特許 6176072 回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6176072

(24)【登録日】2017年7月21日

(45)【発行日】2017年8月9日

(54)【発明の名称】回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 21/16 20060101AFI20170731BHJP

   H02K 1/27 20060101ALI20170731BHJP

   H02K 1/02 20060101ALI20170731BHJP

【ＦＩ】

   H02K21/16 M

   H02K1/27 501A

   H02K1/02

【請求項の数】7

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2013-235477(P2013-235477)

(22)【出願日】2013年11月13日

(65)【公開番号】特開2015-96000(P2015-96000A)

(43)【公開日】2015年5月18日

【審査請求日】2016年10月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】柴田 由之

【審査官】 池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１６５６１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２９６６９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−４３０９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１５６９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第４３５８６９６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ２１／１６

Ｈ０２Ｋ １／０２

Ｈ０２Ｋ １／２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コイルを有するステータと、
前記ステータとの間に径方向に間隔を空けて配置されたロータとを備え、
前記ロータは、回転軸に一体回転可能に固定されたロータコア、及び前記ロータコアに埋め込まれる態様で固定されるとともに周方向に同一の極性が対向するように磁化された埋込磁石を有する回転電機において、
前記ロータは、前記埋込磁石の第１の極性の磁極間に周方向両側から挟まれることにより区分される第１磁極ブロックと、前記埋込磁石の第２の極性の磁極間に周方向両側から挟まれることにより区分される第２磁極ブロックとを備え、
前記第１磁極ブロックには、第１永久磁石が固定されることにより前記ステータ側に第２の極性が現れるマグネット磁極部と、該マグネット磁極部と周方向に隣り合って配置されるコア磁極部とが形成され、
前記第２磁極ブロックには、第２永久磁石が固定されることにより前記ステータ側に第１の極性が現れるマグネット磁極部と、該マグネット磁極部と周方向に隣り合って配置されるコア磁極部とが形成され、
前記第１磁極ブロックと前記第２磁極ブロックとは、前記マグネット磁極部が隣り合うとともに前記コア磁極部が隣り合うように周方向に交互に並んでおり、
前記ロータコアには、前記第１磁極ブロックから軸方向の少なくとも一方側に突出した第１突起が設けられるとともに、前記第２磁極ブロックにおける前記第１突起よりも径方向内側の位置から軸方向の少なくとも一方側に突出した第２突起が設けられ、
前記ロータの軸方向の少なくとも一方側には、周方向に巻回された補助コイル、及び前記補助コイルで作られる磁束の磁路となるヨークを有する補助界磁が配置され、
前記ヨークには、前記第１突起と軸方向において対向する外側磁極部が形成されるとともに、前記第２突起と軸方向において対向する内側磁極部が前記外側磁極部との間にギャップを介在させて形成された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、
前記補助界磁は、前記外側磁極部に第２の極性が現れるとともに前記内側磁極部に第１の極性が現れる場合に、前記コア磁極部の極性が同じ前記磁極ブロックに含まれる前記マグネット磁極部の極性と同一になるような量の磁束を供給可能に構成されたことを特徴とする回転電機。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の回転電機において、
前記ステータのスロット数が３Ｎ（ただし、Ｎは自然数）個であり、前記第１及び第２磁極ブロックの総数が２Ｎ個であることを特徴とする回転電機。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転電機において、
前記補助界磁は、前記補助コイルで作られる磁束の磁路の途中に設けられ、該磁束に沿って磁化された可変磁石を有することを特徴とする回転電機。

【請求項5】

請求項４に記載の回転電機において、
前記可変磁石は、環状に形成されるとともに、前記補助コイルを前記ロータとの間に挟むように該補助コイルと軸方向に並置されたことを特徴とする回転電機。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転電機において、
前記ロータコアは、電磁鋼板を複数枚積層することにより構成されるものであって、
前記第１磁極ブロックには、軸方向の少なくとも一方側に開口した第１挿入孔が前記外側磁極部と対向する位置に形成されるとともに、前記第２磁極ブロックには、軸方向の少なくとも一方側に開口した第２挿入孔が前記内側磁極部と対向する位置に形成され、
前記第１突起は、前記第１挿入孔に挿入され、前記ロータコアの軸方向の磁気抵抗よりも軸方向の磁気抵抗が小さな棒状の第１磁性体により構成され、
前記第２突起は、前記第２挿入孔に挿入され、前記ロータコアの軸方向の磁気抵抗よりも軸方向の磁気抵抗が小さな棒状の第２磁性体により構成されたことを特徴とする回転電機。

【請求項7】

請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転電機において、
前記第１突起は、前記ロータコアの軸端面における前記外側磁極部と対向する位置に固定された第１磁性体により構成され、
前記第２突起は、前記ロータコアの軸端面における前記内側磁極部と対向する位置に固定された第２磁性体により構成された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、回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、回転電機には、ロータコアに界磁となる永久磁石を埋め込む態様で固定した所謂埋込磁石型のロータを備えたものがある（例えば、特許文献１）。こうした埋込磁石型のロータを備えた回転電機では、マグネットトルクのみならず、リラクタンストルクが発生するため、ロータコアの表面に永久磁石を固定した所謂表面磁石型のロータを備えるもの（例えば、特許文献２）に比べ、高いトルクを得られるといった利点がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１−３５２７０２号公報

【特許文献2】特開２０１０−１７２１９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記のような永久磁石界磁型の回転電機では、永久磁石で作られる磁束が略一定であるため、ステータのコイルに発生する誘起電圧（逆起電圧）はロータの回転速度に比例して大きくなる。そして、この誘起電圧が電源電圧の上限に達すると、それ以上ロータを高速で回転させることができなくなる。そこで、高速回転させることが要求される用途では、永久磁石で作られる磁束（コイルに対する鎖交磁束）をロータが十分に高速回転できるような量に抑える設計とすることが考えられるが、この場合には低速回転域で十分に高いトルクを得ることができなくなる。そのため、高速回転させることができるとともに、低速回転域では高いトルクを出力できる新たな技術の開発が求められていた。

【0005】

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、高速回転可能かつ低速回転域で高いトルクを出力可能な回転電機を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決する回転電機は、コイルを有するステータと、前記ステータとの間に径方向に間隔を空けて配置されたロータとを備え、前記ロータは、回転軸に一体回転可能に固定されたロータコア、及び前記ロータコアに埋め込まれる態様で固定されるとともに周方向に同一の極性が対向するように磁化された埋込磁石を有するものにおいて、前記ロータは、前記埋込磁石の第１の極性の磁極間に周方向両側から挟まれることにより区分される第１磁極ブロックと、前記埋込磁石の第２の極性の磁極間に周方向両側から挟まれることにより区分される第２磁極ブロックとを備え、前記第１磁極ブロックには、第１永久磁石が固定されることにより前記ステータ側に第２の極性が現れるマグネット磁極部と、該マグネット磁極部と周方向に隣り合って配置されるコア磁極部とが形成され、前記第２磁極ブロックには、第２永久磁石が固定されることにより前記ステータ側に第１の極性が現れるマグネット磁極部と、該マグネット磁極部と周方向に隣り合って配置されるコア磁極部とが形成され、前記第１磁極ブロックと前記第２磁極ブロックとは、前記マグネット磁極部が隣り合うとともに前記コア磁極部が隣り合うように周方向に交互に並んでおり、前記ロータコアには、前記第１磁極ブロックから軸方向の少なくとも一方側に突出した第１突起が設けられるとともに、前記第２磁極ブロックにおける前記第１突起よりも径方向内側の位置から軸方向の少なくとも一方側に突出した第２突起が設けられ、前記ロータの軸方向の少なくとも一方側には、周方向に巻回された補助コイル、及び前記補助コイルで作られる磁束の磁路となるヨークを有する補助界磁が配置され、前記ヨークには、前記第１突起と軸方向において対向する外側磁極部が形成されるとともに、前記第２突起と軸方向において対向する内側磁極部が前記外側磁極部との間にギャップを介在させて形成されたことを要旨とする。

