JPH10304633A - 永久磁石併用同期回転機およびその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 短絡手段により、部品点数を増すことなく積
層された薄板を一体に固定することができる回転機の実
現を目的とする。 【解決手段】 ロータ１２００に挿入された磁石１２８
０によりロータ１２００外周はＮ磁極，Ｓ磁極の各磁極
を構成しているが、Ｎ磁極の磁束はＮ磁極側軟磁性体ピ
ン１２８１、ロータヨーク１２２０のＮ磁極側リブ部１
２２３、円筒状鉄心１２３１、Ｓ磁極側リブ部１２２３
およびＳ磁極側軟磁性体ピン１２８１を通ってＳ磁極に
短絡している。これにより、ステータ１１００側への有
効磁束を分流、短絡し減少させている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に、使用回転数
範囲の広い電気自動車用の回転機として利用できる永久
磁石併用同期回転機に関する。

【０００２】

【従来の技術】永久磁石形同期回転機を電気自動車用走
行モータに適用する場合の問題の一つに、坂道下降時タ
イヤから回転機が回されるモードになったとき、回転機
誘起電圧がそれに繋がる電力変換器素子の耐電圧以下に
なるように設定する必要がある。これにより回転機設計
自由度が下がり、そのため必要以上に大きな体格の回転
機或いは電力変換器が必要となってくる。

【０００３】永久磁石形同期回転機を発電機として使用
するとき、発電量の調整はステータ巻線からの反作用起
磁力で制御する必要がある。この場合無制御の状態が出
力最大となり安全上問題となるため、永久磁石同期形回
転機は一般に発電機として使用されない。また永久磁石
には常に反作用磁界が減磁界として加わり、不可逆減磁
が生じ易い。

【０００４】上記問題を解決する手段として、特開平６
ー３５１２０６号公報に示すハイブリッド励磁形の永久
磁石形同期回転機においては、永久磁石部と鉄心部を設
けたロータを、ステータ側から直流励磁し、鉄心部をN
極またはS 極に励磁することで、ステータ上で永久磁石
の磁束の方向を変えて、ステータ巻線に鎖交する量を調
整することで誘起電圧量を制御している。しかし、この
方法ではステータ内の磁束が電磁鋼板シートを貫通する
方向に鎖交し、鉄損を増やすことになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の永久磁
石形同期回転機においては、ステータ内の磁束が電磁鋼
板シートを貫通する方向に鎖交し、鉄損を増やすことに
なり、効率の低下が生じる。そこで、本発明は、これら
の問題点を解決するためになされたもので、永久磁石同
期回転機の回転子側に界磁巻線を設け、永久磁石による
回転子から固定子への磁束を調整することで、モータ動
作時の高速回転域効率の向上、低回転数域出力の向上、
電力変換器の小型化の実現を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、以下の技術的手段を採用する。すなわち、
請求項１の発明によれば、磁性体よりなる薄板を軸方向
に積層した回転子コアに磁石と、この磁石の磁束を磁気
的に短絡する知絡手段と、この短絡手段に流れる磁束量
を制御するための界磁巻線を設けたものであり、短絡手
段により回転子コアの薄板を一体にするものである。そ
れにより、部品点数が増すことなく、確実に回転子コア
を作ることができる。

【０００７】さらに、回転子磁極を積層電磁鋼板にて構
成することで、固定子からの起磁力変動により磁極表面
に発生する鉄損を低減できるため回転機単体効率を向上
することが可能である。そして、発電機としての作動時
には外部励磁回路により固定子への磁束量が制御可能な
ため、高効率な発電出力調整が容易に実現できる。また
モータ駆動時には、低回転数域で磁束量を増加し、高回
転数域で磁束を減少させることで、固定子巻線への必要
入力電流を抑えることができる。そのため回転機効率が
向上し、更に小型の電力変換器が使用できる。

