JP2004260970A

JP2004260970A - 電動機および電動機システム

Info

Publication number: JP2004260970A
Application number: JP2003051297A
Authority: JP
Inventors: Munehiro Kamiya; 宗宏神谷; Takatoshi Matsushita; 崇俊松下; Tomohiro Fukushima; 智宏福島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】低速回転時の出力トルクが増加し、高速回転時の効率が向上する電動機を提供する。
【解決手段】電動機１００は、主ステータ１１０と、８つの第１の永久磁石２１０および８つの第２の永久磁石が配置されたロータ２００と、補助ステータコイル３１０が捲回された補助ステータ３００とを含む。８つの第１の永久磁石２１０のそれぞれは、自身の磁束が主ステータ１１０と鎖交するように配置されている。８つの第２の永久磁石２２０のそれぞれは、自身の磁束がロータ２００の内部において漏れ磁束となるように配置されている。電動機１００の運転状態に基づいて補助ステータコイル３１０が励磁されると、第２の永久磁石２２０の磁束は主ステータ１１０と鎖交する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の特性を向上する技術に関し、特に、低速回転時において出力トルクを向上させ、高速回転時において効率を向上させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石型電動機は、回転子に配置された永久磁石の磁束と固定子における界磁との間に発生する吸引力および反発力に基づいてトルクを出力する。このトルクは磁束密度に基づいて変動するため、低回転で高トルクを発生する電動機は高回転で運転することが難しく、高回転域では弱め界磁制御を行う必要があり、弱め界磁制御は大きなエネルギーを要するため効率が悪化するという問題がある。
【０００３】
このような問題を解決するために、特開２０００−２６１９９５公報（特許文献１）は、低速回転時における出力トルクを増加するための電動機を開示する。この電動機は、回転軸、回転子、ステータ、電磁石コアと電磁石コイルとからなる電磁石、およびその電磁石の磁力を制御するコントローラを含む。回転子は、回転軸上に配置された透磁部材と円筒状磁路コアと永久磁石部材とを含む。電磁石コアは、透磁部材に密着する密着部と、その密着部を回転子から軸方向に離間させる切り欠き部が周方向に形成された円筒部とを含む。
【０００４】
特許文献１に開示された電動機によると、回転軸が低速回転している場合、コントローラが電磁石コイルに通電して電磁石コアに磁束を発生させる。この磁束は、永久磁石部材により発生する磁束に加算されるため、低速回転時における電動機の出力トルクが増加する。これにより、電動機が低速にて回転しているときにも、十分なトルクを出力することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２６１９９５公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示された電動機によると、回転軸が高速回転している場合、トルクの出力を抑制するために、コントローラが電磁石コイルに通電して、低速回転時と逆方向の磁束を電磁石コアに発生させる。この電磁石コアに発生した磁束の方向は、永久磁石による磁束の方向と逆になるため、高速回転時における効率が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、低速回転時において出力トルクが向上し、高速回転時において効率が向上する電動機および電動機システムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る電動機は、第１の永久磁石および第２の永久磁石が設けられ回転子と、第１の固定子と、運転状態に基づいて第２の永久磁石の磁束の方向を変更するための変更手段を含む。第１の永久磁石は、その第１の永久磁石による磁束が第１の固定子と鎖交するように配置されている。第２の永久磁石は、その第２の永久磁石による磁束が回転子の内部に漏れるように配置されている。
【０００９】
