JP5761084B2 - 磁気変調モータ - Google Patents

Description

本発明は、例えば、内燃機関の動力と電池の電力とで走行するハイブリッド車両の動力装置に用いて好適な磁気変調モータに関する。

従来、ハイブリッド自動車の動力伝達装置として、内燃機関の出力軸と、減速や前進後退の切り替えを行うギヤ装置の入力軸との間に、モータとＣＶＴ（無段変速機）とを介在するものが一般的であったが、最近は、それらの機能を複合化した新しい技術が提案されている。すなわち、固定子となる電機子と、第一回転軸に固定された磁石回転子と、第二回転軸に固定された磁気誘導回転子とを持ち、磁気変調原理を用いて、第一回転軸と第二回転軸との間の速度変換を滑らかに行う、あるいは、第二回転軸に電動動力を加えて出力する複合機能モータが知られている。例えば、特許文献１には、前述の複合機能を実現する技術が開示されている。

磁気変調原理を用いたモータ（以下、磁気変調モータと呼ぶ）は、元々は英国シェフィールド大学のＡｔａｌｌａｈ教授らの磁気歯車の研究に端を発するものである。その基本的な構造は、極対数ｍの永久磁石を有する外側回転子と、極対数ｎの永久磁石を有する内側回転子とが配置され、両回転子の間にｍとｎとの和または差の数となる個数の軟磁性体を磁気誘導磁極として配置して磁気変調させるものである。外側回転子を巻線式電機子としたモータも同様にそのルールに従ったものである。
上記の特許文献１に開示された従来技術でも、極対数ｍの多相巻線を備える電機子と、極対数ｎの永久磁石を有する磁石回転子との間に、磁気誘導磁極としてｋ個の軟磁性体を周方向に配列した磁気誘導回転子が配置され、且つ、ｍ＝ｎ＝８、ｋ＝１６の構造となっており、磁気変調モータの構造を備えている。

特開２０１０−０１７０３２号公報

しかし、従来の磁気変調モータには、以下の問題点があった。
それは、特許文献１の図９〜図１２に示されるように、磁気誘導磁極がその機能上ばらばらの軟磁性体である必要性があると共に、磁気誘導回転子が電機子と磁石回転子との間に配置されて回転する構成上、その部分を磁束が貫通するため、磁気誘導磁極を囲むような金属部材が存在すると、短絡コイルの作用をして顕著な短絡電流が流れる。このため、磁束の貫通が妨げられるとともに、大きな損失が発生してしまう。このような理由から、磁気誘導回転子は、一般のモータで慣用的に用いられる手法、例えばアルミダイカスト等によって軟磁性体を鋳込むことができないという難しさがあった。その結果、機械的な剛性の確保や回転軸に対する固定が難しく、耐力が弱いという基本的な問題点があった。

一方、磁気誘導回転子を回転軸との固定がしやすい最も内径側に配置した場合は、磁石固定の設計を比較的容易にできる。それは、磁石回転子は磁気誘導回転子のようなセンシティブな回転子ではなく、強力な希土類磁石で磁束を発信する界磁起磁力源であるので、そのため磁極間の多少の磁束の漏れを気にすることもなく、複数の磁石を積層鉄心に埋め込み、ブリッジで繋ぐ等の頑丈な構造設計を採ることができるためである。しかし、磁気誘導回転子を最も内径側に配置する場合は、磁気変調を好適に成立させることが課題となる。
そこで、本願発明者は、前記の課題を克服すべく、磁石回転子を電機子と磁気誘導回転子との間に配置した時の磁気変調作用の有無や課題を検討したところ、次の知見と解決方針を見出した。

すなわち、磁石回転子を電機子と磁気誘導回転子との間に配置すると、好適な磁気変調作動を得ることは出来ず、モータとしての特性は大幅に低いものになってしまうことが分かった。その原因は、磁石自身が起磁力源であり、磁束発生源であるにしても、磁石の透磁率が空気と同様に低いため、磁気誘導磁極がその極数で磁石磁束を変調したとしても、変調磁束が電機子に向い、またリターンすべきところに磁石が立ちはだかることで、変調磁束の通過の障害になっていることが分かった。つまり、強い起磁力を持った永久磁石が広い範囲でカバーして遮り、本来の変調磁束を乱して阻害していることを発見した。

本発明は、上記事情に基づいて成されたものであり、その目的は、電機子と磁気誘導回転子との間に磁石回転子を配置した構成として、磁気誘導回転子の強度および耐力の向上を図ることができる磁気変調モータを提供することにある。

