JP2000261995A

JP2000261995A - 高トルク型電動・発電機

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Publication number: JP2000261995A
Application number: JP11066012A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kawamura; 英男河村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2000-09-22
Anticipated expiration: 2019-03-12
Also published as: JP3490330B2

Abstract

(57)【要約】【課題】この高トルク型電動・発電機は，永久磁石部
材から成る回転子の両端に設けた電磁石によって磁力を
追加し，低速時の軸トルクを増加させる。【解決手段】この高トルク型電動・発電機は，回転軸
２に取り付けられた回転子３，回転子３の外周に配置さ
れたステータ４，及び回転子３の両端側に配置された電
磁石９から成る。回転子３は，回転軸２の外周に配置さ
れた透磁部材６，透磁部材６の外周に配置された磁路コ
ア７，磁路コア７の外周に配置された板状の永久磁石部
材５，及び永久磁石部材５の外周面に固定された補強部
材１６から構成されている。電磁石９は，回転子３の透
磁部材６の両端に配置され且つ切欠き部１５を備えてい
る電磁石コア８と，電磁石コア８の外周に隔置して磁路
ケース１Ｂに固定された電磁石コイル１９とから構成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は，永久磁石から成
る回転子と該回転子の外周に配置されたステータとから
成る高トルク型電動・発電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来，電動・発電機は，直流式，誘導式
のものがあり，最近では，永久磁石を用いたタイプが高
い発電効率又は電動効率が得られ，簡単な構造で構成で
きるということから，最近，工業用機器に多く使用され
るようになった。電動・発電機について，電圧及び電流
が増加するに従って回転子（ロータ）の回転数が上昇す
ると，回転子には大きな遠心力が発生し，該遠心力に回
転子が耐えられないと，回転子が破壊されるので，回転
子が遠心力に耐えることが電動・発電機には要求され
る。そこで，回転子を構成する永久磁石部材の外周を補
強リング等の補強部材で補強し，回転子が遠心力に耐え
るように構成されている。

【０００３】例えば，特開昭６２−２７２８５０号公報
に開示された永久磁石式回転機は，回転子に永久磁石が
配置され，可動磁性体が封入された回転子の回転で径方
向へ可動磁性体を案内する磁極片形成用の容器を回転子
に設けたものである。

【０００４】また，特開平７−２３６２６０号公報に開
示された高出力交流電動・発電機は，回転速度に応じて
磁束密度を制御して発電量を適正に制御するものであ
り，回転子とステータとの間に制御リングを相対回転可
能に配置し，制御リングに接離可能な透磁性体を設けた
ものである。

【０００５】ところで，車両に搭載してエンジンから放
出される排気ガスを浄化するため，ディーゼルパティキ
ュレートフィルタが設けられているが，ディーゼルパテ
ィキュレートフィルタでは，フィルタで捕集されたカー
ボン，ＨＣ等から成るパティキュレートを加熱焼却して
フィルタを再生するため，ヒータが設けられている。ヒ
ータに使用する電力を，車両に設けた発電機やバッテリ
から供給するが，車両には十分な電力が無いのは一般的
であり，そのためにも車両等に設けた電動・発電機につ
いて，高効率で，低速時にも十分な電力を供給できるも
のが望まれている。

