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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】P2024108479
(43)【公開日】2024-08-13
(54)【発明の名称】ロータ、回転電機および車両
(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】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023012871
(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
5H622CA05
5H622CA10
5H622CB02
5H622CB03
5H622CB05
5H622DD01
5H622DD02
5H622DD03
5H622PP19
(57)【要約】
【課題】増磁処理により磁力可変磁石に印加される磁束密度を高める。
【解決手段】ロータ（３０）は、ロータコア（３２）に設けられた複数の磁極部（３３）を備える。各磁極部は、磁力固定磁石（４０）と第１磁力可変磁石（５１）とを含む。ロータコアには、磁力固定磁石に対して径方向における内側の位置と第１磁力可変磁石に対して径方向における内側の位置との間に広がるように第１空隙部（６１）が形成される。磁力固定磁石に対して周方向における両側には、第２補助磁力固定磁石（４２）が、磁化方向を周方向に向けてそれぞれ配置される。第２補助磁力固定磁石（４２）では、磁力固定磁石の径方向における外側に向く磁極面（ＰＦ）と同一極性の磁極面が磁力固定磁石側に位置する。
【選択図】図５
【解決手段】ロータ（３０）は、ロータコア（３２）に設けられた複数の磁極部（３３）を備える。各磁極部は、磁力固定磁石（４０）と第１磁力可変磁石（５１）とを含む。ロータコアには、磁力固定磁石に対して径方向における内側の位置と第１磁力可変磁石に対して径方向における内側の位置との間に広がるように第１空隙部（６１）が形成される。磁力固定磁石に対して周方向における両側には、第２補助磁力固定磁石（４２）が、磁化方向を周方向に向けてそれぞれ配置される。第２補助磁力固定磁石（４２）では、磁力固定磁石の径方向における外側に向く磁極面（ＰＦ）と同一極性の磁極面が磁力固定磁石側に位置する。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ロータコアと、
前記ロータコアに設けられた複数の磁極部と、を備え、
前記複数の磁極部は、前記ロータコアの外周面に沿って並ぶように配置され、
前記ロータコアの径方向における外側に配置されるステータと組み合わされ、該ステータで発生する所定の磁束により前記磁極部の磁力を変更することが可能に構成されるロータであって、
前記磁極部は、
磁化方向を径方向に向けて配置される磁力固定磁石と、
前記磁力固定磁石に対して周方向における両側の前記磁力固定磁石よりも外周側の位置に磁化方向を周方向に向けてそれぞれ配置され、前記所定の磁束により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、
前記磁力固定磁石に対して径方向における内側の位置と前記第１磁力可変磁石に対して径方向における内側の位置との間に広がるように前記ロータコアに形成される第１空隙部と、
前記磁力固定磁石に対して周方向における両側に磁化方向を周方向に向けてそれぞれ配置され、前記磁力固定磁石の径方向における外側に向く磁極面と同一極性の磁極面が前記磁力固定磁石側に位置する補助磁力固定磁石と、を含むロータ。
前記ロータコアに設けられた複数の磁極部と、を備え、
前記複数の磁極部は、前記ロータコアの外周面に沿って並ぶように配置され、
前記ロータコアの径方向における外側に配置されるステータと組み合わされ、該ステータで発生する所定の磁束により前記磁極部の磁力を変更することが可能に構成されるロータであって、
前記磁極部は、
磁化方向を径方向に向けて配置される磁力固定磁石と、
前記磁力固定磁石に対して周方向における両側の前記磁力固定磁石よりも外周側の位置に磁化方向を周方向に向けてそれぞれ配置され、前記所定の磁束により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、
前記磁力固定磁石に対して径方向における内側の位置と前記第１磁力可変磁石に対して径方向における内側の位置との間に広がるように前記ロータコアに形成される第１空隙部と、
前記磁力固定磁石に対して周方向における両側に磁化方向を周方向に向けてそれぞれ配置され、前記磁力固定磁石の径方向における外側に向く磁極面と同一極性の磁極面が前記磁力固定磁石側に位置する補助磁力固定磁石と、を含むロータ。
【請求項2】
請求項１に記載のロータにおいて、
前記ロータコアにおける前記第１空隙部に対して径方向における外側に離間した部分には、前記補助磁力固定磁石に対して径方向における外側の位置から前記第１磁力可変磁石側に延びるように第２空隙部が形成される、ロータ。
前記ロータコアにおける前記第１空隙部に対して径方向における外側に離間した部分には、前記補助磁力固定磁石に対して径方向における外側の位置から前記第１磁力可変磁石側に延びるように第２空隙部が形成される、ロータ。
【請求項3】
請求項２に記載のロータにおいて、
前記ロータコアにおける前記第２空隙部の前記第１磁力可変磁石側の部分と当該ロータコアの外周面との間には、前記所定の磁束により磁化状態を変化させることが可能な第２磁力可変磁石が配置される、ロータ。
前記ロータコアにおける前記第２空隙部の前記第１磁力可変磁石側の部分と当該ロータコアの外周面との間には、前記所定の磁束により磁化状態を変化させることが可能な第２磁力可変磁石が配置される、ロータ。
【請求項4】
請求項１～３のいずれか１項に記載のロータと、
前記ロータの径方向における外側に配置されるステータと、を備える、回転電機。
前記ロータの径方向における外側に配置されるステータと、を備える、回転電機。
【請求項5】
請求項４に記載の回転電機と、
前記回転電機の動力が伝達される駆動輪と、を備える、車両。
前記回転電機の動力が伝達される駆動輪と、を備える、車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ロータ、回転電機および車両に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、ハイブリッド車や電気自動車に見られるような自動車の電動化に伴い、ロータの磁力を変更することが可能な回転電機の開発が進められている。このような回転電機として、特許文献１には、保磁力の小さい永久磁石をロータに組み込んだ磁力可変モータが開示されている。
【0003】
特許文献１に開示の磁力可変モータでは、複数の磁極部がロータに設けられる。各磁極部は、磁力が実質的に変わらない磁力固定磁石と、磁力の変更が可能な磁力可変磁石とを含む。磁力固定磁石としては、第１磁力固定磁石および第２磁力固定磁石が、周方向における磁極部の中央部位に設けられる。第１磁力固定磁石は径方向における外側に配置され、第２磁力固定磁石は径方向における内側にＶ字状をなすように配置される。磁力可変磁石は、これら磁力固定磁石に対して周方向における両側に配置される。そして、第１磁力固定磁石は、磁力可変磁石と磁気的に直列となるような位置に設けられる一方、第２磁力固定磁石は、磁力可変磁石と磁気的に並列となるような位置に設けられる。
【0004】
磁力可変磁石には、ステータから発生する界磁磁束が印加される。磁力可変磁石の磁化方向は、印加される界磁磁束の向きに応じて、周方向における一方側と他方側とで切り換えられる。磁力可変磁石の磁化方向が磁力固定磁石側に向く方向である場合には、磁極部から発生する磁束量が増加する増磁状態になる。他方、磁力可変磁石の磁化方向が磁力固定磁石とは反対側に向く方向である場合には、磁力部から発生する磁束量が減少する減磁状態になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【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】
【0006】
