JPH04251534A - 回転電機装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、永久磁石を用いた回
転電機装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、各種機器の駆動源として電動
機が広く利用されており、その１つとして永久磁石電動
機（ブラシレスＤＣ電動機）が知られている。この永久
磁石電動機は、例えば特開平１−１７０７７８号公報に
示すように、回転軸に取り付けられる非磁性材料で形成
されるロータ基部の周囲にアルミニウムけい素鋼板等の
継鉄を固着し、この継鉄の周囲に複数の永久磁石を周回
方向に並べて取り付けることによりロータを構成し、更
にこのロータの周囲に複数のコイルからなるステータを
配置したものであり、ステータコイルへの同期通電によ
り回転磁界を発生することによって、永久磁石を有する
ロータを回転させ回転駆動力を得るように構成される。

【０００３】このような、永久磁石を用いた回転電機装
置、例えば永久磁石電動機は、誘導電動機に比べて励磁
電流が不要なことから効率的に運転できるという特長が
あり、その特性を生かしてバッテリで駆動される電気自
動車に適用した場合、１回の充電あたりの走行距離を延
ばすことができるという利点がある。更に、永久磁石電
動機はロータを回転させることにより、ステータコイル
に起電力を得ることができ、発電機として作動させるこ
とが容易である。従って、エンジン自動車のスタータモ
ータに永久磁石電動機を用いれば、エンジンの回転時は
この永久磁石電動機を発電機として使用することができ
るというメリットがある。

【０００４】ここで、永久磁石を用いた回転電機装置、
特に永久磁石電動機の場合、そのロータ構造上、永久磁
石の発生する磁束φは一定なので、ロータの回転数Ｎが
上昇すると逆起電圧Ｅ（＝ｋ・φ・Ｎ，但しｋは定数）
が上昇するという特性がある。図８は回転数Ｎと逆起電
圧Ｅの関係を示す特性図であり、同図に曲線Ａで示すよ
うに、回転数Ｎの上昇に伴い逆起電圧Ｅも増加する。そ
こで、この逆起電圧Ｅが電動機への印加電圧Ｖと等しく
なってくるとステータコイルにそれ以上の電流を流せな
くなってしまい、電動機を高回転数で回転させることが
できないという問題がある。図９は電流一定の場合の回
転数ＮとトルクＴの関係を示す特性図であり、逆起電圧
Ｅと印加電圧Ｖの関係が逆転した時点までトルクＴはト
ルクＴ０の状態にあるが、それ以上ではトルクを得られ
ない。

【０００５】また、電動機の運転中に発生する鉄損Ｗは
ロータを構成する永久磁石の磁束φと回転数Ｎの関数Ｗ
（φ，Ｎ）となっており、磁束φが一定の場合、図１０
の回転数Ｎと鉄損Ｗの関係を示す特性図に示すように変
化する。このように、永久磁石電動機の場合、永久磁石
の磁束φは一定であるため、回転数Ｎの上昇に伴い鉄損
Ｗは増加する。この鉄損は電動機の出力トルクに関係な
く決まるので、電動機出力トルクが小さな領域では鉄損
Ｗの占める割合が大きく効率が悪いという問題がある。

【０００６】永久磁石を用いた回転電機装置の場合は電
動機をそのまま発電機として用いることができるが、電
動機の回転数が上昇した場合にはそのまま電圧が上昇し
てしまう。すなわち、ロータに取り付けられている永久
磁石は発生する磁束が一定であり、このロータを回転し
た場合、ステータのコイルを横切る磁束量が回転数に比
例し、その変化量も回転数に比例することになる。そこ
で、ロータ回転数に比例して発生電圧が比例して増加す
ることになる。例えば、永久磁石電動機をエンジンのス
タータとして用いる通常の回転数が７００ｒｐｍであり
、その時に１４Ｖの電圧で動作するものとすると、これ
を発電機として用いた場合にはその回転数がエンジンの
最高回転数の例えば７０００ｒｐｍまで上昇すると１４
０Ｖという高電圧を発生することになってしまう。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の回転電機装置は
以上のように構成されているので、永久磁石の磁束が一
定であることによる様々な弊害を生じる。すなわち、電
動機として用いた場合は逆起電圧の増大による回転数上
昇の頭打ちや鉄損の増大による効率の低下が問題となり
、発電機として用いた場合は発生電圧の上昇による他の
機器や配線への悪影響等の問題を生じる。このため、永
久磁石を用いた回転電機では永久磁石の磁束がステータ
に与える影響力を制御することが高回転数の実現、電力
効率の向上、発生電圧の制御等の観点から大きな課題と
なる。

