JP2023007907A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】高回転時の誘起電圧を抑制しつつ効率向上を図る。【解決手段】回転電機１は、ロータ２及びステータ４を有しロータ２に第２永久磁石１２を配置した回転電機であり、ロータ２の回転速度に応じて第２永久磁石１２を移動させることで、ステータ４への磁石磁束を変化させる可動機構１０を有する。【選択図】図１

Description

本発明は回転電機に関する。

特許文献１には磁束可変機構付きの回転電機が開示されている。この回転電機はロータコアの軸方向端面に磁束可変機構を備える。磁束可変機構は遠心力を用いて磁束短絡材を永久磁石に近づける機構となっており、ロータが高回転速度で回転する場合にステータコイルに鎖交する磁束を低減する。結果、鎖交磁束によって生じる逆起電圧が過大になることが防止される。

特開２０１９－９７３５９号公報

ロータに磁石を配置した回転電機では、ロータがステータ内を回転することによりステータコイルに誘起電圧が発生する。誘起電圧はロータの回転速度が高くなると高くなる。このため、ステータコイルに弱め界磁電流を流して誘起電圧を抑制することが一般に行われている。しかしながら、弱め界磁電流を流すと銅損が増加するので回転電機の効率が悪化する虞がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、高回転時の誘起電圧を抑制し効率向上を図ることを目的とする。

本発明のある態様の回転電機は、ロータ及びステータを有しロータに磁石を配置した回転電機であって、ロータの回転速度に応じて磁石を移動させることで、ステータへの磁石磁束を変化させる可動機構を有する。

この態様によれば、可動機構によりロータの回転速度に応じて磁石を移動させることにより、例えば磁石とステータとの離間距離の変化によりステータへの磁石磁束を変化させることができる。このため、可動機構により磁石を移動させることで、高回転時にステータへの鎖交磁束を減少させて誘起電圧を抑制することが可能になる。またこの際には、誘起電圧を抑制した分、弱め界磁電流を抑制できるので銅損を低減でき、これにより回転電機の効率向上を図ることが可能になる。さらに、可動機構はロータに配置した磁石を移動させるので、ロータコアの軸方向端面に磁束可変機構を設けた場合のように鎖交磁束の減少範囲が回転電機の軸方向端部に集中することはなく、回転電機の軸方向長さが長くなることもない。また、低回転時には可動機構により磁石を元の位置に戻すことで、ステータへの鎖交磁束を増加させることも可能なので、低回転時にトルクを確保することも可能になる。

回転電機の要部を示す図である。 低回転時の可動機構の状態を示す図である。 高回転時の可動機構の状態を示す図である。 可動機構における作用力の説明図である。 低回転時の第２永久磁石の作用を説明する図である。 高回転時の第２永久磁石の作用を説明する図である。 低回転時の磁束密度の一例を示す図である。 高回転時の磁束密度の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は回転電機１の要部を示す図である。図１では軸方向に沿って見た回転電機１の要部を示す。図１では高回転時の回転電機１の状態を示す。回転電機１は、ロータ２と第１永久磁石３とステータ４と可動機構１０とを備える。回転電機１は、ロータ２に第１永久磁石３を埋め込んだ磁石埋込型の回転電機であり、インナーロータ構造の回転電機とされる。ロータ２はロータコアであり、リング状の形状を有する。ロータ２は例えば薄板の電磁鋼板を多数積層して構成される。ロータ２には磁石挿入孔が設けられ、磁石挿入孔には第１永久磁石３が配置される。第１永久磁石３は軸方向に垂直な方向の断面が矩形となる棒磁石により構成され、ロータ２は一磁極あたりに複数の第１永久磁石３を備える。複数の第１永久磁石３は複数の磁石に相当し、ロータ２に磁極を形成する。図１では、第１磁石３１及び第２磁石３２が複数の第１永久磁石３として磁極を形成するとともに、第３磁石３３及び第４磁石３４が複数の第１永久磁石３として磁極を形成する。第１永久磁石３は軸方向に沿って見た場合にｑ軸に対して斜めに延伸して配置される。ｑ軸は周方向に隣り合う磁極同士の境界に位置し、径方向に沿って延伸する。周方向に互いに隣り合う磁極同士では第１永久磁石３の着磁方向は互いに逆とされる。例えば第１磁石３１及び第２磁石３２を外周側の極性がＮ極になるように着磁した場合、第３磁石３３及び第４磁石３４は外周側の極性がＳ極になるように着磁される。第１永久磁石３にはネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石等の希土類磁石のほか、フェライト磁石やアルニコ磁石等を用いることができる。ステータコアであるステータ４はリング状の形状を有し、ロータ２を収容する。ステータ４は例えば薄板の電磁鋼板を多数積層して構成される。ステータ４は径方向内側に突出する複数のティース４１を有し、ティース４１にはステータコイルが巻き回される。

