(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変磁束型回転電機であって、
円環形状をなし複数のティース（５１）に固定子巻線（Ｃ）が巻回された固定子（１１）と、
前記固定子（１１）と同心円状をなし、固定子（１１）との間でエアギャップ（４）を形成し、ｄ軸磁路を形成する少なくとも一つの永久磁石（ｍ）を備え、且つ、磁気回路の形状が磁極中心に対して略対称とされた回転子（１２）と、
前記回転子（１２）に設けられた少なくとも一つの永久磁石（ｍ）から、隣接する永久磁石極へ漏洩する際の経路となる磁束バイパス路（３）と、を備え、
前記回転子（１２）に作用するトルクＴｒがＴｒ＝ＫＴ×Ｉ（ＫＴはトルク定数、Ｉは印加電流）で表されるとき、トルク定数ＫＴが印加電流Ｉの関数ＫＴ＝Ｋｔ（Ｉ）であり、
前記少なくとも一つの永久磁石（ｍ）は、前記固定子（１１）及び前記回転子（１２）が、固定子（１１）と回転子（１２）の少なくとも一方のコア材料の磁気飽和以下の領域にて、永久磁石（ｍ）により「ｄ（Ｋｔ（Ｉ））／ｄＩ≧０」なる動作特性が得られるように相対的に回転子（１２）に対して配置され、
前記磁束バイパス路（３）の磁束流入部及び磁束流出部は、前記回転子（１２）と固定子（１１）との間のエアギャップ（４）近傍に配置され、
少なくとも一つの永久磁石（ｍ）の一の磁極から出た磁束が、該永久磁石（ｍ）の異極側へ漏洩する磁気抵抗よりも、少なくとも一つの永久磁石（ｍ）と隣接する永久磁石（ｍ）の異極側へ漏洩する磁気抵抗の方が小さい可変磁束型回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の可変磁束型回転電機であって、
少なくとも一つの永久磁石（ｍ）から発せられ、前記固定子（１１）及び前記回転子（１２）に生じる磁束分布の「ｄ（Ｋｔ（Ｉ））／ｄＩ≧０」の特性は、無負荷状態における少なくとも一つの永久磁石（ｍ）の磁束の異極への漏洩量が電流印加により減少し、且つ、最小のトルク定数ＫＴ#minに対して最大のトルク定数ＫＴ#maxが１０％以上大きい可変磁束型回転電機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の可変磁束型回転電機であって、
前記磁束バイパス路（３）と前記エアギャップ（４）との間には、前記磁束バイパス部から固定子（１１）の固定子コア（１４）への磁束漏洩を抑制するための磁気的障壁が設けられている可変磁束型回転電機。
【請求項４】
請求項３に記載の可変磁束型回転電機であって、
回転子コア（１３）は、前記磁気的障壁と前記エアギャップとの間に、ブリッジ形状部を有する可変磁束型回転電機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の可変磁束型回転電機であって、
前記磁束バイパス路（３）の磁束流入部、及び磁気流出部は、前記エアギャップ（４）近傍に配置され、且つ、該エアギャップ（４）における磁束ベクトルの方向と、この磁気ベクトルと回転子（１２）外周の円弧との交点における接線の方向と、のなす角度が、４５度〜９０度の範囲となるように、前記磁束バイパス路（３）を設けた可変磁束型回転電機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の可変磁束型回転電機であって、
前記回転子（１２）は、ｄ軸インダクタンスＬｄの方が、ｑ軸インダクタンスＬｑよりも大きい順突極特性を備えた可変磁束型回転電機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の可変磁束型回転電機であって、
前記永久磁石（ｍ）は、磁石厚みと保磁力の関係が、固定子（１１）の特性と、該回転電機を駆動する電源の容量で発生し得る電場の反転で着減磁可能な性能を有し、運転中に着磁特性を変化させることが可能である可変磁束型回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変磁束型回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
