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JP7666178B2 - Rotating Electric Machine - Google Patents
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JP7666178B2 - Rotating Electric Machine - Google Patents

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Description

本発明は回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electric machine.

特許文献1には磁束可変機構付きの回転電機が開示されている。この回転電機はロータコアの軸方向端面に磁束可変機構を備える。磁束可変機構は遠心力を用いて磁束短絡材を永久磁石に近づける機構となっており、ロータが高回転速度で回転する場合にステータコイルに鎖交する磁束を低減する。結果、鎖交磁束によって生じる逆起電圧が過大になることが防止される。 Patent Document 1 discloses a rotating electric machine with a magnetic flux variable mechanism. This rotating electric machine is equipped with a magnetic flux variable mechanism on the axial end face of the rotor core. The magnetic flux variable mechanism uses centrifugal force to bring the magnetic flux short-circuit material closer to the permanent magnet, reducing the magnetic flux that links with the stator coil when the rotor rotates at a high rotational speed. As a result, the back electromotive voltage generated by the magnetic flux linkage is prevented from becoming excessive.

特開2019-97359号公報JP 2019-97359 A

ロータに磁石を配置した回転電機では、ロータがステータ内を回転することによりステータコイルに誘起電圧が発生する。誘起電圧はロータの回転速度が高くなると高くなる。このため、ステータコイルに弱め界磁電流を流して誘起電圧を抑制することが一般に行われている。しかしながら、弱め界磁電流を流すと銅損が増加するので回転電機の効率が悪化する虞がある。 In a rotating electric machine with a magnet placed on the rotor, an induced voltage is generated in the stator coil as the rotor rotates inside the stator. The induced voltage increases as the rotor rotation speed increases. For this reason, it is common to pass a field-weakening current through the stator coil to suppress the induced voltage. However, passing a field-weakening current increases copper loss, which may reduce the efficiency of the rotating electric machine.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、高回転時の誘起電圧を抑制し効率向上を図ることを目的とする。 The present invention was made in consideration of these problems, and aims to suppress induced voltage during high speed rotation and improve efficiency.

本発明による回転電機は、ロータ及びステータを有しロータに磁石を配置した回転電機であって、ロータの回転速度に応じて磁石を移動させることで、ステータへの磁石磁束を変化させる可動機構を有する。本発明のある態様による可動機構は、磁石がステータから離れる方向に移動することでステータへの磁石磁束を減少させる機構であるとともに、遠心力により移動することで磁石を移動させるおもりと、ロータに設けられた挿入孔に押し込まれることによりロータに組み付けられる筐体枠と、を備える。おもりは、磁石の周方向両側に設けられたおもりそれぞれであって、軸方向に沿って見た場合に磁石の周方向両側から中央に向かう方向で径方向外側に斜めに延伸する対向斜面それぞれを有する。可動機構は、磁石に接続されるとともに、磁石が元の位置にある場合に対向斜面それぞれと当接する支持部材をさらに備える。
本発明の別の態様による可動機構は、前記磁石が前記ステータから離れる方向に移動することで前記ステータへの磁石磁束を減少させる機構であるとともに、遠心力により移動することで前記磁石を移動させるおもりを備える。ロータは、一磁極あたりに複数の磁石を備える。磁石は、複数の磁石によりロータに形成され周方向に隣り合う磁極同士の境界に位置するq軸上に配置され径方向に沿って移動する、
A rotating electric machine according to the present invention is a rotating electric machine having a rotor and a stator, with a magnet disposed on the rotor, and a movable mechanism that changes the magnetic flux to the stator by moving the magnet in accordance with the rotation speed of the rotor. The movable mechanism according to one aspect of the present invention is a mechanism that reduces the magnetic flux to the stator by moving the magnet in a direction away from the stator, and includes a weight that moves the magnet by moving by centrifugal force, and a housing frame that is assembled to the rotor by being pushed into an insertion hole provided in the rotor. The weights are provided on both sides of the magnet in the circumferential direction, and each has an opposing inclined surface that extends obliquely radially outward from both sides of the magnet in the circumferential direction toward the center when viewed along the axial direction. The movable mechanism further includes a support member that is connected to the magnet and abuts each of the opposing inclined surfaces when the magnet is in its original position.
According to another aspect of the present invention, the movable mechanism is a mechanism for reducing the magnetic flux to the stator by moving the magnet in a direction away from the stator, and includes a weight that moves the magnet by centrifugal force. The rotor includes a plurality of magnets per magnetic pole. The magnet is disposed on the q-axis located at the boundary between adjacent magnetic poles in the circumferential direction formed on the rotor by the plurality of magnets, and moves along the radial direction.

この態様によれば、可動機構によりロータの回転速度に応じて磁石を移動させることにより、例えば磁石とステータとの離間距離の変化によりステータへの磁石磁束を変化させることができる。このため、可動機構により磁石を移動させることで、高回転時にステータへの鎖交磁束を減少させて誘起電圧を抑制することが可能になる。またこの際には、誘起電圧を抑制した分、弱め界磁電流を抑制できるので銅損を低減でき、これにより回転電機の効率向上を図ることが可能になる。さらに、可動機構はロータに配置した磁石を移動させるので、ロータコアの軸方向端面に磁束可変機構を設けた場合のように鎖交磁束の減少範囲が回転電機の軸方向端部に集中することはなく、回転電機の軸方向長さが長くなることもない。また、低回転時には可動機構により磁石を元の位置に戻すことで、ステータへの鎖交磁束を増加させることも可能なので、低回転時にトルクを確保することも可能になる。 According to this aspect, the magnet flux to the stator can be changed by, for example, changing the distance between the magnet and the stator by moving the magnet with the movable mechanism according to the rotation speed of the rotor. Therefore, by moving the magnet with the movable mechanism, it is possible to reduce the interlinkage flux to the stator at high rotation speeds and suppress the induced voltage. In addition, since the field weakening current can be suppressed by the amount of the suppression of the induced voltage, copper loss can be reduced, and this makes it possible to improve the efficiency of the rotating electric machine. Furthermore, since the movable mechanism moves the magnet placed in the rotor, the reduction range of the interlinkage flux is not concentrated at the axial end of the rotating electric machine as in the case where a magnetic flux variable mechanism is provided on the axial end face of the rotor core, and the axial length of the rotating electric machine is not lengthened. In addition, since the interlinkage flux to the stator can be increased by returning the magnet to its original position with the movable mechanism at low rotation speeds, it is also possible to ensure torque at low rotation speeds.

回転電機の要部を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a main part of a rotating electric machine. 低回転時の可動機構の状態を示す図である。11A and 11B are diagrams illustrating the state of the movable mechanism during low rotation. 高回転時の可動機構の状態を示す図である。11A and 11B are diagrams illustrating a state of the movable mechanism during high speed rotation. 可動機構における作用力の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of an acting force in a movable mechanism. 低回転時の第2永久磁石の作用を説明する図である。6A and 6B are diagrams illustrating the action of the second permanent magnet during low rotation. 高回転時の第2永久磁石の作用を説明する図である。6A and 6B are diagrams illustrating the action of the second permanent magnet during high speed rotation. 低回転時の磁束密度の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of magnetic flux density at low rotation speed. 高回転時の磁束密度の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of magnetic flux density during high speed rotation.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the attached drawings.

