回転電機
【課題】ロータ高回転時における誘起電圧の発生を抑制することにより、ロータ駆動領域を拡大することができる回転電機を提供する。
【解決手段】ステータと、ギャップａを有してステータに対向配置され、永久磁石を備えたロータを有する回転電機において、永久磁石１５が発生させる磁束が通過する磁気回路上、或いは永久磁石１５が発生させる磁束の方向と電気的に直交する方向の磁束が通過する磁気回路上に配置されて、磁気抵抗を変化させる可変機構部１３を有する。可変機構部１３は、ロータ回転軸１４上をロータ１１と相対回転しながら、ロータ１１に対し接近或いは離反する方向に移動する。
【解決手段】ステータと、ギャップａを有してステータに対向配置され、永久磁石を備えたロータを有する回転電機において、永久磁石１５が発生させる磁束が通過する磁気回路上、或いは永久磁石１５が発生させる磁束の方向と電気的に直交する方向の磁束が通過する磁気回路上に配置されて、磁気抵抗を変化させる可変機構部１３を有する。可変機構部１３は、ロータ回転軸１４上をロータ１１と相対回転しながら、ロータ１１に対し接近或いは離反する方向に移動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機に関し、特に、永久磁石を備えたロータを有する回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、永久磁石を備えたロータを有する回転電機である回転磁石型発電機において、高速回転時の発電出力抑制のためにガバナ機構によりステータヨークの磁気抵抗を増大させる、「永久磁石式発電機」（特許文献１参照）が知られている。
この「永久磁石式発電機」は、永久磁石を有するロータからの鎖交磁束により起電力を生ずるステータの、外側のヨークの部分に切り欠きを設けて、可動鉄心を配置し、回転軸に取り付けた円盤にフライウェイトと駒とを備えた腕具を取り付け、回転軸に嵌合させた鍔金具と可動鉄心とをリンクにより結合し、鍔金具はスプリングにより外方にバイアスさせる。
【０００３】
従って、ロータの高速回転時には、フライトウェイトに加わる遠心力により、鍔金具が内側に押圧されると、リンクにより可動鉄心がステータから抜け出るため、磁気抵抗が増大して発電出力が抑制される。
【特許文献１】特開平０７−１０７７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ロータ回転時に発生する誘起電圧が電源電圧に達すると、それ以上ロータ回転数は上がらなくなりロータ駆動領域が狭くなってしまうことから、ロータ駆動領域を広げるためにはロータ高回転時の誘起電圧を抑制する必要がある。また、ロータの振動は、ロータ回転数における共振点で最大となり、共振点によってモータ性能が決定されてしまうことになるため、モータ性能を十分に発揮するためには共振点を回避して駆動することが望まれる。
この発明の目的は、ロータ高回転時における誘起電圧の発生を抑制することにより、ロータ駆動領域を拡大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】
【０００５】
上記目的を達成するため、この発明に係る回転電機は、ステータと、空隙を有して前記ステータに対向配置され、永久磁石を備えたロータを有する回転電機において、前記永久磁石が発生させる磁束が通過する磁気回路上、或いは前記永久磁石が発生させる磁束の方向と電気的に直交する方向の磁束が通過する磁気回路上に配置されて、磁気抵抗を変化させる可変機構を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、ステータと、空隙を有してステータに対向配置され、永久磁石を備えたロータを有する回転電機は、永久磁石が発生させる磁束が通過する磁気回路上、或いは永久磁石が発生させる磁束の方向と電気的に直交する方向の磁束が通過する磁気回路上に配置された可変機構が、磁気抵抗を変化させる。この結果、ロータ高回転時における誘起電圧の発生を抑制することにより、ロータ駆動領域を拡大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
（第１実施の形態）
図１は、この発明の第１実施の形態に係る回転電機におけるロータ構造を示し、（ａ）は定常状態の説明図、（ｂ）は高回転状態の説明図である。
この第１実施の形態は、ロータ磁気回路可変（ｄ軸方向のインダクタンスＬｄ可変）の場合を示す。図１に示すように、回転電機１０は、ロータ（回転子）１１、ステータ（固定子）１２、及び可変機構部（可変機構）１３を有しており、ロータ１１とステータ１２がロータ回転軸１４の中心軸方向に空隙（ギャップ）ａを有して対向配置された、アキシャルギャップ型のモータである。
【０００８】
ロータ１１は、ロータ回転軸１４と一体化した円盤状に形成されており、ステータ１２に対向する対向面に、略等間隔離間して埋設状態にＳ極とＮ極が交互に配置された複数の永久磁石１５を有すると共に、対向面の反対側面である背面に、複数の凹部（凹部空間）１１ａを有している。凹部１１ａは、永久磁石１５と位置が重ならないように、隣接する永久磁石１５の境界部分に配置されている。
ステータ１２は、軸受け機構１６を介しロータ回転軸１４から独立して配置されており、ステータバックヨーク部１２ａに略等間隔離間して突設されたティース１２ｂにコイル巻線を巻回してコイル１３が装着されている。
【０００９】
可変機構部１３は、円盤状に形成された基部１３ａを有しており、ロータ１１に対向する対向面には、ロータ１１の凹部１１ａに対応した形状からなり、凹部１１ａに埋設状態に装着される突起部１３ｂが複数形成されている。この可変機構部１３は、ロータ回転軸１４に、例えばボールスプライン機構１７を介して、ロータ回転軸１４に対し回動自在に、且つ、ロータ１１に対し接近離反自在に装着されており、基部１３ａの外周縁部には、アクチュエータ１８からの回動駆動力が伝達される。つまり、可変機構部１３は、ロータ回転軸１４を回動中心として回動し、回動に伴って、ロータ１１と同一速度で同一方向に相対回転しながら、ロータ回転軸１４に沿って移動し、ロータ１１に対し接近離反する。
【００１０】
従って、ロータ１１の定常回転時、ロータ１１に接近した可変機構部１３がロータ１１の背面に密着して凹部１１ａに突起部１３ｂが入り込むことにより、ロータ１１の空隙（凹部１１ａ）を埋める装着状態となる。一方、定常回転時より回転数が高いロータ１１の高回転時、ロータ１１から離反した可変機構部１３がロータ１１の背面から離れて凹部１１ａから突起部１３ｂが引き出されることにより、ロータ１１に空隙（凹部１１ａ）が形成される離脱状態となる。つまり、回転電機１０は、ロータ１１に対する可変機構部１３の装着状態及び離脱状態を自在に形成することができ、ロータ１１と一体化した装着状態により、ロータ１１に形成された磁束が通過する凹部１１ａを閉塞状態にする。
【００１１】
このように、回転電機１０は、永久磁石１５が作る磁束の方向をｄ軸とし、永久磁石１５が作る磁束の方向に対して電気角で９０度進んだ方向をｑ軸として、ｄ軸磁束が主に通過するｄ軸磁気回路上に位置し磁気抵抗を変更することができる可変機構部１３を有している。なお、凹部１１ａは、可変機構部１３が凹部１１ａを閉塞状態にして形成された磁気回路を通過する磁束（ｄ軸磁束）の方向と電気的に直交する方向の磁束（ｑ軸磁束）の通過を妨げない形状を有している。
【００１２】
