JP2015056921A - 磁気変調モータ及び磁気遊星ギア - Google Patents

Abstract

【課題】渦電流損を低減させ、永久磁石１６ａの性能低下を抑制できる磁気変調モータ及び磁気遊星ギアを提供する。【解決手段】磁気変調モータ１０は、極対数mのステータ巻線を備えるステータ１２と、極対数ｎの磁極列を構成する永久磁石１６ａを有し、自身の周方向に交互に異なる極性となるように環状に永久磁石１６ａが配置された磁石ロータ１６と、m及びｎの和又は差であるｋ個のセグメント１４ａが所定間隔で環状に配置された磁気誘導ロータ１４とを備えている。ここで、磁気誘導ロータ１４は、ステータ１２及び磁石ロータ１６の間にギャップを有して配置され、永久磁石１６ａのそれぞれは、１つの磁極に対して複数の磁石部材が一体化されて構成されている。そして、複数の磁石部材のうち隣り合う磁石部材は、電気的に絶縁されている。【選択図】 図２

Description

本発明は、極対数mの多相巻線を備える固定子と、極対数ｎの磁極列を構成する永久磁石を有し、自身の周方向に交互に異なる極性となるように環状に前記永久磁石が配置された磁石回転子と、前記m及び前記ｎの和又は差であるｋ個の軟磁性体が所定間隔で環状に配置された磁気誘導子と、を備える磁気変調モータに関する。また、本発明は、極対数mの磁極列を構成する永久磁石を有し、自身の周方向に交互に異なる極性となるように環状に前記永久磁石が配置された第１の磁石回転子と、極対数ｎの磁極列を構成する永久磁石を有し、自身の周方向に交互に異なる極性となるように環状に前記永久磁石が配置された第２の磁石回転子と、前記m及び前記ｎの和又は差であるｋ個の軟磁性体が所定間隔で環状に配置された磁気誘導子と、を備える磁気遊星ギアに関する。

従来、下記特許文献１に見られるように、永久磁石で構成され、隣り合う磁極が互いに異なる極性となるような磁極列を有する第１ロータと、上記磁極列との間に回転磁界を発生させる電機子列を有するステータと、互いに間隔を隔てて配置された複数の軟磁性体で構成され、上記磁極列及び上記電機子列の間に配置された第２ロータとを備える磁気変調モータが知られている。ここで、磁気変調モータにおいて、第２ロータを構成する軟磁性体の数は、ステータを構成する電機子磁極対の数と、第１ロータを構成する永久磁石の磁極対の数との和又は差に設定されている。これにより、ステータに発生する回転磁界の回転速度と第１，第２ロータの回転速度との関係を、機械式遊星ギアを構成する回転体の回転速度の関係と同様にして磁気変調モータを作動させることができる。

特開２００９−２６８２５６号公報

ところで、電機子から発生する磁束が第２ロータの軟磁性体列によって変調された磁束は、第１ロータと非同期で回転する磁界となる。このため、第１ロータを構成する永久磁石において、磁束の変動を受けて渦電流が発生することとなる。これにより、永久磁石における渦電流損の増大が懸念される。また、渦電流損の増大に起因した発熱によって永久磁石の性能が低下することも懸念される。

なお、上述した問題は、磁気変調モータに限らず、極対数mの磁極列を構成する永久磁石を有し、自身の周方向に交互に異なる極性となるように環状に前記永久磁石が配置された第１の磁石回転子と、極対数ｎの磁極列を構成する永久磁石を有し、自身の周方向に交互に異なる極性となるように環状に前記永久磁石が配置された第２の磁石回転子と、前記m及び前記ｎの和又は差であるｋ個の軟磁性体が所定間隔で環状に配置された磁気誘導子と、を備える磁気遊星ギアであっても同様に生じ得る。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、渦電流損を低減させることのできる磁気変調モータ及び磁気遊星ギアを提供することにある。

上記課題を解決すべく、請求項１記載の発明は、極対数mの多相巻線（１２￥）を備える固定子（１２）と、極対数ｎの磁極列を構成する永久磁石（１６ａ；１７ａ）を有し、自身の周方向に交互に異なる極性となるように環状に前記永久磁石が配置された磁石回転子（１６）と、前記m及び前記ｎの和又は差であるｋ個の軟磁性体（１４ａ）が所定間隔で環状に配置された磁気誘導子（１４）と、を備え、前記磁気誘導子は、前記固定子及び前記磁石回転子の間にギャップを有して配置され、前記磁石回転子の磁極列を構成する前記永久磁石のそれぞれは、１つの磁極に対して複数の磁石部材（１６ａ１〜１６ａ９；１７ａ１〜１７ａ４）が一体化されて構成され、複数の前記磁石部材のうち隣り合う磁石部材は、電気的に絶縁されていることを特徴とする磁気変調モータである。

