JP2000116085A - 永久磁石式リラクタンス型回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小形、高出力にして広範囲の可変速運転が可
能な永久磁石式リラクタンス型回転電機を提供すること
である。 【解決手段】 電機子コイル２を有する固定子１と、周
方向に磁気的に凹凸を有する回転子３とを備えている。
回転子３の隣合う磁極間を通る電機子の磁束を打ち消す
ような永久磁石６が鉄心に設けられ、それら永久磁石６
は回転子３の磁化の容易方向とは異なる方向に磁化され
ている。電機子コイルが無励磁時に永久磁石の発生する
磁束の３０％以上が回転子内に分布し、負荷時に永久磁
石による鎖交磁束が電流と永久磁石の合成の鎖交磁束の
１０％以上となるように回転子３に磁性部７が設けられ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は新規の磁極構成によ
り小型・高出力で広範囲の運転が可能となる永久磁石を
複合した永久磁石式リラクタンス型回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のリラクタンス型回転電機は図１４
に示すように電機子コイル２を有する固定子１と、突極
回転子３とで構成されるもので、回転子３に界磁を形成
するコイルが不要であり、回転子３は凹凸のある鉄心４
のみで構成できる。このためリラクタンス型回転電機は
簡素であり、かつ安価である。

【０００３】つぎに、リラクタンス型回転電機の出力の
発生原理について述べる。リラクタンス型回転電機は回
転子に凹凸があることにより、凸部で磁気抵抗が小とな
り、凹部では磁気抵抗が大となる。すなわち、凸部と凹
部上の空隙部分で電機子のコイルに電流を流すことによ
り蓄えられる磁気エネルギーが異なる。この磁気エネル
ギーの変化により、出力が発生する。また、凸部と凹部
は幾何的でのみでなく、磁気的に凹凸を形成できる（磁
気抵抗、磁束密度分布が回転子の位置により異なる）形
状であればよい。

【０００４】他の高性能な回転電機として、永久磁石回
転電機がある。電機子は誘導機やリラクタンス型回転電
機と同様に構成されるが、回転子は鉄心と回転子のほぼ
全周にわたり永久磁石が配置されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】つぎに前記の従来機に
おける技術課題について述べる。

【０００６】リラクタンス型回転電機は回転子鉄心表面
の凹凸により回転位置により磁気抵抗が異なり、磁束密
度も変化することになる。この変化により磁気エネルギ
ーが変化して出力が得られる。

【０００７】しかし、電流が増加すると伴に磁極となる
鉄心凸部において局部的な磁気飽和が拡大する。これに
より、磁極の磁気抵抗は高くなり、磁極間となる歯の凹
の部分に漏れる磁束が増加して、有効な磁束は減少して
出力が低下する。または、磁気エネルギーから考える
と、鉄心歯の磁気飽和で生じる漏れ磁束により、空隙磁
束密度の変化が緩やかになり、磁気エネルギー変化が小
となる。このため、電流に対して出力の増加率が低下
し、やがて出力は飽和する。

【０００８】一方、他の方式の高出力の回転電機として
高磁気エネルギー積の希土類永久磁石を適用した永久磁
石電動機がある。永久磁石電動機では、回転子鉄心の表
面に永久磁石を配置しているので、界磁に高エネルギー
の永久磁石を適用することにより高磁界を電動機のエア
ギャップに形成できるので小型・高出力が可能となる。

【０００９】しかし、永久磁石の磁束は一定であるので
高速回転時に電機子コイルに誘導される電圧は比例して
大きくなる。したがって、高速回転までの広範囲の可変
速運転を行う場合、界磁の永久磁石の磁束を減らすこと
ができないため、電流電圧を一定とすると基底速度の２
倍以上の定出力運転は困難である。

【００１０】そこで、本発明は小型・高出力で広範囲の
可変速運転が可能な永久磁石式リラクタンス型回転電機
を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１に対応する永久磁石式リラクタンス型回転
電機は、電機子コイルを持つ固定子と、周方向に磁気的
に凹凸を有する回転子とを備え、この回転子の隣合う磁
極間を通る電機子の磁束を打ち消すような永久磁石が鉄
心に設けられ、前記永久磁石は回転子の磁化の容易方向
とは異なる方向に磁化されており、電機子コイルの無励
磁時に永久磁石の発生する磁束の３０％以上が回転子内
に分布し、負荷時に永久磁石による鎖交磁束が電流と永
久磁石の合成の鎖交磁束の１０％以上となるように回転
子に磁性部を設けたことを特徴とする。

【００１２】ここで、負荷時の電流と永久磁石の合成の
鎖交磁束は、電流の磁束ベクトルと永久磁石の磁束ベク
トルの位相差で変化するので、互いに影響を与えないよ
うな位相が９０度の交差状態としたときの合成の鎖交磁
束量と定義する。

【００１３】回転子鉄心は磁気的に凹凸が形成されてい
るので、凸部分がリラクタンスモータとしての磁極とな
り、凹は磁極間となる。すなわち、凸は回転子の磁化の
容易方向となり、凹は回転子の磁化の困難軸方向であ
る。

【００１４】永久磁石は、前記凹凸の回転子鉄心の凹の
部分に配置されており、無励磁時では、永久磁石の発生
する磁束の３０％以上が回転子内に分布するように、永
久磁石の磁束を磁気的に短絡する磁性部がある。この回
転子構成により、回転中に発生する誘起電圧は定格電圧
の０〜７０％にできる。一例として、誘起電圧を３３％
とすれば基底速度の３倍の高速回転まで回転させても電
源回路に過電圧を与えることはない。

【００１５】つぎに、負荷時においては、磁極と磁極間
の境界で磁気的に短絡する磁性部が、負荷電流による磁
束により強く磁気飽和する。これにより、磁極間に分布
する永久磁石の磁束が増加する。磁極間にある永久磁石
の磁束の一部が磁極間の中心軸方向に分布するように、
磁極間の磁性部が磁路となって構成され、負荷時には永
久磁石による鎖交磁束は電流と永久磁石の合成の鎖交磁
束の１０％以上あるように、前記の境界の磁性部と磁極
間の磁性部が構成されている。

【００１６】前記の永久磁石の磁束は、磁極間の中心軸
方向から侵入する電機子電流による磁束を反発させ、さ
らに永久磁石の比透磁率がほぼ１であるので磁石方向の
磁気抵抗を高くする作用がある。すなわち、永久磁石の
磁束と逆方向の電機子電流の磁束が打ち消し合うので、
磁極間の中心軸方向の合成磁束は小となるか、電流が小
の場合では合成磁束は電流磁束と逆方向になる。

【００１７】これにより、磁極間の中心軸方向の鎖交磁
束は小となるので、磁極間の磁気的な凹の変化が大きく
なり、出力が増加する。同時に、磁極間の中心軸方向の
鎖交磁束の減少で端子電圧は低くなり、力率も向上す
る。また、電流の磁束は磁極部となる凸の回転子鉄心に
集中して通るように分布する。これにより、空隙磁束分
布の凹凸の変化が大きくなるので、磁気エネルギ変化が
大となり、高トルク及び高力率を生じる。

