(57)【要約】  回転電機は、複数の固定子コイル（９）を有する固定子（５）と、磁気異方性を有する回転子コア（１１）、複数の永久磁石（３）、及び少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素（２４）を備え、固定子（５）によって取り囲まれた回転子（１）と、永久磁石（３）のうちの少なくとも１つ永久磁石の磁束を短絡させるように構成された磁気短絡子（４）と、磁気短絡子（４）を少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素（２４）に接触して配置させる磁気短絡子駆動機構とを含む。
2013544483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の固定子コイルを有する固定子と、
磁気異方性を有する回転子コア、複数の永久磁石、及び少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素を備え、前記固定子によって取り囲まれた回転子と、
前記永久磁石のうちの少なくとも１つの永久磁石の磁束を短絡させるように構成された磁気短絡子と、
前記少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素に接触するように前記磁気短絡子を配置すべく構成された磁気短絡子駆動機構と
を有することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記磁気異方性を有する回転子コアは、前記回転子の軸にほぼ直角に伸びる多数の薄層を備え、前記少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素は前記軸にほぼ平行に伸長することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記複数の永久磁石は、対をなして複数の永久磁石グループを構成し、少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素は各永久磁石グループに関連付けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の回転電機。
【請求項４】
前記各永久磁石グループは、前記軸を横切る回転子の横断面においてＶ字形を形成するように配置された少なくとも２つの永久磁石を含むことを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
各磁気等方性を有するコア要素は１対の永久磁石の前記Ｖ字形の内側に位置していることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素は、前記永久磁石の径方向外方に配置されている１つ以上の磁気等方性を有する第１のコア要素を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素は、前記永久磁石の径方向内方に配置されている１つ以上の磁気等方性を有する第２のコア要素を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の回転電機。
【請求項８】
前記少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素は、非導電性材料で作られていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項９】
前記少なくとも1つの磁気等方性を有するコア要素は、軟磁性複合材料で作られていることを特徴とする請求項８に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記磁気短絡子は、前記回転子の一端の方へ寄り、又該一端から離れる方向へ軸線運動を可能とすべく構成されかつ配置されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記磁気短絡子駆動機構は、前記磁気短絡子の軸線の動きを制御することを特徴とする請求項１０に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記磁気短絡子駆動機構は、ローラと、カム駆動機構とを備えることを特徴とする請求項１１に記載の回転電機。
【請求項１３】
前記磁気短絡子駆動機構は、ボールと、カム駆動機構とを備えることを特徴とする請求項１１に記載の回転電機。
【請求項１４】
前記磁気短絡子駆動機構は自動的に動作し、モータトルク出力によって駆動されることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項１５】
磁気異方性を有する回転子コア、複数の永久磁石、及び少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素を備え、回転力を入出力するための回転手段と、
