JP2018166377A - 可変界磁回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機特性を回転数やトルクに応じて可変でき、回転電機の重量増加、回転電機の大型化、および回転電機のコスト増加を抑えることができる可変界磁回転電機を提供する。【解決手段】可変界磁回転電機１０は、可動鉄心２６と、弾性部２８とを備える。可動鉄心２６は、極性が異なる永久磁石２４間に配置され、ロータ１４の径方向に移動自在に設けられている。弾性部２８は、可動鉄心２６をロータ１４の径方向中心側に保持するように構成されている。さらに、ロータ１４の回転数が増すにつれて可動鉄心２６に作用する遠心力で、可動鉄心２６を弾性部２８の付勢力に抗してロータ１４の径方向外側に移動させる。【選択図】図１

Description

本発明は、可変界磁回転電機に関するものである。

一般に回転電機の場合、磁石鎖交磁束を大きくして低回転時のトルク密度を増大させた場合、高回転時に鉄損や弱め界磁銅損が増大する。一方、回転電機特性(インダクタンス、磁石鎖交磁束など)を回転数やトルクに応じて可変できる可変界磁回転電機が知られている。可変界磁回転電機は、回転電機特性を回転数やトルクに応じて可変することにより高効率範囲を広げることができる。
例えば、可変界磁回転電機として、可変界磁回転電機のロータをワイヤ式牽引装置で軸方向に引き抜くことにより、高回転時の磁石鎖交磁束を低減させて出力および効率を向上させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−５７２０９号公報

しかし、特許文献１の可変界磁回転電機は、回転電機特性を回転数やトルクに応じて可変させるために、ロータを軸方向に引き抜くワイヤ式牽引装置を備えている。ワイヤ式牽引装置は比較的大きな部材である。このため、可変界磁回転電機の重量やコストが増し、さらに、可変界磁回転電機が大型になることが考えられる。

そこで、この発明は、回転電機特性を回転数やトルクに応じて可変でき、重量やコストの増加を抑え、さらに大型化を抑えることができる可変界磁回転電機を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、ロータコア（例えば、実施形態のロータコア２２）に永久磁石（例えば、実施形態の永久磁石２４）が埋設されたロータ（例えば、実施形態のロータ１４）を備えた可変界磁回転電機（例えば、実施形態の可変界磁回転電機１０）において、極性が異なる前記永久磁石間に配置され、前記ロータの径方向に移動自在に設けられた可動鉄心（例えば、実施形態の可動鉄心２６）と、前記可動鉄心を前記ロータの径方向中心側に保持する弾性部（例えば、実施形態の弾性部２８）と、を備え、前記ロータの回転数が増すにつれて前記可動鉄心に作用する遠心力で、前記可動鉄心を前記ロータの径方向外側に移動させる、ことを特徴とする。

このように、可動鉄心を径方向中心側に弾性部で保持するようにした。また、ロータの回転数が増すにつれて可動鉄心に作用する遠心力で、可動鉄心を径方向外側に移動させるようにした。よって、低回転の場合には、可動鉄心が径方向内側に位置する。すなわち、可動鉄心がバックヨークを兼ね、可動鉄心を経て磁束が流れやすくなる。これにより、低回転の場合に、永久磁石によりマグネットトルクを向上させることができる。
また、低回転の場合には、径方向内側に可動鉄心が位置するため、q軸磁路に空隙が形成される。よって、磁気抵抗が高くなり、q軸インダクタンスが小さくなる。

ここで、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet Motor）回転電機は一般に、q軸インダクタンスを大きくして、d軸インダクタンスを小さくすれば、リラクタンストルクを向上させることができることが知られている。
すなわち、低回転の場合には、可変界磁回転電機はマグネットトルクによりトルクが確保される。

