(57)【要約】【課題】磁束量に対して多くの磁石を必要とせず磁石量を低減することができる、永久磁石を用いると共に順突極特性を備えた回転電機を提供する。【解決手段】固定子コアに固定子巻線を巻き付けた固定子と、回転子コアに永久磁石を装着した回転子とを備える回転電機において、回転子コア１５に、永久磁石１６の磁束の方向に沿って回転子コア１５に比べ透磁率の低い低透磁率層１７を、永久磁石１６の磁束の方向と直交する方向に複数列設け、両低透磁率層１７の間のコア部に永久磁石１６を配置し、固定子巻線１４に通電する電流の位相を、永久磁石１６による磁束を増加させる方向にずらす制御を行う電流制御装置１９とを有する。【選択図】図１
2008295138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子コアに固定子巻線を巻き付けた固定子と、回転子コアに永久磁石を装着した回転子とを備える回転電機において、
前記回転子コアに、永久磁石の磁束の方向に沿って回転子コアに比べ透磁率の低い低透磁率層を、永久磁石の磁束の方向と直交する方向に複数列設け、両前記低透磁率層の間のコア部に永久磁石を配置し、
固定子巻線に通電する電流の位相を、永久磁石による磁束を増加させる方向にずらす制御を行う電流制御手段と
を有することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記低透磁率層を、永久磁石の磁束の方向と直交する方向に３列以上配置し、
両前記低透磁率層に挟まれたコア部は、前記永久磁石が配置されたコア部と、前記永久磁石が配置されないコア部を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記低透磁率層の間のコア部に配置された永久磁石は、前記回転子の表面に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記回転子の表面の永久磁石による磁束放出面と固定子とのエアギャップ距離より、磁束放出面以外と固定子とのエアギャップ距離の方が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回転電機。
【請求項５】
固定子コアに固定子巻線を巻き付けた固定子と、回転子コアに永久磁石を装着した回転子とを備える回転電機において、
前記回転子コアに、永久磁石の磁束の方向に沿って回転子コアに比べ透磁率の低い低透磁率層を設け、該低透磁率層内に、前記低透磁率層の設置方向と交差する方向に着磁された永久磁石を配置し、
前記電流制御手段は、永久磁石による磁束を増加させる方向に位相をずらした電流を通電することを特徴とする回転電機。
【請求項６】
前記固定子巻線は、分布巻きであって１極に対して２以上の溝数を有する相を備え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回転電機。
【請求項７】
前記低透磁率層は、空気層で形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項８】
前記低透磁率層は、接着剤層で形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関し、特に、永久磁石を用いた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車等の走行モータに用いられる永久磁石モータが知られている。この永久磁石モータは、高トルク化と高回転化を両立するため、永久磁石を用いると共に、ｄ軸インダクタンスがｑ軸インダクタンスよりも大きくなる、所謂、順突極特性を備えている。このような永久磁石モータに関するものとして、例えば、「回転電機のロータ」（特許文献１参照）がある。
【０００３】
この順突極特性を備える永久磁石モータでは、ｄ軸インダクタンスをｑ軸インダクタンスより大きくすることにより順突極特性を実現しているが、ｑ軸インダクタンスを低減するために埋め込み形永久磁石（Interior Permanent Magnet：ＩＰＭ）構造とし、永久磁石の外周側に磁束と平行に複数のスリットを形成していた。