複数の固定子コイルを備え、前記回転手段を取り囲む固定手段と、
前記永久磁石の少なくとも１つの永久磁石の磁束を短絡するための磁気短絡手段と、
前記少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素に接触するように前記磁気短絡子を配置するための短絡駆動手段と
を有することを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
下記開示は回転電機に関し、特に、しかし排他的にではなく、環状固定子内に取り付けられた永久磁石回転子を有するブラシレス直流モーターを含む回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記タイプの回転電機は、モーターとしても発電機としても使用される。そのような機械は本書では「モーター」と称してもよいが、逆駆動させることで発電機として使用する可能性を排除するものではないことを理解されたい。
【０００３】
上記タイプの回転電機において、回転子は１組の永久磁石を担持し、固定子は１組の固定子コイルを担持する。これらの固定子コイルは回転磁場を生じさせるべく連続して付勢され、永久磁石回転子を回転させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２４４０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
回転時、回転子の永久磁石は起電力(以下「逆ＥＭＦ」と略称する)を誘起し、該逆ＥＭＦは、回転子の加速につれて増大する固定子コイルの電圧を誘起する。この誘起電圧は、インバーターやバッテリーのような電力供給装置への損傷を避けるため、電力供給の入力電圧以下に維持される必要がある。この誘起電圧の制御は、出力を増大させるためにモーターへの電力供給を可能にする。しかしながら、誘起電圧を制御するために使用される電流のほとんどは、直接にはトルク発生に寄与しない。したがって、制御の目的に使用される電流を最小にすることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、実施例に係わる回転電機は、複数の固定子コイルを有する固定子と、該固定子に囲まれた回転子であって、磁気異方性を有する回転子コア、複数の永久磁石、及び少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素を備える回転子と、少なくとも１つの永久磁石の磁束を短絡するように構成された磁気短絡子と、少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素に接触するように磁気短絡子を配置すべく構成された短絡子駆動機構とを有する。
【発明の効果】
【０００７】
実施例によれば、磁気等方性を有するコア要素は、磁気短絡子が少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素に接触して配置されるとき、磁気短絡子を経る磁束漏洩を増大させ、その結果、逆ＥＭＦ、回転電機による発生電力の損失、及び回転電機に電流を供給する諸装置にかかる負荷を減少させる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは、短絡位置における、第１実施例による回転電機の軸方向断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、非短絡位置における、第１実施例による回転電機を示す軸方向断面図である。
【図２】図２は、軸方向（Ａ）、径方向（Ｒ）、接線方向（Ｔ）を示す、回転電機の回転子の等角概略図である。
【図３】図３は、図１Ａ及び１Ｂに示された回転電機の回転子１及び固定子５の一部を概略的に示す径方向断面図である。
【図４】図４は、磁気短絡子４を短絡位置に配置した図３の回転電機の円形軸方向断面図である。
【図５】図５は、磁気短絡子４を非短絡位置に配置した場合の磁束線１４をコンピューターでモデル化した例を示す、図１０の線Ｘに沿った図３の回転電機を経る円形軸方向断面図である。
【図６】図６は、磁気短絡子４を短絡位置に配置した場合の磁束線１４をコンピューターでモデル化した例を示す、図１０の線Xに沿った図３の回転電機を経る円形軸方向断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、短絡位置における、第２実施例による回転電機を示す軸方向断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、非短絡位置における、第２実施例による回転電機を示す軸方向断面図である。
【図８】図８は、図７Ａ及び７Ｂに示す回転電機の回転子１及び固定子５の一部を示す径方向断面図である。