一方、高回転の場合には、可動鉄心が径方向外側に位置する。よって、可動鉄心がバックヨークの役割を果たさなくなり、磁気抵抗が上がる。一方、可動鉄心は径方向外側に位置することにより、永久磁石の端部間に可動鉄心(すなわち、鉄)の割合が増える。よって、永久磁石の端部間の短絡磁束が増す。
すなわち、高回転の場合には、可動鉄心が径方向外側に位置するため、q軸磁路に対して可動鉄心(すなわち、鉄)の割合が増える。よって、磁気抵抗が低くなり、q軸インダクタンスが大きくなる。
これにより、高回転の場合には、q軸インダクタンスを大きくしてリラクタンストルクを向上させ、可変界磁回転電機はリラクタンストルクによりトルクが確保される。

このように、可動鉄心を径方向中心側に弾性部で保持するだけの簡単な構成で、回転電機特性(インダクタンス、磁石鎖交磁束など)を回転数やトルクに応じて可変できる。
また、可動鉄心を径方向中心側に弾性部で保持するだけの簡単な構成とすることにより、可変界磁回転電機の重量やコストの増加を抑え、可変界磁回転電機の大型化を抑えることができる。

請求項２に記載した発明は、前記ロータコアのうち、極性が異なる前記永久磁石間に径方向に延びるように形成された収納スロット（例えば、実施形態の収納スロット３２）に、前記可動鉄心が前記ロータの径方向に移動自在に収納される、ことを特徴とする。

このように、収納スロットをロータの径方向に延びるように形成した。収納スロットに可動鉄心をロータの径方向へ移動自在に収納した。よって、可動鉄心を収納スロットに沿わせて円滑にロータの径方向へ移動させることができる。これにより、回転電機特性(インダクタンス、磁石鎖交磁束など)を回転数やトルクに応じて一層円滑に可変できる。
また、収納スロットに可動鉄心を収納することにより、可変界磁回転電機の大型化を良好に抑えることができる。

請求項３に記載した発明は、前記弾性部は、前記収納スロットの径方向内側端部（例えば、実施形態の第１端部３６）と前記可動鉄心との間に設けられた第１弾性部材（例えば、実施形態の第１弾性部材４７）と、前記収納スロットの径方向外側端部（例えば、実施形態の第２端部３７）と前記可動鉄心との間に設けられ、前記第１弾性部材より付勢力が大きい第２弾性部材（例えば、実施形態の第２弾性部材４８）と、を備える、ことを特徴とする。

このように、弾性部に第１弾性部材と第２弾性部材とを備え、第２弾性部材の付勢力を第１弾性部材より大きくした。また、可動鉄心の径方向内側端部に第１弾性部材を設け、可動鉄心の径方向外側端部に第２弾性部材を設けた。これにより、可動鉄心を径方向外側に移動する際に、第１弾性部材の付勢力を利用することができる。また、可動鉄心を径方向内側に移動する際に、第２弾性部材の付勢力を利用することができる。
これにより、ロータの回転に応じて、可動鉄心をロータの径方向に一層円滑に移動させることができる。

請求項４に記載した発明は、前記ロータが低回転において、前記可動鉄心が前記永久磁石のバックヨークを兼ねる低回転位置に保持され、前記ロータが高回転において、前記可動鉄心が前記永久磁石の端部（例えば、実施形態の永久磁石の端部２４ａ）間に配置される、ことを特徴とする。

このように、低回転において、可動鉄心が永久磁石のバックヨークを兼ねる低回転位置に保持されることにより、可動鉄心の磁束が流れやすくなる。これにより、低回転において、永久磁石により可変界磁回転電機のマグネットトルクを向上させることができる。
また、高回転において、可動鉄心が永久磁石の端部間のq軸磁路に配置される。よって、q軸磁路の鉄の割合が増えるため、q軸磁路の磁気抵抗が低くなり、q軸インダクタンスが大きくなる。これにより、可変界磁回転電機のリラクタンストルクが向上する。