図1は回転電機1の要部を示す図である。図1では軸方向に沿って見た回転電機1の要部を示す。図1では高回転時の回転電機1の状態を示す。回転電機1は、ロータ2と第1永久磁石3とステータ4と可動機構10とを備える。回転電機1は、ロータ2に第1永久磁石3を埋め込んだ磁石埋込型の回転電機であり、インナーロータ構造の回転電機とされる。ロータ2はロータコアであり、リング状の形状を有する。ロータ2は例えば薄板の電磁鋼板を多数積層して構成される。ロータ2には磁石挿入孔が設けられ、磁石挿入孔には第1永久磁石3が配置される。第1永久磁石3は軸方向に垂直な方向の断面が矩形となる棒磁石により構成され、ロータ2は一磁極あたりに複数の第1永久磁石3を備える。複数の第1永久磁石3は複数の磁石に相当し、ロータ2に磁極を形成する。図1では、第1磁石31及び第2磁石32が複数の第1永久磁石3として磁極を形成するとともに、第3磁石33及び第4磁石34が複数の第1永久磁石3として磁極を形成する。第1永久磁石3は軸方向に沿って見た場合にq軸に対して斜めに延伸して配置される。q軸は周方向に隣り合う磁極同士の境界に位置し、径方向に沿って延伸する。周方向に互いに隣り合う磁極同士では第1永久磁石3の着磁方向は互いに逆とされる。例えば第1磁石31及び第2磁石32を外周側の極性がN極になるように着磁した場合、第3磁石33及び第4磁石34は外周側の極性がS極になるように着磁される。第1永久磁石3にはネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石等の希土類磁石のほか、フェライト磁石やアルニコ磁石等を用いることができる。ステータコアであるステータ4はリング状の形状を有し、ロータ2を収容する。ステータ4は例えば薄板の電磁鋼板を多数積層して構成される。ステータ4は径方向内側に突出する複数のティース41を有し、ティース41にはステータコイルが巻き回される。 Figure 1 is a diagram showing the main parts of a rotating electric machine 1. Figure 1 shows the main parts of the rotating electric machine 1 as viewed along the axial direction. Figure 1 shows the state of the rotating electric machine 1 at high speed. The rotating electric machine 1 includes a rotor 2, a first permanent magnet 3, a stator 4, and a movable mechanism 10. The rotating electric machine 1 is a magnet-embedded type rotating electric machine in which the first permanent magnet 3 is embedded in the rotor 2, and is considered to be an inner rotor structure rotating electric machine. The rotor 2 is a rotor core and has a ring-shaped shape. The rotor 2 is formed, for example, by laminating a large number of thin electromagnetic steel plates. The rotor 2 is provided with a magnet insertion hole, and the first permanent magnet 3 is arranged in the magnet insertion hole. The first permanent magnet 3 is formed of a bar magnet whose cross section perpendicular to the axial direction is rectangular, and the rotor 2 includes a plurality of first permanent magnets 3 per magnetic pole. The plurality of first permanent magnets 3 corresponds to a plurality of magnets and forms magnetic poles in the rotor 2. In FIG. 1, the first magnet 31 and the second magnet 32 form magnetic poles as a plurality of first permanent magnets 3, and the third magnet 33 and the fourth magnet 34 form magnetic poles as a plurality of first permanent magnets 3. The first permanent magnets 3 are arranged extending obliquely with respect to the q-axis when viewed along the axial direction. The q-axis is located at the boundary between magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction and extends along the radial direction. The magnetization directions of the first permanent magnets 3 are opposite to each other for magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction. For example, when the first magnet 31 and the second magnet 32 are magnetized so that the polarity on the outer periphery side is the N-pole, the third magnet 33 and the fourth magnet 34 are magnetized so that the polarity on the outer periphery side is the S-pole. The first permanent magnets 3 can be rare earth magnets such as neodymium magnets and samarium cobalt magnets, as well as ferrite magnets and alnico magnets. The stator 4, which is a stator core, has a ring-like shape and houses the rotor 2. The stator 4 is formed by stacking a large number of thin electromagnetic steel plates, for example. The stator 4 has multiple teeth 41 that protrude radially inward, and the stator coil is wound around the teeth 41.

可動機構10は、筐体枠11と第2永久磁石12と支持部材13とおもり14とおもりばね15と磁石ばね16とを備える。可動機構10はロータ2に配置される。ロータ2には可動機構10の挿入孔が設けられ、当該挿入孔には筐体枠11が可動機構10ごと押し込まれることによりロータ2に組み付けられる。筐体枠11は軸方向に沿って見た場合に径方向外側を上側とした逆Y字状の筒状の形状を有し、フラックスバリア(磁気的障壁)となる内部空間を形成する。筐体枠11のうち径方向に沿って延伸する部分はq軸上に配置される。当該部分は軸方向に沿って見た場合に径方向に長い矩形状の内部空間(以下、矩形空間と称す)を形成する。矩形空間には第2永久磁石12が配置される。筐体枠11のうち矩形空間の形成部に径方向外側から連なる部分は、当該形成部との接続部位で幅が狭められた外側空間を当該接続部位の径方向外側に形成する。外側空間では磁石ばね16が径方向内側から筐体枠11に接続される。可動機構10は、第2永久磁石12より径方向外側に外側フラックスバリア(磁気的障壁)B1を有する。外側フラックスバリアB1は、外側空間及び矩形空間のうち少なくとも外側空間により形成される。外側フラックスバリアB1は第2永久磁石12に隣接して形成される。 The movable mechanism 10 includes a housing frame 11, a second permanent magnet 12, a support member 13, a weight 14, a weight spring 15, and a magnet spring 16. The movable mechanism 10 is disposed on the rotor 2. The rotor 2 is provided with an insertion hole for the movable mechanism 10, and the housing frame 11 is pushed into the insertion hole together with the movable mechanism 10 to be assembled to the rotor 2. The housing frame 11 has an inverted Y-shaped cylindrical shape with the radially outer side on the upper side when viewed along the axial direction, and forms an internal space that serves as a flux barrier (magnetic barrier). The part of the housing frame 11 that extends along the radial direction is disposed on the q-axis. This part forms a rectangular internal space (hereinafter referred to as a rectangular space) that is long in the radial direction when viewed along the axial direction. The second permanent magnet 12 is disposed in the rectangular space. The part of the housing frame 11 that is connected from the radially outer side to the forming part of the rectangular space forms an outer space whose width is narrowed at the connection part with the forming part on the radially outer side of the connection part. In the outer space, the magnet spring 16 is connected to the housing frame 11 from the radially inner side. The movable mechanism 10 has an outer flux barrier (magnetic barrier) B1 radially outward from the second permanent magnet 12. The outer flux barrier B1 is formed by at least the outer space of the outer space and the rectangular space. The outer flux barrier B1 is formed adjacent to the second permanent magnet 12.

筐体枠11のうち矩形空間の形成部に径方向内側から連なる部分は、周方向中央で矩形空間に連なる変形扇状の内部空間(変形扇空間と称す)を形成する。変形扇空間には支持部材13とおもり14とおもりばね15が配置される。変形扇空間は軸方向に沿って見た場合にq軸に対し対称に形成され、変形扇空間には可動機構10における径方向内側の内側フラックスバリアB2が形成される。変形扇空間は軸方向に沿って見た場合に径方向外側に向かって凸となるように形成され、変形扇空間を区画する外周側壁面は曲面ではなく平面により構成される。当該平面はおもり14の案内斜面111とされる。案内斜面111は、軸方向に沿って見た場合に第2永久磁石12の周方向両側から中央に向かう方向、つまりq軸に直交しながら第2永久磁石12に向かう方向で、径方向外側に斜めに延伸する第1案内斜面111a及び第2案内斜面111bそれぞれにより構成される。第1案内斜面111aはq軸より周方向一方の側に設けられ、第2案内斜面111bはq軸より周方向他方の側に設けられる。軸方向に沿って見た場合の第1案内斜面111aとq軸とがなす鋭角、及び第2案内斜面111bとq軸とがなす鋭角は例えば60°に設定される。筐体枠11は例えば樹脂や金属からなる非磁性体により構成される。 The portion of the housing frame 11 that is connected from the radial inside to the rectangular space forming portion forms a deformed fan-shaped internal space (referred to as the deformed fan space) that is connected to the rectangular space at the circumferential center. The support member 13, the weight 14, and the weight spring 15 are arranged in the deformed fan space. The deformed fan space is formed symmetrically with respect to the q axis when viewed along the axial direction, and the inner flux barrier B2 on the radially inner side of the movable mechanism 10 is formed in the deformed fan space. The deformed fan space is formed so as to be convex toward the radially outer side when viewed along the axial direction, and the outer peripheral wall surface that defines the deformed fan space is composed of a flat surface rather than a curved surface. The flat surface is the guide slope 111 of the weight 14. The guide slope 111 is composed of the first guide slope 111a and the second guide slope 111b that extend obliquely radially outward in a direction from both sides of the second permanent magnet 12 in the circumferential direction toward the center when viewed along the axial direction, that is, in a direction toward the second permanent magnet 12 while being perpendicular to the q axis. The first guide slope 111a is provided on one circumferential side of the q axis, and the second guide slope 111b is provided on the other circumferential side of the q axis. When viewed along the axial direction, the acute angle formed by the first guide slope 111a and the q axis, and the acute angle formed by the second guide slope 111b and the q axis are set to, for example, 60°. The housing frame 11 is made of a non-magnetic material such as resin or metal.

