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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2017-143663(P2017-143663A)
(43)【公開日】2017年8月17日
(54)【発明の名称】埋込磁石型回転機
(51)【国際特許分類】
H02K 1/27 20060101AFI20170721BHJP
H02K 15/03 20060101ALI20170721BHJP
【ＦＩ】
H02K1/27 501A
H02K1/27 501K
H02K1/27 501M
H02K15/03 G
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2016-23863(P2016-23863)
(22)【出願日】2016年2月10日
(71)【出願人】
【識別番号】000002059
【氏名又は名称】シンフォニアテクノロジー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100125704
【弁理士】
【氏名又は名称】坂根 剛
(74)【代理人】
【識別番号】100104444
【弁理士】
【氏名又は名称】上羽 秀敏
(72)【発明者】
【氏名】有賀 信雄
(72)【発明者】
【氏名】根本 達也
(72)【発明者】
【氏名】石田 泰介
【テーマコード（参考）】
5H622
【Ｆターム（参考）】
5H622AA03
5H622CA02
5H622CA14
5H622CB01
5H622CB02
5H622CB05
5H622PP19
(57)【要約】
【課題】高効率な埋込磁石型回転機を提供することである。【解決手段】埋込磁石型回転機１００は、固定子１と、回転子２と、端面固定磁石３とを備える。回転子２は、固定子１の表面に沿って回転し、固定子１に対向する面よりも内側に配置された永久磁石である埋込磁石を有する。端面固定磁石３は、回転子２の軸方向における一方の端面に固定された永久磁石である。端面固定磁石３は、回転子２の軸方向における一方の端面に対向する面である対向面３２に配置される磁極３１Ａ〜３１Ｈを備える。磁極３１Ａ〜３１Ｈは、端面固定磁石の周方向に沿って反時計回りに位置している。磁極３１Ａ，３１Ｃ，３１Ｅ，３１Ｇに、回転子２の軸方向における一方の端面側から磁束が流入する。磁極３１Ｂ，３１Ｄ，３１Ｆ，３１Ｈには、回転子２の軸方向の一方の端面側に向かって磁束が流出する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
固定子と、
前記固定子と同軸上に設けられ、埋込磁石を有する回転子と、
前記回転子の軸方向における少なくとも一方の端面に固定された端面固定磁石とを備え、
前記端面固定磁石は、
前記一方の端面に対向する面である対向面に配置される第１磁極と、
前記対向面において前記第１磁極に隣接して配置される第２磁極とを備え、
前記第１磁極から前記第２磁極に向かう磁束を形成する埋込磁石型回転機。
前記固定子と同軸上に設けられ、埋込磁石を有する回転子と、
前記回転子の軸方向における少なくとも一方の端面に固定された端面固定磁石とを備え、
前記端面固定磁石は、
前記一方の端面に対向する面である対向面に配置される第１磁極と、
前記対向面において前記第１磁極に隣接して配置される第２磁極とを備え、
前記第１磁極から前記第２磁極に向かう磁束を形成する埋込磁石型回転機。
【請求項2】
請求項１に記載の埋込磁石型回転機であって、
前記端面固定磁石は、極異方性磁石で構成される埋込磁石型回転機。
前記端面固定磁石は、極異方性磁石で構成される埋込磁石型回転機。
【請求項3】
請求項１に記載の埋込磁石型回転機であって、
前記端面固定磁石は、
前記第１磁極を構成し、前記対向面から前記対向面と反対側の面に向かう方向に着磁された第１永久磁石と、
前記第２磁極を構成し、前記反対側の面から前記対向面に向かう方向に着磁された第２永久磁石と、
前記磁束を形成し、前記第１永久磁石から前記第２永久磁石に向かう方向に着磁された第３永久磁石とを有し、
