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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】P2024175431
(43)【公開日】2024-12-18
(54)【発明の名称】回転電機のロータ
(51)【国際特許分類】
H02K 1/2783 20220101AFI20241211BHJP
【ＦＩ】
H02K1/2783
【審査請求】有
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023093221
(22)【出願日】2023-06-06
(71)【出願人】
【識別番号】000005326
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】504173471
【氏名又は名称】国立大学法人北海道大学
(74)【代理人】
【識別番号】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100126664
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 慎吾
(74)【代理人】
【識別番号】100154852
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 太一
(74)【代理人】
【識別番号】100194087
【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 伸一
(72)【発明者】
【氏名】久保田 芳永
(72)【発明者】
【氏名】相馬 慎吾
(72)【発明者】
【氏名】八釼 学
(72)【発明者】
【氏名】大矢 聡義
(72)【発明者】
【氏名】五十嵐 一
(72)【発明者】
【氏名】林 翔吾
【テーマコード（参考）】
5H622
【Ｆターム（参考）】
5H622AA03
5H622CA02
5H622CB02
(57)【要約】
【課題】永久磁石の磁束を有効に活用することにより、トルク密度を向上させることができ、エネルギーの効率化に寄与できる回転電機のロータを提供することを目的とする。
【解決手段】回転電機のロータ１０１において、永久磁石６は、ロータコア５のｄ軸方向に配向されたｄ軸配向磁石９と、ｄ軸配向磁石９と周方向に隣接して配置され、ｄ軸及び周方向に対して傾斜した方向に配向された斜め配向磁石１１と、を備え、ｄ軸配向磁石９のロータコア５とは反対側の端部９ａの位置は、斜め配向磁石１１のロータコア５とは反対側の端部１１ａの位置よりもロータコア５側に位置されており、ｄ軸配向磁石９の外側端部９ａに、軟磁性体７が設けられている。
【選択図】図２
【解決手段】回転電機のロータ１０１において、永久磁石６は、ロータコア５のｄ軸方向に配向されたｄ軸配向磁石９と、ｄ軸配向磁石９と周方向に隣接して配置され、ｄ軸及び周方向に対して傾斜した方向に配向された斜め配向磁石１１と、を備え、ｄ軸配向磁石９のロータコア５とは反対側の端部９ａの位置は、斜め配向磁石１１のロータコア５とは反対側の端部１１ａの位置よりもロータコア５側に位置されており、ｄ軸配向磁石９の外側端部９ａに、軟磁性体７が設けられている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ロータコアと、
前記ロータコアの周面に配置された永久磁石と、
前記永久磁石の前記ロータコアとは径方向の反対側の端部に設けられ、前記永久磁石の飽和磁束密度よりも大きい飽和磁束密度を有する軟磁性体と、
を備え、
前記永久磁石は、
前記ロータコアの磁極中心と前記ロータコアの回転軸線とを通るｄ軸上に配置され、前記ｄ軸方向に配向されたｄ軸配向磁石と、
前記ｄ軸配向磁石と周方向に隣接して配置され、前記ｄ軸及び周方向に対して傾斜した方向に配向された斜め配向磁石と、
を備え、
前記ｄ軸配向磁石の前記ロータコアとは反対側の端部の位置は、前記斜め配向磁石の前記ロータコアとは反対側の端部の位置よりも前記ロータコア側に位置されており、
前記ｄ軸配向磁石の前記端部に、前記軟磁性体が設けられている、
ことを特徴とする回転電機のロータ。
前記ロータコアの周面に配置された永久磁石と、
前記永久磁石の前記ロータコアとは径方向の反対側の端部に設けられ、前記永久磁石の飽和磁束密度よりも大きい飽和磁束密度を有する軟磁性体と、
を備え、
前記永久磁石は、
前記ロータコアの磁極中心と前記ロータコアの回転軸線とを通るｄ軸上に配置され、前記ｄ軸方向に配向されたｄ軸配向磁石と、
前記ｄ軸配向磁石と周方向に隣接して配置され、前記ｄ軸及び周方向に対して傾斜した方向に配向された斜め配向磁石と、
を備え、
前記ｄ軸配向磁石の前記ロータコアとは反対側の端部の位置は、前記斜め配向磁石の前記ロータコアとは反対側の端部の位置よりも前記ロータコア側に位置されており、
前記ｄ軸配向磁石の前記端部に、前記軟磁性体が設けられている、
ことを特徴とする回転電機のロータ。
【請求項2】
前記永久磁石は、周方向に隣り合う磁極の間の極境界と前記回転軸線とを通るｑ軸と直交するように周方向に配向された周方向配向磁石を備え、
前記周方向配向磁石は、前記ｑ軸と重なる箇所に配置されており、
前記ｄ軸配向磁石と前記周方向配向磁石との間に、前記斜め配向磁石が配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ。
前記周方向配向磁石は、前記ｑ軸と重なる箇所に配置されており、
前記ｄ軸配向磁石と前記周方向配向磁石との間に、前記斜め配向磁石が配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ。
【請求項3】
前記斜め配向磁石は、周方向に並ぶ複数の分割磁石を有し、
各前記分割磁石の配向は、前記ｄ軸に向かうに従って徐々に前記ｄ軸に沿うように変化する、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ。
各前記分割磁石の配向は、前記ｄ軸に向かうに従って徐々に前記ｄ軸に沿うように変化する、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ。
【請求項4】
周方向に隣り合う磁極の間の極境界と前記回転軸線とを通るｑ軸と重なる箇所において、少なくとも１つの前記永久磁石と前記ロータコアとの間に、磁束を通しにくいフラックスバリアを備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ。
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ。
【請求項5】
前記軟磁性体は、前記ロータコアの径方向において、前記ロータコアに向かうに従って、前記ロータコアの周方向の幅が小さくなる、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ。
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ。
【請求項6】
前記フラックスバリアの前記永久磁石側の側面は、前記ｑ軸上で凹となるように凹凸形状で形成されている、
ことを特徴とする請求項４に記載の回転電機のロータ。
ことを特徴とする請求項４に記載の回転電機のロータ。
【請求項7】
前記ロータコアの前記永久磁石に接する周面は、軟磁性材で構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ。
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ。
【請求項8】
前記軟磁性体と前記フラックスバリアとの両方に接する前記永久磁石は、前記軟磁性体と前記フラックスバリアとの間の厚さが一定である、
ことを特徴とする請求項４に記載の回転電機のロータ。
ことを特徴とする請求項４に記載の回転電機のロータ。
【請求項9】
前記フラックスバリアは、前記ロータコアと前記永久磁石とにより取り囲まれて形成された空隙と前記空隙に充填された接着剤と、を含む、
