特許 6323012 回転電機及び回転電機の制御装置

(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】6323012

(24)【登録日】2018年4月20日

(45)【発行日】2018年5月16日

(54)【発明の名称】回転電機及び回転電機の制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 21/16 20060101AFI20180507BHJP

   H02K 1/27 20060101ALI20180507BHJP

   H02K 1/22 20060101ALI20180507BHJP

【ＦＩ】

   H02K21/16 M

   H02K1/27 501M

   H02K1/22 A

【請求項の数】2

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-2503(P2014-2503)

(22)【出願日】2014年1月9日

(65)【公開番号】特開2015-133775(P2015-133775A)

(43)【公開日】2015年7月23日

【審査請求日】2016年12月13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】110000394

【氏名又は名称】特許業務法人岡田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山口 良輔

(72)【発明者】

【氏名】柴田 由之

(72)【発明者】

【氏名】二村 啓太

【審査官】 マキロイ 寛済

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０４１９０７９４（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５２７９７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４５７８６０９（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ２１／１６

Ｈ０２Ｋ １／２２

Ｈ０２Ｋ １／２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の回転軸回りに回転可能に支持されて周方向において交互に異なる磁極となるロータ磁石が取り付けられている回転子と、
前記回転子と同軸状となるように前記回転子に対して径方向外側に配置された電機子であって、電機子コイルが巻回された複数の磁性体歯のそれぞれが前記回転子の外周面と対向するように周方向に配置された電機子と、
周方向において隣り合う前記磁性体歯の間隙に設けられた磁束調整バルブと、を有する回転電機であって、
前記磁束調整バルブは、
前記隣り合う磁性体歯における一方の磁性体歯から前記磁束調整バルブを介して他方の磁性体歯へと達する磁束の量を調整可能であり、
周方向において隣り合う前記磁性体歯の間隙に配置されて少なくとも一部に磁性体を有しているとともにそれぞれが周方向に離間して配置された複数の磁束調整部材と、それぞれの前記磁束調整部材を保持して非磁性体で形成された保持部材と、にて略円筒状に形成されており、
前記回転子と共回りすることなく前記電機子に対して同軸状に保持されているとともに前記電機子に対して前記回転軸の方向に沿って往復移動可能に保持されており、
それぞれの前記磁性体歯における前記回転子と対向する個所は、前記回転軸の方向の長さが第１所定長さであって周方向に突出する周方向凸状部と、前記回転軸の方向の長さが第２所定長さであって周方向おいて前記周方向凸状部に対して凹んだ周方向凹状部と、が前記回転軸の方向において交互に並ぶようにように形成されており、
それぞれの前記磁束調整部材は、前記回転軸の方向の長さが前記第１所定長さであって磁性体で形成された磁性体部と、前記回転軸の方向の長さが前記第２所定長さであって非磁性体で形成された非磁性体部と、が前記回転軸の方向において交互に並ぶように形成されている、
回転電機。

【請求項2】

請求項１に記載の回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、
前記回転電機は、前記磁束調整バルブを前記回転軸の方向に沿って往復移動可能な電動アクチュエータを備えており、
前記制御装置は、
前記電動アクチュエータを制御して、隣り合う前記磁性体歯の間隙に配置された前記磁束調整部材における前記回転軸の方向の位置を調整し、前記回転電機の目標トルクに応じて、前記周方向凸状部と前記磁性体部との周方向における対向面積の大きさを調整する、
回転電機の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機及び回転電機の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、一般的な回転電機では、回転数が高くなるにしたがって電機子コイルに発生する誘起電圧が増加し、この誘起電圧によって最高回転数が抑えられている。最高回転数がより高くなるように高回転域での誘起電圧を減少させる構成にすると、低回転域でのトルクが低下してしまう。また、低回転域でのトルクを増大させる構成にすると、最高回転数が抑えられてしまう。
そこで近年では、弱め界磁等を用いて磁束量を可変として、低回転域では磁束量を多くしてより高いトルクを確保し、高回転域では磁束量を少なくして誘起電圧を減少させて最高回転数をより高くすることができる種々の回転電機が提案されている。
特に、車両の駆動用の回転電機には、より小型軽量で、低回転域では高トルクであり、高回転域ではより高い回転数まで回すことができる回転電機が求められている。

