JP5455600B2 - 永久磁石式回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石の増磁及び減磁時の磁界により、誘導電流を発生する短絡コイルを回転子内部に内蔵した永久磁石式回転電機に関する。その中でも特に、回転子の鉄心にスキューを形成した永久磁石式回転電機に関する。

回転子内に永久磁石を内蔵した永久磁石式回転電機では、永久磁石の鎖交磁束が常に一定の強さで発生しているので、永久磁石による誘導電圧は回転速度に比例して高くなる。そのため、低速から高速まで可変速運転する場合、高速回転では永久磁石による誘導電圧（逆起電圧）が極めて高くなる。永久磁石による誘導電圧がインバータの電子部品に印加されてその耐電圧以上になると、電子部品が絶縁破壊する。そのため、永久磁石の磁束量が耐電圧以下になるように削減された設計を行うことが考えられるが、その場合には永久磁石式回転電機の低速域での出力及び効率が低下する。

そこで、回転子内に、固定子巻線のｄ軸電流で作る磁界により不可逆的に磁束密度が変化する程度の低保磁力の永久磁石（以下、可変磁力磁石という）と、可変磁力磁石の２倍以上の保磁力を有する高保磁力の永久磁石（以下、固定磁力磁石という）を配置し、電源電圧の最大電圧以上となる高速回転域では、可変磁力磁石と固定磁力磁石による全鎖交磁束が減じるように、全鎖交磁束量を調整する技術が知られている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。

なお、永久磁石の磁束量は、保磁力と磁化方向厚の積によって決定されるため、実際に回転子鉄心内に可変磁力磁石と固定磁力磁石とを組み込む場合には、可変磁力磁石としては保磁力と磁化方向厚の積が小の永久磁石を、固定磁力磁石としては保磁力と磁化方向厚の積が大の永久磁石を使用する。また、一般に、可変磁力磁石としては、アルニコ磁石やサマリウムコバルト磁石（サマコバ磁石）、フェライト磁石を使用し、固定磁力磁石としてはネオジム磁石（ＮｄＦｅＢ磁石）を使用する。

しかしながら、この種の永久磁石式回転電機では、可変磁力磁石と固定磁力磁石が回転子鉄心内に埋め込まれて磁気回路を構成しているため、ｄ軸電流による磁界は可変磁力磁石のみでなく、固定磁力磁石にも作用する。そのため、固定磁力磁石の磁界が、ｄ軸電流が作る磁界の妨げとなり、ｄ軸電流（磁化電流）が増大する現象が生じる。

そこで、特許文献２の発明では、固定磁力磁石及び可変磁石の近傍に導電性部材を配置し、この導電性を貫通するｄ軸電流による磁界によって導電板に誘導電流を発生させ、その誘導電流により前記固定磁力磁石により発生する磁界を打ち消すことにより、増磁時のｄ軸電流の増加を押さえる技術が提案されている。特許文献２では、ｄ軸電流による磁界が固定磁力磁石に作用すると、図１５に示すような、前記磁界を打ち消すような誘導電流が短絡コイルに流れる。従って、固定磁力磁石中にはｄ軸電流による磁界と短絡電流による磁界で、磁界の増減はほとんど生じない。さらに短絡電流による磁界は可変磁力磁石にも作用し、ｄ軸電流による磁界と同方向になる。従って、可変磁力磁石を磁化させる磁界が強まり、少ないｄ軸電流で可変磁力磁石を磁化できることになる。また、短絡コイルにより固定磁力磁石はｄ軸電流の影響を受けず、磁束の増加はほとんど生じないので、前記ｄ軸電流による固定子鉄心の磁気飽和も緩和できる。

特開２００６−２８０１９５号 特願２００８−２９６０８０号

埋込磁石同期モータの設計と制御，武田洋次・他，オーム社

しかしながら、第１の課題として、特許文献２の永久磁石式回転電機は、ｄ軸電流によって可変磁力磁石の磁化を行なう場合、図１６に示すように、回転子のｑ軸には、短絡コイルが作用しない経路を通過し、固定子１０側へ抜ける漏れ磁束が生じている。従って、ｄ軸電流による磁束が可変磁力磁石に集中せず、無効な磁束が発生しているため、大きな磁化電流が必要となるという問題点がある。

また、同様にｄ軸電流によって磁化を行う場合、可変磁力磁石には短絡コイルの作用により、ｄ軸電流による磁界と同方向の磁界が作用しており、短絡コイル近傍では大きな短絡コイルによる磁界が加わるが、短絡コイルより離れた位置では影響が小さくなる。これにより、可変磁力磁石の短絡コイル近傍、及び角部は磁化され易く、短絡コイルより離れた部位では磁化され難いため、可変磁力磁石に不均一な磁化分布が生じてしまい、その結果、全体を均一な磁化を行うために、大きな磁化電流が必要となってしまうという問題点もある。

一方、第２の課題として、前記短絡コイルは、回転子鉄心内に配置した永久磁石の周囲に設ける必要があるため、如何にして簡単な手法で鉄心内に組み込むかが検討されている。例えば、短絡コイルと永久磁石とを密着して配置する場合には、永久磁石の周囲に短絡コイルを巻き付けた後、永久磁石とコイルとを鉄心内に開口させた永久磁石装着スペースにはめ込むことができる。しかし、永久磁石と短絡コイルとが離れ、両者の間に鉄心部分が存在すると、細いコイル挿入孔に、１本ずつ短絡コイルを挿入していかねばならず、その組立は甚だ困難になる。

特に、この種の永久磁石式回転電機、特に、小型・高出力化を要求されるハイブリッド車両用の永久磁石式回転電機では、限られた空間内での高トルク、高出力が要求され、それに伴い、トルクリップル、振動、騒音の減少が要求されている。そのため、回転子積層鉄心をブロック状にして、それらを円周方向にずらしたスキュー構造が採用される。このようなスキュー構造とした永久磁石式回転電機において、回転子鉄心内に組み込まれた永久磁石の周囲に、更に、前記のような短絡コイルを設けることは、極めて面倒な作業であった。

本発明は前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであって、本発明の第１の目的は、部品単位で短絡コイルの一部を組み込み、これら部品を組み立てることで段落コイルを形成した永久磁石回転電機コイルの一部を組み込み、これら部品を組み立てることにある。また、第２の目的は、スキュー構造の回転子鉄心を有する永久磁石式回転電機において、短絡コイルを永久磁石の周囲に簡単な手法で組み込むことを可能とすることにある。

