(57)【要約】【課題】永久磁石１０ｃ、１０ｄの温度と磁束密度が一対一に対応していない場合であっても、可変機構による電動機定数の変化を精度良く推定して、永久磁石１０ｃ、１０ｄの温度の推定精度を向上させる。【解決手段】永久磁石１０ｃ、１０ｄは、電動機の運転条件に応じて、永久磁石による磁束密度、電機子コイルに生じる誘起電圧、永久磁石１０ｃ、１０ｄの透磁率及び電機子コイルのインダクタンスを含む電動機定数のうち少なくともいずれか１つが変更される可変部位１２ｃ、１２ｄを有する。可変部位１２ｃ、１２ｄは、電動機定数の変更量に応じて、予め定めた電動機の高調波成分２Ｆが増加或いは減少するような位置に形成されている。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を有するロータと、電機子コイルを有するステータとを備える電動機であって、
前記永久磁石は、前記電動機の運転条件に応じて、前記永久磁石による磁束密度、前記電機子コイルに生じる誘起電圧、前記永久磁石の透磁率及び前記電機子コイルのインダクタンスを含む電動機定数のうち少なくともいずれか１つが変更される可変部位を有し、
前記可変部位は、前記電動機定数の変更量に応じて、予め定めた前記電動機の高調波成分が増加或いは減少するような位置に形成されている
ことを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記電動機の高調波成分は、前記電動機の偶数次の高調波成分であることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記可変部位の位置は、前記ステータに対して一方の磁極を向けた前記永久磁石と前記ステータに対して他方の磁極を向けた前記永久磁石とで異なることを特徴とする請求項２に記載の電動機。
【請求項４】
前記可変部位は、前記電動機の偶数次の高調波成分が前記電動機の基本波成分と逆の符号となる位置に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電動機。
【請求項５】
前記可変部位は、前記ステータに対して一方の磁極を向けた前記永久磁石の進角側、及び前記ステータに対して他方の磁極を向けた前記永久磁石の遅角側にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項４に記載の電動機。
【請求項６】
前記可変部位は、前記ステータに対して一方の磁極を向けた前記永久磁石の中央、及び前記ステータに対して他方の磁極を向けた前記永久磁石の端にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項４に記載の電動機。
【請求項７】
前記可変部位は、前記ステータに対して一方の磁極を向けた前記永久磁石、又は前記ステータに対して他方の磁極を向けた前記永久磁石のいずれか一方のみに形成されていることを特徴とする請求項４に記載の電動機。
【請求項８】
前記電動機の高調波成分は、前記電動機の奇数次の高調波成分であることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項９】
前記可変部位は、前記電動機の奇数次の高調波成分が前記電動機の基本波成分と逆の符号となる位置に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の電動機。
【請求項１０】
前記可変部位は、前記電動機の奇数次の高調波成分が前記電動機の基本波成分と同じ符号となる位置に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の電動機。
【請求項１１】
前記可変部位は、前記ステータに対して一方の磁極を向けた前記永久磁石の中央、及び前記ステータに対して他方の磁極を向けた前記永久磁石の中央にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の電動機。
【請求項１２】
前記可変部位は、前記ステータに対して一方の磁極を向けた前記永久磁石の遅角側及び進角側の両側、及び前記ステータに対して他方の磁極を向けた前記永久磁石の遅角側及び進角側の両側にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の電動機。
【請求項１３】
前記可変部位は、前記永久磁石の中心から端に向けて前記可変部位の密度が高くなるように分割されていることを特徴とする請求項１２に記載の電動機。
【請求項１４】
前記可変部位は、前記ステータに対して一方の磁極を向けた前記永久磁石の遅角側、及び前記ステータに対して他方の磁極を向けた前記永久磁石の遅角側にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の電動機。
【請求項１５】
前記可変部位は、前記ステータに対して一方の磁極を向けた前記永久磁石の進角側、及び前記ステータに対して他方の磁極を向けた前記永久磁石の進角側にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石を備える電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、永久磁石は温度依存性を有し、永久磁石の温度が高温になるほど、永久磁石の磁束が減少する。また、永久磁石は熱に弱く、高温になるほど、減磁耐力が減少する。よって、永久磁石の温度が変化すると、永久磁石を備える電動機が出力するトルクの精度、電動機の制御効率、及び電流応答性が悪化してしまう。また、温度上昇による永久磁石の減磁を抑制するために、耐熱マージンを十分大きく取り、耐熱性の高い磁石材料を用いて永久磁石を製造する必要があり、製造コストが高くなる。永久磁石の温度を知ることができれば、電動機のトルク精度、電動機の制御効率、電流応答性を向上させ、永久磁石の設計マージンを小さくすることができる。そこで、従来から、電動機のロータが備える永久磁石の温度を推定する発明が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−４３１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、定常状態における誘起電圧から永久磁石の温度を推定している。また、特許文献１に記載された電動機は、外ロータ及び内ロータからなる２重ロータ構造を有し、ロータ間の位相差に応じてロータ全体の磁束密度を変化させる可変機構を有する。よって、このような磁束密度の可変機構を有する電動機においては、ロータ間の位相差を測定しなければ、誘起電圧（磁束密度）の変化が、可変機構によるものなのか、それとも永久磁石の温度変化によるものなのかを判断することができない。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、永久磁石の温度と磁束密度が一対一に対応していない場合であっても、可変機構による電動機定数の変化を精度良く推定して、永久磁石の温度の推定精度が向上する電動機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の特徴は、永久磁石が、電動機の運転条件に応じて、永久磁石による磁束密度、ステータが備える電機子コイルに生じる誘起電圧、永久磁石の透磁率及び電機子コイルのインダクタンスを含む電動機定数のうち少なくともいずれか１つが変更される可変部位を有し、可変部位が、電動機定数の変更量に応じて、予め定めた電動機の高調波成分が増加或いは減少するような位置に形成されていることである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の電動機によれば、永久磁石の温度と磁束密度が一対一に対応していない場合であっても、可変機構による電動機定数の変化を精度良く推定して、永久磁石の温度の推定精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係わる表面永久磁石同期モータ（ＳＰＭＳＭ）の１極分の構造を示した部分断面図である。
