特許 6705040 永久磁石回転電機システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6705040

(24)【登録日】2020年5月15日

(45)【発行日】2020年6月3日

(54)【発明の名称】永久磁石回転電機システム

(51)【国際特許分類】

   H02P 25/024 20160101AFI20200525BHJP

   H02K 1/27 20060101ALI20200525BHJP

   H02K 21/14 20060101ALN20200525BHJP

【ＦＩ】

   H02P25/024

   H02K1/27 501M

   H02K1/27 501A

   !H02K21/14 Z

【請求項の数】2

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2019-72871(P2019-72871)

(22)【出願日】2019年4月5日

(62)【分割の表示】特願2014-34320(P2014-34320)の分割

【原出願日】2014年2月25日

(65)【公開番号】特開2019-135907(P2019-135907A)

(43)【公開日】2019年8月15日

【審査請求日】2019年4月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】513296958

【氏名又は名称】東芝産業機器システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(72)【発明者】

【氏名】堺 和人

【審査官】 上野 力

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−００７８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１００６２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０５５１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２５２４８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ２５／０２４

Ｈ０２Ｋ １／２７

Ｈ０２Ｋ ２１／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電機子巻線を有する固定子、及び永久磁石が配置された回転子を有する永久磁石回転電機と、
前記電機子巻線に流す電流の大きさ及び流すタイミングを制御することにより、前記電流により形成される外部磁界によって、前記永久磁石の全体に対して部分的に磁化状態を不可逆的に磁化させ、前記永久磁石回転電機のトルク特性を変化させる制御装置と
を備え、
前記制御装置は、前記永久磁石回転電機に対する要求トルクに応じて、前記永久磁石の不可逆的な磁化状態の変化が可能な領域における極性を反転させる磁石の量を、変えて磁化することを特徴とする永久磁石回転電機システム。

【請求項2】

請求項１に記載の永久磁石回転電機システムにおいて、
モータ動作における不可逆的に磁化する範囲が前記永久磁石の周方向での一方の端部であり、発電動作における不可逆的に磁化する範囲が前記永久磁石の周方向での他方の端部であることを特徴とする永久磁石回転電機システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、最大トルク位相可変の永久磁石回転電機及び永久磁石回転電機制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、トルクが可変な回転電機として、埋め込み永久磁石（ＩＰＭ）モータに対して弱め磁束制御を行うものが知られている。希土類元素の永久磁石は従来の数十倍の磁力を生じるため、高出力で高効率のモータが得られる。そのような永久磁石を用いたＩＰＭモータでは、バッテリや架線電圧のような最大電源電圧が制限される条件下で、中〜高速回転域でモータを駆動するため弱め磁束制御が適用される。弱め磁束制御はインバータ制御を用いてモータの電機子巻線に負のｄ軸電流を流して、永久磁石の鎖交磁束と逆方向の鎖交磁束を作ることにより、全鎖交磁束を減少させて高速時に過電圧が発生するのを抑制する。ＩＰＭモータはこの制御が効果的に作用する磁気的構造を持つ永久磁石回転電機である。

【0003】

ところが、従来の永久磁石回転電機にも、次のような問題点があった。すなわち、埋め込み永久磁石（ＩＰＭ）モータのトルクは永久磁石トルク（ＰＭトルク）成分とリラクタンストルク（Ｒｅトルク）成分から成る。そしてトルクが最大となる電流位相角はＰＭトルク成分とＲｅトルク成分とで異なる。ＰＭトルクの電流位相に対してＲｅトルクの電流位相は周波数が２倍であり、逆位相である。そのため、モータ全体としての総トルクは、２つのトルク成分の最大値の合計値よりも低下する。すなわち、モータとしての最大トルク点では永久磁石の磁束が有効に活用されていない。むしろ、モータの最大トルク点では永久磁石の一部は負のトルクを生じている。

