(57)【要約】【課題】回転電機において、永久磁石の温度による誘起逆起電力の増加を抑制することである。【解決手段】回転電機は、ステータまたはロータのいずれかに永久磁石が設けられ、永久磁石の温度に応じて、永久磁石が設けられるステータまたはロータの磁束量を変化させる。永久磁石をロータに設ける場合、ロータ２０は、永久磁石３４とコイル３６とを有する外周側回転部２２と、内周側回転部２４とを含んで構成され、永久磁石の温度に応じて、内周側回転部２４とロータ回転軸１８とを一体化して回転させる一体化回転状態と、ロータ回転軸１８から内周側回転部２４を切り離して外周側回転部２２と内周側回転部２４とを相対的に回転させ、外周側回転部２２のコイル３６を通る磁束の変化が生じて電磁誘導によりコイル３６が発熱しこれにより永久磁石３４が加熱される相対的回転状態との間で切換が行われる。【選択図】図１
2009273247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータまたはロータのいずれかに設けられる永久磁石と、
永久磁石の温度に応じて、永久磁石が設けられるステータまたはロータの磁束量を変化させる磁束量変化手段と、
を備えることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
永久磁石はロータに設けられ、
永久磁石の温度を検出する検出手段を備え、
ロータは、
ロータ回転軸側に配置され、外周側に複数の突部を有し、磁性体で構成される内周側回転部と、
内周側回転部の外周側でステータに向かい合って配置され、ロータ回転軸とともに回転し、永久磁石と、磁束を通すコイルとを有する外周側回転部と、
を含み、
磁束量変化手段は、
検出された温度に応じ、
内周側回転部とロータ回転軸とを一体化して回転させ、外周側回転部の永久磁石からコイルを通る磁束が一定の状態である一体化回転状態と、
ロータ回転軸から内周側回転部を切り離して外周側回転部と内周側回転部とを相対的に回転させ、外周側回転部のコイルを通る磁束の変化が生じて電磁誘導によりコイルが発熱しこれにより永久磁石が加熱される相対的回転状態と、
の間で切換を行う切換部であることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１に記載の回転電機において、
永久磁石はロータに設けられ、
永久磁石の温度を検出する検出手段を備え、
ロータは、
ロータ回転軸側に配置され、磁束を通すコイルを有し、磁性体で構成される内周側回転部と、
内周側回転部の外周側でステータに向かい合って配置され、ロータ回転軸とともに回転し、永久磁石を有する外周側回転部と、
を含み、
磁束量変化手段は、
検出された温度に応じ、
内周側回転部とロータ回転軸とを一体化して回転させ、外周側回転部の永久磁石からコイルを通る磁束が一定の状態である一体化回転状態と、
ロータ回転軸から内周側回転部を切り離して外周側回転部と内周側回転部とを相対的に回転させ、内周回転部のコイルを通る磁束の変化が生じて電磁誘導によりコイルが発熱しこれにより永久磁石が加熱される相対的回転状態と、
の間で切換を行う切換部であることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１に記載の回転電機において、
永久磁石はロータに設けられ、
磁束量変化手段は、
ロータの永久磁石を配置するスロットに設けられ、永久磁石の温度に応じて伸縮してロータの径方向に永久磁石の位置を変化させる熱伸縮部材であることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項１に記載の回転電機において、
永久磁石はロータに設けられ、
永久磁石の温度を検出する検出手段を備え、
ステータは、ロータ回転軸の軸方向に沿って傾斜する内周側形状を有し、
ロータは、ステータの内周側形状に対応して、ロータ回転軸の軸方向に沿って傾斜する外周側形状を有し、
磁束量変化手段は、
検出された温度に応じて、ロータをロータ回転軸の軸方向に沿って移動し、ステータとロータの間の対向面積を変化させることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電機に係り、特に永久磁石を含む回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステータまたはロータのいずれかに永久磁石が設けられる回転電機においては、永久磁石を有するステータまたはロータの磁束量が変化すると発生するトルクが変化すると共に、誘起逆起電圧が変化する。この誘起逆起電圧が過大になると、回転電機のコイル、回転電機を制御するインバータの回路素子等を損傷する恐れが生じる。
【０００３】
そこで、例えば、特許文献１には、磁束量可変磁石型ロータとして、低速トルク確保のため磁石磁界を十分大きく確保すると高速回転時に過大な電機子誘起電圧が発生するため、高速回転時にその遠心力を利用して回転子の永久磁石を軸方向に移動させて回転子鉄心から逸脱させ、減磁させることが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、回転子に永久磁石を用いた回転界磁形の発電機において、回転子の４つの永久磁石の間に径方向の外周側に幅広部、内周側に幅狭部を有する溝をそれぞれ設け、幅狭部の中を径方向に遠心力によって移動可能な磁石と、遠心力に抗するためのバネを配置する構成が開示される。これによって、回転数の上昇に伴って磁石が幅広部の方に移動して４つの磁石の界磁束を減少させることができると述べられている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３３６８８０号公報
【特許文献２】特開平７−２８８９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
永久磁石が発生する磁界は、材料の温度特性に依存するが、一般的には高温側で弱くなる。この現象は高温側減磁と呼ばれることがあるが、逆に言えば、低温側で永久磁石が発生する磁界が強くなる。したがって、永久磁石を有する回転電機が低温側で作動すると、誘起逆起電力が大きくなる。この状態で、例えば、回転電機が高速回転の下で制御系に故障が生じると、回転電機を制御するインバータの回路素子等が損傷する恐れが生じる。