第2永久磁石12はq軸上に配置される。第2永久磁石12はq軸に沿って延伸するとともに、q軸に沿って移動可能に設けられる。第2永久磁石12には第1永久磁石3と同じ磁石を用いることができる。第2永久磁石12には径方向内側から支持部材13が接続される。支持部材13は、軸方向に沿って見た場合に径方向外側を上側とした逆Y字状の形状を有する。支持部材13は、軸方向に沿って見た場合に第1案内斜面111a及び第2案内斜面111bそれぞれの延伸方向と径方向とに沿って分岐して延伸する。支持部材13のうち径方向に沿って延伸する部分はq軸上に配置され、第2永久磁石12に接続する。支持部材13のうち第1案内斜面111a及び第2案内斜面111bそれぞれに沿って延伸する部分同士はq軸に対して対称に配置される。支持部材13のうち第1案内斜面111aに沿って延伸する部分は、第1先端部13aと第1対向面13cとを有する。第1対向面13cは第1案内斜面111aと対向する。支持部材13のうち第2案内斜面111bに沿って延伸する部分は、第2先端部13bと第2対向面13dとを有する。第2対向面13dは第2案内斜面111bと対向する。支持部材13には非磁性ステンレス等の非磁性体が用いられる。 The second permanent magnet 12 is disposed on the q-axis. The second permanent magnet 12 extends along the q-axis and is provided so as to be movable along the q-axis. The same magnet as the first permanent magnet 3 can be used for the second permanent magnet 12. The support member 13 is connected to the second permanent magnet 12 from the radially inner side. When viewed along the axial direction, the support member 13 has an inverted Y-shape with the radially outer side on the upper side. When viewed along the axial direction, the support member 13 branches and extends along the extension direction of the first guide slope 111a and the second guide slope 111b and the radial direction. The part of the support member 13 that extends along the radial direction is disposed on the q-axis and connects to the second permanent magnet 12. The parts of the support member 13 that extend along the first guide slope 111a and the second guide slope 111b are disposed symmetrically with respect to the q-axis. The part of the support member 13 that extends along the first guide slope 111a has a first tip portion 13a and a first opposing surface 13c. The first opposing surface 13c faces the first guide slope 111a. The portion of the support member 13 that extends along the second guide slope 111b has a second tip portion 13b and a second opposing surface 13d. The second opposing surface 13d faces the second guide slope 111b. The support member 13 is made of a non-magnetic material such as non-magnetic stainless steel.

おもり14は変形扇空間に移動可能に設けられる。おもり14には非磁性タングステン等の非磁性体が用いられる。おもり14にはおもりばね15が取り付けられる。おもり14は、軸方向に沿って見た場合に第2永久磁石12の周方向両側に配置される第1おもり141及び第2おもり142それぞれにより構成される。おもりばね15は、軸方向に沿って見た場合に第2永久磁石12の周方向両側に配置される第1おもりばね151及び第2おもりばね152それぞれにより構成される。第1おもり141と第2おもり142とは互いに同様に構成され、第1おもりばね151及び第2おもりばね152も互いに同様に構成される。このため、以下では主にq軸より周方向一方の側に設けられる第1おもり141及び第1おもりばね151について説明する。 The weight 14 is provided so as to be movable in the modified sector space. A non-magnetic material such as non-magnetic tungsten is used for the weight 14. A weight spring 15 is attached to the weight 14. The weight 14 is composed of a first weight 141 and a second weight 142 arranged on both circumferential sides of the second permanent magnet 12 when viewed along the axial direction. The weight spring 15 is composed of a first weight spring 151 and a second weight spring 152 arranged on both circumferential sides of the second permanent magnet 12 when viewed along the axial direction. The first weight 141 and the second weight 142 are configured similarly to each other, and the first weight spring 151 and the second weight spring 152 are also configured similarly to each other. For this reason, the following mainly describes the first weight 141 and the first weight spring 151 arranged on one circumferential side of the q-axis.

第1おもり141は高回転時に第1案内斜面111aと第1対向面13cとの間に配置され、第1案内斜面111aに当接する。第1おもり141にはさらに第1対向面13cが当接する。第1おもり141は軸方向に沿って見た場合に、第1対向面13c、第1案内斜面111a、及び筐体枠11のうち変形扇空間を形成する周方向一方の側の側面それぞれに沿った面を有する。第1おもり141はq軸側には次のような面を有する。すなわち、第1おもり141は、軸方向に沿って見た場合に第2永久磁石12の周方向一方の側からq軸に向かう方向で径方向外側に斜めに延伸する斜面を有する。当該斜面は第1対向斜面141aとして第2おもり142が有する第2対向斜面142aと対向する。換言すれば、第1おもり141及び第2おもり142は、軸方向に沿って見た場合に第2永久磁石12の周方向両側から中央に向かう方向で、径方向外側に斜めに延伸する対向斜面それぞれである第1対向斜面141a及び第2対向斜面142aを有する。第1対向斜面141a及び第2対向斜面142aは後述する低回転時に支持部材13がおもり14を支持することを可能にする。第1おもり141が第1案内斜面111aに当接した状態で、軸方向に沿って見た場合の第1対向斜面141aとq軸とがなす鋭角はごく小さな角度(例えば数度)に設定される。第2対向斜面142aについても同様である。 The first weight 141 is disposed between the first guide slope 111a and the first opposing surface 13c during high speed rotation and abuts against the first guide slope 111a. The first weight 141 is further abutted against the first opposing surface 13c. When viewed along the axial direction, the first weight 141 has a surface along each of the first opposing surface 13c, the first guide slope 111a, and the side surface on one circumferential side of the housing frame 11 that forms the deformed sector space. The first weight 141 has the following surface on the q-axis side. That is, when viewed along the axial direction, the first weight 141 has a slope that extends obliquely radially outward in a direction from one circumferential side of the second permanent magnet 12 toward the q-axis. The slope faces the second opposing slope 142a of the second weight 142 as the first opposing slope 141a. In other words, the first weight 141 and the second weight 142 have a first opposing inclined surface 141a and a second opposing inclined surface 142a, which are opposing inclined surfaces that extend obliquely radially outward in a direction from both sides in the circumferential direction of the second permanent magnet 12 toward the center when viewed along the axial direction. The first opposing inclined surface 141a and the second opposing inclined surface 142a enable the support member 13 to support the weight 14 during low rotation, which will be described later. When the first weight 141 is in contact with the first guide inclined surface 111a, the acute angle formed by the first opposing inclined surface 141a and the q axis when viewed along the axial direction is set to a very small angle (for example, a few degrees). The same is true for the second opposing inclined surface 142a.

第1おもりばね151は例えばコイルばねであり、第1おもり141に取り付けられる。第1おもりばね151は筐体枠11のうち変形扇空間を形成する周方向一方の側の側面と第1おもり141との間に配置される。第1おもりばね151はこれらを接続することで筐体枠11と第1おもり141とを接続する。第1おもりばね151は軸方向に沿って見た場合に第1案内斜面111aの延伸方向に沿ってばね力を作用させる。第1おもりばね151は軸方向に直交する方向に沿ってばね力を作用させる。第1おもりばね151は高回転時に引っ張られた状態、つまり自然長より延伸した状態になるよう設けられる。 The first weight spring 151 is, for example, a coil spring, and is attached to the first weight 141. The first weight spring 151 is disposed between the first weight 141 and a side surface of the housing frame 11 on one circumferential side that forms the deformed sector space. The first weight spring 151 connects the housing frame 11 and the first weight 141 by connecting them. When viewed along the axial direction, the first weight spring 151 exerts a spring force along the extension direction of the first guide slope 111a. The first weight spring 151 exerts a spring force along a direction perpendicular to the axial direction. The first weight spring 151 is arranged so that it is in a stretched state during high speed rotation, that is, in a state where it is extended from its natural length.

