JPH0638475A

JPH0638475A - 永久磁石回転電機とその制御方法及び制御装置並びにそれを使用した電気自動車

Info

Publication number: JPH0638475A
Application number: JP4189489A
Authority: JP
Inventors: Fumio Tajima; 文男田島; Hiroyuki Kanazawa; 宏至金澤; Kazuo Tawara; 和雄田原; Nobuyoshi Muto; 信義武藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-07-16
Filing date: 1992-07-16
Publication date: 1994-02-10
Anticipated expiration: 2015-12-11
Also published as: JP3117164B2

Abstract

(57)【要約】【目的】電気自動車の駆動などに好適な、小形軽量、
高トルクで速度制御範囲の広い永久磁石回転電機を提供
すること。【構成】回転子２の界磁磁極を構成する永久磁石８を
各極毎に２分割し、その間に永久磁石８よりも可逆透磁
率の高い磁性材からなる補助磁極２０を配置し、電機子
反作用により、この補助磁極２０に増磁方向と減磁方向
の磁束を発生させるようにしたもの。【効果】回転子２の回転位相に対する回転磁界の回転
位相を制御することにより弱め界磁と強め界磁と同じ効
果を出すことができ、低速での大きなトルクと、回転速
度の上限を伸ばすことができ、かつ、補助磁極２０位置
は永久磁石が不要になるため、コストを抑えることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、界磁磁束発生用として
永久磁石を用いた回転電機に係り、小型軽量で高トルク
が得られ、且つ、速度制御範囲が広く得られ、従って、
特に電気自動車の駆動モータに好適な永久磁石回転電機
と、その制御方法及び制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車の駆動モータとしては、数十
キロワットオーダーの容量のものが経済的に得られるな
ら、直流電動機や誘導電動機、或いは直流電動機の一種
である永久磁石電動機など任意の電動機を使用すること
が可能である。ところで、これらの電動機のうち、ま
ず、直流電動機は、電気自動車に好ましいトルク特性を
有している。

【０００３】また、誘導電動機は、この程度の容量の電
動機としては最も普及している機種であり、かつ、近年
は、ベクトル制御を用いた弱め界磁制御などの制御によ
って広い範囲の速度制御が可能で、直流電動機と同様、
電気自動車としては好ましいトルク特性を得ることがで
き、従って、現状では実用性が最も大きいと考えられて
いる電動機である。

【０００４】一方、永久磁石電動機は、従来から極めて
小容量の電動機としては広く普及しているが、近年、高
性能磁石の開発によって数十キロワット程度のものでも
適当なコストで得られるようになり、ブラシレス化が容
易な上、小型で運転効率が最も高いという特徴をもって
いるため、自動車用として注目されてきている。

【０００５】ところで、これらの電気自動車用の駆動モ
ータとして考えられている電動機のうち、まず、直流電
動機はブラシや整流子のメインテナンスが必要な点で難
があり、他方、誘導電動機は励磁電流分が必要で、その
分損失が増し、さらに２次抵抗損もあるため、効率が低
いという問題点があった。

【０００６】一方、永久磁石電動機は、弱め界磁制御が
困難で、自動車用として充分な制御性が得られないとい
う問題点があるが、このような問題点に対処した従来技
術としては、例えば特開平１−２８６７５８号公報によ
れば、弱め界磁制御が可能な突極磁極を持つ永久磁石回
転電機が提案されている。そして、この従来技術では、
永久磁石からなる界磁磁極の異極間に高透磁率材料から
なる補助磁極を設け、これにより弱め界磁制御が可能に
なるようにしていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、補助
磁極により電機子巻線のインダクタンスが大きくなって
しまう点、及び電機子反作用の横軸による磁束により鉄
損が増えてしまう点について配慮がされておらず、出力
や効率が低下してしまうという問題点があった。本発明
の目的は、上記した従来技術の問題点に対処し、運転効
率が高く、高出力が得られるという永久磁石型回転電機
の特性を最大限に発揮しながら弱め界磁制御が可能で、
永久磁石の使用量が最小限に抑えられ、かつ回転界磁型
の回転電機として構成したときでの永久磁石の保持が容
易で構成が簡単になり、小型軽量化が充分に得られ、こ
の結果、特に電気自動車の駆動モータとして最適な永久
磁石回転電機を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、回転界磁型
永久磁石回転電機の永久磁石からなる界磁極の各極を２
分割し、その間に永久磁石よりも可逆透磁率の高い磁性
材からなる補助磁極を配置することにより達成される。

