(57)【要約】【課題】ロータにおいて、ロータ突極に永久磁石を埋設する構成で主磁束をロータ突極に流れやすくしてロータトルクを大きくすることである。【解決手段】ロータ１４は、周方向複数個所に設けられたロータ突極２８ｎ，２８ｓを有するロータコア２２と、各ロータ突極２８ｎ，２８ｓに埋設され、磁化方向がロータ径方向である永久磁石２６と、各ロータ突極２８ｎ，２８ｓの内部に永久磁石２６に周方向に隣接して設けられて、各ロータ突極２８ｎ，２８ｓよりも低透磁率である磁束流れ制限部３３とを含む。【選択図】図１
2014030293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向複数個所に設けられたロータ突極を含むロータコアを備える回転電機のロータであって、
前記各ロータ突極に埋設され、磁化方向が前記ロータ径方向である永久磁石と、前記各ロータ突極の内部に前記永久磁石に周方向に隣接して設けられて、前記ロータ突極よりも低透磁率である磁束流れ制限部とを含むことを特徴とする回転電機のロータ。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機のロータにおいて、
前記磁束流れ制限部は、前記永久磁石に周方向に隣接して前記各ロータ突極に設けられた切欠部と、前記切欠部に埋設された非磁性部材とから構成されることを特徴とする回転電機のロータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の回転電機のロータにおいて、
前記磁束流れ制限部は、前記ロータ径方向について前記永久磁石の外側の端面よりも外側に突出させていることを特徴とする回転電機のロータ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１に記載の回転電機のロータにおいて、
周方向に隣り合う前記ロータ突極に埋設された永久磁石は、互いに磁化方向を異ならせており、
前記各ロータ突極に巻かれたロータ巻線と、前記各ロータ巻線に発生する誘導電流を一方向に整流して複数の前記ロータ突極に生じる磁化方向を前記永久磁石の磁化方向と一致させる整流部とを含むことを特徴とする回転電機のロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機のロータ、特にロータ突極に永久磁石が埋設されたロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、特許文献１に記載されているように、ロータの複数のロータ突極にロータ巻線が巻回され、各ロータ巻線がダイオードにより選択された極性で短絡される回転電機が知られている。このロータでは、ダイオードによって、各ロータ巻線に流れる電流が整流され、ロータの周方向に隣り合うロータ突極は磁化方向が逆になる。回転電機のステータは、複数のステータ突極に複数相のステータ巻線が集中巻きで巻回されている。ステータ巻線に交流電流を流すことでステータに回転磁界が生成される。そして、ステータで発生した回転磁界に含まれる高調波成分である空間高調波によりロータ巻線に誘導電流を生じさせる。この結果、複数のロータ突極において、ロータの周方向に交互にＮ極とＳ極とが形成され、ロータ突極が回転磁界と相互作用することでロータにトルクが発生する。
【０００３】
また、特許文献１には、ロータの周方向複数個所のロータ突極に配置された永久磁石と、各突極に巻回されたロータ巻線とを含み、ロータ巻線とダイオードによる磁化方向と、内側の永久磁石の磁化方向とを一致させた構造も記載されている。
【０００４】
特許文献２には、複数のロータ突極にロータ巻線が巻回され、ロータコアの径方向内側の複数個所に永久磁石が配置された回転電機が記載されている。ステータ側とロータ側とにそれぞれ配置された給電用コイルを用いた非接触給電によりロータ巻線に給電され、給電時にロータ巻線の電流により生じる磁気回路に沿った磁界を永久磁石によって形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−４１４３３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６６７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された構成の場合、ステータが生成する主磁束のロータ突極内での流れを永久磁石の磁束が妨げる場合があり、ロータトルクを大きくする面から改良の余地がある。
【０００７】
本発明の目的は、回転電機のロータにおいて、ロータ突極に永久磁石を埋設する構成で主磁束をロータ突極に流れやすくしてロータトルクを大きくすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る回転電機のロータは、周方向複数個所に設けられたロータ突極を含むロータコアを備える回転電機のロータであって、前記各ロータ突極に埋設され、磁化方向が前記ロータ径方向である永久磁石と、前記各ロータ突極の内部に前記永久磁石に周方向に隣接して設けられて、前記ロータ突極よりも低透磁率である磁束流れ制限部とを含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る回転電機のロータにおいて、好ましくは、前記磁束流れ制限部は、前記永久磁石に周方向に隣接して前記各ロータ突極に設けられた切欠部と、前記切欠部に埋設された非磁性部材とから構成される。
【００１０】
本発明に係る回転電機のロータにおいて、好ましくは、前記磁束流れ制限部は、前記ロータ径方向について前記永久磁石の外側の端面よりも外側に突出させている。
【００１１】
本発明に係る回転電機のロータにおいて、好ましくは、周方向に隣り合う前記ロータ突極に埋設された永久磁石は、互いに磁化方向を異ならせており、前記各ロータ突極に巻かれたロータ巻線と、前記各ロータ巻線に発生する誘導電流を一方向に整流して複数の前記ロータ突極に生じる磁化方向を前記永久磁石の磁化方向と一致させる整流部とを含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の回転電機のロータによれば、ロータ突極に永久磁石を埋設するとともに永久磁石に周方向に隣接してロータ突極よりも低透磁率の磁束流れ制限部を設けているので、ステータで生成される主磁束のロータ突極内での流れが永久磁石の磁束で妨げられにくくなる。このため、ステータとロータとの磁気的吸引力を効果的に利用してロータトルクを大きくできる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態のロータを含む回転電機を駆動する回転電機駆動システムの概略構成図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】図１の回転電機駆動システムでステータの突極に異なる極性を形成するロータ突極が対向するときのステータ電流(ａ)と、ステータの突極に同じ極性を形成するロータ突極が対向するときのステータ電流(ｂ)とを示す図である。
【図４】ステータのＳ極の突極にＮ極形成用のロータ突極が対向してロータが回転する様子を示す図である。
【図５】ステータのＮ極の突極にＳ極形成用のロータ突極が対向してロータが回転する様子を示す図である。
【図６】ステータのＳ極の突極にＳ極形成用のロータ突極が対向してロータが回転する様子を示す図である。
【図７】ステータのＮ極の突極にＮ極形成用のロータ突極が対向してロータが回転する様子を示す図である。
【図８】図１のロータにおいて、永久磁石の磁束がロータ突極内でループする様子を示す模式図である。
【図９】本発明の実施形態の他の例のロータにおいて、永久磁石の磁束がロータ突極内でループする様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。以下では、ステータコアとロータコアとを、それぞれ電磁鋼板を積層して形成されるものとして説明するが、これは例示であって、電磁鋼板以外の板材を積層したものでもよい。また、これ以外のステータコア及びロータコアであってもよい。例えば、鋼材を加工した一体型コアでも、磁性粉末の圧粉加工により形成されるコアでもよい。また、各コアは、周方向に分割される複数の要素を環状に連結してなる分割型コアとしてもよい。
【００１５】
以下で述べるステータの突極の数、ロータの突極の数等は説明のための例示であって、適宜変更可能である。また、以下ではすべての図面において同様の要素には同一の符号を付して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態のロータ１４を含む回転電機１１を駆動する回転電機駆動システム１０の概略構成図である。
【００１７】
回転電機駆動システム１０は、回転電機１１と駆動部１３とを備える。回転電機駆動システム１０は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両に搭載されて、回転電機１１をモータとして使用し、図示しない車輪を回転電機１１により駆動するために使用する。回転電機１１は、発電機として使用してもよい。
【００１８】
回転電機１１は、図示しないケーシングに固定されたステータ１２と、ステータ１２に径方向に対向配置されるロータ１４とを備える。
【００１９】
ステータ１２は、ステータコア１６と、ステータコア１６に巻回された複数相であるｕ相、ｖ相、ｗ相の３相のステータ巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗとを含む。ステータコア１６は、電磁鋼板等の金属板の積層体等の磁性材料により形成される。ステータコア１６は、周方向に複数の等間隔位置に、ロータ１４へ向けて径方向内側へ突出して設けられた複数の突極１９と、各突極１９の間に形成されたスロット２０とを含む。なお、「径方向」という場合、ロータ１４の回転中心軸に対し直交する放射方向をいう。また、「周方向」という場合、ロータ１４の回転中心軸を中心とするロータ円周方向をいう。また、「軸方向」という場合、ロータ１４の軸方向をいう。
【００２０】
ステータ巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗは、スロット２０を通って各突極１９にそれぞれ集中巻きで巻回される。ステータ巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗに複数相の交流電流が流れると各突極１９が磁化し、ステータ１２に回転磁界が生成される。図１では、ステータ１２の外周側にステータ巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗに流れるステータ電流の相であるｕ相、ｖ相、ｗ相を表すｕ、ｖ、ｗの符号を示している。
【００２１】
なお、ステータ巻線は、ステータコア１６の環状部分の周方向複数個所に複数相のステータ巻線を巻回するトロイダル巻きとしてもよい。
【００２２】
ロータ１４は、ステータ１２と所定の空隙をあけて径方向内側に対向配置され、ステータ１２に対し回転可能である。ロータ１４の中心軸孔には回転電機１１のケーシングの軸受に支持された回転軸２１が挿入固定される。ロータ１４は、ロータコア２２と、このロータコア２２に巻回されたロータ巻線２４ｎ，２４ｓとを含む。ロータコア２２は、電磁鋼板等の金属板の積層体等の磁性材料により形成され、外周側に周方向等間隔の複数個所に設けられた磁極部であるロータ突極２８ｎ，２８ｓを含む。
【００２３】
ロータ巻線２４ｎ，２４ｓは、ロータ１４の周方向の１つおきのロータ突極２８ｎに集中巻きで巻かれるロータ巻線２４ｎと、このロータ突極２８ｎと隣り合う別の１つおきのロータ突極２８ｓに集中巻きで巻かれるロータ巻線２４ｓとから構成される。各ロータ巻線２４ｎを一方向に短絡するように第１ダイオード３０が接続され、各ロータ巻線２４ｓを他方向に短絡するように第２ダイオード３２が接続される。第１ダイオード３０及び第２ダイオード３２は、整流部である。
【００２４】
