもよい。
【００８５】
図１１は、回転子鉄心４の第２変形例を示す回転軸線Ｐに直交する断面図であって、前述の図１に対応している。
図１１に示すように、回転子鉄心４の各ブリッジ部４０に、補助磁石２１４が１つ設けられていてもよい。すなわち、補助磁石２１４は、ブリッジ部４０に補助磁石２１４の形状に対応するように形成された１つの補助磁石収納孔２０６を埋めるように配置されている。
【００８６】
補助磁石収納孔２０６は、ブリッジ部４０の幅方向及びｄ軸方向の略中央に形成されている。そして、補助磁石収納孔２０６に、補助磁石２１４が例えば接着剤等により固定されている。補助磁石２１４は、回転軸線Ｐ方向からみてｄ軸方向に長い長方形状に形成されている。すなわち、補助磁石１４は、回転軸線Ｐ方向からみて４面（外側面）の全てがブリッジ部４０に接触している。
また、補助磁石１４の磁化方向は、極中心Ｅ１の方向に沿っている。さらに、補助磁石１４の磁化方向は、主磁石７の磁化方向と同様である。
【００８７】
この回転子鉄心４の第２変形例のように、ブリッジ部４０に１つ補助磁石２１４を設けた場合であっても、ブリッジ部４０に補助磁石２１４の磁束が流れる。このため、前述の第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【００８８】
なお、上述の第２変形例では、ブリッジ部４０の幅方向及びｄ軸方向（極中心Ｅ１方向）の略中央に、補助磁石２１４が配置されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ブリッジ部４０の任意の位置に、補助磁石２１４を配置することが可能である。
【００８９】
また、上述の第１の実施形態及び各変形例では、回転子鉄心４の１極ごとに、２つの主磁石７と、２つ又は１つの補助磁石１４と、が設けられている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、上記のように設けられた２つの主磁石７と、２つ又は１つの補助磁石１４と、を１セットとした場合、回転子鉄心４の１極ごとに、複数セットの主磁石７と補助磁石１４が設けられていてもよい。
【００９０】
また、上述の第１の実施形態及び各変形例では、２つの主磁石７は、極中心Ｅ１を中心に線対称に配置されている場合について説明した。しかしながら、２つの主磁石７は、極中心Ｅ１を中心に両側に配置されていればよく、線対称に配置されていなくてもよい。
【００９１】
（第２の実施形態）
次に、図１を援用し、図１２に基づいて、第２の実施形態について説明する。
図１２は、回転子鉄心の回転軸線に直交する断面図であって、前述の図１に対応している。
本第２の実施形態において、回転電機４０１は、略円筒状の固定子２０（図１参照、図１２では不図示）と、固定子２０よりも径方向内側に設けられ、固定子２０に対して回転自在に設けられた回転子４０２と、を備えている点、回転子４０２は、シャフト３（図１参照、図１２では不図示）と、シャフト３に外嵌固定された略円柱状の回転子鉄心４０４と、を備えている点、回転子鉄心４０４は、８極に構成されている点、等の基本的構成は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００９２】
ここで、第２の実施形態における回転子４０２の回転子鉄心４０４には、１極ごとに１つの主磁石４０７と、２つの補助磁石４１４が設けられている。この点、前述の第１の実施形態と相違する点である。
すなわち、主磁石４０７は、回転子鉄心４０４に主磁石４０７の形状に対応するように形成された磁石収納孔４０６をそれぞれ埋めるように配置されている。そして、磁石収納孔４０６に、例えば接着剤等により主磁石４０７が固定されている。また、主磁石４０７は、回転軸線Ｐ方向からみて長方形の板状の永久磁石である。