第１の発明によると、電動機の運転状態（回転数、要求トルクなど）が高トルクを必要とするとき（たとえば低回転時）、変更手段は第１の固定子と鎖交するように第２の永久磁石の磁束の方向を変更する。その磁束が第１の固定子と鎖交すると、電動機は、第２の永久磁石からの磁束に基づくトルクをさらに出力する。一方、その運転状態が高トルクを必要としないとき（たとえば高回転時）、電動機の変更手段は第２の永久磁石の磁束の方向を変更しない。このとき第２の永久磁石の磁束は回転子から漏れないため、第１の固定子と鎖交しない。したがって、電動機の出力トルクは、第１の永久磁石の磁束に基づくトルクとなる。このようにして、運転状態に応じて電動機のトルクを変更することができる。これにより、低速回転時において出力トルクが向上し、高速回転時において効率が向上する電動機を提供することができる。
【００１０】
第２の発明に係る電動機は、第１の発明の構成に加えて、第２の永久磁石は、その第２の永久磁石による磁束が短絡するように配置されているものである。
【００１１】
第２の発明によると、第２の永久磁石からの磁束は回転子の外部に漏れないため、この磁束の方向が変更されないときは、電動機は第１の永久磁石に基づくトルクを出力する。したがって、不要なトルクの発生を防止することができる。
【００１２】
第３の発明に係る電動機は、第１の発明の構成に加えて、第２の永久磁石は、その第２の永久磁石による磁束が回転子の周方向を向くように配置されているものである。
【００１３】
第３の発明によると、第２の永久磁石からの磁束は第１の固定子と鎖交しないため、この磁束の方向が変更されないときは、電動機は第１の永久磁石に基づくトルクを出力する。したがって、不要なトルクの発生を防止することができる。
【００１４】
第４の発明に係る電動機は、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、第１の永久磁石および第２の永久磁石は、それぞれ複数設けられている。各複数の第２の永久磁石は、複数の第１の永久磁石の間に配置されているものである。
【００１５】
第４の発明によると、第１の永久磁石および第２の永久磁石の遠心力による回転子に対する負荷が軽減されるため、電動機を高速回転させることができる。
【００１６】
第５の発明に係る電動機は、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、変更手段は、電動機が要求されるトルクおよび電動機の回転数のいずれかに基づいて、第２の永久磁石の磁束の方向を変更するための磁束変更手段を含む。
【００１７】
第５の発明によると、電動機が要求されるトルクおよび電動機の回転数のいずれかに基づいて（たとえば電動機の出力トルクが要求されているトルクよりも小さいとき、あるいは電動機の回転数が所定の回転数よりも小さいとき）、第２の永久磁石の磁束の方向を変更することができる。このようにして、電動機の出力トルクを変更することができる。
【００１８】
第６の発明に係る電動機は、第５の発明の構成に加えて、磁束変更手段は、電動機の回転数が予め定められた回転数を下回るとき、あるいは、電動機が要求されるトルクが予め定められたトルクを下回るとき、第２の永久磁石の磁束の方向を変更するための手段を含む。
【００１９】
第６の発明によると、第１の永久磁石および第２の永久磁石によるトルクが出力されるため、低速回転時あるいは高トルクが必要なときに、電動機の出力トルクを向上させることができる。
【００２０】
第７の発明に係る電動機は、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、変更手段は、第１の固定子とは異なる第２の固定子である。第２の固定子には、コイルが捲回されているものである。
【００２１】
第７の発明によると、コイルを励磁することにより第２の永久磁石の磁束を第１の固定子に鎖交させることができるため、電動機の運転状態に応じて、その出力トルクを向上させることができる。
【００２２】
第８の発明に係る電動機システムは、第１〜７のいずれかの発明に係る電動機を含む。この電動機システムは、インバータと、電動機の運転状態に基づいて回転子の回転と同期するように、インバータから第２の固定子に供給される電流を制御するための制御手段とをさらに含む。
【００２３】
第８の発明によると、電動機の運転状態がたとえば高トルクを必要とする状態であるとき（たとえば低速回転時）、電動機システムの制御手段は、回転子の回転と同期するようにインバータから第２の固定子に供給される電流を制御する。また、運転状態が高トルクを必要としないとき（たとえば高速回転時）、制御手段は第２の固定子に電流を供給しない。このとき、銅損等の損失が低減される。このようにして、運転状態に応じて出力トルクあるいは効率を向上させることができる。これにより、低速回転時において出力トルクが向上し、高速回転時において効率が向上する電動機システムを提供することができる。、
