(57)【要約】【課題】可変速の全運転領域で効率の良い運転ができる永久磁石式回転電機を作る。【解決手段】電機子巻線１２を有する固定子１０と、電機子巻線に流される電流により磁化され、かつ磁化態様に応じて当該回転子としての極数を変化させる複数個の永久磁石２２を持つ回転子２０と、固定子１０の電機子巻線１２に接続され、当該電機子巻線の相数、極数を変換する複数のパワー半導体素子Ｑ１〜Ｑ４と、複数のパワー半導体素子のスイッチングによる巻線の接続切替を行う巻線接続切替回路５０とを備え、巻線接続切替回路は、電機子巻線１２の接続切替により電機子巻線の極数を変換し、かつ、電機子巻線の接続切替を行った後に当該電機子巻線に流される磁化電流により回転子２０の複数個の永久磁石２２を不可逆的に磁化し、その磁化態様に応じて当該回転子としての極数を変換する永久磁石式回転電機ドライブシステムを特徴とする。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子巻線を有する固定子と、
外部磁界により磁化され、かつ磁化態様に応じて当該回転子としての極数を変化させる複数個の永久磁石を持つ回転子とを備えたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２】
電機子巻線を有する固定子と、
前記電機子巻線に流される電流により磁化され、かつ磁化態様に応じて当該回転子としての極数を変化させる複数個の永久磁石を持つ回転子とを備えたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の永久磁石式回転電機において、
前記回転子の永久磁石の保磁力が５００ｋＡ／ｍ以下であることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項４】
前記回転子の永久磁石の磁化過程に関して、１回目の永久磁石の磁化を行い、回転子の回転位置を移動させて２回目の永久磁石の磁化を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項５】
前記固定子の電機子巻線は集中巻のコイルから構成され、
前記回転子の永久磁石の磁化過程に関して、１回目の永久磁石の磁化を行い、回転子の回転位置を移動させて２回目の永久磁石の磁化を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項６】
電機子巻線を有する固定子と、
前記電機子巻線に流される電流により磁化され、かつ磁化態様に応じて当該回転子としての極数を変化させる複数個の永久磁石を持つ回転子と、
前記固定子の電機子巻線に接続され、当該電機子巻線の相数、極数を変換する複数のパワー半導体素子と、
前記複数のパワー半導体素子のスイッチングによる巻線の接続切替を行う巻線接続切替回路とを備え、
前記巻線接続切替回路は、前記電機子巻線の接続切替により前記電機子巻線の極数を変換し、かつ、前記電機子巻線の接続切替を行った後に当該電機子巻線に流される磁化電流により前記回転子の複数個の永久磁石を不可逆的に磁化し、その磁化態様に応じて当該回転子としての極数を変換することを特徴とする永久磁石式回転電機ドライブシステム。
【請求項７】
複数の電機子コイルで構成される電機子巻線を有する固定子と、
前記電機子巻線に流される電流により磁化され、かつ磁化態様に応じて当該回転子としての極数を変化させる複数個の永久磁石を持つ回転子と、
前記固定子の複数の電機子コイル各々に接続され、各電機子コイルへの通電と通電切断を行う複数のパワー半導体素子と、
前記複数のパワー半導体素子のスイッチング態様の組合せによって前記複数の電機子コイル各々に流れる電流の位相を変化させて前記電機子巻線としての極数を変換する電機子巻線極数切替回路とを備え、
前記電機子巻線極数切替回路は、前記電機子巻線としての極数を変換し、かつ、前記電機子巻線としての極数を変換した後に当該電機子巻線に流される磁化電流により前記回転子の複数個の永久磁石を不可逆的に磁化し、その磁化態様に応じて当該回転子としての極数を変換することを特徴とする永久磁石式回転電機ドライブシステム。
【請求項８】
前記電機子巻線極数切替回路は、前記複数の電機子コイル各々に接続された前記複数のパワー半導体素子それぞれのスイッチング態様の組合せによって当該複数の電機子コイル各々に流れる電流の位相を変化させ、当該複数の電機子コイル各々の相の種類と共に当該電機子巻線の相数を変え、あるいは当該複数の電機子コイル各々の相の種類か当該電機子巻線の相数のいずれかを変えることを特徴とする請求項７に記載の永久磁石式回転電機ドライブシステム。
【請求項９】