【０００８】さらに回転子は円環状電磁鋼板により構成
され、また制御巻線は回転子回転軸を中心として巻装さ
れるため、共に遠心力に強い構造となっている。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図１、図２および図３に本
発明の第１実施例を示す。図１の断面図（図３のＡ−Ａ
線に沿う断面図）に示す如く、回転機１０００はフロン
トフレーム１９１０およびエンドフレーム１９１１の内
部に固定子に相当するステータ１１００と、フロントフ
レーム１９１０およびエンドフレーム１９１１に対して
ベアリング１９２０、１９２１によりステータ１１００
内側をエアギャップを介して回転可能な回転子に相当す
るロータ１２００と、ロータ１２００の回転位置を測定
するレゾルバロータ１９３０、レゾルバステータ１９３
１とを有する。

【００１０】ステータ１１００は回転磁界を作る３相コ
イル１１１０及び電磁鋼板を積層したステータコア１１
２０で構成され、ステータコア１１２０は３相コイル１
１１０を挿入するスロット１１２１、ティース１１２２
およびコアバック１１２３により構成される。ロータ１
２００はロータヨーク１２１０、１２２０と、ロータヨ
ーク１２１０の内部に設けられた界磁巻線１２３０で磁
気回路ブロック１２５０を構成し、さらに、磁気回路ブ
ロック１２５０の両側にそれぞれ非磁性プレート１２６
０が設けられている。また、円筒状鉄心１２３１の内側
には、先端にスプライン１２４１をもつシャフト１２４
０を有しており、界磁巻線１２３０は、ブラシホルダ１
３１０、ブラシ１３２０、スリップリング１３３０およ
びシャフト１２４０内部に樹脂モールド等の絶縁部１３
４０を介して設けられているリード部１３５０を介して
外部から給電を受ける。

【００１１】図２は図１のＢ−Ｂ線に沿う断面を示した
ものであり、ロータヨーク１２１０は円環状電磁鋼板を
積層したものでｎ個の軸方向磁石挿入穴１２１１が周方
向に等間隔で設けられ、また隣り合う２つの磁石挿入穴
１２１１の周方向中央部に丸穴１２１２が形成されてい
る。また図３は図１のＣ−Ｃ線に沿う断面を示したもの
であり、図３に示すように、ロータヨーク１２２０は電
磁鋼板が積層されたものであり、円環部１２２１とボス
部１２２２と、円環部からボス部へのｎ／２個の径方向
リブ１２２３で構成される。

【００１２】円環部１２２１にはロータヨーク１２１０
同様、軸方向磁石挿入穴１２２４が周方向に等間隔で設
けられている。磁石挿入穴１２１１および１２２４は説
明上符号が異なっているが共に同一寸法形状をなす。ま
た磁石挿入穴１２２４間には周方向中央部に丸穴１２２
５が設けらている。これも前記図２に示す丸穴１２１２
と同一寸法形状をなす。リブ１２２３は円環部１２２１
の丸穴１２２５位置の内周から（７２０／ｎ）°の間隔
で径方向に配置され、ボス部１２２２と繋がる。ボス部
１２２２は中央にシャフト１２４０の挿入穴をもつ円環
状の部材である。

【００１３】前述した磁気回路ブロック１２５０は、シ
ャフト１２４０のセレ−ションに圧入された円筒状鉄心
１２３１とその外周に設けられた樹脂ボビン１２３２、
樹脂ボビン１２３２に一方向に巻装された界磁巻線１２
３０を設け、その両端を一対のロータヨーク１２２０で
そのリブ１２２３が互いに対向しないようにずらして挟
みこむことで構成されている。

【００１４】磁石挿入穴１２１１、１２２４には、磁石
１２８０が隣合う磁石の磁極が同磁極となる向きに軸方
向から挿入され、また丸穴１２１２、１２２５には丸穴
１２１３および１２２５と同一形状の短絡手段をなす軟
磁性体ピン１２８１が軸方向から圧入されている。この
ピン１２８１により、複数の積層した円環状電磁鋼板か
らなるロータヨーク１２１０を一体に固定している。

【００１５】回転機１０００の３相コイル１１１０は電
力変換器２００に、電力変換器２００はバッテリ３００
に結線される。またブラシ１３２０は界磁回路４００に
接続され、レゾルバステータ１９３１は信号処理回路５
００に接続される。さらにインバータ２００、界磁回路
４００、信号処理回路５００を制御する制御回路６００
を有する。

