JP2019068577A - 可変磁力モータ - Google Patents

Abstract

【課題】負荷動作中に低保磁力磁石が意図せず減磁されることを抑制する技術を提供する。【解決手段】回転磁界を生成するための固定子巻線を有する固定子と、複数の磁極を有し固定子との間でエアギャップを介して配置される回転子とを備えた可変磁力モータであって、可変磁力モータの磁極は、固定子巻線に流れる電流により生じる起磁力によって残留磁束密度が変化する低保磁力磁石と、残留磁石密度が変化しない高保磁力磁石の少なくとも２種類の磁石が磁気的に直列に配置されて構成される。高保磁力磁石は、低保磁力磁石よりも回転子外周側に配置される。そして、高保磁力磁石と低保磁力磁石との間には軟磁性材が介在する。【選択図】図１

Description

本発明は、可変磁力モータに関する。

従来、低保磁力磁石と高保磁力磁石の保磁力が異なる２つの永久磁石を磁気的に直列に配置することで一磁極を形成し、該磁極を回転子内に複数配置して構成された回転子構造が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に開示された技術では、本構造を用いることで、低保磁力磁石の着磁容易性の改善と、負荷動作時の耐減磁性向上との両立を図っている。

特開２００８−１６２２０１号公報

しかしながら、上記の構造では、低保磁力磁石と高保磁力磁石とを磁気方向に単に積み重ねた構成であるため、負荷動作中に低保磁力磁石が不均一な磁界に晒される。特に、高負荷動作中においては、低保磁力磁石の周方向端部において減磁界が生じる場合がある。この減磁界により、低保磁力磁石が部分的に減磁されると、所望のトルクが得られず問題となる。

本発明は、負荷動作中に低保磁力磁石が意図せず減磁されることを抑制する技術を提供することを目的とする。

本発明による可変磁力モータは、回転磁界を生成するための固定子巻線を有する固定子と、複数の磁極を有し固定子との間でエアギャップを介して配置される回転子とを備えた可変磁力モータである。可変磁力モータの磁極は、固定子巻線に流れる電流により生じる起磁力によって残留磁束密度が変化する低保磁力磁石と、残留磁石密度が変化しない高保磁力磁石の少なくとも２種類の磁石が磁気的に直列に配置されて構成される。高保磁力磁石は、低保磁力磁石よりも回転子外周側に配置される。そして、高保磁力磁石と低保磁力磁石との間には軟磁性材が介在する。

本発明によれば、高保磁力磁石と低保磁力磁石との間に介在する軟磁性材によって、負荷動作中に低保磁力磁石へ印加される磁界を均一化することができるので、負荷動作中に生じる減磁界によって低保磁力磁石が意図せず減磁されることを抑制することができる。

図１は、第１実施形態の可変磁力モータを説明する概略構成図である。 図２は、低保磁力磁石の磁石特性を説明するための図である。 図３は、第２実施形態の可変磁力モータを説明する概略構成図である。 図４は、第３実施形態の可変磁力モータを説明する概略構成図である。 図５は、第４実施形態の可変磁力モータを説明する概略構成図である。 図６は、従来の課題を説明するための図である。

[第1実施形態]
図１は、第１実施形態の可変磁力モータ１００を軸方向に垂直な断面から見た構成図であって、構成全体の一部を示した図である。本実施形態の可変磁力モータ１００は、固定子３と、固定子３との間にエアギャップ６を有するように配置された回転子４と、回転子４において磁気的に直列に配置された高保磁力磁石１および低保磁力磁石２と、高保磁力磁石１と低保磁力磁石２との間に介在する短絡磁路５と、を含んで構成される。なお、「磁気的に直列」とは、本実施形態においては「回転子４の半径方向に直列」であることと略一致する。本実施形態の可変磁力モータ１００は、電動車両の駆動源として適用することを前提とするが、これに限らず、発電機等に適用されてもよい。

固定子３は、リング状の固定子コア１３と、固定子コア１３から内周側に向けて突起する複数のティース９と、回転磁界を生成するためにティース９に巻き回された固定子巻線１２と、からなる。固定子コア１３は、例えば軟磁性材料である電磁鋼板により形成される。

