回転電機
【課題】体格を小型化すると共に、バックヨークの磁気抵抗を変化させることが可能な回転電機を提供する。
【解決手段】ステータ２０は、バックヨーク２１及びこのバックヨーク２１から径内方向へ延びるティース２２を有する。ティース２２に巻回されるコイル３０は、通電により回転磁界を励磁する。ステータ２０に対して回転可能に設けられたロータ４０は、永久磁石４３を有する。移動体５０は、バックヨーク２１に設けられた収容穴２４に収容され、バックヨーク２１の周方向に対し交差する方向に拡がる空隙を形成可能である。駆動部は、移動体５０を移動することで、ロータ４０の高速回転時に空隙を大きくし、ロータ４０の低速回転時に空隙を小さくする。これにより、移動体５０は、ステータ２０から外側へ大きく移動することなく、バックヨーク２１の磁気抵抗を変えることができる。
【解決手段】ステータ２０は、バックヨーク２１及びこのバックヨーク２１から径内方向へ延びるティース２２を有する。ティース２２に巻回されるコイル３０は、通電により回転磁界を励磁する。ステータ２０に対して回転可能に設けられたロータ４０は、永久磁石４３を有する。移動体５０は、バックヨーク２１に設けられた収容穴２４に収容され、バックヨーク２１の周方向に対し交差する方向に拡がる空隙を形成可能である。駆動部は、移動体５０を移動することで、ロータ４０の高速回転時に空隙を大きくし、ロータ４０の低速回転時に空隙を小さくする。これにより、移動体５０は、ステータ２０から外側へ大きく移動することなく、バックヨーク２１の磁気抵抗を変えることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、コイルの巻回されたティースを有するステータと、そのステータの径内側に回転可能に設けられ周方向に異種の磁極が着磁された永久磁石を有するロータとを備えた回転電機が知られている。この回転電機を電動機として使用する場合、ステータの励磁する回転磁界の極と、ロータの有する永久磁石との吸引力および反発力によるマグネットトルクが生じる。
しかし、電動機は、ロータの高速回転時に、永久磁石からステータへ流れる磁束により生じる誘起電圧が、コイルに供給される電力の妨げとなる。
このため、電動機は、ロータの高速回転時に、「弱め界磁制御」によりコイルに電流を供給することで、永久磁石からステータへ流れる磁束を低減し、誘起電圧を抑制している。この「弱め界磁制御」に使用される電力により、電動機の効率（電動機の出力／コイルに供給される電力）が低下することが懸念される。
【０００３】
特許文献１に記載の発電機は、ロータに対してステータの一部を軸方向に移動するガバナ機構を備えている。発電機は、ロータの高速回転時にガバナ機構によってステータの一部を移動することで、発電出力が過大となることを抑制している。
一方、特許文献２に記載の電動機は、ティースの内側に設けられた案内溝に移動体（特許文献２では「ステータコア移動部６ｂ」）を収容している。電動機は、ロータの高速回転時に移動体を径外方向に移動し、ティースの内側に空隙を形成することで、ティースの磁気抵抗を大きくし、誘起電圧を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１０７７１８号公報
【特許文献２】特開２００４−１６６３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ハイブリッドカーの動力源として回転電機を用いる場合、エンジンルーム内に回転電機を搭載するスペースが限られている。このため、回転電機は、効率の向上と共に、その体格の小型化が望まれる。
特許文献１の発電機は、ステータの一部を軸方向に移動しているので、発電機の軸方向の体格が大きくなる。
また、特許文献１の発電機は、ステータの一部を軸方向に移動したとき、ステータと移動後のステータの一部とが径方向に重なる箇所に磁束が集中する。このため、鉄損が大きくなり、発電機の効率が低下するおそれがある。
【０００６】
特許文献２の電動機は、ティースの内側の案内溝に移動体を収容しているので、ティースの幅が大きくなる。このため、電動機の体格が大きくなることが懸念される。
また、特許文献２の電動機は、移動体を径外方向へ移動したとき、移動体が抜け出した案内溝の外側に位置するティースに磁束が集中する。このため、鉄損が大きくなり、電動機の効率が低下するおそれがある。
さらに、電動機のコイルを分布巻にした場合、ティースの数が多くなり、その幅も狭くなる。この場合、特許文献２の電動機の構成では、ティースに案内溝を形成し、そこに移動体を収容することが困難になる。なお、特許文献２の図１３に示されるように、ティース自体を移動すると、ロータとティースとが接触するおそれがある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、体格を小型化すると共に、バックヨークの磁気抵抗を変化させることが可能な回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明によると、回転電機は、ハウジング、ステータ、コイル、ロータ、移動体および駆動部を備える。
ステータは、ハウジングの内壁に固定されたバックヨーク、および、このバックヨークから径内方向へ延びるティースを有する。ティースに巻回されるコイルは、通電により回転磁界を励磁する。
そのステータに対して回転可能に設けられるロータは、回転方向に異種の磁極が着磁された永久磁石を有する。
移動体は、バックヨークに設けられた収容穴に収容され、バックヨークの周方向に対し交差する方向に拡がる空隙を形成可能である。
駆動部は、移動体を移動することで、ロータの高速回転時に空隙を大きくし、ロータの低速回転時に空隙を小さくする。
【０００８】
移動体は、バックヨークの収容穴に対応した大きさで形成される。このため、移動体がステータの外側へ大きく突出することが抑制される。したがって、回転電機の体格を小型化することができる。
また、回転電機は、バックヨークに少なくとも１個の移動体を備えていれば、効率を高めることが可能である。そのため、ティースの個数が多い分布巻においても、１ティースに１個の移動体を備えることなく、ステータの磁気抵抗を容易に変化させることができる。
さらに、回転電機は、ティースを移動することがないので、ロータとステータとが接触するおそれを回避することができる。
ロータの高速回転時、駆動部が移動体を移動し、空隙を大きくすると、バックヨークの磁気抵抗が大きくなる。このため、永久磁石からバックヨークを流れる磁束が低減することで、誘起電圧が抑制される。これにより、回転電機に弱め界磁制御を行う場合、その制御に用いる電流を低減することが可能になる。したがって、回転電機の効率を高めることができる。
ロータの低速回転時、駆動部が移動体を移動し、空隙を小さくすると、バックヨークの磁気抵抗が小さくなる。このため、永久磁石からバックヨークを流れる磁束が増加することで、最大トルクを増加することができる。
なお、移動体の移動により空隙を大きくするロータの高速回転時、または、移動体の移動により空隙を小さくする低速回転時とは、回転電機の構成および使用態様に基づき実験等により設定される。
【０００９】
請求項２に係る発明によると、移動体は、バックヨークの径外側よりも径内側が小さい楔状である。
移動体は、ロータの低速回転時、バックヨークの収容穴の内壁と当接することで空隙を最小とする。一方、移動体は、ロータの高速回転時、バックヨークの径外方向へ移動することで、空隙をバックヨークの周方向へ大きくする。
移動体が収容穴の内壁と当接した状態から径外方向へ僅かに移動すると、バックヨークの周方向に対し交差する方向に拡がる空隙が形成される。移動体が径外方向へさらに移動すると、空隙がバックヨークの周方向へ大きくなる。これにより、移動体の少ない移動量で、バックヨークの磁気抵抗の増加量を大きくすることができる。したがって、回転電機の体格を小型化すると共に、高速回転時に永久磁石から流れる磁束を低減することができる。
【００１０】
請求項３に係る発明によると、ハウジングは、バックヨークを固定する内壁と、移動体の外側に位置する箇所で内壁から径外方向へ凹みまたは穴が開き、移動体がバックヨークから径外方向へ移動することを可能にする逃がし部とを有する。
これにより、ハウジングの外郭を大きくすることなく、バックヨークを固定し、かつ、移動体をバックヨークに設けることが可能になる。
【００１１】
請求項４に係る発明によると、移動体は、バックヨークの周方向に対して軸が交差して設けられた回転体であり、その軸に平行な平坦状または湾曲状の溝を有する。
移動体は、ロータの低速回転時、バックヨークの周方向に対して溝を略平行にすることでバックヨークの周方向に対し交差する方向に空隙を最小とする。一方、移動体は、ロータの高速回転時、バックヨークの周方向に対して溝が交差するように回転することで、バックヨークの周方向に対し交差する方向に空隙を大きくする。
移動体は、収容穴内で回転することで、バックヨークの周方向に対し交差する方向に空隙の大きさを変えることが可能である。このため、ステータの体格を変えることなく、バックヨークの磁気抵抗を増加または減少することができる。
