(57)【要約】【課題】  信頼性の向上とコストの削減を図りつつ回転数に対応したギャップ磁束量の適正化を実現して低速回転時のトルク低下防止と高速回転時の損失抑制とを共に達成する。【解決手段】  回転子３０は円筒形を有する本体３１の内部に埋め込まれた複数の永久磁石３３〜３６と、前記永久磁石の間に形成された磁束バリア空間部３７〜４０とを有し、前記磁束バリア空間部は前記本体の中心部から外周側にかけて略放射状に延びる断面形状に形成され且つ少なくともその磁束バリア空間部の一部を満たす量の磁性流体５３を充填する。低回転時にはギャップ磁束量を大きくしてトルクの増大を図り、中・高速回転時にはギャップ磁束量を小さくして損失抑制を図ることができる。磁性流体を用いているため、部品の固着問題が起こり得なず、信頼性の向上とコストの削減を図りつつ回転数に対応したギャップ磁束量の適正化を実現できる。【選択図】  図１
2005261119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形を有する本体の内部に埋め込まれた複数の永久磁石と、前記永久磁石の間に形成された磁束バリア空間部とを有し、
前記磁束バリア空間部は、前記本体の中心部から外周側にかけて略放射状に延びる断面形状に形成されたものであり、且つ、少なくとも、その磁束バリア空間部の一部を満たす量の磁性流体を充填したことを特徴とする回転子。
【請求項２】
前記磁束バリア空間部は、磁極間の磁束経路上に位置するものであって、該磁束経路のうち前記本体の外周側近くを通る磁束の通路部となる第一の空間部と、該磁束経路のうち前記本体の内周側近くを通る磁束の通路部となる第二の空間部とからなり、前記磁性流体の充填量は、少なくとも、該第二の空間部を満たすことができる量であることを特徴とする請求項１記載の回転子。
【請求項３】
前記磁性流体は、軟磁性と流動性及び質量を持つ流体又は粉体であることを特徴とする請求項１又は請求項２いずれかに記載の回転子。
【請求項４】
前記第二の空間部と前記本体の半径方向とを非平行としたことを特徴とする請求項２記載の回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子、詳しくは、埋込磁石構造同期モータ（ＩＰＭ：Interior Permanent Magnet）の回転子に係り、特に希土類磁石などのきわめて強い磁力を発生する永久磁石を埋め込んだ回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
埋込磁石構造同期モータは、埋込磁石の磁束に加えて、固定子巻線に流れる電流が磁束を誘起するため、磁石トルクの他にもリラクタンストルクが作用し、これにより、小型のモータで大きなトルクと高い効率が得られることから、たとえば、空調機や冷蔵庫のコンプレッサまたは電気車の動力源などに用いて好適である。
【０００３】
図６（ａ）は、ＩＰＭの回転子構造図である。この図において、回転子１は、円筒状の本体２と、この本体２の軸心に固定され且つ本体２の両端から突出する回転軸３とを有し、本体２の内部に、たとえば、４枚の永久磁石４〜７を埋設している。
【０００４】
永久磁石４〜７は、たとえば、希土類磁石などの強力磁石であり、ほぼ本体２の軸長Ｌと同等の長さを持つ板状の磁石が用いられる。永久磁石４〜７の磁極（Ｎ極とＳ極）は板の両面であり、各々の磁石の磁束は隣り合う極の磁石に向かうようになっている。
【０００５】
図６（ｂ）は、磁束の経路図である。それぞれの永久磁石４〜７の磁極の向きを図示のとおりとすると、図面上側の永久磁石４から本体２の外表面の方向に出た磁束８は、磁束８ａと磁束８ｂの二手に分かれ、それぞれ不図示の固定子を通った後、隣り合う極の永久磁石（図面右側の永久磁石５と図面左側の永久磁石７）に向かう。同様に、図面下側の永久磁石６から本体２の外表面の方向に出た磁束９も、磁束９ａと磁束９ｂの二手に分かれ、それぞれ不図示の固定子を通った後、隣り合う極の永久磁石（図面右側の永久磁石５と図面左側の永久磁石７）に向かう。
【０００６】
