JP2003199273A - 永久磁石式リラクタンス型回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型・高出力・高効率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。 【解決手段】 回転子鉄心２の外周側に極数と同じ数の
空洞部６を設け、空洞部６の間が磁極１０となり、この
磁極１０を挟むように主永久磁石３を設け、磁極１０の
外周に近い部分に補償用永久磁石４を設け、主永久磁石
３と補償用永久磁石４をともに、磁気抵抗の高い部分を
中心軸として分布する電流によって生じる磁束（ｑ軸磁
束）を相殺する方向に磁化している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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、回転
子に界磁を形成するコイルが不要であり、たとえば図１
０に示すように、回転子１０１が凹凸のある回転子鉄心
１０３のみで構成されている。このためリラクタンス型
回転電機は、図示したように回転子１０１部分にコイル
がない分構成で簡素であり、かつ安価であるといった特
徴を有する。

【０００３】このようなリラクタンス型回転電機は、回
転子１０１に凹凸があることにより、磁極となる凸部１
０５で磁気抵抗が低くなり、凹部１０７では磁気抵抗が
高くなる。したがって、凸部１０５と凹部１０７上の空
隙部分で固定子１１１の電機子コイル１１３に電流を流
すことにより蓄えられる随伴磁気エネルギーが異なるこ
とになり、この随伴磁気エネルギーの変化により出力が
発生する。

【０００４】また、リラクタンス型回転電機の回転子１
０１に設ける凸部１０５と凹部１０７は、幾何的に凹凸
の形状とするばかりではなく、磁気的に凹凸となってい
ればよい。これは、たとえば回転子１０１内において、
磁気抵抗、磁束密度分布などが回転子の位置により異な
るようにすれば、外形的な形状は円形であってもよいの
である。

【０００５】このようなリラクタンス型回転電機に他
に、同様に回転子にコイルを持たない回転電機に永久磁
石回転電機がある。

【０００６】永久磁石回転電機は、回転子のほぼ全周に
わたり永久磁石が回転子鉄心の表面に配置された表面型
永久磁石回転電機と、回転子鉄心内に永久磁石が埋めこ
まれた埋め込み型永久磁石回転電機がある。なお、固定
子は、リラクタンス型回転電機と同様である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の回転電
機において、前者のリラクタンス型回転電機は、上述し
たように、回転子鉄心表面の凹凸（または磁気的な凹
凸）により回転子の位置で磁気抵抗が異なるようにして
空隙磁束密度を変化させ、これにより磁気エネルギーを
変化させて出力を得ている。

【０００８】しかしながら、電流が増加することに伴い
磁極となる鉄心の凸部１０５（ｄ軸方向）において局部
的に磁気飽和が拡大する現象があり、これにより、磁極
間となる鉄心の凹部１０７（ｑ軸方向）に漏れる電流に
よる磁束が増加して、有効な磁束が減少し、回転電機の
出力が低下するといった問題があった。

【０００９】またこれは磁気エネルギーから考えると、
回転子鉄心１０３の凸部１０５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、随伴
磁気エネルギー変化が少なくなってしまい、電流に対し
て回転電機の出力の増加率が低下し、やがて出力が飽和
することになる。

【００１０】さらに、ｑ軸の漏れ磁束は、無効な電圧を
誘起して回転電機の力率を低下させるといった問題もあ
る。

【００１１】一方、後者の永久磁石回転電機において
は、可変速運転において問題が生じる。

【００１２】永久磁石の磁束は一定であるので電機子コ
イルに誘導される電圧は回転速度に比例して大きくな
る。したがって、低速から高速までの広範囲の可変速運
転を行う場合、表面型永久磁石回転電機では界磁磁束を
減らすことができないため、電源電圧を一定とすると基
底速度の２倍以上の定出力運転が困難であるといった問
題がある。

【００１３】また、埋め込み型永久磁石回転電機では、
永久磁石の鎖交磁束が表面型永久磁石回転電機よりも少
なくなる。そこで、永久磁石の磁化方向と逆の減磁界を
形成する電機子反作用を永久磁石に作用させて、鎖交磁
束を減少する方法が採用されている。

【００１４】しかし、これは大きな減磁界を発生させる
ための電流をコイルに流すので、電流によりジュール損
が発生してシステムの効率が低下するといった問題があ
る。また、空転時においては、永久磁石の磁束を減少さ
せるための電流をコイルに流すため、出力を発生してな
い状態でも大きなジュール損が発生して総合運転効率が
低下するといった問題もある。