【図２】図２は、図１の低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂを減磁していない時の、磁束ＭＧＦの流れと、周波数毎に分離した磁束密度の波形とを示す図である。
【図３】図３は、図１の低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂを減磁した時の、磁束ＭＧＦの流れと、周波数毎に分離した磁束密度の波形とを示す図である。
【図４】図４は、磁束密度の基本波成分及び高調波成分と永久磁石１０ａ、１０ｂの温度及び着磁状態（減磁／増磁）との相関の一例を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係わる埋込永久磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ）の１極分の構造を示した部分断面図である。
【図６】図６は、図５の低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを減磁した時の、磁束ＭＧＦの流れと周波数毎に分離した磁束密度の波形とを示す図である。
【図７】図７は、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを永久磁石１０ｃと永久磁石１０ｄとで異なる位置に形成する例と、ギャップ面ＧＡＰにおける磁束密度の波形を周波数毎に分離して示した図である。
【図８】図８は、図７に示す低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの配置例において、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを減磁した時のギャップ面ＧＡＰにおける磁束密度の波形を周波数毎に分離して示した図である。
【図９】図９は、図７及び図８に示した低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの配置を有する電動機（ＩＰＭＳＭ）の１極分の構造を示した部分断面図である。
【図１０】図１０は、図９の電動機における磁束密度の基本波成分及び高調波成分と永久磁石１０ｃ、１０ｄの温度及び着磁状態（減磁／増磁）との相関を示すグラフである。
【図１１】図１１（ａ）は、第１実施例に係わる電動機であって、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが、永久磁石１０ｃの進角側、及び永久磁石１０ｄの遅角側にそれぞれ形成される第１例を示す部分断面図である。図１１（ｂ）は、第１実施例に係わる電動機であって、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが、永久磁石１０ｃの進角側、及び永久磁石１０ｄの遅角側にそれぞれ形成される第２例を示す部分断面図である。
【図１２】図１２は、第１実施例に係わる電動機であって、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが、永久磁石１０ｃの進角側、及び永久磁石１０ｄの遅角側にそれぞれ形成される第３例を示す部分断面図である。
【図１３】図１３（ａ）は、第２実施例に係わる電動機であって、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが、永久磁石１０ｃの中央、及び永久磁石１０ｄの端にそれぞれ形成される第１例を示す部分断面図である。図１３（ｂ）は、第２実施例に係わる電動機であって、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが、永久磁石１０ｃの中央、及び永久磁石１０ｄの端にそれぞれ形成される第２例を示す部分断面図である。
【図１４】図１４（ａ）は、第３実施例に係わる電動機であって、低保磁力磁石部１２ｄが永久磁石１０ｄのみに形成され、永久磁石１０ｃには低保磁力磁石部１２ｃが形成されていない第１例を示す部分断面図である。図１４（ｂ）は、第３実施例に係わる電動機であって、低保磁力磁石部１２ｄが永久磁石１０ｄのみに形成され、永久磁石１０ｃには低保磁力磁石部１２ｃが形成されていない第２例を示す部分断面図である。
【図１５】図１５（ａ）は、偶数次の高調波成分が増加或いは減少するその他の実施例に係わる電動機の第１例を示す部分断面図であり、図１５（ｂ）は、偶数次の高調波成分が増加或いは減少するその他の実施例に係わる電動機の第２例を示す部分断面図である。
【図１６】図１６は、第４実施例に係わる電動機であって、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが、永久磁石１０ｃの中央、及び永久磁石１０ｄの中央にそれぞれ形成される第１例を示す部分断面図である。
【図１７】図１７は、第４実施例に係わる電動機であって、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが、永久磁石１０ｃの中央、及び永久磁石１０ｄの中央にそれぞれ形成される第２例を示す部分断面図である。
【図１８】図１８は、第４実施例の変形例に係わる電動機であって、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが、永久磁石１０ｃの中央、及び永久磁石１０ｄの中央にそれぞれ形成される第３例を示す部分断面図であり、ｄ軸インダクタンスの基本波成分Ｌｄ＿１ｆ、ｑ軸インダクタンスの基本波成分Ｌｑ＿１ｆ、ｄ軸インダクタンスの２次高調波成分Ｌｄ＿２ｆ、及びｑ軸インダクタンスの２次高調波成分Ｌｑ＿２ｆを示す。
【図１９】図１９は、第５実施例に係わる電動機であって、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが、永久磁石１０ｃの遅角側及び進角側の両側、及び永久磁石１０ｄの遅角側及び進角側の両側にそれぞれ形成される例を示す部分断面図である。
【図２０】図２０は、第５実施例の変形例に係わる電動機であって、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが、永久磁石１０ｃ、１０ｄの中心から端に向けて低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの密度が高くなるようにそれぞれ分割されている例を示す部分断面図である。
【図２１】図２１（ａ）は、第６実施例に係わる電動機であって、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが、永久磁石１０ｃ、１０ｄの遅角側に形成される例を示す部分断面図であり、図２１（ｂ）は、第６実施例に係わる電動機であって、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが、永久磁石１０ｃ、１０ｄの進角側に形成される例を示す部分断面図である。
【図２２】図２２（ａ）は、第１〜第６実施例に係わる電動機を制御する制御装置の一部を示すブロック図であり、図２２（ｂ）は、第１〜第６実施例に係わる電動機を制御する制御装置の残りの一部を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付している。
【００１０】
[表面永久磁石同期モータ]
図１は、本発明の実施形態に係わる永久磁石型電動機（以後、「電動機」という）の１極分の構造の第１例を示した部分断面図である。図１に示す電動機は、ロータ４の表面に永久磁石１０ａ、１０ｂが配置された所謂、表面永久磁石同期モータ（ＳＰＭＳＭ）と呼ばれる電動機である。
【００１１】
電動機は、外周ケースに固定されたステータ２と、ステータ２の内周側にエアギャップを介して配置され、ロータシャフト３に固定されたロータ４とを備える。ステータ２は、例えば電磁鋼板を積層して形成されたステータコアを有する。電動機は、このステータコアの周方向に等間隔に設けられたスロット５に電機子コイル６が巻き込まれた構造を有する。
