JP2011188567A - 回転電機 - Google Patents
回転電機 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011188567A JP2011188567A JP2010048562A JP2010048562A JP2011188567A JP 2011188567 A JP2011188567 A JP 2011188567A JP 2010048562 A JP2010048562 A JP 2010048562A JP 2010048562 A JP2010048562 A JP 2010048562A JP 2011188567 A JP2011188567 A JP 2011188567A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotor
- rotating electrical
- electrical machine
- magnetic flux
- power
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
Landscapes
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
【解決手段】磁束可変型回転電機は、巻線を有する固定子と、固定子に空隙を介して回転可能に配設され、回転軸方向に第1回転子と第2回転子に二分割され、それぞれに極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置された回転子と、第1回転子に対する第2回転子の相対的な回転軸方向位置を可変する磁束可変装置とを有する。磁束可変装置は、動力発生部と、動力発生部で発生した力を第2回転子と第1回転子に伝達する動力伝達部とを有する。
【選択図】 図1
Description
本発明に係る磁束可変型回転電機の一構成例を図1,図2,図3に基づいて説明する。
第2の実施形態は、第1の実施形態の第1回転子5と第2回転子6をシャフト4上で移動する磁束可変装置JMには、動力発生部ACと動力伝達部DDの間に倍力機構BMを設けて構成されたものである。ここでは、倍力機構以外の部分については第1の実施形態と同様であり、説明は省略する。以下、第1の実施形態の説明と同じ部品には同符号を付してその説明を省略し、異なる部品のみ説明する。動力発生部ACは、アクチュエータ9と、アクチュエータ9のアーム9Aとを備えている。動力伝達部DDは、ストッパー12と、ストッパー12のアーム12Aと、第2回転子6とストッパーのアーム12Aとを連結するスラスト軸受8Aと、第2回転子6と第1回転子5とを連結するスラスト軸受8Bとを備えている。倍力機構BMは梃子の原理を用いている。この倍力機構BMは、図7に示すように、梃子のアーム11と、梃子の支点11Aと、梃子の作用点11Bと、梃子の力点11Cとから構成されている。
F1×L1=F2×L2 …(1)
第3の実施形態は、第2の実施形態の梃子による倍力構造に代えて、油圧式倍力機構を用いたものである。倍力機構以外の部分については第2の実施形態と同様であり、説明は省略する。以下、第2の実施形態の説明と同じ部品には同符号を付してその説明を省略し、異なる部品のみ説明する。
F1×S2=F2×S1 …(2)
第4の実施形態は、第2の実施形態の梃子による倍力構造に代えて、リンク機構を使用した倍力機構を回転電機に適用したものである。倍力機構以外の部分については第2の実施形態と同様であり、説明は省略する。以下、第2の実施形態の説明と同じ部品には同符号を付してその説明を省略し、異なる部品のみ説明する。
F1×D1=F2×D2 …(3)
第5の実施形態は、第2の実施形態の梃子による倍力構造に代えて、歯車とボールネジ機構を用いた倍力機構を回転電機に適用したものである。倍力機構以外の部分については第2の実施形態と同様であり、説明は省略する。以下、第2の実施形態の説明と同じ部品には同符号を付してその説明を省略し、異なる部品のみ説明する。
F2∝F1×(R2×R3/R12) …(4)
本発明に係る回転電機の固定子を二分割した磁束可変型回転電機の一構成例を図11に基づいて説明する。
第1〜第6の実施形態の磁束可変装置の制御回路の一例について簡単に説明する。
図16は、第1〜第6の実施形態の回転電機効率に及ぼす回転電機電圧の影響を示す。回転電機のトルクと回転数を一定した場合(従来の弱め界磁制御領域)では、回転電機電圧が半分になっても回転電機の有効磁束量を適切に減らせば、同じ出力に対してより高い回転電機効率での運転が得られる。言い換えれば、磁束固定永久磁石回転電機に比べ、磁束可変型永久磁石回転電機は、より低い回転電機電圧にしてもより高い効率で同じトルクと回転数で運転することができる。
第1〜第6の実施形態の回転電機をハイブリッド自動車の駆動装置に適用した例について説明する。図18はハイブリッド自動車の駆動装置の配置構成を示す。ハイブリッド自動車は、車輪と、その車輪を駆動する駆動装置とを有する。駆動装置は、車両の駆動力を発生する、つまり車輪を駆動する内燃機関であるエンジン30と、車両の速度を制御する変速機であるトランスミッション32との間に回転電機31(永久磁石型同期回転電機)を機械的に連結して構成されている。この回転電機31は、上述した第1〜第6のいずれかの実施形態の回転電機である。
第1〜第6の実施形態で説明したいずれかの回転電機をハイブリッド自動車の駆動装置に適用した他の例について説明する。
前記第1〜第6の実施形態のいずれかの回転電機が用いられるハイブリッド自動車の他の2例を簡単に説明する。