【００１５】本発明は、上記従来の技術的課題に鑑みて
なされたもので、その目的としては、小型・高出力・高
効率で広範囲の可変速運転が可能であり、中・高速回転
領域でも鉄損が少なく、効率の良い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。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記課題を解決するために、電機子コイルを持つ固定子
と、周方向に周期的に磁気抵抗の高い部分と低い部分が
形成されている回転子と、前記回転子に設けられ、前記
磁気抵抗の高い部分を中心軸として分布する電流によっ
て生じる磁束を相殺する方向に磁化されている永久磁石
と、有することを要旨とする永久磁石式リラクタンス型
回転電機である。

【００１７】この発明は、回転子に磁気抵抗の高い部分
を中心軸として分布する電流で生じる磁束（ｑ軸磁束）
を相殺する方向に磁化された永久磁石を設けることで、
このｑ軸磁束を相殺して、ｑ軸磁束を減少させようとす
るものである。

【００１８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の永
久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記回転子
は、前記磁気抵抗の高い部分を形成するために、前記回
転子を構成する鉄心内に空洞部を有することを要旨とす
る。

【００１９】この発明は、回転子鉄心内に設けた空洞部
により磁気障壁を作り、この磁気障壁によって空洞部の
無い部分に対して磁気抵抗が 高くなる部分を形成し、
これにより回転子の周方向に磁気抵抗の高い部分と低い
部分を周期的に形成しようとするものである。

【００２０】請求項３記載の発明は、請求項１記載の永
久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記回転子
は、前記磁気抵抗の高い部分を形成するために、前記回
転子を構成する鉄心の外周面に凹形状を有することを要
旨とする。

【００２１】この発明は、回転子鉄心の外周面に設けた
凹形状により磁気障壁を作り、この磁気障壁によって凹
形状の無い部分に対して磁気抵抗が 高くなる部分を形
成し、これにより回転子の周方向に磁気抵抗の高い部分
と低い部分を周期的に形成しようとするものである。

【００２２】請求項４記載の発明は、請求項１記載の永
久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記回転子
の前記磁気抵抗の高い部分と低い部分は、前記永久磁石
のみによって形成されることを 要旨とする。

【００２３】この発明は、回転子に設けられている磁気
抵抗の高い部分と低い部分を回転子内に設けた永久磁石
のみによって形成することで、回転子内の空洞や回転子
表面の凹形状を無くし、永久磁石の磁束を増加させるよ
うにして永久磁石と電流の相互作用によりトルクを大き
くしようとするものである。

【００２４】請求項５記載の発明は、請求項１〜 ４の
いずれか一つに記載の永久磁石式リラクタンス型回転電
機において、前記永久磁石は、前記磁気抵抗の高い部分
を挟むように設けられた第１の永久磁石と、前記磁気抵
抗の低い部分に設けられた第２の永久磁石であることを
要旨とする。

【００２５】この発明は、回転子に磁気抵抗の高い部分
を中心軸として分布する電流で生じる磁束（ｑ軸磁束）
を相殺する方向に磁化された永久磁石として、第１の永
久磁石と第２の永久磁石の二つの永久磁石を設けること
で、ｑ軸磁束をよりいっそう減少しようとするものであ
る。

【００２６】請求項６記載の発明は、請求項５記載の永
久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記第２の
永久磁石は、前記第１の永久磁石より保磁力の高い永久
磁石であることを 要旨とする。

【００２７】この発明は、第２の永久磁石に第１の永久
磁石より高い保磁力の永久磁石を用いることで、磁気抵
抗の低い部分に設ける磁石を薄くできるようにし、磁気
抵抗の低い部分、すなわち磁極となる部分の磁路断面積
を十分に確保できるようにして、磁極部分における磁気
抵抗の低下を抑えようとするものである。

【００２８】請求項７記載の発明は、請求項５または６
記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前
記回転子は、前記第２の永久磁石の内周側端部から中心
方向に空洞を有することを 要旨とする。

【００２９】この発明は、第２の永久磁石の内周側端部
から中心方向に空洞を設けることで、この空洞によって
回転子鉄心の内部を横切るｑ軸電流による磁束を遮断す
るとともに、第２の永久磁石の漏れ磁束を低減させて第
２の永久磁石によるｑ軸磁束を相殺する効力を強め、よ
りいっそうｑ軸磁束を減少しようとするものである。

【００３０】請求項８記載の発明は、請求項５または６
記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前
記回転子は、前記第２の永久磁石の内側に、磁極中心軸
に沿って、前記回転子の周方向と直交する方向に積層さ
れた電磁鋼板を有すること要旨とする。

