(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジングの内周面に固定されたステータコアと、
前記ステータコアに巻装された電機子巻線と、
前記ステータコアの内周面に所定ギャップを隔てて前記ハウジングに相対回転自在に支承される円筒状のロータコアと、
前記ロータコアに固定されて前記ロータコアの外周面に界磁極を形成する永久磁石と、
前記ロータコアに軸方向に挿通されて前記永久磁石により形成される磁石磁界を磁気的に短絡する磁気短絡部材と、
前記ロータコアの径内側に配置されて前記界磁ヨーク及び前記ロータコアを通じて前記磁気短絡部材に磁束を流す界磁コイルと、
前記ロータコアの径内側に配置されて前記ロータコア及び磁気短絡部材とともに前記界磁コイルが形成する磁束を貫流させる磁気部材と、
を備え、
前記ロータコアは、螺旋巻きされて軸方向に積層された軟磁性板により形成されて前記界磁コイルの外周面と前記ステータコアの内周面との間に介設され、
前記短絡部材は、前記ロータコアに軸方向に貫設された短絡部材収容用貫通孔に挿通され、
前記ロータコアの内周部は、前記界磁コイルの両側に位置して前記磁気部材の外周面に向けて径内側へ突設された磁気的凸部と、前記界磁ヨークとの間の磁気抵抗が前記磁気的凸部よりも大きい磁気的凹部とを前記ロータコアの周方向磁極ピッチで交互に有し、
前記ロータコアの軸方向一端側は、他端側に対して前記磁気的凸部及び磁気的凹部を周方向逆位置に有し、
前記磁石収容用貫通孔は、長辺が径方向に対して４５度未満の傾斜角を有する径方向断面形状を有し、
隣接する２つの前記永久磁石の前記傾斜角は、前記ロータコアの前記磁気的凸部が前記磁気的凹部より幅広かつ径方向を基準に逆向きに形成されていることを特徴とする磁石併用同期機。
【請求項２】
請求項１記載の磁石併用式同期機において、
前記ロータコアは、前記短絡部材収容用貫通孔と前記ロータコアの内周面とを連通するスリットを有することを特徴とする磁石併用同期機。
【請求項３】
請求項１又は２記載の磁石併用式同期機において、
前記ロータコアは、軸方向に貫設された磁石収容用貫通孔と、前記磁石収容用貫通孔を前記ロータコアの内周面に連通するスリットとを有することを特徴とする磁石併用同期機。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか記載の磁石併用同期機において、
前記磁石収容用貫通孔は、一対の辺が前記ロータコアの略径方向に伸びる矩形断面形状を有し、
前記永久磁石の磁極面は、周方向両端面に形成され、
周方向に隣接する２つの前記永久磁石の互いに対面する端面は、同一極性の磁極面となっていることを特徴とする磁石併用式同期機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか記載の磁石併用同期機において、
前記ロータコアの外周面は、前記磁石挿入孔の径外側の部位に位置して径内側に凹設され、かつ、前記軟磁性板の積層方向に隣接する薄板部同士が溶接されている接続部を有することを特徴とする磁石併用同期機。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか記載の磁石併用式同期機において、
前記磁気部材は、前記ハウジングの内端壁に固定されて外周面が前記ロータコアの内周面に所定ギャップを隔てて対面する界磁ヨークを有することを特徴とする磁石併用式同期機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁石併用式同期機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石型同期機は他の形式の同期機に比較して高出力でコンパクト化が容易であり、ハイブリッド車や電気自動車の車両走行モータ用磁石併用同期機に好適である。
【０００３】
