JP6413775B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、ステータ，ロータ，回転軸を有する回転電機に関する。

発電機やモータなどの磁気回路の高性能化は著しいが、実際の製品にするときの高性能小型化の出来栄えはその回転電機としての冷却性能に依るところが大きい。ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）用のモータ・ジェネレータ（Motor Generator；ＭＧ）では空冷では足りず、油冷や水冷を採用するのが普通である。ところが、それらには外付けでポンプや配管などの付帯装置を必要とするため、高性能な自己空冷の技術が望まれている。また補機回転電機のオルタネータにおいては年々高出力化し、回転軸に固定されたファンで空冷することは限界に近づいている。またこの発展形であるＩＳＧ（Integrated Starter Generator）のような熱にデリケートな半導体素子を一体に背負った回転電機では、もはや普通のオルタネータのような自己空冷での熱的信頼性の保障は難しくなってきている。

従来では、小型で、冷却性に優れ、かつ信頼性の高い空冷機構を備えた回転電機システムに関する技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。この回転電機システムは、６個のダイオードからなる三相ブリッジなどの半導体電力変換器の空冷機構として、主回転電機に備える電機子の電機子巻線により交流励磁されて駆動されるファンモータを設置している。

特開２００５−１０２４３５号公報

特許文献１に記載の技術を適用しても、回転軸よりも羽根の回転数を増やすことはできる。しかし、主回転機の電機子巻線だけでなく、ファンモータの電機子巻線にも電力を供給する構成であるので、ファンモータを回すだけの電力を多く必要としていた。その電力には、有効電力損失（電圧と電流ベクトルの内積になる熱として失われる分）と、無効電力（インダクタンス成分により行き来するロスとはならないものの線間に供給する必要のある電力）とがある。特に後者の無効電力は、本体回転電機の電圧と電流の位相差にずれを生じさせることから、本体回転電機の駆動制御を複雑にしたり本体力率へ悪影響を与え、回転電機の特性が損なわれるという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、電力消費を低く抑え、また本体の力率悪化などの悪影響がなく、回転軸に対して冷却用の羽根を増速して回転できる回転電機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、多相巻線（１１ａ）が巻回されるステータ（１１）と、前記ステータとの間にギャップ（Ｇ）を介して配置されるロータ（１２）と、前記ロータとともに回転する回転軸（１８）とを有する回転電機（１０）において、Ｍ極対（Ｍは自然数）の磁石を周方向に配列して円環状に形成される磁石体（１７）と、前記回転軸に固定され、Ｋ個（Ｋは自然数）の軟磁性材からなる変調子（１６ａ）と、Ｎ（Ｎは自然数）の磁性部材からなる磁性体（１４ｍ）と、前記ステータ、前記ロータ、前記磁石体、前記変調子及び前記磁性体を収容するとともに、前記回転軸を回転自在に支持するハウジング（１３）と、を有し、前記磁石体は、前記ハウジングに固定され、前記磁性体には、一以上の羽根（１４ａ）が直接的または間接的に固定され、前記磁石体，前記変調子，前記磁性体は、この順番で径方向に配置されることを特徴とする。

この構成によれば、磁性体に設けられる羽根は、磁石体や変調子との間でリラクタンストルクが作用して回るので、別個に電力を必要とせず、全体の電力消費を低く抑えることができる。また、別個の電力が不要になるので、特に無効電力による本体の力率悪化などの悪影響がなくなる。さらに、磁石体，変調子，磁性体について適切な数を設定することにより、回転軸に対して冷却用の羽根を増速して回転させることができる。

第２の発明は、前記磁性体は、軟磁性材で成形されるＮ個のセグメント（１４ｃ）を含み、前記磁石体，前記変調子，前記磁性体は、２Ｍ＝｜Ｋ±Ｎ｜の関係式を満たすことを特徴とする。

