特許 6362164 電動機

(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】6362164

(24)【登録日】2018年7月6日

(45)【発行日】2018年7月25日

(54)【発明の名称】電動機

(51)【国際特許分類】

   H02K 21/38 20060101AFI20180712BHJP

   H02K 21/04 20060101ALI20180712BHJP

【ＦＩ】

   H02K21/38 M

   H02K21/04

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-154525(P2014-154525)

(22)【出願日】2014年7月30日

(65)【公開番号】特開2016-32384(P2016-32384A)

(43)【公開日】2016年3月7日

【審査請求日】2017年6月27日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２６年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構委託研究「未来開拓研究プロジェクト 次世代自動車向け高効率モーター用磁性材料技術開発」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000002853

【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】304021277

【氏名又は名称】国立大学法人 名古屋工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(74)【代理人】

【識別番号】100103229

【弁理士】

【氏名又は名称】福市 朋弘

(72)【発明者】

【氏名】浅野 能成

(72)【発明者】

【氏名】小坂 卓

【審査官】 上野 力

(56)【参考文献】

【文献】 特表平１１−５１４１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１８００５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１６５３９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ１９／００−１９／３８

Ｈ０２Ｋ２１／００−２１／４８

Ｈ０２Ｐ６／００−６／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸(P)を中心とした径方向において、エアギャップを介して互いに対面する回転子(10)および固定子(20)を備え、
前記固定子は、
前記回転軸を中心とした周方向において、界磁スロット(213a)と電機子スロット(213b)とを交互に規定する複数のティース(211)と、
前記回転子とは反対側において前記複数のティースを磁気的に連結する固定子ヨーク(212)と、
各々が、隣り合う二つの前記電機子スロット(213b)によって前記周方向において挟まれる二つの前記ティースに巻回される複数の電機子巻線(24)と
各々が、隣り合う二つの前記界磁スロット(213a)によって前記周方向において挟まれる二つの前記ティースに巻回される複数の界磁巻線(23)と、
各々が前記径方向において前記界磁巻線と対向して前記界磁スロットに設けられ、前記周方向において互いに同じ極性の磁極面を向け合う複数の界磁磁石(22)と
を備え、
前記界磁巻線の各々のインダクタンスは前記電機子巻線の各々のインダクタンスよりも大きい、電動機。

【請求項2】

前記固定子ヨーク(212)のうち、前記界磁スロット(213a)と前記径方向で隣接する第１ヨーク部分(212a)の、前記径方向に沿う幅は、前記固定子ヨークのうち、前記電機子スロット(213b)と前記径方向で隣接する第２ヨーク部分(212b)よりも広い、請求項１に記載の電動機。

【請求項3】

前記界磁巻線(23)の各々の巻数は前記電機子巻線(24)の各々の巻数よりも大きい、請求項１または２に記載の電動機。

【請求項4】

前記界磁磁石は希土類磁石である、請求項１から３のいずれか一つに記載の電動機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動機に関し、特に固定子において電機子巻線、界磁巻線、界磁磁石を備える電動機に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１，２や非特許文献１，２，３は電動機について記載している。これらに示された電動機は、固定子と回転子とを有しており、回転子は径方向においてエアギャップを介して固定子と対面する。固定子には、ティースとヨークとを有する固定子コア、界磁磁石、界磁巻線および電機子巻線が設けられている。かかる電動機において、界磁巻線の磁束と界磁磁石の磁束との合計が界磁磁束として作用する。

【0003】

特に非特許文献３では、界磁スロットおよび電機子スロットが交互に形成されたティースが設けられている。界磁巻線は周方向において隣り合う界磁スロットで挟まれる二つのティースに巻回される。電機子巻線は周方向において隣り合う電機子スロットで挟まれる二つのティースに巻回される。界磁磁石は界磁スロットに配置される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−２０１８６９号公報