図２は、図１の回転電機におけるロータ磁気回路可変状態を模式的に示す、可変機構部離脱時及び可変機構部装着時の概念説明図である。図２に示すように、ロータ１１に対し可変機構部１３を離脱状態にすることにより、磁束φａが低下して、ロータ１１のｄ軸方向のインダクタンスＬｄをロータ１１のｑ軸方向のインダクタンスＬｑに比べ非常に小さい（Ｌｄ≪Ｌｑ）状態にすることができる。
一方、ロータ１１に対し可変機構部１３を装着状態にすることにより、通常の埋め込み形永久磁石（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ：ＩＰＭ）化して、ロータ１１のｄ軸方向のインダクタンスＬｄはロータ１１のｑ軸方向のインダクタンスＬｑに比べ小さい（Ｌｄ＜Ｌｑ）状態になる。
【００１３】
このとき、発生するトルク（Ｔ）は、
Ｔ＝Ｐ（φａ・ｉｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）ｉｄ・ｉｑ）
となる。ここで、Ｐ：極対数、ｉｄ：ｄ軸電流、ｉｑ：ｑ軸電流である。
また、共振周波数（ｆｏ）は、
ｆｏ＝（１／２π）・（ｋ／ｍ）１／２
となる。ここで、ｋ：剛性、ｍ：質量（ロータ１１と可変機構部１３の質量の和）
共振周波数（ｆｏ）の式により、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が減少すると共振周波数（ｆｏ）は減少し、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が増加すると共振周波数（ｆｏ）は増加することになる。
【００１４】
つまり、可変機構部１３は、ロータ１１と一体化した装着状態或いはロータ１１から分離した離脱状態に変化することにより、ロータ１１の剛性及び質量を変化させて共振点の位置をずらすことができる。
図３は、ロータへの可変機構部装着の有無によるロータ回転数と振動の関係をグラフで示す説明図である。図３に示すように、先ず、ロータ１１に可変機構部１３を装着した状態、即ち、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が増加し共振周波数（ｆｏ）が増加した状態（ａ）でロータ１１を駆動する。ロータ１１の回転数が上昇するに連れて振動数も増加するが、可変機構部１３離脱状態での共振周波数（ｆｏ）を越えた後に、ロータ１１から可変機構部１３を離脱させる。
【００１５】
これにより、可変機構部１３離脱状態に切り替わり、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が減少し振周波数（ｆｏ）が減少した状態（ｂ）となって、ロータ１１の回転数が上昇を続けても、振動数は減少する。図中、破線は、可変機構部１３を離脱させた状態でのロータ回転数に対する振動数の変化を示し、実線は、可変機構部１３を装着した状態でのロータ回転数に対する振動数の変化を示す。
このように、可変機構部１３をロータ１１から離脱させて、ロータ磁気回路内にギャップを作るので、磁気抵抗が増加し誘起電圧を低下させることができる。これにより、ロータ高回転領域が拡大する。また、共振点モードを複数持つので、各モードを切り替えて共振点を通過する。これにより、ロータ駆動領域が拡大する。
（第２実施の形態）
【００１６】
図４は、この発明の第２実施の形態に係る回転電機におけるロータ構造を示し、（ａ）は定常状態の説明図、（ｂ）は高回転状態の説明図である。
この第２実施の形態は、ロータ磁気回路可変（ｑ軸方向のインダクタンスＬｑ可変）の場合を示す。図４に示すように、回転電機２０は、ロータ２１、ステータ１２、及び可変機構部２２を有している。
【００１７】
ロータ２１は、ステータ１２に対向する対向面に、間隔を設けず埋設状態にＳ極とＮ極が交互に配置された複数の永久磁石１５を有すると共に、対向面の反対側面である背面に、永久磁石１５と重なる位置に永久磁石１５から離間して複数の凹部２１ａを有している。可変機構部２２は、円盤状に形成された基部２２ａを有しており、ロータ２１に対向する対向面には、ロータ２１の凹部２１ａに対応した形状からなり、凹部２１ａに埋設状態に装着される突起部２２ｂが複数形成されている。
【００１８】
従って、ロータ２１の定常回転時、ロータ２１に接近した可変機構部２２がロータ２１の背面に密着して凹部２１ａに突起部２２ｂが入り込むことにより、ロータ２１の空隙（凹部２１ａ）を埋める装着状態となる。一方、定常回転時より回転数が高いロータ２１の高回転時、ロータ２１から離反した可変機構部２２がロータ２１の背面から離れて凹部２１ａから突起部２２ｂが引き出されることにより、ロータ２１に空隙（凹部２１ａ）が形成される離脱状態となる。つまり、回転電機２０は、ロータ２１に対する可変機構部２２の装着状態及び離脱状態を自在に形成することができる。
【００１９】
このように、回転電機２０は、ｑ軸磁束が主に通過するｑ軸磁気回路上に位置し磁気抵抗を変更することができる可変機構部２２を有している。なお、凹部２１ａは、可変機構部２２が凹部２１ａを閉塞状態にして形成された磁気回路を通過する磁束（ｑ軸磁束）の方向と電気的に直交する方向の磁束（ｐ軸磁束）の通過を妨げない形状を有している。
その他の構成及び作用は、回転電機１０と同様である。
図５は、図４の回転電機におけるロータ磁気回路可変状態を模式的に示す、可変機構部離脱時及び可変機構部装着時の概念説明図である。
ロータ磁気回路可変（ｑ軸方向のインダクタンスＬｑ可変）において、誘起電圧（Ｖｏ）は、
Ｖｏ∝（Ｌｄ・ｉｄ＋φａ）２＋（Ｌｑ・ｉｑ）２
となる。
【００２０】
図５に示すように、ロータ２１に対し可変機構部２２を離脱状態にすることにより、強め界磁化して、ロータ２１のｄ軸方向のインダクタンスＬｄをロータ２１のｑ軸方向のインダクタンスＬｑに比べ大きい（Ｌｄ＞Ｌｑ）状態にすることができる。一方、ロータ２１に対し可変機構部２２を装着状態にすることにより、通常の表面配置形永久磁石（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ：ＳＰＭ）化して、ロータ２１のｄ軸方向のインダクタンスＬｄはロータ２１のｑ軸方向のインダクタンスＬｑと同一（Ｌｄ＝Ｌｑ）状態になる。
【００２１】
このとき、発生するトルク（Ｔ）は、
Ｔ＝Ｐ（φａ・ｉｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）ｉｄ・ｉｑ）
となる。
また、共振周波数（ｆｏ）は、
ｆｏ＝（１／２π）・（ｋ／ｍ）１／２
となる。
共振周波数（ｆｏ）の式により、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が減少すると共振周波数（ｆｏ）は減少し、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が増加すると共振周波数（ｆｏ）は増加することになる。
【００２２】
図６は、ロータへの可変機構部装着の有無によるロータ回転数と振動の関係をグラフで示す説明図である。図６に示すように、先ず、ロータ２１に可変機構部２２を装着した状態、即ち、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が増加し共振周波数（ｆｏ）が増加した状態（ａ）でロータ２１を駆動する。ロータ２１の回転数が上昇するに連れて振動数も増加するが、可変機構部２２離脱状態での共振周波数（ｆｏ）を越えた後に、ロータ２１から可変機構部２２を離脱させる。
【００２３】