【０００７】
従来技術では、高速回転時の磁束量を抑制することが述べられているが、低温下において永久磁石が発生する磁界が強くなることによる誘起逆起電力の抑制については触れられていない。
【０００８】
本発明の目的は、永久磁石の温度による誘起逆起電力の増加を抑制することができる回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る回転電機は、ステータまたはロータのいずれかに設けられる永久磁石と、永久磁石の温度に応じて、永久磁石が設けられるステータまたはロータの磁束量を変化させる磁束量変化手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る回転電機において、永久磁石はロータに設けられ、永久磁石の温度を検出する検出手段を備え、ロータは、ロータ回転軸側に配置され、外周側に複数の突部を有し、磁性体で構成される内周側回転部と、内周側回転部の外周側でステータに向かい合って配置され、ロータ回転軸とともに回転し、永久磁石と、磁束を通すコイルとを有する外周側回転部と、を含み、磁束量変化手段は、検出された温度に応じ、内周側回転部とロータ回転軸とを一体化して回転させ、外周側回転部の永久磁石からコイルを通る磁束が一定の状態である一体化回転状態と、ロータ回転軸から内周側回転部を切り離して外周側回転部と内周側回転部とを相対的に回転させ、外周側回転部のコイルを通る磁束の変化が生じて電磁誘導によりコイルが発熱しこれにより永久磁石が加熱される相対的回転状態と、の間で切換を行う切換部であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る回転電機において、永久磁石はロータに設けられ、永久磁石の温度を検出する検出手段を備え、ロータは、ロータ回転軸側に配置され、磁束を通すコイルを有し、磁性体で構成される内周側回転部と、内周側回転部の外周側でステータに向かい合って配置され、ロータ回転軸とともに回転し、永久磁石を有する外周側回転部と、を含み、磁束量変化手段は、検出された温度に応じ、内周側回転部とロータ回転軸とを一体化して回転させ、外周側回転部の永久磁石からコイルを通る磁束が一定の状態である一体化回転状態と、ロータ回転軸から内周側回転部を切り離して外周側回転部と内周側回転部とを相対的に回転させ、内周回転部のコイルを通る磁束の変化が生じて電磁誘導によりコイルが発熱しこれにより永久磁石が加熱される相対的回転状態と、の間で切換を行う切換部であることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る回転電機において、永久磁石はロータに設けられ、磁束量変化手段は、ロータの永久磁石を配置するスロットに設けられ、永久磁石の温度に応じて伸縮してロータの径方向に永久磁石の位置を変化させる熱伸縮部材であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る回転電機において、永久磁石はロータに設けられ、永久磁石の温度を検出する検出手段を備え、ステータは、ロータ回転軸の軸方向に沿って傾斜する内周側形状を有し、ロータは、ステータの内周側形状に対応して、ロータ回転軸の軸方向に沿って傾斜する外周側形状を有し、磁束量変化手段は、検出された温度に応じて、ロータをロータ回転軸の軸方向に沿って移動し、ステータとロータの間の対向面積を変化させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成により、回転電機は、ステータまたはロータのいずれかに永久磁石が設けられ、永久磁石の温度に応じて、永久磁石が設けられるステータまたはロータの磁束量を変化させる。したがって、低温下において永久磁石の発生する磁界が強くなることについて、永久磁石が設けられるステータまたはロータの磁束量を変化させて、永久磁石の温度による誘起逆起電力の増加を抑制することができる。
【００１５】
また、回転電機において、永久磁石がロータに設けられる場合、ロータを、外周側に複数の突部を有する内周側回転部と、永久磁石と磁束を通すコイルとを有する外周側回転部とに分けて構成し、永久磁石の温度を検出してその検出された温度に応じ、内周側回転部とロータ回転軸とを一体化して回転させる一体化回転状態と、ロータ回転軸から内周側回転部を切り離して外周側回転部と内周側回転部とを相対的に回転させ、外周側回転部のコイルを通る磁束の変化が生じて電磁誘導によりコイルが発熱しこれにより永久磁石が加熱される相対的回転状態との間で切換を行う。これによって、永久磁石が低温下にあって発生する磁界が強いときに、相対的回転状態として永久磁石を加熱し、永久磁石が発生する磁界の強さを抑制し、誘起逆起電力の増加を抑制することができる。
【００１６】
また、回転電機において、永久磁石がロータに設けられる場合、ロータを、磁束を通すコイルを有する内周側回転部と、永久磁石を有する外周側回転部とに分けて構成し、永久磁石の温度を検出してその検出された温度に応じ、内周側回転部とロータ回転軸とを一体化して回転させる一体化回転状態と、ロータ回転軸から内周側回転部を切り離して外周側回転部と内周側回転部とを相対的に回転させ、内周側回転部のコイルを通る磁束の変化が生じて電磁誘導によりコイルが発熱しこれにより永久磁石が加熱される相対的回転状態との間で切換を行う。これによって、永久磁石が低温下にあって発生する磁界が強いときに、相対的回転状態として永久磁石を加熱し、永久磁石が発生する磁界の強さを抑制し、誘起逆起電力の増加を抑制することができる。
【００１７】
また、回転電機において、永久磁石がロータに設けられる場合、ロータの永久磁石を配置するスロットに、永久磁石の温度に応じて伸縮してロータの径方向に永久磁石の位置を変化させる熱伸縮部材が設けられる。これによって、永久磁石が低温下にあって発生する磁界が強いときに、熱伸縮部材によって永久磁石をステータ側から遠ざける方向に移動させることができるので、永久磁石が設けられるロータの磁束量を低下させて、誘起逆起電力の増加を抑制することができる。
【００１８】