【０００８】この発明は上記課題に鑑みなされたもので
あり、永久磁石による磁束のステータコイルへの影響を
制御できる回転電機装置を得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明は、回転軸に固定され、その周囲に永久磁石
が複数個配置されたロータと、このロータを取り囲むよ
うに配置され、通電により回転磁界を発生するためのコ
イルを有するステータと、前記ロータの回転数に応じて
前記ロータとステータの位置を相対的に変化させる移動
手段を有することを特徴とする。

【００１０】

【作用】この発明の回転電機装置では、回転数に応じて
、ロータとステータの相対位置を変更する。このため、
回転数に応じてステータのコイルを横切る磁束を制御で
きる。そこで、電動機として使用する場合は高回転領域
では逆起電圧を低減するように、低回転領域では鉄損を
低減するように、また発電機として使用する場合は高回
転領域で発生電圧を抑制することができる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照しながらこの発明の実施例
を説明する。図１は、この発明の一実施例に係る回転電
機装置、特に永久磁石電動機を例に取った場合の縦断面
図であり、スラスト方向にカットして得た縦断面図とそ
れをＸ−Ｙ線でカットして得た断面図を示すものである
。図から明らかなように、この永久磁石電動機は、回転
電機装置のケース１、ケース１内に収納されるステータ
２、ステータ２の内面側の周回方向に複数個を形成され
る図示しないスロットに巻回されるステータコイル３、
回転軸１０を中心に回転可能に配置されるロータ４、ロ
ータ４の最外周に周回方向に永久磁石を複数個分割して
配置した永久磁石部５、ロータ４の基部を形成する磁化
しにくい材料、例えば銅やアルミニウム等で構成される
非磁性体部６、非磁性体部６内にラジアル方向に複数個
形成されるガイド坑８内部にラジアル方向に摺動可能に
配される可動永久磁石７、ケース１に対して回転軸１０
を回転可能に保持する軸受１１、回転軸１０に軸着され
ロータ４の回転を外部に取り出すための出力歯車１２、
出力歯車１２と噛み合い出力歯車１２の回転力を減速し
て出力駆動軸１４に伝達する減速歯車１３からなってい
る。

【００１２】図２は、図１の構成の永久磁石部５の詳細
な構成を示す部分断面図である。図に示すように、永久
磁石部５は、非磁性体部６の周囲に配された磁化し易い
材料、例えばけい素鋼板でできた継鉄１５の外周にガイ
ド坑８に対抗する位置で分割された複数の永久磁石１６
を配置して構成される。そして、永久磁石１６によって
形成される極は可動永久磁石７と反発するようにそのＮ
Ｓが設定される。

【００１３】次に、この永久磁石電動機の動作を図３、
図４の縦断面図も用いて説明する。なお、図１が回転数
Ｎが回転数Ｎ０以下の場合を示しているのに対して、図
３は回転数Ｎが回転数Ｎ０より大きくＮ１以下の場合を
示しており、図４は回転数Ｎが回転数Ｎ１より大きい場
合を示している。また、図１の状態は永久磁石部５と可
動永久磁石７の間の磁気反発力がロータ４の回転に伴い
可動永久磁石７に作用する遠心力とが等しくなる回転数
Ｎ０以下の状態であり、図３はロータ４の回転に伴い可
動永久磁石７に作用する遠心力が永久磁石部５と可動永
久磁石７の磁気反発力に打ち勝って可動永久磁石７がラ
ジアル方向外側に向かって移動し磁気反発力と遠心力が
釣り合った状態であり、図４は更に回転数が上昇して可
動永久磁石７が磁気反発力に抗してラジアル方向外側に
向かってこれ以上移動できなくなる回転数Ｎ１以上の状
態である。

【００１４】また、図８は、ロータ４の回転数Ｎのそれ
ぞれの状態に対応する逆起電圧Ｅの関係を曲線Ｂで示し
ており、図９の特性図では電流一定の場合のロータ４の
回転数Ｎのそれぞれの状態に対応するトルクＴの関係を
曲線Ｂで示している。