【０００９】

【作用】補助磁極は、電機子反作用による増磁作用又は
減磁作用を増大させるように働き、これにより最大界磁
磁束の増加をもたらしたり、弱め界磁制御と同じ機能を
与えたりすることができるようにする。すなわち、永久
磁石回転子は電機子(固定子)による回転磁界中におか
れ、同期電動機としてトルクを発生するが、このとき回
転磁界の位相を制御することにより回転子の同一磁極面
の所定の位置に電機子起磁力、つまり電機子反作用を与
えることができる。

【００１０】一方、磁極面には透磁率の高い補助磁極が
設けてあるので、この電機子反作用による増磁磁界又は
減磁磁界により多量の磁束を生じさせることができ、増
磁又は減磁の効果が大きく現われ、最大界磁磁束数が大
きくなってトルクの増加を可能にすると共に、見かけ上
弱め界磁と同じ機能を発揮させることができるのであ
る。

【００１１】また、補助磁極が同一磁極の中にあるた
め、電機子反作用を磁極と磁極の間に働かせることによ
り補助磁極に磁束が流れないようにでき、この結果、電
機子巻線のインダクタンスの増加が抑えられるので出力
を増加させることができ、且つ鉄損が減少するため効率
の向上が得られる。

【００１２】さらに、補助磁極は、永久磁石からなる磁
極の回転子への取付部材としても機能するので、永久磁
石磁極の保持が容易にできる。また、このとき、補助磁
極に周方向の突起を設け、これによって永久磁石磁極が
保持されるようにすれば、さらに磁極の保持を強固にす
ることができる。また、補助磁極は、それが設けられて
いる分だけ、磁極面での永久磁石が不要になるため、永
久磁石の使用量が少くて済み、さらにコストダウンを図
ることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明について、図示の実施例により
詳細に説明する。図２は、本発明による永久磁石回転電
機の一実施例で、永久磁石回転電機全体を１で表わして
ある。図２(a)において、この実施例による永久磁石回
転電機１は、回転子２と、ハウジング３、このハウジン
グ２の内周面に固定された固定子鉄心４、この固定子鉄
心４に巻回された多相巻線構造の電機子巻線５とからな
る。

【００１４】回転子２は永久磁石８からなる回転界磁極
と、シャフト６、ヨーク７とで構成されている。そし
て、シャフト６は、ベアリング１０によりエンドブラケ
ット９に軸支され、これにより回転子２は、ハウジング
３及び固定子鉄心４と電機子巻線５からなる電機子に対
して回転自在に保持されている。また、この実施例は、
いわゆるブラシレス型直流電動機を構成しており、この
ため、回転子２の磁極の位置を検出する位置検出器ＰＳ
と、回転速度を検出するエンコーダＥとを備えている。

【００１５】図２の(b)は回転子２の外周に配置される
固定子鉄心４を示したもので、ここで、固定子鉄心４は
コアバック４ａとティース部４ｂとで構成され、ティー
ス部４ｂ間に形成されているスロット部４ｃに電機子巻
線５が配置されるようになっている。なお、このような
固定子鉄心４に電機子巻線５を巻回した電機子は、従来
技術と同じである。

【００１６】次に、回転子２の詳細について図１により
説明する。なお、この回転子２は、図２に示したよう
に、その外周面が固定子鉄心１の内周面との間に所定の
寸法の空隙を保って配置されるものである。回転子２
は、図２では表われていないが、この図１から明らかな
ように、ヨーク７と永久磁石８の他に補助磁極２０を備
えている。なお、この図１において、(a)は２極の界磁
からなる回転子の一実施例で、(b)は４極の場合の一実
施例である。

