(57)【要約】【課題】よりシンプルな構造でより小型であり、回転電機の特性を断続的に切替えることなく低回転域での高トルクを確保するとともに低回転域から高回転域までより幅広い回転領域を確保することができる回転電機、及び当該回転電機を制御する制御装置を提供する。【解決手段】回転子２０と、電機子３０と、エアギャップとステータにおける磁束の量を調整可能な磁束調整バルブとを有し、磁束調整バルブは、それぞれの磁性体歯と回転子との間に配置されて磁性体で形成されてそれぞれが周方向に離間して配置された磁束調整部材４２と、それぞれの磁束調整部材を保持して非磁性体で形成された保持部材と、にて略円筒状に形成されており、電機子に対して同軸状に保持されているとともに電機子に対して回転軸ＭＪ回りに旋回可能に保持されており、それぞれの磁束調整部材における周方向の幅が、それぞれの磁性体歯における周方向の間隔よりも大きく設定されている。【選択図】図２
2015119627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の回転軸回りに回転可能に支持されて周方向において交互に異なる磁極となるロータ磁石が取り付けられている回転子と、
前記回転子と同軸状となるように前記回転子に対して径方向外側に配置された電機子であって、電機子コイルが巻回された複数の磁性体歯のそれぞれが前記回転子の外周面と対向するように周方向に配置された電機子と、
前記回転子と前記磁性体歯との間であるエアギャップに、前記電機子コイルとの鎖交磁束を調整可能な磁束調整バルブと、を有する回転電機であって、
前記磁束調整バルブは、
それぞれの前記磁性体歯と前記回転子との間に配置されて磁性体で形成されているとともにそれぞれが周方向に離間して配置された磁束調整部材と、それぞれの前記磁束調整部材を保持して非磁性体で形成された保持部材と、にて略円筒状に形成されており、
前記電機子に対して同軸状に保持されているとともに前記電機子に対して前記回転軸回りに旋回可能に保持されており、
それぞれの前記磁束調整部材における周方向の幅が、それぞれの前記磁性体歯における周方向の間隔よりも大きく設定されている、
回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機であって、
前記磁束調整バルブを前記回転軸回りに旋回可能な電動アクチュエータを備えている、
回転電機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、
前記回転電機の動作状態に基づいて前記磁束調整バルブの目標旋回角度を求め、求めた目標旋回角度となるように前記磁束調整バルブを旋回させ、
それぞれの前記磁束調整部材を、対応するそれぞれの前記磁性体歯であるそれぞれの対応磁性体歯に対向させて当該対応磁性体歯を覆うまたは覆われる基準位置から、前記回転子の回転速度が高くなるにしたがって、前記磁束調整部材において前記対応磁性体歯に対向する部分の面積である対応磁性体歯対向面積と、前記対応磁性体歯の隣りに設けられている前記磁性体歯に対向する部分の面積である隣設磁性体歯対向面積と、の面積の差が小さくなるように旋回させる、
回転電機の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機の制御装置であって、
前記回転子の回転数、前記回転子の回転速度、前記回転子の回転トルク、前記回転子の回転角、前記電機子に供給される電流、前記電機子に供給される電圧、の少なくとも１つに基づいて前記目標旋回角度を求める、
回転電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機及び回転電機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、一般的な回転電機では、回転数が高くなるにしたがって電機子コイルに発生する誘起電圧が増加し、この誘起電圧によって最高回転数が抑えられている。最高回転数がより高くなるように高回転域での誘起電圧を減少させる構成にすると、低回転域でのトルクが低下してしまう。また、低回転域でのトルクを増大させる構成にすると、最高回転数が抑えられてしまう。
そこで近年では、弱め界磁等を用いて磁束量を可変として、低回転域では磁束量を多くしてより高いトルクを確保し、高回転域では磁束量を少なくして誘起電圧を減少させて最高回転数をより高くすることができる種々の回転電機が提案されている。
特に、車両の駆動用の回転電機には、より小型軽量で、低回転域では高トルクであり、高回転域ではより高い回転数まで回すことができる回転電機が求められている。
【０００３】
