CN105637737A - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

实现结构大幅度简化的可变磁场型的旋转电机。旋转电机(1)具有：定子(3)，其具备定子绕组(7)和定子铁心(5)；以及转子(3)，其具备被支承成旋转自如的轴(10)、以能够相对旋转的方式被安装于轴(10)的转子铁心(20)、以及设置于转子铁心(20)的多个第一永磁体(21)，转子铁心(20)借助于永磁体(21)的磁引力相对于轴(10)被保持在规定的角度位置，并且构成为：随着负载转矩的增大，与轴(10)的相对角度克服磁引力而增大，并且转子铁心(20)的轴向长度与定子铁心(5)实质上相等。

Description

旋转电机

技术领域

公开的实施方式涉及可变磁场型的旋转电机。

背景技术

专利文献1中记载了一种电动机，该电动机在低旋转域能够得到高转矩，并且能够旋转到高旋转域。该电动机具备：转子，其内转子和外转子成为一体地旋转；以及转子相位控制机构，其对外转子相对于内转子的旋转方向的相位进行变更。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开第2004-072978号公报

发明内容

发明要解决的课题

在上述以往技术中，存在这样的问题：由于对旋转方向的相位进行变更的转子相位控制机构被附加于转子，因此结构复杂化。

本发明正是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于，提供能够简化结构的可变磁场型的旋转电机。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，根据本发明的一个方面，可应用一种旋转电机，其是使磁场磁通变化的可变磁场型的旋转电机，其中，该旋转电机具有：定子，其具备定子绕组和定子铁心；和转子，其具备被支承成旋转自如的轴、以能够相对旋转的方式被安装于上述轴的转子铁心、以及设置于上述转子铁心的多个第一永磁体，上述转子铁心借助于上述第一永磁体的磁引力相对于上述轴被保持在规定的角度位置，并且上述转子铁心构成为：随着负载转矩的增大，与上述轴的相对角度克服上述磁引力而增大，并且上述转子铁心的轴向长度与上述定子铁心实质上相等。

此外，根据本发明的另一方面，可应用一种旋转电机，其是使磁场磁通变化的可变磁场型的旋转电机，其中，该旋转电机具有：定子，其具备定子绕组和定子铁心；转子，其具备被支承成旋转自如的轴、以能够相对旋转的方式被安装于上述轴并且轴向长度与上述定子铁心实质上相等的转子铁心、以及设置于上述转子铁心的多个永磁体；以及将上述轴和上述转子铁心以如下方式可相对旋转地连结起来的单元：借助于上述永磁体的磁引力将上述转子铁心相对于上述轴保持在规定的角度位置，并且随着负载转矩的增大，上述轴与上述转子铁心的相对角度克服上述磁引力而增大。

发明效果

根据本发明，无需用于使磁场磁通变化的转子相位控制机构，能够实现大幅地简化结构的可变磁场型的旋转电机。

附图说明

图1是示出第一实施方式的旋转电机的结构的轴向剖视图。

图2是示出旋转电机的结构的径向剖视图。

图3是示出转子和轴侧永磁体的结构的径向剖视图。

图4是示出圆筒部件和负载侧侧板的结构的径向剖视图。

图5是示出负载侧侧板的结构的平面图。

图6是用于说明磁场磁通根据负载转矩而变化的原理的说明图。

图7是用于说明磁场磁通根据负载转矩而变化的原理的说明图。

图8是用于说明磁场磁通根据负载转矩而变化的原理的说明图。

图9是示出第一实施方式的旋转电机、第一比较例的电动机和第二比较例的电动机的旋转速度与输出转矩的关系的图表。

图10是示出第一实施方式的旋转电机、第一比较例的电动机和第二比较例的电动机的输出转矩与效率的关系的图表。

图11是示出在突起部相互间配置弹性体的变形例的圆筒部件和负载侧侧板的结构的径向剖视图。

图12是示出将旋转位置被检测器配置于负载相反侧侧板的变形例的旋转电机的结构的轴向剖视图。

图13是示出第二实施方式的转子和轴的结构的径向剖视图。

图14是用于说明磁场磁通根据负载转矩而变化的原理的说明图。

图15是用于说明磁场磁通根据负载转矩而变化的原理的说明图。

具体实施方式

下面，参照附图对实施方式进行说明。

<1.第一实施方式>

首先，对第一实施方式进行说明。

(1-1.旋转电机的结构)