【特許文献１】特開２００６−０８１３３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の順突極特性を備える永久磁石モータでは、永久磁石による磁束通路にスリットが形成されているために、磁束量に対して多くの磁石を必要としていた。
本発明の目的は、磁束量に対して多くの磁石を必要とせず磁石量を低減することができる、永久磁石を用いると共に順突極特性を備えた回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明に係る回転電機は、固定子コアに固定子巻線を巻き付けた固定子と、回転子コアに永久磁石を装着した回転子とを備える回転電機において、前記回転子コアに、永久磁石の磁束の方向に沿って回転子コアに比べ透磁率の低い低透磁率層を、永久磁石の磁束の方向と直交する方向に複数列設け、両前記低透磁率層の間のコア部に永久磁石を配置し、固定子巻線に通電する電流の位相を、永久磁石による磁束を増加させる方向にずらす制御を行う電流制御手段とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る回転電機は、永久磁石の磁束方向の磁気抵抗を増加させることがないので、永久磁石の磁束を有効に利用できるため、永久磁石の量を増やすことなく必要な磁束を確保することができ、磁束量に対して多くの磁石を必要とせず磁石量を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る永久磁石モータの固定子と回転子の説明図である。図１に示すように、永久磁石を用いた回転電機である三相交流モータ（永久磁石モータ）１０は、固定子（ステータ）１１と回転子（ロータ）１２を備えており、固定子１１と回転子１２の対向面が、回転子１２の中心軸Ｏ方向に対して平行に配置され、回転子１２と固定子１１の間にエアギャップａを有している。固定子１１は、固定子コア１３及び固定子巻線１４を有し、回転子１２は、回転子コア１５、永久磁石１６、低透磁率層１７、及び回転軸（シャフト）１８を有している。
【０００８】
固定子コア１３は、円環状を呈し、内周面に沿って配列された、例えば２４個の歯（ティース）１３ａを備え、歯１３ａには、隣接する歯１３ａの間の空間（スロット）に位置するように、分布巻きにより固定子巻線１４が巻き付けられている。この固定子コア１３は、例えば、積層鋼板により形成されており、第１実施の形態においては、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各相がそれぞれ２本の歯１３ａを備えるように固定子歯数が設定されている。
【０００９】
回転子コア１５は、透磁率の高い金属製の鋼板を積層した、所謂、積層鋼板構造により円筒形に形成され、合計８つの永久磁石１６（１６Ｓ１〜１６Ｓ４，１６Ｎ１〜１６Ｎ４）が、回転子１２の表面付近に回転子周方向に沿って配列されている。第１実施の形態においては、永久磁石１６を配置する箇所の回転子コア１５に空隙を設け、この空隙に永久磁石１６を埋設状態に嵌め込んでいる。
【００１０】
回転子１２に配列された永久磁石１６は、永久磁石１６Ｓ１と永久磁石１６Ｓ２で第１のＳ極を、永久磁石１６Ｎ１と永久磁石１６Ｎ２で第１のＮ極を、永久磁石１６Ｓ３と永久磁石１６Ｓ４で第２のＳ極を、永久磁石１６Ｎ３と永久磁石１６Ｎ４で第２のＮ極を、それぞれ形成する。つまり、回転子１２には、４極の磁石で極対数２の永久磁石が配置されることになる。
回転子１２には、更に、低透磁率層１７が形成されている。低透磁率層１７は、第１実施の形態においては空気層であり、回転子コア１５にスリットを形成することで実現している。
【００１１】
この低透磁率層１７は、複数の永久磁石１６によって形成される磁束通路に沿った方向に、即ち、永久磁石１６の磁束の方向であるｄ軸方向に交差することなく、永久磁石１６の磁束の方向と直交する方向であるｑ軸に交差するように、複数列（図１参照）配置されている。そして、永久磁石１６は、隣接する低透磁率層１７，１７に挟まれるように配置されている。
