JP7359620B2

JP7359620B2 - Ｉｐｍモータ

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Publication number: JP7359620B2
Application number: JP2019176831A
Authority: JP
Inventors: 遼高橋
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2023-10-11
Anticipated expiration: 2039-09-27
Also published as: JP2021057941A

Description

本発明は、ＩＰＭモータに関する。

近年、エンジンと電動モータとを併用することで車両の燃料消費率（燃費）を効果的に向上させることができるハイブリッド自動車（ＨＥＶ）が広く実用化されている。また、電動モータのみを動力源とし、排気ガスを排出しない電気自動車（ＥＶ）も実用化されている。

このようなハイブリッド自動車や電気自動車では、例えば、小型で高効率な永久磁石式同期モータ（ＰＭ同期モータ）などが好適に用いられている。永久磁石式同期モータは、ロータ（回転子）に永久磁石（ＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔ）を内蔵し、ステータ（固定子）に電機子巻線（ステータ巻線）を設けた回転界磁形の電動機である。

永久磁石式同期モータは、磁石をロータ表面に組み込んだ表面磁石形（ＳＰＭ：ＳｕｒｆａｃｅＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔ）と、磁石をロータの鉄心内部に組み込んだ埋込磁石形（ＩＰＭ：ＩｎｔｅｒｉｏｒＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔ）とに大別される。

ＳＰＭモータは、磁石がロータ表面に露出しているため、有効磁束量が大きく、トルクリプルが小さい。しかしながら、永久磁石が遠心力によって剥がれやすく、高速回転には適していない。一方、ＩＰＭモータは、ロータ内部に永久磁石が埋め込まれるため、高速回転に適している。また、磁気回路的にヨークの一部（突起）を吸引・反発するリラクタンストルクを利用できるため、コイルと永久磁石の吸引力／反発力に起因するマグネットトルクとの合成トルクにより、大きな出力トルクを得ることができる。そのため、ハイブリッド自動車や電気自動車にはＩＰＭモータを採用するケースが多くみられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２－１０５４８２号公報

ところで、ＩＰＭモータ（埋込磁石形モータ）の出力特性は、ロータに用いられる永久磁石の数や配置等の影響を大きく受ける。そのため、従来、低回転時の高トルクと高回転化とを両立させる場合、例えば、永久磁石の数を多くすること等で対応していた。しかしながら、用いる永久磁石の数を増やすと、コストが上昇するなどの問題があった。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、ロータに用いられる永久磁石の数を増やすことなく、低回転時の高トルク化と最高回転数の高回転化（すなわち高回転領域の拡大）とを両立させることが可能なＩＰＭモータを提供することを目的とする。

本発明に係るＩＰＭモータは、回転軸に対して垂直な断面が略扇形で、かつ、回転軸と平行に柱状に延びる磁石スロットが、周方向に沿って間隔を空けて、複数、形成されたロータと、略矩形の板状に形成され、一辺が、磁石スロットの略扇形断面の要部分にロータの回転軸と平行に設けられた揺動軸に取り付けられ、複数の磁石スロットそれぞれの内部に揺動自在に収容された永久磁石と、ロータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、ロータの回転軸方向から見て、ロータの回転軸と永久磁石の揺動軸とを結ぶ仮想線と、永久磁石とに挟まれた鋭角の角度を、ロータの回転速度に応じて可変する制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係るＩＰＭモータによれば、断面略扇形の柱状の磁石スロットがロータの周方向に沿って間隔を空けて複数形成され、略扇形断面の要部分を揺動軸として、各磁石スロットに永久磁石が揺動自在に収容され、ロータの回転軸と永久磁石の揺動軸とを結ぶ仮想線と、永久磁石とに挟まれた鋭角の角度（夾角の角度）が、ロータの回転速度に応じて可変される。そのため、ロータの回転速度に応じて、永久磁石とステータ（コイル）との位置関係（角度や距離等）が可変されることにより、ステータ（コイル）と交わる磁束（有効磁束量）が可変される。すなわち、マグネットトルクが可変される。併せて、ヨークの突起の形状が可変され、リラクタンストルクが可変される。すなわち、回転速度に応じて、マグネットトルクとリラクタンストルクとを可変することができる。より詳細には、例えば、誘起起電力（誘起電圧）が比較的小さい低回転時には、コイルと交わる磁束（有効磁束量）を上げ、マグネットトルクを増大する一方、リラクタンストルクを減少させることで、低回転側の高トルク化を図ることができる。一方、誘起起電力（誘起電圧）が比較的大きくなる高回転時には、コイルと交わる磁束（有効磁束量）を下げ（すなわち誘起起電力を下げ）、マグネットトルクを減少する一方、リラクタンストルクを増大させることで、高トルク出力運転が可能な高回転領域を広げること（高回転領域の拡大）ができる。その結果、ロータに用いられる永久磁石の数を増やすことなく、低回転時の高トルク化と最高回転数の高回転化（すなわち高回転領域の拡大）とを両立させることが可能となる。