【００１７】補助磁極２０は、積層された珪素鋼板から
なる略円柱形のヨーク７と一体に、その外周面から突出
するようにして形成されている。そして、ヨーク７の外
周面で、補助磁極２０が形成されていない部分には、円
筒形を縦方向に切断して週方向に分割した形状に作られ
ている永久磁石８が、(a)の２極の場合には４個、(b)の
４極の場合には８個、それぞれ設けられている。

【００１８】また、これらの実施例では、何れも補助磁
極２０には、回転子の周方向に突出した突起部２０ａが
両側に設けられており、これにより永久磁石８のそれぞ
れの一端が保持されるようになっている。

【００１９】ところで、この図１において、アルファベ
ットのＮとＳの文字は、各永久磁石８の着磁方向を表わ
したものであるが、これから明らかなように、本発明で
は、何れの実施例でも、永久磁石からなるＮ極及びＳ極
が、見かけ上、それぞれ回転子の周方向で２分割され、
その間に補助磁極２０が位置するようになっていること
が判る。すなわち、図１の(a)の２極の場合には、表面
がＮ極の２個の永久磁石の間と、表面がＳ極の２個の永
久磁石の間に、それぞれの補助磁極２０が位置し、同図
(b)の４極の場合には、表面がＮ極の４個２組の永久磁
石の間と、表面がＳ極の４個２組の永久磁石の間に、そ
れぞれの補助磁極２０が位置しているのである。

【００２０】従って、この実施例による回転子２は、そ
の外周面に永久磁石８と、永久磁石８より高い透磁率を
有する補助磁極２０)とが交互に配置された構造になっ
ていることが判る。なお、このとき、永久磁石８の周方
向での幅さと、補助磁極２０の同じく周方向での幅との
比は、通常、永久磁石８の方が補助磁極２０よりより大
となるように選択する。また、補助磁極２０の周方向幅
は１個の永久磁石８、例えばＮ極の周方向幅より小さく
なるようにする。これによって、永久磁石８による界磁
の磁束量が確保でき、特性を安定にすることができる。
さらに、補助磁極２０とヨーク７は共に高透磁率磁性体
であることから、上記したように、同一磁性材質、例え
ば、珪素鋼板等によって一体に作ることができる。

【００２１】上記したように、補助磁極２０の外周の両
側には突起部２０ａが設けられており、これにより永久
磁石８が遠心力により飛び出すのを防止するようになっ
ているが、このとき、図１の(b)の４極の場合の方が、
同(a)の２極の場合よりも保持効果が大きくなり、極数
が大きくなるにつれて、この保持効果はさらに大きく得
られる。また、例えば、さらに高速回転が要求される場
合など、必要によっては、回転子２の外周にステンレス
材などの非磁性材料からなる補強リング等(図示せず)を
設け、さらに強い遠心力にも耐えられるようにしてもよ
い。図２に戻り、固定子鉄心４と電機子巻線５からなる
固定子に関しては、従来のブラシレス直流電動機と全く
同一の構成となっている。

【００２２】次に、この種のブラシレス直流電動機の制
御回路について、図３の実施例により説明する。図３に
おいて、永久磁石回転電機１の電機子巻線５には、直流
電源１１からインバータ１２を介して電力が供給される
ようになっている。一方、速度制御回路(ＡＳＲ)１３で
は、速度指令ωｓと、永久磁石回転電機１のエンコーダ
Ｅからのの位置情報θによりＦ／Ｖ変換器１７を介して
得られる実際の速度ωｆとから速度差ωｅを算出し、こ
れにＰＩ制御(Ｐ：比例項、Ｉ：積分項)等によって、ト
ルク指令、すなわち電流指令Ｉｓと、必要に応じて位相
シフト指令θ１とを出力する。

