JP2019092313A

JP2019092313A - 永久磁石式回転電機

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Publication number: JP2019092313A
Application number: JP2017220062A
Authority: JP
Inventors: 敏治持田; Toshiharu Mochida; 英樹大口; Hideki Oguchi
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2017-11-15
Filing date: 2017-11-15
Publication date: 2019-06-13
Anticipated expiration: 2037-11-15
Also published as: JP7047337B2

Abstract

【課題】永久磁石による界磁磁束を所定の目標値にまで直流励磁電流による磁束によって増磁する場合に増磁量を小さくすることができ、増磁の際の直流励磁電流を小さくすることができる永久磁石式回転電機を提供する。【解決手段】永久磁石式回転電機１は、固定子１０の固定子鉄心１１の内周側又は外周側に回転自在に配置された回転子２０と、固定子鉄心１１に設けられ、直流励磁電流による磁束により界磁磁束を増磁あるいは減磁する直流励磁巻線３０とを備えている。回転子２０は、少なくとも回転子コア２１の周方向に一方の極性の第１永久磁石２３ａと他方の極性の第２永久磁石２３ｂとを交互に配置した第１異極磁石配置部２３と、回転子コア２１の周方向に一方の極性の第３永久磁石２５ａと回転子コア２１に形成された鉄心部である他方の極性の第１鉄極２５ｂとを交互に配置した第１コンシクエントポール部２５とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、永久磁石式回転電機に関する。

永久磁石式回転電機の出力Ｐは、以下の（１）式で表される。
Ｐ∝Ｔ・Ｎ ……（１）
ここで、Ｔ：出力トルク、Ｎ：回転数である。
このため、低速（低回転数）で大出力を得ようとすると、出力トルクＴを増加する必要がある。永久磁石式回転電機のトルク発生原理には、マグネットトルクＴｍとリラクタンストルクとがある。このうち、マグネットトルクＴｍは、次の（２）式で表される。
Ｔｍ∝Φ・ｉｑ ……（２）
ここで、Φ：磁石起因で電機子巻線に鎖交する磁束、ｉｑ：ｑ軸電流である。
つまり、マグネットトルクＴｍを増加させるには、Φあるいはｉｑのいずれかを増加させる必要がある。一方、永久磁石式回転電機が回転中に生じる誘起電圧ｅは、次の（３）式で表せる。
ｅ＝ｎ・ｄΦ／ｄｔ ……（３）
ここで、ｎ：巻線ターン数である。

インバータなどの電源により永久磁石式回転電機を駆動するには、通常この誘起電圧ｅを上回る電圧を印加する必要がある。これは特に高速域において問題となる。高速域ではｄΦ／ｄｔが高まるため、これに応じた電圧を印加する必要があるが、一般にインバータなどの電源が供給できる電圧には上限がある。一方、弱めの界磁電流を流すことによって誘起電圧ｅを抑える方法もあるが、その分だけインバータやモータの損失が増加する。

ここで、一般的な永久磁石式回転電機の設計の一部について述べると、前述のとおり低速における出力を増加させる手段として、Φを増加する方法がある。低速での出力増加のためにΦを増やしたモータを制作すると、高速において前述したように誘起電圧の上昇を招き、電源が供給できる電圧を超過してしまう。一方、弱めの界磁電流を流す方法もあるが、損失が増加してしまう。また、低速での出力増加のために、ｉｑを増加する方法も考えられるが、この場合、インバータなどの電源の大型化を招くことになる。
このように、一般的な永久磁石式回転電機の設計においては、低速での大出力化を図ろうとすると、高速での誘起電圧の上昇を招き、電源が供給できる電圧を超過してしまうという相反関係がある。
この問題を解決するために、従来、例えば、特許文献１に示すハイブリッド励磁形永久磁石同期回転機が提案されている。

特許文献１に示すハイブリッド励磁形永久磁石同期回転機は、いわゆるコンシクエントポール型ロータを２段構成とし、直流励磁巻線に流す電流による磁束によって永久磁石による界磁磁束を補うものである。直流励磁巻線に流す電流の向きを制御することにより、直流励磁電流による磁束の向きを制御し、永久磁石による界磁磁束を増磁あるいは減磁することができる。また、直流励磁巻線に流す電流の大きさを制御することにより、直流励磁電流による磁束の大きさを制御し、永久磁石による界磁磁束の増磁量あるいは減磁量を制御することができる。
この特許文献１に示すハイブリッド励磁形永久磁石同期回転機によれば、モータ製作後に直流励磁電流による磁束によって永久磁石による界磁磁束を増磁あるいは減磁するので、磁石起因で電機子巻線に鎖交する磁束（界磁磁束）Φを必要以上に増やしたモータを制作する必要はなく、低速での大出力化を図れるとともに、高速での誘起電圧の上昇を回避することができる。