この構成では、後述するようにロータ巻線２４ｎ，２４ｓに誘導電流が流れると、その電流がそれぞれに接続されたダイオード３０，３２により一方向に整流されることでロータ突極２８ｎ，２８ｓが所望の極性に磁化する。ロータ突極２８ｎは、先端にＮ極を形成するＮ極形成用であり、ロータ突極２８ｓは、先端にＳ極を形成するＳ極形成用である。ロータ突極２８ｎ，２８ｓを周方向に交互に配置しているので、ロータ１４の周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される。
【００２５】
永久磁石２６は、フェライト等から構成される断面矩形の板状であり、各ロータ突極２８ｎ，２８ｓに軸方向に形成された磁石孔に挿入され、各ロータ突極２８ｎ，２８ｓに埋設固定される。各永久磁石２６の磁化方向は、ロータ径方向を向く。図１及び後述する図２において、各ロータ突極２８ｎ，２８ｓの先端部にＮ、Ｓの符号を付しているが、これは各永久磁石２６の径方向外側に配置される磁極と、ロータ巻線２４ｎ，２４ｓに発生する誘導電流によってロータ突極２８ｎ，２８ｓの先端部に生じる磁極とを示している。周方向に隣り合うロータ突極２８ｎ，２８ｓに埋設された永久磁石２６は、互いの磁化方向を異ならせている。各ロータ巻線２４ｎ，２４ｓに発生する誘導電流より複数のロータ突極２８ｎ，２８ｓに生じる磁化方向は、永久磁石２６の磁化方向と一致させている。
【００２６】
磁束流れ制限部３３は、ロータ突極２８ｎ，２８ｓの内部に永久磁石２６に周方向両側に隣接して設けられており、ロータ突極２８ｎ，２８ｓの透磁率よりも低い透磁率を有する部分である。図２は、図１のＡ部拡大図である。磁束流れ制限部３３は、各ロータ突極２８ｎの周方向両側に隣接して設けられた切欠部３４と、各切欠部３４内に充填状態で埋設された非磁性部材である樹脂部材３６とから構成される。非磁性部材は樹脂以外の非磁性金属等としてもよい。場合により、非磁性部材を用いずに切欠部３４を内側が空隙となるように用いたものを磁束流れ制限部としてもよい。
【００２７】
各切欠部３４は、台形状の断面形状を有する。すなわち、各切欠部３４の周方向両側面は永久磁石２６の周方向側面と平行にしている。また、各切欠部３４の図２の上側面である径方向外側面Ｐはテーパ状として、図２の上側である径方向外側に向かうほど各ロータ突極２８ｎの周方向側面に近づくように傾斜させている。各切欠部３４の径方向外側面Ｐは、永久磁石２６の図２の上端面である径方向外側面Ｑよりも図２の上側である径方向外側に突出させている。このため、磁束流れ制限部３３は、永久磁石２６の外側面Ｑよりも外側に突出する。また、各切欠部３４の図２の下端である径方向内側面は径方向に対し直交方向に形成し、永久磁石２６の径方向内側面Ｒよりも図２の上側である径方向外側に位置させている。図２ではＮ極形成用のロータ突極２８ｎについて説明したが、Ｓ極形成用のロータ突極２８ｓの磁束流れ制限部３３も同様である。
【００２８】
図１に戻って回転電機１１は、回転電機駆動システム１０の駆動部１３により駆動する。駆動部１３は、蓄電装置４０と、インバータ４２と、制御装置４４とを含む。蓄電装置４０は、直流電源として設けられ、充放電可能であり、例えば二次電池により構成する。蓄電装置４０はキャパシタでもよい。インバータ４２は、蓄電装置４０に接続されて、蓄電装置４０からの直流電流をｕ相、ｖ相、ｗ相の３相の交流電流に変換する。インバータ４２と蓄電装置４０との間に昇圧装置を設けてもよい。
【００２９】
制御装置４４は、ＣＰＵ、メモリ等を有するマイクロコンピュータを含み、例えば回転電機１１が車両の駆動モータとして利用された場合、車両の図示しないアクセルペダルセンサ等から入力される加速指令信号に応じて回転電機１１のトルク目標を算出する。制御装置４４は、算出されたトルク目標に応じて、インバータ４２のスイッチング素子のスイッチングを制御して、インバータ４２を駆動する。制御装置４４は、機能ごとに分割された複数の制御装置により構成してもよい。
【００３０】
制御装置４４は、ステータ巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗに流れるステータ電流にパルス電流を重畳させるパルス重畳部４６を有する。パルス重畳部４６は、必要なタイミングでのみ所定相のステータ電流にパルス電流を重畳させるように、パルス電流の重畳の有無を切り替える機能を有する。これについて図３を用いて説明する。ステータ１２の突極１９とロータ突極２８ｎ，２８ｓとが対向する場合として、Ｓ極またはＮ極に形成された突極１９に突極１９と異なる極性を形成するロータ突極２８ｎ，２８ｓが対向する場合と、突極１９に突極１９と同じ極性を形成するロータ突極２８ｎ，２８ｓが対向する場合との２つの場合がある。図３では、２つの場合のそれぞれでの所定相のステータ電流を絶対値で示している。所定相のステータ電流とは、ロータ突極２８ｎ，２８ｓに対向する突極１９に巻かれるステータ巻線１８ｕ（または１８ｖ、１８ｗのいずれか）の相とは別の相のステータ電流である。例えばステータ巻線１８ｕが巻かれる突極１９にロータ突極２８ｎ，２８ｓが対向する場合、ｖ相またはｗ相またはｖ、ｗ両相のステータ電流が所定相のステータ電流である。この所定相のステータ電流はパルス電流が重畳されることで、ロータ巻線２４ｎ，２４ｓが配置されたスロット４８内に、大きく変動する後述する漏れ磁束を生じさせる。
【００３１】
図３（ａ）は、Ｓ極またはＮ極に形成された突極１９に突極１９と異なる極性を形成するロータ突極２８ｎ，２８ｓが対向する場合である。この場合、パルス重畳部４６は、突極１９にロータ突極２８ｎ，２８ｓが対向する直前の予め定めた所定の位相差がある時点ｔａから対向時点ｔ０までに所定相のステータ電流にパルス電流を重畳させて、ロータ巻線２４ｎ，２４ｓに誘導電流を発生させる。このようにステータ電流にパルス電流を重畳させることで誘導電流が発生する理由は後述する。パルス電流は、図３（ａ）に示すような三角波状とする以外に、矩形状等、他の形状としてもよい。また、複数のパルス電流を連続的に重畳させてもよい。なお、図３では、１相のステータ電流において、パルス電流を重畳させない部分を直線状に示しているが、これは極短い時間を横方向に引き延ばして示すもので、実際には正弦波状に変化している。
【００３２】
図３（ｂ）は、Ｓ極またはＮ極に形成された突極１９に突極１９と同じ極性を形成するロータ突極２８ｓ，２８ｎが対向する場合である。この場合、パルス重畳部４６は、突極１９とロータ突極２８ｓ，２８ｎとの対向時点ｔ０、対向直前及び対向直後を含めた所定範囲の対向時間に所定相のステータ電流にパルス電流を重畳させない。この場合、ロータ突極２８ｓ，２８ｎに巻かれたロータ巻線２４ｓ，２４ｎには誘導電流が発生しない。このようにステータ電流にパルス電流を重畳させないことで誘導電流が発生しない理由も後述する。
【００３３】
次に、回転電機１１の動作を、図１と、図３〜図８とを用いて説明する。特に、リラクタンストルクと、磁石トルクと、誘導電流により生じるトルクである巻線起磁力トルクとにより、回転電機１１が動作することを説明する。図１に示す３相のステータ巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗに３相の交流電流が流れることでステータ１２に回転磁界が形成されるが、この回転磁界は基本波成分と、基本波よりも高い次数の空間高調波と呼ばれる空間的２次等の高調波成分とを含んでいる。回転磁界の基本波成分がロータ１４に作用すると、これに応じて、ロータ１４の磁気抵抗が小さくなるように、ロータ突極２８ｎ，２８ｓがステータ１２の突極１９に吸引される。これによって、ロータ１４にリラクタンストルクが作用する。
【００３４】
また、複数のロータ突極２８ｎ，２８ｓに周方向に交互に磁化方向が逆になるように複数の永久磁石２６が設けられているので、回転磁界の基本波成分と永久磁石２６との磁気的な吸引及び反発の相互作用により、ロータ１４に磁石トルクが作用する。
【００３５】
また、回転磁界がステータ１２からロータ１４に作用すると、回転磁界に含まれる空間高調波の磁束変動により、ロータ突極２８ｎ，２８ｓ間のスロット４８に漏れ出す漏れ磁束の変動が発生する。その漏れ磁束の変動が十分に大きい場合にはスロット４８に配置されたロータ巻線２４ｎ，２４ｓの少なくともいずれかに誘導電流が発生する。ロータ巻線２４ｎ，２４ｓに誘導電流が発生すると、その誘導電流は、各ダイオード３０，３２により整流されることで所定の一方向となる。そして、各ダイオード３０，３２で整流された電流が各ロータ巻線２４ｎ，２４ｓに流れるのに応じて各ロータ突極２８ｎ，２８ｓが磁化し、各ロータ突極２８ｎ，２８ｓが所望の極性の磁極として機能する。この場合、ダイオード３０，３２の整流方向の違いにより、各ロータ突極２８ｎ，２８ｓの誘導電流により生じる磁極として、周方向においてＮ極とＳ極とが交互に配置される。
