JP5100169B2 - 永久磁石式回転電機及び永久磁石電動機ドライブシステム - Google Patents
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また、本発明の永久磁石式回転電機によれば、上記永久磁石電動機ドライブシステムに最適な永久磁石式回転電機を提供することができる。
[永久磁石式回転電機]本発明の第1の実施の形態の永久磁石式回転電機について、図1〜図5を用いて説明する。図1に示すように、本実施の形態における回転子1は、回転子鉄心2内に、保磁力と磁化方向厚みの積が小となる永久磁石3と、保磁力と磁化方向厚みの積が大となる永久磁石4とを埋め込んだ構成である。回転子鉄心2は珪素鋼板を積層して構成し、前述の永久磁石3,4は回転子鉄心2内に埋め込まれている。保磁力と磁化方向厚みの積が小となる永久磁石3はアルニコ磁石とし、回転子鉄心2の径方向断面に8個埋め込んである。この永久磁石3にはFeCrCo磁石を適用してもよいし、アルニコ磁石とフェライト磁石との複合磁石、あるいは、FeCrCo磁石とフェライト磁石との複合磁石を適用してもよい。保磁力と磁化方向厚みの積が大となる永久磁石4は、NdFeB磁石とし、回転子鉄心2の径方向断面に8個埋め込んである。
図6は、本発明の第1の実施の形態の永久磁石式回転電機を電動機として回転駆動するための永久磁石電動機ドライブシステム100の制御ブロック図である。同図を説明する前に、永久磁石同期電動機(PM電動機)としての可変磁束電動機について説明する。可変磁束電動機101のイメージを図7に示す。ステータ側は従来の電動機と同様である。ロータ151側には永久磁石として、磁性体の磁束密度が固定の固定磁石FMGと、磁性体の磁束密度が可変の可変磁石VMGとがある。従来のPM電動機は、前者の固定磁石FMGのみであるのに対して、本可変磁束電動機1の特徴は、可変磁石VMGが備わっていることにある。
以上より、本発明の回転電機はd軸電流によりアルニコ磁石3の鎖交磁束量を最大から0まで大きく変化でき、また磁化方向も正逆方向の両方向にできる。すなわち、NdFeB磁石4の鎖交磁束を正方向とすると、アルニコ磁石3の鎖交磁束を正方向の最大値から0、さらには逆方向の最大値まで広範囲に調整することができる。
2… 回転子鉄心
3… 保磁力と磁化方向厚みの積が小となる永久磁石
4… 保磁力と磁化方向厚みの積が大となる永久磁石
5… 空洞
6… 磁極鉄心
100,200…永久磁石電動機ドライブシステム
100A…主回路
100B…制御回路
101…永久磁石電動機
104…インバータ
Claims (15)
- 永久磁石を用いた永久磁石電動機と、前記永久磁石電動機を駆動するインバータと、前記永久磁石の磁束を制御するための磁化電流を流す磁化手段とを備え、
前記永久磁石電動機は、低保磁力永久磁石と高保磁力永久磁石との2種類の永久磁石を回転子鉄心内に、当該回転子鉄心の径方向において前記両方の永久磁石の外側端縁間距離が広く内側端縁間距離が狭くなり、前記両方の永久磁石が当該回転子鉄心の内周側に凸となる形状に設置して1つの磁極を形成し、前記磁極を前記回転子鉄心内の外周部近くに等回転角度ずつ離れた複数箇所に形成して回転子を構成しており、
前記磁化手段は、前記永久磁石電動機の前記複数の磁極各々において磁化電流を短時間だけ流し、これにより発生する電機子巻線の電流が作る磁界により、前記高保磁力永久磁石の磁束量は不可逆的に変化させないが、前記低保磁力永久磁石を磁化させて当該低保磁力永久磁石の磁束量を不可逆的に変化させることを特徴とする永久磁石電動機ドライブシステム。 - 永久磁石を用いた永久磁石電動機と、前記永久磁石電動機を駆動するインバータと、前記永久磁石の磁束を制御するための磁化電流を流す磁化手段とを備え、
前記永久磁石電動機は、低保磁力永久磁石と高保磁力永久磁石との2種類の永久磁石を回転子鉄心内に、当該回転子鉄心の径方向において前記両方の永久磁石の外側端縁間距離が広く内側端縁間距離が狭くなり、前記両方の永久磁石が当該回転子鉄心の内周側に凸となる形状に設置して1つの磁極を形成し、前記磁極を前記回転子鉄心内の外周部近くに等回転角度ずつ離れた複数箇所に形成して回転子を構成しており、
前記磁化手段は、前記永久磁石電動機の前記複数の磁極各々において磁化電流を短時間だけ流し、これにより発生する電機子巻線の電流が作る磁界により、前記高保磁力永久磁石の磁束量は不可逆的に変化させないが、前記低保磁力永久磁石を磁化させて当該低保磁力永久磁石の極性を反転させることを特徴とする永久磁石電動機ドライブシステム。 - 永久磁石を用いた永久磁石電動機と、前記永久磁石電動機を駆動するインバータと、前記永久磁石の磁束を制御するための磁化電流を流す磁化手段とを備え、
前記永久磁石電動機は、低保磁力永久磁石と高保磁力永久磁石との2種類の永久磁石を回転子鉄心内に、当該回転子鉄心の径方向において前記両方の永久磁石の外側端縁間距離が広く内側端縁間距離が狭くなり、前記両方の永久磁石が当該回転子鉄心の内周側に凸となる形状に設置して1つの磁極を形成し、前記磁極を前記回転子鉄心内の外周部近くに等回転角度ずつ離れた複数箇所に形成して回転子を構成しており、
前記磁化手段は、前記永久磁石電動機の前記複数の磁極各々において磁化電流を短時間だけ流し、これにより発生する電機子巻線の電流が作る磁界により、前記高保磁力永久磁石の磁束量は不可逆的に変化させないが、前記低保磁力永久磁石を磁化させて当該低保磁力永久磁石の磁束量を不可逆的に変化させ、前記両方の永久磁石による電機子巻線の鎖交磁束量をほぼ0にすることを特徴とする永久磁石電動機ドライブシステム。 - 請求項1に記載の永久磁石電動機ドライブシステムにおいて、
前記永久磁石電動機は、前記回転子の各磁極を形成する低保磁力永久磁石と高保磁力永久磁石の磁束が加え合わせになり、かつ隣り合う磁極同士では相逆の極性となるように前記低保磁力永久磁石と高保磁力永久磁石を配置し、
前記磁化手段は、前記電機子巻線の電流が作る磁界により前記低保磁力永久磁石を磁化させて両方の永久磁石による鎖交磁束量を不可逆的に減少させ、また減少後に前記電機子巻線の電流が作る磁界を前記磁界とは逆方向に発生させて前記低保磁力永久磁石を磁化させて両方の永久磁石による鎖交磁束量を不可逆的に増加させることを特徴とする永久磁石電動機ドライブシステム。 - 請求項2に記載の永久磁石電動機ドライブシステムにおいて、
前記永久磁石電動機は、前記回転子の各磁極を形成する低保磁力永久磁石と高保磁力永久磁石の磁束が加え合わせになり、かつ隣り合う磁極同士では相逆の極性となるように前記低保磁力永久磁石と高保磁力永久磁石を配置し、
前記磁化手段は、前記電機子巻線の電流が作る磁界により前記低保磁力永久磁石を磁化させてその極性を反転させ、また反転後に前記電機子巻線の電流が作る磁界を前記磁界とは逆方向に発生させてさらに前記低保磁力永久磁石の極性を反転させて元の極性にすることを特徴とする永久磁石電動機ドライブシステム。 - 前記磁化手段は、d軸電流による磁界で前記低保磁力永久磁石を磁化させてその磁束量を不可逆的に変化させるか、前記磁界で前記低保磁力永久磁石の極性を反転させ、さらにq軸電流によりトルクを制御することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の永久磁石電動機ドライブシステム。
- 前記磁化手段は、前記永久磁石電動機の運転時にd軸電流による磁界で前記低保磁力永久磁石を磁化させてその磁束量を不可逆的に変化させ、若しくは前記低保磁力永久磁石の極性を反転させる動作と、d軸電流で生じる磁束により電流と前記両方の永久磁石で生じる電機子巻線の鎖交磁束量をほぼ可逆的に変化させる動作とを選択的に実行することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の永久磁石電動機ドライブシステム。
- 前記磁化手段は、前記永久磁石電動機の最大トルク時には各磁極の前記両方の永久磁石の磁束が加え合わせになるように前記低保磁力永久磁石を磁化させ、トルクの小さな軽負荷時や中速回転域と高速回転域では、前記低保磁力永久磁石を電流による磁界で磁化させてその磁束を減少させるか、又はその極性を反転させることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の永久磁石電動機ドライブシステム。
- 前記永久磁石電動機は、前記複数の磁極各々において前記低保磁力永久磁石を前記高保磁力永久磁石からバイアス的な磁界が作用するように配置したことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の永久磁石電動機ドライブシステム。
- 請求項6又は8に記載の永久磁石電動機ドライブシステムにおいて、前記複数の磁極各々の中で前記低保磁力永久磁石は、前記高保磁力永久磁石の無負荷時の動作点における磁界の強さと磁化方向厚みの積にほぼ等しいか又はそれ以上としたことを特徴とする永久磁石電動機ドライブシステム。
- 形状又は磁気特性の異なる2種類の永久磁石を用いて1つの磁極を形成し、複数の前記磁極で回転子を構成し、該回転子の外周にエアギャップを介して電機子を配置した永久磁石式回転電機であって、
前記磁極を構成する永久磁石は、低保磁力永久磁石と高保磁力永久磁石との2種類の永久磁石であり、
前記低保磁力永久磁石と高保磁力永久磁石とは、回転子鉄心内に、当該回転子鉄心の径方向において前記両方の永久磁石の外側端縁間距離が広く内側端縁間距離が狭くなり、前記両方の永久磁石が当該回転子鉄心の内周側に凸となる形状に設置して1つの磁極を形成し、前記磁極を回転子鉄心内の外周部近くに等回転角度ずつ離れた複数箇所に形成して前記回転子を構成しており、
前記低保磁力永久磁石は、電機子巻線に流される短時間の磁化電流が作る磁界により磁化されてその磁束量を不可逆的に変化するものであり、
前記高保磁力永久磁石は、前記短時間の磁化電流が作る磁界により磁化されてその磁束量を不可逆的に変化しないものであることを特徴とする永久磁石式回転電機。 - 前記複数の磁極各々において、主たる回転方向に対して後方となる位置に前記高保磁力永久磁石を配置としたことを特徴とする請求項11に記載の永久磁石式回転電機。
- 請求項12に記載の永久磁石式回転電機において、前記高保磁力永久磁石として、Dy元素をほとんど含まないNdFeB系の永久磁石を用いたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
- 請求項12又は13に記載の永久磁石式回転電機において、前記回転子が最高回転速度になったときの前記高保磁力永久磁石による逆起電圧は、電源インバータの電子部品の耐電圧以下にしたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
- 請求項12〜14のいずれかに記載の永久磁石式回転電機において、前記回転子を前記電機子に挿入して組み立てる時は、前記低保磁力永久磁石による磁束と、前記高保磁力永久磁石による磁束とが前記磁極又はエアギャップ面で互いに逆方向となるようにしたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
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