第3の適用例による自動車は、車輪を駆動する内燃機関と、電力の充放電を行うバッテリと、モータ・ジェネレータと、モータ・ジェネレータに供給される電力及びモータ・ジェネレータから供給された電力を制御する電力変換装置と、電力変換装置を制御する制御装置とを有する。このモータ・ジェネレータが上述した第1〜第6の実施形態の回転電機のいずれかである。モータ・ジェネレータは、内燃機関のクランク軸と機械的に連結され、バッテリから供給された電力によって駆動されて内燃機関を駆動すると共に、内燃機関からの動力によって駆動されて発電し、バッテリにその発電電力を供給する。この自動車は、内燃機関で車輪を駆動する通常の自動車、あるいは内燃機関とモータ・ジェネレータで車輪を駆動するハイブリッド自動車である。
第4の適用例によるハイブリッド自動車は、車輪を駆動する内燃機関と、電力の充放電を行うバッテリと、モータ・ジェネレータと、モータ・ジェネレータに供給された電力及びモータ・ジェネレータから供給された電力を制御する電力変換装置と、電力変換装置を制御する制御装置とを有する。モータ・ジェネレータは、バッテリから供給された電力によって駆動されて車輪を駆動すると共に、車輪からの駆動力を受けて発電し、バッテリにその発電力を供給する。このモータ・ジェネレータが第1〜第6の実施形態の回転電機のいずれかである。
第1〜第6の実施形態で説明したいずれかの回転電機を電気自動車の駆動装置に適用した例について説明する。
第1〜第6の実施形態で説明したいずれかの回転電機を電気自動車の駆動装置に適用した他の例について説明する。
本適用例では、第1〜第6の実施形態で説明したいずれかの回転電機を洗濯機の電動機に適用した例について説明する。
本適用例では、第1〜第6の実施形態で説明したいずれかの回転電機を風力発電システムの発電機に適用した例について説明する。
本適用例では、第1〜第6の実施形態で説明したいずれかの回転電機を輸送車両の電動機・発電機に適用した例について説明する。
次に、第1〜第6の実施形態による回転電機に適用した磁石材料について説明する。
LaFe12F磁石を作製するために、La及び鉄の母合金をLaとFeの原子比が1:12になるように真空溶解する。母合金の組成を均一にするために数回溶解と冷却を繰り返した後に、再溶解し急冷することにより箔片を形成後粉砕する。粉砕粉の平均粉末径は10から100μmである。この粉砕粉とフッ化アンモニウム粉とをアルコール溶媒中で混合し、酸化防止と不純物混入抑制のために表面フッ化が施されたステンレスボールと共に容器内に入れて外部ヒータにより100℃に加熱しながらボールミリングを進める。溶解急冷からボールミル,加熱成形まで酸化防止,磁気特性確保のため窒素雰囲気中で進めた。加熱及びボールによる粉砕によりフッ化が進行し、平均粉末径が0.5から5μmのフッ化磁性粉が作成される。ボールミリングは100時間実施した結果、F(フッ素)が粉末表面から拡散し、LaFe12F組成の磁性粉が形成される。粉末中心部はLaFe12F0.01-0.1である。この磁性粉を磁場10kOeで1t/cm2の圧力で成形後400℃、10t/cm2で加熱圧縮成形する。加熱成形により磁性粉表面のフッ化物の一部が結着することでフッ化物磁性粉の全体に占める体積が90から99%のブロック体が得られる。このブロック体を成形温度以下の温度で時効急冷後、異方性方向に25kOeの磁界を印加することで磁石特性を確認したところ、残留磁束密度1.8T、保磁力25kOe、キュリー温度520℃であった。上記特性を示すLaFe12F磁石は、フッ素濃度が結晶粒界と結晶粒中心部でフッ素濃度が異なる。フッ素濃度は結晶粒界近傍で高く結晶粒中心部で低く、濃度差として0.1原子%以上認められる。このフッ素濃度差は波長分散型X線分析により確認できる。また、結晶粒界あるいは磁石表面にはLaOFやLaF3などの体心正方晶構造をもった主相(LaFe12F)とは異なる組成の水素,炭素や窒素などの不純物を含有するフッ化物あるいは酸フッ化物が成長する。このようなフッ化物あるいは酸フッ化物の全体に占める体積が増加すると、残留磁束密度が低下するため、平均粒径2μmの主相に対する体積率として20%以下が望ましく、残留磁束密度1.5T以上とするためには10%以下である必要がある。本実施例のような残留磁束密度1.8T、保磁力25kOe、キュリー温度520℃と同等の磁石特性はLaFe12F以外に、La(Fe0.9Co0.1)12F,La(Fe0.9Mn0.1)12F,CeFe12F,PrFe12F,YFe12F,Nd(Fe0.9Co0.1)12Fなどのフッ化物で得られ、希土類元素をRE、鉄及び希土類元素以外の遷移金属元素をM、フッ素をFとすると、
REX(FeSMT)YFz
X,Y,Zは正数であり、X<Y,Z<Y,S>Tで磁石特性を示し、残留磁束密度を1.5T以上とするためには、X<Y/10,Z<3,Z<Y/4,T<0.4,S>Tであること及び上記主相以外の強磁性を示さないフッ化物や酸フッ化物の体心正方晶あるいは六方晶構造の主相に対する体積比率を0.01から10%にすることが必要である。なお、フッ化物や酸フッ化物の形成は母相の構造安定性を高めるために磁石特性確保には不可欠であり、0.1%程度が望ましい。本実施例の反応性ボールミルあるいは反応性メカニカルアロイ工程は、すべての粉末材料のフッ化処理に適用できる。即ち、20℃よりも高い温度に加熱可能な加熱温調により容器内を加熱し、容器内にフッ素を含有する粉末あるいはガスを充てんして反応性をもたせ、ボールによるメカニカルな反応(新生面形成,粉砕,摩擦部の活性化など)を合わせることでフッ化が比較的低温(50℃から500℃)で進行する。この手法は、磁石材料だけではなく、高電気陰性度かつ小原子半径であるフッ素がバンド構造(電子状態密度の三次元分布)に与える影響から設計される77K以上で超電導となる高温超電導材料や磁気冷凍材料に適用でき、銅に0.1から50原子%フッ素を導入したM−Cu−F系(Mは一種以上のCu以外の遷移元素、Cuは銅、Fはフッ素)高温超電導材料やフッ素をケイ素系材料に1から30原子%導入したM−Si−F(Mは一種以上のSi以外の遷移元素、Siはケイ素、Fはフッ素)の磁気冷凍材料が製造できる。