可動機構１０は、筐体枠１１と第２永久磁石１２と支持部材１３とおもり１４とおもりばね１５と磁石ばね１６とを備える。可動機構１０はロータ２に配置される。ロータ２には可動機構１０の挿入孔が設けられ、当該挿入孔には筐体枠１１が可動機構１０ごと押し込まれることによりロータ２に組み付けられる。筐体枠１１は軸方向に沿って見た場合に径方向外側を上側とした逆Ｙ字状の筒状の形状を有し、フラックスバリア（磁気的障壁）となる内部空間を形成する。筐体枠１１のうち径方向に沿って延伸する部分はｑ軸上に配置される。当該部分は軸方向に沿って見た場合に径方向に長い矩形状の内部空間（以下、矩形空間と称す）を形成する。矩形空間には第２永久磁石１２が配置される。筐体枠１１のうち矩形空間の形成部に径方向外側から連なる部分は、当該形成部との接続部位で幅が狭められた外側空間を当該接続部位の径方向外側に形成する。外側空間では磁石ばね１６が径方向内側から筐体枠１１に接続される。可動機構１０は、第２永久磁石１２より径方向外側に外側フラックスバリア（磁気的障壁）Ｂ１を有する。外側フラックスバリアＢ１は、外側空間及び矩形空間のうち少なくとも外側空間により形成される。外側フラックスバリアＢ１は第２永久磁石１２に隣接して形成される。

筐体枠１１のうち矩形空間の形成部に径方向内側から連なる部分は、周方向中央で矩形空間に連なる変形扇状の内部空間（変形扇空間と称す）を形成する。変形扇空間には支持部材１３とおもり１４とおもりばね１５が配置される。変形扇空間は軸方向に沿って見た場合にｑ軸に対し対称に形成され、変形扇空間には可動機構１０における径方向内側の内側フラックスバリアＢ２が形成される。変形扇空間は軸方向に沿って見た場合に径方向外側に向かって凸となるように形成され、変形扇空間を区画する外周側壁面は曲面ではなく平面により構成される。当該平面はおもり１４の案内斜面１１１とされる。案内斜面１１１は、軸方向に沿って見た場合に第２永久磁石１２の周方向両側から中央に向かう方向、つまりｑ軸に直交しながら第２永久磁石１２に向かう方向で、径方向外側に斜めに延伸する第１案内斜面１１１ａ及び第２案内斜面１１１ｂそれぞれにより構成される。第１案内斜面１１１ａはｑ軸より周方向一方の側に設けられ、第２案内斜面１１１ｂはｑ軸より周方向他方の側に設けられる。軸方向に沿って見た場合の第１案内斜面１１１ａとｑ軸とがなす鋭角、及び第２案内斜面１１１ｂとｑ軸とがなす鋭角は例えば６０°に設定される。筐体枠１１は例えば樹脂や金属からなる非磁性体により構成される。