磁石ばね16は例えばコイルばねであり、第2永久磁石12に取り付けられる。磁石ばね16は第2永久磁石12の径方向外側に配置される。磁石ばね16はq軸上に配置される。磁石ばね16は筐体枠11のうち外側空間を形成する部分の外周側の面と第2永久磁石12とを接続することで、筐体枠11と第2永久磁石12とを接続する。磁石ばね16は軸方向に沿って見た場合にq軸に沿ってばね力を作用させる。磁石ばね16は軸方向に直交する方向に沿ってばね力を作用させる。磁石ばね16は高回転時に引っ張られた状態になるように設けられる。 The magnet spring 16 is, for example, a coil spring, and is attached to the second permanent magnet 12. The magnet spring 16 is disposed radially outside the second permanent magnet 12. The magnet spring 16 is disposed on the q-axis. The magnet spring 16 connects the outer peripheral surface of the portion of the housing frame 11 that forms the outer space to the second permanent magnet 12, thereby connecting the housing frame 11 and the second permanent magnet 12. When viewed along the axial direction, the magnet spring 16 exerts a spring force along the q-axis. The magnet spring 16 exerts a spring force along a direction perpendicular to the axial direction. The magnet spring 16 is disposed so as to be in a tensioned state during high speed rotation.

図2Aは低回転時の可動機構10の状態を示す図である。図2Bは高回転時の可動機構10の状態を示す図である。低回転時は第1回転速度時であり、高回転時は第1回転速度時よりも回転電機1の回転速度が高い第2回転速度時である。低回転時には第2永久磁石12は図2Aに示す径方向外側の後退位置に位置する。後退位置は元の位置であり、後退位置では第2永久磁石12が径方向内側から筐体枠11に当接し、矩形空間に収容される。後退位置では支持部材13は第1先端部13a及び第2先端部13bで第1対向斜面141a及び第2対向斜面142aに当接する。第2永久磁石12が後退位置に位置する場合、おもりばね15は引っ張り力を発生させず、第1先端部13a及び第2先端部13bは、第2永久磁石12及び支持部材13に対して径方向外側に作用する力により第1対向斜面141a及び第2対向斜面142aに当接する。従って、支持部材13は低回転時に第2永久磁石12及び支持部材13に対して径方向外側に作用する力によりおもり14を支持する。結果、低回転時でもおもり14が案内斜面111に当接した状態が維持される。 Figure 2A is a diagram showing the state of the movable mechanism 10 at low rotation. Figure 2B is a diagram showing the state of the movable mechanism 10 at high rotation. At low rotation, the first rotation speed is reached, and at high rotation, the second rotation speed is reached, at which the rotating electric machine 1 rotates at a higher speed than the first rotation speed. At low rotation, the second permanent magnet 12 is located in a retracted position on the radially outer side as shown in Figure 2A. The retracted position is the original position, and at the retracted position, the second permanent magnet 12 abuts against the housing frame 11 from the radially inner side and is accommodated in a rectangular space. At the retracted position, the support member 13 abuts against the first opposing inclined surface 141a and the second opposing inclined surface 142a at the first tip portion 13a and the second tip portion 13b. When the second permanent magnet 12 is in the retracted position, the weight spring 15 does not generate a pulling force, and the first tip 13a and the second tip 13b abut against the first opposing inclined surface 141a and the second opposing inclined surface 142a due to a force acting radially outward on the second permanent magnet 12 and the support member 13. Therefore, the support member 13 supports the weight 14 by a force acting radially outward on the second permanent magnet 12 and the support member 13 during low rotation. As a result, the weight 14 is maintained in abutment against the guide inclined surface 111 even during low rotation.

回転電機1の回転速度が高まると遠心力は大きくなる。結果、おもり14は支持部材13を径方向内側に押し退けながら、案内斜面111に沿って径方向外側に移動する。これにより、第2永久磁石12が支持部材13とともに径方向内側、つまりステータ4から離れる方向に移動する。第2永久磁石12は外側フラックスバリアB1を間に挟んで対向する部分のステータ4から離れる方向に移動する。外側フラックスバリアB1は第2永久磁石12の移動に応じて径方向長さが変化し、第2永久磁石12が径方向内側に移動すると径方向長さは長くなる。径方向長さは第2永久磁石12及びステータ4を結ぶ方向の長さに相当する。 When the rotation speed of the rotating electric machine 1 increases, the centrifugal force increases. As a result, the weight 14 moves radially outward along the guide slope 111 while pushing the support member 13 radially inward. This causes the second permanent magnet 12 to move radially inward together with the support member 13, that is, in a direction away from the stator 4. The second permanent magnet 12 moves in a direction away from the stator 4 at the portion facing it with the outer flux barrier B1 in between. The radial length of the outer flux barrier B1 changes in response to the movement of the second permanent magnet 12, and the radial length increases when the second permanent magnet 12 moves radially inward. The radial length corresponds to the length in the direction connecting the second permanent magnet 12 and the stator 4.

おもり14が径方向外側にある程度移動すると、支持部材13のおもり14との当接部が、第1先端部13a及び第2先端部13bから第1対向面13c及び第2対向面13dに変わる。支持部材13が第1対向面13c及び第2対向面13dでおもり14と当接した状態では、おもり14が移動しても支持部材13は移動しない。結果、第2永久磁石12が図2Bに示す径方向内側の前進位置に位置した状態になる。おもり14は第2永久磁石12に当接するまで径方向外側に移動することができる。筐体枠11には第2永久磁石12が前進位置に位置する場合におもり14が当接し、おもり14の径方向外側への移動を規制するストッパが設けられてもよい。 When the weight 14 moves radially outward to a certain extent, the contact portion of the support member 13 with the weight 14 changes from the first tip 13a and the second tip 13b to the first opposing surface 13c and the second opposing surface 13d. When the support member 13 is in contact with the weight 14 at the first opposing surface 13c and the second opposing surface 13d, the support member 13 does not move even if the weight 14 moves. As a result, the second permanent magnet 12 is positioned in the forward position on the radial inside as shown in FIG. 2B. The weight 14 can move radially outward until it contacts the second permanent magnet 12. The housing frame 11 may be provided with a stopper against which the weight 14 contacts when the second permanent magnet 12 is positioned in the forward position, and which restricts the weight 14 from moving radially outward.

図3は可動機構10における作用力の説明図である。回転電機1の作動時には、第2永久磁石12には径方向外側への遠心力F1及び吸着力F2が作用する。また、支持部材13には径方向外側への遠心力F3が作用し、おもり14には径方向外側への遠心力F4が作用する。おもり14の遠心力F4は、第1おもり141に作用する第1遠心力F41、及び第2おもり142に作用する第2遠心力F42それぞれにより構成される。第2永久磁石12の遠心力F1及び吸着力F2と支持部材13の遠心力F3とは磁石側合力を構成し、第2永久磁石12を径方向内側に移動させる際のおもり14の遠心力F4に抗する力となる。このため、おもり14の質量は低回転時から高回転時への移行時、従って高回転時に遠心力F4が磁石側合力より大きくなる質量に設定される。これにより、低回転時から高回転時への移行時におもり14の遠心力F4が磁石側合力に打ち勝つ結果、高回転時に第2永久磁石12を径方向内側の前進位置に位置させることが可能になる。 Figure 3 is an explanatory diagram of the forces acting on the movable mechanism 10. When the rotating electric machine 1 is in operation, a centrifugal force F1 and an adhesive force F2 act on the second permanent magnet 12 in the radially outward direction. A centrifugal force F3 acts on the support member 13 in the radially outward direction, and a centrifugal force F4 acts on the weight 14 in the radially outward direction. The centrifugal force F4 of the weight 14 is composed of a first centrifugal force F41 acting on the first weight 141 and a second centrifugal force F42 acting on the second weight 142. The centrifugal force F1 and adhesive force F2 of the second permanent magnet 12 and the centrifugal force F3 of the support member 13 constitute a magnet-side resultant force, which acts against the centrifugal force F4 of the weight 14 when the second permanent magnet 12 is moved radially inward. For this reason, the mass of the weight 14 is set to a mass at which the centrifugal force F4 is greater than the magnet side resultant force when transitioning from low rotation to high rotation, i.e., at high rotation. As a result, the centrifugal force F4 of the weight 14 overcomes the magnet side resultant force when transitioning from low rotation to high rotation, making it possible to position the second permanent magnet 12 in a radially inward forward position at high rotation.