また、回転電機において、永久磁石がロータに設けられる場合、ステータは、ロータ回転軸の軸方向に沿って傾斜する内周側形状を有し、ロータは、ステータの内周側形状に対応して、ロータ回転軸の軸方向に沿って傾斜する外周側形状を有する構成とし、永久磁石の温度を検出して、その検出された温度に応じ、ロータをロータ回転軸の軸方向に沿って移動し、ステータとロータの間の対向面積を変化させる。これによって、永久磁石が低温下にあって発生する磁界が強いときに、永久磁石が設けられるロータからステータに向かう磁束量を低下させて、誘起逆起電力の増加を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、回転電機として、ロータ側に永久磁石が設けられる形式のものを説明するが、ステータ側に永久磁石が設けられる形式のものであっても構わない。また、以下で説明する永久磁石の数、配置位置等は説明のための一例であって、回転電機の用途等に応じ適宜変更が可能である。
【００２０】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２１】
図１は、温度検出手段２９を有し、その検出する温度に応じてロータ２０の磁束量を変化させることができる回転電機１０，１１の構成を示す図である。図１では、上段側に常温の下の状態を回転電機１０の状態とし、下段側に低温の下における状態を回転電機１０として図示され、それぞれ、左側に断面図、右側に永久磁石３４が設けられるロータの側面図が示されている。
【００２２】
回転電機１０，１１は、温度状態が異なる場合に区別しているもので、これを構成する要素は同じである。そこで、まず、常温における回転電機１０の構成を図１の上段を用いて述べ、その後に、図１の下段に示される低温下における回転電機１１の状態も含め、他の図を用いて、温度変化に応じてこれらの要素がどのように変化するかを述べることにする。
【００２３】
回転電機１０は、筐体１２と、ステータ１４と、ロータ回転軸１８と、ロータ２０と、温度検出手段２９と、温度検出手段２９が検出した温度に応じて作動する電磁石３０とを含んで構成される。ここで、ロータ２０は、外周側回転部２２と内周側回転部２４に分けて構成され、永久磁石３４と後述する電磁誘導に用いられるコイル３６が外周側回転部２２に設けられる。
【００２４】
筐体１２は、回転電機１０のケース体で、ステータ１４が固定して取り付けられ、ロータ回転軸１８を回転自在に支持する機能を有する。かかる筐体１２は、例えば、適当な金属材料を所望の形状に成形し加工したものを用いることができる。
【００２５】
ステータ１４は、回転電機１０の固定子であって、磁性体のコアと、コアに巻回された複数の固定子コイル１６とで構成される。コアは、例えば、電磁鋼板を所望の形状に打ち抜いたものを積層したものを用いることができる。
【００２６】
固定子コイル１６は、ステータ１４のコアに巻回され、電流を流すことで磁界を生成するコイルで、回転電機１０の仕様に応じた個数がステータ１４の周方向に配置される。例えば、３相１２極型回転電機の場合、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相にそれぞれ４極ずつ合計１２極の固定子コイル１６が配置される。かかる固定子コイル１６は、絶縁被覆された導体線を環状に複数回巻回したもの等を用いることができる。
【００２７】
固定子コイル１６は、図示されていないインバータに接続され、上記の例では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相に対応して１２０°の電気角度の位相差を有する駆動信号がそれぞれ供給される。これによって、ステータ１４の周方向に回転磁界を発生させることができる。なお、インバータは、交流・直流変換回路で、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）等の大電力用スイッチング素子とダイオードを複数用いて構成される。
【００２８】
ロータ回転軸１８は、回転電機１０の回転子であるロータ２０が取り付けられ、ステータ１４の駆動信号によって駆動されるロータ２０の回転によるトルクを取り出す出力軸である。ロータ回転軸１８は、例えば車両の車軸等の回転負荷に接続されることで、これらを回転させることができる。
【００２９】
ロータ２０は、ここでは、ステータ１４に向かい合って配置される外周側回転部２２と、ロータ回転軸１８側に配置される内周側回転部２４とに分けて構成される。外周側回転部２２は、エンドプレート２６によってロータ回転軸１８と接続されるので、ロータ回転軸１８が回転するときはそれに従って回転する。内周側回転部２４は、ロータ回転軸１８と一体となって回転することもでき、ロータ回転軸１８と切り離されて、筐体１２に固定された状態となることもできる。
【００３０】
外周側回転部２２は、上記のように、内周側回転部２４の外周側でステータ１４に向かい合って配置され、エンドプレート２６を介してロータ回転軸１８とともに回転することができる部材である。図１の上段の右側には、エンドプレート２６を省略したロータ２０の側面図が示されているが、外周側回転部２２は、永久磁石３４と後述する磁束が通り電磁誘導加熱用として用いられるコイル３６が配置される円環状の部材として図示されている。
【００３１】
かかる外周側回転部２２としては、電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、これを複数枚積層してコアとし、このコアに設けられた貫通孔に永久磁石３４を配置し、鉄心窓にコイル３６を巻回したものを用いることができる。
【００３２】
外周側回転部２２に取り付けられるエンドプレート２６は、積層された電気鋼板がばらばらにならないように、また永久磁石３４が貫通孔から飛び出さないようにする機能を有する円環状端部板材である。エンドプレート２６は、その内周側でロータ回転軸１８に固定して取り付けられる。これによって、外周側回転部２２は、ロータ回転軸１８が回転するときはこれに従って回転し、ロータ回転軸１８が停止するときは、これに従って停止する。かかるエンドプレート２６としては、適当な強度を有する非磁性体で構成することができる。
【００３３】
