JP2002262488A - 搬送システム及び回転電機 - Google Patents

搬送システム及び回転電機

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Abstract

(57)【要約】 【課題】永久磁石の磁束の弱め界磁を可能とする。 【解決手段】永久磁石回転電機の回転子を分割し相対運
動可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は永久磁石を界磁に用
いた回転電機に係り、特に搬送システムの駆動，回生を
行う回転電機およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術による永久磁石回転電機におい
て、誘導起電力Ｅは回転子に配置されている永久磁石が
発生する一定磁束Φと回転電機の回転角速度ωによって
決定される。つまり、回転電機の回転角速度ω（回転
数）が上昇すると、回転電機の誘導起電力は比例して上
昇する。
【０００３】よって、低速領域で高トルクが得られる
が、回転数の可変速範囲が狭いために高速領域の運転は
困難であったが、弱め界磁制御技術により高速運転領域
を広げる。
【０００４】また、特開２０００−１５５２６２では永
久磁石が発生する磁束の弱め界磁方法として、ばねとガ
バナを用いて遠心力を利用した機構を用いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来技術で述べた弱め
界磁制御技術により高速運転領域を広げることは、弱め
界磁電流による発熱や効率低下などにより限界がある。
【０００６】また、特開２０００−１５５２６２による
方法では、ばねとガバナの構造が複雑である。
【０００７】本発明は、簡単な構造で永久磁石が発生す
る磁束の弱め界磁が可能な回転電機を提供し、更に、搬
送システムの発進等の低回転領域における高トルク特性
と、高回転領域において高出力特性が得られる永久磁石
形回転電機を備えた搬送システムを提供することを目的
とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明では、一次巻線を
有する固定子と界磁用磁石とシャフトとを有する回転子
からなる回転電機において、前記界磁用磁石は、回転方
向に順次異なった極性の磁極が並んでいる第１の界磁用
磁石と回転方向に順次異なった極性の磁極が並んでいる
第２の界磁用磁石を有し、両方の界磁用磁石は軸方向と
回転方向に変位する機構を有することを特徴とする回転
電機を用いる。
【０００９】また、一次巻線を有する固定子と界磁用磁
石とシャフトとを有する回転子からなる回転電機におい
て、前記界磁用磁石は、回転方向に順次異なった極性の
磁極が並んでいる第１の界磁用磁石と回転方向に順次異
なった極性の磁極が並んでいる第２の界磁用磁石を有
し、一方の界磁用磁石が他方の界磁用磁石に対して軸方
向と回転方向に変位する機構を有し、第１の界磁用磁石
と第２の界磁用磁石との合成磁界が変化することを特徴
とする回転電機を用いる。
【００１０】更に、本発明では、回転電機と、前記回転
電機の電力を制御する電力変換器と、熱機関とを有する
搬送システムにおいて、前記回転電機は、一次巻線を有
する固定子と界磁用磁石とシャフトとを有する回転子を
有し、前記界磁用磁石は、回転方向に順次異なった極性
の磁極が並んでいる第１の界磁用磁石と回転方向に順次
異なった極性の磁極が並んでいる第２の界磁用磁石を有
し、一方の界磁用磁石が他方の界磁用磁石に対して軸方
向と回転方向に変位する機構を有し、第１の界磁用磁石
と第２の界磁用磁石との合成磁界が変化する回転電機を
用いる搬送システムである。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態について
説明する。
【００１２】図１は本実施例の永久磁石形同期回転電機
の配置レイアウトを示したものである。
【００１３】回転電機を動力源として用いる搬送システ
ムには様々であるが、その一例として、鉄道車両システ
ムの実施例を示したのが図１である。
【００１４】図１において、回転電機２と直接又は間接
に取り付けられた車輪８３を備えて、前記回転電機の電
力を制御する電力変換器４と、電気車１と集電装置８５
を有する鉄道車両システムである。
【００１５】ここに、前記電気車とは電気を動力として
使用する鉄道車両である。また、鉄道車両システムも含
めた広い意味の搬送システムにおいては台車に相当する
意味を持つ。
【００１６】また、集電装置は車外から電気車（もしく
は台車）内に電力を取り入れる装置であり、架空線８６
式ではパンターグラフ、第三軌条式では集電器であり、
工場内の搬送システムには非接触集電装置でもある。
【００１７】図１の下に示す回転電機２は継手８１と歯
車装置８２を介して車軸８４に動力を伝達する構造を示
す。前記回転電機２の左右には図２に示すストッパー２
４を必要に応じてシャフトと平行に可変可能な機構２５
Ｒ，２５Ｌを持つ。
【００１８】図２は図１の回転電機の回転子同磁極中心
