特許 7592221 回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-21

(45)【発行日】2024-11-29

(54)【発明の名称】回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02P 25/16 20060101AFI20241122BHJP

【ＦＩ】

H02P25/16

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2024519116

(86)(22)【出願日】2023-08-30

(86)【国際出願番号】 JP2023031508

【審査請求日】2024-09-03

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】593165487

【氏名又は名称】学校法人金沢工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】満田 宇宙

(72)【発明者】

【氏名】田中 敏則

(72)【発明者】

【氏名】深見 正

(72)【発明者】

【氏名】小山 正人

【審査官】島倉 理

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－７３０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－２６６０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０６４３７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００４－３２８９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１９９７８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１２０８５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ２５／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒状の固定子と、
前記固定子の内側に配置された回転子と、を備え、
前記固定子は、円環状のコアバック部及び前記コアバック部から径方向の内側に突出する１２個のティース部を有する固定子コアと、各前記ティース部に巻回された電機子巻線と、を有し、
前記電機子巻線は、３相に対応する巻線部を有し、
各相の前記巻線部は、機械的に隣り合う２つのコイルで構成されるコイル対が、前記回転子の回転軸に対して対向する構成とされ、
前記電機子巻線は、前記コイル対を構成する２つの前記コイルが互いに並列とされ、且つ、それぞれの前記コイルが、前記回転子の回転軸に対して対向する同相の前記コイル対のうちの一方の前記コイルと並列とされ、他方の前記コイルと直列とされて２重Ｙ結線とされ、各前記Ｙ結線の中性点が定電圧源回路を介して接続されており、
前記定電圧源回路から供給される界磁電流が前記電機子巻線に流れることで界磁磁束が発生する、
ことを特徴とする回転電機。

【請求項2】

前記コイル対を構成する２つの前記コイルは、互いに逆向きに巻回されており、
それぞれの前記コイルは、前記回転子の回転軸に対して対向する同相の前記コイル対のうち、前記回転子の回転軸に対して径方向に対向する一方の前記コイルと並列とされ、他方の前記コイルと直列とされており、
前記界磁磁束は、前記固定子の径方向において、各前記ティース部に全て同じ向きに鎖交する、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。

【請求項3】

前記コイルは、すべて同じ向きに巻回されており、
それぞれの前記コイルは、前記回転子の回転軸に対して対向する同相の前記コイル対のうち、前記回転子の回転軸に対して径方向に対向する一方の前記コイルと直列とされ、他方の前記コイルと並列とされており、
前記界磁磁束は、前記固定子の径方向において、隣り合う前記ティース部に逆向きに鎖交する、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。

【請求項4】

前記回転子は、回転子コアと、前記回転子コアの周方向に沿って間隔をあけて配置された永久磁石と、を有し、前記永久磁石と前記回転子コアによって形成された鉄極部とが、前記回転子コアの周方向に交互に配置された構成とされている、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。

【請求項5】

前記回転子は、回転子コアと、前記回転子コアの周方向に沿って間隔をあけて配置された永久磁石と、を有し、前記永久磁石と前記回転子コアによって形成された鉄極部とが、前記回転子コアの周方向に交互に配置された構成とされている、
ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機。

【請求項6】

前記回転子は、回転子コアと、前記回転子コアの周方向に沿って間隔をあけて配置された永久磁石と、を有し、前記永久磁石と前記回転子コアによって形成された鉄極部とが、前記回転子コアの周方向に交互に配置された構成とされている、
ことを特徴とする請求項３に記載の回転電機。

【請求項7】

前記定電圧源回路は、各前記Ｙ結線の中性点がダイオードを介して接続された構成とされ、
前記２重Ｙ結線のうち、一方のＹ結線における同相の前記コイルの巻数の和と、他方のＹ結線における同相の前記コイルの巻数の和とが異なり、
各相の前記コイルに発生する逆起電力によって各相の前記コイルを循環する交流電流が、前記ダイオードによって整流されることで界磁磁束が発生する、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、駆動用モータとして、永久磁石式の回転電機が広く使用されている。例えば、特許文献１には、ロータコアの周方向に複数のマグネットが間隔をあけて埋め込まれ、ロータコアに一体形成された突極部が各マグネット間に空隙をあけて配置されたコンシクエントポール型のロータを備えたモータが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－１１０２１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

駆動用モータは、電気自動車、産業用機器、及び空気調和装置等の用途に使用される場合、広範囲の運転領域を実現するために、低速回転時に磁石の界磁を強めて高トルクを出力し、高速回転時に磁石の界磁を弱めて電圧飽和を緩和させることが要求される。しかしながら、特許文献１に開示されたモータは、磁石の界磁磁束を調整できず、広範囲の運転領域を実現できない。