ことを特徴とする請求項４に記載の回転電機のロータ。
ことを特徴とする請求項４に記載の回転電機のロータ。
【請求項10】
前記フラックスバリアは、前記空隙に収納された非磁性体を含み、
前記接着剤は、前記空隙と前記非磁性体との間に充填されている、
ことを特徴とする請求項９に記載の回転電機のロータ。
前記接着剤は、前記空隙と前記非磁性体との間に充填されている、
ことを特徴とする請求項９に記載の回転電機のロータ。
【請求項11】
前記永久磁石の前記ロータコアと反対側の周面を覆うリング部材を設け、前記リング部材によって前記永久磁石を固定した、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ。
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回転電機のロータに関する。
【背景技術】
【0002】
永久磁石を有するロータを備えた回転電機は、コイルが巻回されたステータに給電を行うと、ステータに鎖交磁束が形成される。この鎖交磁束と永久磁石との間で、磁気的な吸引力や反発力が生じ、ロータが継続的に回転される。ロータのトルクを増大させるためには、各磁極の周方向中央（各磁極の磁束の方向、以下、ｄ軸と称する）に磁束を集中させることが効果的である。この磁束を集中させることを目的として、例えば複数の永久磁石の配列構造をハルバッハ配列構造とする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【0003】
このものは、例えばバックヨークとなるロータコアの主面と直交する方向に磁化され、磁化方向が交互となるように配列される複数の主磁極永久磁石と、主磁極永久磁石の磁化方向と異なる方向に磁化され、磁化方向が交互となるように配列されるとともに、主磁極永久磁石の配列方向と同方向に、主磁極永久磁石と互い違いに設けられる複数の副磁極永久磁石と、副磁極永久磁石と隣接するほかの副磁極永久磁石との間に軟磁性材料の磁性体と、主磁極永久磁石と他の主磁極永久磁石との間に設けられる非磁性領域である非磁性層と、を備える。ここで、副磁極永久磁石は、非磁性層よりも長く、副磁極永久磁石の両端は主磁極永久磁石に接している。磁性体は、主磁極永久磁石側の２つ角についてＣ面取りされている。このように構成することで、ｄ軸に磁束を集中させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第６９４７３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、主磁極永久磁石と副磁極永久磁石とが接触する構成は、接触部において、磁束が反発してしまう。このため、トルク密度が低下してしまうという課題があった。
磁性体の主磁極永久磁石側の２つ角についてＣ面取りをする構成は、磁性体の下部に空隙を設けることができ、Ｃ面取りをしない構成の場合に磁性体の角部で発生していた磁束の逆流による漏れ磁束を低減させることができるという点では優れている。しかしながら、磁性体の下部に空隙を設けてしまうと、トルク密度を大幅に減少させてしまうという課題があった。この結果、効率的にエネルギーを利用できない可能性があった。
磁性体の主磁極永久磁石側の２つ角についてＣ面取りをする構成は、磁性体の下部に空隙を設けることができ、Ｃ面取りをしない構成の場合に磁性体の角部で発生していた磁束の逆流による漏れ磁束を低減させることができるという点では優れている。しかしながら、磁性体の下部に空隙を設けてしまうと、トルク密度を大幅に減少させてしまうという課題があった。この結果、効率的にエネルギーを利用できない可能性があった。
【0006】
そこで、本発明は、永久磁石の磁束を有効に活用することにより、トルク密度を向上させることができ、エネルギーの効率化に寄与できる回転電機のロータ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】
【0007】
上記の課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
（１）本発明に係る回転電機（例えば、実施形態の回転電機１００）のロータ（例えば、実施形態のロータ１０１）は、ロータコア（例えば、実施形態のロータコア５）と、前記ロータコアの周面に配置された永久磁石（例えば、実施形態の永久磁石６）と、前記永久磁石の前記ロータコアとは径方向の反対側の端部（例えば、実施形態の第１磁石９の外側端部９ａ）に設けられ、前記永久磁石の飽和磁束密度よりも大きい飽和磁束密度を有する軟磁性体（例えば、実施形態の軟磁性体７）と、を備え、前記永久磁石は、前記ロータコアの磁極中心と前記ロータコアの回転軸線（例えば、実施形態の軸線Ｃ）とを通るｄ軸上に配置され、前記ｄ軸方向に配向されたｄ軸配向磁石（例えば、実施形態の第１磁石９）と、前記ｄ軸配向磁石と周方向に隣接して配置され、前記ｄ軸及び前記周方向に対して傾斜した方向に配向された斜め配向磁石（例えば、実施形態の第３磁石１１）と、を備え、前記ｄ軸配向磁石の前記ロータコアとは反対側の端部の位置は、前記斜め配向磁石の前記ロータコアとは反対側の端部の位置よりも前記ロータコア側に位置されており、前記ｄ軸配向磁石の前記端部に、前記軟磁性体が設けられている、ことを特徴とする。
（１）本発明に係る回転電機（例えば、実施形態の回転電機１００）のロータ（例えば、実施形態のロータ１０１）は、ロータコア（例えば、実施形態のロータコア５）と、前記ロータコアの周面に配置された永久磁石（例えば、実施形態の永久磁石６）と、前記永久磁石の前記ロータコアとは径方向の反対側の端部（例えば、実施形態の第１磁石９の外側端部９ａ）に設けられ、前記永久磁石の飽和磁束密度よりも大きい飽和磁束密度を有する軟磁性体（例えば、実施形態の軟磁性体７）と、を備え、前記永久磁石は、前記ロータコアの磁極中心と前記ロータコアの回転軸線（例えば、実施形態の軸線Ｃ）とを通るｄ軸上に配置され、前記ｄ軸方向に配向されたｄ軸配向磁石（例えば、実施形態の第１磁石９）と、前記ｄ軸配向磁石と周方向に隣接して配置され、前記ｄ軸及び前記周方向に対して傾斜した方向に配向された斜め配向磁石（例えば、実施形態の第３磁石１１）と、を備え、前記ｄ軸配向磁石の前記ロータコアとは反対側の端部の位置は、前記斜め配向磁石の前記ロータコアとは反対側の端部の位置よりも前記ロータコア側に位置されており、前記ｄ軸配向磁石の前記端部に、前記軟磁性体が設けられている、ことを特徴とする。
【0008】
このように構成することで、ｄ軸上の軟磁性体に永久磁石の磁束を集中させ、ロータのトルク密度を向上させることができる。延いては、エネルギーの効率化に寄与できる。
【0009】
（２）上記構成において、前記永久磁石は、周方向に隣り合う磁極の間の極境界と前記回転軸線とを通るｑ軸と直交する周方向に配向された周方向配向磁石（例えば、実施形態の第２磁石１０）を備え、前記周方向配向磁石は、前記ｑ軸と重なる箇所に配置されており、前記ｄ軸配向磁石と前記周方向配向磁石との間に、前記斜め配向磁石が配置されてもよい。
【0010】
このように構成することで、ｄ軸から隣接する別のｄ軸の間の永久磁石の配向を滑らかに変化させることができる。永久磁石の配向が滑らかに変化するので、永久磁石の配向が急激に変化する場合と比較してロータのトルク密度を向上させることができる。
【0011】
（３）上記構成において、前記斜め配向磁石は、周方向に並ぶ複数の分割磁石（例えば、実施形態の第１分割磁石１３、第２分割磁石１４）を有し、各前記分割磁石の配向は、前記ｄ軸に向かうに従って徐々に前記ｄ軸に沿うように変化してもよい。
【0012】
このように構成することで、永久磁石の配向を、ｑ軸からｄ軸に向かうに従って、徐々にｄ軸方向に沿うように変化させることができる。永久磁石の配向が滑らかに変化するので、永久磁石の配向が急激に変化する場合と比較してロータのトルク密度を向上させることができる。
【0013】
（４）上記構成において、周方向に隣り合う磁極の間の極境界と前記回転軸線とを通るｑ軸と重なる箇所において、少なくとも１つの前記永久磁石と前記ロータコアとの間に、磁束を通しにくいフラックスバリア（例えば、実施形態のフラックスバリア１２）を備えてもよい。