【００３６】
また、回転電機駆動システム１０では、図３（ａ）で説明したように、所定のタイミングである、互いに異なる極性の突極１９とロータ突極２８ｎ，２８ｓとが対向する直前ｔａから対向時点ｔ０までに、パルス重畳部４６によって、所定相のステータ電流にパルス電流を重畳させる。これによって、スロット４８に漏れ磁束を生じさせ、スロット４８に配置されたロータ巻線２４ｎ，２４ｓに鎖交する漏れ磁束の変動を十分に大きくできる。このため、ロータ巻線２４ｎ，２４ｓに誘導電流を発生させ、ロータ突極２８ｎ，２８ｓを所望の極性に磁化することができる。そして、突極１９と異なる極性のロータ突極２８ｎ，２８ｓとが対向する場合に、突極１９とロータ突極２８ｎ，２８ｓとの間で磁気的吸引力を発生できる。
【００３７】
これを図４、図５を用いてより詳しく説明する。図４は、ステータ１２のＳ極の突極１９にＮ極形成用のロータ突極２８ｎが対向し、図５は、ステータ１２のＮ極の突極１９にＳ極形成用のロータ突極２８ｓが対向して、それぞれでロータ１４が回転する様子を示す図である。図４、図５のいずれの場合も、所定相のステータ電流へのパルス電流の重畳によって、ロータ巻線２４ｎ，２４ｓに破線矢印の向きまたは逆向きに漏れ磁束が鎖交して、しかもその変動が十分に大きくなる。このため、ロータ巻線２４ｎ，２４ｓにダイオード３０，３２によって整流された一方向である矢印α１、α２方向の誘導電流が流れて、ロータ突極２８ｎ，２８ｓに誘導電流による矢印β１、β２方向の磁束が流れる。この場合、ロータ突極２８ｎ，２８ｓの先端にＮ極またはＳ極が形成され、異なる極性の突極１９に引き付けられてロータ１４が矢印γ方向に回転する。また、図４、図５では、永久磁石２６の磁化方向が誘導電流によるロータ突極２８ｎ，２８ｓの磁化方向と一致するので、永久磁石２６と突極１９との間での磁気的吸引によってもロータ１４を回転させることができることも示している。
【００３８】
この結果、誘導電流により磁化されたロータ突極２８ｎ，２８ｓと回転磁界の基本波成分との磁気的な吸引の相互作用により、ロータ１４に巻線起磁力トルクが作用する。
【００３９】
一方、図３（ｂ）で説明したように、互いに同じ極性の突極１９とロータ突極２８ｓ，２８ｎとの対向時点ｔ０、対向直前及び対向直後を含む対向時間には、パルス重畳部４６により所定相のステータ電流にパルス電流を重畳させないようにしている。このため、ロータ巻線２４ｎ，２４ｓに鎖交する漏れ磁束の変動を十分に得られず、ロータ巻線２４ｎ，２４ｓに誘導電流が発生しない。したがって、ロータ突極２８ｎ，２８ｓが誘導電流によっては磁化されない。この場合、突極１９に同じ極性のロータ突極２８ｎ，２８ｓが近づく場合でも磁気的反発力は発生しない。
【００４０】
これを図６、図７を用いて詳しく説明する。図６は、ステータ１２のＳ極の突極１９にＳ極形成用のロータ突極２８ｓが対向し、図７は、ステータ１２のＮ極の突極１９にＮ極形成用のロータ突極２８ｎが対向して、それぞれでロータ１４が回転する様子を示す図である。図６、図７のいずれの場合も、所定相のステータ電流にパルス電流が重畳しないので、ロータ巻線２４ｓ，２４ｎに、誘導電流を発生させるほどの大きな変動の漏れ磁束は鎖交しない。このため、ロータ巻線２４ｓ，２４ｎに誘導電流が発生せず、ロータ突極２８ｓ，２８ｎが誘導電流によっては磁化されない。したがって、誘導電流によって磁化されたロータ突極２８ｓ，２８ｎが同じ極性の突極１９に近づくことがなく、誘導電流による磁気的反発力は発生しない。この場合、径方向外側の極性が突極１９と同じになる永久磁石２６が突極１９に対向するが、永久磁石２６の磁束はそれ単独では突極１９に反発するほどの大きさはない。また、後述するようにロータ突極２８ｓ，２８ｎ内で図６、図７の矢印δ１、δ２方向に永久磁石２６の磁束がループするので、突極１９との間で反発力を生じない。
【００４１】
一方、図６の矢印η１ａ、η１ｂ方向の主磁束が、ロータ突極２８ｓの回転方向前側である図６の右側から突極１９に流れる。また、図７の矢印η２ａ、η２ｂ方向の主磁束が突極１９からロータ突極２８ｎの回転方向前側である図７の右側に流れる。この主磁束は、ステータ１２とロータ１４との間でリラクタンストルクを発生させるためにステータ巻線１８ｕ、１８ｖ、１８ｗで生成される磁束である。この場合、主磁束の経路を短くするように突極１９にロータ突極２８ｓ，２８ｎが吸引され、ロータ１４が矢印γ方向に回転することでトルクを向上できる。また、ロータ突極２８ｓ，２８ｎに永久磁石２６が配置されているので、その磁束が主磁束の流れを妨げると、突極１９にロータ突極２８ｓ，２８ｎを効果的に引き付けられないが、磁束流れ制限部３３によって、主磁束がロータ突極２８ｓ，２８ｎに流れやすくなる。
【００４２】
この理由を詳しく説明する。本実施形態では、ロータ突極２８ｓ，２８ｎ内部に永久磁石２６に周方向両側に隣接してロータ突極２８ｓ，２８ｎよりも低透磁率の磁束流れ制限部３３を設けているので、永久磁石２６の磁束経路のループの平均長さが長くなり、しかもループの幅が狭くなるのでループが生じにくくなる。また、ロータ突極２８ｓ，２８ｎの回転方向前側でロータ回転時の主磁束が通過しようとする。このため、永久磁石２６の磁束はロータ突極２８ｓ，２８ｎの回転方向後側にループしやすくなり、逆に回転方向前側にはループしにくくなり、主磁束のロータ突極２８ｓ，２８ｎ内での流れが永久磁石２６の磁束で妨げられにくくなる。さらに、永久磁石２６は周方向に磁束流れ制限部３３を隣接させる分、永久磁石２６の周方向の幅が小さくなり、磁束量が過剰になることがない。このため、図６、図７のようにステータ１２からの主磁束により永久磁石２６の磁化方向と逆方向にロータ突極２８ｓ，２８ｎを励磁しようとする場合でも、永久磁石２６の磁束が主磁束を弱めることがなく、主磁束がロータ突極２８ｓ，２８ｎの回転方向前側に流れやすくなる。この結果、ステータ１２とロータ１４との磁気的吸引力を効果的に利用してロータトルクを大きくできる。
【００４３】
一方、特許文献１に記載された構成では、ロータの磁極部の主磁束が通る部分を永久磁石がほぼ塞いでいるので、永久磁石が逆方向の磁束を通過させる場合の障害となる場合がある。また、永久磁石の磁束が磁極部でループすることでステータからの主磁束が入りにくくなる場合がある。また、特許文献２に記載された構成では、ロータコアの径方向内側部分に永久磁石が配置され、径方向内側部分を周回する磁束が流れてしまうので、狙い通りに磁極部に磁束を流すことができない。本実施形態ではこれらの点をいずれも改良できる。
【００４４】
図８は、図１のロータ１４において、永久磁石２６の磁束がロータ突極２８ｎ内でループする様子を示す模式図である。図８では、永久磁石２６の両側に磁束が２つループしているが、これはステータ１２からロータ突極２８ｎに主磁束が流れる前の状態を示しているためである。図８に示すように、磁束流れ制限部３３は、ロータ径方向について永久磁石２６の外側面Ｑよりも外側である図８の上側に突出させているので、永久磁石２６をロータ突極２８ｎの径方向外側端面に近づけすぎることなく、永久磁石２６の磁束がロータ突極２８ｎの回転方向前側、例えば図８の右側に流れるのを効果的に制限できる。永久磁石２６をロータ突極２８ｎの径方向外側端面に近づけすぎないので、ロータ突極２８ｎの強度を高くできる。
【００４５】
また、磁束流れ制限部３３の径方向外側面Ｐはテーパ状としているので、この外側面Ｐの径方向外端Ｈで永久磁石２６の回転方向前側に流れる磁束を制限できて、しかも磁束流れ制限部３３の断面を矩形状とする場合に比べて切欠部３４の断面積を小さくでき、ロータ突極２８ｎの強度をより高くできる。また、切欠部３４の径方向内端を永久磁石２６の径方向内側面Ｒよりも径方向外側に位置させているので、ロータ突極２８ｎの強度及び永久磁石２６の支持強度を高くできる。なお、磁束流れ制限部３３の形状は図８の形状に限定するものではなく種々の形状を採用できる。例えば各磁束流れ制限部３３の径方向外側面Ｐのテーパは、図８の場合と逆側に傾斜させることもできる。また、各磁束流れ制限部３３の径方向外側面Ｐをテーパ状とせず、全体を断面矩形状とすることもできる。
【００４６】
図９は、本発明の実施形態の他の例のロータ１４において、永久磁石２６の磁束がロータ突極２８ｎ内でループする様子を示す模式図である。図９に示す例のように、磁束流れ制限部３３を断面矩形状とし、さらに磁束流れ制限部３３の外側面Ｐを永久磁石２６の外側面Ｑと径方向に関して一致する位置に設けてもよい。
【００４７】
また、上記の実施形態では、永久磁石２６の周方向両側に磁束流れ制限部３３を設けているので、ロータ１４が正回転と逆方向に回転する場合でも、ステータ１２とロータ１４との磁気的吸引力を効果的に利用してロータトルクを向上できる。なお、ロータ１４が一方向にだけ回転する場合や、一方向のトルク向上が特に求められる等の場合には、ロータ突極２８ｎ，２８ｓの一方向の回転方向前側だけに磁束流れ制限部３３を設けてもよい。
【００４８】
なお、上記の実施形態では、突極１９に誘導電流により異なる極性のロータ突極２８ｎ，２８ｓが対向する場合において、対向直前ｔａから対向時点ｔ０までに所定相のステータ電流にパルス電流を重畳させている。ただし、別例として、対向時点ｔ０から予め定めた位相差がある対向直後までの間でも所定相のステータ電流にパルス電流を重畳させてもよい。
【００４９】
また、突極１９に誘導電流により同じ極性のロータ突極２８ｎ，２８ｓが対向する場合に、パルス重畳部４６は所定相のステータ電流にパルス電流を重畳させないようにしている。ただし、別例として、パルス重畳部４６は、対向時点ｔ０で突極１９にロータ突極２８ｎ，２８ｓが引き付けられた後で、対応するロータ巻線２４ｎ，２４ｓに誘導電流が流れるように、所定相のステータ電流にパルス電流を重畳させる構成としてもよい。この構成によれば、突極１９とロータ突極２８ｎ，２８ｓとの磁気的な反発を利用して回転電機１１のトルクを大きくできる。
【００５０】
また、各ロータ突極２８ｎ，２８ｓにおいて、周方向の片側面または両側面から先端に向かうほど径方向外側になるように傾斜または湾曲させた磁性材製の補助突極を突出させてもよい。この構成によれば、ステータ１２で発生する回転磁界の空間高調波の磁束を効果的にロータ突極２８ｎ，２８ｓに導いて、回転電機１１のトルクを向上できる。
【００５１】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、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し得ることは勿論である。例えば、ステータ巻線はステータに集中巻きで巻線する場合を説明したが、ステータで空間高調波を含む回転磁界を生成できるのであればステータにステータ巻線を分布巻きで巻線する構成としてもよい。
【００５２】
また、上記では、ロータ突極にロータ巻線が巻回される回転電機を説明したが、ロータ突極にロータ巻線を巻回しない構成で、ロータ突極に永久磁石と周方向に隣接する磁束流れ制限部を設ける構成としてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１０  回転電機駆動システム、１１  回転電機、１２  ステータ、１３  駆動部、１４  ロータ、１６  ステータコア、１８ｕ，１８ｖ，１８ｗ  ステータ巻線、１９  突極、２０  スロット、２１  回転軸、２２  ロータコア、２４ｎ，２４ｓ  ロータ巻線、２６  永久磁石、２８ｎ，２８ｓ  ロータ突極、３０  第１ダイオード、３２  第２ダイオード、３３  磁束流れ制限部、３４  切欠部、３６  樹脂部材、４０  蓄電装置、４２  インバータ、４４  制御装置、４６  パルス重畳部、４８  スロット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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