がずれた場合の概略を示す。固定子鉄心１０には電機子
巻線１１がスロット内に巻装されており、内部に冷媒が
流れる冷却路１２をもったハウジング１３に結合されて
いる。
【００１９】永久磁石埋め込み型回転子２０はシャフト
２２に固定した第１回転子２０Ａとシャフト２２と分離
した第２回転子２０Ｂからなる。勿論、永久磁石埋め込
み型回転子のみならず、表面磁石型回転子でも良い。
【００２０】第１回転子２０Ａには、永久磁石２１Ａが
回転方向に順次異なった極性の磁極が並んでいる。同じ
く、第２回転子２０Ｂには、永久磁石２１Ｂが回転方向
に順次異なった極性の磁極が並んでいる。第１の界磁用
磁石と第２回転子の２つの回転子を同一軸上に配置した
界磁用磁石は固定子磁極に対向している。
【００２１】第２回転子２０Ｂの内径側はナット部２３
Ｂとなり、それに当たるシャフトにはボルトのネジ部２
３Ａとなり、お互いにネジの機能を持たせると、第２回
転子２０Ｂはシャフトに対して回転しながら軸方向に移
動可能である。
【００２２】また、第２回転子２０Ｂが固定子の中心か
ら所定の変位以上はみ出さないように前記第２回転子２
０Ｂの側面から離れたところにはストッパー２４を設け
る。さらに、サーボ機構であるストッパー駆動用アクチ
ュエータ２５を設けて、前記ストッパー２４をシャフト
と平行に左右に移動可能にすれば、第１の界磁用磁石と
第２の界磁用磁石との磁極中心がずれる値を変えること
が出来る。結果的には、電機子巻線１１がスロット内に
巻装されている固定子に対して、第１の界磁用磁石と第
２の界磁用磁石からなる全体の有効磁束量を制御可能で
ある。
【００２３】上記の構造にすることで、トルクの方向に
応じて永久磁石の有効磁束量を変化することについて述
べる。
【００２４】基本的に固定子には電機子巻線と回転子に
は永久磁石を用いる回転電機において、電動機として働
く時と、回生（もしくは発電機）として働く時の回転子
の回転方向が同じであれば、電動機として働く時と、回
生（もしくは発電機）として働く時の回転子が受けるト
ルクの方向は反対になる。
【００２５】また、同じ電動機と働く時、回転子の回転
方向が反対になれば、トルク方向も反対になる。同じ
く、同じ回生（もしくは発電機）と働く時、回転子の回
転方向が反対になれば、トルク方向も反対になる。
【００２６】上記に説明した回転方向とトルク方向によ
る基本理論を本発明の実施形態に係る回転電機に適用す
ると以下の通りである。
【００２７】鉄道車両システムの車両１が発進し、もし
くは搬送システムの台車が発進時等のように低回転領域
においては、図３に示すように、第１回転子２０Ａと第
２回転子２０Ｂの同磁極の中心が揃うようにし、固定子
磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を最大にし
て、高トルク特性が得られる。
【００２８】次に高回転領域において高出力特性として
働く時は、シャフト２２に対して第２回転子２０Ｂはボ
ルトのネジ部からナット部が外れるように第１回転子２
０Ａと第２回転子２０Ｂの間の間隔が広がりながら同磁
極の中心がずれて、固定子磁極と対向する永久磁石によ
る有効磁束量を少なくすることになり、言い換えると弱
め界磁効果があり、高回転領域において高出力発電特性
が得られる。
【００２９】第１回転子２０Ａと第２回転子２０Ｂの間
の間隔が広がりながら同磁極の中心がずれて、固定子磁
極と対向する永久磁石による有効磁束量が少ない状態の
概略を図４に示す。
【００３０】図３と図４の左下にはボルトの頭部６１，
ボルトのネジ部６０とナット部６２に関係した図を示す
が、ボルトの頭部６１は第１回転子２０Ａ，ナット部６
２は第２回転子２０Ｂに相当するものである。ボルトの
ネジ部６０（図２内の２３Ａに相当する）が同じ方向に
回転するとすれば、ナット部６２にかかるトルクの方向
によって該ナット部６２は締まったり外れたりするよう
に、第２回転子２０Ｂも回転子のトルク方向によって同
じ動きをする。
【００３１】本発明の回転電機による誘導起電力の作用
について説明する。
【００３２】図５に永久磁石形同期回転電機の回転角速
度に対する有効磁束，誘導起電力，端子電圧の特性を示
す。
【００３３】永久磁石形同期回転電機の誘導起電力Ｅは
永久磁石が発生する磁束Φと回転電機の回転角速度ωに
よって決定される。つまり図５（ａ）に示す様に、回転
子に配置されている永久磁石が発生する磁束Φ１が一定
ならば、回転角速度ω（回転数）が上昇すると、回転電
機の誘導起電力Ｅ１は比例して上昇する。しかし、前記
電力変換器４の電源端子電圧や容量の制限があり、回転
電機が発生する誘導起電力もある条件値以下に抑えなけ
ればならない。その為永久磁石形同期回転電機では、あ
る回転数以上の領域では永久磁石が発生する磁束を減ら
す為のいわゆる弱め界磁制御を行わなくてはならない。
【００３４】誘導起電力が回転角速度に比例して上昇す
る為、弱め界磁制御の電流も大きくしなければならない
故に、１次導体であるコイルに大電流を流す必要があ
り、おのずとコイルの発生する熱が増大する。そのた