【0014】
フラックスバリアとして例えば空隙や樹脂を設けることにより、ロータを軽量化できる。永久磁石のロータコア側の磁束は、ロータのトルクに寄与しにくい。このような永久磁石とロータコアとの間にフラックスバリアを設けるので、ロータを軽量化しつつトルク密度を向上させることができる。
【0015】
（５）上記構成において、前記軟磁性体は、前記ロータコアの径方向において、前記ロータコアに向かうに従って、前記ロータコアの周方向の幅が小さくなってもよい。
【0016】
このように構成することで、永久磁石の磁束をさらにｄ軸上に集中させることができる。このため、ｄ軸上での磁束密度をより大きくでき、ロータのトルク密度を向上させることができる。
【0017】
（６）上記構成において、前記フラックスバリアの前記永久磁石側の側面（例えば、実施形態のフラックスバリア１２の周面１２ａ）は、前記ｑ軸上で凹となるように凹凸形状で形成されてもよい。
【0018】
このように構成することで、ｑ軸を挟んで周方向の両側に配置された斜め配向磁石間の磁路のうち、ロータコア側の磁路を確保できる。このため、斜め配向磁石の磁束をできる限り有効活用できる。
【0019】
（７）上記構成において、前記ロータコアの前記永久磁石に接する周面（例えば、実施形態のロータコア５の外周面５ａ）は、軟磁性材（例えば、実施形態の軟磁性材５ｂ）で構成されてもよい。
【0020】
このように構成することで、軟磁性材によりロータコアの周面に磁路を形成することができる。このため、ロータの有効磁束を増加させることができ、ロータのトルクを増加させることができる。
【0021】
（８）上記構成において、前記軟磁性体と前記フラックスバリアとの両方に接する前記永久磁石は、前記軟磁性体と前記フラックスバリアとの間の厚さ（例えば、第５変形例の軟磁性体－フラックスバリア間厚さＬ１）が一定であってもよい。
【0022】
このように構成することで、軟磁性体とフラックスバリアとの間において、永久磁石自身の磁路の幅を一定に保つことができる。換言すれば、軟磁性体とフラックスバリアとの間において、永久磁石自身の磁路の幅が局所的に狭くなってしまうことを防止できる。このため、永久磁石の減磁耐性及びトルク密度を向上させることができる。
【0023】
（９）上記構成において、前記フラックスバリアは、前記ロータコアと前記永久磁石とにより取り囲まれて形成された空隙と、前記空隙に充填された接着剤（例えば、第６変形例の接着剤２２）と、を含んでもよい。
【0024】
ｑ軸上の永久磁石は、ロータコアへの磁気吸引力が弱い。そこで、接着剤を用いることにより、ｑ軸上の永久磁石におけるロータコアへの固着力を高めることができる。
【0025】
（１０）上記構成において、前記フラックスバリアは、前記空隙に収納された非磁性体（例えば、第７変形例の非磁性体２３）を含み、前記接着剤は、前記空隙と前記非磁性体との間に充填されてもよい。
【0026】
このように構成することで、空隙内に非磁性体を設けることにより、永久磁石全体の剛性を高めることができる。
【0027】
（１１）上記構成において、前記永久磁石の前記ロータコアと反対側の周面を覆うリング部材（例えば、第８変形例のリング部材２４）を設け、前記リング部材によって前記永久磁石を固定してもよい。
【0028】
このように構成することで、永久磁石に作用する遠心力をリング部材で受けることができる。このため、ロータコアに対する永久磁石の固着力を高めることができ、ロータの高速回転化も可能になる。
【発明の効果】
【0029】
本発明によれば、永久磁石の磁束を有効に活用することにより、トルク密度を向上させることができる。延いては、エネルギーの効率化に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】本実施形態に係る回転電機のロータの断面図。
【図3】第１変形例に係るロータの構成を示す図。
【図4】第２変形例に係るロータの構成を示す図。
【図5】第３変形例に係るロータの構成を示す図。
【図6】本実施形態及び第３変形例に係るロータを示す図。（ａ）永久磁石の磁束密度の変化を示すグラフ、（ｂ）ロータの構成を示す図。
【図7】第４変形例に係るロータの構成を示す図。
【図8】第５変形例に係るロータの構成を示す図。
【図9】第６変形例に係るロータの構成を示す図。
【図10】第７変形例に係るロータの構成を示す図。
【図11】第８変形例に係るロータの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0031】
［実施形態］
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【0032】
＜回転電機＞
図１は、本実施形態に係る回転電機１００の断面図である。図２は、図１のＩＩ部拡大図である。
図１に示すように、回転電機１００は、円筒状のステータ１０３と、ステータ１０３に対して回転自在に設けられたロータ１０１と、を備える。
以下の説明では、ロータ１０１の回転軸線Ｃ（以下、単に軸線Ｃとする）と平行な方向を単に軸方向という。ロータ１０１の回転方向を周方向という。軸方向及び周方向に直交する方向を径方向という。
図１は、本実施形態に係る回転電機１００の断面図である。図２は、図１のＩＩ部拡大図である。
図１に示すように、回転電機１００は、円筒状のステータ１０３と、ステータ１０３に対して回転自在に設けられたロータ１０１と、を備える。
以下の説明では、ロータ１０１の回転軸線Ｃ（以下、単に軸線Ｃとする）と平行な方向を単に軸方向という。ロータ１０１の回転方向を周方向という。軸方向及び周方向に直交する方向を径方向という。
【0033】
＜ステータ＞
ステータ１０３は、円筒状のステータコア１と、ステータコア１に巻回されたコイル２と、を備える。
ステータコア１は、例えば複数の電磁鋼板を積層して形成される。ステータコア１は、円筒状のバックヨーク２５と、バックヨーク２５の内周面２５ａから径方向内側に向かって突出する複数のティース３と、を有する。各ティース３は、周方向に等間隔で配置されている。各ティース３間には、スロット４が形成されている。各スロット４にコイル２を挿通し、各ティース３にコイル２が巻回される。
ステータ１０３は、円筒状のステータコア１と、ステータコア１に巻回されたコイル２と、を備える。
ステータコア１は、例えば複数の電磁鋼板を積層して形成される。ステータコア１は、円筒状のバックヨーク２５と、バックヨーク２５の内周面２５ａから径方向内側に向かって突出する複数のティース３と、を有する。各ティース３は、周方向に等間隔で配置されている。各ティース３間には、スロット４が形成されている。各スロット４にコイル２を挿通し、各ティース３にコイル２が巻回される。
【0034】
＜ロータ＞
ロータ１０１は、ステータ１０３の径方向内側に配置されている。すなわち、回転電機１００は、いわゆるインナーロータ型の回転電機である。ロータ１０１は、シャフト１０２と、シャフト１０２の外周面に固定された円柱状のロータコア５と、ロータコア５の外周面５ａに設けられた永久磁石６と、を備える。
シャフト１０２の中心軸線は軸線Ｃと一致しており、この軸線Ｃ回りに回転する。
ロータ１０１は、ステータ１０３の径方向内側に配置されている。すなわち、回転電機１００は、いわゆるインナーロータ型の回転電機である。ロータ１０１は、シャフト１０２と、シャフト１０２の外周面に固定された円柱状のロータコア５と、ロータコア５の外周面５ａに設けられた永久磁石６と、を備える。
シャフト１０２の中心軸線は軸線Ｃと一致しており、この軸線Ｃ回りに回転する。
【0035】
ロータコア５の径方向中央には、軸方向に貫通する貫通孔８が形成されている。この貫通孔８にシャフト１０２が挿入、又は圧入されることにより、シャフト１０２の外周面にロータコア５が固定される。ロータコア５の外周面５ａには、軟磁性材５ｂが設けられている。軟磁性材５ｂは、ロータコア５の外周面５ａの全体を被覆している。軟磁性材５ｂの外周面に、永久磁石６が設けられている。
【0036】