【0003】

例えば特許文献１には、永久磁石を有する回転子鉄心と、固定子鉄心に固定子巻線を巻回した固定子と、の間の空隙部に、回転軸方向に沿って、回転子と共回りする筒状の短絡磁路面積可変部材を出し入れし、永久磁石の界磁用の磁束量を可変とする、永久磁石形モータ及び洗濯機が記載されている。
また図１６（Ａ）及び（Ｂ）に示す例は、磁束量を可変とするための従来の巻線切替方式の例を示す回転電機の各電機子コイルの接続状態の模式図であり、図１６（Ａ）は低回転時における電機子コイルの接続状態を示しており、図１６（Ｂ）は高回転時における電機子コイルの接続状態を示している。電機子コイル１０１の端部と電機子コイル１０２の端部との間にはスイッチＳ１０１Ｌが設けられており、電機子コイル１０２の端部と電機子コイル１０３の端部との間にはスイッチＳ１０２Ｌが設けられており、電機子コイル１０３の端部と電機子コイル１０１の端部との間にはスイッチＳ１０３Ｌが設けられている。また電機子コイル１０１の途中個所と電機子コイル１０２の途中個所との間にはスイッチＳ１０１Ｈが設けられており、電機子コイル１０２の途中個所と電機子コイル１０３の途中個所との間にはスイッチＳ１０２Ｈが設けられており、電機子コイル１０３の途中個所と電機子コイル１０１の途中個所との間にはスイッチＳ１０３Ｈが設けられている。そして低回転時では図１６（Ａ）に示すように、スイッチＳ１０１Ｌ〜スイッチＳ１０３Ｌを短絡状態としてスイッチＳ１０１Ｈ〜スイッチＳ１０３Ｈを開放状態として、各電機子コイルの全体を使用して高トルクを確保している。また高回転時では図１６（Ｂ）に示すように、スイッチＳ１０１Ｌ〜スイッチＳ１０３Ｌを開放状態としてスイッチＳ１０１Ｈ〜スイッチＳ１０３Ｈを短絡状態として、各電機子コイルを途中まで使用して磁束量を低減させることで誘起電圧を低減させ、より高い回転数まで回るようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４−３５７３５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の構造では、短絡磁路面積可変部材は、回転子の永久磁石の磁束量を可変とするように構成されているので、回転子と短絡磁路面積可変部材とが共回りするように構成されている。しかも、短絡磁路面積可変部材を回転子と共回りさせながら、回転軸方向への移動を可能とする必要があるので、短絡磁路面積可変部材を共回りさせる構造及び回転軸方向に移動させる構造が複雑になる。
また図１６（Ａ）及び（Ｂ）に示す従来の巻線切替方式の構造では、低回転高トルクタイプと高回転低トルクタイプとの、２つのパターンしか持つことができないので、回転電機の特性（図１０に示す特性Ｔ２）が断続的に切替わることになる。従って、切替えの前後でトルク変動等の要因でショックが発生する可能性が考えられるのであまり好ましくない。また高回転時では電機子コイルの無駄な部分が発生している。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、よりシンプルな構造で、回転電機の特性を断続的に切替えることなく低回転域での高トルクを確保するとともに低回転域から高回転域までより幅広い回転領域を確保することができる回転電機、及び当該回転電機を制御する制御装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明に係る回転電機及び回転電機の制御装置は次の手段をとる。
まず、本発明の第１の発明は、所定の回転軸回りに回転可能に支持されて周方向において交互に異なる磁極となるロータ磁石が取り付けられている回転子と、前記回転子と同軸状となるように前記回転子に対して径方向外側に配置された電機子であって、電機子コイルが巻回された複数の磁性体歯のそれぞれが前記回転子の外周面と対向するように周方向に配置された電機子と、周方向において隣り合う前記磁性体歯の間隙に設けられた磁束調整バルブと、を有する回転電機である。
そして、前記磁束調整バルブは、前記隣り合う磁性体歯における一方の磁性体歯から前記磁束調整バルブを介して他方の磁性体歯へと達する磁束の量を調整可能であり、周方向において隣り合う前記磁性体歯の間隙に配置されて少なくとも一部に磁性体を有しているとともにそれぞれが周方向に離間して配置された複数の磁束調整部材と、それぞれの前記磁束調整部材を保持して非磁性体で形成された保持部材と、にて略円筒状に形成されており、前記回転子と共回りすることなく前記電機子に対して同軸状に保持されているとともに前記電機子に対して前記回転軸の方向に沿って往復移動可能に保持されている。
また、それぞれの前記磁性体歯における前記回転子と対向する個所は、前記回転軸の方向の長さが第１所定長さであって周方向に突出する周方向凸状部と、前記回転軸の方向の長さが第２所定長さであって周方向おいて前記周方向凸状部に対して凹んだ周方向凹状部と、が前記回転軸の方向において交互に並ぶようにように形成されている。
そして、それぞれの前記磁束調整部材は、前記回転軸の方向の長さが前記第１所定長さであって磁性体で形成された磁性体部と、前記回転軸の方向の長さが前記第２所定長さであって非磁性体で形成された非磁性体部と、が前記回転軸の方向において交互に並ぶように形成されている。

【0007】

この第１の発明では、周方向において隣り合う磁性体歯の間に、回転子と共回りすることなく電機子と同軸状に保持されて電機子に対して回転軸方向に往復移動可能な略円筒状の磁束調整バルブを有している。
このシンプルな構成の磁束調整バルブの回転軸方向の往復移動によって、電機子コイルとの鎖交磁束量を調整可能であるので、低回転域では鎖交磁束量を多くして高トルクを確保し、高回転域では鎖交磁束量を少なくして誘起電圧を低減させてより高回転まで回すことが可能となる。また、これらの鎖交磁束量の調整を、周方向において隣り合う磁性体歯の間への磁束調整バルブの挿入長さで調整できるので、断続的でなく連続的に鎖交磁束量を調整することができる。
また磁束調整バルブは回転子と共回りしないので、よりシンプルな構造で磁束調整バルブを回転軸方向に沿って往復移動させることができる。

【0009】

また第１の発明では、それぞれの磁性体歯における回転子と対向する個所には、回転軸方向に沿って、周方向凸状部と周方向凹状部とが交互に形成されている。また、それぞれの磁束調整部材も同様に、回転軸方向に沿って、磁性体部と非磁性体部とが交互に形成されている。
これにより、電機子コイルの鎖交磁束量の調整を、磁束調整バルブの挿入長さでなく、周方向凸状部と磁性体部との周方向における対向面積を変更することで可能となるので、磁束調整バルブの回転軸方向の移動距離を非常に短くすることが可能であり、回転電機をより小型に構成することができる。