【0005】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、磁石の界磁磁束を調整することができ、広範囲の運転領域を実現することができる回転電機を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる回転電機は、円筒状の固定子と、固定子の内側に配置された回転子と、を備え、固定子は、円環状のコアバック部及びコアバック部から径方向の内側に突出する１２個のティース部を有する固定子コアと、各ティース部に巻回された電機子巻線と、を有している。電機子巻線は、３相に対応する巻線部を有している。各相の巻線部は、機械的に隣り合う２つのコイルで構成されるコイル対が、回転子の回転軸に対して対向する構成とされる。電機子巻線は、コイル対を構成する２つのコイルが互いに並列とされ、且つ、それぞれのコイルが、回転子の回転軸に対して対向する同相のコイル対のうちの一方のコイルと並列とされ、他方のコイルと直列とされて２重Ｙ結線とされ、各Ｙ結線の中性点が定電圧源回路を介して接続されている。定電圧源回路から供給される界磁電流が電機子巻線に流れることで界磁磁束が発生する。

【発明の効果】

【0007】

本開示にかかる回転電機によれば、磁石の界磁磁束を調整することができ、広範囲の運転領域を実現することができる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１にかかる回転電機の構成を模式的に示した平面図

【図2】図１に示したＩＩ－ＩＩ矢視断面であって、フレーム及びブラケットを設けた状態を示した断面斜視図

【図3】実施の形態１にかかる回転電機の電機子巻線の結線図

【図4】実施の形態１にかかる回転電機であって、界磁磁束の向きの一例を示した説明図

【図5】図４に示した界磁磁束の向きにおいて、コイルに流れる界磁電流の向きを示した説明図

【図6】実施の形態１にかかる回転電機の変形例１であって電機子巻線の結線図

【図7】実施の形態１にかかる回転電機の変形例２の構成を模式的に示した平面図

【図8】実施の形態１にかかる回転電機の変形例３の構成を模式的に示した平面図

【図9】実施の形態１にかかる回転電機の変形例４の構成を模式的に示した平面図

【図10】実施の形態２にかかる回転電機の構成を模式的に示した平面図

【図11】図１０に示した界磁磁束の向きにおいて、コイルに流れる界磁電流の向きを示した説明図

【図12】実施の形態２にかかる回転電機の変形例であって電機子巻線の結線図

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の実施の形態にかかる回転電機を図面に基づいて詳細に説明する。

【0010】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる回転電機の構成を模式的に示した平面図である。図１に示すように、本実施の形態１にかかる回転電機１００は、円筒状の固定子１と、固定子１の内側に配置された回転子２と、を備えたラジアルギャップ型の回転電機である。

【0011】

固定子１は、円環状のコアバック部１１及びコアバック部１１から径方向の内側に突出する１２個のティース部１２を有する固定子コア１０と、ティース部１２に巻回された電機子巻線１３と、を有している。電機子巻線１３は、図示省略の３相電源に接続されている。

【0012】

電機子巻線１３は、３相の巻線部として、Ａ相に対応する巻線部Ａと、Ｂ相に対応する巻線部Ｂと、Ｃ相に対応する巻線部Ｃと、を有している。Ａ相に対応する巻線部Ａは、コイルＡ１、コイルＡ２、コイルＡ３及びコイルＡ４である。Ｂ相に対応する巻線部Ｂは、コイルＢ１、コイルＢ２、コイルＢ３及びコイルＢ４である。Ｃ相に対応する巻線部Ｃは、コイルＣ１、コイルＣ２、コイルＣ３及びコイルＣ４である。各相の巻線部Ａ，Ｂ，Ｃは、機械的に隣り合う２つのコイルで構成されるコイル対が、回転子２の回転軸に対して対向する構成とされている。Ａ相に対応する巻線部Ａでは、機械的に隣り合う２つのコイルＡ１及びコイルＡ２のコイル対と、機械的に隣り合う２つのコイルＡ３及びコイルＡ４のコイル対とが、回転子２の回転軸に対して対向する。Ｂ相に対応する巻線部Ｂでは、機械的に隣り合う２つのコイルＢ１及びコイルＢ２のコイル対と、機械的に隣り合う２つのコイルＢ３及びコイルＢ４のコイル対とが、回転子２の回転軸に対して対向する。Ｃ相に対応する巻線部Ｃでは、機械的に隣り合う２つのコイルＣ１及びコイルＣ２のコイル対と、機械的に隣り合う２つのコイルＣ３及びコイルＣ４のコイル対とが、回転子２の回転軸に対して対向する。