前記の第１の目的を達成するために、本発明の永久磁石式回転電機は、外部からの磁界により不可逆的に磁束密度が変化する可変磁力磁石と、前記可変磁力磁石の２倍以上の保磁力を有する高保磁力の固定磁力磁石とから回転子の磁極を形成し、この磁極を回転子鉄心内に複数個配置して回転子を形成し、この回転子の外周にエアギャップを介して固定子を配置し、この固定子に電機子鉄心と電機子巻線を設け、この電機子巻線が作る磁界により前記回転子の磁極を構成する永久磁石の少なくとも１個を磁化させることにより、永久磁石の磁束量を不可逆的に変化させ、前記可変磁力磁石は、磁化方向と平行な側面である４つの側面における回転軸中心線と平行な面に導電性材料をコーティングまたは配置し、前記固定磁力磁石は、固定磁力磁石の全面のうち少なくとも磁化方向と平行な側面である４つの側面における回転軸中心線と平行な面に導電性材料をコーティングまたは配置し、前記可変磁力磁石と前記固定磁力磁石とにコーティングまたは配置した導電性材料を接続することで短絡コイルを構成することを特徴とする。

なお、ｑ軸周辺の短絡コイルが作用しない経路への漏れ磁束を防止すると共に、可変磁力磁石の磁化分布を均一にする永久磁石式回転電機において、
（１）端板とスペーサに短絡バーを設けるものとしたり、
（２）端板と短絡バーとは電気的に絶縁したものとしたり、
（３）永久磁石の周囲に配置した導電性材料と短絡バーとを冷間圧接、ロウ付けまたは溶接、または軸方向からのネジ止めのいずれかの方法で接合したものとしたり、
（４）端板を絶縁物で構成し、その端板に短絡バーを埋め込み配置したりする永久磁石式回転電機も本発明の一態様である。

また、前記の第２の目的を達成するために、永久磁石式回転電機は、保持力と磁化方向厚さの積が互いに異なる２種類以上の永久磁石を用いて磁極を形成し、この磁極を回転子鉄心内に複数個配置して回転子を形成し、この回転子の外径にエアギャップを介して固定子を配置し、この固定子に固定子鉄心と固定子巻線を設け、この固定子巻線が作る磁界により前記回転子の磁極を構成する永久磁石の少なくとも１個を磁化させ、前記回転子の鉄心を軸方向において２つ以上に分割し、この分割した鉄心部同士の磁極位置を周方向にスキューさせ、この鉄心の軸方向中央部よりＵ字状短絡コイルを挿入し、鉄心部分から突き出した部分を接続することにより短絡コイルを構成することにより、各鉄心部の短絡コイルを、各鉄心部のスキュー角度に応じて回転子の周方向にずれた角度で配置することを特徴とする。

以上のような構成を有する本発明によれば、第１の効果として、ｄ軸電流によって可変磁力磁石の磁化を行う際、ｑ軸部漏れ磁束を大幅に低減することができ、且つ可変磁力磁石の磁化分布を均一にすることが可能となることから、磁化電流の増加を抑止できるので、インバータ容量の低減を達成することができる。

さらに、第２の効果として、スキュー構造の回転子鉄心の鉄心部に対して、そのスキュー角度だけずれた構造の短絡コイルを組み込むことが可能になる。その結果、スキューした鉄心部に対する短絡コイルの組み込み作業が簡単になり、短絡コイルを有する永久磁石式回転電機を容易に得ることができる。

本発明の第１実施形態の永久磁石式回転電機の回転軸と直交する方向の断面図 本発明の第１実施形態の永久磁石式回転電機の回転軸と平行な方向の断面図 図２における端板の部分”Ａ”の拡大断面図 本発明の第１実施形態におけるｄ軸電流による増磁時の状態を示す断面図 本発明の第１実施形態におけるｄ軸電流による減磁時の状態を示す断面図 本発明の第３実施形態の永久磁石式回転電機の回転軸と平行な方向の拡大断面図 本発明の第４実施形態の永久磁石式回転電機の回転軸と平行な方向の拡大断面図 本発明の第５実施形態におけるｄ軸電流による増磁時の状態を示す断面図 本発明の第５実施形態におけるｄ軸電流による減磁時の状態を示す断面図 本発明の第５実施形態の永久磁石式回転電機の組立途中の状態を示す分解斜視図 本発明の第５実施形態の永久磁石式回転電機の組立途中の状態を示す断面図 本発明の第５実施形態の永久磁石式回転電機の回転軸と平行な方向の断面図 本発明の第６実施形態の永久磁石式回転電機の組立途中の状態を示す断面図 本発明の第６実施形態の永久磁石式回転電機の回転軸と平行な方向の断面図 本発明の第６実施形態の永久磁石式回転電機の回転軸と平行な方向の拡大断面図 本発明の第７実施形態の永久磁石式回転電機の回転軸と平行な方向の断面図 本発明の第８実施形態のＵ字状短絡コイルの断面図 従来の永久磁石式型回転電機のおけるｄ軸電流の磁界が作用する場合の回転子の断面図 従来の永久磁石式型回転電機のおけるｄ軸電流の磁界が作用する場合の漏れ磁界の様子を示す断面図

以下、本発明に係る永久磁石式回転電機の実施例について、図面を参照して説明する。本実施例の回転電機は、回転子の鉄心を軸方向において２つにスキューさせた、８極の場合で説明しており、他の極数でも同様に適用できる。

（１）第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図５に従って具体的に説明する。図１は本実施形態の永久磁石式回転電機の回転軸と直交する方向の断面図である。図２は本実施形態の永久磁石式回転電機の回転軸と平行な方向の断面図、図３は、図２の端板３４の部分”Ａ”の拡大図である。

（１−１）永久磁石式回転電機の構成
本発明の第１実施形態については図１を用いて説明する。本発明の第１実施形態の回転子１は、回転子鉄心２、保磁力と磁化方向の厚みの積が小となる永久磁石３、保磁力と磁化方向の厚みの積が大となる永久磁石４とから構成する。本実施形態では、可変磁力磁石３としてはフェライト磁石、固定磁力磁石４としてはＮｄＦｅＢ磁石を使用する。また、可変磁力磁石３としては、ＳｍＣｏ系磁石、ＣｅＣｏ系磁石、ＮｄＦｅＢ系磁石の中で保持力の弱い磁石を使用することもできる。

一例として、可変磁力磁石３の保磁力を２８０ｋＡ／ｍ、固定磁力磁石４の保磁力は１５００ｋＡ／ｍとするが、必ずしもこのような値に限定されるものではない。可変磁力磁石３は負のｄ軸電流によって不可逆的に磁化され、固定磁力磁石４は負のｄ軸電流によって不可逆的に磁化されないものであれば良い。

回転子鉄心２内を通過する磁束が可変磁力磁石３及び固定磁力磁石４の部分をその厚さ方向に通過するように、可変磁力磁石３及び固定磁力磁石４の端部に空洞５を設ける。回転子鉄心２の磁極部は１個の可変磁力磁石３と２個の固定磁力磁石４で取り囲まれるようにして形成する。回転子鉄心２の磁極部の中心軸方向がｄ軸、磁極間の中心軸方向がｑ軸となる。

可変磁力磁石３の両側に、固定磁力磁石４を磁化方向がｄ軸方向となる位置で配置する。すなわち、磁気回路上では、可変磁力磁石３に対して、並列に固定磁力磁石４を配置する。