この構成によれば、２Ｍ＝｜Ｋ±Ｎ｜の関係式を満たすことにより、回転軸に対して冷却用の羽根を確実に増速して回転させることができる。

第３の発明は、前記磁性体は、Ｎ極対の磁石（１４ｆ）を含み、前記磁石体，前記変調子，前記磁性体は、Ｍ＝｜Ｋ±Ｎ｜の関係式を満たすことを特徴とする。

この構成によれば、Ｍ＝｜Ｋ±Ｎ｜の関係式を満たすことにより、回転軸に対して冷却用の羽根を確実に増速して回転させることができる。

なお「回転電機」は、回転する部位（例えば軸やシャフト等）を有する機器であれば任意である。例えば、発電機，電動機，電動発電機等が該当する。「巻回」は巻き回すことを意味し、巻いて装う「巻装」と同義に用いる。「多相巻線」は、三相以上の巻線であれば任意である。「磁石体」は、主に磁石で構成されるが、軟磁性材を含めてもよい。「磁性体」は、軟磁性材で構成してもよく、磁石で構成してもよく、軟磁性材と磁石を組み合わせて構成してもよい。磁石を含む磁性体は、「界磁子」にもなり得る。「変調子」は、回転子（ロータ，回転体）であり、数を問わない。「変調子」は「変調子回転子」，「磁気変調子」，「磁気変調ロータ」等とも呼ばれる。

回転電機の第１構成例を模式的に示す断面図である。 図１に示す磁石体，変調子，磁性体についてII−II線の断面図である。 軸回転数と羽根回転数の関係例を示すグラフ図である。 磁石体，変調子，磁性体の一例について部分的に示す断面図である。 磁石体，変調子，磁性体と回転速度の第１関係例を示す共線図である。 磁石体，変調子，磁性体について経時的に変化するトルクの一例を示すグラフ図である。 磁石体，変調子，磁性体における磁束の流れを示す模式図である。 磁石体，変調子，磁性体の第２構成例を示す部分断面図である。 図８に示す磁石体，変調子，磁性体についてIX−IX線の断面を含む模式図である。 制御部による制御例を示すグラフ図である。 磁石体，変調子，磁性体の第３構成例を示す部分断面図である。 図１１に示す磁石体，変調子，磁性体についてXII−XII線の断面図である。 磁石体，変調子，磁性体と回転速度の第３関係例を示すグラフ図である。 磁石体，変調子，磁性体の第４構成例を示す部分断面図である。 磁石体，変調子，磁性体の第５構成例を示す部分断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的に接続することを意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示しているとは限らない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。符号の英文字は大文字と小文字とで別の要素を意味する。例えば、図１に示す冷却装置１４Ａと羽根１４ａは別の要素である。「固定する」は、対象物を固定できれば任意であり、その固定方法は問わない。「円環状」には円筒状を含む。

〔実施の形態１〕
実施の形態１は図１〜図７を参照しながら説明する。図１に示す回転電機１０は、ステータ１１，ロータ１２，冷却装置１４Ａ，変調子体１６，磁石体１７Ａ，回転軸１８などをハウジング１３内に有する。ハウジング１３は、上述した要素を収容できれば任意の形状で成形してよい。なお、ハウジング１３はフレームや筐体などとも呼ぶ。

ステータ１１は、ステータコイル１１ａやステータコア１１ｂなどを有する。ステータコイル１１ａは「多相巻線」に相当し、ステータコア１１ｂ（具体的にはスロット）に巻回される。ステータコア１１ｂは、図示する積層鋼板で構成してもよく、軟磁性材（単体）で構成してもよい。ロータ１２は、ステータ１１（具体的にはステータコア１１ｂ）との間にギャップＧを介して配置される。ギャップＧの大きさは任意に設定してよい。

冷却装置１４Ａは、冷却装置１４の一例である。この冷却装置１４Ａは、一以上の羽根１４ａや、支持部材１４ｂ、磁性体１４ｍなどを有する。羽根１４ａと磁性体１４ｍは、支持部材１４ｂに固定されて支持される。円環状に成形される支持部材１４ｂは、材質（例えば軟磁性体であるか否か）を問わない。この支持部材１４ｂは、ハウジング１３との間に軸受１５が介在されるので、回転自在に支持される。よって磁性体１４ｍは、一以上の羽根１４ａが間接的に固定される回転体である。