例えば特許文献１には、電機子と回転子とが径方向に対向する回転電機装置において、回転子内の互いに隣接する第１、第２磁性体突極を互いに異なる方向に延伸した第１、第２延長部として、第１延長部と電機子の磁気ヨークとの間、及び第２延長部と電機子の磁気ヨークとの間、にそれぞれ電機子コイルと界磁磁石を配置して、第１、第２磁性体突極を互いに異極に磁化し、磁束量を変更可能とする磁束量可変回転電機システムが記載されている。
また図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示す例は、磁束量を可変とするための従来の巻線切替方式の例を示す回転電機の各電機子コイルの接続状態の模式図であり、図１０（Ａ）は低回転時における電機子コイルの接続状態を示しており、図１０（Ｂ）は高回転時における電機子コイルの接続状態を示している。電機子コイル１０１の端部と電機子コイル１０２の端部との間にはスイッチＳ１０１Ｌが設けられており、電機子コイル１０２の端部と電機子コイル１０３の端部との間にはスイッチＳ１０２Ｌが設けられており、電機子コイル１０３の端部と電機子コイル１０１の端部との間にはスイッチＳ１０３Ｌが設けられている。また電機子コイル１０１の途中個所と電機子コイル１０２の途中個所との間にはスイッチＳ１０１Ｈが設けられており、電機子コイル１０２の途中個所と電機子コイル１０３の途中個所との間にはスイッチＳ１０２Ｈが設けられており、電機子コイル１０３の途中個所と電機子コイル１０１の途中個所との間にはスイッチＳ１０３Ｈが設けられている。そして低回転時では図１０（Ａ）に示すように、スイッチＳ１０１Ｌ〜スイッチＳ１０３Ｌを短絡状態としてスイッチＳ１０１Ｈ〜スイッチＳ１０３Ｈを開放状態として、各電機子コイルの全体を使用して高トルクを確保している。また高回転時では図１０（Ｂ）に示すように、スイッチＳ１０１Ｌ〜スイッチＳ１０３Ｌを開放状態としてスイッチＳ１０１Ｈ〜スイッチＳ１０３Ｈを短絡状態として、各電機子コイルを途中まで使用して磁束量を低減させることで誘起電圧を低減させ、より高い回転数まで回るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１８２６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の構造では、径方向に種々の磁石や磁極や電機子コイル等が複雑に配置されているので構造が比較的複雑であるとともに径方向のサイズが大きくなる傾向にあるのであまり好ましくない。また弱め界磁制御を用いた場合弱め界磁電流が銅損（鉄損）を増加させ、回転電機の効率を低下させる可能性があるのであまり好ましくない。
また図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示す従来の巻線切替方式の構造では、低回転高トルクタイプと高回転低トルクタイプとの、２つのパターンしか持つことができないので、回転電機の特性（図８に示す特性Ｔ２）が断続的に切替わることになる。従って、切替えの前後でトルク変動等の要因でショックが発生する可能性が考えられるのであまり好ましくない。また高回転時では電機子コイルの無駄な部分が発生している。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、よりシンプルな構造でより小型であり、回転電機の特性を断続的に切替えることなく低回転域での高トルクを確保するとともに低回転域から高回転域までより幅広い回転領域を確保することができる回転電機、及び当該回転電機を制御する制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る回転電機及び回転電機の制御装置は次の手段をとる。
まず、本発明の第１の発明は、所定の回転軸回りに回転可能に支持されて周方向において交互に異なる磁極となるロータ磁石が取り付けられている回転子と、前記回転子と同軸状となるように前記回転子に対して径方向外側に配置された電機子であって、電機子コイルが巻回された複数の磁性体歯のそれぞれが前記回転子の外周面と対向するように周方向に配置された電機子と、前記回転子と前記磁性体歯との間であるエアギャップに、前記電機子コイルとの鎖交磁束を調整可能な磁束調整バルブと、を有する回転電機である。
そして、前記磁束調整バルブは、それぞれの前記磁性体歯と前記回転子との間に配置されて磁性体で形成されているとともにそれぞれが周方向に離間して配置された磁束調整部材と、それぞれの前記磁束調整部材を保持して非磁性体で形成された保持部材と、にて略円筒状に形成されており、前記電機子に対して同軸状に保持されているとともに前記電機子に対して前記回転軸回りに旋回可能に保持されており、それぞれの前記磁束調整部材における周方向の幅が、それぞれの前記磁性体歯における周方向の間隔よりも大きく設定されている。
【０００７】
この第１の発明では、電機子の磁性体歯と回転子の磁極との間に、電機子と同軸状に保持されて電機子に対して旋回する略円筒状の磁束調整バルブを有している。