回転子４は、回転子コア１４を有している。回転子コア１４は、保磁力が小さく透磁率の高い軟磁性材料からなる金属製の鋼板を円環状に打ち抜き加工して形成された電磁鋼板を軸方向に多数積層して構成された、いわゆる積層鋼板構造により円筒形に形成されている。また、回転子コア１４の、固定子コア１３と対向する周辺（回転子コア１４の外周部）の近傍には、高保磁力磁石１と低保磁力磁石２により構成される磁極が互いに等間隔で、且つ、互いに隣接する磁極の極性が異極性となるように設けられている。なお、本実施形態の可変磁力モータ１００は、図１で示す部分構成から推察されるとおり、８極構造を有する。

また、回転子コア１４は、電磁鋼板を打ち抜き加工することで形成された空間部分である磁気的障壁７を有する。磁気的障壁７は、電磁鋼板よりも磁気抵抗が大きい。したがって、磁気的障壁７は、高保磁力磁石１及び低保磁力磁石２が回転子４上に構成する磁気回路において、磁石磁束に対する磁束障壁として作用する。例えば、ある一磁極の高保磁力磁石１から出た磁石磁束が当該磁極の逆極性側に回り込もうとする磁路の障壁として機能する。図示する磁気的障壁７の形状は例示であって、特に限定されない。

高保磁力磁石１は、固定子３の起磁力（以下「ステータ起磁力」と称する）によっては、着磁又は減磁がなされず、残留磁束密度が変化しない程度の高い保磁力を有する永久磁石である。このような保磁力は、例えば５００［ｋＡ／ｍ］以上である。高保磁力磁石１は、回転子４に形成される一磁極において、低保磁力磁石２よりも回転子４の径方向における外周側に配置される。なお、以下の説明において各構成の配置を説明する際に用いる「外周側」「内周側」「径方向」「周方向」等の語は、特に指定されない限りは回転子４を基準として用いられる。

高保磁力磁石１を低保磁力磁石２よりも外周側に配置し、固定子３と低保磁力磁石２との間に介在させることにより、低保磁力磁石２がステータ起磁力によって意図せず着磁又は減磁がなされるリスクを低減することができる。また、本実施形態の高保磁力磁石１は、２枚の平板状の永久磁石が、磁極の略中央部分（ｄ軸近傍の部分）における外周からの埋め込み深さが、磁極の端部（ｑ軸側の部分）における外周からの埋め込み深さより浅くなるように配置されている。なお、「埋め込み深さ」とは、回転子４の外周から高保磁力磁石１の外周側の端部までの距離である。ただし、ここでの「回転子４の外周」とは、回転子４の外周とｄ軸とが交差する点を基準とする仮想円とし、ｑ軸上に形成された切欠き形状部分は考慮しないものとする。

なお、一磁極における２枚の高保磁力磁石１、及び、２枚の低保磁力磁石２のそれぞれの間に形成された回転子コア１４のブリッジ形状部分は、回転子コア１４の回転強度の観点から形成されたものであり、その幅等は、所望の回転強度を満たす限り特に限定されない。

低保磁力磁石２は、ステータ起磁力によって残留磁束密度を変化させることができる程度の保磁力を有する永久磁石である。低保磁力磁石２は、略平板上の２枚の永久磁石が、ｄ軸に直交する直線状に並んで配置される。低保磁力磁石２の磁気特性について、図２を用いて説明する。

図２は、永久磁石の磁気特性を示すＢ−Ｈカーブを示す図であって、低保磁力磁石２が有する磁気特性の一例を説明するための図である。図２では、縦軸が低保磁力磁石２の磁束密度［Ｔ］であり、横軸が固定子巻線１２を流れる電流で形成される磁界の強さ（磁界強度）［Ａ／ｍ］である。なお、低保磁力磁石２の単位厚みあたりに作用する起磁力が磁界の強さであり、磁界の強さはステータ起磁力と比例関係にある。すなわち、ステータ起磁力がプラスの方向に大きくなるほど、低保磁力磁石２に与えられる磁界が強くなり、これに伴い低保磁力磁石２の磁束密度が増加する。

