JP2012165614A

JP2012165614A - 回転電機

Info

Publication number: JP2012165614A
Application number: JP2011026016A
Authority: JP
Inventors: Eiji Yamada; 英治山田; Kaoru Kubo; 馨久保; Ryoji Mizutani; 良治水谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2011-02-09
Publication date: 2012-08-30

Abstract

【課題】永久磁石からの磁束を弱めることなく強め界磁制御を行うことができる可変界磁型の回転電機を提供する。
【解決手段】回転電機１０は、回転可能に設けられた回転シャフト１２と、回転シャフト１２の外周に固設されたロータコア１４と、ロータコア１４の径方向外方に配置されているステータ１６と、ステータ１６の外周に設けられた界磁ヨーク１８と、界磁ヨーク１８とロータコア１４との間に磁気回路ＭＣ２を形成することでロータコア１４とステータコア３０との間での磁束量を制御可能な界磁コイル２０とを備える。ロータコア１４は、Ｎ極およびＳ極が径方向に並ぶようにロータコア１４内に配置された磁石２４と、磁石２４に対してロータコア１４の周方向に離れて隣り合うように配置されて磁気回路ＭＣ２の一部を構成する磁性材料からなる磁極構成部材２６とを周方向に交互に有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機に関する。

従来、ロータに永久磁石を配置した永久磁石型モータが様々な分野で利用されており、例えば、電気自動車やハイブリット自動車の駆動源として利用されている。このような電気自動車やハイブリット自動車の駆動源は、低回転−高出力、高回転−低出力という車両の走行特性が要求される。

モータは、一般にロータからステータに流れる磁束と、ステータ巻線に流れるモータ電流によって、発生するトルクが決定される。ステータとロータ間に流れる磁束は、用いられる磁石等によって決定され、回転速度とは関係なく一定に保たれる。そして、回転速度は、モータ電流によって決定される。しかし、モータ電流は、インバータ等の電源からの電圧によって決まるため、ステータコイルの電圧と電源電圧の最大電圧とが一致したときの回転数が最大回転数となる。

このような永久磁石型モータにおいて、電源電圧を一定として定出力運転を行う場合、低回転数における出力を向上させると共に、最高回転数をさらに上昇させて走行特性を広げるために、いわゆる「強め界磁」、「弱め界磁」について、各種提案されている。

例えば、特開２０１０−６８５９６号公報（特許文献１）には、電機子マニホールド規制鎖交磁束量の可変制御が可能な電動機が開示されている。この電動機は、回転可能な回転シャフトと、回転シャフトに固設された表面永久磁石型のロータコアと、ロータコアの周囲にギャップを介して配置されたステータと、ステータの外周に固設された界磁ヨークと、界磁ヨークの内周部である突部の周囲に巻回された界磁巻線とを備える。上記ロータは、回転シャフトの外周に固定された粉末成形磁性体である円筒状の圧粉ロータコアと、圧粉ロータコアの外周に固定された電磁鋼板積層体である積層ロータコアとからなっている。そして、界磁巻線に電流を流して生成される磁力線を界磁ヨークとロータコアとの間に形成される磁気回路に流すことにより、上記ギャップを介してロータからステータへ又はこの逆へと渡る磁束密度を調整することで強め界磁制御および弱め界磁制御を行うことが記載されている。

特開２０１０−６８５９６号公報

上記特許文献１の電動機では、上記磁気回路を形成するための圧粉ロータコアが永久磁石に対して径方向内方に位置しているため、強め界磁制御を行ったときに永久磁石の着磁方向とは反対方向に界磁磁束が作用することにより永久磁石からの磁束を弱めるように働いてしまうおそれがあり、その結果、強め界磁制御を行ったときのトルク発生ロスが生じる可能性がある。

本発明の目的は、永久磁石からの磁束を弱めることなく強め界磁制御を行うことができる可変界磁型の回転電機を提供することにある。

本発明に係る回転電機は、回転可能に設けられた回転シャフトと、前記回転シャフトの外周に固設されたロータコアと、前記ロータコアの径方向外方にギャップを隔てて配置され、内周部にステータコイルが巻回されている筒状のステータと、前記ステータの外周に設けられた界磁ヨークと、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ことで、前記ロータコアと前記ステータコアとの間での磁束量を制御可能な界磁巻線と、を備え、前記ロータコアは、異なる磁性の一組の磁極が前記ロータコアの径方向に並ぶように前記ロータコアに配置された磁石と、前記磁石に対して周方向に離れて隣り合うように配置されて前記磁気回路の一部を構成する磁性材料からなる非磁石部材とを、前記ロータコアの周方向に交互に有するものである。