【0007】

上記構成によれば、補助界磁から磁束が供給されない場合、第１磁極ブロックのコア磁極部のステータ側には、埋込磁石で作られる磁束により第１の極性（例えばＮ極）が現れ、第２磁極ブロックのコア磁極部のステータ側には、第２の極性（例えばＳ極）が現れる。つまり、コア磁極部は同じ磁極ブロックのマグネット磁極部と反対の極性の磁極として機能するため、第１及び第２磁極ブロックはそれぞれ２つの磁極として機能する。

【0008】

ここで、補助コイルへの通電により、第１突起と対向する外側磁極部に第１の極性が現れるとともに、第２突起と対向する内側磁極部に第２の極性が現れる場合、補助界磁から第１及び第２突起を介してロータに供給される磁束は、ステータとコア磁極部との間を、埋込磁石で作られる磁束と同方向に流れるようになる。一方、第１突起と対向する外側磁極部に第２の極性が現れるとともに、第２突起と対向する内側磁極部に第１の極性が現れる場合、補助界磁から第１及び第２突起を介してロータに供給される磁束は、ステータとコア磁極部との間を、埋込磁石で作られる磁束と逆方向に流れるようになる。したがって、外側磁極部及び内側磁極部に現れる極性を調整することで、ステータとコア磁極部との間を通過する磁束（コイルに対する鎖交磁束）を調整できるため、高速回転させるとともに、低速回転域では高いトルクを出力することが可能になる。

【0009】

上記回転電機において、前記補助界磁は、前記外側磁極部に第２の極性が現れるとともに前記内側磁極部に第１の極性が現れる場合に、前記コア磁極部の極性が同じ前記磁極ブロックに含まれる前記マグネット磁極部の極性と同一になるような量の磁束を供給可能に構成されることが好ましい。

【0010】

上記構成によれば、外側磁極部に第２の極性が現れるとともに内側磁極部に第１の極性が現れる場合、コア磁極部は、同じ磁極ブロックのマグネット磁極部と同一の極性の磁極として機能するため、第１及び第２磁極ブロックはそれぞれ１つの磁極として機能するようになる。一方、外側磁極部に第１の極性が現れるとともに内側磁極部に第２の極性が現れる場合、及び補助界磁から磁束が供給されない場合には、コア磁極部は、同じ磁極ブロックのマグネット磁極部と反対の極性の磁極として機能するため、第１及び第２磁極ブロックはそれぞれ２つの磁極として機能する。つまり、上記構成では、ロータの磁極数を第１及び第２磁極ブロックの総数と同一又は二倍に変化させることができる。ここで、ロータの回転速度が同じ場合、ロータの磁極数が少ないと、コイルと対向する磁極が切り替わるのにかかる時間が長くなり、単位時間当たりの鎖交磁束の変化量が小さくなる。そして、誘起電圧は鎖交磁束の単位時間当たりの変化量に比例するため、ロータの磁極数が少ないと、誘起電圧が小さくなり、十分にロータを高速回転させることが可能になる。

【0011】

上記回転電機において、前記ステータのスロット数が３Ｎ（ただし、Ｎは自然数）個であり、前記第１及び第２磁極ブロックの総数が２Ｎ個であることが好ましい。
上記構成によれば、スロット数が３Ｎ個に対してロータの磁極数が２Ｎ個又は４Ｎ個に切り替わることになる。このようにスロット数が３Ｎ個に対してロータの磁極数が２Ｎ個又は４Ｎの関係が成立する場合には、巻線係数が比較的高い値（「１」に近い値）となるため、ステータにおいて界磁磁束を有効に利用でき、効率良く回転電機を駆動できる。

【0012】

上記回転電機において、前記補助界磁は、前記補助コイルで作られる磁束の磁路の途中に設けられ、該磁束に沿って磁化された可変磁石を有することが好ましい。
上記構成によれば、外側磁極部及び内側磁極部には、可変磁石の磁化方向に応じた極性が現れる。また、補助コイルに大きな電流を供給して強い磁界を形成することで、可変磁石を不可逆的に減磁又は増磁、あるいは可変磁石の磁化方向を変更できる。これにより、継続して補助コイルに電流を供給しなくても、補助界磁からロータに磁束を供給でき、省電力化を図ることができる。

【0013】

上記回転電機において、前記可変磁石は、環状に形成されるとともに、前記補助コイルを前記ロータとの間に挟むように該補助コイルと軸方向に並置されることが好ましい。
上記構成によれば、補助コイルで作られる磁束は、第１及び第２突起を介してロータに出入りするため、補助コイルの磁路における第１及び第２突起に近接した部分（外側磁極部及び内側磁極部）を通過する磁束は、第１及び第２突起と対向する位置に集中し易い。つまり、補助コイルで作られる磁束の磁束密度が、周方向において均一とはならず、ばらつきが生じる。そのため、例えば可変磁石を外側磁極部又は内側磁極部の近傍に配置すると、補助コイルで形成される強い磁界によって可変磁石の磁化方向を変更等する際に、磁化の程度にばらつきが生じる虞がある。一方、補助コイルの磁路における第１及び第２突起から離間した部分では、磁束が特定の箇所に集中し難くなる。したがって、上記構成のように補助コイルが可変磁石とロータとの間に挟まれるように該可変磁石を配置し、可変磁石を第１及び第２突起から離間させることで、可変磁石の磁化の程度が周方向においてばらつくことを抑制できる。

【0014】

上記回転電機において、前記ロータコアは、電磁鋼板を複数枚積層することにより構成されるものであって、前記第１磁極ブロックには、軸方向の少なくとも一方側に開口した第１挿入孔が前記外側磁極部と対向する位置に形成されるとともに、前記第２磁極ブロックには、軸方向の少なくとも一方側に開口した第２挿入孔が前記内側磁極部と対向する位置に形成され、前記第１突起は、前記第１挿入孔に挿入され、前記ロータコアの軸方向の磁気抵抗よりも軸方向の磁気抵抗が小さな棒状の第１磁性体により構成され、前記第２突起は、前記第２挿入孔に挿入され、前記ロータコアの軸方向の磁気抵抗よりも軸方向の磁気抵抗が小さな棒状の第２磁性体により構成されることが好ましい。

