JP2020114069A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】低速運転時の安定した動作と高速運転時のさらなる高回転化および低損失化とを実現する。【解決手段】実施形態の回転電機１は、第一コイル１２を有するステータ２と、ステータ２と同軸に設けられたロータ３と、ロータ３と軸方向で重なる第二コイル４と、ロータ３の回転を制御する制御部５と、を備え、ロータ３は、ロータ３の外周面において周方向に間隔をあけて形成された複数の磁石貼付溝と、磁石貼付溝に嵌め込まれた永久磁石と、磁石貼付溝よりも径方向内側においてロータ３の周方向に間隔をあけて形成された複数の空隙と、を有し、第二コイル４は、空隙と軸方向で対向し、制御部５は、ロータ３の回転速度が閾値以下の場合、第一コイル１２から発生する磁束によりロータ３をＩＰＭＳＭとして回転させ、ロータ３の回転速度が閾値を超える場合、第二コイル４と空隙とにより発生するロータ３の磁気抵抗の差によってロータ３をＳＲＭとして回転させる。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機に関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車等に搭載される回転電機では、コイルに電流が供給されることでステータコアに磁界が形成され、ロータの磁石とステータコアとの間に磁気的な吸引力や反発力が生じる。これにより、ロータがステータに対して回転する。

回転電機としては、ロータを高速回転させるために、ロータとステータとの間の磁束量を調整し、磁石磁束がステータに鎖交することで発生する誘起電圧を抑制する構成が知られている。
例えば、特許文献１には、ロータの軸方向一端側にロータとの間に間隔をあけて補助界磁を設け、補助界磁で作られる磁束をロータに出入りさせることによって、ステータとロータとの間を通過する磁束の量を調整可能とした構成が開示されている。
例えば、特許文献２には、ロータコアの両端面に小ギャップを隔てて対面する一対の静止磁路部材を設け、静止磁路部材のロータ側の端面の溝に励磁コイルを収容した構成が開示されている。特許文献２では、ロータコアにおいて奇数番目のロータ磁極部の永久磁石と、偶数番目のロータ磁極部の永久磁石と、励磁コイルとを、磁気回路内にて直列に配置することによって、ロータ磁極部からステータに流れるロータ磁束（界磁束）を調整可能としている。

特開２０１４−２３３９３号公報 特開２００９−２９６６９１号公報

しかしながら、低速運転時の安定した動作と高速運転時のさらなる高回転化および低損失化とを実現する上で改善の余地があった。

そこで本発明は、低速運転時の安定した動作と高速運転時のさらなる高回転化および低損失化とを実現することができる回転電機を提供することを目的とする。

（１）本発明の一態様に係る回転電機（例えば、実施形態における回転電機１）は、第一コイル（例えば、実施形態における第一コイル１２）を有するステータ（例えば、実施形態におけるステータ２）と、前記ステータと同軸に設けられたロータ（例えば、実施形態におけるロータ３）と、前記ロータと軸方向で重なる第二コイル（例えば、実施形態における第二コイル４）と、前記ロータの回転を制御する制御部（例えば、実施形態における制御部５）と、を備え、前記ロータは、前記ロータの外周面において周方向に間隔をあけて形成された複数の磁石貼付溝（例えば、実施形態における磁石貼付溝２５）と、前記磁石貼付溝に嵌め込まれた永久磁石（例えば、実施形態における磁石２２）と、前記磁石貼付溝よりも径方向内側において前記ロータの周方向に間隔をあけて形成された複数の空隙（例えば、実施形態における空隙２７）と、を有し、前記第二コイルは、前記空隙と軸方向で対向し、前記制御部は、前記ロータの回転速度が閾値以下の場合、前記第一コイルから発生する磁束により前記ロータを埋込磁石同期モータとして回転させ、前記ロータの回転速度が前記閾値を超える場合、前記第二コイルと前記空隙とにより発生する前記ロータの磁気抵抗の差によって前記ロータをリラクタンスモータとして回転させる。
（２）本発明の一態様において、前記第二コイルは、前記複数の空隙と軸方向で重なるように環状に配置されていてもよい。
（３）本発明の一態様において、前記第二コイルは、周方向に間隔をあけて複数配置されていてもよい。
（４）本発明の一態様において、前記第二コイルは、前記ロータの軸方向両側に設けられていてもよい。