【特許文献2】米国特許出願公開第２０１０／００３８９７８号明細書

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】E.Hoang, M.Lecrivain, M.Gabsi、「A NEW STRUCTURE OF A SWITCHING FLUX SYNCHRONOUS POLYPHASED MACHINE WITH HYBRID EXCITATION」、Power Electronics and Applications, 2007 European Conference on、IEEE、２００７年、p.1-8

【非特許文献2】E.Hoang, S.Hlioui, M.Lecrivain, M.Gabsi、「EXPERIMENTAL COMPARISON OF LAMINATION MATERIAL CASE OF SWITCHING FLUX SYNCHRONOUS MACHINE WITH HYBRID EXCITATION」、Power Electronics and Applications, 2009. EPE '09. 13th European Conference on、IEEE、２００９年、p.1-7

【非特許文献3】松本、小坂、松井、藤網、「ハイブリッド界磁フラックススイッチングモータの高トルク化設計検討」、電気学会研究会資料．ＶＴ，自動車研究会、２０１２年、p.31-36

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１，２および非特許文献１〜３において、界磁磁石に流れる磁束に起因して、界磁磁石に渦電流が生じる。このような渦電流は電動機の効率という観点において好ましくない。

【0007】

そこで本発明は、界磁磁石の渦電流を低減できる電動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】

【0008】

本発明にかかる電動機の第１の態様は、回転軸(P)を中心とした径方向において、エアギャップを介して互いに対面する回転子(10)および固定子(20)を備え、前記固定子は、前記回転軸を中心とした周方向において、界磁スロット(213a)と電機子スロット(213b)とを交互に規定する複数のティース(211)と、前記回転子とは反対側において前記複数のティースを磁気的に連結する固定子ヨーク(212)と、各々が、隣り合う二つの前記電機子スロット(213b)によって前記周方向において挟まれる二つの前記ティースに巻回される複数の電機子巻線(24)と各々が、隣り合う二つの前記界磁スロット(213a)によって前記周方向において挟まれる二つの前記ティースに巻回される複数の界磁巻線(23)と、各々が前記径方向において前記界磁巻線と対向して前記界磁スロットに設けられ、前記周方向において互いに同じ極性の磁極面を向け合う複数の界磁磁石(22)とを備え、前記界磁巻線の各々のインダクタンスは前記電機子巻線の各々のインダクタンスよりも大きい。

【0009】

本発明にかかる電動機の第２の態様は、第１の態様にかかる電動機であって、前記固定子ヨーク(212)のうち、前記界磁スロット(213a)と前記径方向で隣接する第１ヨーク部分(212a)の、前記径方向に沿う幅は、前記固定子ヨークのうち、前記電機子スロット(213b)と前記径方向で隣接する第２ヨーク部分(212b)よりも広い。

【0010】

本発明にかかる電動機の第３の態様は、第１または第２の態様にかかる電動機であって、前記界磁巻線(23)の各々の巻数は前記電機子巻線(24)の各々の巻数よりも大きい。

【0011】

本発明にかかる電動機の第４の態様は、第１から第３のいずれか一つの態様にかかる電動機であって、前記界磁磁石は希土類磁石である。

【発明の効果】

【0012】

本発明にかかる電動機の第１の態様によれば、界磁磁石は界磁磁石と径方向において隣り合い、かつ、径方向に沿って見て電機子巻線の内部に位置しているので、界磁磁石には、電機子巻線の磁束よりも界磁巻線の磁束の方が流れやすい。かかる電動機において、界磁巻線のインダクタンスを電機子巻線のインダクタンスよりも大きくするので、界磁巻線に流れる電流の高調波成分、とりわけ、PWM制御によるキャリア周波数成分を低減することができ、ひいては、界磁巻線の磁束の高調波成分を低減できる。磁束の高調波成分は渦電流を引き起こすので、界磁磁石の渦電流を効果的に低減できる。

