WO2023233620A1

WO2023233620A1 - 永久磁石式回転電機の制御システムおよび永久磁石式回転電機の制御方法

Info

Publication number: WO2023233620A1
Application number: PCT/JP2022/022480
Authority: WO
Inventors: 純士北尾; 朋平高橋; 貴裕水田
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2022-06-02
Filing date: 2022-06-02
Publication date: 2023-12-07

Abstract

渦電流抑制部材を備えた永久磁石式回転電機において、ロータ全体の渦電流損失を抑制できる制御条件で駆動することを目的とする。　ステータコアおよびステータコイル（１２）を有するステータと、ロータコア、複数の永久磁石および渦電流抑制部材を有するロータとを備えた永久磁石式回転電機（１）と、インバータ（３０）と、キャリ周波数を指定する制御装置（３１）とを備えた永久磁石式回転電機の駆動システム（３）において、制御装置は、永久磁石および渦電流抑制部材の寸法および物理定数を用いた数式から算出される損出交差周波数よりも大きいキャリア周波数を指定する。

Description

永久磁石式回転電機の制御システムおよび永久磁石式回転電機の制御方法

　本願は、永久磁石式回転電機の制御システムおよび永久磁石式回転電機の制御方法に関する。

　ロータに永久磁石を有する永久磁石式回転電機においては、回転動作時に永久磁石に渦電流が流れる。永久磁石に渦電流が流れると、渦電流による抵抗増大、永久磁石の温度上昇に伴う減磁が発生して渦電流損失と呼ばれる電力損失が発生する。永久磁石に流れる渦電流を抑制することができる従来の回転電機として、永久磁石の外周に導電性の高い渦電流抑制部材を配置した構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２－３４５１８９号公報

　しかしながら、永久磁石の外周に渦電流抑制部材を配置した従来の回転電機においては、渦電流抑制部材にも渦電流が流れるため、制御条件によっては永久磁石と渦電流抑制部材とを含めた渦電流損失が増大するという問題があった。

　本願は上述のような課題を解決するためになされたもので、渦電流抑制部材を備えた永久磁石式回転電機の駆動システムにおいて、永久磁石と渦電流抑制部材とを含めた渦電流損失を抑制できる制御条件で永久磁石式回転電機を駆動することを目的とする。

　本願の永久磁石式回転電機の駆動システムは、円環形状のステータコアおよびステータコアに巻き回されたステータコイルを有するステータと、回転軸に締結されたロータコアおよびロータコアに埋設された複数の永久磁石を有するロータとを備えた永久磁石式回転電機と、ステータコイルに駆動電力を出力するインバータと、インバータにキャリア周波数を指定してインバータの出力を制御する制御装置とを備えている。複数の永久磁石は周方向に並べられて配置されており、永久磁石の少なくとも１つの永久磁石は磁束発生面に絶縁部材を挟んで渦電流抑制部材が配置されおり、回転軸と直交する面の断面において、１つの永久磁石の磁束発生面の長手方向の長さを幅ｄ_１、磁束発生面の奥行き方向の長さをｈ_１とし、１つの永久磁石の導電率をσ_１、透磁率をμ_１とし、渦電流抑制部材の１つの永久磁石と対向する面の長手方向の長さを幅ｄ_２、１つの永久磁石と対向する面の奥行き方向の長さをｈ_２とし、渦電流抑制部材の導電率をσ_２、透磁率をμ_２としとたきに、制御装置は次の７つの式から算出される周波数ｆよりも大きなキャリア周波数を指定する。

　本願の永久磁石式回転電機の駆動システムは、制御装置が上記７つの式から算出される周波数ｆよりも大きなキャリア周波数を指定するので、永久磁石と渦電流抑制部材とを含めた渦電流損失を抑制できる制御条件で永久磁石式回転電機を駆動することができる。

