JP3704881B2

JP3704881B2 - 永久磁石併用同期回転機およびその駆動方法

Info

Publication number: JP3704881B2
Application number: JP10869397A
Authority: JP
Inventors: 裕章梶浦; 慶一郎伴在
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-04-25
Filing date: 1997-04-25
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2017-04-25
Also published as: JPH10304633A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、使用回転数範囲の広い電気自動車用の回転機として利用できる永久磁石併用同期回転機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石形同期回転機を電気自動車用走行モータに適用する場合の問題の一つに、坂道下降時タイヤから回転機が回されるモードになったとき、回転機誘起電圧がそれに繋がる電力変換器素子の耐電圧以下になるように設定する必要がある。これにより回転機設計自由度が下がり、そのため必要以上に大きな体格の回転機或いは電力変換器が必要となってくる。
【０００３】
永久磁石形同期回転機を発電機として使用するとき、発電量の調整はステータ巻線からの反作用起磁力で制御する必要がある。この場合無制御の状態が出力最大となり安全上問題となるため、永久磁石同期形回転機は一般に発電機として使用されない。また永久磁石には常に反作用磁界が減磁界として加わり、不可逆減磁が生じ易い。
【０００４】
上記問題を解決する手段として、特開平６ー３５１２０６号公報に示すハイブリッド励磁形の永久磁石形同期回転機においては、永久磁石部と鉄心部を設けたロータを、ステータ側から直流励磁し、鉄心部をN 極またはS 極に励磁することで、ステータ上で永久磁石の磁束の方向を変えて、ステータ巻線に鎖交する量を調整することで誘起電圧量を制御している。しかし、この方法ではステータ内の磁束が電磁鋼板シートを貫通する方向に鎖交し、鉄損を増やすことになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の永久磁石形同期回転機においては、ステータ内の磁束が電磁鋼板シートを貫通する方向に鎖交し、鉄損を増やすことになり、効率の低下が生じる。
そこで、本発明は、これらの問題点を解決するためになされたもので、永久磁石同期回転機の回転子側に界磁巻線を設け、永久磁石による回転子から固定子への磁束を調整することで、モータ動作時の高速回転域効率の向上、低回転数域出力の向上、電力変換器の小型化の実現を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、以下の技術的手段を採用する。
すなわち、請求項１の発明によれば、磁性体よりなる薄板を軸方向に積層した回転子コアに磁石と、この磁石の磁束を磁気的に短絡する知絡手段と、この短絡手段に流れる磁束量を制御するための界磁巻線を設けたものであり、短絡手段により回転子コアの薄板を一体にするものである。それにより、部品点数が増すことなく、確実に回転子コアを作ることができる。
【０００７】
さらに、回転子磁極を積層電磁鋼板にて構成することで、固定子からの起磁力変動により磁極表面に発生する鉄損を低減できるため回転機単体効率を向上することが可能である。
そして、発電機としての作動時には外部励磁回路により固定子への磁束量が制御可能なため、高効率な発電出力調整が容易に実現できる。またモータ駆動時には、低回転数域で磁束量を増加し、高回転数域で磁束を減少させることで、固定子巻線への必要入力電流を抑えることができる。そのため回転機効率が向上し、更に小型の電力変換器が使用できる。
【０００８】
さらに回転子は円環状電磁鋼板により構成され、また制御巻線は回転子回転軸を中心として巻装されるため、共に遠心力に強い構造となっている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図１、図２および図３に本発明の第１実施例を示す。
図１の断面図（図３のＡ−Ａ線に沿う断面図）に示す如く、回転機１０００はフロントフレーム１９１０およびエンドフレーム１９１１の内部に固定子に相当するステータ１１００と、フロントフレーム１９１０およびエンドフレーム１９１１に対してベアリング１９２０、１９２１によりステータ１１００内側をエアギャップを介して回転可能な回転子に相当するロータ１２００と、ロータ１２００の回転位置を測定するレゾルバロータ１９３０、レゾルバステータ１９３１とを有する。
【００１０】
ステータ１１００は回転磁界を作る３相コイル１１１０及び電磁鋼板を積層したステータコア１１２０で構成され、ステータコア１１２０は３相コイル１１１０を挿入するスロット１１２１、ティース１１２２およびコアバック１１２３により構成される。
ロータ１２００はロータヨーク１２１０、１２２０と、ロータヨーク１２１０の内部に設けられた界磁巻線１２３０で磁気回路ブロック１２５０を構成し、さらに、磁気回路ブロック１２５０の両側にそれぞれ非磁性プレート１２６０が設けられている。また、円筒状鉄心１２３１の内側には、先端にスプライン１２４１をもつシャフト１２４０を有しており、界磁巻線１２３０は、ブラシホルダ１３１０、ブラシ１３２０、スリップリング１３３０およびシャフト１２４０内部に樹脂モールド等の絶縁部１３４０を介して設けられているリード部１３５０を介して外部から給電を受ける。
【００１１】
図２は図１のＢ−Ｂ線に沿う断面を示したものであり、ロータヨーク１２１０は円環状電磁鋼板を積層したものでｎ個の軸方向磁石挿入穴１２１１が周方向に等間隔で設けられ、また隣り合う２つの磁石挿入穴１２１１の周方向中央部に丸穴１２１２が形成されている。また図３は図１のＣ−Ｃ線に沿う断面を示したものであり、図３に示すように、ロータヨーク１２２０は電磁鋼板が積層されたものであり、円環部１２２１とボス部１２２２と、円環部からボス部へのｎ／２個の径方向リブ１２２３で構成される。
【００１２】
円環部１２２１にはロータヨーク１２１０同様、軸方向磁石挿入穴１２２４が周方向に等間隔で設けられている。磁石挿入穴１２１１および１２２４は説明上符号が異なっているが共に同一寸法形状をなす。また磁石挿入穴１２２４間には周方向中央部に丸穴１２２５が設けらている。これも前記図２に示す丸穴１２１２と同一寸法形状をなす。リブ１２２３は円環部１２２１の丸穴１２２５位置の内周から（７２０／ｎ）°の間隔で径方向に配置され、ボス部１２２２と繋がる。ボス部１２２２は中央にシャフト１２４０の挿入穴をもつ円環状の部材である。
【００１３】
前述した磁気回路ブロック１２５０は、シャフト１２４０のセレ−ションに圧入された円筒状鉄心１２３１とその外周に設けられた樹脂ボビン１２３２、樹脂ボビン１２３２に一方向に巻装された界磁巻線１２３０を設け、その両端を一対のロータヨーク１２２０でそのリブ１２２３が互いに対向しないようにずらして挟みこむことで構成されている。
【００１４】
磁石挿入穴１２１１、１２２４には、磁石１２８０が隣合う磁石の磁極が同磁極となる向きに軸方向から挿入され、また丸穴１２１２、１２２５には丸穴１２１３および１２２５と同一形状の短絡手段をなす軟磁性体ピン１２８１が軸方向から圧入されている。このピン１２８１により、複数の積層した円環状電磁鋼板からなるロータヨーク１２１０を一体に固定している。
【００１５】
回転機１０００の３相コイル１１１０は電力変換器２００に、電力変換器２００はバッテリ３００に結線される。またブラシ１３２０は界磁回路４００に接続され、レゾルバステータ１９３１は信号処理回路５００に接続される。さらにインバータ２００、界磁回路４００、信号処理回路５００を制御する制御回路６００を有する。
【００１６】
そして、ロータ１２００に挿入された磁石１２８０は、周方向に着磁され、この磁石１２８０によりロータ１２００外周はＮ磁極，Ｓ磁極の各磁極を構成するが、Ｎ磁極の磁束はＮ磁極側軟磁性体ピン１２８１、ロータヨーク１２２０のＮ磁極側リブ部１２２３、円筒状鉄心１２３１、Ｓ磁極側リブ部１２２３およびＳ磁極側軟磁性体ピン１２８１を通ってＳ磁極に短絡している。これにより、ステータ１１００側への有効磁束を分流、短絡し減少させている。
【００１７】
ここで、図4 において、回転機の磁気回路を等価的に示す。ステータ側の磁気抵抗Ｒｓ、エアギャップ磁気抵抗Ｒｇ，磁石部磁気抵抗Ｒｍ，短絡部磁気抵抗Ｒｒ，磁石起磁力Ｆｍ，界磁巻線起磁力Ｆｃとすると、ステータ側に流れる有効磁束量Φ１は次式で表わせる。

各パラメータの設定により有効磁束量Φ１は任意に設定できる。例えば界磁巻線に電流を流さないとき（Ｆｃ＝０）、
Φ１０＝ＲｒＦｍ／（ＲｒＲｍ＋Ｒｍ（Ｒｇ＋Ｒｓ）＋（Ｒｇ＋Ｒｓ）Ｒｒ）
となり、短絡部磁気抵抗Ｒｒが小のときはΦ１０≒０となる。短絡部磁気抵抗Ｒｒは軟磁性体ピン１２８１、リブ部１２２３、円筒状鉄心１２３１および各部材の接合部の磁気抵抗により決定されるため、各部の断面積および長さを設定することで、界磁巻線１２３０に電流を流さない時の有効磁束量Φ１０を調整することができる。ここではロータ１２００からステータ１１００への磁路が構成磁性体のＢ−Ｈ（磁束密度−磁界）カーブ線形領域で使用できる様、磁束密度を１Ｔ（テスラ）以下に設定する。
【００１８】
界磁巻線に通電した場合は、界磁巻線起磁力Ｆｃ分の磁束Φ１c
Φ１c ＝ＲｍＦｃ／（ＲｒＲｍ＋Ｒｍ（Ｒｇ＋Ｒｓ）＋（Ｒｇ＋Ｒｓ）Ｒｒ）
が加算され、有効磁束量Φ１１は
Φ１＝Φ１０＋Φ１c
となり、界磁巻線通電電流により有効磁束量を調整することが可能である。
【００１９】
本発明の回転機を例えば電気自動車用走行モータの様な広使用回転数域のモータに適用した場合について記載する。つまり、シャフト１２４０が、電気自動車の車輪に接続される。
弱め界磁制御が不要なモータ低回転数域においては、界磁巻線への通電電流を増加し、作用磁束量Φ１を増加する。モータ発生トルクは作用磁束量Φ１とトルク電流に比例するため、作用磁束量Φ１を増加することでステータ巻線に流れるトルク電流を低減することが可能である。
【００２０】
また反作用誘起電圧が印加電圧を超えるため、モータ駆動に弱め界磁制御が必要な高回転数域においては、界磁巻線への通電電流をゼロとし磁石による磁束Φ１０のみにすることで、トルク電流とは別な本来必要無い弱め界磁電流を減少させることができる。これにより、ステータ最大電流を減らすことができるため、巻線部の発熱が抑えられ回転機の小型化が可能となる。また、電力変換器の電流容量も低減することができるため、電力変換器の小型化と低コスト化が実現可能である。
【００２１】
更に界磁巻線部の銅損はステータ巻線の銅損に比べてわずかであるため、本発明のような界磁巻線部で弱め界磁を行う制御方法は、ステータ巻線のみからの弱め界磁を行う従来の永久磁石式回転機の制御方法に比べて銅損が少ないため効率が良い。
また一般にステータ巻線はスロットに集中的に巻装されるため、例えステータ巻線に歪のない正弦波電流が流れた場合でも、ある瞬間を見れば、ステータ内周およびロータ外周間のエアギャップにおけるステータ側からロータ側への発生界磁（ステータ界磁）は、ステータの周方向位置に対して空間的に階段状である。この階段状磁界により例えば空間的に正弦波分布をしたロータ磁界を打ち消す場合、ロータ磁界の波長に相当する基本波レベルで打ち消せてもその差の高調波磁界が残り、これがエアギャップ、ステータコアおよびロータコアに交番する高調波磁束となる（図５）。この高調波磁束は周波数が高いことからステータ鉄損及びロータ表面鉄損を大幅に増加する原因となり好ましくない。
【００２２】
これに対し本発明では、ロータからの起磁力を直接減らす制御法であるため、ステータ巻線の弱め界磁電流がわずか或いはゼロでよい（但しステータ巻線にはトルク電流分の電流は流れている）ため高調波磁束の発生が抑えられ、それによるステータおよびロータ表面に発生する鉄損を最小限に抑えることが可能である。
【００２３】
また、界磁巻線起磁力Ｆｃ＝０のときの有効磁束量Φ１０を有効磁路内構成部材磁気特性のＢ−Ｈカーブの線形領域で設定した理由は、有効磁束量Φ１０による反作用誘起電圧が印加電圧以上となる高回転数域でモータ駆動する必要が生じたとき、ステータからの弱め界磁に必要なステータ電流を最小限に抑えることが可能であるためである。図６において説明すると、ステータ磁界により有効磁束をΦ１からΦ２に減少させる場合、Ｂ−Ｈカーブが線形であるときの必要ＡＴをＡＴa ，非線形であるときの必要ＡＴをＡＴb とするとＡＴa ＜ＡＴb となって、ステータ巻線の巻数が同じである場合、その差はステータ巻線電流の差となるためである。
【００２４】
従来の永久磁石式回転機をモータとして動作させた時のＴ−Ｎ（トルク−回転数）カーブにおける効率マップ（図７）に対して、本発明の回転機を上記制御方法にて駆動した場合のＴ−Ｎカーブにおける効率マップは図８のようになり、効率マップ上の最大効率範囲が拡大する。
また、本発明のロータ磁極構造では従来の埋め込み磁石形回転機同様、横軸インダクタンスが直軸インダクタンスと比較して大きくなるため、リラクタンストルクを出力トルクとして利用でき、主磁束トルクのみの場合に対して出力トルクが増加する。
【００２５】
本発明の回転機を車両用発電機として使用する場合は、Φ１０を車両用常用負荷のレベルに設定しておき、それ以上の出力が要求されるときのみ界磁巻線に通電すれば、界磁巻線の銅損が低減でき高効率の発電が可能である。
従来、ロータからの界磁をコントロールできる同期回転機として突極形同期機、クローポール形同期機があげられる。両者は共に界磁巻線のみにより、有効磁束を得ており、必要最小限を界磁巻線で補う本発明に対して界磁巻線での抵抗損が大きい。また両者ともリラクタンストルクによるトルク向上は期待できない。
【００２６】
更に、突極形同期機では界磁巻線をロータ各極に集中巻した構造であるため遠心力に対して強度が無いが、界磁巻線が回転軸に対して集中巻される本発明は遠心力に対して有利であり、高速化による小型化に対応可能である。
また、クローポール形同期機に対しては、ロータ磁極表面が電磁鋼板シートにより構成されるため、ロータ磁極表面での鉄損を抑えることが可能である。
【００２７】
図９に本発明の第２実施例を示す。図９は第１実施例に対して磁石挿入位置を変更したもので、軟磁性体ピン１２８１の内側に磁石１２８２を、磁界が径方向を向き、隣合う磁石の極が異なるように配置する。ここでは磁石の両端部に磁束もれ防止用穴１２８４を設けて、隣合う磁石１２８２の磁束が円環状電磁鋼板内で短絡するのを防止する。
【００２８】
図１０に本発明の第３実施例を示す。図１０は図９の磁束もれ防止用穴１２８４に補助磁石１２８３を挿入したものであり、磁石１２８２が円環状電磁鋼板に作る磁極と接する面が前記磁極と同極とすることで、第２実施例に対して更に有効磁束量を増やすことが可能となる。
図１１に本発明の第４実施例を示す。図１１は第１実施例を軸長の長いタイプの回転機に適用した例である。
【００２９】
図１１に示す如く、回転機１０００はフロントフレーム１９１０およびエンドフレーム１９１１内部に固定子に相当するステータ１１００と、フロントフレーム１９１０およびエンドフレーム１９１１に対してベアリング１９２０、１９２１によりステータ１１００内側をエアギャップを介して回転可能な回転子に相当するロータ１２００とロータ１２００の回転位置を測定するレゾルバロータ１９３０、レゾルバステータ１９３１を有する。
【００３０】
ステータ１１００は回転磁界を作る３相コイル１１１０及び電磁鋼板を積層したステータコア１１２０で構成され、ステータコア１１２０は３相コイル１１１０を挿入するスロット１１２１、ティース１１２２およびコアバック１１２３により構成される。
ロータ１２００はロータヨーク１２１０、ロータヨーク１２２０と、ロータヨーク１２１０の内部に設けられた界磁巻線１２３０で構成された複数の磁気回路ブロック１２５０と、磁気回路ブロック１２５０を複数重ねたものの両端に設けられた円板状の非磁性プレート１２６０と、先端にスプライン１２４１をもつシャフト１２４０を有しており、ブラシホルダ１３１０、ブラシ１３２０、スリップリング１３３０およびシャフト１２４０内部に樹脂モールド等の絶縁部１３４０を介して設けられているリード部１３５０を介して外部から給電を受けている。
【００３１】
図２は図１１のＢ−Ｂ線に沿う断面を示したものであり、図２に示す如く、ロータヨーク１２１０は円環状電磁鋼板を積層したもので、ｎ個の軸方向磁石挿入穴１２１１が周方向に等間隔で設けられ、また隣り合う２つの磁石挿入穴１２１１の周方向中央部に丸穴１２１２が設けらている。また図３は図１１のＣ−Ｃ線に沿う断面を示したものであり、ロータヨーク１２２０は電磁鋼板が積層されたものであり、円環部１２２１とボス部１２２２と、円環部からボス部へのｎ／２個の径方向リブ１２２３で構成される。円環部１２２１にはロータヨーク１２１０同様、軸方向磁石挿入穴１２２４が周方向に等間隔で設けられている。磁石挿入穴１２１１および１２２４は説明上符号が異なっているが共に同一寸法形状をなす。また磁石挿入穴１２２４間には周方向中央部に丸穴１２２５が設けらている。これも前記図２に示す丸穴１２１２と同一寸法形状をなす。リブ１２２３は円環部１２２１の丸穴１２２５位置の内周から（７２０／ｎ）°の間隔で径方向に配置され、ボス部１２２２と繋がる。ボス部１２２２は中央にシャフト１２４０の挿入穴をもつ円環状の部材である。
【００３２】
軟磁性体ピン１２８１は複数の磁気回路ブロック１２５０および非磁性プレート１２６０の各穴を貫通をし、また磁石は各磁気回路ブロック１２５０で独立したものでなくても良く、実施例では２つの磁気回路ブロック１２５０に対して共通化している。
なお、磁石の磁束をロータ内にて短絡する原理、有効磁路に有効磁束を発生する原理および基本効果については第１実施例と同様である。
【００３３】
また第２および第３実施例の磁石配置も本第４実施例にそのまま適用できる。第５実施例を図１２、図１３および図１４に示す。（なお、断面図については図２を参照のこと）第５実施例は第１実施例のロータヨーク１２２０を電磁鋼板から軟磁性体鉄心に変更した例であり、第１実施例（図１）に対してロータが異なるのみであるため、ロータのみを図１２、図１３、図１４で説明する。ここで図１３は図１２のロータのＰ視を、図１４は図１２のロータのＱ視を示す。
【００３４】
ロータヨーク１２９０は軟磁性体鉄心を鍛造加工したものであり、円板部１２９１と、円板部１２９１内径側に構成されるボス部１２９２と、円板部１２９１から径方向に放射状に張り出したｎ／２個のリブ部１２９３で構成される。ボス部１２９２は、中心軸にシャフト１２４０の挿入穴をもち、リブ部１２９３に丸穴１２９５が設けらている。これは図２に示す丸穴１２１２と同一寸法形状をなす。
【００３５】
磁気回路ブロック１２５０は、ロータヨーク１２１０の内周側に樹脂ボビン１２３２と、樹脂ボビンに一方向に巻装された界磁巻線１２３０を設け、その両端をロータヨーク１２９０でそのリブ部１２９３が互いに対向しないようにずらして挟みこんだものである。
磁石挿入穴１２１１には、磁石１２８０が隣合う磁石の磁極が同磁極となる向きに軸方向から挿入され、また丸穴１２１２、１２９５には丸穴１２１２および１２９５と同一形状の軟磁性体ピン１２８１が軸方向から圧入されている。
【００３６】
本実施例では、ロータヨーク１２９０が磁路以外に電磁鋼板で構成されるロータヨーク１２１０の軸方向への動きを拘束する部材を兼ねることができるため、非磁性プレートを廃止することが可能となる。
なお、磁石の磁束をロータ内にて短絡する原理、有効磁路に有効磁束を発生する原理および基本効果については第１実施例と同様である。
【００３７】
また第２および第３実施例の磁石配置も本実施例にそのまま適用できる。
第６実施例を図１５、図１６図１７に示す（なお、断面図については図２を参照のこと）。第５実施例のロータをブラシレス化したものであり、第５実施例（図１２）に対してロータが異なるのみであるため、ロータのみを図１５、図１６、図１７および図２（第１実施例と共通でＥ−Ｅ断面を示す）で説明する。ここで図１６は図１５のロータのＰ視を、図１７は図１５のロータのＱ視を示す。
【００３８】
図１５に示すが如く、ロータ１２００は、複数の電磁鋼板で構成されたロータヨーク１２１０、軟磁性体鉄心よりなるロータヨーク１２７０およびロータヨーク１２７５と、ロータヨーク１２７０とロータヨーク１２７５を機械的に繋ぐ非磁性材料で構成されたリング１９５０と、ロータヨーク１２１０およびロータヨーク１２７５の内側に設けられ、軟磁性体よりなる界磁巻線ボビン１２７４と、先端にスプライン１２４１をもつシャフト１２４０を有している。
【００３９】
界磁巻線ボビン１２７２には界磁巻線１２３０が一方向に巻装され、またフレーム１９１１に対してボルト１９４０で固定される。界磁巻線１２３０はリード部１３５０を介して外部から給電を受けている。
図１５および図１６に示すように、ロータヨーク１２７０は軟磁性体鉄心を鍛造加工したものであり、円板部１２７１と、円板部１２７１内径側に構成されるボス部１２７２と、円板部１２７１から径方向に放射状に張り出したｎ／２個のリブ部１２７３で構成される。ボス部１２７２は、中心軸にシャフト１２４０の挿入穴をもち、リブ部１２７３に丸穴１２７８が設けらている。これは前記図２に示す丸穴１２１２と同一寸法形状をなす。
【００４０】
また、図１７に示すように、ロータヨーク１２７５は軟磁性体鉄心を鍛造加工したものであり、円環部１２７６と、円環部１２７６から径方向に放射状に張り出したｎ／２個のリブ部１２７７で構成される。またリブ部１２７７には丸穴１２７９が設けられている。
磁石挿入穴１２１１には、磁石１２８０が隣合う磁石の磁極が同磁極となる向きに軸方向から挿入され、また丸穴１２１２、１２７８および１２７９には丸穴１２１２、１２７８および１２７９と同一形状の軟磁性体ピン１２８１が軸方向から圧入されている。
【００４１】
ロータ側に界磁巻線を有する構成であるのに係わらず、本実施例ではブラシレス回転機を実現している。
なお、磁石の磁束をロータ内にて短絡する原理、有効磁路に有効磁束を発生する原理および基本効果については第１実施例と同様である。
また第２および第３実施例の磁石配置も本実施例にそのまま適用できる。
【００４２】
以上説明した様に本発明によれば、埋込み磁石形回転子の中に有効磁束をコントロール可能な界磁巻線を設けることにより、回転機の全回転数領域において効率最大となる制御が可能となる。また、磁極を円環状電磁鋼板により構成しているため遠心力に対して強く、磁極表面に発生する鉄損を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の一部断面を表す模式図である。
【図２】図１及び図１１のＢ−Ｂ線及び図１２のＤ−Ｄ線，図１５のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
【図３】図１及び図１１のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図４】磁気回路を表すブロック図である。
【図５】各磁界を表す特性図である。
【図６】磁束密度と磁界の関係を示す特性図である。
【図７】従来の回転機のトルクと回転数の関係を示す特性図である。
【図８】本発明の回転機のトルクと回転数の関係を示す特性図である。
【図９】本発明の第２実施例を示す断面図である。
【図１０】本発明の第３実施例を示す断面図である。
【図１１】本発明の第４実施例を示す断面図である。
【図１２】本発明の第５実施例を示す断面図である。
【図１３】図１２におけるロータのＰ視からの矢視図である。
【図１４】図１２におけるロータのＱ視からの矢視図である。
【図１５】本発明の第６実施例を示す断面図である。
【図１６】図１５におけるロータのＰ視からの矢視図である。
【図１７】図１５におけるロータのＱ視からの矢視図である。
【符号の説明】
１０００回転電機
１１００ステ−タ
１１２０ステ−タコア
１２００ロ−タ
１２１０、１２２０ロ−タヨ−ク
１２３０界磁巻線
１２１１、１２２４磁石挿入穴
１２１２、１２２５丸穴
１２８０磁石
１２８１軟磁性体ピン。

Claims

固定子巻線が巻装された固定子と、
磁性体よりなる薄板を軸方向に積層した回転子コアと、
前記回転子コアの磁極表面から前記固定子に磁束を供給すると共に、前記回転子コア上にＮ極及びＳ極の磁極を構成するように設けられた磁石と、
前記回転子コアのＮ極及びＳ極を磁気的に短絡する短絡手段と、
前記短絡手段に流れる磁束量を制御するための界磁巻線とを備え、
前記短絡手段により前記回転子コアの薄板を一体にしたことを特徴とする永久磁石併用同期回転機。
前記回転子コアの軸方向に設けられた複数の第１の穴を設けると共に、
前記磁石は第１の穴に挿入することで、前記回転子コア上にＮ極及びＳ極の磁極を構成したことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石併用同期回転機。
前記短絡手段は、前記回転子コアの前記磁極の軸方向に設けられた複数の第２の穴に軸方向に挿入された磁性体ピンであることを特徴とする請求項２に記載の永久磁石併用同期回転機。
前記回転子は、
前記短絡手段と前記界磁巻線とを組み合わせて、軸方向に直列に複数配置したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の永久磁石併用同期回転機。
前記回転子コアの第１の穴は、前記回転子コアの中心軸側から放射状に伸びた矩形穴であり、
前記回転子コアの磁極は、第１の穴間に形成されると共に、
着磁の方向が前記回転子コアの周方向に沿い、かつ隣り合う前記磁石の対向し合う極が同極となるように挿入されたことを特徴とする請求項３に記載の永久磁石併用同期回転機。
前記第１の穴は、前記回転子コアの前記ピン挿入穴より内径側に設けられ、
前記第１の穴間には、漏洩磁束防止用の抜き穴が設けられると共に、
前記磁石は径方向に着磁され、隣合う磁極が交互に異なるように前記第１の穴に挿入されることを特徴とする請求項３に記載の永久磁石併用同期回転機。
前記漏洩磁束防止用の抜き穴に、着磁の方向がコアの周方向に沿い、かつ前記磁石により磁化される前記回転子コアの前記磁極に対して同じ極が対向するように挿入される補助磁石とを有することを特徴とする請求項６に記載の永久磁石併用同期回転機。
前記短絡手段は、
前記回転子コアと、
前記回転子コアの軸方向両端部に設けられると共に、軸方向に形成された鉄心ヨークとを有し、
前記磁性体ピンは前記鉄心ヨークに設けられた穴に圧入することで、前記回転子コアと前記鉄心ヨ−クとを固定することを特徴とする請求項３に記載の永久磁石併用同期回転機。
前記請求項１から８のいづれか１項に記載の永久磁石併用同期回転機をモータ及び発電機として駆動する場合において、
前記永久磁石併用同期回転機の前記固定子巻線に電気的に結線され交流電力を供需給する電力変換回路と、
前記界磁巻線に電気的に結線され直流電力を供給する界磁回路と、を備え、
前記電力変換回路により前記固定子巻線に流れる電流の位相と量と、
前記界磁制御回路により前記界磁巻線に流れる電流量と、を調整して、
前記永久磁石併用同期回転機内損失を最小にて駆動することを特徴とする永久磁石併用同期回転機の駆動方法。
前記請求項１から８のいづれか１項に記載の永久磁石併用同期回転機をモータとして駆動する場合において、
前記永久磁石併用同期回転機の前記固定子巻線に電気的に結線され交流電力を供需給する電力変換回路と、
前記界磁巻線に電気的に結線され直流電力を供給する界磁回路と、を備え、
前記界磁巻線に通電する電流量を低回転数域で大きく、高回転数域で小さくすることを特徴とする永久磁石併用同期回転機の駆動方法。
前記請求項１から８のいづれか１項に記載の永久磁石併用同期回転機を発電機として駆動する場合において、
前記界磁巻線に電気的に結線され直流電力を供給する界磁回路と、を備え、
前記界磁巻線に通電する電流量を増減して出力を調整することを特徴とする永久磁石併用同期回転機の駆動方法。