電機子の磁石磁束鎖交量を変化させる回転電機として、特許文献１（特開２００６−２８０１９５号公報）等に開示されたものが知られている。しかし、特許文献１に開示された回転電機では、磁石の着磁状態を制御する必要がある。このため、制御が複雑になり、磁力制御を行うために保磁力の小さい磁石を用いるので、電機子反作用による減磁を回避することが難しく、設計や使用上の制約となっていた。また、着減磁電流を流すことによるエネルギーの損失が大きいという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明で提示する一つの目的は、低負荷時における鉄損の増大、高回転時における鉄損及び銅損の増大を抑制する可変磁束型回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の観点から、本願発明に係る回転電機は、円環形状の固定子と回転子を有する。円環形状の固定子は、固定子コイルが巻回された複数のティースを有する。回転子は固定子と同心であり、回転子と固定子の間のエアギャップを形成する円形状を有している。回転子は、ｄ軸磁路を形成する少なくとも一つの永久磁石を有する。また、回転子に設けられた少なくとも一つの永久磁石から、隣接する永久磁石極へ漏洩する際の経路となる磁束バイパス路を備える。固定子と回転子は、固定子と回転子の少なくとも一方のコア材料の磁気飽和以下の領域にて、永久磁石により「ｄ（Ｋｔ（Ｉ））／ｄＩ≧０」なる動作特性が得られるように、相対的に配置されている。ＫＴをトルク定数、Ｉを印加電流とし、回転子に作用するトルクＴｒがＴｒ＝ＫＴ×Ｉで表されるとき、トルク定数ＫＴは印加電流Ｉの関数ＫＴ＝Ｋｔ（Ｉ）である。磁束バイパス路の磁束流入部及び磁束流出部は、回転子と固定子との間のエアギャップ近傍に配置される。少なくとも一つの永久磁石の一の磁極から出た磁束が、該永久磁石の異極側へ漏洩する磁気抵抗よりも、少なくとも一つの永久磁石と隣接する永久磁石の異極側へ漏洩する磁気抵抗の方が小さい。
【０００５】
本発明に係る回転電機では、隣接する磁極間に、固定子の電機子反作用により磁束漏洩量を制御可能な磁束バイパス路を形成することにより、低負荷時の鉄損や高回転時の鉄損及び銅損の増大を抑制する。更に、電機子反作用による漏れ磁束制御を行うことにより高負荷時に最大トルクを発生することができる。これにより、本発明の回転電機を電動車用の電動機に適用した場合のモード走行電費を大幅に改善することができる。
【０００６】
また、本発明に係る回転電機では、永久磁石の着磁状態は変化させず、回転子内の磁石磁束の経路を電機子電流により制御する構成である。このため、制御が比較的間便であり、且つ着減磁を行わないのでそのエネルギー損失もない。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
添付の図面を参照して、開示の一部とする。
【０００８】
図１は、本発明の第１実施形態に係る回転電機の構成を示す図である。
【０００９】
図２は、本発明の一実施形態に係る回転電機の、無負荷状態における磁束の流れを示す図である。
【００１０】
図３は、本発明の一実施形態に係る回転電機の、固定子巻線にｑ軸電流を通電したときの磁束の流れを示す図である。
【００１１】
図４は、本発明の第１実施形態の、第１の変形例に係る回転電機の構成を示す図である。
【００１２】
図５は、本発明の第１実施形態の、第２の変形例に係る回転電機の構成を示す図である。
【００１３】
図６は、本発明の第１実施形態の、第３の変形例に係る回転電機の構成を示す図である。
【００１４】
図７は、本発明の第１実施形態の、第４の変形例に係る回転電機の構成を示す図である。
【００１５】
図８は、本発明の第１実施形態の、第５の変形例に係る回転電機の構成を示す図である。
【００１６】
図９は、本発明の第２実施形態に係る回転電機の構成を示す図である。
【００１７】
図１０は、本発明の第２実施形態に係る回転電機で、磁気的障壁部を設けない場合の磁束の流れを示す説明図である。
【００１８】
図１１は、本発明の第３実施形態に係る回転電機の構成を示す図である。
【００１９】
図１２は、本発明の第４実施形態に係る回転電機の構成を示す図である。
【００２０】
図１３は、本発明の実施形態に係り、固定子巻線に流れる電流とトルクとの関係を示す特性図である。
【００２１】
図１４は、本発明の実施形態に係り、固定子巻線に流れる電流とトルク定数との関係を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
選択した実施形態を、図面を参照して説明する。実施形態の記載は、当業者が明らかになる例示として提示したものに過ぎず、添付の特許請求の範囲に定義の本発明及びそれらの均等物を限定するものではない。
【００２３】
［第１実施形態の説明］
図１は、本発明の第１実施形態に係る回転電機の構成を示す図である。構成全体の４分の１の部分が示されている。回転電機の全体構成の残りの３つの４分の１の部分は、連続的に繰り返される。図１に示すように、この回転電機は、円環形状をなす固定子１１と、該固定子１１と同心円状に形成された回転子１２を備え、電動機或いは発電機を構成する。
【００２４】
固定子１１は、固定子コア１４と、該固定子コア１４から内周側に向けて突起する複数（例えば、２４個）のティース５１を有している。隣接するティース５１間の空間がスロット５２とされている。ティース５１に固定子巻線Ｃが巻回される。固定子コア１４は、例えば、積層鋼板により形成されている。
【００２５】
回転子１２は回転子コア１３を有しており、該回転子コア１３は、透磁率の高い金属製の鋼板を積層した、いわゆる積層鋼板構造により円筒形に形成されている。また、回転子コア１３の、固定子１１と対向する周辺部には、周方向に沿って４個の永久磁石ｍ（即ち、４極構造）が、互いに等間隔で、且つ、互いに隣接する永久磁石の極性が異極性となるように設けられている。なお、図１では、回転電機全体の４分の１を記載しているので、永久磁石ｍは１個のみが示されている。
【００２６】
永久磁石ｍは、回転子コア１３の対応部分に空隙を設け、この空隙内に嵌め込むことにより該回転子コア１３に対して堅固に固定している。また、該永久磁石ｍは、回転子１２の半径方向が磁化方向とされている。ここで、本実施形態では、幾何学的な永久磁石ｍの中心をｄ軸とし、ｄ軸から電気角で９０度の位置をｑ軸（本実施例では４極なので機械角で４５度の位置）と定義する。
【００２７】
回転子１２は、外周が円弧形状をなしており、更に、隣接する磁極との間には、磁気的な空隙部１６が形成されている。そして、この空隙部１６が形成されていることにより、回転子コア１３外周部の、隣接する磁極との連結部分には、永久磁石ｍによる二つの磁束バイパス路３が形成される。即ち、この磁束バイパス路３は、固定子１１と回転子１２との間の隙間部分となるエアギャップ４の近傍に設けられている。また、永久磁石ｍと空隙部１６との間は、幅Ａを有する狭幅の磁路２とされている。この磁路２の幅Ａは、磁束バイパス路３の幅Ｂよりも小さく設定されている。 具体的には、固定子１１と回転子１２は、Ａ＜Ｂの関係を有するように、永久磁石ｍに相対配置されている。
【００２８】
そして、「Ａ＜Ｂ」なる関係を有することにより、永久磁石ｍより出た磁束が、磁路２を経由して該永久磁石ｍの異極側へ漏洩する際の磁気抵抗よりも、磁束バイパス路３を経由して隣接する永久磁石の異極側へ漏洩する際の磁気抵抗の方が小さくなっている。磁路２を通る磁束は、永久磁石ｍの表面から該永久磁石ｍの裏面への漏れ磁束であり、漏れ磁束量は、電機子電流からほぼ独立している。このように、実体のない単純磁束損失を構成する。その一方で、磁束バイパス路３を通過する磁束は、電機子電流によって抑制することができ、従って、効率は、機械の動作点に応じた適切な抑制によって改善することができる。
【００２９】
更に、ｄ軸の磁気抵抗の方が、ｑ軸の磁気抵抗よりも小さく設定されている。換言すれば、ｄ軸方向のインダクタンスＬｄと、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑとが、Ｌｄ＞Ｌｑなる関係を有する順突極特性を有している。
【００３０】
また、永久磁石ｍは、その厚みと保磁力との関係が、固定子の仕様（特性）と電源の容量によって決定され、電場の反転により永久磁石の磁化および消磁が可能な永久磁石を用いている。
【００３１】
次に、第１実施形態に係る回転電機の作動について説明する。図２は、固定子１１のティース５１に巻回した固定子巻線に電流を通電しないときの磁束分布を示す説明図である。図２に示すように、電流を通電しない場合には、永久磁石ｍより出た磁束２１の多くは、固定子１１側へと流れて固定子巻線と鎖交する。また、永久磁石ｍより出た一部の磁束１は、両側の磁束バイパス路３を経由して隣接する磁極側へ漏洩している。
【００３２】
このため、磁束バイパス路３を経由して漏洩する磁束量の制御が容易になる。回転電機を低負荷で作動させる際には、固定子巻線と鎖交する磁束量を制御することにより、容易に所望するトルクを発生させることができる。
【００３３】
図３は、固定子巻線に電流を通電しているときの磁束分布を示す説明図である。回転子１２が矢印Ｙ１の方向に回転する際には、永久磁石ｍより出た磁束５３は回転方向を向く。また、電機子反作用３１により、永久磁石ｍから磁束バイパス路３への磁束の漏洩が抑制されていることが判る。即ち、本実施形態に係る回転電機では、無負荷時或いは低負荷時において、隣接する磁極間で磁束が漏洩するように、磁束バイパス路３（磁束漏洩路）を設ける。更に、この磁束バイパス路３に流れる漏洩磁束が、電機子電流による電機子反作用により制御できる位置、及び形状に配置している（モータ定数が電流の関数となる）。
【００３４】
このようにして、第１実施形態に係る回転電機では、永久磁石ｍより出た磁束が隣接する永久磁石へ漏洩する際の経路となる磁束バイパス路３を設けている。更に、該磁束バイパス路の磁束流入部及び磁束流出部（図１の符号ａに示す部分）をエアギャップ４の近傍に設けている。従って、固定子巻線に通電する電流制御により、磁束バイパス路３を流れる磁束を制御し易くなる。
【００３５】
更に、回転子１２を無負荷状態或いは低負荷状態で回転させる際には、漏洩磁束を大きくすることにより、固定子１１に鎖交する磁束を低減でき、鉄損を低減することができる。また、高負荷状態で回転させる際には、固定子巻線に通電する電流を制御することにより漏洩磁束を抑制して、固定子１１に鎖交する磁束を増加することができ、高いトルクを得ることができる。これにより、本実施形態に係る回転電機を電動車両に適用した場合には、モード走行電費を大幅に改善することができる。
【００３６】
また、磁束バイパス路３をエアギャップ４の近傍に設けることにより、回転子構造が複雑にならず、磁束流入部及び流出部をエアギャップ近傍に配置することで磁束バイパス路３を経由して流れる磁束量の制御が容易になる。
【００３７】
更に、磁路２の幅Ａと磁束バイパス路３の幅Ｂの関係が、「Ｂ＞Ａ」なる関係を備えているので、永久磁石ｍから出る磁束のうちの漏れ磁束の多くが、磁束バイパス路３を経由する磁束となるので、磁束量の制御を容易に行うことができる。また、「Ｂ＞２Ａ」なる関係を有する構成とすれば、より制御性を向上させることができる。
【００３８】
また、本実施形態に係る回転電機は、無負荷時或いは低負荷時のように固定子巻線に通電する電流Ｉが小さい場合には、磁束バイパス路３を経由して流れる漏洩磁束が発生し、また、永久磁石ｍの磁束により逆起電力を減少させ、回転子１２に生じるトルクＴｒを低減させる。また、回転電機を高速回転させるために固定子巻線に通電する電流Ｉを増大すると、漏洩磁束の低減、電機子の増加に連動する磁石の磁束量により、トルクＴｒを高くすることができる。即ち、本実施形態に係る回転電機の電流ＩとトルクＴｒは、図１３の符号ｑ１に示すように、電流Ｉの増加と共にトルクＴｒの変化率が増加する。
【００３９】
換言すれば、トルクＴｒが、トルク定数ＫＴと電流Ｉにより、Ｔｒ＝ＫＴ×Ｉで表されるときに、トルク定数ＫＴが電流Ｉの関数ＫＴ＝Ｋｔ（Ｉ）であって、固定子コア１４のコア材料の磁気飽和以下の領域にて、「ｄ（Ｋｔ（Ｉ））／ｄＩ≧０」なる関係を備えている。
【００４０】
従って、電流を印加すると磁石磁束と固定子巻線との鎖交量が増加して、トルク定数が大きくなる。このため、低トルク域では磁石磁束と固定子巻線との鎖交量が減少するので鉄損が低減され、誘起電圧も低下するので可変速範囲が拡大される。また、磁気回路が磁極中心に対して略対称であり、回転子１２の回転方向によらずほぼ同等の特性が得られる。