実施の形態１に係る永久磁石式回転電機の断面図である。実施の形態１に係る永久磁石式回転電機のロータの拡大断面図である。実施の形態１に係る永久磁石式回転電機の駆動システムの構成図である。実施の形態１に係る永久磁石式回転電機における渦電流損失の特性図である。実施の形態１に係る永久磁石式回転電機における損失交差周波数と永久磁石の幅との関係の一例を示す特性図である。実施の形態１に係る別の永久磁石式回転電機のロータの拡大断面図である。実施の形態２に係る永久磁石式回転電機のロータの拡大断面図である。実施の形態３に係る永久磁石式回転電機のロータの拡大断面図である。実施の形態４に係る永久磁石式回転電機のロータの拡大断面図である。実施の形態１から４に係る永久磁石式回転電機の駆動システムの制御装置を実現するハードウェア構成を示す図である。

　以下、本願を実施するための実施の形態に係る永久磁石式回転電機の駆動システムについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。

実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る永久磁石式回転電機の断面図である。図１は、永久磁石式回転電機の回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態の永久磁石式回転電機１は、回転軸２に締結されたロータ２０と、ロータ２０の外周側に同軸に配置された円筒形状のステータ１０とを備えている。ロータ２０とステータ１０との間には、ギャップＧが形成されている。ステータ１０は、図示されてない円筒形状のフレーム内に保持されている。回転軸２は、図示されていない一対のブラケットに軸受を介して支持されている。一対のブラケットはフレームの軸方向の両端に固定されている。

　ここで、回転軸２の軸心と平行な方向を軸方向、回転軸２の軸心と直交する方向を径方向、回転軸２の軸心を中心としてロータ２０が回転する方向を周方向と称する。

　ステータ１０は、円環形状のステータコア１１と、ステータコア１１に巻き回されたステータコイル１２とを有している。ステータコア１１は、円環形状のコアバック１３と、コアバック１３の内周面に径方向の内側に向かって突出する複数のティース１４とを備えている。ティース１４は、周方向に等間隔で４８本配列されている。ステータコイル１２は、複数のティース１４を跨った分布巻きでステータコア１１に巻き回されている。

　ロータ２０は、回転軸２が挿入される回転軸挿入孔を備えたロータコア２１と、ロータコア２１に埋め込まれた３２個の永久磁石２２とを有している。ロータコア２１は、回転軸挿入孔に挿入された回転軸２に締結されている。図１において、永久磁石２２に示された矢印は、永久磁石２２が発生する磁束の方向を示している。ステータコア１１およびロータコア２１は、例えば電磁鋼板が軸方向に積層されて構成されている。

　図２は、本実施の形態に係る永久磁石式回転電機のロータの１つの磁極を拡大した断面図である。図２は、永久磁石式回転電機の回転軸に直交する方向の断面図である。本実施の形態のロータ２０は、１つの磁極が４個の永久磁石２２で構成されている。１つの磁極は、２個一組の永久磁石２２がＶ字状に配置された２層構造である。Ｖ字状に配置された２個一組の永久磁石２２において、外周側の永久磁石２２を１層目、内周側の永久磁石２２を２層目と称する。永久磁石２２の両端部には、ロータコア２１の透磁率よりも低い透磁率を有するフラックスバリア２３が形成されている。本実施の形態の永久磁石式回転電機１においては、フラックスバリア２３は、ロータコア２１を軸方向に貫通した貫通孔で構成されている。本実施の形態の永久磁石式回転電機１においては、永久磁石２２などを収納可能な磁石収納孔の一部としてフラックスバリア２３が形成されている。

　図２に示すように、２層目の永久磁石２２の磁束発生面の内周側に絶縁部材２４を挟んで渦電流抑制部材２５が配置されている。絶縁部材２４は、例えば絶縁性の樹脂で構成されている。渦電流抑制部材２５は、例えば銅、アルミニウムなど永久磁石２２およびロータコア２１よりも電気伝導率が大きい材料で構成されている。図２に示す断面図において、永久磁石２２の磁束発生面の長手方向の長さを幅ｄ、磁束発生面の奥行き方向の長さを高さｈ、軸方向の長さを厚さａと定義する。なお、渦電流抑制部材２５の寸法も同じように定義する。

