JP7222341B2

JP7222341B2 - 回転電機

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Publication number: JP7222341B2
Application number: JP2019204006A
Authority: JP
Inventors: 宏之服部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2023-02-15
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Also published as: US11476741B2; US20210143714A1; CN112787438A; JP2021078256A; CN112787438B

Description

本発明は、回転電機に関する。

特許文献１には、シャフトに設けられ、複数の永久磁石が埋設された円環状のロータコアを有するロータと、ロータコアに対して径方向に間隔をあけて配置された円環状のステータコア及びステータコイルを有するステータと、ロータ及びステータの軸線方向の外側に配置され、界磁コイルが設けられた界磁ヨークと、を備えた回転電機が開示されている。前記ロータは、永久磁石を設けて形成されたＮ極を持つ磁石磁極部と、永久磁石を設けずにロータコアの鉄心部によって形成されたＳ極を持つ鉄極部とが、ロータコアの周方向に交互に形成されたコンシクエントポール型である。

特開２０１０－０６８５９８号公報

コンシクエントポール型のロータでは、ロータコアの周方向にＮ極を持つ永久磁石とＳ極を持つ永久磁石とを交互に配置したロータよりも、永久磁石の数を減らせる分、低コスト化を図ることができる。

しかしながら、永久磁石が配置された磁石磁極部では、磁束の方向性が強く且つ磁束が密であり、永久磁石が配置されていない鉄極部では、磁束の方向性が弱く且つ磁束が疎となる。よって、特許文献１に開示された回転電機のロータでは、ロータコアの周方向に磁石磁極部と鉄極部とが交互に配置されているため、ロータ表面における磁束の方向性及び磁束密度、言い換えれば、磁束分布及び磁束量が均一にならず、ロータからステータにかかる磁束に偏りが発生してしまう。そのため、この磁束の偏りに起因してロータ回転時の振動が増大してしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、磁束の偏りに起因したロータ回転時の振動を低減させることができる回転電機を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る回転電機は、軸線を中心に回転可能な回転軸部材と、前記回転軸部材に固定された円環状の第１のロータコアであって、第１の極性を持つ複数の第１の永久磁石が埋設された前記第１のロータコアを有し、第１の永久磁石を設けて形成された前記第１の極性を持つ第１の磁石磁極部と、前記第１の永久磁石を設けずに前記第１のロータコアの鉄心部によって形成された前記第１の極性とは異なる第２の極性を持つ第１の鉄極部とが、前記第１のロータコアの周方向に交互に配置された第１のロータと、前記回転軸部材に固定された円環状の第２のロータコアであって、前記第２の極性を持つ複数の第２の永久磁石が埋設された前記第２のロータコアを有し、前記第２の永久磁石を設けて形成された前記第２の極性を持つ第２の磁石磁極部と、前記第２の永久磁石を設けずに前記第２のロータコアの鉄心部によって形成された前記第１の極性を持つ第２の鉄極部とが、前記第２のロータコアの周方向に交互に配置された第２のロータと、前記第１のロータ及び前記第２のロータに対して、前記回転軸部材の軸線方向と直交する方向である径方向に間隔をあけて配置された円環状のステータコア、及び、ステータコアに設けられたステータコイルを有するステータと、前記第１のロータ、前記第２のロータ、及び、前記ステータの前記軸線方向の外側に配置され、通電することにより界磁磁束を発生させる界磁コイルが設けられた界磁ヨークと、を備えた回転電機であって、前記第１のロータと前記第２のロータとは、前記軸線方向に沿って、前記第１の磁石磁極部と前記第２の鉄極部とが対向し、前記第１の鉄極部と前記第２の磁石磁極部とが対向して、前記回転軸部材に配置されていることを特徴とするものである。

また、上記において、前記軸線方向にて、前記第１のロータコアと前記第２のロータコアとの間に非磁性部材を有してもよい。

これにより、界磁コイルが発生させた界磁磁束が、第１のロータコアと第２のロータコアとの間にて軸線方向に通過することを非磁性部材によって抑制でき、界磁磁束によるトルク向上を図ることができる。

また、上記において、前記軸線方向にて、前記第１のロータコアと前記第２のロータコアとが離間していてもよい。

これにより、界磁コイルが発生させた界磁磁束が、第１のロータコアと第２のロータコアとの間にて軸線方向に通過することを、第１のロータコアと第２のロータコアとの間に形成された空隙によって抑制でき、界磁磁束によるトルク向上を図ることができる。

また、上記において、前記ステータコアは、前記軸線方向の一方側に設けられた第１のステータコアと、前記軸線方向の他方側に設けられた第２のステータコアとを有しており、前記軸線方向にて、前記第１のステータコアと前記第２のステータコアとの間に非磁性部材を有してもよい。

これにより、界磁コイルが発生させた界磁磁束が、第１のステータコアと第２のステータコアとの間にて軸線方向に通過することを、非磁性部材によって抑制でき、界磁磁束によるトルク向上を図ることができる。

また、上記において、前記ステータコアは、前記軸線方向の一方側に設けられた第１のステータコアと、前記軸線方向の他方側に設けられた第２のステータコアとを有しており、前記軸線方向にて、前記第１のステータコアと前記第２のステータコアとが離間していてもよい。

これにより、界磁コイルが発生させた界磁磁束が、第１のステータコアと第２のステータコアとの間にて軸線方向に通過することを、第１のステータコアと第２のステータコアとの間に形成された空隙によって抑制でき、界磁磁束によるトルク向上を図ることができる。

また、上記において、前記軸線方向にて、前記第１のロータコアと前記第２のロータコアとが接触していてもよい。

これにより、軸線方向にて第１のロータコアと第２のロータコアとが離間している場合よりも、回転電機の軸線方向の寸法を小さくすることが可能となる。

また、上記において、前記界磁ヨークは、前記軸線方向の一方側にて、前記第１のロータ及び前記ステータの外側に配置された第１の界磁ヨーク、及び、前記軸線方向の他方側にて、前記第２のロータ及び前記ステータの外側に配置された第２の界磁ヨーク、を有し、前記界磁コイルは、前記第１の界磁ヨークに設けられ、前記第１の界磁ヨークと前記第１のロータと前記ステータとの間にて磁気回路を形成させる第１の界磁コイル、及び、前記第２の界磁ヨークに設けられ、前記第２の界磁ヨークと前記第２のロータと前記ステータとの間にて磁気回路を形成させる第２の界磁コイル、を有してもよい。