本実施形態ではさらに、おもりばね15のばね力の径方向成分F5(第1おもりばね151のばね力の径方向成分F51、及び第2おもりばね152のばね力の径方向成分F52それぞれ)と磁石ばね16のばね力F6も、第2永久磁石12を径方向内側に移動させる際のおもり14の遠心力F4に抗する力となる。このため、おもり14の質量は高回転時に遠心力F4が磁石側合力に加えてさらに、径方向成分F5の大きさ及びばね力F6の大きさより大きくなる質量に設定される。これにより、高回転時におもりばね15や磁石ばね16が引っ張り力を発生させている状態でも、第2永久磁石12を径方向内側の前進位置に位置させることができる。 Furthermore, in this embodiment, the radial component F5 of the spring force of the weight spring 15 (the radial component F51 of the spring force of the first weight spring 151 and the radial component F52 of the spring force of the second weight spring 152) and the spring force F6 of the magnet spring 16 also act as forces that resist the centrifugal force F4 of the weight 14 when moving the second permanent magnet 12 radially inward. For this reason, the mass of the weight 14 is set to a mass that is greater than the magnitude of the radial component F5 and the magnitude of the spring force F6 in addition to the centrifugal force F4 at high rotation speeds. As a result, even when the weight spring 15 and the magnet spring 16 are generating a pulling force at high rotation speeds, the second permanent magnet 12 can be positioned in a forward position radially inward.

高回転時から低回転時への移行時には、回転電機1の回転速度の低下に応じておもり14の遠心力F4が低下する。結果、おもりばね15が遠心力F4に抗しておもり14を径方向外側の後退位置に向かって移動させ始め、第2永久磁石12が最終的に後退位置に戻る。高回転時から低回転時への移行時及び低回転時には、支持部材13は磁石ばね16のばね力F6を利用しておもり14を支持する。従って、高回転時から低回転時への移行時には、おもり14は支持部材13に支持されながら径方向内側に向かって移動する。可動機構10はロータ2の回転速度に応じて第2永久磁石12を移動させることで、次に説明するようにステータ4への磁石磁束を変化させる。 When the rotation speed of the rotating electric machine 1 is changed from high to low, the centrifugal force F4 of the weight 14 is decreased in accordance with the decrease in the rotation speed of the rotating electric machine 1. As a result, the weight spring 15 starts to move the weight 14 toward the retracted position radially outward against the centrifugal force F4, and the second permanent magnet 12 finally returns to the retracted position. When the rotation speed is changed from high to low and at low rotation, the support member 13 supports the weight 14 using the spring force F6 of the magnet spring 16. Therefore, when the rotation speed is changed from high to low, the weight 14 moves toward the radial inside while being supported by the support member 13. The movable mechanism 10 changes the magnetic flux to the stator 4 by moving the second permanent magnet 12 in accordance with the rotation speed of the rotor 2, as described below.

図4Aは低回転時の第2永久磁石12の作用を説明する図である。図4Bは高回転時の第2永久磁石12の作用を説明する図である。図4A、図4Bでは配置されている構成やその形状を適宜簡略化して示す。図4A、図4Bに示すように、第2永久磁石12は径方向内側から外側に向かう向きの磁石磁束を形成する。図4Aに示すように、第2永久磁石12が径方向外側の後退位置に位置する場合は、第2永久磁石12がステータ4に近い分、外側フラックスバリアB1の径方向長さが短くなる。つまり、第2永久磁石12及びステータ4間のエアギャップが小さくなる。結果、この場合は磁気抵抗が小さくなり、その分ステータ4への磁石磁束も増加するので、ステータ4への鎖交磁束が増加する。図4Bに示すように、第2永久磁石12が径方向内側の前進位置に位置する場合は、第2永久磁石12がステータ4から遠い分、外側フラックスバリアB1の径方向長さが長くなる。つまり、外側フラックスバリアB1は第2永久磁石12が径方向内側に移動することで径方向長さが長くなり、これにより第2永久磁石12及びステータ4間のエアギャップが大きくなる。結果、この場合は単に第2永久磁石12がステータ4から離れるだけでなく磁気抵抗が大きくなるので、ステータ4への磁石磁束が減少する。結果、ステータ4への鎖交磁束が減少し誘起電圧が抑制される。またこの際には、誘起電圧を抑制した分、弱め界磁電流を抑制できるので銅損を低減でき、回転電機1の効率向上が図られる。 Figure 4A is a diagram explaining the action of the second permanent magnet 12 at low rotation. Figure 4B is a diagram explaining the action of the second permanent magnet 12 at high rotation. In Figures 4A and 4B, the arrangement and shape are appropriately simplified. As shown in Figures 4A and 4B, the second permanent magnet 12 forms a magnetic flux from the inside to the outside in the radial direction. As shown in Figure 4A, when the second permanent magnet 12 is located in a retracted position on the radial outside, the radial length of the outer flux barrier B1 is shortened by the amount that the second permanent magnet 12 is closer to the stator 4. In other words, the air gap between the second permanent magnet 12 and the stator 4 is reduced. As a result, in this case, the magnetic resistance is reduced, and the magnetic flux to the stator 4 is increased accordingly, so that the interlinkage magnetic flux to the stator 4 is increased. As shown in Figure 4B, when the second permanent magnet 12 is located in a forward position on the radial inside, the radial length of the outer flux barrier B1 is longer by the amount that the second permanent magnet 12 is farther from the stator 4. In other words, the outer flux barrier B1 becomes longer in the radial direction as the second permanent magnet 12 moves radially inward, which increases the air gap between the second permanent magnet 12 and the stator 4. As a result, in this case, not only does the second permanent magnet 12 move away from the stator 4, but the magnetic resistance increases, so the magnetic flux to the stator 4 decreases. As a result, the interlinkage magnetic flux to the stator 4 decreases, and the induced voltage is suppressed. In addition, in this case, the weakening field current can be suppressed by the amount that the induced voltage is suppressed, so copper loss can be reduced and the efficiency of the rotating electric machine 1 is improved.

図5Aは本実施形態の場合の磁束密度の一例を示す図である。図5Bは比較例の場合の磁束密度の一例を示す図である。比較例の場合は可動機構10を有せず、回転電機1の回転速度に関わらず、第2永久磁石12が後退位置に位置する場合を示す。図5A、図5Bでは高回転時の第2永久磁石12の後退位置周辺部の磁束密度を示す。図5Aに示す本実施形態の場合は、高回転時に第2永久磁石12が径方向内側の前進位置に位置し、後退位置に位置しない。結果、本実施形態の場合はステータ4の領域R内において、図5Bに示す比較例の場合より磁束密度が減少していることがわかる。つまり、本実施形態の場合は高回転時に第2永久磁石12が後退位置に位置しないので、比較例の場合より外側フラックスバリアB1の径方向長さが長い。結果、本実施形態の場合は高回転時に比較例の場合よりステータ4への鎖交磁束を減少させることができる。 5A is a diagram showing an example of magnetic flux density in the present embodiment. FIG. 5B is a diagram showing an example of magnetic flux density in the comparative example. In the comparative example, the movable mechanism 10 is not provided, and the second permanent magnet 12 is located in the retracted position regardless of the rotation speed of the rotating electric machine 1. FIGS. 5A and 5B show the magnetic flux density in the periphery of the retracted position of the second permanent magnet 12 at high rotation. In the present embodiment shown in FIG. 5A, the second permanent magnet 12 is located in the radially inner advanced position at high rotation, and is not located in the retracted position. As a result, in the present embodiment, the magnetic flux density is reduced in the region R of the stator 4 compared to the comparative example shown in FIG. 5B. In other words, in the present embodiment, the second permanent magnet 12 is not located in the retracted position at high rotation, so the radial length of the outer flux barrier B1 is longer than in the comparative example. As a result, in the present embodiment, the interlinkage magnetic flux to the stator 4 can be reduced more than in the comparative example at high rotation.