　渦電流抑制部材２５の電気伝導率は永久磁石２２およびロータコア２１の電気伝導率よりも大きいので、ロータ２０内に発生する渦電流は渦電流抑制部材２５の内部で最も多く発生する。渦電流抑制部材２５の内部で発生する渦電流は、その反磁界発生作用によって隣接する永久磁石２２に鎖交する磁界を抑制することができる。そのため、渦電流抑制部材２５は、永久磁石２２で発生する渦電流を抑制することができる。

　図３は、本実施の形態に係る永久磁石式回転電機の駆動システムの構成図である。本実施の形態の永久磁石式回転電機の駆動システム３は、永久磁石式回転電機１と、インバータ３０と、制御装置３１とで構成されている。永久磁石式回転電機１にはインバータ３０が接続されている。インバータ３０には、直流電源３２が接続されている。直流電源３２は、直流電力をインバータ３０に供給する。インバータ３０は、制御装置３１で制御される。制御装置３１には、永久磁石式回転電機１のロータ２０の回転位置、ステータコイル１２に流れる電流などの検出情報が入力される。制御装置３１は、入力された検出情報と、回転数、トルクなどの指令値とに基づいて指令電圧を生成してインバータ３０へ出力する。インバータ３０は、制御装置３１から入力された電圧指令にしたがってスイッチング動作する。インバータ３０においては、制御装置３１から送られてくる指令電圧と搬送波のキャリア周波数とに基づいて、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によってスイッチング動作が決定される。

　次に、本実施の形態の永久磁石式回転電機の駆動システムにおいて、永久磁石の渦電流損失が低減できる理由について説明する。
　本実施の形態の永久磁石式回転電機の駆動システムにおいて、角周波数ω、平均磁束密度Ｂ_０の大きさで永久磁石を高さ方向に励磁すると、永久磁石における渦電流損失Ｐは次の（１）式で表される。ａは永久磁石の厚さ、ｄは永久磁石の幅、ｈは永久磁石の高さであり、σは永久磁石の導電率、μは永久磁石の透磁率である。また、渦電流抑制部材における渦電流損失も（１）式で表すことができる。

　ここで、δは次の（２）式で与えられる。

　平均磁束密度Ｂ_０を一定とする境界条件を課すことで、（１）式および（２）式を用いて永久磁石２２の渦電流損失と渦電流抑制部材２５の渦電流損失とを個別に計算することができる。ロータコア２１においても渦電流損失が発生するが、以後、その大きさは渦電流抑制部材２５の有無による影響を受けないものとする。すなわち、渦電流抑制部材２５がないときの永久磁石２２の渦電流損失と、渦電流抑制部材２５があるときの永久磁石２２の渦電流損失と渦電流抑制部材２５の渦電流損失との合計の差が、ロータ全体の渦電流損失の差となる。

　図４は、本実施の形態の永久磁石式回転電機における永久磁石２２の渦電流損失あるいは永久磁石２２と渦電流抑制部材２５との渦電流損失の合計の特性図である。実線は渦電流抑制部材２５があるときの永久磁石２２と渦電流抑制部材２５との渦電流損失の合計であり、破線は渦電流抑制部材２５がないときの永久磁石２２の渦電流損失である。図４において、横軸は周波数、縦軸は渦電流損失の相対値である。横軸の周波数はω／２πで与えられる。（１）式および（２）式において、アンペアの周回積分の法則を適用して表面磁界の線積分を一定とすると、図４に示すような周波数に対する渦電流損失の特性が得られる。ここで、永久磁石２２の比透磁率μは１．０５、導電率σは７４７５６２Ｓ／ｍ、厚さａは１０ｍｍ、幅ｄは２０ｍｍ、高さｈは６ｍｍとし、渦電流抑制部材２５の比透磁率μは１．０、導電率σは４５９７８４６５Ｓ／ｍ、厚さａは１０ｍｍ、幅ｄは２０ｍｍ、高さｈは０．３ｍｍとした。

