特許 7549187 永久磁石同期モータ

(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】

(24)【登録日】2024-09-03

(45)【発行日】2024-09-11

(54)【発明の名称】永久磁石同期モータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/276 20220101AFI20240904BHJP

【ＦＩ】

H02K1/276

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020140070

(22)【出願日】2020-08-21

(65)【公開番号】P2022035612

(43)【公開日】2022-03-04

【審査請求日】2023-07-21

(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

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】堺 和人

【審査官】安池 一貴

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０９１９４０７８（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１０－００４６７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０２８４９６０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１２／０１４２６０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １／２７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒形状の回転子の外周側に設けられ、電機子巻線を備える固定子と、
前記回転子の各極に設けられ、隣接する隣極との間に、磁気障壁となる空隙が設けられた回転子鉄心と、
前記回転子の各極の前記回転子鉄心に埋め込まれ、前記円筒形状の径方向に並ぶように設けられ、各列に磁化電流による磁束により磁力を変化させる可変磁力磁石及び磁力を変化させない固定磁力磁石を含む２列の磁石と
を備えることを特徴とする永久磁石同期モータ。

【請求項2】

前記２列の磁石は、一方の列を構成するそれぞれの磁石ともう一方の列を構成するそれぞれの磁石が、前記可変磁力磁石と前記固定磁力磁石で対向するように設けられたこと
を特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期モータ。

【請求項3】

前記空隙は、前記２列の磁石の間の前記円筒形状の周方向に設けられたこと
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の永久磁石同期モータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、永久磁石同期モータに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、磁束を変化させる永久磁石を用いたモータの高速回転時等において、永久磁石を減磁する弱め磁束制御を行うことが開示されている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１３５９０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、弱め磁束制御を行うには、減磁と、元の磁力に戻す増磁をするために、通常の制御よりも大きな電流となる磁化電流を流す必要があるため、磁化電流による損失及び高調波による磁気的な損失により、モータの運転効率が低下する。

【0005】

本発明の実施形態の目的は、減磁と増磁をするための磁化電流を抑制した永久磁石同期モータを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の観点に従った永久磁石同期モータは、円筒形状の回転子の外周側に設けられ、電機子巻線を備える固定子と、前記回転子の各極に設けられ、隣接する隣極との間に、磁気障壁となる空隙が設けられた回転子鉄心と、前記回転子の各極の前記回転子鉄心に埋め込まれ、前記円筒形状の径方向に並ぶように設けられ、各列に磁化電流による磁束により磁力を変化させる可変磁力磁石及び磁力を変化させない固定磁力磁石を含む２列の磁石とを備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明の実施形態によれば、減磁と増磁をするための磁化電流を抑制した永久磁石同期モータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１実施形態に係る永久磁石同期モータの１極分の構成を示す上面図。

【図2】第１実施形態に係る１極分の回転子の構成における可変磁力磁石を減磁する磁界を示す簡略図。

【図3】第１実施形態に係る１極分の回転子の構成における可変磁力磁石を増磁する磁界を示す簡略図。

【図4】第１実施形態に係る１極分の回転子の変形例を示す簡略図。

【図5】第１実施形態に係るモータドライブシステムの構成を示す構成図。

【図6】第１実施形態に係る永久磁石同期モータの磁化によるモータ電圧の変化を示す波形図。

【図7】第１実施形態に係る永久磁石同期モータの磁石１１，１２の間の隙間の幅とモータ電圧との相関関係を示す図。

【図8】本発明の第２実施形態に係る１極分の回転子の構成における可変磁力磁石を減磁する磁界を示す簡略図。

【図9】第２実施形態に係る１極分の回転子の構成における可変磁力磁石を増磁する磁界を示す簡略図。

【図10】本発明の第３実施形態に係る１極分の回転子の構成における可変磁力磁石を減磁する磁界を示す簡略図。

【図11】第３実施形態に係る１極分の回転子の構成における可変磁力磁石を増磁する磁界を示す簡略図。

【図12】本発明の第４実施形態に係る永久磁石同期モータの１極分の構成を示す上面図。

【図13】第４実施形態に係る１極分の回転子の構成における可変磁力磁石を減磁する磁界を示す簡略図。

【図14】第４実施形態に係る１極分の回転子の構成における可変磁力磁石を増磁する磁界を示す簡略図。

【図15】第４実施形態に係る１極分の回転子の変形例を示す簡略図。

【図16】第４実施形態に係る永久磁石同期モータの磁化によるモータ電圧の変化を示す波形図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る永久磁石同期モータ１０の１極分の構成を示す上面図である。図面において、同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。図１に示す永久磁石同期モータ１０は、８極のモータの１極分を示すが、２極以上であれば、いくつの極数のモータに適用してもよい。以降の図も同様に、４極又は８極のモータの１極分を示すが、いくつの極数のモータに適用してもよい。

