(57)【要約】【課題】リラクタンストルクを増加させてモータトルクを大きくすること。【解決手段】ステータ１３に空隙Ｇ１を介して外周が離間し、且つ内周が回転軸１４に固定された環状のロータ１６は、回転軸１４を回動自在に支持する支持部材に固定された界磁鉄心２１及び界磁鉄心２１に巻装された界磁巻線２２による電磁石２３と、回転軸１４に根元が互いに離間して固定され、電磁石２３と空隙Ｇ２をもって離間した第１及び第２のクローポール鉄心２５，２６と、各クローポール鉄心２５，２６の外周面に配設された環形状の環状積層鉄心１２とを備える。環状積層鉄心１２は、環状面にこの円周方向に電気角毎に放射方向に貫通して開口された細長い形状の複数のスリット３１と、各スリット３１の間に円周方向に貫通して開口した複数のスロット３２に、環状の直径方向に着磁され、且つ隣り合うもの同士で逆方向に着磁された永久磁石３３が嵌合固定されて成る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相巻線が巻装された積層鉄心を有するステータと、このステータに第１の空隙を介して外周が離間し、且つ内周が回転軸に固定された環状のロータとを備えるクローポール型ＩＰＭモータにおいて、
前記ロータは、前記回転軸を回動自在に支持する支持部材に固定された界磁鉄心及び当該界磁鉄心に巻装された界磁巻線による電磁石と、当該回転軸にこの軸方向に根元が互いに離間して固定された２つの側壁部及びこれら側壁部の上部で互いに対向方向に折れ曲がって環状の周方向に交互に配置された爪部を有し、前記電磁石と第２の空隙をもって離間した第１及び第２のクローポール鉄心と、各クローポール鉄心の爪部の周面に配設された環形状の環状積層鉄心とを備え、
前記環状積層鉄心は、環状面にこの円周方向に電気角毎に放射方向に貫通して開口された細長い形状の複数のスリットと、各スリットの間に円周方向に貫通して開口した複数のスロットに、環状の直径方向に着磁され、且つ隣り合うもの同士で逆方向に着磁された永久磁石が嵌合固定されて成る
ことを特徴とするクローポール型ＩＰＭモータ。
【請求項２】
前記電磁石の界磁巻線に、正方向の電流又は負方向の電流を流すようにしたことを特徴とする請求項１に記載のクローポール型ＩＰＭモータ。
【請求項３】
前記スリットに、第２の永久磁石を嵌合固定したことを特徴とする請求項１又は２に記載のクローポール型ＩＰＭモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車両や電気自動車等の車両に用いられるクローポール型ＩＰＭモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロータにクローポール鉄心を有すると共に界磁鉄心に界磁巻線を巻装した電磁石を有するモータとして、特許文献１及び２に記載のものが有る。特許文献１のモータは、埋込み磁石形回転子の中に有効磁束をコントロール可能な界磁巻線を設けることにより、回転機の全回転数領域において効率最大となる制御を可能な構成となっている。
【０００３】
特許文献２のモータは、多相巻線が固定子鉄心に巻装された固定子と、固定子鉄心の内径側に配置されて界磁を発生する回転子とを備える回転電機において、回転子は、回転軸に嵌装固定された筒状のボス部と、このボス部の端面より半径方向に広がるディスク部と、このディスク部に連接して回転軸方向にボス部の外径側に配置された複数の爪状部と、爪状部の外周側に配置されるとともに径方向に沿って形成された複数のスリットを有する環状積層鉄心と、ボス部と爪状部との間に配置された界磁巻線とを有する。そして、スリットに対して環状積層鉄心の内径側および外径側に環状積層鉄心の一部をなす連接余肉部を有する構成となっている。
【０００４】
このように環状積層鉄心を用いて回転子を構成しているので、回転子に形成される磁極が従来の塊状鉄心ではなく積層磁極となって鉄損が減少し、これによって発電効率を向上させることができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７０４８８１号公報
【特許文献２】特許第３７８５９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来のロータにクローポール鉄心並びに電磁石を有する界磁方式のモータにおいては、マグネットトルクは発揮できるもののリラクタンストルクが小さい。つまり、リラクタンストルクは横軸磁気抵抗と直軸磁気抵抗の差に因るものであるが、ロータの直軸磁気回路に電磁石、即ち透磁率が磁石に比べ低い磁気抵抗の鉄心を有するので、同じく極鉄心の横軸磁気回路と比べて磁気抵抗差が少なく、このため、リラクタンストルクが小さくなり、結果的にモータトルクが小さくなるという問題点があった。