これにより、可変機構部２２離脱状態に切り替わり、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が減少し振周波数（ｆｏ）が減少した状態（ｂ）となって、ロータ２１の回転数が上昇を続けても、振動数は減少する。図中、破線は、可変機構部２２を離脱させた状態でのロータ回転数に対する振動数の変化を示し、実線は、可変機構部２２を装着した状態でのロータ回転数に対する振動数の変化を示す。
つまり、可変機構部２２をロータ２１から離脱させて、ｑ軸磁気回路内にギャップを作るので、強め界磁型に変わるため、磁束の減少（減磁）を抑制することができる。これにより、減磁耐力が向上する。また、共振点モードを複数持つので、各モードを切り替えて共振点を通過する。これにより、駆動領域が拡大する。
（第３実施の形態）
【００２４】
図７は、この発明の第３実施の形態に係る回転電機におけるロータ構造を示し、（ａ）は定常状態の説明図、（ｂ）は高回転状態の説明図である。図８は、図７の回転電機におけるロータ磁気回路可変状態を模式的に示す、可変機構部離脱時及び可変機構部装着時の概念説明図である。
この第３実施の形態は、ロータ磁気回路可変（ｄ軸方向のインダクタンスＬｄ可変−磁石による弱め界磁）の場合を示す。図７及び図８に示すように、回転電機３０は、ロータ３１、ステータ１２、及び可変機構部３２を有している。
【００２５】
ロータ３１は、ステータ１２に対向する対向面に、間隔を設けず埋設状態に配置された複数の永久磁石３３を有すると共に、対向面の反対側面である背面に、隣接する永久磁石３３の境界位置に永久磁石３３から離間して複数の凹部３１ａを有している。永久磁石３３は、隣接する同士が交互に、ロータ回転軸１４の中心軸方向に沿って逆向きの極性を有している（図８中、矢印参照、矢印の先端側がＳ極、矢印の後端側がＮ極）。
可変機構部３２は、円盤状に形成された基部３２ａを有しており、ロータ３１に対向する対向面には、ロータ３１の凹部３１ａに対応した形状からなり、凹部３１ａに埋設状態に装着される突起部３２ｂが複数形成されている。突起部３２ｂは、磁石からなり、隣接する同士が交互に、ロータ回転軸１４の中心軸に直交する方向に沿って逆向きの極性を有している（図８中、矢印参照、矢印の先端側がＮ極、矢印の後端側がＳ極）。
【００２６】
従って、ロータ３１の定常回転時、ロータ３１に接近した可変機構部３２がロータ３１の背面に密着して凹部３１ａに突起部３２ｂが入り込むことにより、ロータ３１の空隙（凹部３１ａ）を埋める装着状態となる。一方、定常回転時より回転数が高いロータ３１の高回転時、ロータ３１から離反した可変機構部３２がロータ３１の背面から離れて凹部３１ａから突起部３２ｂが引き出されることにより、ロータ３１に空隙（凹部３１ａ）が形成される離脱状態となる。つまり、回転電機３０は、ロータ３１に対する可変機構部３２の装着状態及び離脱状態を自在に形成することができる。
このように、回転電機３０は、ｄ軸磁束が主に通過するｄ軸磁気回路上に位置し磁気抵抗を変更することができる可変機構部３２を有している。
その他の構成及び作用は、回転電機１０と同様である。
【００２７】
ロータ磁気回路可変（ｄ軸方向のインダクタンスＬｄ可変−磁石による弱め界磁）において、誘起電圧（Ｖｏ）は、
Ｖｏ∝（Ｌｄ・ｉｄ＋φａ）２＋（Ｌｑ・ｉｑ）２
となる。
図８に示すように、ロータ３１に対し可変機構部３２を離脱状態にすることにより、ロータ３１のｄ軸方向のインダクタンスＬｄをロータ３１のｑ軸方向のインダクタンスＬｑに比べ小さい（Ｌｄ＜Ｌｑ）状態にすることができる。一方、ロータ３１に対し可変機構部３２を装着状態にすることにより、磁束φａが低下して、ロータ３１のｄ軸方向のインダクタンスＬｄはロータ３１のｑ軸方向のインダクタンスＬｑに比べ非常に小さい（Ｌｄ≪Ｌｑ）状態にすることができる。
【００２８】
このとき、発生するトルク（Ｔ）は、
Ｔ＝Ｐ（φａ・ｉｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）ｉｄ・ｉｑ）
となる。
また、共振周波数（ｆｏ）は、
ｆｏ＝（１／２π）・（ｋ／ｍ）１／２
となる。
共振周波数（ｆｏ）の式により、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が減少すると共振周波数（ｆｏ）は減少し、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が増加すると共振周波数（ｆｏ）は増加することになる。
【００２９】
図９は、ロータへの可変機構部装着の有無によるロータ回転数と振動の関係をグラフで示す説明図である。図９に示すように、先ず、ロータ３１から可変機構部３２を離脱させた状態、即ち、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が減少し共振周波数（ｆｏ）が減少した状態（ｂ）でロータ３１を駆動する。ロータ回転数が上昇するに連れて振動数も増加するが、可変機構部３２離脱状態での共振周波数（ｆｏ）を越える前に、ロータ３１に可変機構部３２を装着する。これにより、可変機構部３２装着状態に切り替わり、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が増加し共振周波数（ｆｏ）が増加した状態（ａ）となって、ロータ２１の回転数が上昇を続けても、振動は減少する。
【００３０】
その後、振動数が上昇し、一定値を越えたら、ロータ３１から可変機構部３２を離脱させる。これにより、可変機構部３２離脱状態に切り替わり、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が減少し共振周波数（ｆｏ）が減少した状態（ｂ）となって、ロータ３１の回転数が上昇を続けても、振動は減少する。その後、可変機構部３２装着状態での共振周波数（ｆｏ）を越えた後に、ロータ３１に可変機構部３２を装着する。これにより、可変機構部３２装着状態に切り替わり、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が増加し共振周波数（ｆｏ）が増加した状態（ａ）となって、ロータ２１の回転数が上昇を続けても、振動は減少する。
図中、破線は、可変機構部３２を離脱させた状態でのロータ回転数に対する振動の変化を示し、実線は、可変機構部３２を装着した状態でのロータ回転数に対する振動の変化を示す。
【００３１】
つまり、可変機構部３２をロータ３１から離脱させて、ロータｄ軸磁気回路内に磁極が対向する磁石が配置されることになるので、磁石磁束を弱めることになり、誘起電圧を低下させることができる。これにより、ロータ高回転領域を拡大することができる。また、共振点モードを複数持つので、各モードを切り替えて共振点を通過する。これにより、駆動領域が拡大する。
（第４実施の形態）
図１０は、この発明の第４実施の形態に係る回転電機におけるロータ磁気回路可変状態を模式的に示す、可変機構部離脱時及び可変機構部装着時の図２と同様の概念説明図である。図１１は、図１０のロータ磁気回路可変状態における可変機構部の離脱時から装着時への変化途中を説明する概念説明図である。
【００３２】