これにより、第１の界磁コイル及び第２の界磁コイルに通電する電流量をそれぞれ調整し、第１の界磁コイル及び第２の界磁コイルがそれぞれ発生させる界磁磁束の磁束量をそれぞれ制御することができ、ロータ表面での磁束分布及び磁束量をより均一に近づけることができる。

本発明に係る回転電機においては、軸線方向にて隣り合った第１のロータにおける第１の磁石磁極部と第２のロータにおける第２の鉄極部とによって、第１の極性を持つ磁極部が構成される。また、軸線方向にて隣り合った第１のロータにおける第１の鉄極部と、第２のロータにおける第２の磁石磁極部とによって、第２の極性を持つ磁極部が構成される。これにより、本発明に係る回転電機は、第１の極性を持つ磁極部と、第２の極性を持つ磁極部とにおける、ロータ表面での磁束の方向性及び磁束密度、言い換えれば、磁束分布及び磁束量を均一に近づけることができる。よって、本発明に係る回転電機は、磁束の偏りに起因したロータ回転時の振動を低減させることができるという効果を奏する。

図１は、実施形態１に係る回転電機を軸線方向と直交する方向から見た断面図である。図２（ａ）は、第１のロータの図１におけるＡ１－Ａ１断面図である。図２（ｂ）は、第２のロータの図１におけるＢ１－Ｂ１断面図である。図３は、界磁磁束の流れを示した、実施形態１に係る回転電機を軸線方向と直交する方向から見た断面図である。図４（ａ）は、第１のロータの図３におけるＡ２－Ａ２断面図である。図４（ｂ）は、第２のロータの図３におけるＢ２－Ｂ２断面図である。図５は、界磁ヨークの外側壁部をステータの外周まで延在して繋げた、実施形態１に係る回転電機を軸線方向と直交する方向から見た断面図である。図６は、実施形態２に係る回転電機の軸線方向と直交する方向から見た断面図である。図７は、界磁磁束の流れを示した、実施形態２に係る回転電機を軸線方向と直交する方向から見た断面図である。図８は、第１のロータコアと第２のロータコアとの間にだけ非磁性部材を設けた、実施形態２に係る回転電機を軸線方向と直交する方向から見た断面図である。図９は、第１のステータコアと第２のステータコアとの間にだけ非磁性部材を設けた、実施形態２に係る回転電機を軸線方向と直交する方向から見た断面図である。図１０は、界磁ヨークの外側壁部をステータの外周まで延在して繋げた、実施形態２に係る回転電機を軸線方向と直交する方向から見た断面図である。図１１は、界磁ヨークの外側壁部をステータの外周まで延在して繋げ、第１のロータコアと第２のロータコアとの間にだけ非磁性部材を設けた、実施形態２に係る回転電機を軸線方向と直交する方向から見た断面図である。図１２は、界磁ヨークの外側壁部をステータの外周まで延在して繋げ、第１のステータコアと第２のステータコアとの間にだけ非磁性部材を設けた、実施形態２に係る回転電機を軸線方向と直交する方向から見た断面図である。

（実施形態１）
以下に、本発明に係る回転電機の実施形態１について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態１に係る回転電機１を軸線方向Ｄ１と直交する方向から見た断面図である。図２（ａ）は、第１のロータの図１におけるＡ１－Ａ１断面図である。図２（ｂ）は、第２のロータの図１におけるＢ１－Ｂ１断面図である。

図１に示すように、実施形態１に係る回転電機１は、シャフト２、ロータ３、ステータ４、第１の界磁ヨーク５Ａ、第２の界磁ヨーク５Ｂ、第１の界磁コイル６Ａ、及び、第２の界磁コイル６Ｂなどを備えており、電動機と発電機との少なくとも一方として機能させて用いられる。

シャフト２は、軸線方向Ｄ１に長尺であり軸線を中心に回転可能な金属製の回転軸部材である。なお、以下の説明において、「軸線方向Ｄ１」とは、シャフト２の軸線方向（長手方向）と定義する。

ロータ３は、軸線方向Ｄ１にて接触して同一軸線上に配置された第１のロータ３Ａと第２のロータ３Ｂとによって構成されている。

第１のロータ３Ａは、第１のロータコア３１Ａ及び第１の永久磁石３２Ａなどを備えている。

第１のロータコア３１Ａは、複数の電磁鋼板を軸線方向Ｄ１に積層して円環状に形成されており、シャフト２と共に回転可能にシャフト２に直接固設されている。第１のロータコア３１Ａは、それぞれ軸線方向Ｄ１にて電磁鋼板間に隙間があるため、軸線方向Ｄ１の磁気抵抗が、ロータ３の軸線方向Ｄ１と直交する方向である径方向Ｄ２、及び、ロータ３の周方向の磁気抵抗よりも大きい。そのため、第１のロータコア３１Ａ内では、磁束が軸線方向Ｄ１に流れ難く、径方向Ｄ２及び周方向に磁束が流れやすくなっている。

第１の永久磁石３２Ａは、第１のロータコア３１Ａの内部に埋設されており、第１のロータコア３１Ａの軸線方向Ｄ１にわたって延在している。第１の永久磁石３２Ａの軸線方向Ｄ１の両端面は、それぞれ第１のロータコア３１Ａの軸線方向Ｄ１の両端面と略面一になっている。また、図２（ａ）に示すように、第１の永久磁石３２Ａは、軸線方向Ｄ１と直交する断面の形状が矩形であり、径方向Ｄ２の外側の磁極面が第１の極性であるＮ極となるように配置されている。そして、第１のロータコア３１Ａの内部において径方向Ｄ２で外側の領域に、周方向に機械角で９０［°］の間隔で離間させて同心円上にて、４つの第１の永久磁石３２Ａが配置されている。なお、第１の永久磁石３２Ａは、例えば、希土類磁石やフェライト磁石などである。