首先，参照图1至图5对本实施方式的旋转电机的结构进行说明。另外，图1至图5中所示的旋转电机的各结构的状态对应于负载转矩小的情况。

如图1至图5所示，本实施方式的旋转电机1具有大致圆筒状的定子2和具备轴10的转子3。

旋转电机1在该示例中是转子3配置在定子2的内部的所谓的内转子型的马达。此外，旋转电机1是使磁场磁通变化的可变磁场型的马达。旋转电机1不具有用于使轴10与转子3的转子铁心20(后述)的相对角度变化(增大)的转子相位控制机构。

定子2被固定于大致圆筒状的框架4的内周。在框架4的轴向负载侧(图1中的右侧)设置有负载侧支架11。在框架4的轴向负载相反侧(图1中的左侧)，负载相反侧支架13借助于未图示的螺栓被固定于框架4。此外，定子2具有多个(在图示的示例中是12个)定子铁心5和与定子铁心5同数量的定子绕组7。

另外，在本说明书中“负载侧”是指旋转电机1的旋转力输出侧、即在该示例中是轴10突出的方向(图1中的右侧)，“负载相反侧”是指旋转力输出侧的相反侧、即在该示例中是旋转位置检测部18相对于旋转电机1配置的方向(图1中的左侧)。

多个定子铁心5沿圆周方向被固定于框架4的内周。各定子铁心5借助于螺栓B1被固定于负载侧支架11的轴向内侧的表面。螺栓B1从定子铁心5的轴向负载相反侧贯通定子铁心5并螺合于负载侧支架11。此外，各定子铁心5具备：大致圆弧状的磁轭部51；以及从磁轭部51向内周侧突出的齿部52。

各定子绕组7被安装于各定子铁心5的齿部52。

转子3以与定子2的内周面沿径向隔开磁空隙对置的方式配置在定子2的内部。转子3具备：大致圆筒状的转子铁心20；轴10，其以同轴的方式配置在转子铁心20的内部；以及多个(在图示的示例中是10个)永磁体21(相当于第一永磁体的一个示例。下面，适当地称为“转子侧永磁体21”)。轴10在定子2的径向内侧被支承成绕沿轴向(图1中左右方向)延伸的轴心k旋转自如。另外，在各图中永磁体21的施有阴影线的一侧是N极侧，其相反侧是S极侧。

转子铁心20的轴向长度形成得与定子铁心5实质上相等。此外，转子铁心20被安装于后述的多个永磁体8的外周，能够相对于定子2绕轴心k旋转，并且能够相对于轴10、后述的圆筒部件6和多个永磁体8绕轴心k相对旋转。另外，如后面所述，多个永磁体8被连结于轴10，因此，也可以说，转子铁心20以能够相对旋转的方式安装于轴10。

多个转子侧永磁体21配置在转子铁心20的内部，并与转子铁心20的旋转一同旋转。即，转子3作为多个转子侧永磁体21被埋入于转子铁心20中而成的所谓的IPM(InternalPermanentMagnet：内永磁体)型的马达而构成。此外，多个转子侧永磁体21以沿旋转方向相邻的转子侧永磁体21的相同磁极彼此(N极彼此或S极彼此)相互对置的方式呈以轴心k为中心的放射状配置在转子铁心20的内部(所谓的I字形配置)。

此外，在转子铁心20中，利用多个转子侧永磁体21在该转子侧永磁体21的彼此之间构成有磁极部20a。

圆筒部件6以与轴10同轴的方式被固定于轴10的外周的与转子铁心20沿径向对置的位置。圆筒部件6与轴10的旋转一同旋转。在该圆筒部件6的外周的与转子铁心20沿径向对置的中间部6b，以沿旋转方向极性交替地不同(N极→S极→N极→S极→···)的方式等间隔地设置有与构成转子铁心20的多个磁极部20a同数量的永磁体8(相当于第二永磁体的一个示例。下面适当地称为“轴侧永磁体8”)。另外，在各图中永磁体8的施有阴影线的一侧是N极侧，其相反侧是S极侧。

上述转子铁心20在负载转矩小时借助于转子侧永磁体21的磁引力相对于轴10被保持在规定的角度位置。具体而言，转子铁心20在负载转矩小时相对于轴10，在极性彼此不同的磁极部20a与轴侧永磁体8沿径向正对的角度位置借助于它们的磁引力被保持。并且，转子铁心20构成为：随着负载转矩的增大，与轴10的相对角度克服磁引力而增大(具体后述)。由此，能够根据负载转矩的大小，利用与磁引力的平衡使磁场磁通变化(具体后述)。

