(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により磁束を発生させる電機子コイルを有するステータと、前記磁束の通過により回転するロータと、を備えた回転電機であって、
前記ステータは、
周方向に所定の間隔で配置される複数のステータティースを有する環状のステータコアと、
前記環状のステータコアの隣り合うステータティースの間にトロイダル巻された電機子コイルと、を有し、
前記ロータは、
前記ステータコアの軸方向の少なくともいずれか一方の側面側で前記ステータティースに対向する第１のロータティースと前記ステータコアの径方向の内面側で前記ステータティースに対向する第２のロータティースとを有するロータコアと、
前記第１のロータティースに巻かれており、前記ステータ側で発生した磁束に基づいて誘導電流を発生する誘導コイルと、
前記第２のロータティースに配置された永久磁石と、
前記永久磁石の周囲に配置され、前記永久磁石の磁束の一部を導く磁路部材と、を有し、
前記磁路部材には、前記誘導コイルで発生した誘導電流に基づいて前記磁路部材に導かれる磁束の磁束量を調整可能な可変界磁コイルが設けられていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記磁路部材は、前記永久磁石の周囲に環状に形成され、前記永久磁石の軸方向の側面側に位置する部分が前記第２のロータティースから軸方向に延伸されており、
前記可変界磁コイルは、前記磁路部材の前記第２のロータティースから軸方向に延伸された部分に設けられてい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】
前記磁路部材は、前記第２のロータティースに内包される内包部と、前記第２のロータティースから前記ロータコアの軸方向に延伸された延伸部とを有し、
前記内包部と前記延伸部とは、前記ロータコアの軸方向に分離されていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記第１のロータティースは、前記ステータコアの軸方向の側面側で前記ステータティースに対向するよう設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記第１のロータティースには、前記誘導コイルで発生した誘導電流が供給されることにより磁界を発生させる界磁コイルが巻かれていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記誘導コイルによって発生した誘導電流を整流して前記可変界磁コイルに供給する整流回路を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電機子巻線を有する固定子鉄心と、該固定子鉄心に空隙を介して回転可能に配設され回転軸方向に第１回転子と第２回転子とに二分割され、それぞれに極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置された回転子と、その回転子の第１回転子に対する第２回転子の相対的な回転軸方向位置を可変する磁束可変機構と、その固定子鉄心に円周方向に貫いて設けられた磁気抵抗層とを有する回転電機が開示されている。
【０００３】
この特許文献１に記載の回転電機において、第２回転子の相対的な回転軸方向位置を可変するにあたっては、アクチュエータに入力された制御信号によって制御し、可動部が軸受、ストッパを介して第２回転子を所定位置に移動させるようになっている。
【０００４】
第２回転子を第１回転子から回転軸方向に離隔させた任意所定位置に移動させた状態では、固定子鉄心に設けられた磁気抵抗層によって回転軸方向に生じる磁束流れを遮断することができる。これにより、磁束可変型回転電機の高速回転領域における鉄損を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２４６１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の回転電機にあっては、第２回転子を回転軸方向に移動させるアクチュエータや該アクチュエータを制御するための制御装置が必要である。このため、低コストな構成で永久磁石の磁束を可変させることができない。
【０００７】
