JP4666806B2

JP4666806B2 - 永久磁石型回転電動機

Info

Publication number: JP4666806B2
Application number: JP2001140621A
Authority: JP
Inventors: 和義角野
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2000-11-01
Filing date: 2001-05-10
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2021-05-10
Also published as: JP2002204541A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、永久磁石型回転電動機に関し、特に電動機の回転子に弱め界磁制御装置を設けた永久磁石型回転電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石型回転電動機は、界磁を発生させるために外部からエネルギーを供給する必要がないため、永久磁石を使用しない電動機よりもエネルギー効率が高いという特徴がある。電動機のトルクは電動機の固定子電流と界磁の磁束量により決定される。
【０００３】
永久磁石型回転電動機の最大回転数を上げるためには、永久磁石を組み込んだ回転子の回転により固定子巻線に発生する誘起電圧（逆起電力）を小さくする必要がある。電動機が低速度で回転している場合には、永久磁石による界磁により固定子巻線に誘起される電圧は小さい為に電動機の回転に及ぼす影響はほとんどない。しかし、電動機の回転が上昇して誘起電圧が電動機の電源電圧に等しくなると、電源から電動機への電流供給が不可能となるために回転数を上げることはできず、電動機の回転子のトルクは零に低下する。つまり、誘起電圧（逆起電力）が電源電圧と等しくなるときの電動機の回転数が最高回転数となる。
【０００４】
永久磁石型電動機では、固定子巻線に流す電流が低くても、回転子に設けた永久磁石による界磁（起磁力）を強くすれば電動機のトルクを大きくすることが可能である。ところが、界磁を強くすれば電動機の最高回転数が低くなるという問題が生じる。近年、希土類磁石の高性能化により、永久磁石型電動機への希土類磁石の使用が盛んになってきている。しかし、高性能の希土類磁石を使用すると、低速域では高トルクを得ることができるが電動機の最大回転数が極端に低くなるという問題がある。
【０００５】
このため、固定子巻線に電流を流して（界磁と逆方向に磁界をかけて）回転子に設けた永久磁石による界磁を減少させる弱め界磁制御が提案されている。この制御により、電動機の最高回転数を上げることができる。
【０００６】
しかし、固定子巻線に電流を流して電気的に弱め界磁制御を行う方法はその制御が複雑であり、永久磁石の界磁と逆方向に磁界をかけるために磁石が減磁される虞があるという問題がある。更に、永久磁石の回転子の磁束を回転子に流す電流で制御するため回転制御可能範囲が狭く、固定子巻線に電流を流して界磁を制御するため消費電力が増加する問題もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このため、本願の第１の発明は、電動機の回転子を“同心円状に配置した回転子内輪と回転子外輪”とで構成し、この回転子内輪及び外輪の周方向の相対位置（即ち位相差）を回転の遠心力に応じて変化させる装置を設けて弱め界磁制御を行い、電動機の低速域では高トルクを得ると共に電動機の最大回転数を大幅に大きくすることができる永久磁石型電動機を提供することを目的とする。
【０００８】
本願の第２の発明は、電動機の回転子を“同心円状に配置した回転子内輪と回転子外輪”とで構成し、この回転子内輪及び外輪の周方向の相対位置（即ち位相差）を固定子コイル電流の制御と回転子内輪・外輪位置規制手段とにより弱め界磁制御を行い、電動機の低速域では高トルクを得ると共に電動機の最大回転数を大幅に大きくすることができる永久磁石型電動機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の永久磁石を有する回転子と、該回転子を囲むように該回転子と同心円状に設けた固定子とを備えた永久磁石型回転電動機において、前記回転子に弱め界磁制御装置を設けたことを特徴とする永久磁石型回転電動機である。
換言すれば、本発明は、固定子コイルに流す電流を制御することなく弱め界磁制御を行なうことを特徴とする永久磁石型回転電動機である。
【００１０】
前記回転子は、電動機の回転軸の周囲に同心円状に設けた第１及び第２回転子を有し、前記弱め界磁制御装置は、電動機の回転速度に応じて、前記第１及び第２回転子の位相差を制御することを特徴としている。
【００１１】
更に、前記弱め界磁制御装置は、遠心力に応じて前記回転子の径方向に移動する移動手段を有し、該移動手段により前記第１及び第２回転子の位相差を制御することを特徴としている。
【００１２】
前記第１及び第２回転子は夫々複数の永久磁石を有し、該第１及び第２回転子の複数の永久磁石は夫々所定角度の間隔を置いて前記回転軸に関して放射状に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
前記第１及び第２回転子は夫々複数の永久磁石を有し、前記第１回転子は前記第２回転子の内側に配置され、前記第１回転子の複数の永久磁石は前記第１回転子の外周付近に周方向に所定の間隔を置いて配置され、前記第２回転子の永久磁石は所定角度の間隔を置いて前記回転軸に関して放射状に配置されている。
【００１４】
前記回転子は電動機の回転軸の周囲に同心円状に設けた第１及び第２回転子を有し、前記弱め界磁制御装置は、前記第１及び第２回転子の位相差を規制する回転子位置規制手段を有し、前記固定子に発生する回転磁界の速度を調整して前記第１及び第２回転子の位相差を制御することによって弱め界磁制御を行うことを特徴とする。
【００１５】
前記回転子位置規制手段は、前記第1及び第２回転子の位相差を、該第１及び第２回転子による界磁が最小となる位相差から最大となる位相差を僅かに超える位相差の範囲内で規制することを特徴とする。
【００１６】
【実施の形態】
本願の第１及び第２発明に係る電動機は共に同期電動機である。
【００１７】
図1は、第1発明の実施の形態に係る永久磁石型回転電動機の固定子１０及び回転子１２を回転軸１４の長軸に直角の方向からみた断面図である。
【００１８】
図1に示すように、固定子１０は固定子鉄心１６及び複数の歯部（ティース）１８を有し、歯部１８には固定子巻線（図示せず）が装着される。回転子１２は回転子内輪（内側回転子：第１回転子）２０と回転子外輪（外側回転子：第２回転子）２２とからなる。回転子内輪２０は回転軸１４に固定され、回転子外輪２２は、後述するように、回転子内輪２０に対して周方向に所定角度だけ遠心力により回転可能になっている。参照番号２４及び２６は、夫々、回転子内輪ヨーク及び回転子外輪ヨークを示し、これらのヨーク２４及び２６には、夫々、複数の永久磁石２８ａ〜２８ｈ及び３０ａ〜３０ｈがその長さ方向（つまり厚み方向と直角の方向）が径方向となるように（即ち、所定角度の間隔で放射状に）配置されている。図1には、回転子外輪２２の周方向の位置を制御する機構（弱め界磁制御装置）は示されていない。尚、各永久磁石に付した矢印は永久磁石の磁化方向を示す（以下の図面でも同様）。
【００１９】
図２は、図1に示した固定子１０、回転子１２等を有する電動機４０を回転軸１４の長軸を含む面に直角の方向からみた断面図である。
【００２０】
図２には、図１と同様に、弱め界磁制御装置（回転子外輪２２の周方向の位置を制御する機構）は示されていない。図２に示すように、回転軸１４は、電動機４０のケース（ハウジング）４２にベアリング４４を介して回転自在に支持され、回転子外輪２２は回転子内輪２０及び回転軸１４に対して周方向に回転できるようにベアリング４６を介して接続されている。参照番号４８は固定子巻線を示す。
【００２１】
図３は、弱め界磁制御装置５０を回転子１２に取り付けた様子を示す図である。尚、図面を判りやすくするために、図１で既に説明した部品（部材）には番号を付さない場合がある。弱め界磁制御装置５０は、錘５２ａ及び５２ｂ、これらの錘５２ａ及び５２ｂを内側に付勢するバネ５４、回転子内輪２０に固定された２つの突起部５６ａ及び５６ｂ、回転子外輪２２に固定された突起部５８ａ及び５８ｂなどから構成される。錘５２ａ及び５２ｂは、夫々、径方向に開口した案内孔６０ａ及び６０ｂを有し、この案内孔６０ａ及び６０ｂ内に上記突起部５６ａ及び５６ｂが配置される。更に、錘５２ａ及び５２ｂには、上記案内孔６０ａ及び６０ｂと略直角方向に開口した案内孔６２ａ及び６２ｂが設けられ、この案内孔６２ａおよび６２ｂ内に上記突起部５８ａ及び５８ｂが配置される。尚、案内孔６２ａ及び６２ｂは錘５２ａ及び５２ｂが移動し易いように、図示のように案内孔６０ａ及び６０ｂと直角ではなく径方向に近づくようにしてもよい。
【００２２】
図３では、突起部５６ａは永久磁石２８ａに直接取付けられているように見える。しかし、実際には、永久磁石２８ａ〜２８ｈは、電磁鋼板などの高透磁率材料からなるコアシートを複数枚積層したもの（即ち回転子内輪ヨーク２０）の内部に収納されているので、突起部５６ａは、永久磁石２８ａではなく複数枚積層したコアシートに取付けられている。他の突起部５６ｂについても同様である。勿論、弱め界磁制御装置５０を周方向にずらすことによって、突起部５６ａ及び５６ｂが夫々永久磁石の位置２８ａ及び２８ｅにこないようにすることも可能である。
【００２３】
上述の説明では、「錘」なる用語を用いている。これは、それ自身の重さに遠心力による重さが付加されることを意味して用いたものであり、遠心力によって回転子外輪２２を周方向に移動させる手段である。
【００２４】
図３は、電動機の回転が零（或いは零近傍）の場合の各構成要素の位置を示すものであり、錘５２ａ及び５２ｂはバネ５４により内側に付勢されて初期位置にある。この場合、回転子内輪２０の永久磁石２８ａ〜２８ｈは、夫々、回転子外輪２２の永久磁石３０ａ〜３０ｈと対応し（周方向に関して同一位置にあり）、対応する永久磁石（２８ａと３０ａ、２８ｂと３０ｂ、・・・）の合成磁束密度（即ち界磁）は最大となる。
【００２５】
電動機が設計最大速度以下の或る速度で回転すれば、錘５２ａ及び５２ｂに遠心力が加わり、これらの錘５２ａ及び５２ｂは、遠心力がバネ５４の内側への付勢力と釣り合った位置まで移動する。つまり、錘５２ａ及び５２ｂに遠心力が働くと、これらの錘５２ａ及び５２ｂは、突起部５６ａ〜５６ｂが案内孔６０ａ〜６０ｂに案内され、同時に、突起部５８ａ〜５８ｂが案内孔６２ａ〜６２ｂに案内されて、外側に移動する。従って、回転子外輪２２（図１参照）は回転子内輪２０に対して反時計回りの方向に移動することになる。このため、回転子外輪２２の永久磁石３０ａは回転子内輪２０の永久磁石２８ａに対し、その初期位置から、反時計回りにずれることになる（他の磁石３０ｂ〜３０ｈも夫々他の磁石２８ｂ〜２８ｈに対して同様の相対位置となる）。
【００２６】
電動機の回転速度が、設計した（予め決めた）最大速度に達すると、錘５２ａ及び５２ｂは図４に示す位置となり、回転子外輪２２の永久磁石３０ａ〜３０ｈは、夫々、回転子内輪２０の永久磁石２８ｂ〜２８ｈ及び２８ａと、径方向に並ぶことになる。つまり、回転子内輪及び外輪の永久磁石の対（２８ａと３０ｈ、２８ｂと３０ａ、…）の合成磁束密度は最小となる。尚、本実施の形態では、図４に示すように，回転子内輪及び外輪に夫々設けた永久磁石の数が８なので、回転子外輪２２は回転子内輪２０に対し、最大４５°反時計回り方向にずれることになる。
【００２７】
このように、弱め界磁制御装置５０を設けることにより、回転速度が上昇するに従って界磁を弱めることが出来るので、弱め界磁制御装置を設けない場合に比べて大幅に電動機の最大速度を大きくすることができる。
【００２８】
第１の実施の形態による弱め磁界制御を、図５〜図７を参照して更に詳しく説明する。図５〜図７では、図面を判りやすくするために図３及び図４で示した弱め界磁制御装置５０の図示を省略している。図５〜図７の永久磁石２４及び２６に付加した矢印は磁石の磁化方向を示す。
【００２９】
図５は、軸１４の回転速度が零（或いは零近傍）の場合の回転子内輪２０及び回転子外輪２２の周方向の相対位置を示し、従って、図３の場合に相当する。この場合、径方向で隣接する回転子内輪２０及び回転子外輪２２の永久磁石（例えば、２８ａと３０ａなど）は、磁化方向が同一なので、両方の永久磁石の合成磁束密度（回転子１２による界磁）は最大となる。
【００３０】
図６は、軸１４の回転速度が、予め設定されている最大速度の約半分程度の場合の回転子内輪２０及び回転子外輪２２の周方向の相対位置を示す。この場合、例えば、回転子外輪２２の永久磁石３０ａの周方向の位置は、回転子内輪２０の永久磁石２８ａと２８ｂの略中間となり、回転子１２による界磁は図５の場合よりも弱められる。
【００３１】
図７は、軸１４の回転速度が予め設定されている最大速度に達した場合の回転子内輪２０及び回転子外輪２２の周方向の相対位置を示し、従って、図４の場合に相当する。この場合には、径方向で隣接する回転子内輪２０及び回転子外輪２２の永久磁石（例えば、２８ａと３０ｈなど）は、磁化方向が逆なので、両方の永久磁石の合成起磁力（回転子１２による界磁）は最小となる。
【００３２】
このように、弱め界磁制御装置５０により、軸１４の回転速度（即ち電動機４０（図２）の回転速度）が上昇するにしたがい、回転子１２の界磁を徐々に弱めることができる。
【００３３】
遠心力によって錘５２ａ及び５２ｂが外側に移動する移動量は、予め設定される電動機４０の最大回転速度、バネ５４の弾性係数、回転子内輪２０及び回転子外輪２２に設けられる永久磁石の数などにより決定される。要は、電動機の回転速度が零の場合には、回転子内輪２０及び回転子外輪２２に設けた径方向に隣接する永久磁石同士の磁化方向が同一となるようにし、速度が上昇するに従って、回転子内輪及び外輪の周方向の相対位置を制御することにより界磁を弱め、設定された最大速度に達すると、回転子内輪２０及び回転子外輪２２に設けた径方向に隣接する永久磁石同士の磁化方向が逆となるようにして界磁を最小とすればよい。
【００３４】
図１は回転子内輪２０が回転軸１４に固定され、外輪２２が内輪２０に対して回転可能に配置されている。第１発明は、これとは逆に、回転子外輪２２を回転軸１４に固定し、内輪２０を外輪２２に対して回転可能に配置するようにしてもよい。この場合には、図示の回転子外輪２２が第１回転子、回転子内輪２０が第２回転子となり、図３に示した突起部５６ａ及び５６ｂは回転子外輪２２に固定し、他の突起部５８ａ及び５８ｂは回転子内輪２０に固定すればよい。
【００３５】
次に、本願の第２発明を説明する。この第２発明の電動機の回転子は、第１発明と同様に、同心円状に配置した回転子内輪と回転子外輪とで構成されている。しかし、第２発明では、第１発明の場合と異なり、固定子コイル電流の制御と回転子内輪・外輪位置規制手段（以下回転子位置規制手段と称する）とにより回転子内輪及び回転子外輪の位相差（周方向の相対位置）を制御することによって弱め界磁制御を行っている。
【００３６】
図８は、第２発明の実施の形態に係る永久磁石型回転電動機の固定子５０及び回転子５２を、回転軸５４の軸に直角の方向からみた断面図である。
【００３７】
図８に示すように、固定子５０は固定子鉄心５６及び複数の歯部（ティース）５８を有し、歯部５８には固定子巻線（図示せず）が装着される。回転子５２は回転子内輪（内側回転子：第１回転子）６０と回転子外輪（外側回転子：第２回転子）６２とからなる。回転子内輪６０は回転軸５４に固定され、回転子外輪６２は回転子内輪６０に対して回転可能になっている。回転子内輪ヨーク６４には複数の永久磁石６８ａ〜６８ｈが周方向に沿って配置され、一方、回転子外輪ヨーク６６には、複数の永久磁石７０ａ〜７０ｈがその長さ方向（つまり厚み方向と直角の方向）が径方向となるように（即ち所定角度の間隔で放射状に）配置されている。尚、各永久磁石に付した矢印は永久磁石の磁化方向を示す（以下の図面でも同様）。図８の場合は、界磁は最も小さく、回転子内輪６０と回転子外輪６２間のトルクは略ゼロであり、回転子内輪及び外輪は安定した位置にある。
【００３８】
図９（ａ）は、回転子内輪及び外輪６０，６２の位相差（周方向の位置の差）を規制する回転子位置規制手段８０の平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ｏ−Ｂ線に沿った断面図である。回転子位置規制手段８０は、内輪位置規制板８２と外輪位置規制板８４とを主要構成要素とし、複数の鋼球８６等により相互に回転可能に配置されている。内輪位置規制板８２は回転子内輪６０に固定され、外輪位置規制板８４は回転子外輪６２に固定される。図９（ａ）の破線は鋼球８６が転動する溝の一部を示す。回転子位置規制手段８０については更に後述する。
【００３９】
図１０は、図８の固定子５０及び回転子５２、図９の回転子位置規制手段８０等を備えた電動機９０を、回転軸５４の中心軸を含む面に直角の方向からみた断面図である。図１０に示すように、回転軸５４は、電動機９０のケース（ハウジング）９２にベアリング９４を介して回転自在に支持され、回転軸５４には回転子内輪６０が固定され、回転子外輪６２は回転子内輪６０に対して回転できるようにベアリング９６を介して回転子内輪６０及び回転軸５４に接続されている。参照番号９８は固定子巻線を示す。
【００４０】
説明の便宜上、図８に示した回転子内輪６０の位置を基準とし、回転子外輪６２が反時計方向に回転した角度を負とし（この方向を回転軸５４の正転方向とする）、回転子外輪６２が時計方向に回転した角度を正とする（この方向を回転軸５４の逆転方向とする）。更に、図８に示した回転子内輪６０及び回転子外輪６２の位相差（内外輪位相差）を０°と仮定する。図１１（ａ）はこの内外輪位相差が４５°となった様子を示す図である。図１１（ａ）に示す回転子内輪６０及び外輪６２の位置では回転子の界磁量は最大である。更に、図１１（ａ）の回転子内外輪の位置ではトルクは零であり、従って回転子内輪及び外輪には相互に力が働かない状態である。この意味から図１１（ａ）の回転子内輪及び外輪の位置は安定位置といえるがこの安定位置範囲は極めて狭い。
【００４１】
つまり、回転子内輪６０が固定されているとすると、回転子外輪６２は、ず１１（ａ）に示す内外輪のトルク零の点（−４５°）から極僅かでも反時計方向に動けば、外輪６２には次の安定点−９０°に向う力（トルク）が働く。この安定点−９０°は、図８の安定点０°と同様に安定位置範囲は広い。一方、回転子外輪６２が、図１１（ａ）に示す内外輪のトルク零の点（−４５°）から極僅かでも時計方向に動けば、外輪６２には元の安定点０°に向う力（トルク）が働く。
【００４２】
図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す回転子内輪６０及び外輪６２の位置に対応した内輪位置規制板８２及び外輪位置規制板８４の位置を示す図である。図１１（ｂ）に示すように、内輪位置規制板８２は外輪位置規制板８４に当接しておらず、例えば、約５°の間隔が存在するようにする。この理由については後述する。
【００４３】
図１２を参照して第２発明の実施の形態を更に詳しく説明する。図１２（ａ）及び（ｂ）の横軸は共に回転子内輪６０と回転子外輪６２との位相差を示す。内輪６０及び外輪６２は、その位相差が０°及び−４５°のときは、夫々図８及び図１１（ｂ）に示す位置にある。上述したように、回転子内輪６０及び外輪６２が位相差０°のときは、両輪の間に働くトルクは零であり安定状態にあり、回転子５２による界磁（内輪６０及び６２による合成界磁）は、図１２（ｂ）に示すように最低（Ｈmin）である（但し零でない）。更に、図１２（ａ）に示すように、回転子内外輪の位相差が−３０°及び３０°では内輪６０と外輪６２との間のトルクは最大となっている。回転子内外輪のトルクが最大となる位相差は、永久磁石６８ａ〜６８ｈ及び７０ａ〜７０ｈの形状及び配置位置によって異なるものであり、上述の−３０°及び３０°は単なる例示である。
【００４４】
電動機９（図１０）の回転軸５４に負荷を接続して反時計方向に回転（正転）させる場合について説明する。最初に、固定子巻線９８（図１０）に電流を流して回転子内輪６０及び回転子外輪６２の位相差を０°とする初期の位相差調整を行う（但し、回転軸に負荷を接続しない状態では、回転子内輪６０及び６２は自動的に位相差０°の位置となる）。この制御のためには内輪６０及び外輪６２夫々の位相（周方向の位置）を検出する必要があるが、この位置検出は従来の同期電動機に設置されている位置検出装置を利用すればよいので本願では図示及び詳細な説明は省略する。
【００４５】
上記の初期位相差調整後、電動機の停止状態から回転を開始させた際に負荷から回転軸５４に掛かるトルクが、回転子内輪６０及び外輪６２の間のトルク以上の場合（第１の場合）と以下の場合（第２の場合）に分けて説明する。
【００４６】
第１の場合は、固定子巻線９８に反時計方向に回転磁界を発生させると、負荷に直結した回転子内輪６０は停止したまま、回転子外輪６２が位相差０°の位置から反時計方向に回転を開始する。固定子巻線９８への供給電流を徐々に増加させると、回転子外輪６２は、回転子内輪及び外輪間のトルクが最大となる−３０°及びトルクが最低となる−４５°を超えて−５０°に達する。ここで、外輪規制板８４が内輪位置規制板８２に当接するので、回転子内輪６０と外輪６２が一体となって回転を開始する。従って、回転子５２による界磁が最大に近い状態（即ち電動機の回転トルクが最大に近い状態）で電動機が低速回転する。回転子外輪６２を、回転子内輪及び外輪間のトルクが最低となる−４５°を超えて−５０°にまで移動させるのは、回転子外輪６２が安定点（位相差０°）に戻る力を働かせないためである。従って、−５０°（即ち図１１（ｂ）の位相差５°）は単なる例であり、この位相差５°は例えば１°〜１０°位の範囲内となるように設定すればよい。
【００４７】
電動機の回転速度が大きくなり弱め界磁制御が必要になると、固定子５０の回転界磁速度を弱めて回転子内輪６０及び外輪６２の位相差を小さくする。即ち、負荷に直結した回転子内輪６０は慣性により回転速度を維持しているので、固定子５０の回転界磁速度を小さくして回転子外輪６２の速度が低下させれば、回転子内輪６０及び外輪６２の位相差が小さくなり、したがって、回転子５２による界磁を小さくすることができる（図１２（ｂ）参照）。このように、位相差を小さくした後に再び回転界磁速度を上昇させ、位相差を小さくしようとした時点の回転界磁速度以上とする。この制御を繰り返して内外輪位相差が０°となるようにすれば、弱め界磁制御によって電動機の回転速度を上昇させることができる。
【００４８】
上述したように、回転子内輪６０の慣性運動を利用して固定子５０の回転界磁速度を制御すれば、回転子内輪６０及び外輪６２の位相差を所望の値とすることができる。上述の位相差制御は、負荷の大きさ、内輪６０の重量、制御時の回転軸５４の回転数、内輪及び外輪に設けた永久磁石６８ａ〜６８ｈ及び７０ａ〜７０ｈの特性などを考慮して行われる。回転子内輪及び外輪の位相差制御自体は、従来の技術を利用すれば達成可能なので詳細な説明は省略する。
【００４９】
第２の場合、即ち、電動機の停止状態から回転を開始させた際に負荷から回転軸５４に掛かるトルクが、回転子内輪６０及び外輪６２の間のトルク以下の場合について説明する。この第２の場合は、固定子巻線９８に反時計方向に回転磁界を発生させると、第１の場合と同様に、負荷に直結した回転子内輪６０は停止したまま、回転子外輪６２が位相差０°の位置から反時計方向に回転を開始する。第２の場合は、電動機の停止状態から回転を開始させたときに負荷から回転軸５４に掛かるトルクは“回転子内輪６０及び外輪６２の間のトルク”以下なので、回転子外輪が図１２（ａ）の位相差−３０°に達する前に、回転子内輪６０と外輪６２が一緒になって回転（低速回転）を開始する。弱め界磁制御は、第１の場合の説明から容易に理解できるので説明を省略する。
【００５０】
電動機の回転軸５４が正転する場合の弱め界磁制御を説明したが、電動機が逆回転（時計方向の回転）する場合の弱め界磁制御も同様である。
【００５１】
尚、上述した第２発明の本実施の形態では、図８に示すように、回転子内輪及び外輪に夫々設けた永久磁石の数が８なので、回転子外輪６２と回転子内輪６０の位相差が−４５°及び４５°で界磁が最大となっている。しかし、回転子内輪及び外輪に夫々設けた永久磁石の数は８に限定されないことは勿論である。例えば、回転子内輪及び外輪に夫々設けた永久磁石の数を１６とすれば、回転子外輪６２と回転子内輪６０の位相差が−22.5°及び22.5°で界磁が最大となる。
【００５２】
【第１発明の他の実施の形態】
上述の第１発明の実施の形態では、回転子内輪２０及び回転子外輪２２の夫々の永久磁石は、共に、回転軸１４に対して放射状に配置されている（図１参照）。しかし、第１発明は、これに限らず、回転子内輪２０に設けた永久磁石を、第２発明の図８のように、回転子の外周部であって周方向に沿って配置するようにしてもよい。この場合の弱め界磁制御は図３及び図４に示した制御と全く同様に行われる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本願の第１発明では、弱め界磁制御を固定子巻線に流す電流を制御することなく、回転子に設けた装置により回転子内輪及び外輪の周方向の位置を制御して弱め界磁制御を行っている。従って、上述の従来例の諸問題を解決することができるという効果がある。更に、本願の第２発明では、回転子内輪及び外輪の位相差を制御する際にのみ固定子巻線に制御電流を流せばよいので、従来のように弱め界磁制御中連続して固定子に電流を流す必要がないという顕著な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１発明の実施の形態に係る電動機の固定子及び回転子を回転軸に直角の方向から見た概略断面図。
【図２】図１の固定子及び回転子などを組込んだ電動機の概略断面図。
【図３】第１発明の実施の形態に使用する弱め界磁制御装置を回転子内輪及び外輪に取付けた様子を示す図。
【図４】図３に示した弱め界磁制御装置の動作を説明する図。
【図５】第１発明の実施の形態に係る弱め界磁制御を説明する図。
【図６】第１発明の実施の形態に係る弱め界磁制御を説明する図。
【図７】第１発明の実施の形態に係る弱め界磁制御を説明する図。
【図８】第２発明の実施の形態に係る電動機の固定子及び回転子を回転軸に直角の方向から見た概略断面図。
【図９】第２発明の実施の形態に使用する弱め界磁制御装置を説明する図。
【図１０】図８及び図９に示した固定子、回転子、弱め界磁制御装置などを組込んだ電動機の概略断面図。
【図１１】第２発明の実施の形態に係る弱め界磁制御を説明する図。
【図１２】第２発明の実施の形態に係る弱め界磁制御を説明する図。
【符号の説明】
１０：固定子
１２：回転子
１４：回転軸
１６：回転子鉄心
２０：回転子内輪
２２：回転子外輪
２４：回転子内輪ヨーク
２６：回転子外輪ヨーク
２８ａ〜２８ｈ：回転子内輪に設けた永久磁石
３０ａ〜３０ｈ：回転子外輪に設けた永久磁石
４０：電動機
４８：固定子巻線
５０：弱め界磁制御装置
５２ａ、５２ｂ：錘
５４：バネ
５６ａ、５６ｂ、５８ａ、５８ｂ：突起部
６０ａ、６０ｂ、６２ａ、６２ｂ：突起部を案内する案内孔
５０：固定子
５２：回転子
５４：回転軸
５６：回転子鉄心
６０：回転子内輪
６２：回転子外輪
６４：回転子内輪ヨーク
６６：回転子外輪ヨーク
６８ａ〜６８ｈ：回転子内輪に設けた永久磁石
７０ａ〜７０ｈ：回転子外輪に設けた永久磁石
８０：弱め界磁制御装置
８２：内輪位置規制板
８４：外輪位置規制板
９０：電動機

Claims

複数の永久磁石を有する回転子と、該回転子を囲むように該回転子と同心円状に設けた固定子と、弱め界磁制御装置とを備えた永久磁石型回転電動機において、前記回転子は、電動機の回転軸の周囲に同心円状に設けた第１及び第２回転子を有し、第１の回転子は回転軸に固定され、第２の回転子は第１の回転子に対して移動可能であり、前記弱め界磁制御装置は、電動機の回転による遠心力に応じて前記回転子の径方向に移動する移動手段を有し、該移動手段により第２回転子を第１回転子に対して周方向に移動させて前記第１及び第２回転子の位相差を制御することを特徴とする永久磁石型回転電動機。
前記第１及び第２回転子は夫々複数の永久磁石を有し、該第１及び第２回転子の複数の永久磁石は夫々所定角度の間隔を置いて前記回転軸に関して放射状に配置されていることを特徴とする請求項１記載の永久磁石型回転電動機。
前記第１及び第２回転子は夫々複数の永久磁石を有し、前記第１回転子は前記第２回転子の内側に配置され、前記第１回転子の複数の永久磁石は前記第１回転子の外周付近に周方向に所定の間隔を置いて配置され、前記第２回転子の永久磁石は所定角度の間隔を置いて前記回転軸に関して放射状に配置されていることを特徴とする請求項１記載の永久磁石型回転電動機。
複数の永久磁石を有する回転子と、該回転子を囲むように該回転子と同心円状に設けた固定子と、弱め界磁制御装置とを備えた永久磁石型回転電動機において、前記回転子は電動機の回転軸の周囲に同心円状に設けた第１及び第２回転子を有し、第１の回転子は回転軸に固定され、第２の回転子は第１の回転子に対して移動可能であり、前記弱め界磁制御装置は、前記第1及び第２回転子の位相差を、該第１及び第２回転子による界磁が最小となる位相差から最大となる位相差を僅かに超える位相差の範囲内で規制する回転子位置規制手段を有し、電動機の回転速度に応じて前記固定子に発生する回転磁界の速度を調整して前記第１及び第２回転子の位相差を制御することによって弱め界磁制御を行うことを特徴とする永久磁石型回転電動機。
前記回転子位置規制手段は、第１回転子と第２回転子とにそれぞれ固定した位置規制手段を有し、これらの位置規制手段により第1回転子に対する第２回転子の回転方向の位置を規制することを特徴とする請求項４記載の永久磁石型回転電動機。