此外，在圆筒部件6的外周的轴向负载侧的端部和负载相反侧的端部，分别以与轴10同轴的方式安装有侧板15(下面，适当地称为“负载侧侧板15”)和侧板16(下面，适当地称为“负载相反侧侧板16”)。

负载侧侧板15被固定于转子铁心20的轴向负载侧的端部，并借助于外圈嵌合于负载侧支架11的负载侧轴承12被支承成绕轴心k旋转自如。另一方面，负载相反侧侧板16被固定于转子铁心20的轴向负载相反侧的端部，并借助于外圈嵌合于负载相反侧支架13的负载相反侧轴承14被支承成绕轴心k旋转自如。这些侧板15、16与转子铁心20的旋转一同旋转，并且，能够相对于轴10、圆筒部件6和多个轴侧永磁体8绕轴心k相对旋转。另外，如上所述，由于圆筒部件6被固定于轴10，因此，可以说，侧板15、16以能够相对旋转的方式被安装于轴10。

如图5所示，在负载侧侧板15的转子铁心20侧的表面、即轴向负载相反侧的表面形成有与转子侧永磁体21同数量的槽152，多个转子侧永磁体21的轴向负载侧的端部嵌入该槽152中。此外，在负载侧侧板15的槽152彼此之间形成有螺栓孔153。另一方面，在负载相反侧侧板16的转子铁心20侧的表面、即轴向负载侧的表面形成有与转子侧永磁体21同数量的槽(未图示。下面，用与负载侧侧板15侧的槽152同样的标号来记载)，多个转子侧永磁体21的轴向负载相反侧的端部嵌入该槽中。此外，在负载相反侧侧板16的槽152彼此之间形成有螺栓孔(未图示。下面，用与负载侧侧板15侧的螺栓孔153同样的标号来记载)。

上述转子铁心20以各转子侧永磁体21的轴向两端部嵌入于侧板15、16的各槽152、152的状态借助于多个螺栓B2被固定在侧板15、16的轴向内侧的表面。各螺栓B2从负载相反侧侧板16的轴向负载相反侧贯通负载相反侧侧板16的螺栓孔153和磁极部20a，并与负载侧侧板15的螺栓孔153螺合。

此外，在旋转电机1的轴向负载相反侧的端部设置有旋转位置检测部18，所述旋转位置检测部18通过检测旋转位置被检测部件(未图示)来检测转子3的位置(在本示例中是磁极位置)。旋转位置被检测部件未特别地图示，但被安装在以能够相对旋转的方式被安装于轴10的部件中的任意部件上、在该示例中被安装在负载相反侧侧板16的端部上。

在旋转电机1设置有限制部件100。限制部件100构成为：将轴10、圆筒部件6和多个轴侧永磁体8与转子铁心20、多个转子侧永磁体21和侧板15、16绕轴心k相对旋转时的、轴10与转子铁心20的相对角度的变动范围限制在规定的角度范围。在本实施方式中，限制部件100如下构成。

如图4所示，在圆筒部件6的轴向负载侧端部6c和负载相反侧端部6a，沿旋转方向等间隔地形成有例如三处朝向径向外侧突出的突起部61(相当于第一突起部的一个示例)。

此外，在突起部61的径向外侧，在负载侧侧板15和负载相反侧侧板16的内周形成有朝向径向内侧而能够与该突起部61卡合的突起部151(相当于第二突起部的一个示例)。

图4示出了转子铁心20借助于转子侧永磁体21的磁引力相对于轴10被保持在规定的角度位置的状态下的突起部61和突起部151的位置关系。即，在突起部61的旋转方向两侧，在与突起部151之间形成有相等大小的空隙30a和空隙30b。

由于空隙30a和空隙30b形成为与磁极间距相等，因此轴10与转子铁心20的相对角度的变动范围被限制在磁极间距的角度范围。

另外，上述负载侧侧板15、负载相反侧侧板16、多个转子侧永磁体21和多个轴侧永磁体8相当于以如下方式将轴和转子铁心可相对旋转地连结起来的单元的一个示例：借助于永磁体的磁引力将转子铁心相对于轴保持在规定的角度位置，并且，使得随着负载转矩的增大，轴与转子铁心的相对角度克服磁引力而增大。

(1-2.磁场磁通根据负载转矩的大小而变化的原理)