前記回転子の永久磁石の保磁力が５００ｋＡ／ｍ以下であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機ドライブシステム。
【請求項１０】
前記電機子巻線極数切替回路は、前記複数の電機子コイルのうちの一部の電機子コイルに通電して磁界を発生させ、前記回転子の複数の永久磁石を不可逆的に磁化させて当該回転子の極数を変換させることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機ドライブシステム。
【請求項１１】
前記回転子の極数を、低速回転域では多極に変換し、高速回転域では前記多極よりも少ない少極に変換して、かつ、前記高速回転域では出力電力の周波数を極数比で低周波に変換することを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機ドライブシステム。
【請求項１２】
前記回転子の永久磁石の磁化過程に関して、１回目の永久磁石の磁化を行い、回転子の回転位置を移動させて２回目の永久磁石の磁化を行うことを特徴とする請求項６〜１１のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機ドライブシステム。
【請求項１３】
前記固定子の電機子巻線は集中巻のコイルから構成され、
前記回転子の永久磁石の磁化過程に関して、１回目の永久磁石の磁化を行い、回転子の回転位置を移動させて２回目の永久磁石の磁化を行うことを特徴とする請求項６〜１１のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機ドライブシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータに永久磁石を埋め込んだ永久磁石式回転電機とそのドライブシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
環境とエネルギー問題からプラグインハイブリッド車や電気自動車の実用化が急速に進められており、低消費電力量で高出力、全運転領域で高効率のモータが必要とされている。希土類元素の永久磁石は従来の数十倍の磁力を生じるため高出力で高効率のモータが得られる。そのようなモータでは、電源電圧の制限下で中〜高速回転域でモータを駆動するため、インバータ制御を用い、弱め磁束制御と言われる永久磁石の磁力（磁束）と逆方向の磁力を形成して磁力（電圧）を制御している。そして、埋め込み型永久磁石式モータ（ＩＰＭモータ）はこの制御が効果的に作用する磁気的構造を持つ永久磁石式モータである。
【０００３】
しかしながら、弱め磁束制御を用いると、出力にならない制御電流による銅損と高調波鉄損が発生して効率が大幅に低下する。そのため、この永久磁石式モータをハイブリッド自動車に搭載する場合、モータの高速回転域では燃費が低下する問題点がある。また、この永久磁石式モータを電車に搭載する場合、電車では駅間の高速走行時にはモータから駆動力をもらわない惰行運転モードに移行する。しかし、惰行運転モードでも車輪の高速回転によってモータのロータが回転させられ、これによってロータに埋め込まれている永久磁石によりインバータに高電圧の誘導電圧がかかる。そこで、インバータを保護するため、弱め磁束制御をしているが、駆動力を必要としない惰行運転モードで弱め磁束制御のために電力を消費する必要があり、省エネルギーにならない問題点がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】堺和人，他：「可変磁力メモリモータの原理と基本特性」，電気学会論文誌Ｄ，ｖｏｌ．１３１−Ｄ，Ｎｏ．１，５３−６０ページ，２０１１年。
【非特許文献２】Ｖｌａｄｏ  Ｏｓｔｏｖｉｃ：“Ｐｏｌｅ−ｃｈａｎｇｉｎｇ  ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  ｍａｇｎｅｔ  ｍａｃｈｉｎｅｓ”ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．６，２００２年。
【非特許文献３】新妻孝則，倉持暁，堺和人：「極数・機器定数変換エレク卜ロニクスモータの研究」，平成２４年度電会大，Ｎｏ．５，３２−３３ページ，２０１２年。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のような弱め磁束制御によらずとも、回転速度に応じてモータの極数や機器定数を変化させるならば低速域から高速域まで、可変速の全運転領域で効率の向上が期待できる。そこで、本願発明者らは、電機子巻線を構成する電機子コイルの接続を機械的なスイッチにより切り替えることによりモータの極数や機器定数を変化させ、可変速の全運転領域で効率の良い永久磁石式回転電機とそのドライブシステムを提案している（特願２０１２−０４５０９３）。