【０００６】また，従来の冷凍車は，エバポレータとコ
ンプレッサを備えており，それらを駆動するため発電機
が設けられている。しかしながら，車両のエンジンが停
止したり，低速回転になると，発電機の発電電力が低下
し，冷凍機を駆動できないため，従来の冷凍車は，電動
機を設け，エンジンが停止した場合には，別の電源（交
流の１００Ｖ電源）から電力を取り出して電動機を回し
てコンプレッサを駆動しているタイプがある。一方，地
球環境を守るためにＣＯ₂の削減が求められ，自動車の
燃費を良くする種々の技術開発されている。その中で，
電動機とエンジンを組み合わせたハイブリット車が開発
されつつあり，ハイブリット車には低速トルクを大幅に
改善した電動機の開発が求められている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，永久磁
石を用いた電動・発電機は，構造が簡単であり，高速回
転で，高出力を出すことができるが，回転数が小さい時
には，余り大きなトルクを出すことができない。その理
由は，電動・発電機における永久磁石の磁力が固定され
ているので，磁力を増すためには磁石のサイズを大型に
する外に，電動・発電機自体を大型に構成しなければ低
速での磁力を大きくすることができないからである。即
ち，永久磁石では，磁束の発生領域は永久磁石のサイズ
で決まっているので，回転子が高速で回転すれば，磁束
密度が多く成り，発電力も大きくなるが，回転子が低速
で回転すれば，磁束密度が少なくなって発電力が低下す
る。従来の電動・発電機は，磁力を増加させるための構
造が種々に開発されているが，決定的なものは存在しな
いのが現状である。また，電動・発電機において，永久
磁石を用いた回転子を使用すれば，小型で高速化するこ
とができるが，工作機械のような使用環境が厳しい場所
では，その構造が複雑になり，工作機械に組み込むこと
が困難であり，成立が難しい。また，小型の回転子を組
み込んだ電動・発電機は，運転するには永久磁石とステ
ータとの距離が極力小さくなるように構成することが好
ましい。そのためには，回転子の外周面を高精度に切削
することが必要になる。

【０００８】また，発電機を大型に構成して大電力を発
電してバッテリ等に蓄電したり，その電力でヒータやコ
ンプレッサを駆動することが考えられるが，発電機を大
型にするには，コストや製作費，或いはスペース等につ
いて解決しなければならない問題がある。電動・発電機
における発電電力は回転子の回転速度と磁界の強さとの
積であるので，電動・発電機は回転子の回転速度が速い
程，発電電力が大きくなる。また，電動・発電機におけ
る磁界の強さは，永久磁石の磁力とその面積との積であ
るので，電動・発電機は永久磁石の面積が大きく，磁力
が強い程，発電電力が大きくなる。

【０００９】また，電動・発電機における回転子が高速
回転する時に，大きな遠心力が作用するので，その遠心
力で永久磁石式回転子がバーストしないような補強が永
久磁石の保持のため常に要求され，そのため，永久磁石
を保持する強度をアップさせるための構造上の工夫が要
求される。また，電動・発電機は，回転子を高速回転さ
せることによって高い出力が得られるので，回転子を軽
量に作製すると共に剛性を高めて高速回転に耐えるた
め，どのような構造に構成すれば良いかの課題があっ
た。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の目的は，回転
軸に設けた回転子の両端側に電磁石をそれぞれ設け，該
電磁石による磁力を透磁材を通して永久磁石の背面に導
き，永久磁石の磁力に加算することによって低速時の軸
トルクを増加させることであり，永久磁石部材を軸方向
に延びる板状の磁石片で形成し，該磁石片を周方向に非
磁性部材を介して異なった磁極になるように順次配置し
て円筒状の多極型構造に構成し，更に，永久磁石部材の
内側には透磁性の優れた透磁部材を配置した高トルク型
電動・発電機を提供することである。

【００１１】この発明は，ハウジングに回転可能に支持
された回転軸，該回転軸に取り付けられた回転子，該回
転子に対応して外周に配置され且つ前記ハウジングに固
定されたステータ，及び前記回転子の両端側の前記回転
軸上にそれぞれ配置された円筒状の電磁石コアと該電磁
石コアに対応して前記ハウジングの磁路ケースに配置さ
れた円筒状の電磁石コイルとから成る電磁石を有し，前
記回転子は，周方向に隔置して非磁性部材を順次介在し
て前記回転軸上に円筒状に配置された透磁部材，該透磁
部材の外周に配置された非磁性材を周方向に隔置して介
在した透磁材から成る円筒状磁路コア，及び該磁路コア
の外周に周方向に隔置して非磁性部材を順次介在して磁
極が交互に異なる状態に円筒状に配置された磁石片から
成る永久磁石部材から構成され，また，前記電磁石コア
は，軸方向に磁束が流れるように前記回転子の前記透磁
部材に密着する密着部と，該密着部を前記回転子から軸
方向に離間させる切欠き部が周方向に隔置して形成され
た円筒部とから構成されていることから成る高トルク型
電動・発電機に関する。