磁性体１４ｍの回転に伴って羽根１４ａが回転し、冷却風吸入孔１３ｂから冷却風を吸入し、冷却風吐出孔１３ａから冷却風を吐出する。冷却風が流れることによって、ステータ１１を含めて回転電機１０を冷却することができる。本形態の磁性体１４ｍは、軟磁性材（磁性部材）で成形されるＮ個のセグメント１４ｃを用いる。

変調子体１６は、Ｋ個の変調子１６ａや、支持部材１６ｂなどを有する。軟磁性材からなる変調子１６ａは、支持部材１６ｂを介して回転軸１８（あるいはロータ１２）に固定される。よって、変調子１６ａは回転軸１８と間接的に固定されることになる。

磁石体１７Ａは、磁石体１７の一例である。この磁石体１７Ａは、図５に示すように、軟磁性材１７ａ（ヨーク）や、Ｍ極対の磁石１７ｂなどを有する。これらの軟磁性材１７ａと磁石１７ｂは、周方向に配列して円環状に形成される。なお、本形態の磁石体１７Ａは、ハウジング１３に固定される。

上述した磁石１７ｂ（磁石体１７），変調子１６ａ，セグメント１４ｃ（磁性体１４ｍ）の関係を図２に示す。図２に示すように、磁石体１７，変調子１６ａ，磁性体１４ｍは、この順番で径方向に配置される。この配置によって、隣り合う磁石体１７，変調子１６ａ，磁性体１４ｍの相互間は互いに磁気結合し、リラクタンストルクが作用する。

２Ｍ＝｜Ｋ±Ｎ｜の関係式を満たせば、Ｍ，Ｋ，Ｎにはそれぞれ任意の数値を設定してよい。一例として、２Ｍ＝１２，Ｋ＝３２，Ｎ＝２０を設定する場合には、図３に示すような特性が得られる。すなわち、羽根回転数（磁石体１７Ａの回転数）は、軸回転数（回転軸１８の回転数）に対して１．６倍になる。

回転軸１８は、ハウジング１３との間に軸受１５が介在されるので、回転自在に支持される。また回転軸１８は、ロータ１２と直接的または間接的に固定され、ロータ１２とともに回転する回転体でもある。

磁石１７ｂ（磁石体１７），変調子１６ａ（変調子体１６），セグメント１４ｃ（磁性体１４ｍ）と回転速度との関係は、図４と図５に示すようになる。ただし図４では、２Ｍ＝１２，Ｋ＝２０，Ｎ＝８を設定する例を示す。

図４において、磁石１７ｂ（磁石体１７）の回転速度を「ωm」とし、変調子１６ａ（変調子体１６）の回転速度を「ωk」とし、セグメント１４ｃ（磁性体１４ｍ）の回転速度を「ωn」とする。上述したように磁石体１７Ａはハウジング１３に固定されるので、その回転速度は０である（ωm＝０）。図４に示す矢印Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は磁石１７ｂを磁化する方向の一例であり、隣り合う磁石１７ｂは交互に磁化方向を逆にする。図示する方向とは、逆方向に磁化してもよい。

図５に示すグラフ図では、縦軸を回転速度ωとし、横軸を磁気変調部材（磁石体１７，変調子体１６，磁性体１４ｍ）とする。磁石体１７Ａと変調子体１６との間の横軸距離（長さ）は、冷却装置１４Ａを構成するセグメント１４ｃの数（すなわちＮ）に対応する。変調子体１６と冷却装置１４Ａとの間の横軸距離（長さ）は、磁石体１７Ａを構成する磁石１７ｂの極数（すなわち２Ｍ）に対応する。

Ｋωk−Ｎωn−２Ｍωm＝０の関係式を満たすように、特性線Ｌ１の傾きが変化する。本形態では磁石体１７の回転速度がωm＝０であるので、磁性体１４ｍの回転速度はωn＝（Ｋ／Ｎ）ωkになる。図１に示す構成例（２Ｍ＝１２，Ｋ＝３２，Ｎ＝２０）の回転電機１０では、Ｋ／Ｎ＝３２／２０＝１．６になる。