したがって、回転子１内でｑ軸方向の磁路となる部分には磁石や磁気障壁となる穴は配置されていない鉄心となっているので、磁気抵抗が極めて小さくなる部分がある。この部分が、リアクタンストルク発生時の鉄の磁極部となる。一方、ｄ軸方向の永久磁石の磁極となる部分には前記の可変磁力磁石３と固定磁力磁石４が配置し、磁気抵抗が大きくなっている。これにより、回転子の周方向に磁気抵抗が異なる回転子が構成できる。

可変磁力磁石３及び固定磁力磁石４の隣接する磁石と対向する面に、導電性部材６ａ〜６ｆを配置する。この導電性部材６ａ〜６ｆは、導電性の物質によるコーティング、導電性の皮膜、導電性の平板とすることができる。これら導電性部材６ａ〜６ｆを接続するように、導電性の部材から成る短絡バー８１を配置する。これら導電性部材６と短絡バー８１を接続することにより、短絡コイル８を構成する。

図２は、回転子鉄心を軸方向において２つにスキューさせている回転子の中心軸方向の断面図である。この回転子１は、端板３４、可変磁力磁石３及び固定磁力磁石４を備えた回転子鉄心２、スペーサ３０、可変磁力磁石３及び固定磁力磁石４を備えた回転子鉄心２、端板３４とを順に組み合わせた構成とする。各鉄心部２０ａ，２０ｂの間には、鉄心部と同一外径のスペーサ３０が配置される。このスペーサ３０は、可変磁力磁石や固定磁力磁石が配置されるためアルミやステンレスなどの非磁性材の金属により構成しても良い。非磁性材の金属以外にも、エポキシ樹脂系ガラス繊維などの絶縁性の材料や鉄心部２０ａ，２０ｂと同様に絶縁性の珪素鋼板によって構成しても良い。このスペーサ３０には、前記Ｕ字形状の短絡コイルをはめ込む装着部４５が形成されている。

回転子鉄心２に配置した可変磁力磁石３及び固定磁力磁石４の表面には導電性部材（ａ）〜（ｆ）を配置する。また、永久磁石３，４に配置する導電性部材は６ａ〜６ｆの位置だけでなく、短絡バー８１と永久磁石３，４が接触する面に導電性部材６ｇ，６ｈにも配置してもよい。導電性部材６ｇ，６ｈを配置した場合には、導電性部材６ａ〜６ｈと短絡バー８１を接続することにより、短絡コイル８を構成する。導電性部材６ａ〜６ｈと短絡バー８１の接続には、冷間圧接により行う。圧接箇所は、導電性部材と短絡バー８１とが接する場所とする。

この端板３４及びスペーサ３０には、短絡バー８１をはめ込む装着部４５が設けられ、この装着部４５に短絡コイル８を構成する短絡バー８１を配置する。また、端板３４及びスペーサ３０と短絡バー８１との間には、絶縁材９が配置され、短絡バー８１と端板３４及びスペーサ３０は絶縁状態となる。すなわち、ｄ軸電流による磁界が短絡コイル８に作用すると、前記磁界を打ち消すような誘導電流が短絡コイル８に流れる。しかしながら、短絡コイル８と端板３４及びスペーサ３０を電気的に絶縁状態であるため、短絡コイル８に流れた誘導電流が端板３４またはスペーサ３０に流れことはない。これにより、短絡コイル８の効果が不必要な部分での、短絡コイル８のループを成形を防止することができる。

（１−２）短絡コイル８の作用
つぎに、導電性部材６と短絡バー８１により構成した短絡コイル８の作用について述べる。前記のような構成を有する本実施形態の永久磁石式回転電機における増磁時と減磁時の作用について説明する。なお、各図中に、固定子１０の固定子巻線や短絡コイル８によって発生した磁力の方向を矢印により示す。

図４は、永久磁石の全鎖交磁束の増磁時を説明する図である。本実施形態では、固定子１０の固定子巻線に通電時間が０．１ｍｓ〜１００ｍｓ程度の極短時間となるパルス的な電流を流して磁界を形成し、可変磁力磁石３に磁界Ａを作用させる。永久磁石を磁化するための磁界Ａを形成するパルス電流は、固定子１０の固定子巻線のｄ軸電流成分とする。

本来、前記ｄ軸電流による磁界は可変磁力磁石３の磁化を変化させるために発生させるので、可変磁力磁石３が配されている部分にのみ作用することが好ましい。しかしながら、前記ｄ軸電流による磁界Ａは、可変磁力磁石３のみでなく固定磁力磁石４にも作用する。すなわち、固定子１０の固定子巻線１２にｄ軸成分電流を流すと、可変磁力磁石３に作用する磁界Ａ１、固定磁力磁石４に作用する磁界Ａ２、回転子鉄心のｑ軸の外周側に作用する磁界（漏れ磁界）Ａ３が形成される。

そこで、前記ｄ軸電流による磁界Ａ２が固定磁力磁石４に作用し難くすると共に、漏れ磁界Ａ３が作用し難くすればよい。本実施形態では、可変磁力磁石３及び固定磁力磁石４の隣接する磁石と対向する面に配置した導電性部材６と短絡バー８１を接続することにより短絡コイル８を構成する。図４に示すように、ｑ軸上の外周上にも短絡コイル８が構成されるので、この部分を流れる誘導電流による磁界が、漏れ磁界Ａ３を打ち消すように作用するので、漏れ磁界Ａ３が作用し難くなる。

前記ｄ軸電流による磁界Ａ２が固定磁力磁石４に作用すると、前記磁界を打ち消すような誘導電流が短絡コイル８ａに流れ、磁界（Ａ）が発生する。従って、固定磁力磁石４中には前記ｄ軸電流による磁界Ａ２と短絡電流による磁界（Ａ）が打ち消しあうので、磁界の増減はほとんど生じない。また、前記ｄ軸電流による磁界Ａ３が回転子のｑ軸部分に作用すると、前記磁界を打ち消すような誘導電流が短絡コイル８ｂに流れ、磁界（Ｂ）が発生する。従って、回転子のｑ軸部分でも前記ｄ軸電流による磁界Ａ３と短絡電流による磁界（Ｂ）が打ち消しあうので、磁界の増減はほとんど生じない。

一方、前記ｄ軸電流による磁界Ａ１が可変磁力磁石３に作用しても、短絡コイル８ａ，８ｂには磁界Ａ１の磁界を打ち消すような磁界は発生しない。さらに、磁界Ａ２及び磁界Ａ３が短絡コイル８ａ，８ｂに作用したことにより発生した短絡電流による磁界（Ａ）（Ｂ）が可変磁力磁石３にも作用し、ｄ軸電流による磁界と可変磁力磁石３に作用する磁界Ａ１の同方向になる。