この発明によれば、可動鉄心を径方向中心側に弾性部で保持し、ロータの回転数が増すにつれて可動鉄心を径方向外側に移動させるようにした。これにより、可動鉄心を径方向中心側に弾性部で保持するだけの簡単な構成で、回転電機特性(インダクタンス、磁石鎖交磁束など)を回転数やトルクに応じて可変できる。
さらに、可動鉄心を径方向中心側に弾性部で保持するだけの簡単な構成とすることにより、可変界磁回転電機の重量やコストの増加を抑え、可変界磁回転電機の大型化を抑えることができる。

本発明の第１実施形態における可変界磁回転電機を示す断面図である。 本発明の第１実施形態における可変界磁回転電機の可動鉄心および弾性部を示す断面図である。 本発明の第１実施形態における可変界磁回転電機を示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の第１実施形態における可変界磁回転電機の可動鉄心が低回転位置に保持された状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態における可変界磁回転電機の可動鉄心が高回転位置に保持された状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態における可動鉄心が低回転位置、高回転位置に保持された回転電機の回転数に対するトルク特性を示すグラフである。 本発明の第１実施形態における可動鉄心が低回転位置、高回転位置に保持された回転電機の回転数に対する電流特性を示すグラフである。 本発明の第１実施形態における可動鉄心が低回転位置、高回転位置に保持された回転電機の回転数に対する電流進角特性を示すグラフである。 本発明の第２実施形態における可変界磁回転電機を示す断面図である。

次に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
[第１実施形態]
図１に示すように、可変界磁回転電機１０は、ステータ１２と、ロータ１４とを備える同期電動機である。可変界磁回転電機１０は、ロータ１４に複数の永久磁石２４が埋設されている。すなわち、可変界磁回転電機１０はＩＰＭモータである。
ステータ１２は、環状のステータコア１６と、ステータコア１６に複数配列されたコイル１７とを備えている。

ステータコア１６は、例えば、プレス抜きされた複数枚の磁性体製の鋼板が積層されて構成されている。磁性体製の鋼板として珪素鋼板が挙げられる。ステータコア１６は、内周壁１６ａに沿って複数配列されたティース１８と、ティース１８間に形成されたスロット１９とを有する。
スロット１９は、ステータコア１６の内周壁１６ａに沿って等ピッチで配列されている。スロット１９にコイル１７が取り付けられている。

ロータ１４は、ロータコア２２と、ロータコア２２内に埋設された複数の永久磁石２４と、永久磁石２４間に配置された複数の可動鉄心２６と、可動鉄心２６を径方向中心側に保持する弾性部２８とを備えている。
ロータコア２２は、例えば、プレス抜きされた複数枚の磁性体製の鋼板が積層されて構成されている。磁性体製の鋼板として珪素鋼板が挙げられる。ロータコア２２は、複数の磁石収容部３１と、複数の収納スロット３２と、ロータ軸孔３３とを有する。
ロータコア２２は、複数の永久磁石２４を収容する磁石収容部３１をロータコア２２の外周２２ａ近傍に複数個有する。ロータコア２２の中心部にはロータ軸孔３３が貫通されている。ロータ軸孔３３には出力軸（図示略）が貫通された状態で固定されている。

複数の磁石収容部３１は、ロータコア２２の外周２２ａ近傍に沿って形成されている。磁石収容部３１には、永久磁石２４が収容される。
永久磁石２４は、磁石収容部３１に収容されることにより、ロータコア２２内に埋設されている。永久磁石２４は、ロータコア２２の外周２２ａ近傍において外周２２ａに沿って配置される。複数の永久磁石２４は、ロータコア２２の径方向に磁化方向が配向されている。また、複数の永久磁石２４は、Ｖ字状に突き合わされる永久磁石２４の極性が異なるように配置される。
極性が異なる永久磁石２４間において、収納スロット３２がロータコア２２の径方向に延びるように形成されている。