本発明に係る回転電機において、前記非磁性部材は、一体成形された磁性材料から構成されており、前記ロータコアの軸方向に亘って延在する前記非磁性部材の軸方向端部が、前記界磁コイルによって生成される磁力線を前記界磁ヨークの内周部との間で受け渡し可能なように前記ロータコアの軸方向端面から突出して前記界磁ヨークの内周部に近接していることが好ましい。

また、本発明に係る回転電機において、前記非磁石部材は、一体成形された磁性材料から構成されており、前記磁石と同じ断面形状を有していてもよい。

本発明に係る回転電機によれば、強め界磁制御を行うときに界磁磁束が流れる磁気回路の一部を構成する磁性材料からなる非磁石部材が、ロータコアに設けられた磁石に対して周方向に離れて隣り合うように配置されていることで、ロータコアおよびステータとの間に形成される上記磁気回路を流れる界磁磁束が磁石に対して反磁界方向に流れるのを抑制できる。これにより、強め界磁制御のときに磁石磁束が界磁磁束によって弱められるのを防止でき、その結果、磁石磁束を弱めることなく強め界磁制御によるトルク出力向上を図ることができる。

本発明の一実施の形態である回転電機の径方向断面図である。図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。界磁コイルに電流が供給されていない状態における磁石からの磁力線の流れを示す、図２中のＢ−Ｂ線に沿った一部断面図である。回転電機において強め界磁制御が実行されているときの軸方向断面図である。図４におけるＣ−Ｃ線に沿った一部断面図である。回転電機において弱め界磁制御が実行されているときの軸方向断面図である。図６におけるＤ−Ｄ線に沿った一部断面図である。回転電機のトルク（Ｔ）と回転数（Ｎ）との関係を示すグラフである。ロータコアの外周面に凹部を形成した変形例を示す、図５と同様の一部断面図である。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。

図１は、本実施の形態に係る回転電機１０の径方向断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った軸方向断面図である。図１および図２に示されるように、回転電機１０は、回転可能な回転シャフト１２と、この回転シャフト１２の外周に固設されたロータコア１４と、ロータコア１４の径方向外方にエアギャップＧを介して配置された筒状のステータ１６と、ステータ１６の外周に固設された界磁ヨーク１８と、界磁ヨーク１８に巻回して設けられている界磁コイル（界磁巻線）２０と備えている。

回転シャフト１２は、金属製の軸部材であり、その両端部分において軸受２２を介して界磁ヨーク１８に回転可能に設けられている。回転シャフト１２とロータコア１４とによりロータ１５が構成されている。

ロータコア１４は、複数の電磁鋼板１３を軸方向に積層して一体に構成される円筒状の積層体である。このようにロータコア１４は複数の電磁鋼板を積層して構成されて鋼板間には隙間があるため、軸方向の磁気抵抗が、径方向および周方向の磁気抵抗より大きくなっている。このため、ロータコア１４内においては、磁石からの磁力線は、軸方向に流れ難く、径方向および周方向に流れやすくなっている。

ロータコア１４の内部には、磁石２４と、非磁石部材である磁極構成部材２６とが埋設されている。磁石２４および磁極構成部材２６は、ロータコア１４の外周面近傍の内部に軸方向に延伸して形成されている穴２５内に挿入されて配置されており、穴２５の周方向両側に形成されるポケット部２７に樹脂を充填して硬化させることによりロータコア１４内に固定されている。また、ポケット部２７は、磁石２４の周方向端部における磁束の漏れまたは短絡を抑制する機能も有する。

磁石２４は、異なる磁性の一組の磁極がロータコア１４の径方向に並ぶように配置されている。具体的には、本実施形態では、磁石２４の径方向外側の表面極性がＳ極で、径方向内側の表面極性がＮ極とされている。ただし、これとは反対の極性の向きで磁石がロータコア内に配置されてもよい。また、磁石２４は、扁平な長方形状の断面を有するとともにロータコア１４の軸方向に亘って延在している。磁石２４の軸方向端面は、ロータコア１４の端面と略面一に構成されている。