第９の発明に係る電動機システムは、第８の発明の構成に加えて、制御手段は、電動機の回転数が予め定められた回転数を下回る場合、あるいは電動機の出力トルクが要求されるトルクを下回る場合には、回転子の回転と同期するように電流を制御するための手段を含む。
【００２４】
第９の発明によると、電動機の回転数が予め定められた回転数を下回る場合、あるいは電動機の出力トルクが要求されるトルクを下回る場合には、電動機の出力トルクを向上させることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００２６】
＜第１の実施の形態＞
図１〜図７を参照して、本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００２７】
図１を参照して、本実施の形態に係る電動機１００の構成を説明する。図１（Ａ）は、電動機１００を正面から表わした図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示したＸ−Ｘ′軸における電動機１００の断面を表わす。
【００２８】
図１（Ａ）に示すように、電動機１００は、主ステータ１１０と、ロータ２００と、８つの第１の永久磁石２１０と、８つの第２の永久磁石２２０と、シャフト２３０と、補助ステータ３００と、補助ステータ３００に捲回された補助ステータコイル３１０とを含む。第１の永久磁石２１０および第２の永久磁石２２０は、たとえばフェライト磁石、ネオジム磁石などであるが、特にこれらに限られない。
【００２９】
８つの第１の永久磁石２１０は、その磁束が主ステータ１１０に鎖交するように配置されている。８つの第２の永久磁石２２０は、それぞれ、第１の永久磁石２１０の間に縦方向となるように（その磁束が主ステータ１１０に鎖交しないように）配置されている。
【００３０】
このように配置すると、第２の永久磁石２２０の磁束は、他の磁束によりその方向が変えられない限り、ロータ２００の内部における漏れ磁束となる。そのため、他の磁束が作用するまで、ロータ２００は第２の永久磁石２２０の回転に影響を及ぼさない。
【００３１】
なお、第１の永久磁石２１０および第２の永久磁石２２０の数は、これに限られず、電動機１００の特性に応じて変更することができる。
【００３２】
補助ステータコイル３１０は、外部の電力供給源（図示しない）に接続されており、その供給源から供給される電流に基づいて、磁束を発生する。この電力供給源は、たとえば、バッテリ（図示しない）に接続されたＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）型のインバータであるが、特にこれに限られない。
【００３３】
図１（Ｂ）に示すように、主ステータ１１０には主ステータコイル１２０が捲回されている。シャフト２３０には、ロータ２００が取り付けられている。ロータ２００の端面には、エンドプレート２５０が配置されている。シャフト２３０には、補助ステータ３００を内側に配置できるように凹部が形成されている。シャフト２３０の内周面と補助ステータ３００の外周面には、所定のギャップ２６０が形成されている。軸受２４０は、シャフト２３０と補助ステータ３００の取付部との間に設けられている。
【００３４】
以上の構造に基づく電動機１００の動作について説明する。電動機１００の運転状態が高トルクを必要とするとき（たとえば低速回転時）、電流が補助ステータコイル３１０に供給され、補助ステータコイル３１０は磁束を発生する。この磁束の方向がロータ２００の方向であるとき、第２の永久磁石２２０の磁束の方向はロータ２００の外側に変更され、主ステータ１１０と鎖交する。その結果、第２の永久磁石２２０の磁束と主ステータ１１０による界磁との間においてトルクが発生するため、電動機１００の出力トルクが上昇する。
【００３５】
一方、電動機１００の運転状態が高トルクを必要としないとき（たとえば高速回転時）、電流が補助ステータコイル３１０に供給されなくなり、磁束がなくなる。このとき、主ステータ１１０と鎖交していた第２の永久磁石２２０の磁束は、ロータ２００の内部における漏れ磁束となる。そのため、第２の永久磁石２２０の磁束によるトルクの分だけ、電動機１００の出力トルクは低下する。
【００３６】
図２を参照して、本実施の形態に係る電動機１００の特性について説明する。図２は、電動機１００の回転数とトルクとの関係を表わす。図２に示すように、この特性を表わす領域は、領域Ａと領域Ｂとに分けられる。
【００３７】
