(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気突極部をなす凸部を周方向略一定ピッチで複数有する誘導子鉄心と、前記誘導子鉄心の前記凸部と対面する周面を有する電機子とを備え、
前記電機子は、
前記凸部に対面する磁極面を有して周方向略一定ピッチで前記誘導子鉄心に向けて突設された軟磁性の磁極部をもつ電機子鉄心と、
各前記磁極部に個別に集中巻きされる多数の巻線部を有する三相の電機子巻線と、
各前記磁極部に収容されて略周方向に着磁された永久磁石と、
を備える磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械において、
前記永久磁石は、前記磁極部の前記磁極面の周方向中央部に凹設された一個の磁石収容溝に収容され、
互いに周方向に隣接する少なくとも一対の前記永久磁石は互いに周方向逆向きに着磁されていることを特徴とする磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械。
【請求項２】
請求項１記載の磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械において、
前記電機子鉄心は、前記磁石収容溝に径方向に隣接する前記電機子鉄心の継鉄部により構成される磁石磁路短絡部を有することを特徴とする磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械。
【請求項３】
請求項１又は２記載の磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械において、
前記磁極部は、ｎ（６の整数倍）個形成され、
前記磁極部のピッチＰ１と前記凸部のピッチＰ２との比（Ｐ１／Ｐ２）は、略５／６又は略７／６に設定され、
前記永久磁石は、前記磁極部ごとに周方向極性交互に着磁され、
前記電機子巻線の前記巻線部は、前記磁極部に相順次に巻装されていることを特徴とする磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械。
【請求項４】
請求項３記載の磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械において、
前記磁極部は、ｎ（１２の整数倍）個形成され、
前記凸部は、ｍ（１０又は１４の整数倍）個形成されていることを特徴とする磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械。
【請求項５】
請求項３記載の磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械において、
前記凸部は、周方向へ所定ピッチで５又は７の整数倍個、軸方向へ互いに隣接して複数列設けられ、
互いに軸方向に隣接する２つの前記凸部の列は、互いに周方向に１／２ピッチずれて配置されていることを特徴とする磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械。
【請求項６】
請求項１又は２記載の磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械において、
前記磁極部は、ｎ（１２の整数倍）個形成され、
前記磁極部のピッチＰ１と前記凸部のピッチＰ２との比（Ｐ１／Ｐ２）は、略５／６又は略７／６に設定されており、
第一相の前記巻線部Ｕ１〜Ｕ４、第二相の前記巻線部Ｖ１〜Ｖ４、第三相の前記巻線部Ｗ１〜Ｗ４が、Ｕ１、Ｕ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｗ１、Ｗ２、Ｕ３、Ｕ４、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ３、Ｗ４の順に循環配列され、
互いに周方向に隣接するとともに同一相の任意の２つの前記巻線部は、互いに周方向逆向きに着磁された前記磁石を有して互いに隣接する２つの前記磁極部に逆の巻き向きにて個別に巻装され、
互いに周方向に隣接するとともに異なる相の任意の２つの前記巻線部は、互いに周方向同じ向きに着磁された前記磁石を有して互いに隣接する２つの前記磁極部に同じ巻き向きにて個別に巻装されていることを特徴とする磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか記載の磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械において、
前記誘導子鉄心及び電機子鉄心の周方向を直線方向に展開した形状をもちリニアアクチエータを構成する磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載用モータおよびジェネレータをはじめとする使用速度範囲が比較的広く、且つ、体格当たり大きなトルクと出力が要求される回転電機、およびリニアアクチエータに好適な磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
リラクタンスモータ（誘導子型回転電機）はロータ構造がシンプルかつ頑強であり、高速回転に耐え、小型機では同様の堅牢なロータ構造をもつかご形誘導機によりトルクが大きい反面、高回転域での出力の低下が問題となっている。
【０００３】
これは、リラクタンスモータが主磁束を電機子電流だけで受け持つため、原理的に電機子インダクタンスを小さく設計することが難しいためと考えられる。
【０００４】
なお、リラクタンスモータとしては、同期式リラクタンスモータの他に、非同期回転するスイッチドリラクタンスータ（ＳＲモータ）もあるが、このＳＲモータも上記と同様の問題をもつ。
【０００５】
特開平１１ー３０８８２９号公報は、ＳＲジェネレータにおいて、固定子に磁石の他に励磁巻線を設け、励磁巻線の電流を制御することにより発電調整を可能とすることを提案している。
【０００６】
しかしながら、この公報技術によれば、発電量調整のために励磁巻線を固定子継鉄にトロイダル巻きするため、巻装が容易でなく、かつ、励磁巻線が固定子継鉄の外周へ突出するという不利があった。また、励磁巻線に隣接する磁極歯の極性を反転できないため、磁極歯の電磁的な利用効率が低く、体格当たりの出力が小さいという欠点もあった。
【０００７】
その他、特公平７ー８１２６号公報や特許２５７６２８６号は、同じリラクタンス原理を使いながら低速度回転に特化したステッピングモータにおいて、磁石を固定子磁極歯の凹部に設けることによりトルクを増大することを提案している。
【０００８】
しかしながら、これらは何れも磁極歯凹部の漏れ磁束を減らしたり、磁気的凹凸比（リラクタンス比）を磁石で補強したりして、磁石の作用は専ら磁極歯部のリラクタンス比の増大用途に限定されている。
【０００９】
このため、主磁束は相変わらず電機子電流だけで受け持つ結果、電機子インダクタンスを小さく設計することができず、高回転域での出力増大が困難であった。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、電機子インダクタンスの低減により高回転域の出力増大が可能な磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械を提供することを、その目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械は、磁気突極部をなす凸部を周方向略一定ピッチで複数有する誘導子鉄心と、前記誘導子鉄心の前記凸部と対面する周面を有する電機子とを備え、前記電機子は、前記凸部に対面する磁極面を有して周方向略一定ピッチで前記誘導子鉄心に向けて突設された軟磁性の磁極部をもつ電機子鉄心と、各前記磁極部に個別に集中巻きされる多数の巻線部を有する三相の電機子巻線と、各前記磁極部に収容されて略周方向に着磁された永久磁石とを備える磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械において、