【0013】

また、コイル対を構成する２つのコイルは、互いに逆向きに巻回されている。具体的には、コイルＡ１とコイルＡ２とが逆向きに巻回されている。コイルＡ３とコイルＡ４とが逆向きに巻回されている。コイルＢ１とコイルＢ２とが逆向きに巻回されている。コイルＢ３とコイルＢ４とが逆向きに巻回されている。コイルＣ１とコイルＣ２とが逆向きに巻回されている。コイルＣ３とコイルＣ４とが逆向きに巻回されている。

【0014】

回転子２は、円筒状の回転子コア２０と、回転子コア２０の中央に挿通され、磁性体で構成された回転軸としてのシャフト２１と、回転子コア２０の周方向に沿って間隔をあけて配置された永久磁石２２と、を有している。回転子２は、一例として、永久磁石２２が回転子コア２０の外周面に環状に張り付けられた表面磁石型である。回転子２は、Ｎ極を持つ永久磁石２２と、永久磁石２２を設けずに回転子コア２０によって形成されたＳ極を持つ鉄極部２３とが、回転子コア２０の周方向に交互に配置されたコンシクエントポール型である。回転子２は、５つの永久磁石２２と、５つの鉄極部２３とで１０極構造とされている。すなわち、本実施の形態１にかかる回転電機１００は、回転子２の磁極数と固定子１のスロット数とが１０：１２系列となる。

【0015】

図２は、図１に示したＩＩ－ＩＩ矢視断面であって、フレーム及びブラケットを設けた状態を示した断面斜視図である。なお、図２では、界磁磁束の流れを見やすくするために、一部ハッチングを省略している。回転電機１００は、図２に示すように、固定子１が固定される円筒状のフレーム３と、回転子２の回転軸方向におけるフレーム３の両端部に取り付けられたブラケット４と、をさらに備えている。フレーム３及びブラケット４は、磁性体からなる。フレーム３の筒内部には、固定子１及び回転子２が収容される。フレーム３の内壁面には、固定子１の外周面が固定される。フレーム３の外壁面は、冷却源になる。フレーム３と固定子コア１０とは、電気的に導通している。ブラケット４は、シャフト２１を回転自在に保持すると共に、フレーム３の両端の開口部を塞ぐものである。図２では、フレーム３の両端部に取り付けられた２つのブラケット４のうち、一方のブラケット４のみを示している。ブラケット４は、フレーム３にボルト等の図示省略の締結部材で固定されている。

【0016】

図３は、実施の形態１にかかる回転電機の電機子巻線の結線図である。図３に示すように、電機子巻線１３は、コイル対を構成する２つのコイルが互いに並列とされ、且つ、それぞれのコイルが、回転子２の回転軸に対して対向する同相のコイル対のうち、回転子２の回転軸に対して径方向に対向する一方のコイルと並列とされ、他方のコイルと直列とされて２重Ｙ結線とされている。

【0017】

具体的には、Ａ相に対応する巻線部Ａの場合、コイル対を構成するコイルＡ１とコイルＡ２とが、並列とされている。コイル対を構成するコイルＡ３とコイルＡ４とが、並列とされている。コイルＡ１は、回転子２の回転軸に対して対向するコイル対のうち、回転子２の回転軸に対して径方向に対向する一方のコイルＡ３と並列とされ、他方のコイルＡ４と直列とされている。同様に、コイルＡ２は、回転子２の回転軸に対して対向するコイル対のうち、回転子２の回転軸に対して径方向に対向する一方のコイルＡ４と並列とされ、他方のコイルＡ３と直列とされている。Ｂ相に対応する巻線部Ｂ、及びＣ相に対応する巻線部Ｃについても同様である。

【0018】

そして、本実施の形態１にかかる回転電機１００は、各Ｙ結線の中性点Ｎが開放され、各開放端が定電圧源回路２００で接続されている。定電圧源回路２００は、各Ｙ結線の中性点Ｎを、直流電源２０１を介して接続した構成である。回転電機１００は、定電圧源回路２００によって供給される界磁電流が、各相の巻線部Ａ，Ｂ，Ｃで循環する。図３に示した例において、Ａ相に対応する巻線部Ａでは、一点鎖線の矢印Ｘで示すように、コイルＡ３、コイルＡ２、コイルＡ１、コイルＡ４の順番に界磁電流が循環する。また、Ｂ相に対応する巻線部Ｂでは、実線の矢印Ｙで示すように、コイルＢ３、コイルＢ２、コイルＢ１、コイルＢ４の順番に界磁電流が循環する。また、Ｃ相に対応する巻線部Ｃでは、破線の矢印Ｚで示すように、コイルＣ３、コイルＣ２、コイルＣ１、コイルＣ４の順番に界磁電流が循環する。なお、界磁電流の流れを逆向きにすることで、Ａ相に対応する巻線部Ａでは、コイルＡ４、コイルＡ１、コイルＡ２、コイルＡ３の順番に界磁電流が循環する。Ｂ相に対応する巻線部Ｂを循環する界磁電流、及びＣ相に対応する巻線部Ｃを循環する界磁電流についても同様である。