【００１６】そして、ロータ１２００に挿入された磁石
１２８０は、周方向に着磁され、この磁石１２８０によ
りロータ１２００外周はＮ磁極，Ｓ磁極の各磁極を構成
するが、Ｎ磁極の磁束はＮ磁極側軟磁性体ピン１２８
１、ロータヨーク１２２０のＮ磁極側リブ部１２２３、
円筒状鉄心１２３１、Ｓ磁極側リブ部１２２３およびＳ
磁極側軟磁性体ピン１２８１を通ってＳ磁極に短絡して
いる。これにより、ステータ１１００側への有効磁束を
分流、短絡し減少させている。

【００１７】ここで、図4 において、回転機の磁気回路
を等価的に示す。ステータ側の磁気抵抗Ｒｓ、エアギャ
ップ磁気抵抗Ｒｇ，磁石部磁気抵抗Ｒｍ，短絡部磁気抵
抗Ｒｒ，磁石起磁力Ｆｍ，界磁巻線起磁力Ｆｃとする
と、ステータ側に流れる有効磁束量Φ１は次式で表わせ
る。 Φ１＝（ＲｍＦｃ＋ＲｒＦｍ）／（ＲｒＲｍ＋Ｒｍ（Ｒ
ｇ＋Ｒｓ）＋（Ｒｇ＋Ｒｓ）Ｒｒ） 各パラメータの設定により有効磁束量Φ１は任意に設定
できる。例えば界磁巻線に電流を流さないとき（Ｆｃ＝
０）、 Φ１０＝ＲｒＦｍ／（ＲｒＲｍ＋Ｒｍ（Ｒｇ＋Ｒｓ）＋
（Ｒｇ＋Ｒｓ）Ｒｒ） となり、短絡部磁気抵抗Ｒｒが小のときはΦ１０≒０と
なる。短絡部磁気抵抗Ｒｒは軟磁性体ピン１２８１、リ
ブ部１２２３、円筒状鉄心１２３１および各部材の接合
部の磁気抵抗により決定されるため、各部の断面積およ
び長さを設定することで、界磁巻線１２３０に電流を流
さない時の有効磁束量Φ１０を調整することができる。
ここではロータ１２００からステータ１１００への磁路
が構成磁性体のＢ−Ｈ（磁束密度−磁界）カーブ線形領
域で使用できる様、磁束密度を１Ｔ（テスラ）以下に設
定する。

【００１８】界磁巻線に通電した場合は、界磁巻線起磁
力Ｆｃ分の磁束Φ１c Φ１c ＝ＲｍＦｃ／（ＲｒＲｍ＋Ｒｍ（Ｒｇ＋Ｒｓ）＋
（Ｒｇ＋Ｒｓ）Ｒｒ） が加算され、有効磁束量Φ１１は Φ１＝Φ１０＋Φ１c となり、界磁巻線通電電流により有効磁束量を調整する
ことが可能である。

【００１９】本発明の回転機を例えば電気自動車用走行
モータの様な広使用回転数域のモータに適用した場合に
ついて記載する。つまり、シャフト１２４０が、電気自
動車の車輪に接続される。弱め界磁制御が不要なモータ
低回転数域においては、界磁巻線への通電電流を増加
し、作用磁束量Φ１を増加する。モータ発生トルクは作
用磁束量Φ１とトルク電流に比例するため、作用磁束量
Φ１を増加することでステータ巻線に流れるトルク電流
を低減することが可能である。

【００２０】また反作用誘起電圧が印加電圧を超えるた
め、モータ駆動に弱め界磁制御が必要な高回転数域にお
いては、界磁巻線への通電電流をゼロとし磁石による磁
束Φ１０のみにすることで、トルク電流とは別な本来必
要無い弱め界磁電流を減少させることができる。これに
より、ステータ最大電流を減らすことができるため、巻
線部の発熱が抑えられ回転機の小型化が可能となる。ま
た、電力変換器の電流容量も低減することができるた
め、電力変換器の小型化と低コスト化が実現可能であ
る。