図２、図３に示すように、収納スロット３２は、第１側壁３４と、第２側壁３５と、第１端部３６と、第２端部３７とを有する。第１側壁３４は、ロータコア２２の径方向に延びている。第２側壁３５は、第１側壁３４に対してロータコア２２の周方向に間隔をおいて配置され、第１側壁３４と平行にロータコア２２の径方向に延びている。
第１側壁３４の径方向内側端と、第２側壁３５の径方向内側端とは、第１端部３６で連結されている。第１端部３６は、径方向に対して直交するように形成された径方向内側端部である。
第１側壁３４の径方向外側端と、第２側壁３５の径方向外側端とは、第２端部３７で連結されている。第２端部３７は、径方向に対して直交するように形成された径方向外側端部である。
収納スロット３２は、第１側壁３４、第２側壁３５、第１端部３６、および第２端部３７で平面視矩形状に形成されている。

収納スロット３２に可動鉄心２６がロータコア２２の径方向（矢印Ａ方向）に移動自在に収容されている。可動鉄心２６は、電磁鋼板などの磁性体で矩形体に形成されている。可動鉄心２６は、第１鉄心側壁４１、第２鉄心側壁４２、第１鉄心端部４３、第２鉄心端部４４、ロータ軸の一方側の第１鉄心面４５、ロータ軸の他方側の第２鉄心面４６を有する。

第１鉄心側壁４１は、第１側壁３４に摺動自在に接触されている。第２鉄心側壁４２は、第２側壁３５に摺動自在に接触されている。
第１鉄心面４５は、ロータコア２２のうち、ロータ軸方向の一方側の面２２ｂに面一に配置されている。第２鉄心面４６は、ロータコア２２のうち、ロータ軸方向の他方側の面２２ｃに面一に配置されている。
この状態において、可動鉄心２６は、極性が異なる永久磁石２４（図１参照）間に径方向に延びるように配置されている。

可動鉄心２６は弾性部２８により径方向中心側に保持されている。すなわち、弾性部２８は、第１弾性部材４７と、第２弾性部材４８とを備えている。第１弾性部材４７は、第１鉄心端部４３と第１端部３６との間に設けられている。第１弾性部材４７は、例えばステンレス製のコイルばねが使用される。
第２弾性部材４８は、第２鉄心端部４４と第２端部３７との間に設けられている。第２弾性部材４８は、例えばコイルばねが使用される。

ここで、第１弾性部材４７および第２弾性部材４８をステンレス製のコイルばねとすることにより、第１弾性部材４７および第２弾性部材４８に磁束を通さないようにできる。
一方、第１弾性部材４７および第２弾性部材４８に磁束を通すようにした場合、渦電流損失が発生することが考えられる。
そこで、第１弾性部材４７および第２弾性部材４８に磁束を通さないようにすることにより、渦電流損失の発生を抑えることができる。
第１弾性部材４７および第２弾性部材４８は、コイルばねに代えて弾性変形可能なゴム材や樹脂材などの他の弾性部材を使用してもよい。

また、第２弾性部材４８は、第１弾性部材４７より付勢力が大きく設定されている。
ロータ１４が低回転の場合には、可動鉄心２６に作用する遠心力は、第２弾性部材４８の弾性力と第１弾性部材４７の弾性力との差より小さい。よって、ロータ１４が低回転の場合には、可動鉄心２６が収納スロット３２の低回転位置Ｐ１側（すなわち、径方向内側）に保持される。

一方、ロータ１４が高回転の場合には、可動鉄心２６に作用する遠心力は、第２弾性部材４８の弾性力と第１弾性部材４７の弾性力との差より大きくなる。よって、ロータ１４が高回転の場合には、可動鉄心２６が収納スロット３２の高回転位置Ｐ２側（すなわち、径方向外側）に保持される。
このように、ロータ１４の回転数が増すにつれて可動鉄心２６に作用する遠心力で、可動鉄心２６を径方向外側に徐々に移動させることができる。