【0015】

上記構成によれば、電磁鋼板によりロータコアが構成されるため、渦電流の発生を抑制できる。ここで、電磁鋼板を積層してなるロータコアでは、例えば円柱状の一体成形品からなるロータコアに比べ、軸方向の磁気抵抗が大きくなり、磁束がロータコア内を軸方向に流れ難くなる。そのため、例えばロータコアにおける補助界磁から離れた位置では補助界磁から出た磁束が少なくなったり、埋込磁石の補助界磁から離れた部位から出た磁束が補助界磁に引き込まれ難くなることがある。その結果、ステータとロータとの間を通過する磁束が軸方向においてばらつく虞がある。この点、上記構成によれば、磁束が棒状に形成された第１及び第２磁性体を通過することで、ロータコア内を軸方向に流れ易くなるため、渦電流の発生を抑制しつつ、ステータとロータとの間を通過する磁束が軸方向においてばらつくことを抑制できる。

【0016】

上記回転電機において、前記第１突起は、前記ロータコアの軸端面における前記外側磁極部と対向する位置に固定された第１磁性体により構成され、前記第２突起は、前記ロータコアの軸端面における前記内側磁極部と対向する位置に固定された第２磁性体により構成されることが好ましい。

【0017】

上記構成によれば、第１及び第２磁極ブロックに挿入孔を形成するとともにこの挿入孔に磁性体を挿入する場合に比べ、第１及び第２磁極ブロックの径方向の磁気抵抗が大きくなることを抑制できる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、ロータを高速回転させるとともに低速回転域で高いトルクを出力できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１実施形態の回転電機の軸方向に沿った断面図（図２のＢ−Ｂ断面図）。

【図2】（ａ）は第１実施形態の回転電機の軸方向と直交する断面図（図１のＡ−Ａ断面図）、（ｂ）は（ａ）のロータの部分断面図。

【図3】（ａ）は第１実施形態の磁極数を８個とした際におけるロータの軸方向に沿った断面での磁束の流れを示す模式図、（ｂ）は同じくロータの軸方向と直交する断面での磁束の流れを示す模式図。

【図4】（ａ）は第１実施形態の磁極数を４個とした際におけるロータの軸方向に沿った断面での磁束の流れを示す模式図、（ｂ）は同じくロータの軸方向と直交する断面での磁束の流れを示す模式図。

【図5】ステータのスロット数及びロータの磁極数と巻線係数との関係を示す表。

【図6】第２実施形態の回転電機の軸方向に沿った断面図。

【図7】第２実施形態のロータを軸方向一端側から見た側面図。

【図8】第３実施形態の回転電機の軸方向に沿った断面図。

【図9】（ａ），（ｂ）は別例の補助界磁の部分断面図。

【図10】（ａ）〜（ｃ）は別例のロータの軸方向と直交する部分断面図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

（第１実施形態）
以下、回転電機の第１実施形態を図面に従って説明する。
図１及び図２（ａ），（ｂ）に示す回転電機（電動モータ）１は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車等の走行用の駆動源として用いられるものである。同図に示すように、回転電機１は、筒状のハウジング２と、ハウジング２内に収容されたステータ３と、ステータ３の径方向内側（内周側）に間隔を空けて配置されたロータ４と、電力供給を通じてステータ３に回転磁界を発生させる制御装置５とを備えている。つまり、本実施形態の回転電機１は、インナロータ型のラジアルギャップモータとして構成されている。

【0021】

詳しくは、ハウジング２は、一端側（図１中、右側）が開口した有底円筒状のハウジング本体７と、ハウジング本体７の開口端を閉塞するように設けられる円板状のカバー８とを備えている。ハウジング本体７の底部７ａの中央には、軸方向に貫通した挿通孔７ｂが形成され、カバー８の中央には、軸方向に貫通した挿通孔８ａが形成されている。

【0022】

ステータ３は、ハウジング本体７の筒状部７ｃの内側に固定された円筒状の円筒部１１、及び円筒部１１から径方向内側に向かって放射状に延びる複数のティース１２からなるステータコア１３を備えている。本実施形態のステータコア１３には、ティース１２が６個形成されており、ティース１２間に形成されるスロットの数も６個とされている。ステータコア１３は、珪素鋼板等の電磁鋼板を複数枚積層することにより構成されている。そして、各ティース１２には、コイル（電機子コイル）１５が設けられている。なお、コイル１５の接続端部１５ａは、ハウジング２の外部に引き出されて制御装置５に接続されている。

【0023】

ロータ４は、回転軸２１と一体回転可能に固定されたロータコア２２と、ロータコア２２に埋め込まれる態様で固定された埋込磁石としての複数対（本実施形態では、２対）の磁石片２３ａ，２３ｂとを備えている。つまり、本実施形態のロータ４は、所謂埋込磁石型のロータとして構成されている。

【0024】

より詳しくは、回転軸２１は、円柱状に形成されており、底部７ａの挿通孔７ｂ及びカバー８の挿通孔８ａに設けられた軸受２４ａ，２４ｂを介して回転可能に支持されている。なお、回転軸２１は、ステンレス鋼等の非磁性材料により構成されている。また、ロータコア２２は、円柱状に形成されており、電磁鋼板２５を複数枚積層することにより構成されている。なお、図１において拡大して示すように、電磁鋼板２５の表面には、絶縁被膜２５ａが設けられている。

【0025】

ロータコア２２には、軸方向に貫通した貫通孔２６がその中央に形成されており、貫通孔２６に回転軸２１が圧入されることにより、ロータコア２２と回転軸２１とが一体回転可能に設けられている。また、ロータコア２２には、磁石片２３ａ，２３ｂが内部に配置される複数対の空洞部２７ａ，２７ｂが設けられている。空洞部２７ａ，２７ｂは、軸方向に延びる断面長方形の孔状に形成されるとともに、断面のなす長方形の長手方向が径方向線に沿うように形成されている。また、空洞部２７ａ，２７ｂの径方向両側には、該空洞部２７ａ，２７ｂと連続する断面略半円形の膨出部２８が形成されている。

【0026】

磁石片２３ａ，２３ｂには、フェライト系の焼結磁石やボンド磁石（例えばプラスチックマグネットやゴムマグネット）等からなるセグメント磁石が採用されている。磁石片２３ａ，２３ｂは、長方形板状に形成されている。磁石片２３ａ，２３ｂにおけるロータ４の軸方向と直交する断面形状は、上記空洞部２７ａ，２７ｂの断面形状に対応した長方形状とされており、磁石片２３ａ，２３ｂは空洞部２７ａ，２７ｂ内に挿入されることでロータコア２２に固定されている。なお、上記膨出部２８は、磁石片２３ａ，２３ｂの磁束の回り込みを防ぐ、所謂フラックスバリアとして機能する。そして、磁石片２３ａ，２３ｂは、周方向において同一の極性（Ｎ極又はＳ極）が対向するとともに、この磁石片２３ａ，２３ｂ間で対向する極性が周方向に沿って交互に反対となるように磁化（着磁）されている。これにより、磁石片２３ａは、周方向一方側の磁石片２３ｂとは第１の極性としてのＮ極が対向し、周方向他方側の磁石片２３ｂとは第２の極性としてのＳ極が対向している。つまり、磁石片２３ａは、周方向一方側の磁石片２３ｂのみでなく、周方向他方側の磁石片２３ｂとも同一の極性が対向するように着磁されていることになり、磁石片２３ａは、周方向両側に隣り合う磁石片２３ｂのそれぞれと一対の磁石片を構成している。