【0010】

永久磁石同期モータ１０は、回転子１、及び、固定子２を備える。永久磁石同期モータ１０は、円筒形状であり、円筒形状の回転子１の外周側に、円筒形状の固定子２が設けられる。回転子１は、固定子２に対して相対的に回転するように、固定子２と接続される。なお、永久磁石同期モータ１０には、インバータ制御をするための電流センサ又は電圧センサ等が設けられてもよいし、回転角を検出するためのレゾルバ等のセンサが設けられてもよい。永久磁石同期モータ１０の各極の構成は、同様であるため、以降では、１極分の構成について主に説明する。

【0011】

回転子１は、２つの可変磁力磁石１１、２つの固定磁力磁石１２、及び、回転子鉄心１３を備える。

【0012】

磁石１１，１２は、円筒形状の回転子鉄心１３を回転軸方向に貫通するように埋め込まれた永久磁石である。磁石１１，１２は、直方体形状（厚い板形状）であり、回転子１側（内周側）から外周側に磁束が発生するように設けられる。

【0013】

可変磁力磁石１１は、固定磁力磁石１２よりも固定子２側に一定の間隔をあけて設けられる。２つの可変磁力磁石１１は、１極分の回転子１の径方向の中心線（ｄ軸）に対して、長方形状の表面の長い方の辺が垂直になる向きで、周方向（又は、径方向に垂直方向）に隙間をあけて１列になるように並べて設けられる。

【0014】

可変磁力磁石１１は、低保磁力の磁石である。また、可変磁力磁石１１は、磁化電流（ｄ軸電流）による磁束を流すことにより、磁力を変化させ、再度、強い磁束を流さない限り、変化後の磁力を保ち続ける。即ち、可変磁力磁石１１は、磁力を不可逆的に変化させることのできる磁石である。

【0015】

２つの固定磁力磁石１２は、２つの可変磁力磁石１１と平行になるように、２つの可変磁力磁石１１と同様に、隙間をあけて１列になるように並べて設けられる。これにより、可変磁力磁石１１の列と固定磁力磁石１２の列が径方向に並ぶように配置される。固定磁力磁石１２は、可変磁力磁石１１よりも磁力の大きい高保磁力の磁石であり、磁力を変化させない磁石である。具体的には、可変磁力磁石１１の磁力を変化させるための磁化電流による磁束を受けても、固定磁力磁石１２の磁力は変わらない。

【0016】

回転子鉄心１３には、磁気障壁用空隙３１及び磁石用空隙３２が設けられる。磁気障壁用空隙３１は、可変磁力磁石１１と固定磁力磁石１２の間の周方向で、自極と隣接する隣極との間に設けられた切欠き状の空隙である。磁気障壁用空隙３１は、可変磁力磁石１１と固定磁力磁石１２との間の磁束の流れを変えるための磁気障壁として設けられる。具体的には、可変磁力磁石１１と固定磁力磁石１２の間に回転子鉄心１３が存在するので、この回転子鉄心１３が磁路として固定磁力磁石１２と隣極の固定磁力磁石１２を磁気的に結合させて固定磁力磁石１２間で磁気的に短絡する。そこで、磁気障壁用空隙３１はこの磁気的な短絡を防止することで、固定磁力磁石１２の磁界が可変磁力磁石１１に効果的に作用できる。磁石用空隙３２は、各磁石１１，１２の両端に設けられ、円弧状に膨らむように設けられた空隙である。磁石用空隙３２は、磁石１１，１２及び回転子鉄心１３の強度を高めるために設けられるが、磁気障壁用空隙３１と同様に、磁気障壁としての機能を有してもよい。なお、磁石用空隙３２は、設けなくてもよい。