【０００６】
本発明は、この提案されている永久磁石式回転電機とそのドライブシステムに対して、電機子巻線を構成する電機子コイルと一体化したパワー半導体素子をスイッチングして極数と機器定数を変化させ、可変速の全運転領域で効率の良い運転ができる永久磁石式回転電機とそのドライブシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの特徴は、電機子巻線を有する固定子と、外部磁界により磁化され、かつ磁化態様に応じて当該回転子としての極数を変化させる複数個の永久磁石を持つ回転子とを備えた永久磁石式回転電機である。
【０００８】
本発明の別の特徴は、電機子巻線を有する固定子と、前記電機子巻線に流される電流により磁化され、かつ磁化態様に応じて当該回転子としての極数を変化させる複数個の永久磁石を持つ回転子とを備えた永久磁石式回転電機である。
【０００９】
本発明のまた別の特徴は、電機子巻線を有する固定子と、前記電機子巻線に流される電流により磁化され、かつ磁化態様に応じて当該回転子としての極数を変化させる複数個の永久磁石を持つ回転子と、前記固定子の電機子巻線に接続され、当該電機子巻線の相数、極数を変換する複数のパワー半導体素子と、前記複数のパワー半導体素子のスイッチングによる巻線の接続切替を行う巻線接続切替回路とを備え、前記巻線接続切替回路は、前記電機子巻線の接続切替により前記電機子巻線の極数を変換し、かつ、前記電機子巻線の接続切替を行った後に当該電機子巻線に流される磁化電流により前記回転子の複数個の永久磁石を不可逆的に磁化し、その磁化態様に応じて当該回転子としての極数を変換する永久磁石式回転電機ドライブシステムである。
【００１０】
本発明のさらに別の特徴は、複数の電機子コイルで構成される電機子巻線を有する固定子と、前記電機子巻線に流される電流により磁化され、かつ磁化態様に応じて当該回転子としての極数を変化させる複数個の永久磁石を持つ回転子と、前記固定子の複数の電機子コイル各々に接続され、各電機子コイルへの通電と通電切断を行う複数のパワー半導体素子と、前記複数のパワー半導体素子のスイッチング態様の組合せによって前記複数の電機子コイル各々に流れる電流の位相を変化させて前記電機子巻線としての極数を変換する電機子巻線極数切替回路とを備え、前記電機子巻線極数切替回路は、前記電機子巻線としての極数を変換し、かつ、前記電機子巻線としての極数を変換した後に当該電機子巻線に流される磁化電流により前記回転子の複数個の永久磁石を不可逆的に磁化し、その磁化態様に応じて当該回転子としての極数を変換する永久磁石式回転電機ドライブシステムである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の永久磁石式回転電機及びそのドライブシステムによれば、電機子巻線を構成する電機子コイルと一体化したパワー半導体素子をスイッチングして極数と機器定数を変化させ、可変速の全運転領域で効率の良い回転電機が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の１つの実施の形態の永久磁石式モータの断面図。
【図２】上記実施の形態の永久磁石式モータをドライブする永久磁石式モータドライブシステムのブロック図。
【図３】上記実施の形態の永久磁石式モータドライブシステムの半導体スイッチング回路のブロック図。
【図４】上記実施の形態の永久磁石式モータにおける電機子コイルの３相８極接続の説明図。
【図５】上記実施の形態の永久磁石式モータにおける電機子コイルの３相４極接続の説明図。
【図６】上記実施の形態の永久磁石式モータにおける電機子巻線の３相８極モードでの磁束密度分布の解析図。
【図７】上記実施の形態の永久磁石式モータにおける電機子巻線の３相４極モードでの磁束密度分布の解析図。
【図８】実施例の永久磁石式モータの諸元説明図。
【図９】上記実施の形態の永久磁石式モータの８極から４極への極数変換中の磁束密度分布の解析図。
【図１０】上記実施の形態の永久磁石式モータに採用した可変磁力永久磁石の配置位置Ａ，Ｂによる８極から４極への極数変換時の磁化特性の違いを示すグラフ。
【図１１】上記実施の形態の永久磁石式モータの４極から８極への極数変換中の磁束密度分布の解析図。
【図１２】上記実施の形態の永久磁石式モータに採用した可変磁力永久磁石の配置位置Ｃ，Ｄによる４極から８極への極数変換時の磁化特性の違いを示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。尚、以下の説明では、同一若しくは類似する構成要素には同一若しくは類似する符号を付して説明する。また、磁極数、用いる永久磁石数、巻線極数等については、あくまでも例示であり、その増減は任意であり、説明に用いるものに限定されるわけではない。
