JP2009273231A - ハイブリッド励磁モータ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でモータ特性を簡単に可変できるハイブリッド励磁モータを提供する。
【解決手段】アキシャルエアギャップタイプのハイブリッド励磁モータ１は、ステータ３の電機子コア１１に複数の磁極（１５）を環状に配置し、その環状に配置した磁極（１５）群の外周側及び内周側に、外側磁束制御コイル１６ａ及び内側磁束制御コイル１６ｂを配置した。外側磁束制御コイル１６ａ及び内側磁束制御コイル１６ｂに流す直流電流の向き及び値を制御することにより、電機子コア１１の各磁極（１５）における磁束の増減を制御することができるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド励磁モータに関する。

ブラシレスモータとしてステータの一側又は両側にロータを備えたアキシャルエアギャップタイプのモータが種々提案されている（例えば、特許文献１）。
一般に、この種のモータは、ステータの電機子コアに設けた電機子コイルが巻回された複数のコア部を、回転軸を中心軸として周方向に環状に配置し、ロータの複数個の永久磁石を、回転軸を中心軸として周方向に配置するとともに各永久磁石のＮ，Ｓ極が周方向に向きかつ隣あう磁石のＮ，Ｓ極が異なるように環状に配置する。

そして、各コア部の電機子コイルは、周方向に３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に分類され、それぞれ分類された各コア部の電機子コイルに、位相差１２０度の交流電流を供給することによって、各コア部に回転磁界を発生させ、この回転磁界にてロータを回転させるようになっている。

また、アキシャルエアギャップタイプのモータに対して、回転軸に固着したロータを、内側に内包したラジアルエアギャップタイプのモータがある（例えば、特許文献２）。
この種のモータは、ロータの複数個の永久磁石を、回転軸を中心軸として周方向に配置するとともに各永久磁石のＮ，Ｓ極が径方向に向きかつ隣あう磁石のＮ，Ｓ極が異なるように環状に配置し、ステータの電機子コアに設けた電機子コイルが複数のコア部を、回転軸を中心軸として周方向に環状に配置しかつ各コア部からの磁束がロータに向くようにする。

そして、各コア部の電機子コイルは、周方向に３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に分類され、それぞれ分類された各コア部の電機子コイルに位相差１２０度の交流電流を供給することによって、各コア部に回転磁界を発生させ、この回転磁界にてロータを回転させるようになっている。
特開２００６−３２５３１５号公報 特開２００６−１５８００８号公報

ところで、上記アキシャルエアギャップタイプ及びラジアルエアギャップタイプのモータにおいては、そのモータの特性を変化させるには、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に分類された電機子コイルに流す交流電流を適切に処理しなければならず、そのために複雑かつ高精度な信号処理をしなければならかった。そのため、この種のモータは信号処理のための高価で複雑な特別な構造を必要としていた。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡単な構成でモータ特性を簡単に可変できるハイブリッド励磁モータを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数個の永久磁石を、回転軸を中心軸として周方向に環状に配置するとともに前記各永久磁石が発生する磁束を径方向若しくは軸方向に磁極毎に繰り返すように配置する第１コア体と、コイルがそれぞれ巻回された複数のコア部を、前記回転軸を中心軸として周方向に環状に配置した第２コア体とを備えるモータであって、前記第２コア体に、前記周方向に環状に配置されたコア部群の一側または両側に、前記各コア部の磁束を制御する磁束制御コイルを設けたハイブリッド励磁モータであることをその要旨とする。尚、駆動用のスロット励磁コイルの他に磁束制御用の励磁コイルを備えたタイプのモータを、ハイブリッド励磁モータと呼ぶこととする。

この発明によれば、磁束制御コイルに電流を流すと、第１コア体、第２コア体のコア部を周回する磁束が発生する。従って、磁束制御コイルに流す電流を制御するだけで、第２コア体に設けた環状に配置した各コア部の磁束を制御できる。その結果、コア部に巻回したコイルに流す電流を制御することなくモータ特性を簡単に可変できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のハイブリッド励磁モータにおいて、前記第１コア体は、前記各永久磁石をそのＮ，Ｓ極が前記周方向に向くように配置するとともに、それぞれ前記各永久磁石を、前記各永久磁石が発生する磁束を径方向に向けるコア片を介して前記周方向に環状に配置するものであり、前記第２コア体は、前記各コア部の磁束が前記第１コア体に向くように、前記各コア部を環状に配置したものであり、前記磁束制御コイルを前記環状に配置されたコア部群の外周側及び内周側の少なくとも一方に設けたことをその要旨とする。

この発明によれば、磁束制御コイルに電流を流すと、第１コア体のコア片、第２コア体のコア部を周回する磁束が発生する。従って、磁束制御コイルに流す電流を制御するだけで、第２コア体に設けた環状に配置した各コア部の磁束を制御できる。その結果、コア部に巻回したコイルに流す電流を制御することなくモータ特性を簡単に可変できる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のハイブリッド励磁モータにおいて、前記第１コア体は、前記回転軸を回転可能に支持し、前記第２コア体は、前記回転軸に固着されたことをその要旨とする。

この発明によれば、第２コア体は回転軸とともに一体的に回転する。
請求項４に記載の発明は、回転軸に固着され、複数個の永久磁石を、前記回転軸を中心軸として周方向にそれぞれコア片を介して配置するとともに前記各永久磁石のＮ，Ｓ極が前記周方向に向くように環状に配置したロータと、前記ロータに並設されるとともに前記回転軸を回転可能に支持し、電機子コイルがそれぞれ巻回された複数のコア部を、前記回転軸を中心軸として周方向に環状に配置して前記各コア部の磁束が前記ロータに向く電機子コアを有したステータとを備えるアキシャルエアギャップタイプのモータであって、前記環状に配置されたコア部群の外周側及び内周側の少なくとも一方に、前記各コア部の磁束を制御する磁束制御コイルを設けたアキシャルエアギャップタイプのハイブリッド励磁モータであることをその要旨とする。

