(57)【要約】【課題】永久磁石の全域を着磁しやすい永久磁石回転子、および、そのような永久磁石回転子を有する回転電気機械を提供する。【解決手段】ロータコア１１と、ロータコア１１に設けられたスロット１３，１４，１５に埋設され、磁極を構成する永久磁石１６，１７，１８とを有する永久磁石回転子１０において、ロータコア１１の回転中心Ｒに直交する断面において、スロット１３，１４，１５は、長手方向に沿って、ロータコア１１の回転中心Ｒからの距離が変化しており、スロット１３，１４，１５の長手方向に沿って、永久磁石１６，１７，１８に占められる部位が、永久磁石１６，１７，１８に占められない部位１３ａ，１４ａ，１５ａよりも、ロータコア１１の回転中心Ｒに対して径方向外側の位置に設けられた、外側磁石配置をとっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータコアと、前記ロータコアに設けられたスロットに埋設され、磁極を構成する永久磁石とを有する永久磁石回転子において、
前記ロータコアの回転中心に直交する断面において、前記スロットは、長手方向に沿って、前記ロータコアの回転中心からの距離が変化しており、
前記スロットの長手方向に沿って、前記永久磁石に占められる部位が、前記永久磁石に占められない部位よりも、前記ロータコアの回転中心に対して径方向外側の位置に設けられた、外側磁石配置をとっている永久磁石回転子。
【請求項２】
前記スロットは、前記ロータコアの径方向に、層状に複数配列されており、層状に配列された前記複数のスロットのうち、前記ロータコアの最も外側に配置されたスロット以外の少なくとも１つに、前記永久磁石が、前記外側磁石配置をとって埋設されている請求項１に記載の永久磁石回転子。
【請求項３】
層状に配列された前記複数のスロットのうち、少なくとも前記ロータコアの最も内側に配置されたスロットに、前記永久磁石が、前記外側磁石配置をとって埋設されている請求項２に記載の永久磁石回転子。
【請求項４】
前記永久磁石が埋設されたスロットの形状を円弧に近似した際の中心が、そのスロットよりも前記ロータコアの外側に設けられたスロットを円弧に近似した際の中心に比べて、前記ロータコアの内側に位置する請求項２または３に記載の永久磁石回転子。
【請求項５】
前記永久磁石は、前記スロットの長手方向に沿った両端の位置に、前記外側配置をとって埋設されている請求項１から４のいずれか１項に記載の永久磁石回転子。
【請求項６】
前記スロットの両端の位置に埋設された前記永久磁石のそれぞれの形状を円弧に近似した際の中心は、前記スロットの中央を通る前記ロータコアの径方向に沿った直線を挟んで、それぞれの永久磁石が設けられたのと反対側に向かって、相互に離れている請求項５に記載の永久磁石回転子。
【請求項７】
前記スロットは、前記永久磁石が埋設された長手方向両端部に位置する２つの磁石埋設スロットと、前記２つの磁石埋設スロットの間に位置し、前記永久磁石が埋設されないフラックスバリアと、に分割されている請求項５または６に記載の永久磁石回転子。
【請求項８】
前記磁石埋設スロットに埋設された前記永久磁石の長手方向に交差する厚みよりも、前記フラックスバリアの厚みの方が大きい請求項７に記載の永久磁石回転子。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の永久磁石回転子を有する回転電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石回転子および回転電気機械に関し、さらに詳しくは、ロータコアに永久磁石が埋め込まれた永久磁石回転子、および、そのような永久磁石回転子を有する回転電気機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石埋め込み（ＩＰＭ）モータ等、永久磁石回転子を用いた回転電気機械においては、ロータコアに永久磁石を埋設したロータを製造するに際し、あらかじめ着磁した永久磁石をロータコアに埋め込むよりも、未着磁の永久磁石材料をロータコアに埋め込んだ状態で、着磁を行うことが多い。この際、ロータコアに埋め込んだ永久磁石材料全体を十分に着磁することが必要となる。
【０００３】
例えば、特許文献１においては、永久磁石素材に異方性をもたせ、かつロータ（永久磁石回転子）を回転自在かつ軸心を回転中心に固定した状態にし、着磁の際、ロータ位置が正規の着磁位置からずれたとしても、永久磁石を正規の方向に磁化させ、マグネットトルクにより、ロータ位置を正規の着磁位置にもどし、結果として永久磁石素材を完全に着磁することが図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−７５３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のような着磁方法を採用したとしても、異方性を持った永久磁石材料の各部において、着磁用コイルとの位置関係に差が生じるため、印加される着磁磁界に不均一な分布が発生する。具体的には、図５に示すように、永久磁石９６，９７，９８を埋設するスロット９３，９４，９５のスロットの長手方向に沿って、ロータコア９１の回転中心Ｒから遠い磁極の端に相当する軸（コイル方向軸Ａとする）の位置においては、着磁コイル１００に近くなるため、着磁磁界Ｈが強くなるのに対し、ロータコア９１の回転中心Ｒに近い磁極の中央に相当する軸（中央軸Ｂとする）の位置においては、着磁コイル１００から遠くなるため、着磁磁界Ｈが弱くなり、永久磁石材料の完全着磁を達成しにくい。このような着磁磁界Ｈが弱い位置においても、永久磁石材料の完全着磁を達成するためには、容量の大きな着磁電源を用いることが必要となる。
【０００６】
この種のロータにおいては、ロータ９０の回転によって遠心力が印加された際に、ロータコア９１の機械強度を確保する観点から、図５に示すように、永久磁石９６，９７，９８を埋設するスロット９３，９４，９５が、中央軸Ｂ（回転子ｄ軸）を挟んで２つに分割されていることが多い。この場合には、ロータ９０が高速回転した際の機械的強度に対する懸念から、スロット９３，９４，９５の中で、大きな遠心力が印加されにくい位置である、分割部中央のブリッジ９９側の位置に、永久磁石９６，９７，９８を寄せて配置するのが一般的である。すると、永久磁石９６，９７，９８が配置された位置に、効率的に強い着磁磁界Ｈを印加することができず、完全着磁を達成するために、容量の大きな着磁電源を使用する必要性が特に高くなる。
【０００７】