なお、以下の説明では、主磁石４０７の部位を指すにあたり、回転軸線Ｐ（図１参照、図１２では不図示）方向からみた長手方向を単に長手方向と称し、回転軸線Ｐ方向からみた短手方向を単に短手方向と称して説明する。
【００９３】
主磁石４０７は、極中心Ｅ１を中心に線対称となるように、かつ周方向に長くなるように配置されている。そして、主磁石４０７は、径方向外側に向かう磁極が周方向で順番になるように着磁されている。なお、図１２で示す主磁石４０７は、Ｎ極に着磁されている。
主磁石４０７の長手方向両端部４０７ａ，４０７ｂ（第１端部４０７ａ、第２端部４０７ｂ）には、それぞれフラックスバリア４０９，４１０（第１フラックスバリア４０９、第２フラックスバリア４１０）が形成されている。換言すれば、各フラックスバリア４０９，４１０は、主磁石４０７の長手方向に接している。各フラックスバリア４０９，４１０は、回転子鉄心４０４を軸方向に貫通する空洞部である。各フラックスバリア４０９，４１０は、主磁石４０７の長手方向両端部４０７ａ，４０７ｂから回転子鉄心４０４への磁束漏れを抑制する。
【００９４】
第１フラックスバリア４０９は、主磁石４０７の第１端部４０７ａから先細りとなるように第１内側面４０９ａと、第２内側面４０９ｂと、第３内側面４０９ｃと、を有している。
第１内側面４０９ａは、主磁石４０７の第１端部４０７ａにおける径方向外側の角部から回転子鉄心４０４の外周面４０４ａに沿って延出されている。第２内側面４０９ｂは、主磁石４０７の第１端部４０７ａにおける径方向内側の角部から第１内側面４０９ａに徐々に接近するように斜めに延出されている。第３内側面４０９ｃは、第１内側面４０９ａの先端と第２内側面４０９ｂの先端とに跨るように、かつ極端Ｅ２（ｑ軸）に向かって凸となるように回転軸線Ｐ方向からみて略円弧状に形成されている。
【００９５】
一方、第２フラックスバリア４１０は、主磁石４０７を中心に線対称になるように、第１内側面４１０ａと、第２内側面４１０ｂと、第３内側面４１０ｃと、を有している。すなわち、第１内側面４１０ａは、主磁石４０７の第２端部４０７ｂにおける径方向外側の角部から回転子鉄心４０４の外周面４０４ａに沿って延出されている。第２内側面４１０ｂは、主磁石４０７の第２端部４０７ｂにおける径方向内側の角部から第１内側面４１０ａに徐々に接近するように斜めに延出されている。第３内側面４１０ｃは、第１内側面４１０ａの先端と第２内側面４１０ｂの先端とに跨るように、且つ極端Ｅ２（ｑ軸）に向かって凸となるように回転軸線Ｐ方向からみて略円弧状に形成されている。
【００９６】
ここで、各フラックスバリア４０９，４１０と、回転子鉄心４０４の外周面４０４ａとの間には、それぞれブリッジ部４４０が形成される。換言すれば、ブリッジ部４４０は、各フラックスバリア４０９，４１０の各第１内側面４０９ａ，４１０ａに接している。
各ブリッジ部４４０の周方向略中央には、それぞれ補助磁石４１４が設けられている。すなわち、各フラックスバリア４０９，４１０の第１内側面４０９ａ，４１０ａには、周方向略中央に、径方向外側（回転子鉄心４０４の外周面４０４ａ側）に向かって凹む凹部４１３が形成されている。凹部４１３は、補助磁石４１４の形状に対応するように形成されている。そして、凹部４１３を埋めるように、補助磁石４１４が配置され、ブリッジ部４４０に、例えば接着剤等により補助磁石４１４が固定されている。
【００９７】
補助磁石４１４は、回転軸線Ｐ方向からみて四角形の棒状に形成されている。凹部４１３内に配置された補助磁石４１４は、一面４１４ａが各フラックスバリア４０９，４１０内に露出している。つまり、補助磁石４１４は、回転軸線Ｐ方向からみて一面４１４ａを除いた残りの３面が、ブリッジ部４４０に接触している。また、補助磁石４１４の一面４１４ａは、各フラックスバリア４０９，４１０の第１内側面４０９ａ，４１０ａと同一平面状に位置している。