なお、ロータ２０の内周側回転部２４は、ロータ回転軸１８の軸方向に移動することがあるので、エンドプレート２６の内周側の形状は、この移動を妨げないように形成される。また、図１では、エンドプレート２６が外周側回転部２２の軸方向に沿った両側の端面のうち、片側端面にのみ配置されるように図示されているが、例えば、外周側回転部２２の最外周に環状リングを設け、この環状リングにエンドプレートを固定することで、外周側回転部２２の両側端面にエンドプレートを設けるものとすることができる。
【００３４】
外周側回転部２２の周方向に沿って配置される永久磁石３４は、磁束を発生する手段で、その磁束と、ステータ１４の固定子コイル１６に流される駆動電流との協働によって、ロータ２０に回転力を生じさせることができる。図１の例では、８極構成として、８つの永久磁石３４が配置されている。これらの永久磁石３４は、上記のように、外周側回転部２２において軸方向、すなわちロータ回転軸１８の軸方向に平行な方向に開けられた貫通孔に挿入されて配置される。かかる永久磁石としては、例えば、ネオジウム磁石等のセラミック磁石を用いることができる。
【００３５】
外周側回転部２２の周方向に沿って配置されるコイル３６は、永久磁石３４の磁束を通す巻線で、両端子が接続されている孤立型コイルで、電磁誘導によって発熱し、永久磁石３４を暖める機能を有するものである。電磁誘導によって発熱することの内容については、後に詳述する。
【００３６】
このコイル３６は、外周側回転部２２において、８つの永久磁石３４のそれぞれに対応して１つずつ配置され、対応する永久磁石３４の配置位置よりも内周側に配置される。このコイル３６は、上記のように、外周側回転部２２のコアに設けられる鉄心窓、すなわち、鉄心に相当して延びる部分の両側に開けられた開口部に絶縁被覆された導線を通し、鉄心に相当して延びる部分の周囲に複数回巻き、その両端子を短絡したもので構成することができる。図１の例では、永久磁石３４とロータ回転軸１８とを結ぶ径方向が、鉄心に相当する部分が延びる方向で、この方向を巻回軸として、巻回軸の周りに導線が巻回されてコイル３６が形成される。
【００３７】
ロータ２０の内周側回転部２４は、上記のように、ロータ回転軸１８の側に配置され、ロータ回転軸１８と共に回転することもでき、ロータ回転軸１８と切り離されて筐体１２に固定されることもできる部材である。内周側回転部２４は、図１の右側の側面図に示されるように、外周側回転部２２に向かい合う外周側に複数の突部２５を有する。複数の突部２５は、永久磁石３４からの磁束を内周側回転部２４に通しやすくするためのもので、外周側回転部２２の永久磁石３４とコイル３６の配置に対応して、これらの数と同じ数だけ配置される。図１の例では、永久磁石３４、コイル３６がそれぞれ８つであるので、突部２５は８つ、すなわち、周方向に沿って４５°ごとに配置される。かかる内周側回転部２４としては、電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いたものを複数枚積層したものを用いることができる。
【００３８】
図１に示される拘束キー２８は、内周側回転部２４とロータ回転軸１８との間の回転を拘束するもので、内周側回転部２４とロータ回転軸１８には、この拘束キー２８に対応してそれぞれ溝２７が設けられる。
【００３９】
温度検出手段２９は、回転電機１０，１１の温度、特に、永久磁石３４の温度を検出する手段で、例えば、回転電機１０，１１が置かれる環境の温度である外気温度θを検出するセンサである。外気温度の検出に代えて、回転電機１０，１１の内部の温度を検出するものとする方がより精度がよくなる。外気温度の検出の場合には、永久磁石３４の温度との相関を予め定めておくことが好ましい。温度センサ以外でも、間接的に永久磁石３４の温度状態を検出できるものを温度検出手段２９として用いることができる。例えば、ステータ１４の固定子コイル１６に生じる逆起電圧をロータ２０の回転数で規格化してこれを永久磁石３４の温度に対応するものとして利用してもよい。
【００４０】
電磁石３０は、温度検出手段２９の検出結果に応じて作動し、作動によってロータ２０の内周側回転部２４を吸引して軸方向に移動させる機能を有する。また、バネ３２は、電磁石３０の吸引力に抗する付勢力をロータ２０の内周側回転部２４に与える付勢手段である。電磁石３０が作動していないときは、バネ３２の付勢力がゼロとして、ロータ２０の内周側回転部２４は、ロータ回転軸１８の軸方向に沿った初期位置に来るように設定される。電磁石３０が作動するときは、バネ３２の付勢力に抗して、ロータ２０の内周側回転部２４がロータ回転軸１８の軸方向に沿って移動する。電磁石３０の作動が停止すると、バネ３２の付勢力により、ロータ２０の内周側回転部２４は自動的に初期位置に戻される。
【００４１】
具体的には、図示されていない制御部によって、温度検出手段２９が検出した外気温度θが予め設定された閾値温度θ0以下であるか否かが判断される。そして、閾値温度θ0以下と判断されると、電磁石３０に通電され、バネ３２の付勢力に抗して、ロータ２０の内周側回転部２４がロータ回転軸１８の軸方向に沿って電磁石３０の側に移動し、電磁石３０の吸引力で、筐体１２に固定状態とされる。温度検出手段２９の検出温度θが閾値温度θ0を超えたと判断される、電磁石３０の通電が停止され、バネ３２の付勢力により、ロータ２０の内周側回転部２４は自動的に初期位置に戻される。
【００４２】
このように、電磁石３０とバネ３２は、温度検出手段２９の検出結果に応じて作動し、作動によってロータ２０の内周側回転部２４を吸引して軸方向に移動させる機能を有するアクチュエータである。かかる機能を有するアクチュエータとしては、電磁石３０とバネ３２以外の構成であってもよい。例えば、適当なプランジャを用いて、温度検出手段２９の検出結果に応じて作動させ、ロータ２０の内周側回転部２４を押圧して軸方向に移動させるものとしてもよい。また、適当な真空吸引装置を用いて、温度検出手段２９の検出結果に応じて作動し、作動によってロータ２０の内周側回転部２４を吸引して軸方向に移動させるものとしてもよい。また、温度検出手段を用いずに、バイメタルのように、温度に応じて変形する部材を用い、ロータ２０の内周側回転部２４をロータ回転軸１８の軸方向に移動させるものとしてもよい。