図２に示すように、低保磁力磁石２の磁気特性は、非可逆な特性であり、例えば、固定子巻線１２に供給される電流（ｄ軸電流）の大きさに応じて選択される複数の磁化経路ｃ１〜ｃ４を有する。なお、低保磁力磁石２を着磁或いは減磁する際は、通常、固定子巻線１２にｄ軸電流のパルスを供給する。

例えば、固定子巻線１２に供給されるｄ軸電流のパルスの高さをプラスの方向に大きくすることにより、低保磁力磁石２は、その磁束密度が増加するように磁化（着磁）される。

低保磁力磁石２を着磁させるときには、ｄ軸電流のパルスの高さによって磁化経路ｃ１〜ｃ４の中から１つの経路が選択される。例えば、固定子巻線１２に供給するパルス状のｄ軸電流で作られる磁界が着磁磁界Ｈ_i1となるように設定された場合には、磁化経路ｃ１が選択される。その後、選択された磁化経路ｃ１において、低保磁力磁石２の磁束密度［Ｔ］は、いわゆる弱め界磁制御によるマイナスのｄ軸電流に応じて変動する。

一方、固定子巻線１２に供給されるｄ軸電流のパルスの高さをマイナスの方向に増加させることにより、低保磁力磁石２は、その磁束密度が減少するように磁化（減磁）される。例えば、低保磁力磁石２を減磁させるときには、固定子巻線１２に供給されるｄ軸電流が、弱め界磁制御によるマイナスのｄ軸電流の値よりも小さくなるように設定される。

このように、固定子巻線１２に供給されるｄ軸電流のパルスの高さに応じて、低保磁力磁石２が有する磁束密度を段階的に増減させることができる。すなわち、低保磁力磁石２の着磁量は、固定子巻線１２に供給されるｄ軸電流により段階的に変更可能である。なお、低保磁力磁石２の保磁力（図中のＨｒの絶対値）は、ＩＰＭモータに用いられる一般的な永久磁石（すなわち、高保磁力磁石１）の保磁力の１／５程度である。

なお、図２では、一例として４つの磁化経路ｃ１〜ｃ４を有する永久磁石を示したが、低保磁力磁石２はこれに限られるものではない。例えば、２又は３つの磁化経路や、５つ以上の磁化経路を有する永久磁石が用いられてもよい。

以上が、低保磁力磁石２の持つ特徴的な磁石特性である。このような特性を有する低保磁力磁石２を備えた可変磁力モータ１００を電動車両に適用した場合、車両の走行中に固定子巻線１２に供給するｄ軸電流を制御することにより、電動車両の走行状態に合わせて低保磁力磁石２の磁力を好適に変化させることができる。具体的には、例えば、トルクが要求される低回転領域においては、トルク及び出力が最大となるように着磁し、回転速度が求められる高回転領域においては、逆起電力の発生を抑えて回転数を高めるために減磁するといった具合である。また、走行状態に応じて永久磁石の磁力を変化させることで広範囲で効率を向上させることができるので、可変磁力モータ１００の消費電力を抑えることができる。

なお、このような低保磁力磁石２を備えた回転電機、すなわち本実施形態の可変磁力モータ１００は、上述のように永久磁石の磁力を変化させることができる特性を備えることから「可変磁力」モータと呼ばれる。

しかしながら、低保磁力磁石を備えた可変磁力モータを車両の駆動源として適用させた場合、上述したように所望の磁化状態に磁力を変化させることができるメリットがある一方で、走行要求に基づく負荷に対して所望のトルクを出力させるために発生させるステータ起磁力によって低保磁力磁石が意図せず減磁されてしまい、所望のトルクが得られない場合があるというデメリットがある。

