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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024108425
(43)【公開日】2024-08-13
(54)【発明の名称】回転電機のロータ構造
(51)【国際特許分類】
H02K 1/276 20220101AFI20240805BHJP
【ＦＩ】
H02K1/276
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023012780
(22)【出願日】2023-01-31
(71)【出願人】
【識別番号】000003137
【氏名又は名称】マツダ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】板坂 直樹
【テーマコード（参考）】
5H622
【Ｆターム（参考）】
5H622AA03
5H622CA02
5H622CA07
5H622CA10
5H622CB02
5H622PP10
(57)【要約】
【課題】第１磁力可変磁石５１に入力する磁束の制御性を向上させることにある。
【解決手段】ロータ１０の各磁極部１２は、径方向に着磁された磁力固定磁石４０と、磁力固定磁石４０の周方向の一端側及び他端側にそれぞれ配置され、所定の磁束により周方向における磁化状態を変化させることが可能な第１磁力可変磁石５１と、磁力固定磁石４０と第１磁力可変磁石５１との間に形成され、ロータコア１１よりも磁気抵抗が高い高磁気抵抗部８０と、を有する。高磁気抵抗部８０は、磁力固定磁石４０の近傍位置でかつ径方向に延びる第１縦延び部と、第１磁力可変磁石５１の近傍位置で径方向に延びる第２縦延び部と、第１縦延び部と第２縦延び部とを周方向に接続する横延び部とを有する。
【選択図】図５
【解決手段】ロータ１０の各磁極部１２は、径方向に着磁された磁力固定磁石４０と、磁力固定磁石４０の周方向の一端側及び他端側にそれぞれ配置され、所定の磁束により周方向における磁化状態を変化させることが可能な第１磁力可変磁石５１と、磁力固定磁石４０と第１磁力可変磁石５１との間に形成され、ロータコア１１よりも磁気抵抗が高い高磁気抵抗部８０と、を有する。高磁気抵抗部８０は、磁力固定磁石４０の近傍位置でかつ径方向に延びる第１縦延び部と、第１磁力可変磁石５１の近傍位置で径方向に延びる第２縦延び部と、第１縦延び部と第２縦延び部とを周方向に接続する横延び部とを有する。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ロータコアを有するロータと、該ロータの径方向の外側に配置され、電流を流すためのコイルが巻き付けられたステータとを備える回転電機のロータ構造であって、
前記ロータコアに設けられ、周方向に並ぶ複数の磁極部を備え、
前記各磁極部は、
径方向に着磁された磁力固定磁石と、
前記径方向における前記磁力固定磁石よりも外側でかつ前記周方向における前記磁力固定磁石の一端側及び他端側にそれぞれ配置され、それぞれが所定の磁束により前記周方向における磁化状態を変化させることが可能な第１磁力可変磁石と、
をそれぞれ有し、
前記ロータコアの、前記周方向における前記磁力固定磁石と前記第１磁力可変磁石との間には、前記ロータコアよりも磁気抵抗が高い高磁気抵抗部が形成されており、
前記高磁気抵抗部は、
前記周方向における前記磁力固定磁石の近傍位置でかつ前記磁力固定磁石の位置から前記ロータコアの外縁部に向かって前記径方向に延びる第１縦延び部と、
前記周方向における前記第１磁力可変磁石の近傍位置で前記ロータコアの外縁部に向かって前記径方向に延びる第２縦延び部と、
前記第１縦延び部と前記第２縦延び部とを前記周方向に接続する横延び部と、
を有することを特徴とする回転電機のロータ構造。
前記ロータコアに設けられ、周方向に並ぶ複数の磁極部を備え、
前記各磁極部は、
径方向に着磁された磁力固定磁石と、
前記径方向における前記磁力固定磁石よりも外側でかつ前記周方向における前記磁力固定磁石の一端側及び他端側にそれぞれ配置され、それぞれが所定の磁束により前記周方向における磁化状態を変化させることが可能な第１磁力可変磁石と、
をそれぞれ有し、
前記ロータコアの、前記周方向における前記磁力固定磁石と前記第１磁力可変磁石との間には、前記ロータコアよりも磁気抵抗が高い高磁気抵抗部が形成されており、
前記高磁気抵抗部は、
前記周方向における前記磁力固定磁石の近傍位置でかつ前記磁力固定磁石の位置から前記ロータコアの外縁部に向かって前記径方向に延びる第１縦延び部と、
前記周方向における前記第１磁力可変磁石の近傍位置で前記ロータコアの外縁部に向かって前記径方向に延びる第２縦延び部と、
前記第１縦延び部と前記第２縦延び部とを前記周方向に接続する横延び部と、
を有することを特徴とする回転電機のロータ構造。
【請求項2】
請求項１に記載の回転電機のロータ構造において、
前記横延び部の磁気抵抗の最小値は、前記第１縦延び部の磁気抵抗の最小値よりも大きくかつ前記第２縦延び部の磁気抵抗の最小値よりも小さいことを特徴とする回転電機のロータ構造。
前記横延び部の磁気抵抗の最小値は、前記第１縦延び部の磁気抵抗の最小値よりも大きくかつ前記第２縦延び部の磁気抵抗の最小値よりも小さいことを特徴とする回転電機のロータ構造。
【請求項3】
請求項２に記載の回転電機のロータ構造において、
前記第１縦延び部、前記第２縦延び部、及び前記横延び部の単位磁路長あたりの磁気抵抗は、それぞれ略同じであり、
前記横延び部の前記径方向における幅の最小値は、前記第１縦延び部の前記周方向における幅の最小値よりも大きくかつ前記第２縦延び部の前記周方向における幅の最小値よりも小さいことを特徴とする回転電機のロータ構造。
前記第１縦延び部、前記第２縦延び部、及び前記横延び部の単位磁路長あたりの磁気抵抗は、それぞれ略同じであり、
前記横延び部の前記径方向における幅の最小値は、前記第１縦延び部の前記周方向における幅の最小値よりも大きくかつ前記第２縦延び部の前記周方向における幅の最小値よりも小さいことを特徴とする回転電機のロータ構造。
【請求項4】
請求項３に記載の回転電機のロータ構造において、
前記各磁極部は、前記磁力固定磁石の一端側及び他端側に、該磁力固定磁石に隣接してそれぞれ配置され、該磁力固定磁石の磁束と直列になるように前記周方向に着磁された補助磁力固定磁石をそれぞれ有することを特徴とする回転電機のロータ構造。
前記各磁極部は、前記磁力固定磁石の一端側及び他端側に、該磁力固定磁石に隣接してそれぞれ配置され、該磁力固定磁石の磁束と直列になるように前記周方向に着磁された補助磁力固定磁石をそれぞれ有することを特徴とする回転電機のロータ構造。
【請求項5】
請求項１～４のいずれか１つに記載の回転電機のロータ構造において、
前記第１縦延び部及び前記横延び部は空隙で形成されていることを特徴とする回転電機のロータ構造。
前記第１縦延び部及び前記横延び部は空隙で形成されていることを特徴とする回転電機のロータ構造。
【請求項6】
請求項５に記載の回転電機のロータ構造において、
前記第２縦延び部は、所定の磁束により前記周方向における磁化状態を変化させることが可能な第２磁力可変磁石で形成されていることを特徴とする回転電機のロータ構造。
前記第２縦延び部は、所定の磁束により前記周方向における磁化状態を変化させることが可能な第２磁力可変磁石で形成されていることを特徴とする回転電機のロータ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
ここに開示された技術は、回転電機のロータ構造に関する技術分野に属する。
【背景技術】
【0002】
近年、回転電機のロータとして、磁化状態を変更困難な磁力固定磁石と、磁化状態を変更容易な磁力可変磁石とを備えるものが提案されている。
【0003】