本発明は、極対数ｍの多相巻線を備える電機子と、整数ｋの数だけ磁気導通路を有する磁気誘導回転子と、ｍとｋとの和または差となる極対数ｎの極性領域を形成する２ｎ個の永久磁石を有し、この２ｎ個の永久磁石が周方向に所定の間隔を有して環状に配置される磁石回転子とを備え、径方向の外側から内側に向かって電機子、磁石回転子、磁気誘導回転子の順に配列される磁気変調モータであって、磁気誘導回転子は、磁気導通路の両端がそれぞれ磁気誘導回転子の外径面に突出して設けられ、その外径面に突出する磁気導通路の両端をそれぞれ磁束出入り口と呼ぶ時に、磁気導通路は、一方の磁束出入り口と他方の磁束出入り口との間に磁束の通り道を形成し、磁石回転子は、それぞれ周方向に隣り合う二つの永久磁石の間に磁束を透過する磁束透過領域を有することを特徴とする。

上記の構成を有する本発明の磁気変調モータは、磁気誘導回転子が最も内径側に配置され、その磁気誘導回転子と電機子との間に起磁力源となる磁石回転子が配置される。この配列であっても、磁石回転子に磁束透過領域を設けているので、磁気誘導回転子による変調磁束は、永久磁石の配列のうち、起磁力の対向する配列と並んだ時にも真っ向から邪魔されることはなく、その通過すべき成分は、磁石と磁石との間の磁束透過領域を経て電機子との磁気的相互作用を果たすことができる。
これにより、磁石回転子が電機子と磁気誘導回転子との間に存在する配列であっても、磁気変調作用が良好に働くモータを実現できる。すなわち、変調子である磁気誘導回転子を電機子と磁石回転子との関係の外に配置した配列でありながら、磁気変調モータとしての作動をさせることができ、且つ、磁気誘導回転子を最も内径側に配置しているので、磁気誘導回転子の強度や耐力向上の目的を達成することができる。

実施例１に係る本モータを軸線方向から見た径方向半分の正面図である。 本モータの全体構成を示す概略図である。 本モータの一部を軸線方向か見た正面図である。 電機子巻線をインバータに接続した結線図である。 （ａ）従来モータの解析モデルを示す構成図、（ｂ）磁場解析のシミュレーション結果を示す解析図である。 （ａ）実施例１に係る本モータの解析モデルを示す構成図、（ｂ）磁場解析のシミュレーション結果を示す解析図である。 （ａ）解析モデルＡの構成図、（ｂ）磁場解析のシミュレーション結果を示す解析図である。 （ａ）解析モデルＢの構成図、（ｂ）磁場解析のシミュレーション結果を示す解析図である。 （ａ）解析モデルＣの構成図、（ｂ）磁場解析のシミュレーション結果を示す解析図である。 （ａ）解析モデルＤの構成図、（ｂ）磁場解析のシミュレーション結果を示す解析図である。 実施例２に係る本モータを軸線方向から見た径方向半分の正面図である。 （ａ）実施例２に係る本モータの解析モデルを示す構成図、（ｂ）磁場解析のシミュレーション結果を示す解析図である。 実施例３に係る本モータを軸線方向から見た径方向半分の正面図である。 （ａ）実施例３に係る本モータの解析モデルを示す構成図、（ｂ）磁場解析のシミュレーション結果を示す解析図である。 （ａ）実施例４に係る本モータの構成を示す部分断面図、（ｂ）短絡コイルの装着状態を示す周方向展開図である。 （ａ）実施例５に係る本モータの構成を示す部分断面図、（ｂ）銅板をボルトで固定した装着状態を示す周方向展開図である。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

（実施例１）
実施例１では、本発明の磁気変調モータをハイブリッド自動車のエンジンとトランスミッションとの間に配置した一例を説明する。
まず、磁気変調モータ（以下、本モータ１と呼ぶ）の構成を説明する。
本モータ１は、図２に示す様に、モータフレーム２の内周に固定される電機子３と、第一回転軸４と一体に回転する磁気誘導回転子５と、第二回転軸６と一体に回転する磁石回転子７とを備え、径方向の外側から内側（中心側）に向かって電機子３、磁石回転子７、磁気誘導回転子５の順に配列される。
第一回転軸４と第二回転軸６は、それぞれ図示しない軸受を介してモータフレーム２に回転自在に支持され、且つ、第一回転軸４がエンジンＥの出力軸に連結され、第二回転軸６がトランスミッションＭの被駆動軸に連結されている。