図５は、永久磁石の全鎖交磁束の減磁時を説明する図である。永久磁石の全鎖交磁束の減磁時には、固定子１０の固定子巻線に通電時間が０．１ｍｓ〜１００ｍｓ程度の極短時間となるパルス的な電流を流して増磁時とは逆の磁界を形成し、可変磁力磁石３に磁界Ｂを作用させる。すなわち、固定子１０の固定子巻線にｄ軸成分電流を流すと、可変磁力磁石３に作用する磁界Ｂ１、固定磁力磁石４に作用する磁界Ｂ２、固定磁力磁石とｑ軸の外周側に作用する磁界（漏れ磁界）Ｂ３が形成される。

前記ｄ軸電流による磁界Ｂ２が固定磁力磁石４に作用すると、前記磁界を打ち消すような誘導電流が短絡コイル８ａに流れ。磁界（Ａ）が発生する。従って、固定磁力磁石４中には前記ｄ軸電流による磁界Ｂ２と短絡電流による磁界（Ａ）が打ち消しあうので、磁界の増減はほとんど生じない。また、前記ｄ軸電流による磁界Ｂ３が回転子のｑ軸部分に作用すると、前記磁界を打ち消すような誘導電流が短絡コイル８ａに流れ、磁界（Ｂ）が発生する。従って、回転子のｑ軸部分にも前記ｄ軸電流による磁界Ｂ３と短絡電流による磁界（Ｂ）が打ち消しあうので、磁界の増減はほとんど生じない。

一方、前記ｄ軸電流による磁界Ｂ１が可変磁力磁石３に作用しても、短絡コイル８には磁界Ｂ１の磁界を打ち消すような磁界は発生しない。さらに、磁界Ｂ２及び磁界Ｂ３が短絡コイル８に作用したことにより発生した、短絡電流による磁界が可変磁力磁石３にも作用し、ｄ軸電流による磁界が可変磁力磁石３に作用する磁界Ｂ１の磁界と同方向になる。

（１−３．効果）
以上のような構成を有する本発明の第１実施形態によれば、次の効果が得られる。

(1)短絡コイル８を形成する範囲を任意に指定することができるので、ｄ軸電流によって可変磁力磁石３の磁化を行う際のｑ軸部漏れ磁束を大幅に低減することができる。
(2)短絡コイル８を永久磁石３，４の表面に配置した導電性部材６と端板３４及びスペーサ３０に設けた短絡バー８１とにより短絡コイル８のループを構成することができるで、短絡コイル８の組み立てが容易になり、製造性が大幅に向上する。
(3)端板３４及びスペーサ３０に設けた短絡バー８１と永久磁石３，４の絶縁性部材を冷間圧着することで、短絡バー８１と絶縁性部材を単に押し付けるだけの接続よりも接続を確実に行うことができる。さらに、冷間圧接による接触抵抗を低減と高い圧力で押し付けとにより、接合作業を容易に行うことができ、自動化が容易になる。

（２）第２実施形態
本発明の第２実施形態は、第１実施形態の永久磁石式回転電機において、短絡バー８１と絶縁性部材との接着方法を変更したものである。本実施形態では、短絡バー８１と導電性部材６の接着を冷間圧着に変えて、ろう付け又は溶解によって行う。

このような第２の実施形態では、第１実施形態の効果(1)(2)に加えて、圧接のため過大な押し付け力を得る手段を必要とはせず、従来より一般的に行われているろう付けまたは溶解の簡単な手段及び設備で実施することができ、製造設備の簡素化を図ることができる。

（３）第３実施形態
本発明の第３実施形態は、第１実施形態の永久磁石式回転電機において、短絡バー８１と絶縁性部材との接着方法を変更したものである。本実施形態では、図６に示すように、短絡バー８１と導電性部材６の接着は、軸方向からのネジ止めによって行う。これにより、短絡バー８１と絶縁性部材を単に押し付けるだけの接続よりも接続を確実に行うことができる。

このような第３の実施形態では、第１実施形態の効果(1)(2)に加えて、単に押し付けるより接続が確実で接触抵抗を低減できる他、接触抵抗の経年的変化による増加や変動を抑制することができ、信頼性の向上を図ることができる。さらに、第２実施形態のろう付け又は溶解による接着よりも作業が簡便であり、容易に実施することができる。さらに、ネジによる接続固定であることから、取り外しも容易となる。

（４）第４実施形態
本発明の第４実施形態は、第１実施形態の永久磁石式回転電機において、端板３４及びスペーサ３０の材質を変更したものである。本実施形態では、図７に示すように、端板３４及びスペーサ３０としてエポキシ系ガラス繊維樹脂の絶縁材を積層したものを使用すると供に、短絡バー８１の表面に設けた絶縁材を省いたものである。

このような、第４の実施形態では、第１実施形態の効果(1)(2)に加えて、短絡バー８１に流れた誘導電流が端板３４やスペーサ３０にながれ、短絡コイル８の効果が不必要な部分での、短絡コイル８のループを成形することを確実に防止することができる。さらに、短絡バー８１の表面に絶縁材９を配置する工程を省くことができるので、短絡コイル８の組み立てが容易になり、製造性が大幅に向上する。

（１）第５実施形態
以下、本発明の第５実施形態を図８〜図１１に従って具体的に説明する。図８は本実施形態の永久磁石式回転電機の回転軸と直交する方向の断面図で、減磁時の磁束の方向を示す図、図９は同じく増磁時の磁束の方向を示す図である。図１０は本実施形態の永久磁石式回転電機の組立途中の状態を示す分解斜視図、図１１は同じく回転軸と平行な方向の断面図である。

（１−１）永久磁石式回転電機の構成
本発明の第１の実施形態の回転子１は、図８に示すように回転子鉄心２、可変磁力磁石３、固定磁力磁石４から構成される。回転子鉄心２は珪素鋼板を積層して構成し、前記の永久磁石は回転子鉄心２内に埋め込む。回転子鉄心２内を通過する磁束が可変磁力磁石３と固定磁力磁石４の厚さ方向に通過するように、可変磁力磁石３と固定磁力磁石４の端部に磁気障壁となる空洞５を設ける。

本実施形態では、可変磁力磁石３はフェライト磁石またはアルニコ磁石とし、この実施形態ではフェライト磁石を使用した。固定磁力磁石４は、ＮｄＦｅＢ磁石を使用した。この可変磁力磁石の保磁力は２８０ｋＡ／ｍとし、固定磁力磁石の保磁力は１０００ｋＡ／ｍとする。可変磁力磁石３は磁極中央のｄ軸に沿って回転子鉄心２内に配置し、その磁化方向はほぼ周方向である。固定磁力磁石４は磁化方向がｄ軸方向に対して所定の角度を持つように、前記可変磁力磁石３の両側の回転子鉄心２内に配置する。

前記回転子鉄心２内に埋め込まれた固定磁力磁石４を取り囲むように、短絡コイル８を設ける。この短絡コイル８は、（１）回転子鉄心の軸方向中央側よりＵ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂを挿入して装着し、各鉄心から突き出した部分を折り曲げて接続したり、（２）各鉄心から突き出した部分をリング状の導電性部材６に接続することによって構成するものである。