磁性体１４ｍ（羽根１４ａ）の回転速度を速くするには、変調子１６ａの個数（Ｋ）を多くしたり、セグメント１４ｃの数（Ｎ）を少なくしたりするとよい。言い換えると、磁性体１４ｍ（羽根１４ａ）の回転速度は、変調子１６ａの個数（Ｋ）や、セグメント１４ｃの数（Ｎ）によって回転電機１０に応じた最適な速度を設定できる。

図４に示す構成例（２Ｍ＝１２，Ｋ＝２０，Ｎ＝８）の回転電機１０は、図６に示すトルクが得られる。図６では、縦軸をトルクとし、横軸を時間とする。変調子体１６のトルク波形を実線の特性線Ｌ２で示し、磁性体１４ｍのトルク波形を一点鎖線の特性線Ｌ３で示し、磁石体１７のトルク波形を二点鎖線の特性線Ｌ４で示す。いずれのトルク波形も多少の変動はあるが、許容範囲内で安定して変化する。

また、図４に示す構成例（２Ｍ＝１２，Ｋ＝２０，Ｎ＝８）における磁束φの流れを図７に示す。実線や二点鎖線で示すように、磁石１７ｂ→変調子１６ａ→セグメント１４ｃ→変調子１６ａ→磁石１７ｂの順で磁束φが流れる。

一以上のセグメント１４ｃは、任意の形状で成形してよい。図４，図７に示す成形例では、双方の周方向端面を面取りした面取り部１４ｃ１と、双方の周方向端部で径方向に突出する凸状部１４ｃ２を有する。面取り部１４ｃ１を有することにより、周方向端面からの磁束漏れを抑制することできる。双方の周方向端部で凸状部１４ｃ２を備えることにより、片側の凸状部１４ｃ２で磁束の流れが互いに逆向きになるのが防止され、磁気変調原理がさらに高められる。

〔実施の形態２〕
実施の形態２は図８〜図１０を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態１と相違する点を説明する。

図８には、回転電機１０に含まれる冷却装置１４Ａ，変調子体１６，磁石体１７Ｂの構成例を示す。図１の構成例とは、磁石体１７Ａに代えて磁石体１７Ｂを用いる点が相違する。磁石体１７Ｂは、ハウジング１３に固定され、クローポール磁極１７ｃや界磁巻線１７ｄなどを有する。

クローポール磁極１７ｃは、「クローポール型の磁極対」に相当する。本形態のクローポール磁極１７ｃは、円環状に成形される円環部１７ｃ１や、互い違いに軸方向に曲げられる曲折部１７ｃ２などを有する。曲折部１７ｃ２の曲げ形態は任意であり、図８の例ではＬ字状に曲げている。界磁巻線１７ｄへの通電によって、軸方向に曲げられた曲折部１７ｃ２が磁極になる。界磁巻線１７ｄは、互い違いに曲げられる曲折部１７ｃ２の中央部を通るように巻回され、制御部２０に接続される。

制御部２０は、界磁巻線１７ｄに流す電流を制御できれば任意に構成してよく、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）やコンピュータなどを含む。制御部２０の配置は任意であり、回転電機１０の内外を問わない。

制御部２０による制御例を図１０に示す。図１０には、縦軸を羽根回転数（磁石体１７Ａの回転数）とし、横軸を軸回転数（回転軸１８の回転数）とするときの特性線Ｌ５を示す。制御部２０は、軸回転数が上限回転数ＡＨに達すると、界磁巻線１７ｄに電流を流さないように制御する。上限回転数ＡＨは「所定の回転数」に相当する。この制御によって、羽根回転数は回転数ＳＨを超えることはない。そのため、羽根１４ａの耐遠心力を超えるような過回転を未然に防ぐことができる。言い換えると、増速比率を向上させることができ、冷却性を向上させることができる。

〔実施の形態３〕
実施の形態３は図１１〜図１３を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１，２で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態１，２と相違する点を説明する。