特許文献１には、ロータコアの周方向に並ぶ複数の磁極部を備え、各磁極部は、周方向の中央に配置された第１磁力固定磁石と、第１磁力固定磁石の周方向の両側でかつ磁力固定磁石よりも径方向の外側に配置されかつ磁化状態を変更可能な磁力可変磁石と、第１磁力固定磁石よりも径方向の内側に配置された第２磁力固定磁石と、を備え、第１磁力固定磁石が磁力可変磁石に対して磁気的に直列となるように配置され、第２磁力固定磁石が磁力可変磁石に対して磁気的に並列となるように配置されたロータ構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２１－２７７００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に記載のようなロータ構造の場合、第１磁力固定磁石及び第２磁力固定磁石が、径方向外側がＮ極となるように着磁されているときには、磁力可変磁石の磁化方向が、磁力可変磁石から第１磁力固定磁石に向かう方向の場合には、ステータと鎖交する磁束が増加した状態（以下、増磁状態という）になる一方、磁力可変磁石の磁化方向が、第１磁力固定磁石から磁力可変磁石に向かう方向の場合には、ステータと鎖交する磁束が減少した状態（以下、減磁状態という）になる。
【0006】
ここで、増磁状態から減磁状態との切り換えの際には磁力可変磁石に磁束を集中させて、磁力可変磁石の磁化状態を変化させる必要がある。一方で、モータを高出力で運転させる際には、ステータとロータとの各磁力の対抗成分を略一致させた状態を維持するために、磁力可変磁石の磁化状態を変化させないように、磁力可変磁石には磁束が入力されにくくする必要がある。
【0007】
本願発明者らが鋭意研究したところ、特許文献１に記載のようなロータ構造では、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、コイルに流れる電流の大小では、ステータ側からの磁束と磁力固定磁石からの磁束とが反発する位置が僅かに異なるだけで、いずれの場合であっても、磁束が磁力可変磁石に入力されてしまうことが分かった。このため、磁力可変磁石に入力する磁束の制御性の観点からは改良の余地がある。
【0008】
ここに開示された技術は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、磁力可変磁石に入力する磁束の制御性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記課題を解決するために、ここに開示された技術の第１の態様では、ロータコアを有するロータと、該ロータの径方向の外側に配置され、電流を流すためのコイルが巻き付けられたステータとを備える回転電機のロータ構造を対象として、前記ロータコアに設けられ、周方向に並ぶ複数の磁極部を備え、前記各磁極部は、径方向に着磁された磁力固定磁石と、前記径方向における前記磁力固定磁石よりも外側でかつ前記周方向における前記磁力固定磁石の一端側及び他端側にそれぞれ配置され、それぞれが所定の磁束により前記周方向における磁化状態を変化させることが可能な第１磁力可変磁石と、をそれぞれ有し、前記ロータコアの、前記周方向における前記磁力固定磁石と前記第１磁力可変磁石との間には、前記ロータコアよりも磁気抵抗が高い高磁気抵抗部が形成されており、前記高磁気抵抗部は、前記周方向における前記磁力固定磁石の近傍位置でかつ前記磁力固定磁石の位置から前記ロータコアの外縁部に向かって前記径方向に延びる第１縦延び部と、前記周方向における前記第１磁力可変磁石の近傍位置で前記ロータコアの外縁部に向かって前記径方向に延びる第２縦延び部と、前記第１縦延び部と前記第２縦延び部とを前記周方向に接続する横延び部と、を有する、という構成とした。
【0010】
この構成では、磁力固定磁石の磁化方向が径方向の内側から外側に向かう方向である磁極部は、第１磁力可変磁石の磁化方向が、第１磁力可変磁石から磁力固定磁石に向かう方向の場合には、ステータと鎖交する磁束が増加した状態（以下、増磁状態という）になる一方、第１磁力可変磁石の磁化方向が、磁力固定磁石から第１磁力可変磁石に向かう方向の場合には、ステータと鎖交する磁束が減少した状態（以下、減磁状態という）になる。
【0011】
前記の構成では、高磁気抵抗部に第１縦延び部と第２縦延び部とがあることで、磁力固定磁石からの磁束は、第１磁力可変磁石に流れにくくなって、磁力固定磁石付近で短絡する。コイルに流す電流が小さいときには、ステータからの磁束と磁力固定磁石からの磁束とが相殺されて、ロータコアにはほとんど侵入しない。また、ステータからの磁束がロータコアに侵入したとしても、ステータからの磁束は、第１縦延び部と第２縦延び部とによって、第１磁力可変磁石への磁束の流れが妨げられる。また、コイルに流す電流が小さいときには、磁力固定磁石からの磁束は、ステータからの磁束と弱く反発するだけであるため、短絡経路を形成したまま第１磁力可変磁石には流れにくい。一方で、コイルに流す電流が大きいときには、ステータからの磁束と磁力固定磁石からの磁束とが互いに強く反発する。これにより、互いに反発した磁力固定磁石からの磁束とステータからの磁束とは、第１縦延び部と第２縦延び部を通過して、第１磁力可変磁石に向かって流れる。このとき、横延び部があることにより当該反発磁束を第１磁力可変磁石に効率的に流すことができる。したがって、磁力可変磁石に入力する磁束の制御性を向上させることができる。
【0012】
ここに開示された技術の第２の態様は、前記第１の態様において、前記横延び部の磁気抵抗の最小値は、前記第１縦延び部の磁気抵抗の最小値よりも大きくかつ前記第２縦延び部の磁気抵抗の最小値よりも小さい。
【0013】
この構成によると、高磁気抵抗部において、磁束は、第１縦延び部が最も通過しやすく、第２縦延び部が最も通過しにくい。このため、磁力固定磁石からの磁束は、第１縦延び部を通過したとしても、第２縦延び部により第１磁力可変磁石への流入が妨げられて、短絡経路を形成しやすくなる。これにより、磁力可変磁石に入力する磁束の制御性をより向上させることができる。
【0014】
ここに開示された技術の第３の態様では、前記第２の態様において、前記第１縦延び部、前記第２縦延び部、及び前記横延び部の単位磁路長あたりの磁気抵抗は、それぞれ略同じであり、前記横延び部の前記径方向における幅の最小値は、前記第１縦延び部の前記周方向における幅の最小値よりも大きくかつ前記第２縦延び部の前記周方向における幅の最小値よりも小さい。
【0015】
この構成によると、高磁気抵抗部の各部位における幅の最小値は、第１縦延び部、横延び部、第２縦延び部の順で大きい。各部位の単位磁路長あたりの磁気抵抗はそれぞれ略同じであるため、高磁気抵抗部において、磁束は、第１縦延び部が最も通過しやすく、第２縦延び部が最も通過しにくい。このため、磁力固定磁石からの磁束は、第１縦延び部を通過したとしても、第２縦延び部により第１磁力可変磁石への流入が妨げられて、短絡経路を形成しやすくなる。これにより、磁力可変磁石に入力する磁束の制御性をより向上させることができる。
【0016】
ここに開示された技術の第４の態様では、前記第３の態様において、前記各磁極部は、前記磁力固定磁石の一端側及び他端側に、該磁力固定磁石に隣接してそれぞれ配置され、該磁力固定磁石の磁束と直列になるように前記周方向に着磁された補助磁力固定磁石をそれぞれ有する。
【0017】
この構成によると、補助磁力固定磁石により、磁力固定磁石からの磁束が短絡経路を形成しやすくなる。これにより、磁力可変磁石に入力する磁束の制御性をより向上させることができる。
【0018】
ここに開示された技術の第５の態様では、前記第１～第４の態様のいずれか１つにおいて、前記第１縦延び部及び前記横延び部は空隙で形成されている。
【0019】
この構成によると、空隙の磁気抵抗は安定しているため、第１縦延び部及び横延び部を空隙で形成すれば、短絡経路を安定して形成することができる。また、ロータコアの軽量化も図ることができる。
【0020】
ここに開示された技術の第６の態様では、前記第５の態様において、前記第２縦延び部は、所定の磁束により前記周方向における磁化状態を変化させることが可能な第２磁力可変磁石で形成されている。
【0021】
すなわち、空隙と磁石との単位磁路長あたりの磁気抵抗は、略同じである。このため、コイルに流す電流が小さいときには、第２磁力可変磁石により、磁力固定磁石の磁束が第１磁力可変磁石に流れるのを抑制することができる。一方で、増磁状態から減磁状態にするために、コイルに大きな電流を流したときには、反発磁束が第２磁力可変磁石に流れることで、第２磁力可変磁石の磁化方向が変化する。これにより、該反発磁束は、第２磁力可変磁石を介して第１磁力可変磁石に流れやすくなる。したがって、磁力可変磁石に入力する磁束の制御性をより向上させることができる。