特許文献１に開示されるようなロータの構造では、減磁状態から増磁状態に切り換えたり、増磁状態で磁力可変磁石の磁力を強くしたりする際には、磁力可変磁石に対して増磁状態での磁化方向に向く界磁磁束をステータから印加する増磁処理を行う。増磁処理で磁力可変磁石に印加される界磁磁束は、ステータコアに巻き付けられたコイルに電流を流すことで発生する。
【0007】
ステータのコイルに印加することが可能な電流の制約内で磁力可変磁石の磁力を好適に変更するためには、増磁処理において、磁力可変磁石に界磁磁束を集中させ、磁力可変磁石を通る磁束密度を高める必要がある。一方、磁力固定磁石の磁力が磁力可変磁石の磁化状態の制御に係る界磁磁束に影響を受けるのを抑制するためには、磁力固定磁石を磁力可変磁石よりも径方向における内側に配置することが好ましい。
【0008】
しかし、磁力固定磁石を磁力可変磁石よりも径方向における内側に配置すると、特許文献１における第２磁力固定磁石と磁力可変磁石との関係のように磁気的に並列となるのが一般的であり、磁力固定磁石と磁力可変磁石とを磁気的に直列な関係とすることは難しい。磁力固定磁石と磁力可変磁石とが磁気的に直列な関係にないと、磁力固定磁石がＮ極を径方向における外側に向けて配置される磁極部では、増磁処理において、磁力可変磁石から出る高密度な磁束と磁力固定磁石を通る着磁のための界磁磁束とが反発し合う。そのため、磁力可変磁石を通る磁束密度が低下し、磁力可変磁石の磁力を好適に変更できない。
【0009】
本開示の目的は、磁力固定磁石が磁力可変磁石よりも径方向における内側に配置されるロータにおいて、増磁処理により磁力可変磁石に印加される磁束の磁束密度を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本開示の第１の態様は、ロータを対象とする。第１の態様のロータは、ロータコアと、前記ロータコアに設けられた複数の磁極部とを備える。前記複数の磁極部は、前記ロータコアの外周面に沿って並ぶように配置される。当該ロータは、前記ロータコアの径方向における外側に配置されるステータと組み合わされ、該ステータで発生する所定の磁束により前記磁極部の磁力を変更することが可能に構成される。前記磁極部は、磁化方向を径方向に向けて配置される磁力固定磁石と、前記磁力固定磁石に対して周方向における両側の前記磁力固定磁石よりも外周側の位置に磁化方向を周方向に向けてそれぞれ配置され、前記所定の磁束により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、前記磁力固定磁石に対して径方向における内側の位置と前記第１磁力可変磁石に対して径方向における内側の位置との間に広がるように前記ロータコアに形成される第１空隙部と、前記磁力固定磁石に対して周方向における両側に磁化方向を周方向に向けてそれぞれ配置され、前記磁力固定磁石の径方向における外側に向く磁極面と同一極性の磁極面が前記磁力固定磁石側に位置する補助磁力固定磁石とを含む。
【0011】
この第１の態様によれば、第１空隙部の径方向における外側を区画する面が、磁力固定磁石と第１磁力可変磁石との間の磁束通路に面する。増磁処理において、第１磁力可変磁石の磁化状態の制御に係る磁束は、そうした第１空隙部の径方向における外側を区画する面により誘導される。また、磁力固定磁石に対して周方向における両側に補助磁力固定磁石が配置される。補助磁力固定磁石の磁化方向は、周方向に向くので、補助磁力固定磁石の磁力作用により、磁力固定磁石に引き入れることができる。それにより、増磁処理において、第１磁力可変磁石の磁化状態の制御に係る磁束を、磁力固定磁石に対して周方向における端面からも流入させることができる。これらの組合せにより、磁力固定磁石と第１磁力可変磁石とを磁気的に直列な関係とすることができる。そのことで、増磁処理において、磁力可変磁石から出る高密度な磁束と第１磁力可変磁石を通る着磁のための磁束とが反発し合うのを抑制し、第１磁力可変磁石に対して磁化状態の制御に係る磁束を効率的に集中させることができる。したがって、増磁処理により磁力可変磁石に印加される磁束の磁束密度を高めることができる。
【0012】
本開示の第２の態様は、第１の態様のロータにおいて、前記ロータコアにおける前記第１空隙部に対して径方向における外側に離間した部分に、前記補助磁力固定磁石に対して径方向における外側の位置から前記第１磁力可変磁石側に延びるように第２空隙部が形成される、ロータである。
【0013】
この第２の態様によれば、ロータコアの一部からなる磁束通路が第１空隙部と第２空隙部との間に形成される。この磁束通路により、磁力固定磁石と第１磁力可変磁石との磁気的に直列な関係を確立させることができる。このことは、第１磁力可変磁石に対して当該磁束をよりいっそう効率的に集中させ、増磁処理により第１磁力可変磁石に印加される磁束の磁束密度を高めるのに有利に作用する。
【0014】
本開示の第３の態様は、第２の態様のロータにおいて、前記ロータコアにおける前記第２空隙部の前記第１磁力可変磁石側の部分と当該ロータコアの外周面との間に、前記界磁磁束により磁化状態を変化させることが可能な第２磁力可変磁石が配置される、ロータである。
【0015】
この第３の態様によれば、第２磁力可変磁石が、ロータコアにおける磁力固定磁石と第１磁力可変磁石との間に配置される。第２磁力可変磁石の磁化方向は、第１磁力可変磁石と同様に周方向に向くので、第２磁力可変磁石を、磁力固定磁石および第１磁力可変磁石と磁気的に直列な関係とすることができる。それにより、増磁処理において、第１磁力可変磁石の磁化状態の制御に係る磁束が、磁力固定磁石と第１磁力可変磁石との間で第２磁力可変磁石を経由するようになる。このことは、第１磁力可変磁石に対して当該磁束をよりいっそう効率的に集中させ、増磁処理により磁力可変磁石に印加される磁束の磁束密度を高めるのに有利に作用する。
【0016】
本開示の第４の態様は、回転電機を対象とする。第４の態様の回転電機は、第１～第３の態様のいずれか１つのロータと、前記ロータの径方向における外側に配置されるステータとを備える。
【0017】
本開示の第５の態様は、車両を対象とする。第５の態様の車両は、第４の態様の回転電機と、前記回転電機の動力が伝達される駆動輪とを備える。
【発明の効果】
【0018】
本開示の技術によれば、磁力固定磁石が磁力可変磁石よりも径方向における内側に配置されるロータにおいて、増磁処理により磁力可変磁石に印加される磁束密度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施形態では、本開示に係るロータおよび回転電機について、自動車の駆動モータに適用した場合を例に挙げて説明する。なお、第１、第２、第３…という記載は、これらの記載が付与された語句を区別するために用いられ、その語句の数や何らかの順序までも限定するものではない。
【0021】
＜駆動モータで走行する自動車＞
図１に、駆動モータで走行する自動車１を示す。自動車１は、ハイブリッド車である。自動車１は、駆動源２と、４つの車輪３とを備える。
図１に、駆動モータで走行する自動車１を示す。自動車１は、ハイブリッド車である。自動車１は、駆動源２と、４つの車輪３とを備える。
【0022】
駆動源２としては、本開示の技術を適用した駆動モータ（磁力可変モータ）２Ｍと、エンジン２Ｅとが搭載される。駆動モータ２Ｍは、回転電機の一例である。４つの車輪３のうち２つは、駆動輪３Ｄである。駆動モータ２Ｍおよびエンジン２Ｅは、協働して２つの駆動輪３Ｄを回転駆動する。それにより、自動車１は走行する。
【0023】
本例の自動車１は、いわゆるＦＲ車である。この自動車１において、エンジン２Ｅは車体の前側に配置され、駆動輪３Ｄは車体の後側に配置される。そして、この自動車１では、いわゆるマイルドハイブリッド方式を採用する。自動車１の駆動源２の主体は、エンジン２Ｅである。駆動モータ２Ｍは、エンジン２Ｅの駆動をアシストする形で利用される。また、駆動モータ２Ｍは、いわゆる回生時に、発電機としても利用される。
【0024】