め、高回転領域における回転電機としての効率の低下，
冷却能力を超えた発熱による永久磁石の減磁等が起こり
うる可能性がある。
【００３５】例えば、図５（ａ）に示す様に、永久磁石
が発生する磁束Φ１がある回転角速度ω１（回転数）の
ポイントで磁束Φ２に変わると、回転電機の誘導起電力
Ｅ１から誘導起電力Ｅ２特性に変化することで誘導起電
力の最大値を制限することが可能である。
【００３６】図５（ｂ）は同様に回転角速度ω（回転
数）に応じてより細かく磁束Φが変われば、誘導起電力
Ｅも一定に保つことが可能であることの概略を示す。
【００３７】更に、図５（ｂ）に示した特性を得る手段
の実施例の一つとして、前記第１の界磁用磁石はシャフ
トに固定し、前記第２の界磁用磁石はシャフトと可動自
在に結合すると共に、シャフトにはボルトのネジ部のネ
ジ部と第２の界磁用磁石の内周側にはナット部になりお
互いにネジの機能を持たせて接続し、第２の界磁用磁石
の側面から離れたところにはストッパーを設け、ストッ
パーを回転速度に応じてシャフトと平行に可変可能なサ
ーボ機構を持たせた回転電機を用いることで可能であ
る。
【００３８】図６は図１の回転電機の制御ブロック図を
示したものである。
【００３９】まず、タービンコントローラ及び単独に設
置しているセンサからの情報（圧縮機圧力，ガス温度，
運転モード，燃料ガススロットル開度etc ）、および永
久磁石形同期回転電機２の回転数を基に、運転判断部１
０１が永久磁石形同期回転電機２の運転動作を判断して
電流指令値を出力する。運転判断部１０１から出力され
た電流指令値は、現在の永久磁石形同期回転電機２の電
流値との差分に対して非干渉制御等を行っている電流制
御ブロック１０２に入力する。
【００４０】電流制御ブロック１０２からの出力は回転
座標変換部１０３で３相の交流に変換され、ＰＷＭイン
バータ主回路１０４を介して永久磁石形同期回転電機２
を制御する。また、永久磁石形同期回転電機２の各相の
電流(少なくとも２相の電流)および回転数（タービン回
転数でもよい。また変速機がある場合にはタービン回転
数の逓倍した値を用いても良い。）を検出し、各相の電
流は２軸変換ブロック１０５で、２軸電流に変換し、電
流指令値にフィードバックしている。また、回転数，磁
極位置らは検出器１０６で検出され、磁極位置変換部１
０７と速度変換部１０８らを通して各制御ブロックにフ
ィードバックされる。
【００４１】尚、図６における実施例では、回転電機２
の位置・速度センサ、ならびに回転電機の電流センサが
ある場合のものを示したが、これらの一部のセンサを排
除し、センサレスにより回転電機２を駆動するタイプの
制御構成のものでも、同様に実施可能である。
【００４２】また、本発明の永久磁石形同期回転電機
は、運転状況に応じて第１回転子と第２回転子の両磁極
中心を揃えたり、ずらせたりすることになるので、前記
第１の界磁用磁石と第２の界磁用磁石との合成磁極位置
のずれに応じて前記電力変換器を制御するコントローラ
による電流供給の進角を補正する機能を持つ。
【００４３】電流供給の進角を補正する実施例について
述べる。
【００４４】前記第１の界磁用磁石はシャフトに固定
し、前記第２の界磁用磁石はシャフトと可動自在に結合
すると共に、シャフトにはボルトのネジ部と第２の界磁
用磁石の内周側にはナット部になりお互いにネジの機能
を持たせると、第２の界磁用磁石は回転しながら軸方向
に移動する。
【００４５】運転状況に応じて第１回転子と第２回転子
の磁極中心が一致したり、ずれたりする場合の回転角と
軸方向変位量の関係を図１３に示す。
【００４６】図１３において、第２回転子の回転角θと
軸方向変位量ΔＬは比例関係であり、変位測定器６４を
用いて軸方向変位量ΔＬを測定し、電力変換器のコント
ローラにフィードバックされ第１の界磁用磁石と第２の
界磁用磁石との合成磁極位置のずれ角に換算した値とし
て、電流供給の進角を補正する最適制御に用いる。
【００４７】図７は本発明の他の実施形態をなす回転電
機を示す。
【００４８】前記第１回転子２０Ａはシャフト２２に固
定し、前記第２回転子２０Ｂはシャフト２２と可動自在
に結合すると共に、シャフトの一部にはボルトのネジ部
23Ａと第２の界磁用磁石の内周側にスリーブ４１を固定
し、かつスリーブ４１の内側にナット部２３Ｂを固定し
たものを一体化すれば、シャフト２２に対して第２回転
子２０Ｂはボルトのネジ部からナット部が外れる方向に
第１回転子２０Ａと第２回転子２０Ｂの間の間隔が広が
りながら回転する。
【００４９】第２の界磁用磁石の内周側とシャフト２２
間にはわずかな遊びがあることで、回転と共に第２の界
磁用磁石の内周側とシャフト２２間に鎖交磁束変化が生
じると、電食等の障害があるが、前記スリーブ４１は鉄
より電気抵抗率が高い非磁性体を用いることで、第２の
界磁用磁石の内周側とシャフト２２間には磁気的にも、
電気的にも絶縁を行う効果がある。
【００５０】前記第２の界磁用磁石と前記シャフト間に
は回転運動と往復運動及び複合運動を案内出来るように
