(57)【要約】【課題】  高トルク化、弱め磁束制御における高出力化、高調波損失低減による高効率化、低振動化等を可能とする回転電機を提供する。【解決手段】本発明の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、第１の空洞５と第２の空洞６を設けた回転子鉄心２からなる回転子１と、回転子の第１の空洞内に配置された第１の永久磁石３と第２の空洞内に配置された第２の永久磁石４とからなる。第１の永久磁石はＶ字状に配置し、第２の永久磁石は第１の永久磁石よりも外周側に配置され、２個の第１の永久磁石と２個の第２の永久磁石で永久磁石の磁極として１極を形成し、隣り合う異極の第１の永久磁石及び第２の永久磁石間にはリラクタンストルクを発生する磁極１１が回転子鉄心の一部により形成される。【選択図】      図１
2005328679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気異方性を有する回転子と、前記回転子に設けられた複数の第１の永久磁石及び複数の第２の永久磁石とを有し、前記第１の永久磁石の磁化方向と前記第２の永久磁石の磁化方向は異なり、前記第２の永久磁石は前記回転子の外周面にほぼ垂直に向かう方向に磁化され、前記第１の永久磁石が前記回転子の外周面と固定子の間の空隙内に形成する磁束の方向の磁気抵抗を高くするように構成されたことを特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項２】
前記第２の永久磁石は前記第１の永久磁石よりも前記回転子の外周側に配置されたことを特徴とする請求項１記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項３】
前記回転子は、前記第１の永久磁石を挿入する第１の空洞及び前記第２の永久磁石を挿入する第２の空洞を設けた鉄心を有することを特徴とする請求項１又は２記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項４】
前記第１の永久磁石及び前記第２の永久磁石により一つの磁極を構成すると共に、この磁極が前記回転子の外周部に周方向に間隔をおいて複数個設けられ、隣り合う前記磁極が互いに異極となるように構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項５】
隣り合う前記磁極の間には、リラクタンストルクを発生する磁極が前記回転子の鉄心の一部により形成されていることを特徴とする請求項４記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項６】
前記各磁極において、前記第１の永久磁石が、前記回転子の外周側に向けて開いたＶ字状を成すように配置されたことを特徴とする請求項４又は５記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項７】
前記第２の永久磁石は、前記回転子の外周面に近接して配置されたことを特徴とする請求項２記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項８】
前記第１の空洞と前記第２の空洞の間に第３の空洞が設けられたことを特徴とする請求項３記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項９】
前記第３の空洞内に突出する磁性の突起が設けられたことを特徴とする請求項８記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項１０】
前記第１の空洞における前記第３の空洞と反対側の端部に第４の空洞が設けられたことを特徴とする請求項８又は請求項９記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項１１】
前記第２の空洞における前記第３の空洞と反対側の端部に第５の空洞が設けられたことを特徴とする請求項１０記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項１２】
前記第１の永久磁石の磁化方向は、前記第１の永久磁石により形成されるＶ字の側面に対してほぼ垂直に向かう方向であることを特徴とする請求項６記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項１３】
前記第２の永久磁石は、その磁化方向が前記回転子の外周面にほぼ垂直に向かうように配置されたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項１４】
前記第２の永久磁石の中心部を前記回転子の径方向に通る中心軸が、前記第１の永久磁石が形成する磁束密度分布の中心から、電気角で−２０°〜−８０°の範囲内と２０°〜８０°の範囲内に位置するように前記第２の永久磁石が配置されたことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項１５】
前記第２の永久磁石の中心部を前記回転子の径方向に通る中心軸が、前記第１の永久磁石が形成する磁束密度分布の中心から、電気角で−４５°±１０°の範囲内と４５°±１０°の範囲内に位置するように前記第２の永久磁石が配置されたことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項１６】
前記第２の永久磁石の中心部を前記回転子の径方向に通る中心軸が、前記第１の永久磁石が形成する磁束密度分布の中心から、電気角で−５５°±１０°の範囲内と５５°±１０°の範囲内に位置するように前記第２の永久磁石が配置されたことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項１７】
前記磁性の突起の先端部が山型であることを特徴とする請求項９記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項１８】
前記磁性の突起が、前記第１の永久磁石の端部及び前記第２の永久磁石の端部に接触するか、前記各端部との間に隙間が形成されるように配置され、前記突起の先端部は、前記各端部の角部から湾曲すると共に前記各角部間をつなぐ半円状の凸形状であることを特徴とする請求項９又は１７記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項１９】
前記第５の空洞内に突出する磁性の突起が設けられたことを特徴とする請求項１１記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項２０】
前記突起を、前記回転子の鉄心におけるリラクタンストルクを発生する磁極から突出させたことを特徴とする請求項１９記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項２１】
前記第２の永久磁石における前記第１の永久磁石側の端部が接する前記回転子の鉄心の外周側の部分は、前記第２の永久磁石の側面に対面する前記回転子の鉄心の外周側の部分よりも厚くしてあることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか一項記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項２２】
Ｖ字状に配置された前記第１の永久磁石により挟み込まれるように前記回転子の鉄心に空洞が設けられたことを特徴とする請求項６記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項２３】
前記第２の空洞内には、前記第２の永久磁石の端部まで突出させた磁性の突起が設けられたことを特徴とする請求項３、８、９、１０、１１、１７、１８、１９、２０のいずれか一項記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【請求項２４】
前記各空洞内に非磁性材の部材が挿入されたことを特徴とする請求項３、８、９、１０、１１、１７、１８、１９、２０、２２のいずれか一項記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石式リラクタンス型回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、永久磁石モータとしては、回転子鉄心外周に永久磁石を貼り付けた表面磁石型永久磁石モータと、永久磁石を回転子内に埋め込んだ埋め込み型永久磁石モータとが知られており、可変速駆動用としては、埋め込み型永久磁石モータが適している。
【０００３】
図１２を用いて、埋め込み型永久磁石モータの回転子の構成を説明する。回転子１０１の外周部には、長方形の空洞１０２が等配で極数の数だけ設けてある。この回転子は４極であり、４個の空洞１０２を設けて永久磁石１０３を挿入してある。永久磁石１０３は、回転子１０１の径方向、または長方形状の断面の長い辺に垂直に磁化される。鉄心１０４は、空洞を打抜いた電磁鋼板を積層して形成してある（公知例としては非特許文献１参照）。
【０００４】
また、可変速特性に優れている高出力のモータとしては永久磁石式リラクタンス型回転電機が知られている。図１３は、永久磁石式リラクタンス型回転電機の回転子を示しており、これを用いて説明する。この回転子２０１では、回転子鉄心２０２にＶ字状に設けた空洞２０３内に永久磁石２０４が配置され、この永久磁石２０４による磁極と、リラクタンストルクを発生するための鉄心の磁極２０５とで構成されている。この永久磁石式リラクタンス型回転電機は、リラクタンストルクと、永久磁石及び電流の相互作用によるトルク(磁石トルク)との両方を利用するものである。
【０００５】
特に、リラクタンストルクは、磁石トルクと同等からそれ以上の大きさを得ることができる特徴がある。可変速駆動時において、中・低速回転時はリラクタンストルクと磁石トルクとで駆動し、高速時は主にリラクタンストルクで駆動できるので、高出力で広い可変速運転が可能となる（公知例としては特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開平１１−２７９１３号公報（第４頁）
【特許文献２】特開平１１−１３６９１２号公報
【非特許文献１】埋込磁石同期モータの設計と制御（オーム社）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した埋め込み型永久磁石モータでは、リラクタンストルクは磁石トルクよりも小さく、特に中・高回転速度域で適用する弱め磁束制御時では、その磁石トルクも小さくなるので、中・高速時に出力不足となる。
【０００７】
永久磁石式リラクタンス型回転電機においても、ハイブリッド自動車用駆動モータでは、車の駆動性能を向上させるために、さらなる小型・高トルク、高出力が要求されている。
【０００８】
また、弱め磁束制御時に電流により逆磁界の磁束を発生させる場合、永久磁石端部近傍の空隙面では永久磁石の磁束密度は急激に低下しているので、この領域では電流による磁束が多く残って分布する。これが回転機内に高調波磁束として分布して、電圧を増加させ、中・高速時の出力を低下させる。
【０００９】
さらに、前記の高調波磁束により鉄損が増加し、高調波磁束による電磁力で振動が発生する。これは前記の埋め込み型永久磁石モータでも同様に生じて問題となる。
【００１０】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、高トルク化と弱め磁束制御時の高出力化、損失低減による高効率化、低振動化等を図ることのできる永久磁石式リラクタンス型回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した目的を達成するために、本発明の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、磁気異方性を有する回転子と、前記回転子に設けられた複数の第１の永久磁石及び複数の第２の永久磁石とを有し、前記第１の永久磁石の磁化方向と前記第２の永久磁石の磁化方向は異なり、前記第２の永久磁石は前記回転子の外周面にほぼ垂直に向かう方向に磁化され、前記第１の永久磁石が前記回転子の外周面と固定子の間の空隙内に形成する磁束の方向の磁気抵抗を高くするように構成されたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、最大電流を第２の永久磁石の磁束密度が最大となる位相で流すようにすることで、第１の永久磁石の磁束密度が小さい位相においても大きなトルクを得ることができる。また、弱め磁束制御時に電流により発生する高調波磁束が、第２の永久磁石により発生する空隙磁束によって相殺されるため、高調波磁束による出力低下を防ぐことができると同時に、高調波磁束による鉄損、電磁力による振動・騒音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】
【００１３】
以下、本発明に係る永久磁石式リラクタンス型回転電機の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態の回転電機は８極の場合で説明しているが、他の極数であってもよい。
【００１４】
図１は本発明の第１の実施形態の回転電機の断面図である。本実施形態の回転子１は、回転子鉄心２と、この回転子鉄心２の外周部の８箇所においてそれぞれＶ字状に配置された二つの第１の永久磁石３、３及び二つの第２の永久磁石４、４とから構成される。なお、回転子１の周囲には固定子（図示せず）が配置され、回転子１の外周面との間に空隙を形成している。
【００１５】
第１の永久磁石３、３は、回転子鉄心２の外周部の８箇所において、回転子鉄心２の外周面に向けて開いたＶ字状を成すように設けられた二つの第１の空洞５、５内に配置されている。また、第２の永久磁石４、４は、第１の空洞５、５の外周側端部の近傍に形成された第２の空洞６、６内に配置されている。なお、第２の永久磁石４、４は、第１の永久磁石３、３よりも回転子１の外周側に配置され、かつ回転子１の外周面に近接している。
【００１６】
第１の永久磁石３の磁化方向は、図２に示すように、Ｖ字の側面に垂直な方向（長方形状の断面の長い辺に対して垂直）とし、Ｖ字状に配置した二つの第１の永久磁石３、３は、それらの間に同じ極を形成する。第１の永久磁石３に連なる第２の永久磁石４も同極とする。
【００１７】
第１の永久磁石３、３をＶ字状に配置したことで、Ｖ字の中心軸に向かって第１の永久磁石３、３の磁束を集中して磁束密度を高くすることができる。また、第１の永久磁石３の端部及び回転子鉄心２を介して漏れる磁束はＶ字の外周側端部と内周側端部のみの狭い領域となるため、漏れ磁束を少なくすることができる。また、Ｖ字状に配置することにより、直線状の一個の磁石で１極を形成する場合と比べ、回転子鉄心断面積に対する磁石断面積を大きくすることができる。さらに、回転子鉄心２におけるＶ字状の永久磁石３、３に挟まれる部分を広くすることができるため、Ｖ字に沿って回転子鉄心２の磁気飽和が緩和されて多くの電機子巻線による磁束を流すことができる。
【００１８】
第１の永久磁石の磁化方向をＶ字の側面に垂直な方向としたことで、第１の永久磁石３、３の磁束はＶ字の中心軸を中心として起磁力を高めて、回転子鉄心２におけるＶ字で挟まれた部分の空隙中に磁束を分布させることができる。これにより、リラクタンストルクを発生させると同時に電流と永久磁石の鎖交磁束によるトルクも発生させることができる。
【００１９】
なお、第２の永久磁石４を第１の永久磁石３よりも回転子１の外周側に配置しているのは、第１の永久磁石３が形成する磁気回路において、第２の永久磁石が磁気抵抗にならないようにするためである。すなわち、回転子鉄心２における第１の永久磁石３の磁化方向の部分に第２の永久磁石を配置しないようにするためで、第１の永久磁石３の磁化方向と略直角方向に配置することになるので、第１の永久磁石３の端部側に配置する。第１の永久磁石３の端部は回転子１の内周側と外周側にあるが、空隙に近い外周側に第２の永久磁石４を配置することで、第２の永久磁石４の鎖交磁束を得る。
【００２０】
また、第２の永久磁石４を回転子１の外周部に近接して配置することで、第２の永久磁石４の磁化面がほぼ空隙に対向するので、回転子鉄心２内での第２の永久磁石４の漏れ磁束を少なくすることができる。
【００２１】
そして、Ｖ字状に配置した二つの第１の永久磁石３、３及びそれに連なる二つの第２の永久磁石４、４からなる組が形成する磁極は、隣り合う組と異極を形成するよう配置する。例えば、一組のＶ字状に配置した第１の永久磁石３、３がＮ極を形成すると、その隣のＶ字状に配置した第１の永久磁石３、３の組はＳ極を形成する。
【００２２】
図３は図２の要部拡大図である。同図に示すように、第１の永久磁石３が挿入される第１の空洞５における外周側端部と、第２の永久磁石４が挿入される第２の空洞６との間には第３の空洞７が形成されている。
【００２３】
第１の空洞５と第２の空洞６と第３の空洞７は連続するように形成されている。そして、第１の空洞５と第２の空洞６の間に挟まれた第３の空洞７内には磁性の突起１２が設けられている。ここでは、磁性の突起１２は、第１の永久磁石３の外周側端部の角と第２の永久磁石４の第３の空洞７側の端部の角に接している。
【００２４】
突起１２は、第１の永久磁石３の前記端部の一辺と第２の永久磁石４の前記端部の一辺に接し、その接する面(辺)の範囲は第１及び第２の永久磁石３、４の位置決めが可能な最低長さとする。そして、磁性の突起１２の先端部分は第１及び第２の永久磁石３、４に接する面の終点から半円を描く形状としてある。
【００２５】
突起１２は先端が半円状なので突起１２の先端部と対向するｄ軸バイパス磁路の鉄心面が最短距離になり、この部分に減磁界も集中する。したがって、第１の永久磁石３の端部と第２の永久磁石４の端部に生じる局所的に大きな減磁界を緩和することができる。
【００２６】
なお、突起１２の先端形状は半円状に限られるものではなく、山型の形状であれば同様の効果を得ることができる。また、突起１２は第１の永久磁石３の位置決めを行うと共に第１の永久磁石３の遠心力の一部を受ける作用もある。
【００２７】
第３の空洞７に面して第２の永久磁石４の外周側端部近傍にある鉄心部１６は、第２の永久磁石４の外側面に対面する回転子鉄心２の外周側の部分の径方向厚みよりもよりも厚くしてある。
【００２８】
この鉄心部１６は、第２の永久磁石４における第１の永久磁石３側の端部に接して第２の永久磁石４を位置決めすることができる。同時に鉄心部１６はｄ軸バイパス磁路となるのでｄ軸方向に流れる磁束が増加する。さらに、鉄心部１６におけるｄ軸バイパス磁路方向の磁気抵抗は小さくなるので、トルクリプルが低減される。
【００２９】
第１の永久磁石３の内周側端部には第４の空洞８を設けてあり、第１の空洞５と第４の空洞８は連続して形成されている。そして、第１の永久磁石３の端部と第４の空洞８の間の一部に回転子鉄心２と一体になった突起１３を設けて第１の永久磁石３を位置決めしている。
【００３０】
第４の空洞８は、内周側断面が曲率の大きな曲線で囲まれた形状で、これらの第４の空洞８、８間には鉄心のブリッジ１５が形成されている。この曲率の大きな曲線で形成される鉄心のブリッジ１５は、曲線部分で応力集中を緩和するので、第１の永久磁石３と回転子鉄心２の遠心力に耐えることができる。
【００３１】
また、第４の空洞８はｑ軸の磁気抵抗を大きくする。第２の永久磁石４の磁化方向は、第２の永久磁石４の径方向断面の中心軸（第２の永久磁石４の中心部を回転子１の径方向に通る）方向を磁化方向としており、図２にその磁化方向を示す。
【００３２】
また、図３に示すように、第１の永久磁石３、３が成すＶ字の中心軸から機械角でα＝-１１°と１１°(電気角は−４５°と４５°なので、機械角では、±４５°÷（８／２）＝±１１°）の位置を中心軸として２個の第２の永久磁石４を配置してある。
【００３３】
第２の永久磁石４における第３の空洞７と反対側の端部には第５の空洞９を設けてある。そして、この第５の空洞９内では、磁性の突起１４が、リラクタンストルクを発生する鉄心の磁極１１から突出している。
【００３４】
第５の空洞９で形成される空隙面のブリッジ状鉄心曲線部は、第２の永久磁石４とＶ字状の第１の永久磁石３に挟まれた鉄心による遠心力の一部を受けており、曲線にすることによる応力を緩和している。同時に磁路断面も細くなり漏れ磁束も抑制することができる。
【００３５】
突起１４は第２の永久磁石４の位置決めとなり、突起１４の内周側にできる円状の空洞部は第２の永久磁石４の角部に配置できるので、この円状空洞部による第２の永久磁石４の磁力の低下を少なくでき、また、第２の永久磁石４にかかる減磁界も小さくできる。
【００３６】
また、Ｖ字状に配置した第１の永久磁石３、３が挟み込む鉄心間に第６の空洞１０を設けてある。この第６の空洞１０は鉄心の強度及び加工上許す限り回転子２の外周側に位置させる。このような第６の空洞１０を設けたことで、ｑ軸の磁気抵抗が増加するのでリラクタンストルクが増加する。また、第６の空洞１０により回転子２の外周面のｑ軸部分に磁気的障壁ができるので、回転子２の表面に漏れる磁束を低減でき、同時にｄ軸バイパス磁路にｄ軸磁束を集めることができる。
【００３７】
上述したように、永久磁石としての磁極は、２個の第１の永久磁石３、３と２個の第２の永久磁石４、４により１極を形成する。そして、第１の永久磁石３、３及び第２の永久磁石４、４を１組として、隣合う組の磁極は異極となるように構成される。隣合う永久磁石の極の間には、磁気吸引力によりリラクタンストルクを発生する磁極１１が鉄心の一部で形成されている。このリラクタンストルクを生じる鉄心の磁極１１が８個あり、放射状に磁気的に結合された形状となっている。
【００３８】
なお、固定子には、分布巻、または集中巻の電機子巻線が適用できる。
【００３９】
このように構成された本実施の形態の作用について説明する。
【００４０】
はじめにリラクタンストルクに関する作用について述べる。回転子１の一つの磁極１１と隣り合う磁極１１は鉄心２で磁気的に結合されているので磁気抵抗が小さくなる。図２に示すように、この方向をｄ軸とする。さらに第１の永久磁石３の外周側に沿ってｄ軸と並列にｄ軸バイパス磁路が形成される。
【００４１】
一方、Ｖ字状に配置された二つの第１の永久磁石３、３の中心軸はｑ軸方向となる。このｑ軸方向は、第１の空洞５、第２の空洞６、第３の空洞７、第４の空洞８、第５の空洞９、第６の空洞１０が設けられているため磁束が遮られ、磁気抵抗は高くなる。この磁気抵抗の差により磁気吸引力の差が生じて大きなリラクタンストルクを発生する。
【００４２】
次に永久磁石の磁束と電流の磁気的相互作用で生じるトルクについて述べる。図４は従来の一般的な永久磁石モータにおける永久磁石の空隙磁束密度分布と電流の関係を示したものである。磁束密度分布はほぼ正弦波状に分布し、最大トルクを得るために磁束密度が最大値の位置で電流が最大値になる位相である９０°で通電される。永久磁石と電流によるトルク(磁石トルク)と、補助的なリラクタンストルクとを有する埋め込み型永久磁石モータは、一般的には、電流位相が１１０°〜１３５°程度で駆動される。
【００４３】
図５は、従来の永久磁石モータ、及び埋め込み型永久磁石モータにおいて、電流位相が１３５°で電流を通電したときの空隙磁束密度と電流の関係を示している。電流値が最大となる１３５°では磁束密度は減少しており、永久磁石の磁束と電流によるトルクは小さくなる。
【００４４】
また、図１３に示す従来の永久磁石式リラクタンス型回転電機においては、回転子２０１に第１の永久磁石２０４のみをＶ字状に配置しており、Ｖ字の中心軸(ｑ軸)近傍に多くの磁束が分布する。第１の永久磁石２０４の端部から鉄心の磁極間は永久磁石の磁束は急激に減少する。この場合も、電流値が最大となる１３５°では磁束密度は減少して永久磁石の磁束と電流による磁石トルクは小さくなる。
【００４５】
本実施形態では、第２の永久磁石４の径方向の中心軸が、第１の永久磁石３のＶ字の中心軸から機械角でα＝−１１°と１１°に位置しているので電気角では４５°と１３５°の位置に配置されていることになる。
【００４６】
図６は本実施形態における空隙磁束密度と電流の関係を示している。尚、第２の永久磁石４の磁束密度分布は近似的に正弦波分布で模式的に表している。第２の永久磁石４の磁束は４５°と１３５°を最大値として分布する。電流は１３５°で最大値になる位相で制御すると、第２の永久磁石４の磁束が最大の領域において電流は最大値で流れるため大きなトルクが発生する。
【００４７】
したがって、第１の永久磁石３の磁束量が少なくなる１３５°の位相で最大電流を流す駆動を行っても磁石トルクを有効に利用できる。そして、リラクタンストルクもこのときほぼ最大であり、総合トルクは従来よりも大きくなる。
【００４８】
なお、このような効果を得るためには、第２の永久磁石４、４の中心軸が、第１の永久磁石３、３のＶ字の中心軸から、電気角で−２０°〜−８０°の範囲内と２０°〜８０°の範囲内、特に、−４５°±１０°の範囲内と４５°±１０°の範囲内に位置するように第２の永久磁石４、４を配置するのがよい。
【００４９】
弱め磁束制御では、図２に示すように、永久磁石３の磁束ψpmと逆方向の磁束ψiqを電流により発生させて、永久磁石の磁束ψpmを相殺させる。総和としては磁束量を減少させている。Ｖ字状に配置された第１の永久磁石３、３で挟まれる領域の空隙面では、第１の永久磁石３の磁束と電流の磁束が相殺されて磁束を大幅に減少でき、磁束の総和として０にすることもできる。
【００５０】
しかし、上述した弱め磁束による電流により弱め磁束制御を行った場合、合成磁束の総和は０にしても、図７に示すようにＶ字状に配置された第１の永久磁石３、３で挟まれた領域以外では電流による磁束ψiqhが残る。本発明では、図８に示すように、弱め磁束制御の電流により生じて残った磁束ψiqhは、第２の永久磁石４が空隙中に生じる磁束により相殺されて合成の磁束密度ψΣは小さくなる。
【００５１】
以上により、本発明の回転電機では総合トルクは増加し、弱め磁束時の合成磁束密度分布は全領域で低減することができる。
【００５２】
さらに、第２の永久磁石４の径方向中心軸が、第１の永久磁石３のＶ字の中心軸から機械角でα＝-１３。７５°と１３．７５°（電気角５５°÷（８／２）＝１３．７５°）になる位置になるように第２の永久磁石４を配置すると、図９に示すように、第２の永久磁石４の磁束密度の高い部分は、電気角で３５°（９０°−５５°＝３５°）と１４５°（９０°＋５５°＝１４５°）の位置に配置され、合成の磁束密度は全領域で大幅に低減され、ほぼ０になる。
【００５３】
これにより、主に第１の永久磁石３により発生する基本波磁束ψpmは弱め磁束電流により減少させ、弱め磁束時に残る高調波磁束ψiqhは第２の永久磁石４により低減できる。
【００５４】
したがって、弱め磁束制御時に電流による高調波磁束が低減でき、効果的に高調波を含む総磁束量を減少させることができる。同時に高調波による鉄損、電磁力による振動・騒音を低減できる。
【００５５】
このような効果を得るためには、第２の永久磁石４、４の中心軸が、第１の永久磁石３、３のＶ字の中心軸から、電気角で−５５°±１０°の範囲内と５５°±１０°の範囲内に位置するように第２の永久磁石４、４を配置するのがよい。
【００５６】
なお、各空洞の空いているスペースには非磁性材の部材を挿入することができる。例えば、非磁性材として導電性のある銅を挿入することにより高調波磁束を低減できる。また、回転子２の回転バランスをとるときは、空洞のスペースに非磁性材の重りを挿入して回転バランスをとるようにしてもよい。
【００５７】
次に、本発明に係る永久磁石式リラクタンス型回転電機の第２の実施形態を図１０を用いて説明する。なお第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５８】
本実施形態では、回転子１の各極において、第１の永久磁石３、３が回転子鉄心２の第１の空洞５、５内にＶ字状に配置され、第２の永久磁石４、４は、第１の永久磁石３、３の端面に接するようにして回転子鉄心２内で空隙の広い面に対向するように配置される。
【００５９】
第１の永久磁石３、３の磁化方向はＶ字の両側面に垂直な方向（長方形断面の長い辺に対して垂直）とし、Ｖ字状に配置した２つの第１の永久磁石３、３は、それらの間に同じ極を形成する。そして、隣合うＶ字状に配置した第１の永久磁石３、３の組とは異極を形成するよう配置する。例えば、Ｖ字状に配置した第１の永久磁石３、３がＶ字間にＮ極を形成すると、隣のＶ字状に配置した第１の永久磁石３の組はＳ極を形成する。
【００６０】
第２の永久磁石４、４の磁化方向は空隙の広い面を向いており、Ｖ字状の第１の永久磁石３、３に連なる第２の永久磁石４、４を一組として同じ極を形成する。そして、隣合うＶ字状の第１の永久磁石３、３につながる第２の永久磁石４、４とは互いに異なる極にする。
【００６１】
本実施形態の基本的な作用は第１の実施形態と同様である。本実施形態の場合では、第１の永久磁石３と第２の永久磁石４の間に空洞が無いので、第１の実施形態の回転子と同じ断面積の場合には、永久磁石の磁束量を第１の実施形態よりも多くすることができる。したがって、永久磁石と電流による磁石トルクを増加させることができる。
【００６２】
次に、本発明に係る永久磁石式リラクタンス型回転電機の第３の実施形態を図１１を用いて説明する。なお第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６３】
本実施形態では、第３の空洞７の一部に磁性の突起１７を設けて第２の永久磁石４の端部まで突出させてある。突起１７と第２の永久磁石４の端部との間は空間ができる形状としてある。第２の永久磁石４の端部側面に突起１７を接触させるので、突起１７と鉄心間に磁界が集中して、電流の磁界による第２の永久磁石４の減磁を緩和できる。
【００６４】
なお、本発明の構成は上述した各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上記の各実施形態に種々の改変を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施形態の回転子の断面図。
【図２】実施形態の永久磁石の磁束と電流による磁束の流れを示す図。
【図３】図１の要部の拡大図。
【図４】従来の永久磁石回転電機における空隙磁束密度分布と電流の関係(相差角９０°の位相で最大電流を通電)を示す図
【図５】従来の永久磁石回転電機における空隙磁束密度分布と電流の関係(相差角１３５°の位相で最大電流を通電)を示す図。
【図６】実施形態における空隙磁束密度分布と電流の関係(相差角１３５°の位相で最大電流を通電)を示す図。
【図７】実施形態における弱め磁束時の空隙磁束密度分布（第１の永久磁石の磁束と電流による弱め磁束）を示す図。
【図８】実施形態における空隙磁束密度分布（第２の永久磁石を４５°と１３５°(第１の永久磁石の空隙磁束密度分布の中心軸から−４５°と４５°)の位置に配置したときの磁束密度分布）を示す図。
【図９】実施形態における空隙磁束密度分布（第２の永久磁石を３５°と１４５°(第１の永久磁石の空隙磁束密度分布の中心軸から−５５°と５５°)の位置に配置したときの磁束密度分布）を示す図。
【図１０】本発明の第２の実施形態の回転子の断面図。
【図１１】本発明の第３の実施形態の回転子の要部拡大図。
【図１２】従来の埋め込み型永久磁石回転電機の回転子の断面図。
【図１３】従来の永久磁石式リラクタンス型回転電機の回転子の断面図。
【符号の説明】
【００６６】
１  回転子
２  回転子鉄心
３  第１の永久磁石
４  第２の永久磁石
５  第１の空洞
６  第２の空洞
７  第３の空洞
８  第４の空洞
９  第５の空洞
１０  第６の空洞
１１  鉄心の磁極(リラクタンストルクを発生する磁極)
１２  第３の空洞にある突起
１３  第４の空洞にある突起
１４  第５の空洞にある突起
１５  内周側鉄心ブリッジ
１６  鉄心Ａ部
１７  第３の空洞にある突起
【図１】
2005328679.tif 000003
【図２】
2005328679.tif 000004
【図３】
2005328679.tif 000005
【図４】
2005328679.tif 000006
【図５】
2005328679.tif 000007
【図６】
2005328679.tif 000008
【図７】
2005328679.tif 000009
【図８】
2005328679.tif 000010
【図９】
2005328679.tif 000011
【図１０】
2005328679.tif 000012
【図１１】
2005328679.tif 000013
【図１２】
2005328679.tif 000014
【図１３】
2005328679.tif 000015