永久磁石６は、周方向に複数の磁極が設定されている。これは、ロータコア５の外周面５ａに複数の磁極が設定されていることと同じある。各磁極は、磁極の向きが周方向に交互になっている。
以下の説明では、各磁極の磁極中心と軸線Ｃとを通る線をｄ軸と定義する。周方向に隣り合う磁極の間の極境界と軸線Ｃとを通る線をｑ軸と定義する。
以下の説明では、各磁極の磁極中心と軸線Ｃとを通る線をｄ軸と定義する。周方向に隣り合う磁極の間の極境界と軸線Ｃとを通る線をｑ軸と定義する。
【0037】
＜永久磁石＞
図２に示すように、永久磁石６のうち、１つの磁極は、ｄ軸上に配置された第１磁石９と、ｑ軸上に配置された第２磁石１０と、第１磁石９と第２磁石１０との間に配置された第３磁石１１と、ｄ軸上で、かつ第１磁石９の径方向外側に配置された軟磁性体７と、を備える。永久磁石６は、ｑ軸と重なる箇所において、ロータコア５との間にフラックスバリア１２を形成する。
図２に示すように、永久磁石６のうち、１つの磁極は、ｄ軸上に配置された第１磁石９と、ｑ軸上に配置された第２磁石１０と、第１磁石９と第２磁石１０との間に配置された第３磁石１１と、ｄ軸上で、かつ第１磁石９の径方向外側に配置された軟磁性体７と、を備える。永久磁石６は、ｑ軸と重なる箇所において、ロータコア５との間にフラックスバリア１２を形成する。
【0038】
＜第１磁石＞
第１磁石９は、ｄ軸方向に配向されている。より具体的には、Ｎ極の第１磁石９は径方向外側に向かって配向されている。Ｓ極の第１磁石９は、径方向内側に向かって配向されている。図中の永久磁石６に示されている矢印は、磁石の配向を示している。
第１磁石９は、軸線Ｃ方向から見て、周方向に長い長方形状の第１磁石土台部１７と、第１磁石土台部１７から径方向外側に向かうに従って周方向の幅が小さくなる台形状の第１磁石本体部１８と、が一体形成されている。
第１磁石９の径方向の外側端部９ａは、第２磁石１０の径方向の外側端部１０ａ及び第３磁石１１の径方向の外側端部１１ａよりも径方向内側に位置する。第１磁石本体部１８における周方向の側面１８ｂは、ｄ軸に向かって凸となるよう僅かに湾曲している。
第１磁石９は、ｄ軸方向に配向されている。より具体的には、Ｎ極の第１磁石９は径方向外側に向かって配向されている。Ｓ極の第１磁石９は、径方向内側に向かって配向されている。図中の永久磁石６に示されている矢印は、磁石の配向を示している。
第１磁石９は、軸線Ｃ方向から見て、周方向に長い長方形状の第１磁石土台部１７と、第１磁石土台部１７から径方向外側に向かうに従って周方向の幅が小さくなる台形状の第１磁石本体部１８と、が一体形成されている。
第１磁石９の径方向の外側端部９ａは、第２磁石１０の径方向の外側端部１０ａ及び第３磁石１１の径方向の外側端部１１ａよりも径方向内側に位置する。第１磁石本体部１８における周方向の側面１８ｂは、ｄ軸に向かって凸となるよう僅かに湾曲している。
【0039】
＜第２磁石＞
第２磁石１０は、ｑ軸と直交する周方向に配向されている。第２磁石１０は、軸線Ｃ方向から見て、径方向に長い長方形状の第２磁石本体部１５と、第２磁石本体部１５の径方向内側に配置される第２磁石内側端部１６と、が一体形成されている。第２磁石本体部１５の外側端部１５ａは、軸線Ｃを中心とする円に沿うように湾曲形成されている。第２磁石内側端部１６は、径方向内側に向かうに従って先細るように、軸線Ｃ方向からみて三角形状に形成されている。第２磁石内側端部１６の先端は、ｑ軸上に位置している。
第２磁石１０は、ｑ軸と直交する周方向に配向されている。第２磁石１０は、軸線Ｃ方向から見て、径方向に長い長方形状の第２磁石本体部１５と、第２磁石本体部１５の径方向内側に配置される第２磁石内側端部１６と、が一体形成されている。第２磁石本体部１５の外側端部１５ａは、軸線Ｃを中心とする円に沿うように湾曲形成されている。第２磁石内側端部１６は、径方向内側に向かうに従って先細るように、軸線Ｃ方向からみて三角形状に形成されている。第２磁石内側端部１６の先端は、ｑ軸上に位置している。
【0040】
＜第３磁石＞
第３磁石１１は、ｄ軸及び周方向に対して傾斜した方向に配向されている。第３磁石１１の周方向におけるｑ軸側側面１１ｂは、第２磁石１０の側面１０ｂと接している。第３磁石１１のｑ軸側側面１１ｂは、第２磁石１０の側面１０ｂに沿うように形成されている。第３磁石１１の周方向におけるｄ軸側側面１１ｃは、第１磁石本体部１８の側面１８ｂと接している。第３磁石１１のｄ軸側側面１１ｃは、第１磁石本体部１８の側面１８ｂに沿うように形成されている。第３磁石の径方向内側の内側面１１ｄは、第１磁石本体部１８の径方向内側の角部１８ａと、第２磁石本体部１５の径方向内側の角部１５ｂと、を通る平面上に位置する。
第３磁石１１は、ｄ軸及び周方向に対して傾斜した方向に配向されている。第３磁石１１の周方向におけるｑ軸側側面１１ｂは、第２磁石１０の側面１０ｂと接している。第３磁石１１のｑ軸側側面１１ｂは、第２磁石１０の側面１０ｂに沿うように形成されている。第３磁石１１の周方向におけるｄ軸側側面１１ｃは、第１磁石本体部１８の側面１８ｂと接している。第３磁石１１のｄ軸側側面１１ｃは、第１磁石本体部１８の側面１８ｂに沿うように形成されている。第３磁石の径方向内側の内側面１１ｄは、第１磁石本体部１８の径方向内側の角部１８ａと、第２磁石本体部１５の径方向内側の角部１５ｂと、を通る平面上に位置する。
【0041】
第３磁石１１の外側端部１１ａは、軸線Ｃを中心とする円に沿うように湾曲形成されている。第３磁石１１の外側端部１１ａは、第２磁石本体部１５の外側端部１５ａと同一円上に位置している。
第３磁石１１は、第３磁石１１を周方向に２分割されている。すなわち、第３磁石１１は、第２磁石１０側に位置する第１分割磁石１３と、第１磁石９側に位置する第２分割磁石１４と、を備える。
第３磁石１１は、第３磁石１１を周方向に２分割されている。すなわち、第３磁石１１は、第２磁石１０側に位置する第１分割磁石１３と、第１磁石９側に位置する第２分割磁石１４と、を備える。
【0042】
＜第１分割磁石及び第２分割磁石＞
第１分割磁石１３と第２分割磁石１４との第１分割面１９は、第１磁石本体部１８の側面１８ｂと、第２磁石１０の側面１０ｂとの中央に位置している。
第２分割磁石１４の第１磁石９側のｄ軸側側面１１ｃのうち、径方向外側の一部は、第１磁石９の外側端部９ａよりも径方向外側に位置している（以下、この箇所のｄ軸側側面１１ｃを、外部側面１４ａという）。外部側面１４ａは、径方向外側に向かうに従って、ｄ軸から離間するように傾斜形成されている。
第１分割磁石１３と第２分割磁石１４との第１分割面１９は、第１磁石本体部１８の側面１８ｂと、第２磁石１０の側面１０ｂとの中央に位置している。
第２分割磁石１４の第１磁石９側のｄ軸側側面１１ｃのうち、径方向外側の一部は、第１磁石９の外側端部９ａよりも径方向外側に位置している（以下、この箇所のｄ軸側側面１１ｃを、外部側面１４ａという）。外部側面１４ａは、径方向外側に向かうに従って、ｄ軸から離間するように傾斜形成されている。
【0043】
第１分割磁石１３及び第２分割磁石１４の磁化方向は、それぞれｑ軸からｄ軸へ向かうに従って徐々にｄ軸に沿うように変化する。このとき、第１分割磁石１３の磁化方向のｄ軸に対する傾きは、第２分割磁石１４の磁化方向のｄ軸に対する傾きよりも大きい。
このような第１磁石９、第２磁石１０、及び第３磁石１１は、軸線Ｃ方向からみてｄ軸を中心に線対称で、かつｑ軸を中心に線対称に形成されている。すなわち、永久磁石６の外周面には、第１磁石９の外側端部９ａと、この第１磁石９の周方向両側に配置された第２分割磁石１４の外部側面１４ａと、により凹部２６が形成される。この凹部２６に、軟磁性体７が設けられている。
このような第１磁石９、第２磁石１０、及び第３磁石１１は、軸線Ｃ方向からみてｄ軸を中心に線対称で、かつｑ軸を中心に線対称に形成されている。すなわち、永久磁石６の外周面には、第１磁石９の外側端部９ａと、この第１磁石９の周方向両側に配置された第２分割磁石１４の外部側面１４ａと、により凹部２６が形成される。この凹部２６に、軟磁性体７が設けられている。
【0044】
＜軟磁性体＞