【図９】図９は、磁気短絡子４を短絡位置に配置した図８の回転電機を経る円形軸方向断面図である。
【図１０】図１０は、回転子磁石５３a 及び５３ｂの磁束線６４a及び６４ｂを示す、関連技術に係わる機械の回転子５１及び固定子５５の一部を示す径方向断面概略図である。
【図１１】図１１は、磁気短絡子５４を短絡位置に配置した、図１０の破線Ｘに沿った関連技術に係わる機械の円形軸方向断面図である。
【図１２】図１２は、磁気短絡子５４を非短絡位置に配置した、図１０の線Ｘに沿った関連技術に係わる機械の別の円形軸方向断面図であって、磁束線６４をコンピューターでモデル化した例を示す。
【図１３】図１３は、磁気短絡子５４を短絡位置に配置した、図１０の線Ｘに沿った関連技術の機械の別の円形軸方向断面図であって、磁束線６４及び６４ｃをコンピューターでモデル化した例を示す。
【発明を実施するための形態】
【第１実施例】
【０００９】
図１Ａは１以上の実施例に係わる回転電機の回転軸に沿った横断面図である。回転電機は、軸線Ｚ上のシャフト１０にアンギュラー軸受２とニードル軸受６によって取り付けられた回転子１を含む。回転子１は、内部回転体部材１２によって支持される円筒形の電磁回転子コア１１と、複数の永久磁石３と、複数の細長い磁気コア要素（磁気等方性を有する第１のコア要素）２４によって支持された円筒形電磁回転子コア１１とを含み、複数の永久磁石３と、複数の細長い磁気コア要素２４の両者は、それぞれ円筒形電磁回転子コア１１に取り付けられている。回転子コア１１は、軸線Ｚにほぼ垂直に伸びる積層鋼シートから成り、ヒステリシス及び渦電流によるエネルギーの損失を減少させる。回転子コア１１は軸線方向にのみ積層されているので（あたかもコンパクト・ディスク（登録商標）の列のように）、異方性磁気特質を有し、永久磁石３の磁場が回転子１の接線方向（図２に示すＴ)及び径方向（図２に示すＲ）には流動するが、軸線方向（図２に示すＡ）には流動しないように促す。複数の永久磁石３及び複数の細長い磁気コア要素２４は、それぞれ軸線Ｚにほぼ平行に、回転子コア１１を貫通している。
【００１０】
環状の固定子５は、回転子１の外面と固定子５の内面との間には小さい放射状の空隙を形成して回転子１を囲んでいる。固定子５は、固定子コア８と、固定子コア８に巻かれた複数の固定子コイル９とを有する。個体子コア８は、回転電機のハウジングを成すケース７に取り付けられている。コイル９に電流を連続的に供給することによって、回転磁場が環状固定子５内で発生されるため、連続的に永久磁石３を引きつけたり反発したりすることで回転子１を回転させる。
【００１１】
磁気短絡子組立体１３は、回転子１の一端に隣接するシャフト１０に取り付けられている。磁気短絡子組立体１３は、環状の鉄リング状又はくびき状の磁気短絡子４と、回転子１の方に向かう、または離れる軸線方向運動のために、ボール・スプライン１７を介して、シャフト１０に取り付けられたカム・プレート１６とを含む。カム・プレート１６は、軸カム・プレート１６とシャフト１０上のナット１８との間の圧縮された皿ばね２１によって回転体部材１２の隣接面の方へ促される。カム・プレート１６は、カム・プレート１６と磁気短絡子４とが回転方向及び長手方向に同時に運動するように、磁気短絡子４にしっかりと接続されている。あるいは、カム・プレート１６と磁気短絡子４とは、単一で一体の部品を含んでもよい。
【００１２】
短絡子駆動機構は、短絡子組立体１３の軸方向運動を制御するために備えられている。本件では、回転体部材１２の両端面における傾斜した溝１９、２０に位置する少なくとも１つのローラ１５と、カム・プレート１６とを含む。回転子１は、アンギュラー軸受２とニードル軸受６とを介してシャフト１０に回転可能に取り付けられていることに注目されたい。トルクは、カム・プレート１６及びボール・スプライン１７を介して回転子１からシャフト１０に伝達される。
【００１３】
カム機構は１つのローラを使用することが示されているが、本願に適していればローラに代えて１個以上のボールを使用してもよい。短絡子駆動機構の機能は、図１Ａ及び１Ｂを参照して下記に説明される。
【００１４】
実施例における回転子磁石３及び固定子コイル９の配置は、図３にさらに詳細に図示されている。回転子１は、複数の平面的な永久磁石３a、３ｂを含む。永久磁石３a、３ｂの極は、それら磁石の径方向外面と内面とに位置する。永久磁石３a、３ｂは、回転子１の長さに沿った軸線方向に伸び、各対３a、３ｂの両永久磁石は、同一の極性を有し、永久磁石の各対は隣接する対３a、３ｂに対して反対の極性を有する。各対３a、３ｂの２つの磁石は、Ｖ字形に相互に傾斜している。磁石３aの第１の対は外方に向くＳ極と回転子１のＺ軸に対して内方に向くＮ極とを有するのに対して、第２対の磁石３ｂは外方に向くＮ極と内方に向くＳ極とを有する。
【００１５】