前記第１永久磁石と、前記第２永久磁石と、前記第３永久磁石とは、ハルバッハ配列により配列される埋込磁石型回転機。
前記端面固定磁石は、
前記第１磁極を構成し、前記対向面から前記対向面と反対側の面に向かう方向に着磁された第１永久磁石と、
前記第２磁極を構成し、前記反対側の面から前記対向面に向かう方向に着磁された第２永久磁石と、
前記磁束を形成し、前記第１永久磁石から前記第２永久磁石に向かう方向に着磁された第３永久磁石とを有し、
前記第１永久磁石と、前記第２永久磁石と、前記第３永久磁石とは、ハルバッハ配列により配列される埋込磁石型回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、埋込磁石型回転機に関する。
【背景技術】
【0002】
埋込磁石型回転機は、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータとも呼ばれ、内部に永久磁石が埋め込まれた回転子を有している。埋込磁石型回転機は、マグネットトルクだけでなく、リラクタンストルクを用いて回転するため、高出力かつ高効率に駆動することができる。
【0003】
また、永久磁石がロータ内に埋め込まれているため、永久磁石が回転子の回転により発生する遠心力で回転子の外に飛び出すことがない。従って、埋込磁石型回転機は、機械的な安全性にも優れている。
【0004】
特許文献１には、６極Ｖ字型磁石の埋込磁石型電動機が開示されている。この埋込磁石型電動機は、インナーロータ型であり、固定子と、回転子とを備えている。
【0005】
回転子は、第１の回転子鉄心を備えている。軸方向から見て略Ｖ字状に配置された２つの永久磁石（第１の永久磁石）が、第１の回転子鉄心の内部に埋め込まれている。２つの第１の永久磁石は、同じ磁極が対向するように配置される。さらに第２の永久磁石が、第１の回転子鉄心の軸方向における端面に配置される。第１の永久磁石と同じ磁極が、第２の永久磁石の軸方向における第１の回転子鉄心側の面に位置するように、第２の永久磁石が軸方向に配置される。第２の永久磁石の軸方向における第１の回転子鉄心側の面と反対側の面には、磁性体からなるロータヨークが、第２の永久磁石に接して配置される。
【0006】
第２の永久磁石の磁束が、２つの第１の永久磁石で構成されるＶ字形状の内側に流れ込むことにより、第１の回転子鉄心に流れる磁束を増加させることができる。これにより、特許文献１に係る埋込磁石型電動機は、小型化、高出力化、及び高効率化を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特許４６５５６４６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
埋込磁石型電動機では、磁束が流れにくいｄ軸磁路と磁束が流れやすいｑ軸磁路のインダクタンスの差でリラクタンストルクが発生する。インダクタンスは磁路のパーミアンス（磁気抵抗の逆数）に比例しており、ｄ軸磁路およびｑ軸磁路のインダクタンスの差が大きいほどリラクタンストルクは増加する。上述のような特許文献１に係る埋込磁石型電動機では、ロータヨークが第２の永久磁石に接して配置されるため、固定子コイルによって生じた磁束は第１の回転子内で形成される磁気回路だけでなく、ロータヨークを通過する磁気回路も形成する。すなわち、パーミアンスの小さい磁気回路（回転子におけるｄ軸磁路）に並列の磁気回路（ロータヨーク）が形成されることで磁気回路全体のパーミアンスが大きくなる。結果、ｄ軸磁路（ｄ軸インダクタンス）が増加することでｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスの差が小さくなり、リラクタンストルクを減少させることになる。よって、固定子コイルで生じた磁束を有効に利用することができず、埋込磁石型電動機の効率を低下させる要因となっていた。
【0009】
また、ロータヨークを設けずに回転機を構成する場合には上記のようなリラクタンストルクの減少は抑制できるが、第２の永久磁石から見て磁気回路が開放状態となることで回転子端部におけるパーミアンスが小さくなり、第２の永久磁石の動作点が下がってしまう。結果、トルクに寄与する永久磁石の磁束（マグネットトルク）が減少してしまい、埋込磁石型電動機の効率を低下させる要因となっていた。