ここで、上記文献では、高保磁力磁石と低保磁力磁石とを磁化方向に直列に重ね合わせて配置することにより、低保磁力磁石の着磁容易性の改善と負荷動作時の耐減磁性向上とを図る技術が開示されている。なお、本明細書における負荷動作とは、モータの動作において走行要求に基づく負荷に対してトルクを発生させるための動作を示す用語であって、永久磁石を意図的に着減磁するための動作を除くものと定義される。

しかしながら、上記文献でも上記デメリットを完全には解決出来ておらず、以下のような課題を有している。図６は、従来の課題を説明するための図である。なお図６では、説明の為、固定子３と回転子４とを本来の環形状ではなく、平板状に描いている。

図中に示す一点鎖線は、ステータ起磁力、すなわち磁界の強さを示している。この一点鎖線は、図中の上方に行くほど磁化方向（着磁方向）の磁界が強くなり、図中の下方に行くほど、磁化方向の逆方向（減磁方向）の磁界が強くなるように描いている。

図６の一点鎖線で示すように、ある一磁極の磁化方向（着磁方向）に一致する方向のステータ起磁力が最大となる場所から１８０°位相がずれた場所では、着磁方向の逆方向の減磁界が生じる（点線枠内参照）。特に高負荷要求時などでは、ステータ起磁力の最大値が大きくなるので、減磁界も大きくなる。負荷動作時では、所望のトルクを発生させるために、ステータ起磁力が最大となる場所が固定子３の周方向に沿って回転移動する。したがって、例えば、図示するように、回転子の回転方向の先にステータ起磁力が最大となる場所（図中のＮ）がある場合、その場所から１８０°位相がずれた場所（図中のＳ）と、低保磁力磁石２の周方向端部とが重なる場面がある。その時、低保磁力磁石２の端部に生じる減磁界によって、低保磁力磁石２が意図せず減磁されてしまう場合がある。

すなわち、従来のように、高保磁力磁石１と低保磁力磁石２とを磁化方向に重ね合わせて、物理的に縦積みした構成では、負荷動作時に低保磁力磁石２が不均一な磁界に晒されるので、負荷状態によっては低保磁力磁石２の端部に減磁してしまう程の減磁界が印加される場合がある。このため、従来では、特に高負荷要求時や高温状態時などに、低保磁力磁石の端部に生じる減磁界により低保磁力磁石２が意図せず減磁されてしまい、所望のトルクを得られない場合があり問題となる。

本発明はこのような問題を解決する。具体的には、本発明にかかる第１実施形態の可変磁力モータ１００は、高保磁力磁石１と低保磁力磁石２との間に短絡磁路５を備えることにより上記課題を解決する。以下、図１に戻って説明を続ける。

短絡磁路５は、図示するとおり、高保磁力磁石１と低保磁力磁石２との間に介在するように設けられる。短絡磁路５は、軟磁性材である。上述したとおり、回転子コア１４は軟磁性材料から形成されているので、短絡磁路５は、回転子コア１４の一部として構成されてよい。ただし、短絡磁路５は、必ずしも回転子コア１４の一部である必要はなく、別部品としての軟磁性材単体を、高保磁力磁石１と低保磁力磁石２との間に挿入して配置することにより構成されてもよい。

軟磁性材は、保磁力が低く、透磁率が高いので、回転子コア１４を磁気回路としてみた場合、短絡磁路５は、高保磁力磁石１と低保磁力磁石２との間において磁路を短絡するように作用する。このため、負荷動作時に発生したステータ起磁力が、低保磁力磁石２に印加される前に短絡磁路５において均一化されるので、低保磁力磁石２の周方向端部に発生する減磁界を緩和することができる。これにより、低保磁力磁石２の周方向端部に発生する減磁界により低保磁力磁石２が部分的に減磁されることを抑制することができる。この結果、上記課題を解決し、低保磁力磁石２に対して所望のトルクを得られるだけの磁束を発生させることができる。