スリーブ４１の内側に支持機構４０Ａ，４０Ｂを備え
た。
【００５１】第２回転子２０Ｂはシャフトの一部にボル
トのネジ部２３Ａを設け、これとお互いにネジの機能を
持たせて、第２の界磁用磁石の側面から離れたところに
は移動可能なストッパー２４を設ける。ストッパー２４
とシャフト間、ストッパーと第２回転子２０Ｂの側面間
には回転運動と往復運動及び複合運動を案内出来るよう
に支持機構４２，４７を設ける。支持機構４２はスラス
ト軸受の機能を持ち、支持機構４７はラジアル軸受であ
りながら回転運動と往復運動及び複合運動を案内する機
能を持つ。
【００５２】さらに、ばね４８を設けることで、支持機
構４２はスラスト軸受としてその機能が向上する効果が
ある。
【００５３】ストッパー２４はシャフトと平行に移動可
能なサーボ機構の一例として電磁クラッチについて述べ
る。
【００５４】電磁クラッチの構成は、ヨーク４４にコイ
ル４６が巻かれて、ストッパー２４は可動鉄心の機能を
兼用することで良い。ヨーク４４とコイル４６は回転電
機のフレーム４９、若しくは車体の一部に（図に示せ
ず）固定し、ヨーク４４とストッパー２４の間にばね４
５を備えて励磁遮断時の復帰装置の機能を持つ。回転電
機のフレーム４９とシャフト２２の間には軸受５０で支
える。
【００５５】図７はコイル４６に無励磁状態の概略であ
り、図８はコイル４６に励磁状態の概略を示す。
【００５６】コイル４６を励磁することでヨーク４４は
強力な電磁石となり、可動鉄心の機能を兼用するストッ
パー２４を吸引する。
【００５７】ここに示した電磁クラッチはストッパー２
４をシャフトと平行に可変可能なサーボ機構の一例であ
り、油圧アクチュエータ，回転機とボールネジなどによ
る直線駆動装置，リニアモータなどを用いることで、よ
り細かなストッパーの位置決めが可能である。
【００５８】図９は第２回転子２０Ｂの内側に固定され
るスリーブ４１の一例を示す。
【００５９】それらの固定方法の一つとして、第２回転
子２０Ｂとスリーブ４１からなる２つの部品の接する面
のお互いに凸凹を設けて固定した。また、シャフト２２
に固定した第１回転子２０Ａとシャフト２２と分離した
第２回転子２０Ｂの内側違いの概略を示す。
【００６０】図１０は本発明の他の実施例を示す。
【００６１】前記第１の界磁用磁石と前記第２の界磁用
磁石が接する前記第１の界磁用磁石側面に凹部５３を設
け、前記第２の界磁用磁石には前記スリーブの機能を兼
ねた突起部５４を設けた構造である。突起部５４はスリ
ーブ４１と一体ものでも良いし、第２回転子２０Ｂと一
体ものでも良い。よって、スリーブ４１の十分なスペー
スが確保出来、ばね４８，支持機構４０Ａ，４０Ｂ，ナ
ット部２３Ｂらを有効に配置することで、第２回転子２
０Ｂの軸長積厚が薄い回転電機に有効な手法の一つであ
る。
【００６２】図１１は本発明の他の実施例を示す。
【００６３】図１１に示す基本構成要素は図７と同じで
あるが、電磁クラッチに相当する一部を変更した一例で
ある。図１１はコイル４６が励磁状態であり、励磁遮断
時はばね４５によりヨーク４４とストッパー２４は切り
離れる。また、第２回転子２０Ｂにトルクが加わるボル
トのネジ部２３Ａとナット部２３Ｂの相互作用によるネ
ジの機能により推力が得られる特性を持つ。よって、ネ
ジとトルクの相互関係でストッパー２４を押し出す推力
が加われば、コイル４６の励磁を遮断するとストッパー
２４はヨーク４４と切り離れる。ヨーク４４はアーム５
２を介してフレーム４９、若しくは台車本体の一部に
（図に示せず）固定される。
【００６４】図１１に示す電磁クラッチは、図７，図８
の説明と同じくストッパー２４をシャフトと平行に可変
可能なサーボ機構の一例であり、油圧アクチュエータ，
回転機とボールネジなどによる直線駆動装置，リニアモ
ータなどを用いることで、より細かなストッパー２４の
位置決めが可能である。
【００６５】勿論、各図に示した各々の構成要素は様々
な方法で組合せることが可能であり、用途に合わせて加
えたり、取り外すことは言うまでもない。
【００６６】図１２は本発明の他の実施形態をなす回転
電機を示す。
【００６７】本発明の回転電機の特徴として、第１回転
子２０Ａはシャフト２２に対してしっかり固定されてい
るのに対して、第２回転子２０Ｂはシャフト２２に対し
て自由度を持つことになる。従って、第２回転子２０Ｂ
とシャフト２２間にはわずかな機械的な寸法の遊びがあ
り、大きなトルクや遠心力などが加わると偏心すること
もあり得る。よって、第１の界磁用磁石を有する第１回
転子２０Ａと前記固定子間のエアギャップＧａｐ１より
第２の界磁用磁石を有する第２回転子２０Ｂと前記固定
子間のエアギャップＧａｐ２の方が大きくしたことで、
偏心による第２回転子２０Ｂと前記固定子との機械的な
接続を省く効果がある。
【００６８】図１５は本発明の他の実施形態をなす回転
電機を示す。
【００６９】本発明の回転電機の特徴として、第２回転
子２０Ｂの外周側の長さより内周側の長さを短くし、第
２回転子２０Ｂ内側にストッパー２４とサーボ機構（ス
トッパー駆動用アクチュエータ）２５を備えた構造であ
