JPH11187596A - 永久磁石回転電機及びその制御装置 - Google Patents
永久磁石回転電機及びその制御装置Info
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- JPH11187596A JPH11187596A JP9350541A JP35054197A JPH11187596A JP H11187596 A JPH11187596 A JP H11187596A JP 9350541 A JP9350541 A JP 9350541A JP 35054197 A JP35054197 A JP 35054197A JP H11187596 A JPH11187596 A JP H11187596A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明の目的は、発生するトルクが大きく、し
たがって、運転効率が高く、その結果、小型軽量な永久
磁石回転電機,特に、電気自動車の駆動モ−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。 【解決手段】回転子30は、永久磁石34a,34b,
34c,34dを内部に有しており、永久磁石34a,
34bが一つの極を構成し、永久磁石34c,34dが
他の一つの極を構成している。一つの極を構成する永久
磁石34a,34b;34c,34dの間に配置された
補助磁極32cは、永久磁石の中心位置からずれた位置
に配置されている。
たがって、運転効率が高く、その結果、小型軽量な永久
磁石回転電機,特に、電気自動車の駆動モ−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。 【解決手段】回転子30は、永久磁石34a,34b,
34c,34dを内部に有しており、永久磁石34a,
34bが一つの極を構成し、永久磁石34c,34dが
他の一つの極を構成している。一つの極を構成する永久
磁石34a,34b;34c,34dの間に配置された
補助磁極32cは、永久磁石の中心位置からずれた位置
に配置されている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石回転電機
及びその制御装置に係り、特に、電気自動車の駆動装置
等として用いるのに好適な内部磁石型の永久磁石回転電
機及び制御装置に関する。
及びその制御装置に係り、特に、電気自動車の駆動装置
等として用いるのに好適な内部磁石型の永久磁石回転電
機及び制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電動車両,特に、電気自動車において使
用される駆動電動機は、数十キロワットの所要出力を要
するとともに、電気自動車として積載されるバッテリー
の量が限定され、かつ、そのバッテリー容量で十分な一
充電走行距離を確保することが必要なために、小型軽
量、高効率であることが望まれている。
用される駆動電動機は、数十キロワットの所要出力を要
するとともに、電気自動車として積載されるバッテリー
の量が限定され、かつ、そのバッテリー容量で十分な一
充電走行距離を確保することが必要なために、小型軽
量、高効率であることが望まれている。
【0003】電動機を小型軽量化するためには、高速回
転に適していることが要望される。また、高効率電動機
としては、直流電動機や誘導電動機よりも永久磁石電動
機が公的であり、さらに、回転数,トルクに対して広い
運転領域で高効率の電動機が必要とされることから、高
性能磁石利用でかつリラクタンス活用形の永久磁石電動
機が好適である。特に、永久磁石を回転子の外周に配置
する表面磁石電動機に比較して、例えば、実開平7−1
1859号公報に記載されているように、永久磁石より
も高い透磁率を有する珪素鋼板の中に永久磁石保持部を
有するいわゆる内部磁石電動機が適している。
転に適していることが要望される。また、高効率電動機
としては、直流電動機や誘導電動機よりも永久磁石電動
機が公的であり、さらに、回転数,トルクに対して広い
運転領域で高効率の電動機が必要とされることから、高
性能磁石利用でかつリラクタンス活用形の永久磁石電動
機が好適である。特に、永久磁石を回転子の外周に配置
する表面磁石電動機に比較して、例えば、実開平7−1
1859号公報に記載されているように、永久磁石より
も高い透磁率を有する珪素鋼板の中に永久磁石保持部を
有するいわゆる内部磁石電動機が適している。
【0004】特に、実開平7−11859号公報には、
一つの極を形成する永久磁石の間に、透磁率の高い材料
からなる補助突極(実開平7−11859号公報の図1
のブリッジ35)を設けることについて開示している。
かかる構成とすることにより、リラクタンストルクを有
効に活用できて小型軽量高効率にできるとともに、高速
域での弱め界磁制御が可能となって高速領域までの高効
率運転が可能となる。
一つの極を形成する永久磁石の間に、透磁率の高い材料
からなる補助突極(実開平7−11859号公報の図1
のブリッジ35)を設けることについて開示している。
かかる構成とすることにより、リラクタンストルクを有
効に活用できて小型軽量高効率にできるとともに、高速
域での弱め界磁制御が可能となって高速領域までの高効
率運転が可能となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実開平
7−11859号公報に記載された構成では、一つの極
を形成する2つの永久磁石(永久磁石4a,4b)は同
じ大きさのものを用いているため、補助突極(ブリッジ
35)は、一つの極を形成する永久磁石(永久磁石4
a,4b)の中心に配置されている。その結果、永久磁
石によるトルクと補助突極によるトルクを合成した合成
トルクは大きくならないという問題があった。
7−11859号公報に記載された構成では、一つの極
を形成する2つの永久磁石(永久磁石4a,4b)は同
じ大きさのものを用いているため、補助突極(ブリッジ
35)は、一つの極を形成する永久磁石(永久磁石4
a,4b)の中心に配置されている。その結果、永久磁
石によるトルクと補助突極によるトルクを合成した合成
トルクは大きくならないという問題があった。
【0006】本発明の目的は、発生するトルクが大き
く、したがって、運転効率が高く、その結果、小型軽量
な永久磁石回転電機,特に、電気自動車の駆動モ−タと
して最適な永久磁石回転電機及びその制御装置を提供す
ることにある。
く、したがって、運転効率が高く、その結果、小型軽量
な永久磁石回転電機,特に、電気自動車の駆動モ−タと
して最適な永久磁石回転電機及びその制御装置を提供す
ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】(1)上記目的を達成す
るために、本発明は、固定子巻線を巻回した固定子鉄心
を有する固定子と、この固定子の内周に回転可能に保持
され、高透磁率の磁性材からなる回転子鉄心とこの回転
子鉄心の内部に上記固定子鉄心と対向して配置された複
数個の永久磁石を有する回転子とから構成された永久磁
石回転電機において、複数の永久磁石により一つの極を
構成するとともに、この一つの極を構成する複数の永久
磁石の間で、かつ、永久磁石の中心位置からずれた位置
に配置された永久磁石よりも透磁率の高い磁性材料から
なる補助磁極を備えるようにしたものである。かかる構
成により、永久磁石によるトルクと補助磁極によるトル
クを合成したトルクを大きくすることができり、運転効
率を高めて、永久磁石回転電機を小型軽量なものとし得
るものである。
るために、本発明は、固定子巻線を巻回した固定子鉄心
を有する固定子と、この固定子の内周に回転可能に保持
され、高透磁率の磁性材からなる回転子鉄心とこの回転
子鉄心の内部に上記固定子鉄心と対向して配置された複
数個の永久磁石を有する回転子とから構成された永久磁