本実施例において、回転子１は、永久磁石３と積層回転子コア１１に加えて、回転子軸線Zにほぼ平行に、回転子コア１１を貫通する図１に示す複数の細長い磁気コア要素２４を含む。図３に示すように、１つのコア要素２４が磁石３の各対と関連づけられる。コア要素２４は、永久磁石３の外面と回転子コア１１の円筒形外面との間のＶ字形の空隙内に位置する。したがって、コア要素２４は、少なくとも２つの側の少なくとも一部を永久磁石３で囲まれてもよい。永久磁石３はＶ字状に配置してもよい。したがって、図３に示すように、第１のコア要素２４ａは、第１対の磁石３aと関連づけられ、第２のコア要素２４ｂは、第２対の磁石３ｂと関連づけられる。コア要素２４ａ、２４ｂは、永久磁石３ａ、３ｂの径方向外方に位置している。
【００１６】
コア要素２４は、磁束を等しく全方向に伝導する磁気等方性を有する材料から成るが、導電性材料は渦電流の損失を促すため、非導電性であることが好ましい。例えば、コア要素２４は、絶縁性鉄粉粒を含む柔軟な磁性複合（SMC）材料で製造してもよい。したがって、等方性を有するコア要素２４は渦電流損失を著しく増大させることなく軸方向における回転子コアの全般的な磁気抵抗を減少させる。
【００１７】
等方性コア要素２４の効果は図４、５、６に図示されている。図４、５、６は、図３の回転電機の円形軸方向断面図である。図４乃至６、図９及び１１乃至１３の「円形」軸方向断面図は、「展開」断面図と称することもできる。これらの図は回転子１及び固定子５の図を、あたかもそれが図１０の破線Ｘに沿って切断されて平板化されたかのように、提示する。したがって、図１Ａ、１Ｂ、７Ａ、７Ｂのシャフト１０の軸線Ｚは見ることができない。これらの図は電動機やその部品を見るという点では視覚化が容易ではないが、磁場の運動を理解する点では計り知れない効果がある。これら図面の各上面図及び底面図は、実際の部品に（対向しているというより）隣接している。
【００１８】
磁気短絡子４が回転子コア１１の端部から非短絡位置まで除去されると、図５に示すように、等方性コア要素２４は永久磁石３の磁束１４に重大な影響は及ぼさない。磁気短絡子４がない場合のように、回転子１の軸方向に運動する磁束は実際にはない。
【００１９】
図４及び６に示すように、磁気短絡子４が回転子１の端部に見える等方性コア要素２４に接触して配置される場合、等方性コア要素２４は、磁気短絡子４を通過してコア要素２４を貫通し、さらに回転子コア１１の軸方向長さの中に入る磁束回路１４ｃの生成を、短絡された磁束回路の方が、図１３に短絡された磁束回路を示す関連技術の機械におけるよりも助ける。回転子１内では、磁束１４は等方性コア要素２４内を軸方向に、かつ積層コア１１内を接線方向に流動する。リング状磁気短絡子４においては、磁束１４ｃは隣接する永久磁石間を主として接線方向に流動する。等方性コア要素２４は、このように、隣接する永久磁石３の間の磁束の短絡を助け、固定子コイル９との磁束鎖交の減少を助ける。この構成において、出願人は、固定子コイル９との磁束鎖交が、図５に示したように磁気短絡子４が非短絡状態のときの状況に比較して６．７％も減少すると計算している。したがって、磁気漏洩は約６．７％である。これは、図１２及び１３に示す関連技術機械で達成される４．７％という値に比較して磁束漏洩が４４％増加したことを示している。
【００２０】
上記説明のように、永久磁石３の磁束は、固定子コイル９とつながる主要経路を有する２つの経路に分かれ、短絡路は磁気短絡子４を通ってコア要素２４を貫通する。分割された磁束の量を制御することによって、モーターの特性が変更できる。磁束は、モーターのトルクによって、回転子１２の端部と磁気短絡子４との間の空隙を変更することにより制御される。
【００２１】
次に、短絡子駆動機構の機能を図１Ａ及び１Ｂを参照して説明する。圧力でローラ１５を保持する傾斜溝２０の深さ（内部回転体部材１２に対面するカム・プレート１６の表面からの深さ）は、一様ではなく、周方向の至る所で変化する。すなわち、周方向の傾斜溝２０の横断面で見ると、深い波形と浅い波形が交互に形成される。図１Ａは傾斜溝２０の深い波形を示し、図１Ｂは傾斜溝２０の浅い波形を示す。
【００２２】
本件では、回転子のトルクが傾斜溝１９及び２０の間の圧力で保持されたローラ１５に加えられると、回転子１は短絡子組立体１３に対して回転し、ローラ１５は、傾斜溝１９及び２０間の距離を変化させるように回転子のトルクのレベルによる波形に沿って運動する。したがって、回転子１から見たカム・プレート１６の軸方向位置は、変化する。
【００２３】
次に、ローラ１５は、ローラ１５に伝達されるトルクのレベルにしたがって、カム・プレート１６が回転子１から離れるように、カム・プレート１６に推進力を与える。他方、皿ばね２１は、カム・プレート１６が回転子１に近づくように付勢する。
【００２４】