【0010】
本発明の目的は、高効率な埋込磁石型回転機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明は、埋込磁石型回転機であって、固定子と、固定子と同軸上に設けられ、埋込磁石を有する回転子と、回転子の軸方向における少なくとも一方の端面に固定された端面固定磁石とを備え、この端面固定磁石は、一方の端面に対向する面である対向面に配置される第１磁極と、対向面において第１磁極に隣接して配置される第２磁極とを備え、第１磁極から第２磁極に向かう磁束を形成する。
【0012】
上記の場合、端面固定磁石において第１磁極から第２磁極に向かう磁束を形成するので、ロータヨークを設けずとも所望の磁束を形成することができる。したがって、永久磁石の動作点を下げることがなくなり、結果、マグネットトルクが減少することも抑制される。さらに、ｄ軸方向のインダクタンスの増加も抑制され、リラクタンストルクの低下を防ぐことができる。
【0013】
また、端面固定磁石は極異方性磁石で構成されていてもよい。
【0014】
この場合、極異方性磁石単体によって軸方向および径方向の磁束の流れを構成できるため、複数の平型磁石を用いて同様の作用をなす場合と比べて部品点数削減・コストダウンに効果的である。
【0015】
また、端面固定磁石は、第１磁極を構成し、対向面から対向面と反対側の面に向かう方向に着磁された第１永久磁石と、第２磁極を構成し、反対側の面から対向面に向かう方向に着磁された第２永久磁石と、磁束を形成し、第１永久磁石から第２永久磁石に向かう方向に着磁された第３永久磁石とを有し、第１永久磁石と、第２永久磁石と、第３永久磁石とは、ハルバッハ配列により配列されてもよい。
【0016】
第１永久磁石と、第２永久磁石と、第３永久磁石とをハルバッハ配列により配列して端面固定磁石を形成することにより、端面固定磁石のコストを低減することができる。なお、ハルバッハ配列の分割数を４以上としてもよい。この場合、第１の永久磁石、第２の永久磁石、第３の永久磁石だけでなく、他の永久磁石が、ハルバッハ配列に用いられる。
【発明の効果】
【0017】
本発明に係る埋込磁石型回転機は、高効率で駆動することができる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【0020】
｛埋込磁石型回転機１００の構成｝図１は、本実施の形態に係る埋込磁石型回転機１００の斜視図である。図１に示すように、埋込磁石型回転機１００は、固定子１と、回転子２と、端面固定磁石３と、回転シャフト９とを備える。埋込磁石型回転機１００は、回転子２が固定子１の内周側で回転するインナーロータ型である。図１では、回転子２の一方の端面側の１つの端面固定磁石３のみを示しているが、埋込磁石型回転機１００は、２つの端面固定磁石３を備えている。端面固定磁石３の詳細については、後述する。
【0021】
固定子１は、固定子ヨーク１１と、複数のティース１２と、複数のコイル１３とを備える。図１において、一部のティース１２及び一部のコイル１３に対する符号の表示を省略している。固定子ヨーク１１及びティース１２は、例えば、電磁鋼板、圧粉材、アモルファス磁性材料などにより形成される。
【0022】
固定子ヨーク１１は、回転シャフト９の方向に伸びる中空の円筒形である。ティース１２は、固定子ヨーク１１の内周面から回転シャフト９に向かって伸びる。コイル１３をティース１２に巻くことにより、ティース１２の間に形成される空間（スロット）にコイル１３が配置される。以下、回転シャフト９の伸びる方向を「軸方向」、軸方向に垂直な方向を「径方向」、回転シャフト９の回転中心を中心とした円の円周方向を「周方向」と記載する。
【0023】
図２は、図１に示す回転子２及び端面固定磁石３の斜視図である。図２に示すように、回転軸αは、回転シャフト９の中心軸である。回転子２は、回転子コア２１と、磁石配置部２２Ａ〜２２Ｈとを備える。回転子コア２１は、軸方向に伸びる円筒形である。回転子コア２１は固定子ヨーク１１と同様に、電磁鋼板、圧粉材、アモルファス磁性材料などにより形成される。回転子コア２１は、外周面が固定子１の内周面に対向し、かつ、回転軸αを中心に回転することができるように配置される。回転子コア２１とティース１２の先端との間には、所定の距離の隙間が形成される。
