(57)【要約】【課題】本発明は、高速回転における機械的な弱め界磁の状態で回転軸方向の磁束流れによって生じる鉄損を低減する回転電機を提供すること。【解決手段】電機子巻線２を有する固定子鉄心１と、固定子鉄心１に空隙７を介して回転可能に配設され、回転軸方向に第１回転子４と第２回転子５に二分割され、それぞれに極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置された回転子と、その回転子の第１回転子４に対する第２回転子５の相対的な回転軸方向位置を可変する磁束可変機構（軸受，ストッパー，アクチュエータ）と、その固定子鉄心に円周方向に貫いて設けられた磁気抵抗層９と、を有する回転電機の構成とする。【選択図】  図２
2010246196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線を有する固定子と、
前記固定子に空隙を介して回転可能に配設され、回転軸方向に第１回転子と第２回転子に二分割され、それぞれに極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置された回転子と、
前記回転子の前記第１回転子に対する前記回転子の前記第２回転子の相対的な回転軸方向位置を可変する磁束可変機構と、
前記固定子に円周方向に貫いて設けられた磁気抵抗層と、を有することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
巻線を有する固定子と、
前記固定子に空隙を介して回転可能に配設され、回転軸方向に三分割以上分割され、それぞれに極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置された回転子と、
前記回転子の分割された個々の分割回転子の相対的な回転軸方向位置を可変する磁束可変機構と、
前記固定子における前記分割回転子間に対応する位置に円周方向に貫いて設けられた複数の磁気抵抗層と、を有することを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の回転電機において、
前記磁気抵抗層は、アルミニウム，銅，アルミナ，マイカ／ガラス，エポキシ／ガラス，石英，シリコーン，テフロンを少なくとも１つの材料から構成されることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１又は請求項２記載の回転電機において、
前記磁気抵抗層は、空気層であることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
車輪と、
前記車輪を駆動する内燃機関と、
速度を制御する変速機と、
請求項１又は請求項２記載の回転電機であって、前記内燃機関と前記変速機間に機械的に連結された回転電機と、
電力の充放電を行う蓄電手段と、
前記蓄電手段と前記回転電機間に接続され、電力の変換を行う電力変換器と、を有する自動車。
【請求項６】
車輪と、
前記車輪を駆動する内燃機関と、
速度を制御する変速機と、
請求項１又は請求項２記載の回転電機と、
前記内燃機関のクランクプーリと前記回転電機のシャフトに結合されたプーリとが連結された金属ベルトと、
電力の充放電を行う蓄電手段と、
前記蓄電手段と前記回転電機間に接続され、電力の変換を行う電力変換器と、を有する自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械的に有効磁束量を可変することができる回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の誘導電動機（ＩＭモータ）に代わり、効率に優れ、小型化や低騒音化も期待できる永久磁石同期電動機（ＰＭモータ）が普及し始めている。例えば、家電，鉄道車両，電気自動車向けの駆動モータとしてＰＭモータが利用されるようになってきている。ＩＭモータは、磁束自体をステータからの励磁電流によって作り出すため、励磁電流を流すことによる損失が発生する問題点がある。一方、ＰＭモータは、ロータに永久磁石を備え、永久磁石の磁束を利用してトルクを出力するモータである。そのため、ＰＭモータでは励磁電流を印加する必要はなく、ＩＭモータの抱える問題はない。
【０００３】