【００１８】広範囲の可変速運転を得る端子電圧の調整
幅については、次のような作用となる。

【００１９】本発明の回転電機では、磁極間の凹部分の
一部のみに永久磁石があることから、回転子表面のほぼ
全周に永久磁石がある従来の永久磁石回転電機よりも永
久磁石の表面積が狭くなり、永久磁石による鎖交磁束量
も少なくなっている。そして、永久磁石による鎖交磁束
に、電機子電流（リラクタンス回転電機の励磁電流成分
とトルク電流成分）による鎖交磁束が加わって、端子電
圧を誘導する。

【００２０】永久磁石回転電機では、磁石の鎖交磁束が
端子電圧のほとんどを占めているので端子電圧を調整す
ることが困難である。一方、本発明の回転電機は、磁石
の鎖交磁束が小であるので、励磁電流成分を広く調整す
ることにより、端子電圧を幅広く調整できる。すなわ
ち、速度に応じて電圧が電源電圧以下となるよう励磁電
流成分を調整することができるので、定電圧電源で広範
囲の可変速運転が可能となる。

【００２１】さらに次の作用がある。永久磁石の磁束の
一部が短絡の磁性部を通って漏れるため、永久磁石内部
の反磁界を小とすることができる。すなわち、永久磁石
のＢ（磁束密度）−Ｈ（磁界の強さ）特性である減磁曲
線上の動作点が高くなり（パーミアンス係数は大とな
る）、温度、電機子反作用に対する耐減磁特性が向上す
る。特に、磁極間軸方向の磁束を形成する電機子電流で
永久磁石の磁束を打ち消すようにした場合、永久磁石に
減磁界が作用するが、減磁を防ぐことができる。

【００２２】また、同時に永久磁石を鉄心内に埋め込む
ことになるので、回転子鉄心が永久磁石の保持機能とな
り、高速回転に耐え得る。

【００２３】請求項２に対応する永久磁石式リラクタン
ス型回転電機は、電磁子コイルを持つ固定子と、周方向
に磁気的に凹凸を有する回転子とを備え、この回転子の
磁極間を通る電機子の磁束を打ち消すような永久磁石が
鉄心に設けられ、前記永久磁石は回転子の磁化容易方向
とは異なる方向に磁化されており、固定子コイルの無励
磁時に永久磁石の発生する磁束の８０％以上が回転子内
に分布し、負荷時に永久磁石による鎖交磁束が電流と永
久磁石の合成の鎖交磁束の５％以上となるように回転子
に磁性部を設けたことを特徴とする。

【００２４】基本的な作用は請求項１と同様であるが、
無励磁時に永久磁石の発生する磁束の８０％以上が回転
子内に分布するので、誘導電圧は極めて小となる。これ
により、電源を含めて電気的な短絡が発生しても、永久
磁石の誘導電圧による電流が僅かであり、焼損・過大な
ブレーキ力を防ぐことができる。また、永久磁石の磁束
で固定子鉄心内に生じる鉄損は小となるので、無負荷、
軽負荷時の効率が向上する。

【００２５】さらに、負荷時には永久磁石による鎖交磁
束は電流と永久磁石の合成の鎖交磁束の５％以上となる
ように磁性部材が設けられる。負荷時では、前記永久磁
石の磁束と電機子電流の磁束が打ち消し合うので、磁極
間の中心軸方向の合成磁束は小となる。

【００２６】これにより、中心軸方向の鎖交磁束は小と
なるので、磁極間の磁気的な凹の変化が大きくなり、出
力が増加する。同時に、磁極間の中心軸方向の鎖交磁束
の減少で端子電圧は低くなり、端子電圧は低くなり、力
率も向上する。また、電流の磁束は磁極部となる凸の回
転子鉄心に集中して通るように分布する。

【００２７】以上により、空隙磁束分布の凹凸の変化が
大きくなるので、磁気エネルギ変化が大となり、高トル
ク及び高力率を生じる。

【００２８】さらに次の作用がある。永久磁石のほとん
どの磁束が短絡の磁性部を通って漏れるため、永久磁石
内部の反磁界を小とすることができる。すなわち、永久
磁石のＢ（磁束密度）−Ｈ（磁界の強さ）特性である減
磁曲線上の動作点が著しく高くなり（パーミアンス係数
は大となる）、温度特性の悪い永久磁石を１５０〜２０
０℃の温度で使用することが可能となる。また、高温雰
囲気で、定格電流の２〜３倍の大電流を流しても電機子
反作用により減磁することがない。特に、定格トルク電
流では、磁極間軸方向の磁束を形成する電機子電流で永
久磁石の磁束を打ち消した状態となる場合、数倍の最大
トルクを得るため電機子電流を大とすると、電流により
永久磁石の鎖交磁束と逆方向の空隙磁束が形成される。
このような状態でも、本実施例の回転電機では、永久磁
石は減磁することがなく使用できる。

【００２９】また、永久磁石を鉄心内に埋め込むことに
なるので、回転子鉄心が永久磁石の保持機構となり、高
速回転に耐え得る。

【００３０】請求項３に対応する永久磁石式リラクタン
ス型回転電機では、永久磁石の磁化方向は回転子のほぼ
周方向とされる。磁極を通る励磁電流成分の磁束と永久
磁石の磁化方向は電気角でほぼ直交する関係であるの
で、電流による磁極部の磁気飽和が緩和され、リラクタ
ンストルクは大となる。

【００３１】請求項４に対応する永久磁石式リラクタン
ス型回転電機では、回転子の磁極間に第１の非磁性部が
設られる。磁極間に非磁性部を設けたため、磁極間方向
の磁気抵抗は著しく増加する。したがって、空隙磁束分
布に変化の大きな凹凸ができるので、磁気エネルギ変化
が著しく大となり、大きな出力が得られる。

【００３２】請求項５に対応する永久磁石式リラクタン
ス型回転電機では、回転子鉄心の磁極（凸部分）の幅を
磁極ピッチ（一つの磁極中心から隣極の磁極中心までの
距離）の０．３〜０．５倍とする。

【００３３】磁極と磁極間の比率をこの範囲に設定する
と、回転子位置に対する空隙磁束密度分布の変化を効果
的に大にできるので高出力の回転電機が得られる。

【００３４】請求項６に対応する永久磁石式リラクタン
ス型回転電機では、磁極と磁極を磁気的に結合するよう
に磁極間の外周に磁性部を設ける。磁極間の外周の磁性
部により、固定子の歯に対して回転子の表面部には全周
に磁性部材があるので、固定子のスロットによる磁気抵
抗変化は小となりスロットリプルは小となる。また、回
転子表面は滑らかなので、風損も低減できる。さらに、
磁極間の外周の磁性部により永久磁石に作用する電機子
電流による減磁界を抑制できる。

【００３５】請求項７に対応する永久磁石式リラクタン
ス型回転電機は、永久磁石の径方向内側部分から漏れる
磁束を低減するように第２の非磁性部を配置したもので
ある。永久磁石の径方向内側端部に非磁性部が設けられ
るので、永久磁石からの漏れ磁束を低減できる。これに
より、回転電機の特性を大幅に低下させることなく、永
久磁石を体積を減らすことができる。

【００３６】請求項８に対応する永久磁石式リラクタン
ス型回転電機は、前記磁極間には第１の非磁性部を設
け、前記第１の非磁性部により永久磁石からみた外部磁
気抵抗が著しく大とならないように第１の非磁性部が配
置されたものである。