前記永久磁石は、前記磁極部の前記磁極面の周方向中央部に凹設された一個の磁石収容溝に収容され、互いに周方向に隣接する少なくとも一対の前記永久磁石は互いに周方向逆向きに着磁されていることを特徴としている。
【００１２】
本構成によれば、磁極部の磁極面の周方向中央部にそれぞれ収容されて互いに周方向に隣接する一対の永久磁石が、互いに周方向逆向きに着磁されているので、磁極部が永久磁石により周方向に二分されて、磁束を一方側に偏在させて独特の磁界分布を形成してトルクを発生させることができる。
【００１３】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械において更に、前記電機子鉄心は、前記磁石収容溝に径方向に隣接する前記電機子鉄心の継鉄部により構成される磁石磁路短絡部を有することを特徴としている。
【００１４】
更に説明すれば、電機子が、磁極部（以下、電機子磁極ともいう）の中心部に設けられた溝の電磁ギャップ対向面と反対側に電機子の継鉄部を兼ねる磁石磁路短絡部を設けたので、電機子電流の大きさを抑えることにより、磁石による磁束を上記磁石磁路短絡部により高速回転時に短絡させ、速度（回転数）の高い領域において効率的に誘起電圧を適値に抑えることができ、出力（効率）を向上させることが出来る。
【００１５】
一方、高トルクを必要とする中低速（回転）域では、電機子電流を大きくすることにより、上記磁石磁路短絡部を磁気飽和させ、磁石による磁束をトルク（出力）として有効に利用できる。このようにして広い（回転）速度域においてトルク及び／または出力を効率よく制御可能な電気機械を提供することが可能となる。
【００１６】
請求項３記載の構成によれば請求項１又は２記載の磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械において更に、前記磁極部は、ｎ（６の整数倍）個形成され、前記磁極部のピッチＰ１と前記凸部のピッチＰ２との比（Ｐ１／Ｐ２）は、略５／６又は略７／６に設定され、前記永久磁石は、前記磁極部ごとに周方向極性交互に着磁され、前記電機子巻線の前記巻線部は、前記磁極部に相順次に巻装されていることを特徴としている。
【００１７】
すなわち、本構成によれば、磁極部（電機子磁極）の中心部に磁極部の電磁ギャップ対向面（磁極面）側から電機子の継鉄部（コアバック）側へ向けて設けた溝に溝幅方向に着磁された磁石を収容したので、磁極部（電機子磁極）の突極性を損なわずに磁石による磁束を利用でき、効果的にトルクを向上できる。
【００１８】
また、電機子導体が永久磁石と干渉することなく磁極部（電機子磁極）に集中して巻回できるので、線占積率が向上し、コイルエンドも短縮でき、小型高出力化するのに有効である。
【００１９】
また、磁極部のピッチＰ１と凸部のピッチＰ２との比（Ｐ１／Ｐ２）を略５／６又略は７／６としたので、磁束のループ数が増え、磁石磁束が主磁束を効果的に分担でき、主磁束を発生するのに必要な電機子導体数を低減することにより電機子インダクタンスを減らして出力を増大させることができるという効果がある。
【００２０】
また、磁極部の溝部に挿入された永久磁石は交互に逆極性に着磁されているので、磁束分布の対称性が良く、磁石による磁束をトルクとして利用しやすい。
【００２１】
また、電機子磁極に３相巻線が第１（Ｕ）相、第２（Ｖ）相、第３（Ｗ）相の順に循環配列され、同相の巻線が直列かつ同じ向きに接続されているので電気磁気的相互作用の面からも対称性が良く、ロータ偏心やエアギャップバランス等による不平衡電流を無くすことができ、出力（効率）向上に有効である。
【００２２】
つまり、磁極部の数ｎと、凸部の数ｍとの比を上記値にした場合、磁極部に設けた磁石が極めて効果的に主磁束を分担することができるため、主磁束を発生するのに必要な電機子導体数を低減することにより、電機子インダクタンスを減らして出力を増大させることが可能となる。
【００２３】
また、従来のリラクタンスモータが吸引力のみを利用していたため、固定子およびロータ磁路の半分以下しか活用できなかったのに対し、磁極部の数ｎと、凸部の数ｍとの比を上記値にした結果、磁極部に設けた磁石が主磁束を磁極内で偏向させる第２の作用が相乗して働き、従来、所望するのと反対方向のトルク（以下、反トルク）が発生するため使えなかった磁路（及び導体）を利用してトルク／体格を更に向上させることができる。
【００２４】
請求項４記載の構成によれば請求項３記載の磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械において更に、前記磁極部は、ｎ（１２の整数倍）個形成され、前記凸部は、ｍ（１０又は１４の整数倍）個形成されていることを特徴としている。
【００２５】
本構成によれば、磁極部の数を１２の整数倍とし、凸部の数を偶数である１０又は１４の整数倍としたので磁束分布が（軸）対称形となり、移動子（又はロータ）を揺動（又は偏心）させるアンバランス力を効果的に抑制できる。
【００２６】
請求項５記載の構成によれば請求項３記載の磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械において更に、前記凸部は、周方向へ所定ピッチで５又は７の整数倍個、軸方向へ互いに隣接して複数列設けられ、互いに軸方向に隣接する２つの前記凸部の列は、互いに周方向に１／２ピッチずれて配置されていることを特徴としている。
【００２７】
本構成によれば、磁極部の数（ｎ）を６の整数倍とし、凸部の数（ｍ）を周方向へ５又は７の整数倍とし、かつ、軸方向へ少なくとも２列に配置するとともに、互いに軸方向隣接する２つの凸部の列の凸部配置ピッチをたがいに１／２ピッチずらしたので、１／２ピッチずらされた配置をもつ隣接２列にて磁束分布が周方向に１／２ピッチずれる。その結果、磁極部の数（ｎ）を抑えつつ誘導子鉄心（ロータ）を揺動（又は偏心）させるアンバランス力を効果的に抑制でき、外形（又は外径）寸法に制約のある電気機械の構造として特に好適となる。
【００２８】
請求項６記載の構成によれば請求項１又は２記載の磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械において更に、前記磁極部は、ｎ（１２の整数倍）個形成され、
前記磁極部のピッチＰ１と前記凸部のピッチＰ２との比（Ｐ１／Ｐ２）は、略５／６又は略７／６に設定されており、第一相の前記巻線部Ｕ１〜Ｕ４、第二相の前記巻線部Ｖ１〜Ｖ４、第三相の前記巻線部Ｗ１〜Ｗ４が、Ｕ１、Ｕ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｗ１、Ｗ２、Ｕ３、Ｕ４、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ３、Ｗ４の順に循環配列され、
互いに周方向に隣接するとともに同一相の任意の２つの前記巻線部は、互いに周方向逆向きに着磁された前記磁石を有して互いに隣接する２つの前記磁極部に逆の巻き向きにて個別に巻装され、互いに周方向に隣接するとともに異なる相の任意の２つの前記巻線部は、互いに周方向同じ向きに着磁された前記磁石を有して互いに隣接する２つの前記磁極部に同じ巻き向きにて個別に巻装されていることを特徴としている。
【００２９】
本構成によれば、磁極部（電機子磁極）の周方向中心部に磁極部の磁極面から電機子鉄心の継鉄部（コアバック）側に向かって凹設された溝に溝幅方向に磁化された磁石を収容した構成としたので、磁極部（電機子磁極）の突極性を損なわずに磁石による磁束を利用でき、効果的にトルクを向上できる。
【００３０】
また、磁極部（電機子磁極）のピッチＰ１と誘導子鉄心の凸部のピッチＰ２との比（Ｐ１／Ｐ２）を略５／６又は略７／６としたので、磁束のループ数が約２倍に増え、磁石磁束が主磁束を効果的に分担でき、主磁束を発生するのに必要な電機子導体数を低減することにより、電機子インダクタンスを減らして出力を増大させることができるという作用効果がある。
【００３１】
また、磁極部の数ｎを１２の整数倍数としたので、凸部の数ｍを偶数である１０又は１４の整数倍にすることができ、磁束分布が軸対称形状となり、誘導子鉄心を揺動又は偏心させる力を低減することができ、振動を減らすことができる。