【0024】
磁石配置部２２Ａ〜２２Ｈの各々において、２つの永久磁石が回転子コア２１内に埋め込まれている。２つの永久磁石は、回転子コア２１内において、軸方向から見てＶ字状となるように配置される。回転子２は、コイル１３に通電することにより固定子１で発生する磁界と、回転子２内部に埋め込まれた永久磁石の磁界とにより発生するマグネットトルク及びリラクタンストルクで回転する。磁石配置部２２Ａ〜２２Ｈの詳細については、後述する。
【0025】
上述のように、埋込磁石型回転機１００は、２つの端面固定磁石３を備える。２つの端面固定磁石３は、環状の極異方性磁石であり、回転子コア２１の軸方向における端面にそれぞれ固定される。例えば、端面固定磁石３は、接着剤等により、回転子２の軸方向における端面に固定される。端面固定磁石３は、周方向及び軸方向に着磁される。端面固定磁石３は軸方向において複数の面を有しており、回転子コア２１と対向する面を対向面３２と呼び、回転子コア２１と対向せず、軸方向において対向面３２と反対側に位置する面を露出面３５と呼ぶ。端面固定磁石３における磁極の配置等については、後述する。
【0026】
｛回転子２の構造｝図３は、図２に示す回転子２を軸方向から見た正面図である。図３に示すように、回転子２には、周方向に沿って磁石配置部２２Ａ〜２２Ｈが形成される。図３の上方に、磁石配置部２２Ａが配置され、磁石配置部２２Ａから反時計回りの順に、磁石配置部２２Ｂ〜２２Ｈが配置される。
【0027】
磁石配置部２２Ａ〜２２Ｈは、各々に配置される２つの永久磁石における磁極の向き以外については、同様の構造を有する。このため、磁石配置部２２Ａを例にして、磁石配置部の構造を説明し、その後、磁石配置部２２Ａ〜２２Ｈの各々に配置される永久磁石の磁極の向きについて説明する。
【0028】
図３に示す回転子２において、磁石配置部２２Ａには、回転子コア２１を軸方向に貫通する２つの磁石挿入空間２３が形成される。２つの磁石挿入空間２３およびその断面形状は、回転軸αを通り、径方向に伸びる直線Ｌ１に関して線対称となる位置に形成される。すなわち、２つの磁石挿入空間２３は、回転子２の軸方向から見てＶ字状となるように形成される。
【0029】
図３において、破線で示すブロック矢印は、磁石配置部２２Ａ〜２２Ｈの各々に配置された永久磁石の着磁方向を示す。磁石配置部２２Ａにおいて、２つの永久磁石２４Ａは、Ｎ極が回転子コア２１の外周面を向くようにそれぞれ配置される。同様に、磁石配置部２２Ｃ，２２Ｅ，２２Ｇの各々において、２つの永久磁石２４Ｃ、２つの永久磁石２４Ｅ、及び２つの永久磁石２４Ｇは、それぞれ、Ｎ極が回転子コア２１の外周面を向くように配置される。一方、磁石配置部２２Ｂ，２２Ｄ，２２Ｆ，２２Ｈの各々において、２つの永久磁石２４Ｂ、２つの永久磁石２４Ｄ、２つの永久磁石２４Ｆ、及び２つの永久磁石２４Ｈは、それぞれ、Ｓ極が回転子コア２１の外周面を向くように配置される。
【0030】
｛端面固定磁石３の構造｝図４は、図２に示す端面固定磁石３を回転子２の軸方向から見た場合における端面固定磁石３の対向面３２を示す図である。図４に示すように、端面固定磁石３は磁極３１Ａ〜３１Ｈを有しており、この磁極３１Ａ〜３１Ｈは対向面３２に位置する。なお、図４において、磁極３１Ａ〜３１Ｈを示す破線領域は、磁極３１Ａ〜３１Ｈの大まかな範囲を示しており、磁極が破線領域内に限定されることを示すものではない。
【0031】
以下に磁極配置の一例を挙げる。磁極３１Ａ，３１Ｃ，３１Ｅ，３１ＧをＮ極とした場合、磁極３１Ｂ，３１Ｄ，３１Ｆ，３１ＨをＳ極として、各磁極が周方向に沿って交互に配置される。またＮ極・Ｓ極の磁極配置は上記に限定されるものではない。
【0032】