【００４３】
次に、上記構成の作用、特に、温度変化に応じて各要素がどのように作用するかを、図１の下段、図１の部分拡大図である図２、電磁石３０に関連して説明した制御部の処理手順を示すフローチャートである図３を用いて説明する。
【００４４】
ここでは、図３のフローチャートに従って説明を進めるものとする。まず回転電機（ＭＧ）が始動される（Ｓ１０）と、外気温度θが温度検出手段２９によって検出される。そして、予め設定された閾値温度θ0と比較し、検出温度が閾値温度θ0以下か否かが判断される（Ｓ１２）。Ｓ１２の判断が肯定されると、Ｓ１４に進み、回転電機の回転数が取得される。そして、予め設定された閾値回転数Ｎ0と比較し、取得回転数が閾値回転数以上か否かが判断される（Ｓ１４）。
【００４５】
Ｓ１２とＳ１４の判断は、ステータ１４における誘起逆起電力が過大になるか否かの判断のためであるので、閾値温度θ0と閾値回転数Ｎ0の設定は相互に関連がある。閾値温度θ0は、永久磁石３４の材料特性と、固定子コイル１６のインダクタンスと、インバータの素子の耐圧特性等を考慮して設定することができる。閾値回転数Ｎ0は、回転電機の仕様が低速回転数、中速回転数、高速回転数のように大別されているときには、この高速回転数の値を用いることができる。例えば、閾値温度θ0を約−３０℃程度、閾値回転数Ｎ0を約５０００回転／分とすることができる。
【００４６】
Ｓ１２，Ｓ１４のいずれかの判断が否定されると、再びＳ１０またはＳ１２に戻り、上記手順が繰り返される。Ｓ１２，Ｓ１４の判断が共に肯定されると、Ｓ１６において、ロータ２０の内周側回転部２４の回転が拘束される（Ｓ１６）。具体的には、電磁石３０に通電指令が出される。これにより、電磁石３０の吸引力で、バネ３２の付勢力に抗して、ロータ２０の内周側回転部２４が、ロータ回転軸１８の軸方向に沿って電磁石３０の側に摺動する。このとき、拘束キー２８が溝２７から外れ、これにより、ロータ２０の内周側回転部２４がロータ回転軸１８から回転に対し分離される。したがって、ロータ回転軸１８の回転にかかわらず、ロータの内周側回転部２４は、電磁石３０の吸引力で筐体１２に固定され、回転を行わない。なお、このとき、ロータ２０の外周側回転部２２は、エンドプレート２６を介してロータ回転軸１８と共に回転する。
【００４７】
このように、Ｓ１６の前の状態では、拘束キー２８が溝２７に係合してロータ２０の内周側回転部２４がロータ回転軸１８と一体的に回転し、またロータ２０の外周側回転部２２もエンドプレート２６を介してロータ回転軸１８と一体的に回転している。これを一体化回転状態と呼ぶことができる。これに対し、Ｓ１６の後では、拘束キー２８が溝２７から分離し、ロータ２０の内周側回転部２４がロータ回転軸１８の回転にかかわらず筐体１２に固定され、一方ロータ２０の外周側回転部２２はエンドプレート２６を介してロータ回転軸１８と一体的に回転している。つまり、ロータ２０において、内周側回転部２４に対し、外周側回転部２２は相対的に回転していることになる。これを相対的回転状態と呼ぶことができる。
【００４８】
したがって、Ｓ１６の処理は、ロータ２０において、一体化回転状態から相対的回転状態に切り換える切換処理と呼ぶことができる。また、その意味で、電磁石３０を、ロータ２０について一体化回転状態と相対的回転状態との間の切換を行う切換手段と呼ぶことができる。Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ１６の処理は、温度検出手段２９、電磁石３０に関連する処理を行う制御部の機能によって実行される。
【００４９】
図１の下段には、ロータ２０が相対的回転状態となった回転電機１１の様子が図示されている。ここでは、電磁石３０に通電が行われ、ロータ２０の内周側回転部２４が矢印の方向である電磁石３０の側にロータ回転軸１８に沿って移動し、これに伴って、拘束キー２８が溝２７から外れる様子が示されている。
【００５０】
図１の上段には、ロータ２０が一体化回転状態である様子が示されており、ここでは、ロータ２０の内周側回転部２４の８つの突部２５と、外周側回転部２２の８つのコイル３６と８つの永久磁石３４とが、ロータ回転軸１８の中心点を通る直線状に並んで配置されている。したがって、コイル３６の中を通る磁束の状態は、ロータ回転軸１８の回転によって変動せず、常に一定である。
【００５１】
その様子が、図２の左側の図に示されている。ここでは、永久磁石３４からの磁束３８の多くは、ロータ２０の内周側回転部２４の突部２５を経由して、内周側回転部２４の内部を通り、再び、隣接する突部２５を経由して隣接する永久磁石３４に戻る。コイル３６は、永久磁石３４と突部２５を結ぶ直線上に位置するので、永久磁石３４からの磁束３８の多くはコイル３６を通過する。しかしながら、外周側回転部２２と内周側回転部２４とは、一体化回転状態にあるので、コイル３６を通過する磁束の時間的変化は生じない。
【００５２】
図１の下段には、相対的回転状態のある瞬間の様子が示されている。ここでは、ロータ２０の内周側回転部２４の８つの突部２５と、外周側回転部２２の８つのコイル３６と８つの永久磁石３４とは、ロータ回転軸１８の中心点を通る直線状に並んでいない。このような食い違いは、一例であって、内周側回転部２４に対し外周側回転部２２は相対的に回転するので、内周側回転部２４の突部２５の位置と外周側回転部２２の永久磁石３４の位置との間の食い違いは周期的に変動する。したがって、コイル３６の中を通る磁束の状態は、ロータ回転軸１８の回転によって変動する。
【００５３】
コイル３６の中を通る磁束の状態は、ロータ回転軸１８の回転によって変動し、たまたま内周側回転部２４の突部２５の位置が外周側回転部２２の永久磁石３４の位置と一致すると、図２の左側の状態となり、永久磁石３４からの磁束３８の多くがコイル３６を通過する。これに対し、内周側回転部２４の突部２５の位置が外周側回転部２２の永久磁石３４の位置と食い違っているときの様子の一例が図２の右側の図に示されている。ここでは、永久磁石３４からの磁束３９が内周側回転部２４の突部２５を経由して流れるよりも、外周側回転部２２のコアを流れる方が小さい磁気抵抗となるため、コイル３６を通過する磁束が少なくなっている。
【００５４】
このように、相対的回転状態においては、コイル３６を通過する磁束が時間的に変動する。コイル３６を通過する磁束に時間的変化があると、コイル３６に電流が流れ、コイル３６の抵抗成分で発熱する。この現象は、誘導加熱と呼ばれているものである。なお、一体化回転状態ではコイル３６を通過する磁束の時間的変化がないので、誘導加熱の現象は生じない。
【００５５】
再び図３に戻り、Ｓ１６においてロータ内側の回転拘束の処理が行われると、上記のように、コイル３６に誘導加熱現象が生じ（Ｓ１８）、コイル３６が発熱して、これによって永久磁石３４が伝熱加熱され（Ｓ２０）、永久磁石３４の温度が上昇する。永久磁石３４の温度が上昇すると、永久磁石３４が発生する磁界が弱くなり、ステータ１４の固定子コイル１６における逆起電力が低減する（Ｓ２２）。このように、上記構成によれば、永久磁石３４の低温化による誘起逆起電力の増加を抑制することができる。
【００５６】
上記では、永久磁石と誘導加熱用のコイルとが共にロータの外周側回転部に設けられているが、誘導加熱用のコイルをロータの内周側回転部に設けるものとすることもできる。図４、図５は、そのような構成の回転電機４０，４１の様子を説明する図である。図４は図１に対応する図であり、図５は図２に対応する図である。ここでは、常温下の状態が回転電機４０で示され、低温下の状態が回転電機４１で示されている。
【００５７】
図１の場合と同様に、先に常温下の回転電機４０の構成について説明する。この回転電機４０は、図１の回転電機１０とロータ４２の構成が異なるのみである。すなわち、筐体１２、ステータ１４、固定子コイル１６、ロータ回転軸１８、エンドプレート２６、溝２７、拘束キー２８、温度検出手段２９、電磁石３０、バネ３２のそれぞれの内容は、図１で説明したものと同じである。ここで、ロータ４２は、外周側回転部４４と内周側回転部４６とで構成されるが、外周側回転部４４には永久磁石４８が設けられ、誘導加熱用のコイル５０は内周側回転部４６に設けられる。
【００５８】
したがって、外周側回転部４４は、電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、これを複数枚積層してコアとし、このコアに設けられた貫通孔に永久磁石４８を配置したものを用いることができる。永久磁石４８の内容は、図１で説明した永久磁石３４と同じである。
【００５９】
内周側回転部４６には、図１の内周側回転部２４と異なり、その外周側に突部が設けられていない。もっとも、場合によっては突部を設けることができるが、以下では、突部を設けない場合について説明する。内周側回転部４６には電磁誘導用のコイル５０が設けられる。かかる内周側回転部２４としては、電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いたものを複数枚積層したものをコアとし、このコアに設けられた鉄心窓にコイル５０を巻回したものを用いることができる。
【００６０】
コイル５０は、図１のコイル３６と同様に、永久磁石４８の磁束を通す巻線で、両端子が接続されている孤立型コイルで、外周側回転部４４の８つの永久磁石４８のそれぞれに対応して１つずつ配置される。このコイル５０は、内周側回転部４６のコアに設けられる鉄心窓、すなわち、鉄心に相当して延びる部分の両側に開けられた開口部に絶縁被覆された導線を通し、鉄心に相当して延びる部分の周囲に複数回巻き、その両端子を短絡したもので構成することができる。図４の例では、永久磁石３４とロータ回転軸１８とを結ぶ径方向に直交する周方向が、鉄心に相当する部分が延びる方向で、この方向を巻回軸として、巻回軸の周りに導線が巻回されてコイル５０が形成される。つまり、コイル５０の巻回方向は、図１のコイル３６と異なっている。
【００６１】
上記構成の作用も、図３のフローチャートに従って説明を進めることができる。すなわち、回転電機（ＭＧ）が始動される（Ｓ１０）と、温度検出手段２９によって検出された外気温度θが閾値温度θ0と比較され、検出温度が閾値温度θ0以下か否かが判断される（Ｓ１２）。Ｓ１２の判断が肯定されると、Ｓ１４に進み、回転電機の回転数が取得され閾値回転数Ｎ0と比較し、取得回転数が閾値回転数以上か否かが判断される（Ｓ１４）。Ｓ１２，Ｓ１４の判断が共に肯定されると、Ｓ１６において、ロータ４２の内周側回転部４６の回転が拘束される（Ｓ１６）。具体的には、電磁石３０に通電指令が出され、ロータ４２が一体化回転状態から相対的回転状態に切り換えられる。
【００６２】
図４の下段には、ロータ４２が相対的回転状態となった回転電機４１の様子が図示されている。ここでは、電磁石３０に通電が行われ、ロータ４２の内周側回転部４６が矢印の方向である電磁石３０の側にロータ回転軸１８に沿って移動し、これに伴って、拘束キー２８が溝２７から外れる様子が示されている。
【００６３】
図４の上段には、ロータ４２が一体化回転状態である様子が示されており、ここでは、ロータ４２の内周側回転部４６の８つのコイル５０と、外周側回転部４４の８つの永久磁石３４とが、相対的位置関係を固定したまま一体的に回転する。したがって、コイル５０の中を通る磁束の状態は、ロータ回転軸１８の回転によって変動せず、常に一定である。
【００６４】
その様子が、図５の左側の図に示されている。ここでは、永久磁石４８からの磁束５２の多くは、ロータ２０の内周側回転部４６の内部を通り、再び、隣接する永久磁石４８に戻る。コイル５０は、隣接する永久磁石４８のちょうど中間位置に配置されているので、永久磁石４８からの磁束５２の多くはコイル５０を通過する。しかしながら、外周側回転部４４と内周側回転部４６とは、一体化回転状態にあるので、コイル５０を通過する磁束の時間的変化は生じない。
【００６５】
図４の下段には、相対的回転状態のある瞬間の様子が示されている。ここでは、ロータ４２の内周側回転部４６の８つのコイル５０と、外周側回転部４４の８つの永久磁石４８とは、ロータ回転軸１８の回転に伴って、その相対的位置関係を周期的に変える。したがって、コイル５０の中を通る磁束の状態は、ロータ回転軸１８の回転によって変動する。
【００６６】