る。よって、ストッパー２４とサーボ機構２５による回
転子全体の軸方向長さを押さえる効果がある。
【００７０】以上の本発明の説明では、４極機を対象に
述べたが、２極機、又は、６極機以上に適用出来る事は
言うまでもない。一例として、図１４には本発明を８極
機に適用した場合の永久磁石形同期回転電機の回転子概
略図を示す。また、回転子においては埋め込み磁石形で
も、表面磁石形でも適用出来る事は言うまでもない。
【００７１】図１６に本発明の他の実施形態をなす回転
電機を示す。
【００７２】図１６は、一次巻線を有する固定子と界磁
用磁石とシャフトとを有する回転子からなる回転電機に
おいて、前記界磁用磁石は、回転方向に順次異なった極
性の磁極が並んでいる第１の界磁用磁石と回転方向に順
次異なった極性の磁極が並んでいる第２の界磁用磁石を
有し、両方の界磁用磁石は軸方向と回転方向に変位する
機構を有することを特徴とする回転電機を示す。
【００７３】図１１に示す前記回転電機は、一方の界磁
用磁石が他方の界磁用磁石に対して変位する機構は、一
方の界磁用磁石はシャフトに固定し、他方の界磁用磁石
はシャフトとは可動自在にする構造であったが、図１６
に示す前記回転電機は両方の界磁用磁石は軸方向と回転
方向に変位する機構を有することが大きな違いである。
【００７４】図１６において、両方の界磁用磁石の間に
は中央ストッパー６４をシャフト２２の備え、両方の界
磁用磁石の左右変位を抑える機能を持つ。これらの動き
を図３と図４に示すようにボルトとナットに対応した例
を図１８に示す。
【００７５】図１８において、図１８の（１）に示すよ
うに左右両方のナットが中央ストッパー６４を挟んで同
磁極で揃っているが、左右両方のナットに同じ方向のト
ルクが加わると片方のナットは外側に外れて行く。
【００７６】よって、行きと帰りの回転方向が反対にな
る回転電機を用いる鉄道車両システムにおいて、電気車
の発進等の低回転領域における高トルク特性が要求され
る場合は、図１８の（１）に示すように左右両方の界磁
用磁石を強制的に揃え、高回転領域において高出力特性
が要求される場合は、図１８の（２）（３）に示すよう
に左右両方のストッパー２４を必要に応じて可変可能に
すれば、両方の界磁用磁石による合成磁界が変化するこ
とになり、弱め界磁効果が得られる。
【００７７】図１７に本発明の他の実施形態をなす回転
電機を示す。
【００７８】図１７は、回転方向に順次異なった極性の
磁極が並んでいる第１の界磁用磁石と回転方向に順次異
なった極性の磁極が並んでいる第２の界磁用磁石を有
し、両方の界磁用磁石は軸方向と回転方向に変位する機
構を有し、前記第１の界磁用磁石と前記第２の界磁用磁
石との間に回転方向に順次異なった極性の磁極が並んで
いる第３の界磁用磁石を有することを特徴とする回転電
機を示す。基本的な構造は図１６に示す構造にして、更
に回転子中央部に第３の界磁用磁石２０Ｃをシャフト２
２に固定した例である。図１６において、前記第１の界
磁用磁石と前記第２の界磁用磁石との軸方向幅は同じく
する。
【００７９】図１６と図１８とは同じく、図１７の回転
子部をボルトとナットに対応した例を図１９に示し、基
本的な動作原理は図１８と同様である。
【００８０】図１６から図１９において、前記第１の界
磁用磁石と前記第２の界磁用磁石とは軸方向と回転方向
に変位する機構は、前記第１の界磁用磁石と前記第２の
界磁用磁石はシャフトとは可動自在にすると共に、シャ
フトには同一方向のボルトのネジ部を有する。前記シャ
フトの前記ネジ部に対して、前記第１の界磁用磁石と前
記第２の界磁用磁石の内周側にはナット部になりお互い
にネジの機能を持たせたことを特徴とする回転電機であ
る。
【００８１】図２０と図２１に本発明の他の実施形態を
なす回転電機を示す。
【００８２】図２０と図２１は、本発明の回転電機の回
転方向が同じである場合、車軸（出力軸）の回転方向を
切り替える機構の一例であり、出力軸の回転方向を切り
替える機構としては、回転を反転させるギア９３とクラ
ッチ９０を有する。このような機構を用いることで、鉄
道車両のように行きと帰りの車軸８４の回転方向が反対
になる場合、本発明の回転電機の回転方向を同じにした
一例である。
【００８３】また、図２１は車軸８４の回転方向が同じ
の場合、本発明の回転電機の回転方向を反対にすれば、
回転子に備えた両方の界磁用磁石の合成磁界を変化する
ことができる。
【００８４】
【発明の効果】本発明の永久磁石形同期回転電機は第１
の界磁用磁石と第２の界磁用磁石の磁極中心を変化させ
るという構成により、固定子磁極と対向する永久磁石に
よる有効磁束量を可変出来るという効果があり、広範囲
可変速搬送システムの回転電機に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態をなす回転電機と鉄道車両
とのレイアウト図を示す。
【図２】図１の回転電機の全体概略を示す。
【図３】図１の回転電機の回転子同磁極中心が揃った場
合概略を示す。
【図４】図１の回転電機の回転子同磁極中心がずれた場
合概略を示す。