次に本実施形態の主な作用効果について説明する。 Next, we will explain the main effects of this embodiment.

回転電機1は、ロータ2及びステータ4を有しロータ2に第2永久磁石12を配置した回転電機であり、ロータ2の回転速度に応じて第2永久磁石12を移動させることで、ステータ4への磁石磁束を変化させる可動機構10を有する。このような構成によれば、可動機構10により第2永久磁石12を移動させることにより、例えばステータ4との離間距離を変化させてステータ4への磁石磁束を変化させることができる。このため、可動機構10により第2永久磁石12を移動させることで、高回転時にステータ4への鎖交磁束を減少させて誘起電圧を抑制することが可能になる。またこの際には、誘起電圧を抑制した分、弱め界磁電流を抑制できるので銅損を低減でき、これにより回転電機の効率向上を図ることが可能になる。さらに、可動機構10はロータ2に配置した第2永久磁石12を移動させるので、ロータコアの軸方向端面に磁束可変機構を設けた場合のように鎖交磁束の減少範囲が回転電機1の軸方向端部に集中することはなく、回転電機1の軸方向長さが長くなることもない。また、低回転時には可動機構10により第2永久磁石12を後退位置に戻すことで、ステータ4への鎖交磁束を増加させることも可能なので、低回転時にトルクを確保することも可能になる。 The rotating electric machine 1 has a rotor 2 and a stator 4, and a second permanent magnet 12 is arranged on the rotor 2. The rotating electric machine 1 has a movable mechanism 10 that changes the magnetic flux to the stator 4 by moving the second permanent magnet 12 according to the rotation speed of the rotor 2. According to this configuration, by moving the second permanent magnet 12 with the movable mechanism 10, for example, the distance from the stator 4 can be changed to change the magnetic flux to the stator 4. Therefore, by moving the second permanent magnet 12 with the movable mechanism 10, it is possible to reduce the interlinkage magnetic flux to the stator 4 at high rotation speeds and suppress the induced voltage. In addition, at this time, the field weakening current can be suppressed by the amount of the suppression of the induced voltage, so copper loss can be reduced, and the efficiency of the rotating electric machine can be improved. Furthermore, since the movable mechanism 10 moves the second permanent magnet 12 arranged on the rotor 2, the range of reduction in interlinkage magnetic flux does not concentrate on the axial end of the rotating electric machine 1 as in the case where a magnetic flux variable mechanism is provided on the axial end face of the rotor core, and the axial length of the rotating electric machine 1 does not become long. In addition, by returning the second permanent magnet 12 to the retracted position using the movable mechanism 10 during low speed rotation, it is possible to increase the magnetic flux linkage to the stator 4, making it possible to ensure torque during low speed rotation.

本実施形態では、可動機構10は第2永久磁石12が径方向内側に移動することでステータ4への磁石磁束を減少させる機構とされる。このような構成によれば、高回転時に第2永久磁石12をステータ4から遠ざけることが可能になるので、高回転時にステータ4への鎖交磁束を減少させることが可能になる。 In this embodiment, the movable mechanism 10 is a mechanism that reduces the magnetic flux to the stator 4 by moving the second permanent magnet 12 radially inward. With this configuration, it is possible to move the second permanent magnet 12 away from the stator 4 during high rotation, so that it is possible to reduce the interlinkage magnetic flux to the stator 4 during high rotation.

本実施形態では、可動機構10は第2永久磁石12より径方向外側に外側フラックスバリアB1を有する。外側フラックスバリアB1は、第2永久磁石12が径方向内側に移動することで径方向長さが長くなる。このような構成によれば、高回転時に外側フラックスバリアB1によりステータ4への磁石磁束を減少させることが可能になり、これにより高回転時にステータ4への鎖交磁束を減少させることが可能になる。 In this embodiment, the movable mechanism 10 has an outer flux barrier B1 radially outward from the second permanent magnet 12. The outer flux barrier B1 has a longer radial length as the second permanent magnet 12 moves radially inward. With this configuration, the outer flux barrier B1 can reduce the magnetic flux to the stator 4 at high rotation speeds, thereby reducing the flux linkage to the stator 4 at high rotation speeds.

本実施形態では、可動機構10は遠心力F4により移動することで第2永久磁石12を移動させるおもり14を備える。このような構成によれば、径方向外側、つまりステータ4に近づく方向への遠心力が作用する第2永久磁石12に対し、低回転時から高回転時への移行時におもり14を利用して第2永久磁石12を径方向内側に移動させることが可能になる。また、おもり14の遠心力を利用するので、構成の簡素化やコスト低減の面でも有利である。 In this embodiment, the movable mechanism 10 includes a weight 14 that moves the second permanent magnet 12 by being moved by centrifugal force F4. With this configuration, the second permanent magnet 12 is subjected to centrifugal force acting radially outward, i.e., toward the stator 4, and it is possible to move the second permanent magnet 12 radially inward using the weight 14 when transitioning from low rotation to high rotation. In addition, since the centrifugal force of the weight 14 is utilized, it is advantageous in terms of simplifying the configuration and reducing costs.

本実施形態では、可動機構10はおもり14に取り付けられるおもりばね15をさらに備え、第2永久磁石12が後退位置に戻る際におもりばね15がおもりばね15のばね力により縮む機構とされる。このような構成によれば、高回転時から低回転時への移行時におもりばね15のばね力を利用して第2永久磁石12を後退位置に戻すことができる。 In this embodiment, the movable mechanism 10 further includes a weight spring 15 attached to the weight 14, and the weight spring 15 is compressed by the spring force of the weight spring 15 when the second permanent magnet 12 returns to the retracted position. With this configuration, the spring force of the weight spring 15 can be used to return the second permanent magnet 12 to the retracted position when transitioning from high rotation to low rotation.

本実施形態では、可動機構10はロータ2に設けられた挿入孔に押し込まれることによりロータ2に組み付けられる筐体枠11をさらに備える。このような構成によれば、筐体枠11を可動機構10ごとロータ2に押し込むことでロータ2に組み付けることができるので、可動機構10の組み付け性が向上する。 In this embodiment, the movable mechanism 10 further includes a housing frame 11 that is assembled to the rotor 2 by being pushed into an insertion hole provided in the rotor 2. With this configuration, the housing frame 11 can be assembled to the rotor 2 by pushing the movable mechanism 10 together with the rotor 2, improving the ease of assembly of the movable mechanism 10.

本実施形態では、おもり14は第2永久磁石12の周方向両側に設けられたおもりそれぞれである第1おもり141及び第2おもり142とされる。第1おもり141及び第2おもり142は、軸方向に沿って見た場合に第2永久磁石12の周方向両側から中央に向かう方向で径方向外側に斜めに延伸する対向斜面それぞれである第1対向斜面141a及び第2対向斜面142aを有する。可動機構10は、第2永久磁石12に接続されるとともに、第2永久磁石が後退位置にある場合に第1対向斜面141a及び第2対向斜面142aと当接する支持部材13をさらに備える。このような構成によれば、第1対向斜面141a及び第2対向斜面142aに当接する支持部材13により、低回転時におもり14を支持し、おもり14を適切に配置することが可能な構造が得られる。 In this embodiment, the weight 14 is a first weight 141 and a second weight 142, which are weights provided on both sides of the second permanent magnet 12 in the circumferential direction. The first weight 141 and the second weight 142 have a first opposing slope 141a and a second opposing slope 142a, which are opposing slopes that extend obliquely radially outward from both sides of the circumferential direction of the second permanent magnet 12 toward the center when viewed along the axial direction. The movable mechanism 10 further includes a support member 13 that is connected to the second permanent magnet 12 and abuts against the first opposing slope 141a and the second opposing slope 142a when the second permanent magnet is in the retracted position. With this configuration, the support member 13 abutting against the first opposing slope 141a and the second opposing slope 142a supports the weight 14 during low rotation, and a structure that allows the weight 14 to be appropriately positioned is obtained.