また、上述したとおり、本実施形態の高保磁力磁石１は、２枚の平板状の永久磁石が、磁極の略中央部分における外周からの埋め込み深さが、磁極の端部における外周からの埋め込み深さより浅くなるように配置されている。換言すると、本実施形態の可変磁力モータ１００では、平板形状の二枚の高保磁力磁石１が外周に向かって凸な略三角形状に配置されている。このため、磁極の外周側を通るｑ軸磁路が高保磁力磁石１の凸の先端側部分によって遮断されるので、負荷動作時に負荷電流により発生するｑ軸磁束を低減することができる。その結果、負荷動作時の力率を向上させて、可変磁力モータ１００の出力トルクをより向上させることができる。

なお、本実施形態の高保磁力磁石１は、略平板形状の永久磁石を用いて構成されているので、コストの増加を抑制しつつ、ｑ軸磁路を遮断して、負荷動作時の力率を向上させることができる。

また、高保磁力磁石１が上述のように配置され、且つ、その内周側において低保磁力磁石２がｄ軸に直交する略直線状に配置されることで、短絡磁路５は図示するような形状となる。すなわち、本実施形態の短絡磁路５は、磁極の略中央部（略ｄ軸上）における半径方向の厚みが磁極の端部側（ｑ軸側）における半径方向の厚みよりも厚くなるように構成されている。これにより、負荷動作時に低保磁力磁石２の周方向端部にて発生する磁束を磁極の略中央部へ導くことができるので、低保磁力磁石２の端部に生じる減磁界をより緩和することができる。このため、低保磁力磁石２の部分減磁がより抑制され、出力トルクをさらに向上させることができる。

また、回転子４の磁極において、低保磁力磁石２の磁極幅は、高保磁力磁石１の磁極幅に対して、同等か、又は狭くなるように構成される。これにより、ステータ起磁力が高保磁力磁石１を介さずに直接的に低保磁力磁石２に印加されることが抑制されるので、低保磁力磁石２の端部に生じる減磁界を高保磁力磁石１によってより確実に緩和することができる。なお、ここでの磁極幅は、高保磁力磁石１及び低保磁力磁石２のそれぞれの外周側端部間を結んだ直線距離とする。

本実施形態の可変磁力モータ１００は、以上のような構成により、負荷動作時の低保磁力磁石２の端部に生じる減磁を抑制できるので、出力トルクを従来よりも向上させることができる。

以上、第１実施形態の可変磁力モータ１００は、回転磁界を生成するための固定子巻線１２を有する固定子３と、複数の磁極を有し固定子３との間でエアギャップ６を介して配置される回転子４とを備えた可変磁力モータである。可変磁力モータ１００の磁極は、固定子巻線１２に流れる電流により生じる起磁力によって残留磁束密度が変化する低保磁力磁石２と、残留磁石密度が変化しない高保磁力磁石１の少なくとも２種類の磁石が磁気的に直列に配置されて構成される。高保磁力磁石１は、低保磁力磁石２よりも回転子外周側に配置される。そして、高保磁力磁石１と低保磁力磁石２との間には軟磁性材（短絡磁路５）が介在する。これにより、高保磁力磁石１と低保磁力磁石２との間に介在する軟磁性材によって、負荷動作中に低保磁力磁石２へ印加される磁界を均一化することができるので、負荷動作中に生じる減磁界によって低保磁力磁石２が意図せず部分減磁されることを抑制することができ、出力トルクを向上させることができる。

また、第１実施形態の可変磁力モータ１００によれば、短絡磁路５は、磁極の略中央部における回転子径方向の厚みが、磁極の端部における回転子径方向の厚みより厚い。これにより、負荷動作時に低保磁力磁石２の周方向端部にて発生する磁束を磁極の略中央部へ導くことができるので、低保磁力磁石２の部分減磁がより抑制され、出力トルクをさらに向上させることができる。

また、第１実施形態の可変磁力モータ１００によれば、高保磁力磁石１は、磁極の略中央部における回転子の外周面からの埋め込み深さが、磁極の端部における埋め込み深さよりも浅い。これにより、磁極の外周側を通るｑ軸磁路を遮断して、負荷動作時に負荷電流により発生するｑ軸磁束を低減することができるので、負荷動作時の力率を向上させて、可変磁力モータ１００の出力トルクをより向上させることができる。