【００１２】
一方、ロータ４は、例えばロータシャフト３の軸周りに電磁鋼板を積層することで形成されたロータコア７を有し、ロータコア７の周方向に等間隔に磁極を形成する永久磁石１０ａ、１０ｂが配置された構造を有する。永久磁石１０ａ、１０ｂは、ステータ２に対してＮ極（一方の磁極）を向けた永久磁石１０ａと、ステータ２に対してＳ極（他方の磁極）を向けた永久磁石１０ｂが周方向に交互に配列された構成を有する。図１には、磁石１０ａ、１０ｂの１周期分のみを示している。電機子コイル６に対してロータ４の極対数に対応した駆動周波数の交流を通電することで発生する回転磁界と、ロータ４の永久磁石１０ａ、１０ｂによって発生する磁石磁界との相互作用により、ロータ４及びロータシャフト３が回転する。
【００１３】
永久磁石１０ａ、１０ｂは、電動機の運転条件に応じて、磁束密度が変更される可変部位として、低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂを有する。具体的には、ロータ４の磁極を形成する永久磁石１０ａ、１０ｂの各々は、比較的保磁力が大きい磁石（以下、高保磁力磁石部１１ａ、１１ｂという。）と、比較的保磁力が小さい磁石（以下、低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂという。）とを組み合わせた構成を有する。そして、駆動周波数の基本波成分に対して駆動周波数の高調波成分を重畳した複合電流を電機子コイル６に通電し、永久磁石１０ａ、１０ｂの低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂの着磁状態を複合電流の高調波成分によって制御することで、永久磁石１０ａ、１０ｂによる磁束密度を制御する。このように、図１に示す電動機は、低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂの着磁状態を制御することによる磁束密度の可変機構を有する。
【００１４】
なお、高保磁力磁石部１１ａ、１１ｂとしては、例えばＮｄＦｅＢ磁石などを用いることができる。また、低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂとしては、起磁力が高く、保磁力の比較的小さい磁石、例えばアルニコ磁石や、保磁力を高めるためのＤｙなどの元素を添加しないネオジム磁石などを用いることができる。
【００１５】
また、本実施形態では、主に、磁束密度の可変機構について説明するが、可変機構は、永久磁石１０ａ、１０ｂによる磁束密度、電機子コイル６に生じる誘起電圧、永久磁石１０ａ、１０ｂの透磁率及び電機子コイル６のインダクタンスを含む電動機定数のうち少なくともいずれか１つを電動機の運転条件に応じて変更するものであればよく、永久磁石１０ａ、１０ｂが備える可変部位は、こらら電動機定数のうち少なくともいずれか１つが変更される部位であればよい。
【００１６】
図２を参照しながら、ロータ４からエアギャップを介してステータ２へ鎖交する磁束ＭＧＦの流れと、ロータ４とステータ２とのギャップ面ＧＡＰにおける磁束密度の波形について説明する。図２は、円周を成すロータ４とステータ２とのギャップ面ＧＡＰを直線に変換して、ロータ４、ステータ２及び磁束ＭＧＦを示している。図３、図６〜図８についても同様である。
【００１７】
図２は、図１の低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂを減磁していない時、つまり、低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂが高保磁力磁石部１１ａ、１１ｂと同じ着磁状態である状態を示している。表面永久磁石同期モータの場合、永久磁石１０ａ、１０ｂとステータ２とは直接対向し、両者の間に介在するものは空気（エアギャップ）のみであるので、ギャップ面ＧＡＰにおける磁束密度の波形は、ステータコア７の材料特性や磁気抵抗を考慮しなくても、矩形波に近い形となる。
【００１８】
よって、磁束密度の波形を周波数毎に分離すると、図２に示すように、永久磁石１０ａ、１０ｂの周期に等しい基本波成分と、奇数次の高調波成分（３次高調波成分３Ｆ、５次高調波成分５Ｆ、７次高調波成分７Ｆ、・・・）とに分離することができる。
【００１９】
図３は、図１の低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂを減磁した時の、磁束ＭＧＦの流れと、ギャップ面ＧＡＰにおける磁束密度の波形を周波数毎に分離して示す。低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂを減磁することにより、低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂを通る磁束ＭＧＦが減少するため、ギャップ面ＧＡＰにおける磁束密度の波形は、矩形波から凹形状の波に変形する。矩形波から凹形状の波への変形によって、ギャップ面ＧＡＰにおける磁束密度の波形を構成する高調波成分のうち、３次高調波成分３Ｆの振幅（磁束密度）が大幅に増加する。３次高調波成分３Ｆの符号は、低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂが形成された永久磁石１０ａ、１０ｂの中央において基本波成分１Ｆの符号と逆となる。このため、３次高調波成分３Ｆが大幅に増加すれば、ギャップ面ＧＡＰにおける磁束密度の波形は、矩形波から凹形状の波へ変形する。
【００２０】
図４のグラフは、図２及び図３の基本波成分１Ｆ及び高調波成分３Ｆ、５Ｆ、７Ｆ、・・・の振幅（磁束密度）と永久磁石１０ａ、１０ｂの温度及び着磁状態（減磁／増磁）との相関の一例を示す。横軸は周波数の次数を示し、縦軸は振幅（磁束密度）を示し、「６０℃」、「１００℃」、「１４０℃」は永久磁石１０ａ、１０ｂの温度を示し、「増磁」は低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂを減磁していないことを示し、「減磁」は低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂを減磁していることを示す。図１０についても同様である。
【００２１】
図４に示すように、増磁状態から減磁状態へ変化することにより、基本波成分（１Ｆ）の磁束密度は減少するが、３次高調波成分３Ｆ、５次高調波成分５Ｆ及び７次高調波成分７Ｆの磁束密度は増加する。特に、３次高調波成分３Ｆの増加量は、５次高調波成分５Ｆ及び７次高調波成分７Ｆの増加量に比べて大きい。よって、図１に示したように永久磁石１０ａ、１０ｂの各々の中央に低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂ（可変部位の一例）を形成すれば、低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂによる磁束密度の変更量に応じて、磁束密度の３次高調波成分３Ｆを増加或いは減少させることができる。ここで、３次高調波成分３Ｆは、「予め定めた電動機の高調波成分」の一例である。
【００２２】