しかしながら、ＰＭモータは、回転数に比例して永久磁石により電機子コイルに誘起電圧が発生する。鉄道車両や自動車など回転範囲が広い応用範囲では、最高回転数において生じる誘起電圧によって、ＰＭモータを駆動制御するインバータが過電圧によって破壊しないことが必要である。このような特性を有するＰＭモータでは、電源電圧を一定として定出力運転を行う場合に、前述の最高回転数をさらに上昇させて運転速度を広くするための方策として、電機子コイルに永久磁石による磁束を打ち消す電流を流して等価的に誘起電圧を下げるといういわゆる弱め界磁制御がある。しかし、この弱め界磁制御は、トルクに寄与しない電流を流すため効率の低下を招いていた。
【０００４】
また、電機子コイルに大電流を流す必要があり、おのずとコイルに発生する熱が増大する。そのため、高回転領域における回転電機としての効率の低下，冷却能力を超えた発熱による永久磁石の減磁等が起こり得る可能性があった。
【０００５】
そこで、電気的な弱め界磁の代わりに、機械的に有効磁束量を可変することができる回転電機としては、例えば特許文献１に記載された回転電機が知られている。
【０００６】
特許文献１に記載された回転電機は、回転軸方向に二分割され、それぞれに極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置された回転子を有する。そして、回転電機を電動機として動作させる場合は、二分割回転子の一方の界磁用磁石と二分割回転子の他方の界磁用磁石との間の磁気作用力と回転子のトルク方向との釣り合いによって二分割回転子の界磁用磁石の磁極中心を揃える。回転電機を発電機として動作させる場合は、回転子のトルク方向が反対になるに伴って二分割回転子の界磁用磁石の磁極中心をずらす。このように、分割した二つの回転子の磁極中心を変化させることで機械的に有効磁束量を可変にしている。
【０００７】
さらに、機械的な可変機構を用いた回転電機では、被搭載体、例えば自動車に対する信頼性を向上させるために、例えば回転子のトルク方向の変化に伴って二分割回転子の一方が可変した時に二分割回転子の一方や機械的な可変機構に生じる衝撃を緩和できる機構を設けた回転電機が特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−６９６０９号公報
【特許文献２】特開２００５−２５３２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述した回転電機は、高速回転における機械的な弱め界磁の状態では、回転軸方向の磁束流れが生じることにより渦電流が発生し、回転電機の鉄損が増大するといった課題がある。
【００１０】
本発明の目的は、回転電機の高速回転時における鉄損を大幅に低減する回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、巻線を有する固定子と、その固定子に空隙を介して回転可能に配設され、回転軸方向に第１回転子と第２回転子に二分割され、それぞれに極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置された回転子と、その回転子の第１回転子に対する第２回転子の相対的な回転軸方向位置を可変する磁束可変機構と、固定子に円周方向に貫いて設けられた磁気抵抗層と、を有する回転電機の構成とする。
【００１２】
また、巻線を有する固定子と、その固定子に空隙を介して回転可能に配設され、回転軸方向に三分割以上分割され、それぞれに極性の異なる界磁用磁石が回転方向に交互に配置された回転子と、その回転子の分割された個々の分割回転子の相対的な回転軸方向位置を可変する磁束可変機構と、固定子における分割回転子間に対応する位置に円周方向に貫いて設けられた複数の磁気抵抗層と、を有する回転電機の構成とする。
【発明の効果】
【００１３】
回転電機の高速回転時における鉄損を大幅に低減できる回転電機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る回転電機における固定子内の磁束流れを説明する図である。
【図２】本発明に係る回転電機の一実施例を示す図である。
【図３】本発明に係る回転電機の他の実施例を示す図である。