そのため、ローラ１５に伝達される回転子トルクが大きい場合、皿ばね２１の付勢力は前記した推進力より小さくなるので、皿ばね２１は回転子のＺ軸方向へ押されながら弾性変形する。したがって、図１Ｂに示すように、磁気短絡子４は、回転子コア１１の端部から離れれる。換言すれば、高いトルク値では、回転子１は短絡子組立体１３に対して回転し、傾斜溝１９、２０内でのローラ１５の運動が、短絡子組立体１３を回転子１から軸方向に遠ざかるように駆動するため、磁気短絡子４と回転子磁石３及び細長い磁気コア要素２４の端面との間に空隙が存在する。この非短絡位置においては、磁気短絡子４は、回転子磁石３によって発生する磁場にさほど作用しない。その結果、永久磁石３の間の磁束は、短絡しない。
【００２５】
他方、ローラ１５に伝達される回転子トルクが小さいとき、皿ばね２１の付勢力は前記した推進力より大きくなるため、磁気短絡子４は回転子コア１１との接触状態を保持する。低いトルク値において、短絡子組立体１３は、図１Ａに示すように、回転子１の端面にバネ２１を押圧する。この短絡位置において、磁気短絡子４は永久磁石３を部分的に短絡させるため、磁束１４が磁気短絡子４を通って部分的に流動する。これは回転子１と固定子５との間の磁束鎖交を減少させ、そのため回転子磁石３の回転で固定子コイル９に誘起された逆ＥＭＦを減少させ、回転子１をより速い速度で回転させ、より大きい電力を出力させる。
【００２６】
上に説明したように、短絡子駆動機構は自動的に操作され、モーター・トルク出力によって駆動される。短絡子駆動機構は、磁気短絡子４が図１Ａに示す短絡位置と図１Ｂに示す非短絡位置との間で変位するように、磁気短絡子４の軸方向の運動を制御する。
【００２７】
（第１実施例の効果）
回転電機は、回転子の永久磁石の磁束が小さければ、誘起された逆起電力を減少させるため、より速く動作し、したがって、より大きい電力を発生する。他方、回転電機は、回転子の永久磁石の磁束が大きければ、より大きいトルクを発生させる。固定子または回転子の物理的または電気的レイアウトを変更することにより、低速で高いトルクを、かつ高速で高い電力を提供するために永久磁石と固定子コイルとの間の磁束鎖交を変更する諸システムが提案されている。
【００２８】
各種システムのうち、特開２００７−２４４０２３号公報は、１組の永久磁石を担持する回転子と、回転子の一端に向かう方へ、また離れる方へ軸方向に運動する回転子のシャフトに取り付けられる磁気短絡子（又は「短絡リング」）とを有する永久磁石回転電機を記載している。
【００２９】
本発明の発明者は、特開２００７−２４４０２３号公報に記載の回転電機において、磁気短絡子は磁束漏洩を起こして永久磁石と固定子コイルとの間の磁束連鎖を減少させるが、減少は僅か５％程度であることを発見した。したがって、磁気短絡子は高速回転速度での機械の動力を増大させるが、その増加は非常に小さい。
【００３０】
第１実施例によると、複数の固定子コイル９を有する固定子５と、固定子５に囲まれた回転子１であって、磁気異方性を有する回転子コア１１と、複数の永久磁石３と、少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素２４とを備える回転子１と、永久磁石のうち少なくとも１つの永久磁石の磁束を短絡するように構成された磁気短絡子４と、磁気短絡子４を、磁気等方性を有するコア要素２４に接触するように配置すべく構成された短絡子駆動機構とを有する回転電機が提案されている。
【００３１】
磁気等方性を有するコア要素２４は、磁気短絡子４が磁気等方性を有するコア要素２４に接触して配置されるとき、磁気短絡子４を経る磁束漏洩を増大させ、その結果逆ＥＭＦと、回転電機の発生させる電力の損失と、高速回転速度で回転電機に電流を供給する諸装置にかかる負荷とを減少させる。
【００３２】
ある例では、磁気異方性を有する回転子コア１１は、回転子１のＺ軸に対してほぼ垂直に伸びる複数の薄層を含み、少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素２４は、Ｚ軸にほぼ平行に伸びている。磁気等方性を有するコア要素２４は、磁気短絡子４が短絡位置にあるとき回転子１の軸方向への磁束の流動を援助する。Ｚ軸にほぼ垂直に伸びる薄層は、ほぼ円形であってもよい。
【００３３】
ある例では、複数の永久磁石３は、対をなして複数の永久磁石グループ３a、３ｂを形成し、少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素２４は、永久磁石の各グループ３a、３ｂに関連づけられている。磁気等方性を有するコア要素２４は、永久磁石の関連づけられたグループ３a、３ｂのために、磁気短絡子４への磁束の漏洩を援助する。
【００３４】
ある例では、各永久磁石グループ３a、３ｂは、Ｚ軸を横切る回転子１の断面図においてＶ字形を形成するように配置された少なくとも２つの永久磁石を含む。Ｖ字状の構成は、固定子５との磁束鎖交を助ける。
【００３５】
ある例では、少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素は、永久磁石３の径方向外方に配置されている１つ以上の磁気等方性を有する第１のコア要素２４を備える。磁気等方性を有する第１のコア要素２４は、隣接する永久磁石３間の磁束の短絡及び固定子コイル９との磁束鎖交の減少を援助する。
【００３６】
ある例では、磁気短絡子４の軸方向運動を制御する短絡子駆動機構は、ローラとカム駆動機構とを含む。別の例では、磁気短絡子４の軸方向運動を制御する短絡子駆動機構は、ボール及びカム駆動機構とを含む。
【第２実施例】
【００３７】
第２実施例による回転電機は、図７Ａ，７Ｂ、８、９に示されている。回転電機は、図１Ａ，１Ｂ、３、４に示す第１実施例に類似し、前記載が、別に表示されている場合を除き、第２実施例にも同様に該当する。
【００３８】
回転子１は、永久磁石３に加えて、積層された回転子コア１１と、１組の細長い第１のコア要素（磁気等方性を有する第１のコア要素）２４と、回転子１の軸にほぼ平行な回転子コア１１を貫通する１組の細長い第２のコア要素（磁気等方性を有する第２のコア要素）２６とを含む。１つの第２のコア要素２６は、磁石３の各対と関連づけられている。各第２のコア要素２６は、永久磁石３の内面と回転子コア１１の円筒形の内面との間に配置されている。したがって、図８に示すように、第２のコア要素２６aは、１対の永久磁石３aと関連づけられ、第２のコア要素２６ｂは、１対の永久磁石３ｂと関連づけられている。第２のコア要素２６は永久磁石３の半径方向内方に配置されている。
【００３９】
第１及び第２のコア要素２４、２６は、両者とも磁束を等しく全方向へ電導する磁気等方性を有する材料から成るが、非導電性材料で作られていることが望ましい。例えば、第１及び第２のコア要素２４、２６は、絶縁鉄粉粒子を含む軟性磁性複合材料（ＳＭＣ）から成る。したがって、第１及び第２のコア要素２４、２６は、著しく渦電流損失を増加させることなく、軸線方向に回転子コア１１の全体的な磁気抵抗を減少させる作用をする。
【００４０】
第１及び第２の磁気コア要素２４、２６の効果は、図８及び９に磁束線１４で示されている。磁気短絡子４が、図９に示すように回転子１の端部に見える第１及び第２のコア要素２４、２６に接触して位置するとき、第１及び第２のコア要素２４、２６は、第１及び第２のコア要素２４、２６及び磁気短絡子４を通過する磁束回路を生成し、図３〜６に示す第１実施例におけるよりも軸方向における回転子コア１１の長さを貫通して更に伸びる。特に、図８に示すように、磁気短絡子４内の磁束は、隣接する第１コア要素２４a、２４ｂの間を接線方向に通る第１成分１４ｄと、対を成す第１及び第２のコア要素２４a、２６ｂの間及び対を成す第１及び第２のコア要素２４ｂ、２６ｂの間をそれぞれ半径方向に通る、第２成分１４eとを含む。コア要素２４、２６は、隣接する永久磁石３a、３ｂの間の磁束を更に短絡させ、かつ固定子コイル９との磁束鎖交を更に減少させる。また、コア要素２４、２６は、隣接する永久磁石３a、３ｂの間の磁束漏洩を援助するのに加えて、各永久磁石３a、３ｂがそれ自体の内部で、一つの極から他の極への磁束を短絡させるのを援助する。
【００４１】
磁気短絡子４が回転子コア１１から離れるとき、磁気短絡子４がない場合、回転子１の軸線方向に流動する磁束は事実上存在しないため、第１及び第２のコア要素２４、２６は永久磁石３の磁束に大した影響を及ぼさない。
【００４２】
第２実施例によれば、第１実施例で説明した効果に加えて、以下のような効果が得られる。回転子１は、永久磁石３の半径方向内方に位置する１個以上の磁気等方性を有する第２のコア要素２６を含む。磁気等方性を有する第２のコア要素２６は、磁束が磁気短絡子４を通って半径方向に流動するのを促進することによって、磁気短絡子４を経る磁束漏洩を増大させる。これは、磁気等方性を有する第１のコア要素２４により促進される磁気短絡子４を経る接線方向の磁路を補足する。
【００４３】
第１及び第２実施例に記載の回転電機の変形例は当然可能である。例えば、それぞれの図面には磁気等方性を有する第１及び第２のコア要素２４、２６が回転子１の軸方向の全長を貫通して示されているが、等方性コア要素２４、２６は、もっと短くても良い。例えば、等方性コア要素２４、２６は回転子１の一端または両端のみに、あるいはそれに隣接してのみ設けてもよい。等方性コア要素２４、２６は、回転子１の一端または両端に、回転子コア１１を越えて伸びるようにしてもよい。
【比較例】
【００４４】
図１０は、比較例による回転子５１と固定子５５の一部の概略径方向断面図であり、永久磁石５３a及び５３ｂの磁束線６４a、６４ｂを示す。
【００４５】
図１０に示すように、磁場の外側部分６４aは、固定子５５と磁束との結合を増加させるように径方向外方に伸びているのに対して、磁場の内側部分６４ｂは、回転子コア６１を介して永久磁石５３a、５３ｂ間を直接通過する。
【００４６】
