JP2013183507A - ハイブリッド励磁式回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ハイブリッド励磁式回転電機に係り、サイズを大型化することなく励磁コイル通電時の磁気飽和を緩和させることにある。
【解決手段】ハイブリッド励磁式回転電機は、軸方向に隙間を空けて分割され、それぞれ周方向に永久磁石で励磁された第１磁極と永久磁石で励磁されていない第２磁極とが交互に配置され、それぞれの第１磁極の極性が互いに異なり、かつ一方の第１磁極と他方の第２磁極とが軸方向で隙間を介して互いに対向配置された第１及び第２ロータコアを有するロータと、ロータの外径側に配置された、ロータを回転させる回転磁界を発生させるステータと、隙間に配置された、第２磁極を励磁する励磁コイルと、を備え、ステータは、軸方向両側それぞれに設けられた第１ステータコアと、軸方向中央に設けられた、軸方向の磁気抵抗が第１ステータコアの軸方向の磁気抵抗に比べて小さい第２ステータコアと、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド励磁式回転電機に係り、特に、励磁回路として永久磁石と電磁石との双方を用いたハイブリッド励磁式回転電機に関する。

従来、永久磁石と電磁石とを備えるハイブリッド励磁式回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。この回転電機は、ロータと、ロータの外径側に配置され、ロータを回転させる回転磁界を発生させるステータと、を備えている。ステータは、ステータコアと、ステータコイルと、を有している。また、ロータは、軸方向に延びるシャフトと、軸方向に分割された第１及び第２コアと、を有している。第１及び第２コアはそれぞれ、径方向端部に周方向に交互に配置された、永久磁石で励磁された永久磁石励磁磁極と、永久磁石で励磁されていない非励磁の永久磁石非励磁磁極と、を有している。第１コアの永久磁石励磁磁極と第２コアの永久磁石励磁磁極とは、互いに反転した極性からなる。第１コアの永久磁石励磁磁極と第２コアの永久磁石非励磁磁極とは、軸方向で互いに対向配置されていると共に、第１コアの永久磁石非励磁磁極と第２コアの永久磁石励磁磁極とは、軸方向で互いに対向配置されている。

永久磁石による磁束量は略一定である。また、上記の回転電機は、永久磁石非励磁磁極を励磁する励磁コイルを備えている。励磁コイルが外部から通電されると、永久磁石非励磁磁極を励磁して永久磁石による磁束を弱め或いは強める磁束が発生する。従って、上記の回転電機によれば、永久磁石による磁束と電磁石による磁束との合成磁束によりロータを適切に回転させることが可能である。

特開平６−３５１２０６号公報

しかし、上記特許文献１記載の回転電機において、励磁コイルは、軸方向に隙間を空けて分割された２つのステータコアの間に配置されている。励磁コイルは、ステータコアの外周を覆うヨークに近接して配置されている。ステータコアは、軸方向に積層する複数の積層鋼板により形成されている。このため、かかる回転電機の構造では、ステータ側において励磁コイルの外径側での磁路が狭くかつその磁気抵抗が比較的大きいので、励磁コイルの通電時にその外径側で磁束が集中して磁気飽和が発生し、回転トルクの低下が招来してしまう。一方、上記の磁気飽和を緩和するうえでは、ステータコアの、励磁コイルの外径側の径方向厚さを大きくことが考えられるが、かかる構造では、ステータコア全体の径方向厚さが大きくなるので、回転電機自体のサイズが大型化してしまう。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、サイズを大型化することなく励磁コイル通電時の磁気飽和を緩和させることが可能なハイブリッド励磁式回転電機を提供することを目的とする。

上記の目的は、軸方向に隙間を空けて分割され、それぞれ周方向に永久磁石で励磁された第１磁極と永久磁石で励磁されていない第２磁極とが交互に配置され、それぞれの前記第１磁極の極性が互いに異なり、かつ一方の前記第１磁極と他方の前記第２磁極とが軸方向で前記隙間を介して互いに対向配置された第１及び第２ロータコアを有するロータと、前記ロータの外径側に配置された、前記ロータを回転させる回転磁界を発生させるステータと、前記隙間に配置された、前記第２磁極を励磁する励磁コイルと、を備え、前記ステータは、軸方向両側それぞれに設けられた第１ステータコアと、軸方向中央に設けられた、軸方向の磁気抵抗が前記第１ステータコアの軸方向の磁気抵抗に比べて小さい第２ステータコアと、を有するハイブリッド励磁式回転電機により達成される。