【0017】

固定子２は、固定子鉄心２１、及び、電機子巻線２２を備える。電機子巻線２２は、円筒形状の固定子鉄心２１を回転軸方向に貫通するように設けられる。図１では、電機子巻線２２を断面で示す。電機子巻線２２に流れる電機子電流により、永久磁石同期モータ１０が駆動する。電機子電流は、磁化電流（ｄ軸電流）及びトルク電流（ｑ軸電流）を含む。磁化電流とトルク電流は、回転座標系において、電気角９０度の差がある。磁化電流は、磁束を変化させることで、可変磁力磁石１１の磁化を変化させるための電流成分である。トルク電流は、トルクを制御するための電流成分である。

【0018】

図２は、１極分の回転子１の構成における可変磁力磁石１１を減磁する磁界を示す簡略図である。図３は、１極分の回転子１の構成における可変磁力磁石１１を元の磁力に戻すための増磁する磁界を示す簡略図である。図２及び図３は、図１と同様の方向から見た上面を簡略した図であり、４極のモータの構成を示している。

【0019】

図２を参照して、減磁の場合の磁束Ｆｉ１，Ｆｃの流れについて説明する。
１極分の回転子１の扇状の表面の左右両側の径方向の辺を含む直線は、ｄｑ軸の回転座標系のｑ軸となる。１極分の回転子１の扇状の表面を半分にする径方向の中心線は、ｄ軸となる。

【0020】

可変磁力磁石１１の減磁は、永久磁石同期モータ１０の弱め磁束制御を行うために行われる。減磁をするための磁化電流による磁束Ｆｉ１は、内周の方向に流れる。具体的には、磁束Ｆｉ１は、ｄ軸方向で、外周側（固定子２側）から内周側（回転軸側）に流れる。固定磁力磁石１２から発生した磁束Ｆｃは、内周の方向とは反対の外周の方向に流れる。これにより、これらの磁束Ｆｉ１，Ｆｃは、可変磁力磁石１１と固定磁力磁石１２との間で互いに反発する。互いに反発した磁束Ｆｉ１，Ｆｃは、回転子鉄心１３を介して隣極のそれぞれの永久磁石１１，１２間で形成されたそれぞれの磁束のループ回路によりもとに戻る。具体的には、固定子鉄心２１で発生した磁化電流による磁束は、可変磁力磁石１１と回転子鉄心１３を通り、磁気障壁用空隙３１を介して隣極の回転子鉄心１３から隣極の可変磁力磁石１１、そして固定子鉄心２１に戻るような磁化電流の巻線２２を有する固定子鉄心２１と可変磁力磁石１１間で閉じたループが形成される。一方、固定磁力磁石１２はこの磁化電流による磁束によって回転子鉄心１３内で反発されて、回転子鉄心１３から磁気障壁用空隙３１を介して隣極の回転子鉄心１３を通って隣極の固定磁力磁石１２と最内周側回転子鉄心１３、そして固定磁力磁石１２に戻るような固定磁力磁石１２間で閉じたループができる。

【0021】

これらにより、減磁電流を流す減磁動作においては、可変磁力磁石１１は、固定磁力磁石１２から発生した磁束Ｆｃによる影響を低減し、磁化電流による磁束Ｆｉ１により効果的に減磁される。

【0022】

図３を参照して、元の磁力に戻すための増磁の場合の磁束Ｆｉ２，Ｆｃの流れについて説明する。
可変磁力磁石１１の増磁は、永久磁石同期モータ１０の弱め磁束制御から通常の制御に移行するために行われる。したがって、可変磁力磁石１１の増磁は、通常、可変磁力磁石１１を減磁した後に、可変磁力磁石１１を減磁前のもとの磁力に戻すために行われる。

【0023】

増磁をするための磁化電流による磁束Ｆｉ２は、外周の方向に流れる。固定磁力磁石１２から発生した磁束Ｆｃは、外周の方向に流れる。これにより、これらの磁束Ｆｉ２，Ｆｃは、同一方向に流れる。また、磁気障壁用空隙３１により、固定磁力磁石１２の磁束は隣極への漏れを抑制されて可変磁力磁石１１の増磁方向に効果的に加わる。