（電機子３の説明）
電機子３は、複数枚の電磁鋼板を積層して構成される電機子鉄心３０と、この電機子鉄心３０に巻装される電機子巻線３１とで構成される。
電機子鉄心３０には、図１に示す様に、径方向の内周側に複数（実施例１では７２個）のスロット３０ａが周方向等ピッチに形成されている。
電機子巻線３１は、極対数ｍ＝６の三相巻線であり、図４に示す様に、各相巻線（Ｘ相、Ｙ相、Ｚ相）の一端が星型結線されて中性点Ｏを形成し、各相巻線の他端Ｘｏ、Ｙｏ、Ｚｏがインバータ８に接続されている。インバータ８は、直流電力を交流電力に変換する周知の電力変換装置であり、車両の主電源である蓄電池Ｂに接続される。このインバータ８は、車両制御ＥＣＵ（図示せず）との間で信号をやり取りするインバータＥＣＵ（図示せず）によって駆動制御される。

（磁気誘導回転子５の説明）
磁気誘導回転子５は、図１に示す様に、本発明の磁気導通路を形成する１６個のセグメント９と、この１６個のセグメント９を保持する回転子ハブ１０とで構成される。
１６個のセグメント９は、それぞれ略Ｖ字形に打ち抜かれた複数枚の電磁鋼板を積層して構成され、周方向に一定の間隔を有して配列される。以下、セグメント９のＶ字状に開いた両辺をそれぞれセグメント腕部９ａと呼び、２本のセグメント腕部９ａの根元側をセグメント基底部９ｂと呼び、２本のセグメント腕部９ａの間に形成される凹みをセグメント凹部９ｃと呼ぶ。
上記のセグメント９は、２本のセグメント腕部９ａが径方向の外側へＶ字状に開いた状態、つまり、セグメント基底部９ｂが径方向の内側を向いた状態で配置される。また、セグメント基底部９ｂの底面には、ダブテール状のアンカー部９ｄが設けられている。

回転子ハブ１０は、非磁性かつ電気良導体である高強度アルミニウム材（例えばジュラルミン材）によって形成され、１６個のセグメント９を一体的に鋳込んでダイカスト製造される。つまり、周方向に隣り合う二つのセグメント９の間には、高強度アルミニウム材が外径面まで充填されている。言い換えると、隣り合う二つのセグメント９は、回転子ハブ１０を形成する高強度アルミニウム材によって磁気的に分離されている。なお、セグメント凹部９ｃにはアルミ材が充填されていない。つまり、セグメント凹部９ｃは空間である。また、個々のセグメント９は、セグメント基底部９ｂに設けられたアンカー部９ｄが回転子ハブ１０に埋設されることで回転子ハブ１０と強固に固定され、回転子ハブ１０からセグメント９が脱落することはない。
回転子ハブ１０は、径方向の内周に中心孔１０ａが形成され、その中心孔１０ａに第一回転軸４を圧入等により嵌合して固定される。

１６個のセグメント９は、それぞれ、セグメント腕部９ａの先端面がロータ外径面に突出して磁束の出入り口を形成している。なお、ロータ外径面とは、空隙を有して磁石回転子７と対向する磁気誘導回転子５の外径面であり、周方向に隣り合う二つのセグメント９の間に充填されるアルミ材の外径面である。以下、ロータ外径面に突出するセグメント腕部９ａの先端面を磁束出入り口９ｅと呼ぶ。
個々のセグメント９は、図３に示す様に、磁気誘導回転子５の全周３６０度をセグメント９の個数１６で割った中心角θ１＝２２．５度の角度範囲に配置され、その中心角θ１＝２２．５度に対する約１／５、すなわち、中心角θ２＝４．５度の角度範囲にセグメント腕部９ａの磁束出入り口９ｅがロータ外径面に突出している。

（磁石回転子７の説明）
磁石回転子７は、図１に示す様に、２０個の希土類永久磁石１１（例えばネオジム磁石）と、この２０個の永久磁石１１を保持する軟磁性体１２、１３とで構成される。
永久磁石１１は、図３に示す様に、極弧角α＝１２．５度を有し、周方向に所定の間隔を空けて環状に配置される。個々の永久磁石１１は径方向に着磁される。但し、周方向に隣り合う二つの永久磁石１１は、互いの極性が異なる、つまり、Ｎ極とＳ極とが交互に異なる様に配置される。なお、本実施例では、空隙を有して磁気誘導回転子５の外径面と対向する永久磁石１１の内径面の周方向両端と磁石回転子７の回転中心とで形成される中心角を極弧角αと定義している。