石回転電機において、複数の永久磁石により一つの極を
構成するとともに、この一つの極を構成する複数の永久
磁石の間で、かつ、永久磁石の中心位置からずれた位置
に配置された永久磁石よりも透磁率の高い磁性材料から
なる補助磁極を備えるようにしたものである。かかる構
成により、永久磁石によるトルクと補助磁極によるトル
クを合成したトルクを大きくすることができり、運転効
率を高めて、永久磁石回転電機を小型軽量なものとし得
るものである。
【0008】(2)上記(1)において、好ましくは、
上記補助磁極は、上記一つの極を構成する永久磁石の中
心位置より反回転方向に電気角で45度移動させた位置
に設けるようにしたものである。かかる構成により、永
久磁石によるトルクの最大値と補助磁極によるトルクの
最大値を一致させて、合成したトルクを大きくし得るも
のとなる。
上記補助磁極は、上記一つの極を構成する永久磁石の中
心位置より反回転方向に電気角で45度移動させた位置
に設けるようにしたものである。かかる構成により、永
久磁石によるトルクの最大値と補助磁極によるトルクの
最大値を一致させて、合成したトルクを大きくし得るも
のとなる。
【0009】(3)上記(1)において、好ましくは、
上記永久磁石の空隙側に、上記磁極片と上記補助突極と
の間に磁気的な空隙部を備えるようにしたものである。
かかる構成により、磁気漏洩を減らし得るものとなる。
上記永久磁石の空隙側に、上記磁極片と上記補助突極と
の間に磁気的な空隙部を備えるようにしたものである。
かかる構成により、磁気漏洩を減らし得るものとなる。
【0010】(4)上記(1)において、好ましくは、
上記補助磁極の反空隙側に、周方向の幅を狭める空隙部
を備えるようにしたものである。かかる構成により、磁
気漏洩を減らし得るものとなる。
上記補助磁極の反空隙側に、周方向の幅を狭める空隙部
を備えるようにしたものである。かかる構成により、磁
気漏洩を減らし得るものとなる。
【0011】(5)上記目的を達成するために、本発明
は、固定子巻線を巻回した固定子鉄心を有する固定子
と、この固定子の内周に回転可能に保持され、高透磁率
の磁性材からなる回転子鉄心とこの回転子鉄心の内部に
上記固定子鉄心と対向して配置された複数個の永久磁石
を有する回転子とから構成された永久磁石回転電機の制
御装置において、上記永久磁石回転電機は、複数の永久
磁石により一つの極を構成するとともに、この一つの極
を構成する複数の永久磁石の間で、かつ、永久磁石の中
心位置からずれた位置に配置された永久磁石よりも透磁
率の高い磁性材料からなる補助磁極を、上記永久磁石に
対して電気角で90度ずらした位置に配置するととも
に、負荷の変化に対して通電角の位相をほぼ一定になる
ように制御するようにしたものである。
は、固定子巻線を巻回した固定子鉄心を有する固定子
と、この固定子の内周に回転可能に保持され、高透磁率
の磁性材からなる回転子鉄心とこの回転子鉄心の内部に
上記固定子鉄心と対向して配置された複数個の永久磁石
を有する回転子とから構成された永久磁石回転電機の制
御装置において、上記永久磁石回転電機は、複数の永久
磁石により一つの極を構成するとともに、この一つの極
を構成する複数の永久磁石の間で、かつ、永久磁石の中
心位置からずれた位置に配置された永久磁石よりも透磁
率の高い磁性材料からなる補助磁極を、上記永久磁石に
対して電気角で90度ずらした位置に配置するととも
に、負荷の変化に対して通電角の位相をほぼ一定になる
ように制御するようにしたものである。
【0012】かかる構成により、負荷の変化に対して通
電角の位相制御を行うことなく、発生するトルクを向上
し得るものとなる。
電角の位相制御を行うことなく、発生するトルクを向上
し得るものとなる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図1〜図5を用いて、本発
明の一実施形態による永久磁石回転電機の構成について
説明する。最初に、図1を用いて、本発明の一実施形態
による永久磁石回転電機の全体構成について説明する。
図1は、本発明の一実施の形態による永久磁石回転電機
の正面側から見た部分断面図である。
明の一実施形態による永久磁石回転電機の構成について
説明する。最初に、図1を用いて、本発明の一実施形態
による永久磁石回転電機の全体構成について説明する。
図1は、本発明の一実施の形態による永久磁石回転電機
の正面側から見た部分断面図である。
【0014】図1において、回転電機10の固定子20
は、固定子鉄心22と、この固定子鉄心22に巻回され
た多相の固定子巻線24と、固定子鉄心22をその内周
面に固定保持するハウジング26から構成されている。
回転子30は、回転子鉄心32と、回転子鉄心32に設
けられた永久磁石挿入孔34に挿入された永久磁石36
と、シャフト38とから構成されている。シャフト38
は、ベアリング42,44によって回転自在に保持され
ている。ベアリング42,44は、エンドブラケット4
6,48によって支持されており、エンドブラケット4
6,48は、ハウジング26の両端にそれぞれ固定され
ている。
は、固定子鉄心22と、この固定子鉄心22に巻回され
た多相の固定子巻線24と、固定子鉄心22をその内周
面に固定保持するハウジング26から構成されている。
回転子30は、回転子鉄心32と、回転子鉄心32に設
けられた永久磁石挿入孔34に挿入された永久磁石36
と、シャフト38とから構成されている。シャフト38
は、ベアリング42,44によって回転自在に保持され
ている。ベアリング42,44は、エンドブラケット4
6,48によって支持されており、エンドブラケット4
6,48は、ハウジング26の両端にそれぞれ固定され
ている。
【0015】また、回転子30の永久磁石36の位置を
検出する磁極位置検出器PS及び回転子30の位置を検
出するエンコーダEが、回転子30の側面側に配置され
ている。回転電機10は、磁極位置検出器PSの信号
と、エンコーダEの出力信号によって、後述する制御装
置によって運転制御される。
検出する磁極位置検出器PS及び回転子30の位置を検
出するエンコーダEが、回転子30の側面側に配置され
ている。回転電機10は、磁極位置検出器PSの信号
と、エンコーダEの出力信号によって、後述する制御装
置によって運転制御される。
【0016】次に、図2を用いて、本発明の一実施形態
による永久磁石回転電機の断面構成について説明する。
図2は、図1のA−A断面を示し、本発明の一実施の形
態による永久磁石回転電機の断面図である。なお、ハウ
ジングの図示は省略してある。図2において、回転電機
10は、固定子20と回転子30とから構成されてい
る。固定子20は、固定子鉄心22と固定子巻線24か
ら構成される。固定子鉄心22は、外周のリング状のヨ
ーク部22aと、このヨーク部22aから内周方向に突
出している歯部22bと、隣合う歯部22bの間に形成
されるスロット部22cを備えている。固定子巻線24
は、スロット部22cに挿入され、固定子鉄心22の歯
部22bに巻回されている。
による永久磁石回転電機の断面構成について説明する。
図2は、図1のA−A断面を示し、本発明の一実施の形
態による永久磁石回転電機の断面図である。なお、ハウ
ジングの図示は省略してある。図2において、回転電機
10は、固定子20と回転子30とから構成されてい
る。固定子20は、固定子鉄心22と固定子巻線24か
ら構成される。固定子鉄心22は、外周のリング状のヨ
ーク部22aと、このヨーク部22aから内周方向に突
出している歯部22bと、隣合う歯部22bの間に形成
されるスロット部22cを備えている。固定子巻線24
は、スロット部22cに挿入され、固定子鉄心22の歯
部22bに巻回されている。
【0017】回転子30は、高透磁率磁性材料である,
例えば、複数枚の珪素鋼板が積層されている回転子鉄心
32と、回転子鉄心32に設けられた4個の永久磁石挿
入孔に挿入された4個の永久磁石34a,34b,34
c,34dと、シャフト36から構成されている。本実
施形態においては、2極の回転子30の例を示してお
り、4個の永久磁石34a,34b,34c,34dの
内、永久磁石34a,34bは同一の極性(例えば、N
極)となっており、永久磁石34a,34bによって一
つの極を形成している。また、永久磁石34c,34d
は同一の極性(例えば、S極)となっており、永久磁石
34c,34dによって一つの極を形成している。
例えば、複数枚の珪素鋼板が積層されている回転子鉄心
32と、回転子鉄心32に設けられた4個の永久磁石挿
入孔に挿入された4個の永久磁石34a,34b,34
c,34dと、シャフト36から構成されている。本実
施形態においては、2極の回転子30の例を示してお
り、4個の永久磁石34a,34b,34c,34dの
内、永久磁石34a,34bは同一の極性(例えば、N
極)となっており、永久磁石34a,34bによって一
つの極を形成している。また、永久磁石34c,34d
は同一の極性(例えば、S極)となっており、永久磁石
34c,34dによって一つの極を形成している。
【0018】回転子鉄心32は、永久磁石34を挿入す
る孔とシャフト36を通す孔が打ち抜かれる構造となっ
ている。永久磁石34の挿入孔とシャフト36を通す孔
が打ち抜かれた珪素鋼板を積層し、貫通する永久磁石3
4の挿入孔とシャフト36を通す孔の中に永久磁石34
及びシャフト36が挿入されて回転子30を構成する。
る孔とシャフト36を通す孔が打ち抜かれる構造となっ
ている。永久磁石34の挿入孔とシャフト36を通す孔
が打ち抜かれた珪素鋼板を積層し、貫通する永久磁石3
4の挿入孔とシャフト36を通す孔の中に永久磁石34
及びシャフト36が挿入されて回転子30を構成する。
【0019】また、回転子鉄心32は、その中央に位置
するヨーク部32aと、永久磁石34の外周側に位置す
るブリッジ部32bと、ヨーク部32aとブリッジ部3
2bとを接続するとともに、永久磁石34aと永久磁石
34bの間及び永久磁石34cと永久磁石34dの間に
形成される補助磁極32cから構成される。補助磁極3
2cは、一つの極を構成する永久磁石34a,34b及
び永久磁石34c,34dに挟まれる領域であり、磁石
の磁気回路をバイパスして、固定子の起磁力によって直
接磁束を固定子側に発生させる領域である。ブリッジ部
32bは、回転子鉄心32の外周部の中で、永久磁石3
4の外周側に位置する領域であり、永久磁石34からの
磁束がギャップを介して固定子20側に流れて磁気回路
を構成する領域である。
するヨーク部32aと、永久磁石34の外周側に位置す
るブリッジ部32bと、ヨーク部32aとブリッジ部3
2bとを接続するとともに、永久磁石34aと永久磁石
34bの間及び永久磁石34cと永久磁石34dの間に
形成される補助磁極32cから構成される。補助磁極3
2cは、一つの極を構成する永久磁石34a,34b及
び永久磁石34c,34dに挟まれる領域であり、磁石
の磁気回路をバイパスして、固定子の起磁力によって直
接磁束を固定子側に発生させる領域である。ブリッジ部
32bは、回転子鉄心32の外周部の中で、永久磁石3
4の外周側に位置する領域であり、永久磁石34からの
磁束がギャップを介して固定子20側に流れて磁気回路
を構成する領域である。
【0020】さらに、回転子鉄心32の中で、補助磁極
32cからブリッジ部32bに接続される領域の外周側
の部分には、突起部32dが設けられており、補助磁極
32cから発生する磁束を広がり易くしている。
32cからブリッジ部32bに接続される領域の外周側
の部分には、突起部32dが設けられており、補助磁極
32cから発生する磁束を広がり易くしている。
【0021】永久磁石34は、補助磁極32cによって
周方向を覆われ、ブリッジ部32bによって外周を覆わ
れており、高速回転時にも遠心力に耐えて、永久磁石3
4が飛散することなく、高速回転に適した電動機となっ
ている。
周方向を覆われ、ブリッジ部32bによって外周を覆わ
れており、高速回転時にも遠心力に耐えて、永久磁石3
4が飛散することなく、高速回転に適した電動機となっ
ている。
【0022】ここで、一つの極を構成する永久磁石34
a,34bの周方向の長さを、それぞれ、La,Lbと
し、補助磁極32cの周方向の長さをLcとするとき、
永久磁石34aの周方向の長さと、永久磁石34bの周
方向の長さLbは異なっている。従って、補助磁極32
cは、一つの極を構成する永久磁石34a,34bの中
心位置からずれた位置に配置されていることになる。こ
れによって、永久磁石34によって発生するトルクと、
補助磁極32cによって発生するトルクを合成した合成
トルクを大きくしている。この点については、図3及び
図4を用いて後述する。
a,34bの周方向の長さを、それぞれ、La,Lbと
し、補助磁極32cの周方向の長さをLcとするとき、
永久磁石34aの周方向の長さと、永久磁石34bの周
方向の長さLbは異なっている。従って、補助磁極32
cは、一つの極を構成する永久磁石34a,34bの中
心位置からずれた位置に配置されていることになる。こ
れによって、永久磁石34によって発生するトルクと、
補助磁極32cによって発生するトルクを合成した合成
トルクを大きくしている。この点については、図3及び
図4を用いて後述する。
【0023】また、永久磁石34aの周方向の長さLa
よりも、補助磁極32cの周方向の長さLcが短く(L
c<La)となるようにしている。これによって、永久
磁石8の磁束量が確保でき、トルクを増加させることが
できる。
よりも、補助磁極32cの周方向の長さLcが短く(L
c<La)となるようにしている。これによって、永久
磁石8の磁束量が確保でき、トルクを増加させることが
できる。
【0024】なお、補助磁極32c,ブリッジ部32
b,ヨ−ク部32aは、共に高透磁率磁性体であること
から、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。また、一極を構成する永久磁石3
4は、少なくとも2個以上で構成され、一極を構成する
2個以上の永久磁石34の間に、補助磁極32cが置か
れる構成とする。
b,ヨ−ク部32aは、共に高透磁率磁性体であること
から、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。また、一極を構成する永久磁石3
4は、少なくとも2個以上で構成され、一極を構成する
2個以上の永久磁石34の間に、補助磁極32cが置か
れる構成とする。
【0025】以上、本実施形態の構成によれば、永久磁
石34が、固定子20と回転子30の間の空隙面に直接
でていないため、スロットリップル等の脈動磁束はブリ
ッジ部32bを介して回転子表面のみを流れる。これに
よって、永久磁石34内には脈動磁束が流れないため、
永久磁石34内には渦電流を発生しない。従って、渦電
流での磁石内発熱による磁石磁束量の減少,減磁等の影
響はなくなるものである。
石34が、固定子20と回転子30の間の空隙面に直接
でていないため、スロットリップル等の脈動磁束はブリ
ッジ部32bを介して回転子表面のみを流れる。これに
よって、永久磁石34内には脈動磁束が流れないため、
永久磁石34内には渦電流を発生しない。従って、渦電
流での磁石内発熱による磁石磁束量の減少,減磁等の影
響はなくなるものである。
【0026】また、永久磁石34を、永久磁石34より
高い可逆透磁率を有する磁性体の中に配置し、永久磁石
34をヨーク部32a,ブリッジ部32b,補助磁極3
2cとで囲む構成とすることによって強度の高い構成と
することができ、より高い回転数の回転電機を提供で
き、これによって、小型軽量、高効率の永久磁石回転電
機を提供することができる。
高い可逆透磁率を有する磁性体の中に配置し、永久磁石
34をヨーク部32a,ブリッジ部32b,補助磁極3
2cとで囲む構成とすることによって強度の高い構成と
することができ、より高い回転数の回転電機を提供で
き、これによって、小型軽量、高効率の永久磁石回転電
機を提供することができる。
【0027】次に、図3及び図4を用いて、本発明の一
実施形態による永久磁石回転電機のよって発生するトル
クについて説明する。図3は、本発明の一実施形態によ
る永久磁石回転電機によって発生するトルクのベクトル
図であり、図4は、本発明の一実施形態による永久磁石
回転電機によって発生する合成トルクの説明図である。
なお、図3(A)及び図4(A)は、本実施形態による
トルクについて説明するものであり、図3(B)及び図
4(B)は、比較のため従来の構成の回転子によって発
生するトルクについて説明するものである。
実施形態による永久磁石回転電機のよって発生するトル
クについて説明する。図3は、本発明の一実施形態によ
る永久磁石回転電機によって発生するトルクのベクトル
図であり、図4は、本発明の一実施形態による永久磁石
回転電機によって発生する合成トルクの説明図である。
なお、図3(A)及び図4(A)は、本実施形態による
トルクについて説明するものであり、図3(B)及び図
4(B)は、比較のため従来の構成の回転子によって発
生するトルクについて説明するものである。
【0028】図3(A)に示すように、回転子30は、
一つの極(N極)を構成する永久磁石34a,34b
と、他の一つの極(S極)を構成する永久磁石34c,
34dと、永久磁石34aと永久磁石34bの間及び永
久磁石34cと永久磁石34dの間に形成される補助磁
極32cを備えている。
一つの極(N極)を構成する永久磁石34a,34b
と、他の一つの極(S極)を構成する永久磁石34c,
34dと、永久磁石34aと永久磁石34bの間及び永
久磁石34cと永久磁石34dの間に形成される補助磁
極32cを備えている。
【0029】ここで、回転子30の回転方向をRとする
と、補助磁極34cは、一つの極を構成する永久磁石3
4a,34bの中心位置より回転方向Rにずれた位置に
配置されている。
と、補助磁極34cは、一つの極を構成する永久磁石3
4a,34bの中心位置より回転方向Rにずれた位置に
配置されている。
【0030】永久磁石34によって発生する磁束φm
は、図示するように、永久磁石34の磁極の中心位置に
発生する。従って、電動機電流Imを、永久磁石の磁束
φmの位置よりも電気角で90度ずれた位置(δ=90
度)に流すことによって、永久磁石によって発生するト
ルクは最大となる。
は、図示するように、永久磁石34の磁極の中心位置に
発生する。従って、電動機電流Imを、永久磁石の磁束
φmの位置よりも電気角で90度ずれた位置(δ=90
度)に流すことによって、永久磁石によって発生するト
ルクは最大となる。
【0031】一方、この位置で、補助磁極32cによっ
て発生するトルクを最大となるように、電機子電流Im
に対して電気角で45度(永久磁石の中心からも45
度)(θ=45度)の位置に補助磁極32cを配置す
る。
て発生するトルクを最大となるように、電機子電流Im
に対して電気角で45度(永久磁石の中心からも45
度)(θ=45度)の位置に補助磁極32cを配置す
る。
【0032】ここで、図4(A)を用いて、発生するト
ルクについて説明する。図4(A)において、横軸は、
永久磁石の中心位置に対して電機子電流Imがなす角度
δを示し、縦軸は発生するトルクを示している。
ルクについて説明する。図4(A)において、横軸は、
永久磁石の中心位置に対して電機子電流Imがなす角度
δを示し、縦軸は発生するトルクを示している。
【0033】永久磁石によって発生するトルクは、図中
一点鎖線Xで示すように、永久磁石の磁束φmの位置
(永久磁石の中心位置)に対して、電機子電流Imを流
す角度δを、電気角で90度ずれた位置(δ=90度)
にすることによって、永久磁石によって発生するトルク
は最大となる。
一点鎖線Xで示すように、永久磁石の磁束φmの位置
(永久磁石の中心位置)に対して、電機子電流Imを流
す角度δを、電気角で90度ずれた位置(δ=90度)
にすることによって、永久磁石によって発生するトルク
は最大となる。
【0034】一方、補助磁極32cによって発生するリ
ラクタンストルクは、図中破線Yで示すような特性とな
るが、ここで、永久磁石によって発生するトルクの最大
位置に、補助磁極32cによって発生するリラクタンス
トルクの最大位置が一致するように、電機子電流Imに
対して電気角で45度(永久磁石の中心からも45度)
(θ=45度)の位置に補助磁極32cを配置している
ため、一点鎖線X(永久磁石によって発生するトルク)
の最大値と破線Y(補助磁極によって発生するリラクタ
ンストルク)の最大値が一致している。
ラクタンストルクは、図中破線Yで示すような特性とな
るが、ここで、永久磁石によって発生するトルクの最大
位置に、補助磁極32cによって発生するリラクタンス
トルクの最大位置が一致するように、電機子電流Imに
対して電気角で45度(永久磁石の中心からも45度)
(θ=45度)の位置に補助磁極32cを配置している
ため、一点鎖線X(永久磁石によって発生するトルク)
の最大値と破線Y(補助磁極によって発生するリラクタ
ンストルク)の最大値が一致している。
【0035】図中、実線Zは、永久磁石によって発生す
るトルクXと、補助磁極によって発生するリラクタンス
トルクYを合成した合成トルクを示している。永久磁石
によって発生するトルクの最大値と補助磁極によって発
生するリラクタンストルクの最大値が一致しているた
め、合成トルクZも最大となる。
るトルクXと、補助磁極によって発生するリラクタンス
トルクYを合成した合成トルクを示している。永久磁石
によって発生するトルクの最大値と補助磁極によって発
生するリラクタンストルクの最大値が一致しているた
め、合成トルクZも最大となる。
【0036】一方、図3(B)は、従来の構成の回転子
を示しており、回転子30’の一つの極(N極)を構成
する永久磁石34a’,34b’の中心位置に、補助磁
極32cが配置されている。
を示しており、回転子30’の一つの極(N極)を構成
する永久磁石34a’,34b’の中心位置に、補助磁
極32cが配置されている。
【0037】永久磁石34’によって発生する磁束φm
は、図示するように、永久磁石34’の磁極の中心位置
に発生する。従って、電動機電流Imを、永久磁石の磁
束φmの位置よりも電気角で90度ずれた位置(δ=9
0度)に流すことによって、永久磁石によって発生する
トルクは最大となる。一方、補助磁極32cは、電機子
電流Imに対して電気角で90度の位置に配置されてい
る。
は、図示するように、永久磁石34’の磁極の中心位置
に発生する。従って、電動機電流Imを、永久磁石の磁
束φmの位置よりも電気角で90度ずれた位置(δ=9
0度)に流すことによって、永久磁石によって発生する
トルクは最大となる。一方、補助磁極32cは、電機子
電流Imに対して電気角で90度の位置に配置されてい
る。
【0038】ここで、図4(B)を用いて、発生するト
ルクについて説明する。図4(B)において、横軸は、
永久磁石の中心位置に対して電機子電流Imがなす角度
δを示し、縦軸は発生するトルクを示している。
ルクについて説明する。図4(B)において、横軸は、
永久磁石の中心位置に対して電機子電流Imがなす角度
δを示し、縦軸は発生するトルクを示している。
【0039】永久磁石によって発生するトルクは、図4
(A)と同様に、図中一点鎖線Xで示すように、永久磁
石の磁束φmの位置(永久磁石の中心位置)に対して、
電機子電流Imを流す角度δを、電気角で90度ずれた
位置(δ=90度)にすることによって、永久磁石によ
って発生するトルクは最大となる。
(A)と同様に、図中一点鎖線Xで示すように、永久磁
石の磁束φmの位置(永久磁石の中心位置)に対して、
電機子電流Imを流す角度δを、電気角で90度ずれた
位置(δ=90度)にすることによって、永久磁石によ
って発生するトルクは最大となる。
【0040】一方、補助磁極32cによって発生するリ
ラクタンストルクは、図中破線Yで示すような特性とな
るが、ここで、補助磁極32cは、電機子電流Imに対
して電気角で90度の位置に配置されているため、発生
するトルクは零である。δ=90度における合成トルク
Yは、永久磁石によるトルクXの最大値と等しくなり、
本実施形態に比べて低減することになる。
ラクタンストルクは、図中破線Yで示すような特性とな
るが、ここで、補助磁極32cは、電機子電流Imに対
して電気角で90度の位置に配置されているため、発生
するトルクは零である。δ=90度における合成トルク
Yは、永久磁石によるトルクXの最大値と等しくなり、
本実施形態に比べて低減することになる。
【0041】ここで、永久磁石の中心位置に対する電機
子電流Imのなす角度δを変えるように制御することに
より、合成トルクZの最大値を大きくすることは可能で
ある。その場合でも、永久磁石によって発生するトルク
Xの最大位置と、補助磁極によって発生するリラクタン
ストルクYの最大位置値はずれているため、両者を合成
した合成トルクZの最大値は、永久磁石によるトルクの
最大値と補助磁極によるトルクの最大値の単純和を
「1」とするとき、「0.866」まで減少し、発生す
るトルクが本実施形態に比べて低減することになる。
子電流Imのなす角度δを変えるように制御することに
より、合成トルクZの最大値を大きくすることは可能で
ある。その場合でも、永久磁石によって発生するトルク
Xの最大位置と、補助磁極によって発生するリラクタン
ストルクYの最大位置値はずれているため、両者を合成
した合成トルクZの最大値は、永久磁石によるトルクの
最大値と補助磁極によるトルクの最大値の単純和を
「1」とするとき、「0.866」まで減少し、発生す
るトルクが本実施形態に比べて低減することになる。
【0042】また、永久磁石によるトルクは電機子電流
Imに比例し、補助磁極によるリラクタンストルクは電
機子電流の2乗で変わるため、合成トルクZの最大値の
発生する位置は、負荷(電機子電流)によって変わる。
従って、最大トルク位置(最大効率点)で運転するため
には、負荷に応じて常に角度δを動かす制御が必要とな
り、制御が困難なものである。
Imに比例し、補助磁極によるリラクタンストルクは電
機子電流の2乗で変わるため、合成トルクZの最大値の
発生する位置は、負荷(電機子電流)によって変わる。
従って、最大トルク位置(最大効率点)で運転するため
には、負荷に応じて常に角度δを動かす制御が必要とな
り、制御が困難なものである。
【0043】次に、図5を用いて、本実施形態による永
久磁石回転電機を制御する制御回路について説明する。
図5は、本発明の一実施の形態による永久磁石回転電機
の制御回路の回路図である。
久磁石回転電機を制御する制御回路について説明する。
図5は、本発明の一実施の形態による永久磁石回転電機
の制御回路の回路図である。
【0044】直流電源80よりインバータ82を介して
回転電機10の固定子巻線24に電力を供給する。速度
制御回路(ASR)84は、速度指令ωsと、エンコー
ダEからの位置情報θからF/V変換器86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,即ち、電流指令Isと回転子30の回転角θ1
を出力する。
回転電機10の固定子巻線24に電力を供給する。速度
制御回路(ASR)84は、速度指令ωsと、エンコー
ダEからの位置情報θからF/V変換器86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,即ち、電流指令Isと回転子30の回転角θ1
を出力する。
【0045】位相シフト回路88は、エンコーダEより
のパルス,即ち、回転子の位置情報θを、速度制御回路
(ASR)84からの回転角θ1の指令に応じて位相シ
フトして出力する。正弦波・余弦波発生器90は、回転
子30の永久磁石磁極の位置を検出する位置検出器PS
と、位相シフト回路88からの位相シフトされた回転子
の位置情報θに基づいて、固定子巻線24の各巻線(こ
こでは3相)の誘起電圧を位相シフトした正弦波出力を
発生する。位相シフト量は、零の場合でもよい。
のパルス,即ち、回転子の位置情報θを、速度制御回路
(ASR)84からの回転角θ1の指令に応じて位相シ
フトして出力する。正弦波・余弦波発生器90は、回転
子30の永久磁石磁極の位置を検出する位置検出器PS
と、位相シフト回路88からの位相シフトされた回転子
の位置情報θに基づいて、固定子巻線24の各巻線(こ
こでは3相)の誘起電圧を位相シフトした正弦波出力を
発生する。位相シフト量は、零の場合でもよい。
【0046】2相−3相変換回路92は、速度制御回路
(ASR)84からの電流指令Isと正弦波・余弦波発
生器90の出力に応じて、各相に電流指令Isa,Is
b,Iscを出力する。各相はそれぞれ個別に電流制御
系(ACR)94A,94B,94Cを持ち、電流指令
Isa,Isb,Iscと電流検出器CTからの電流検
出信号Ifa,Ifb,Ifcに応じた信号を、インバ
ータ82に送って各相電流を制御する。この場合、各相
合成の電流は、界磁磁束に直角,あるいは位相シフトし
た位置に常に形成され、これによって無整流子で、かつ
直流機と同等の特性を得ることができる。以上の制御に
よって、必要に応じて電動機に対する電流指令は誘起電
圧に対して位相シフトさせることができる。
(ASR)84からの電流指令Isと正弦波・余弦波発
生器90の出力に応じて、各相に電流指令Isa,Is
b,Iscを出力する。各相はそれぞれ個別に電流制御
系(ACR)94A,94B,94Cを持ち、電流指令
Isa,Isb,Iscと電流検出器CTからの電流検
出信号Ifa,Ifb,Ifcに応じた信号を、インバ
ータ82に送って各相電流を制御する。この場合、各相
合成の電流は、界磁磁束に直角,あるいは位相シフトし
た位置に常に形成され、これによって無整流子で、かつ
直流機と同等の特性を得ることができる。以上の制御に
よって、必要に応じて電動機に対する電流指令は誘起電
圧に対して位相シフトさせることができる。
【0047】以上のように、一つの極を構成する永久磁
石の中心位置から45度ずれた位置に補助磁極を配置す
ることにより、電機子反作用起磁力,つまり電流の位相
は誘起電圧に対して45度の位相で永久磁石によるトル
クとリラクタンストルクが常に最大となるため、電流の
位相制御をする必要がなく、最大トルクを発生すること
ができる。従って、例えば、マイコン等を持たない制御
機器においても、簡単な構成で最大トルクを発生するこ
とができる。また、マイコンを用いた制御機器において
も、トルク最大となる電流位相を回転電機に応じてチュ
ーニングする必要がなく、制御装置の設計,プログラミ
ングが簡単になる。また、温度変化に対しても、常に最
適点で運転することができる。
石の中心位置から45度ずれた位置に補助磁極を配置す
ることにより、電機子反作用起磁力,つまり電流の位相
は誘起電圧に対して45度の位相で永久磁石によるトル
クとリラクタンストルクが常に最大となるため、電流の
位相制御をする必要がなく、最大トルクを発生すること
ができる。従って、例えば、マイコン等を持たない制御
機器においても、簡単な構成で最大トルクを発生するこ
とができる。また、マイコンを用いた制御機器において
も、トルク最大となる電流位相を回転電機に応じてチュ
ーニングする必要がなく、制御装置の設計,プログラミ
ングが簡単になる。また、温度変化に対しても、常に最
適点で運転することができる。
【0048】なお、高速時には、必要に応じて、電動機
電流Imの位置を位相シフトすることにより、弱め界磁
運転による高速回転の運転を行うことができる。この場
合、回転数に対して低速時には、負荷の変化に対して通
電角の位相をほぼ一定にする低速運転モードと、高速時
には、負荷の変化に対して通電角の位相を変える高速運
転モードを備えるようにする。高速運転モードでは、通
電角の位相を制御することにより、永久磁石の磁束を弱
めて高速回転可能にするとともに、鉄損を適正な値とし
て最高効率の運転を可能にする。
電流Imの位置を位相シフトすることにより、弱め界磁
運転による高速回転の運転を行うことができる。この場
合、回転数に対して低速時には、負荷の変化に対して通
電角の位相をほぼ一定にする低速運転モードと、高速時
には、負荷の変化に対して通電角の位相を変える高速運
転モードを備えるようにする。高速運転モードでは、通
電角の位相を制御することにより、永久磁石の磁束を弱
めて高速回転可能にするとともに、鉄損を適正な値とし
て最高効率の運転を可能にする。
【0049】なお、以上の説明では、電動機について説
明したが、本実施形態による永久磁石回転電機は、発電
機に対しても適用することができる。発電機において
は、補助突極の位置は、反時計方向にずらす必要があ
る。
明したが、本実施形態による永久磁石回転電機は、発電
機に対しても適用することができる。発電機において
は、補助突極の位置は、反時計方向にずらす必要があ
る。
【0050】なお、以上の説明では、180度通電によ
る駆動方式について説明したが、120度通電方式でも
同様である。この場合、発生トルクは、トルクの最大点
を中心に±30度の平均のトルクが発生する。
る駆動方式について説明したが、120度通電方式でも
同様である。この場合、発生トルクは、トルクの最大点
を中心に±30度の平均のトルクが発生する。
【0051】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、永久磁石によるトルクと補助磁極によるトルクの合
成トルクを最大にすることができる。また、位相シフト
を不要にすることができる。さらに、渦電流での磁石内
発熱による磁石磁束量の減少,減磁等の影響はなくなる
ものである。また、さらに、強度の高い構成とすること
ができ、より高い回転数の回転電機を提供できる。
ば、永久磁石によるトルクと補助磁極によるトルクの合
成トルクを最大にすることができる。また、位相シフト
を不要にすることができる。さらに、渦電流での磁石内
発熱による磁石磁束量の減少,減磁等の影響はなくなる
ものである。また、さらに、強度の高い構成とすること
ができ、より高い回転数の回転電機を提供できる。
【0052】次に、図6を用いて、本発明の他の実施形
態による永久磁石回転電機について説明する。図6は、
本発明の他の実施形態による永久磁石回転電機に用いる
回転子の構成を示す図である。なお、永久磁石回転電機
の全体構成は、図1及び図2に示したものと同様であ
り、図1及び図2と同一符号は、同一部分を示してい
る。
態による永久磁石回転電機について説明する。図6は、
本発明の他の実施形態による永久磁石回転電機に用いる
回転子の構成を示す図である。なお、永久磁石回転電機
の全体構成は、図1及び図2に示したものと同様であ
り、図1及び図2と同一符号は、同一部分を示してい
る。
【0053】本実施形態においては、回転子30Aの構
成が、図2に示した回転子30とは異なっている。回転
子30Aは、高透磁率磁性材料である,例えば、複数枚
の珪素鋼板が積層されている回転子鉄心32Aと、回転
子鉄心32Aに設けられた4個の永久磁石挿入孔に挿入
された4個の永久磁石34A,34B,34C,34D
と、シャフト36から構成されている。本実施形態にお
いては、2極の回転子30Aの例を示しており、4個の
永久磁石34A,34B,34C,34Dの内、永久磁
石34A,34Bは同一の極性(例えば、N極)となっ
ており、永久磁石34A,34Bによって一つの極を形
成している。また、永久磁石34C,34Dは同一の極
性(例えば、S極)となっており、永久磁石34C,3
4Dによって一つの極を形成している。ここで、永久磁
石34の形状は、図示のように、永久磁石の中心半径が
回転子外周径より小さくしている。
成が、図2に示した回転子30とは異なっている。回転
子30Aは、高透磁率磁性材料である,例えば、複数枚
の珪素鋼板が積層されている回転子鉄心32Aと、回転
子鉄心32Aに設けられた4個の永久磁石挿入孔に挿入
された4個の永久磁石34A,34B,34C,34D
と、シャフト36から構成されている。本実施形態にお
いては、2極の回転子30Aの例を示しており、4個の
永久磁石34A,34B,34C,34Dの内、永久磁
石34A,34Bは同一の極性(例えば、N極)となっ
ており、永久磁石34A,34Bによって一つの極を形
成している。また、永久磁石34C,34Dは同一の極
性(例えば、S極)となっており、永久磁石34C,3
4Dによって一つの極を形成している。ここで、永久磁
石34の形状は、図示のように、永久磁石の中心半径が
回転子外周径より小さくしている。
【0054】回転子鉄心32Aは、永久磁石34を挿入
する孔とシャフト36を通す孔が打ち抜かれる構造とな
っている。永久磁石34の挿入孔とシャフト36を通す
孔が打ち抜かれた珪素鋼板を積層し、貫通する永久磁石
34の挿入孔とシャフト36を通す孔の中に永久磁石3
4及びシャフト36が挿入されて回転子30Aを構成す
る。
する孔とシャフト36を通す孔が打ち抜かれる構造とな
っている。永久磁石34の挿入孔とシャフト36を通す
孔が打ち抜かれた珪素鋼板を積層し、貫通する永久磁石
34の挿入孔とシャフト36を通す孔の中に永久磁石3
4及びシャフト36が挿入されて回転子30Aを構成す
る。
【0055】また、回転子鉄心32は、その中央に位置
するヨーク部32Aと、永久磁石34の外周側に位置す
るブリッジ部32Bと、ヨーク部32Aとブリッジ部3
2Bとを接続するとともに、永久磁石34Aと永久磁石
34Bの間及び永久磁石34Cと永久磁石34Dの間に
形成される補助磁極32Cから構成される。補助磁極3
2Cは、一つの極を構成する永久磁石34A,34B及
び永久磁石34C,34Dに挟まれる領域であり、磁石
の磁気回路をバイパスして、固定子の起磁力によって直
接磁束を固定子側に発生させる領域である。ブリッジ部
32Bは、回転子鉄心32の外周部の中で、永久磁石3
4の外周側に位置する領域であり、永久磁石34からの
磁束がギャップを介して固定子20側に流れて磁気回路
を構成する領域である。
するヨーク部32Aと、永久磁石34の外周側に位置す
るブリッジ部32Bと、ヨーク部32Aとブリッジ部3
2Bとを接続するとともに、永久磁石34Aと永久磁石
34Bの間及び永久磁石34Cと永久磁石34Dの間に
形成される補助磁極32Cから構成される。補助磁極3
2Cは、一つの極を構成する永久磁石34A,34B及
び永久磁石34C,34Dに挟まれる領域であり、磁石
の磁気回路をバイパスして、固定子の起磁力によって直
接磁束を固定子側に発生させる領域である。ブリッジ部
32Bは、回転子鉄心32の外周部の中で、永久磁石3
4の外周側に位置する領域であり、永久磁石34からの
磁束がギャップを介して固定子20側に流れて磁気回路
を構成する領域である。
【0056】さらに、永久磁石34の形状は、永久磁石
の中心半径が回転子外周径より小さくしてしているた
め、磁極片32Dが構成されている。磁極片32Dは、
電機子反作用やスロットリプルによる高周波磁束をバイ
パスし、永久磁石まで浸透する事を阻止する。これによ
って永久磁石に発生する渦電流損を抑制することができ
るとともに、永久磁石を固定でき、高速回転までの遠心
力に耐えうる構成とすることができる。
の中心半径が回転子外周径より小さくしてしているた
め、磁極片32Dが構成されている。磁極片32Dは、
電機子反作用やスロットリプルによる高周波磁束をバイ
パスし、永久磁石まで浸透する事を阻止する。これによ
って永久磁石に発生する渦電流損を抑制することができ
るとともに、永久磁石を固定でき、高速回転までの遠心
力に耐えうる構成とすることができる。
【0057】また、磁極片32Dと補助磁極32Cとの
間には、磁気的な空隙部32Eが設けられ、補助磁極3
2Cのヨーク32A側には、補助磁極32Cの反空隙側
の周方向の幅を狭める空隙部32Fが設けられている。
空隙部32E,32は、永久磁石34,磁極片32D,
補助磁極32C,ヨーク32Aを介した磁気漏洩を減ら
す効果を有し、高トルクの永久磁石回転子とすることが
できる。
間には、磁気的な空隙部32Eが設けられ、補助磁極3
2Cのヨーク32A側には、補助磁極32Cの反空隙側
の周方向の幅を狭める空隙部32Fが設けられている。
空隙部32E,32は、永久磁石34,磁極片32D,
補助磁極32C,ヨーク32Aを介した磁気漏洩を減ら
す効果を有し、高トルクの永久磁石回転子とすることが
できる。
【0058】なお、以上の説明では、永久磁石は、アー
ク状ものとしているが、平板状の磁石でも、また磁極片
32D,補助磁極32C,空隙部32E,32Fは、図
示のものに限定されず、いろいろな形状,構成とするこ
とが可能である。
ク状ものとしているが、平板状の磁石でも、また磁極片
32D,補助磁極32C,空隙部32E,32Fは、図
示のものに限定されず、いろいろな形状,構成とするこ
とが可能である。
【0059】補助磁極32Cは、一つの極を構成する永
久磁石の中心位置から45度ずれた位置に配置されてお
り、永久磁石によるトルクとリラクタンストルクが常に
最大となるため、電流の位相制御をする必要がなく、最
大トルクを発生することができる。
久磁石の中心位置から45度ずれた位置に配置されてお
り、永久磁石によるトルクとリラクタンストルクが常に
最大となるため、電流の位相制御をする必要がなく、最
大トルクを発生することができる。
【0060】永久磁石34は、補助磁極32Cによって
周方向を覆われ、ブリッジ部32B及び磁極片部32D
によって外周を覆われており、高速回転時にも遠心力に
耐えて、永久磁石34が飛散することなく、高速回転に
適した電動機となっている。
周方向を覆われ、ブリッジ部32B及び磁極片部32D
によって外周を覆われており、高速回転時にも遠心力に
耐えて、永久磁石34が飛散することなく、高速回転に
適した電動機となっている。
【0061】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、永久磁石によるトルクと補助磁極によるトルクの合
成トルクを最大にすることができる。また、磁極片を構
成することにより、永久磁石に発生する渦電流損を抑制
することができるとともに、永久磁石を固定でき、高速
回転までの遠心力に耐えうる構成とすることができる。
また、空隙部を設けることにより、磁気漏洩を減らす効
果を有し、高トルクの永久磁石回転子とすることができ
る。また、位相シフトを不要にすることができる。さら
に、渦電流での磁石内発熱による磁石磁束量の減少,減
磁等の影響はなくなるものである。また、さらに、強度
の高い構成とすることができ、より高い回転数の回転電
機を提供できる。
ば、永久磁石によるトルクと補助磁極によるトルクの合
成トルクを最大にすることができる。また、磁極片を構
成することにより、永久磁石に発生する渦電流損を抑制
することができるとともに、永久磁石を固定でき、高速
回転までの遠心力に耐えうる構成とすることができる。
また、空隙部を設けることにより、磁気漏洩を減らす効
果を有し、高トルクの永久磁石回転子とすることができ
る。また、位相シフトを不要にすることができる。さら
に、渦電流での磁石内発熱による磁石磁束量の減少,減
磁等の影響はなくなるものである。また、さらに、強度
の高い構成とすることができ、より高い回転数の回転電
機を提供できる。
【0062】次に、図7を用いて、本実施形態による永
久磁石回転電機を用いた電気自動車について説明する。
図7は、本発明の一実施形態による永久磁石回転電機を
搭載した電気自動車のブロック構成図である。
久磁石回転電機を用いた電気自動車について説明する。
図7は、本発明の一実施形態による永久磁石回転電機を
搭載した電気自動車のブロック構成図である。
【0063】電気自動車の車体100は、4つの車輪1
10,112,114,116によって支持されてい
る。この電気自動車は、前輪駆動であるため、前方の車
軸154には、図1,図2若しくは図6において説明し
た永久磁石回転電機120が直結して取り付けられてい
る。永久磁石回転電機120は、制御装置130によっ
て駆動トルクが制御される。制御装置130の動力源と
しては、バッテリ140が備えられ、このバッテリ14
0から電力が制御装置130を介して、永久磁石回転電
機120に供給され、永久磁石回転電機120が駆動さ
れて、車輪110,114が回転する。ハンドル150
の回転は、ステアリングギア152及びタイロッド,ナ
ックルアーム等からなる伝達機構を介して、2つの車輪
110,114に伝達され、車輪の角度が変えられる。
10,112,114,116によって支持されてい
る。この電気自動車は、前輪駆動であるため、前方の車
軸154には、図1,図2若しくは図6において説明し
た永久磁石回転電機120が直結して取り付けられてい
る。永久磁石回転電機120は、制御装置130によっ
て駆動トルクが制御される。制御装置130の動力源と
しては、バッテリ140が備えられ、このバッテリ14
0から電力が制御装置130を介して、永久磁石回転電
機120に供給され、永久磁石回転電機120が駆動さ
れて、車輪110,114が回転する。ハンドル150
の回転は、ステアリングギア152及びタイロッド,ナ
ックルアーム等からなる伝達機構を介して、2つの車輪
110,114に伝達され、車輪の角度が変えられる。
【0064】なお、以上の実施形態では、永久磁石回転
電機を電気自動車の車輪の駆動に用いるものとして説明
したが、電気機関車等の車輪の駆動にも使用できるもの
である。
電機を電気自動車の車輪の駆動に用いるものとして説明
したが、電気機関車等の車輪の駆動にも使用できるもの
である。
【0065】本実施形態によれば、永久磁石回転電機を
電動車両、特に電気自動車に適用すれば、小型軽量高効
率の永久磁石回転電機駆動装置を搭載でき、一充電走行
距離の長い電気自動車を提供することができる。
電動車両、特に電気自動車に適用すれば、小型軽量高効
率の永久磁石回転電機駆動装置を搭載でき、一充電走行
距離の長い電気自動車を提供することができる。
【0066】なお、上述した各実施形態による永久磁石
回転電機は、図5に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に有効であ
るが、例えば、正弦波出力を行わない120度通電方式
の制御回路による運転の場合にはより効果的である。
回転電機は、図5に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に有効であ
るが、例えば、正弦波出力を行わない120度通電方式
の制御回路による運転の場合にはより効果的である。
【0067】また、上述した各実施形態においては、回
転型のモ−タ駆動の適用した場合について示したが、こ
れに代えてリニアモ−タ駆動にも適用することができ
る。なお、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。また、本実施形態による永
久磁石回転電機は、ル−ムエアコン用電動機、クリ−ナ
用電動機、ACサ−ボモ−タ用電動機、洗濯機用電動機
その他特に可変速の駆動が要求される電動機とその制御
装置に適用できる。
転型のモ−タ駆動の適用した場合について示したが、こ
れに代えてリニアモ−タ駆動にも適用することができ
る。なお、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。また、本実施形態による永
久磁石回転電機は、ル−ムエアコン用電動機、クリ−ナ
用電動機、ACサ−ボモ−タ用電動機、洗濯機用電動機
その他特に可変速の駆動が要求される電動機とその制御
装置に適用できる。
【0068】
【発明の効果】本発明によれば、永久磁石回転電機の発
生するトルクを大きくでき、したがって、運転効率が高
く、その結果、小型軽量にすることができる。
生するトルクを大きくでき、したがって、運転効率が高
く、その結果、小型軽量にすることができる。
【図1】本発明の一実施の形態による永久磁石回転電機
の正面側から見た部分断面図である。
の正面側から見た部分断面図である。
【図2】図1のA−A断面を示し、本発明の一実施の形
態による永久磁石回転電機の断面図である。
態による永久磁石回転電機の断面図である。
【図3】本発明の一実施形態による永久磁石回転電機に
よって発生するトルクのベクトル図である。
よって発生するトルクのベクトル図である。
【図4】本発明の一実施形態による永久磁石回転電機に
よって発生する合成トルクの説明図である。
よって発生する合成トルクの説明図である。
【図5】本発明の一実施の形態による永久磁石回転電機
の制御回路の回路図である。
の制御回路の回路図である。
【図6】本発明の他の実施形態による永久磁石回転電機
に用いる回転子の構成を示す図である。
に用いる回転子の構成を示す図である。
【図7】本発明の一実施形態による永久磁石回転電機を
搭載した電気自動車のブロック構成図である。
搭載した電気自動車のブロック構成図である。
10…永久磁石回転電機 20…固定子 22…固定子鉄心 24…固定子巻線 26…ハウジング 30…回転子 32…回転子鉄心 32a,32A…ヨーク部 32b,32B…ブリッジ部 32c,32C…補助磁極 32D…磁極片部 32E…空隙部 34…永久磁石 36…シャフト 46,48…エンドブラケット 42,44…ベアリング 80…直流電源 82…インバータ 84…速度制御回路 86…F/V変換器 88…位相シフト回路 92…2相−3相変換回路 90…正弦波・余弦波発生器 94A,94B,94C…電流制御系
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 孝司 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 渋川 末太郎 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 小泉 修 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内
Claims (5)
- 【請求項1】固定子巻線を巻回した固定子鉄心を有する
固定子と、この固定子の内周に回転可能に保持され、高
透磁率の磁性材からなる回転子鉄心とこの回転子鉄心の
内部に上記固定子鉄心と対向して配置された複数個の永
久磁石を有する回転子とから構成された永久磁石回転電
機において、 複数の永久磁石により一つの極を構成するとともに、 この一つの極を構成する複数の永久磁石の間で、かつ、
永久磁石の中心位置からずれた位置に配置された永久磁
石よりも透磁率の高い磁性材料からなる補助磁極を備え
たことを特徴とする永久磁石回転電機。 - 【請求項2】請求項1記載の永久磁石回転電機におい
て、 上記補助磁極は、上記一つの極を構成する永久磁石の中
心位置より反回転方向に電気角で45度移動させた位置
に設けたことを特徴とする永久磁石回転電機。 - 【請求項3】請求項1記載の永久磁石回転電機におい
て、 上記永久磁石の空隙側に、上記磁極片と上記補助突極と
の間に磁気的な空隙部を備えたことを特徴とする永久磁
石回転電機。 - 【請求項4】請求項1記載の永久磁石回転電機におい
て、 上記補助磁極の反空隙側に、周方向の幅を狭める空隙部
を備えたことを特徴とする永久磁石回転電機。 - 【請求項5】固定子巻線を巻回した固定子鉄心を有する
固定子と、この固定子の内周に回転可能に保持され、高
透磁率の磁性材からなる回転子鉄心とこの回転子鉄心の
内部に上記固定子鉄心と対向して配置された複数個の永
久磁石を有する回転子とから構成された永久磁石回転電
機の制御装置において、 上記永久磁石回転電機は、複数の永久磁石により一つの
極を構成するとともに、 この一つの極を構成する複数の永久磁石の間で、かつ、
永久磁石の中心位置からずれた位置に配置された永久磁
石よりも透磁率の高い磁性材料からなる補助磁極を、上
記永久磁石に対して電気角で90度ずらした位置に配置
するとともに、 負荷の変化に対して通電角の位相をほぼ一定になるよう
に制御することを特徴とする永久磁石回転電機の制御装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9350541A JPH11187596A (ja) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | 永久磁石回転電機及びその制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9350541A JPH11187596A (ja) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | 永久磁石回転電機及びその制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11187596A true JPH11187596A (ja) | 1999-07-09 |
Family
ID=18411195
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9350541A Pending JPH11187596A (ja) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | 永久磁石回転電機及びその制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11187596A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102780373A (zh) * | 2012-07-06 | 2012-11-14 | 天津大学 | 一种转子位置特征显著的永磁电机 |
US9276445B2 (en) | 2011-10-26 | 2016-03-01 | Mitsubishi Electric Corporation | Rotor and interior permanent magnet motor |
EP2219289A4 (en) * | 2007-11-07 | 2016-03-02 | Toshiba Kk | INVERTER DEVICE FOR A WASHING MACHINE |
-
1997
- 1997-12-19 JP JP9350541A patent/JPH11187596A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2219289A4 (en) * | 2007-11-07 | 2016-03-02 | Toshiba Kk | INVERTER DEVICE FOR A WASHING MACHINE |
US9276445B2 (en) | 2011-10-26 | 2016-03-01 | Mitsubishi Electric Corporation | Rotor and interior permanent magnet motor |
CN102780373A (zh) * | 2012-07-06 | 2012-11-14 | 天津大学 | 一种转子位置特征显著的永磁电机 |
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