上記発明では、磁石回転子の磁極列を構成する永久磁石のそれぞれが、複数の磁石部材が一体化されて構成されている。そして、複数の磁石部材のうち隣り合う磁石部材を電気的に絶縁している。このため、磁石回転子の磁極列を構成する永久磁石のそれぞれを単一の磁石部材として構成する場合と比較して、永久磁石における導電経路を狭めることができ、永久磁石内部の電気抵抗を大きくすることができる。これにより、永久磁石に流れる渦電流を低減させることができる。したがって、渦電流損を低減させることができ、ひいては永久磁石の性能低下を抑制することができる。

また、請求項５記載の発明は、極対数mの磁極列を構成する永久磁石（１３ａ）を有し、自身の周方向に交互に異なる極性となるように環状に前記永久磁石が配置された第１の磁石回転子（１３）と、極対数ｎの磁極列を構成する永久磁石（１６ａ）を有し、自身の周方向に交互に異なる極性となるように環状に前記永久磁石が配置された第２の磁石回転子（１６）と、前記m及び前記ｎの和又は差であるｋ個の軟磁性体（１４ａ）が所定間隔で環状に配置された磁気誘導子（１４）と、を備え、前記磁気誘導子は、前記第１の磁石回転子及び前記第２の磁石回転子の間にギャップを有して配置され、前記第１の磁石回転子及び前記第２の磁石回転子のうち少なくとも一方を対象磁石回転子とし、前記対象磁石回転子の磁極列を構成する永久磁石のそれぞれは、１つの磁極に対して複数の磁石部材（１６ａ１〜１６ａ９；１３ａ１〜１３ａ３；１３ａ４〜１３ａ６）が一体化されて構成され、複数の前記磁石部材のうち隣り合う磁石部材は、電気的に絶縁されていることを特徴とする磁気遊星ギアである。

上記発明では、対象磁石回転子の磁極列を構成する永久磁石のそれぞれが、複数の磁石部材が一体化されて構成されている。そして、複数の磁石部材のうち隣り合う磁石部材を電気的に絶縁している。このため、対象磁石回転子の磁極列を構成する永久磁石のそれぞれを単一の磁石部材として構成する場合と比較して、永久磁石における導電経路を狭めることができ、永久磁石内部の電気抵抗を大きくすることができる。これにより、永久磁石に流れる渦電流を低減させることができる。したがって、渦電流損を低減させることができ、ひいては永久磁石の性能低下を抑制することができる。

第１の実施形態にかかるモータ制御システムの全体構成図。 同実施形態にかかる磁気変調モータの軸方向と直交する横断面図。 同実施形態にかかる磁気変調モータの全体構成を示す図。 磁気変調モータの作動を説明するための共線図。 磁気変調モータの作動を説明するための共線図。 第１の実施形態にかかる磁石ロータを構成する永久磁石を示す図。 関連技術にかかる磁石ロータを構成する永久磁石を示す図。 第１の実施形態にかかる渦電流損の低減効果を示す図。 第２の実施形態にかかる磁気変調モータの軸方向と直交する横断面図。 同実施形態にかかる永久磁石付近の拡大図。 関連技術にかかる永久磁石付近の拡大図。 第３の実施形態にかかる磁気遊星ギアの軸方向と直交する横断面図。 第４の実施形態にかかる磁気遊星ギアの軸方向と直交する横断面図。 その他の実施形態にかかる磁石ロータを構成する永久磁石を示す図。 その他の実施形態にかかる磁石ロータを構成する永久磁石を示す図。 その他の実施形態にかかる磁石ロータを構成する永久磁石を示す図。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる磁気変調モータを、車載主機としてモータジェネレータ及びエンジンを備えるハイブリッド車両に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、車載モータ制御システムは、磁気変調モータ１０及びインバータ２０を備えている。磁気変調モータ１０は、インバータ２０を介して高電圧バッテリ３０に電気的に接続されている。高電圧バッテリ３０は、端子電圧が例えば百Ｖ以上となる直流電源である。インバータ２０は、半導体スイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎの直列接続体を３組備えており、これら各直列接続体の接続点２０ｕ，２０ｖ，２０ｗは、磁気変調モータ１０のステータ１２を構成するＵ相のステータ巻線１２ｕ，Ｖ相のステータ巻線１２ｖ，Ｗ相のステータ巻線１２ｗの一端に接続されている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相のステータ巻線１２ｕ，１２ｖ，１２ｗの他端は、これらが中性点Ｏで接続されることによりスター結線されている。

なお、本実施形態では、上記半導体スイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎとして、ＩＧＢＴを用いている。また、これら半導体スイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎにはそれぞれ、フリーホイールダイオードＤｐ，Ｄｎが逆並列に接続されている。

こうした構成によれば、高電圧バッテリ３０から出力された直流電圧がインバータ２０において交流電圧に変換されて磁気変調モータ１０に印加される。これにより、ステータ１２を構成するＵ，Ｖ，Ｗ相のステータ巻線１２u，１２ｖ，１２ｗのそれぞれには、電気角で互いに１２０度の位相差を有する交流電流が流れることとなる。