第２永久磁石１２はｑ軸上に配置される。第２永久磁石１２はｑ軸に沿って延伸するとともに、ｑ軸に沿って移動可能に設けられる。第２永久磁石１２には第１永久磁石３と同じ磁石を用いることができる。第２永久磁石１２には径方向内側から支持部材１３が接続される。支持部材１３は、軸方向に沿って見た場合に径方向外側を上側とした逆Ｙ字状の形状を有する。支持部材１３は、軸方向に沿って見た場合に第１案内斜面１１１ａ及び第２案内斜面１１１ｂそれぞれの延伸方向と径方向とに沿って分岐して延伸する。支持部材１３のうち径方向に沿って延伸する部分はｑ軸上に配置され、第２永久磁石１２に接続する。支持部材１３のうち第１案内斜面１１１ａ及び第２案内斜面１１１ｂそれぞれに沿って延伸する部分同士はｑ軸に対して対称に配置される。支持部材１３のうち第１案内斜面１１１ａに沿って延伸する部分は、第１先端部１３ａと第１対向面１３ｃとを有する。第１対向面１３ｃは第１案内斜面１１１ａと対向する。支持部材１３のうち第２案内斜面１１１ｂに沿って延伸する部分は、第２先端部１３ｂと第２対向面１３ｄとを有する。第２対向面１３ｄは第２案内斜面１１１ｂと対向する。支持部材１３には非磁性ステンレス等の非磁性体が用いられる。

おもり１４は変形扇空間に移動可能に設けられる。おもり１４には非磁性タングステン等の非磁性体が用いられる。おもり１４にはおもりばね１５が取り付けられる。おもり１４は、軸方向に沿って見た場合に第２永久磁石１２の周方向両側に配置される第１おもり１４１及び第２おもり１４２それぞれにより構成される。おもりばね１５は、軸方向に沿って見た場合に第２永久磁石１２の周方向両側に配置される第１おもりばね１５１及び第２おもりばね１５２それぞれにより構成される。第１おもり１４１と第２おもり１４２とは互いに同様に構成され、第１おもりばね１５１及び第２おもりばね１５２も互いに同様に構成される。このため、以下では主にｑ軸より周方向一方の側に設けられる第１おもり１４１及び第１おもりばね１５１について説明する。

第１おもり１４１は高回転時に第１案内斜面１１１ａと第１対向面１３ｃとの間に配置され、第１案内斜面１１１ａに当接する。第１おもり１４１にはさらに第１対向面１３ｃが当接する。第１おもり１４１は軸方向に沿って見た場合に、第１対向面１３ｃ、第１案内斜面１１１ａ、及び筐体枠１１のうち変形扇空間を形成する周方向一方の側の側面それぞれに沿った面を有する。第１おもり１４１はｑ軸側には次のような面を有する。すなわち、第１おもり１４１は、軸方向に沿って見た場合に第２永久磁石１２の周方向一方の側からｑ軸に向かう方向で径方向外側に斜めに延伸する斜面を有する。当該斜面は第１対向斜面１４１ａとして第２おもり１４２が有する第２対向斜面１４２ａと対向する。換言すれば、第１おもり１４１及び第２おもり１４２は、軸方向に沿って見た場合に第２永久磁石１２の周方向両側から中央に向かう方向で、径方向外側に斜めに延伸する対向斜面それぞれである第１対向斜面１４１ａ及び第２対向斜面１４２ａを有する。第１対向斜面１４１ａ及び第２対向斜面１４２ａは後述する低回転時に支持部材１３がおもり１４を支持することを可能にする。第１おもり１４１が第１案内斜面１１１ａに当接した状態で、軸方向に沿って見た場合の第１対向斜面１４１ａとｑ軸とがなす鋭角はごく小さな角度（例えば数度）に設定される。第２対向斜面１４２ａについても同様である。

第１おもりばね１５１は例えばコイルばねであり、第１おもり１４１に取り付けられる。第１おもりばね１５１は筐体枠１１のうち変形扇空間を形成する周方向一方の側の側面と第１おもり１４１との間に配置される。第１おもりばね１５１はこれらを接続することで筐体枠１１と第１おもり１４１とを接続する。第１おもりばね１５１は軸方向に沿って見た場合に第１案内斜面１１１ａの延伸方向に沿ってばね力を作用させる。第１おもりばね１５１は軸方向に直交する方向に沿ってばね力を作用させる。第１おもりばね１５１は高回転時に引っ張られた状態、つまり自然長より延伸した状態になるよう設けられる。