このように、低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂを永久磁石１０ａ、１０ｂの中央に形成することにより、可変機構によって奇数次の高調波成分を容易に増減させることができる。また、図１に示した表面永久磁石同期モータ（ＳＰＭＳＭ）であれば、ロータ４の材料特性及び磁気抵抗を考慮する必要が無いので、可変機構によって任意の高調波成分を容易に増減させることができる。よって、高調波成分の増減から可変機構による磁束密度の変更量を精度良く推定することができる。そして、例えば、温度依存性が高い磁束密度の基本波成分のデータを用いれば、図４に示すデータから永久磁石１０ａ、１０ｂの温度を精度良く推定することができる。このように、低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂを、可変機構による磁束密度の変更量に応じて、予め定めた磁束密度の高調波成分（磁束密度の３次高調波成分）を増加或いは減少させることができる位置に形成する。これにより、可変機構を備えることにより、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度と磁束密度が一対一に対応していない場合であっても、可変機構による電動機定数の変化を精度良く推定して、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度の推定精度が向上する。また、特許文献１に開示されているように可変機構による変更量を測定しなくても、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度を精度良く推定することができるようになる。
【００２３】
[埋込永久磁石同期モータ]
図５は、本発明の実施形態に係わる電動機の１極分の構造の第２例を示した部分断面図である。図５に示す電動機は、ロータ４の内部に永久磁石１０ｃ、１０ｄが埋め込まれた所謂、埋込永久磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ）と呼ばれる電動機である。
【００２４】
図５に示した埋込永久磁石同期モータは、図１に示した表面永久磁石同期モータと比べて、永久磁石１０ｃ、１０ｄがロータコア７の内部に埋め込まれ、永久磁石１０ｃ、１０ｄとステータ２との間にエアギャップのみならず、ロータコア７の一部も配置されている点が相違する。その他の構成は、図１に示した埋込永久磁石同期モータと同じであり、説明を省略する。
【００２５】
永久磁石１０ｃ、１０ｄは、電動機の運転条件に応じて、磁束密度が変更される可変部位として、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを有する。具体的には、ロータ４の磁極を形成する永久磁石１０ｃ、１０ｄの各々は、高保磁力磁石部１１ｃ、１１ｄと、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄとを組み合わせた構成を有する。そして、駆動周波数の基本波成分に対して駆動周波数の高調波成分を重畳した複合電流を電機子コイル６に通電し、永久磁石１０ｃ、１０ｄの低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの着磁状態を複合電流の高調波成分によって制御することで、永久磁石１０ｃ、１０ｄによる磁束密度を制御する。このように、図５に示す電動機は、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの着磁状態を制御することによる磁束密度の可変機構を有する。
【００２６】
低保磁力磁石部１２ｃは永久磁石１０ｃの中央に形成され、永久磁石１０ｃの両端には高保磁力磁石部１１ｃがそれぞれ形成されている。低保磁力磁石部１２ｄは永久磁石１０ｄの中央に形成され、永久磁石１０ｄの両端には高保磁力磁石部１１ｄがそれぞれ形成されている。
【００２７】
図６は、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを減磁した時の、磁束ＭＧＦの流れと周波数毎に分離した磁束密度の波形とを示す。磁束密度の可変機構によって低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｃを減磁することにより、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを通る磁束ＭＧＦが減少する。このため、ロータ４とステータ２とのギャップ面ＧＡＰを通過する磁束密度の波形は、矩形波から凹形状の波に変形する。矩形波から凹形状の波への変形によって、磁束密度の波形を構成する高調波成分のうち、３次高調波成分３Ｆの振幅（磁束密度）が増加する。
【００２８】
このように、図５に示した埋込永久磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ）であっても、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを永久磁石１０ｃ、１０ｄの中央に形成することにより、表面永久磁石同期モータ（ＳＰＭＳＭ）と同様に、可変機構によって奇数次の高調波成分を容易に増減させることができる。
【００２９】
埋込永久磁石同期モータの場合、永久磁石１０ｃ、１０ｄとステータ２との間にロータコア７の一部が介在する。このため、図４に示したように磁束密度の変化量に応じて３次高調波成分３Ｆの振幅を大きく変化させるには、ロータコア７の外周形状、材料特性及び磁気抵抗を考慮して永久磁石１０ｃ、１０ｄの配置を決めなければならない。つまり、図５に示した埋込永久磁石同期モータであっても、ロータコア７の外周形状、材料特性及び磁気抵抗を考慮することにより、可変機構によって任意の高調波成分を大幅に増減させることができる。
【００３０】
[偶数次高調波成分の生成]
図１に示した表面永久磁石同期モータ及び図５に示した埋込永久磁石同期モータの例では、いずれも奇数次の高調波成分を増減させる可変部位（低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）の配置を示した。本発明は、これに限らず、可変機構によって偶数次の高調波成分を増加或いは減少させるように可変部位を形成する実施例も含む。
【００３１】
図７を参照して、可変機構によって偶数次の高調波成分を増加或いは減少させる低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの配置の一例を説明する。図１及び図５に示した低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの配置は、ステータ２に対して一方の磁極を向けた永久磁石１０ｃとステータ２に対して他方の磁極を向けた永久磁石１０ｄとで同じであった。しかし、図７に示すように、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの位置は、ステータ２に対して一方の磁極を向けた永久磁石１０ｃとステータ２に対して他方の磁極を向けた永久磁石１０ｄとで異なっていてもよい。具体的には、低保磁力磁石部１２ｃは永久磁石１０ｃの中央に形成され、及び低保磁力磁石部１２ｄは永久磁石１０ｄの端にそれぞれ形成されている。
【００３２】
図７では、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが減磁されていない、つまり１００％着磁しているため、永久磁石１０ｃ、１０ｄが形成する磁束密度の波形は矩形波を成す。よって、周波数毎に分離された磁束密度の波形は、磁束密度の基本波成分及び奇数次の高調波成分から構成され、偶数次の高調波成分を含まない。
【００３３】
図８は、図７に示す低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの配置例において、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを減磁した時のギャップ面ＧＡＰにおける磁束密度の波形を周波数毎に分離して示した図である。低保磁力磁石部１２ｃが配置された永久磁石１０ｃの中央、及び低保磁力磁石部１２ｄが配置された永久磁石１０ｄの端における磁束密度がそれぞれ減少する。この磁束密度の変化に対応して、偶数次の高調波成分（２次高調波成分２Ｆ及び４次高調波成分４Ｆ、・・・）が新たに出現する。低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが配置された永久磁石１０ｃの中央及び永久磁石１０ｄの端において、２次高調波成分２Ｆの符号は基本波成分１Ｆの符号と逆となる。このため、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの減磁により、図７では含まれていなかった２次高調波成分２Ｆが新たに表れる。