【００１５】図１の状態（つまり回転数ＮがＮ０以下）
の場合、永久磁石部５に対する可動永久磁石７の影響力
は無視でき、永久磁石部５からの磁束φ０はほとんどロ
ータ４とステータ２の間のギャップに作用する。このた
め、永久磁石部５とステータ２の関係において発生する
逆起電圧Ｅは、 Ｅ＝ｋ０・φ０・Ｎ　　…　　（式１）で表わされる。 ここで、ｋ０は定数である。

【００１６】一方、ロータ４の回転数ＮがＮ０を超えて
Ｎ１に達するまでの間は、ロータ４の回転数Ｎに応じて
可動永久磁石７はガイド坑８内部をラジアル方向に移動
するので、永久磁石部５に対する可動永久磁石７の影響
は変化し、永久磁石部５からの磁束は可動永久磁石７の
移動量ｘに応じて変化する。ここで、永久磁石部５とス
テータ２の関係において発生する逆起電圧Ｅは、Ｅ＝ｋ
０・φ０・Ｎ−ｋ１・ｆ（Ｎ２　，ｘ）・φ１・Ｎ　　
…　　（式２）である。ここで、ｋ１は定数であり、磁
束φ１は可動永久磁石７が発生する磁束である。ｆ（Ｎ
２　，ｘ）は０から１までの値を示す関数で、Ｘが増加
するに従って増加する関数である。

【００１７】ロータ４の回転数Ｎが更に増加してＮ１を
超えると、永久磁石部５に対する可動永久磁石７の影響
力は一定となり、永久磁石部５からの磁束φ０−φ１は
変わらなくなる。このため、永久磁石部５とステータ２
の関係において発生する逆起電圧Ｅは、Ｅ＝ｋ２・（φ
０−φ１）・Ｎ　　…　　（式３）で表わされる。ここ
で、ｋ２は定数である。

【００１８】一方、図９において示される電動機のトル
クＴは、 Ｔ＝ＥＩ／Ｎ　　…　　（式４） で表わされる。ここで、Ｉはステータコイル３の電流で
あり、この電流Ｉは、 Ｉ＝（Ｖ−Ｅ）／Ｒ　　…　　（式５）となる。ここで
、Ｒはステータコイル３の巻線抵抗である。従って、ス
テータコイル３に流し得る電流Ｉを一定とすると、図８
に示すように、ロータ４の回転数ＮがＮ０を超えた時点
より逆起電圧Ｅの上昇が抑制され、ステータコイル３へ
の印加電圧Ｖを超えるのが回転数Ｎ１付近となる。その
結果、ロータ４の回転数Ｎは従来は回転数Ｎ０で頭打ち
であったのに対して、回転数Ｎ１まで持ってくることが
可能となり、出力可能範囲が広がり高速運転ができるよ
うになる。

【００１９】また、回転数の上昇に伴い、トルクＴも図
９に示すように、ロータ４の回転数ＮがＮ０を超えた時
点より徐々に低下してゆく。このように、電動機は回転
数上昇に伴い低トルク運転となるが、この場合、図１１
の回転数Ｎに対する鉄損Ｗの関係をトルクＴを加味して
示した特性図にも示すように、ロータ４とステータ２の
間のギャップに作用する磁束が小さくなりトルクが低減
すると同じ回転数でも鉄損Ｗが低減し、高効率運転を行
なうことが可能となる。ここで、図１１において、曲線
ＡはトルクＴがＴ１以上の場合、曲線ＢはトルクＴがＴ
０より小さくＴ０より大きな場合、曲線ＡとＢの間はト
ルクＴがＴ０以上でＴ１より小さな場合をそれぞれ示し
ている。

【００２０】なお、上記実施例では可動永久磁石７と永
久磁石１６の反発力とロータ４の回転により可動永久磁
石７に作用する遠心力のバランスにより永久磁石部５と
可動永久磁石７の間の距離を調節するような構成を例示
したが更にスプリング等による補助力を作用させ、所望
の特性を得るようにしてもよい。