図１１には、回転電機１０に含まれる冷却装置１４Ｂ，変調子体１６，磁石体１７Ａの構成例を示す。図１の構成例とは、冷却装置１４Ａに代えて冷却装置１４Ｂを用いる点が相違する。

冷却装置１４Ｂは、冷却装置１４の一例である。この冷却装置１４Ｂは、一以上の羽根１４ａ（図１２を参照）や、支持部材１４ｂ、セグメント１４ｃ、エンドリング１４ｄ、導体バー１４ｅなどを有する。エンドリング１４ｄは「かごエンドリング」とも呼び、導体バー１４ｅ「かごバー」とも呼ぶ。

磁性体１４ｍに相当するセグメント１４ｃは、軸方向に貫通する導体バー１４ｅを有する。各導体バー１４ｅは、セグメント１４ｃの軸方向両端で接するエンドリング１４ｄで固定される。エンドリング１４ｄは、円環状に成形される。本形態では、例えば圧入などのような機械的な固定を適用する。導体バー１４ｅとエンドリング１４ｄは、いずれも導電材で成形され、固定によって電気的に短絡される。

図１１に示す構成による特性例を図１３に示す。図１３には、縦軸を羽根回転数（磁石体１７Ａの回転数）とし、横軸を軸回転数（回転軸１８の回転数）とするときの特性線Ｌ６を示す。

軸回転数が回転数ＡＸ（例えば１０００[rpm]）に達するまでは、上述したωn＝（Ｋ／Ｎ）ωkに沿って羽根回転数が変化する。軸回転数が回転数ＡＸのときは、羽根回転数は回転数ＳＸになる。すなわち、ＳＸ／ＡＸ＝Ｋ／Ｎの関係式が成り立つ。軸回転数が回転数ＡＸを超えると、誘導トルクによって羽根回転数の増加が徐々鈍るカットダウン現象が生じる。そのため、羽根１４ａに無理な力が加わるのを抑制することができる。その一方、軸回転数が回転数ＡＸ以下に戻れば、羽根回転数は比例的に変化する。

〔実施の形態４〕
実施の形態４は図１４を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１〜３で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態１〜３と相違する点を説明する。

図１４には、回転電機１０に含まれる冷却装置１４Ｃ，変調子体１６，磁石体１７Ａの構成例を示す。図１の構成例とは、冷却装置１４Ａに代えて冷却装置１４Ｃを用いる点が相違する。

図１４に示す冷却装置１４Ｃは、冷却装置１４の一例である。この冷却装置１４Ｃは、一以上の羽根１４ａ（図１を参照）や、Ｎ極対の磁石１４ｆ、軟磁性材１４ｇ（ヨーク）などを有する。磁石１４ｆは磁性体１４ｍや磁性部材に相当し、磁石１４ｆを含む磁性体１４ｍは界磁子や回転体に相当する。

図１４の構成例では、Ｎ極対の磁石１４ｆを軟磁性材１４ｇよりも内径側に配置し、周方向に配列して円環状に形成される。軟磁性材１４ｇは、磁束φを流す経路（すなわち磁気回路の形成）を確保し、羽根１４ａを支持する支持部材１４ｂの役割も担う。なお図１４で括弧内に示すように、軟磁性材１４ｇに代えて支持部材１４ｂを用いてもよい。

Ｍ極対の磁石１７ｂ，Ｋ個の変調子１６ａ，Ｎ極対の磁石１４ｆは、Ｍ＝｜Ｋ±Ｎ｜の関係式を満たせば、Ｍ，Ｋ，Ｎにそれぞれ任意の数値を設定してよい。回転速度については、Ｋωk−Ｎωn−Ｍωm＝０の関係式が成り立つ。図１４の構成例は、Ｍ＝１２，Ｋ＝３２，Ｎ＝２０を設定する場合の例である。この設定例も図３に示すような特性が得られる。

〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態１〜４に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。

上述した実施の形態１，３では、磁石体１７Ａ，変調子１６ａ，セグメント１４ｃを径方向に配置する構成とした（図１，図２，図１１，図１２を参照）。実施の形態２では、磁石体１７Ｂ，変調子１６ａ，セグメント１４ｃを径方向に配置する構成とした（図８，図９を参照）。実施の形態４では、磁石体１７Ａ，変調子１６ａ，磁石１４ｆを径方向に配置する構成とした（図１４を参照）。この形態に代えて、磁石体１７（１７Ａ，１７Ｂ）と磁性体１４ｍ（１４ｃ，１４ｆ）を自在に組み合わせて構成してもよい。例えば、磁石体１７Ｂ，変調子１６ａ，磁石１４ｆを径方向に配置する例を図１５に示す。いずれの構成でも、組み合わせに対応する形態の作用効果が得られる。

上述した実施の形態１〜４では、磁石体１７（１７Ａ，１７Ｂ）をハウジング１３に固定する構成とした（図１，図８，図１１，図１４を参照）。この形態に代えて、磁石体１７とハウジング１３との間に軸受１５を介在させて、磁石体１７を回転自在に構成してもよい。この構成では、磁石体１７，変調子１６ａ，磁性体１４ｍが全て回転することになる。磁石体１７の回転速度がωm＞０になるので、図１に示す構成例の場合にはＫωk−Ｎωn−２Ｍωm＝０の関係式を満たすように、図５に示す特性線Ｌ１の傾きが変化する。当該関係式を変形すると、ωn＝（Ｋωk−２Ｍωm）／Ｎになるので、磁石１７ｂの極対数（Ｍ）が小さいほど磁性体１４ｍが速く回転する。その他については、実施の形態１〜４と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態１〜４は、ステータ１１を外径側に配置し、ロータ１２を内径側に配置するインナーロータ型の回転電機１０に適用する構成とした（図１を参照）。この形態に代えて、ステータ１１を内径側に配置し、ロータ１２を外径側に配置するアウターロータ型の回転電機１０に適用する構成としてもよい。アウターロータ型では、径方向に配置する磁石体１７（１７Ａ，１７Ｂ），変調子１６ａ，磁性体１４ｍ（１４ｃ，１４ｆ）がインナーロータ型とは逆順になる。ステータ１１とロータ１２の配置が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜４と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態１〜３では、Ｍ極対の磁石体１７（１７Ａ，１７Ｂ），Ｋ個の変調子１６ａ，Ｎの磁性体１４ｍの組み合わせについて、２Ｍ＝１２，Ｋ＝３２，Ｎ＝２０、２Ｍ＝１２，Ｋ＝２０，Ｎ＝８を適用する構成した（図２，図９，図１１を参照）。同様に実施の形態４では、Ｍ＝１２，Ｋ＝３２，Ｎ＝２０を適用する構成した（図２，図９，図１４を参照）。この構成に代えて、実施の形態１〜３では２Ｍ＝｜Ｋ±Ｎ｜の関係式を満たすＭ，Ｎ，Ｋ（いずれも自然数）の組み合わせを適用して構成してもよく、実施の形態４ではＭ＝｜Ｋ±Ｎ｜の関係式を満たすＭ，Ｎ，Ｋの組み合わせを適用して構成してもよい。回転電機１０に最適の数を設定することにより、回転電機１０の性能を高めることができ、冷却装置１４による冷却能率を高めることができる。

上述した実施の形態１〜４では、羽根１４ａと磁性体１４ｍの間に支持部材１４ｂや軟磁性材１４ｇを介在させて、間接的に固定する構成とした（図１を参照）。この形態に代えて、羽根１４ａと磁性体１４ｍを直接的に固定する構成としてもよい。支持部材１４ｂや軟磁性材１４ｇを介在させるか否かの相違に過ぎないので、実施の形態１〜４と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態１〜４では、ハウジング１３に冷却風吸入孔１３ｂおよび冷却風吐出孔１３ａを設け、冷却装置１４（１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ）によって冷却風で冷却する空冷構成とした（図１を参照）。この形態に代えて、冷却水を導入する冷却水導入口と、冷却水を排出する冷却水排出口をハウジング１３に設け、導入される冷却水を羽根１４ａで飛散させて冷却する水冷構成としてもよい。空冷か水冷かの相違に過ぎないので、実施の形態１〜４と同様の作用効果が得られる。