コイル５０の中を通る磁束の状態は、ロータ回転軸１８の回転によって変動し、たまたま内周側回転部４６のコイル５０の位置が外周側回転部２２において隣接する永久磁石４８のちょうど中間の位置に来ると、図５の左側の状態となり、永久磁石４８からの磁束５２の多くがコイル５０を通過する。これに対し、内周側回転部４６のコイル５０の位置が外周側回転部４４の隣接する永久磁石４８の中間の位置からずれるときの様子の一例が図５の右側の図に示されている。ここでは、永久磁石４８からの磁束５３が内周側回転部４６の内部を経由して流れるよりも、外周側回転部２２のコアを流れる方が小さい磁気抵抗となるため、コイル５０を通過する磁束が少なくなっている。
【００６７】
このように、図４の構成においても、相対的回転状態において、コイル５０を通過する磁束が時間的に変動する。したがって、コイル３６を通過する磁束の時間的変化のためにコイル３６に電流が流れ、コイル３６の抵抗成分で発熱する。つまり、図３のフローチャートに示されるように、Ｓ１６においてロータ内側の回転拘束の処理が行われると、コイル５０に誘導加熱現象が生じ（Ｓ１８）、コイル５０が発熱して、これによって永久磁石４８が伝熱加熱され（Ｓ２０）、永久磁石４８の温度が上昇する。永久磁石４８の温度が上昇すると、永久磁石４８が発生する磁界が弱くなり、ステータ１４の固定子コイル１６における逆起電力が低減する（Ｓ２２）。このように、上記構成においても、永久磁石４８の低温化による誘起逆起電力の増加を抑制することができる。
【００６８】
上記では、ロータを径方向に２重構造とし、温度検出手段を用いて、永久磁石の温度が低温となると、電磁石に通電して、ロータの２重構造を一体化回転状態から相対的回転状態に切換え、電磁誘導用コイルを通過する永久磁石からの磁束の時間変化を生じるようにした。これ以外に、温度によって伸縮する部材を用いて、ステータのコイルとロータの永久磁石との間の間隔を変化させ、ロータからの磁束量を変化させる構成を用いることができる。この構成によれば、ロータを２重構造とする必要がなく、また温度検出手段も、温度検出手段によって作動する電磁石等のアクチュエータも必要がなくなる。
【００６９】
図６は、温度によって伸縮する熱伸縮部材６６を用いる回転電機６０，６１の構成を示す図である。図６は図１または図４に対応する図であり、ここでは、常温下の状態が回転電機６０で示され、低温下の状態が回転電機６１で示されている。
【００７０】
図１、図４の場合と同様に、先に常温下の回転電機６０の構成について説明する。この回転電機６０は、図１の回転電機１０、図４の回転電機４０と比べて、ロータ６２の構成が異なるのみである。すなわち、筐体１２、ステータ１４、固定子コイル１６、ロータ回転軸１８のそれぞれの内容は、図１で説明したものと同じである。ここで、ロータ６２には永久磁石６４が設けられ、その永久磁石６４が設けられる貫通孔に、熱伸縮部材６６が設けられる。
【００７１】
熱伸縮部材６６は、熱膨張係数が正の大きい値を有する材料から構成される部材である。例えば、耐熱性があり、高温で膨張し、低温で収縮し、その熱膨張係数が大きい値を有するプラスチック材料等を用いることができる。熱伸縮部材６６は、永久磁石６４が挿入される貫通孔において、永久磁石６４よりも内周側に配置される。そして、その貫通孔において、永久磁石６４よりも外周側に付勢部材としての板バネ６８が配置される（図７参照）。つまり、ロータ６２の軸方向に沿って貫通する貫通孔には、永久磁石６４を中心として、内周側に熱伸縮部材６６、外周側に板バネ６８が配置される。
【００７２】
熱伸縮部材６６の厚みは、常温において、貫通孔の径方向の開口部寸法から永久磁石６４の径方向の厚みと板バネ６８の板厚を差し引いた値、あるいはこれよりやや薄い厚みに設定される。すなわち、常温においては、熱伸縮部材６６は低温下に比べ膨張状態にあって、板バネ６８の付勢力に抗して永久磁石６４を貫通孔の外周側に押し付ける状態とされる。このようにすることで、常温下において、永久磁石６４は貫通孔の外周側に寄せられる。図６の上段の図では、常温下におけるステータ１４と永久磁石６４との間隔がｄ１として示されている。
【００７３】
次に、低温下の状態について、図６の下段の図と、その部分拡大図である図７を用いて説明する。これらには、低温下において収縮し、その厚みを小さくなった熱伸縮部材６７が示されている。そして、その厚みの減少分だけ、永久磁石６４は、板バネ６８によって、図６の下段の図に示される矢印の方向に、すなわち、貫通孔の内周側の方向に寄せられる。図６の下段の図では、低温下におけるステータ１４と永久磁石６４との間隔がｄ２として示されている。ｄ２−ｄ１は、常温下における熱伸縮部材６６の厚みから低温下における熱伸縮部材６７の厚みを差し引いた値に相当する。図７では、板バネ６８の付勢力によって永久磁石６４が熱伸縮部材６６の側に押し付けられ、ロータ６２の内周側に寄せられている様子が示されている。
【００７４】
図８には、板バネ６８の平面図と断面図が示されている。板バネ６８は、弾性材料から構成される板材７０に、複数のコの字状、あるいはＵ字状の切り込みを入れて、その切り込み部分を板材７０から立ち上げて、複数の片持ち板バネ７２，７３を形成したものである。板材７０としては、金属薄板、あるいは耐熱性のあるプラスチック薄板を用いることができる。
【００７５】
このようにして、ステータ１４と永久磁石６４との間隔を、常温下におけるｄ１から、低温下においてｄ１よりも大きな値のｄ２とすることができる。これによって、低温下において永久磁石６４が発生する磁界によってステータ１４に供給される磁束量を、間隔ｄ１のままの状態に比べて抑制することができ、これによって、ステータ１４の固定子コイル１６における誘起逆起電力の増加を抑制することができる。
【００７６】
その作用は、図９のフローチャートによって時系列的に説明することができる。すなわち外気温度が常温から低下したか否かにより（Ｓ３０）、常温から低下したときには、Ｓ３２以下の時系列の状態変化となり、常温の状態であればＳ３３以下の時系列の状態変化となる。
【００７７】