【００３１】この発明は、第２の永久磁石の内側に磁極
中心軸に沿って、回転子の周方向と直交する方向に積層
された電磁鋼板を配置することで、電磁鋼板によって回
転子周方向の磁気抵抗を大きくして、この電磁鋼板を横
切って回転子周方向に分布するｑ軸磁束を低減させるこ
とで、第２の永久磁石によるｑ軸磁束を相殺する効力に
加えて、よりいっそうｑ軸磁束を減少しようとするもの
である。

【００３２】請求項９記載の発明は、請求項１〜４のい
ずれか一つに記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機
において、前記回転子は、磁極の中心軸に沿って、前記
回転子の周方向と直交する方向に積層された電磁鋼板を
有することを 要旨とする。

【００３３】この発明は、磁極中心軸（ｄ軸）に沿って
積層した電磁鋼板を配置し、しかもこの電磁鋼板を回転
子周方向と直交する方向に積層したものとすることで、
電磁鋼板内によって回転子周方向の磁気抵抗を大きく
し、この電磁鋼板を横切って回転子周方向に分布するｑ
軸電流の磁束を低減しようとするものである。

【００３４】請求項１０記載の発明は、請求項１〜４の
いずれか一つに記載の永久磁石式リラクタンス型回転電
機において、前記回転子は、磁極の中心軸に沿って導電
性の板を有する 要旨とする。

【００３５】この発明は、磁極中心軸（ｄ軸）に沿って
導電材の板を配置することで、この導電性の板に渦電流
を生じさせ、生じた渦電流により、ｑ軸電流の高調波磁
束を低減しようとするものである。

【００３６】請求項１１記載の発明は、請求項１〜 ４
のいずれか一つに記載の永久磁石式リラクタンス型回転
電機において、前記永久磁石は、磁極を挟んで設けられ
た長さの異なる永久磁石であることを 要旨とする。

【００３７】この発明は、磁極を挟んで長さの異なる永
久磁石を用いることで、磁極部分の鉄心表面上のエアギ
ャップにこの長さの異なる永久磁石による磁束を生じさ
せ、この永久磁石の磁束がｑ軸電流の磁束を相殺する方
向に磁化されていることを利用して、ｑ軸電流の磁束を
相殺しようとするものである。

【００３８】請求項１２記載の発明は、請求項１〜 １
１のいずれか一つに記載の永久磁石式リラクタンス型回
転電機において、前記磁気抵抗の低い部分は、周方向の
幅が磁極ピッチの０．２５〜０．４０倍であることを
要旨とする。

【００３９】この発明は、磁気抵抗の低い部分の周方向
幅を磁極ピッチの０．２５〜０．４０倍とすることで、
ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスのインダクタ
ンス比をより大きくしようとするものである。

【００４０】請求項１３記載の発明は、請求項１〜１２
のいずれか一つに記載の永久磁石式リラクタンス型回転
電機において、最大トルク状態または一定出力で基底速
度以上の運転をする状態では、前記磁気抵抗の高い部分
を中心軸として分布する電流によって生じる磁束と前記
永久磁石による磁束が相殺されて零となる状態で動作さ
せることを要旨とする。

【００４１】この発明は、磁気抵抗の高い部分を中心軸
として分布する電流によって生じる磁束（ｑ軸磁束）が
零となるように運転することで、最大トルク時と基底速
度以上の中・高速回転において最も効率よく運伝できる
ようにしようとするものである。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。

【００４３】（第１の実施の形態）図１は、本発明を適
用した第１の実施の形態における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。

【００４４】回転子１は、電磁鋼板を積層した回転子鉄
心２で構成されており、その外周側に極数と同じ数の空
洞部６が設けられている。隣り合う空洞部６の間には鉄
の磁性部が存在し、この隣り合う空洞部６の間の磁性部
が磁極１０となる。なお、空洞部６は鉄心によって取り
囲まれており、各部位を、磁極１０側で磁路が形成され
ている側を磁路ブリッジ７、空洞部６の外周側を外周ブ
リッジ８、空洞部６の内周側を内周ブリッジ９と称して
いる。

【００４５】本第１の実施の形態においては、極数を４
極としているため回転子１の主な磁極１０となる磁性部
は、図１に示すように十字状になる。

【００４６】回転子鉄心２には、磁極１０に沿った方向
に磁石を挿入するための主磁石挿入用空洞５が８個設け
られ、この主磁石挿入用空洞５に主永久磁石３が挿入さ
れる。したがって、この主永久磁石３は、空洞部６によ
って磁気抵抗が高くなる部分を挟むように配置されてい
る。