磁石ばね１６は例えばコイルばねであり、第２永久磁石１２に取り付けられる。磁石ばね１６は第２永久磁石１２の径方向外側に配置される。磁石ばね１６はｑ軸上に配置される。磁石ばね１６は筐体枠１１のうち外側空間を形成する部分の外周側の面と第２永久磁石１２とを接続することで、筐体枠１１と第２永久磁石１２とを接続する。磁石ばね１６は軸方向に沿って見た場合にｑ軸に沿ってばね力を作用させる。磁石ばね１６は軸方向に直交する方向に沿ってばね力を作用させる。磁石ばね１６は高回転時に引っ張られた状態になるように設けられる。

図２Ａは低回転時の可動機構１０の状態を示す図である。図２Ｂは高回転時の可動機構１０の状態を示す図である。低回転時は第１回転速度時であり、高回転時は第１回転速度時よりも回転電機１の回転速度が高い第２回転速度時である。低回転時には第２永久磁石１２は図２Ａに示す径方向外側の後退位置に位置する。後退位置は元の位置であり、後退位置では第２永久磁石１２が径方向内側から筐体枠１１に当接し、矩形空間に収容される。後退位置では支持部材１３は第１先端部１３ａ及び第２先端部１３ｂで第１対向斜面１４１ａ及び第２対向斜面１４２ａに当接する。第２永久磁石１２が後退位置に位置する場合、おもりばね１５は引っ張り力を発生させず、第１先端部１３ａ及び第２先端部１３ｂは、第２永久磁石１２及び支持部材１３に対して径方向外側に作用する力により第１対向斜面１４１ａ及び第２対向斜面１４２ａに当接する。従って、支持部材１３は低回転時に第２永久磁石１２及び支持部材１３に対して径方向外側に作用する力によりおもり１４を支持する。結果、低回転時でもおもり１４が案内斜面１１１に当接した状態が維持される。

回転電機１の回転速度が高まると遠心力は大きくなる。結果、おもり１４は支持部材１３を径方向内側に押し退けながら、案内斜面１１１に沿って径方向外側に移動する。これにより、第２永久磁石１２が支持部材１３とともに径方向内側、つまりステータ４から離れる方向に移動する。第２永久磁石１２は外側フラックスバリアＢ１を間に挟んで対向する部分のステータ４から離れる方向に移動する。外側フラックスバリアＢ１は第２永久磁石１２の移動に応じて径方向長さが変化し、第２永久磁石１２が径方向内側に移動すると径方向長さは長くなる。径方向長さは第２永久磁石１２及びステータ４を結ぶ方向の長さに相当する。

おもり１４が径方向外側にある程度移動すると、支持部材１３のおもり１４との当接部が、第１先端部１３ａ及び第２先端部１３ｂから第１対向面１３ｃ及び第２対向面１３ｄに変わる。支持部材１３が第１対向面１３ｃ及び第２対向面１３ｄでおもり１４と当接した状態では、おもり１４が移動しても支持部材１３は移動しない。結果、第２永久磁石１２が図２Ｂに示す径方向内側の前進位置に位置した状態になる。おもり１４は第２永久磁石１２に当接するまで径方向外側に移動することができる。筐体枠１１には第２永久磁石１２が前進位置に位置する場合におもり１４が当接し、おもり１４の径方向外側への移動を規制するストッパが設けられてもよい。

図３は可動機構１０における作用力の説明図である。回転電機１の作動時には、第２永久磁石１２には径方向外側への遠心力Ｆ１及び吸着力Ｆ２が作用する。また、支持部材１３には径方向外側への遠心力Ｆ３が作用し、おもり１４には径方向外側への遠心力Ｆ４が作用する。おもり１４の遠心力Ｆ４は、第１おもり１４１に作用する第１遠心力Ｆ４１、及び第２おもり１４２に作用する第２遠心力Ｆ４２それぞれにより構成される。第２永久磁石１２の遠心力Ｆ１及び吸着力Ｆ２と支持部材１３の遠心力Ｆ３とは磁石側合力を構成し、第２永久磁石１２を径方向内側に移動させる際のおもり１４の遠心力Ｆ４に抗する力となる。このため、おもり１４の質量は低回転時から高回転時への移行時、従って高回転時に遠心力Ｆ４が磁石側合力より大きくなる質量に設定される。これにより、低回転時から高回転時への移行時におもり１４の遠心力Ｆ４が磁石側合力に打ち勝つ結果、高回転時に第２永久磁石１２を径方向内側の前進位置に位置させることが可能になる。