【図４】本発明に係る回転電機を搭載した自動車の駆動装置の一構成例を示す図である。
【図５】本発明に係る回転電機を搭載した自動車の駆動装置の他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
本実施例を図１と図２に基づいて説明する。
【００１７】
図１は本実施例の回転電機における固定子内の磁束流れを説明する図である。図１に示すように、円筒状の固定子鉄心１の内周部には、軸方向に連続し、開口した溝（以後「スロット」と記す）が周方向に複数形成され、複数のスロットの各々には電機子巻線２（固定子巻線又は一次巻線ともいう）が装着されている。固定子鉄心１の外周側には、ハウジング（図に示していない）に焼嵌或いは圧入などによって締結され、回転軸方向端部にブラケット（図に示していない）によって塞いでいる。固定子鉄心１の内周側には空隙７を介して回転子が回転可能に配設されている。
【００１８】
回転子は回転軸方向に二分割されて構成されたものであり、シャフト３（回転軸ともいう）に固定された第１回転子４と、シャフト３に設けたスプライン６の上を回転しながら、回転軸方向に移動可能な第２回転子５とを有している。第１回転子４には、極性が回転方向に順次異なるように（交互なるように）永久磁石４Ａが複数埋め込まれている。また、第２回転子５にも、極性が回転方向に順次異なるように、永久磁石５Ａが複数埋め込まれている。シャフト３の中心軸方向の両端部は、軸受装置（図に示していない）によって回転可能に支持されている。支持機構は、軸受，ストッパー，アクチュエータから構成されており（図に示していない）、可動部が軸受，ストッパーを介して第２回転子を所定位置に移動させることができる。
【００１９】
本実施例では、図１に示すように、トルクや回転数の変化に応じて第２回転子を動作させている。すなわち本実施例では、図１（ａ）の状態から図１（ｂ）までの任意状態としている。
【００２０】
ここで、図１（ａ）は、最大有効磁束が必要とされる場合、第１回転子４と第２回転子５を接近させて一体とし、永久磁石４Ａ，５Ａの同極性のもの同士を回転軸方向に並ばせて永久磁石４Ａ，５Ａの磁極の中心を揃えた状態である。この時、支持機構は、第２回転子５を第１回転子４側とは反対側から支持している。すなわちアクチュエータに入力された制御信号によって制御し、可動部が軸受，ストッパーを介して第２回転子を所定位置に移動させる。
【００２１】
図１（ｂ）は、図１（ａ）の状態より有効磁束を減らした状態である。第２回転子５を、シャフト３上を回転させながら回転軸方向の一方側（第１回転子４側とは反対側）に移動させて第１回転子４から離し、任意所定位置に移動させる。この状態では、界磁用の有効磁束量は０となり、逆起電圧を０にすることができる。この有効磁束０の特性は回転電機の保護機能に利用できる。ここでの有効磁束は、回転電機の回転トルクに寄与する磁束量である。回転電機の回転トルクと固定子の巻線に流れる電流から求められる。なお、図１（ｂ）の状態のとき、磁束が第１回転子４と第２回転子５間で、固定子鉄心１内を磁束流れ８の通り流れる。
【００２２】
本実施例では、図２に示すように、回転電機の固定子鉄心１には、固定子鉄心１を円周方向に貫く磁気抵抗層９（厚さ：Ｄ２）を設けている。ここで、磁束流れ８を遮断するために、固定子鉄心１中の磁気抵抗層９の磁気抵抗は、空隙７（回転子と固定子間距離：Ｄ１）の磁気抵抗より高いことが好ましい。例えば、磁気抵抗層９が空気層の場合では、Ｄ２＞２×Ｄ１とすることが好ましい。この構造は、回転数が高くなると、機械的に弱め界磁（回転子の状態が図１（ａ）から図１（ｂ）の間に変化する）において、回転軸方向に生じる磁束流れ８を遮断することができる。その結果、磁束可変型回転電機の高速回転領域における鉄損を大幅に低減することができる。
【００２３】
前記磁気抵抗層の位置は、特に限定していないが、固定子の軸方向の長さをできるだけ短くするために、前記第一回転子と抵抗層が同一平面上にあることが好ましい。
【００２４】
前記磁気抵抗層９の材料は、透磁率が小さく、つまり磁気抵抗が大きい性質を有する材料である。例えば、アルミニウム，銅，アルミナ，マイカ／ガラス，エポキシ／ガラス，石英，シリコーン，テフロンなど、またはこれらの合成材料などが挙げられる。また、スペースを空けること、言い換えれば空気層でもよい。
【００２５】
なお、上記形態では、回転子が二分割される回転電機の場合では、固定子鉄心１に設ける磁気抵抗層９が一つとなる場合について説明したが、二つ以上の層を間隔とって設けても良いことは言うまでもない。
【実施例２】
【００２６】
本発明の回転電機の他の実施例を図３に基づいて説明する。以下、前例と同じ部品には同符号を付してその説明を省略し、異なる部品のみ説明する。
【００２７】
本実施例は、図３に示すように、第１回転子４と第２回転子５の間に、第３回転子１０を設けた構造をもつ回転電機の固定子に二つの磁気抵抗層９を設ける実施例である。つまり、磁気抵抗層９は、第１回転子４と第３回転子１０間に対応する固定子の部分（第１回転子４と第３回転子１０間に生じる磁気流れを遮断する位置）と、第３回転子１０と第２回転子５間に対応する固定子の部分（第３回転子１０と第２回転子５間に生じる磁気流れを遮断する位置）に設けた構造である。この構造の回転電機は、図３に示すように、トルクや回転数の変化に応じて第２回転子５，第３回転子１０を動作させている。すなわち本実施例では、図３（ａ）の状態から図３（ｂ）までの任意状態としている。
【００２８】
ここで、図３（ａ）は、最大有効磁束が必要とされる場合、第１回転子４，第３回転子１０，第２回転子５を接近させて一体とし、永久磁石４Ａ，１０Ａ，５Ａの同極性のもの同士を回転軸方向に並ばせて永久磁石４Ａ，１０Ａ，５Ａの磁極の中心を揃えた状態である。
【００２９】
前記動作には、まず第３回転子と第２回転子が一緒に移動し、第３回転子の永久磁石１０Ａの磁極中心（Ｎ極またはＳ極の中心）が第１回転子の永久磁石４Ａの磁極中心と半分機械角をずらす位置で止まる（第１回転子と第３回転子間の永久磁石による吸引力と反発力が釣り合う状態となる）。
【００３０】
例えば、回転子が８極永久磁石で構成される場合、１磁石あたりの機械角は、４５°になり、磁極中心は磁石端から２２.５°の位置となる。次に、図３（ｂ）に示すように、第２回転子のみ移動し、回転しながら第２回転子を第１回転子の磁極中心に対して逆極性の磁極中心に揃える位置まで移動させる。
【００３１】
本実施例では、図３に示すように、回転電機の固定子鉄心１には、固定子鉄心１を円周方向に貫く磁気抵抗層９（厚さ：Ｄ２）を、分割回転子間の隙間に対応して二つ設けている。ここで、磁束流れを遮断するために、固定子鉄心１中の磁気抵抗層９の磁気抵抗は、空隙７（回転子と固定子間距離：Ｄ１）の磁気抵抗より高いことが好ましい。例えば、磁気抵抗層９が空気層の場合では、Ｄ２＞２×Ｄ１とすることが好ましい。この構造は、回転数が高くなると、機械的に弱め界磁（回転子の状態が図３（ａ）から図３（ｂ）の間に変化する）において、回転軸方向に生じる磁束流れ８を遮断することができる。その結果、磁束可変型回転電機の高速回転領域における鉄損を大幅に低減することができる。
【００３２】
前記三分割回転子の構造は、図３に示すように、三等分割が好ましい。つまり、三分割された第１回転子，第２回転子，第３回転子の回転軸方向の長さ割合は１：１：１となる。このように、等分割することによって、磁気バランスをとることが容易である。
【００３３】
なお、上記形態では、回転子が三分割される回転電機の場合では、固定子鉄心に設ける磁気抵抗層が二つとなる場合について説明したが、三つ以上の層を間隔とって設けても良いことは言うまでもない。
【実施例３】
【００３４】
本実施例では、本発明で提案した回転電機をハイブリッド自動車の駆動装置に適用した一例について説明する。
【００３５】
図４はハイブリッド自動車の駆動装置の配置構成を示す。ハイブリッド自動車の駆動装置は、車輪２０と、車輪を駆動する内燃機関であるエンジン１１と、車両の速度を制御する変速機であるトランスミッション１３との間に永久磁石型同期回転電機（回転電機１２）が機械的に連結されて構成されている。この回転電機１２は、上述した実施例１又は実施例２の回転電機の特徴を有する回転電機である。
【００３６】
回転電機１２は、内燃機関であるエンジン１１と変速機であるトランスミッション１３間に機械的に連結されている。
【００３７】
エンジン１１と回転電機１２との連結には、図示省略したエンジン１１の出力軸と回転電機１２の回転軸を直結する方法、或いは遊星歯車減速機構などで構成された変速を介して連結する方法を採られている。