【００３４】
図９は、図７及び図８に示した低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの配置を有する電動機（ＩＰＭＳＭ）の１極分の構造を示す。永久磁石１０ｃの中央に低保磁力磁石部１２ｃが形成され、永久磁石１０ｃの両端に高保磁力磁石部１１ｃが形成されている。永久磁石１０ｄの両端に低保磁力磁石部１２ｄがそれぞれ形成され、永久磁石１０ｄの中央に高保磁力磁石部１１ｄが形成されている。その他の構成は図５と同じであるため、図示及び説明を省略する。
【００３５】
図１０は、図９の電動機における磁束密度の基本波成分及び高調波成分と永久磁石１０ｃ、１０ｄの温度及び着磁状態（減磁／増磁）との相関を示すグラフである。低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを減磁していない状態（増磁）では、永久磁石１０ｃ、１０ｄによる磁束密度の波形は矩形波を成すため、偶数次の高調波成分は表れない。一方、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを減磁した状態（減磁）では、図８を参照して説明したように、偶数次の高調波成分（２次高調波成分２Ｆ、４次高調波成分４Ｆ、・・・）が新たに出現する。
【００３６】
このように、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを永久磁石１０ｃと永久磁石１０ｄとで異なる位置に形成することにより、可変機構によって偶数次の高調波成分を容易に増加或いは減少させることができる。したがって、偶数次の高調波成分の増減から可変機構による磁束密度の変更量を容易に推定することができる。
【００３７】
[第１実施例]
以下、第１〜第３実施例では、可変機構による磁束密度の変更量に応じて偶数次の高調波成分が増加或いは減少するような位置に、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを形成する具体例を説明する。
【００３８】
前述したように、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの位置が、ステータ２に対して一方の磁極を向けた永久磁石１０ｃとステータ２に対して他方の磁極を向けた永久磁石１０ｄとで異なることにより、可変機構による磁束密度の変更量に応じて偶数次の高調波成分が増加或いは減少する。
【００３９】
図１１（ａ）は、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが、永久磁石１０ｃの進角側、及び永久磁石１０ｄの遅角側にそれぞれ形成されている第１例を示す部分断面図である。図１１（ａ）の中で、ロータ４周方向の内側に配列された白抜きの矢印の向きは、磁束密度の基本波成分の符号を示し、ロータ４周方向の外側に配列された黒塗りの矢印の向きは、磁束密度の２次高調波成分の符号を示す。図１１（ａ）は、磁束密度の基本波成分の１周期分を示すが、その中に、２次高調波成分は２周期分が含まれる。ロータ４中心から伸びる点線は、２次高調波成分の符号が切り替わる境界を示す。なお、ロータ４は左回りに回転する。
【００４０】
永久磁石１０ｃの中央よりも進角側及び永久磁石１０ｄの中央よりも遅角側では、図１１（ａ）中の「ＩＮＶ」で示すように、白抜きの矢印と黒塗りの矢印とは向きが異なる。つまり、磁束密度の基本波成分と２次高調波成分の符号が異なり、磁束密度の基本波成分と２次高調波成分は逆相となる。低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが着磁率１００％である場合、基本波成分の１周期において、逆相の領域は２つ形成され、磁束密度の基本波成分と２次高調波成分の符号が同じなる同相の領域は２つ形成される。低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを着磁率０％まで減磁した場合、同相は２つのままだが、逆相の領域は０になる。
【００４１】
磁束密度の高調波成分が偶数次の高調波成分であることにより、減磁していない状態では表れない偶数次の高調波成分を、可変機構による減磁によって新たに出現させることができるので、可変機構による磁束密度の変化を更に精度良く推定することができる。
【００４２】
低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの位置は、永久磁石１０ｃと永久磁石１０ｄとで異なることにより、可変機構による減磁によって磁束密度の偶数次高調波成分を出現させることができる。
【００４３】
磁束密度の偶数次の高調波成分が磁束密度の基本波成分と逆の符号となる位置に低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが形成されていることにより、可変機構による減磁によって偶数次の高調波成分を容易に出現させることができる。
【００４４】
第１実施例では、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが、永久磁石１０ｃの進角側、及び永久磁石１０ｄの遅角側にそれぞれ形成されている。これにより、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの位置において、磁束密度の偶数次の高調波成分が磁束密度の基本波成分と逆の符号となるので、可変機構による減磁によって偶数次の高調波成分を容易に増減させることができる。
【００４５】
なお、図１１（ａ）の第１例では、永久磁石１０ｄの中央よりも遅角側の一部分にのみ、低保磁力磁石部１２ｄが形成され、永久磁石１０ｃの中央よりも進角側の全体に、低保磁力磁石部１２ｃが形成されている場合を示す。しかし、これに限らず、図１１（ｂ）の第２例に示すように、永久磁石１０ｃの中央よりも進角側の一部分にのみ、低保磁力磁石部１２ｃが形成されていても構わない。或いは、図１２の第３例に示すように、永久磁石１０ｄの中央よりも遅角側の全体に、低保磁力磁石部１２ｄが形成されていても構わない。更に、図示は省略するが、永久磁石１０ｄの中央よりも遅角側、或いは永久磁石１０ｃの中央よりも進角側のいずれか一方にのみ、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが形成されていても構わない。
【００４６】
また、図１１（ａ）、図１１（ｂ）及び図１２には、埋込永久磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ）であって、永久磁石１０ｃ、１０ｄの磁極をステータ２に対して垂直に向けた場合を示した。しかし、これに限らず、表面永久磁石同期モータ（ＳＰＭＳＭ）であってもよいし、永久磁石１０ｃ、１０ｄをステータ２に対して傾けてＶ字形状に配置しても構わない。
【００４７】
また、２次高調波成分は偶数次の高調波成分の一例であって、その他の偶数次の高調波成分（４次、６次、８次、・・・）であっても構わない。また、磁束密度の基本波成分に対する偶数次の高調波成分の位相は、図１１（ａ）に示す場合に限定されず、他の位相であっても構わない。いずれの場合も、磁束密度の基本波成分と偶数次の高調波成分の符号が異なる位置に低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを形成することにより、可変機構による減磁によって磁束密度の偶数次の高調波成分を出現させることができる。ただし、２次高調波成分は、基本波成分の次に周波数が小さい成分であるため、２次高調波成分を用いて磁束密度、磁石温度を演算することにより、最も演算負荷を小さくすることができる。