図４に示すように、ロータ１４が低回転の場合には、可動鉄心２６が収納スロット３２の径方向内側の低回転位置Ｐ１側に保持される。可動鉄心２６が低回転位置Ｐ１側に保持されることにより、可動鉄心２６がロータ１４のバックヨークを兼ね、磁束５２が流れやすくなる。よって、永久磁石２４によるマグネットトルクを確保できる。
ここで、ＩＰＭ回転電機は、一般に、q軸インダクタンスを大きくして、d軸インダクタンスを小さくすれば、リラクタンストルクが向上することが知られている。
可動鉄心２６が低回転位置Ｐ１側に保持されることにより、q軸磁路に空隙５４が形成され、磁気抵抗が高くなる。これにより、q軸インダクタンスが小さくなる。空隙５４は、収納スロット３２のうち、ロータ１４の径方向外側の部位で形成される。
すなわち、ロータ１４が低回転の場合には、可変界磁回転電機１０はマグネットトルクによりトルクが確保される。

図５に示すように、ロータ１４が高回転の場合には、可動鉄心２６が収納スロット３２の高回転位置Ｐ２側に保持される。可動鉄心２６が高回転位置Ｐ２側に保持されることにより、可動鉄心２６は、ロータ１４のバックヨークとなるべき位置よりロータ１４の径方向外側に保持される。具体的には、可動鉄心２６は、極性が異なる永久磁石２４の端部２４ａ間（すなわち、Ｎ極とＳ極との間）のq軸磁路に配置される。

q軸磁路に可動鉄心２６が配置されることにより、q軸磁路に鉄の割合が増える。よって、q軸磁路の可磁気抵抗が低くなり、q軸インダクタンスが大きくなる。これにより、リラクタンストルクが向上する。
一方、可動鉄心２６が高回転位置Ｐ２側に保持されることにより、収納スロット３２のうち、ロータ１４の半径方向内側の部位で空隙５５が形成される。これにより、極性が異なる永久磁石２４間の磁気抵抗が高くなる。

すなわち、極性が異なる永久磁石２４間の磁気抵抗が高くなるとともに、永久磁石２４間の短絡磁束が増え、磁石磁束を抑えることができる。よって、ロータ１４が高回転の場合、永久磁石２４の漏れ磁束が増えるだけでなく、突極差が増えることからリラクタンストルクが向上する。
加えて、永久磁石２４は、ロータ１４の径方向に磁化方向が配向されている。これにより、リラクタンストルクを一層活用しやすくできる。
すなわち、ロータ１４が高回転の場合には、可変界磁回転電機１０はリラクタンストルクによりトルクが確保される。

つぎに、可動鉄心２６が低回転位置Ｐ１側に保持された状態、可動鉄心２６が高回転位置Ｐ２側に保持された状態における回転電機の回転数に対するトルク特性を図６に基づいて説明する。図６は回転電機の回転数に対するトルク特性を示すグラフである。
図６のグラフにおいて、縦軸はトルク（Ｎｍ）を示し、横軸は回転電機の回転数（ｒｐｍ）を示す。実線で示すグラフＧ１は、可動鉄心２６が低回転位置Ｐ１側に保持され、低回転から高回転まで回転する状態を示す。破線で示すグラフＧ２は、可動鉄心２６が高回転位置Ｐ２側に保持され、低回転から高回転まで回転する状態を示す。

また、回転電機の回転数が概ね６０００ｒｐｍより低い領域を低回転、回転電機の回転数が概ね６０００ｒｐｍより高い領域を高回転とする。
グラフＧ１およびグラフＧ２に示すように、可動鉄心２６が低回転位置Ｐ１側に保持された状態の回転電機と、可動鉄心２６が高回転位置Ｐ２側に保持された状態の回転電機とは、低回転から高回転の範囲において、略同じトルクが得られる。

ついで、可動鉄心２６が低回転位置Ｐ１側に保持された状態、可動鉄心２６が高回転位置Ｐ２側に保持された状態における回転電機の回転数に対する電流特性を図７に基づいて説明する。図７は回転電機の回転数に対する電流特性を示すグラフである。
図７のグラフにおいて、縦軸は電流（Ａ）を示し、横軸は回転電機の回転数（ｒｐｍ）を示す。実線で示すグラフＧ３は、可動鉄心２６が低回転位置Ｐ１側に保持され、低回転から高回転まで回転する状態を示す。破線で示すグラフＧ４は、可動鉄心２６が高回転位置Ｐ２側に保持され、低回転から高回転まで回転する状態を示す。