図１０において、第１対の永久磁石５３aは、南（Ｓ）極が回転子５１のＺ軸に対して外方に向き、北（Ｎ）極が内方に向いているが、第２対の永久磁石５３ｂは、北（Ｎ）極が外方に向き、南（Ｓ）極が内方に向いている。その結果、第１及び第２対の永久磁石５３a、５３ｂは、回転子５１の円筒状表面を越えて径方向外方に伸びる外側部分６４aと、それよりはるかに小さい径方向範囲内方に伸びる内側部分６４ｂとを有する磁場を生成する。
【００４７】
固定子５５は、その内面の周囲に配置された多数のコイル５９を含む。これらのコイル５９は、固定子５５内に回転磁場を生成するように連続して付勢され、それによって回転子５１が回転する。
【００４８】
図１１には、磁気短絡子５４が回転子５１に当接する短絡位置における磁気短絡子５４が示されている。磁気短絡子５４は磁気抵抗が低いので、磁気短絡子５４が短絡位置にあるときは、永久磁石５３を短絡させ、磁気短絡子５４に磁束漏洩を起こし、そのため、回転子５１と固定子５５との間の磁束結合を減少させる。
【００４９】
磁気短絡子５４の効果は、図１２及び１３に明瞭に示されている。図１２は、磁気短絡子５４（図１２に示さず）が動作不能位置または非短絡位置にあるときに、永久磁石５３により生成される磁場の磁束線６４を示す。これは、磁気短絡子５４が回転子５１の端面から離れているとき、低速・高トルク出力と関連づけられる状況であるため、永久磁石５３によって生成された磁場の強度には大した影響を及ぼさない。磁場線６４は回転子５１の回転軸に垂直であり、ほぼ等間隔である。
【００５０】
図１３は、磁気短絡子５４が短絡位置にあるときの永久磁石５３の磁束線６４を示す。これは、磁気短絡子５４が、永久磁石５３を短絡させるために回転子１の端面に押しつけられる短絡位置にあるとき、高速及び低トルク出力と関連づけられる状況である。磁束線６４ｃの何本かは、固定子５５の内部に向かって外方に伸びる代わりに、磁気短絡子５４を通過する。計算によると、磁気短絡子５４が短絡位置にあるときは、図１２に示す非短絡状態にある前記状況に比べて、固定子５５との磁束結合が４．７％減少することを示している。したがって、磁気短絡子５４を経る磁束漏洩は、約４．７％である。
【００５１】
したがって、磁束短絡子５４は、或る程度の磁束漏洩、及びそれに対応する固定子５５との磁束結合の減少を引き起こすが、磁気短絡子５４を経る磁束漏洩は比較的小さい。これは回転子５１が有する異方性積層コア６１の抵抗が径方向及び接線方向においては小さく、軸線方向においては大きいせいである、と出願人は信じている。その結果、磁気短絡子５４のみが磁気短絡子５４と当接する回転子コア６４の端部における磁場に著しい効果をもたらす。磁気短絡子５４から軸線方向により大きい距離をおく回転子５１の各部分の磁場は、磁気短絡子５４によって実質的には悪影響を受けない。
【００５２】
上記実施例は、本発明の適用を例示するものである。したがって、本発明の技術範囲が上記実施例に開示した内容に限定されるということは意図していない。換言すれば、本発明の技術範囲は上記実施例に開示された特定の技術的事項に限定されず、上記開示から容易に導かれる修正、変更、代替技術等を含む。
【００５３】
この出願は、先行の英国特許出願第ＧＢ１０１６３５４．１号（２０１０年９月２９日英国において出願）、第ＧＢ１１０６３３８．５号（２０１１年４月１４日英国において出願）、第ＧＢ１１０６５２６．５  号（２０１１年４月１８日英国において出願）、第ＧＢ１１０６６１３．１号（２０１１年４月１９日英国において出願）、及び第ＧＢ１１０６７２３．８号（２０１１年４月２１日英国において出願）に基づく。本願の優先権を主張の基礎となったこれらの文献は、省略した部分に対して或る程度の保護を得るため、引用により本書に組み込まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
複数の固定子コイル９を有する固定子５と、該固定子５に囲まれ、磁気異方性を有する回転子コア１１と複数の永久磁石３と少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素２４とを有する回転子１と、少なくとも１つの永久磁石３の磁束を短絡すべく構成された磁気短絡子４と、少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素２４に接触して磁気短絡子４を配置すべく構成された短絡子駆動機構とを含む回転電機が提案されている。磁気等方性を有するコア要素２４は、磁気短絡子４が短絡位置にあるため、逆ＥＭＦ、回転電機により生じた電力の損失、及び回転電機に高回転速度で電流を供給する機器にかかる負荷を減少させる。したがって、本発明による回転電機は、産業上利用可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１    回転子
３    永久磁石
４      磁気短絡子
５      固定子
９      固定子コイル
１１    磁気異方性を有する回転子コア
２４    磁気等方性を有する第１のコア要素