【００９８】
補助磁石４１４の磁化方向は、回転子鉄心４０４の外周面４０４ａに沿っている。補助磁石４１４は、ブリッジ部４４０に埋設された形になっているので、補助磁石４１４のＮ極及びＳ極の両極が、ブリッジ部４４０に接していることになる。また、補助磁石４１４の磁化方向は、ブリッジ部４４０に流れる主磁石４０７の磁束に沿っている。
このような構成のもと、補助磁石４１４による磁束は、ブリッジ部４４０に流れる。補助磁石４１４は、ブリッジ部４４０に埋設された形になっている（補助磁石４１４のＮ極及びＳ極の両極が、ブリッジ部４４０に接している）ので、ブリッジ部４４０に、補助磁石４１４の磁束が効率よく流れる。ブリッジ部４４０に補助磁石４１４の磁束が流れることにより、ブリッジ部４４０の磁束密度が高まる。この結果、ブリッジ部４４０が磁束飽和しやすくなる。
【００９９】
次に、回転電機４０１の動作について説明する。
固定子２０の電機子巻線２４（図１参照、いずれも図１２では不図示）に電流を供給すると、鎖交磁束が形成される。この鎖交磁束と回転子４０２の主磁石４０７による磁束との間で磁気的な吸引力や反発力が生じ、回転子２が回転する。
また、回転子４０２には、主磁石４０７の長手方向に沿ってｑ軸磁路が形成される。一方、ｄ軸は、主磁石４０７が磁路を遮るように周方向に長く配置されているので、殆ど磁路が形成されない。このため、回転子鉄心４に固定子２０の鎖交磁束が流れやすい方向と流れにくい方向とが形成される。そして、これにより発生するリラクタンストルクが、回転子２の回転に寄与される。
このように、回転子４０２は、各磁石４０７による磁束と、リラクタンストルクと、により、効率よく回転する。そして、回転子４０２の回転トルクを向上させることができる。
【０１００】
ここで、１極ごとに配置された主磁石４０７の長手方向両端４０７ａ，４０７ｂには、ブリッジ部４４０が形成されている。ブリッジ部４４０は、主磁石４０７の磁束Φ４０１が漏出される磁路となる。
【０１０１】
回転子４０２が低速回転の場合は、補助磁石４１４に外部磁場が印加されることがなく、補助磁石４１４が減磁されることがない。このため、ブリッジ部４４０は、補助磁石４１４による磁束Φ４０２により磁束密度が高くなる。したがって、ブリッジ部４４０は磁束飽和しやすく、ブリッジ部４４０への主磁石４０７の磁束漏れが抑制される。この結果、主磁石４０７の磁束Φ４０２が積極的に固定子２０側へと流れるので、低速回転時における回転子４０２の回転トルクをさらに確実に向上させることができる。
【０１０２】
とりわけ、補助磁石４１４の磁化方向は、主磁石４０７の磁束Φ４０１の流れに沿う方向である。このため、ブリッジ部４４０には、このブリッジ部４４０への主磁石４０７の磁束Φ４０１の漏出を阻害するように、効果的に補助磁石４１４の磁束Φ４０２が流れる。したがって、補助磁石４１４によって、ブリッジ部４４０に主磁石４０７の磁束が確実に流れにくくなる。
【０１０３】
これに対し、回転子４０２が高速回転の場合は、補助磁石４１４に外部磁場が印加されるので、補助磁石４１４が減磁される。この結果、ブリッジ部４４０に流れる補助磁石４１４の磁束Φ４０２が減少し、ブリッジ部４４０の磁束密度が低くなる。したがって、ブリッジ部４４０に、主磁石４０７の磁束Φ４０１が流れやすくなる。このため、主磁石４０７の固定子２０側に流れる磁束Φ４０１が減少し、結果的に高速回転時における回転子２の回転トルクが向上される。
このように、上述の第２の実施形態では、前述の第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【０１０４】
