(57)【要約】【課題】電機子巻線鎖交磁束量を調整可能とされ、ロータをコンパクトに構成することができ、さらに、スタータからロータに入り込む磁力線が電機子巻線の磁束から受ける影響の低減可能な回転電動機を提供する。【解決手段】本発明に係る回転電動機１０は、回転可能な回転シャフト４１と、筒状に形成されたステータコア３０と、回転シャフト４１に固設されたロータコア４０と、異なる磁性の一組の磁極が、ロータコア４０の径方向に並ぶようにロータコア４０に設定された磁石４４と、ステータコア３０の外周に設けられた磁界ヨーク２１と、磁界ヨーク２１とロータコア３０との間に磁気回路を形成することで、ロータコア４０とステータコアとの間の磁束密度を制御可能な巻線とを備える。【選択図】図１
2008043099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な回転シャフトと、
筒状に形成されたステータコアと、
前記回転シャフトに固設されたロータコアと、
異なる磁性の一組の磁極が、前記ロータコアの径方向に並ぶように前記ロータコアに設定された磁石と、
前記ステータコアの外周に設けられた界磁ヨークと、
前記界磁ヨークと前記ロータコアとの間に磁気回路を形成することで、前記ロータコアと前記ステータコアとの間の磁束密度を制御可能な巻線と、
を備えた、回転電動機。
【請求項２】
前記ロータコアは、筒状の第１ロータコアと、該第１ロータコアの内周に設けられ、軸方向の磁気抵抗が前記第１ロータコアの軸方向の磁気抵抗より小さい第２ロータコアとを有する、請求項１に記載の回転電動機。
【請求項３】
前記第１ロータコアは、軸方向の磁気抵抗よりも、周方向および径方向の磁気抵抗が小さく、
前記ステータコアは、軸方向の磁気抵抗よりも、周方向および径方向の磁気抵抗が小さい、請求項２に記載の回転電動機。
【請求項４】
前記ロータコアの外表面に形成され、径方向外方に向けて突出する突極部をさらに備え、
前記磁石は、前記突極部と隣り合う前記ロータコアの外表面に設けられた、請求項１から請求項３のいずれかに記載の回転電動機。
【請求項５】
前記磁石は、第１磁石と、該第１磁石と隣り合う位置に設けられた第２磁石とを有し、
、前記ロータコアの外表面側に位置する部分の前記第１磁石の磁極を、前記ロータコアの外表面側に位置する部分の前記第２磁石の磁極と異ならせた、請求項１から請求項４のいずれかに記載の回転電動機。
【請求項６】
前記磁石は、前記ロータコアの一端部から他端部に亘って延在する、請求項１から請求項５のいずれかに記載の回転電動機。
【請求項７】
前記第１磁石は、前記第２磁石より前記ロータコアの軸方向に長く形成され、
前記第１磁石間であって、前記ロータコアの軸方向に前記第２磁石と隣り合う位置の前記ロータコアの表面に形成され、前記ロータコアの径方向外方に向けて突出する突極部をさらに備える、請求項５に記載の回転電動機。
【請求項８】
前記磁石が前記ロータコア内に埋設された、請求項１から請求項７のいずれかに記載の回転電動機。
【請求項９】
前記界磁ヨークは、一体成形された磁性材料から構成された、請求項１から請求項８のいずれかに記載の回転電動機。
【請求項１０】
前記第１ロータコアは、複数の鋼板を積み重ねて形成され、前記第２ロータコアは、一体成形された磁性材料から構成された、請求項２に記載の回転電動機。
【請求項１１】
回転可能な回転シャフトと、
筒状に形成されたステータコアと、
前記回転シャフトに固設されたロータコアと、
前記ロータコアの外表面に形成され、径方向外方に向けて突出し、前記ロータコアの一端部から他端部に亘って延在する突極部と、
前記ステータコアの外周に設けられた界磁ヨークと、
前記界磁ヨークと前記ロータコアとの間に磁気回路を形成することで、前記ロータコアと前記ステータコアとの間の磁束密度を制御可能な巻線と、
を備えた、回転電動機。
【請求項１２】
前記ロータコアは、筒状の第１ロータコアと、該第１ロータコアの内周に設けられ、軸方向の磁気抵抗が前記第１ロータコアの軸方向の磁気抵抗より小さい第２ロータコアとを有する、請求項１１に記載の回転電動機。
【請求項１３】
前記界磁ヨークは、一体成形された磁性材料から構成された、請求項１１または請求項１２に記載の回転電動機。
【請求項１４】
前記第１ロータコアは、複数の鋼板を積み重ねて形成され、前記第２ロータコアは、一体成形された磁性材料から構成された、請求項１２に記載の回転電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ロータに永久磁石を配置した永久磁石型モータが様々な分野で利用されており、たとえば、電気自動車やハイブリット自動車の駆動源として利用されている。
【０００３】
このような電気自動車やハイブリット自動車の駆動源は、低回転−高出力、高回転−低出力という車両の走行特性が要求される。
【０００４】
ここで、モータは、一般にロータからステータに流れる磁束と、ステータ巻線に流れる電機子電流によって、発生するトルクが決定される。
【０００５】
ステータとロータ間に流れる磁束は、用いられる磁石等によって決定され、回転速度とは関係なく一定に保たれる。そして、回転速度は、電機子電流によって決定される。しかし、電機子電流は、インバータ等の電源からの電圧によって決まるため、電機子巻線の電圧と電源電圧の最大電圧とが一致したときの回転数が最大回転数となる。
【０００６】
このような永久磁石型モータにおいて、電源電圧を一定として定出力運転を行う場合、上記最高回転数をさらに上昇させて走行特性を広げると共に、低回転数における出力を向上させるために、いわゆる「弱め界磁」、「強め界磁」について、各種提案されている（下記特許文献１〜４、非特許文献１、２参照）。
【０００７】
たとえば、下記非特許文献１および非特許文献２に記載されたモータは、軸方向に２分割されたローラと、ロータ間に配置されたリング磁石と、ステータコアの外周側に配置され、粉末成形磁性体からなる界磁極と、トロイダル界磁コイルとを備えている。
【０００８】
分割されたロータは、それぞれ、周面に形成され、周方向に間隔を隔てて形成された複数の突極部を有しており、一方のロータの突極部と、他方のロータの突極部とは、周方向にずれるように配置されている。
【０００９】
リング磁石のＮ磁極は、一方の分割されたロータの端面に向けて配置されており、Ｓ磁極は、他方のロータの端面に向けて配置されている。リング磁石からの磁力線は、まず、ロータの端面からロータ内に入り込み、一方のロータの突極部からエアギャップを介して、ステータに向かう。その後、ステータから界磁極を通って、ステータティースからエアギャップを解して、他方の分割されたロータの突極部を通り、リング磁石のＳ磁極に戻る。