しかしながら、車両走行モータ用磁石併用同期機では、低速トルクを十分に確保するとともに、高速回転時に過大な電機子巻線誘起電圧が駆動回路の半導体駆動素子などに印加されるのを防止するため、高速回転時の磁石磁界を低減する手段を設ける必要がある。
【０００４】
本出願人の出願になる特開平１０ー３０４６３３号公報は、ロータコアに永久磁石、永久磁石磁極を磁気的に短絡する短絡部材、及び、短絡部材の磁束量を制御する界磁コイルを設け、界磁コイルへの通電により短絡部材を含む短絡磁気回路の磁気抵抗を調節し、これにより電機子巻線と有効に鎖交する有効運磁界を制御して電機子巻線の発電電圧を調節可能する磁石併用同期機を提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した磁石併用式同期機は、積層電磁鋼板からなるロータコアの内周側をくりぬいて界磁コイルを収容するために、高価な電磁鋼板の利用率が悪く、材料費増大により実用性が低下していた。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、発電電圧過昇抑止性能を低下させることなく電磁鋼板利用率を向上可能な磁石併用式同期機を提供することを、その目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の磁石併用式同期機は、ハウジングと、前記ハウジングの内周面に固定されたステータコアと、前記ステータコアに巻装された電機子巻線と、前記ステータコアの内周面に所定ギャップを隔てて前記ハウジングに相対回転自在に支承される円筒状のロータコアと、前記ロータコアに固定されて前記ロータコアの外周面に界磁極を形成する永久磁石と、前記ロータコアに軸方向に挿通されて前記永久磁石により形成される磁石磁界を磁気的に短絡する磁気短絡部材と、前記ロータコアの径内側に配置されて前記界磁ヨーク及び前記ロータコアを通じて前記磁気短絡部材に磁束を流す界磁コイルと、前記ロータコアの径内側に配置されて前記ロータコア及び磁気短絡部材とともに前記界磁コイルが形成する磁束を貫流させる磁気部材とを備え、前記ロータコアは、螺旋巻きされて軸方向に積層された軟磁性板により形成されて前記界磁コイルの外周面と前記ステータコアの内周面との間に介設され、前記短絡部材は、前記ロータコアに軸方向に貫設された短絡部材収容用貫通孔に挿通され、前記ロータコアの内周部は、前記界磁コイルの両側に位置して前記磁気部材の外周面に向けて径内側へ突設された磁気的凸部と、前記界磁ヨークとの間の磁気抵抗が前記磁気的凸部よりも大きい磁気的凹部とを前記ロータコアの周方向磁極ピッチで交互に有し、前記ロータコアの軸方向一端側は、他端側に対して前記磁気的凸部及び磁気的凹部を周方向逆位置に有し、前記磁石収容用貫通孔は、長辺が径方向に対して４５度未満の傾斜角を有する径方向断面形状を有し、隣接する２つの前記永久磁石の前記傾斜角は、前記ロータコアの前記磁気的凸部が前記磁気的凹部より幅広かつ径方向を基準に逆向きに形成されていることを特徴としている。
この発明によれば、ロータコアを、帯板状の軟磁性板を螺旋巻きして軸方向に積層して形成したので、通常、ロータコアとして採用される電磁鋼板を節約して材料使用量を低減することができる。
【０００８】
また、螺旋巻きされた軟磁性板を軸方向に貫通する磁気短絡部材は、ロータコアを軸方向に磁気短絡する磁路を構成するとともに、螺旋巻きされた軟磁性板を周方向又は軸方向にばらけないように締結する機能を奏することができ、螺旋巻き構成のロータコアの固定のための特別のピン部材を省略することができる。
また、前記ロータコアの内周部は、前記界磁コイルの両側に位置して前記磁気部材の外周面に向けて径内側へ突設された磁気的凸部と、前記界磁ヨークとの間の磁気抵抗が前記磁気的凸部よりも大きい磁気的凹部とを前記ロータコアの周方向磁極ピッチで交互に有し、前記ロータコアの軸方向一端側は他端側に対して、前記磁気的凸部及び磁気的凹部を周方向逆位置に有し、前記磁石収容用貫通孔は、長辺が径方向に対して４５度未満の所定の傾斜角を有する径方向断面形状を有し、隣接する２つの前記永久磁石の前記傾斜角は、前記ロータコアの前記磁気的凸部が前記磁気的凹部より幅広かつ径方向を基準に逆向きに形成されているので、界磁コイルが形成する電流磁束が磁石磁束の磁路と独立にロータコアを軸方向に流れることにより磁石磁束を制御する効果が低下することを防止することができる。
【０００９】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の磁石併用式同期機において更に、短絡部材収容用貫通孔とロータコアの内周面とを連通するスリットがロータコアに形成されている。
【００１０】
本構成によれば、短絡部材収容用貫通孔がスリットとともにロータコア形成用の軟磁性板の塑性変形を容易化するため、ロータコア製造が容易となる。
【００１１】
請求項３記載の構成によれば請求項１又は２記載の磁石併用式同期機において更に、ロータコアは、軸方向に貫設された磁石収容用貫通孔と、前記磁石収容用貫通孔を前記ロータコアの内周面に連通するスリットとを有するので、磁石収容用貫通孔がスリットとともにロータコア形成用の軟磁性板の塑性変形を容易化するため、ロータコア製造が容易となる。
【００１２】
請求項４記載の構成によれば請求項１乃至３のいずれか記載の磁石併用同期機において更に、前記磁石収容用貫通孔は、一対の辺が略径方向に伸びる矩形断面形状を有し、前記永久磁石の磁極面は、周方向両端面に形成され、互いに周方向に隣接する２つの前記永久磁石は、逆方向に磁化されていることを特徴としている。
【００１３】
本構成によれば、磁石収容用貫通孔が矩形断面を有するので、軟磁性板の塑性変形が容易となる他、磁石磁束を増大することができる。
【００１４】
請求項５記載の構成によれば請求項１〜４のいずれか記載の磁石併用同期機において更に、前記ロータコアの外周面は、前記磁石挿入孔の径外側の部位に位置して径内側に凹設され、かつ、前記軟磁性板の積層方向に隣接する薄板部同士が溶接されている接続部を有することを特徴としているので、磁石磁束の漏れを低減できるとともに、ロータコアの強度を強化することができる。
【００１５】
特に、この接続部にてロータコアは径内側へ凹設されているので、上記溶接による盛り上がりを吸収することができるとともに、接続部を通じてのステータコアに対する磁気漏洩を低減することができ、更に溶接熱によりこの接続部の磁気特性を劣化させて接続部を周方向に通過する漏れ磁石磁束を低減することができる。
【００１９】
請求項６記載の構成によれば請求項１乃至５のいずれか記載の磁石併用式同期機において更に、前記磁気部材は、前記ハウジングの内端壁に固定されて外周面が前記ロータコアの内周面に所定ギャップを隔てて対面する界磁ヨークを有することを特徴としている。
【００２０】
これにより、回転質量を低減して加速性を向上するとともに、界磁コイルへの給電経路を簡素な構造とすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な態様を実施例を参照して以下に説明する。
【００２２】
【実施例１】
実施例１記載の磁石併用式同期機を図１〜図３を参照して説明する。
（全体構造の説明）
回転機１０００は、ステータ１１００と、ロータ１２００を有し、ステータ１１００はフロントフレーム１９１０およびエンドフレーム１９１１の内周面に固定されている。
【００２３】
ロータ１２００は、軸受け１９２０、１９２１を介してフロントフレーム１９１０およびエンドフレーム１９１１に支承されており、その外周面はエアギャップを介してステータ１１００の内周面に対面している。１９３０はロータ１２００の回転位置を測定するレゾルバロータであり、１９３１はレゾルステータである。
【００２４】
ステータ１１００は、電磁鋼板を軸方向に積層してなるステータコア１１２０に３相コイル１１１０を巻装してなり、ステータコア１１２０は、３相コイル１１１０を挿入するスロット１１２１、ティース１１２２およびコアバック１１２３を有している。
【００２５】
ロータ１２００は、電磁鋼板製のロータコア１２１０、軟磁性体鉄心製のロータヨーク１２７０を有している。
【００２６】
ロータコア１２１０は、図２（図１におけるＥーＥ線矢視断面図）に示すように電磁薄鋼板を螺旋状に巻き重ねて軸方向に積層することにより円筒形状に形成されている。ロータコア１２１０は、周方向に等間隔ピッチで軸方向に貫設された角形の磁石挿入孔（磁石収容用貫通孔）１２１１、及び、隣り合う２つの磁石挿入孔１２１１の間に軸方向に貫設された丸孔（短絡部材収容用貫通孔）１２１２を有している。ロータコア１２１０の内周部には、後述の界磁ヨーク１２３２からの磁束が通過容易な磁気的凸部１２５０、及び、通過しにくい磁気的凹部１２５１が磁極ピッチ毎に交互に形成されてなる磁気的凹凸部が形成されている。磁気的凸部１２５０は、径方向に形成されて丸孔１２１２とロータコア１２１０の内周面とを連通するスリット１２５２を有している。
【００２７】
ロータコア１２１０の展開形状、すなわち長尺帯板状の電磁鋼板の螺旋巻き重ね前の形状を図８に示す。展開状態（螺旋巻き重ね前）のロータコア１２１０にはプレス打ち抜きにより、磁石挿入孔１２１１、丸孔１２１２及びスリット１２５２が形成されている。これら各磁石挿入孔１２１１、丸孔１２１２及びスリット１２５２は、巻き重ね後、軸方向に一直線に並ぶように形成されている。
【００２８】
磁石挿入孔１２１１には磁石１２８０が、丸孔１２１２には軟磁性体からなる磁性ピン（磁気短絡部材）１２８１が圧入（または嵌合）されている。磁性ピン１２８１は螺旋巻きされた上記長尺帯板状の電磁鋼板の周方向への戻りや軸方向へのばらけを阻止している。
【００２９】
螺旋巻き前のロータコア１２１０すなわち上記長尺帯板状の電磁鋼板のスリット１２５２は、内周に向かうにつれてスリット幅が広くなる形状を有しており、これにより螺旋巻き後のスリット１２５２のスリット幅は各部において微小となっている。これにより、界磁磁束に対するロータコア１２１０の磁気抵抗を低減することができる。このスリット１２５２の形成により、上記長尺帯板状の電磁鋼板の螺旋巻きが容易となるが、この実施例では、スリット１２５２を丸孔１２１２の位置に設けているため、丸孔１２１２もスリット１２５２も実質的にスリットとしての機能を果たすことができ、上記長尺帯板状の電磁鋼板の螺旋巻きを一層容易化することができる。
【００３０】
磁気的凸部１２５０は、周方向一つおきの丸孔１２１２の内周側に隣接して周方向両側の２つの磁石挿入孔１２１１の間にわたって設けられ、 磁気的凹部１２５１は、他の丸孔１２１２の内周側に隣接して周方向両側の２つの磁石挿入孔１２１１の間にわたって設けられている。
【００３１】
この実施例では、スリット１２５２は、磁気的凸部１２５０に設けられており、これにより、磁気的凸部１２５０の螺旋巻きのための塑性変形を容易化している。もちろん、磁気的凹部１２５０にスリット１２５２を設けてもよい。また、磁気的凸部１２５０及び磁気的凹部１２５１は、図１に示すように、ロータコア１２１０の軸方向前半部と軸方向後半部とで位置が逆転して形成されている。
【００３２】
各磁石挿入孔１２１１に軸方向に挿入された磁石１２８０は、その厚さ方向すなわち略軸方向に磁化されており、周方向に隣接する２つの磁石１２８０は、互いに対面する端面が同一極性の磁極面となっている。
【００３３】
磁性ピン（軟磁性体ピン）１２８１は、基端部に丸孔１２１２より径大の鍔部を有し、圧入後に軟磁性体ピン１２８１の先端部材を押し広げて螺旋状に巻き重ねられた上記長尺帯板状の電磁鋼板からなるロータコア１２１０を軸方向に固定している。また、一つおきの磁性ピン１２８１はロータコア１２１０をロータヨーク１２７０に固定している。
【００３４】
ロータコア１２１０は、その外周面と磁石挿入孔１２１１の径外端との間にて図８に示すように径内側へ凹設された凹設部をもち、この凹設部は、磁石挿入孔１２１１に沿って軸方向に形成されている。この凹設部は、磁石１２８０の外周面とステータコア１１２０の内周面との間に大きなギャップを確保し、磁石１２８０の磁束が電機子巻線１１１０と十分に鎖交せずに漏れ磁束となってしまうのを抑止している。また、この凹設部は、ロータコア１２１０の外周面と磁石挿入孔１２１１の径外端との間のロータコア１２１０の周方向磁気通路を狭窄して、磁石１２８０の漏れ磁束を低減している。更に、この凹設部は、ロータコア１２１０の外周面側から軸方向にレーザ溶接されており、これにより、螺旋巻きされてロータコア１２１０を構成する長尺帯板状の電磁鋼板の各層を一体化するとともに、この凹設部の磁気特性を劣化させてこの部位を周方向に流れる漏れ磁束を低減している。
【００３５】
ロータヨーク１２７０は、図１及び図１のＰ視断面図である図３に示すように、軟磁性体鉄心を鍛造加工して形成されている。ロータヨーク１２７０は、径方向に延在する円板部１２７１と、円板部１２７１の内周端からリヤ側に延在するボス部１２７２とからなるフランジ部材であって、円板部１２７１は、円板部１２７１の外周端縁から径外方向へ放射状に張り出した磁石挿入孔１２１１の半分の数のリブ１２７３を有している。リブ１２７３は、ロータヨーク１２７０の軸方向後半部の丸孔１２１２（図２参照）と同一位置に同一径で形成された丸孔１２７８を有している。ロータヨーク１２７０の丸孔１２１２を貫通した軟磁性体ピン（磁性ピン）１２８１はリブ１２７３の丸孔１２７８に圧入され、これにより、ロータコア１２１０がロータヨーク１２７０に固定されている。１２４０はスプライン１２４１をもつシャフトであって、ボス部１２７２に相対回転不能に圧入されている。
【００３６】
１２７４は、軟磁性体よりなるフランジ状の界磁コア（静止ヨーク）であって、その円板部はエンドフレーム１９１１の端壁部にねじ１９４０にて固定されている。界磁コア１２７４のボス部の内周面は、ロータヨーク１２７０のボス部１２７２の外周面に微小ギャップを隔てて相対回転自在に嵌着され、ロータコア１２１０の径内側に存在する空間に軸方向に突出している。界磁コア１２７４の上記ボス部の外周面には、界磁巻線１２３０が巻装され、界磁巻線１２３０の軸方向両側には、界磁磁束をロータコア１２１０の内周面に導くための積層電磁鋼板製の界磁ヨーク１２３２が圧入により嵌着されている。
【００３７】
なお、１３５０は、外部から界磁巻線１２３０へ給電するためのリード部１３５０である。
【００３８】
回転電機１０００の３相コイル１１１０は、直ー交電力変換器（インバータ）２００を通じてバッテリ３００から給電されている。界磁コイル１２３０に流れる界磁電流は、リード線１３５０を通じて界磁電流制御回路４００から給電され、レゾルバのステータ１９３１は信号処理回路５００に出力し、インバータ２００、界磁電流制御回路４００及び信号処理回路５００は制御回路６００により制御される。
（磁気回路の説明）
次に、磁石１２８０が形成する磁石磁界及び界磁コイル１２３０の電流が形成する電流磁界について以下に説明する。特に重要な点は、既に説明したようにロータコア１２１０の軸方向前半部の磁気的凸部１２５０と軸方向後半部の磁気的凸部１２５０とが周方向へ１磁極ピッチだけずれている点にある。
【００３９】
厚さ方向（略周方向）に着磁された磁石１２８０はロータコア１２１０の外周面に周方向交互にＳ磁極、Ｎ磁極を形成する。このＳ磁極から出た磁束は、ステータコア１１２０との間のエアギャップを通じてステータコア１１２０内で電機子巻線１１１０と鎖交し、エアギャップを通じてロータコア１２１０に戻る有効磁束となる。
【００４０】
また、磁石１２８０のＳ磁極から出た磁石磁束は、ロータコア１２１０のＳ磁極部分の軟磁性体ピン１２８１、ロータヨーク１２７０のリブ部１２７３、円板部１２７１、ボス部１２７２、界磁コア１２７４のボス部、界磁ヨーク１２３２、ロータコア１２１０の軸方向後半部の磁気的凸部１２５０、Ｎ磁極側軟磁性体ピン１２８１を通って磁石１２８０のＮ磁極に戻り、これにより短絡磁気回路が形成される。
【００４１】
また、磁石１２８０のＳ磁極から出た磁石磁束は、ロータコア１２１０のＳ磁極部分の軟磁性体ピン１２８１、ロータコア１２１０の軸方向前半部の磁気的凸部１２５０、界磁ヨーク１２３２（軸方向前部）、界磁コア１２７４のボス部、界磁ヨーク１２３２（軸方向後部）、ロータコア１２１０の軸方向後半部の磁気的凸部１２５０、Ｎ磁極側軟磁性体ピン１２８１を通って磁石１２８０のＮ磁極に戻り、これにより上記短絡磁気回路とほぼ並列の短絡磁気回路が形成される。
【００４２】
当然、ステータ１１００の電機子巻線１１１０と鎖交する上記有効磁束は、この短絡磁気回路を流れる磁束分だけ減少する。
【００４３】
上記両短絡磁気回路は、界磁コイル１２３０とも鎖交しているので、磁石磁界から短絡磁気回路にされる磁束の量は、界磁コイル１２３０に通電する電流により制御することができる。
【００４４】
この回転電機の等価磁気回路を図４に示す。
【００４５】
ステータ１１００側の磁気抵抗をＲｓ、エアギャップの磁気抵抗をＲｇ、磁石部の磁気抵抗をＲｍとする。Ｒｍは上記有効磁束が流れる磁気回路のロータ側の磁気抵抗である。上記短絡磁気回路の磁気抵抗のうち上記Ｒｍを除く磁気抵抗（短絡磁気抵抗）をＲｒ、磁石の起磁力をＦｍ、界磁巻線の起磁力をＦｃとすると、ステータ１１００側に流れる有効磁束量Φ１は次式で表わせる。
【００４６】
Φ１＝（ＲｍＦｃ＋ＲｒＦｍ）／（ＲｒＲｍ＋Ｒｍ（Ｒｇ＋Ｒｓ）＋（Ｒｇ＋Ｒｓ）Ｒｒ）
Φ２は短絡磁束量である。各パラメータの設定により有効磁束量Φ１は任意に設定できる。例えば界磁巻線１２３０に電流を流さないとき（Ｆｃ＝０）の有効磁束量Φ１０は、
Φ１０＝ＲｒＦｍ／（ＲｒＲｍ＋Ｒｍ（Ｒｇ＋Ｒｓ）＋（Ｒｇ＋Ｒｓ）Ｒｒ）
となり、短絡磁気抵抗Ｒｒが小のときはΦ１０はほぼ０となる。短絡磁気抵抗Ｒｒは、軟磁性体ピン１２８１、リブ部１２２３、円筒状鉄心１２３１および各部材の接合部の磁気抵抗により決定されるため、各部の断面積および長さを設定することで、界磁巻線１２３０に電流を流さない時の有効磁束量Φ１０を設定することができる。ここでは、有効磁束が流れる磁路を構成する磁性材料のＢーＨ特性の線形領域（図５に示す０〜Φ’の領域）に設定し、有効磁束量Φ１が磁路を構成する磁性材料の磁気飽和領域に達しないようにする。
【００４７】
界磁巻線１２３０に通電した場合は、界磁巻線起磁力Ｆｃ分の磁束量Φ１ｃが形成される。
【００４８】
Φ１ｃ＝ＲｍＦｃ／（ＲｒＲｍ＋Ｒｍ（Ｒｇ＋Ｒｓ）＋（Ｒｓ＋Ｒｓ）Ｒｒ）
その結果、有効磁束量Φ１は
Φ１＝Φ１０＋Φ１ｃ
となり、界磁巻線通電流により有効磁束量を調整することができる。なお、磁束量Φ１ｃは、短絡磁気回路に漏れる磁石磁束量を減らすと考えることができる。
【００４９】
（実施例効果）
上記説明した磁石併用式同期機は、ハイブリッド車や電機自動車などの走行用モータとして特に好適である。
【００５０】
この種の走行用モータは車輪回転数に応じて広い回転数範囲で用いられる。弱め界磁制御が不要な低回転域では、界磁巻線１２３０への通電電流を増加させ、有効磁束量Φ１を増加する。モータ発生トルクは有効磁束量Φ１とトルク電流とに比例するため、有効磁束量Φ１を増加させることにより電機子巻線１１１０に通電する電機子電流を低減することができる。
【００５１】
反作用誘起電圧が印加電圧を超えるため、モータ駆動に弱め界磁制御が必要な高回転域では、界磁巻線１２３０への通電電流をゼロとし、磁石磁束を短絡磁路へ最大に分流させて、電機子巻線に流す弱め界磁電流を減少又は０とすることができる。これにより、最大電機子電流を減らすことができるため、巻線部の発熱が抑えられ回転機を小型化ができ、更に電力変換器２００の半導体スイッチング素子を小型化することができる。
【００５２】
なお、界磁コイル１２３０の銅損は電機子巻線１１１０の銅損に比べてわずかであるため、この実施例記載の界磁電流による弱め界磁は、従来の電機子電流によるそれに比較して効率向上をもたらす。
【００５３】
また、界磁巻線起磁力Ｆｃ＝０のときの有効磁束量Φ１０を有効磁路を構成する磁性材料のＢーＨ特性の線形領域に設定しているので、有効磁束量Φ１０による反作用誘起電圧が印加電圧以上となる高回転域でモータ駆動する必要が生じたとき、電機子巻線１１１０からの弱め界磁に必要な電機子電流を最小限に抑えることができる。
【００５４】
図５において説明すると、電機子電流により有効磁束をΦｏからΦ’に減少させる場合、ＢーＨカーブが線形であるときに必要ＡＴをＡＴａ、非線形であるときの必要ＡＴをＡＴｂとするとＡＴａ＜ＡＴｂとなるので、その差に比例して電機子電流を低減することができる。
【００５５】
更に、従来の永久磁石回式転電機をモータとして動作させ、電機子巻線に弱め界磁電流を流して制御する場合のＴーＮ（トルクー回転数）特性上の効率マップを図６に示し、この実施例の回転電機を上記制御方法にて駆動した場合のＴーＮ特性上の効率マップを図７に示す。両図の比較からわかるように、効率マップ上の最大効率範囲が拡大する。
【００５６】
なお、この実施例の回転電機を発電機動作させる場合、Φ１０を車両用常用負荷のレベルに設定しておき、それ以上の出力が要求されるときのみ界磁巻線に通電すれば、界磁巻線の銅損が低減でき高効率の発電が可能である。
【００５７】
更に付言すれば、従来、ロータから界磁コントロ−ル可能な同期回転機として突極形同期機、クローボール形同期機があるが、これらは共に界磁巻線のみにより有効磁束を得ており、有効磁束の必要最小限（短絡磁束解消分）を界磁巻線で補うことが可能なこの実施例の回転電機と比較して、界磁巻線への通電電流が大きく、界磁コイルの大型化、や界磁コイルの抵抗損が大きいという問題がある。ロータ巻装の界磁コイルは冷却性において電機子巻線に劣るので、本実施例の採用により界磁コイルの損失、発熱低減が可能となる。
【００５８】
【実施例２】
本発明の磁石併用式同期機の他の実施例を図９を参照して説明する。
【００５９】
この実施例の磁石併用式同期機は、磁石挿入孔１２１１もロータコア１２１０の内周面に連通するスリット１２５３を有している。また、図示しない角柱形状の磁性ピンを嵌合する第２の孔（実施例１の丸孔１２１２に相当）１２１４もロータコア１２１０の内周面と連通する開口部１２５４、１２５５を有している。孔１２１１、１２１４、および開口部１２５３、１２５４、１２５５は、コア展開時（螺旋巻き前）には内周面に向かう程開口幅を広くされていることは実施例１のスリットと同じである。ロータコア１２１０を螺旋巻きした時、上記した磁気的凸部に位置する開口部１２５４の開口幅は狭くされ、上記した磁気的凹部に位置する開口部１２５５の開口幅は広くされている。１２６１は、磁石が径内側へ離脱するのを防止するために開口部１２５３に周方向に突設された突起部である。１２６２は、幅広の開口部１２５５の両側に設けられたフック部であって、図示しない角柱形状の磁性ピン１２８１に当接させることにより、ロータコア１２１０が径外側へ変位や偏心するのを防止している。このように、磁性ピンを角柱形状とすることにより磁性ピンの磁路断面積を増大してその磁気抵抗を低減し、界磁コイルの磁束量を増大することができる。また、磁性ピンが、ロータコア１２１０に嵌入される部位で角柱形状、ロータヨーク１２７０に嵌入される部位で円柱形状としてもよい。また、図９に示すように、ロータコア１２１０の内周面に磁石挿入孔１２１１及び磁性ピン挿入孔１２１４と連通する開口部１２５３、１２５４を設けたことにより、磁石及び磁性ピンの装着が容易となる。また、開口部１２５３、１２５４を設けることにより、電磁鋼板の塑性変形圧入との残留応力を緩和して磁気特性を改善することができる。
【００６０】
【実施例３】
本発明の磁石併用式同期機の他の実施例を図１０を参照して説明する。
【００６１】
この実施例の磁石併用式同期機は、ロータコア１２１０の磁石挿入孔１２１１の長辺がロータコア１２１０の軸心から放射状に伸ばした法線に対して所定の傾斜角をもつ点をその特徴としている。
【００６２】
ロータコア１２１０を構成する電磁鋼板は長尺帯板形状をもち、磁石挿入孔１２１１の長辺方向はロータコア１２１０の軸心から放射状に伸ばした法線に対して傾斜角θをもち、更にロータコア１２１０の内周面に連通する開口部１２５３を有している。また、磁性ピン１２８１を圧入する第２の孔（実施例１の丸孔に相当）１２１２もロータコア１２１０の内周面に連通する開口部１２５２を有している。また、コア展開時、開口部１２５２、１２５３は、内周に向かう程開口部を広くしておき、円環状に巻き重ねた時、所望の開口幅になるようにしている。１２６１は磁石が内周方向に離脱するのを防止する突起部である。
【００６３】
この実施例では、上述したように磁石を傾設するので、ロータの磁気的凸部１２５０を磁気的凹部１２５１よりも幅広にし、界磁ヨーク１２３２からの磁束を通り易くすると、磁石磁束を磁極面により良好に集中することができる。なお、磁石は、磁石挿入孔１２１１に装着後に着磁してもよく、その前に着磁してもよいが、前者のほうが生産性が向上する。
【００６４】
また、磁石はロータコア１２１０の軸方向前半部と軸方向後半部とに分割して配設することができるので、磁石挿入孔１２１１の径外の部位における周方向ピッチを軸方向前半部と後半部とで異ならせることにより、合成磁束の空間分布波形をトルクリップル等が小さくなるように調節することができる。
【００６５】
以上説明した実施例は、埋込み磁石型回転子の径内側の空きスペースに有効磁束を制御するための界磁巻線を設けているので、回転機の全回転数領域において効率最大となる制御が可能となる。また、磁極を螺旋巻きした電磁鋼板により構成しているため耐遠心力性に優れ、鉄損も低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の磁石併用式同期機の軸方向断面図である。
【図２】図１のＥーＥ線矢視断面図である。
【図３】図１のロータのＰ視矢視側面図である。
【図４】図１の同期機の等価磁気回路図である。
【図５】図１の同期機に用いる磁気材料の磁束密度と磁界との関係を示すＢ−Ｈ特性図である。
【図６】従来の永久磁石型同期機のトルクと回転数の関係を示す特性図である。
【図７】図１の磁石併用式同期機のトルクと回転数の関係を示す特性図である。
【図８】実施例１のロータコア形状を示す図であり、（ａ）は展開図、（b)は螺旋巻き後の部分側面図である。
【図９】実施例２のロータコア形状を示す図であり、（ａ）は展開図、（b)は螺旋巻き後の部分側面図である。
【図１０】実施例３のロータコア形状を示す図であり、（ａ）は展開図、（b)は螺旋巻き後の部分側面図である。
【符号の説明】
１０００  回転電機
１１００  ステータ
１１２０  ステータコア
１２００  ロータ
１２３０  界磁巻線
１２１１  磁石挿入孔（磁石収容用貫通孔）
１２１２  丸孔（短絡部材収容用貫通孔）
１２７０  ロータヨーク（磁気部材）
１２８０  磁石（永久磁石）
１２８１  軟磁性体ピン（磁気短絡部材）
１９１０  フロントフレーム（ハウジング）
１９１１  エンドフレーム（ハウジング）
１１１０  電機子巻線
１２３２  界磁ヨーク（磁気部材）
１２７４  界磁コア（磁気部材）
【図１】
0004211200.tif 000002
【図２】
0004211200.tif 000003
【図３】
0004211200.tif 000004
【図４】
0004211200.tif 000005
【図５】
0004211200.tif 000006
【図６】
0004211200.tif 000007
【図７】
0004211200.tif 000008
【図８】
0004211200.tif 000009
【図９】
0004211200.tif 000010
【図１０】
0004211200.tif 000011