【0004】

そこで、ＰＭトルク成分の波形とＲｅトルク成分の波形の電流位相差が可変なモータが創出できれば、ＰＭトルク成分とＲｅトルク成分とを共に有効に活用でき、モータ性能の向上が期待できる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】堺和人・結城和明・橋場豊・高橋則雄・安井和也・ゴーウッティクンランシー リリット、「可変磁力メモリモータの原理と基本特性」電学論D, Vol.131, No.1, pp53-60(2011)

【非特許文献2】K.Sakai, N.Yuzawa and H.Hashimoto: ”Permanent magnet motors capable of pole changing and three-production mode using magnetization”, IEEJ Journal IA,No.2,No.6(2013)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、上記従来技術の課題に鑑みてなされたもので、回転子に埋め込まれている永久磁石それぞれの磁化分布状態を非対称に変化させることによってＰＭトルク成分の電流位相角特性を変化させ、ＰＭトルク成分とＲｅトルク成分とを共に有効にモータトルクに変換できる最大トルク位相可変の永久磁石回転電機及び永久磁石回転電機制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、電機子巻線を有する固定子、及び永久磁石が配置された回転子を有する永久磁石回転電機と、電機子巻線に流す電流の大きさ及び流すタイミングを制御することにより、電流により形成される外部磁界によって、永久磁石の全体に対して部分的に磁化状態を不可逆的に磁化させ、永久磁石回転電機のトルク特性を変化させる制御装置とを備え、制御装置は、永久磁石回転電機に対する要求トルクに応じて、永久磁石の不可逆的な磁化状態の変化が可能な領域における極性を反転させる磁石の量を、変えて磁化する永久磁石回転電機システムを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明の永久磁石回転電機及び永久磁石回転電機制御装置によれば、回転子の永久磁石それぞれの磁化分布状態を不可逆的に変化させることによってＰＭトルク成分の電流位相角特性を変化させて、ＰＭトルク成分とＲｅトルク成分とを共に有効にモータトルクに変換できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の１つの実施の形態のＩＰＭモータの断面図。

【図2】上記実施の形態のＩＰＭモータにおける回転子の断面図。

【図3】上記実施の形態のＩＰＭモータの回転を制御する制御装置のブロック図。

【図4】上記制御装置によるＩＰＭモータの永久磁石の磁化分布状態を不可逆的に変化させる制御のフローチャート。

【図5】上記実施の形態のＩＰＭモータの回転子において、各磁極の永久磁石それぞれの一部の磁化状態を不可逆的に変化させた状態を示す断面図。

【図6】上記実施の形態のＩＰＭモータの回転子において、第１象限、第２象限の磁極の永久磁石それぞれの一部の磁化状態を不可逆的に変化させた状態を示す断面図。

【図7】本発明の実施例のＩＰＭ同期モータモデルの諸元を示す図。

【図8】上記実施例のＩＰＭ同期モータにおいて、各磁極の磁化反転割合とそれに対する最大トルク点の電流位相角との測定結果を示す図。

【図9】上記実施例のＩＰＭ同期モータの各磁極の磁化反転割合ごとのトルク対電流位相特性を示すグラフ。

【図10】上記実施例のＩＰＭ同期モータの各磁極の磁化反転割合ごとのトルク・速度特性を示すグラフ。

【図11】本発明の第２の実施の形態の永久磁石回転電機に用いる回転子の永久磁石の断面図。

【図12】本発明の第３の実施の形態の永久磁石回転電機に用いる回転子の永久磁石の断面図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

まず、本発明における最大トルク位相可変の永久磁石モータ（ＶＴＰＳ−ＰＭ）の原理について説明する。Ｒｅトルク成分は回転子鉄心形状で決まるため可変にするのは困難である。そこで、ＰＭトルク成分の電流位相を可変にすることを考える。回転子における永久磁石の配置によりｄ−ｑ軸が決まってしまう。そのため、ＶＴＰＳ−ＰＭでは、各磁極の永久磁石の一部を不可逆的に減磁又は不可逆的に磁化反転させることによって永久磁石の位置を変えずにＰＭトルク波形の位相を可変にする。そして、所定の電流、電圧の電源によって低速回転域では高トルク回転でき、高速回転が必要な場合には弱め磁束制御により高速回転域まで回転速度を上昇させることができるようにするのである。