【００３２】
また、電機子導体を磁石と干渉することなく磁極部に集中して巻回できるので、線占積率が向上しコイルエンドも短縮でき、小型高出力化するのに有効である。
【００３３】
また、電機子巻線は、隣接する磁極部に互いに逆向きかつ個別に巻装されて互いに直列接続され、かつ、同じ相電圧が印加される合計６対の巻線部対（Ｕ１、Ｕ２）、（Ｖ３、Ｖ４）、（Ｗ１、Ｗ２）、（Ｕ３、Ｕ４）、（Ｖ１、Ｖ２）、（Ｗ３、Ｗ４）をこの順序で循環するように巻装し、他の２相の巻線部対を挟んで互いに隣接する同相の２つの巻線部は、同じ向きに巻装される構成を採用したので、電気磁気的相互作用の面から対称性が良く、ロータ偏心やエアギャップアンバランス等による不平衡電流を無くすことができ、出力（効率）向上に有効である。
【００３４】
また、同相の一対の巻線部（同相巻線部対ともいう）が個別に巻装されて互いに隣接する一対の磁極部に収容される一対の磁石は、互いに周方向逆向きに着磁されているので、上記同相巻線部対の分布巻係数が比較的大きな値となり、磁石磁束に対する同相巻線部対の巻線利用率（＝短節巻係数×分布巻係数）の向上により、体格当たりのトルクを向上させることができる。
【００３５】
また、上記電機子巻線が適度の短節巻係数および分布巻係数を有するので、巻線電流による起磁力波形（または誘導起電力）の高周波成分を低減でき、トルク脈動を抑え、作動時の振動・騒音を低減することができる。
【００３６】
また、相が異なる巻線部が巻装されて互いに隣接する一対の磁極部に挿入された一対の磁石は、周方向同じ向きに着磁されているので、磁石数がｎ（１２の整数倍）でも、磁石による極性数ｐを等価的ｎ／２の整数倍（６または１８の整数倍）とすることができ、磁石により形成されて等価磁極数（互いに隣接して同じ向きに着磁される一対の磁石は一個の磁石と想定した場合の全磁石の磁極数を意味するものとする）ｐをもつ静止磁界と、ｍ個の凸部を有するロータとの磁気変調作用により形成される回転磁界の等価極数ｑが、１０又は１４の整数倍になり、磁極部数ｎ（１２の整数倍）の巻線部に好適な関係（ｑ＝ｎ±２）を満足することにより、磁路（及び導体）の利用率が更に向上でき、トルク／体格（重量）をより一層向上させることができる。
【００３７】
本構成の好適な態様において、磁極部のピッチＰ１と誘導子鉄心の凸部のピッチＰ２との比の上記関係に加え、永久磁石により形成される等価磁極数ｐと、凸部の数ｍと、電機子巻線による回転磁界の極数ｑ、及び、磁極部の数ｎの間の比率を、ｐ：ｍ：ｑ＝１８：１４：１０、または、ｐ：ｍ：ｑ＝６：１０：１４のにしたので、２ｍ＝ｐ＋ｑ、かつ、ｑ＝ｎ±２、かつ、ｐはｎ／２の整数倍（ｎは１２の整数倍）を満足することができる。これにより、磁石による等価磁極数ｐの静止磁界と、ｍ個の凸部を有するロータとの磁気変調作用により生成される回転磁界の等価極数ｑが、１０又は１４になることにより、磁束のループ数が更に上記８から１０に増加するため、更にｑ＝ｎ±２の場合、磁路（及び導体）の利用率が更に向上できるため、トルク／体格（重量）を一層向上させることができる。
【００３８】
請求項７記載の構成によれば請求項１乃至６のいずれか記載の磁石装備電機子をもつ誘導子型電気機械において、前記誘導子鉄心及び電機子鉄心の周方向を直線方向に展開した形状をもちリニアアクチエータを構成することを特徴としているので、スラスト力が大きいリニアアクチエータを実現することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
第１実施例を図１を参照して説明する。図１は回転電機主要部の径方向断面図である。
【００４０】
電機子１０の電機子鉄心に設けた６個の磁極部（以下、磁極又は電機子磁極ともいう）１１〜１６の中心部に各磁極のギャップ対向面（磁極面）側から電機子鉄心の継鉄部（コアバック）１Ｆ側に向かって、各一つの矩形溝（磁石収容溝）２１〜２６が設けられており、矩形溝２１〜２６に溝幅方向に着磁された磁石３１〜３６が個別に挿入されている。
【００４１】
磁石３１〜３６は、対称的な磁束分布を得るため、交互に逆極性（隣り合う磁石の対向面が同極性）に着磁されている。電機子（固定子）１０は、矩形溝２１〜２６のギャップ対向面（磁極面）と反対側に継鉄部１Ｆに連なり、磁石３１〜３６の磁束を短絡させる磁石磁路短絡部６１〜６６を有する。したがって、磁石磁路短絡部６１〜６６は継鉄部１Ｆとともに全体として、電機子鉄心の継鉄部をなす。電機子１０の電機子鉄心は軟磁性薄板材を積層してなる。電機子１０の電機子鉄心は、図示するように、磁極１１〜１６と、継鉄部（コアバック）１Ｆと、磁石磁路短絡部６１〜６６とを一体にした薄板材により構成してもよいし、例えば磁極１１〜１６毎に適宜分割した分割コア形状に形成し、後で接合してもよい。
【００４２】
各磁極部１１〜１６には、それぞれ本発明で言う巻線部をなす導体４１〜４６が個別に集中巻きされている。導体４１、４４は互いに直列接続されて星形接続の三相電機子巻線の第１相（Ｕ）相の相巻線を構成し、導体４２、４５は互いに直列接続されて三相電機子巻線の第２相（Ｖ）相の相巻線を構成し、導体４３、４６は互いに直列接続されて三相電機子巻線の第３相（Ｗ）相の相巻線を構成している。つまり、第１相（Ｕ）相の導体４１（４４）が第１（４）の磁極１１（１４）に集中して巻かれており、同様に、第２相（Ｖ）相の導体４２（４５）が第２（５）の磁極１２（１５）に、第３相（Ｗ）相の導体４３（４６）が第３（６）の磁極１３（１６）に集中して巻かれており、同一相の導体（例えば４１と４４）は電気的に直列接続され、通電時に同相の磁極の対向ギャップ面（磁極面）の極性が同一となるよう磁極に巻回されている。この実施例では、
電機子１０およびその磁極１１〜１６の内側にはエアギャップを介してロータ（誘導子鉄心）５０があり、該ロータ５０が相対回転可能に配設されており、ロータ（誘導子鉄心）５０の外周面には、ｍ（＝５）個の磁気的な凸部（５１〜５５）が形成されている。ロータ（誘導子鉄心）５０は、軟磁性薄板の積層部材および、これに圧入されたシャフト７０とにより構成される。互いに隣接する磁極（例えば１１と１２）のピッチＰ１と、ロータ５０の凸部（例えば５１と５２）のピッチＰ２との比（Ｐ１／Ｐ２）は略５／６とされている。
【００４３】
次に上記実施例のモータの作用・効果を、従来のＳＲモータとの比較により説明する。従来のＳＲモータは、図１９に示す固定子の対向スロットに電機子コイル辺を納める全節巻の電機子巻線と、図２０に示す１つの磁極に電機子巻線を巻く短節（集中）巻の電機子巻線との２つの電機子巻線形式のものが知られている。しかし、全節巻方式が短節巻方式に比べて、トルクに有効な電流（以下、トルク電流）を流せる導体数を多くできるため、トルク／体格を大きくできる。
【００４４】
すなわち、ロータが反時計まわりに回転する電動機モ−ドで比較してみると、図１９に示す全節巻ではトルク電流を受け持つ導体がスロット４１、４４（全スロットの１／３）であるのに対し、図２０に示す短節巻ではトルク電流を受け持つ導体がスロット４１ａ、４４ａ（全スロットの１／６）と少ないことからも分かる。
【００４５】
しかしながら、全節巻のコイルエンドは短節巻のそれよりも長くなるという欠点がある。また、ロータの磁束の流れをみると、両巻線ともロータの半分の磁路しか利用しておらず、鉄量（体格）が増える要因となっている。
【００４６】
そこで、図２１のように磁極の中心部に図示極性の磁石を配置した短節（集中）巻の場合を考察してみると、スロット４１ａ、４４ａのトルク電流に加え、従来使えなかったスロット４２ａ、４２ｂ、４５ａ、４５ｂに主磁束を作るための励磁電流を流すことにより磁極中心磁石３２、３５が磁極１２、１５内の磁束を偏向させ、ロータ回転方向の磁極（１２ｂ、１５ｂ）磁束を密にして、トルクが増加することができる。
【００４７】
更に、図２に示すように、ロータ外周の凸部（５１〜５５）を５個にすると磁束のループ数が２倍（４個）に増え、トルク電流を増やせる結果、トルクが増加する。
【００４８】