【0027】

このように構成された回転電機１は、制御装置５から三相の駆動電流がコイル１５に対して供給されると、ステータ３に回転磁界が発生し、その回転磁界に基づいてロータ４が回転するようになっている。

【0028】

（ロータ磁極数可変機構）
ここで、ロータ４は、磁石片２３ａ，２３ｂのＮ極に周方向両側から挟まれることにより区分された複数（本実施形態では、２個）の第１磁極ブロック３１と、磁石片２３ａ，２３ｂのＳ極に周方向両側から挟まれることにより区分された複数（本実施形態では、２個）の第２磁極ブロック３２とを備えている。第１磁極ブロック３１には、第１永久磁石３３が固定されることにより、ステータ３側にＳ極（第２の極性）が現れるマグネット磁極部３４と、該マグネット磁極部３４と周方向に隣り合って配置されるコア磁極部３５とが形成されている。一方、第２磁極ブロック３２には、第２永久磁石３６が固定されることにより、ステータ３側にＮ極（第１の極性）が現れるマグネット磁極部３７と、該マグネット磁極部３７と周方向に隣り合って配置されるコア磁極部３８とが形成されている。また、ロータコア２２には、第１磁極ブロック３１から軸方向一端側（図１における右側）に突出した第１突起３９、及び第２磁極ブロック３２における第１突起３９よりも径方向内側の位置から軸方向一端側に突出した第２突起４０が設けられている。さらに、ロータ４の軸方向一端側には、該ロータ４との間に間隔を空けて設けられる補助界磁ＳＦが設けられている。そして、回転電機１では、補助界磁ＳＦから第１及び第２突起３９，４０を介してロータ４に供給される磁束を調整することで、ロータ４の磁極数を第１及び第２磁極ブロック３１，３２の総数と同一又は二倍、すなわち４個又は８個に切り替え可能となっている。なお、上記のようにスロット数は６個であるため、本実施形態の回転電機１は、スロット数を３Ｎ（ただし、Ｎは自然数）個とした場合、ロータ４の磁極数が２Ｎ個又は４Ｎ個となる関係を満たす。

【0029】

先ず、ロータの構成について詳細に説明する。
図２（ａ），（ｂ）に示すように、ロータコア２２の第１磁極ブロック３１には、第１永久磁石３３が内部に配置される第１空洞部４１が形成され、第２磁極ブロック３２には、第２永久磁石３６が内部に配置される第２空洞部４２が形成されている。第１及び第２空洞部４１，４２は、それぞれ軸方向に延びる断面長方形の孔状に形成されるとともに、断面のなす長方形の長手方向がその中央を通る径方向線に対して略直交するように形成されている。そして、第１及び第２空洞部４１，４２は、上記空洞部２７ｂにそれぞれ近接して設けられている。また、本実施形態のロータコア２２には、第１及び第２空洞部４１，４２における空洞部２７ａ側に空隙４３がそれぞれ形成されている。なお、空隙４３は、軸方向に貫通するとともに、ロータコア２２の外周面から径方向内側に延びる溝状に形成されている。

【0030】

第１及び第２永久磁石３３，３６には、フェライト系の焼結磁石やボンド磁石等からなるセグメント磁石が採用されている。第１及び第２永久磁石３３，３６は、それぞれ長方形板状に形成されている。第１永久磁石３３におけるロータ４の軸方向と直交する断面形状は、第１空洞部４１の断面形状に対応した長方形状とされており、第１永久磁石３３は第１空洞部４１内に挿入されることでロータコア２２に固定されている。同様に、第２永久磁石３６におけるロータ４の軸方向と直交する断面形状は、第２空洞部４２の断面形状に対応した長方形状とされており、第２永久磁石３６は第２空洞部４２内に挿入されることでロータコア２２に固定されている。そして、第１永久磁石３３は、外周側（ステータ３側）にＳ極が現れるようにその板厚方向（ロータ４の径方向に略沿った方向）に磁化され、第２永久磁石３６は、外周側にＮ極が現れるようにその板厚方向に磁化されている。これにより、ロータコア２２の外周面における第１空洞部４１と対向する部位には、Ｓ極が常に現れ、第２空洞部４２と対向する部位には、Ｎ極が常に現れる。

【0031】

したがって、ロータコア２２における第１空洞部４１の形成された部分が第１磁極ブロック３１のマグネット磁極部３４として機能し、第１空洞部４１と空洞部２７ａとの間がコア磁極部３５として機能する。また、ロータコア２２における第２空洞部４２の形成された部分が第２磁極ブロック３２のマグネット磁極部３７として機能し、第２空洞部４２と空洞部２７ａとの間がコア磁極部３８として機能する。そして、第１磁極ブロック３１と第２磁極ブロック３２とは、マグネット磁極部３４，３７が隣り合うとともにコア磁極部３５，３８が隣り合うように周方向に交互に並んでいる。なお、本実施形態のマグネット磁極部３４，３７及びコア磁極部３５，３８は、それぞれ略４５°の周方向範囲に亘って延びており、各磁極ブロック３１，３２は略９０°の周方向範囲に亘って延びている。

【0032】

図１及び図２（ａ），（ｂ）に示すように、第１磁極ブロック３１の径方向外側部分には、軸方向に貫通した第１挿入孔５１が形成され、第２磁極ブロック３２の径方向内側部分には、軸方向に貫通した第２挿入孔５２が形成されている。第１及び第２挿入孔５１，５２は、それぞれ断面長方形状に形成されている。第１挿入孔５１は、コア磁極部３５が設けられた範囲内に形成され、第２挿入孔５２は、マグネット磁極部３７及びコア磁極部３８が設けられた範囲の双方に跨って形成されている。また、第１挿入孔５１が形成されている径方向の範囲と第２挿入孔５２が形成されている径方向の範囲とは、周方向において重ならないように設定されている。そして、第１挿入孔５１と第２挿入孔５２とは、これらの断面積が互いに略等しくなるように形成されている。

【0033】

第１及び第２挿入孔５１，５２には、それぞれ長い棒状の第１及び第２磁性体５３，５４が挿入されている。第１磁性体５３は、第１挿入孔５１の断面形状に対応した断面長方形に形成されるとともに、その軸方向の全体に亘って断面略一定に形成されている。一方、第２磁性体５４は、第２挿入孔５２の断面形状に対応した断面長方形に形成されるとともに、その軸方向の全体に亘って断面略一定に形成されている。また、第１磁性体５３と第２磁性体５４とは、これらの断面積が互いに略等しくなるように形成されている。なお、本実施形態の第１及び第２磁性体５３，５４は、珪素鋼板等の電磁鋼板５５，５６をロータコア２２を構成する電磁鋼板２５の積層方向と直交する方向に積層することにより構成されている。これにより、第１及び第２磁性体５３，５４の軸方向の磁気抵抗は、ロータコア２２の軸方向の磁気抵抗よりも小さくなっている。そして、図１に示すように、第１及び第２磁性体５３，５４は、ロータコア２２の軸方向長さよりも長く形成されており、第１及び第２磁性体５３，５４の一端部５３ａ，５４ａがロータコア２２の軸端面よりも軸方向一端側に突出している。これにより、第１磁性体５３の一端部５３ａが第１突起３９として機能し、第２磁性体５４の一端部５４ａが第２突起４０として機能する。