軟磁性体１２、１３は、図１に示す様に、２０個の永久磁石１１の外周表面（径方向の外側表面）を覆って磁石回転子７の全周に配置されるリング状の軟磁性体（以下、リング状軟磁性体１２と呼ぶ）と、周方向に隣り合う二つの永久磁石１１の間に配置されて本発明の磁束透過領域を形成する極間の軟磁性体（以下、極間軟磁性体１３と呼ぶ）とを有する。すなわち、リング状軟磁性体１２の内径側に２０個の極間軟磁性体１３が周方向に等間隔に配置され、その周方向に隣り合う二つの極間軟磁性体１３の間に形成される開口部に永久磁石１１が収納される。
リング状軟磁性体１２と極間軟磁性体１３は、例えば、電磁鋼板を積層して形成されるものであり、両者を一体に設けることができる。あるいは、リング状軟磁性体１２と極間軟磁性体１３とを別体に形成することも出来る。

また、図３に示す様に、磁気誘導回転子５の外径面に突出している磁束出入り口９ｅの周方向幅をＷ１、周方向に隣り合う二つの永久磁石１１の間の周方向距離、すなわち、極間軟磁性体１３の内径面の周方向幅をＷ２とすると、Ｗ１≦Ｗ２の関係を満たしている。言い換えると、磁束出入り口９ｅの周方向幅Ｗ１に対する中心角θ２＝４．５度より、極間軟磁性体１３の内径面の周方向幅Ｗ２に対する中心角θ３＝５．５度の方が大きい。
さらに、セグメント９に形成されるセグメント凹部９ｃの最大深さ、つまり、図３に示す様に、磁気誘導回転子５の外径面からセグメント凹部９ｃの底面までの深さＤは、極間軟磁性体１３の内径面の周方向幅Ｗ２以上の寸法に設定される。

次に、本モータ１の作動を説明する。
Ｎ極の永久磁石１１とＳ極の永久磁石１１とが極間軟磁性体１３を介して周方向に交互に配置される磁石回転子７は、その極対数ｎ＝１０と回転角速度ωとの積１０ωｎの周波数の起磁力変化を磁気誘導回転子５に与える。一方、磁気誘導回転子５は、磁気導通路を形成する１６個のセグメント９が略Ｖ字形を成し、そのセグメント９に設けられる２本のセグメント腕部９ａの先端面が磁束出入り口９ｅとして磁気誘導回転子５の外径面に突出している。従って、磁気誘導回転子５の回転角速度をωｋとすると、１６ωｋの周波数の磁気導通変化を形成することができる。すなわち、１０ωｎの起磁力変化が１６ωｋの磁気導通として変調される。

永久磁石１１より発信された磁束は、セグメント９の一方の磁束出入り口９ｅが入口側となってセグメント９を通り、他方の磁束出入り口９ｅが丁度逆極性の永久磁石１１である時には、出口側となる他方の磁束出入り口９ｅより永久磁石１１を通って電機子３に磁束が伝播する。出口側となる他方の磁束出入り口９ｅが極間軟磁性体１３と対向する時には、磁束透過領域を形成する極間軟磁性体１３を通って電機子３に磁束が伝播することができる。磁気誘導回転子５の外径側に対向する磁石回転子７が全て永久磁石１１で覆われていると、磁気誘導回転子５の成分が電機子３に十分に伝わらないが、周方向に隣り合う二つの永久磁石１１の間に極間軟磁性体１３を配置して磁束透過領域を形成することにより、良好に磁気変調が行われる。

電機子３に伝播する磁気的変化の周波数は、変調作用により１０ωｎと１６ωｋとの和と差の二つになり、極対数ｍ＝６の電機子巻線３１（三相巻線）に生成される回転磁界の角速度をωｍとすると、このωｍに関して、下記（１）式となるように、インバータ８の作動を制御して電機子巻線３１への通電を行う。
６ωｍ＝｜１０ωｎ±１６ωｋ｜ ………………………………（１）
これにより、磁気誘導回転子５と磁石回転子７と電機子３とは、相互にエネルギ変換作用ができ、磁気変調モータとして作動できることとなる。

本モータ１は、磁気誘導回転子５を電機子３と磁石回転子７との間ではなく、最も内径側に配置できるため、磁気導通路を形成する１６個のセグメント９を高強度アルミニウム材（例えばジュラルミン材）に鋳込むことで剛性の高い回転子構造を実現できる。また、磁気誘導回転子５を最も内径側に配置したことにより、第一回転軸４への固定が容易である。すなわち、１６個のセグメント９を保持する回転子ハブ１０の中心孔１０ａに第一回転軸４を圧入等により嵌合することで強固に且つ容易に固定できる。
また、磁気誘導回転子５は、周方向に隣り合う二つのセグメント９の間に高電気伝導率を有する高強度アルミニウム材が充填されているので、動磁場に関して、この部分での磁気漏洩が抑制される効果が生まれる。その結果、磁石回転子７と磁気誘導回転子５との間の磁気変調が整然と行われることにより、高性能化できる効果もある。