【００２１】更に界磁巻線部の銅損はステータ巻線の銅
損に比べてわずかであるため、本発明のような界磁巻線
部で弱め界磁を行う制御方法は、ステータ巻線のみから
の弱め界磁を行う従来の永久磁石式回転機の制御方法に
比べて銅損が少ないため効率が良い。また一般にステー
タ巻線はスロットに集中的に巻装されるため、例えステ
ータ巻線に歪のない正弦波電流が流れた場合でも、ある
瞬間を見れば、ステータ内周およびロータ外周間のエア
ギャップにおけるステータ側からロータ側への発生界磁
（ステータ界磁）は、ステータの周方向位置に対して空
間的に階段状である。この階段状磁界により例えば空間
的に正弦波分布をしたロータ磁界を打ち消す場合、ロー
タ磁界の波長に相当する基本波レベルで打ち消せてもそ
の差の高調波磁界が残り、これがエアギャップ、ステー
タコアおよびロータコアに交番する高調波磁束となる
（図５）。この高調波磁束は周波数が高いことからステ
ータ鉄損及びロータ表面鉄損を大幅に増加する原因とな
り好ましくない。

【００２２】これに対し本発明では、ロータからの起磁
力を直接減らす制御法であるため、ステータ巻線の弱め
界磁電流がわずか或いはゼロでよい（但しステータ巻線
にはトルク電流分の電流は流れている）ため高調波磁束
の発生が抑えられ、それによるステータおよびロータ表
面に発生する鉄損を最小限に抑えることが可能である。

【００２３】また、界磁巻線起磁力Ｆｃ＝０のときの有
効磁束量Φ１０を有効磁路内構成部材磁気特性のＢ−Ｈ
カーブの線形領域で設定した理由は、有効磁束量Φ１０
による反作用誘起電圧が印加電圧以上となる高回転数域
でモータ駆動する必要が生じたとき、ステータからの弱
め界磁に必要なステータ電流を最小限に抑えることが可
能であるためである。図６において説明すると、ステー
タ磁界により有効磁束をΦ１からΦ２に減少させる場
合、Ｂ−Ｈカーブが線形であるときの必要ＡＴをＡＴa
，非線形であるときの必要ＡＴをＡＴb とするとＡＴa
＜ＡＴb となって、ステータ巻線の巻数が同じである
場合、その差はステータ巻線電流の差となるためであ
る。

【００２４】従来の永久磁石式回転機をモータとして動
作させた時のＴ−Ｎ（トルク−回転数）カーブにおける
効率マップ（図７）に対して、本発明の回転機を上記制
御方法にて駆動した場合のＴ−Ｎカーブにおける効率マ
ップは図８のようになり、効率マップ上の最大効率範囲
が拡大する。また、本発明のロータ磁極構造では従来の
埋め込み磁石形回転機同様、横軸インダクタンスが直軸
インダクタンスと比較して大きくなるため、リラクタン
ストルクを出力トルクとして利用でき、主磁束トルクの
みの場合に対して出力トルクが増加する。

【００２５】本発明の回転機を車両用発電機として使用
する場合は、Φ１０を車両用常用負荷のレベルに設定し
ておき、それ以上の出力が要求されるときのみ界磁巻線
に通電すれば、界磁巻線の銅損が低減でき高効率の発電
が可能である。従来、ロータからの界磁をコントロール
できる同期回転機として突極形同期機、クローポール形
同期機があげられる。両者は共に界磁巻線のみにより、
有効磁束を得ており、必要最小限を界磁巻線で補う本発
明に対して界磁巻線での抵抗損が大きい。また両者とも
リラクタンストルクによるトルク向上は期待できない。

【００２６】更に、突極形同期機では界磁巻線をロータ
各極に集中巻した構造であるため遠心力に対して強度が
無いが、界磁巻線が回転軸に対して集中巻される本発明
は遠心力に対して有利であり、高速化による小型化に対
応可能である。また、クローポール形同期機に対して
は、ロータ磁極表面が電磁鋼板シートにより構成される
ため、ロータ磁極表面での鉄損を抑えることが可能であ
る。