エンジン２Ｅ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２Ｅ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２Ｍ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。ただし、この駆動モータ２Ｍは、上述したように磁力可変モータであり、ロータ３０の磁力を変更することが可能に構成される。ロータ３０の構造には、モータ性能を向上させるための工夫が施される（その詳細は後述）。
【0025】
自動車１は、駆動モータ２Ｍおよびエンジン２Ｅの他、駆動系の装置として、第１クラッチＣ１、インバータ４、駆動バッテリ５、第２クラッチＣ２、変速機６、デファレンシャルギア７などを備える。駆動モータ２Ｍは、第１クラッチＣ１を介してエンジン２Ｅの後方に連結される。駆動モータ２Ｍには、インバータ４を介して駆動バッテリ５が接続される。
【0026】
駆動バッテリ５は、複数のリチウムイオン電池で構成される。駆動バッテリ５の定格電圧は、５０Ｖ以下（具体的には４８Ｖ）である。駆動バッテリ５は、インバータ４に直流電流を供給する。インバータ４は、その直流電流を位相が異なる３相の交流電流に変換して駆動モータ２Ｍに供給する。それにより、駆動モータ２Ｍは回転する。
【0027】
駆動モータ２Ｍの後方には、第２クラッチＣ２を介して変速機６が連結される。変速機６は、多段式自動変速機（いわゆるＡＴ）である。駆動モータ２Ｍおよびエンジン２Ｅの一方または両方によって出力される回転動力は、第２クラッチＣ２を通じて変速機６に出力される。変速機６は、プロペラシャフトを介してデファレンシャルギア７に連結される。
【0028】
デファレンシャルギア７は、一対の駆動シャフト８に連結される。一対の駆動シャフト８は、左右の駆動輪３Ｄに連結される。自動車１の走行時（力行時）には、変速機６で変速された回転動力が、デファレンシャルギア７で振り分けられ、駆動シャフト８を介して各駆動輪３Ｄに伝達される。
【0029】
自動車１の減速時（回生時）には、駆動モータ２Ｍ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が制動するときに、第２クラッチＣ２は連結したままで第１クラッチＣ１を開放する。そうすることにより、駆動輪３Ｄの回転動力で駆動モータ２Ｍを回転させて発電し、その電力を駆動バッテリ５に充填してエネルギーを回収する。
【0030】
＜エネルギー消費率の向上＞
上述したハイブリッド車の場合、力行時には、主にエンジン２Ｅが用いられるので、燃費に対する駆動モータ２Ｍの影響は小さい。一方、回生時には、主に駆動モータ２Ｍが用いられるので、燃費に対する駆動モータ２Ｍの影響は大きい。
上述したハイブリッド車の場合、力行時には、主にエンジン２Ｅが用いられるので、燃費に対する駆動モータ２Ｍの影響は小さい。一方、回生時には、主に駆動モータ２Ｍが用いられるので、燃費に対する駆動モータ２Ｍの影響は大きい。
【0031】
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。したがって、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。そして、回生時のエネルギー回収率を高めるには、駆動モータ２Ｍの高出力化が有効である。
【0032】
駆動モータ２Ｍの高出力化に関しては、駆動モータ２Ｍのロータ３０の磁力を変更可能にすることが効果的である。このことから、本例の自動車１では、駆動モータ２Ｍとして磁力可変モータを採用する。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。
【0033】
力率を最適化するためには、ステータ１０が出力する電磁力とロータ３０が出力する磁力とを略一致させることが求められる。しかし、通常の永久磁石型同期モータの場合、ロータ３０の磁力は一定である。そのため、力率を最適化できるのは、比較的狭い一部の運転領域に限られる。
【0034】
これに対して、磁力可変モータであれば、ロータ３０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。その結果、駆動モータ２Ｍを高出力化できる。さらに、高効率化、逆起電力の低減なども実現できるようになるので、自動車１のエネルギー消費率（燃費、電費）を向上できる。
【0035】
＜駆動モータの運転領域＞
図２に、駆動モータ２Ｍ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２Ｍが出力できる運転領域が画定される。
図２に、駆動モータ２Ｍ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２Ｍが出力できる運転領域が画定される。
【0036】
具体的には、所定の回転数ｒ１までの低回転領域では、トルクの上限値は最大トルクＴ２に保持される。低回転領域よりも回転数の高い中回転領域および高回転領域では、回転数がその上限値ｒ２に達するまで、トルクの上限値は次第に逓減する。そうした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３０の磁力別に複数の磁化領域Ｒｍに区画される。
【0037】
図２に例示するマップでは、第１磁化領域Ｒｍ１、第２磁化領域Ｒｍ２、第３磁化領域Ｒｍ３に区画される。第１磁化領域Ｒｍ１は、最大トルクＴ１を含み、負荷上限ラインＴｍに沿って高負荷側に広がる領域である。第２磁化領域Ｒｍ２は、第１磁化領域Ｒｍ１よりも低負荷側に広がる領域である。第３磁化領域Ｒｍ３は、第２磁化領域Ｒｍ２よりも低負荷側に広がり、駆動モータ２Ｍが空回転するトルク（自動車１の走行に寄与しないトルク）Ｔ０を含む領域である。
【0038】
これら３つの磁化領域Ｒｍではそれぞれ、出力に対応した最適な磁力がロータ３０に設定される。通常、第１磁化領域Ｒｍ１でのロータ３０の磁力は、第２磁化領域Ｒｍ２でのロータ３０の磁力よりも高く設定される。また、第３磁化領域Ｒｍ３でのロータ３０の磁力は、第２磁化領域Ｒｍ２でのロータ３０の磁力よりも低く設定される。
【0039】
自動車１の走行中、駆動モータ２Ｍの運転状態に基づいて、磁化領域Ｒｍが予測される。磁化領域Ｒｍを移行する場合には、移行先の磁化領域Ｒｍの磁力に合わせてロータ３０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２Ｍで増磁処理が実行される。また、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２Ｍで減磁処理が実行される。
【0040】
増磁処理および減磁処理では、ステータ１０に対してロータ３０が所定位置となるタイミングで、所定のコイル１２にパルス状のｄ軸電流を流す。そうすることで、処理対象とする磁力可変磁石５０に対してステータから強い磁界（着磁磁界）を発生させ、その磁界に係る磁束を磁力可変磁石５０に印加する。それにより、所定の磁力が得られるまで磁力可変磁石５０を着磁する。増磁処理と減磁処理とでは、発生させる磁界の向きが逆である。
【0041】
増磁処理では、磁力が磁力固定磁石４０と同じ方向に向くように、または磁力固定磁石４０と逆の方向に向いた磁力が弱まるように、磁力可変磁石５０に着磁する。減磁処理では、磁力が磁力固定磁石４０と逆の方向に向くように、または磁力固定磁石４０と同じ方向に向いた磁力が弱まるように、磁力可変磁石５０に着磁する。着磁の状態により、磁力可変磁石５０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。以下の説明においては、増磁処理による磁力可変磁石５０の着磁を増磁と称し、減磁処理による磁力可変磁石５０の着磁を減磁と称する。
【0042】
ただし、増磁処理および減磁処理による磁力可変磁石５０の着磁は、車載機器の制限を受ける。すなわち、磁力可変磁石５０の磁力を強く着磁するためには、大電流を駆動モータ２Ｍに供給する必要があり、駆動バッテリ５の電圧およびインバータ４の容量によって制限を受ける。
【0043】
これらの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、本開示の技術では、駆動モータ２Ｍの構造、特にロータ３０の構造を工夫する。
【0044】
＜駆動モータの構造＞