本実施形態ではさらに、おもりばね１５のばね力の径方向成分Ｆ５（第１おもりばね１５１のばね力の径方向成分Ｆ５１、及び第２おもりばね１５２のばね力の径方向成分Ｆ５２それぞれ）と磁石ばね１６のばね力Ｆ６も、第２永久磁石１２を径方向内側に移動させる際のおもり１４の遠心力Ｆ４に抗する力となる。このため、おもり１４の質量は高回転時に遠心力Ｆ４が磁石側合力に加えてさらに、径方向成分Ｆ５の大きさ及びばね力Ｆ６の大きさより大きくなる質量に設定される。これにより、高回転時におもりばね１５や磁石ばね１６が引っ張り力を発生させている状態でも、第２永久磁石１２を径方向内側の前進位置に位置させることができる。

高回転時から低回転時への移行時には、回転電機１の回転速度の低下に応じておもり１４の遠心力Ｆ４が低下する。結果、おもりばね１５が遠心力Ｆ４に抗しておもり１４を径方向外側の後退位置に向かって移動させ始め、第２永久磁石１２が最終的に後退位置に戻る。高回転時から低回転時への移行時及び低回転時には、支持部材１３は磁石ばね１６のばね力Ｆ６を利用しておもり１４を支持する。従って、高回転時から低回転時への移行時には、おもり１４は支持部材１３に支持されながら径方向内側に向かって移動する。可動機構１０はロータ２の回転速度に応じて第２永久磁石１２を移動させることで、次に説明するようにステータ４への磁石磁束を変化させる。

図４Ａは低回転時の第２永久磁石１２の作用を説明する図である。図４Ｂは高回転時の第２永久磁石１２の作用を説明する図である。図４Ａ、図４Ｂでは配置されている構成やその形状を適宜簡略化して示す。図４Ａ、図４Ｂに示すように、第２永久磁石１２は径方向内側から外側に向かう向きの磁石磁束を形成する。図４Ａに示すように、第２永久磁石１２が径方向外側の後退位置に位置する場合は、第２永久磁石１２がステータ４に近い分、外側フラックスバリアＢ１の径方向長さが短くなる。つまり、第２永久磁石１２及びステータ４間のエアギャップが小さくなる。結果、この場合は磁気抵抗が小さくなり、その分ステータ４への磁石磁束も増加するので、ステータ４への鎖交磁束が増加する。図４Ｂに示すように、第２永久磁石１２が径方向内側の前進位置に位置する場合は、第２永久磁石１２がステータ４から遠い分、外側フラックスバリアＢ１の径方向長さが長くなる。つまり、外側フラックスバリアＢ１は第２永久磁石１２が径方向内側に移動することで径方向長さが長くなり、これにより第２永久磁石１２及びステータ４間のエアギャップが大きくなる。結果、この場合は単に第２永久磁石１２がステータ４から離れるだけでなく磁気抵抗が大きくなるので、ステータ４への磁石磁束が減少する。結果、ステータ４への鎖交磁束が減少し誘起電圧が抑制される。またこの際には、誘起電圧を抑制した分、弱め界磁電流を抑制できるので銅損を低減でき、回転電機１の効率向上が図られる。

図５Ａは本実施形態の場合の磁束密度の一例を示す図である。図５Ｂは比較例の場合の磁束密度の一例を示す図である。比較例の場合は可動機構１０を有せず、回転電機１の回転速度に関わらず、第２永久磁石１２が後退位置に位置する場合を示す。図５Ａ、図５Ｂでは高回転時の第２永久磁石１２の後退位置周辺部の磁束密度を示す。図５Ａに示す本実施形態の場合は、高回転時に第２永久磁石１２が径方向内側の前進位置に位置し、後退位置に位置しない。結果、本実施形態の場合はステータ４の領域Ｒ内において、図５Ｂに示す比較例の場合より磁束密度が減少していることがわかる。つまり、本実施形態の場合は高回転時に第２永久磁石１２が後退位置に位置しないので、比較例の場合より外側フラックスバリアＢ１の径方向長さが長い。結果、本実施形態の場合は高回転時に比較例の場合よりステータ４への鎖交磁束を減少させることができる。