これらの磁束の経路は、回転子１の本体２の外部に設けられた固定子に向かうもの（磁石の利用率を表すものであり、ギャップ磁束ともいう）であるが、本体２の内部（回転子コア内部）においても磁束の経路が存在する。すなわち、図面右側の永久磁石５から回転軸３の方向に出た磁束は、磁束１０ａと磁束１０ｂの二手に分かれ、それぞれ隣り合う極の永久磁石（図面上側の永久磁石４と図面下側の永久磁石６）に向かい、同様に、図面左側の永久磁石７から回転軸３の方向に出た磁束は、磁束１１ａと磁束１１ｂの二手に分かれ、それぞれ隣り合う極の永久磁石（図面上側の永久磁石４と図面下側の永久磁石６）に向かう。
【０００７】
ここで、永久磁石の磁束収支（出た磁束の量と入った磁束の量）は等しいから、全ての永久磁石４〜７の特性を均一とすれば、「磁束８＝磁束１０ａ＋磁束１１ａ」、「磁束９＝磁束１０ｂ＋磁束１１ｂ」になるはずである。しかし、本体２の表面付近における漏れ磁束（図中の破線矢印で示す磁束１２〜１５）の存在により、実際には、「磁束８＋磁束１２＋磁束１５＝磁束１０ａ＋磁束１１ａ」、「磁束９＋磁束１３＋磁束１４＝磁束１０ｂ＋磁束１１ｂ」となり、結局、ギャップ磁束（磁束８、９）が上記の漏れ磁束１２〜１５の分だけ減少して磁石の利用率の低下、したがって、モータのトルクが低下する。
【０００８】
そこで、磁極間に磁束バリア空間部（後述）を設け、その磁束バリア空間部内に存在する媒体（空気）の低い透磁率を利用して、上記の漏れ磁束１２〜１５をできるだけ少なくする対策が行われている。
【０００９】
しかしながら、かかる対策は、上記の漏れ磁束１２〜１５をできるだけ少なくしてギャップ磁束分（磁束８、９）を増大させることにより、トルクの低下を最小限とすることができる点で有益であるが、モータの回転数上昇に伴い、固定子側巻線には有効磁束とモータ回転数に比例する誘起電圧が発生し、運転可能な回転範囲の制限や、モータ端子電圧を抑制するための電流の増大などを招くという不利な点がある。特に、高速回転においては誘起電圧が大きくなり、モータ端子電圧を抑制するための電流による損失が増大すると共に、運転可能な回転数も低くなるため、誘起電圧の問題は避けられないものとなっている。
【００１０】
そこで、磁極間に設けた磁束バリア空間部を、モータ高回転時に磁性体で機械的に閉鎖するようにしたものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【００１１】
図６（ｃ）は、従来技術の構造図である。この図において、本体２の内部には、軸心から本体２の外周面方向に延びる４個の磁束バリア空間部１６〜１９が放射状に形成されている。それぞれの磁束バリア空間部１６〜１９は、隣り合う極の永久磁石４〜７の間に位置する。磁束バリア空間部１６〜１９の内部には、磁束短絡鉄片２０〜２３が入れられており、これらの磁束短絡鉄片２０〜２３は通常はスプリング２４〜２７の力によって本体２の軸心方向に引っ張られているが、本体２の回転速度が増加して遠心力がスプリング２４〜２７の力を上回った場合には、磁束バリア空間部１６〜１９の内部を本体２の外周面方向に移動し、この磁束短絡鉄片２０〜２３を介して、上記の漏れ磁束１２〜１５を積極的に生じさせるようになっている。
【００１２】
図７（ａ）、（ｂ）は、従来技術の作用説明図である。この従来技術によれば、（ａ）モータ低回転時には、隣り合う極の永久磁石の間に設けられた磁束バリア空間部１６〜１９内の媒体（空気）の低い透磁率により、上記の漏れ磁束１２〜１５を少なくしてギャップ磁束（磁束８、９）の量を増大し、トルク低下の要因を取り除くことができる一方、（ｂ）モータ高回転時には、磁束短絡鉄片２０〜２３によって磁束バリア空間部１６〜１９を閉鎖し、この磁束短絡鉄片２０〜２３の高い透磁率によって上記の漏れ磁束１２〜１５を積極的に生じさせるようにしてギャップ磁束（磁束８、９）の量を少なくし、損失の抑制を図ることができる。
【００１３】
【特許文献１】特開平１１−２７５７８８号公報（〔００１４〕−〔００１５〕、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記の従来技術にあっては、隣り合う極の永久磁石４〜７の間に設けた磁束バリア空間部１６〜１９を、モータ高回転時に磁性体（磁束短絡鉄片２０〜２３）で“機械的”に閉鎖するようにする仕組みになっているため、コストや信頼性に劣るという問題点がある。