【発明の効果】
【0022】
以上説明したように、ここに開示された技術によると、磁力可変磁石に入力する磁束の制御性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0025】
（実施形態１）
図１に、本実施形態１に係るロータ構造を有する駆動モータ２を備えた自動車１を概略的に示す。ここで例示する自動車は、ハイブリッド車である。自動車の駆動源としては、開示する技術を適用した駆動モータ２（磁力可変モータ）とともにエンジン３が搭載されている。これらが協働して、４つの車輪４Ｆ，４Ｆ，４Ｒ，４Ｒのうち、左右対称状に位置する２輪（駆動輪４Ｒ）を回転駆動する。それにより、自動車１は移動（走行）する。
図１に、本実施形態１に係るロータ構造を有する駆動モータ２を備えた自動車１を概略的に示す。ここで例示する自動車は、ハイブリッド車である。自動車の駆動源としては、開示する技術を適用した駆動モータ２（磁力可変モータ）とともにエンジン３が搭載されている。これらが協働して、４つの車輪４Ｆ，４Ｆ，４Ｒ，４Ｒのうち、左右対称状に位置する２輪（駆動輪４Ｒ）を回転駆動する。それにより、自動車１は移動（走行）する。
【0026】
この自動車１の場合、エンジン３は車体の前側に配置されており、駆動輪４Ｒは車体の後側に配置されている。すなわち、この自動車１は、いわゆるＦＲ車である。更に、この自動車の駆動源の主体はエンジン３であり、駆動モータ２は、エンジン３の駆動をアシストする形で利用される（いわゆるマイルドハイブリット）。駆動モータ２はまた、発電機としても利用される（いわゆる回生）。
【0027】
エンジン３は、例えばガソリンを燃料にして燃焼を行う内燃機関である。エンジン３は、軽油を燃料とするディーゼル機関であってもよい。駆動モータ２は、第１クラッチ５を介してエンジン３の後方に連結されている。駆動モータ２は、三相の交流によって駆動する永久磁石同期モータである。
【0028】
この駆動モータ２は上述したように磁力可変モータである。そのロータには、後述する磁力固定磁石４０及び磁力可変磁石５１，５２が設けられていて、磁力の変更が可能に構成されている。モータ性能を向上するために、そのロータの構造は工夫が施されている。駆動モータ２の詳細については後述する。
【0029】
駆動モータ２は、インバータ６を介して駆動バッテリ７と接続されている。駆動バッテリ７は、複数のリチウムイオン電池で構成されている。駆動バッテリ７の定格電圧は５０Ｖ以下（具体的には４８Ｖ）である。駆動バッテリ７は、インバータ６に直流電力を供給する。インバータ６は、その直流電力を位相が異なる３相の交流電流に変換して駆動モータ２に供給する。それにより、駆動モータ２は回転する。
【0030】
駆動モータ２の後方には、第２クラッチ８を介して変速機９が連結されている。変速機９は、多段式自動変速機（いわゆるＡＴ）である。エンジン３及び／又は駆動モータ２によって出力される回転動力は、第２クラッチ８を通じて変速機９に出力される。変速機９はプロペラシャフトを介してデファレンシャルギアに連結されている。
【0031】
デファレンシャルギアは、一対の駆動シャフトを介して左右の駆動輪４Ｒに連結されている。自動車１の走行時（力行時）には、変速機９で変速された回転動力が、デファレンシャルギアで振り分けられて各駆動輪４Ｒに伝達される。
【0032】
自動車１の減速時（回生時）には、駆動モータ２を用いて消費されるエネルギーの回収が行われる。具体的には、自動車１が制動する時に、第２クラッチ８は連結したままで第１クラッチ５を解放する。そうすることにより、駆動輪の回転動力で駆動モータ２を回転させて発電する。その電力を駆動バッテリ７に充電してエネルギーを回収する。
【0033】
〈燃費の向上〉
ハイブリッド車の場合、力行時には主にエンジン３が用いられるので、燃費に対する駆動モータ２の影響は小さい。一方、回生時には主に駆動モータ２が用いられるので、燃費に対する駆動モータ２の影響は大きい。
ハイブリッド車の場合、力行時には主にエンジン３が用いられるので、燃費に対する駆動モータ２の影響は小さい。一方、回生時には主に駆動モータ２が用いられるので、燃費に対する駆動モータ２の影響は大きい。
【0034】
自動車１は高頻度で減速する。そのため、減速時に消費されるエネルギーは多い。従って、ハイブリッド車の燃費向上のためには、回生時のエネルギー回収率を高めることが重要である。
【0035】
そのためには、駆動モータ２の高出力化が有効であり、それに対して、駆動モータ２のロータ１０の磁力を変更可能にすること、すなわち、駆動モータ２に磁力可変モータを採用するのが効果的である。磁力可変モータであれば、広範囲な運転領域で力率を最適化することが可能になるので、高出力にできる。
【0036】
そして、力率を最適化、すなわち、ステータ２０とロータ１０との各磁力の対抗成分が略一致するようにすれば、駆動モータ２を高出力にできる。それに対し、通常の永久磁石型同期モータの場合、ロータ１０の磁力は一定である。そのため、力率を最適化できるのは一部の運転領域だけである。
【0037】
それに対し、磁力可変モータであれば、ロータ１０の磁力を変更できるので、広範囲な運転領域で力率を最適化できる。そして、広範囲な運転領域で力率を最適化できれば、駆動モータ２を高出力化できる。更に、工夫することによって高効率化も実現可能になるので、自動車１の燃費を向上できる。
【0038】
＜駆動モータの運転領域＞
図２に、駆動モータ２の運転領域を表したマップを例示する。このマップでは、回転数別のトルク（負荷）の上限値を示す負荷上限ラインＴｍにより、駆動モータ２が出力できる運転領域が画定されている。
図２に、駆動モータ２の運転領域を表したマップを例示する。このマップでは、回転数別のトルク（負荷）の上限値を示す負荷上限ラインＴｍにより、駆動モータ２が出力できる運転領域が画定されている。
【0039】
磁力可変モータの運転領域は、力率が最適化されるように、ロータ１０の磁力別に複数の磁化領域に区画されている。例示のマップでは、３つの磁化領域に区画されている。
【0040】
すなわち、最大トルクＴ１を含み、負荷上限ラインに沿って高負荷側に拡がる第１磁化領域Ｒｍ１と、第１磁化領域Ｒｍ１よりも低負荷側に拡がる第２磁化領域Ｒｍ２と、第２磁化領域Ｒｍ２よりも低負荷側に拡がり、高回転側において駆動モータ２が空運転するトルク（自動車１の走行に寄与しないトルク）Ｔ０を含む第３磁化領域Ｒｍ３と、に区画されている。
【0041】
これら磁化領域Ｒｍの各々は、それぞれの出力に対応した最適な磁力が設定される。通常、第１磁化領域Ｒｍ１の磁力は、第２磁化領域Ｒｍ２の磁力よりも高く、第３磁化領域Ｒｍ３の磁力は、第２磁化領域Ｒｍ２の磁力よりも低く設定される。
【0042】
自動車１の走行中、駆動モータ２の運転状態に基づいて磁化領域Ｒｍが予測され、磁化領域Ｒｍを移行する場合には、その磁化領域の磁力に合わせてロータ１０の磁力が変更される。例えば、第２磁化領域Ｒｍ２から第１磁化領域Ｒｍ１に移行する場合には、駆動モータ２で増磁が実行される。第２磁化領域Ｒｍ２から第３磁化領域Ｒｍ３に移行する場合には、駆動モータ２で減磁が実行される。
【0043】
詳細は後述するが、増磁又は減磁する場合には、ステータ２０に対してロータ１０が所定位置となるタイミングで、所定のコイル２２にパルス状の大電流を流す。そうすることによって処理対象とする磁力可変磁石５１，５２に対してステータ２０から強い磁界を発生させる。それにより、所定の磁力が得られるまで磁力可変磁石５１，５２を着磁する。
【0044】
増磁と減磁とでは発生させる磁界の向きは逆である。増磁では、磁力可変磁石５１，５２の磁力が磁力固定磁石４０の磁力と同方向に向くように着磁する。減磁では、磁力可変磁石５１，５２の磁力が磁力固定磁石４０の磁力と逆方向に向くように着磁する。着磁の状態により、磁力可変磁石５１，５２の磁力の向きを反転したり磁力の強さを大小に変化したりできる。
【0045】