第１のロータ３Ａは、４つの第１の磁石磁極部ＰＡ１と４つの第１の鉄極部ＰＡ２とを有する。４つの第１の磁石磁極部ＰＡ１は、周方向に等間隔で離れて第１のロータコア３１Ａに配置されており、それぞれが第１の永久磁石３２Ａを１つずつ設けて形成された、第１の永久磁石３２Ａによる第１の極性であるＮ極性を持つ磁石磁極部である。４つの第１の鉄極部ＰＡ２は、それぞれ第１のロータコア３１Ａにおける隣り合う第１の永久磁石３２Ａ間に、永久磁石を設けずに第１のロータコア３１Ａの鉄心部３３Ａによって形成された、第１の極性と異なる極性の第２の極性であるＳ極を持つ鉄極部である。

このように、第１のロータ３Ａは、Ｎ極を持つ磁極部（第１の磁石磁極部ＰＡ１）とＳ極を持つ磁極部（第１の鉄極部ＰＡ２）とが、周方向に交互に配置されたコンシクエントポール型の構造を成している。

第２のロータ３Ｂは、第２のロータコア３１Ｂ及び第２の永久磁石３２Ｂなどを備えている。

第２のロータコア３１Ｂは、複数の電磁鋼板を軸線方向Ｄ１に積層して円環状に形成されており、シャフト２と共に回転可能にシャフト２に直接固設されている。第２のロータコア３１Ｂは、内径、外径、及び、軸線方向Ｄ１の長さが第１のロータコア３１Ａと同じである。第２のロータコア３１Ｂは、それぞれ軸線方向Ｄ１にて電磁鋼板間に隙間があるため、軸線方向Ｄ１の磁気抵抗が、ロータ３の軸線方向Ｄ１と直交する方向である径方向Ｄ２、及び、ロータ３の周方向の磁気抵抗よりも大きい。そのため、第２のロータコア３１Ｂ内では、磁束が軸線方向Ｄ１に流れ難く、径方向Ｄ２及び周方向に磁束が流れやすくなっている。

第２の永久磁石３２Ｂは、第２のロータコア３１Ｂの内部に埋設されており、第２のロータコア３１Ｂの軸線方向Ｄ１にわたって延在している。第２の永久磁石３２Ｂの軸線方向Ｄ１の両端面は、それぞれ第２のロータコア３１Ｂの軸線方向Ｄ１の両端面と略面一になっている。また、図２（ｂ）に示すように、第２の永久磁石３２Ｂは、軸線方向Ｄ１と直交する断面の形状が矩形であり、径方向Ｄ２の外側の磁極面が第２の極性であるＳ極となるように配置されている。そして、第２のロータコア３１Ｂの内部において径方向Ｄ２で外側の領域に、周方向に機械角で９０［°］の間隔で離間させて同心円上にて、４つの第２の永久磁石３２Ｂが配置されている。なお、第２の永久磁石３２Ｂは、例えば、希土類磁石やフェライト磁石などである。

第２のロータ３Ｂは、４つの第２の磁石磁極部ＰＢ１と４つの第２の鉄極部ＰＢ２とを有する。４つの第２の磁石磁極部ＰＢ１は、周方向に等間隔で離れて第２のロータコア３１Ｂに配置されており、それぞれが第２の永久磁石３２Ｂを１つずつ設けて形成された、第２の永久磁石３２Ｂによる第２の極性であるＳ極性を持つ磁石磁極部である。４つの第２の鉄極部ＰＢ２は、それぞれ第２のロータコア３１Ｂにおける隣り合う第２の永久磁石３２Ｂ間に、永久磁石を設けずに第２のロータコア３１Ｂの鉄心部３３Ｂによって形成された、第１の極性であるＮ極を持つ鉄極部である。

このように、第２のロータ３Ｂは、Ｓ極を持つ磁極部（第２の磁石磁極部ＰＢ１）とＮ極を持つ磁極部（第２の鉄極部ＰＢ２）とが、周方向に交互に配置されたコンシクエントポール型の構造を成している。

そして、第１のロータ３Ａと第２のロータ３Ｂとは、第１の磁石磁極部ＰＡ１と第２の磁石磁極部ＰＢ１、及び、第１の鉄極部ＰＡ２と第２の鉄極部ＰＢ２が、周方向で機械角が４５［°］ずれた位置関係となるように、シャフト２に配置されている。すなわち、軸線方向Ｄ１に沿って、第１のロータ３Ａの第１の磁石磁極部ＰＡ１と第２のロータ３Ｂの第２の鉄極部ＰＢ２とが対向し、第１のロータ３Ａの第１の鉄極部ＰＡ２と第２のロータ３Ｂの第２の磁石磁極部ＰＢ１とが対向するように、第１のロータコア３１Ａ及び第２のロータコア３１Ｂがシャフト２に配置されている。このように、ロータ３は、軸線方向Ｄ１の中央を境にして、軸線方向Ｄ１の一方側である第１のロータ３Ａ側と、軸線方向Ｄ１の他方側である第２のロータ３Ｂ側とで、磁石磁極部の位置が周方向で異なっている。

また、第１のロータ３Ａと第２のロータ３Ｂとは、軸線方向Ｄ１にて第１のロータコア３１Ａと第２のロータコア３１Ｂとが接触してシャフト２に配置されている。これにより、軸線方向Ｄ１にて第１のロータ３Ａと第２のロータ３Ｂとが離れている場合よりも、回転電機１の軸線方向Ｄ１の寸法を小さくすることが可能となる。

なお、実施形態１に係るロータ３は、第１のロータ３Ａにおける第１の磁石磁極部ＰＡ１の極性はＮ極であって第１の鉄極部ＰＡ２の極性はＳ極であり、第２のロータ３Ｂにおける第２の磁石磁極部ＰＢ１の極性はＳ極であって第２の鉄極部ＰＢ２の極性はＮ極であるが、これに限るものではない。例えば、第１のロータ３Ａにおける第１の磁石磁極部ＰＡ１の極性はＳ極であって第１の鉄極部ＰＡ２の極性はＮ極であり、第２のロータ３Ｂにおける第２の磁石磁極部ＰＢ１の極性はＳ極であって第２の鉄極部ＰＢ２の極性はＳ極であってもよい。