【００３８】
回転電機１２は、電動機或いは発電機として動作するので、回転電機１２には、電力変換器であるインバータ１４を介して、電力の充放電を行う蓄電手段であるバッテリ１５に電気的に接続されている。回転電機１２を電動機として用いる場合は、バッテリ１５から出力された直流電力をインバータ１４で交流電力に変換して回転電機１２に供給する。これにより、回転電機１２は駆動される。回転電機１２の駆動力は、エンジン１１の始動用或いはアシスト用として用いられる。回転電機１２を発電機として用いる場合は、回転電機１２によって発電された交流電力をインバータ１４（コンバータ機能）で直流電力に変換してバッテリ１５に供給する。これにより、変換された直流電力はバッテリ１５に蓄電される。つまり電力変換器であるインバータ１４は、蓄電手段であるバッテリ１５と回転電機１２間に接続され、電力の変換を行うものである。
【００３９】
従来の永久磁石同期回転電機は、回転数の上昇と共に磁石による逆起電力が大きくなるため、バッテリ，インバータの制約により高回転領域で駆動するのが困難であった。高回転領域で回転電機を駆動する方式として、電流により永久磁石の界磁用磁束を等価的に弱める弱め界磁制御があるが、トルクに寄与しない電流を流すため効率の低下を招いていた。前記回転電機は本発明の磁束可変型回転電機を用いることで、回転数，トルクに応じて機械的に最適な界磁用有効磁束を発生させることができる。従って、逆起電力によるバッテリやインバータの制約が低減でき、さらにトルクに寄与しない電流を流さないため、効率を向上させることができる。さらに、高速回転時に発生する回転軸方向の磁束流れを遮断できるため、高速回転時（機械的弱め界磁制御）の回転電機の鉄損を大幅に低減できる。その結果、回転電機の効率を向上することができる。
【００４０】
本実施例によれば、本発明の回転電機を導入すると、インバータの耐圧を低減することができるため、インバータ容量を低減できる。その結果、インバータのコスト，体積の低減を図ることができる。さらに、本発明の磁束可変型回転電機は、広い回転速度範囲での高効率運転ができるため、変速ギア段の減少、または変速ギアの省略を実現することが可能となる。従って、駆動装置全体の小型化を図ることもできる。
【実施例４】
【００４１】
本実施例では、本発明で提案した回転電機をハイブリッド自動車の駆動装置に適用した他の例について説明する。
【００４２】
図５は、実施例１又は実施例２の回転電機が搭載される自動車の駆動装置の配置構成を示す。本実施例の駆動装置は、内燃機関であるエンジン１１のクランクプーリ１６と、回転電機１２のシャフトに結合されたプーリ１８が金属ベルト１７で連結されたものである。従って、実施例３では、エンジン１１と回転電機１２は直列に配置されていたが、本実施例では、エンジン１１と回転電機１２は並列に配置されている。
【００４３】
また、本実施例の自動車の駆動装置においては、回転電機１２を電動機単体或いは発電機単体もしくはモータ・ジェネレータのどの形で用いてもよい。本実施例によれば、クランクプーリ１６，金属ベルト１７，プーリ１８によって、エンジン１１と回転電機１２の間にある速度比をもった変速機構を構成することができる。例えば、クランクプーリ１６とプーリ１８の半径比を２：１にすることにより、回転電機１２をエンジン１１の２倍の速度で回転させることができ、エンジン１１の始動時、回転電機１２のトルクをエンジン１１の始動時に必要なトルクの１／２にすることができる。従って、回転電機１２を小型化することができる。さらに、高速回転時に発生する回転軸方向の磁束流れを遮断できるため、高速回転時（機械的弱め界磁制御）の回転電機の鉄損を大幅に低減できる。その結果、回転電機の効率を向上することができる。
【００４４】
また、実施例１又は実施例２の回転電機が用いられる自動車の実施形態を列挙すると次の通りである。
【００４５】
車輪を駆動する内燃機関と、電力の充放電を行うバッテリと、内燃機関のクランク軸と機械的に連結され、バッテリから供給された電力によって駆動されて内燃機関を駆動すると共に、内燃機関からの動力によって駆動されて発電し、バッテリにその発電電力を供給するモータ・ジェネレータと、モータ・ジェネレータに供給される電力及びモータ・ジェネレータから供給された電力を制御する電力変換装置と、電力変換装置を制御する制御装置とを有し、モータ・ジェネレータが実施例１又は実施例２又は実施例３又は実施例４の回転電機で構成された自動車。この自動車は、内燃機関で車輪を駆動する通常の自動車、或いは内燃機関とモータ・ジェネレータで車輪を駆動するハイブリッド自動車である。
【００４６】
また、車輪を駆動する内燃機関と、電力の充放電を行うバッテリと、バッテリから供給された電力によって駆動されて車輪を駆動すると共に、車輪からの駆動力を受けて発電し、バッテリにその発電力を供給するモータ・ジェネレータと、モータ・ジェネレータに供給された電力及びモータ・ジェネレータから供給された電力を制御する電力変換装置と、電力変換装置を制御する制御装置を有し、モータ・ジェネレータが実施例１又は実施例２の回転電機で構成された自動車。この自動車は、内燃機関とモータ・ジェネレータで車輪を駆動するハイブリッド自動車である。
【００４７】
また、電力の充放電を行うバッテリと、バッテリから供給された電力によって駆動されて車輪を駆動すると共に、車輪からの駆動力を受けて発電し、バッテリにその発電電力を供給するモータ・ジェネレータと、モータ・ジェネレータに供給される電力及びモータ・ジェネレータから供給された電力を制御する電力変換装置と、電力変換装置を制御する制御装置とを有し、モータ・ジェネレータが実施例１又は実施例２の回転電機で構成された自動車。この自動車は、回転電機で車輪を駆動する電気自動車である。
【実施例５】
【００４８】
本実施例では、本発明で提案した回転電機を洗濯機の電動機に適用した例について説明する。
【００４９】
洗濯機の従来技術で、電動機のトルクはプーリを介してベルトとギアによりトルクを伝達する場合、ベルトとギアの摺動，打撃音等の騒音が大きい問題がある。また、電動機のトルクを直接回転体や脱水槽に伝達するためのダイレクトドライブ方式では、電気的な弱め界磁制御技術により高速運転領域を広げることは、弱め界磁電流による発熱や効率低下などにより限界がある。前記ダイレクトドライブ方式は減速機構がないために、低速高トルクの洗いや濯ぎ行程と高速大出力の脱水行程の広範囲速度領域を賄う電動機の体格は大型になる。
【００５０】
前記電動機は本発明の磁束可変型回転電機を用いる場合、洗いもしくは濯ぎ行程で、電動機の分割された回転子の同極性の中心が揃えるようにすれば、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を多くして、高トルク特性が得られる。一方、脱水行程のような高速回転領域において運転する時は、相対的に回転できる回転子を同極性磁極の中心がずれる方向に回転させれば、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を少なくすることになり、言い換えると機械的な弱め界磁効果があり、高回転領域において定出力特性がえられる。さらに、高速回転時に発生する回転軸方向の磁束流れを遮断できるため、高速回転時（機械的弱め界磁制御）の回転電機の鉄損を大幅に低減できる。その結果、回転電機の効率を向上することができる。
【実施例６】
【００５１】
本実施例は、本発明で提案した回転電機を風力発電システムの発電機に適用した例について説明する。
【００５２】
従来の風力発電システムの発電機において、低速領域で高トルクが得られるが、回転数の可変範囲が狭いために高速領域の運転は困難であった。そこで、電気的な弱め界磁制御技術により高速運転領域を広げることが考えられる。また、風力発電システムの発電機は広い速度範囲で所定の出力を確保するためにギア機構やピッチモータ等を備えて、さまざまな風速条件に対応できるようにした。発電機の各相巻線を主軸の回転速度に応じて巻線切り替え装置を用いて、低速用巻線と高速用巻線に切り替えて駆動するようにしているものもある。電気的な弱め界磁制御により高速運転領域を広げることは、弱め界磁電流による発熱や効率低下などにより限界がある。各相巻線を主軸の回転速度に応じて巻線切り替え装置を用いた場合は、発電機本体からのリード線の数が多く、さらに巻線切り替え制御装置とその構造が複雑になる問題などがある。
【００５３】
実施例１又は実施例２の回転電機で構成された回転電機を用いた風力発電システムの発電機が風力の広い範囲で高効率を行う実施例として、分割された回転子は以下の状態で運転されればよい。風が弱い低速回転領域においては、回転子の同極性磁極の中心が揃えるようにして、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を多くし、高出力特性が得られるようにする。一方、風が強い高速回転領域においては、相対的に回転できる回転子を同極性磁極の中心がずれる方向に回転させれば、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を少なくすることになり、言い換えると機械的な弱め界磁効果があり、高回転領域において定出力特性がえられる。さらに、高速回転時に発生する回転軸方向の磁束流れを遮断できるため、高速回転時（機械的弱め界磁制御）の回転電機の鉄損を大幅に低減できる。その結果、回転電機の効率を向上することができる。
【００５４】
本実施例によれば、機械的に永久磁石の界磁用有効磁束量を可変できるという効果がある。特に、風力発電システムの主軸発電機の機械的な弱め界磁が簡単にでき、広範囲可変速制御には大きな効果がある。発電機構造が簡単になることにより、発電機が軽量になるため、タワーの構造が簡単になるという効果がある。
【実施例７】
【００５５】
本実施例では、本発明で提案した回転電機を輸送車両の電動機・発電機に適用した例について説明する。
【００５６】
永久磁石同期電動機は誘導電動機に比べ高効率であり、小型軽量化に有利である。また、高効率であることは消費電力量やＣＯ2排出量の削減も期待できる。輸送車両の駆動用電動機は小型軽量であることが強く求められるため、永久磁石同期電動機は有力な候補である。また、電動機だけでなくインバータも含めた主回路全体の軽量化が求められる。主変換装置保護の観点から、永久磁石による逆誘起電圧は、そのピーク値がすくなくとも直流中間回路電圧の過電圧保護動作設定値を超えないように設計すべきである。しかし、そのように電動機を設計した場合、必要とするインバータ容量を増大させてしまう。
【００５７】
前記電動機は本発明の磁束可変型回転電機を用いる場合、低速大トルクで、電動機の分割された回転子の同極性の中心が揃えるようにすれば、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を多くして、高トルク特性が得られる。一方、高速回転領域において運転する時は、相対的に回転できる回転子を同極性磁極の中心がずれる方向に回転させれば、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を少なくすることになり、言い換えると機械的な弱め界磁効果があり、高回転領域において定出力特性がえられる。さらに、高速回転時に発生する回転軸方向の磁束流れを遮断できるため、高速回転時（機械的弱め界磁制御）の回転電機の鉄損を大幅に低減できる。その結果、回転電機の効率を向上することができる。
【００５８】
本実施例によれば、機械的に永久磁石の界磁用有効磁束量を可変できるという効果がある。また、輸送車両の発電機の機械的な弱め界磁が簡単にでき、広範囲可変速制御には大きな効果がある。さらに、機械的に有効磁束を可変することにより、逆誘起電圧を抑えることができる。その結果、インバータの容量を低減することができる。従って、インバータのコスト低減や駆動装置全体の小型化を図ることもできる。
【００５９】
今回開示された実施例の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６０】
１  固定子鉄心
２  電機子巻線
３  シャフト
４  第１回転子
４Ａ，５Ａ，１０Ａ  永久磁石
５  第２回転子
６  スプライン
７  空隙
８  磁束流れ
９  磁気抵抗層
１０  第３回転子
１１  エンジン
１２  回転電機
１３  トランスミッション
１４  インバータ
１５  バッテリ
１６  クランクプーリ
１７  金属ベルト
１８  プーリ
２０  車輪
【図１】
2010246196.tif 000003
【図２】
2010246196.tif 000004
【図３】
2010246196.tif 000005
【図４】
2010246196.tif 000006
【図５】
2010246196.tif 000007