軟磁性体７は、軸線Ｃ方向からみて径方向内側に向かうに従って周方向の幅が小さくなる台形状である。軟磁性体７の第１磁石９と接する底面７ａの周方向の幅は、第１磁石９の外側端部９ａの周方向の幅と同一である。軟磁性体７の周方向の側面７ｂは、第２分割磁石１４の外部側面１４ａと接する。軟磁性体７の径方向外側の外側端部７ｃは、軸線Ｃを中心とする円に沿うように湾曲形成されている。外側端部７ｃは、第２磁石本体部１５の外側端部１５ａ及び第３磁石１１の外側端部１１ａと同一円上に位置している。軟磁性体７の飽和磁束密度は、第１磁石９の飽和磁束密度よりも大きい。
軟磁性体７は、軸線Ｃ方向からみて径方向内側に向かうに従って周方向の幅が小さくなる台形状である。軟磁性体７の第１磁石９と接する底面７ａの周方向の幅は、第１磁石９の外側端部９ａの周方向の幅と同一である。軟磁性体７の周方向の側面７ｂは、第２分割磁石１４の外部側面１４ａと接する。軟磁性体７の径方向外側の外側端部７ｃは、軸線Ｃを中心とする円に沿うように湾曲形成されている。外側端部７ｃは、第２磁石本体部１５の外側端部１５ａ及び第３磁石１１の外側端部１１ａと同一円上に位置している。軟磁性体７の飽和磁束密度は、第１磁石９の飽和磁束密度よりも大きい。
【0045】
＜フラックスバリア＞
フラックスバリア１２は、ロータコア５の周方向に複数形成される。フラックスバリア１２は、ロータコア５の軟磁性材５ｂと、第１磁石土台部１７の側面１７ａと、第３磁石１１の内側面１１ｄと、第２磁石内側端部１６の内側面１６ａと、で周囲が囲われた空隙である。そのため、フラックスバリア１２は、第２磁石内側端部１６の形状により、ｑ軸上で凹となるよう、径方向外側の周面１２ａが凹凸形状で形成されている。換言すれば、この周面１２ａの稜線１２ｂは、第２磁石内側端部１６の先端と同一である。このため、周面１２ａの稜線１２ｂは、ｑ軸上に位置する。
フラックスバリア１２は、ロータコア５の周方向に複数形成される。フラックスバリア１２は、ロータコア５の軟磁性材５ｂと、第１磁石土台部１７の側面１７ａと、第３磁石１１の内側面１１ｄと、第２磁石内側端部１６の内側面１６ａと、で周囲が囲われた空隙である。そのため、フラックスバリア１２は、第２磁石内側端部１６の形状により、ｑ軸上で凹となるよう、径方向外側の周面１２ａが凹凸形状で形成されている。換言すれば、この周面１２ａの稜線１２ｂは、第２磁石内側端部１６の先端と同一である。このため、周面１２ａの稜線１２ｂは、ｑ軸上に位置する。
【0046】
＜作用、効果＞
次に、本実施形態に係る回転電機１００のロータ１０１の作用、効果について説明する。
本実施形態に係るロータ１０１を備える回転電機１００は、コイル２に給電すると、コイル２の巻回するステータコア１に鎖交磁束が形成される。鎖交磁束と永久磁石６との間で、磁気的な吸引力や反発力が生じ、ロータ１０１が継続的に回転する。
次に、本実施形態に係る回転電機１００のロータ１０１の作用、効果について説明する。
本実施形態に係るロータ１０１を備える回転電機１００は、コイル２に給電すると、コイル２の巻回するステータコア１に鎖交磁束が形成される。鎖交磁束と永久磁石６との間で、磁気的な吸引力や反発力が生じ、ロータ１０１が継続的に回転する。
【0047】
永久磁石６は、配向がｑ軸からｄ軸に向かって滑らかに変化するので、永久磁石６の配向が急激に変化する場合と比較して、ロータ１０１の表面磁束密度をｄ軸上に集中しやすくできる。この結果、ロータ１０１のトルク密度を向上できる。しかも、第１磁石９の外側端部９ａに軟磁性体７が設けられている。軟磁性体７の飽和磁束密度は、第１磁石９の飽和磁束密度よりも大きい。このため、軟磁性体７を設けない場合と比較してｄ軸上の表面磁束密度を大きくできる。この結果、永久磁石６の磁束をｄ軸上にさらに集中させることができる。よって、ロータ１０１のトルク密度を向上させることができ、延いては、エネルギーの効率化に寄与できる。
【0048】
第３磁石１１は、周方向に分割されて第１分割磁石１３と第２分割磁石１４とにより構成されている。このため、第３磁石１１内での配向の変化をより滑らかにすることができる。よって、ロータ１０１のトルク密度をさらに向上できる。
【0049】
軟磁性体７は、径方向内側に向かうに従って、周方向の幅が小さくなる。すなわち、軟磁性体７の周方向の側面７ｂ（第２分割磁石１４の外部側面１４ａ）は、径方向外側に向かうに従って、ｄ軸から離間するように傾斜形成されている。このため、軟磁性体７に流れ込む磁束の向きをさらにｄ軸上に集中させやすくできる。このため、ロータ１０１のトルク密度をさらに向上させることができる。
【0050】
フラックスバリア１２を空隙とすることにより、ロータ１０１を軽量化できる。永久磁石６のロータコア５側の磁束は、ロータ１０１のトルクに寄与しにくい。トルクへの影響が小さい位置にフラックスバリア１２を設けるので、ロータ１０１を軽量化しつつ、トルク密度を向上させることができる。
フラックスバリア１２は、径方向外側の周面１２ａがｑ軸上で凹である。この形状は、第２磁石内側端部１６の構成によるもので、磁路を確保することができる。すなわち、第１磁石９を挟んで周方向の両側に位置する第３磁石１１において、両者間での径方向内側から回り込む磁束を、第２磁石内側端部１６を介して通すことができる。これにより、周方向の両側に配置された第３磁石の磁束をできる限り有効活用できる。
フラックスバリア１２は、径方向外側の周面１２ａがｑ軸上で凹である。この形状は、第２磁石内側端部１６の構成によるもので、磁路を確保することができる。すなわち、第１磁石９を挟んで周方向の両側に位置する第３磁石１１において、両者間での径方向内側から回り込む磁束を、第２磁石内側端部１６を介して通すことができる。これにより、周方向の両側に配置された第３磁石の磁束をできる限り有効活用できる。
【0051】
ロータコア５の外周面５ａに軟磁性材５ｂが設けられている。この構成により、ロータコア５の外周面５ａに磁路を形成することができる。このため、ロータ１０１の有効磁束をさらに増加させることができ、ロータ１０１のトルクを増加させることができる。
【0052】
次に、前述の実施形態の第１変形例から第８変形例について説明する。第１変形例から第８変形例においては、上述した実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略する。第１変形例から第８変形例においては、異なる点についてのみ説明する。
【0053】
［第１変形例］
まず、図３に基づいて、第１変形例について説明する。図３は、第１変形例に係るロータ１０１の構成を示す図である。図３は、前述の図２に対応している（以下の変形例も同様）。
前述の実施形態と第１変形例との相違点は、実施形態の永久磁石６の構成及び形状と、第１変形例の永久磁石６の構成及び形状と、が異なる点にある。
具体的には、図３に示すように、第１磁石９は、軸線Ｃ方向からみて径方向に長い長方形状である。このため、第１磁石土台部１７の側面１７ａは、第１磁石本体部１８の側面１８ｂと一体であり、同一平面上に位置している（以下、側面１７ａと側面１８ｂを合わせて、第１磁石９の周方向の側面９ｂとする）。第１磁石９の側面９ｂは、径方向に沿っている。
まず、図３に基づいて、第１変形例について説明する。図３は、第１変形例に係るロータ１０１の構成を示す図である。図３は、前述の図２に対応している（以下の変形例も同様）。
前述の実施形態と第１変形例との相違点は、実施形態の永久磁石６の構成及び形状と、第１変形例の永久磁石６の構成及び形状と、が異なる点にある。
具体的には、図３に示すように、第１磁石９は、軸線Ｃ方向からみて径方向に長い長方形状である。このため、第１磁石土台部１７の側面１７ａは、第１磁石本体部１８の側面１８ｂと一体であり、同一平面上に位置している（以下、側面１７ａと側面１８ｂを合わせて、第１磁石９の周方向の側面９ｂとする）。第１磁石９の側面９ｂは、径方向に沿っている。
【0054】
第２磁石１０は、軸線Ｃ方向からみて径方向にわずかに長い長方形状である。第２磁石１０は、第２磁石本体部１５で形成されている。