【0010】

次に、本実施の形態に記載の回転電機を制御する回転電機の制御装置では、前記回転電機は、前記磁束調整バルブを前記回転軸の方向に沿って往復移動可能な電動アクチュエータを備えている。
そして、前記制御装置は、前記電動アクチュエータを制御し、前記回転電機の目標トルクに応じて、隣り合う前記磁性体歯の間隙への前記回転軸の方向における前記磁束調整部材の挿入長さを調整する。

【0011】

本実施の形態に記載の回転電機を制御する回転電機の制御装置では、磁束調整バルブを回転軸方向に往復移動させる電動アクチュエータを制御装置から制御して、周方向において隣り合う磁性体歯の間への磁束調整部材の挿入長さを制御する。
これにより、磁束調整部材の挿入長さを制御する制御装置を、適切に実現することができる。

【0012】

次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係る回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、前記回転電機は、前記磁束調整バルブを前記回転軸の方向に沿って往復移動可能な電動アクチュエータを備えている。
そして、前記制御装置は、前記電動アクチュエータを制御して、隣り合う前記磁性体歯の間隙に配置された前記磁束調整部材における前記回転軸の方向の位置を調整し、前記回転電機の目標トルクに応じて、前記周方向凸状部と前記磁性体部との周方向における対向面積の大きさを調整する。

【0013】

この第２の発明では、磁束調整バルブを回転軸方向に往復移動させる電動アクチュエータを制御装置から制御して、周方向凸状部と磁性体部との周方向における対向面積を変更する。
これにより、周方向凸状部と磁性体部との周方向における対向面積を制御する制御装置を、適切に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１の実施の形態の回転電機の軸方向断面図、及び回転電機と制御装置との接続を説明する図であって、磁束調整部材の挿入長さが最も長い状態の例を示す図である。

【図2】図１に示す断面図に対して、磁束調整部材の挿入長さが最も短い状態の例を示す図である。

【図3】図１におけるＡ−Ａ断面図である。

【図4】第１の実施の形態の磁束調整バルブの第１の例と、当該磁束調整バルブを回転軸方向に往復移動させる駆動モータ（電動アクチュエータ）と、の外観の例を説明する斜視図である。

【図5】第１の実施の形態の磁束調整バルブの第２の例と、当該磁束調整バルブを回転軸方向に往復移動させる駆動モータ（電動アクチュエータ）と、の外観の例を説明する斜視図である。

【図6】第１の実施の形態の磁束調整バルブの第３の例と、当該磁束調整バルブを回転軸方向に往復移動させる駆動モータ（電動アクチュエータ）と、の外観の例を説明する斜視図である。

【図7】低回転時である図２の状態におけるＢ−Ｂ断面の位置の磁束の状態の例を説明する図である。

【図8】高回転時である図１の状態におけるＡ−Ａ断面の位置の磁束の状態の例を説明する図である。

【図9】本発明の回転電機の回転数−トルク特性の例を説明する図である。

【図10】図１６（Ａ）及び（Ｂ）に示す従来の巻線切替方式の回転電機の回転数−トルク特性の例を説明する図である。

【図11】目標回転数（または目標回転速度）に対する目標挿入長さ、目標回転トルクに対する目標挿入長さ、目標回転角に対する目標挿入長さ、目標電流（または目標電圧）に対する目標挿入長さ、の各特性の例を説明する図である。

【図12】第２の実施の形態の磁性体歯の形状の例と、磁束調整部材の形状の例を説明する図である。

【図13】第２の実施の形態において、低回転時における磁束調整部材の位置と磁束の状態の例を説明する図である。

【図14】第２の実施の形態において、高回転時における磁束調整部材の位置と磁束の状態の例を説明する図である。

【図15】第２の実施の形態の回転電機の軸方向断面図、及び回転電機と制御装置との接続を説明する図である。

【図16】従来の巻線切替方式の模式図であり、（Ａ）は低回転時における各電機子コイルの接続状態を示す図であり、（Ｂ）は高回転時における各電機子コイルの接続状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。なお各図において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の記載がある場合、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸は互いに直交しており、Ｘ軸は回転子の回転軸に平行な方向を示している。
●●［第１の実施の形態の回転電機１（図１〜図１１）］
以下、図１〜図１１を用いて、第１の実施の形態の回転電機１について説明する。
●［回転電機１の全体構成と制御装置６０等との接続（図１、図２、図３）］
図１及び図２は、回転電機１をロータ２０の回転軸ＭＪに沿って切断した軸方向断面図を示している。また図３は図１のＡ−Ａ断面図を示している（モータハウジング２の記載は省略している）。
回転電機１は、モータハウジング２、３、ロータシャフト１０、ロータ２０（回転子に相当）、ステータ３０（電機子に相当）、磁束調整バルブ４０、駆動モータ４４（電動アクチュエータに相当）、レゾルバ５０等を有しており、制御装置６０及びインバータ６１と接続されている。

【0016】

モータハウジング２、３は、ロータ２０やステータ３０等を収容しているケースである。
ロータシャフト１０は、ロータ２０に固定されており、軸受１０Ｂにてモータハウジング２、３に対して回転軸ＭＪ回りに回転自在に支持されており、ロータ２０と一体となって回転する。
ロータ２０は、略円柱状であり、磁性体で形成され、回転軸ＭＪ回りに回転可能となるようにロータシャフト１０及び軸受１０Ｂを介してモータハウジング２、３に支持されている。そしてロータ２０には、周方向において交互に異なる磁極となるようにロータ磁石２１が取り付けられている（この場合、埋め込まれている）。
ステータ３０は、略円筒状であり、ロータ２０と同軸状となるようにロータ２０に対して径方向外側に配置されてモータハウジング２に固定されている。そして図３に示すように、ステータ３０では、電機子コイル３２（３２Ａ〜３２Ｆ）が巻回された複数の磁性体歯３１（３１Ａ〜３１Ｆ）のそれぞれが、ロータ２０の外周面と対向するように周方向に配置されている。

【0017】

磁束調整バルブ４０は、略円筒状であり、周方向において隣り合う磁性体歯３１の間隙に配置されており、回転軸ＭＪに沿って往復移動可能となるように、滑りブッシュ４０Ｂを介してモータハウジング２、３に支持されている。
また図４に示すように、磁束調整バルブ４０は、磁性体で形成されて回転軸ＭＪ方向に延びる複数の磁束調整部材４２と、非磁性体で形成されて磁束調整部材４２の回転軸ＭＪ方向の端部のそれぞれに取り付けられた保持部材４１と、にて略円筒状に形成されている。
また磁束調整部材４２は、回転軸ＭＪ方向に、板状の複数の磁性体が積層されて形成されている。
それぞれの磁束調整部材４２は、図３に示すように、周方向に隣り合う磁性体歯３１の間隙に配置され、周方向に離間するように配置されている。また保持部材４１は、各磁束調整部材４２を保持している。
なお、磁束調整バルブの構造は、図４の例に示す磁束調整バルブ４０の構造の他にも、図５の例に示す磁束調整バルブ４０´のような構造であってもよい。
図５の例に示す磁束調整バルブ４０´の構造では、非磁性体で円筒状に形成された保持部材４１´の外周面に、各磁束調整部材４２が固定されている。

【0018】

また図１及び図４、図５に示すように、ギアホイール４３のギアと噛み合うウォームギア４４Ｇとモータ４４Ｍを有する駆動モータ４４が、磁束調整バルブ４０、４０´に取り付けられている。なお図４及び図５において、磁束調整部材４２の下方となる保持部材４１、４１´の外周面は、ギアホイール４３の内周面に形成されたネジ部と嵌合するネジ部が形成されたスクリュー面４１Ａ、４１Ａ´として構成されている。これにより、駆動モータ４４からギアホイール４３が旋回されると、スクリュー面４１Ａ、４１Ａ´を介して、磁束調整バルブ４０、４０´がギアホイール４３と共回りすることなく回転軸ＭＪに沿って往復移動する。
なお、回転軸ＭＪ方向に往復移動する際は、図３に示すエアギャップ（ロータ２０とステータ３０との径方向の間隙）内を保持部材４１（４１´）が回転軸方向に往復移動する。
また、図４に示す磁束調整バルブ４０の駆動機構を、図６の例に示すような駆動機構としてもよい。図６に示す構成の場合、駆動モータ４４のウォームギア４４Ｇが回転軸ＭＪと平行であり、保持部材４１´´の下方には、ウォームギア４４Ｇと嵌合するナットを備えた連結部４５が設けられている。これにより、駆動モータ４４のウォームギア４４Ｇが回転すると、連結部４５を介して、磁束調整バルブ４０´´が回転軸ＭＪに沿って往復移動する。
このように磁束調整バルブ４０は、ロータ２０と共回りすることなく、ステータ３０に対して同軸状に保持されており、ステータ３０に対して回転軸ＭＪに沿って往復移動可能に保持されている。
なお、ギアホイール４３とウォームギア４４Ｇとの噛み合い角度は、直交していても良いし、直交とは異なる角度に適宜変更しても良い。

【0019】

制御装置６０は、駆動モータ４４のウォームギア４４Ｇを回転させることで、磁束調整バルブ４０における回転軸ＭＪ方向の位置を任意の位置に移動させることが可能である。そして図１及び図２の例に示すように、各磁性体歯３１に対する各磁束調整部材４２の回転軸ＭＪ方向の位置（周方向に隣り合う磁性体歯の間隙への磁束調整部材の挿入長さ）を変えることで、電機子コイル３２との鎖交磁束Ｚ１、Ｚ１Ａの量を調整する（増減する）ことができる（図７、図８参照）。また同時に、磁性体歯３１とロータ２０との間のエアギャップにおける磁束Ｚ２、Ｚ２Ａの量を調整する（増減する）ことができる（図７、図８参照）。
なお、図７中において一点鎖線で示す磁束であって磁性体歯３１Ａに対応するエアギャップをとおる磁束Ｚ２の本数と、図８中において一点鎖線で示す磁束であって磁性体歯３１Ａに対応するエアギャップをとおる磁束Ｚ２Ａの本数を、どちらも同じ５本で記載しているが、磁束Ｚ２の磁束の量のほうが、磁束Ｚ２Ａの磁束の量よりも多い。
また駆動モータ４４にはエンコーダ４４Ｅが設けられており、後述する制御装置６０は、エンコーダ４４Ｅからの検出信号に基づいて、磁束調整バルブ４０（磁束調整部材４２）の回転軸ＭＪ方向の位置（周方向に隣り合う磁性体歯の間隙への磁束調整部材の挿入長さ）を検出することが可能である。

【0020】

レゾルバ５０は、ステータ３０に交流電流を供給した際にステータ３０とロータ２０との相対角度に応じて現れる交流電圧の位相を検出してロータ２０の回転角の検出に用いるための検出装置である。レゾルバ５０はモータハウジング３の凹部に収容され、当該凹部はレゾルバカバー５０Ｆにて蓋がされている。
制御装置６０には、回転電機１の動作状態の検出用として、信号線６３Ｒを介してレゾルバ５０からの検出信号が入力され、あるいは信号線６３Ｄを介してインバータ６１からステータ３０に供給された電圧または電流を検出可能な検出信号が入力され、あるいは回転数（または回転速度または回転トルク）を検出可能な回転状態検出手段６０Ｓからの検出信号が入力される。また、制御装置６０には、信号線６３Ｚを介して他の機器７０等からロータ２０の目標回転数（または目標回転速度または目標回転トルク）が入力される。そして制御装置６０は、ステータ３０の電機子コイル３２に供給する電流を制御するインバータ６１に、目標回転数に応じた制御信号を信号線６４Ｄを介して出力する。
また制御装置６０は、信号線６４Ｓを介して駆動モータ４４のモータ４４Ｍに制御信号を出力し、信号線６３Ｓを介してエンコーダ４４Ｅ（図４参照）からの検出信号を取り込み、磁束調整バルブ４０（磁束調整部材４２）の回転軸ＭＪ方向の位置（挿入長さ）を目標位置（目標挿入長さ）とする。
インバータ６１には、信号線６４Ｄを介して制御装置６０からの制御信号が入力され、インバータ６１は、電機子コイル３２に接続された電流供給配線６１Ｕ、６１Ｖ、６１Ｗを介して制御信号に応じた供給電流を電機子コイル３２（３２Ａ〜３２Ｆ）に供給する。

【0021】

●［磁束調整バルブ４０（磁束調整部材４２）の回転軸ＭＪ方向の挿入によって磁束量が増減される様子（図７、図８）］
図７はロータ２０の低回転時である図２の状態におけるＢ−Ｂ断面であり、図８はロータ２０の高回転時である図１の状態におけるＡ−Ａ断面である。

【0022】

図７に示す例は、磁束調整部材４２の回転軸ＭＪ方向における挿入長さ（周方向に隣り合う磁性体歯３１の間隙への挿入長さ）がゼロ（挿入長さＬ＝０）の場合の例（図２の状態）を示しており、ロータ２０が低回転時の場合の例を示している。この場合、磁性体歯３１Ａと磁性体歯３１Ｂとの間に磁束調整部材が存在しないので、電機子コイルとの鎖交磁束Ｚ１の量が最も多い場合である。
この場合、図７において一点鎖線で示す磁性体歯３１Ａをとおる磁束は、電機子コイル３２Ａをとおる鎖交磁束Ｚ１であり、ロータ２０をとおる。従って、後述する図８の状態と比較して電機子コイル及びロータをとおる磁束の量が多く（同時に、エアギャップの磁束Ｚ２の量も多く）、より大きなトルクを発生させることが可能であり、高トルクが要求されるロータの低回転時に適している。

【0023】

図８に示す例は、磁束調整部材４２の回転軸ＭＪ方向における挿入長さ（周方向に隣り合う磁性体歯３１の間隙への挿入長さ）が最大（磁束調整部材４２の全てが挿入されている状態であって挿入長さＬ＝Ｌｍａｘ）の場合の例（図１の状態）を示しており、ロータ２０が高回転時の場合の例を示している。
この場合、図８において一点鎖線で示す磁束の中で、電機子コイル３２Ａの鎖交磁束Ｚ１Ａの一部はエアギャップとロータ２０をとおるが、残りの磁束はエアギャップとロータ２０をとおることなく隣り合う電機子コイルをとおった後、磁束調整部材４２Ａ、４２Ｆを経由して電機子コイル３２Ａに戻る。
また、図８において一点鎖線で示す磁束の中で、エアギャップ（磁性体歯３１Ａとロータ２０との間の空間）においてロータ２０から磁性体歯３１Ａに向かう磁束Ｚ２Ａの一部は、電機子コイル３２Ａをとおることなく、磁性体歯３１Ａと磁性体歯３１Ｂとをバイパスしている磁束調整部材４２Ａをとおって磁性体歯３１Ｂから（または磁束調整部材４２Ａにおける磁性体歯３１Ｂの近傍から）ロータ２０に戻る。また磁束Ｚ２Ａの一部は、電機子コイル３２Ａをとおることなく、磁束調整部材４２Ｆをとおって磁性体歯３１Ａの左隣りの磁性体歯から（または磁束調整部材４２Ｆにおける左隣りの磁性体歯の近傍から）ロータ２０に戻る。
以上の磁束により、図７に示した状態の鎖交磁束Ｚ１の量よりも、図８に示した状態の鎖交磁束Ｚ１Ａの量のほうが少なくなっている。また、エアギャップにおける磁束においても、図７に示した状態におけるエアギャップの磁束Ｚ２の量よりも、図８に示した状態におけるエアギャップの磁束Ｚ２Ａの量のほうが少なくなっている（図７、図８において、磁束Ｚ２、磁束Ｚ２Ａは、どちらも５本を記載しているが、磁束Ｚ２の量＞磁束Ｚ２Ａの量、である）。
従って、誘起電圧をより小さくすることが可能であり、より高回転までロータを回転させたい場合に適している。