【００３７】第１の非磁性部が永久磁石からみた磁気抵
抗を大きく増加させないので、少量の永久磁石で十分な
磁束を確保することができる。

【００３８】さらに、第１の非磁性部により、無励磁時
には永久磁石の磁束が固定子と対向する回転子の面に分
布している。負荷電流により磁束が重畳すると、回転子
の磁極と磁極間の境界部等で局部的に磁気飽和し、回転
子内で閉じて分布していた永久磁石の磁束は、固定子と
鎖交するようになる。したがって、無負荷時には、永久
磁石の鎖交磁束による誘導電圧は小であり、負荷時に
は、永久磁石の磁束を効果的に増加できる。

【００３９】請求項９に対応する永久磁石式リラクタン
ス型回転電機は、回転子鉄心と固定子鉄心間の空隙長
は、磁極部よりも磁極間部で長くされたことを特徴とす
る。

【００４０】磁極間部分では、空隙長は磁極部の空隙長
より長いので、磁気的な凹凸は大きくなり、リラクタン
ストルクは増加する。無励磁時には、磁極間の空隙長が
長いので、固定子コイルと鎖交する永久磁石の磁束は減
少し、永久磁石の磁束は磁極間部の磁性部を磁路として
回転子内で閉じて分布する。

【００４１】負荷時に電流の磁束が重畳すると、回転子
が局部的に磁気飽和し、回転子内で閉じて分布していた
永久磁石の磁束は、固定子と鎖交するようになる。した
がって、無負荷時には、永久磁石の鎖交磁束による誘導
電圧は小であり、負荷時には、永久磁石の鎖交磁束を効
果的に増加できる。

【００４２】請求項１０に対応する永久磁石式リラクタ
ンス型回転電機は、電機子電流による磁極間の中心軸方
向成分の磁束と永久磁石の磁束が打ち消し合って、磁極
間方向の合成磁束がほぼ０となることを特徴とする。

【００４３】負荷電流を与えたときに、磁極間の中心軸
方向成分の電機子電流の磁束と永久磁石の磁束が打ち消
し合って、磁極間の中心軸方向の合成磁束がほぼ０とな
るので、磁極間の中心軸方向成分の磁束で誘導される電
圧は０となる。したがって、端子電圧は磁極軸方向成分
の磁束で誘導されるので、低電圧と高力率が得られる。

【００４４】さらに、定出力特性も容易に得られる。リ
ラクタンストルクは電機子コイルを流れる励磁電流とト
ルク電流成分の積となるので、出力は励磁電流とトルク
電流成分と回転速度の積となる。磁極間の中心軸方向の
磁束を形成する電機子電流成分（トルク電流）は前記に
述べた磁極間の中心軸方向の合成磁束がほぼ０となるよ
うな一定値とし、磁極軸方向の磁束を形成する電機子電
流成分（励磁電流）を回転速度に応じてほぼ反比例で調
整することにより、定出力（トルク×回転速度が一定）
特性が得られる。

【００４５】請求項１１に対応する永久磁石式リラクタ
ンス型回転電機では、磁極間の中心軸方向の磁束を形成
する電機子電流成分が最大の状態で、前記電機子電流成
分による磁極間の中心軸方向の磁束と永久磁石の磁束が
打ち消し合って、磁極間の中心軸方向の合成磁束がほぼ
０となるように構成される。

【００４６】回転電機の最大電流を、磁極間の中心軸方
向の磁束を形成する電機子電流成分と磁極軸方向の磁束
を形成する電機子電流成分の直交の関係にある二つのベ
クトル成分に分離する。電機子の最大電流（合成ベクト
ル）と磁極間の中心軸方向の磁束を形成する電機子電流
成分のベクトルのなす角が４５度（電気角）のときに、
最大のリラクタンストルクが得られる。そして、この電
流位相のときに、電機子電流の磁極間の中心軸方向の磁
束と永久磁石の磁束が打ち消し合って、磁極間の中心軸
方向の合成磁束がほぼ０となるように本発明の回転電機
は構成されている。したがって、高速回転速度域で誘導
電圧が高くなると、励磁電流成分である磁極軸方向の磁
束を形成する電機子電流成分を小さくなるように調整
し、電圧を一定にできる。これより、一定出力で広範囲
の可変速運転と高力率が実現できる。

【００４７】請求項１２に対応する永久磁石式リラクタ
ンス型回転電機では、電気的に短絡したときに永久磁石
の磁束により生じる電機子電流において、電流で生じる
ジュール損による発熱が回転電機の熱的許容値以下、ま
たは、電流で生じるブレーキ力が装置の許容値以下とな
るように電機子電流が０の場合の永久磁石が作る磁束の
電機子コイルとの鎖交磁束数を決定したことを特徴とす
る。

【００４８】インバータ、端子で電気的な短絡事故が発
生したときに、永久磁石のコイルと鎖交する磁束があれ
ば、回転子が回転すると誘導電圧が生じる。この誘導電
圧でコイルに短絡電流が流れて、焼損したり、過大なブ
レーキトルクで装置がロック状態となる。本発明の回転
電機では、請求項１，２で述べたように少ない永久磁石
の鎖交磁束で高出力が得られるので、短絡電流、ブレー
キ力を許容値以下になるように誘導電圧を小にできる。
これにより、短絡事故が発生しても、回転電機及び装置
の不具合を防ぐことができる。

【００４９】請求項１３に対応する永久磁石式リラクタ
ンス型回転電機では、回転子鉄心の磁極間に永久磁石を
配置し、磁極間の第１の非磁性部に導電材を設けたこと
を特徴とする。

【００５０】磁極間の第１の非磁性部に導電材を配置す
ることにより、回転子が回転磁界に対して非同期時に導
電材に渦電流が生じて、回転子が同期に入ることができ
る。すなわち、自己起動と安定した回転が得られる。

【００５１】請求項１４に対応する永久磁石式リラクタ
ンス型回転電機では、回転子鉄心内に軸方向に延びる導
体を周方向に分布させて設ける。

【００５２】非同期時にこの導体に誘導電流が流れるた
め、自己起動と安定した回転を得ることができる。ま
た、インバータ駆動時の高調波電流による渦電流を吸収
できる。

【００５３】請求項１５に対応する永久磁石式リラクタ
ンス型回転電機では、回転子鉄心の軸方向端部に磁性の
エンドリングを配置し、前記回転子鉄心と磁性のエンド
リングは磁気的に結合される。

【００５４】電機子電流により、回転子鉄心内の永久磁
石の磁化方向と逆方向の電機子反作用磁界を与えたと
き、永久磁石の磁束の一部は軸方向を通り磁性のエンド
リングを通って回転子で閉じた磁路を構成する。すなわ
ち、効果的に漏れ磁束を生じさせることができるので、
電機子コイルとの鎖交磁束量を調整でき端子電圧を電機
子電流により容易に調整できる。また、漏れ磁束と有効
磁束の割合は鉄心とエンドリング間の空隙長で調整する
ことができる。