第３磁石１１は、１つの永久磁石で構成される。第３磁石１１は、ｄ軸側内側面１１ｅが軟磁性材５ｂと接している。第３磁石１１のｑ軸側内側面１１ｆは、径方向外側に凸となるよう湾曲形成されている。第３磁石１１のｑ軸側内側面１１ｆの一端は、軟磁性材５ｂと接し、他端は第２磁石本体部１５の角部１５ｂと接している。
第３磁石１１の磁化方向は、第１磁石９の磁化方向から第２磁石１０の磁化方向に向かうようにｄ軸及び周方向に対して傾斜した方向に配向されている。
第３磁石１１は、１つの永久磁石で構成される。第３磁石１１は、ｄ軸側内側面１１ｅが軟磁性材５ｂと接している。第３磁石１１のｑ軸側内側面１１ｆは、径方向外側に凸となるよう湾曲形成されている。第３磁石１１のｑ軸側内側面１１ｆの一端は、軟磁性材５ｂと接し、他端は第２磁石本体部１５の角部１５ｂと接している。
第３磁石１１の磁化方向は、第１磁石９の磁化方向から第２磁石１０の磁化方向に向かうようにｄ軸及び周方向に対して傾斜した方向に配向されている。
【0055】
このように構成した場合であっても、永久磁石６の配向をｑ軸からｄ軸に向かうに従って、徐々にｑ軸方向に沿うように変化させることができる。このため、前述の実施形態と同様の効果を奏する。
【0056】
フラックスバリア１２は、軟磁性材５ｂの外周面と、第３磁石１１のｑ軸側内側面１１ｆと、第２磁石本体部１５の内側面１５ｃと、で周囲が囲われた空隙である。
このような構成であっても、前述の実施形態と同様の効果を奏する。
このような構成であっても、前述の実施形態と同様の効果を奏する。
【0057】
［第２変形例］
次に、図４に基づいて、前述の実施形態の第２変形例について説明する。図４は、第２変形例に係るロータ１０１の構成を示す図である。
前述の第１変形例と第２変形例との相違点は、第１変形例で第３磁石１１が１つであるのに対し、第２変形例は、第３磁石１１が３つの磁石１３、１４、２０によって構成されている点にある。
次に、図４に基づいて、前述の実施形態の第２変形例について説明する。図４は、第２変形例に係るロータ１０１の構成を示す図である。
前述の第１変形例と第２変形例との相違点は、第１変形例で第３磁石１１が１つであるのに対し、第２変形例は、第３磁石１１が３つの磁石１３、１４、２０によって構成されている点にある。
【0058】
具体的には、図４に示すように、第２変形例の第３磁石１１は、周方向に３分割されている。第３磁石１１は、第２磁石１０側に配置される第１分割磁石１３と、第１分割磁石１３の第１磁石９側に配置される第２分割磁石１４と、第２分割磁石１４と第１磁石９との間に配置される第３分割磁石２０と、を備える。
【0059】
第１分割磁石１３と第２分割磁石１４との第１分割面１９は、第２分割磁石１４と第３分割磁石２０との第２分割面２１よりも第２磁石１０側に位置している。第１分割面１９と第２分割面２１は、径方向に沿っている。
【0060】
第３磁石１１のｑ軸側内側面１１ｆは、一部が第３分割磁石２０の内部側面２０ａである。このため、第３磁石１１のｑ軸側内側面１１ｆは、軟磁性材５ｂから径方向外側に向かって延びており、第３分割磁石２０の内部側面２０ａ上から第２磁石本体部１５の角部１５ｂに向かって径方向外側に凸となるよう湾曲形成されている。
第１分割磁石１３、第２分割磁石１４及び第３分割磁石２０の磁化方向は、それぞれｑ軸からｄ軸へ向かうに従って徐々にｄ軸に沿うように変化する。第１分割磁石１３の磁化方向のｄ軸に対する傾きは、第２分割磁石１４の磁化方向のｄ軸に対する傾きよりも大きい。第２分割磁石１４の磁化方向のｄ軸に対する傾きは、第３分割磁石２０の磁化方向のｄ軸に対する傾きよりも大きい。
第１分割磁石１３、第２分割磁石１４及び第３分割磁石２０の磁化方向は、それぞれｑ軸からｄ軸へ向かうに従って徐々にｄ軸に沿うように変化する。第１分割磁石１３の磁化方向のｄ軸に対する傾きは、第２分割磁石１４の磁化方向のｄ軸に対する傾きよりも大きい。第２分割磁石１４の磁化方向のｄ軸に対する傾きは、第３分割磁石２０の磁化方向のｄ軸に対する傾きよりも大きい。
【0061】
このように構成した場合であっても、永久磁石６の配向をｑ軸からｄ軸に向かうに従って、徐々にｑ軸方向に沿うように変化させることができる。さらに、永久磁石６の配向を前述の実施形態よりもより滑らかに変化させることができる。このため、前述の実施形態よりもトルク密度を向上させることができる。
【0062】
［第３変形例］
次に、図５、図６に基づいて、第３変形例について説明する。図５は、第３変形例に係るロータ１０１の構成を示す図である。
前述の実施形態と第３変形例との相違点は、前述の実施形態の軟磁性体７及び第１磁石９の形状と、第３変形例の軟磁性体７及び第１磁石９の形状とが異なる点にある。
次に、図５、図６に基づいて、第３変形例について説明する。図５は、第３変形例に係るロータ１０１の構成を示す図である。
前述の実施形態と第３変形例との相違点は、前述の実施形態の軟磁性体７及び第１磁石９の形状と、第３変形例の軟磁性体７及び第１磁石９の形状とが異なる点にある。
【0063】
具体的には、図５に示すように、第３変形例の軟磁性体７は、周方向の幅が径方向内側に向かうに従って先細るように、軸線Ｃ方向からみて三角形状に形成されている。軟磁性体７の底面７ａの幅は極めて小さくなる。これに伴い、軟磁性体７の底面７ａと接する第１磁石９の外側端部９ａの周方向の幅も小さくなる。換言すれば、第１磁石本体部１８が、径方向外側に向かうに従って先細るように形成され、軸線Ｃ方向からみて三角形状で形成されている。第１磁石本体部１８の側面１８ｂは、ｄ軸に向かって凸で、かつ前述の実施形態よりも湾曲している。
【0064】
ここで、前述の実施形態の軟磁性体７の形状と、第３変形例における軟磁性体７の形状との違いにより、永久磁石６による磁束密度の変化について説明する。
図６は、本実施形態及び第３変形例に係るロータ１０１の構成を示し、（ａ）は、縦軸を永久磁石６の磁束密度とし、横軸をロータ１０１の回転角とした場合の、永久磁石６の磁束密度の変化を示すグラフ、（ｂ）は、ロータの構成を示す図である。（ｂ）は、説明の都合上、ロータ１０１に係る構成を直線状に表している。（ａ）は、（ｂ）の形状に対応している。図６において、実線は、第３変形例に係る磁束密度波形Ｗ１を示し、二点鎖線は本実施形態に係る磁束密度波形Ｗ２を示す。
図６は、本実施形態及び第３変形例に係るロータ１０１の構成を示し、（ａ）は、縦軸を永久磁石６の磁束密度とし、横軸をロータ１０１の回転角とした場合の、永久磁石６の磁束密度の変化を示すグラフ、（ｂ）は、ロータの構成を示す図である。（ｂ）は、説明の都合上、ロータ１０１に係る構成を直線状に表している。（ａ）は、（ｂ）の形状に対応している。図６において、実線は、第３変形例に係る磁束密度波形Ｗ１を示し、二点鎖線は本実施形態に係る磁束密度波形Ｗ２を示す。
【0065】
磁束密度波形Ｗ１及び磁束密度波形Ｗ２は、ともにｄ軸上で最大値をとる。しかしながら、磁束密度波形Ｗ１は、ｄ軸近傍でフラットである。一方、磁束密度波形Ｗ２は、ｄ軸上にピークを有している。前述の実施形態及び第３変形例に係る構成は、軟磁性体７を備える。軟磁性体７の周方向の側面７ｂは、径方向外側に向かうに従って、ｄ軸から離間するように傾斜形成されている。このうち、第３変形例において、軟磁性体７の底面７ａの周方向の幅は前述の実施形態と比べて小さい。また、軟磁性体７の側面７ｂのｄ軸に対する傾きは、前述の実施形態と比べて大きい。
【0066】
したがって、第３変形例に係る構成とすることで、前述の実施形態よりも軟磁性体７に流れ込む磁束の向きをさらにｄ軸上に集中させやすくすることができ、磁束密度を高めることができる。このため、前述の実施形態と比べてロータ１０１のトルク密度をさらに向上させることができる。
【0067】
［第４変形例］
次に、図７に基づいて、第４変形例について説明する。図７は、第４変形例に係るロータ１０１の構成を示す図である。
前述の実施形態と第４変形例との相違点は、前述の実施形態における第２磁石１０、第３磁石１１及びフラックスバリア１２の形状と、第４変形例における第２磁石１０、第３磁石１１及びフラックスバリア１２の形状と、が異なる点にある。
次に、図７に基づいて、第４変形例について説明する。図７は、第４変形例に係るロータ１０１の構成を示す図である。
前述の実施形態と第４変形例との相違点は、前述の実施形態における第２磁石１０、第３磁石１１及びフラックスバリア１２の形状と、第４変形例における第２磁石１０、第３磁石１１及びフラックスバリア１２の形状と、が異なる点にある。
【0068】
具体的には、図７に示すように、第４変形例の第２磁石１０は、第２磁石本体部１５で構成されている。
第３磁石１１の内側面１１ｄは、第１磁石本体部１８の角部１８ａと、第１分割面１９の径方向内側端部１９ａと、を通る平面（以下、これを第２分割磁石１４の内側面１４ｂとする）及び、第１分割面１９の径方向内側端部１９ａと、第２磁石本体部１５の角部１５ｂと、を通る平面（以下、これを第１分割磁石１３の内側面１３aとする）で構成されている。第１分割磁石１３の内側面１３aは、ロータコア５の外周面５ａに沿っている。
第３磁石１１の内側面１１ｄは、第１磁石本体部１８の角部１８ａと、第１分割面１９の径方向内側端部１９ａと、を通る平面（以下、これを第２分割磁石１４の内側面１４ｂとする）及び、第１分割面１９の径方向内側端部１９ａと、第２磁石本体部１５の角部１５ｂと、を通る平面（以下、これを第１分割磁石１３の内側面１３aとする）で構成されている。第１分割磁石１３の内側面１３aは、ロータコア５の外周面５ａに沿っている。
【0069】
第１分割面１９の径方向内側端部１９ａは、第１磁石本体部１８の角部１８ａと、第２磁石本体部１５の角部１５ｂと、を通る平面よりも径方向外側に位置している。
フラックスバリア１２は、ロータコア５の軟磁性材５ｂの外周面と、第１磁石土台部１７の側面１７ａと、第３磁石１１の内側面１１ｄと、第２磁石本体部１５の内側面１５ｃと、で囲われた空隙である。
このような構成であっても、前述の実施形態と同様の効果を奏する。
フラックスバリア１２は、ロータコア５の軟磁性材５ｂの外周面と、第１磁石土台部１７の側面１７ａと、第３磁石１１の内側面１１ｄと、第２磁石本体部１５の内側面１５ｃと、で囲われた空隙である。
このような構成であっても、前述の実施形態と同様の効果を奏する。
【0070】
［第５変形例］
次に、図８に基づいて、第５変形例について説明する。図８は、第５変形例に係るロータ１０１の構成を示す図である。
前述の実施形態と第５変形例との相違点は、前述の実施形態における永久磁石６及び軟磁性体７の形状と、第５変形例における永久磁石６及び軟磁性体７の形状と、が異なる点にある。
第５変形例では、永久磁石６のうち軟磁性体７とフラックスバリア１２との間に位置する部分の永久磁石６の厚さ（以下、軟磁性体－フラックスバリア間厚さという）Ｌ１が一定である。
次に、図８に基づいて、第５変形例について説明する。図８は、第５変形例に係るロータ１０１の構成を示す図である。
前述の実施形態と第５変形例との相違点は、前述の実施形態における永久磁石６及び軟磁性体７の形状と、第５変形例における永久磁石６及び軟磁性体７の形状と、が異なる点にある。
第５変形例では、永久磁石６のうち軟磁性体７とフラックスバリア１２との間に位置する部分の永久磁石６の厚さ（以下、軟磁性体－フラックスバリア間厚さという）Ｌ１が一定である。
【0071】
軟磁性体－フラックスバリア間厚さＬ１は、軟磁性体７の側面７ｂと、第３磁石１１の内側面１１ｄとの間に位置する永久磁石６の厚さと定義する。このとき、軟磁性体－フラックスバリア間厚さＬ１が一定となるように、軟磁性体７の側面７ｂ及び第３磁石１１の内側面１１ｄのｄ軸に対する傾斜角度が等しく形成されている。
この構成により、軟磁性体－フラックスバリア間厚さＬ１が一定である永久磁石６は、磁路の幅を一定に保つことができる。換言すれば、軟磁性体７とフラックスバリア１２との間において、永久磁石６自身の磁路の幅が局所的に狭くなってしまうことを防止できる。このため、永久磁石６の減磁耐性及びロータ１０１のトルク密度を向上させることができる。
この構成により、軟磁性体－フラックスバリア間厚さＬ１が一定である永久磁石６は、磁路の幅を一定に保つことができる。換言すれば、軟磁性体７とフラックスバリア１２との間において、永久磁石６自身の磁路の幅が局所的に狭くなってしまうことを防止できる。このため、永久磁石６の減磁耐性及びロータ１０１のトルク密度を向上させることができる。
【0072】
［第６変形例］
次に、図９に基づいて、第６変形例について説明する。図９は、第６変形例に係るロータ１０１の構成を示す図である。
前述の実施形態と第６変形例との相違点は、実施形態のフラックスバリア１２の構成と、第６変形例のフラックスバリア１２の構成と、が異なる点にある。
具体的には、図９に示すように、フラックスバリア１２として設けられていた空隙に、接着剤２２が充填されている。
次に、図９に基づいて、第６変形例について説明する。図９は、第６変形例に係るロータ１０１の構成を示す図である。
前述の実施形態と第６変形例との相違点は、実施形態のフラックスバリア１２の構成と、第６変形例のフラックスバリア１２の構成と、が異なる点にある。
具体的には、図９に示すように、フラックスバリア１２として設けられていた空隙に、接着剤２２が充填されている。
【0073】
接着剤２２を介し、ロータコア５の軟磁性材５ｂの外周面と、第１磁石土台部１７の側面１７ａと、第２磁石内側端部１６の内側面１６ａと、第３磁石１１の内側面１１ｄとが結合される。これにより、ロータコア５と離れて設けられていた第２磁石１０及び第３磁石１１は、接着剤２２を介してロータコア５と固定される。
ｑ軸上の永久磁石６は、磁化方向がロータコア５への磁気吸引力が弱い。そこで、接着剤２２を用いることにより、ｑ軸上の永久磁石６におけるロータコア５への固着力を高めることができる。
ｑ軸上の永久磁石６は、磁化方向がロータコア５への磁気吸引力が弱い。そこで、接着剤２２を用いることにより、ｑ軸上の永久磁石６におけるロータコア５への固着力を高めることができる。
【0074】
［第７変形例］
次に、図１０に基づいて、第７変形例について説明する。図１０は、第７変形例に係るロータ１０１の構成を示す図である。
前述の第６変形例と第７変形例との相違点は、第６変形例のフラックスバリア１２の構成及び形状と、第７変形例のフラックスバリア１２の構成及び形状と、が異なる点にある。
具体的には、図１０に示すように、フラックスバリア１２として設けられていた空隙に接着剤２２が充填されている。さらに、接着剤２２には、非磁性体２３が埋設されている。非磁性体２３は、例えば樹脂である。しかしながらこれに限られるものではなく、非磁性体２３は、磁性体でなければよい。フラックスバリア１２の形状は、前述の第４変形例（図７）と同様の形状である。
次に、図１０に基づいて、第７変形例について説明する。図１０は、第７変形例に係るロータ１０１の構成を示す図である。
前述の第６変形例と第７変形例との相違点は、第６変形例のフラックスバリア１２の構成及び形状と、第７変形例のフラックスバリア１２の構成及び形状と、が異なる点にある。
具体的には、図１０に示すように、フラックスバリア１２として設けられていた空隙に接着剤２２が充填されている。さらに、接着剤２２には、非磁性体２３が埋設されている。非磁性体２３は、例えば樹脂である。しかしながらこれに限られるものではなく、非磁性体２３は、磁性体でなければよい。フラックスバリア１２の形状は、前述の第４変形例（図７）と同様の形状である。
【0075】
前述の第６変形例と比較すると、フラックスバリア１２は、さらに非磁性体２３を含んでいる。
非磁性体２３は、フラックスバリア１２の周面１２ａに沿った形状で形成されている。つまり、非磁性体２３は、フラックスバリア１２の形状と相似であり、フラックスバリア１２の空隙に挿入可能な大きさに縮小されている。
このような構成により、前述の第６変形例と同様の効果を奏することに加え、永久磁石６の剛性を高めることができる。
非磁性体２３は、フラックスバリア１２の周面１２ａに沿った形状で形成されている。つまり、非磁性体２３は、フラックスバリア１２の形状と相似であり、フラックスバリア１２の空隙に挿入可能な大きさに縮小されている。
このような構成により、前述の第６変形例と同様の効果を奏することに加え、永久磁石６の剛性を高めることができる。
【0076】
［第８変形例］