【００４７】そしてこの主永久磁石３は、主磁石挿入用
空洞５の厚み方向に磁化されている。図１中の矢印ａは
この磁化の方向を示す。

【００４８】また、回転子鉄心２には、磁極１０内、す
なわち磁気抵抗の低い部分の外周に近い部分にさらに空
洞を設けて補償用永久磁石４を設けている。この補償用
永久磁石４の磁化方向は４極では回転子１の半径方向と
直交する方向としている。図１中の矢印ｂはこの磁化の
方向を示す。

【００４９】なお、図示しない固定子は、一般的な誘導
機、同期機などの回転電機と同じ構成であり、従来例と
して示した図１０を参照すれば、固定子１１１は、電磁
鋼板を積層した固定子鉄心１１５と、この固定子鉄心１
１５に設けられている複数のスロット内の鉄心歯１１７
に巻き付けられている電機子コイル１１３からなる。電
機子コイル１１３は、分布巻、集中巻が適用されてい
る。

【００５０】本第１の実施の形態における回転電機の作
用について説明する。

【００５１】ここで回転子１において磁気抵抗が低い方
向をｄ軸とし、磁気抵抗の高い方向をｑ軸とする。

【００５２】すなわち、ｄ軸は磁極１０となる十字状の
鉄心に沿った方向であり、磁性の鉄で磁路が構成される
ため磁気抵抗が最も小さくなる。一方、ｑ軸は空洞部６
の中心軸方向であり、空洞部６がｑ軸磁束の障壁となる
のため最も磁気抵抗が高くなる。

【００５３】電流は、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑ成分
に分けられ、それぞれｄ軸方向の磁束ψｄとｑ軸方向の
磁束ψｑを形成する。

【００５４】リラクタンストルクＴは次の（１）式で表
される。

【００５５】 Ｔ＝ｋ（Ｌｄ・Ｉｄ・Ｉｑ−Ｌｑ・Ｉｑ・Ｉｄ） …（１） ただし、（１）式中、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑ
はｑ軸インダクタンスである。

【００５６】トルク式は、主永久磁石３がｑ軸の電機子
電流による磁束ψｑ＝Ｌｑ・Ｉｑと逆方向の磁束ψｐｍ
を発生させるので、次の（２）式となる。

【００５７】 Ｔ＝ｋ｛Ｌｄ・Ｉｄ・Ｉｑ−（Ｌｑ・Ｉｑ−ψｐｍ）Ｉｄ｝ …（２） ただし、（２）式中、ψｐｍは永久磁石の鎖交磁束であ
る。

【００５８】永久磁石の磁束ψｐｍは、上記（２）式に
おける第２項の負のトルクを減少できるので、回転電機
のトルクは増加する。また、ＬｑＩｑ−ψｐｍ＝０にな
るようにｑ軸の総磁束量は総和で調整される。

【００５９】しかし、ｑ軸鎖交磁束の総和が零であって
も、図２に示すように、磁極１０の外周部を横切るｑ軸
電流による磁束が存在する。そして、このｑ軸電流によ
る一部の磁束も鉄損を発生する。

【００６０】本第１の実施の形態では、このようなｑ軸
電流による磁束、すなわち、磁気抵抗の高い部分を中心
軸として分布する電流によって生じる磁束を減少させる
ために補償用永久磁石４を配置しているものである。

【００６１】この補償用永久磁石４は、図２に示すよう
に、磁極１０となる部分の鉄心表面を通過するｑ軸電流
磁束２１と逆方向の磁束２３を発生する。補償用永久磁
石４はほぼ周方向に磁化されているため、この補償用永
久磁石４の磁束２３が磁極１０表面を通過するｑ軸電流
の磁束２１とは逆方向となり、ｑ軸電流による磁束が相
殺される。

【００６２】これにより、ｑ軸磁束は、コイルと鎖交す
る磁束量の総和で小さくするのではなく、エアギャップ
で生じるｑ軸磁束そのものを減少させることができる。

【００６３】したがって、ｑ軸中心近傍のｑ軸電流によ
る磁束のみならず磁極鉄心表面に分布するｑ軸電流によ
る磁束も減少でき、エアギャップにはｑ軸磁束はほぼ分
布しなくなり、ｑ軸磁束による鉄損を減少することがで
きる。

【００６４】そして、このようにｑ軸電流による磁束を
減少させることができるため、出力が飽和すると言った
問題や回転電機の力率を低下させるといった問題が解決
され、この結果、高出力・高効率で広範囲の可変速運転
が可能になる。また、鉄損が少なくなり効率がよくなる
ことから、従来と同じ出力の回転電機を構成する場合に
は、より小型化することが可能となる。