【００１２】
請求項５に係る発明によると、移動体の溝は、移動体の軸を含む平坦状に形成される。
これにより、移動体の回転により、バックヨークの周方向に対し交差する方向に空隙を大きく変化させることができる。
【００１３】
請求項６に係る発明によると、移動体の溝は、移動体の径外方向の外壁から径内方向に凹み、移動体の外壁に所定角度範囲で湾曲状に形成される。
これにより、移動体の外壁に溝を容易に形成することができる。
【００１４】
請求項７に係る発明によると、バックヨークは、移動体を挟んで周方向の一方と他方とが接続している。
これにより、ステータが分割されないので、ハウジングの内壁にバックヨークを容易に固定することができる。
【００１５】
請求項８に係る発明によると、移動体または収容穴は、ティースから周方向に離れた位置で、バックヨークの径方向の一方の側から他方の側に亘り設けられる。
これにより、バックヨークの周方向に対し交差する方向に拡がる空隙を、バックヨークの径方向の一方の側から他方の側に亘り形成することが可能になる。このため、バックヨークに磁束が集中する箇所が形成されないので、鉄損が生じることが抑制される。したがって、回転電機の効率を高めることができる。
【００１６】
請求項９に係る発明によると、移動体は、圧粉磁心または積層鋼板から形成される。
これにより、移動体を圧粉磁心から形成した場合、移動体の軸の向きに関わらず、移動体を流れる磁束による渦電流損失を低減することができる。
また、移動体を積層鋼板から形成した場合、移動体の軸をロータの軸と平行に向けて移動体を設けたとき、移動体を流れる磁束による渦電流損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態による回転電機の断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による回転電機が用いられるハイブリッドカーの動力源の構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態による回転電機の移動体の拡大図である。
【図４】本発明の第１実施形態による回転電機の駆動部の要部拡大図である。
【図５】本発明の第１実施形態による回転電機に流れる鎖交磁束の説明図である。
【図６】本発明の第１実施形態による回転電機の特性図である。
【図７】本発明の第２実施形態による回転電機の断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態による回転電機に流れる鎖交磁束の説明図である。
【図９】本発明の第３実施形態による回転電機の斜視図である。
【図１０】本発明の第３実施形態による回転電機の移動体の拡大図である。
【図１１】本発明の第３実施形態による回転電機に流れる鎖交磁束の説明図である。
【図１２】本発明の第４実施形態による回転電機の断面図である。
【図１３】本発明の第４実施形態による回転電機の移動体の拡大図である。
【図１４】本発明の第４実施形態による回転電機に流れる鎖交磁束の説明図である。
【図１５】本発明の第５実施形態による回転電機の断面図である。
【図１６】本発明の第５実施形態による回転電機の移動体の拡大図である。
【図１７】本発明の第５実施形態による回転電機の駆動部の要部拡大図である。
【図１８】本発明の第５実施形態による回転電機に流れる鎖交磁束の説明図である。
【図１９】本発明の第６実施形態による回転電機の断面図である。
【図２０】本発明の第６実施形態による回転電機の移動体の拡大図である。
【図２１】本発明の第６実施形態による回転電機に流れる鎖交磁束の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による回転電機を図１〜図６に示す。本実施形態の回転電機は、ハイブリッドカーの動力源として用いられるものである。図２に示すように、ハイブリッドカーは、その一例として、回転電機１のシャフトと、歯車機構２と、エンジン３のクランクシャフトとがほぼ同軸で設けられ、エンジンルーム内に搭載される。この場合、回転電機１は、軸方向の体格の小型化が望まれる。回転電機１の駆動力とエンジン３の駆動力とは、歯車機構２によって合成され、駆動輪へ出力される。
【００１９】
図１に示すように、回転電機１は、ハウジング１０、ステータ２０、コイル３０、ロータ４０、移動体５０および駆動部を備える。
ハウジング１０は、非磁性材料または磁性材料から有底筒状に形成されている。ハウジング１０は、径内方向の内壁１１が略円筒状に形成される。ハウジング１０は、移動体５０の外側に位置する箇所に、内壁１１から径外方向へ凹む逃がし部１２を有している。なお、逃がし部１２は、ハウジング１０の径方向に穴を開けることで形成してもよい。
ステータ２０は、磁性鋼板を積層して形成され、環状のバックヨーク２１および複数のティース２２を有する。バックヨーク２１は、焼き嵌めなどによりハウジング１０の内壁１１に固定されている。バックヨーク２１には、移動体５０を収容する収容穴２４が形成されている。収容穴２４は、ティース２２とティース２２との周方向の中間に位置している。バックヨーク２１は、収容穴２４を挟んで周方向の一方と他方とが接続している。
ティース２２は、バックヨーク２１から径内方向へ延びている。ティース２２とティース２２との間に形成されるスロット２３にコイル３０が設けられる。コイル３０は、ティース２２に集中巻され、デルタ結線またはＹ結線されることで、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を形成している。コイル３０の各相に電流が供給されると、コイル３０は回転磁界を励磁する。
【００２０】
ロータ４０は、シャフト４１、ロータコア４２および永久磁石４３を有する。
シャフト４１は、軸方向の両端が図示しない軸受によりハウジング１０などに取り付けられている。このため、シャフト４１は、ハウジング１０に固定されたステータ２０に対して回転可能に設けられる。
シャフト４１の径外側にロータコア４２が固定される。ロータコア４２には、回転方向に異種の磁極が交互に着磁された永久磁石４３が設けられている。
移動体５０は、磁性体から成り、バックヨーク２１の径外側よりも径内側が小さい楔状に形成されている。移動体５０は、バックヨーク２１の収容穴２４に収容され、収容穴２４から径外方向に移動可能である。
【００２１】
図３に示すように、移動体５０には、ステータ２０の径方向に延びるガイド５６が設けられている。このガイド５６は、ハウジング１０に設けられた図示しない溝に案内される。また、移動体５０には、孔５７が設けられる。図４に示すように、移動体５０の孔５７には、ラック６４から延びるピン６５が挿し込まれる。
回転電機１には、移動体５０を移動する駆動部６０が設けられる。駆動部６０は、アクチュエータ６１、内歯車６２、ピニオンギヤ６３およびラック６４などから構成される。
モータまたは油圧ポンプなどから構成されたアクチュエータ６１が駆動歯車６６を回転すると、ステータ２０の軸方向に環状に設けられた内歯車６２が回転する。その内歯車６２によってピニオンギヤ６３が回転し、このピニオンギヤ６３の回転によってラック６４が径方向に移動する。このため、移動体５０は径外方向または径内方向に移動する。
なお、ピニオンギヤ６３およびラック６４は、各移動体５０にそれぞれ１個づつ設けられている。このため、アクチュエータ６１の回転によって全ての移動体５０が同時に移動する。
【００２２】
次に、回転電機１の動作について図５を参照して説明する。
図５（Ａ）に示すように、ロータ４０の低速回転時、移動体５０は、バックヨーク２１の収容穴２４の内壁に当接している。このとき、バックヨーク２１に形成される空隙は最小、つまり、ほぼ０（ｍｍ）である。このため、実線Ａに示すように、ロータ４０の永久磁石４３からティース２２を経由してバックヨーク２１を磁束が十分に流れる。
一方、図５（Ｂ）に示すように、ロータ４０の高速回転時、移動体５０は、バックヨーク２１の収容穴２４から径外方向へ移動する。このとき、収容穴２４の内壁と移動体５０との間には、バックヨーク２１の周方向に対して交差する方向に拡がる空隙７０が形成される。さらに、移動体５０が径外方向へ移動すると、空隙７０がバックヨーク２１の周方向へ大きくなる。これにより、バックヨーク２１の磁気抵抗が大きくなる。このため、破線Ｂに示すように、永久磁石４３からバックヨーク２１を流れる磁束が低減する。
【００２３】
続いて回転電機１の特性を図６を参照して説明する。
図６（Ａ）では、移動体５０をバックヨーク２１の収容穴２４に収容した状態のＮ−Ｔ特性を実線αに示す。移動体５０をバックヨーク２１の収容穴２４から径外方向へ移動した状態のＮ−Ｔ特性を破線βに示す。
回転数が０〜γのとき、実線αのトルクが大きい。これは、永久磁石４３からティース２２を経由してバックヨーク２１を磁束が流れることで、コイル３０の励磁する回転磁界の極と永久磁石４３との吸引力および反発力によるマグネットトルクが大きくなるからである。