【００２１】また、可動永久磁石７の可動範囲を更に低
速回転数側に広げてよりきめの細かな制御を行なうよう
にしてもよい。

【００２２】図５は、この発明の他の実施例に係る回転
電機装置、特に永久磁石電動機を例に取った場合の縦断
面図であり、スラスト方向にカットして得た縦断面図と
それをＸ−Ｙ線でカットして得た断面図を示すものであ
る。この永久磁石電動機は、可動永久磁石７をガイド坑
８内においてラジアル方向内側に向かって付勢するスプ
リング９、回転軸１０内部に形成されロータ４を構成す
る非磁性体部６内部に形成されるロータ内油圧通路１８
と連通する軸内油圧通路１７、回転軸１０内部の軸内油
圧通路１７に外部から油圧を供給したり解除したりする
ための油圧カップリング１９、回転軸１０の回転数を検
出するための回転数検出器２０、油圧を発生するための
オイル２２を蓄えておくオイルタンク２１、オイルタン
ク２１からオイル２２を吸い上げ油圧系統２５に油圧を
供給するオイルポンプ２３、油圧系統２５からの油圧を
油圧カップリング１９側に供給したりオイルタンク２１
側に戻すための切り替え動作を行なう油圧切替器２４、
回転数検出器２０を通じて検出したロータ４の回転数に
応じて油圧切替器２４を制御する電子制御ユニット２６
を有している。なお、油圧系統２５から油圧切替器２４
、油圧カップリング１９を通じて軸内油圧通路１７から
ロータ内油圧通路１８に油圧がかかると可動永久磁石７
はガイド坑８内をスプリング９の付勢力に逆らってラジ
アル方向外側に向かって移動する。また、図５の構成に
おいて、永久磁石部５の構成は図２の部分断面図に示す
とおりである。

【００２３】以上のような構成において、次にその動作
を図６、図７の縦断面図も用いて説明する。

【００２４】ここで、図５はロータ４の回転数Ｎが回転
数Ｎ０以下の場合を示しており、この状態で電子制御ユ
ニット２６は、回転数検出器２０で検出した回転数Ｎに
基づいては油圧切替器２４を切り替え、油圧系統２５の
油圧が油圧カップリング１９、軸内油圧通路１７、ロー
タ内油圧通路１８を通じて可動永久磁石７に作用しない
ように制御する。従って、この場合、可動永久磁石７は
スプリング９の付勢力により永久磁石部５との距離がも
っとも離れた状態に保持される。なお、この場合、電動
機の出力トルクＴは比較的大きなトルクＴ０にある。

【００２５】図６はロータ４の回転数Ｎが回転数Ｎ０よ
り大きくＮ１以下の場合を示しており、この状態で電子
制御ユニット２６は回転数検出器２０で検出した回転数
Ｎに基づいて油圧切替器２４を制御し、油圧系統２５か
らの油圧が油圧カップリング１９、軸内油圧通路１７、
ロータ内油圧通路１８を通じて可動永久磁石７に回転数
Ｎに応じた力で作用するように制御する。従って、この
場合、可動永久磁石７はスプリング９の付勢力と油圧の
バランスにより永久磁石部５との距離が回転数Ｎに応じ
た距離に制御される。なお、この場合、電動機の出力ト
ルクＴは低下して比較的小さな状態、つまりトルクＴ０
以下の状態にある。

【００２６】図７はロータ４の回転数Ｎが回転数Ｎ１よ
り大きい場合を示しており、この状態で電子制御ユニッ
ト２６は回転数検出器２０で検出した回転数Ｎに基づい
て油圧切替器２４を制御し、油圧系統２５の油圧が油圧
カップリング１９、軸内油圧通路１７、ロータ内油圧通
路１８を通じて可動永久磁石７に一杯に作用するように
制御する。なお、この場合も電動機の出力トルクＴは更
に低下して小さなトルク状態、つまりトルクＴ０より十
分に小さな状態にある。

【００２７】また、図８の特性図では、ロータ４の回転
数Ｎのそれぞれの状態に対応する逆起電圧Ｅの関係を曲
線Ｂで示しており、図９の特性図では電流一定の場合の
ロータ４の回転数Ｎのそれぞれの状態に対応するトルク
Ｔの関係を曲線Ｂで示している。

【００２８】ここで、図５の状態、つまりロータ４の回
転数ＮがＮ０以下の場合、永久磁石部５に対する可動永
久磁石７の影響力はほとんど無視できるため、永久磁石
部５からの磁束φ０がステータ２とロータ４の間のギャ
ップに作用する。

【００２９】一方、図７の状態、つまりロータ４の回転
数ＮがＮ１以上の場合、永久磁石部５に対しては可動永
久磁石７の磁束φ１が作用するため、両者の差φ０−φ
１がステータ２とロータ４の間のギャップに作用する。