本発明に係るＩＰＭモータでは、上記磁石スロットが、ロータの回転軸方向から見て、ロータの回転軸と永久磁石の揺動軸とを結ぶ仮想線と交わらないように形成されていることが好ましい。

この場合、磁石スロットが、ロータの回転軸方向から見て、ロータの回転軸と永久磁石の揺動軸とを結ぶ仮想線と交わらないように形成されているため、永久磁石の上記鋭角の角度（夾角の角度）を可変することにより、コイルと交わる磁束（有効磁束量）を単調増加又は単調減少させることができる。

本発明に係るＩＰＭモータでは、ロータの回転速度が低くなるほど上記鋭角の角度が小さくなり、ロータの回転速度が高くなるほど上記鋭角の角度が大きくなるように、上記制御手段が永久磁石を揺動させることが好ましい。

この場合、ロータの回転速度が低くなるほど上記鋭角の角度が小さくなり、ロータの回転速度が高くなるほど上記鋭角の角度が大きくなるように永久磁石が揺動される。そのため、誘起起電力（誘起電圧）が比較的小さい低回転時には、上記鋭角の角度（夾角の角度）を小さくすることにより、コイルと交わる磁束（有効磁束量）を上げ、マグネットトルクを増大する一方、リラクタンストルクを減少させることで、低回転側の高トルク化を図ることができる。一方、誘起起電力（誘起電圧）が比較的大きくなる高回転時には、上記鋭角の角度（夾角の角度）を大きくすることにより、コイルと交わる磁束（有効磁束量）を下げ（すなわち誘起起電力を下げ）、マグネットトルクを減少する一方、リラクタンストルクを増大させることで、高トルク出力運転が可能な高回転領域を広げること（高回転領域の拡大）ができる。

本発明に係るＩＰＭモータは、磁性を有する磁性流体を昇圧して吐出する流体ポンプと、流体ポンプから吐出される磁性流体の供給先を、磁石スロットの内面と永久磁石とによって画成される一方の流体室と、他方の流体室との間で切り替える切替手段とを備え、制御手段が、ロータの回転速度に応じて、切替手段の駆動を制御することが好ましい。

この場合、ロータの回転速度に応じて、切替手段の駆動が制御され、流体ポンプから吐出される磁性流体の供給先が、磁石スロットの内面と永久磁石とによって画成される一方の流体室と、他方の流体室との間で切り替えられる。そのため、磁性流体の供給先を制御することにより、永久磁石を揺動することができる（すなわち、所望の角度に調節することができる）。また、磁石スロットが磁性流体で充填されるため、磁気抵抗を低減することができる。よって、モータ効率の低下、及び、出力トルクの低下を防止することができる。

本発明に係るＩＰＭモータでは、上記一方の流体室が、永久磁石から見てロータの外周側に画成され、上記他方の流体室が、永久磁石から見てロータの内側に画成され、制御手段が、ロータの回転速度が低下する場合には、他方の流体室に磁性流体が供給されるとともに、一方の流体室から磁性流体が排出されるように、切替手段の駆動を制御し、ロータの回転速度が増大する場合には、一方の流体室に磁性流体が供給されるとともに、他方の流体室から磁性流体が排出されるように、切替手段の駆動を制御することが好ましい。

この場合、一方の流体室が、永久磁石から見てロータの外周側に画成され、他方の流体室が、永久磁石から見てロータの内側に画成され、ロータの回転速度が低下する場合には、他方の流体室に磁性流体が供給されるとともに、一方の流体室から磁性流体が排出されるように、切替手段の駆動が制御され、ロータの回転速度が増大する場合には、一方の流体室に磁性流体が供給されるとともに、他方の流体室から磁性流体が排出されるように、切替手段の駆動が制御される。そのため、誘起起電力（誘起電圧）が比較的小さい低回転時には、上記鋭角の角度（夾角の角度）を小さくすることにより、コイルと交わる磁束（有効磁束量）を上げ、マグネットトルクを増大する一方、リラクタンストルクを減少させることで、低回転側の高トルク化を図ることができる。一方、誘起起電力（誘起電圧）が比較的大きくなる高回転時には、上記鋭角の角度（夾角の角度）を大きくすることにより、コイルと交わる磁束（有効磁束量）を下げ（すなわち誘起起電力を下げ）、マグネットトルクを減少する一方、リラクタンストルクを増大させることで、高トルク出力運転が可能な高回転領域を広げること（高回転領域の拡大）ができる。

本発明に係るＩＰＭモータは、回転軸に対して垂直な断面が略扇形で、かつ、回転軸と平行に柱状に延びる磁石スロットが、周方向に沿って間隔を空けて、複数、形成されたロータと、略矩形の板状に形成され、一辺が磁石スロットの略扇形断面の要部分にロータの回転軸と平行に設けられた揺動軸に取り付けられ、複数の磁石スロットそれぞれの内部に揺動自在に収容された永久磁石と、ロータとトルク伝達可能に接続され、磁性を有する磁性流体を昇圧して、磁石スロットの内面と永久磁石とによって画成される一方の流体室に吐出する流体ポンプと、磁石スロットの内面と永久磁石とによって画成される他方の流体室に設けられ、永久磁石を該他方の流体室側から一方の流体室側に付勢する付勢部材とを備え、上記一方の流体室が、永久磁石から見てロータの外周側に画成され、上記他方の流体室が、永久磁石から見てロータの内側に画成されることを特徴とする。

本発明に係るＩＰＭモータによれば、流体ポンプが、ロータすなわちＩＰＭモータによって駆動され、昇圧された磁性流体が一方の流体室に供給される。ここで、流体ポンプが、ＩＰＭモータによって駆動されるため、ＩＰＭモータが高回転になるほど、一方の流体室に供給される磁性流体の吐出量・吐出圧が増大する。一方、他方の流体室には、永久磁石を他方の流体室側から一方の流体室側に付勢する付勢部材が設けられているため、例えば、低回転時には、付勢部材の付勢力及び遠心力が磁性流体による押力（圧力×受圧面積）よりも大きくなるため、永久磁石が一方の流体室側に位置することとなる（上記鋭角の角度（夾角の角度）が小さくなる）。そして、ＩＰＭモータの回転速度が上昇するにしたがって、磁性流体による押力（圧力×受圧面積）が増大し、永久磁石が一方の流体室側から他方の流体室側に揺動し、高回転時には、付勢部材の付勢力及び遠心力が磁性流体による押力（圧力×受圧面積）よりも小さくなり、永久磁石が他方の流体室側に位置することとなる（上記鋭角の角度（夾角の角度）が大きくなる）よって、誘起起電力（誘起電圧）が比較的小さい低回転時には、コイルと交わる磁束（有効磁束量）を上げ、マグネットトルクを増大する一方、リラクタンストルクを減少させることで、低回転側の高トルク化を図ることができる。一方、誘起起電力（誘起電圧）が比較的大きくなる高回転時には、コイルと交わる磁束（有効磁束量）を下げ（すなわち誘起起電力を下げ）、マグネットトルクを減少する一方、リラクタンストルクを増大させることで、高トルク出力運転が可能な高回転領域を広げること（高回転領域の拡大）ができる。

本発明によれば、ロータに用いられる永久磁石の数を増やすことなく、低回転時の高トルク化と最高回転数の高回転化（すなわち高回転領域の拡大）とを両立させることが可能となる。

第１実施形態に係るＩＰＭモータの構造を示す断面図である。第１実施形態に係るＩＰＭモータを構成するロータの永久磁石の角度制御システムの構成を示すブロック図である。（ａ）低速時、（ｂ）中速時、（ｃ）高速時それぞれにおける、永久磁石の角度を示す図である。（ａ）低速時、（ｂ）中速時、（ｃ）高速時それぞれのモータ出力特性を示す図である。第２実施形態に係るＩＰＭモータを構成するロータの永久磁石の角度可変システムの構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、特に区別する必要がある場合を除いて、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
まず、図１、図２を併せて用いて、第１実施形態に係るＩＰＭモータ１の構成について説明する。図１は、ＩＰＭモータ１の構造を示す断面図（回転軸と直交する面で切断した断面図）である。図２は、ＩＰＭモータ１を構成するロータ５の永久磁石５３の角度制御システムの構成を示すブロック図である。

ＩＰＭモータ１は、主として、断面円環状のステータコア３１と該ステータコア３１に巻回された複数のコイル３４とからなるステータ３と、永久磁石５３を内蔵し該ステータ３の内側に回転自在に配設されるロータ（回転子）５とを備えている。

ステータ３は、主として、複数のティース３３を有する円環状（円筒状）のステータコア３１と、各ティース３３それぞれに巻回されたステータ巻線（コイル）３４とを有して構成されている。

ステータコア３１は、例えば、ステータセグメント（分割コア）がステータ３の周方向に複数配列されることにより、円環状（円筒状）に構成されている。各ステータセグメントは、ステータコア３１の周方向に延出する円弧状のヨーク３２と、ステータコア３１の径方向内方に向けて突出する複数のティース３３とを含んで構成されている。また、各ステータセグメントは、例えば、珪素鋼板等の方向性を有する電磁鋼板が積層されて構成される。

このように構成されることにより、ステータコア３１には、周方向に沿って、所定の間隔毎に、径方向内方に延伸する複数のティース３３が配置される。ティース３３は、ステータコア３１の半径方向（ティース３３の軸線）に直交する平面によって切断した場合に、略矩形（又は円形）の断面形状を示すように形成されている。

ティース３３の側面には、銅等の高導電性線材をエナメル等の絶縁材料で被覆した巻線からなるステータ巻線（コイル）３４が巻装されている。本実施形態では、平角線が各ティース３３に集中巻きで巻回されてステータ巻線（コイル）３４を形成している。すなわち、本実施形態に係るステータ３は、いわゆる突極集中巻き分割ステータである。なお、集中巻きに代えて、例えば分布巻きを採用してもよい。

ロータ５は、例えば、複数の円環状の電磁鋼板が積層されて形成された鋼板積層体によって構成されている。また、ロータ５としては、例えば、鉄、鉄－シリコン系合金などの軟磁性金属粉末や軟磁性金属酸化物粉末がシリコーン樹脂等の樹脂バインダーで被覆された磁性粉末などからなる圧粉成形体等を用いることもできる。ロータ５の中心には出力シャフト用のスロットが回転軸方向に開設されている。

ロータ５には、回転軸に対して垂直に切断した断面が略扇形で、かつ、回転軸と平行に柱状に延びる中空の磁石スロット５１が、周方向に沿って間隔を空けて、複数（本実施形態では１６個）、形成されている。ここで、本実施形態では、略Ｖ字状に配置された２つの磁石スロット５１を一組（一極）とし、計８極の磁石スロット５１、すなわち、２分割８極（１６個）の磁石スロット５１が形成された構成を採用した。なお、後述する磁性流体が漏れ出さないように、磁石スロット５１は、例えばメッキなどによって液密にシールされている。

各磁石スロット５１は、ロータ５の回転軸方向から見て、ロータ５の回転軸と永久磁石５３の揺動軸５４とを結ぶ仮想線５９と交わらないように形成されている。各磁石スロット５１には、永久磁石５３が揺動自在に収容されている。

永久磁石５３は、例えば、略矩形の板状に形成されており、その一辺が磁石スロット５１の略扇形断面の要部分にロータ５の回転軸と平行に設けられた揺動軸５４に取り付けられることにより、揺動自在に複数の磁石スロット５１それぞれの内部に収容される。なお、揺動軸５４としては、例えば、ピン状の部材などを用いることができる。

永久磁石５３としては、例えば、希土類磁石が好適に用いられる。希土類磁石としては、ネオジムに鉄とボロンを加えた３成分系のネオジム磁石、サマリウムとコバルトとの２成分系の合金からなるサマリウムコバルト磁石などを挙げることができる。なお、希土類磁石に代えて、鉄酸化物粉末を主原料としたフェライト磁石、アルミニウム、ニッケル、コバルトなどを原料としたアルニコ磁石などを用いてもよい。

上述したように、断面略扇形の磁石スロット５１に板状の永久磁石５３が収容されることにより、各磁石スロット５１には、磁石スロット５１の内面と永久磁石５３とによって第１流体室５１１（特許請求の範囲に記載の一方の流体室に相当）と、第２流体室５１２（特許請求の範囲に記載の他方の流体室に相当）とが画成される。ここで、永久磁石５３から見てロータ５の外周側に画成される流体室を第１流体室５１１とし、永久磁石５３から見てロータ５の内側（回転軸側）に画成される流体室を第２流体室５１２とする。

第１流体室５１１及び第２流体室５１２それぞれは、永久磁石５３が揺動することにより、永久磁石５３の揺動角に応じて容積が変化する。各磁石スロット５１（第１流体室５１１及び第２流体室５１２）には、磁性流体が充填される。

ここで、磁性流体は、軟磁性と流動性を持つ流体である。磁性流体としては、例えば、液体中に高濃度のマグネタイト等の強磁性超微粒子を分散させたものなどを用いることができる。

磁性流体は、貯留パン７５に貯留されており、流体ポンプ７１によって、第１流体室５１１及び第２流体室５１２に供給される。流体ポンプ７１は、例えばＩＰＭモータ１により駆動され、貯留パン７５に貯留されている磁性流体を吸い上げ、昇圧して吐出する。吐出された磁性流体は、第１配管７７１を通して、切替弁（四方弁）７３に圧送される。なお、流体ポンプ７１としては、例えば、同軸式の内接ギヤ・トロコイドタイプや、チェーン駆動式のベーンタイプのものなどが好適に用いられる。

切替弁（四方弁）７３は、流体ポンプ７１から吐出される磁性流体の供給先を、第１流体室５１１と、第２流体室５１２との間で切り替える。すなわち、切替弁７３は、特許請求の範囲に記載の切替手段として機能する。切替弁７３には、流体ポンプ７１と連通する第１配管７７１、磁石スロット５１の第１流体室５１１と連通する第２配管７７２、第２流体室５１２と連通する第３配管７７３、及び、貯留パン７５と連通する第４配管７７４が接続されている。なお、第１流体室５１１と連通する第２配管７７２、及び、第２流体室５１２と連通する第３配管７７３は、例えば、ロータ５の中心に取り付けられる出力シャフトの中等を通して配管される。

切替弁７３は、流体ポンプ７１と第１流体室５１１とを連通するとともに、第２流体室５１２と貯留パン７５とを連通する第１位置（ポジション）と、流体ポンプ７１と第２流体室５１２とを連通するとともに、第１流体室５１１と貯留パン７５とを連通する第２位置（ポジション）とを取り得るように構成されている。なお、上記第１位置、第２位置に加えて、流体ポンプ７１、貯留パン７５と第１流体室５１１、第２流体室５１２それぞれとの連通を遮断する第３位置（ポジション）を取り得る構成としてもよい。切替弁７３としては、電動式のものが好適に用いられる。切替弁７３の駆動位置（すなわち切替状態）は、ＭＣＵ（ＭｏｔｏｒＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）８０によって制御される。

ＭＣＵ８０には、ＩＰＭモータ１（ロータ５）の回転速度（回転数）を検出する回転速度センサ８５等の各種センサが接続されており、ＭＣＵ８０は、ＩＰＭモータ１の駆動を総合的に制御する。なお、回転速度センサ８５としては、例えば、レゾルバなどが好適に用いられる。

特に、ＭＣＵ８０は、ロータ５に用いられる永久磁石５３の数を増やすことなく、低回転時の高トルク化と最高回転数の高回転化（すなわち高回転領域の拡大）とを両立させる機能を有している。そのため、ＭＵＣ８０は、磁石角度制御部８１を機能的に有している。ＭＣＵ８０は、演算を行うマイクロプロセッサ、該マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＥＥＰＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ、バッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ、及び、入出力Ｉ／Ｆ等を有して構成されている。ＭＣＵ８０では、ＥＥＰＲＯＭに記憶されているプログラムがマイクロプロセッサによって実行されることにより、磁石角度制御部８１の各機能が実現される。

磁石角度制御部８１は、ロータ５の回転軸方向から見て、ロータ５の回転軸と永久磁石５３の揺動軸５４とを結ぶ仮想線５９と、永久磁石５３とに挟まれた鋭角の角度（夾角の角度））を、ＩＰＭモータ１（ロータ５）の回転速度（回転数）に応じて可変する。すなわち、磁石角度制御部８１は、特許請求の範囲に記載の制御手段として機能する。なお、ロータ５の回転速度（回転数）に代えて、例えば車速に応じて上記鋭角の角度（夾角の角度）を可変する構成としてもよい。

その際に、磁石角度制御部８１は、ＩＰＭモータ１（ロータ５）の回転速度が低くなるほど、仮想線５９と永久磁石５３とに挟まれた鋭角の角度（夾角の角度）が小さくなり、ＩＰＭモータ１（ロータ５）の回転速度が高くなるほど上記鋭角の角度（夾角の角度）が大きくなるように永久磁石５３を揺動させる。

より具体的には、磁石角度制御部８１は、ＩＰＭモータ１の回転速度が低下する場合には、流体ポンプ７１と第２流体室５１２とが連通され、第１流体室５１１と貯留パン７５とが連通されることにより、第２流体室５１２に磁性流体が供給されるとともに、第１流体室５１１から磁性流体が排出されるように、切替弁７３の駆動（位置）を制御する。一方、磁石角度制御部８１は、ＩＰＭモータ１の回転速度が増大する場合には、流体ポンプ７１と第１流体室５１１とが連通され、第２流体室５１２と貯留パン７５とが連通されることにより、第１流体室５１１に磁性流体が供給されるとともに、第２流体室５１２から磁性流体が排出されるように、切替弁７３の駆動（位置）を制御する。