領域Ａは、電動機１００の主ステータ１１０のみがトルクを出力する領域である。すなわち、補助ステータコイル３１０が励磁されない場合に出力されるトルクを表わす。
【００３８】
領域Ｂは、主ステータ１１０に加えて、補助ステータ３００がトルクを出力する領域である。たとえば、車両の発進時などにおいて、電動機１００に要求されるトルクが所定のトルクよりも大きい場合には、主ステータ１１０と補助ステータ３００とからトルクが出力される。この所定のトルクとは、たとえば主ステータ１１０とロータ２００とにより発生するトルクである。
【００３９】
図３を参照して、電動機１００のトルク特性について説明する。図３は、電動機１００の補助ステータ３００の電流の位相と出力トルクとの関係を表わす。
【００４０】
直線（Ａ）は、補助ステータコイル３１０に起磁力を与えない場合（電流を供給しない場合）における電動機１００の出力トルクを表わす。このトルクは、第１の永久磁石２１０の磁束に基づくトルクとなる。
【００４１】
曲線（Ｂ）は、５００Ａの起磁力を補助ステータコイル３１０に与えた場合の出力トルクを表わす。図３に示したように、電流の位相がおよそ−７０度から９０度の範囲において出力トルクが上昇する。このような位相となるように電流を供給することにより、電動機１００の出力を向上させることができる。なお、０度は、電動機１００のｄ軸（第１の永久磁石２１０の中心を通る軸）上に、Ｎ極が発生する位置である。
【００４２】
図４を参照して、ロータ２００の内側に配置された補助ステータコイル３１０の起磁力とトルクとの関係について説明する。図４は、補助ステータコイル３１０への供給電流の位相が０度の場合における関係を表わす。
【００４３】
曲線（Ａ）に示すように、起磁力の増加につれて電動機１００の出力トルクも上昇する。この場合、起磁力が１０００Ａに到達すると電動機１００の出力トルクは、ほぼ上限に到達する。したがって、電動機１００の必要トルクに応じて１０００Ａまでの起磁力を与えるように電流を制御すると、電動機１００を効率よく運転することができる。
【００４４】
曲線（Ｂ）は、トルクリプルの変化を表わす。トルクリプルとは、電動機１００に定格電流を供給した場合の平均トルクに対する出力トルクの変動分の割合をいう。曲線（Ｂ）に示すように、補助ステータコイル３１０の起磁力が大きくなるにつれて、トルクリプルの値は低下する。したがって、起磁力を大きくすることにより出力トルクの「むら」が小さくなるため、電動機１００を安定して回転させることができる。
【００４５】
図５および図６を参照して、磁束の波形に基づく電動機の特性を説明する。図５は、従来の電動機におけるギャップ磁束波形、基本波磁束および高調波磁束を表わす。ここで、従来の電動機とは、本実施の形態に係る補助ステータ３００を有さず、回転子には永久磁石２１０に相当する８つの永久磁石が配置された電動機である。
【００４６】
曲線（Ａ）に示すように、ギャップ磁束波形は、回転子の位相（機械角）について４５度ごとに変化する。これは、ギャップの磁束密度が８つの永久磁石の磁束によって変化することを示す。曲線（Ｂ）は、基本波磁束の形状を表わす。曲線（Ｃ）は、その基本波磁束に対する高調波磁束の形状を表わす。この高調波磁束については、後述する。
【００４７】
図６は、本実施の形態に係る電動機１００におけるギャップ磁束波形、基本波磁束および高調波磁束を表わす。
【００４８】
曲線（Ａ）に示すように、ギャップ磁束波形は、ロータ２００の位相（機械角）について４５度の間に２段階にわたって変化する。これは、ロータ２００において、８つの永久磁石２１０に加えて、それらの磁石の間に第２の永久磁石２２０が配置されたことによる。すなわち、８つの第２の永久磁石２２０がギャップにおける磁束密度の変化を緩和するため、ギャップ磁束波形は、従来の電動機におけるギャップ磁束波形に比べて、正弦波形に近い形状となる。また、曲線（Ｃ）に示す高調波磁束の振幅は、従来の電動機における高調波磁束の波形（図５の曲線（Ｃ））に比べて小さくなっている。その結果、磁束の急な変動が抑制され、トルクリプルを低減することができる。
【００４９】
以上のようにして、本発明の第１の実施の形態に係る電動機１００によると、高トルクが必要とされる場合には、補助ステータコイル３１０が励磁される。この励磁により、第２の永久磁石の磁束が主ステータ１１０に鎖交するため、第１の永久磁石２１０によるトルクに加えて、第２の永久磁石２２０の磁束によるトルクも出力される。これにより、電動機１００は、高トルクを出力することができる。
【００５０】