CeFe24F磁石を作製するために、Ce及び鉄の母合金をCeとFeの原子比が1:24になるように真空溶解する。母合金の組成を均一にするために数回溶解と冷却を繰り返した後に、再溶解し急冷することにより箔片を形成後粉砕する。粉砕粉の平均粉末径は1から10μmである。この粉砕粉とフッ化アンモニウム粉とをアルコール溶媒中で混合し、酸化防止と不純物混入抑制のために表面フッ化が施されたステンレスボールと共に容器内に入れて外部ヒータにより200℃に加熱しながらボールミリングを進める。溶解急冷からボールミル,加熱成形まで酸化防止,磁気特性確保のため窒素雰囲気中で進めた。加熱及びボールによる粉砕によりフッ化アンモニウムの分解に伴いフッ化が進行し、平均粉末径が0.1から2μmのフッ化磁性粉が作成される。ボールミリングは20時間実施した結果、F(フッ素)が粉末表面から拡散し、CeFe24F組成の磁性粉が形成される。粉末中心部はCeFe12F0.01-0.1である。この磁性粉を磁場10kOeで1t/cm2の圧力で仮成形後500℃、10t/cm2で加熱圧縮成形する。加熱成形により磁性粉表面のフッ化物の一部が結着することでフッ化物磁性粉の全体に占める体積が95から99%のブロック体が得られる。このブロック体を成形温度以下の温度で時効後、100℃/秒の最大冷却速度で急冷した成形体を異方性方向に25kOeの磁界を印加することで磁石特性を確認したところ、残留磁束密度1.9T、保磁力20kOeが確認でき、磁化の温度依存性から求めたキュリー温度は630℃であった。上記特性を示すCeFe24F磁石は、フッ素原子の一部が侵入して格子歪が導入された相であり、結晶構造は温度に依存して変態し、体心正方晶あるいは六方晶である。また結晶粒においてフッ素濃度が結晶粒界と結晶粒中心部でフッ素濃度が平均的に異なる。フッ素濃度は結晶粒界近傍で高く結晶粒中心部で低く、濃度差として1原子%以上認められる。このフッ素濃度差は波長分散型X線分析により確認できる。また、結晶粒界あるいは磁石表面にはCeOFやCeF2,CeF3などの主相(CeFe24F)とは異なる組成の水素,炭素や窒素,鉄などの不純物を含有するフッ化物あるいは酸フッ化物が成長する。このようなフッ化物あるいは酸フッ化物の全体に占める体積が増加すると、残留磁束密度が低下するため、平均粒径2μmの主相に対する体積率として10%以下が望ましい。
MnFe24F磁石を作製するために、Mn及び鉄の母合金を用い真空溶解する。MnとFeの原子比が1:25になるように真空溶解を複数回繰り返し組成の均一化を図る。母合金をAr−1%F2雰囲気で溶湯急冷する。急冷中に一部の箔体にフッ素が導入される。この箔体をフッ化アンモニウム(NH4F)雰囲気で粉砕する。さらにフッ化アンモニウム(NH4F)雰囲気での低温ボールミル工程を経て平均粒径0.5から5μmのMnFe24F0.1が得られる。さらに低温ボールミル工程での温度よりも高い温度(100から300℃)でフッ化アンモニウム(NH4F)雰囲気中での反応性ボールミル工程を適用し、HFなどの反応基によるフッ化を進行させることにより平均粒径0.05から0.5μmのMnFe24F粉を得た。フッ素導入による格子体積の増加及び高電気陰性度による鉄やマンガンのバンド構造の変化により磁気モーメント増加と磁気異方性エネルギー増加ならびにスピン間交換結合の強磁性化及び一部Mn原子の反強磁性結合による異方性発現などにより、磁石特性が得られ、磁粉を加熱圧縮成形するかあるいは、有機材料をバインダに用いた成形,熱間押し出し成形などの加熱変形による異方化、ならびに通電成形,衝撃波成形などが成形体を得るための手法として適用できる。フッ化物バインダにMgF2を用いた成形体を磁場中圧縮成形し、異方性方向に50kOeの磁界を印加することで磁石特性を確認したところ、20℃で残留磁束密度1.6T、保磁力20kOeが確認でき、磁化の温度依存性から求めたキュリー温度は450℃であった。本実施例のMnFe24F粉は一部のMnがFeと強磁性、一部のMnはFeと反強磁性結合を示し、フッ素原子が侵入する比率によってその磁気結合が大きく変化する。侵入位置に配置するフッ素原子の平均濃度は1から10原子%であり、特に3から5原子%であり、単位格子の原子層ではさらに高濃度のフッ素原子が侵入することでMn原子による高磁気異方性エネルギーが実現できる。侵入型化合物の構造を安定化するために、MnFe24Fに添加する元素は、Co,Ni,Ti,Mo,V,Cr,Al,Mg,Si,Ga,Ge,Bi,W,La,Ce,Pr,Nd,SmなどのMn及びFe以外の遷移元素であり、これらの遷移元素添加により侵入可能なフッ素原子濃度を高濃度とすることができ結晶の安定性と磁気特性(異方性エネルギー)の向上が可能である。なお、このような侵入フッ素原子は、高電気陰性度のために、磁性体の電子状態密度分布が大きく変化する。したがって磁気モーメント以外にも電気抵抗,磁気抵抗,磁気比熱,磁気歪,結晶磁気異方性エネルギー,磁気異方性の方向が変化することから、保磁力増加,飽和磁増加,磁気抵抗率増加,磁気歪の増加,磁気比熱の増加が認められ、磁石や磁歪材料,磁気冷凍材料,磁気抵抗材料に適用でき、ハードディスクのヘッドやボイスコイルモータ,アクチュエータ,冷却装置,磁気センサ,MRIなどに適用でき、磁石回転機においては透磁率の高い磁気冷凍材料により磁石部を冷却してトルク特性を安定化させ、かつ損失を低減でき全ての磁気回路において上記磁気冷凍材料と磁石が適用できる。また、MnFe24Fと同等の磁気特性を示すフッ化物磁石は、本実施例と類似の工程を適用して作成可能であり、MnXFeYMZFSの組成で確認でき、Mnはマンガン、Feは鉄、Mは鉄及びマンガン以外の遷移元素、Fはフッ素、Z<X<Y,S<3で示され、フッ素原子の一部が侵入位置に配置した正方晶あるいは立方晶,六方晶,斜方晶,菱面体晶あるいはこれらの複合結晶であり、フッ素原子が侵入した相以外に強磁性や反強磁性を示さない酸フッ化物あるいはフッ化物が母相に接触して形成され、酸素濃度は主相よりも前記酸フッ化物の方が高濃度である。侵入位置のフッ素あるいはMnが規則的に配列した場合、磁石性能あるいは磁気物性の向上が認められる。なお、上記フッ化物粉あるいは結晶粒には酸素,窒素,水素,炭素などが結晶構造を破壊しない程度の濃度で含まれていてもフッ素原子の侵入位置に大きな影響はないため特性に問題はない。さらに侵入位置に配列するフッ素原子とともに同様の原子位置に窒素や炭素,ホウ素,酸素,塩素、あるいは水素が配置しても良い。