次に、図３、図４を併せて参照しつつ、ＩＰＭモータ１の出力特性、特に、永久磁石５３の角度に対するＩＰＭモータ１の出力特性について説明する。図３は、上段から順に、（ａ）低速時、（ｂ）中速時、（ｃ）高速時それぞれにおける、永久磁石５３の角度を示す図である。図４は、上段から順に、（ａ）低速時、（ｂ）中速時、（ｃ）高速時それぞれのＩＰＭモータ１の出力特性を示す図である。

図３、図４の上段に示されるように、誘起起電力（誘起電圧）が比較的小さい低速時には、第２流体室５１２に磁性流体が供給されるとともに、第１流体室５１１から磁性流体が排出され、仮想線５９と永久磁石５３とに挟まれた鋭角の角度（夾角の角度）が小さくされることにより、コイル３４と交わる磁束（有効磁束量）が増えて、マグネットトルクが増大される一方、リラクタンストルクが減少されることで、低速側の高トルク化が図られる。

一方、図３、図４の下段に示されるように、誘起起電力（誘起電圧）が比較的大きくなる高速時には、第１流体室５１１に磁性流体が供給されるとともに、第２流体室５１２から磁性流体が排出され、仮想線５９と永久磁石５３とに挟まれた鋭角の角度（夾角の角度）が大きくされることにより、コイル３４と交わる磁束（有効磁束量）が減り（すなわち誘起起電力が下がり）、マグネットトルクが減少される一方、リラクタンストルクが増大されることで、高トルク出力運転が可能な高回転領域が広げられる（すなわち高回転領域が拡大される）。

なお、図３、図４の中段に示されるように、中速時には、ＩＰＭモータ１（ロータ５）の回転速度に応じて、上述した低速時と高速時との間の角度となるように永久磁石５３の角度制御が行われる。

以上、説明したように、本実施形態によれば、ＩＰＭモータ１（ロータ５）の回転速度が低下する場合には、第２流体室５１２に磁性流体が供給されるとともに、第１流体室５１１から磁性流体が排出されるように、切替弁７３の駆動が制御され、ＩＰＭモータ１（ロータ５）の回転速度が増大する場合には、第１流体室５１１に磁性流体が供給されるとともに、第２流体室５１２から磁性流体が排出されるように、切替弁７３の駆動が制御される。そのため、ＩＰＭモータ１の回転速度が低くなるほど、仮想線５９と永久磁石５３とに挟まれた鋭角の角度（夾角の角度）が小さくなり、ＩＰＭモータ１の回転速度が高くなるほど上記鋭角の角度（夾角の角度）が大きくなるように永久磁石５３が揺動される。よって、誘起起電力（誘起電圧）が比較的小さい低回転時には、上記鋭角の角度（夾角の角度）を小さくすることにより、コイル３４と交わる磁束（有効磁束量）を上げ、マグネットトルクを増大する一方、リラクタンストルクを減少させることで、低回転側の高トルク化を図ることができる。一方、誘起起電力（誘起電圧）が比較的大きくなる高回転時には、上記鋭角の角度（夾角の角度）を大きくすることにより、コイル３４と交わる磁束（有効磁束量）を下げ（すなわち誘起起電力を下げ）、マグネットトルクを減少する一方、リラクタンストルクを増大させることで、高トルク出力運転が可能な高回転領域を広げること（高回転領域の拡大）ができる。その結果、ロータ５に用いられる永久磁石５３の数を増やすことなく、低回転時の高トルク化と最高回転数の高回転化（高回転領域の拡大）とを両立させることが可能となる。

本実施形態によれば、各磁石スロット５１が、ロータ５の回転軸方向から見て、ロータ５の回転軸と永久磁石５３の揺動軸５４とを結ぶ仮想線５９と交わらないように形成されているため、永久磁石５３の角度（夾角の角度）を可変することにより、コイル３４と交わる磁束（有効磁束量）を単調増加又は単調減少させることができる。

本実施形態によれば、ＩＰＭモータ１（ロータ５）の回転速度に応じて、切替弁７３の駆動が制御され、流体ポンプ７１から吐出される磁性流体の供給先が、第１流体室５１１と、第２流体室５１２との間で切り替えられる。そのため、永久磁石５３を揺動することができる（すなわち、永久磁石５３を所望の角度に調節することができる）。また、磁石スロット５１が磁性流体で充填されるため、磁気抵抗を低減することができる。よって、ＩＰＭモータ１のモータ効率の低下、及び、出力トルクの低下を防止することができる。

（第２実施形態）
次に、図５を用いて、第２実施形態に係るＩＰＭモータ２の構成について説明する。図５は、ＩＰＭモータ２を構成するロータ５Ｂの永久磁石５３の角度可変システムの構成を示すブロック図である。なお、図５において第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号が付されている。

上述した第１実施形態では、磁性流体を供給又は排出する流体室（第１流体室５１１、第２流体室５１２）を切替弁７３により切替える構成としたが、ＩＰＭモータ２は、ＩＰＭモータ２（ロータ５Ｂ）とトルク伝達可能に接続され、磁性を有する磁性流体を昇圧して、磁石スロット５１Ｂの内面と永久磁石５３とによって画成される第１流体室５１１（一方の流体室に相当）に吐出する流体ポンプ７１と、磁石スロット５１Ｂの内面と永久磁石５３とによって画成される第２流体室５１２Ｂ（他方の流体室に相当）に設けられ、永久磁石５３を第２流体室５１２Ｂ側から第１流体室５１１側に付勢する板バネやスプリングコイル等の付勢部材９１とを備えている。なお、第２流体室５１２Ｂは貯留パン７５と連通されており、第１流体室５１１から第２流体室５１２Ｂに漏れ出した磁性流体は、貯留パン７５に戻される構成とされている。これらの点でＩＰＭモータ２は、上述したＩＰＭモータ１と異なっている。なお、その他の構成は、上述したＩＰＭモータ１と同一または同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

本実施形態によれば、流体ポンプ７１が、ＩＰＭモータ２（ロータ５Ｂ）によって駆動され、昇圧された磁性流体が第１流体室５１１に供給される。ここで、流体ポンプ７１がＩＰＭモータ２によって駆動されるため、ＩＰＭモータ２が高回転になるほど、第１流体室５１１に供給される磁性流体の吐出量・吐出圧が増大する。一方、第２流体室５１２Ｂには、永久磁石５３を第２流体室５１２Ｂ側から第１流体室５１１側に付勢する板バネやスプリングコイル等の付勢部材９１が設けられているため、例えば、低回転時には、付勢部材９１の付勢力及び遠心力が磁性流体による押力（圧力×受圧面積）よりも大きくなるため、永久磁石５３が第１流体室５１１側に位置することとなる（すなわち上記鋭角の角度（夾角の角度）が小さくなる）。そして、ＩＰＭモータ２の回転速度が上昇するにしたがって、磁性流体による押力（圧力×受圧面積）が増大し、永久磁石５３が第１流体室５１１側から第２流体室５１２Ｂ側に動き、高回転時には、付勢部材９１の付勢力及び遠心力が磁性流体による押力（圧力×受圧面積）よりも小さくなり、永久磁石５３が第２流体室５１２Ｂ側に位置することとなる（すなわち上記鋭角の角度（夾角の角度）が大きくなる）。

よって、誘起起電力（誘起電圧）が比較的小さい低回転時には、コイル３４と交わる磁束（有効磁束量）を上げ、マグネットトルクを増大する一方、リラクタンストルクを減少させることで、低回転側の高トルク化を図ることができる。一方、誘起起電力（誘起電圧）が比較的大きくなる高回転時には、コイル３４と交わる磁束（有効磁束量）を下げ（すなわち誘起起電力を下げ）、マグネットトルクを減少する一方、リラクタンストルクを増大させることで、高トルク出力運転が可能な高回転領域を広げること（高回転領域の拡大）ができる。その結果、上述した第１実施形態と同様に、ロータ５Ｂに用いられる永久磁石５３の数を増やすことなく、低回転時の高トルク化と最高回転数の高回転化（すなわち高回転領域の拡大）とを両立させることが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、ロータ５，５Ｂに形成される磁石スロット５１，５１Ｂの数や、配置、大きさ等は、任意に設定することができ、上記実施形態には限られない。例えば、上記実施形態では、２つの永久磁石５３が略Ｖ字状に配設されて一つの磁極を形成する構成としたが、一つの永久磁石が一つの磁極を形成する構成としてもよい。

また、上記実施形態では、すべての永久磁石５３が揺動可能な構成としたが、一部の永久磁石５３のみが揺動可能な構成としてもよい。さらに、永久磁石５３の揺動軸５４を電動モータ等で直接回動する構成、又は、リンク機構等を介して回動する構成としてもよい。

１，２ＩＰＭモータ
３ステータ
３１ステータコア
３２ヨーク
３３ティース
３４ステータ巻線（コイル）
５，５Ｂロータ
５１，５１Ｂ磁石スロット
５１１第１流体室
５１２，５１２Ｂ第２流体室
５３永久磁石
５４揺動軸
５９仮想線
７１流体ポンプ
７３切替弁
７５貯留パン
７７１～７７４第１配管～第４配管
８０ＭＣＵ
８１磁石角度制御部
８５回転速度センサ
９１付勢部材