上記のように、実施例１の構成によれば、耐遠心力強度が向上でき、且つ、小型高性能化できると共に、前述のように磁気回路の変調動作も良好となるため、より高性能化できるという優れた効果が得られる。
また、実施例１に記載した本モータ１は、セグメント９の磁束出入り口９ｅの周方向幅Ｗ１が、極間軟磁性体１３の内径面の周方向幅Ｗ２に対して同等以下（Ｗ１≦Ｗ２）に設定される。一方、Ｗ１がＷ２より大きいと、隣り合う二つの永久磁石１１の磁界がセグメント９の磁束出入り口９ｅ付近で短絡されるため、セグメント９を有効に磁束が流れることなく、磁束出入り口９ｅ付近だけでの顕著な磁束漏れが生じる。このため、永久磁石１１の磁力が弱ってしまう。これに対し、上記の関係（Ｗ１≦Ｗ２）が満たされていると、磁束出入り口９ｅ付近での短絡が生じないので、永久磁石１１の磁力が弱まることはなく、セグメント９に対する磁気誘導が良好に行われる。

さらに、実施例１に記載した本モータ１は、磁気誘導回転子５の外径面からセグメント凹部９ｃの底面までの深さＤが、極間軟磁性体１３の内径面の周方向幅Ｗ２以上の寸法に設定されている（図３参照）。この作用効果を以下に説明する。
周方向に隣り合う二つの永久磁石１１は、前述のように極間漏れが抑制されるように、その幅と寸法が設定される。従って、磁気誘導回転子５のセグメント９以外の部分、すなわち磁気漏れさせたくないセグメント凹部９ｃの深さＤを、極間軟磁性体１３の内径面の周方向幅Ｗ２以上の寸法に設定することで、磁気漏れを許容できるレベルにまで抑制できる効果を得ることができる。

以下、磁気誘導回転子５を電機子３と磁石回転子７との間に配置した従来モータと比較しながら、磁場解析のシミュレーション結果を基に本モータ１の効果を説明する。
図５（ａ）は従来モータの解析モデルを示す構成図、同図（ｂ）は磁場解析のシミュレーション結果である。図６（ａ）は本モータ１の解析モデルを示す構成図、同図（ｂ）は磁場解析のシミュレーション結果である。
なお、従来モータと本モータ１の解析モデルは、磁気誘導回転子５と磁石回転子７との配列が異なるが、電機子３の外径と軸長は同じである。ちなみに、電機子３の外径＝φ２５４ｍｍ、軸長＝５０ｍｍである。また、従来モータの磁気誘導回転子５は、周方向に隣り合う二つの磁気誘導磁極５０の間が空間であり、アルミ材は充填されていない。

従来モータと本モータ１において、それぞれ、磁石回転子７を静止した状態で、１７０Ａ（実効値）の三相交流を電機子巻線３１に通電して回転磁界を生成し、磁気誘導回転子５を７５０ｒｐｍにて回転させた時の発生トルクを比較した。
結果は、従来モータの発生トルクが１５２Ｎｍであるのに対し、本モータ１の発生トルクは１８３Ｎｍであり、従来モータより大きな発生トルクが得られた。
磁場解析の結果を比較すると、図５（ｂ）に示す従来モータと、図６（ｂ）に示す本モータ１とで、同様に磁気変調が行われていることが理解できる。すなわち、電機子３と磁気誘導回転子５との間に磁石回転子７を配置した本モータ１の構成であっても、磁石回転子７によって磁束の流れが遮られることはなく、磁石回転子７に設けられる極間軟磁性体１３を通って磁気誘導回転子５から電機子３へと磁束が伝播できるので、発生トルクが低下することはない。

上記のように、前記磁気誘導回転子５は、電機子３との間の磁束のやりとりにおいて、その間に配置された永久磁石１１にすべて覆われてしまわないように、隣り合う二つの永久磁石１１の間に磁束透過領域（極間軟磁性体１３）を設けているので、磁石回転子７と磁気誘導回転子５との配列を逆にしても変調作用が働き、元々の配置のもの（磁気誘導回転子５を電機子３と磁石回転子７との間に配置したもの）と同等以上の性能が得られることが分かった。
さらに、本発明のモータ構成によれば、磁気誘導回転子５を最も内径側に配置するので、上述したように、磁気誘導回転子５の機械的な剛性を高めることができ、耐遠心力に優れる。これに対し、磁気誘導回転子５を電機子３と磁石回転子７との間に配置する従来モータの構成では、７０００ｒｐｍ程度までの耐遠心力しか得られないものが、実施例１に記載した本モータ１では、従来モータの二倍以上である１５０００ｒｐｍ程度まで耐え得ることができる。実質は二倍以上の小型高性能化を実現でき、従来モータと比較して顕著な効果を発揮できる。

