(57)【要約】  実施形態によれば、回転電機の回転子は、シャフトと、回転子鉄心と、複数の永久磁石と、を持つ。２つの第１永久磁石は、極中心を中心に線対称に配置され、第１端部から第２端部に向かうに従って漸次極中心から離間するように配置されている。２つの第２永久磁石は、極中心を中心に線対称に配置され、第３端部から第４端部に向かうに従って漸次極中心から離間するように配置されている。角度θ１、θ２は、θ１＞θ２、７０度≦θ２≦１１０度、を満たすように設定されている。
2018190103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸線回りに回転するシャフトと、
前記シャフトに固定され、複数極有する回転子鉄心と、
前記回転子鉄心の極毎に配置され、前記回転軸線方向からみて長方形状の複数の永久磁石と、
を備え、
前記回転子鉄心の１極のうち周方向中央を極中心とし、周方向両端を極端としたとき、前記複数の永久磁石は、
前記極中心を中心に線対称に配置され、且つ前記回転軸線方向からみて長手方向の第１端部に対し長手方向の前記第１端部とは反対側の第２端部が径方向外側に位置すると共に、前記第１端部から前記第２端部に向かうに従って漸次前記極中心から離間するように配置された２つの第１永久磁石と、
前記極中心を中心に線対称に配置され、且つ前記回転軸線方向からみて長手方向の第３端部に対し長手方向の前記第３端部とは反対側の第４端部が径方向外側に位置すると共に、前記第３端部から前記第４端部に向かうに従って漸次前記極中心から離間するように配置された２つの第２永久磁石と、
を有し、
前記２つの第２永久磁石は、前記２つの第１永久磁石の前記第１端部よりも前記第３端部が、前記シャフト側に位置するように、且つ前記２つの第１永久磁石の前記第２端部よりも前記第４端部が前記極端側に位置するように配置され、
前記回転軸線方向からみて、前記２つの第１永久磁石の前記第２永久磁石とは反対側の短手方向の第１側面の間の角度をθ１とし、前記２つの第２永久磁石の前記第１永久磁石側の短手方向の第２側面の間の角度θ２としたとき、
前記角度θ１、θ２は、
θ１＞θ２
７０度≦θ２≦１１０度
を満たすように設定されている
回転電機の回転子。
【請求項２】
前記角度θ１、θ２は、
７０度≦θ２≦９０度
を満たすように設定され、
前記回転子鉄心には、前記第１永久磁石の前記第２端部から外周面側に向かって拡がる第１空洞部が形成されていると共に、前記第２永久磁石の前記第４端部から外周面側に向かって拡がる第２空洞部が形成されており、
前記第２永久磁石の前記第２側面と平行で、且つ前記第２空洞部の最も前記第１永久磁石側で接する直線と、前記回転軸線を中心とする前記第２空洞部の外接円との交点をＸとし、
前記交点Ｘと前記第１空洞部との最短距離をＬ１とし、
前記第１永久磁石と前記第２永久磁石との最短距離をＬ２としたとき、各前記最短距離Ｌ１，Ｌ２は、
０．８５≦Ｌ２／Ｌ１≦１．０３
を満たすように設定されている
請求項１に記載の回転電機の回転子。
【請求項３】
前記回転子鉄心には、前記第１永久磁石の前記第１端部から前記極中心側に向かって拡がる第３空洞部が形成されていると共に、前記第２永久磁石の前記第３端部から前記極中心側に向かって拡がる第４空洞部が形成されており、
前記第３空洞部を前記極中心に投影したときの前記回転軸線からの最短距離をＲ１とし、
前記第４空洞部を前記極中心に投影したときの前記回転軸線からの最大距離をＲ２としたとき、前記最短距離Ｌ１，Ｒ１、および前記最大距離Ｒ２は、
Ｌ１≦Ｒ１−Ｒ２
を満たすように設定されている
請求項２に記載の回転電機の回転子。
【請求項４】
前記角度θ１、θ２は、
９０度≦θ２≦１１０度
を満たすように設定され、
前記回転子鉄心には、前記第１永久磁石の前記第２端部から外周面側に向かって拡がる第１空洞部が形成されていると共に、前記第２永久磁石の前記第４端部から外周面側に向かって拡がる第２空洞部が形成されており、
前記第２永久磁石の前記第２側面と平行で、且つ前記第２空洞部の最も前記第１永久磁石側で接する直線と、前記回転軸線を中心とする前記第２空洞部の外接円との交点をＸとし、
前記交点Ｘと前記第１空洞部との最短距離をＬ１とし、
前記第１永久磁石と前記第２永久磁石との最短距離をＬ２としたとき、各前記最短距離Ｌ１，Ｌ２は、
０．８３≦Ｌ２／Ｌ１≦１．０７
を満たすように設定されている
請求項１に記載の回転電機の回転子。
【請求項５】