下面，参照图6至图8对磁场磁通根据负载转矩的大小而变化的原理进行说明。

图6示出了负载转矩小的状态。在该状态下，转子铁心20相对于轴10在磁极彼此不同的磁极部20a与轴侧永磁体8沿径向正对的角度位置借助于它们的磁引力被保持。在该状态下，由于磁极部20a的磁通泄漏到轴侧永磁体8侧，因此磁场磁通变小。

图7示出了负载转矩增大到中等程度的状态。随着负载转矩的增大，转子铁心20与轴10的相对角度克服磁引力而增大。在该状态下，磁极部20a与轴侧永磁体8的极性一致的部分增加，泄漏到轴侧永磁体8侧的磁极部20a的磁通变少，并且由于轴侧永磁体8而增强，因此磁场磁通变大到中等程度。

图8示出了负载转矩进一步增大的状态。在该状态下，转子铁心20与轴10克服磁引力而相对旋转，转子铁心20与轴10的相对角度进一步增大，成为磁极部20a与轴侧永磁体8的极性一致的角度位置。在该状态下，向轴侧永磁体8侧泄漏的磁极部20a的磁通几乎消失，磁极部20a的磁通借助于轴侧永磁体8进一步增强，因此磁场磁通成为最大。

(1-3.本实施方式的效果)

在以上说明的本实施方式的旋转电机1中，转子3具备：被支承成旋转自如的轴10；以能够相对旋转的方式被安装于轴10的转子铁心20；以及设置于转子铁心20的多个转子侧永磁体21。转子铁心20借助于转子侧永磁体21的磁引力相对于轴10被保持在规定的角度位置，并构成为：随着负载转矩的增大，与轴10的相对角度克服磁引力而增大。由此，能够随着负载转矩的大小，通过与磁引力的平衡使磁场磁通变化。其结果是，无需液压摆动马达及电动控制设备等的用于使轴10与转子铁心20的相对角度变化以使磁场磁通变化的转子相位控制机构，因此能够实现大幅简化结构的可变磁场型的旋转电机1。

另外，作为根据负载转矩而使磁场磁通变化的结构，例如，可考虑如下的结构：将转子铁心沿轴向分割成两部分，将一方作为固定于轴的固定侧铁心，将另一方作为能够相对于固定侧铁心相对旋转的转动侧铁心。在该情况下，由于将转子铁心沿轴向分割成两部分，因此，与不分割的情况相比，可利用的负载转矩减半。相对于此，在本实施方式中，由于转子铁心20的轴向长度与定子铁心5实质上相等，因此，与上述结构相比，能够最大限地利用负载转矩。其结果是，克服磁引力而使磁场增大变得容易。

此外，在本实施方式中，特别是，多个轴侧永磁体8以沿旋转方向极性交替地不同的方式被固定于轴10。设置与多个磁极部20a相同数量的轴侧永磁体8，多个磁极部20a通过多个转子侧永磁体21构成在转子铁心20中。

并且，在负载转矩小的情况下，转子铁心20相对于轴10在极性彼此不同的磁极部20a与轴侧永磁体8沿径向正对的角度位置借助于它们的磁引力被保持。由此，磁极部20a的磁通向轴侧永磁体8侧泄漏，因此能够缩小磁场磁通。其结果是，感应电压相对于电源电压而变小，能够高速旋转。此外，由于可缩小定子铁心5产生的铁损以减少无负载损失，因此能够得到高效率。

另一方面，随着负载转矩增大，转子铁心20与轴10的相对角度增大，接近彼此极性一致的磁极部20a与轴侧永磁体8沿径向正对的角度位置。由此，磁极部20a的磁通借助于轴侧永磁体8而逐渐增强，因而能够随着负载转矩的增大而增大磁场磁通。其结果是，能够提高输出转矩。此外，由于转矩常数变大，因此可降低电流值，因而能够得到高效率。

图9示出了本实施方式的旋转电机1、磁场磁通比较大的第一比较例的电动机和磁场磁通比较小的第二比较例的电动机的旋转速度与输出转矩的关系的图表。另外，第一比较例和第二比较例的电动机是磁场磁通不变化的电动机。

如图9所示，磁场磁通大的第一比较例的电动机低速旋转时能够输出高转矩，但随着旋转速度增大，感应电压相对于电源电压而变大，因此很难高速旋转。磁场磁通小的第二比较例的电动机能够高速旋转，但在低速旋转时无法输出高转矩。相对于此，本实施方式的旋转电机1能够根据负载转矩的大小而使磁场磁通变化，因此在低速旋转时能够输出高转矩，也能够高速旋转。