【0013】

本発明にかかる電動機の第２の態様によれば、界磁巻線のインダクタンスを電機子巻線のインダクタンスよりも大きくしやすい。

【0014】

本発明にかかる電動機の第３の態様によれば、界磁巻線のインダクタンスを電機子巻線のインダクタンスよりも大きくしやすい。

【0015】

本発明にかかる電動機の第４の態様によれば、希土類磁石は渦電流が流れやすい。よって、本電動機がより有効である。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】電動機の概略的な構成の一例を示す断面図である。

【図2】磁束の流れを説明するための図である。

【図3】磁束の流れを説明するための図である。

【図4】固定子の概略的な構成の一例を示す断面図である。

【図5】電動機の概略的な構成の一例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

＜電機子の全体構成＞
図１は電動機１の概略的な構成の一例を示す断面図であり、仮想的な回転軸Ｐを含む断面において、電動機１の構成を示している。この電動機１は例えば自動車用モータに適用することができる。

【0018】

以下では、回転軸Ｐに沿う方向を軸方向と呼び、回転軸Ｐを中心とした周方向および径方向をそれぞれ単に周方向および径方向と呼ぶ。

【0019】

電動機１は回転子１０と固定子２０とを備えている。回転子１０と固定子２０とは径方向においてエアギャップを介して互いに対面している。図１の例示では、回転子１０は固定子２０に対して回転軸Ｐ側（内周側）において対面する。このような電動機１はいわゆるインナーロータ型の電動機である。

【0020】

回転子１０は回転子コア１１を有している。回転子コア１１は軟磁性体で形成されており、複数の突部１１１と、回転子ヨーク１１２とを有している。複数の突部１１１は周方向に沿って間隔を空けて並んで配置されており、回転軸Ｐを中心とした径方向において固定子２０側へと突出する。回転子ヨーク１１２は、複数の突部１１１の固定子２０とは反対側の端部同士を周方向において磁気的に連結する。回転子コア１１は、軸方向に沿って見て、歯車形状を有している。

【0021】

図１の例示では、回転子ヨーク１１２には回転軸Ｐを含む領域において、貫通孔１１３が形成されている。貫通孔１１３は軸方向に沿って回転子ヨーク１１２を貫通する。この貫通孔１１３には不図示のシャフトが挿入されて、回転子ヨーク１１２がシャフトに固定される。なお、シャフトが、回転子１０の軸方向の両側に設けられる端板に取り付けられる場合などには、貫通孔１１３は不要である。

【0022】

回転子コア１１は例えば軸方向に沿って積層された複数の積層鋼板によって形成されてもよく、あるいは、絶縁物を含んで構成される圧粉磁心であってもよい。これによって、回転子コア１１に生じる渦電流を低減できる。

【0023】

固定子２０は、固定子コア２１と、界磁磁石２２と、界磁巻線２３と、電機子巻線２４とを備えている。

【0024】

固定子コア２１は軟磁性体で形成されており、複数のティース２１１と固定子ヨーク２１２とを備えている。図１の例示では、ティース２１１は偶数個設けられており、これらが回転軸Ｐの周囲に配置される。より具体的には、ティース２１１は周方向に沿って間隔を空けて並んで配置され、回転軸Ｐを中心として放射状に配置される。

【0025】

固定子ヨーク２１２はティース２１１の一端（回転子１０とは反対側の一端）同士を磁気的に連結する。固定子ヨーク２１２は例えば回転軸Ｐを中心とした略円筒状の形状を有している。このような固定子コア２１には、ティース２１１の周方向における相互間に空間（以下、スロットと呼ぶ）２１３が形成されることになる。図１の例示では、ティース２１１が偶数個設けられるので、スロット２１３も偶数個形成される。

【0026】

固定子コア２１は例えば軸方向に沿って積層された複数の積層鋼板によって形成されてもよく、あるいは、絶縁物を含んで構成される圧粉磁心であってもよい。これによって、固定子コア２１に生じる渦電流を低減できる。

