(57)【要約】【課題】ロータの回転を補助若しくは制動し、又は、ロータの回転角を検出することができるハイブリッドモータを提供する。【解決手段】円板形状のロータ１２と、ロータ１２の外周縁に沿って、ロータ１２に固定されたロータコア１６と、ロータコア１６と所定の間隙をもって配置され、励磁コイル１８が巻かれたステータコア１４とを備え、ロータ１２の上面又は下面の少なくとも一方に配置されたサブコア２２ａと、ロータ１２が回転中にサブコア２２ａと対向する位置に、サブコア２２ａから所定の間隙をもって配置されたサブコア２２ｂとを含む構成によって上記課題を解決することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと、
前記ロータに固定されたロータコアと、
励磁コイルが巻かれたステータコアと、を備え、
前記励磁コイルに励磁電流を流すことによって前記ステータコアから磁場を発生させ、当該磁場と前記ロータコアとの電磁的相互作用により前記ロータコアに生ずる電磁気力を利用して前記ロータを回転させるモータであって、
サブコアと、
前記サブコアに巻かれたサブコイルと、をさらに含み、
前記サブコイルは、前記励磁コイルに接続される電源とは別の電気回路に接続されることを特徴とするハイブリッドモータ。
【請求項２】
円板形状のロータと、
前記ロータの外周縁に沿って前記ロータに固定されたロータコアと、
前記ロータコアと所定の間隙をもって配置され、励磁コイルが巻かれたステータコアと、を備え、
前記励磁コイルに励磁電流を流すことによって前記ステータコアから磁場を発生させ、当該磁場と前記ロータコアとの電磁的相互作用によって前記ロータコアに生ずる電磁気力を利用して前記ロータを回転させるモータであって、
前記ロータの上面又は下面の少なくとも一方に配置された第１のサブコアと、
前記ロータの回転中に前記第１のサブコアと対向する位置に、前記第１のサブコアから所定の間隙をもって配置された第２のサブコアと、
を含むことを特徴とするハイブリッドモータ。
【請求項３】
円板形状のロータと、
前記ロータの外周縁に沿って前記ロータに固定されたロータコアと、
前記ロータコアと所定の間隙をもって配置され、励磁コイルが巻かれたステータコアと、を備え、
前記励磁コイルに励磁電流を流すことによって前記ステータコアから磁場を発生させ、当該磁場と前記ロータコアとの電磁的相互作用によって前記ロータコアに生ずる電磁気力を利用して前記ロータを回転させるモータであって、
前記ロータの上面又は下面の少なくとも一方に配置された永久磁石と、
前記ロータの回転中に前記永久磁石と対向する位置に、前記永久磁石から所定の間隙をもって配置されたサブコアと、
を含むことを特徴とするハイブリッドモータ。
【請求項４】
円板形状のロータと、
前記ロータの上面又は下面の少なくとも一方に固定されたロータコアと、
前記ロータコアと所定の間隙をもって配置され、励磁コイルが巻かれたステータコアと、を備え、
前記励磁コイルに励磁電流を流すことによって前記ステータコアから磁場を発生させ、当該磁場と前記ロータコアとの電磁的相互作用によって前記ロータコアに生ずる電磁気力を利用して前記ロータを回転させるモータであって、
前記ロータの外周縁に沿って配置された第１のサブコアと、
前記ロータの回転中に前記第１のサブコアと対向する位置に、前記第１のサブコアから所定の間隙をもって配置された第２のサブコアと、
を含むことを特徴とするハイブリッドモータ。
【請求項５】
円板形状のロータと、
前記ロータの上面又は下面の少なくとも一方に固定されたロータコアと、
前記ロータコアと所定の間隙をもって配置され、励磁コイルが巻かれたステータコアと、を備え、
前記励磁コイルに励磁電流を流すことによって前記ステータコアから磁場を発生させ、当該磁場と前記ロータコアとの電磁的相互作用によって前記ロータコアに生ずる電磁気力を利用して前記ロータを回転させるモータであって、
前記ロータの外周縁に沿って配置された永久磁石と、
前記ロータの回転中に前記永久磁石と対向する位置に、前記永久磁石から所定の間隙をもって配置されたサブコアと、
を含むことを特徴とするハイブリッドモータ。
【請求項６】
中空円筒形状のロータと、
前記ロータの内周に沿って前記ロータに固定されたロータコアと、
前記ロータコアと所定の間隙をもって配置され、励磁コイルが巻かれたステータコアと、を備え、
前記励磁コイルに励磁電流を流すことによって前記ステータコアから磁場を発生させ、当該磁場と前記ロータコアとの電磁的相互作用によって前記ロータコアに生ずる電磁気力を利用して前記ロータを回転させるモータであって、
前記ロータの上面又は下面の少なくとも一方に固定された第１のサブコアと、
前記ロータの回転中に前記第１のサブコアと対向する位置に、前記第１のサブコアから所定の間隙をもって配置された第２のサブコアと、