一方、回転数がγよりも高いとき破線βのほうが出力が大きい。これは移動体の移動により鎖交磁束が減少すると同時にインダクタンスも低下するためである。
【００２４】
図６（Ａ）の条件δ（回転数１００００、トルクε）における回転電機１の効率を図６（Ｂ）に示す。
条件δのとき、移動体５０を収容穴２４に収容した状態（移動前）では、回転電機１の効率は９２％よりも僅かに小さい値である。一方、条件δのとき、移動体５０を径外方向へ移動した状態（移動後）では、回転電機１の効率は９４％よりも僅かに小さい値である。したがって、条件δのとき、移動体５０の移動により空隙７０を大きくすると、回転電機１の効率が約２％向上する。これは、永久磁石４３からバックヨーク２１を流れる磁束が低減し誘起電圧が抑制されることで、弱め界磁に必要な電力、つまりトルクに寄与しない電力が低減したためである。これにより、回転電機１の電動機としての効率（電動機の出力／コイルに供給される電力）が向上する。なお、電動機の出力＝回転数×トルク である。
【００２５】
第１実施形態では、以下の作用効果を奏する。
（１）移動体５０は、バックヨーク２１の径方向の板厚の範囲内で楔状に形成される。そのため、移動体５０は、少ない移動量で、バックヨーク２１に空隙７０を形成し、バックヨーク２１の磁気抵抗を増加することができる。したがって、回転電機１の体格を小型化すると共に、高速回転時に永久磁石４３から流れる磁束を低減することができる。
（２）バックヨーク２１は、収容穴２４を挟んで周方向の一方と他方とが接続している。これにより、ステータ２０が分割されることがないので、ハウジング１０の内壁１１にステータ２０を容易に固定することができる。
（３）回転電機１は、移動体５０のみを動かすことで、バックヨーク２１に空隙７０を形成することが可能である。このため、ティース２２を移動しないので、ロータ４０とステータ２０とが接触するおそれを回避することができる。
【００２６】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図７および図８に示す。以下、複数の実施形態において上述した第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
第２実施形態では、バックヨーク２１に形成される収容穴２５が、ティース２２から周方向に離れた位置で、バックヨーク２１の径方向の一方の側から他方の側に亘り形成されている。バックヨーク２１は、収容穴２５によって周方向に分割されている。
移動体５１は、バックヨーク２１の径方向の一方の側から他方の側に亘って設けられ、バックヨーク２１の収容穴２５に収容されている。
【００２７】
図８（Ａ）に示すように、ロータ４０の低速回転時、移動体５１は、バックヨーク２１の収容穴２５の内壁に当接している。このとき、バックヨーク２１に形成される空隙は最小である。このため、実線Ａに示すように、永久磁石４３からティース２２を経由してバックヨーク２１を磁束が流れる。
一方、図８（Ｂ）に示すように、ロータ４０の高速回転時、移動体５１は、バックヨーク２１の収容穴２５から径外方向へ移動する。このとき、収容穴２５の内壁と移動体５１との間には、バックヨーク２１の径方向の一方の側から他方の側に亘り空隙７０が形成される。これにより、バックヨーク２１の磁気抵抗が大きくなる。このため、破線Ｂに示すように、永久磁石４３からバックヨーク２１を流れる磁束が低減する。
第２実施形態では、バックヨーク２１が分割されているので、移動体５１が径外方向に移動したとき、バックヨーク２１に磁束が集中する箇所が形成されることなく、鉄損が生じることが抑制される。したがって、移動体５１の少ない移動量でステータ２０の磁気抵抗を大きく変化させ、回転電機の効率を高めることができる。
【００２８】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図９〜図１１に示す。なお、図９では、ハウジング１０、コイル３０およびロータ４０などを省略して図示している。第３実施形態では、バックヨーク２１に形成される収容穴２６が、円筒状に形成されている。収容穴２６の軸は、ロータ４０の径方向に設けられている。
移動体５２は、圧粉磁心から円柱状に形成され、収容穴２６に収容されている。移動体５２の軸は、ロータ４０の径方向に設けられている。なお、収容穴２６の軸と移動体５２の軸とは略同軸であり、バックヨーク２１の周方向に対して交差して設けられていればよい。移動体５２は、移動体５２の軸を中心として回転可能である。
移動体５２は、移動体５２の軸を含み、移動体５２の軸に平行な平坦状の溝５９を有している。
また、移動体５２は、バックヨーク２１の径外方向に突出する可動ギヤ６７を有している。
駆動部６０は、可動ギヤ６７、アクチュエータ６１および環状の歯車６８などから構成される。
アクチュエータ６１が駆動歯車６６を回転すると、ステータ２０の径外側に設けられた環状の歯車６８が回転する。環状の歯車６８によって可動ギヤ６７が回転し、移動体５２は収容穴２６の内側で回転する。
なお、図９では、バックヨーク２１に１個の移動体５２を記載しているが、移動体５２は、バックヨーク２１の周方向に複数個設けることが可能である。
【００２９】
図１１（Ａ）に示すように、ロータ４０の低速回転時、移動体５２は、平坦状の溝５９がバックヨーク２１の周方向に対し平行に位置する。このとき、バックヨーク２１の周方向に対し交差する方向に形成される空隙７０は最小である。このため、実線Ａに示すように、永久磁石４３からティース２２を経由してバックヨーク２１を磁束が十分に流れる。
一方、図１１（Ｂ）に示すように、ロータ４０の高速回転時、移動体５２は、平坦状の溝５９がバックヨーク２１の周方向に対して交差するように回転する。このとき、空隙７０が、バックヨーク２１の周方向に対し交差する方向に大きくなる。これにより、バックヨーク２１の磁気抵抗が大きくなる。このため、破線Ｂに示すように、永久磁石４３からバックヨーク２１を流れる磁束が低減する。
【００３０】
第３実施形態では、以下の作用効果を奏する。
（１）移動体５２が収容穴２６の内側で回転することで、ステータ２０の体格を変えることなく、バックヨーク２１の磁気抵抗を増加または減少することができる。したがって、回転電機の体格を小型化すると共に、高速回転時に永久磁石４３から流れる磁束を低減することができる。
（２）移動体５２の有する溝５９は、移動体５２の軸を含み、移動体５２の軸に平行な平坦状に形成されるので、移動体５２の回転により、バックヨーク２１の周方向に対し交差する方向、または、バックヨーク２１の周方向に対し平行な方向に、空隙７０を大きく変化させることができる。
（３）移動体５２は、圧粉磁心から形成されているので、移動体５２の軸が設けられる方向に関わらず、移動体５２を流れる磁束による渦電流損失を低減することができる。
【００３１】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図１２〜図１４に示す。なお、図１２では、ハウジング１０などを省略して図示している。第４実施形態では、収容穴２７は、ティース２２から周方向に離れた位置、すなわち、スロット２３の径方向外側で、バックヨーク２１の径方向の一方の側から他方の側に亘り形成されている。収容穴２７は、その軸が、ロータ４０の軸と平行に設けられている。バックヨーク２１は、収容穴２７によって周方向に分割されている。
移動体５３は、電磁鋼板から円柱状に形成され、収容穴２７に収容されている。電磁鋼板は、移動体５３の軸方向に積層されている。移動体５３の軸は、ロータ４０の軸と平行に設けられている。移動体５３は、バックヨーク２１の径方向の一方の側から他方の側に亘り設けられている。移動体５３は、移動体５３の軸を中心として回転可能である。
移動体５３は、移動体５３の軸を含み、移動体５３の軸に平行な平坦状の溝５９を有している。
【００３２】
図１４（Ａ）に示すように、ロータ４０の低速回転時、移動体５３は、平坦状の溝５９がロータ４０の径方向に対して垂直に位置する。つまり、平坦状の溝５９は、バックヨーク２１の周方向に略平行に位置する。このとき、バックヨーク２１に形成される空隙７０は最小である。このため、実線Ａに示すように、永久磁石４３からティース２２を経由してバックヨーク２１を磁束が十分に流れる。
一方、図１４（Ｂ）に示すように、ロータ４０の高速回転時、移動体５３は、平坦状の溝５９がバックヨーク２１の周方向に対して交差するように回転する。このとき、空隙７０が、バックヨーク２１の周方向に対し交差する方向に大きくなる。これにより、バックヨーク２１の磁気抵抗が大きくなる。このため、破線Ｂに示すように、永久磁石４３からバックヨーク２１を流れる磁束が低減する。
【００３３】
第４実施形態では、平坦状の溝５９がステータ２０の径方向に対して平行になるとき、バックヨーク２１に磁束が集中する箇所が形成されない。これにより、鉄損が生じることが抑制される。したがって、回転電機の効率を高めることができる。
また、移動体５３は、積層鋼板から形成されているので、移動体５３を流れる磁束による渦電流損失を低減することができる。