【００３０】さらに、図６の状態、つまりロータ４の回
転数ＮがＮ０を超えてＮ１に達するまでの間は、ロータ
４の回転数Ｎに応じて電子制御ユニット２６の制御に基
づいて可動永久磁石７はガイド坑８内部をラジアル方向
に位置制御されるので、永久磁石部５に対する可動永久
磁石７の影響は変化し、永久磁石部５からロータ４とス
テータ２の間のギャップに作用する磁束は可動永久磁石
７の移動量ｘに応じて変化する。

【００３１】このため、永久磁石部５とステータ２の関
係において発生する逆起電圧Ｅは式１〜式３ならびに図
８の特性図に示すように変化することになる。つまり、
ステータコイル３に流し得る電流Ｉを一定とすると、図
６に示すように、ロータ４の回転数ＮがＮ０を超えた時
点より逆起電圧Ｅの上昇が抑制され、ステータコイル３
への印加電圧Ｖを超えるのが回転数Ｎ１付近となる。そ
の結果、発生するトルクＴも、図９の特性図に示すよう
に、ロータ４の回転数ＮがＮ０を超えた時点より徐々に
低下してゆく。そこで、ロータ４の回転数Ｎは、従来は
回転数Ｎ０で頭打ちであったのに対して、回転数Ｎ１ま
で持ってくることが可能となる。

【００３２】また、可動永久磁石７の強さや可動範囲を
更に広げることにより、よりきめの細かな制御を行なう
ようにしてもよく、更に回転数を高めたり鉄損の低減に
よる更なる高効率化を計ることが可能である。

【００３３】さらに、回転数の上昇に伴い、トルクＴも
図９に示すように、ロータ４の回転数ＮがＮ０を超えた
時点より徐々に低下してゆく。このように、電動機は回
転数上昇に伴い低トルク運転となるが、この場合、図１
１の回転数Ｎに対する鉄損Ｗの関係をトルクＴを加味し
て示した特性図にも示すように、ロータ４とステータ２
の間のギャップに作用する磁束が小さくなりトルクが低
減すると同じ回転数でも鉄損Ｗが低減し、高効率運転を
行なうことが可能となる。

【００３４】図１２は、この発明の更に他の実施例に係
る回転電機装置、特に永久磁石電動機を例に取った場合
の縦断面図であり、スラスト方向にカットして得た縦断
面図とそれをＸ−Ｙ線でカットして得た断面図を示すも
のである。図において、半円筒状の電動機のケース１の
中心部には回転軸１０が貫通配置され、その両端は軸受
１１によって支持されている。そして、この回転軸１０
にはロータ４が固定されている。このロータ４は回転軸
１０が中心を通る円筒状のものであり、その外周面には
複数の永久磁石を張り合せて形成される永久磁石部５が
配置される。なお、この場合の永久磁石の張り付け方に
よって、２極、４極、８極等の極数の設定を行なうこと
ができる。一方、ロータ４の周囲にはケース１の内周面
に凸条と凹条を噛み合わせるスプライン状の構成によっ
てスラスト方向（矢印Ｃまたは矢印Ｄ方向）に移動自在
に接合される可動ステータ３３が配置されることになる
。ここで、この可動ステータ３３には図示しないスロッ
トに複数個のステータコイル３が配置される。この可動
ステータ３３を保持してガイドレール２９上を矢印Ｃま
たはＤ方向に移動自在なボールねじ受部３０にはステッ
プモータ３２の回転軸に接続されたボールねじ３１が螺
合されている。従って、ステップモータ３２の回転に応
じて可動ステータ３３が回転軸１０と平行なスラスト方
向、つまり矢印ＣまたはＤ方向に往復移動する。

【００３５】また、回転軸１０の一端には出力歯車１２
、減速歯車１３が設けられ、回転出力を出力駆動軸１４
に供給し、また出力駆動軸１４に与えられる回転力を回
転軸１０からロータ４に伝達する。一方、回転軸１０の
他端には回転数検出器２０が設けられており、回転軸１
０の回転数つまりロータ４の回転数を検出して電子制御
ユニット２６に送出するようになっている。

【００３６】一方、ステータコイル３にはインバータ２
８を介してバッテリ２７が接続される。このため、バッ
テリ２７の直流電力をインバータ２８によって所望の交
流電力に変換し、ステータコイル３に供給することがで
きる。その結果、可動ステータ３３においてインバータ
２８から供給される交流電流に応じた回転磁界が発生す
る。そして、この回転磁界によりロータ４が回転する。