【図５】図１の回転電機の回転角速度に対する諸特性を
示す。
【図６】図１の回転電機の制御ブロック図を示す。
【図７】本発明の他の実施形態をなす回転電機を示す
（アクチュエータＯＦＦ状態）。
【図８】本発明の他の実施形態をなす回転電機を示す
（アクチュエータＯＮ状態）。
【図９】本発明の他の実施形態をなす回転電機の回転子
の内側を示す。
【図１０】本発明の他の実施形態をなす回転電機の回転
子の内側を示す。
【図１１】本発明の他の実施形態をなす回転電機を示す
（アクチュエータＯＮ状態）。
【図１２】本発明の他の実施形態をなす回転電機の回転
子概略図を示す（Ｇａｐの差を付ける）。
【図１３】本発明の他の実施形態をなす回転電機の軸方
向変位測定の概略図を示す。
【図１４】本発明の他の実施形態をなす回転電機の回転
子概略図を示す（８極機に適用した場合）。
【図１５】本発明の他の実施形態をなす回転電機の回転
子概略図を示す（ストッパーを第２回転子の内側に備え
る）。
【図１６】本発明の他の実施形態をなす回転電機を示す
（両方の界磁用磁石は軸方向と回転方向に変位する機構
を有する構造）。
【図１７】本発明の他の実施形態をなす回転電機を示す
（第１と第２と第３の界磁用磁石を有する構造）。
【図１８】図１６の回転電機の補足説明を示す。
【図１９】図１７の回転電機の補足説明を示す。本発明
の他の実施形態をなす回転電機を示す。
【図２０】本発明の他の実施形態をなす回転電機を示
す。
【図２１】本発明の他の実施形態をなす回転電機を示
す。
【符号の説明】
２…回転電機、４…電力変換器、１０…固定子鉄心、１
１…電機子巻線、１３…ハウジング、２０…回転子、２
０Ａ…第１回転子、２０Ｂ…第２回転子、２１…永久磁
石、２１Ａ…第１回転子永久磁石、２１Ｂ…第２回転子
永久磁石、２２…シャフト、２３…ネジ、２４…ストッ
パー、２５…ストッパー駆動用アクチュエータ、１０１
…運転判断部、１０２…電流制御、１０３…回転座標変
換部、１０４…ＰＷＭインバータ主回路、１０５…２軸
変換部。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年７月２３日（２００１．７．２
３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】また、同じ電動機として働く時、回転子の
回転方向が反対になれば、トルク方向も反対になる。同
じく、同じ回生（もしくは発電機）として働く時、回転
子の回転方向が反対になれば、トルク方向も反対にな
る。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３７】更に、図５（ｂ）に示した特性を得る手段
の実施例の一つとして、前記第１の界磁用磁石はシャフ
トに固定し、前記第２の界磁用磁石はシャフトと可動自
在に結合すると共に、シャフトにはボルトのネジ部と第
２の界磁用磁石の内周側はナット部になりお互いにネジ
の機能を持たせて接続し、第２の界磁用磁石の側面から
離れたところにはストッパーを設け、ストッパーを回転
速度に応じてシャフトと平行に可変可能なサーボ機構を
持たせた回転電機を用いることで可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H002 AA05 AA09 AB02 AB07 AB08 AC03 AC06 AE08 5H621 AA03 BB02 GA01 GA04 GA17 HH01 JK02 JK05 JK08 JK17 PP02 PP03 PP10 5H622 AA03 CA02 CA07 CA13 CB03 CB05 CB06 PP11

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】一次巻線を有する固定子と界磁用磁石とシ
    ャフトとを有する回転子からなる回転電機において、 前記界磁用磁石は、回転方向に順次異なった極性の磁極
    が並んでいる第１の界磁用磁石と回転方向に順次異なっ
    た極性の磁極が並んでいる第２の界磁用磁石を有し、前
    記第１の界磁用磁石と前記第２の界磁用磁石とは軸方向
    と回転方向に変位する機構を有することを特徴とする回
    転電機。
  2. 【請求項２】一次巻線を有する固定子と界磁用磁石とシ
    ャフトとを有する回転子からなる回転電機において、 前記界磁用磁石は、回転方向に順次異なった極性の磁極
    が並んでいる第１の界磁用磁石と回転方向に順次異なっ
    た極性の磁極が並んでいる第２の界磁用磁石を有し、一
    方の界磁用磁石が他方の界磁用磁石に対して軸方向と回
    転方向に変位する機構を有することを特徴とする回転電
    機。
  3. 【請求項３】請求項１と請求項２の回転電機において、
    一方の界磁用磁石が他方の界磁用磁石に対して軸方向と
    回転方向に変位する機構を用いて、前記一次巻線を有す
    る前記固定子に対して、第１の界磁用磁石と第２の界磁
    用磁石との合成磁界が変化することを特徴とする回転電