La0.5MnFe24F磁石を作製するために、La,Mn及び鉄の母合金を用い真空溶解する。La,MnとFeの原子比が0.6:1:24になるように真空溶解を複数回繰り返し組成の均一化を図る。母合金をN2−1%F2雰囲気で溶湯急冷する。急冷中に一部の箔体にフッ素が導入され表面の酸化を防止するとともに高フッ素濃度の準安定結晶を形成する。この箔体をフッ化アンモニウム(NH4F)雰囲気で粉砕する。さらにフッ化アンモニウム(NH4F)雰囲気での低温ボールミル工程を経て、高フッ素濃度の準安定結晶からのフッ素原子の拡散とガスフッ素からのフッ素供給により平均粒径0.5から5μmのLa0.5MnFe24F0.5が得られる。さらに低温ボールミル工程での温度よりも高い温度(100から300℃)でフッ化アンモニウム(NH4F)雰囲気中での反応性ボールミル工程を適用し、フッ化を進行させることにより平均粒径0.05から0.5μmのLa0.5MnFe24F粉を得た。フッ素導入による格子歪の増加及び高電気陰性度によるランタン,鉄及びマンガンのバンド構造の変化により磁気モーメント増加と磁気異方性エネルギー増加ならびにスピン間交換結合の強磁性化及び一部Mn原子の反強磁性結合による異方性発現などにより、磁石特性が得られ、磁粉を加熱圧縮成形するかあるいは、有機材料をバインダに用いた成形,熱間押し出し成形などの加熱変形による異方化、ならびに通電成形,衝撃波成形などが成形体を得るための手法として適用できる。バインダにエポキシを用いた成形体を磁場中圧縮成形し、異方性方向に50kOeの磁界を印加することで磁石特性を確認したところ、20℃で残留磁束密度1.5T、保磁力21kOeが確認でき、磁化の温度依存性から求めたキュリー温度は520℃であった。本実施例のLa0.5MnFe24F粉は一部のMnがFeと強磁性、一部のMnはFeと反強磁性結合を示し、フッ素原子が侵入する比率によってその磁気結合が大きく変化する。侵入位置に配置するフッ素原子の平均濃度は0.1から10原子%であり、特に1から5原子%であり、単位格子の原子層ではさらに高濃度のフッ素原子が侵入することでMn原子による高磁気異方性エネルギーが実現できる。侵入型化合物の構造を安定化するために、La0.5MnFe24Fに添加する元素は、Co,Ni,Ti,Mo,V,Cr,Al,Mg,Si,Ga,Ge,Bi,W,Ce,Pr,Nd,SmなどのLa,Mn及びFe以外の遷移元素であり、これらの遷移元素添加により侵入可能なフッ素原子濃度を高濃度とすることができ結晶の安定性と磁気特性(異方性エネルギー)の向上が可能である。なお、このような侵入フッ素原子は、高電気陰性度のために、磁性体の電子状態密度分布が大きく変化する。したがって磁気モーメント以外にも電気抵抗,磁気抵抗,磁気比熱,磁気歪,結晶磁気異方性エネルギー,磁気異方性の方向が変化することから、保磁力増加,飽和磁増加,磁気抵抗率増加,磁気歪の増加,磁気比熱の増加が認められ、磁石や磁歪材料,磁気冷凍材料,磁気抵抗材料に適用でき、ハードディスクのヘッドやボイスコイルモータ,アクチュエータ,冷却装置,磁気センサ,MRIなどに適用でき、磁石回転機においては透磁率の高い磁気冷凍材料により磁石部を冷却してトルク特性を安定化させ、かつ損失を低減でき全ての磁気回路において上記磁気冷凍材料と磁石を接触させた複合材料が適用できる。また、La0.5MnFe24Fと同等の磁気特性を示すフッ化物磁石は、本実施例と類似の工程を適用して作成可能であり、REUMnXFeYMZFSの組成で確認でき、REは希土類元素、Mnはマンガン、Feは鉄、Mは鉄、希土類元素及びマンガン以外の遷移元素、Fはフッ素、Z<X<Y,U<S<3で示され、フッ素原子の一部が侵入位置に配置した正方晶あるいは立方晶,六方晶,斜方晶,菱面体晶あるいはこれらの複合結晶であり、フッ素原子が侵入した相以外に強磁性や反強磁性を示さない酸フッ化物あるいはフッ化物が母相に接触して形成され、酸素濃度は主相よりも前記酸フッ化物の方が高濃度である。侵入位置のフッ素あるいはMnが規則的に配列した場合、磁石性能あるいは磁気物性の向上が認められる。なお、上記フッ化物粉あるいは結晶粒には酸素,窒素,水素,炭素などが結晶構造を破壊しない程度の濃度で含まれていてもフッ素原子の侵入位置に大きな影響はないため特性に問題はない。さらに侵入位置に配列するフッ素原子とともに同様の原子位置に窒素や炭素,ホウ素,酸素,塩素、あるいは水素がフッ素原子よりも少ない濃度で配置しても良い。