続いて、磁石回転子７の構成が異なる四つの解析モデルＡ〜Ｄを使用して磁場解析のシミュレーションを実施した。
モデルＡの磁石回転子７は、図７（ａ）に示す様に、リング状軟磁性体１２と極間軟磁性体１３とを有する、つまり、実施例１で説明した磁石回転子７の構成である。
モデルＢの磁石回転子７は、図８（ａ）に示す様に、極間軟磁性体１３を廃止して、永久磁石１１の外周をリング状軟磁性体１２で覆った構成である。
モデルＣの磁石回転子７は、図９（ａ）に示す様に、リング状軟磁性体１２および極間軟磁性体１３を共に廃止した構成である。
モデルＤの磁石回転子７は、図１０（ａ）に示す様に、リング状軟磁性体１２および極間軟磁性体１３を使用することなく、且つ、磁束透過領域を無くした構成、つまり、周方向に永久磁石１１を隙間無く並べて配置した構成である。

図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）、図１０（ｂ）は、それぞれ、モデルＡ、モデルＢ、モデルＣ、モデルＤの解析結果を示す磁力線図である。
なお、解析モデルＡ〜Ｄに使用した磁気誘導回転子５は、全てセグメント９のみの構成であり、実施例１で説明した高強度アルミニウム材は充填されていないものとして解析した。その理由は、磁石周辺の空間や磁性材の有無、また、磁石で覆われてしまったときの影響を明確に把握し説明するためである。
上記四つのモデルＡ〜Ｄにおいて、磁気誘導回転子５の発生トルクを比較すると、リング状軟磁性体１２と極間軟磁性体１３とを使用したモデルＡの結果が最も良く、発生トルクは１４７Ｎｍとなった。以下、リング状軟磁性体１２のみを使用したモデルＢ、軟磁性体を使用することなく磁束透過領域を形成したモデルＣ、磁束透過領域を無くしたモデルＤの順に発生トルクが低下している。この結果からも明らかな様に、磁石回転子７に磁束透過領域を設けているモデルＡ、モデルＢ、モデルＣは、磁石回転子７に磁束透過領域を設けていないモデルＤと比較して発生トルクが高くなることが分かる。

以下、本発明に係る他の実施例（実施例２〜実施例５）を説明する。
なお、以下に説明する実施例２〜実施例５においても、電機子３、磁石回転子７、磁気誘導回転子５の配列は実施例１と同じであり、すなわち、磁気誘導回転子５が最も内径側に配置されている。また、実施例１と同一の構成には同一の番号を付している。

（実施例２）
この実施例２は、実施例１に記載した磁石回転子７の極間軟磁性体１３に凹み１３ａを設けた一例である。極間軟磁性体１３には、図１１に示す様に、磁気誘導回転子５との対向面、つまり、空隙を有して磁気誘導回転子５の外径面と対向する極間軟磁性体１３の内径面に凹み１３ａが形成されている。この凹み１３ａは、例えば、磁石回転子７の厚み（半径方向の寸法）の約２／３の深さを有し、且つ、最深部から磁石回転子７の内径面に向かって周方向の開口幅が次第に広くなるテーパ状に形成されている。
また、磁気誘導回転子５は、実施例１と同じく、１６個のセグメント９を高強度アルミニウム材に鋳込んで構成されているが、セグメント凹部９ｃにも同アルミ材１５が充填されている。セグメント凹部９ｃに充填されたアルミ材１５は、セグメント腕部９ａの側面より突き出る係止片９ｆに係止されている。

この実施例２に係る本モータ１の磁場解析を実施例１と同一条件にて実施した。
図１２（ａ）は実施例２に係る本モータ１のモデル構成図、同図（ｂ）は磁場解析のシミュレーション結果である。
この実施例２に係る本モータ１の発生トルクは１６６Ｎｍとなり、従来モータと同等以上の発生トルクが得られた。なお、従来モータの発生トルクは、実施例１に記載した様に、１５２Ｎｍである。
極間軟磁性体１３の内径面に凹み１３ａを形成すると、セグメント９に対向する二つの隣り合う永久磁石１１の表面間での漏れ磁束が少なくなる効果が期待できる。周方向に隣り合う二つの永久磁石１１の間に介在される極間軟磁性体１３が両隣の磁極表面と同じ面で連なっていると、極間軟磁性体１３を経由した漏れ磁束が多くなるが、極間軟磁性体１３の内径面に凹み１３ａを形成することで、磁束が漏れる通路が小さく、且つ、長くなることで漏れにくくなる。そのため、永久磁石１１の磁力が弱まることがなく、セグメント９に対する磁気誘導が良好となる。