【0027】

界磁磁石２２は永久磁石であって、例えば希土類磁石である。希土類磁石は高い残留磁束密度と保磁力とを有している。よって、電動機１の効率を高めることができる。その一方で、希土類磁石には渦電流が生じやすい。特にネオジム磁石（ネオジム、鉄およびホウ素を主成分とした磁石）は鉄を主成分の一つとして含むので、その焼結体は、導電率が高く、渦電流が生じやすい。よって、以下で述べるように、界磁磁石２２の渦電流を低減できる本電動機１は、特に有効である。

【0028】

複数の界磁磁石２２は、スロット２１３のうち、複数の界磁スロット２１３ａ内に配置される。図１の例示では、界磁スロット２１３ａはスロット２１３のうち、周方向において一つ飛ばしで隣り合うスロットである。これら複数の界磁磁石２２は周方向において互いに同じ極性の磁極面を向けて配置されている。つまり、界磁磁石２２は略周方向に沿って磁化されており、周方向で隣り合う界磁磁石２２の対向面は、互いに同じ極性の磁極面である。言い換えれば、複数の界磁磁石２２は、周方向の一方側に向かって、交互に異なる極性の磁極面を向けて配置される。

【0029】

界磁巻線２３は界磁スロット２１３ａにおいてティース２１１に巻回される。より具体的には、界磁巻線２３は、周方向において互いに隣り合う一対の界磁スロット２１３ａによって挟まれる一対のティース２１１（以下、一対の界磁ティース２１１ａとも呼ぶ）に対して、巻回される。つまり、この一対の界磁ティース２１１ａを一つのティースとみなして、これに界磁巻線２３が電機子スロット２１３ｂを無視すれば集中巻で巻回されるのである。界磁巻線２３は径方向に沿う軸を巻回軸として、この一対の界磁ティース２１１ａに巻回される。

【0030】

以上のように、界磁スロット２１３ａには界磁磁石２２と界磁巻線２３とが配置されるところ、界磁巻線２３は界磁磁石２２と径方向において隣り合っている。図１の例示では、界磁磁石２２が界磁巻線２３に対して回転子１０側に配置されている。

【0031】

界磁巻線２３は直流励磁されて、直流電流が流れる。界磁巻線２３に流れる直流電流の向きは、当該界磁巻線２３と隣り合う界磁磁石２２の極性に応じて決まる。この直流電流の向きについては後に詳述する。

【0032】

電機子巻線２４は、スロット２１３のうち、界磁スロット２１３ａ以外の電機子スロット２１３ｂにおいて、ティース２１１に巻回されている。電機子スロット２１３ｂはスロット２１３のうち界磁スロット２１３ａの相互間に位置するスロットである。つまり、ティース２１１は界磁スロット２１３ａおよび電機子スロット２１３ｂを周方向において交互に形成する。電機子巻線２４は、周方向において隣り合う一対の電機子スロット２１３ｂによって挟まれる一対のティース２１１（以下、電機子ティース２１１ｂとも呼ぶ）に対して、巻回される。つまり、この一対の電機子ティース２１１ｂを一つのティースとみなして、これに電機子巻線２４が集中巻で巻回されるのである。電機子巻線２４も径方向に沿う軸を巻回軸として、一対の電機子ティース２１１ｂに巻回される。

【0033】

このような固定子２０において、径方向に沿って見れば、界磁磁石２２が電機子巻線２４の内部に位置することとなる。

【0034】

電機子巻線２４は交流励磁されて、交流電流が流れる。電機子巻線２４に適切に交流電流が流されることによって、電機子巻線２４は回転子１０へと回転磁界を供給することができる。回転子コア１１はこの回転磁界に応じて回転軸Ｐの周りを回転する。

【0035】

なお、電機子巻線２４および界磁巻線２３は、これを構成する導線の一本一本を指すのではなく、導線が一纏まりに巻回された態様を指す。これは図面においても同様である。また、巻き始め及び巻き終わりの引き出し線、及びそれらの結線も図面においては省略した。

【0036】

＜界磁巻線の直流励磁＞
界磁巻線２３には、次のように電流を流す。即ち、界磁磁石２２が発生させる磁束（以下「磁石磁束」と仮称する）が回転子コア１１を経由するように、界磁巻線２３に直流電流を流す。もし磁石磁束が固定子ヨーク２１２を通れば、磁石磁束の多くは固定子ヨーク２１２を通って回転子コア１１を通らない。よって、磁石磁束が固定子ヨーク２１２を通らないように、界磁巻線２３に電流を流すのである。したがって、界磁巻線２３には次のように電流を流せばよい。即ち、界磁巻線２３に電流が流れない状態で磁石磁束が固定子ヨーク２１２を流れる方向と反対方向に、界磁巻線２３の磁束（以下、「巻線磁束」と仮称）が固定子ヨーク２１２を流れるように、界磁巻線２３に電流を流せばよい。これにより、磁石磁束および巻線磁束が回転子コア１１を経由して流れることとなる。

【0037】

このように、磁石磁束および巻線磁束は回転子コア１１を経由して流れて、界磁磁束として作用する。したがって、界磁巻線２３に流れる直流電流を制御することで、界磁磁束の大きさを制御することができる。例えば低速回転時に界磁磁束の大きさを増大させて、大きなトルクを出力する強め界磁制御を行い、高速回転時に界磁磁束の大きさを低減させて、回転速度を高める弱め界磁制御を行うことができる。

【0038】

界磁巻線２３に流れる直流電流は、例えばチョッパ回路（例えば降圧回路、昇圧回路または昇降圧回路）などによって制御される。より具体的には、界磁巻線２３に印加される直流電圧を、当該チョッパ回路によって生成する。このチョッパ回路はスイッチング素子を有し、スイッチング素子のオン／オフが適宜に切り替わることによって、直流電圧が制御される。このようなスイッチング素子の制御は例えば周知のＰＷＭ(Pulse Width Modulation)方式によって行うことができる。

【0039】

したがって、界磁巻線２３に流れる直流電流は、スイッチング素子のオン／オフに伴う高調波成分を含んでおり、この直流電流の高調波成分は、巻線磁束の高調波成分を生じさせる。このような巻線磁束の高調波成分は、渦電流を生じさせるので好ましくない。

【0040】

＜電機子巻線の交流励磁＞
電機子巻線２４には適宜に交流電流が流れ、これにより回転子１０へと回転磁界を印加する。例えば電機子巻線２４は三相の電機子巻線が採用され、これら電機子巻線２４には三相の交流電流が流れる。電機子巻線２４に流れる交流電流は、例えばインバータなどによって制御される。より具体的には、電機子巻線２４に印加される交流電圧（例えば三相の交流電圧）を、当該インバータによって生成する。このインバータはスイッチング素子を有し、スイッチング素子のオン／オフが適宜に切り替わることによって、交流電圧の振幅および周波数が適宜に制御される。このようなスイッチング素子の制御も例えば周知のＰＷＭ(Pulse Width Modulation)方式によって行うことができる。

【0041】

したがって、電機子巻線２４に流れる交流電流は、主として回転磁界を生じさせる基本波成分と、スイッチング素子のオン／オフに伴う高調波成分とを含んでいる。

【0042】

電機子巻線２４の磁束は交番磁束であるので、これに起因して渦電流が生じる。またスロット高調波等の影響により、交流電流に生じる高調波成分に起因して、交番磁束にも高調波成分が生じる。この交番磁束の高調波成分も渦電流を生じさせる。

【0043】

＜界磁磁石に生じる渦電流＞
上述の通り、界磁巻線２３および電機子巻線２４の磁束によって渦電流が生じる。磁束は回転子コア１１、固定子コア２１および界磁磁石２２を流れるので、渦電流は回転子コア１１、固定子コア２１および界磁磁石２２において生じるが、ここでは界磁磁石２２の渦電流について考察する。

【0044】

さて、電機子巻線２４による磁束は界磁磁石２２をあまり通らず、界磁巻線２３による磁束の方が界磁磁石２２を通りやすい。その理由について以下に述べる。ここでは簡単のために、回転子コア１１を無視する。つまり、電機子巻線２４および界磁巻線２３の磁束が流れる経路は、回転子コア１１の回転位置によって変化するものの、ここでは簡単のために、当該経路を平均的に考慮しているのである。

