特許 7458699 可変磁束型回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-22

(45)【発行日】2024-04-01

(54)【発明の名称】可変磁束型回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/276 20220101AFI20240325BHJP

【ＦＩ】

H02K1/276

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018163747

(22)【出願日】2018-08-31

(65)【公開番号】P2020036518

(43)【公開日】2020-03-05

【審査請求日】2021-03-01

【審判番号】

【審判請求日】2022-09-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】507308902

【氏名又は名称】ルノー エス．ア．エス．

【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＡＵＬＴ Ｓ．Ａ．Ｓ．

【住所又は居所原語表記】１２２－１２２ ｂｉｓ， ａｖｅｎｕｅ ｄｕ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｌｅｃｌｅｒｃ， ９２１００ Ｂｏｕｌｏｇｎｅ－Ｂｉｌｌａｎｃｏｕｒｔ， Ｆｒａｎｃｅ

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松浦 透

(72)【発明者】

【氏名】加藤 崇

(72)【発明者】

【氏名】山本 明満

【合議体】

【審判長】柿崎 拓

【審判官】長馬 望

【審判官】伊藤 秀行

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２２５２７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／０９８７３７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

H02K 1/276

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転磁界を生成する固定子と、当該固定子と所定幅のエアギャップを介して配置される回転子とを有する可変磁束型回転電機であって、
前記回転子は、
回転子コアと、
前記回転子コアにおいて周方向に複数設けられたフラックスバリアと、
複数の前記フラックスバリアの間に配置され、永久磁石が嵌装される磁石嵌装孔と、
前記永久磁石の周方向端部と、前記永久磁石に隣接する他の永久磁石の周方向端部と、を繋ぎ、前記永久磁石の磁束を前記他の永久磁石が構成する磁極側に漏洩させる漏れ磁束路と、
を有し、
前記磁石嵌装孔は、外周側の周方向中心における前記回転子コアの外周面からの深さが、外周側の周方向端部における前記回転子コアの外周面からの深さよりも浅く設定されており、磁気特性の異なる複数の永久磁石片が周方向に並んで嵌装して前記永久磁石を構成し、
前記永久磁石を構成する複数の前記永久磁石片のうち、前記磁石嵌装孔の周方向端部に配置される少なくとも一つの前記永久磁石片の磁場配向方向が、当該永久磁石片の磁石中心におけるラジアル方向に対して前記他の永久磁石の周方向端部側に所定の角度α傾けた方向に設定されていることにより、当該永久磁石片の磁場配向方向を前記所定の角度α傾けない場合と比較して、固定子巻線に通電する電流制御によって前記漏れ磁束路を通る漏れ磁束量の可変幅が大きい、
ことを特徴とする可変磁束型回転電機。

【請求項2】

前記少なくとも一つの前記永久磁石片の残留磁束密度は、他の前記永久磁石片の残留磁束密度より大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載の可変磁束型回転電機。

【請求項3】

前記永久磁石を構成する複数の前記永久磁石片のうち、前記磁石嵌装孔において前記回転子の回転方向における最後方に位置する前記永久磁石片の保磁力は、他の前記永久磁石片の保磁力よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の可変磁束型回転電機。

【請求項4】

前記永久磁石を構成する複数の前記永久磁石片の残留磁束密度は、前記磁石嵌装孔の周方向中央に配置される前記永久磁石片が最も高く、より周方向端部側に配置される前記永久磁石片ほど低い、
ことを特徴とする請求項１に記載の可変磁束型回転電機。

【請求項5】

前記永久磁石片は、前記回転子の軸方向に垂直な面の形状が矩形形状となるように構成される、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の可変磁束型回転電機。

【請求項6】

前記永久磁石片は、前記回転子の軸方向に垂直な面の形状が前記回転子の外周側の辺を長辺とする台形形状となるように構成される、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の可変磁束型回転電機。

【請求項7】

前記磁石嵌装孔に嵌装される複数の前記永久磁石片の個数をｎとし、当該永久磁石片の台形形状の長辺の長さをＸとし、当該長辺と脚との内角をθとし、前記磁石嵌装孔の外径側の周方向両端部を結ぶ円弧状曲線と、周方向端部の二つの前記脚を内径側まで伸ばした際に交わる交点とで形成される扇型の中心角をφとし、当該扇型の半径をｒとした場合に、
前記Ｘと前記θは、以下（１）式を満たすように設定される、

【数1】

ことを特徴とする請求項６に記載の可変磁束型回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、可変磁束型回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、埋込磁石型同期電動機の回転子において、一磁極を構成する永久磁石の形状を外周側に凸な円弧形状にすることにより磁束特性を向上させる技術が知られている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－２２５２７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献では、一磁極を原則一つ（一体型）の永久磁石で構成しているため、円弧形状の磁石の製造可能サイズの制約により、出力やトルクの向上に寄与する磁束特性をさらに向上させることが難しいという課題がある。また、一体に形成された円弧形状の磁石は、例えば平板上の永久磁石に比べて製造コストが増加するという課題もある。

【0005】

本発明は、製造コストを増加させずに、一磁極を構成する永久磁石の磁束特性を向上させることができる技術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】

【0006】

本発明による可変磁束型回転電機は、回転磁界を生成する固定子と、当該固定子と所定幅のエアギャップを介して配置される回転子とを有する可変磁束型回転電機である。当該可変磁束型回転電機が備える回転子は、回転子コアと、回転子コアにおいて周方向に複数設けられたフラックスバリアと、複数のフラックスバリアの間に配置され、永久磁石が嵌装される磁石嵌装孔と、永久磁石の周方向端部と、永久磁石に隣接する他の永久磁石の周方向端部と、を繋ぎ、永久磁石の磁束を他の永久磁石が構成する磁極側に漏洩させる漏れ磁束路と、を有する。磁石嵌装孔は、外周側の周方向中心における回転子コアの外周面からの深さが、外周側の周方向端部における回転子コアの外周面からの深さよりも浅く設定されており、磁気特性の異なる複数の永久磁石片が周方向に並んで嵌装して永久磁石を構成する。そして、永久磁石を構成する複数の永久磁石片のうち、磁石嵌装孔の周方向端部に配置される少なくとも一つの永久磁石片の磁場配向方向が、当該永久磁石片の磁石中心におけるラジアル方向に対して他の永久磁石の周方向端部側に所定の角度α傾けた方向に設定されていることにより、当該永久磁石片の磁場配向方向を所定の角度α傾けない場合と比較して、固定子巻線に通電する電流制御によって漏れ磁束路を通る漏れ磁束量の可変幅が大きくなっている。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、磁気特性の異なる複数の永久磁石により一磁極を構成するので、製造可能サイズの制約を受けずに一磁極を構成する永久磁石の磁束特性をさらに向上させることができる。また、複数の永久磁石により一磁極を構成することにより、磁石嵌装孔の形状に適合するような一体型の永久磁石を製造する必要がなくなるので、製造コストの増加を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第１実施形態の可変磁束型回転電機の軸方向に垂直な断面図である。