を含むことを特徴とするハイブリッドモータ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載のハイブリッドモータにおいて、
前記サブコアは、Ｕ字型に屈曲した鋼板を電気的な絶縁物を挟み込んで積層した積層体を含んでなることを特徴とするハイブリッドモータ。
【請求項８】
請求項７に記載のハイブリッドモータにおいて、
前記鋼板は、磁化が容易な容易磁化方向を有する方向性電磁鋼板であり、
前記サブコアは、前記鋼板の屈曲方向と略平行に容易磁化方向を向けて積層した積層体を含んでなることを特徴とするハイブリッドモータ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載のハイブリッドモータにおいて、
前記ステータコア又は前記ロータコアは、Ｕ字型に屈曲した鋼板を電気的な絶縁物を挟み込んで積層した積層体を含んでなることを特徴とするハイブリッドモータ。
【請求項１０】
請求項９に記載のハイブリッドモータにおいて、
前記ステータコア又は前記ロータコアに含まれる鋼板は、磁化が容易な容易磁化方向を有する方向性電磁鋼板であり、
前記ステータコア又は前記ロータコアは、前記鋼板の屈曲方向と略平行に容易磁化方向を向けて積層した積層体を含んでなることを特徴とするハイブリッドモータ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載のハイブリッドモータにおいて、
前記サブコアの少なくとも１つに巻かれたサブコイルと、
前記サブコイルに接続された補助電源と、をさらに含み、
前記補助電源から前記サブコイルに励磁電流を流すことによって前記ロータの回転を補助する動力を発生させることを特徴とするハイブリッドモータ。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載のハイブリッドモータにおいて、
前記サブコアの少なくとも１つに巻かれたサブコイルをさらに含み、
前記ロータの回転に伴って前記サブコイルに発生する回生電力を取り出すことを特徴するハイブリッドモータ。
【請求項１３】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載のハイブリッドモータにおいて、
前記サブコアの少なくとも１つに巻かれたサブコイルをさらに含み、
前記ロータの回転に伴って前記サブコイルに発生する電力を用いて、前記ロータの回転角を検出することを特徴とするハイブリッドモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サブコアを配設したハイブリッドモータに関する。より詳しくは、ロータの回転を補助若しくは制動し、又は、ロータの回転角を検出するためにサブコアを配設したハイブリッドモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
スイッチド・リラクタンスモータ（以下、ＳＲモータという）は構造が簡単であるため、堅固及び安価な特徴を有している（例えば、特開平１０−１１２９６４号公報）。
【０００３】
図１２に、ＳＲモータの内部構造の平面図及び断面図を示す。図１２（ａ）は、図１２（ｃ）の横断面図においてＮ−Ｎ方向に見た平面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ｃ）の横断面図においてＮ’−Ｎ’方向に見た平面図である。また、図１２（ｃ）は図１２（ａ）及び（ｂ）においてＰ−Ｐ方向に見た断面図である。
【０００４】
ＳＲモータは筒状のステータ１０を有し、ステータ１０の中心軸と同軸上に回転軸を有するロータ１２がベアリング２０を介して配置される。
【０００５】
ステータ１０には複数のＵ字型のステータコア１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）が等角度間隔で設けられる。ステータコア１４はＵ字型の形状を有し、ロータ１２の中心軸にそのＵ字型端部を向けて配置される。各ステータコア１４には、ステータコア１４の外部に磁場を発生させるための励磁コイル１８（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ）が設けられる。
【０００６】
一方、ロータ１２には複数のロータコア１６が設けられる。ロータコア１６はＵ字型の形状を有し、ロータ１２の外周部付近に等角度間隔に配設される。ロータ１２の回転中にステータコア１４のＵ字型端部とロータコア１６のＵ字型端部が所定の間隔を維持しつつ対向するように固定される。
【０００７】
ステータコア１４の励磁コイル１８に励磁電流を流すことによって、ステータコア１４からロータ１２に向かって磁場が発生する。発生した磁場は、発生元となったステータコア１４と近接する位置にあるロータコア１６と閉磁場回路を形成して電磁的に相互作用し、その電磁気力によってロータコア１６がステータコア１４に引き付けられる。