【0034】

次に、補助界磁の構成について詳細に説明する。
補助界磁ＳＦは、導線を周方向に巻回してなる補助コイル６１と、補助コイル６１で作られる磁束の磁路となるヨーク６２と、補助コイル６１で作られる磁束の磁路の途中に設けられた可変磁石６３とを備えている。そして、ヨーク６２には、第１突起３９と軸方向において対向する外側磁極部６４が形成されるとともに、第２突起４０と軸方向において対向する内側磁極部６５が外側磁極部６４との間に環状のギャップＧを介在させて形成されている。

【0035】

詳しくは、ヨーク６２は、円筒状の外側部材７１と、外側部材７１の内周に配置された円筒状の内側部材７２とを有している。なお、外側部材７１及び内側部材７２は、圧粉磁心により構成されている。外側部材７１の一端部（ロータ４と反対側の端部）には、径方向内側に延出された円環状の固定フランジ部７３が形成され、外側部材７１の他端部（ロータ４側の端部）には、径方向内側に延出された円環状の対向フランジ部７４が形成されている。そして、外側部材７１は、ロータ４と同軸上に配置されるとともに、対向フランジ部７４が第１突起３９と軸方向において対向するようにカバー８の内側に固定されている。これにより、対向フランジ部７４が外側磁極部６４として機能する。

【0036】

一方、内側部材７２の一端部には、径方向外側に延出された円環状の固定フランジ部７５が形成され、内側部材７２の他端部には、径方向外側に延出された円環状の対向フランジ部７６が形成されている。そして、内側部材７２は、ロータ４と同軸上に配置されるとともに、対向フランジ部７６が第２突起４０と軸方向において対向するようにカバー８の内側に固定されている。これにより、対向フランジ部７６が内側磁極部６５として機能する。

【0037】

そして、外側部材７１と内側部材７２とは、対向フランジ部７４（外側磁極部６４）と対向フランジ部７６（内側磁極部６５）との間に上記ギャップＧが形成されるように、径方向に間隔を空けてカバー８に固定されている。ギャップＧの径方向の幅は、対向フランジ部７４と第１突起３９との軸方向の間隔、及び対向フランジ部７６と第２突起４０との軸方向の間隔の双方よりも大きくなるように設定されている。これにより、外側磁極部６４を通過する磁束は主に第１突起３９を介してロータコア２２の第１磁極ブロック３１に出入りし、内側磁極部６５を通過する磁束は主に第２突起４０を介して第２磁極ブロック３２に出入りする。

【0038】

補助コイル６１は、円環状に形成されている。そして、補助コイル６１は、外側部材７１の軸方向中央部と内側部材７２の軸方向中央部との間において、ロータ４と同軸上に配置されるように固定されている。これにより、補助コイル６１で発生する磁束の磁路には、ヨーク６２（外側部材７１及び内側部材７２）が含まれる。なお、補助コイル６１の接続端部６１ａは、ハウジング２の外部に引き出されて制御装置５に接続されている。また、補助コイル６１の導線は、上記コイル１５の導線よりも線径の太いものが用いられている。

【0039】

可変磁石６３には、サマリウム−コバルト系の焼結磁石等、磁石片２３ａ，２３ｂ、第１及び第２永久磁石３３，３６よりも保磁力の小さなリング磁石が採用されている。可変磁石６３は、円環状に形成されている。そして、可変磁石６３は、外側部材７１の固定フランジ部７３と内側部材７２の固定フランジ部７５との間に固定されている。これにより、可変磁石６３は、補助コイル６１が可変磁石６３とロータ４との間に挟まれるように補助コイル６１と軸方向に並置されている。なお、可変磁石６３と固定フランジ部７３，７５とは互いに密着している。

【0040】

可変磁石６３は、補助コイル６１で作られる磁束に沿った方向（本実施形態では、径方向）に磁化（着磁）されている。可変磁石６３は、制御装置５から補助コイル６１に大きな電流が供給されて強い磁界を形成されることで、不可逆的に減磁又は増磁、あるいは磁化方向が変更される。そして、外側磁極部６４となる対向フランジ部７４及び内側磁極部６５となる対向フランジ部７６には、可変磁石６３の磁化方向に応じた極性が現れている。なお、可変磁石６３には、後述するように外側磁極部６４にＳ極が現れるとともに内側磁極部６５にＮ極が現れる場合に、コア磁極部３５，３８の極性が同じ磁極ブロック３１，３２のマグネット磁極部３４，３７の極性と同一になるような量の磁束をロータ４に供給可能な程度に磁化できるものが用いられている。

【0041】

次に、ロータの磁極数について詳細に説明する。なお、図面では、磁石の磁化方向を太線の矢印で示し、磁束の流れを破線の矢印で示している。
図３に示すように、可変磁石６３の磁化方向を調整して、外側磁極部６４にＮ極が現れるとともに内側磁極部６５にＳ極が現れる場合に、ロータ４の磁極数が第１及び第２磁極ブロック３１，３２の総数の二倍となる。なお、又は補助界磁ＳＦから磁束が供給されない場合にも、ロータ４の磁極数が第１及び第２磁極ブロック３１，３２の総数の二倍となる。一方、図４に示すように、外側磁極部６４にＳ極が現れるとともに内側磁極部６５にＮ極が現れる場合に、コア磁極部３５，３８の極性が同じ磁極ブロック３１，３２の各マグネット磁極部３４，３７の極性と同一になるような量の磁束をロータ４に供給可能な強さに可変磁石６３を磁化することで、ロータ４の磁極数が第１及び第２磁極ブロック３１，３２の総数と同一になる。

【0042】

詳しくは、図３（ａ），（ｂ）に示すように、外側磁極部６４にＮ極が現れるとともに内側磁極部６５にＳ極が現れる場合、補助界磁ＳＦから第１及び第２突起３９，４０を介してロータ４に供給される磁束は、ステータ３とコア磁極部３５，３８との間を、磁石片２３ａ，２３ｂ、第１及び第２永久磁石３３，３６で作られる磁束と同方向に流れるようになる。これにより、第１及び第２磁極ブロック３１，３２のコア磁極部３５，３８のステータ３側には、同じ磁極ブロック３１，３２のマグネット磁極部３４，３７と反対の極性が現れ、第１及び第２磁極ブロック３１，３２はそれぞれ２個の磁極として機能する。

【0043】

より詳しくは、例えば図３（ｂ）中左上のＳ極のマグネット磁極部３４を有する第１磁極ブロック３１では、磁石片２３ａ，２３ｂのＮ極から出る磁束の一部、第１永久磁石３３のＮ極から出る磁束の一部、及び補助界磁ＳＦから第１磁性体５３（第１突起３９）を介して出る磁束の一部がコア磁極部３５の外周面からステータ３側に流れ出るようになり、該コア磁極部３５がＮ極として機能する。これにより、第１磁極ブロック３１のマグネット磁極部３４とコア磁極部３５とには異なる極性が現れ、該第１磁極ブロック３１は２個の磁極として機能する。また、例えば図３（ｂ）中右上のＮ極のマグネット磁極部３７を有する第２磁極ブロック３２では、磁石片２３ａ，２３ｂのＳ極に入る磁束の一部、第２永久磁石３６のＳ極に入る磁束の一部、及び第２磁性体５４（第２突起４０）を介して補助界磁ＳＦに入る磁束の一部が、コア磁極部３８の外周面から流れ込むようになり、該コア磁極部３８がＳ極として機能する。これにより、第２磁極ブロック３２の各マグネット磁極部３７とコア磁極部３８とには異なる極性が現れ、該第２磁極ブロック３２は２個の磁極として機能する。したがって、ロータ４の磁極数が第１及び第２磁極ブロック３１，３２の総数の二倍となる。