この短絡コイル８は、固定子巻線にｄ軸電流を通電させた場合に発生する磁束で、短絡電流が発生するものである。そのため、この短絡コイル８は、可変磁力磁石３を除いた固定磁力磁石４の磁路部分に設ける。その場合、固定磁力磁石４の磁化方向を中心軸として、固定磁力磁石４周囲に短絡コイル８を設ける。

本実施形態では、この短絡コイル８は、固定磁力磁石４の上下にそれぞれ設けられているが、上下いずれか一方でも良い。また、短絡コイル８を固定磁力磁石の上下の面（磁化方向と直行する方向）と平行に設けたが、短絡コイル８の対角線方向に１本あるいはＸ字状に２本設けることもできる。さらに、固定磁力磁石の表面に密着して設ける以外に、図示のように固定磁力磁石、及び固定磁力磁石と可変磁力磁石との間のブリッジ部分７を取り囲むように設けることもできる。

短絡コイル８は、可変磁力磁石３の磁化が変化する程度の短絡電流が１秒以内に流れ、その後１秒以内にその短絡電流を５０％以上減衰させるものであることが好ましい。また、短絡コイル８のインダクタンス値と抵抗値を、可変磁力磁石３の磁化が変化する程度の短絡電流が流れるような値とすると、効率が良い。

前記回転子２の外周には、エアギャップ１３を介して固定子１０を設ける。この固定子１０は、固定子鉄心１１と固定子巻線１２とを有する。この固定子巻線１２に流れる磁化電流により、短絡コイル８には誘導電流が誘起され、その誘導電流によって短絡コイル８を貫通する磁束が形成される。

また、この固定子巻線１２に流れる磁化電流により、可変磁力磁石３の磁化方向が可逆的に変化する。すなわち、可変磁力磁石と固定磁力磁石に対しては、永久磁石式回転電機の運転時において、ｄ軸電流による磁界で永久磁石３を磁化させて可変磁力磁石３の磁束量を不可逆的に変化させる。その場合、可変磁力磁石３を磁化するｄ軸電流を流すと同時にｑ軸電流により回転電機のトルクを制御する。

また、ｄ軸電流で生じる磁束により、電流（ｑ軸電流とｄ軸電流とを合成した全電流）と可変磁力磁石と固定磁力磁石とで生じる固定子巻線の鎖交磁束量（回転電機の全電流によって固定子巻線に生じる磁束と、回転子側の可変磁力磁石と固定磁力磁石とによって生じる磁束とから構成される固定子巻線全体の鎖交磁束量）をほぼ可逆的に変化させる。

特に、本実施形態では、瞬時の大きなｄ軸電流による磁界で可変磁力磁石３を不可逆変化させる。この状態で不可逆減磁がほとんど生じないか、僅かの不可逆減磁が生じる範囲のｄ軸電流を連続的に流して運転する。このときのｄ軸電流は電流位相を進めて端子電圧を調整するように作用する。すなわち、大きなｄ軸電流で可変磁力磁石３の極性を反転させ、電流位相を進める運転制御方法を行う。このようにｄ軸電流で可変磁力磁石３の極性を反転させているので、端子電圧を低下させるような負のｄ軸電流を流しても、可変磁力磁石３にとっては減磁界ではなく増磁界となる。すなわち、負のｄ軸電流で可変磁力磁石３は減磁することなく、端子電圧の大きさを調整することができる。

（１−２）減磁及び増磁作用
次に、前記のような構成を有する本実施形態の永久磁石式回転電機における増磁時と減磁時の作用について説明する。なお、各図中に、固定子巻線１２や短絡コイル８によって発生した磁力の方向を矢印により示す。

本実施形態では、固定子１０の固定子巻線１２に通電時間が０．１ｍｓ〜１００ｍｓ程度の極短時間となるパルス的な電流を流して磁界を形成し、可変磁力磁石３に磁界Ａを作用させる（図８参照）。永久磁石を磁化するための磁界Ａを形成するパルス電流は、固定子１０の固定子巻線１２のｄ軸電流成分とする。

２種類の永久磁石の厚みはほぼ同等するとｄ軸電流による作用磁界による永久磁石の磁化状態変化は保磁力の大きさにより変る。永久磁石の磁化方向とは逆方向の磁界を発生する負のｄ軸電流を固定子巻線１２にパルス的に通電する。負のｄ軸電流によって変化した磁石内の磁界Ａが−２８０ｋＡ／ｍになったとすると、可変磁力磁石３の保磁力が２８０ｋＡ／ｍなので可変磁力磁石３の磁力は不可逆的に大幅に低下する。

一方、固定磁力磁石４の保磁力が１０００ｋＡ／ｍなので磁力は不可逆的に低下しない。その結果、パルス的なｄ軸電流が０になると可変磁力磁石３のみが減磁した状態となり、全体の磁石による鎖交磁束量を減少することができる。さらに−２８０ｋＡ／ｍよりも大きな逆磁界をかけると可変磁力磁石３は逆方向に磁化して極性は反転する。この場合、可変磁力磁石３の磁束と固定磁力磁石４の磁束は打ち消しあうので永久磁石の全鎖交磁束は最小になる。

この場合、固定磁力磁石４によって生じる磁界の磁力の方向は、図８のＢに示すように、固定磁力磁石４から可変磁力磁石３の方向となるので、前記固定子巻線１２による磁界の磁力の方向と一致するため、可変磁力磁石３の減磁させる方向に強い磁力が作用する。同時に、短絡コイル８には、固定子巻線１２の磁界Ａを打ち消すような誘導電流が発生し、その誘導電流によって図８矢印Ｃで示すような磁力の方向を有する磁界が発生する。この短絡コイル８による磁力Ｃも、可変磁力磁石３の磁化方向を逆方向に向けるように作用する。これらより、可変磁力磁石３の減磁及び極性の反転が効率的に行われる。すなわち、短絡コイル８に誘起された誘導電流により発生した磁界Ｃの磁力の方向は、可変磁力磁石３を貫通する部分においては、磁化電流による磁界Ａの方向と一致するので、減磁方向の磁化も効果的に行われる。

つぎに、永久磁石の全鎖交磁束を増加させて最大に復元させる過程（増磁過程）を説明する。減磁完了の状態では、図９に示すように、可変磁力磁石３の極性は反転しており、反転した磁化とは逆方向（図８に示す初期の磁化方向）の磁界を発生する正のｄ軸電流を固定子巻線１２に通電する。反転した逆極性の可変磁力磁石３の磁力は前記磁界が増すに連れて減少し、０になる。さらに正のｄ軸電流による磁界を増加させると極性は反転して初期の極性の方向に磁化される。ほぼ完全な着磁に必要な磁界である３５０ｋＡ／ｍをかけると、可変磁力磁石３は着磁されてほぼ最大に磁力を発生する。

この場合、減磁時と同様に、ｄ軸電流は連続通電で増加させる必要はなく、目標の磁力にする電流を瞬間的なパルス電流を流せばよい。一方、固定磁力磁石４の保磁力が１０００ｋＡ／ｍなので、ｄ軸電流による磁界が作用しても固定磁力磁石４の磁力は不可逆的に変化しない。その結果、パルス的な正のｄ軸電流が０になると可変磁力磁石３のみが増磁した状態となり、全体の磁石による鎖交磁束量を増加することができる。これにより元の最大の鎖交磁束量に戻すことが可能となる。