【００３４】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図１５〜図１８に示す。第５実施形態では、ティース２２の径外方向に位置するバックヨーク２１に収容穴２８が設けられている。バックヨーク２１は、収容穴２８を挟んで周方向に接続している。
移動体５４は、積層鋼板から円柱状に形成され、収容穴２８に収容されている。移動体５４は、移動体５４の軸を中心として回転可能である。
移動体５４の溝５９は、移動体５４の径外方向の外壁から径内方向に凹み、移動体５４の外壁に所定角度範囲で湾曲状に形成される。
【００３５】
図１７に示すように、駆動部６０は、アクチュエータ６１、駆動歯車６６、内歯車６２および可動ギヤ６７などから構成される。
アクチュエータ６１が駆動歯車６６を回転すると、ステータ２０の軸方向に設けられた環状の内歯車６２が回転する。移動体５４は、ステータ２０の軸方向に延びる可動ギヤ６７を有している。内歯車６２によって可動ギヤ６７が回転し、移動体５４は収容穴２８の内側で回転する。可動ギヤ６７は、全ての移動体５４に設けられているので、アクチュエータ６１の回転によって全ての移動体５４が同時に回転する。
【００３６】
図１８（Ａ）に示すように、ロータ４０の低速回転時、移動体５４は、湾曲状の溝５９がロータ４０の径方向外側に位置する。つまり、湾曲状の溝５９は、バックヨーク２１の周方向に略平行に位置する。このとき、バックヨーク２１に形成される空隙７０は最小である。このため、実線Ａに示すように、永久磁石４３からティース２２を経由してバックヨーク２１を磁束が十分に流れる。
一方、図１８（Ｂ）に示すように、ロータ４０の高速回転時、移動体５４は、湾曲状の溝５９がバックヨーク２１の周方向に対して交差するように回転する。このとき、空隙７０が、バックヨーク２１の周方向に対し交差する方向に大きくなる。これにより、バックヨーク２１の磁気抵抗が大きくなる。このため、破線Ｂに示すように、永久磁石４３からバックヨーク２１を流れる磁束が低減する。
【００３７】
第５実施形態では、以下の作用効果を奏する。
（１）移動体５４は、径方向の外壁に溝５９が形成される。したがって、移動体５４に溝５９を容易に形成することができる。
（２）移動体５４が収容穴２８の内側で回転することで、ステータ２０の体格を変えることなく、バックヨーク２１の磁気抵抗を増加または減少することができる。
（３）バックヨーク２１は、収容穴２８を挟んで周方向の一方と他方とが接続している。これにより、ステータ２０が分割されることがないので、ハウジング１０の内壁１１にステータ２０を容易に固定することができる。
（４）移動体５４は、積層鋼板から形成されているので、移動体５４を流れる磁束による渦電流損失を低減することができる。
【００３８】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態を図１９〜図２１に示す。第６実施形態では、収容穴２９は、ティース２２から周方向に離れた位置、すなわち、スロット２３の径方向外側で、バックヨーク２１の径方向の一方の側から他方の側に亘り形成されている。バックヨーク２１は、収容穴２９によって周方向に分割されている。
移動体５５は、電磁鋼板から円柱状に形成され、収容穴２９に収容されている。電磁鋼板は、移動体５５の軸方向に積層されている。移動体５５は、バックヨーク２１の径方向の一方の側から他方の側に亘り設けられている。移動体５５は、移動体５５の軸を中心として回転可能である。
移動体５５の溝５９は、移動体５５の径外方向の外壁から径内方向に凹み、移動体５５の外壁に所定角度範囲で湾曲状に形成される。
【００３９】
図２１（Ａ）に示すように、ロータ４０の低速回転時、移動体５５は、湾曲状の溝５９がロータ４０の径外側に位置する。つまり、湾曲状の溝５９は、バックヨーク２１の周方向に略平行に位置する。このとき、バックヨーク２１に形成される空隙７０は最小である。このため、実線Ａに示すように、永久磁石４３からティース２２を経由してバックヨーク２１を磁束が十分に流れる。
一方、図２１（Ｂ）に示すように、ロータ４０の高速回転時、移動体５５は、湾曲状の溝５９がバックヨーク２１の周方向に対して交差するように回転する。このとき、空隙７０が、バックヨーク２１の周方向に対し交差する方向に大きくなる。これにより、バックヨーク２１の磁気抵抗が大きくなる。このため、破線Ｂに示すように、永久磁石４３からバックヨーク２１を流れる磁束が低減する。
【００４０】
第６実施形態では、湾曲状の溝５９がバックヨーク２１の周方向に対して交差するように移動体５５が回転したとき、バックヨーク２１に磁束が集中する箇所が形成されない。これにより、鉄損が生じることが抑制される。したがって、回転電機の効率を高めることができる。
また、移動体５５は、積層鋼板から形成されているので、移動体５５を流れる磁束による渦電流損失を低減することができる。
【００４１】
（他の実施形態）
上述した複数の実施形態では、ハイブリッドカーの動力源として用いられる回転電機について説明した。これに対し、他の実施形態では、回転電機は、種々の用途に用いられる電動機または発電機に適用することが可能である。
上述した複数の実施形態では、各スロットの径方向外側、または、各ティースの径方向外側に移動体を設けた。これに対し、他の実施形態では、回転電機１は、バックヨークに少なくとも１個の移動体を備えることで、効率を高めることが可能である。
上述した複数の実施形態では、コイルを集中巻とした。これに対し、他の実施形態では、コイルを分布巻とした場合においても、スロットまたはティースの個数に関わりなく、移動体をバックヨークに設けることで、ステータの磁気抵抗を容易に変化させることができる。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、上述した複数の実施形態を組み合わせることに加え、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１ ・・・回転電機
１０ ・・・ハウジング
２０ ・・・ステータ
２１ ・・・バックヨーク
２２ ・・・ティース
２４〜２９・・・収容穴
３０ ・・・コイル
４０ ・・・ロータ
４３ ・・・永久磁石
５０〜５５・・・移動体
５８、５９・・・溝
６０ ・・・駆動部
７０ ・・・空隙
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、コイルの巻回されたティースを有するステータと、そのステータの径内側に回転可能に設けられ周方向に異種の磁極が着磁された永久磁石を有するロータとを備えた回転電機が知られている。この回転電機を電動機として使用する場合、ステータの励磁する回転磁界の極と、ロータの有する永久磁石との吸引力および反発力によるマグネットトルクが生じる。
しかし、電動機は、ロータの高速回転時に、永久磁石からステータへ流れる磁束により生じる誘起電圧が、コイルに供給される電力の妨げとなる。
このため、電動機は、ロータの高速回転時に、「弱め界磁制御」によりコイルに電流を供給することで、永久磁石からステータへ流れる磁束を低減し、誘起電圧を抑制している。この「弱め界磁制御」に使用される電力により、電動機の効率（電動機の出力／コイルに供給される電力）が低下することが懸念される。
【０００３】
特許文献１に記載の発電機は、ロータに対してステータの一部を軸方向に移動するガバナ機構を備えている。発電機は、ロータの高速回転時にガバナ機構によってステータの一部を移動することで、発電出力が過大となることを抑制している。
一方、特許文献２に記載の電動機は、ティースの内側に設けられた案内溝に移動体（特許文献２では「ステータコア移動部６ｂ」）を収容している。電動機は、ロータの高速回転時に移動体を径外方向に移動し、ティースの内側に空隙を形成することで、ティースの磁気抵抗を大きくし、誘起電圧を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１０７７１８号公報
【特許文献２】特開２００４−１６６３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ハイブリッドカーの動力源として回転電機を用いる場合、エンジンルーム内に回転電機を搭載するスペースが限られている。このため、回転電機は、効率の向上と共に、その体格の小型化が望まれる。
特許文献１の発電機は、ステータの一部を軸方向に移動しているので、発電機の軸方向の体格が大きくなる。
また、特許文献１の発電機は、ステータの一部を軸方向に移動したとき、ステータと移動後のステータの一部とが径方向に重なる箇所に磁束が集中する。このため、鉄損が大きくなり、発電機の効率が低下するおそれがある。
【０００６】
特許文献２の電動機は、ティースの内側の案内溝に移動体を収容しているので、ティースの幅が大きくなる。このため、電動機の体格が大きくなることが懸念される。
また、特許文献２の電動機は、移動体を径外方向へ移動したとき、移動体が抜け出した案内溝の外側に位置するティースに磁束が集中する。このため、鉄損が大きくなり、電動機の効率が低下するおそれがある。