図３に、軸方向から見た駆動モータ２Ｍの断面構造を示す。図３に例示する駆動モータ２Ｍは、ステータ１０と、ロータ３０と、シャフト２０とを備える。駆動モータ２Ｍは、いわゆるインナロータ型に構成される。なお、以下の説明において、軸方向は、ロータ３０の回転軸Ｊに沿う方向を表す。径方向は、回転軸Ｊと直交する方向を表す。周方向は、回転軸Ｊを中心としたその周囲の方向を表す。
図３に、軸方向から見た駆動モータ２Ｍの断面構造を示す。図３に例示する駆動モータ２Ｍは、ステータ１０と、ロータ３０と、シャフト２０とを備える。駆動モータ２Ｍは、いわゆるインナロータ型に構成される。なお、以下の説明において、軸方向は、ロータ３０の回転軸Ｊに沿う方向を表す。径方向は、回転軸Ｊと直交する方向を表す。周方向は、回転軸Ｊを中心としたその周囲の方向を表す。
【0045】
ステータ１０は、円筒状の部材からなり、自動車１の車体に固定される不図示のモータケースに収容される。ステータ１０は、ステータコア１１と、複数のコイル１２とを備える。ステータコア１１は、いわゆる積層鉄心であり、透磁率の高い複数の鋼板を軸方向に積層して構成される。コイル１２は、ステータコア１１に電線を巻回して構成される。
【0046】
具体的には、ステータコア１１は、バックヨーク１１ａと、複数のティース１１ｂとを有する。バックヨーク１１ａは、平面視で環状に形成され、ステータコア１１の外周側部分を構成する。複数のティース１１ｂは、バックヨーク１１ａから径方向における内側に向けて等間隔で放射状に張り出す。本例のステータ１０において、ティース１１ｂは４８個である。コイル１２は、隣り合うティース１１ｂの間に形成される空間（スロット）に電線を巻き付けることで構成される。
【0047】
複数のコイル１２は、流れる電流の位相が異なるＵ相、Ｖ相およびＷ相からなる三相のコイル群を構成する。各相のコイル１２は、周方向に順番に配置される。各ティース１１ｂには、各相のコイル１２により電磁石が構成される。各コイル１２には、インバータ４から電流が印加される。コイル１２が通電されると、その周囲に磁界が発生する。
【0048】
ロータ３０は、円筒状の部材からなり、ステータ１０の内側に配置される。ステータ１０と組み合わされたロータ３０の外周面は、ステータ１０の内周面と所定のエアギャップ３１を介して対向する。すなわち、ステータ１０は、ロータ３０の径方向における外側にエアギャップ３１を隔てて配置される。ロータ３０は、ロータコア３２と、複数の磁極部３３とを備える。本例のロータ３０において、磁極部３３の数は１６個である。
【0049】
ロータコア３２は、平面視で環状に形成される。ロータコア３２は、いわゆる積層鉄心であり、透磁率の高い複数の鋼板を軸方向に積層して構成される。ロータコア３２の中央部には、軸孔が設けられる。軸孔には、シャフト２０が挿入される。シャフト２０は、モータケースに軸支される。ロータコア３２は、ハブを介してシャフト２０と固定される。それにより、ロータコア３２およびシャフト２０は、回転軸Ｊを中心として一体に回転自在とされる。
【0050】
ステータ１０において、複数のコイル１２が発生させる磁界には、ロータ３０を回転させるための回転磁界と、磁力可変磁石５０の磁化状態を変化させるための着磁磁界とが含まれる。
【0051】
複数のコイル１２に駆動電流（交流電流）が供給されると、回転磁界が発生する。この回転磁界とロータ３０の磁力との相互作用により、ロータ３０が回転する。また、ロータ３０の回転中（または停止中）に、複数のコイル１２にパルス状のｄ軸電流が供給されると、着磁磁界が発生する。この着磁磁界により磁力可変磁石５０の磁化状態が変化し、磁力可変磁石５０が増磁または減磁する。その結果として、ロータ３０は、磁極部３３の磁力を変更することが可能に構成される。
【0052】
なお、この実施形態では、１６極４８スロットの駆動モータ２Ｍを例示するが、駆動モータ２Ｍのスロットコンビネーションは、これに限らない。例えば、２Ｎ倍の磁極数と、３Ｍ倍のスロット数（Ｎ、Ｍは整数）とで、スロットコンビネーションを構成することができる。特に車載する駆動モータ２Ｍの場合、モータサイズ、要求出力、ロータ３０の構造などの制限から、磁極数は、８極以上２０極以下の範囲で設定されることが好ましい。
【0053】
＜磁極部の構成＞
複数の磁極部３３は、ロータコア３２に設けられる。複数の磁極部３３は、ロータコア３２の外周面３２ａに沿って並ぶように配置される。複数の磁極部３３のうち半数（本例では８個）はＳ磁極部３３Ｓであり、残り半数（本例では８個）はＮ磁極部３３Ｎである。Ｓ磁極部３３Ｓは、ロータ３０の外周面における磁極がＳ極である磁極部３３である。Ｎ磁極部３３Ｎは、ロータ３０の外周面における磁極がＮ極である磁極部３３である。
複数の磁極部３３は、ロータコア３２に設けられる。複数の磁極部３３は、ロータコア３２の外周面３２ａに沿って並ぶように配置される。複数の磁極部３３のうち半数（本例では８個）はＳ磁極部３３Ｓであり、残り半数（本例では８個）はＮ磁極部３３Ｎである。Ｓ磁極部３３Ｓは、ロータ３０の外周面における磁極がＳ極である磁極部３３である。Ｎ磁極部３３Ｎは、ロータ３０の外周面における磁極がＮ極である磁極部３３である。
【0054】
Ｓ磁極部３３ＳとＮ磁極部３３Ｎとは、周方向において交互に並ぶように設けられる。Ｓ磁極部３３ＳとＮ磁極部３３Ｎとでは、ロータコア３２の外周面３２ａにおける磁極（具体的には、後述する磁力固定磁石４０、第１補助磁力固定磁石４１、第２補助磁力固定磁石４２のそれぞれの磁化方向）と、周方向における位置が異なる点を除いて、同様の構成である。以下の説明では、Ｓ磁極部３３ＳとＮ磁極部３３Ｎとを区別しない場合には、単に磁極部３３と称する。
【0055】
図４に、図３のロータ３０におけるＳ磁極部３３Ｓの部分を拡大した図を示す。また、図５に、図３のロータ３０におけるＮ磁極部３３Ｎの部分を拡大した図を示す。図４および図５において、回転軸Ｊから放射状に延びて各磁極部３３の周方向の中心を通る線はｄ軸（direct axis）を表す。回転軸Ｊから放射状に延びて隣接した２つの磁極部３３の間の中心を通る線はｑ軸（quadrature axis）を表す。
【0056】
各磁極部３３は、磁力固定磁石４０と、第１補助磁力固定磁石４１と、第２補助磁力固定磁石４２と、磁力可変磁石５０と、非磁性体７０と、空隙部とを含む。磁力可変磁石５０としては、第１磁力可変磁石５１と、第２磁力可変磁石５２とが設けられる。空隙部としては、第１空隙部６１と、第２空隙部６２と、第３空隙部６３とが設けられる。
【0057】
図４および図５中の実線矢印は、磁力固定磁石４０、第１補助磁力固定磁石４１、および第２補助磁力固定磁石４２の各々の磁化方向を表す。また、図４および図５中の破線矢印は、増磁状態での第１磁力可変磁石５１および第２磁力可変磁石５２の各々の磁化方向を表す。
【0058】
＜磁力固定磁石＞
磁力固定磁石４０は、各磁極部３３の主体となる磁性要素であり、磁極部３３の極性（Ｓ磁極部３３ＳまたはＮ磁極部３３Ｎ）を決定付ける役割を担う。磁力固定磁石４０の磁力は、最も強い。磁力固定磁石４０は、長辺側が短辺側よりも十分に（例えば４倍程度）長い長方形に形成される。磁力固定磁石４０は、周方向において、磁極部３３の中央部分に位置する。磁力固定磁石４０は、径方向において、磁極部３３の比較的内側寄りに位置する。磁力固定磁石４０は、ｄ軸を中心にして磁化方向を径方向に向けて配置される。
磁力固定磁石４０は、各磁極部３３の主体となる磁性要素であり、磁極部３３の極性（Ｓ磁極部３３ＳまたはＮ磁極部３３Ｎ）を決定付ける役割を担う。磁力固定磁石４０の磁力は、最も強い。磁力固定磁石４０は、長辺側が短辺側よりも十分に（例えば４倍程度）長い長方形に形成される。磁力固定磁石４０は、周方向において、磁極部３３の中央部分に位置する。磁力固定磁石４０は、径方向において、磁極部３３の比較的内側寄りに位置する。磁力固定磁石４０は、ｄ軸を中心にして磁化方向を径方向に向けて配置される。
【0059】
磁力固定磁石４０は、長辺側の側面を径方向と直交する方向に沿わせて設けられる。磁力固定磁石４０の長辺側の両側面は、磁束が出入りする磁極面ＰＦを構成する。磁力固定磁石４０の各磁極面ＰＦはｄ軸に直交する。磁力固定磁石４０の磁化方向は、Ｓ磁極部３３ＳとＮ磁極部３３Ｎとで反転する。Ｓ磁極部３３Ｓの磁力固定磁石４０では、径方向における外側に向く磁極面ＰＦがＳ極であり、径方向における内側に向く磁極面ＰＦがＮ極である。Ｎ磁極部３３Ｎの磁力固定磁石４０では、径方向における外側に向く磁極面ＰＦがＮ極であり、径方向における内側に向く磁極面ＰＦがＳ極である。