【0019】

図４は、実施の形態１にかかる回転電機であって、界磁磁束の向きの一例を示した説明図である。図４に示した白抜き矢印は、界磁磁束の向きを示している。図５は、図４に示した界磁磁束の向きにおいて、コイルに流れる界磁電流の向きを示した説明図である。図５に示した白抜き矢印は、各相の巻線部を循環する界磁電流の向きを示している。

【0020】

図４に示すように、定電圧源回路２００から供給され、各相の巻線部Ａ，Ｂ，Ｃで循環する界磁電流によって発生する界磁磁束は、固定子１の径方向において、各ティース部１２に全て同じ向きに鎖交している。図４に示す場合、界磁磁束は、各ティース部１２において径方向内側に向かって鎖交している。図２において実線矢印で示すように、ティース部１２における界磁磁束の流れは、回転子２の内側に向いている。ティース部１２を流れた界磁磁束は、シャフト２１の軸方向に流れて、ブラケット４を通り、フレーム３に戻る。図４に示した向きの界磁磁束は、図５に示すように、Ａ相に対応する巻線部ＡにおいてコイルＡ３、コイルＡ２、コイルＡ１、コイルＡ４の順番に界磁電流が循環し、Ｂ相に対応する巻線部ＢにおいてコイルＢ３、コイルＢ２、コイルＢ１、コイルＢ４の順番に界磁電流が循環し、Ｃ相に対応する巻線部ＣにおいてコイルＣ３、コイルＣ２、コイルＣ１、コイルＣ４の順番に界磁電流が循環することにより発生する。

【0021】

このように、図５に示した白抜き矢印の向きに、各相を循環する界磁電流によって、各ティース部１２において径方向内側に向かう界磁磁束、すなわち、鉄極部２３にＮ極を形成する方向の界磁磁束が発生する。これによって、鉄極部２３におけるＳ極の磁束が打ち消され、固定子１と回転子２との間の空隙における回転磁界の磁束密度は減少する。その結果、高速回転時において、電圧飽和を緩和させることができる。

【0022】

次に、各ティース部１２の径方向外側に向かって界磁磁束が発生するように、すなわち、図４に示した白抜き矢印とは逆向きに界磁磁束が発生するように、界磁電流が流れる場合について説明する。回転子２の鉄極部２３は、永久磁石２２によってＳ極が形成されている。図５に示した白抜き矢印の向きとは逆向きに界磁電流を流すことによって、鉄極部２３にＳ極を形成する方向の界磁磁束が発生する。これによって、鉄極部２３におけるＳ極の界磁磁束が強められる。その結果、固定子１と回転子２との間の空隙における回転磁界の磁束密度が増加し、トルクを増加させることができる。

【0023】

以上のように、本実施の形態１にかかる回転電機１００は、定電圧源回路２００から供給され、各相の巻線部Ａ，Ｂ，Ｃで循環する界磁電流を制御することによって、界磁磁束の密度を調整することができる。すなわち、回転電機１００は、低速回転時に永久磁石２２の界磁磁束を強めて、固定子１と回転子２との間の空隙における回転磁界の磁束密度を増加させ、高トルクを出力することができる。一方、回転電機１００は、高速回転時に永久磁石２２の界磁磁束を弱めて、固定子１と回転子２との間の空隙における回転磁界の磁束密度を減少させ、電圧飽和を緩和させることができる。また、高速回転時における鉄損を抑制することもでき、弱め界磁電流による銅損を低減することもできる。よって、本実施の形態１にかかる回転電機１００は、電気自動車、産業用機器、及び空気調和装置等の用途に使用をされる駆動用モータとして、広範囲の運転領域を実現することができる。

【0024】

また、例えば従来技術として、回転磁界を発生する電機子巻線と、界磁磁界を発生させる界磁巻線と、を固定子のティース部に巻回した構成があるが、製造段階において巻線工程が複雑となるため、生産性が悪化する。また、界磁巻線によって、電機子巻線の占積率を圧迫するため、巻線抵抗が増加するおそれがある。一方、本実施の形態１にかかる回転電機１００は、固定子１のティース部１２に電機子巻線１３のみを巻回した構成なので、製造段階において巻線工程が複雑とならず、生産性の悪化を抑制できる。また、本実施の形態１にかかる回転電機１００は、例えば回転子２の磁極数と固定子１のスロット数とが１０：１２系列となる固定子１を流用することができるので、生産性が向上する。