また、第１実施形態の可変磁力モータ１００によれば、高保磁力磁石１は、少なくとも一つの略平板形状の永久磁石から構成される。これにより、永久磁石の製造コストの増加を抑制しながら、上記効果を達成することができる。

また、第１実施形態の可変磁力モータ１００によれば、磁極を構成する低保磁力磁石２の周方向幅は、当該磁極を構成する高保磁力磁石１の周方向幅に対して同等か、または狭い。これにより、ステータ起磁力が高保磁力磁石１を介さずに直接的に低保磁力磁石２に印加されることが抑制されるので、低保磁力磁石２の端部に生じる減磁界を高保磁力磁石１によってより確実に緩和することができる。

［第２実施形態］
以下、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については、その説明を省略する。

図３は、第２実施形態の可変磁力モータ２００を説明する概略構成図である。本実施形態の可変磁力モータ２００が可変磁力モータ１００と異なる点は、高保磁力磁石１の形状である。

図示するとおり、本実施形態の高保磁力磁石１０は、略円弧形状の永久磁石から構成される。より具体的には、本実施形態の可変磁力モータ２００では、略円弧形状の二枚の高保磁力磁石１を外周に向かって凸な半円形状に配置することにより一磁極が構成されている。

このように、高保磁力磁石１の外周側の形状を略円弧形状にすることにより、ステータへの鎖交磁束、すなわちエアギャップ６に発生する磁石磁束をより正弦波形状に近づけることができるので、磁石磁束の空間高調波成分を低減させることができる。その結果、負荷動作時の磁石磁束の空間高調波成分に起因する鉄損を低減できるので、可変磁力モータ２００の効率を向上させることができる。

以上、第２実施形態の可変磁力モータ２００によれば、高保磁力磁石１は、少なくとも一つの略円弧形状の永久磁石から構成される。これにより、エアギャップ６に発生する磁石磁束をより正弦波形状に近づけることができるので、磁石磁束の空間高調波成分を低減させることができる。その結果、負荷動作時の磁石磁束の空間高調波成分に起因する鉄損を低減することができる。

［第３実施形態］
以下、第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については、その説明を省略する。

図４は、第３実施形態の可変磁力モータ３００を説明する概略構成図である。本実施形態の可変磁力モータ３００が可変磁力モータ１００、２００と異なる点は、高保磁力磁石１及び低保磁力磁石２の配置である。

図示するとおり、可変磁力モータ３００が備える高保磁力磁石１は、低保磁力磁石２の外周側において、略平板状の永久磁石がｄ軸と直交する直線状に配置されて構成される。そして、低保磁力磁石２は、高保磁力磁石１の内周側において、磁極の略中央部分（ｄ軸近傍の部分）における外周からの埋め込み深さが、磁極の端部（ｑ軸側の部分）における外周からの埋め込み深さより深くなるように配置される。換言すると、本実施形態の低保磁力磁石２は、内周側に凸な略三角形状に配置される。

低保磁力磁石２をこのように配置することにより、一磁極の周方向幅において、回転子４の側面から見た低保磁力磁石２の表面積を増大させることができるので、低保磁力磁石２の磁石磁束を増大させることができる。結果として、低保磁力磁石２からでる磁石磁束を最大化することができるので、可変磁力モータ３００の出力トルクを向上させることができる。

なお、回転子コア１４は、上述のとおり電磁鋼板等の軟磁性材からなるので、その飽和磁束密度は、低保磁力磁石２及び高保磁力磁石１の残留磁束密度に対して十分に大きい。このため、低保磁力磁石２の磁石磁束を増大させても磁気飽和が生じることはない。

以上、第３実施形態の可変磁力モータ３００によれば、低保磁力磁石２は、磁極の略中央部における回転子４の外周面からの埋め込み深さが、磁極の端部における埋め込み深さよりも深い。これにより、一磁極に許される周方向幅において、回転子４の側面から見た低保磁力磁石２の表面積を増大させることができるので、低保磁力磁石２の磁石磁束を増大させることができる。

［第４実施形態］
以下、第４実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については、その説明を省略する。