【0060】
本例の磁力固定磁石４０は、ｄ軸の通る位置で二分される。磁力固定磁石４０は、一対の磁石片４０ａで構成される。一対の磁石片４０ａのサイズ（長さおよび幅）は、互いに同等である。一対の磁石片４０ａは、ｄ軸を挟んで線対称に位置する。ロータコア３２における磁力固定磁石４０の中間部位には、内側連結部３６が設けられる。内側連結部３６は、一対の磁石片４０ａの間を径方向に延び、ロータコア３２の径方向における磁力固定磁石４０よりも内側の部分と外側の部分とを連結する。内側連結部３６は、ｄ軸上を延びる。
【0061】
磁力固定磁石４０は、ロータコア３２に埋め込まれる。ロータコア３２における磁力固定磁石４０の配置箇所には、第１収容孔Ｈａが形成される。第１磁石孔Ｈａは、内側連結部３６により区画される。各磁石片４０ａは、第１収容孔Ｈａに収容される。第１収容孔Ｈａは、磁力固定磁石４０を収容した状態で、必要に応じて隙間ができるように設計されてもよい。磁石片４０ａは、第１収容孔Ｈａ内でロータコア３２に固定される。磁石片４０ａの固定には、例えば接着剤が使用される。
【0062】
第１補助磁力固定磁石４１は、各磁極部３３の補助的な磁性要素であり、磁力固定磁石４０の磁力を補強する機能を有する。第１補助磁力固定磁石４１の磁力は、磁力固定磁石４０に次いで強い。第１補助磁力固定磁石４１は、短辺および長辺の双方が磁力固定磁石４０よりも小さい長方形に形成される。第１補助磁力固定磁石４１は、ロータコア３２における磁力固定磁石４０と当該ロータコア３２の外周面３２ａとの間に、ｄ軸を中心にして磁化方向を径方向に向けて配置される。
【0063】
第１補助磁力固定磁石４１もまた、長辺側の側面を径方向と直交する方向に沿わせて設けられる。第１補助磁力固定磁石４１の長辺側の両側面は、磁極面ＰＦを構成する。第１補助磁力固定磁石４１の各磁極面ＰＦはｄ軸に直交する。各磁極部３３において、磁力固定磁石４０の磁力が増強されるように、第１補助磁力固定磁石４１の磁化方向は、磁力固定磁石４０の磁化方向と同じ方向に揃えられる。すなわち、径方向に並ぶ第１補助磁力固定磁石４１および磁力固定磁石４０の各々の磁極面ＰＦ（Ｓ極およびＮ極）は、互いに同じ向きに設定される。
【0064】
第１補助磁力固定磁石４１は、ロータコア３２に埋め込まれる。ロータコア３２における第１補助磁力固定磁石４１の配置箇所には、第２収容孔Ｈｂが形成される。第１補助磁力固定磁石４１は、第２収容孔Ｈｂに収容される。第２収容孔Ｈｂは、第１補助磁力固定磁石４１を収容した状態で、必要に応じて隙間ができるように設計されてもよい。第１補助磁力固定磁石４１は、第２収容孔Ｈｂ内でロータコア３２に固定される。第１補助磁力固定磁石４１の固定には、例えば接着剤が使用される。
【0065】
第２補助磁力固定磁石４２は、各磁極部３３の補助的な磁性要素であり、磁力固定磁石４０の磁束を誘導する機能を有する。第２補助磁力固定磁石４２は、各磁極部３３に２つずつ設けられる。第２補助磁力固定磁石４２は、長辺が短辺よりも僅かに大きな長方形に形成される。第２補助磁力固定磁石４２は、磁力固定磁石４０に対して周方向における両側に、磁化方向を周方向に向けてそれぞれ配置される。第２補助磁力固定磁石４２は、ｄ軸に対して線対称状に配置される。
【0066】
第２補助磁力固定磁石４２は、長辺側の側面を径方向に沿わせて設けられる。第２補助磁力固定磁石４２の長辺側の両側面は、磁極面ＰＦを構成する。第２補助磁力固定磁石４２の磁極面ＰＦは、ｄ軸と平行な関係にあり、周方向に面する。第２補助磁力固定磁石４２は、磁力固定磁石４０の周方向における端部に隣接して位置する。第２補助磁力固定磁石４２における一方の磁極面ＰＦは、磁力固定磁石４０と接する。
【0067】
第２補助磁力固定磁石４２において、磁力固定磁石４０の径方向における外側に向く磁極面ＰＦと同一極性の磁極面ＰＦは、磁力固定磁石４０側に位置する。Ｓ磁極部３３Ｓの第２補助磁力固定磁石４２では、磁力固定磁石４０側に向く磁極面ＰＦがＳ極、その反対側の磁極面ＰＦがＮ極であり、Ｓ極の磁極面ＰＦが磁力固定磁石４０と接する。Ｎ磁極部３３Ｎの第２補助磁力固定磁石４２では、磁力固定磁石４０側に向く磁極面ＰＦがＮ極、その反対側の磁極面ＰＦがＳ極であり、Ｎ極の磁極面ＰＦが磁力固定磁石４０と接する。
【0068】
第２補助磁力固定磁石４２は、ロータコア３２に埋め込まれる。ロータコア３２における第２補助磁力固定磁石４２の配置箇所には、第３収容孔Ｈｃが形成される。第３収容孔Ｈｃは、第２収容孔Ｈｂに連通する。第２補助磁力固定磁石４２は、第３収容孔Ｈｃに収容される。第３収容孔Ｈｃは、第２補助磁力固定磁石４２を収容した状態で、必要に応じて隙間ができるように設計されてもよい。第２補助磁力固定磁石４２は、第３収容孔Ｈｃ内でロータコア３２に固定される。第２補助磁力固定磁石４２の固定には、例えば接着剤が使用される。
【0069】
磁力固定磁石４０、第１補助磁力固定磁石４１、および第２補助磁力固定磁石４２はそれぞれ、従来の永久磁石と同様であり、磁性体の磁束密度が実質的に不変な磁石、つまり磁力が一定で変化しない磁石である。これら磁力固定磁石４０、第１補助磁力固定磁石４１、および第２補助磁力固定磁石４２には、磁束密度が高く、保磁力も大きい磁石が用いられる。そのような磁石としては、例えば、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁石、Ｓｍ－Ｃｏ系磁石、Ｆｅ－Ｎｉ系磁石、フェライト磁石などが挙げられる。
【0070】
＜磁力可変磁石＞
第１磁力可変磁石５１および第２磁力可変磁石５２は、磁力固定磁石４０と協働して各磁極部３３の主体となる磁性要素であり、磁極部３３の磁力を変更する役割を担う。第１磁力可変磁石５１および第２磁力可変磁石５２はそれぞれ、着磁磁界に係る磁束（所定の磁束；以下、着磁磁束という）により磁化状態を変化させることが可能である。第１磁力可変磁石５１および第２磁力可変磁石５２による総合した最大の磁力は、磁力固定磁石４０、第１補助磁力固定磁石４１および第２補助磁力固定磁石４２による総合した磁力と同等以下に設定される。
第１磁力可変磁石５１および第２磁力可変磁石５２は、磁力固定磁石４０と協働して各磁極部３３の主体となる磁性要素であり、磁極部３３の磁力を変更する役割を担う。第１磁力可変磁石５１および第２磁力可変磁石５２はそれぞれ、着磁磁界に係る磁束（所定の磁束；以下、着磁磁束という）により磁化状態を変化させることが可能である。第１磁力可変磁石５１および第２磁力可変磁石５２による総合した最大の磁力は、磁力固定磁石４０、第１補助磁力固定磁石４１および第２補助磁力固定磁石４２による総合した磁力と同等以下に設定される。
【0071】
第１磁力可変磁石５１は、周方向において、磁力固定磁石４０の両側にそれぞれ配置される。第１磁力可変磁石５１は、径方向において、磁力固定磁石４０よりも外側の位置に配置される。第１磁力可変磁石５１は、隣り合う磁極部３３に跨がるように、ｑ軸を中心にして磁化方向を周方向に向けて配置される。第１磁力可変磁石５１は、周方向における磁極部３３の両端に位置し、隣り合う磁極部３３（Ｓ磁極部３３ＳとＮ磁極部３３Ｎ）で共有される。
【0072】
第１磁力可変磁石５１は、２つの磁性体片５３によって構成される。磁性体片５３は、長辺側が短辺側よりも十分に（例えば５倍程度）長い長方形に形成される。２つの磁性体片５３のサイズ（長さおよび幅）は、互いに同等である。２つの磁性体片５３は、ｑ軸を挟んで線対称に配置され、それぞれｑ軸に隣接する。磁性体片５３の長辺の長さは、磁力固定磁石４０の短辺の長さと略同じである。磁性体片５３は、長辺側の側面を径方向に沿わせて配置される。
【0073】
磁性体片５３の長辺側の側面は、磁極面ＰＦを構成する。磁性体片５３の磁極面ＰＦは、ｑ軸と平行な関係にあり、周方向に面する。２つの磁性体片５３は、互いの長辺側を突き合わせた状態で周方向に並置される。そのようにして構成される第１磁力可変磁石５１のサイズは、磁力固定磁石４０のサイズよりも小さい。第１磁力可変磁石５１の保磁力は、磁力固定磁石４０、第１補助磁力固定磁石４１、第２補助磁力固定磁石４２の保磁力よりも低い。
【0074】