次に本実施形態の主な作用効果について説明する。

回転電機１は、ロータ２及びステータ４を有しロータ２に第２永久磁石１２を配置した回転電機であり、ロータ２の回転速度に応じて第２永久磁石１２を移動させることで、ステータ４への磁石磁束を変化させる可動機構１０を有する。このような構成によれば、可動機構１０により第２永久磁石１２を移動させることにより、例えばステータ４との離間距離を変化させてステータ４への磁石磁束を変化させることができる。このため、可動機構１０により第２永久磁石１２を移動させることで、高回転時にステータ４への鎖交磁束を減少させて誘起電圧を抑制することが可能になる。またこの際には、誘起電圧を抑制した分、弱め界磁電流を抑制できるので銅損を低減でき、これにより回転電機の効率向上を図ることが可能になる。さらに、可動機構１０はロータ２に配置した第２永久磁石１２を移動させるので、ロータコアの軸方向端面に磁束可変機構を設けた場合のように鎖交磁束の減少範囲が回転電機１の軸方向端部に集中することはなく、回転電機１の軸方向長さが長くなることもない。また、低回転時には可動機構１０により第２永久磁石１２を後退位置に戻すことで、ステータ４への鎖交磁束を増加させることも可能なので、低回転時にトルクを確保することも可能になる。

本実施形態では、可動機構１０は第２永久磁石１２が径方向内側に移動することでステータ４への磁石磁束を減少させる機構とされる。このような構成によれば、高回転時に第２永久磁石１２をステータ４から遠ざけることが可能になるので、高回転時にステータ４への鎖交磁束を減少させることが可能になる。

本実施形態では、可動機構１０は第２永久磁石１２より径方向外側に外側フラックスバリアＢ１を有する。外側フラックスバリアＢ１は、第２永久磁石１２が径方向内側に移動することで径方向長さが長くなる。このような構成によれば、高回転時に外側フラックスバリアＢ１によりステータ４への磁石磁束を減少させることが可能になり、これにより高回転時にステータ４への鎖交磁束を減少させることが可能になる。

本実施形態では、可動機構１０は遠心力Ｆ４により移動することで第２永久磁石１２を移動させるおもり１４を備える。このような構成によれば、径方向外側、つまりステータ４に近づく方向への遠心力が作用する第２永久磁石１２に対し、低回転時から高回転時への移行時におもり１４を利用して第２永久磁石１２を径方向内側に移動させることが可能になる。また、おもり１４の遠心力を利用するので、構成の簡素化やコスト低減の面でも有利である。

本実施形態では、可動機構１０はおもり１４に取り付けられるおもりばね１５をさらに備え、第２永久磁石１２が後退位置に戻る際におもりばね１５がおもりばね１５のばね力により縮む機構とされる。このような構成によれば、高回転時から低回転時への移行時におもりばね１５のばね力を利用して第２永久磁石１２を後退位置に戻すことができる。

本実施形態では、可動機構１０はロータ２に設けられた挿入孔に押し込まれることによりロータ２に組み付けられる筐体枠１１をさらに備える。このような構成によれば、筐体枠１１を可動機構１０ごとロータ２に押し込むことでロータ２に組み付けることができるので、可動機構１０の組み付け性が向上する。

本実施形態では、おもり１４は第２永久磁石１２の周方向両側に設けられたおもりそれぞれである第１おもり１４１及び第２おもり１４２とされる。第１おもり１４１及び第２おもり１４２は、軸方向に沿って見た場合に第２永久磁石１２の周方向両側から中央に向かう方向で径方向外側に斜めに延伸する対向斜面それぞれである第１対向斜面１４１ａ及び第２対向斜面１４２ａを有する。可動機構１０は、第２永久磁石１２に接続されるとともに、第２永久磁石が後退位置にある場合に第１対向斜面１４１ａ及び第２対向斜面１４２ａと当接する支持部材１３をさらに備える。このような構成によれば、第１対向斜面１４１ａ及び第２対向斜面１４２ａに当接する支持部材１３により、低回転時におもり１４を支持し、おもり１４を適切に配置することが可能な構造が得られる。