また、実施形態１に係る第１のロータ３Ａ及び第２のロータ３Ｂは、第１の磁石磁極部ＰＡ１及び第２の磁石磁極部ＰＢ１と、第１の鉄極部ＰＡ２及び第２の鉄極部ＰＢ２とを、それぞれ４つずつ有しているが、これに限定されるものではない。例えば、実施形態１に係る第１のロータ３Ａ及び第２のロータ３Ｂは、第１の磁石磁極部ＰＡ１及び第２の磁石磁極部ＰＢ１と、第１の鉄極部ＰＡ２及び第２の鉄極部ＰＢ２とを、それぞれ３つずつまたは５つずつ有してもよい。

ステータ４は、ロータ３の径方向Ｄ２で外方に所定間隔をあけて配置された円筒状のステータコア４１と、ステータコア４１に巻き付けられて設けられたステータコイル４２とを有している。ステータコア４１は、複数枚の電磁鋼板を軸線方向Ｄ１に積層して構成されている。ステータコア４１は、軸線方向Ｄ１にて電磁鋼板間に隙間があるため、軸線方向Ｄ１の磁気抵抗が、径方向Ｄ２及び周方向の磁気抵抗よりも大きい。そのため、ステータコア４１内では、磁束が軸線方向Ｄ１に流れ難く、径方向Ｄ２及び周方向に磁束が流れやすくなっている。

第１の界磁ヨーク５Ａ及び第２の界磁ヨーク５Ｂは、磁性材からなり、図１に示すように、第１の外側壁部５１Ａ及び第２の外側壁部５１Ｂと、第１の端壁部５２Ａ及び第２の端壁部５２Ｂと、第１の内側壁部５３Ａ及び第２の内側壁部５３Ｂと、によって構成されており、ロータ３及びステータ４の軸線方向Ｄ１で外側に配置されている。第１の外側壁部５１Ａ及び第２の外側壁部５１Ｂは、第１の端壁部５２Ａ及び第２の端壁部５２Ｂの径方向Ｄ２の外周縁部から軸線方向Ｄ１でステータコア４１側に延在している。そして、第１の外側壁部５１Ａ及び第２の外側壁部５１Ｂの軸線方向Ｄ１の内側の端面は、ステータコア４１の軸線方向Ｄ１の両端と対向している。第１の端壁部５２Ａ及び第２の端壁部５２Ｂは、径方向Ｄ２に延在しており、それぞれ軸線方向Ｄ１にて、ロータ３及びステータ４のコイルエンド４２１の両端から離れた位置に配置されている。第１の内側壁部５３Ａ及び第２の内側壁部５３Ｂは、軸線方向Ｄ１に延在しており、第１の端壁部５２Ａ及び第２の端壁部５２Ｂの径方向Ｄ２の内周縁部に連なって形成されており、軸線方向Ｄ１にてロータ３の両端から所定間隔をあけて配置されている。また、第１の内側壁部５３Ａ及び第２の内側壁部５３Ｂは、径方向Ｄ２にてシャフト２から所定間隔をあけて配置されている。

第１の端壁部５２Ａ及び第２の端壁部５２Ｂの軸線方向Ｄ１におけるロータ３側の面には、通電されることによって界磁磁束を発生させる第１の界磁コイル６Ａ及び第２の界磁コイル６Ｂが設けられている。

実施形態１に係る回転電機１では、例えば、回転電機１が搭載される車両に設けられた制御装置によって、回転電機１の負荷が低いときに実施する低負荷モードと、回転電機１の負荷が高いときに実施する高負荷モードと、が実行可能となっている。低負荷モードは、回転電機１の高速回転時（トルク負荷が少ないとき）や無負荷時に実行され、第１の界磁コイル６Ａ及び第２の界磁コイル６Ｂへの通電を行わないモードである。高負荷モードは、回転電機１の高負荷時に実行され、第１の界磁コイル６Ａ及び第２の界磁コイル６Ｂへの通電を行うモードである。

図３は、界磁磁束ＭＦ１Ａ，ＭＦ１Ｂの流れを示した、実施形態１に係る回転電機１を軸線方向Ｄ１と直交する方向から見た断面図である。なお、図３中、界磁磁束ＭＦ１Ａ，ＭＦ１Ｂの流れは、実線の矢印で示している。また、図３に示す第１の界磁コイル６Ａ及び第２の界磁コイル６Ｂにおいて、○の中に黒丸（・）を示す記号は、第１の界磁コイル６Ａ及び第２の界磁コイル６Ｂを構成する導線に紙面奥側から紙面手前側に界磁電流が流れることを表わしている。また、○の中に×を示す記号は、第１の界磁コイル６Ａ及び第２の界磁コイル６Ｂを構成する導線に紙面手前側から紙面奥側に界磁電流が流れることを表わしている。図３では、第１の界磁コイル６Ａ及び第２の界磁コイル６Ｂにおいて界磁電流の流れ方向が同じ向きとなっている。

図３に示すように、第１の界磁コイル６Ａが通電されることによって、第１の界磁ヨーク５Ａの第１の内側壁部５３Ａを起点にして見た場合に、第１の内側壁部５３Ａ、第１の端壁部５２Ａ、第１の外側壁部５１Ａ、ステータコア４１、第１のロータコア３１Ａ、の順に界磁磁束ＭＦ１Ａが流れるような磁気回路が形成される。すなわち、第１の界磁コイル６Ａは、通電されることによって、第１の界磁ヨーク５Ａと第１のロータ３Ａとステータ４との間にて磁気回路を形成させる。また、第１の界磁コイル６Ａに通電する電流量を調整することによって、第１のロータ３Ａとステータ４との間での磁束量が制御可能である。

また、図３に示すように、第２の界磁コイル６Ｂが通電されることによって、第２の界磁ヨーク５Ｂの第２の内側壁部５３Ｂを起点にして見た場合に、第２の内側壁部５３Ｂ、第２のロータコア３１Ｂ、ステータコア４１、第２の外側壁部５１Ｂ、第２の端壁部５２Ｂ、の順に界磁磁束ＭＦ１Ｂが流れるような磁気回路が形成される。すなわち、第２の界磁コイル６Ｂは、通電されることによって、第２の界磁ヨーク５Ｂと第２のロータ３Ｂとステータ４との間にて磁気回路を形成させる。また、第２の界磁コイル６Ｂに通電する電流量を調整することによって、第２のロータ３Ｂとステータ４との間での磁束量が制御可能である。