磁極構成部材２６は、一体成形された磁性材料から構成されており、具体的には粉末成形磁性体（ＳＭＣ：Soft Magnetic Composites）から構成されている。磁極構成部材２６は、磁石２４とともに磁極対を構成する。具体的には、本実施形態では磁石２４が径方向外側にＳ極の表面を有することで、磁極構成部材２６は磁石ではないもののＮ極の磁極を構成するように機能する。

磁極構成部材２６は一体成形された粉末成形磁性体からなるため、磁極構成部材２６の軸方向の磁気抵抗は、ロータコア１４の軸方向の磁気抵抗より小さくされている。したがって、磁極構成部材２６では、ロータコア１４内よりも軸方向に磁力線が流れやすくなっている。そして、磁極構成部材２６はロータコア１４よりも軸方向長さが長く形成されており、その軸方向両端部がロータコア１４の軸方向端面から突出している。

また、磁極構成部材２６は、ロータコア１４の周方向に関して、磁石２４から離れて隣り合う位置に配置されている。具体的には、本実施形態のロータコア１４は、磁石２４および磁極構成部材２６からなる磁極対を周方向に均等な配置で二対含んでいることから、磁極構成部材２６の周方向中心は、ロータコア１４の回転中心（すなわち回転シャフトの回転中心）Ｘに関して磁石２４の周方向中心から９０度だけ離れている。すなわち、本実施形態では、磁石２４と磁極構成部材２６とがロータコア１４の周方向に９０度間隔で交互に２つずつ配置されている。

また、磁極構成部材２６の径方向位置は、ロータ回転時の振れ等を抑制するために、磁石２４の径方向位置と同じにされている。ただし、これに限定されるものではなく、磁石２４と磁極構成部材２６との径方向位置が異なるように構成されてもよい。

ここで、磁石２４と磁極構成部材２６とは、同じ断面形状に形成されるのが好ましい。本実施形態では、磁石２４および磁極構成部材２６は、このようにすることで、ロータコア１４に形成される穴２５の形状を同じにすることができ、ロータコア１４の製造を容易にすることができる。

ただし、磁石２４の磁束発生性能等を考慮して、磁石２４と磁極構成部材２６の断面形状を異ならせてもよい。例えば、上記と同様の扁平長方形状であるが、磁石２４の断面の径方向厚みを磁極構成部材２６のそれよりも大きく形成してもよい。この場合、磁石２４および磁極構成部材２６の各挿入穴が異なった大きさに形成されることになるため、磁石２４と磁極構成部材２６との組付け間違いを防ぐことができるという利点がある。

ステータ１６は、中空円筒状に形成されたステータコア３０と、このステータコア３０の内周部に形成されてステータコア３０の径方向内方に向けて突出する複数のステータティース３２と、このステータティース３２に巻き付けられたステータコイル３４とを備えている。ステータティース３２は、周方向に等間隔に隔てて形成されている。

ステータコイル３４の一部はＵ相コイルを構成し、残りの一部のステータコイル３４はＶ相コイルを構成し、残りのステータコイル３４はＷ層コイルを構成する。ステータコイル３４の一方端が、端子とされ、他方端が中性点とされ、端子には図示されない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る。また、中性点は、1点に共通接続される。

ステータコイル３４には、回転電機１０が出力すべきトルク指令値に応じた交流電流が上記の三相ケーブルを介して供給される。これにより、ステータ１６の内周に回転磁界が形成され、その回転磁界の作用によってロータ１５が回転駆動される。その結果、上記トルク指令値によって指定されたトルクが回転電機１０によって出力されるようになっている。

ステータコア３０は、電磁鋼板を複数積層して形成されており、電磁鋼板間には、エアギャップが形成されている。このため、ステータコア３０の径方向および周方向の磁気抵抗は、軸方向の磁気抵抗より小さくなっている。これにより、ステータコア３０内に入り込んだ磁力線は、ステータコア３０内においてステータコア３０の周方向および径方向に流れやすく、軸方向に流れることが抑制されている。

図２に示すように、界磁ヨーク１８は、ステータ１６およびロータ１５の両端部から軸方向に離れた位置に配置された端板部１８ａと、この端板部１８ａの周縁部に連なって形成された円筒状の側壁部１８ｂとを備え、その内部にロータ１５およびステータ１６が収容されている。