前記回転子鉄心には、前記第１永久磁石の前記第１端部から前記極中心側に向かって拡がる第３空洞部が形成されていると共に、前記第２永久磁石の前記第３端部から前記極中心側に向かって拡がる第４空洞部が形成されており、
前記第３空洞部を前記極中心に投影したときの前記回転軸線からの最短距離をＲ１とし、
前記第４空洞部を前記極中心に投影したときの前記回転軸線からの最大距離をＲ２としたとき、前記最短距離Ｌ１，Ｒ１、および前記最大距離Ｒ２は、
１．８１≦（Ｒ１−Ｒ２）／Ｌ１≦２．１４
を満たすように設定されている
請求項４に記載の回転電機の回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、回転電機の回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の中には、電機子巻線が巻装された固定子と、この固定子に対し回転自在に設けられ、回転子鉄心に永久磁石が埋め込まれている回転子と、を備えた永久磁石式回転電機がある。この種の回転電機は、永久磁石によって回転子鉄心に形成される表面磁束密度が、回転電機のトルク性能やトルクリップルに大きく影響する。このため、回転子鉄心の１極に複数の永久磁石を配置し、回転子鉄心の表面磁束密度を効率よく高める技術が提案されている。【０００３】
しかしながら、回転子鉄心の１極に複数の永久磁石を配置すると、回転子鉄心の表面磁束密度を高めることができるものの、電機子巻線に供給する電流の値が大きくなってしまう可能性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１２３３２７号公報
【特許文献２】特開２００８−３０６８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、高トルクを得ることができる回転電機の回転子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の回転電機の回転子は、シャフトと、回転子鉄心と、回転軸線方向からみて長方形状の複数の永久磁石と、を持つ。シャフトは、回転軸線回りに回転する。回転子鉄心は、シャフトに固定され、複数極持つ。複数の永久磁石は、２つの第１永久磁石と、２つの第２永久磁石と、を持つ。また、回転子鉄心の１極のうち周方向中央を極中心とし、周方向両端を極端としたとき、２つの第１永久磁石は、極中心を中心に線対称に配置され、且つ回転軸線方向からみて長手方向の第１端部に対し長手方向の前記第１端部とは反対側の第２端部が径方向外側に位置する。また、２つの第１永久磁石は、第１端部から第２端部に向かうに従って漸次極中心から離間するように配置されている。２つの第２永久磁石は、極中心を中心に線対称に配置され、且つ回転軸線方向からみて長手方向の第３端部に対し長手方向の第３端部とは反対側の第４端部が径方向外側に位置する。また、２つの第２永久磁石は、第３端部から第４端部に向かうに従って漸次極中心から離間するように配置されている。さらに、２つの第２永久磁石は、２つの第１永久磁石の第１端部よりも第３端部が、シャフト側に位置するように、且つ２つの第１永久磁石の第２端部よりも第４端部が極端側に位置するように配置されている。そして、回転軸線方向からみて、２つの第１永久磁石の第２永久磁石とは反対側の短手方向の第１側面の間の角度をθ１とし、２つの第２永久磁石の第１永久磁石側の短手方向の第２側面の間の角度θ２としたとき、角度θ１、θ２は、θ１＞θ２、７０度≦θ２≦１１０度、を満たすように設定されている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態の回転電機を示し、回転軸線に直交する断面図。
【図２】図１の回転子を拡大した図。
【図３】図２のＡ部拡大図。
【図４】縦軸を電機子巻線に供給する電流の値とし、横軸を角度θ２としたときの電流の値の変化を示すグラフ。
【図５】縦軸を電機子巻線に供給する電流の値とし、横軸を（最短距離Ｌ２／最短距離Ｌ１）としたときの電流の値の変化を示すグラフ。
【図６】縦軸を電機子巻線に供給する電流の値とし、横軸を（（最短距離Ｒ１−最大距離Ｒ２）／最短距離Ｌ１）としたときの電流の値の変化を示すグラフ。
【図７】縦軸を回転電機のトルク値及び出力値とし、横軸を角度θ２としたときの回転電機のトルク及び出力の変化を示すグラフである。