つまり、低透磁率層１７は、回転子コア１５の磁束通路となる領域を、回転子コア１５の磁束通路以外の領域から隔離するように形成されており、磁束通路とした領域には、主として、回転子コア１５のみの部分（コア部）と永久磁石１６が存在し、低透磁率層１７は存在していない。以後、回転子コア１５の磁束通路と定義した領域を、回転子コア磁束通路１５ａとする。
【００１２】
また、第１実施の形態においては、回転子コア磁束通路１５ａに隣接するように、回転子コア１５の磁束通路以外の領域が形成されており、その経路は、回転子コア１５の表面の一箇所から別の箇所に抜けるように配置され、その出入り口は、永久磁石１６により形成される極のＳ極近傍からＮ極近傍に位置する。図１においては、永久磁石１６Ｓ１と永久磁石１６Ｓ２の間や、永久磁石１６Ｓ２と永久磁石１６Ｎ１の間に形成された複数の経路が相当する。
【００１３】
図２は、図１の固定子巻線の相構成を示す説明図である。図２に示すように、固定子巻線１４は、２極（１極対）当たり３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電流を供給すると共に、１相は２本の固定子コア１３の歯１３ａにより構成されている。固定子巻線１４は、分布巻きされており、例えば、隣接するＵ相同士（歯１３ａ１，歯１３ａ２）は、同じ方向に電流が流れるように巻き回されており、次の隣接するＵ相同士（歯１３ａ７，歯１３ａ８）は、同じ方向の電流、且つ、前述のＵ相（歯１３ａ１，歯１３ａ２）とは逆方向の電流が流れるように巻き回されている。
【００１４】
これら固定子巻線１４は、各相の一端が電流制御装置（電流制御手段）１９に接続され、他端が結線されて中性点が形成されている。なお、図２には、２極（１極対）の固定子巻線１４が示されているが、回転子１２は４極（２極対）構成（図１参照）であるので、固定子巻線１４はその倍となる。つまり、図２には、１２個の歯１３ａ（１３ａ１〜１３ａ１２）についての固定子巻線１４が示されているが、実際は２４個の歯１３ａについて固定子巻線１４が巻き回されることになる。
電流制御装置１９は、回転子１２の回転に同期して３相交流の電流を供給する。図示しない回転センサにより回転子１２の回転位置を検出し、検出した位置に応じて電流を流すことにより、固定子１１に回転磁界を発生させる。電流制御の詳細は後述する。
【００１５】
次に、回転子１２の磁気的な特性について説明する。
図１からも明らかなように、仮に、電磁鋼板により形成される磁路を抵抗０と見なし、永久磁石１６及び低透磁率層（空気）１７を抵抗１と見なすと、図中、ｄ軸方向で示した磁路は、永久磁石１６のみが磁気抵抗となりその他の磁気抵抗は存在しない。更に、永久磁石１６Ｓ１と永久磁石１６Ｓ２の間には、磁気抵抗が０となる領域も存在している。一方、ｑ軸方向で示した磁気通路は、低透磁率層１７が抵抗として幾重にも存在し、磁気抵抗が高い。実際の磁気抵抗は、低透磁率層１７の幅、層数、磁石厚さ等にも依存することになるが、ｄ軸方向の磁気抵抗よりもｑ軸方向の磁気抵抗が高いことが分かる。
【００１６】
ｄ軸方向の磁気抵抗よりもｑ軸方向の磁気抵抗の方が高いことから、本実施の形態における回転子１２の磁気回路は、一般的な回転子のように磁極間（ｄ軸とｄ軸の間）に磁性体突極が存在する逆突極型ではなく、ｄ軸近辺に磁性体突極が存在する順突極型の磁気回路を形成することになる。
更に、磁性体突極は、永久磁石１６により形成される極のＳ極近傍からＮ極近傍に位置する、回転子コア１５の磁束通路以外の領域を主として用いることになるので、永久磁石１６の磁束通路と磁性体突極の磁束通路が各々で交錯することが無く、磁束通路が飽和することが無く、順突極特性の突極比の向上を図ることができる。
【００１７】
順突極形の磁気回路の特性については、詳細な説明を省略する（従来技術参照）が、一般的な逆突極型においてリラクタンストルクを利用する場合、永久磁石に対しては弱め界磁方向の磁界が加わることになるが、順突極型においてリラクタンストルクを利用する場合、永久磁石に対しては強め界磁方向の磁界が加わる。
このような特性を利用すると、低回転においては、高トルクを得るために強め界磁方向の制御を行い、高回転により誘起電圧が上昇し始めると強め界磁制御を中止することが考えられる。
【００１８】