この発明によれば、ロータは回転軸とともに一体的に回転する。このとき、磁束制御コイルに電流を流すと、ロータのコア片、電機子コアのコア部を周回する磁束が発生する。従って、磁束制御コイルに流す電流を制御するだけで、電機子コアに設けた環状に配置した磁極の磁束を制御できる。その結果、磁極の電機子コイルに流す電流を制御することなくモータ特性を簡単に可変できる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のハイブリッド励磁モータにおいて、前記ロータは、前記回転軸を回転可能に支持する前記ステータの両側に配置され、それぞれ前記回転軸に固着されていることをその要旨とする。

この発明によれば、ロータをステータの両側に設けたので、より高出力のハイブリッド励磁モータとなる。
請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載のハイブリッド励磁モータにおいて、前記ステータは、前記電機子コアを内包する円筒状の制御磁束コアを、前記電機子コアの外周に固着し、前記各永久磁石間を連結する前記コア片は、第１コア片と第２コア片とからなり、前記第１コア片と前記第２コア片を交互に配置し、前記第１コア片を、その外周面が前記制御磁束コアから離間し、その内周面が回転軸から接触するように配置するとともに、前記第２コア片を、その外周面が前記制御磁束コアに近接し、その内周面が前記回転軸から離間するように配置したことをその要旨とする。

この発明によれば、例えば、環状に配置された磁極群の外周側及び内周側にそれぞれ磁束制御コイルを設ける。
そして、外周側の磁束制御コイルに直流電流を流すと、流す方向によって、磁極のコア部、一方のロータの第２コア片、磁束制御コア、他方のロータの第２コア片、磁極１のコア部を、正逆方向に周回する磁束を形成することができる。従って、外周側の磁束制御コイルに直流電流を流すことによって、電機子コアに設けた環状に配置した磁極の磁束を増磁、減磁することができる。

又、内周側磁束制御コイルに直流電流を流すと、流す方向によって、磁極のコア部、他方のロータの第１コア片、回転軸、一方のロータの第１コア片、磁極のコア部を、正逆方向に周回する磁束を形成することができる。

従って、内周側の磁束制御コイルに直流電流を流すことによって、電機子コアに設けた環状に配置した磁極の磁束を増磁、減磁することができる。
請求項７に記載の発明は、回転軸に固着され、複数個の永久磁石を、前記回転軸を中心軸として周方向に配置するとともに、前記各永久磁石のＮ極、Ｓ極が前記回転軸を中心軸として径方向に向きかつ隣合う永久磁石のＮ極、Ｓ極の向きが異なるように環状に配置したロータと、前記ロータの外周に配置されるとともに前記回転軸を回転可能に支持し、電機子コイルがそれぞれ巻回された複数のコア部を、前記回転軸を中心軸として周方向に環状に配置しかつ前記各コア部からの磁束が前記ロータに向く電機子コアを有したステータとを備えるラジアルエアギャップタイプのモータであって、前記環状に配置されたコア部群の中心軸線方向の一側又は両側に、前記各コア部の磁束を制御する磁束制御コイルを設けたラジアルエアギャップタイプのハイブリッド励磁モータであることをその要旨とする。

この発明によれば、ロータは回転軸とともに一体的に回転する。このとき、磁束制御コイルに電流を流すと、電機子コアのコア部を周回する磁束が発生する。従って、磁束制御コイルに流す電流を制御するだけで、電機子コアに設けた環状に配置したコア部の磁束を制御できる。その結果、磁極の電機子コイルに流す電流を制御することなくモータ特性を簡単に可変できる。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のハイブリッド励磁モータにおいて、前記ステータは、前記回転軸を回転可能に支持したヨークに前記電機子コアが内包され、その電機子コアの外側を前記ヨークの内側面に固定し、前記ロータは、周方向に配置した永久磁石群の中心軸線方向の両側の離間した位置に界磁制御コアを配置し、一側の界磁制御コアには、Ｎ極がステータ側に向いた前記永久磁石に接続されたコア片を延出形成し、他側の界磁制御コアには、Ｓ極がステータ側に向いた前記永久磁石に接続されたコア片を延出形成したことをその要旨とする。

請求項８に記載のハイブリッド励磁モータによれば、例えば、環状に配置されたコア部群の中心軸線方向の両側にそれぞれ磁束制御コイルを設ける。
そして、一側の磁束制御コイルに直流電流を流すと、流す方向によって、ヨーク、電機子コアのコア部、一側の界磁制御コアのコア片、ヨークを、正逆方向に周回する磁束を形成することができる。従って、一側の磁束制御コイルに直流電流を流すことによって、電機子コアに設けた環状に配置した各コア部の磁束を増磁、減磁することができる。

又、他側の磁束制御コイルに直流電流を流すと、流す方向によって、ヨーク、電機子コアのコア部、他側の界磁制御コアのコア片、ヨークを、正逆方向に周回する磁束を形成することができる。

従って、他側の磁束制御コイルに直流電流を流すことによって、電機子コアに設けた環状に配置した各コア部の磁束を増磁、減磁することができる。

本発明によれば、簡単な構成でモータ特性を簡単に可変できる。

（第１実施形態）
以下、本発明をアキシャルエアギャップタイプのハイブリッド励磁モータに具体化した第１実施形態を図面に従って説明する。

図１に示すように、本実施形態のハイブリッド励磁モータ１は、ダブルギャップ構造のモータであって、回転軸２と、回転軸２を回転可能に支持する第２コア体としてのステータ３と、該ステータ３の両側に配置され回転軸２に固着された一対の上側及び下側ロータ４，５とを有している。そして、ステータ３及び一対の第１コア体としてのロータ４，５は、２点鎖線で示す筐体６に収容され、ステータ３は筐体６に回転不能に固定されている。回転軸２は、その両側が筐体６に対して軸受け７を介して回転可能に支持されている。

ステータ３は、樹脂モールドされた円板形状の電機子コア１１を有し、その電機子コア１１は、円筒状の磁束制御コア１２に内包されるように、その外周部が磁束制御コア１２の内周面に固着されている。磁束制御コア１２は、円筒状に形成され、その外側面が筐体６に固着されている。