【0045】

電機子巻線２４は上述のように径方向に沿う軸を巻回軸として巻回されている。よって、電機子巻線２４の内部において磁束は径方向に沿って流れる。また図１から理解されるように、電機子巻線２４の内部には、一対の電機子ティース２１１ｂ、界磁磁石２２および界磁巻線２３が配置されている。そして、界磁磁石２２と界磁巻線２３とが、一対の電機子ティース２１１ｂの間において、径方向で互いに隣り合う。この界磁磁石２２の透磁率は固定子コア２１の透磁率に比べて低い。また界磁巻線２３はその導線間が絶縁されており、その絶縁部材の透磁率は固定子コア２１の透磁率に比べて低い。したがって、電機子巻線２４による当該磁束は電機子巻線２４の内部において、主として一対の電機子ティース２１１ｂを径方向に沿って通り、界磁巻線２３および界磁磁石２２を通りにくい。

【0046】

界磁巻線２３も上述のように径方向を軸として巻回されている。よって、界磁巻線２３の内部において磁束は径方向に沿って流れる。しかるに界磁磁石２２は電機子巻線２４とは違って、界磁巻線２３と径方向において隣り合う位置に設けられている。巻線磁束は、界磁巻線２３と径方向で隣接する領域において周方向に流れるところ、より界磁巻線２３に近い界磁磁石２２を流れやすい。

【0047】

したがって、界磁磁石２２の渦電流の低減という観点では、界磁巻線２３の磁束に起因する渦電流を低減させることが望ましい。

【0048】

＜界磁巻線２３のインダクタンスと電機子巻線２４のインダクタンス＞
界磁巻線２３のインピーダンスは周波数とインダクタンスとの積で表される。よって、当該インダクタンスを高めることで、特に高調波成分についてのインピーダンスを増大できる。したがって、界磁巻線２３に流れる直流電流の高調波成分を低減することができる。よって界磁巻線２３のインダクタンスを高めることにより、磁束の高調波成分も低減することができ、ひいては界磁磁石２２に生じる渦電流を低減することができるのである。しかも、上述のとおり、界磁巻線２３による磁束の方が、電機子巻線２４による磁束よりも、界磁磁石２２を通りやすい。

【0049】

また電機子巻線２４のインピーダンスも周波数とインダクタンスとの積で表されるので、交流電流の周波数が高いほど、電機子巻線２４のインピーダンスも高くなる。電機子巻線２４に流れる交流電流の周波数（基本波成分の周波数）を高めると、電動機１の回転速度を高めることができる。つまり、電動機１が高速で回転しているときほど、交流電流に対する電機子巻線２４のインピーダンスが高くなる。したがって、十分な交流電流を流すために、電機子巻線２４のインダクタンスはある程度制限されることが望ましい。

【0050】

そこで、界磁巻線２３のインダクタンスを電機子巻線２４のインダクタンスよりも大きく設定する。ここで、「大きい」とは、単なる大小関係を含むが、実際は、たとえば２倍以上、といった、十分に大きいことが望ましい。

【0051】

なお界磁巻線２３および電機子巻線２４のインダクタンスは、回転子コア１１の回転位置によって変動するところ、全ての回転位置において、界磁巻線２３のインダクタンスが電機子巻線２４のインダクタンスよりも大きく設定されることが望ましい。

【0052】

＜インダクタンスの設定＞
巻線のインダクタンスは、巻線の巻数の二乗と、巻線の磁束が流れる経路の磁気抵抗の逆数との積で決まる。よって、界磁巻線２３の巻数は電機子巻線２４の巻数よりも大きく設定されるとよい。これにより、その逆の場合に比べて、界磁巻線２３のインダクタンスを電機子巻線２４のインダクタンスよりも大きくしやすい。