つまり、一般的な逆突極型と同等の性能を得ようとするのであれば、比較対象となる逆突極型のモータに比べて磁石量が少なくなるように設計し、低回転−高トルク領域では、強め界磁制御により磁石量の不足分を補うようにして大きなトルクを出力させ、高回転時には、強め界磁制御を中止する。これにより、元々磁石量自体が少ないので誘起電圧も少なくなり、比較対象モータの弱め界磁領域でもトルクを継続して出力することが可能になる。
順突極型のモータでは、トルクを出すために永久磁石に加えて電力も用いるため、電力消費に関しては不利な面もあるが、弱め界磁制御を必要としない領域ではその分の電力消費については有利であり、電力消費に関しては、有利不利がモータの使用状況や使われ方により異なってしまうことになる。一方、磁石の使用量に関しては、少なくすることができるので有利である。
【００１９】
図３は、図１の永久磁石モータにおける電流位相とトルクの関係をグラフで示す説明図である。図３において、τｍはマグネットトルク、τｒはリラクタンストルク、τｔはマグネットトルクとリラクタンストルクの合成トルク、τｒ’は逆突極特性の場合のリラクタンストルク、τｔ’は逆突極特性の場合のマグネットトルクとリラクタンストルクの合成トルク、をそれぞれ示す。なお、τｍ，τｒ，τｔは、第１実施の形態に係る例（順突極特性）を示し、τｒ’，τｔ’は、従来例（逆突極特性）を示す。
図３においては、便宜上、マグネットトルクτｔの最大値を２、リラクタンストルクτｒの最大値を１としているが、実際のトルクの値は、磁石量や突極比等のモータの磁気特性に依存し、且つ、電流量に比例する。
【００２０】
第１実施の形態の永久磁石モータ１０にあっては、電流位相が−３０度近傍で最大トルクとなり、逆突極特性の場合、電流位相が３０度近傍で最大トルクとなる。ここで、最大トルクを更に増やしたいときには電流量を増加すれば良いが、逆突極特性の場合、電流位相を３０度近傍としたとき、永久磁石１６に対して弱め界磁になるように界磁を与えることになるので、電流量を増加しようとしても、永久磁石１６の永久減磁を避けるために電流量の増加を制限せざるを得ない。
一方、第１実施の形態においては、電流位相が−３０度近傍で、永久磁石１６に対して強め界磁の方向に界磁を与えるものであるため、永久減磁の虞が無く電流を増やすことができる。
【００２１】
このように、図３の関係に基づき、電流制御装置１９は、最大トルクを出力するときには電流位相をマイナス方向へずらすことにより、永久磁石１６に対して強め界磁の方向に界磁を与えつつ最大トルクを出力するように制御される。
以下、第１実施の形態に係る永久磁石モータにおいて得られる効果を列挙する。
１）低透磁率層に挟まれたコア部に永久磁石を配置することで、永久磁石による磁束を通す通路に低透磁率層を配置することなく、順突極型の磁気回路を形成することができるので、不要に磁石量を増やすことなく磁石トルクを有効に活用することができる。
２）低透磁率層に挟まれたコア部に永久磁石を配置すると共に、隣接して回転子の表面の一箇所から別の箇所に抜ける永久磁石を配置していないコア部が存在するので、永久磁石の磁束通路と磁性体突極の磁束通路が各々で交錯することが無く、固定子巻線に大きな電流を供給するときであっても、磁気回路が飽和するのを防ぐことができる。
（第２実施の形態）
【００２２】
図４は、本発明の第２実施の形態に係る永久磁石モータの回転子の説明図である。図４に示すように、第２実施の形態に係る永久磁石モータの回転子２０は、回転子コア１５の表面付近に薄い状態で配置された永久磁石２１（２１Ｓ１〜２１Ｓ４，２１Ｎ１〜２１Ｎ４）を有すると共に、空気層に接着剤を充填した接着層により形成した低透磁率層２２を有している。その他の構成及び作用は、第１実施の形態に係る回転子１２（図１参照）と同様である。なお、図１と共通する箇所については説明を省略する。
【００２３】
永久磁石２１が、第１実施の形態に係る回転子１２と比較して、回転子コア１５の表面である固定子コア１３との対向面付近に薄い状態で配置されていることは、一般的に、永久磁石の着磁方向の厚さは、磁石磁束を増やすよりも保磁力を高める観点から厚くしており、順突極特性のモータの場合、弱め界磁方向での運転を極力避けることで永久磁石の減磁を回避できるので磁石を薄くすることができることを利用した結果であり、磁石量を低減する上では回転子１２の厚さ方向に低減する方が有利である。更に、通常の逆突極型のモータに比べて磁石量が少ないため質量が小さくなり、高回転時における磁石の飛散等も回避することができるので、高回転化において強度上も有利になる。