【００１０】
そして、トロイダル界磁コイルを用いて、永久磁石の磁束を界磁極側に引き抜いて、電機子巻線を通る磁束を低減して、弱め界磁を実現している。さらに、永久磁石の磁力線を主電動機部内に封じ込めることにより、トロイダル界磁コイルによって生じる磁束をも電機子巻線を通る磁束を増加させて強め界磁を実現している。
【特許文献１】特開平６−３５１２０６号公報
【特許文献２】特開２００２−７８３０６号公報
【特許文献３】特開２００５−６５３８５号公報
【特許文献４】特開平７−２８８９６０号公報
【非特許文献１】加納善明・小坂卓・松井信行：「簡易非線形磁気解析に基づく多極永久磁石機の構造最適化の一考察」  電気学会論文誌Ｄ，Ｖｏｌ．１２３，Ｎｏ．３，ｐｐ．１９６−２０３（２００３）
【非特許文献２】金哲国，小坂卓，松井信行：「新構造ハイブリットモータの性能検討」平成１７年電気学会全国大会講義論文集
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記非特許文献１、２に記載された回転電動機においては、分割された一方のロータの突極部から磁力線が出て行き、他方のロータの突極部に向けて磁力線が入り込む。このため、ロータのうち、各ロータの突極部間に位置する領域は、トルクの発生に寄与しないものとなっており、所望のトルクを得るためには、ロータが大きくなるという弊害があった。
【００１２】
さらに、磁力線がステータからロータの突極部に入り込む際に、電機子巻線の磁束の影響を受けて、ステータからの磁力線が所望の突極部に入り込まず、磁力線の方向によっては、かえって、負トルクを生む場合がある。
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電機子巻線鎖交磁束量を調整可能な回転電動機であって、ロータをコンパクトに構成することができ、さらに、スタータからロータに入り込む磁力線が電機子巻線の磁束から受ける影響の低減が図られた回転電動機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る回転電動機は、１つの局面では、回転可能な回転シャフトと、筒状に形成されたステータコアと、回転シャフトに固設されたロータコアと、異なる磁性の一組の磁極が、ロータコアの径方向に並ぶようにロータコアに設定された磁石と、ステータコアの外周に設けられた界磁ヨークと、界磁ヨークとロータコアとの間に磁気回路を形成することで、ロータコアとステータコアとの間の磁束密度を制御可能な巻線とを備える。好ましくは、上記ロータコアは、筒状の第１ロータコアと、該第１ロータコアの内周に設けられ、軸方向の磁気抵抗が第１ロータコアの軸方向の磁気抵抗より小さい第２ロータコアとを有する。
【００１５】
好ましくは、上記第１ロータコアは、軸方向の磁気抵抗よりも、周方向および径方向の磁気抵抗が小さく、ステータコアは、軸方向の磁気抵抗よりも、周方向および径方向の磁気抵抗が小さくされる。好ましくは、上記ロータコアの外表面に形成され、径方向外方に向けて突出する突極部をさらに備え、磁石は、突極部と隣り合うロータコアの外表面に設けられる。好ましくは、上記磁石は、第１磁石と、該第１磁石と隣り合う位置に設けられた第２磁極とを有し、ロータコアの外表面側に位置する部分の第１磁石の磁極を、ロータコアの外表面側に位置する部分の第２磁石の磁極と異ならせる。
【００１６】
好ましくは、上記記磁石は、ロータコアの一端部から他端部に亘って延在する。好ましくは、上記第１磁石は、第２磁石よりロータコアの軸方向に長く形成され、第１磁石間であって、ロータコアの軸方向に第２磁石と隣り合う位置のロータコアの表面に形成され、ロータコアの径方向外方に向けて突出する突極部をさらに備える。好ましくは、上記磁石がロータコア内に埋設される。好ましくは、上記界磁ヨークは、一体成形された磁性材料から構成される。上記第１ロータコアは、複数の鋼板を積み重ねて形成され、第２ロータコアは、一体成形された磁性材料から構成される。
【００１７】
本発明に係る回転電動機は、他の局面では、回転可能な回転シャフトと、筒状に形成されたステータコアと、回転シャフトに固設されたロータコアと、ロータコアの外表面に形成され、径方向外方に向けて突出し、ロータコアの一端部から他端部に亘って延在する突極部と、ステータコアの外周に設けられた界磁ヨークと、界磁ヨークとロータコアとの間に磁気回路を形成することで、ロータコアとステータコアとの間の磁束密度を制御可能な巻線とを備えている。
【００１８】
好ましくは、上記ロータコアは、筒状の第１ロータコアと、該第１ロータコアの内周に設けられ、軸方向の磁気抵抗が第１ロータコアの軸方向の磁気抵抗より小さい第２ロータコアとを有する。好ましくは、上記界磁ヨークは、一体成形された磁性材料から構成する。好ましくは、上記第１ロータコアは、複数の鋼板を積み重ねて形成され、第２ロータコアを、一体成形された磁性材料から構成される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る回転電動機によれば、電機子巻線鎖交磁束量を調整可能な回転電動機において、ロータをコンパクトに構成することができ、さらに、スタータからロータに入り込む磁力線が電機子巻線の磁束から受ける影響の低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係る実施の形態を図１から図２４を用いて説明する。
なお、下記の実施の形態では、本発明をハイブリッド車両に搭載されるモータジェネレータ（回転電機）に適用した例について図を用いて説明するが、ハイブリッド車両以外の各種車両（たとえば燃料電池車や電気自動車を含む電動車両）や、産業機器、空調機器、環境機器等の様々な機器に搭載される回転電機に対しても本発明は適用可能である。
【００２１】
また、下記の実施の形態において同一または相当する部分には同一の参照符号を付す。さらに、各実施の形態の各構成要素は、全てが必須のものであるとは限らず、一部の構成要素を省略可能な場合があることも当初から予定している。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１に係る回転電動機１０の側断面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。この図１および図２に示されるように、回転電動機１０は、回転シャフト４１と、回転シャフト４１に固設されたロータ４０と、ステータ３０の外周に設けられた界磁ヨーク２１と、界磁コイル５０と備えている。
【００２３】