【００３７】電子制御ユニット２６はインバータ２８と
ステップモータ３２を制御するために設けられているが
、特に電動機回転時に所望の回転磁界が可動ステータ３
３において発生させられるようにインバータ２８の動作
制御を行なう。一方、ロータ４を外部から回転させるこ
とによる発電時においては回転数検出器２０からの回転
数Ｎの検出信号に応じてインバータ２８を制御して、直
流電力をバッテリ２７に供給し、バッテリ２７の充電を
行なう。更に、この電子制御ユニット２６は発電時にお
いて、ロータ４の回転数に応じてステップモータ３２を
回転制御し、ボールねじ３１の回転により可動ステータ
３３をスラスト方向、つまり矢印ＣまたはＤ方向に移動
する。

【００３８】なお、電子制御ユニット２６にはスタータ
信号ＳＴが供給されており、このスタータ信号ＳＴによ
ってこの回転電機を電動機として動作させるか、発電機
として動作させるかの切替が行なわれる。つまり、スタ
ータ信号ＳＴはこの回転電機を自動車の発電機とスター
タ用の電動機として用いた場合、両者の機能の切替を行
なわせる信号として用いられる。

【００３９】以上述べたような構成において、次にその
動作を説明する。先ず、この回転電機装置を発電機とし
て使用する場合、ロータ４の回転数Ｎと発電電圧の関係
は図１３の特性図に示す通りとなる。つまり、曲線Ａま
たはＢまたはＣまたはＤに沿って変化する。このように
、回転数Ｎと発生電圧ＶＧの間には比例的な関係がある
。そして、発生電圧ＶＧはステータコイル３を横切る磁
束の量に比例しているため、ステップモータ３２により
可動ステータ３３をスラスト方向に移動するとステータ
コイル３を横切る磁束φの量が変化する。つまり、図１
３にも示すように、ステータコイル３を横切る磁束が多
いと回転数Ｎに対応する発電電圧ＶＧは曲線Ａのように
変化し、ステータコイル３を横切る磁束φが少ないと発
電電圧ＶＧは曲線Ｄのように変化する。そして、磁束φ
が両者の中間にある場合、ステータコイル３を横切る磁
束φに応じて回転数に対応する発電電圧ＶＧは曲線Ｂま
たはＣのように変化する。

【００４０】従って、電子制御ユニット２６で検出した
回転数Ｎに応じてステップモータ３２を制御して可動ス
テータ３３のロータ４に対する変位量Ｌを変化させた場
合、ステータコイル３を横切る永久磁石部５からの磁束
φの量が変化し発電電圧ＶＧが変更される。そして、先
にも述べたように、この変位量Ｌを変化させた場合には
回転数Ｎに対する電圧変化の傾きが、曲線Ａと曲線Ｄの
間で変化することとなる。従って、回転数Ｎの上昇に拘
わらず発電電圧ＶＧを一定の上限値、例えば電圧Ｖ０に
保とうとする場合は、回転数Ｎに応じて変位量Ｌを変化
させてやればよい。

【００４１】ここで、この回転電機を発電機として用い
た場合の発電電圧ＶＧは可動ステータ３３を横切る磁束
φと回転数Ｎを用いて次のように表わすことができる。

【００４２】 ＶＧ＝ｋ・φ・Ｎ　　…　　（式６） 但し、ｋは定数である。従って、回転数Ｎの増加に関わ
らず出力電圧Ｖを一定にするためには、磁束φを回転数
Ｎに反比例の関係にすればよいことが解る。そして、磁
束量φは可動ステータ３３およびロータ４の対抗面積に
比例する。そこで、可動ステータ３３をスラスト方向に
矢印Ｄ方向に移動させれば、その移動距離に比例して可
動ステータ３３とロータ４の対向面積が減少し、磁束φ
も減少する。

【００４３】図１４は電子制御ユニット２６による可動
ステータ３３の変位量Ｌの制御特性図である。電子制御
ユニット２６は回転数検出器２０の出力である回転数Ｎ
に応じてステップモータ３２を制御し、可動ステータ３
３の変位量Ｌを調整するが、これは図１４のように実施
される。つまり、この回転電機を電動機として用いる場
合の回転数Ｎ０に達するまでは変位量Ｌを０とし、可動
ステータ３３とロータ４の対向面積を最大にしておく。 これにより、能力を最大にした電動機または発電機とし
ての動作が可能である。そして、この回転数Ｎ０に対し
ては発電電圧ＶＧとして適正な電圧Ｖ０、例えば１４Ｖ
程度の電圧が対応する。そして、回転数ＮがＮ０以上と
なった場合には、その回転数Ｎに比例して最大回転数Ｎ
ｍａｘ時に変位量Ｌ０となるまで変位量Ｌの制御を行な
う。

