JP2008092701A - 電動機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内周側永久磁石9Bが配設された内周側回転子6と、外周側永久磁石9Aが配設された外周側回転子5を回動操作機構11によって相対回動させる。外周側回転子5の外周側には、電磁巻線2aを有する固定子2を配置する。内周側永久磁石9Bは、外周側永久磁石9Aに対して相対的に高い残留磁束密度特性を持つ磁石によって構成し、強め界磁時や弱め界磁時に外周側永久磁石9Aの磁束に及ぼす磁界の影響を大きくする。外周側永久磁石9Aは、内周側永久磁石9Bに対して相対的に高い保磁力特性を持つ磁石によって構成し、電磁巻線2aの磁界による外周側永久磁石9Aの減磁を防止する。
【選択図】図1
Description
また、この種の電動機においては、外周側永久磁石の径方向外側に固定子の電磁巻線が配置されているため、駆動中に外周側永久磁石が電磁巻線の磁場の影響を常時受け、外周側永久磁石が減磁されることが懸念されている。
この発明の場合、位相変更手段によって内周側回転子と外周側回転子が回動操作されると、内周側永久磁石と外周側永久磁石が異磁極同士で対向する強め界磁の状態、または、前記両永久磁石が同磁極同士で対向する弱め界磁の状態とされる。このとき、内周側永久磁石は、外周側永久磁石に対して相対的に高い残留磁束密度特性を持つことから、強め界磁時には、電磁巻線方向に向かう外周側永久磁石の磁束を大きく増加させ、弱め界磁時には、電磁巻線方向に向かう外周側永久磁石の磁束を大きく減少させることができる。また、外周側永久磁石は、内周側永久磁石に対して相対的に高い保磁力特性を持つことから、固定子の電磁巻線から強力な磁力を受けても減磁されにくくなる。
この場合、内周側永久磁石の磁石総量が増大し、内周側永久磁石から外周側永久磁石に及ぼす磁界の影響がより大きくなる。
この場合も、内周側永久磁石の磁石総量が増大し、内周側永久磁石から外周側永久磁石に及ぼす磁界の影響がより大きくなる。
これにより、内周側永久磁石が、回転方向両側の外周側永久磁石と同極同士で対向するときには、所謂ハルバッハ配置による磁気レンズ効果によって径方向外側の電磁巻線方向に向かう充分な磁束を得ることが可能となる。
したがって、この発明によれば、電動機のトルク−回転速度特性の可変幅を効果的に拡張することができるうえ、永久磁石の磁気性能の低下を未然に防止することができる。
最初に、図1〜図4に示すこの発明の第1の実施形態について説明する。
図1〜図4は、ハイブリッド車両や電動車両等の走行駆動源として用いられる電動機1を示す。この電動機1は、円環状の固定子2(図1参照)の内周側に回転子ユニット3が配置されたインナロータ型のブラシレスモータである。固定子2は複数相の電磁巻線2aを有し、回転子ユニット3は軸芯部に回転軸4を有している。また、電動機1の回転力はトランスミッション(図示せず)を介して車輪の駆動軸(図示せず)に伝達されるようになっている。この場合、電動機1は車両の減速時に発電機として機能させれば、回生エネルギーとして蓄電器に回収することもできる。また、ハイブリッド車においては、電動機1の回転軸4をさらに内燃機関のクランクシャフト(図示せず)に連結することにより、内燃機関による発電にも利用することができる。
なお、外周側回転子5の隣接する磁石装着スロット7aの組の間には、ボルト締結孔30と磁束の流れを制御するための磁束障壁孔31が形成され、内周側回転子6の隣接する磁石装着スロット8の組の間には、磁束の流れを制御するための切欠き部10が形成されている。
なお、この電動機1は、進角側作動室24と遅角側作動室25に対する作動油の給排制御によって、強め界磁の状態と弱め界磁の状態を任意に変更し得るものであるが、こうして磁界の強さが変更されると、それに伴って誘起電圧定数が変化し、その結果、電動機1の特性が変更される。即ち、強め界磁によって誘起電圧定数が大きくなると、電動機1として運転可能な許容回転速度は低下するものの、出力可能な最大トルクは増大し、逆に、弱め界磁によって誘起電圧定数が小さくなると、電動機1の出力可能な最大トルクは減少するものの、運転可能な許容回転速度は上昇する。