このシンプルな構成の磁束調整バルブの旋回角度によって、電機子コイルとの鎖交磁束量を調整可能であるので、低回転域では鎖交磁束を多くして高トルクを確保し、高回転域では鎖交磁束を少なくして誘起電圧を低減させてより高回転まで回すことが可能となる。また、これらの鎖交磁束量の調整を、磁束調整バルブの旋回角度で調整できるので、断続的でなく連続的に鎖交磁束量を調整することができる。
【０００８】
次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係る回転電機であって、前記磁束調整バルブを前記回転軸回りに旋回可能な電動アクチュエータを備えている。
【０００９】
この第２の発明では、電動アクチュエータを用いて磁束調整バルブを旋回させる。
電動アクチュエータを用いて磁束調整バルブを旋回させるので、旋回機構をより小型に、よりシンプルに構成することが可能であり、旋回角度の制御も比較的容易である。
【００１０】
次に、本発明の第３の発明は、上記第１の発明または第２の発明に記載の回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、前記回転電機の動作状態に基づいて前記磁束調整バルブの目標旋回角度を求め、求めた目標旋回角度となるように前記磁束調整バルブを旋回させ、それぞれの前記磁束調整部材を、対応するそれぞれの前記磁性体歯であるそれぞれの対応磁性体歯に対向させて当該対応磁性体歯を覆うまたは覆われる基準位置から、前記回転子の回転速度が高くなるにしたがって、前記磁束調整部材において前記対応磁性体歯に対向する部分の面積である対応磁性体歯対向面積と、前記対応磁性体歯の隣りに設けられている前記磁性体歯に対向する部分の面積である隣設磁性体歯対向面積と、の面積の差が小さくなるように旋回させる、回転電機の制御装置である。
【００１１】
この第３の発明では、回転電機の動作状態に基づいて求めた目標旋回角度となるように磁束調整バルブを旋回させる。また、磁束調整バルブにおける磁束調整部材を、対応磁性体歯を覆うまたは覆われる基準位置から、回転子の回転速度が高くなるにしたがって、対応磁性体歯対向面積と隣設磁性体歯対向面積との面積の差が小さくなるように、磁束調整バルブを旋回させる。
これにより、磁束調整バルブの旋回角度を制御する制御装置を、適切に実現することができる。
【００１２】
次に、本発明の第４の発明は、上記第３の発明に係る回転電機の制御装置であって、前記回転子の回転数、前記回転子の回転速度、前記回転子の回転トルク、前記回転子の回転角、前記電機子に供給される電流、前記電機子に供給される電圧、の少なくとも１つに基づいて前記目標旋回角度を求める、回転電機の制御装置である。
【００１３】
この第４の発明では、回転電機の動作状態に応じて目標旋回角度を求める際、動作状態を適切な物理的条件にて判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の回転電機における第１の実施の形態の軸方向断面図、及び回転電機と制御装置との接続を説明する図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】磁束調整バルブと、当該磁束調整バルブを旋回駆動する旋回モータ（電動アクチュエータ）と、の外観の例を説明する斜視図である。
【図４】磁束調整バルブの他の例と、当該磁束調整バルブを旋回駆動する旋回モータ（電動アクチュエータ）と、の外観の例を説明する斜視図である。
【図５】低回転時における磁束調整バルブの磁束調整部材の位置と磁束の状態の例を説明する図である。
【図６】高回転時における磁束調整バルブの磁束調整部材の位置と磁束の状態の例を説明する図である。
【図７】本発明の回転電機の回転数−トルク特性の例を説明する図である。
【図８】図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示す従来の巻線切替方式の回転電機の回転数−トルク特性の例を説明する図である。
【図９】目標回転数（または目標回転速度）に対する目標旋回角度、目標回転トルクに対する目標旋回角度、目標回転角に対する目標旋回角度、目標電流（または目標電圧）に対する目標旋回角度、の各特性の例を説明する図である。
【図１０】従来の巻線切替方式の模式図であり、（Ａ）は低回転時における各電機子コイルの接続状態を示す図であり、（Ｂ）は高回転時における各電機子コイルの接続状態を示す図である。
【図１１】本発明の回転電機における第２の実施の形態の軸方向断面図、及び回転電機と制御装置との接続を説明する図である。
【図１２】図１１におけるＸＩＩ−ＸＩＩ断面図である。