【００５５】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）（請求項
１、３、５、６、１０対応） 図１は本発明の第１の実施の形態の永久磁石式リラクタ
ンス型回転電機の径方向断面図である。図１において、
固定子１は電機子コイル２を有し、回転子３を内部に収
容する。回転子３は回転子鉄心４と永久磁石６を備えて
いる。回転子鉄心４は磁化の容易方向と困難方向を形成
している。すなわち、回転子鉄心４は、磁気的に凹凸を
形成するために、磁化容易方向に沿って８個の永久磁石
を埋め込む空洞５を設けた電磁鋼板を積層して構成され
る。８個の空洞５は十字状に配置されることにより４極
の凸極を形成する。つまり、平行の２つの空洞５で挟ま
れる部分が磁気的な凸部で磁極４ａとなり、垂直な２つ
の空洞５で挟まれる部分が磁気的な凹部で磁極間４ｂと
なる。さらに、隣り合う磁極間４ｂを通る電機子電流の
磁束を打ち消すように磁化された永久磁石６を前記空洞
５に配置する。すなわち、磁極部４ａの両側面にある永
久磁石６の関係は、磁化方向が同一であり、磁極間部４
ｂの両側に位置する２つの永久磁石６は回転子３の円周
方向において互いに磁化方向は逆となる。永久磁石６は
好ましくはほぼ周方向に、より好ましくは磁極軸にほぼ
垂直な方向に磁化されている。なお、ここで永久磁石６
の素材としては、高エネルギ積の希土類永久磁石、好ま
しくはＮｄＦｅＢ磁石が使用される。

【００５６】無励磁時に永久磁石６の発生する磁束の３
０％〜６０％が回転子３内に分布するように、磁極部４
ａと磁極間部４ｂの間でかつ永久磁石６端部と回転子鉄
心４外周との間に磁性部７を設ける。この実施の形態で
は、永久磁石６が回転子鉄心４の外周より十分に内部に
配置されているので、永久磁石６の磁束が磁石端と回転
子鉄心４の外周間の磁性部７を磁路として磁気的に短絡
される。磁性部７の径方向の厚さならびに永久磁石６の
厚さおよび表面積は、無励磁時には好ましくは３０〜４
０％の永久磁石６の磁束が回転子３内で分布するように
定められる。また、磁性部７の径方向の厚さならびに永
久磁石６の厚さおよび表面積は、負荷時に永久磁石６に
よるコイル２の鎖交磁束が電流と永久磁石の合成の鎖交
磁束の１０％〜６０％、より好ましくは３０〜５０％と
なるように定められる。

【００５７】この実施の形態では、回転子鉄心４の磁極
（凸部分）４ａの周方向の円弧の幅Ｗを磁極ピッチ幅Ｌ
（一つの磁極中心から隣極の磁極中心までの周方向の距
離）の０．３倍〜０．５倍と設定する。

【００５８】次に、作用について説明する。

【００５９】図２はｄ軸の電機子電流による回転子鉄心
４の磁極軸に沿った方向の成分の磁束φｄを示してお
り、磁極部４ａの鉄心を磁路とするため、この方向の磁
路では磁気抵抗が極めて小であり、磁束が流れやすい磁
気的構成になっている。なお符号８は非磁性部を示す。

【００６０】図３はｑ軸の電機子電流による磁極間４ｂ
を中心とした径方向の軸に沿った方向の成分の磁束φｑ
を示している。この磁極間４ｂの磁束φｑは磁極間４ｂ
の永久磁石６を横断する磁路を形成するが、永久磁石６
の比透磁率がほぼ１であるので、永久磁石６の高磁気抵
抗の作用で電機子電流による磁束は低下する。

【００６１】磁極間の永久磁石６は、ほぼ磁極軸と垂直
方向に磁化されており、図４に示すように永久磁石６で
発生した磁束は回転子鉄心４の外周の境界の磁性部７を
周方向に流れ、磁極部４ａを通り、自己の反対の極に戻
る磁気回路φｍａを形成する。また、永久磁石６の一部
の磁束は空隙を介して固定子１を通り、回転子３の磁極
４ａ、または、隣極の永久磁石６を通り、元の永久磁石
６に戻る磁気回路φｍｂも形成する。

【００６２】この永久磁石６の鎖交磁束は図３に示すよ
うにｑ軸の電機子電流による磁極間中心軸方向成分の磁
束φｑと逆方向に分布して、磁極間４ｂから侵入する電
機子磁束φｑを反発し、打ち消し合う。磁極間上の空隙
部においては、永久磁石６の磁束により電機子電流が作
る空隙磁束密度が低下することになり、磁極上の空隙磁
束密度と比較して大きく変化することになる。すなわ
ち、回転子３の位置に対する空隙磁束密度の変化が大と
なり、磁気エネルギ変化が大となる。さらに、負荷時に
おいては、磁極と磁極間の境界で磁気的に短絡する磁性
部７があり、負荷電流により強く磁気飽和する。これに
より、磁極間に分布する永久磁石６の磁束が増加する。
したがって、永久磁石の磁気抵抗と永久磁石の磁束によ
り空隙磁束分布に変化の大きな凹凸ができるので、磁気
エネルギ変化が著しく大となり、大きな出力が得られ
る。

【００６３】広範囲の可変速運転を得る端子電圧の調整
幅については、次のような作用となる。

【００６４】本発明の回転電機では、磁極間の凹部分の
一部のみに永久磁石があることから、回転子表面のほぼ
全周に永久磁石がある従来の永久磁石回転電機よりも永
久磁石の表面積が狭くなり、永久磁石による鎖交磁束量
も少なくなっている。

【００６５】さらに、無励磁状態では永久磁石６のかな
りの磁束は磁極境界部の磁性部７を通り回転子鉄心内の
漏れ磁束となる。したがって、この状態では誘導電圧は
極めて小にできるので、無励磁時の鉄損は少なくなる。
また、コイル２が短絡したときにも過電流が小になる。

【００６６】負荷時には、永久磁石６による鎖交磁束
に、電機子電流（リラクタンス回転電機の励磁電流成分
とトルク電流成分）による鎖交磁束が加わって、端子電
圧を誘導する。

【００６７】永久磁石回転電機では、永久磁石６の鎖交
磁束が端子電圧のほとんどを占めているので端子電圧を
調整することが困難である。一方、本発明の回転電機
は、永久磁石６の鎖交磁束が小であるので、励磁電流成
分を広く調整することにより、端子電圧を幅広く調整で
きる。すなわち、速度に応じて電圧が電源電圧以下とな
るように励磁電流成分を調整することができるので、基
底速度から一定電圧で広範囲の可変速運転が可能とな
る。

【００６８】また、強制的制御で弱め界磁を行って電圧
を抑制していないので、高速回転時に制御が動作しなく
なっても過電圧が発生することはない。

【００６９】さらに、永久磁石６の磁束の一部φｍａが
磁気的短絡の磁性部７を通って漏れるため、永久磁石内
部の反磁界を小とすることができる。すなわち、永久磁
石のＢ（磁束密度）−Ｈ（磁界の強さ）特性である減磁
曲線上の動作点が高くなり（パーミアンス係数は大とな
る）、温度、電機子反作用に対する耐減磁特性が向上す
る。また、同時に永久磁石６を鉄心内に埋め込むことに
なるので、回転子鉄心４が永久磁石６の保持機構とな
り、高速回転に耐え得る。

【００７０】また、回転子鉄心４の磁極（凸部分）の周
方向の幅Ｗを磁極ピッチ幅Ｌ（一つの磁極中心から隣極
の磁極中心までの周方向の距離）の０．３倍〜０．５倍
としたため、回転子位置に対する空隙磁束密度分布の変
化を効果的に大きくできるので高出力の回転電機が得ら
れる。

【００７１】（第２の実施の形態）（請求項２、３、
５、６対応） 本発明の第２の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型
回転電機を図１の回転子の径方向断面図を用いて説明す
る。