２６    磁気等方性を有する第２のコア要素
【図１Ａ】
2013544483.tif 000003
【図１Ｂ】
2013544483.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2013544483.tif 000008
【図６】
2013544483.tif 000009
【図７Ａ】
2013544483.tif 000010
【図７Ｂ】
2013544483.tif 000011
【図８】
2013544483.tif 000012
【図９】
2013544483.tif 000013
【図１０】
2013544483.tif 000014
【図１１】
2013544483.tif 000015
【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年5月16日(2013.5.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の固定子コイルを有する固定子と、
磁気異方性を有する回転子コア、複数の永久磁石、及び少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素を備え、前記固定子によって取り囲まれた回転子と、
前記永久磁石のうちの少なくとも１つの永久磁石の磁束を短絡させるように構成された磁気短絡子と、
前記少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素に接触するように前記磁気短絡子を配置すべく構成された磁気短絡子駆動機構とを有し、
前記磁気短絡子は、前記回転子の一端の方へ寄り、又該一端から離れる方向へ軸線運動を可能とすべく構成されかつ配置されている
ことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記磁気異方性を有する回転子コアは、前記回転子の軸にほぼ直角に伸びる多数の薄層を備え、前記少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素は前記軸にほぼ平行に伸長することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記複数の永久磁石は、対をなして複数の永久磁石グループを構成し、少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素は各永久磁石グループに関連付けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の回転電機。
【請求項４】
前記各永久磁石グループは、前記軸を横切る回転子の横断面においてＶ字形を形成するように配置された少なくとも２つの永久磁石を含むことを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
各磁気等方性を有するコア要素は１対の永久磁石の前記Ｖ字形の内側に位置していることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素は、前記永久磁石の径方向外方に配置されている１つ以上の磁気等方性を有する第１のコア要素を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素は、前記永久磁石の径方向内方に配置されている１つ以上の磁気等方性を有する第２のコア要素を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の回転電機。
【請求項８】
前記少なくとも１つの磁気等方性を有するコア要素は、非導電性材料で作られていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項９】
前記少なくとも1つの磁気等方性を有するコア要素は、軟磁性複合材料で作られていることを特徴とする請求項８に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記磁気短絡子駆動機構は、前記磁気短絡子の軸線の動きを制御することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記磁気短絡子駆動機構は、ローラと、カム駆動機構とを備えることを特徴とする請求項１０に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記磁気短絡子駆動機構は、ボールと、カム駆動機構とを備えることを特徴とする請求項１０に記載の回転電機。
【請求項１３】
前記磁気短絡子駆動機構は自動的に動作し、モータトルク出力によって駆動されることを特徴とする請求項１０から１２のいずれか一項に記載の回転電機。
【国際調査報告】
2013544483.tif 000018
2013544483.tif 000019