【００６５】なお、本第１の実施の形態では、主永久磁
石３についても、補償用永久磁石４と同様に、ほぼ周方
向に磁化されているため、この主永久磁石３の磁束２５
によってもｑ軸電流による磁束２１を相殺し、鉄損をさ
らに減少させる効果がある。

【００６６】（第２の実施の形態）本第２の実施の形態
は、図１に示した第１の実施の形態と同様の構造にし
て、磁気抵抗の低い磁極１０部分の鉄心の周方向幅αを
磁極ピッチ（隣り合う磁極間の距離β）の０．２５〜
０．４０倍とするものである。

【００６７】これにより、ｄ軸インダクタンスＬｄとｑ
軸インダクタンスＬｑのインダクタンス比が大きくな
り、高トルクが得られる。

【００６８】（第３の実施の形態）本第３の実施の形態
は、図１に示した第１の実施の形態また、第２の実施の
形態のように構成された回転電機を、最大トルク時と基
底速度以上の中・高速領域で、ｑ軸電機子電流による磁
束と永久磁石による磁束が相殺されて零となる状態で動
作させるものである。

【００６９】回転電機のトルクＴは、前述した（２）式
とおりであるから、本実施の形態における回転電機で
は、最大トルク時と基底速度以上の中・高速回転時で、
下記（３）式のとおり、ｑ軸電流による磁束を永久磁石
の磁束で相殺して零となるようにする。

【００７０】 ψｑ＝Ｌｑ・Ｉｑ−ψｐｍ＝０ …（３） これにより、ｑ軸磁束ψｑは０となるので、負荷時の電
圧はｄ軸電圧のみとなり、力率を向上できる。同時に、
（２）式にとして示したトルク式からわかるように、ｑ
軸磁束ψｑは負のトルクを発生しており、空洞部に漏れ
る磁束であるλｑの磁束を減少させることにより、ψｑ
による負のトルクを減少させてトルクも増加する。

【００７１】また同時に、固定子と回転子の鉄心のコア
バックを通る全磁束は少なくなるので、鉄心コアバック
の磁気飽和も緩和されて出力も向上する。

【００７２】さらに、最大トルク時のｑ軸電流におい
て、補償用永久磁石４の磁束と磁極１０の表面を通過す
るｑ軸電流による磁束が相殺されて０となるように、補
償用永久磁石４の磁束量を決定する。

【００７３】これにより、中・高速回転領域ではｑ軸電
流は前記に述べたような相殺されて零となるｑ軸電流値
とほぼ同じ値で運転されるようになる。

【００７４】したがって、ｑ軸磁束は固定子鉄心内には
僅かに分布するのみとなり、ｑ軸磁束による鉄損はほと
んどなくなる。特に高速回転時は高周波により鉄損が大
きくなるのでこの効果は大である。

【００７５】（第４の実施の形態）本第４の実施の形態
は、図１に示した第１の実施の形態と同様の構造にし
て、補償用永久磁石４に、主永久磁石３より保磁力の高
い永久磁石を用いるものである。

【００７６】これは、補償用永久磁石４に高保磁力の永
久磁石を適用することで、磁石を薄くできるためｄ軸電
流による磁束が通る磁極１０の磁路断面積を十分に確保
でき、磁気抵抗の低下を僅かにできるからである。

【００７７】このようにすることで補償用永久磁石４の
挿入によるトルクの低下を抑えることができ、逆に永久
磁石の磁束によりトルクが増加する。

【００７８】なお、主永久磁石３は、磁束量が大きいこ
とが要求されるので、保磁力よりも残留磁束密度の高い
永久磁石を適用するとよい。これにより、トルクも増加
することができる。

【００７９】（第５の実施の形態）図３は、本発明を適
用した第５の実施の形態における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。

【００８０】本第５の実施の形態においては、図３に示
すように、回転子１に補償用永久磁石４の内周側端部か
ら回転子中心方向に向かって、すなわち、ｄ軸中心に沿
ってスリットｌｌを設けたものである。なお、その他の
構成は前述した第１の実施の形態と同様であるので説明
を省略する。

【００８１】本第５の実施の形態における回転電機の作
用について説明する。

【００８２】回転子１に設けられたスリット１１は、空
気で満たされているため磁気障壁となって磁気抵抗が高
くなる。したがって、スリット１１は、回転子鉄心２の
内部を横切るｑ軸電流による磁束を遮断するとともに補
償用永久磁石４の漏れ磁束を低減させる。