この第４実施の形態は、ロータ磁気回路可変（ｄ軸方向のインダクタンスＬｄ可変）の場合を示し、図１０に示すように、回転電機４０は、ロータ４１、ステータ１２、及び可変機構部４２を有している。ロータ４１は、ステータ１２対向面の反対側面である背面に有する複数の凹部４１ａが、溝状（図２参照）ではなく、可変機構部４２に対向する開口部が広がった山形の球面形状に形成されており、可変機構部４２は、基部４２ａのロータ４１対向面に、ロータ４１の凹部４１ａに対応した形状の、ロータ４１に対向して突出する山形形状からなり、凹部４１ａに埋設状態に装着される突起部４２ｂが複数形成されている。その他の構成及び作用は、回転電機１０のロータ１１と同様である。
【００３３】
従って、ロータ４１に接近した可変機構部４２がロータ４１の背面に密着して凹部４１ａに突起部４２ｂが入り込むことにより、ロータ４１の空隙（凹部４１ａ）を埋める装着状態となる（図１０参照）が、このとき、空隙の埋められる割合が、直線的に変化（溝状の場合）するのではなく、移動始めは少なく（少ない変化率）移動終わりに近くなって大きく（大きな変化率）なるように曲線状に連続して、即ち、変化率が連続して変化する（図１１参照）。これにより、磁束の通り道が、徐々に得られるのではなく、凹部４１ａに突起部４２ｂが完全に入り込む直前になって初めて得られるようになる。
【００３４】
このように、回転電機は、ロータの背面に、磁気回路を妨げるように可変機構部を配置して、磁気抵抗（磁気インダクタンス）を変化させ、誘起電圧を低減させている。これにより、ロータ高回転時の誘起電圧を抑制することで駆動領域を高回転域まで拡大することができ、同時に、共振点位置を変更することができるので、共振点を回避したロータ駆動が可能になる。
上述したように、この発明に係る回転電機は、ステータと、空隙を有して前記ステータに対向配置され、永久磁石を備えたロータを有する回転電機において、前記永久磁石が発生させる磁束が通過する磁気回路上、或いは前記永久磁石が発生させる磁束の方向と電気的に直交する方向の磁束が通過する磁気回路上に配置されて、磁気抵抗を変化させる可変機構を有することを特徴としている。
【００３５】
また、この発明において、前記可変機構は、ロータ回転軸上を前記ロータと相対回転しながら、前記ロータに対し接近或いは離反する方向に移動することが好ましい。
また、この発明において、前記可変機構は、ロータ回転軸上の移動により、前記ロータの剛性を変化させて共振点の位置をずらすことが好ましい。
また、この発明において、前記可変機構は、前記ロータと一体化した装着状態により、前記ロータに形成された前記磁束が通過する凹部空間を閉塞状態にすることが好ましい。
また、この発明において、前記凹部空間は、前記可変機構が前記凹部空間を閉塞状態にして形成された磁気回路を通過する磁束の方向と電気的に直交する方向の磁束の通過を妨げない形状を有することが好ましい。
【００３６】
また、この発明において、前記永久磁石は、隣接する同士が交互に、ロータ回転軸の中心軸方向に沿って逆向きの極性を有し、前記可変機構は、隣接する同士が交互に、ロータ回転軸の中心軸に直交する方向に沿って逆向きの極性を有する磁石により形成した、前記凹部空間を閉塞状態にする突起部を有することが好ましい。
また、この発明において、前記凹部空間は、前記可変機構に対向する開口部が広がった山形の球面形状を有し、前記可変機構は、前記凹部空間に対応した、前記ロータに対向して突出する山形形状を有することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の第１実施の形態に係る回転電機におけるロータ構造を示し、（ａ）は定常状態の説明図、（ｂ）は高回転状態の説明図である。
【図２】図１の回転電機におけるロータ磁気回路可変状態を模式的に示す、可変機構部離脱時及び可変機構部装着時の概念説明図である。
【図３】ロータへの可変機構部装着の有無によるロータ回転数と振動の関係をグラフで示す説明図である。
【図４】この発明の第２実施の形態に係る回転電機におけるロータ構造を示し、（ａ）は定常状態の説明図、（ｂ）は高回転状態の説明図である。
【図５】図４の回転電機におけるロータ磁気回路可変状態を模式的に示す、可変機構部離脱時及び可変機構部装着時の概念説明図である。
【図６】ロータへの可変機構部装着の有無によるロータ回転数と振動の関係をグラフで示す説明図である。
【図７】この発明の第３実施の形態に係る回転電機におけるロータ構造を示し、（ａ）は定常状態の説明図、（ｂ）は高回転状態の説明図である。
【図８】図７の回転電機におけるロータ磁気回路可変状態を模式的に示す、可変機構部離脱時及び可変機構部装着時の概念説明図である。
【図９】ロータへの可変機構部装着の有無によるロータ回転数と振動の関係をグラフで示す説明図である。
【図１０】この発明の第４実施の形態に係る回転電機におけるロータ磁気回路可変状態を模式的に示す、可変機構部離脱時及び可変機構部装着時の図２と同様の概念説明図である。
【図１１】図１０のロータ磁気回路可変状態における可変機構部の離脱時から装着時への変化途中を説明する概念説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０，２０，３０，４０ 回転電機
１１，２１，３１，４１ ロータ
１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ 凹部
１２ ステータ
１２ａ ステータバックヨーク部
１２ｂ ティース
１３，２２，３２，４２ 可変機構部
１３ａ，２２ａ，３２ａ，４２ａ 基部
１３ｂ，２２ｂ，３２ｂ，４２ｂ 突起部
１４ ロータ回転軸
１５，３３ 永久磁石
１６ 軸受け機構
１７ ボールスプライン機構
１８ アクチュエータ
ａ ギャップ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機に関し、特に、永久磁石を備えたロータを有する回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、永久磁石を備えたロータを有する回転電機である回転磁石型発電機において、高速回転時の発電出力抑制のためにガバナ機構によりステータヨークの磁気抵抗を増大させる、「永久磁石式発電機」（特許文献１参照）が知られている。
この「永久磁石式発電機」は、永久磁石を有するロータからの鎖交磁束により起電力を生ずるステータの、外側のヨークの部分に切り欠きを設けて、可動鉄心を配置し、回転軸に取り付けた円盤にフライウェイトと駒とを備えた腕具を取り付け、回転軸に嵌合させた鍔金具と可動鉄心とをリンクにより結合し、鍔金具はスプリングにより外方にバイアスさせる。
【０００３】
従って、ロータの高速回転時には、フライトウェイトに加わる遠心力により、鍔金具が内側に押圧されると、リンクにより可動鉄心がステータから抜け出るため、磁気抵抗が増大して発電出力が抑制される。
【特許文献１】特開平０７−１０７７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ロータ回転時に発生する誘起電圧が電源電圧に達すると、それ以上ロータ回転数は上がらなくなりロータ駆動領域が狭くなってしまうことから、ロータ駆動領域を広げるためにはロータ高回転時の誘起電圧を抑制する必要がある。また、ロータの振動は、ロータ回転数における共振点で最大となり、共振点によってモータ性能が決定されてしまうことになるため、モータ性能を十分に発揮するためには共振点を回避して駆動することが望まれる。
この発明の目的は、ロータ高回転時における誘起電圧の発生を抑制することにより、ロータ駆動領域を拡大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】
【０００５】