【図８】縦軸を回転電機のトルク値及び出力値とし、横軸を（最短距離Ｌ２／最短距離Ｌ１）としたときの回転電機のトルク及び出力の変化を示すグラフ。
【図９】縦軸を回転電機のトルク値及び出力値とし、横軸を（（最短距離Ｒ１−最大距離Ｒ２）／最短距離Ｌ１）としたときの回転電機のトルク及び出力の変化を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態の回転電機の回転子を、図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は、回転電機１を示し、回転軸線Ｐに直交する断面図である。なお、回転電機１の回転子２は８極に設定されており、図１では、１極分、つまり、１／８周の周角度領域分のみを示している。  
回転電機１は、略円筒状の固定子２０と、固定子２０よりも径方向内側に設けられ、固定子２０に対して回転自在に設けられた回転子２と、を備えている。なお、固定子２０及び回転子２は、それぞれの中心軸線が共通軸上に位置した状態で配置されている。以下、共通軸を回転軸線Ｐと称し、回転軸線Ｐ回りに周回する方向を周方向と称し、回転軸線Ｐ方向及び周方向に直交する方向を径方向と称する。
【００１０】
固定子２０は、略円筒状の固定子鉄心２１を有している。固定子鉄心２１は、電磁鋼板を複数枚積層したり、軟磁性粉を加圧成形したりして形成することが可能である。固定子鉄心２１の内周面には、回転軸線Ｐに向かって突出し、周方向に等間隔で配列された複数（例えば、本実施形態では４８個）のティース２２が一体成形されている。ティース２２は、断面略矩形状に形成されている。そして、隣接する各ティース２２間には、それぞれスロット２３が形成されている。これらスロット２３を介し、各ティース２２に電機子巻線２４が巻回されている。この電機子巻線２４に電流を供給することにより、固定子２０（ティース２２）に所定の鎖交磁束が形成される。
【００１１】
図２は、図１の回転子２を拡大した図である。  
同図に示すように、回転子２は、回転軸線Ｐに沿って延び、この回転軸線Ｐ回りに回転するシャフト３と、シャフト３に外嵌固定された略円柱状の回転子鉄心４と、を備えている。回転子鉄心４の径方向中央には、シャフト３を挿入、又は圧入可能な貫通孔５が形成されている。
【００１２】
ここで、本実施形態の回転子鉄心４において、固定子２０によって形成される鎖交磁束の流れ易い方向をｑ軸と称する。また、ｑ軸に対して電気的、磁気的に直交する径方向に沿った方向をｄ軸と称する。すなわち、回転子鉄心４の外周面４ａの任意の周角度位置に正の磁位（例えば磁石のＮ極を近づける）、これに対して１極分（本実施形態の場合は機械角で４５度）ずれた他の任意の周角度位置に負の磁位（例えば磁石のＳ極を近づける）を与え、任意の位置を周方向へずらしていった場合に最も多くの磁束が流れる時の回転軸線Ｐから任意の位置に向かう方向をｑ軸と定義する。そして、このｑ軸に対して電気的、磁気的に直交する径方向に沿った方向をｄ軸と定義する。
【００１３】
つまり、回転子鉄心４の１極分とは、ｑ軸間の領域（１／８周の周角度領域）をいう。このため、回転子鉄心４は、８極に構成されている。また、本実施形態の回転子鉄心４では、１極のうちの周方向中央がｄ軸となる。  
なお、以下の説明では、ｄ軸を極中心Ｅ１と称し、ｑ軸（１／８周の周角度領域の周方向両端）を極端Ｅ２と称して説明する。
【００１４】
回転子鉄心４には、１極ごとに、それぞれ２つの第１永久磁石７と２つの第２永久磁石１４が埋設されている。具体的には、回転子鉄心４に各永久磁石７，１４の形状に対応する磁石収納孔６，１３が形成されており、この磁石収納孔６，１３を埋めるように各永久磁石７，１４が配置されている。そして、永久磁石７，１４は、回転子鉄心４の磁石収納孔６，１３に、それぞれ例えば接着剤等により固定されている。
【００１５】
２つの第１永久磁石７及び２つの第２永久磁石１４は、それぞれ回転軸線Ｐ１方向からみて矩形の板状の磁石である。  
なお、以下の説明では、各永久磁石７，１４の部位を指すにあたり、回転軸線Ｐ１方向からみた長手方向を単に長手方向と称し、回転軸線Ｐ１方向からみた短手方向を単に短手方向と称して説明する。
【００１６】
２つの第１永久磁石７は、極中心Ｅ１を中心に線対称に配置されている。また、２つの第１永久磁石７は、長手方向で極中心Ｅ１側の第１端部（請求項の「第１端部」に相当）７ａに対し、この第１端部７ａとは反対側の第２端部（請求項の「第２端部」に相当）７ｂが径方向外側に位置するように配置されている。さらに、２つの第１永久磁石７は、第１端部７ａから第２端部７ｂに向かうに従って漸次極中心Ｅ１から離間するように配置されている。