【００１５】
図７（ｃ）、（ｄ）は、従来技術の課題説明図である。（ｃ）に示すように、磁束バリア空間部１６〜１９は、本体２の軸方向に沿った所定の長さ（本体２の軸長Ｌよりも若干短い長さ）を有する開口であり、磁束短絡鉄片２０〜２３は、この磁束バリア空間部１６〜１９に挿入された板状の形状を有している。理想的には、この磁束短絡鉄片２０〜２３は、（ｃ）の白抜き矢印２８で示すように、スプリング２４〜２７の付勢力と回転子１の回転に伴う遠心力とのバランスにより、磁束バリア空間部１６〜１９の内部をスムーズに、しかも、均衡状態で移動しなければならないところ、（ｄ）に示すような不均衡な移動を生じた場合、磁束短絡鉄片２０〜２３に傾きが発生し、磁束短絡鉄片２０〜２３の端部と磁束バリア空間部１６〜１９の内壁面とが固着する可能性がある。このような固着状態に陥ってしまった場合、もはや、上述の作用効果（図７（ｃ）、（ｄ））は望めないので、信頼性の点で問題がある。また、磁束短絡鉄片２０〜２３やスプリング２４〜２７といった個別部品を必要とするため、それらの部品の製造及び組み付けのコストがかさむという問題もある。
【００１６】
したがって、本発明の目的は、信頼性の向上とコストの削減を図りつつ、回転数に対応したギャップ磁束量の適正化を実現して、低速回転時のトルク低下防止、高速回転時の損失抑制、運転可能な回転範囲の拡大を共に達成することができる回転子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る回転子は、円筒形を有する本体の内部に埋め込まれた複数の永久磁石と、前記永久磁石の間に形成された磁束バリア空間部とを有し、前記磁束バリア空間部は、前記本体の中心部から外周側にかけて略放射状に延びる断面形状に形成されたものであり、且つ、少なくとも、その磁束バリア空間部の一部を満たす量の磁性流体を充填したことを特徴とする。
好ましくは、前記磁性流体は、軟磁性（磁石を近づけると磁化し遠ざけると消磁する性質）と流動性及び質量を持つ流体又は粉体であることを特徴とする。
この発明では、回転子の回転速度が低い（低速回転）ときには、磁束バリア空間部に充填された磁性流体に働く遠心力が小さく、且つ、永久磁石からの内部磁束（図１（ｂ）の深内部磁束４５〜４８参照）によって磁化して引きつけられるため、ほとんどの磁性流体は、磁束バリア空間部の中心部に留め置かれる。したがって、磁束バリア空間部の外周側付近は、磁性流体が存在しない空気（低い透磁率）だけとなり、その低い透磁率によって、当該外周側近くを通る磁束（図１（ｂ）の浅内部磁束４９〜５２参照）が減少し、ギャップ磁束量の増大が図られる。
一方、回転子の回転速度が高い（高速回転）ときには、磁束バリア空間部に充填された磁性流体に働く遠心力が大きくなり、この遠心力が永久磁石からの内部磁束（深内部磁束）の引き付け力を上回ると、磁性流体は遠心力により磁束バリア空間部の中心部から外周側へと移動する。したがって、磁束バリア空間部の外周側付近は、上記の低速回転時とは逆に磁性流体で満たされることとなり、その磁性流体の高い透磁率によって、当該外周側近くを通る磁束（浅内部磁束）が増加し、ギャップ磁束量の減少が図られる。
なお、回転子の回転速度が中程度に高い（中速回転）ときにも、磁性流体が磁束バリア空間部の中心部から外周側へと移動するが、その移動量は上記の高速回転時の移動量よりも少ないため、この中速回転時には、上記の高速回転時よりも少ないものの、やはり、浅内部磁束の増加とギャップ磁束量の減少が図られる。
このように、本発明は、高速回転運転から再び低速回転運転になった時には、磁束バリア空間部の磁束密度分布が最狭部で最も高くなるという特質を利用して、磁束バリア空間部の外周側にあった磁性流体を内周側（本体の中心部）に引き戻すことにより、再びギャップ磁束を最大とするものである。つまり、磁束バリア空間部における磁束密度は、通過する空間の間隔（幅）が狭いほど高く（密に）なるため、磁束バリア空間部の内周側を通過する磁束密度は外周側に比べて高くなっているが、磁性流体（の質量）に加わる遠心力が小さくなると、磁束バリア空間の内周側の磁束密度に引かれる形で外周側にある磁性流体が内周側空間に留まるので、高速回転から再び低速回転に移行した際にも、本発明の効果は失われない。