【0024】

これらにより、磁化電流による磁束Ｆｉ２の増磁作用に、固定磁力磁石１２の磁場によるアシストが加わり、可変磁力磁石１１が増磁される。

【0025】

なお、図４に示す回転子１ａのように、２つの可変磁力磁石１１の間の隙間、及び、２つの固定磁力磁石１２の間の隙間は、無くてもよい。また、可変磁力磁石１１及び固定磁力磁石１２は、それぞれ１つでもよいし、３つ以上設けられてもよい。さらに、３つ以上の可変磁力磁石１１又は３つ以上の固定磁力磁石１２が設けられる場合において、互いに隣接する可変磁力磁石１１又は固定磁力磁石１２の間に、隙間は、設けられてもよいし、無くてもよい。

【0026】

図５は、本実施形態に係るモータドライブシステム４０の構成を示す構成図である。なお、モータドライブシステム４０は、レゾルバ等により検出した回転角により制御するシステムでもよいし、回転角を推定して制御するセンサレス制御を採用したシステムでもよい。さらに、モータドライブシステム４０は、ここで説明する構成に限らず、どのように構成してもよい。

【0027】

モータドライブシステム４０は、永久磁石同期モータ１０、インバータ４１、制御装置４２、及び、電流センサ４３を備える。制御装置４２は、電流指令演算部４２１、電流制御部４２２、及び、インバータ制御回路４２３を備える。

【0028】

インバータ４１は、永久磁石同期モータ１０に三相交流電力を供給して、永久磁石同期モータ１０を駆動する。制御装置４２は、インバータ４１を介して、永久磁石同期モータ１０の駆動を制御する。電流センサ４３は、インバータ４１から永久磁石同期モータ１０に供給される三相交流電流を検出して、検出した三相交流電流値Ｉ３を制御装置４２に出力する。

【0029】

電流指令演算部４２１には、トルク指令値Ｔｒ及び磁束指令値φｒが入力される。例えば、モータドライブシステム４０が車両に設けられた場合。車両の運転状態に応じて、トルク指令値Ｔｒ及び磁束指令値φｒが決定される。

【0030】

電流指令演算部４２１は、トルク指令値Ｔｒに基づいて、トルク電流指令値Ｉｑｒを生成し、磁束指令値φｒに基づいて、磁束電流指令値Ｉｄｒを生成する。電流指令演算部４２１は、磁束指令値φｒに基づいて、可変磁力磁石１１を磁化（減磁又は増磁）するか否かを決定する。可変磁力磁石１１を磁化する場合、電流指令演算部４２１は、可変磁力磁石１１に磁化電流が流れるように、磁束電流指令値Ｉｄｒを生成する。電流指令演算部４２１は、生成したトルク電流指令値Ｉｑｒ及び磁束電流指令値Ｉｄｒを電流制御部４２２に出力する。

【0031】

電流制御部４２２は、電流センサ４３により検出された三相交流電流値Ｉ３に基づいて、トルク電流指令値Ｉｑｒ及び磁束電流指令値Ｉｄｒに対応する三相交流電流がインバータ４１から出力されるように、三相交流電圧指令値Ｖ３ｒを生成する。電流制御部４２２は、生成した三相交流電圧指令値Ｖ３ｒをインバータ制御回路４２３に出力する。

【0032】

インバータ制御回路４２３は、三相交流電圧指令値Ｖ３ｒに基づいて、インバータ４１から出力される三相交流電圧を制御するように、インバータ４１に制御信号Ｇｔを出力する。例えば、インバータ制御回路４２３は、インバータ４１をＰＷＭ（Pulse Width Modulation、パルス幅変調）制御をするためのゲート信号を出力する。これにより、永久磁石同期モータ１０は、トルク指令値Ｔｒ及び磁束指令値φｒに従って制御される。

【0033】

図６は、本実施形態に係る永久磁石同期モータ１０の磁化によるモータ電圧の変化を示す波形図である。図７は、本実施形態に係る永久磁石同期モータ１０の各磁極のある２つの可変磁力磁石１１の間の隙間の幅とモータ電圧との相関関係を示す図である。図６及び図７において、磁化電流は、定格電流の１．５倍である。

【0034】

図６では、可変磁力磁石１１の初期状態（完全磁化状態）、減磁状態、及び、増磁状態（減磁状態から増磁した状態）のそれぞれのモータ電圧（三相交流電圧）の各相電圧の波形を示している。