【００１７】
このように配置された第１永久磁石７は、各第１永久磁石７における回転子鉄心４の外周面４ａ側の磁束密度が高くなり、回転子鉄心４の表面磁束密度の高調波を低減できる。また、極中心Ｅ１に第１永久磁石７の磁束が集中し易くなる。すなわち、１／８周の周角度領域のそれぞれに配置された２つの第１永久磁石７は、磁化方向が同じとなる。つまり、例えば、１／８周の周角度領域のそれぞれに配置された２つの第１永久磁石７は、それぞれ径方向外側の面がＮ極に着磁されているとする。この場合、周方向で隣り合う別の１／８周の周角度領域に配置された２つの第１永久磁石７は、それぞれ径方向外側の面がＳ極に着磁されている。
【００１８】
第１永久磁石７の長手方向両端部７ａ，７ｂには、４つのフラックスバリア９〜１２（第１フラックスバリア９、第２フラックスバリア１０、第３フラックスバリア１１、第４フラックスバリア１２）が形成されている。各フラックスバリア９〜１２は、回転子鉄心４を軸方向に貫通する空洞部である。各フラックスバリア９〜１２は、第１永久磁石７の長手方向両端部７ａ，７ｂから回転子鉄心４への磁束漏れを抑制する。
【００１９】
より具体的には、第１フラックスバリア９は、第１永久磁石７の第２端部７ｂ側で、且つ短手方向の第２永久磁石１４側の第１側面７ｃから第２永久磁石１４に向かって形成される空洞部である。
【００２０】
第２フラックスバリア（請求項の「第１空洞部」に相当）１０は、第１永久磁石７の第２端部７ｂ側で、且つ第１フラックスバリア９を避けた位置に形成された空洞部である。また、第２フラックスバリア１０は、回転軸線Ｐからみて、第１永久磁石７の第２端部７ｂから回転子鉄心４の外周面４ａに向かって先細りとなるように形成されている。  
すなわち、第２フラックスバリア１０は、第１内側面１０ａと、第２内側面１０ｂと、円弧面１０ｃと、が連続形成されたものである。第１内側面１０ａは、回転子鉄心４の外周面４ａとほぼ同心円上に形成されている。第２内側面１０ｂは、第１永久磁石７の第２端部７ｂにおける短手方向略中央から第１永久磁石７の長手方向に沿って延出されている。円弧面１０ｃは、第１内側面１０ａと第２内側面１０ｂとに跨るように形成されている。
【００２１】
第３フラックスバリア１１は、第１永久磁石７の第１端部７ａで、且つ短手方向で第１側面７ｃとは反対側の第２側面（請求項の「第１側面」に相当）７ｄから回転子鉄心４の外周面４ａに向かって形成される空洞部である。
【００２２】
第４フラックスバリア（請求項の「第３空洞部」に相当）１２は、第１永久磁石７の第１端部７ａ側で、且つ第３フラックスバリア１１を避けた位置に形成された空洞部である。
【００２３】
一方、２つの第２永久磁石１４も第１永久磁石７と同様に、極中心Ｅ１を中心に線対称に配置されている。第２永久磁石１４は、長手方向の長さＷ２が第１永久磁石７の長手方向の長さＷ１よりも長く設定されている。例えば、長さＷ２は、長さＷ１の約２倍程度に設定されている。
【００２４】
そして、２つの第２永久磁石１４は、長手方向で極中心Ｅ１側の第３端部（請求項の「第３端部」に相当）１４ａが、第１永久磁石７の第１端部７ａよりも径方向内側（シャフト３側）に位置するように配置されている。さらに、第２永久磁石１４は、第３端部１４ａに対し、この第３端部１４ａとは反対側の第４端部（請求項の「第４端部」に相当）１４ｂが径方向外側に位置するように配置されている。  
また、２つの第２永久磁石１４は、第４端部１４ｂが、第１永久磁石７の第２端部７ｂよりも極端Ｅ２側に位置するように配置されている。さらに、２つの第２永久磁石１４は、第３端部１４ａから第４端部１４ｂに向かうに従って漸次極中心Ｅ１から離間するように配置されている。
【００２５】
２つの第２永久磁石１４の磁化方向は、第１永久磁石７の磁化方向と同様である。すなわち、例えば、同一の１／８周の周角度領域に配置された第１永久磁石７のそれぞれ径方向外側の面がＮ極に着磁され、径方向内側の面がＳ極に着磁されているとする。この場合、第２永久磁石１４のそれぞれ径方向外側の面もＮ極に着磁され、径方向内側の面もＳ極に着磁される。これにより、第１永久磁石７の磁束の流れの向きと第２永久磁石１４の磁束の流れの向きとが一致する。この結果、第２永久磁石１４の磁束が第１永久磁石７の磁束を補う形になる。このため、回転子鉄心４の表面磁束密度が高まる。