好ましくは、前記磁束バリア空間部は、磁極間の磁束経路上に位置するものであって、該磁束経路のうち前記本体の外周側近くを通る磁束（浅内部磁束）の通路部となる第一の空間部（たとえば、図１（ｃ）の扇状磁束バリア空間部３７ｂ参照）と、該磁束経路のうち前記本体の中心部近くを通る磁束（深内部磁束）の通路部となる第二の空間部（たとえば、図１（ｃ）の長手状磁束バリア空間部３７ａ参照）とからなり、前記磁性流体の充填量は、少なくとも、該第二の空間部を満たすことができる量であることを特徴とする。
このようにすると、前記浅内部磁束は前記第一の空間部を通り、前記深内部磁束は前記第二の空間部を通るので、第一の空間部から第二の空間部への磁性流体の移動及びその移動量に対応して浅内部磁束の量が加減され、ギャップ磁束量の回転速度可変特性が得られる。
また、好ましくは、前記第二の空間部と前記本体の半径方向とを非平行としたことを特徴とする
このようにすると、前記非平行の程度を大きくしたり小さくしたりすることにより、第二の空間部に充填された磁性流体の第一の空間部への移動に必要な遠心力の大きさの調節が可能になる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、低回転時にはギャップ磁束量を大きくしてトルクの増大を図り、中・高速回転時にはギャップ磁束量を小さくして損失抑制を図ることができ、しかも、磁性流体を用いているため、従来技術のような部品の固着問題が起こり得ず、信頼性の向上とコストの削減を図りつつ、回転数に対応したギャップ磁束量の適正化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明における様々な細部の特定ないし実例および数値や文字列その他の記号の例示は、本発明の思想を明瞭にするための、あくまでも参考であって、それらのすべてまたは一部によって本発明の思想が限定されないことは明らかである。また、周知の手法、周知の手順、周知のアーキテクチャおよび周知の回路構成等（以下「周知事項」）についてはその細部にわたる説明を避けるが、これも説明を簡潔にするためであって、これら周知事項のすべてまたは一部を意図的に排除するものではない。かかる周知事項は本発明の出願時点で当業者の知り得るところであるので、以下の説明に当然含まれている。
【００２０】
まず、構成を説明する。
図１（ａ）は、本実施形態における回転子の構成図である。この図において、回転子３０は、円板状の多数の電極鋼板を積層して構成された円筒形の本体３１と、この本体３１の軸心に固定され且つ本体３１の両端から突出する回転軸３２とを有し、本体３１の内部に、たとえば、４枚の永久磁石３３〜３６を埋設すると共に、永久磁石３３〜３６の各々の間に磁束バリア空間部３７〜４０を形成する点で冒頭の従来技術と類似するが、磁束バリア空間部３７〜４０の形状の点及び磁束バリア空間部３７〜４０の内部に磁性流体（後述）を入れてある点で相違する。なお、永久磁石３３〜３６の枚数は、この実施の形態では４枚としているが、これは一例に過ぎない。
【００２１】
図１（ｂ）は、回転子３０の本体３１の断面図である。この図において、４枚の永久磁石３３〜３６は、回転軸３２の周囲に等間隔で配置されており、これらの永久磁石３３〜３６は、ほぼ本体３１の軸長Ｌ（図６（ａ）参照）と同等の長さを持つ板状の磁石（特に希土類磁石などの強力磁石）が用いられる。永久磁石３３〜３６の磁極（Ｎ極とＳ極）は板の両面であり、各々の磁石の磁束は隣り合う極の磁石に向かうようになっている。
【００２２】
ここで、磁束４１と磁束４２は回転子３０から出て不図示の固定子に向かう、いわゆるギャップ磁束であり、磁束４３と磁束４４は同ギャップ磁束の戻り磁束である。また、磁束４５〜４８及び磁束４９〜５２は隣り合う極の永久磁石３３〜３６の間に生じる、本体３１の内部磁束であり、そのうちの磁束４５〜４８は本体３１の回転軸３２に近い深い部分に生じる内部磁束（便宜的に「深内部磁束」という）、残りの磁束４９〜５２は本体３１の外表面に近い浅い部分に生じる内部磁束（便宜的に「浅内部磁束」という）である。浅内部磁束４９〜５２は、冒頭で説明した「漏れ磁束」（図７（ａ）、（ｂ）参照）に相当する。