【0035】

図７では、互いに隣接する可変磁力磁石１１同士又は固定磁力磁石１２同士の間の隙間の幅と、初期状態、減磁状態、及び、増磁状態のそれぞれのモータ電圧との相関関係を示している。図７に示すように、可変磁力磁石１１又は固定磁力磁石１２の間の隙間の幅を調整することで、各状態のモータ電圧を調整することができる。例えば、隙間の幅を３ｍｍにすることで、減磁状態と増磁状態の電圧（磁束）の変化幅を、初期状態に対して約４６％から約９１％にすることができる。

【0036】

本実施形態によれば、回転子１の１極分の構成において、可変磁力磁石１１を流れた後の減磁をするための磁化電流による磁束Ｆｉ１と固定磁力磁石１２の磁束Ｆｃが回転子鉄心１３中で反発し合うように構成されることにより、磁化電流による磁束は回転子鉄心１３と隣極の可変磁力磁石１１に主に作用し、同時に固定磁力磁石１２の磁束Ｆｃによる可変磁力磁石１１への影響を抑制して効果的に可変磁力磁石１１を減磁できる。

【0037】

また、増磁をするための磁化電流による磁束Ｆｉ２の増磁作用に、固定磁力磁石１２の磁化電流の磁束と同方向の磁場によるアシストがされるように構成されることにより、増磁をする場合の磁化電流を抑制することができる。

【0038】

さらに、磁気障壁用空隙３１が設けられることにより、可変磁力磁石１１を増磁する場合は、固定磁力磁石１２の隣極の固定磁力磁石１２への漏れ磁束を抑制して固定磁力磁石１２の磁場により可変磁力磁石１１への増磁作用をさらにアシストすることができる。

【0039】

（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態に係る１極分の回転子１Ａの構成における可変磁力磁石１１を減磁する磁界を示す簡略図である。図９は、第２実施形態に係る１極分の回転子１Ａの構成における可変磁力磁石１１を増磁する磁界を示す簡略図である。図８及び図９では、４極のモータの構成を示している。

【0040】

図８及び図９に示す回転子１Ａは、図２及び図３に示す第１実施形態に係る回転子１において、可変磁力磁石１１と固定磁力磁石１２の位置を入れ替えたものである。その他の点については、本実施形態は、第１実施形態と同様である。

【0041】

図８を参照して、減磁の場合の磁束Ｆｉ１，Ｆｃの流れについて説明する。
可変磁力磁石１１を流れた後の減磁をするための磁化電流による磁束Ｆｉ１は、固定磁力磁石１２の磁束Ｆｃとは反対方向に流れる。したがって、磁化電流による磁束は固定磁力磁石１２の磁束よりも大きくする必要がある。

【0042】

図９を参照して、増磁の場合の磁束Ｆｉ２，Ｆｃの流れについて説明する。
第１実施形態と同様に、増磁をするための磁化電流による磁束Ｆｉ２と固定磁力磁石１２から発生した磁束Ｆｃは、同一方向に流れる。

【0043】

これにより、第１実施形態と同様に、磁化電流による磁束Ｆｉ２の増磁作用に、固定磁力磁石１２の磁場によるアシストが加わり、可変磁力磁石１１が増磁される。

【0044】

なお、本実施形態についても、第１実施形態と同様に、可変磁力磁石１１及び固定磁力磁石１２は、いくつ設けられてもよいし、互いに隣接する磁石１１，１２の間の隙間は、無くてもよい。

【0045】

本実施形態によれば、増磁をするための磁化電流による磁束Ｆｉ２の増磁作用に、固定磁力磁石１２の磁場によるアシストがされるように構成されることにより、増磁をする場合の磁化電流を抑制することができる。

【0046】

さらに、磁気障壁用空隙３１が設けられることにより、可変磁力磁石１１を増磁する場合は、固定磁力磁石１２が回転子鉄心１３を介して隣極の固定磁力磁石１２に漏れることを抑制して固定磁力磁石１２の磁場により増磁作用をさらにアシストすることができる。

【0047】

（第３実施形態）
図１０は、本発明の第３実施形態に係る１極分の回転子１Ｂの構成における可変磁力磁石１１を減磁する磁界を示す簡略図である。図１１は、第３実施形態に係る１極分の回転子１Ｂの構成における可変磁力磁石１１を増磁する磁界を示す簡略図である。図１０及び図１１では、４極のモータの構成を示している。