電機子コア１１は、円筒状に形成された磁束制御コア１２の内側中間位置に固着されている。電機子コア１１は、図３に示すように、複数個（図３では１２個）の磁極１５を回転軸２を中心軸線として周方向に配置した環状の磁極群と、かつ、その環状に配置された磁極群の外周側及び内周側に配置された外側磁束制御コイル１６ａ及び内側磁束制御コイル１６ｂとを樹脂１７で樹脂モールドするによって円板状に形成されている。

円環状に配置された各磁極１５は、それぞれコア部１５ａと、そのコア部１５ａを巻回する電機子コイル１５ｂとからなる。各磁極１５の電機子コイル１５ｂは、周方向に２つおきの４つずつが、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に分類され、図示しない制御回路から各相の電機子コイル１５ｂに位相差１２０度の交流電流が供給されるようになっている。

外側磁束制御コイル１６ａは、円環状に配置された各磁極１５の外周を一定の間隔もって巻回されている。外側磁束制御コイル１６ａは、図示しない制御回路から直流電流が供給されるようになっている。また、内側磁束制御コイル１６ｂは、円環状に配置された各磁極１５の内周を一定の間隔もって巻回されている。内側磁束制御コイル１６ｂは、図示しない制御回路から直流電流が供給されるようになっている。外側磁束制御コイル１６ａ及び内側磁束制御コイル１６ｂは、本実施形態では、直流電流が共に同じ値で、同じ方向に向かって流れるように制御回路によって制御されている。

電機子コア１１は、その中心部に貫通穴１８が形成され、その貫通穴１８に回転軸２が貫挿される。電機子コア１１の貫通穴１８と回転軸２との間には、軸受け１９が配設されている。電機子コア１１は軸受け１９を介して回転軸２を回転可能に支持している。

図１において、電機子コア１１の上側であって磁束制御コア１２に内包される位置には、回転軸２に固着された上側ロータ４が配置されている。上側ロータ４は、上側界磁コア２０と複数個（８個）の上側永久磁石ＭＧ１を有している。

上側界磁コア２０は、十字形状の第１コア２１と、複数（図２では４個）の第２コア片２２とから構成されている。十字形状の第１コア２１は、中央の円板部２１ａから四方に扇状の第１コア片２１ｂが延出形成されている。そして、扇状の各第１コア片２１ｂは、その外周面が磁束制御コア１２の内周面と大きく離間するように形成されている。円板部２１ａには、貫通穴２１ｃが形成され、その貫通穴２１ｃに回転軸２が固着されている。

第２コア片２２は扇状に形成され、第１コア２１の各第１コア片２１ｂの間に一定の間隔でそれぞれ配置されている。そして、第２コア片２２は、第１コア２１の各第１コア片２１ｂとそれぞれ上側永久磁石ＭＧ１を介して連結されている。また、扇状の各第２コア片２２は、磁束制御コア１２に対して、その外周面が磁束制御コア１２の内周面と近接するように僅かな間隔になるように、配置されている。

複数の上側永久磁石ＭＧ１は、第２コア片２２と第１コア２１の各第１コア片２１ｂにその一部埋設されて第１コア２１及び第２コア片２２と一体的に形成されている。各上側永久磁石ＭＧ１の磁極（Ｎ極、Ｓ極）は、回転軸２を中心軸線として周方向に形成されている。そして、各上側永久磁石ＭＧ１の磁極の向きは、隣同士の上側永久磁石ＭＧ１が互いに異なる向きとなるように、着磁されている。即ち、各上側永久磁石ＭＧ１は、その磁束が軸方向に磁極毎に繰り返すように配置されており、該磁束が前記ステータ３の電機子コア１１に作用するようになっている。

図１において、電機子コア１１の下側であって磁束制御コア１２に内包される位置には、回転軸２に固着された下側ロータ５が配置されている。下側ロータ５は、下側界磁コア３０と複数個（８個）の下側永久磁石ＭＧ２を有している。

下側界磁コア３０は、十字形状の第１コア３１と、複数（図２では４個）の第２コア片３２とから構成されている。十字形状の第１コア３１は、中央の円板部３１ａから四方に扇状の第１コア片３１ｂが延出形成されている。そして、扇状の各第１コア片３１ｂは、その外周面が磁束制御コア１２の内周面と大きく離間するように形成されている。円板部３１ａには貫通穴３１ｃが形成され、その貫通穴３１ｃに回転軸２が固着されている。

第２コア片３２は扇状に形成され、第１コア３１の各第１コア片３１ｂの間に一定の間隔でそれぞれ配置されている。そして、第２コア片３２は、第１コア３１の各第１コア片３１ｂとそれぞれ下側永久磁石ＭＧ２を介して連結されている。また、扇状の各第２コア片３２は、磁束制御コア１２に対して、その外周面が磁束制御コア１２の内周面と近接するように僅かな間隔になるように、配置されている。

複数の下側永久磁石ＭＧ２は、第２コア片３２と第１コア３１の各第１コア片３１ｂにその一部埋設されて第１コア３１及びと第２コア片３２と一体的に形成されている。各下側永久磁石ＭＧ２の磁極（Ｎ極、Ｓ極）は、回転軸２を中心軸線として周方向に形成されている。そして、各下側永久磁石ＭＧ２の磁極の向きは、隣同士の上側永久磁石ＭＧ１が互いに異なる向きとなるように、着磁されている。即ち、各下側永久磁石ＭＧ２は、その磁束が軸方向に磁極毎に繰り返すように配置されており、該磁束が前記ステータ３の電機子コア１１に作用するようになっている。

なお、上側ロータ４と下側ロータ５は、形状、材質は同じでかつ回転軸２に固着された状態での相対位置も同じにした。しかし、相対向する上側永久磁石ＭＧ１と下側永久磁石ＭＧ２において、図４に示すように、磁極の向きが異なるようにそれぞれ着磁している。

つまり、図４に矢印に示すように、電機子コア１１の磁極１５のコア部１５ａに巻回した電機子コイル１５ｂを通電したとき、磁極１５によって形成される磁束φｍの磁路（主磁路）が上側ロータ４と下側ロータ５を介して周回するようしている。