なお、上述の第１の実施形態では、補助磁石１４，２１４の磁化方向は、極中心Ｅ１の方向に沿っている場合について説明した。また、上述の第２の実施形態では、補助磁石４１４の磁化方向は、回転子鉄心４０４の外周面４０４ａに沿っている場合について説明した。しかしながら、これらに限られるものではなく、補助磁石１４，２１４の磁化方向が、極中心Ｅ１方向に対して直交する方向であってもよい。また、補助磁石４１４の磁化方向が、回転子鉄心４０４の外周面４０４ａに直交する方向であってもよい。これらのような場合であっても、ブリッジ部４０，４４０に補助磁石１４，４１４の磁束が流れるので、低速回転時及び高速回転時のいずれの場合も回転電機１，４０１の回転トルクを向上できる。
【０１０５】
また、上述の各実施形態では、主磁石７，４０７も、補助磁石１４，４１４と同様の組成である場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、主磁石７，４０７は、高いリコイル透磁率を有する永久磁石でなくてもよい。少なくとも補助磁石１４，４１４のリコイル透磁率が１．２以上であればよい。
【０１０６】
また、上述の各実施形態では、ブリッジ部４０，４４０に、２つ又は１つの補助磁石１４，４１４を設けた場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ブリッジ部４０，４４０に、２つ以上の複数の補助磁石１４，４１４を設けてもよい。
また、上述の各実施形態では、回転電機１，４０１の回転子２，４０２は８極である場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、回転子２，４０２は、８極以外の複数極であってもよい。
【０１０７】
また、上述の各実施形態における回転電機１，４０１は、例えば、以下の発電機１００に搭載されていてもよい。
【０１０８】
図１３は、発電機１００の概略構成図である。
すなわち、図１２に示すように、発電機１００は、回転電機１，４０１のいずれかを備えている。回転子２，４０２のいずれかは、発電機１００の一端に設けられたタービン１０１とシャフト１０２とを介して接続されている。このシャフト１０２が、回転子２のシャフト３に接続されている。タービン１０１は、例えば外部から供給される流体により回転する。
なお、流体により回転するタービン１０１に代えて、自動車の回生エネルギー等の動的な回転を伝達することによって、シャフト１０２を回転させることも可能である。
【０１０９】
また、シャフト１０２は、回転子２，４０２のいずれかに対してタービン１０１とは反対側に配置された整流子（不図示）と接触している。そして、回転子２，４０２のいずれかの回転により発生した起電力が発電機１００の出力として相分離母線、及び主変圧器（不図示）を介して、系統電圧に昇圧されて送電される。
発電機１００は、通常の発電機、及び可変磁束発電機のいずれであってもよい。なお、回転子２には、タービン１０１からの静電気や発電に伴う軸電流による帯電が発生する。このため、発電機１００は、回転子２の帯電を放電させるためのブラシ１０３を備えている。
【０１１０】
また、上述の実施形態における回転電機１，４０１は、例えば、以下の鉄道車両（車両の一例）２００に搭載されていてもよい。
【０１１１】
図１４は、鉄道交通に利用される鉄道車両２００の概略構成図である。
図１４に示すように、鉄道車両２００には、回転電機１，４０１のいずれかが搭載されている。回転電機１，４０１のいずれかは、例えば、架線から供給される電力や、鉄道車両２００に搭載された二次電池から供給される電力を利用することによって駆動力を出力する電動機（モータ）として利用されてもよい。また、回転電機１，４０１のいずれかは、例えば、運動エネルギーを電力に変換して、鉄道車両２００内の各種負荷に電力を供給する発電機（ジェネレータ）として利用されてもよい。このように、高効率な回転電機１を利用することにより、省エネルギーで鉄道車両を走行させることができる。
【０１１２】