上記目的を達成するため、この発明に係る回転電機は、ステータと、空隙を有して前記ステータに対向配置され、永久磁石を備えたロータを有する回転電機において、前記永久磁石が発生させる磁束が通過する磁気回路上、或いは前記永久磁石が発生させる磁束の方向と電気的に直交する方向の磁束が通過する磁気回路上に配置されて、磁気抵抗を変化させる可変機構を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、ステータと、空隙を有してステータに対向配置され、永久磁石を備えたロータを有する回転電機は、永久磁石が発生させる磁束が通過する磁気回路上、或いは永久磁石が発生させる磁束の方向と電気的に直交する方向の磁束が通過する磁気回路上に配置された可変機構が、磁気抵抗を変化させる。この結果、ロータ高回転時における誘起電圧の発生を抑制することにより、ロータ駆動領域を拡大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
（第１実施の形態）
図１は、この発明の第１実施の形態に係る回転電機におけるロータ構造を示し、（ａ）は定常状態の説明図、（ｂ）は高回転状態の説明図である。
この第１実施の形態は、ロータ磁気回路可変（ｄ軸方向のインダクタンスＬｄ可変）の場合を示す。図１に示すように、回転電機１０は、ロータ（回転子）１１、ステータ（固定子）１２、及び可変機構部（可変機構）１３を有しており、ロータ１１とステータ１２がロータ回転軸１４の中心軸方向に空隙（ギャップ）ａを有して対向配置された、アキシャルギャップ型のモータである。
【０００８】
ロータ１１は、ロータ回転軸１４と一体化した円盤状に形成されており、ステータ１２に対向する対向面に、略等間隔離間して埋設状態にＳ極とＮ極が交互に配置された複数の永久磁石１５を有すると共に、対向面の反対側面である背面に、複数の凹部（凹部空間）１１ａを有している。凹部１１ａは、永久磁石１５と位置が重ならないように、隣接する永久磁石１５の境界部分に配置されている。
ステータ１２は、軸受け機構１６を介しロータ回転軸１４から独立して配置されており、ステータバックヨーク部１２ａに略等間隔離間して突設されたティース１２ｂにコイル巻線を巻回してコイル１３が装着されている。
【０００９】
可変機構部１３は、円盤状に形成された基部１３ａを有しており、ロータ１１に対向する対向面には、ロータ１１の凹部１１ａに対応した形状からなり、凹部１１ａに埋設状態に装着される突起部１３ｂが複数形成されている。この可変機構部１３は、ロータ回転軸１４に、例えばボールスプライン機構１７を介して、ロータ回転軸１４に対し回動自在に、且つ、ロータ１１に対し接近離反自在に装着されており、基部１３ａの外周縁部には、アクチュエータ１８からの回動駆動力が伝達される。つまり、可変機構部１３は、ロータ回転軸１４を回動中心として回動し、回動に伴って、ロータ１１と同一速度で同一方向に相対回転しながら、ロータ回転軸１４に沿って移動し、ロータ１１に対し接近離反する。
【００１０】
従って、ロータ１１の定常回転時、ロータ１１に接近した可変機構部１３がロータ１１の背面に密着して凹部１１ａに突起部１３ｂが入り込むことにより、ロータ１１の空隙（凹部１１ａ）を埋める装着状態となる。一方、定常回転時より回転数が高いロータ１１の高回転時、ロータ１１から離反した可変機構部１３がロータ１１の背面から離れて凹部１１ａから突起部１３ｂが引き出されることにより、ロータ１１に空隙（凹部１１ａ）が形成される離脱状態となる。つまり、回転電機１０は、ロータ１１に対する可変機構部１３の装着状態及び離脱状態を自在に形成することができ、ロータ１１と一体化した装着状態により、ロータ１１に形成された磁束が通過する凹部１１ａを閉塞状態にする。
【００１１】
このように、回転電機１０は、永久磁石１５が作る磁束の方向をｄ軸とし、永久磁石１５が作る磁束の方向に対して電気角で９０度進んだ方向をｑ軸として、ｄ軸磁束が主に通過するｄ軸磁気回路上に位置し磁気抵抗を変更することができる可変機構部１３を有している。なお、凹部１１ａは、可変機構部１３が凹部１１ａを閉塞状態にして形成された磁気回路を通過する磁束（ｄ軸磁束）の方向と電気的に直交する方向の磁束（ｑ軸磁束）の通過を妨げない形状を有している。
【００１２】
図２は、図１の回転電機におけるロータ磁気回路可変状態を模式的に示す、可変機構部離脱時及び可変機構部装着時の概念説明図である。図２に示すように、ロータ１１に対し可変機構部１３を離脱状態にすることにより、磁束φａが低下して、ロータ１１のｄ軸方向のインダクタンスＬｄをロータ１１のｑ軸方向のインダクタンスＬｑに比べ非常に小さい（Ｌｄ≪Ｌｑ）状態にすることができる。
一方、ロータ１１に対し可変機構部１３を装着状態にすることにより、通常の埋め込み形永久磁石（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ：ＩＰＭ）化して、ロータ１１のｄ軸方向のインダクタンスＬｄはロータ１１のｑ軸方向のインダクタンスＬｑに比べ小さい（Ｌｄ＜Ｌｑ）状態になる。
【００１３】
このとき、発生するトルク（Ｔ）は、
Ｔ＝Ｐ（φａ・ｉｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）ｉｄ・ｉｑ）
となる。ここで、Ｐ：極対数、ｉｄ：ｄ軸電流、ｉｑ：ｑ軸電流である。
また、共振周波数（ｆｏ）は、
ｆｏ＝（１／２π）・（ｋ／ｍ）１／２
となる。ここで、ｋ：剛性、ｍ：質量（ロータ１１と可変機構部１３の質量の和）
共振周波数（ｆｏ）の式により、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が減少すると共振周波数（ｆｏ）は減少し、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が増加すると共振周波数（ｆｏ）は増加することになる。
【００１４】
つまり、可変機構部１３は、ロータ１１と一体化した装着状態或いはロータ１１から分離した離脱状態に変化することにより、ロータ１１の剛性及び質量を変化させて共振点の位置をずらすことができる。
図３は、ロータへの可変機構部装着の有無によるロータ回転数と振動の関係をグラフで示す説明図である。図３に示すように、先ず、ロータ１１に可変機構部１３を装着した状態、即ち、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が増加し共振周波数（ｆｏ）が増加した状態（ａ）でロータ１１を駆動する。ロータ１１の回転数が上昇するに連れて振動数も増加するが、可変機構部１３離脱状態での共振周波数（ｆｏ）を越えた後に、ロータ１１から可変機構部１３を離脱させる。
【００１５】
これにより、可変機構部１３離脱状態に切り替わり、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が減少し振周波数（ｆｏ）が減少した状態（ｂ）となって、ロータ１１の回転数が上昇を続けても、振動数は減少する。図中、破線は、可変機構部１３を離脱させた状態でのロータ回転数に対する振動数の変化を示し、実線は、可変機構部１３を装着した状態でのロータ回転数に対する振動数の変化を示す。
このように、可変機構部１３をロータ１１から離脱させて、ロータ磁気回路内にギャップを作るので、磁気抵抗が増加し誘起電圧を低下させることができる。これにより、ロータ高回転領域が拡大する。また、共振点モードを複数持つので、各モードを切り替えて共振点を通過する。これにより、ロータ駆動領域が拡大する。