【図2】図２は、可変磁束漏れモータの特性を説明するための図である。

【図3】図３は、図１を、図１中で示すｑ軸を中心に拡大した図である。

【図4】図４は、第１実施形態の可変磁束型回転電機の固定子巻線に流れる電流とトルクとの関係を示す特性図である。

【図5】図５は、第１実施形態の可変磁束型回転電機の固定子巻線に流れる電流とトルク定数との関係を示す特性図である。

【図6】図６は、回転電機の回転速度とトルクとの関係を示す図である。

【図7】図７は、第１実施形態の永久磁石の構成を説明する図である。

【図8】図８は、第１実施形態の永久磁石の構成による漏れ磁束可変幅を示す図である。

【図9】図９は、第１実施形態の永久磁石の構成の他の例を説明する図である。

【図10】図１０は、第１実施形態の永久磁石の構成の他の例による漏れ磁束可変幅を示す図である。

【図11】図１１は、第２実施形態の永久磁石の構成を説明する図である。

【図12】図１２は、第２実施形態の永久磁石の構成の他の例を説明する図である。

【図13】図１３は、第２実施形態の永久磁石の構成の残留磁束密度を考慮した他の例を説明する図である。

【図14】図１４は、第３実施形態の偶数個の永久磁石片から構成される永久磁石を説明する図である。

【図15】図１５は、第３実施形態の回転子の回転に伴う空間起磁力波形を説明する図である。

【図16】図１６は、第３実施形態の空間起磁力波形のＦＦＴ結果を示す図である。

【図17】図１７は、第３実施形態の奇数個の永久磁石片から構成される永久磁石を説明する図である。

【図18】図１８は、第３実施形態の回転子の回転に伴う空間起磁力波形の他の例を説明する図である。

【図19】図１９は、第３実施形態の空間起磁力波形の他の例のＦＦＴ結果を示す図である。

【図20】図２０は、第３実施形態の偶数個の永久磁石片から構成される永久磁石の他の例を説明する図である。

【図21】図２１は、第３実施形態の奇数個の永久磁石片から構成される永久磁石の他の例を説明する図である。

【図22】図２２は、第４実施形態の奇数個の永久磁石片から構成される永久磁石を説明する図である。

【図23】図２３は、第４実施形態の偶数個の永久磁石片から構成される永久磁石を説明する図である。

【図24】図２４は、第５実施形態の奇数個の永久磁石片から構成される永久磁石を説明する図である。

【図25】図２５は、第５実施形態の偶数個の永久磁石片から構成される永久磁石を説明する図である。

【図26】図２６は、台形形状の永久磁石片を形成する方法を説明する図である。

【図27】図２７は、従来の永久磁石の製造方法を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［第１実施形態］
図１は、第1実施形態の可変磁束型回転電機１００の軸方向に垂直な断面図であって、構成全体の４分の１を示す図である。全体構成の残りの４分の３の部分は、図１で示す部分構成が連続的に繰り返される。本実施形態の可変磁束型回転電機１００は、円環形状をなす固定子１と、固定子１と同心円状をなし、かつ、固定子１との間にエアギャップ９を有するように配置された回転子２と、回転子２に嵌装された複数の永久磁石３とを備え、電動機或いは発電機を構成する。

【0010】

固定子１は、リング状の固定子コア１１と、固定子コア１１から内周側に向けて突起する複数のティース８と、隣接するティース８間の空間であるスロットとからなる。ティース８には、固定子巻線１０が巻き回される。固定子コア１１は、例えば軟磁性材料である電磁鋼板により形成される。

【0011】

回転子２は、回転子コア１２を有している。回転子コア１２は、透磁率の高い金属製の鋼板を円環状に打ち抜き加工して形成された多数の電磁鋼板を軸方向に積層して構成された、いわゆる積層鋼板構造により円筒形に形成されている。また、回転子コア１２の、固定子１と対向する周辺部の近傍には、周方向に沿って、複数の永久磁石３が互いに等間隔で、且つ、互いに隣接する永久磁石の極性が異極性となるように設けられている。本実施形態の可変磁束型回転電機１００に係る回転子コア１２は、図１で示す部分構成から推察されるとおり、周方向に沿って一磁極を構成する永久磁石３が周方向に沿って８つ設けられた８極構造を有する。

【0012】

なお、詳細は後述するが、本発明が適用される可変磁束型回転電機１００において一磁極を構成する永久磁石３は複数個の永久磁石（例えば永久磁石３ａ、３ｂ）の組み合わせにより構成される。

【0013】

また、回転子２は、隣接する永久磁石３が構成する各磁極間に、回転子コア１２を形成する電磁鋼板を打ち抜き加工することで形成される空間部分であるフラックスバリア（磁気的障壁）４、５を有する。磁気的障壁４、５は、電磁鋼板よりも磁気抵抗が大きい。したがって、磁気的障壁４、５は、永久磁石３が回転子２上に構成する磁気回路において、磁石磁束に対する磁束障壁として作用する。図で示す通り、磁気的障壁４（第１の磁気的障壁）は、回転子コア１２の外周寄りの位置に、回転子２の外周側よりも回転中心側の方が幅の狭い略三角形状に形成される。磁気的障壁５（第２の磁気的障壁）は、隣接する磁極間の中央と、永久磁石３の周方向端部との間で、かつ、磁気的障壁４よりも回転中心側の領域に、永久磁石３の周方向端部から、隣接する磁極間の中央側に向かって、永久磁石３が嵌装された空隙（磁石嵌装孔３０）が延設して形成される。

【0014】

ただし、磁気的障壁４、５の形状は、後述する技術的効果を奏する限り、図で示す形状に限定されるものではない。また、回転子２には、磁気的障壁４、５が図示のように形成されていることにより、ある一磁極を構成する永久磁石３から出た磁束が、隣接する他の永久磁石３が構成する磁極側へ漏洩する際の経路となる漏れ磁束路６が形成される。換言すると、漏れ磁束路６は、磁気的障壁４と磁気的障壁５との間に設けられ、ある永久磁石３の回転子周方向端部と、隣接する他の永久磁石３の周方向端部とを繋ぐＶ形状の経路である。さらに、回転子２には、隣接する磁極間の中央部分に形成され、漏れ磁束路６と、磁気的障壁５の回転子内周側の領域とを連結するブリッジ部７が設けられている。

【0015】

永久磁石３は、回転子コア１２の対応部分に形成された空隙（磁石嵌装孔３０）に嵌め込まれることにより回転子コア１２に固定されている。ここで、本実施形態では、永久磁石３の幾何学的な中心をｄ軸とし、ｄ軸と電気的に直交する位置をｑ軸と定義する。なお、本実施形態の可変磁束型回転電機１００は８極構造なので、ｄ軸から機械角で２２．５度の位置がｑ軸と定義される。なお、ｑ軸と隣接する磁極間の中央とは一致するので、上述の磁気的障壁４、およびブリッジ部７は、ｑ軸上に形成されているとも言える。

【0016】

なお、磁石嵌装孔３０は、回転子コア１２を形成する電磁鋼板を打ち抜き加工することで形成される空間部分であって、上記の通り永久磁石３が嵌装されることにより回転子コア１２が積層されてなる回転子２に永久磁石３を固定するための孔部である。本実施形態の磁石嵌装孔３０は、回転子コア１２におけるｄ軸上において、当該ｄ軸に対して対称に設けられた磁気的障壁５の間に配置される。

【0017】

以上が、第１実施形態の可変磁束型回転電機１００の基本となる構成である。ここで、本実施形態の詳細な説明の前に、本発明の対象である可変磁束型回転電機の基本原理について説明する。

【0018】

本発明が対象とする可変磁束型回転電機は、固定子巻線に負荷電流（ステータ電流）が印加されることで生成される回転磁界の作用によって、回転子が備える永久磁石から出る磁束の一部（漏れ磁束）の磁路を変化させることができることを特徴とする。この特徴により、当該回転電機は、ステータ電流を制御することでステータ鎖交磁束を受動的に変化させることができるので、回転子が備える永久磁石の磁力を電流制御によって見かけ上可変にすることができる。このような特性から、本発明の対象である可変磁束型回転電機は、可変漏れ磁束モータとも呼ばれる。

【0019】

図２は、可変磁束漏れモータの一部分を示した構成図であって、可変磁束漏れモータの作動の概要を説明するための図である。ただし、図２で示す可変磁束漏れモータが有する各構成の形状および配置は、作動の概要を説明するために示した一般的なものであるので、基本的な構成を除く詳細部分は本願発明と異なる。

【0020】

図２で示す可変磁束漏れモータは、固定子１０１と、固定子１０１との間にエアギャップを形成して配置される回転子１０２とを備える。そして、回転子１０２は、永久磁石１０３と、磁気的障壁１０４、１０５と、ある永久磁石１０３が構成する磁極側から隣接する他の永久磁石１０３が構成する磁極側へ磁気的障壁１０４、１０５間を経由して連結された漏れ磁束路１０６とを有する。なお、図の左側に示す矢印の指す方向は、回転子１０２の回転方向を示している。

【0021】

図２で示す磁路方向１５は、固定子１０１が備える固定子巻線に電流を通電しないときの漏れ磁束の流れる方向を示している。図２で示すように、回転子内において、永久磁石１０３から出た磁束の一部は、漏れ磁束路１０６を通って、隣接する異極側へ漏洩する。

【0022】

このため、永久磁石１０３から出る固定子１０１側への主磁束成分の磁束量、すなわちステータ鎖交磁束が相対的に低減されるので、永久磁石１０３の磁力が見かけ上弱くなる。これにより、ステータ鎖交磁束によって発生する鉄損を低減することができる。この効果は、特に、低負荷、高速領域における回転電機の効率を改善する上で有効となる。

【0023】

他方、磁路方向２０は、固定子巻線に電流を通電しているときの磁束の流れる方向を示している。ステータ電流が流れることで、永久磁石１０３から出た磁束は、磁路方向２０が指し示すとおり、回転子１０２の回転方向の固定子側へ引き寄せられる。このため、固定子巻線に電流を通電しないときには回転子１０２内で漏れ磁束として漏洩していた磁束をステータ鎖交磁束へと効率よく変換することができる。これにより、回転電機は、永久磁石１０３から出る磁束が漏洩していない状態と同等の高トルクを出力することができる。

【0024】

このように、回転子に構成される磁極間に漏れ磁束路を設け、ステータ電流を制御することで回転子内漏れ磁束を変化させることで、ステータ鎖交磁束が受動的に変化する特性（漏れ磁束特性）を有する回転電機を可変磁束型回転電機（可変漏れ磁束モータ）という。

【0025】

以上が本発明の対象となる可変磁束型回転電機の基本原理である。以下、本発明に係る第１実施形態の可変磁束型回転電機１００が有する各構成の形状および配置の詳細について図面等を参照して説明する。

【0026】

図３は、第１実施形態の可変磁束型回転電機１００の軸方向に垂直な断面から見た構成図であって、図１中で示すｑ軸を中心に拡大した図である。図３を参照して、本実施形態の可変磁束型回転電機の構成と、その構成から得られる特性について説明する。

【0027】

磁気的障壁５は、上述の通り、磁気的障壁４よりも回転中心側の領域に、永久磁石３の周方向端部からｑ軸側に向かって、永久磁石３が埋設された空隙が延設するように構成されている。回転子コア１２上に形成された漏れ磁束路６の磁気抵抗は、回転子コア１２の空間部分である磁気的障壁５の磁気抵抗よりも小さいため、永久磁石３から出た磁束は当該永久磁石３の異極側へ漏洩されず、漏れ磁束路６を経由して隣接する他の永久磁石３の異極側へ漏洩する。

【0028】

また、上述の通り、漏れ磁束路６の磁束流入出部１４は、エアギャップ９の近傍に配置されている。これにより、固定子巻線に通電する電流制御により、漏れ磁束路６を流れる磁束を制御しやすい。

【0029】

また、本実施形態に係る可変磁束型回転電機１００は、無負荷時或いは低負荷時のように固定子巻線１０に通電する電流Ｉが小さい場合には漏れ磁束路６を経由して流れる漏れ磁束が発生するので、永久磁石３からの磁石磁束により生じる逆起電力を減少させ、回転子２に生じるトルクＴｒを低減させる。他方、回転電機を高速回転させるために固定子巻線に通電する電流Ｉを増大させると、漏れ磁束が低減され、固定子側に鎖交する主磁束成分が相対的に増加するので、トルクＴｒを高くすることができる。すなわち、本実施形態に係る可変磁束型回転電機の電流ＩとトルクＴｒは、図４の点線で示すように、電流Ｉの増加と共にトルクＴｒの変化率が増加する。

【0030】

換言すれば、本実施形態に係る可変磁束型回転電機１００は、トルクＴｒが、トルク定数ＫＴと電流Ｉにより、Ｔｒ＝ＫＴ×Ｉで表されるときに、トルク定数ＫＴが電流Ｉの関数ＫＴ＝Ｋｔ（Ｉ）であって、固定子コア１１のコア材料の磁気飽和点以下の領域にて、「ｄ（Ｋｔ（Ｉ））／ｄＩ≧０」なる関係を備えている。

【0031】

従って、固定子１に電流を印加すると、磁石磁束と固定子巻線との鎖交量（ステータ鎖交磁束）が増加して、トルク定数が大きくなる。このため、低トルク域ではステータ鎖交磁束が減少するので鉄損が低減され、誘起電圧も低下するので可変速範囲が拡大される。なお、回転子２における磁気回路は永久磁石３の磁極中心に対して略対称に形成されているので、回転子２の回転方向によらずほぼ同等の特性が得られる。

【0032】

さらに、上記した「ｄ（Ｋｔ（Ｉ））／ｄＩ≧０」なる関係は、回転子２内での磁石磁束分布において無負荷状態における磁石磁束の異極への漏洩量が、固定子１が備える固定子巻線１０への電流印加により減少し、かつ、最小のトルク定数ＫＴ_ｍｉｎに対して最大のトルク定数ＫＴ_ｍａｘが１０％以上大きく設定されることを示す。すなわち、図５の点線で示す曲線のように、固定子巻線１０に電流Ｉが通電されない無負荷時には、トルク定数ＫＴは最小値ＫＴ_ｍｉｎに設定され、電流Ｉが大きくなるとトルク定数ＫＴは最大値ＫＴ_ｍａｘに設定される。そして、最小のトルク定数ＫＴ_ｍｉｎに対して最大のトルク定数ＫＴ_ｍａｘが１０％以上大きく設定される。このように設定することにより、追加の構造物や特別な制御方法を用いることなく、固定子１に対する通常の電流制御により磁石磁束を制御することができる。

【0033】

またさらに、回転子コア１２上における磁気的障壁４、５と、永久磁石３の配置により、ｑ軸の磁気抵抗の方がｄ軸の磁気抵抗よりも小さく設定されている。より具体的には、一磁極を構成する永久磁石３が形成する磁極の周方向幅と、磁気的障壁４、５の回転子周方向幅および径方向幅との相対量を調整することにより、ｑ軸の磁気抵抗の方がｄ軸の磁気抵抗よりも小さく設定されている。このため、本実施形態の回転子２は、ｄ軸方向のインダクタンスＬｄとｑ軸方向のインダクタンスＬｑとが、Ｌｄ＜Ｌｑなる関係を有する逆突極性を有している。なお、回転子周方向において、隣接するｑ軸間における永久磁石３の幅が占める割合をより大きくする、あるいは、磁気的障壁４、５の回転子周方向幅あるいは径方向幅をより小さくすることで、逆突極性に係る突極比は大きくなる。

【0034】

本実施形態における回転子２が備える永久磁石３の固定子１側（回転子２外周側）の側面、換言すると、本実施形態の磁石嵌装孔３０の固定子１側の側面は、回転子外周側に向けて凸な円弧形状を有する。そして、永久磁石３の磁極中心部分、換言すると磁石嵌装孔３０の周方向中心部分（ｄ軸上の部分）における回転子２の外周面からの埋込深さＨｄは、磁石嵌装孔３０の周方向端部における回転子２の外周面からの埋め込み深さＨｅよりも浅い。すなわち、本実施形態における回転子２に形成される磁石嵌装孔３０は、帯状で且つ円弧形状を有し、Ｈｄ＜Ｈｅなる関係が成立するように配置される。磁石嵌装孔３０がこのように構成されることにより、回転子コア１２上に形成されるｑ軸磁束の磁路が狭まる。

【0035】

そうすると、永久磁石３は、回転子コア１２よりも磁気抵抗が高いので、ｑ軸磁束に対する磁気抵抗が高まり、ｑ軸インダクタンスＬｑが低下する。これにより、誘起電圧（逆起電力）が小さくなるので、力率（皮相電力に対する有効電力の割合）を向上させることができる。その結果、特に最高出力領域（図６のｂ参照）において入力電力に対する出力（回転速度とトルクとの積）を従来の平板形状の永久磁石に比べてより向上させることができる。なお、本実施形態の磁石嵌装孔３０の内周側の形状は、内周側における周方向端部（点Ａ）と回転子コア１２の回転中心とを結ぶ距離が、内周側における周方向中心（点Ｂ）と回転子コア１２の回転中心とを結ぶ距離よりも短くなるように設定される。

【0036】

また、磁極中心付近における永久磁石３の位置が固定子１側に近づくので、最大トルク領域（図６のａ参照）では従来の平板形状の永久磁石よりもマグネットトルクを大きくすることができる。

【0037】

また、更なる効果として、永久磁石３の回転子外周側の側面が円弧形状を有することにより、従来の平板形状に比べ、回転子２の回転に伴う起磁力空間分布が正弦波状（ｓｉｎ波）に近づくので、固定子１における磁束密度の高調波成分が抑制され、鉄損を低減させることができる。

【0038】

しかしながら、上述したような磁石嵌装孔３０に嵌装される従来の永久磁石は、以下のように製造される。すなわち、磁石嵌装孔３０に嵌装する従来の永久磁石は、図２７で示すような円筒形状の永久磁石３３０から切り出されて形成される。より具体的には、従来の永久磁石は、例えば熱間圧延加工によって製造された円筒状の永久磁石３３０を磁石嵌装孔３０の大きさに合うように長手方向に分割して形成される（例えば図示する点線に沿って分割される）。このように製造される従来の永久磁石は、円弧状（円筒状）の永久磁石を製造する上での製造可能なサイズ或いは形状の制約を受けてしまうため、例えば厚みを変える等して出力やトルクをさらに向上させることが難しいという課題がある。また、従来の永久磁石は、磁石嵌装孔３０の形状に合わせる必要があり、回転子コア１２の形状毎に製造する必要があるため、製造コストが増加するという課題もある。

【0039】

そこで、本発明が適用される可変磁束型回転電機１００において一磁極を構成する永久磁石３は、上述のような従来の課題を解決するために、磁気特性の異なる複数個の永久磁石（例えば永久磁石３ａ、３ｂ）を組み合わせて構成される。以下、本実施形態の永久磁石３の詳細について、図７～１０を参照して説明する。

【0040】

図７は、本実施形態の永久磁石３を説明する図である。図７で表されるのは、本実施形態の可変磁束型回転電機１００を軸方向に垂直な平面から見た構成図であって、図１で示すｄ軸に相当する部分を中心に拡大した図である。

【0041】

図示するように、本実施形態の永久磁石３は、一つの永久磁石３ａと、三つの永久磁石３ｂとの組み合わせにより構成される（以下、永久磁石３ａ、３ｂをまとめて「永久磁石片」とも称する）。また、図中の永久磁石３ａ、３ｂに描かれた三角形の頂角は永久磁石の着磁方向（磁場配向方向）を示しているが、図示するように、本実施形態の永久磁石３ａは、その他の永久磁石３ｂと磁場配向方向（以下、単に「配向方向」と称する）が異なっている。

【0042】

より詳細には、本実施形態の永久磁石３を構成する永久磁石片のうち、周方向端部に位置する永久磁石片、換言すると、漏れ磁束路６に隣接する永久磁石片の少なくとも一つである永久磁石３ａの配向方向は、その他の永久磁石片である永久磁石３ｂの配向方向と異なっている。具体的には、永久磁石３ｂの配向方向が、回転子コア１２の半径方向と略一致する方向（ラジアル方向）であるのに対して、永久磁石３ａの配向方向は、当該ラジアル方向に対して、磁石嵌装孔３０の隣接する周方向端部側（ｑ軸側、あるいは漏れ磁束路６側）に所定の角度傾いている。

【0043】

図７を用いて具体的に説明すると、永久磁石３ａは、永久磁石３ａの周方向中心（磁石中心）を回転子２の回転中心からラジアル方向に引いた線Ｃに対して、隣接する漏れ磁束路６側に所定の角度α傾いた向きに配向される（線Ｄ参照）。さらに、本実施形態の永久磁石３ａの残留磁束密度Ｂ'ｒは、永久磁石３ｂの残留磁束密度Ｂｒ以上の大きさに設定される（Ｂ'ｒ≧Ｂｒ）。本実施形態の永久磁石３がこのように構成されることにより得られる効果について図８を参照して説明する。

【0044】

図８は、本実施形態の可変磁束型回転電機１００の漏れ磁束可変幅を示す図である。横軸は固定子１に供給される電流［Ａ］を示し、縦軸は無負荷時の鎖交磁束［％］を示している。図中の実線は、一体型であって、配向方向および残留磁束密度が同様の従来の永久磁石の鎖交磁束を示している。図中の点線は、本実施形態の永久磁石３の鎖交磁束を示している。また、図中の両矢印は、従来および本実施形態それぞれの漏れ磁束可変幅［％］を示している。漏れ磁束可変幅［％］は、１から無負荷時の鎖交磁束の最小値（実線参照）を無負荷時の鎖交磁束の最大値（点線参照）で割った値を減算することにより算出される（漏れ磁束可変幅［％］＝１－無負荷時の鎖交磁束の最小値／無負荷時の鎖交磁束の最大値）。

【0045】

図示するように、本実施形態の永久磁石３の構成によれば、低負荷時において漏れ磁束路６を通る漏れ磁束量を増加させることができるとともに、高負荷時にステータに鎖交する鎖交磁束量を変化させることができるので、漏れ磁束可変幅の最大値を従来の２１．７［％］から２４．８［％］に向上させることができる。すなわち、本実施形態の永久磁石３は、漏れ磁束路６に近接する永久磁石３ａの配向方向を変化させ、且つ、残留磁束密度Ｂｒを他の永久磁石片の残留磁束密度Ｂ'ｒ以上の大きさに設定することで、漏れ磁束特性を向上させることができる。結果として、特に、低負荷、高速領域における回転電機の効率（力率）をより改善することができるので、特に最高出力領域（高回転領域（図６のｂ））において入力電力に対するトルクをより向上させることができる。なお、上述した所定の角度αは、漏れ磁束可変幅を大きくし上記の漏れ磁束特性を向上させる観点から、適宜設定される。

【0046】

なお、本実施形態の永久磁石３は、図９で示すように構成されてもよい。

【0047】

図９は、本実施形態の永久磁石３の他の例を説明する図である。図示するように、本実施形態の永久磁石３は、二つの永久磁石３ａと、二つの永久磁石３ｂとの組み合わせにより構成されてもよい。すなわち、永久磁石３を構成する永久磁石片のうち、周方向端部に位置する永久磁石片、換言すると、漏れ磁束路６に隣接する永久磁石片である二つの永久磁石片を双方とも永久磁石３ａとして構成してもよい。これら永久磁石３ａは、永久磁石３ａの周方向中心を回転子２の回転中心からラジアル方向に引いた線Ｃに対して、隣接する漏れ磁束路６側に所定の角度α傾いた向きに配向される（線Ｄ参照）。さらに、二つの永久磁石３ａの残留磁束密度Ｂ'ｒは、永久磁石３ｂの残留磁束密度Ｂｒ以上の大きさに設定される（Ｂ'ｒ≧Ｂｒ）。本実施形態の永久磁石３がこのように構成されることにより得られる効果について図１０を参照して説明する。

【0048】

図１０は、図８と同様に、本実施形態の可変磁束型回転電機１００の漏れ磁束可変幅を示す図である。図１０では、二つの永久磁石３ａと、二つの永久磁石３ｂとを含む永久磁石３による漏れ磁束可変幅が示されている。図示するように、本例にかかる永久磁石３の構成によれば、低負荷時において、隣接する二つの漏れ磁束路６を通る漏れ磁束量を増加させることができるとともに、高負荷時にステータに鎖交する鎖交磁束量を変化させることができるので、漏れ磁束可変幅の最大値を従来の２１．７［％］から３１．９［％］に向上させることができる。すなわち、本例にかかる永久磁石３は、漏れ磁束路６に近接する二つの永久磁石３ａの配向方向を変化させ、且つ、残留磁束密度Ｂｒを他の永久磁石片の残留磁束密度Ｂ'ｒ以上の大きさに設定することにより、漏れ磁束特性をより向上させることができる。

【0049】

以上、第１実施形態の可変磁束型回転電機１００は、回転磁界を生成する固定子１と、当該固定子１と所定幅のエアギャップ９を介して配置される回転子２とを有する可変磁束型回転電機である。可変磁束型回転電機１００が備える回転子２は、回転子コア１２と、回転子コア１２において周方向に複数設けられたフラックスバリア５と、複数のフラックスバリア５の間に配置され、永久磁石３が嵌装される磁石嵌装孔３０と、を有する。磁石嵌装孔３０は、外周側の周方向中心における回転子コア１２の外周面からの深さ（Ｈｄ）が、外周側の周方向端部における回転子コア１２の外周面からの深さ（Ｈｅ）よりも浅く設定されており、磁気特性の異なる複数の永久磁石３ａ、３ｂが周方向に並んで嵌装されて一磁極を構成する。磁気特性の異なる複数の永久磁石により一磁極を構成するので、製造可能サイズの制約を受けずに一磁極を構成する永久磁石の磁束特性（漏れ磁束特性）をさらに向上させることができる。また、複数の永久磁石により一磁極を構成することにより、製造コストの増加を抑制することができる。

【0050】

また、第１実施形態の可変磁束型回転電機１００によれば、磁気特性は、磁場配向方向、残留磁束密度、保磁力の少なくとも一つ（磁場配向方向および残留磁束密度）である。

【0051】

すなわち、第１実施形態の可変磁束型回転電機１００によれば、一磁極を構成する複数の永久磁石（永久磁石片）のうち、磁石嵌装孔３０の周方向端部に配置される少なくとも一つの永久磁石（永久磁石３ａ）の磁場配向方向は、当該永久磁石３ａの磁石中心におけるラジアル方向に対して磁石嵌装孔３０の隣接する周方向端部側に所定の角度α傾けた方向に設定される。また、少なくとも一つの永久磁石（永久磁石３ａ）の残留磁束密度Ｂ'ｒは、他の永久磁石（永久磁石３ｂ）の残留磁束密度Ｂｒより大きい。これにより、漏れ磁束路６に近接する永久磁石３ａの配向方向を変化させ、且つ、残留磁束密度Ｂ'ｒを他の永久磁石片の残留磁束密度Ｂｒ以上の大きさに設定することで、漏れ磁束特性を向上させることができる。結果として、特に、低負荷、高速領域における回転電機の効率（力率）をより改善することができるので、特に最高出力領域（高回転領域（図６のｂ））において入力電力に対するトルクをより向上させることができる。

【0052】

［第２実施形態］
以下、第２実施形態の可変磁束型回転電機２００について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成には、同じ指示番号を付して説明を省略する。

【0053】

本実施形態の可変磁束型回転電機２００において一磁極を構成する永久磁石３は、磁気特性の異なる複数個の永久磁石（例えば永久磁石３ｃ、３ｄ）の組み合わせにより構成される。

【0054】

図１１は、本実施形態の永久磁石３を説明する図である。図１１で表されるのは、本実施形態の可変磁束型回転電機２００を軸方向に垂直な平面から見た構成図であって、図１で示すｄ軸に相当する箇所を中心に拡大した図である。

【0055】

図示するように、本実施形態の永久磁石３は、三つの永久磁石３ｃと、一つの永久磁石３ｄとの組み合わせにより構成される（以下、永久磁石３ｃ、３ｄをまとめて「永久磁石片」とも称する）。永久磁石３ｃと永久磁石３ｄとは、保磁力の大きさが異なっている。なお、保磁力とは、磁場変動に対する磁化の安定度を示す指標であって、値が小さいほど、固定子巻線１０に流れる電流により生じる起磁力によって残留磁束密度が変化し易くなる。

【0056】

ここで、本発明が適用される可変磁束型回転電機（可変漏れ磁束モータ）では、回転子２の回転方向（図中の矢印方向）に対して最後方に位置する永久磁石３ｄに最も大きな反磁界が作用するように設計される。従って、本実施形態では、永久磁石３ｄの保持力Ｈ'ｃを永久磁石３ｃの保磁力Ｈｃ以上の大きさに設定する（Ｈ'ｃ≧Ｈｃ）。これにより、回転子２の回転方向に対して最後方に位置する永久磁石３ｄの保磁力が他の永久磁石片に対して大きくなるので、固定子巻線１０を流れる電流による磁場変動に対する熱減磁耐性を向上させることができる。

【0057】

また、本実施形態の永久磁石３は、図１２のように構成されてもよい。

【0058】

図１２は、本実施形態の永久磁石３の他の例を説明する図である。図示するように、本実施形態の永久磁石３は、二つの永久磁石３ｃと、一つの永久磁石３ｄと、一つの永久磁石３ｅとの組み合わせにより構成されてもよい。この場合は、回転子２の回転方向に対して最後方に位置する永久磁石３ｅの保磁力Ｈ''ｃが永久磁石３ｄの保磁力Ｈ'ｃと永久磁石３ｃの保持力Ｈｃよりも更に大きく設定される。すなわち、本例における永久磁石片は、回転子２の回転方向に対して、後方部ほど保磁力が大きく、前方部ほど保磁力が小さくなるように構成される（Ｈ''ｃ≧Ｈ'ｃ≧Ｈｃ）。これにより、回転子２の回転方向に対して最後方に位置する永久磁石３ｄの保磁力がより大きく設定されるとともに、結果として永久磁石３全体の保磁力が大きく設定されるので、永久磁石３の熱減磁耐性を向上させることができる。

【0059】

また、本実施形態の永久磁石３は、残留磁束密度を考慮して、図１３のように構成されてもよい。

【0060】

図１３は、本実施形態の永久磁石３の他の例を説明する図である。図示するように、本実施形態の永久磁石３は、第１実施形態において説明したように、少なくとも２種類の配向方向を含む永久磁石片を組み合わせて構成されてもよい。本例における永久磁石３は、一つの永久磁石３ｆと、二つの永久磁石３ｇと、一つの永久磁石３ｈとの組み合わせにより構成される。

【0061】

まず、漏れ磁束路６に隣接する永久磁石片の少なくとも一つである永久磁石３ｆの配向方向は、その他の永久磁石片の配向方向と異なる。具体的には、永久磁石３ｇ、３ｅの配向方向が、回転子コア１２の半径方向と略一致する方向（ラジアル方向）であるのに対して、永久磁石３ｆの配向方向は、当該ラジアル方向（線Ｃ参照）に対して隣接する漏れ磁束路６側に所定の角度α傾いた向きに配向される（線Ｄ参照）。

【0062】

また、永久磁石３ｆの残留磁束密度Ｂ'ｒおよび保磁力Ｈｃと、永久磁石３ｇの残留磁束密度Ｂｒおよび保磁力Ｈｃと、永久磁石３ｈの残留磁束密度Ｂｒおよび保磁力Ｈ'ｃとの関係は、Ｂ'ｒ≧Ｂｒ、及び、Ｈ'ｃ≧Ｈｃが成立するように構成される。すなわち、本例における永久磁石３は、漏れ磁束路６に隣接する永久磁石片であって、他の永久磁石片と配向方向の異なる永久磁石３ｆの残留磁束密度Ｂ'ｒが最も大きくなるように構成される。さらに、本例における永久磁石３は、回転子２の回転方向に対して最後方部に位置する永久磁石３ｈの保磁力が最も大きくなるように構成される。

【0063】

これにより、第１実施形態において図８を用いて説明したように漏れ磁束可変幅を従来よりも向上させて損失を減少することができるとともに、永久磁石３を構成する永久磁石３ｈの熱減磁耐性を向上させることができる。

【0064】

以上、第２実施形態の可変磁束型回転電機２００によれば、一磁極を構成する複数の永久磁石（永久磁石片）のうち、磁石嵌装孔３０において回転子２の回転方向における最後方に位置する永久磁石（３ｄ、３ｅ、３ｈ）の保磁力は、他の永久磁石の保磁力よりも大きい。これにより、回転子２の回転方向に対して最後方に位置する永久磁石３ｄの保磁力が他の永久磁石片に対して大きくなるので、固定子巻線１０を流れる電流による磁場変動に対する熱減磁耐性を向上させることができる。

【0065】

［第３実施形態］
以下、第３実施形態の可変磁束型回転電機３００について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成には、同じ指示番号を付して説明を省略する。

【0066】

本実施形態の可変磁束型回転電機３００において一磁極を構成する永久磁石３は、特性の異なる偶数個の永久磁石（例えば永久磁石３ｉ、３ｊ）の組み合わせにより構成される。

【0067】

図１４は、本実施形態の永久磁石３を説明する図である。図１４で表されるのは、本実施形態の可変磁束型回転電機３００を軸方向に垂直な平面から見た構成図であって、図１で示すｄ軸に相当する箇所を中心に拡大した図である。

【0068】

図示するように、本実施形態の永久磁石３は、二つの永久磁石３ｉと、二つの永久磁石３ｊとの偶数個の永久磁石片の組み合わせにより構成される。永久磁石３ｉと永久磁石３ｊは残留磁束密度の大きさが異なっており、永久磁石３ｉの残留磁束密度Ｂｒが永久磁石３ｊの残留磁束密度Ｂ'ｒ以下の大きさに設定される。そして、残留磁束密度がより大きい永久磁石３ｊが周方向中心、すなわちｄ軸に近い位置に配置され、残留磁束密度がより小さい永久磁石３ｉが周方向端部、すなわちｑ軸に近い位置に配置される。本実施形態の永久磁石３がこのように構成されることにより得られる効果について図１５、１６を参照して説明する。

【0069】

図１５は、本実施形態の回転子２の回転に伴う空間起磁力波形を説明する図である。横軸は時間を表し、縦軸はステータ鎖交磁束を表している。そして、点線は永久磁石３の残留磁束密度を一定に設定した場合（従来）の一磁極における空間起磁力波形を示し、実線は本実施形態の永久磁石３であって中央に配置した永久磁石３ｊの残留磁束密度を他の永久磁石片よりも大きく設定した場合の一磁極における空間起磁力波形を示している。

【0070】

図示するように、本実施形態の空間起磁力波形におけるステータ鎖交磁束は、正方向、負方向共に従来よりも大きくなっていることが分かる。また、これらの空間起磁力波形をフーリエ変換（ＦＦＴ）した結果を図１６に示す。

【0071】

図１６は、空間起磁力波形のＦＦＴ結果を示す図である。横軸は空間起磁力波形の次数を示し、縦軸はステータ鎖交磁束密度を示している。そして、白抜きのバーは従来のＦＦＴ結果を示し、色つきのバーは本実施形態のＦＦＴ結果を示している。図示するように、本実施形態の永久磁石３の構成による空間起磁力の高調波成分は従来に比べてほとんど増加していない。すなわち、本実施形態の永久磁石３の構成によれば、空間起磁力の高調波成分をほとんど増加させることなく基本波成分を大きくすることができる。その結果、高調波成分による損失（鉄損）を増加させることなくトルクを向上させることができる。

【0072】

なお、本実施形態の永久磁石３は、図１７で示すように構成されてもよい。

【0073】

図１７は、本実施形態の永久磁石３の他の例を説明する図である。図示するように、本実施形態の永久磁石３は、二つの永久磁石３ｉと、二つの永久磁石３ｊと、一つの永久磁石３ｋとの奇数個の永久磁石片の組み合わせにより構成されてもよい。本例においても、永久磁石３ｉと永久磁石３ｊと永久磁石３ｋとは残留磁束密度の大きさが異なっている。具体的には、周方向中央、すなわちｄ軸上に位置する永久磁石３ｋの残留磁束密度Ｂ''ｒが最も高くなるように設定され、周方向端部、すなわちｑ軸側に位置するほど残留磁束密度が小さくなるように設定される。つまり、永久磁石３ｋの残留磁束密度Ｂ''ｒと永久磁石３ｊの残留磁束密度Ｂ'ｒと永久磁石３ｉの残留磁束密度Ｂｒは、Ｂ''ｒ≧Ｂ'ｒ≧Ｂｒが成立するように設定される。本例の永久磁石３がこのように構成されることにより得られる効果について図１８、１９を参照して説明する。

【0074】

図１８は、図１５と同様に本例の回転子２の回転に伴う空間起磁力波形を説明する図である。図１９は、図１６と同様に本例の空間起磁力波形のＦＦＴ結果を示す図である。図１８から、本例の空間起磁力波形におけるステータ鎖交磁束も、正負において従来よりも大きくなっていることが分かる。また、図１９から、本例の永久磁石３の構成による空間起磁力の高調波成分も従来に比べてほとんど増加していないことが分かる。すなわち、奇数個の永久磁石片を組み合わせて構成される本例の永久磁石３の構成によっても、空間起磁力の高調波成分を増加させることなく基本波成分を大きくすることができる。

【0075】

また、本実施形態の永久磁石３は、図２０で示すように構成されてもよい。

【0076】

図２０は、本実施形態の永久磁石３を説明する図である。本例において一磁極を構成する永久磁石３は、特性の異なる偶数個の永久磁石（例えば永久磁石３ｌ、３ｍ、３ｎ）の組み合わせにより構成される。

【0077】

図示するように、本例にかかる永久磁石３は、一つの永久磁石３ｌと、二つの永久磁石３ｍと、一つの永久磁石３ｎとの組み合わせにより構成される。

【0078】

永久磁石３ｌの残留磁束密度Ｂｒおよび保磁力Ｈｃと、永久磁石３ｍの残留磁束密度Ｂ'ｒおよび保磁力Ｈｃと、永久磁石３ｎの残留磁束密度Ｂｒおよび保磁力Ｈ'ｃとの関係は、Ｂ'ｒ≧Ｂｒ、及び、Ｈ'ｃ≧Ｈｃが成立するように構成される。

【0079】

すなわち、本例においても、残留磁束密度がより大きい永久磁石３ｍが周方向中央、すなわちｄ軸に近い位置に配置され、残留磁束密度がより小さい永久磁石３ｌおよび３ｎが周方向端部、すなわちｑ軸に近い位置に配置される。本例の永久磁石３がこのように構成されることによっても、図１５で示した空間起磁力波形、及び、図１６で示したＦＦＴ結果を用いて上述したのと同様に、空間起磁力の高調波成分を増加させることなく基本波成分を大きくすることができるので、高調波成分による損失（鉄損）を増加させることなくトルクを向上させることができる。

【0080】

さらに、回転子２の回転方向に対して最後方部に位置する永久磁石３ｎの保持力Ｈ'ｃが最も大きく設定されることにより、永久磁石３を構成する永久磁石片のうち最も大きな反磁界が作用する永久磁石３ｎの熱減磁耐性を向上させることができる。

【0081】

またさらに、本実施形態の永久磁石３は、図２１で示すように構成されてもよい。

【0082】

図２１は、本実施形態の永久磁石３を説明する図である。本例において一磁極を構成する永久磁石３は、特性の異なる奇数個の永久磁石（例えば永久磁石３ｌ、３ｍ、３ｎ、３ｏ）の組み合わせにより構成される。

【0083】

図示するように、本例にかかる永久磁石３は、一つの永久磁石３ｌと、二つの永久磁石３ｍと、一つの永久磁石３ｎと、一つの永久磁石３ｏの組み合わせにより構成される。

【0084】

永久磁石３ｌの残留磁束密度Ｂｒおよび保磁力Ｈｃと、永久磁石３ｍの残留磁束密度Ｂ'ｒおよび保磁力Ｈｃと、永久磁石３ｎの残留磁束密度Ｂｒおよび保磁力Ｈ'ｃと、永久磁石３ｏの残留磁束密度Ｂ''ｒおよび保磁力Ｈｃの関係は、Ｂ''ｒ≧Ｂ'ｒ≧Ｂｒ、及び、Ｈ'ｃ≧Ｈｃが成立するように構成される。

【0085】

すなわち、本例においても、残留磁束密度がより大きい永久磁石３ｏが周方向中央、すなわちｄ軸上に配置され、残留磁束密度が最も小さい永久磁石３ｌおよび３ｎが周方向端部、すなわちｑ軸に最も近い位置に配置される。つまり、本例の永久磁石３を構成する永久磁石片においても、ｄ軸上に位置する永久磁石３ｏの残留磁束密度Ｂ''ｒが最も高くなるように設定され、周方向端部、すなわちｑ軸側に位置するほど残留磁束密度がより小さい永久磁石片が配置されるように構成される。本例の永久磁石３がこのように構成されることによっても、図１８で示した空間起磁力波形、及び、図１９で示したＦＦＴ結果を用いて上述したのと同様に、空間起磁力の高調波成分を増加させることなく基本波成分を大きくすることができるので、高調波成分による損失（鉄損）を増加させることなくトルクを向上させることができる。

【0086】

さらに、回転子２の回転方向に対して最後方部に位置する永久磁石３ｎの保持力Ｈ'ｃが最も大きく設定されることにより、永久磁石３を構成する永久磁石片のうち最も大きな反磁界が作用する永久磁石３ｎの熱減磁耐性を向上させることができる。

【0087】

以上、第３実施形態の可変磁束型回転電機３００によれば、一磁極を構成する複数の永久磁石（永久磁石片）の残留磁束密度は、磁石嵌装孔３０の周方向中央に配置される永久磁石（３ｊ、３ｋ、３ｍ、３ｏ）が最も高く、より周方向端部側に配置される永久磁石ほど低い。これにより、空間起磁力の高調波成分をほとんど増加させることなく基本波成分を大きくすることができるので、高調波成分による損失（鉄損）を増加させることなくトルクを向上させることができる。

【0088】

［第４実施形態］
以下、第４実施形態の可変磁束型回転電機４００について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成には、同じ指示番号を付して説明を省略する。

【0089】

本実施形態の可変磁束型回転電機４００において一磁極を構成する永久磁石３は、上記実施形態で説明したような特性の違いを有しながら、回転子２の軸方向に垂直な平面から見た形状が矩形形状の永久磁石３ｐが複数個組み合わされて構成される。なお、本実施形態にかかる永久磁石３を構成する永久磁石片はその形状に特徴を有するため、上記実施形態で述べた特性（配向方向、残留磁束密度、および保磁力の少なくとも一つ）の違いによらず、一律に永久磁石３ｐと称する。

【0090】

図２２は、五つ（奇数個）の永久磁石３ｐから構成される永久磁石３を示す図である。図２３は、四つ（偶数個）の永久磁石３ｐから構成される永久磁石３を示す図である。これらの図が示すとおり、本実施形態の永久磁石３は、矩形形状の永久磁石３ｐを組み合わせて構成されており、永久磁石３ｐの回転子径方向外側（外周側）の辺（線）の包絡線が外周側に凸な略円弧形状を示すように配置される。

【0091】

このように、略円弧形状の永久磁石３を矩形形状の永久磁石片を組み合わせて構成することにより、円弧形状あるいは円筒形状の永久磁石を製造する必要がなくなるので、永久磁石の製造コストを低減することができる。なお、両図中の磁石嵌装孔３０において、永久磁石３ｐ間に形成される楔型部分は回転子コア１２上に形成される空間部分である。当該空間部分はフラックスバリアとして機能してもよいし、所望の透磁率の弾性材料等で埋めてもよい。

【0092】

以上、第４実施形態の可変磁束型回転電機４００によれば、永久磁石３ｐは、回転子２の軸方向に垂直な面の形状が矩形形状となるように構成される。これにより、略円弧形状の永久磁石３を矩形形状の永久磁石３ｐを組み合わせて構成することができるので、円弧形状あるいは円筒形状の永久磁石を製造する必要がなくなり、永久磁石の製造コストを低減することができる。

【0093】

［第５実施形態］
以下、第５実施形態の可変磁束型回転電機５００について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成には、同じ指示番号を付して説明を省略する。

【0094】

本実施形態の可変磁束型回転電機５００において一磁極を構成する永久磁石３は、上記実施形態で説明したような特性の違いを有しながら、回転子２の軸方向に垂直な平面から見た形状が台形形状の永久磁石３ｑが複数個組み合わせて構成される。なお、本実施形態にかかる永久磁石３を構成する永久磁石片はその形状に特徴を有するため、上記実施形態で述べた特性（配向方向、残留磁束密度、および保磁力の少なくとも一つ）の違いによらず、一律に永久磁石３ｑと称する。

【0095】

図２４は、五つ（奇数個）の永久磁石３ｑから構成される永久磁石３を示す図である。図２５は、四つ（偶数個）の永久磁石３ｑから構成される永久磁石３を示す図である。これらの図が示すとおり、本実施形態の永久磁石３は、回転子径方向外側（外周側）の辺が内周側の辺よりも長い台形形状の永久磁石３ｑを組み合わせることにより疑似的な円弧形状を形成するように構成される。

【0096】

このように、永久磁石３を台形形状の永久磁石片を組み合わせて構成することにより、円弧形状あるいは円筒形状の永久磁石を製造する際に強いられたサイズや形状に係る制限がなくなるので、例えば永久磁石３の回転子径方向厚みを厚くする等して可変磁束型回転電機５００の出力およびトルクを向上させることができる。

【0097】

また、台形形状の永久磁石３ｑであれば、隣接する永久磁石３ｑ間に空間を生じさせることなく一磁極を形成することができるので、空間起磁力波形を正弦波形状により近づけて、損失を低減させることができる。このような台形形状の永久磁石３ｑを形成する方法について、図２６を参照して説明する。

【0098】

図２６は、台形形状の永久磁石３ｑを形成する方法を説明する図である。図２６（ａ）は、磁石嵌装孔３０に対して奇数個の永久磁石３ｑを形成する方法を示す図であり、図２６（ｂ）は、磁石嵌装孔３０に対して偶数個の永久磁石３ｑを形成する方法を示す図である。

【0099】

図２６（ａ）の左側には、理想的な円弧上曲線を有する磁石嵌装孔３０を示し、右側には、奇数個の永久磁石３ｑが適用される場合の本実施形態の磁石嵌装孔３０が示されている。図２６（ｂ）も同様に、左側には、理想的な円弧上曲線を有する磁石嵌装孔３０を示し、右側には、偶数個の永久磁石３ｑが適用される場合の本実施形態の磁石嵌装孔３０が示されている。本実施形態の磁石嵌装孔３０に複数個嵌装されて永久磁石３を構成する永久磁石３ｑは、等脚台形を示し、その外周側（より長い方）の辺（長辺）の長さをＸ、長辺と脚とで作る内角をθとすると、Ｘおよびθは、次式（１）により算出される。

【0100】

【数1】

【0101】

ただし、上記式（１）の変数は、図２６を参照して以下のように設定される。すなわち、ｎは、一磁極に対応する磁石嵌装孔３０に嵌装される永久磁石３ｑの個数を示す。φは、周方向両端部に位置する二つの永久磁石３ｑのそれぞれの外形側の脚を内径側（図の下側）に伸ばした線が交わってできる点ｐと、図の左側に示す磁石嵌装孔３０の外周側の辺（円弧状曲線）とで形成される扇型の中心角の角度を示す。ｒは、当該扇型の半径の長さを示す。

【0102】

このように、永久磁石３ｑの形状を定式化することにより、同様の台形形状を有する永久磁石３ｑを複数個用いて形成される疑似的な円弧形状磁石を容易に製造することができる。これにより、円弧形状あるいは円筒形状の永久磁石を製造する必要がなく、台形形状の永久磁石片を用いて略円弧形状の永久磁石３を構成することができるので、永久磁石３の製造コストを低減することができる。

【0103】

以上、第５実施形態の可変磁束型回転電機５００によれば、永久磁石３ｑは、回転子２の軸方向に垂直な面の形状が回転子２の外周側の辺を長辺とする台形形状となるように構成される。これにより、台形形状の永久磁石片を用いて略円弧形状の永久磁石３を構成することができるので、永久磁石３の製造コストを低減することができる。

【0104】

また、第５実施形態の可変磁束型回転電機５００によれば、永久磁石３ｑの形状を上記（１）式を用いて設定することができる。これにより、永久磁石３ｑの形状を定式化することができるので、同様の台形形状を有する永久磁石３ｑを複数個用いて形成される疑似的な円弧形状磁石を容易に製造することができる。

【0105】

以上、本発明の実施形態、及びその変形例について説明したが、上記実施形態及び変形例は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。また、上記実施形態、及びその変形例は、適宜組み合わせ可能である。

【0106】

また、上述の説明において、永久磁石片の保磁力および残留磁束密度の大小を規定するために等号付き不等号「≧」を用いているが、当該等号付き不等号「≧」において等号が成立するのは、永久磁石３を構成する永久磁石片が少なくとも２種類の異なる磁気特性を含んでいることを前提とする。

【符号の説明】

【0107】

１…固定子
２…回転子
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉ、３ｊ、３ｋ、３ｌ、３ｍ、３ｎ、３ｏ、３ｐ、３ｑ…永久磁石
５…フラックスバリア
１２…回転子コア
３０…磁石嵌装孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】