次に、図１１に基づいて、第８変形例について説明する。図１１は、第８変形例に係るロータ１０１の構成を示す図である。
前述の実施形態と第８変形例との相違点は、前述の実施形態におけるロータ１０１の構成と、第８変形例におけるロータ１０１の構成と、が異なる点にある。
具体的には、図１１に示すように、第８変形例のロータ１０１は、永久磁石６及び軟磁性体７の径方向外側にリング部材２４を有する。
次に、図１１に基づいて、第８変形例について説明する。図１１は、第８変形例に係るロータ１０１の構成を示す図である。
前述の実施形態と第８変形例との相違点は、前述の実施形態におけるロータ１０１の構成と、第８変形例におけるロータ１０１の構成と、が異なる点にある。
具体的には、図１１に示すように、第８変形例のロータ１０１は、永久磁石６及び軟磁性体７の径方向外側にリング部材２４を有する。
【0077】
リング部材２４は、軸線Ｃを中心とする円筒状に形成されている。リング部材２４の内径は、ロータ１０１の外径と等しい。リング部材２４の内周面２４ａは、永久磁石６の外側端部（第２磁石１０の外側端部１０ａ及び第３磁石１１の外側端部１１ａ）と、軟磁性体７の外側端部７ｃと、で形成されるロータ１０１の外周面と接する。リング部材２４は、非磁性材料で形成され、例えばＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）やＳＵＳ（ステンレス鋼）で形成されている。
【0078】
リング部材２４によって、ロータ１０１の永久磁石６及び軟磁性体７を径方向外側から押さえて固定することができる。そのため、ロータ１０１の回転により永久磁石６に作用する遠心力をリング部材２４で受けることができる。したがって、ロータコア５に対する永久磁石６の固着力を高めることができ、ロータ１０１の高速回転化も可能になる。
【0079】
本発明の技術的範囲は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述の実施形態及び変形例では、第３磁石１１は、多くて３つに分割構成され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、第３磁石１１は、４つ以上の異なる配向を有する永久磁石から構成されてもよい。この場合、第３磁石を構成する複数の永久磁石は、それぞれｑ軸からｄ軸へ向かうに従って徐々にｄ軸に沿うように変化すればよい。
例えば、上述の実施形態及び変形例では、第３磁石１１は、多くて３つに分割構成され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、第３磁石１１は、４つ以上の異なる配向を有する永久磁石から構成されてもよい。この場合、第３磁石を構成する複数の永久磁石は、それぞれｑ軸からｄ軸へ向かうに従って徐々にｄ軸に沿うように変化すればよい。
【0080】
上述の実施形態及び変形例では、永久磁石６に第２磁石を設けた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、永久磁石６に第２磁石１０を設けなくてもよい。この場合、第２磁石１０が配置されていた部分には、第３磁石１１の一部が設けられる。したがって、ｑ軸を中心に周方向の両側に第３磁石１１が並んで配置される。このように構成した場合であっても、上述の実施形態及び変形例と同様の効果を奏する。
【0081】
上述の実施形態及び変形例では、永久磁石６にフラックスバリア１２を設けた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、永久磁石６にフラックスバリア１２を設けなくてもよい。
ここで、第３磁石１１が１つの永久磁石で構成される第１変形例及び第３磁石１１が３つの永久磁石で構成される第２変形例の場合に、軟磁性体７の有無及びフラックスバリア１２の有無に関して、トルク密度の計算結果を示す。軟磁性体７の形状は、いずれの場合も同様である。フラックスバリア１２は、空隙で形成されている。
ここで、第３磁石１１が１つの永久磁石で構成される第１変形例及び第３磁石１１が３つの永久磁石で構成される第２変形例の場合に、軟磁性体７の有無及びフラックスバリア１２の有無に関して、トルク密度の計算結果を示す。軟磁性体７の形状は、いずれの場合も同様である。フラックスバリア１２は、空隙で形成されている。
【0082】
以下において、ロータ１０１が軟磁性体７及びフラックスバリア１２をともに備えてない場合をケース１とする。ロータ１０１が軟磁性体７を備え、フラックスバリア１２を備えていない場合をケース２とする。ロータ１０１が軟磁性体７及びフラックスバリア１２をともに備えている場合をケース３とする。
【0083】
第１変形例では、ケース１を基準として、ケース２及びケース３でのトルク密度は、それぞれ１．２９％及び３．８３％増加したことが確認できた。第２変形例では、ケース１を基準として、ケース２及びケース３でのトルク密度は、それぞれ１．２６％及び３．９３％増加したことが確認できた。
【0084】
フラックスバリア１２を設けない場合、永久磁石６の内部に磁束が通る磁路が形成されるため、トルクを大きくすることができる。一方で、永久磁石６により重量は増加する。フラックスバリア１２を設ける場合、永久磁石６の内部の磁路を減少させるため、トルクは小さくなる。しかしながら、ロータ１０１を軽量化することができる。
【0085】
フラックスバリア１２は、トルクへの影響が小さいｑ軸上で、かつ永久磁石６のロータコア５側に設けられていた。そのため、トルクを大きく減少させることなく、軽量化することができ、結果としてトルク密度を向上させられることが確認できた。
したがって、回転電機１００の軽量化が求められる場合は、フラックスバリア１２を設けるとトルク密度を増加させることができる点で、優位性を有する。
したがって、回転電機１００の軽量化が求められる場合は、フラックスバリア１２を設けるとトルク密度を増加させることができる点で、優位性を有する。
【0086】
上述した実施形態及び変形例では、回転電機１００は、ステータ１０３の径方向内側にロータ１０１が配置された、いわゆるインナーロータ型の回転電機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、回転電機１００がステータ１０３の径方向外側にロータ１０１が配置されたいわゆるアウターロータ型の回転電機であっても、上述の実施形態及び変形例の構成を採用できる。
【0087】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは、適宜可能であり、また、上述した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【0088】
５…ロータコア
５ａ…外周面（周面）
５ｂ…軟磁性材
６…永久磁石
７…軟磁性体
９…第１磁石（ｄ軸配向磁石）
９ａ…外側端部（ｄ軸配向磁石のロータコアとは反対側の端部）
１０…第２磁石（周方向配向磁石）
１１…第３磁石（斜め配向磁石）
１１ａ…外側端部（斜め配向磁石のロータコアとは反対側の端部）
１２…フラックスバリア
１２ａ…周面（側面）
１３…第１分割磁石（分割磁石）
１４…第２分割磁石（分割磁石）
２２…接着剤
２３…非磁性体
２４…リング部材
１００…回転電機
１０１…ロータ
Ｃ…軸線（回転軸線）
Ｌ１…軟磁性体－フラックスバリア間厚さ（厚さ）
５ａ…外周面（周面）
５ｂ…軟磁性材
６…永久磁石
７…軟磁性体
９…第１磁石（ｄ軸配向磁石）
９ａ…外側端部（ｄ軸配向磁石のロータコアとは反対側の端部）
１０…第２磁石（周方向配向磁石）
１１…第３磁石（斜め配向磁石）
１１ａ…外側端部（斜め配向磁石のロータコアとは反対側の端部）
１２…フラックスバリア
１２ａ…周面（側面）
１３…第１分割磁石（分割磁石）
１４…第２分割磁石（分割磁石）
２２…接着剤
２３…非磁性体
２４…リング部材
１００…回転電機
１０１…ロータ
Ｃ…軸線（回転軸線）
Ｌ１…軟磁性体－フラックスバリア間厚さ（厚さ）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】