JP2017034960A - Permanent magnet type rotary electric machine, and control method for permanent magnet type rotary electric machine - Google Patents
Permanent magnet type rotary electric machine, and control method for permanent magnet type rotary electric machine Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017034960A JP2017034960A JP2015233184A JP2015233184A JP2017034960A JP 2017034960 A JP2017034960 A JP 2017034960A JP 2015233184 A JP2015233184 A JP 2015233184A JP 2015233184 A JP2015233184 A JP 2015233184A JP 2017034960 A JP2017034960 A JP 2017034960A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetization
- permanent magnet
- flux density
- magnetic flux
- magnetic field
- 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 Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
Description
本発明は、永久磁石式回転電機、及び、永久磁石式回転電機の制御方法に関する。 The present invention relates to a permanent magnet type rotating electrical machine and a method for controlling a permanent magnet type rotating electrical machine.
従来、回転電機の運転状態に応じて永久磁石の磁化状態を変化させる永久磁石式回転電機が知られている(特許文献1参照)。この永久磁石式回転電機は、非対称な磁化特性を有する永久磁石を備え、永久磁石への増磁制御時に必要な磁化電流を減磁制御時よりも低減することにより、回転電機の省エネルギー化を図っている。 Conventionally, a permanent magnet type rotating electrical machine that changes the magnetization state of a permanent magnet according to the operating state of the rotating electrical machine is known (see Patent Document 1). This permanent magnet type rotating electrical machine includes a permanent magnet having asymmetric magnetization characteristics, and reduces the magnetizing current required at the time of increasing magnetization to the permanent magnet than at the time of demagnetizing control, thereby saving energy of the rotating electrical machine. ing.
しかしながら、特許文献1に開示された回転電機が備える永久磁石は、増磁制御の開始時点における永久磁石の磁束密度(磁束量)の値によって当該増磁制御に伴う増磁曲線が異なるため、所望の磁束密度を得るために必要な磁界強度を予測することが困難である。したがって、所望の磁束密度を得るためには、一度メジャーループ上の磁化飽和点に達するまで磁界強度を増大させることで、永久磁石の磁束密度が予め知得可能な飽和磁束密度となるまで増磁する必要がある。このため、増磁制御に関わる磁化電流が過剰に必要となる。
However, the permanent magnet included in the rotating electrical machine disclosed in
本発明は、増磁制御の開始時点における永久磁石の磁束密度の値によらず、所望の磁束密度を得るために必要な磁界強度を予測可能な永久磁石を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a permanent magnet capable of predicting the magnetic field strength necessary to obtain a desired magnetic flux density regardless of the value of the magnetic flux density of the permanent magnet at the start of the magnetizing control.
本発明による永久磁石式回転電機は、固定子巻線に印加される電流が形成する磁界の作用で永久磁石を磁化させることにより当該永久磁石の磁束密度を変化させる。この永久磁石は、永久磁石のヒステリシス曲線における第1象限内のマイナーループにおいて、磁界強度の増加に対する磁化変化率が最大となる点の磁界強度が、ヒステリシス曲線における第1象限内のメジャーループにおいて、磁化変化率が最大となる点の磁束密度と同じ磁束密度を得るために要する磁界強度よりも小さく、且つ、最大残留磁束密度よりも小さい磁束密度を有する永久磁石に対して極性の反転を伴わずに増磁する場合のマイナーループが、増磁の開始時点における当該永久磁石の磁束密度の大きさに関わらず、磁化変化率が最大となる点を含む増磁領域において略同一の線上に収束するような磁化特性を有する。 The permanent magnet type rotating electrical machine according to the present invention changes the magnetic flux density of the permanent magnet by magnetizing the permanent magnet by the action of the magnetic field formed by the current applied to the stator winding. This permanent magnet has a magnetic field strength at a point at which the rate of change of magnetization with respect to an increase in magnetic field strength is maximum in the minor loop in the first quadrant in the hysteresis curve of the permanent magnet, in the major loop in the first quadrant in the hysteresis curve. Without reversal of polarity for a permanent magnet having a magnetic flux density smaller than the maximum magnetic flux density required to obtain the same magnetic flux density as the magnetic flux density at the point where the rate of magnetization change is maximum. The minor loop in the case of magnetizing in the direction of magnetism converges on substantially the same line in the magnetized region including the point where the rate of magnetization change is maximum regardless of the magnitude of the magnetic flux density of the permanent magnet at the start of magnetizing. It has such a magnetization characteristic.
本発明によれば、永久磁石式回転電機が備える永久磁石のマイナーループが、少なくとも磁化変化率が最大となる点において一本の線上に収束するような増磁曲線を示す。これにより、増磁開始時点における永久磁石の磁束密度の値によらず、所望の磁束密度を得るために必要な磁界強度を予測することができるので、増磁制御に関わる磁化電流を低減することができる。 According to the present invention, the permanent magnet minor loop of the permanent magnet type rotating electrical machine exhibits a magnetizing curve that converges on a single line at least at the point where the rate of magnetization change is maximum. This makes it possible to predict the magnetic field strength necessary to obtain a desired magnetic flux density regardless of the value of the magnetic flux density of the permanent magnet at the start of magnetizing, thereby reducing the magnetizing current related to magnetizing control. Can do.
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態の永久磁石式回転電機1(以下、単に回転電機1ともいう)を軸方向に垂直な断面から見た構成図であって、構成全体の一部を示した図である。本実施形態の回転電機1は、円環形状をなす固定子2と、固定子2と同心円状をなし、固定子2との間にエアギャップ6を有するように配置された回転子3と、永久磁石4a、4bを磁化方向に直列となるように重ね合わせた状態で回転子3の対応箇所に嵌装された永久磁石ユニット4と、を備え、電動機或いは発電機を構成する。この永久磁石式回転電機1は、例えば電動車両の駆動源として用いられる。
[First embodiment]
FIG. 1 is a configuration diagram of a permanent magnet type rotating electrical machine 1 (hereinafter also simply referred to as a rotating electrical machine 1) according to a first embodiment as viewed from a cross section perpendicular to the axial direction, and shows a part of the entire configuration. It is. The rotating
固定子2は、リング状の固定子コア12と、固定子コア12から内周側に向けて突出する複数のティース9と、ティース9に巻き回された固定子巻線7と、からなる。固定子コア12は、例えば軟磁性材料である電磁鋼板を積層して形成される。
The
回転子3は、回転子コア13を有している。回転子コア13は、透磁率の高い金属製の鋼板を円環状に打ち抜き加工して形成された多数の電磁鋼板を軸方向に積層して構成された、いわゆる積層鋼板構造により円筒形に形成されている。また、回転子コア13の、固定子2と対向する外周部には、周方向に沿って、永久磁石ユニット4により構成される磁極が互いに等間隔で、且つ、互いに隣接する磁極の極性が異極性となるように設けられている。なお、本実施形態の回転電機1に係る回転子コア13は、図1で示す部分構成から推察されるとおり、周方向に沿って6個の永久磁石ユニット4が設けられた6極構造を有する。
The
また、回転子3は、各磁極間に、回転子コア13を形成する電磁鋼板を打ち抜き加工することで形成された空間部分である低透磁率層5を有する。低透磁率層5は、電磁鋼板よりも透磁率が低く、すなわち磁気抵抗が大きい。したがって、低透磁率層5は、永久磁石ユニット4が回転子3上に構成する磁気回路において、磁束(フラックス)が通りにくい磁気的障壁(フラックスバリア)として作用する。低透磁率層5は、回転子3の周方向に沿って一定の機械角毎に形成されており、上述の永久磁石ユニット4はこれら低透磁率層5の間に配置される。
Moreover, the
永久磁石ユニット4は、永久磁石4a、4bを回転子3の中心方向に対して垂直に重ね合わせて配置される。この永久磁石ユニット4がつくる磁束の方向がd軸であり、d軸に対して電気的磁気的に直交する方向がq軸である。すなわち、永久磁石ユニット4は、回転子3上において、二つのq軸に挟まれた範囲に配置される。
The