即ち、内周側永久磁石9Bは、外周側永久磁石9Aに対して相対的に高い残留磁束密度特性を持つ磁石が用いられ、外周側永久磁石9Aは、内周側永久磁石9Bに対して相対的に高い保磁力特性を持つ磁石が用いられている。具体的には、例えば、内周側永久磁石9Bには、残留磁束密度がほぼ1.48T、保磁力がぼぼ995kA・m−1の磁石が用いられ、外周側永久磁石9Aには、残留磁束密度がほぼ1.3T、保磁力がほぼ2550kA・m−1の磁石が用いられる。
また、この電動機1では、外周側永久磁石9Aに内周側永久磁石9Bよりも保磁力特性の高い磁石が用いられていることから、外周側永久磁石9Aが電磁巻線2aの強力な磁界を受けても減磁されにくくなる。
図5は、この発明の第2の実施形態を示すものである。
この実施形態の電動機は、内周側回転子106以外の基本的な構成は第1の実施形態と同様であり、内周側回転子106は、内周側永久磁石109Bの配置が第1の実施形態のものと異なっている。
即ち、内周側回転子106は、同方向に磁化された隣接する内周側永久磁石109B,109Bの対が接線方向に沿って直線上に配置されているのではなく、両永久磁石109B,109Bが、両者の対向部を電動機の軸心側に傾けるようにして略V字状に配置されている。
なお、隣接する内周側永久磁石109B,109Bは、図6に示す変形例のように、両者の対向部側が電動機の径方向外側に傾くように、略V状に配置するようにしても良い。
この実施形態の電動機は、内周側回転子206以外の基本的な構成は第1の実施形態と同様となっている。内周側回転子206には、第1の実施形態と同様に内周側永久磁石9Bが配置され、さらに、同方向に磁化された隣接する内周側永久磁石9B,9Bの対の円周方向両側位置に、夫々副永久磁石40,40(ここでは、便宜上「副永久磁石」と呼ぶが、内周側回転子にある永久磁石という意味では、この発明における内周側永久磁石。)が配置されている。各副永久磁石40は内周側回転子206の略円周方向に磁化されるとともに、隣接するもの同士の磁極が同極同士で対向し、かつこの対向磁極間に臨む内周側永久磁石9B,9Bの磁極と同極となっている。副永久磁石40は内周側永久磁石9Bと同じ特性の磁石によって構成され、内周側永久磁石9Bと外周側永久磁石9Aは第1の実施形態と同じ磁気特性となっている。
したがって、この実施形態の場合、これらの効果により、誘起電圧定数の可変レシオをさらに大きくすることが可能である。
この実施形態の電動機は、内周側回転子306以外の基本的な構成は第1の実施形態と同様であり、内周側回転子306は、内周側永久磁石309Bの形状と配置が第1の実施形態のものと異なっている。
即ち、内周側回転子306は、外周側回転子5の同方向に磁化された隣接する外周側永久磁石9A,9Aに対応するように円弧状の内周側永久磁石309Bが配置されている。内周側永久磁石309Bは、円弧の膨らみ側が径方向外側に向くように内周側回転子306上に配置されている。
なお、内周側永久磁石309B,309Bは、図9に示す変形例のように、円弧の膨らみ側が径方向内側に向くように内周側回転子306に配置するようにしても良い。
この実施形態の電動機は、内周側回転子406以外の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるが、内周側回転子406には、外周側回転子5の同方向に磁化された隣接する外周側永久磁石9A,9Aに対応するように円弧状の一対の内周側永久磁石409B1,409B2が径方向に並んで配置されている。径方向外側に配置される内周側永久磁石409B1は、径方向内側に配置される内周側永久磁石409B2に比較して肉厚で、かつ円弧径および円弧長さが大きく設定される。内周側永久磁石409B1,409B2は、円弧の膨らみ側が内周側回転子406の径方向外側に向くように配置されている。