また、低透磁率層２２を、空気層に接着剤を充填した接着層により形成したことは、接着剤は空気に比べて若干磁気抵抗が小さくなるが、空間ではなく接着剤充填層としたことで回転子コア１５を強固に一体化することができ、高回転に有利である。
【００２４】
また、第２実施の形態の変形例として、永久磁石を表面磁石型としてもよい。
図５は、第２実施の形態の変形例に係る回転子の説明図である。図５に示すように、回転子２３は、回転子コア１５の表面である固定子コア１３との対向面、即ち、回転子２３と固定子１１の間のエアギャップａ（図１参照）に面して配置した永久磁石２４（２４Ｓ１〜２４Ｓ４，２４Ｎ１〜２４Ｎ４）を有している。
このように表面磁石型とすることにより、磁石量の低減が可能なので、回転子コア１５を強固に形成することができた場合には、特に有利であり、固定子１１に対する永久磁石２４のギャップ（間隙）を少なくすることができる。本実施の形態によれば、磁石量を低減することができるため、磁石質量が小さく磁石が飛散するすることがないので、従来に比べ、より高回転型のモータにおいても表面磁石構造を採用することができる。
【００２５】
以下、第２実施の形態に係る回転子において得られる効果を列挙する。
第１実施の形態に係る回転子において得られる効果に加えて、
３）磁石量の低減により、磁石質量が小さくなり高回転型の回転子を実現することができる。
４）低透磁率層を、空気層に接着剤を充填して形成したことにより、回転子コアへの応力集中を緩和して高回転型の回転子を実現することができる。
（第３実施の形態）
【００２６】
図６は、本発明の第３実施の形態に係る永久磁石モータの回転子の説明図である。図６に示すように、第３実施の形態に係る永久磁石モータの回転子２５は、平面視星形形状からなる回転子コア２６を有すると共に、回転子コア２６の表面近傍に配置した板状の永久磁石２７（２７Ｓ１〜２７Ｓ４，２７Ｎ１〜２７Ｎ４）を有している。その他の構成及び作用は、第１実施の形態に係る回転子１２（図１参照）と同様である。なお、図１と共通する箇所については説明を省略する。
回転子２５は、ｑ軸近傍におけるエアギャップａ１が、ｄ軸近傍におけるエアギャップａ２に比べて大きくなるように、回転子コア１５（図１参照）の真円形状からｑ軸方向部分を除去した形状、即ち、平面視が十字状星型形状に形成された回転子コア２６を有している。即ち、回転子２５の表面の永久磁石２７による磁束放出面と固定子１３とのエアギャップ距離より、磁束放出面以外と固定子１３とのエアギャップ距離の方が大きい。
【００２７】
本実施の形態では、回転子コア２６は、ｑ軸方向の磁路の殆どが空気により占められることになるので、ｑ軸方向の磁気抵抗が大きくなり、その結果、順突極型の磁気回路を形成することができる。
また、本実施の形態では、永久磁石２７は、回転子２５の表面である、固定子コア１３との対向面近傍、且つ、低透磁率層１７の一部に配置されており、その上、永久磁石２７は、必要な磁石量を確保するために、低透磁率層１７の配置方向に略平行な板体形状に形成されて低透磁率層１７内に配置されると共に、低透磁率層１７の設置方向と交差する方向、例えば、略垂直な方向に着磁されている。
【００２８】
以下、第３実施の形態に係る回転子において得られる効果を列挙する。
第１実施の形態に係る回転子において得られる効果に加えて、
５）ｑ軸方向に大きなエアギャップを形成しているので、よりｑ軸方向の磁気抵抗を大きくすることができ、順突極型モータの突極比を大きくすることができる。
６）低透磁率層内に永久磁石を配置したことにより、ｄ軸磁路の磁気抵抗を更に小さくすることができる。
（第４実施の形態）
【００２９】