【００８３】これにより、さらにｄ軸とｑ軸のインダク
タンス差が大となって、トルクが増加する。

【００８４】同時に磁極１０となる鉄心表面のｑ軸磁束
を補償用永久磁石４で効果的に低減でき、鉄損をさらに
低減されることができる。

【００８５】（第６の実施の形態）図４は、本発明を適
用した第６の実施の形態における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。

【００８６】本第６の実施の形態においては、図４に示
すように、回転子１の磁極１０となっている部分の鉄心
内、ｄ軸中心部分に電磁鋼板１４を配置したものであ
る。そして、この電磁鋼板１４は回転子周方向と直交す
る方向に積層したものである。なお、その他の構成は、
補償用永久磁石が無い以外前述した第１の実施の形態と
同様であるので説明を省略する。

【００８７】本第６の実施の形態における回転電機の作
用について説明する。

【００８８】電磁鋼板１４は、回転子周方向と直交する
方向に積層されているので、電磁鋼板内では周方向の磁
気抵抗が大となる。

【００８９】したがって、この電磁鋼板を横切って回転
子周方向に分布するｑ軸電流の磁束を低減する効果があ
る。

【００９０】これにより、ｄ軸とｑ軸のインダクタンス
差が大となって、トルクが増加する。また、同時に磁極
１０となっている鉄心表面のｑ軸磁束も効果的に低減で
き、鉄損を低減することができる。

【００９１】（第７の実施の形態）図５は、本発明を適
用した第７の実施の形態における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。

【００９２】本第６の実施の形態においては、図５に示
すように、回転子１内の補償用永久磁石４の内周側、ｄ
軸中心部分に電磁鋼板１４を配置したものである。この
電磁鋼板１４は回転子周方向と直交する方向に積層して
いる。なお、その他の構成は前述した第１の実施の形態
と同様であるので説明を省略する。

【００９３】本第６の実施の形態における回転電機の作
用について説明する。

【００９４】電磁鋼板１４は、回転子周方向と直交する
方向に積層されているので、電磁鋼板１４内では周方向
の磁気抵抗が大となる。

【００９５】したがって、この電磁鋼板１４を横切って
回転子周方向に分布するｑ軸電流の磁束を低減する効果
がある。

【００９６】これにより、ｄ軸とｑ軸のインダクタンス
差がさらに大となって、トルクが増加する。また、積層
した電磁鋼板１４は、補償用永久磁石４の漏れ磁束と磁
極１０となっている部分の鉄心表面におけるｑ軸磁束を
効果的に低減でき、鉄損を低減することができる。

【００９７】（第８の実施の形態）図６は、本発明を適
用した第８の実施の形態における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。

【００９８】本第８の実施の形態においては、図６に示
すように、回転子１の磁極１０となっている部分の鉄心
内で、ｄ軸中心部分に銅板１５を配置したものである。
なお、その他の構成は、補償用永久磁石が無い以外前述
した第１の実施の形態と同様であるので説明を省略す
る。

【００９９】本第８の実施の形態における回転電機の作
用について説明する。

【０１００】ｄ軸中心部分に銅板１５を配置したことに
より、磁極１０部分の鉄心表面を横切るｑ軸電流の高調
波磁束がこの銅板１５に入ることになり、銅板１５内で
渦電流が発生する。そして、発生した渦電流によりｑ軸
電流の高調波磁束が低減されることになり、これにより
鉄損をさらに低減されることができる。

【０１０１】なお、銅板の替わりに、たとえばアルミニ
ウムを導電材として使用しても同様に鉄損を減少させる
ことが可能である。このとき銅板であれば銅の棒を回転
子鉄心に挿入することによって、電気抵抗がアルミニウ
ムより小さいので断面積を小さくすることができ、アル
ミ板では、アルミニウムのダイキャスト（鋳造）で作る
ことによって、高熱で溶かしたアルミニウムを回転子鉄
心に流し込んで製造するので量産性に優れるというそれ
ぞれの利点がある。

【０１０２】（第９の実施の形態）図７は、本発明を適
用した第９の実施の形態における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。

【０１０３】本第９の実施の形態においては、図７に示
すように、回転子１内の主永久磁石として、回転子の周
方向の長さの異なる２種類の磁石３ａおよび３ｂを配置
したものである。なお、その他の構成は、補償用永久磁
石が無い以外前述した第１の実施の形態と同様であるの
で説明を省略する。

【０１０４】この主永久磁石３ａおよび３ｂは、磁極を
挟んで配置しており、永久磁石の幅方向（図では回転子
の径方向）の長さが異なるものである。図においては、
回転子中心から見て左側の永久磁石３ａを長く、右側の
永久磁石３ｂを短くしている。