図４（ａ）は、第１のロータ３Ａの図３におけるＡ２－Ａ２断面図である。図４（ｂ）は、第２のロータ３Ｂの図３におけるＢ２－Ｂ２断面図である。なお、図４（ａ）及び図４（ｂ）中、界磁磁束ＭＦ１Ａ，ＭＦ１Ｂの流れは、実線の矢印で示している。また、図４（ａ）及び図４（ｂ）中、磁石磁束ＭＦ２Ａ，ＭＦ２Ｂの流れは、破線の矢印で示している。

図４（ａ）に示すように、第１のロータ３ＡにおけるＮ極の第１の磁石磁極部ＰＡ１では、第１の永久磁石３２Ａによって発生させた磁石磁束ＭＦ２Ａが、第１の磁石磁極部ＰＡ１から径方向外側に向かって流れ出る。また、図４（ｂ）に示すように、第２のロータ３ＢにおけるＮ極の第２の鉄極部ＰＢ２では、界磁コイル６によって発生させた界磁磁束ＭＦ１Ｂと、第２の永久磁石３２Ｂによって発生させた磁石磁束ＭＦ２Ｂとが、第２の鉄極部ＰＢ２から径方向外側に向かって流れ出る。

一方、図４（ａ）に示すように、第１のロータ３ＡにおけるＳ極の第１の鉄極部ＰＡ２では、第１の界磁コイル６Ａによって発生させた界磁磁束ＭＦ１Ａと、第１の永久磁石３２Ａによって発生させた磁石磁束ＭＦ２Ａとが、第１の鉄極部ＰＡ２に向かって径方向外側から流れ込む。また、図４（ｂ）に示すように、第２のロータ３ＢにおけるＳ極の第２の磁石磁極部ＰＢ１では、第２の永久磁石３２Ｂによって発生させた磁石磁束ＭＦ２Ｂが、第２の磁石磁極部ＰＢ１に向かって径方向外側から流れ込む。

このようにロータ３では、Ｎ極を持つ磁極部にてロータ３側からステータ４側に向かって磁束が流れ、Ｓ極を持つ磁極部にてステータ４側からロータ３側に向かって磁束が流れる。そして、ロータ３におけるＮ極を持つ磁極部は、第１のロータ３Ａにおける第１の永久磁石３２Ａを含む第１の磁石磁極部ＰＡ１と、第２のロータ３Ｂにおける永久磁石を含まない第２の鉄極部ＰＢ２とによって構成されている。また、ロータ３におけるＳ極を持つ磁極部は、第１のロータ３Ａにおける永久磁石を含まない第１の鉄極部ＰＡ２と、第２のロータ３Ｂにおける第２の永久磁石３２Ｂを含む第２の磁石磁極部ＰＢ１とによって構成されている。

よって、ロータ３では、周方向に交互に配置されたＮ極を持つ磁極部及びＳ極を持つ磁極部が、ともに、永久磁石が配置されて磁束の方向性が強く、磁束が密である磁石磁極と、永久磁石が配置されておらず磁束の方向性が弱く、磁束が疎となる突極とによって構成されている。そのため、ロータ３の表面では、Ｎ極を持つ磁極部とＳ極を持つ磁極部における磁束の方向性及び磁束密度、言い換えれば、磁束分布及び磁束量を均一に近づけることができ、ロータ３からステータ４にかかる磁束の偏りを小さくして、この磁束の偏りに起因したロータ回転時の振動を低減させることができる。また、Ｎ極を持つ磁極部とＳ極を持つ磁極部の磁束量が均一に近づくことによって、損失を低減させることができる。

また、実施形態１に係る回転電機１では、図３に示すように、界磁磁束ＭＦ１Ａ，ＭＦ１Ｂが通る磁気回路（界磁路）が、軸線方向Ｄ１にて第１のロータ３Ａ側と第２のロータ３Ｂ側とで分かれている。そのため、実施形態１に係る回転電機１では、第１の界磁コイル６Ａ及び第２の界磁コイル６Ｂに通電する電流量をそれぞれ調整し、界磁磁束ＭＦ１Ａ，ＭＦ１Ｂの磁束量をそれぞれ制御することによって、ロータ３の表面での磁束分布及び磁束量をより均一に近づけることができ、ロータ３からステータ４にかかる磁束の偏りをより小さくして、この磁束の偏りに起因した振動をより低減させることができる。また、界磁磁束ＭＦ１Ａ，ＭＦ１Ｂが通る磁気回路（界磁路）が分かれていることにより、界磁磁束ＭＦ１Ａ，ＭＦ１Ｂの磁束量も均等に近づけることが可能となる。

また、実施形態１に係る回転電機１では、高負荷モード時に、第１の界磁コイル６Ａ及び第２の界磁コイル６Ｂに通電させて界磁磁束ＭＦ１Ａ，ＭＦ１Ｂを発生させることにより、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、第１のロータコア３１Ａにおける第１の鉄極部ＰＡ２と、第２のロータコア３１Ｂにおける第２の鉄極部ＰＢ２とに、それぞれ界磁磁束ＭＦ１Ａ，ＭＦ１Ｂが流れ込む。そのため、第１のロータコア３１Ａにおける第１の磁石磁極部ＰＡ１から第１の鉄極部ＰＡ２に磁石磁束ＭＦ２Ａが漏れ難くなり、第２のロータコア３１Ｂにおける第２の磁石磁極部ＰＢ１から第２の鉄極部ＰＢ２に磁石磁束ＭＦ２Ｂが漏れ難くなる。よって、その分、ロータ３とステータ４との間を流れる磁石磁束ＭＦ２Ａ，ＭＦ２Ｂが多くなるため、磁石磁束ＭＦ２Ａ，ＭＦ２Ｂを有効に使うことができる。さらには、界磁磁束ＭＦ１Ａ，ＭＦ１Ｂによって、ロータ３とステータ４との間を流れる磁束量を増加させることができる。したがって、高負荷モード時では、トルク向上を図ることができる。

また、実施形態１に係る回転電機１では、低負荷モード時に、第１の界磁コイル６Ａ及び第２の界磁コイル６Ｂに通電せず、界磁磁束ＭＦ１Ａ，ＭＦ１Ｂを発生させないことにより、第１のロータコア３１Ａにおける第１の鉄極部ＰＡ２と、第２のロータコア３１Ｂにおける第２の鉄極部ＰＢ２とに、それぞれ界磁磁束ＭＦ１Ａ，ＭＦ１Ｂが流れ込まなくなる。そのため、第１のロータコア３１Ａにおける第１の磁石磁極部ＰＡ１から第１の鉄極部ＰＡ２に磁石磁束ＭＦ２Ａが漏れ易くなり、第２のロータコア３１Ｂにおける第２の磁石磁極部ＰＢ１から第２の鉄極部ＰＢ２に磁石磁束ＭＦ２Ｂが漏れ易くなる。よって、第１のロータコア３１Ａ及び第２のロータコア３１Ｂの内部にて短絡する磁石磁束ＭＦ２Ａ，ＭＦ２Ｂの量が増加し、ロータ３とステータ４との間での磁石磁束ＭＦ２Ａ，ＭＦ２Ｂの量が減少するため、逆起電圧を減少させることができる。したがって、低負荷モード時では、高回転化を図ることができる。

また、ロータ３は、第１のロータ３Ａと第２のロータ３Ｂとを別体にて構成してもよいが、これに限定されるものではない。例えば、単一のロータコアに対して、軸線方向Ｄ１の中央を境に、一方側に第１の永久磁石３２Ａを埋設して第１のロータ３Ａに相当する部分を形成し、他方側に第２の永久磁石３２Ｂを埋設して第２のロータ３Ｂに相当する部分を形成して、ロータ３を構成してもよい。

なお、実施形態１に係る回転電機１においては、図５に示すように、第１の界磁ヨーク５Ａ及び第２の界磁ヨーク５Ｂの第１の外側壁部５１Ａ及び第２の外側壁部５１Ｂが、径方向Ｄ２でステータ４の外周まで延在し、第１の外側壁部５１Ａ及び第２の外側壁部５１Ｂの軸線方向Ｄ１の端面同士が接触して繋がっていてもよい。この場合でも、図５に示すように、界磁磁束ＭＦ１Ａ，ＭＦ１Ｂが通る界磁路を、軸線方向Ｄ１にて第１のロータ３Ａ側と第２のロータ３Ｂ側とに分けることが可能となる。

（実施形態２）
以下に、本発明に係る回転電機の実施形態２について説明する。なお、実施形態１に係る回転電機１と共通する部分の説明は、適宜省略する。

なお、実施形態２に係る回転電機１では、実施形態１に係る回転電機１と同様に、図２に示したような、ロータ３が、第１のロータ３Ａと第２のロータ３Ｂとを有するコンシクエントポール型である。そのため、実施形態２に係る回転電機１におけるロータ３の第１のロータ３Ａ及び第２のロータ３Ｂの軸線方向Ｄ１から見た断面は、図２を参照するものとする。

図６は、実施形態２に係る回転電機１の軸線方向Ｄ１と直交する方向から見た断面図である。図６に示すように、実施形態２に係る回転電機１においては、ロータ３の軸線方向Ｄ１の中央に、第１のロータコア３１Ａと第２のロータコア３１Ｂとに挟まれるようにして、円環状の非磁性部材７１が設けられている。すなわち、実施形態２に係る回転電機１では、軸線方向Ｄ１にて第１のロータコア３１Ａと第２のロータコア３１Ｂとの境部分に、非磁性部材７１を設けている。非磁性部材７１は、例えば、非磁性の金属材料や樹脂材料によって構成されている。

非磁性部材７１の内径及び外径は、第１のロータコア３１Ａ及び第２のロータコア３１Ｂと同径であり、軸線方向Ｄ１の長さ（厚み）は、第１のロータコア３１Ａ及び第２のロータコア３１Ｂよりも短く（薄く）なっている。非磁性部材７１は、軸線方向Ｄ１にて第１のロータコア３１Ａと第２のロータコア３１Ｂとに接触して固定されている。また、非磁性部材７１は、シャフト２と共に回転可能にシャフト２に直接固設されている。なお、非磁性部材７１は、ロータ３の軸線方向Ｄ１の中央から多少ずれた位置に設けてもよい。

また、実施形態２に係る回転電機１においては、ステータ４を構成するステータコア４１が、軸線方向Ｄ１にて第１のステータコア４１Ａと第２のステータコア４１Ｂとの２つに分割されている。第１のステータコア４１Ａと第２のステータコア４１Ｂとは、内径、外径、及び、軸線方向Ｄ１の長さが同じである。第１のステータコア４１Ａは、径方向Ｄ２にて第１のロータコア３１Ａと対向している。また、第２のステータコア４１Ｂは、径方向Ｄ２にて第２のロータコア３１Ｂと対向している。

そして、実施形態２に係る回転電機１では、ステータ４の軸線方向Ｄ１の中央に、第１のステータコア４１Ａと第２のステータコア４１Ｂとに挟まれるようにして、円環状の非磁性部材７２が設けられている。すなわち、実施形態２に係る回転電機１では、軸線方向Ｄ１にて第１のステータコア４１Ａと第２のステータコア４１Ｂとの境部分に、非磁性部材７２を設けている。

非磁性部材７２の内径及び外径は、第１のステータコア４１Ａ及び第２のステータコア４１Ｂと同径であり、軸線方向Ｄ１の長さ（厚み）は、第１のステータコア４１Ａ及び第２のステータコア４１Ｂよりも短く（薄く）なっている。非磁性部材７２は、軸線方向Ｄ１にて第１のステータコア４１Ａと第２のステータコア４１Ｂとに接触して固定されている。なお、実施形態２に係る回転電機１においては、第１のステータコア４１Ａと第２のステータコア４１Ｂとの軸線方向Ｄ１の長さを同じにすることに限定されるものではない。また、非磁性部材７２は、ステータ４の軸線方向Ｄ１の中央から多少ずれた位置に設けてもよい。