Mn及びAlの2つの蒸着源を真空室に設置し、蒸着源の設置された場所に隣接して反応室を設け、反応室にF2ガスを充てんする。真空室から反応室にMn及びAl蒸気が引き込まれ、反応室においてMnやAlがフッ素(F)と反応したクラスタあるいは粒子が基板や反応室の側壁に付着する。付着したフッ化物は、蒸着速度,フッ素ガス圧力,基板温度,真空度,反応室と蒸発室との圧力差などに依存してその濃度や粒子径が制御される。蒸着速度がMn10−20nm/秒,Al1−10nm/秒、基板温度10℃、フッ素ガス圧力1×10-2Torrの条件においてMn−Al−F系粉末を形成した。その結果、Mn4AlF組成において強磁性かつ高磁気変態温度を確認できた。強磁性を示す上記フッ化物において、フッ素は侵入位置あるいは置換位置のいずれかに配置し、一部のフッ素原子は規則配列している。上記の蒸着法で作成したフッ化物粒子の平均粒径は10−100nmであり、これらの粒子はその微小粒径であることを利用して低温成形が可能であり、磁場中配向後、400から500℃で加熱焼結することで焼結磁石を作成でき、その磁気特性は残留磁束密度1.1T、保磁力20kOeであり、希土類元素を使用しないことから低コストを実現できる。焼結により粒界近傍には安定な母相とは異なる結晶構造のフッ化物または酸フッ化物が形成される。焼結温度が500℃よりも高温側では安定な粒界相が成長し磁気特性が劣化する。また焼結温度400℃未満では焼結が不十分となり高密度が得にくい。平均粒径をさらに細かくして2−5nmとすることで焼結温度を300℃に低温化することが可能であるが、環境温度が200℃を超える温度では粒成長のために使用することが困難である。上記保磁力と同程度の材料としては、MnXAlYFZで表記される組成において、Xが1から10、Yが0.1から2、Zが0.1から2であり、Mnはマンガン、Alはアルミニウム、Fはフッ素である。フッ素の導入によりMn原子間距離が延ばされ、かつフッ素の高電気陰性度のために電子状態密度分布が一部局在化し、結果としてMn原子間が強磁性的な磁気結合になる。Alの代わりにSi,Cu,Ti,Vなどの安定フッ化物を形成可能な元素である遷移元素を使用しても同等の特性が得られる。またフッ素の原子位置にはフッ素と炭素の混合、フッ素と窒素の混合あるいはフッ素と酸素の混合配置であっても良い。本実施例のような100nm以下の粉末径をもった粉末は低温焼結が可能となることから、RE−Fe−F系(REは希土類元素、Feは鉄、Fはフッ素)などのフッ素原子が一部侵入した母相の焼結には有効であり、母相の構造を維持したまま焼結することが可能であり、正方晶あるいは六方晶の結晶構造でフッ素が侵入位置に配列したREXFeYFZを母相とする焼結磁石を300から400℃の温度で形成できる。焼結時に電磁波によるフッ化物の局所加熱を使用してもよい。前記REXFeYFZはREが希土類元素、Feが鉄、Fがフッ素であり、X,Y,Zは正数でかつX<Y,Z<5ある。焼結に伴い粒界三重点の一部には主相とは構造の異なるフッ化物や酸フッ化物あるいは鉄フッ化物,酸化鉄,希土類酸化物が0.01から10体積%形成される。このような主相と異なる結晶構造をもった相の体積が10%を超えると残留磁束密度の低下が著しい。また0.01体積%以上の体積率では、酸フッ化物やフッ化物,酸化鉄,希土類酸化物あるいは希土類フッ化物は主相に隣接(接触)して成長し、主相構造の安定性すなわちフッ素の原子配置の安定性を向上させる。このようなRE−Fe−F系磁石は、キュリー温度510℃、保磁力25kOe,残留磁束密度1.8Tの磁気特性を示し、Nd−Fe−B系磁石の磁気特性を超えており、磁石使用量を削減でき、磁気回路の小型軽量化に貢献できる。
ArとF2混合ガス雰囲気中で鉄及びマンガンを蒸発させ蒸着室の側壁に鉄とマンガン及びフッ素から構成された合金粉を形成する。蒸着前の真空度は1×10-5Torrであり、Ar+10%F2ガスを導入して蒸着中に鉄及びマンガンの一部がフッ化し、水冷された側壁面に付着する。側壁面の温度は20℃以下にして、付着する粒子を急速することによりフッ素を格子間位置に配置させる。粉末径は1から100nmである。この粉末を集めて平均の粒子径を10nmに分級し、大気にさらすことなく磁場配向金型に挿入後、10kOeで磁場配向し、300℃で焼結させる。焼結工程中に加圧して高密度化しても良い。500℃以上に成形体を加熱すると侵入位置に配置したフッ素原子がより安定なフッ化物や酸フッ化物を形成し、粒界のフッ化物や酸フッ化物などの非磁性相が成長し磁気特性が低下し、ネール点やキュリー点も低下する。侵入位置に配置するフッ素の安定性あるいは侵入構造の安定性向上のためには、安定なフッ化物や酸フッ化物との格子の整合性を高めるかあるいは希土類元素などの遷移元素を0.01から5原子%の範囲で添加することが有効である。300℃の低温焼結工程で作成したフッ化物はFeXMnYFZ(Feは鉄、Mnはマンガン、Fはフッ素、Xは1から10、Yは0.1から2、Zは0.1から2)のフッ化物であり、混入物として酸素や炭素を含み、結晶構造は正方晶及び立方晶が認められる。フッ素が0.1よりも少ない場合侵入配置するフッ素の量が少ないことからキュリー温度が低い。また、フッ素が2を超えると安定なフッ化物が成長し保磁力が低下する。Mnは反強磁性結合と強磁性結合を制御する元素であり2よりも多くすると反強磁性の割合が増加することにより残留磁束密度が著しく低下する。フッ素の一部は鉄あるいはマンガンの格子間位置に侵入し、格子歪をもたらすことにより、鉄―マンガン原子間に強磁性結合を誘発させている。一部のマンガンはマンガンあるいは鉄と反強磁性結合を示し、反強磁性配列と強磁性配列の間に交換結合が認められる。保磁力は交換結合の方向に依存して変化し、最大30kOe、残留磁束密度1.7Tを実現でき、反強磁性が消失する温度が強磁性消失温度よりも低いか高いかにより磁気特性は大きく異なる。反強磁性が消失するネール温度がキュリー温度よりも低い場合、保磁力は急激に低下する。ネール温度がキュリー温度よりも高い場合は保磁力の温度依存性が小さい。そこで、ネール温度がキュリー温度よりも高い材料系と相構造制御が必要になる。フッ素が導入されることによりMnと鉄に格子歪が導入され原子間距離が広げられるためネール点が上昇し、ネール点がキュリー温度よりも高くなる。ネール点がキュリー温度(キュリー点)よりも高い場合は低い場合よりも保磁力が1から10kOe高くなる。また、反強磁性と強磁性のMnが周期的に配列した構造でかつフッ素原子が侵入位置に配置することでMn原子間距離が伸縮し、上記周期構造を安定化するために鉄,マンガン以外に遷移元素が強磁性マンガンを消失しない範囲で添加された材料では、77Kの温度以上350K以下の高温度で超電導を示し、磁石材料の代替材料となる。このようなフッ素が侵入位置に配置した金属系超電導材料は、高い電気陰性度をもつフッ素が隣接する原子の電子状態を変えることで達成され、従来のNbTi系,NbAl系,MgB系などの材料に対しても超電導を示す温度範囲を高温側にするか、あるいは臨界磁場の増加に効果があり、0.5から5原子%のフッ素原子を侵入させることで超電導を示す臨界温度が10から50K上昇する。