图10示出了本实施方式的旋转电机1、磁场磁通大的上述第一比较例的电动机和磁场磁通小的上述第二比较例的电动机的输出转矩与效率的关系的图表。

如图10所示，磁场磁通大的第一比较例的电动机在高转矩时能够高效率地驱动，但定子铁心产生的铁损大，因此在低转矩时效率变低。磁场磁通小的第二比较例的电动机在低转矩时能够以比较高的效率驱动，但由于磁场磁通小，因此无法输出高转矩。相对于此，本实施方式的旋转电机1能够根据负载转矩的大小而使磁场磁通变化，因此能够从低转矩时到高转矩时均以高效率驱动。

此外，在本实施方式中，特别是，多个转子侧永磁体21以沿旋转方向相邻的转子侧永磁体21的相同磁极彼此对置的方式呈放射状配置在转子铁心20的内部。根据这样的配置结构，能够增大转子侧永磁体21的投入量，能够使磁通集中于磁极部20a，能够实现小型且高性能的旋转电机1。

此外，在本实施方式中，特别是，能够得到如下的效果。即，借助于磁力和侧板15、16等部件而进行轴10与转子铁心20之间的旋转转矩的传递。因此，需要牢固地进行固定，以免转子铁心20与侧板15、16沿旋转方向发生偏离。因此，在本实施方式中，在侧板15、16的转子铁心20侧的表面形成有供转子侧永磁体21嵌入的槽152、152。利用螺栓B2进行侧板15、16与转子铁心20的连结，但由于转子侧永磁体21嵌入于槽152、152，因此能够进一步提高转子铁心20与侧板15、16的止转功能。

此外，在本实施方式中，特别是，利用限制部件100限制轴10与转子铁心20的相对旋转。由此，在高转矩时能够在轴10与转子铁心20之间传递旋转转矩。此外，利用限制部件100使轴10与转子铁心20的相对角度的变动范围限制在磁极间距以下的角度范围。由此，能够在适当的相对角度的范围内使轴10与转子铁心20相对旋转。此外，关于旋转方向一侧和另一侧的哪个方向的相对旋转均能够限制角度范围。

此外，在本实施方式中，特别是，由于在圆筒部件6的轴向两端侧朝向径向外侧突出的突起部61和在侧板15、16的内周侧朝向径向内侧突出的突起部151卡合，因此轴10与转子铁心20的相对角度的变动范围被限制。由于这样的结构，能够根据负载转矩的大小而使磁场磁通有效地变化。

此外，在本实施方式中，特别是，能够得到如下的效果。即，假如在将旋转位置被检测部件连结于轴10侧的情况下，由于轴10与转子铁心20因相对旋转而旋转位置不同，因此无法高精度地检测出转子3的磁极位置。在本实施方式中，旋转位置被检测部件被安装在可相对旋转地被安装于轴10的部件中的任意部件上。因此，能够高精度地检测出转子3的磁极位置。

此外，在本实施方式中，特别是，转子铁心20借助于贯通各磁极部20a的螺栓B2被固定于侧板15、16。由此，能够将转子铁心20与侧板15、16牢固地固定。

此外，在本实施方式中，特别是，旋转电机1不具有用于增大轴10与转子铁心20的相对角度的转子相位控制机构。由此，能够实现大幅简化结构的可变磁场型的旋转电机1。

(1-4.第一实施方式的变形例)

另外，第一实施方式不限于上述内容，可在不脱离其主旨和技术思想的范围内进行各种变形。下面，对那样的变形例进行说明。另外，在下面的变形例中，主要对与上述第一实施方式不同的部分进行说明。此外，对于具有与上述第一实施方式实质上相同功能的结构要素，原则上用相同的标号来表示，关于这些结构要素的重复说明，适当地省略。

(1-4-1.在突起部彼此间配置弹性体的情况)

如图11所示，在本变形例中，在圆筒部件6的轴向负载侧端部6c与负载侧侧板15沿径向对置的区域中形成的各空隙30a、30b中，分别配置有例如由橡胶或树脂等构成的弹性体19。

各弹性体19的形状和硬度被调整，以使相对于负载转矩的、轴10与转子铁心20的相对角度的变动范围被适当地调整。另外，在图11所示的示例中，弹性体19是从截面观察时为大致圆形的形状，但也可以是除此以外的形状。