（実施例３）
この実施例３は、磁気誘導回転子５を歯車形状に構成した一例である。
磁気誘導回転子５は、歯車形状に切り出した電磁鋼板を積層して構成されるもので、図１３に示す様に、径方向の外側へ突き出るｋ個の歯形部５ａを有し、このｋ個の歯形部５ａが周方向に等間隔に配置されている。この歯形部５ａは、磁気導通路に対する磁束の出入り口を形成している。
この実施例３に係る本モータ１についても、実施例１と同一条件にて磁場解析を実施した。図１４（ａ）は実施例３に係る本モータ１のモデル構成図、同図（ｂ）は磁場解析のシミュレーション結果である。なお、本モータ１の解析モデルには、図１４（ａ）に示す様に、周方向に隣り合う二つの歯形部５ａの間にアルミ材１５が充填されている。

本モータ１の発生トルクは１３７Ｎｍとなり、従来モータに対して発生トルクは低下するが、顕著な差が生じるという程ではない。むしろ、磁気誘導回転子５を歯車形状に形成することで、磁気誘導回転子５がそのまま回転子ハブとしても機能する。言い換えると、ｋ個の歯形部５ａが回転子ハブと同一材料によって一体に設けられている構成であるため、遠心力に強い構造となるばかりでなく、第一回転軸４との固設が極めて強固にできる。また、エンジンＥ（図２参照）の回転振動等に対して優れた耐久性を示す効果もあり、実施例１に記載した磁気誘導回転子５と比較しても、耐高速性に優れる点で小型軽量化のポテンシャルを持つものである。

（実施例４）
この実施例４は、実施例３に記載した歯車形状の磁気誘導回転子５に対し、図１５（ａ）、（ｂ）に示す様に、周方向に隣り合う二つの歯形部５ａの間に短絡コイル１６を配置した一例である。
実施例１に記載した磁気誘導回転子５は、周方向に隣り合う二つのセグメント９の間に回転子ハブ１０（図１参照）を形成する高アルミニウム材が充填されるので、二つのセグメント９の間の磁気漏洩を抑制できる効果があるが、これと同様に、隣り合う二つの歯形部５ａの間に短絡コイル１６を配置することで、二つの歯形部５ａの間の動的な漏洩磁束を防ぐことができ、磁気変調作用の改善効果がある。

（実施例５）
この実施例５は、実施例３に記載した歯車形状の磁気誘導回転子５に対し、図１６（ａ）に示す様に、周方向に隣り合う二つの歯形部５ａの間に銅板１７を配置した一例である。銅板１７は、図１６（ｂ）に示す様に、非磁性材より成るボルト１８で磁気誘導回転子５に固定される。
この実施例５の構成では、実施例４と同様に、周方向に隣り合う二つの歯形部５ａの間の動的な漏洩磁束を防ぐことができ、磁気変調作用の改善効果がある。また、銅板１７をボルト１８で固定するだけで良いので、銅板１７の装着が容易でもある。

（変形例）
実施例１に記載した磁気誘導回転子５は、セグメント凹部９ｃにアルミ材が充填されていない、つまり、セグメント凹部９ｃが空間となっているが、実施例２と同様に、セグメント凹部９ｃにアルミ材を充填する構成でも良い。なお、セグメント凹部９ｃにアルミ材を充填する場合は、磁気誘導回転子５の軸方向端面において、回転子ハブ１０を形成するアルミ材と、セグメント凹部９ｃに充填されるアルミ材とがセグメント９を跨いで磁気的に繋がらない様に構成する必要がある。

実施例１に記載した磁気誘導回転子５は、１６個のセグメント９を高強度アルミニウム材（例えばジュラルミン材）に鋳込んで一体的に製造されたダイカスト品であるが、かならずしもダイカスト製造する必要はなく、例えば、ｋ個のセグメント９を非磁性の機械構造部材、例えばステンレス鋼材などの連結部材で環状に連結した構成でも良い。あるいは、第一回転軸４を同様に高強度の非磁性ステンレス材で形成し、その第一回転軸４にｋ個のセグメント９を溶接等で直接固定して磁気誘導回転子５を構成することも出来る。

１ 本モータ（磁気変調モータ）
３ 電機子
５ 磁気誘導回転子
７ 磁石回転子
９ セグメント（磁気導通路）
９ｅ 磁束出入り口
１１ 永久磁石
１３ 極間軟磁性体（磁束透過領域）
３１ 電機子巻線（多相巻線）