図７は、本発明の第４実施の形態に係る永久磁石モータの回転子の各種類型（その１）を示し、（ａ）はタイプ１の部分説明図、（ｂ）はタイプ２の部分説明図、（ｃ）はタイプ３の部分説明図である。図８は、本発明の第４実施の形態に係る永久磁石モータの回転子の各種類型（その２）を示し、（ｄ）はタイプ４の部分説明図、（ｅ）はタイプ５の部分説明図、（ｆ）はタイプ６の部分説明図である。図９は、本発明の第４実施の形態に係る永久磁石モータの回転子の各種類型（その３）を示し、（ｇ）はタイプ７の部分説明図、（ｈ）はタイプ８の部分説明図、（ｉ）はタイプ９の部分説明図である。
【００３０】
第１実施の形態から第３実施の形態においては、主に、ｑ軸方向の磁気抵抗を増加させることで順突極特性の永久磁石モータを得る例について説明してきたが、第４実施の形態では、第１実施の形態から第３実施の形態に加え、ｄ軸方向の磁気抵抗を減少させることでより大きな順突極特性の永久磁石モータの突極比を実現する例について説明する。
なお、一般的な逆突極特性のモータの場合、ｄ軸とｄ軸の間であるｑ軸方向に磁性体突極が存在することになり、このｑ軸方向の磁気抵抗が小さくなるように設計することで、突極比を大きく取りリラクタンストルクを大きくしている。
【００３１】
しかしながら、順突極特性のモータの場合、ｑ軸方向の磁気抵抗を増加させているため、磁性体突極はｄ軸方向に存在することになる。このため、順突極特性のモータにあっては、突極比は逆突極特性のモータの場合と逆になるので、ｄ軸方向の磁気抵抗を小さく設計することが突極比の向上につながり、リラクタンストルクを大きく取れることになる。
更に、順突極特性のモータの突極比を大きくするにあたっては、磁石磁束を確保しなければマグネットトルクの減少を招いてしまうので、磁石磁束を減少させることなく、ｄ軸方向の磁気抵抗を小さくする設計を行う必要がある。
【００３２】
図７から図９においては、いずれも回転子のｄ軸中心からｄ軸中心までを示している。図７（ａ）〜（ｃ）に示す、タイプ１〜タイプ３の回転子２８ａ〜２８ｃは、磁石磁束を大きく確保することを目的としているが、ｑ軸方向における磁気抵抗を増加させるために、鋼板からなる回転子コア２９のｑ軸方向に空気層３０を設けてｑ軸近辺のエアギャップを大きくしている（第３実施の形態参照）
更に、ｄ軸方向の磁気抵抗を減少させるために、永久磁石３１（３１Ｎ，３１Ｓ）をｄ軸中心で分割し、その中心部には磁石を配置していない。また、磁石自体は、幅は広いが厚さは薄い磁石を使用しているため、磁石厚さによる磁気抵抗は小さい。
タイプ１〜タイプ３の回転子２８ａ〜２８ｃによれば、磁石幅を大きくすることができるので、磁石磁束（Ｗｂ）を大きく確保することができる。
【００３３】
なお、一般的に、永久磁石の着磁方向の厚さは、磁石磁束を増やす効果は少なく磁束方向の面積が支配的であるが、保磁力の観点からは、永久磁石の厚さが重要である。つまり、順突極特性のモータの場合、弱め界磁方向での運転を極力避けることで永久磁石の減磁を回避できるので、磁石を薄くすることができる。
図８（ｄ）〜（ｆ）、図９（ｇ）に示す、タイプ４〜タイプ７の回転子２８ｄ〜２８ｇは、大きな突極比を得ることを目的としている。ｑ軸方向の磁気抵抗を増加させるために、ｑ軸近辺のエアギャップを大きくしている（第３実施の形態参照）ことはタイプ１〜タイプ３の回転子２８ａ〜２８ｃと同じであるが、永久磁石をｄ軸と平行な方向に配置することで、ｄ軸方向における磁気通路上の永久磁石の面積を減少させている。
【００３４】
更に、磁石磁束が通る通路とは別に、永久磁石を配置していないｄ軸磁路を設けている。これにより、ｄ軸方向の磁気抵抗を大幅に減少することができるので、突極比を大きくすることができる。なお、タイプ１〜３の回転子２８ａ〜２８ｃと同様に、永久磁石をｄ軸中心で分割し、その中心部に磁石を配置していないので、当該領域もｄ軸方向の磁気通路として利用することができる。
なお、タイプ４〜７の回転子２８ｄ〜２８ｇでは、磁石磁束を大きく確保することは困難であるが、タイプ４の回転子２８ｄに示したように、極力、表面付近に磁石を配置することで、磁石磁束を大きくとることができる。また、タイプ１〜タイプ３の回転子２８ａ〜２８ｃと同様に、弱め界磁運転を避けるように制御することで、薄い永久磁石を利用することができる。
【００３５】