【0025】

また、本実施の形態１にかかる回転電機１００は、コンシクエントポール型であり、従来の永久磁石モータと比べて永久磁石２２の量を低減できるので、低コスト化することができ、且つ資源調達リスクの回避に有効である。

【0026】

図６は、実施の形態１にかかる回転電機の変形例１であって電機子巻線の結線図である。図６に示した回転電機１００Ａは、各Ｙ結線の中性点Ｎが開放され、各開放端がダイオード２０２を介して接続された定電圧源回路２００を有する構成である。この場合、２重Ｙ結線のうち、一方のＹ結線における同相のコイルの巻数の和と、他方のＹ結線における同相のコイルの巻数の和とが異なる。具体的には、一方のＹ結線におけるＡ相のコイルＡ１とコイルＡ４との巻数の和と、他方のＹ結線におけるＡ相のコイルＡ２とコイルＡ３との巻数の和とが異なる。同様に、一方のＹ結線におけるＢ相のコイルＢ１とコイルＢ４との巻数の和と、他方のＹ結線におけるＢ相のコイルＢ２とコイルＢ３との巻数の和とが異なる。同様に、一方のＹ結線におけるＣ相のコイルＣ１とコイルＣ４との巻数の和と、他方のＹ結線におけるＣ相のコイルＣ２とコイルＣ３との巻数の和とが異なる。

【0027】

これにより、回転電機１００Ａは、Ａ相に対応する巻線部Ａにおいて、コイルＡ１及びコイルＡ４と、コイルＡ２及びコイルＡ３とで発生する逆起電力差によって交流電流が発生し、ダイオード２０２によって半波整流されることで界磁電流となる直流成分が抽出される。Ａ相に対応する巻線部Ａでは、一点鎖線の矢印Ｘで示すように、コイルＡ４、コイルＡ１、コイルＡ２、コイルＡ３の順番に界磁電流が循環する。Ｂ相に対応する巻線部Ｂ及びＣ相に対応する巻線部Ｃにおいても同様に、界磁電流となる直流成分が抽出される。Ｂ相に対応する巻線部Ｂでは、実線の矢印Ｙで示すように、コイルＢ４、コイルＢ１、コイルＢ２、コイルＢ３の順番に界磁電流が循環する。Ｃ相に対応する巻線部Ｃでは、破線の矢印Ｚで示すように、コイルＣ４、コイルＣ１、コイルＣ２、コイルＣ３の順番に界磁電流が循環する。すなわち、回転電機１００Ａは、各Ｙ結線の中性点Ｎの各開放端が直流電源２０１を介して接続された回転電機１００と、同様の効果を得ることができる。

【0028】

図７は、実施の形態１にかかる回転電機の変形例２の構成を模式的に示した平面図である。図７に示した変形例２の回転電機１００Ｂは、永久磁石２２を回転子コア２０の内部に埋め込んだ埋め込み磁石型の回転子２とした構成である。その他の構成については、上記した回転電機１００，１００Ａと同じである。図７に示した回転子２は、２つの永久磁石２２を１組とし、Ｎ極を持つ１組の永久磁石２２と、回転子コア２０によって形成されたＳ極を持つ鉄極部２３とが、回転子コア２０の周方向に交互に配置されている。永久磁石２２を回転子コア２０の内部に埋め込むことにより、永久磁石２２に発生する渦電流損失を低減できる。また、永久磁石２２の量を増やすこともできるため、磁石磁束を増加させることができる。

【0029】

図８は、実施の形態１にかかる回転電機の変形例３の構成を模式的に示した平面図である。図８に示した変形例３の回転電機１００Ｃは、７つの永久磁石２２と、７つの鉄極部２３とで、１４極構造の回転子２とした構成である。すなわち、変形例３の回転電機１００Ｃでは、回転子２の磁極数と固定子１のスロット数とが１４：１２系列となる。この場合、図１に示した回転子２と比べて、Ｂ相に対応する巻線部Ｂの位置と、Ｃ相に対応する巻線部Ｃの位置とが入れ替わる。なお、変形例３の回転電機１００Ｃの回転子２は、永久磁石２２が回転子コア２０の外周面に環状に張り付けられた表面磁石型に限定されず、図７に示すように、永久磁石２２を回転子コア２０の内部に埋め込んだ埋め込み磁石型でもよい。