図５は、第４実施形態の可変磁力モータ４００を説明する概略構成図である。第４実施形態の可変磁力モータ４００が可変磁力モータ１００〜３００と異なる点は、高保磁力磁石１及び低保磁力磁石２のそれぞれの保磁力、および、厚みＴｂ、Ｔｊに以下の限定を加えた点である。

本実施形態の高保磁力磁石１は、その保磁力Ｈｃｂを８００ｋＡ／ｍ以上とする。また、本実施形態の低保磁力磁石２は、その保磁力Ｈｃｊを１５０ｋＡ／ｍ以下とする。ここでの保磁力Ｈｃｂ、Ｈｃｊは、磁化が０となる磁界強度で定義される。すなわち、保磁力Ｈｃｂ、Ｈｃｊは、磁石特性を示すＢ−Ｈカーブ上で磁束密度が０となる磁界強度で定義される保磁力の絶対値である（図６のＨｒ参照）。なお、保持力Ｈｃｂの上限は、所望のモータ性能に応じて適宜設定される。また、保持力Ｈｃｊの下限は０より大きい値であればよい。

保磁力Ｈｃｂ、Ｈｃｊをこのように規定することにより、高保磁力磁石１の残留磁束密度を維持しつつ、低保磁力磁石２の残留磁束密度をステータ起磁力によって変化させることができる。

そして、本実施形態では、高保磁力磁石１と低保磁力磁石２の各保磁力Ｈｃｂ、Ｈｃｊと、各厚みＴｂ、Ｔｊを以下のように規定する。すなわち、保磁力Ｈｃｂ、Ｈｃｊと、各厚みＴｂ、Ｔｊは、高保磁力磁石１の厚みＴｂと保磁力Ｈｃｂ［ｋＡ／ｍ］との積で表される高保磁力磁石１の起磁力［Ａ］と、着磁する時のステータ起磁力［Ａ］とを足し合わせた値が、低保磁力磁石２の厚みＴｊと保磁力Ｈｃｊ［ｋＡ／ｍ］との積で表される低保磁力磁石２の起磁力［Ａ］よりも大きくなるように決定される。なお、ここでの「厚み」は、図示するように、回転子４の半径方向における厚みである。

これにより、低保磁力磁石２と固定子３との間に高保磁力磁石１が介在しても、ステータ起磁力によって、低保磁力磁石２を確実に着磁することができるので、可変磁力モータ４００の出力トルクを向上させることができる。

また、高保磁力磁石１の一磁極あたりの厚みＴｂは、一磁極を構成する高保磁力磁石１と低保磁力磁石の厚保みの合計（Ｔｂ＋Ｔｊ）の３０％以下とする。これにより、一磁極において、磁力を変化させることができる低保磁力磁石２の厚みを十分確保できるので、一磁極における磁石磁束の鎖交磁束変化量を十分確保することができる。なお、本実施形態では磁化方向において一つの低保磁力磁石２と高保磁力磁石１とが並ぶ構成を示しているが、厚みＴｂに係る本実施形態で述べた規定は、高保磁力磁石１及び低保磁力磁石２がそれぞれ、あるいは一方が２以上並ぶ構成であっても適用される。

このように、上述した構成とすることで、出力トルクを向上させつつ、磁石磁束の鎖交磁束変化量を十分に確保できるので、低速から高速にかけての銅損を低減できるとともに、特に高速域における鉄損を低減することができる。

より具体的には、低速域では、低保磁力磁石２を着磁して磁力を大きく変化させることにより、所望のトルクを得るために必要な固定子３へ供給する電流量をより少なくすることができるので、銅損を低減することができる。一方で、高速域においては、低保磁力磁石を減磁して磁力を小さく変化させることにより、逆起電力の発生を抑えることができるので、鉄損を低減することができる。このように、可変磁力モータ４００では、従来の課題であった低保磁力磁石が意図せず減磁されることを抑制し、可変磁力モータの特性を十分に引き出して鉄損及び銅損を低減させることができるので、出力トルクを向上させるとともに、モータの効率を向上させることができる。

以上、第４実施形態の可変磁力モータ４００によれば、高保磁力磁石１の保磁力Ｈｃｂは、８００ｋＡ／ｍ以上であり、低保磁力磁石２の保磁力Ｈｃｊは、１５０ｋＡ／ｍ以下であり、高保磁力磁石の厚みＴｂと保磁力Ｈｃｂとの積［Ａ］と、着磁する時のステータ起磁力［Ａ］とを足し合わせた値は、低保磁力磁石２の厚みＴｊと保磁力Ｈｃｊとの積［Ａ］よりも大きい。これにより、低保磁力磁石２と固定子３との間に高保磁力磁石１が介在しても、ステータ起磁力によって、低保磁力磁石２を確実に着磁することができるので、可変磁力モータ４００の出力トルクを向上させることができる。

また、第４実施形態の可変磁力モータ４００によれば、高保磁力磁石１の厚みＴｂは、磁極を構成する高保磁力磁石１の厚みＴｊと低保磁力磁石２の厚みＴｂを全て足し合わせた厚みに対して３０％以下である。これにより、磁力を変化させることができる低保磁力磁石２の厚みを十分確保できるので、一磁極における磁石磁束の鎖交磁束変化量を十分確保することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。また、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。

例えば、第３実施形態の低保磁力磁石２の配置と第１実施形態の高保磁力磁石１の配置とを組み合わせて一磁極を形成しても良い。

１…高保磁力磁石
２…低保磁力磁石
３…固定子
４…回転子
５…軟磁性材（短絡磁路）
６…エアギャップ

Claims (9)

1. 回転磁界を生成するための固定子巻線を有する固定子と、複数の磁極を有し前記固定子との間でエアギャップを介して配置される回転子とを備えた可変磁力モータにおいて、
   前記磁極は、前記固定子巻線に流れる電流により生じる起磁力によって残留磁束密度が変化する低保磁力磁石と、残留磁石密度が変化しない高保磁力磁石の少なくとも２種類の磁石が磁気的に直列に配置されて構成され、
   前記高保磁力磁石は、前記低保磁力磁石よりも回転子外周側に配置されており、
   前記高保磁力磁石と前記低保磁力磁石との間には軟磁性材が介在する、
   ことを特徴とする可変磁力モータ。
2. 前記軟磁性材は、前記磁極の略中央部における回転子径方向の厚みが、前記磁極の端部における回転子径方向の厚みより厚い、
   ことを特徴とする請求項１に記載の可変磁力モータ。
3. 前記高保磁力磁石は、前記磁極の略中央部における前記回転子の外周面からの埋め込み深さが、前記磁極の端部における埋め込み深さよりも浅い、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の可変磁力モータ。
4. 前記低保磁力磁石は、前記磁極の略中央部における前記回転子の外周面からの埋め込み深さが、前記磁極の端部における埋め込み深さよりも深い、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の可変磁力モータ。
5. 前記高保磁力磁石は、少なくとも一つの略平板形状の永久磁石から構成される、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の可変磁力モータ。
6. 前記高保磁力磁石は、少なくとも一つの略円弧形状の永久磁石から構成される、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の可変磁力モータ。
7. 前記磁極を構成する前記低保磁力磁石の周方向幅は、当該磁極を構成する前記高保磁力磁石の周方向幅に対して同等か、または狭い、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の可変磁力モータ。
8. 前記高保磁力磁石の保磁力Ｈｃｂは、８００ｋＡ／ｍ以上であり、
   前記低保磁力磁石の保磁力Ｈｃｊは、１５０ｋＡ／ｍ以下であり、
   前記高保磁力磁石の厚みと前記保磁力Ｈｃｂとの積と、着磁する時のステータ起磁力とを足し合わせた値は、前記低保磁力磁石の厚みと前記保磁力Ｈｃｊとの積よりも大きい、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の可変磁力モータ。
9. 前記高保磁力磁石の厚みは、前記磁極を構成する前記高保磁力磁石の厚みと前記低保磁力磁石の厚みを全て足し合わせた厚みに対して３０％以下である、
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の可変磁力モータ。

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