（第２実施の形態）
【００１６】
図４は、この発明の第２実施の形態に係る回転電機におけるロータ構造を示し、（ａ）は定常状態の説明図、（ｂ）は高回転状態の説明図である。
この第２実施の形態は、ロータ磁気回路可変（ｑ軸方向のインダクタンスＬｑ可変）の場合を示す。図４に示すように、回転電機２０は、ロータ２１、ステータ１２、及び可変機構部２２を有している。
【００１７】
ロータ２１は、ステータ１２に対向する対向面に、間隔を設けず埋設状態にＳ極とＮ極が交互に配置された複数の永久磁石１５を有すると共に、対向面の反対側面である背面に、永久磁石１５と重なる位置に永久磁石１５から離間して複数の凹部２１ａを有している。可変機構部２２は、円盤状に形成された基部２２ａを有しており、ロータ２１に対向する対向面には、ロータ２１の凹部２１ａに対応した形状からなり、凹部２１ａに埋設状態に装着される突起部２２ｂが複数形成されている。
【００１８】
従って、ロータ２１の定常回転時、ロータ２１に接近した可変機構部２２がロータ２１の背面に密着して凹部２１ａに突起部２２ｂが入り込むことにより、ロータ２１の空隙（凹部２１ａ）を埋める装着状態となる。一方、定常回転時より回転数が高いロータ２１の高回転時、ロータ２１から離反した可変機構部２２がロータ２１の背面から離れて凹部２１ａから突起部２２ｂが引き出されることにより、ロータ２１に空隙（凹部２１ａ）が形成される離脱状態となる。つまり、回転電機２０は、ロータ２１に対する可変機構部２２の装着状態及び離脱状態を自在に形成することができる。
【００１９】
このように、回転電機２０は、ｑ軸磁束が主に通過するｑ軸磁気回路上に位置し磁気抵抗を変更することができる可変機構部２２を有している。なお、凹部２１ａは、可変機構部２２が凹部２１ａを閉塞状態にして形成された磁気回路を通過する磁束（ｑ軸磁束）の方向と電気的に直交する方向の磁束（ｐ軸磁束）の通過を妨げない形状を有している。
その他の構成及び作用は、回転電機１０と同様である。
図５は、図４の回転電機におけるロータ磁気回路可変状態を模式的に示す、可変機構部離脱時及び可変機構部装着時の概念説明図である。
ロータ磁気回路可変（ｑ軸方向のインダクタンスＬｑ可変）において、誘起電圧（Ｖｏ）は、
Ｖｏ∝（Ｌｄ・ｉｄ＋φａ）２＋（Ｌｑ・ｉｑ）２
となる。
【００２０】
図５に示すように、ロータ２１に対し可変機構部２２を離脱状態にすることにより、強め界磁化して、ロータ２１のｄ軸方向のインダクタンスＬｄをロータ２１のｑ軸方向のインダクタンスＬｑに比べ大きい（Ｌｄ＞Ｌｑ）状態にすることができる。一方、ロータ２１に対し可変機構部２２を装着状態にすることにより、通常の表面配置形永久磁石（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ：ＳＰＭ）化して、ロータ２１のｄ軸方向のインダクタンスＬｄはロータ２１のｑ軸方向のインダクタンスＬｑと同一（Ｌｄ＝Ｌｑ）状態になる。
【００２１】
このとき、発生するトルク（Ｔ）は、
Ｔ＝Ｐ（φａ・ｉｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）ｉｄ・ｉｑ）
となる。
また、共振周波数（ｆｏ）は、
ｆｏ＝（１／２π）・（ｋ／ｍ）１／２
となる。
共振周波数（ｆｏ）の式により、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が減少すると共振周波数（ｆｏ）は減少し、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が増加すると共振周波数（ｆｏ）は増加することになる。
【００２２】
図６は、ロータへの可変機構部装着の有無によるロータ回転数と振動の関係をグラフで示す説明図である。図６に示すように、先ず、ロータ２１に可変機構部２２を装着した状態、即ち、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が増加し共振周波数（ｆｏ）が増加した状態（ａ）でロータ２１を駆動する。ロータ２１の回転数が上昇するに連れて振動数も増加するが、可変機構部２２離脱状態での共振周波数（ｆｏ）を越えた後に、ロータ２１から可変機構部２２を離脱させる。
【００２３】
これにより、可変機構部２２離脱状態に切り替わり、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が減少し振周波数（ｆｏ）が減少した状態（ｂ）となって、ロータ２１の回転数が上昇を続けても、振動数は減少する。図中、破線は、可変機構部２２を離脱させた状態でのロータ回転数に対する振動数の変化を示し、実線は、可変機構部２２を装着した状態でのロータ回転数に対する振動数の変化を示す。
つまり、可変機構部２２をロータ２１から離脱させて、ｑ軸磁気回路内にギャップを作るので、強め界磁型に変わるため、磁束の減少（減磁）を抑制することができる。これにより、減磁耐力が向上する。また、共振点モードを複数持つので、各モードを切り替えて共振点を通過する。これにより、駆動領域が拡大する。
（第３実施の形態）
【００２４】
図７は、この発明の第３実施の形態に係る回転電機におけるロータ構造を示し、（ａ）は定常状態の説明図、（ｂ）は高回転状態の説明図である。図８は、図７の回転電機におけるロータ磁気回路可変状態を模式的に示す、可変機構部離脱時及び可変機構部装着時の概念説明図である。
この第３実施の形態は、ロータ磁気回路可変（ｄ軸方向のインダクタンスＬｄ可変−磁石による弱め界磁）の場合を示す。図７及び図８に示すように、回転電機３０は、ロータ３１、ステータ１２、及び可変機構部３２を有している。
【００２５】
ロータ３１は、ステータ１２に対向する対向面に、間隔を設けず埋設状態に配置された複数の永久磁石３３を有すると共に、対向面の反対側面である背面に、隣接する永久磁石３３の境界位置に永久磁石３３から離間して複数の凹部３１ａを有している。永久磁石３３は、隣接する同士が交互に、ロータ回転軸１４の中心軸方向に沿って逆向きの極性を有している（図８中、矢印参照、矢印の先端側がＳ極、矢印の後端側がＮ極）。
可変機構部３２は、円盤状に形成された基部３２ａを有しており、ロータ３１に対向する対向面には、ロータ３１の凹部３１ａに対応した形状からなり、凹部３１ａに埋設状態に装着される突起部３２ｂが複数形成されている。突起部３２ｂは、磁石からなり、隣接する同士が交互に、ロータ回転軸１４の中心軸に直交する方向に沿って逆向きの極性を有している（図８中、矢印参照、矢印の先端側がＮ極、矢印の後端側がＳ極）。
【００２６】
従って、ロータ３１の定常回転時、ロータ３１に接近した可変機構部３２がロータ３１の背面に密着して凹部３１ａに突起部３２ｂが入り込むことにより、ロータ３１の空隙（凹部３１ａ）を埋める装着状態となる。一方、定常回転時より回転数が高いロータ３１の高回転時、ロータ３１から離反した可変機構部３２がロータ３１の背面から離れて凹部３１ａから突起部３２ｂが引き出されることにより、ロータ３１に空隙（凹部３１ａ）が形成される離脱状態となる。つまり、回転電機３０は、ロータ３１に対する可変機構部３２の装着状態及び離脱状態を自在に形成することができる。
このように、回転電機３０は、ｄ軸磁束が主に通過するｄ軸磁気回路上に位置し磁気抵抗を変更することができる可変機構部３２を有している。
その他の構成及び作用は、回転電機１０と同様である。
【００２７】