また近年、回転電気機械を、高温下での使用や大電流での使用に供する需要が高まるとともに、永久磁石に使用する重希土類元素の量を低減することが求められている。そこで、熱間加工磁石等、従来の永久磁石よりも結晶粒が微細化され、高保磁力を有する永久磁石が使用されるようになってきている。この種の高保磁力の熱間加工磁石は、着磁に強い磁界を必要とし、しかも、保磁力が高くなるほど、着磁に必要な磁界も強くなる。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、永久磁石の全域を着磁しやすい永久磁石回転子、および、そのような永久磁石回転子を有する回転電気機械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、本発明にかかる永久磁石回転子は、ロータコアと、前記ロータコアに設けられたスロットに埋設され、磁極を構成する永久磁石とを有する永久磁石回転子において、前記ロータコアの回転中心に直交する断面において、前記スロットは、長手方向に沿って、前記ロータコアの回転中心からの距離が変化しており、前記スロットの長手方向に沿って、前記永久磁石に占められる部位が、前記永久磁石に占められない部位よりも、前記ロータコアの回転中心に対して径方向外側の位置に設けられた、外側磁石配置をとっている。
【００１０】
ここで、前記スロットは、前記ロータコアの径方向に、層状に複数配列されており、層状に配列された前記複数のスロットのうち、前記ロータコアの最も外側に配置されたスロット以外の少なくとも１つに、前記永久磁石が、前記外側磁石配置をとって埋設されているとよい。
【００１１】
この場合、層状に配列された前記複数のスロットのうち、少なくとも前記ロータコアの最も内側に配置されたスロットに、前記永久磁石が、前記外側磁石配置をとって埋設されているとよい。
【００１２】
そして、前記永久磁石が埋設されたスロットの形状を円弧に近似した際の中心が、そのスロットよりも前記ロータコアの外側に設けられたスロットを円弧に近似した際の中心に比べて、前記ロータコアの内側に位置するとよい。
【００１３】
前記永久磁石は、前記スロットの長手方向に沿った両端の位置に、前記外側配置をとって埋設されているとよい。
【００１４】
この場合、前記スロットの両端の位置に埋設された前記永久磁石のそれぞれの形状を円弧に近似した際の中心は、前記スロットの中央を通る前記ロータコアの径方向に沿った直線を挟んで、それぞれの永久磁石が設けられたのと反対側に向かって、相互に離れているとよい。
【００１５】
そして、前記スロットは、前記永久磁石が埋設された長手方向両端部に位置する２つの磁石埋設スロットと、前記２つの磁石埋設スロットの間に位置し、前記永久磁石が埋設されないフラックスバリアと、に分割されているとよい。
【００１６】
この場合、前記磁石埋設スロットに埋設された前記永久磁石の長手方向に交差する厚みよりも、前記フラックスバリアの厚みの方が大きいとよい。
【００１７】
本発明にかかる回転電気機械は、上記の永久磁石回転子を有するものである。
【発明の効果】
【００１８】
上記発明にかかる永久磁石回転子においては、外側磁石配置がとられており、スロット内で、ロータコアの径方向外側の位置に寄せて、永久磁石が埋設されている。永久磁石材料をロータコアに埋設した状態で着磁を行うに際し、ロータコアの径方向外側の位置においては、着磁コイルに近くなるため、着磁磁界が強くなる。そのような位置に永久磁石材料を配置しておくことで、永久磁石材料の着磁が容易となり、着磁電源として過度に容量の大きなものを用いなくても、永久磁石材料の全域において、完全着磁を達成できる。
【００１９】
さらに、ロータコアの径方向外側の位置に、永久磁石を配置しておくことで、ｄ軸磁束経路における磁気抵抗が高くなり、ロータコアに生じるリラクタンストルクが向上される。その結果、同一電流制約下での回転電気機械の最大出力トルクを向上させることができる。
【００２０】
ここで、スロットが、ロータコアの径方向に、層状に複数配列されており、層状に配列された複数のスロットのうち、ロータコアの最も外側に配置されたスロット以外の少なくとも１つに、永久磁石が、外側磁石配置をとって埋設されている場合には、そのようにロータコアの径方向内側に配置された層においては、着磁コイルからの距離が遠くなり、磁石を通過する着磁磁界が大幅に弱くなるのに対し、永久磁石が外側磁石配置をとることで、磁石を通過する着磁磁界が弱くなる影響を僅かに抑え、効率的に着磁を行うことができる。
【００２１】
この場合、層状に配列された複数のスロットのうち、少なくともロータコアの最も内側に配置されたスロットに、永久磁石が、外側磁石配置をとって埋設されている構成によれば、ロータコアの最も内側に配置されたスロットの位置では、最も着磁磁界が弱くなるが、永久磁石が外側磁石配置をとることで、着磁磁界が弱くなる影響を僅かに抑え、着磁の効率を高めることができる。
【００２２】
そして、永久磁石が埋設されたスロットの形状を円弧に近似した際の中心が、そのスロットよりもロータコアの外側に設けられたスロットを円弧に近似した際の中心に比べて、ロータコアの内側に位置する構成によれば、永久磁石が埋設されたスロットの形状を円弧に近似した際の中心が、そのスロットよりも外側の層のスロットを円弧に近似した際の中心と一致している場合よりも、埋設された永久磁石の全域が、ロータコアの回転中心に対して径方向外側の位置を占めやすくなる。その結果、埋設された永久磁石の全域に対して、着磁を行いやすくなる。
【００２３】
永久磁石が、スロットの長手方向に沿った両端の位置に、外側配置をとって埋設されている場合には、スロット内に離れて配置された永久磁石のそれぞれが、外側磁石配置をとることにより、着磁磁界を強くしやすくなる。
【００２４】
この場合、スロットの両端の位置に埋設された永久磁石のそれぞれの形状を円弧に近似した際の中心が、スロットの中央を通るロータコアの径方向に沿った直線を挟んで、それぞれの永久磁石が設けられたのと反対側に向かって、相互に離れている構成によれば、それぞれの永久磁石の中心が上記直線上にある場合に比べて、それぞれの永久磁石が、ロータコアの回転中心に対して、さらに径方向外側の位置を占めやすくなる。その結果、埋設された永久磁石の全域に対して、さらに着磁を行いやすくなる。
【００２５】
そして、スロットが、永久磁石が埋設された長手方向両端部に位置する２つの磁石埋設スロットと、２つの磁石埋設スロットの間に位置し、永久磁石が埋設されないフラックスバリアと、に分割されている場合には、フラックスバリアを設けることで、ロータコアの径方向内側に位置し、着磁磁界が弱くなりやすい磁石埋設スロットの間の位置を有効に活用して、着磁時の磁束の漏れを低減することができるとともに、着磁後の状態において、回転電気機械の運転時に永久磁石回転子に生じるリラクタンストルクを向上させることができる。