なお、径方向に二重に配置する内周側永久磁石409B1,409B2は、図11に示すように円弧の向きと両者の配置を逆にしても良い。
この実施形態の電動機も、内周側回転子506以外の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるが、内周側回転子506には、外周側回転子5の同方向に磁化された隣接する外周側永久磁石9A,9Bに対応するように円弧状の一対の内周側永久磁石509B,509Bが円周方向に並んで配置されている。なお、内周側永久磁石509Bは円弧の膨らみ側が内周側回転子506の径方向外側に向くように配置されている。
なお、内周側永久磁石509B,509Bは、図13に示すように、円弧の膨らみ側が径方向内側に向くように内周側回転子506に配置するようにしても良い。
この実施形態の電動機は、外周側回転子605以外の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるが、外周側回転子605は外周側永久磁石609Aの配置が第1の実施形態のものと異なっている。
即ち、外周側回転子605は、内周側回転子6の同方向に磁化された隣接する外周側永久磁石9B,9Bの対と同数の外周側永久磁石609Aを備えており、各外周側永久磁石609Aは、外周側回転子605の略円周方向に磁化されるとともに、外周側回転子605の円周方向で隣接するもの同士の磁極が同極同士で対向するように外周側回転子605上に配置されている。
したがって、この電動機においては、内周側永久磁石9Bと外周側永久磁石9Aの磁気特性を第1の実施形態と同様にしたことにより、第1の実施形態と同様の効果を得ることができるうえ、強め界磁時に、内周側永久磁石9Bと外周側永久磁石609Aによる所謂ハルバッハ配置による磁気レンズ効果によってより大きな強め界磁効果を得ることができる。このため、これらの相乗効果により、誘起電圧定数の可変レシオをさらに有効に高めることが可能である。
2…固定子
2a…電磁巻線
5,605…外周側回転子
6,106,206,306,406,506…内周側回転子
9A,609A…外周側永久磁石
9B,109B,309B,409B1,409B2,509B…内周側永久磁石
11…回動操作機構(位相変更手段)
40…副永久磁石(内周側永久磁石)
Claims (4)
- 円周方向に沿って略板状の内周側永久磁石が配設された内周側回転子と、
この内周側回転子の外周側に同軸にかつ相対回動可能に配設されるとともに、円周方向に沿って略板状の外周側永久磁石が配設された外周側回転子と、
前記内周側回転子と外周側回転子を相対回動させて両者の相対的な位相を変更する位相変更手段と、
前記外周側回転子の外周側に非接触状態で配置されるとともに、電磁巻線を有する固定子と、
を備えた電動機であって、
前記内周側永久磁石は、前記外周側永久磁石に対して相対的に高い残留磁束密度特性を持ち、
前記外周側永久磁石は、前記内周側永久磁石に対して相対的に高い保磁力特性を持つことを特徴とする電動機。 - 前記内周側永久磁石は、磁石単体を屈曲させ、若しくは、複数の磁石を屈曲配置して、永久磁石総量を前記外周側永久磁石に対して大きくしたことを特徴とする請求項1に記載の電動機。
- 前記内周側永久磁石は、磁化方向が同じ複数の磁石を内周側回転子の径方向に複数配置して、永久磁石総量を前記外周側永久磁石に対して大きくしたことを特徴とする請求項1に記載の電動機。
- 前記内周側永久磁石は、内周側回転子の略半径方向に磁化され、
前記外周側永久磁石は、外周側回転子の略円周方向に磁化されるとともに、外周側回転子の円周方向で隣接するもの同士の磁極が同極同士で向き合うように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の電動機。
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