上記（１）の態様によれば、制御部は、ロータの回転速度が閾値以下の場合（低速運転時）、第一コイルから発生する磁束によりロータを埋込磁石同期モータ（以下「ＩＰＭＳＭ（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）」ともいう。）として回転させることで、低速運転時にロータをスイッチリラクタンスモータ（以下「ＳＲＭ（Switched Reluctance Motor）」ともいう。）として回転させる構成と比較して、低速運転時の制御性を向上させることができる。加えて、制御部は、ロータの回転速度が閾値を超える場合（高速運転時）、第二コイルと空隙とにより発生するロータの磁気抵抗の差によってロータをリラクタンスモータ（ＳＲＭ）として回転させることで、高速運転時にロータをＩＰＭＳＭとして回転させる場合と比較して、回転上限が制限されることを回避することができ、かつ、銅損の悪化を抑制することができる。したがって、低速運転時の安定した動作と高速運転時のさらなる高回転化および低損失化とを実現することができる。
具体的に、本態様によれば、高回転化に対応するため、ＩＰＭＳＭとしてのロータを軸方向から見た時に本来孔部としてしか存在しない部分（例えば、軽量化のための肉抜き構造）を、軸方向から磁束を通す際、ロータコアよりも磁気抵抗が大きい部分（以下「磁気抵抗大部」ともいう。）として活用し、軸方向に配置された第二コイルにより、アキシャルギャップリラクタンスモータとして駆動することが可能となる。すなわち、軽量化のための肉抜き構造をフラックスバリアとして活用し、肉抜き構造とアキシャルギャップリラクタンスモータの磁束の通り道とを両立させることができる。ここで、ＳＲＭは、低速運転時の制御性の悪さが課題として存在する。一方、ＩＰＭＳＭは、高速運転時の逆起電力により電圧制限下では回転上限が制限されるという課題が存在する。この回転上限に対する解決策としては、高速運転時に負のｄ軸電流を流す弱め界磁制御を行うことが考えられるが、弱め界磁電流により銅損が悪化する懸念がある。これに対し、ＳＲＭは、磁束を発生させるための磁石を持たず、ロータの磁気抵抗の差によってトルクを発生させるため、逆起電力が小さく、高速運転に適している。本態様によれば、永久磁石がロータの外周面の磁石貼付溝に嵌め込まれていることで、磁石貼付溝よりも径方向内側において軸方向には磁石は存在しない。そのため、ロータの軸方向に磁束を通し、磁力線の歪みによって生じるリラクタンストルクによる運転が可能となる。また、磁石貼付溝よりも径方向内側の空隙と軸方向で重なる第二コイルにはロータからの鎖交磁束が少なくなるため、逆起電力も小さくなる。その結果、弱め界磁制御を使用せずに高回転化が可能となる。すなわち、高速運転時はＳＲＭとして駆動することで、弱め界磁制御を使わないことができる。したがって本態様によれば、ＩＰＭＳＭが持つ長所および短所と、ＳＲＭが持つ長所および短所とを互いに補完し、それぞれの特徴（長所）を活かすことにより、低速運転時の安定した動作と高速運転時のさらなる高回転化および低損失化とを実現することができる。
さらに、本態様によれば、下記（Ａ）、（Ｂ）の構造的特徴を有する。
（Ａ）ロータにおいて、本来、孔部としてしか存在しない部分を、遠心力に対する耐性を持たせたバネ構造としての機能と、ＳＲＭとしての磁気抵抗大部としての機能との両方を持ち合わせた構造とすることができる。
（Ｂ）ＩＰＭＳＭは、電流進角を調整しリラクタンストルクを活用するための磁石配置となっている。これに対し、本態様の回転電機では、リラクタンストルクは軸方向に配置したトルクにより行うため、表面磁石モータとして磁石を配置することができる。
上記（２）の態様によれば、第二コイルは、複数の空隙と軸方向で重なるように環状に配置されていることで、第二コイルの配置形状が、ロータの周方向に間隔をあけて形成された複数の空隙の配置と実質的に同じ形状になるため、騒音および振動等を抑制し、ロータをスムーズに回転させることができる。
上記（３）の態様によれば、第二コイルは、周方向に間隔をあけて複数配置されていることで、第二コイルの配置構成が、ロータの周方向に間隔をあけて形成された複数の空隙の配置と実質的に同じ構成になるため、騒音および振動等を抑制し、ロータをスムーズに回転させることができる。
上記（４）の態様によれば、第二コイルは、ロータの軸方向両側に設けられていることで、第二コイルがロータの軸方向片側のみに設けられている構成と比較して、ロータをより一層スムーズに回転させることができる。