【００４８】
[第２実施例]
図１３（ａ）は、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが、永久磁石１０ｃの中央、及び永久磁石１０ｄの端にそれぞれ形成されている第１例を示す部分断面図である。図１３（ａ）の中で、ロータ４周方向の内側に配列された白抜きの矢印の向きは、磁束密度の基本波成分の符号を示し、ロータ４周方向の外側に配列された黒塗りの矢印の向きは、磁束密度の２次高調波成分の符号を示す。図１３（ａ）は、磁束密度の基本波成分の１周期分を示すが、その中に、２次高調波成分は２周期分が含まれる。図１３（ａ）に示す２次高調波成分の位相は、図１１（ａ）、図１１（ｂ）及び図１２に比べて、電気角で４５度遅れている。
【００４９】
永久磁石１０ｃの中央及び永久磁石１０ｄの端では、図１３（ａ）中の「ＩＮＶ」で示すように、白抜きの矢印と黒塗りの矢印とは向きが異なる。つまり、磁束密度の基本波成分と磁束密度の２次高調波成分の符号が異なる。このように、磁束密度の基本波成分と磁束密度の２次高調波成分の符号が異なる位置に低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを形成することにより、減磁していない時には含まれていない磁束密度の２次高調波成分を出現させることができる。
【００５０】
第２実施例では、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを、永久磁石１０ｃの中央、及び永久磁石１０ｄの端にそれぞれ形成する。これにより、磁束密度の基本波成分と２次高調波成分の符号が異なる位置に低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを形成することができる。
【００５１】
なお、図１３（ａ）の第１例では、永久磁石１０ｃ、１０ｄにおいて、磁束密度の基本波成分と２次高調波成分の符号が異なる領域の一部分にのみ、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを形成した場合を示した。しかし、これに限らず、図１３（ｂ）の第２例に示すように、磁束密度の基本波成分と２次高調波成分の符号が異なる領域の全体に、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを形成しても構わない。図１３（ｂ）では、その一例として、低保磁力磁石部１２ｄを磁束密度の基本波成分と２次高調波成分の符号が異なる領域全体に拡大した場合を示す。
【００５２】
[第３実施例]
図１４（ａ）は、低保磁力磁石部１２ｄが永久磁石１０ｄのみに形成され、永久磁石１０ｃには低保磁力磁石部１２ｃが形成されていない第１例を示す部分断面図である。図１４（ａ）の中で、ロータ４周方向の内側に配列された白抜きの矢印の向きは、磁束密度の基本波成分の符号を示し、ロータ４周方向の外側に配列された黒塗りの矢印の向きは、磁束密度の２次高調波成分の符号を示す。図１４（ａ）は、磁束密度の基本波成分の１周期分を示すが、その中に、２次高調波成分は２周期分が含まれる。図１４（ａ）に示す２次高調波成分の位相は、図１１（ａ）、図１１（ｂ）及び図１２に比べて、電気角で４５度遅れている。
【００５３】
図１４（ａ）の第１例は、図１３（ａ）と比べて、低保磁力磁石部１２ｄが永久磁石１０ｄの両方の端にそれぞれ形成されている点で共通するが、永久磁石１０ｃに低保磁力磁石部１２ｃは形成されていない点で相違する。
【００５４】
磁束密度の基本波成分と２次高調波成分の符号が異なる位置であれば、永久磁石１０ｄにだけ低保磁力磁石部１２ｄを形成しても構わないし、逆に、永久磁石１０ｃにだけ低保磁力磁石部１２ｃを形成しても構わない。
【００５５】
図１４（ａ）は低保磁力磁石部１２ｄが永久磁石１０ｄの両方の端にそれぞれ形成されている例を示す。しかし、これに限らず、図１４（ｂ）に示すように、低保磁力磁石部１２ｄが永久磁石１０ｄの一方の端のみに形成されていてもよい。更に図示は省略するが、図１３（ｂ）と同様にして、磁束密度の基本波成分と２次高調波成分の符号が異なる領域の全体に、低保磁力磁石部１２ｃ或いは低保磁力磁石部１２ｄが形成されていてもよい。
【００５６】
第３実施例では、低保磁力磁石部１２ｃ或いは低保磁力磁石部１２ｄが、永久磁石１０ｃ又は永久磁石１０ｄのいずれか一方のみに形成されている。この場合であっても、磁束密度の基本波成分と２次高調波成分の符号が異なる位置に、低保磁力磁石部１２ｃ或いは低保磁力磁石部１２ｄを形成することができるので、磁束密度の基本波成分と符号が逆になる磁束密度の２次高調波成分を容易に出現させることができる。
【００５７】
なお、偶数次の高調波成分が増加或いは減少するその他の実施例として、例えば、図１５（ａ）の第１例に示すように、永久磁石１０ｄの一方の端のみに低保磁力磁石部１２ｄを形成し、且つ、永久磁石１０ｃの中央に低保磁力磁石部１２ｃを形成してもよい。更に、磁束密度の基本波成分に対する２次高調波成分の位相をずらすことにより、磁束密度の基本波成分と２次高調波成分の符号が異なる領域を任意に設定することができる。例えば、図１５（ｂ）に示すように、磁束密度の基本波成分に対する２次高調波成分の位相を電気角で９０度ずらすことにより、永久磁石１０ｄの中央に、磁束密度の基本波成分と２次高調波成分の符号が異なる領域ＩＮＶを設定することができる。この場合、磁束密度の基本波成分と２次高調波成分の符号が異なる永久磁石１０ｄの中央に、低保磁力磁石部１２ｄを形成すればよい。更に図示は省略するが、永久磁石１０ｃの端に低保磁力磁石部１２ｃを更に形成しても構わない。
【００５８】
[第４実施例]
以下、第４〜第６実施例では、可変機構による磁束密度の変更量に応じて奇数次の高調波成分が増加或いは減少するような位置に、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを形成する具体例を説明する。
【００５９】
図１６は、第４実施例に係わる電動機であって、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが、永久磁石１０ｃの中央、及び永久磁石１０ｄの中央にそれぞれ形成される第１例を示す部分断面図である。図１６の中で、ロータ４周方向の内側に配列された白抜きの矢印の向きは、磁束密度の基本波成分の符号を示し、ロータ４周方向の外側に配列された黒塗りの矢印の向きは、磁束密度の３次高調波成分の符号を示す。図１６は、磁束密度の基本波成分の１周期分を示すが、その中に、３次高調波成分は３周期分が含まれる。ロータ４中心から伸びる点線は、３次高調波成分の符号が切り替わる境界を示す。
【００６０】
永久磁石１０ｃ及び永久磁石１０ｄの中央では、図１６中の「ＩＮＶ」で示すように、白抜きの矢印と黒塗りの矢印とは向きが異なる。つまり、磁束密度の基本波成分と３次高調波成分の符号が異なり、磁束密度の基本波成分と３次高調波成分は逆相となる。低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが着磁率１００％である場合、基本波成分の１周期において、逆相の領域は２つ形成され、磁束密度の基本波成分と３次高調波成分の符号が同じなる同相の領域は２つ形成される。低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを着磁率０％まで減磁した場合、同相は２つのままだが、逆相の領域は０になる。
【００６１】
このように、磁束密度の基本波成分と磁束密度の３次高調波成分の符号が異なる位置に低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを形成することにより、可変機構による減磁によって磁束密度の３次高調波成分を増加させることができる。これとは逆に、可変機構によって、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを増磁すれば、磁束密度の３次高調波成分を減少させることができる。
