特開 2024-110907 ハイブリッド励磁式回転電機

(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】P2024110907

(43)【公開日】2024-08-16

(54)【発明の名称】ハイブリッド励磁式回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 19/12 20060101AFI20240808BHJP

   H02K 16/02 20060101ALI20240808BHJP

【ＦＩ】

H02K19/12

H02K16/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023149432

(22)【出願日】2023-09-14

(31)【優先権主張番号】P 2023015267

(32)【優先日】2023-02-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2023098783

(32)【優先日】2023-06-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100116001

【弁理士】

【氏名又は名称】森 俊秀

(74)【代理人】

【識別番号】100208580

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 玲奈

(72)【発明者】

【氏名】疋田 一馬

(72)【発明者】

【氏名】内山 翔

【テーマコード（参考）】

5H619

【Ｆターム（参考）】

5H619AA01

5H619BB01

5H619PP02

5H619PP08

5H619PP12

(57)【要約】

【課題】高トルク化が可能なハイブリッド励磁式回転電機を提供する。
【解決手段】ハイブリッド励磁式回転電機は、磁石が配置されたロータコアを有するロータと、磁石に対して周方向に磁力を発生させるステータコイルを有し、ロータの外周に配置されるステータと、周方向に巻回され、ロータコアを励磁する励磁コイルと、を備える。ロータコアは、磁石が配置された磁極部と、極中心部に励磁コイルの励磁磁束を通す突極状部とを周方向に交互に有する。磁極部は、マグネットトルクを生じさせる第１磁石と、突極状部との両側の境界にそれぞれ配置され、第１磁石または隣り合う突極状部に向けて磁化された複数の第２磁石とを含む。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁石が配置されたロータコアを有するロータと、
前記磁石に対して周方向に磁力を発生させるステータコイルを有し、前記ロータの外周に配置されるステータと、
前記周方向に巻回され、前記ロータコアを励磁する励磁コイルと、を備え、
前記ロータコアは、前記磁石が配置された磁極部と、極中心部に前記励磁コイルの励磁磁束を通す突極状部とを前記周方向に交互に有し、
前記磁極部は、マグネットトルクを生じさせる第１磁石と、前記突極状部との両側の境界にそれぞれ配置され、前記第１磁石または隣り合う前記突極状部に向けて磁化された複数の第２磁石とを含む
ハイブリッド励磁式回転電機。

【請求項2】

前記ロータコアは、前記励磁コイルの軸方向一方側に配置される第１ロータコアと前記励磁コイルの軸方向他方側に配置される第２ロータコアとを有し、
前記第１ロータコアは、一方の磁極に対応する前記磁極部と、前記突極状部とを周方向に交互に有し、
前記第２ロータコアは、他方の磁極に対応する前記磁極部と、前記突極状部とを周方向に交互に有し、
前記第１ロータコアの前記磁極部と前記第２ロータコアの前記突極状部が前記軸方向に対向して配置され、
前記第１ロータコアの前記突極状部と前記第２ロータコアの前記磁極部が前記軸方向に対向して配置される
請求項１に記載のハイブリッド励磁式回転電機。

【請求項3】

前記磁極部は、複数の前記第１磁石を有し、
各々の前記第１磁石の磁石量と、各々の前記第２磁石の磁石量が等しい
請求項２に記載のハイブリッド励磁式回転電機。

【請求項4】

前記突極状部は、前記磁石を有しない鉄心で構成されている
請求項２に記載のハイブリッド励磁式回転電機。

【請求項5】

前記突極状部は、前記極中心部で径方向に延びる鉄心部と、前記鉄心部を隔てて周方向に対向して配置される２つの外径側空隙と、を有する
請求項２に記載のハイブリッド励磁式回転電機。

【請求項6】

前記外径側空隙には、ロータコア内の磁束を整流する磁石が嵌入されている
請求項５に記載のハイブリッド励磁式回転電機。

【請求項7】

前記突極状部は、前記外径側空隙よりも内径側に内径側空隙をさらに有する
請求項５または請求項６に記載のハイブリッド励磁式回転電機。

【請求項8】

磁石が配置されたロータコアを有するロータと、
前記磁石に対して周方向に磁力を発生させるステータコイルを有し、前記ロータの外周に配置されるステータと、
前記周方向に巻回され、前記ロータコアを励磁する励磁コイルと、を備え、
前記ロータコアは、前記磁石が配置された磁極部と、前記励磁コイルの励磁磁束を通す突極状部とを前記周方向に交互に有し、
前記磁極部は、マグネットトルクを生じさせる第１磁石と、前記突極状部との両側の境界にそれぞれ配置され、前記第１磁石または隣り合う前記突極状部に向けて磁化された複数の第２磁石とを含み、
前記突極状部には、内周側に凸となる湾曲形状をなし、磁壁を構成する帯状の空隙部が極中心部を跨いで形成される
ハイブリッド励磁式回転電機。

【請求項9】

前記突極状部の空隙部は、径方向に交わって延びる第１領域と、第１領域両端からそれぞれ外周側に延びる複数の第２領域とを有し、
前記極中心部の前記第１領域に空間を空けるとともに前記第２領域にそれぞれ磁石が配置される
請求項８に記載のハイブリッド励磁式回転電機。

【請求項10】

前記突極状部の空隙部は、径方向に交わって延びる第１領域と、第１領域両端からそれぞれ外周側に延びる複数の第２領域とを有し、
前記第２領域に空間を空けるとともに前記極中心部の前記第１領域に磁石が配置される
請求項８に記載のハイブリッド励磁式回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ハイブリッド励磁式回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、界磁極に永久磁石及び電磁石を用いるハイブリッド励磁式回転電機が知られている。この種のハイブリッド励磁式回転電機は、励磁巻線を励磁することで機内磁束の調整が可能であり、回転電機の運転領域に応じて磁束を適切に調整することで効率を向上させることができる。

【0003】

また、特許文献１では、ハイブリッド励磁式回転電機において、永久磁石による磁石極と鉄心のみで構成された鉄心極とを回転子の周方向に交互に配列した構造が提案されている。特許文献１の構造は、高負荷時においても励磁巻線の磁束が回転子の鉄心極を通過できるため、励磁磁束の可変特性を拡大することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平６－３５１２０６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のハイブリッド励磁式回転電機では、磁石のない鉄心極と磁石極が交互に形成されるため、回転子に配置される磁石の量が半減する。そのため、鉄心極のない同体格の回転電機に比べると出力できるトルクが減少する点で改善の余地があった。

【0006】

本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであって、高トルク化が可能なハイブリッド励磁式回転電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】