したがって、図２によれば、トルク電流を受け持つ導体がスロット４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４６ｂ（全トルクの１／３）と従来の全節巻並みに増えるが、この時、磁石３１、３２、３６は主磁束を発生（分担）しており、主磁束を発生するのに必要な電機子導体数を低減することにより、電機子インダクタンスを減らして出力も増大させることができる。
【００４９】
また別の見地から言えば、従来のＳＲモータでは主磁束を発生させる必要上、電流位相からみてインダクタンスが大きく成らざるをえなかった導体の一部が、この実施例では、トルク電流（主磁束と直交する位相の電流）を受け持つインダクタンスの小さな導体に置き換えられることになり、その結果、全体として電機子インダクタンスを減らし、出力を増大させることができる。
【００５０】
また、スロット導体４４ａ、４４ｂに加え、従来使えなかったスロット導体４３ｂ、４５ａにも励磁電流を流すことができ、磁石３３〜３５が磁極１３〜１５内の磁束を偏向させ、ロータ回転方向の磁束（１３ｂ〜１５ｂ）磁束を密にして、更にトルクを増加させることができる。
【００５１】
次に、電動機モ−ド（ロータ回転が反時計方向）における電機子三相電流と磁束分布およびロータの回転位置との関係について、図２と図３を用いて説明する。
【００５２】
図２は、電流の位相が第１の状態を示すものであり、第１相（Ｕ相）の導体４１（４４）には図中の電流方向記号の向きに第１相（Ｕ相）電流が流れ、第１（４）の磁極１１（１４）のエアギャップ対向面（磁極面）はＳ極に磁化される。また、第２相（Ｖ相）の導体４２（４５）には図中の電流方向記号の向きに第２相（Ｖ相）電流が流れ、第２（５）の磁極１２（１５）のエアギャップ対向面（磁極面）はＮ極に磁化される。同様に、第３相（Ｗ相）の導体４３（４６）には図中、電流方向記号の向きに第３相（Ｗ相）電流が流れ、第３（６）の磁極１３（１６）のエアギャップ対向面（磁極面）はＮ極に磁化される。
【００５３】
この時、三相巻線は星形結線されているので、三相電流値の大きさ（絶対値）は、Ｕ相電流：Ｖ相電流：Ｗ相電流＝２：１：１となっている。また、図２に示すように、ロータ５０は、凸部５４が磁極１４と対向する回転位置にあり、図示した磁束分布と三相電流との相互作用によりロータ５０には反時計方向のトルクが発生する。
【００５４】
図３は、電流の位相が第１の状態に対し６０°（電気角）進んだ第２の状態を示すものであり、第１相（Ｕ相）の導体４１（４４）には図中、電流方向記号の向きに第１相（Ｕ相）電流が流れ、第１（４）の磁極１１（１４）のエアギャップ対向面（磁極面）はＳ極に磁化される。また、第２相（Ｖ相）の導体４２（４５）には図中、電流方向記号の向きに第２相（Ｖ相）電流が流れ、第２（５）の磁極１２（１５）のエアギャップ対向面（磁極面）はＳ極に磁化される。同様に、第３相（Ｗ相）の導体４３（４６）には図中、電流方向記号の向きに第３相（Ｗ相）電流が流れ、第３（６）の磁極１３（１６）のエアギャップ対向面（磁極面）はＮ極に磁化される。
【００５５】
この時、三相の電流値の大きさ（絶対値）は、Ｕ相電流：Ｖ相電流：Ｗ相電流＝１：１：２の比になっている。また、図３に示すように、ロータ５０は、凸部５３が磁極１３と対向する回転位置まで１２°（機械角）進んだ位置にあり、図示した磁束分布と三相電流との相互作用によりロータ５０には同様に反時計方向のトルクが発生する。
【００５６】
このように電流位相の電気角６０°に対してロータ回転の機械角１２°であることから、見かけ上、５（極対数）の同期電動機と同様な三相交流回転制御が可能である。
【００５７】
ここで、ロータ５０の凸部の数をｍとすると、この実施例の電気機械はｍ極対数（２ｍ極）の同期電動（発電）機と同様な駆動方法が採用できる。なお、ｍは５または７の整数倍である。
【００５８】
ただし、ロータ５０は電機子電流による回転磁界に対して真に同期回転している訳ではなく、電気磁気現象として捉え直せば、本発明からなる電気機械は磁極（ｎ個）に設けられた磁石による極数ｎの静止磁界に磁気的凸部（ｍ個）を有するｍ極対数のロータ５０が磁気変調作用を及ぼし、２ｍーｎ極の回転磁界が生成され、この回転磁界に所定の位相差を設けた電機子電流を流すことにより、電動機または発電機として機能するものと考えることができる。
【００５９】
以上説明したように、第１実施例によれば、電機子の磁極部の周方向中心部に磁極面（ギャップ対向面）側から電機子の継鉄部側へ向けて設けた矩形溝に溝幅方向に着磁された磁石を挿入する構成としたので、電機子磁極の突極性を損なわずに磁石による磁束を利用でき、効果的にトルクを向上できる。
【００６０】
また、電機子導体を永久磁石と干渉することなく電機子磁極に集中して巻回できるので、占積率が向上し、コイルエンドも短縮でき、小型高出力化するのに有効である。
【００６１】
また、磁極部のピッチＰ１と凸部のピッチＰ２との比（Ｐ１／Ｐ２）を所定の値（略５／６）としたので、磁束のループ数が増え、磁石が主磁束を効果的に分担でき、その結果、主磁束を発生するのに必要な電機子導体数を低減することにより電機子インダクタンスを減らして出力を増大させることができる。
【００６２】
また、従来のリラクタンスモータが吸引力のみを利用していたため、固定子およびロータ磁路の半分以下しか活用できなかったのに対し、上記のように比（Ｐ１／Ｐ２）を所定の値（略５／６）にしたので、上記第１の作用に加えて、固定子磁極に設けた磁石が主磁束を磁極内で偏向させる第２の作用が相乗して働き、従来、反トルクが発生するため使えなかった磁路（及び導体）が利用でき、トルク／体格を更に向上させることができる。
【００６３】
また、磁極部の矩形溝に挿入された磁石は交互に逆極性に着磁されているので、磁束分布の対称性が良く、磁石による磁束をトルクとして利用しやすくなる。
【００６４】
また、三相巻線の巻線部が第１（Ｕ）相、第２（Ｖ）相、第３（Ｗ）相の順に各磁極部に個別に巻装され、更に、互いに直列接続されて同相の相巻線を構成する各巻線部が、同じ向き（軸心からみて）に巻装されるので、電気磁気的相互作用の面からも対称性が良く、ロータ偏心やエアギャップバランス等による不平衡電流を無くすことができ、出力
（効果）向上に有効である。
【００６５】
また、電機子が電機子磁極の中心部に設けられた矩形溝のギャップ対向面と反対側に電機子鉄心の継鉄部１Ｆに連なる磁石磁路短絡部６１〜６６を有する構成としたので、電機子電流の大きさを抑える（または電流位相を適度に進角又は遅角させる）ことにより、磁石磁束を磁石磁路短絡部６１〜６６により適度に短絡させ、速度（回転数）の高い領域において効率的に誘起電圧を適値に抑えることができ、出力（効率）を向上させることが出来る。
【００６６】
一方、高トルクを必要とする中低速（回転）域では、電機子電流を大きくすることにより、磁石磁路短絡部６１〜６６を磁気飽和させ、磁石による磁束をトルク（出力）として有効に利用できる。このようにして広い（回転）速度域においてトルク及び／または出力を効率よく制御可能な電気機械を提供することができる。
【００６７】
また、磁石磁路短絡部６１〜６６を継鉄部１Ｆに連なる構成としたので、図２に示すように磁石磁路短絡部（図中の６２、６３）は、継鉄部１Ｆを経由し磁石（図中の３２、３３）の磁束をトルクに有効な磁極部位（図中１２ａ、１３ｂ）に導くための磁路として作用し、磁石による磁束が、より効果的にトルク（出力）として利用できる。
【００６８】
なお、本実施例において、ロータ凸部の数が５で、磁極部のピッチＰ１と凸部のピッチＰ２との比（Ｐ１／Ｐ２）が略５／６の場合について詳述したが、ロータ凸部の数が７で、磁極部のピッチＰ１と凸部のピッチＰ２との比（Ｐ１／Ｐ２）が略７／６の場合についても同様の作用効果が得られる。
（実施例２）
磁極部の数（ｎ）を１２、凸部の数（ｍ）を１０とした第２実施例の磁石装備電機子をもつ誘導子型回転電機を、第１実施例との違いを中心に説明する。
【００６９】
この実施例は、図４の回転電機主要部の径方向断面図に示すよう、電機子である固定子１０が、１２個の磁極（磁極部）１１〜１３〜１Ｃを有し、これら磁極の周方向中心部には極性交互に着磁された磁石３１〜３３〜３Ｃが挿入されている。
【００７０】