Claims (8)

1. 極対数ｍの多相巻線（３１）を備える電機子（３）と、
   整数ｋの数だけ磁気導通路（９）を有する磁気誘導回転子（５）と、
   前記ｍと前記ｋとの和または差となる極対数ｎの極性領域を形成する２ｎ個の永久磁石（１１）を有し、この２ｎ個の永久磁石（１１）が離間して環状に配置される磁石回転子（７）とを備え、
   径方向の外側から内側に向かって前記電機子（３）、前記磁石回転子（７）、前記磁気誘導回転子（５）の順に配列される磁気変調モータ（１）であって、
   前記磁気誘導回転子（５）は、前記磁気導通路（９）の両端がそれぞれ前記磁気誘導回転子（５）の外径面に突出して設けられ、その外径面に突出する前記磁気導通路（９）の両端をそれぞれ磁束出入り口（９ｅ）と呼ぶ時に、前記磁気導通路（９）は、一方の前記磁束出入り口（９ｅ）と他方の前記磁束出入り口（９ｅ）との間に磁束の通り道を形成し、
   前記磁石回転子（７）は、それぞれ周方向に隣り合う二つの前記永久磁石（１１）の間に磁束を透過する磁束透過領域（１３）を有することを特徴とする磁気変調モータ。
2. 請求項１に記載した磁気変調モータ（１）において、
   前記磁石回転子（７）は、前記２ｎ個の永久磁石（１１）の径方向外側面を覆って前記磁石回転子（７）の全周に配置されるリング状の軟磁性体（１２）と、このリング状の軟磁性体（１２）の径方向内側に設けられて、それぞれ周方向に隣り合う前記永久磁石（１１）同士の間に配置される極間の軟磁性体（１３）とを有し、この極間の軟磁性体（１３）によって前記磁束透過領域（１３）が形成されることを特徴とする磁気変調モータ。
3. 請求項１または２に記載した磁気変調モータ（１）において、
   前記磁束出入り口（９ｅ）の周方向幅をＷ１とし、前記磁石回転子（７）の内径面に沿って周方向に隣り合う前記永久磁石（１１）同士の間の周方向距離をＷ２とすると、
   Ｗ１≦Ｗ２ ………………………………………（１）
   上記（１）式の関係を満たしていることを特徴とする磁気変調モータ。
4. 請求項１〜３に記載した何れか一つの磁気変調モータ（１）において、
   前記磁気導通路（９）は、一方の前記磁束出入り口（９ｅ）と他方の前記磁束出入り口（９ｅ）との間が前記磁気誘導回転子（５）の外径面より内径方向に凹んだ凹形状を有し、前記磁気誘導回転子（５）の外径面から前記凹形状の最深部までの径方向距離をＤとし、前記磁石回転子（７）の内径面に沿って周方向に隣り合う前記永久磁石（１１）同士の間の周方向距離をＷ２とすると、
   Ｄ≧Ｗ２ …………………………………………（２）
   上記（２）式の関係を満たしていることを特徴とする磁気変調モータ。
5. 請求項１〜４に記載した何れか一つの磁気変調モータ（１）において、
   前記磁気誘導回転子（５）は、前記磁気導通路（９）が軟磁性体から成るセグメント（９）によって形成され、ｋ個の前記セグメント（９）がそれぞれ磁気的に分離して周方向に等間隔に配置されていることを特徴とする磁気変調モータ。
6. 請求項５に記載した磁気変調モータ（１）において、
   前記磁気誘導回転子（５）は、ｋ個の前記セグメント（９）をアルミニウム材で一体的に固定し、周方向に隣り合う二つの前記セグメント（９）の間に前記アルミニウム材が配置されていることを特徴とする磁気変調モータ。
7. 請求項６に記載した磁気変調モータ（１）において、
   ｋ個の前記セグメント（９）を固定した前記アルミニウム材は、前記磁気誘導回転子（５）を回転軸（４）に固定する回転子ハブ（１０）を形成していることを特徴とする磁気変調モータ。
8. 請求項１〜４に記載した何れか一つの磁気変調モータ（１）において、
   前記磁気誘導回転子（５）は、径方向の外側へ突き出るｋ個の歯形部（５ａ）を有し、このｋ個の歯形部（５ａ）が周方向に等間隔に配置された歯車形状の軟磁性体によって形成され、空隙を有して磁石回転子（７）と対向する前記歯形部（５ａ）の先端面が磁束の出入り口を形成していることを特徴とする磁気変調モータ。

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