    機。
  4. 【請求項４】回転電機は、一次巻線を有する固定子と界
    磁用磁石とシャフトとを有する回転子を有し、前記界磁
    用磁石は、回転方向に順次異なった極性の磁極が並んで
    いる第１の界磁用磁石と回転方向に順次異なった極性の
    磁極が並んでいる第２の界磁用磁石を有し、一方の界磁
    用磁石が他方の界磁用磁石に対して軸方向と回転方向に
    変位する機構を有し、第１の界磁用磁石と第２の界磁用
    磁石との合成磁界が変化する回転電機と、前記回転電機
    を動力源とし使用する台車と、外部から前記台車内に電
    力を取り入れる集電装置と、前記回転電機の電力を制御
    する電力変換器とを有する搬送システム。
  5. 【請求項５】回転電機は、一次巻線を有する固定子と界
    磁用磁石とシャフトとを有する回転子を有し、前記界磁
    用磁石は、回転方向に順次異なった極性の磁極が並んで
    いる第１の界磁用磁石と回転方向に順次異なった極性の
    磁極が並んでいる第２の界磁用磁石を有し、一方の界磁
    用磁石が他方の界磁用磁石に対して軸方向と回転方向に
    変位する機構を有し、第１の界磁用磁石と第２の界磁用
    磁石との合成磁界が変化する回転電機と、前記回転電機
    を動力源とし使用する電気車と、外部から前記電気車内
    に電力を取り入れる集電装置と、前記回転電機の電力を
    制御する電力変換器とを有する鉄道車両システム。
  6. 【請求項６】請求項４記載の搬送システムにおいて、前
    記回転電機は、一次巻線を有する固定子と界磁用磁石と
    シャフトとを有する回転子とを有し、前記界磁用磁石
    は、回転方向に順次異なった極性の磁極が並んでいる第
    １の界磁用磁石と回転方向に順次異なった極性の磁極が
    並んでいる第２の界磁用磁石とを有し、前記の第１の界
    磁用磁石と第２の界磁用磁石は前記固定子磁極に対向し
    ているとともに、前記の第１の界磁用磁石と第２の界磁
    用磁石との合成磁界は回転子のトルク方向に基づいて変
    化させる機構を有し、このトルク方向に基づいて変化さ
    せる機構は、回転子に発生するトルク方向と第１の界磁
    用磁石と第２の界磁用磁石間の磁気作用力との釣合いに
    より前記第１の界磁用磁石と第２の界磁用磁石の同磁極
    中心が並ばせる方向にする手段と、回転子に発生するト
    ルク方向が反対になるに伴い第１の界磁用磁石と第２の
    界磁用磁石との合成磁界が変化する手段とを有する回転
    電機を有する搬送システム。
  7. 【請求項７】請求項４記載の搬送システムにおいて、前
    記回転電機の低速回転時は、回転子に発生するトルク方
    向と第１の界磁用磁石と第２の界磁用磁石間の磁気作用
    力との釣合いにより前記第１の界磁用磁石と第２の界磁
    用磁石の同磁極中心が並ばせる方向にする手段と、前記
    回転電機の高速回転時は、回転子に発生するトルク方向
    が反対になるに伴い第１の界磁用磁石と第２の界磁用磁
    石との合成磁界が変化する手段とを有する回転電機を用
    いる搬送システム。
  8. 【請求項８】請求項１から請求項６記載の回転電機にお
    いて、両方の界磁用磁石は軸方向と回転方向に変位する
    機構は、両方の界磁用磁石はシャフトとは可動自在にす
    ると共に、シャフトにはボルトのネジ部と両方の界磁用
    磁石の内周側にはナット部になりお互いにネジの機能を
    持たせたことを特徴とする回転電機。
  9. 【請求項９】請求項１から請求項６記載の回転電機にお
    いて、前記回転電機の一方の界磁用磁石が他方の界磁用
    磁石に対して変位する機構は、一方の界磁用磁石はシャ
    フトに固定し、他方の界磁用磁石はシャフトとは可動自
    在にすると共に、シャフトにはボルトのネジ部と他方の
    界磁用磁石の内周側にはナット部になりお互いにネジの
    機能を持たせたことを特徴とする回転電機。
  10. 【請求項１０】請求項８と請求項９記載の回転電機にお
    いて、少なくとも片方の界磁用磁石はシャフトとは可動
    自在にすると共に、シャフトにはボルトのネジ部と他方
    の界磁用磁石の内周側にはナット部になりお互いにネジ
    の機能を持たせて接続し、可動自在にした前記界磁用磁
    石の側面から離れたところにはストッパーを設けたこと
    を特徴とする回転電機。
  11. 【請求項１１】請求項１０記載の前記ストッパーは、必
    要に応じてシャフトと平行に可変可能な機構を持つこと
    を特徴とする回転電機。
  12. 【請求項１２】請求項１から請求項６記載の回転電機に
    おいて、前記第１の界磁用磁石と第２の界磁用磁石との
    合成磁極位置のずれに応じて前記電力変換器を制御する
    コントローラによる電流供給の進角を補正することを特
    徴とする回転電機。