2 電機子巻線
3 ハウジング
3A ブラケット
3B ベアリング
4 シャフト
4A,4B,24A,24B スプライン
5,21 第1回転子
5A,6A,10A,20A,20B 永久磁石
6,22 第2回転子
7,12 ストッパー
8A,8B,25A,25B スラスト軸受
9,26 アクチュエータ
10 第3回転子
11 梃子のアーム
11A 梃子の支点
11B 梃子の作用点
11C 梃子の力点
12A ストッパーのアーム
13 油圧シリンダ
13A,13B ピストン
14 作動油
15 リンク
15A〜15D リンクの支点
16,29 ステッピングモータ
17,27 第一歯車
18,28 第二歯車
19 ボールネジ
20 回転子
23 軸受
24 軸
30 エンジン
31 回転電機
32 トランスミッション
33 インバータ
34 バッテリ
35 クランクプーリ
36 金属ベルト
37 プーリ
AC 動力発生部
BM 倍力機構
DD 動力伝達部
JM 磁束可変装置
Claims (13)
- 巻線を有する固定子と、
前記固定子に空隙を介して回転可能に配設され、回転軸方向に少なくとも第1回転子と第2回転子に二分割され、それぞれに極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置された回転子と、
前記第1回転子に対する前記第2回転子の相対的な回転軸方向位置を可変する磁束可変装置とを有し、
前記磁束可変装置は、
動力発生部と、
前記動力発生部で発生した力を第2回転子及び第1回転子に伝達する動力伝達機構とを備えることを特徴とする回転電機。 - 請求項1に記載の回転電機において、
前記回転子は、3つ以上に分割され、
前記磁束可変装置は、前記分割された個々の分割回転子の相対的な回転軸方向位置を可変することを特徴とする回転電機。 - 請求項1または2に記載の回転電機において、
前記第1回転子は第1のスプラインを介して回転軸に装着され、前記第2回転子は第2のスプラインを介して前記回転軸に装着され、
前記第1のスプラインは、前記第2のスプラインと逆切り方向で構成されていることを特徴とする回転電機。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の回転電機において、
前記動力伝達機構は、
前記動力発生部と第2回転子とを連結する第1の軸受構造と、
前記第1回転子と第2回転子とを連結する第2の軸受構造と、
を備えることを特徴とする回転電機。 - 請求項4に記載の回転電機において、
前記第2の軸受構造は、
第1回転子と第2回転子とを異なる方向に回転移動させることを備えることを特徴とする回転電機。 - 極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置された回転子と、
前記固定子に空隙を介して回転可能に配設され、回転軸方向に少なくとも第1固定子と第2固定子に二分割され、巻線を有する固定子と、
前記第1固定子に対する前記第2固定子の相対的な回転軸方向位置を可変する磁束可変装置とを有し、
前記磁束可変装置は、
動力発生部と、
前記動力発生部で発生した力を第2固定子及び第1固定子に伝達する動力伝達機構とを備えることを特徴とする回転電機。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の回転電機において、
前記動力発生部と前記動力伝達機構の間に介在し、前記動力発生部で発生した力を倍増する倍力機構とを備えることを特徴とする回転電機。 - 請求項7に記載の回転電機において、
前記倍力機構は、梃子構造,リンク機構,油圧機構,歯車とボールネジ機構のいずれかによって構成されることを特徴とする回転電機。 - 請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の回転電機において、
前記磁束可変装置を制御する手段をさらに備え、
前記制御手段は、
回転子の回転数とトルクで定まる運転効率が示された回転電機効率マップを複数の有効磁束ごとに記憶した記憶装置と、
要求トルクと要求回転数に基づいて前記複数の回転電機マップを参照し、最も効率が高いマップの有効磁束を決定する有効磁束決定手段と、
決定された有効磁束に基づく指令値を計算して前記磁束可変装置へ出力する計算手段とを備えることを特徴とする回転電機。 - 請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の回転電機において、
前記磁束可変装置を制御する手段をさらに備え、
前記制御手段は、
回転子の回転数とトルクで定まる運転効率が示された回転電機効率マップを複数の有効磁束ごとに記憶した記憶装置と、
前記複数の回転電機効率マップに基づいて合成効率マップを生成し、前記合成効率マップを参照して要求トルクと要求回転数に基づく運転点の合成後の有効磁束を決定する有効磁束決定手段と、
決定された有効磁束に基づく指令値を計算して前記磁束可変装置へ出力する計算手段とを備えることを特徴とする回転電機。 - 車輪と、
前記車輪を駆動する内燃機関と、
車速を制御する変速機と、
請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の回転電機であって、前記内燃機関と前記変速機間に機械的に連結された回転電機と、