ロータ（回転子）４０と、ステータ（固定子）３０との間には、エアギャップＧＰが設けられており、僅かに径方向に離間するように配置されている。
【００２４】
ロータ４０は、回転シャフト４１に固設されたロータコア４３と、このロータコア４３の外表面に設けられた磁石４４とを有している。
【００２５】
そして、ロータコア４３は、円筒状に形成された積層ロータコア４３ａと、この積層ロータコア４３ａの内周に設けられた圧粉ロータコア４３ｂとを有している。
【００２６】
圧粉ロータコア４３ｂは、一体の磁性材料から構成されており、具体的には粉末成形磁性体（ＳＭＣ：Soft Magnetic Composites）から構成されている。
【００２７】
積層ロータコア４３ａは、複数の電磁鋼板を積層して構成されており、鋼板間には隙間があるため、軸方向の磁気抵抗が、径方向および周方向の磁気抵抗より大きくなっている。このため、積層ロータコア４３ａ内においては、磁石からの磁力線は、軸方向に流れ難く、径方向および周方向に流れやすくなっている。
【００２８】
圧粉ロータコア４３ｂは、粉末成形磁性体から構成されているため、圧粉ロータコア４３ｂの軸方向の磁気抵抗は、積層ロータコア４３ａの軸方向の磁気抵抗より小さくされている。このため、圧粉ロータコア４３ｂ内では、積層ロータコア４３ａ内より軸方向に磁力線が流れやすくなっている。
【００２９】
図２に示すように、積層ロータコア４３ａの外表面には、等間隔に隔てて設けられ、径方向外方に向けて突出する複数のロータティース（第１突極部）４５が形成されている。
【００３０】
このロータティース４５間には、磁石４４が設けられており、ロータティース４５の外表面と、磁石４４の外表面とは、いずれも、回転シャフト４１の中心軸線を中心とする仮想の同一円周上に位置している。
【００３１】
すなわち、磁石４４は、ロータ４０の周方向にロータティース４５と隣り合うように設けられ、各外周面が面一となるように設けられている。
【００３２】
磁石４４のＮ極（第１磁極）とＳ極（第２磁極）とは、ロータ４０の径方向に並ぶように配置されている。なお、本実施の形態１においては、磁石４４のＮ極が、ロータコア４３の径方向外方に向けられており、Ｓ極がロータコア４３の径方向内方に向けて配置されているが、逆となるように配置されてもよい。
【００３３】
ステータ３０は、中空円筒状に形成されたステータコア２２と、このステータコア２２の内表面に形成され、ステータコア２２の径方向内方に向けて突出する複数のステータティース（第２突極部）２３と、このステータティース２３に巻き付けられたコイル２４とを備えている。ステータティース２３は、周方向に等間隔に隔てて形成されている。
【００３４】
コイル２４の一部は、Ｕ相コイルを構成し、残りの一部のコイル２４は、Ｖ相コイルを構成し、残りのコイル２４は、Ｗ層コイルを構成する。
【００３５】
コイル２４の一方端が、端子とされ、他方端が中性点とされ、端子には、図示されないインバータの三相ケーブルのＵ相ケーブル、Ｖ相ケーブル、Ｗ相ケーブルのいずれかが接続される。また、中性点は、1点に共通接続される。
【００３６】
図１に示す制御装置１００は、回転電動機１０が出力すべきトルク指令値を回転電動機１０の外部に設けられたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）から受け取って、その受け取ったトルク指令値によって指定されたトルクを出力するためのモータ制御電流を生成し、その生成したモータ制御電流を三相ケーブルを介してコイル２４に供給する。
【００３７】
ステータコア２２は、磁性鋼板を複数積層して形成されており、磁性鋼板間には、エアギャップが形成されている。
【００３８】
このため、ステータコア２２の径方向および周方向の磁気抵抗は、軸方向の磁気抵抗より小さくなっている。これにより、ステータコア２２内に入り込んだ磁力線は、ステータコア２２内においてステータコア２２の周方向、径方向に流れやすく、軸方向に流れることが抑制されている。
【００３９】
図１に示すように、界磁ヨーク２１は、ステータ３０およびロータ４０の両端部から軸方向に離間した位置に配置された天板部２１ａと、この天板部２１ａの周縁部に形成された円筒状の側壁部２１ｂと、天板部２１ａに形成された円筒状の突部２１ｃとを備えている。
【００４０】
天板部２１ａの中央部には、貫通孔２１ｄが形成されており、貫通孔２１ｄ内には、軸受４６を介して、回転シャフト４１が挿入されている。側壁部２１ｂは、ステータコア２２の外表面に固設されている。
【００４１】
界磁ヨーク２１は、一体の磁性材料から構成されており、具体的には、３次元完全等方材料である粉末成形磁性体（ＳＭＣ）から構成されている。このため、界磁ヨーク２１の軸方向の磁気抵抗は、ステータコア２２の軸方向の磁気抵抗より小さくされている。
【００４２】
突部２１ｃは、天板部２１ａの内表面に形成され、圧粉ロータコア４３ｂの軸方向端部に向けて突出している。そして、突部２１ｃと圧粉ロータコア４３ｂの端部との間で、磁力線が途切れない程度に、突部２１ｃの端部と圧粉ロータコア４３ｂの端部とが近接している。
【００４３】
このため、磁石４４の表面からエアギャップＧＰおよびステータコア２２を介して界磁ヨーク２１に達し、界磁ヨーク２１内を軸方向に流れ、突部２１ｃから圧粉ロータコア４３ｂ内に入り込み、磁石４４のＳ極に戻るという磁気回路（第１磁気回路）を形成することができる。
【００４４】
この磁気回路において、ステータコア２２の径方向の磁気抵抗は小さく抑えられており、界磁ヨーク２１内の磁気抵抗も小さく抑えられており、さらに、圧粉ロータコア４３ｂの磁気抵抗も小さく抑えられているため、磁気エネルギーのロスを小さく抑えることができる。
【００４５】
なお、図１に示す例においては、円筒状の突部２１ｃが界磁ヨーク２１に形成されているが、圧粉ロータコア４３ｂの端部に設けてもよい。
【００４６】
界磁コイル（巻線）５０は、突部２１ｃの外周面に巻き付けられている。この界磁コイル５０に電流を流すことにより、突部２１ｃの端部側にたとえば、Ｎ極の磁性を持たせると共に、側壁部２１ｂにＳ極の磁性を持たせたり、突部２１ｃの端部側にＳ極の磁性を持たせると共に、側壁部２１ｂにＮ極の磁性を持たせたりすることができる。なお、本実施の形態１においては、界磁コイル５０は、界磁ヨーク２１の突部２１ｃに設けられているが、この位置に限られず、界磁ヨーク２１に設けられておればよい。ここで、界磁コイル５０が界磁ヨーク２１に設けられているとは、界磁コイル５０が界磁ヨーク２１の表面に当接している場合に限られず、界磁ヨーク２１内の磁力線の流れを制御可能な程度であれば、界磁ヨーク２１の表面から離間している場合も含む。
.
上記のように構成された回転電動機１０の動作について、図３から図８を用いて説明する。図３は、図１に示す界磁コイル５０に電流が供給されていない状態における磁石４４からの磁力線の流れを示す断面図である。
【００４７】
この図３に示す例においては、磁石４４ａの端部のうち、ロータ４０の回転方向Ｐ前方側の端部側にステータティース２３ａが配置されており、磁石４４の外主面の周方向の中央部は、ステータティース２３ａの端面の周方向の中央部に回転方向Ｐの後方側に位置している。このステータティース２３ａの内径側の端面がＳ極とされている。
【００４８】
このため、磁石４４ａの外表面から出る磁力線ｍｔ１〜ｍｔ３は、径方向外方に向かうに従って、回転方向Ｐの前方側に向かうように傾斜し、ステータティース２３ａの端面に達する。このように、磁石４４ａとステータティース２３ａ間の磁力線ｍｔ１〜ｍｔ３の磁気経路が傾斜し長くなっているので、磁気経路が最短となるようにロータ４０に応力が加えられる。すなわち、磁石４４ａは、ステータティース２３ａに向けて引っ張られることとなる。
【００４９】
ステータティース２３ａに対して、ロータ４０の回転方向Ｐ後方側には、ステータティース２３ｂが設けられており、このステータティース２３ｂは、磁石４４ａの中央部付近と対向している。ステータティース２３ｂの内径側の端面は、Ｎ極とされており、磁石４４ａと反発している。
【００５０】
このため、ステータティース２３ａからステータコア２２内に入り込んだ磁力線ｍｔ１〜ｍｔ３の一部である磁力線ｍｔ１、ｍｔ２は、ステータコア２２内を周方向に流れる。この際、ステータコア２２内の磁気抵抗は小さいため、磁力線のエネルギーのロスが低減されている。
【００５１】
そして、ステータティース２３ｂに対して、ロータ４０の回転方向Ｐ後方側には、ステータティース２３ｃが設けられており、内径側の端面は、Ｎ極とされている。このステータティース２３ｃの端面は、ロータティース４５ａと対向している。
【００５２】
ここで、ロータティース４５ａに隣接する磁石４４ａの外表面は、Ｎ極とされているため、ステータティース２３ｃの端面からロータティース４５ａに向かう磁力線ｍｔ１、ｍｔ２は、この磁石４４ａのＮ極の影響を受けて、回転方向Ｐ後方に傾斜するようにロータティース４５ａに向けて流れる。ここで、ステータティース２３ｃとロータティース４５ａとの間において、図１に示すコイル２４に生じる磁束によって、磁力線ｍｔ１、ｍｔ２が影響を受ける場合があるが、磁力線ｍｔ１、ｍｔ２の経路は、磁石４４ａによって規定されるため、磁力線ｍｔ１、ｍｔ２の経路が乱されることが抑制されている。そして、ステータティース２３ｃからロータティース４５ａに向かう磁力線ｍｔ１、ｍｔ２は、内径方向に向かうに従って、回転方向Ｐ後方に向けて傾斜する。
【００５３】
ここで、ステータティース２３ｃからロータティース４５ａに向かう磁力線ｍｔ１、ｍｔ２が傾斜し経路長が長くなっているため、その経路長が最短となるように、ロータティース４５ａがステータティース２３ｃに向けて良好に引き寄せられる。
【００５４】
上記のように、磁力線ｍｔ１、ｍｔ２は、磁石４４ａからエアギャップＧＰを介して、ステータティース２３ａ内に達し、ステータコア２２内を周方向に通り、その後、ステータティース２３ｃからエアギャップＧＰを介して積層ロータコア４３ａ内に達し、再度磁石４４ａに戻る磁気回路Ｋ１を形成する。
【００５５】
磁石４４ａからの磁力線ｍｔ１〜ｍｔ３のうち残りの磁力線ｍｔ３は、ステータティース２３ａに達した後、ステータコア２２内を径方向に流れ、界磁ヨーク２１に達する。
【００５６】
磁力線ｍｔ３は、図２において、界磁ヨーク２１を軸方向に通り、そして、突部２１ｃから圧粉ロータコア４３ｂ内に入り込み、再度磁石４４に戻る磁気回路Ｋ２を形成する。
【００５７】
この磁気回路Ｋ２がロータ４０とステータ３０との間を跨ぐ回数は、磁気回路Ｋ１がロータ４０とステータ３０との間を跨ぐ回数がより少ないため、磁力線ｍｔ３によって生じるトルクは、磁力線ｍｔ１、ｍｔ２によって生じるトルクよりも小さいものとなっている。換言すると、磁気回路Ｋ１を通る磁力線は、磁気回路Ｋ２を通る磁力線より、多くのトルクを発生させる。
【００５８】
そして、磁気回路Ｋ１を通る磁束量と磁気回路Ｋ２を通る磁束量を調整することにより、電機子巻線鎖交磁束量を調整して、トルクを調整することができる。
【００５９】
上記のように、ロータ４０の外周面のうち、磁石４４の表面は、磁力線を発する領域として機能しており、ロータティース４５は、発せられた磁力線を取り入れる領域として機能している。そして、磁石４４およびロータティース４５は、ロータ４０の一端部から他端部に亘って延在しており、ロータ４０の外周面は、磁石４４の表面と、ロータティース４５の表面とから構成されている。このため、ロータティース４５の外周面の略全面を、磁力線の出力領域または磁力線の取入領域として機能させることができ、ロータ４０の外周面の利用効率の向上を図ることができる。
【００６０】
このように、ロータ４０の外周面の利用効率の向上することにより、小さいロータ４０であっても、所望の磁束量の出し入れを行うことができ、ロータ４０自体をコンパクトに構成することができる。その上、上記ロータ４０によれば、トルクの発生効率の高い磁気回路Ｋ２を、ロータ４０の軸方向の両端部に亘って形成することができ、大きなトルクを得ることができる。
【００６１】
磁石４４から発せられた磁力線は、当該磁石４４と隣り合うロータ４０の外周面に位置する部分に形成されたロータティース４５ａに入り込み、トルクの発生に大きく寄与する磁気回路Ｋ１の経路長が短く抑えられているため、磁気エネルギーのロスを小さく抑えることができる。
【００６２】
磁気回路Ｋ１は、軸方向に磁力線が発散することが抑制されているステータコア２２および積層ロータコア４３ａを通るため、磁気エネルギーのロスの低減をさらに図ることができる。
【００６３】
図４は、回転電動機１０のトルク（Ｔ）と回転数（Ｎ）との関係を示すグラフである。この図４において、Ｔ１は、上記のように、図１に示す界磁コイル５０の駆動を停止した状態における回転電動機１０の特性を示す。そして、Ｔ２は、Ｔ１よりも、低回転−高出力の特性を有しおり、「強め界磁制御」が施されたときの回転電動機１０の特性を示す。
【００６４】
図５は、回転電動機１０に強め界磁制御がなされたときの側断面図であり、図６は、図５のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。
【００６５】
この図５に示されるように、界磁コイル５０によって、磁力線ｍｔ４を発生させる。この磁力線ｍｔ４は、界磁ヨーク２１の天板部２１ａを通り、側壁部２１ｂからステータコア２２内に入り込む。そして、磁力線ｍｔ４は、エアギャップＧＰを介して、ロータコア４３内に入り込み、ロータコア４３内を軸方向に進む。その後、磁力線ｍｔ４は、ロータコア４３の軸方向端面から、突部２１ｃの端面を介して、界磁ヨーク２１内に入り込む。
【００６６】
このような磁気回路を発生させることにより、界磁ヨーク２１の突部２１ｃがＳ極の磁性を帯び、界磁ヨーク２１の側壁部２１ｂがＮ極の磁性を帯びることになる。
【００６７】
図６において、側壁部２１ｂの内壁面がＮ極となるため、磁石４４からの磁力線ｍｔ１〜ｍｔ３は、ステータティース２３ａの端面からステータコア２２内に入り込むと、ステータコア２２の周方向に沿って進む。そして、磁力線ｍｔ１〜ｍｔ３は、ステータティース２３ｃの端面からロータティース４５ａ内から積層ロータコア４３ａ内に入り込む。
【００６８】
このように、磁石４４から発せられる磁力線ｍｔ１〜ｍｔ３が磁気回路Ｋ２を通ることを抑制して、磁気回路Ｋ１を通るように制御することにより、大きなトルクを発生させる。すなわち、磁石４４から生じる磁束量は一定であるので、トルクの発生に大きく貢献する磁気回路Ｋ１を通る磁束量の割合を大きくすることにより、大きなトルクを得ることができる。
【００６９】
さらに、図５に示す界磁コイル５０によって生じる磁力線ｍｔ４は、図６に示すように、磁気回路Ｋ１の一部であって、ステータティース２３ａからロータティース４５ａに達する経路を通り、その後、圧粉ロータコア４３ｂに達する。このため、この磁力線ｍｔ４も、トルクの発生に寄与する。
【００７０】
このように「強め界磁制御」を行うことによって、回転電動機１０の特性は、図４に示すＴ２のように低回転において、高トルクを得ることができる。
【００７１】
図７は、回転電動機１０に「弱め界磁制御」がなされたときの側断面図であり、図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における断面図である。図７に示されるように、界磁コイル５０に電流を流して、界磁ヨーク２１の突部２１ｃを通り、圧粉ロータコア４３ｂに達し、圧粉ロータコア４３ｂ内を軸方向に通り、積層ロータコア４３ａ内を径方向に通過し、積層ロータコア４３ａからエアギャップＧＰを介して、ステータコア２２内に入り、そして、界磁ヨーク２１の側壁部２１ｂ内に入り、再度突部２１ｃに達するような磁力線ｍｔ５を形成する。
【００７２】
これにより、界磁ヨーク２１の突部２１ｃは、Ｎ極の磁性を帯び、界磁ヨーク２１の側壁部２１ｂは、Ｓ極の磁性を帯びることになる。
【００７３】
このため、図８において、磁石４４から発せられた磁力線ｍｔ１〜ｍｔ３の一部の磁力線ｍｔ２、ｍｔ３は、界磁ヨーク２１の側壁部２１ｂに引っ張れ、ステータティース２３ａに達した後、ステータコア２２内を径方向に通過して、界磁ヨーク２１の側壁部２１ｂに達する。そして、磁力線ｍｔ２、ｍｔ３は、磁気回路Ｋ２を通り、再度磁石４４に戻ってくる。
【００７４】
その一方で、磁石４４から発せられた磁力線ｍｔ１〜ｍｔ３のうち、残りの磁力線ｍｔ１は、ステータコア２２内に達した後は、磁気回路Ｋ１を通り、磁石４４に戻ってくる。
【００７５】
このように、弱め界磁制御を行うことによって、磁石４４から発せられる磁力線ｍｔ１〜ｍｔ３のうち、磁気回路Ｋ２を通る磁束量の割合を大きくすることにより、ステータ３０とロータ４０との間を跨ぐ磁束量を低減させる。
【００７６】
ステータ３０とロータ４０との間に生じる磁束を低減することにより、高回転領域においても、図１に示すコイル２４に生じる誘導起電力を弱めることができる。このように誘導起電力を低減することができるので、インバータ等の電源の最大電圧とが釣り合う回転数を高めることができる。このため、この回転電動機１０は、高回転領域においても、駆動することができる。
【００７７】
（実施の形態２）
図９から図１５を用いて、本実施の形態２に係る回転電動機１１について説明する。なお、上記図１から図８に示された構成と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７８】
図９は、本実施の形態２に係る回転電動機１１の側面図であり、図１０は、図９のＸ−Ｘ線における断面図である。
【００７９】
図１０に示されるように、磁石４４は、磁石（第１磁石）４４ａと、この磁石４４ａと隣り合う位置に設けられた磁石（第２磁石）４４ｂ、４４ｃとを備えており、磁石４４ａの周方向の両端部に磁石４４ｂ、４４ｃが設けられている。
【００８０】
ロータコア４３の外表面側に位置する磁石４４ａの磁極は、ロータコア４３の外表面側に位置する磁石４４ｂ、４４ｃの磁極と異なるように配置されている。なお、本実施の形態２においては、ロータコア４３の外表面側に位置する磁石４４ａの磁極はＮ極とされており、磁石４４ｂ、４４ｃの磁極はＳ極とされている。
【００８１】
このように、磁石４４ｂ、４４ｃが設けられているので、磁石４４ａの磁束に、磁石４４ｂ、４４ｃからの磁束が加えられ、磁石４４の総磁束量は、磁石４４ａのみの磁束量より大きくなっている。そして、磁石４４ａ、４４ｂ、４４ｃは、ロータ４０の両端部に亘って延在している。このため、上記実施の形態１に係る回転電動機１０と同様の作用・効果を得ることができる。
【００８２】
図１１は、図９に示す界磁コイル５０に電流が供給されていない状態における磁力線の流れを示す断面図である。この図１１に示す例においては、磁石４４ａの回転方向Ｐの前方側に位置する端部に磁石４４ｃが配置されており、磁石４４ａの回転方向Ｐの後方側に位置する端部に磁石４４ｂが配置されている。
【００８３】
磁石４４ｃより回転方向Ｐ前方側には、ステータティース２３ａが位置しており、このステータティース２３ａの端面は、Ｎ極の磁性を帯びている。磁石４４ａは、ステータティース２３ｂと対向しており、このステータティース２３ｂの端面は、Ｓ極の磁性を帯びている。そして、磁石４４ａの外表面の周方向の中央部は、ステータティース２３ｂの周方向の周方向の中央部に対して回転方向Ｐ後方側に位置している。
【００８４】
磁石４４ｂは、ステータティース２３ｃと対向しており、ステータティース２３ｃの端面は、Ｎ極の磁性を帯びている。そして、磁石４４ｂの外表面の周方向の中央部はステータティース２３ｃの外表面の周方向の中央部より、回転方向Ｐの後方側に位置している。
【００８５】
ここで、磁石４４ａは、ステータティース２３ｂに対して回転方向Ｐ後方側にずれているため、磁石４４ａの表面から発せられる磁力線ｍｔ１１〜ｍｔ１３、ｍｔ２１〜ｍｔ２３は、磁石４４ａの表面から径方向外方に向かうに従って、回転方向Ｐの前方側に向けて傾斜する。
【００８６】
このように、磁力線ｍｔ１１〜ｍｔ１３、ｍｔ２１〜ｍｔ２３が傾斜して経路長が長くなっているため、磁力線ｍｔ１１〜ｍｔ１３、ｍｔ２１〜ｍｔ２３の経路長が短くなるように、磁石４４ａが、回転方向Ｐの前方側に引っ張られる。
【００８７】
ステータティース２３ｂに達した磁力線ｍｔ１１〜ｍｔ１３、ｍｔ２１〜ｍｔ２３のうち、磁力線ｍｔ２１、ｍｔ２２は、ステータコア２２内を回転方向Ｐ後方側に向けて流れ、ステータティース２３ｃから磁石４４ｂ内に入り込む。