【図１３】本発明の回転電機における第３の実施の形態の軸方向断面図、及び回転電機と制御装置との接続を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。なお各図において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の記載がある場合、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸は互いに直交しており、Ｘ軸は回転子の回転軸に平行な方向を示している。
●［第１の実施の形態の回転電機１の全体構成と制御装置６０等との接続（図１、図２、図３）］
図１は、ロータ２０の回転軸ＭＪに沿って第１の実施の形態の回転電機１を切断した軸方向断面図を示している。また図２は図１のＡ−Ａ断面図を示している（モータハウジング２の記載は省略している）。
回転電機１は、モータハウジング２、３、ロータシャフト１０、ロータ２０（回転子に相当）、ステータ３０（電機子に相当）、磁束調整バルブ４０、旋回モータ４４（電動アクチュエータに相当）、レゾルバ５０等を有しており、制御装置６０及びインバータ６１と接続されている。
【００１６】
モータハウジング２、３は、ロータ２０やステータ３０等を収容しているケースである。
ロータシャフト１０は、ロータ２０に固定されており、軸受１０Ｂにてモータハウジング２、３に対して回転軸ＭＪ回りに回転自在に支持されており、ロータ２０と一体となって回転する。
ロータ２０は、略円柱状であり、磁性体で形成され、回転軸ＭＪ回りに回転可能となるようにロータシャフト１０及び軸受１０Ｂを介してモータハウジング２、３に支持されている。そしてロータ２０には、周方向において交互に異なる磁極となるようにロータ磁石２１が取り付けられている（この場合、埋め込まれている）。
ステータ３０は、略円筒状であり、ロータ２０と同軸状となるようにロータ２０に対して径方向外側に配置されてモータハウジング２に固定されている。そして図２に示すように、ステータ３０では、電機子コイル３２（３２Ａ〜３２Ｆ）が巻回された複数の磁性体歯３１（３１Ａ〜３１Ｆ）のそれぞれが、ロータ２０の外周面と対向するように周方向に配置されている。
【００１７】
磁束調整バルブ４０は、略円筒状であり、ロータ２０と磁性体歯３１との径方向の隙間であるエアギャップに配置されており、回転軸ＭＪ回りに旋回可能となるように軸受４０Ｂを介してモータハウジング２、３に支持されている。
このように磁束調整バルブ４０は、ステータ３０に対して同軸状に保持されており、ステータ３０に対して回転軸ＭＪ回りに旋回可能に保持されている。
また図３に示すように、磁束調整バルブ４０は、磁性体で形成されて回転軸ＭＪ方向に延びる複数の磁束調整部材４２と、非磁性体で形成されて磁束調整部材４２の回転軸ＭＪ方向の端部のそれぞれに取り付けられた保持部材４１と、にて略円筒状に形成されており、ギアホイール４３を回転軸ＭＪ方向の端部に有している。
また磁束調整部材４２は、回転軸ＭＪ方向に、板状の複数の磁性体が積層されて形成されている。
それぞれの磁束調整部材４２は、図２に示すように、それぞれの磁性体歯３１とロータ２０との間（エアギャップ）に配置され、周方向に離間するように配置されている。また保持部材４１は、各磁束調整部材４２を保持している。
【００１８】
また図１及び図３に示すように、ギアホイール４３のギアと噛み合うウォームギア４４Ｇとモータ４４Ｍを有する旋回モータ４４が、磁束調整バルブ４０に取り付けられている。
制御装置６０は、旋回モータ４４のウォームギア４４Ｇを回転させることで、磁束調整バルブ４０の旋回角度を任意の旋回角度とすることが可能である。そして図５及び図６の例に示すように、各磁性体歯３１に対する各磁束調整部材４２の位置を変えることで、電機子コイル３２との鎖交磁束Ｚ１、Ｚ１Ａの量を調整する（増減する）ことができる。また同時に、磁性体歯３１とロータ２０との間のエアギャップにおける磁束Ｚ２、Ｚ２Ａの量を調整する（増減する）ことができる。
なお、図５中において一点鎖線で示す磁束であって磁性体歯３１Ａに対応するエアギャップをとおる磁束Ｚ２の本数と、図６中において一点鎖線で示す磁束であって磁性体歯３１Ａに対応するエアギャップをとおる磁束Ｚ２Ａの本数を、どちらも同じ５本で記載しているが、磁束Ｚ２の磁束の量のほうが、磁束Ｚ２Ａの磁束の量よりも多い。
また旋回モータ４４にはエンコーダ４４Ｅが設けられており、後述する制御装置６０は、エンコーダ４４Ｅからの検出信号に基づいて、磁束調整バルブ４０の旋回角度を検出することが可能である。
なお各磁束調整部材４２の周方向の幅４２Ｗ（図６参照）は、それぞれの磁性体歯３１の周方向の間隔Ｋ１（図６参照）よりも大きくなるように設定されている。
【００１９】
なお、磁束調整バルブの構造は、図３の例に示す磁束調整バルブ４０の構造の他にも、図４の例に示す磁束調整バルブ４０´のような構造であってもよい。