以上のようにｄ軸電流による瞬時的な磁界を可変磁力磁石３と固定磁力磁石４に作用させることにより、可変磁力磁石３の磁力を不可逆的に変化させて、永久磁石の全鎖交磁束量を任意に変化させることが可能となる。

（１−３）短絡コイル８の作用
つぎに、短絡コイル８の作用について述べる。可変磁力磁石３と固定磁力磁石４は回転子鉄心２内に埋め込まれて磁気回路を構成しているので、前記ｄ軸電流による磁界は可変磁力磁石３のみでなく、固定磁力磁石４にも作用する。本来、前記ｄ軸電流による磁界は可変磁力磁石３の磁化を変化させるために行う。そこで、前記ｄ軸電流による磁界が固定磁力磁石４に作用しないようにし、可変磁力磁石３に集中するようにすればよい。

本実施形態では、固定磁力磁石４の周囲に短絡コイル８を配置している。この場合、短絡コイル８は、固定磁力磁石４の磁化方向を中心軸として配置する。図９に示す、可変磁力磁石３の増磁方向の磁化を行う場合、前記ｄ軸電流による磁界Ａが固定磁力磁石４に作用すると、前記磁界Ａを打ち消すような誘導電流が短絡コイル８に流れる。したがって、固定磁力磁石４中には、前記ｄ軸電流による磁界Ａと短絡電流による磁界Ｃが作用し両者が打ち消し合うために、磁界の増減はほとんど生じない。

さらに、短絡電流による磁界Ｃは可変磁力磁石３にも作用し、ｄ軸電流による磁界Ａと同方向になる。したがって、可変磁力磁石３を磁化させる磁界Ａが強まり、少ないｄ軸電流で可変磁力磁石３を磁化できることになる。また、この短絡コイル８による磁界Ｃの磁力の方向は、固定磁力磁石４によって生じる磁界Ｂの磁力の方向と反対なので、この磁界Ｂの磁力を打ち消す方向にも作用する。よって少ない磁化電流により、可変磁力磁石３を効果的に増磁することができる。

このとき、固定磁力磁石４は短絡コイル８により前記ｄ軸電流の影響を受けなく、磁束の増加はほとんど生じないので、ｄ軸電流による固定子鉄心１１の磁気飽和も緩和できる。すなわち、固定子鉄心１１は、ｄ軸電流によって発生する磁界Ａが固定子巻線１２間に形成された磁路を通過することにより、その部分の磁気飽和が生じる可能性がある。しかし、本実施形態では、短絡コイル８の磁界Ｃのうち、固定子鉄心１１の磁路を通過する部分が、ｄ軸電流による磁界Ａと逆方向に作用するので、固定子鉄心１１の磁路が磁気飽和することが緩和される。

（１−４）永久磁石式回転電機の製造方法
前記のような構成を有する本実施形態の永久磁石式回転電機は、次のようにして製造される。図１０，１１において、符号２０は本実施形態の永久磁石式回転電機の回転子を示すものであって、この回転子鉄心２０はその軸方向中央部から２分割されており、第１の鉄心部２０ａと、第２の鉄心部２０ｂとから構成される。この各鉄心部２０ａ，２０ｂには、図８及び図９において説明したように、固定磁力磁石及び可変磁力磁石の装着孔、磁気障壁及び短絡コイル８を挿入する空洞５が、回転子の軸と平行に鉄心部を貫通するように形成されている。

各鉄心部２０ａ，２０ｂの間には、鉄心部と同一外径のスペーサ３０が配設されている。このスペーサ３０は、短絡コイル８と同様な銅、アルミなどの導電性、エポキシ樹脂系ガラス繊維などの絶縁性の材料などで構成される。このスペーサ３０の表面及び裏面には、前記Ｕ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂの短辺部分を固定するための装着部４５が形成される。この装着部４５に、一方の鉄心部２０ａ内において短絡コイル８の一部を構成するＵ字状短絡コイル８１ａが、またスペーサ３０の裏面には、他方の鉄心部２０ｂ内において短絡コイル８の一部を構成する一対のＵ字状短絡コイル８１ｂが配置されている。

これらのＵ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂの各鉄心に挿入する部分の長さは、各鉄心部２０ａ，２０ｂの回転軸方向の寸法よりも、Ｕ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂの回転子周方向の長さの１／２より長いものであって、各鉄心部の内側（回転子中心側）から短絡コイル８１ａ，８１ｂを装着孔２２に挿入した場合に、その先端部が各鉄心部の外側（回転子の外側面）に突出する寸法である。

スペーサ３０に設けられた装着部４５は、スペーサ３０の両面に設けられているが、スペーサ３０の表面と裏面とでは、その配設位置が異なっている。すなわち、本実施形態の永久磁石式回転電機は、回転子の鉄心部２０ａ，２０ｂがスキュー構造を採用しているため、回転子の左右の鉄心部２０ａ，２０ｂでは、可変磁力磁石３や固定磁力磁石４、あるいはその周囲に配置される短絡コイル８の位置が、回転子の円周方向にずれている。従って、スキュー角度に合わせて、スペーサ３０の両面に設けられたＵ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂの装着部４５も、スペーサ３０の表面と裏面とで回転子の周方向にずれた位置に設けられている。同様に、これらのＵ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂを挿入する空洞５ａ，５ｂもスキュー角度ずれた位置に設けられている。

なお、図１０，１１では、空洞５ａ，５ｂ及びＵ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂの一部のみを示しているが、空洞５ａ，５ｂ及びＵ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂの数は、磁極数、各磁極に設ける永久磁石数、また、各永久磁石に設ける短絡コイル８数に応じて設定される。

このような構成を有するスペーサ３０を、その両面のＵ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂを空洞５に挿入した状態で、左右の鉄心部２０ａ，２０ｂに挟持させることで、本実施形態の回転子鉄心２０が構成される。この場合、回転子の左右の鉄心部２０ａ，２０ｂがスキューしており、磁極を構成する可変磁力磁石や固定磁力磁石の位置が周方向にずれていても、スペーサ３０に設けたＵ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂも導電性の板の表面と裏面でスキュー角度ずれた位置にあるので、左右の鉄心部２０ａ，２０ｂでスペーサ３０を挟持するように結合することで、鉄心の適切な位置（固定磁力磁石を取り囲む位置）に短絡コイル８を形成することができる。

左右の鉄心部２０ａ，２０ｂによりスペーサ３０を挟持すると、回転子鉄心２０軸方向端面にはＵ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂの先端が突出する。そこで、図１２のように、この突出したＵ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂの先端同士を、溶接やろう付けなどの手段で短絡接続して、短絡接続部３３ａ，３３ｂを形成する。その結果、鉄心部２０ａ，２０ｂ内には、短絡コイル８が形成される。この短絡接続部３３ａ，３３ｂの外側は、絶縁材料または導電性バーよりも電気抵抗が大きな部材から成る３４ａ，３４ｂによって被覆する。