【００２７】図９に本発明の第２実施例を示す。図９は
第１実施例に対して磁石挿入位置を変更したもので、軟
磁性体ピン１２８１の内側に磁石１２８２を、磁界が径
方向を向き、隣合う磁石の極が異なるように配置する。
ここでは磁石の両端部に磁束もれ防止用穴１２８４を設
けて、隣合う磁石１２８２の磁束が円環状電磁鋼板内で
短絡するのを防止する。

【００２８】図１０に本発明の第３実施例を示す。図１
０は図９の磁束もれ防止用穴１２８４に補助磁石１２８
３を挿入したものであり、磁石１２８２が円環状電磁鋼
板に作る磁極と接する面が前記磁極と同極とすること
で、第２実施例に対して更に有効磁束量を増やすことが
可能となる。図１１に本発明の第４実施例を示す。図１
１は第１実施例を軸長の長いタイプの回転機に適用した
例である。

【００２９】図１１に示す如く、回転機１０００はフロ
ントフレーム１９１０およびエンドフレーム１９１１内
部に固定子に相当するステータ１１００と、フロントフ
レーム１９１０およびエンドフレーム１９１１に対して
ベアリング１９２０、１９２１によりステータ１１００
内側をエアギャップを介して回転可能な回転子に相当す
るロータ１２００とロータ１２００の回転位置を測定す
るレゾルバロータ１９３０、レゾルバステータ１９３１
を有する。

【００３０】ステータ１１００は回転磁界を作る３相コ
イル１１１０及び電磁鋼板を積層したステータコア１１
２０で構成され、ステータコア１１２０は３相コイル１
１１０を挿入するスロット１１２１、ティース１１２２
およびコアバック１１２３により構成される。ロータ１
２００はロータヨーク１２１０、ロータヨーク１２２０
と、ロータヨーク１２１０の内部に設けられた界磁巻線
１２３０で構成された複数の磁気回路ブロック１２５０
と、磁気回路ブロック１２５０を複数重ねたものの両端
に設けられた円板状の非磁性プレート１２６０と、先端
にスプライン１２４１をもつシャフト１２４０を有して
おり、ブラシホルダ１３１０、ブラシ１３２０、スリッ
プリング１３３０およびシャフト１２４０内部に樹脂モ
ールド等の絶縁部１３４０を介して設けられているリー
ド部１３５０を介して外部から給電を受けている。

【００３１】図２は図１１のＢ−Ｂ線に沿う断面を示し
たものであり、図２に示す如く、ロータヨーク１２１０
は円環状電磁鋼板を積層したもので、ｎ個の軸方向磁石
挿入穴１２１１が周方向に等間隔で設けられ、また隣り
合う２つの磁石挿入穴１２１１の周方向中央部に丸穴１
２１２が設けらている。また図３は図１１のＣ−Ｃ線に
沿う断面を示したものであり、ロータヨーク１２２０は
電磁鋼板が積層されたものであり、円環部１２２１とボ
ス部１２２２と、円環部からボス部へのｎ／２個の径方
向リブ１２２３で構成される。円環部１２２１にはロー
タヨーク１２１０同様、軸方向磁石挿入穴１２２４が周
方向に等間隔で設けられている。磁石挿入穴１２１１お
よび１２２４は説明上符号が異なっているが共に同一寸
法形状をなす。また磁石挿入穴１２２４間には周方向中
央部に丸穴１２２５が設けらている。これも前記図２に
示す丸穴１２１２と同一寸法形状をなす。リブ１２２３
は円環部１２２１の丸穴１２２５位置の内周から（７２
０／ｎ）°の間隔で径方向に配置され、ボス部１２２２
と繋がる。ボス部１２２２は中央にシャフト１２４０の
挿入穴をもつ円環状の部材である。

【００３２】軟磁性体ピン１２８１は複数の磁気回路ブ
ロック１２５０および非磁性プレート１２６０の各穴を
貫通をし、また磁石は各磁気回路ブロック１２５０で独
立したものでなくても良く、実施例では２つの磁気回路
ブロック１２５０に対して共通化している。なお、磁石
の磁束をロータ内にて短絡する原理、有効磁路に有効磁
束を発生する原理および基本効果については第１実施例
と同様である。

【００３３】また第２および第３実施例の磁石配置も本
第４実施例にそのまま適用できる。第５実施例を図１
２、図１３および図１４に示す。（なお、断面図につい
ては図２を参照のこと）第５実施例は第１実施例のロー
タヨーク１２２０を電磁鋼板から軟磁性体鉄心に変更し
た例であり、第１実施例（図１）に対してロータが異な
るのみであるため、ロータのみを図１２、図１３、図１
４で説明する。ここで図１３は図１２のロータのＰ視
を、図１４は図１２のロータのＱ視を示す。

【００３４】ロータヨーク１２９０は軟磁性体鉄心を鍛
造加工したものであり、円板部１２９１と、円板部１２
９１内径側に構成されるボス部１２９２と、円板部１２
９１から径方向に放射状に張り出したｎ／２個のリブ部
１２９３で構成される。ボス部１２９２は、中心軸にシ
ャフト１２４０の挿入穴をもち、リブ部１２９３に丸穴
１２９５が設けらている。これは図２に示す丸穴１２１
２と同一寸法形状をなす。

【００３５】磁気回路ブロック１２５０は、ロータヨー
ク１２１０の内周側に樹脂ボビン１２３２と、樹脂ボビ
ンに一方向に巻装された界磁巻線１２３０を設け、その
両端をロータヨーク１２９０でそのリブ部１２９３が互
いに対向しないようにずらして挟みこんだものである。
磁石挿入穴１２１１には、磁石１２８０が隣合う磁石の
磁極が同磁極となる向きに軸方向から挿入され、また丸
穴１２１２、１２９５には丸穴１２１２および１２９５
と同一形状の軟磁性体ピン１２８１が軸方向から圧入さ
れている。

【００３６】本実施例では、ロータヨーク１２９０が磁
路以外に電磁鋼板で構成されるロータヨーク１２１０の
軸方向への動きを拘束する部材を兼ねることができるた
め、非磁性プレートを廃止することが可能となる。な
お、磁石の磁束をロータ内にて短絡する原理、有効磁路
に有効磁束を発生する原理および基本効果については第
１実施例と同様である。

【００３７】また第２および第３実施例の磁石配置も本
実施例にそのまま適用できる。第６実施例を図１５、図
１６図１７に示す（なお、断面図については図２を参照
のこと）。第５実施例のロータをブラシレス化したもの
であり、第５実施例（図１２）に対してロータが異なる
のみであるため、ロータのみを図１５、図１６、図１７
および図２（第１実施例と共通でＥ−Ｅ断面を示す）で
説明する。ここで図１６は図１５のロータのＰ視を、図
１７は図１５のロータのＱ視を示す。

【００３８】図１５に示すが如く、ロータ１２００は、
複数の電磁鋼板で構成されたロータヨーク１２１０、軟
磁性体鉄心よりなるロータヨーク１２７０およびロータ
ヨーク１２７５と、ロータヨーク１２７０とロータヨー
ク１２７５を機械的に繋ぐ非磁性材料で構成されたリン
グ１９５０と、ロータヨーク１２１０およびロータヨー
ク１２７５の内側に設けられ、軟磁性体よりなる界磁巻
線ボビン１２７４と、先端にスプライン１２４１をもつ
シャフト１２４０を有している。

【００３９】界磁巻線ボビン１２７２には界磁巻線１２
３０が一方向に巻装され、またフレーム１９１１に対し
てボルト１９４０で固定される。界磁巻線１２３０はリ
ード部１３５０を介して外部から給電を受けている。図
１５および図１６に示すように、ロータヨーク１２７０
は軟磁性体鉄心を鍛造加工したものであり、円板部１２
７１と、円板部１２７１内径側に構成されるボス部１２
７２と、円板部１２７１から径方向に放射状に張り出し
たｎ／２個のリブ部１２７３で構成される。ボス部１２
７２は、中心軸にシャフト１２４０の挿入穴をもち、リ
ブ部１２７３に丸穴１２７８が設けらている。これは前
記図２に示す丸穴１２１２と同一寸法形状をなす。