在本变形例中，利用上述的圆筒部件6的突起部61、上述的负载侧侧板15和负载相反侧侧板16的突起部151、以及上述弹性体19构成限制部件100。

在以上说明的本变形例中，在突起部61与突起部151之间配置有弹性体19。由此，通过调整弹性体19的形状和硬度，从而能够调整相对于负载转矩的角度范围，能够使轴10与转子铁心20的相对旋转动作顺畅。此外，能够将突起部61与突起部151的卡合时的冲击吸收，并能够防止突起部61、151的破损及变形。

(1-4-2.将旋转位置被检测器配置于负载相反侧侧板的情况)

在图12中，本变形例的旋转电机1A的定子2、框架4、圆筒部件6、轴侧永磁体8、负载侧支架11、轴承12、14、负载侧侧板15、转子铁心20和转子侧永磁体21与上述第一实施方式大致相同。在该旋转电机1A中，与上述第一实施方式不同之处在于如下等方面：代替轴10而设置轴10A、代替负载相反侧支架13而设置负载相反侧支架13A、代替负载相反侧侧板16而设置负载相反侧侧板16A、代替未图示的旋转位置被检测部件而设置旋转位置被检测部件17A、代替旋转位置检测部18而设置旋转位置检测部18A。

即，在本变形例中，旋转位置被检测部件17A被安装于作为可相对旋转地被安装于轴10的部件之一的负载相反侧侧板16A。此外，旋转位置检测部18A与旋转位置被检测部件17A沿轴向对置地配置。

根据本变形例，能够使轴10A的结构简易且牢固，并能够使旋转电机1A的结构更简化。

<2.第二实施方式>

下面，对第二实施方式进行说明。另外，在第二实施方式中，主要对与上述第一实施方式不同的部分进行说明。此外，对于具有与上述第一实施方式实质上相同的功能的结构要素，原则上用相同的标号表示，关于这些结构要素的重复说明，适当地省略。

(2-1.旋转电机的结构)

首先，参照图13对本实施方式的旋转电机的结构进行说明。另外，图13中所示的旋转电机的各结构的状态对应于负载转矩小的情况。

在图13中，未特别地图示，但本实施方式的旋转电机1’的定子2、框架4、支架11、13、轴承12、14、侧板15、16、被检测部件17和旋转位置检测器18与上述第一实施方式大致相同。在该旋转电机1’中，与上述第一实施方式不同之处主要在于，转子的结构、轴的结构、圆筒部件的结构、永磁体未固定于轴等。

即，本实施方式的转子3’以沿径向隔着磁空隙而与上述定子2的内周面对置的方式被配置在定子2的内部。该转子3’具备：大致圆筒状的转子铁心20’；由适当的磁性体构成的轴10’，其在定子2的径向内侧被支承成绕轴心k旋转自如，并以同轴的方式配置在转子铁心20’的内部；以及多个(在图示的示例中是16个)永磁体21’(相当于第一永磁体的一个示例)。

转子铁心20’的轴向长度形成得与上述的定子铁心5实质上相等。此外，转子铁心20’被安装于轴10’的外周，能够相对于定子2绕轴心k旋转，并且能够相对于轴10’和后述的圆筒部件绕轴心k相对旋转。

多个永磁体21’配置在转子铁心20’的内部，并与转子铁心20’的旋转一同旋转。即，转子3’的多个永磁体21’被埋入于转子铁心20’，旋转电机1’构成为IPM型的马达。此外，具体而言，多个永磁体21’以沿旋转方向相邻的两个永磁体21’、21’为一对(在图13中用标号22表示)由多对(在图示的示例中是8对)构成。并且，各对22的永磁体21’、21’以相同磁极彼此(N极彼此或S极彼此)相互对置的方式呈间隔朝向径向外侧而增大的形状配置在转子铁心20’的内部(所谓的V字形配置)。

此外，在转子铁心20’，利用多对22的永磁体21’、21’在各对22的永磁体21’、21’之间构成磁极部20a’。

在轴10’的与转子铁心20’沿径向对置的位置，沿旋转方向等间隔地形成有与构成转子铁心20’的多个磁极部20a’同数量的朝向径向外侧突出的突极部101。并且，在转子铁心20’的径向内侧的突极部101彼此之间形成有与多个磁极部20a’同数量的空隙部40。

上述转子铁心20’在负载转矩小时借助于永磁体21’的磁引力相对于轴10’被保持在规定的角度位置。具体而言，转子铁心20’在负载转矩小时相对于轴10’借助于磁极部20a’的磁引力被保持在磁极部20a’与突极部101沿径向正对的角度位置。并且，转子铁心20’构成为：随着负载转矩的增大，与轴10’的相对角度克服磁引力而增大(具体后述)。由此，能够随着负载转矩的大小而利用与磁引力的平衡使磁场磁通变化(具体后述)。