【００４１】
更に、上記した「ｄ（Ｋｔ（Ｉ））／ｄＩ≧０」なる関係は、回転子１２内での磁石磁束分布において、無負荷状態における磁石磁束の異極への漏洩量が、電流印加により減少し、且つ、最小のトルク定数ＫＴ_minに対して最大のトルク定数ＫＴ_maxが１０％以上大きく設定されている。即ち、図１４の曲線ｑ２に示すように、固定子巻線に通電する電流Ｉが流れない無負荷時には、トルク定数ＫＴは最小値ＫＴ_minに設定され、電流Ｉが大きくなるとトルク定数ＫＴは最大値ＫＴ_maxに設定される。そして、最小のトルク定数ＫＴ_minに対して最大のトルク定数ＫＴ_maxが１０％以上大きく設定される。
【００４２】
このように設定することにより、追加の構造物や特別な制御方法を用いること無く、通常の電流制御により磁石磁束を制御できる。よって、コスト増を招くことなく性能を向上させることができる。また、高回転時の弱め界磁制御量を減少することができるので、保磁力の低い低コスト磁石を使用することができる。或いは、磁石量を低減することが可能となる。
【００４３】
また、第１実施形態では、ｄ軸方向のインダクタンスＬｄと、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑとが、Ｌｄ＞Ｌｑなる関係を有する順突極特性を有しているので、固定子巻線に正のｄ軸電流を印加した際に、正のリラクタンストルクを得ることができるので、最大トルクを向上させることができる。
【００４４】
また、永久磁石ｍは、固定子の仕様と電源容量で発生し得る反磁界で着磁、減磁が可能な磁石を用いているので、回転電機を用いたモータの特性を変化させることができる。
【００４５】
次に、第１実施形態に示した回転電機の変形例について図４〜図８を参照して説明する。図４は、第１の変形例を示す図である。回転子１２には、２個の永久磁石ｍ１，ｍ２が、円周方向に対して傾斜し、且つ、ｄ軸に対して対称となるように設けられている。また、図４に示すように、永久磁石ｍ１の側方、及び永久磁石ｍ２の側方には磁気的障壁部２２ａ，２２ｂが形成されている。該磁気的障壁部２２ａ，２２ｂにより、磁束バイパス路５ａ，５ｂと、回転子コア１３との間を流れる磁束が遮蔽される。また、該磁気的障壁部２２ａ，２２ｂが形成されることにより、永久磁石ｍ１の側部に設けられる磁路２３ａ、及び永久磁石ｍ２の側部に設けられる磁路２３ｂは、それぞれ狭幅（幅Ａ２）とされている。２つの永久磁石ｍ１，ｍ２の間には磁路２４が形成されており、該磁路２４も狭幅（幅Ａ１）とされている。そして、磁束バイパス路３の幅Ｂよりも、磁路２４、及び磁路２３ａ，２３ｂの幅Ａ１，Ａ２が小さく設定されている。
【００４６】
従って、このような構成を有する第１の変形例においても、前述した第１実施形態と同様の効果を達成することができる。
【００４７】
図５は、第２の変形例を示す図である。図５に示すように、第２の変形例では、回転子１２の一つの磁極内に、２個の永久磁石ｍ３，ｍ４が設けられている。各永久磁石ｍ３，ｍ４は、その長手方向が磁極間の中心軸となるｑ軸（ｄ軸に対して４５度傾斜した軸）と一致するように配置されている。更に、各永久磁石ｍ３，ｍ４は、矢印Ｄ１、Ｄ２に示すように、半径方向に対して直角となる方向に磁化されている。
【００４８】
各永久磁石ｍ１，ｍ２の外周側の端部となる回転子１２には、磁束バイパス路２６ａ，２６ｂが形成され、内周側の端部となる回転子１２には、空隙部を介して狭幅の磁路２５ａ，２５ｂが形成されている。そして、図５に示す磁路２５ａ，２５ｂの幅Ａは、磁束バイパス路２６ａ，２６ｂの幅Ｂよりも小さく設定されている。
【００４９】
従って、このような構成を有する第２の変形例においても、前述した第１実施形態と同様の効果を達成することができる。
【００５０】
図６は、第３の変形例を示す図である。図６に示すように、第３の変形例では、回転子１２の一つの磁極内に、３個の永久磁石ｍ５，ｍ６，ｍ７が設けられている。このうち、永久磁石ｍ５は、その長手方向が回転子１２の円周方向を向き、その中心がｄ軸と略一致するように配置されている。また、該永久磁石ｍ５は、回転子１２の半径方向に磁化されている。各永久磁石ｍ６，ｍ７は、その長手方向が磁極間の中心軸となるｑ軸と一致するように配置されている。更に、各永久磁石ｍ６，ｍ７は半径方向に対して直角となる方向に磁化されている。
【００５１】
永久磁石ｍ６，ｍ７の外周側の端部には、磁束バイパス路２７ａ，２７ｂが設けられており、更に、永久磁石ｍ５の両端には狭幅の磁路２８ａ，２８ｂが設けられている。そして、磁路２８ａ，２８ｂの幅Ａは、磁束バイパス路２７ａ，２７ｂの幅Ｂよりも小さく設定されている。
【００５２】
従って、このような構成を有する第３の変形例においても、前述した第１実施形態と同様の効果を達成することができる。
【００５３】
図７は、第４の変形例を示す図である。図７に示すように、第４変形例では、回転子１２の一つの磁極内に、３個の永久磁石ｍ８，ｍ９，ｍ１０が設けられている。このうち、永久磁石ｍ８は、その長手方向が回転子１２の円周方向を向き、その中心がｄ軸と略一致するように配置されている。また、該永久磁石ｍ８は、回転子１２の半径方向に磁化されている。各永久磁石ｍ９，ｍ１０は、ｑ軸よりも若干内側となる位置に配置されており、更に、各永久磁石ｍ９，ｍ１０は回転子１２の半径方向に対して直角となる方向に磁化されている。
【００５４】
永久磁石ｍ９，ｍ１０の外周側の端部には、磁束バイパス路２９ａ，２９ｂが設けられており、更に、永久磁石ｍ８の両端には狭幅の磁路３０ａ，３０ｂが設けられている。そして、磁路３０ａ，３０ｂの幅Ａは、磁束バイパス路２９ａ，２９ｂの幅Ｂよりも小さく設定されている。
【００５５】
従って、このような構成を有する第４の変形例においても、前述した第１実施形態と同様の効果を達成することができる。
【００５６】
図８は、第５の変形例を示す図である。図８に示すように、第５の変形例では、回転子１２の一つの磁極内の外周側に永久磁石ｍ１１が設けられている。永久磁石ｍ１１は、回転子１２の半径方向に磁化されている。そして、該永久磁石ｍ１１の両端には、磁気的障壁部３５ａ，３５ｂが設けられ、更にその外側には、磁気的障壁部３６ａ，３６ｂが設けられている。そして、永久磁石ｍ１１と磁気的障壁部３５ａ，３５ｂとの間は磁路３２ａ，３２ｂとされており、内側の磁気的障壁部３５ａ，３５ｂと外側の磁気的障壁部３６ａ，３６ｂとの間は、磁束バイパス路３３ａ，３３ｂとされている。また、外側の磁気的障壁部３６ａ，３６ｂの外周部は磁路３４ａ，３４ｂとされている。そして、磁路３２ａ，３２ｂの幅Ａは、磁束バイパス路３３ａ，３３ｂの幅Ｂよりも小さく設定されている。
【００５７】
従って、このような構成を有する第５の変形例においても、前述した第１実施形態と同様の効果を達成することができる。
【００５８】
［第２実施形態の説明］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図９は第２実施形態に係る回転電機の構成を示す図である。図９では、構成全体の４分の１の部分が示されている。回転電機の全体構成の残りの３つの４分の１の部分は、連続的に繰り返される。第１実施形態で示した符号は、第２実施形態を説明するために用いられる。図９に示すように、第２実施形態に係る回転電機は、前述した第１実施形態と同様に、円環形状をなす固定子１１と、該固定子１１と同心円状に形成された回転子１２を備えている。回転子１２は、回転子コア１３を有している。
【００５９】
回転子コア１３の、固定子１１と対向する周辺部には、周方向に沿って４個の永久磁石（即ち、４極構造）が、互いに等間隔で、且つ、互いに隣接する永久磁石の極性が異極性となるように設けられている。なお、図９では、回転電機全体の４分の１を記載しているので、１個の永久磁石ｍ１２のみを示している。また、本実施形態では、永久磁石ｍ１２が、回転子コア１３の外周側に設けられている。
【００６０】
永久磁石ｍ１２は、回転子コア１３の対応部分に空隙を設け、この空隙内に嵌め込むことにより該回転子コア１３に対して堅固に固定している。また、該永久磁石ｍ１２は、その中心がｄ軸と一致しており、回転子１２の半径方向が磁化方向とされている。
【００６１】
また、永久磁石ｍ１２の側方には、磁束の流れを遮断する磁気的障壁部３７ａ，３７ｂが設けられており、この磁気的障壁部３７ａ，３７ｂの外周側には、磁束バイパス路３９ａ，３９ｂが形成されている。更に、この磁束バイパス路３９ａ，３９ｂの外周側は磁気的障壁部３８ａ，３８ｂとされている。即ち、回転子１２とエアギャップ４との間に、磁気的障壁部３８ａ，３８ｂが形成されるので、磁束バイパス路３９ａ，３９ｂと固定子１１との間隔が大きくなっている。また、永久磁石ｍ１２と磁気的障壁部３７ａ，３７ｂとの間は、幅狭の磁路４１ａ，４１ｂとされている。なお、磁気的障壁部は、樹脂や空気等の比透磁率が１のものを用いることができる。
【００６２】
そして、第２実施形態に係る回転電機では、磁気的障壁部３８ａ，３８ｂを設けることにより、磁束バイパス路３９ａ，３９ｂと、固定子１１とを磁気的に隔離している。また、磁束バイパス路３９ａ，３９ｂの内側には、磁気的障壁部３７ａ，３７ｂが設けられており、該磁気的障壁部３７ａ，３７ｂにより、回転子コア１３の内側との間においても磁気的に隔離されている。
【００６３】
図１０は、磁束バイパス路３９ａ，３９ｂと固定子１１との間に図９に示した磁気的障壁部３８ａ，３８ｂを設けない場合の磁束の流れを示している。通電時には磁束バイパス路３９ａ，３９ｂを経由して固定子１１側への漏洩磁束４０が発生するので、磁石磁束の制御能力が低下してトルク低下の原因となる。しかし、図９に示すように磁気的障壁部３８ａ，３８ｂを設けることにより、固定子１１側へ流れる磁束５５が存在するものの、図１０に示した漏洩磁束４０を抑制することができ、磁石磁束の制御能力を向上させることが可能となる。
【００６４】
このようにして、第２実施形態に係る回転電機では、回転子コア１３と固定子１１との間に磁気的障壁部３８ａ，３８ｂを形成することにより、回転子コア１３と固定子１１との間の磁気抵抗を高めることができ、回転子コア１３から固定子１１に流れる漏洩磁束４０を抑制することができる。また、磁束バイパス路３９ａ，３９ｂから固定子１１への磁気抵抗を高め、磁束投影によるトルク低下や磁束制御量の減少を抑制することができる。
【００６５】
［第３実施形態の説明］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図１１は、第３実施形態に係る回転電機の構成を示す図である。図１１では、前述した第１，第２実施形態と同様に、回転電機全体の４分の１となる部分のみを示している。回転電機の全体構成の残りの３つの４分の１の部分は、連続的に繰り返される。第１実施形態で示した符号は、第３実施形態を説明するために用いられる。図１１に示すように、第３実施形態に係る回転電機は、前述した第１，第２実施形態と同様に、円環形状をなす固定子１１と、該固定子１１と同心円状に形成された回転子１２を備えている。回転子１２は回転子コア１３を備えている。
【００６６】
回転子コア１３の、固定子１１と対向する周辺部には、周方向に沿って４個の永久磁石（即ち、４極構造）が、互いに等間隔で、且つ、互いに隣接する永久磁石の極性が異極性となるように設けられている。なお、図１１では、回転電機全体の４分の１を記載しているので、１個の永久磁石ｍ１３のみを示している。
【００６７】
永久磁石ｍ１３は、回転子コア１３の対応部分に空隙を設け、この空隙内に嵌め込むことにより該回転子コア１３に対して堅固に固定している。また、該永久磁石ｍ１３は、その中心がｄ軸と一致しており、回転子１２の半径方向が磁化方向とされている。
【００６８】
また、永久磁石ｍ１３の側方には、磁束の流れを遮断する磁気的障壁部４２ａ，４２ｂが設けられており、この磁気的障壁部４２ａ，４２ｂの外周側には、磁束バイパス路４３ａ，４３ｂが形成されている。更に、この磁束バイパス路４３ａ，４３ｂの外周側は磁気的障壁部４４ａ，４４ｂが設けられ、この磁気的障壁部４４ａ，４４ｂの外周側には、幅狭のブリッジ形状部４５ａ，４５ｂが設けられている。従って、ブリッジ形状部４５ａ，４５ｂと固定子１１との間がエアギャップ４とされている。
【００６９】