〔作用効果〕
上述した実施の形態１〜４および他の実施の形態によれば、以下に示す各効果を得ることができる。

（１）回転電機１０において、Ｍ極対の磁石１７ｂを円周方向に配列して円環状に形成される磁石体１７（１７Ａ，１７Ｂ）と、回転軸１８に固定されてＫ個の軟磁性材からなる変調子１６ａと、Ｎの磁性部材（セグメント１４ｃや磁石１４ｆ）からなる磁性体１４ｍと、ステータ１１、ロータ１２、磁石体１７（１７Ａ，１７Ｂ）、変調子１６ａ及び磁性体１４ｍを収容するとともに、回転軸１８を回転自在に支持するハウジング１３と、を有し、磁石体１７（１７Ａ，１７Ｂ）は、ハウジング１３に固定され、磁性体１４ｍには一以上の羽根１４ａが直接的または間接的に固定され、磁石体１７，変調子１６ａ，磁性体１４ｍはこの順番で径方向に配置される構成とした（図１，図８，図１１，図１４を参照）。この構成によれば、磁性体１４ｍに設けられる羽根１４ａは、磁石体１７や変調子１６ａとの間でリラクタンストルクが作用して回るので、別個に電力を必要とせず、全体の電力消費を低く抑えることができる。また、別個の電力が不要になるので、特に無効電力による回転電機１０本体の力率悪化などの悪影響がなくなる。さらに、磁石体１７，変調子１６ａ，磁性体１４ｍについて適切な数を設定することにより、回転軸１８に対して冷却用の羽根１４ａを増速して回転させることができるので、その分だけ冷却性能が向上する。非接触の増速手段であるので、磨耗がないために寿命の心配がなく、騒音も極めて低い。また、潤滑油を使わないので汚損も無く、圧送ロスも無い。

（２）磁性体１４ｍは、軟磁性材１７ａで成形されるＮ個のセグメント１４ｃを含み、磁石体１７，変調子１６ａ，磁性体１４ｍは、２Ｍ＝｜Ｋ±Ｎ｜の関係式を満たす構成とした（図２，図９，図１１を参照）。この構成によれば、磁性体１４ｍとしてセグメント１４ｃを用いる場合でも、回転軸１８に対して冷却用の羽根１４ａを確実に増速して回転させることができる。

（３）磁性体１４ｍは、Ｎ極対の磁石１４ｆを含み、磁石体１７，変調子１６ａ，磁性体１４ｍは、Ｍ＝｜Ｋ±Ｎ｜の関係式を満たす構成とした（図１４を参照）。この構成によれば、磁性体１４ｍとして磁石１４ｆを用いる場合でも、回転軸１８に対して冷却用の羽根１４ａを確実に増速して回転させることができる。

（４）磁石体１７Ｂは、界磁巻線１７ｄを有するクローポール磁極１７ｃ（クローポール型の磁極対）とする構成とした（図９，図１５を参照）。この構成によれば、永久磁石が少なくても、高性能な冷却を行うことができる。

（５）回転軸１８の回転数が所定の回転数を達すると、界磁巻線１７ｄに電流を流さないように制御する制御部２０を有する構成とした（図９，図１０を参照）。この構成によれば、羽根１４ａの耐遠心力を超えるような過回転を未然に防ぐことができる。すなわち、増速比率を向上させることができ、冷却性を向上させることができる。

（６）磁性体１４ｍは、軸方向に貫通する導体バー１４ｅと、軸方向両端で接するエンドリング１４ｄとで機械的に固定され、導体バー１４ｅとエンドリング１４ｄとは電気的に短絡されている構成とした（図１１〜図１３を参照）。この構成によれば、軸回転数（回転軸１８の回転数）が所定回転数（図１３の回転数ＡＸ）を超えると、誘導トルクによって羽根回転数の増加が徐々鈍るカットダウン現象が生じる。そのため、羽根１４ａに無理な力が加わるのを抑制することができる。その一方、軸回転数が所定回転数以下に戻れば、羽根回転数は比例的に変化する。