【０００７】
特許文献１では、ロータに直軸方向の磁気抵抗を増す磁気抵抗手段がないため、高速回転域においてステータ側から見た直軸方向磁束が通りにくく、横軸方向磁束と差が殆ど無いのでリラクタンストルクが小さい。特許文献２では、ロータの外周側に放射状に一定間隔でスリットが配設されているので、高速回転域で横軸方向磁束が少なくなってリラクタンストルクが小さくなる。従って、モータトルクが小さくなるという問題点があった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、リラクタンストルクを増加させてモータトルクを大きくすることができるクローポール型ＩＰＭモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、三相巻線が巻装された積層鉄心を有するステータと、このステータに第１の空隙を介して外周が離間し、且つ内周が回転軸に固定された環状のロータとを備えるクローポール型ＩＰＭモータにおいて、前記ロータは、前記回転軸を回動自在に支持する支持部材に固定された界磁鉄心及び当該界磁鉄心に巻装された界磁巻線による電磁石と、当該回転軸にこの軸方向に根元が互いに離間して固定された２つの側壁部及びこれら側壁部の上部で互いに対向方向に折れ曲がって環状の周方向に交互に配置された爪部を有し、前記電磁石と第２の空隙をもって離間した第１及び第２のクローポール鉄心と、各クローポール鉄心の爪部の周面に配設された環形状の環状積層鉄心とを備え、前記環状積層鉄心は、環状面にこの円周方向に電気角毎に放射方向に貫通して開口された細長い形状の複数のスリットと、各スリットの間に円周方向に貫通して開口した複数のスロットに、環状の直径方向に着磁され、且つ隣り合うもの同士で逆方向に着磁された永久磁石が嵌合固定されて成ることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、クローポール鉄心の外周の円周面に配設された環状積層鉄心に、永久磁石が電気角毎に交互に配置されているので、環状積層鉄心の外周面は円周方向に交互にＮ極、Ｓ極の極性を帯びる。ロータは、ステータに第１の空隙を介すると共に電磁石に第２の空隙を介して離間状態となっているので回転軸と供に自在に回転する。ここで、ステータの三相巻線に、環状積層鉄心の交互の極性に対して、はす向かいに対向する極性を与えるように電流を流すと、ステータの作る極に反発と吸引する作用が働きロータが回転する。この際、環状積層鉄心の永久磁石が介在されると共に第２の空隙が介在され、且つ電磁石が逆向き励磁された場合の直軸方向にはステータの作る磁束が通りにくく、他方、永久磁石の作用しない横軸方向には通り易いために非常に強いリラクタンストルクが発生する。また、永久磁石の磁力と電磁石の励磁力とがあいまって主磁束も強くなりマグネットトルクも大きく作用させることができる。従って、ロータを高トルクとすることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のクローポール型ＩＰＭモータにおいて、前記電磁石の界磁巻線に、正方向の電流又は負方向の電流を流すようにしたことを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、円周方向に交互にＮ極、Ｓ極の極性を帯びる環状積層鉄心の内周側に当接するクローポール鉄心は、ロータの電磁石の界磁巻線に正方向の電流が流された際の励磁によって、対向する永久磁石と逆磁極に着磁される。また、界磁巻線に負方向の電流が流された際の励磁によって永久磁石と同磁極に着磁される。従って、電磁石の励磁又は逆励磁によって、電磁石の励磁力と永久磁石の磁力とが合わさる直軸方向の磁界の強弱を調整することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のクローポール型ＩＰＭモータにおいて、前記スリットに、第２の永久磁石を嵌合固定したことを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、放射状のスリットに永久磁石が無い場合は、直軸磁束φｄがスリット３１を通る漏れが生じる。しかし、スリットに永久磁石を嵌合固定した場合、その漏れ磁束が無くなって純粋に直軸磁束のみとなるので、直軸磁束が増加することになる。従って、ロータを、より高トルクとすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明によれば、リラクタンストルクを増加させてモータトルクを大きくすることができるクローポール型ＩＰＭモータを提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係るクローポール型ＩＰＭモータの構成を示し、（ａ）はクローポール型ＩＰＭモータの断面図、（ｂ）はクローポール型ＩＰＭモータのロータにおける環状積層鉄心の環状面の概略半分の図である。
【図２】本実施形態のクローポール型ＩＰＭモータのロータにおけるクローポール鉄心の周回面に交互に配置された爪部の構成を示す図である。
【図３】本実施形態のクローポール型ＩＰＭモータのロータにおける環状積層鉄心の環状面の一部分を示す図である。
【図４】本実施形態のクローポール型ＩＰＭモータのロータにおける他の構成の環状積層鉄心の環状面の概略半分の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係るクローポール型ＩＰＭモータの構成を示し、（ａ）はクローポール型ＩＰＭモータの断面図、（ｂ）はクローポール型ＩＰＭモータのロータにおける環状積層鉄心の環状面の概略半分の図である。
【００１９】
図１に示すクローポール型ＩＰＭモータ１０は、例えば電気自動車に搭載されており、電力変換用のインバータ（図示せず）に接続された三相巻線１１と、この三相巻線１１を巻装した積層鉄心１２とを有して成るステータ１３を備え、このステータ１３に対して所定の空隙（第１の空隙）Ｇ１を持って外周が離間し、且つ内周の一部が回転軸１４に固定された環状のロータ１６を備えて構成されている。
【００２０】
ロータ１６は、回転軸１４を回動自在に支持する支持部材２０に固定された界磁鉄心２１及び界磁鉄心２１に巻装された界磁巻線２２による電磁石２３と、回転軸１４にこの軸方向に根元が互いに離間して固定された２つの側壁部２５ａ（図には一方のみを記載）及びこれら側壁部２５ａの上部で図２に示すように互いに対向方向に折れ曲がって環状の周方向に交互に配置された爪部２５ｂ及び爪部２６ｂを有し、更に電磁石２３と空隙（第２の空隙）Ｇ２をもって離間した第１のクローポール鉄心２５及び第２のクローポール鉄心２６（図には爪部２６ｂのみを記載）と、各クローポール鉄心２５，２６の爪部２５ｂ，２６ｂの周面に配設された環形状の環状積層鉄心２７とを備えて構成されている。なお、各クローポール鉄心２５，２６の爪部２５ｂ，２６ｂは、ステンレス製のリンク２８でロウ付けされている。
【００２１】
環状積層鉄心２７は、図１（ｂ）に示すように、環状面にこの円周方向に電気角π（ｒａｄ）毎に放射方向に貫通して開口された細長い形状の複数のスリット３１と、各スリット３１の間に円周方向に貫通して開口した複数のスロット３２に、環状の直径方向に着磁した永久磁石３３が嵌合固定されて構成されている。
【００２２】
各永久磁石３３は、環状積層鉄心２７に当接した各クローポール鉄心２５，２６の爪部２５ｂ，２６ｂと一対一で対向状態に配置されている。各永久磁石３３は、環状の直径方向に着磁されるが、図３に示すように、隣り合うもの同士でＮ極とＳ極とが反転状態となって着磁される。従って、環状積層鉄心２７は円周方向に交互にＮ極、Ｓ極の極性を帯びている。
【００２３】
また、環状積層鉄心２７の内周側に当接するクローポール鉄心２５，２６の爪部２５ｂ，２６ｂは、電磁石２３の励磁によって、対向する永久磁石３３の磁極Ｎ又はＳと逆磁極Ｓ又はＮに着磁され、また、電磁石２３の逆励磁によって同磁極Ｎ又はＳに着磁されるようになっている。
【００２４】
このような構成のクローポール型ＩＰＭモータ１０において、ロータ１６は、回転軸１４に根元が固定されたクローポール鉄心２５，２６の爪部２５ｂ，２６ｂに固定されている環状積層鉄心２７が、電磁石２３に空隙Ｇ２をもって離間状態となっているので、自在に回転することができる。ステータ１３の三相巻線１１に、環状積層鉄心２７の交互の極性に対して、はす向かいに対向する極性を与えるように電流を流すと、ステータ１３の作る極に反発と吸引する作用が働きロータ１６が回転する駆動力を得る。
【００２５】
この際の低速回転域では、電磁石２３の励磁によってクローポール鉄心２５，２６が、対向する永久磁石３３の磁極Ｎ又はＳと逆磁極Ｓ又はＮに着磁されるので、図３に示すように永久磁石３３の磁束と電磁石２３による磁束とが強調し合って、図１に破線矢印で示すように直軸方向に多くの磁束φｄが流れ、大きなマグネットトルクが発生する。この結果、ロータ１６のトルクが増加する。
【００２６】
一方、高速回転域において、界磁巻線２２に上記の低速回転時と逆方向に電流を流して電磁石２３を励磁すると、クローポール鉄心２５，２６が、対向する永久磁石３３の磁極Ｎ又はＳと同磁極Ｎ又はＳに着磁されるので、破線矢印の直軸方向の磁束φｄが減少してステータ１３から電流を流し易くなり図１（ｂ）に実線矢印で示す横軸方向の磁束φｑが多くなる。つまり、横軸インダクタンスが大きく、直軸インダクタンスが小さくなるので、その差が大きくできてその差によるリラクタンストルクが大きくなる。この結果、ロータ１６のトルクが増加する。