タイプ８，９の回転子２８ｈ，２８ｉは、磁石磁束を大きく確保し、且つ、大きな突極比を得ることを目的としている。タイプ１〜タイプ３の回転子２８ａ〜２８ｃで述べた通り、永久磁石をｄ軸に垂直に配置して磁石面積を確保すると共に、タイプ４〜タイプ７の回転子２８ｄ〜２８ｇで述べた通り、永久磁石を配置しないｄ軸磁路を少なくとも１つ確保している。
図１０は、図７〜９の回転子の各種類型毎の突極比と磁束密度の関係をグラフで示す説明図である。図１０に示すように、回転子の各種類型に基づいて説明した通り、タイプ１の回転子２８ａでは、磁石磁束を大きく確保することができ、タイプ４の回転子２８ｄでは、突極比を大きく確保することができ、タイプ７の回転子２８ｇでは、突極比を大きく確保することができると共に磁石磁束も確保することができる。
【００３６】
図１１は、図７〜９の回転子の各種類型毎の突極比と固定子の歯数の関係をグラフで示す説明図である。図１１に示すように、例えば、タイプ７の回転子２８ｇの場合、１相１極辺りの固定子の歯数が０．５〜２の場合を見ると、毎極毎相の歯数を２にすると突極比が向上している。また、毎極毎相の歯数１〜２にかけての向上代が小さいこと、２以上の歯数を実現するのは生産が難しいことを考慮すると、歯数は２とすることが好ましいことが分かる。
以下、第４実施の形態に係る回転子において得られる効果を列挙する。
【００３７】
第１実施の形態若しくは第２実施の形態若しくは第３実施の形態に係る回転子において得られる効果に加えて、
７）ｄ軸中央で磁石を分割することにより、ｄ軸中心部に磁気抵抗の小さいｄ軸磁路を形成することができるので、突極比を上げることができる。
８）永久磁石を具備しないｄ軸磁路を設けることで、当該磁路の磁気抵抗を少なくして突極比を上げることができる。
９）永久磁石をｄ軸磁路に対して平行に配置することで、当該磁路の永久磁石による磁気抵抗を軽減して当該磁路の磁気抵抗を少なくし、突極比を高めることができる。
１０）永久磁石をｄ軸磁路に対して垂直に配置すると共に、磁石厚さを薄くすることにより、磁石幅を広くとることにより磁石磁束を大きく確保し、且つ、磁石厚さが薄いため、ｄ軸磁路の磁気抵抗を低くすることができ、突極比を高めることができる。
１１）毎極毎相の固定子歯数を２にすることで、突極比を高めることができる。
【００３８】
また、上記各実施の形態の変形例として、回転子コアに配置される永久磁石をコイルに置き換えても良い。
図１２は、回転子の変形例を示し、（ａ）は平面説明図、（ｂ）は磁束発生回路の説明図である。図１２に示すように、回転子３２は、例えば、平面視が十字状星型形状に形成された回転子コア２６に配置した永久磁石をコイル（界磁巻線）に置き換えている。つまり、回転子コア２６には、Ｎ極を構成する界磁巻線３３ａ，３３ｂと、Ｓ極を構成する永久磁石２７を有している（（ａ）参照）。Ｎ極を構成する界磁巻線３３ａ，３３ｂは、電源３４に接続されており、界磁巻線３３ａ，３３ｂに電流を流すことで磁束を形成する（（ｂ）参照）。
【００３９】
なお、回転子コアも、十字状星型形状に限るものではなく、真円形状（図１参照）等、他の形状でも良い。
このように、本発明に係る回転電機は、固定子コアに固定子巻線を巻き付けた固定子と、回転子コアに永久磁石を装着した回転子とを備える回転電機において、前記回転子コアに、永久磁石の磁束の方向に沿って回転子コアに比べ透磁率の低い低透磁率層を、永久磁石の磁束の方向と直交する方向に複数列設け、両前記低透磁率層の間のコア部に永久磁石を配置し、固定子巻線に通電する電流の位相を、永久磁石による磁束を増加させる方向にずらす制御を行う電流制御手段とを有している。
【００４０】
また、本発明において、前記低透磁率層を、永久磁石の磁束の方向と直交する方向に３列以上配置し、両前記低透磁率層に挟まれたコア部は、前記永久磁石が配置されたコア部と、前記永久磁石が配置されないコア部を有することが好ましい。
また、本発明において、前記低透磁率層の間のコア部に配置された永久磁石は、前記回転子の表面に配置されていることが好ましい。
また、本発明において、前記回転子の表面の永久磁石による磁束放出面と固定子とのエアギャップ距離より、磁束放出面以外と固定子とのエアギャップ距離の方が大きいことが好ましい。
【００４１】