永久磁石ユニット4を構成する永久磁石4a、4bは、保磁力が異なる。永久磁石4bは、インバータ(不図示)が許容できる電流値のd軸電流を固定子巻線7に通電することにより形成される磁界によって、増磁又は減磁が可能な保磁力を有する永久磁石である。このような保磁力を有する永久磁石は、低保磁力磁石と定義される。永久磁石4b(以下、低保磁力磁石4bと呼ぶ)の保磁力は、例えば室温で8kOe未満であることが望ましいが、必ずしもこの値に限定されるものではない。他方、永久磁石4aの保磁力は、インバータ(不図示)が許容できる電流値のd軸電流により形成される磁界によっては磁化されない値であればよく、例えば室温で15.1kOe以上である。なお、このような保磁力を有する永久磁石4aは、高保磁力磁石と定義される。
The
本実施形態の回転電機1は、永久磁石ユニット4を構成する低保磁力磁石4bの磁化特性に特徴がある。ここで、本実施形態に係る低保磁力磁石4bの磁化特性の詳細を説明する前に、従来の低保磁力磁石の磁化特性について、図10を参照して説明する。
The rotating
従来、回転電機の運転状況に応じて低保磁力磁石の磁化状態を変化させる永久磁石式回転電機が知られている(特許文献1参照)。永久磁石の磁化状態、すなわち、永久磁石の磁束密度(磁束量)を変化させるためには、永久磁石に対して、所望の磁束密度に応じた強度の外部磁界を作用させる必要がある。所望の磁束密度が大きいほど、必要な磁界の強度も大きくなる。そして、磁化する際の磁界の強度が大きくなるほど、必要な磁化電流も大きくなり、エネルギー消費量が多くなる。そこで、特許文献1では、増磁制御時のエネルギー消費量を低減するために、図10の縦軸と横軸の交点に対して非対称な磁化特性を有する低保磁力磁石を用いることで、増磁制御に要する磁化電流を減磁動作に要する磁化電流よりも低減し、省エネルギー化を図っている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a permanent magnet type rotating electrical machine that changes the magnetization state of a low coercive force magnet according to the operating state of the rotating electrical machine is known (see Patent Document 1). In order to change the magnetization state of the permanent magnet, that is, the magnetic flux density (magnetic flux amount) of the permanent magnet, it is necessary to apply an external magnetic field having a strength corresponding to the desired magnetic flux density to the permanent magnet. The greater the desired magnetic flux density, the greater the required magnetic field strength. And as the intensity of the magnetic field at the time of magnetization increases, the necessary magnetization current also increases and the energy consumption increases. Therefore, in
図10は、従来の永久磁石式回転電機における低保磁力磁石の磁化特性に係るヒステリシス曲線を表した図である。横軸は、低保磁力磁石に与えられる外部磁界の磁界強度[kOe]を表し、縦軸は、低保磁力磁石内部の磁束密度[kG]を表す。横軸と縦軸の交点を中心に非対称に描かれた実線で表される曲線は、低保磁力磁石の磁化を部分磁化させたときの、磁界強度[kOe]に対する磁束密度[kG]の関係(磁化特性)を表した磁化曲線、いわゆるマイナーループである。横軸と縦軸の交点を中心に略対称に描かれた点線を含む曲線は、永久磁石の例えばAを起点とする磁化が、逆極性において磁束密度が飽和した状態(図中のB)を経て変化する際の磁化特性を表した磁化曲線、いわゆるメジャーループ(フルループともいう)である。 FIG. 10 is a diagram showing a hysteresis curve related to the magnetization characteristics of a low coercive force magnet in a conventional permanent magnet type rotating electrical machine. The horizontal axis represents the magnetic field strength [kOe] of the external magnetic field applied to the low coercivity magnet, and the vertical axis represents the magnetic flux density [kG] inside the low coercivity magnet. The curve represented by the solid line drawn asymmetrically around the intersection of the horizontal axis and the vertical axis is the relationship between the magnetic flux intensity [kG] and the magnetic field strength [kOe] when the magnetization of the low coercivity magnet is partially magnetized. This is a so-called minor loop, which is a magnetization curve representing (magnetization characteristics). A curve including a dotted line drawn approximately symmetrically about the intersection of the horizontal axis and the vertical axis shows a state in which the magnetization of the permanent magnet, for example, starting from A, is saturated in magnetic flux density in the opposite polarity (B in the figure). It is a so-called major loop (also referred to as a full loop) that represents the magnetization characteristics when changing over time.
図10から分かるように、従来の低保磁力磁石は、特に第1象限に表された部分のマイナーループに係る磁化曲線(増磁曲線)が、同フルループで表された増磁曲線よりも小さい磁界強度[kOe]により変化することを特徴とする。このため、従来の低保磁力磁石は、増磁制御に要する磁化電流を、図10の特に第2象限に表される磁化曲線(減磁曲線)を辿る減磁動作に要する磁化電流よりも低減することができる。 As can be seen from FIG. 10, in the conventional low coercivity magnet, the magnetization curve (magnetization curve) relating to the minor loop in the portion represented in the first quadrant is smaller than the magnetization curve represented by the full loop. It varies according to the magnetic field strength [kOe]. For this reason, the conventional low coercive force magnet reduces the magnetizing current required for the magnetizing control more than the magnetizing current required for the demagnetizing operation following the magnetization curve (demagnetization curve) shown in the second quadrant of FIG. can do.
しかしながら、従来の低保磁力磁石では、増磁制御の開始時点における磁束密度[kG]の大きさによって、増磁制御に伴う増磁曲線が異なる(図10の第1象限参照)。このため、所望の磁束密度を有する磁化状態に磁化したい場合に必要な磁界強度を正確に予測することが困難となり、低保磁力磁石の磁束量を可変する際の正確性が低下する。したがって、部分的な磁化状態Br1から、より磁化の大きい部分的な磁化状態Br2へ磁束密度を変化させたい場合、正確性を担保するためには以下のような磁化経路を通る必要がある。すなわち、(a)磁化状態Br1にある低保磁力磁石の磁束密度がフルループ上の磁化飽和点Aに達するまで外部磁界の磁界強度を増大させる。(b)低保磁力磁石に逆方向の磁界を作用させ、磁化状態Aから磁化状態Br21まで推移させる。(c)外部磁界を取り去ることにより、部分的な磁化状態Br2の低保磁力磁石を得る。 However, in the conventional low coercive force magnet, the magnetizing curve associated with the magnetizing control differs depending on the magnitude of the magnetic flux density [kG] at the start of magnetizing control (see the first quadrant in FIG. 10). For this reason, it is difficult to accurately predict the required magnetic field strength when it is desired to magnetize a magnetized state having a desired magnetic flux density, and the accuracy when changing the amount of magnetic flux of the low coercive force magnet is reduced. Therefore, when it is desired to change the magnetic flux density from the partial magnetization state Br1 to the partial magnetization state Br2 having larger magnetization, it is necessary to pass through the following magnetization path in order to ensure accuracy. That is, (a) the magnetic field strength of the external magnetic field is increased until the magnetic flux density of the low coercivity magnet in the magnetization state Br1 reaches the magnetization saturation point A on the full loop. (B) A magnetic field in the opposite direction is applied to the low coercive force magnet to cause transition from the magnetized state A to the magnetized state Br21. (C) A low coercivity magnet having a partial magnetization state Br2 is obtained by removing the external magnetic field.
このように、従来の永久磁石式回転電機が有する低保磁力磁石では、所望の磁束密度を有する磁化状態に増磁したい場合、正確性を担保するためには必ずメジャーループに達するまで磁界強度を増大させる必要がある。このため、増磁制御に関わる磁化電流がより多く必要となる。 In this way, in the low coercivity magnet of the conventional permanent magnet type rotating electrical machine, when it is desired to increase the magnetization state to have a desired magnetic flux density, the magnetic field strength must be increased until reaching the major loop in order to ensure accuracy. Need to increase. For this reason, a larger amount of magnetizing current related to the magnetization control is required.