【００２３】一方、正弦波・余弦波発生回路１４では、
回転子２の位置を検出する位置検出器ＰＳとエンコーダ
Ｅからのパルス、すなわち回転子の位置情報θ或いは位
相シフト指令θ１などから、電機子巻線５の各巻線(こ
こでは３相)の誘起電圧と同相の正弦波出力、あるいは
必要に応じて位相シフトした正弦波出力を発生する。ま
た、２相−３相変換回路１６は、電流指令Ｉｓと正弦波
・余弦波発生回路１４の出力に応じて、電機子巻線５の
各相の巻線に対する電流指令Ｉｓａ、Ｉｓｂ、Ｉｓｃを
出力する。各相にはそれぞれ個別に電流制御系(ＡＣＲ)
１５が設けられており、電流指令Ｉｓａ、Ｉｓｂ、Ｉｓ
ｃと電流検出器ＣＴからの電流検出信号Ｉｆａ、Ｉｆ
ｂ、Ｉｆｃに応じた信号がインバータ１２に送られ、各
相電流を制御し、回転子２の回転に同期した回転磁界が
発生する。

【００２４】そして、このとき、各相電流を合成した電
流は、回転子２による界磁磁束と直角な位置、或いは位
相シフトした位置に常に形成され、これにより、整流子
を用いること無く、直流機と同等の制御特性を得ること
ができる。

【００２５】図４は、電機子による回転磁界の位相を界
磁磁束と直角な位相、つまり電機子巻線５の誘起電圧と
同相に制御した場合の、２相−３相変換回路１６の出力
信号Ｉｓａ、Ｉｓｂ、Ｉｓｃに対する電流指令出力信号
の波形を示したもので、各相には電気角で１２０度の位
相差を有する正弦波信号を出力する。そして、この電流
指令は、必要に応じて誘起電圧から位相シフトさせるこ
とができ、これにより励磁電流成分とトルク電流成分と
を独立に制御することができる。

【００２６】図５は、２極の回転子２を用いた場合での
電機子反作用により界磁磁束φｍが強められる方向に位
相シフト制御したときのベクトル図で、図中のＩｑ成分
は、図４に示した場合と同じく誘起電圧と同相の成分を
表わしているが、一方、Ｉｄ成分は、誘起電圧と直交す
る成分、つまり界磁磁束φｍと同一方向の成分を表わし
ている。

【００２７】ここで、各相電流成分についてみると、ま
ずｄ軸成分であるＩｄ成分は補助磁極２０が存在する方
向に向き、かつ、この方向の磁気的な抵抗は、補助磁極
２０が高透磁率材料で、その磁気抵抗がほぼゼロである
と見做せるため、実質的には空隙による磁気抵抗だけと
なり、かなり小さくなっているため、大きな磁束φａを
発生させることができる。

【００２８】一方、ｑ軸方向にも各相電流成分のｑ軸成
分によって発生する磁界による磁束が当然発生する筈で
有るが、ｑ軸方向は永久磁石８を通り、従って、その磁
気的な抵抗は、永久磁石８の透磁率が空気と同じ１であ
ることから極めて大きな値となり、この結果、このｑ軸
方向の磁束は、永久磁石８による界磁磁束φｍと、補助
磁極２０による磁束φａに比して非常に小さいため、無
視できる。

【００２９】この実施例による回転子２では、永久磁石
８の界磁磁束φｍと補助磁極２０による磁束φａとが合
成されて全磁束φｔを作っているが、このときの全磁束
φｔの大きさは、ｄ軸成分の電流Ｉｄの値、つまり全電
流Ｉｍと、位相シフト量θ１によって決まる。

【００３０】次に、図６は、図５のときとは逆に、電機
子反作用により界磁磁束φｍが弱められる方向に位相シ
フト制御したときのベクトル図で、ここでは各相電流成
分のｄ軸成分であるＩｄは、補助磁極２０が存在する方
向ではあるが、その磁束の向きは永久磁石８による磁束
と反対の方向に向いており、かつ、この方向での磁気抵
抗は、図５でも説明したように、補助磁極２０の存在に
より極めて低く、このため大きな磁束φａを発生するこ
とができる。そこで、永久磁石８の界磁磁束φｍと補助
磁極２０による磁束φａとの合成である全磁束φｔは、
永久磁石８による界磁磁束φｍよりはるかに小さくなる
まで弱めることができる。