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、低コストな構成で永久磁石の磁束を可変させることができる回転電機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】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するため、通電により磁束を発生させる電機子コイルを有するステータと、前記磁束の通過により回転するロータと、を備えた回転電機であって、前記ステータは、周方向に所定の間隔で配置される複数のステータティースを有する環状のステータコアと、前記環状のステータコアの隣り合うステータティースの間にトロイダル巻された電機子コイルと、を有し、前記ロータは、前記ステータコアの軸方向の少なくともいずれか一方の側面側で前記ステータティースに対向する第１のロータティースと前記ステータコアの径方向の内面側で前記ステータティースに対向する第２のロータティースとを有するロータコアと、前記第１のロータティースに巻かれており、前記ステータ側で発生した磁束に基づいて誘導電流を発生する誘導コイルと、前記第２のロータティースに配置された永久磁石と、前記永久磁石の周囲に配置され、前記永久磁石の磁束の一部を導く磁路部材と、を有し、前記磁路部材には、前記誘導コイルで発生した誘導電流に基づいて前記磁路部材に導かれる磁束の磁束量を調整可能な可変界磁コイルが設けられている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、低コストな構成で永久磁石の磁束を可変させることができる回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の一部断面斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態に係る回転電機を示す斜視図であって、第１のロータコアを省略した図である。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態に係る回転電機のステータの斜視図である。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態に係る回転電機の一部断面斜視図であって、誘導コイル及び界磁コイルを省略した図である。
【図５】図５は、本発明の一実施の形態に係る回転電機における誘導コイル、界磁コイル及び可変界磁コイルと整流回路との結線図である。
【図６】図６は、本発明の一実施の形態に係る回転電機のロータが低回転しているときのロータからステータに鎖交する磁束量を示す模式図である。
【図７】図７は、本発明の一実施の形態に係る回転電機のロータが高回転しているときのロータからステータに鎖交する磁束量を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１から図７は本発明の一実施の形態に係る回転電機を説明する図である。
【００１２】
図１及び図２に示すように、回転電機１は、通電により磁束を発生させるＷ相、Ｖ相、Ｕ相の三相の電機子コイル１１を有するステータ１０と、ステータ１０で発生した磁束の通過により回転するロータ２０と、を備えている。
【００１３】
（ステータ）
ステータ１０は、高透磁率の磁性材料からなる環状のステータコア１２と、このステータコア１２に巻き回された電機子コイル１１とを備えている。ステータ１０は、ステータコア１２の外周面に設けられた非磁性体からなる図示しない連結片を介して図示しないモータケースに磁気的に遮断された状態で固定されている。これにより、例えば漏れ磁束の発生等が抑制される。
【００１４】
図３に示すように、ステータコア１２には、径方向の内方側に突出したステータティース１３が周方向に所定の間隔で複数形成されている。周方向に隣り合うステータティース１３の間には、溝状の空間であるスロット１４が形成されている。なお、径方向とは、回転軸２（図６参照）が延伸する方向と直交する方向を示す。径方向の内方側とは、径方向において回転軸２に近い側を示し、径方向の外方側とは、径方向において回転軸２に遠い側を示す。
【００１５】
電機子コイル１１は、環状のステータコア１２の周方向に隣り合うステータティース１３の間に形成されたスロット１４にトロイダル巻されている。Ｗ相、Ｖ相、Ｕ相の各電機子コイル１１は、集中巻によりスロット１４に巻き回されている。トロイダル巻とは、ステータコア１２の環の内側と外側を交互に通って、ステータコア１２に電機子コイル１１の巻線を周回させて巻き回す方法である。
【００１６】
電機子コイル１１は、断面が長方形の平角線からなり、エッジワイズ巻によるトロイダル巻の状態で、スロット１４に巻回されている。エッジワイズ巻とは、スロット１４に対して、平角線の短辺を回転電機１の径方向の内側と外側に対向させて、平角線を縦に巻き回す方法である。
【００１７】
これにより、巻ピッチ方向に隣り合う平角線同士が長辺で面接触するため、電流に応じた断面積を維持したまま巻数を増加できるため、電機子コイル１１の占積率を向上でき、ステータ１０の起磁力を増大できる。
【００１８】
ステータティース１３は、ステータコア１２の軸方向の一方側及び他方側の側面１３ａと、ステータコア１２の径方向の内面１３ｂとを有している。ステータティース１３の側面１３ａには、後述する第１のロータティース２１２が対向するようになっている。ステータティース１３の内面１３ｂには、後述する第２のロータティース２２２が対向するようになっている。なお、軸方向とは、回転軸２（図６参照）が延伸する方向と同じ方向を示す。
【００１９】
ステータ１０は、電機子コイル１１に三相交流が供給されることで、周方向に回転する回転磁界を発生させる。ステータ１０で発生した磁束（以下、この磁束を「主磁束」という）は、ロータ２０に鎖交するようになっている。これにより、ステータ１０は、ロータ２０を回転させることができる。
【００２０】
具体的には、ステータティース１３を挟んで周方向に対向する一対の電機子コイル１１は、一方の電機子コイル１１から発生する磁束と、他方の電機子コイル１１から発生する磁束とで、磁束の方向が周方向において反対方向となるように、その巻方向及び通電方向が設定されている。
【００２１】
これにより、例えば一方の電機子コイル１１がＶ＋相で、他方の電機子コイル１１がＶ−相の場合、この一対の電機子コイル１１から発生する磁束は、一対の電機子コイル１１が挟むステータティース１３に向かい、ステータティース１３においてぶつかり合うように発生する。そして、ステータティース１３で発生した磁束は、ステータコア１２の周方向と直交する方向に向きを変え、ステータティース１３からロータ２０に向かう。
【００２２】
そして、ロータ２０に向かった磁束の一部は、後述する第１のロータコア２１１及び第２のロータコア２２１を通過した後、Ｗ＋相とＷ−相の一対の電機子コイル１１で挟まれたステータティース１３に向かう。また、ロータ２０に向かった磁束の残りの部分は、後述する第１のロータコア２１１及び第２のロータコア２２１を通過した後、Ｕ＋相とＵ−相の一対の電機子コイル１１で挟まれたステータティース１３に向かう。
【００２３】
このように、ステータティース１３とロータ２０とが対向する面では、電機子コイル１１で発生した磁束の磁気回路が構成される。回転電機１は、ステータティース１３とロータ２０とが対向する面をトルク発生面としてロータ２０を回転させる。
【００２４】
また、ステータ１０は、上述の通り、電機子コイル１１がトロイダル巻で、かつ集中巻されている。このため、電機子コイル１１に三相交流を供給した場合、ステータ１０には、ロータ２０の回転と同期して回転する回転磁界の他に、ロータ２０の回転と非同期の高調波回転磁界が発生する。この高調波回転磁界には、静止座標系における第２次空間高調波（同期回転座標系における第３次時間高調波）が含まれる。したがって、ステータ１０で発生する磁束には、高調波成分が重畳されていることとなる。
【００２５】
（ロータ）
図１から図４に示すように、ロータ２０は、ステータ１０を軸方向に挟み込むようにして配置された一対のアキシャルギャップロータ２１０と、ステータコア１２の径方向の内方側に配置されたラジアルギャップロータ２２０とを含んで構成されている。
【００２６】
一対のアキシャルギャップロータ２１０とラジアルギャップロータ２２０とは、互いに同期して回転するように回転軸２（図６参照）に対して一体回転可能に固定されている。一対のアキシャルギャップロータ２１０とラジアルギャップロータ２２０とは、一体化されていてもよい。
【００２７】
一対のアキシャルギャップロータ２１０は、それぞれ高透磁率の磁性材料からなる環状の第１のロータコア２１１と、誘導コイル２１５と、界磁コイル２１６とを備えている。第１のロータコア２１１には、第１のロータコア２１１から軸方向のステータ１０側に向けて突出した第１のロータティース２１２が第１のロータコア２１１の周方向に沿って所定の間隔をおいて複数形成されている。
【００２８】
第１のロータティース２１２は、ステータコア１２の軸方向の両面側、すなわちステータコア１２の軸方向の一方側及び他方側の側面側でステータティース１３に対向するようになっている。
【００２９】
第１のロータティース２１２には、誘導コイル２１５及び界磁コイル２１６が軸方向に層をなすようにして巻かれている。誘導コイル２１５及び界磁コイル２１６は、いずれも絶縁材料で被覆した巻線からなる。
【００３０】
誘導コイル２１５は、界磁コイル２１６よりもステータ１０側に配置されている。誘導コイル２１５は、ステータ１０側で発生した磁束に重畳された高調波成分に基づいて誘導電流を発生するようになっている。
【００３１】
具体的には、三相交流が電機子コイル１１に供給されてステータ１０に回転磁界が発生すると、ステータ１０側で発生した高調波成分の磁束が誘導コイル２１５に鎖交する。これにより、誘導コイル２１５は、誘導電流を誘起させる。
【００３２】
界磁コイル２１６は、誘導コイル２１５よりも第１のロータコア２１１側に配置されている。界磁コイル２１６は、誘導コイル２１５で発生した誘導電流が整流されて供給されることにより磁界を発生させるようになっている。
【００３３】
これにより、第１のロータティース２１２を電磁石として機能させることができ、ステータティース１３と第１のロータティース２１２とが対向する面をトルク発生面として機能させることができる。
【００３４】
ラジアルギャップロータ２２０は、高透磁率の磁性材料からなり回転軸２（図６参照）に対して一体回転可能に固定された第２のロータコア２２１と、永久磁石２２３と、磁路部材２２５とを有する。第１のロータコア２１１及び第２のロータコア２２１は、ロータコアを構成する。
【００３５】
第２のロータコア２２１には、第２のロータコア２２１から径方向の外方に向けて突出した第２のロータティース２２２が第２のロータコア２２１の周方向に沿って所定の間隔をおいて複数形成されている。
【００３６】
第２のロータティース２２２は、ステータコア１２の径方向の内面側でステータティース１３に対向するようになっている。第２のロータティース２２２には、永久磁石２２３が配置されている。
【００３７】
永久磁石２２３は、例えばネオジウム磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石）で構成されており、第２のロータティース２２２に内包されている。
【００３８】
磁路部材２２５は、永久磁石２２３の磁束の一部を導くもので、永久磁石２２３の周囲に環状に形成されている。具体的には、磁路部材２２５は、永久磁石２２３で発生した磁束のうち、永久磁石２２３から第２のロータコア２２１の軸方向に漏れる磁束（以下、この磁束を「漏れ磁束」という）を導くものである。
【００３９】
磁路部材２２５は、永久磁石２２３とともに第２のロータティース２２２に内包された内包部２２５ａと、第２のロータティース２２２から第２のロータコア２２１の軸方向に突出するよう延伸された延伸部２２５ｂとを備えている。磁路部材２２５は、永久磁石２２３の軸方向の側面２２３ａ側に位置する部分が第２のロータティース２２２から軸方向に延伸されるような形状で延伸部２２５ｂが形成されている。
【００４０】
内包部２２５ａは、永久磁石２２３を径方向で挟み込むようにして永久磁石２２３の径方向の内方側及び外方側にそれぞれ配置されている。内包部２２５ａは、永久磁石２２３からステータ１０に鎖交する磁束を通すようになっている。内包部２２５ａは、例えば強磁性体の微細な粉末が圧縮して固められた圧粉磁心によって成形されている。
【００４１】
延伸部２２５ｂは、磁路部材２２５の第２のロータティース２２２から軸方向に延伸された部分に相当し、高磁気抵抗の領域を介して第２のロータティース２２２の軸方向の両側にそれぞれ設けられている。
【００４２】
延伸部２２５ｂは、例えば強磁性体の微細な粉末が圧縮して固められた圧粉磁心によってコの字状に成形されている。延伸部２２５ｂは、第２のロータティース２２２側の端面のそれぞれが各内包部２２５ａの軸方向の両側の端面と対向するように配置されている。
【００４３】
延伸部２２５ｂは、内包部２２５ａとは別体として構成されており、図示しない連結部材を介して第２のロータコア２２１又は第１のロータコア２１１に保持されている。これにより、内包部２２５ａと延伸部２２５ｂとは、第２のロータコア２２１の軸方向で分離されている。
【００４４】