【００８８】
すなわち、磁磁力線ｍｔ２１、ｍｔ２２は、磁石４４ａの表面からステータティース２３ｂに達し、ステータコア２２内を回転方向Ｐの後方に向けて流れ、ステータティース２３ｃからロータコア４３に達し、再度磁石４４ａに戻る磁気回路Ｋ４を通る。
【００８９】
ここで、磁石４４ｂの中央部は、ステータティース２３ｃの中央部に対して、回転方向Ｐの後方側に位置しているため、磁力線ｍｔ２１、ｍｔ２２は、径方向内方に向かうに従って、回転方向Ｐの後方側に向けて傾斜する。このため、ステータティース２３ｃの中央部と、磁石４４ｃの中央部とが径方向に一致するように、磁石４４ｃが引っ張られる。
【００９０】
その一方で、磁力線ｍｔ１１〜ｍｔ１３、ｍｔ２１〜ｍｔ２３のうち、一部の磁力線ｍｔ１１、ｍｔ１２は、ステータコア２２内を回転方向Ｐ前方側に向けて流れ、ステータティース２３ａからロータコア４３内に入り込む。
【００９１】
すなわち、磁力線ｍｔ１１、ｍｔ１２は、磁石４４ａの表面からステータティース２３ｂに達し、ステータコア２２内を回転方向Ｐの前方側に向けて流れ、ステータティース２３ａの端面からロータコア４３内に入り込み、再度磁石４４ａに戻る磁気回路Ｋ３を通る。
【００９２】
ここで、磁石４４ｃは、ステータティース２３ａに対して、回転方向Ｐの後方側に位置しているため、磁力線ｍｔ１１、ｍｔ１２は、径方向内方に向かうに従って、回転方向Ｐの後方側に向けて傾斜している。このため、磁石４４ｃは、回転方向Ｐの前方側に向けて引っ張られる。このようにして、ロータ４０が回転方向Ｐの前方側に向けて回転する。
【００９３】
磁力線ｍｔ１１〜ｍｔ１３、ｍｔ２１〜ｍｔ２３のうち、磁力線ｍｔ１３、ｍｔ２３は、ステータコア２２の径方向に進み、磁力線ｍｔ１３、ｍｔ２３は、界磁ヨーク２１内に入り込み、界磁ヨーク２１を介して、ロータコア４３内に入り込む。
【００９４】
すなわち、磁力線ｍｔ１３、ｍｔ２３は、磁石４４ａの表面からステータティース２３ｂの端面に達し、ステータコア２２を径方向に進み、界磁ヨーク２１の側壁部２１ｂに達し、側壁部２１ｂ内を軸方向に進み、突部２１ｃから圧粉ロータコア４３ｂ内に入り込み、そして磁石４４ａに戻る磁気回路Ｋ５を通る。
【００９５】
ロータ４０とステータ３０との間を跨る回数は、磁気回路Ｋ５より磁気回路Ｋ３、Ｋ４の方が多い。このため、磁気回路Ｋ５を通る磁力線ｍｔ１３、ｍｔ２３によって生じるトルクよりも、磁気回路Ｋ３、Ｋ４を通る磁力線によって生じるトルクの方が大きい。
【００９６】
ここで、磁石４４ａの外表面からは、磁石４４ａからの磁束と磁石４４ｂからの磁束と磁石４４ｃからの磁束とを合わせた磁束が流れるため、磁石４４を磁石４４ａのみで構成したときよりも、得られるトルクを増大させることができる。
【００９７】
さらに、磁石４４ｂ、４４ｃが、ステータ３０からロータ４０に向かう磁力線を、強力に引きつけるため、図１０に示すコイル２４の磁束によって、ステータ３０からロータ４０に向かう磁力線の経路がばらつくことを抑制することができる。
【００９８】
図１２は、回転電動機１１について、強め界磁制御がなされたときの回転電動機１１の側断面図であり、図１３は、図１２に示されたＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線における断面図である。図１２および図１３に示すように、本実施の形態２に係る回転電動機１１も、上記実施の形態に係る回転電動機１０と同様に、磁力線ｍｔ４が流れるように、界磁コイル５０に電流を流す。
【００９９】
これにより、界磁ヨーク２１の側壁部２１ｂは、Ｎ極として機能する。このため、図１３において、ステータティース２３ｂの端面からステータコア２２内に入り込んだ磁力線ｍｔ１１〜ｍｔ１３、ｍｔ２１〜ｍｔ２３が、界磁ヨーク２１内に達することを抑制することができる。すなわち、磁石４４ａからの磁力線ｍｔ１１〜ｍｔ１３、ｍｔ２１〜ｍｔ２３のうち、磁気回路Ｋ５を通る割合を低減すると共に、磁気回路Ｋ３または磁気回路Ｋ４を通る磁力線を通る割合を増加させることにより、発生するトルクを向上させることができる。
【０１００】
図１４は、弱め界磁制御がなされたときの回転電動機１１の側断面図であり、図１５は、図１４において、ＸＶ−ＸＶ線における断面図である。
【０１０１】
図１４に示すように、本実施の形態２に係る回転電動機１１の強め界磁制御も、上記実施の形態１に係る回転電動機１０の弱め界磁制御と同様に、磁力線ｍｔ５が生じるように界磁コイル５０に電流を流す。
【０１０２】
これにより、界磁ヨーク２１の側壁部２１ｂは、Ｓ極として機能する。このため、ステータティース２３ｂからステータコア２２内に入り込んだ磁力線ｍｔ１１〜ｍｔ１３、ｍｔ２１〜ｍｔ２３は、界磁ヨーク２１の側壁部２１ｂに引っ張られる。
【０１０３】
そして、磁力線ｍｔ１１〜ｍｔ１３、ｍｔ２１〜ｍｔ２３のうち、磁力線ｍｔ１２、ｍｔ１３、ｍｔ２２、ｍｔ２３が側壁部２１ｂ内に入り込み、磁気回路Ｋ５を通り、一方で、残りの磁力線ｍｔ１１、ｍｔ２１が磁気回路Ｋ３または磁気回路Ｋ４を通る。
【０１０４】
このように、磁石４４ａから発せられた磁力線ｍｔ１１〜ｍｔ１３、ｍｔ２１〜ｍｔ２３が、磁気回路Ｋ３または磁気回路Ｋ４を通る割合を低減し、磁気回路Ｋ５を通る割合を増加させる。これにより、ロータ４０とステータ３０との間を跨って流れる磁束量を低減することができ、上記実施の形態１に係る回転電動機１０と同様の作用・効果を得ることができる。
【０１０５】
本実施の形態２に係る回転電動機１１の磁石４４は、実施の形態１に係る回転電動機１０の磁石４４より、発する磁束量が多いため、高いトルクを得ることができる。
【０１０６】
（実施の形態３）
図１６を用いて、本実施の形態３に係る回転電動機について説明する。図１６は、本実施の形態３に係る回転電動機のロータ４０の斜視図である。
【０１０７】
図１６に示されるように、ロータ４０の外表面には、磁石４４ｄと磁石４４ｅとが設けられている。
【０１０８】
外方に向けられた磁石４４ｄの表面は、Ｎ極とされている。そして、この表面に対して対向する表面は、Ｓ極とされている。すなわち、磁石４４ｄのＮ極とＳ極とは、径方向に並んでいる。この磁石４４ｄは、ロータ４０の一方の端部から他方の端部に亘って延在している。
【０１０９】
磁石４４ｅは、磁石４４ｄより軸方向の長さが短くされており、ロータ４０の一方の端部から、ロータ４０の軸方向の中央部にまで延在している。そして、磁石４４ｅは、ロータ４０の外表面のうち、磁石４４ｄ間に位置する部分を覆うように設けられている。
【０１１０】
外方に向けられた磁石４４ｅの表面は、Ｓ極とされており、磁石４４ｄとは異なる磁性の磁極が外方に向けられている。
【０１１１】
このため、磁石４４ｅと、この磁石４４ｅと隣り合う位置に形成された磁石４４ｄと、ステータとを通る磁気回路が形成される。この磁気回路を通る磁束は、磁石４４ｅからの磁束と磁石４４ｄからの磁束を含み、大きい磁束量が流れるため、大きなトルクを得ることができる。
【０１１２】
そして、磁石４４ｄ間に位置するロータ４０の外表面であって、磁石４４ｅと軸方向に隣り合うロータ４０の外表面には、ロータティース４５が形成されている。
【０１１３】
図１７は、図１６におけるＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線における断面図である。この図１７に示されるように、ロータティース４５が位置する部分は、上記実施の形態１に係る回転電動機１０と同様の構成とされている。
【０１１４】
このため、ロータティース４５が形成された領域では、上記実施の形態１に係る回転電動機１０と同様の作用・効果を得ることができる。
【０１１５】
なお、上記実施の形態１から実施の形態３においては、磁石４４をロータ４０の外表面に設けているが、これに限られない。図１８に示すように、ロータ４０内に磁石４４を埋め込んでも良い。すなわち、本発明は、ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）のみならず、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）にも適用することができる。図１８に示されたロータ４０内には、２つの磁石４４Ａ，４４Ａからなる磁石対４９Ａと、磁石対４９Ａに対して周方向に間隔を隔てて配置され、２つの磁石４４Ｂ、４４Ｂからなる磁石対４９Ｂが設けられている。磁石４４Ａ、４４Ｂは、ロータ４０に形成された磁石挿入用穴部内に挿入されている。
【０１１６】
この図１８に示されたロータ４０においても、磁石４４Ａ，４４Ｂの磁極は、ロータ４０の径方向に並ぶように配置されているため、上記実施の形態１に係る回転電動機１０と同様の作用・効果を得ることができる。さらに、このように構成されたロータ４０においては、マグネットトルク（永久磁石とコイルの吸引反発力）とリラクタンストルク（磁力線の曲がりを直線にする力＝コイルが鉄をひきつける力）の両方を有効に利用することができる。
【０１１７】
（実施の形態４）
図１９および図２０を用いて、本実施の形態４に係る回転電動機１４について説明する。なお、上記図１から図１８に示された構成と、同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１１８】
図１９は、本実施の形態４に係る回転電動機１４の側断面図であり、図２０は、図１９に示されたＸＸ−ＸＸ線における断面図である。
【０１１９】
図１９に示されるように、本実施の形態４に係る回転電動機１４は、回転シャフト４１と、回転シャフト４１に固設されたロータ４０と、ステータ３０の外周に設けられた界磁ヨーク２１と、界磁コイル５０とを備えている。
【０１２０】
図２０に示されるように、ロータ４０は、２つのロータティース４５を備えており、このロータティース４５は互いに対向するように配置されている。  
【０１２１】
ロータティース４５が位置する部分における圧粉ロータコア４３ｂの径方向の厚さｔ１は、好ましくは、ロータティース４５間に位置する部分の圧粉ロータコア４３ｂの径方向の厚さｔ２の２倍以上とする。
【０１２２】
このように、ロータティース４５を径方向に突出させることにより、ステータコア２２からロータティース４５間に位置するロータコア４３の表面に磁束が漏れを抑制することができる。これにより、電機子巻線鎖交磁束が増加するので、トルクを大きくすることができる。
【０１２３】
図２１は、ロータティース長ｔ（＝ｔ１−ｔ２）と、トルクＴとの関係を示したグラフであり詳しくは、回転電動機１４の各種寸法等を下記表１とし、界磁電流２０００ＡＴ、電機子電流１６８Ａｒｍｓと設定したときのｔ−Ｔの関係を示すグラフである。
【０１２４】
【表１】
2008043099.tif 000003
【０１２５】
この図２１に示されるように、ロータティース長ｔを長くすればトルクＴも大きくなることが分かる。このため、ロータティース長ｔは、機械的強度の観点からみて問題ない範囲で設定することができ、たとえば、ｔ１＝１５ｍｍの場合は、ロータティース長さｔを、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲に設定する。
【０１２６】
図２０に示すように、ロータティース４５の周方向の中心と、一のステータティース２３の周方向の中心とを径方向に位置合わせした際に、ロータティース４５の端部と、他のステータティース２３の端部とが径方向に一致するように、ロータティース開角θ１が設定されている。たとえば、ステータティース開角θ２が１５ｄｅｇの場合には、ロータティース開角θ１は、７５ｄｅｇ程度とする。
【０１２７】
すなわち、ロータティース開角θ１の合計（θ１×（ロータティース数））は、ロータティース４５間の開角θ３の合計（θ３×（ロータティース数））より小さくなっている。
【０１２８】
一般に、ロータティース開角θ１が大きくなると、トルク発生面積が大きくなるので、トルクが大きくなる。しかし、図２０において、ロータティース開角θ１が７５ｄｅｇより大きくなると、ロータティース４５の周方向端部近傍に、非対向のステータティース２３が位置することとなり、磁束がこのステータティース２３に漏れ、トルクが減少することになる。
【０１２９】
図２２は、ロータティース開角θ１と、トルクＴとの関係を示すグラフであり、詳しくは、回転電動機１４の各種寸法等を上記表１とし、界磁電流２０００ＡＴ、電機子電流１６８Ａｒｍｓと設定したときのθ１−Ｔの関係を示すグラフである。
【０１３０】
この図２２に示されるように、ロータティース開角θ１が７５ｄｅｇ以上となると、トルクが小さくなることが分かる。ロータ４０の外径は、ステータコア２３内における磁気飽和の程度と、トルク発生面積との関係から設定されている。
【０１３１】
図２３は、ロータ４０の外径と、トルクＮとの関係を示したグラフである。この図２３に示されるように、ロータ４０の外径を漸次増加させると、トルクも上昇するが、所定の値よりロータ４０の外径が大きくなると、トルクは減少することが分かる。
【０１３２】
これは、ロータ４０の外径が所定値以上となると、ステータコア２２内で磁気飽和が生じて、電機子巻線鎖交磁束が減少する一方で、所定値より小さいときには、トルク発生面積が増大することにより、トルクが大きくなるためである。なお、図２３に示す例においては、ロータ４０の外径は、１２３ｍｍとするのが好ましい事がわかる。
【０１３３】
図２０において、ステータティース２３のステータティース開角θ２は、トルク発生面積と、ステータコア２２内および界磁ヨーク２１内の磁気飽和との関係から設定される。
【０１３４】
図２４は、ステータティース開角θ２と、トルクとの間の関係を示すグラフである。なお、界磁電流２０００ＡＴ、電機子電流１６８Ａｒｍｓと設定し、ロータ４０の外径を、１２３ｍｍとしている。また、ステータティース２３における電流密度が最大電流密度９．０Ａｒｍｓ／ｍｍ２を超えないように、ステータティース２３の断面積を維持している。この図２４に示されるように、ステータティース開角θ２が１６．５ｄｅｇ以上となると、トルクが減少することが分かる。
【０１３５】
これは、ステータティース開角θ２が１６．５ｄｅｇ以下のときには、ステータティース開角θ２を大きくすると、トルク発生面積が大きくなり、電機子巻線鎖交磁束が増大するためである。そして、ステータティース開角θ２が１６．５ｄｅｇ以上となると、界磁ヨーク４１内にて磁気飽和によるトルク低下が生じるためである。
【０１３６】
なお、界磁ヨーク２１内での磁気飽和によるトルク低下の程度は、ステータコア２２内での磁気飽和によるトルク低下の程度より小さいが、ステータティース開角θ２をさらに大きくすると、ステータコア２２内においても、磁気飽和が生じて、トルクが大幅に減少する。そこで、図２４に示す例においては、ステータティース開角θ２を、１６．５ｄｅｇに設定するのが好ましい。
【０１３７】
上記のように構成された回転電動機１４の動作について説明する。図１９において、界磁コイルに電流を供給して、界磁ヨーク２１の突部２１ｃから、圧粉ロータコア４３ｂ内に入り込み、積層ロータコア４３ａのロータティース４５からステータコア内に入り込み、その後、界磁ヨーク２１に達し、再度突部２１ｃに戻るような磁力線ｍｔ６を発生させる。
【０１３８】
図２０において、磁力線ｍｔ６は、ロータティース４５からステータコア２２に達するため、ロータティース４５の表面が、Ｎ極の極性を持つ。このため、本実施の形態４に係る回転電動機１４も、一般的な永久磁石同期モータと同様に動作する。
【０１３９】
そして、界磁コイル５０に供給する電流量を調整することにより、生成する磁束量を調整することができる。これにより、所謂「弱め界磁制御」、「強め界磁制御」を行うことができる。
【０１４０】
たとえば、界磁コイル５０に供給する電流量を大きくすることにより、図１９において、磁力線ｍｔ６の磁束量を増大させることができ、大きなトルクを得ることができる。
【０１４１】
また、界磁コイル５０に供給する電流量を低減することにより、ステータ３０とロータ４０との間に生じる磁束が低減され、高回転領域においても、コイル２４に生じる誘導起電力を弱めることができる。このように誘導起電力を低減することができるので、インバータ等の電源の最大電圧とが釣り合う回転数を高めることができる。このため、この回転電動機１０は、高回転領域においても、駆動することができる。
【０１４２】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。さらに、上記数値などは、例示であり、上記数値および範囲にかぎられない。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
本発明は、回転電動機に好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】実施の形態１に係る回転電動機の側断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
【図３】界磁コイルに電流が供給されていない状態における磁石からの磁力線の流れを示す断面図である。
【図４】回転電動機のトルク（Ｔ）と回転数（Ｎ）との関係を示すグラフである。
【図５】回転電動機に「強め界磁制御」がなされたときの側断面図である。
【図６】図５のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。
【図７】回転電動機に弱め界磁制御がなされたときの側断面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における断面図である。
【図９】実施の形態２に係る回転電動機の側面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線における断面図である。
【図１１】界磁コイルに電流が供給されていない状態における磁力線の流れを示す断面図である。
【図１２】回転電動機について、強め界磁制御がなされたときの回転電動機の側断面図である。
【図１３】図１２に示されたＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線における断面図である。
【図１４】弱め界磁制御がなされたときの回転電動機の側断面図である。
【図１５】図１４において、ＸＶ−ＸＶ線における断面図である。
【図１６】実施の形態３に係る回転電動機のロータの斜視図である。
【図１７】図１６におけるＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線における断面図である。
【図１８】本発明をＳＰＭモータに適用した例を示す断面図である。
【図１９】実施の形態４に係る回転電動機の側断面図である。
【図２０】図１９に示されたＸＸ−ＸＸ線における断面図である。
【図２１】ロータティース長ｔ（＝ｔ１−ｔ２）と、トルクＴとの関係を示したグラフである。
【図２２】ロータティース開角θ１と、トルクＴとの関係を示すグラフである。
【図２３】ロータの外径と、トルクＮとの関係を示したグラフである。
【図２４】ステータティース開角θ２と、トルクとの間の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１４５】
１０，１１  回転電動機、２１  界磁ヨーク、２１ｃ  突部、２２  ステータコア、２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ  ステータティース、２４  コイル、３０  ステータ、４０  ロータ、４３  ロータコア、４３ｂ  圧粉ロータコア、４３ａ  積層ロータコア、４４，４４ａ，４４ｂ  磁石、４５  ロータティース、ＧＰ  エアギャップ、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５  磁気回路、ｍｔ１，ｍｔ１１，ｍｔ１２，ｍｔ１３，ｍｔ２，ｍｔ２１，ｍｔ３，ｍｔ４，ｍｔ５  磁力線、Ｐ  回転方向。
【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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【図８】
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【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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