端板部１８ａの中央部には、貫通孔２３が形成されており、貫通孔２３内には、軸受２２を介して、回転シャフト１２が挿入されている。側壁部１８ｂは、ステータコア３０の外表面に固設されている。

界磁ヨーク１８は、一体成形された磁性材料から構成されており、具体的には、３次元完全等方材料である粉末成形磁性体（ＳＭＣ）から構成されている。このため、界磁ヨーク１８の軸方向の磁気抵抗は、ステータコア３０の軸方向の磁気抵抗よりも小さくされている。

端板部１８ａは、ロータコア１４に向かって円板状または円環状に突出した突部１９を有する。そして、突部１９とロータコア１４に設けた磁極構成部材２６との間で、磁力線が途切れなることなく受け渡し可能な程度に、突部１９と磁極構成部材２６の端部とが近接している。

これにより、磁力線が磁極構成部材２６内を軸方向に流れてロータコア１４の電磁鋼板に入り込み、電磁鋼板を径方向に流れた磁力線がエアギャップＧを介してステータコア３０を通って界磁ヨーク１８に達し、それから界磁ヨーク１８内を軸方向および径方向に流れ、そして、突部１９から磁極構成部材２６内に戻るという磁気回路（第２磁気回路）ＭＣ２を形成することができる。したがって、磁極構成部材２６は、この磁気回路ＭＣ２の一部を構成する。

この磁気回路ＭＣ２において、ステータコア３０の径方向の磁気抵抗は小さく抑えられており、界磁ヨーク１８内の磁気抵抗も小さく抑えられており、さらに、粉末成形磁性体からなる磁極構成部材２６の磁気抵抗も小さく抑えられているため、磁気エネルギーのロスを小さく抑えることができる。

界磁コイル２０は、突部１９の外周面に巻き付けられている。この界磁コイル２０に電流を流すことにより、突部１９の端部側、すなわち磁極構成部材２６の端部に近接した表面側に例えばＮ極の磁性を持たせると共に側壁部１８ｂにＳ極の磁性を持たせたり、あるいは、突部１９の端部側にＳ極の磁性を持たせると共に側壁部１８ｂにＮ極の磁性を持たせたりすることができる。

なお、本実施形態においては、界磁コイル２０は、界磁ヨーク１８の突部１９に設けられているが、この位置に限られず、界磁ヨーク１８に設けられていればよい。ここで、界磁コイル２０が界磁ヨーク１８に設けられているとは、界磁コイル２０が界磁ヨーク１８の表面に当接している場合に限られず、界磁ヨーク１８内の磁力線の流れを制御可能な程度であれば、界磁ヨーク１８の表面から離なれて配置されている場合も含む。

続いて、上記のように構成される回転電機１０の動作について、図３から図８を用いて説明する。図３は、図２に示す界磁コイル２０に電流が供給されていない状態における磁石２４からの磁力線の流れを示す一部断面図であるが、磁力線を分かりやすくするために断面ハッチングが省略されると共に、ステータコイルの図示が省略されている。また、図３においては、磁石２４から周方向両側の磁極構成部材２６への磁束の流れのうち回転方向前方側に位置する磁極構成部材２６への流れだけを示して他方の図示を省略している。

この図３に示す例においては、回転しているロータコア１４に埋設された磁石２４における回転方向（矢印Ｒ方向）前方側の端部がステータコア３０のステータティース３２ａに対向し、同じくロータコア１４に埋設された磁極構成部材２６の回転方向前方側の端部が上記ステータティース３２ａから回転方向前方側に離れたステータティース３２ｃに対向している状態を示す。このとき、ステータティース３２ａの内径側の端面がＮ極とされ、ステータティース３２ｃの内径側の端面がＳ極とされている。

磁石２４においてＮ極である内周側表面から出た磁力線ｍ１〜ｍ３は、ロータコア１４を構成する電磁鋼板１３中を回転方向前方側へ周方向に進んで磁極構成部材２６を貫通して通る。そして、磁力線ｍ１〜３は、ロータコア１４の外周面からエアギャップＧを介してステータティース３２ｃに入り込む際に回転方向前方側に向かうように傾斜し、ステータティース３２ｃの端面に達する。