実施形態に係る回転電機の概略構成図。 実施形態に係るロータを軸方向から見た図。 図２の要部拡大図を含む、力学モデルの説明図。 実施形態に係るロータを軸方向から見た、第二コイルの配置の説明図。 図４の要部拡大図を含む、第二コイルの磁極の説明図。 実施形態に係るロータを軸方向から見た図。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面を含む、軸方向に発生する磁束の説明図。 リラクタンストルクの発生メカニズムの説明図。

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。実施形態においては、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される回転電機（走行用モータ）を挙げて説明する。

＜回転電機＞
図１は、実施形態に係る回転電機１の全体構成を示す概略構成図である。図１は、軸線Ｃを含む仮想平面で切断した断面を含む図である。以下、回転電機の軸線Ｃに沿う方向を「軸方向」、軸線Ｃに直交する方向を「径方向」、軸線Ｃ周りの方向を「周方向」とする。
図１に示すように、回転電機１は、第一コイル１２を有するステータ２と、ステータ２と同軸に設けられたロータ３と、ロータ３と軸方向で重なる第二コイル４と、ロータ３の回転を制御する制御部５と、を備える。図中符号６は、ロータ３の軸方向外側で第二コイル４を支持する第二コイル支持部を示す。

ステータ２は、ステータコア１１と、ステータコア１１に装着された複数層（例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の第一コイル１２と、を備える。
ステータコア１１は、軸線Ｃと同軸に配置された環状をなしている。例えば、ステータコア１１は、圧粉材等の無方向性の部材により形成されている。なお、ステータコア１１は、磁束が径方向から通過することを前提としているため、方向性鋼板により形成されていてもよい。

ステータコア１１には、第一コイル１２が挿入されたスロット１３が周方向に並んで設けられている。例えば、第一コイル１２は、ステータコア１１のスロット１３に挿通された挿通部１２ａと、ステータコア１１から軸方向に突出したコイルエンド部１２ｂと、を備える。ステータコア１１は、第一コイル１２に電流が流れることで磁界を発生する。

＜ロータ＞
ロータ３は、ステータ２に対して径方向の内側に、間隔をあけて配置されている。ロータ３は、出力シャフト７に固定されている。ロータ３は、軸線Ｃ回りに出力シャフト７と一体で回転可能に構成されている。ロータ３は、ロータコア２１および磁石２２（図２参照）を備える。実施形態において、磁石２２は永久磁石である。

ロータコア２１は、軸線Ｃと同軸に配置された環状をなしている（図２参照）。ロータコア２１の径方向内側には、出力シャフト７が圧入固定されている。例えば、ロータコア２１は、圧粉材等の無方向性の部材により形成されている。なお、ロータコア２１は、磁束が径方向からだけではなく、軸方向にも通過するため、方向性鋼板ではなく、無方向性鋼板により形成されていることが好ましい。

図２は、実施形態の係るロータ３を軸方向から見た図である。
図２に示すように、ロータコア２１の外周面には、磁石貼付溝２５が形成されている。磁石貼付溝２５は、周方向に間隔をあけて複数配置されている。磁石貼付溝２５は、ロータコア２１の外周面においてロータコア２１を軸方向に貫通している。

各磁石貼付溝２５内には、磁石２２が嵌め込まれている。磁石２２は、ロータコア２１の外周部において複数の磁石貼付溝２５のそれぞれに貼り付けられている。実施形態のロータ３は、磁石２２をロータ３表面（ロータコア２１の外周面）に組み込んだ、いわゆる表面磁石型（ＳＰＭ:Surface Permanent Magnet）である。

各磁石２２は、径方向に磁化方向が配向されている。各磁石２２は、周方向に沿って間隔をあけるとともに、交互に磁化方向が反転するように配置されている。各磁石２２は、磁石２２によってロータコア２１の外周面に形成される磁極の極性（Ｎ極またはＳ極）が周方向に交互に並ぶように磁化されている。