第１磁力可変磁石５１は、ロータコア３２に埋め込まれる。ロータコア３２における第１磁力可変磁石５１の配置箇所には、第４収容孔Ｈｄが形成される。第１磁力可変磁石５１は、第４収容孔Ｈｄに収容される。第１磁力可変磁石５１は、第４収容孔Ｈｄ内でロータコア３２に固定される。第１磁力可変磁石５１の固定には、例えば接着剤が使用される。
【0075】
第４収容孔Ｈｄは、ロータコア３２の外周側に開放される。第４収容孔Ｈｄの開放端における周方向の両側には、その開口内方に張り出す張出し片３２ｂがそれぞれ設けられる。張出し片３２ｂは、第１磁力可変磁石５１の脱離を防止する抜止めとして機能する。第１磁力可変磁石５１は、第４収容孔Ｈｄの開放端（張出し片３２ｂの間）からロータコア３２の外周側、つまりステータ１０側に露出する。
【0076】
第２磁力可変磁石５２は、各磁極部３３に２つずつ設けられる。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との間にそれぞれ配置される。第２磁力可変磁石５２は、径方向において、磁力固定磁石４０よりも外側に配置される。具体的には、第２磁力可変磁石５２は、第１補助磁力固定磁石４１と第１磁力可変磁石５１との間における第１磁力可変磁石５１寄りの位置に設けられる。
【0077】
第２磁力可変磁石５２は、ｄ軸に対して線対称状に配置される。第２磁力可変磁石５２は、第１磁力可変磁石５１と周方向に間隔をあけて平行に並ぶように、磁化方向を周方向に向けて配置される。第２磁力可変磁石５２は、増磁処理中、第１磁力可変磁石５１と磁気的に直列な関係とされる。第２磁力可変磁石５２は、第１磁力可変磁石５１を構成するものと同じ１つの磁性体片５３によって構成される。
【0078】
磁性体片５３は、磁極面ＰＦをなす長辺側の側面を径方向に沿わせて配置される。磁性体片５３の磁極面ＰＦは、ｑ軸と平行な関係にあり、周方向に面する。第２磁力可変磁石５２のサイズは、磁力固定磁石４０のサイズよりも十分に小さい。第２磁力可変磁石５２の保磁力は、磁力固定磁石４０、第１補助磁力固定磁石４１、第２補助磁力固定磁石４２の保磁力よりも低い。
【0079】
第２磁力可変磁石５２は、ロータコア３２に埋め込まれる。ロータコア３２における第２磁力可変磁石５２の配置箇所には、第５収容孔Ｈｅが形成される。第２磁力可変磁石５２は、第５収容孔Ｈｅに収容される。第５収容孔Ｈｅは、第２磁力可変磁石５２を収容した状態で、必要に応じて隙間ができるように設計されてもよい。第２磁力可変磁石５２は、第５収容孔Ｈｅ内でロータコア３２に固定される。第２磁力可変磁石５２の固定には、例えば接着剤が使用される。
【0080】
第１磁力可変磁石５１および第２磁力可変磁石５２はそれぞれ、磁性の磁束密度が可変、つまり磁力の変更が可能な磁石である。これら第１磁力可変磁石５１および第２磁力可変磁石５２には、磁束密度は高いが、保磁力は小さい磁石が用いられる。そのような磁石としては、例えば、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁石、Ｓｍ－Ｃｏ系磁石、Ｆｅ－Ｎｉ系磁石、Ａｌ－Ｎｉ－Ｃｏ系磁石などが挙げられる。
【0081】
第１磁力可変磁石５１および第２磁力可変磁石５２の磁化状態は、磁力固定磁石４０、第１補助磁力固定磁石４１、第２補助磁力固定磁石４２の磁化状態よりも変化しやすい。駆動バッテリ５およびインバータ４が出力可能な大電流（例えば７５０Ａｒｍｓ）では、磁力固定磁石４０、第１補助磁力固定磁石４１、第２補助磁力固定磁石４２の磁化状態は実質的に変化しないが、第１磁力可変磁石５１および第２磁力可変磁石５２の磁化状態は変化させることができる。それにより、第１磁力可変磁石５１および第２磁力可変磁石５２の磁力を変更できる。なお、駆動モータ２Ｍを駆動するときの電流の大きさでは、第１磁力可変磁石５１および第２磁力可変磁石５２の磁化状態もほとんど変化しない。したがって、通常の駆動シーンでは、第１磁力可変磁石５１および第２磁力可変磁石５２も永久磁石として機能する。
【0082】
非磁性体７０は、第１磁力可変磁石５１に対して径方向における内側に配置される。非磁性体７０は、長辺側が短辺側よりも十分に（例えば３倍程度）長い長方形に形成される。非磁性体７０は、ｑ軸を中心にして短辺側の側面をｑ軸と直交させて配置される。非磁性体７０の短辺の長さは、第１磁力可変磁石５１の短辺の長さよりも長い。非磁性体７０は、第１磁力可変磁石５１の周方向における全幅に対して径方向における内側に位置する。非磁性体７０は、例えば合成樹脂によって構成される。
【0083】
非磁性体７０は、ロータコア３２に埋め込まれる。ロータコア３２における非磁性体７０の配置箇所には、第６収容孔Ｈｆが形成される。非磁性体７０は、第６収容孔Ｈｆに収容される。第６収容孔Ｈｆは、第５収容孔Ｈｅと連通してもよい。第６収容孔Ｈｆは、非磁性体７０を収容した状態で、必要に応じて隙間ができるように設計されてもよい。非磁性体７０は、第６収容孔Ｈｆ内でロータコア３２に固定される。非磁性体７０の固定には、例えば接着剤が使用される。
【0084】
第１空隙部６１は、各磁極部３３に２つずつ形成される。２つの第１空隙部６１は、ｄ軸に対して線対称状に配置される。第１空隙部６１は、第２空隙部６２および第３空隙部６３よりも大きな開口面積を有する。第１空隙部６１は、磁力固定磁石４０に対して径方向における内側の位置と第１磁力可変磁石５１に対して径方向における内側との間に広がるようにロータコア３２に形成される。第１空隙部６１は、磁力固定磁石４０および第２補助磁力固定磁石４２と径方向において一部で対応するように形成される。
【0085】
具体的には、第１空隙部６１は、磁力固定磁石４０をなす磁石片４０ａに対して径方向における内側の位置から、周方向において非磁性体７０に近接する位置にまで広がる。第１空隙部６１は、磁力固定磁石４０側から非磁性体７０側に向かって径方向における外側に延びており、第２補助磁力固定磁石４２と非磁性体７０との間にも位置する。第１空隙部６１の径方向における外側に位置する部分は、第１磁力可変磁石５１と第２磁力可変磁石５２との間の部分に対して径方向における内側の近傍に位置する。
【0086】
ロータコア３２におけるｑ軸を挟んで隣り合う第１空隙部６１の間には、第１柱部３４が形成される。第１柱部３４は、非磁性体７０を含む。周方向における第１柱部３４の幅は、周方向における非磁性体７０の幅よりも僅かに広い。第１柱部３４における非磁性体７０の両側の第１空隙部６１との間の壁部３５ａは、比較的薄く、例えばロータコア３２で最も薄い。
【0087】
第３空隙部６３は、各磁極部３３において、２つの第１空隙部６１の間に形成される。第３空隙部６３は、ｄ軸を中心にして略矩形状に形成される。ロータコア３２における各第１空隙部６１と第３空隙部６３との間には、第２柱部３５が形成される。第２柱部３５は、ｄ軸に対して線対称状に配置される。第２柱部３５は、磁力固定磁石４０の全幅に対してｄ軸寄りに位置する。
【0088】
第１空隙部６１の径方向における外側は、第１柱部３４の径方向における外側の端部から第２柱部３５の径方向における外側の端部に亘って延びる屈曲面６１ａによって区画される。その屈曲面６１ａは、磁力固定磁石４０および第２補助磁力固定磁石４２に近接し、これら磁力固定磁石４０および第２補助磁力固定磁石４２に沿って延びる。軸方向から見て、屈曲面６１ａは、径方向における内側に向かって膨らむ円弧状である。
【0089】
第２空隙部６２は、各磁極部３３に２つずつ形成される。２つの第２空隙部６２もまた、ｄ軸に対して線対称状に配置される。第２空隙部６２は、第１空隙部６１に対して径方向における外側に離間し、周方向において第１補助磁力固定磁石４１と第１磁力可変磁石５１との間に位置する。第２空隙部６２は、周方向における磁力固定磁石４０の第１磁力可変磁石５１側の傍らに対して径方向における外側の位置から第１磁力可変磁石５１側に延びるようにロータコア３２に形成される。
【0090】
具体的には、第２空隙部６２は、略Ｌ字状に形成される。第２空隙部６２は、径側延出部６２ａと、周側延出部６２ｂとを有する。径側延出部６２ａは、第２補助磁力固定磁石４２の径方向における外側の位置から径方向における外側に向かって、第１補助磁力固定磁石４１と第１磁力可変磁石５１との間を仕切るように延びる。周側延出部６２ｂは、第２補助磁力固定磁石４２の径方向における外側の位置から第２磁力可変磁石５２の径方向における内側の位置にまで延びる。