ちなみに、外側磁束制御コイル１６ａに対して、図５に示すように、図５において反時計回り方向に直流電流Ｉａが流されると、外側磁束制御コイル１６ａによって形成される磁束φａは、矢印で示すように、磁極１５のコア部１５ａ→上側界磁コア２０の第２コア片２２→磁束制御コア１２→下側界磁コア３０の第２コア片３２→磁極１５のコア部１５ａ、を周回する磁束を形成する。

従って、図５に示すように、外側磁束制御コイル１６ａによって形成される磁束φａが、磁極１５自身の磁束φｍと同じ方向に形成されると、磁極１５の全磁束が増加することになる。

反対に、外側磁束制御コイル１６ａに対して、図６に示すように、図６において時計回り方向に直流電流Ｉａが流されると、外側磁束制御コイル１６ａによって形成される磁束φａは、矢印で示すように、磁極１５のコア部１５ａ→下側界磁コア３０の第２コア片３２→磁束制御コア１２→上側界磁コア２０の第２コア片２２→磁極１５のコア部１５ａ、を周回する磁束を形成する。

従って、図６に示すように、外側磁束制御コイル１６ａによって形成される磁束φａが、磁極１５自身の磁束φｍと反対方向に形成されると、磁極１５の全磁束が減少することになる。

一方、内側磁束制御コイル１６ｂに対して、図５に示すように、図５において反時計回り方向に直流電流Ｉｂ（＝Ｉａ）が流されると、内側磁束制御コイル１６ｂによって形成される磁束φｂは、矢印で示すように、磁極１５のコア部１５ａ→下側界磁コア３０の第１コア３１（第１コア片３１ｂ）→回転軸２→上側界磁コア２０の第１コア２１（第１コア片２１ｂ）→磁極１５のコア部１５ａ、を周回する磁束を形成する。

従って、図５に示すように、内側磁束制御コイル１６ｂによって形成される磁束φｂが、磁極１５自身の磁束φｍと同じ方向に形成されると、磁極１５の全磁束が増加することになる。

反対に、内側磁束制御コイル１６ｂに対して、図６に示すように、図６において時計回り方向に直流電流Ｉｂ（＝Ｉａ）が流されると、内側磁束制御コイル１６ｂによって形成される磁束φｂは、矢印で示すように、磁極１５のコア部１５ａ→上側界磁コア２０の第１コア２１（第１コア片２１ｂ）→回転軸２→下側界磁コア３０の第１コア３１（第１コア片３１ｂ）→磁極１５のコア部１５ａ、を周回する磁束を形成する。

従って、図６に示すように、内側磁束制御コイル１６ｂによって形成される磁束φｂが、磁極１５自身の磁束φｍと反対方向に形成されると、磁極１５の磁束が減少することになる。

図７は、本実施形態のハイブリッド励磁モータ１の外側磁束制御コイル１６ａ及び内側磁束制御コイル１６ｂに直流電流Ｉａ（Ｉｂ）を流した時における、磁極１５における磁束の増減率を示す。

図７において、右半分は直流電流Ｉａ，Ｉｂ（＝Ｉａ）を、図５に示すように、図５において反時計回り方向に電流値を変えて、外側磁束制御コイル１６ａ及び内側磁束制御コイル１６ｂに流したときの増減率の推移を示す。また、左半分は直流電流Ｉａ，Ｉｂ（＝Ｉａ）を、図６に示すように、図６において時計回り方向に電流値を変えて、外側磁束制御コイル１６ａ及び内側磁束制御コイル１６ｂに流したときの増減率の推移を示す。

図７から明らかなように、外側磁束制御コイル１６ａ及び内側磁束制御コイル１６ｂに直流電流Ｉａ，Ｉｂ（＝Ｉａ）を、図５において反時計回り方向に流したとき、電流値を増加するに従って磁束増減率（増磁率）は、増加の方向に１０００ＡＴまで大きく推移し、１０００ＡＴを過ぎるとその増磁率は緩やかに推移する。

反対に、図７から明らかなように、外側磁束制御コイル１６ａ及び内側磁束制御コイル１６ｂに直流電流Ｉａ，Ｉｂ（＝Ｉａ）を、図６において時計回り方向に流したとき、電流値を増加するに従って磁束増減率（減磁率）は、減少の方向に１０００ＡＴまで大きく推移し、１０００ＡＴを過ぎるとその減磁率は緩やかに推移する。

従って、外側磁束制御コイル１６ａ及び内側磁束制御コイル１６ｂに流す直流電流Ｉａ，Ｉｂ（＝Ｉａ）の向きと値とを変えるだけで、電機子コア１１の各磁極１５における磁束の増減を制御することができ、ハイブリッド励磁モータ１の出力特性を制御することができる。

次に、上記のように構成した第１実施形態の効果を以下に記載する。
（１）上記実施形態によれば、電機子コア１１に複数の磁極１５を環状に配置した磁極１５群の外周側及び内周側に、外側磁束制御コイル１６ａ及び内側磁束制御コイル１６ｂを配置した。そして、外側磁束制御コイル１６ａ及び内側磁束制御コイル１６ｂに流す直流電流Ｉａ，Ｉｂの向き及び値を制御することにより、電機子コア１１の各磁極１５における磁束の増減を制御することができるようにした。

従って、磁極１５の電機子コイル１５ｂに流す交流電流を制御することなく、簡単にハイブリッド励磁モータ１の出力特性を可変できる。
（２）上記実施形態によれば、ステータ３の両側にロータ４，５をそれぞれ設けたので、ハイブリッド励磁モータ１はより高出力を得ることができる。

（３）上記実施形態によれば、上側及び下側ロータ４，５の第１コア２１，３１（第１コア片２１ｂ，３１ｂ）を、その外周面が磁束制御コア１２から離間し、その内周面が回転軸２から接触するように配置した。また、上側及び下側ロータ４，５の第２コア片２２，３２を、その外周面が磁束制御コア１２に近接し、その内周面が回転軸２から離間するように配置した。