Ｓ３０において、外気温度が低下したとされるときは、温度低下に応じて、常温下における熱伸縮部材６６がこれより収縮して厚みが減少した状態の熱伸縮部材６７となる（Ｓ３２）。それにより、板バネ６８の付勢力によって永久磁石６４の位置がロータ６２の内周側に移動する。すなわち、上記のように、ステータ１４と永久磁石６４との間の間隔が、常温下におけるｄ１から、ｄ１よりも大きなｄ２となる。低温下では、この状態で回転電機６１が始動される（Ｓ３６）。したがって、熱伸縮部材を用いないときのステータ１４と永久磁石６４との間の間隔ｄ１に比べて、ロータ６２の永久磁石６４からステータ１４に供給される磁束量が減少し、ステータ１４の固定子コイル１６における鎖交磁束が減少し（Ｓ３８）、固定子コイル１６における誘起逆起電力が低減される（Ｓ４０）。
【００７８】
一方、Ｓ３０において外気温度が低下したとされないときは、熱伸縮部材６６はそのまま（Ｓ３３）で、厚みは減少せず、永久磁石６４の位置が通常位置のまま（Ｓ３５）、すなわち、ステータ１４と永久磁石６４との間の間隔はｄ１のままである。常温下においてはこの状態で回転電機６０が始動される（Ｓ３７）。したがって、ロータ６２の永久磁石６４からステータ１４に供給される磁束量は設計通りで、ステータ１４の固定子コイル１６における鎖交磁束は設計通りの通常値のまま（Ｓ３９）で、固定子コイル１６における誘起逆起電力も設計通りの通常値となる（Ｓ４１）。
【００７９】
上記では、ステータの内径とロータの外径は、共にロータ回転軸の軸方向に沿って寸法が変化しないものとして説明した。図１０は、ステータがロータ回転軸の軸方向に沿って傾斜する内周側形状を有し、ロータが、ステータの内周側形状に対応して、ロータ回転軸の軸方向に沿って傾斜する外周側形状を有する回転電機において、永久磁石の温度に応じて、ロータの磁束量を変化させることができる構成を説明する図である。ここでは、常温下の状態が図１０の左側の図における回転電機８０で示され、低温下の状態が図１０の右側の図における回転電機８１で示されている。
【００８０】
図１、図４、図６の場合と同様に、先に常温下の回転電機８０の構成について説明する。この回転電機７０は、図１の回転電機１０、図４の回転電機４０と比べて、ステータ８２と、固定子コイル８４と、ロータ８６と、エンドプレート８８と、永久磁石９０とが異なるのみである。すなわち、筐体１２、ロータ回転軸１８、温度検出手段２９、電磁石３０、バネ３２のそれぞれの内容は、図１で説明したものと同じである。
【００８１】
ここで、ステータ８２は、ロータ回転軸１８の軸方向に沿って傾斜する内周側形状を有し、これに伴って固定子コイル８４もロータ回転軸１８の軸方向に沿って傾斜して配置され、ロータ８６は、ステータ８２の内周側形状に対応して、ロータ回転軸１８の軸方向に沿って傾斜する外周側形状を有し、エンドプレート８８の形状もこれに伴って、ロータ回転軸１８の軸方向の両端における形状が相互に異なるものとなり、永久磁石９０もロータ回転軸１８の軸方向に沿って傾斜して配置される。なお、傾斜は、ロータ８６の内周側形状について説明すると、電磁石３０が設けられる側が大きく、その反対側が小さくなるように設定される。
【００８２】
次に、低温下における状態を図１０の右側の図を用いて説明する。ここでも、図３のフローチャートのＳ１０、Ｓ１２，Ｓ１４と同様に、回転電機（ＭＧ）が始動されると、温度検出手段２９によって検出された外気温度θが閾値温度θ0と比較され、検出温度が閾値温度θ0以下か否かが判断される。その判断が肯定されると、回転電機の回転数が取得され閾値回転数Ｎ0と比較し、取得回転数が閾値回転数以上か否かが判断される。この判断も肯定されると、次に、電磁石３０に通電指令が出される。これによって、ロータ８６がバネ３２の付勢力に抗して、図１０の右側の図に示される矢印の方向に、すなわち電磁石３０の方向に、ロータ回転軸１８の軸方向に沿って移動し、電磁石３０によって筐体１２に固定される。
【００８３】
図１０の右側の図には、低温下において電磁石３０の側に移動したロータ８７の様子が示されている。このように、低温下においてロータ８７がロータ回転軸１８の軸方向に沿って移動することで、ステータ８２とロータ８７の間の対向面積を常温のときの対向面積よりも少なくできる。これによって、ロータ８７からステータ８２に対し供給される磁束量を常温のときに比べて抑制でき、ステータ８２の固定子コイル８４における誘起逆起電力の増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明に係る実施の形態における回転電機の構成を説明する図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】本発明に係る実施の形態において、電磁石に関連した制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る実施の形態において、他の回転電機の構成を説明する図である。
【図５】図４の部分拡大図である。
【図６】本発明に係る実施の形態において、熱伸縮部材を用いた回転電機の構成を説明する図である。
【図７】図６の部分拡大図である。
【図８】本発明に係る実施の形態において、熱伸縮部材と共に用いられる板バネの構成を説明する図である。
【図９】本発明に係る実施の形態において、熱伸縮部材に関連した時系列の変化を示すフローチャートである。
【図１０】本発明に係る実施の形態において、傾斜したステータとロータを用いた回転電機の構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０，１１，４０，４１，６０，６１，８０，８１  回転電機、１２  筐体、１４，８２  ステータ、１６，８４  固定子コイル、１８  ロータ回転軸、２０，４２，６２，８６，８７  ロータ、２２，４４  外周側回転部、２４，４６  内周側回転部、２５  突部、２６，８８  エンドプレート、２７  溝、２８  拘束キー、２９  温度検出手段、３０  電磁石、３２  バネ、３４，４８，６４，９０  永久磁石、３６，５０  コイル、３８，３９，５２，５３  磁束、６６，６７  熱伸縮部材、６８  板バネ、７０  板材、７２，７３  片持ち板バネ。
【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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