【００１２】前記透磁部材は，前記永久磁石部材の磁極
に沿って磁束が流れるように，前記永久磁石部材の磁石
片分だけ板材を周方向に積層した積層板材と該積層板材
間に介在された非磁性部材とから円筒状に形成されてい
る。

【００１３】この高トルク型電動・発電機は，前記永久
磁石部材の磁極に沿って磁束が流れるように，前記回転
子の一端側の前記電磁石コアが外周側がＮ極で内周側が
Ｓ極の前記永久磁石部材に対応して配置され，また，前
記回転子の他端側の前記電磁石コアが外周側がＳ極で内
周側がＮ極の前記永久磁石部材に対応して配置されてい
る。

【００１４】前記電磁石コアを構成する前記密着部は，
前記透磁部材，前記磁路コア及び前記永久磁石部材の各
端面にそれぞれ密着して延びている。

【００１５】前記透磁部材及び前記電磁石コアは，フェ
ライト材，Ｍｏ−パーマロイ，センダスト等の透磁性の
優れた材料から構成されている。

【００１６】前記電磁石の磁力を制御するコントローラ
は，前記回転軸の低速に応答して前記電磁石コイルに通
電して前記電磁石コアを通過する磁力線を前記永久磁石
部材で発生する磁力線に加算して低速トルクをアップさ
せる制御を行うものである。また，前記電磁石の磁力を
制御するコントローラは，前記回転軸の高速に応答し
て，前記永久磁石部材で発生する磁力線を相殺させる方
向に前記電磁石コアを通過する磁力線を発生させるよう
に，前記電磁石コイルに通電し，高速トルクを抑制する
制御を行うものである。また，前記電磁石コアの前記円
筒部は，前記透磁部材と一体化した構造に構成されてい
る。

【００１７】この高トルク型電動・発電機は，上記のよ
うに構成したので，コントローラの指令で磁路ケースの
内周面に円筒状に巻き上げられた電磁石コイルに通電す
ると，回転軸に配置された円筒状の電磁石コアに磁力が
発生し，電磁石の磁力が永久磁石部材で発生する磁力に
追加され，低速トルクを増大させることができる。ま
た，回転軸が高速の時には，電磁石コイルに逆方向に通
電して発生する電磁石の逆磁力が永久磁石部材で発生す
る磁力を減少させ，過大な磁力を減少させることがで
き，高速トルクを抑制することができる。

【００１８】この高トルク型電動・発電機において，電
磁石コアに設けた切欠き部は，電磁石コアを通る磁力の
流れを確実に独立させ，それぞれの磁束がリークしない
ように，電磁石の磁力が永久磁石部材の磁石片へとガイ
ドさせることができる。コントローラは，低速時に電磁
石の電磁石コイルに通電する制御を行うように設定して
おけば，低速時の軸トルクをアップさせることができ，
また，高速時に電磁石コイルに低速時とは逆方向に通電
し，高速時の高起電力を減少させることができる。

【００１９】また，前記電磁石コアの密着部は，回転子
の両端面にそれぞれ密着して前記永久磁石部材の外周面
に設けた補強部材の位置まで延びて回転子の外周面とほ
ぼ同じ位置まで延びているので，例えば，４極の場合
に，永久磁石部材の外側がＮ極で内側がＳ極では，磁力
線が同方向になるように電磁石の電磁石コイルが巻か
れ，その端部が永久磁石部材及び磁路部材に接するよう
に配設されている。逆方向の磁石端部は電磁石コアの切
欠き部によって，磁力が侵入しない構造に形成されてい
る。上記のように，電磁石は，永久磁石の磁力に合致し
た磁力を構成するように回転子の両端部にそれぞれ付設
され，それぞれの磁力線を作るように配置されている。