本発明は、このような課題を解決するためになされた発明であり、増磁制御において、従来のような正確性を担保するための過剰な磁化電流を必要としない。以下、本発明に係る第1実施形態の低保磁力磁石4bの詳細について、図を参照しながら説明する。
The present invention has been made to solve such a problem, and does not require an excessive magnetizing current for ensuring accuracy as in the prior art in the magnetizing control. Hereinafter, details of the low
図2は、第1実施形態の永久磁石式回転電機1が備える低保磁力磁石4bの磁化特性に係るヒステリシス曲線を示す図である。横軸は、低保磁力磁石に与えられる外部磁界の磁界強度[kOe]を表し、縦軸は、低保磁力磁石内部の磁束密度[kG]を表す。実線で表される曲線は、低保磁力磁石4bが、磁化が飽和した状態に満たない部分的な磁化状態から、図中のAで示す磁化飽和状態まで増磁した後に負の方向に磁化することで0kG以上の磁束密度を得る場合の、磁界の強度と磁束密度との関係を表すマイナーループである。点線で表される曲線は、低保磁力磁石4bが、逆の極性側において磁束密度が飽和した状態(不図示)を経て増磁される場合の、磁界の強度と磁束密度との関係を表すメジャーループである。
FIG. 2 is a diagram illustrating a hysteresis curve related to the magnetization characteristics of the low
図2中の一点鎖線は、第1象限における一つのマイナーループを微分したものであって、傾きの大きさを表したものであり、すなわち、低保磁力磁石4bに係るマイナーループにおける磁化変化率dB/dHを表す。マイナーループ上の任意の点における磁化変化率dB/dHは、下記式(1)で表される。
The alternate long and short dash line in FIG. 2 is obtained by differentiating one minor loop in the first quadrant and represents the magnitude of the inclination, that is, the magnetization change rate in the minor loop related to the
ただし、Bは磁束密度[kG]、Hは外部磁界の強度[kOe]を表す。また、(n)はマイナーループ上の任意の点を表す。なお、(n−1)の1は、マイナーループ上の任意の点における磁化変化率を算出する際の基準となる点を式で表す都合上用いた数字であり、整数に限定されるものではない。 However, B represents magnetic flux density [kG], and H represents external magnetic field strength [kOe]. (N) represents an arbitrary point on the minor loop. Note that 1 in (n-1) is a number used for convenience to express a point serving as a reference when calculating the magnetization change rate at an arbitrary point on the minor loop, and is not limited to an integer. Absent.
図2から分かるように、本実施形態に係る低保磁力磁石4bは、第1象限において、磁化変化率dB/dHが最大となる点における磁束密度[kG]を得られるマイナーループ上の磁界強度が、同じ磁束密度を得られるメジャーループ上の磁界強度[kOe]よりも小さい値となるように構成されている。
As can be seen from FIG. 2, the
すなわち、このような磁化特性を有する低保磁力磁石4bによれば、磁化が飽和した状態に満たない部分的な磁化状態から、より磁束密度の大きい部分的な磁化状態へ増磁する際に、メジャーループよりも少ない磁化電流により増磁することが可能となるため、増磁制御に関わる磁化電流を低減することができる。
That is, according to the low
また、このような磁化特性を有する低保磁力磁石4bは、例えば下記一般式(2)を満たすような、保磁力を低下させたNdFeB系磁石を使用することが望ましい。
Moreover, as the low
なお、保磁力を低下させるためには、Y、La、Ce等のREE(Rare Earth Elements)を用いてNdの一部を置換することが望ましい。また、磁気特性や耐食性向上の観点から、上記以外の添加元素を含ませてもよい。 In order to reduce the coercive force, it is desirable to replace a part of Nd using REE (Rare Earth Elements) such as Y, La, and Ce. Further, from the viewpoint of improving magnetic properties and corrosion resistance, additional elements other than those described above may be included.
低保磁力磁石4bの製造方法は特に限定しないが、磁化曲線がより四角形状に近い平坦なマイナーループ形状となることが望ましいことから、低保磁力磁石4bの製造過程において微小な結晶粒が得られる製造方法を選択することが望ましい。例えば、HDDR法により得られた微細結晶粒を持つ異方性磁粉を用いて、所望の磁化特性を有する低保磁力磁石を作製する。あるいは、超急冷法により得られた微細結晶粒を持つ等方性磁粉を1000℃以下の温度で熱間加工成形することにより高密度化し、同時に異方性を付与することで所望の磁化特性を有する低保磁力磁石を作製しても良い。
The manufacturing method of the low
また、上記の方法で作成した低保磁力磁石を形成した後、熱処理を施すことによって保磁力を調整してもよい。本実施形態に係る低保磁力磁石4bは、NdFeB系磁石にREEとしてLaを用いた母合金を超急冷法にて微細結晶を持つ粉末とし、熱間加工法にて成形及び配向させた、平均結晶粒系0.1〜1μmの微細結晶磁石を使用する。なお、高保磁力を有する永久磁石4aも、NdFeB系の永久磁石を使用することが望ましい。
In addition, the coercive force may be adjusted by forming a low coercivity magnet created by the above method and then performing heat treatment. The low
[比較例1]
上述したような磁化特性を有する低保磁力磁石4bに対する比較例を図3に示す。比較例として用いた永久磁石は、熱処理によって保磁力を8kOe未満に調整したSmCo系磁石である。図3は、図2と同様、横軸に外部磁界の磁界強度[kOe]、縦軸に磁束密度[kG]を表す。図中の曲線は比較例に係る永久磁石の磁化特性に基づく磁化曲線を表す。そして、図中の一点鎖線は、上記式(1)に基づいて算出された磁化変化率dB/dHを表す。
[Comparative Example 1]
A comparative example for the low
図から分かるように、比較例に係る永久磁石の磁化曲線は、点線で示すメジャーループと実線で示すマイナーループとの増磁領域に差異がなく、磁化変化率dB/dHが最大となる点における磁界強度がマイナーループとメジャーループとでほぼ一致する。したがって、磁化が飽和した状態に満たない部分的な磁化状態から、より磁束密度の大きい部分的な磁化状態へ増磁する場合の磁化電流低減効果は少ない。 As can be seen from the figure, the magnetization curve of the permanent magnet according to the comparative example is such that there is no difference in the magnetized region between the major loop indicated by the dotted line and the minor loop indicated by the solid line, and the magnetization change rate dB / dH is maximum. The magnetic field strength is almost the same between the minor loop and the major loop. Therefore, there is little effect of reducing the magnetization current when the magnetization is increased from a partial magnetization state that is less than the saturation state to a partial magnetization state having a higher magnetic flux density.
次に、第1実施形態の低保磁力磁石4bに特徴的な磁化特性について、図4を参照して説明する。図4は、図2と同様、横軸に外部磁界の磁界強度[kOe]、縦軸に磁束密度[kG]を表す。図中の実線で示す曲線は低保磁力磁石4bの磁化特性に基づくマイナーループを表し、点線で示す曲線はメジャーループを表している。そして、図中の一点鎖線は、低保磁力磁石4bの、ある一つのマイナーループに係る増磁曲線に基づいて、上記式(1)を用いて算出された磁化変化率dB/dHを表す。
Next, the magnetization characteristic characteristic of the low
本実施形態の低保磁力磁石4bは、その磁化特性を表した第1象限内のマイナーループにおいて傾きが最大となる点、すなわち、磁化変化率dB/dHが最大となる点が、増磁制御の開始時点における磁束密度の大小によらず、同一線上(図中の線分EF上)に位置するような磁化特性を有することを特徴とする。なお、第1象限内における磁化曲線において、少なくとも磁化変化率dB/dHが最大となる点を含んだ、縦軸に略並走して描かれた領域を増磁領域と定義する。
The low
より具体的に言うと、0kG以上であって、且つ、最大残留磁束密度に満たない範囲の磁束密度を増磁制御の開始時点の磁束密度とするマイナーループを無数に描いた場合に、各マイナーループは、同一線上(図中の線分EF上)に収束する。換言すると、無数に描いた各マイナーループの増磁曲線における磁化変化率dB/dHが最大となる点をそれぞれプロットすると、その点の集合が描く曲線は、マイナーループにおける増磁曲線上の一本の線(線分EF)となる。 More specifically, when an infinite number of minor loops having a magnetic flux density of 0 kG or more and less than the maximum residual magnetic flux density as the magnetic flux density at the start of the magnetizing control are drawn, The loops converge on the same line (on the line segment EF in the figure). In other words, when each of the points at which the magnetization change rate dB / dH in the magnetizing curve of each minor loop drawn innumerably is plotted, the curve drawn by the set of points is one on the magnetizing curve in the minor loop. (Line segment EF).
また、磁化変化率dB/dHが最大となる点の磁界の強度は、低保磁力磁石4bの保磁力に対して20%程度の所定の磁界強度範囲に収まる。例えば、本実施形態の低保磁力磁石4bにおいては、約2.1kOeの保磁力に対して、磁化変化率dB/dHが最大となる点が、0.4[kOe]程度(約1.8[kOe]〜2.2[kOe])の範囲内に収まるような磁化特性を有する。
Further, the strength of the magnetic field at the point where the magnetization change rate dB / dH is maximum falls within a predetermined magnetic field strength range of about 20% with respect to the coercive force of the low
なお、本実施形態に係る低保磁力磁石4bに係る増磁曲線における、特に線分EFの部分は、同一の磁束密度における磁界強度が、出発の磁化の大きさ(例えばBr1〜Br4)に関わらず、±5%の範囲内に収まるような磁化特性を有する。
It should be noted that the magnetic field strength at the same magnetic flux density is related to the magnitude of the starting magnetization (for example, Br1 to Br4) in the magnetizing curve of the low
このように、低保磁力磁石4bが、マイナーループの増磁領域において略同一の線上に収束するような磁化特性を有することにより、増磁制御の開始時点における低保磁力磁石4bの磁束密度がいかなる値であっても、予め検知可能な線分EFに係る増磁曲線を基準として、所望の磁束密度を得るのに必要な磁界強度を知得することができる。したがって、増磁制御開始時点における磁束密度の値によらず、所望の磁束密度に磁化するのに必要な磁界強度を正確に予測することが可能となる。
As described above, the
以上、第1実施形態に係る永久磁石式回転電機は、固定子巻線7に印加される電流が形成する磁界の作用で低保磁力磁石4bを磁化させることにより低保磁力磁石4bの磁束密度を変化させる。この低保磁力磁石4bは、低保磁力磁石4bのヒステリシス曲線(磁化曲線)における第1象限内のマイナーループにおいて、磁界強度[kOe]の増加に対する磁化変化率dB/dHが最大となる点の磁界強度が、ヒステリシス曲線における第1象限内のメジャーループにおいて、磁化変化率dB/dHが最大となる点の磁束密度と同じ磁束密度を得るために要する磁界強度よりも小さい。また、最大残留磁束密度よりも小さい磁束密度[kG]を有する永久磁石に対して極性の反転を伴わずに増磁する場合のマイナーループが、増磁制御の開始時点における低保磁力磁石4bの磁束密度の大きさに関わらず、増磁領域において略同一の線上に収束する。
As described above, the permanent magnet type rotating electrical machine according to the first embodiment magnetizes the low
これにより、磁化が飽和した状態に満たない部分的な磁化状態から、より磁束密度の大きい部分的な磁化状態へ増磁する際に、メジャーループよりも少ない磁化電流により増磁することが可能となるため、増磁制御に関わる磁化電流を低減することができる。 As a result, when magnetizing from a partially magnetized state in which the magnetization is less than a saturated state to a partially magnetized state having a higher magnetic flux density, it is possible to increase the magnetization with a smaller magnetizing current than in the major loop. Therefore, it is possible to reduce the magnetization current related to the magnetization increase control.
また、増磁制御開始時点における磁束密度の値によらず、所望の磁束密度に磁化するのに必要な磁界強度を正確に予測することができ、増磁制御の度に磁化が飽和した状態まで増磁する必要がなくなるため、増磁制御に関わる磁化電流を大幅に低減することができる。 In addition, it is possible to accurately predict the magnetic field intensity required to magnetize to a desired magnetic flux density regardless of the value of the magnetic flux density at the start of the magnetizing control, and until the magnetization is saturated every time the magnetizing control is performed. Since it is not necessary to increase the magnetization, the magnetization current related to the magnetization control can be greatly reduced.
[第1実施形態に係る永久磁石式回転電機の制御方法]
[実施例1]
次に、これまで説明した磁気特性を有する低保磁力磁石4bを備える永久磁石式回転電機1において、低保磁力磁石4bの増磁制御に伴う制御方法について説明する。
[Control Method for Permanent Magnet Type Rotating Electric Machine According to First Embodiment]
[Example 1]
Next, in the permanent magnet type rotating
図5は、低保磁力磁石4bの増磁制御に伴う制御方法を具体的に説明するための図である。本制御方法では、低保磁力磁石4bの磁化が飽和した状態を経ずに増磁することを特徴とする。ただし、本実施形態における「磁化が飽和した状態」とは、100%の磁化状態、すなわち低保磁力磁石4bの磁束密度が飽和磁束密度となる図中のA点に限定されず、図中のD点で示す90%の磁化状態以上の磁化状態を含むものとする。
FIG. 5 is a diagram for specifically explaining a control method associated with the magnetization increase control of the low
したがって、本制御方法においては、磁化が飽和した状態に満たない部分的な磁化状態Br1から、より磁束密度の大きい部分的な磁化状態Br2へ増磁する場合の増磁制御は、その動作履歴が図5中の一点鎖線で示す矢印を辿るように制御される。 Therefore, in this control method, the operation history of the magnetization control when the magnetization is increased from the partial magnetization state Br1 that is less than the saturation state to the partial magnetization state Br2 having a higher magnetic flux density is as follows. Control is performed so as to follow an arrow indicated by a one-dot chain line in FIG.
まず、磁化状態Br1(磁束密度:4.9[kG])にある低保磁力磁石4bに対して正の磁界を作用させることで、磁化状態を図中のb点まで推移させる。より具体的に言えば、増磁制御開始時点においてBr1にある当該増磁制御における動作点は、低保磁力磁石4bに対して正の磁界を作用させることで、a点に向かって平坦な磁化曲線を辿りながら推移する。そして、a点にある動作点は、b点に向かって急峻に立ち上がる。このa点からb点に向かう動作点の軌跡は、上述の図4における線分EFと重なる線であり、すなわち、磁化変化率dB/dHが最大となる点を含む増磁領域である。
First, by applying a positive magnetic field to the low
b点は、磁束密度が11.1[kG]であって、磁化状態Br2の磁束密度と略同一であり、且つ、磁界の強度は2.2[kOe]である。したがって、低保磁力磁石4bに対して2.2[kOe]の磁界を作用させることで、磁化状態を図中のBr1からb点まで推移させることができる。そして、低保磁力磁石4bに作用する外部磁界を取り去ることで(磁界強度を0[kOe]にすることで)、動作点は再び平坦な磁化曲線を辿りながら磁化状態Br2へ向かう。これにより、所望の磁束密度(11.1[kG])を有する低保磁力磁石4bを得ることができる。なお、当該磁化に要する磁界の磁界強度[kOe]を、起磁力[kA/m]に換算すると、磁化状態Br1から磁化状態Br2への増磁制御に要する起磁力は、2.2kOe≒175.0kA/mとなる。
The point b has a magnetic flux density of 11.1 [kG], which is substantially the same as the magnetic flux density in the magnetized state Br2, and the magnetic field strength is 2.2 [kOe]. Accordingly, by applying a magnetic field of 2.2 [kOe] to the low
[比較例2]
一方で、同じ低保磁力磁石4bを備える永久磁石式回転電機1であっても、磁化状態Br1から、磁化が90%の磁化状態であるD点を経由して磁化状態Br2へ増磁するように制御した場合は、以下のような増磁制御が必要となる。まず、磁化状態Br1にある低保磁力磁石4bに対して、4.178[kOe]の正の磁界を作用させ、磁化状態を図中のD点まで推移させる。次に、−1.43[kOe]の負の磁界を作用させることで、低保磁力磁石4bの磁化状態を磁束密度が磁化状態Br2と略同一となるc点まで推移させる。そして、低保磁力磁石4bに作用する外部磁界を取り去ることで、磁化状態Br2を有する低保磁力磁石4bを得る。
[Comparative Example 2]
On the other hand, even in the permanent magnet type rotating
このような増磁方法に伴う総起磁力は、4.178[kOe](≒332.5kA/m;正の方向)+|−1.43[kOe]|(≒113.8kA/m;負の方向)=446.3kA/mとなる。したがって、比較例2に係る制御方法では、磁化が飽和した状態を経由せずに増磁する実施例1に係る制御方法に要した起磁力175.0kA/mに比べて、2倍以上の大きな起磁力を要することが分かる。 The total magnetomotive force associated with such a magnetizing method is 4.178 [kOe] (≈332.5 kA / m; positive direction) + | −1.43 [kOe] | (≈113.8 kA / m; negative) Direction) = 446.3 kA / m. Therefore, in the control method according to Comparative Example 2, the magnetomotive force of 175.0 kA / m required for the control method according to Example 1 in which the magnetization is increased without going through the state where the magnetization is saturated is twice as large as that of the control method. It can be seen that magnetomotive force is required.
[比較例3]
図6を参照して、飽和状態を経由せずに増磁する上記制御方法と同様の制御を行った場合であっても、低保磁力磁石4bとは磁化特性の異なる永久磁石を使用した場合の比較例3について説明する。なお、本比較例で用いる永久磁石は、比較例1で使用したのと同じ、熱処理によって保磁力を8kOe未満に調整したSmCo系磁石である。
[Comparative Example 3]
Referring to FIG. 6, even when a control similar to the above control method of increasing the magnetism without going through a saturation state is performed, a permanent magnet having a different magnetization characteristic from that of the low
図6は、比較例3における永久磁石の制御方法を示す図である。本比較例において使用する永久磁石の磁化曲線は、比較例1で説明したとおり、メジャーループとマイナーループとで差異がなく、磁化変化率が最大となる点における磁界強度[kOe]がマイナーループとメジャーループとでほぼ一致する。 FIG. 6 is a diagram illustrating a method for controlling the permanent magnet in the third comparative example. As described in Comparative Example 1, the magnetization curve of the permanent magnet used in this comparative example has no difference between the major loop and the minor loop, and the magnetic field strength [kOe] at the point where the magnetization change rate is maximum is the minor loop. Almost matches with major loop.
したがって、図6に示す磁化状態Br1(磁束密度:2.4[kG])から磁化状態Br2(磁束密度:6.36[kG])へ増磁させる場合は、磁界強度が2.2[kOe]の正の磁界を作用させる必要がある。実施例1に係る制御方法では、磁界強度2.2[kOe]により得られる磁束密度が11.1[kG]であることを鑑みると、比較例3に係る単位起磁力あたりの磁化効率は、実施例1の制御方法に係る単位起磁力あたりの磁化効率のおよそ2/3である。なお、ここでの磁化効率とは、磁化の変化分を、作用させた磁界を形成するのに要する起磁力で除した値とする。各磁化効率は、下記表1に示す。 Therefore, when the magnetization state Br1 (magnetic flux density: 2.4 [kG]) shown in FIG. 6 is increased to the magnetization state Br2 (magnetic flux density: 6.36 [kG]), the magnetic field strength is 2.2 [kOe. It is necessary to apply a positive magnetic field. In the control method according to Example 1, considering that the magnetic flux density obtained by the magnetic field strength of 2.2 [kOe] is 11.1 [kG], the magnetization efficiency per unit magnetomotive force according to Comparative Example 3 is This is about 2/3 of the magnetization efficiency per unit magnetomotive force according to the control method of the first embodiment. Here, the magnetization efficiency is a value obtained by dividing the change in magnetization by the magnetomotive force required to form the applied magnetic field. Each magnetization efficiency is shown in Table 1 below.
すなわち、実施例1は、磁化が飽和している状態に満たない部分的な磁化状態から、より磁束密度の大きい部分的な磁化状態へ、保磁力の低下を伴うことなく、かつ、磁化が飽和した状態を経ずに磁化を可変できる磁化特性を有する低保磁力磁石4bを用いることにより、部分的な磁化状態から部分的な磁化状態への磁化を繰り返しながら回転電機1を作動させる。これにより、磁化が飽和した状態を経由する比較例2と比べて、一回の増磁制御あたり約60%の起磁力低減を実現することができる。
That is, in Example 1, the magnetization is saturated without a decrease in coercive force from a partial magnetization state in which the magnetization is not saturated to a partial magnetization state having a higher magnetic flux density. By using the low
[実施例2]
続いて、第1実施形態に係る永久磁石式回転電機の制御方法において、低保磁力磁石4bの増磁制御に係る実施例2について説明する。
[Example 2]
Next, Example 2 relating to the magnetizing control of the low
実施例2は、いかなる部分的な磁化状態からであっても、より磁束密度の大きい部分的な磁化状態へ、磁化が飽和した状態を経ずに、同一の増磁曲線上を経由して増磁制御を行う点に特徴がある。以下、図7を参照して具体的に説明する。 In Example 2, from any partial magnetization state, the magnetization is increased to the partial magnetization state having a higher magnetic flux density via the same magnetization curve without passing through the saturation state. It is characterized in that magnetic control is performed. Hereinafter, a specific description will be given with reference to FIG.
図7は、実施例2における低保磁力磁石4bを増磁する際の制御方法を具体的に説明するための図である。実施例2に係る制御方法では、図の実線で示す低保磁力磁石4bの磁化曲線に係るマイナーループにおいて、磁化状態Br1から磁化状態Br2へ磁化する場合、磁化状態Br3から磁化状態Br2へ磁化する場合、及び、磁化状態Br3から磁化状態Br1へ磁化する場合のいずれの場合であっても、同一の増磁曲線上(線分EF上)を経由して増磁するように制御する。このように制御することにより、線分EFに係る増磁曲線を基準として、所望の磁束密度を得るのに必要な磁界強度を知得することができるので、いかなる磁化状態からであっても、所望の磁束密度を得るのに必要な磁界強度を正確に予測することが可能となる。
FIG. 7 is a diagram for specifically explaining a control method when magnetizing the low
すなわち、実施例2に係る制御方法によれば、増磁制御の開始時点における低保磁力磁石の磁束密度の大きさに関わらず、増磁制御に伴う磁化電流を予測することができる。このため、増磁制御の開始時点における低保磁力磁石4bの磁束密度を知得できない場合であっても、所望の磁化状態に磁化するのに必要な磁化電流を正確に供給することができるので、低保磁力磁石4bの磁束密度を可変する際の正確性を担保でき、回転電機1の信頼性を向上することができる。
That is, according to the control method according to the second embodiment, it is possible to predict the magnetization current associated with the magnetization increasing control regardless of the magnitude of the magnetic flux density of the low coercivity magnet at the start of the magnetization increasing control. For this reason, even when the magnetic flux density of the low
このような制御が可能となる理由としては、制御対象である低保磁力磁石4bが、係るマイナーループ上において、上記式(1)で示される磁化変化率dB/dHが最大となる点における磁束密度を得られる外部磁界の磁界強度が、第1象限内のメジャーループにおいて、同じ磁束密度を得られる外部磁界の磁界強度よりも小さくなる磁気特性と、マイナーループにおいて磁化変化率dB/dHが最大となる点を含む増磁領域が略同一の一本の線上に収束する磁化特性が挙げられる。このような磁気特性を得られる要因としては、第1実施形態に係る永久磁石式回転電機の説明において述べたとおり、低保磁力磁石4bが、微細且つ均一な結晶組織から構成されていることが挙げられる。
The reason why such control is possible is that the low
また、サブミクロンオーダーの微細な結晶粒子によって構成された永久磁石は、磁壁移動によりなされる磁化に一定値以上の磁界強度を有する磁場(磁界)が必要なピニング型の磁化変動を示すことが知られている(例えばSmCo系磁石)。このような永久磁石が示すマイナーループは、傾きが小さい平坦な形状となる。しかしながら、外部磁界の印加に対する磁束密度の磁化変化率dB/dHが最大となるときには、磁壁のピニングが外れて急激な磁壁移動が起きていると考えられる。このような急激な磁壁移動が起きる際は、磁化が急激に変化するとともに、マイナーループの傾きも大きくなる。 In addition, it is known that a permanent magnet composed of fine crystal particles of submicron order exhibits pinning-type magnetization fluctuations that require a magnetic field (magnetic field) having a magnetic field strength of a certain value or more for magnetization caused by domain wall movement. (For example, SmCo magnet). The minor loop indicated by such a permanent magnet has a flat shape with a small inclination. However, when the magnetization change rate dB / dH of the magnetic flux density with respect to the application of the external magnetic field becomes maximum, it is considered that the domain wall pinning is removed and a sudden domain wall movement occurs. When such a sudden domain wall movement occurs, the magnetization changes rapidly and the inclination of the minor loop also increases.
本実施形態に使用した低保磁力磁石4bの磁化機構は、上述のように結晶粒界(磁壁)によるピニングが支配的である。特に、ピニングが外れて急激に磁壁移動が起きる磁界強度は、第1象限内のメジャーループにおいて同一の磁束密度が得られる磁界強度よりも小さいことが特徴である。結晶粒径が小さくピニング力が強いと、磁化履歴(増磁制御開始時の磁化状態)に関わらず、マイナーループの傾きは小さくなり、形状は直線的になる。さらに、結晶の均一性が高いことから、磁化履歴が異なっても磁化変化率dB/dHの最大値の軌跡は磁化と比例して増減すると予測でき、増磁曲線上の一本の線上に収束されると考えられる。
As described above, the pinning by the crystal grain boundary (domain wall) is dominant in the magnetization mechanism of the low
このような結晶組織を有する永久磁石を使用することにより、磁化履歴が異なる永久磁石であっても、所望の磁束密度に磁化するのに必要な磁界強度を予測して増磁を制御することが可能となるため、回転電機の信頼性を向上することができる。また、磁化履歴によらず制御が可能なため、増磁制御の度に磁化が飽和した状態まで増磁する必要がなくなるため、磁化電流を大幅に低減することができる。 By using a permanent magnet having such a crystal structure, it is possible to control the magnetizing by predicting the magnetic field strength necessary to magnetize to a desired magnetic flux density even if the permanent magnet has a different magnetization history. Therefore, the reliability of the rotating electrical machine can be improved. In addition, since control is possible regardless of the magnetization history, it is not necessary to increase the magnetization until the magnetization is saturated every time the magnetization control is performed, so that the magnetization current can be greatly reduced.
一方で、焼結法によって製造された一般的なNdFeB(結晶粒径5〜10μm)の場合は、ピニング力が弱く、磁壁移動が連続的に起こるため、磁化変化率dB/dHの最大値の軌跡を増磁曲線上における一本の線上で近似することは難しい。 On the other hand, in the case of general NdFeB (crystal grain size of 5 to 10 μm) manufactured by the sintering method, the pinning force is weak and the domain wall movement continuously occurs, so the maximum value of the magnetization change rate dB / dH is It is difficult to approximate the locus on a single line on the magnetizing curve.
以上、第1実施形態に係る永久磁石式回転電機の制御方法は、最大残留磁束密度よりも小さい磁束密度を有する低保磁力磁石4bに対する増磁制御において、低保磁力磁石4bの磁化が飽和した状態を経ずに増磁する。これにより、低保磁力磁石4bの磁化を変化させたい場合に、部分的な磁化状態から部分的な磁化状態への磁化を磁化が飽和した状態を経ずに、推移させることができるので、一回の増磁制御あたりの起磁力を大幅に低減することができる。
As described above, in the control method of the permanent magnet type rotating electrical machine according to the first embodiment, the magnetization of the low
[実施例3]
第1実施形態に係る永久磁石式回転電機の制御方法において、低保磁力磁石4bの増磁制御に係る実施例3について説明する。
[Example 3]
In the control method of the permanent magnet type rotating electrical machine according to the first embodiment, Example 3 relating to the magnetization increase control of the low
実施例3は、低保磁力磁石4bの増磁制御に係る制御方法を具体的に示すものである。図9に示すように、実施例3では、低保磁力磁石4bの増磁制御を、極性反転を伴わない領域でのみ行うことを特徴とする。その理由について図8を参照して説明する。
The third embodiment specifically shows a control method related to the magnetization increase control of the low
図8は、実施例3における低保磁力磁石4bの制御方法を説明するための図である。図8で示す一点鎖線は、部分的な磁化状態Br2から、逆の極性である部分的な磁化状態Br4へ磁化を変化させた後に、再び極性を反転させて部分的な磁化状態Br1へ磁化を変化させる場合の磁化履歴を示している。
FIG. 8 is a diagram for explaining a method of controlling the
このような磁化履歴を辿る場合の低保磁力磁石4bの磁化状態は、以下の通りである。すなわち、(a)部分的な磁化状態Br2から部分的な磁化状態Br4へ磁化するべく、負の方向の磁界を作用させ、磁界強度が磁化状態Br4における磁束密度を得るのに必要な強度(磁界強度:約−3.5[kOe])に達した後、磁界を取り去る。(b)部分的な磁化状態Br4から部分的な磁化状態Br1へ磁化するべく、正の方向の磁界を作用させ、磁界強度が磁化状態Br1における磁束密度を得るのに必要な強度(磁界強度:約2.15[kOe])に達した後、磁界を取り去る。
The magnetization state of the low
図から分かるように、極性反転を伴う領域を使用して低保磁力磁石4bの磁化を行うと、上記(b)の増磁制御における増磁曲線が、極性反転を伴わない場合の増磁曲線(破線で示す線分EF)と、メジャーループとの間を通る。このため、上述の実施例1、2と同様、部分的な磁化状態からより大きな磁化状態へ、磁化が飽和した状態(A、B)を経ずに増磁できる特徴は変わらないものの、増磁制御に伴う増磁曲線がよりメジャーループ側へシフトするので、実施例1、2に係る制御と比べて、磁化電流の低減効果が低下する。
As can be seen from the figure, when the magnetization of the low
また、極性反転を伴う領域を使用した場合の増磁曲線は、極性反転を伴わない場合の増磁曲線(点線で示す線分EF)と、メジャーループとの間のどの位置を通るのかが磁化履歴によって変わる。このため、磁化履歴が異なる永久磁石に対して増磁制御を行う際の増磁曲線を予測することが困難となり、すなわち、所望の磁束密度を得るのに要する外部磁界の強度を正確に予測することが困難となるので、磁束量を可変する際の正確性が損なわれ、回転電機1の信頼性が低下する。
In addition, the magnetizing curve when the region with polarity reversal is used is the magnetizing curve that passes between the magnetizing curve without the polarity reversal (segment EF indicated by a dotted line) and the major loop. Varies with history. For this reason, it is difficult to predict a magnetizing curve when performing magnetizing control on a permanent magnet having a different magnetization history, that is, accurately predicting the intensity of an external magnetic field required to obtain a desired magnetic flux density. Therefore, the accuracy when changing the amount of magnetic flux is impaired, and the reliability of the rotating
したがって、低保磁力磁石4bに対する増磁を制御する際、低保磁力磁石4bの磁化曲線において、極性反転を伴わない領域のみを使用するように制御することが望ましい。
Therefore, when controlling the magnetization of the low
したがって、第1実施形態に係る永久磁石式回転電機の制御方法では、低保磁力磁石4bを磁化する際の磁化曲線は、図9の実線で示すマイナーループのとおりとなり、特に、増磁する際の極性反転を伴わない増磁曲線は、最大残留磁束密度未満のいかなる磁化履歴を起点とする場合であっても、当該マイナーループの線分EF上を通ることを特徴とする。
Therefore, in the control method of the permanent magnet type rotating electrical machine according to the first embodiment, the magnetization curve when magnetizing the low
以上、実施例3に係る第1実施形態に係る永久磁石式回転電機の制御方法によれば、低保磁力磁石4bに対する磁化を、低保磁力磁石4bの極性符号が同一の領域でのみ行う。これにより、増磁制御の開始時点における低保磁力磁石4bの磁束密度[kG]の大きさに関わらず、増磁領域において略同一の線上に常に収束するので、所望の磁束密度を得るのに要する外部磁界の強度を正確に予測することが可能となり、磁束量を可変する際の正確性が担保される。
As described above, according to the control method of the permanent magnet type rotating electric machine according to the first embodiment of Example 3, the magnetization of the low
[実施例4]
次に、これまで説明した磁気特性を有する低保磁力磁石4bを備える永久磁石式回転電機1において、特に、無着磁の状態の低保磁力磁石4bに対して初めて着磁を行う初回時の着磁(以下、初期着磁と称する)の増磁制御について説明する。
[Example 4]
Next, in the permanent magnet type rotating
上述の通り、本発明に係る永久磁石式回転電機1は、電動機或いは発電機を構成し、例えば電動車両の駆動源として用いられる。永久磁石式回転電機1が電動車両の駆動源として用いられる場合は、永久磁石式回転電機1は、いわゆる可変磁力モータ等と呼ばれる。可変磁力モータは、上述した実施例1から3で説明した制御方法により低保磁力磁石4bを増磁或いは減磁することにより、電動車両の走行中に、電動車両の走行状態に合わせて、低保磁力磁石4bの磁力を好適に変化させることができる。
As described above, the permanent magnet type rotating
しかしながら、本発明に係る低保磁力磁石4bでは、無着磁の状態からの初期着磁の際、低保磁力磁石4bの磁束が飽和しない程度の小さい磁界で増磁を行った場合には、マイナーループの角型性が悪くなるという問題がある。当該問題を図11〜13を用いて説明する。
However, in the
なお、角型性とは、減磁曲線が四角形になる度合を表す言葉であり、第2象限に表される磁化曲線(減磁曲線)において、所定の割合以上(例えば90%以上)の残留磁束密度(磁界の強さを0[kOe]にした場合の磁束密度[kG]の値)に対応する磁界と保磁力との比率で表される永久磁石の特性である。 Note that the squareness is a word representing the degree to which the demagnetization curve becomes a square, and in the magnetization curve (demagnetization curve) represented in the second quadrant, a residual ratio of a predetermined ratio or more (for example, 90% or more). This is a characteristic of the permanent magnet represented by the ratio of the magnetic field and the coercive force corresponding to the magnetic flux density (the value of the magnetic flux density [kG] when the magnetic field strength is 0 [kOe]).
図11は、初期着磁を説明するための図である。図中の実線で示す曲線は、実施例1から3で説明したのと同様のマイナーループを表す。初期着磁は、原則として、無着磁の状態の低保磁力磁石4bに対して初めて行う着磁なので、図中のGが増磁の出発点となる。そして、初期着磁の増磁曲線は、図中のGから設定した着磁磁界までの、低保磁力磁石4bのフルループ上を辿る曲線(G−A)で表される。初期着磁後、2回目以降の増磁曲線は、実施例1から3で説明したのと同様に、フルループに係る磁界強度よりも小さい磁界で行われ、マイナーループのF−E上を辿る。なお、初期着磁は、モータ4の組立後、モータ4の組立前(ロータアッシーの状態)の何れに行っても良い。
FIG. 11 is a diagram for explaining the initial magnetization. A curve indicated by a solid line in the figure represents a minor loop similar to that described in the first to third embodiments. In principle, the initial magnetization is performed for the first time on the non-magnetized low
図12、13は、低保磁力磁石4bに対して行った初期着磁の磁界強度と、マイナーループの角型性との関係を示す測定結果を説明するための図である。なお、当該測定結果は、φ2.5×4mmの低保磁力磁石4bを使用して、パーミアンス係数7.91に基づく反磁界補正を加えて測定されたものである。
12 and 13 are diagrams for explaining the measurement results showing the relationship between the magnetic field intensity of the initial magnetization performed on the low
図12は、初期着磁の磁界強度を表した図である。測定は、4パターンの磁界強度で行われた。すなわち、低保磁力磁石4bに飽和磁束密度以下の磁束を発生させる磁界強度(3.7[kOe]、5.6[kOe]、8.5[kOe])と、図中には示されていないが、低保磁力磁石4bに飽和磁束密度以上の磁束密度を発生させる磁界強度(13.5[kOe])である。
FIG. 12 is a diagram showing the magnetic field strength of the initial magnetization. The measurement was performed with four patterns of magnetic field strength. In other words, the magnetic field strength (3.7 [kOe], 5.6 [kOe], 8.5 [kOe]) for generating a magnetic flux below the saturation magnetic flux density in the low
なお、ここで言う飽和磁束密度は、磁界を増加させたときに低保磁力磁石4bの磁束密度が飽和に達した時点における磁束密度を基準として、当該磁束密度の90%以上、好ましくは95%以上の磁束密度を示すものと定義する。
The saturation magnetic flux density referred to here is 90% or more, preferably 95% of the magnetic flux density based on the magnetic flux density when the magnetic flux density of the
図13は、図12で示した磁界強度により初期着磁を行った場合の、それぞれのマイナーループの角型性を比較するための図であって、各マイナーループの第2象限を示す図である。図13の測定結果から、低保磁力磁石4bの角型性は、低保磁力磁石4bに飽和磁束密度以上の磁束密度を発生させる磁界強度(13.5[kOe])で初期着磁を行った場合がもっとも良く、初期着磁にかかる磁界強度が小さいほど、悪くなることが分かる。例えば、初期着磁を磁界強度3.7[kOe]で行ったのち、車両の走行中等に低保磁力磁石4bに対して−1[kOe]の逆磁界を作用させると、低保磁力磁石4bの磁束密度は、初期着磁を13.5[kOe]で行った場合に比べて、約1[kG]も低下している。これは、電動車両の走行中に減磁を行った場合に、角型性の悪化によって所望の磁束密度よりも過剰な減磁がなされてしまい、トルクが低下してしまう場合があることを意味する。実測したデータによれば、車両走行中の増磁磁界強度を2[kOe]とした場合の最大トルク運転時では、車両走行中の増磁磁界強度よりも大きな磁界強度による初期着磁を行っていない低保磁力磁石4bは、飽和磁束密度以上の磁束を発生させる磁界強度(10[kOe])により初期着磁を行った低保磁力磁石4bに比べて、30%以上も減磁する。
FIG. 13 is a diagram for comparing the squareness of the minor loops when the initial magnetization is performed with the magnetic field strength shown in FIG. 12, and showing the second quadrant of each minor loop. is there. From the measurement result of FIG. 13, the squareness of the low
一方で、初期着磁を13.5[kOe]の磁界強度で行った場合は、図14で示す通り、マイナーループの角型性の悪化は生じない。 On the other hand, when the initial magnetization is performed at a magnetic field strength of 13.5 [kOe], the squareness of the minor loop does not deteriorate as shown in FIG.
図14は、磁界強度13.5[kOe]で初期着磁を行った場合の、初期着磁後の増減磁に係るマイナーループを5回測定した測定結果である。図で示す通り、5回の測定結果に係るマイナーループは重なっており、角型性の悪化は見られない。すなわち、マイナーループの角型性の観点から、低保磁力磁石4bの初期着磁は、低保磁力磁石4bに飽和磁束密度以上の磁束密度を発生させる磁界強度を作用させて行うことが好ましいことが分かる。
FIG. 14 shows measurement results obtained by measuring a minor loop related to increase / decrease after initial magnetization five times when initial magnetization is performed at a magnetic field strength of 13.5 [kOe]. As shown in the figure, the minor loops related to the five measurement results overlap, and no deterioration in squareness is observed. That is, from the viewpoint of the squareness of the minor loop, the initial magnetization of the low
したがって、実施例4では、図15で一例を示す通り、初期着磁の磁界強度を、低保磁力磁石4bに飽和磁束密度以上の磁束密度を発生させる磁界強度以上に設定する。
Therefore, in Example 4, as shown in FIG. 15, the initial magnetization magnetic field strength is set to be equal to or higher than the magnetic field strength that causes the low
以上、実施例4に係る第1実施形態に係る永久磁石式回転電機の制御方法によれば、低保磁力磁石4bに対する増磁制御において、初回時の前記増磁制御(初期着磁)では、低保磁力磁石4bに、低保磁力磁石4bの飽和磁束密度を超える磁束密度を発生させる磁界を作用させ、2回目以降の増磁制御では、低保磁力磁石4bに、初期着磁における磁界よりも小さい磁界を作用させる。これにより、例えば車両走行中において低保磁力磁石4bが過剰に減磁されることを防止することができるので、トルクを向上させることができる。
As described above, according to the control method of the permanent magnet type rotating electrical machine according to the first embodiment of Example 4, in the magnetizing control for the low
本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、永久磁石式回転電機1は、低保磁力磁石4b、4aからなる永久磁石ユニット4により一磁極を構成しているが、必ずしも2種類の永久磁石からなる永久磁石ユニットにより構成する必要はなく、低保磁力磁石4bの上述した磁化特性と同様の磁化特性を有する一つの永久磁石により構成してもよい。また、低保磁力磁石4bは、電動車両用の回転電機への適用に限らず、洗濯機等、永久磁石を備える装置であって、使用中、もしくは製造中において永久磁石の磁化を変化させ得る種々の装置に適用することができる。
The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, the permanent magnet type rotating
1…永久磁石式回転電機
2…固定子
3…回転子
4…永久磁石ユニット
4b…低保磁力磁石
7…固定子巻線
DESCRIPTION OF
Claims (4)
複数の永久磁石を有する回転子とから構成され、
前記固定子巻線に印加される電流が形成する磁界の作用で前記永久磁石を磁化させることにより当該永久磁石の磁束密度を変化させる永久磁石式回転電機において、
前記永久磁石の磁化特性は、
当該永久磁石のヒステリシス曲線における第1象限内のマイナーループにおいて、前記磁界の磁界強度の増加に対する磁化変化率が最大となる点の磁界強度が、前記ヒステリシス曲線における第1象限内のメジャーループにおいて、前記磁化変化率が最大となる点の磁束密度と同じ磁束密度を得るために要する磁界強度よりも小さく、且つ、
最大残留磁束密度よりも小さい磁束密度を有する前記永久磁石に対して極性の反転を伴わずに増磁する場合の前記マイナーループが、当該増磁の開始時点における前記永久磁石の磁束密度の大きさに関わらず、前記磁化変化率が最大となる点を含む増磁領域において略同一の線上に収束する、
ことを特徴とする永久磁石式回転電機。 A stator having a stator winding;
A rotor having a plurality of permanent magnets,
In the permanent magnet type rotating electrical machine that changes the magnetic flux density of the permanent magnet by magnetizing the permanent magnet by the action of the magnetic field formed by the current applied to the stator winding,
The magnetization characteristics of the permanent magnet are:
In the minor loop in the first quadrant in the hysteresis curve of the permanent magnet, the magnetic field strength at the point where the rate of change of magnetization with respect to the increase in the magnetic field strength of the magnetic field is the maximum in the major loop in the first quadrant in the hysteresis curve, Smaller than the magnetic field strength required to obtain the same magnetic flux density as the magnetic flux density at the point where the rate of change of magnetization is maximum, and
The minor loop in the case where the permanent magnet having a magnetic flux density smaller than the maximum residual magnetic flux density is magnetized without reversing the polarity is the magnitude of the magnetic flux density of the permanent magnet at the start of the magnetizing. Regardless, converge on substantially the same line in the magnetized region including the point where the rate of magnetization change is maximum,
A permanent magnet type rotating electrical machine.
最大残留磁束密度よりも小さい磁束密度を有する前記永久磁石に対する増磁制御において、
前記増磁制御は、前記永久磁石の磁化が飽和した状態を経ずに増磁する、
ことを特徴とする永久磁石式回転電機の制御方法。 A control method for a permanent magnet type rotating electrical machine for controlling the magnetic flux density of a permanent magnet provided in the permanent magnet type rotating electrical machine according to claim 1,
In the magnetization control for the permanent magnet having a magnetic flux density smaller than the maximum residual magnetic flux density,
The magnetization control is performed without increasing the magnetization of the permanent magnet without saturation.
A control method for a permanent magnet type rotating electrical machine.
前記永久磁石に対する磁化は、当該永久磁石の極性符号が同一の領域でのみ行われる、
ことを特徴とする永久磁石式回転電機の制御方法。 A control method for a permanent magnet type rotating electrical machine for controlling the magnetic flux density of a permanent magnet provided in the permanent magnet type rotating electrical machine according to claim 1,
Magnetization of the permanent magnet is performed only in a region where the polarity code of the permanent magnet is the same.
A control method for a permanent magnet type rotating electrical machine.
前記永久磁石に対する増磁制御において、
初回時の前記増磁制御では、前記永久磁石に、当該永久磁石の飽和磁束密度を超える磁束密度を当該永久磁石に発生させる磁界を作用させ、
2回目以降の前記増磁制御では、前記永久磁石に、初回時の前記増磁制御における磁界よりも小さい磁界を作用させる、
ことを特徴とする永久磁石式回転電機の制御方法。 A control method for a permanent magnet type rotating electrical machine for controlling the magnetic flux density of a permanent magnet provided in the permanent magnet type rotating electrical machine according to claim 2,
In the magnetization control for the permanent magnet,
In the magnetizing control at the first time, a magnetic field that causes the permanent magnet to generate a magnetic flux density exceeding the saturation magnetic flux density of the permanent magnet is applied to the permanent magnet,
In the second and subsequent magnetizing control, a magnetic field smaller than the magnetic field in the first magnetizing control is applied to the permanent magnet.
A control method for a permanent magnet type rotating electrical machine.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015149797 | 2015-07-29 | ||
JP2015149797 | 2015-07-29 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017034960A true JP2017034960A (en) | 2017-02-09 |
JP6610209B2 JP6610209B2 (en) | 2019-11-27 |
Family
ID=57989104
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015233184A Active JP6610209B2 (en) | 2015-07-29 | 2015-11-30 | Permanent magnet type rotating electrical machine and control method of permanent magnet type rotating electrical machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6610209B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109742880A (en) * | 2019-02-20 | 2019-05-10 | 哈尔滨工业大学 | Built-in V-type-with anti-salient pole nature "-" type hybrid permanent magnet is adjustable flux electric machine |
JP2021129438A (en) * | 2020-02-14 | 2021-09-02 | マツダ株式会社 | Motor control device |
-
2015
- 2015-11-30 JP JP2015233184A patent/JP6610209B2/en active Active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109742880A (en) * | 2019-02-20 | 2019-05-10 | 哈尔滨工业大学 | Built-in V-type-with anti-salient pole nature "-" type hybrid permanent magnet is adjustable flux electric machine |
JP2021129438A (en) * | 2020-02-14 | 2021-09-02 | マツダ株式会社 | Motor control device |
JP7363554B2 (en) | 2020-02-14 | 2023-10-18 | マツダ株式会社 | motor control device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6610209B2 (en) | 2019-11-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8674575B2 (en) | Permanent magnet electric motor inducing short circuit current in short circuit coil | |
JP5085071B2 (en) | Permanent magnet type rotating electrical machine rotor | |
US8624457B2 (en) | Permanent magnet electric motor | |
JP5361261B2 (en) | Permanent magnet rotating electric machine | |
JP5398103B2 (en) | Permanent magnet rotating electric machine | |
JP5787673B2 (en) | Permanent magnet type rotating electric machine | |
JP4697736B2 (en) | Magnetization method of permanent magnet | |
JP5506234B2 (en) | Anisotropic magnet, motor, and method for manufacturing anisotropic magnet | |
JP5355055B2 (en) | Permanent magnet rotating electric machine | |
JP2010004671A (en) | Permanent magnet type electric rotating machine | |
JP5178488B2 (en) | Permanent magnet rotating electric machine | |
JP2019068577A (en) | Variable magnetic force motor | |
JP6610209B2 (en) | Permanent magnet type rotating electrical machine and control method of permanent magnet type rotating electrical machine | |
JP2006115663A (en) | Permanent magnet rotor | |
JP2012029563A (en) | Permanent magnet type rotary electric machine | |
JP5334295B2 (en) | Permanent magnet motor and hermetic compressor | |
Akune et al. | Study of high torque density interior permanent magnet synchronous motor with flexible orientation Nd 2 Fe 14 B sintered magnet | |
JP5544738B2 (en) | Permanent magnet rotating electric machine | |
KR101367222B1 (en) | Permanent magnet syschronous motor | |
JP2015035558A (en) | Demagnetization method and demagnetizer | |
JP2011172323A (en) | Permanent magnet type rotary electric machine | |
JP5390314B2 (en) | Permanent magnet rotating electric machine | |
JP2019140818A (en) | motor | |
JP2014165971A (en) | Rotor structure of permanent magnet motor | |
JP6021829B2 (en) | Demagnetizer for permanent magnet |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20161205 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180925 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190730 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190731 |
|
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: 20191001 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20191014 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6610209 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |