(57)【要約】【課題】磁石２０からの磁束の短絡磁束量を簡易な構成で制御する。【解決手段】複数の磁石２０が設けられたロータ１６を含む磁石モータ１０であって、前記ロータ１６の軸方向端面上に、配置された低キューリー磁性材２２と、前記低キューリー磁性材の温度を制御する温度制御装置２６と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁石が設けられたロータを含む磁石モータであって、
前記ロータの軸方向端面上に、配置された低キューリー磁性材と、
前記低キューリー磁性材の温度を制御する温度制御装置と、
を含む、
磁石モータ。
【請求項２】
請求項１に記載の磁石モータであって、
前記温度制御装置は、前記磁石の磁束が多く必要な大トルク時に前記低キューリー磁性材を昇温させて飽和磁化を低くする、
磁石モータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の磁石モータであって、
前記ロータと低キューリー磁性材の間に断熱材を配置する、
磁石モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の磁石が設けられたロータを有する磁石モータ、特に磁石磁束の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータに永久磁石を設けた磁石モータにおいては、高速回転時の界磁磁束を弱めたり、磁石磁束を制御したいという要求がある。
【０００３】
特許文献１では、永久磁石を有するロータの端部に磁性材を配置するモータの製造方法が開示されている。ロータの端部に配置した磁性材からなる端板の厚みを変えることで電動機の最高回転数を調整する。すなわち、端板を使用することで、永久磁石から発生する磁束の一部をロータ内部で短絡させて、その端板の厚みを変えることで、巻線に鎖交する磁束を微調整して、最高回転数の微調整を行っている。
【０００４】
特許文献２では、永久磁石が設けられたロータを有するモータにおいて、ロータの少なくとも一方の軸方向端部に磁気短絡部材を設けている。そして、アクチュエータにより磁気短絡部材を永久磁石に対して近接または離間させて永久磁石による界磁の制御を行うことが示されている。
【０００５】
特許文献３では、複数の磁極を有するロータの軸方向の少なくとも一方の端部に、磁極に近接して配置される複数の近接部とこれら複数の近接部を連結する連結部とを備えた短絡部材を備える。そして、ロータと短絡部材との周方向の相対位置を変更することで、短絡部材によるロータの磁束を制御している。
【０００６】
特許文献４では、永久磁石が設けられた電動機のロータにおいて、ロータの回転数が上昇することにより、その位置がロータコアに近接する方向に変化して磁路を形成する可動鉄心を有することが示されている。高回転時に可動鉄心がロータコアに近接することで、ロータによる界磁磁束を弱めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開ＷＯ０２／０１９４９９号公報
【特許文献２】特開２００１−２７５３２６号公報
【特許文献３】特開２０１２−１４３０５５号公報
【特許文献４】特開２００１−２５１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では、端板の厚みを変えて磁束の短絡量を制御する。しかし、実駆動状態で端板の厚みを変更することは難しい。
【０００９】
特許文献２では、アクチュエータを用いてロータ上部の磁気短絡部材（鉄板）を引き離す。しかし、弱め界磁時など、磁気短絡部材への短絡磁束量が増えた時、磁気短絡部材の吸引力は大きくなる。このため、磁気短絡部材を引き離すための力が大きくなり、そのためアクチュエータが大型化する。
【００１０】
特許文献３では、アクチュエータを用いてロータ上部の短絡部材（鉄片）を周方向にスキューさせることにより、磁石磁束の短絡量を制御する。しかし、スキューさせるアクチュエータが複雑になる。
【００１１】
特許文献４では、高回転時、遠心力で可動鉄心をロータ外側に移動させ、これによって磁束短絡させる。しかし、可動鉄心とロータとの間にばねを設け、遠心力に応じた可動鉄心の移動を制御しており、可動鉄心をロータに接近・接触させるために、ロータ内部にばねを収容する空間が必要となり、構造が複雑である。
【００１２】
本発明は、短絡磁束量を制御するための構造が比較的簡易な磁石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】
【００１３】
本発明は、複数の磁石が設けられたロータを含む磁石モータであって、前記ロータの軸方向端面上に、配置された低キューリー磁性材と、前記低キューリー磁性材の温度を制御する温度制御装置と、を含む。
【００１４】
また、前記温度制御装置は、前記磁石の磁束が多く必要な大トルク時に前記低キューリー磁性材を昇温させて飽和磁化を低くするとよい。
【００１５】
また、前記ロータと低キューリー磁性材の間に断熱材を配置するとよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、磁石からの磁束が多く必要な低速・大トルク時に低キューリー磁性材を、昇温させてその飽和磁化を落とすことで、ロータからの磁束短絡を抑制することができる。また、磁束短絡が多く必要な高速回転領域は、低キューリー磁性材を冷却して飽和磁化を上げることで磁束短絡を多くして界磁を弱めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）は実施形態に係る磁石モータ１０のシステム構成を示す図であり、（ｂ）は磁石モータ１０の軸方向から見た機械的構成を示す図である。
【図２】（ａ）は磁石モータの一部を取り出した斜視図、（ｂ）は側面図である。
【図３】（ａ）は磁石の配置を説明する図、（ｂ）はロータの側面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、磁石の配置の他の例を示す図である。
【図５】低キューリー磁性材の温度特性を示す図である。
【図６】温度変化による短絡磁束のイメージを示す図であり、（ａ）は冷却時、（ｂ）は昇温時を示す。
【図７】昇温のための構成例（ＩＨ式）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
「全体構成」
図１（ａ）は、実施形態に係る磁石モータ１０の全体構成を模式的に示す説明図であり、図１（ｂ）は磁石モータ１０の軸方向から見た機械的構成を示す模式図である。磁石モータ１０は、円環状のステータ１２を有する。ステータ１２は、ステータコア１２ａと、ステータコア１２ａのティースに巻回された複数相（例えば、３相）のステータコイル１２ｂを有し、ここに所定の電流を供給することで回転磁界を形成する。図においては、ティースは示しておらず、ステータコイル１２ｂはコイルエンドの部分のみを示してある。
【００２０】
駆動制御装置１４は、磁石モータ１０の出力トルク（要求トルク）、磁石モータ１０の回転数などに応じて、ステータコイル１２ｂへの電流供給を制御する。なお、磁石モータ１０が車両駆動用のモータであれば、アクセルの操作量などに応じて要求トルクが決定され、駆動制御装置１４は、ＰＷＭ制御などによりステータコイル１２ｂへの供給電流を制御する。
【００２１】
円環状のステータ１２の内側には、所定のギャップをおいて円筒状のロータ１６が配置され、このロータ１６の中心に回転軸１８が設けられている。ロータ１６は、その周辺側に、周方向に所定数の磁極を構成する磁石（永久磁石）２０が配置されている。従って、ステータ１２によって形成される回転磁界に応じて、ロータ１６が回転し、回転軸１８がその出力軸となる。
【００２２】
そして、本実施形態では、ロータ１６の軸方向端面に円環状の低キューリー磁性材２２が断熱材２４を介し配置されている。この例では、断熱材２４と低キューリー磁性材２２は同一形状としているが同一でなくてもよい。低キューリー磁性材２２は、複数の磁石２０の磁束を短絡するように、周方向に間隔をおいて配置される磁石２０の軸方向端面を覆う。断熱材２４は、低キューリー磁性材２２とロータ１６との間に配置され、低キューリー磁性材２２とロータ１６との熱伝導を妨げ、磁石２０が高温となり減磁することを防止している。
【００２３】
ここで、低キューリー磁性材２２としては、キューリー温度が低い（４００℃程度以下）の軟磁性材料、例えば、アモルファス磁性体などが好適である。また、断熱材２４は、耐熱性のある断熱材が好適であり、グラスウール、真空断熱などが採用できる。また、炭化コルク、フェノールフォームなども採用することができる。
【００２４】
そして、低キューリー磁性材２２には、温度制御装置２６が接続されており、温度制御装置２６によって温度が制御される。
【００２５】
ここで、図２（ａ）、（ｂ）には、ステータ１２、ロータ１６の所定角度のみを取り出して示す。このように、ロータ１６内に周方向に間隔をおいて配置される磁石２０の軸方向端面を覆うように、円環状の低キューリー磁性材２２が断熱材２４を介して配置されている。なお、図においては、ステータコイル１２ｂの図示を省略し、これが巻回されるティース１２ｃを示してある。また、ティース１２ｃの両側がコイルが収容されるスロットである。
【００２６】
「磁石２０の配置」
ここで、１つの磁極を構成する磁石２０は、図３（ａ）に示すように、２枚とすることが好適である。２枚の磁石２０を外方に向けて線対称で広がるＶ字状に配置し、周方向に隣接する磁極（径方向外側）が交互にＮ極、Ｓ極となるように配置する。
【００２７】
また、図４（ａ）に示すように、１つの磁極に１枚の磁石２０でもよい。この場合、磁石２０は径方向に直交するように配置し、外側に向けてＮ極またはＳ極の磁極となる。さらに、図４（ｂ）に示すように、１つの磁極に３枚の磁石２０を配置してもよい。図３（ａ）の２枚の磁石２０の間隔を広げ、中間に図４（ａ）の１枚の磁石２０を配置することで１つの磁極を構成する。
【００２８】
「低キューリー磁性材の作用」