本実施形態では、筐体枠11は軸方向に沿って見た場合に第2永久磁石12の周方向両側から中央に向かう方向で径方向外側に斜めに延伸し、第1おもり141及び第2おもり142を案内する案内斜面それぞれである第1案内斜面111a及び第2案内斜面111bを有する。支持部材13は、軸方向に沿って見た場合に第1案内斜面111a及び第2案内斜面111bの延伸方向と径方向とに沿って分岐して延伸する。支持部材13は、径方向に沿って分岐して延伸した部分で第2永久磁石12に接続される。支持部材13は、第2永久磁石12が後退位置にある場合に、第1案内斜面111a及び第2案内斜面111bの延伸方向に沿って分岐して延伸した部分の先端部それぞれである第1先端部13a及び第2先端部13bで第1対向斜面141a及び第2対向斜面142aと当接する。第1おもり141と第2おもり142とは遠心力により第1案内斜面111a及び第2案内斜面111bのうち対応する案内斜面111に沿って径方向外側に移動して支持部材13を径方向内側に移動させることにより、第2永久磁石12を径方向内側に移動させる。 In this embodiment, the housing frame 11 extends obliquely from both sides of the second permanent magnet 12 in the circumferential direction toward the center in the radial direction and has a first guide slope 111a and a second guide slope 111b, which are guide slopes that guide the first weight 141 and the second weight 142, when viewed along the axial direction. The support member 13 branches and extends along the extension direction of the first guide slope 111a and the second guide slope 111b and the radial direction when viewed along the axial direction. The support member 13 is connected to the second permanent magnet 12 at a portion that branches and extends along the radial direction. When the second permanent magnet 12 is in the retracted position, the support member 13 abuts against the first opposing slope 141a and the second opposing slope 142a at the first tip portion 13a and the second tip portion 13b, which are the tip portions of the portion that branches and extends along the extension direction of the first guide slope 111a and the second guide slope 111b, respectively. The first weight 141 and the second weight 142 move radially outward along the corresponding guide slope 111 of the first guide slope 111a and the second guide slope 111b due to centrifugal force, moving the support member 13 radially inward, thereby moving the second permanent magnet 12 radially inward.

このような構成によれば、低回転時から高回転時への移行時に遠心力F4の増加に応じておもり14を案内斜面111で案内しながら径方向外側に移動させることで、第2永久磁石12を径方向内側に移動させることが可能な構造が得られる。さらに、高回転時から低回転時への移行時には、遠心力F4の低下に応じておもり14を支持部材13により支持しつつ径方向内側に移動させることで、第2永久磁石12を径方向外側に移動させることが可能な構造が得られる。また、低回転時には第1先端部13a及び第2先端部13bで第1対向斜面141a及び第2対向斜面142aに当接する支持部材13により、おもり14を支持することが可能な構造が得られる。つまり、回転電機1の作動時全般に亘って適切な構造が得られる。 According to this configuration, when the rotation speed changes from low to high, the weight 14 is guided by the guide slope 111 and moved radially outward in response to an increase in the centrifugal force F4, thereby obtaining a structure capable of moving the second permanent magnet 12 radially inward. Furthermore, when the rotation speed changes from high to low, the weight 14 is supported by the support member 13 and moved radially inward in response to a decrease in the centrifugal force F4, thereby obtaining a structure capable of moving the second permanent magnet 12 radially outward. Furthermore, when the rotation speed changes from low to high, the weight 14 is supported by the support member 13, whose first end portion 13a and second end portion 13b abut against the first opposing slope 141a and second opposing slope 142a, thereby obtaining a structure capable of supporting the weight 14. In other words, a suitable structure is obtained throughout the entire operation of the rotating electric machine 1.

本実施形態では、おもり14は非磁性体とされる。このような構成によれば、ロータ2におもり14を配置しても、おもり14がロータ2に配置された第2永久磁石12の磁石磁束等の磁束の影響を受けることを回避できる。 In this embodiment, the weight 14 is made of a non-magnetic material. With this configuration, even if the weight 14 is placed on the rotor 2, it is possible to avoid the weight 14 being affected by magnetic flux such as the magnetic flux of the second permanent magnet 12 placed on the rotor 2.

本実施形態では、ロータ2は一磁極あたりに複数の第1永久磁石3を備える。第2永久磁石12は、複数の第1永久磁石3によりロータ2に形成され周方向に隣り合う磁極同士の境界に位置するq軸上に配置され径方向に沿って移動する。このような構成によれば、複数の第1永久磁石3によりロータ2に磁極を形成しつつ、移動する第2永久磁石12をロータ2に適切に配置することができる。 In this embodiment, the rotor 2 has multiple first permanent magnets 3 per magnetic pole. The second permanent magnet 12 is arranged on the q-axis located at the boundary between adjacent magnetic poles in the circumferential direction formed on the rotor 2 by the multiple first permanent magnets 3, and moves along the radial direction. With this configuration, the moving second permanent magnet 12 can be appropriately positioned on the rotor 2 while the multiple first permanent magnets 3 form magnetic poles on the rotor 2.

本実施形態では、可動機構10は第2永久磁石12の径方向外側に配置され第2永久磁石12に取り付けられる磁石ばね16をさらに備え、第2永久磁石12が元の位置に戻る際に磁石ばね16が磁石ばね16のばね力により縮む機構とされる。このような構成によれば、高回転時から低回転時への移行時に磁石ばね16のばね力を利用して第2永久磁石12を後退位置に戻すことができる。また、高回転時から低回転時への移行時や低回転時に磁石ばね16のばね力を利用して支持部材13によりおもり14を支持できる。 In this embodiment, the movable mechanism 10 further includes a magnet spring 16 disposed radially outside the second permanent magnet 12 and attached to the second permanent magnet 12, and the mechanism is such that the magnet spring 16 contracts due to the spring force of the magnet spring 16 when the second permanent magnet 12 returns to its original position. With this configuration, the second permanent magnet 12 can be returned to its retracted position using the spring force of the magnet spring 16 when transitioning from high rotation to low rotation. In addition, the weight 14 can be supported by the support member 13 using the spring force of the magnet spring 16 when transitioning from high rotation to low rotation or at low rotation.

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the above embodiments merely show some of the application examples of the present invention, and are not intended to limit the technical scope of the present invention to the specific configurations of the above embodiments.

例えば可動機構10は筐体枠11を備えていなくてもよく、外側フラックスバリアB1はロータ2に設けられた穴により形成されてもよい。また、回転電機1はアウターロータ構造の回転電機であってもよい。この場合、可動機構10は例えば、アウターロータに配置される第2永久磁石12が遠心力により径方向外側、つまりステータから離れる方向に移動することで、アウターロータに収容されるステータへの磁石磁束を減少させる機構とすることができる。この場合、第2永久磁石12には高回転時から低回転時への移行時に第2永久磁石12を径方向内側の元の位置に戻すリターンスプリングを取り付けることができる。 For example, the movable mechanism 10 may not have a housing frame 11, and the outer flux barrier B1 may be formed by a hole provided in the rotor 2. The rotating electric machine 1 may also be an outer rotor structure rotating electric machine. In this case, the movable mechanism 10 may be, for example, a mechanism in which the second permanent magnet 12 arranged on the outer rotor moves radially outward, that is, away from the stator, by centrifugal force, thereby reducing the magnetic flux to the stator housed in the outer rotor. In this case, the second permanent magnet 12 may be fitted with a return spring that returns the second permanent magnet 12 to its original position radially inward when transitioning from high rotation to low rotation.