【０００８】
例えば、三相ＳＲモータでは、図１２に示すように、６個のステータコア１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）と４個のロータコア１６を設け、ステータコア１４ａの励磁コイル１８ａには三相交流のＷ相を、ステータコア１４ｂの励磁コイル１８ｂには三相交流のＵ相を、ステータコア１４ｃの励磁コイル１８ｃには三相交流のＶ相をそれぞれ印加して、ステータコア１４ａ，１４ｂ又は１４ｃを順に励磁することによってロータ１２を回転させることができる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−１１２９６４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術におけるＳＲモータにおいては、励磁コイル１８への励磁電流の切り替えによって磁場を発生させ、その磁場を用いてロータ１２を回転させるため、図１３に示すように、励磁電流の切り替え時に磁場が弱くなり、それによってロータ１２の回転トルクにリプルが発生する。このようなリプルはロータ１２に振動を発生させ、その振動によって騒音も大きくなる問題があった。
【００１１】
このトルクリプルを低減してスムーズな回転をさせるためには、ロータ１２の回転角を検出し、その回転角に応じて励磁電流を増減する等の制御を行う必要がある。従来は、ロータ１２の回転軸に光学式のエンコーダなどを配置してこの回転角の検出を行う必要があった。
【００１２】
さらに、励磁コイル１８に励磁電流を流すことによってロータ１２を回転させるため、ロータ１２の回転による逆起電力をステータ１０側で回生させたい場合に励磁電流の印加と回生電流の取り出しとをタイミングを計って切り替える必要があり、制御が困難である問題もあった。
【００１３】
また、通常、モータの起動時には大きな回転トルクが必要とされるため、補助的に回転トルクを発生できる手段が望まれている。
【００１４】
本発明は、従来技術の問題を鑑み、上記従来技術の少なくとも１つを解決するために、ロータの回転を補助若しくは制動し、又は、ロータの回転角を検出するためにサブコアを配設したハイブリッドモータを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、ロータと、前記ロータに固定されたロータコアと、励磁コイルが巻かれたステータコアと、を備え、前記励磁コイルに励磁電流を流すことによって前記ステータコアから磁場を発生させ、当該磁場と前記ロータコアとの電磁的相互作用により前記ロータコアに生ずる電磁気力を利用して前記ロータを回転させるモータであって、サブコアと、前記サブコアに巻かれたサブコイルと、をさらに含み、前記サブコイルは、前記励磁コイルに接続される電源とは別の電気回路に接続されることを特徴とする。
【００１６】
より具体的な態様は、円板形状のロータと、前記ロータの外周縁に沿って前記ロータに固定されたロータコアと、前記ロータコアと所定の間隙をもって配置され、励磁コイルが巻かれたステータコアと、を備え、前記励磁コイルに励磁電流を流すことによって前記ステータコアから磁場を発生させ、当該磁場と前記ロータコアとの電磁的相互作用によって前記ロータコアに生ずる電磁気力を利用して前記ロータを回転させるモータであって、前記ロータの上面又は下面の少なくとも一方に配置された第１のサブコアと、前記ロータの回転中に前記第１のサブコアと対向する位置に、前記第１のサブコアから所定の間隙をもって配置された第２のサブコアと、を含むことを特徴とする。
【００１７】
また、別の具体的態様は、円板形状のロータと、前記ロータの外周縁に沿って、前記ロータに固定されたロータコアと、前記ロータコアと所定の間隙をもって配置され、励磁コイルが巻かれたステータコアと、を備え、前記励磁コイルに励磁電流を流すことによって前記ステータコアから磁場を発生させ、当該磁場と前記ロータコアとの電磁的相互作用によって前記ロータコアに生ずる電磁気力を利用して前記ロータを回転させるモータであって、前記ロータの上面又は下面の少なくとも一方に配置された永久磁石と、前記ロータの回転中に前記永久磁石と対向する位置に、前記永久磁石から所定の間隙をもって配置されたサブコアと、を含むことを特徴とする。
【００１８】
さらに、別の具体的態様は、円板形状のロータと、前記ロータの上面又は下面の少なくとも一方に固定されたロータコアと、前記ロータコアと所定の間隙をもって配置され、励磁コイルが巻かれたステータコアと、を備え、前記励磁コイルに励磁電流を流すことによって前記ステータコアから磁場を発生させ、当該磁場と前記ロータコアとの電磁的相互作用によって前記ロータコアに生ずる電磁気力を利用して前記ロータを回転させるモータであって、前記ロータの外周縁に沿って配置された第１のサブコアと、前記ロータの回転中に前記第１のサブコアと対向する位置に、前記第１のサブコアから所定の間隙をもって配置された第２のサブコアと、を含むことを特徴とする。