また、回転電機の回転数が概ね６０００ｒｐｍより低い領域を低回転、回転電機の回転数が概ね６０００ｒｐｍより高い領域を高回転とする。
グラフＧ３に示すように、可動鉄心２６が低回転位置Ｐ１側に保持された状態の回転電機は、概ね４０００〜６０００ｒｐｍの低回転において電流を抑えることができる。
グラフＧ４に示すように、可動鉄心２６が高回転位置Ｐ２側に保持された状態の回転電機は、概ね７５００ｒｐｍを超える高回転において電流を抑えることができる。

つぎに、可動鉄心２６が低回転位置Ｐ１側に保持された状態、可動鉄心２６が高回転位置Ｐ２側に保持された状態における回転電機の回転数に対する電流進角特性を図８に基づいて説明する。図８は回転電機の回転数に対する電流進角特性を示すグラフである。
図８のグラフにおいて、縦軸はトルク（Ｎｍ）を示し、横軸は回転電機の電流位相（ｄｅｇ）を示す。「−×−」で示すグラフＧ５は、可動鉄心２６が低回転位置Ｐ１側に保持され、低回転から高回転まで回転する状態を示す。「−◇−」で示すグラフＧ６は、可動鉄心２６が高回転位置Ｐ２側に保持された状態で低回転から高回転まで回転する状態を示す。

グラフＧ５およびグラフＧ６において、可動鉄心２６が低回転位置Ｐ１側にある場合と、高回転位置Ｐ２側にある場合で電流位相に対するトルクが最大となる条件が変わることがわかる。すなわち、グラフＧ５で示すように、可動鉄心２６が低回転位置Ｐ１側に保持された場合、磁石鎖交磁束を有効に使えることから、永久磁石によるマグネットトルクが主となるモータ特性となる。これにより、電流位相が３０ｄｅｇ程度でトルクが最大となり、低回転側において電流振幅値を小さくできる。
一方、グラフＧ６で示すように、可動鉄心２６が低回転位置Ｐ１側に保持された場合、磁石鎖交磁束が抑えられることから、リラクタンストルクが主となるモータ特性となる。これにより、電流位相が４０ｄｅｇ程度でトルクが最大となり、高回転側において電流振幅値を小さくできる。

以上説明したように、図４、図５に示す可変界磁回転電機１０によれば、可動鉄心２６を低回転位置Ｐ１側に弾性部２８で保持するようにした。また、ロータ１４の回転数が増すにつれて可動鉄心２６に作用する遠心力で、可動鉄心２６を径方向外側に移動させるようにした。よって、低回転の場合には、可動鉄心２６が低回転位置Ｐ１側に位置する。すなわち、可動鉄心２６がバックヨークとなり、可動鉄心２６を経て磁束が流れやすくなる。これにより、低回転の場合に、永久磁石２４によりマグネットトルクを向上させることができる。

また、低回転の場合には、低回転位置Ｐ１側に可動鉄心２６が位置するため、q軸磁路に空隙が形成される。よって、磁気抵抗が高くなり、q軸インダクタンスが小さくなる。
ＩＰＭ回転電機は一般に、q軸インダクタンスを大きくして、d軸インダクタンスを小さくすることによりリラクタンストルクが向上する。すなわち、低回転の場合には、可変界磁回転電機１０はマグネットトルクによりトルクが確保される。

一方、高回転の場合には、可動鉄心２６が高回転位置Ｐ２側に位置する。よって、可動鉄心２６がバックヨークの役割を果たさなくなり、磁気抵抗が上がる。一方、可動鉄心２６は高回転位置Ｐ２側に位置することにより、永久磁石２４の端部２４ａ間に可動鉄心２６(すなわち、鉄)の割合が増える。よって、永久磁石２４の端部２４ａ間の短絡磁束が増す。
すなわち、高回転の場合には、可動鉄心２６が高回転位置Ｐ２側に位置するため、q軸磁路に対して可動鉄心２６(すなわち、鉄)の割合が増える。よって、磁気抵抗が低くなり、q軸インダクタンスが大きくなる。
これにより、高回転の場合には、q軸インダクタンスを大きくしてリラクタンストルクを向上させ、可変界磁回転電機１０はリラクタンストルクによりトルクが確保される。