【００４４】以上のような制御の結果、この回転電機を
発電機として動作させる場合、回転数ＮがＮ０以上にな
った場合、それに対応して可動ステータ３３とロータ４
の対向面積が減少させられることとなり、磁束φが回転
数Ｎに反比例して低減することになる。そこで、図１５
の回転数と発電電圧の関係を示す特性図のように、回転
数Ｎ０以上では発電電圧ＶＧが電圧Ｖ０に固定されるこ
とになる。

【００４５】なお、上記実施例では可動ステータ３３を
スラスト方向に移動して可動ステータ３３とロータ４の
対向面積を制御する構成を例示したが、これに限らずロ
ータ４をスラスト方向に移動するようにしても、両者を
相対的に移動するように構成してもよい。

【００４６】以上のように、回転電機を運転状態に応じ
て電動機と発電機に切り替えて使用し適正な制御が可能
なため、自動車のスタータ電動機と発電機のように両用
させることでスペース効率を高めることができる。なお
、上記実施例では永久磁石電動機を自動車のスタータと
発電機に適用する場合を例示したが、他の用途に用いる
電動機と発電機の組み合わせにも適用可能なことはもち
ろんである。そして、電動機と発電機を１台で兼用する
場合の発生電圧量を所定値に制御できるため、発生電圧
の適正な制御ができ利用範囲を拡大することができる。

【００４７】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
永久磁石を用いて高効率化を計った永久磁石式の回転電
機装置において、ロータおよびステータの相互間に作用
する磁気力を回転数に応じて変化させることができるよ
うに構成したので、高速回転時の逆起電力を低減して出
力範囲を広げ動力性能を向上させることが可能となり、
低負荷時の鉄損が低減できるので、高効率の運転ができ
バッテリ駆動の電動機に適用した場合の１充電当りの運
転時間を長くすることが可能であり、発電機として用い
た場合の発電電圧を変化できるので電動機と発電機を切
り替えて使用する用途に効果的に適用可能になる等の数
多くの効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る回転電機装置の縦断
面図である。

【図２】図１の永久磁石部の部分断面図である。

【図３】図１の構成の別の状態の縦断面図である。

【図４】図１の構成の更に別の状態の縦断面図である。

【図５】この発明の他の実施例に係る回転電機装置の縦
断面図である。

【図６】図５の構成の別の状態の縦断面図である。

【図７】図５の構成の更に別の状態の縦断面図である。

【図８】回転数と逆起電圧の関係を示す特性図である。

【図９】回転数とトルクの関係を示す特性図である。

【図１０】回転数に対する鉄損の関係を示す特性図であ
る。

【図１１】回転数に対する鉄損の関係をトルク領域毎に
示す特性図である。

【図１２】この発明の更に他の実施例に係る回転電機装
置の縦断面図である。

【図１３】回転数と発電電圧の関係を示す特性図である
。

【図１４】回転数に対応した変位量の制御特性図である
。

【図１５】回転数と発電電圧の関係を示す特性図である
。

【符号の説明】

１　　ケース ２　　ステータ ３　　ステータコイル ４　　ロータ ５　　永久磁石部 ６　　非磁性体部 ７　　可動永久磁石 ８　　ガイド坑 ９　　スプリング １０　　回転軸 １４　　出力駆動軸 １５　　継鉄 １６　　永久磁石 １７　　軸内油圧通路 １８　　ロータ内油圧通路 １９　　油圧カップリング ２０　　回転数検出器 ２１　　オイルタンク ２２　　オイル ２５　　油圧系統 ２６　　電子制御ユニット ２７　　バッテリ ２８　　インバータ ２９　　ガイドレール ３０　　ボールねじ受部 ３１　　ボールねじ ３２　　ステップモータ ３３　　可動ステータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸に固定され、その周囲に永久磁石が
   複数個配置されたロータと、このロータを取り囲むよう
   に配置され、通電により回転磁界を発生するためのコイ
   ルを有するステータと、前記ロータの回転数に応じて前
   記ロータとステータの位置を相対的に変化させる移動手
   段を有することを特徴とする回転電機装置。