  13. 【請求項１３】請求項１から請求項６記載の回転電機に
    おいて、少なくとも一つ以上の界磁用磁石はシャフトと
    可動自在に結合すると共に、シャフトにはボルトのネジ
    部と可動自在にした前記界磁用磁石の内周側にはナット
    部になりお互いにネジの機能を持たせて接続し、前記可
    動自在にした界磁用磁石の軸方向に対する変位量を検出
    し、第１の界磁用磁石と第２の界磁用磁石との合成磁極
    位置のずれ角に対応させ前記電力変換器を制御するコン
    トローラによる電流供給の進角を補正することを特徴と
    する回転電機。
  14. 【請求項１４】請求項１から請求項６記載の回転電機に
    おいて、少なくとも一つ以上の界磁用磁石はシャフトと
    可動自在に結合すると共に、前記可動自在にした前記界
    磁用磁石と前記シャフト間には回転運動と往復運動及び
    複合運動を案内する支持機構を複数個備えたことを特徴
    とする回転電機。
  15. 【請求項１５】請求項１から請求項６記載の回転電機に
    おいて、内周側とシャフトの間にはスリーブを介して、
    可動自在にした前記界磁用磁石と前記スリーブを固定し
    たことを特徴とする回転電機。
  16. 【請求項１６】請求項１５のスリーブは、鉄より電気抵
    抗率が高い非磁性体を用いたことを特徴とする回転電
    機。
  17. 【請求項１７】請求項１から請求項６記載の回転電機に
    おいて、少なくとも一つ以上の界磁用磁石はシャフトと
    可動自在に結合すると共に、前記可動自在にした前記界
    磁用磁石の前後にはばねを複数個備えて、前記第２の界
    磁用磁石の回転運動と往復運動及び複合運動を案内する
    特徴とする回転電機。
  18. 【請求項１８】請求項１から請求項６記載の回転電機に
    おいて、前記第１の界磁用磁石はシャフトに固定し、前
    記第２の界磁用磁石はシャフトと可動自在に結合すると
    共に、前記第１の界磁用磁石と前記第２の界磁用磁石が
    接する前記第１の界磁用磁石側面に凹部を設け、前記第
    ２の界磁用磁石には前記スリーブの機能を兼ねた突起部
    を設けた構造を特徴とする回転電機。
  19. 【請求項１９】請求項１から６記載の回転電機におい
    て、少なくとも一つ以上の界磁用磁石はシャフトと可動
    自在に結合すると共に、前記可動自在にした前記界磁用
    磁石の側面から離れたところにはストッパーを設け、前
    記ストッパーは前記可動自在にした前記界磁用磁石と前
    記シャフトに対して回転運動と往復運動及び複合運動を
    案内する支持機構を備えたことを特徴とする回転電機。
  20. 【請求項２０】請求項２から６記載の回転電機におい
    て、前記第１の界磁用磁石はシャフトに固定し、前記第
    ２の界磁用磁石はシャフトと可動自在に結合すると共
    に、第１の界磁用磁石を有する回転子と前記固定子間の
    エアギャップより、第２の界磁用磁石を有する回転子と
    前記固定子間のエアギャップの方が大きくしたことを特
    徴とする回転電機。
  21. 【請求項２１】請求項１から６記載の回転電機におい
    て、少なくとも一つ以上の界磁用磁石はシャフトと可動
    自在に結合すると共に、前記可動自在にした前記界磁用
    磁石の内周側に前記ストッパーと前記ストッパーの可変
    機構を備えたことを特徴とする回転電機。
  22. 【請求項２２】請求項１から６記載の回転電機におい
    て、出力軸の回転方向を切り替える機構を有することを
    特徴とする回転電機。
  23. 【請求項２３】請求項２２記載の回転電機において、出
    力軸の回転方向を切り替える機構は回転を反転させるギ
    アとクラッチ機構を有することを特徴とする回転電機。
  24. 【請求項２４】請求項１記載の回転電機において、前記
    界磁用磁石は、回転方向に順次異なった極性の磁極が並
    んでいる第１の界磁用磁石と回転方向に順次異なった極
    性の磁極が並んでいる第２の界磁用磁石を有し、両方の
    界磁用磁石は軸方向と回転方向に変位する機構を有し、
    前記第１の界磁用磁石と前記第２の界磁用磁石との間に
    回転方向に順次異なった極性の磁極が並んでいる第３の
    界磁用磁石を有することを特徴とする回転電機。
  25. 【請求項２５】請求項１と請求項２４の回転電機におい
    て、前記第１の界磁用磁石と前記第２の界磁用磁石とは
    軸方向と回転方向に変位する機構は、前記第１の界磁用
    磁石と前記第２の界磁用磁石はシャフトとは可動自在に
    すると共に、シャフトには同一方向のボルトのネジ部と
    前記第１の界磁用磁石と前記第２の界磁用磁石の内周側
    にはナット部になりお互いにネジの機能を持たせたこと
    を特徴とする回転電機。
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