【0024】

以上、電機子コイルとの鎖交磁束量及びエアギャップをとおる磁束量が最も多い図７の状態から、電機子コイルとの鎖交磁束量及びエアギャップをとおる磁束量が最も少ない図８の状態の間で、磁束調整バルブ（磁束調整部材）の挿入長さ（周方向に隣り合う磁性体歯の間隙に挿入する長さ）を任意の長さに調整することで、電機子コイルとの鎖交磁束量及びエアギャップの磁束量を、所望する磁束量に調整することが可能である。
そして、ロータの低回転域では電機子コイルとの鎖交磁束量及びエアギャップの磁束量が多くなるように磁束調整バルブ（磁束調整部材）の挿入長さを小さくすることでトルクを増大させ、ロータの高回転域では電機子コイルとの鎖交磁束量及びエアギャップの磁束量が少なくなるように磁束調整バルブ（磁束調整部材）の挿入長さを大きくすることで、ステータの誘起電圧を減少させてより高い回転数まで回転数を伸ばすことができる。そして中間回転域では、回転数とトルクのバランスがよくモータ効率の良い電機子コイルとの鎖交磁束量及びエアギャップの磁束量となるように磁束調整バルブ（磁束調整部材）の挿入長さを調整することができる。

【0025】

●［制御装置６０の動作］
図９は、本実施の形態にて説明した回転電機１の回転数−トルク特性を示しており、実線で示す特性Ｔ１が、回転電機１の特性（磁束調整部材の挿入長さを適切に調整した場合の特性）である。なお図９中における特性（Ｇ１）と特性（Ｇ２）は、図１０と比較する際の参考として、図１０中における特性Ｇ１と特性Ｇ２を図９中に記載したものである。
また図１０は、図１６（Ａ）及び（Ｂ）に示す従来の巻線切替方式の回転電機の回転数−トルク特性を示しており、実線で示す特性Ｔ２が、巻線切替方式の回転電機の特性である。なお図１０には、本実施の形態の特性との比較用として、図９に示す特性Ｔ１を点線にて示している。また図１０において、一点鎖線にて示す特性Ｇ１は図１６（Ａ）に示した状態の特性であり、一点鎖線にて示す特性Ｇ２は図１６（Ｂ）に示した状態の特性である。

【0026】

図１０に示すように、従来の巻線切替方式では、低回転高トルクタイプ（特性Ｇ１）と、高回転低トルクタイプ（特性Ｇ２）との、２つのパターンしか持つことができないので、回転電機の特性が断続的に切替わることになり、切替えの前後でトルク変動等の要因でショックが発生する可能性が考えられるのであまり好ましくない。また点線にて示す本願の特性Ｔ１に対して、極低回転でのトルクや、極高回転の伸びが少ない。
図１０に示す従来の巻線切替方式において、低回転でのトルクをより高く、且つ高回転の回転数の伸びをより高く設定すると、回転数Ｎ１おける切替ポイントＰ１が原点Ｏにより近づく方向に移動する（Ｐ１´の位置に移動する）ので、切替時のショックの発生がより大きくなる可能性が高く、またトルクと回転数のバランスが悪く中間回転域でのモータ効率が低下する。
これに対して図９に示す本実施の形態にて説明した回転電機１の特性Ｔ１では、複数の特性Ｇ（ｎ）を連続的に切替えることが可能であり、低回転でのトルクをより高く、且つ高回転の回転数の伸びをより高くすることができる。また、低回転域から高回転域まで全回転域においてトルクと回転数のバランスが適切な状態を維持できるので、中間回転域でのモータ効率も良い。

【0027】

次に、図１及び図９を用いて、磁束調整バルブ４０（磁束調整部材４２）の挿入長さを制御する制御装置６０の動作（処理手順）の例について説明する。なお制御装置６０には、図９に示す特性Ｔ１が記憶された記憶手段が備えられているものとする。
例えば制御装置６０は、信号線６３Ｚを介してロータ２０の目標回転数（Ｎｔ）を取り込む。なお、目標回転数（Ｎｔ）を制御装置６０にて算出するようにしてもよい。
次に制御装置６０は、記憶手段に記憶されている特性Ｔ１（図９参照）と、目標回転数（Ｎｔ）から、目標トルク（Ｔｔ）を求める（図９参照）。
そして制御装置６０は、予め記憶手段に記憶されている目標トルク−目標挿入長さ特性（図１１（Ｂ）参照）に基づいて、マップ補間等を用いて目標トルク（Ｔｔ）から目標挿入長さ（Ｌｔ）を求める。なお、特性Ｔ１における座標（Ｎｔ、Ｔｔ）をとおる特性Ｇ（ｔ）から目標磁束量を求め、目標磁束量から目標挿入長さを求めるようにしてもよい。
そして制御装置６０は、エンコーダ４４Ｅからの検出信号に基づいて検出した挿入長さが目標挿入長さ（Ｌｔ）となるように、モータ４４Ｍに制御信号を出力する。

【0028】

以上の説明では、制御装置６０に入力されたロータの回転数（目標回転数）に基づいて目標挿入長さ（Ｌｔ）を求める例を説明したが、図１１（Ａ）の例に示す目標回転数（または目標回転速度）−目標挿入長さ特性に基づいて、ロータの回転数（目標回転数）や回転速度（目標回転速度）から目標挿入長さ（Ｌｔ）を求めるようにしてもよい。
また、図１１（Ｂ）の例に示す目標回転トルク−目標挿入長さ特性に基づいて、ロータの回転トルク（目標回転トルク）から目標挿入長さ（Ｌｔ）を求めるようにしてもよいし、図１１（Ｃ）の例に示す目標回転角−目標挿入長さ特性に基づいて、ロータの回転角（レゾルバからの検出信号から検出したロータの角度）から目標挿入長さ（Ｌｔ）を求めるようにしてもよいし、図１１（Ｄ）の例に示す目標電流（または目標電圧）−目標挿入長さ特性に基づいて、電機子コイル３２への供給電流（目標電流）や電機子コイル３２への供給電圧（目標電圧）から目標挿入長さ（Ｌｔ）を求めるようにしてもよい。
このように、回転数、回転速度、回転トルク、回転角、電流、電圧、の少なくとも１つが制御装置６０に入力され、制御装置６０は、入力された少なくとも１つに基づいて目標挿入長さ（Ｌｔ）を求める。

【0029】

●●［第２の実施の形態の回転電機１Ａ（図１２〜図１５）］
以下、図１２〜図１５を用いて、第２の実施の形態の回転電機１Ａについて説明する。図１２に示すように、第２の実施の形態の回転電機１Ａは、第１の実施の形態の回転電機１に対して、磁性体歯３１の構造（形状）と、磁束調整部材４２の構造が異なる。この構造の違いにより、隣り合う磁性体歯の間隙における磁束調整部材の回転軸方向の移動距離を、（Ｌ１＋Ｌ２）／２に抑えることが可能であり（図１３、図１４参照）、図１５に示すように、回転電機１Ａの回転軸ＭＪ方向の長さをより短くすることが可能（回転電機１Ａの小型化が可能）である。
以下、第１の実施の形態との相違点について主に説明する。

【0030】

●［磁性体歯３１の構造と磁束調整部材４２の構造（図１２）］
図１２に示すように、磁性体歯３１Ａ（３１）におけるロータ２０と対向する個所は、回転軸方向の長さが第１所定長さ（長さＬ１）であって周方向に突出する周方向凸状部３１ＡＡ（周方向の長さＷ１の部分）と、回転軸方向の長さが第２所定長さ（長さＬ２）であって周方向に凹んだ周方向凹状部３１ＡＢ（周方向の長さＷ２の部分）と、が回転軸方向において交互に並ぶように形成されている。なお、周方向の長さＷ１、Ｗ２、第１所定長さ（長さＬ１）、第２所定長さ（長さＬ２）は、適宜設定される。
また磁束調整部材４２Ａ（４２）は、回転軸方向の長さが第１所定長さ（長さＬ１）であって磁性体で形成された磁性体部４２ＡＡと、回転軸方向の長さが第２所定長さ（長さＬ２）であって非磁性体で形成された非磁性体部４２ＡＢと、が回転軸方向において交互に並ぶように形成されている。
なお磁性体部４２ＡＡは、板状の磁性体が回転軸方向に複数枚が積層されて形成されている。

【0031】

●［磁束調整バルブ４０（磁束調整部材４２Ａ）の回転軸ＭＪ方向の移動によって磁束量が増減される様子（図１３、図１４）］
図１３はロータ２０の低回転時における磁束調整部材４２Ａの位置と磁束の状態を説明する図であり、図１４はロータ２０の高回転時における磁束調整部材４２Ａの位置と磁束の状態を説明する図であり、どちらも図１２においてＤＤ方向から見た図である。
図１３に示す例では、磁性体歯３１Ａ（３１）の周方向凸状部３１ＡＡ及び磁性体歯３１Ｂ（３１）の周方向凸状部３１ＢＡと、磁束調整部材４２Ａ（４２）の非磁性体部４２ＡＢが周方向において対向している。つまり、周方向凸状部３１ＡＡ、３１ＢＡと磁性体部４２ＡＡとの周方向における対向面積＝ゼロ（最小）の状態である。
図１３に示す状態では、周方向凸状部３１ＡＡ及び周方向凸状部３１ＢＡと、非磁性体部４２ＡＢと、が対向しているので、磁性体歯３１Ａ（３１）から磁性体歯３１Ｂ（３１）に達する磁束の量は、ほとんど無い。従って、磁性体歯３１Ａ（３１）から磁性体歯３１Ｂ（３１）に達する磁束の量は、図１４に示す状態よりも少ない。
図１３に示す状態では、磁性体歯３１Ａ（３１）から磁性体歯３１Ｂ（３１）に達する磁束のもれ量が少ない（図１３の状態では、最小である）ので、電機子コイルとの鎖交磁束の量が図１４に示す状態よりも多く、図７に示した状態と同等となる。また図示省略するが、ステータとロータの間のエアギャップの磁束の量も図１４に示す状態よりも多い。従って、より大きなトルクを発生させることが可能であり、高トルクが要求されるロータの低回転時に適している。