続いて、図２及び図３を用いて、磁気変調モータ１０について説明する。なお、図２は、磁気変調モータ１０の軸方向と直交する磁気変調モータ１０の横断面図を示している。また、図２において、断面を表示するハッチングは省略している。

図示されるように、磁気変調モータ１０は、電機子を構成する１つのステータ１２（固定子）と、ステータ１２に対して回転可能に配置された磁気誘導ロータ１４（磁気誘導子）及び磁石ロータ１６（磁石回転子）とを備えている。ここで、図３に示すように、磁石ロータ１６は、第１の回転軸４０と一体に回転し、磁気誘導ロータ１４は、第２の回転軸４２と一体に回転する。また、磁気誘導ロータ１４は、ステータ１２，磁気誘導ロータ１４，磁石ロータ１６の径方向において、ステータ１２の内側であってかつ、磁石ロータ１６の外側に、ステータ１２及び磁石ロータ１６に対してギャップを有して配置されている。

第１の回転軸４０及び第２の回転軸４２は、それぞれ図示しない軸受を介してモータフレーム４４に回転可能に支持されている。第１の回転軸４０は、図示しない駆動軸に連結され、第２の回転軸４２は、図示しないエンジンの出力軸に連結されている。

ステータ１２は、コアシートを複数枚積層して構成されるステータ鉄心１２ａと、このステータ鉄心１２ａに巻装されるステータ巻線１２￥（￥＝u，ｖ，ｗ）とで構成され、環状をなしている。ここで、コアシートは、電磁鋼板に複数（本実施形態では９６個）のスロット１２ｓを打ち抜いて形成されている。

ステータ鉄心１２ａは、図２に示すように、スロット１２ｓを介して周方向に隣り合う９６本のティース１２ｔを有している。９６本のティース１２ｔは、バックヨークによって結合され、スロット１２ｓを介して周方向に等ピッチで配列されている。

また、ステータ１２は、図３に示すように、ステータ鉄心１２ａの外径側でモータフレーム４４に固定されている。

ステータ巻線１２￥は、極対数ｍ（本実施形態ではｍ＝８）の３相巻線であり、図２にＵ相を代表して示すように、ステータ鉄心１２ａに分布巻きされている。

磁気誘導ロータ１４は、整数ｋ（本実施形態ではｋ＝１８）の軟磁性体（例えば、鉄）が自身の周方向に等間隔で円環状に配置されたセグメント１４ａと、１８個のセグメント１４ａを保持するロータハブ１４ｂとで構成されている。詳しくは、セグメント１４ａは、磁束の通り道を形成する磁気導通路として設けられている。

ロータハブ１４ｂは、例えば、非磁性かつ電気良導体である高強度アルミ材によって形成された非磁性支持体であり、１８個のセグメント１４ａを周方向に等間隔に埋設した状態でダイカスト鋳造されたものである。これにより、周方向に隣り合うセグメント１４ａは、ロータハブ１４ｂを形成する非磁性体によって磁気的に分離されている。なお、１８個のセグメント１４ａのそれぞれは、磁束の出入口を形成するために、ロータハブ１４ｂの外周面に露出している。

磁気誘導ロータ１４は、図３に示すように、例えば非磁性体であるステンレス鋼によって形成されたロータディスク２２を介して第２の回転軸４２に連結されている。

磁石ロータ１６は、ｍとｋとの和又は差となる極対数ｎ（本実施形態ではｎ＝１０）の極性領域を形成する２ｎ個（２０個）の永久磁石１６ａ（例えば、ネオジム磁石）と、永久磁石１６ａよりも径方向内側（換言すれば、磁石ロータ１６の径方向において、磁気誘導ロータ１４の内側と対向する側とは反対側）に配置され、軟磁性体からなる環状の保持部材であるヨーク（以下、軟磁性ヨーク１６ｂ）とを備えている。これら永久磁石１６ａは、磁石ロータ１６の磁極列を構成し、環状に配置されている。また、これら永久磁石１６ａのそれぞれは、互いに同一形状をなしており、１つの磁極を構成している。磁石ロータ１６の磁極列を構成する２０個の永久磁石１６ａは、軟磁性ヨーク１６ｂによって保持されることで一体化されている。永久磁石１６ａは、径方向に着磁され、かつ、周方向に隣り合う永久磁石１６ａの極性が異なる、つまり、Ｓ極とＮ極とが交互に配置されている。なお、図２において、永久磁石１６ａに記載されている矢印の矢の部分はＮ極を示している。

磁石ロータ１６は、軟磁性ヨーク１６ｂの中央部を軸方向に貫通する中心孔１８に第１の回転軸４０が固定されて、第１の回転軸４０と一体に回転する。なお、本実施形態において、第１の回転軸４０、第２の回転軸４２、ステータ１２、磁気誘導ロータ１４及び磁石ロータ１６のそれぞれの中心軸線は、一致している。また、本実施形態において、永久磁石１６ａは、周方向長さよりも軸方向長さの方が長くなる形状をなしている。

次に、磁気変調モータ１０の基本的作動について説明する。

例えば磁石ロータ１６が所定方向に向かって回転すると、磁気誘導ロータ１４をフィルタとして磁石ロータ１６からステータ１２へと磁束が流れる。つまり、磁気誘導ロータ１４は、１８個の磁気的良導体である軟磁性体のセグメント１４ａと、１８個の磁気的不導体である空間とが交互に存在しているため、磁石ロータ１６の１０極対の周波数成分と、磁気誘導ロータ１４の１８極対の周波数成分との和又は差の周波数成分が磁気誘導ロータ１４を通り抜けてステータ１２に流れる。

したがって、ステータ１２には、１０極対の周波数成分と１８極対の周波数成分との和又は差の周波数成分をキャッチする極対数の巻線、つまり２８極対又は８極対の多相巻線を施すことにより（換言すれば、ステータ巻線１２の８極対の周波数成分と永久磁石１６ａの１０極対の周波数成分との和又は差の周波数成分を通過させる２個又は１８個のセグメント１４ａを配置することにより）、磁石ロータ１６及び磁気誘導ロータ１４の間で磁気的にエネルギをやり取りすることができる。すなわち、ステータ１２、磁石ロータ１６及び磁気誘導ロータ１４のそれぞれに相互に電磁力が作用する磁気変調モータ１０を構成することができる。

この原理を用いれば、磁気変調モータ１０を、公知の機械式遊星ギヤのように作動させることができる。この作動メカニズムを、図４及び図５の共線図を用いて説明する。

図４は、ステータ１２の作る回転磁界と、磁気誘導ロータ１４の回転運動と、磁石ロータ１６の回転運動とを模式的に示す図である。ここで、図４では、ステータ１２の回転磁界の回転速度を「ωｍ」、磁気誘導ロータ１４の回転速度を「ωｋ」、磁石ロータ１６の回転速度を「ωｎ」としている。

ステータ１２の作る回転磁界の回転速度ωｍ、磁気誘導ロータ１４の回転速度ωｋ及び磁石ロータ１６の回転速度ωｎは、共線図上において一直線上に並ぶ関係となる。ここで、ステータ１２、磁気誘導ロータ１４及び磁石ロータ１６のそれぞれについて、回転速度と極対数との積が周波数成分に対応する関係から、下記（ｅｑ１）式が導かれる。

なお、上式（ｅｑ１）の２行目は、「ｍ＝８、ｎ＝１０、ｋ＝１８」から導かれる。

ここで、磁気誘導ロータ１４が停止している場合の作動例について説明する。この場合、「ωｋ＝０」となるため、「ωｎ＝−（４／５）×ωｍ」となる。これは、図５に示すように、ステータ１２の回転磁界の回転方向とは反対方向に磁石ロータ１６が回転することを意味する。

以上説明した磁気変調モータ１０は、機械式遊星ギア及び回転機を組み合わせた装置と同じ機能を有する。このため、磁気変調モータ１０を、例えば、磁気誘導ロータ１４や磁石ロータ１６を回転させて発電機として機能させたり、ステータ１２への通電によってエンジンの出力軸に初期回転を付与するスタータとして機能させたりすることができる。

ちなみに、磁気変調モータ１０の上述した作動原理は、径方向において、ステータ１２、磁気誘導ロータ１４及び磁石ロータ１６の並び順がどのような場合であっても成立する。

続いて、図６を用いて、本実施形態にかかる特徴的構成である永久磁石１６ａの構成について説明する。

図示されるように、本実施形態において、磁石ロータ１６の磁極列を構成する永久磁石１６ａのそれぞれは、複数（本実施形態では９個）の磁石部材１６ａ１〜１６ａ９が接着剤等によって一体化されて構成されている。ここで、９個の磁石部材１６ａ１〜１６ａ９のそれぞれは、矩形状（より具体的には、長方形状又は正方形状）をなし、また、互いに同一形状をなしている。これら磁石部材１６ａ１〜１６ａ９が磁石ロータ１６の周方向及び軸方向に隣り合うよう連続配置されて永久磁石１６ａが構成されている。詳しくは、磁石部材が周方向に３つ隣り合うよう連続配置され、また、磁石部材が軸方向に３つ隣り合うよう連続配置されている。本実施形態において、これら磁石部材１６ａ１〜１６ａ９のそれぞれの周方向長さは、互いに同一であり、これら磁石部材１６ａ１〜１６ａ９のそれぞれの軸方向長さは、互いに同一である。

そして、複数の磁石部材１６ａ１〜１６ａ９のうち隣り合う磁石部材は、電気的に絶縁されている。本実施形態では、これら磁石部材１６ａ１〜１６ａ９のそれぞれの表面に絶縁性塗料が塗布されることにより、上記隣り合う磁石部材が電気的に絶縁されている。なお、これにより、隣り合う永久磁石１６ａも電気的に絶縁されている。