(2-2.磁场磁通根据负载转矩的大小而变化的原理)

下面，参照图14和图15对磁场磁通根据负载转矩的大小而变化的原理进行说明。

图14示出了负载转矩小的状态。在该状态下，转子铁心20’相对于轴10’借助于磁极部20a’的磁引力被保持在磁极部20a’与突极部101沿径向正对的角度位置。在该状态下，磁极部20a’的磁通向突极部101侧泄漏，因此磁场磁通变小。

进而，随着负载转矩增大，转子铁心20’与轴10’克服磁引力而相对旋转，转子铁心20’与轴10’的相对角度增大，接近磁极部20a’与空隙部40沿径向正对的角度位置。由此，向突极部101侧泄漏的磁极部20a’的磁通逐渐变少，因此磁场磁通随着负载转矩的增大而变大。

图15示出了负载转矩进一步增大的状态。在该状态下，转子铁心20’与轴10’克服磁引力而相对旋转，转子铁心20’与轴10’的相对角度进一步增大，成为磁极部20a’与空隙部40沿径向正对的角度位置。在该状态下，向突极部101侧泄漏的磁极部20a’的磁通几乎消失，磁场磁通成为最大。

(2-3.本实施方式的效果)

在以上说明的本实施方式的旋转电机1’中，与上述第一实施方式同样，可根据负载转矩的大小而利用与磁引力的平衡使磁场磁通变化。其结果是，使轴10’与转子铁心20’的相对角度变化，无需用于使磁场磁通变化的转子相位控制机构，因此能够实现结构大幅简化的可变磁场型的旋转电机1’。

此外，在本实施方式中，特别是，多个永磁体21’以沿旋转方向相邻的两个永磁体21’、21’为一对而包含多对。并且，各对22的永磁体21’、21’以相同磁极彼此对置的方式呈间隔朝向径向外侧而增大的形状配置在转子铁心20’的内部。根据这样的配置结构，能够提高转子铁心20’中的永磁体20a’的设计自由度。

此外，在本实施方式中，特别是，在轴10’的轴向的与转子铁心20’对置的位置设置有多个突极部101，在转子铁心20’的径向内侧的突极部101彼此之间形成有多个空隙部40。设置与多个磁极部20a’同数量的突极部101和空隙部40，所述多个磁极部20a’通过多个永磁体21’构成在转子铁心20’中。

并且，在负载转矩小的情况下，转子铁心20’相对于轴10’借助于磁极部20a’的磁引力被保持在磁极部20a’与突极部101沿径向正对的角度位置。由此，磁极部20a’的磁通向突极部101侧泄漏，因此能够缩小磁场磁通。其结果是，感应电压相对于电源电压而变小，能够高速旋转。此外，由于可缩小定子铁心5产生的铁损而降低无负载损失，因此可得到高效率。

另一方面，随着负载转矩增大，转子铁心20’与轴10’的相对角度增大，接近磁极部20a’与空隙部40沿径向正对的角度位置。由此，向突极部101侧泄漏的磁极部20a’的磁通逐渐变少，磁极部20a’的磁通逐渐增强，因此能够随着负载转矩的增大而增大磁场磁通。其结果是，能够提高输出转矩。此外，由于转矩常数变大而能够降低电流值，因此能够得到高效率。

此外，在本实施方式中，与上述第一实施方式那样多个轴侧永磁体8以沿旋转方向极性交替地不同的方式被固定于轴10的情况不同，无需永磁体，因此能够减少部件数量和成本，能够实现小型且低成本的旋转电机1’。

另外，实施方式不限于上述内容，可在不脱离其主旨和技术思想的范围内进行各种变形。

此外，除了以上已说明的以外，也可以将上述各实施方式及各变形例的方法适当地组合起来使用。

除此以外，不逐一例举，但上述各实施方式及各变形例可在不脱离其主旨的范围内加以各种变更来实施。

标号说明

1、1A、1’：旋转电机

2：定子

3、3’：转子

5：定子铁心

6：圆筒部件

8：轴侧永磁体(第二永磁体的一个示例)

10、10A、10’：轴

15：负载侧侧板(侧板的一个示例)

16、16A：负载相反侧侧板(侧板的一个示例)