第１相（Ｕ相）の導体（本発明で言う巻線部）４Ｕ１が磁極１１、第２相（Ｖ相）の導体（本発明で言う巻線部）４Ｖ１が磁極１２、第３相（Ｗ相）の導体（本発明で言う巻線部）４Ｗ１が磁極１３に集中して巻かれており、以下、図示省略するが、第１相（Ｕ相）、第２相（Ｖ相）、第３相（Ｗ相）の順に導体が各磁極に個別に集中して巻かれている。同一相の導体（例えば４Ｕ１、４Ｕ２、４Ｕ３、４Ｕ４）は電気的に直列接続され、かつ、通電時に同相の導体が巻装された各磁極（同相磁極ともいう）の対向ギャップ面（磁極面）が同一極性になるように各磁極に巻回されている。
【００７１】
電機子１０およびその電機子鉄心の磁極１１〜１３〜１Ｃの径方向内側にはエアギャップを介してロータ５０が相対回転自在に配設され、ｍ（＝１０）個の磁気的な凸部（５１〜５Ａ）がロータ５０の外周面に形成されている。
【００７２】
互いに隣接する磁極（例えば１１と１２）のピッチＰ１と凸部（例えば５１と５２）のピッチＰ２との比（Ｐ１／Ｐ２）は略５／６とされている。
【００７３】
次に電動機モ−ド（ロータ回転が反時計方向）における電機子三相電流と磁束分布および、ロータの位置の関係について、図５及び図６を用いて説明する。
【００７４】
図５は第１の電流位相状態を示すものであり、第１相（Ｕ相）導体４Ｕ１〜４Ｕ４、第２相（Ｖ相）導体４Ｖ１〜４Ｖ４、第３相（Ｗ相）の導体４Ｗ１〜４Ｗ４に、図中、電流方向記号の向きの三相電流が流れ、磁極のエアギャップ対向面（磁極面）が磁化され、図示するように軸対称に分布した磁束が形成される。
【００７５】
この時、星形結線された三相電機子巻線の各相電流の大きさ（絶対値）は、Ｕ相電流：Ｖ相電流：Ｗ相電流＝２：１：１の比になっている。
【００７６】
ロータ５０は、図５に示すように、凸部５４が磁極１４と対向する回転位置にあり、図示した磁束分布と三相電流との相互作用により、反時計方向のトルクがロータ５０に発生する。
【００７７】
図６は電流の位相が第１の状態に対し６０°（電気角）進んだ第２の状態を示す。第１相（Ｕ相）導体４Ｕ１〜４Ｕ４、第２相（Ｖ相）導体４Ｖ１〜４Ｖ４、第３相（Ｗ相）の導体４Ｗ１〜４Ｗ４に、図中、電流方向記号の向きの三相電流が流れ、磁極のエアギャップ対向面（磁極面）が磁化され、図示するように、軸対称に分布した磁束が形成される。
【００７８】
この時、三相電流の大きさ（絶対値）は、Ｕ相電流：Ｖ相電流：Ｗ相電流＝１：１：２の比になっている。
【００７９】
ロータ５０は、図６に示すように、凸部５３が磁極１３と対向する回転位置まで図５に対し６°（機械角）進んだ位置にあり、図示するように磁束分布と三相電流との相互作用により、反時計方向のトルクがロータ５０に発生している。
【００８０】
このように、電流位相の電気角６０°に対してロータ回転の機械角６°であることから、見かけ上、極対数１０の同期電動機と同様な三相交流回転制御が可能となっている。
【００８１】
以上のように、本実施例よれば、ロータの凸部の数（ｍ）を１０としたので、磁束分布が軸対称形となり、ロータを偏心させるアンバランス力を効果的に抑制できる。
（第３実施例）
第３実施例として、磁極部の数（ｎ）を１２、ロータの凸部の数（ｍ）を１４とした場合について、第１実施例との違いを中心に説明する。
【００８２】
この実施例は、図７の回転電気主要部の径方向断面図に示すよう、電機子である固定子１０が、１２個の磁極１１〜１３〜１Ｃを有し、これら磁極の中心部には極性交互に着磁された磁石３１〜３３〜３Ｃが挿入されている。
【００８３】
第１相（Ｕ相）の導体（巻線部）４Ｕ１が磁極１１に、第２相（Ｖ相）の導体（巻線部）４Ｖ１が磁極１２に、第３相（Ｗ相）の導体（巻線部）４Ｗ１が磁極１３に、それぞれ集中して巻かれており、以下、図示省略するが、第１相（Ｕ相）、第２相（Ｖ相）、第３相（Ｗ相）の順に導体（巻線部）が各磁極に個別に集中して巻かれている。
【００８４】
同一相の導体（例えば４Ｕ１、４Ｕ２、４Ｕ３、４Ｕ４）は電気的に直列接続され、かつ、通電時に同相の導体が巻装された各磁極（同相磁極ともいう）の対向ギャップ面（磁極面）が同一極性になるように各磁極に巻回されている。
【００８５】
電機子１０およびその電機子鉄心の磁極１１〜１３〜１Ｃの内側にはエアギャップを介してロータ５０が相対回転自在に配設され、ｍ（＝１４）個の磁気的な凸部（５１〜５Ｅ）がロータ５０の外周面に形成されている。
【００８６】
互いに隣接する磁極（例えば１１と１２）のピッチＰ１と凸部（例えば５１と５２）のピッチＰ２との比（Ｐ１／Ｐ２）は略７／６とされている。
【００８７】
次に、電動機モ−ド（ロータ回転が反時計方向）における電機子の三相電流と磁束分布およびロータの回転位置との関係について、図８及び図９を用いて説明する。
【００８８】
図８は第１の電流位相状態を示すものであり、第１相（Ｕ相）導体（巻線部）４Ｕ１〜４Ｕ４、第２相（Ｖ相）導体（巻線部）４Ｖ１〜４Ｖ４、第３相（Ｗ相）の導体（巻線部）４Ｗ１〜４Ｗ４に、図中、電流方向記号の向きの三相電流が流れ、磁極のエアギャップ対向面（磁極面）が磁化され、図示するように軸対称の分布した磁束が形成される。
【００８９】
この時、三相電流の大きさ（絶対値）は、Ｕ相電流：Ｖ相電流：Ｗ相電流＝２：１：１の比になっている。
【００９０】
図８に示すように、ロータ５０の凸部５５は、磁極１４と対向する回転位置にあり、図示した磁束分布と三相電流との相互作用により、反時計方向のトルクがロータ５０に発生する。
【００９１】
図９は電流の位相が第１の状態に対し６０°（電気角）進んだ第２の状態を示すものであり、第１相（Ｕ相）導体４Ｕ１〜４Ｕ４、第２相（Ｖ相）導体４Ｖ１〜４Ｖ４、第３相（Ｗ相）の導体４Ｗ１〜４Ｗ４に、図中、電流方向記号の向きの三相電流が流れ、磁極のエアギャップ対向面（磁極面）が磁化され、図示するように軸対称に分布した磁束が形成される。
【００９２】
この時、三相電流の大きさ（絶対値）は、Ｕ相電流：Ｖ相電流：Ｗ相電流＝１：２：１の比になっている。
【００９３】
図９に示すように、ロータ５０の凸部５６は磁極１５と対向する回転位置、すなわち図６ー１の位置に対して４．２９°（機械角）進んだ位置にあり、図示した磁束分布と三３相電流との相互作用により、反時計方向のトルクがロータ５０に発生している。
【００９４】
このように、電流位相の電気角６０°に対してロータ回転の機械角４．２９°であることから、見かけ上、極対数１４の同期電動機と同様な三相交流回転制御が可能となっている。
【００９５】
以上説明したように、第２、３の実施例によれば、磁極の数（ｎ）を１２の整数倍とし、ロータの凸部の数（ｍ）を偶数である１０又は１４の整数倍としたので、磁束分布が軸対称形となり、ロータを偏心させるアンバランス力を効果的に抑制することができる。
（第４実施例）
次に第４の実施例として、磁極の数（ｎ）が６で、凸部の数（ｍ）が５のロータを軸方向に２列に分け、列間で凸部の周方向角度位置を１／２ピッチずらした場合について、第１実施例との違いを中心に説明する。
【００９６】
この実施例の骨子は、上記他の実施例と電機子の構造や巻線構造をできるだけ変更することなく、磁石数を軸方向で２分割し、一列分の磁極の数（ｎ）が６のままでも、合成磁束の分布が軸対称になるようにして、ロータを偏心させるアンバランス力を抑制することにより外径寸法に制約のある用途に適した小型の回転電機を提供する点にある。
【００９７】
この実施例では、図１０及び図１２に示すように、ロータ５０ａ、５０ｂが軸方向に２列に配置され、ロータ５０ａ、５０ｂは、外周に形成された５つの凸部及び凹部が逆位相に配置された状態でシャフト７０に固定されている。ロータ５０ａ、５０ｂは、軸受８０により電機子１０に対して相対回転自在に支承されている。ロータ５０ａとロータ５０ｂとの間には、磁気干渉を避けるため、適宜の隙間（または非磁性体からなるスペーサ）９０を設けられている。
【００９８】
電機子の基本構成や巻線は、第１実施例にて説明した構造と同一であるが、図１０に示すように磁極の周方向中心部に形成された矩形溝に挿入する磁石を軸方向で２分割し、それぞれ軸方向に隣接する各対の磁石は、互いに逆向きに着磁されている。すなわち、磁極１１の矩形溝に軸方向に隣接して挿入する磁石３１ａ、３１ｂを例にとると、左列のロータ５０ａに対応する磁石３１ａは紙面手前側がＳ極であるのに対し、右列のロータ５０ｂに対応する磁石３１ｂは紙面手前側がＮ極になるよう配置されている。