Claims

回転軸に対して垂直な断面が略扇形で、かつ、前記回転軸と平行に柱状に延びる磁石スロットが、周方向に沿って間隔を空けて、複数、形成されたロータと、
略矩形の板状に形成され、一辺が、前記磁石スロットの略扇形断面の要部分に前記ロータの回転軸と平行に設けられた揺動軸に取り付けられ、前記複数の磁石スロットそれぞれの内部に揺動自在に収容された永久磁石と、
前記ロータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記ロータの回転軸方向から見て、前記ロータの回転軸と前記永久磁石の揺動軸とを結ぶ仮想線と、前記永久磁石とに挟まれた鋭角の角度を、前記ロータの回転速度に応じて可変する制御手段と、を備え、
前記磁石スロットは、前記ロータの回転軸方向から見て、前記ロータの回転軸と前記永久磁石の揺動軸とを結ぶ前記仮想線と交わらないように形成されており、
前記制御手段は、前記ロータの回転速度が低くなるほど前記鋭角の角度が小さくなり、前記ロータの回転速度が高くなるほど前記鋭角の角度が大きくなるように前記永久磁石を揺動させることを特徴とするＩＰＭモータ。
回転軸に対して垂直な断面が略扇形で、かつ、前記回転軸と平行に柱状に延びる磁石スロットが、周方向に沿って間隔を空けて、複数、形成されたロータと、
略矩形の板状に形成され、一辺が、前記磁石スロットの略扇形断面の要部分に前記ロータの回転軸と平行に設けられた揺動軸に取り付けられ、前記複数の磁石スロットそれぞれの内部に揺動自在に収容された永久磁石と、
前記ロータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記ロータの回転軸方向から見て、前記ロータの回転軸と前記永久磁石の揺動軸とを結ぶ仮想線と、前記永久磁石とに挟まれた鋭角の角度を、前記ロータの回転速度に応じて可変する制御手段と、
磁性を有する磁性流体を昇圧して吐出する流体ポンプと、
前記流体ポンプから吐出される磁性流体の供給先を、前記磁石スロットの内面と前記永久磁石とによって画成される一方の流体室と、他方の流体室との間で切り替える切替手段と、を備え、
前記一方の流体室は、前記永久磁石から見て前記ロータの外周側に画成され、
前記他方の流体室は、前記永久磁石から見て前記ロータの内側に画成され、
前記制御手段は、
前記ロータの回転速度が低下する場合には、前記他方の流体室に磁性流体が供給されるとともに、前記一方の流体室から磁性流体が排出されるように、前記切替手段の駆動を制御し、
前記ロータの回転速度が増大する場合には、前記一方の流体室に磁性流体が供給されるとともに、前記他方の流体室から磁性流体が排出されるように、前記切替手段の駆動を制御する
ことを特徴とするＩＰＭモータ。
前記磁石スロットは、前記ロータの回転軸方向から見て、前記ロータの回転軸と前記永久磁石の揺動軸とを結ぶ前記仮想線と交わらないように形成されていることを特徴とする請求項２に記載のＩＰＭモータ。
回転軸に対して垂直な断面が略扇形で、かつ、前記回転軸と平行に柱状に延びる磁石スロットが、周方向に沿って間隔を空けて、複数、形成されたロータと、
略矩形の板状に形成され、一辺が前記磁石スロットの略扇形断面の要部分に前記ロータの回転軸と平行に設けられた揺動軸に取り付けられ、前記複数の磁石スロットそれぞれの内部に揺動自在に収容された永久磁石と、
前記ロータとトルク伝達可能に接続され、磁性を有する磁性流体を昇圧して、前記磁石スロットの内面と前記永久磁石とによって画成される一方の流体室に吐出する流体ポンプと、
前記磁石スロットの内面と前記永久磁石とによって画成される他方の流体室に設けられ、前記永久磁石を該他方の流体室側から前記一方の流体室側に付勢する付勢部材と、を備え、
前記一方の流体室は、前記永久磁石から見て前記ロータの外周側に画成され、
前記他方の流体室は、前記永久磁石から見て前記ロータの内側に画成され、
前記ロータの回転速度が低下したときには、前記付勢部材の付勢力及び遠心力が磁性流体による押力よりも大きくなり、前記永久磁石が前記一方の流体室側に位置し、
前記ロータの回転速度が増大するにしたがって、前記流体ポンプから吐出される磁性流体の吐出量、吐出圧が増大して、磁性流体による押力が増大し、前記永久磁石が前記一方の流体室側から前記他方の流体室側に動き、
前記ロータの回転速度が増大したときには、前記付勢部材の付勢力及び遠心力が磁性流体による押力よりも小さくなり、前記永久磁石が前記他方の流体室側に位置する
ことを特徴とするＩＰＭモータ。