JP2020096426A

JP2020096426A - 回転電機

Info

Publication number: JP2020096426A
Application number: JP2018231735A
Authority: JP
Inventors: 雅史難波; Masafumi Namba; 平本　健二; Kenji Hiramoto; 健二平本; 服部　宏之; Hiroyuki Hattori; 宏之服部; 武志北山; Takeshi Kitayama
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2020-06-18

Abstract

【課題】磁石トルクと界磁電流トルクとリラクタンストルクの３つを同時に、有効的に利用し得る回転電機を提供する。【解決手段】ステータコアの外周に設けられた界磁ヨークと、界磁ヨークの、ロータコアの軸方向端部に対向する位置に設けられる界磁コイルを備える。ロータ１０の第１ロータコア１４の界磁コイルに対向する面内に磁石１８ｓで囲まれた領域が形成され、この領域追加ロータコア１７を設けることで、界磁コイルに流れる電流により選択的に界磁電流磁束が生成され、インダクタンス差（Ｌｑ−Ｌｄ）を確保してリラクタンストルクの減少が抑制される。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機に関する。

特許文献１には、回転可能な回転シャフトと、筒状に形成されたステータコアと、回転シャフトに固設されたロータコアと、異なる磁性の一組の磁極が、ロータコアの径方向に並ぶようにロータコアに設定された磁石と、ステータコアの外周に設けられた界磁ヨークと、界磁ヨークとロータコアとの間に磁気回路を形成することで、ロータコアとステータコアとの間の磁束密度を制御可能な巻線とを備えた回転電動機が記載されている。また、磁石をＶ字に配置する構成が記載されている。

図１５は、特許文献１に記載されたロータの断面図を示す。ロータ４０はロータコア４３を有し、ロータコア４３は、円筒状に形成された積層ロータコア４３ａと、積層ロータコア４３ａの内周に設けられた圧粉ロータコア４３ｂを有している。ロータ４０内には、２つの磁石４４Ａ，４４Ａからなる磁石対４９Ａと、磁石対４９Ａに対して周方向に間隔を隔てて配置され、２つの磁石４４Ｂ、４４Ｂからなる磁石対４９Ｂが設けられている。磁石４４Ａ、４４Ｂは、ロータ４０に形成された磁石挿入用穴部内に挿入されている。このように構成されたロータ４０においては、磁石をＶ字に配置にし、もともと突極のあった部分（磁極２）のＶ字磁石の間を開けて鉄にし、磁極１に対して磁気抵抗を下げることで、界磁電流磁束が磁極２のｄ軸磁路の中心を通るようにして、界磁電流トルクを発生させる。磁極２の磁石を小さくして左右に鉄を配置したことで、ｑ軸のインダクタンスを増加させて、リラクタンストルクを発生させる。マグネットトルクと界磁電流トルクに加えて、リラクタンストルクも用いる構成である。

特開２００８−４３０９９号公報

特許文献１において、磁極２のｄ軸中心部（Ｖ字磁石の間の鉄を配置した部分）のインダクタンスを上げて、この部分に界磁電流磁束を流すようにして、界磁電流トルクを発生させようとすると、このインダクタンスの増加によって、ｑ軸インダクタンスとｄ軸インダクタンスの差（Ｌｑ−Ｌｄ）に依存したリラクタンストルクが減少してしまう。

また、磁極２のｑ軸方向（Ｖ字磁石の両サイドの鉄を配置した部分）のインダクタンスを上げて、（Ｌｑ−Ｌｄ）に依存したリラクタンストルクを増加させようとすると、界磁巻線に電流を流すことで、ｑ軸方向にも界磁電流磁束が流れるようになり、ｑ軸を磁気飽和させてしまうため、ｑ軸のインダクタンスが減少してしまい、リラクタンストルクが減少してしまう。

その結果、磁石トルクと界磁電流トルクとリラクタンストルクの３つを同時に、有効的に利用できない課題がある。

本発明は、磁石トルクと界磁電流トルクとリラクタンストルクの３つを同時に、有効的に利用し得る回転電機を提供することにある。

本発明は、回転可能なシャフトと、前記シャフトに固設されたロータコアと、筒状に形成されたステータコアと、前記ステータコアの外側に設けられた界磁ヨークと、前記界磁ヨークの、前記ロータコアの軸方向端部に対向する位置に設けられ、前記界磁ヨークと前記ロータコアとの間に磁気回路を形成する界磁コイルと、互いに異なる第１極と第２極が周方向に交互に離間して配置されるように前記ロータコアに設けられる磁石とを備え、前記ロータコアの前記界磁コイルに対向する面内の前記磁石で囲まれた領域のうち、前記第１極と前記第２極のいずれか一方の極の領域に、前記界磁コイルに流れる電流により界磁電流磁束が生成され、いずれか他方の極の領域には生成されない回転電機である。

本発明の１つの実施形態では、前記ロータコアの前記いずれか一方の極の領域に設けられ、前記界磁コイルの方向に突出する追加ロータコアと、前記界磁ヨークの前記追加ロータコアに対向する位置に設けられ、前記界磁コイルが巻回される界磁ヨークとを備える。

本発明の他の実施形態では、前記磁石は、前記第１極を構成する第１磁石と、前記第２極を構成する第２磁石を備え、前記第１極の前記第１磁石で囲まれた領域と、前記第２極の前記第２磁石で囲まれた領域は同一である。

本発明のさらに他の実施形態では、前記ロータは、前記第１磁石及び前記第２磁石により、ｑ軸インダクタンスがｄ軸インダクタンスに対して高いｑ軸磁路を複数有し、複数の前記ｑ軸磁路のうちの少なくとも１つの磁路は、前記界磁電流磁束と干渉しない。

本発明のさらに他の実施形態では、前記界磁コイルは、前記ロータコアの軸方向端部に対向する位置にそれぞれ設けられ、前記界磁ヨークと前記ロータコアとの間に磁気回路を形成する第１界磁コイル及び第２界磁コイルから構成され、前記ロータコアの前記第１界磁コイルに対向する第１面内の前記磁石で囲まれた領域のうち、前記第１極と前記第２極のいずれか一方の極の領域に、前記第１界磁コイルに流れる電流により界磁電流磁束が生成され、いずれか他方の極の領域には生成されず、前記ロータコアの前記第２界磁コイルに対向する第２面内の前記磁石で囲まれた領域のうち、前記第１極と前記第２極のいずれか他方の極の領域に、前記第２界磁コイルに流れる電流により界磁電流磁束が生成され、いずれか一方の極の領域には生成されない。あるいは、前記界磁コイルは、前記ロータコアの軸方向端部に対向する位置にそれぞれ設けられ、前記界磁ヨークと前記ロータコアとの間に磁気回路を形成する第１界磁コイル及び第２界磁コイルから構成され、前記ロータコアの前記第１界磁コイルに対向する第１面内の前記磁石で囲まれた領域のうち、前記第１極と前記第２極のいずれか一方の極の領域に、前記第１界磁コイルに流れる電流により界磁電流磁束が生成され、いずれか他方の極の領域には生成されず、前記ロータコアの前記第２界磁コイルに対向する第２面内の前記磁石で囲まれた領域のうち、前記一方の極の領域に、前記第２界磁コイルに流れる電流により界磁電流磁束が生成され、前記いずれか他方の極の領域には生成されない。

本発明によれば、磁石トルクと界磁電流トルクとリラクタンストルクの３つを同時に、有効的に利用することができる。特に、本発明によれば、ｑ軸磁路のｑ軸インダクタンスＬｑとｄ軸磁路のｄ軸インダクタンスＬｄの差（Ｌｑ−Ｌｄ）を確保することで、（Ｌｑ−Ｌｄ）に比例するリラクタンストルクを確保できる。

実施形態のロータの斜視図である。図１の一部拡大図である。実施形態の回転電機の一部斜視図である。従来技術のトルク説明図（その１）である。実施形態のトルク説明図である。他の実施形態の回転電機の一部拡大斜視図である。他の実施形態のトルク説明図である。さらに他の実施形態の回転電機の一部斜視図である。さらに他の実施形態の回転電機の一部斜視図である。実施形態の回転電機の一部斜視図（その２）である。さらに他の実施形態の磁石配置説明図である。さらに他の実施形態の追加ロータコア配置説明図である。さらに他の実施形態の追加ロータコア配置説明図である。さらに他の実施形態の磁石配置説明図である。従来技術の説明図である。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態における回転電機のロータ１０の斜視図を示す。また、図２は、図１に示すロータ１０の一部拡大図、より詳しくはロータ１０のシャフト１２を除く１／４カットの斜視図を示す。さらに、図３は、本実施形態における回転電機の一部斜視図を示す。

まず、ステータについて説明する。

図３に示すように、ロータ１０の外周側にロータ１０との間にギャップを形成して配置されるステータ５０は、ステータコアと、ステータコアの内表面に形成され、ステータコアの径方向に向けて突出する複数のステータティースと、ステータティースに巻回されたステータコイルを備える。ステータティースは、周方向に等間隔に離間して形成される。ステータコイルはＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルを構成し、ステータコイルの一端が端子とされ、他端が中性点とされる。端子にはインバータの三相ケーブルのＵ相ケーブル、Ｖ相ケーブル、Ｗ相ケーブルのいずれかが接続され、中性点は１点に共通接続される。三相ケーブルには、制御装置からトルク指令値に応じた制御電流が供給される。

また、ステータの外側に界磁ヨーク及び界磁コイルを備える。界磁ヨークは、ステータ５０及びロータ１０の両端部から軸方向に離間した位置に配置された天板部５０ａと、天板部５０ａの周縁部に形成された円筒状の側壁部５０ｂと、天板部５０ａに形成された円筒状の突部５０ｃを備える。天板部５０ａの中央部には貫通穴が形成され、この貫通穴にロータ１０のシャフト１２が挿入される。また、側壁部５０ｂはステータコアの外表面に固設される。天板部５０ａに形成された円筒状の突部５０ｃは、天板部５０ａの内表面に形成され、ロータ１０の軸方向端部に向けて突出する。突部５０ｃとロータ１０の端部との間は、磁力線が途切れない程度に、突部５０ｃとロータ１０の端部とが近接する。

界磁コイルは、突部５０ｃの外表面に巻回される。界磁コイルに界磁電流を流すことにより、突部５０ｃは界磁コアとして機能し、突部５０ｃの端部側に例えばＳ極の磁性を誘起するとともに側壁部５０ｂにＮ極の磁性を誘起させることができる。具体的には、界磁コイルに界磁電流を流すことで、界磁ヨークの天板部５０ａを通り、側壁部５０ｂからステータコア内に入り込み、ギャップを介してロータ１０のロータコア内に入り込み、ロータコア内を軸方向に進み、ロータコアの軸方向端部から突部５０ｃを介して界磁ヨークに入り込むような磁気回路が形成される。界磁コイルは、ロータ１０の軸方向両端部に対向する位置にそれぞれ配置される。

界磁コアとして機能する突部５０ｃは、天板部５０ａの内表面に形成され、ロータ１０の軸方向端部に向けて突出するが、より詳しくは、図３に示すように、ロータ１０のロータコアの外周側の端部に向けて突出する。後述するように、ロータ１０のロータコアは、外周側の筒状の第１ロータコア１４と内周側の第２ロータコア１６から構成されているが、界磁コイルとして突部５０ｃは、第１ロータコア１４に向けて突出している。

次に、ロータについて説明する。

図１及び図２において、ロータ１０は、回転軸としてのシャフト１２の外周に筒状に配置されたロータコアと、ロータコアの外周側にその磁極が互いに相違するように順次配置された磁石１８ｎ、１８ｓを含む。磁石１８ｎ、１８ｓは、それぞれ所定距離だけ離間してＶ字型に配置された２個の磁石から構成される。なお、Ｖ字型配置は例示であり、本発明は必ずしもＶ字型配置に限定されない。

ロータコアは、外周側の筒状の第１ロータコア１４と、内周側の第２ロータコア１６から構成される。第１ロータコア１４は、磁石１８ｎ、１８ｓにより第１ロータコア１４ｎと第１ロータコア１４ｓに周方向に分割される。ここで、符号に付されたｎ及びｓは、それぞれ磁極のＮ極及びＳ極を意味する。磁気抵抗に関しては、磁石１８ｎ、１８ｓが配置された領域は、磁気抵抗が相対的に大きい領域であり、磁石１８ｎ、１８ｓが配置されていない領域、具体的には磁石１８ｎ、１８ｓで囲まれた領域は、磁気抵抗が相対的に小さい領域である。

磁石１８ｎ、１８ｓは、それぞれ２つの磁石がＶ字型に配置されて構成されるが、磁石１８ｎを構成する２つの磁石と、磁石１８ｓを構成する２つの磁石のサイズは同一である。また、磁石１８ｎを構成する２つの磁石の間の距離と、磁石１８ｓを構成する２つの磁石の間の距離も同一である。

図１５に示されるように、従来のロータ構成では、Ｖ字型に配置された磁石４９Ａと磁石４９Ｂではそのサイズが異なっており、磁極１を構成する磁石４９Ａよりも磁極２を構成する磁石４９Ｂの方が小さく、磁石４９ＡのＶ字型配置の間隔よりも磁石４９ＢのＶ字型配置の間隔の方が大きい。これに対し、本実施形態の磁石１８ｎ、１８ｓは、そのサイズが同一であり、かつ、磁石１８ｎのＶ字型配置の間隔と磁石１８ｓのＶ字型配置の間隔は同一である。

第１ロータコア１４ｎ、１４ｓは、周方向に交互にＮ極、Ｓ極が配置されるが、第１ロータコア１４ｎ、１４ｓのうちのいずれか一方の極、例えばＳ極の第１ロータコア１４ｓに関しては、Ｖ字配置された一対の磁石１８ｓで囲まれた外周側領域に軸方向に追加ロータコア１７が追加されて軸方向に延長される。すなわち、第１ロータコア１４ｓについては、磁気抵抗が相対的に大きい磁石１８ｓで囲まれた、磁気抵抗が相対的に小さい領域に図中軸方向の上方向に追加ロータコア１７が追加されて軸方向の上方向に延長され、第１ロータコア１４ｎについては、磁石１８ｎで囲まれた領域には図中軸方向の上方向に追加ロータコア１７は追加されない。ロータ１０の両端面のうち、図中軸方向の上方向に位置する端面を第１面とすると、第１面では周方向に配置された第１ロータコア１４ｓにのみ追加ロータコア１７が追加され、第１ロータコア１４ｎには追加ロータコア１７は追加されないため、追加ロータコア１７が追加されたことにより周方向に交互に軸方向に沿って凹凸が形成されることになる。同様に、第１ロータコア１４ｓについては、磁気抵抗が相対的に大きい磁石１８ｓで囲まれた、磁気抵抗が相対的に小さい領域に図中軸方向の下方向に追加ロータコア１７が追加されて軸方向の下方向に延長され、第１ロータコア１４ｎについては、磁石１８ｎで囲まれた領域には図中軸方向の下方向に追加ロータコア１７は追加されない。ロータ１０の両端面のうち、図中軸方向の上方向に位置する端面を第２面とすると、第２面においても第１面と同じように周方向に配置された第１ロータコア１４ｓにのみ追加ロータコア１７が追加され、第１ロータコア１４ｎには追加ロータコア１７は追加されないため、追加ロータコア１７が追加されたことにより周方向に交互に軸方向に沿って凹凸が形成されることになる。

既述したように、ロータ１０の第１面には界磁ヨークの突部５０ｃに巻回された界磁コイル（第１界磁コイル）が対向しており、突部５０ｃは第１面のうち第１ロータコア１４に向けて突出しているから、第１界磁コイルと第１面の第１ロータコア１４ｎ、１４ｓとの関係では、追加ロータコア１７が追加された分だけ第１界磁コイルと第１ロータコア１４ｓと間の軸方向の磁気抵抗が小さくなり、第１界磁コイルで生じた磁束は第１ロータコア１４ｓを選択的に流れることになる。同様に、ロータ１０の第２面には界磁ヨークの突部５０ｃに巻回された界磁コイル（第２界磁コイル）が対向しており、突部５０ｃは第２面のうち第１ロータコア１４に向けて突出しているから、第２界磁コイルと第２面の第１ロータコア１４ｎ、１４ｓとの関係では、追加ロータコア１７が追加された分だけ第２界磁コイルと第１ロータコア１４ｓとの間の軸方向の磁気抵抗が小さくなり、第２界磁コイルで生じた磁束は第１ロータコア１４ｓを選択的に流れることになる。従って、第１界磁コイルと第２界磁コイルに互いに逆向きの電流を通電することで、第１面及び第２面において界磁磁束は第１ロータコア１４ｓを選択的に流れる。

本実施形態は、追加ロータコア１７が追加されているため界磁コイルで生じた磁束（界磁電流磁束）は第１ロータコア１４ｓを選択的に流れるので、磁石１８ｓのＶ字型配置の間隔の間、すなわちＳ極のｄ軸磁路を選択的に流れる。このことは、本実施形態では、従来技術のように一方の磁極（例えばＳ極）のＶ字型配置の間隔を他方（Ｎ極）よりも空けて磁気抵抗を相対的に小さくし、界磁電流磁束がＳ極のｄ軸磁路の中心を通るようにして界磁電流トルクを発生させる必要がないことを意味する。Ｓ極のＶ字型配置の磁気抵抗を下げることでｄ軸インダクタンスが増加するから、従来技術ではｑ軸インダクタンスとｄ軸インダクタンスの差（Ｌｑ−Ｌｄ）に依存するリラクタンストルクが減少してしまうが、本実施形態ではｄ軸インダクタンスを増大させる必要がないことから、ｑ軸インダクタンスとｄ軸インダクタンスの差（Ｌｑ−Ｌｄ）に依存するリラクタンストルクが確保される。

図４は、特許文献１に示された従来技術の構成におけるトルクを示す。図４（ａ）は従来技術の磁石配置を示す上面図であり、図４（ｂ）は界磁電流の有無とトルク値との関係である。

磁石４９Ａと磁石４９Ｂのサイズは異なっており、磁石４９ＢのＶ字型配置の間隔は相対的に大きく、磁気抵抗が相対的に小さい。界磁電流を流した場合、トータルのトルク値は増大するものの、リラクタンストルク値は界磁電流を流すことで大きく減少している。これは、磁石４９ＢのＶ字型配置の磁気抵抗を下げることでｄ軸インダクタンスＬｄが増加し、ｑ軸インダクタンスとｄ軸インダクタンスの差（Ｌｑ−Ｌｄ）が減少するためである。

他方、図５は、本実施形態におけるトルクを示す。図５（ａ）は実施形態の磁石配置を示す上面図であり、図５（ｂ）は界磁電流の有無とトルク値との関係である。

磁石１８ｎと磁石１８ｓのサイズは同一であり、磁石１８ｎのＶ字型配置の間隔と磁石１８ｓのＶ字型配置の間隔は等しい。界磁電流を流した場合、トータルのトルク値は増大している。さらに、リラクタンストルク値は界磁電流を流すことで減少しているものの、その減少幅は大幅に抑制されている。このようにリラクタンストルクの減少が抑制されているのは、磁石１８ｓのＶ字型配置の間隔が磁石１８ｎのそれと同一でｄ軸インダクタンスＬｄが増加せず、ｑ軸インダクタンスとｄ軸インダクタンスの差（Ｌｑ−Ｌｄ）が確保されているためである。リラクタンストルクは（Ｌｑ−Ｌｄ）に比例し、（Ｌｑ−Ｌｄ）が確保されることでリラクタンストルクが確保される。なお、従来技術では界磁電流磁束が第１極に流れないようにｑ軸磁路にも磁石が配置されており、Ｌｑがあまり増加しないが、本実施形態では界磁電流が第１極に流れないようにｑ軸磁路に磁石を配置する必要がないため、Ｌｑを相対的に大きく設定し得ることも寄与している。

本実施形態では、ロータ１０の第１面に対向する突部５０ｃに第１界磁コイルを巻回し、ロータ１０の第１面の第１ロータ１４ｓに追加ロータコア１７を追加するとともに、ロータ１０の第２面に対向する突部５０ｃに第２界磁コイルを巻回し、ロータ１０の第２面の第１ロータ１４ｓに追加ロータコア１７を追加して、第１界磁コイルと第２界磁コイルに互いに逆向きの電流を通電しているが、ロータの第２面に対向する突部５０ｃに第２界磁コイルを巻回し、ロータ１０の第２面の第１ロータ１４ｓではなく第１ロータ１４ｎに追加ロータコア１７を追加して軸方向に延長し、第１界磁コイルと第２界磁コイルに互いに同方向の電流を流してもよい。

図６は、この場合の構成を示す。ロータ１０の第１面には、図３と同様に第１ロータコア１４ｓのみに追加ロータコア１７が追加されており、ロータ１０の第２面には第１ロータコア１４ｎのみに追加ロータコア１７が追加される。第１面では追加ロータコア１７により第１界磁コイルで生じた磁束を選択的に第１ロータコア１４ｓに流し、第２面では追加ロータコア１７により第２界磁コイルで生じた磁束を選択的に第１ロータコア１４ｎに流すので、周方向に交互に向きの異なる界磁電流磁束が生じる。第１ロータコア１４ｎに流れる磁石磁束と界磁電流磁束は同じ向きであり、かつ、第１ロータコア１４ｓに流れる磁石磁束と界磁電流磁束は同じ向きとなる。従って、界磁電流磁束により磁石磁束を強めることができる。

図７は、図３の構成と図６の構成における界磁電流を流した場合のトルク値を示す。図３の構成を実施形態Ａ、図７の構成を実施形態Ｂとすると、実施形態Ｂでは磁石トルクが増大したことにより、トータルのトルク値が増大している。

以上のように、本実施形態の回転電機では、追加ロータコア１７により第１ロータコア１４ｎ、１４ｓのうち、いずれか一方に選択的に界磁電流磁束を生成するようにしたので、磁石配置を特定の配置としていずれか一方に選択的に界磁電流を流す必要がなくなり、このためｑ軸磁路のインダクタンスＬｑとｄ軸磁路のインダクタンスＬｄの差（Ｌｑ−Ｌｄ）を確保し、磁石トルクと界磁電流トルクに加え、リラクタンストルクも有効に利用することができる。

また、ロータ１０の軸方向に沿った２つの端面である第１面及び第２面のいずれにも追加ロータコア１７を追加することで、磁石トルクをさらに増大させることができる。

本実施形態では、ロータ面内において磁気抵抗の相対的に大きい領域である磁石１８ｓあるいは磁石１８ｎに囲まれた領域に追加ロータコア１７を軸方向に追加し、これにより軸方向の磁気抵抗差を利用して界磁電流磁束を選択的に流しているが、軸方向の磁気抵抗差に加え、径方向の磁気抵抗差を利用してもよい。

図８は、径方向の磁気抵抗差を利用する回転電機の構成を示す。ロータ１０の第１面及び第２面に追加ロータコア１７が第１ロータコア１４ｓに軸方向に追加されるが、この追加ロータコア１７は、図６の場合よりもさらに軸方向に延長され、界磁ヨークの天板部５０ａ近傍に達する。従って、軸方向にさらに延長された追加ロータコア１７によって、界磁ヨークの天板部５０ａにおいて径方向に磁気抵抗差が生じ、追加ロータコア１７が追加された部位では他の部位に比べて磁気抵抗が小さくなる。すなわち、追加ロータコア１７を追加することで軸方向に加えて径方向にも磁気抵抗差が生じることになり、界磁電流磁束は追加ロータコア１７、第１ロータコア１４ｓを選択的に流れる。追加ロータコア１７を追加することで軸方向に加えて径方向にも磁気抵抗差が生じることになり、界磁電流磁束は追加ロータコア１７、第１ロータコア１４ｎを選択的に流れるようになる。

また、本実施形態では、追加ロータコア１７は、第１面及び第２面において周方向に互いに離間して配置されているが、磁気抵抗差が確保できる範囲内で、追加ロータコア１７は周方向に互いに結合されていてもよい。

図９は、この場合の追加ロータコア１７の構成を示す。追加ロータコア１７は、周方向に互いに離間して配置されており、かつ、その軸方向端部、すなわち界磁ヨークの突部５０ｃ側の端部が円環状コア１９により周方向に結合される。これにより、磁気抵抗差を維持しつつも追加ロータコア１７の機械強度を向上させることができる。

また、本実施形態では、第１ロータコア１４に磁石１８ｎ、１８ｓをＶ字型に配置しているが、界磁電流磁束を軸方向から流す部分は、これに限られない。例えば、Ｖ字型配置された磁石を径方向に複数組配置してもよい。

図１０は、図１等に示された磁石１８ｎ、１８ｓのＶ字型配置であり、Ｖ字型配置された磁石１８ｎ、１８ｓを境にしてその外周側及び内周側にそれぞれｑ軸磁路が形成される。

図１１は、Ｖ字型配置された磁石１８ｎ、１８ｓを径方向に２組配置した構成である。磁石１８ｎについては、外周側の磁石１８ｎ−１と内周側の磁石１８ｎ−２がＶ字型に配置される。外周側の磁石１８ｎ−１で囲まれた領域、磁石１８ｎ−１と磁石１８ｎ−２に囲まれた領域、さらに内周側の磁石１８ｎ−２の内周側の領域にそれぞれｑ軸磁路が形成される。同様に、磁石１８ｓについても、外周側の磁石１８ｓ−１と内周側の磁石１８ｓ−２がＶ字型に配置される。外周側の磁石１８ｓ−１で囲まれた領域、磁石１８ｓ−１と磁石１８ｓ−２に囲まれた領域、さらに内周側の磁石１８ｓ−２の内周側の領域にそれぞれｑ軸磁路が形成される。

追加ロータコア１７は、ロータ１０の第１面については、磁石１８ｓを構成する磁石１８ｓ−１及び磁石１８ｓ−２のうち、外周側の磁石１８ｓ−１で囲まれた領域のみに追加される。ロータ１０の第２面についても、磁石１８ｓを構成する磁石１８ｓ−１及び磁石１８ｓ−２のうち、外周側の磁石１８ｓ−１で囲まれた領域のみに追加され得る。

図１２は、図１１と同様に、磁石１８ｎについては、外周側の磁石１８ｎ−１と内周側の磁石１８ｎ−２がＶ字型に配置され、磁石１８ｓについても、外周側の磁石１８ｓ−１と内周側の磁石１８ｓ−２がＶ字型に配置される構成において、追加ロータコア１７は、ロータ１０の第１面については、磁石１８ｓを構成する磁石１８ｓ−１及び磁石１８ｓ−２のうち、内周側の磁石１８ｓ−２で囲まれた領域に追加される。ロータ１０の第２面についても、磁石１８ｓを構成する磁石１８ｓ−１及び磁石１８ｓ−２のうち、内周側の磁石１８ｓ−２で囲まれた領域に追加され得る。

さらに、図１３は、図１１と同様に、磁石１８ｎについては、外周側の磁石１８ｎ−１と内周側の磁石１８ｎ−２がＶ字型に配置され、磁石１８ｓについても、外周側の磁石１８ｓ−１と内周側の磁石１８ｓ−２がＶ字型に配置される構成において、追加ロータコア１７は、ロータ１０の第１面については、磁石１８ｓを構成する磁石１８ｓ−１及び磁石１８ｓ−２で囲まれた領域にのみ追加される。ロータ１０の第２面についても、磁石１８ｓを構成する磁石１８ｓ−１及び磁石１８ｓ−２で囲まれた領域にのみ追加され得る。

図１０〜図１３の構成のいずれも可能であるが、複数のｑ軸磁路のうちの少なくとも１つのｑ軸磁路には、界磁電流磁束が流れないようにするのが望ましい。リラクタンストルクと界磁電流トルクの干渉をできるだけ低減するためである。

また、既述したように、磁石のＶ字型配置は例示であり、必ずしもＶ字型配置に限定されない。図１４には、Ｖ字型配置以外の磁石配置の構成を示す。図１４（ａ）は、平板磁石１８ｎ、１８ｓとその両端に空隙２０を有する配置であり、図１４（ｂ）は、円弧状の磁石１８ｎ、１８ｓを有する配置である。図１４（ａ）の磁石配置では、磁石１８ｎとその両端の空隙２０で囲まれた領域、あるいは磁石１８ｓとその両端の空隙２０で囲まれた領域に追加ロータコア１７が軸方向に追加され得る。図１４（ｂ）の磁石配置では、円弧状の磁石１８ｎで囲まれた領域、あるいは円弧状の磁石１８ｓで囲まれた領域に追加ロータコア１７が軸方向に追加され得る。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本実施形態の追加ロータコア１７は、多層フラックスバリアの構造においても同様に適用可能である。

また、図８〜図１３の構成では、図３に示す構成、すなわちロータの第１面については追加ロータコア１７が第１ロータコア１４ｓに軸方向上方向に追加され、ロータの第２面については追加ロータコア１７が第１ロータコア１４ｓに軸方向下方向に追加される構成を前提として説明しているが（第１界磁コイルと第２界磁コイルは互いに逆向きに通電）、図６に示す構成、すなわちロータの第１面については追加ロータコア１７が第１ロータコア１４ｓに軸方向上方向に追加され、ロータの第２面については追加ロータコア１７が第１ロータコア１４ｎに軸方向下方向に追加される構成を前提としてもよい（第１界磁コイルと第２界磁コイルは互いに同じ向きに通電）。なお、図３の場合には第１面と第２面で同じ第１ロータコア１４ｓに界磁電流磁束が流れるので磁気飽和しやすくなるが、図６の場合には第１面と第２面で異なる第１ロータコア１４ｓ、１４ｎにそれぞれ界磁電流磁束が流れるので磁気飽和が緩和され、結果としてトータルトルクが増大し得る。

さらに、本実施形態では、ロータの第１面及び第２面に追加ロータコア１７を軸方向に追加しているが、第１面と第２面のいずれか、例えば第１面のみに追加ロータコア１７を第１ロータコア１４ｓに軸方向上向きに追加する構成、あるいは第２面のみに追加ロータコア１７を第１ロータコア１４ｎに軸方向下向きに追加する構成としてもよい。第１面のみに追加ロータコア１７を追加する構成は、図２において第２面側（図中下側の面）の追加ロータコア１７を削除した構成に相当する。要するに、追加ロータコアは、ロータの第１面と第２面の少なくともいずれかに軸方向に追加し得る。

１０ロータ、１２シャフト、１４，１４ｎ，１４ｓ第１ロータコア、１６第２ロータコア、１７追加ロータコア、１８，１８ｎ，１８ｓ磁石、５０ａ天板部、５０ｂ側壁部、５０ｃ突部。

Claims

回転可能なシャフトと、
前記シャフトに固設されたロータコアと、
筒状に形成されたステータコアと、
前記ステータコアの外側に設けられた界磁ヨークと、
前記界磁ヨークの、前記ロータコアの軸方向端部に対向する位置に設けられ、前記界磁ヨークと前記ロータコアとの間に磁気回路を形成する界磁コイルと、
互いに異なる第１極と第２極が周方向に交互に離間して配置されるように前記ロータコアに設けられる磁石と、
を備え、
前記ロータコアの前記界磁コイルに対向する面内の前記磁石で囲まれた領域のうち、前記第１極と前記第２極のいずれか一方の極の領域に、前記界磁コイルに流れる電流により界磁電流磁束が生成され、いずれか他方の極の領域には生成されない
回転電機。
前記ロータコアの前記いずれか一方の極の領域に設けられ、前記界磁コイルの方向に突出する追加ロータコアと、
前記界磁ヨークの前記追加ロータコアに対向する位置に設けられ、前記界磁コイルが巻回される界磁ヨークと、
を備える請求項１に記載の回転電機。
前記磁石は、前記第１極を構成する第１磁石と、前記第２極を構成する第２磁石を備え、
前記第１極の前記第１磁石で囲まれた領域と、前記第２極の前記第２磁石で囲まれた領域は同一である、
請求項２に記載の回転電機。
前記ロータは、前記第１磁石及び前記第２磁石により、ｑ軸インダクタンスがｄ軸インダクタンスに対して高いｑ軸磁路を複数有し、
複数の前記ｑ軸磁路のうちの少なくとも１つの磁路は、前記界磁電流磁束と干渉しない
請求項３に記載の回転電機。
前記界磁コイルは、前記ロータコアの軸方向端部に対向する位置にそれぞれ設けられ、前記界磁ヨークと前記ロータコアとの間に磁気回路を形成する第１界磁コイル及び第２界磁コイルから構成され、
前記ロータコアの前記第１界磁コイルに対向する第１面内の前記磁石で囲まれた領域のうち、前記第１極と前記第２極のいずれか一方の極の領域に、前記第１界磁コイルに流れる電流により界磁電流磁束が生成され、いずれか他方の極の領域には生成されず、
前記ロータコアの前記第２界磁コイルに対向する第２面内の前記磁石で囲まれた領域のうち、前記第１極と前記第２極のいずれか他方の極の領域に、前記第２界磁コイルに流れる電流により界磁電流磁束が生成され、いずれか一方の極の領域には生成されない
請求項１に記載の回転電機。
前記第１界磁コイルと前記第２界磁コイルには、互いに同じ向きの電流が通電される、
請求項５に記載の回転電機。
前記界磁コイルは、前記ロータコアの軸方向端部に対向する位置にそれぞれ設けられ、前記界磁ヨークと前記ロータコアとの間に磁気回路を形成する第１界磁コイル及び第２界磁コイルから構成され、
前記ロータコアの前記第１界磁コイルに対向する第１面内の前記磁石で囲まれた領域のうち、前記第１極と前記第２極のいずれか一方の極の領域に、前記第１界磁コイルに流れる電流により界磁電流磁束が生成され、いずれか他方の極の領域には生成されず、
前記ロータコアの前記第２界磁コイルに対向する第２面内の前記磁石で囲まれた領域のうち、前記一方の極の領域に、前記第２界磁コイルに流れる電流により界磁電流磁束が生成され、前記いずれか他方の極の領域には生成されない
請求項１に記載の回転電機。
前記第１界磁コイルと前記第２界磁コイルには、互いに逆向きの電流が通電される、
請求項７に記載の回転電機。