【００２７】
このようなクローポール型ＩＰＭモータ１０を、従来のロータにクローポール鉄心並びに電磁石を有する界磁方式のモータと比較したところ、永久磁石３３の増加によるコストアンプは１０％に留まりながら、リラクタンストルクが大きく向上し、全体のトルクでは５０％のトルクアップを図ることができた。
【００２８】
このように本実施形態のクローポール型ＩＰＭモータ１０は、三相巻線１１が巻装された積層鉄心１２を有するステータ１３と、このステータ１３に第１の空隙Ｇ１を介して外周が離間し、且つ内周が回転軸１４に固定された環状のロータ１６とを備える。
【００２９】
この構成において、ロータ１６が、回転軸１４を回動自在に支持する支持部材に固定された界磁鉄心２１及び界磁鉄心２１に巻装された界磁巻線２２による電磁石２３と、当該回転軸１４にこの軸方向に根元が互いに離間して固定された２つの側壁部２５ａ及びこれら側壁部２５ａの上部で互いに対向方向に折れ曲がって環状の周方向に交互に配置された爪部２５ｂ，２６ｂを有し、電磁石２３と第２の空隙Ｇ２をもって離間した第１及び第２のクローポール鉄心２５，２６と、各クローポール鉄心２５，２６の爪部２５ｂ，２６ｂの周面に配設された環形状の環状積層鉄心１２とを備え、更に、環状積層鉄心１２が、環状面にこの円周方向に電気角毎に放射方向に貫通して開口された細長い形状の複数のスリット３１と、各スリット３１の間に円周方向に貫通して開口した複数のスロット３２に、環状の直径方向に着磁され、且つ隣り合うもの同士で逆方向に着磁された永久磁石３３が嵌合固定されて成る構成とした。
【００３０】
これによって、クローポール鉄心２５，２６の外周の円周面に配設された環状積層鉄心１２に、永久磁石３３が電気角毎に交互に配置されているので、環状積層鉄心１２の外周面は円周方向に交互にＮ極、Ｓ極の極性を帯びる。ロータ１６は、ステータ１３に第１の空隙Ｇ１を介すると共に電磁石２３に第２の空隙Ｇ２を介して離間状態となっているので回転軸１４と供に自在に回転する。ここで、ステータ１３の三相巻線１１に、環状積層鉄心１２の交互の極性に対して、はす向かいに対向する極性を与えるように電流を流すと、ステータ１３の作る極に反発と吸引する作用が働きロータ１６が回転する。この際、環状積層鉄心１２の永久磁石３３が介在されると共に第２の空隙Ｇ２が介在され、且つ電磁石２３が逆向き励磁された場合の直軸方向にはステータ１３の作る磁束が通りにくく、他方、永久磁石３３の作用しない横軸方向には通り易いために非常に強いリラクタンストルクが発生する。また、永久磁石３３の磁力と電磁石２３の励磁力とがあいまって主磁束も強くなりマグネットトルクも大きく作用させることができる。従って、ロータ１６を高トルクとすることができる。
【００３１】
また、電磁石２３の界磁巻線２２に、正方向の電流又は負方向の電流を流すようにした。
【００３２】
これによって、円周方向に交互にＮ極、Ｓ極の極性を帯びる環状積層鉄心１２の内周側に当接するクローポール鉄心２５，２６は、ロータ１６の電磁石２３の界磁巻線２２に正方向の電流が流された際の励磁によって、対向する永久磁石３３と逆磁極に着磁される。逆に、界磁巻線２２に負方向の電流が流された際の励磁によって永久磁石３３と同磁極に着磁される。従って、電磁石２３の励磁又は逆励磁によって、電磁石２３の励磁力と永久磁石３３の磁力とが合わさる直軸方向の磁界の強弱を調整することができる。
【００３３】
更に、図４に示すように、放射状のスリット３１に永久磁石３５を嵌合固定しても良い。
【００３４】
ここで、スリット３１に永久磁石３５が無い場合は、直軸磁束φｄが符号φｄ１で示すようにスリット３１を通る漏れが生じる。しかし、スリット３１に永久磁石３５を嵌合固定した場合、その漏れ磁束φｄ１が無くなって純粋に直軸磁束φｄのみとなるので、直軸磁束φｄが増加することになる。従って、ロータ１６を、より高トルクとすることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０  クローポール型ＩＰＭモータ
１１  三相巻線
１２  積層鉄心
１３  ステータ
１４  回転軸
１６  ロータ
２０  支持部材
２１  界磁鉄心
２２  界磁巻線
２３  電磁石
２５，２６  クローポール鉄心
２５ａ  側壁部
２５ｂ，２６ｂ  爪部
２７  環状積層鉄心
２８  リング
３１  スリット
３２  スロット
３３，３５  永久磁石
φｄ  直軸磁束
φｑ  横軸磁束
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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