【0044】

なお、補助界磁ＳＦから磁束が供給されない場合には、ステータ３とコア磁極部３５，３８との間の間を通過する磁束は、外側磁極部６４にＮ極が現れるとともに内側磁極部６５にＳ極が現れる場合と同様に流れる。

【0045】

一方、図４（ａ），（ｂ）に示すように、外側磁極部６４にＳ極が現れるとともに内側磁極部６５にＮ極が現れる場合、補助界磁ＳＦから第１及び第２突起３９，４０を介してロータ４に供給される磁束は、ステータ３とコア磁極部３５，３８との間を、磁石片２３ａ，２３ｂで作られる磁束と逆方向に流れるようになる。これにより、第１及び第２磁極ブロック３１，３２のコア磁極部３５，３８のステータ３側には、同じ各磁極ブロック３１，３２のマグネット磁極部３４，３７と同一の極性が現れ、第１及び第２磁極ブロック３１，３２はそれぞれ１つの磁極として機能する。

【0046】

より詳しくは、例えば図４（ｂ）中左上のＳ極のマグネット磁極部３４を有する第１磁極ブロック３１では、補助界磁ＳＦの外側磁極部６４には、磁石片２３ａ，２３ｂのＮ極から出る磁束の一部、第１永久磁石３３のＮ極から出る磁束の一部、及びステータ３側からコア磁極部３５の外周面を介して流れ込む磁束が第１磁性体５３（第１突起３９）を介して入るようになり、該コア磁極部３５がＳ極として機能する。これにより、第１磁極ブロック３１のマグネット磁極部３４とコア磁極部３５とには同一の極性が現れ、該第１磁極ブロック３１は１個の磁極として機能する。また、例えば図４（ｂ）中右上のＮ極のマグネット磁極部３７を有する第２磁極ブロック３２では、補助界磁ＳＦの内側磁極部６５から第２磁性体５４（第２突起４０）を介して入った磁束は、その一部が磁石片２３ａ，２３ｂのＳ極及び第２永久磁石３６のＳ極に入るとともに、他の一部がコア磁極部３８の外周面からステータ３側に流れ出るようになり、該コア磁極部３８がＮ極として機能する。これにより、第２磁極ブロック３２のマグネット磁極部３７とコア磁極部３８とには同一の極性が現れ、該第２磁極ブロック３２は１個の磁極として機能する。したがって、ロータ４の磁極数が第１及び第２磁極ブロック３１，３２の総数と同一になる。

【0047】

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）補助界磁ＳＦから供給される磁束に応じてロータ４の磁極数を４個又は８個に変更可能とした。ここで、ロータ４の回転速度が同じ場合、ロータ４の磁極数が少ないと、コイル１５と対向する磁極の極性が切り替わるのにかかる時間が長くなり、単位時間当たりの鎖交磁束の変化量が小さくなる。そして、誘起電圧は鎖交磁束の単位時間当たりの変化量に比例するため、ロータ４の磁極数が少ないと、誘起電圧が小さくなり、高速回転が可能となる。つまり、ロータ４の磁極数を多くした状態で高いトルクが出力可能な設計としても、ロータ４の磁極数を少なくした状態で高速回転させることが可能になる。したがって、ロータ４を高速回転させるとともに低速回転域で高いトルクを出力できる。

【0048】

（２）スロット数を３Ｎ個とした場合、ロータ４の磁極数が２Ｎ個又は４Ｎ個となる関係を満たすように回転電機１を構成した。図５に示すように、スロット数が３Ｎ個に対して、ロータの磁極数が２Ｎ個又は４Ｎの関係が成立する場合には、コイル１５に鎖交する磁束の有効性を示す巻線係数が比較的高い値（「１」に近い値）となるため、本実施形態では回転電機１を効率良く駆動することが可能となっている。なお、図７では、説明の便宜上、巻線係数が「０．８」よりも大きくなるスロット数とロータ４の磁極数の組み合わせの欄に○印を付している。

【0049】

（３）補助界磁ＳＦに、補助コイル６１で作られる磁束に沿って磁化された可変磁石６３を設けたため、継続して補助コイル６１に電流を供給しなくても、補助界磁ＳＦからロータ４に磁束を供給でき、省電力化を図ることができる。

【0050】

（４）可変磁石６３を環状に形成するとともに、補助コイル６１をロータ４との間に挟み込むようにして補助コイル６１と軸方向に並置した。
ここで、補助コイル６１で作られる磁束は、第１及び第２突起３９，４０を介してロータ４に出入りするため、補助コイル６１の磁路における第１及び第２突起３９，４０に近接した部分（外側磁極部６４及び内側磁極部６５）を通過する磁束は、第１及び第２突起３９，４０と対向する位置に集中し易い。つまり、補助コイル６１で作られる磁束の磁束密度が、周方向において均一とはならず、ばらつきが生じる。そのため、例えば可変磁石６３を外側磁極部６４又は内側磁極部６５の近傍に配置すると、補助コイル６１で形成される強い磁界によって可変磁石６３の磁化方向を変更等する際に、磁化の程度にばらつきが生じる虞がある。一方、補助コイル６１の磁路における第１及び第２突起３９，４０から離間した部分では、磁束が特定の箇所に集中し難くなる。したがって、本実施形態のように補助コイル６１が可変磁石６３とロータ４との間に挟まれるように可変磁石６３を配置し、可変磁石６３を第１及び第２突起３９，４０から離間させることで、可変磁石６３の磁化の程度が周方向においてばらつくことを抑制できる。

【0051】

（５）ロータコア２２は、電磁鋼板２５を軸方向に複数枚積層して構成したため、渦電流の発生を抑制できる。しかし、上記のように電磁鋼板２５を積層してなるロータコア２２では、軸方向の磁気抵抗が径方向の磁気抵抗よりも大きくなるため、磁束がロータコア２２内を軸方向に流れ難くなる。そのため、例えばロータコア２２における補助界磁ＳＦから離れた位置では補助界磁ＳＦから出た磁束が少なくなったり、磁石片２３ａ，２３ｂの補助界磁ＳＦから離れた部位から出た磁束が補助界磁ＳＦに引き込まれ難くなったりすることがある。その結果、ステータ３とロータ４との間を通過する磁束が軸方向においてばらつく虞がある。この点、本実施形態では、第１及び第２突起３９，４０が、ロータコア２２の軸方向の磁気抵抗よりも軸方向の磁気抵抗が小さな棒状の第１及び第２磁性体５３，５４の一端部５３ａ，５４ａによりそれぞれ構成されている。したがって、磁束が第１及び第２磁性体５３，５４を通過することで、ロータコア２２内を軸方向に流れ易くなるため、ステータ３とロータ４との間を通過する磁束が軸方向においてばらつくことを抑制できる。