このように、磁極構成部材２６を通り抜けた磁力線ｍ１〜ｍ３がステータティース３２ｃに達するまでの磁気経路が傾斜し長くなっているので、磁気経路が最短となるようにロータ１５に応力が加えられる。すなわち、Ｎ極磁極を構成するように機能する磁極構成部材２６が、ステータティース３２ｃに向けて引っ張られることになる。

ステータティース３２ｃに入り込んだ磁力線ｍ１〜ｍ３は、ステータコア３０を構成する電磁鋼板中を径方向および周方向に沿って回転方向後方側へ流れる。この際、ステータコア３０内の磁気抵抗は小さいため、磁力線のエネルギーのロスが低減されている。なお、ステータコア３０から界磁ヨーク１８の側壁部１８ｂへと漏れる磁力線量は僅かであるため、これによる磁気エネルギーのロスは無視できる程度に小さい。

磁力線ｍ１〜ｍ３がステータコア３０内の周方向に流れるとき、磁気経路の中間に位置するステータティース３２ｂの内径側の端面はＳ極とされる一方でステータティース３２ｂの径方向外側の基端部がＮ極とされているため、磁気反発力によって磁力線ｍ１〜ｍ３がステータティース３２ｂへ向かうのが抑制される。

そして、磁力線ｍ１〜ｍ３は、ステータティース３２ａからギャップＧを介してロータコア１４内の磁石２４の径方向外側の表面磁極であるＳ極に戻る。このとき、エアギャップＧを渡る磁力線ｍ１〜ｍ３は、ステータティース３２ａに対して回転方向後方側に位置する磁石２４に戻るに際して、回転方向後方側へ傾斜して経路長が長くなっている。そのため、その経路長が最短となるように、磁石２４がステータティース３２ａに向けて良好に引き寄せられる。

上記のように、磁力線ｍ１〜ｍ３は、磁石２４からロータコア１４内を流れて磁極構成部材２６を貫通し、エアギャップＧを介してステータティース３２ｃ内に達し、ステータコア３０内を周方向に通り、その後、ステータティース３２ａからエアギャップＧを介してロータコア１４内に達し、再び磁石２４に戻る磁気回路（第１磁気回路）ＭＣ１を形成する。そして、この磁気回路ＭＣ１を磁石磁束が流れることによって、ロータ１５に回転トルクを発生させることができる。

次に、図４，５を参照して、回転電機１０において強め界磁制御が行われたときの動作について説明する。図４は、回転電機１０において強め界磁制御が実行されているときの軸方向断面図であり、図５は、図４におけるＣ−Ｃ線に沿った一部断面図である。

図４に示すように、強め界磁制御が実行されるとき、外部から給電することによって界磁コイル２０に電流を流すと、界磁コイル２０により磁力線ｍ４が生成される。この磁力線ｍ４は、主として磁気回路ＭＣ２を通って流れる。なお、図５に示すように、磁石２４から出た磁力線ｍ１〜ｍ３の磁気回路ＭＣ１における流れは上述したのと同様である。

磁力線ｍ４は、界磁ヨーク１８の端板部１８ａを通り、近接する端部から磁極構成部材２６内に入り込む。そして、磁力線ｍ４は、磁極構成部材２６中を軸方向に通って、ロータコア１４を構成する電磁鋼板１３内に流れ込み、ロータコア１４の外周面側へ流れる。それから、磁力線ｍ４は、図５に示すように、エアギャップＧを介してステータコア３０のステータティース３２ｃへと渡る。このとき、上述した磁力線ｍ１〜３と同様に磁力線ｍ４もまた、回転方向前方側へ傾斜して経路長が長くなっている。そのため、磁気経路が最短となるようにロータ１５に引っ張り力が作用する。すなわち、磁力線ｍ４も、ロータ１５に対するトルクの発生に寄与することができる。

ステータティース３２ｃからステータコア３０内に入り込んだ磁力線ｍ４は、界磁ヨーク１８に入り込んで側壁部１８ｂを軸方向に流れる。そして、磁力線ｍ４は、側壁部１８ｂから端板部１８ａへと流れて、界磁コイル２０が設けられている突部１９へと戻る。

このような磁気回路ＭＣ２を流れる磁力線ｍ４の量、すなわち磁束量は、界磁コイル２０に流れる電流を制御することによって調整することができる。このような磁力線ｍ４によるトルク発生作用を磁石磁束だけによる場合に加えて上乗せすることにより、回転電機１０のトルク出力を向上させることができるのである。

また、本実施形態の回転電機１０では、磁気回路ＭＣ２の一部を構成する磁極構成部材２６が、ロータコア１４に埋設された磁石２４に対して周方向に離れて隣り合って配置されている。そのため、ロータコア１４およびステータ１６との間に形成される磁気回路ＭＣ２を流れる磁力線ｍ４が磁石２４に対して反磁界方向、すなわちＮ極表面からＳ極表面へと通り抜ける方向に流れるのを抑制できる。これにより、強め界磁制御のときに磁石２４による磁束が弱められるのを防止でき、その結果、強め界磁制御によるトルク出力向上を効果的に図ることができる。

次に、図６，７を参照して、回転電機１０において弱め界磁制御が行われたときの動作について説明する。図６は、回転電機１０において弱め界磁制御が実行されているときの軸方向断面図であり、図７は、図６におけるＤ−Ｄ線に沿った一部断面図である。

図６に示すように、弱め界磁制御が実行されるとき、外部から給電することによって界磁コイル２０に強め界磁制御時とは逆方向に電流を流す。これにより、磁気回路ＭＣ２上に生成される磁力線ｍ４は、界磁ヨーク１８の端板部１８ａから側壁部１８ｂへと流れ、そこからステータコア３０内に入り込んでステータティースの端面からエアギャップＧを介してロータコア１４に渡る。そして、磁力線ｍ４は、ロータコア１４内の磁極構成部材２６の中を軸方向に通ってロータコア１４の端面から突出する端部へと達し、そこから近接して位置する界磁コイル２０の端板部１８ａに戻る。なお、図７に示すように、磁石２４から出た磁力線ｍ１〜ｍ３の磁気回路ＭＣ１における流れは上述したのと同様である。

このように弱め界磁制御のとき磁気回路ＭＣ２を流れる磁力線ｍ４は、図７中に点線矢印で示す磁気回路ＭＣ２上において界磁ヨーク１８から磁極構成部材２６へ向かう方向の起磁力を発生させることになり、磁石２４による磁束が弱められる結果となる。したがって、ロータ１５とステータ１６の間に生じる磁束を低減することにより、高回転領域においても、図１に示すステータコイル３４に生じる誘導起電力を弱めることができる。このように誘導起電力を低減することができるので、インバータ等の電源の最大電圧とが釣り合う回転数を高めることができる。このため、この回転電機１０は、高回転領域においても、比較的低電圧で回転駆動することができる。また、ロータコア１４中を通る磁束が減るため、いわゆる鉄損も低減できる。

このように弱め界磁制御が行われる場合にも、非磁石部材である磁極構成部材２６が磁石２４に対して周方向に離れて隣り合って配置されていて磁気回路ＭＣ２を流れる磁束ｍ４は磁極構成部材２６だけを通るため、磁気回路ＭＣ２による起磁力が磁石２４に対して反磁界方向にかかるのを抑制できる。したがって、弱め界磁によって磁石２４を減磁させるということもない。

図８は、回転電機１０のトルク（Ｔ）と回転数（Ｎ）との関係を示すグラフである。図８において、低回転で高トルクの領域Ｔ２では上記の強め界磁制御を好適に用いることができ、高回転で低トルクの領域Ｔ３では上記の弱め界磁を好適に用いることができる。そして、領域Ｔ２，Ｔ３以外の運転領域Ｔ１では、界磁コイルへの電力供給を停止して磁気回路ＭＣ２に界磁磁束を積極的に流すことを行わない。これにより、電力消費量を低減することができ、使用電力量が制限される車両等に回転電機１０が動力源として搭載された場合に、燃費向上を図ることができる。なお、回転電機１０が図８中の符号Ｔ４で示す領域（領域Ｔ３を含む）で運転される場合、すなわち、低トルクで駆動される場合には、回転数に拘わらず上記の弱め界磁制御を実行してもよい。この場合、ロータコア１４中を通る磁束を減少させて鉄損の低減を図り、回転電機１０の高効率化した運転が可能になる。