また、永久磁石ｍ１３と磁気的障壁部４２ａ，４２ｂとの間は、幅狭の磁路４６ａ，４６ｂとされて、該磁路４６ａ，４６ｂの幅と、ブリッジ形状部４５ａ，４５ｂの幅は、略同一とされている。
【００７０】
そして、第３実施形態に係る回転電機では、磁気的障壁部４４ａ，４４ｂにより、磁束バイパス路４３ａ，４３ｂと固定子１１とが磁気的に隔離される。また、磁束バイパス路４３ａ，４３ｂの内側には、磁気的障壁部４２ａ，４２ｂが設けられており、該磁気的障壁部４２ａ，４２ｂにより、磁束バイパス路４３ａ，４３ｂと回転子コア１３の内側との間においても磁気的に隔離されている。従って、回転子コア１３から固定子１１側へ向けて流れる漏洩磁束を低減することができる。
【００７１】
また、幅狭のブリッジ形状部４５ａ，４５ｂを設けることにより、パーミアンス脈動を小さくすることができ、トルクリップルを低減させることができる。このため、トルクの向上に寄与することができる。
【００７２】
［第４実施形態の説明］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。図１２は、第４実施形態に係る回転電機の構成を示す図である。第４実施形態に係る回転電機は、前述した第３実施形態に示した回転電機とほぼ同様の構成を備えている。そして、同一部分には同一符号を付して構成説明を省略する。
【００７３】
第４実施形態に係る回転電機では、図１２に示すように、回転子１２の外周部に、ブリッジ形状部４５ａ，４５ｂが設けられ、該ブリッジ形状部４５ａ，４５ｂと、磁束バイパス路４３ａ，４３ｂは連結部４７ａ，４７ｂにて連結されている。ブリッジ形状部４５ａ，４５ｂと磁束バイパス路４３ａ，４３ｂとの間は、磁気的障壁部４４ａ，４４ｂとされている。
【００７４】
そして、本実施形態に係る回転電機では、連結部４７ａ，４７ｂがエアギャップ４の近傍に設けられ、更に、該連結部４７ａ，４７ｂにおける回転子１２の接線４８と、磁束バイパス路４３ａ，４３ｂにおける磁束ベクトル方向４９とのなす角度θが、４５度〜９０度の範囲となるように設定されている。
【００７５】
このように設定することにより、磁束バイパス路４３ａ，４３ｂへ流入、或いは流出する磁束は、磁束バイパス路４３ａ，４３ｂ先端の連結部４７ａ，４７ｂを経由するので、固定子１１の反磁界による漏洩磁束制御を効果的に行うことができる。また、磁束バイパス路４３ａ，４３ｂから固定子１１への磁気抵抗を高め、磁束投影によるトルク低下や磁束制御量の減少を抑制することができる。
【００７６】
選択した実施形態により本発明の説明を行ったが、添付の特許請求の範囲に定義の本発明の要旨を逸脱しない範囲で本開示から様々な変更や修正が可能であることは当業者なら言うまでもない。一つの要素の機能を二つの要素で行うことができ、その逆を行うこともできる。一つの実施形態の構造及び機能は、別の実施形態において採用することができる。特定の実施形態において全ての効果を同時に奏する必要はない。また、先行技術にない各特徴は、単独或いは他の特徴との組み合わせで、本出願人による更なる発明の別個の記載として考えるべきであり、これらの特徴により具現化された構造的、機能的思想を含む。従って、本発明に係る上記実施形態の記載は、例示として提示したものに過ぎず、添付の特許請求の範囲及びその均等物に定義の本発明を限定するものではない。
【図１】
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【図２】
0006033425.tif 000003
【図３】
0006033425.tif 000004
【図４】
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【図５】
0006033425.tif 000006
【図６】
0006033425.tif 000007
【図７】
0006033425.tif 000008
【図８】
0006033425.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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