図４の例に示す磁束調整バルブ４０´の構造では、非磁性体で円筒状に形成された保持部材４１´に、各磁束調整部材４２を収容（嵌め込み）可能なスリットを複数設け、当該スリットに磁束調整部材４２を嵌め込んで保持している。
【００２０】
レゾルバ５０は、ステータ３０に交流電流を供給した際にステータ３０とロータ２０との相対角度に応じて現れる交流電圧の位相を検出してロータ２０の回転角の検出に用いるための検出装置である。レゾルバ５０はモータハウジング３の凹部に収容され、当該凹部はレゾルバカバー５０Ｆにて蓋がされている。
制御装置６０には、回転電機１の動作状態の検出用として、信号線６３Ｒを介してレゾルバ５０からの検出信号が入力され、あるいは信号線６３Ｄを介してインバータ６１からステータ３０に供給された電圧または電流を検出可能な検出信号が入力され、あるいは回転数（または回転速度または回転トルク）を検出可能な回転状態検出手段６０Ｓからの検出信号が入力される。また、制御装置６０には、信号線６３Ｚを介して他の機器７０等からロータ２０の目標回転数（または目標回転速度または目標回転トルク）が入力される。そして制御装置６０は、ステータ３０の電機子コイル３２に供給する電流を制御するインバータ６１に、目標回転数に応じた制御信号を信号線６４Ｄを介して出力する。
また制御装置６０は、信号線６４Ｓを介して旋回モータ４４のモータ４４Ｍに制御信号を出力し、信号線６３Ｓを介してエンコーダ４４Ｅ（図３参照）からの検出信号を取り込み、磁束調整バルブ４０の旋回角度を目標旋回角度とする。
インバータ６１には、信号線６４Ｄを介して制御装置６０からの制御信号が入力され、インバータ６１は、電機子コイル３２に接続された電流供給配線６１Ｕ、６１Ｖ、６１Ｗを介して制御信号に応じた供給電流を電機子コイル３２（３２Ａ〜３２Ｆ）に供給する。
【００２１】
●［磁束調整バルブ４０の旋回角度によってエアギャップにおける磁束量が増減される様子（図５、図６）］
図５は低回転時における磁性体歯３１Ａ、３１Ｂに対する磁束調整バルブの磁束調整部材４２Ａ、４２Ｂの位置と磁束の状態の例を説明する図であり、図６は高回転時における磁性体歯３１Ａ、３１Ｂに対する磁束調整バルブの磁束調整部材４２Ａ、４２Ｂの位置と磁束の状態の例を説明する図である。なお、磁束調整部材４２Ａは磁性体歯３１Ａに対応させて配置されており、磁束調整部材４２Ｂは磁性体歯３１Ｂに対応させて配置されている。
【００２２】
図５に示す例は、回転軸ＭＪ回りにおける磁束調整バルブの旋回角度がゼロの場合の例を示しており、ロータ２０が低回転時の場合の例を示している。この場合、磁性体歯３１Ａの周方向の中央部と、磁束調整部材４２Ａの周方向の中央部と、が回転軸ＭＪを通る同一半径上にあり、電機子コイルとの鎖交磁束Ｚ１の量が最も多い場合である。そして、磁束調整部材４２Ａは、対応する磁性体歯３１Ａ（対応磁性体歯に相当）を覆うまたは覆われており、この場合の磁束調整部材４２Ａの位置を基準位置（旋回角度＝ゼロ）とする。なお磁性体歯３１Ａの周方向の幅３１Ｗ（図６参照）≦磁束調整部材４２Ａの周方向の幅４２Ｗ（図６参照）の場合、基準位置において磁束調整部材４２Ａは磁性体歯３１を覆い、磁性体歯３１Ａの周方向の幅３１Ｗ（図６参照）≧磁束調整部材４２Ａの周方向の幅４２Ｗ（図６参照）の場合、基準位置において磁束調整部材４２Ａは磁性体歯３１に覆われる。
この場合、図５において一点鎖線で示す磁性体歯３１Ａをとおる磁束は、電機子コイル３２Ａをとおる鎖交磁束Ｚ１であり、ロータ２０をとおる。従って、後述する図６の状態と比較して電機子コイル及びロータをとおる磁束の量が多く（同時に、エアギャップの磁束Ｚ２の量も多く）、より大きなトルクを発生させることが可能であり、高トルクが要求されるロータの低回転時に適している。
【００２３】
図６に示す例は、回転軸ＭＪ回りにおける磁束調整バルブの旋回角度が角度θの場合の例を示しており、磁束調整部材４２Ａと（対応する）磁性体歯３１Ａとが対向している部分の面積である対応磁性体歯対向面積３１ＡＭと、磁束調整部材４２Ａと（隣りの）磁性体歯３１Ｂとが対向している部分の面積である隣設磁性体歯対向面積３１ＢＭと、の面積の差がほぼゼロとなる位置（対応磁性体歯対向面積３１ＡＭと、隣設磁性体歯対向面積３１ＢＭと、の面積がほぼ同じとなる位置）まで磁束調整バルブを旋回させた状態を示しており、ロータ２０が高回転時の場合の例を示している（［磁束調整部材４２Ａの周方向の幅４２Ｗ］＞［磁性体歯３１Ａ、３１Ｂの周方向の間隔Ｋ１］となるようにに設定されている）。なお、この状態（対応磁性体歯対向面積３１ＡＭと隣設磁性体歯対向面積３１ＢＭとの面積がほぼ同じ状態）は、電機子コイル３２Ａの鎖交磁束Ｚ１Ａの量が最も少ない状態であり、このときの旋回角度が最大旋回角度（θｍａｘ）である。
この場合、図６において一点鎖線で示す磁束の中で、電機子コイル３２Ａの鎖交磁束Ｚ１Ａの一部はエアギャップとロータ２０をとおるが、残りの磁束はエアギャップとロータ２０をとおることなく隣り合う電機子コイルをとおった後、磁束調整部材４２Ａ、４２Ｆを経由して電機子コイル３２Ａに戻る。