電力の充放電を行う蓄電手段と、
前記蓄電手段と前記回転電機間に接続され、電力の変換を行う電力変換器とを備えることを特徴とするハイブリッド自動車。 - 車輪と、
前記車輪を駆動する内燃機関と、
車速を制御する変速機と、
請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の回転電機と、
前記内燃機関のクランクプーリと前記回転電機のシャフトに結合されたプーリとが連結された金属ベルトと、
電力の充放電を行う蓄電手段と、
前記蓄電手段と前記回転電機間に接続され、電力の変換を行う電力変換器とを備えることを特徴とするハイブリッド自動車。 - 車輪と、
前記車輪を駆動する請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の回転電機と、
電力の充放電を行う蓄電手段と、
前記蓄電手段と前記回転電機間に接続され、電力の変換を行う電力変換器とを備えることを特徴とする電気自動車。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010048562A JP5624776B2 (ja) | 2010-03-05 | 2010-03-05 | 回転電機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010048562A JP5624776B2 (ja) | 2010-03-05 | 2010-03-05 | 回転電機 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011188567A true JP2011188567A (ja) | 2011-09-22 |
JP5624776B2 JP5624776B2 (ja) | 2014-11-12 |
Family
ID=44794216
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010048562A Expired - Fee Related JP5624776B2 (ja) | 2010-03-05 | 2010-03-05 | 回転電機 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5624776B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012101247A1 (de) | 2012-02-16 | 2013-08-22 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Elektromaschine |
JP2015126609A (ja) * | 2013-12-26 | 2015-07-06 | トヨタ自動車株式会社 | 回転電機 |
JP2017175764A (ja) * | 2016-03-23 | 2017-09-28 | 住友重機械工業株式会社 | リニアモータ、ステージ装置 |
WO2021157359A1 (ja) * | 2020-02-07 | 2021-08-12 | キヤノン株式会社 | モータおよび物品 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105048743B (zh) * | 2015-09-07 | 2017-06-20 | 安徽安凯汽车股份有限公司 | 一种双转子驱动电机 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001069609A (ja) * | 1999-09-01 | 2001-03-16 | Hitachi Ltd | ハイブリッド車及び回転電機 |
JP2002262488A (ja) * | 2001-02-28 | 2002-09-13 | Hitachi Ltd | 搬送システム及び回転電機 |
JP2004194370A (ja) * | 2002-12-09 | 2004-07-08 | Nissan Motor Co Ltd | 回転電機 |
JP2006262600A (ja) * | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Yaskawa Electric Corp | 回転子およびこれを備えた回転電機 |
JP2008067498A (ja) * | 2006-09-07 | 2008-03-21 | Honda Motor Co Ltd | モータの制御装置 |
-
2010
- 2010-03-05 JP JP2010048562A patent/JP5624776B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001069609A (ja) * | 1999-09-01 | 2001-03-16 | Hitachi Ltd | ハイブリッド車及び回転電機 |
JP2002262488A (ja) * | 2001-02-28 | 2002-09-13 | Hitachi Ltd | 搬送システム及び回転電機 |
JP2004194370A (ja) * | 2002-12-09 | 2004-07-08 | Nissan Motor Co Ltd | 回転電機 |
JP2006262600A (ja) * | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Yaskawa Electric Corp | 回転子およびこれを備えた回転電機 |