前記のような構成を有する第５実施形態によれば、スペーサ３０の両面に装着部４５を形成しておき、この装着部にＵ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂを配置し、これを左右の鉄心部２０ａ，２０ｂで挟み込むという簡単な作業で、スキュー構造の鉄心内に短絡コイル８を配置することができる。特に、短絡コイル８を永久磁石とその周囲のブリッジ部とを取り囲むように設ける場合、従来の手法では、鉄心内に貫通した空洞５ａ，５ｂ内に、コイルを１本ずつ通して行く必要があり、その作業が繁雑であった。しかし、本実施形態では、左右の鉄心部でＵ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂを挟持する場合に、装着部４５を設けたスペーサ３０と鉄心部２０とでＵ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂを挟み込むことで、鉄心内に設けるすべての短絡コイル８を一挙に鉄心内に組み込むことができる。その結果、短絡コイル８の組み込み作業が、従来技術に比較して格段に向上する。

（２）第６実施形態
この第６実施形態は、実施形態５の端版に導電性円盤３２を付け加えることにより、左右の鉄心部２０ａ，２０ｂ内を貫通する短絡コイル８を得るものである。図１３は、第２実施形態におけるＵ字型短絡コイル８１ａ，８１ｂと、各鉄心と、スペーサ３０と、導電性円盤３２とを示す平面図である。図１４は、このＵ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂによって短絡コイル８を形成された回転子の断面図である。

第６実施形態では、各左右の鉄心部２０ａ，２０ｂの両端に鉄心部と同一外径の導電性円盤３２を設ける。この導電性円盤３２は、短絡コイル８と同じ素材とする。本実施形態で使用するＵ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂの長辺部分は、各鉄心部２０ａ，２０ｂの回転軸方向の寸法よりも、導電性円盤３２の厚さの分だけ長いものとする。このＵ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂを空洞５ａ，５ｂに挿入した場合に、その先端部が導電性円盤３２の厚さの分だけ各鉄心部の外側（回転子の外側面）に突出する寸法である。

導電性円盤３２には、鉄心部２０ａ，２０ｂの空洞５ａ，５ｂと同じ位置に短絡コイル挿入孔２３ａ，２３ｂが設けられている。すなわち、鉄心部２０ａ，２０ｂと導電性円盤３２を重ね合わせた場合には、鉄心部２０ａ，２０ｂの空洞５ａ，５ｂと導電性円盤３２の短絡コイル挿入孔２３ａ，２３ｂが一致し、一つの短絡コイル挿入孔を形成する。導電性円盤３２に設けられた短絡コイル挿入孔２３ａ，２３ｂは、Ｕ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂの導電性部材６の径よりも僅かに小さくする。Ｕ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂの端と導電性円盤３２は、冷間圧接法により圧接され、Ｕ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂと導電性円盤３２により短絡コイル８が形成されている。

このような構成を有する第６実施形態では、前記実施形態１の効果に加えて、導電性円盤３２に設けた短絡コイル挿入孔２３ａ，２３ｂの径をＵ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂの導電性部材６の径よりも僅かに大きくすることにより、Ｕ字状短絡コイルを強い力で押し込む冷間圧接を行う。これにより、Ｕ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂ導電性円盤３２の接合作業が可能になり、製造工程の自動化が容易になる。
なお、Ｕ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂの長辺部は、各鉄心部２０ａ，２０ｂの回転軸方向の寸法に導電性円盤３２の暑さを加えた分だけまたはそれよりも長いものとし、組み立てた際に導電性円盤３２の端面でろう付けまたは溶解接続しても同様の機能が得られる。

（３）第７実施形態
この第７実施形態は、第１の実施形態の鉄心を圧粉鉄心により製作するものである。スキューを有する回転子鉄心に後から短絡コイル８を形成することは、短絡コイル８の構成が複雑なために製造性が良くない。本実施形態の製造方法としては、事前に端板３４ａ，３４ｂと型枠の内部に、永久磁石、短絡コイル及びスペーサ３０を形成しておき、この端板３４ａ，３４ｂと型枠の内部に圧粉鉄心用の鉄粉を挿入するものである。

図１６に示すように第７実施形態では、端板３４ａ，３４ｂに圧粉挿入口を設ける。この圧粉挿入口する圧粉鉄心用の鉄粉を挿入する手段は、公知の手段を用いることができる。その後、圧粉を挿入した回転子に対して高温高圧を加えることで圧粉鉄心を形成する。これにより、複雑な構造の短絡コイル８を後から鉄心内部に構成する必要がなくなる。これにより、製造性を高めることが可能となる。

（４）第８実施形態
この第８実施形態では、前記各実施形態において、図１７に示すように、短絡コイル８の表面に絶縁性のモールド８２を施したものとする実施形態である。この実施形態は、永久磁石式回転電機の作製工程の鉄心の空洞５ａ，５ｂに短絡コイル８を挿入する際に、短絡コイル８の表面に設けた絶縁皮膜の破損を防止するものである。

Ｕ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂを突き通す鉄心は、薄い電磁鋼板を積層することにより構成されている。そのた、Ｕ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂが突き抜ける空洞５ａ，５ｂの表面は、ミクロ的には多数の凹凸が存在している。Ｕ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂを挿入する際に、この凹凸によりＵ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂの表面の絶縁皮膜が剥がれてしまう恐れがある。また、Ｕ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂは、一般的にな単線のエナメル被覆銅線が使われるが、このエナメル被覆銅線は材質的にやわらかく、空洞５ａ，５ｂへの挿入が容易ではない。さらに、端板３４ａ，３４ｂに導電性円盤３２を使用する第２の実施形態では、導電性円盤３２に設けた短絡コイル挿入孔２３ａ，２３ｂの径が、Ｕ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂの径とほとんど変わらなくなるので、短絡コイル挿入孔２３ａ，２３ｂへの挿入はさらに困難になる。

そこで、本実施形態のＵ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂは、図１７に示すように、Ｕ字状の導電性部材６から構成し、接続箇所部分を除いた表面を絶縁物でモールドする。このＵ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂを回転子鉄心２内に設けた空洞５の縁の部分にはめ込むように装着する。これにより、Ｕ字状短絡コイル８１ａ，８１ｂの絶縁部分の絶縁性の向上と強度向上を図ることができる。

１…回転子
２…回転子鉄心
３…可変磁力磁石
４…固定磁力磁石
５，５ａ，５ｂ…空洞
６，６ａ〜６ｇ…導電性部材
７…ブリッジ部分
８…短絡コイル
８１…短絡バー
８１ａ，８１ｂ…Ｕ字状短絡コイル
８２…絶縁モールド
９…絶縁材
１０…固定子
１１…固定子鉄心
１２…固定子巻線
１３…エアギャップ
２０ａ，２０ｂ…鉄心部
２２…装着孔
２０…回転子
２２ａ，２２ｂ…短絡コイル挿入孔
３０…スペーサ
３２…導電性円盤
３３ａ，３３ｂ…短絡接続部
３４ａ，３４ｂ…端板
４５…装着部