本実施形態では、筐体枠１１は軸方向に沿って見た場合に第２永久磁石１２の周方向両側から中央に向かう方向で径方向外側に斜めに延伸し、第１おもり１４１及び第２おもり１４２を案内する案内斜面それぞれである第１案内斜面１１１ａ及び第２案内斜面１１１ｂを有する。支持部材１３は、軸方向に沿って見た場合に第１案内斜面１１１ａ及び第２案内斜面１１１ｂの延伸方向と径方向とに沿って分岐して延伸する。支持部材１３は、径方向に沿って分岐して延伸した部分で第２永久磁石１２に接続される。支持部材１３は、第２永久磁石１２が後退位置にある場合に、第１案内斜面１１１ａ及び第２案内斜面１１１ｂの延伸方向に沿って分岐して延伸した部分の先端部それぞれである第１先端部１３ａ及び第２先端部１３ｂで第１対向斜面１４１ａ及び第２対向斜面１４２ａと当接する。第１おもり１４１と第２おもり１４２とは遠心力により第１案内斜面１１１ａ及び第２案内斜面１１１ｂのうち対応する案内斜面１１１に沿って径方向外側に移動して支持部材１３を径方向内側に移動させることにより、第２永久磁石１２を径方向内側に移動させる。

このような構成によれば、低回転時から高回転時への移行時に遠心力Ｆ４の増加に応じておもり１４を案内斜面１１１で案内しながら径方向外側に移動させることで、第２永久磁石１２を径方向内側に移動させることが可能な構造が得られる。さらに、高回転時から低回転時への移行時には、遠心力Ｆ４の低下に応じておもり１４を支持部材１３により支持しつつ径方向内側に移動させることで、第２永久磁石１２を径方向外側に移動させることが可能な構造が得られる。また、低回転時には第１先端部１３ａ及び第２先端部１３ｂで第１対向斜面１４１ａ及び第２対向斜面１４２ａに当接する支持部材１３により、おもり１４を支持することが可能な構造が得られる。つまり、回転電機１の作動時全般に亘って適切な構造が得られる。

本実施形態では、おもり１４は非磁性体とされる。このような構成によれば、ロータ２におもり１４を配置しても、おもり１４がロータ２に配置された第２永久磁石１２の磁石磁束等の磁束の影響を受けることを回避できる。

本実施形態では、ロータ２は一磁極あたりに複数の第１永久磁石３を備える。第２永久磁石１２は、複数の第１永久磁石３によりロータ２に形成され周方向に隣り合う磁極同士の境界に位置するｑ軸上に配置され径方向に沿って移動する。このような構成によれば、複数の第１永久磁石３によりロータ２に磁極を形成しつつ、移動する第２永久磁石１２をロータ２に適切に配置することができる。

本実施形態では、可動機構１０は第２永久磁石１２の径方向外側に配置され第２永久磁石１２に取り付けられる磁石ばね１６をさらに備え、第２永久磁石１２が元の位置に戻る際に磁石ばね１６が磁石ばね１６のばね力により縮む機構とされる。このような構成によれば、高回転時から低回転時への移行時に磁石ばね１６のばね力を利用して第２永久磁石１２を後退位置に戻すことができる。また、高回転時から低回転時への移行時や低回転時に磁石ばね１６のばね力を利用して支持部材１３によりおもり１４を支持できる。

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。

例えば可動機構１０は筐体枠１１を備えていなくてもよく、外側フラックスバリアＢ１はロータ２に設けられた穴により形成されてもよい。また、回転電機１はアウターロータ構造の回転電機であってもよい。この場合、可動機構１０は例えば、アウターロータに配置される第２永久磁石１２が遠心力により径方向外側、つまりステータから離れる方向に移動することで、アウターロータに収容されるステータへの磁石磁束を減少させる機構とすることができる。この場合、第２永久磁石１２には高回転時から低回転時への移行時に第２永久磁石１２を径方向内側の元の位置に戻すリターンスプリングを取り付けることができる。