また、内包部２２５ａの軸方向の両側の端面と延伸部２２５ｂの第２のロータティース２２２側の端面との間には、所定の大きさのギャップＧ（図６参照）が形成されている。このギャップＧが高磁気抵抗の領域として形成されている。ギャップＧは、後述する可変界磁コイル２２６に直流電流が供給されていないときには永久磁石２２３の漏れ磁束が内包部２２５ａから延伸部２２５ｂに流れることがない、又は流れても微量となるような大きさであり、かつ後述する可変界磁コイル２２６に直流電流が供給されているときには永久磁石２２３の漏れ磁束が内包部２２５ａから延伸部２２５ｂに流れるような大きさに設定されている。
【００４５】
延伸部２２５ｂには、第２のロータコア２２１の周方向に沿って可変界磁コイル２２６が巻き回されている。可変界磁コイル２２６は、誘導コイル２１５で発生した誘導電流の大きさに応じて、永久磁石２２３から磁路部材２２５に導かれる漏れ磁束、すなわち磁路部材２２５内を短絡する永久磁石２２３の漏れ磁束の磁束量を調整可能なコイルである。
【００４６】
可変界磁コイル２２６は、永久磁石２２３の漏れ磁束が磁路部材２２５内を導かれる方向すなわち短絡する方向（図７に矢印で示す方向）に磁束（以下、この磁束を「誘導磁束」という）が流れるように、磁路部材２２５の延伸部２２５ｂに対して巻き回されている。
【００４７】
これにより、可変界磁コイル２２６は、後述する整流回路３０で整流された直流電流が供給されることにより誘導磁束を発生させて、図７に示すように永久磁石２２３の漏れ磁束の磁路部材２２５内での短絡を補助するようになっている。この誘導磁束の磁束量が調整されることによって、磁路部材２２５内を短絡する永久磁石２２３の漏れ磁束の磁束量が調整される。
【００４８】
誘導磁束の磁束量は、可変界磁コイル２２６に供給される直流電流が大きいほど、可変界磁コイル２２６の巻き数が多いほど大きくなる。可変界磁コイル２２６の巻き数は、予め実験的に求められた巻き数に設定される。
【００４９】
可変界磁コイル２２６に供給される直流電流は、誘導コイル２１５に発生する誘導電流の大きさに応じて可変される。これにより、磁路部材２２５内を短絡する永久磁石２２３の漏れ磁束の磁束量は、誘導コイル２１５に発生する誘導電流の大きさに応じて調整される。誘導コイル２１５に発生する誘導電流は、ロータ２０回転速度が上昇するにつれて大きくなる。したがって、磁路部材２２５内を短絡する永久磁石２２３の漏れ磁束の磁束量は、ロータ２０回転速度が上昇するにつれて大きくなる。
【００５０】
（整流回路）
また、回転電機１は、誘導コイル２１５で発生した誘導電流を整流して可変界磁コイル２２６に供給する整流回路３０を備えている。
【００５１】
図５に示すように、整流回路３０は、２つのダイオードＤ１，Ｄ２を整流素子として備え、これらダイオードＤ１，Ｄ２と２つの誘導コイル２１５、２つの界磁コイル２１６及び２つの可変界磁コイル２２６とを結線した閉回路として構成されている。整流回路３０は、ロータ２０の軸方向の一方側及び他方側の誘導コイル２１５、界磁コイル２１６及び可変界磁コイル２２６のそれぞれに対応するように、ロータ２０の軸方向の一方側及び他方側にそれぞれ設けられる。
【００５２】
整流回路３０における２つの誘導コイル２１５は、アキシャルギャップロータ２１０の周方向に隣り合う誘導コイル２１５である。２つの界磁コイル２１６は、アキシャルギャップロータ２１０の周方向に隣り合う界磁コイル２１６である。２つの可変界磁コイル２２６は、ラジアルギャップロータ２２０の周方向に隣り合う可変界磁コイル２２６である。
【００５３】
ダイオードＤ１，Ｄ２は、例えば図示しないダイオードケースに収納された状態でアキシャルギャップロータ２１０又はラジアルギャップロータ２２０に設けられている。ダイオードＤ１，Ｄ２は、アキシャルギャップロータ２１０又はラジアルギャップロータ２２０の内部に実装するようにしてもよい。
【００５４】
整流回路３０において、２つの誘導コイル２１５で発生した交流の誘導電流は、ダイオードＤ１，Ｄ２により整流され、整流後の直流電流は、直列接続されている２つの界磁コイル２１６及び２つの可変界磁コイル２２６に界磁電流として供給される。２つの可変界磁コイル２２６は、直流電流が供給されることにより誘導磁束を発生させる。
【００５５】
（回転電機の作用）
次に、図６及び図７を参照して、本実施の形態に係る回転電機１の作用について説明する。
【００５６】
本実施の形態に係る回転電機１は、以上説明したように、ロータ２０に永久磁石２２３を備え、その永久磁石２２３の磁束を利用してトルクを出力する永久磁石型同期モータである。