さらに、電動機のコイルを分布巻にした場合、ティースの数が多くなり、その幅も狭くなる。この場合、特許文献２の電動機の構成では、ティースに案内溝を形成し、そこに移動体を収容することが困難になる。なお、特許文献２の図１３に示されるように、ティース自体を移動すると、ロータとティースとが接触するおそれがある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、体格を小型化すると共に、バックヨークの磁気抵抗を変化させることが可能な回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明によると、回転電機は、ハウジング、ステータ、コイル、ロータ、移動体および駆動部を備える。
ステータは、ハウジングの内壁に固定されたバックヨーク、および、このバックヨークから径内方向へ延びるティースを有する。ティースに巻回されるコイルは、通電により回転磁界を励磁する。
そのステータに対して回転可能に設けられるロータは、回転方向に異種の磁極が着磁された永久磁石を有する。
移動体は、バックヨークに設けられた収容穴に収容され、バックヨークの周方向に対し交差する方向に拡がる空隙を形成可能である。
駆動部は、移動体を移動することで、ロータの高速回転時に空隙を大きくし、ロータの低速回転時に空隙を小さくする。
【０００８】
移動体は、バックヨークの収容穴に対応した大きさで形成される。このため、移動体がステータの外側へ大きく突出することが抑制される。したがって、回転電機の体格を小型化することができる。
また、回転電機は、バックヨークに少なくとも１個の移動体を備えていれば、効率を高めることが可能である。そのため、ティースの個数が多い分布巻においても、１ティースに１個の移動体を備えることなく、ステータの磁気抵抗を容易に変化させることができる。
さらに、回転電機は、ティースを移動することがないので、ロータとステータとが接触するおそれを回避することができる。
ロータの高速回転時、駆動部が移動体を移動し、空隙を大きくすると、バックヨークの磁気抵抗が大きくなる。このため、永久磁石からバックヨークを流れる磁束が低減することで、誘起電圧が抑制される。これにより、回転電機に弱め界磁制御を行う場合、その制御に用いる電流を低減することが可能になる。したがって、回転電機の効率を高めることができる。
ロータの低速回転時、駆動部が移動体を移動し、空隙を小さくすると、バックヨークの磁気抵抗が小さくなる。このため、永久磁石からバックヨークを流れる磁束が増加することで、最大トルクを増加することができる。
なお、移動体の移動により空隙を大きくするロータの高速回転時、または、移動体の移動により空隙を小さくする低速回転時とは、回転電機の構成および使用態様に基づき実験等により設定される。
【０００９】
請求項２に係る発明によると、移動体は、バックヨークの径外側よりも径内側が小さい楔状である。
移動体は、ロータの低速回転時、バックヨークの収容穴の内壁と当接することで空隙を最小とする。一方、移動体は、ロータの高速回転時、バックヨークの径外方向へ移動することで、空隙をバックヨークの周方向へ大きくする。
移動体が収容穴の内壁と当接した状態から径外方向へ僅かに移動すると、バックヨークの周方向に対し交差する方向に拡がる空隙が形成される。移動体が径外方向へさらに移動すると、空隙がバックヨークの周方向へ大きくなる。これにより、移動体の少ない移動量で、バックヨークの磁気抵抗の増加量を大きくすることができる。したがって、回転電機の体格を小型化すると共に、高速回転時に永久磁石から流れる磁束を低減することができる。
【００１０】
請求項３に係る発明によると、ハウジングは、バックヨークを固定する内壁と、移動体の外側に位置する箇所で内壁から径外方向へ凹みまたは穴が開き、移動体がバックヨークから径外方向へ移動することを可能にする逃がし部とを有する。
これにより、ハウジングの外郭を大きくすることなく、バックヨークを固定し、かつ、移動体をバックヨークに設けることが可能になる。
【００１１】
請求項４に係る発明によると、移動体は、バックヨークの周方向に対して軸が交差して設けられた回転体であり、その軸に平行な平坦状または湾曲状の溝を有する。
移動体は、ロータの低速回転時、バックヨークの周方向に対して溝を略平行にすることでバックヨークの周方向に対し交差する方向に空隙を最小とする。一方、移動体は、ロータの高速回転時、バックヨークの周方向に対して溝が交差するように回転することで、バックヨークの周方向に対し交差する方向に空隙を大きくする。
移動体は、収容穴内で回転することで、バックヨークの周方向に対し交差する方向に空隙の大きさを変えることが可能である。このため、ステータの体格を変えることなく、バックヨークの磁気抵抗を増加または減少することができる。
【００１２】
請求項５に係る発明によると、移動体の溝は、移動体の軸を含む平坦状に形成される。
これにより、移動体の回転により、バックヨークの周方向に対し交差する方向に空隙を大きく変化させることができる。
【００１３】
請求項６に係る発明によると、移動体の溝は、移動体の径外方向の外壁から径内方向に凹み、移動体の外壁に所定角度範囲で湾曲状に形成される。
これにより、移動体の外壁に溝を容易に形成することができる。
【００１４】
請求項７に係る発明によると、バックヨークは、移動体を挟んで周方向の一方と他方とが接続している。
これにより、ステータが分割されないので、ハウジングの内壁にバックヨークを容易に固定することができる。
【００１５】
請求項８に係る発明によると、移動体または収容穴は、ティースから周方向に離れた位置で、バックヨークの径方向の一方の側から他方の側に亘り設けられる。
これにより、バックヨークの周方向に対し交差する方向に拡がる空隙を、バックヨークの径方向の一方の側から他方の側に亘り形成することが可能になる。このため、バックヨークに磁束が集中する箇所が形成されないので、鉄損が生じることが抑制される。したがって、回転電機の効率を高めることができる。
【００１６】
請求項９に係る発明によると、移動体は、圧粉磁心または積層鋼板から形成される。
これにより、移動体を圧粉磁心から形成した場合、移動体の軸の向きに関わらず、移動体を流れる磁束による渦電流損失を低減することができる。
また、移動体を積層鋼板から形成した場合、移動体の軸をロータの軸と平行に向けて移動体を設けたとき、移動体を流れる磁束による渦電流損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態による回転電機の断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による回転電機が用いられるハイブリッドカーの動力源の構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態による回転電機の移動体の拡大図である。
【図４】本発明の第１実施形態による回転電機の駆動部の要部拡大図である。
【図５】本発明の第１実施形態による回転電機に流れる鎖交磁束の説明図である。
【図６】本発明の第１実施形態による回転電機の特性図である。
【図７】本発明の第２実施形態による回転電機の断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態による回転電機に流れる鎖交磁束の説明図である。
【図９】本発明の第３実施形態による回転電機の斜視図である。
【図１０】本発明の第３実施形態による回転電機の移動体の拡大図である。
【図１１】本発明の第３実施形態による回転電機に流れる鎖交磁束の説明図である。
【図１２】本発明の第４実施形態による回転電機の断面図である。
【図１３】本発明の第４実施形態による回転電機の移動体の拡大図である。
【図１４】本発明の第４実施形態による回転電機に流れる鎖交磁束の説明図である。
【図１５】本発明の第５実施形態による回転電機の断面図である。
【図１６】本発明の第５実施形態による回転電機の移動体の拡大図である。
【図１７】本発明の第５実施形態による回転電機の駆動部の要部拡大図である。
【図１８】本発明の第５実施形態による回転電機に流れる鎖交磁束の説明図である。
【図１９】本発明の第６実施形態による回転電機の断面図である。
【図２０】本発明の第６実施形態による回転電機の移動体の拡大図である。
【図２１】本発明の第６実施形態による回転電機に流れる鎖交磁束の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による回転電機を図１〜図６に示す。本実施形態の回転電機は、ハイブリッドカーの動力源として用いられるものである。図２に示すように、ハイブリッドカーは、その一例として、回転電機１のシャフトと、歯車機構２と、エンジン３のクランクシャフトとがほぼ同軸で設けられ、エンジンルーム内に搭載される。この場合、回転電機１は、軸方向の体格の小型化が望まれる。回転電機１の駆動力とエンジン３の駆動力とは、歯車機構２によって合成され、駆動輪へ出力される。
【００１９】
図１に示すように、回転電機１は、ハウジング１０、ステータ２０、コイル３０、ロータ４０、移動体５０および駆動部を備える。