【0011】

尚、本願において「磁化状態を不可逆的に変化させる」ことの意味は、通常運転時に発生する磁界よりも数倍大きい磁界を短時間（瞬間的に）かけることによって永久磁石の一部を他の部分とは異なる磁化状態を変化させ、外部磁界をかけない限りその変化した磁化状態を維持することをいう。しかしながら、いったん不可逆的に磁化状態を変化させた後でも、さらに別の磁界、例えば逆方向の磁界をかけたり、より大きな磁界をかけることによって磁化の度合いを小さく（減磁）したり、磁化方向を反転させたり、元の磁化状態に戻したり、さらには磁化の度合いを大きく（増磁）したりすることができる。

【0012】

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１にＶＴＰＳ−ＰＭの原理を採用した埋め込み永久磁石（ＩＰＭ）モータ１を示している。図１に示すＩＰＭモータ１は４極同期モータ（ＩＰＭＳＭ）である。このＩＰＭモータ１は、４極の回転磁界を生じる電機子巻線１１を有する固定子１０と、４個の永久磁石２１を回転子鉄心２２中に周方向に等角度間隔で埋め込んだ構造の回転子２０から構成されている。

【0013】

固定子１０では、円筒形の固定子鉄心１２の内周側にここでは２４個のスロット１３を放射状に形成し、３相の電機子巻線１１を４極の回転磁界を形成するように巻き付けてある。

【0014】

図２に示すように、回転子２０では、回転子鉄心２２を円柱状に形成し、その中心部に非磁性材の回転軸２３を通している。回転子鉄心２２の中に板状の永久磁石２１を４枚、周方向が幅方向となり、かつ周方向に当角度間隔の配置になるように埋め込んでいる。ここで４枚の永久磁石２１は、磁化方向は半径方向（厚み方向）であり、かつ隣り合う永久磁石２１同士が互いにＮ，Ｓ極が逆向きになるように配置してある。さらに、回転子２０において、回転子鉄心２２には磁気障壁のための空隙２４が各永久磁石２１の両端部それぞれから外周近くまでほぼ半径方向に形成してある。

【0015】

この回転子２０に用いる永久磁石２１は、通常の回転運転時に電機子巻線１１に流す電流よりも３倍〜６倍程度大きい大電流を例えば０．０３秒という短時間、ほぼ瞬間的に流すことにより形成される外部磁界により不可逆的に増磁され、減磁され、無磁化され、あるいは極性反転する可変磁力特性を持っている。その材料としては、希土類磁石、特にサマリウムコバルト磁石が望ましい。サマリウムコバルト磁石は、ネオジム磁石に比べて残留磁束密度及び保磁力の温度係数が小さく、優れた熱安定性を有している。用途と定格により適切な保磁力のものが採用されるが、例えば、保磁力が５００ｋＡ／ｍ以下のものを採用することができる。

【0016】

また、回転子２０において、減磁や磁極反転させない通常状態で永久磁石２１の周方向（幅方向）の中心を半径方向に通る線がｄ軸方向であり、磁気障壁のための空隙２４において半径方向を通る線がｑ軸方向である。そして、図示実施の形態では、４極の回転子２０が構成されている。