【００２０】この高トルク型電動・発電機は，回転数の
小さい時に応答してコントローラが電磁石の電磁石コイ
ルに通電し，電磁石による磁束を増加させれば，通常の
回転子（回転子）のみのトルクより数倍のトルクを出す
ことができ，それによって，永久磁石式の電動・発電機
の欠点である低速トルクを増大させることができる。従
って，この高トルク型電動・発電機は，永久磁石の磁力
に電磁石の磁力を増加させて低速時のトルクを増加させ
ることができる。

【００２１】また，回転子を構成する永久磁石部材を複
数の磁石片で作製して筒体に形成し，筒体の外周面を補
強部材を巻き上げて固定することによって，製造コスト
を大幅に低減できると共に構造がシンプルで高強度に構
成でき，十分な発電力を確保できる。即ち，永久磁石部
材を板状の磁石片で形成するので，永久磁石そのものを
円筒に作るのに比較して，コストを低減できると共に長
時間を要することなく，しかも高精度に作製できる。ま
た，永久磁石から成る永久磁石部材の使用数やサイズを
選定することによって，全体として所望のサイズの径の
永久磁石を安価に容易に作製でき，その永久磁石のサイ
ズに応じて内部の透磁性部材のサイズを決定すると共
に，外部の透磁性積層部材のサイズや数を決定すること
によって，所望のサイズの回転子を容易に且つ安価に作
製することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明
による高トルク型電動・発電機の実施例を説明する。図
１はこの発明による高トルク型電動・発電機を示す軸方
向の断面図，及び図２は図１の高トルク型電動・発電機
におけるＡ−Ａ断面における断面図である。

【００２３】この発明による高トルク型電動・発電機
は，例えば，回転軸２をコージェネレーションシステム
のエンジンに適用して発電させたり，電動・発電機とエ
ンジンを併設したハイブリット自動車のエンジンに連結
することによってエンジンの回転力で発電したり，或い
は工作機械等の機械装置にコントローラの指令で作動さ
せる小型の電動・発電機として適用できるものである。

【００２４】この実施例の電動・発電機は，主として，
ねじ２７で互いに連結された一対のハウジング部材１
Ａ，ハウジング部材１Ａの両端にそれぞれに固定された
磁路ケース１Ｂ及び磁路ケース１Ｂの外側を被覆する非
磁性材のカバー部材１Ｃから成るハウジング１，磁路ケ
ース１Ｂに非磁性材（図示せず）を介在して配置された
一対の軸受１３によって回転可能にそれぞれ支持されて
いる回転軸２，回転軸２に固定されている永久磁石部材
５から成る回転子（ロータ）３，及び回転子３の外周で
回転子３との間に隙間１７を形成してハウジング１に固
定されている固定子即ちステータ４を有している。回転
子３は，その両端が回転軸２に設けられたねじ２４に押
さえ板１２を介して固定ナット１１が螺入され，回転子
３が回転軸２に固定されている。押さえ板１２の外周面
は磁路ケース１Ｂに微小クリアランスを持って近接し，
一種のワッシャである押さえ板１２は電磁石９の磁力線
の通路を形成している。また，回転軸２には，例えば，
回転軸２の端部に入力となるベルトプーリが固定され，
ベルトプーリにエンジンの出力軸に取り付けたベルトが
掛けられている。ステータ４は，図２に示すように，積
層された薄板のステータコア２０の空所２５にステータ
コイル１４が巻き付けられている。ステータコア２０に
おける空所２５の内周側に隙間２１が形成され，隙間２
１によって隣接するステータコア２０のヨーク部２０Ａ
が遮断されている。

【００２５】この電動・発電機は，特に，ハウジング１
に固定されたステータ４に対して回転可能に支持された
回転軸２のトルクを増加させるため，回転子３の両端側
の回転軸２上にそれぞれ配置された円筒状の電磁石コア
８と，電磁石コア８に対応してハウジング１の磁路ケー
ス１Ｂに配置された円筒状の電磁石コイル１９とから成
る電磁石９を設けると共に，電磁石９及び永久磁石部材
５とで発生する磁力をスムースに流す透磁部材６を設け
た構造に特徴を有している。透磁部材６は，永久磁石部
材５の磁極に沿って磁束が流れるように，永久磁石部材
５の磁石片５Ａ分だけ板材を周方向に積層した積層板材
６Ａと，積層板材６Ａ間に介在された非磁性部材２２と
から円筒状に形成されている。

【００２６】また，回転子３は，周方向に隔置して隣接
間に非磁性部材２２を順次介在して回転軸２の外周に円
筒状に配置された透磁部材６，透磁部材６の外周に密着
して配置された円筒状の磁路コア７，磁路コア７の外周
に密着して配置され且つ磁極が交互に相違する状態に方
向付けられて筒状に複数配置された板状の磁石片５Ａか
ら成る永久磁石部材５，透磁部材６の両端にそれぞれ配
置された電磁石コア８，及び永久磁石部材５の外周面に
固定された非磁性の補強部材１６から構成されている。
永久磁石部材５は，周方向に隔置して配置された軸方向
に延びる磁石片５Ａと，互いに隣接する磁石片５Ａの間
に介在された非磁性部材２３とから，全体的に円筒状に
形成されている。永久磁石部材５の外周面は，切削加工
によって断面円形に加工され，全体として実質的に円筒
形状に形成されている。また，磁路コア７は，透磁材７
Ａと非磁性材７Ｂが周方向に交互に配置されて円筒状に
形成されている。

【００２７】また，電磁石９を構成する回転子３に固定
された電磁石コア８は，永久磁石部材５の磁極方向に沿
って磁束が流れるように，回転子３に密着する密着部１
８と，密着部１８を軸方向に離間させる切欠き部１５が
周方向に隔置して複数形成されている。電磁石コイル１
９は，電磁石コア８の外周に隔置して電磁石コア８の周
りに巻き上げられ，電磁石コイル１９に電流を流すこと
によって，電磁石コア８に軸方向の磁極を発生させ，磁
力を流すことになる。即ち，電磁石９は，コントローラ
１０が回転軸２の回転数が低いことに応答して電磁石コ
イル１９への通電する制御を行うことによって付勢さ
れ，永久磁石部材５の磁力線と同方向の磁力線を発生さ
せる。また，電磁石コア８は，切欠き部１５を周方向に
隔置状態に複数備えた円筒部２６と，円筒部２６と一体
の密着部１８から構成されている。電磁石コア８の密着
部１８は，透磁部材６，磁路コア７及び永久磁石部材５
の各両端面にそれぞれ密着して補強部材１６の位置まで
延びている。

【００２８】また，永久磁石部材５は，複数の磁石片５
Ａをほぼ円筒形状に配置し，磁石片５Ａ間の境界領域に
樹脂材，ガラス材等の非磁性部材２３を充填し，複数の
磁石片５Ａと非磁性部材２３とから成る全体の外形形状
を，ほぼ円筒状の永久磁石体を構成する。また，永久磁
石部材５の磁石片５Ａは，内周側に一方の磁極（Ｎ極又
はＳ極）が且つ外周側に他方の磁極（Ｓ極又はＮ極）が
位置するように配置され，周方向において隣接する磁石
片５Ａの磁極（Ｎ極とＳ極）は互いに相違するように配
置されている。

【００２９】また，この電動・発電機は，永久磁石部材
５の磁極に沿って磁束が流れるように，回転子３の一端
側（図１の向かって右側）の電磁石コア８が外周側がＮ
極で内周側がＳ極の永久磁石部材５（図１の上側）に対
応して配置され，また，回転子３の他端側（図１の向か
って左側）の電磁石コア８が外周側がＳ極で内周側がＮ
極の永久磁石部材５（図１の下側）に対応して配置され
ている。即ち，上側に位置する永久磁石部材５の磁石片
５Ａは，その内周部がＳ極に且つ外周部がＮ極になるよ
うに配置され，また，上側に位置する電磁石コア８の密
着部１８がＮ極に且つ電磁石コア８の円筒部２６の押さ
え板１２に接触している部分がＳ極になるように配置さ
れている。これに対して，下側に位置する永久磁石部材
５の磁石片５Ａは，その内周部がＮ極に且つ外周部がＳ
極になるように配置され，また，下側に位置する電磁石
コア８の密着部１８がＳ極に且つ押さえ板１２に接触し
ている電磁石コア８の円筒部２６の部分がＮ極になるよ
うに配置されている。従って，永久磁石部材５及び電磁
石９によって発生する磁力線は，ループを形成してスム
ースに抜けることができる。

【００３０】例えば，永久磁石部材５を構成する磁石片
５Ａのうち，外側がＮ極で内側がＳ極のもの（図１の上
側の磁石片５Ａ）では，Ｓ極の内側からＮ極の外側へ磁
力が通過するので，それに対応して回転子３の両端に配
設された電磁石９のうち，軸方向の内側（回転子側）が
Ｎ極に外側（回転子から離れた側）がＳ極になる一端側
の電磁石９の電磁石コア８（図１の向かって右側）から
の磁力が磁石片５Ａによる磁力の方向に加わることにな
り，それによって，トータルの磁力線が同方向に通過し
て増加され，回転軸２のトルクがアップされることにな
る。即ち，電磁石９と永久磁石部材５の磁石片５Ａとで
発生する磁力は，回転子３→ステータコア２０→ハウジ
ング１の磁路ケース１Ｂ→電磁石コア８→回転子３の方
向に流れる磁力ループを形成する。

【００３１】また，永久磁石部材５の上記の磁石片５Ａ
とは逆の磁極を有する磁石片５Ａ（図１の下側）では，
外側がＳ極で内側がＮ極であり，Ｓ極の外側からＮ極の
内側へ磁力が通過するので，それに対応して回転子３の
両端に配設された電磁石９のうち，軸方向の内側（回転
子側）がＳ極に外側（回転子から離れた側）がＮ極にな
る他端側の電磁石９の電磁石コア８（図１の向かって左
側）からの磁力が磁石片５Ａによる磁力の方向に加わる
ことになり，それによって，トータルの磁力線が同方向
に通過して増加され，回転軸２のトルクがアップされる
ことになる。即ち，電磁石９と永久磁石部材５の磁石片
５Ａとで発生する磁力は，回転子３→電磁石コア８→ハ
ウジング１の磁路ケース１Ｂ→ステータコア２０→回転
子３の方向に流れる磁力ループを形成する。

【００３２】透磁部材９及び電磁石コア８は，フェライ
ト材，Ｍｏ−パーマロイ，センダスト，アモルファス合
金等の透磁性の優れた材料から構成されている透磁板部
材を積層することによって作製されている。フェライト
材は，一般式がＭｎ_XＺｎ_YＦｅ_Zであり，その組成
（ｗｔ％）は，具体的には，ＭｎＯ：ＺｎＯ：Ｆｅ₃Ｏ
₄＝２２：１５：６３，又はＭｎＯ：ＺｎＯ：Ｆｅ₃Ｏ
₄＝１５〜１９：１３〜１７：６７〜７８である。又
は，Ｍｏ−パーマロイは，Ｎｉ−Ｆｅ系磁性合金であ
り，具体的には，その組成（ｗｔ％）は，Ｎｉ：Ｆｅ：
Ｍｏ＝７９：１７：４である。或いは，センダスト材
は，Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌを含有する磁性合金であり，具体
的には，その組成（ｗｔ％）は，Ｆｅ：Ｓｉ：Ａｌ＝８
５：９．６：５．４である。

【００３３】この高トルク型電動・発電機は，上記の構
成を有するので，電磁石９の磁力を制御するコントロー
ラ１０は，回転軸２の低速に応答して電磁石コイル１９
に通電させる指令を出し，永久磁石部材５の磁力に加え
て電磁石９の追加の磁力線が形成されることになり，回
転軸２の低速トルクをアップさせる制御を行う。また，
コントローラ１０は，回転軸２の高速に応答して電磁石
コイル１９に低速時とは逆方向に通電させる指令を出
し，永久磁石部材５の磁力の方向と逆の磁力を作用さ
せ，それによって回転子３に発生する逆起電力が小さく
なり，回転軸２の高速トルクを抑制する制御を行う。

【００３４】補強部材１６は，例えば，ガラス材で被覆
されたセラミックス及び／又は合金等の金属から成る補
強線から成り，補強線を永久磁石部材５の外周面に加熱
状態で巻き上げることによって補強線がガラス材で互い
に固着されている。また，補強線は，引張力を加えた状
態で永久磁石部材５の外周面へ巻き付けられ，冷却され
る時に伸び量が低減して互いに適正に密着固定される。
更に，補強部材１６を構成する補強線は，非磁性のカー
ボン巻線，非磁性の金属巻線，或いは薄板から構成され
ている。また，補強部材１６を構成するガラス材は，ケ
イ酸ガラス及び／又はホウケイ酸ガラスから構成されて
いる。補強部材１６を構成する補強線は，例えば，磁性
を持たないカーボン繊維やセラミック繊維を樹脂材で固
めて作製することができる。また，透磁部材６は，セラ
ミックス又は金属から構成することができる。透磁部材
６は，回転軸２に固定され，透磁部材６と回転軸２とか
ら成る軸自体を適正な径に構成することができる。

【００３５】更に，補強部材１６の隙間，隣接する永久
磁石部材５の間，及び隣接する透磁部材６の間には，樹
脂材等の非磁性材を注入し，非磁性部材２２，２３を介
在させて回転子３が完成されている。非磁性部材２２，
２３は，例えば，アルミニウム，オーステナイト鋼，ホ
ウロウ材，或いは，鉄及び銅と，ケイ酸ガラス及び／又
はホウケイ酸ガラス等のガラス材とを混合した混合材か
ら構成されている。例えば，永久磁石部材５を非磁性部
材２３で互いに接合させる場合には，非磁性部材２３を
構成する混合材とＡｌ₂Ｏ₃等のセラミックスとを，永
久磁石部材５の間に充填し，これを６００℃〜３００℃
に加熱することによって非磁性部材２３が永久磁石部材
５を互いに接合させることができる。非磁性部材２２に
ついても，同様にして，透磁部材６間に固定することが
できる。

【００３６】

【発明の効果】この高トルク型電動・発電機は，上記の
ように構成されているので，回転軸の低速時に，コント
ローラの指令によって，永久磁石による磁力に加えて電
磁石による磁力が追加され，トータルで磁力を増加さ
れ，回転軸の軸トルク，即ち，低速トルクをアップさせ
ることができると共に，回転軸の高速時に，電磁石に逆
方向に電流を流して永久磁石部材の磁力を減じて高速ト
ルクを抑制する制御ができる。従って，この高トルク型
電動・発電機は，磁力を増加させるために永久磁石を大
型に構成する必要がなく，コンパクトな構造に構成する
ことができる。また，この高トルク型電動・発電機は，
例えば，回転エネルギを電気エネルギに変換する高速発
電機や高速モータとして適用できるものであり，発電機
をコジェネレーションシステム，ハイブリット自動車用
エンジン等に容易に適用できると共に，工作機械等で使
用される高速回転のモータに適用することができる。こ
の電動・発電機は，例えば，６００００ｒｐｍという高
速回転にも耐えると共に，製造コストを低減でき，しか
もコンパクトに構成できる。

【００３７】更に，この高トルク型電動・発電機は，所
望に応じて大径の永久磁石部材を安価に構成でき，大型
や小型に適宜に対応でき，高い出力を得ることができ
る。また，永久磁石は，複数の永久磁石部材から筒状に
配置されて構成されているので，永久磁石部材自体を安
価に作製できると共に，永久磁石部材のサイズ，使用数
によって所望のサイズの径の回転子を作製することがで
きる。例えば，この電動・発電機を車両に搭載すれば，
車両が停止している時でも，車両に搭載されたエンジン
から排出される排気ガスを浄化するディーゼルパティキ
ュレートフィルタを設けたフィルタ再生用ヒータに十分
な電力を供給できる。或いは，この電動・発電機を冷凍
車に搭載すれば，冷凍車のコンプレッサやエバポレータ
を駆動するための電力を十分に供給でき，従来の冷凍車
のように，別の電源を使用する必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による高トルク型電動・発電機の一実
施例を示す軸方向の断面図である。

【図２】図１の高トルク型電動・発電機におけるＡ−Ａ
断面における断面図である。

【符号の説明】

１ハウジング１Ｂ磁路ケース２回転軸３回転子４ステータ５永久磁石部材５Ａ磁石片６透磁部材６Ａ積層板材７磁路コア８電磁石コア９電磁石１０コントローラ１５切欠き部１６補強部材１８密着部１９電磁石コイル２０ステータコア２２，２３非磁性部材２６円筒部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジングに回転可能に支持された回転
軸，該回転軸に取り付けられた回転子，該回転子に対応
して外周に配置され且つ前記ハウジングに固定されたス
テータ，及び前記回転子の両端側の前記回転軸上にそれ
ぞれ配置された円筒状の電磁石コアと該電磁石コアに対
応して前記ハウジングの磁路ケースに配置された円筒状
の電磁石コイルとから成る電磁石を有し，前記回転子
は，周方向に隔置して非磁性部材を順次介在して前記回
転軸上に円筒状に配置された透磁部材，該透磁部材の外
周に配置された非磁性材を周方向に隔置して介在した透
磁材から成る円筒状磁路コア，及び該磁路コアの外周に
周方向に隔置して非磁性部材を順次介在して磁極が交互
に異なる状態に円筒状に配置された磁石片から成る永久
磁石部材から構成され，また，前記電磁石コアは，軸方
向に磁束が流れるように前記回転子の前記透磁部材に密
着する密着部と，該密着部を前記回転子から軸方向に離
間させる切欠き部が周方向に隔置して形成された円筒部
とから構成されていることから成る高トルク型電動・発
電機。
【請求項２】前記透磁部材は，前記永久磁石部材の磁
極に沿って磁束が流れるように，前記永久磁石部材の磁
石片分だけ板材を周方向に積層した積層板材と該積層板
材間に介在された非磁性部材とから円筒状に形成されて
いることから成る請求項１に記載の高トルク型電動・発
電機。
【請求項３】前記永久磁石部材の磁極に沿って磁束が
流れるように，前記回転子の一端側の前記電磁石コアは
外周側がＮ極で内周側がＳ極の前記永久磁石部材に対応
して配置され，また，前記回転子の他端側の前記電磁石
コアは外周側がＳ極で内周側がＮ極の前記永久磁石部材
に対応して配置されていることから成る請求項１に記載
の高トルク型電動・発電機。
【請求項４】前記電磁石コアを構成する前記密着部
は，前記透磁部材，前記磁路コア及び前記永久磁石部材
の各端面にそれぞれ密着して延びていることから成る請
求項１に記載の高トルク型電動・発電機。
【請求項５】前記透磁部材及び前記電磁石コアは，フ
ェライト材，Ｍｏ−パーマロイ，センダスト等の透磁性
の優れた材料から構成されていることから成る請求項１
に記載の高トルク型電動・発電機。
【請求項６】前記電磁石の磁力を制御するコントロー
ラは，前記回転軸の低速に応答して前記電磁石コイルに
通電して前記電磁石コアを通過する磁力線を前記永久磁
石部材で発生する磁力線に加算して低速トルクをアップ
させる制御を行うことから成る請求項１に記載の高トル
ク型電動・発電機。
【請求項７】前記電磁石の磁力を制御するコントロー
ラは，前記回転軸の高速に応答して，前記永久磁石部材
で発生する磁力線を相殺させる方向に前記電磁石コアを
通過する磁力線を発生させるように，前記電磁石コイル
に通電し，高速トルクを抑制する制御を行うことから成
る請求項１に記載の高トルク型電動・発電機。
【請求項８】前記電磁石コアの前記円筒部は，前記透
磁部材と一体化した構造に構成されていることから成る
請求項１に記載の高トルク型電動・発電機。