Claims (14)

1. 外部からの磁界により不可逆的に磁束密度が変化する可変磁力磁石と、前記可変磁力磁石の２倍以上の保磁力を有する高保磁力の固定磁力磁石とから回転子の磁極を形成し、
   この磁極を回転子鉄心内に複数個配置して回転子を形成し、
   この回転子の外周にエアギャップを介して固定子を配置し、
   この固定子に電機子鉄心と電機子巻線を設け、
   この電機子巻線が作る磁界により前記回転子の磁極を構成する永久磁石の少なくとも１個を磁化させることにより、永久磁石の磁束量を不可逆的に変化させる永久磁石式回転電機において、
   前記可変磁力磁石は、磁化方向と平行な側面である４つの側面における回転軸中心線と平行な面に導電性材料をコーティングまたは配置し、
   前記固定磁力磁石は、固定磁力磁石の全面のうち少なくとも磁化方向と平行な側面である４つの側面における回転軸中心線と平行な面に導電性材料をコーティングまたは配置し、
   前記可変磁力磁石と前記固定磁力磁石とにコーティングまたは配置した導電性材料を接続することで短絡コイルを構成することを特徴とする永久磁石式回転電機。
2. 前記回転子鉄心の外側に端板を配置し、
   その端板に設けた短絡バーと前記可変磁力磁石及び固定磁力磁石にコーティングまたは配置した導電性材料とにより短絡コイルを構成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。
3. 前記短絡バーと前記端板の間に絶縁材を配置することにより、短絡バーと端板とを電気的に絶縁した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。
4. 前記端板を絶縁物で構成すると共に、この端板に短絡バーを配置する溝を設けた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。
5. 前記導電性材料と前記短絡バーは、冷間圧接により接合していることを特徴する請求項２〜４のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機。
6. 前記導電性材料と前記短絡バーは、ロウ付けまたは溶接により接合していることを特徴する請求項２〜４のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機。
7. 前記導電性材料と前記短絡バーは、軸方向から固定されるネジにより接続していることを特徴する請求項２〜４のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機。
8. 保持力と磁化方向厚さの積が互いに異なる２種類以上の永久磁石を用いて磁極を形成し、
   この磁極を回転子鉄心内に複数個配置して回転子を形成し、
   この回転子の外径にエアギャップを介して固定子を配置し、
   この固定子に固定子鉄心と固定子巻線を設け、
   この固定子巻線が作る磁界により前記回転子の磁極を構成する永久磁石の少なくとも１個を磁化させた永久磁石式回転電機において、
   前記回転子の鉄心を軸方向において２つ以上に分割し、この分割した鉄心部同士の磁極位置を周方向にスキューさせ、
   この鉄心の軸方向中央部よりＵ字状短絡コイルを挿入し、鉄心部分から突き出した部分を接続することにより短絡コイルを構成することにより、
   各鉄心部の短絡コイルを、各鉄心部のスキュー角度に応じて回転子の周方向にずれた角度で配置することを特徴とする永久磁石式回転電機。
9. 前記回転子鉄心の反中央側端面に導電性円盤を設け、この導電性円盤にはＵ字形状コイルが突き抜ける短絡コイル挿入孔が設けられ、
   この孔にＵ字状短絡コイルを挿入することにより、短絡コイルを構成することを特徴とする請求項８に記載に記載の永久磁石式回転電機。
10. 前記Ｕ字状短絡コイルと前記導電性円盤は、接続部分を冷間圧着により接続することを特徴とする請求項９に記載の永久磁石式回転電機。
11. 前記Ｕ字状短絡コイルの接続箇所を除いた部分は、絶縁物でモールドが施されていることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機。
12. 外部からの磁界により不可逆的に磁束密度が変化する可変磁力磁石と、前記可変磁力磁石の２倍以上の保磁力を有する高保磁力の固定磁力磁石とから回転子の磁極を形成し、
    この磁極を回転子鉄心内に複数個配置して回転子を形成し、
    この回転子の外周にエアギャップを介して固定子を配置し、
    この固定子に固定子鉄心と固定子巻線を設け、
    この固定子巻線が作る磁界により前記回転子の磁極を構成する永久磁石の少なくとも１個を磁化させることにより、永久磁石の磁束量を不可逆的に変化させる永久磁石式回転電機の製造方法において、
    前記可変磁力磁石は、磁化方向と平行な側面である４つの側面における回転軸中心線と平行な面に導電性材料をコーティングまたは配置し、
    前記固定磁力磁石は、固定磁力磁石の全面のうち少なくとも磁化方向と平行な側面である４つの側面における回転軸中心線と平行な面に導電性材料をコーティングまたは配置し、
    前記可変磁力磁石と前記固定磁力磁石とにコーティングまたは配置した導電性材料を接続することで短絡コイルを構成することを特徴とする永久磁石式回転電機の製造方法。
13. 保持力と磁化方向厚さの積が互いに異なる２種類以上の永久磁石を用いて磁極を形成し、
    この磁極を回転子鉄心内に複数個配置して回転子を形成し、
    この回転子の外径にエアギャップを介して固定子を配置し、
    この固定子に固定子鉄心と固定子巻線を設け、
    この固定子巻線が作る磁界により前記回転子の磁極を構成する永久磁石の少なくとも１個を磁化させた永久磁石式回転電機の製造方法において、
    前記回転子の鉄心を軸方向において２つ以上に分割し、この分割した鉄心部同士の磁極位置を周方向にスキューさせ、
    この鉄心の軸方向中央部よりＵ字状短絡コイルを挿入し、鉄心部分から突き出した部分を接続することにより短絡コイルを構成することにより、
    各鉄心部の短絡コイルを、各鉄心部のスキュー角度に応じて回転子の周方向にずれた角度で配置することを特徴とする永久磁石式回転電機の製造方法。
14. 保持力と磁化方向厚さの積が互いに異なる２種類以上の永久磁石を用いて複数の磁極と、
    永久磁石の磁化を行なう際に発生する磁束によって短絡電流が流れるような導電性の短絡コイルとにより回転子を形成し、
    この回転子の外径にエアギャップを介して固定子を配置し、
    この固定子に固定子鉄心と固定子巻線を設け、
    この固定子巻線が作る磁界により前記回転子の磁極を構成する永久磁石の少なくとも１個を磁化させ、
    前記回転子の鉄心を軸方向において２つ以上に分割し、この分割した鉄心部同士の磁極位置を周方向にスキューさせた永久磁石式回転電機の製造方法において、
    前記回転子は、
    型枠内に、前記永久磁石と、前記短絡コイルとを配置し、
    その後圧粉鉄心用の圧粉を型枠内に挿入し、高温高圧を加えることにより形成した圧粉鉄心とすることを特徴とする永久磁石式回転電機の製造方法。

Images