【0017】

そして、これらの永久磁石２１は上述したような可変磁力特性を有しており、その幅方向の端部から任意の割合で減磁し、増磁し、磁化反転させ、また無磁化することができる。これにより、各永久磁石２１は幅方向の中心における厚み方向を対称軸として、その幅方向において非対称な磁化分布状態に不可逆的に変化させることができる。そして磁化分布状態を不可逆的に変化させるには、回転子２０の所定の回転位置になったタイミングで、電機子巻線１１に通常の運転時よりも数倍大きな正又は負の大電流を極短時間通電し、その大電流によって生じる強い外部磁界をかけることよって行う。

【0018】

図３に上記構造のＩＰＭモータ（ＩＰＭＳＭ）１の制御装置５０を示している。この制御装置５０は、速度制御部５１、電流ベクトル制御部５２、電流フィードバック制御部５３、ＰＷＭインバータ５４、ＩＰＭモータ１の回転子２０の回転位置を検出するためのパルスジェネレータ、レゾルバ等の位置センサ５５、ロータ位置検出部５６、速度検出部５７で構成されている。そして実施の形態のＩＰＭモータ１に対して、この制御装置５０により電機子巻線１１に負のｄ軸電流を流す制御を行うことでｄ軸方向の磁束を減少させる弱め磁束制御を行う。

【0019】

制御装置５０の制御動作は次の通りである。ＩＰＭモータ１の回転子２０の回転に比例した周期のパルスを位置センサ５５にて発生させ、これをロータ位置検出部５６と速度検出部５７に出力する。ロータ位置検出部５６は位置センサ５５の信号から回転子２０の回転位置θを検出して電流フィードバック制御部５３に出力する。速度検出部５７は回転子２０の回転速度ωを検出し、速度制御部５１と電流ベクトル制御部５２に出力する。

【0020】

速度制御部５１は、例えばアクセルの踏み込み量、マイコンのノッチ指令等の速度指令ω＊と速度検出部５７からの速度検出値ωとを比較し、速度偏差からｑ軸電流指令ｉｑ＊を算出する。速度制御部５１は、このｑ軸電流指令値ｉｑ＊を電流ベクトル制御部５２、電流フィードバック制御部５３に出力する。電流ベクトル制御部５２は、速度検出部５７からの速度検出値ωと速度制御部５１からのｑ軸電流指令値ｉｑ＊とを用いて、電流ベクトル制御アルゴリズムによりｄ軸電流指令値ｉｄ＊を算出し、電流フィードバック制御部５３に出力する。

【0021】

電流フィードバック制御部５３は、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊、回転子回転位置θ、さらにインバータ出力に対する電流検出器５８からの電流検出値Ｉｕ，Ｉｖを入力し（ＩｗはＩｕ，Ｉｖから算出できるので入力しなくてもよい）、これらに基づいて電流ベクトル指令値Ｉ＊を決定する。さらに電流フィードバック制御部５３は、電流ベクトル指令値Ｉ＊から電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を求め、ＰＷＭインバータ５４に出力する。ＰＷＭインバータ５４は、電流フィードバック制御部５３からの電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に対してＰＷＭ（パルス幅変調）を行い、ＩＰＭモータ１の３相各相の電機子巻線１１に必要な電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを流し、このＩＰＭモータ１の回転子２０を速度指令ω＊に一致する速度で回転させる。

【0022】

本実施の形態の永久磁石回転電機１の制御装置５０は、さらに、位相シフト制御部５９を備えている。この位相シフト制御部５９は、図４のフローチャートに示すように、速度指令ω＊、ロータ回転位置検出値θ、速度検出値ωを入力する（ステップＳ１）。

【0023】

そして、速度指令ω＊が切り替えられた時に、自身の記憶している最大トルク指令規準テーブルを参照し、その速度指令ω＊に対応する位相シフト最大トルクが基底最大トルクに対して何％であるかを判断する（ステップＳ２）。また、速度指令ω＊と速度検出値ωとの差から加速か減速かを判断する。現状速度維持の場合にはそのままリターンする（ステップＳ３）。