JP2008067498A (ja) * | 2006-09-07 | 2008-03-21 | Honda Motor Co Ltd | モータの制御装置 |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012101247A1 (de) | 2012-02-16 | 2013-08-22 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Elektromaschine |
JP2015126609A (ja) * | 2013-12-26 | 2015-07-06 | トヨタ自動車株式会社 | 回転電機 |
JP2017175764A (ja) * | 2016-03-23 | 2017-09-28 | 住友重機械工業株式会社 | リニアモータ、ステージ装置 |
WO2021157359A1 (ja) * | 2020-02-07 | 2021-08-12 | キヤノン株式会社 | モータおよび物品 |
JP7467147B2 (ja) | 2020-02-07 | 2024-04-15 | キヤノン株式会社 | モータおよび物品 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5624776B2 (ja) | 2014-11-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10250085B2 (en) | Magnet material, permanent magnet, rotary electrical machine, and vehicle | |
JP5130270B2 (ja) | 磁性材料及びそれを用いたモータ | |
JP4764526B2 (ja) | 永久磁石およびその製造方法、モータ用永久磁石および永久磁石モータ | |
JP5107198B2 (ja) | 永久磁石および永久磁石の製造方法並びにそれを用いたモータ | |
US10991491B2 (en) | Permanent magnet, and motor and power generator using the same | |
JP5624776B2 (ja) | 回転電機 | |
JP2010034522A (ja) | 永久磁石およびその製造方法、モータ用永久磁石および永久磁石モータ | |
Chen et al. | Reduced dysprosium permanent magnets and their applications in electric vehicle traction motors | |
US20130241682A1 (en) | Permanent magnet, and motor and power generator using the same | |
JP6776441B2 (ja) | 磁石材料、永久磁石、回転電機、及び車両 | |
JP2011114236A (ja) | 永久磁石およびその製造方法、モータ用永久磁石および永久磁石モータ | |
US20150221422A1 (en) | Permanent magnet, and motor and generator using the same | |
JP2011030341A (ja) | 回転電機 | |
WO2011068107A1 (ja) | 軽希土類磁石及び磁気デバイス | |
JP2010021541A (ja) | 永久磁石およびその製造方法、モータ用永久磁石および永久磁石モータ | |
US20180061539A1 (en) | Magnetic material, permanent magnet, rotary electrical machine, and vehicle | |
Harris et al. | Rare-earth magnets: properties, processing and applications | |
CN109412298B (zh) | 一种永磁电机 | |
Collocott et al. | Rare-earth permanent magnets: new magnet materials and applications | |
JP2019169508A (ja) | 永久磁石、回転電機、及び車 | |
US11114224B2 (en) | Magnet material, permanent magnet, motor, and power generator | |
CN108418486B (zh) | 一种永磁控制电机 | |
Wang | Rare Earth Magnetic Materials | |
JP7278731B2 (ja) | 磁石材料、永久磁石、回転電機、及び車両 | |
JP2004236446A (ja) | 高温超伝導バルク材を用いた発電機 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130128 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131226 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140107 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140310 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140902 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140929 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5624776 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |