JP2020205706A - ロータ及び回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で、ロータの低回転時に高トルクを得るとともにロータの高回転時に高出力を得ることができるロータ及びこのロータを備えた回転電機を提供する。【解決手段】ロータ５は、軸線Ｃ回りの周方向に沿って設けられて永久磁石３０が挿入される磁石挿入孔２１と、磁石挿入孔２１よりも軸線Ｃと直交する径方向の外側に設けられた開口部２３と、を有するロータコア２０と、開口部２３に配置されるとともに磁束が通過可能な可動片６０と、開口部２３内において軸線Ｃの軸方向と平行な回動軸Ｏ回りに可動片６０を回動可能に軸支する軸部材５０と、を備える。回転電機は、このロータ５と、ロータ５の外側に間隔をあけて配置されるステータと、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、ロータ及び回転電機に関するものである。

従来、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載される回転電機において、ロータの回転速度に応じた永久磁石の磁路を形成することにより、高効率で使用できる回転電機の動作範囲を拡大し、回転電機の性能を向上させる技術が種々提案されている。

例えば特許文献１には、ロータコアに挿入された複数の永久磁石と、隣接する永久磁石間にあけた複数のフラックスバリア内にそれぞれ配置され、隣接する永久磁石の一方の第１極と他方の第２極との磁束を短絡させる磁束短絡部材と、を有するロータの構成が開示されている。磁束短絡部材の少なくとも一部は透磁率変化材料から成る。磁束短絡部材は、フラックスバリア内でバネにより半径方向内向きに付勢されている。特許文献１に記載の技術によれば、遠心力により透磁率変化材料に作用する加圧力を変化させることで、透磁率変化材料の透磁率を変化させ、磁束経路を変化させる。これにより、磁束を短絡させる部材の小さな移動距離で、ロータの高回転時に弱め界磁効果を得ることができるとされている。

特開２００４−３４３８４２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術にあっては、磁束短絡部材を付勢するためのバネを設ける必要があり、部品点数が増加するおそれがある。

そこで、本発明は、簡素な構成で、ロータの低回転時に高トルクを得るとともにロータの高回転時に高出力を得ることができるロータ及びこのロータを備えた回転電機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明に係るロータ（例えば、実施形態におけるロータ５）は、軸線（例えば、実施形態における軸線Ｃ）回りの周方向に沿って設けられて永久磁石（例えば、実施形態における永久磁石３０）が挿入される磁石挿入孔（例えば、実施形態における磁石挿入孔２１）と、前記磁石挿入孔よりも前記軸線と直交する径方向の外側に設けられた開口部（例えば、実施形態における開口部２３）と、を有するロータコア（例えば、実施形態におけるロータコア２０）と、前記開口部に配置されるとともに磁束が通過可能な可動片（例えば、実施形態における可動片６０）と、前記開口部内において前記軸線の軸方向と平行な回動軸（例えば、実施形態における回動軸Ｏ）回りに前記可動片を回動可能に軸支する軸部（例えば、実施形態における軸部材５０）と、を備えることを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明に係るロータは、前記開口部は、前記可動片において前記軸部と反対側の先端（例えば、実施形態における先端６４）に対応する位置に設けられた円弧部（例えば、実施形態における円弧部２７）と、前記円弧部の円弧中心に設けられた軸支部（例えば、実施形態における軸支部２６）と、前記可動片の一方向への回動を規制する第一規制部（例えば、実施形態における第一規制部３１）と、前記可動片の他方向への回動を規制する第二規制部（例えば、実施形態における第二規制部３２）と、を有することを特徴としている。

また、請求項３に記載の発明に係るロータは、前記第一規制部は、前記軸方向から見て前記円弧部の一端と前記軸支部とを接続する直線状に形成され、前記第二規制部は、前記軸方向から見て前記円弧部の他端と前記軸支部とを接続する直線状に形成され、前記開口部は、扇形状に形成されていることを特徴としている。

また、請求項４に記載の発明に係るロータは、前記可動片の前記先端と、前記円弧部と、の間には隙間（例えば、実施形態における隙間Ｓ）が設けられ、前記隙間の大きさは、前記可動片と前記ロータコアとの間を磁束が通過可能な大きさに設定されていることを特徴としている。

また、請求項５に記載の発明に係るロータは、前記永久磁石は、前記周方向に沿って配置され、前記可動片は、前記軸方向から見て、前記ロータが所定の回転数未満で回転した場合に前記径方向に沿って配置された第一状態（例えば、実施形態における第一状態Ｐ１）と、前記ロータが所定の回転数以上で回転した場合に前記周方向に沿って配置された第二状態（例えば、実施形態における第二状態Ｐ２）と、の間で回動することを特徴としている。

また、請求項６に記載の発明に係るロータは、前記永久磁石は、前記周方向に複数設けられ、各前記永久磁石と前記ロータの外周部との間には、複数の前記開口部が設けられていることを特徴としている。

また、請求項７に記載の発明に係るロータは、前記ロータコアは、前記径方向において前記開口部に対応する位置で、かつ前記周方向において極の異なる前記永久磁石間に設けられた孔部（例えば、実施形態における孔部２５）を有することを特徴としている。

また、請求項８に記載の発明に係るロータは、前記軸部は、前記開口部に挿入された軸部材（例えば、実施形態における軸部材５０）であり、前記可動片は、前記軸部材が挿入される環状の支持部（例えば、実施形態における支持部６１）を有し、前記支持部は、磁性体により形成されていることを特徴としている。

また、請求項９に記載の発明に係る回転電機（例えば、実施形態における回転電機１）は、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のロータと、前記ロータの外側に間隔をあけて配置されるステータ（例えば、実施形態におけるステータ３）と、を備えることを特徴としている。

本発明の請求項１に記載のロータによれば、ロータコアは、永久磁石よりも径方向の外側に開口部を有し、開口部には、軸部を回転中心として回動可能かつ磁束が通過可能な可動片が設けられている。これにより、可動片が開口部内を回動することにより、永久磁石の磁路を切り替えることができる。ここで、例えばロータが低回転した際には、永久磁石の磁力により可動片を永久磁石側に引き付けることにより、永久磁石とロータコアの外周部との間に磁路を形成する。これにより、永久磁石の磁束をロータの径方向の外側へ導くことができるので、ロータの低回転時に高いトルクを得ることができる。一方、ロータが高回転した際には、遠心力により可動片を開口部の径方向の外側に配置することにより、永久磁石とロータの外周部との間に空隙を形成する。これにより、永久磁石の磁束が径方向の外側へ向かうのを抑制できるので、逆起電力の大きさを抑え、弱め磁束電流を小さくできる。また、ロータの外側にステータを配置した場合には、可動片が開口部の径方向の外側に配置されることにより、可動片を介してロータの周方向に沿うリラクタンストルクを効率よく発生させることができる。よって、ロータの高回転時における出力を向上し、高効率なロータとすることができる。
可動片は、回転数が所定の回転数未満のときは永久磁石側に引き付けられ、回転数が所定の回転数以上のときは遠心力により径方向の外側に移動するので、バネ等の付勢部材を別途設ける必要がない。よって、バネ等の付勢部材を有する従来技術と比較して部品点数を削減できる。
したがって、簡素な構成で、ロータの低回転時に高トルクを得るとともにロータの高回転時に高出力を得ることができるロータを提供できる。

本発明の請求項２に記載のロータによれば、開口部は、可動片の先端に対応する位置に設けられた円弧部と、円弧中心に設けられた軸支部と、を有するので、可動片は、軸支部を中心として先端が円弧部に沿うように回動する。また、開口部は第一規制部を有するので、第一規制部に可動片が当接することにより、可動片の一方向への回動を規制できる。開口部は第二規制部を有するので、第二規制部に可動片が当接することにより、可動片の他方向への回動を規制できる。これにより、ロータの低回転時及び高回転時における可動片の位置決めをすることができる。よって、可動片を所望の位置に配置し、回転数に応じた適切な磁路を形成できる。

本発明の請求項３に記載のロータによれば、開口部は、直線状の第一規制部及び第二規制部と、円弧部と、を有する扇形状に形成されているので、開口部の形状を、可動片の回動軌跡に対応した形状とすることができる。これにより、可動片を介して効果的に磁路を形成できる。

本発明の請求項４に記載のロータによれば、可動片の先端と円弧部との間には隙間が設けられているので、可動片の回動時に先端と円弧部とが干渉するのを抑制できる。これにより、可動片を滑らかに回動させることができる。可動片の先端と円弧部との間の隙間の大きさは、隙間を介して可動片とロータコアとの間に磁束が通過可能な大きさに設定されているので、可動片を用いて効果的に磁路を形成できる。

本発明の請求項５に記載のロータによれば、可動片は、ロータが所定の回転数未満で回転した場合（低回転時）にロータの径方向に沿って配置された第一状態と、ロータが所定の回転数以上で回転した場合（高回転時）に周方向に沿って配置された第二状態と、の間で回動する。第一状態において、可動片は径方向に沿って配置されるので、永久磁石とロータコアの外周部との間に磁路が形成される。これにより、永久磁石の磁束をロータの径方向の外側へ導くことができるので、ロータの低回転時に高いトルクを得ることができる。第二状態において、可動片は周方向に沿って配置されるので、永久磁石とロータの外周部との間に空隙を形成できる。これにより、径方向の外側へ向かう永久磁石の磁束が抑制されるので、逆起電力の発生を抑制し、弱め磁束電流を小さくできる。また、ロータの外側にステータを配置した場合には、可動片が周方向に沿って配置されることにより、可動片を介してロータの周方向に沿うリラクタンストルクを効率よく発生させることができる。これにより、ロータの高回転時に高い出力を得ることができる。

本発明の請求項６に記載のロータによれば、永久磁石は周方向に複数設けられ、開口部は、各永久磁石とロータの外周部との間において複数設けられている。これにより、複数箇所で磁路の切り替えを行うことができるので、可動片による磁束の誘導を効率よく行うことができる。

本発明の請求項７に記載のロータによれば、孔部は、径方向において開口部に対応する位置かつ周方向において極の異なる永久磁石間に設けられているので、極の異なる永久磁石間に磁束が回り込むのを抑制できる。換言すれば、孔部はフラックスバリアとして機能する。これにより、磁路を所望の箇所に形成し、磁路が永久磁石間に回り込むことによるロータの効率低下を抑制できる。

本発明の請求項８に記載のロータによれば、開口部には軸部材が挿入され、可動片の支持部が軸部材に軸支されているので、可動片は、軸部材を回転中心として開口部内を回動する。これにより、簡素な構成により可動片を支持できる。支持部は、環状に形成されるとともに磁性体により形成されているので、軸部材の回りには、支持部を介して磁束が通過可能とされている。これにより、可動片とロータコアとの間に効果的に磁路を形成できる。

本発明の請求項９に記載の回転電機によれば、回転電機は、上述のロータと、ロータの外側に間隔をあけて配置されるステータと、を備える。これにより、簡素な構成で、ロータに過大な応力が作用するのを抑制し、ロータの低回転時に高トルクを得るとともにロータの高回転時に高出力を得ることができるロータを備えた、高性能な回転電機を提供できる。

実施形態に係る回転電機の部分断面図。 実施形態に係るロータの低回転時における平面図。 実施形態に係るロータの高回転時における平面図。 図３のＩＶ部拡大図。 実施形態に係るロータの分解図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（実施形態）
（回転電機）
図１は、実施形態に係る回転電機１の部分断面図である。
回転電機１は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される走行用モータである。但し、本発明の構成は、走行用モータに限らず、発電用モータやその他用途のモータ、車両用以外の回転電機（発電機を含む）としても適用可能である。

回転電機１は、ケース２と、ステータ３と、シャフト４と、ロータ５と、を備える。
ケース２は、ステータ３及びロータ５を収容している。ケース２の内部には、不図示の冷媒が収容されている。上述したステータ３及びロータ５は、ケース２の内部において、一部が冷媒に浸漬された状態で配置されている。なお、冷媒としては、トランスミッションの潤滑や動力伝達等に用いられる作動油である、ＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｆｌｕｉｄ）等が好適に用いられている。
以下の説明では、シャフト４の軸線Ｃに沿う方向を単に軸方向といい、軸線Ｃに直交する方向を径方向といい、軸線Ｃ周りの方向を周方向という場合がある。

（ステータ）
ステータ３は、環状に形成されている。ステータ３の外周部は、ケース２の内壁面に固定されている。ステータ３は、ステータコア１１と、コイル１２と、を有する。
ステータコア１１は、軸線Ｃを中心とする環状に形成されている。ステータコア１１は、複数の鋼板を軸方向に積層して形成される積層コアである。ステータコア１１の内周部には、径方向の内側に突出する不図示のティースが形成されている。ティースは周方向の全周に亘って設けられている。なお、ステータコア１１は、金属磁性粉末（軟磁性粉）を圧縮成形した、いわゆる圧粉コアであってもよい。
コイル１２は、ステータコア１１のティースに巻回されることによりステータコア１１に装着されている。

（シャフト）
シャフト４は、軸線Ｃを中心とする筒状に形成されている。シャフト４は、ケース２に取り付けられた軸受１９を介してケース２に対して軸線Ｃ回りに回転可能に支持されている。

（ロータ）
図２は、実施形態に係るロータ５の低回転時における平面図である。図３は、実施形態に係るロータ５の高回転時における平面図である。図４は、図３のＩＶ部拡大図である。
図１及び図２に示すように、ロータ５は、環状に形成されている。ロータ５は、シャフト４の外周部に固定され、ステータ３に対して径方向の内側に間隔をあけて配置されている。ロータ５は、軸線Ｃ回りにシャフト４と一体で回転可能に構成されている。ロータ５は、ロータコア２０と、永久磁石３０と、端面板４０と、可動部材７０と、を有する。

（ロータコア）
図２に示すように、ロータコア２０は、軸線Ｃを中心とする環状に形成されている。ロータコア２０は、複数の鋼板２９（図５参照）を軸方向に積層して形成される積層コアである。ロータコア２０は、磁石挿入孔２１と、開口部２３と、孔部２５と、を有する。
磁石挿入孔２１は、ロータコア２０を軸方向に貫通している。磁石挿入孔２１は、周方向に並ぶ一対の磁石挿入部２２と、一対の磁石挿入部２２のうち周方向において互いに離間する側の端部に設けられた空隙部２４と、を有する。軸方向から見て、一対の磁石挿入部２２は、ロータコア２０の径方向に対して直交する直線状に形成されている。空隙部２４は、磁石挿入部２２の端部から径方向の外側に向かって延びている。このような一対の磁石挿入部２２及び空隙部２４からなる磁石挿入孔２１は、周方向に複数（本実施形態では８個）設けられている。

開口部２３は、磁石挿入孔２１よりも径方向の外側に設けられている。開口部２３は、ロータコア２０を軸方向に貫通している。開口部２３は、軸方向から見て扇形状に形成されている。具体的に、図４に示すように、開口部２３は、軸線Ｃと平行な回動軸Ｏを中心とする軸支部２６と、回動軸Ｏよりも径方向の内側に位置する円弧部２７と、軸支部２６と円弧部２７の両端部とをそれぞれ接続する第一規制部３１及び第二規制部３２と、を有する。軸支部２６は、軸方向から見て円形状に形成されている。円弧部２７は、回動軸Ｏを中心とする円弧状に形成されている。開口部２３は、扇形状の中心角が鋭角となるように形成されている。

第一規制部３１は、軸方向から見て、円弧部２７のうち径方向の外側に位置する一方の端部と、回動軸Ｏと、を結ぶ直線上に設けられている。第一規制部３１は、円弧部２７の一方の端部と軸支部２６とを接続している。第一規制部３１は、周方向において軸支部２６から円弧部２７へ向かうにしたがい径方向の外側から内側へ傾斜する直線状に形成されている。
第二規制部３２は、円弧部２７のうち第一規制部３１と反対側に位置する他方の端部と、回動軸Ｏと、を結ぶ直線上に設けられている。第二規制部３２は、円弧部２７の他方の端部と軸支部２６とを接続している。第二規制部３２は、径方向に沿う直線状に形成されている。
図３に示すように、開口部２３は、磁石挿入孔２１とロータコア２０の外周部との間において複数設けられている。本実施形態において、開口部２３は、一対の磁石挿入部２２及び空隙部２４からなる磁石挿入孔２１と、ロータコア２０の外周部と、の間において３個ずつ設けられている。

孔部２５は、径方向において開口部２３に対応する位置で、かつ周方向において隣り合う磁石挿入孔２１の間に設けられている。孔部２５は、ロータコア２０を軸方向に貫通している。孔部２５は、軸方向から見て菱形状に形成されている。具体的に、孔部２５は、軸線Ｃ及び隣り合う磁石挿入孔２１の間を通り径方向に沿う直線上に２つの頂点を有し、この直線に対して線対称な菱形状に形成されている。孔部２５の周方向の両側を向く角部は、近接する開口部２３において円弧部２７の円弧長さの中間部と対応する位置に設けられている。これにより、円弧部２７の円弧長さにおける中間部において、孔部２５と開口部２３との間の幅が最も狭くなるように設定されている。

（永久磁石）
永久磁石３０は、ロータコア２０に設けられた磁石挿入孔２１の磁石挿入部２２に挿入されている。永久磁石３０は、軸方向に沿って延びている。永久磁石３０は、例えば希土類磁石である。希土類磁石としては、例えばネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石、プラセオジム磁石等が挙げられる。
永久磁石３０は、一対の磁石挿入部２２に配置される永久磁石３０の着磁方向が同じとなるように配置されている。また、永久磁石３０は、空隙部２４を挟んで隣り合う磁石挿入孔２１において着磁方向が逆になるようにそれぞれ配置されている。換言すれば、永久磁石３０は、孔部２５を挟んで極が異なるように配置されている。

（端面板）
図１に戻って、端面板４０は、軸線Ｃを中心とする環状に形成されている。端面板４０は、ロータコア２０の軸方向における両端面にそれぞれ接触して配置されている。端面板４０の径方向の内側には、シャフト４が圧入固定されている。
図５は、実施形態に係るロータ５の分解図である。
端面板４０は、開口部２３の回動軸Ｏと対応する位置に、位置決め凹部４１及び貫通孔４３を有する。位置決め凹部４１は、端面板４０のロータコア２０側を向く面から凹んでいる。位置決め凹部４１は、端面板４０がロータコア２０に取り付けられた状態において、回動軸Ｏを中心とする円形状に形成されている。貫通孔４３は、位置決め凹部４１に設けられている。貫通孔４３は、端面板４０を軸方向に貫通している。貫通孔４３は、回動軸Ｏと同軸に設けられている。

（可動部材）
可動部材７０は、開口部２３の内部に配置されている。可動部材７０は、開口部２３内を移動可能に構成されている。可動部材７０は、軸部材５０と、可動片６０と、を有する。
軸部材５０は、回動軸Ｏと同軸な円柱状に形成されている。軸部材５０は、例えば滑り軸受である。軸部材５０の両端部は、端面板４０の位置決め凹部４１に挿入されている。軸部材５０は、端面板４０の軸方向の外側から貫通孔４３を介して挿入されたボルト４５により、端面板４０に対して回動軸Ｏ回りに回動可能に支持されている。

図３に示すように、可動片６０は、軸部材５０に支持されて開口部２３内を回動する。可動片６０は、磁性体により形成されている。可動片６０は、支持部６１と、揺動部６３と、を有する。
支持部６１は、軸方向から見て回動軸Ｏを中心とする環状に形成されている。支持部６１は、ロータコア２０の軸支部２６に回転可能に保持されている。支持部６１の内周部には、軸部材５０が挿入されている。支持部６１は、軸部材５０と一体に回転可能とされている。
揺動部６３は、支持部６１に接続されている。揺動部６３は、支持部６１から円弧部２７に向かって延びている。図４に示すように、揺動部６３は、軸方向から見て矩形状に形成されている。揺動部６３の先端６４は、円弧部２７と対向している。揺動部６３の先端６４と円弧部２７との間には、隙間Ｓが設けられている。隙間Ｓの大きさは、可動片６０とロータコア２０との間を磁束が通過可能な大きさに設定されている。本実施形態において、隙間Ｓは、１μｍ以上２０μｍ以下となるように設けられている。なお、図４では隙間Ｓの大きさを誇張して図示している。支持部６１が回転することにより、揺動部６３は、側面が第一規制部３１に接触する第一状態Ｐ１と、側面が第二規制部３２に接触する第二状態Ｐ２（図２参照）と、の間を揺動する。これにより、可動片６０は、第一規制部３１により一方向への回動を規制されている。可動片６０は、第二規制部３２により他方向への回動を規制されている。

（ロータ及び回転電機における可動片の動作）
次に、ロータ５及び回転電機１における可動片６０の動作について図２及び図３に基づいて説明する。
図２に示すように、ロータ５が所定の回転数よりも小さい回転数で回転した場合（以下、低回転時という）、可動片６０は、永久磁石３０の磁力に引き付けられている。これにより、可動片６０は、第二規制部３２に当接した第一状態Ｐ１に位置している。可動片６０は磁性体により形成されているので、第一状態Ｐ１において、可動片６０が径方向に沿って配置されることにより、永久磁石３０から可動片６０を介してロータ５の外周部へ向かう磁路が形成される。ロータコア２０及び可動片６０を通ってロータ５の外周部へ誘導された磁束は、ステータ３に作用することにより、ロータ５に回転トルクを発生させる。
本実施形態において、所定の回転数は、例えば１０００ｒｐｍとされている。

図３に示すように、ロータ５の回転数が上昇してロータ５が所定の回転数以上の回転数で回転した場合（以下、高回転時という）、可動片６０は、ロータ５の回転の遠心力により、径方向の外側に回動する。これにより、可動片６０は、第一規制部３１に当接した第二状態Ｐ２に位置する。第二状態Ｐ２において、ロータ５の外周部と永久磁石３０との間には、開口部２３による空隙が設けられることにより径方向の外側へ向かう磁路の形成が抑制される。よって、逆起電力の大きさが抑えられる。一方、可動片６０は周方向に沿って配置されるので、ステータ３により生じた磁束がロータ５の外周部を周方向に沿って通ることにより、可動片６０を介してロータ５の周方向に沿うリラクタンストルクが発生する。これにより、ロータ５の高回転時における出力が向上する。
このように、可動片６０は、第一状態Ｐ１と第二状態Ｐ２との間を回動することにより、ロータ５に形成される磁路を切り替えている。

（作用、効果）
次に、ロータ５及び回転電機１の作用、効果について説明する。
本実施形態のロータ５によれば、ロータコア２０は、永久磁石３０よりも径方向の外側に開口部２３を有し、開口部２３には、軸部材５０（請求項の軸部）を回転中心として回動可能かつ磁束が通過可能な可動片６０が設けられている。これにより、可動片６０が開口部２３内を回動することにより、永久磁石３０の磁路を切り替えることができる。ここで、例えばロータ５が低回転した際には、永久磁石３０の磁力により可動片６０を永久磁石３０側に引き付けることにより、永久磁石３０とロータコア２０の外周部との間に磁路を形成する。これにより、永久磁石３０の磁束をロータ５の径方向の外側へ導くことができるので、ロータ５の低回転時に高いトルクを得ることができる。一方、ロータ５が高回転した際には、遠心力により可動片６０を開口部２３の径方向の外側に配置することにより、永久磁石３０とロータ５の外周部との間に空隙を形成する。これにより、永久磁石３０の磁束が径方向の外側へ向かうのを抑制できるので、逆起電力の大きさを抑え、弱め磁束電流を小さくできる。また、ロータ５の外側にステータ３を配置した場合には、可動片６０が開口部２３の径方向の外側に配置されることにより、可動片６０を介してロータ５の周方向に沿うリラクタンストルクを効率よく発生させることができる。よって、ロータ５の高回転時における出力を向上し、高効率なロータ５とすることができる。
可動片６０は、回転数が所定の回転数未満のときは永久磁石３０側に引き付けられ、回転数が所定の回転数以上のときは遠心力により径方向の外側に移動するので、バネ等の付勢部材を別途設ける必要がない。よって、バネ等の付勢部材を有する従来技術と比較して部品点数を削減できる。
したがって、簡素な構成で、ロータ５の低回転時に高トルクを得るとともにロータ５の高回転時に高出力を得ることができるロータ５を提供できる。

開口部２３は、可動片６０の先端６４に対応する位置に設けられた円弧部２７と、円弧中心に設けられた軸支部２６と、を有するので、可動片６０は、軸支部２６を中心として先端６４が円弧部２７に沿うように回動する。また、開口部２３は第一規制部３１を有するので、第一規制部３１に可動片６０が当接することにより、可動片６０の一方向への回動を規制できる。開口部２３は第二規制部３２を有するので、第二規制部３２に可動片６０が当接することにより、可動片６０の他方向への回動を規制できる。これにより、ロータ５の低回転時及び高回転時における可動片６０の位置決めをすることができる。よって、可動片６０を所望の位置に配置し、回転数に応じた適切な磁路を形成できる。

開口部２３は、直線状の第一規制部３１及び第二規制部３２と、円弧部２７と、を有する扇形状に形成されているので、開口部２３の形状を、可動片６０の回動軌跡に対応した形状とすることができる。これにより、可動片６０を介して効果的に磁路を形成できる。

可動片６０の先端６４と円弧部２７との間には隙間Ｓが設けられているので、可動片６０の回動時に先端６４と円弧部２７とが干渉するのを抑制できる。これにより、可動片６０を滑らかに回動させることができる。可動片６０の先端６４と円弧部２７との間の隙間Ｓの大きさは、隙間Ｓを介して可動片６０とロータコア２０との間に磁束が通過可能な大きさに設定されているので、可動片６０を用いて効果的に磁路を形成できる。

可動片６０は、ロータ５が所定の回転数未満で回転した場合（低回転時）にロータ５の径方向に沿って配置された第一状態Ｐ１と、ロータ５が所定の回転数以上で回転した場合（高回転時）に周方向に沿って配置された第二状態Ｐ２と、の間で回動する。第一状態Ｐ１において、可動片６０は径方向に沿って配置されるので、永久磁石３０とロータコア２０の外周部との間に磁路が形成される。これにより、永久磁石３０の磁束をロータ５の径方向の外側へ導くことができるので、ロータ５の低回転時に高いトルクを得ることができる。第二状態Ｐ２において、可動片６０は周方向に沿って配置されるので、永久磁石３０とロータ５の外周部との間に空隙を形成できる。これにより、径方向の外側へ向かう永久磁石３０の磁束が抑制されるので、逆起電力を抑制し、弱め磁束電流を小さくできる。また、ロータ５の外側にステータ３を配置した場合には、可動片６０が周方向に沿って配置されることにより、可動片６０を介してロータ５の周方向に沿うリラクタンストルクを効率よく発生させることができる。これにより、ロータ５の高回転時に高い出力を得ることができる。

永久磁石３０は周方向に複数設けられ、開口部２３は、各永久磁石３０とロータ５の外周部との間において複数設けられている。これにより、複数箇所で磁路の切り替えを行うことができるので、可動片６０による磁束の誘導を効率よく行うことができる。

孔部２５は、径方向において開口部２３に対応する位置かつ周方向において極の異なる永久磁石３０間に設けられているので、極の異なる永久磁石３０間に磁束が回り込むのを抑制できる。換言すれば、孔部２５はフラックスバリアとして機能する。これにより、磁路を所望の箇所に形成し、磁路が永久磁石３０間に回り込むことによるロータ５の効率低下を抑制できる。
また、円弧部２７の円弧長さにおける中間部において、孔部２５と開口部２３との間の幅が最も狭くなるように設定されている。これにより、ロータ５の低回転時と高回転時とで磁路の変化を大きくできる。よって、ロータ５の低回転時と高回転時とを効率良く切り替え、ロータ５の低回転時に高トルクを得るとともにロータ５の高回転時に高出力を得ることができる。

開口部２３には軸部材５０が挿入され、可動片６０の支持部６１が軸部材５０に軸支されているので、可動片６０は、軸部材５０を回転中心として開口部２３内を回動する。これにより、簡素な構成により可動片６０を支持できる。支持部６１は、環状に形成されるとともに磁性体により形成されているので、軸部材５０の回りには、支持部６１を介して磁束が通過可能とされている。これにより、可動片６０とロータコア２０との間に効果的に磁路を形成できる。

本実施形態の回転電機１によれば、回転電機１は、上述のロータ５と、ロータ５の外側に間隔をあけて配置されるステータ３と、を備える。これにより、簡素な構成で、ロータ５に過大な応力が作用するのを抑制し、ロータ５の低回転時に高トルクを得るとともにロータ５の高回転時に高出力を得ることができるロータ５を備えた、高性能な回転電機１を提供できる。

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、本実施形態においては、磁石挿入孔２１とロータコア２０の外周部との間に開口部２３が３個ずつ設けられる構成としたが、開口部２３の個数は上述した実施形態に限られない。
開口部２３は、扇形状以外の形状に形成されてもよい。また、第一規制部３１及び第二規制部３２は、少なくとも一部がロータコア２０に当接していればよく、曲線状や凹凸状等、直線状以外の形状に形成されてもよい。

本実施形態において、磁石挿入孔２１は、一対の磁石挿入部２２を有する構成としたが、これに限らない。磁石挿入孔２１は、径方向に直交し、両端に空隙部２４が設けられた単一の磁石挿入部を有してもよい。
孔部２５の形状は、楕円形状や多角形状等、菱形状以外の形状に形成されてもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した各変形例を適宜組み合わせてもよい。

１ 回転電機
３ ステータ
５ ロータ
２０ ロータコア
２１ 磁石挿入孔
２３ 開口部
２５ 孔部
２６ 軸支部
２７ 円弧部
３０ 永久磁石
３１ 第一規制部
３２ 第二規制部
５０ 軸部材（軸部）
６０ 可動片
６１ 支持部
６４ 先端
Ｃ 軸線
Ｏ 回動軸
Ｓ 隙間
Ｐ１ 第一状態
Ｐ２ 第二状態

Claims (9)

1. 軸線回りの周方向に沿って設けられて永久磁石が挿入される磁石挿入孔と、前記磁石挿入孔よりも前記軸線と直交する径方向の外側に設けられた開口部と、を有するロータコアと、
   前記開口部に配置されるとともに磁束が通過可能な可動片と、
   前記開口部内において前記軸線の軸方向と平行な回動軸回りに前記可動片を回動可能に軸支する軸部と、
   を備えることを特徴とするロータ。
2. 前記開口部は、
   前記可動片において前記軸部と反対側の先端に対応する位置に設けられた円弧部と、
   前記円弧部の円弧中心に設けられた軸支部と、
   前記可動片の一方向への回動を規制する第一規制部と、
   前記可動片の他方向への回動を規制する第二規制部と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載のロータ。
3. 前記第一規制部は、前記軸方向から見て前記円弧部の一端と前記軸支部とを接続する直線状に形成され、
   前記第二規制部は、前記軸方向から見て前記円弧部の他端と前記軸支部とを接続する直線状に形成され、
   前記開口部は、扇形状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のロータ。
4. 前記可動片の前記先端と、前記円弧部と、の間には隙間が設けられ、
   前記隙間の大きさは、前記可動片と前記ロータコアとの間を磁束が通過可能な大きさに設定されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のロータ。
5. 前記永久磁石は、前記周方向に沿って配置され、
   前記可動片は、前記軸方向から見て、前記ロータが所定の回転数未満で回転した場合に前記径方向に沿って配置された第一状態と、前記ロータが所定の回転数以上で回転した場合に前記周方向に沿って配置された第二状態と、の間で回動することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のロータ。
6. 前記永久磁石は、前記周方向に複数設けられ、
   各前記永久磁石と前記ロータの外周部との間には、複数の前記開口部が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のロータ。
7. 前記ロータコアは、前記径方向において前記開口部に対応する位置で、かつ前記周方向において極の異なる前記永久磁石間に設けられた孔部を有することを特徴とする請求項６に記載のロータ。
8. 前記軸部は、前記開口部に挿入された軸部材であり、
   前記可動片は、前記軸部材が挿入される環状の支持部を有し、
   前記支持部は、磁性体により形成されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のロータ。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のロータと、
   前記ロータの外側に間隔をあけて配置されるステータと、
   を備えることを特徴とする回転電機。

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