図５は磁極の配置を図４とした場合に、回転子コア２１から端面固定磁石３を軸方向に見たときの端面固定磁石３における磁束の向きを示す図である。図５に示すように、端面固定磁石３は、磁極３１Ｂから、磁極３１Ａ及び３１Ｃの各々に向かって周方向に着磁される。同様に、端面固定磁石３は、磁極３１Ｄから磁極３１Ｃ及び３１Ｅの各々に向かって着磁され、磁極３１Ｆから磁極３１Ｅ及び磁極３１Ｇの各々に向かって着磁され、磁極３１Ｈから磁極３１Ｇ及び磁極３１Ａの各々に向かって着磁される。つまり、端面固定磁石３において、対向面３２に形成されたＳ極からＮ極に向かう磁束３３が形成される。ここで述べる磁束３３とは「磁束の向き」を指しており、磁束自体を表現するものではないが、模式的に磁束として表現している。
【0033】
図６は、図４に示す端面固定磁石３のＡ−Ａ断面を示す図である。図６に示すように、磁束３３は回転軸α方向に対して向きを変えながら、対向面３２に沿って形成されたＳ極からＮ極に向かう。つまり磁束３３は、端面固定磁石３内の対向面３２を起点及び終点として、端面固定磁石３においてＵ字状の経路を形成する。
【0034】
このように端面固定磁石３において、磁極３１Ａ〜３１Ｈは対向面３２側に形成されるため、磁極３１Ａ〜３１Ｈと回転子コア２１との間で磁束が形成される。一方、露出面３５側には磁極が形成されないため、回転子コア２１と露出面３５との間で磁束は形成されない。
【0035】
端面固定磁石３は、例えば、以下のようにして製造される。最初に、図４に示すように、周方向に沿った磁束を形成する環状の極異方性磁石が製造される工程を記載する。具体的には、環状の極異方性磁石の金型に磁粉を充填し、金型の外周側の側面にコイルを配置する。コイルは、磁極３１Ａ〜３１Ｈに対応する位置に配置される。その後、コイルにパルス電流を印加して磁場を発生させる。磁極３１Ａ〜３１Ｈの位置に応じて、コイルに流れるパルス電流の向きが変更される。これにより、磁場の方向が周方向に沿って配向された環状の極異方性磁石が製造される。この時点では、環状の極異方性磁石の軸方向側の一方の端面（対向面３５に相当）に、磁極３１Ａ〜３１Ｈは形成されていない。
【0036】
次に、磁極３１Ａ〜３１Ｈの形成工程を記載する。上記のように製造された極異方性磁石の軸方向における端面の上方に、コイルを配置する。コイルは、磁極３１Ａ〜３１Ｈに対応する位置に配置される。配置されたコイルにパルス電流を印加する。磁極３１Ａ〜３１Ｈの位置に応じて、コイルに流れるパルス電流の向きが変更される。これにより、磁極３１Ａ〜３１Ｈを備える端面固定磁石３が製造される。
【0037】
ただし、端面固定磁石３を、上述した製造方法以外の方法により製造してもよい。すなわち、図５及び図６に示すような磁束３３を有し、磁極３１Ａ〜３１Ｈが対向面３２に形成され、露出面３５に磁極が形成されない端面固定磁石３を製造することができれば、端面固定磁石３の製造方法は特に限定されない。
【0038】
｛回転子２と端面固定磁石３との位置関係｝図７は、図３に示す回転子２の領域Ｒ１における拡大図である。図７に示すように、図３に示す回転子２における磁石配置部２２Ａと、図４に示す端面固定磁石３の磁極３１Ａとの位置関係を説明する。
【0039】
２つの永久磁石２４Ａが、上述したように、磁石配置部２２Ａに形成された２つの磁石挿入空間２３にそれぞれ挿入される。２つの永久磁石２４Ａは、Ｎ極が回転子コア２１の外周面を向くように挿入される。図７に示す矢印は、２つの永久磁石２４Ａの各々の着磁方向を示す。
【0040】
端面固定磁石３は、端面固定磁石３の対向面３２が回転子コア２１の軸方向における一方の端面に接触するようにして固定される。回転子２を軸方向から見た場合に、対向面３２に形成されている磁極３１Ａが、磁石配置部２２Ａにおける２つの永久磁石２４Ａの間に位置するように配置される。また、端面固定磁石３の磁極３１Ｂ〜３１Ｈも同様に配置されるため、２つの永久磁石間に位置する端面固定磁石３の各磁極は、それぞれ磁石配置部における回転子コア２１の外周面を向いている磁極と一致する。
【0042】
図８は、埋込磁石型回転機１００における磁束の流れを模式的に示す図である。図８において、端面固定磁石３の磁束の経路をわかりやすく示すために、軸方向における回転子２の一方の端面２１Ａのみを示している。また図８において、一部の磁石配置部及び永久磁石に対する符号の表示を省略している。以下、図８を参照しながら、端面固定磁石３の磁極３１Ａから固定子１及び回転子２を経由して、端面固定磁石３に戻るまでの磁束の経路を説明する。
【0043】