【００１９】
さらに、別の具体的態様は、円板形状のロータと、前記ロータの上面又は下面の少なくとも一方に固定されたロータコアと、前記ロータコアと所定の間隙をもって配置され、励磁コイルが巻かれたステータコアと、を備え、前記励磁コイルに励磁電流を流すことによって前記ステータコアから磁場を発生させ、当該磁場と前記ロータコアとの電磁的相互作用によって前記ロータコアに生ずる電磁気力を利用して前記ロータを回転させるモータであって、前記ロータの外周縁に沿って配置された永久磁石と、前記ロータの回転中に前記永久磁石と対向する位置に、前記永久磁石から所定の間隙をもって配置されたサブコアと、を含むことを特徴とする。
【００２０】
さらに、別の具体的態様は、中空円筒形状のロータと、前記ロータの内周に沿って、前記ロータに固定されたロータコアと、前記ロータコアと所定の間隙をもって配置され、励磁コイルが巻かれたステータコアと、を備え、前記励磁コイルに励磁電流を流すことによって前記ステータコアから磁場を発生させ、当該磁場と前記ロータコアとの電磁的相互作用によって前記ロータコアに生ずる電磁気力を利用して前記ロータを回転させるモータであって、前記ロータの上面又は下面の少なくとも一方に固定された第１のサブコアと、前記ロータの回転中に前記第１のサブコアと対向する位置に、前記第１のサブコアから所定の間隙をもって配置された第２のサブコアと、を含むことを特徴とする。
【００２１】
ここで、上記ハイブリッドモータにおいて、前記サブコアは、略Ｕ字型に屈曲した鋼板を電気的な絶縁物を挟み込んで積層した積層体を含んでなることが好適である。特に、前記鋼板は、磁化が容易な容易磁化方向を有する方向性電磁鋼板であり、前記サブコアは、前記鋼板の屈曲方向と略平行に容易磁化方向を向けて積層した積層体を含んでなることがより好適である。
【００２２】
また、上記ハイブリッドモータにおいて、前記ステータコア又は前記ロータコアは、略Ｕ字型に屈曲した鋼板を電気的な絶縁物を挟み込んで積層した積層体を含んでなることが好適である。特に、前記ステータコア又は前記ロータコアに含まれる鋼板は、磁化が容易な容易磁化方向を有する方向性電磁鋼板であり、前記ステータコア又は前記ロータコアは、前記鋼板の屈曲方向と略平行に容易磁化方向を向けて積層した積層体を含んでなることがより好適である。
【００２３】
また、上記ハイブリッドモータにおいて、前記サブコアの少なくとも１つに巻かれたサブコイルと、前記サブコイルに接続された補助電源と、をさらに含み、前記補助電源から前記サブコイルに励磁電流を流すことによって前記ロータの回転を補助する動力を発生させることが好ましい。
【００２４】
また、上記ハイブリッドモータにおいて、前記サブコアの少なくとも１つに巻かれたサブコイルをさらに含み、前記ロータの回転に伴って前記サブコイルに発生する回生電力を取り出すことが好ましい。
【００２５】
また、上記ハイブリッドモータにおいて、前記サブコアの少なくとも１つに巻かれたサブコイルをさらに含み、前記ロータの回転に伴って前記サブコイルに発生する電力を用いて、前記ロータの回転角を検出することが好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
＜モータの構造＞
本発明の実施の形態におけるモータは、図１に示すように、従来のＳＲモータと同様にステータ１０、ロータ１２、ステータコア１４、ロータコア１６、励磁コイル１８及びベアリング２０を含んで構成される。本実施の形態のＳＲモータは、さらにサブコア２２（２２ａ，２２ｂ）及びサブコイル２４を有する点で特徴的である。
【００２７】
ここで、図１（ａ）は、図１（ｃ）の横断面図においてＡ−Ａ方向に見た平面図であり、図１（ｂ）は図１（ｃ）の横断面図においてＡ’−Ａ’方向に見た平面図である。また、図１（ｃ）は図１（ａ）及び（ｂ）においてＢ−Ｂ方向に見た断面図である。
【００２８】
ステータ１０は、その内部にロータ１２を格納可能な円筒形状を有する。ステータ１０は、磁束を通し難い非磁性体から構成される。
【００２９】
ステータコア１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）は、ステータ１０の内周に沿って等角度間隔で複数配設される。各ステータコア１４は、Ｕ字型に曲げられた形状を有し、そのＵ字端部をステータ１０の中心に向けてステータ１０に固定される。ここで、Ｕ字型形状は一例であり、完全なＵ字型を有する必要はない。さらに、図１（ｃ）に示すように、スタータコア１４のＵ字端部はステータ１０の中心軸と垂直な方向（ラジアル方向）に向かって突出していることが好ましい。このとき、垂直な方向とは中心軸に対して完全に垂直である必要はなく、ほぼ垂直であれば良い。
【００３０】
各ステータコア１４には励磁コイル１８（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ）が巻かれる。各励磁コイル１８は、それぞれ励磁用の電源に接続される。例えば、図１に示すＳＲモータでは、６個のステータコア１４が設けられており、ステータコア１４ａの励磁コイル１８ａには三相交流のＷ相が、ステータコア１４ｂの励磁コイル１８ｂには三相交流のＵ相が、ステータコア１４ｃの励磁コイル１８ｃには三相交流のＶ相がそれぞれ接続される。
【００３１】
ステータコア１４は、磁力を低下させることなく磁場回路を形成できるように強磁性体を含む材料で構成することが好ましい。例えば、軟性磁性体であるフェライト等の鉄系酸化物を用いることが好ましい。
【００３２】
ロータ１２は、薄型化された平板状の形状を有し、ステータ１０の内部に格納される。ロータ１２は、ベアリング２０を介して、ステータ１０に対して相対的に回転可能に固定される。このとき、図１（ｃ）に示すように、ロータ１２の外周端部がステータコア１４の端部と所定の間隙（ギャップ）をもって配置される。また、ロータ１２は、磁束を通し難い非磁性体から構成されることが好ましい。
【００３３】
ロータコア１６は、ロータ１２の外周端部に沿って等角度間隔に複数配置される。各ロータコア１６は、ロータ１２の回転中にステータコア１４のＵ字端部とロータコア１６の端部が所定の間隔を維持して対向するように固定される。ロータコア１６は、磁力を低下させることなく磁場回路を形成できるように強磁性体を含む材料で構成することが好ましい。例えば、軟性磁性体であるフェライト等の鉄系酸化物を用いることが好ましい。
【００３４】
ロータコア１６の数と、ステータコア１４の数は互いに倍数の関係にならないように設定される。本実施形態では、ステータコア１４の数が６個であり、ロータコア１６の数が４個であるＳＲモータが例示されている。その他に、ステータコア１４の数／ロータコア１６の数が、８／６，１２／８又は１８／１２等の組み合わせにすることができる。
【００３５】
さらに本実施の形態のモータには、サブコア２２が設けられる。サブコア２２は、ロータ１２側に設けられるサブコア２２ａと、ステータ１０側に設けられるサブコア２２ｂとに分けられる。
【００３６】
サブコア２２ａは、ロータ１２の上面２６と下面２８との少なくとも一方に少なくとも１つ以上設けられる。本発明の効果を高めるためには、サブコア２２ａは上面２６と下面２８との両方に設けることが好ましい。図１の例では、ロータ１２の上面２６及び下面２８の両方にサブコア２２ａを設けている。
【００３７】
サブコア２２ａはＵ字型の形状とし、モータのサイズを小型化するために、図１の例示するように、ロータ１２の上面２６又は下面２８に埋め込んで固定することが好ましい。このとき、サブコア２２ａのＵ字型の端部をロータ１２の回転軸方向（アキシャル方向）に向けて配置する。
【００３８】
サブコア２２ｂは、ロータ１２の回転中にサブコア２２ａに対向するようにステータ１０に設けられる。サブコア２２ａがロータ１２の上面２６に設けられた場合にはステータ１０の上側に設けられ、サブコア２２ａがロータ１２の下面２８に設けられた場合にはステータ１０の下側に設けられる。本発明の効果を高めるためには、サブコア２２ａをロータ１２の上面２６と下面２８との両方に設け、それらに対向するようにサブコア２２ｂをステータ１０の上側及び下側の両方に設けることが好ましい。さらに、サブコア２２ｂにはサブコイル２４が巻かれる。
【００３９】
サブコア２２ｂはＵ字型の形状とし、モータのサイズを小型化するために、図１に例示するように、ステータ１０に埋め込んで固定することが好ましい。このとき、サブコア２２ｂのＵ字型の端部をロータ１２の回転軸方向（アキシャル方向）に向け、ロータ１２の回転中にサブコア２２ａと所定の間隙を隔てて対向するように配置する。
【００４０】
サブコア２２ａ及び２２ｂは、磁力を低下させることなく磁場回路を形成できるように強磁性体を主材料として構成することが好ましい。例えば、軟性磁性体であるフェライト等の鉄系酸化物を主材料として用いることが好ましい。
【００４１】
サブコア２２ａの数と、サブコア２２ｂの数も、ステータコア１４とロータコア１６と同様に、互いに倍数の関係にならないように設定される。本実施形態では、サブコア２２ａの数が４個であり、サブコア２２ｂの数が６個であるモータを例示したがこれに限られるものではなく、その他に、サブコア２２ａの数／サブコア２２ｂの数が、８／６，１２／８又は１８／１２等の組み合わせにすることもできる。
【００４２】
上記のサブコア２２ａ，２２ｂ及びサブコイル２４の配置は一例であり、これに限られるものではなく、他の構造のＳＲモータ又はＳＲモータ以外のモータに対しても同様に適用することができる。
【００４３】
＜モータの駆動方法＞
ステータコア１４に巻かれた励磁コイル１８の少なくとも１つに励磁電流を流すことによって、ステータコア１４からロータ１２に向かって磁場を発生させ、発生元となったステータコア１４に近接するロータコア１６と閉磁場回路を形成させる。閉磁場回路の形成によって当該ロータコア１６には電磁気力が発生し、その電磁気力によってロータコア１６が磁場の発生元となったステータコア１４に引き付けられ、ロータ１２が回転する。
【００４４】
例えば、図１において三相交流電源を用いた場合、従来のＳＲモータと同様に、ステータコア１４ａの励磁コイル１８ａには三相交流のＷ相を、ステータコア１４ｂの励磁コイル１８ｂには三相交流のＵ相を、ステータコア１４ｃの励磁コイル１８ｃには三相交流のＶ相をそれぞれ印加することによってロータ１２を回転させることができる。
【００４５】
同時に、サブコア２２ｂに巻かれたサブコイル２４に励磁電流を流すことによってロータ１２に向かって磁場を発生させ、発生元となったサブコア２２ｂに近接するサブコア２２ａと閉磁場回路を形成させることでロータ１２に補助的な駆動力を生み出すことができる。
【００４６】
例えば、モータの起動時等の大きなトルクを必要とする場合に、ステータコア１４によって発生するトルクと同一方向にトルクを発生させるようにサブコイル２４に励磁電流を流せば大きなトルクを得ることができる。
【００４７】
また、従来のモータにおいて発生するトルクリプルを低減するために、図２に示すように、トルクリプルが発生するタイミングに合わせて、トルクリプルの谷を埋めるために必要な励磁電流をサブコイル２４に流すこともできる。これによって、トルクリプルの低減を図ることができ、トルクリプルに伴って生ずるモータの振動や騒音を抑制することができる。
【００４８】
逆に、ロータの回転を制動したい場合には、ロータの回転方向と逆方向にトルクを発生させるようにサブコイル２４に励磁電流を流すことによって電磁ブレーキとして利用することもできる。
【００４９】
＜変形例１＞
次に、本実施の形態の変形例１について以下に詳細に説明する。本変形例１におけるモータは、図３に示すように、ロータ１２のサブコア２２ａが永久磁石３０に置き換えられていることに特徴を有する。ここで、図３（ａ）は、図３（ｃ）の横断面図においてＣ−Ｃ方向に見た平面図であり、図３（ｂ）は図３（ｃ）の横断面図においてＣ’−Ｃ’方向に見た平面図である。また、図３（ｃ）は図３（ａ）及び（ｂ）においてＤ−Ｄ方向に見た断面図である。
【００５０】
永久磁石３０はロータ１２の上面又は下面の少なくとも一方に少なくとも１つ配設される。永久磁石３０を複数配設する場合には、図３（ｂ）に示すように、回転方向に沿ってＮ極及びＳ極が交互に現れるように配置する。
【００５１】
ステータ１０に設けられるサブコア２２ｂの数と、ロータ１２に設けられる永久磁石３０の数は互いに倍数の関係にならないように設定される。本変形例１では、永久磁石３０の数とサブコア２２ｂの数は互いに倍数の関係にならないように設定される。本変形例１では、永久磁石３０の数が４個であり、サブコア２２ｂの数が６個であるモータを例示したがこれに限られるものではなく、その他に、永久磁石３０の数／サブコア２２ｂの数が、８／６，１２／８又は１８／１２等の組み合わせにすることもできる。
【００５２】
本変形例１のモータにおいては、サブコア２２ｂに巻かれたサブコイル２４に励磁電流を流すことによって、永久磁石３０と電磁気的な相互作用を起こさせることでロータ１２に補助的な駆動力を生み出すことができる。
【００５３】
例えば、上述のようにモータの起動時等の大きなトルクを必要とする場合やトルクリプルを低減させたい場合に、ステータコア１４によって発生するトルクと同一方向にトルクを発生させるようにサブコイル２４に励磁電流を流すことによって、大きなトルクを得たり、トルクリプルを低減したりすることができる。
【００５４】
さらに、ステータ１０に固定されたサブコア２２ｂのサブコイル２４に回生電流を取り出す回路を接続することによって、ロータ１２の回転に伴って永久磁石３０とサブコア２２ｂとの電磁気的な相互作用によって発生する回生電力を取り出すこともできる。この回生電力は、モータの付属回路の駆動電源等に利用することができる。また、回生電力を取り出すことによって、ロータの回転を制動することもできる。
【００５５】
また、より積極的にロータの回転を制動したい場合には、ロータの回転方向と逆方向にトルクを発生させるようにサブコイル２４に励磁電流を流すことによって電磁ブレーキとして利用することもできる。
【００５６】
また、図４に示すように、ロータ１２に永久磁石を１つだけ設けておくことによって、ロータ１２の回転角を検出するセンサを構成することもできる。ここで、図４（ａ）は、図４（ｃ）の横断面図においてＥ−Ｅ方向に見た平面図であり、図４（ｂ）は図４（ｃ）の横断面図においてＥ’−Ｅ’方向に見た平面図である。また、図４（ｃ）は図４（ａ）及び（ｂ）においてＦ−Ｆ方向に見た断面図である。ロータ１２の回転に伴ってステータ１０に設けられた複数のサブコア２２ｂが順に励磁され、そのサブコア２２ｂに巻かれたサブコイル２４に起電力が発生する。この起電力を検出することによって、ロータ１２の回転角を検出するセンサを構成することもできる。回転角の検出が可能となることによって、別途光学的エンコーダ等を設けることなく、モータ駆動用の励磁電流の制御を行うことができる。
【００５７】
＜変形例２＞
次に、本実施の形態の変形例２について以下に詳細に説明する。本変形例２におけるモータは、図５に示すように、ロータがステータの外部に設けられたアウターロータ構造となっている点に特徴を有する。ここで、図５（ａ）は、図５（ｃ）の横断面図においてＧ−Ｇ方向に見た平面図であり、図５（ｂ）は図５（ｃ）の横断面図においてＧ’−Ｇ’方向に見た平面図である。また、図５（ｃ）は図５（ａ）及び（ｂ）においてＨ−Ｈ方向に見た断面図である。
【００５８】
本変形例２におけるモータは、図５に示すように、上記実施形態においてステータ１０とロータ１２との相対的な位置関係を入れ替えて同様に構成することができる。また、図６に示すように、上記変形例１においてステータ１０とロータ１２との相対的な位置関係を入れ替えた構成とすることもできる。なお、図６（ａ）は、図６（ｃ）の横断面図においてＪ−Ｊ方向に見た平面図であり、図６（ｂ）は図６（ｃ）の横断面図においてＪ’−Ｊ’方向に見た平面図、図６（ｃ）は図６（ａ）及び図６（ｂ）においてＫ−Ｋ方向に見た断面図である。
【００５９】
本変形例２においても、ロータ１２の内部に位置するステータ１０に設けられたサブコア２２ｂに巻かれたサブコイル２４に励磁電流を流すことによって、ロータ１２のサブコア２２ａ又は永久磁石３０と電磁気的な相互作用を起こさせることによってロータ１２に補助的な駆動力を発生させることができる。
【００６０】
また、ロータ１２に永久磁石３０を設けた場合には、上記変形例１と同様に、回生電力を取り出したり、ロータ１２の回転角を検出するセンサを構成したりすることもできる。
【００６１】
このようなアウターロータ構造のモータは、図７に示すように、電気自動車やハイブリッド自動車等のタイヤホイール内に格納して用いるが有効である。このように、タイヤホイール４０をロータ１２に固定して、その内部にサブコア２２を有するステータ１０を格納することによって自動車の始動トルクの補助駆動源として利用したり、電磁ブレーキとして働かせたりすることができる。さらに、回生電力を他の電気回路の電源として利用することもできる。特に、ディスクブレーキやドラムブレーキ等の機械的な構成を簡略化することが可能となり、さらに油圧系や倍力装置等を簡略化することもできる点からも優れている。
【００６２】
＜変形例３＞
次に、本実施の形態の変形例３について以下に詳細に説明する。本変形例３におけるモータは、図８に示すように、上記実施の形態におけるステータコア１４及びロータコア１６とサブコア２２ａ及び２２ｂの位置関係を入れ替えた構造となっている。ここで、図８（ａ）は、図８（ｃ）の横断面図においてＬ−Ｌ方向に見た平面図であり、図８（ｂ）は図８（ｃ）の横断面図においてＬ’−Ｌ’方向に見た平面図である。また、図８（ｃ）は図８（ａ）及び（ｂ）においてＭ−Ｍ方向に見た断面図である。
【００６３】
本変形例３においても、サブコイル２４に励磁電流を流すことによって、ロータ１２に補助的な駆動力を発生させたり、サブコイル２４から回生電力を取り出したり、ロータ１２の回転角を検出したりすることができる。
【００６４】
特に、サブコア２２ａ及び２２ｂは一般的にステータコア１４及びロータコア１６よりも小さいため、本変形例３のようにサブコア２２ａ，２２ｂをモータのラジアル方向に配置することで、同じ直径を有するロータを用いた場合にモータの外径を小さくすることができる利点がある。
【００６５】
＜サブコアに最適な構造及びその製造方法＞
本実施の形態で用いられるサブコア２２ａ及び２２ｂに好適な構造及びその製造方法について以下に詳細に説明する。
【００６６】
サブコア２２ａ及び２２ｂは、強磁性体を一体成型したり、強磁性体のブロック材を組み合わせてＵ字型に成形することもできるが、強磁性体の鋼板の積層体を含んでなることが好ましい。すなわち、図９に示すように、各々がＵ字型に曲げられた複数の鋼板３２を積層して、硬化樹脂等の絶縁物３４を接着材料として一体に形成した積層体３６を含むことが好適である。
【００６７】
鋼板３２は、鉄を主材料として珪素を混合した軟性磁性体である鉄系酸化物等を含む電磁鋼板とすることが好ましい。さらに、方向性電磁鋼板を用い、サブコア２２ａ，２２ｂ内に形成される磁場の磁力線に沿った方向に方向性電磁鋼板の容易磁化方向を配置することがより好ましい。
【００６８】
このとき、各鋼板３２間に電気的絶縁物３４を挟み込み、サブコア２２ａ，２２ｂを磁束が貫いた場合に鋼板３２間を跨って渦電流が流れ難い構成とすることがより好ましい。例えば、各鋼板３２間に所定間隔の隙間を設けて、空気や不活性ガス等の絶縁特性を有する気体を挟む構造や各鋼板の表面に電気抵抗の高い表面皮膜を設けた後に積層する構造とすることができる。
【００６９】
サブコア２２ａ及び２２ｂは、図１０に示す製造フローによって製造することができる。ここでは、鋼板３２として方向性磁性鋼板を用いてサブコア２２ａ，２２ｂを製造する場合を説明する。
【００７０】
まず、方向性磁性鋼板３２を準備し（図１０（ａ））、その容易磁化方向に沿って鋼板３２を巻き付けて、所定の形状の巻き積層体３８を積層する（図１０（ｂ））。このとき、各鋼板３２間に電気的絶縁性の高い硬化樹脂材を挟み込みながら積層する。次に、硬化樹脂材を硬化させて各鋼板３２を接着し、巻き積層体３８を一体化させる（図１０（ｃ））。その後、巻き積層体３８を所定位置で切断することによって（図１０（ｄ））、Ｕ字型の形状を有するサブコア２２ａ及び２２ｂを製造することができる（図１０（ｅ））。
【００７１】
以上のように、サブコア２２ａ，２２ｂを電磁鋼板の積層体から構成することによって、使用時にサブコア２２ａ，２２ｂの内部を貫く磁場の磁力線を遮る部分を無くし、サブコア２２ａ，２２ｂで形成される閉磁場回路の磁気抵抗を低減することができる。その結果、電気エネルギーと磁場との変換を低損失で行うことができる。
【００７２】
また、サブコア２２ａ，２２ｂと同じ理由から、ステータコア１４やロータコア１６を電磁鋼板の積層体を含む構成とすることが好ましい。
【００７３】
以上の実施の形態及び変形例においては、サブコア２２ａ，２２ｂはＵ字型の形状を有するものとして説明を行ったが、これに限られるものではなく、巻き積層体３８の切断位置を変更することによって異なる形状としても本発明の効果を得ることができる。すなわち、サブコア２２ａとサブコア２２ｂとで形成される閉磁場回路が磁性体の接合等により遮断されないものであれば良く、例えば図１１に示すように、電磁鋼板の積層体の切断位置を変更することによって、斜めに切断された端部を有するＵ字形状のサブコア２２ａと、斜めに切断された端部を有する直線状のサブコア２２ｂとの組み合わせを用いることもできる。また、逆に、サブコア２２ａを斜めに切断された端部を有する直線形状とし、サブコア２２ｂを斜めに切断された端部を有するＵ字形状とすることもできる。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば、ロータの回転を補助若しくは制動し、又は、ロータの回転角を検出することができるハイブリッドモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるモータの構造を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるモータによるトルクリプルの低減作用を示す図である。
【図３】本発明の変形例１におけるモータの構造を示す図である。
【図４】変形例１において回転角の検出を可能としたモータの構造を示す図である。
【図５】本発明の変形例２におけるモータの構成を示す図である。
【図６】本発明の変形例２におけるモータの別の構造を示す図である。
【図７】変形例２のアウターロータ構造をタイヤの駆動手段として適用した例を示す図である。
【図８】本発明の変形例３におけるモータの構成を示す図である。
【図９】本発明のモータに用いられるサブコアに適した構造を示す図である。
【図１０】本発明に用いられるサブコアの製造工程を示す図である。
【図１１】本発明のモータに用いられるサブコアに適した別の例を示す図である。
【図１２】従来のモータの構造を示す図である。
【図１３】モータ回転時に発生するトルクリプルを示す図である。
【符号の説明】
１０  ステータ、１２  ロータ、１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ  ステータコア、１６  ロータコア、１８  励磁コイル、２０  ベアリング、２２，２２ａ，２２ｂ  サブコア、２４  サブコイル、２６  ロータの上面、２８  ロータの下面、３０  永久磁石、３２  鋼板、３４  絶縁材、３６  積層体、３８  巻き積層体、４０  タイヤホイール。
【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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