図２の例では、ロータコア２１の外周面には、周方向に間隔をあけて１２個の磁石貼付溝２５が配置されている。ロータコア２１の外周面には、周方向に間隔をあけて１２個の磁石２２が設けられている。複数の磁石２２は、ロータコア２１の外周面において、周方向に３０°間隔毎に配置されている。

図２においては、ＩＰＭＳＭにおけるロータ３の孔構造（以下「ＩＰＭＳＭ孔構造２９」ともいう。）を併せて示している。ＩＰＭＳＭ孔構造２９は、ロータコア２１の外周部に形成された複数のスロット群３０と、ロータコア２１の内周部に形成された第一孔部群３１と、第一孔部群３１とスロット群３０との間に形成された第二孔部群３２と、第二孔部群３２とスロット群３０との間に形成された第三孔部群３３と、を有する。これにより、ロータコア２１の軽量化に寄与する。

軸方向から見て、スロット群３０は、ロータコア２１の外周面から離れる方向に向けて湾曲する湾曲形状（Ｖ字状）を有している。軸方向から見て、スロット群３０は、台形形状の第一スロット３０ａと、第一スロット３０ａの周方向外側部からロータコア２１の外周面に向けて第一スロット３０ａから離れる方向に傾斜する一対の第二スロット３０ｂと、を有する。一対の第二スロット３０ｂは、ＩＰＭＳＭにおける磁石挿入孔に相当する。図２の例では、スロット群３０は、周方向に間隔をあけて１２個配置されている。

軸方向から見て、第一孔部群３１は、径方向外側に凸の三角形状をなす複数の三角孔部３１ａと、周方向に長軸を有する長孔形状をなす複数の長孔部３１ｂと、を有する。三角孔部３１ａと長孔部３１ｂとは、周方向に間隔をあけて交互に並んでいる。図２の例では、三角孔部３１ａと長孔部３１ｂとは、それぞれ６個ずつ配置されている。

軸方向から見て、第二孔部群３２は、径方向内側に凸の三角形状をなす複数の逆三角孔部３２ａと、径方向外側を上底とする台形形状をなす複数の台形孔部３２ｂと、を有する。逆三角孔部３２ａと台形孔部３２ｂとは、周方向に間隔をあけて交互に並んでいる。図２の例では、逆三角孔部３２ａと台形孔部３２ｂとは、それぞれ１２個ずつ配置されている。

軸方向から見て、第三孔部群３３は、径方向外側に凸の三角形状をなす複数の三角孔部３３ａを有する。三角孔部３３ａは、隣り合う２つのスロット群３０の間に位置するように、周方向に間隔をあけて配置されている。図２の例では、第三孔部群３３における三角孔部３３ａは、周方向に間隔をあけて１２個配置されている。

＜空隙の配置＞
次に、実施形態に係るロータ３における複数の空隙２７の配置について説明する。
ロータコア２１の内部には、複数の空隙２７が形成されている。複数の空隙２７は、周方向に間隔をあけて配置されている。空隙２７は、磁石貼付溝２５よりも径方向内側に配置されている。軸方向から見て、空隙２７は、径方向内側に凸の三角形状を有している。図２の例では、空隙２７は、周方向に間隔をあけて１２個配置されている。

軸方向から見て、空隙２７の径方向内端部は、第二孔部群３２における逆三角孔部３２ａと重なる。
軸方向から見て、空隙２７の径方向外端部は、スロット群３０と重なる。具体的に、軸方向から見て、空隙２７の径方向外端部は、スロット群３０における第一スロット３０ａの全部と重なるとともに、一対の第二スロット３０ｂの周方向内側部と重なる。
軸方向から見て、空隙２７の径方向中央部は、第三孔部群３３において隣り合う２つの三角孔部３３ａの周方向外端部と重なる。

図３は、図２の要部拡大図を含む、力学モデルの説明図である。図３において、符号４１は第一磁路通過部、符号４２は第二磁路通過部、符号４３は第三磁路通過部、符号４４はバネ構造をそれぞれ示す。

図３に示すように、第一磁路通過部４１は、ロータコア２１の内周部に沿う環状を有する。軸方向から見て、第一磁路通過部４１は、第一孔部群３１よりも径方向内側に配置されている。
第二磁路通過部４２は、第一磁路通過部４１よりも大きい環状を有する。軸方向から見て、第二磁路通過部４２は、径方向において第一孔部群３１と第二孔部群３２との間に配置されている。
第三磁路通過部４３は、第二磁路通過部４２よりも大きい環状を有する。軸方向から見て、第三磁路通過部４３は、径方向において第二孔部群３２と第三孔部群３３との間に配置されている。