磁束５１の一部は、磁極３１Ａから回転子２の磁石配置部２２Ａにおける２つの永久磁石２４Ａの間の領域に向かって流れる。ここで述べる磁束５１、および後述する磁束５２〜５５は「磁束の向き」を指すものであり、磁束３３と同様に、模式的に磁束として表現している。
【0044】
磁石配置部２２Ａにおいて、２つの永久磁石２４ＡのＮ極が、回転子コア２１の外周面を向くように配置されている。このため、磁束５１は、２つの永久磁石２４Ａの間の領域から、固定子１に向かって流れる。以下、固定子１に向かって流れる磁束５１を、磁束５２と記載する。磁束５２は、固定子１と回転子２との間のエアギャップを通り、固定子１のティース１２に向かって流れる。その後、磁束５２は、ティース１２から固定子ヨーク１１及び他のティース１２を通り、固定子１と回転子２とのエアギャップを通り、回転子２に再び向かう。回転子２に再び向かう磁束５２の一部は、磁石配置部２２Ｂにおける２つの永久磁石２４Ｂの間の領域に流れる。以下、固定子１から２つの永久磁石２４Ｂの間の領域へ流れる磁束５２を、磁束５３と記載する。
【0045】
磁束５３は、２つの永久磁石２４Ｂの間の領域から、磁極３１Ｂに向かって流れる。つまり、磁束５１の一部は、磁極３１Ａ、磁石配置部２２Ａ、固定子１、磁石配置部２２Ｂを経由して、磁極３１Ｂに流れる磁束を形成する。同様に、端面固定磁石の磁極３１Ｃ、３１Ｅ、３１Ｇから発する磁束の一部は、それぞれ、磁石配置部２２Ｃ、２２Ｅ、及び２２Ｇを通る。そして、これらの磁束は、固定子１と、磁石配置部２２Ｂ、２２Ｄ、２２Ｆ、および２２Ｈのいずれかを経由して、端面固定磁石３に流れる磁束を形成する。
【0046】
｛リラクタンストルクの発生｝以下、図９を参照しながら、埋込磁石型回転機１００におけるリラクタンストルクの発生について説明する。その後、埋込磁石型回転機１００が端面固定磁石３を備えることにより、リラクタンストルクの減少を抑制するメカニズムを説明する。
【0047】
図９は、図１に示すコイル１３によって生ずる磁束の回転子２における流れを模式的に示す図である。以下、コイル１３によって生ずる磁束を、固定子１で発生する磁束と表記する。図９は図３と同様に、軸方向から回転子２を見た正面図に相当する。また、図９において、磁石配置部２２Ａ〜２２Ｈ及び磁石挿入空間２３の符号の表示を省略している。
【0048】
図９において磁束６１は、固定子１で発生する磁束のうち回転子２のｑ軸方向に流れる磁束であり、磁束６２は、回転子２のｄ軸方向に流れる磁束である。
【0049】
磁束６１は、回転子２の軸方向から見たＶ字に沿って流れる。つまり、磁束６１は、回転子２において、パーミアンスが大きい回転子コア２１の部分（ｑ軸）を流れる。具体的に述べると図９に示すように、例えば磁束６１は、２つの永久磁石２４Ａで形成されるＶ字状の内側（図示なし）および外側の領域において、それぞれＶ字状に沿って流れる。
【0050】
一方で磁束６２は、回転子２において各々Ｖ字状をなす永久磁石２４Ａ〜２４Ｈの隣り合う一方の永久磁石同士を通るように流れる。具体的には図９に示すように、例えば、磁束６２は、永久磁石２４Ａと永久磁石２４Ｂとを通るように流れる。つまり、磁束６２は、パーミアンスが小さい領域（ｄ軸）を流れる。
【0051】
磁束６２は磁束６１と比べて、回転子２においてパーミアンスが小さい領域（ｄ軸）を流れる。先に述べたように、このｄ軸方向のインダクタンスの増加を抑制することで、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスの差が大きくなり、結果、リラクタンストルクを大きくすることができる。
【0052】
次に、埋込磁石型回転機１００が端面固定磁石３を備えることにより、リラクタンストルクの減少を抑制することができる理由を説明する。
【0053】
特許文献１記載の埋込磁石型回転機のように、回転子２の軸方向における端面に永久磁石が固定され、軸方向においてこの永久磁石と対向し、かつ接触したパーミアンスが大きいロータヨークが配置された場合を考える。この場合、ｄ軸方向に流れる磁束６２は、図９に示す破線矢印に沿って流れるだけではなく、回転子２の軸方向端面に固定された永久磁石と、ロータヨークとを流れることになる。図９に示すように例えば磁束６２は、Ｖ字状をなす２つの永久磁石２４Ｂの間の領域から、端面に固定された永久磁石を通ってロータヨークへ流れる。ロータヨークへ流れた磁束６２は、端面に固定された永久磁石を通り、２つの永久磁石２４Ａの間の領域に流れる磁束を形成する。