そして、本実施形態においては、円環状の低キューリー磁性材２２が隣接する磁極からの磁束を短絡する。図３（ｂ）に示すように、磁石２０はロータ１６を軸方向に貫通しており、ロータ１６の軸方向の両側の軸方向端面に対し低キューリー磁性材２２が断熱材２４を介し配置されている。従って、１つの磁極（磁石２０）からの磁束の少なくとも一部が隣接する磁極（磁石２０）に短絡されることになる。
【００２９】
図５には、低キューリー磁性材２２の温度と飽和磁化の関係を示してある。横軸が温度、縦軸が飽和磁化（飽和磁束密度）である。このように、温度が所定値を超えると、飽和磁束密度が減少し始め、キューリー温度で０となり磁性を失う。
【００３０】
「低キューリー磁性材の温度制御」
本実施形態では、温度制御装置によって低キューリー磁性材２２の温度を制御することによって、ここにおける短絡磁束を制御する。
【００３１】
例えば、磁石モータ１０の回転数が低く、出力トルクが大きい時には、低キューリー磁性材２２の温度を高くする。これによって、低キューリー磁性材２２の飽和磁束密度が小さくなる。従って、低キューリー磁性材２２によって短絡できる磁束量が小さくなり、ロータ１６の磁石２０からの磁束の短絡量が少なくなる。従って、ロータ１６の磁石２０から磁束を利用して大トルクの出力が可能になる。一方、高速回転領域では、低キューリー磁性材２２の温度を低くする。これによって、飽和磁束密度が大きくなり、ロータ１６の磁石からの磁束の多くを短絡することができる。従って、弱め界磁制御と同様にして高速回転時における逆起電力を減少して、モータの運転が可能になる。
【００３２】
磁石モータ１０が車両に搭載された駆動用のモータであれば、車両の低速大トルク発生時において、低キューリー磁性材２２を昇温させる。これにより、低キューリー磁性材２２の飽和磁束密度が低下し、短絡磁束を減少して大トルク発生が可能となる。一方、磁束短絡が多く必要な高速回転領域は冷却して飽和磁化を上げて、ロータからの磁束短絡を促進する。なお、軽負荷でも低回転で逆起電圧上限に対して余裕がある場合は、昇温させて飽和磁化を落とすことで、ロータ１６からの磁束短絡を抑制しても良い。
【００３３】
ロータ１６の軸方向端面と低キューリー磁性材２２の間には数ｍｍ以下の断熱材２４を配置し、低キューリー磁性材２２からロータ１６への熱流れを遮断する。これによって、磁石２０が高温となり、減磁するのを防ぐことができる。
【００３４】
図６に、温度制御による、短絡磁束の制御についてのイメージを示す。図６（ａ）に示す低温時（冷却時）には、飽和磁束密度が大きく、従って図において太い破線で示すように短絡磁束が大きくなる。一方、図６（ｂ）に示す高温時（昇温時）には、飽和磁束密度が小さく、従って図において細い破線で示すように短絡磁束が小さくなる。
【００３５】
「温度制御装置」
ここで、低キューリー磁性材２２の温度制御には、各種の構成を採用することが可能である。例えば、昇温にはヒータ、ＩＨ（誘導加熱）、通電による発熱、損失（排熱）を利用することができる。また、冷却は、風冷や油冷／水冷によって行うとよい。なお、低キューリー磁性材２２に、アモルファス磁性体を用いる場合には、熱による結晶化が起きない温度以内で昇温するとよい。
【００３６】
図７には、一例としてＩＨによる加熱の構成を示す。この例では、２つのリングコイル３０を設け、ここに所定の高周波を流す。これによって、リングコイル３０による励磁によって低キューリー磁性材２２において渦電流が流れ、これによって低キューリー磁性材２２が発熱する。
【００３７】
円環状の低キューリー磁性材２２に対向するように、同心円状のリングコイル３０が配置されている。２つのリングコイル３０を外側から覆うように磁性材３２が配置されている。すなわち、磁性材３２のロータ１６側の面に円環状の凹部が２つ同心円状に設けられており、この凹部に２つのリングコイル３０がそれぞれ配置される。２つのリングコイル３０には、電流制御装置３４が接続されており、この電流制御装置３４が電源３６からの高周波電流を２つのリングコイル３０に供給する。これによって、２つのリングコイル３０が励磁され、この磁界により低キューリー磁性材２２が誘導加熱される。なお、図７では、断熱材２４を省略してあるが、断熱材２４を設けることが好適である。
【００３８】
「実施形態の効果」
低キューリー磁性材２２の温度調整により、磁石２０による磁束（界磁）を制御できる。このため、機械機構に頼らずに界磁を制御することができる。すなわち、磁石２０の磁束を短絡させるために磁性材を移動させる必要がないため、短絡磁束の制御について、磁石の吸引力の影響を受けることがなく、従って界磁制御のための機構を簡素化することできる。
【符号の説明】
【００３９】
１０  磁石モータ、１２  ステータ、１２ａ  ステータコア、１２ｂ  ステータコイル、１２ｃ  ティース、１４  駆動制御装置、１６  ロータ、１８  回転軸、２０  磁石、２２  低キューリー磁性材、２４  断熱材、２６  温度制御装置、３０  リングコイル、３２  磁性材、３４  電流制御装置、３６  電源。
【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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