【００２３】
図１（ｃ）は、磁束バリア空間部３７〜４０の断面図である。磁束バリア空間部３７〜４０は、上記のとおり、永久磁石３３〜３６の各々の間に形成されており、それぞれの磁束バリア空間部３７〜４０は同一の形状を有している。すなわち、磁束バリア空間部３７は、本体３１の中心部から外周側にかけて放射方向に延びる長手状磁束バリア空間部３７ａ（第二の空間部）とその長手状磁束バリア空間部３７ａの先に連続する扇状磁束バリア空間部３７ｂ（第一の空間部）とを有する形状に成形されており、同様に、磁束バリア空間部３８は、本体３１の中心部から外周側にかけて放射方向に延びる長手状磁束バリア空間部３８ａ（第二の空間部）とその長手状磁束バリア空間部３８ａの先に連続する扇状磁束バリア空間部３８ｂ（第一の空間部）とを有する形状に成形されており、また、磁束バリア空間部３９は、本体３１の中心部から外周側にかけて放射方向に延びる長手状磁束バリア空間部３９ａ（第二の空間部）とその長手状磁束バリア空間部３９ａの先に連続する扇状磁束バリア空間部３９ｂ（第一の空間部）とを有する形状に成形されており、さらに、磁束バリア空間部４０は、本体３１の中心部から外周側にかけて放射方向に延びる長手状磁束バリア空間部４０ａ（第二の空間部）とその長手状磁束バリア空間部４０ａの先に連続する扇状磁束バリア空間部４０ｂ（第一の空間部）とを有する形状に成形されている。
【００２４】
それぞれの磁束バリア空間部３７〜４０には、所定量の磁性流体５３が入れられている。ここで、“磁性流体”とは、軟磁性と流動性及び質量を持つ流体であり、たとえば、液体中に高濃度のマグネタイト等の強磁性超微粒子を安定的に分散させた系などが知られている。ここで、軟磁性とは、磁気的に軟質であること、つまり、磁石を近づけると磁化し遠ざけると消磁する性質のことをいう。また、流動性とは、自らの形を変えて自在に移動しうる性質のことをいう。通常、磁性流体は媒体となる液体（ベース液）と磁性超微粒子、さらに磁性粒子の表面に強固に化学吸着した界面活性剤の三成分からなり、超微粒子は激しい熱運動と表面活性剤層の相互反発力とにより凝集することなく常に安定した分散状態を保つ。なお、一般に磁性流体は「液状」のものを指すが、本発明においては、この解釈に限定されない。たとえば、ベース液を含まずに磁性超微粒子を主成分とした粉体状（又は顆粒状）のものであってもよい。
【００２５】
磁性流体５３の充填量（便宜的にＡとする）は、磁束バリア空間部３７〜４０の長手状磁束バリア空間部３７ａ〜４０ａの容積をＢとするとき、ほぼＡ＝Ｂ程度とする。すなわち、磁束バリア空間部３７〜４０の長手状磁束バリア空間部３７ａ〜４０ａが磁性流体５３で満たされているとき、磁束バリア空間部３７〜４０の扇状磁束バリア空間部３７ｂ〜４０ｂが空き状態（低透磁率の空気で満たされている状態）を保つ程度の量とする。
【００２６】
次に、作用を説明する。
＜低回転時の作用＞
回転子３０が低速回転しているとき、磁束バリア空間部３７〜４０の内部に充填された磁性流体５３は、磁束バリア空間部３７〜４０の長手状磁束バリア空間部３７ａ〜４０ａにそのまま留まり、扇状磁束バリア空間部３７ｂ〜４０ｂへ移動しない。これは、磁性流体５３の“軟磁性”により、磁性流体５３が、長手状磁束バリア空間部３７ａ〜４０ａを通る磁束（深内部磁束４５〜４８）によって磁化し、引きつけられて長手状磁束バリア空間部３７ａ〜４０ａにそのまま留め置かれるからである。しかも、回転子３０が低速回転しているため、磁性流体５３の“質量”に作用する遠心力も小さいからである。以上の二点（磁化と小さな遠心力）により、回転子３０が低速回転しているときには、磁束バリア空間部３７〜４０の内部に充填された磁性流体５３は、磁束バリア空間部３７〜４０の長手状磁束バリア空間部３７ａ〜４０ａにそのまま留まり、扇状磁束バリア空間部３７ｂ〜４０ｂへ移動しない。図１（ｂ）、（ｃ）に示されている磁性流体５３は、回転子３０が低速回転しているときのものであり、このように、低速回転時においては、磁束バリア空間部３７〜４０の内部に充填された磁性流体５３は、磁束バリア空間部３７〜４０の長手状磁束バリア空間部３７ａ〜４０ａにそのまま留め置かれる。したがって、低速回転時においては、磁束バリア空間部３７〜４０の扇状磁束バリア空間部３７ｂ〜４０ｂが空き状態（空気のみの状態）にあるため、その扇状磁束バリア空間部３７ｂ〜４０ｂを通る磁束（浅内部磁束４９〜５２）の量が最小となり、結局、ギャップ磁束（磁束４１〜４４）の量が最大となる。