【0054】
このように従来の埋込磁石型回転機では、ｄ軸方向に関して２つの磁気回路によって並列回路が形成され、この並列回路のパーミアンスは、２つの磁気回路の各々のパーミアンスよりも大きい。磁気回路全体のパーミアンスが大きくなると、ｄ軸インダクタンスは増加するため、ｄ軸方向のインダクタンスとｑ軸方向のインダクタンスとの差が小さくなる。この結果、従来の埋込磁石型回転機では、ロータヨークを設けることに伴ってリラクタンスが低下する。
【0055】
しかし、本発明の埋込磁石型回転機１００においては、ロータヨークを設ける必要がない。よって、上述のような並列回路が形成されないため、ｄ軸方向のインダクタンスの増加が抑制される。結果、ｄ軸方向のインダクタンスとｑ軸方向のインダクタンスの差が維持されるため、リラクタンストルクの低下を防ぐことができる。
【0056】
また、従来の埋込磁石型回転機では、回転子２のｄ軸方向におけるインダクタンスが増加する。インダクタンスの増加は、コイル１３における電流と電圧との位相差を９０°に近づける方向に働く。この結果、従来の埋込磁石型回転機では、力率が低下する。一方、埋込磁石型回転機１００では、インダクタンスの増加が抑制されるため、従来の埋込磁石型回転機に比べて力率の低下が抑制される。
【0057】
また、従来の埋込磁石型回転機では、回転子２の永久磁石２４Ａ〜２４Ｈと、ロータヨークを通る磁束が短絡することがある。短絡した磁束は固定子１に向かわないため、従来の埋込磁石型回転機ではマグネットトルクは低下する。一方、本発明の埋込磁石型回転機１００ではロータヨークが設けられないため、回転子２の永久磁石２４Ａ〜２４Ｈとロータヨークとの間で磁束が短絡することが抑制される。従って本発明の埋込磁石型回転機１００は、従来の埋込磁石型回転機に比べてマグネットトルクを有効に利用することができるため、高出力及び高効率で駆動することが可能となる。
【0058】
｛変形例｝なお、上記実施の形態において、端面固定磁石３が環状の極異方性磁石である場合を説明したが、これに限られない。円弧形状の複数の極異方性磁石を環状に配列することにより、端面固定磁石３を構成してもよい。図１０Ａは、中心角が９０度の円弧状の極異方性磁石６１を示す図である。図１０Ｂは、図１０Ａに示す極異方性磁石６１におけるＢ−Ｂ断面図である。
【0059】
図１０Ａに示すように、極異方性磁石６１は、磁極６１Ａ〜６１Ｃを有する。磁極６１Ａ〜６１Ｃは、軸方向における回転子コア２１の端面に対向する対向面６５に位置する。磁束３３が、磁極６１Ｂから６１Ａに向かって形成され、磁極６１Ｃから磁極６１Ａに向かって形成される。従って、磁束３３は、極異方性磁石６１の周方向に沿って流れる。図１０Ｂに示すように、磁束３３は周方向に沿って形成されるだけでなく、軸方向に関してＵ字を描くようにして形成される。従って、４つの極異方性磁石６１を環状に配列することにより、図４及び図５に示す磁束３３を形成する端面固定磁石３を構成することができる。
【0060】
また、極異方性磁石を用いることなく、端面固定磁石３を構成してもよい。例えば、端面固定磁石３は、直線状に着磁された永久磁石を複数用いてハルバッハ配列を形成することにより構成してもよい。図１１は、ハルバッハ配列で構成した場合の端面固定磁石３の断面図である。図１１に示す断面図は、図４に示すＡ−Ａ断面図に対応する。
【0061】
図１１に示すように、端面固定磁石３は、永久磁石７１〜７７を含む複数の永久磁石により構成される。永久磁石７１〜７７の各々における矢印は、着磁方向を示す。永久磁石は、それぞれ直線状に着磁される。永久磁石７１は、磁極３１Ｂから磁極３１Ｃに向かう磁束３３を形成するため、着磁方向が磁極３１Ｂから磁極３１Ｃに向く方向（図１１では、左向き）となるように配置される。
【0062】