【００３１】図７は、トルク指令に対するｄ軸電流指令
とｑ軸電流指令とを示したもので、図の(a)に示すｑ軸
電流指令の場合は、トルク分電流要求指令となるため、
トルク指令に比例した成分となる。一方、図７の(b)に
示すｄ軸電流指令の場合は、界磁磁束の変化分となるた
め、トルク電流が一定値以上の範囲では＋の値をとり、
一定値以下の範囲では−の値をとることになる。また、
このとき、回転数をパラメータとして多くの特性をもた
せ、回転数に応じて、同じトルクに対してｄ軸電流の値
が変えられることができるようにする必要がある。つま
り同じトルク指令に対しても、回転数によってｄ軸電流
とｑ軸電流の比は異なってくる。

【００３２】図８は、従来技術による永久磁石電動機
と、本発明の一実施例による永久磁石電動機との回転数
−トルク特性(外部特性)の違いを示したもので、従来技
術のものでは、界磁磁束が一定であるため、図示のよう
に直流分巻電動機と同じ特性を有することになり、この
結果、高速回転制御ができない。一方、本発明の実施例
では、図５と図６で説明したように、界磁磁束が大幅に
制御できるため、同一の電機子電流に対して、低速時に
は強め界磁制御により大きなトルクを発生させることが
できると共に、弱め界磁制御によって高速領域にまで、
その運転領域を拡大することができるのである。

【００３３】従って、以上の結果、この実施例では、正
方向回転時と、逆方向回転時及び回生制動回転時とで
は、補助磁極の位置に対して対称の位置に電機子起磁力
の中心が形成されるように制御するのである。

【００３４】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。図９は、本発明の第２の実施例による回転子を示し
たもので、この実施例は界磁を８極にしたものである。
上記したように、本発明では、補助磁極２０の周方向で
の幅は、一般に永久磁石８の周方向幅に対して小さく選
定される。これは、補助磁極２０によって発生するリラ
クタンストルクが、正の領域では、周方向の分布の上で
最大１／２になるためであり、通例、約１／３以下にな
るように選択される。

【００３５】しかして、この場合、ｄ軸電流によって補
助磁極２０の上に発生する磁束は、この補助磁極２０の
周方向の幅が狭く、かつ、その空隙下での磁気抵抗が小
さいことから、空隙での磁束が集中し大きな磁束密度と
なっており、この結果、回転磁界に対する回転子２の回
転位相が変化した場合、この位相変化に対するトルク変
化が大きくなっていることを意味する。

【００３６】ところで、図１に示す実施例では、補助磁
極２０のピッチが全て同じに取られており、この結果、
上記した位相変化に対する大きなトルク変化は、全ての
磁極で同期して起こることになり、従って、図１の実施
例の場合には、運転中、負荷変動など運転条件の僅かな
変動により、大きなトルク脈動、いわゆるコギングを起
こす虞れが無いとはいえなかった。

【００３７】そこで、この図９の実施例は、各補助磁極
の位置を意識的にずらすことによって、トルク脈動を発
生する位相を磁極により異ならしめ、このようなトルク
脈動の虞れを充分に抑えることができるようにしたもの
で、この場合、極数が８なので、本来ならば４５度の角
度で均一に配置すべき各補助磁極２０の位置を意識的に
変え、４０度と５０度の異なった角度で配置したもので
ある。

【００３８】次に、この図９の実施例によるトルク脈動
の抑圧原理について、図１０により説明する。この図１
０において、同図(b)は、図９に示した回転子２の一部
を周方向を展開して示したもので、図１０(a)には、(b)
に示した回転子２の展開図に対応して現われる電機子の
起磁力が示されている。電機子巻線５の配置の仕方によ
って、図１０(a)図示のように多くの高調波脈動起磁力
が発生し、これによって多くの高調波リラクタンストル
クが発生してしまう。

【００３９】しかして、この実施例では、図１０(b)図
示のように、各補助磁極２０の位置が意識的にずらされ
ており、この結果、１次の起磁力によるトルクは若干低
下するが、比較的大きなトルクを発生する３次や５次の
高調波によるトルク脈動については、同期が外されてお
り、従って、トルク脈動が低減されていることが示され
ている。

【００４０】ところで、図９の実施例では、補助磁極２
０のピッチをずらしてトルク脈動を抑圧するようにした
ものであるが、本発明の実施例としては、ピッチは等間
隔としたままで、各補助磁極２０の幅を変えてもよく、
この実施例によっても、同様にトルク脈動の同期を外
し、トルク脈動を低減する効果が得られるものである。

【００４１】次に、図１１は、本発明の第３の実施例
で、固定子(電機子)と回転子を周方向に展開して示して
あり、(b)は固定子部、(c)は永久磁石回転子２を示した
ものである。この実施例では、起磁力の高調波によるト
ルク脈動の低減を、回転子２側の構成により抑圧するの
ではなく、固定子側での構成により得るようにしたもの
で、例えば、(c)に示すような２極の回転子２に対応し
て、(b)に示すように、固定子の構成を９スロットに選
択することによって、(a)で示すように、回転子２の各
極に対する電機子起磁力の分布を、回転子２の磁極ピッ
チに対して周期性をもたないようにし、これによって、
各相の電機子起磁力の変化部が、全て同期してしまうこ
とによって生じる脈動トルクの増加が抑えられるように
したものである。

【００４２】なお、これは、図示の実施例のように、ス
ロット数が９の場合だけではなく、他のスロット数の選
択、或いは固定子鉄心４のスロットもしくはティース部
の周方向の幅を変えることなどによっても同様の効果を
得ることができる。

【００４３】ところで、以上実施例は、図３で示した脈
動トルクの小さい制御方式である正弦波出力の制御回路
で運転する場合でも有効であるが、例えば、１２０度通
電方式など、出力波形が正弦波になるような制御を行わ
ない制御回路による運転の場合には、さらに効果的で、
大きなトルク脈動抑制効果を得ることができる。

【００４４】また、以上の実施例において、補助磁極２
０の周囲に短絡巻線をもつ構成とすることもでき、この
場合には補助磁極２０の脈動磁束を抑えることができ、
これによってトルク脈動も抑えることができる。

【００４５】次に、図１２は本発明の第４の実施例で、
図の(a)は回転子２の構成を示したもので、同図(b)は動
作原理説明用の図面である。なお、この(b)では、(a)の
回転子２の１極分の磁極だけを示してある。界磁磁界発
生用に永久磁石を使用した回転子では、電機子起磁力に
より永久磁石に減磁力が働き、場合によっては永久磁石
が減磁されてしまい、特性に変化を生じて制御装置のゲ
インの再設定を要するなどの悪い影響を与える上、場合
によっては特性が劣化してしまう。

【００４６】ところで、このような特性の劣化をもたら
すような最大の減磁力は、制御装置に故障が発生したな
どの異常時に、図１２(ｂ)の上側に示すように現われ
る。しかしてこの場合、本発明による回転子２のよう
に、永久磁石８の間に補助磁極２０が設けられている
と、これは高透磁率材であるため、これに磁束が集中し
てしまい、減磁力は図１２(ｂ)の下側の図に矢印で示す
ように印加され、この部分の永久磁石８が減磁してしま
う。

【００４７】この実施例による回転子２は、このような
減磁による影響が充分に抑えられるようにしたもので、
図１２(a)に示すように、各永久磁石８の形状を変え、
減磁を引き起こしやすい部分、すなわち補助磁極２０に
接する部分を最初から取り除いた形状にしたものであ
る。つまり、永久磁石８と固定子との間の空隙寸法を、
永久磁石８の周方向中心よりも補助磁極２０側で大きく
するのであり、これにによって永久磁石８に減磁が生じ
てしまう虞れを確実になくすことができ、特性の変化の
生じない永久磁石回転電機を提供することができる。

【００４８】以上、前記実施例においては、本発明を回
転電機に適用した場合について説明したが、本発明はリ
ニアモータに適用することができる。また、本発明は多
相の各巻線がラップしない集中巻構成の固定子の場合に
も適用できる。なお、本発明による永久磁石回転電機
は、どのような用途にも適用が可能であるが、特に可変
速制御が要求される電動機として好適で、例えばルーム
エアコン用電動機やクリーナ用電動機、ＡＣサーボモー
タ用電動機、或いは洗濯機用電動機など、それに、それ
らの制御装置に適用して充分な性能を発揮させることが
できる。

【００４９】さらに、本発明による永久磁石回転電機
は、特に電気自動車に搭載した場合には、低速回転領域
で大きなトルクが得られると共に、弱め界磁制御による
回転速度の上限が伸ばせるため、高速回転領域での運転
が可能になり、高性能の自動車を容易に得ることができ
る。

【００５０】ところで、図９で説明した本発明の実施例
において適用されているトルク脈動低減技法は、従来技
術にも適用可能であり、従って、以下、このようにした
本発明の実施例について説明すると、図１３に示すよう
になり、この場合でも、各補助磁極２０の位置を意識的
にずらすことによってトルク脈動の同期を外し、トルク
脈動を低減する効果が得られるものである。

【００５１】また、図１４も、同様に、本発明の実施例
で適用されているトルク脈動低減技法を従来例に適用し
た実施例で、ここでは突極で複数の極数を有する永久磁
石回転子２として、永久磁石８を鉄心２１の中に組み込
んだ例に本発明を適用したものとなっており、図示のよ
うに、シャフト６の外周に非磁性材料からなる円筒状の
コア部２２を設け、その周囲に短冊状の永久磁石８と、
扇形状の鉄心２１を組合せて組み付けたものである。各
鉄心２１間は狭いスリット部２１ａを介して連結してあ
り、さらに軸方向に平行な複数本の補強ボルト１９によ
って強固に保持するようになっている。

【００５２】短冊状の永久磁石８は、その厚さ方向に着
磁されており、この結果、図示のように各鉄心２１にＮ
とＳの磁極が現われ、永久磁石回転子を構成することが
できる。そして、この場合でも、各鉄心２１の幅を意識
的に変えることによってトルク脈動の同期を外し、トル
ク脈動を低減する効果が得られるものである。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、補助磁極を同一磁極の
中に設けたので、補助磁極に磁束が流れないように制御
することができ、この結果、電機子巻線のインダクタン
スの増加が抑えられるので出力を増加させることがで
き、且つ鉄損が減少するため効率の向上が得られる。

【００５４】次に、補助磁極は、永久磁石からなる磁極
の回転子への取付部材としても機能させることができる
ので、永久磁石磁極の保持が容易にしかも強固にでき
る。また、このとき、補助磁極に周方向の突起を設け、
これによって永久磁石磁極が保持されるようにすれば、
さらに磁極の保持を強固にすることができる。さらに、
補助磁極は、それが設けられている分だけ、磁極面での
永久磁石が不要になり、しかも界磁磁束を増加させる制
御が可能なため、永久磁石の使用量が少くて済み、コス
トダウンを充分に図ることができる。その上、速度制御
範囲が充分に広い永久磁石電動機を得ることができるの
で、高性能の電気自動車を容易に提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による永久磁石回転電機の一実施例によ
る回転子の正面図である。