【００１４】
図１、図２に示す本発明の１つの実施の形態は、極数・機器定数可変永久磁石式モータ及びそのドライブシステムである。本実施の形態の極数・機器定数可変永久磁石式モータは、円筒状の固定子１０とその内部にエアギャップを隔てて挿入された回転子２０と、この回転子２０の中心に設けられた回転軸３０で構成されている。尚、図１、図２では該モータの半分の断面を示してある。
【００１５】
固定子１０は、円筒状の固定子鉄心１１の内周側に形成されている複数の（ここでは１２個の）スロット１３を利用して、電機子巻線１２を構成する１２個の電機子コイル１２１〜１２１２それぞれを集中巻き式に巻き付けて構成されている。図２に詳しいように、電機子コイル１２１〜１２１２各々の巻き始端と巻き終端との間には半導体素子スイッチング回路４１１〜４１１２それぞれが接続されている。
【００１６】
図３に示すように、この半導体素子スイッチング回路４１１〜４１１２各々は、電源５１から電機子コイル１２１〜１２１２それぞれに交流を流す単相インバータ回路ＩＮＶとゲートドライブ回路ＤＲＶで構成されており、マイクロコンピュータで構成されるゲート制御装置５０（図２参照）からのスイッチング信号ＳＷ１〜ＳＷ１２それぞれにて半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオン／オフ制御することにより電機子コイル１２１〜１２１２それぞれへの通電と通電タイミングを制御する。例えば、図３のインバータＩＮＶにおいては、スイッチング信号ＳＷ１により半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４−ＯＮ、半導体スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３−ＯＦＦであれば電機子コイル１２１には正側の電流が流れ、半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４−ＯＦＦ、半導体スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３−ＯＮになれば電機子コイル１２１には逆向きの電流が流れ、電機子コイル１２１としては正負の電流が流れることになって、交流が流れることになる。そして、ゲート制御装置５０は１２個のすべての半導体素子スイッチング回路４１１〜４１１２に対して個別に、かつ適切なタイミングにオン／オフ制御することにより、２相〜１２相の相数切替ができ、またオン／オフ期間の調整により４極、８極の両方の極数切替ができる。
【００１７】
図１、図２に示すように、回転子２０は、回転軸３０と共に回転する回転子鉄心２１の中に複数の（ここでは１６個の）永久磁石２２１〜２２１６を放射線状に埋め込んで構成されている。尚、これら１６個の永久磁石は、説明を簡明にするために符号２２で代表させて説明することがある。
【００１８】
永久磁石２２各々は、後述する電機子電流により電機子巻線１２が誘起する磁界により容易に磁化方向を反転変化させることができる低保磁力の可変磁束永久磁石であり、用途と定格により適切な保磁力のものが採用される。例えば、保磁力が５００ｋＡ／ｍ以下のもので、サマリウム・コバルト磁石のような希土類永久磁石を採用することができる。また、本実施の形態の場合、４極−８極の極数切替ができるように１６個の永久磁石２２１〜２２１６を、それらの磁化方向が円周方向（径方向に直角な方向）になるように、かつ等角度ずつ離して放射状に埋め込まれている。
【００１９】
そして、回転子２０側の極数を４極と８極との間で極数切替できる。回転子２０を８極から４極に切り替える場合、固定子１０側の電機子巻線１２を４極接続に切り替えてからパルス状で通常の運転電流よりも大きな磁化電流を通電することにより、電機子巻線１２が作る４極の磁化磁界によりその強い磁界が通る位置に位置している回転子２０側の可変磁束永久磁石が磁化され、回転子２０側も４極に切り替えられることになる。逆には回転子２０を８極に切り替える場合には、固定子１０側の電機子巻線１２を８極接続に切り替えてからパルス状で通常の運転電流よりも大きな磁化電流を通電することにより、電機子巻線１２が作る８極の磁化磁界によりその強い磁界が通る位置に位置している回転子２０側の可変磁束永久磁石が磁化され、回転子２０側も８極に切り替えられることになる。
【００２０】
図４、図５は電機子コイル１２の接続例を示している。図４に示す３相８極スイッチング切替時の巻線構成はＹ結線の２並列接続に相当し、図５に示す３相４極スイッチング切替時の巻線構成はＹ結線の４並列接続に相当する。これにより、極数と機器定数を変換することができ、それによって、極数変換による誘導電圧を広い範囲で可変にし、可変速の運転領域が広がる。
【００２１】
＜３相８極の場合＞
図１、図４に示すように、電機子コイル１２１，１２４，１２７，１２１０をＵ相、電機子コイル１２２，１２５，１２８，１２１１をＶ相、電機子コイル１２３，１２６，１２９，１２１２をＷ相とする。そして、電機子コイル１２１〜１２１２は全て同方向に巻かれたコイル（図４の各相のコイル左側の（＋）から右側の（−）に巻く）であり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流がこれらのコイルに流れる。例えば、Ｕ相コイル１２１，１２４，１２７，１２１０に流れるＵ相電流が正の最大値の瞬間では、Ｖ相コイル１２２，１２５，１２８，１２１１に流れるＶ相電流は負の１／２の大きさであり、Ｗ相コイル１２３，１２６，１２９，１２１２に流れるＷ相電流は負の１／２の大きさである。この相順でスイッチング制御をし、パルス的に通常よりも大きい磁化電流を流す。これにより、回転子２０側の可変磁力磁石２２の隣り合う２個のＮ極、Ｓ極を揃え、その次の隣り合う２個のＳ極、Ｎ極を逆向きに揃えるように磁化する。これにより、回転子２０側に９０度ずつ離れた４つのＮ極と、隣り合うＮ極の中間の位置それぞれに４つのＳ極を作り、８極の極数にする。その後、運転電流として、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の電機子コイルに通電して回転磁界をかけるようにスイッチング制御する。図６は、無負荷時の８極の磁束密度分布を示している。
【００２２】
＜３相４極の場合＞
図５に示すように、前記で電機子コイル１２１〜１２１２は全て同方向に巻かれたコイルとしたので、図５のＶ相のコイル１２２に示した左側の（−）から右側の（＋）は図４の場合（８極）とは逆向きに電流を流すことを意味する。同様にＵ相コイル１２４も図４の場合（８極）とは逆向きに電流を流すことを意味する。そして、Ｕ相コイル１２１（左＋），Ｖ相コイル１２２（左−），Ｗ相コイル１２３（左＋），Ｕ相コイル１２４（左−），Ｖ相コイル１２４（左＋），Ｗ相コイル１２５（左−），Ｕ相コイル１２６（左＋），Ｖ相コイル１２７（左−），Ｗ相コイル１２８（左＋），Ｕ相コイル１２９（左＋），Ｖ相コイル１２１０（左−），Ｗ相コイル１２１１（左＋）とする。例えば、Ｕ相コイル１２１，１２７に流れるＵ相電流が正の最大値の瞬間では、Ｖ相コイル１２２，１２８に流れるＶ相電流は負の１／２の大きさであるが、コイル左側（−）なので、電流の向きを逆方向に流すことを意味する。このとき、Ｗ相コイル１２３，１２９に流れるＷ相電流は負の１／２の大きさであるが、コイル左側（＋）なので、そのままでＷ相電流を流す。残りのコイルも電流方向は逆パターンで同様に行う。このように３相交流電流が流れるようにスイッチング制御をし、パルス的に通常よりも大きい磁化電流を流す。これにより、回転子２０側の可変磁力磁石２２の隣り合う４個のＮ極、Ｓ極を揃え、その次の隣り合う４個のＳ極、Ｎ極を逆向きに揃えるように磁化する。これにより、回転子２０側に１８０度ずつ離れた２つのＮ極と、隣り合うＮ極の中間の位置それぞれに２つのＳ極を作り、４極の極数にする。その後、運転電流として、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の電機子コイルに通電して回転磁界をかけるようにスイッチング制御する。図７は、無負荷時の４極の磁束密度分布を示している。
【００２３】
次に、上記構成の極数・機器定数可変永久磁石式モータの動作特性について説明する。図８は実施例の諸元を示す。基本は３相８極であり、定格電流３．３２Ａｒｍｓ、各電機子コイル巻数は１１４ターン、固定子径１２０ｍｍ、回転子径７２ｍｍ、回転子埋め込みの永久磁石は残留磁束密度Ｂｒは１Ｔ、保磁力は１７０ｋＡ／ｍ、磁石厚１．５ｍｍである。
【００２４】
また、図３に示すインバータ回路ＩＮＶ、ゲートドライブ回路ＤＲＶで構成される半導体スイッチング回路４１１〜４１１２）をコイル１２１〜１２１２各々に接続してモータの駆動と極数変換を行った。ゲート制御装置５０はマイクロコンピュータで構成し、図６に示す８極モードと図７に示す４極モードにインバータ出力パターンが切り替えられるようにプログラムを組込み、出力モードの切替はスイッチで行い、マイコン制御によりゲート信号を変え、逆方向の電流をつくることで８極磁界と４極磁界を形成するようにした。そして、特性解析を実施した。
【００２５】
＜極数変換による特性＞
極数変換時のモータ特性について述べる。誘起電圧について、８極の基本波成分の振幅値は１０６Ｖ、４極の基本波成分は２６Ｖである。この結果から、極数変換時には誘導電圧が１００％から２４．５％まで可変できるので高速回転域の可変速運転の範囲が極数変換を行わない場合と比較すると約４倍となった。鉄損については、８極時の鉄損を１００％とすると４極時の鉄損は２８．２％低減できる。鉄損成分では、渦電流損は３１．２％、ヒステリシス損は１８．７％低減する。
【００２６】
磁化解析は磁石の極性を可変させる磁化電流を定格電流の０倍から２０倍まで電流を変化させて行った。図９はモータが８極に磁極形成された状態で４極を形成する磁化電流を１０ｐｕ流した時の磁束密度分布を示す。図中のＡとＢは極性を可変させる低保磁力の可変磁力永久磁石２２である。図１１は４極に磁極形成した状態で８極を形成する磁化電流を１０ｐｕ流したものである。図中の符号Ｃと符号Ｄは極性を可変させる低保磁力の可変磁力永久磁石２２である。８極から４極に極数変換する永久磁石の磁化率を図１０に表す。また、４極から８極に極数変換する永久磁石の磁化率を図１２に表す。縦軸は磁石の磁化率であり、磁化率が正から負は逆の極性に磁化することを意味している。横軸は磁化電流であり、定格電流を１で正規化したものを示している。
【００２７】
図９における磁石Ａは磁化電流５ｐｕで１００％から−１００％に磁化できるように磁化しやすい位置にある。一方、磁石Ｂは１０ｐｕで１００％から−６１％、２０ｐｕで１００％から−９２％となり、磁化し難い位置にある。磁石Ｂの磁化率が悪いのは、磁界に対して直角に近い位置に属するので、磁界と磁石の方向の向きが同じ磁石Ａより、磁化率が悪くなったからである。
【００２８】
図１１における磁石Ｃの磁化率は、１０ｐｕで１００％から−８３％、２０ｐｕで１００％から−９６％に磁化できる。磁石Ｄの一度目の磁化の磁化率は１０ｐｕで−４５％、２０ｐｕで−６８％である。磁石Ｄの磁石の磁化率が磁石Ｃと比べ極端に悪いのは、図１１から磁石Ｄは磁界に対して直角の向きの位置に属しており、磁化が難しくなっている。この場合、磁化がしやすい磁石Ｃの場所に磁石Ｄを回転子２０ごと回転させ再度磁化すれば磁化が可能となり、磁石Ｃの磁化率とほぼ同等の結果となる。この結果から、集中巻の永久磁石式モータの極数変換を行う場合で磁界が一様に分布されていない場合、一度磁化を行った後に再度磁化を行う２回磁化方法が有効である。
【００２９】
このように、本実施の形態によれば、巻線接続を切り替え、パルス的に大きな磁化電流を流して形成する磁界で低保磁力の可変磁力永久磁石２２を磁化することにより極数を相互に変換できる。さらに、極数変換による誘導電圧が２５〜１００％に可変できることで可変速の運転領域が広がる。さらに、極数変換により高速回転域の鉄損が２８．２％低減できるので、高速回転域側の効率向上が見込める。
【００３０】
さらに、半導体スイッチング回路４１１〜４１１２のタイミングの調整により、単相、３相、４相、６相、１２相の電機子巻線を任意に構成することができる。また、ＵＶＷ３相であっても、Ｕ相の隣に２４０度位相のずれたＷ相にし、そのＷ相の隣にＵ相と１２０度位相のずれたＶ相を作るということも可能であり、機器変数の自在な変換が可能である。
【００３１】
尚、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、同様の構成で永久磁石式発電機を構成することもできる。また、回転子２０の可変磁力永久磁石の数、固定子１０のスロットの数とコイルの数も変更可能である。さらに、可変磁力永久磁石の配置は、回転子鉄心内に放射状に配置するものにとどまらない。例えば、径方向に磁化された可変磁力磁石を円周方向に配置した構成、また各一対の可変磁力磁石を回転子の外周側に開く逆八の字の配置にした構成でもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１０  固定子
１１  固定子鉄心
１２  電機子巻線
１２１〜１２１２  電機子コイル
１３  スロット
２０  回転子
２１  回転子鉄心
２２１〜２２１６  可変磁力永久磁石
３０  回転軸
４１１〜４１１２  半導体スイッチング回路
５０  ゲート制御装置
５１  直流電源
Ｑ１〜Ｑ４  スイッチング半導体素子
ＩＮＶ  インバータ回路
ＤＲＶ  ゲートドライブ回路
ＳＷ１〜ＳＷ１２  スイッチング信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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