特開平６−３５１２０６号公報

しかしながら、この従来の特許文献１に示したハイブリッド励磁形永久磁石同期回転機においては、以下の問題点があった。
即ち、永久磁石による界磁磁束が小さいため、所定の目標値にまで界磁磁束を直流励磁電流による磁束によって増磁する場合に増磁量が大きくなってしまうという問題がある。直流励磁電流による増磁量を大きくしようとすると、増磁の際の直流励磁電流を大きくする必要があり、大電流を流す大きな規模の電源が必要となる。そして、直流励磁巻線に流す電流が大きければ大きい程、ジュール熱による損失が大きくなるため、冷却を強化する必要がある。一方、電源や冷却設備のためのスペースやコストを減らした場合には、直流励磁電流による増磁量を大きくすることができず、出力トルクを減らさざるを得なくなる。
従って、本発明はこの従来の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、永久磁石による界磁磁束を所定の目標値にまで直流励磁電流による磁束によって増磁する場合に増磁量を小さくすることができ、増磁の際の直流励磁電流を小さくすることができる永久磁石式回転電機を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る永久磁石式回転電機は、固定子巻線を固定子鉄心に巻装した固定子と、該固定子の前記固定子鉄心の内周側又は外周側に回転自在に配置された回転子であって、少なくとも回転子コアの周方向に一方の極性の第１永久磁石と他方の極性の第２永久磁石とを交互に配置した第１異極磁石配置部と、前記回転子コアの周方向に一方の極性の第３永久磁石と前記回転子コアに形成された鉄心部である他方の極性の第１鉄極とを交互に配置した第１コンシクエントポール部とを備え、一方の極性の前記第１永久磁石及び前記第３永久磁石が前記回転子コアの軸方向に整列するように配置されるとともに、他方の極性の前記第２永久磁石及び前記第１鉄極が前記回転子コアの軸方向に整列するように配置された回転子と、前記固定子の前記固定子鉄心に設けられ、直流励磁電流による磁束により前記第１永久磁石乃至前記第３永久磁石による界磁磁束を増磁あるいは減磁する直流励磁巻線とを備えていることを要旨とする。

本発明に係る永久磁石式回転電機によれば、永久磁石による界磁磁束を所定の目標値にまで直流励磁電流による磁束によって増磁する場合に増磁量を小さくすることができ、増磁の際の直流励磁電流を小さくすることができる永久磁石式回転電機を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る永久磁石式回転電機の概略構成を示す斜視図である。図１に示す永久磁石式回転電機における回転子及び固定子の一部分を示す斜視図である。磁束の流れを説明するための図である。本発明の第２実施形態に係る永久磁石式回転電機における回転子及び固定子の一部分を示す斜視図である。本発明の第３実施形態に係る永久磁石式回転電機における回転子及び固定子の一部分を示す斜視図である。本発明の第４実施形態に係る永久磁石式回転電機における回転子及び固定子の一部分を示す斜視図である。本発明の第５実施形態に係る永久磁石式回転電機における回転子及び固定子の一部分を示す斜視図である。本発明の第６実施形態に係る永久磁石式回転電機における回転子及び固定子の一部分を示す斜視図である。参考例に係る永久磁石式回転電機における回転子及び固定子の一部分を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
先ず、本発明の第１実施形態に係る永久磁石式回転電機について、図１乃至図３を参照して説明する。
本発明の第１実施形態に係る永久磁石式回転電機は、図１に示されており、永久磁石式回転電機１は、８極の表面磁石型(SPM: Surface Permanent Magnet)の同期電動機である。なお、本発明は、極数、その他の各部分の寸法などによって何ら制約を受けるものではない。
図１及び図２に示す永久磁石式回転電機１は、固定子１０と、固定子１０の固定子鉄心１１の内周側に回転自在に配置された回転子２０とを備えている。
ここで、固定子１０は、円筒形鉄製フレーム１３の内周面に固定された円筒状の固定子鉄心１１を備えている。固定子鉄心１１には、固定子鉄心１１の軸方向に延びる複数の固定子巻線１２が巻装されている。

また、回転子２０は、回転軸２７に固定された回転子コア２１を備えている。
回転軸２７は、鉄製であり、その中心軸線が固定子鉄心１１の中心軸線と一致するように配置され、回転軸２７の軸線方向の両側がモータハウジングに図示しない軸受を介して回転可能に支持されている。従って、回転子２０は、回転軸２７の中心軸線を中心に回転可能となっている。
回転子コア２１は、円筒状（外形が円形）に形成され、積層鉄心で構成される。回転子コア２１の中心には回転子コア２１の軸方向に貫通する軸孔２２が形成され、この軸孔２２に回転軸２７が挿入固定される。

そして、回転子コア２１の外周面には、第１異極磁石配置部２３、第１コンシクエントポール部２５、第２コンシクエントポール部２６及び第２異極磁石配置部２４が回転子コア２１の軸方向の一端側から他端側にかけてその順番で配置されている。
第１異極磁石配置部２３は、回転子コア２１の外周面において回転子コア２１の周方向に一方の極性であるＮ極の第１永久磁石２３ａと他方の極性であるＳ極の第２永久磁石２３ｂとを交互に配置している。本実施形態においては、８極であるから、Ｎ極の第１永久磁石２３ａは４個、Ｓ極の第２永久磁石２３ｂも４個配置されている。

また、第１コンシクエントポール部２５は、回転子コア２１の外周面において回転子コアの周方向に一方の極性であるＮ極の第３永久磁石２５ａと回転子コア２１の外周面から突出形成された鉄心部である他方の極性であるＳ極の第１鉄極２５ｂとを交互に配置している。本実施形態においては、８極であるから、Ｎ極の第３永久磁石２５ａは４個、Ｓ極の第１鉄極２５ｂも４個配置されている。
ここで、一方の極性のＮ極の第１永久磁石２３ａ及び第３永久磁石２５ａは、回転子コア２１の軸方向に整列するように配置されるとともに、矩形状の磁石板として一体に形成されている。また、他方の極性のＳ極の第２永久磁石２３ｂ及び第１鉄極２５ｂは、回転子コア２１の軸方向に整列するように配置されて、全体として矩形状に形成されている。第１永久磁石２３ａ及び第３永久磁石２５ａを合わせた面積と、第２永久磁石２３ｂ及び第１鉄極２５ｂを合わせた面積とは同じである。

更に、第２コンシクエントポール部２６は、回転子コア２１の軸方向において第１コンシクエントポール部２５に対して所定間隔離れて配置され、回転子コア２１の外周面において回転子コア２１の周方向に他方の極性であるＳ極の第６永久磁石２６ａと回転子コア２１の外周面から突出形成された鉄心部である一方の極性であるＮ極の第２鉄極２６ｂとを交互に配置している。本実施形態においては、８極であるから、Ｎ極の第２鉄極２６ｂは４個、Ｓ極の第６永久磁石２６ａも４個配置されている。

また、第２異極磁石配置部２４は、回転子コア２１の外周面において回転子コア２１の周方向に一方の極性であるＮ極の第４永久磁石２４ａと他方の極性であるＳ極の第５永久磁石２４ｂとを交互に配置している。本実施形態においては、８極であるから、Ｎ極の第４永久磁石２４ａは４個、Ｓ極の第５永久磁石２４ｂも４個配置されている。
そして、一方の極性のＮ極の第４永久磁石２４ａ及び第２鉄極２６ｂは、第１永久磁石２３ａ及び第３永久磁石２５ａとともに回転子コア２１の軸方向に整列するように配置されて、全体として矩形状に形成されている。また、他方のＳ極の第５永久磁石２４ｂ及び第６永久磁石２６ａは、第２永久磁石２３ｂ及び第１鉄極２５ｂとともに回転子コア２１の軸方向に整列するように配置されるとともに、矩形状の磁石板として一体に形成されている。第５永久磁石２４ｂ及び第６永久磁石２６ａを合わせた面積と、第４永久磁石２４ａ及び第２鉄極２６ｂを合わせた面積とは同じである。

なお、図１及び図２に示す永久磁石式回転電機１は、前述したように、表面磁石型の同期電動機であるから、一方の極性のＮ極の第１永久磁石２３ａ、第３永久磁石２５ａ及び第４永久磁石２４ａと、他方の極性のＳ極の第２永久磁石２３ｂ、第５永久磁石２４ｂ及び第６永久磁石２６ａとが回転子コア２１の表面に貼り付けられている。
また、固定子１０の固定子鉄心１１の軸方向中央部の内周面には、そこを流れる直流励磁電流Ｉ_ＤＣによる磁束により第１永久磁石２３ａ乃至第６永久磁石２６ａによる界磁磁束を増磁あるいは減磁するリング状の直流励磁巻線３０が設けられている。
第１永久磁石２３ａ乃至前記第６永久磁石２６ａによる界磁磁束の増磁あるいは減磁は次のようになされる。

＜直流励磁電流Ｉ_ＤＣが０の場合＞
直流励磁巻線３０に流れる直流励磁電流Ｉ_ＤＣが０の場合、直流励磁電流Ｉ_ＤＣによる磁束は存在せず、第１永久磁石２３ａ乃至前記第６永久磁石２６ａによる界磁磁束のみとなる。つまり、Ｎ極の第１永久磁石２３ａ、第３永久磁石２５ａ及び第４永久磁石２４ａからの磁束は、回転子２０と固定子１０との間のギャップ→固定子鉄心１１→ギャップ→Ｓ極の第２永久磁石２３ｂ、第５永久磁石２４ｂ及び第６永久磁石２６ａ→回転子コア２１→Ｎ極の第１永久磁石２３ａ、第３永久磁石２５ａ及び第４永久磁石２４ａからなる経路を辿る。この状態を回転子コア２１の表面での磁束としてみると、図３（ｂ）に示すようになり、Ｎ極の第１永久磁石２３ａ、第３永久磁石２５ａ及び第４永久磁石２４ａからの磁束は、固定子鉄心１１を通りＳ極の第２永久磁石２３ｂ、第５永久磁石２４ｂ及び第６永久磁石２６ａに至り、回転子コア２１を通りＮ極の第１永久磁石２３ａ、第３永久磁石２５ａ及び第４永久磁石２４ａに至る。したがって、回転子２０の回転によって固定子巻線１２を構成する各コイルは、Ｎ極またはＳ極のどちらか一方の極の磁束を切ることになり、この結果、固定子巻線１２には回転数と極数とによって定まる周波数の交流電圧が誘起される。

＜直流励磁電流Ｉ_ＤＣによる磁束が第１永久磁石２３ａ乃至前記第６永久磁石２６ａによる界磁磁束と同一方向となる場合（直流励磁電流Ｉ_ＤＣ＞０の場合）＞
この場合、第１永久磁石２３ａ乃至前記第６永久磁石２６ａによる界磁磁束の磁束量は、直流励磁電流Ｉ_ＤＣが０の場合と変わりはない。一方、直流励磁電流Ｉ_ＤＣによる磁束は、磁気抵抗が小さな経路を通り、固定子鉄心１１→ギャップ→第２鉄極２６ｂ→回転子コア２１→第１鉄極２５ｂ→ギャップ→固定子鉄心１１を通る。第１永久磁石２３ａ乃至前記第６永久磁石２６ａによる界磁磁束と直流励磁電流Ｉ_ＤＣによる磁束の回転子コア２１の表面での合成磁束をみると、図３（ａ）に示すように、第１鉄極２５ｂから出た磁束が回転子コア２１の軸方向に整列しているＳ極の第２永久磁石２３ｂ、第５永久磁石２４ｂ及び第６永久磁石２６ａへ至り、Ｎ極の第１永久磁石２３ａ、第３永久磁石２５ａ及び第４永久磁石２４ａから出た磁束が回転子コア２１の軸方向に整列している第２鉄極２６ｂへ至ることになる。従って、固定子巻線１２を構成する軸方向に沿って延びる各コイルには、永久磁石による磁束と鉄極経由の磁束が逆向きに鎖交する。つまり、直流励磁電流Ｉ_ＤＣの大きさによって、誘起電圧を小さくでき、その大きさによっては誘起電圧を０とすることができる。このように、第１永久磁石２３ａ乃至前記第６永久磁石２６ａによる界磁磁束と同一方向の磁束を作ることによって、等価的に界磁磁束を弱める、すなわち減磁することができる。

＜直流励磁電流Ｉ_ＤＣによる磁束が第１永久磁石２３ａ乃至前記第６永久磁石２６ａによる界磁磁束と反対方向となる場合（直流励磁電流Ｉ_ＤＣ＜０の場合）＞
この場合、第１永久磁石２３ａ乃至前記第６永久磁石２６ａによる界磁磁束の磁束量は、直流励磁電流Ｉ_ＤＣが０の場合と変わりはない。一方、直流励磁電流Ｉ_ＤＣによる磁束は、磁気抵抗が小さな経路を通り、固定子鉄心１１→ギャップ→第１鉄極２５ｂ→回転子コア２１→第２鉄極２６ｂ→ギャップ→固定子鉄心１１を通る。第１永久磁石２３ａ乃至前記第６永久磁石２６ａによる界磁磁束と直流励磁電流Ｉ_ＤＣによる磁束の回転子コア２１の表面での合成磁束をみると、図３（ｃ）に示すように、Ｎ極の第１永久磁石２３ａ、第３永久磁石２５ａ及び第４永久磁石２４ａから出た磁束が第１鉄極２５ｂへ至り、また、第２鉄極２６ｂから出た磁束がＳ極の第２永久磁石２３ｂ、第５永久磁石２４ｂ及び第６永久磁石２６ａへ至ることになる。従って、固定子巻線１２を構成する軸方向に沿って延びる各コイルには、永久磁石による磁束と鉄極経由の磁束が同じ向きに鎖交する。つまり、直流励磁電流Ｉ_ＤＣの大きさによって、誘起電圧を大きくすることができる。第１永久磁石２３ａ乃至前記第６永久磁石２６ａによる界磁磁束と反対方向の磁束を作ることによって、等価的に界磁磁束を強める、すなわち増磁することができる。

以上の結果、直流励磁電流Ｉ_ＤＣの向きと大きさを連続的に変化させることにより、界磁磁束を増磁→０→減磁の範囲で連続的に変化でき、最大回転数の増減を連続的に変化させることができる。
ここで、本実施形態に係る永久磁石式回転電機１では、回転子２０が、第１異極磁石配置部２３と、第１コンシクエントポール部２５と、第２コンシクエントポール部２６と、第２異極磁石配置部２４とを備えている。そして、一方の極性であるＮ極の第１永久磁石２３ａ、第３永久磁石２５ａ、第４永久磁石２４ａ及び第２鉄極２６ｂが回転子コア２１の軸方向に整列するように配置されるとともに、他方の極性であるＳ極の第２永久磁石２３ｂ、第５永久磁石２４ｂ、第６永久磁石２６ａ及び第１鉄極２５ｂが回転子コア２１の軸方向に整列するように配置されている。このため、永久磁石による界磁磁束を一方の極性であるＮ極の第１永久磁石２３ａ、第３永久磁石２５ａ、第４永久磁石２４ａ及び他方の極性であるＳ極の第２永久磁石２３ｂ、第５永久磁石２４ｂ、第６永久磁石２６ａによる界磁磁束とするので、コンシクエントポール部を単純に２段配置する場合よりも永久磁石の面積が大きく永久磁石の量が増えるので、永久磁石による界磁磁束自体を強くすることができる。このため、永久磁石による界磁磁束を所定の目標値にまで直流励磁電流Ｉ_ＤＣによる磁束によって増磁する場合に増磁量を小さくすることができ、増磁の際の直流励磁電流を小さくすることができる。

以下、本実施形態に係る永久磁石式回転電機１が、コンシクエントポール部を単純に２段配置した図９に示す参考例に係る永久磁石式回転電機１０１に対し、永久磁石による界磁磁束を所定の目標値にまで直流励磁電流Ｉ_ＤＣによる磁束によって増磁する場合に増磁量を小さくすることができる点について説明する。
図９に示す永久磁石式回転電機１０１は、コンシクエントポール部を単純に２段配置した回転子１２０を備える８極の表面磁石型同期電動機であり、固定子１１０と、固定子１１０の固定子鉄心１１１の内周側に回転自在に配置された回転子１２０とを備えている。

ここで、固定子１１０は、円筒状の固定子鉄心１１１を備えている。固定子鉄心１１１には、固定子鉄心１１１の軸方向に延びる複数の固定子巻線１１２が巻装されている。
また、回転子１２０は、回転軸（図示せず）に固定された回転子コア１２１を備えている。
回転子コア１２１は、円筒状（外形が円形）に形成され、積層鉄心で構成される。回転子コア１２１の中心には回転子コア１２１の軸方向に貫通する軸孔１２２が形成され、この軸孔１２２に回転軸が挿入固定される。
そして、回転子コア１２１の外周面には、第１コンシクエントポール部１２３及び第２コンシクエントポール部１２４が回転子コア１２１の軸方向の一端側から他端側にかけてその順番で配置されている。

第１コンシクエントポール部１２３は、回転子コア１２１の外周面において回転子コアの周方向に一方の極性であるＮ極の第１永久磁石１２３ａと回転子コア１２１の外周面から突出形成された鉄心部である他方の極性であるＳ極の第１鉄極１２３ｂとを交互に配置している。この参考例においては、８極であるから、Ｎ極の第１永久磁石１２３ａは４個、Ｓ極の第１鉄極１２３ｂも４個配置されている。そして、第１永久磁石１２３ａの形状及び大きさは、第１実施形態に係る永久磁石式回転電機１において、一体の矩形状の磁石板として形成された第１永久磁石２３ａ及び第３永久磁石２５ａの形状及び大きさと同一である。また、第１鉄極１２３ｂの形状及び大きさは、第１実施形態に係る永久磁石式回転電機１において、第２永久磁石２３ｂ及び第１鉄極２５ｂを合わせた形状及び大きさと同一である。

また、第２コンシクエントポール部１２４は、回転子コア１２１の軸方向において第１コンシクエントポール部１２３に対して所定間隔離れて配置され、回転子コア１２１の外周面において回転子コア１２１の周方向に他方の極性であるＳ極の第２永久磁石１２４ａと回転子コア１２１の外周面から突出形成された鉄心部である一方の極性であるＮ極の第２鉄極１２４ｂとを交互に配置している。本実施形態においては、８極であるから、Ｎ極の第２鉄極１２４ｂは４個、Ｓ極の第２永久磁石１２４ａも４個配置されている。そして、第２永久磁石１２４ａの形状及び大きさは、第１実施形態に係る永久磁石式回転電機１において、一体の矩形状の磁石板として形成された第５永久磁石２４ｂ及び第６永久磁石２６ａの形状及び大きさと同一である。また、第２鉄極１２４ｂの形状及び大きさは、第１実施形態に係る永久磁石式回転電機１において、第４永久磁石２４ａ及び第２鉄極２６ｂを合わせた形状及び大きさと同一である。

また、固定子１１０の固定子鉄心１１１の軸方向中央部の内周面には、そこを流れる直流励磁電流Ｉ_ＤＣによる磁束により第１永久磁石１２３ａ及び第２永久磁石１２４ａによる界磁磁束を増磁あるいは減磁するリング状の直流励磁巻線３０が設けられている。
この参考例に係る永久磁石式回転電機１０１において、永久磁石による界磁磁束を直流励磁電流Ｉ_ＤＣによる磁束により増磁する場合、永久磁石による界磁磁束を一方の極性であるＮ極の第１永久磁石１２３ａ及び他方の極性であるＳ極の第２永久磁石１２４ａによる界磁磁束とするので、第１実施形態に係る永久磁石式回転電機１と比べて、永久磁石による界磁磁束自体が弱い。第１実施形態に係る永久磁石式回転電機１の場合、第１異極磁石配置部２３の第２永久磁石２３ｂ及び第２異極磁石配置部２４の第４永久磁石２４ａの分だけ永久磁石の面積が大きく永久磁石の量が多いからである。このため、永久磁石による界磁磁束を所定の目標値にまで直流励磁電流Ｉ_ＤＣによる磁束によって増磁する場合に増磁量を小さくすることができない。

これに対して、第１実施形態に係る永久磁石式回転電機１によれば、回転子２０が、第１異極磁石配置部２３と、第１コンシクエントポール部２５と、第２コンシクエントポール部２６と、第２異極磁石配置部２４とを備えている。そして、一方の極性であるＮ極の第１永久磁石２３ａ、第３永久磁石２５ａ、第４永久磁石２４ａ及び第２鉄極２６ｂが回転子コア２１の軸方向に整列するように配置されるとともに、他方の極性であるＳ極の第２永久磁石２３ｂ、第５永久磁石２４ｂ、第６永久磁石２６ａ及び第１鉄極２５ｂが回転子コア２１の軸方向に整列するように配置されている。このため、永久磁石による界磁磁束を一方の極性であるＮ極の第１永久磁石２３ａ、第３永久磁石２５ａ、第４永久磁石２４ａ及び他方の極性であるＳ極の第２永久磁石２３ｂ、第５永久磁石２４ｂ、第６永久磁石２６ａによる界磁磁束とするので、参考例に係る永久磁石式回転電機１０１と比べて、第１異極磁石配置部２３の第２永久磁石２３ｂ及び第２異極磁石配置部２４の第４永久磁石２４ａの分だけ永久磁石の面積が大きく、永久磁石の量が増えるので、永久磁石による界磁磁束自体を強くすることができる。これにより、永久磁石による界磁磁束を所定の目標値にまで直流励磁電流Ｉ_ＤＣによる磁束によって増磁する場合に増磁量を小さくすることができ、増磁の際の直流励磁電流を小さくすることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る永久磁石式回転電機について図４を参照して説明する。図４において、図２に示す部材と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
図４に示す第２実施形態に永久磁石式回転電機１は、基本構成は図１及び図２に示す第１実施形態に係る永久磁石式回転電機１と同様であるが、第１永久磁石２３ａ乃至第６永久磁石２６ａのそれぞれの形状が、第１実施形態に係る永久磁石式回転電機１における第１永久磁石２３ａ乃至第６永久磁石２６ａのそれぞれの形状と相違している。
即ち、第１実施形態に係る永久磁石式回転電機１における第１永久磁石２３ａ及び第３永久磁石２５ａは、矩形状に一体に形成され、第５永久磁石２４ｂ及び第６永久磁石２６ａも矩形状に一体に形成されている。そして、第２永久磁石２３ｂは、一体に形成された第１永久磁石２３ａ及び第３永久磁石２５ａの半分程度の面積の矩形状に形成され、第４永久磁石２４ａも一体に形成された第５永久磁石２４ｂ及び第６永久磁石２６ａの半分程度の面積の矩形状に形成されている。

これに対して、図４に示す第２実施形態に係る永久磁石式回転電機１においては、第１永久磁石２３ａ乃至第６永久磁石２６ａのそれぞれの形状が個別に統一された寸法の矩形状に形成されている。
これにより、第１永久磁石２３ａ乃至第６永久磁石２６ａのそれぞれの形状を同一とすることができる。
なお、図４に示す永久磁石式回転電機１は、図１及び図２に示す永久磁石式回転電機１と同様に、表面磁石型の同期電動機であるから、一方の極性のＮ極の第１永久磁石２３ａ、第３永久磁石２５ａ及び第４永久磁石２４ａと、他方の極性のＳ極の第２永久磁石２３ｂ、第５永久磁石２４ｂ及び第６永久磁石２６ａとが回転子コア２１の表面に貼り付けられている。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る永久磁石式回転電機について図５を参照して説明する。図５において、図２に示す部材と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
図５に示す第３実施形態に永久磁石式回転電機１は、基本構成は図１及び図２に示す第１実施形態に係る永久磁石式回転電機１と同様であるが、第１コンシクエントポール部２５、第２コンシクエントポール部２６及び第２異極磁石配置部２４の配置順が、第１実施形態に係る永久磁石式回転電機１における第１コンシクエントポール部２５、第２コンシクエントポール部２６及び第２異極磁石配置部２４の配置順と異なっている。
即ち、図１及び図２に示す第１実施形態に係る永久磁石式回転電機１においては、回転子コア２１の軸方向の一端側から他端側にかけて第１異極磁石配置部２３、第１コンシクエントポール部２５、第２コンシクエントポール部２６、及び第２異極磁石配置部２４の順に配置されている。

これに対して、図５に示す第３実施形態に永久磁石式回転電機１においては、回転子コア２１の軸方向の一端側から他端側にかけて第１異極磁石配置部２３、第２異極磁石配置部２４、第１コンシクエントポール部２５及び第２コンシクエントポール部２６の順に配置されている。
そして、第１異極磁石配置部２３の第１永久磁石２３ａ及び第２異極磁石配置部２４の第４永久磁石２４ａが一体の矩形状に形成されるとともに、第１異極磁石配置部２３の第２永久磁石２３ｂ及び第２異極磁石配置部２４の第５永久磁石２４ｂが一体の矩形状に形成されている。
なお、図５に示す永久磁石式回転電機１は、図１及び図２に示す永久磁石式回転電機１と同様に、表面磁石型の同期電動機であるから、一方の極性のＮ極の第１永久磁石２３ａ、第３永久磁石２５ａ及び第４永久磁石２４ａと、他方の極性のＳ極の第２永久磁石２３ｂ、第５永久磁石２４ｂ及び第６永久磁石２６ａとが回転子コア２１の表面に貼り付けられている。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る永久磁石式回転電機について図６を参照して説明する。図６において、図２に示す部材と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
図６に示す第４実施形態に永久磁石式回転電機１は、基本構成は図１及び図２に示す第１実施形態に係る永久磁石式回転電機１と同様であるが、第１異極磁石配置部２３、第１コンシクエントポール部２５、第２コンシクエントポール部２６及び第２異極磁石配置部２４の配置順が、第１実施形態に係る永久磁石式回転電機１における第１異極磁石配置部２３、第１コンシクエントポール部２５、第２コンシクエントポール部２６及び第２異極磁石配置部２４の配置順と異なっている。

即ち、図１及び図２に示す第１実施形態に係る永久磁石式回転電機１においては、回転子コア２１の軸方向の一端側から他端側にかけて第１異極磁石配置部２３、第１コンシクエントポール部２５、第２コンシクエントポール部２６、及び第２異極磁石配置部２４の順に配置されている。
これに対して、図６に示す第４実施形態に係る永久磁石式回転電機１においては、回転子コア２１の軸方向の一端側から他端側にかけて第１コンシクエントポール部２５、第１異極磁石配置部２３、第２異極磁石配置部２４及び第２コンシクエントポール部２６の順に配置されている。

そして、一方の極性のＮ極である第１コンシクエントポール部２５の第３永久磁石２５ａ、第１異極磁石配置部２３の第１永久磁石２３ａ及び第２異極磁石配置部２４の第４永久磁石２４ａが一体の矩形状に形成され、他方の極性のＳ極である第１異極磁石配置部２３の第２永久磁石２３ｂ、第２異極磁石配置部２４の第５永久磁石２４ｂ及び第２コンシクエントポール部２６の第６永久磁石２６ａが一体の矩形状に形成されている。
これにより、永久磁石の総数を第１実施形態の場合に比べて減らすことができ、場合により製造コストを安価なものとすることができる。
なお、図６に示す永久磁石式回転電機１は、図１及び図２に示す永久磁石式回転電機１と同様に、表面磁石型の同期電動機であるから、一方の極性のＮ極の第１永久磁石２３ａ、第３永久磁石２５ａ及び第４永久磁石２４ａと、他方の極性のＳ極の第２永久磁石２３ｂ、第５永久磁石２４ｂ及び第６永久磁石２６ａとが回転子コア２１の表面に貼り付けられている。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係る永久磁石式回転電機について図７を参照して説明する。図７において、図６に示す部材と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
図７に示す第５実施形態に永久磁石式回転電機１は、基本構成は図６に示す第４実施形態に係る永久磁石式回転電機１と同様であるが、埋め込み磁石型(IPM: Interior Permanent Magnet)の同期電動機である点で相違している。
具体的に述べると、図６に示す第４実施形態に係る永久磁石式回転電機１においては、一体の矩形状に形成された一方の極性のＮ極の第３永久磁石２５ａ、第１永久磁石２３ａ及び第４永久磁石２４ａと、一体の矩形状に形成された他方の極性のＳ極の第２永久磁石２３ｂ、第５永久磁石２４ｂ及び第６永久磁石２６ａとが回転子コア２１の表面に貼り付けられている。

これに対して、図７に示す第５実施形態に係る永久磁石式回転電機１においては、一体の矩形状に形成された一方の極性のＮ極の第３永久磁石２５ａ、第１永久磁石２３ａ及び第４永久磁石２４ａと、一体の矩形状に形成された他方の極性のＳ極の第２永久磁石２３ｂ、第５永久磁石２４ｂ及び第６永久磁石２６ａとが回転子コア２１に内蔵されている。
これによっても、第４実施形態に係る永久磁石式回転電機１と同様に、永久磁石の総数を第１実施形態の場合に比べて減らすことができ、場合により製造コストを安価なものとすることができる。
また、第１永久磁石２３ａ乃至第６永久磁石２６ａが回転子コア２１に内蔵されているので、リラクタンストルクを利用し易くなり、出力トルクの増大を容易に図ることができる。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態に係る永久磁石式回転電機について図８を参照して説明する。図８において、図２に示す部材と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
図８に示す第６実施形態に永久磁石式回転電機１は、基本構成は図１及び図２に示す第１実施形態に係る永久磁石式回転電機１と同様であるが、直流励磁巻線３０の配置の仕方が第１実施形態に係る永久磁石式回転電機１と異なっている。
即ち、図１及び図２に示す第１実施形態に係る永久磁石式回転電機１のリング状の直流励磁巻線３０は、固定子１０の固定子鉄心１１の軸方向中央部の内周面に配置されている。
これに対して、図８に示す第６実施形態に永久磁石式回転電機１のリング状の直流励磁巻線３０は、固定子鉄心１１の軸方向中央部の外周面に配置されている。
これにより、直流励磁巻線３０の冷却を容易に行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、第１乃至第６実施形態に係る永久磁石式回転電機１においては、回転子２０は、固定子１０の固定子鉄心１１の内周側に回転自在に配置されたインナーロータタイプであるが、回転子２０を固定子鉄心１１の外周側に回転自在に配置したアウターロータタイプであってもよい。
また、第１乃至第６実施形態に係る永久磁石式回転電機１においては、回転子２０は、第１異極磁石配置部２３と、第１コンシクエントポール部２５と、第２コンシクエントポール部２６と、第２異極磁石配置部２４とを備えている構成としたが、少なくも第１異極磁石配置部２３と、第１コンシクエントポール部２５とを備えていればよく、第１異極磁石配置部２３及び第１コンシクエントポール部２５のみで構成したり、あるいは、異極磁石配置部及びコンシクエントポール部のそれぞれを３つ以上備えた構成としてもよい。

回転子２０を第１異極磁石配置部２３及び第１コンシクエントポール部２５のみで構成する場合、回転子コア２１の周方向に一方の極性であるＮ極の第１永久磁石２３ａと他方の極性であるＳ極の第２永久磁石２３ｂとを交互に配置した第１異極磁石配置部２３と、回転子コア２１の周方向に一方の極性である第３永久磁石２５ａと回転子コア２１に形成された鉄心部である他方の極性であるＳ極の第１鉄極２５ｂとを交互に配置した第１コンシクエントポール部２５とを備える構成とする。

そして、一方の極性であるＮ極の第１永久磁石２３ａ及び第３永久磁石２５ａを回転子コア２１の軸方向に整列するように配置するとともに、他方の極性であるＳ極の第２永久磁石２３ｂ及び第１鉄極２５ｂを回転子コア２１の軸方向に整列するように配置し、直流励磁巻線３０は、直流励磁電流Ｉ_ＤＣによる磁束により第１永久磁石２３ａ乃至第３永久磁石２５ａによる界磁磁束を増磁あるいは減磁する構成とする。
そして、この場合にあっても、第１異極磁石配置部２３をコンシクエントポール部とする場合と比べて第１永久磁石２３ａの分だけ永久磁石の面積を大きくでき、永久磁石による界磁磁束自体を強くすることができる。これにより、永久磁石による界磁磁束を所定の目標値にまで直流励磁電流Ｉ_ＤＣによる磁束によって増磁する場合に増磁量を小さくすることができ、増磁の際の直流励磁電流を小さくすることができる。

なお、永久磁石式回転電機１において、回転子２０を、第１異極磁石配置部２３及び第１コンシクエントポール部２５のみで構成した場合、一方の極性の第１永久磁石２３ａ及び第３永久磁石２５ａと、他方の極性の第２永久磁石２３ｂとが回転子コア２１の表面に貼り付けられた表面磁石型としても、あるいは、一方の極性の第１永久磁石２３ａ及び第３永久磁石２５ａと、他方の極性の第２永久磁石２３ｂとが回転子コア２１に内蔵されている埋め込み磁石型としてもよい。

また、第１乃至第６実施形態に係る永久磁石式回転電機１において、回転子コア２１は、積層鉄心で構成されているが、一体の鉄心で構成されていてもよい。回転子コア２１を一体の鉄心で構成することにより、第１永久磁石２３ａ乃至第６永久磁石２６ａによる界磁磁束を回転子コア２１の軸方向に流れやすくすることができる。
また、第１乃至第３実施形態に係る永久磁石式回転電機１は、表面磁石型の同期電動機であるが、埋め込み磁石型の同期電動機であってもよい。即ち、第１乃至第３実施形態に係る永久磁石式回転電機１において、一方の極性の第１永久磁石２３ａ、第３永久磁石２５ａ及び第４永久磁石２４ａと、他方の極性の第２永久磁石２３ｂ、第５永久磁石２４ｂ及び第６永久磁石２６ａとを回転子コア２１に内蔵するようにしてもよい。

また、第１乃至第６実施形態に係る永久磁石式回転電機１において、第１永久磁石２３ａ乃至第６永久磁石２６ａの各々の面積と、第１鉄極２５ｂ、第２鉄極２６ｂの各々の面積とが同じてあっても異なってもよい。
また、第１乃至第６実施形態に係る永久磁石式回転電機１において、第１永久磁石２３ａ及び第３永久磁石２５ａを合わせた面積と、第２永久磁石２３ｂ及び第１鉄極２５ｂを合わせた面積とが異なってもよいし、第５永久磁石２４ｂ及び第６永久磁石２６ａを合わせた面積と、第４永久磁石２４ａ及び第２鉄極２６ｂを合わせた面積とが異なってもよい。
また、第１乃至第６実施形態に係る永久磁石式回転電機１において、固定子１０は１段で説明されているが、複数段であってもよい。

１永久磁石式回転電機
１０固定子
１１固定子鉄心
１２固定子巻線
２０回転子
２１回転子コア
２２軸孔
２３第１異極磁石配置部
２３ａ第１永久磁石
２３ｂ第２永久磁石
２４第２異極磁石配置部
２４ａ第４永久磁石
２４ｂ第５永久磁石
２５第１コンシクエントポール部
２５ａ第３永久磁石
２５ｂ第１鉄極
２６第２コンシクエントポール部
２６ａ第６永久磁石
２６ｂ第２鉄極
３０直流励磁巻線

Claims

固定子巻線を固定子鉄心に巻装した固定子と、
該固定子の前記固定子鉄心の内周側又は外周側に回転自在に配置された回転子であって、少なくとも回転子コアの周方向に一方の極性の第１永久磁石と他方の極性の第２永久磁石とを交互に配置した第１異極磁石配置部と、前記回転子コアの周方向に一方の極性の第３永久磁石と前記回転子コアに形成された鉄心部である他方の極性の第１鉄極とを交互に配置した第１コンシクエントポール部とを備え、一方の極性の前記第１永久磁石及び前記第３永久磁石が前記回転子コアの軸方向に整列するように配置されるとともに、他方の極性の前記第２永久磁石及び前記第１鉄極が前記回転子コアの軸方向に整列するように配置された回転子と、
前記固定子の前記固定子鉄心に設けられ、直流励磁電流による磁束により前記第１永久磁石乃至前記第３永久磁石による界磁磁束を増磁あるいは減磁する直流励磁巻線とを備えていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
前記回転子コアの周方向に一方の極性の第４永久磁石と他方の極性の第５永久磁石とを交互に配置した第２異極磁石配置部を備えるとともに、前記回転子コアの周方向に他方の極性の第６永久磁石と前記回転子コアに形成された鉄心部である一方の極性の第２鉄極とを交互に配置した第２コンシクエントポール部を備え、
一方の極性の前記第１永久磁石、前記第３永久磁石、前記第４永久磁石、及び前記第２鉄極が前記回転子コアの軸方向に整列するように配置されるとともに、他方の極性の前記第２永久磁石、前記第１鉄極、前記第５永久磁石及び前記第６永久磁石が前記回転子コアの軸方向に整列するように配置されており、
前記直流励磁巻線は、直流励磁電流による磁束により前記第１永久磁石乃至前記第６永久磁石による界磁磁束を増磁あるいは減磁することを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式回転電機。
前記回転子コアの軸方向の一端側から他端側にかけて前記第１異極磁石配置部、前記第１コンシクエントポール部、前記第２コンシクエントポール部、前記第２異極磁石配置部の順に配置され、前記第１異極磁石配置部の前記第１永久磁石及び前記第１コンシクエントポール部の前記第３永久磁石が一体で形成されるとともに、前記第２コンシクエントポール部の前記第６永久磁石及び前記第２異極磁石配置部の前記第５永久磁石が一体で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の永久磁石式回転電機。
前記第１永久磁石乃至前記第６永久磁石のそれぞれが個別に統一された寸法で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の永久磁石式回転電機。
前記回転子コアの軸方向の一端側から他端側にかけて前記第１異極磁石配置部、前記第２異極磁石配置部、前記第１コンシクエントポール部、前記第２コンシクエントポール部の順に配置され、前記第１異極磁石配置部の前記第１永久磁石及び前記第２異極磁石配置部の前記第４永久磁石が一体で形成されるとともに、前記第１異極磁石配置部の前記第２永久磁石及び前記第２異極磁石配置部の前記第５永久磁石が一体で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の永久磁石式回転電機。
前記回転子コアの軸方向の一端側から他端側にかけて前記第１コンシクエントポール部、前記第１異極磁石配置部、前記第２異極磁石配置部、前記第２コンシクエントポール部の順に配置され、前記第１コンシクエントポール部の前記第３永久磁石、前記第１異極磁石配置部の前記第１永久磁石及び前記第２異極磁石配置部の前記第４永久磁石が一体に形成され、前記第１異極磁石配置部の前記第２永久磁石、前記第２異極磁石配置部の前記第５永久磁石及び前記第２コンシクエントポール部の前記第６永久磁石が一体に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の永久磁石式回転電機。
前記直流励磁巻線が、前記固定子鉄心の外周面に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の永久磁石式回転電機。
前記回転子コアが一体の鉄心で構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の永久磁石式回転電機。