バネ構造４４は、遠心力に対するバネとして機能する。具体的に、バネ構造４４は、適度にロータコア２１を肉抜きしつつ、ロータ３が回転した際、径方向に発生する遠心力を分散させるための構造である。バネ構造４４は、径方向に互いに連なる第一バネ部４５および第二バネ部４６を備える。
軸方向から見て、第一バネ部４５は、第一孔部群３１における三角孔部３１ａと重なる。
軸方向から見て、第二バネ部４６は、第二孔部群３２における逆三角孔部３２ａと重なる。

＜第二コイルの配置＞
図４は、実施形態に係るロータ３を軸方向から見た、第二コイル４の配置の説明図である。図４においては、ＩＰＭＳＭ孔構造２９を併せて示している。
図４に示すように、第二コイル４は、空隙２７（図２参照）と軸方向で対向している。第二コイル４は、複数の空隙２７（図２参照）と軸方向で重なるように環状に配置されている。図４の例では、第二コイル４が配置される領域８（以下「第二コイル配置領域８」ともいう。）は、円環状を有している。軸方向から見て、第二コイル配置領域８は、スロット群３０における第一スロット３０ａの径方向内端部と、第二孔部群３２における逆三角孔部３２ａおよび台形孔部３２ｂのそれぞれの径方向外端部とに跨っている。

図５は、図４の要部拡大図を含む、第二コイル４の磁極の説明図である。図５においては、第二コイル支持部６を併せて示している。
図５に示すように、第二コイル４は、周方向に間隔をあけて複数配置されている。図５の例では、第二コイル４は、周方向に間隔をあけて６個（図示はしないが全周では２４個）配置されている。第二コイル４は、周方向にＮ極とＳ極とが互い違いになるように配置されている。

図６は、実施形態に係るロータ３を軸方向から見た図である。図６においては、磁石貼付溝２５および磁石２２の図示を省略している。図６の例では、軸方向から見て、第二コイル４は、隣り合う２つの空隙２７の周方向外端部に跨っている。

図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面を含む、軸方向に発生する磁束の説明図である。図７においては、空隙２７にハッチで示している。
図７に示すように、第二コイル４は、ロータ３の軸方向両側に設けられている。第二コイル４は、ロータ３の軸方向両側において、空隙２７と軸方向と対向している。第二コイル４の磁束は、空隙２７を避けるようにロータコア２１を通るため、軸方向に対して歪む。このようにロータ３の軸方向に発生させた磁束を歪ませることで、リラクタンストルクを発生させることができる。

図中において、符号４Ａはロータ３の軸方向の第一端側に配置された第二コイル（以下「第一端側第二コイル」ともいう。）、符号４Ｂはロータ３の軸方向の第二端側に配置された第二コイル（以下「第二端側第二コイル」ともいう。）をそれぞれ示す。図１の例では、第一端側第二コイル４Ａから第二端側第二コイル４Ｂに向けて軸方向に磁束が発生する様子を示している。

＜リラクタンストルクの発生メカニズム＞
図８は、リラクタンストルクの発生メカニズムの説明図である。
リラクタンストルクを活用するには、磁束の流れやすいところと流れにくいところとが必要である。図８に示すように、磁束線が折り曲げられることによって、リラクタンストルクが発生する。図８において、符号５１は磁束が相対的に流れやすい第一領域、符号５２は磁束が相対的に流れにくい第二領域、符号５３は磁束線が折り曲げられる第三領域をそれぞれ示す。

図４に示すように、ロータコア２１における第二コイル配置領域８には、軽量化のための肉抜き構造を用いて磁束の流れやすいところ（第一領域Ａ１）と流れにくいところ（第二領域Ａ２）とが存在している。第二コイル配置領域８において磁気抵抗の差を利用することにより、ロータ３をリラクタンスモータとして動作させることができる。