【0091】
周方向における径側延出部６２ａの幅は、当該径側延出部６２ａの中程の位置までは径方向における外側に向かって磁力固定磁石４０から離れるに従い狭くなり、当該径側延出部６２ａの中程の位置から径方向における外側の端部までは略一定である。径方向における周側延出部６２ｂの幅は、周方向において第１磁力可変磁石５１に近づくに従い狭くなる。周側延出部６２ｂの径方向における最小幅は、径側延出部６２ａの周方向における最小幅と同等か、または径側延出部６２ａの周方向における最小幅よりも広い。
【0092】
軸方向から見て、径側延出部６２ａのｄ軸側の側面は、径方向に延びる直線状である。また、径方向における周側延出部６２ｂの内側の側面は、周方向に延びる直線状である。そして、径側延出部６２ａのｑ軸側と径方向における周側延出部６２ｂの外側とに亘る側面は、磁力固定磁石４０の端部に向かって膨らむ曲線状である。そのことで、第２空隙部６２は、周方向における径側延出部６２ａの幅と、径方向における周側延出部６２ｂの幅とが各々の延びる方向での位置に応じて変化するように構成される。
【0093】
第２空隙部６２は、対応する磁力固定磁石４０の端部と第２補助磁力固定磁石４２とに接する。磁力固定磁石４０のうち第２補助磁力固定磁石４２と接する端面４０ｂの径方向における外側の一部は、第２空隙部６２に露出する。第２補助磁力固定磁石４２の径方向における外側の端面の一部も、第２空隙部６２に露出する。それにより、各磁極部３３の径方向における外側の部分には、第１閉鎖領域３７が形成される。第１閉鎖領域３７は、２つの第２空隙部６２と磁力固定磁石４０の磁極面ＰＦとによって、周方向の両側および径方向の内側が区画されてなる。
【0094】
第１補助磁力固定磁石４１は、周方向における両端部を径側延出部６２ａに接近させた状態で、第１閉鎖領域３７に配置される。第１補助磁力固定磁石４１の各端部と、径側延出部６２ａにおけるｄ軸側の各側面との間の距離は、同一である。第２磁力可変磁石５２は、ロータコア３２における第２空隙部６２の第１磁力可変磁石５１側の部分、つまり周側延出部６２ｂの先端部分と、当該ロータコア３２の外周面３２ａとの間に配置される。周側延出部６２ｂの先端部分は、周側延出部６２ｂのその他の部分と比べて、径方向における幅が狭い分、磁気抵抗が低い。それにより、第２磁力可変磁石５２は、増磁処理中、周側延出部６２ｂの先端部分を介して磁力固定磁石４０とも磁気的に直列な関係とされる。
【0095】
第２空隙部６２は、対応する第２磁力可変磁石５２の端部に接する。第２磁力可変磁石５２の径方向における内側の端面５２ａの一部は、周側延出部６２ｂの先端部分に露出する。それにより、各磁極部３３の周方向における第１閉鎖領域３７の両側の部分には、第２閉鎖領域３８がそれぞれ形成される。第２閉鎖領域３８は、第２空隙部６２と第２磁力可変磁石５２とによって、周方向の両側および径方向の内側が区画されてなる。
【0096】
そして、各磁極部３３の周方向における磁力固定磁石４０の両側には、磁束通路３９が形成される。磁束通路３９は、第１空隙部６１と第２空隙部６２とによって、周方向の第１柱部３４側および径方向の両側が区画されてなる。第２補助磁力固定磁石４２は、径方向における内側の端部を第１空隙部６１から所定の距離だけ離間させた状態で、磁束通路３９に配置される。それにより、磁束通路３９は、磁力固定磁石４０の径方向における内側にも延びる。磁力固定磁石４０と第１磁力可変磁石５１とは、増磁処理中、磁束通路３９により磁気的に直列な関係とされる。
【0097】
＜駆動モータの運転場面に対応した工夫＞
上述したように、駆動モータ２Ｍでは、広範囲な運転領域で安定した出力が求められる。エネルギー消費率（燃費、電費）を向上させる観点からは、さらに、その広範囲な運転領域で力率の最適化が求められる。しかも、磁力可変モータの場合、増磁処理と減磁処理とで、磁力可変磁石５０に対して磁化方向を真逆とする着磁が行われる。
上述したように、駆動モータ２Ｍでは、広範囲な運転領域で安定した出力が求められる。エネルギー消費率（燃費、電費）を向上させる観点からは、さらに、その広範囲な運転領域で力率の最適化が求められる。しかも、磁力可変モータの場合、増磁処理と減磁処理とで、磁力可変磁石５０に対して磁化方向を真逆とする着磁が行われる。
【0098】
したがって、駆動モータ２Ｍの高出力化、高効率化などを実現するためには、増磁処理中、増磁処理後、減磁処理中、減磁処理後、最大トルクの出力時、高力率での運転など、様々な運転場面に対して磁束の流れを最適化できるようにする必要がある。上述したロータ３０の構造は、その要求を実現できるように工夫される。
【0099】
＜増磁処理中に対する工夫＞
上述したように、駆動モータ２Ｍに供給できる大電流は制限される。したがって、そのような制限の下で、磁力可変磁石５０は、磁力が飽和に達するまで、効率良く増磁できることが好ましい。しかし、磁力固定磁石４０および磁力可変磁石５０の各々を基本的な位置に配置するだけでは、そのような増磁処理を実現できない。
上述したように、駆動モータ２Ｍに供給できる大電流は制限される。したがって、そのような制限の下で、磁力可変磁石５０は、磁力が飽和に達するまで、効率良く増磁できることが好ましい。しかし、磁力固定磁石４０および磁力可変磁石５０の各々を基本的な位置に配置するだけでは、そのような増磁処理を実現できない。
【0100】
図６に、比較例に係るロータ３０の構造を例示する。図６において、上図は模式図であり、下図は実施形態のロータ３０に対応させた図である。増磁処理時には、磁力可変磁石５０に対して、矢印Ｍｓが示すように、強い着磁磁界を作用させる。この着磁磁界に係る磁束（着磁磁束）は、Ｓ磁極部３３Ｓのｄ軸側から磁力可変磁石５０を通ってＮ磁極部３３Ｎのｄ軸側に向けて流れる。
【0101】
比較例に係るロータ３０では、第２空隙部６２および第２補助磁力固定磁石４２が各磁極部３３に含まれない。このロータ３０において、Ｎ磁極部３３Ｎでは、磁力固定磁石４０の径方向における外側の磁極面ＰＦ（Ｎ極）から高密度な磁束が径方向における外側に向けて流れる。その磁束の一部は、増磁処理中、磁力可変磁石５０に印加される着磁磁束と反発し合う。このことから、磁力可変磁石５０を通る着磁磁束の磁束密度が低下する。その結果、磁力可変磁石５０を効率良く増磁できない。
【0102】
図７に、図６に対応して表した実施形態のロータ３０の構造を例示する。空気の磁気抵抗は、ロータコア３２の磁気抵抗に比べて圧倒的に高い。したがって、第２空隙部６２が設けられることにより、Ｎ磁極部３３Ｎにおいて、磁力固定磁石４０から出る高密度な磁束と着磁磁束とが反発し合う磁束経路が遮断される。そして、磁束には、最短経路で流れる性質がある。したがって、Ｎ磁極部３３Ｎでは、磁束通路３９により、磁力可変磁石５０から磁力固定磁石４０に向かう順方向の着磁磁束の流れが形成される。
【0103】
磁束通路３９における着磁磁束の流れは、第１空隙部６１の屈曲面６１ａによって誘導される。また、Ｎ磁極部３３Ｎにおいて、磁束通路３９を流れる着磁磁束は、磁力固定磁石４０に対して、径方向における外側の磁極面ＰＦ（Ｓ極）から流入される他、第２補助磁力固定磁石４２の磁力作用により、第２補助磁力固定磁石４２から磁力固定磁石４０に引き入れられるので、当該磁力固定磁石４０の周方向における端面からも流入される。このように、磁力固定磁石４０と磁力可変磁石５０との間における着磁磁束の流れが直列化する。これにより、増磁処理において、磁力可変磁石５０に着磁磁束を集中させることができる。その結果、制約された条件下であっても、増磁処理により、磁力可変磁石５０を磁力が飽和に達するまで効率良く増磁できる。
【0104】
図８に、増磁処理でステータ１０のコイル１２にｄ軸電流を通電したときの磁束線を示す。また、図９に、増磁処理中の着磁磁界に係る磁束密度のコンター図を示す。図８および図９は、磁界解析プログラムを用いたシミュレーションの結果に基づく図である。図８に示すように、駆動モータ２Ｍでは、増磁処理中、ステータ１０のコイル１２において強い着磁磁界が発生し、その着磁磁界が第１磁力可変磁石５１および第２磁力可変磁石５２に作用する。
【0105】