【００２７】
＜中回転時の作用＞
図２（ａ）、（ｂ）は、回転子３０が中速回転しているときの様子を示す図である。ここで、“中速回転”とは、磁性流体５３の“質量”に作用する遠心力が、長手状磁束バリア空間部３７ａ〜４０ａを通る磁束（深内部磁束４５〜４８）の引きつけ力を若干上回る回転のことをいう。この中速回転では、磁束バリア空間部３７〜４０の内部に充填された磁性流体５３の一部が遠心力に引っ張られて扇状磁束バリア空間部３７ｂ〜４０ｂへ移動する。つまり、図２（ｂ）にそのときの磁性流体５３の動きを模式的に示すように、磁性流体５３の一部が遠心力に引っ張られて磁束バリア空間部３７〜４０の扇状磁束バリア空間部３７ｂ〜４０ｂへと移動し、この移動した磁性流体５３の透磁率により、磁束バリア空間部３７〜４０の扇状磁束バリア空間部３７ｂ〜４０ｂを通る磁束（浅内部磁束４９〜５２）の量が増え、その増加分だけギャップ磁束（磁束４１〜４４）の量が減少する。
【００２８】
＜高回転時の作用＞
図２（ｃ）、（ｄ）は、回転子３０が高速回転しているときの様子を示す図である。ここで、“高速回転”とは、磁性流体５３の“質量”に作用する遠心力が最大になったときの回転をいう。この高速回転では、磁束バリア空間部３７〜４０の内部に充填された磁性流体５３のほぼすべてが遠心力に引っ張られて扇状磁束バリア空間部３７ｂ〜４０ｂへ移動する。つまり、図２（ｄ）にそのときの磁性流体５３の動きを模式的に示すように、磁性流体５３のほぼすべてが遠心力に引っ張られて磁束バリア空間部３７〜４０の扇状磁束バリア空間部３７ｂ〜４０ｂへと移動し、この移動した磁性流体５３の透磁率により、磁束バリア空間部３７〜４０の扇状磁束バリア空間部３７ｂ〜４０ｂを通る磁束（浅内部磁束４９〜５２）の量が最大に増え、その増加分だけギャップ磁束（磁束４１〜４４）の量が大きく減少する。
【００２９】
＜各回転時の作用のまとめ＞
以上のとおり、本実施の形態の回転子３０は、その本体３１に形成した磁束バリア空間部３３〜３６に所要量の磁性流体５３を充填し、低回転時には、磁性流体５３のほぼ全てを磁化して磁束バリア空間部３３〜３６の長手状磁束バリア空間部３７ａ〜４０ａに留め置くことによって、浅内部磁束４９〜５２の量を最小にすることができ、これにより、ギャップ磁束（磁束４１〜４４）を最大にすることができる。したがって、この低回転時には、大きなギャップ磁束により、トルクの向上を図ることができる。
【００３０】
また、中回転時には、磁性流体５３の一部を遠心力により磁束バリア空間部３３〜３６の扇状磁束バリア空間部３７ｂ〜４０ｂへ移動させて浅内部磁束４９〜５２の量を増加させることができ、これにより、ギャップ磁束（磁束４１〜４４）をその増加分だけ減らすことができる。したがって、この中回転時には、ギャップ磁束が減るため、固定子巻線の損失増加を招かない。
【００３１】
さらに、高回転時には、磁性流体５３のほぼ全てを遠心力により磁束バリア空間部３３〜３６の扇状磁束バリア空間部３７ｂ〜４０ｂへ移動させて浅内部磁束４９〜５２の量を最大限に増加させることができ、これにより、ギャップ磁束（磁束４１〜４４）をその増加分だけ大幅に減らすことができる。したがって、この高回転時には、ギャップ磁束が大きく減少するため、やはり、固定子巻線の損失増加を招かない。
【００３２】
図３は、以上の作用効果を示す特性図である。縦軸はギャップ磁束（磁束４１〜４４）量、横軸は回転速度である。この図に示すように、磁束バリア空間部３３〜３６の内部に充填された磁性流体５３は、回転速度が上昇するにつれて、徐々に遠心力が増え、磁束バリア空間部３３〜３６の長手状磁束バリア空間部３７ａ〜４０ａから扇状磁束バリア空間部３７ｂ〜４０ｂへと移動する。その移動量と回転速度は、必ずしも線形的な関係を持たないが、便宜的に線形関係を持つものとすれば、本実施の形態の回転子３０のギャップ磁束量と回転速度の間には、図示の通り、回転速度が上昇するほどギャップ磁束量が減少するという線形特性５４が成立する。