また、可動鉄心２６が遠心力で高回転位置Ｐ２側に保持されることにより、磁石磁束を抑えることができる。これにより、可変界磁回転電機１０の弱め界磁銅損および鉄損を低減させて可変界磁回転電機１０の効率を向上させることができる。
このように、可変界磁回転電機１０の回転電機特性を、可変界磁回転電機１０の回転数やトルクに応じて可変できる。

さらに、可変界磁回転電機１０の回転により可動鉄心２６に作用する遠心力を利用して、可動鉄心２６をロータ１４の径方向に移動させるようにした。このため、従来の可変界磁回転電機のように、高回転の場合に、ロータをワイヤ式牽引装置で軸方向に引き抜く必要がない。すなわち、ワイヤ式牽引装置を不要にできる。
すなわち、可変界磁回転電機１０は、可動鉄心２６をロータ１４の径方向中心側に弾性部２８で保持するだけの簡単な構成である。これにより、可変界磁回転電機１０の重量やコストの増加を抑え、可変界磁回転電機１０の大型化を抑えることができる。

また、可変界磁回転電機のなかには、ステータの巻線を切り替える巻線切替え型の可変界磁回転電機が知られている。この可変界磁回転電機によれば、巻線を切り替える場合に、トルクショックが発生することが考えられる。
これに対して、可変界磁回転電機１０は、可変界磁回転電機１０の回転数に応じて可動鉄心２６徐々に移動する。これにより、可変界磁回転電機１０は、モータパラメータが徐々に可変され、トルクショックの発生を抑えることができる。

加えて、収納スロット３２をロータ１４の径方向に延びるように形成した。収納スロット３２に可動鉄心２６をロータ１４の径方向へ移動自在に収納した。よって、可動鉄心２６を収納スロット３２に沿わせて円滑にロータ１４の径方向へ移動させることができる。これにより、回転電機特性(インダクタンス、磁石鎖交磁束など)を回転数やトルクに応じて一層円滑に可変できる。
また、収納スロット３２に可動鉄心２６を収納することにより、可変界磁回転電機１０の大型化を良好に抑えることができる。

さらに、弾性部２８に第１弾性部材４７と第２弾性部材４８とを備え、第２弾性部材４８の付勢力を第１弾性部材４７より大きくした。また、可動鉄心２６の径方向内側端部に第１弾性部材４７を設け、可動鉄心２６の径方向外側端部に第２弾性部材４８を設けた。これにより、可動鉄心２６をロータ１４の径方向外側に移動する際に、第１弾性部材４７の付勢力を利用することができる。また、可動鉄心２６をロータ１４の径方向内側に移動する際に、第２弾性部材４８の付勢力を利用することができる。
これにより、ロータ１４の回転に応じて、可動鉄心２６をロータ１４の径方向に一層円滑に移動させることができる。

つぎに、第２実施形態の可変界磁回転電機１０を図９に基づいて説明する。なお、第２実施形態において第１実施形態の可変界磁回転電機１０と同一類似部材については同じ符号を付して詳しい説明を省略する。

[第２実施形態]
図９に示すように、可変界磁回転電機１００は、第１実施形態の収納スロット３２および第１弾性部材４７を収納スロット１０２および第１弾性部材１０４に代えたもので、その他の構成は第１実施形態の可変界磁回転電機１０と同様である。
収納スロット１０２は、第１実施形態の収納スロット３２の第１端部３６を第１端部１０６に代えたものである。第１端部１０６は、ロータ軸の一方側の面２２ｂとロータ軸の他方側の面２２ｃとの中間に凹部１０７を有する。凹部１０７は、ロータ１４の径方向内側に向けて凹むように形成されている。