【0053】

次に、界磁巻線２３の磁束が流れる経路と、電機子巻線２４の磁束が流れる経路について考察するとともに、その磁気抵抗について考える。まず回転子コア１１の偏在を平均的に考慮すべく、回転子コア１１を無視する。図２に示すように、界磁巻線２３の磁束は、固定子ヨーク２１２のうち、界磁スロット２１３ａと径方向において隣接する第１ヨーク部分２１２ａを通る。一方で、電機子巻線２４の磁束は、図３に示すように、固定子ヨーク２１２のうち、電機子スロット２１３ｂと径方向において隣接する第２ヨーク部分２１２ｂを通る。

【0054】

但し、電機子巻線２４の磁束は、周知のように、第１ヨーク部分２１２ａを流れることもある。これは電機子巻線２４に印加される交流電圧の状態に依存する。そして、電機子巻線２４の磁束が第１ヨーク部分２１２ａを流れないときには、第１ヨーク部分２１２ａは電機子巻線２４のインダクタンスに影響を与えない。よって、第１ヨーク部分２１２ａは界磁巻線２３のインダクタンスに対してより大きな影響を与える。簡潔に言えば、第１ヨーク部分２１２ａの磁気抵抗を小さくすれば、電機子巻線２４のインダクタンスよりも大きい量で、界磁巻線２３のインダクタンスを大きくできる。

【0055】

さて磁気抵抗は、コアの当該磁束に垂直な断面の面積が大きいほど、小さい。そして、磁束は第１ヨーク部分２１２ａおよび第２ヨーク部分２１２ｂをそれぞれ周方向に沿って流れるので、第１ヨーク部分２１２ａおよび第２ヨーク部分２１２ｂの径方向に沿う幅が、それぞれ第１ヨーク部分２１２ａおよび第２ヨーク部分２１２ｂの磁気抵抗に影響する。より具体的には、当該幅が広いほど磁気抵抗は小さい。

【0056】

そこで図４に例示するように、第１ヨーク部分２１２ａの幅Ｗ１を、第２ヨーク部分２１２ｂの幅Ｗ２よりも広く設定するとよい。これにより、その逆の場合に比べて、界磁巻線２３のインダクタンスを電機子巻線２４のインダクタンスよりも大きく設定しやすい。

【0057】

＜界磁磁石と界磁巻線との位置＞
図５は電動機１の概略的な構成の他の一例を示す断面図である。この電動機１は界磁磁石２２と界磁巻線２３との位置という点で、図１の電動機１と相違する。図５の例示では、界磁磁石２２は界磁巻線２３に対して回転子１０とは反対側に設けられている。

【0058】

かかる電動機１においても、界磁巻線２３には、自身と隣り合う界磁磁石２２の磁束が、対応する第１ヨーク部分２１２ａに流れないように、直流電流を流す。そして、この直流電流が制御されることで、界磁磁束の大きさが制御される。

【0059】

また図５の電動機１であっても、界磁巻線２３のインダクタンスが電機子巻線２４のインダクタンスよりも大きく設定される。これにより、上述した効果を奏する。また、界磁巻線２３の巻数は電機子巻線２４の巻数よりも大きく設定されることが望ましく、さらに、第１ヨーク部分２１２ａの径方向に沿う幅は第２ヨーク部分２１２ｂの径方向に沿う幅よりも広いことが望ましい。界磁巻線２３のインダクタンスを電機子巻線２４のインダクタンスよりも大きくしやすいからである。

【0060】

なお、本発明は、その発明の範囲内において、相互に矛盾しない限り、上記の種々の実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

【符号の説明】

【0061】

１ 電動機
１０ 回転子
２０ 固定子
２２ 界磁磁石
２３ 界磁巻線
２４ 電機子巻線
２１１ ティース
２１２ ヨーク
２１２ａ 第１ヨーク部分
２１２ｂ 第２ヨーク部分
２１３ スロット
２１３ａ 界磁スロット
２１３ｂ 電機子スロット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】