ハウジング１０は、非磁性材料または磁性材料から有底筒状に形成されている。ハウジング１０は、径内方向の内壁１１が略円筒状に形成される。ハウジング１０は、移動体５０の外側に位置する箇所に、内壁１１から径外方向へ凹む逃がし部１２を有している。なお、逃がし部１２は、ハウジング１０の径方向に穴を開けることで形成してもよい。
ステータ２０は、磁性鋼板を積層して形成され、環状のバックヨーク２１および複数のティース２２を有する。バックヨーク２１は、焼き嵌めなどによりハウジング１０の内壁１１に固定されている。バックヨーク２１には、移動体５０を収容する収容穴２４が形成されている。収容穴２４は、ティース２２とティース２２との周方向の中間に位置している。バックヨーク２１は、収容穴２４を挟んで周方向の一方と他方とが接続している。
ティース２２は、バックヨーク２１から径内方向へ延びている。ティース２２とティース２２との間に形成されるスロット２３にコイル３０が設けられる。コイル３０は、ティース２２に集中巻され、デルタ結線またはＹ結線されることで、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を形成している。コイル３０の各相に電流が供給されると、コイル３０は回転磁界を励磁する。
【００２０】
ロータ４０は、シャフト４１、ロータコア４２および永久磁石４３を有する。
シャフト４１は、軸方向の両端が図示しない軸受によりハウジング１０などに取り付けられている。このため、シャフト４１は、ハウジング１０に固定されたステータ２０に対して回転可能に設けられる。
シャフト４１の径外側にロータコア４２が固定される。ロータコア４２には、回転方向に異種の磁極が交互に着磁された永久磁石４３が設けられている。
移動体５０は、磁性体から成り、バックヨーク２１の径外側よりも径内側が小さい楔状に形成されている。移動体５０は、バックヨーク２１の収容穴２４に収容され、収容穴２４から径外方向に移動可能である。
【００２１】
図３に示すように、移動体５０には、ステータ２０の径方向に延びるガイド５６が設けられている。このガイド５６は、ハウジング１０に設けられた図示しない溝に案内される。また、移動体５０には、孔５７が設けられる。図４に示すように、移動体５０の孔５７には、ラック６４から延びるピン６５が挿し込まれる。
回転電機１には、移動体５０を移動する駆動部６０が設けられる。駆動部６０は、アクチュエータ６１、内歯車６２、ピニオンギヤ６３およびラック６４などから構成される。
モータまたは油圧ポンプなどから構成されたアクチュエータ６１が駆動歯車６６を回転すると、ステータ２０の軸方向に環状に設けられた内歯車６２が回転する。その内歯車６２によってピニオンギヤ６３が回転し、このピニオンギヤ６３の回転によってラック６４が径方向に移動する。このため、移動体５０は径外方向または径内方向に移動する。
なお、ピニオンギヤ６３およびラック６４は、各移動体５０にそれぞれ１個づつ設けられている。このため、アクチュエータ６１の回転によって全ての移動体５０が同時に移動する。
【００２２】
次に、回転電機１の動作について図５を参照して説明する。
図５（Ａ）に示すように、ロータ４０の低速回転時、移動体５０は、バックヨーク２１の収容穴２４の内壁に当接している。このとき、バックヨーク２１に形成される空隙は最小、つまり、ほぼ０（ｍｍ）である。このため、実線Ａに示すように、ロータ４０の永久磁石４３からティース２２を経由してバックヨーク２１を磁束が十分に流れる。
一方、図５（Ｂ）に示すように、ロータ４０の高速回転時、移動体５０は、バックヨーク２１の収容穴２４から径外方向へ移動する。このとき、収容穴２４の内壁と移動体５０との間には、バックヨーク２１の周方向に対して交差する方向に拡がる空隙７０が形成される。さらに、移動体５０が径外方向へ移動すると、空隙７０がバックヨーク２１の周方向へ大きくなる。これにより、バックヨーク２１の磁気抵抗が大きくなる。このため、破線Ｂに示すように、永久磁石４３からバックヨーク２１を流れる磁束が低減する。
【００２３】
続いて回転電機１の特性を図６を参照して説明する。
図６（Ａ）では、移動体５０をバックヨーク２１の収容穴２４に収容した状態のＮ−Ｔ特性を実線αに示す。移動体５０をバックヨーク２１の収容穴２４から径外方向へ移動した状態のＮ−Ｔ特性を破線βに示す。
回転数が０〜γのとき、実線αのトルクが大きい。これは、永久磁石４３からティース２２を経由してバックヨーク２１を磁束が流れることで、コイル３０の励磁する回転磁界の極と永久磁石４３との吸引力および反発力によるマグネットトルクが大きくなるからである。
一方、回転数がγよりも高いとき破線βのほうが出力が大きい。これは移動体の移動により鎖交磁束が減少すると同時にインダクタンスも低下するためである。
【００２４】
図６（Ａ）の条件δ（回転数１００００、トルクε）における回転電機１の効率を図６（Ｂ）に示す。
条件δのとき、移動体５０を収容穴２４に収容した状態（移動前）では、回転電機１の効率は９２％よりも僅かに小さい値である。一方、条件δのとき、移動体５０を径外方向へ移動した状態（移動後）では、回転電機１の効率は９４％よりも僅かに小さい値である。したがって、条件δのとき、移動体５０の移動により空隙７０を大きくすると、回転電機１の効率が約２％向上する。これは、永久磁石４３からバックヨーク２１を流れる磁束が低減し誘起電圧が抑制されることで、弱め界磁に必要な電力、つまりトルクに寄与しない電力が低減したためである。これにより、回転電機１の電動機としての効率（電動機の出力／コイルに供給される電力）が向上する。なお、電動機の出力＝回転数×トルク である。
【００２５】
第１実施形態では、以下の作用効果を奏する。
（１）移動体５０は、バックヨーク２１の径方向の板厚の範囲内で楔状に形成される。そのため、移動体５０は、少ない移動量で、バックヨーク２１に空隙７０を形成し、バックヨーク２１の磁気抵抗を増加することができる。したがって、回転電機１の体格を小型化すると共に、高速回転時に永久磁石４３から流れる磁束を低減することができる。
（２）バックヨーク２１は、収容穴２４を挟んで周方向の一方と他方とが接続している。これにより、ステータ２０が分割されることがないので、ハウジング１０の内壁１１にステータ２０を容易に固定することができる。
（３）回転電機１は、移動体５０のみを動かすことで、バックヨーク２１に空隙７０を形成することが可能である。このため、ティース２２を移動しないので、ロータ４０とステータ２０とが接触するおそれを回避することができる。
【００２６】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図７および図８に示す。以下、複数の実施形態において上述した第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
第２実施形態では、バックヨーク２１に形成される収容穴２５が、ティース２２から周方向に離れた位置で、バックヨーク２１の径方向の一方の側から他方の側に亘り形成されている。バックヨーク２１は、収容穴２５によって周方向に分割されている。
移動体５１は、バックヨーク２１の径方向の一方の側から他方の側に亘って設けられ、バックヨーク２１の収容穴２５に収容されている。
【００２７】
図８（Ａ）に示すように、ロータ４０の低速回転時、移動体５１は、バックヨーク２１の収容穴２５の内壁に当接している。このとき、バックヨーク２１に形成される空隙は最小である。このため、実線Ａに示すように、永久磁石４３からティース２２を経由してバックヨーク２１を磁束が流れる。
一方、図８（Ｂ）に示すように、ロータ４０の高速回転時、移動体５１は、バックヨーク２１の収容穴２５から径外方向へ移動する。このとき、収容穴２５の内壁と移動体５１との間には、バックヨーク２１の径方向の一方の側から他方の側に亘り空隙７０が形成される。これにより、バックヨーク２１の磁気抵抗が大きくなる。このため、破線Ｂに示すように、永久磁石４３からバックヨーク２１を流れる磁束が低減する。
第２実施形態では、バックヨーク２１が分割されているので、移動体５１が径外方向に移動したとき、バックヨーク２１に磁束が集中する箇所が形成されることなく、鉄損が生じることが抑制される。したがって、移動体５１の少ない移動量でステータ２０の磁気抵抗を大きく変化させ、回転電機の効率を高めることができる。
【００２８】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図９〜図１１に示す。なお、図９では、ハウジング１０、コイル３０およびロータ４０などを省略して図示している。第３実施形態では、バックヨーク２１に形成される収容穴２６が、円筒状に形成されている。収容穴２６の軸は、ロータ４０の径方向に設けられている。
移動体５２は、圧粉磁心から円柱状に形成され、収容穴２６に収容されている。移動体５２の軸は、ロータ４０の径方向に設けられている。なお、収容穴２６の軸と移動体５２の軸とは略同軸であり、バックヨーク２１の周方向に対して交差して設けられていればよい。移動体５２は、移動体５２の軸を中心として回転可能である。