【0032】

図１４に示す例は、図１３に示す状態から、磁束調整部材４２Ａ（４２）を、回転軸方向に長さ（Ｌ１＋Ｌ２）／２だけ移動させた状態を示している。
この図１４に示す例では、磁性体歯３１Ａ（３１）の周方向凸状部３１ＡＡ及び磁性体歯３１Ｂ（３１）の周方向凸状部３１ＢＡと、磁束調整部材４２Ａ（４２）の磁性体部４２ＡＡが周方向において対向している。つまり、周方向凸状部３１ＡＡ、３１ＢＡと磁性体部４２ＡＡとの周方向における対向面積＝（最大）の状態である。
図１４に示す状態では、周方向凸状部３１ＡＡ及び周方向凸状部３１ＢＡと、磁性体部４２ＡＡと、が対向しているので、磁性体歯３１Ａ（３１）から磁性体歯３１Ｂ（３１）に達する磁束の量（図１４中に一点鎖線にて記載）は、図１３に示す状態よりも多い。
図１４に示す状態では、磁性体歯３１Ａ（３１）から磁性体歯３１Ｂ（３１）に達する磁束のもれ量が多い（図１４の状態では、最大である）ので、電機子コイルとの鎖交磁束の量が図１３に示す状態よりも少なく、図８に示した状態と同等となる。また図示省略するが、ステータとロータの間のエアギャップの磁束の量も図１３に示す状態よりも少ない。従って、誘起電圧をより小さくすることが可能であり、より高回転までロータを回転させたい場合に適している。

【0033】

以上、電機子コイルとの鎖交磁束量及びエアギャップをとおる磁束量が最も多い図１３の状態から、電機子コイルとの鎖交磁束量及びエアギャップをとおる磁束量が最も少ない図１４の状態の間で、磁束調整部材の位置（周方向に隣り合う磁性体歯の間隙における回転軸方向の位置）を任意の位置に調整（回転軸方向の距離（Ｌ１＋Ｌ２）／２の範囲で調整）することで、電機子コイルとの鎖交磁束量及びエアギャップの磁束量を、所望する磁束量に調整することが可能である。
なお、磁束調整部材の回転軸方向の位置を調整することは、周方向凸状部と磁性体部との周方向における対向面積の大きさを調整することになる。
この第２の実施の形態では、磁束調整部材４２の移動距離を距離（Ｌ１＋Ｌ２）／２の範囲内とすることができるので、図１５に示すように、回転電機１Ａにおける回転軸ＭＪ方向の長さを、図１及び図２に示す回転電機１よりも非常に短くすることが可能となり、回転電機１Ａをより小型に構成することができる。

【0034】

以上、本実施の形態にて説明した回転電機１、１Ａは、従来の弱め界磁制御のように、ロータやステータの磁束量を変えるのではなく、ステータと磁石の磁束による鎖交磁束量（電機子コイルとの鎖交磁束量）と、エアギャップにおける磁束量と、を調整しており、回転電機の効率の低下を抑制することができる。
また電機子コイルとの鎖交磁束量及びエアギャップにおける磁束量を断続的でなく連続的に自由に変更（増減）することができるので、特性変更時のショックの発生が抑制され、回転数やトルク等に応じた適切な磁束量で効率の低下を抑制しながら、低回転域ではより高いトルクを確保することが可能であり、高回転域ではより高い回転数まで回転を伸ばすことができる。
なお本実施の形態にて説明した回転電機１、１Ａは、電機子コイルとの鎖交磁束量及びエアギャップにおける磁束量を増減することが可能であるので、コギングトルクやトルクリップルの最適化を図ることも可能である。
また、磁束調整部材を備えた磁束調整バルブを、ロータと共回りさせることなく、ステータに対して同軸状に保持し、ステータに対して回転軸方向に往復移動させるので、磁束調整バルブの保持機構及び移動機構をシンプルに構成することが可能であり、回転電機の構造をシンプルな構造とすることができる。

【0035】

本発明の回転電機１及び回転電機の制御装置６０の構成、構造、外観、形状、動作（処理手順）等は、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また本実施の形態の説明では、４極６スロットの回転電機の例を用いて説明したが、極数やスロット数は、これに限定されるものではない。
また本実施の形態の説明では、ロータの内部に磁石を埋め込んだＩＰＭモータの例を用いて説明したが、ロータの表面に磁石を貼り付けたＳＰＭモータに適用することも可能であり、種々の構成のロータを有する回転電機に適用することが可能である。
また制御装置６０とインバータ６１を別体とすることなく、一体とした制御装置として構成してもよい。
また本実施の形態の説明では、回転状態検出手段６０Ｓを設けた例を説明したが、回転状態検出手段６０Ｓを省略してもよい。
また図２、図８等において磁束調整部材４２Ａ〜４２Ｆの形状をＴ字状（回転軸ＭＪ方向から見てＴ字状）とした例を説明したが、磁束調整部材４２Ａ〜４２Ｆの形状はＴ字状に限定されず、隣り合う磁性体歯３１Ａ〜３１Ｆの隙間を移動できれば、どのような形状であってもよい。

【符号の説明】

【0036】

１、１Ａ 回転電機
２、３ モータハウジング
１０ ロータシャフト
２０ ロータ（回転子）
２１ ロータ磁石
３０ ステータ（電機子）
３１、３１Ａ〜３１Ｆ 磁性体歯
３１ＡＡ，３１ＢＡ 周方向凸状部
３１ＡＢ、３１ＢＢ 周方向凹状部
３２、３２Ａ〜３２Ｆ 電機子コイル
４０ 磁束調整バルブ
４１ 保持部材
４２、４２Ａ〜４２Ｆ 磁束調整部材
４２ＡＡ 磁性体部
４２ＡＢ 非磁性体部
４４ 駆動モータ（電動アクチュエータ）
４４Ｍ モータ
４４Ｅ エンコーダ
５０ レゾルバ
６０ 制御装置
６０Ｓ 回転状態検出手段
６１ インバータ
Ｌ１ 第１所定長さ
Ｌ２ 第２所定長さ
ＭＪ 回転軸

【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】