非磁性部材７２は、例えば、非磁性の金属材料や樹脂材料によって構成されている。また、非磁性部材７２には、第１のステータコア４１Ａと第２のステータコア４１Ｂとの少なくとも一方に対して位置決めするための位置決め部が設けられていても良い。

図７は、界磁磁束ＭＦ１Ａ，ＭＦ１Ｂの流れを示した、実施形態２に係る回転電機１を軸線方向Ｄ１と直交する方向から見た断面図である。

実施形態２に係る回転電機１では、非磁性部材７１からなる領域である非磁性帯を第１のロータコア３１Ａと第２のロータコア３１Ｂとの間に設けて、第１のロータコア３１Ａと第２のロータコア３１Ｂとを非接触としている。これにより、界磁磁束ＭＦ１Ａ，ＭＦ１Ｂは、第１のロータコア３１Ａと第２のロータコア３１Ｂとの内部を軸線方向Ｄ１にて貫通することがない。すなわち、第１の界磁コイル６Ａによって発生させた界磁磁束ＭＦ１Ａは、軸線方向Ｄ１にて第１のロータコア３１Ａから第２のロータコア３１Ｂへの流入を、非磁性部材７１によって遮断される。また、第２の界磁コイル６Ｂによって発生させた界磁磁束ＭＦ１Ｂは、軸線方向Ｄ１にて第２のロータコア３１Ｂから第１のロータコア３１Ａへの流入を、非磁性部材７１によって遮断される。

また、実施形態２に係る回転電機１では、非磁性部材７２からなる領域である非磁性帯を第１のステータコア４１Ａと第２のステータコア４１Ｂとの間に設けて、第１のステータコア４１Ａと第２のステータコア４１Ｂとを非接触としている。これにより、界磁磁束ＭＦ１Ａ，ＭＦ１Ｂは、第１のステータコア４１Ａと第２のステータコア４１Ｂとの内部を軸線方向Ｄ１にて貫通することがない。すなわち、第１の界磁コイル６Ａによって発生させた界磁磁束ＭＦ１Ａは、軸線方向Ｄ１にて第１のステータコア４１Ａから第２のステータコア４１Ｂへの流入を、非磁性部材７２によって遮断される。また、第２の界磁コイル６Ｂによって発生させた界磁磁束ＭＦ１Ｂは、軸線方向Ｄ１にて第２のステータコア４１Ｂから第１のステータコア４１Ａへの流入を、非磁性部材７２によって遮断される。

よって、実施形態２に係る回転電機１においては、界磁磁束ＭＦ１Ａ，ＭＦ１Ｂが、ロータ３とステータ４との間に形成されたギャップを効率良く通過するため、界磁磁束ＭＦ１Ａ、ＭＦ１Ｂによるトルク向上を図ることができる。

なお、実施形態２に係る回転電機１においては、図８に示すように、第１のロータコア３１Ａと第２のロータコア３１Ｂとの間に非磁性部材７１を設けて、第１のステータコア４１Ａと第２のステータコア４１Ｂとの間には非磁性部材７２を設けないような構成であってもよい。また、実施形態２に係る回転電機１においては、図９に示すように、第１のステータコア４１Ａと第２のステータコア４１Ｂとの間に非磁性部材７２を設けて、第１のロータコア３１Ａと第２のロータコア３１Ｂとの間には非磁性部材７１を設けないような構成であってもよい。

また、実施形態２に係る回転電機１では、ロータ３の第１のロータコア３１Ａと第２のロータコア３１Ｂとの間に非磁性部材７１を設けず、軸線方向Ｄ１にて第１のロータコア３１Ａと第２のロータコア３１Ｂとを離間させて、第１のロータコア３１Ａと第２のロータコア３１Ｂとの間に非磁性帯として空隙を形成してもよい。これにより、第１の界磁コイル６Ａ及び第２の界磁コイル６Ｂが発生させた界磁磁束ＭＦ１Ａ，ＭＦ１Ｂが、第１のロータコア３１Ａと第２のロータコア３１Ｂとの間にて軸線方向Ｄ１に通過することを、前記空隙によって抑制でき、界磁磁束ＭＦ１，ＭＦ２によるトルク向上を図ることができる。

また、実施形態２に係る回転電機１では、ステータ４の第１のステータコア４１Ａと第２のステータコア４１Ｂとの間に非磁性部材７２を設けず、軸線方向Ｄ１にて第１のステータコア４１Ａと第２のステータコア４１Ｂとを離間させて、第１のステータコア４１Ａと第２のステータコア４１Ｂとの間に非磁性帯として空隙を形成してもよい。これにより、第１の界磁コイル６Ａ及び第２の界磁コイル６Ｂが発生させた界磁磁束ＭＦ１Ａ，ＭＦ１Ｂが、第１のステータコア４１Ａと第２のステータコア４１Ｂとの間にて軸線方向Ｄ１に通過することを、前記空隙によって抑制でき、界磁磁束ＭＦ１，ＭＦ２によるトルク向上を図ることができる。

すなわち、実施形態２に係る回転電機１では、第１のロータコア３１Ａと第２のロータコア３１Ｂとの間と、第１のステータコア４１Ａと第２のステータコア４１Ｂとの間と、の少なくとも一方に、非磁性帯を設けることによって、非磁性帯を全く設けない場合よりも、界磁磁束ＭＦ１Ａ、ＭＦ１Ｂによるトルク向上を図ることができる。なお、第１のロータコア３１Ａと第２のロータコア３１Ｂとの一部、または、第１のステータコア４１Ａと第２のステータコア４１Ｂとの一部が、軸線方向Ｄ１にて繋がるように、径方向Ｄ２にて非磁性帯を断続的に設けても良い。また、ロータ３とステータ４との少なくとも一方に設ける非磁性帯（非磁性部材７１、非磁性部材７２及び空隙）は、それぞれ軸線方向Ｄ１に１箇所だけではなく複数箇所に設けても良い。