移動体５２は、移動体５２の軸を含み、移動体５２の軸に平行な平坦状の溝５９を有している。
また、移動体５２は、バックヨーク２１の径外方向に突出する可動ギヤ６７を有している。
駆動部６０は、可動ギヤ６７、アクチュエータ６１および環状の歯車６８などから構成される。
アクチュエータ６１が駆動歯車６６を回転すると、ステータ２０の径外側に設けられた環状の歯車６８が回転する。環状の歯車６８によって可動ギヤ６７が回転し、移動体５２は収容穴２６の内側で回転する。
なお、図９では、バックヨーク２１に１個の移動体５２を記載しているが、移動体５２は、バックヨーク２１の周方向に複数個設けることが可能である。
【００２９】
図１１（Ａ）に示すように、ロータ４０の低速回転時、移動体５２は、平坦状の溝５９がバックヨーク２１の周方向に対し平行に位置する。このとき、バックヨーク２１の周方向に対し交差する方向に形成される空隙７０は最小である。このため、実線Ａに示すように、永久磁石４３からティース２２を経由してバックヨーク２１を磁束が十分に流れる。
一方、図１１（Ｂ）に示すように、ロータ４０の高速回転時、移動体５２は、平坦状の溝５９がバックヨーク２１の周方向に対して交差するように回転する。このとき、空隙７０が、バックヨーク２１の周方向に対し交差する方向に大きくなる。これにより、バックヨーク２１の磁気抵抗が大きくなる。このため、破線Ｂに示すように、永久磁石４３からバックヨーク２１を流れる磁束が低減する。
【００３０】
第３実施形態では、以下の作用効果を奏する。
（１）移動体５２が収容穴２６の内側で回転することで、ステータ２０の体格を変えることなく、バックヨーク２１の磁気抵抗を増加または減少することができる。したがって、回転電機の体格を小型化すると共に、高速回転時に永久磁石４３から流れる磁束を低減することができる。
（２）移動体５２の有する溝５９は、移動体５２の軸を含み、移動体５２の軸に平行な平坦状に形成されるので、移動体５２の回転により、バックヨーク２１の周方向に対し交差する方向、または、バックヨーク２１の周方向に対し平行な方向に、空隙７０を大きく変化させることができる。
（３）移動体５２は、圧粉磁心から形成されているので、移動体５２の軸が設けられる方向に関わらず、移動体５２を流れる磁束による渦電流損失を低減することができる。
【００３１】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図１２〜図１４に示す。なお、図１２では、ハウジング１０などを省略して図示している。第４実施形態では、収容穴２７は、ティース２２から周方向に離れた位置、すなわち、スロット２３の径方向外側で、バックヨーク２１の径方向の一方の側から他方の側に亘り形成されている。収容穴２７は、その軸が、ロータ４０の軸と平行に設けられている。バックヨーク２１は、収容穴２７によって周方向に分割されている。
移動体５３は、電磁鋼板から円柱状に形成され、収容穴２７に収容されている。電磁鋼板は、移動体５３の軸方向に積層されている。移動体５３の軸は、ロータ４０の軸と平行に設けられている。移動体５３は、バックヨーク２１の径方向の一方の側から他方の側に亘り設けられている。移動体５３は、移動体５３の軸を中心として回転可能である。
移動体５３は、移動体５３の軸を含み、移動体５３の軸に平行な平坦状の溝５９を有している。
【００３２】
図１４（Ａ）に示すように、ロータ４０の低速回転時、移動体５３は、平坦状の溝５９がロータ４０の径方向に対して垂直に位置する。つまり、平坦状の溝５９は、バックヨーク２１の周方向に略平行に位置する。このとき、バックヨーク２１に形成される空隙７０は最小である。このため、実線Ａに示すように、永久磁石４３からティース２２を経由してバックヨーク２１を磁束が十分に流れる。
一方、図１４（Ｂ）に示すように、ロータ４０の高速回転時、移動体５３は、平坦状の溝５９がバックヨーク２１の周方向に対して交差するように回転する。このとき、空隙７０が、バックヨーク２１の周方向に対し交差する方向に大きくなる。これにより、バックヨーク２１の磁気抵抗が大きくなる。このため、破線Ｂに示すように、永久磁石４３からバックヨーク２１を流れる磁束が低減する。
【００３３】
第４実施形態では、平坦状の溝５９がステータ２０の径方向に対して平行になるとき、バックヨーク２１に磁束が集中する箇所が形成されない。これにより、鉄損が生じることが抑制される。したがって、回転電機の効率を高めることができる。
また、移動体５３は、積層鋼板から形成されているので、移動体５３を流れる磁束による渦電流損失を低減することができる。
【００３４】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図１５〜図１８に示す。第５実施形態では、ティース２２の径外方向に位置するバックヨーク２１に収容穴２８が設けられている。バックヨーク２１は、収容穴２８を挟んで周方向に接続している。
移動体５４は、積層鋼板から円柱状に形成され、収容穴２８に収容されている。移動体５４は、移動体５４の軸を中心として回転可能である。
移動体５４の溝５９は、移動体５４の径外方向の外壁から径内方向に凹み、移動体５４の外壁に所定角度範囲で湾曲状に形成される。
【００３５】
図１７に示すように、駆動部６０は、アクチュエータ６１、駆動歯車６６、内歯車６２および可動ギヤ６７などから構成される。
アクチュエータ６１が駆動歯車６６を回転すると、ステータ２０の軸方向に設けられた環状の内歯車６２が回転する。移動体５４は、ステータ２０の軸方向に延びる可動ギヤ６７を有している。内歯車６２によって可動ギヤ６７が回転し、移動体５４は収容穴２８の内側で回転する。可動ギヤ６７は、全ての移動体５４に設けられているので、アクチュエータ６１の回転によって全ての移動体５４が同時に回転する。
【００３６】
図１８（Ａ）に示すように、ロータ４０の低速回転時、移動体５４は、湾曲状の溝５９がロータ４０の径方向外側に位置する。つまり、湾曲状の溝５９は、バックヨーク２１の周方向に略平行に位置する。このとき、バックヨーク２１に形成される空隙７０は最小である。このため、実線Ａに示すように、永久磁石４３からティース２２を経由してバックヨーク２１を磁束が十分に流れる。
一方、図１８（Ｂ）に示すように、ロータ４０の高速回転時、移動体５４は、湾曲状の溝５９がバックヨーク２１の周方向に対して交差するように回転する。このとき、空隙７０が、バックヨーク２１の周方向に対し交差する方向に大きくなる。これにより、バックヨーク２１の磁気抵抗が大きくなる。このため、破線Ｂに示すように、永久磁石４３からバックヨーク２１を流れる磁束が低減する。
【００３７】
第５実施形態では、以下の作用効果を奏する。
（１）移動体５４は、径方向の外壁に溝５９が形成される。したがって、移動体５４に溝５９を容易に形成することができる。
（２）移動体５４が収容穴２８の内側で回転することで、ステータ２０の体格を変えることなく、バックヨーク２１の磁気抵抗を増加または減少することができる。
（３）バックヨーク２１は、収容穴２８を挟んで周方向の一方と他方とが接続している。これにより、ステータ２０が分割されることがないので、ハウジング１０の内壁１１にステータ２０を容易に固定することができる。
（４）移動体５４は、積層鋼板から形成されているので、移動体５４を流れる磁束による渦電流損失を低減することができる。
【００３８】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態を図１９〜図２１に示す。第６実施形態では、収容穴２９は、ティース２２から周方向に離れた位置、すなわち、スロット２３の径方向外側で、バックヨーク２１の径方向の一方の側から他方の側に亘り形成されている。バックヨーク２１は、収容穴２９によって周方向に分割されている。
移動体５５は、電磁鋼板から円柱状に形成され、収容穴２９に収容されている。電磁鋼板は、移動体５５の軸方向に積層されている。移動体５５は、バックヨーク２１の径方向の一方の側から他方の側に亘り設けられている。移動体５５は、移動体５５の軸を中心として回転可能である。
移動体５５の溝５９は、移動体５５の径外方向の外壁から径内方向に凹み、移動体５５の外壁に所定角度範囲で湾曲状に形成される。
【００３９】
図２１（Ａ）に示すように、ロータ４０の低速回転時、移動体５５は、湾曲状の溝５９がロータ４０の径外側に位置する。つまり、湾曲状の溝５９は、バックヨーク２１の周方向に略平行に位置する。このとき、バックヨーク２１に形成される空隙７０は最小である。このため、実線Ａに示すように、永久磁石４３からティース２２を経由してバックヨーク２１を磁束が十分に流れる。
一方、図２１（Ｂ）に示すように、ロータ４０の高速回転時、移動体５５は、湾曲状の溝５９がバックヨーク２１の周方向に対して交差するように回転する。このとき、空隙７０が、バックヨーク２１の周方向に対し交差する方向に大きくなる。これにより、バックヨーク２１の磁気抵抗が大きくなる。このため、破線Ｂに示すように、永久磁石４３からバックヨーク２１を流れる磁束が低減する。
【００４０】