【００６２】
可変機構による磁束密度の変更量に応じて奇数次の高調波成分が増加或いは減少するような位置に、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを形成する。これにより、第１〜第３実施例で示した偶数次の場合と同様にして、可変機構による磁束密度の変化を精度良く推定することができる。
【００６３】
磁束密度の基本波成分と磁束密度の３次高調波成分の符号が異なる位置に低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを形成することにより、可変機構による減磁によって磁束密度の３次高調波成分を増加させることができる。
【００６４】
第４実施例では、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが、永久磁石１０ｃの中央、及び永久磁石１０ｄの中央にそれぞれ形成されていることにより、磁束密度の基本波成分と磁束密度の３次高調波成分の符号が異なる位置に低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを形成することができる。よって、可変機構による減磁によって３次高調波成分を容易に増減させることができる。
【００６５】
なお、図１６の第１例では、表面永久磁石同期モータに適用した場合を図示したが、図１７の第２例に示すように、埋込永久磁石同期モータに適用してもよい。基本波成分に対する３次高調波成分の位相が図１６と同じであれば、同様にして、永久磁石１０ｃ及び永久磁石１０ｄの中央では、磁束密度の基本波成分と３次高調波成分の符号が異なり、磁束密度の基本波成分と３次高調波成分は逆相となる。よって、永久磁石１０ｃ及び永久磁石１０ｄの中央に低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄをそれぞれ形成すればよい。
【００６６】
また、図示は省略するが、磁束密度の基本波成分と３次高調波成分の符号が異なる領域の全体に形成する場合に限らず、磁束密度の基本波成分と３次高調波成分の符号が異なる領域の一部分にのみ、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを形成してもよい。
【００６７】
[第４実施形態の変形例]
図１８は、第４実施例の変形例に係わる電動機であって、電動機の運転条件に応じて透磁率を変更することができる可変部位が、永久磁石１０ｃの中央、及び永久磁石１０ｄの中央にそれぞれ形成される第３例を示す部分断面図である。
【００６８】
上記した第１〜第４実施例においては、電動機の運転条件に応じて永久磁石１０ａ、１０ｂによる磁束密度を変更する可変機構について説明したが、本発明における電動機定数は磁束密度に限らない。第４実施形態の変形例では、可変機構が、電動機の運転条件に応じて低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの透磁率を変更する場合について説明する。なお、図１８に示す第３例は、図１６と同じように、表面永久磁石同期モータであって、永久磁石１０ｃ及び永久磁石１０ｄの中央に低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄがそれぞれ形成されている電動機について説明する。
【００６９】
図１８は、ｄ軸インダクタンスの基本波成分Ｌｄ＿１ｆ、ｑ軸インダクタンスの基本波成分Ｌｑ＿１ｆ、ｄ軸インダクタンスの２次高調波成分Ｌｄ＿２ｆ、及びｑ軸インダクタンスの２次高調波成分Ｌｑ＿２ｆを示す。透磁率の変更量が０％である場合、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄは高保磁力磁石部１１ｃ、１１ｄと同等となるため、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの透磁率は、高保磁力磁石部１１ｃ、１１ｄの透磁率と同じになる。よって、ｄ軸インダクタンスの基本波成分Ｌｄ＿１ｆは、ｑ軸インダクタンスの基本波成分Ｌｑ＿１ｆよりも小さくなり、ｄ軸インダクタンスの２次高調波成分Ｌｄ＿２ｆは、ｑ軸インダクタンスの２次高調波成分Ｌｑ＿２ｆとほぼ同じとなる。
【００７０】
これに対して、透磁率の変更量が１００％である場合、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄはステータコア７と同等となるため、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの透磁率は、高保磁力磁石部１１ｃ、１１ｄの透磁率よりも大きくなる。よって、ｄ軸インダクタンスの基本波成分Ｌｄ＿１ｆは、ｑ軸インダクタンスの基本波成分Ｌｑ＿１ｆとほぼ同じとなり、ｄ軸インダクタンスの２次高調波成分Ｌｄ＿２ｆは、ｑ軸インダクタンスの２次高調波成分Ｌｑ＿２ｆよりも小さくなる。
【００７１】
可変機構が低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの透磁率を変更する場合であっても、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを永久磁石１０ｃ及び永久磁石１０ｄの中央にそれぞれ形成することにより、電動機定数（透磁率）の変更量に応じて、予め定めた電動機の高調波成分（インダクタンスの２次高調波成分）を増加或いは減少させることができる。図１８に示す第３例では、インダクタンスの２次高調波成分について説明したが、その他の高調波成分（３次、４次、５次、・・・）を増加或いは減少させる位置に、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを形成することも可能である。また、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの透磁率を変更可能な可変部位について説明したが、これ以外にも、電機子コイル６に生じる誘起電圧或いは電機子コイル６のインダクタンスを変更する可変部位について本発明を適用することができる。
[第５実施例]
上記した第１〜第４実施例では、磁束密度の基本波成分と予め定めた高調波成分の符号が異なる位置に低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを形成した電動機について説明した。この場合、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの減磁により予め定めた高調波成分が増加する。しかし、本発明はこれに限らず、磁束密度の基本波成分と予め定めた高調波成分の符号が同じになる位置に低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを形成しても構わない。この場合、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの減磁により予め定めた高調波成分は減少する。
【００７２】
図１９は、第５実施例に係わる電動機であって、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが、永久磁石１０ｃの遅角側及び進角側の両側、及び永久磁石１０ｄの遅角側及び進角側の両側にそれぞれ形成される例を示す部分断面図である。図１９の中で、ロータ４周方向の内側に配列された白抜きの矢印の向きは、磁束密度の基本波成分の符号を示し、ロータ４周方向の外側に配列された黒塗りの矢印の向きは、磁束密度の３次高調波成分の符号を示す。図１９は、磁束密度の基本波成分の１周期分を示すが、その中に、３次高調波成分は３周期分が含まれる。ロータ４中心から伸びる点線は、３次高調波成分の符号が切り替わる境界を示す。
【００７３】