【0030】

図９は、本実施の形態１にかかる回転電機の変形例４の構成を模式的に示した平面図である。図９に示した永久磁石２２ａ，２２ｂ上の実線の矢印は、永久磁石２２ａ，２２ｂの磁束の向きを示している。本実施の形態１にかかる回転電機１００は、図１に示したコンシクエントポール型の構成に限定されない。例えば図９に示した変形例４の回転電機１００Ｄのように、回転子コア２０の周方向に沿ってＮ極の永久磁石２２ａとＳ極の永久磁石２２ｂとを交互に配置した構成でもよい。隣り合うＮ極の永久磁石２２ａとＳ極の永久磁石２２ｂとの間には、Ｎ極又はＳ極のいずれか一方の極の磁束を増減できるようにフラックスバリア２４が形成されている。なお、変形例４の回転電機１００Ｄの回転子２は、永久磁石２２ａ，２２ｂを回転子コア２０の内部に埋め込んだ埋め込み磁石型に限定されず、永久磁石２２ａ，２２ｂが回転子コア２０の外周面に環状に張り付けられた表面磁石型でもよい。

【0031】

また、本実施の形態１にかかる回転電機１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄは、図１に示したラジアルギャップ型に限定されず、アキシャルギャップ型であってもよい。本実施の形態１にかかる回転電機１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄをアキシャルギャップ型に適用した場合、従来のアキシャルギャップ型に設けられていた環状の界磁巻線を省略することができる。

【0032】

実施の形態２．
次に、実施の形態２にかかる回転電機１０１について説明する。図１０は、実施の形態２にかかる回転電機の構成を模式的に示した平面図である。図１０に示した白抜き矢印は、界磁磁束の向きを示している。また、図１０に示した符号２５は磁束線を示している。図１１は、図１０に示した界磁磁束の向きにおいて、コイルに流れる界磁電流の向きを示した説明図である。図１１に示した白抜き矢印は、各相を循環する界磁電流の向きを示している。本実施の形態２にかかる回転電機１０１の固定子１は、１２個のスロットを有している。

【0033】

図１０に示した電機子巻線１３は、３相の巻線部として、Ａ相に対応する巻線部Ａと、Ｂ相に対応する巻線部Ｂと、Ｃ相に対応する巻線部Ｃと、を有している。Ａ相に対応する巻線部Ａは、コイルＡ１、コイルＡ２、コイルＡ３及びコイルＡ４である。Ｂ相に対応する巻線部Ｂは、コイルＢ１、コイルＢ２、コイルＢ３及びコイルＢ４である。Ｃ相に対応する巻線部Ｃは、コイルＣ１、コイルＣ２、コイルＣ３及びコイルＣ４である。各相の巻線部Ａ，Ｂ，Ｃは、機械的に隣り合う２つのコイルで構成されるコイル対が、回転子２の回転軸に対して対向する構成とされている。Ａ相に対応する巻線部Ａでは、機械的に隣り合う２つのコイルＡ１及びコイルＡ２のコイル対と、機械的に隣り合う２つのコイルＡ３及びコイルＡ４のコイル対とが、回転子２の回転軸に対して対向する。Ｂ相に対応する巻線部Ｂでは、機械的に隣り合う２つのコイルＢ１及びコイルＢ２のコイル対と、機械的に隣り合う２つのコイルＢ３及びコイルＢ４のコイル対とが、回転子２の回転軸に対して対向する。Ｃ相に対応する巻線部Ｃでは、機械的に隣り合う２つのコイルＣ１及びコイルＣ２のコイル対と、機械的に隣り合う２つのコイルＣ３及びコイルＣ４のコイル対とが、回転子２の回転軸に対して対向する。これらのコイルは、すべて同じ向きに巻回されている。

【0034】

回転子２は、一例として、永久磁石２２が回転子コア２０の外周面に環状に張り付けられた表面磁石型である。回転子２は、Ｎ極を持つ永久磁石２２と、永久磁石２２を設けずに回転子コア２０によって形成されたＳ極を持つ鉄極部２３とが、回転子コア２０の周方向に交互に配置されたコンシクエントポール型である。本実施の形態２における回転子２は、１０個の永久磁石２２と、１０個の鉄極部２３とで２０極構造とされている。つまり、実施の形態２にかかる回転電機１０１は、２０極の永久磁石モータとしてトルクが発生する。

【0035】

図１１に示すように、電機子巻線１３は、コイル対を構成する２つのコイルが互いに並列とされ、且つ、それぞれのコイルが、回転子２の回転軸に対して対向する同相のコイル対のうち、回転子２の回転軸に対して径方向に対向する一方のコイルと直列とされ、他方のコイルと並列とされて２重Ｙ結線とされている。具体的には、Ａ相の巻線部Ａの場合、コイル対を構成するコイルＡ１とコイルＡ２とが、並列とされている。コイル対を構成するコイルＡ３とコイルＡ４とが、並列とされている。コイルＡ１は、回転子２の回転軸に対して対向するコイル対のうち、回転子２の回転軸に対して径方向に対向する一方のコイルＡ３と直列とされ、他方のコイルＡ４と並列とされている。同様に、コイルＡ２は、回転子２の回転軸に対して対向するコイル対のうち、回転子２の回転軸に対して径方向に対向する一方のコイルＡ４と直列とされ、他方のコイルＡ３と並列とされている。Ｂ相に対応する巻線部Ｂ、及びＣ相に対応する巻線部Ｃについても同様である。