17A：旋转位置被检测部件

19：弹性体

20、20’：转子铁心

20a、20a’：磁极部

21：转子侧永磁体(第一永磁体的一个示例)

21’：永磁体(第一永磁体的一个示例)

40：空隙部

61：突起部(第一突起部的一个示例)

100：限制部件

101：突极部

151：突起部(第二突起部的一个示例)

152：槽

B2：螺栓

Claims (12)

1.一种旋转电机，该旋转电机是使磁场磁通变化的可变磁场型的旋转电机，其特征在于，

该旋转电机具有：

定子，其具备定子绕组和定子铁心；和

转子，其具备被支承成旋转自如的轴、以能够相对旋转的方式被安装于上述轴的转子铁心以及设置于上述转子铁心的多个第一永磁体，

上述转子铁心借助于上述第一永磁体的磁引力相对于上述轴被保持在规定的角度位置，并且上述转子铁心构成为：随着负载转矩的增大，与上述轴的相对角度克服上述磁引力而增大，并且上述转子铁心的轴向长度与上述定子铁心实质上相等。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

该旋转电机还具有与多个磁极部同数量的第二永磁体，上述第二永磁体以沿旋转方向极性交替地不同的方式被固定于上述轴，上述多个磁极部通过上述多个第一永磁体构成在上述转子铁心中，

上述转子铁心相对于上述轴被保持在彼此极性不同的上述磁极部与上述第二永磁体沿径向正对的上述角度位置。

3.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，

上述多个第一永磁体以沿上述旋转方向相邻的上述第一永磁体的相同磁极彼此对置的方式呈放射状配置在上述转子铁心的内部。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的旋转电机，其特征在于，

该旋转电机还具有两个侧板，该两个侧板以能够相对旋转的方式被安装于上述轴并被固定在上述转子铁心的轴向两端，

上述侧板在上述转子铁心侧的表面具有槽，上述第一永磁体嵌入上述槽中。

5.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

上述多个第一永磁体以沿旋转方向相邻的两个上述第一永磁体为一对而包含多对，

各对上述第一永磁体以相同磁极彼此对置的方式呈间隔朝向径向外侧增大的形状配置在上述转子铁心的内部。

6.根据权利要求5所述的旋转电机，其特征在于，

该旋转电机还具有：

与通过上述多个第一永磁体构成在上述转子铁心中的多个磁极部同数量的突极部，该突极部在上述轴的轴向的至少与上述转子铁心对置的位置朝向径向外侧突出；以及

与上述磁极部同数量的空隙部，该空隙部形成于上述转子铁心的径向内侧的上述突极部彼此之间，

上述转子铁心相对于上述轴被保持在上述磁极部与上述突极部沿径向正对的上述角度位置。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的旋转电机，其特征在于，

该旋转电机还具有限制部件，该限制部件构成为：将上述轴与上述转子铁心的上述相对角度的变动范围限制在磁极间距以下的角度范围。

8.根据权利要求7所述的旋转电机，其特征在于，

该旋转电机还具有：

圆筒部件，其被固定于上述轴的外周；以及

两个侧板，它们以能够相对旋转的方式被安装于上述圆筒部件，并被固定于上述转子铁心的轴向两端，

上述限制部件具有：

第一突起部，其在上述圆筒部件的轴向的至少一端侧朝向径向外侧突出；以及

第二突起部，其在上述两个侧板的至少一方的内周侧朝向径向内侧突出并能够与上述第一突起部卡合。

9.根据权利要求8所述的旋转电机，其特征在于，

上述限制部件具有弹性体，该弹性体配置在上述第一突起部与上述第二突起部之间。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的旋转电机，其特征在于，

用于检测上述转子的位置的旋转位置被检测部件被安装在以能够相对旋转的方式被安装于上述轴的部件中的任意部件上。

11.根据权利要求10所述的旋转电机，其特征在于，

该旋转电机还具有两个侧板，该两个侧板以能够相对旋转的方式被安装于上述轴，并被固定于上述转子铁心的轴向两端，

上述旋转位置被检测部件被安装于在上述转子铁心的轴向负载相反侧的端部固定的上述侧板。

12.根据权利要求1至11中的任一项所述的旋转电机，其特征在于，

该旋转电机还具有两个侧板，该两个侧板以能够相对旋转的方式被安装于上述轴，并被固定在上述转子铁心的轴向两端，

上述转子铁心借助于贯通各磁极部的螺栓被固定于上述两个侧板，上述各磁极部通过上述多个第一永磁体构成在该转子铁心中。