また、高トルクが必要とされない場合（高回転時）には、補助ステータコイル３１０は励磁されない。この場合、第１の永久磁石２１０に基づくトルクのみが発生するため、電動機１００の出力トルクは従来の出力トルクと変わらない。このとき、第２の永久磁石２２０の磁束はロータ２００において漏れ磁束となり、その磁束は主ステータ１１０に鎖交しない。このようにすると、弱め界磁を制御するための電流を低減できるため、銅損を抑制することができる。
【００５１】
高回転時においては、また、引き摺り損失が低減されるため、鉄損を低減することができる。さらに、無負荷誘起電圧の低下により巻数の増加が可能になるため。電動機１００に供給する電流を低減することができる。このようにして、高速回転時における電動機の効率を向上させることができる。
【００５２】
また、第１の永久磁石２１０に加えて第２の永久磁石２２０をロータ２００に配置することにより、ギャップ磁束の波形を正弦波状に近づけることができるため、トルクリプルを低減することができる。また、ギャップ部パーミアンスの変動を抑制することができるため、高調波磁束の振れを小さくすることができる。
【００５３】
さらに、永久磁石２１０および永久磁石２２０を分散してロータ２００に配置することにより、永久磁石の遠心力による負荷がロータ２００において軽減される。その結果、ロータ２００の高速回転が可能になり、電動機１００の運転性能を向上させることができる。
【００５４】
＜第１の実施の形態の変形例＞
図７を参照して、本実施の形態の変形例について説明する。図７（Ａ）は、本変形例に係る電動機７００を正面から表わした図である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示したＹ−Ｙ′軸における電動機７００の断面を表わす。
【００５５】
電動機７００は、補助ステータ７６０において直流コイル７７０が巻かれている点で、図１に示した電動機１００と異なるが、他の構成については同じであるので、ここでは説明は繰り返さない。
【００５６】
以上の構造に基づく本変形例に係る電動機７００の動作について説明する。電流が直流コイル７７０に供給されると、磁束が発生して、ロータ７２０は磁気飽和の状態になる。このとき、ロータ７２０に配置されている第２の永久磁石７４０の磁束が漏れ磁束となって主ステータ７１０と鎖交するため、磁石トルクが増加する。したがって、高トルクを必要とするとき、直流コイル７７０に電流を供給することにより、電動機７００の出力を大きくすることができる。
【００５７】
＜第２の実施の形態＞
図８および図９を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００５８】
図８は、本実施の形態に係る電動機システム１０００を備えた電源システム２０００の構成を表わす。この電源システム２０００は、ハイブリッド車あるいは電気自動車等の車両に搭載される。この電動機システム１０００は、電動機１００と、インバータＥＣＵ８００と、インバータ８１０とを含む。この電動機システム１０００は、ＳＭＲ（ＳｙｓｔｅｍＭａｉｎＲｅｌａｙ）８３０を介して電源８２０に接続されている。
【００５９】
なお、電動機１００は、図１に示した第１の実施の形態に係る電動機１００と同一であるので、説明は繰り返さない。
【００６０】
この電動機システム１０００は、たとえば車両の駆動源である。すなわち、電動機１００の出力トルクは、シャフト２３０（図１）を介して駆動輪（図示しない）に伝達される。電源８２０は、たとえば数百Ｖの二次電池である。
【００６１】
電動機１００は、インバータ８１０から供給される交流電流により駆動される。また、電動機１００が回生状態にあるときは、インバータ８１０を介して発電した電力を電源８２０に充電する。
【００６２】
インバータＥＣＵ８００には、ハイブリッドＥＣＵ（図示しない）から信号が入力される。この信号には、電動機１００の出力トルクを増加する指示、アクセル開度信号、車速、要求トルクなどが含まれている。
【００６３】
インバータＥＣＵ８００は、ハイブリッドＥＣＵから入力された信号に基づいてインバータ８１０を制御することにより、電動機１００に供給する電流を制御する。インバータＥＣＵ８００は、電動機１００が回生制動しているとき、所定の電圧以下の電流が電源８２０に供給されるように、インバータ８１０を制御する。これにより、電源８２０の過充電が防止される。
【００６４】
ＳＭＲ８３０は、電源システム２０００を保護するため、所定の条件に基づいて電源８２０と電動機システム１０００との間の回路の接続および遮断を行う。たとえば電動機システム１０００が異常発電している場合には、ＳＭＲ８３０は、電源８２０の過充電を防止するために、電源回路を遮断する。