また、上述の実施形態における回転電機１，４０１のいずれかは、例えば、以下の自動車（車両の他の例）３００に搭載されていてもよい。
【０１１３】
図１５は、ハイブリッド自動車や電気自動車などの自動車３００の概略構成図である。
図１５に示すように、自動車３００に回転電機１，４０１のいずれかが搭載された場合、回転電機１，４０１のいずれかは、自動車３００の駆動力を出力する電動機、又は自動車３００の走行時の運動エネルギーを電力に変換する発電機としても利用されてよい。
【０１１４】
また、上述の回転電機１，４０１は、例えば、産業機器（産業用モータ）、空調機器（エアコンディショナ・給湯器コンプレッサモータ）、風力発電機、又はエレベータ（巻上機）に搭載されていてもよい。
【０１１５】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、ブリッジ部４０，４４０に、補助磁石１４，４１４が配置されている。補助磁石１４，４１４のＮ極及びＳ極の両極は、ブリッジ部４０，４４０に接している。この補助磁石１４，４１４は、外部磁場によって容易に減磁される特性を有している。このため、回転子２，４０２の低速回転時には、ブリッジ部４０，４４０に補助磁石１４，４１４の磁束が効率よく流れ、ブリッジ部４０，４４０への主磁石７，４０７の磁束漏れを抑制できる。これに対し、高速回転時には、ブリッジ部４０，４４０に主磁石７，４０７の磁束が漏出される。よって、低速回転時及び高速回転時のいずれの場合も回転電機１，４０１の効率を十分得ることができる。とりわけ、補助磁石１４，４１４は、リコイル透磁率が１．２以上である。この結果、電機子巻線２４への誘起電圧をできる限り低減することができ、低速回転時及び高速回転時のいずれの場合も回転電機１，４０１の回転トルクを向上できる。
【０１１６】
また、補助磁石１４，４１４の磁化方向は、主磁石７，４０７の磁束の流れに沿う方向である。このため、低速回転時には、補助磁石１４の磁束が主磁石７の磁束を補う形になるとともに、ブリッジ部４０，４４０の磁束密度を高めやすく、回転子鉄心４，４０４の表面磁束密度を高めることができる。一方、高速回転時には、ブリッジ部４０，４４０への主磁石７，４０７の磁束が漏出されやすく、電機子巻線２４への誘起電圧を極力低減させることができる。
【０１１７】
また、補助磁石１４，４１４は、一面１４ａ，４１４ａが各フラックスバリア９，４０９，４１０内に露出している。つまり、補助磁石１４，４１４の一面１４ａ，４１４ａを除いた残りの３面は、ブリッジ部４０，４４０に接触している。また、補助磁石１４，４１４の一面１４ａ，４１４ａは、各フラックスバリア９，４０９，４１０の対応する内側面９ｂ，４０９ａ，４１０ａと同一平面状に位置している。このため、ブリッジ部４０，４４０に、補助磁石１４，４１４の磁束を効率よく流すことができ、より効果的にブリッジ部４０，４４０への主磁石７，４０７の磁束漏れを低減できる。
【０１１８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１１９】
１，４０１…回転電機、２，４０２…回転子、３…シャフト、４，４０４…回転子鉄心、７，４０７…主磁石、７ａ…第１端部、７ｂ…第２端部、９，４０９…第１フラックスバリア（空洞部）、９ｂ…第２内側面（面）、１４，２１４，４１４…補助磁石、１４ａ，４１４ａ…一面、２０…固定子、２４…電機子巻線、４０，４４０…ブリッジ部、１００…発電機、２００…鉄道車両（車両）、３００…自動車（車両）、４１０…第２フラックスバリア（空洞部）、Ｅ１…極中心、Ｐ…回転軸線
【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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