【００７２】この実施の形態において、第１の実施の形
態と同様の部分については重複説明を省略する。

【００７３】この実施の形態においては、無励磁時に永
久磁石６の発生する磁束の８０％以上が回転子３内に分
布するように、磁極部４ａと磁極間部４ｂの間でかつ永
久磁石６端部と回転子鉄心４外周との間に磁性部７を設
ける。この実施の形態では、磁極４ａと磁極間４ｂの境
界部の前記磁性部７の径方向の厚さならびに永久磁石６
の厚さおよび表面積は、第１の実施の形態よりもさらに
厚く形成され、無励磁時には好ましくは９０〜９５％の
永久磁石６の磁束が回転子３内で分布するように定めら
れる。

【００７４】この実施の形態において、磁極４ａと磁極
間４ｂの境界部の前記磁性部７の径方向の厚さならびに
永久磁石６の厚さおよび表面積は、負荷時には永久磁石
によるコイルの鎖交磁束が、電流と永久磁石の合成の鎖
交磁束の５％以上、より好ましくは１０〜３０％となる
ように定められる。

【００７５】基本的な作用は第１の実施の形態と同様で
あるが、永久磁石６の発生する磁束の８０％以上が回転
子３内に分布するので、誘導電圧は極めて小となる。こ
れにより、電源を含めて電気的な短絡が発生しても、永
久磁石６の誘導電圧による電流が僅かであり、焼損・過
大なブレーキ力を防ぐことができる。

【００７６】さらに次の作用がある。永久磁石６のほと
んどの磁束が磁気的短絡の磁性部７を通って漏れるた
め、永久磁石内部の反磁界は著しく小とすることができ
る。すなわち、永久磁石６のＢ（磁束密度）−Ｈ（磁界
の強さ）特性である減磁曲線上の動作点が高くなり（パ
ーミアンス係数は大となる）、温度特性の悪い磁石を１
５０〜２００℃の温度で使用することが可能となる。例
えば、温度特性が悪いが高磁気エネルギー積（４０ＭＧ
Ｏｅ）のＭｄＦｅＢ磁石が、高温雰囲気で定格電流の２
〜３倍の大電流を流しても電機子反作用により減磁する
ことがなく使用できる。

【００７７】（第３の実施の形態）（請求項１、２対
応） 図５は本発明の第３の実施の形態の永久磁石式リラクタ
ンス型回転電機の回転子の径方向断面図である。

【００７８】この実施の形態では、回転子鉄心４に幾何
的にも凹凸が形成される。他の構成は、第１及び第２の
実施の形態と同様であるので、重複説明を省略する。

【００７９】この実施の形態では、回転子鉄心４に幾何
的にも凹凸が形成されるので、空隙磁束分布の変化が更
に大きくなり、リラクタンストルクはさらに高くなる。

【００８０】（第４の実施の形態）（請求項４、６対
応） 図６は本発明の第４の実施の形態の永久磁石式のリラク
タンス型回転電機の回転子の径方向断面図である。

【００８１】この永久磁石式リラクタンス型回転電機で
は、回転子３の磁極間４ｂの中央に第１の非磁性部とし
ての断面扇形の空洞部８を設ける。空洞部８の外周には
磁極４ａと隣の磁極４ａとを磁気的に結合するように磁
性部９が設けられる。他の構成は、第１の実施の形態と
同様であるので、重複説明を省略する。

【００８２】前記扇形空洞部８により磁極間４ｂに非磁
性部ができるので、磁極間方向の磁気抵抗は著しく増加
する。これにより、リラクタンストルクは大幅に増加す
る。また、磁極間４ｂからの永久磁石６の鎖交磁束は前
記扇形の空洞部８により抑制される。したがって、永久
磁石と電流によるトルクは減少し、リラクタンストルク
は増加する。すなわち、トルク、出力を低下させること
なく、永久磁石による誘導電圧を抑制できる。

【００８３】また、隣接する磁極４ａを結合する磁性部
９を設けたため、固定子１の鉄心歯に対して回転子３の
表面部には全周で一様に回転子鉄心４があることにな
り、固定子１のスロットによる磁気抵抗変化は小となり
スロットリプルは小となる。また、回転子３の表面は滑
らかなので、風損も低減できる。さらに、磁極間４ｂの
外周の磁性部９により永久磁石６に作用する電機子電流
による減磁界を抑制できる。

【００８４】（第５の実施の形態）（請求項７対応） 図７は本発明の第５の実施の形態の永久磁石式リラクタ
ンス型回転電機の回転子の径方向断面図である。

【００８５】この実施の形態の永久磁石式リラクタンス
型回転電機では、回転子鉄心４に埋め込まれた永久磁石
用の空洞５に、短くした永久磁石６と第２の非磁性部と
してのアルミニウム１２を設ける。他の構成は、第１及
び第４の実施の形態と同様であるので、重複説明を省略
する。

【００８６】永久磁石６の内周側端部に非磁性のアルミ
ニウム１２が設けられるので、磁極間方向の磁束の流れ
を防ぐことができ、リラクタンストルクの低下を抑制す
る。また、鉄心内周側の永久磁石６からの漏れ磁束を低
減できる。これにより、出力特性を大幅に低下させるこ
となく、永久磁石６の体積を減らすことができる。

【００８７】（第６の実施の形態）（請求項７対応） 図８は本発明の第６の実施の形態の永久磁石式のリラク
タンス型回転電機の回転子の径方向断面図である。

【００８８】この実施の形態では、回転子鉄心４に幾何
的にも凹凸が形成される。他の構成は、第１及び第５の
実施の形態と同様であるので、重複説明を省略する。

【００８９】この実施の形態では、回転子鉄心４に幾何
的にも凹凸が形成されるので、空隙磁束分布の変化が更
に大きくなり、リラクタンストルクはさらに高くなる。
その他、第１及び第５の実施の形態と同様の作用効果が
ある。

【００９０】（第７の実施の形態）（請求項８対応） 図９は本発明の第７の実施の形態の永久磁石式のリラク
タンス型回転電機の回転子の径方向断面図である。

【００９１】この実施の形態の永久磁石式リラクタンス
型回転電機では、円盤状の回転子鉄心４の磁極間４ｂ
で、回転子鉄心外周９近傍に２個の永久磁石６が配置さ
れ、回転子３の周方向に磁化されている。これらの永久
磁石６の磁化は互いに逆方向であり、磁極間軸中心にあ
る磁性部１０と鉄心外周の磁性部９を磁路として磁気回
路を構成するように配置する。さらに、永久磁石６と磁
極間軸中心の磁性部１０に沿った内周側に扇状の空洞部
８を形成する。他の構成は、第１の実施の形態と同様で
あるので、重複説明を省略する。

【００９２】第１の非磁性部である扇状の空洞部８によ
り永久磁石６からみた外部磁気抵抗を大きく増加させる
ことなく、永久磁石６の磁束が回転子の外周磁性部９と
固定子１に分布する様に配置した回転子を構成できる。
つまり、第１の非磁性部である扇状の空洞部８は、永久
磁石６からみた磁気抵抗を大きく増加させないので、少
量の永久磁石で十分な磁束を確保することができる。