【００２６】
第２永久磁石１４の長手方向両端部１４ａ，１４ｂには、４つのフラックスバリア１６〜１９（第５フラックスバリア１６、第６フラックスバリア１７、第７フラックスバリア１８、第８フラックスバリア１９）が形成されている。各フラックスバリア１６〜１９は、回転子鉄心４を軸方向に貫通する空洞部である。各フラックスバリア１６〜１９は、第２永久磁石１４の長手方向両端部１４ａ，１４ｂから回転子鉄心４への磁束漏れを抑制する。
【００２７】
より具体的には、第５フラックスバリア１６は、第２永久磁石１４の第４端部１４ｂ側で、且つ短手方向の極端Ｅ２側の第３側面１４ｃから極端Ｅ２に向かって形成される空洞部である。
【００２８】
第６フラックスバリア（請求項の「第２空洞部」に相当）１７は、第２永久磁石１４の第４端部１４ｂ側で、且つ第５フラックスバリア１６を避けた位置に形成された空洞部である。また、第６フラックスバリア１７は、回転軸線Ｐからみて、第２永久磁石１４の第４端部１４ｂから極端Ｅ２側に向かって先細りとなるように形成されている。
【００２９】
すなわち、第６フラックスバリア１７は、第１内側面１７ａと、第２内側面１７ｂと、第３内側面１７ｃと、円弧面１７ｄと、が連続形成されたものである。第１内側面１７ａは、第２永久磁石１４の短手方向における第１永久磁石７側の第４側面（請求項の「第２側面」に相当）１４ｄから回転子鉄心４の外周面４ａに向かって延出されている。第２内側面１７ｂは、第１内側面１７ａから一旦第１永久磁石７側に向かって膨らんだ後、回転子鉄心４の外周面４ａとほぼ同心円上に沿って延出されている。第３内側面１７ｃは、第２永久磁石収納孔１３の短手方向略中央から極端Ｅ２に向かって斜めに延出されている。円弧面１７ｄは、第２内側面１７ｂと第３内側面１７ｃとに跨るように形成されている。
【００３０】
第７フラックスバリア１８は、第２永久磁石１４の第３端部１４ａで、且つ短手方向で極端Ｅ２側の第３側面１４ｃから極端Ｅ２に向かって形成される空洞部である。  
第８フラックスバリア（請求項の「第４空洞部」に相当）１９は、第２永久磁石１４の第３端部１４ａ側で、第７フラックスバリア１８を避けた位置に形成された空洞部である。
【００３１】
より具体的には、第８フラックスバリア１９は、第１内側面１９ａと、第２内側面１９ｂと、第３内側面１９ｃと、が連続形成されたものである。第１内側面１９ａは、第２永久磁石１４の第３端部１４ａにおける第１永久磁石７側の角部からｄ軸（極中心Ｅ１）に対し、機械角でほぼ直交する方向に沿って延出されている。第２内側面１９ｂは、第２永久磁石収納孔１３の第３端部１４ａの短手方向略中央から第２永久磁石１４の長手方向に沿って延出されている。第３内側面１９ｃは、第１内側面１９ａと第２内側面１９ｂとに跨り、ｄ軸に沿って延出されている。
【００３２】
この他、回転子鉄心４には、極端Ｅ２の径方向略中央に空洞部を形成し、この空洞部を第９フラックスバリア３０としている。第９フラックスバリア３０は、径方向外側から径方向内側に向かって徐々に開口面積が大きくなるように形成されている。第９フラックスバリア３０も、磁束を通り難くすることにより、固定子２０の鎖交磁束の流れや第２永久磁石１４の磁束の流れを規制する。また、第９フラックスバリア３０を形成することにより、回転子鉄心４の軽量化を図ることができる。
【００３３】
このような構成のもと、固定子２０の電機子巻線２４に電流を供給すると、鎖交磁束が形成される。この鎖交磁束と回転子２の各永久磁石７，１４による磁束との間で磁気的な吸引力や反発力が生じ、回転子２が回転する。  
また、回転子２には、第１永久磁石７と第２永久磁石１４との間に、ｑ軸磁路が形成される。一方、ｄ軸は、各永久磁石７，１４や極中心Ｅ１側に形成される各フラックスバリア１１，１２，１９により、殆ど磁路が形成されない。このため、回転子鉄心４に固定子２０の鎖交磁束が流れやすい方向と流れにくい方向とが形成される。そして、これにより発生するリラクタンスが、回転子２の回転に寄与される。  
このように、回転子２は、各永久磁石７，１４による磁束と、リラクタンストルクと、により、効率よく回転する。そして、回転子２の回転トルクを向上させることができる。
【００３４】
次に、第２永久磁石１４の位置について詳述する。  
まず、１極あたりの２つの第２永久磁石１４は、第４側面１４ｄの間の角度θ２が、対応する２つの第１永久磁石７における第２側面７ｄの間の角度θ１よりも小さく設定されている。このうえ、角度θ２は、