また、図６において一点鎖線で示す磁束の中で、エアギャップ（磁性体歯３１Ａとロータ２０との間の空間）においてロータ２０から磁性体歯３１Ａに向かう磁束Ｚ２Ａの一部は、電機子コイル３２Ａをとおることなく、磁性体歯３１Ａと磁性体歯３１Ｂとをバイパスしている磁束調整部材４２Ａをとおって磁性体歯３１Ｂから（または磁束調整部材４２Ａにおける磁性体歯３１Ｂの近傍から）ロータ２０に戻る。また磁束Ｚ２Ａの一部は、電機子コイル３２Ａをとおることなく、磁束調整部材４２Ｆをとおって磁性体歯３１Ａの左隣りの磁性体歯から（または磁束調整部材４２Ｆにおける左隣りの磁性体歯の近傍から）ロータ２０に戻る。
以上の磁束により、図５に示した状態の鎖交磁束Ｚ１の量よりも、図６に示した状態の鎖交磁束Ｚ１Ａの量のほうが少なくなっている。また、エアギャップにおける磁束においても、図５に示した状態におけるエアギャップの磁束Ｚ２の量よりも、図６に示した状態におけるエアギャップの磁束Ｚ２Ａの量のほうが少なくなっている。
従って、誘起電圧をより小さくすることが可能であり、より高回転までロータを回転させたい場合に適している。
【００２４】
以上、電機子コイルとの鎖交磁束量及びエアギャップをとおる磁束量が最も多い図５の状態から、電機子コイルとの鎖交磁束量及びエアギャップをとおる磁束量が最も少ない図６の状態の間で、任意の旋回角度で磁束調整バルブを旋回させることで、電機子コイルとの鎖交磁束量及びエアギャップの磁束量を、所望する磁束量に調整することが可能である。
そして、ロータの低回転域では電機子コイルとの鎖交磁束量及びエアギャップの磁束量が多くなるように磁束調整バルブの旋回角度（基準位置（旋回角度ゼロ）からの旋回角度）を小さくすることでトルクを増大させ、ロータの高回転域では電機子コイルとの鎖交磁束量及びエアギャップの磁束量が少なくなるように磁束調整バルブの旋回角度を大きくすることで、ステータの誘起電圧を減少させてより高い回転数まで回転数を伸ばすことができる。そして中間回転域では、回転数とトルクのバランスがよくモータ効率の良い電機子コイルとの鎖交磁束量及びエアギャップの磁束量となるように磁束調整バルブの旋回角度を調整することができる。
【００２５】
●［制御装置６０の動作］
図７は、本実施の形態にて説明した回転電機１の回転数−トルク特性を示しており、実線で示す特性Ｔ１が、回転電機１の特性（磁束調整バルブを適切に旋回させた場合の特性）である。なお図７中における特性（Ｇ１）と特性（Ｇ２）は、図８と比較する際の参考として、図８中における特性Ｇ１と特性Ｇ２を図７中に記載したものである。
また図８は、図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示す従来の巻線切替方式の回転電機の回転数−トルク特性を示しており、実線で示す特性Ｔ２が、巻線切替方式の回転電機の特性である。なお図８には、本実施の形態の特性との比較用として、図７に示す特性Ｔ１を点線にて示している。また図８において、一点鎖線にて示す特性Ｇ１は図１０（Ａ）に示した状態の特性であり、一点鎖線にて示す特性Ｇ２は図１０（Ｂ）に示した状態の特性である。
【００２６】
このように、従来の巻線切替方式では、低回転高トルクタイプ（特性Ｇ１）と、高回転低トルクタイプ（特性Ｇ２）との、２つのパターンしか持つことができないので、回転電機の特性が断続的に切替わることになり、切替えの前後でトルク変動等の要因でショックが発生する可能性が考えられるのであまり好ましくない。また点線にて示す本願の特性Ｔ１に対して、極低回転でのトルクや、極高回転の伸びが少ない。
図８に示す従来の巻線切替方式において、低回転でのトルクをより高く、且つ高回転の回転数の伸びをより高く設定すると、回転数Ｎ１おける切替ポイントＰ１が原点Ｏにより近づく方向に移動する（Ｐ１´の位置に移動する）ので、切替時のショックの発生がより大きくなる可能性が高く、またトルクと回転数のバランスが悪く中間回転域でのモータ効率が低下する。
これに対して図７に示す本実施の形態にて説明した回転電機１の特性Ｔ１では、複数の特性Ｇ（ｎ）を連続的に切替えることが可能であり、低回転でのトルクをより高く、且つ高回転の回転数の伸びをより高くすることができる。また、低回転域から高回転域まで全回転域においてトルクと回転数のバランスが適切な状態を維持できるので、中間回転域でのモータ効率も良い。
【００２７】
次に、図１及び図７を用いて、磁束調整バルブ４０の旋回角度を制御する制御装置６０の動作（処理手順）の例について説明する。なお制御装置６０には、図７に示す特性Ｔ１が記憶された記憶手段が備えられているものとする。
例えば制御装置６０は、信号線６３Ｚを介してロータ２０の目標回転数（Ｎｔ）を取り込む。なお、目標回転数（Ｎｔ）を制御装置６０にて算出するようにしてもよい。
次に制御装置６０は、記憶手段に記憶されている特性Ｔ１（図７参照）と、目標回転数（Ｎｔ）から、目標トルク（Ｔｔ）を求める（図７参照）。
そして制御装置６０は、予め記憶手段に記憶されている目標トルク−目標旋回角度特性（図９（Ｂ）参照）に基づいて、マップ補間等を用いて目標トルク（Ｔｔ）から目標旋回角度（θｔ）を求める。なお、特性Ｔ１における座標（Ｎｔ、Ｔｔ）をとおる特性Ｇ（ｔ）から目標磁束量を求め、目標磁束量から目標旋回角度を求めるようにしてもよい。
そして制御装置６０は、エンコーダ４４Ｅからの検出信号に基づいて検出した旋回角度が目標旋回角度（θｔ）となるように、モータ４４Ｍに制御信号を出力する。
【００２８】
以上の説明では、制御装置６０に入力されたロータの回転数（目標回転数）に基づいて目標旋回角度（θｔ）を求める例を説明したが、図９（Ａ）の例に示す目標回転数（または目標回転速度）−目標旋回角度特性に基づいて、ロータの回転数（目標回転数）や回転速度（目標回転速度）から目標旋回角度（θｔ）を求めるようにしてもよい。
また、図９（Ｂ）の例に示す目標回転トルク−目標旋回角度特性に基づいて、ロータの回転トルク（目標回転トルク）から目標旋回角度（θｔ）を求めるようにしてもよいし、図９（Ｃ）の例に示す目標回転角−目標旋回角度特性に基づいて、ロータの回転角（レゾルバからの検出信号から検出したロータの角度）から目標旋回角度（θｔ）を求めるようにしてもよいし、図９（Ｄ）の例に示す目標電流（または目標電圧）−目標旋回角度特性に基づいて、電機子コイル３２への供給電流（目標電流）や電機子コイル３２への供給電圧（目標電圧）から目標旋回角度（θｔ）を求めるようにしてもよい。
このように、回転数、回転速度、回転トルク、回転角、電流、電圧、の少なくとも１つが制御装置６０に入力され、制御装置６０は、入力された少なくとも１つに基づいて目標旋回角度（θｔ）を求める。
【００２９】
●［第２の実施の形態の回転電機１Ｂの全体構成と制御装置６０Ｂ等との接続（図１１、図１２）］
図１１は、ロータ２０の回転軸ＭＪに沿って第２の実施の形態の回転電機１Ｂを切断した軸方向断面図を示している。また図１２は図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ断面図を示している。以下、第２の実施の形態の回転電機１Ｂ（図１１）の構造について、第１の実施の形態の回転電機１（図１）の構造との相違点を主に説明する。
【００３０】
第２の実施の形態の回転電機１Ｂ（図１１）は、第１の実施の形態の回転電機１（図１）に対して、図１１中の保持部材４１の左端近傍において、軸受４０Ｂ及びモータ４４Ｍ及びウォームギア４４Ｇ及びギアホイール４３及びエンコーダ４４Ｅが省略され、保持部材４１は、軸受４０Ｄを介してロータシャフト１０に対して回転自在に支持されている。また第２の実施の形態の回転電機１Ｂ（図１１）は、第１の実施の形態の回転電機１（図１）に対して、図１１中の保持部材４１の右端近傍において、軸受４０Ｂが省略され、すべり軸受４０Ｃ及びステップモータ４４Ｓ及びモータギア４４Ｃ及び平歯車４３Ｃ及びアイドルギア４４Ｔ（図１２参照）が追加されている。
【００３１】
軸受４０Ｄは、例えば内輪と外輪を有する転がり軸受であり、内輪はロータシャフト１０の外周に嵌め込まれ、外輪は円筒状の保持部材４１の底面に形成された貫通孔の内周に嵌め込まれている。また、すべり軸受４０Ｃは、軸受１０Ｂの外周を保持しているモータハウジング３の円筒部の外周に嵌め込まれ、すべり軸受４０Ｃの外周面は保持部材４１の内周面を支持している。従って保持部材４１は、回転軸ＭＪ回りに回転自在に支持されている。
【００３２】
また図１２に示すように、平歯車４３Ｃは、保持部材４１の外周に嵌め込まれており、モータギア４４Ｃ、アイドルギア４４Ｔ（空転するギア）にて３方から支持されて振動が抑制されている。モータギア４４Ｃはステップモータ４４Ｓによって回転駆動され、ステップモータ４４Ｓは信号線６５Ｓを介して制御装置６０Ｂから入力される制御信号によって駆動される。従って制御装置６０Ｂは、ステップモータ４４Ｓを制御することで、保持部材４１の旋回角度を制御することができる。なお制御装置６０Ｂは、エンコーダ等からの位置検出信号を取り込むことなくステップモータ４４Ｓのステップ位置を認識することができる。このように、旋回モータ４４は、ステップモータ４４Ｓとモータギア４４Ｃと平歯車４３Ｃにて構成されて、磁束調整バルブ４０に取り付けられている。
【００３３】
第２の実施の形態の回転電機１Ｂは、モータ４４Ｍの代わりにステップモータ４４Ｓを用いることで、第１の実施の形態の回転電機１（図１）からエンコーダ４４Ｅ及び信号線６３Ｓを省略することができるので、構成をよりシンプルにすることができる。
【００３４】
●［第３の実施の形態の回転電機１Ｃの全体構成と制御装置６０Ｂ等との接続（図１３）］
図１３は、ロータ２０の回転軸ＭＪに沿って第３の実施の形態の回転電機１Ｃを切断した軸方向断面図を示している。以下、第３の実施の形態の回転電機１Ｃ（図１３）の構造について、第２の実施の形態の回転電機１Ｂ（図１１）の構造との相違点を主に説明する。
【００３５】
第３の実施の形態の回転電機１Ｃ（図１３）は、第２の実施の形態の回転電機１Ｂ（図１１）に対して、保持部材４１の左端近傍の支持構造が異なる。第２の実施の形態の回転電機１Ｂ（図１１）の保持部材４１の左端近傍は、軸受４０Ｄを介して内周側がロータシャフト１０に対して回転自在に支持されている。しかし第３の実施の形態の回転電機１Ｃ（図１３）の保持部材４１の左端近傍は、軸受４０Ｂを介して保持部材４１の外周側がモータハウジング２に対して回転自在に支持されている。
【００３６】
第３の実施の形態の回転電機１Ｃ（図１３）は、第２の実施の形態の回転電機１Ｂ（図１１）に対して、保持部材４１の左端近傍を支持する軸受の取り付け位置を、ロータシャフト１０からにモータハウジング２に変更しているので、ロータシャフト１０をより効率よく回転させることができる。
【００３７】
以上、本実施の形態にて説明した回転電機１は、従来の弱め界磁制御のように、ロータやステータの磁束量を変えるのではなく、ステータと磁石の磁束による鎖交磁束量（電機子コイルとの鎖交磁束量）と、エアギャップにおける磁束量と、を調整しており、回転電機の効率の低下を抑制することができる。
また電機子コイルとの鎖交磁束量及びエアギャップにおける磁束量を断続的でなく連続的に自由に変更（増減）することができるので、特性変更時のショックの発生が抑制され、回転数やトルク等に応じた適切な磁束量で効率の低下を抑制しながら、低回転域ではより高いトルクを確保することが可能であり、高回転域ではより高い回転数まで回転を伸ばすことができる。
なお本実施の形態にて説明した回転電機１は、電機子コイルとの鎖交磁束量及びエアギャップにおける磁束量を増減することが可能であるので、コギングトルクやトルクリップルの最適化を図ることも可能である。
【００３８】
本発明の回転電機１、１Ｂ、１Ｃ及び回転電機の制御装置６０、６０Ｂの構成、構造、外観、形状、動作（処理手順）等は、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また本実施の形態の説明では、４極６スロットの回転電機の例を用いて説明したが、極数やスロット数は、これに限定されるものではない。
また本実施の形態の説明では、ロータの内部に磁石を埋め込んだＩＰＭモータの例を用いて説明したが、ロータの表面に磁石を貼り付けたＳＰＭモータに適用することも可能であり、種々の構成のロータを有する回転電機に適用することが可能である。
また制御装置６０とインバータ６１を別体とすることなく、一体とした制御装置として構成してもよい。
また本実施の形態の説明では、回転状態検出手段６０Ｓを設けた例を説明したが、回転状態検出手段６０Ｓを省略してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１、１Ｂ、１Ｃ    回転電機
２、３    モータハウジング
１０      ロータシャフト
２０      ロータ（回転子）
２１      ロータ磁石
３０      ステータ（電機子）
３１、３１Ａ〜３１Ｆ    磁性体歯
３１ＡＭ    対応磁性体歯対向面積
３１ＢＭ    隣設磁性体歯対向面積
３２、３２Ａ〜３２Ｆ    電機子コイル
４０      磁束調整バルブ
４０Ｂ、４０Ｄ    軸受
４０Ｃ    すべり軸受
４１      保持部材
４２、４２Ａ〜４２Ｆ    磁束調整部材
４４      旋回モータ（電動アクチュエータ）
４４Ｍ    モータ
４４Ｅ    エンコーダ
４４Ｓ    ステップモータ
４４Ｔ    アイドルギア
５０      レゾルバ
６０      制御装置
６０Ｓ    回転状態検出手段
６１      インバータ
ＭＪ      回転軸
【図１】
2015119627.tif 000003
【図２】
2015119627.tif 000004
【図３】
2015119627.tif 000005
【図４】
2015119627.tif 000006
【図５】
2015119627.tif 000007
【図６】
2015119627.tif 000008
【図１１】
2015119627.tif 000009
【図１２】
2015119627.tif 000010
【図１３】
2015119627.tif 000011
【図７】
2015119627.tif 000012
【図８】
2015119627.tif 000013
【図９】
2015119627.tif 000014
【図１０】
2015119627.tif 000015