【0048】

図１０及び図１１に示す回転子１Ｂは、図２及び図３に示す第１実施形態に係る回転子１において、２つの可変磁力磁石１１うちの１つと２つの固定磁力磁石１２のうちの１つの位置を入れ替えたものである。その他の点については、本実施形態は、第１実施形態と同様である。なお、図１０及び図１１に示す回転子１Ｂの２つの可変磁力磁石１１と２つの固定磁力磁石１２の位置を入れ替えても、本実施形態と同様の構成となる。

【0049】

図１０を参照して、減磁の場合の磁束Ｆｉ１，Ｆｃの流れについて説明する。
減磁をするための磁化電流による磁束Ｆｉ１は、可変磁力磁石１１と回転子鉄心１３を通って磁気障壁空隙３１を介して隣極の回転子鉄心１３と可変磁力磁石１１を通り固定子鉄心１３に戻るループと、外周側に設けられた可変磁力磁石１１を流れた後に回転子鉄心１３から内周側に設けられた可変磁力磁石１１へと流れる２つの主なループを形成する。固定磁力磁石１２から発生した磁束Ｆｃは、磁化電流による磁束Ｆｉ１を避けるように回転子鉄心１３を通って固定磁力磁石１２間で閉じたループを形成する。このように、磁化電流による磁束が効果的に可変磁力磁石１１を主に通り、同時に固定磁力磁石１２の磁束Ｆｃによる悪影響を低減できる。

【0050】

これにより、可変磁力磁石１１は、磁化電流による磁束が固定磁力磁石１２を介さずに流れることで効果的に減磁され、同時に固定磁力磁石１２から発生した磁束Ｆｃによる影響を低減して減磁できる。

【0051】

図１１を参照して、増磁の場合の磁束Ｆｉ２，Ｆｃの流れについて説明する。
第１実施形態と同様に、増磁をするための磁化電流による磁束Ｆｉ２と固定磁力磁石１２から発生した磁束Ｆｃは、同一方向に流れる。

【0052】

これにより、第１実施形態と同様に、磁化電流による磁束Ｆｉ２の増磁作用に、固定磁力磁石１２の磁場によるアシストが加わり、可変磁力磁石１１が増磁される。
さらにもう一つの磁化電流による磁束の流れは、外周側可変磁力磁石１１aと回転子鉄心１３と内周側可変磁力磁石１１ｂを通るループが形成される。

【0053】

これらの２つの主な磁束の流れと固定磁力磁石１２のアシストによって少ない磁化電流で可変磁力磁石１１を増磁できる。

【0054】

なお、本実施形態についても、第１実施形態と同様に、可変磁力磁石１１及び固定磁力磁石１２は、いくつ設けられてもよいし、互いに隣接する磁石１１，１２の間の隙間は、無くてもよい。

【0055】

本実施形態によれば、回転子１Ｂの１極分の構成において、減磁をするための磁化電流による磁束Ｆｉ１が外周側と内周側にずらして設けられた２つの可変磁力磁石１１のみを通り抜ける経路を形成するように構成されることにより、固定磁力磁石１２の磁束Ｆｃによる影響を抑制して磁化電流を流すことができる。

【0056】

また、増磁をするための磁化電流による磁束Ｆｉ２の増磁作用に、固定磁力磁石１２の磁場によるアシストがされるように構成されることにより、増磁をする場合の磁化電流を抑制することができる。さらに、外周側と内周側にずらして設けられた２つの可変磁力磁石１１のみを通り抜ける経路を形成するように構成されることにより、効果的に可変磁力磁石１１のみを増磁できる。

【0057】

さらに、磁気障壁用空隙３１が設けられることにより、可変磁力磁石１１を減磁する場合は、固定磁力磁石１２の磁場による影響をさらに低減し、可変磁力磁石１１を増磁する場合は、固定磁力磁石１２の磁場により増磁作用をさらにアシストすることができる。

【0058】

（第４実施形態）
図１２は、本発明の第４実施形態に係る永久磁石同期モータ１０Ｃの１極分の構成を示す上面図である。図１２に示す永久磁石同期モータ１０Ｃは、８極のモータの１極分を示す。