永久磁石７２は、磁極３１Ｂ（Ｓ極）に対応し、着磁方向が対向面３２から露出面３５に向く方向（図１１では、下向き）となるように配置される。永久磁石７３は、磁極３１Ｂから磁極３１Ａに向かう磁束３３を形成するため、着磁方向が磁極３１Ｂから磁極３１Ａに向く方向（図１１では、右向き）となるように配置される。なお、図示はしていないが、永久磁石７２と永久磁石７３との間には、右斜め下向きの磁束が形成される。換言すれば、永久磁石７２の着磁方向と永久磁石７３の着磁方向の間の経路を補完するように磁束が形成される。
【0063】
永久磁石７４は、磁極３１Ａ（Ｎ極）に対応し、着磁方向が露出面３５から対向面３２に向く方向（図１１では、上向き）となるように配置される。永久磁石７５は、磁極３１Ｈから磁極３１Ａに向かう磁束３３を形成し、着磁方向が磁極３１Ｈから磁極３１Ａに向かう方向（図１１では、左向き）となるように配置される。
【0064】
永久磁石７６は、磁極３１Ｈ（Ｓ極）に対応し、着磁方向が対向面３２から露出面３５に向く方向（図１１では、下向き）となるように配置される。永久磁石７７は、磁極３１Ｈから磁極３１Ｇに向かう磁束３３を形成し、着磁方向が磁極３１Ｈから磁極３１Ｇに向く方向（図１１では、右向き）となるように配置される。
【0065】
このように、直線状に着磁された永久磁石を複数用いてハルバッハ配列を形成することにより、端面固定磁石３を構成することができる。なお、図１１では、ハルバッハ配列の分割数が３である場合を示しているが、分割数は４以上であってもよい。ハルバッハ配列により端面固定磁石３を構成する場合、直線状に着磁された永久磁石の数は、分割数に応じて変化する。この構成を採用することにより、用途に応じて適宜変更可能であり、設計自由度が向上する。
【0066】
また、上記実施の形態において、端面固定磁石３が環状である場合を説明したが、これに限られない。端面固定磁石３における外周の形状及び内周の形状は、多角形であってもよい。つまり、端面固定磁石３は、軸方向における回転子２の端面に固定され、回転子２の端面側から磁束が流入するＳ極と、回転子２の端面側に向かって磁束が流出するＮ極と、Ｓ極からＮ極に向かう磁束とを有していればよい。
【0067】
また、上記実施の形態において、端面固定磁石３の全体が露出している例を説明したが、これに限られない。例えば、非磁性体からなる保持部材を用いて、端面固定磁石３の少なくとも一部を覆うようにしてもよい。
【0068】
図１２は、保持部材４が装着された端面固定磁石３を示す図である。図１２に示すように、保持部材４は、端面固定磁石３の周方向側の側面と、露出面３５との一部を覆うように端面固定磁石３に装着される。保持部材４は、非磁性体で形成される。
【0069】
コイル１３で生ずる磁束６１は、この保持部材４を用いた場合であっても、保持部材４が非磁性体で形成されるため、上記実施の形態と同様に、リラクタンストルク及びマグネットトルクの低下を抑制することができる。また、端面固定磁石３とともに保持部材４を回転子コア２１に固定することにより、端面固定磁石３の回転子２に対する固定強度を高めることができるとともに、端面固定磁石３が、回転子２から外れることを防ぐことができる。また、回転子２の回転により端面固定磁石３が破損した場合であっても、破損した端面固定磁石３の飛散を防ぐことができる。
【0070】
また、上記実施の形態において、２つの端面固定磁石が、軸方向における回転子２の２つの端面の両方にそれぞれ固定される例を説明したが、これに限られない。この場合、１つの端面固定磁石が、軸方向における回転子２の２つの端面の一方のみに固定されていてもよい。
【0071】
また、上記実施の形態において、埋込磁石型回転機１００がインナーロータ型である例を説明したが、埋込磁石型回転機１００は、回転子２が固定子１の外周側で回転するアウターロータ型であってもよい。
【0072】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
【符号の説明】
【0073】
１００ 埋込磁石型回転機１ 固定子
２ 回転子
３ 端面固定磁石
４ 保持部材
２１ 回転子コア
２２Ａ〜２２Ｈ 磁石配置部
２３ 磁石挿入空間
２４Ａ〜２４Ｈ，７１〜７７ 永久磁石
３１Ａ〜３１，６１Ａ〜６１Ｃ 磁極
３２ 対向面
３３，磁束（磁束の向き）
３５ 露出面
５１〜５５ 磁束（磁束の向き）
６１ 極異方性磁石