【0007】

本発明の一態様のハイブリッド励磁式回転電機は、磁石が配置されたロータコアを有するロータと、磁石に対して周方向に磁力を発生させるステータコイルを有し、ロータの外周に配置されるステータと、周方向に巻回され、ロータコアを励磁する励磁コイルと、を備える。ロータコアは、磁石が配置された磁極部と、極中心部に励磁コイルの励磁磁束を通す突極状部とを周方向に交互に有する。磁極部は、マグネットトルクを生じさせる第１磁石と、突極状部との両側の境界にそれぞれ配置され、第１磁石または隣り合う突極状部に向けて磁化された複数の第２磁石とを含む。

【0008】

上記の一態様のハイブリッド励磁式回転電機において、ロータコアは、励磁コイルの軸方向一方側に配置される第１ロータコアと励磁コイルの軸方向他方側に配置される第２ロータコアとを有していてもよい。第１ロータコアは、一方の磁極に対応する磁極部と、突極状部とを周方向に交互に有し、第２ロータコアは、他方の磁極に対応する磁極部と、突極状部とを周方向に交互に有していてもよい。第１ロータコアの磁極部と第２ロータコアの突極状部が軸方向に対向して配置され、第１ロータコアの突極状部と第２ロータコアの磁極部が軸方向に対向して配置されていてもよい。

【0009】

上記の一態様のハイブリッド励磁式回転電機において、磁極部は、複数の第１磁石を有していてもよく、各々の第１磁石の磁石量と、各々の第２磁石の磁石量が等しくてもよい。
上記の一態様のハイブリッド励磁式回転電機において、突極状部は、磁石を有しない鉄心で構成されていてもよい。

【0010】

また、上記の一態様のハイブリッド励磁式回転電機において、突極状部は、極中心部で径方向に延びる鉄心部と、鉄心部を隔てて周方向に対向して配置される２つの外径側空隙と、を有していてもよい。また、外径側空隙には、ロータコア内の磁束を整流する磁石が嵌入されていてもよい。また、突極状部は、外径側空隙よりも内径側に内径側空隙をさらに有していてもよい。

【0011】

本発明の他の態様のハイブリッド励磁式回転電機は、磁石が配置されたロータコアを有するロータと、磁石に対して周方向に磁力を発生させるステータコイルを有し、ロータの外周に配置されるステータと、周方向に巻回され、ロータコアを励磁する励磁コイルと、を備える。ロータコアは、磁石が配置された磁極部と、励磁コイルの励磁磁束を通す突極状部とを周方向に交互に有する。磁極部は、マグネットトルクを生じさせる第１磁石と、突極状部との両側の境界にそれぞれ配置され、第１磁石または隣り合う突極状部に向けて磁化された複数の第２磁石とを含む。突極状部には、内周側に凸となる湾曲形状をなし、磁壁を構成する帯状の空隙部が極中心部を跨いで形成される。

【0012】

上記の他の態様のハイブリッド励磁式回転電機において、突極状部の空隙部は、径方向に交わって延びる第１領域と、第１領域両端からそれぞれ外周側に延びる複数の第２領域とを有し、極中心部の第１領域に空間を空けるとともに第２領域にそれぞれ磁石が配置されてもよい。

【0013】

上記の他の態様のハイブリッド励磁式回転電機において、突極状部の空隙部は、径方向に交わって延びる第１領域と、第１領域両端からそれぞれ外周側に延びる複数の第２領域とを有し、第２領域に空間を空けるとともに極中心部の第１領域に磁石が配置されてもよい。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、高トルク化が可能なハイブリッド励磁式回転電機を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１実施形態に係るモータの斜視図である。

【図2】第１実施形態のモータの右側面図である。

【図3】第１実施形態のモータの側断面図である。

【図4】図２のＡ－Ａ線断面図である。

【図5】図２のＢ－Ｂ線断面図である。

【図6】（ａ）は図４に示す第１ロータコアの部分拡大図であり、（ｂ）は図５に示す第２ロータコアの部分拡大図である。

【図7】第１実施形態のモータの磁界を模式的に示す図である。

【図8】実施例および比較例での励磁起磁力と誘起電圧の関係を示すグラフである。

【図9】実施例および比較例での界磁起磁力とトルクの関係を示すグラフである。

【図10】実施例と比較例のリラクタンストルクの割合を示すグラフである。

【図11】（ａ）は第２実施形態での第１ロータコアの部分拡大図であり、（ｂ）は第２実施形態での第２ロータコアの部分拡大図である。

【図12】（ａ）は第３実施形態での第１ロータコアの部分拡大図であり、（ｂ）は第３実施形態での第２ロータコアの部分拡大図である。

【図13】（ａ）は第４実施形態での第１ロータコアの部分拡大図であり、（ｂ）は第４実施形態での第２ロータコアの部分拡大図である。

【図14】（ａ）は第１実施形態から第４実施形態の各モータにおいて、最大電流・無励磁時の鉄損を示す図であり、（ｂ）は第１実施形態から第４実施形態の各モータにおいて、最大電流・最大励磁時の鉄損を示す図である。

【図15】（ａ）は第５実施形態での第１ロータコアの部分拡大図であり、（ｂ）は第５実施形態での第２ロータコアの部分拡大図である。

【図16】第５実施形態のモータにおいて界磁磁束量に対する誘起電圧の変化を示す解析結果のグラフである。

【図17】第５実施形態のモータにつき、最大電流・コイル無励磁時のギャップ磁束密度分布の解析結果を示すグラフである。

【図18】第５実施形態のモータにつき、無負荷時の鉄心極のギャップ磁束密度分布の解析結果を示すグラフである。

【図19】（ａ）は第６実施形態での第１ロータコアの部分拡大図であり、（ｂ）は第２実施形態での第６ロータコアの部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
実施形態では説明を分かり易くするため、本発明の主要部以外の構造や要素については、簡略化または省略して説明する。また、図面において、同じ要素には同じ符号を付す。なお、図面に示す各要素の形状、寸法などは模式的に示したもので、実際の形状、寸法などを示すものではない。

【0017】

また、図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。ＸＹＺ座標系において、Ｚ軸方向は、図１に示す中心軸Ｊの軸方向と平行な方向とする。Ｙ軸方向は、中心軸Ｊに対する径方向のうち図２の左右方向とする。Ｘ軸方向は、Ｚ軸方向及びＹ軸方向の両方と直交する方向とする。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向のいずれにおいても、図中に示す矢印が指す側を＋側、反対側を－側とする。