【0036】

そして、本実施の形態２にかかる回転電機１０１は、各Ｙ結線の中性点Ｎが開放され、各開放端が定電圧源回路２００で接続されている。定電圧源回路２００は、各Ｙ結線の中性点Ｎを、直流電源２０１を介して接続した構成である。回転電機１０１は、定電圧源回路２００によって供給される界磁電流が、各相の巻線部Ａ，Ｂ，Ｃで循環する。図１１に示した例において、Ａ相に対応する巻線では、コイルＡ４、コイルＡ２、コイルＡ１、コイルＡ３の順番に界磁電流が循環する。また、Ｂ相に対応する巻線では、コイルＢ４、コイルＢ２、コイルＢ１、コイルＢ３の順番に界磁電流が循環する。また、Ｃ相に対応する巻線では、コイルＣ４、コイルＣ２、コイルＣ１、コイルＣ３の順番に界磁電流が循環する。なお、界磁電流の流れを逆向きにすることで、Ａ相に対応する巻線では、コイルＡ３、コイルＡ１、コイルＡ２、コイルＡ４の順番に界磁電流が循環する。Ｂ相に対応する巻線部Ｂを循環する界磁電流、及びＣ相に対応する巻線部Ｃを循環する界磁電流についても同様である。

【0037】

本実施の形態２にかかる回転電機１０１は、定電圧源回路２００から供給される界磁電流が、図１１に示した白抜き矢印の向きに流れ、各相の巻線部Ａ，Ｂ，Ｃで循環することにより、図１０に示した白抜き矢印の向きに界磁磁束が発生する。界磁磁束は、固定子１の径方向において、隣り合うティース部１２に逆向きに鎖交する。この界磁磁束によって、６極対（全１２極）の固定磁界が形成される。回転子２が回転することにより、界磁磁束によって形成された６極対の固定磁界が、１０個の鉄極部２３によって磁束変調され、鉄極部２３の１０極から固定磁界の６極対を引いた４極対の回転磁界が発生する。この４極対の回転磁界が、電機子による回転磁界と同期してトルクを発生させる。この結果、２０極の永久磁石モータのトルクがブーストされる。

【0038】

一方、本実施の形態２にかかる回転電機１０１は、定電圧源回路２００から供給される界磁電流が、図１１に示した白抜き矢印の向きとは逆向きに流れ、各相の巻線部Ａ，Ｂ，Ｃで循環することにより、図１０に示した白抜き矢印の向きとは逆向きに界磁磁束が発生する。これにより、負のトルクが発生して、２０極の永久磁石モータのトルクが減少するので、逆起電力を抑制でき、高速回転時の電圧飽和を緩和できる。

【0039】

以上のように、本実施の形態２にかかる回転電機１０１は、定電圧源回路２００から供給され、各相の巻線部Ａ，Ｂ，Ｃで循環する界磁電流を制御することによって、界磁磁束の密度を調整することができる。すなわち、回転電機１０１は、低速回転時に永久磁石２２の界磁磁束を強めて、固定子１と回転子２との間の空隙における回転磁界の磁束密度を増加させ、高トルクを出力することができる。一方、回転電機１０１は、高速回転時に永久磁石２２の界磁磁束を弱めて、固定子１と回転子２との間の空隙における回転磁界の磁束密度を減少させ、電圧飽和を緩和させることができる。また、高速回転時における鉄損を抑制することもでき、弱め界磁電流による銅損を低減することもできる。よって、本実施の形態２にかかる回転電機１０１は、電気自動車、産業用機器、及び空気調和装置等の用途に使用される駆動用モータとして、広範囲の運転領域を実現することができる。また、本実施の形態２にかかる回転電機１０１は、実施の形態１の回転電機１００とは異なり、シャフト２１及びフレーム３を磁路として使う必要がなくなるため、シャフト２１及びフレーム３に発生する損失もなく、より高効率化することができる。

【0040】

図１２は、実施の形態２にかかる回転電機の変形例であって電機子巻線の結線図である。図１２に示した回転電機１０１Ａでは、各Ｙ結線の中性点Ｎが開放され、各開放端がダイオード２０２を介して接続された定電圧源回路２００を有する構成である。この場合、２重Ｙ結線のうち、一方のＹ結線における同相のコイルの巻数の和と、他方のＹ結線における同相のコイルの巻数の和が異なる。具体的には、一方のＹ結線におけるＡ相のコイルＡ１とコイルＡ３との巻数の和と、他方のＹ結線におけるＡ相のコイルＡ２とコイルＡ４との巻数の和が異なる。同様に、一方のＹ結線におけるＢ相のコイルＢ１とコイルＢ３との巻数の和と、他方のＹ結線におけるＢ相のコイルＢ２とコイルＢ４との巻数の和が異なる。同様に、一方のＹ結線におけるＣ相のコイルＣ１とコイルＣ３との巻数の和と、他方のＹ結線におけるＣ相のコイルＣ２とコイルＣ４との巻数の和が異なる。

【0041】

これにより、回転電機１０１Ａは、Ａ相に対応する巻線部Ａにおいて、コイルＡ１及びコイルＡ３と、コイルＡ２及びコイルＡ４とで発生する逆起電力差によって交流電流が発生し、ダイオード２０２によって半波整流されることで界磁電流となる直流成分が抽出される。Ｂ相に対応する巻線部Ｂ及びＣ相に対応する巻線部Ｃにおいても同様に、界磁電流となる直流成分が抽出される。すなわち、回転電機１０１Ａは、各Ｙ結線の中性点Ｎの各開放端が直流電源２０１を介して接続された回転電機１０１と、同様の効果を得ることができる。

【0042】

なお、本実施の形態２にかかる回転電機１０１，１０１Ａは、例えば図７に示すように、永久磁石２２を回転子コア２０の内部に埋め込んだ埋め込み磁石型の回転子２とした構成でもよい。永久磁石２２を回転子コア２０の内部に埋め込むことにより、永久磁石２２に発生する渦電流損失を低減できる。また、永久磁石２２の量を増やすこともできるため、磁石磁束を増加させることができる。

【0043】

また、本実施の形態２にかかる回転電機１０１，１０１Ａは、図１０に示したラジアルギャップ型に限定されず、アキシャルギャップ型であってもよい。本実施の形態２にかかる回転電機１０１，１０１Ａをアキシャルギャップ型に適用した場合、従来のアキシャルギャップ型に設けられていた環状の界磁巻線を省略することができる。

【0044】

また、本実施の形態２にかかる回転電機１０１，１０１Ａは、図示した２０極構造に限定されず、その他の極数から成る構造でもよい。例えば、本実施の形態２にかかる回転電機１０１，１０１Ａは、８つの永久磁石２２と、８つの鉄極部２３とで１６極構造とし、Ｂ相に対応する巻線部Ｂの位置と、Ｃ相に対応する巻線部Ｃの位置とを入れ替えた構成でも可能である。

【0045】

また、実施の形態２にかかる回転電機１０１，１０１Ａは、図１０に示したコンシクエントポール型の構成に限定されない。実施の形態２にかかる回転電機１０１，１０１Ａは、回転子コア２０の周方向に沿ってＮ極の永久磁石とＳ極の永久磁石とを交互に配置した構成でもよい。この場合、隣り合うＮ極の永久磁石とＳ極の永久磁石との間には、Ｎ極又はＳ極のいずれか一方の極の磁束を増減できるようにフラックスバリアが形成される。

【0046】

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

【符号の説明】

【0047】

１ 固定子、２ 回転子、３ フレーム、４ ブラケット、１０ 固定子コア、１１ コアバック部、１２ ティース部、１３ 電機子巻線、２０ 回転子コア、２１ シャフト、２２，２２ａ，２２ｂ 永久磁石、２３ 鉄極部、２４ フラックスバリア、２５ 磁束線、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１０１，１０１Ａ 回転電機、２００ 定電圧源回路、２０１ 直流電源、２０２ ダイオード、Ａ，Ｂ，Ｃ 巻線部、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ コイル、Ｎ 中性点。

【要約】

回転電機（１００）は、固定子（１）と回転子（２）とを備えている。固定子（１）は、固定子コア（１０）と、電機子巻線（１３）とを有する。電機子巻線（１３）は、３相に対応する巻線部（Ａ，Ｂ，Ｃ）を有している。各相の巻線部（Ａ，Ｂ，Ｃ）は、機械的に隣り合う２つのコイルで構成されるコイル対が、回転子（２）の回転軸に対して対向する構成とされている。電機子巻線（１３）は、コイル対を構成する２つのコイルが互いに並列とされ、且つ、それぞれのコイルが、回転子（２）の回転軸に対して対向する同相のコイル対のうちの一方のコイルと並列とされ、他方のコイルと直列とされて２重Ｙ結線とされ、各Ｙ結線の中性点（Ｎ）が定電圧源回路（２００）を介して接続されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】