ロータ磁気回路可変（ｄ軸方向のインダクタンスＬｄ可変−磁石による弱め界磁）において、誘起電圧（Ｖｏ）は、
Ｖｏ∝（Ｌｄ・ｉｄ＋φａ）２＋（Ｌｑ・ｉｑ）２
となる。
図８に示すように、ロータ３１に対し可変機構部３２を離脱状態にすることにより、ロータ３１のｄ軸方向のインダクタンスＬｄをロータ３１のｑ軸方向のインダクタンスＬｑに比べ小さい（Ｌｄ＜Ｌｑ）状態にすることができる。一方、ロータ３１に対し可変機構部３２を装着状態にすることにより、磁束φａが低下して、ロータ３１のｄ軸方向のインダクタンスＬｄはロータ３１のｑ軸方向のインダクタンスＬｑに比べ非常に小さい（Ｌｄ≪Ｌｑ）状態にすることができる。
【００２８】
このとき、発生するトルク（Ｔ）は、
Ｔ＝Ｐ（φａ・ｉｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）ｉｄ・ｉｑ）
となる。
また、共振周波数（ｆｏ）は、
ｆｏ＝（１／２π）・（ｋ／ｍ）１／２
となる。
共振周波数（ｆｏ）の式により、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が減少すると共振周波数（ｆｏ）は減少し、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が増加すると共振周波数（ｆｏ）は増加することになる。
【００２９】
図９は、ロータへの可変機構部装着の有無によるロータ回転数と振動の関係をグラフで示す説明図である。図９に示すように、先ず、ロータ３１から可変機構部３２を離脱させた状態、即ち、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が減少し共振周波数（ｆｏ）が減少した状態（ｂ）でロータ３１を駆動する。ロータ回転数が上昇するに連れて振動数も増加するが、可変機構部３２離脱状態での共振周波数（ｆｏ）を越える前に、ロータ３１に可変機構部３２を装着する。これにより、可変機構部３２装着状態に切り替わり、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が増加し共振周波数（ｆｏ）が増加した状態（ａ）となって、ロータ２１の回転数が上昇を続けても、振動は減少する。
【００３０】
その後、振動数が上昇し、一定値を越えたら、ロータ３１から可変機構部３２を離脱させる。これにより、可変機構部３２離脱状態に切り替わり、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が減少し共振周波数（ｆｏ）が減少した状態（ｂ）となって、ロータ３１の回転数が上昇を続けても、振動は減少する。その後、可変機構部３２装着状態での共振周波数（ｆｏ）を越えた後に、ロータ３１に可変機構部３２を装着する。これにより、可変機構部３２装着状態に切り替わり、質量（ｍ）、剛性（ｋ）が増加し共振周波数（ｆｏ）が増加した状態（ａ）となって、ロータ２１の回転数が上昇を続けても、振動は減少する。
図中、破線は、可変機構部３２を離脱させた状態でのロータ回転数に対する振動の変化を示し、実線は、可変機構部３２を装着した状態でのロータ回転数に対する振動の変化を示す。
【００３１】
つまり、可変機構部３２をロータ３１から離脱させて、ロータｄ軸磁気回路内に磁極が対向する磁石が配置されることになるので、磁石磁束を弱めることになり、誘起電圧を低下させることができる。これにより、ロータ高回転領域を拡大することができる。また、共振点モードを複数持つので、各モードを切り替えて共振点を通過する。これにより、駆動領域が拡大する。
（第４実施の形態）
図１０は、この発明の第４実施の形態に係る回転電機におけるロータ磁気回路可変状態を模式的に示す、可変機構部離脱時及び可変機構部装着時の図２と同様の概念説明図である。図１１は、図１０のロータ磁気回路可変状態における可変機構部の離脱時から装着時への変化途中を説明する概念説明図である。
【００３２】
この第４実施の形態は、ロータ磁気回路可変（ｄ軸方向のインダクタンスＬｄ可変）の場合を示し、図１０に示すように、回転電機４０は、ロータ４１、ステータ１２、及び可変機構部４２を有している。ロータ４１は、ステータ１２対向面の反対側面である背面に有する複数の凹部４１ａが、溝状（図２参照）ではなく、可変機構部４２に対向する開口部が広がった山形の球面形状に形成されており、可変機構部４２は、基部４２ａのロータ４１対向面に、ロータ４１の凹部４１ａに対応した形状の、ロータ４１に対向して突出する山形形状からなり、凹部４１ａに埋設状態に装着される突起部４２ｂが複数形成されている。その他の構成及び作用は、回転電機１０のロータ１１と同様である。
【００３３】
従って、ロータ４１に接近した可変機構部４２がロータ４１の背面に密着して凹部４１ａに突起部４２ｂが入り込むことにより、ロータ４１の空隙（凹部４１ａ）を埋める装着状態となる（図１０参照）が、このとき、空隙の埋められる割合が、直線的に変化（溝状の場合）するのではなく、移動始めは少なく（少ない変化率）移動終わりに近くなって大きく（大きな変化率）なるように曲線状に連続して、即ち、変化率が連続して変化する（図１１参照）。これにより、磁束の通り道が、徐々に得られるのではなく、凹部４１ａに突起部４２ｂが完全に入り込む直前になって初めて得られるようになる。
【００３４】
このように、回転電機は、ロータの背面に、磁気回路を妨げるように可変機構部を配置して、磁気抵抗（磁気インダクタンス）を変化させ、誘起電圧を低減させている。これにより、ロータ高回転時の誘起電圧を抑制することで駆動領域を高回転域まで拡大することができ、同時に、共振点位置を変更することができるので、共振点を回避したロータ駆動が可能になる。
上述したように、この発明に係る回転電機は、ステータと、空隙を有して前記ステータに対向配置され、永久磁石を備えたロータを有する回転電機において、前記永久磁石が発生させる磁束が通過する磁気回路上、或いは前記永久磁石が発生させる磁束の方向と電気的に直交する方向の磁束が通過する磁気回路上に配置されて、磁気抵抗を変化させる可変機構を有することを特徴としている。
【００３５】
また、この発明において、前記可変機構は、ロータ回転軸上を前記ロータと相対回転しながら、前記ロータに対し接近或いは離反する方向に移動することが好ましい。
また、この発明において、前記可変機構は、ロータ回転軸上の移動により、前記ロータの剛性を変化させて共振点の位置をずらすことが好ましい。
また、この発明において、前記可変機構は、前記ロータと一体化した装着状態により、前記ロータに形成された前記磁束が通過する凹部空間を閉塞状態にすることが好ましい。
また、この発明において、前記凹部空間は、前記可変機構が前記凹部空間を閉塞状態にして形成された磁気回路を通過する磁束の方向と電気的に直交する方向の磁束の通過を妨げない形状を有することが好ましい。
【００３６】
また、この発明において、前記永久磁石は、隣接する同士が交互に、ロータ回転軸の中心軸方向に沿って逆向きの極性を有し、前記可変機構は、隣接する同士が交互に、ロータ回転軸の中心軸に直交する方向に沿って逆向きの極性を有する磁石により形成した、前記凹部空間を閉塞状態にする突起部を有することが好ましい。
また、この発明において、前記凹部空間は、前記可変機構に対向する開口部が広がった山形の球面形状を有し、前記可変機構は、前記凹部空間に対応した、前記ロータに対向して突出する山形形状を有することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の第１実施の形態に係る回転電機におけるロータ構造を示し、（ａ）は定常状態の説明図、（ｂ）は高回転状態の説明図である。