【００６５】
図９を参照して、本実施の形態に係る電動機システム１０００の制御構造を、フローチャートに基づいて説明する。
【００６６】
ステップ（以下「ステップ」をＳと表わす。）９０２にて、インバータＥＣＵ８００は、ハイブリッドＥＣＵからアクセル開度信号を受信する。Ｓ９０４にて、インバータＥＣＵ８００は、電動機１００の回転数を検出する。
【００６７】
Ｓ９０６にて、インバータＥＣＵ８００は、電動機１００の回転数が所定回転数以下であるか否かを判断する。ここで所定回転数とは、電動機１００が搭載される車両あるいは電動機１００自身の特性に基づいて予め定められた回転数をいう。電動機１００の回転数が所定回転数以下であるとき（Ｓ９０６にてＹＥＳ）、処理はＳ９０８に移される。そうでないとき（Ｓ９０６にてＮＯ）、処理は終了する。
【００６８】
Ｓ９０８にて、インバータＥＣＵ８００は、電動機１００が要求されているトルク（以下「要求トルク」という。）が所定トルク以上であるか否かを判断する。ここで、所定トルクとは、電動機１００の主ステータ１１０と第１の永久磁石２１０とにより発生されるトルクをいう。要求トルクが所定トルク以上であるとき（Ｓ９０８にてＹＥＳ）、処理はＳ９１０に移される。そうでないとき（Ｓ９０８にてＮＯ）、処理は終了する。
【００６９】
Ｓ９１０にて、インバータＥＣＵ８００は、インバータ８１０を制御して電動機１００の補助ステータコイル３１０を励磁する。すなわち、所定の起磁力を与える電流が補助ステータコイル３１０に供給される。
【００７０】
Ｓ９１２にて、インバータＥＣＵ８００は、ハイブリッドＥＣＵからアクセル開度信号を受信する。Ｓ９１４にて、インバータＥＣＵ８００は、電動機１００の回転数を検出する。
【００７１】
Ｓ９１６にて、インバータＥＣＵ８００は、補助ステータコイル３１０の励磁を終了する条件（以下「励磁の終了条件」という。）が成立しているか否かを判断する。この判断は、Ｓ９１２にて受信したアクセル開度信号およびＳ９１４にて受信した電動機１００の回転数に基づいて行われる。励磁の終了条件が成立する場合は、たとえばアクセル開度信号が所定の値より小さく、電動機１００の回転数が所定回転数よりも大きい場合である。励磁の終了条件が成立しているとき（Ｓ９１６にてＹＥＳ）、処理はＳ９１８に移される。そうでないとき（Ｓ９１６にてＮＯ）、処理はＳ９１０に戻される。
【００７２】
Ｓ９１８にて、インバータＥＣＵ８００は、補助ステータコイル３１０の励磁を終了する。
【００７３】
以上の構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る電動機システム１０００の動作について説明する。
【００７４】
インバータＥＣＵ８００は、ハイブリッドＥＣＵからアクセル開度信号を受信し（Ｓ９０２）、さらに電動機１００の回転数を検出する（Ｓ９０４）。車両が低速走行している場合に、電動機１００の回転数が所定回転数以下であり（Ｓ９０６にてＹＥＳ）、要求トルクが所定トルク以上であるとき（Ｓ９０８にてＹＥＳ）、補助ステータコイル３１０はインバータ８１０からの電流によって励磁される（Ｓ９１０）。これにより、ロータ２００に向かう磁束が補助ステータコイル３１０に発生するとともに、ロータ２００に配置された第２の永久磁石２２０の磁束の方向が主ステータ１１０の方向に変えられる。その結果、主ステータ１１０に鎖交する磁束が増加するため、増加した分だけ電動機１００の出力トルクが上昇する。これにより、車両は加速する。
【００７５】
その後再びアクセル開度信号が受信され（Ｓ９１２）、電動機１００の回転数が検出される（Ｓ９１４）。車両が所定の速度に到達している場合には、励磁の終了条件が成立するため（Ｓ９１６にてＹＥＳ）、補助ステータコイル３１０に対する電流の供給が停止される。これにより、補助ステータコイル３１０の励磁は終了する（Ｓ９１８）。その結果、第２の永久磁石２２０の磁束はロータ２００の内部における漏れ磁束となるため、電動機１００の出力トルクは低下する。車両は、さらに加速することなく走行する。
【００７６】
以上のようにして、本実施の形態に係る電動機システム１０００によると、インバータＥＣＵ８００は、電動機１００の運転状況に基づいてインバータ８１０から電動機１００に供給する電流を制御することにより、電動機１００の出力を最適にすることができる。すなわち電動機１００が低速回転している場合に高トルクが要求されると、所定の起磁力を与える電流を供給することにより、補助ステータコイル３１０を励磁する。これにより、第２の永久磁石２２０の磁束がロータ２００から漏れて主ステータ１１０に鎖交する。その結果、低速回転時における電動機１００の出力トルクが増加する。