第６実施形態では、湾曲状の溝５９がバックヨーク２１の周方向に対して交差するように移動体５５が回転したとき、バックヨーク２１に磁束が集中する箇所が形成されない。これにより、鉄損が生じることが抑制される。したがって、回転電機の効率を高めることができる。
また、移動体５５は、積層鋼板から形成されているので、移動体５５を流れる磁束による渦電流損失を低減することができる。
【００４１】
（他の実施形態）
上述した複数の実施形態では、ハイブリッドカーの動力源として用いられる回転電機について説明した。これに対し、他の実施形態では、回転電機は、種々の用途に用いられる電動機または発電機に適用することが可能である。
上述した複数の実施形態では、各スロットの径方向外側、または、各ティースの径方向外側に移動体を設けた。これに対し、他の実施形態では、回転電機１は、バックヨークに少なくとも１個の移動体を備えることで、効率を高めることが可能である。
上述した複数の実施形態では、コイルを集中巻とした。これに対し、他の実施形態では、コイルを分布巻とした場合においても、スロットまたはティースの個数に関わりなく、移動体をバックヨークに設けることで、ステータの磁気抵抗を容易に変化させることができる。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、上述した複数の実施形態を組み合わせることに加え、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１ ・・・回転電機
１０ ・・・ハウジング
２０ ・・・ステータ
２１ ・・・バックヨーク
２２ ・・・ティース
２４〜２９・・・収容穴
３０ ・・・コイル
４０ ・・・ロータ
４３ ・・・永久磁石
５０〜５５・・・移動体
５８、５９・・・溝
６０ ・・・駆動部
７０ ・・・空隙
【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壁に固定されたバックヨーク、および、このバックヨークから径内方向へ延びるティースを有するステータと、
前記ティースに巻回され、通電により回転磁界を励磁するコイルと、
前記ステータに対して回転可能に設けられ、回転方向に異種の磁極が着磁された永久磁石を有するロータと、
前記バックヨークに形成された収容穴に収容され、前記バックヨークの周方向に対し交差する方向に拡がる空隙を形成可能な移動体と、
前記移動体を移動することで、前記ロータの高速回転時に前記空隙を大きくし、前記ロータの低速回転時に前記空隙を小さくする駆動部と、を備えることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記移動体は、前記バックヨークの径外側よりも径内側が小さい楔状であり、
前記ロータの低速回転時、前記バックヨークの前記収容穴の内壁と当接することで前記空隙を最小とし、
前記ロータの高速回転時、前記バックヨークの径外方向へ移動することで、前記空隙をバックヨークの周方向へ大きく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】
前記ハウジングは、
前記バックヨークを固定する前記内壁と、
前記移動体の外側に位置する箇所で前記内壁から径外方向へ凹みまたは穴が開き、前記移動体が前記バックヨークから径外方向へ移動することを可能にする逃がし部と、を有する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】
前記移動体は、前記バックヨークの周方向に対して軸が交差して設けられた回転体であり、その軸に平行な平坦または湾曲状の溝を有し、
前記ロータの低速回転時、前記バックヨークの周方向に対して前記溝を略平行にすることで前記バックヨークの周方向に対し交差する方向に前記空隙を最小とし、
前記ロータの高速回転時、前記バックヨークの周方向に対して前記溝が交差するように回転することで、前記バックヨークの周方向に対し交差する方向に前記空隙を大きく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５】
前記移動体の前記溝は、前記移動体の軸を含む平坦状に形成され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】
前記移動体の前記溝は、前記移動体の径外方向の外壁から径内方向に凹み、前記移動体の外壁に所定角度範囲で湾曲状に形成されることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項７】
前記バックヨークは、前記移動体を挟んで周方向の一方と他方とが接続していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項８】
前記移動体または前記収容穴は、前記ティースから周方向に離れた位置で、前記バックヨークの径方向の一方の側から他方の側に亘り設けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項９】
前記移動体は、圧粉磁心または積層鋼板から形成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジングの内壁に固定されたバックヨーク、および、このバックヨークから径内方向へ延びるティースを有するステータと、
前記ティースに巻回され、通電により回転磁界を励磁するコイルと、
前記ステータに対して回転可能に設けられ、回転方向に異種の磁極が着磁された永久磁石を有するロータと、
前記バックヨークに形成された収容穴に収容され、前記バックヨークの周方向に対し交差する方向に拡がる空隙を形成可能な移動体と、
前記移動体を移動することで、前記ロータの高速回転時に前記空隙を大きくし、前記ロータの低速回転時に前記空隙を小さくする駆動部と、を備えることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記移動体は、前記バックヨークの径外側よりも径内側が小さい楔状であり、
前記ロータの低速回転時、前記バックヨークの前記収容穴の内壁と当接することで前記空隙を最小とし、
前記ロータの高速回転時、前記バックヨークの径外方向へ移動することで、前記空隙をバックヨークの周方向へ大きく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】
前記ハウジングは、
前記バックヨークを固定する前記内壁と、
前記移動体の外側に位置する箇所で前記内壁から径外方向へ凹みまたは穴が開き、前記移動体が前記バックヨークから径外方向へ移動することを可能にする逃がし部と、を有する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】
前記移動体は、前記バックヨークの周方向に対して軸が交差して設けられた回転体であり、その軸に平行な平坦または湾曲状の溝を有し、
前記ロータの低速回転時、前記バックヨークの周方向に対して前記溝を略平行にすることで前記バックヨークの周方向に対し交差する方向に前記空隙を最小とし、
前記ロータの高速回転時、前記バックヨークの周方向に対して前記溝が交差するように回転することで、前記バックヨークの周方向に対し交差する方向に前記空隙を大きく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５】
前記移動体の前記溝は、前記移動体の軸を含む平坦状に形成され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】
前記移動体の前記溝は、前記移動体の径外方向の外壁から径内方向に凹み、前記移動体の外壁に所定角度範囲で湾曲状に形成されることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項７】
前記バックヨークは、前記移動体を挟んで周方向の一方と他方とが接続していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項８】
前記移動体または前記収容穴は、前記ティースから周方向に離れた位置で、前記バックヨークの径方向の一方の側から他方の側に亘り設けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項９】
前記移動体は、圧粉磁心または積層鋼板から形成されることを特徴とする請求項１〜８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１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１３−４６５１９（Ｐ２０１３−４６５１９Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８３７０８（Ｐ２０１１−１８３７０８）
【出願日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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