【0059】

永久磁石同期モータ１０Ｃは、図１に示す第１実施形態に係る永久磁石同期モータ１０において、回転子１を回転子１Ｃに代えたものである。回転子１Ｃは、第１実施形態に係る回転子１において、可変磁力磁石１１及び固定磁力磁石１２の数及び配置を変えたものである。その他の点については、本実施形態は、第１実施形態と同様である。

【0060】

可変磁力磁石１１及び固定磁力磁石１２は、第１実施形態と同様に、径方向に２つの列を構成するように設けられる。各列は、可変磁力磁石１１と固定磁力磁石１２が交互に周方向に延びるように設けられる。外周側の磁石１１，１２の列は、列の両端に可変磁力磁石１１が設けられ、２つの可変磁力磁石１１の間に固定磁力磁石１２が設けられる。内周側の磁石１１，１２の列は、列の両端に固定磁力磁石１２が設けられ、２つの固定磁力磁石１２の間に可変磁力磁石１１が設けられる。これにより、２つの列のそれぞれの磁石１１，１２は、可変磁力磁石１１と固定磁力磁石１２で対向するように設けられる。

【0061】

なお、図１２では、磁石１１，１２の２つの列は、中央に位置する磁石１１，１２が内周側に寄り、両端に位置する磁石１１，１２が外周側に寄り、全体として、内周側に膨らむ弧を描くように、磁石１１，１２が並べられている。磁石１１，１２の２つの列の並べ方は、これに限らず、どのように並べてもよい。

【0062】

また、図１２では、第１実施形態と同様に設けられた磁気障壁用空隙３１の他に、外周側の磁石１１，１２の列の両端よりも少し外周側で、自極と隣極との間に切欠き状の磁気障壁用空隙３１Ｃが設けられているが、この磁気障壁用空隙３１Ｃは、自極と隣極との間の何処に設けられてもよいし、設けなくてもよい。

【0063】

図１３は、１極分の回転子１Ｃの構成における可変磁力磁石１１を減磁する磁界を示す簡略図である。図１４は、１極分の回転子１Ｃの構成における可変磁力磁石１１を増磁する磁界を示す簡略図である。図１３及び図１４では、４極のモータの構成を示している。

【0064】

図１３を参照して、減磁の場合の磁束Ｆｉ１，Ｆｃの流れについて説明する。
磁化電流による減磁時の磁束の流れは主に２つあり、一つ目の磁化電流による磁束に関して説明する。外周側の列の可変磁力磁石１１の両端側を流れる磁化電流による磁束Ｆｉ１と、内周側の列の固定磁力磁石１２から発生した磁束Ｆｃは、第１実施形態と同様に、磁石１１，１２の２つの列の間で互いに反発する。互いに反発した磁束Ｆｉ１，Ｆｃは、回転子鉄心１３を介して形成されたそれぞれの磁束のループ回路によりもとに戻る。もう一つの外周側の列の可変磁力磁石１１の中央側を流れる磁化電流による磁束Ｆｉ１は、その後、内周側の列の可変磁力磁石１１を流れる。磁化電流による磁束Ｆｉ１が外周と内周の可変磁力磁石１１のみを通るので内周部の可変磁力磁石１１を含めて効果的に減磁できる。

【0065】

これにより、可変磁力磁石１１は、固定磁力磁石１２から発生した磁束Ｆｃによる影響を低減し、磁化電流による磁束Ｆｉ１により減磁される。

【0066】

図１４を参照して、増磁の場合の磁束Ｆｉ２，Ｆｃの流れについて説明する。
磁化電流による増磁時の磁束の流れは主に２つあり、一つ目の磁化電流による磁束に関して説明する。第１実施形態と同様に、増磁をするための磁化電流による磁束Ｆｉ２と固定磁力磁石１２から発生した磁束Ｆｃは、同一方向に流れる。

【0067】

これにより、第１実施形態と同様に、磁化電流による磁束Ｆｉ２の増磁作用に、固定磁力磁石１２の磁場によるアシストが加わり、可変磁力磁石１１が増磁される。
さらにもう一つの外周側の列の可変磁力磁石１１の中央側を流れる磁化電流による磁束Ｆｉ２は、その後、内周側の列の可変磁力磁石１１を流れる。磁化電流による磁束Ｆｉ２が外周と内周の可変磁力磁石１１のみを通るので内周部の可変磁力磁石１１を含めて効果的に増磁できる。

【0068】

なお、本実施形態についても、第１実施形態と同様に、可変磁力磁石１１及び固定磁力磁石１２は、いくつ設けられてもよいし、互いに隣接する磁石１１，１２の間の隙間は、無くてもよい。また、図１５に示す回転子１Ｃａのように、図１３，１４に示す回転子１Ｃにおいて、全ての可変磁力磁石１１と全ての固定磁力磁石１２を入れ替えた構成にしてもよい。

【0069】

図１６では、第１実施形態の図６と同様に、本実施形態に係る可変磁力磁石１１の初期状態、減磁状態、及び、増磁状態のそれぞれのモータ電圧の各相電圧の波形を示している。図１６から分かるように、本実施形態の構成では、特に、減磁状態において、モータ電圧が限りなくゼロに近づく。

【0070】

本実施形態によれば、回転子１Ｃの１極分の構成において、次のように構成される。減磁の場合、一方の経路を流れる磁化電流による磁束Ｆｉ１は、第１実施形態と同様に、固定磁力磁石１２の磁束Ｆｃと反発し合うように構成する。また、もう一方の経路を流れる磁化電流による磁束Ｆｉ１は、第３の実施形態と同様に、可変磁力磁石１１のみを通り抜ける経路を形成するように構成する。これにより、可変磁力磁石１１の磁束Ｆｃによる影響を抑制して、減磁するための磁化電流を流すことができる。

【0071】

また、他の実施形態と同様に、増磁をするための磁化電流による磁束Ｆｉ２の増磁作用に、固定磁力磁石１２の磁場によるアシストが加わるように構成されることにより、増磁をする場合の磁化電流を抑制することができる。

【0072】

さらに、磁気障壁用空隙３１，３１Ｃが設けられることにより、可変磁力磁石１１を減磁する場合は、固定磁力磁石１２の磁場による影響をさらに低減し、可変磁力磁石１１を増磁する場合は、固定磁力磁石１２の磁場により増磁作用をさらにアシストすることができる。

【0073】

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、構成要素を削除、付加又は変更等をしてもよい。また、複数の実施形態について構成要素を組合せ又は交換等をすることで、新たな実施形態としてもよい。このような実施形態が上述した実施形態と直接的に異なるものであっても、本発明と同様の趣旨のものは、本発明の実施形態として説明したものとして、その説明を省略している。
以下に、本願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
円筒形状の回転子の外周側に設けられ、電機子巻線を備える固定子と、
前記回転子の各極に設けられ、隣接する隣極との間に、磁気障壁となる空隙が設けられた回転子鉄心と、
前記回転子の各極の前記回転子鉄心に埋め込まれ、前記円筒形状の径方向に並ぶように設けられ、一方の列に、磁化電流による磁束により磁力を変化させる可変磁力磁石を含み、もう一方の列に、磁力を変化させない固定磁力磁石を含む２列の磁石と
を備えることを特徴とする永久磁石同期モータ。
［２］
前記空隙は、前記２列の磁石の間の前記円筒形状の周方向に設けられたこと
を特徴とする［１］に記載の永久磁石同期モータ。
［３］
前記２列の磁石は、前記固定子側の列に前記可変磁力磁石を含み、前記回転子の列に前記固定磁力磁石を含むこと
を特徴とする［１］に記載の永久磁石同期モータ。
［４］
前記２列の磁石は、前記固定子側の列に前記固定磁力磁石を含み、前記回転子の列に前記可変磁力磁石を含むこと
を特徴とする［１］に記載の永久磁石同期モータ。
［５］
前記２列の磁石は、各列に前記可変磁力磁石及び前記固定磁力磁石を含むこと
を特徴とする［１］に記載の永久磁石同期モータ。
［６］
前記２列の磁石は、一方の列を構成するそれぞれの磁石ともう一方の列を構成するそれぞれの磁石が、前記可変磁力磁石と前記固定磁力磁石で対向するように設けられたこと
を特徴とする［５］に記載の永久磁石同期モータ。

【符号の説明】

【0074】

１…回転子、２…固定子、１０…永久磁石同期モータ、１１，１１ａ，１１ｂ…可変磁力磁石、１２…固定磁力磁石、１３…回転子鉄心、２１…固定子鉄心、２２…電機子巻線、３１…磁気障壁用空隙、３２…磁石用空隙。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】