＜ロータの回転制御＞
制御部５（図１参照）は、ロータ３の回転速度が閾値以下の場合（低速運転時）、第一コイル１２から発生する磁束によりロータ３をＩＰＭＳＭとして回転させる。本実施形態のロータ３は、構造的にはＳＰＭであるが、低速運転時はＩＰＭＳＭとして制御される。
制御部５は、ロータ３の回転速度が閾値を超える場合（高速運転時）、第二コイル４と空隙２７とにより発生するロータ３の磁気抵抗の差によってロータ３をリラクタンスモータとして回転させる。
例えば、制御部５は、ロータ３の回転速度が閾値以下の場合、第一コイル１２に電力を供給し、ロータ３の回転速度が閾値を超える場合、第一コイル１２に加えて第二コイル４に電力を供給する。

以上説明したように、上記実施形態の回転電機１は、第一コイル１２を有するステータ２と、ステータ２と同軸に設けられたロータ３と、ロータ３と軸方向で重なる第二コイル４と、ロータ３の回転を制御する制御部５と、を備え、ロータ３は、ロータ３の外周面において周方向に間隔をあけて形成された複数の磁石貼付溝２５と、磁石貼付溝２５に嵌め込まれた磁石２２と、磁石貼付溝２５よりも径方向内側においてロータ３の周方向に間隔をあけて形成された複数の空隙２７と、を有し、第二コイル４は、空隙２７と軸方向で対向し、制御部５は、ロータ３の回転速度が閾値以下の場合、第一コイル１２から発生する磁束によりロータ３を埋込磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ）として回転させ、ロータ３の回転速度が閾値を超える場合、第二コイル４と空隙２７とにより発生するロータ３の磁気抵抗の差によってロータ３をリラクタンスモータ（ＳＲＭ）として回転させる。
この構成によれば、制御部５は、ロータ３の回転速度が閾値以下の場合（低速運転時）、第一コイル１２から発生する磁束によりロータ３をＩＰＭＳＭとして回転させることで、低速運転時にロータ３をＳＲＭとして回転させる構成と比較して、低速運転時の制御性を向上させることができる。加えて、制御部５は、ロータ３の回転速度が閾値を超える場合（高速運転時）、第二コイル４と空隙２７とにより発生するロータ３の磁気抵抗の差によってロータ３をＳＲＭとして回転させることで、高速運転時にロータ３をＩＰＭＳＭとして回転させる場合と比較して、回転上限が制限されることを回避することができ、かつ、銅損の悪化を抑制することができる。したがって、低速運転時の安定した動作と高速運転時のさらなる高回転化および低損失化とを実現することができる。
具体的に、本態様によれば、高回転化に対応するため、ＩＰＭＳＭとしてのロータ３を軸方向から見た時に本来孔部としてしか存在しない部分（軽量化のための肉抜き構造であるＩＰＭＳＭ孔構造２９）を、軸方向から磁束を通す際、磁気抵抗大部として活用し、軸方向に配置された第二コイル４により、アキシャルギャップリラクタンスモータとして駆動することが可能となる。すなわち、軽量化のための肉抜き構造をフラックスバリアとして活用し、肉抜き構造とアキシャルギャップリラクタンスモータの磁束の通り道とを両立させることができる。ここで、ＳＲＭは、低速運転時の制御性の悪さが課題として存在する。一方、ＩＰＭＳＭは、高速運転時の逆起電力により電圧制限下では回転上限が制限されるという課題が存在する。この回転上限に対する解決策としては、高速運転時に負のｄ軸電流を流す弱め界磁制御を行うことが考えられるが、弱め界磁電流により銅損が悪化する懸念がある。これに対し、ＳＲＭは、磁束を発生させるための磁石を持たず、ロータの磁気抵抗の差によってトルクを発生させるため、逆起電力が小さく、高速運転に適している。本態様によれば、磁石２２がロータ３の外周面の磁石貼付溝２５に嵌め込まれていることで、磁石貼付溝２５よりも径方向内側において軸方向には磁石２２は存在しない。そのため、ロータ３の軸方向に磁束を通し、磁力線の歪みによって生じるリラクタンストルクによる運転が可能となる。また、磁石貼付溝２５よりも径方向内側の空隙２７と軸方向で重なる第二コイル４にはロータ３からの鎖交磁束が少なくなるため、逆起電力も小さくなる。その結果、弱め界磁制御を使用せずに高回転化が可能となる。すなわち、高速運転時はＳＲＭとして駆動することで、弱め界磁制御を使わないことができる。したがって本態様によれば、ＩＰＭＳＭが持つ長所および短所と、ＳＲＭが持つ長所および短所とを互いに補完し、それぞれの特徴（長所）を活かすことにより、低速運転時の安定した動作と高速運転時のさらなる高回転化および低損失化とを実現することができる。
さらに、本態様によれば、下記（Ａ）、（Ｂ）の構造的特徴を有する。
（Ａ）ロータ３において、本来、孔部としてしか存在しない部分を、遠心力に対する耐性を持たせたバネ構造４４としての機能と、ＳＲＭとしての磁気抵抗大部としての機能との両方を持ち合わせた構造とすることができる。
（Ｂ）ＩＰＭＳＭは、電流進角を調整しリラクタンストルクを活用するための磁石配置となっている。これに対し、本態様の回転電機１では、リラクタンストルクは軸方向に配置したトルクにより行うため、表面磁石モータとして磁石２２を配置することができる。