【００９３】さらに、内周側にある第１の非磁性部とし
ての空洞部８により、永久磁石６の磁束は遮られ、回転
子３の外周磁性部９を磁路として磁気的に短絡されてい
る。負荷電流により磁束が重畳すると、磁極部４ａと磁
極間部４ｂの境界の磁性部７と外周の磁性部９が局部的
に磁気飽和し、前記の回転子３内で閉じて分布していた
永久磁石６の磁束は、固定子１の電機子コイル２と鎖交
するようになる。したがって、無負荷時には、永久磁石
６の鎖交磁束による誘導電圧は小であり、負荷時には、
永久磁石６の磁束を効果的に増加できる。その他、第１
の実施の形態と同様の作用効果がある。

【００９４】（第８の実施の形態）（請求項９対応） 図１０は本発明の第８の実施の形態の永久磁石式のリラ
クタンス型回転電機の回転子の径方向断面図である。

【００９５】第８の実施の形態の永久磁石式リラクタン
ス型回転電機では、磁極間部４ｂの外周面に凹部に回転
子鉄心４と固定子鉄心１間の径方向の空隙長は、磁極部
４ａよりも磁極間部４ｂで長くした構成とする。例え
ば、磁極部４ａの空隙長ｌａは０．６ｍｍであり、磁極
間部の空隙長ｌｂは１．８ｍｍとしている。他の構成は
第１及び第７の実施の形態と同様であるので、重複説明
を省略する。

【００９６】磁極間４ｂ部分では、空隙長ｌｂは磁極４
ａ部の空隙長ｌａより長いので、磁気的な凹凸は大きく
なり、リラクタンストルクは増加する。同時に磁極間４
ｂの空隙長は長いので、磁極間４ｂ部の回転子外周の磁
性部９を磁路として回転子３内で閉じて分布する永久磁
石６の磁束が増加して、固定子コイル２と鎖交する永久
磁石６の磁束は減少する。

【００９７】負荷時に電流の磁束が重畳すると、磁極境
界の磁性部７と外周の磁性部９が局部的に磁気飽和し、
回転子鉄心４内で閉じて分布していた永久磁石６の磁束
は、固定子１の電機コイル２と鎖交するようになる。し
たがって、無負荷時には、永久磁石６の鎖交磁束による
誘導電圧は小であり、負荷時には、永久磁石６の磁束を
効果的に増加できる。その他、第１及び第７の実施の形
態と同様の作用効果がある。

【００９８】（第９の実施の形態）（請求項１１対応） 第９の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機
は、図１から図４に示す第１の実施の形態と基本的な構
成は同一であるため、重複説明を省略する。この実施の
形態では、特に、負荷時に磁極間４ｂの中心軸方向の電
機子電流の磁束と永久磁石６の磁束が打ち消し合って、
磁極間方向の合成磁束がほぼ０となるように、磁性部７
の径方向の厚さ、永久磁石６の厚さおよび表面積、非磁
性部８の大きさ、非磁性部８と鉄心外周との間の磁性部
の厚さなどを構成する。

【００９９】負荷電流を与えたときに、図３に示すよう
に磁極間４ｂの中心軸方向成分の電機子電流の磁束φｑ
と永久磁石６の磁束φｍが打ち消し合って、磁極間の中
心軸方向の合成磁束がほぼ０となるので、磁極間の中心
軸方向成分の磁束で誘導される電圧は０となる。したが
って、端子電圧は磁極軸方向成分の磁束で誘起されるの
で、低電圧と高力率が得られる。

【０１００】さらに、定出力特性も容易に得られる。リ
ラクタンストルクは電機子の励磁電流とトルク電流成分
の積となるので、出力は励磁電流とトルク電流成分と回
転速度の積となる。磁極間軸方向の磁束を形成する電機
子電流成分（トルク電流）は前記に述べた磁極間の中心
軸方向の合成磁束がほぼ０となるような一定値とし、磁
極軸方向の磁束を形成する電機子電流成分（励磁電流）
を回転速度に応じてほぼ反比例で調整することにより、
定出力（トルク×回転速度が一定）特性が得られる。そ
の他、第１の実施の形態と同様の作用効果がある。

【０１０１】（第１０の実施の形態）（請求項１１対
応） 第１０の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電
機では、図１から図４に示す第１の実施の形態と基本的
な構成は同一であるため、重複説明を省略する。この実
施の形態では、特に、磁極間の中心軸方向の磁束を形成
する電機子電流成分が最大の状態で、前記電機子電流成
分による磁極間の中心軸方向の磁束φｑと永久磁石６の
磁束４ｍが打ち消し合って、磁極間方向の合成磁束がほ
ぼ０となるように、磁性部７の径方向の厚さ、永久磁石
６の厚さおよび表面積、非磁性部８の大きさ、非磁性部
８と鉄心外周との間の磁性部の厚さなどを構成する。

【０１０２】回転電機の最大電流を、磁極間の中心軸方
向の磁束を形成する電機子電流成分と磁極軸方向の磁束
を形成する電機子電流成分の直交の関係にある二つのベ
クトル成分に分離している。電機子の最大電流（合成ベ
クトル）と磁極間の中心軸方向の磁束を形成する電機子
電流成分のベクトルのなす角が４５度のときに、最大の
リラクタンストルクが得られる。そして、この電流位相
のときに、電機子電流の磁極間の中心軸方向の磁束と永
久磁石６の磁束が打ち消し合って、磁極間の中心軸方向
の合成磁束がほぼ０となるように本実施の形態の回転電
機は構成されている。したがって、高速回転速度域で誘
導電圧が高くなると、励磁電流成分である磁極軸方向の
磁束を形成する電機子電流成分を小さくなるように調整
し、電圧を一定にできる。これより、一定出力で広範囲
の可変速運転と高力率が実現できる。その他、第１の実
施の形態と同様の作用効果がある。

【０１０３】（第１１の実施の形態）（請求項１２対
応） 第１１の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電
機では、図１から図４に示す第１の実施の形態と基本的
な構成は同一であるため、重複説明を省略する。この実
施の形態では、特に、電気的に短絡したときに永久磁石
６の磁束により生じる電機子電流において、電流で生じ
るジュール損による発熱が回転電機の熱的許容値以下、
または、電流で生じるブレーキ力が装置の許容値以下と
なるように電機子電流が０の場合の永久磁石６が作る磁
束の電機子コイルとの鎖交磁束数を決定し、磁性部７の
径方向の厚さ、永久磁石６の厚さおよび表面積、非磁性
部８の大きさ、非磁性部８と鉄心外周との間の磁性部の
厚さなどを構成する。

【０１０４】インバータ、端子で電気的な短絡事故が発
生したときに、コイル２と鎖交する永久磁石６の磁束が
あれば、回転子３が回転すると誘導電圧が生じる。この
誘導電圧でコイル２に短絡電流が流れて、焼損したり、
過大なブレーキトルクで装置がロック状態となる。本実
施の形態の回転電機では、第１および第２の実施の形態
で述べたように少ない永久磁石６の鎖交磁束で高出力が
得られるので、短絡電流、ブレーキを許容値以下になる
ように誘導電圧を小にできる。これにより、短絡事故が
発生しても、回転電機及び装置の不具合を防ぐことがで
きる。その他、第１の実施の形態と同様の作用効果があ
る。

【０１０５】（第１２の実施の形態）（請求項１３対
応） 第１２の実施の形態に対応する永久磁石式リラクタンス
型回転電機は、図６において、回転子鉄心４の磁極間に
永久磁石６を配置し、磁極間の第１の非磁性部としての
空洞部８に銅またはアルミニウムを充填したものであ
る。その他の構成は、第１および第４の実施の形態と同
様であるから、重複説明を省略する。