【0052】

（６）第１突起３９と第２突起４０とを、軸方向と直交する断面積が互いに等しくなるように形成した。ここで、第１及び第２突起３９，４０は、それぞれ補助界磁ＳＦで作られる磁束の磁路となるため、例えば第１及び第２突起３９，４０のいずれか一方の断面積のみを大きくしても、いずれか他方の断面積が小さく磁気抵抗が大きい場合には、補助界磁ＳＦとロータ４との間を通過する磁束は増加しない。したがって、本実施形態のように第１及び第２突起３９，４０の断面積を互いに等しくすることで、補助界磁ＳＦとロータ４との間を通過する磁束を効率的に増加させることができる。

【0053】

（７）各磁石片２３ａ，２３ｂを平板状に形成するとともにロータコア２２に対して放射状に配置し、周方向において同じ極性が対向するように磁化した。そのため、第１及び第２磁極ブロック３１，３２を径方向の広範囲に広がった形状とするとともに、軸方向から見た第１及び第２磁極ブロック３１，３２の面積を大きくすることができる。これにより、第１及び第２突起３９，４０の断面積をそれぞれ大きくすることが可能になり、補助界磁ＳＦとロータ４との間を通過する磁束をより増加させることができる。

【0054】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図面に従って説明する。なお、本実施形態と上記第１実施形態との主たる相違点は、第１及び第２突起の構成である。このため、説明の便宜上、同一の構成については上記第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

【0055】

図６及び図７に示すように、第１磁極ブロック３１の軸方向一端側の軸端面には、外側磁極部６４と軸方向において対向する位置に短い棒状の第１磁性体８１が配置され、第２磁極ブロック３２の軸方向一端側の軸端面には、内側磁極部６５と軸方向において対向する位置に短い棒状の第２磁性体８２が配置されている。これにより、第１磁性体８１が第１突起３９として機能し、第２磁性体８２が第２突起４０として機能する。

【0056】

詳しくは、第１及び第２磁性体８１，８２の軸方向と直交する断面形状は、それぞれ略扇形状とされるとともに、その軸方向の全体に亘って断面略一定に形成されている。また、第１磁性体８１と第２磁性体８２とは、これらの断面積が互いに略等しくなるように形成されている。なお、本実施形態の第１及び第２磁性体８１，８２は、圧粉磁心により構成されている。そして、第１及び第２磁性体８１，８２は、ロータコア２２の軸方向一端側の軸端面に固定されたホルダ８３によって固定されている。

【0057】

ホルダ８３は円板状に形成されるとともに、ホルダ８３の中央には回転軸２１が挿通される貫通孔８４が形成されている。また、ホルダ８３には、第１及び第２磁性体８１，８２と対応する位置にこれらが嵌合する嵌合孔８５，８６が形成されている。そして、ホルダ８３は、接着剤等によりロータコア２２に固定されている。なお、本実施形態のホルダ８３は、樹脂材料により構成されている。

【0058】

本実施形態の回転電機１では、上記第１実施形態と同様に、可変磁石６３の磁化方向が変更されることで外側磁極部６４及び内側磁極部６５に現れる極性が変更され、補助界磁ＳＦで作られる磁束が第１及び第２突起３９，４０を介してロータ４に出入りすることで、ロータ４の磁極数が第１及び第２磁極ブロック３１，３２の総数と同一又は二倍に変化する。

【0059】

以上記述したように、本実施形態によれば、上記第１実施形態の（１）〜（４），（６），（７）の作用効果に加えて以下の作用効果を有する。
（８）第１突起３９を第１磁極ブロック３１の軸端面における外側磁極部６４と対向する位置に固定された第１磁性体８１により構成し、第２突起４０を第２磁極ブロック３２の軸端面における内側磁極部６５と対向する位置に固定された第２磁性体８２により構成した。そのため、上記第１実施形態のように第１及び第２磁極ブロック３１，３２に形成された挿入孔に磁性体を挿入する場合に比べ、第１及び第２磁極ブロック３１，３２の径方向の磁気抵抗が大きくなることを抑制できる。

【0060】

（９）第１及び第２磁性体８１，８２をホルダ８３よりロータコア２２に固定したため、例えば接着剤等により第１及び第２磁性体８１，８２をロータコア２２に固定する場合に比べ、第１及び第２磁性体８１，８２とロータコア２２との間の磁気抵抗を小さくすることができる。

【0061】

（第３実施形態）
次に、第３実施形態を図面に従って説明する。なお、本実施形態と上記第１実施形態との主たる相違点は、補助界磁の構成である。このため、説明の便宜上、同一の構成については上記第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

【0062】

図８に示すように、本実施形態の補助界磁ＳＦは、補助コイル６１と、ヨーク６２とを備えており、可変磁石６３を備えていない。また、ヨーク６２の外側部材７１の固定フランジ部７３が内側部材７２の一端部に密着している。なお、補助コイル６１には、外側磁極部６４にＳ極が現れるとともに内側磁極部６５にＮ極が現れる場合に、コア磁極部３５，３８の極性が同じ磁極ブロック３１，３２のマグネット磁極部３４，３７の極性と同一になるような量の磁束を発生可能な電流を流すことができるものが用いられている。

【0063】

このように構成された補助界磁ＳＦでは、補助コイル６１への通電方向に応じた極性が外側磁極部６４及び内側磁極部６５に現れる。そして、上記第１実施形態と同様に、外側磁極部６４にＳ極が現れるとともに内側磁極部６５にＮ極が現れる場合には、コア磁極部３５，３８の極性が同じ磁極ブロック３１，３２のマグネット磁極部３４，３７の極性と同一になるような量の磁束を発生させることで、ロータ４の磁極数が第１及び第２磁極ブロック３１，３２の総数と同一又は二倍に変化する。

【0064】

以上記述したように、本実施形態によれば、上記第１実施形態の（１），（２），（５）〜（７）と同様の作用効果を奏することができる。
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。

【0065】

・上記第１及び第２実施形態では、補助コイル６１がロータ４と可変磁石６３との間に挟まれるように補助コイル６１と可変磁石６３とを軸方向に並置した。しかし、これに限らず、例えば図９（ａ）に示すように、可変磁石６３を補助コイル６１の外周側に固定したり、又は図９（ｂ）に示すように、可変磁石６３を補助コイル６１の内周側に固定したりしてもよい。さらに、可変磁石６３を第１突起３９又は第２突起４０と対向するようにヨーク６２に固定してもよい。なお、この場合には、可変磁石６３が外側磁極部６４又は内側磁極部６５として構成される。

【0066】

・上記第１及び第３実施形態では、第１及び第２磁性体５３，５４を、電磁鋼板５５，５６をロータコア２２を構成する電磁鋼板２５の積層方向と直交する方向に積層することにより構成したが、軸方向の磁気抵抗がロータコア２２の軸方向の磁気抵抗よりも小さければよく、例えば圧粉磁心等により構成してもよい。

【0067】

・上記第２実施形態では、ホルダ８３によって第１及び第２磁性体８１，８２をロータコア２２に固定したが、これに限らず、例えば接着剤等により第１及び第２磁性体８１，８２をロータコア２２に固定してもよい。