【００４０】また、図１７に示すように、ロータヨーク
１２７５は軟磁性体鉄心を鍛造加工したものであり、円
環部１２７６と、円環部１２７６から径方向に放射状に
張り出したｎ／２個のリブ部１２７７で構成される。ま
たリブ部１２７７には丸穴１２７９が設けられている。
磁石挿入穴１２１１には、磁石１２８０が隣合う磁石の
磁極が同磁極となる向きに軸方向から挿入され、また丸
穴１２１２、１２７８および１２７９には丸穴１２１
２、１２７８および１２７９と同一形状の軟磁性体ピン
１２８１が軸方向から圧入されている。

【００４１】ロータ側に界磁巻線を有する構成であるの
に係わらず、本実施例ではブラシレス回転機を実現して
いる。なお、磁石の磁束をロータ内にて短絡する原理、
有効磁路に有効磁束を発生する原理および基本効果につ
いては第１実施例と同様である。また第２および第３実
施例の磁石配置も本実施例にそのまま適用できる。

【００４２】以上説明した様に本発明によれば、埋込み
磁石形回転子の中に有効磁束をコントロール可能な界磁
巻線を設けることにより、回転機の全回転数領域におい
て効率最大となる制御が可能となる。また、磁極を円環
状電磁鋼板により構成しているため遠心力に対して強
く、磁極表面に発生する鉄損を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の一部断面を表す模式図で
ある。

【図２】図１及び図１１のＢ−Ｂ線及び図１２のＤ−Ｄ
線，図１５のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。

【図３】図１及び図１１のＣ−Ｃ線に沿う断面図であ
る。

【図４】磁気回路を表すブロック図である。

【図５】各磁界を表す特性図である。

【図６】磁束密度と磁界の関係を示す特性図である。

【図７】従来の回転機のトルクと回転数の関係を示す特
性図である。

【図８】本発明の回転機のトルクと回転数の関係を示す
特性図である。

【図９】本発明の第２実施例を示す断面図である。

【図１０】本発明の第３実施例を示す断面図である。

【図１１】本発明の第４実施例を示す断面図である。

【図１２】本発明の第５実施例を示す断面図である。

【図１３】図１２におけるロータのＰ視からの矢視図で
ある。

【図１４】図１２におけるロータのＱ視からの矢視図で
ある。

【図１５】本発明の第６実施例を示す断面図である。

【図１６】図１５におけるロータのＰ視からの矢視図で
ある。

【図１７】図１５におけるロータのＱ視からの矢視図で
ある。

【符号の説明】

１０００ 回転電機 １１００ ステ−タ １１２０ ステ−タコア １２００ ロ−タ １２１０、１２２０ ロ−タヨ−ク １２３０ 界磁巻線 １２１１、１２２４ 磁石挿入穴 １２１２、１２２５ 丸穴 １２８０ 磁石 １２８１ 軟磁性体ピン。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子巻線が巻装された固定子と、 磁性体よりなる薄板を軸方向に積層した回転子コアと、 前記回転子コアの磁極表面から前記固定子に磁束を供給
   すると共に、前記回転子コア上にＮ極及びＳ極の磁極を
   構成するように設けられた磁石と、 前記回転子コアのＮ極及びＳ極を磁気的に短絡する短絡
   手段と、 前記短絡手段に流れる磁束量を制御するための界磁巻線
   とを備え、 前記短絡手段により前記回転子コアの薄板を一体にした
   ことを特徴とする永久磁石併用同期回転機。
2. 【請求項２】 前記回転子コアの軸方向に設けられた複
   数の第１の穴を設けると共に、 前記磁石は第１の穴に挿入することで、前記回転子コア
   上にＮ極及びＳ極の磁極を構成したことを特徴とする請
   求項１に記載の永久磁石併用同期回転機。
3. 【請求項３】 前記短絡手段は、前記回転子コアの前記
   磁極の軸方向に設けられた複数の第２の穴に軸方向に挿
   入された磁性体ピンであることを特徴とする請求項１も
   しくは２に記載の永久磁石併用同期回転機。
4. 【請求項４】 前記回転子は、 前記短絡手段と前記界磁巻線とを組み合わせて、軸方向
   に直列に複数配置したことを特徴とする請求項１ないし
   ３のいずれか１項に記載の永久磁石併用同期回転機。
5. 【請求項５】 前記回転子コアの第１の穴は、前記回転
   子コアの中心軸側から放射状に伸びた矩形穴であり、 前記回転子コアの磁極は、第１の穴間に形成されると共
   に、 前記矩形穴の外径側および内径側に設けられた前記磁極
   間を接続する接続部とを有し、 着磁の方向が前記回転子コアの周方向に沿い、かつ隣り
   合う前記磁石の対向し合う極が同極となるように挿入さ
   れたことを特徴とする請求項１ないし４のいづれか１項
   に記載の永久磁石併用同期回転機。
6. 【請求項６】 前記第１の穴は、前記回転子コアの前記
   ピン挿入穴より内径側に設けられ、 前記第１の穴間には、漏洩磁束防止用の抜き穴が設けら
   れると共に、 前記磁石は径方向に着磁され、隣合う磁極が交互に異な
   るように前記第１の穴に挿入されることを特徴とする請
   求項３に記載の永久磁石併用同期回転機。
7. 【請求項７】 前記漏洩磁束防止用の抜き穴に、着磁の
   方向がコアの周方向に沿い、かつ前記磁石により磁化さ
   れる前記回転子コアの前記磁極に対して同じ極が対向す
   るように挿入される補助磁石とを有することを特徴とす
   る請求項６に記載の永久磁石併用同期回転機。
8. 【請求項８】 前記短絡磁路は、 前記回転子コアと、 前記回転子コアの軸方向両端部に設けられると共に、軸
   方向に形成された鉄心ヨークとを有し、 前記磁性体ピンは前記鉄心ヨークに設けられた穴に圧入
   することで、前記回転子コアと前記鉄心ヨ−クとを固定
   することを特徴とする請求項１ないし７のいづれか１項
   に記載の永久磁石併用同期回転機。
9. 【請求項９】 前記請求項１から８のいづれか１項に記
   載の永久磁石併用同期回転機をモータ及び発電機として
   駆動する場合において、 前記永久磁石併用同期回転機の前記固定子巻線に電気的
   に結線され交流電力を供需給する電力変換回路と、 前記界磁巻線に電気的に結線され直流電力を供給する界
   磁回路と、を備え、 前記電力変換回路により前記固定子巻線に流れる電流の
   位相と量と、 前記界磁制御回路により前記界磁巻線に流れる電流量
   と、を調整して、 前記永久磁石併用同期回転機内損失を最小にて駆動する
   ことを特徴とする永久磁石併用同期回転機の駆動方法。
10. 【請求項１０】 前記請求項１から８のいづれか１項に
    記載の永久磁石併用同期回転機をモータとして駆動する
    場合において、 前記永久磁石併用同期回転機の前記固定子巻線に電気的
    に結線され交流電力を供需給する電力変換回路と、 前記界磁巻線に電気的に結線され直流電力を供給する界
    磁回路と、を備え、 前記界磁巻線に通電する電流量を低回転数域で大きく、
    高回転数域で小さくすることを特徴とする永久磁石併用
    同期回転機の駆動方法。
11. 【請求項１１】 前記請求項１から８のいづれか１項に
    記載の永久磁石併用同期回転機を発電機として駆動する
    場合において、 前記界磁巻線に電気的に結線され直流電力を供給する界
    磁回路と、を備え、 前記界磁巻線に通電する電流量を増減して出力を調整す
    ることを特徴とする永久磁石併用同期回転機の駆動方
    法。