図１０は、第１の界磁ヨーク５Ａ及び第２の界磁ヨーク５Ｂの第１の外側壁部５１Ａ及び第２の外側壁部５１Ｂをステータ４の外周まで延在して繋げた、実施形態２に係る回転電機１を軸線方向と直交する方向から見た断面図である。図１１は、第１の界磁ヨーク５Ａ及び第２の界磁ヨーク５Ｂの第１の外側壁部５１Ａ及び第２の外側壁部５１Ｂをステータ４の外周まで延在して繋げ、第１のロータコア３１Ａと第２のロータコア３１Ｂとの間にだけ非磁性部材７１を設けた、実施形態２に係る回転電機１を軸線方向と直交する方向から見た断面図である。図１２は、第１の界磁ヨーク５Ａ及び第２の界磁ヨーク５Ｂの第１の外側壁部５１Ａ及び第２の外側壁部５１Ｂをステータ４の外周まで延在して繋げ、第１のステータコア４１Ａと第２のステータコア４１Ｂとの間にだけ非磁性部材７２を設けた、実施形態２に係る回転電機１を軸線方向と直交する方向から見た断面図である。

さらに、実施形態２に係る回転電機１は、図１０、図１１及び図１２に示すように、第１の界磁ヨーク５Ａ及び第２の界磁ヨーク５Ｂの第１の外側壁部５１Ａ及び第２の外側壁部５１Ｂが、径方向Ｄ２でステータコア４１の外周まで延在し、第１の外側壁部５１Ａ及び第２の外側壁部５１Ｂの軸線方向Ｄ１の端面同士が接触して繋がっていてもよい。

この場合でも、図１０、図１１及び図１２に示すように、界磁磁束ＭＦ１Ａ，ＭＦ１Ｂが通る界磁路を、軸線方向Ｄ１にて、第１のロータコア３１Ａ及び第１のステータコア４１Ａを通る界磁路と、第２のロータコア３１Ｂ及び第２のステータコア４１Ｂを通る界磁路と、に分けることが可能となる。よって、界磁磁束ＭＦ１Ａ，ＭＦ１Ｂは、ロータ３とステータ４との間に形成されたギャップを、効率良く通過することができる。

１回転電機
２シャフト
３ロータ
３Ａ第１のロータ
３Ｂ第２のロータ
４ステータ
５Ａ第１の界磁ヨーク
５Ｂ第２の界磁ヨーク
６Ａ第１の界磁コイル
６Ｂ第２の界磁コイル
３１Ａ第１のロータコア
３１Ｂ第２のロータコア
３２Ａ第１の永久磁石
３２Ｂ第２の永久磁石
３３Ａ，３３Ｂ鉄心部
４１ステータコア
４１Ａ第１のステータコア
４１Ｂ第２のステータコア
４２ステータコイル
５１Ａ第１の外側壁部
５１Ｂ第２の外側壁部
５２Ａ第１の端壁部
５２Ｂ第２の端壁部
５３Ａ第１の内側壁部
５３Ｂ第２の内側壁部
７１，７２非磁性部材
４２１コイルエンド
ＰＡ１第１の磁石磁極部
ＰＡ２第１の鉄極部
ＰＢ１第２の磁石磁極部
ＰＢ２第２の鉄極部

Claims

軸線を中心に回転可能な回転軸部材と、
前記回転軸部材に固定された円環状の第１のロータコアであって、第１の極性を持つ複数の第１の永久磁石が埋設された前記第１のロータコアを有し、第１の永久磁石を設けて形成された前記第１の極性を持つ第１の磁石磁極部と、前記第１の永久磁石を設けずに前記第１のロータコアの鉄心部によって形成された前記第１の極性とは異なる第２の極性を持つ第１の鉄極部とが、前記第１のロータコアの周方向に交互に配置された第１のロータと、
前記回転軸部材に固定された円環状の第２のロータコアであって、前記第２の極性を持つ複数の第２の永久磁石が埋設された前記第２のロータコアを有し、前記第２の永久磁石を設けて形成された前記第２の極性を持つ第２の磁石磁極部と、前記第２の永久磁石を設けずに前記第２のロータコアの鉄心部によって形成された前記第１の極性を持つ第２の鉄極部とが、前記第２のロータコアの周方向に交互に配置された第２のロータと、
前記第１のロータ及び前記第２のロータに対して、前記回転軸部材の軸線方向と直交する方向である径方向に間隔をあけて配置された円環状のステータコア、及び、ステータコアに設けられたステータコイルを有するステータと、
前記第１のロータ、前記第２のロータ、及び、前記ステータの前記軸線方向の外側に配置され、通電することにより界磁磁束を発生させる界磁コイルが設けられた界磁ヨークと、
を備えた回転電機であって、
前記第１のロータと前記第２のロータとは、前記軸線方向に沿って、前記第１の磁石磁極部と前記第２の鉄極部とが対向し、前記第１の鉄極部と前記第２の磁石磁極部とが対向して、前記回転軸部材に配置されており、
前記軸線方向にて、前記第１のロータコアと前記第２のロータコアとに挟まれるようにして、円環状の非磁性部材が前記回転軸部材に直接固設されていることを特徴とする回転電機。
前記ステータコアは、
前記軸線方向の一方側に設けられた第１のステータコアと、前記軸線方向の他方側に設けられた第２のステータコアとを有しており、
前記軸線方向にて、前記第１のステータコアと前記第２のステータコアとの間に非磁性部材を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記ステータコアは、
前記軸線方向の一方側に設けられた第１のステータコアと、前記軸線方向の他方側に設けられた第２のステータコアとを有しており、
前記軸線方向にて、前記第１のステータコアと前記第２のステータコアとが離間していることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記界磁ヨークは、
前記軸線方向の一方側にて、前記第１のロータ及び前記ステータの外側に配置された第１の界磁ヨーク、及び、前記軸線方向の他方側にて、前記第２のロータ及び前記ステータの外側に配置された第２の界磁ヨーク、を有し、
前記界磁コイルは、
前記第１の界磁ヨークに設けられ、前記第１の界磁ヨークと前記第１のロータと前記ステータとの間にて磁気回路を形成させる第１の界磁コイル、及び、前記第２の界磁ヨークに設けられ、前記第２の界磁ヨークと前記第２のロータと前記ステータとの間にて磁気回路を形成させる第２の界磁コイル、を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機。