【００９９】
なお、磁石は必ずしも図１０に示したように軸方向で２分割する必要はなく、一つの磁石の該当する二つの部分を、磁極を矩形溝に挿入する前または後の段階で互いに逆向きに着磁してもよい。
【０１００】
次に、電動機モ−ド（ロータ回転が反時計方向）における三相電機子電流と磁束分布との関係について、図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は上記図１０のＡーＡ断面を、図１１は上記図１０のＢーＢ断面を示す。
【０１０１】
第１相（Ｕ相）の導体４１（４４）には、図中、電流方向記号の向きに第１相（Ｕ相）電流が流れ、第１（４）の磁極１１（１４）のエアギャップ対向面（磁極面）はＳ極に磁化される。
【０１０２】
第２相（Ｖ相）の導体４２（４５）には、図中、電流方向記号の向きに第２相（Ｖ相）電流が流れ、第２（５）の磁極１２（１５）のエアギャップ対向面（磁極面）はＮ極に磁化される。第３相（Ｗ相）の導体４３（４６）には、図中、電流方向記号の向きに第３相（Ｗ相）電流が流れ、第３（６）の磁極１３（１６）のエアギャップ対向面（磁極面）はＮ極に磁化される。
【０１０３】
この時、三相星形結線された電機子巻線の三相電流（絶対値）は、Ｕ相電流：Ｖ相電流：Ｗ相電流＝２：１：１の比になっている。
【０１０４】
図１１及び図１２に示す磁束分布の比較からわかるように、２つのロータで凸部を逆位相配置（周方向１／２ピッチずれた配置）とし、磁石極性も軸方向に逆極性、かつ、周方向極性交互に着磁したので、２つの磁束分布は互いに軸対称となり、個々のロータを偏心させるアンバランス力を殆ど相殺することができる。
【０１０５】
また、図１１及び図１２に示す磁束分布と三相電流との相互作用により、それぞれ反時計方向のトルクがロータ５０ａ、５０ｂに発生する。
【０１０６】
以上のように、この実施例によれば、磁極の数（ｎ）を６の整数倍とし、更に、凸部の数（ｍ）が５の整数倍であるロータを軸方向に少なくとも２列に配置し、列が異なる２つのロータを逆位相配置（凸部および凹部を逆）とし、軸方向に隣接する２つの磁石を互いに逆向きに磁化したので、磁束分布が軸対称になり、磁極の数（ｎ）を抑えつつ、ロータを偏心させるアンバランス力を効果的に抑制でき、外形寸法に制約がある小型の電気機械の構造として好適となる。
【０１０７】
なお、上記説明では、凸部の数が５（磁極のピッチＰ１と凸部のピッチＰ２との比が略５／６）の場合について詳述したが、凸部の数が７（磁極のピッチＰ１と凸部のピッチＰ２との比が略７／６）の場合についても、同様の作用効果が得られる。また、上記アンバランス力を更に低減するために、ロータ及び磁石を更に多数軸方向に配列することもできる。
【０１０８】
以上説明した各実施例によれば、ロータが電機子の内側を回転するインナロータ構造の場合について説明したが、アウタロータ構造の場合にも適用できるのは言うまでもない。また、電気機械が回転運動する構造の場合について説明したが、リニアモータ、リニアアクチエータ等にも適用できるのは言うまでもない。また、電機子が固定の場合について説明したが、逆に電機子が移動（又は回転）するものであってもよい。
【０１０９】
また、ロータ（移動子）の凸部が磁気的に透磁率の高い部材の場合について説明したが、これに限られるものではなく、電気磁気現象を用いたものであれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、既知のいかなる方法を用いてもよい。
【０１１０】
例えば、凸部の高透磁率部材と併用する形で、凹部には電機子からの磁束の侵入を遮断するための同心状短絡コイル等を設けてもよいし、極低温で使用するものであれば、凹部に磁気遮断効果の高い超伝導体からなる反磁性材料を配設してもよい。
（第５実施例）
次に第５の実施例を以下に説明する。
【０１１１】
図１３は回転電機主要部の径方向断面図であり、電機子１０の電機子鉄心が、１２個の磁極１Ｕ１〜１Ｕ４、１Ｖ１〜１Ｖ４、１Ｗ１〜１Ｗ４を有し、矩形溝２１〜２Ｃが、これら磁極の周方向中心部にギャップ対向面（磁極面）側から電機子鉄心の継鉄部（コアバック）１Ｆ側に向けて個別に凹設され、磁石３１〜３Ｃが、溝幅方向に磁化されて、矩形溝２１〜２Ｃに挿入されている。
【０１１２】
電機子１０の電機子鉄心は、矩形溝２１〜２Ｃのギャップ対向面（磁極面）と反対側に位置して継鉄部１Ｆに連なり、磁石３１〜３Ｃの磁束を短絡させる磁石磁路短絡部６１〜６Ｃを有する。
【０１１３】
第１相（Ｕ相）の巻線部４Ｕ１、４Ｕ２が互いに隣接する磁極１Ｕ１、１Ｕ２に個別に集中して巻かれている。第２相（Ｖ相）の巻線部４Ｖ３、４Ｖ４が互いに隣接する磁極１Ｖ３、１Ｖ４に個別に集中して巻かれている。第３相（Ｗ相）の巻線部４Ｗ１、４Ｗ２が互いに隣接する磁極１Ｗ１、１Ｗ２に個別に集中して巻かれている。
【０１１４】
以下同様に、第１相（Ｕ相）の巻線部４Ｕ３、４Ｕ４が磁極１Ｕ３、１Ｕ４に、第２相（Ｖ相）の巻線部４Ｖ１、４Ｖ２が磁極１Ｖ１、１Ｖ２に、第３相（Ｗ相）の巻線部４Ｗ３、４Ｗ４が磁極１Ｗ３、１Ｗ４に巻装されている。
【０１１５】
したがって、互いに隣接する磁極に巻かれ同相電圧が印加される一対の巻線部からなる同相巻線部対が二組形成されることになる。Ｕ相の巻線部（４Ｕ１、４Ｕ２、４Ｕ３、４Ｕ４）において、４Ｕ１と４Ｕ２とが第一の同相巻線部対を構成し、４Ｕ３と４Ｕ４とが第二の同相巻線部対を構成している。これら二つの同相巻線部対は逆極性にかつ直列接続されている。なお、ここでいう「逆極性」とは、巻線部４Ｕ１と４Ｕ４とが軸心からみて同じ向き、巻線部４Ｕ２と４Ｕ３とが軸心からみて同じ向きに巻装されていることを意味するものとする。他相の巻線部も上記説明したＵ相の巻線部と同様の接続、配置をもつ。第１〜３相（Ｕ〜Ｖ相）の巻線部は、一般的な星形接続されている。
【０１１６】
ロータ５０は、電機子１０およびその磁極１Ｕ１〜１Ｗ４の径方向内側に相対回転自在に配設され、ｍ（＝１４）個の磁気的な凸部（５１〜５Ｅ）がロータ５０の外周面に形成されている。
【０１１７】
磁極（例えば１Ｗ４と１Ｕ１）のピッチＰ１と凸部（例えば５１と５２）のピッチＰ２との比（Ｐ１／Ｐ２）は略７／６に設定されている。同相巻線部対を有した互いに隣接する一対の磁極に個別に挿入された２つの磁石（例えば３１と３２、３３と３４）は、互いに逆向きに着磁されており、相の異なる巻線部を有して互いに隣接する一対の磁極に個別に挿入された２つの磁石（例えば、３２と３３、３４と３５）は、互いに同じ向きに着磁されている。
【０１１８】
次に、この実施例の回転電機の作用及び効果を従来のＳＲモータを参照して説明する。
【０１１９】
次に上記実施例のモータの作用・効果を、従来のＳＲモータとの比較により説明する。
【０１２０】
従来のＳＲモータは、図１９に示す固定子の対向スロットに電機子コイル辺を納める全節巻の電機子巻線と、図２０に示す１つの磁極に電機子巻線を巻く短節（集中）巻の電機子巻線との２つの電機子巻線形式のものが知られている。しかし、全節巻方式が短節巻方式に比べて、トルクに有効な電流（以下、トルク電流）を流せる導体数を多くできるため、トルク／体格を大きくすることができる。
【０１２１】
すなわち、ロータが反時計まわりに回転する電動機モ−ドで比較してみると、図１９に示す全節巻ではトルク電流を受け持つ導体がスロット４１、４４（全スロットの１／３）であるのに対し、図６に示す短節巻ではトルク電流を受け持つ導体がスロット４１ａ、４４ａ（全スロットの１／６）と少ないことからも分かる。
【０１２２】
しかしながら、全節巻のコイルエンドは短節巻のそれよりも長くなるという欠点がある。また、ロータの磁束の流れをみると、両巻線ともロータの半分の磁路しか利用しておらず、鉄量（体格）が増える要因となっている。
【０１２３】