θ２＝８０±１０度  ・・・（１）
を満たすように設定されている。そのため、７０度≦θ２≦９０度である。
【００３５】
次に、第１永久磁石７と第２永久磁石１４との相対位置関係について詳述する。  
図３は、図２のＡ部拡大図である。  
同図に示すように、第２永久磁石１４の長手方向に平行で、且つ第６フラックスバリア１７の最も第１永久磁石７側で接する直線Ｓ１、つまり、第２内側面１７ｂの最も第１永久磁石７側で接する直線Ｓ１と、回転軸線Ｐ（図２参照）を中心とする第６フラックスバリア１７の第２内側面１７ｂの外接円Ｃと、の交点をＸとする。そして、この交点Ｘと第１永久磁石７の第２フラックスバリア１０との最短距離、つまり、交点Ｘから第２フラックスバリア１０の円弧面１０ｃまでの距離をＬ１とする。さらに、第１永久磁石７と第２永久磁石１４との間の最短距離（第１永久磁石７の第１側面７ｃと第２永久磁石１４の第４側面１４ｄとの間の最短距離）をＬ２とする。このとき、各最短距離Ｌ１，Ｌ２は、
０．８５≦Ｌ２／Ｌ１≦１．０３  ・・・（２）
を満たすように設定されている。
【００３６】
また、図２に示すように、第１永久磁石７の第４フラックスバリア１２を極中心Ｅ１に投影したときの回転軸線Ｐからの最短距離をＲ１とする。最短距離をＲ１は、回転軸線Ｐに垂直な方向にて、回転軸線Ｐから第４フラックスバリア１２の投影図までの最短距離である。さらに、第２永久磁石１４の第８フラックスバリア１９を極中心Ｅ１に投影したときの回転軸線Ｐからの最大距離（第８フラックスバリア１９の第１内側面１９ａまでの距離）をＲ２とする。最大距離Ｒ２は、回転軸線Ｐに垂直な方向にて、回転軸線Ｐから第８フラックスバリア１９の投影図までの最大距離である。このとき、上記最短距離Ｌ１、最短距離Ｒ１及び最大距離Ｒ２は、
Ｌ１≦Ｒ１−Ｒ２  ・・・（３）
を満たすように設定されている。
【００３７】
次に、上記のような第１永久磁石７と第２永久磁石１４との相対位置関係における作用、効果について説明する。  
図４は、縦軸を固定子２０の電機子巻線２４に供給する電流の値とし、横軸を角度θ２としたときの電流の値の変化を示すグラフである。  
同図に示すように、角度θ２が８０度のときに電流値が最も下がり、角度θ２が上記式（１）を満たすとき、電流値が最下限値と同程度に抑えられていることが確認できる。
【００３８】
図５は、縦軸を固定子２０の電機子巻線２４に供給する電流の値とし、横軸を「最短距離Ｌ２／最短距離Ｌ１」としたときの電流の値の変化を示すグラフである。  
同図に示すように、Ｌ２／Ｌ１≒０．９５であるときに電流値が最も下がり、Ｌ２／Ｌ１が上記式（２）を満たすとき、所望の電流値Ｉ以下に抑えられていることが確認できる。
【００３９】
図６は、縦軸を固定子２０の電機子巻線２４に供給する電流の値とし、横軸を「（最短距離Ｒ１−最大距離Ｒ２）／最短距離Ｌ１」としたときの電流の値の変化を示すグラフである。  
同図に示すように、（Ｒ１−Ｒ２）／Ｌ１≒１．３であるときに電流値が最も下がり、各距離Ｌ１，Ｒ１，Ｒ２が上記式（３）を満たすとき、つまり、１≦（Ｒ１−Ｒ２）／Ｌ１のとき、電流値が最下限値と同程度に抑えられていることが確認できる。
【００４０】
このように、上述の実施形態では、回転子鉄心４の１極のうち周方向中央を極中心Ｅ１とし、周方向両端を極端Ｅ２としたとき、回転子鉄心４の１極あたりに、極中心Ｅ１を中心に線対称に配置される２つの第１永久磁石７及び２つの第２永久磁石１４を設けている。また、第１永久磁石７は、第１端部７ａに対し、第２端部７ｂが径方向外側に位置するように配置されていると共に、第１端部７ａから第２端部７ｂに向かうに従って漸次極中心Ｅ１から離間するように配置されている。  
一方、２つの第２永久磁石１４は、第３端部１４ａが、第１永久磁石７の第１端部７ａよりも径方向内側（シャフト３側）に位置するように配置されている。さらに、第２永久磁石１４は、第３端部１４ａに対し、第４端部１４ｂが径方向外側に位置するように配置されている。そして、２つの第２永久磁石１４は、第４端部１４ｂが、第１永久磁石７の第２端部７ｂよりも極端Ｅ２側に位置するように配置されていると共に、第３端部１４ａから第４端部１４ｂに向かうに従って漸次極中心Ｅ１から離間するように配置されている。
【００４１】
このため、第１永久磁石７の磁束を、第２永久磁石１４の磁束が補う形になり、回転子鉄心４の表面磁束密度を高めることができる。しかも、回転子鉄心４に固定子２０の鎖交磁束が流れやすい方向と流れにくい方向とが形成され、これにより発生するリラクタンスも回転子２の回転に利用することができる。この結果、回転子２の回転トルクを向上させることができる。
【００４２】
そして、このような構成のうえで、１極あたりの２つの第２永久磁石１４は、第４側面１４ｄの間の角度θ２が、対応する２つの第１永久磁石７における第２側面７ｄの間の角度θ１よりも小さく設定されている。さらに、角度θ２は、上記式（１）を満たすように設定されている。このため、固定子２０の電機子巻線２４に供給する電流値を低減しつつ、回転子２のトルクを高めることができる。
【００４３】
また、上記式（１）を満たすことに加え、各最短距離Ｌ１，Ｌ２（図２参照）を、上記式（２）を満たすように設定することにより、固定子２０の電機子巻線２４に供給する電流値を確実に下げることができる。  
さらに、上記式（１）を満たすことに加え、各最短距離Ｌ１，Ｒ１及び最大距離Ｒ２（図２参照）を、上記式（３）を満たすように設定することにより、固定子２０の電機子巻線２４に供給する電流値を確実に下げることができる。
【００４４】
なお、上述の実施形態では、固定子鉄心２１は、４８個のティース２２を有している場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ティース２２の個数は、回転子２を回転可能な任意の個数に設定されていればよい。  
また、上述の実施形態では、各フラックスバリア９〜１２，１６〜１９，３０は、回転子鉄心４に形成された空洞部である場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、磁束を通りにくくするように構成されていればよい。例えば、各フラックスバリア９〜１２，１６〜１９，３０の空洞部に樹脂等を充填してもよい。樹脂を充填することにより、回転子鉄心４の機械的強度を高めることができる。
【００４５】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、第１永久磁石７の磁束を、第２永久磁石１４の磁束が補う形になり、回転子鉄心４の表面磁束密度を高めることができる。しかも、回転子鉄心４に固定子２０の鎖交磁束が流れやすい方向と流れにくい方向とが形成され、これにより発生するリラクタンスも回転子２の回転に利用することができる。この結果、回転子２の回転トルクを向上させることができる。
【００４６】
そして、このような構成のうえで、１極あたりの２つの第２永久磁石１４は、開口側（径方向外側）の角度θ２が、対応する２つの第１永久磁石７の開口側（径方向外側）の角度θ１よりも小さく設定されている。さらに、角度θ２は、上記式（１）を満たすように設定されている。このため、固定子２０の電機子巻線２４に供給する電流値を低減しつつ、回転子２の回転トルクを向上させることができる。
【００４７】
さらに、上記式（１）を満たすことに加え、各最短距離Ｌ１，Ｌ２（図２参照）を、上記式（２）を満たすように設定することにより、固定子２０の電機子巻線２４に供給する電流値を確実に下げることができる。  
また、上記式（１）を満たすことに加え、各最短距離Ｌ１，Ｒ１及び最大距離Ｒ２（図２参照）を、上記式（３）を満たすように設定することにより、固定子２０の電機子巻線２４に供給する電流値を確実に下げることができる。
【００４８】
（他の実施形態）
次に、他の実施形態の回転電機１の回転子２について説明する。本実施形態の回転子２は、回転電機１のトルクを大きくすることができ、回転電機１の高出力化に寄与することができる。なお、以下に記載すること以外、本実施形態の回転電機１は、上述した実施形態の回転電機と同様に構成されている。
【００４９】
まず、本実施形態の第１永久磁石７と第２永久磁石１４との位置について説明する。本実施形態においても、角度θ２は角度θ１よりも小さく設定されている。このうえ、角度θ２は、
θ２＝１００±１０度  ・・・（４）
を満たすように設定されている。そのため、９０度≦θ２≦１１０度である。
【００５０】
次に、第１永久磁石７と第２永久磁石１４との相対位置関係について詳述する。本実施形態において、各最短距離Ｌ１，Ｌ２は、
０．８３≦Ｌ２／Ｌ１≦１．０７  ・・・（５）
を満たすように設定されている。
【００５１】
また、最短距離Ｌ１、最短距離Ｒ１及び最大距離Ｒ２は、
１．８１≦（Ｒ１−Ｒ２）／Ｌ１≦２．１４  ・・・（６）
を満たすように設定されている。
【００５２】
次に、上記のような第１永久磁石７と第２永久磁石１４との相対位置関係における作用、効果について説明する。  
図７は、縦軸を回転電機１のトルク値及び出力値とし、横軸を角度θ２としたときの回転電機１のトルク及び出力の変化を示すグラフである。図７では、上記トルク値及び出力値をそれぞれ相対値で表している。
【００５３】
同図に示すように、角度θ２が実質的に９０度のときに、回転電機１のトルク値が最大になることが確認できる。そして、角度θ２が９０度より大きくなるにしたがって回転電機１のトルクは低下していき、角度θ２が実質的に１１０度を超えると回転電機１のトルクの低下が大きくなっていくことが確認できる。一方で、回転電機１の出力は、角度θ２が９０度より大きくなるにしたがって、大きくなっていくことが確認できる。角度θ２が実質的に１１０度となるとき、上記トルクの変化を示すグラフと上記出力の変化を示すグラフとが交差している。そこで、角度θ２が上記式（４）を満たすとき、トルクが大きく出力も大きい回転電機１を得ることができる。
【００５４】
同じサイズである２種類の回転電機１のトルクを比較した場合、９０度≦θ２≦１１０度である回転電機１のトルクを、θ２＜９０度である回転電機１のトルクより大きくすることができる。又は、トルク値が同じである２種類の回転電機１のサイズ及び重量を比較した場合、９０度≦θ２≦１１０度である回転電機１を、θ２＜９０度である回転電機１より小型かつ軽量とすることができる。例えば、９０度≦θ２≦１１０度である回転電機１において、θ２＜９０度である回転電機１と比較し、第２永久磁石１４の配置領域のうち径方向の長さを短くすることができるため、回転子２（回転子鉄心４）の直径を小さくすることができる。  
上記のことから、９０度≦θ２≦１１０度とすることにより、回転電機１のトルクを大きくすることができる。又は、回転子２（回転子鉄心４）の小型軽量化を図ることができる。又は、回転電機１のトルクを大きくしつつ、回転子２（回転子鉄心４）の小型軽量化を図ることができる。  
また、角度θ２を９０度以上にすることで回転電機１の出力を大きくすることができるため、エネルギ効率を高めることができ得る。
【００５５】
図８は、縦軸を回転電機１のトルク値及び出力値とし、横軸を「最短距離Ｌ２／最短距離Ｌ１」としたときの回転電機１のトルク及び出力の変化を示すグラフである。図８では、上記トルク値及び出力値をそれぞれ相対値で表している。  
同図に示すように、Ｌ２／Ｌ１が実質的に０．８３となるとき、上記トルクの変化を示すグラフと上記出力の変化を示すグラフとが交差していることが確認できる。Ｌ２／Ｌ１が実質的に１．０７以下となるとき、回転電機１のトルクの低下がほぼなく出力が維持されていることが確認できる。そこで、Ｌ２／Ｌ１が上記式（５）を満たすとき、トルクが大きく出力も大きい回転電機１を得ることができる。
【００５６】
図９は、縦軸を回転電機１のトルク値及び出力値とし、横軸を「（最短距離Ｒ１−最大距離Ｒ２）／最短距離Ｌ１」としたときの回転電機１のトルク及び出力の変化を示すグラフである。  
同図に示すように、（Ｒ１−Ｒ２）／Ｌ１が実質的に１．８１となるとき、上記トルクの変化を示すグラフと上記出力の変化を示すグラフとが交差していることが確認できる。（Ｒ１−Ｒ２）／Ｌ１が実質的に２．１４以下となるとき、回転電機１のトルクの低下がほぼなく出力が維持されていることが確認できる。そこで、（Ｒ１−Ｒ２）／Ｌ１が上記式（６）を満たすとき、トルクが大きく出力も大きい回転電機１を得ることができる。
【００５７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【図１】
2018190103.tif 000003
【図２】
2018190103.tif 000004
【図３】
2018190103.tif 000005
【図４】
2018190103.tif 000006
【図５】
2018190103.tif 000007
【図６】
2018190103.tif 000008
【図７】
2018190103.tif 000009
【図８】
2018190103.tif 000010
【図９】
2018190103.tif 000011
【国際調査報告】
2018190103.tif 000012
2018190103.tif 000013