（７）磁性体１４ｍは、一以上のセグメント１４ｃについて、一方または双方の周方向端面が面取りされる構成とした（図４を参照）。図示しないが、いずれか一方の周方向端面を面取りする構成としてもよい。これらの構成によれば、周方向端面からの磁束漏れを抑制することできる。よって、磁気変調がさらに有効に行われ、リラクタンストルクをより増加させることができる。

（８）磁性体１４ｍは、一以上のセグメント１４ｃについて、双方の周方向端部に凸状部１４ｃ２を有する構成とした（図４を参照）。この構成によれば、双方の凸状部１４ｃ２のうちで一方の凸状部１４ｃ２に磁束が入るように流れ、他方の凸状部１４ｃ２から磁束が出るように流れる。すなわち、変調子１６ａとの間で磁束の出入りを分けられ、一つの凸状部１４ｃ２で磁束の流れが互いに逆向きになるのが防止される。よって、磁気変調原理がさらに高められ、回転電機１０の性能をさらに向上させることができる。

１０ 回転電機
１１ ステータ（固定子）
１２ ロータ（回転子）
１４（１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ） 冷却装置
１４ａ 羽根
１４ｃ セグメント（磁性体）
１４ｆ 磁石（磁性体）
１４ｍ 磁性体
１６ａ 変調子
１７（１７Ａ，１７Ｂ） 磁石体
１７ａ 軟磁性材
１７ｂ 磁石
１８ 回転軸
Ｇ ギャップ（空隙）

Claims (8)

1. 多相巻線（１１ａ）が巻回されるステータ（１１）と、前記ステータとの間にギャップ（Ｇ）を介して配置されるロータ（１２）と、前記ロータとともに回転する回転軸（１８）とを有する回転電機（１０）において、
   Ｍ極対（Ｍは自然数）の磁石を周方向に配列して円環状に形成される磁石体（１７）と、
   前記回転軸に固定され、Ｋ個（Ｋは自然数）の軟磁性材からなる変調子（１６ａ）と、
   Ｎ（Ｎは自然数）の磁性部材からなる磁性体（１４ｍ）と、
   前記ステータ、前記ロータ、前記磁石体、前記変調子及び前記磁性体を収容するとともに、前記回転軸を回転自在に支持するハウジング（１３）と、
   を有し、
   前記磁石体は、前記ハウジングに固定され、
   前記磁性体には、一以上の羽根（１４ａ）が直接的または間接的に固定され、
   前記磁石体，前記変調子，前記磁性体は、この順番で径方向に配置されることを特徴とする回転電機。
2. 前記磁性体は、軟磁性材で成形されるＮ個のセグメント（１４ｃ）を含み、
   前記磁石体，前記変調子，前記磁性体は、２Ｍ＝｜Ｋ±Ｎ｜の関係式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記磁性体は、一以上の前記セグメントについて、一方または双方の周方向端面（１４ｃ１）が面取りされることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
4. 前記磁性体は、一以上の前記セグメントについて、双方の周方向端部に凸状部（１４ｃ２）を有することを特徴とする請求項２または３に記載の回転電機。
5. 前記磁性体は、Ｎ極対の磁石（１４ｆ）を含み、
   前記磁石体，前記変調子，前記磁性体は、Ｍ＝｜Ｋ±Ｎ｜の関係式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
6. 前記磁石体は、界磁巻線（１７ｄ）を有するクローポール型の磁極対（１７ｃ）とすることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電機。
7. 前記回転軸の回転数が所定の回転数を達すると、前記界磁巻線に電流を流さないように制御する制御部（２０）を有することを特徴とする請求項６に記載の回転電機。
8. 前記磁性体は、軸方向に貫通する導体バー（１４ｅ）と、軸方向両端で接するエンドリング（１４ｄ）とで機械的に固定され、
   前記導体バーと前記エンドリングとは電気的に短絡されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の回転電機。

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