【００２６】
この場合、磁石埋設スロットに埋設された永久磁石の長手方向に交差する厚みよりも、フラックスバリアの厚みの方が大きい構成によれば、上記のようなフラックスバリアの設置による効果が、特に大きくなる。
【００２７】
上記発明にかかる回転電気機械は、上記の永久磁石回転子を有するため、永久磁石回転子に埋設された永久磁石の全域において、着磁を行いやすく、過度に容量の大きな着磁電源を用いなくても、完全着磁を達成しやすい。また、高いリラクタンストルクが得られ、同一電流制約下で、高い最大出力トルクを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第一の実施形態にかかる永久磁石回転子および回転電気機械の構成を示す横断面図である。
【図２】図１の断面図の一部を抜き出した拡大図である。
【図３】本発明の第二の実施形態にかかる永久磁石回転子の断面を示す図である。
【図４】上記第二の実施形態について、最内層スロットを構成する磁石埋設スロットの配置と中心の位置との関係を示す拡大図である。永久磁石は表示を省略している。
【図５】従来一般の永久磁石回転子の断面を示す図である。
【図６】ロータにおける主応力の分布を示す図であり、（ａ）は内側磁石配置の場合、（ｂ）は外側磁石配置でフラックスバリアを有さない場合、（ｃ）は外側磁石配置でフラックスバリアを有する場合を示している。
【図７】ロータにおける着磁磁界分布を示す図であり、（ａ）は内側磁石配置の場合、（ｂ）は外側磁石配置で薄いフラックスバリアを有する場合、（ｃ）は外側磁石配置で厚いフラックスバリアを有する場合を示している。
【図８】図７の各構造について、（ａ）着磁磁界、および（ｂ）着磁に必要な電流を比較する図である。
【図９】モータのトルク特性を示す図であり、（ａ）は内側磁石配置、（ｂ）は外側磁石配置（フラックスバリアなし）について示している。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の第一の実施形態にかかる永久磁石回転子および回転電気機械について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３０】
［１］第一の実施形態
［回転電気機械の構成］
本発明の第一の実施形態にかかる回転電気機械１の概略を、回転中心Ｒに直交する横断面図として、図１に示す。回転電気機械１は、本発明の一実施形態にかかる永久磁石回転子１０を有している。本明細書においては、回転電気機械１がモータである場合を中心に説明するが、発電機である場合にも、同様の構成を適用することができる。
【００３１】
回転電気機械１は、永久磁石埋め込み（ＩＰＭ）モータとして構成されている。モータ１は、中空筒状のステータ（固定子）３０と、ステータ３０の中空部内に、同軸状に、軸回転可能に支持されたロータ（永久磁石回転子）１０と、を有している。
【００３２】
ステータ３０は、ステータコア３１と、コイル（不図示）とを有している。ステータコア３１は、複数の電磁鋼板を積層してなるものであり、円環形状のバックヨーク部３１ａと、バックヨーク部３１ａから円環形状の内側に向かって突出した複数のティース３１ｂを、一体に備えている。そして、各ティース３１ｂの外周に、コイルが巻き回されている。
【００３３】
ロータ１０は、略円柱状の外形を有するロータコア１１と、ロータコア１１に埋設された複数の永久磁石１６，１７，１８とを有している。ロータコア１１の中心部には、駆動軸４０を挿通可能な中空部１２が貫通されている。ロータ１０をステータ３０の中空部１２に同軸状に収容した状態で、ステータコア３１のティース３１ｂとロータコア１１の外周面の間には、エアギャップ５０が確保される。ロータ１０の構成の詳細について、次に説明する。
【００３４】
［永久磁石回転子の構成の概略］
上記のように、ロータ（永久磁石回転子）１０は、ロータコア１１と、永久磁石１６，１７，１８とを有している。ロータ１０の構成を、図１，２に示す。図２は、ロータ１０の磁極１つ分を示したものであり、永久磁石１６，１７，１８の極性を磁極ごとに交互に変えながら、複数（ここでは８個）の磁極を回転対称に連続的に配置したものが、図１のようなロータ１０の全体構造となる。なお、以下では、「周方向」「内周」「外周」「径方向」「外側」「内側」等、回転体における方向を示す語は、特記しないかぎり、ロータコア１１についての方向を指すものとする。
【００３５】
ロータコア１１は、複数層の電磁鋼板を積層して構成されており、略円柱形状の外形を有している。ロータコア１１には、軸方向に貫通または陥没した空隙として、永久磁石を埋め込み可能なスロット１３，１４，１５が形成される。
【００３６】
スロット１３，１４，１５は、ロータコア１１の回転中心Ｒ側に向かって凸な弧形状を有している。スロット１３，１４，１５の具体的な形状は特に限定されるものではないが、ここでは、それぞれが、略円弧形状を有している。つまり、各スロット１３，１４，１５において、ロータコア１１の内周側に位置する内周側端縁と、ロータコア１１の外周側に位置する外周側端縁が、それぞれ、ロータコア１１の内側に向かって凸な円弧として形成されている。
【００３７】
スロットの層数は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、リラクタンストルク向上等の観点から、永久磁石を埋設できるスロットを多層に設けている。つまり、ロータコア１１の径方向に、複数層（ここでは３層）のスロット１３，１４，１５を、相互に離間させて配置している。本実施形態においては、３層のスロット１３，１４，１５が、同心円弧状に配置されている。最内層、中間層、最外層の各層を構成するスロット１３，１４，１５は、ロータコア１１の径方向に交差した長手方向に、中央軸Ｂ（磁極の中央を通る軸；回転子ｄ軸）を挟んで、それぞれ２つに分割されている。それぞれ２つに分割されたスロット１３，１４，１５は、ブリッジ１９を介して、ロータコア１１の周方向に隣接している。
【００３８】
３層のスロット１３，１４，１５には、それぞれ、永久磁石１６，１７，１８が埋設されている。スロット１３，１４，１５が略円弧形状を有することに対応し、永久磁石１６，１７，１８も、略円弧形状を有している。また、スロット１３，１４，１５がそれぞれ２つに分割されていることと対応し、各層の永久磁石１６，１７，１８も、それぞれ２つに分割されている。
【００３９】
永久磁石１６，１７，１８は、後に詳しく説明するように、スロット１３，１４，１５の円弧形状の長手方向に沿って、スロット１３，１４，１５の一部の領域しか占めていないが、スロット１３，１４，１５の外周側端縁と内周側端縁を結ぶ厚み方向には、スロット１３，１４，１５の略全域を占めている。スロット１３，１４，１５のうち、永久磁石１６，１７，１８に占められない領域である空隙部１３ａ，１４ａ，１５ａは、永久磁石１６，１７，１８の磁束やコイルからの磁束の漏れ（ロータコア１１内での磁束の短絡）を低減する役割を果たす。
【００４０】
永久磁石１６，１７，１８の種類は、特に限定されるものではないが、金属磁石であることが好ましい。さらには、金属磁石材料の微結晶粒より構成された熱間加工磁石であることが好ましい。
【００４１】
また、ロータコア１１においては、各スロット１３，１４，１５の内周側の部位と外周側の部位との間をつなぐブリッジ１９が、ロータコア１１の各所に、ロータコア１１と一体に形成されている。各ブリッジ１９は、ロータ１０を軸回転させた際に、遠心力の作用によって、ロータコア１１の外周側の部位が内周側の部位から分離すること、またスロット１３，１４，１５に埋設した永久磁石１６，１７，１８が飛散することを防止する役割を果たす。本実施形態においては、各層のスロット１３，１４，１５および永久磁石１６，１７，１８、ブリッジ１９をはじめ、ロータ１０の各構成要素が、ロータコア１１の径方向に沿った中央軸Ｂに対して、対称に配置されている。
【００４２】
本実施形態においては、スロット１３，１４，１５における永久磁石１６，１７，１８の配置を規定することの効果によって、永久磁石材料をロータコア１１に埋設した状態での着磁が、行いやすくなっている。また、ロータ１０に発生するリラクタンストルクを向上させることができる。以下に、永久磁石１６，１７，１８の配置およびその効果について、主に図２を参照しながら、詳細に説明する。
【００４３】
［永久磁石の配置］
本実施形態にかかるロータ１０においては、各スロット１３，１４，１５に埋設された永久磁石１６，１７，１８が、各スロット１３，１４，１５の円弧形状の長手方向に沿って、一部の領域のみを占めている。
【００４４】
具体的には、ロータコア１１の回転中心Ｒに直交する断面において、各スロット１３，１４，１５の長手方向に沿って、永久磁石１６，１７，１８に占められる部位が、永久磁石１６，１７，１８に占められない空隙部１３ａ，１４ａ，１５ａよりも、ロータコア１１の径方向外側の位置に配置された、外側磁石配置をとっている。ここで、ロータコア１１の径方向外側の位置とは、ロータコア１１の回転中心Ｒからの距離が相対的に遠い位置であり、スロット１３，１４，１５の円弧形状に沿って、中央軸Ｂから離れ、コイル方向軸Ａに近づく位置を指す。換言すると、ロータ１０をモータ１に組み込んだ状態で、エアギャップ５０側の位置となる。
【００４５】
本実施形態においては、各スロット１３，１４，１５の長手方向に沿った両端の位置に、永久磁石１６，１７，１８が、外側磁石配置をとって埋設されている。つまり、２分割された各スロット１３，１４，１５において、長手方向に沿って最も外側の位置に寄せて、永久磁石１６，１７，１８が配置されており、その永久磁石１６，１７，１８よりも長手方向に沿って内側の位置に、空隙部１３ａ，１４ａ，１５ａが配置されている。なお、永久磁石１６，１７，１８は、空隙部１３ａ，１４ａ，１５ａよりも、各スロット１３，１４，１５の長手方向に沿って、外側に配置されていればよく、必ずしもスロット１３，１４，１５の長手方向の最も外側の位置に寄せて配置されなくてもよい。例えば、スロット１３，１４，１５の長手方向外側（コイル方向軸Ａ側）の端縁と、永久磁石１６，１７，１８の間に、ある程度の長さの空間が形成される場合がある。このような空間としては、例えば、ロータコア１１にスロット１３，１４，１５を形成する時に、加工工程に由来してスロット１３，１４，１５の端部に不可避的に生じるＲ形状に起因するものを挙げることができる。そのように、スロット１３，１４，１５の長手方向に沿って、永久磁石１６，１７，１８よりも外側の位置に空間が形成される場合にも、その空間が、永久磁石１６，１７，１８よりも内側に設けられた空隙部１３ａ，１４ａ，１５ａよりも、スロット１３，１４，１５の長手方向に沿った長さにおいて短くなっていれば、構わない。
【００４６】
図５に示すように、スロット９３，９４，９５が２つに分割された形態の従来一般のロータ９０においては、永久磁石がロータコア９１の径方向内側に配置されるほど、永久磁石９６，９７，９８に印加される遠心力が小さくなるため、高速回転時のロータコア９１の機械的強度を確保できると考えられてきたこと等により、永久磁石９６，９７，９８が、スロット９３，９４，９５の長手方向に沿って、ロータコア９１の径方向内側、つまり中央軸Ｂ側に寄せて配置する、内側磁石配置がとられている。この場合には、永久磁石材料をスロット９３，９４，９５に埋め込んで着磁を行う際に、コイル方向軸Ａに沿ってロータコア９１の外に配置した着磁コイル１００からの距離が遠い、中央軸Ｂ近傍の位置において、着磁磁界Ｈが弱くなる。永久磁石材料は、この着磁磁界Ｈが弱い位置に配置されるため、着磁を受けにくく、完全着磁を達成するためには、容量の大きな着磁電源が必要となる。
【００４７】
これに対し、図１，２の本実施形態にかかるロータ１０においては、外側磁石配置がとられ、永久磁石材料が、着磁磁界Ｈ（図２では不図示）が弱くなる中央軸Ｂの位置ではなく、着磁コイル１００（図２では不図示）に近く、着磁磁界Ｈの強いコイル方向軸Ａ側の位置に配置されている。よって、強い着磁磁界Ｈを利用して、永久磁石材料の着磁を行いやすい。それほど容量の大きな着磁電源を用いなくても、完全着磁を達成することが可能となる。
【００４８】
ロータコア１１において、径方向内側に当たる位置ほど、着磁磁界Ｈが弱くなる。つまり、３層のスロット１３，１４，１５のうち、内層側のスロットほど、中央軸Ｂ側の位置に印加される着磁磁界Ｈが弱くなる。よって、内側のスロットほど、長手方向に沿って、内側ではなく外側の位置に永久磁石を配置することによる、着磁効率の向上の効果が、大きく得られる。
【００４９】
特に、本実施形態にかかるロータ１０においては、永久磁石１６，１７，１８として、金属磁石材料の微結晶粒より構成される熱間加工磁石を用いており、完全着磁には強い磁界が必要となる。粒径５００ｎｍ以下程度の微結晶粒よりなる熱間加工磁石においては、未着磁の状態において、磁壁を隔てて複数の磁区が形成された多磁区結晶粒と、単一の磁区よりなる単磁区結晶粒とが混在しているが、永久磁石１６，１７，１８を完全着磁するためには、比較的低磁界で起こる磁壁移動による多磁区結晶粒の完全着磁に加え、高磁界が必要な、粒子間での磁化容易軸の配向による単磁区結晶粒の完全着磁を達成する必要があるからである。典型的には、完全着磁に必要な磁界は２０ｋＯｅ以上となり、さらに、永久磁石１６，１７，１８の保磁力が大きくなるほど、完全着磁に必要な磁界も増大する。
【００５０】
このように着磁が困難な熱間加工磁石を用いる場合でも、本実施形態にように、ロータコア１１に設けられたスロット１３，１４，１５の長手方向に沿って、外側の位置に永久磁石１６，１７，１８を埋設した外側磁石配置をとることで、完全着磁を行いやすくなる。この種の熱間加工磁石は、従来一般の焼結磁石と比較して、重希土類元素の含有量を少なくして、高い保磁力を達成できるものであり、材料コストの削減や、大電流用途や高温での使用が見込まれるモータへの適用に適しており、過剰に容量の大きい着磁電源を用いずに完全着磁を達成できるようにすることで、それら熱間加工磁石の材料特性を十分に活用したモータ１を実現できる。
【００５１】
さらに、本実施形態にかかるロータ１０においては、スロット１３，１４，１５の長手方向に沿って、外側の位置に永久磁石１６，１７，１８を配置する外側磁石配置を採用していることにより、図５に示した従来一般の形態のように、内側の位置に永久磁石９６，９７，９８を配置する内側磁石配置と比較して、ロータ１０を組み込んだモータ１において、リラクタンストルクを向上させることができる。スロット１３，１４，１５の長手方向に沿って内側の、中央軸Ｂ（回転子ｄ軸）に近い位置に空隙部１３ａ，１４ａ，１５ａが配置されていることで、ｄ軸磁束経路における磁気抵抗が高くなるからである。リラクタンストルクの向上により、同一電流制約のもとでのモータ１の最大出力トルクを、向上させることができる。
【００５２】
上記のように、従来一般には、ロータコア９１の機械的強度の確保等の観点から、永久磁石９６，９７，９８が内側配置をとるように構成されてきたが、後の実施例に示すように、永久磁石が外側配置をとる場合と内側配置をとる場合とで、ロータコアに印加される応力に、大きな差は生じない。よって、外側磁石配置を採用しても、内側磁石配置とほぼ同様の機械的強度を確保することができる。外側磁石配置と内側磁石配置とで、永久磁石に作用する遠心力が異なるとしても、ロータコアの機械的強度は、それによって大きな影響を受けない。
【００５３】
なお、本実施形態においては、スロット１３，１４，１５、および永久磁石１６，１７，１８を、中央軸Ｂを中心に２分割された略円弧形状としているが、具体的な形状はそのようなものに限られず、ロータコア１１の回転中心Ｒからスロット１３，１４，１５の各部までの距離が、スロット１３，１４，１５の長手方向に沿って変化しており、そのスロット１３，１４，１５の中で、永久磁石１６，１７，１８に占められる部位が、永久磁石１６，１７，１８に占められない部位よりも、ロータコア１１の回転中心Ｒに対して、径方向外側の位置に設けられていればよい。分割の有無および分割数も限定されない。また、本実施形態においては、３層のスロット１３，１４，１５を設け、３層全てのスロット１３，１４，１５において、外側磁石配置にて永久磁石１６，１７，１８を埋設しているが、全スロットの層数、また複数層のスロットのうちで永久磁石を埋設するスロットの選択は、最も外側に配置された層以外の少なくとも１つに、外側磁石配置で永久磁石を埋設するようにすれば、特に限定されるものではない。この場合、最も外側に配置された層においては、永久磁石が埋設されても、されなくてもよく、埋設される場合のスロット内での配置も、特に限定されない。
【００５４】
また、スロット１３，１４，１５および永久磁石１６，１７，１８の具体的な寸法も、任意に設定すればよい。例えば、図示した形態では、３層の永久磁石１６，１７，１８の厚み（外周側端縁と内周側端縁の間の寸法）が、３層でほぼ同じになっているが、相互に異ならせてもよい。その場合、最内層、中間層、最外層の永久磁石１６，１７，１８の厚みをそれぞれＬ１，Ｌ２，Ｌ３として、Ｌ１≧Ｌ２≧Ｌ３、さらに好ましくは、Ｌ１＞Ｌ２≧Ｌ３、またＬ１＞Ｌ２＞Ｌ３とするとよい。それにより、永久磁石１６，１７，１８の不可逆減磁を回避しやすくなる。ロータコア１１における局所磁束集中により、永久磁石の不可逆減磁が起こる可能性があるが、そのような不可逆減磁は、ロータコア１１の径方向内側の位置で特に起こりやすいからである。
【００５５】
［２］第二の実施形態
次に、図３，４に基づき、本発明の第二の実施形態にかかるロータ１０’について説明する。第二の実施形態にかかるロータ１０’も、上記第一の実施形態にかかるロータ１０と同様、モータ等の回転電気機械を構成しうるものである。以下では、上記第一の実施形態にかかるロータ１０と差異を有する部分を中心に説明し、第一の実施形態にかかるロータ１０と共通する構成については、図中に同じ符号を付して示すとともに、説明を省略する。
【００５６】
本実施形態にかかるロータ１０’においては、図３に示すように、最内層スロット１３’が、１対の磁石埋設スロット１３ｂと、フラックスバリア１３ｃの、３つの領域に分割されている。１対の磁石埋設スロット１３ｂは、最内層スロット１３’の長手方向両端部に位置し、フラックスバリア１３ｃは、それら磁石埋設スロット１３ｂの間に位置している。
【００５７】
磁石埋設スロット１３ｂには、それぞれ、２つに分割された永久磁石１６が埋設されている。図示した形態では、永久磁石１６は、磁石埋設スロット１３ｂの全域を占めて埋設されているが、磁石埋設スロット１３ｂ内に空隙が残される場合には、永久磁石１６は、各磁石埋設スロット１３ｂの長手方向外側の位置に配置されることが好ましい。
【００５８】
フラックスバリア１３ｃは、ロータコア１１に、軸方向に貫通または陥没した空隙として設けられ、空隙のまま維持されている。あるいは、非磁性体が充填されてもよい。フラックスバリア１３ｃの形状は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、略円弧形状をとり、中央軸Ｂに関して対称に配置されている。フラックスバリア１３ｃと２つの磁石埋設スロット１３ｂは、ブリッジ２０を介して隣接している。
【００５９】
フラックスバリア１３ｃは、必須に設けられるものではないが、設けておくことで、永久磁石材料を着磁する際の磁束の漏れを低減し、着磁磁界Ｈが永久磁石材料に効果的に印加されるようにする役割を果たす。また、着磁後のロータ１０’において、ｄ軸磁束経路の磁気抵抗を高め、リラクタンストルクを向上させることにも効果を有する。図５に示すように、最内層スロット１３’の長手方向中央部の位置は、着磁磁界Ｈが特に弱くなりやすい場所であり、永久磁石１６を配置しても着磁の効率の悪いそのような位置を利用して、フラックスバリア１３ｃを設けることで、外側磁石配置をとることによる永久磁石材料への強い着磁磁界Ｈの印加と、フラックスバリア１３ｃの設置による着磁時の磁束漏れの抑制の両方の結果として、着磁の効率を効果的に高めることができる。
【００６０】
本実施形態におけるフラックスバリア１３ｃは、上記第一の実施形態において、永久磁石１６に占められた領域よりも最内層スロット１３の長手方向内側に設けられた、永久磁石１６に占められない空隙部１３ａに対応付けることができる。空隙部１３ａを永久磁石１６が埋設された部位とブリッジ２０によって区画するとともに、中央軸Ｂの両側の空隙部１３ａを１つに連続させたものを、フラックスバリア１３ｃとみなすことができる。
【００６１】
フラックスバリア１３ｃの厚みは、最内層の永久磁石１６、および磁石埋設スロット１３ｂの厚みよりも大きくなっていることが好ましい。ここで、フラックスバリア１３ｃ、および永久磁石１６、磁石埋設スロット１３ｂの厚みとは、それぞれの外周側端縁と内周側端縁の間の距離であり、それらの円弧形状の長手方向に交差する方向の寸法である。フラックスバリア１３ｃの厚みを大きくすることで、上記のように、着磁時の磁束の漏れを抑制する効果、および着磁後の状態でリラクタンストルクを向上させる効果が特に高くなる。それらの効果を十分に高める観点から、フラックスバリア１３ｃの厚みは、磁石埋設スロット１３ｂの厚みの１．３倍以上とすることが好ましい。
【００６２】
さらに、本発明の第二の実施形態にかかるロータ１０’においては、スロット１３’，１４，１５の部分を拡大した図４に示すように、最内層スロット１３’を構成する磁石埋設スロット１３ｂの円弧形状の中心ｃ３ａ，ｃ３ｂが、それよりも外側の層である中間層スロット１４および最外層スロット１５の円弧形状の中心ｃ１よりも、ロータコア１１の径方向に沿って内側に位置している。そして、１対の磁石埋設スロット１３ｂのそれぞれの円弧形状の中心ｃ３ａ，ｃ３ｂは、１対の磁石埋設スロット１３ｂの中間の位置、つまり最内層スロット１３’の中央の位置を通るロータコア１１の径方向に沿った直線である中央軸Ｂを挟んで、それぞれの磁石埋設スロット１３ｂが設けられたのと反対の方向に、相互に離れている。つまり、中央軸Ｂの左側の磁石埋設スロット１３ｂの中心ｃ３ａが、中央軸Ｂの右側にずれており、中央軸Ｂの右側の磁石埋設スロット１３ｂの中心ｃ３ｂが、中央軸Ｂの左側にずれている。なお、２つの磁石埋設スロット１３ｂの円弧形状の中心ｃ３ａ，ｃ３ｂは、それぞれに埋設された永久磁石１６の円弧形状の中心と一致している。
【００６３】
最内層スロット１３’を構成する磁石埋設スロット１３ｂの中心の位置が、中間層スロット１４および最外層スロット１５の中心ｃ１の位置と一致するとすれば、上記第一の実施形態の場合と同様に、３層のスロット１３’，１４，１５が同心円弧状に配置された状態となるはずである。この同心状の最内層スロット１３’における磁石埋設スロット１３ｂの配置を、第一配置Ｐ１として、図４中にハッチングを付して示す。
【００６４】
図４中に矢印で示すように、最内層の磁石埋設スロット１３ｂの中心を、中間層スロット１４および最外層スロット１５の中心ｃ１の位置から、ロータコア１１の径方向内側にずらして、中心ｃ２とすると、中間層スロット１４および最外層スロット１５の中心ｃ１の位置と一致している第一配置Ｐ１と比較して、磁石埋設スロット１３ｂの長手方向が、中間層スロット１４および最外層スロット１５の長手方向よりも、中央軸Ｂに平行に近づく角度に、立った状態となる。この時の磁石埋設スロット１３ｂの配置を、第二配置Ｐ２として、図４中に破線にて示す。この際、２つの磁石埋設スロット１３ｂが、中央軸Ｂを挟んで相互に離れて、それぞれロータコア１１の外周側に近づくことになる。このような第二配置Ｐ２となった磁石埋設スロット１３ｂに永久磁石１６を埋設すると、各永久磁石１６は、第一配置Ｐ１におけるよりも、ロータコア１１の径方向外側の位置（ロータコア１１の回転中心Ｒから遠い位置）に配置されることになる。
【００６５】
そして、中心ｃ１に対して中央軸Ｂに沿って径方向内側にずれた中心ｃ２から、さらに、図４中に矢印で示すように、２つの磁石埋設スロット１３ｂのそれぞれの中心を、中央軸Ｂを挟んで両側にずらして、中心ｃ３ａ，ｃ３ｂとする。この際、各磁石埋設スロット１３ｂの長手方向外側の端縁の位置を変化させないようにすれば、各磁石埋設スロット１３ｂは、ますます中央軸Ｂに平行に近づく角度に、立つことになる（第三配置Ｐ３）。その結果、各磁石埋設スロット１３ｂに埋設される永久磁石１６は、ますますロータコア１１の径方向外側の位置に配置されることになる。
【００６６】
このように、最内層の磁石埋設スロット１３ｂの中心の位置を、中間層スロット１４および最外層スロット１５の中心の位置よりも径方向内側にずらすことにより（中心ｃ１→中心ｃ２）、磁石埋設スロット１３ｂに配置した永久磁石１６の全域が、着磁の際に用いられる着磁コイル１００に近づく。その結果、第一配置Ｐ１の場合よりも、最内層の永久磁石材料の全域の着磁を行いやすくなる。そして、径方向内側にずらした磁石埋設スロット１３ｂの中心を、さらに中央軸Ｂを挟んで両側にずらすことにより（中心ｃ２→中心ｃ３ａ，ｃ３ｂ）、磁石埋設スロット１３ｂに配置した永久磁石１６の全域が、ますます着磁コイル１００に近づき、最内層の永久磁石材料の全域の着磁を、ますます行いやすくなる。
【００６７】
なお、磁石埋設スロット１３ｂが円弧形状以外の形状をとる場合にも、その形状を円弧に近似した際の中心が、上記のような配置をとるようにすればよい。また、最内層スロット１３’を構成する磁石埋設スロット１３ｂを、上記のような中心配置をとるように構成することで、着磁の効率の向上に関して、特に高い効果が得られるが、最内層よりも外側の層を構成するスロット、ここでは中間層スロット１４についても、同様に、そのスロットよりも外側のスロット、ここでは最外層スロット１５に比べて、中心がロータコア１１の径方向内側に位置するように、構成してもよい。さらに、２つに分割されたスロットの中心を、中央軸Ｂを挟んで両側にずらして構成してもよい。これらの構成により、その層のスロットに埋設される永久磁石において、着磁効率の向上の効果が得られる。
【実施例】
【００６８】
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。ここでは、スロットにおける永久磁石の位置の違いによる、機械的強度、着磁磁界の分布、出力トルクへの影響を検証した。
【００６９】
［１］機械的強度の検討
まず、スロットにおける永久磁石の配置によって、ロータコアの機械的強度に生じる影響について、検討した。
【００７０】
（解析方法）
ロータのモデルとして、以下の３種を準備した。第一のモデルは、従来一般の形態にかかるものであり、永久磁石が内側磁石配置をとっており、スロットの長手方向内側の端部に寄せて配置されている。ここでは、スロットを３層とし、最外層を含め、全スロットに、永久磁石を内側磁石配置で配置している。フラックスバリアは形成していない。
【００７１】
第二のモデルは、本発明の第一の実施形態と同様に、永久磁石が外側磁石配置をとっており、スロットの長手方向外側の端部に寄せて配置されている。ここでも、スロットを３層とし、最外層を含め、全スロットに、永久磁石を外側磁石配置で配置している。フラックスバリアは形成していない。
【００７２】
第三のモデルにおいては、本発明の第二の実施形態と同様に、外側磁石配置をとり、かつ、最内層のスロットの間にフラックスバリアを設けている。フラックスバリアの厚さは、最内層スロットと同じにしている。ここでも、スロットを３層とし、最外層を含め、全スロットに、永久磁石を外側磁石配置で配置している。
【００７３】
上記３つのモデルのそれぞれのロータを軸回転させた際に、遠心力によってロータの各部に印加される応力の分布を解析した。シミュレーションに用いたパラメータを表１にまとめる。
【００７４】
【表１】
2019187198.tif 000003
【００７５】
（結果）
図６に、各モデルに対して、シミュレーションで得られた主応力の分布を示す。（ａ）は内側磁石配置をとる第一のモデル、（ｂ）は外側磁石配置でフラックスバリアを有さない第二のモデル、（ｃ）は外側磁石配置でフラックスバリアを有する第三のモデルを示している。
【００７６】
図６（ａ），（ｂ）（ｃ）で応力分布を見比べると、いずれのモデルも、応力の分布の形態や、各位置に印加される応力の大きさにおいて、類似した結果が得られている。応力の最大値も、同程度になっている。また、いずれのモデルでも、局所的に応力が集中するような挙動は見られていない。
【００７７】
このことから、内側磁石配置と外側磁石配置のいずれを採用するかによらず、また、フラックスバリアの有無によらず、ロータ回転時にロータコアに印加される応力は、同程度であることが分かる。つまり、外側磁石配置をとる場合にも、内側磁石配置の場合と同等の機械的強度を、ロータコアにおいて確保することができる。
【００７８】
［２］着磁磁界分布の比較
次に、スロットにおける永久磁石の配置によって、着磁磁界の分布がどのように変化するかを解析した。
【００７９】
（解析方法）
ロータのモデルとして、以下の３種を準備した。１つめは、上記で機械的強度の検討に用いた、第一のモデルと同様のものを採用した。つまり、内側磁石配置で、フラックスバリアを有していない。２つめは、上記で機械的強度の検討に用いた第三のモデルと同様のものを採用した。つまり、外側磁石配置で、最内層のスロットの間に、最内層スロットと同じ厚さの、薄いフラックスバリアを有している。３つめは、上記２つめのモデルをもとに、フラックスバリアを厚くして、新しいモデルを準備した。つまり、外側磁石配置で、最内層のスロットの間に、厚いフラックスバリアを有している。
【００８０】
上記３つのモデルに対してシミュレーションを行い、着磁磁界の分布を解析した。シミュレーションは、有限要素法（ＦＥＭ）を用いた電磁界解析によって行った。シミュレーションに際し、ロータコアの外側の、磁極の端に相当する位置に、着磁用コイルを配置し、ロータの各部に生じる着磁磁界の分布を解析した。３つのモデルで、起磁力は同じとした。
【００８１】
シミュレーションに用いたパラメータは、上記表１の通りである。また、ロータコアの回転中心から着磁用コイルまでの距離は、着磁用コイルの最も内側で、８６ｍｍとした。
【００８２】
（結果）
図７に、各モデルに対して、シミュレーションで得られた着磁磁界の分布を示す。（ａ）は内側磁石配置をとる場合、（ｂ）は外側磁石配置で薄いフラックスバリアを有する場合、（ｃ）は外側磁石配置で厚いフラックスバリアを有する場合を示している。図７においては、着磁磁界の強さを、相対値で示しているが、スケールは（ａ）〜（ｃ）で同じにしている。
【００８３】
図７において、各スロットに埋設された各層の永久磁石材料に印加される着磁磁界の強さを比較すると、（ａ）内側磁石配置の場合に最も弱く、（ｂ）外側磁石配置で薄いフラックスバリアを有する場合、（ｃ）外側磁石配置で厚いフラックスバリアを有する場合の順に強くなっている。この傾向は、最内層のスロットに埋設された永久磁石材料において最も大きくなっており、（ａ）内側磁石配置の場合には、永久磁石材料の厚み方向の内側の部位で、着磁磁界が、その永久磁石材料の厚み方向外側の部位、および外側２層のスロットに埋設された永久磁石材料に比べて、着磁磁界が顕著に弱くなっている。これに対し、（ｂ）外側磁石配置で薄いフラックスバリアを有する場合には、最内層スロットに埋設された永久磁石材料の厚み方向内側の部位でも、長手方向内側の端部近傍を除き、厚み方向外側の部位とほぼ同等の着磁磁界が印加されるようになっている。さらに、（ｃ）外側磁石配置で厚いフラックスバリアを有する場合には、３層のスロットに埋設された永久磁石材料の各部位で、ほぼ均一に強い磁界が印加されるようになっている。
【００８４】
図８（ａ）に、図７（ａ）〜（ｃ）の各モデルの着磁磁界分布において、永久磁石材料上の着磁磁界の最小値を比較して示す。ここでは、（ａ）の内側磁石配置の場合の値を基準とした規格化を行って、結果を表示している。なお、図８中の（ａ）〜（ｃ）の符号は図７と対応している。
【００８５】
図８（ａ）において、図７においてモデル間の比較で見られた着磁磁界の大きさの差が、さらに明確に示されている。内側磁石配置を外側磁石配置に変更し、フラックスバリアを設けることで、着磁磁界の最小値が、５％以上向上している。さらに、外側磁石配置において、フラックスバリアを厚くすることで、着磁磁界の最小値は、内側磁石配置の場合と比較して、２５％以上も向上している。
【００８６】
図７（ａ）〜（ｃ）のように、同じ条件で着磁を行った際に、永久磁石材料の各部位に印加される着磁磁界が弱いほど、着磁用コイルに流す電流を大きくしなければ、完全着磁を達成できないことになる。完全着磁を達成するために必要な電流は、同じ条件で着磁磁界を印加した際に印加される着磁磁界の最小値の逆数に、比例するはずである。図８（ｂ）に、そのようにして、図８（ａ）の結果をもとに、各モデルで着磁に必要な電流を見積もった結果を示す。ここでも、（ａ）の内側磁石配置の場合の値を基準とした規格化を行って、結果を表示している。
【００８７】
図８（ｂ）によると、着磁に必要な電流は、内側磁石配置をとる場合よりも、外側磁石配置にし、フラックスバリアを設ける場合の方が、小さくて済む。そして外側磁石配置において、フラックスバリアを厚くすると、必要な電流量はさらに小さくなり、内側磁石配置の場合と比較して、８０％以下に低減されている。
【００８８】
以上より、外側磁石配置をとることで、内側磁石配置をとる場合よりも、永久磁石材料に強い着磁磁界を印加できることが分かる。そして、磁極の中心に当たるスロットの間の位置に、厚いフラックスバリアを設けることで、さらに着磁磁界を強めることができる。その結果、外側磁石配置を採用し、さらに、スロットの間の位置に厚いフラックスバリアを設けることで、完全着磁を達成するための電流が小さくて済むようになり、着磁電源として、容量の小さいものを用いることが可能になる。
【００８９】
［３］出力トルクの比較
最後に、スロットにおける永久磁石の配置によって、モータの出力トルクがどのように変化するかを解析した。
【００９０】
（解析方法）
ロータのモデルとして、以下の２種を準備した。１つ目のモデルは、従来一般の形態にかかるものであり、永久磁石が内側磁石配置をとっており、スロットの長手方向内側の端部に寄せて配置されている。ここでは、スロットを３層としているが、最外層のスロットには永久磁石を配置しておらず、中間層と最内層のスロットに、永久磁石を内側磁石配置で配置している。フラックスバリアは形成していない。
【００９１】
２つ目モデルは、本発明の第一の実施形態と同様に、永久磁石が外側磁石配置をとっており、スロットの長手方向外側の端部に寄せて配置されている。ここでも、スロットを３層としているが、最外層のスロットには永久磁石を配置しておらず、中間層と最内層のスロットに、永久磁石を外側磁石配置で配置している。フラックスバリアは形成していない。
【００９２】
上記２つのモデルに対してシミュレーションを行い、トルク特性を解析した。シミュレーションは、有限要素法（ＦＥＭ）を用いた電磁界解析によって行った。ここでは、モータに印加する電流量（巻線電流１４０Ａｒｍｓ）を同一にした同一電流制約の条件下で、電流位相角を変化させて、得られるマグネットトルクおよびリラクタンストルクを見積もった。
【００９３】
シミュレーションに用いたパラメータは、上記表１のとおりである。永久磁石からの磁束は、両モデルでほぼ等しくなっている。
【００９４】
（結果）
図９に、解析結果を示す。（ａ）が内側磁石配置の結果、（ｂ）が外側磁石配置の結果を示している。
【００９５】
図９で（ａ）と（ｂ）を比較すると、マグネットトルクの値は、両モデルでほぼ一致している。しかし、リラクタンストルクの値は、最大値近傍において、両モデルで異なっており、（ｂ）の外側磁石配置の方で大きくなっている。そして、マグネットトルクとリラクタンストルクの合計として得られるトータルトルクも、リラクタンストルクの差を反映して、最大値近傍において、両モデルで異なっており、（ｂ）の外側磁石配置の方で大きくなっている。具体的には、トータルトルクの最大値が、（ａ）の内側磁石配置で、２０５．５Ｎｍ、（ｂ）の外側磁石配置で、２０９．４Ｎｍとなっている。
【００９６】
このように、外側磁石配置を採用することで、内側磁石配置を採用する場合よりも、リラクタンストルクが向上されることが示された。そして、リラクタンストルク向上の結果として、同一電流制約下でのモータの最大出力トルクも向上される。
【００９７】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に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で種々の改変が可能である。
【００９８】
なお、本発明の上記第一の実施形態および第二の実施形態にかかる永久磁石回転子１０，１０’においては、外側磁石配置にて永久磁石１６，１７，１８をスロット１３，１４，１５に配置することで、着磁の効率を向上させる効果、およびリラクタンストルクを向上させる効果を得ている。そして、第二の実施形態において、フラックスバリア１３ｃを設けること、またスロット１３を円弧形状に近似した際の中心ｃ３ａ，ｃ３ｂを所定の位置に配置することで、着磁効率向上の効果、またリラクタンストルク向上の効果を、さらに高めている。しかし、外側磁石配置を採用する場合に限らず、スロット１３，１４，１５において、永久磁石１６，１７，１８を任意の位置に配置した場合にも、上記第二の実施形態として説明したのと同様に、フラックスバリア１３ｃを設けること、またスロット１３，１４，１５を円弧形状に近似した際の中心ｃ３ａ，ｃ３ｂを所定の位置に配置することで、着磁の効率を向上させる効果、またリラクタンストルクを向上させる効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００９９】
１                モータ（回転電気機械）
１０，１０’      ロータ（永久磁石回転子）
１１              ロータコア
１２              中空部
１３，１３’      最内層のスロット
１３ａ            空隙部
１３ｂ            磁石埋設スロット
１３ｃ            フラックスバリア
１４              中間層のスロット
１４ａ            空隙部
１５              最外層のスロット
１６              最内層の永久磁石
１７              中間層の永久磁石
１８              最外層の永久磁石
１９，２０        ブリッジ
３０              ステータ（固定子）
５０              エアギャップ
１００            着磁コイル
ｃ１              中間層および最外層のスロットの中心
ｃ２              中心ｃ１を径方向内側にずらした中心位置
ｃ３ａ，ｃ３ｂ    中心ｃ２を中央軸Ｂの両側にずらした最内層スロットの中心
Ａ                コイル方向軸
Ｂ                中央軸
Ｈ                着磁磁界
Ｒ                回転中心
Ｐ１              第一配置
Ｐ２              第二配置
Ｐ３              第三配置
【図１】
2019187198.tif 000004
【図２】
2019187198.tif 000005
【図３】
2019187198.tif 000006
【図４】
2019187198.tif 000007
【図５】
2019187198.tif 000008
【図６】
2019187198.tif 000009
【図７】
2019187198.tif 000010
【図８】
2019187198.tif 000011
【図９】
2019187198.tif 000012