そして、外側磁束制御コイル１６ａに直流電流Ｉａを流すと、その流す方向によって、磁極１５のコア部１５ａ、一方のロータの第２コア片２２（３２）、磁束制御コア１２、他方のロータの第２コア片３２（２２）、磁極１５のコア部１５ａを、正逆方向に周回する磁束φａを形成することができる。

従って、外側磁束制御コイル１６ａに直流電流Ｉａを流すことによって、電機子コア１１に設けた環状に配置した各磁極１５の磁束を増磁、減磁することができる。
又、内側磁束制御コイル１６ｂに直流電流Ｉｂを流すと、その流す方向によって、磁極１５のコア部１５ａ、他方のロータの第１コア片２１ｂ（３１ｂ）、回転軸２、一方のロータの第１コア片３１ｂ（２１ｂ）、磁極１５のコア部１５ａを、正逆方向に周回する磁束を形成することができる。

従って、内側磁束制御コイル１６ｂに直流電流Ｉｂを流すことによって、電機子コア１１に設けた環状に配置した各磁極１５の磁束を増磁、減磁することができる。
（第２実施形態）
以下、本発明をラジアルエアギャップタイプのハイブリッド励磁モータに具体化した第２実施形態を図面に従って説明する。

図８に示すように、本実施形態のハイブリッド励磁モータ５１は、回転軸５２と、回転軸５２に固着された１コア体としてのロータ５３、ロータ５３を内包し回転軸５２を回転可能に支持する第２コア体としてのステータ５４とを有している。

ロータ５３は、図９に示すように、回転軸５２に貫通固着した円柱状のロータコア６０と、ロータコア６０の上側及び下側に配置固定された上部界磁コア６１及び下部界磁コア６２を有している。ロータコア６０は、その外周面に複数（１０個）の永久磁石ＭＧを固着している。複数（１０個）の永久磁石ＭＧは、その磁極（Ｎ極、Ｓ極）が回転軸５２を中心軸として径方向に向くとともに、隣り合う永久磁石ＭＧが異なる磁極となるように着磁されている。

ロータコア６０の上側に配置固定された上部界磁コア６１は、回転軸５２に固着した円板状の基部６１ａを有している。基部６１ａは、ロータコア６０と一定の間隔で離間し、そのロータコア６０側の面に、複数（５個）の上部コア片６１ｂが等間隔に延出形成されロータコア６０に固着されている。基部６１ａから延出形成された各上部コア片６１ｂは、それぞれ表面側がＮ極に着磁された永久磁石ＭＧとその永久磁石ＭＧが固着された部分のロータコア６０の位置に固着されている。

従って、表面側がＮ極に着磁された各永久磁石ＭＧの上側には、上部界磁コア６１の各上部コア片６１ｂが配置される。これに対して、表面側がＳ極に着磁された各永久磁石ＭＧの上側には、上部界磁コア６１の各上部コア片６１ｂが配置されないようになっている。

ロータコア６０の下側に配置固定された下部界磁コア６２は、回転軸５２に固着した円板状の基部６２ａを有している。基部６２ａは、ロータコア６０と一定の間隔で離間し、そのロータコア６０側の面に、複数（５個）の下部コア片６２ｂが等間隔に延出形成されロータコア６０に固着されている。基部６２ａから延出形成された各下部コア片６２ｂは、それぞれ表面側がＳ極に着磁された永久磁石ＭＧとその永久磁石ＭＧが固着された部分のロータコア６０の位置に固着されている。

従って、表面側がＳ極に着磁された各永久磁石ＭＧの下側には、下部界磁コア６２の各下部コア片６２ｂが配置される。これに対して、表面側がＮ極に着磁された各永久磁石ＭＧの下側には、下部界磁コア６２の各下部コア片６２ｂが配置されないようになっている。

ロータ５３を内包するステータ５４は、電機子コア７１を有している。電機子コア７１は、円筒状の基部７２を有している。図１０に示すように、その基部７２の内周面には、回転軸５２の中心軸Ｃに向かって延出形成された複数（３０個）のコア部７３が、周方向に等間隔に配置形成されている。電機子コア７１の中心軸線方向の長さは、コア部７３の上端部が、上部界磁コア６１の上部コア片６１ｂと、コア部７３の下端部が下部界磁コア６２の下部コア片６２ｂと相対向する長さに形成されている。

図８に示すように、各コア部７３には、それぞれ電機子コイル７４が巻回されている。各コア部７３の電機子コイル７４は、周方向に２つおきの１０ずつが、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に分類され、図示しない制御回路から各相の電機子コイル７４に位相差１２０度の交流電流が供給されるようになっている。

電機子コア７１の上側には、前記回転軸５２の中心軸Ｃを中心とした上側磁束制御コイル７５ａが基部７２の環状の上面に沿って配置固定されている。上側磁束制御コイル７５ａは、図示しない制御回路から直流電流が供給されるようになっている。

電機子コア７１の下側には、前記回転軸５２の中心軸Ｃを中心とした下側磁束制御コイル７５ｂが基部７２の環状の下面に沿って配置固定されている。下側磁束制御コイル７５ｂは、図示しない制御回路から直流電流が供給されるようになっている。

尚、上側磁束制御コイル７５ａ及び下側磁束制御コイル７５ｂは、本実施形態では、直流電流が共に同じ値で、同じ方向に向かって流れるように制御回路によって制御されている。

上側磁束制御コイル７５ａ及び下側磁束制御コイル７５ｂを配置固定した電機子コア７１の上下両側部は、上部ヨーク７６ａ及び下部ヨーク７６ｂにそれぞれ嵌合固着されている。尚、図９では、上部ヨーク７６ａ及び下部ヨーク７６ｂ内にそれぞれ、前記上側磁束制御コイル７５ａ及び下側磁束制御コイル７５ｂを図示している。上部ヨーク７６ａ及び下部ヨーク７６ｂは、回転軸５２を軸受け７７を介して回転可能に支持している。