1 回転電機
2 ロータ
3 第1永久磁石
10 可動機構
11 筐体枠
111 案内斜面
12 第2永久磁石(磁石)
13 支持部材
13a 第1先端部
13b 第2先端部
13c 第1対向面
13d 第2対向面
14 おもり
141a 第1対向斜面
142a 第2対向斜面
15 おもりばね
16 磁石ばね
B1 外側フラックスバリア(フラックスバリア)
REFERENCE SIGNS LIST 1 rotating electric machine 2 rotor 3 first permanent magnet 10 movable mechanism 11 housing frame 111 guide slope 12 second permanent magnet (magnet)
13 Support member 13a First tip portion 13b Second tip portion 13c First opposing surface 13d Second opposing surface 14 Weight 141a First opposing inclined surface 142a Second opposing inclined surface 15 Weight spring 16 Magnet spring B1 Outer flux barrier (flux barrier)

Claims (9)

ロータ及びステータを有し前記ロータに磁石を配置した回転電機であって、
前記ロータの回転速度に応じて前記磁石を移動させることで、前記ステータへの磁石磁束を変化させる可動機構を有
前記可動機構は、前記磁石が前記ステータから離れる方向に移動することで前記ステータへの磁石磁束を減少させる機構であるとともに、遠心力により移動することで前記磁石を移動させるおもりと、前記ロータに設けられた挿入孔に押し込まれることにより前記ロータに組み付けられる筐体枠と、を備え、
前記おもりは、前記磁石の周方向両側に設けられたおもりそれぞれであって、軸方向に沿って見た場合に前記磁石の周方向両側から中央に向かう方向で径方向外側に斜めに延伸する対向斜面それぞれを有し、
前記可動機構は、前記磁石に接続されるとともに、前記磁石が元の位置にある場合に前記対向斜面それぞれと当接する支持部材をさらに備える、
ことを特徴とする回転電機。
A rotating electric machine having a rotor and a stator, and a magnet disposed on the rotor,
a movable mechanism that changes a magnetic flux of the magnet to the stator by moving the magnet in accordance with a rotation speed of the rotor,
the movable mechanism is a mechanism for reducing a magnetic flux to the stator by moving the magnet in a direction away from the stator, and includes a weight that moves the magnet by centrifugal force, and a housing frame that is assembled to the rotor by being pushed into an insertion hole provided in the rotor,
The weights are weights provided on both sides of the magnet in the circumferential direction, and each weight has an opposed inclined surface that extends obliquely radially outward in a direction from both sides of the magnet in the circumferential direction toward the center when viewed along the axial direction,
The movable mechanism further includes a support member connected to the magnet and abutting each of the opposing slopes when the magnet is in its original position.
A rotating electric machine characterized by:
ロータ及びステータを有し前記ロータに磁石を配置した回転電機であって、
前記ロータの回転速度に応じて前記磁石を移動させることで、前記ステータへの磁石磁束を変化させる可動機構を有し
前記可動機構は、前記磁石が前記ステータから離れる方向に移動することで前記ステータへの磁石磁束を減少させる機構であるとともに、遠心力により移動することで前記磁石を移動させるおもりを備え、
前記ロータは、一磁極あたりに複数の磁石を備え、
前記磁石は、前記複数の磁石により前記ロータに形成され周方向に隣り合う磁極同士の境界に位置するq軸上に配置され径方向に沿って移動する、
ことを特徴とする回転電機。
A rotating electric machine having a rotor and a stator, and a magnet disposed on the rotor,
a movable mechanism that changes a magnetic flux of the magnet to the stator by moving the magnet in accordance with a rotation speed of the rotor ,
the movable mechanism is a mechanism for reducing a magnetic flux to the stator by moving the magnet in a direction away from the stator, and includes a weight that moves the magnet by centrifugal force;
The rotor has a plurality of magnets per magnetic pole,
the magnet is disposed on a q-axis located at a boundary between magnetic poles adjacent to each other in a circumferential direction formed on the rotor by the plurality of magnets, and moves along a radial direction;
A rotating electric machine characterized by:
請求項1又は2に記載の回転電機であって、
前記可動機構は、前記磁石と前記ステータとの間にフラックスバリアを有し、
前記フラックスバリアは、前記磁石が前記ステータから離れる方向に移動することで前記磁石及び前記ステータを結ぶ方向の長さが長くなる、
ことを特徴とする回転電機。
3. A rotating electric machine according to claim 1,
the movable mechanism has a flux barrier between the magnet and the stator,
The flux barrier has a length extending in a direction connecting the magnet and the stator as the magnet moves in a direction away from the stator.
A rotating electric machine characterized by:
請求項1から3いずれか1項に記載の回転電機であって。
前記可動機構は、前記おもりに取り付けられるおもりばねをさらに備え、前記磁石が元の位置に戻る際に前記おもりばねが当該おもりばねのばね力により縮む機構である、
ことを特徴とする回転電機。
A rotating electric machine according to any one of claims 1 to 3 .
The movable mechanism further includes a weight spring attached to the weight, and the weight spring is compressed by the spring force of the weight spring when the magnet returns to its original position.
A rotating electric machine characterized by:
請求項2に記載の回転電機であって、
前記可動機構は、前記ロータに設けられた挿入孔に押し込まれることにより前記ロータに組み付けられる筐体枠をさらに備える、
ことを特徴とする回転電機。
3. The rotating electric machine according to claim 2 ,
The movable mechanism further includes a housing frame that is assembled to the rotor by being pushed into an insertion hole provided in the rotor.
A rotating electric machine characterized by:
請求項5に記載の回転電機であって、
前記おもりは、前記磁石の周方向両側に設けられたおもりそれぞれであって、軸方向に沿って見た場合に前記磁石の周方向両側から中央に向かう方向で径方向外側に斜めに延伸する対向斜面それぞれを有し、
前記可動機構は、前記磁石に接続されるとともに、前記磁石が元の位置にある場合に前記対向斜面それぞれと当接する支持部材をさらに備える、
ことを特徴とする回転電機。
6. A rotating electric machine according to claim 5 ,
The weights are weights provided on both sides of the magnet in the circumferential direction, and each weight has an opposed inclined surface that extends obliquely radially outward in a direction from both sides of the magnet in the circumferential direction toward the center when viewed along the axial direction,
The movable mechanism further includes a support member connected to the magnet and abutting each of the opposing slopes when the magnet is in its original position.
A rotating electric machine characterized by:
請求項1または6に記載の回転電機であって、
前記筐体枠は、軸方向に沿って見た場合に前記磁石の周方向両側から中央に向かう方向で径方向外側に斜めに延伸し、前記おもりそれぞれを案内する案内斜面それぞれを有し、
前記支持部材は、軸方向に沿って見た場合に前記案内斜面それぞれの延伸方向と径方向とに沿って分岐して延伸し、径方向に沿って分岐して延伸した部分で前記磁石に接続されるとともに、前記磁石が元の位置にある場合に、前記案内斜面それぞれの延伸方向に沿って分岐して延伸した部分の先端部それぞれで前記対向斜面それぞれと当接し、
前記おもりは、遠心力により前記案内斜面それぞれのうち対応する案内斜面に沿って径方向外側に移動して前記支持部材を径方向内側に移動させることにより、前記磁石を径方向内側に移動させる、
ことを特徴とする回転電機。
7. A rotating electric machine according to claim 1 ,
the housing frame extends obliquely radially outward from both sides of the magnet in the circumferential direction toward the center when viewed along the axial direction, and has guide slopes that guide the weights,
When viewed along the axial direction, the support member branches and extends along the extension direction of each of the guide slopes and the radial direction, and is connected to the magnet at the portion branched and extended along the radial direction, and when the magnet is in its original position, each tip of the portion branched and extended along the extension direction of each of the guide slopes abuts against each of the opposing slopes,
the weight moves radially outward along the corresponding one of the guide slopes by centrifugal force, thereby moving the support member radially inward, thereby moving the magnet radially inward.
A rotating electric machine characterized by:
請求項1から7いずれか1項に記載の回転電機であって、
前記おもりは非磁性体である、
ことを特徴とする回転電機。
A rotating electric machine according to any one of claims 1 to 7 ,
The weight is a non-magnetic material.
A rotating electric machine characterized by:
請求項1から8いずれか1項に記載の回転電機であって、
前記可動機構は、前記磁石の径方向外側に配置され前記磁石に取り付けられる磁石ばねをさらに備え、前記磁石が元の位置に戻る際に前記磁石ばねが当該磁石ばねのばね力により縮む機構である、
ことを特徴とする回転電機。
A rotating electric machine according to any one of claims 1 to 8 ,
The movable mechanism further includes a magnet spring disposed radially outside the magnet and attached to the magnet, and the magnet spring is compressed by the spring force of the magnet spring when the magnet returns to its original position.
A rotating electric machine characterized by:
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