JP2012095491A - Ｉｐｍモータ - Google Patents

Abstract

【課題】回生又は力行の一方の性能の改善効果を大きくして、回生又は力行のトルク性能を維持しつつ、弱め磁界制御における電流消費を低減することが可能なＩＰＭモータを提供する。
【解決手段】ＩＰＭモータ１_１において、ロータ２０の複数の突極部２１ａの間に形成された磁石配列部２１ｂに、磁化方向がロータ２０の中心からの略々放射方向Ｒａ，ＲｂとなるＮ極主磁石２２Ｎ及びＳ極主磁石２２Ｓと、それら主磁石の磁力を補助するＮ極補助磁石２３Ｎ及びＳ極補助磁石２３Ｓとを埋設し、周方向の一方側に向かって順に、突極部２１ａ、Ｎ極主磁石２２Ｎ又はＳ極主磁石２２Ｓ、Ｎ極補助磁石２３Ｎ又はＳ極補助磁石２３Ｓとなるように配列する。磁束の非対称性に富む構成となり、回生又は力行の一方のトルク性能を維持しつつ、かつ磁石トルクが小さくなるため、弱め磁界制御における電流消費が低減される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータに磁石が埋設されたＩＰＭモータ（埋込磁石内臓型同期モータ）に係り、詳しくは、例えばハイブリッド車両、ＥＶ車両等に用いられて、高回転時に弱め磁界制御を行うＩＰＭモータに関する。

従来、モータの構造の一形態として、ロータの磁性体に磁石を埋め込んで構成した埋込磁石内臓型同期モータ、いわゆるＩＰＭ（inteior permanent magnet）モータが種々提案されている。このようなＩＰＭモータを、例えばパラレル式やシリーズ式のハイブリッド車両用モータに用いる場合、主に回生に用いるモータ（回生主体のモータ）と主に力行に用いるモータ（力行主体のモータ）とに大別することができる場合がある。このような場合、回生と力行とのうちの一方側の特性が犠牲になるものの、回生と力行とのうちの他方側の特性を改善することが考えられ、その手法として、ロータに埋め込む磁石を周方向に対して非対称に配置することが提案されている（特許文献１、特に図１０参照）。

特開２００９−５０１５３号公報

しかしながら、上記特許文献１のものは、例えば図１０に示すように、ロータ２２０における一対の磁石２２２Ｎａ及び２２２Ｎｂ、２２２Ｓａ及び２２２Ｓｂの角度を僅かに変更して非対称とするものであるが、図１１に示すように、磁性体が磁石２２２Ｎａと磁石２２２Ｎｂとの間や磁石２２２Ｓａと磁石２２２Ｓｂとの間における外周側に厚く存在し、その部分で磁束が平準化されている。また、一対の磁石２２２Ｎａ及び２２２Ｎｂ、２２２Ｓａ及び２２２Ｓｂの双方からステータ１０に対して磁束線が出ており、ステータ１０側では略々対称となっている。そのため、非対称性に乏しく、回生又は力行の性能として僅かしか改善されてなく、改善効果が乏しい。

また、一般にＩＰＭモータにあっては、高回転時に磁石による逆起電力が発生するという問題があり、その逆起電力を打ち消すためにステータ巻線に弱い電力を印加して、いわゆる弱め界磁を発生させることで無負荷状態を作り出す制御を行っているが、この弱め磁界制御は、電力損失の増加、モータ発熱等の原因となる。この弱め磁界制御における電力消費を低減するためには、磁石トルク（逆起電圧定数）を小さくすることが考えられるが、単に磁石の磁力を弱めると、モータトルク（磁石トルクとリラクタンストルクとの合計トルク）が低下してしまうという問題がある。

上記特許文献１のものでは、ロータにおける一対の磁石の角度を僅かに変更しただけであり、特に磁石トルク（磁石の磁力）の低下を図らなければ、高回転時における逆起電力があまり変わらないため、弱め磁界制御による電力損失の増加、モータ発熱等は、あまり改善されないという問題がある。

そこで本発明は、回生又は力行の一方の性能の改善効果を大きくして、回生又は力行のトルク性能を維持しつつ、弱め磁界制御における電流消費を大幅に低減することが可能なＩＰＭモータを提供することを目的とするものである。

本発明は（例えば図１乃至図６、図１３乃至図２７参照）、ステータ巻線（１２）が巻回されたステータ（１０）と、前記ステータ（１０）の内周側に配置されると共に、磁性体（２１）に複数の磁石（２２Ｎ，２３Ｎ，２２Ｓ，２３Ｓ）が埋設されて構成されたロータ（２０）と、を備えたＩＰＭモータ（１）において、
前記磁性体（２１）は、前記ステータ（１０）に対向する前記ロータ（２０）の表面近傍まで突出すると共に周方向の均等な位置に配置される複数の突極部（２１ａ）を有し、かつ、それら複数の突極部（２１ａ）のそれぞれの間に前記複数の磁石（２２Ｎ，２３Ｎ，２２Ｓ，２３Ｓ）の２個以上がそれぞれ配列される複数の磁石配列部（２１ｂ）が形成されてなり、
前記磁石配列部（２１ｂ）に配列される２個以上の磁石（例えば２２Ｎ及び２３Ｎ、又は２２Ｓ及び２３Ｓ）は、磁化方向が前記ロータ（２０）の中心からの略々放射方向（Ｒａ，Ｒｂ）となる主磁石（２２Ｎ，２２Ｓ）と、周方向の一方側から前記主磁石（２２Ｎ，２２Ｓ）の側面に接して該主磁石（２２Ｎ，２２Ｓ）の磁力を補助する１個以上の補助磁石（２３Ｎ，２３Ｓ）と、からなり、
前記ロータ（２０）は、前記ステータ（１０）に対向する表面近傍にあって、周方向の一方側に向かって順に、前記磁性体の突極部（２１ａ）、前記主磁石（２２Ｎ，２２Ｓ）、前記補助磁石（２３Ｎ，２３Ｓ）となるように配列されたことを特徴とする。

なお、「略々放射方向」とは、勿論厳密にロータの中心からの放射方向に一致した角度を含むものでありながら、例えばその角度から１０度程度傾斜したものであっても本発明の効果として略々影響がないので、その程度の誤差を含む概念である。

また、本発明は（例えば図１、図４、図１７、図１８、図２０、図２２参照）、前記主磁石（２２Ｎ，２２Ｓ）に接する側と反対側の端部に位置する前記補助磁石（例えば２３Ｎａ，２３Ｓａ）は、磁化方向が前記放射方向（Ｒａ，Ｒｂ）と略々直交する方向（Ｃａ，Ｃｂ）であることを特徴とする。

なお、「略々直交する方向」とは、勿論厳密に放射方向に直交する方向（ロータの接線方向）と一致した角度を含むものでありながら、例えばその角度から１０度程度傾斜したものであっても本発明の効果として略々影響がないので、その程度の誤差を含む概念である。

さらに、本発明は（例えば図４、図１７、図１８、図２０、図２２参照）、前記補助磁石は、２個以上からなり、
前記主磁石（２２Ｎ，２２Ｓ）に近い前記補助磁石（例えば２３Ｎｂ，２３Ｓｂ，２３Ｎｃ，２３Ｓｃ，・・・）ほど、その磁化方向が放射方向（Ｒａ，Ｒｂ）に近づく方向ように設定されたことを特徴とする。

なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これは、発明の理解を容易にするための便宜的なものであり、特許請求の範囲の構成に何等影響を及ぼすものではない。

請求項１に係る本発明によると、ロータの磁石配列部に配列される２個以上の磁石を、磁化方向がロータの中心からの略々放射方向となる主磁石と、周方向の一方側から主磁石の側面に接して該主磁石の磁力を補助する１個以上の補助磁石とで構成し、ロータのステータに対向する表面近傍にあって、周方向の一方側に向かって順に、磁性体の突極部、主磁石、補助磁石となるように配列したので、磁束の非対称性に富む構成にすることができ、回生又は力行の一方の性能の改善効果を大きくして、回生又は力行のトルク性能を維持することができるものでありながら、主磁石を例えば２個から１個に減らして、その１個を補助磁石として用いることで、磁石トルク（逆起電圧定数）を小さくすることができ、弱め磁界制御における電流消費を大幅に低減することができる。

請求項２に係る本発明によると、主磁石に接する側と反対側の端部に位置する補助磁石の磁化方向が放射方向と略々直交する方向であるので、補助磁石からステータに大きな磁力が生じることが無く、主磁石に向けて磁束線を集めることを可能とすることができる。これにより、磁束の非対称性に富む構成を可能にし、かつ磁石トルクを小さくすることを可能とすることができる。

請求項３に係る本発明によると、補助磁石が２個以上からなり、主磁石に近い補助磁石ほど、その磁化方向が放射方向に近づく方向ように設定したので、磁石内磁束線の分布を滑らかにすることができる。これにより、磁束の非対称性に富む構成を確保しつつ、中間の補助磁石の磁化方向が放射方向に近づく分、全体としてステータに作用する磁力を高めることを可能とすることができ、モータ（合成）トルクの向上も図ることができる。

実施例１に係るＩＰＭモータを示す断面図。 実施例１に係るＩＰＭモータの磁束線を示す解析図。 実施例１に係るＩＰＭモータのギャップにおける磁束密度分布を示すグラフ。 実施例２に係るＩＰＭモータを示す断面図。 実施例２に係るＩＰＭモータの磁束線を示す解析図。 実施例２に係るＩＰＭモータのギャップにおける磁束密度分布を示すグラフ。 参考例１に係るＩＰＭモータを示す断面図。 参考例１に係るＩＰＭモータの磁束線を示す解析図。 参考例１に係るＩＰＭモータのギャップにおける磁束密度分布を示すグラフ。 参考例２に係るＩＰＭモータを示す断面図。 参考例２に係るＩＰＭモータの磁束線を示す解析図。 参考例２に係るＩＰＭモータのギャップにおける磁束密度分布を示すグラフ。 参考例１，２及び実施例１，２の界磁角特性を示すグラフ。 合成トルク、磁石トルク、リラクタンストルクの関係を示すグラフ。 逆起電圧定数と弱め磁界制御領域との関係を示すグラフ。 参考例１，２及び実施例１，２の弱め磁界電流の大きさを示すグラフ。 実施例３に係るＩＰＭモータを示す断面図。 実施例４に係るＩＰＭモータを示す断面図。 実施例４に係るＩＰＭモータの磁束線を示す一部拡大解析図。 実施例５に係るＩＰＭモータを示す断面図。 実施例５に係るＩＰＭモータの磁束線を示す一部拡大解析図。 突極部の角度を変更したＩＰＭモータを示す断面図で、（ａ）は突極部が２０度の図、（ｂ）は突極部が４０度の図、（ｃ）は突極部が６０度の図、（ｄ）は突極部が８０度の図、（ｅ）は突極部が１００度の図。 突極部の角度を変更した際の弱め磁界電流の大きさを示すグラフ。 突極部の角度を変更した際の界磁角特性を示すグラフ。 突極部の角度を変更した際の最大トルクを示すグラフ。 突極部の角度を変更した際の最大トルクと弱め磁界電流の大きさとの関係を示すグラフ。 各パラメータの大きさの関係を示す図。

＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係る第１の実施の形態を図１乃至図２１に沿って説明する。なお、以下の第１の実施の形態の説明においては、まず、従来の参考例１，２を説明して比較しつつ、２つの実施例１，２を説明し、その後、実施例１，２の変形例である実施例３，４，５を説明する。

［参考例１］
図７に示すように、一般的な埋込磁石内臓型同期モータである参考例１のＩＰＭモータ１０１は、大まかにステータ１０とロータ１２０とを備えて構成されている。本参考例１のステータ１０は、ステータコア１１が環状ヨークを備えており、該ステータコア１１の内周側には複数のスリット１１ａが形成され、それらスリット１１ａにはそれぞれステータ巻線１２が巻回されている。

ロータ１２０は、磁性体からなるロータコア１２１が環状のロータ鉄心を備えており、矢印ω方向に回転制御される。ロータコア１２１には、一対のＮ極磁石１２２Ｎ，１２２Ｎ又は一対のＳ極磁石１２２Ｓ，１２２Ｓが、ロータ１２０の中心からの放射方向に対して均等な角度で傾斜した状態で埋設されている。なお、本明細書に添付した図面中において、磁石上に付した矢印は磁化方向を示しており、全てＳ極からＮ極に向く方向を示している。

このように構成された参考例１のＩＰＭモータ１０１は、図８に示すように、一対のＮ極磁石１２２Ｎ，１２２Ｎ又は一対のＳ極磁石１２２Ｓ，１２２Ｓの中心を通る放射方向の軸線（例えばＡ，Ｂ，Ｃ線）に対して対象となる形状に構成されており、ステータ１０とロータ１２０とに生じる磁束線も、それら軸線（例えばＡ，Ｂ，Ｃ線）に対して対象の形状で発生する。

図７及び図８に示すＩＰＭモータ１０１にあって、軸線Ｂから軸線Ｃまでのステータ１０とロータ１２０とのギャップ（隙間）に生じる磁束密度を、図９に示す。図９に示すように、軸線Ａを中心として、ステータ１０とロータ１２０とのギャップに生じる磁束密度が対象であることが分かり、つまり当該ＩＰＭモータ１０１によって力行制御や回生制御を行っても、力行トルクと回生トルクとが略々等しく生じ、両制御を行う必要性があるモータ特性として好適であることが分かる。

［参考例２］
図１０に示すように、上記特許文献１で提案された参考例２のＩＰＭモータ２０１は、参考例１のＩＰＭモータ１０１の磁石の角度を変更したものである。具体的には、参考例１と同様のステータ１０と、僅かに変更されたロータ２２０とを備えている。ロータ２２０は、同じくロータコア２２１が環状のロータ鉄心を備えており、ロータコア２２１には、一対のＮ極磁石２２２Ｎａ，２２２Ｎｂ又は一対のＳ極磁石２２２Ｓａ，２２２Ｓｂが埋設されている。このＮ極磁石２２２ＮａとＳ極磁石２２２Ｓａとは、ロータ２２０の中心からの放射方向に対して僅かに傾斜された角度で埋設されており、Ｎ極磁石２２２ＮｂとＳ極磁石２２２Ｓｂとは、ロータ２２０の中心からの放射方向に対して大きく傾斜された角度で埋設されている。即ち、放射方向の軸線に対して磁石の角度が非対称となるように構成されている。

このように構成された参考例２のＩＰＭモータ２０１は、図１１に示すように、一対のＮ極磁石２２２Ｎａ，２２２Ｎｂ又は一対のＳ極磁石２２２Ｓａ，１２２Ｓｂの中心を通る放射方向の軸線（例えばＡ，Ｂ，Ｃ線）に対して非対象となる形状に構成されており、ステータ１０とロータ２２０とに生じる磁束線も、それら軸線（例えばＡ，Ｂ，Ｃ線）に対して、僅かに非対象の形状で発生する。

しかしながら、図１０及び図１１に示すＩＰＭモータ２０１にあって、軸線Ｂから軸線Ｃまでのステータ１０とロータ２２０とのギャップ（隙間）に生じる磁束密度を、図１２に示すと、軸線Ａを中心として、ステータ１０とロータ２２０とのギャップに生じる磁束密度が僅かに非対象（例えば２２度と６８度付近など）であるものの、参考例１の図９に比して、殆んど非対称性が生じていないことが分かる。従って、当該ＩＰＭモータ２０１によって力行制御や回生制御を行っても、特に力行トルクと回生トルクとに大きな差が生じることはなく、力行主体又は回生主体として用いるモータとして、大きな差異は生じないことが分かる。

［実施例１］
ついで、本発明に係る実施例１のＩＰＭモータについて説明する。図１に示すように、実施例１の埋込磁石内臓型同期モータであるＩＰＭモータ１_１は、詳しくは後述するように回生主体に用いられるモータであり、大まかにステータ１０とロータ２０とを備えて構成されている。本実施例１のステータ１０は、ステータコア１１が環状ヨークを備えており、該ステータコア１１の内周側には複数のスリット１１ａが形成され、それらスリット１１ａにはそれぞれステータ巻線１２が巻回されている。

ロータ２０は、ロータコア（磁性体）２１が環状のロータ鉄心を備えている。ロータコア２１の外周側には、ステータ１０に対向するロータ２０の表面近傍まで突出して突極を構成する突極部２１ａが形成されている。突極部２１ａは、ロータ２０の外周面における周方向の均等な位置に配置されており、これら突極部２１ａ同士の間には、凹状に形成され、Ｎ極主磁石２２Ｎ又はＳ極主磁石２２ＳとＮ極補助磁石２３Ｎ又はＳ極補助磁石２３Ｓとが配置される磁石配列部２１ｂが形成されている。

言い換えると、ロータコア２１に形成された各磁石配列部２１ｂには、主磁石と１個以上の補助磁石とのセットが配列されており、即ち本実施例１では、Ｎ極主磁石２２ＮとＮ極補助磁石２３Ｎとのセット、Ｓ極主磁石２２ＳとＳ極補助磁石２３Ｓとのセットが、周方向に交互に位置するように配置されている。Ｎ極補助磁石２３Ｎは、Ｎ極主磁石２２Ｎのロータ回転方向ωの前方側の側面に接するように配列され、また、Ｓ極補助磁石２３Ｓも同様に、Ｓ極主磁石２２Ｓのロータ回転方向ωの前方側の側面に接するように配列されている。従って、本ＩＰＭモータ１_１では、回転方向ωの前方側（一方側）に向かって、突極部２１ａ、Ｎ極主磁石２２Ｎ、Ｎ極補助磁石２３Ｎ、突極部２１ａ、Ｓ極主磁石２２Ｓ、Ｓ極補助磁石２３Ｓ、・・・の順に配列されている。

なお、磁石配列部２１ｂに配列された主磁石及び補助磁石は、例えば接着剤等により固定することが考えられるが、遠心力等によって外れないように、ロータ２０の外周全体を非磁性体（例えばステンレス材）の筒で覆うような構成であってもよい。

Ｎ極主磁石２２Ｎ及びＳ極主磁石２２Ｓの磁化方向は、ロータ２０の中心から略々放射方向（例えば１０度程度の誤差があってもよい）となっており、Ｎ極主磁石２２ＮはＮ極を外周側に向けた矢印Ｒａで示す磁化方向であり、Ｓ極主磁石２２ＳはＮ極を内周側（Ｓ極を外周側）に向けた矢印Ｒｂで示す磁化方向である。

Ｎ極補助磁石２３Ｎ及びＳ極補助磁石２３Ｓの磁化方向は、ロータ２０の中心から放射方向に略々直交する方向、即ちロータ２０の略々接線方向（例えば１０度程度の誤差があってもよい）となっており、Ｎ極補助磁石２３ＮはＮ極をロータ回転方向ωの後方側に向けた矢印Ｃａで示す磁化方向であり、Ｓ極補助磁石２３ＳはＮ極をロータ回転方向ωの前方側（Ｓ極を後方側）に向けた矢印Ｃｂで示す磁化方向である。

以上のように構成された実施例１のＩＰＭモータ１_１は、図２に示すように、Ｎ極補助磁石２３Ｎ又はＳ極補助磁石２３ＳがＮ極主磁石２２Ｎ又はＳ極主磁石２２Ｓを補助する形の磁束線が形成されている。詳細には、ステータ１０から放射方向の内側に向けてＳ極主磁石２２Ｓに入った磁束線は、その略々半分がＳ極補助磁石２３Ｓを通って周方向に通り、ロータコア２１を通ってＮ極主磁石２２Ｎの内側から放射方向の外側に向けて通り、ステータ１０に入る。また、ステータ１０から放射方向の内側に向けてＳ極主磁石２２Ｓに入った磁束線うちの残りの略々半分は、ロータコア２１を通ってＮ極補助磁石２３Ｎに入り、周方向に通ってＮ極主磁石２２Ｎに入り、そして、Ｎ極主磁石２２Ｎから放射方向の外側に向けて通り、ステータ１０に入る。

このようにＮ極補助磁石２３ＮとＳ極補助磁石２３Ｓと突極部２１ａとにおいて、磁束線は略々周方向であり、Ｎ極主磁石２２ＮとＳ極主磁石２２Ｓとの部分だけ、磁束線が放射方向となって、ステータ１０との間で一巡する磁束線を構成する。つまり、軸線（例えばＡ，Ｂ，Ｃ線）に対して磁束線が非対象の形状で発生している。

従って、図１及び図２に示すＩＰＭモータ１_１にあって、軸線Ｂから軸線Ｃまでのステータ１０とロータ２０とのギャップ（隙間）に生じる磁束密度を、図３に示すと、軸線Ａを中心として、ステータ１０とロータ２０とのギャップに生じる磁束密度が非対象（特に０〜１５度と７５〜９０度の間、３０〜６０度の間で非対称）となっており、参考例１及び参考例２の図９及び図１２に比して、非対称性が大きく生じていることが分かる。なお、このＩＰＭモータ１_１によって回生制御を行うと有利であることの詳細説明、つまり力行トルクに対して回生トルクが有利となることの詳細説明は、後述の図１４の説明において詳述する。

［実施例２］
続いて、上記実施例１を一部変更した実施例２のＩＰＭモータ１_２を説明する。なお、実施例１と同様な部分には、同符号を付して、その説明は省略する。本実施例２に係るＩＰＭモータ１_２は、実施例１のＩＰＭモータ１_１に比して（図１参照）、図４に示すように、Ｎ極補助磁石２３Ｎ及びＳ極補助磁石２３Ｓを分割してそれぞれ２つの第１及び第２補助磁石で構成したものであり、言い換えると、ロータコア２１の磁石配列部２１ｂに、Ｎ極第１補助磁石２３Ｎａ、Ｎ極第２補助磁石２３Ｎｂ、Ｎ極主磁石２２Ｎの３つの磁石、或いは、Ｓ極第１補助磁石２３Ｓａ、Ｓ極第２補助磁石２３Ｓｂ、Ｓ極主磁石２２Ｓの３つの磁石を、周方向に略々３等分の大きさで配列したものである。

Ｎ極主磁石２２Ｎ及びＳ極主磁石２２Ｓの磁化方向は、実施例１と同様であり、ロータ２０の中心から略々放射方向（例えば１０度程度の誤差があってもよい）となっており、Ｎ極主磁石２２ＮはＮ極を外周側に向けた矢印Ｒａで示す磁化方向であり、Ｓ極主磁石２２ＳはＮ極を内周側（Ｓ極を外周側）に向けた矢印Ｒｂで示す磁化方向である。

Ｎ極主磁石２２Ｎ及びＳ極主磁石２２Ｓに接する側と周方向の反対側の端部に位置するＮ極第１補助磁石２３Ｎａ及びＳ極第１補助磁石２３Ｓａの磁化方向は、実施例１のＮ極補助磁石２３Ｎ及びＳ極補助磁石２３Ｓと同様であり、ロータ２０の中心から放射方向に略々直交する方向、即ちロータ２０の略々接線方向（例えば１０度程度の誤差があってもよい）となっており、Ｎ極第１補助磁石２３ＮａはＮ極をロータ回転方向ωの後方側に向けた矢印Ｃａで示す磁化方向であり、Ｓ極第１補助磁石２３ＳａはＮ極をロータ回転方向ωの前方側（Ｓ極を後方側）に向けた矢印Ｃｂで示す磁化方向である。

また、Ｎ極主磁石２２Ｎ及びＳ極主磁石２２ＳとＮ極第１補助磁石２３Ｎａ及びＳ極第１補助磁石２３Ｓａとの間にそれぞれ位置するＮ極第２補助磁石２３Ｎｂ及びＳ極第２補助磁石２３Ｓｂの磁化方向は、Ｎ極主磁石２２Ｎ及びＳ極主磁石２２Ｓの磁化方向（ロータ２０の中心から略々放射方向）と、Ｎ極第１補助磁石２３Ｎａ及びＳ極第１補助磁石２３Ｓａの磁化方向（ロータ２０の中心から放射方向に略々直交する方向）との中間となる角度（例えば放射方向に対して４５度）の方向となっており、Ｎ極第２補助磁石２３Ｎｂは上記矢印Ｃａ及び矢印Ｒａの中間角度を成す矢印Ｉａで示す磁化方向であり、Ｓ極第２補助磁石２３Ｓｂは上記矢印Ｃｂ及び矢印Ｒｂの中間角度を成す矢印Ｉｂで示す磁化方向である。

以上のように構成された実施例２のＩＰＭモータ１_２は、図５に示すように、Ｎ極第１補助磁石２３Ｎａ及びＮ極第２補助磁石２３ＮｂがＮ極主磁石２２Ｎを補助する形で、かつＳ極第１補助磁石２３Ｓａ及びＳ極第２補助磁石２３ＳｂがＳ極主磁石２２Ｓを補助する形で、それぞれ磁束線が形成されている。詳細には、ステータ１０から放射方向の内側に向けてＳ極主磁石２２Ｓに入った磁束線は、その略々半分がＳ極第２補助磁石２３ＳｂからＳ極第１補助磁石２３Ｓａ（つまりＳ極補助磁石２３Ｓのセット）を通って周方向に通り、ロータコア２１を通ってＮ極主磁石２２Ｎの内側（一部がＮ極第２補助磁石２３Ｎｂの内側）から放射方向の外側に向けて通り、ステータ１０に入る。また、ステータ１０から放射方向の内側に向けてＳ極主磁石２２Ｓに入った磁束線うちの残りの略々半分は、ロータコア２１を通ってＮ極第１補助磁石２３ＮａからＮ極第２補助磁石２３Ｎｂ（つまりＮ極補助磁石２３Ｎのセット）を周方向に通ってＮ極主磁石２２Ｎに入り、そして、Ｎ極主磁石２２Ｎから放射方向の外側（一部がＮ極第２補助磁石２３Ｎｂの放射方向の外側）に向けて通り、ステータ１０に入る。

このようにＮ極第１補助磁石２３ＮａとＳ極第１補助磁石２３Ｓａと突極部２１ａとにおいて、磁束線は略々周方向であり、Ｎ極第２補助磁石２３ＮｂとＳ極第２補助磁石２３Ｓｂにおいて滑らかな斜めの磁束線の方向を形成すると共に、Ｎ極主磁石２２ＮとＳ極主磁石２２Ｓとの部分だけ、磁束線が放射方向となって、ステータ１０との間で一巡する磁束線を構成する。つまり、軸線（例えばＡ，Ｂ，Ｃ線）に対して磁束線が非対象の形状で発生している。

従って、図４及び図５に示すＩＰＭモータ１_２にあっても、軸線Ｂから軸線Ｃまでのステータ１０とロータ２０とのギャップ（隙間）に生じる磁束密度は、図６に示すように、軸線Ａを中心として、ステータ１０とロータ２０とのギャップに生じる磁束密度が非対象（特に電気角で０〜１５度と７５〜９０度の間、３０〜６０度の間で非対称）となっており、参考例１及び参考例２の図９及び図１２に比して、非対称性が大きく生じていることが分かる。また、Ｎ極第２補助磁石２３Ｎｂ及びＳ極第２補助磁石２３Ｓｂの磁化方向が、周方向と放射方向との中間の方向であるので、実施例１に比して（図３参照）、軸線Ａ付近（４５度付近）における磁束密度の変動が僅かに滑らかになっていることが分かる。なお、このＩＰＭモータ１_２によって回生制御を行うと有利であることの詳細説明、つまり力行トルクに対して回生トルクが有利となることの詳細説明は、後述の図１４の説明において詳述する。

［界磁角特性について］
以上説明した参考例１、参考例２、実施例１、実施例２の界磁角を図１３に示す。図１３に示すように、参考例１の界磁角特性（磁石トルク特性）は、一対のＮ極磁石１２２Ｎ及びＳ極磁石１２２Ｓの配置が周方向に対して対象であるので（図７参照）、電気角で４５度及び１３５度を正負のピークトルクとし、かつ９０度のトルクが０となる特性を有することが分かる。また、正負（正が力行トルクであり、負が回生トルクである）のピーク値の大きさ（つまり絶対値の大きさ）は、略々同じであり、力行であっても回生であっても略々同じ特性であることが分かる。

参考例２の界磁角特性（磁石トルク特性）は、一対のＮ極磁石１２２Ｎ及びＳ極磁石１２２Ｓの配置が周方向に対して非対象であるので（図１０参照）、３０度付近で正のピークトルクを発生し、参考例１に比して、正のピークトルクの大きさが負のピークトルクの大きさよりも（つまり絶対値の大きさが）小さくなり、僅かに回生に有利である特性であることが分かる。

さらに、実施例１及び実施例２の界磁角特性（磁石トルク特性）は、Ｎ極補助磁石２３Ｎ及びＳ極補助磁石２３Ｓからステータ１０に対して磁束線が殆んど出ていないことから、１５度付近で正のピークトルクを発生し、かつ８０度付近のトルクが０となる特性を有することが分かる。即ち、参考例１及び参考例２に比して、正のピークトルクの大きさが負のピークトルクの大きさよりも（つまり絶対値の大きさが）大幅に小さくなり、回生に大きく有利である特性であることが分かる。

［弱め磁界制御の電流低減について］
ここで、一般にＩＰＭモータのトルクは、以下の数式の関係が成り立つ。
Ｔｒ＝（Ｌｄ−Ｌｑ）・Ｉｄ・Ｉｑ・・・（１）
Ｔｍ＝Ｋｅ・Ｉｑ・・・（２）
Ｔ_Ｍ＝Ｔｒ＋Ｔｍ＝（Ｌｄ−Ｌｑ）・Ｉｄ・Ｉｑ＋Ｋｅ・Ｉｑ・・・（３）
Ｉｄ＝√３・Ｉｃｏｓ（ｘ）・・・（４）
Ｉｑ＝√３・Ｉｓｉｎ（ｘ）・・・（５）
なお、Ｔ_Ｍはモータトルク、Ｌｄは直軸（ｄ軸）インダクタンス、Ｌｑは横軸（ｑ軸）インダクタンス、Ｉは入力電流、ｘは進角、Ｋｅは逆起電圧定数である。従って、『Ｔｒ＝（Ｌｄ−Ｌｑ）・Ｉｄ・Ｉｑ』はリラクタンストルクを示し、『Ｔｍ＝Ｋｅ・Ｉｑ』は磁石トルクを示し、Ｔ_Ｍはそれらの合成トルクを示している。

即ち、上記逆起電圧定数Ｋｅは、磁石の磁力の大きさによって定まる定数であり、磁石（Ｎ極主磁石２２Ｎ、Ｓ極主磁石２２Ｓ、Ｎ極補助磁石２３Ｎ、Ｓ極補助磁石２３Ｓ）の磁力を大きくすると、磁石トルク『Ｋｅ・Ｉｑ』が大きくなり、モータトルクＴ_Ｍも大きくなる。従って、本実施例１及び実施例２では、図１３に示すように、負のピークトルクが参考例１及び参考例２と同様となるように、つまり回生性能が同等になるように磁石の磁力を設定しているが、磁石の磁力を大きくすることでトルク特性の絶対値を大きくすることは可能である。

しかしながら、例えば磁石の磁力（ステータとロータとの間の磁束密度）を大きくすると、逆起電圧定数Ｋｅが大きくなることから、図１５に示すように、逆起電圧定数Ｋｅの大きさで定まる、ＡＣ電圧とモータ回転数との関係の勾配が大きくなり、ＩＰＭモータに印加可能な最大電圧Ｖｍａｘ以上の領域Ｘが広くなり、つまり弱め磁界制御を行う領域Ｘが拡大して、消費電力が増加してしまうという問題がある。なお、図１５に示す逆起電圧定数Ｋｅ２は、参考例１のＩＰＭモータ１０１において発生する逆起電圧定数である。

そこで、本実施例１及び実施例２では、磁石の磁力を大きくせず、磁石トルクＴｍを小さく設定している。その詳細を図１４を用いて説明する。図１４において、左方側のグラフは参考例１のトルク特性であり、右方側のグラフは実施例１及び実施例２のトルク特性である。

図１４中の左方側で示すように、一対のＮ極磁石１２２Ｎ及びＳ極磁石１２２Ｓが周方向に対して対称に配置された参考例１のＩＰＭモータ１０１では、磁石トルクＴｍの正のピークトルクと負のピークトルクとの大きさが略々同じで、かつ電気角で３６０度周期であり、リラクタンストルクＴｒも正のピークトルクと負のピークトルクとの大きさが略々同じで、かつ電気角で１８０度周期である。従って、合成トルクであるモータトルクＴ_Ｍは、３０度付近で正のピークトルクとなり、また、１５０度付近で負のピークトルクとなり、かつ磁石が周方向に対称であるので、正のピークトルクと負のピークトルクとの大きさが略々同じである。

本実施例１及び実施例２では、磁石（Ｎ極主磁石２２Ｎ、Ｓ極主磁石２２Ｓ、Ｎ極補助磁石２３Ｎ、Ｓ極補助磁石２３Ｓ）が周方向に対して非対称に配置されているため、図１４中の右方側で示すように、磁石トルクＴｍの３６０度周期の位相がずれ、かつＮ極補助磁石２３Ｎ及びＳ極補助磁石２３Ｓがステータ１０に対して磁束線を出していない（図２及び図５参照）ことから全体として磁石の磁力が弱まり、正のピークトルクと負のピークトルクとの大きさが参考例１に比して（図１４中の左方側に比して）小さくなる。

これにより、該磁石トルクＴｍの負のピークトルクとリラクタンストルクＴｒの負のピークトルクとの位相が１３５度付近で一致すると共に、合成トルクであるモータトルクＴ_Ｍは、３０度付近で正のピークトルクとなり、また、１３５度付近で負のピークトルクとなり、かつ磁石が周方向に非対称であるので、負のピークトルクとの大きさが参考例１と略々同じでありつつ、正のピークトルクが負のピークトルクの大きさよりも小さくなる。従って、実施例１及び実施例２の回生性能は参考例１と変わらず、かつ力行特性だけが小さくなり、回生主体のＩＰＭモータを構成することになる。

また、上述したように磁石トルクＴｍが小さくなるので、数式（２）に示すように、逆起電圧定数Ｋｅが小さくなる。即ち、図１５に示すように、参考例１の逆起電圧定数Ｋｅ２から、実施例１及び実施例２の逆起電圧定数Ｋｅ１に低減することができ、モータ回転数の高回転時に印加可能な最大電圧Ｖｍａｘ以上で発生する逆起電力の領域Ｘが小さくなる。この結果、図１６に示すように、モータ回転数の高回転時に必要となる弱め磁界電流は、参考例１や参考例２に比して、実施例１及び実施例２では極めて小さく抑えることができた。

［実施例１及び実施例２の効果］
以上説明したように実施例１及び実施例２に係るＩＰＭモータ１_１，１_２によると、ロータ２０の磁石配列部２１ｂに配列される２個以上の磁石を、磁化方向がロータ２０の中心からの略々放射方向となるＮ極主磁石２２Ｎ及びＳ極主磁石２２Ｓと、周方向の一方側からＮ極主磁石２２Ｎ及びＳ極主磁石２２Ｓの側面に接して、それらＮ極主磁石２２Ｎ及びＳ極主磁石２２Ｓの磁力を補助する１個以上のＮ極補助磁石２３Ｎ及びＳ極補助磁石２３Ｓとで構成し、ロータ２０のステータ１０に対向する表面近傍にあって、周方向の一方側に向かって順に、ロータコア２１の突極部２１ａ、Ｎ極主磁石２２Ｎ又はＳ極主磁石２２Ｓ、Ｎ極補助磁石２３Ｎ又はＳ極補助磁石２３Ｓとなるように配列したので、磁束の非対称性に富む構成にすることができ、回生の性能の改善効果を大きくして、回生のトルク性能を維持することができるものでありながら、主磁石を例えば２個から１個に減らして、その１個を補助磁石として用いることで、磁石トルクＴｍ（逆起電圧定数Ｋｅ）を小さくすることができ、弱め磁界制御における電流消費を大幅に低減することができる。

また、Ｎ極主磁石２２Ｎ又はＳ極主磁石２２Ｓに接する側と反対側の端部に位置するＮ極補助磁石２３Ｎ又はＳ極補助磁石２３Ｓ（図４ではＮ極第１補助磁石２３Ｎａ又はＳ極第１補助磁石２３Ｓａ）の磁化方向が放射方向と略々直交する方向であるので、Ｎ極補助磁石２３Ｎ又はＳ極補助磁石２３Ｓからステータ１０に大きな磁力が生じることが無く、Ｎ極主磁石２２Ｎ又はＳ極主磁石２２Ｓに向けて磁束線を集めることを可能とすることができる（図２及び図５参照）。これにより、磁束の非対称性に富む構成を可能にし（図３及び図６参照）、かつ磁石トルクＴｍを小さくすることを可能とすることができる（図１４の右方側のグラフ参照）。

さらに実施れ２に係るＩＰＭモータ１_２によると、Ｎ極補助磁石２３Ｎ又はＳ極補助磁石２３Ｓが、Ｎ極第１補助磁石２３Ｎａ及びＮ極第２補助磁石２３Ｎｂ、Ｓ極第１補助磁石２３Ｓａ及びＳ極第２補助磁石２３Ｓｂの２個からなり、Ｎ極主磁石２２Ｎ又はＳ極主磁石２２Ｓに近いＮ極第２補助磁石２３Ｎｂ及びＳ極第２補助磁石２３Ｓｂの磁化方向が放射方向に近づく方向ように設定したので、磁石内磁束線の分布を滑らかにすることができる（図５参照）。これにより、磁束の非対称性に富む構成を確保しつつ、中間に位置するＮ極第２補助磁石２３Ｎｂ及びＳ極第２補助磁石２３Ｓｂの磁化方向が放射方向に近づく分、全体としてステータ１０に作用する磁力を高めることを可能とすることができ、モータ（合成）トルクの向上も図ることができる。

［実施例３］
ついで、上記実施例１を一部変更した実施例３のＩＰＭモータ１_３について図１７に沿って説明する。本実施例３のＩＰＭモータ１_３は、実施例１のＩＰＭモータ１_１に比して、主磁石と補助磁石との周方向の配列を逆転させたものである。即ち、ＩＰＭモータ１_３は、実施例１と同様に、ロータコア２１のそれぞれに形成された各磁石配列部２１ｂに、Ｎ極主磁石２２ＮとＮ極補助磁石２３Ｎとのセット、Ｓ極主磁石２２ＳとＳ極補助磁石２３Ｓとのセットが、周方向に交互に位置するように配置されているが、Ｎ極主磁石２２ＮがＮ極補助磁石２３Ｎよりもロータ回転方向ωの前方側に配列され、Ｎ極補助磁石２３Ｎは該Ｎ極主磁石２２Ｎのロータ回転方向ωの後方側の側面に接するように配列され、また、Ｓ極主磁石２２ＳがＳ極補助磁石２３Ｓよりもロータ回転方向ωの前方側に配列され、Ｓ極補助磁石２３Ｓは該Ｓ極主磁石２２Ｓのロータ回転方向ωの後方側の側面に接するように配列されている。従って、本ＩＰＭモータ１_１では、回転方向ωの後方側（一方側）に向かって、突極部２１ａ、Ｎ極主磁石２２Ｎ、Ｎ極補助磁石２３Ｎ、突極部２１ａ、Ｓ極主磁石２２Ｓ、Ｓ極補助磁石２３Ｓ、・・・の順に配列されている。

このように構成された実施例３のＩＰＭモータ１_３によると、磁束の非対称性に富む構成にすることができるものでありながら、実施例１及び実施例２とは反対に、力行の性能の改善効果を大きくして、力行のトルク性能を維持することができ、かつ主磁石を例えば２個から１個に減らして、その１個を補助磁石として用いることで、磁石トルクＴｍ（逆起電圧定数Ｋｅ）を小さくすることができるので、弱め磁界制御における電流消費を大幅に低減することができる。なお、実施例３における、これ以外の作用・効果は、実施例１及び実施例２と同様であるので、その説明は省略する。

［実施例４］
ついで、上記実施例１及び実施例２を一部変更した実施例４のＩＰＭモータ１_４について図１８及び図１９に沿って説明する。本実施例４のＩＰＭモータ１_４は、実施例１及び実施例２のＩＰＭモータ１_１，１_２に比して、補助磁石の個数を増やし、３個の補助磁石で構成したものである。即ち、ＩＰＭモータ１_４は、図１８に示すように、ロータコア２１のそれぞれに形成された各磁石配列部２１ｂに、回転方向ωの前方側から順に配列された、Ｎ極第１補助磁石２３Ｎａ、Ｎ極第２補助磁石２３Ｎｂ、Ｎ極第３補助磁石２３Ｎｃの３個からなるＮ極補助磁石２３Ｎと、Ｎ極補助磁石２３Ｎとのセットが配列されており、また、回転方向ωの前方側から順に配列された、Ｓ極第１補助磁石２３Ｓａ、Ｓ極第２補助磁石２３Ｓｂ、Ｓ極第３補助磁石２３Ｓｃの３個からなるＳ極補助磁石２３Ｓと、Ｓ極補助磁石２３Ｓとのセットが配列されている。

本実施例４のＩＰＭモータ１_４において、Ｎ極主磁石２２Ｎ及びＳ極主磁石２２Ｓの磁化方向は、実施例１及び実施例２と同様に、ロータ２０の中心から略々放射方向となっている。また、Ｎ極主磁石２２Ｎ及びＳ極主磁石２２Ｓに接する側と周方向の反対側の端部に位置するＮ極第１補助磁石２３Ｎａ及びＳ極第１補助磁石２３Ｓａの磁化方向は、実施例１及び実施例２と同様に、ロータ２０の中心から放射方向に略々直交する方向となっている。

そして、Ｎ極第２補助磁石２３Ｎｂ及びＳ極第２補助磁石２３Ｓｂの磁化方向は、Ｎ極第１補助磁石２３Ｎａ及びＳ極第１補助磁石２３Ｓａの磁化方向（ロータ２０の中心から放射方向に略々直交する方向）よりも放射方向に向いた方向となっており、さらに、Ｎ極第３補助磁石２３Ｎｃ及びＳ極第３補助磁石２３Ｓｃの磁化方向は、Ｎ極第２補助磁石２３Ｎｂ及びＳ極第２補助磁石２３Ｓｂの磁化方向よりも放射方向に向いた方向となっており、つまりＮ極主磁石２２Ｎ及びＳ極主磁石２２Ｓに近い補助磁石ほど、その磁化方向が放射方向に近づく方向ように設定されている。

以上のように構成された実施例４のＩＰＭモータ１_４は、図１９に示すように、Ｎ極第１補助磁石２３Ｎａ、Ｎ極第２補助磁石２３Ｎｂ、Ｎ極第３補助磁石２３ＮｃがＮ極主磁石２２Ｎを補助する形で、かつＳ極第１補助磁石２３Ｓａ、Ｓ極第２補助磁石２３Ｓｂ、Ｓ極第３補助磁石２３ＳｃがＳ極主磁石２２Ｓを補助する形で、それぞれ磁束線が形成されている。つまり、Ｎ極第１補助磁石２３Ｎａにおいて放射方向に直交する方向である磁束線が、Ｎ極第２補助磁石２３Ｎｂ及びＮ極第３補助磁石２３Ｎｃにより徐々に放射方向に向けられ、Ｎ極主磁石２２Ｎで略々放射方向に向けられる。また、Ｓ極主磁石２２Ｓで略々放射方向の磁束線が、Ｓ極第３補助磁石２３Ｓｃ及びＳ極第２補助磁石２３Ｓｂにより徐々に放射方向に直交する方向に向けられ、Ｓ極第１補助磁石２３Ｓａにおいて放射方向に直交する方向に向けられる。

このように実施例４のＩＰＭモータ１_４にあっても、Ｎ極第１補助磁石２３ＮａとＳ極第１補助磁石２３Ｓａと突極部２１ａとにおいて、磁束線は略々周方向であり、Ｎ極第２補助磁石２３Ｎｂ及びＳ極第２補助磁石２３Ｓｂ、Ｎ極第３補助磁石２３Ｎｃ及びＳ極第３補助磁石２３Ｓｃにおいて、順次滑らかな斜めの磁束線の方向を形成すると共に、Ｎ極主磁石２２ＮとＳ極主磁石２２Ｓとの部分だけ、磁束線が放射方向となって、ステータ１０との間で一巡する磁束線を構成する。従って、実施例１及び実施例２と略々同様に、磁束線が非対称の形状で発生し、つまり磁束の非対称性に富む構成にすることができる。

［実施例５］
ついで、上記実施例４を一部変更した実施例５のＩＰＭモータ１_５について図２０及び図２１に沿って説明する。本実施例５のＩＰＭモータ１_５は、さらに補助磁石の個数を増やし、４個の補助磁石で構成したものである。即ち、ＩＰＭモータ１_５は、図２０に示すように、ロータコア２１のそれぞれに形成された各磁石配列部２１ｂに、回転方向ωの前方側から順に配列された、Ｎ極第１補助磁石２３Ｎａ、Ｎ極第２補助磁石２３Ｎｂ、Ｎ極第３補助磁石２３Ｎｃ、Ｎ極第４補助磁石２３Ｎｄの４個からなるＮ極補助磁石２３Ｎと、Ｎ極補助磁石２３Ｎとのセットが配列されており、また、回転方向ωの前方側から順に配列された、Ｓ極第１補助磁石２３Ｓａ、Ｓ極第２補助磁石２３Ｓｂ、Ｓ極第３補助磁石２３Ｓｃ、Ｓ極第４補助磁石２３Ｓｄの４個からなるＳ極補助磁石２３Ｓと、Ｓ極補助磁石２３Ｓとのセットが配列されている。

本実施例５のＩＰＭモータ１_５において、Ｎ極主磁石２２Ｎ及びＳ極主磁石２２Ｓの磁化方向は、実施例４と同様に、ロータ２０の中心から略々放射方向となっている。また、Ｎ極主磁石２２Ｎ及びＳ極主磁石２２Ｓに接する側と周方向の反対側の端部に位置するＮ極第１補助磁石２３Ｎａ及びＳ極第１補助磁石２３Ｓａの磁化方向は、実施例４と同様に、ロータ２０の中心から放射方向に略々直交する方向となっている。

そして、Ｎ極第２補助磁石２３Ｎｂ及びＳ極第２補助磁石２３Ｓｂの磁化方向は、Ｎ極第１補助磁石２３Ｎａ及びＳ極第１補助磁石２３Ｓａの磁化方向（ロータ２０の中心から放射方向に略々直交する方向）よりも放射方向に向いた方向となっており、また、Ｎ極第３補助磁石２３Ｎｃ及びＳ極第３補助磁石２３Ｓｃの磁化方向は、Ｎ極第２補助磁石２３Ｎｂ及びＳ極第２補助磁石２３Ｓｂの磁化方向よりも放射方向に向いた方向となっており、さらに、Ｎ極第４補助磁石２３Ｎｄ及びＳ極第４補助磁石２３Ｓｄの磁化方向は、Ｎ極第３補助磁石２３Ｎｃ及びＳ極第３補助磁石２３Ｓｃの磁化方向よりも放射方向に向いた方向となっており、つまりＮ極主磁石２２Ｎ及びＳ極主磁石２２Ｓに近い補助磁石ほど、その磁化方向が放射方向に近づく方向ように設定されている。

以上のように構成された実施例５のＩＰＭモータ１_５は、図２１に示すように、Ｎ極第１補助磁石２３Ｎａ、Ｎ極第２補助磁石２３Ｎｂ、Ｎ極第３補助磁石２３Ｎｃ、Ｎ極第４補助磁石２３ＮｄがＮ極主磁石２２Ｎを補助する形で、かつＳ極第１補助磁石２３Ｓａ、Ｓ極第２補助磁石２３Ｓｂ、Ｓ極第３補助磁石２３Ｓｃ、Ｓ極第４補助磁石２３ＳｄがＳ極主磁石２２Ｓを補助する形で、それぞれ磁束線が形成されている。つまり、Ｎ極第１補助磁石２３Ｎａにおいて放射方向に直交する方向である磁束線が、Ｎ極第２補助磁石２３Ｎｂ、Ｎ極第３補助磁石２３Ｎｃ、及びＮ極第４補助磁石２３Ｎｄにより徐々に放射方向に向けられ、Ｎ極主磁石２２Ｎで略々放射方向に向けられる。また、Ｓ極主磁石２２Ｓで略々放射方向の磁束線が、Ｓ極第４補助磁石２３Ｓｄ、Ｓ極第３補助磁石２３Ｓｃ、及びＳ極第２補助磁石２３Ｓｂにより徐々に放射方向に直交する方向に向けられ、Ｓ極第１補助磁石２３Ｓａにおいて放射方向に直交する方向に向けられる。

このように実施例５のＩＰＭモータ１_５にあっても、Ｎ極第１補助磁石２３ＮａとＳ極第１補助磁石２３Ｓａと突極部２１ａとにおいて、磁束線は略々周方向であり、Ｎ極第２補助磁石２３Ｎｂ及びＳ極第２補助磁石２３Ｓｂ、Ｎ極第３補助磁石２３Ｎｃ及びＳ極第３補助磁石２３Ｓｃ、Ｎ極第４補助磁石２３Ｎｄ及びＳ極第４補助磁石２３Ｓｄにおいて、順次滑らかな斜めの磁束線の方向を形成すると共に、Ｎ極主磁石２２ＮとＳ極主磁石２２Ｓとの部分だけ、磁束線が放射方向となって、ステータ１０との間で一巡する磁束線を構成する。従って、実施例４と略々同様に、磁束線が非対称の形状で発生し、つまり磁束の非対称性に富む構成にすることができる。

［実施例２，４，５の効果］
ところで、実施例１のＩＰＭモータ１_１にあっては、Ｎ極補助磁石２３Ｎ及びＳ極補助磁石２３Ｓが１個であるので、それら補助磁石における磁束線の方向が放射方向に直交する方向であり、つまりそれら補助磁石からステータ１０に磁束線が殆んど出ていない。実施例２、実施例４、及び実施例５におけるＩＰＭモータ１_２，１_４，１_５では、２個以上の補助磁石の磁化方向が徐々に放射方向に向くように構成されているため、Ｎ極主磁石２２Ｎ及びＳ極主磁石２２Ｓの近傍にある補助磁石からステータ１０に磁束線が出る構造となっている（図５、図１９、図２１参照）。そのため、ステータ１０とロータ２０とのギャップにおける磁束密度の非対称性を確保しつつ、分割した補助磁石の磁化方向が放射方向に向いてる分、僅かに主磁石及び補助磁石の合計の磁力が高くなり、磁石トルクＴｍが上昇し、モータトルクＴ_Ｍの最大トルクが上昇することになる。なお、磁石トルクＴｍが大きくなると、逆起電圧定数Ｋｅが大きくなるので、主磁石及び補助磁石の磁力を弱めに設定し、回生性能（又は力行性能）を低下させることなく、弱め磁界制御における消費電力の低減を図ってもよい。なお、実施例４及び実施例５における、これ以外の作用・効果は、実施例１及び実施例２と同様であるので、その説明は省略する。

＜第２の実施の形態＞
ついで、上記第１の実施の形態を一部変更した第２の実施の形態について図２２乃至図２７に沿って説明する。なお、本第２の実施の形態の説明においては、第１の実施の形態と同様な部分に、同符号を付し、その説明を省略する。

本第２の実施の形態におけるＩＰＭモータ１は、上記第１の実施の形態における実施例１を元に、突極部２１ａ、Ｎ極主磁石２２Ｎ及びＳ極主磁石２２Ｓ、Ｎ極補助磁石２３Ｎ及びＳ極補助磁石２３Ｓ、のそれぞれの周方向の幅を変更したものである。言い換えると、突極部２１ａの外周面の周方向の幅を変更し、残りの磁石配列部２１ｂの周方向の幅を、主磁石と補助磁石とで均等に割り振ったものである。以下の説明においては、図２２（ｃ）に示すように、ロータ２０の外周面における突極部２１ａの両端と、ロータ２０の中心とを結ぶ両線の角度θを、「突極部２１ａの角度」（図中では「ロータ鉄心突極ピッチ」）として説明する。なお、図２２（ｃ）に示すＩＰＭモータ１_１は、図２２（ａ）、図２２（ｂ）、図２２（ｄ）、図２２（ｅ）のＩＰＭモータ１_Ａ，１_Ｂ，１_Ｃ，１_Ｄと比較するために例示した、実施例１のＩＰＭモータ１_１である。

図２２（ａ）に示すＩＰＭモータ１_Ａは、突極部２１ａの角度（ロータ鉄心突極ピッチ）が電気角で２０度（機械角で５度）であり（突極部２１ａ_２０と示す）、Ｎ極主磁石２２Ｎ及びＳ極主磁石２２Ｓ、Ｎ極補助磁石２３Ｎ及びＳ極補助磁石２３Ｓは、それぞれ電気角で８０度づつに設定されている。図２２（ｂ）に示すＩＰＭモータ１_Ｂは、突極部２１ａの角度が電気角で４０度（機械角で１０度）であり（突極部２１ａ_４０と示す）、Ｎ極主磁石２２Ｎ及びＳ極主磁石２２Ｓ、Ｎ極補助磁石２３Ｎ及びＳ極補助磁石２３Ｓは、それぞれ電気角で７０度づつに設定されている。図２２（ｃ）に示す実施例１のＩＰＭモータ１_１は、突極部２１ａの角度が電気角で６０度（機械角で１５度）であり（突極部２１ａ_６０と示す）、Ｎ極主磁石２２Ｎ及びＳ極主磁石２２Ｓ、Ｎ極補助磁石２３Ｎ及びＳ極補助磁石２３Ｓは、それぞれ電気角で６０度づつに設定されている。

図２２（ｄ）に示すＩＰＭモータ１_Ｃは、突極部２１ａの角度が電気角で８０度（機械角で２０度）であり（突極部２１ａ_８０と示す）、Ｎ極主磁石２２Ｎ及びＳ極主磁石２２Ｓ、Ｎ極補助磁石２３Ｎ及びＳ極補助磁石２３Ｓは、それぞれ電気角で５０度づつに設定されている。図２２（ｅ）に示すＩＰＭモータ１_Ｄは、突極部２１ａの角度が電気角で１００度（機械角で２５度）であり（突極部２１ａ_１００と示す）、Ｎ極主磁石２２Ｎ及びＳ極主磁石２２Ｓ、Ｎ極補助磁石２３Ｎ及びＳ極補助磁石２３Ｓは、それぞれ電気角で４０度づつに設定されている。なお、ＩＰＭモータ１_Ａ，１_Ｂ，１_Ｃ，１_Ｄは、突極部２１ａと主磁石と補助磁石との角度が異なる以外は、実施例１のＩＰＭモータ１_１の構成と同様であるので、その説明を省略する。

上述したＩＰＭモータ１_Ａ，１_Ｂ，１_Ｃ，１_Ｄ及び実施例１のＩＰＭモータ１_１は、Ｎ極主磁石２２Ｎ、Ｓ極主磁石２２Ｓ、Ｎ極補助磁石２３Ｎ、Ｓ極補助磁石２３Ｓの角度の大きさが異なるので、つまり磁石の大きさが異なる。そのため、磁石の磁力の大きさが異なり、磁石トルクＴｍが異なるので、上記数式（２）及び数式（３）における逆起電圧定数Ｋｅの大きさが異なる。

詳細には、図２３に示すように、突極部２１ａ_２０を有するＩＰＭモータ１_Ａの主磁石及び補助磁石の大きさが大きく、逆起電圧定数が大きくなるので、モータの高回転時における弱め磁界制御の消費電流（弱め磁界電流）が大きくなり、突極部２１ａ_４０を有するＩＰＭモータ１_Ｂ、突極部２１ａ_６０を有するＩＰＭモータ１_１、突極部２１ａ_８０を有するＩＰＭモータ１_Ｃ、突極部２１ａ_１００を有するＩＰＭモータ１_Ｄ、の順に小さくなり、特にＩＰＭモータ１_ＣとＩＰＭモータ１_Ｄとでは、主磁石及び補助磁石の角度がそれぞれ５０度と４０度とであるので、図２３に示すモータ回転数の解析結果では弱め磁界電流が略々０となる。

また、ＩＰＭモータ１_Ａ，１_Ｂ，１_Ｃ，１_Ｄ及び実施例１のＩＰＭモータ１_１における界磁角特性は、それぞれの磁石の磁力の大きさや磁石の角度が異なるため、図２４に示すように、突極部２１ａ_２０を有するＩＰＭモータ１_Ａの負のピークトルク（特に１３５度付近）が最も大きく、突極部２１ａ_４０を有するＩＰＭモータ１_Ｂ、突極部２１ａ_６０を有するＩＰＭモータ１_１、突極部２１ａ_８０を有するＩＰＭモータ１_Ｃ、突極部２１ａ_１００を有するＩＰＭモータ１_Ｄ、の順に負のピークトルクが小さくなる。なお、磁石の角度（ピッチ）が異なるため、界磁角特性の位相もそれぞれ異なる結果となる。

図２４に示す界磁角特性における負のピークトルクの大きさからも分かるように、各ＩＰＭモータ１_Ａ，１_Ｂ，１_１，１_Ｃ，１_Ｄの最大トルクは、図２５に示すように、突極部２１ａ_２０を有するＩＰＭモータ１_Ａが最も大きく、突極部２１ａ_４０を有するＩＰＭモータ１_Ｂ、突極部２１ａ_６０を有するＩＰＭモータ１_１、突極部２１ａ_８０を有するＩＰＭモータ１_Ｃ、突極部２１ａ_１００を有するＩＰＭモータ１_Ｄ、の順に小さくなる。

そして、図２３に示す最大モータ回転数時における各ＩＰＭモータの弱め磁界電流と、図２５に示す各ＩＰＭモータの最大トルクとの関係を図２６に示す。この結果、突極部２１ａの角度が１００度のＩＰＭモータ１_Ｄでは、弱め磁界電流が小さいものの、最大トルクが小さく、回生性能が良好ではなく、反対に、突極部２１ａの角度が２０度のＩＰＭモータ１_Ａでは、最大トルクが大きくて回生性能として良好であるものの、弱め磁界電流が大きく、電力損失や発熱の観点から好ましくはない。従って、突極部２１ａの角度が４０度〜８０度程度であって、主磁石や補助磁石の角度が７０度〜５０度程度であると、ＩＰＭモータとしての回生性能が確保され、かつ弱め磁界制御における消費電力を大幅に低減することができる。

［第２の実施の形態のまとめ］
なお、図２７に、突極部２１ａの角度（ロータ鉄心突極ピッチ）と各パラメータとの関係を示す。突極部２１ａの角度が小さいほど、リラクタンストルクＴｒが小さく、突極部２１ａの角度が大きいほど、リラクタンストルクＴｒが大きくなる。また、突極部２１ａの角度が小さいほど、主磁石と補助磁石との角度（ロータ磁石ピッチ）が大きく、突極部２１ａの角度が大きいほど、主磁石と補助磁石との角度が小さくなるので、それら磁石の角度に逆起電圧定数の大きさが比例し、弱め磁界電流の大きさも比例する。また、逆起電圧定数の大きさ（磁石の角度）に、磁石トルクＴｍの大きさが比例するので、上記リラクタンストルクＴｒは反比例するものの、該リラクタンストルクＴｒと磁石トルクＴｍとを合計した総トルクは、磁石の角度に比例することになる。

これらのうち、弱め磁界電流が小さく、かつモータの総トルクが大きい（モータの回生又は力行性能が大きい）ものとのバランスを考慮すると、上記図２６に示したように、ロータ鉄心突極ピッチ（突極部２１ａの角度）が４０度〜８０度程度であることが好ましいと言える。

なお、以上説明した第１及び第２の実施の形態に係るＩＰＭモータ１は、回生主体又は力行主体のモータとして用いることができ、回生主体のモータとしては、例えばシリーズ型ハイブリッド車両の回生モータ、レーシング車両の回生専用モータ、バッテリ充電用のオルタネータなどが考えられ、力行主体のモータとしては、例えばシリーズ型ハイブリッド車両の駆動モータ、レーシング車両の駆動モータなどが考えられるが、これらに限らず、回生主体又は力行主体となるモータであれば、どのようなモータであっても本発明に係るＩＰＭモータを適用することができる。

本発明に係るＩＰＭモータは、ハイブリッド車輌、ＥＶ車両、レーシング車両等の回生モータ、駆動モータ、オルタネータとして用いることが可能であり、特に回生性能又は力行性能を確保し、かつ弱め磁界制御における消費電力の低減が求められるＩＰＭモータに用いて好適である。

１ ＩＰＭモータ
１０ ステータ
１２ ステータ巻線
２０ ロータ
２１ 磁性体（ロータ鉄心）
２１ａ 突極部
２１ｂ 磁石配列部
２２Ｎ 磁石、主磁石（Ｎ極主磁石）
２２Ｓ 磁石、主磁石（Ｓ極主磁石）
２３Ｎ 磁石、補助磁石（Ｎ極補助磁石）
２３Ｓ 磁石、補助磁石（Ｓ極補助磁石）
Ｒａ，Ｒｂ 放射方向
Ｃａ，Ｃｂ 放射方向と直交する方向

Claims (3)

1. ステータ巻線が巻回されたステータと、前記ステータの内周側に配置されると共に、磁性体に複数の磁石が埋設されて構成されたロータと、を備えたＩＰＭモータにおいて、
   前記磁性体は、前記ステータに対向する前記ロータの表面近傍まで突出すると共に周方向の均等な位置に配置される複数の突極部を有し、かつ、それら複数の突極部のそれぞれの間に前記複数の磁石の２個以上がそれぞれ配列される複数の磁石配列部が形成されてなり、
   前記磁石配列部に配列される２個以上の磁石は、磁化方向が前記ロータの中心からの略々放射方向となる主磁石と、周方向の一方側から前記主磁石の側面に接して該主磁石の磁力を補助する１個以上の補助磁石と、からなり、
   前記ロータは、前記ステータに対向する表面近傍にあって、周方向の一方側に向かって順に、前記磁性体の突極部、前記主磁石、前記補助磁石となるように配列された、
   ことを特徴とするＩＰＭモータ。
2. 前記主磁石に接する側と反対側の端部に位置する前記補助磁石は、磁化方向が前記放射方向と略々直交する方向である、
   ことを特徴とする請求項１記載のＩＰＭモータ。
3. 前記補助磁石は、２個以上からなり、
   前記主磁石に近い前記補助磁石ほど、その磁化方向が放射方向に近づく方向ように設定された、
   ことを特徴とする請求項２記載のＩＰＭモータ。

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