そして、図１１に示すように、上側磁束制御コイル７５ａに、矢印Ａで示す方向に直流電流Ｉａが流されると、上側磁束制御コイル７５ａによって形成される磁束φａは、矢印で示すように、上部ヨーク７６ａ→上部界磁コア６１の上部コア片６１ｂ→電機子コア７１のコア部７３（基部７２）→上部ヨーク７６ａ、を周回する磁束を形成する。

従って、図１１に示すように、上側磁束制御コイル７５ａによって形成される磁束φａが、表面側にＮ極が着磁された永久磁石ＭＧ自身の磁束φｍと同じ方向に形成されると、電機子コア７１のコア部７３の全磁束が増加することになる。

反対に、図１２に示すように、上側磁束制御コイル７５ａに、矢印Ｂに示す方向に直流電流Ｉａが流されると、上側磁束制御コイル７５ａによって形成される磁束φａは、矢印で示すように、上部ヨーク７６ａ→電機子コア７１の基部７２（コア部７３）→上部界磁コア６１の上部コア片６１ｂ→上部ヨーク７６ａ、を周回する磁束を形成する。

従って、図１２に示すように、上側磁束制御コイル７５ａによって形成される磁束φａが、表面側にＮ極が着磁された永久磁石ＭＧ自身の磁束φｍと反対方向に形成されると、電機子コア７１のコア部７３の全磁束が減少することになる。

一方、図１１に示すように、下側磁束制御コイル７５ｂに、矢印Ａに示す方向に直流電流Ｉｂ（＝Ｉａ）が流されると、下側磁束制御コイル７５ｂによって形成される磁束φｂは、矢印で示すように、下部ヨーク７６ｂ→電機子コア７１のコア部７３（基部７２）→下部界磁コア６２の下部コア片６２ｂ→下部ヨーク７６ｂ、を周回する磁束を形成する。

従って、図１１に示すように、下側磁束制御コイル７５ｂによって形成される磁束φｂが、表面側にＳ極が着磁された永久磁石ＭＧ自身の磁束φｍと同じ方向に形成されると、電機子コア７１のコア部７３の全磁束が増加することになる。

反対に、図１２に示すように、下側磁束制御コイル７５ｂに対して、矢印Ｂに示す方向に直流電流Ｉｂ（＝Ｉａ）が流されると、下側磁束制御コイル７５ｂによって形成される磁束φｂは、矢印で示すように、下部ヨーク７６ｂ→下部界磁コア６２の下部コア片６２ｂ→電機子コア７１の基部７２（コア部７３）→下部ヨーク７６ｂ、を周回する磁束を形成する。

従って、図１２に示すように、下側磁束制御コイル７５ｂによって形成される磁束φｂが、表面側にＳ極が着磁された永久磁石ＭＧ自身の磁束φｍと反対方向に形成されると、電機子コア７１のコア部７３の磁束が減少することになる。

図１３に実線で示す曲線は、本実施形態のハイブリッド励磁モータ５１の上側磁束制御コイル７５ａ及び下側磁束制御コイル７５ｂに直流電流Ｉａ，Ｉｂ（＝Ｉａ）を流した時における、電機子コア７１のコア部７３における磁束の増減率を示す。

図１３において、右半分は直流電流Ｉａ，Ｉｂ（＝Ｉａ）を、図１１に示す方向に電流値を変えて、上側磁束制御コイル７５ａ及び下側磁束制御コイル７５ｂに流したときの増減率の推移を示す。また、左半分は直流電流Ｉａ，Ｉｂ（＝Ｉａ）を、図１２に示す方向に電流値を変えて、上側磁束制御コイル７５ａ及び下側磁束制御コイル７５ｂに流したときの増減率の推移を示す。

図１３から明らかなように、上側磁束制御コイル７５ａ及び下側磁束制御コイル７５ｂに直流電流Ｉａ，Ｉｂ（＝Ｉａ）を、図１１に示すように、矢印Ａの方向に、流したとき、電流値を増加するに従って磁束増減率（増磁率）は、増加の方向に推移する。

反対に、図１３から明らかなように、上側磁束制御コイル７５ａ及び下側磁束制御コイル７５ｂに直流電流Ｉａ，Ｉｂ（＝Ｉａ）を、図１２に示すように、矢印Ｂの方向に、流したとき、電流値を増加するに従って磁束増減率（減磁率）は、減少の方向に推移する。

従って、上側磁束制御コイル７５ａ及び下側磁束制御コイル７５ｂに流し直流電流Ｉａ，Ｉｂ（＝Ｉａ）の向きと値とを変えるだけで、電機子コア７１の各コア部７３における磁束の増減を制御することができ、ハイブリッド励磁モータ５１の出力特性を制御することができる。

尚、本実施形態のハイブリッド励磁モータ５１において、ロータコア６０、永久磁石ＭＧ及び電機子コア７１の中央軸線方向の長さを長くして筒長形状としてもよい。図１３に示すように、ロータコア６０、永久磁石ＭＧ及び電機子コア７１が中央軸線方向に筒長に形成される程、永久磁石ＭＧ自身の磁束φｍが増加して電機子コア７１のコア部７３における磁束増減率の絶対値は減少するようになっている。

次に、上記のように構成した第２実施形態の効果を以下に記載する。
（１）上記実施形態によれば、電機子コア７１に環状に配置したコア部７３群の上側に上側磁束制御コイル７５ａを電機子コア７１の上側面に沿って配置するとともに、コア部７３群の下側に下側磁束制御コイル７５ｂを電機子コア７１の下側面に沿って配置した。そして、上側磁束制御コイル７５ａ及び下側磁束制御コイル７５ｂに流す直流電流Ｉａ，Ｉｂの向き及び値を制御することにより、電機子コア７１の各コア部７３における磁束の増減を制御することができるようにした。

従って、コア部７３の電機子コイル７４に流す交流電流を制御することなく、簡単にハイブリッド励磁モータ５１の出力特性を可変できる。
（２）上記実施形態によれば、電機子コア７１の上下両側に、上側磁束制御コイル７５ａ及び下側磁束制御コイル７５ｂを設けたので、ハイブリッド励磁モータ５１はより高出力を得ることができる。

（３）上記実施形態によれば、ロータコア６０に設けた上部界磁コア６１の各上部コア片６１ｂは、表面側がＮ極に着磁された永久磁石ＭＧ及びその永久磁石ＭＧが固着された部分のロータコア６０に固着され、表面側がＳ極に着磁された各永久磁石ＭＧには配置されないようにした。

一方、下部界磁コア６２各下部コア片６２ｂは、表面側がＳ極に着磁された永久磁石ＭＧ及びその永久磁石ＭＧが固着された部分のロータコア６０に固着され、表面側がＮ極に着磁された各永久磁石ＭＧには配置されないようにした。

そして、図１１に示す方向に、上側磁束制御コイル７５ａに直流電流Ｉａを流すとともに、下側磁束制御コイル７５ｂに直流電流Ｉｂ（＝Ｉａ）を流すと、上側磁束制御コイル７５ａによる磁束φａが、表面側にＮ極が着磁された永久磁石ＭＧ自身の磁束φｍと同じ方向に形成されるととともに、下側磁束制御コイル７５ｂによる磁束φｂが、表面側にＳ極が着磁された永久磁石ＭＧ自身の磁束φｍと同じ方向に形成される。

従って、電機子コア７１のコア部７３の全磁束を効率よく増加させることができる。
反対に、図１２に示す方向に、上側磁束制御コイル７５ａに直流電流Ｉａが流すとともに、下側磁束制御コイル７５ｂに直流電流Ｉｂ（＝Ｉａ）を流すと、上側磁束制御コイル７５ａによる磁束φａが、表面側にＮ極が着磁された永久磁石ＭＧ自身の磁束φｍと反対方向に形成されるとともに、下側磁束制御コイル７５ｂによる磁束φｂが、表面側にＳ極が着磁された永久磁石ＭＧ自身の磁束φｍと反対方向に形成される。

従って、電機子コア７１のコア部７３の磁束を効率よく減少させることができる。
尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記第１実施形態では、電機子コア１１に、外側磁束制御コイル１６ａと内側磁束制御コイル１６ｂを設けた。これを、外側磁束制御コイル１６ａだけ、または、内側磁束制御コイル１６ｂだけで実施してもよい。この場合、部品点数を減らすことができるとともに、径方向のサイズを小さくでき全体にモータを小型化できる。

・上記第１実施形態では、ステータ３の両側に上側及び下側ロータ４，５を配置したダブルギャップ構造のアキシャルエアギャップタイプのハイブリッド励磁モータ１であった。これを、図１４に示す、回転軸８２に固着した１つロータ８３の両側に、ステータ８４，８５を回転軸８２に配置し、両ステータ８４，８５が回転軸８２を回転可能に支持するようにしたダブルギャップ構造のアキシャルエアギャップタイプのハイブリッド励磁モータ８１に応用してもよい。

・上記第１実施形態では、ダブルギャップ構造のアキシャルエアギャップタイプのハイブリッド励磁モータ１に具体化したが、これに替えて、図１５に示すシングルギャップ構造のアキシャルエアギャップタイプのハイブリッド励磁モータ９１、または、図１６に示すシングルギャップ構造のアキシャルエアギャップタイプのハイブリッド励磁モータ９２に応用してもよい。

図１５に示すハイブリッド励磁モータ９１は、ステータ９３の一側（図１５では上側）にのみにロータ９４を配置し、同ロータ９４を回転軸９５に固着したモータである。この場合にも、電機子コア１１に環状に配置された磁極群を囲むように配置された外側磁束制御コイル１６ａ及び内側磁束制御コイル１６ｂに流す直流電流Ｉａ，Ｉｂの制御することによって、第１実施形態と同様に、磁極１５の電機子コイル１５ｂに流す交流電流を制御することなく、簡単にハイブリッド励磁モータ９１の出力特性を可変できる。

また、図１６に示すハイブリッド励磁モータ９２は、図１５に示すハイブリッド励磁モータ９１の第２コア体（ステータ９３）を回転軸９５に対して固着し、回転軸９５と一体回転させ、図１５に示すハイブリッド励磁モータ９１の第１コア体（ロータ９４）が回転軸９５を回転可能に支持するように構成する。

図１６に示す回転する第２コア体９３に配置された外側磁束制御コイル１６ａ及び内側磁束制御コイル１６ｂに流す直流電流Ｉａ，Ｉｂの制御することによって、第１実施形態と同様に、磁極１５の電機子コイル１５ｂに流す交流電流を制御することなく、簡単にハイブリッド励磁モータ９２の出力特性を可変できる。

・上記第２実施形態では、ロータ５３が表面磁石（ＳＰＭ）構造のラジアルエアギャップタイプのハイブリッド励磁モータ５１に具体化した。これを、ロータがＶ字型の磁石埋込（ＩＰＭ）構造やＩ字型の磁石埋込（ＩＰＭ）のラジアルエアギャップタイプのハイブリッド励磁モータに応用してもよい。

・上記第１及び第２実施形態では、直流電流Ｉａ，Ｉｂの電流値を同じにしていたが、これを変更して実施してもよい。

第１実施形態のアキシャルエアギャップタイプのハイブリッド励磁モータの断面図。 アキシャルエアギャップタイプのハイブリッド励磁モータの分解斜視図。 ステータを説明するためのステータの要部分解斜視図。 アキシャルエアギャップタイプのハイブリッド励磁モータの主磁路を説明するための説明図。 増磁を説明するための説明図。 減磁を説明するための説明図。 磁束制御コイルに流す直流電流に対する磁束増減率を示す図。 第２実施形態のラジアルエアギャップタイプのハイブリッド励磁モータの断面図。 ラジアルエアギャップタイプのハイブリッド励磁モータの分解斜視図。 ロータとステータの要部断面図。 増磁を説明するための説明図。 減磁を説明するための説明図。 磁束制御コイルに流す直流電流に対する磁束増減率を示す図。 第１実施形態の別例を示す図。 第１実施形態の別例を示す図。 第１実施形態の別例を示す図。