【０１０６】空洞部８に銅またはアルミニウム等の導電
性材を配置することにより、回転子３が回転磁界に対し
て非同期時に導電性材に渦電流が生じて、回転子が同期
に入ることができる。すなわち、自己起動と安定した回
転が得られる。その他、第１及び第４の実施の形態と同
様の作用効果がある。

【０１０７】（第１３の実施の形態）（請求項１４対
応） 図１１は本発明の第１３の実施の形態の永久磁石式のリ
ラクタンス型回転電機の回転子の径方向断面図である。

【０１０８】この実施の形態では、回転子鉄心４の外周
部に穴を設けて、軸方向に銅バー１３を挿入して回転子
３を構成する。銅バー１３はその端部において互いに電
気的に接続される。その他の構成は第１及び第４の実施
の形態と同様であるため、重複説明を省略する。

【０１０９】非同期時に銅バー１３には、誘導電流が流
れるため、自己起動と安定した回転を得る作用がある。
また、インバータ駆動時の高調波電流による渦電流を吸
収できる。その他、第１及び第４の実施の形態と同様の
作用効果がある。

【０１１０】（第１４の実施の形態）（請求項１５対
応） 図１２および図１３は本発明の第１４の実施の形態の永
久磁石式のリラクタンス型回転電機の回転子の径方向断
面図である。

【０１１１】この永久磁石式リラクタンス型回転電機で
は、回転子鉄心４の軸方向端部に磁性のエンドリング１
２を配置し、回転子鉄心４と磁性のエンドリング１２は
磁気的に結合されている回転子３から構成される。その
他の構成は、第１の実施の形態と同様である。

【０１１２】電機子電流により、回転子鉄心４内の永久
磁石６の磁化方向と逆方向の電機子反作用磁界を与えた
とき、永久磁石６の磁束φｍの一部は軸方向を通り磁性
のエンドリング１２を通って回転子で閉じた磁路を構成
する。すなわち、効果的に漏れ磁束を生じさせることが
でき、電機子コイル２との鎖交磁束量を調整できるので
端子電圧を電機子電流により容易に調整できる。また、
図１３に示すように漏れ磁束と有効磁束の割合は回転子
鉄心４と磁性のエンドリング１２間の空隙１３の幅で調
整できる。その他、第１の実施の形態と同様の作用効果
がある。

【０１１３】

【発明の効果】請求項１及び２の発明によれば、電機子
電流による磁極間の中心軸方向成分の磁束と逆方向の磁
束を形成する永久磁石を回転子鉄心の磁極間部に配置
し、さらに永久磁石の周囲に永久磁石の短絡磁路を形成
する磁性部を設ける。これにより、負荷時の磁極間上の
空隙磁束密度は低減する。すなわち、回転子の空隙面で
磁気的な凹凸が大となり、回転子位相により磁気エネル
ギーの変化が大きくなるので、出力が著しく増加する。
また、力率も増加する。

【０１１４】また、永久磁石は回転子鉄心内に配置され
ているので、短絡時の漏れ磁束の発生により永久磁石内
の反磁界は小さくなり、さらに電機子反作用の影響も緩
和されるので、高温、電機子反作用による減磁界に対し
て強くなる。

【０１１５】本発明では、永久磁石の鎖交磁束が少なく
て高出力が得られることから次の効果もある。少ない永
久磁石の鎖交磁束を電機子電流（トルク電流成分）で打
ち消し、電機子電流の励磁電流成分の大きさにより端子
電圧を大幅に調整できるので、基底速度時の電圧を維持
して高速回転までの広範囲の可変速運転が可能となる。
さらに、回転電機に使用する永久磁石の体積も少なくな
る。また、永久磁石の鎖交磁束が少ないので無負荷、軽
負荷時の鉄損が少なくなり、効率が向上する。

【０１１６】すなわち、小型・高出力で広範囲の可変速
運転が可能となる永久磁石を複合した永久磁石式リラク
タンス型回転電機を提供することができる。

【０１１７】請求項３の発明によれば、磁極を通る励磁
電流成分の磁束と永久磁石の磁化方向は電気角でほぼ垂
直な関係であるので、電流による磁極部の磁気飽和が緩
和され、リラクタンストルクは大となる。

【０１１８】請求項４の発明によれば、磁極間に非磁性
部を設けたため磁極間方向の磁気抵抗は著しく増加す
る。したがって、空隙磁束分布に変化の大きな凹凸がで
きるので、磁気エネルギ変化が著しく大となり、大きな
出力が得られる。

【０１１９】請求項５の発明によれば、回転子鉄心の磁
極（凸部分）の幅を磁極ピッチ（一つの磁極中心から隣
極の磁極中心までの距離）の０．３〜０．５倍とする。

【０１２０】磁極間の比率をこの範囲に設定すると、回
転子位置に対する空隙磁束密度分布の変化を効果的に大
にできるので高出力の回転電機が得られる。

【０１２１】請求項６の発明によれば、磁極間の外周の
磁性部により、固定子の歯に対して回転子の表面部には
全周に磁性部材があるので、固定子のスロットによる磁
気抵抗変化は小となりスロットリプルは小となる。ま
た、回転子表面は滑らかなので、風損も低減できる。さ
らに、磁極間の外周の磁性部により永久磁石に作用する
電機子電流による減磁界を抑制できる。

【０１２２】請求項７の発明によれば、永久磁石の径方
向内側端部に非磁性部が設けられるので、永久磁石から
の漏れ磁束を低減できる。これにより、回転電機の特性
を大幅に低下させることなく、永久磁石の体積を減らす
ことができる。

【０１２３】請求項８の発明によれば、第１の非磁性部
が永久磁石からみた磁気抵抗を大きく増加させないの
で、少量の永久磁石で十分な磁束を確保することができ
る。請求項９の発明によれば、磁極間部分では、空隙長
は磁極部の空隙長より長いので、磁気的な凹凸は大きく
なり、リラクタンストルクは増加する。

【０１２４】請求項１０の発明によれば、負荷電流を与
えたときに、磁極間の中心軸方向成分の電機子電流の磁
束と永久磁石の磁束が打ち消し合って、磁極間の中心軸
方向の合成磁束がほぼ０となるので、磁極間の中心軸方
向成分の磁束で誘導される電圧は０となる。したがっ
て、端子電圧は磁極軸方向成分の磁束で誘導されるの
で、低電圧と高力率が得られる。

【０１２５】請求項１１の発明によれば、高速回転速度
域で誘導電圧が高くなると、励磁電流成分である磁極軸
方向の磁束を形成する電機子電流成分を小さくなるよう
に調整し、電圧を一定にできる。これより、一定出力で
広範囲の可変速運転と高力率が実現できる。

【０１２６】請求項１２の発明によれば、短絡電流、ブ
レーキ力を許容値以下になるように誘導電圧を小にでき
る。これにより、短絡事故が発生しても、回転電機及び
装置の不具合を防ぐことができる。

【０１２７】請求項１３の発明によれば、回転子が回転
磁界に対して非同期時に導電材に渦電流が生じて、回転
子が同期に入ることができる。すなわち、自己起動と安
定した回転が得られる。

【０１２８】請求項１４の発明によれば、非同期時にこ
の導体に誘導電流が流れるため、自己起動と安定した回
転を得ることができる。また、インバータ駆動時の高調
波電流による渦電流を吸収できる。