本発明によれば、サイズを大型化することなく励磁コイル通電時の磁気飽和を緩和させることができる。

本発明の一実施例であるハイブリッド励磁式回転電機の構造を示す斜視図である。 本発明の一実施例であるハイブリッド励磁式回転電機を軸中心線を含む平面で切断した際の断面図である。 本発明の一実施例であるハイブリッド励磁式回転電機を、図２に示すIII−IIIで切断した際の断面図である。 本発明の一実施例であるハイブリッド励磁式回転電機を、図２に示すIV−IVで切断した際の断面図である。 本発明の一実施例であるハイブリッド励磁式回転電機のステータの全体斜視図及び分解斜視図である。 本発明の一実施例であるハイブリッド励磁式回転電機の効果を説明するための図である。

以下、図面を用いて、本発明に係るハイブリッド励磁式回転電機の具体的な実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施例であるハイブリッド励磁式回転電機１０の構造を示す斜視図を示す。尚、図１には、一部がカットされたハイブリッド励磁式回転電機１０が示されている。図２は、本実施例のハイブリッド励磁式回転電機１０を軸中心線を含む平面で切断した際の断面図を示す。図３は、本実施例のハイブリッド励磁式回転電機１０を、図２に示すIII−IIIで切断した際の断面図を示す。図４は、本実施例のハイブリッド励磁式回転電機１０を、図２に示すIV−IVで切断した際の断面図を示す。また、図５は、本実施例のハイブリッド励磁式回転電機１０の全体斜視図及び分解斜視図を示す。

本実施例において、ハイブリッド励磁式回転電機１０は、軸回りに回転可能なロータ１２と、ロータ１２を回転させる回転磁界を発生させるステータ１４と、を備えている。ロータ１２は、軸方向両端において軸受１６，１８を介してケース２０に回転可能に支持されている。ステータ１４は、ロータ１２の外径側に配置されており、ケース２０に固定されている。ロータ１２とステータ１４とは、互いに径方向に所定長のエアギャップ２２を介して対向している。

ステータ１４は、ステータコア２４と、ステータコイル２８と、を有している。ステータコア２４は、中空円筒状に形成されている。ステータコア２４には、内周面にステータティース２６が形成されている。ステータティース２６は、ステータコア２４の径方向内方すなわち軸中心に向けて突出していると共に、ステータコア２４の軸方向端部間で延在している。ステータティース２６は、ステータコア２４の内周面において周方向に複数（例えば、１２個や１８個）設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。

各ステータティース２６にはそれぞれ、ステータコイル２８が巻き付けられている。ステータコイル２８は、ステータコア２４の内周面において周方向に複数（例えば、１２個や１８個）設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。各ステータコイル２８は、ハイブリッド励磁式回転電機１０が例えば三相交流モータに適用される場合は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、及びＷ相コイルの何れかを構成する。

ステータコア２４は、軸方向に分割されており、第１ステータコア３０と、第２ステータコア３２と、第３ステータコア３４と、を有している。第１〜第３ステータコア３０〜３４は、互いに軸方向に並んでいる。第１及び第３ステータコア３０，３４は、軸方向両端に配置されている。第２ステータコア３２は、軸方向中央に配置されており、軸方向で第１ステータコア３０と第３ステータコア３４とに挟まれている。ステータコア２４は、軸方向中央の第２ステータコア３２と、その第２ステータコア３２を軸方向両側で挟む第１及び第３ステータコア３０，３４と、に軸方向で分割される。

第１〜第３ステータコア３０〜３４は、それぞれ中空円筒状に形成されており、互いに略同じ内径及び互いに略同じ外径を有している。第１〜第３ステータコア３０〜３４はそれぞれ、円環状に形成されたバックヨーク部３０ａ，３２ａ，３４ａと、そのバックヨーク部３０ａ，３２ａ，３４ａの内周面から軸中心に向けて突出するステータティース部３０ｂ，３２ｂ，３４ｂと、からなる。各第１〜第３ステータコア３０〜３４において、バックヨーク部３０ａ，３２ａ，３４ａとステータティース部３０ｂ，３２ｂ，３４ｂとは互いに一体に形成されている。尚、各第１〜第３ステータコア３０〜３４において、バックヨーク部３０ａ，３２ａ，３４ａとステータティース部３０ｂ，３２ｂ，３４ｂとは、それぞれ別体で設けられることとしてもよい。

ステータティース２６は、第１〜第３ステータコア３０〜３４それぞれに設けられており、ステータティース部３０ｂ，３２ｂ，３４ｂに対応する。第１〜第３ステータコア３０〜３４のステータティース３０ｂ，３２ｂ，３４ｂは、互いに軸方向に並ぶように設けられている。また、各ステータコイル２８は、周方向に並んだステータティース２６間のスロットにおいて第１〜第３ステータコア３０〜３４を軸方向に貫くように形成されている。

第１及び第３ステータコア３０，３４はそれぞれ、絶縁コーティングされた複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成された電磁鋼板コアである。また、第２ステータコア３２は、鉄などの軟磁性材料、具体的には絶縁コーティングされた軟磁性体粉末を圧縮成型した材料で形成された圧粉コアである。第２ステータコア３２の軸方向における磁気抵抗は、第１及び第３ステータコア３０，３４の軸方向における磁気抵抗に比べて小さい。

ステータコア２４の外径側には、薄肉円筒状のヨーク３６が設けられている。ヨーク３６は、第１〜第３ステータコア３０〜３４の外周全周を覆うように形成されており、第１〜第３ステータコア３０〜３４を支持している。ヨーク３６は、第２ステータコア３２と同様に、絶縁コーティングされた軟磁性体粉末を圧縮成型した材料で形成された圧粉コアである。ヨーク３６の軸方向における磁気抵抗は、第１及び第３ステータコア３０，３４の軸方向における磁気抵抗よりも小さい。尚、ヨーク３６と第２ステータコア３２とは、互いに一体に形成されていてもよい。ヨーク３６は、第１ステータコア３０及び第３ステータコア３４の外径面に接着固定される。第１ステータコア３０と第３ステータコア３４とは、ヨーク３６及び第２ステータコア３２を介して互いに磁気的に結合される。

また、ステータコア２４は、ステータ１４をケース２０に取り付け固定するための外径側に突出する取付部３８を有している。取付部３８は、軸方向に積層する複数の電磁鋼板により形成されている。取付部３８は、第１ステータコア３０と一体に形成された取付部３８ａと、第３ステータコア３４と一体に形成された取付部３８ｂと、両取付部３８ａ，３８ｂで挟まれる取付部３８ｃと、を有している。取付部３８ｃは、第２ステータコア３２の外径側に配置されている。尚、取付部３８ｃは、軸方向に積層する複数の電磁鋼板により形成されることに代えて、第２ステータコア３２と一体に形成されることとしてもよい。取付部３８は、周方向に複数（例えば３個）設けられている。取付部３８には、軸方向に貫通する貫通穴４０が設けられている。ステータ１４は、取付部３８の貫通穴４０を貫通するボルト４２がケース２０に締結されることによりケース２０に固定される。

ロータ１２は、ステータ１４の内径側に配置されている。ロータ１２は、シャフト５０と、ロータコア５２と、を有している。シャフト５０は、軸方向に延びており、軸方向両端側でステータ１４の軸方向端部から延出している。尚、シャフト５０は、少なくとも軸方向一方側でステータ１４の軸方向端部から延出していればよい。シャフト５０は、所定の鉄損を有する材料、具体的にはＳ４５Ｃなどの炭素鋼で形成されている。ロータコア５２は、シャフト５０の外径側に配置されてそのシャフト５０に支持される外径側ロータコア５４を有している。外径側ロータコア５４は、中空円筒状に形成されており、シャフト５０の外径面に固定されている。

外径側ロータコア５４は、軸方向に分割されており、第１外径側ロータコア５６と、第２外径側ロータコア５８と、を有している。第１及び第２外径側ロータコア５６，５８はそれぞれ、中空円筒状に形成されており、シャフト５０の外径側に配置されてシャフト５０に支持されている。第１及び第２外径側ロータコア５６，５８はそれぞれ、軸方向に積層する複数の電磁鋼板により形成されている。第１外径側ロータコア５６と第２外径側ロータコア５８とは、互いに軸方向に環状の隙間６０を空けて離間している。

第１外径側ロータコア５６の外径面は、第１ステータコア３０の内径面と径方向で対向している。すなわち、第１外径側ロータコア５６の外径面と第１ステータコア３０の内径面とは互いに径方向で対向している。また、第２外径側ロータコア５８の外径面は、第３ステータコア３４の内径面と径方向で対向している。すなわち、第２外径側ロータコア５８の外径面と第３ステータコア３４の内径面とは互いに径方向で対向している。隙間６０は、第２ステータコア３２の内径面に面しており、第２ステータコア３２の内径側に設けられている。

第１外径側ロータコア５６の外周部には、ロータティース６２が形成されている。ロータティース６２は、第１外径側ロータコア５６の径方向外方に向けて突出している。ロータティース６２は、第１外径側ロータコア５６の外周面において周方向に複数（例えば、６個）設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。

周方向において互いに隣接するロータティース６２の間にはそれぞれ、永久磁石６４がロータティース６２と隣り合うように取り付けられている。永久磁石６４は、第１外径側ロータコア５６の外径側に配置されている。永久磁石６４は、例えばフェライト磁石である。永久磁石６４は、周方向に複数（例えば、６個）設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。各永久磁石６４は、周方向に所定の幅（角度）を有し、かつ、径方向に所定の厚さを有している。各永久磁石６４は、所定の極性（例えば、外径側をＮ極としかつ内径側をＳ極とする。）に着磁されている。

永久磁石６４の外径側端面とロータティース６２の外径側端面とは、軸中心から略同じ距離に形成されている。第１外径側ロータコア５６は、永久磁石６４で励磁された永久磁石励磁磁極と、永久磁石６４で励磁されていない非励磁の永久磁石非励磁磁極と、を有している。この永久磁石非励磁磁極は、ロータティース６２に形成される。これらの永久磁石励磁磁極と永久磁石非励磁磁極とは、周方向に交互に配置されている。第１外径側ロータコア５６は、所定角度ごとに極性の異なる磁極を有しており、永久磁石励磁磁極及び永久磁石非励磁磁極により周方向に所定数（例えば１２個）の極数を有している。

また、第２外径側ロータコア５８の外周部には、ロータティース６６が形成されている。ロータティース６６は、第２外径側ロータコア５８の径方向外方に向けて突出している。ロータティース６６は、第２外径側ロータコア５８の外周面において周方向に複数（例えば、６個）設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。

周方向において互いに隣接するロータティース６６の間にはそれぞれ、永久磁石６８がロータティース６６と隣り合うように取り付けられている。永久磁石６４は、第２外径側ロータコア５８の外径側に配置されている。永久磁石６８は、例えばフェライト磁石である。永久磁石６８は、周方向に複数（例えば、６個）設けられており、周方向に沿って等間隔で設けられている。各永久磁石６８は、周方向に所定の幅（角度）を有し、かつ、径方向に所定の厚さを有している。各永久磁石６８は、上記の永久磁石６４の極性とは異なる所定の極性（例えば、外径側をＳ極としかつ内径側をＮ極とする。）に着磁されている。すなわち、永久磁石６８と永久磁石６４とは、互いに反転した極性を有している。

永久磁石６８の外径側端面とロータティース６６の外径側端面とは、軸中心から互いに略同じ距離になる位置に形成されている。第２外径側ロータコア５８は、永久磁石６８で励磁された永久磁石励磁磁極と、永久磁石６８で励磁されていない非励磁の永久磁石非励磁磁極と、を有している。この永久磁石非励磁磁極は、ロータティース６６に形成される。これらの永久磁石励磁磁極と永久磁石非励磁磁極とは、周方向に交互に配置されている。第２外径側ロータコア５８は、所定角度ごとに極性の異なる磁極を有しており、永久磁石励磁磁極及び永久磁石非励磁磁極により周方向に第１外径側ロータコア５６の極数と同じ所定数（例えば１２個）の極数を有している。

第１外径側ロータコア５６の永久磁石励磁磁極と、第２外径側ロータコア５８の永久磁石非励磁磁極とは、軸方向で上記の隙間６０を介して互いに対向配置されている。すなわち、第１外径側ロータコア５６の永久磁石６４と第２外径側ロータコア５８のロータティース６６とは、軸方向で上記の隙間６０を介して互いに対向配置されている。また、第１外径側ロータコア５６の永久磁石非励磁磁極と、第２外径側ロータコア５８の永久磁石励磁磁極とは、軸方向で上記の隙間６０を介して互いに対向配置されている。すなわち、第１外径側ロータコア５６のロータティース６２と第２外径側ロータコア５８の永久磁石６８とは、軸方向で上記の隙間６０を介して互いに対向配置されている。

上記の隙間６０には、すなわち、第１外径側ロータコア５６と第２外径側ロータコア５８との軸方向間には、ロータティース６２，６６の永久磁石非励磁磁極を励磁する励磁コイル７０が配置されている。励磁コイル７０は、隙間６０の略全域を埋めている。励磁コイル７０は、シャフト５０の回りに環状に形成されており、トロイダル巻きされている。励磁コイル７０は、シャフト５０の外径側に配置されていると共に、第２ステータコア３２の内径側に配置されており、第２ステータコア３２と径方向で対向している。励磁コイル７０は、ステータ１４或いはステータコア２４に取り付け固定されている。励磁コイル７０には、直流電流が供給される。励磁コイル７０に直流電流が供給されると、その励磁コイル７０の内径側（軸中心側）を軸方向に貫く磁束が発生する。この磁束量は、励磁コイル７０に供給される直流電流に応じた大きさである。

尚、励磁コイル７０のステータ１４への固定は、互いの直接接着により実現されてもよい。また、環状の励磁コイル７０を内径側から保持するＵ字状の保持部材（クリップ）７１を周方向に複数設けると共に、ステータコア２４の第１ステータコア３０及び第３ステータコア３４の互いに面する軸方向端面又は第２ステータコア３２の内径面の周方向に複数の穴７３を空ける。そして、その保持部材７１の両側つめ部をその穴７３を通して引っ掛けることにより、励磁コイル７０のステータ１４への固定を実現することとしてもよい。尚、図５には、周方向に複数設けられた保持部材７１により励磁コイル７０がステータ１４に固定された状態が示されている。

シャフト５０は、中空形状に形成されている。シャフト５０は、径が比較的大きな大径円筒部７２と、径が比較的小さな小径円筒部７４，７６と、を有している。小径円筒部７４，７６は、軸方向両端に設けられている。シャフト５０は、小径円筒部７４，７６において軸受１６，１８を介してケース２０に支持される。大径円筒部７２は、軸方向中央に設けられており、軸方向両端の小径円筒部７４，７６に挟まれている。第１及び第２外径側ロータコア５６，５８は、大径円筒部７２の外径側に配置されてその大径円筒部７２に支持されており、その大径円筒部７２の外径面に固定されている。

また、ロータコア５２は、シャフト５０の内径側に配置されてそのシャフト５０に支持される内径側ロータコア８０を有している。内径側ロータコア８０は、ロータコア５２の第１外径側ロータコア５６及び第２外径側ロータコア５８並びに励磁コイル７０の内径側に配置されている。シャフト５０の大径円筒部７２内には、中空空間８２が形成されている。内径側ロータコア８０は、大径円筒部７２の中空空間８２内に収容されており、大径円筒部７２の内径面に接着固定されている。内径側ロータコア８０は、軟磁性材料具体的には絶縁コーティングされた軟磁性体粉末を圧縮成型した材料で形成されている。内径側ロータコア８０は、鉄損がシャフト５０の鉄損に比べて小さい材料で形成されている。

内径側ロータコア８０は、周方向に分割されており、軸方向から見て扇状に形成された複数（例えば６個）のロータコア片８４からなる。内径側ロータコア８０の周方向における分割は、周方向において等間隔（等角度）で行われ、各ロータコア片８４は、互いに同じ形状を有している。内径側ロータコア８０の周方向における分割数すなわちロータコア片８４の数は、外径側ロータコア５４における第１及び第２外径側ロータコア５６，５８の極数又はその極数の約数である。例えば、極数が“１２”である場合は、分割数は“２”、“３”、“４”、“６”、又は“１２”である（図３及び図４において分割数は“６”である）。

内径側ロータコア８０の周方向における分割は、また、ロータ１２やシャフト５０の軸中心と、ロータ１２の第１及び第２外径側ロータコア５６，５８において周方向に交互に配置された永久磁石６４，６８及びロータティース６２，６６（すなわち、永久磁石励磁磁極及び永久磁石非励磁磁極）のうちの二以上のものの各周方向中心と、を通る線上で行われる。すなわち、内径側ロータコア８０の周方向における分割面を含む各平面はそれぞれ、ロータ１２やシャフト５０の軸中心を通ると共に、何れかの永久磁石６４，６８及びロータティース６２，６６（すなわち、永久磁石励磁磁極及び永久磁石非励磁磁極）の周方向中心を通る。

また、内径側ロータコア８０は、軸方向端部に軸方向に空いた切欠穴８６，８８を有している。切欠穴８６，８８は、軸方向両端に設けられている。切欠穴８６，８８は、径が軸方向端面から軸方向中央にかけて小さくなるようにテーパ状又は階段状に形成されている。切欠穴８６，８８の軸方向端部（最浅部）の径は、シャフト５０の大径円筒部７２の内径と略一致し、かつ、切欠穴８６，８８の軸方向中央部（最深部）の径は、所定の径である。内径側ロータコア８０は、軸方向中央部で径方向に所定の厚みを有する一方、軸方向両端部それぞれで軸方向中央部の厚みよりも小さい厚みを有する。シャフト５０の大径円筒部７２の径方向の厚みは、モータトルクを伝達するのに必要な強度を維持するような厚さに設定され、内径側ロータコア８０の軸方向中央部における径方向の厚みは、励磁コイル７０によって発生する磁束が飽和しない所定の厚さに設定されるため、内径側ロータコア８０の軸方向中央部における径方向の厚みは、シャフト５０の大径円筒部７２の径方向の厚みよりも大きい。

切欠穴８６と切欠穴８８とは、互いに軸方向中央側で連通しており、最深部同士で互いに軸方向に貫通する貫通穴８９を通じて接続している。すなわち、内径側ロータコア８０は、貫通穴８９が形成されるように中空形状に形成されている。内径側ロータコア８０の切欠穴８６，８８及び貫通穴８９はすべて、シャフト５０の軸中心線上に設けられている。内径側ロータコア８０の貫通穴８９は、切欠穴８６，８８の最深部の径と略同じ径を有している。

ロータ１２は、軸方向に２分割されている。シャフト５０は、軸方向に２分割されており、互いに嵌合する２つのカップ状部材９０，９２からなる。シャフト５０の軸方向分割位置は、軸方向の略中央である。カップ状部材９０は、小径円筒部７４と、大径円筒部７２の一部（具体的には、小径円筒部７４に接続する側の半分）と、を有している。カップ状部材９２は、小径円筒部７６と、大径円筒部７２の一部（具体的には、小径円筒部７６に接続する側の半分）と、を有している。シャフト５０は、カップ状部材９０とカップ状部材９２とが互いに嵌合することにより形成される。カップ状部材９０には第１外径側ロータコア５６が、また、カップ状部材９２には第２外径側ロータコア５８が、それぞれ支持される。第１外径側ロータコア５６はカップ状部材９０の外径面に、また、第２外径側ロータコア５８はカップ状部材９２の外径面に、それぞれ固定される。

カップ状部材９０，９２にはそれぞれ、軸中心上で軸方向に空いたボルト穴９４，９６が形成されている。ボルト穴９４，９６は、内径側ロータコア８０の貫通穴８９の径と略同じ径を有している。カップ状部材９０，９２のボルト穴９４，９６及び内径側ロータコア８０の貫通穴８９には、ボルト９８が挿入される。カップ状部材９０とカップ状部材９２とは、互いに嵌合しつつ、ボルト９８により締結される。

尚、内径側ロータコア８０は、軸方向に２分割されていてもよい。この場合、内径側ロータコア８０の軸方向分割位置は、シャフト５０の軸方向分割位置に対応していてもよく、軸方向の略中央であってもよい。また、内径側ロータコア８０の分割された一方はシャフト５０のカップ状部材９０の内径面に、また、内径側ロータコア８０の分割された他方はカップ状部材９２の内径面に、それぞれ接着固定されることとすればよい。

上記のハイブリッド励磁式回転電機１０の構造において、環状の励磁コイル７０に直流電流が供給されると、その励磁コイル７０の内径側（軸中心側）を軸方向に貫く磁束が発生する。この励磁コイル７０を用いた電磁石による磁束は、第１又は第２外径側ロータコア５６，５８の永久磁石非励磁磁極→内径側ロータコア８０→第２又は第１外径側ロータコア５８，５６の永久磁石非励磁磁極→エアギャップ２２→ステータコア２４→エアギャップ２２→第１又は第２外径側ロータコア５６，５８の永久磁石非励磁磁極からなる経路で流通する。かかる磁束が発生すると、第１及び第２外径側ロータコア５６，５８の永久磁石非励磁磁極が励磁される。この電磁石による磁束は、永久磁石６４，６８による磁束を弱め或いは強める。また、この電磁石による磁束量は、励磁コイル７０に流す直流電流の大きさに応じて調整される。

従って、本実施例によれば、永久磁石６４，６８による磁束と励磁コイル７０を用いた電磁石による磁束との合成磁束によりロータ１２をステータ１４回りに回転させるトルクを調整することができ、そのロータ１２を適切に回転させることができる。

図６は、本実施例のハイブリッド励磁式回転電機１０の効果を説明するための図を示す。尚、図６（Ａ）には本実施例における磁路を表した図を、また、図６（Ｂ）には本実施例と対比される対比例における磁路を表した図を、それぞれ示す。

本実施例のハイブリッド励磁式回転電機１０において、励磁コイル７０は、ロータ１２の第１外径側ロータコア５６と第２外径側ロータコア５８との軸方向に空いた隙間６０に配置されている。具体的には、励磁コイル７０は、径方向位置について第１外径側ロータコア５６及び第２外径側ロータコア５８と重なる一方で軸方向位置について第１外径側ロータコア５６及び第２外径側ロータコア５８と重ならない位置に配置されている。すなわち、励磁コイル７０は、軸方向両端部それぞれの軸方向位置が共に第１外径側ロータコア５６と第２外径側ロータコア５８との隙間６０内にありかつ径方向内側端部の径方向位置が第１外径側ロータコア５６及び第２外径側ロータコア５８の径方向外側端部の径方向位置よりも軸中心寄りにあるように配置されている。

第１外径側ロータコア５６の径方向外側端部における第２外径側ロータコア５８側の軸方向端部の軸方向位置は、励磁コイル７０の第１外径側ロータコア５６側の軸方向端部の軸方向位置に対して、軸方向で第２外径側ロータコア５８側とは反対側とされる。また、第２外径側ロータコア５８の径方向外側端部における第１外径側ロータコア５６側の軸方向端部の軸方向位置は、励磁コイル７０の第２外径側ロータコア５８側の軸方向端部の軸方向位置に対して、軸方向で第１外径側ロータコア５６側とは反対側とされる。

励磁コイル７０は、ステータ１４に固定されている。ステータ１４の軸方向両側それぞれに設けられた第１ステータコア３０及び第３ステータコア３４は、径方向にエアギャップ２２を介して第１外径側ロータコア５６及び第２外径側ロータコア５８と対向している。また、ステータ１４の軸方向中央に設けられた第２ステータコア３２は、径方向に励磁コイル７０に対向している。この点、励磁コイル７０は、ステータ１４のステータコア２４の本体から径方向内側（すなわち軸中心）に向けて突出し、シャフト５０の外径側にある第１外径側ロータコア５６と第２外径側ロータコア５８との隙間６０内に挿入されるように設けられている。

かかる構造においては、ステータ１４に固定された励磁コイル７０がステータコア２４の本体に対して軸中心寄りに配置されるので、その励磁コイル７０の外径側にステータコア２４を構成する第２ステータコア３２を配置するためのスペースを割くことが可能である。そして、本実施例の構造では、その励磁コイル７０の外径側のスペースに、磁束の磁路となり得る第２ステータコア３２が配置される（図６（Ａ）参照）。

このため、本実施例の構造によれば、励磁コイル７０の外径側のスペースに第２ステータコア３２が配置されない図６（Ｂ）に示す如き対比構造に比べて、励磁コイル７０の外径側で磁路となり得るステータコア２４の径方向幅を大きくすることができるので、励磁コイル７０の外径側でのステータコア２４を軸方向に流れる磁束の集中を抑制することができ、ステータコイル２８への通電による回転磁界発生時や励磁コイル７０への通電による磁束発生時に磁路を効果的に形成することができる。

また更に、本実施例においては、励磁コイル７０の外径側に配置された第２ステータコア３２が、圧縮された軟磁性材料に形成された圧粉コアであって、その第２ステータコア３２を軸方向で挟む第１及び第３ステータコア３０，３４が、軸方向に積層する複数の電磁鋼板により形成された電磁鋼板コアであることで、第２ステータコア３２の軸方向における磁気抵抗が第１及び第３ステータコア３０，３４の軸方向における磁気抵抗に比して小さい。このため、励磁コイル７０の外径側のステータコア２４を流れる磁束が軸方向に流れ易くなり、励磁コイル７０の通電時におけるその励磁コイル７０の外径側での磁気飽和を緩和させることができる。

仮に、第２ステータコア３２が軸方向に積層する複数の電磁鋼板により形成されるものとした構造では、所望の磁気飽和特性を得るために、その第２ステータコア３２ひいてはステータコア２４の径方向厚さを大きくすることが考えられる。これに対して、本実施例においては、第２ステータコア３２が磁気抵抗の比較的小さい圧粉コアであるので、所望の磁気飽和特性を得るために、その径方向厚さを大きくすることは不要である。従って、本実施例のハイブリッド励磁式回転電機１０によれば、全体のサイズを大型化することなく、励磁コイル７０の通電磁における磁気飽和を緩和させることが可能である。

このため、本実施例によれば、ロータ１２を回転させるトルクを効率的に発生させることができ、ロータ１２を回転させる際のトルクアップを図ることができ、これにより、大きなトルクを発生させるうえで装置自体の大型化を抑制することができる。この点、永久磁石６４，６８として磁力の比較的小さなフェライト磁石を用いても、所望のトルク性能を発揮させることが可能であるので、所望のトルク性能を発揮させつつ、磁力の比較的大きな例えばネオジム磁石を用いるのを不要とすることが可能である。

尚、上記の実施例においては、第１及び第２外径側ロータコア５６，５８が特許請求の範囲に記載した「第１ロータコア」及び「第２ロータコア」に、第１及び第３ステータコア３０，３４が特許請求の範囲に記載した「第１ステータコア」に、第２ステータコア３２が特許請求の範囲に記載した「第２ステータコア」に、バックヨーク部３２ａが特許請求の範囲に記載した「バックヨーク部」に、ステータティース部３２ｂが特許請求の範囲に記載した「ステータティース部」に、それぞれ相当している。

ところで、上記の実施例においては、ステータコア２４の第１〜第３ステータコア３０〜３４が互いに略同じ内径を有し、励磁コイル７０が軸方向中央の第２ステータコア３２の内径側に配置されるので、ステータコア２４全体が励磁コイル７０の径方向位置よりも軸中心とは反対の外径側に存在し、励磁コイル７０の内径側にステータコア２４の第１〜第３ステータコア３０〜３４が一部でも存在することはないが、第１及び第３ステータコア３０，３４の一部が励磁コイル７０の内径側に存在することとしてもよい。

また、上記の実施例においては、第２ステータコア３２が、円環状のバックヨーク部３２ａと、そのバックヨーク部３２ａの内周面から軸中心に向けて突出するステータティース部３２ｂと、の双方からなるものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、円環状のバックヨーク部３２ａのみ、或いは、周方向に複数設けられたステータティース部３２ｂのみからなるものとしてもよい。

１０ ハイブリッド励磁式回転電機
１２ ロータ
１４ ステータ
２２ エアギャップ
２４ ステータコア
２８ ステータコイル
３０ 第１ステータコア
３２ 第２ステータコア
３２ａ バックヨーク部
３２ｂ ステータティース部
３４ 第３ステータコア
３６ ヨーク
５２ ロータコア
５４ 外径側ロータコア
５６ 第１外径側ロータコア
５８ 第２外径側ロータコア
６０ 隙間
６２，６６ ロータティース
６４，６８ 永久磁石
７０ 励磁コイル

Claims (7)

1. 軸方向に隙間を空けて分割され、それぞれ周方向に永久磁石で励磁された第１磁極と永久磁石で励磁されていない第２磁極とが交互に配置され、それぞれの前記第１磁極の極性が互いに異なり、かつ一方の前記第１磁極と他方の前記第２磁極とが軸方向で前記隙間を介して互いに対向配置された第１及び第２ロータコアを有するロータと、
   前記ロータの外径側に配置された、前記ロータを回転させる回転磁界を発生させるステータと、
   前記隙間に配置された、前記第２磁極を励磁する励磁コイルと、を備え、
   前記ステータは、軸方向両側それぞれに設けられた第１ステータコアと、軸方向中央に設けられた、軸方向の磁気抵抗が前記第１ステータコアの軸方向の磁気抵抗に比べて小さい第２ステータコアと、を有することを特徴とするハイブリッド励磁式回転電機。
2. 前記第２ステータコアは、絶縁コーディングされた軟磁性体粉末を圧縮成型して形成された圧粉コアであることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド励磁式回転電機。
3. 前記第１ステータコアは、絶縁コーティングされた複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成された電磁鋼板コアであると共に、
   前記ステータのステータコアは、前記第２ステータコアと、該第２ステータコアを軸方向両側で挟む２つの前記第１ステータコアと、に軸方向で分割されていることを特徴とする請求項２記載のハイブリッド励磁式回転電機。
4. 前記励磁コイルは、軸方向両端部それぞれの軸方向位置が共に前記第１ロータコアと前記第２ロータコアとの前記隙間内にありかつ径方向内側端部の径方向位置が前記第１ロータコア及び前記第２ロータコアの径方向外側端部の径方向位置よりも軸中心寄りにあるように配置されると共に、
   前記第１ステータコアは、径方向にエアギャップを介して前記第１ロータコア及び前記第２ロータコアに対向し、かつ、
   前記第２ステータコアは、径方向に前記励磁コイルに対向することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載のハイブリッド励磁式回転電機。
5. 前記第２ステータコアは、円環状に形成されたバックヨーク部と、該バックヨーク部の内周面から軸中心に向けて突出するステータティース部と、からなることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載のハイブリッド励磁式回転電機。
6. 前記バックヨーク部と前記ステータティース部とは、それぞれ別体で設けられていることを特徴とする請求項５記載のハイブリッド励磁式回転電機。
7. 前記第２ステータコアは、前記ステータの外径側に設けられた全周を覆うヨークと一体に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項記載のハイブリッド励磁式回転電機。
   

Images