しかしながら、着磁は車載機器の制限を受ける。すなわち、磁力可変磁石５１，５２の磁力を強く着磁するためには、大電流を駆動モータ２に供給する必要があり、駆動バッテリ７の電圧及びインバータ６の容量によって制限を受ける。
【0046】
これら機器を大型化することも考えられるが、車載されているので大型化することは難しい。そのため、既存の機器を用いる制限された条件下でも適切に着磁できるように、開示する技術では、駆動モータ２の構造、特にロータ１０の構造を工夫している。
【0047】
〈駆動モータの構成〉
図３は、駆動モータ２の横断面を示す。図３に示すように、駆動モータ２は、後述する磁極部１２を１６個有する１６極のモータである。駆動モータ２は、ロータ１０と、ステータ２０と、シャフト３０とを備える。
図３は、駆動モータ２の横断面を示す。図３に示すように、駆動モータ２は、後述する磁極部１２を１６個有する１６極のモータである。駆動モータ２は、ロータ１０と、ステータ２０と、シャフト３０とを備える。
【0048】
以下の説明では、以下の説明において、回転軸方向又は軸方向は、回転軸Ｊが延びている方向を表す。径方向は、回転軸Ｊを中心とした半径方向を表す。周方向は、回転軸Ｊを中心としたその周囲の方向を表す。径方向において、回転軸Ｊから遠い側を「径方向外側」といい、回転軸Ｊに近い側を「径方向内側」という。
【0049】
〔ステータ〕
ステータ２０は、径方向においてロータ１０と隙間を隔てて対向する。ステータ２０は、ステータコア２１と、複数のコイル２２とを有する。
ステータ２０は、径方向においてロータ１０と隙間を隔てて対向する。ステータ２０は、ステータコア２１と、複数のコイル２２とを有する。
【0050】
ステータコア２１は、円環状に形成されたバックヨーク２１ａと、バックヨーク２１ａから径方向内側に放射状に突出する複数（４８個）のティース２１ｂとを有する。例えば、ステータコア２１は、透磁率の高い複数の電磁鋼板を回転軸方向に積層して構成された積層コアである。
【0051】
複数のコイル２２は、複数のティース２１ｂに巻回される。複数のコイル２２が通電すると、複数のコイル２２に磁束が発生する。例えば、複数のコイル２２は、流れる電流の位相が異なるＵ相、Ｖ相、及びＷ相からなる三相のコイル群を構成している。各相のコイル２２は、周方向に順番に配置されている。
【0052】
この例では、複数のコイル２２において発生する磁束には、ロータ１０を回転させるための磁束である回転磁束と、後述する第１磁力可変磁石５１及び第２磁力可変磁石５２の磁化状態を変化させるための磁束である可変磁束（所定の磁束）とが含まれる。
【0053】
例えば、複数のコイル２２に交流電流を供給することにより、複数のコイル２２に回転磁束が発生する。この回転磁束によりロータ１０が回転する。また、ロータ１０の回転中（又は停止中）に、複数のコイル２２に所定の電流（例えば回転磁束を発生させる交流電流よりも高いパルス電流）を所定の時間だけ供給することにより、複数のコイル２２に可変磁束が発生する。この可変磁束により後述する第１磁力可変磁石５１及び第２磁力可変磁石５２の磁化状態が変化する。
【0054】
【0055】
〔ロータコア〕
ロータコア１１は、円柱状に形成される。例えば、ロータコア１１は、透磁率の高い複数枚の電磁鋼板が軸方向に積層された積層コアである。ロータコア１１の中央部には、軸孔が設けられる。軸孔には、シャフト３０が挿入されて固定される。
ロータコア１１は、円柱状に形成される。例えば、ロータコア１１は、透磁率の高い複数枚の電磁鋼板が軸方向に積層された積層コアである。ロータコア１１の中央部には、軸孔が設けられる。軸孔には、シャフト３０が挿入されて固定される。
【0056】
〔磁極部〕
複数の磁極部１２は、ロータコア１１に設けられ、周方向に並ぶ。複数の磁極部１２の各々は、磁力固定磁石４０と、第１磁力可変磁石５１と、第２磁力可変磁石５２と、第１補助磁力固定磁石６１と、第２補助磁力固定磁石６２と、を有する。
複数の磁極部１２は、ロータコア１１に設けられ、周方向に並ぶ。複数の磁極部１２の各々は、磁力固定磁石４０と、第１磁力可変磁石５１と、第２磁力可変磁石５２と、第１補助磁力固定磁石６１と、第２補助磁力固定磁石６２と、を有する。
【0057】
ロータ１０の周方向に相隣接する磁極部１２は、互いに磁性が異なっている。具体的には、磁力固定磁石４０、第１補助磁力固定磁石６１、及び第２補助磁力固定磁石６２の磁化方向が互いに逆向きになっている。以下の説明では、複数の磁極部１２のうち一部を第１磁極部１２Ｎといい、第１磁極部１２Ｎと周方向に相隣接する磁極部１２を第２磁極部１２Ｓという。
【0058】
尚、第１磁極部１２Ｎと第２磁極部１２Ｓとでは、磁力固定磁石４０、第１補助磁力固定磁石６１、及び第２補助磁力固定磁石６２の磁化方向が異なるだけで、構成自体は同じであるため、以下の説明では、特に言及しない限り、第１磁極部１２Ｎと第２磁極部１２Ｓとを区別せずに、単に磁極部１２として説明する。
【0059】
〈磁力固定磁石〉
磁力固定磁石４０は、一対の磁石で構成されている。磁力固定磁石４０は、ロータコア１１に埋め込まれる。この例では、磁力固定磁石４０は、ロータコア１１に設けられた磁力固定磁石孔Ｓ４０に収容される。また、磁力固定磁石４０は、径方向と直交する方向（接線方向）に延びる。具体的には、磁力固定磁石４０は、横断面形状が矩形状に形成され、長手方向が接線方向を向く。
磁力固定磁石４０は、一対の磁石で構成されている。磁力固定磁石４０は、ロータコア１１に埋め込まれる。この例では、磁力固定磁石４０は、ロータコア１１に設けられた磁力固定磁石孔Ｓ４０に収容される。また、磁力固定磁石４０は、径方向と直交する方向（接線方向）に延びる。具体的には、磁力固定磁石４０は、横断面形状が矩形状に形成され、長手方向が接線方向を向く。
【0060】
また、磁力固定磁石４０は、径方向に着磁される。この例では、第１磁極部１２Ｎの磁力固定磁石４０は、径方向外端がＮ極となるように着磁される。第２磁極部１２Ｓの磁力固定磁石４０は、径方向外端がＳ極となるように着磁される。
【0061】
磁力固定磁石４０には、ネオジム磁石などの、磁束密度が高く、保磁力も大きい磁石が用いられる。磁力固定磁石４０は、所定の磁束、例えば駆動バッテリ７及びインバータ６が出力可能な大電流（例えば７５０Ａｒｍｓ）で発生する磁束が印加されても磁化状態が実質的に変化しない。磁力固定磁石４０の保磁力は、第１磁力可変磁石５１及び第２磁力可変磁石５２の保磁力よりも高い。これら磁力固定磁石４０は、それぞれ異なる磁性体であってもよいが、このロータ１０では、同じ磁性体が用いられている。
【0062】
〈第１磁力可変磁石〉
第１磁力可変磁石５１は、第１磁極部１２Ｎにおける磁力固定磁石４０の周方向の一端側及び他端側の部分にそれぞれ配置される。各第１磁力可変磁石５１は、磁力固定磁石４０よりも径方向外側にそれぞれ配置される。
第１磁力可変磁石５１は、第１磁極部１２Ｎにおける磁力固定磁石４０の周方向の一端側及び他端側の部分にそれぞれ配置される。各第１磁力可変磁石５１は、磁力固定磁石４０よりも径方向外側にそれぞれ配置される。
【0063】
各第１磁力可変磁石５１は、ｑ軸に隣接して配置されている。第１磁極部１２Ｎの各第１磁力可変磁石５１は、第２磁極部１２Ｓの各第１磁力可変磁石５１とｑ軸を挟んで隣り合う。ｑ軸は、周方向において隣り合う２つの磁極部１２の間を通過して径方向に延びる仮想線である。
【0064】
第１磁力可変磁石５１とｑ軸との間の周方向の長さは、第１磁力可変磁石５１と磁力固定磁石４０との間の周方向長さよりも短い。第１磁力可変磁石５１は、周方向において磁力固定磁石４０と間隔をおいてそれぞれ対向する。
【0065】
第１磁力可変磁石５１は、ロータコア１１に埋め込まれる。この例では、第１磁力可変磁石５１は、ロータコア１１に設けられた第１磁力可変磁石孔Ｓ５１（図５参照）に収容される。また、第１磁力可変磁石５１は、ｑ軸（周方向において隣り合うｑ軸）に沿うように延びる。具体的には、第１磁力可変磁石５１は、横断面形状が矩形状に形成され、長手方向がｑ軸と平行な方向を向く。
【0066】
また、複数の磁極部１２の各々において、各第１磁力可変磁石５１は、磁力固定磁石４０の周方向における中央を通過して径方向に延びる仮想線（ｄ軸）を軸として対称となっている。
【0067】
〈第２磁力可変磁石〉
第２磁力可変磁石５２は、周方向において磁力固定磁石４０と各第１磁力可変磁石５１との間の位置にそれぞれ配置される。各第２磁力可変磁石５２は、径方向において、磁力固定磁石４０よりも径方向外側、より詳しくは、第１磁力可変磁石５１と同じ位置にそれぞれ配置される。
第２磁力可変磁石５２は、周方向において磁力固定磁石４０と各第１磁力可変磁石５１との間の位置にそれぞれ配置される。各第２磁力可変磁石５２は、径方向において、磁力固定磁石４０よりも径方向外側、より詳しくは、第１磁力可変磁石５１と同じ位置にそれぞれ配置される。
【0068】
第２磁力可変磁石５２は、周方向において磁力固定磁石４０と間隔をおいて対向する。第２磁力可変磁石５２とｑ軸との間の周方向長さは、第２磁力可変磁石５２と磁力固定磁石４０との間の周方向長さよりも短い。
【0069】
第２磁力可変磁石５２は、ロータコア１１に埋め込まれる。この例では、第２磁力可変磁石５２は、ロータコア１１に設けられた第２磁力可変磁石孔Ｓ５２（図５参照）に収容される。また、第２磁力可変磁石５２は、ｑ軸（周方向において隣り合うｑ軸）に沿うように延びる。具体的には、第２磁力可変磁石５２は、横断面形状が矩形状に形成され、長手方向がｑ軸と平行な方向を向く。
【0070】
各第２磁力可変磁石５２は、磁力固定磁石４０の周方向における中央を通過して径方向に延びる仮想線（ｄ軸）を軸として対称となっている。
【0071】
〈磁力可変磁石の磁気特性〉
第１磁力可変磁石５１及び第２磁力可変磁石５２には、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石などの、磁束密度は高いが、保磁力は小さい磁石が用いられる。第１磁力可変磁石５１及び第２磁力可変磁石５２の各々は、所定の磁束、例えば駆動バッテリ７及びインバータ６が出力可能な大電流（例えば７５０Ａｒｍｓ）で発生する磁束により、その磁力を変化させることができる。第１磁力可変磁石５１及び第２磁力可変磁石５２は、駆動モータ２を普通に駆動する時の電流の大きさでは、ほとんど着磁しない。このときには、第１磁力可変磁石５１及び第２磁力可変磁石５２も永久磁石として機能する。
第１磁力可変磁石５１及び第２磁力可変磁石５２には、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石などの、磁束密度は高いが、保磁力は小さい磁石が用いられる。第１磁力可変磁石５１及び第２磁力可変磁石５２の各々は、所定の磁束、例えば駆動バッテリ７及びインバータ６が出力可能な大電流（例えば７５０Ａｒｍｓ）で発生する磁束により、その磁力を変化させることができる。第１磁力可変磁石５１及び第２磁力可変磁石５２は、駆動モータ２を普通に駆動する時の電流の大きさでは、ほとんど着磁しない。このときには、第１磁力可変磁石５１及び第２磁力可変磁石５２も永久磁石として機能する。
【0072】
この例では、第１磁力可変磁石５１及び第２磁力可変磁石５２の各々の磁化容易方向は、周方向、より詳しくは、径方向と直交する方向（接線方向）を向く。第１磁力可変磁石５１の磁化困難方向は、第１磁力可変磁石５１の磁化容易方向と直交する方向（この例では径方向）を向く。第２磁力可変磁石５２の磁化困難方向は、第２磁力可変磁石５２の磁化容易方向と直交する方向（この例では径方向）を向く。
【0073】
また、この例では、第１磁力可変磁石５１及び第２磁力可変磁石５２の各々は、磁化方向が第１方向を向く状態と、磁化方向が第２方向を向く状態と、磁力が実質的にゼロとなるゼロ状態とに切り換え可能である。第１方向は、ティース２１ｂと鎖交する磁束（有効磁束）を増加させる方向である。第２方向は、ティース２１ｂと鎖交する磁束（有効磁束）を減少させる方向である。例えば、第１方向は、第２磁極部１２Ｓから第１磁極部１２Ｎへ向かう方向となり、第２方向は、第１磁極部１２Ｎから第２磁極部１２Ｓへ向かう方向となる。
【0074】
第１磁力可変磁石５１及び第２磁力可変磁石５２の各々は、ステータ２０のコイル２２において発生する同じ可変磁束により周方向における磁化状態を変化させるため、第１磁力可変磁石５１の磁化方向が第１方向であるときには、第２磁力可変磁石５２の磁化方向も第１方向となり、第１磁力可変磁石５１の磁化方向が第２方向であるときには、第２磁力可変磁石５２の磁化方向も第２方向となる。
【0075】
以下の説明において、第１磁力可変磁石５１及び第２磁力可変磁石５２の磁化方向が第１方向を向いた状態を増磁状態といい、第１磁力可変磁石５１及び第２磁力可変磁石５２の磁化方向が第２方向を向いた状態を減磁状態という。
【0076】
〈第１補助磁力固定磁石〉
第１補助磁力固定磁石６１は、磁力固定磁石４０の径方向外側の位置に配置される。第１補助磁力固定磁石６１の径方向における位置は、第１磁力可変磁石５１及び第２磁力可変磁石５２の径方向の中央位置と略同じ位置である。
第１補助磁力固定磁石６１は、磁力固定磁石４０の径方向外側の位置に配置される。第１補助磁力固定磁石６１の径方向における位置は、第１磁力可変磁石５１及び第２磁力可変磁石５２の径方向の中央位置と略同じ位置である。
【0077】
第１補助磁力固定磁石６１は、ロータコア１１に埋め込まれる。この例では、第１補助磁力固定磁石６１は、ロータコア１１に設けられた第１補助磁力固定磁石孔Ｓ６１に収容される。また、第１補助磁力固定磁石６１は、磁力固定磁石４０の径方向の一端部に沿うように延びる。具体的には、第１補助磁力固定磁石６１は、横断面形状が矩形状に形成され、長手方向が周方向を向く。第１補助磁力固定磁石６１の短手方向の長さは、磁力固定磁石４０の短手方向の長さよりも短い。
【0078】
第１補助磁力固定磁石６１は、その磁化方向が磁力固定磁石４０の磁化方向と同じになるように着磁される。つまり、第１磁極部１２Ｎの第１補助磁力固定磁石６１は、径方向外端がＮ極となるように着磁される。第２磁極部１２Ｓの磁力固定磁石４０は、径方向外端がＳ極となるように着磁される。
【0079】
第１補助磁力固定磁石６１には、ネオジム磁石などの、磁束密度が高く、保磁力も大きい磁石が用いられる。第１補助磁力固定磁石６１は、所定の磁束、例えば駆動バッテリ７及びインバータ６が出力可能な大電流（例えば７５０Ａｒｍｓ）で発生する磁束が印加されても磁化状態が実質的に変化しない。第１補助磁力固定磁石６１の保磁力は、第１磁力可変磁石５１及び第２磁力可変磁石５２の保磁力よりも高い。これら第１補助磁力固定磁石６１は、それぞれ異なる磁性体であってもよいが、このロータ１０では、同じ磁性体が用いられている。
【0080】
〈第２補助磁力固定磁石〉
第２補助磁力固定磁石６２は、磁力固定磁石４０の周方向両側に該磁力固定磁石４０に隣接してそれぞれ配置される。第２補助磁力固定磁石６２の径方向における位置は、磁力固定磁石４０と同じ位置である。
第２補助磁力固定磁石６２は、磁力固定磁石４０の周方向両側に該磁力固定磁石４０に隣接してそれぞれ配置される。第２補助磁力固定磁石６２の径方向における位置は、磁力固定磁石４０と同じ位置である。
【0081】
各第２補助磁力固定磁石６２は、ロータコア１１にそれぞれ埋め込まれる。この例では、各第２補助磁力固定磁石６２は、ロータコア１１に設けられた第２補助磁力固定磁石孔Ｓ６２にそれぞれ収容される。また、各第２補助磁力固定磁石６２は、磁力固定磁石４０の周方向の一端部に沿うようにそれぞれ延びる。具体的には、第２補助磁力固定磁石６２は、横断面形状が矩形状に形成され、長手方向が径方向を向く。第２補助磁力固定磁石６２の長手方向の長さは、磁力固定磁石４０の短手方向の長さよりも短い。
【0082】
各第２補助磁力固定磁石６２は、磁力固定磁石４０の磁束と直列になるように周方向にそれぞれ着磁される。具体的には、第１磁極部１２Ｎの各第２補助磁力固定磁石６２は、周方向における磁力固定磁石４０に近い側がＮ極となるようにそれぞれ着磁される。第２磁極部１２Ｓの各第２補助磁力固定磁石６２は、周方向における磁力固定磁石４０に近い側がＳ極となるようにそれぞれ着磁される。
【0083】
第２補助磁力固定磁石６２には、ネオジム磁石などの、磁束密度が高く、保磁力も大きい磁石が用いられる。第２補助磁力固定磁石６２は、所定の磁束、例えば駆動バッテリ７及びインバータ６が出力可能な大電流（例えば７５０Ａｒｍｓ）で発生する磁束が印加されても磁化状態が実質的に変化しない。第２補助磁力固定磁石６２の保磁力は、第１磁力可変磁石５１及び第２磁力可変磁石５２の保磁力よりも高い。これら第２補助磁力固定磁石６２は、それぞれ異なる磁性体であってもよいが、このロータ１０では、同じ磁性体が用いられている。
【0084】
〈第１空隙部〉
各磁極部１２は、磁力固定磁石４０の径方向内側の部分から、周方向における第１磁力可変磁石５１と第２磁力可変磁石との中間領域にまで広がる第１空隙部７１をそれぞれ有する。第１空隙部７１は、各磁極部１２に２つ形成されている。各第１空隙部７１は、ｄ軸に対して対称になるようにそれぞれ形成されている。
各磁極部１２は、磁力固定磁石４０の径方向内側の部分から、周方向における第１磁力可変磁石５１と第２磁力可変磁石との中間領域にまで広がる第１空隙部７１をそれぞれ有する。第１空隙部７１は、各磁極部１２に２つ形成されている。各第１空隙部７１は、ｄ軸に対して対称になるようにそれぞれ形成されている。
【0085】
各第１空隙部７１は、周方向における磁力固定磁石４０の位置から第１磁力可変磁石５１に向かって、径方向の長さが長くなるように広がっている。第１空隙部７１において最も径方向外側に位置する部分は、第１磁力可変磁石５１及び第２磁力可変磁石５２の径方向内側の端部よりも径方向内側に位置している。
【0086】
〈第２空隙部〉
各磁極部１２は、周方向における第１補助磁力固定磁石６１と第１磁力可変磁石５１との間に第２空隙部７２をそれぞれ有する。第２空隙部７２は、各磁極部１２に２つ形成されている。各第２空隙部７２は、ｄ軸に対して対称になるようにそれぞれ形成されている。
各磁極部１２は、周方向における第１補助磁力固定磁石６１と第１磁力可変磁石５１との間に第２空隙部７２をそれぞれ有する。第２空隙部７２は、各磁極部１２に２つ形成されている。各第２空隙部７２は、ｄ軸に対して対称になるようにそれぞれ形成されている。
【0087】
図５に示すように、第２空隙部７２は、略Ｔ字状をなしている。第２空隙部７２は、径方向に延びる縦延び部７２ａと、周方向に延びる横延び部７２ｂとを有する。
【0088】
縦延び部７２ａは、周方向における磁力固定磁石４０の近傍位置でかつ磁力固定磁石４０の位置からロータコア１１の外縁部に向かって径方向に延びる。縦延び部７２ａの径方向外側の端部は、第１補助磁力固定磁石６１の径方向外側の端部よりも径方向外側に位置している。縦延び部７２ａの周方向の幅は、その径方向外側の端部から第１補助磁力固定磁石６１の径方向の中央位置までは略一定であって、第１補助磁力固定磁石６１の径方向の中央位置からは、径方向内側に向かって広くなっている。より具体的には、縦延び部７２ａにおける周方向の第１補助磁力固定磁石６１に近い側の部分は、第１補助磁力固定磁石６１の短手方向に沿って延びている一方で、縦延び部７２ａにおける周方向の第１補助磁力固定磁石６１から遠い側の部分は、第１補助磁力固定磁石６１の径方向の中央位置からは、径方向内側ほど第２磁力可変磁石５２に近づくように湾曲して延びている。
【0089】
縦延び部７２ａにおける第１補助磁力固定磁石６１よりも径方向外側の部分は、その周方向の幅が最も狭い最狭部となっている。縦延び部７２ａの最狭部の幅ｈ１は、ステータ２０とロータ１０との隙間の最小幅よりも狭い。また、第１補助磁力固定磁石６１と縦延び部７２ａとの周方向の間隔は、第１補助磁力固定磁石６１とロータコア１１の外縁との間隔の最狭の幅よりも狭い。
【0090】
横延び部７２ｂは、縦延び部７２ａと第２磁力可変磁石５２とを周方向に接続する。横延び部７２ｂは、縦延び部７２ａから周方向における第２磁力可変磁石５２の中央位置まで延びている。横延び部７２ｂの第２磁力可変磁石５２側の端部は、第２磁力可変磁石孔Ｓ５２に連通する。横延び部７２ｂは、径方向において、磁力固定磁石４０と第２磁力可変磁石５２との間の位置に位置している。つまり、横延び部７２ｂは、縦延び部７２ａの径方向の中央よりも径方向内側に位置している。
【0091】
横延び部７２ｂの径方向の幅は、縦延び部７２ａから第２磁力可変磁石５２に向かって徐々に狭くなっている。より具体的には、横延び部７２ｂにおける径方向内側の部分は、周方向に沿って延びている一方で、横延び部７２ｂにおける径方向外側の部分は、第２磁力可変磁石５２に近づくほど径方向内側に位置するように湾曲して延びている。横延び部７２ｂの径方向内側の部分は、径方向において磁力固定磁石４０の径方向外側の端部と略同じ位置である。横延び部７２ｂの径方向外側の部分は、縦延び部７２ａにおける周方向の第１補助磁力固定磁石６１から遠い側の部分と連続して湾曲している。
【0092】
横延び部７２ｂは、第２磁力可変磁石５２側の端部が、その径方向の幅が最も狭い最狭部となっている。横延び部７２ｂの最狭部の幅ｈ２は、縦延び部７２ａの最狭部の幅ｈ１よりも広い。また、横延び部７２ｂの最狭部の幅ｈ２は、第２磁力可変磁石５２の周方向の幅ｈ３よりも狭い。
【0093】
第２空隙部７２における磁力固定磁石４０に隣接する部分は、周方向の幅が、縦延び部７２ａの幅ｈ２よりも広い。
【0094】
〈高磁気抵抗部〉
磁極部１２には、周方向における磁力固定磁石４０と第１磁力可変磁石５１との間には、ロータコア１１よりも磁気抵抗が高い高磁気抵抗部８０が形成されている。本実施形態１では、高磁気抵抗部８０は、第２磁力可変磁石５２と第２空隙部７２とで形成されている。このため、高磁気抵抗部８０は、略Ｈ状をなしている。第２空隙部７２の縦延び部７２ａは、高磁気抵抗部８０の第１縦延び部に相当し、第２空隙部７２の横延び部７２ｂは、高磁気抵抗部８０の横延び部に相当し、第２磁力可変磁石５２は、高磁気抵抗部８０の第２縦延び部に相当する。
磁極部１２には、周方向における磁力固定磁石４０と第１磁力可変磁石５１との間には、ロータコア１１よりも磁気抵抗が高い高磁気抵抗部８０が形成されている。本実施形態１では、高磁気抵抗部８０は、第２磁力可変磁石５２と第２空隙部７２とで形成されている。このため、高磁気抵抗部８０は、略Ｈ状をなしている。第２空隙部７２の縦延び部７２ａは、高磁気抵抗部８０の第１縦延び部に相当し、第２空隙部７２の横延び部７２ｂは、高磁気抵抗部８０の横延び部に相当し、第２磁力可変磁石５２は、高磁気抵抗部８０の第２縦延び部に相当する。
【0095】
高磁気抵抗部８０を形成する空隙及び磁石の磁気抵抗は、ロータコア１１が磁気的な飽和状態にないときを基準にすると、ロータコア１１の磁気抵抗に対して１０００倍以上になる。
【0096】
空隙と磁石との単位磁路長あたりの磁気抵抗が略同じである場合、高磁気抵抗部８０における磁束の通りやすさは、各部位の最狭部の幅で決まる。前述したように、横延び部７２ｂの最狭部の幅ｈ２は、縦延び部７２ａの最狭部の幅ｈ１よりも広くかつ第２磁力可変磁石５２の周方向の幅ｈ３よりも狭い。このため、高磁気抵抗部８０において、磁束は、縦延び部７２ａが最も通過しやすく、第２磁力可変磁石５２が最も通過しにくい。
【0097】
〔ロータ磁路〕
図６は、ロータ１０の第１磁極部１２Ｎに形成される磁路のうち磁力固定磁石４０から形成される磁路を例示する。図６の上図、中図、及び下図は、ステータ２０のコイル２２に流れる電流の大きさがそれぞれ異なる。図６の上図がコイル２２に流れる電流が最も小さい場合であり、図６の下図がコイル２２に流れる電流が最も大きい場合である。
図６は、ロータ１０の第１磁極部１２Ｎに形成される磁路のうち磁力固定磁石４０から形成される磁路を例示する。図６の上図、中図、及び下図は、ステータ２０のコイル２２に流れる電流の大きさがそれぞれ異なる。図６の上図がコイル２２に流れる電流が最も小さい場合であり、図６の下図がコイル２２に流れる電流が最も大きい場合である。
【0098】
図６に示すように、磁力固定磁石４０からは、コイル２２に流れる電流の大きさに応じて、第１磁路Ｍ１、第２磁路Ｍ２、及び第３磁路Ｍ３が形成される。
【0099】
第１磁路Ｍ１は、コイル２２に流れる電流が小さい第１電流値のとき、特にコイル２２に流れる電流が０であっても形成される磁路である。第１電流値は、ロータ１０を回転させることができる程度のかなり小さい電流値である。図６の上図、中図、及び下図のそれぞれに示すように、第１磁路Ｍ１は、磁力固定磁石４０から径方向外側に延びて、第２空隙部７２の縦延び部７２ａと、第２空隙部７２の横延び部７２ｂとを通過して、磁力固定磁石４０に戻る短絡経路である。
【0100】
第２磁路Ｍ２は、コイル２２に流れる電流が第１電流値よりは大きい第２電流値になったときから形成される磁路である。第２電流値は、ロータ１０を回転させることができる程度の電流値であって、第１磁力可変磁石５１及び第２磁力可変磁石５２の磁化状態を変化させる際の大電流よりは小さい電流値である。図６の中図及び下図のそれぞれに示すように、第２磁路Ｍ２は、磁力固定磁石４０から径方向外側に延びて、第２空隙部７２の縦延び部７２ａと第２磁力可変磁石５２とを通過した後、ロータコア１１における第２空隙部７２の横延び部７２ｂと第１空隙部７１との間の部分を通って、磁力固定磁石４０に戻る短絡経路である。詳細は後述するが、第２磁路Ｍ２は、ステータ２０からの磁束と磁力固定磁石４０からの磁束とが、ロータコア１１の外縁付近で弱く反発することで形成される磁路である。
【0101】
第３磁路Ｍ３は、コイル２２に流れる電流が第２電流値よりも大きい第３電流値のときに形成される磁路である。第３電流値は、第１磁力可変磁石５１及び第２磁力可変磁石５２の磁化状態を変化させる際の大電流に相当する電流値である。図６の下図に示すように、第３磁路Ｍ３は、磁力固定磁石４０から径方向外側に延びて、第２空隙部７２の縦延び部７２ａと第２磁力可変磁石５２とを通過した後、第１磁力可変磁石５１に到達する磁路である。詳細は後述するが、第３磁路Ｍ３は、ステータ２０からの磁束と磁力固定磁石４０からの磁束とが、ロータコア１１内における磁力固定磁石４０の径方向外側の位置で強く反発することで形成される磁路である。
【0102】
〔磁束の流れ〕
図７及び図８は、第１磁極部１２Ｎにおける磁束の流れを示す。図７は、コイル２２に流す電流が比較的小さいとき（前記第２電流程度のとき）の磁束の流れであり、図８は、コイル２２に流す電流が比較的大きいとき（前記第３電流程度のとき）の磁束の流れである。図７及び図８における破線が磁束の流れを示している。
図７及び図８は、第１磁極部１２Ｎにおける磁束の流れを示す。図７は、コイル２２に流す電流が比較的小さいとき（前記第２電流程度のとき）の磁束の流れであり、図８は、コイル２２に流す電流が比較的大きいとき（前記第３電流程度のとき）の磁束の流れである。図７及び図８における破線が磁束の流れを示している。
【0103】
図７に示すように、コイル２２に流す電流が比較的小さいときには、ステータ２０からの磁束は比較的弱い。このため、ステータ２０からの磁束は、磁力固定磁石４０からの磁束に相殺されて、ロータコア１１にはほとんど侵入しない。また、ロータコア１１に侵入したとしても、高磁気抵抗部８０の縦延び部７２ａと第２磁力可変磁石５２により第１磁力可変磁石５１への流れが妨げられる。
【0104】
磁力固定磁石４０からの磁束は、高磁気抵抗部８０の縦延び部７２ａと第２磁力可変磁石５２により第１磁力可変磁石５１への流れが妨げられる。このため、磁力固定磁石４０近傍では、磁力固定磁石４０からの磁束は、第１磁路Ｍ１を形成して短絡する。特に、磁力固定磁石４０の近傍は、第２空隙部７２が広くなっているため磁束が通過しにくくなっている。これにより、磁力固定磁石４０からの磁束は、縦延び部７２ａ及び横延び部７２ｂの中でも幅が狭い部分を通って磁力固定磁石４０に戻る。
【0105】
また、磁力固定磁石４０からの磁束は、ロータコア１１の外縁付近では、ステータ２０からの磁束と弱く反発する。反発した磁束は、縦延び部７２ａを通過して周方向に流れるが、第２磁力可変磁石５２により第１磁力可変磁石５１への流れが妨げられる。磁力固定磁石４０からの磁束は、第２補助磁力固定磁石６２を経由するか直接磁力固定磁石４０に流入する。このようにして、ロータコア１１の外縁付近では、磁力固定磁石４０からの磁束は、第２磁路Ｍ２を形成して短絡する。これにより、第１磁力可変磁石５１への磁束の流入が抑制されて、第１磁力可変磁石５１の磁化状態が変化するのを抑制することができる。第２磁力可変磁石５２については、磁力固定磁石４０からの磁束が僅かに流入する。しかし、第２磁力可変磁石５２に流入する磁束は、その磁化状態を大きく変えるほどの磁束、特に前記増磁状態から前記減磁状態に変更するほどの磁束ではないため、駆動モータ２全体の磁化状態としては特に問題にはならない。
【0106】
このように、第２空隙部７２及び第２磁力可変磁石５２により、コイル２２に流す電流が比較的小さいときには、第１磁力可変磁石５１への磁束の流入を抑制して、第１磁力可変磁石５１の磁化状態を維持させることができる。これにより、ステータ２０とロータ１０との各磁力の対抗成分が略一致した状態を維持することができ、駆動モータ２を高出力で運転させることができる。
【0107】
図８に示すように、コイル２２に流す電流が比較的大きいときには、ステータ２０からの磁束は比較的強い。このため、ロータコア１１内でステータ２０からの磁束と磁力固定磁石４０の磁束とが強く反発する。ステータ２０からの反発磁束は、周方向の第１磁力可変磁石５１側に向かって流れて、高磁気抵抗部８０を通過して、第１磁力可変磁石５１に流入する。また、磁力固定磁石４０からの磁束もステータ２０からの磁束に強く反発されて、周方向の第１磁力可変磁石５１側に向かって流れる。横延び部７２ｂにより磁力固定磁石４０への短絡経路が形成されにくくなっているため、磁力固定磁石４０からの反発磁束の一部は、第１磁力可変磁石５１に流入する第３磁路Ｍ３を形成する。これにより、第１磁力可変磁石５１の磁化状態を効率的に変更することができる。第２磁力可変磁石５２についても、多くの磁束が流入するため、第１磁力可変磁石５１と同様に磁化状態が変更される。特に、第２磁力可変磁石５２の磁化方向が第１磁極部１２Ｎから第２磁極部１２Ｓを向く方向になったときには、第１磁力可変磁石５１に磁束が流れやすくなって、第１磁力可変磁石５１の磁化状態を効率的に変更することができる。
【0108】
このように、第１磁力可変磁石５１の磁化状態を変更したいとき、特に前記増磁状態から前記減磁状態に変更したいときには、ステータ２０からの磁束及び磁力固定磁石４０からの磁束を効率的に第１磁力可変磁石５１に流入させることができる。
【0109】
〔実施形態１の効果〕
以上のように、実施形態１のロータ構造を有するロータ１０では、縦延び部７２ａ及び横延び部７２ｂを有する第２空隙部７２と、径方向に延びる第２磁力可変磁石５２とにより高磁気抵抗部８０を形成することで、磁力固定磁石４０からの磁束は、第１磁力可変磁石５１に流れにくくなって、磁力固定磁石４０付近で短絡しやすい。コイル２２に流す電流が小さいときには、ステータ２０からの磁束は比較的弱いため、磁力固定磁石４０からの磁束と相殺される。これにより、ステータ２０からの磁束は、ロータコア１１内には侵入しにくくなって、第１磁力可変磁石５１には流れにくい。ステータ２０からの磁束がロータコア１１内に侵入したとしても、高磁気抵抗部８０により、第１磁力可変磁石５１への流れが遮断される。磁力固定磁石４０からの磁束は、ステータ２０からの磁束と弱く反発するだけであるため、第１磁路Ｍ１及び第２磁路Ｍ２の少なくとも一方を形成して、第１磁力可変磁石５１には流れにくい。
以上のように、実施形態１のロータ構造を有するロータ１０では、縦延び部７２ａ及び横延び部７２ｂを有する第２空隙部７２と、径方向に延びる第２磁力可変磁石５２とにより高磁気抵抗部８０を形成することで、磁力固定磁石４０からの磁束は、第１磁力可変磁石５１に流れにくくなって、磁力固定磁石４０付近で短絡しやすい。コイル２２に流す電流が小さいときには、ステータ２０からの磁束は比較的弱いため、磁力固定磁石４０からの磁束と相殺される。これにより、ステータ２０からの磁束は、ロータコア１１内には侵入しにくくなって、第１磁力可変磁石５１には流れにくい。ステータ２０からの磁束がロータコア１１内に侵入したとしても、高磁気抵抗部８０により、第１磁力可変磁石５１への流れが遮断される。磁力固定磁石４０からの磁束は、ステータ２０からの磁束と弱く反発するだけであるため、第１磁路Ｍ１及び第２磁路Ｍ２の少なくとも一方を形成して、第１磁力可変磁石５１には流れにくい。
【0110】
一方で、コイル２２に流す電流が大きいときには、ステータ２０からの磁束は比較的強いため、ロータコア１１内に侵入して磁力固定磁石４０からの磁束と互いに強く反発する。互いに反発した磁力固定磁石４０からの磁束とステータ２０からの磁束とは、縦延び部７２ａ及び第２磁力可変磁石５２を通過して、第１磁力可変磁石５１に向かって流れる。このとき、横延び部７２ｂがあることにより当該反発磁束を第１磁力可変磁石５１に効率的に流すことができる。したがって、第１磁力可変磁石５１に入力する磁束の制御性を向上させることができる。
【0111】
特に、高磁気抵抗部８０の一部は、縦延び部７２ａ及び横延び部７２ｂを有する第２空隙部７２で形成されているため、磁力固定磁石４０からの磁束の短絡経路を安定して形成することができる。また、ロータコア１１の軽量化も図ることができる。
【0112】
また、高磁気抵抗部８０の一部は、所定の磁束により周方向における磁化状態を変化させることが可能な第２磁力可変磁石５２で形成されているため、コイル２２に流す電流が小さいときには、第２磁力可変磁石５２により、磁力固定磁石４０の磁束が第１磁力可変磁石５１に流れるのを抑制することができる。一方で、増磁状態から減磁状態にするために、コイル２２に大きな電流を流したときには、反発磁束が第２磁力可変磁石５２に流れることで、第２磁力可変磁石５２の磁化方向が変化する。これにより、該反発磁束は、第２磁力可変磁石５２を介して第１磁力可変磁石５１に流れやすくなる。したがって、第１磁力可変磁石５１に入力する磁束の制御性をより向上させることができる。
【0113】
また、実施形態１では、第２空隙部７２の縦延び部７２ａ及び横延び部７２ｂ、並びに第２磁力可変磁石５２の単位磁路長あたりの磁気抵抗は、それぞれ略同じであり、横延び部７２ｂの最狭部の幅ｈ２は、縦延び部７２ａの最狭部の幅ｈ１よりも広くかつ第２磁力可変磁石５２の周方向の幅ｈ３よりも狭い。これにより、高磁気抵抗部８０において、磁束は、縦延び部７２ａが最も通過しやすく、第２磁力可変磁石５２が最も通過しにくい。このため、磁力固定磁石４０からの磁束は、縦延び部７２ａを通過したとしても、第２磁力可変磁石５２により第１磁力可変磁石５１への流入が妨げられて、短絡経路を形成しやすくなる。これにより、第１磁力可変磁石５１に入力する磁束の制御性をより向上させることができる。
【0114】
また、実施形態１では、各磁極部１２は、磁力固定磁石４０の一端側及び他端側に、該磁力固定磁石４０に隣接してそれぞれ配置され、該磁力固定磁石４０の磁束と直列になるように周方向に着磁された第２補助磁力固定磁石６２をそれぞれ有する。この第２補助磁力固定磁石６２により、磁力固定磁石４０からの磁束が短絡経路、特に第２磁路Ｍ２を形成しやすくなる。これにより、第１磁力可変磁石５１に入力する磁束の制御性をより向上させることができる。
【0115】
（実施形態２）
以下、実施形態２について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明において前記実施形態１と共通の部分については、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
以下、実施形態２について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明において前記実施形態１と共通の部分については、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【0116】
実施形態２のロータ２１０では、第２磁力可変磁石５２、第１補助磁力固定磁石６１、及び第２補助磁力固定磁石６２が設けられていない点で前記実施形態１とは異なる。
【0117】
実施形態２では、高磁気抵抗部２８０は、第２空隙部７２と、第２空隙部７２に連通する第３空隙部２７３で形成されている、第３空隙部２７３は、前記実施形態１における第２磁力可変磁石孔Ｓ５２に相当する部分である。第３空隙部２７３は、高磁気抵抗部２８０の第２縦延び部に相当する。
【0118】
高磁気抵抗部２８０において、横延び部７２ｂの最狭部の幅ｈ２は、縦延び部７２ａの最狭部の幅ｈ１よりも広くかつ第３空隙部２７３の周方向の幅よりも狭い。つまり、高磁気抵抗部２８０は、磁力固定磁石４０に近い部位ほど最狭部の幅が狭くなっている。
【0119】
前述したように、前記実施形態１における第２磁力可変磁石５２と空隙との単位磁路長あたりの磁気抵抗は略同じである。このため、高磁気抵抗部２８０がこのような構成であったとしても、コイル２２に流す電流が小さいときには、ステータ２０からの磁束及び磁力固定磁石４０からの磁束が第１磁力可変磁石５１に流入するのを抑制することができる。一方で、コイル２２に流す電流が大きいときには、ステータ２０から反発磁束及び磁力固定磁石４０からの反発磁束を、第１磁力可変磁石５１に効率的に流すことができる。したがって、第１磁力可変磁石５１に入力する磁束の制御性を向上させることができる。
【0120】
（その他の実施形態）
ここに開示された技術は、前述の実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。
ここに開示された技術は、前述の実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。
【0121】
前述の実施形態１及び２では、高磁気抵抗部８０は、略Ｈ状をなしていた。これに限らず、第２空隙部７２において、縦延び部７２ａの径方向内側の端部と横延び部７２ｂの磁力固定磁石４０側の端部とを一致させて、高磁気抵抗部８０が略Ｕ字状をなすようにしてもよい。
【0122】
また、前述の実施形態１及び２では、第２空隙部７２の横延び部７２ｂは、第２磁力可変磁石孔Ｓ５２の径方向内側の端部と接続していた。これに限らず、横延び部７２ｂは、縦延び部７２ａの径方向の中央よりも径方向内側に位置してさえいれば、第２磁力可変磁石孔Ｓ５２の周方向における磁力固定磁石４０側の端部と接続していてもよい。
【0123】
また、前述の実施形態１及び２では、ロータ１０，２１０を有するモータの適用対象として、ハイブリッド自動車を例示した。これに限らず、ロータ１０，２１０を有するモータは、エンジンを有していない電気自動車に対しても適用可能である。
【0124】
前述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本開示の範囲を限定的に解釈してはならない。本開示の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本開示の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【0125】
ここに開示された技術は、ロータコアを有するロータと、該ロータの径方向の外側に配置され、電流を流すためのコイルが巻き付けられたステータとを備える回転電機のロータ構造として有用である。
【符号の説明】
【0126】
１０ ロータ
１１ ロータコア
１２ 磁極部
２０ ステータ
２２ コイル
４０ 磁力固定磁石
５１ 第１磁力可変磁石
５２ 第２磁力可変磁石（第２縦延び部）
６２ 第２補助磁力固定磁石
７２ａ 縦延び部（第１縦延び部）
７２ｂ 横延び部
８０ 高磁気抵抗部
２１０ ロータ
２７３ 第３空隙部（第２縦延び部）
２８０ 高磁気抵抗部
ｈ１ 縦延び部の幅の最小値
ｈ２ 横延び部の幅の最小値
ｈ３ 第２磁力可変磁石（第２縦延び部）の幅の最小値
１１ ロータコア
１２ 磁極部
２０ ステータ
２２ コイル
４０ 磁力固定磁石
５１ 第１磁力可変磁石
５２ 第２磁力可変磁石（第２縦延び部）
６２ 第２補助磁力固定磁石
７２ａ 縦延び部（第１縦延び部）
７２ｂ 横延び部
８０ 高磁気抵抗部
２１０ ロータ
２７３ 第３空隙部（第２縦延び部）
２８０ 高磁気抵抗部
ｈ１ 縦延び部の幅の最小値
ｈ２ 横延び部の幅の最小値
ｈ３ 第２磁力可変磁石（第２縦延び部）の幅の最小値
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