そこで、図２１のように磁極の中心部に図示極性の磁石を配置した短節（集中）巻の場合を考察してみると、スロット４１ａ、４４ａのトルク電流に加え、従来使えなかったスロット４２ａ、４２ｂ、４５ａ、４５ｂに主磁束を作るための励磁電流を流すことにより磁極中心磁石３２、３５が磁極１２、１５内の磁束を偏向させ、ロータ回転方向の磁極（１２ｂ、１５ｂ）磁束を密にして、トルクが増加することができる。
【０１２４】
電流・磁束分布を図１４に示す。磁束ループ数は１０個となっている。これは、同相巻線部対を有する２つの磁極に互いに逆向きの磁石（例えば３１と３２）を挿入し、相が異なる巻線部を有して互いに隣接する磁極に互いに同じ向きの磁石（例えば３２と３３）を挿入しているので、磁石数がｎ（１２の倍数）でも、磁石による極性数ｐを等価的にｎ／２の倍数（ここでは１８の倍数）にでき、磁石による等価磁極数ｐの静止磁界とｍ個の凸部を有するロータとの磁気変調作用により形成される回転磁界の等価極数ｑが、１０の倍数になるためである。また、回転磁界の等価磁極数ｑ（１０）は、電機子磁極数ｎ（１２の整数倍）の巻線部に対し好適な関係（ｑ＝ｎ±２）を有するため、巻線利用率が向上しており、トルク／体格を向上させることができる。
【０１２５】
ここで、巻線利用率ｋ（＝短節巻係数×分布巻係数）を上記回転磁界の等価極数ｑと電機子磁極数ｎとの関係で定義すると、この実施例の回転電機では、ｑ＝１０、ｎ＝１２であるので、
0004207386.tif 000002
となる。
【０１２６】
これに対して、実施例２の回転電機では、磁極数ｎが１２（磁石による等価磁極数１２）、凸部数ｍが１４であるため、回転磁界の等価極数ｑが１６で、分布巻係数＝１と考えると巻線利用率は同様にして、
0004207386.tif 000003
である。
【０１２７】
つまり、この実施例によれば、実施例２よりも巻線利用率ｋを１．０８倍向上することができ、その分だけトルク／体格を向上させることができる。
【０１２８】
また、電機子巻線が適度の短節巻係数０．９６６及び分布巻係数０．９６６（位相差３０°）を有するので、巻線電流による起磁力波形（または誘導起電力）の高周波成分を低減でき、トルク脈動を抑え、作動時の振動、騒音を低減することができる。
【０１２９】
次に、電動機モ−ド（ロータ回転が反時計方向）における三相電機子電流と磁束分布およびロータの回転位置との関係について、図１４及び図１５を用いて説明する。
【０１３０】
図１４は電流の位相が第１の状態を示す。第１〜３相（Ｕ〜Ｗ相）の巻線部には、図中、電流方向記号の向きに第１〜３相（Ｕ〜Ｗ相）の電流が流れ、磁極のエアキャップ対向面（磁極面）がＮまたはＳ極に磁化される。この時、星形接続の三相巻線は、各相の電流値の大きさ（絶対値）は、Ｕ：Ｖ：Ｗ（相）＝１：２：１の比になっている。この時、図示した磁束分布と三相電流との相互作用により、反時計方向のトルクがロータ５０に発生する。
【０１３１】
また、トルク電流を受け持つ導体は、図示のように、４Ｕ１ｂ、４Ｕ２ａ、４Ｕ３ｂ、４Ｕ４ａ、４Ｗ１ｂ、４Ｗ２ａ、４Ｗ３ｂ、４Ｗ４ａ（全スロットの１／３）と従来の全節巻並みに増え、磁石３１、３５、３６、３７、３Ｂ、３Ｃは主磁束を発生（分担）するので、主磁束を発生するのに必要な電機子導体数を低減することができ、電機子インダクタンスの低減により出力を増大させることができる。
【０１３２】
また、従来のＳＲモータでは有効なトルクとして使えなかったスロット導体４Ｖ１ａ（ｂ）、４Ｖ２ａ（ｂ）、４Ｖ３ａ（ｂ）、４Ｖ４ａ（ｂ）にも励磁電流を流すことができ、磁石３３、３４、３９、３Ａが磁極１Ｖ１、１Ｖ２、１Ｖ３、１Ｖ４内の磁束を偏向させ、ロータ回転方向の磁極磁束を密にして、更にトルクを増加させることができる。
【０１３３】
図１５は電流の位相が第１の状態に対し６０°（電気角）進んだ第２の状態を示す。第１〜３相（Ｕ〜Ｗ相）の巻線部には、図中、電流記号の向きに第１〜３相（Ｕ〜Ｗ相）の電流が流れ、磁極のエアギャップ対向面（磁極面）がＮまたはＳ極に磁化される。
【０１３４】
この時、三相の電流値の大きさ（絶対値）は、Ｕ：Ｖ：Ｗ（相）＝２：１：１の比になっており、Ｗ相電流は第１の状態から反転している。また、ロータ５０は、図１５に示すように、凸部５１が図１４の位置より４．２９°（機械角）だけ進んだ位置にあり、図示した磁束分布と三相電流との相互作用により、反時計方向のトルクがロータ５０に発生している。
【０１３５】
このように、電流位相の電気角６０°に対してロータ回転の機械角４．２９°であることから、見かけ上、１４（極対数）の電動機と同様に三相交流回転制御が可能となる。すなわち、この実施例によれば、凸部数をｍとした場合に、ｍ極対数（２ｍ極）の同期機と同様な駆動方法が採用できる。
【０１３６】
ただし、ロータは電機子電流による回転磁界に対して真に同期回転している訳ではなく、電気磁気現象として捉え直せば、ｎ個の磁極に設けられた磁石による極数ｐの静止磁界に磁気的なｍ個の凸部を有するロータが磁気変調作用を及ぼし、ｑ＝２ｍ−ｐ（極）の回転磁界が生成され、この回転磁界に所定の位相差を設けた電機子電流を流すことにより、電動動作又は発電動作を行うものである。
（第６実施例）
この実施例は、図１６の回転電機主要部の径方向断面図に示すように、第５実施例と同様に構成された１２個の電機子磁極１Ｕ１〜１Ｗ４を有する電機子１０の内側に凸部数ｍが１０であるロータを有する態様であり、上記した第５実施例との違いを中心に以下に説明する。
【０１３７】
第５実施例に対するこの実施例の構成上の違いは、図１６に示すように、磁極（例えば１Ｕ１と１Ｗ４）のピッチＰ１と、凸部（例えば５１と５２）のピッチＰ２との比（Ｐ１／Ｐ２）を略５／６に設定した点にある。
【０１３８】
電流・磁束分布を図１７に示す。分布形状は第５実施例と異なるが、磁束ループ数は第５実施例と同様に１０個である。
【０１３９】
これは、第５実施例と同様に、同相巻線部対を有する２つの磁極は互いに逆極性の磁石を挿入し、相が異なる巻線部を有して隣接する電機子磁極に同じ向きに磁化された３つの磁石を個別に挿入しているので、磁石数がｎ（１２の整数倍）でも、磁石による極性数ｐを等価的にｎ／２の整数倍（ここでは６の整数倍）とすることができ、磁石による等価磁極数ｐの静止磁界とｍ個の凸部を有するロータとの磁気変調作用により形成される回転磁界の等価極数ｑが１４の整数倍になるためある。
【０１４０】
また、回転磁界の等価極数ｑ（１４）は、磁極数ｎ（１２の整数倍）の巻線に対して好適な関係（ｑ＝ｎ±２）を有することにより、巻線利用率も同様に向上しており、トルク／体格を向上させることができる。
【０１４１】
ここで、巻線利用率ｋ（＝短節巻係数×分布巻係数）を上記回転磁界の等価極数ｑと電機子磁極数ｎととの関係で捉えると、この実施例では、ｑ＝１４、ｎ＝１２であることより、
0004207386.tif 000004
となる。これに対して、磁極数ｎが１２（磁石による等価磁極数１２）、凸部数が１０である場合の前述した実施例では、回転磁界の等価極数ｑが８、分布巻係数を１とすると、巻線利用率は、
0004207386.tif 000005
となる。
【０１４２】
したがって、この実施例によれば、前述の実施例よりも巻線利用率ｋを１．０８（倍）だけ向上することができ、トルク／体格を向上させることができる。
【０１４３】
また、同相巻線部対が、適度の短節巻係数０．９６６及び分布巻係数０．９６６（位相差３０°）を有するので、巻線電流による起磁力波形（または誘導起電力）の高周波成分を低減でき、トルク脈動を抑え、作動時の振動・騒音を低減することができる。
【０１４４】
電動機モ−ド（ロータ回転が反時計方向）における三相電機子電流と磁束分布およびロータの回転位置との関係について、図１７及び図１８を用いて説明する。
【０１４５】
図１７は電流の位相が第１の状態を示す。第１〜３相（Ｕ〜Ｗ相）の巻線部には、図中、電流方向記号の向きに第１〜３相（Ｕ〜Ｗ相）の電流が流れ、磁極のエアギャップ対向面（磁極面）がＮまたはＳ極に磁化される。
【０１４６】
この時、星形接続された三相電機子巻線に流れる電流値の大きさ（絶対値）は、Ｕ：Ｖ：Ｗ（相）＝２：１：１の比になっている。
【０１４７】
この時、ロータ５０は、図１７に示すように凸部５４が磁極１Ｖ４と対向する回転位置にあり、図示した磁束分布と三相電流との相互作用により、反時計方向のトルクがロータ５０に発生する。