上記実施形態では、第二コイル４は、複数の空隙２７と軸方向で重なるように環状に配置されていることで、第二コイル４の配置形状が、ロータ３の周方向に間隔をあけて形成された複数の空隙２７の配置と実質的に同じ形状になるため、騒音および振動等を抑制し、ロータ３をスムーズに回転させることができる。

上記実施形態では、第二コイル４は、周方向に間隔をあけて複数配置されていることで、第二コイル４の配置構成が、ロータ３の周方向に間隔をあけて形成された複数の空隙２７の配置と実質的に同じ構成になるため、騒音および振動等を抑制し、ロータ３をスムーズに回転させることができる。

上記実施形態では、第二コイル４は、ロータ３の軸方向両側に設けられていることで、第二コイル４がロータ３の軸方向片側のみに設けられている構成と比較して、ロータ３をより一層スムーズに回転させることができる。

以下、実施形態の変形例について説明する。各変形例において、実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細説明を省略する。

上述した実施形態では、制御部５は、ロータ３の回転速度が閾値以下の場合、第一コイル１２に電力を供給し、ロータ３の回転速度が閾値を超える場合、第一コイル１２に加えて第二コイル４に電力を供給する構成について説明したが、これに限らない。例えば、制御部５は、ロータ３の回転速度が閾値以下の場合、第一コイル１２に電力を供給し、ロータ３の回転速度が閾値を超える場合、第一コイル１２への電力供給から第二コイル４への電力供給に切り替えることで運転を継続してもよい。

上述した実施形態では、回転電機１が、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される走行用モータである例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、回転電機１は、発電用モータやその他用途のモータ、車両用以外の回転電機（発電機を含む）であってもよい。

上述した実施形態では、ロータコア２１の外周面には、周方向に間隔をあけて１２個の磁石貼付溝２５が配置されている例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、磁石貼付溝２５の配置数は、１１個以下であってもよいし、１３個以上であってもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能であり、上述した変形例を適宜組み合わせることも可能である。

１…回転電機
２…ステータ
３…ロータ
４…第二コイル
４Ａ…第一端側第二コイル（第二コイル）
４Ｂ…第二端側第二コイル（第二コイル）
５…制御部
１２…第一コイル
２２…磁石（永久磁石）
２５…磁石貼付溝
２７…空隙

Claims (4)

1. 第一コイルを有するステータと、
   前記ステータと同軸に設けられたロータと、
   前記ロータと軸方向で重なる第二コイルと、
   前記ロータの回転を制御する制御部と、を備え、
   前記ロータは、
   前記ロータの外周面において周方向に間隔をあけて形成された複数の磁石貼付溝と、
   前記磁石貼付溝に嵌め込まれた永久磁石と、
   前記磁石貼付溝よりも径方向内側において前記ロータの周方向に間隔をあけて形成された複数の空隙と、を有し、
   前記第二コイルは、前記空隙と軸方向で対向し、
   前記制御部は、
   前記ロータの回転速度が閾値以下の場合、前記第一コイルから発生する磁束により前記ロータを埋込磁石同期モータとして回転させ、
   前記ロータの回転速度が前記閾値を超える場合、前記第二コイルと前記空隙とにより発生する前記ロータの磁気抵抗の差によって前記ロータをリラクタンスモータとして回転させることを特徴とする回転電機。
2. 前記第二コイルは、前記複数の空隙と軸方向で重なるように環状に配置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。
3. 前記第二コイルは、周方向に間隔をあけて複数配置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。
4. 前記第二コイルは、前記ロータの軸方向両側に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機。

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