凹部１０７の底部１０７ａと第１鉄心端部４３との間に第１弾性部材１０４が介在されている。第１弾性部材１０４は、第１実施形態の第１弾性部材１０４と同様に、例えばステンレス製のコイルばねが使用される。
第１弾性部材１０４は、コイルばねに代えて弾性変形可能なゴム材や樹脂材などの他の弾性部材を使用してもよい。

第２弾性部材４８は、第１弾性部材１０４より付勢力が大きく設定されている。ロータ１４が低回転の場合には、可動鉄心２６に作用する遠心力は、第２弾性部材４８の弾性力と第１弾性部材１０４の弾性力との差より小さい。よって、ロータ１４が低回転の場合には、可動鉄心２６が収納スロット３２の低回転位置Ｐ１側（すなわち、径方向内側）に保持される。

一方、ロータ１４が高回転の場合には、可動鉄心２６に作用する遠心力は、第２弾性部材４８の弾性力と第１弾性部材１０４の弾性力との差より大きくなる。よって、ロータ１４が高回転の場合には、可動鉄心２６が収納スロット３２の高回転位置Ｐ２側（すなわち、径方向外側）に保持される。
このように、ロータ１４の回転数が増すにつれて可動鉄心２６に作用する遠心力で、可動鉄心２６を径方向外側に徐々に移動させることができる。

第２実施形態の可変界磁回転電機１００によれば、第１端部１０６に凹部１０７を形成することにより、例えばロータ１４が低回転の場合に、第１弾性部材１０４を圧縮させて凹部１０７に収納することができる。よって、可動鉄心２６を、第１実施形態の場合より第１端部１０６に近づける、あるいは第１端部１０６に接触させることができる。
すなわち、可動鉄心２６のロータ１４の径方向（すなわち、矢印Ａ方向）への移動量を一層大きく確保できる。これにより、可変界磁回転電機１００の回転電機特性を、可変界磁回転電機１０の回転数やトルクに応じて可変できる。

なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、第１実施形態では、弾性部２８を第１弾性部材４７および第２弾性部材４８で構成する例について説明した、これに限らない。その他の例として、弾性部２８を第２弾性部材４８のみで構成することも可能である。

１０……可変界磁回転電機
１２……ステータ
１４……ロータ
２２……ロータコア
２４……永久磁石
２４ａ…永久磁石の端部
２６……可動鉄心
２８……弾性部
３２……収納スロット
３６……第１端部（収納スロットの径方向内側端部）
３７……第２端部（収納スロットの径方向外側端部）
４７……第１弾性部材
４８……第２弾性部材

Claims (4)

1. ロータコアに永久磁石が埋設されたロータを備えた可変界磁回転電機において、
   極性が異なる前記永久磁石間に配置され、前記ロータの径方向に移動自在に設けられた可動鉄心と、
   前記可動鉄心を前記ロータの径方向中心側に保持する弾性部と、を備え、
   前記ロータの回転数が増すにつれて前記可動鉄心に作用する遠心力で、前記可動鉄心を前記ロータの径方向外側に移動させる、
   ことを特徴とする可変界磁回転電機。
2. 前記ロータコアのうち、極性が異なる前記永久磁石間に径方向に延びるように形成された収納スロットに、前記可動鉄心が前記ロータの径方向に移動自在に収納される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の可変界磁回転電機。
3. 前記弾性部は、
   前記収納スロットの径方向内側端部と前記可動鉄心との間に設けられた第１弾性部材と、
   前記収納スロットの径方向外側端部と前記可動鉄心との間に設けられ、前記第１弾性部材より付勢力が大きい第２弾性部材と、を備える、
   ことを特徴とする請求項２に記載の可変界磁回転電機。
4. 前記ロータが低回転において、前記可動鉄心が前記永久磁石のバックヨークを兼ねる低回転位置に保持され、
   前記ロータが高回転において、前記可動鉄心が前記永久磁石の端部間に配置される、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の可変界磁回転電機。

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