符号の説明

１…アキシャルエアギャップタイプのハイブリッド励磁モータ、２，５２…回転軸、３…ステータ、４…上側ロータ、５…下側ロータ、１１…電機子コア、１２…磁束制御コア、１５…磁極、１５ａ…コア部、１５ｂ…電機子コイル、１６ａ…外側磁束制御コイル、１６ｂ…内側磁束制御コイル、１７…樹脂、２０…上側界磁コア、２１…第１コア、２１ｂ…第１コア片、２２…第２コア片、３０…下側界磁コア、３１…第１コア、３１ｂ…第１コア片、３２…第２コア片、５１…ラジアルエアギャップタイプのハイブリッド励磁モータ、５２…回転軸、５３…ロータ、５４…ステータ、６０…ロータコア、６１…上部界磁コア、６１ｂ…上部コア片、６２…下部界磁コア、６２ｂ…下部コア片、７１…電機子コア、７３…コア部、７４…電機子コイル、７５ａ…上側磁束制御コイル、７５ｂ…下側磁束制御コイル、７６ａ…上部ヨーク、７６ｂ…下部ヨーク、ＭＧ…永久磁石、ＭＧ１…上側永久磁石、ＭＧ２…下側永久磁石。
φａ，φｂ，φｍ…磁束、Ｉａ，Ｉｂ…直流電流。

Claims (8)

1. 複数個の永久磁石を、回転軸を中心軸として周方向に環状に配置するとともに前記各永久磁石が発生する磁束を径方向若しくは軸方向に磁極毎に繰り返すように配置する第１コア体と、
   コイルがそれぞれ巻回された複数のコア部を、前記回転軸を中心軸として周方向に環状に配置した第２コア体と
   を備えるモータであって、
   前記第２コア体に、前記周方向に環状に配置されたコア部群の一側または両側に、前記各コア部の磁束を制御する磁束制御コイルを設けたことを特徴とするハイブリッド励磁モータ。
2. 請求項１に記載のハイブリッド励磁モータにおいて、
   前記第１コア体は、前記各永久磁石をそのＮ，Ｓ極が前記周方向に向くように配置するとともに、それぞれ前記各永久磁石を、前記各永久磁石が発生する磁束を径方向に向けるコア片を介して前記周方向に環状に配置するものであり、
   前記第２コア体は、前記各コア部の磁束が前記第１コア体に向くように、前記各コア部を環状に配置したものであり、前記磁束制御コイルを前記環状に配置されたコア部群の外周側及び内周側の少なくとも一方に設けたことを特徴とするハイブリッド励磁モータ。
3. 請求項２に記載のハイブリッド励磁モータにおいて、
   前記第１コア体は、前記回転軸を回転可能に支持し、前記第２コア体は、前記回転軸に固着されたことを特徴とするハイブリッド励磁モータ。
4. 回転軸に固着され、複数個の永久磁石を、前記回転軸を中心軸として周方向にそれぞれコア片を介して配置するとともに前記各永久磁石のＮ，Ｓ極が前記周方向に向くように環状に配置したロータと、
   前記ロータに並設されるとともに前記回転軸を回転可能に支持し、電機子コイルがそれぞれ巻回された複数のコア部を、前記回転軸を中心軸として周方向に環状に配置して前記各コア部の磁束が前記ロータに向く電機子コアを有したステータと
   を備えるアキシャルエアギャップタイプのモータであって、
   前記環状に配置されたコア部群の外周側及び内周側の少なくとも一方に、前記各コア部の磁束を制御する磁束制御コイルを設けたことを特徴とするアキシャルエアギャップタイプのハイブリッド励磁モータ。
5. 請求項４に記載のハイブリッド励磁モータにおいて、
   前記ロータは、前記回転軸を回転可能に支持する前記ステータの両側に配置され、それぞれ前記回転軸に固着されていることを特徴とするハイブリッド励磁モータ。
6. 請求項４又は５に記載のハイブリッド励磁モータにおいて、
   前記ステータは、前記電機子コアを内包する円筒状の制御磁束コアを、前記電機子コアの外周に固着し、
   前記各永久磁石間を連結する前記コア片は、第１コア片と第２コア片とからなり、前記第１コア片と前記第２コア片を交互に配置し、
   前記第１コア片を、その外周面が前記制御磁束コアから離間し、その内周面が回転軸から接触するように配置するとともに、
   前記第２コア片を、その外周面が前記制御磁束コアに近接し、その内周面が前記回転軸から離間するように配置したことを特徴とするハイブリッド励磁モータ。
7. 回転軸に固着され、複数個の永久磁石を、前記回転軸を中心軸として周方向に配置するとともに、前記各永久磁石のＮ極、Ｓ極が前記回転軸を中心軸として径方向に向きかつ隣合う永久磁石のＮ極、Ｓ極の向きが異なるように環状に配置したロータと、
   前記ロータの外周に配置されるとともに前記回転軸を回転可能に支持し、電機子コイルがそれぞれ巻回された複数のコア部を、前記回転軸を中心軸として周方向に環状に配置しかつ前記各コア部からの磁束が前記ロータに向く電機子コアを有したステータと
   を備えるラジアルエアギャップタイプのモータであって、
   前記環状に配置されたコア部群の中心軸線方向の一側又は両側に、前記各コア部の磁束を制御する磁束制御コイルを設けたことを特徴とするラジアルエアギャップタイプのハイブリッド励磁モータ。
8. 請求項７に記載のハイブリッド励磁モータにおいて、
   前記ステータは、前記回転軸を回転可能に支持したヨークに前記電機子コアが内包され、その電機子コアの外側を前記ヨークの内側面に固定し、
   前記ロータは、周方向に配置した永久磁石群の中心軸線方向の両側の離間した位置に界磁制御コアを配置し、一側の界磁制御コアには、Ｎ極がステータ側に向いた前記永久磁石に接続されたコア片を延出形成し、他側の界磁制御コアには、Ｓ極がステータ側に向いた前記永久磁石に接続されたコア片を延出形成したことを特徴とするハイブリッド励磁モータ。

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