【００３３】
したがって、本実施の形態の回転子３０によれば、回転数に対応してギャップ磁束量を変化させることができ、低回転時にはトルク向上を図り、且つ、中・高回転時には固定子巻線の損失抑制を図るという二つの命題を共に達成することができる。しかも、本実施の形態の回転子３０によれば、従来技術のような機械的部品（磁束短絡鉄片２０〜２３やスプリング２４〜２７）を使用していないため、製造コストや組み付けコストを削減できる上、それらの機械的部品の固着問題（図７（ｄ）参照）も生じず、信頼性の点で格別の効果が得られる。
【００３４】
＜変形例＞
本発明は、以上の実施形態に限定されない。その技術思想の範囲において、様々な発展例や変形例を含むことはもちろんである。
図４は、その変形例を示す図である。この図において、上記の実施形態と異なる点は、磁束バリア空間部の形状にある。まず、（ａ）に示す第一の変形例を説明する。仮想線Ａは、永久磁石３３〜３６の間に形成された磁束バリア空間部５５〜５８の長手状磁束バリア空間部５５ａ〜５８ａ（第二の空間部）を通る線であり、この仮想線Ａは、本体３１の外周面の接線Ｂと斜めに交差している。これら二つの線Ａ、Ｂの回転方向の交差角をαとしたとき、α＞９０度である（但し、αは１８０度未満のこと）。このようにした場合、磁束バリア空間部５５〜５８に充填された磁性流体（図１、図２の磁性流体５３参照）は、本体３１の回転に伴う遠心力が相当大きくならなければ、扇状磁束バリア空間部５５ｂ〜５８ｂ（第一の空間部）へ移動しない。移動に必要な遠心力の大きさ（すなわち回転数）は角度αに依存し、角度αを大きくするほど磁性流体の移動には大きな回転数を必要とする。したがって、この第一の変形例によれば、角度αを大きくするほど、より高回転側で磁性流体の移動を許容することができる。
【００３５】
また、（ｂ）に示す第二の変形例は、上記の第一の変形例の逆の特性が得られるようにしたものであり、二つの線Ａ、Ｂの回転方向の交差角αを９０度以下（但し、０度を超えること）にしたものである。このようにした場合、磁束バリア空間部５５〜５８に充填された磁性流体（図１、図２の磁性流体５３参照）は、本体３１の回転に伴う遠心力が相当小さい場合でも、扇状磁束バリア空間部５５ｂ〜５８ｂへ容易に移動する。したがって、この第二の変形例によれば、角度αを小さくするほど、より低回転側で磁性流体の移動を許容することができる。
【００３６】
なお、以上の実施形態やその変形例においては、本体３１の内部に形成した磁束バリア空間部の形状を、「長手状磁束バリア空間部」と「扇状磁束バリア空間部」とからなるものとしたが、これに限定されない。
図５は、磁束バリア空間部の他の形状例を示す図である。すなわち、（ａ）の磁束バリア空間部５９は長手状磁束バリア空間部５９ａと矩形状磁束バリア空間部５９ｂとからなるものであり、（ｂ）の磁束バリア空間部６０は長手状磁束バリア空間部６０ａ（第二の空間部）と楕円状磁束バリア空間部６０ｂ（第一の空間部）とからなるものであり、（ｃ）の磁束バリア空間部６１は長扇状磁束バリア空間部６１ａ（第二の空間部）と矩扇状磁束バリア空間部６１ｂ（第一の空間部）とからなるものであり、（ｄ）の磁束バリア空間部６２は鋸歯壁面磁束バリア空間部６２ａ（第二の空間部）と扇状磁束バリア空間部６２ｂ（第一の空間部）とからなるものである。いずれの磁束バリア空間部５９〜６２にも磁性流体が充填されている。
【００３７】
上記の各形状の選択条件の一つは、低速回転時における磁性流体の保持性能である。つまり、低速回転時においては、上記例示の各磁束バリア空間部５９〜６２の長手状磁束バリア空間部５９ａ、長手状磁束バリア空間部６０ａ、長扇状磁束バリア空間部６１ａまたは鋸歯壁面磁束バリア空間部６２ａに磁性流体を確実に留め置くことが求められるが、そのためには、前述の「深内部磁束４５〜４８」（図１（ｂ）参照）の通過を容易にして磁性流体の磁化をしやすくする必要がある。この点において、上記例示の各磁束バリア空間部５９〜６２の長手状磁束バリア空間部５９ａ、長手状磁束バリア空間部６０ａ、長扇状磁束バリア空間部６１ａまたは鋸歯壁面磁束バリア空間部６２ａの図面横方向の幅Ｄ１〜Ｄ４は、狭いほど望ましい。深内部磁束４５〜４８が磁性流体全体に作用し、大きな磁力で磁性流体を磁化してその場に留め置くことができるからである。