【0068】

・上記各実施形態では、複数対の磁石片２３ａ，２３ｂを放射状に配置し、磁石片２３ａが周方向両側に隣り合う磁石片２３ｂのそれぞれと一対の磁石片を構成するようにした。しかし、これに限らず、例えば図１０（ａ）に示すように、磁石片２３ａと磁石片２３ｂとを、それぞれの断面のなす長方形の長手方向が径方向に対して互いに逆方向に傾くように配置し、磁石片２３ａが周方向一方側に隣り合う磁石片２３ｂのみと一対の磁石片を構成するようにしてもよい。

【0069】

また、埋込磁石を対になる磁石片により構成せず、単一の部材により構成してもよく、例えば図１０（ｂ）に示すように、埋込磁石９１を径方向内側に凸となる円弧状に形成してもよい。なお、この場合には、回転軸２１を磁性材料により構成してもよい。

【0070】

要するに埋込磁石は、周方向において同一の極性が対向するとともに、第１磁極ブロック３１から突出する第１突起３９と第２磁極ブロック３２から突出する第２突起４０とを周方向において重ならないように設けることができれば、その形状や配置等は適宜変更可能である。

【0071】

・上記各実施形態では、第１及び第２永久磁石３３，３６をロータコア２２の第１及び第２空洞部４１，４２にそれぞれ埋め込む態様で固定したが、これに限らず、例えば図１０（ｃ）に示すように、第１及び第２永久磁石３３，３６をそれぞれロータコア２２の表面に固定してもよい。なお、この場合には、第１及び第２永久磁石３３，３６自体がそれぞれマグネット磁極部３４，３７として機能する。

【0072】

・上記各実施形態では、磁石片２３ａ，２３ｂ、第１及び第２永久磁石３３，３６にフェライト系の焼結磁石やボンド磁石を用いたが、これに限らず、例えばネオジウム系の焼結磁石等の他の磁石を用いてもよい。同様に、可変磁石６３にサマリウム−コバルト系の焼結磁石以外の磁石を用いてもよい。

【0073】

・上記各実施形態において、ロータコア２２に第１及び第２磁極ブロック３１，３２から軸方向両側に突出する第１及び第２突起３９，４０を設けるとともに、補助界磁ＳＦをロータ４の軸方向両側に設けてもよい。

【0074】

・上記各実施形態において、第１の極性をＳ極とし、第２の極性をＮ極としてもよい。
・上記各実施形態において、第１突起３９の断面積と第２突起４０の断面積とが互いに異なるように形成してもよい。

【0075】

・上記各実施形態では、外側部材７１、内側部材７２、第１磁性体８１、第２磁性体８２を圧粉磁心により構成したが、例えば低炭素鋼等を用いてもよい。
・上記各実施形態おいて、ロータコア２２に空隙４３を形成しなくてもよい。

【0076】

・上記各実施形態では、ステータ３のスロット数を６個とし、ロータ４の磁極数を４個又は８個に変更可能とした。しかし、これに限らず、スロット数を３Ｎ個とした場合、ロータ４の磁極数が２Ｎ個又は４Ｎ個となる関係を満たさなくともよく、スロット数及び磁極数は適宜変更可能である。

【0077】

・上記各実施形態では、回転電機１をインナロータ型のラジアルギャップモータとしたが、これに限らず、アウタロータ型のラジアルギャップモータとしてもよい。
・上記各実施形態では、外側磁極部６４にＳ極が現れるとともに内側磁極部６５にＮ極が現れる場合に、コア磁極部３５，３８の極性が同じ磁極ブロック３１，３２の各マグネット磁極部３４，３７と同一の極性となるような量の磁束をロータ４に供給可能に補助界磁ＳＦを構成した。しかし、これに限らず、補助界磁ＳＦを、外側磁極部６４にＳ極が現れるとともに内側磁極部６５にＮ極が現れる場合に、コア磁極部３５，３８の極性が同じ磁極ブロック３１，３２の各マグネット磁極部３４，３７の極性と反対のままになるような量の磁束しか供給できない構成としてもよい。この場合でも、外側磁極部６４にＳ極が現れるとともに内側磁極部６５にＮ極が現れると、補助界磁ＳＦからロータ４に供給される磁束は、ステータ３とコア磁極部３５，３８との間を、磁石片２３ａ，２３ｂで作られる磁束と逆方向に流れる。そのため、外側磁極部６４にＮ極が現れるとともに内側磁極部６５にＳ極が現れる場合、及び補助界磁ＳＦから磁束が供給されない場合に比べ、ステータ３とコア磁極部３５，３８との間を通過する磁束が減少する。これにより、誘起電圧を小さく抑えることが可能になり、ロータ４を高速回転させることが可能になる。

【0078】

・上記各実施形態では、回転電機１を電気自動車やハイブリッド自動車の駆動源として用いたが、これに限らず、例えば電動パワーステアリング装置等の他の装置の駆動源として用いてもよく、また、発電機として用いてもよい。なお、上記第１及び第２実施形態のように可変磁石６３によって補助界磁ＳＦの磁束を発生させる回転電機は、大きなトルクを出力する状態又は高速回転する状態が継続する用途に適用することが好ましい。また、上記第３実施形態のように補助コイル６１によって補助界磁ＳＦの磁束を発生させる回転電機は、大きなトルクを出力する状態又は高速回転する状態が頻繁に切り替わる用途に適用することが好ましい。

【0079】

次に、上記各実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（イ）前記第１突起と前記第２突起とは、軸方向と直交する断面積が互いに等しくなるように形成されたことを特徴とする回転電機。ここで、第１及び第２突起はそれぞれ補助界磁で作られる磁束の磁路となるため、例えば第１及び第２突起のいずれか一方の断面積のみを大きくしても、いずれか他方の断面積が小さく磁気抵抗が大きい場合には、補助界磁とロータとの間を通過する磁束は増加しない。したがって、上記構成のように第１及び第２突起の断面積を互いに等しくすることで、補助界磁とロータとの間を通過する磁束を効率的に増加させることができる。

【0080】

（ロ）前記埋込磁石は、板状に形成された一対の磁石片からなり、前記各磁石片は、前記ロータコアに対して放射状に配置されるとともに、周方向において同じ極性が対向するように磁化されていることを特徴とする回転電機。上記構成によれば、第１及び第２磁極ブロックを径方向の広範囲に広がった形状とするとともに、軸方向から見た第１及び第２磁極ブロックの面積を大きくすることができるため、第１及び第２突起の断面積をそれぞれ大きくすることが可能になり、補助界磁とロータとの間を通過する磁束をより増加させることができる。

【符号の説明】

【0081】

１…回転電機、３…ステータ、４…ロータ、１５…コイル、２１…回転軸、２２…ロータコア、２３ａ，２３ｂ…磁石片、２５，５５，５６…電磁鋼板、３１…第１磁極ブロック、３２…第２磁極ブロック、３３…第１永久磁石、３４，３７…マグネット磁極部、３５，３８…コア磁極部、３６…第２永久磁石、３９…第１突起、４０…第２突起、５１…第１挿入孔、５２…第２挿入孔、５３，８１…第１磁性体、５４，８２…第２磁性体、６１…補助コイル、６２…ヨーク、６３…可変磁石、６４…外側磁極部、６５…内側磁極部、７３，７５…固定フランジ部、７４，７６…対向フランジ部、９１…埋込磁石、Ｇ…ギャップ、ＳＦ…補助界磁。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】