【０１０５】本第９の実施の形態における回転電機の作
用について説明する。

【０１０６】磁極１０を挟んで設けられた二つの永久磁
石は、永久磁石の形状が同じであれば、磁極鉄心表面に
おいて二つの永久磁石の磁束が打ち消されて現れること
はない。

【０１０７】これに対して、本第９の実施の形態のよう
に、長さの異なる永久磁石を用いることで、永久磁石の
面積を異なるようにしたため磁極鉄心表面上のエアギャ
ップに永久磁石による磁束が生じる。この永久磁石の磁
束は、主永久磁石３ａおよび３ｂがｑ軸電流の磁束とは
逆方向になるように磁化されているため、ｑ軸電流の磁
束を相殺することになる。

【０１０８】これにより、エアギャップ中のｑ軸磁束を
ほとんどなくすことができ、鉄損を低減することができ
る。

【０１０９】（第１０の実施の形態）図８は、本発明を
適用した第１０の実施の形態における永久磁石式リラク
タンス型回転電機の回転子の径方向断面図である。

【０１１０】本第１０の実施の形態においては、図８に
示すように、回転子１内における同極の永久磁石３で囲
まれた部分の鉄心外周面の一部を窪ませて凹形状１２を
設けたものである。なお、その他の構成は前述した第１
の実施の形態と同様であるので説明を省略する。

【０１１１】本第１０の実施の形態における回転電機の
作用について説明する。

【０１１２】同極の永久磁石３で囲まれた部分の鉄心外
周面に凹形状１２を設けることで、磁気抵抗の高い部分
を凹形状１２のみで構成することになるので、回転子鉄
心２内部に空洞部設けた場合（図１参照）と比較して、
回転子鉄心２の外周に外周ブリッジがないことからさら
に磁気抵抗を高くすることができる。

【０１１３】したがって、ｄ軸とｑ軸のインダクタンス
の差がより大きくなり、トルクが増加する。特に、この
構成により回転子表面に沿って漏れるｑ軸磁束を減少で
きるので、ｄ軸とｑ軸のインダクタンスの差を拡大する
ことができる。

【０１１４】これにより、ｑ軸磁束の絶対値が小さくな
り電圧降下分も減少するので、力率の向上と電圧源の電
源で駆動しているときの最高回転数を伸ばすことが可能
となる。したがって、回転電機としての可変速範囲をさ
らに拡大することができるのである。

【０１１５】（第１１の実施の形態）図９は、本発明を
適用した第１１の実施の形態における永久磁石式リラク
タンス型回転電機の回転子の径方向断面図である。

【０１１６】本第１１の実施の形態においては、図９に
示すように、回転子１内の空洞や表面の窪みなどを設け
ていないものである。なお、その他の構成は前述した第
１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。

【０１１７】この場合、回転子１の周方向位置による周
期的な磁気抵抗の凹凸は、主永久磁石３によって形成さ
れる。すなわち、図９に示されるように、主永久磁石３
により挟まれている部分１６では、主永久磁石３そのも
のによって磁路が閉塞しているために、この部分１６で
磁気抵抗が高くなり、一方、磁路が形成されて磁極１０
となっている部分では、磁気抵抗が低くなるのである。
これにより、空洞や凹形状を設けることなく、回転子１
に周期的に磁気抵抗の高い部分と低い部分が形成されて
いる。

【０１１８】本第１１の実施の形態における回転電機の
作用について説明する。

【０１１９】このように、回転子１に空洞や凹形状を設
けないことで、永久磁石３の磁束が増加し、永久磁石の
磁束と電流の相互作用によりトルクを大きくすることが
できる。

【０１２０】以上本発明を適用した実施の形態を説明し
たが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるもの
でなく、たとえば、各実施の形態のそれぞれ特徴をなす
構成を適宜組み合わせることも可能であり、それらの構
成も本発明の技術思想に含まれるものである。

【０１２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、回
転子の周方向位置により、磁束によるインダクタンスの
差が大きくすることができ、高トルク、高出力の回転電
機を得ることができる。

【０１２２】また、本発明によれば、回転子の磁極表面
を通るｑ軸磁束も低減するため鉄損が減少し、中・高速
回転領域で効率が向上する。したがって、本発明の回転
電機は、高出力で低速から高速までの広範囲で効率の良
い運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した１の実施の形態における永久
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。