【００７７】
一方、電動機１００が高速回転しているときには、トルク要求は大きくないため、補助ステータコイル３１０は励磁されなくなる。これにより、ロータ２００が磁気飽和しなくなるため、第２の永久磁石の磁束２２０はロータ２００の外部に漏れなくなる。その結果、磁石トルクは発生しなくなり、電動機１００の出力トルクは低下する。このようにすると、銅損等の損失が低減されるため、電動機システムの効率は向上する。
【００７８】
これにより、低速回転時において出力トルクが向上し、高速回転時において効率が向上する電動機システムを提供することができる。
【００７９】
なお、第１の実施の形態および第２の実施の形態において、電動機１００の主ステータコイル１２０は集中巻の構成であったが、これに限られず、分布巻の構成であってもよい。
【００８０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電動機の構成図である。
【図２】図１に示す電動機の特性を表わす図（その１）である。
【図３】図１に示す電動機の特性を表わす図（その２）である。
【図４】図１に示す電動機の特性を表わす図（その３）である。
【図５】従来の電動機の特性を表わす図である。
【図６】図１に示す電動機の特性を表わす図（その４）である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の変形例に係る電動機の構成図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る電動機システムを備えた電源システムの構成図である。
【図９】図８に示す電動機システムの制御構造を表わすフローチャートである。
【符号の説明】
１００，７００電動機、１１０，７１０主ステータ、１２０主ステータコイル、２００，７２０ロータ、２１０，７３０第１の永久磁石、２２０，７４０第２の永久磁石、２３０，７５０シャフト、２４０軸受、２５０エンドプレート、３００，７６０補助ステータ、３１０，７７０補助ステータコイル、８００インバータＥＣＵ、８１０インバータ、８２０電源、８３０ＳＭＲ、１０００電動機システム、２０００電源システム。

Claims

回転子と第１の固定子とを含む電動機であって、
前記回転子には、第１の永久磁石および第２の永久磁石が設けられ、
前記電動機は、運転状態に基づいて前記第２の永久磁石の磁束の方向を変更するための変更手段を含み、
前記第１の永久磁石は、前記第１の永久磁石による磁束が前記第１の固定子と鎖交するように配置され、
前記第２の永久磁石は、前記第２の永久磁石による磁束が前記回転子の内部に漏れるように配置されている、電動機。
前記第２の永久磁石は、前記第２の永久磁石による磁束が短絡するように配置されている、請求項１に記載の電動機。
前記第２の永久磁石は、前記第２の永久磁石による磁束が前記回転子の周方向を向くように配置されている、請求項１に記載の電動機。
前記第１の永久磁石および前記第２の永久磁石は、それぞれ複数設けられ、
各前記複数の第２の永久磁石は、前記複数の第１の永久磁石の間に配置されている、請求項１〜３のいずれかに記載の電動機。
前記変更手段は、前記電動機が要求されるトルクおよび前記電動機の回転数のいずれかに基づいて、前記第２の永久磁石の磁束の方向を変更するための磁束変更手段を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の電動機。
前記磁束変更手段は、前記電動機の回転数が予め定められた回転数を下回るとき、あるいは、前記電動機が要求されるトルクが予め定められたトルクを下回るとき、前記第２の永久磁石の磁束の方向を変更するための手段を含む、請求項５に記載の電動機。
前記変更手段は、前記第１の固定子とは異なる第２の固定子であって、
前記第２の固定子には、コイルが捲回されている、請求項１〜４のいずれかに記載の電動機。
請求項１〜７のいずれかに記載の電動機を含む電動機システムであって、前記電動機システムは、
インバータと、
前記電動機の運転状態に基づいて、前記回転子の回転と同期するように、前記インバータから前記第２の固定子に供給される電流を制御するための制御手段とをさらに含む、電動機システム。
前記制御手段は、前記電動機の回転数が予め定められた回転数を下回る場合、あるいは前記電動機の出力トルクが前記要求されるトルクを下回る場合には、前記回転子の回転と同期するように前記電流を制御するための手段を含む、請求項８に記載の電動機システム。