【図２】図１の回転電機におけるロータ磁気回路可変状態を模式的に示す、可変機構部離脱時及び可変機構部装着時の概念説明図である。
【図３】ロータへの可変機構部装着の有無によるロータ回転数と振動の関係をグラフで示す説明図である。
【図４】この発明の第２実施の形態に係る回転電機におけるロータ構造を示し、（ａ）は定常状態の説明図、（ｂ）は高回転状態の説明図である。
【図５】図４の回転電機におけるロータ磁気回路可変状態を模式的に示す、可変機構部離脱時及び可変機構部装着時の概念説明図である。
【図６】ロータへの可変機構部装着の有無によるロータ回転数と振動の関係をグラフで示す説明図である。
【図７】この発明の第３実施の形態に係る回転電機におけるロータ構造を示し、（ａ）は定常状態の説明図、（ｂ）は高回転状態の説明図である。
【図８】図７の回転電機におけるロータ磁気回路可変状態を模式的に示す、可変機構部離脱時及び可変機構部装着時の概念説明図である。
【図９】ロータへの可変機構部装着の有無によるロータ回転数と振動の関係をグラフで示す説明図である。
【図１０】この発明の第４実施の形態に係る回転電機におけるロータ磁気回路可変状態を模式的に示す、可変機構部離脱時及び可変機構部装着時の図２と同様の概念説明図である。
【図１１】図１０のロータ磁気回路可変状態における可変機構部の離脱時から装着時への変化途中を説明する概念説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０，２０，３０，４０ 回転電機
１１，２１，３１，４１ ロータ
１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ 凹部
１２ ステータ
１２ａ ステータバックヨーク部
１２ｂ ティース
１３，２２，３２，４２ 可変機構部
１３ａ，２２ａ，３２ａ，４２ａ 基部
１３ｂ，２２ｂ，３２ｂ，４２ｂ 突起部
１４ ロータ回転軸
１５，３３ 永久磁石
１６ 軸受け機構
１７ ボールスプライン機構
１８ アクチュエータ
ａ ギャップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、空隙を有して前記ステータに対向配置され、永久磁石を備えたロータを有する回転電機において、
前記永久磁石が発生させる磁束が通過する磁気回路上、或いは前記永久磁石が発生させる磁束の方向と電気的に直交する方向の磁束が通過する磁気回路上に配置されて、磁気抵抗を変化させる可変機構を有することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記可変機構は、ロータ回転軸上を前記ロータと相対回転しながら、前記ロータに対し接近或いは離反する方向に移動することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記可変機構は、ロータ回転軸上の移動により、前記ロータの剛性を変化させて共振点の位置をずらすことを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記可変機構は、前記ロータと一体化した装着状態により、前記ロータに形成された前記磁束が通過する凹部空間を閉塞状態にすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記凹部空間は、前記可変機構が前記凹部空間を閉塞状態にして形成された磁気回路を通過する磁束の方向と電気的に直交する方向の磁束の通過を妨げない形状を有することを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記永久磁石は、隣接する同士が交互に、ロータ回転軸の中心軸方向に沿って逆向きの極性を有し、
前記可変機構は、隣接する同士が交互に、ロータ回転軸の中心軸に直交する方向に沿って逆向きの極性を有する磁石により形成した、前記凹部空間を閉塞状態にする突起部を有することを特徴とする請求項４または５に記載の回転電機。
【請求項７】
前記凹部空間は、前記可変機構に対向する開口部が広がった山形の球面形状を有し、
前記可変機構は、前記凹部空間に対応した、前記ロータに対向して突出する山形形状を有することを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項１】
ステータと、空隙を有して前記ステータに対向配置され、永久磁石を備えたロータを有する回転電機において、
前記永久磁石が発生させる磁束が通過する磁気回路上、或いは前記永久磁石が発生させる磁束の方向と電気的に直交する方向の磁束が通過する磁気回路上に配置されて、磁気抵抗を変化させる可変機構を有することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記可変機構は、ロータ回転軸上を前記ロータと相対回転しながら、前記ロータに対し接近或いは離反する方向に移動することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記可変機構は、ロータ回転軸上の移動により、前記ロータの剛性を変化させて共振点の位置をずらすことを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記可変機構は、前記ロータと一体化した装着状態により、前記ロータに形成された前記磁束が通過する凹部空間を閉塞状態にすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記凹部空間は、前記可変機構が前記凹部空間を閉塞状態にして形成された磁気回路を通過する磁束の方向と電気的に直交する方向の磁束の通過を妨げない形状を有することを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記永久磁石は、隣接する同士が交互に、ロータ回転軸の中心軸方向に沿って逆向きの極性を有し、
前記可変機構は、隣接する同士が交互に、ロータ回転軸の中心軸に直交する方向に沿って逆向きの極性を有する磁石により形成した、前記凹部空間を閉塞状態にする突起部を有することを特徴とする請求項４または５に記載の回転電機。
【請求項７】
前記凹部空間は、前記可変機構に対向する開口部が広がった山形の球面形状を有し、
前記可変機構は、前記凹部空間に対応した、前記ロータに対向して突出する山形形状を有することを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の回転電機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−１７１６８７（Ｐ２００９−１７１６８７Ａ）
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４９１２（Ｐ２００８−４９１２）
【出願日】平成２０年１月１１日（２００８．１．１１）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１１日（２００８．１．１１）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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