【図２】本発明を適用した１の実施の形態である永久磁
石式リラクタンス型回転電機の磁束の流れを示す図面で
ある。

【図３】本発明を適用した５の実施の形態における永久
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。

【図４】本発明を適用した６実施の形態における永久磁
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。

【図５】本発明を適用した７の実施の形態における永久
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。

【図６】本発明を適用した８の実施の形態における永久
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。

【図７】本発明を適用した９の実施の形態における永久
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。

【図８】本発明を適用した１０の実施の形態における永
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。

【図９】本発明を適用した１１の実施の形態における永
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。

【図１０】従来のリラクタンス型回転電機の径方向断面
図である。

【符号の説明】

１ 回転子 ２ 回転子鉄心 ３、３ａ、３ｂ 主永久磁石 ４ 補償用永久磁石 ５ 主磁石挿入用空洞 ６ 空洞部 ７ 磁路ブリッジ ８ 外周ブリッジ ９ 内周ブリッジ １０ 磁極 １１ スリット １２ 凹形状 ｌ４ 電磁鋼板 １５ 銅板 １６ 主永久磁石により挟まれている部分 ２１ ｑ軸電流による磁束 ２３ 補償用永久磁石による磁束 ２５ 主永久磁石による磁束

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 21/14 Ｈ０２Ｋ 21/14 Ｍ (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 高橋 則雄 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 Ｆターム(参考） 5H002 AA03 AB08 AE08 5H619 AA01 BB01 BB06 BB24 PP02 PP06 PP08 5H621 AA03 BB07 GA11 HH01 5H622 AA03 CA02 CA05 CA09 CA10 CA11 CB02 CB03 CB04

Claims (13)

【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、 周方向に周期的に磁気抵抗の高い部分と低い部分が形成
   されている回転子と、 前記回転子に設けられ、前記磁気抵抗の高い部分を中心
   軸として分布する電流によって生じる磁束を相殺する方
   向に磁化されている永久磁石と、 を有する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】 前記回転子は、前記磁気抵抗の高い部分
   を形成するために、前記回転子を構成する鉄心内に空洞
   部を有することを特徴とする請求項１記載の永久磁石式
   リラクタンス型回転電機。
3. 【請求項３】 前記回転子は、前記磁気抵抗の高い部分
   を形成するために、前記回転子を構成する鉄心の外周面
   に凹形状を有することを特徴とする請求項１記載の永久
   磁石式リラクタンス型回転電機。
4. 【請求項４】 前記回転子の前記磁気抵抗の高い部分と
   低い部分は、前記永久磁石のみによって形成されること
   を特徴とする請求項１記載の永久磁石式リラクタンス型
   回転電機。
5. 【請求項５】 前記永久磁石は、前記磁気抵抗の高い部
   分を挟むように設けられた第１の永久磁石と、前記磁気
   抵抗の低い部分に設けられた第２の永久磁石であること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の永久
   磁石式リラクタンス型回転電機。
6. 【請求項６】 前記第２の永久磁石は、前記第１の永久
   磁石より保磁力の高い永久磁石であることを特徴とする
   請求項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】 前記回転子は、前記第２の永久磁石の内
   周側端部から中心方向に空洞を有することを特徴とする
   請求項５または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】 前記回転子は、前記第２の永久磁石の内
   側に、磁極中心軸に沿って、前記回転子の周方向と直交
   する方向に積層された電磁鋼板を有することを特徴とす
   る請求項５または６記載の永久磁石式リラクタンス型回
   転電機。
9. 【請求項９】 前記回転子は、磁極の中心軸に沿って、
   前記回転子の周方向と直交する方向に積層された電磁鋼
   板を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一
   つに記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。
10. 【請求項１０】 前記回転子は、磁極の中心軸に沿って
    導電性の板を有することを特徴とする請求項１〜４のい
    ずれか一つに記載の永久磁石式リラクタンス型回転電
    機。
11. 【請求項１１】 前記永久磁石は、磁極を挟んで設けら
    れた長さの異なる永久磁石であることを特徴とする請求
    項１〜４のいずれか一つに記載の永久磁石式リラクタン
    ス型回転電機。
12. 【請求項１２】 前記磁気抵抗の低い部分は、周方向の
    幅が磁極ピッチの０．２５〜０．４０倍であることを特
    徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の永久磁
    石式リラクタンス型回転電機。
13. 【請求項１３】 最大トルク状態または一定出力で基底
    速度以上の運転をする状態では、前記磁気抵抗の高い部
    分を中心軸として分布する電流によって生じる磁束と前
    記永久磁石による磁束が相殺されて零となる状態で動作
    させることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つ
    に記載の永久磁石式リラクタンス型回転電機。