【図２】本発明による永久磁石回転電機の一実施例を示
す断面図と固定鉄心の平面図である。

【図３】本発明による永久磁石回転電機の制御装置の一
実施例を示す回路図である。

【図４】本発明の一実施例の動作を説明するための波形
図である。

【図５】本発明の一実施例による回転子の動作説明図で
ある。

【図６】本発明の一実施例による回転子の動作説明図で
ある。

【図７】本発明の一実施例の制御特性図である。

【図８】本発明の一実施例の動作特性図である。

【図９】本発明による永久磁石回転電機の他の一実施例
による回転子の正面図である。

【図１０】本発明の他の一実施例の動作原理説明図であ
る。

【図１１】本発明の別の一実施例の説明図である。

【図１２】本発明のさらに別の一実施例による回転子の
正面図と説明図である。

【図１３】本発明の他の一実施例による回転子の正面図
である。

【図１４】本発明のさらに別の一実施例による回転子の
正面図である。

【符号の説明】

１永久磁石回転電機２回転子３ハウジング４固定子鉄心５電機子巻線６シャフト７ヨーク８永久磁石９エンドブラケット１０ベアリング１１直流電源１２インバータ２０補助磁極２０ａ突起部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者武藤信義茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ほぼ円柱形をした回転子鉄心の表面に、
周方向に沿って交互に異極性となるように複数個の永久
磁石を配置して界磁磁極とした回転界磁型の永久磁石回
転電機において、上記界磁磁極を形成するそれぞれの永
久磁石を各極毎に２分割し、これら永久磁石の分割部分
の間に、これらの永久磁石よりも可逆透磁率の高い磁性
材からなる補助磁極がそれぞれ配置されていることを特
徴とする永久磁石回転電機。
【請求項２】請求項１の発明において、上記補助磁極
が、それぞれ空隙側の端部から周方向に突出した突起部
を備え、この突起部により上記永久磁石を保持するよう
に構成されていることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項３】請求項１の発明において、上記補助磁極
と、上記永久磁石からなる界磁磁極とが空隙長を異にし
ていることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項４】請求項１の発明において、上記補助磁極
の周囲にダンパー巻線が備えられていることを特徴とす
る永久磁石回転電機。
【請求項５】請求項１の発明において、上記永久磁石
からなる界磁磁極の磁極面での周方向の寸法が、上記補
助磁極の磁極面での周方向の寸法より長くなるように構
成したことを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項６】請求項１の発明において、上記永久磁石
と固定子との間の空隙寸法が、この永久磁石の周方向で
の中心位置から上記補助磁極側に向かうにしたがって大
きくなるように構成したことを特徴とする永久磁石回転
電機。
【請求項７】請求項１に記載の永久磁石回転電機を用
い、該永久磁石回転電機の回転子の磁極位置を検出する
位置検出手段からの出力によって上記永久磁石回転電機
の電機子巻線に供給すべき電流を制御し、上記界磁磁極
の周方向の所定の位置に電機子起磁力を形成せしめるこ
とによってトルク発生させるように構成したことを特徴
とする永久磁石回転電機の制御方法。
【請求項８】請求項６の発明において、上記永久磁石
回転電機の電機子巻線に供給すべき電流を制御する手段
が、励磁電流形成手段とトルク電流形成手段とを有し、
励磁電流形成手段による回転磁界成分を上記補助磁極の
中心位置に発生させ、トルク電流形成手段による回転磁
界成分を補助磁極中心と直交する位置に発生させるよう
に構成されていることを特徴とする永久磁石回転電機の
制御方法。
【請求項９】請求項６の発明において、正方向回転時
と、逆方向回転時及び回生制動回転時とで、上記補助磁
極の位置に対して対称な位置に電機子起磁力の中心が形
成されるように構成したことを特徴とする永久磁石回転
電機の制御方法。
【請求項１０】請求項１に記載の永久磁石回転電機を
用い、該永久磁石回転電機の回転子の磁極位置を検出す
る位置検出器と、上記回転子の回転速度を検出するエン
コーダと、速度及びトルク制御手段からのトルク指令に
よって制御されるインバータを設け、このインバータに
より上記永久磁石回転電機の電機子巻線に供給すべき電
流を制御すると共に、上記位置検出器とエンコーダの出
力信号に応じて電機子起磁力が形成される位置をシフト
せしめる位相シフト回路とを設けたことを特徴とする永
久磁石回転電機の制御装置。
【請求項１１】ほぼ円柱形をした回転子鉄心の表面
に、周方向に沿って交互に異極性となるように複数個の
永久磁石と補助磁極を配置して界磁磁極とした回転界磁
型の永久磁石回転電機において、上記界磁磁極の周方向
での配列ピッチ及び形状の少なくとも一方を異ならしめ
たことを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項１２】ほぼ円柱形をした回転子鉄心の表面
に、周方向に沿って交互に異極性となるように複数個の
永久磁石と補助磁極を配置して界磁磁極とした回転界磁
型の永久磁石回転電機において、該永久磁石回転電機の
電機子巻線の配置を、回転子の磁極ピッチに対して非周
期性に構成したことを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項１３】請求項１に記載の永久磁石回転電機を
備えたことを特徴とする電気自動車。
【請求項１４】請求項７に記載の制御装置を備えたこ
とを特徴とする電気自動車。