JP2014050254A - 励磁式回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】励磁コイルにおける鎖交磁束の変動を抑制すること。
【解決手段】軸方向に隙間を置いて軸方向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、第１ロータコアに周方向で等間隔に配置された複数の第１磁極と、第２ロータコアに周方向で等間隔に且つ第１磁極とは逆相に配置された複数の第２磁極と、ステータと、第１及び第２磁極を励磁する励磁コイルとを備え、ステータティースに径方向に対向する第１磁極の部分の対向角度に関して、複数の第１磁極のそれぞれの対向角度の第１合計値と、ステータティースに径方向に対向する第２磁極の部分の対向角度に関して、複数の第２磁極のそれぞれの対向角度の第２合計値とを、足し合わせた第３合計値は、ロータの回転位相により変化しない。
【選択図】図７

Description

本発明は、磁極と、磁極を励磁する励磁コイルとを備える励磁式回転電機に関する。

従来から、この種の励磁式回転電機の一種として、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）。

特開２００３−１６４１２７号公報

しかしながら、この種の励磁式回転電機においては、動作時に、励磁コイルに対するステータ側のコイルとの相互インダクタンスの影響により励磁コイルにおける鎖交磁束に変動が生じる。この鎖交磁束の変動が生じると、それに応じた誘起電圧が励磁コイルに生じるので、かかる誘起電圧による励磁コイルでの電圧上昇分に対応するために電源電圧（容量）を増加する必要が生じ、コストアップの要因となる。

そこで、本発明は、励磁コイルにおける鎖交磁束の変動を抑制することができる励磁式回転電機の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、軸方向に隙間を置いて軸方向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、
前記第１ロータコアに周方向で等間隔に配置された複数の第１磁極と、
前記第２ロータコアに周方向で等間隔に且つ前記第１磁極とは逆相に配置された複数の第２磁極と、
前記ロータの外径側にエアギャップを介して径方向に対向配置され、周方向にステータティースとステータスロットが交互に形成され、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、
前記第１及び第２磁極を励磁する励磁コイルとを備え、
前記ステータティースに径方向に対向する前記第１磁極の部分の対向角度に関して、前記複数の第１磁極のそれぞれの前記対向角度の第１合計値と、前記ステータティースに径方向に対向する前記第２磁極の部分の対向角度に関して、前記複数の第２磁極のそれぞれの前記対向角度の第２合計値とを、足し合わせた第３合計値は、前記ロータの回転位相により変化しないことを特徴とする、励磁式回転電機が提供される。

本発明によれば、励磁コイルにおける鎖交磁束の変動を抑制することができる励磁式回転電機が得られる。

一実施例によ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。 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一部断面図である。 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。 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。 各種用語の定義を説明するための図である。 対向角度と励磁コイル電圧Ｖとの関係の説明図である。 第１又は第２ロータコア５６，５８の永久磁石非励磁磁極とステータティース２６との関係の好ましい一例を概略的に示す図である。 図７に示す関係により得られる対向角度の変動態様を示す図である。 第１又は第２ロータコア５６，５８の永久磁石非励磁磁極とステータティース２６との関係の好ましい他の一例を概略的に示す図である。 図９に示す関係により得られる対向角度の変動態様を示す図である。 比較例による関係を概略的に示す図である。 図１１に示す関係により得られる対向角度の変動態様を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、一実施例によ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、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一部断面図を示す。図３は、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、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。

ハイブリッド励磁式回転電機１０は、例えばハイブリッド車両や電気自動車で使用される車両駆動用のモータであってよい。但し、ハイブリッド励磁式回転電機１０は、他の任意の用途に使用されるものであってもよい。

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。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、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。隣り合うステータティース２６間には、ステータスロット２７が形成される。即ち、ステータコア２４には、周方向にステータティース２６とステータスロット２７が交互に形成される。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、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、それぞれ中空円筒状に形成されており、軸方向に並んでいる。第１〜第３ステータコア３０〜３４は、互いに略同じ内径を有している。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いる。第２ステータコア３２は、第１ステータコア３０と第３ステータコア３４とに軸方向で挟まれており、それら第１及び第３ステータコア３０，３４の軸方向中央寄りの端面に接着固定される。

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ている。また、第２ステータコア３２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。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よりも小さい。

ステータコア２４の外径側には、第１〜第３ステータコア３０〜３４を支持する円筒状のヨーク３６が設けられている。ヨーク３６は、第２ステータコア３２と同様に、圧縮された軟磁性粉末により形成されている。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。ヨーク３６は、第２ステータコア３２と一体であってもよい。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の外周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により互いに磁気的に結合される。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、第１〜第３ステータコア３０〜３４それぞれのステータティース２６は、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、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。

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、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、ロータシャフト（以下、単に「シャフト」という）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端でステータ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により形成され、例えばS45Cなどの炭素鋼で形成されてもよい。

ロータコア５２は、軸方向に分割されており、第１ロータコア５６と、第２ロータコア５８と、を有している。第１及び第２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ロータコア５６と第２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ロータコア５６の外周面は、第１ステータコア３０の内周面と径方向で対向している。すなわち、第１ロータコア５６の外周面と第１ステータコア３０の内周面とは互いに径方向で対向している。また、第２ロータコア５８の外周面は、第３ステータコア３４の内周面と径方向で対向している。すなわち、第２ロータコア５８の外周面と第３ステータコア３４の内周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の内周面に面しており、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極且つ内径側をS極）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（但し、永久磁石６４の外径側端面の方が径方向内側に位置する）。第１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極且つ内径側をN極）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、軸中心から略同じ距離に形成されている（但し、永久磁石６８の外径側端面の方が径方向内側に位置する）。第２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２ロータコア５８は、図３に示すように、切欠き部６７を備える。切欠き部６７は、周方向でロータティース６６の両側に設けられる。即ち、周方向で各切欠き部６７間であって、ロータティース６６が画成される。切欠き部６７は、第２ロータコア５８の外周縁から径方向内側に凹む態様で形成される。切欠き部６７は、隣接する永久磁石非励磁磁極と永久磁石励磁磁極との間での磁束の短絡を防止する機能を備える。尚、図示は省略するが、第１ロータコア５６においても、同様の切欠き部が周方向でロータティース６２の両側に設けられる。

尚、永久磁石６８の保持構造について、図３に示すように、第２ロータコア５８は、円周方向における複数個所に穴５８ａが形成され、これらの穴５８ａに永久磁石６８が収容・保持される。穴５８ａに関連する構成として、第２ロータコア５８は、穴５８ａの径方向外側の外周部を画成する穴外周部９０と、穴外周部９０の周方向両端から斜めに径方向内側へと延在する穴テーパ部９２と、穴５８ａの周方向の両側部を画成する穴側方部９４とを備える。尚、永久磁石６４の保持構造についても同様であってよい。

第１ロータコア５６の永久磁石励磁磁極と、第２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ロータコア５６の永久磁石６４と第２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ロータコア５６の永久磁石非励磁磁極と、第２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ロータコア５６のロータティース６２と第２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、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。隙間６０は、その略全域が励磁コイル７０で埋められている。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いる。励磁コイル７０は、ステータ１４（具体的には、そのステータコア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に供給された直流電流に応じた大きさである。

シャフト５０は、中空形状に形成されている。シャフト５０の中空内部には励磁コア８０が設けられる。励磁コア８０は、シャフト５０の内径側に配置され、シャフト５０に支持されてよい。励磁コア８０は、ロータコア５２の第１ロータコア５６及び第２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。励磁コア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。励磁コア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。

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、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ロータコア５６，５８の永久磁石非励磁磁極→励磁コア８０→第１又は第２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、図示の例によれば、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、ロータ１２を適切に回転させることができる。

また、図示の例のハイブリッド励磁式回転電機１０の構造においては、励磁コイル７０の励磁により生じる磁束は、シャフト５０の内径側に配置された励磁コア８０を流れる。この構造では、シャフト５０の内径側に励磁コア８０が設けられていない構造と異なり、励磁コイル７０の励磁により励磁コイル７０の内径側で軸方向に流れる磁束がシャフト５０自体を流通することは抑制される。ここで、励磁コア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場合、励磁コア８０の鉄損は、シャフト５０の鉄損に比べて小さくなる。このため、この場合、その磁束が励磁コイル７０による磁束発生時に生じる鉄損を抑制することができ、ロータ１２を回転させるトルクを効率的に高めることができる。この結果、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、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。

次に、第１又は第２ロータコア５６，５８の永久磁石非励磁磁極（ロータティース６２，６６）とステータティース２６との関係について説明する。

図５は、以下の説明で使用する各種用語の定義を説明するための図であり、図３の断面図からステータコイル２８等を適宜除去した図に相当する。また、定義の説明の都合上、ステータティース２６やロータティース６６の形状については、複数種類を混在して図示している。尚、ここでは、第２ロータコア５８側で説明するが、第１ロータコア５６側についても同様である。

突極角αは、ロータ１２の外周側における永久磁石非励磁磁極の周方向の幅（ロータ突極幅）を表す角度である。突極角αは、ロータ１２の回転中心Ｏを中心として、ロータ１２の外周側におけるロータティース６６の周方向の両端点により規定される。即ち、ロータ１２の外周側における周方向のロータティース６６の両端点と回転中心Ｏとを結んだ２つの直線のなす角度である。ロータ１２の外周側における周方向のロータティース６６の両端点は、典型的には、ロータ１２の外周面上の点である。尚、図５の右側のロータティース６６のように、周方向の両側に切欠き部６７を有する場合には、切欠き部６７は磁極として機能しないため、ロータティース６６の両端点が基準となる。尚、典型的には、各ロータティース６６は、同一の突極角αを有する。

角度β（以下、「ステータティース角β」という）は、ステータ１４の内周側におけるステータティース２６の周方向の幅（ステータティース幅）に対応する角度である。同様に、ステータティース角βは、ロータ１２の回転中心Ｏを中心として、ステータ１４の内周側におけるステータティース２６の周方向の両端点により規定される。即ち、ステータ１４の内周側におけるステータティース２６の周方向の両端点と回転中心Ｏとを結んだ２つの直線のなす角度である。ステータ１４の内周側におけるステータティース２６の周方向の両端点は、典型的には、ステータ１４の内周面上の点である。尚、図５の下側のステータティース２６ａのように、ステータティース２６ａが径方向内側で幅が広くなる場合(即ち周方向両側に周方向の突起が形成される場合)には、幅が拡大された部位の両端点(ステータ１４の内周側における周方向の突起の端部)が基準となる。

角度γ（以下、「ステータスロット角γ」という）は、ステータ１４の内周側におけるステータスロット２７の周方向の幅（ステータオープンスロット幅）に対応する角度である。同様に、ステータスロット角γは、ロータ１２の回転中心Ｏを中心として、ステータ１４の内周側におけるステータスロット２７の周方向の両端点により規定される。即ち、ステータ１４の内周側におけるステータスロット２７の周方向の両端点と回転中心Ｏとを結んだ２つの直線のなす角度である。ステータ１４の内周側におけるステータスロット２７の周方向の両端点は、典型的には、ステータ１４の内周面上の点である。尚、図５の下側のステータスロット２７ａのように、ステータスロット２７ａの開口が径方向内側で幅が狭くなる場合には、幅が狭くなった開口の両端点が基準となる。

尚、ステータティース角β及びステータスロット角γは、複数のステータティース２６及びステータスロット２７の全ての分を足すと、３６０度となる。即ち、γ＝３６０／ｓ−βである（但し、ｓは、ステータスロット２７の個数であり、図示の例では１８）。尚、図５では、説明の都合上、ステータティース２６及びステータティース２６ａに対して、異なるステータティース角βが示されているが、典型的には、各ステータティース２６は、同一のステータティース角βを有する。これは、ステータスロット２７についても同様である。

永久磁石非励磁磁極の対向角度とは、ステータティース２６に径方向に対向する永久磁石非励磁磁極の部分の角度であり、ロータ１２の外周側における当該部分の周方向の幅を表す角度である。例えば、図５に示す状態では、各ロータティース６６は、対応する１つのステータスロット２７に対して完全に対向しているので、図５に示す状態では、ロータティース６６の対向角度は、ステータスロット２７の１つ分のステータスロット角γを差し引いて、（α−γ）となる。

ここで、図６を参照して、対向角度の技術的な意義について説明する。図６は、対向角度と、対向角度の変化により生じる励磁コイル７０の電圧Ｖ（以下、「励磁コイル電圧Ｖ」とも称する）との関係の説明図であり、励磁コイル７０に関する磁気回路を模式的に示す。

励磁コイル電圧Ｖは、励磁コイル７０の有効巻数をＮとすると、以下の通りである。
Ｖ＝Ｎ×ｄφ／ｄｔ （式１）
即ち励磁コイル電圧Ｖは、励磁コイル７０に鎖交する磁束φの時間変化に比例する。磁束φは、以下のように表せる。
φ＝Ｐ×Ｕ （式２）
この式において、Ｐはパーミアンスであり、Ｕは起磁力である。尚、起磁力Ｕは、励磁コイル７０とステータコイル２８との相互インダクタンスの影響により生じる。パーミアンスＰは、磁路面積Ｓと透磁率μとギャップ長ｌｇを用いて、以下のように表される。
Ｐ＝Ｓ×μ／ｌｇ
磁路面積Ｓは、対向角度とコア積層厚さ（第１又は第２ロータコア５６，５８の厚さ）の積であるので、上記式（２）から、φは、対向角度で表され、従って、上記式（１）から、以下の関係が成り立つ。
Ｖ∝ｄ（対向角度）／ｄｔ
即ち、励磁コイル電圧Ｖは、対向角度の時間変化に比例することになる。

図７は、第１又は第２ロータコア５６，５８の永久磁石非励磁磁極（ロータティース６２，６６）とステータティース２６との関係の好ましい一例を概略的に示す図である。

図７に示す例では、突極角αは、ステータティース角βとステータスロット角γの和に対応するように設定される。即ち、突極角α、ステータティース角β及びステータスロット角γは、α＝β＋γなる関係を有する。

図８は、図７に示す関係により得られる対向角度の変動態様を示す図である。図８では、横軸にロータ１２の回転位相（ロータ位相）を取り、縦軸に対向角度（機械角）を取り、ロータ位相に応じた対向角度の変動態様が示されている。図８において、（Ａ）は、ロータ位相の変化に応じた第２ロータコア５８側の対向角度の変動態様を示す。（Ｂ）は、同ロータ位相の変化に応じた第１ロータコア５６側の対向角度の変動態様を示し、（Ｃ）は、同ロータ位相の変化に応じたこれら２つの対向角度の合算値の変動態様を示す。また、図８において、縦軸に示される対向角度は、ロータ１２の全周分の合計値、即ちロータ１２の全周分の複数の永久磁石非励磁磁極に係る対向角度の合計値である。また、図８では、ロータ位相は１２０度（電気角）の範囲しか示されていないが、他の範囲（残りの２４０度の範囲）は周期性から同様となる。これらは、以下の図１０や図１２においても同様である。

図７に示す例によれば、図８（Ａ）に示すように、第２ロータコア５８の対向角度は、ロータ位相により変化しない。即ち、第２ロータコア５８の対向角度は、ロータ位相が変化しても一定に保たれる。同様に、図８（Ｂ）に示すように、第１ロータコア５６の対向角度は、ロータ位相により変化しない。即ち、第１ロータコア５６の対向角度は、ロータ位相が変化しても一定に保たれる。従って、図８（Ｃ）に示すように、第１及び第２ロータコア５６，５８の両側における双方の対向角度の合算値の変動態様は、ロータ位相により変化しない。

このように図７に示す例によれば、α＝β＋γなる関係となる構成を備えることで、第１及び第２ロータコア５６，５８の両側における双方の対向角度の合算値が、ロータ位相により変化しないようにすることができる。ここで、図６を参照して上述したように、励磁コイル電圧Ｖは、対向角度の時間変化に比例する。従って、図７に示す例によれば、対向角度の時間変化が生じないので、励磁コイル電圧Ｖが実質的に生じない。このようにして、図７に示す例によれば、励磁コイル７０における鎖交磁束の変動を抑制し、鎖交磁束の変動に起因した励磁コイル電圧Ｖの発生を防止することができる。

図９は、第１又は第２ロータコア５６，５８の永久磁石非励磁磁極（ロータティース６２，６６）とステータティース２６との関係の好ましい他の一例を概略的に示す図である。

図９に示す例では、突極角αは、ハイブリッド励磁式回転電機１０の極数をＰｎとしたとき、３６０／Ｐｎに対応するように設定される。尚、図１乃至図４に示した例では、ハイブリッド励磁式回転電機１０の極数Ｐｎは、１２であるので、突極角αは、３０度となる。尚、図１乃至図４に示した例では、整数スロットで集中巻タイプである。従って、ステータスロット２７の個数ｓは、ｓ＝Ｐｎ／２×３なる関係を有する。

図１０は、図９に示す関係により得られる対向角度の変動態様を示す図である。

図９に示す例によれば、図１０（Ａ）に示すように、第２ロータコア５８の対向角度は、ロータ位相により変化し、同様に、図１０（Ｂ）に示すように、第１ロータコア５６の対向角度は、ロータ位相により変化する。しかしながら。従って、図１０（Ｃ）に示すように、第１及び第２ロータコア５６，５８の両側における２つの対向角度の合算値の変動態様は、ロータ位相により変化しない。より具体的には、第２ロータコア５８側の対向角度における図１０（Ａ）にてＸ１部で示す変化部分は、第１ロータコア５６側の対向角度における図１０（Ｂ）にてＸ２部で示す変化部分により相殺される（図１０（Ｃ）のＸ３部参照）。

このように図９に示す例によれば、α＝３６０／Ｐｎなる関係となる構成を備えることで、第１及び第２ロータコア５６，５８の両側における２つの対向角度の合算値が、ロータ位相により変化しないようにすることができる。従って、対向角度の時間変化が生じないので、励磁コイル電圧Ｖが実質的に生じない。このようにして、図９に示す例によれば、励磁コイル７０における鎖交磁束の変動を抑制し、鎖交磁束の変動に起因した励磁コイル電圧Ｖの発生を防止することができる。

図１１は、比較例による関係を概略的に示す図である。図１２は、図１１に示す関係により得られる対向角度の変動態様を示す図である。比較例は、α≠β＋γ、且つ、α≠３６０／Ｐｎとなる任意の構成である。図示の例では、β＋γ＜α＜３６０／Ｐｎである。比較例では、図１２（Ａ）に示すように、第２ロータコアの対向角度は、ロータ位相により変化し、同様に、図１２（Ｂ）に示すように、第１ロータコアの対向角度は、ロータ位相により変化し、図１２（Ｃ）に示すように、第１及び第２ロータコアの両側における２つの対向角度の合算値の変動態様も、ロータ位相により変化する。従って、比較例では、鎖交磁束の変動に起因した励磁コイル電圧Ｖが発生し、それに伴い、励磁コイルに励磁電流を印加するための電源の容量を増加させる必要が生じる。これに対して、上述した図７及び図９に示す例によれば、励磁コイル７０における鎖交磁束の変動を抑制することができるので、励磁コイルに励磁電流を印加するための電源の容量を増加する必要性を抑制することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

特に、図１乃至図４は、比較的詳細にハイブリッド励磁式回転電機１０の構成を図示しているが、詳細部は任意である。例えば、図１乃至図４に示した例では、励磁コア８０は、軟磁性材料（具体的には圧縮された軟磁性粉末）により形成されているが、他の任意の磁性材料で形成されてもよい。例えば、励磁コア８０は、シャフト５０と同一の材料でシャフト５０と一体的に形成されてもよい。また、特開2003‐164127号公報、特開2008‐187826号公報、特開平6‐351206号公報、特開平8‐251891号公報等に開示されるような構成において、上述した第１又は第２ロータコア５６，５８の永久磁石非励磁磁極（ロータティース６２，６６）とステータティース２６との関係を適用することも可能である。

また、図１乃至図４に示した例では、第１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、第２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、を有しているが、永久磁石６４で励磁された永久磁石励磁磁極及び永久磁石６８で励磁された永久磁石励磁磁極は省略されてもよい。即ち、永久磁石６４及び永久磁石６８（並びにこれらを保持するための部位）を備えていない構成（ハイブリッド型でない構成）であってもよい。この場合、永久磁石６４及び永久磁石６８を保持するための構造部分（例えば、穴外周部９０、穴テーパ部９２及び穴側方部９４等）が省略され、永久磁石６４及び永久磁石６８が存在していた領域(空間)はエアギャップを形成してもよい。この場合も、励磁コイル７０を用いた電磁石による磁束によりロータ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、ロータ１２を適切に回転させることができる。

また、図１乃至図４に示した例では、ステータコイル２８は、各隣り合うステータスロット間で巻回される集中巻であったが、分布巻ないし重ね巻のような、他の巻き方が採用されてもよい。また、図１乃至図４に示した例では、ステータスロット２７の数ｓが極数の１／２（対極数）の相数（図示の例では３相）倍に対応する整数スロットであるが、例えば分数スロットであってもよい。また、図１乃至図４に示した例では、ステータコイル２８は３相であったが、３相以外であってもよい。これらの場合も、上述した合計値がロータの回転位相により変化しないように、永久磁石非励磁磁極（ロータティース６２，６６）とステータティース２６との関係を設定すれば、励磁コイル７０における鎖交磁束の変動を抑制することができる。

１０ ハイブリッド励磁式回転電機
１２ ロータ
１４ ステータ
１６、１８ 軸受
２２ エアギャップ
２４ ステータコア
２６ ステータティース
２７ ステータスロット
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
３４ 第３ステータコア
５０ シャフト
５２ ロータコア
５６ 第１ロータコア
５８ 第２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
８０ 励磁コア

Claims (5)

1. 軸方向に隙間を置いて軸方向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、
   前記第１ロータコアに周方向で等間隔に配置された複数の第１磁極と、
   前記第２ロータコアに周方向で等間隔に且つ前記第１磁極とは逆相に配置された複数の第２磁極と、
   前記ロータの外径側にエアギャップを介して径方向に対向配置され、周方向にステータティースとステータスロットが交互に形成され、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、
   前記第１及び第２磁極を励磁する励磁コイルとを備え、
   前記ステータティースに径方向に対向する前記第１磁極の部分の対向角度に関して、前記複数の第１磁極のそれぞれの前記対向角度の第１合計値と、前記ステータティースに径方向に対向する前記第２磁極の部分の対向角度に関して、前記複数の第２磁極のそれぞれの前記対向角度の第２合計値とを、足し合わせた第３合計値は、前記ロータの回転位相により変化しないことを特徴とする、励磁式回転電機。
2. 前記第１及び第２磁極のそれぞれの両側に、径方向内側に凹む切欠き部を有する、請求項１に記載の励磁式回転電機。
3. 前記ステータは、整数スロットで集中巻タイプであり、
   前記第１及び第２磁極のそれぞれに係る突極角をαとし、前記ステータの内周側における前記ステータティースのそれぞれが延在する角度範囲をβとし、前記ステータの内周側における前記ステータスロットのそれぞれが延在する角度範囲をγとしたとき、α＝β＋γの関係が成り立つ、請求項１又は２に記載の励磁式回転電機。
4. 前記ステータは、整数スロットで集中巻タイプであり、
   前記第１及び第２磁極のそれぞれに係る突極角をαとし、前記ロータの極数をＰｎとしたとき、α＝３６０／Ｐｎの関係が成り立つ、請求項１又は２に記載の励磁式回転電機。
5. 前記第１ロータコアに周方向に前記第１磁極と交互に配置され、永久磁石で励磁された第１励磁磁極と、
   前記第２ロータコアに周方向に前記第２磁極と交互に配置され、永久磁石で励磁された第２励磁磁極とを更に備える、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の励磁式回転電機。