【００５７】
従来の永久磁石型同期モータでは、永久磁石の磁束が一定のため、ロータの回転速度が上昇するにつれて永久磁石の磁束によってステータの電機子コイルに生じる逆起電力が増加する。そして、ロータの回転速度がある回転速度に達すると、電機子コイルに生じた逆起電力が永久磁石型同期モータの電源電圧と等しくなる。これにより、永久磁石型同期モータにはそれ以上電流を流すことができなくなる。この結果、ロータの回転速度を上昇させることができなくなってしまう。
【００５８】
従来、こうした問題を解決するために、ステータの電機子コイルに永久磁石による磁束を打ち消す電流を流すことにより電機子コイルに生じる逆起電力を等価的に低減させる弱め界磁制御が行われていた。
【００５９】
しかしながら、この弱め界磁制御は、トルクに寄与しない磁束ベクトル方向に永久磁石の磁束を打ち消すベクトルを発生させるべく電流を流すため、出力に対して無駄なエネルギを消費しており、効率の低下を招いていた。
【００６０】
また、弱め界磁制御では、高調波磁束が生じるため、その高調波磁束に起因して永久磁石型同期モータの鉄損や電磁振動が増加するおそれがある。さらに、弱め界磁制御では、永久磁石の磁束に対して逆向きの磁束を発生させて永久磁石の磁束を抑え込むため、永久磁石の不可逆減磁が生じるおそれがある。このため、比較的保磁力の高い永久磁石を用いる必要があり、コストが増加してしまう。
【００６１】
また、永久磁石としてネオジウム磁石を用いた場合には、弱め界磁制御による外部磁場の変動により永久磁石に渦電流が生じ、永久磁石が発熱する。このため、発熱によって永久磁石の不可逆減磁が生じるおそれがある。したがって、耐熱性の高いレアアース等の材料を永久磁石に添加する必要がある。しかし、この場合には、添加されたレアアース等の材料が永久磁石にとって不純物となるため、永久磁石本来の性能を発揮させることができないおそれがある。
【００６２】
そこで、本実施の形態に係る回転電機１では、弱め界磁制御を行わずに、上述した磁路部材２２５及び可変界磁コイル２２６の作用によって、永久磁石２２３からステータ１０に鎖交する磁束量を調整可能な構成とした。これにより、本実施の形態に係る回転電機１は、上述したような弱め界磁制御による問題を解決することができる。
【００６３】
（ロータ低回転時）
本実施の形態に係る回転電機１においてロータ２０の回転速度が低いときは、ステータ１０に高調波成分の磁束が発生していないか、あるいは発生していても微量である。このため、可変界磁コイル２２６は、誘導磁束を発生してないか、あるいは発生していても微量である。したがって、ギャップＧにおいては、磁気抵抗が高い状態である。
【００６４】
この結果、図６に示すように、永久磁石２２３の漏れ磁束は、磁路部材２２５内を短絡しない。これにより、永久磁石２２３の磁束の全てがステータ１０に鎖交する。
【００６５】
このように、ロータ２０の回転速度が低いときは、ロータ２０の回転速度が高いときと比べて永久磁石２２３からステータ１０に鎖交する磁束の磁束量を増加させることができる。
【００６６】
（ロータ高回転時）
一方、本実施の形態に係る回転電機１においてロータ２０の回転速度が高いときは、ステータ１０に高調波成分の磁束が発生する。その高調波成分の磁束の磁束量は、ロータ２０の回転速度が上昇するについて増加する。
【００６７】
これにより、アキシャルギャップロータ２１０の誘導コイル２１５に誘導電流が誘起され、誘起された誘導電流が整流回路３０によって整流されて直流電流として可変界磁コイル２２６に供給される。
【００６８】
直流電流が供給された可変界磁コイル２２６は、永久磁石２２３の漏れ磁束が磁路部材２２５内を短絡する方向に誘導磁束を発生させる。これにより、ギャップＧにおける磁気抵抗が低下する。
【００６９】
この結果、図７に示すように、永久磁石２２３の磁束の一部が漏れ磁束として磁路部材２２５内を短絡する。これにより、永久磁石２２３の磁束のうち漏れ磁束を除いた磁束がステータ１０に鎖交する。すなわち、永久磁石２２３からステータ１０に鎖交する磁束の磁束量が抑えられる。
【００７０】
したがって、ロータ２０の回転速度が高い場合であっても弱め界磁制御を不要とすることができる。このため、弱め界磁制御により生ずる高調波磁束に起因した鉄損や電磁振動を防止することができる。
【００７１】
さらに、弱め界磁制御を不要としたので、保磁力の高い永久磁石を用いる必要がなく、また耐熱性の高いレアアース等の材料を永久磁石に添加する必要もない。これにより、回転電機１のコストを低減させることができる。
【００７２】
このように、本実施の形態に係る回転電機１では、弱め界磁制御を行わずに永久磁石２２３からステータ１０に鎖交する磁束量を調整可能としたので、ロータ２０の回転速度が高いときには効率の低下を防止することができる。また、ロータ２０の回転速度が低いときには出力の向上を図ることができる。
【００７３】
以上のように、本実施の形態の回転電機１によれば、ステータ１０側で発生した磁束に重畳された高調波成分に基づきアキシャルギャップロータ２１０の誘導コイル２１５に誘導電流を発生させて、その誘導電流を整流回路３０で整流して可変界磁コイル２２６に供給することにより、磁路部材２２５内を短絡する永久磁石２２３の漏れ磁束の磁束量を調整することができる。
【００７４】
また、ステータ１０側で発生した磁束に重畳される高調波成分は、ステータ１０にトロイダル巻で、かつ集中巻された電機子コイル１１に三相交流を供給することによって得られる。このため、可変界磁コイル２２６に供給される直流電流を発生させるために、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ等の特別な装置を必要としない。
【００７５】
これによって、本実施の形態の回転電機１は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ等の特別な装置を利用することなく簡易な構成で、永久磁石２２３からステータ１０に鎖交する磁束の磁束量を調整することができる。この結果、本実施の形態の回転電機１は、低コストな構成で永久磁石２２３の磁束を可変させることができる。
【００７６】
回転電機１は、例えば車載用の電動機、風力発電用の発電機や工作機械用の電動機として好適に採用することができる。
【００７７】
なお、本実施の形態では、第１のロータティース２１２がステータコア１２の軸方向の両面側に対向するように設けられているが、これに限らず、例えばステータコア１２の軸方向の一方側及び他方側の側面のいずれかに対向するように設けてもよい。すなわち、第１のロータティース２１２は、ステータコア１２の軸方向の一方側及び他方側の側面のうち、いずれかの側面側にのみ設ける構成であってもよい。この場合、軸方向の片側のアキシャルギャップロータ２１０のみを採用した分、回転電機１の体格を小さくすることができる。
【００７８】
また、本実施の形態では、アキシャルギャップロータ２１０に界磁コイル２１６を設けた例について説明したが、アキシャルギャップロータ２１０は誘導コイル２１５のみを設けた構成であってもよい。この場合、アキシャルギャップロータ２１０を軸方向に薄く構成することができ、回転電機１の体格を小さくすることができる。また、整流回路３０の構成を簡略化することができる。
【００７９】
また、本実施の形態の回転電機１は、ステータの径方向の内側にアウタロータ及びインナロータの２つのロータを備える、ダブルロータタイプの回転電機にも適用可能である。この場合、電機子コイルは、ステータに集中巻されるが、トロイダル巻は採用されない。また、このダブルロータタイプの回転電機では、アウタロータに誘導コイルが配置され、インナロータに永久磁石、磁路部材及び可変界磁コイルが配置される。なお、前述のアウタロータとインナロータの構成は、逆であってもよい。
【００８０】
本発明の実施の形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。
【符号の説明】
【００８１】
１  回転電機
２  回転軸
１０  ステータ
１１  電機子コイル
１２  ステータコア
１３  ステータティース
１３ａ  側面
１３ｂ  内面
２０  ロータ
３０  整流回路
２１０  アキシャルギャップロータ
２１１  第１のロータコア（ロータコア）
２１２  第１のロータティース
２１５  誘導コイル
２１６  界磁コイル
２２０  ラジアルギャップロータ
２２１  第２のロータコア（ロータコア）
２２２  第２のロータティース
２２３  永久磁石
２２５  磁路部材
２２５ａ  内包部
２２５ｂ  延伸部
２２６  可変界磁コイル
Ｄ１，Ｄ２  ダイオード
【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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