(57)【要約】【課題】減磁が起こらず高トルクを発生し、かつ低コストで実現可能なコンパクトなモータの提供を目的とする。【解決手段】モータは、回転磁界を発生させるステータと、ステータの内側で軸によって回転可能に支持された回転子と、回転子の内部に、回転子の内側が凸となる円弧状に埋め込まれた永久磁石である最外周永久磁石５ａと、最外周永久磁石５ａと並列に回転子内側に埋め込まれた永久磁石である内側永久磁石５ｂ，５ｃと、を備え、永久磁石５ａ，５ｂ，５ｃの円弧の角度は９０℃より大きく、内側永久磁石５ｂ，５ｃの中央部の厚さはいずれも最外周永久磁石５ａの中央部の厚さより薄く、内側永久磁石５ｂ，５ｃの端部の厚さはいずれも最外周永久磁石５ａの端部の厚さより厚いことを特徴とする。【選択図】図２
2015122838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転磁界を発生させるステータと、
前記ステータの内側で軸によって回転可能に支持された回転子と、
前記回転子の内部に、前記回転子内側が凸となる円弧状に埋め込まれた永久磁石である最外周永久磁石と、
前記回転子の内部の、前記最外周永久磁石の前記回転子内側に、前記回転子内側が凸となる円弧状に埋め込まれた永久磁石である内側永久磁石と、
を備え、
前記内側永久磁石の中央部の厚さはいずれも前記最外周永久磁石の中央部の厚さよりも薄く、
前記内側永久磁石の端部の厚さはいずれも前記最外周永久磁石の端部の厚さよりも厚い
ことを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記内側永久磁石のうち前記軸に最も近い最内周内側永久磁石の前記回転子外側の壁の円弧の中央部の曲率は、前記最内周内側永久磁石よりも前記回転子外側に配置された前記最外周永久磁石又は前記内側永久磁石の前記回転子内側の壁の円弧の中央部の曲率よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記最内周内側永久磁石の前記回転子内側の壁の中央部の円弧は、前記最内周内側永久磁石よりも前記回転子外側に配置された前記最外周永久磁石又は前記内側永久磁石の前記回転子外側の壁の中央部の円弧とほぼ平行であることを特徴とする請求項２に記載のモータ。
【請求項４】
前記最外周永久磁石と前記内側永久磁石の円弧の角度は９０°よりも大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項５】
前記内側永久磁石の中央部の厚さは前記最外周永久磁石の中央部の厚さの０．７５倍以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項６】
前記内側永久磁石の端部の厚さは前記最外周永久磁石の端部の厚さの１．３倍以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項７】
前記内側永久磁石の端部の厚さは前記最外周永久磁石の端部の厚さの１．２倍以上であることを特徴とする請求項６に記載のモータ。
【請求項８】
前記最外周永久磁石又は前記内側永久磁石が、前記回転子円周方向に分割されていることを特徴とする請求項２に記載のモータ。
【請求項９】
前記内側永久磁石は２層であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータに関し、さらに詳細には突極性を持つよう回転子に永久磁石を埋め込むことで、リラクタンストルク及びマグネットトルクを利用する同期リラクタンスモータに好適である。
【背景技術】
【０００２】
モータは電気エネルギーを仕事（回転エネルギー）に変換する装置である。代表的なモータに同期モータがあり、ステータに加えられる交流電流が作る回転磁界によって回転子がステータに吸引され、回転磁界に追従して回転するものである。特に永久磁石同期モータ（ＰＭ同期モータ）は、誘導モータや電磁石同期モータなどと比べ高効率である。
射出形成機などの産業機械等に使用されるモータは、高トルクを発生させることが求められている。かかる目的に適した永久磁石同期モータとして、永久磁石埋込同期モータ（ＩＰＭ同期モータ）が注目されている。これは永久磁石を、回転子の表面に張り付けるのではなく、回転子の内部に埋め込んだモータである。
【０００３】
永久磁石モータのトルク式は（１）式で与えられる。
Ｔ＝ｐ（Ｌｄ−Ｌｑ）ＩｄＩｑ＋ｐφ０Ｉｑ      ・・・（１）
ｐ：モータ極数
Ｌｄ，Ｌｑ：ｄ軸又はｑ軸インダクタンス
Ｉｄ，Ｉｑ：ｄ軸又はｑ軸電流
φ０：磁石磁束
（１）式の第一項は磁気抵抗の差によって発生するリラクタンストルク、第二項は磁石の磁力によって発生するマグネットトルクである。
マグネットトルクとは、永久磁石と回転磁界との吸引・反発によって発生するトルクであり、モータに埋め込まれた永久磁石によって発生する。
またリラクタンストルクとは、回転子の位置によって磁気抵抗が変化する突極性によって生じるトルクである。回転子の磁界に沿った軸をｄ軸とし、ｄ軸に電磁気的に直交する軸をｑ軸とする。
ＩＰＭ同期モータにおいて、ｄ軸方向の磁束の流れは透磁率の小さい永久磁石を通過するため、電磁抵抗が大きくなり、ｄ軸インダクタンスＬｄは大きくなる。一方、ｑ軸方向は永久磁石の側面部方向を向いているため永久磁石を通過せず、透磁率の大きい磁性体を通過するため、電磁抵抗が小さくなってｑ軸インダクタンスＬｑは小さくなる。これらのインダクタンスの差に基づいて、回転磁界によってリラクタンストルクが発生する。（１）式から明らかなように、インダクタンスの差が大きいほどリラクタンストルクは大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−８３０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＩＰＭ同期モータでは、回転磁界により永久磁石に逆磁界が加わるようになる。逆磁界は永久磁石に対する減磁界として作用するため、強い減磁界が働く位置の永久磁石は、保磁力が小さいと減磁してしまうことがある。
【０００６】
モータの設計は通常、減磁が起こらない前提で行われる。このため、減磁が起こりやすい状態で使用すると要求性能を満たさない可能性が高まり、製品の信頼性が低下する。またこれを防ぐため永久磁石の発する磁束量にマージン（通常約１％）をとって設計する必要があるが、減磁率が高いとマージンを大きくとっておく必要が生じ、高コスト化を招く。さらに減磁率が高いと磁化の減少が速いため、モータとしての寿命が短くなる。
これらより、モータに使用される永久磁石には高減磁耐力が求められる。
【０００７】
一般的に、性能の高い永久磁石を使ったり量を増やしたりすれば高トルク・高減磁耐力のモータが設計可能であるが、高コスト化や製品の体積・質量の増加といった問題が生じてしまう。
そこで例えば特許文献１では、多層構造をとる円弧状の永久磁石の減磁防止のために、円弧角が９０°以下の永久磁石の、回転子外周側二枚の磁石厚みを厚くしながら高減磁耐力化を実現している。
ただしこの場合、円弧角が９０°以下のためマグネットトルクが小さくなってしまい、総トルクが減少するという問題があった。
【０００８】
本発明は、減磁が起こらず高トルクを発生し、かつ低コストで実現可能なコンパクトなモータの提供を目的とする。
【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、本発明のモータは以下の手段を提供している。
本発明に係るモータは、回転磁界を発生させるステータと、ステータの内側で軸によって回転可能に支持された回転子と、回転子の内部に、回転子内側が凸となる円弧状に埋め込まれた永久磁石である最外周永久磁石と、回転子の内部の、最外周永久磁石の回転子内側に、回転子内側が凸となる円弧状に埋め込まれた永久磁石である内側永久磁石と、を備え、内側永久磁石の中央部の厚さはいずれも最外周永久磁石の中央部の厚さよりも薄く、内側永久磁石の端部の厚さはいずれも最外周永久磁石の端部の厚さよりも厚いことを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、内側永久磁石の中央部の厚さを最外周永久磁石より薄くすることで永久磁石間の磁性体を厚くし、永久磁石間を通過するｄ軸磁束を増加させることができる。さらに、内側永久磁石端部を回転子の外周側に近づけることにより減磁がおこる可能性があるが、内側永久磁石の端部の厚さを最外周永久磁石より厚くすることで高減磁耐力化を図る。
これにより、磁石量を大きく増やすことなく、高トルク・高減磁耐力のモータが実現できる。
【００１１】
上記発明において、内側永久磁石のうち軸に最も近い最内周内側永久磁石の回転子外側の壁の円弧の中央部の曲率は、最内周内側永久磁石よりも回転子外側に配置された最外周永久磁石又は内側永久磁石の回転子内側の壁の円弧の中央部の曲率よりも小さくてもよい。
【００１２】
上記発明において、最内周内側永久磁石の回転子内側の壁の中央部の円弧は、最内周内側永久磁石よりも回転子外側に配置された最外周永久磁石又は内側永久磁石の回転子外側の壁の中央部の円弧とほぼ平行であってもよい。
【００１３】
この構成によれば、永久磁石の中央部を薄く、端部を厚くするので、永久磁石の端部間の距離が同じ場合、最内周に配置された永久磁石とその隣に配置された永久磁石との間の磁性体の中央部の面積を大きくすることができる。このため、限られたスペースでより多くのｄ軸磁束を磁性体中央部に誘引できる。回転子の軸に近いｄ軸磁束ほどその本数がリラクタンストルクに影響を与えるので、最も軸に近い磁性体中央部の面積を大きくすることで、トルクが著しく向上する。
【００１４】
上記発明において、最外周永久磁石と内側永久磁石の円弧の角度は９０°よりも大きくてもよい。
【００１５】
この構成によれば、回転子に埋め込まれた永久磁石の円弧角度を９０°よりも大きくとるため、磁石両端を外周側に近づけることができ、マグネットトルクを増大することができる。しかしその際、永久磁石間を通る磁束（ｄ軸磁束）が減少してしまい、ｄ軸インダクタンスが減少してリラクタンストルクが減少してしまう可能性がある。このため、内側永久磁石の中央部の厚さを最外周永久磁石より薄くすることで永久磁石間の磁性体を厚くし、永久磁石間を通過するｄ軸磁束を増加させる。さらに、内側永久磁石端部を回転子の外周側に近づけることにより減磁がおこる可能性があるが、内側永久磁石の端部の厚さを最外周永久磁石より厚くすることで高減磁耐力化を図る。
これにより、磁石量を大きく増やすことなく、高トルク・高減磁耐力のモータが実現できる。
【００１６】
上記発明において、内側永久磁石の中央部の厚さは最外周永久磁石の中央部の厚さの０．７５倍以上としてもよい。
【００１７】
この構成によれば、磁束が飽和しない限り、永久磁石間の磁性体の面積を大きくすればするほど通過するｄ軸磁束が多くなってリラクタンストルクが増大する。しかし、同時に永久磁石の体積が小さくなるので磁力が低下し、マグネットトルクが減少する。
この構成によれば、これらの排反事象のなかで最大トルクを実現することができる。
【００１８】
上記発明において、内側永久磁石の端部の厚さは最外周永久磁石の端部の厚さの１．３倍以下としてもよい。
【００１９】
上記発明において、内側永久磁石の端部の厚さは最外周永久磁石の端部の厚さの１．２倍以上としてもよい。
【００２０】
永久磁石の減磁耐力を上げるためには端部を厚くすることが望ましいが、厚くし過ぎると永久磁石間を通過できるｄ軸磁束が少なくなり、ある値を境にしてリラクタンストルクが小さくなる。
この構成によれば、これらの排反事象のなかで、発生トルクを大きく下げることなく高減磁耐力のモータを実現することができる。
【００２１】
上記発明において、最外周永久磁石又は内側永久磁石が、回転子円周方向に分割されていてもよい。
【００２２】
この構成によれば，磁石１枚あたりの質量を低減でき，ロータ鉄心に作用する遠心応力を低減できる。
さらに、磁石中央部に回転子の肉が残っていることによって、遠心力を受けた永久磁石によるスリットの拡大が抑えられ、変形を防止することができる。
【００２３】
上記発明において、内側永久磁石は２層であってもよい。
【００２４】
ｄ軸磁束の通過経路を複数確保するために、永久磁石は全部で３層以上が好ましい。しかし４層以上だと磁石が薄くなってしまい、マグネットトルクが小さくなって大きなトルクが発生しない恐れがある。この構成は内側永久磁石を２層とし、最外周永久磁石と併せて３層とすることで、限られたスペースで大きなトルクを発生させることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、永久磁石量を大幅に増加することなくマグネットトルクを増大すると共に、磁性体を通過するｄ軸磁束を多くしてリラクタンストルクを増大し、減磁耐力を向上する。これらにより、高トルク・高減磁耐力のモータを安価で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る回転子を示す横断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る回転を示す部分横断面図の一部である。
【図３】本発明の一実施形態に係る回転子において、２、３層目の磁石中央部の磁化方向厚みを変化させたときの、トルク及び磁束量の変化を示したグラフである。
【図４】本発明の一実施形態に係る回転子に磁界を発生させたときに生じる減磁率について解析した結果である。
【図５】本発明の一実施形態に係る回転子において、２、３層目の磁石両端部の磁化方向厚みを変化させたときの、トルク及び磁束量の変化を示したグラフである。
【図６】本発明の一実施形態に係る回転子において、永久磁石の円弧角度とマグネットトルク及びマグネットトルク／リラクタンストルクの相関を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の一実施形態に係るモータ１について、図１及び図２を用いて説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るモータ１は、巻線が巻かれ交流電流によって中心部に回転磁界を発生させることが可能なステータ２と、軸３を中心に、ステータ内部で回転可能に支持された円筒状の回転子４と、回転子４に埋め込まれた２４個の永久磁石５とを備えている。永久磁石５は、最外周永久磁石５ａ、内側永久磁石５ｂ，５ｃから構成され、特に内側永久磁石５ｃは最内周内側永久磁石５ｃとされる。
本実施形態では磁性体となる回転子４は鉄でできており、永久磁石５は全てフェライト磁石であるが、必須ではない。特に永久磁石５はネオジム磁石を使用してもよく、本実施形態に限定されるものではないが、本実施形態は、磁石両端を外周側に近づけることによってマグネットトルクを増大するものであるため、残留磁束密度が高く非常に強い磁力をもつ高性能フェライト磁石又はネオジム磁石が適している。
【００２８】
回転子４には３本の円弧状スリット６ａ，６ｂ，６ｃが設けられ、それぞれ一個ずつ永久磁石５ａ，５ｂ，５ｃが埋め込まれている。この３本のスリット６と３個の永久磁石５が、一つの回転子４に８セット備えられている。以下、このうちの１セットについて図２を用いて説明する。
【００２９】
スリット６は回転子４の内側（以下「回転子内側」とする。外側も同様）に凸の円弧形状に形成される。言い換えるとスリット６の中心線と軸３の軸心との距離は、スリット６の中央部Ｍが一番短く、端の方ほど長くなっている。
またスリット６の両端は回転子４の外周（以下「回転子外周」とする。内周も同様）に近接し、スリット６ａはスリット６ｂの回転子外側に、スリット６ｂはスリット６ｃの回転子外側に設けられる。スリット６同士は交差しない。
【００３０】
永久磁石５の幅はスリット６の幅とほぼ同じであるため、永久磁石５とスリット６はほぼ同じ形状だが、長さはスリット６の方が長い。永久磁石５はスリット６のほぼ中央に埋め込まれる。スリット６ａには最外周永久磁石５ａが埋め込まれ、スリット６ｂに内側永久磁石５ｂが埋め込まれ、スリット６ｃには最内周内側永久磁石５ｃが埋め込まれる。ただし、最内周内側永久磁石５ｃのみ中央部Ｍで円周方向に分割されており、それに伴ってスリット６ｃも分割されている。
このような構造ため、最外周永久磁石５ａは回転子４の最外周にある永久磁石であり、最内周内側永久磁石５ｃは回転子４の最内周にある永久磁石である。また、最内周内側永久磁石５ｃの中央部Ｍは軸３に最も近い。
【００３１】
永久磁石５ａ，５ｂ，５ｃの磁極は全て、回転子４の半径方向に同方向になるよう埋設されている。しかし、回転子４の周方向に隣り合う永久磁石同士の磁極は、回転子４の半径方向のうち互いに異なる方向になるよう埋設されている。
【００３２】
永久磁石５ａ，５ｂ，５ｃの円弧角度θは９０°より大きく、本実施形態では１３５°とした。
言い換えると永久磁石５ａ，５ｂ，５ｃの片方の端部Ｅの回帰直線Ａ１と、もう一方の端部Ｅの回帰直線Ａ２とが成す角のうち、永久磁石５ａ，５ｂ，５ｃに向かって開いているものの円弧角度θは９０°より大きい。
【００３３】
内側永久磁石５ｂ及び最内周内側永久磁石ｃの中央部Ｍの幅は、最外周永久磁石５ａの中央部Ｍの幅よりも薄い。このため、永久磁石５間の磁性体の厚さが厚くなっている。
特に、本実施形態では内側永久磁石５ｂ及び５ｃの中央部Ｍの幅は、最外周永久磁石５ａの中央部Ｍの幅の０．９倍である。
【００３４】
内側永久磁石５ｂ，５ｃの端部Ｅの幅は、最外周永久磁石５ａの端部Ｅの幅よりも厚い。
特に、本実施形態では内側永久磁石５ｂ及び５ｃの端部Ｅの幅は、最外周永久磁石５ａの端部Ｅの幅の１．２倍である。
【００３５】
最内周内側永久磁石５ｃの回転子外側の壁Ｏが成す円弧の中央部Ｍは、内側永久磁石５ｂの回転子外側の壁Ｏが成す円弧の中央部Ｍよりも曲率が小さくなるよう形成されている。
また、最内周内側永久磁石５ｃの回転子内側の壁Ｉが成す円弧と内側永久磁石５ｂの回転子外側の壁Ｏが成す円弧との幅がほぼ一定である。
【００３６】
なお、回転子４、永久磁石５、スリット６はそれぞれ軸方向に沿ってほぼ同じ厚みを持つ。スリット６は回転子４を貫通している。
【００３７】
また、永久磁石５は回転子円周方向に分割されていてもよい。本実施形態では最内周内側永久磁石５ｃのみ中央部Ｍで分割されている構造とした。
【００３８】
３枚ある磁石のうち質量が一番大きい最内周内側永久磁石５ｃは、円周方向に最内周内側永久磁石５ｃを分割しない場合、モータ１が回転した際に発生する遠心応力が大きくなる。この遠心力によって、最内周内側永久磁石５ｃの質量を受けるスリット６ｃは半径方向に広げられ変形してしまう恐れがある。
そこで、最内周内側永久磁石５ｃ及びスリット６ｃを分割する事によって中央部Mに回転子４の肉を残す構造とした。これにより、最内周内側永久磁石５ｃの遠心力でスリット６ｃが半径方向に広げられる際、中央部Mにおける半径方向の回転子４の鉄心の連結部分によってスリット６の拡大変形を防止でき、ロータ鉄心の強度性能を向上することができる。
【００３９】
次に、本実施形態の作用・効果について説明する。
【００４０】
永久磁石モータのトルク式は（１）式で与えられる。
Ｔ＝ｐ（Ｌｄ−Ｌｑ）ｌｄｌｑ＋ｐφ０Ｉｑ      ・・・（１）
Ｐ：モータ極数
Ｌｄ，Ｌｑ：ｄ軸又はｑ軸インダクタンス
Ｉｄ，Ｉｑ：ｄ軸又はｑ軸電流
φ０：磁石磁束
（１）式の第一項は磁気抵抗の差によって発生するリラクタンストルク、第二項は永久磁石５の磁力によって発生するマグネットトルクである。
マグネットトルクとは、永久磁石５と回転磁界との吸引・反発によって発生するトルクであり、モータ１に埋め込まれた永久磁石５によって発生する。
またリラクタンストルクとは、突極性をもつ回転子４の作る磁界に沿った軸であるｄ軸と、ｄ軸に電磁気的に直交するｑ軸とにおける磁気抵抗の差によって、回転磁界から生じるトルクである。
ＩＰＭ同期モータにおいて、ｄ軸方向の磁束の流れは透磁率の小さい永久磁石５を通過するため、電磁抵抗が大きくなりｄ軸インダクタンスＬｄは大きくなる。一方、ｑ軸方向は永久磁石５の側面部方向を向いており、永久磁石５を通過せず透磁率の大きい磁性体のみを通過するため、電磁抵抗が小さくなってｑ軸インダクタンスＬｑは小さくなる。これらのインダクタンスの差に基づいて、回転磁界によってリラクタンストルクが発生する。（１）式から明らかなように、インダクタンスの差が大きいほどリラクタンストルクは大きくなる。
【００４１】
ステータ２に交流電流が流れると、ステータ２の中心部に回転磁界が発生する。この回転磁界と、永久磁石５の発する磁界とが吸引・反発してマグネットトルクが発生する。
【００４２】
永久磁石５の円弧角度θは９０°以上とすることが好ましい。この場合、永久磁石５の両側の端部Ｅが回転子４の外周側に近づくため、９０°以下の場合に比べて磁石磁束φ０を有効に使え、（１）式の第二項に相当するマグネットトルクが増加する。図６に示すとおり、永久磁石５の円弧角度に比例してマグネットトルクは増加する。
ところで、一般にマグネットトルク／リラクタンストルクの比の値は０．５以上とする。これはマグネットトルク／リラクタンストルクの比の値が０．５よりも小さいとリラクタンストルク主体で，モータ１の振動・騒音が大きくなり強度的及び使用環境的に許容できないためである。本実施形態において、永久磁石５の円弧角度θを９０°以上とすることによって、このマグネットトルク／リラクタンストルクの比の値は０．５以上となり、モータ１の振動・騒音を抑制することができる。また、円弧角度θを９０°以上した場合マグネットトルクはスリット６内で，永久磁石５と空気の面積が約１：１となる磁石円弧角度４５度のマグネットトルクの１．８倍以上とすることができる。
【００４３】
また上記構成をとることで、回転磁界による磁束が永久磁石５の間を通る。インダクタンスは磁束と電流の比で表されるため、同電流ではこの磁束（ｄ軸磁束７）の数によってインダクタンスＬｑが決定される。ｄ軸磁束７は、図２に示すように、永久磁石５と平行な向きの磁束のことである。このため、ｄ軸磁束７が増えるとＬｑが増加し、（１）式よりインダクタンストルクが増加する。ｄ軸磁束７はかける磁界が強いほど増加するが、一定面積において決められた本数しか通過できないため、磁束密度が飽和した後は通過可能面積が大きいほど増加する。
モータ１の通常使用においてｄ軸磁束７は飽和しているため、磁束の通過可能面積が大きいほどリラクタンストルクは増加する。
【００４４】
本実施形態では永久磁石５間の磁性体の厚さが厚くなっているため、磁束の通過可能面積が増えてｄ軸磁束７及びＬｑが増加し、その結果（１）式の第一項に相当するリラクタンストルクが増加する。
【００４５】
しかし、磁性体の厚さが厚すぎると、永久磁石量が減ってしまうため、マグネットトルクが減少して総合トルクが小さくなるという恐れがある。
そこで実際に、磁石厚みを変えた場合のトルクを解析した結果が図４である。解析は有限要素法解析ソフトＪＭＡＧ（株式会社ＪＳＯＬ社製）で行った。
【００４６】
図３は内側永久磁石５ｂ、５ｃの中央部Ｍにおける厚みを一様に変化された時のトルク及び回転磁界をかけた際の磁束量の変化を表したものである。厚みは１層目を１．００とし、トルクはある値を１００で正規化し、磁束量は反磁界をかける前の磁束量を１００％（減磁率０％）としている。
図３からわかるとおり、内側永久磁石５ｂ、５ｃの磁石中央部寸法が最外周永久磁石５ａの０．７５倍以上１倍未満のとき、１倍以上及び０．７５倍未満の場合と比べトルクは大きくなる。これは従来一般的に使用される永久磁石の厚みを均一とする場合に比べ、本実施形態によって、内側永久磁石５ｂ，５ｃの磁石中央部寸法が最外周永久磁石５ａの０．７５倍以上１倍未満とすることによってトルクを極大化できることを示している。よって、本実施形態においては、内側永久磁石５ｂ，５ｃの磁石中央部寸法は最外周永久磁石５ａの０．７５倍以上１倍未満となる値が最適値であると言える。また、０．９倍のときに最大値（約１０５．５）をとるため、本実施形態では０．９倍を採用している。
【００４７】
また、このとき発生する減磁率について調べた結果が図４である。解析は有限要素法解析ソフトＪＭＡＧ（株式会社ＪＳＯＬ社製）で行った。図４からわかるとおり、内側永久磁石５ｂ及び５ｃの両端で著しい減磁が発生した。これは円弧角度θを大きくした結果、磁石両端がステータ２に近づき強い逆磁界がかかるためである。
本実施形態では内側永久磁石５ｂ及び５ｃの端部Ｅの幅は、最外周永久磁石５ａの端部Ｅの幅よりも厚くすることでこれを解決している。
しかし、厚すぎると磁束通路が狭くなり永久磁石５間を通過するｄ軸磁束７の量が減り、リラクタンストルクが減少する恐れがある。
【００４８】
そこで具体的にどの程度の端部厚さが最適かについて調べた結果が図５である。解析は有限要素法解析ソフトＪＭＡＧ（株式会社ＪＳＯＬ社製）で行った。中央部Ｍの厚みを最外周永久磁石の０．９倍（参考として０．８倍の場合も記載）としたまま、端部Ｅの厚みのみを変えた場合のトルクを解析している。
【００４９】
図５から明らかなとおり、内側永久磁石５ｂ，５ｃの磁石端部寸法が最外周永久磁石５ａの１．３倍以下のとき、中央・端部ともに最外周永久磁石５ａと同じ場合のトルク、つまり図３の説明において示した従来手法である均一な厚みの永久磁石を使用した場合のトルク値約１０２を上回る。
【００５０】
また、内側永久磁石５ｂ，５ｃの磁石端部寸法が最外周永久磁石５ａの１．２倍以下のとき、１．２倍以上の場合と比べトルクの減少割合が比較的緩やかである。
さらに、中央・端部ともに最外周永久磁石５ａの０．９倍である場合の最大トルク（約１０５．５）を上回る。
【００５１】
本実施形態では、磁束量が９９%以上（減磁率が１％以下）で、かつトルクが中央・端部ともに最外周永久磁石５ａと同じ場合（つまり従来手法の均一厚みの永久磁石を用いた場合のトルクである約１０２）を上回る範囲、すなわち内側永久磁石５ｂ，５ｃの磁石端部寸法が最外周永久磁石５ａの１．２倍以上１．３倍以下の範囲のうち、比較的大きなトルクを発生させることができる１．２倍を採用した。これにより、本実施形態による内側永久磁石５ｂ，５ｃの磁石端部寸法を最外周永久磁石５ａの寸法に対して最適値化できるとともに、本実施形態によるモータ１が従来手法によるモータを超えるモータトルクを得ることができる。
【００５２】
また、本実施形態では、最内周内側永久磁石５ｃの回転子外側の壁Ｏが成す円弧の中央部Ｍは、内側永久磁石５ｂの回転子外側の壁Ｏが成す円弧の中央部Ｍよりも曲率が小さくなるよう形成されている。
【００５３】
具体的には、最内周内側永久磁石５ｃの回転子内側の壁Ｉの中央部Ｍが成す円弧と内側永久磁石５ｂの回転子外側の壁Ｏの中央部Ｍが成す円弧とが曲率が同じでほぼ平行である。この状態で内側永久磁石５ｂ及び５ｃの中央部Ｍを薄く、端部Ｅを厚くする。
言い換えると、図２において永久磁石５ｂ，５ｃは、端部外側壁面距離Ｌ１と中央部外側壁面距離Ｌ２の長さは等しく曲率も同じで、さらに中央部対向壁面距離Ｓ１より端部対向壁面距離Ｓ２の方が短くなるよう形成される。
その結果、最内周内側永久磁石５ｃの回転子外側の壁Ｏが成す円弧の中央部Ｍは、内側永久磁石５ｂの回転子外側の壁Ｏが成す円弧の中央部Ｍよりも曲率が小さくなるよう形成される。さらに、内側永久磁石５ｂ，５ｃ共に回転子外側の壁Ｏの曲率は回転子内側の壁Ｉに対して小さくなる。
【００５４】
これにより、内側永久磁石５ｂ，５ｃの端部Ｅ間の距離が同じ場合に、曲率の大きさが逆の場合と比べて減磁率の低い中央部Ｍの磁石厚みが薄くなり、内側永久磁石５ｂ，５ｃの中央部Ｍ間の距離が大きくなる。よって限られたスペースで磁束の通路（磁路）が広くとれ、ｄ軸磁束７の磁路が広くなるので、高トルクを実現できる。
【００５５】
上記実施形態によれば、永久磁石５の円弧角度θを９０°より大きくし、内側永久磁石５ｂ，５ｃの中央部Ｍの厚さを最外周永久磁石５ａの中央部Ｍの厚さよりも薄くすることで、磁石の量や質を大幅に上げることなく高トルクを実現している。
さらに、内側永久磁石５ｂ，５ｃの端部Ｅの厚さを最外周永久磁石５ａの端部Ｅの厚さよりも厚くすることで減磁耐力を向上した。
さらに、最内周内側永久磁石５ｃの回転子外側の壁Ｏが成す円弧の中央部Ｍを、内側永久磁石５ｂの回転子外側の壁Ｏが成す円弧の中央部Ｍよりも曲率が小さくなるよう形成したり、最内周内側永久磁石５ｃの回転子内側の壁Ｉが成す円弧と内側永久磁石５ｂの回転子外側の壁Ｏが成す円弧との幅がほぼ一定にしたりすることによって、コンパクトな構造で、永久磁石間の磁性体の中央部Ｍの面積をより大きく、端部Ｅの面積をより小さくすることとしている。
さらに、分析結果より高減磁耐力でトルクが大きい最適な寸法を決定した。
【００５６】
これらにより、減磁が起こらず高トルクを発生し、かつ低コストで実現可能なコンパクトなモータ１を実現した。
【００５７】
なお、本実施形態では３本のスリット６と３個の永久磁石５を８セットとしたが、これに限定されるものではない。
例えば４本のスリット６と４個の永久磁石５や、２本のスリット６と２個の永久磁石５でもかまわないし、８セットではなく６セットや１０セットなども考えられる。
ただし、４本以上のスリット６及び４個以上の永久磁石５では永久磁石が薄くなってしまい、マグネットトルクが小さくなって必要な磁力を生み出せない可能性がある。また、２本のスリット６及び２個の永久磁石５ではｄ軸磁束７の通過経路が十分でなく、リラクタンストルクが小さくなって必要な磁力を生み出せない可能性がある。このため、３本のスリット６及び３個の永久磁石５が望ましい。
また、本実施形態では永久磁石５ａの幅をほぼ一定としたが、これに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５８】
１  モータ
２  ステータ
３  軸
４  回転子
５，５ａ，５ｂ，５ｃ  永久磁石
５ａ  最外周永久磁石
５ｂ，５ｃ  内側永久磁石
５ｃ  最内周内側永久磁石
６，６ａ，６ｂ，６ｃ  スリット
７  ｄ軸磁束
θ  円弧角度
Ｏ  回転子外側の壁
Ｉ  回転子内側の壁
Ａ１，Ａ２  回帰直線
Ｍ  中央部
Ｅ  端部
Ｌ１  端部外側壁面距離
Ｌ２  中央部外側壁面距離
Ｓ１  中央部対向壁面距離
Ｓ２  端部対向壁面距離
【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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