また、本発明における回転電機は、固定子コアに固定子巻線を巻き付けた固定子と、回転子コアに永久磁石を装着した回転子とを備える回転電機において、前記回転子コアに、永久磁石の磁束の方向に沿って回転子コアに比べ透磁率の低い低透磁率層を設け、該低透磁率層内に、前記低透磁率層の設置方向と交差する方向に着磁された永久磁石を配置し、前記電流制御手段は、永久磁石による磁束を増加させる方向に位相をずらした電流を通電することを特徴としている。
また、本発明において、前記固定子巻線は、分布巻きであって１極に対して２以上の溝数を有する相を備えることが好ましい。
また、本発明において、前記低透磁率層は、空気層で形成されていることが好ましい。
また、本発明において、前記低透磁率層は、接着剤層で形成されていることが好ましい。
【００４２】
上述したように、本発明を、各種図面や各実施の形態に基づき説明してきたが、当業者であれば、上記開示内容に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。例えば、第１実施の形態から第４実施の形態の種々の組み合わせ、或いは永久磁石をコイルに置き換えた場合等も、本発明の範囲に含まれる。従って、これらの変形や修正は、本発明の範囲に含まれることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る永久磁石モータの固定子と回転子の説明図である。
【図２】図１の固定子巻線の相構成を示す説明図である。
【図３】図１の永久磁石モータにおける電流位相とトルクの関係をグラフで示す説明図である。
【図４】本発明の第２実施の形態に係る永久磁石モータの回転子の説明図である。
【図５】第２実施の形態の変形例に係る回転子の説明図である。
【図６】本発明の第３実施の形態に係る永久磁石モータの回転子の説明図である。
【図７】本発明の第４実施の形態に係る永久磁石モータの回転子の各種類型（その１）を示し、（ａ）はタイプ１の部分説明図、（ｂ）はタイプ２の部分説明図、（ｃ）はタイプ３の部分説明図である。
【図８】本発明の第４実施の形態に係る永久磁石モータの回転子の各種類型（その２）を示し、（ｄ）はタイプ４の部分説明図、（ｅ）はタイプ５の部分説明図、（ｆ）はタイプ６の部分説明図である。
【図９】本発明の第４実施の形態に係る永久磁石モータの回転子の各種類型（その３）を示し、（ｇ）はタイプ７の部分説明図、（ｈ）はタイプ８の部分説明図、（ｉ）はタイプ９の部分説明図である。
【図１０】図７〜９の回転子の各種類型毎の突極比と磁束密度の関係をグラフで示す説明図である。
【図１１】図７〜９の回転子の各種類型毎の突極比と固定子の歯数の関係をグラフで示す説明図である。
【図１２】回転子の変形例を示し、（ａ）は平面説明図、（ｂ）はである。
【符号の説明】
【００４４】
１０  永久磁石モータ
１１  固定子
１２，２０，２３，２５，２８ａ〜２８ｉ，２９，３２  回転子
１３  固定子コア
１３ａ，１３ａ１〜１３ａ１２  歯
１４  固定子巻線
１５，２６  回転子コア
１５ａ  回転子コア磁束通路
１６（Ｓ１〜Ｓ４），１６（Ｎ１〜Ｎ４），２１（Ｓ１〜Ｓ４），２１（Ｎ１〜Ｎ４），２４（Ｓ１〜Ｓ４），１６（Ｎ１〜Ｎ４），２７（Ｓ１〜Ｓ４），２７（Ｎ１〜Ｎ４），３１（Ｎ，Ｓ）  永久磁石
１７，２２  低透磁率層
１８  回転軸
１９  電流制御装置
３０  空気層
３３ａ，３３ｂ  界磁巻線
３４  電源
ａ，ａ１，ａ２  エアギャップ
【図１】
2008295138.tif 000003
【図２】
2008295138.tif 000004
【図３】
2008295138.tif 000005
【図４】
2008295138.tif 000006
【図５】
2008295138.tif 000007
【図６】
2008295138.tif 000008
【図７】
2008295138.tif 000009
【図８】
2008295138.tif 000010
【図９】
2008295138.tif 000011
【図１０】
2008295138.tif 000012
【図１１】
2008295138.tif 000013
【図１２】
2008295138.tif 000014