【０１４８】
図１８は電流の位相が第１の状態に対し６０°（電気角）進んだ第２の状態を示す。第１〜３相（Ｕ〜Ｗ相）の巻線部には、図中、電流方向記号の向きに第１〜３相（Ｕ〜Ｗ相）の電流が流れ、磁極のエアギャップ対向面（磁極面）がＮまたはＳ極に磁化される。
【０１４９】
この時、三相電機子巻線に流れる電流値の大きさ（絶対値）は、Ｕ：Ｖ：Ｗ（相）＝１：２：１の比になっており、Ｗ相電流は第１の状態から反転している。
【０１５０】
また、図４ー２に示すようにロータ５０は、凸部５３が磁極１Ｖ３と対向する回転位置まで図４ー１より６°（機械角）進んだ位置にあり、図示した磁束分布と三相電流との相互作用により、反時計方向のトルクがロータ５０に発生している。
【０１５１】
このように、電流位相の電気角６０°に対してロータ回転の機械角が６°であることから、見かけ上、極対数１０の同期電動機と同様な三相交流回転制御が可能となる。
【０１５２】
以上説明したように、第５、第６実施例によれば、磁極の周方向中心部に位置して、磁極のギャップ対向面（磁極面）側から継鉄部側に向かって矩形溝を設け、溝幅方向に磁化された磁石をこの矩形溝に挿入する構成としたので、磁極の突極性を損なうことなく磁石磁束を有効利用することが可能となり、トルクを向上することができる。
【０１５３】
また、磁極のピッチＰ１と凸部のピッチＰ２との比（Ｐ１／Ｐ２）を所定の値（略５／６又は略７／６）としたので、磁束のループ数が約２倍に増え、磁石が主磁束を効果的に分担でき、主磁束を発生するのに必要な電機子導体数を低減することができ、電機子インダクタンスを減らして出力を増大させることができる。
【０１５４】
また、従来のリラクタンスモータが吸引力のみを利用していたため、固定子およびロータ磁極の半分以下しか活用できなかったのに対し、上記したように比（Ｐ１／Ｐ２）を所定の値（略５／６）にしたので、磁極に設けた磁石が主磁束を磁極内で偏向させ、その結果、従来、反トルクが発生するため有効利用できなかった磁路（及び導体）をトルク発生に有効利用することができ、トルク／体格を更に向上させることができる。
【０１５５】
また、磁極ピッチＰ１と凸部ピッチＰ２との比の関係に加えて、磁石による等価磁極数ｐと、凸部の数ｍと、上記電機子巻線による移動（回転）磁界の極数ｑと、磁極数ｎとの関係を、
２ｍ＝ｐ＋ｑ、かつ、ｑ＝ｎ±２、かつ、ｐはｎ／２の倍数（ｎは１２の倍数）を満足する関係とし、ｐ：ｍ：ｑ＝１８：１４：１０、または、ｐ：ｍ：ｑ＝６：１０：１４に設定したので、磁石による等価磁極数ｐの静止磁界と、ｍ個の磁気的な凸部を有するロータとの磁気変調作用により形成される回転磁界の等価極数ｑとが、ｑ＝２ｍ−ｐ＝１０（又は１４）になるので、磁束のループ数を８から１０に増加し、更に磁極数ｎと巻線部数ｎとの好適な関係（ｑ＝ｎ±２）を満足するので、磁路（特に電機子鉄心の継鉄部）及び巻線部の利用率を向上し、トルク／体格（重量）をより一層向上することができる。
【０１５６】
また、磁極の数ｎを１２の整数倍数としたので、凸部の数ｍを偶数である１０又は１４の整数倍とすることができる。その結果、磁束分布が（軸）対称形となり、ロータ（誘導子鉄心）を揺動又は偏心させるアンバランス力を効果的に抑制できる。
【０１５７】
また、巻線部を磁石と干渉することなく磁極に集中巻きすることができるので、線占積率が向上しコイルエンドも短縮でき、小型高出力化するのに有効である。
【０１５８】
また、磁極に三つの相相巻線が循環配列され、軸対称位置にある同相巻線部対が直列接続されているので電気磁気的相互作用の面からも対称性が良く、ロータ偏心やエアギャップバランス等による不平衡電流を無くすことができ、出力（効率）向上に有効である。
【０１５９】
また、電機子鉄心が磁極の中心部に設けられた矩形溝のギャップ対向面（磁極面）と反対側に、継鉄部１Ｆに連なる磁石磁路短絡部６１〜６Ｃを有する構成としたので、電機子電流の大きさを抑える（または電流位相を適度に進角又は遅角させる）ことにより、磁石による磁束を磁石磁路短絡部６１〜６Ｃにより適度に短絡させ、速度（回転数）の高い領域において効率的に誘起電圧を適値に抑えることができ、出力（効率）を向上させることができる。
【０１６０】
一方、高トルクを必要とする中低速（回転）域では、電機子電流を大きくすることにより、磁石磁路短絡部６１〜６６を磁気飽和させ、磁石による磁束をトルク（出力）として有効に利用できる。このようにして広い（回転）速度域においてトルク及び／または出力を効率よく制御可能な電気機械を提供することができる。
【０１６１】
また、磁石磁路短絡部６１〜６６を継鉄部１Ｆに連なる構成としたので、図１４に示すように磁石磁路短絡部（図中の６６、６Ｃ）は、継鉄部１Ｆを経由して磁石磁束をトルクに有効な磁極部位（図中１Ｗ２ａ、１Ｗ４ａ）に導くための磁路として作用することができ、磁石磁束をトルク（出力）として有効利用することができる。
【０１６２】
また、磁極数ｎを１２の倍数とし、凸部数ｍを偶数である１４又は１０の整数倍とすることができ、磁束分布が軸対称形となり、ロータを偏心させるアンバランス力を効果的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の回転電機主要部の径方向断面図である。
【図２】第１実施例の電流・磁束分布図（第１状態）である。
【図３】第１実施例の電流・磁束分布図（第２状態）である。
【図４】第２実施例の回転電機主要部の径方向断面図である。
【図５】第２実施例の電流・磁束分布図（第１状態）である。
【図６】第２実施例の電流・磁束分布図（第２状態）である。
【図７】第３実施例の回転電機主要部の径方向断面図である。
【図８】第３実施例の電流・磁束分布図（第１状態）である。
【図９】第３実施例の電流・磁束分布図（第２状態）である。
【図１０】第４実施例の回転電機主要部の軸方向断面図である。
【図１１】第４実施例の電流・磁束分布図（第１状態）である。
【図１２】第４実施例の電流・磁束分布図（第２状態）である。
【図１３】第５実施例の回転電機主要部の径方向断面図である。
【図１４】第５実施例の電流・磁束分布図（第１状態）である。
【図１５】第５実施例の電流・磁束分布図（第２状態）である。
【図１６】第６実施例の回転電機主要部の径方向断面図である。
【図１７】第６実施例の電流・磁束分布図（第１状態）である。
【図１８】第６実施例の電流・磁束分布図（第２状態）である。
【図１９】ＳＲモータ（全節巻）の従来例を示す径方向断面図である。
【図２０】ＳＲモータ（短節巻）の従来例例を示す径方向断面図である。
【図２１】ＳＲモータトルク向上の考察例を示す径方向断面図である。
【符号の説明】
１０  電機子
１１〜１６  磁極部
３１〜３６  永久磁石
５０  ロータ（誘導子鉄心）
５１〜５５  凸部
【図１】
0004207386.tif 000006
【図２】
0004207386.tif 000007
【図３】
0004207386.tif 000008
【図４】
0004207386.tif 000009
【図５】
0004207386.tif 000010
【図６】
0004207386.tif 000011
【図７】
0004207386.tif 000012
【図８】
0004207386.tif 000013
【図９】
0004207386.tif 000014
【図１０】
0004207386.tif 000015
【図１１】
0004207386.tif 000016
【図１２】
0004207386.tif 000017
【図１３】
0004207386.tif 000018
【図１４】
0004207386.tif 000019
【図１５】
0004207386.tif 000020
【図１６】
0004207386.tif 000021
【図１７】
0004207386.tif 000022
【図１８】
0004207386.tif 000023
【図１９】
0004207386.tif 000024
【図２０】
0004207386.tif 000025
【図２１】
0004207386.tif 000026