【０１２９】請求項１５の発明によれば、効果的に漏れ
磁束を生じさせることができるので、電機子コイルとの
鎖交磁束量を調整でき端子電圧を電機子電流により容易
に調整できる。また、漏れ磁束と有効磁束の割合は鉄心
とエンドリング間の空隙長で調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１，２，９，１０，１１の実施の形
態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の径方向断面
図。

【図２】本発明の第１〜１４の実施の形態の永久磁石式
リラクタンス型回転電機において、電機子電流の磁極軸
方向成分の磁束の流れを示した径方向断面図。

【図３】本発明の第１〜１４の実施の形態の永久磁石式
リラクタンス型回転電機において、電機子電流の磁極間
の中心軸方向成分の磁束の流れを示した径方向断面図。

【図４】本発明の第１〜１４の実施の形態の永久磁石式
リラクタンス型回転電機において、永久磁石の磁束の流
れを示した径方向断面図。

【図５】本発明の第３の実施の形態の永久磁石式リラク
タンス型回転電機の回転子の径方向断面図。

【図６】本発明の第４の実施の形態の永久磁石式リラク
タンス型回転電機の回転子の径方向断面図。

【図７】本発明の第５の実施の形態の永久磁石式リラク
タンス型回転電機の回転子の径方向断面図。

【図８】本発明の第６の実施の形態の永久磁石式リラク
タンス型回転電機の回転子の径方向断面図。

【図９】本発明の第７の実施の形態の永久磁石式リラク
タンス型回転電機の回転子の径方向断面図。

【図１０】本発明の第８の実施の形態の永久磁石式リラ
クタンス型回転電機の回転子の径方向断面図。

【図１１】本発明の第１３の実施の形態の永久磁石式リ
ラクタンス型回転電機の回転子の径方向断面図。

【図１２】本発明の第１４の実施の形態の永久磁石式リ
ラクタンス型回転電機の軸方向断面図。

【図１３】本発明の第１４の実施の形態の永久磁石式リ
ラクタンス型回転電機の軸方向断面図。

【図１４】従来のリラクタンス型回転電機の径方向断面
図。

【符号の説明】

１ 固定子 ２ 電機子コイル ３ 回転子 ４ 回転子鉄心 ５ 空洞 ６ 永久磁石 ７ 磁性部 ８ 第１の非磁性部 ９ 磁性部 １０ 磁性部 １１ エンドリング １２ 第２の非磁性部 １３ 銅バー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徳増 正 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 高畠 幹生 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 黒澤 良一 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 中沢 洋介 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 Ｆターム(参考） 5H619 AA00 AA01 AA05 BB01 BB22 BB24 PP02 PP04 PP08 5H621 AA03 GA07 GB10 HH01 HH07 HH10 JK08 PP10 5H622 AA03 CA02 CA07 CA13 CB03 DD02 PP03 PP07 PP17

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電機子コイルを持つ固定子と、周方向に
   磁気的に凹凸を有する回転子とを備え、この回転子の隣
   合う磁極間を通る電機子の磁束を打ち消すような永久磁
   石が鉄心に設けられ、前記永久磁石は回転子の磁化の容
   易方向とは異なる方向に磁化されており、電機子コイル
   の無励磁時に永久磁石の発生する磁束の３０％以上が回
   転子内に分布し、負荷時に永久磁石による鎖交磁束が電
   流と永久磁石の合成の鎖交磁束の１０％以上となるよう
   に回転子に磁性部を設けたことを特徴とする永久磁石式
   リラクタンス型回転電機。
2. 【請求項２】 電機子コイルを持つ固定子と、周方向に
   磁気的に凹凸を有する回転子とを備え、この回転子の磁
   極間を通る電機子の磁束を打ち消すような永久磁石が鉄
   心に設けられ、前記永久磁石は回転子の磁化容易方向と
   は異なる方向に磁化されており、電機子コイルの無励磁
   時に永久磁石の発生する磁束の８０％以上が回転子内に
   分布し、負荷時に永久磁石による鎖交磁束が電流と永久
   磁石の合成の鎖交磁束の５％以上となるように回転子に
   磁性部を設けたことを特徴とする永久磁石式リラクタン
   ス型回転電機。
3. 【請求項３】 永久磁石の磁化方向をほぼ周方向とした
   ことを特徴とする請求項１及び２記載の永久磁石式リラ
   クタンス型回転電機。
4. 【請求項４】 前記磁極間には第１の非磁性部を設けた
   回転子からなることを特徴とする請求項１から３記載の
   永久磁石式リラクタンス型回転電機。
5. 【請求項５】 磁極鉄心幅を磁極ピッチの０．３〜０．
   ５倍としたことを特徴とする請求項１から４記載の永久
   磁石式リラクタンス型回転電機。
6. 【請求項６】 磁極と磁極を磁気的に結合するように磁
   極間の外周に磁性部を設けたことを特徴とする請求項１
   から５記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
7. 【請求項７】 永久磁石の径方向内側部分から漏れる磁
   束を低減するように第２の非磁性部を配置したことを特
   徴とする請求項１から６記載の永久磁石式リラクタンス
   型回転電機。
8. 【請求項８】 前記磁極間には第１の非磁性部を設け、
   永久磁石からみた外部磁気抵抗が著しく大とならないよ
   うに前記第１の非磁性部が配置されたことを特徴とする
   請求項１から７記載の永久磁石式リラクタンス型回転電
   機。
9. 【請求項９】 回転子鉄心と固定子鉄心間の空隙長は、
   磁極部よりも磁極間部で長くされたことを特徴とする請
   求項１から８記載の永久磁石式リラクタンス型回転電
   機。
10. 【請求項１０】 電機子電流による磁極間の中心軸方向
    成分の磁束と永久磁石の磁束が打ち消し合って、磁極間
    方向の合成磁束がほぼ０となることを特徴とする請求項
    １から９記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
11. 【請求項１１】 磁極間の中心軸方向の磁束を形成する
    電機子電流成分が最大の状態で、前記電機子電流成分に
    よる磁極間の中心軸方向の磁束と永久磁石の磁束が打ち
    消し合って、磁極間の中心軸方向の合成磁束がほぼ０と
    なることを特徴とする請求項１から１０記載の永久磁石
    式リラクタンス型回転電機。
12. 【請求項１２】 電気的に短絡したときに永久磁石の磁
    束により生じる電機子電流において、電流で生じるジュ
    ール損による発熱が回転電機の熱的許容値以下、また
    は、電流で生じるブレーキ力が装置の許容値以下となる
    ように電機子電流が０の場合の永久磁石が作る磁束の電
    機子コイルとの鎖交磁束数を決定したことを特徴とする
    請求項１から１１記載の永久磁石式リラクタンス型回転
    電機。
13. 【請求項１３】 回転子鉄心の磁極間に永久磁石を配置
    し、磁極間の第１非磁性部に導電材を設けたことを特徴
    とする請求項４および８記載の永久磁石式リラクタンス
    型回転電機。
14. 【請求項１４】 回転子鉄心内に軸方向に延びる導体を
    周方向に分布させて設けたことを特徴とする請求項１か
    ら１３記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
15. 【請求項１５】 回転子鉄心の軸方向端部に磁性のエン
    ドリングが配置されたことを特徴とする請求項１から１
    ４記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。