上述したように本実施形態の回転電機１０によれば、強め界磁制御および弱め界磁制御が実行される場合に、界磁磁束がロータコア１４に設けた磁石に反磁界方向にかかるのを防止できる。その結果、磁石２４の減磁対策として磁石厚みを大きくしておく必要がなく、磁石使用量を低減できてコスト削減を図れる。

また、従来例の回転電機では、強め界磁制御等を行うための円筒状の粉末成形磁性体が回転シャフトの外周に固設されて積層ロータコアをその外周面で支持する構成であったが、本実施形態の回転電機１０では粉末成形磁性体からなる磁極構成部材２６はロータコア１４内に磁石２４と周方向に離れて並ぶように配置されているため鋼板積層体であるロータコア１４を回転シャフト１２上に直に固定することができる。したがって、磁極構成部材２６について高い強度および精度を求められることがなくなり、その結果として粉末成形磁性体からなる磁極構成部材の製造コストを低減できる。

さらに、本実施形態では、磁極構成部材２６が磁石２４と略同程度の大きさの部材として形成されるため、比較的大きな部材である円筒状の粉末成形磁性体を成形する場合に比べて、成形圧力が低い加圧成形設備で製造可能であり、これによっても製造コスト低減効果が見込める。さらにまた、低圧成形でよいことから磁極構成部材２６中での鉄損（ヒステリシス損）を低減することも期待できる。

なお、上記において本実施形態の回転電機１０について説明してきたが、本発明は上述した構成に限定されるものではなく、種々の変更や改良が可能である。

例えば、上記実施形態では、ロータコア１４において磁石２４および磁極構成部材２６からなる磁極対を二対設けた例について説明したが、三対以上の磁極対をロータコア１４の周方向に均等配置で設けてもよい。また、上記実施形態では磁石を埋設したＩＰＭ(Interior Permanent Magnet)型ロータを例示したが、磁石の表面がロータコアの外周面に露出したＳＰＭ(Surface Permanent Magnet)型ロータであってもよい。

また、図９に示すように、磁石２４と磁極構成部材２６との間に対応するロータコア１４の外周に凹部１４ａを軸方向に亘って形成してもよい。これにより、磁石２４からの磁束が凹部１４ａを形成した部分からロータ外へ漏れるのを抑制できる。

さらに、本発明に係る回転電機は、ハイブリッド車両、電気自動車、燃料電池車等の電動車両の動力源として搭載される場合に限られず、産業機械、空調機械、環境機器等の様々な機器に搭載される回転電機に対しても適用可能である。

１０回転電機、１２回転シャフト、１３電磁鋼板、１４ロータコア、１５ロータ、１６ステータ、１８界磁ヨーク、１８ａ端板部、１８ｂ側壁部、１９突部、２０界磁コイル、２２軸受、２３貫通孔、２４磁石、２５穴、２６磁極構成部材、２６磁極構成部材、２７ポケット部、３０ステータコア、３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃステータティース、３４ステータコイル、Ｇエアギャップ、ＧＰエアギャップ、ｍ１，ｍ３，ｍ３磁力線、ＭＣ１，ＭＣ２磁気回路。

Claims

回転可能に設けられた回転シャフトと、
前記回転シャフトの外周に固設されたロータコアと、
前記ロータコアの径方向外方にギャップを隔てて配置され、内周部にステータコイルが巻回されている筒状のステータと、
前記ステータの外周に設けられた界磁ヨークと、
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ことで、前記ロータコアと前記ステータコアとの間での磁束量を制御可能な界磁巻線と、を備え、
前記ロータコアは、異なる磁性の一組の磁極が前記ロータコアの径方向に並ぶように前記ロータコアに配置された磁石と、前記磁石に対して周方向に離れて隣り合うように配置されて前記磁気回路の一部を構成する磁性材料からなる非磁石部材とを、前記ロータコアの周方向に交互に有する、
回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記非磁性部材は、一体成形された磁性材料から構成されており、前記ロータコアの軸方向に亘って延在する前記非磁性部材の軸方向端部が、前記界磁コイルによって生成される磁力線を前記界磁ヨークの内周部との間で受け渡し可能なように前記ロータコアの軸方向端面から突出して前記界磁ヨークの内周部に近接していることを特徴とする回転電機。
請求項１または２に記載の回転電機において、
前記非磁石部材は、一体成形された磁性材料から構成されており、前記磁石と同じ断面形状を有していることを特徴とする回転電機。