【0018】

また、以下の説明においては、Ｚ軸方向の正の側（＋Ｚ側）を「一方側」と称し、Ｚ軸方向の負の側（－Ｚ側）を「他方側」と称する。なお、一方側及び他方側は、単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係及び方向を限定しない。また、特に断りのない限り、中心軸Ｊに平行な方向（Ｚ軸方向）を単に「軸方向」と称し、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と称し、中心軸Ｊを中心とする周方向、すなわち、中心軸Ｊの軸周り（図１のθ方向）を単に「周方向」と称する。径方向において中心軸Ｊに近づく側を「径方向内側」と称し、中心軸Ｊから遠ざかる側を「径方向外側」と称する。周方向において図中に示す矢印が指す側を＋側と称し、反対側を－側と称する。周方向の正の側（＋θ側）を「一方側」と称し、周方向の負の側（－θ側）を「他方側」と称する。

【0019】

なお、本明細書において、「軸方向に延びる」とは、厳密に軸方向（Ｚ軸方向）に延びる場合に加えて、軸方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また、本明細書において、「径方向に延びる」とは、厳密に径方向、すなわち、軸方向（Ｚ軸方向）に対して垂直な方向に延びる場合に加えて、径方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また「平行」とは、厳密に平行な場合に加えて、互いに成す角が４５°未満の範囲で傾いた場合も含む。

【0020】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るモータの斜視図である。図２は、第１実施形態のモータ１００を＋Ｘ側から見た右側面図である。図３は、第１実施形態のモータ１００を、中心軸Ｊを通りＸ軸と直交する面で切断して示す側断面図である。図４は、図２のＡ－Ａ線断面図であり、図５は、図２のＢ－Ｂ線断面図である。

【0021】

図１のモータ１００は、ハイブリッド励磁式回転電機の一例である。モータ１００は、中心軸Ｊに沿って延びるシャフト２３０を有するロータ２００と、ロータ２００の径方向外側にエアギャップを介して配置されるステータ３００と、を有する。

【0022】

シャフト２３０は、軸受（不図示）によって、中心軸Ｊを回転軸として回転可能に軸支される。シャフト２３０は、軸方向の一方側に配置された第１シャフト２３１と、軸方向の他方側に配置された第２シャフト２３２を組合わせて構成されている。

【0023】

第１シャフト２３１は、軸方向他方側に径方向に広がる環状の段差部２３１ｂを有する。また、第１シャフト２３１は、段差部２３１ｂの軸方向他方側端に軸方向に突出する凸部２３１ａを有する。

【0024】

第２シャフト２３２は、軸方向一方側に径方向に広がる環状の段差部２３２ｂを有する。
段差部２３１ｂ、２３２ｂの径は略同一である。また、第２シャフト２３２は、段差部２３２ｂの軸方向一方側端に、凸部２３１ａを受ける凹部２３２ａを有する。第１シャフト２３１は、凸部２３１ａが凹部２３２ａに嵌まることで第２シャフト２３２と一体化される。

【0025】

ロータ２００のコアは、軸方向と交差する平面に沿って２つに分割された構成であり、軸方向に離れて配置された第１ロータコア２１０と第２ロータコア２２０とを有している。第１ロータコア２１０は、モータ１００の軸方向一方側に配置され、第１シャフト２３１の段差部２３１ｂよりも軸方向一方側に位置している。第２ロータコア２２０は、モータ１００の軸方向他方側に配置され、第２シャフト２３２の段差部２３２ｂよりも軸方向他方側に位置している。なお、第１ロータコア２１０と第２ロータコア２２０は、同一形状であってもよく、軸方向長さが異なる形状であってもよい。

【0026】

第１ロータコア２１０は、電磁鋼板を軸方向に積層して構成されている。第１ロータコア２１０には、第１ロータコア２１０を軸方向に貫通し、第１シャフト２３１が嵌まる貫通孔２１２が形成されている。第１ロータコア２１０は、貫通孔２１２に嵌入された第１シャフト２３１の径方向外側に固定されている。また、第１ロータコア２１０には、図４に示すように、所定のパターンで永久磁石が配置されている。なお、第１ロータコア２１０の磁極のパターンについては後述する。

【0027】

第２ロータコア２２０は、電磁鋼板を軸方向に積層して構成されている。第２ロータコア２２０には、第２ロータコア２２０を軸方向に貫通し、第２シャフト２３２が嵌まる貫通孔２２２が形成されている。第２ロータコア２２０は、貫通孔２２２に嵌入された第２シャフト２３２の径方向外側に固定されている。また、第２ロータコア２２０には、図５に示すように、所定のパターンで永久磁石が配置されている。なお、第２ロータコア２２０の磁極のパターンについては後述する。

【0028】

また、モータ１００において、第１ロータコア２１０および第２ロータコア２２０の間には、励磁コイルユニット３５０が配置されている。

【0029】

励磁コイルユニット３５０は、円板状の部材であって、中心軸Ｊに沿って軸方向に貫通する貫通孔３５１を中心部に有している。貫通孔３５１の内側には、励磁コイルユニット３５０に対して回転可能にシャフト２３０が挿通されている。

【0030】

また、励磁コイルユニット３５０は、ステータ３００に固定されており、シャフト２３０、第１ロータコア２１０および第２ロータコア２２０に対してそれぞれエアギャップをあけて配置されている。

【0031】

励磁コイルユニット３５０は、励磁コイル３５５を樹脂部３５３で覆うように樹脂成形されている。励磁コイル３５５は、例えば、エナメル線をアルファ巻きで周方向に巻回して形成され、直流電流の通電により第１ロータコア２１０および第２ロータコア２２０を励磁する。なお、励磁コイル３５５の巻回の層数は、２層以上の多層であることが好ましい。

【0032】

また、励磁コイルユニット３５０には、後述のステータコイル３４０を挿通するために複数の貫通孔３５２が形成されている。貫通孔３５２は、ステータ３００のスロットと対応する位置に形成され、励磁コイルユニット３５０上で環状をなすように配置されている。

【0033】

ステータ３００は、軸方向に沿って励磁コイルユニット３５０を挟みこんで配置される第１ステータコア３１０および第２ステータコア３２０を有する。例えば、第１ステータコア３１０および第２ステータコア３２０は、励磁コイルユニット３５０と接着剤で固定されていてもよく、不図示のケース等にはめ込むことで励磁コイルユニット３５０に対して軸方向に固定されてもよい。

【0034】

第１ステータコア３１０は、電磁鋼板を軸方向に積層して形成された円環状部材である。第１ステータコア３１０は、励磁コイルユニット３５０の軸方向一方側に配置される。第１ステータコア３１０の内周には、エアギャップを介して第１ロータコア２１０が対向配置される。また、第１ステータコア３１０の内周側には、第１ステータコア３１０を軸方向に貫通するスロット３１２が周方向に所定間隔で複数形成されている。これにより、第１ステータコア３１０の隣り合うスロット３１２の間には櫛歯状にティース３１３が形成される。

【0035】

第２ステータコア３２０は、電磁鋼板を軸方向に積層して形成された円環状部材である。
第２ステータコア３２０は、励磁コイルユニット３５０の軸方向他方側に配置される。第２ステータコア３２０の内周には、エアギャップを介して第２ロータコア２２０が対向配置される。また、第２ステータコア３２０の内周側には、第２ステータコア３２０を軸方向に貫通するスロット３２２が周方向に所定間隔で複数形成されている。これにより、第２ステータコア３２０の隣り合うスロット３２２の間には櫛歯状にティース３２３が形成される。

【0036】

また、ステータ３００は、電機子巻線としてのステータコイル３４０を有する。ステータコイル３４０により、ステータ３００には周方向に沿って等間隔に磁極が構成される。モータ１００において、ステータコイル３４０の電流制御でステータ３００の磁界を順番に切り替えることで、ロータ２００にはステータ３００の磁界との吸引力または反発力が生じる。これにより、中心軸Ｊを中心としてロータ２００を回転させることができる。

【0037】

ステータコイル３４０は、例えば、平角線のセグメントコイルで構成される。図１から図３では、ステータコイル３４０の軸方向他方側の端部同士の接続をする前の状態を示している。

【0038】

ステータコイル３４０は、励磁コイルユニット３５０の貫通孔３５２に挿通されるとともに、第１ステータコア３１０のスロット３１２および第２ステータコア３２０のスロット３２２に収容されて巻回される。このとき、ステータコイル３４０は、軸方向一方側から、第１ステータコア３１０、励磁コイルユニット３５０及び第２ステータコア３２０の順に通過する。

【0039】

また、ステータ３００は、励磁コイルユニット３５０の径方向外側に配置される第３ステータコア３３０を有する。第３ステータコア３３０は、電磁鋼板を周方向に巻いて形成された巻鉄心であり、励磁コイル３５５が形成する磁束の磁路の一部となる。なお、第３ステータコア３３０は、磁性材であれば巻鉄心でなくてもよい。

【0040】

次に、第１実施形態のロータ２００における磁極のパターンについて説明する。第１実施形態のロータ２００は、永久磁石を主磁束源とする磁石極と、励磁コイル３５５の励磁磁束を主磁束源とする鉄心極とを有している。磁石極は、磁極部の一例であり、鉄心極は、突極状部の一例である。

【0041】

第１ロータコア２１０は、Ｎ極の磁石極２４１と鉄心極２５１とが周方向に交互に配置された構成であり、第２ロータコア２２０は、Ｓ極の磁石極２４２と鉄心極２５２とが周方向に交互に配置された構成である。第１ロータコア２１０および第２ロータコア２２０において、磁石極２４１，２４２および鉄心極２５１，２５２は４５°の位相差で交互に配置されている。

【0042】

また、第１ロータコア２１０と第２ロータコア２２０の間では、磁石極２４１，２４２および鉄心極２５１，２５２の位置が互いに周方向にずれている。ロータ２００の軸方向では、第１ロータコア２１０のＮ極の磁石極２４１と第２ロータコア２２０の鉄心極２５２が対向して配置され、第１ロータコア２１０の鉄心極２５２と第２ロータコア２２０のＳ極の磁石極２４２が対向して配置されている。上記の構成により、第１ロータコア２１０と第２ロータコア２２０を組合わせたロータ２００の全体では、Ｎ極とＳ極が対称となるため磁極のバランスが保たれる。

【0043】

図６（ａ）は、図４に示す第１ロータコア２１０の部分拡大図であり、図６（ｂ）は、図５に示す第２ロータコア２２０の部分拡大図である。図６（ａ）、（ｂ）では、ロータ２００の軸方向において互いに対応する９０°の範囲をそれぞれ切り出して示している。

【0044】

ロータ２００の各磁極では、中心軸Ｊと、マグネットトルクの磁極中心を結ぶ軸がｄ－ｑ軸座標のｄ軸となる。また、上記のｄ軸と電気角で直交する軸がｄ－ｑ軸座標のｑ軸となる。ロータ２００のうち、互いに隣り合う一対のｑ軸の間の部分は、リラクタンストルクを生成する補助磁極部となる。

【0045】

図６（ａ）に示す第１ロータコア２１０の磁石極２４１は、永久磁石が配置された外周側の第１領域２４１ａと、内周側の第２領域２４１ｂを有する。第１領域２４１ａと第２領域２４１ｂの間には空隙で形成されたフラックスバリア部２４３が形成されている。磁石極２４１の第１領域２４１ａと第２領域２４１ｂは径方向に延びる２本のブリッジ２４４で接続されている。また、磁石極２４１の周方向両端において、フラックスバリア部２４３はｑ軸に沿って第１ロータコア２１０の外周側（第１領域２４１ａ側）に延びる溝部２４５を有している。なお、ｑ軸は、磁石極２４１と鉄心極２５１との境界の一例である。

【0046】

磁石極２４１の第２領域２４１ｂは、隣り合う鉄心極２５１と周方向に接続されている。一方、磁石極２４１の第１領域２４１ａは、フラックスバリア部２４３および溝部２４５により、磁石極２４１の第２領域２４１ｂおよび隣り合う鉄心極２５１から隔離されている。これにより、磁石極２４１の第１領域２４１ａには鉄心極２５１を通過する励磁磁束が通りにくくなり、磁石極２４１では励磁磁束の影響が抑制される。

【0047】

磁石極２４１の第１領域２４１ａには、マグネットトルクを生じさせる一対の第１磁石２４７が配置されている。第１磁石２４７はそれぞれ矩形状の永久磁石であって、中心軸Ｊと直交する平面において磁石の長辺と直交する方向に磁化されている。また、第１ロータコア２１０において、第１磁石２４７はいずれも外周側がＮ極を向くように配置されている。

【0048】

第１ロータコア２１０の一対の第１磁石２４７は、ｄ軸で対称をなすように、ロータ内径側にＶ字の谷が位置するＶ字状のパターンで配置されている。これにより、一対の第１磁石２４７は、磁極中心から線対称をなすように配置されている。また、各々の第１磁石２４７は、第１ロータコア２１０を軸方向に貫通する磁石孔に嵌入されている。なお、第１磁石２４７の長辺両端には磁石孔と接続された空隙部２４６が形成されている。

【0049】

また、第１ロータコア２１０の磁石極２４１では、ｑ軸に沿って延びる溝部２４５に一対の第２磁石２４８（スポーク磁石）がそれぞれ嵌入されている。第２磁石２４８は、永久磁石であって、中心軸Ｊと直交する平面において径方向に磁化されている。また、第１ロータコア２１０の第２磁石２４８は、外側に隣り合う鉄心極２５１に対してＳ極が向くようにいずれも配置されている。

【0050】

第２磁石２４８は、磁石を有していない鉄心極の磁石量を補う機能を担う。各々の第２磁石２４８の磁石量は、各々の第１磁石２４７の磁石量と異なっていてもよく、等しくてもよい。ロータ２００に第２磁石２４８を嵌入した場合、ロータ２００のマグネットトルクを、鉄心極を有しない同体格のモータのマグネットトルクにより近づけることができる。

【0051】

また、第１ロータコア２１０の鉄心極２５１では、ロータ２００の径方向全域にわたって鉄心が配置されており、磁極内には永久磁石が配置されていない。第１ロータコア２１０において、鉄心極２５１はロータ２００内で励磁コイル３５５の磁束を通す磁路の一部を形成する。

【0052】

鉄心極２５１での鉄心のパターンは、磁石極２４１のフラックスバリア部２４３、磁石孔の磁石配置領域および空隙部２４６を鉄心で埋めて、磁石極２４１の第１領域２４１ａと第２領域２４１ｂを一体化した形状に相当する。図６（ａ）では、鉄心極２５１においてフラックスバリア部２４３、磁石配置領域および空隙部２４６に対応する位置を仮想的に破線で図示している。

【0053】

次に、図６（ｂ）を参照しつつ、第２ロータコア２２０の磁石極２４２について説明する。また、第２ロータコア２２０に関し、第１ロータコア２１０と同様の構成には同一符号を付して重複説明は適宜省略する。なお、図６（ｂ）に示す第２ロータコア２２０の鉄心極２５２は、第１ロータコア２１０の鉄心極２５１と同様の構成である。

【0054】

図６（ｂ）に示す第２ロータコア２２０の磁石極２４２は、永久磁石が配置された外周側の第１領域２４２ａと、内周側の第２領域２４２ｂを有する。第１領域２４２ａと第２領域２４２ｂの間には空隙で形成されたフラックスバリア部２４３が形成されている。磁石極２４２の第１領域２４２ａと第２領域２４２ｂは径方向に延びる２本のブリッジ２４４で接続されている。また、磁石極２４２の周方向両端において、フラックスバリア部２４３はｑ軸に沿って第２ロータコア２２０の外周側（第１領域２４２ａ側）に延びる溝部２４５を有している。ｑ軸は、磁石極２４２と鉄心極２５２との境界の一例である。

【0055】

磁石極２４２の第２領域２４２ｂは、隣り合う鉄心極２５２と周方向に接続されている。一方、磁石極２４２の第１領域２４２ａは、フラックスバリア部２４３および溝部２４５により、磁石極２４２の第２領域２４２ｂおよび隣り合う鉄心極２５２から隔離されている。

【0056】

磁石極２４２の第１領域２４２ａには、マグネットトルクを生じさせる一対の第１磁石２４７が配置されている。第２ロータコア２２０では、第１ロータコア２１０の磁石極２４１と同様の位置に第１磁石２４７が配置されるが、第１磁石２４７はいずれも外周側がＳ極を向くように配置されている。なお、第２ロータコア２２０においても、第１磁石２４７の長辺両端には磁石孔と接続された空隙部２４６が形成されている。

【0057】

また、第２ロータコア２２０の磁石極２４２では、ｑ軸に沿って延びる溝部２４５に一対の第２磁石２４８（スポーク磁石）がそれぞれ嵌入されている。第２ロータコア２２０では、第１ロータコア２１０の磁石極２４１と同様の位置に第２磁石２４８が配置されるが、第２磁石２４８は外側に隣り合う鉄心極２５２に対してＮ極が向くようにいずれも配置されている。

【0058】

図７は、第１実施形態のモータ１００の磁界を模式的に示す図である。第１実施形態のモータ１００の磁界は、ロータ２００の永久磁石による磁界と、励磁コイル３５５の励磁磁束による磁界に大別できる。

【0059】

ロータ２００の永久磁石からの磁束ＭＦ_Aは、第１ロータコア２１０のＮ極の磁石極からギャップを介してステータ３００に導かれる。そして、ステータ３００の磁束ＭＦ_Aはギャップを介して第２ロータコア２２０のＳ極の磁石極に導かれ、第２ロータコア２２０の永久磁石とシャフト２３０を経て第１ロータコア２１０のＮ極の磁石極に至る。

【0060】

一方、励磁コイルの励磁磁束ＭＦ_Bは、モータ１００内で磁気抵抗の小さな経路を通る。励磁磁束ＭＦ_Bが永久磁石の磁束ＭＦ_Aと同一方向になる場合、図７に示すように、励磁磁束ＭＦ_Bは、ステータ３００からギャップを介して第２ロータコア２２０の鉄心極に導かれ、シャフト２３０および第１ロータコア２１０の鉄心極を経て、ギャップを介してステータ３００に至る経路を辿る。なお、励磁磁束ＭＦ_Bが永久磁石の磁束ＭＦ_Aと逆方向になる場合、励磁磁束ＭＦ_Bの経路は図７に示す上記の経路とは逆向きになる。

【0061】

ここで、励磁磁束ＭＦ_Bが永久磁石の磁束ＭＦ_Aと同一方向になる場合、ステータコイル３４０ではＮ極側で切る磁束の方向とＳ極側で切る磁束の方向が逆となり、互いに反対方向の誘起電圧が生じて全体としては誘起電圧が減少する。つまり、この場合には励磁コイル３５５の直流励磁電流の大きさによって誘起電圧を低くできる。したがって、励磁コイル３５５で永久磁石の磁束と同一方向の磁束を作ることで、等価的に界磁磁束を弱める（減磁する）ことができる。

【0062】

一方、励磁磁束ＭＦ_Bが永久磁石の磁束ＭＦ_Aと逆方向になる場合、ステータコイル３４０ではＮ極側で切る磁束の方向とＳ極側で切る磁束の方向が同一となり、同一方向の誘起電圧が生じて全体としては誘起電圧が増加する。つまり、この場合には励磁コイル３５５の直流励磁電流の大きさによって誘起電圧を高くできる。したがって、励磁コイル３５５で永久磁石の磁束と逆方向の磁束を作ることで、等価的に界磁磁束を強める（増磁する）ことができる。

【0063】

第１実施形態では、モータ１００の回転時に磁束量を適量に調整することで、モータ１００の余計な鉄損を抑制することができる。また、第１実施形態では、特許文献１と同様にモータ１００の高負荷運転時においても、励磁起磁力を増加させることで励磁磁束が鉄心極を通過できる。これにより、ステータコイル３４０と鎖交する磁束量が増加し、モータ１００のトルクを増加させることができる。

【0064】

以上のように、第１実施形態のモータ１００は、磁石が配置されたロータコア（第１ロータコア２１０、第２ロータコア２２０）を有するロータ２００と、磁石に対して周方向に磁力を発生させるステータコイル３４０を有し、ロータ２００の外周に配置されるステータ３００と、周方向に巻回され、ロータコアを励磁する励磁コイル３５５と、を備える。ロータコアは、磁石が配置された磁極部（磁石極２４１，２４２）と、磁石を有さずに励磁コイル３５５の励磁磁束を通す突極状部（鉄心極２５１，２５２）とを周方向に交互に有する。磁極部は、マグネットトルクを生じさせる第１磁石２４７と、突極状部との両側の境界にそれぞれ配置され、第１磁石２４７または隣り合う突極状部に向けて磁化された複数の第２磁石２４８とを含む。

【0065】

第１実施形態のモータ１００によれば、励磁コイル３５５に与える直流電流の制御により鉄心極を通る励磁磁束を調整して界磁制御を行うことができる。鉄心極２５１，２５２には磁石が配置されていないため、高負荷時においても励磁磁束がロータコイルの鉄心極２５１，２５２を通過できる。これにより、第１実施形態のモータ１００は励磁磁束の可変特性を有する。

【0066】

また、第１実施形態では、ロータコアの磁石極２４１，２４２において、マグネットトルクを生じさせる第１磁石２４７とは別に、磁石を有していない鉄心極の磁石量を補う第２磁石２４８が配置されている。これにより、鉄心極２５１，２５２に励磁磁束の経路を確保しつつ、モータ１００を高トルク化することができる。

【0067】

（実施例）
以下、第１実施形態のモータの実施例について説明する。
実施例では、上記実施形態と同様の構成であるモータの解析モデルについて、励磁起磁力［ＡＴ］が０のときと６０００のときの誘起電圧［Ｖ］をそれぞれ算出した。また、比較例として、特許文献１と等価構成のモータの解析モデルについて、励磁起磁力［ＡＴ］が０のときと６０００のときの誘起電圧［Ｖ］をそれぞれ算出した。なお、比較例の解析モデルは、第１実施形態のロータの磁石極から溝部と第２磁石を除いた構成に相当する。

【0068】

図８は、実施例および比較例での励磁起磁力と誘起電圧の関係を示すグラフである。図８の縦軸は誘起電圧［％］を示し、図８の横軸は励磁起磁力［ＡＴ］を示す。なお、図８では、ＩＰＭＳＭの中心を二分割して励磁巻線を取り付けた先行技術（励磁起磁力＝６０００ＡＴの場合）の誘起電圧を１００％として、実施例、比較例の誘起電圧をそれぞれ正規化して示している。

【0069】

実施例のモータの場合、励磁起磁力が０のときの誘起電圧が５７．２％であり、励磁起磁力が６０００のときの誘起電圧が８５．８％であった。一方、比較例のモータの場合、励磁起磁力が０のときの誘起電圧が５７．１％であり、励磁起磁力が６０００のときの誘起電圧が８２．０％であった。したがって、実施例と比較例を対比すると、実施例と比較例はほぼ同様の磁束可変範囲を有することが確認できる。

【0070】

図９は、実施例および比較例での励磁起磁力とトルクの関係を示すグラフである。図９の縦軸はトルク［％］を示し、図９の横軸は励磁起磁力［ＡＴ］を示す。なお、図９では、上記の実施例（励磁起磁力＝６０００ＡＴの場合）のトルクを１００％として、比較例のトルクを正規化して示している。

【0071】

実施例のモータの場合、励磁起磁力が０のときのトルクが９１．２％であり、励磁起磁力が６０００のときのトルクが１００％であった。一方、比較例のモータの場合、励磁起磁力が０のときのトルクが７３．４％であり、励磁起磁力が６０００のときのトルクが７８．４％であった。したがって、実施例と比較例を対比すると、実施例と比較例のトルク可変幅はほぼ同様であるが、実施例ではベースとなるトルク量が増加していることが確認できる。

【0072】

図１０は、実施例と比較例のリラクタンストルクの割合を示すグラフである。図１０では、実施例および比較例において、励磁起磁力が０のときのリラクタンストルクを示している。

【0073】

図１０では、実施例のリラクタンストルクを１００％として、比較例のリラクタンストルクを正規化して示している。図１０において、比較例のリラクタンストルクは実施例に対して６０．６％となる。実施例では、比較例からの形状変更により、磁石極と鉄心極の境界に第２磁石を配置した構造となっている。実施例の当該構造により、励磁巻線による可変特性は維持しつつ、リラクタンストルクを増加させることができ、比較例よりも高トルク化を達成できていることが分かる。

【0074】

＜第２実施形態＞
図１１（ａ）は、第２実施形態での第１ロータコア２１０の部分拡大図であり、図１１（ｂ）は、第２実施形態での第２ロータコア２２０の部分拡大図である。なお、以下の各実施形態の説明では、既に説明した実施形態と共通の要素には同じ符号を付し、重複説明を適宜省略する。

【0075】

第２実施形態は、第１実施形態の変形例であって、鉄心極２５１，２５２にｄ軸を隔てて２つの外径側空隙２７１，２７１が対向配置された構成である。鉄心極２５１，２５２の２つの外径側空隙２７１は、ロータコアの外周近傍の位置でロータ内径側にＶ字の谷が位置するＶ字状のパターンで配置されており、隣り合うティース間での磁束の短絡を抑制する磁壁としてそれぞれ機能する。

【0076】

また、第２実施形態の鉄心極２５１，２５２の極中心部には、ｄ軸に沿って径方向に延びる所定幅の鉄心部２７０が２つの外径側空隙２７１，２７１の間に形成される。当該鉄心部２７０は、鉄心極２５１，２５２においてロータ内部に一定量の磁束を流す磁路として機能する。

【0077】

また、鉄心極２５１，２５２の各外径側空隙２７１には、それぞれ永久磁石２７２が嵌入されている。永久磁石２７２は、鉄心極２５１，２５２とは反対の磁化方向となるように配置されている。これにより、鉄心極２５１，２５２で各外径側空隙２７１内に配置された永久磁石２７２は、鉄心極２５１，２５２のロータコア内の磁束を整流し、短絡磁束による鉄損をより抑制する機能を担う。

【0078】

第２実施形態によれば、鉄心極２５１，２５２の極中心部に鉄心部２７０があるため、磁石極が最大トルクを得られる電機子電流（位相・振幅）と同条件で鉄心極２５１，２５２に発生する磁束の流れが阻害されない。また、鉄心極２５１，２５２の各外径側空隙２７１で隣り合うティース間での磁束短絡が妨げられることで、トルクに寄与しない磁束流れが抑制される。これにより、第２実施形態の構成によれば、モータ１００の鉄損をより低減することができる。

【0079】

＜第３実施形態＞
図１２（ａ）は、第３実施形態での第１ロータコア２１０の部分拡大図であり、図１２（ｂ）は、第３実施形態での第２ロータコア２２０の部分拡大図である。第３実施形態は、第２実施形態の鉄心極２５１，２５２の外径側空隙２７１に永久磁石を配置せず、外径側空隙２７１を磁壁として機能させる構成に相当する。

【0080】

第３実施形態では、外径側空隙２７１に永久磁石がない分、鉄心極２５１，２５２の外径側空隙２７１近傍での磁束の整流作用は第２実施形態よりも低下するが、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第３実施形態では、外径側空隙２７１に永久磁石がない分、第２実施形態よりもロータを軽量化することができる。また、外径側空隙２７１に磁石を嵌入すると磁石による遠心力が鉄心極２５１，２５２で発生するが、第３実施形態では鉄心極２５１，２５２において磁石の遠心力による応力を考慮せずに済む。

【0081】

＜第４実施形態＞
図１３（ａ）は、第４実施形態での第１ロータコア２１０の部分拡大図であり、図１３（ｂ）は、第４実施形態での第２ロータコア２２０の部分拡大図である。第４実施形態は、第３実施形態の鉄心極２５１，２５２において、ロータコアの内径側にさらに２つの内径側空隙２７３，２７３を設けた構成に相当する。なお、第４実施形態において、鉄心極２５１，２５２の２つの外径側空隙２７１，２７１に第２実施形態と同様に磁石を嵌入してもよい。

【0082】

第４実施形態の鉄心極２５１，２５２において、２つの内径側空隙２７３，２７３はｄ軸を隔てて対向配置されており、２つの外径側空隙２７１，２７１よりも内径側に位置している。内径側空隙２７３は、例えば、ロータの軽量化のために設けられるが、ロータ内に冷媒を流すための流路として用いられてもよい。

【0083】

また、第４実施形態の鉄心極２５１，２５２の極中心部には、ｄ軸に沿って径方向に延びる所定幅の鉄心部２７０が２つの外径側空隙２７１，２７１および２つの内径側空隙２７３，２７３の間に形成される。当該鉄心部２７０は、鉄心極２５１，２５２においてロータ内部に一定量の磁束を流す磁路として機能する。なお、鉄心極２５１，２５２において空隙２７３よりも内径側の鉄心は、励磁コイルの無励磁時にはロータ内漏洩磁路として、励磁コイルの励磁時には増磁または磁気飽和させる回路として機能する。

【0084】

ここで、内径側空隙２７３の周方向寸法は、シャフト側に流れる漏洩磁束で磁気飽和しない磁路幅を鉄心極２５１，２５２に確保でき、かつ最大負荷時に必要とする励磁コイル磁束で磁気飽和しない磁路幅を鉄心極２５１，２５２に確保できる条件下で適宜設定される。同様に、内径側空隙２７３の径方向の位置は、最大トルクでの電機子電流通電時にロータ面内の磁束流れを阻害しない位置に形成される。また、内径側空隙２７３の辺の傾きも磁束に沿うように形成される。

【0085】

第４実施形態の構成によれば、第３実施形態における最大励磁時の性能を低下させることなく、鉄心極２５１，２５２のロータコアの空隙を増加させることでロータを軽量化することができる。

【0086】

また、図１４（ａ）は、第１実施形態から第４実施形態の各モータにおいて、最大電流・無励磁時の鉄損を示す図であり、図１４（ｂ）は、第１実施形態から第４実施形態の各モータにおいて、最大電流・最大励磁時の鉄損を示す図である。

【0087】

第２実施形態から第４実施形態のモータでは、鉄心極２５１，２５２の外径側空隙２７１が磁壁を形成し、鉄心極２５１，２５２を介して隣り合うステータのティースへの磁束の短絡を妨げる。そのため、第２実施形態から第４実施形態のモータでは、トルクに寄与しない磁束流れが抑制され、鉄心極２５１，２５２の外径側空隙がない第１実施形態と比べていずれも鉄損が抑制されている。

【0088】

＜第５実施形態＞
図１５（ａ）は、第５実施形態での第１ロータコア２１０の部分拡大図であり、図１５（ｂ）は、第５実施形態での第２ロータコア２２０の部分拡大図である。

【0089】

第５実施形態では、鉄心極２５１，２５２の外周部に帯状の空隙部２８０が設けられている。空隙部２８０は、内周側に凸となる湾曲形状に形成され、ｄ軸に対称をなしている。図１５に示す空隙部２８０は、径方向のｄ軸に略直交して延びる第１領域２８０ａと、第１領域２８０ａの両端からそれぞれ外周側に向けて直線状に延びる第２領域２８０ｂとを有する略カップ状である。また、空隙部２８０の各々の第２領域２８０ｂは内周側から外周側に向けて互いの間隔が広がるように配置されている。なお、空隙部２８０の形状は、図１５に示す形状に限定されず、例えば、内周側にＶ字の谷が位置するＶ字状や、内周側に凸となる円弧形などに形成されていてもよい。

【0090】

上記の帯状の空隙部２８０は、鉄心極２５１，２５２の外周部に磁壁を形成する機能を担う。特に、第５実施形態では、ｄ軸に略直交して延びる第１領域２８０ａにより、鉄心極２５１，２５２の極中心部に磁壁が形成されている。
ここで、空隙部２８０の形状は、磁石極２４１，２４２が最大トルクを得られる電機子電流（振幅、位相）と同条件で鉄心極２５１，２５２に発生する磁束の流れを阻害しない形状に設定されることが好ましい。

【0091】

また、第５実施形態の鉄心極２５１，２５２の空隙部２８０には、ロータコア内の磁束を整流するために永久磁石２８１が嵌入されている。鉄心極２５１，２５２において、永久磁石２８１は空隙部２８０の各第２領域２８０ｂに１つずつ嵌入されている。すなわち、鉄心極２５１，２５２の永久磁石２８１は、空隙部２８０の第１領域２８０ａを隔ててｄ軸に対称に配置されている。また、第５実施形態での永久磁石２８１は、鉄心極２５１，２５２とは反対の磁化方向となるように配置されている。

【0092】

第５実施形態の構成では、鉄心極２５１，２５２の空隙部２８０の磁壁により、鉄心極２５１，２５２とステータ３００のティース間での磁束の短絡による鎖交磁束の発生が抑制される。これにより、例えば、励磁コイル３５５の無励磁時にロータ２００内で磁束が適切に通るようになって極中心近傍での磁束密度の変化が小さくなり、余分な鉄損が生じることを抑制できる。また、第５実施形態では、励磁コイル３５５の無励磁時のトルクが向上するため、第１実施形態から第４実施形態の構成よりも無励磁時の駆動範囲を拡大することが可能となる。
さらに、励磁コイル３５５の励磁時においても、上記と同様の理由により鉄損が低減される。

【0093】

図１６は、第５実施形態のモータにおいて界磁磁束量に対する誘起電圧の変化を示す解析結果のグラフである。図１６の縦軸は無負荷のときの誘起電圧を示し、図１６の横軸は励磁コイルの励磁起磁力を示す。図１６のグラフでは、第５実施形態のモータの特性を比較例のモータの特性で正規化して示している。図１６での比較例のモータは、第５実施形態のロータの鉄心極において、空隙部の第１領域および第２領域にすべて永久磁石を配置したＩＰＭモータに相当する。

【0094】

図１６に示すように、第５実施形態のモータでは、励磁コイル３５５の励磁起磁力の低い領域において比較例のＩＰＭモータと比べて誘起電圧の低い領域が存在する。そのため、第５実施形態のモータは、比較例のＩＰＭモータと比べて励磁コイルの無励磁時に誘起電圧を低くすることができ、無負荷鉄損を低鉄損化できることが分かる。
また、図１６に示すように、第５実施形態のモータでは、励磁コイル３５５の励磁起磁力が最大のときの誘起電圧は、比較例のＩＰＭモータの誘起電圧を上回り、必要十分な磁束が得られることが分かる。

【0095】

また、この種のハイブリッド励磁式回転電機では、鉄心極２５１，２５２のギャップ磁束密度分布は矩形波状となり、コギングトルクが大きくなる傾向がある。これに対し、第５実施形態の構成では、空隙部の磁壁により、鉄心極２５１，２５２側のギャップ磁束密度の基本波成分が増加するとともに、高調波成分が低減される。これにより、第５実施形態の構成では、鉄心極２５１，２５２のギャップ磁束密度分布が正弦波の形状に近づくため、コギングトルクの発生を抑制することができる。

【0096】

図１７は、第５実施形態のモータにつき、最大電流・コイル無励磁時のギャップ磁束密度分布の解析結果を示すグラフである。図１７の縦軸はギャップ磁束密度を示し、図１７の横軸は角度を示している。なお、図１７のグラフでは、図１６の比較例のモータ（ＩＰＭ）と、第１実施形態のモータ（図６）と、第２実施形態のモータ（図１１）と、第５実施形態のモータの各特性をそれぞれ示している。

【0097】

また、図１８は、第５実施形態のモータにつき、無負荷時の鉄心極のギャップ磁束密度分布の解析結果を示すグラフである。図１８の縦軸はギャップ磁束密度を示し、図１８の横軸は角度を示している。図１８のグラフでは、第１実施形態のモータ（図６）と、第２実施形態のモータ（図１１）と、第５実施形態のモータの各特性をそれぞれ示している。なお、図１８のグラフでは、第１実施形態のモータと第２実施形態のモータの特性はほぼ一致している。

【0098】

図１７、図１８に示すように、第５実施形態のモータのギャップ磁束密度分布は、第１実施形態および第２実施形態のモータと比べて、鉄心極側のギャップ磁束密度の基本波成分が増加するとともに、高調波成分が低減している。そのため、第５実施形態のモータでは、第１実施形態および第２実施形態のモータと比べて、鉄心極のギャップ磁束密度分布が正弦波の形状に近づくことが分かる。

【0099】

＜第６実施形態＞
図１９（ａ）は、第６実施形態での第１ロータコア２１０の部分拡大図であり、図１９（ｂ）は、第６実施形態での第２ロータコア２２０の部分拡大図である。
第６実施形態は、第５実施形態の変形例であって、鉄心極２５１，２５２の空隙部２８０の第１領域２８０ａにロータコア内の磁束を整流する永久磁石２８１を嵌入し、空隙部２８０の各第２領域２８０ｂを開口させた構成を示している。第６実施形態での永久磁石２８１は、鉄心極２５１，２５２とは反対の磁化方向となるように配置されている。第６実施形態の構成においても、鉄心極２５１，２５２の極中心部には空隙部２８０による磁壁が形成されるため、第５実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。

【0100】

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。

【0101】

例えば、上記実施形態では回転電機がモータである場合について説明したが、回転電機は発電機であってもよい。また、上記実施形態では、一例として８極の回転電機を説明したが、回転電機の極数は上記に限定されるものではない。さらに、ロータの磁石極における第１磁石の形状、個数、配置は、上記実施形態の態様に限定されるものではない。

【0102】

上記の実施形態では、励磁コイルがステータコイル３４０よりも内周側に配置される例を説明したが、励磁コイルはステータコイル３４０よりも外周側に配置されていてもよい。

【0103】

上記の第４実施形態では、鉄心極２５１，２５２において２つの内径側空隙２７３，２７３がｄ軸を隔てて対向配置される構成について説明した。しかしながら、鉄心極２５１，２５２に形成される内径側空隙２７３の形状は第４実施形態の例に限定されない。例えば、鉄心極２５１，２５２において必要な励磁巻線磁束の磁路（径方向の磁路）と磁石および電機子巻線により生じる磁束の磁路（周方向の磁路）を確保できれば、それ以外は空隙としてもよい。また、鉄心極２５１，２５２の内径側空隙は、１つあるいは３つ以上の空隙で構成されていてもよい。

【0104】

上記の第５実施形態において、ロータコアの耐遠心力強度を向上させる観点から、限りなく漏れ磁束を抑制できれば、空隙部の底部領域に内周側と外周側をつなぐブリッジ部を形成するようにしてもよい。

【0105】

加えて、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0106】

１００…モータ、２００…ロータ、２１０…第１ロータコア、２２０…第２ロータコア、２４１，２４２…磁石極、２４７…第１磁石、２４８…第２磁石、２５１，２５２…鉄心極、２７０…鉄心部、２７１…外径側空隙、２７２…磁石、２７３…内径側空隙、３００…ステータ、３４０…ステータコイル、３５５…励磁コイル

【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】

【図17】

【図18】

【図19】