　図４から、特定の周波数よりも大きい周波数では、渦電流抑制部材があるときの方が渦電流損失は小さくなる。しかしながら、特定の周波数よりも小さい周波数では、渦電流抑制部材があるときの方が渦電流損失は大きくなる。渦電流抑制部材の導電率は永久磁石の導電率よりも大きいため、低周波数領域では渦電流抑制部材がある方がその部材の渦電流損失が加わるために渦電流損失が増加する。しかし、高周波数領域では、表皮効果の影響で渦電流抑制部材に鎖交する磁束が抑制されるので渦電流抑制部材の渦電流損失が低下する。その結果、高周波数領域では渦電流抑制部材がある場合の永久磁石と渦電流抑制部材との渦電流損失の合計の方が、渦電流抑制部材がない場合の永久磁石の渦電流損失より小さくなる。このように、渦電流抑制部材でロータ全体の渦電流損失を低減できる周波数には領域があることがわかる。ここで、図４に示されたように、渦電流抑制部材があるときの渦電流損失の曲線と渦電流抑制部材がないときの渦電流損失の曲線とが交差する周波数を損失交差周波数と呼ぶ。

　永久磁石および渦電流抑制部材の寸法と物理定数を以下のように定義する。なお、括弧内は単位を表している。
＜永久磁石＞
　ｈ_１：高さ（ｍ）
　ｄ_１：幅（ｍ）
　σ_１：電気伝導率（Ｓ／ｍ）
　μ_１：透磁率（Ｈ／ｍ）
＜渦電流抑制部材＞
　ｈ_２：高さ（ｍ）
　ｄ_２：幅（ｍ）
　σ_２：電気伝導率（Ｓ／ｍ）
　μ_２：透磁率（Ｈ／ｍ）

　ここで、μ_１およびμ_２は、次の２つの式で与えられる。μ_ｒ１は永久磁石の比透磁率、μ_ｒ２は渦電流抑制部材の比透磁率、μ_０は真空の透磁率である。
　μ_１＝。μ_ｒ１×μ_０
　μ_２＝。μ_ｒ２×μ_０

　平均磁束密度Ｂ_０と表面磁界の線積分を一定とする境界条件を課し、永久磁石および渦電流抑制部材の厚さａ_１、ａ₂は、それらの幅ｄ_１、ｄ₂より十分に大きいとする。渦電流抑制部材ありのときの永久磁石と渦電流抑制部材との渦電流損失の合計と渦電流抑制部材なしのときの永久磁石の渦電流損失とが等しくなる損失交差周波数ｆは、次の（３）式から（６）式で算出することができる。
　なお、（３）式から（５）式は、ｎを１としたときは永久磁石に関する計算式であり、ｎを２としたときは渦電流抑制部材に関する計算式である。

　これらの式を用いて、永久磁石の幅ｄ_１に対する損失交差周波数ｆを算出した結果を図５に示す。図５は、本実施の形態の永久磁石式回転電機における永久磁石の幅と損失交差周波数との関係の一例を示す特性図である。図５において、横軸は永久磁石の幅ｄ_１、縦軸は損失交差周波数である。なお、図５に示す特性は、ｈ_１＝０．００６ｍ、ｈ_２＝０．０００３ｍ、σ_１＝７４７５６２Ｓ／ｍ、σ_２＝４５９７８４６５Ｓ／ｍ、μ_１＝１．０５Ｈ／ｍ、μ_２＝１．０Ｈ／ｍとし、ｄ_１とｄ_２とは等しいとして算出した。

　図５において、永久磁石の幅に応じて決まる損失交差周波数よりも高い周波数で励磁されると渦電流抑制部材ありの方がロータ全体の渦電流損失は小さくなる。なお、図５から、永久磁石の磁石幅に依存して損失交差周波数が大きく変化することがわかる。永久磁石に流れる渦電流は永久磁石の温度上昇の発生要因となるため、永久磁石の温度上昇が問題になる場合は渦電流抑制部材を設けた上でＰＷＭ制御におけるキャリア周波数を損失交差周波数よりも高い周波数に設定すればよい。具体的には、図２に示す永久磁石式回転電機において、１層目の永久磁石２２の幅を１０ｍｍ、２層目の永久磁石２２の幅を２０ｍｍとする。このとき、図５において、永久磁石の幅が２０ｍｍのときの損失交差周波数は１．９ｋＨｚとなる。渦電流抑制部材を設けた場合、ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数を１．９ｋＨｚ以上とすれば渦電流抑制部材を設けない場合よりも磁石温度を低下させることができる。ここで、永久磁石の温度の測定方法は、駆動中の永久磁石の温度を直接測定する方法、永久磁石式回転電機の他の物理情報、例えば回転数および制御経過時間から磁石温度を推定する方法などがある。

　このように構成された永久磁石式回転電機の駆動システムは、２層目の永久磁石の幅で決まる損失交差周波数よりも高い周波数で駆動することで、ロータ全体の渦電流損失を抑制することができる。

　なお、本実施の形態の永久磁石式回転電機において、渦電流抑制部材は２層目の永久磁石にのみ設置されている。２層目の永久磁石２２の幅を２０ｍｍとしたときに、キャリア周波数を１．９ｋＨｚ以上で駆動すれば、２層目の永久磁石および渦電流抑制部材における渦電流損失は小さくなる。しかし、１層目の永久磁石は、ギャップＧに近い位置にあるためスロット高調波により低周波数領域の渦電流が発生する。この渦電流の周波数は損失交差周波数よりも小さい。そのため、１層目の永久磁石においては、渦電流抑制部材を設置した方が渦電流損失は大きくなる。このような理由から、本実施の形態の永久磁石式回転電機においては、２層目の永久磁石にのみ渦電流抑制部材が設置されている。

　図６は、本実施の形態に係る別の永久磁石式回転電機のロータの１つの磁極を拡大した断面図である。この永久磁石式回転電機においては、２層目の永久磁石２２の磁束発生面の外周側に絶縁部材２４を挟んで渦電流抑制部材２５が配置されている。図２および図６に示すように、本実施の形態に係る永久磁石式回転電機においては、永久磁石２２の磁束発生面と対向する位置に渦電流抑制部材２５が配置されていれば、損失交差周波数よりも高い周波数で駆動されることでロータ全体の渦電流損失を抑制することができる。したがって、渦電流抑制部材２５は、永久磁石２２の磁束発生面と対向する一方の面または両方の面に配置されていればよい。

実施の形態２．
　図７は、実施の形態２に係る永久磁石式回転電機のロータの１つの磁極を拡大した断面図である。本実施の形態に係る永久磁石式回転電機の構造は、ロータの構造を除いて実施の形態１の永久磁石式回転電機の構造と同様である。また、本実施の形態に係る永久磁石式回転電機の駆動システムの構成も実施の形態１の図３に示した構成と同様である。

　図７に示すように、本実施の形態に係る永久磁石式回転電機においては、２層目の永久磁石２２の磁束発生面の内周側に絶縁部材２４を挟んで渦電流抑制部材２５が配置されていると共に、１層目の永久磁石２２の磁束発生面の内周側に絶縁部材２４を挟んで渦電流抑制部材２５が配置されている。

　本実施の形態に係る永久磁石式回転電機においては、２層目の永久磁石２２の幅は２０ｍｍ、１層目の永久磁石２２の幅は１０ｍｍである。実施の形態１の図５に示した永久磁石の幅に対する損失交差周波数の関係から、永久磁石の幅が１０ｍｍのときの損失交差周波数は７．７ｋＨｚとなる。この永久磁石式回転電機においては、ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数を７．７ｋＨｚ以上とすれば、１層目の永久磁石と渦電流抑制部材との渦電流損失を抑制できると共に、２層目の永久磁石と渦電流抑制部材との渦電流損失を抑制できる。

　このように本実施の形態の永久磁石式回転電機の駆動システムにおいては、１層目の永久磁石の幅で決まる損失交差周波数よりも高い周波数で駆動することで、ロータ全体の渦電流損失を抑制することができる。

実施の形態３．
　図８は、実施の形態３に係る永久磁石式回転電機のロータの１つの磁極を拡大した断面図である。本実施の形態に係る永久磁石式回転電機の構造は、ロータの構造を除いて実施の形態１の永久磁石式回転電機の構造と同様である。また、本実施の形態に係る永久磁石式回転電機を駆動の駆動システムの構成も実施の形態１の図３に示した構成と同様である。

　図８に示すように、本実施の形態に係る永久磁石式回転電機においては、１つの磁極が６個の永久磁石２２で構成されている。１つの磁極は、２個一組の永久磁石２２がＶ字状に配置された３層構造である。３層目の永久磁石２２の磁束発生面の内周側に絶縁部材２４を挟んで渦電流抑制部材２５が配置されている。

　本実施の形態に係る永久磁石式回転電機においては、３層目の永久磁石２２の幅は２０ｍｍ、２層目の永久磁石２２の幅は１５ｍｍ、１層目の永久磁石２２の幅は１０ｍｍである。実施の形態１の図５に示した永久磁石の幅に対する損失交差周波数の関係から、永久磁石の幅が２０ｍｍのときの損失交差周波数は１．９ｋＨｚとなる。この永久磁石式回転電機においては、ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数を１．９ｋＨｚ以上とすれば、３層目の永久磁石と渦電流抑制部材との渦電流損失を抑制できる。

　このように本実施の形態の永久磁石式回転電機の駆動システムにおいては、３層目の永久磁石の幅で決まる損失交差周波数よりも高い周波数で駆動することで、ロータ全体の渦電流損失を抑制することができる。

　なお、本実施の形態の永久磁石式回転電機においては、１つの磁極が２個一組の永久磁石がＶ字状に配置された４層以上の多層構造で構成されていてもよい。多層構造で構成された１つの前記磁極において、最内周側の層の永久磁石に絶縁部材を挟んで渦電流抑制部材が配置されていればよい。

実施の形態４．
　図９は、実施の形態４に係る永久磁石式回転電機のロータの１つの磁極を拡大した断面図である。本実施の形態に係る永久磁石式回転電機の構造は、ロータの構造を除いて実施の形態１の永久磁石式回転電機の構造と同様である。また、本実施の形態に係る永久磁石式回転電機を駆動の駆動システムの構成も実施の形態１の図３に示した構成と同様である。

　図９に示すように、本実施の形態に係る永久磁石式回転電機においては、１つの磁極が３個の永久磁石２２で構成されている。１つの磁極は、径方向に直交する方向に磁束発生面を有する１つの内周側の永久磁石２２と、内周側の永久磁石２２の両端に離間してそれぞれ配置された２つの外周側の永久磁石２２とで構成されている。２つの外周側の永久磁石２２は、径方向に沿った方向に磁束発生面を有する。内周側の永久磁石２２の磁束発生面の内周側に絶縁部材２４を挟んで渦電流抑制部材２５が配置されている。

　本実施の形態に係る永久磁石式回転電機においては、内周側の永久磁石２２の幅は２０ｍｍである。実施の形態１の図５に示した永久磁石の幅に対する損失交差周波数の関係から、永久磁石の幅が２０ｍｍのときの損失交差周波数は１．９ｋＨｚとなる。この永久磁石式回転電機においては、ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数を１．９ｋＨｚ以上とすれば、内周側の永久磁石と渦電流抑制部材との渦電流損失を抑制できる。

　このように本実施の形態の永久磁石式回転電機の駆動システムにおいては、内周側の永久磁石の幅で決まる損失交差周波数よりも高い周波数で駆動することで、ロータ全体の渦電流損失を抑制することができる。

　なお、制御装置３１は、ハードウェアの一例を図１０に示すように、プロセッサ１００と記憶装置１０１から構成される。記憶装置は、図示していないがランダムアクセスメモリなどの揮発性記憶装置と、フラッシュメモリなどの不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ１００は、記憶装置１０１から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ１００にプログラムが入力される。また、プロセッサ１００は、演算結果などのデータを記憶装置１０１の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。

　本願は、様々な例示的な実施の形態が記載されているが、１つまたは複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
　したがって、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

　１　永久磁石式回転電機、２　回転軸、３　永久磁石式回転電機の駆動システム、１０　ステータ、１１　ステータコア、１２　ステータコイル、１３　コアバック、１４　ティース、２０　ロータ、２１　ロータコア、２２　永久磁石、２３　フラックスバリア、２４　絶縁部材、２５　渦電流抑制部材、３０　インバータ、３１　制御装置、３２　直流電源、１００　プロセッサ、１０１　記憶装置。

Claims

　円環形状のステータコアおよび前記ステータコアに巻き回されたステータコイルを有するステータと、回転軸に締結されたロータコアおよび前記ロータコアに埋設された複数の永久磁石を有するロータとを備えた永久磁石式回転電機と、
　前記ステータコイルに駆動電力を出力するインバータと、
　前記インバータにキャリア周波数を指定して前記インバータの出力を制御する制御装置とを備えた永久磁石式回転電機の駆動システムであって、
　複数の前記永久磁石は周方向に並べられて配置されており、前記永久磁石の少なくとも１つの前記永久磁石は磁束発生面に絶縁部材を挟んで渦電流抑制部材が配置されおり、
　前記回転軸と直交する面の断面において、
　前記１つの永久磁石の前記磁束発生面の長手方向の長さを幅ｄ_１、前記磁束発生面の奥行き方向の長さをｈ_１とし、前記１つの永久磁石の導電率をσ_１、透磁率をμ_１とし、前記渦電流抑制部材の前記１つの永久磁石と対向する面の長手方向の長さを幅ｄ_２、前記１つの永久磁石と対向する面の奥行き方向の長さをｈ_２とし、前記渦電流抑制部材の導電率をσ_２、透磁率をμ_２としとたきに、
　前記制御装置は、次の７つの式から算出される周波数ｆよりも大きなキャリア周波数を指定することを特徴とする永久磁石式回転電機の駆動システム。
　前記ロータは複数の磁極を有し、１つの前記磁極は２個一組の前記永久磁石がＶ字状に配置された多層構造で構成されてい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の駆動システム。
　前記多層構造で構成された１つの前記磁極において、最内周側の層の前記永久磁石に前記絶縁部材を挟んで前記渦電流抑制部材が配置されている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の駆動システム。
　前記ステータコアに巻き回された前記ステータコイルは、分布巻き構造で巻き回されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機の駆動システム。
　円環形状のステータコアおよび前記ステータコアに巻き回されたステータコイルを有するステータと、回転軸に締結されたロータコアおよび前記ロータコアに埋設された複数の永久磁石を有するロータとを備えた永久磁石式回転電機の駆動方法であって、
　複数の前記永久磁石は周方向に並べられて配置されており、前記永久磁石の少なくとも１つの前記永久磁石は磁束発生面に絶縁部材を挟んで渦電流抑制部材が配置されおり、
　前記回転軸と直交する面の断面において、
　前記１つの永久磁石の前記磁束発生面の長手方向の長さを幅ｄ_１、前記磁束発生面の奥行き方向の長さをｈ_１とし、前記１つの永久磁石の導電率をσ_１、透磁率をμ_１とし、前記渦電流抑制部材の前記１つの永久磁石と対向する面の長手方向の長さを幅ｄ_２、前記１つの永久磁石と対向する面の奥行き方向の長さをｈ_２とし、前記渦電流抑制部材の導電率をσ_２、透磁率をμ_２としとたきに、
　前記ステータコイルに次の７つの式から算出される周波数ｆよりも大きなキャリア周波数で駆動することを特徴とする永久磁石式回転電機の駆動方法。