【００３８】
なお、（ｄ）の磁束バリア空間部６２の鋸歯壁面磁束バリア空間部６２ａは、その内壁面が「鋸歯状」になっている点で他の形状例と相違する。“鋸歯状”とは、（ｅ）に示すように、所定角度の立ち下がり面（逆方向の場合は立ち上がり面）６３と鋭角的な立ち上がり面（逆方向の場合は立ち下がり面）６４とを等間隔に繰り返す形状のことである。磁性流体の粒子６５は、立ち上がり面６４に向かう方向で移動する際に大きな流動抵抗を受ける。したがって、（ｄ）の磁束バリア空間部６２の鋸歯壁面磁束バリア空間部６２ａにおいては、その鋸歯の方向を変えることにより、鋸歯壁面磁束バリア空間部６２ａから扇状磁束バリア空間部６２へ向かう磁性流体の流動抵抗を大きくしたり、その逆に、扇状磁束バリア空間部６２から鋸歯壁面磁束バリア空間部６２ａへ向かう磁性流体の流動抵抗を大きくしたりすることができるので、設計の自由度が増す。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施形態における回転子の構成図、回転子３０の本体３１の断面図及び磁束バリア空間部３７〜４０の断面図である。
【図２】回転子３０が中速回転しているときの様子を示す図及び回転子３０が高速回転しているときの様子を示す図である。
【図３】本実施形態の作用効果を示す特性図である。
【図４】本実施形態の変形例を示す図である。
【図５】磁束バリア空間部の他の形状例を示す図である。
【図６】永久磁石を埋め込んだ回転子の構造図、磁束の経路図及び従来技術の構造図である。
【図７】従来技術の作用説明図及び従来技術の課題説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
３０  回転子
３１  本体
３３  永久磁石
３４  永久磁石
３５  永久磁石
３６  永久磁石
３７  磁束バリア空間部
３７ａ  長手状磁束バリア空間部（第二の空間部）
３７ｂ  扇状磁束バリア空間部（第一の空間部）
３８  磁束バリア空間部
３８ａ  長手状磁束バリア空間部（第二の空間部）
３８ｂ  扇状磁束バリア空間部（第一の空間部）
３９  磁束バリア空間部
３９ａ  長手状磁束バリア空間部（第二の空間部）
３９ｂ  扇状磁束バリア空間部（第一の空間部）
４０  磁束バリア空間部
４０ａ  長手状磁束バリア空間部（第二の空間部）
４０ｂ  扇状磁束バリア空間部（第一の空間部）
５３  磁性流体
５５  磁束バリア空間部
５５ａ  長手状磁束バリア空間部（第二の空間部）
５５ｂ  扇状磁束バリア空間部（第一の空間部）
５６  磁束バリア空間部
５６ａ  長手状磁束バリア空間部（第二の空間部）
５６ｂ  扇状磁束バリア空間部（第一の空間部）
５７  磁束バリア空間部
５７ａ  長手状磁束バリア空間部（第二の空間部）
５７ｂ  扇状磁束バリア空間部（第一の空間部）
５８  磁束バリア空間部
５８ａ  長手状磁束バリア空間部（第二の空間部）
５８ｂ  扇状磁束バリア空間部（第一の空間部）
５９  磁束バリア空間部
５９ａ  長手状磁束バリア空間部（第二の空間部）
５９ｂ  矩形状磁束バリア空間部（第一の空間部）
６０  磁束バリア空間部
６０ａ  長手状磁束バリア空間部（第二の空間部）
６０ｂ  楕円状磁束バリア空間部（第一の空間部）
６１  磁束バリア空間部
６１ａ  長扇状磁束バリア空間部（第二の空間部）
６１ｂ  矩扇状磁束バリア空間部（第一の空間部）
６２  磁束バリア空間部
６２ａ  鋸歯壁面磁束バリア空間部（第二の空間部）
６２ｂ  扇状磁束バリア空間部（第一の空間部）
【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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