このとき、着磁磁束の一部は、ステータ１０側からＳ磁極部３３Ｓの第２閉鎖領域３８に入り、第２閉鎖領域３８からＳ磁極部３３Ｓの第２磁力可変磁石５２、第１磁力可変磁石５１、Ｎ磁極部３３Ｎの第２磁力可変磁石５２を通って、Ｎ磁極部３３Ｎの第２閉鎖領域３８からステータ１０側に出る。第１磁力可変磁石５１には、Ｓ磁極部３３Ｓの磁束通路３９を通った着磁磁束も入る。第１磁力可変磁石５１から出た着磁磁束の一部は、Ｎ磁極部３３Ｎの磁束通路３９を通る。また、第２磁力可変磁石５２を通った着磁磁束の一部も、周側延出部６２ｂの先端部分を貫通して、Ｎ磁極部３３Ｎの磁束通路３９に流れる。
【0106】
磁束通路３９を流れる着磁磁束は、磁力固定磁石４０に対して、径方向における内側の磁極面ＰＦ（Ｓ極）から直接入るか、または第２補助磁力固定磁石４２を介して周方向における端面から入る。そして、磁力固定磁石４０から出た着磁磁束は、第１閉鎖領域３７を通ってステータ１０側に流れる。第１閉鎖領域３７を通る着磁磁束のうち、一部は第１補助磁力固定磁石４１に収束されつつ、他部は周方向における第１補助磁力固定磁石４１の側方を通って、それぞれステータ１０側に出る。このとき、一部の着磁磁束は、径側延出部６２ａの先端側を貫通してステータ側に流れる。
【0107】
そうした着磁磁界の中において、Ｎ磁極部３３Ｎでは、磁力固定磁石４０の径方向における外側の磁極面ＰＦ（Ｎ極）から出る高密度な磁束が、２つの第２空隙部６２により、第１閉鎖領域３７で周方向への流れを制限される。それにより、磁力固定磁石４０から出る磁束の一部が第２閉鎖領域３８を流れる着磁磁束と反発し合うことが抑制される。そして、上述したように、着磁磁束が、磁力固定磁石４０と第１磁力可変磁石５１との間で直列に流れる（図８の矢印参照）。そのことにより、図９に示すように、第１磁力可変磁石５１に着磁磁束が集中し、第１磁力可変磁石５１を通る着磁磁束の磁束密度が高められる。
【0108】
－実施形態の特徴－
この実施形態のロータ３０では、各磁極部３３において、第１空隙部６１がロータコア３２に形成される。第１空隙部６１は、磁力固定磁石４０に対して径方向における内側の位置と第１磁力可変磁石５１に対して径方向における内側の位置との間に広がる。これによれば、第１空隙部６１の径方向における外側を区画する屈曲面６１ａが、磁力固定磁石４０と第１磁力可変磁石５１との間の磁束通路３９に面する。増磁処理において、着磁磁束は、そうした第１空隙部６１の屈曲面６１ａにより誘導される。また、磁力固定磁石４０に対して周方向における両側には、第２補助磁力固定磁石４２が配置される。第２補助磁力固定磁石４２の磁化方向は、周方向に向くので、第２補助磁力固定磁石４２の磁力作用により、磁力固定磁石４０に磁束を引き入れることができる。それにより、増磁処理において、着磁磁束を、磁力固定磁石４０に対して周方向における端面からも流入させることができる。これらの組合せにより、磁力固定磁石４０と第１磁力可変磁石５１とを磁気的に直列な関係とすることができる。そのことで、増磁処理において、磁力固定磁石４０から出る高密度な磁束と第１磁力可変磁石５１を通る着磁磁束とが反発し合うのを抑制し、第１磁力可変磁石５１に対して着磁磁束を効率的に集中させることができる。したがって、増磁処理により第１磁力可変磁石５１に印加される磁束の磁束密度を高めることができる。
この実施形態のロータ３０では、各磁極部３３において、第１空隙部６１がロータコア３２に形成される。第１空隙部６１は、磁力固定磁石４０に対して径方向における内側の位置と第１磁力可変磁石５１に対して径方向における内側の位置との間に広がる。これによれば、第１空隙部６１の径方向における外側を区画する屈曲面６１ａが、磁力固定磁石４０と第１磁力可変磁石５１との間の磁束通路３９に面する。増磁処理において、着磁磁束は、そうした第１空隙部６１の屈曲面６１ａにより誘導される。また、磁力固定磁石４０に対して周方向における両側には、第２補助磁力固定磁石４２が配置される。第２補助磁力固定磁石４２の磁化方向は、周方向に向くので、第２補助磁力固定磁石４２の磁力作用により、磁力固定磁石４０に磁束を引き入れることができる。それにより、増磁処理において、着磁磁束を、磁力固定磁石４０に対して周方向における端面からも流入させることができる。これらの組合せにより、磁力固定磁石４０と第１磁力可変磁石５１とを磁気的に直列な関係とすることができる。そのことで、増磁処理において、磁力固定磁石４０から出る高密度な磁束と第１磁力可変磁石５１を通る着磁磁束とが反発し合うのを抑制し、第１磁力可変磁石５１に対して着磁磁束を効率的に集中させることができる。したがって、増磁処理により第１磁力可変磁石５１に印加される磁束の磁束密度を高めることができる。
【0109】
この実施形態のロータ３０では、各磁極部３３において、第１空隙部６１に加え、第２空隙部６２がロータコア３２に形成される。第２空隙部６２は、第１空隙部６１に対して径方向における外側に離間し、且つ磁力固定磁石４０の第１磁力可変磁石５１側の傍らに対して径方向における外側から第１磁力可変磁石５１側に延びる。第１空隙部６１と第２空隙部６２との間には、ロータコア３２の一部からなる磁束通路３９が形成される。この磁束通路により、磁力固定磁石４０と第１磁力可変磁石５１との磁気的に直列な関係を確立させることができる。このことは、第１磁力可変磁石５１に対して当該磁束をよりいっそう効率的に集中させ、増磁処理により第１磁力可変磁石５１に印加される磁束の磁束密度を高めるのに有利である。
【0110】
この実施形態のロータ３０では、各磁極部３３が第２磁力可変磁石５２を含む。第２磁力可変磁石５２は、ロータコア３２における第２空隙部６２の第１磁力可変磁石５１側の部分とロータコア３２の外周面３２ａとの間に配置される。そして、第２磁力可変磁石５２の磁化方向は、第１磁力可変磁石５１と同様に周方向に向くので、第２磁力可変磁石５２を、磁力固定磁石４０および第１磁力可変磁石５１と磁気的に直列な関係とすることができる。それにより、増磁処理において、着磁磁束の少なくとも一部が、磁力固定磁石４０と第１磁力可変磁石５１との間で第２磁力可変磁石５２を経由するようになる。このことは、第１磁力可変磁石５１に対して着磁磁束をよりいっそう効率的に集中させ、増磁処理により第１磁力可変磁石５１に印加される磁束密度を高めるのに有利に作用する。
【0111】
以上のように、本開示の技術の例示として、好ましい実施形態について説明した。しかし、本開示の技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。上記実施形態について、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においてさらに色々な変形が可能なこと、またそうした変形も本発明の範囲に属することは、当業者に理解されるところである。
【0112】
上述した実施形態では、ハイブリッド車を例示したが、これに限らない。本開示の技術を適用する自動車は、エンジン２Ｅを搭載せず、駆動モータ２Ｍのみで走行する電気自動車であってもよい。また、本開示の技術に係る回転電機は、自動車の他、鉄道車両にも適用することが可能であり、冷蔵庫、洗濯機などの車両以外の機器に用いられてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0113】
以上説明したように、本開示の技術は、ロータ、回転電機および車両について有用である。
【符号の説明】
【0114】
１ 自動車（車両）
２Ｍ 駆動モータ（回転電機）
３Ｄ 駆動輪
１０ ステータ
３０ ロータ
３１ エアギャップ
３２ ロータコア
３２ａ ロータコアの外周面
３３ 磁極部
４０ 磁力固定磁石
４２ 第２補助磁力固定磁石（補助磁力固定磁石）
５１ 第１磁力可変磁石
５２ 第２磁力可変磁石
６１ 第１空隙部
６２ 第２空隙部
２Ｍ 駆動モータ（回転電機）
３Ｄ 駆動輪
１０ ステータ
３０ ロータ
３１ エアギャップ
３２ ロータコア
３２ａ ロータコアの外周面
３３ 磁極部
４０ 磁力固定磁石
４２ 第２補助磁力固定磁石（補助磁力固定磁石）
５１ 第１磁力可変磁石
５２ 第２磁力可変磁石
６１ 第１空隙部
６２ 第２空隙部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