こうした永久磁石１６ａの構成によれば、図７に示す関連技術と比較して、渦電流損を低減させ、また、磁気変調モータ１０のトルクを向上できる等、磁気変調モータ１０の性能を向上させることができる。ここで、関連技術とは、磁石ロータ１６の磁極列を構成する永久磁石１９のそれぞれを単一の磁石部材にて構成した技術である。

本実施形態において、渦電流損を低減できるのは、以下の理由による。つまり、永久磁石１６ａを複数の磁石部材によって構成すると、永久磁石１６ａの導電経路を狭めることができ（より詳しくは、永久磁石１６ａの電気的に絶縁されていない部分の断面積を小さくすることができ）、永久磁石１６ａ内部の電気抵抗を大きくすることができる。これにより、関連技術と比較して、永久磁石に流れる渦電流を低減させることができる。

また、本実施形態において、磁気変調モータ１０の性能を向上できるのは、以下の理由による。つまり、複数の磁石部材１６ａ１〜１６ａ９を磁石ロータ１６の周方向に隣り合うよう連続配置して永久磁石１６ａを構成する場合、例えば単一の磁石部材によって永久磁石１６ａを構成する場合と比較して、磁石ロータ１６の周方向における磁石部材の長さを短くできる。上記周方向における磁石部材の長さを短くするほど、磁石部材の径方向内側部分の円弧形状と、軟磁性ヨーク１６ｂの径方向外側部分の円弧形状とのずれを小さくできる。このため、磁石ロータ１６として、図６に示したように、複数の磁石部材が周方向に隣り合うよう連続配置されて構成された永久磁石１６ａを備えるものを採用することで、永久磁石１６ａ及び軟磁性ヨーク１６ｂの密着度合いを向上させることができる。これにより、永久磁石１６ａ及び軟磁性ヨーク１６ｂの隙間を小さくでき、磁束の漏洩を抑制できる。したがって、磁気変調モータ１０の性能を向上させることができる。

以上説明したように、本実施形態では、磁石ロータ１６の磁極列を構成する永久磁石１６ａのそれぞれを、１つの磁極に対して複数の磁石部材１６ａ１〜１６ａ９を一体化して構成した。そして、複数の磁石部材１６ａ１〜１６ａ９のうち隣り合う磁石部材を電気的に絶縁した。これにより、永久磁石１６ａに流れる渦電流を低減させることができる。したがって、渦電流損を低減させることができ、ひいては永久磁石１６ａの性能低下を抑制することができる。

特に、本実施形態では、永久磁石１６ａのそれぞれを、複数の磁石部材が磁石ロータ１６の周方向に隣り合うよう連続配置して構成したことが、渦電流損の低減効果を大きくすることに寄与している。これは、図８に示す結果に基づく知見である。なお、図８は、渦電流損の低減効果を示す図である。ここで、図８において、「分割なし」は、先の図７に示した関連技術の渦電流損を示し、「軸方向３分割」は、永久磁石を軸方向のみ３個隣り合うよう連続配置した場合の渦電流損を示し、「周方向３分割」は、永久磁石を周方向のみ３個隣り合うよう連続配置した場合の渦電流損を示す。図８によれば、永久磁石を構成する磁石部材の数を同一とする場合において、軸方向の連続配置よりも周方向の連続配置の方が渦電流損を低減できることがわかる。

また、複数の磁石部材が周方向に隣り合うよう連続配置されて構成された永久磁石１６ａを備えるものを採用することで、永久磁石１６ａ及び軟磁性ヨーク１６ｂの隙間を小さくでき、磁束の漏洩を抑制できる。これにより、磁気変調モータ１０の性能を向上させることもできる。

さらに、本実施形態では、永久磁石１６ａのそれぞれを、複数の磁石部材が磁石ロータ１６の周方向に隣り合うよう連続配置して構成することにより、永久磁石１６ａを構成する磁石部材を、円弧状ではなく平板状とすることが容易になる。このため、永久磁石１６ａの製造コストを削減することもできる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図９に、本実施形態にかかる磁気変調モータ１０の横断面図を示す。なお、図９において、先の図２に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。

図示されるように、本実施形態において、磁石ロータ１６は、磁石ロータ１６を構成する永久磁石１６ａのうち隣り合う極性の異なる永久磁石間に配置された極間の軟磁性体（以下、極間軟磁性体１６ｃ）をさらに備えている。なお、本実施形態において、永久磁石１６ａ及び極間軟磁性体１６ｃは、軟磁性ヨーク１６ｂによって一体化されている。また、極間軟磁性体１６ｃとしては、例えば鉄を用いることができる。

ちなみに、極間軟磁性体１６ｃ及び軟磁性ヨーク１６ｂは、例えば、電磁鋼板が積層して形成されている。極間軟磁性体１６ｃ及び軟磁性ヨーク１６ｂは、一体として構成したり、それぞれを別体として構成したりすることができる。

続いて、図１０を用いて、本実施形態にかかる極間軟磁性体１６ｃの効果について説明する。なお、図１０は、永久磁石１６ａ付近の拡大図である。

図示されるように、永久磁石１６ａより発信された磁束は、軟磁性ヨーク１６ｂを通った後、軟磁性ヨーク１６ｂからセグメント１４ａへ出ようとする。ここで、軟磁性ヨーク１６ｂにおける磁束出口が、磁束透過領域を形成する極間軟磁性体１６ｃと対向する場合、極間軟磁性体１６ｃを介してステータ１２に磁束を好適に伝播させることができる。すなわち、磁石ロータ１６の周方向に隣り合う２つの永久磁石の間に極間軟磁性体１６ｃを配置して磁束透過領域を形成することにより、磁気変調を好適に行うことができる。

これに対し、図１１に示すように、磁石ロータ１６が極間軟磁性体１６ｃを備えない関連技術では、セグメント１４ａから出ようとする磁束の極性と逆極性の永久磁石１６ａが、軟磁性ヨーク１６ｂにおける磁束出口と対向することとなる。これにより、磁束の伝播が妨げられ、磁気変調モータ１０のトルクが低下する。

このように、本実施形態において、磁石ロータ１６は、自身の磁極列を構成する永久磁石１６ａのうち隣り合う極性の異なる永久磁石１６ａの間に配置された極間軟磁性体１６ｃを備えている。このため、ステータ１２と磁気誘導ロータ１４との間に位置する透磁率の低い永久磁石１６ａにより通過が妨げられていた変調磁束が、永久磁石１６ａ間の無極性領域を介して通過できるようになる。これにより、ステータ１２及び磁気誘導ロータ１４の間の磁気変調を好適に行うことができる。したがって、上記第１の実施形態で得られる効果に加えて、磁気変調モータ１０のトルク低下を抑制できるといった効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、図１２に示すように、ステータ１２に代えて、第１の磁石ロータ１３（第１の磁石回転子）を配置する。これにより、磁気遊星ギア５０を構成する。ここで、図１２は、本実施形態にかかる磁気遊星ギア５０の横断面図である。なお、図１２において、先の図２に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。また、本実施形態において、磁石ロータ１６を第２の磁石ロータと称すこととし、軟磁性ヨーク１６ｂを第２の軟磁性ヨークと称すこととする。

図示されるように、磁気遊星ギア５０は、第１の磁石ロータ１３、第２の磁石ロータ１６及び磁気誘導ロータ１４を備えている。第１の磁石ロータ１３は、径方向において磁気誘導ロータ１４の外側に、磁気誘導ロータ１４に対してギャップを有して配置されている。なお、本実施形態において、第２の磁石ロータ１６が「対象磁石回転子」に相当する。また、第２の磁石ロータ１６を構成する永久磁石１６ａは、先の図６に示した構成と同じ構成である。

第１の磁石ロータ１３は、極対数ｍ（本実施形態ではｍ＝８）の極性領域を形成する２ｍ個（１６個）の永久磁石１３ａ（例えば、ネオジム磁石）と、永久磁石１３ａよりも径方向外側（換言すれば、第１の磁石ロータ１３の径方向において、磁気誘導ロータ１４の外側と対向する側とは反対側）に配置され、軟磁性体からなる円環状の保持部材であるヨーク（以下、第１の軟磁性ヨーク１３ｂ）とを備えている。これら永久磁石１３ａは、第１の磁石ロータ１３の磁極列を構成し、円環状に配置されている。また、これら永久磁石１３ａのそれぞれは、同一形状をなしており、１つの磁極を構成する。第１の磁石ロータ１３の磁極列を構成する１６個の永久磁石１３ａは、第１の軟磁性ヨーク１３ｂによって保持されることで一体化されている。永久磁石１３ａは、径方向に着磁され、かつ、周方向に隣り合う永久磁石１３ａの極性が異なる、つまり、Ｓ極とＮ極とが交互に配置されている。なお、図１２において、永久磁石１３ａに記載されている矢印の矢の部分はＮ極を示している。

ここで、磁気遊星ギア５０は、上記第１の実施形態で説明した磁気変調モータ１０の作動原理と同様な原理で作動する。詳しくは、先の図４において、ステータ１２の作る回転磁界の回転速度を第１の磁石ロータ１３の回転速度に置き換える。磁気遊星ギア５０は、第１の磁石ロータ１３の回転速度、磁気誘導ロータ１４の回転速度及び第２の磁石ロータ１６の回転速度が共線図上において一直線上に並ぶ関係となるように作動する。

なお、第２の磁石ロータ１６が連結される車載主機としてのモータジェネレータを第１のモータジェネレータと称すこととすると、第１の磁石ロータ１３は、例えば、発電機兼スタータの機能を有する第２のモータジェネレータに連結される。

以上詳述した本実施形態によれば、磁気遊星ギア５０について、上記第１の実施形態で説明した渦電流損の低減効果と、磁気遊星ギア５０の性能（例えばトルク伝達性能）向上効果とを得ることができる。なお、磁気遊星ギア５０の性能向上効果を得られるのは、上記第１の実施形態で説明した理由と同様の理由により、永久磁石１６ａ及び第２の軟磁性ヨーク１６ｂの隙間を小さくできるためである。

（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態について、先の第３の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図１３に、本実施形態にかかる磁気遊星ギア５０の横断面図を示す。なお、図１３において、先の図９及び図１２に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。

図示されるように、本実施形態では、上記第２の実施形態で説明した極間軟磁性体１６ｃが第２の磁石ロータ１６に備えられている。

以上説明した本実施形態によれば、上記第３の実施形態で得られる効果に加えて、磁気遊星ギア５０について、上記第２の実施形態で説明した効果を得ることができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記第１，第２の実施形態において、磁石ロータ１６の磁極列を構成する永久磁石のそれぞれについて、複数の磁石部材を周方向のみに隣り合うよう連続配置してもよい。この場合、図１４に示すように、永久磁石１７ａを構成する磁石部材１７ａ１〜１７ａ４の形状を、周方向の中央から端部にいくほど、周方向の幅が小さくなる形状としてもよい。こうした形状によれば、渦電流損の低減効果をより大きくできる。これは、永久磁石１７ａの中央から端部にいくほど渦電流が大きくなることから、永久磁石１７ａの端部の導電経路を中央の導電経路よりも狭めることで、渦電流を効果的に低減できるためである。なお、こうした効果は、軸方向に隣り合うよう連続配置する場合であっても同様に得られると考えられる。

・上記第３，第４の実施形態において、「対象磁石回転子」としては、第２の磁石ロータ１６に限らない。例えば、第１，第２の磁石ロータ１３，１６の双方、又は第１の磁石ロータ１３のみであってもよい。ここでは、第１の磁石ロータ１３の磁極列を構成する永久磁石１３ａのそれぞれを、複数の磁石部材が第１の磁石ロータ１３の周方向に隣り合うよう連続配置してもよいし、軸方向に隣り合うよう連続配置してもよいし、周方向及び軸方向に隣り合うよう連続配置してもよい。ここで、図１５に、軸方向のみに隣り合うよう連続配置された磁石部材１３ａ１〜１３ａ３からなる永久磁石１３ａを例示し、図１６に、周方向のみに隣り合うよう連続配置された磁石部材１３ａ４〜１３ａ６からなる永久磁石１３ａを例示した。

ここで、例えば先の図１２や図１３に示した磁気遊星ギア５０において、第１の磁石ロータ１３として、例えば図１６に示した永久磁石１３ａを備えるものを採用する場合、磁気遊星ギア５０の性能向上効果をさらに得ることができる。これは、磁石部材の径方向外側部分の円弧形状と、第１の軟磁性ヨーク１３ｂの径方向内側部分の円弧形状とのずれを小さくでき、永久磁石１３ａ及び第１の軟磁性ヨーク１３ｂの隙間を小さくできるためである。

・永久磁石を構成する複数の磁石部材としては、軸方向や周方向に隣り合うよう連続配置されるものに限らない。要は、永久磁石を複数の磁石部材を一体化して構成するとともに、これら磁石部材のうち隣り合う磁石部材を電気的に絶縁できれば、任意の配置手法を採用することができる。この場合であっても、永久磁石を単一の磁石部材として構成するときと比較して、渦電流損の低減効果を得ることはできる。

・上記各実施形態において、磁石部材の配置手法を全ての永久磁石について同一とすることに限らず、永久磁石のそれぞれで異ならせてもよい。

・上記第１，第２の実施形態において、ステータ１２の径方向において、ステータ１２を最も内側に配置してもよい。この場合、上記第１，第２の実施形態において、ステータ１２の径方向において外側から内側に向かって、磁石ロータ１６，磁気誘導ロータ１４，ステータ１２の順に配置すればよい。なお、上記構成の場合、磁石ロータ１６は、上記第３の実施形態で説明した第１の磁石ロータ１３と同様に、径方向外側（換言すれば、磁石ロータ１６の径方向において、磁気誘導ロータ１４の外側と対向する側とは反対側）に配置された軟磁性ヨークを備えることとなる。

・上記第３，第４の実施形態において、第１の磁石ロータ１３の径方向において、第１の磁石ロータ１３を最も内側に配置してもよい。この場合、上記第３，第４の実施形態において、第１の磁石ロータ１３の径方向において外側から内側に向かって、第２の磁石ロータ１６，磁気誘導ロータ１４，第１の磁石ロータ１３の順に配置すればよい。

なお、第１の磁石ロータ１３を最も内側に配置する場合、第１の磁石ロータ１３は、第１の磁石ロータ１３を構成する永久磁石１３ａよりも径方向内側（換言すれば、第１の磁石ロータ１３の径方向において、磁気誘導ロータ１４の内側と対向する側とは反対側）に配置された軟磁性ヨークを備えることとなる。これにより、永久磁石１３ａを構成する磁石部材の径方向内側部分の円弧形状と、軟磁性ヨークの径方向外側部分の円弧形状とのずれを小さくできる。したがって、上述したように、永久磁石１３ａ及び軟磁性ヨークの隙間を小さくすることができ、ひいては磁気遊星ギア５０の性能を向上させることができる。

・上記第１，第２の実施形態では、軟磁性体の数ｋを、多相巻線の極対数ｍと、永久磁石によって形成される磁極列の極対数ｎとの差となるように磁気変調モータを構成したがこれに限らず、軟磁性体の数ｋを、多相巻線の極対数ｍと、永久磁石によって形成される磁極列の極対数ｎとの和となるように構成してもよい。なお、磁気遊星ギアについても同様である。

・上記各実施形態において、ロータハブ１４ｂ（非磁性支持体）を備えることなく、セグメント１４ａを第２の回転軸４２に連結する構成を採用してもよい。この場合、周方向に隣り合うセグメント１４ａは、空間によって磁気的に分離されることとなる。

・ステータ巻線としては、３相巻線に限らず、それ以外の多相巻線であってもよい。

１２…ステータ、１２￥…ステータ巻線、１４…磁気誘導ロータ、１６…磁石ロータ。

Claims (8)

1. 極対数mの多相巻線（１２￥）を備える固定子（１２）と、
   極対数ｎの磁極列を構成する永久磁石（１６ａ；１７ａ）を有し、自身の周方向に交互に異なる極性となるように環状に前記永久磁石が配置された磁石回転子（１６）と、
   前記m及び前記ｎの和又は差であるｋ個の軟磁性体（１４ａ）が所定間隔で環状に配置された磁気誘導子（１４）と、
   を備え、
   前記磁気誘導子は、前記固定子及び前記磁石回転子の間にギャップを有して配置され、
   前記磁石回転子の磁極列を構成する前記永久磁石のそれぞれは、１つの磁極に対して複数の磁石部材（１６ａ１〜１６ａ９；１７ａ１〜１７ａ４）が一体化されて構成され、
   複数の前記磁石部材のうち隣り合う磁石部材は、電気的に絶縁されていることを特徴とする磁気変調モータ。
2. 前記磁石回転子の磁極列を構成する前記永久磁石のそれぞれは、複数の前記磁石部材が前記磁石回転子の周方向に隣り合うよう連続配置されて構成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気変調モータ。
3. 前記磁石回転子は、自身の磁極列を構成する前記永久磁石を保持する部材であって、自身の径方向において前記磁気誘導子と対向する側とは反対側に配置された軟磁性体からなる環状の保持部材（１６ｂ）をさらに備えることを特徴とする請求項２記載の磁気変調モータ。
4. 前記磁石回転子は、自身の磁極列を構成する前記永久磁石のうち隣り合う極性の異なる永久磁石の間に配置された軟磁性体（１６ｃ）をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁気変調モータ。
5. 極対数mの磁極列を構成する永久磁石（１３ａ）を有し、自身の周方向に交互に異なる極性となるように環状に前記永久磁石が配置された第１の磁石回転子（１３）と、
   極対数ｎの磁極列を構成する永久磁石（１６ａ）を有し、自身の周方向に交互に異なる極性となるように環状に前記永久磁石が配置された第２の磁石回転子（１６）と、
   前記m及び前記ｎの和又は差であるｋ個の軟磁性体（１４ａ）が所定間隔で環状に配置された磁気誘導子（１４）と、
   を備え、
   前記磁気誘導子は、前記第１の磁石回転子及び前記第２の磁石回転子の間にギャップを有して配置され、
   前記第１の磁石回転子及び前記第２の磁石回転子のうち少なくとも一方を対象磁石回転子とし、
   前記対象磁石回転子の磁極列を構成する永久磁石のそれぞれは、１つの磁極に対して複数の磁石部材（１６ａ１〜１６ａ９；１３ａ１〜１３ａ３；１３ａ４〜１３ａ６）が一体化されて構成され、
   複数の前記磁石部材のうち隣り合う磁石部材は、電気的に絶縁されていることを特徴とする磁気遊星ギア。
6. 前記対象磁石回転子の磁極列を構成する永久磁石のそれぞれは、複数の前記磁石部材が前記対象磁石回転子の周方向に隣り合うよう連続配置されて構成されていることを特徴とする請求項５記載の磁気遊星ギア。
7. 前記対象磁石回転子は、自身の磁極列を構成する前記永久磁石を保持する部材であって、自身の径方向において前記磁気誘導子と対向する側とは反対側に配置された軟磁性体からなる環状の保持部材（１６ｂ）をさらに備えることを特徴とする請求項６記載の磁気遊星ギア。
8. 前記第２の磁石回転子は、自身の磁極列を構成する前記永久磁石のうち隣り合う極性の異なる永久磁石の間に配置された軟磁性体（１６ｃ）をさらに備えることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の磁気遊星ギア。

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