【0024】

そして加速であり、かつ、位相シフト最大トルク（要求トルク）が基底最大トルクに対して例えば９０％であれば、現状の位相での最大トルク状態から１０％トルク抑制と判断し、次のように第一段階の磁化反転制御を行う（ステップＳ４１，Ｓ４１１）。また基底最大トルクに対して８０％、つまり２０％トルク抑制と判断すれば第二段階の反転制御を行う（ステップＳ４１，Ｓ４１２）。

【0025】

逆にステップＳ３で減速、かつ、位相シフト最大トルク（要求トルク）が基底最大トルクに対して例えば９０％であり、現状のトルク状態が基底最大トルクに対して８０％であれば一段トルク増加と判断し、次のように第一段階の磁化再反転制御を行う（ステップＳ４２，Ｓ４２１）。また要求トルクが基底最大トルク（つまり、１００％）であり、現状のトルク状態が基底最大トルクに対して８０％であれば二段トルク増加と判断し、第二段階の磁化再反転制御を行う（ステップＳ４２，Ｓ４２２）。

【0026】

この磁化反転、磁化再反転制御は、固定子１０の電機子巻線１１に瞬間的に通常よりも大きな電流を流すと共にその流すタイミングをも制御することによって行う。加速時の磁化反転制御を図５、図６を用いて説明する。本来のｄ軸位置よりも回転角θ′だけ位相をずらせたタイミングにて電機子巻線１１に大電流を瞬間的に流す。この位相差θ′はＩＰＭモータ１の定格特性、永久磁石２１の磁気特性、また反転磁化部の割合によって異なる。また電流値についても、用いられている永久磁石２１の材質等により異なるが、通常のモータ駆動電流の３〜６倍の大電流である。そして容量、最大電圧が限られているバッテリや架線の電源によってこのような大電流を継続的に流すのは無理ではあっても、１秒以下の短時間、例えば０．０３秒という瞬間的に大電流を発生させる場合には、そのような電源に対してもダメージとはならない。さらに反転磁化部分を増加させるためにはθ″（＞θ′）だけより大きく位相をずらせたタイミングにて電機子巻線１１に大電流を瞬間的に流すことになる。

【0027】

尚、反転磁化部分を２０％から１０％に減らす場合には、θ′のタイミングにて磁化反転のために大電流を流すか、または、本来のｄ軸位置のタイミングにて磁化再反転のための電流を流した後にθ′のタイミングにて再度磁化反転のための大電流を流す二段階の制御を行う。そして反転磁化部分を１０％から０％に減らす場合には、本来のｄ軸位置のタイミングにて磁化再反転のために上とは逆の大電流を流す。

【0028】

このような磁化反転電流を流すことにより、図６における第１象限に対応する位置の永久磁石２１−１の一部、ここでは右端部が磁化反転させられる。また図６における第２象限に対応する位置の永久磁石２１−２の一部、ここでも右端部が磁化反転させられる。これにより、永久磁石２１−１は、例えば９０％の磁化非反転部２１Ａ−と１０％の磁化反転部２１Ｂ＋、永久磁石２１−２には９０％の磁化非反転部２１Ａ＋と１０％の磁化反転部２１Ｂ−が発生する。そして２０％の磁化反転の場合には、永久磁石２１−１は、８０％の磁化非反転部２１Ａ−と２０％の磁化反転部２１Ｂ＋、永久磁石２１−２には８０％の磁化非反転部２１Ａ＋と２０％の磁化反転部２１Ｂ−が発生する。尚、図６には示されていないが、回転軸２３を介して点対称な第３象限に対応する位置の永久磁石２１−３は第１象限に対応する位置の永久磁石２１−１と同様に一部に磁化反転部２１Ｂ＋が発生し、第４象限に対応する位置の永久磁石２１−４は第２象限に対応する位置の永久磁石２１−２と同様に一部に磁化反転部２１Ｂ−が発生する。

【0029】

一方、減速時には磁化再反転制御により要求トルクの増加に対応する必要がある。いま２０％の磁化反転により低トルク、高速回転の運転状態にあってブレーキが踏まれる、ノッチが下げられる等により減速指令があれば、上述の制御により永久磁石２１の磁化反転部を１０％だけ再反転させる、あるいは２０％再反転させる。これにより、いままでの磁化反転部の磁化方向が１０％だけ、あるいは２０％全部、残りの磁化部と同じ向きに磁化方向が戻されることになる。

【0030】

モータでの発電（回生）動作するとき、又は、発電機として適用するときは、前記で説明した図では、磁石において前記と反対側の左端部を磁化反転して同様に行うことにより発電動作時にも同様な作用や効果を得る。

【実施例1】

【0031】

次に、図７の諸元を持つモータモデルについて、可変磁化によるトルク位相とモータ特性について説明する。このモータモデルは、４極永久磁石同期モータであり、固定子１０の外径１２０ｍｍ、スロット数２４、回転子２０の外径６０ｍｍ、鉄心長さは６０ｍｍ、磁気空隙は０．５ｍｍである。電機子巻線の数１２、巻き数３５、定格電流３．５Ａｒｍｓ、永久磁石２１は１００〜３００ｋＡ／ｍの低保磁力のサマリウムコバルト磁石であり、幅２２ｍｍ、厚み３．５ｍｍを４個、図１に示すように断面がほぼ正方形状になるように配置している。

【0032】

上記モータモデルに対して、図５に示すように各磁極の永久磁石２１をその一端部より部分的に磁化反転させ、磁化反転させた比率％をパラメータとし、磁界解析を行った。得られたモータ特性は次の通りであった。

【0033】

１．トルク対電流位相特性
電流位相を変化させた時の最大トルク点の電流位相角を図８に示し、トルク特性を図９に示す。電流は３．５Ａである。

【0034】

磁化反転が不可能な通常のＩＰＭモータでは最大トルク点の電流位相角は１１５°になる。これは、永久磁石トルク（ＰＭトルク）成分の最大トルク点はｄ軸方向である９０°であるのに対して、リラクタンストルク（Ｒｅトルク）成分が合成されるためである。

【0035】

これに対して、９％（Ａ１の曲線）、１８％（Ａ２の曲線）、２７％（Ａ３の曲線）、３６％（Ａ４の曲線）、４５％（Ａ５の曲線）と永久磁石２１の一部を非対称な磁化分布状態になるように磁化反転させると、最大トルク点の電流位相角が大きくなる方向（進み位相）にシフトする。磁化反転部分の磁石割合が約４５％では、最大トルクとなる電流位相角は１５７°までシフトする。

【0036】

２．可変速特性
部分的に任意の範囲で磁化反転した場合の可変速特性を磁界解析した。磁化反転領域を０〜４５％まで変化させた時のトルク対回転速度（Ｔ−Ｎ）特性を図１０に示す。通常ＩＰＭモードでは曲線Ａ１に示すように最大トルクは２．８Ｎｍ、基底速度は３２００ｒｐｍ、弱め磁束制御による最高回転速度は５６００ｒｐｍである。曲線Ａ２に示す９％磁化反転では、最大トルクは２．３Ｎｍ、基底速度は３８００ｒｐｍ、弱め磁束制御による最高回転速度は８８００ｒｐｍ、曲線Ａ３に示す１８％磁化反転では、最大トルクは１．７Ｎｍ、基底速度は４４００ｒｐｍ、弱め磁束制御による最高回転速度は１５０００ｒｐｍとなる。磁化反転して最大トルク位相角を進み方向にシフトすると、中〜高速回転域の出力が向上し、最高回転速度が約３倍までに高くできることがわかった。

【0037】

基底速度以上の中〜高速域では、過電圧抑制のための弱め磁束制御や高力率化のための進み位相制御を行う。この中〜高速域での出力性能向上の要因は、本実施例のＩＰＭモータが電流進み位相に応じて最大トルク位相角をシフトできるので有効に磁束を利用できることにある。そのため、可変速運転に応じて最大トルク位相を可変すると中〜高速域での出力が大幅に向上できることが確認できた。

【0038】

尚、本発明の実施の形態では、永久磁石回転電機としてＩＰＭモータを例示して説明したが、モータでの発電（回生）動作や永久磁石回転電機として発電機に適用することもできる。また、永久磁石モータに特化して適用する場合には、図１に示したような瞬間的な大電流により磁極を不可逆的に反転させることができる可変磁力特性の永久磁石２１ではなく、図１１に示すように、幅方向の一部にそのような可変磁力特性を持つ永久磁石２１２、残りの部分はそのような瞬間的な大電流によっても不可逆的に減磁も磁化反転もしない固定磁力特性を持つ永久磁石２１１で構成される永久磁石２１′を採用することができる。その場合、可変磁力特性を持つ永久磁石２１２に対して磁極反転制御をすることにより、本実施の形態のＩＰＭモータ１と同様に、最大トルク位相可変の永久磁石モータ（ＶＴＰＳ−ＰＭ）を構成することができる。

【0039】

また、図１２に示すように、幅方向の両端部それぞれが可変磁力特性を持つ永久磁石２１２，２１２、中央の部分が瞬間的な大電流によっても不可逆的に減磁も磁化反転もしない固定磁力特性を持つ永久磁石２１１で構成される永久磁石２１″を採用することもできる。その場合、可変磁力特性を持つ永久磁石２１２に対して磁極反転制御をすることにより、本実施の形態のＩＰＭモータ１と同様に、最大トルク位相可変の永久磁石モータ（ＶＴＰＳ−ＰＭ）を構成することができる。また同時に、発電機のような永久磁石回転電機に対しても適用できる。

【0040】

加えて、上記実施の形態では永久磁石２１の端部の磁化方向を不可逆的に反転させることによって高速回転域への対応を行うようにしたが、永久磁石２１の端部だけその磁力を不可逆的に減磁させることによりＰＭトルク成分の最大トルクの電流位相角を変化させることもできる。また、永久磁石２１の端部だけその磁力を不可逆的に０にすることによりＰＭトルク成分の最大トルクの電流位相角を変化させることもできる。さらには、永久磁石の端部の磁化方向の不可逆的な反転、無磁化、減磁を組み合わせることによってＰＭトルク成分の最大トルクの電流位相角を細かに変化させるようにすることも可能である。

【0041】

さらに、上記実施の形態では、永久磁石４極同期モータ（ＩＰＭＳＭ）について説明したが、極数、スロット数、電源の相数について限定されることはない。また直流、交流についても限定されることはない。さらに、可変磁力永久磁石の配置は、回転子鉄心内に正四角形状に配置するものにとどまらない。例えば、各一対の可変磁力磁石を回転子の外周側に開く逆八の字の配置にした構成でもよい。

【0042】

こうして本発明の永久磁石回転電機によれば、ＰＭトルク成分の波形とＲｅトルク成分の波形の電流位相差を変化させることができ、ＰＭトルク成分とＲｅトルク成分とを共に有効に活用でき、回転性能を向上させることができる。

【産業上の利用可能性】

【0043】

本発明は、ハイブリッド自動車・電気自動車、鉄道等の交通システム、風力発電、海流発電等のエネルギーシステム、エレベータ、エアコン等の家電機器等の社会システム・家電機器分野に広く応用できる。

【符号の説明】

【0044】

１ ＩＰＭモータ（永久磁石モータ）
１０ 固定子
１１ 電機子巻線
１２ 固定子鉄心
２０ 回転子
２１ 永久磁石
２１Ａ± 磁化非反転部
２１Ｂ± 磁化反転部
２２ 回転子鉄心
２３ 回転軸
２４ （磁気障壁としての）空隙

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】