１ 回転電機
２ ロータ
３ 第１永久磁石
１０ 可動機構
１１ 筐体枠
１１１ 案内斜面
１２ 第２永久磁石（磁石）
１３ 支持部材
１３ａ 第１先端部
１３ｂ 第２先端部
１３ｃ 第１対向面
１３ｄ 第２対向面
１４ おもり
１４１ａ 第１対向斜面
１４２ａ 第２対向斜面
１５ おもりばね
１６ 磁石ばね
Ｂ１ 外側フラックスバリア（フラックスバリア）

Claims (11)

1. ロータ及びステータを有し前記ロータに磁石を配置した回転電機であって、
   前記ロータの回転速度に応じて前記磁石を移動させることで、前記ステータへの磁石磁束を変化させる可動機構を有する、
   ことを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記可動機構は、前記磁石が前記ステータから離れる方向に移動することで前記ステータへの磁石磁束を減少させる機構である、
   ことを特徴とする回転電機。
3. 請求項１又は２に記載の回転電機であって、
   前記可動機構は、前記磁石と前記ステータとの間にフラックスバリアを有し、
   前記フラックスバリアは、前記磁石が前記ステータから離れる方向に移動することで前記磁石及び前記ステータを結ぶ方向の長さが長くなる、
   ことを特徴とする回転電機。
4. 請求項２又は３に記載の回転電機であって、
   前記可動機構は、遠心力により移動することで前記磁石を移動させるおもりを備える、
   ことを特徴とする回転電機。
5. 請求項４に記載の回転電機であって、
   前記可動機構は、前記おもりに取り付けられるおもりばねをさらに備え、前記磁石が元の位置に戻る際に前記おもりばねが当該おもりばねのばね力により縮む機構である、
   ことを特徴とする回転電機。
6. 請求項４又は５に記載の回転電機であって、
   前記可動機構は、前記ロータに設けられた挿入孔に押し込まれることにより前記ロータに組み付けられる筐体枠をさらに備える、
   ことを特徴とする回転電機。
7. 請求項６に記載の回転電機であって、
   前記おもりは、前記磁石の周方向両側に設けられたおもりそれぞれであって、軸方向に沿って見た場合に前記磁石の周方向両側から中央に向かう方向で径方向外側に斜めに延伸する対向斜面それぞれを有し、
   前記可動機構は、前記磁石に接続されるとともに、前記磁石が元の位置にある場合に前記対向斜面それぞれと当接する支持部材をさらに備える、
   ことを特徴とする回転電機。
8. 請求項７に記載の回転電機であって、
   前記筐体枠は、軸方向に沿って見た場合に前記磁石の周方向両側から中央に向かう方向で径方向外側に斜めに延伸し、前記おもりそれぞれを案内する案内斜面それぞれを有し、
   前記支持部材は、軸方向に沿って見た場合に前記案内斜面それぞれの延伸方向と径方向とに沿って分岐して延伸し、径方向に沿って分岐して延伸した部分で前記磁石に接続されるとともに、前記磁石が元の位置にある場合に、前記案内斜面それぞれの延伸方向に沿って分岐して延伸した部分の先端部それぞれで前記対向斜面それぞれと当接し、
   前記おもりは、遠心力により前記案内斜面それぞれのうち対応する案内斜面に沿って径方向外側に移動して前記支持部材を径方向内側に移動させることにより、前記磁石を径方向内側に移動させる、
   ことを特徴とする回転電機。
9. 請求項４から８いずれか１項に記載の回転電機であって、
   前記おもりは非磁性体である、
   ことを特徴とする回転電機。
10. 請求項４から９いずれか１項に記載の回転電機であって、
    前記ロータは、一磁極あたりに複数の磁石を備え、
    前記磁石は、前記複数の磁石により前記ロータに形成され周方向に隣り合う磁極同士の境界に位置するｑ軸上に配置され径方向に沿って移動する、
    ことを特徴とする回転電機。
11. 請求項４から１０いずれか１項に記載の回転電機であって、
    前記可動機構は、前記磁石の径方向外側に配置され前記磁石に取り付けられる磁石ばねをさらに備え、前記磁石が元の位置に戻る際に前記磁石ばねが当該磁石ばねのばね力により縮む機構である、
    ことを特徴とする回転電機。
    

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