永久磁石１０ｃ及び永久磁石１０ｄの遅角側及び進角側の両側では、図１９中の「ＣＯＯ」で示すように、白抜きの矢印の向きと黒塗りの矢印の向きは同じになる。つまり、磁束密度の基本波成分と３次高調波成分の符号が同じになり、磁束密度の基本波成分と３次高調波成分は同相となる。低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが着磁率１００％である場合、基本波成分の１周期において、同相の領域は４つ形成され、磁束密度の基本波成分と３次高調波成分の符号が異なる逆相の領域は２つ形成される。低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを着磁率０％まで減磁した場合、逆相の領域は２つのままだが、同相の領域は０になる。
【００７４】
このように、磁束密度の基本波成分と磁束密度の３次高調波成分の符号が同じになる位置に低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを形成することにより、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの減磁によって磁束密度の３次高調波成分を容易に減少させることができる。これとは逆に、可変機構によって、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを増磁すれば、磁束密度の３次高調波成分を容易に増加させることができる。
【００７５】
第５実施例では、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄは、永久磁石１０ｃの遅角側及び進角側の両側、及び永久磁石１０ｄの遅角側及び進角側の両側にそれぞれ形成されている。これにより、磁束密度の基本波成分と磁束密度の３次高調波成分の符号が同じになる位置に低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを形成することができるので、可変機構による減磁によって３次高調波成分を容易に増減させることができる。
【００７６】
ここでは、磁束密度の３次高調波成分を増加或いは減少させる場合について説明したが、その他の奇数次（５次、７次、９次、・・・）の高調波成分を増加或いは減少させても構わない。
【００７７】
[第５実施例の変形例]
図１９では、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが、永久磁石１０ｃ及び永久磁石１０ｄの遅角側及び進角側の両側にそれぞれ１つずつ形成されている例を示した。しかし、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの数や配置はこれに限らない。例えば、図２０に示すように、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄは、永久磁石１０ｃ、１０ｄの中心から端に向けて低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの密度が高くなるようにそれぞれ分割されていてもよい。図２０には、遅角側及び進角側の両側にそれぞれに、２つに分割された低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを示したが、分割後の低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの数は、３以上であっても構わない。
【００７８】
この場合、分割された低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの周方向の幅Ｗは、永久磁石１０ｃ、１０ｄの中心から端に向けて広くなる。低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが減磁されていない状態、強め界磁状態、或いは未短絡の状態のいずれかであれば、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの磁束密度と高保磁力磁石部１１ｃ、１１ｄの磁束密度は等しくなるので、ロータ４とステータ２とのギャップ面における磁束密度の波形は、矩形波に近い形となる。よって、図２に示したように、ギャップ面における磁束密度の波形は、基本波成分１Ｆと、奇数次の高調波成分（３Ｆ、５Ｆ、７Ｆ、・・・）とに分離される。
【００７９】
一方、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが減磁された状態、弱め界磁状態、或いは短絡の状態のいずれかであれば、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの磁束密度は高保磁力磁石部１１ｃ、１１ｄの磁束密度よりも低くなるので、ロータ４とステータ２とのギャップ面における磁束密度の波形は、正弦波に近い形となる。よって、ギャップ面における磁束密度の波形に含まれる各周波数成分の割合は、基本波成分１Ｆが多くなり、奇数次の高調波成分（３Ｆ、５Ｆ、７Ｆ、・・・）は少なくなる。これにより、ひずみ率が低減して、鉄損が減少する。このように、永久磁石１０ｃ、１０ｄの中心から端に向かって低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの密度が高くなるように、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを分割して、周方向の幅Ｗを制御する。これにより、ギャップ面における磁束密度の波形が矩形波と正弦波の間で変化するので、奇数次の高調波成分の増減から、可変機構による電動機定数の変化を精度良く推定することができる。
【００８０】
[第６実施例]
第６実施例では、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが、永久磁石１０ｃ、１０ｄの遅角側或いは進角側のいずれか一方に形成されている電動機について説明する。図２１（ａ）は、第６実施例に係わる電動機であって、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが、永久磁石１０ｃ、１０ｄの遅角側に形成される例を示す部分断面図である。図２１（ｂ）は、第６実施例に係わる電動機であって、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが、永久磁石１０ｃ、１０ｄの進角側に形成される例を示す部分断面図である。
【００８１】
図２１（ａ）及び図２１（ｂ）の中で、周方向の内側に配列された白抜きの矢印の向きは、磁束密度の基本波成分の符号を示し、ロータ４周方向の外側に配列された黒塗りの矢印の向きは、磁束密度の３次高調波成分の符号を示す。図２１（ａ）及び図２１（ｂ）は、磁束密度の基本波成分の１周期分を示すが、その中に、３次高調波成分は３周期分が含まれる。ロータ４中心から伸びる点線は、３次高調波成分の符号が切り替わる境界を示す。ロータ４の回転方向は左回りである。
【００８２】
図２１（ａ）及び図２１（ｂ）に示すように、永久磁石１０ｃ及び永久磁石１０ｄの遅角側及び進角側の両側では、図１９と同様に、白抜きの矢印の向きと黒塗りの矢印の向きは同じになる。そして、図１９とは異なり、図２１（ａ）の電動機では、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが永久磁石１０ｃ、１０ｄの遅角側のみに形成され、図２１（ｂ）の電動機では、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが永久磁石１０ｃ、１０ｄの進角側のみに形成されている。このように、図２１（ａ）及び図２１（ｂ）の電動機では、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが、ロータ４の回転軸を中心として回転対称な位置に形成されている。
【００８３】
図２１（ａ）と図２１（ｂ）とでは、基本波成分に対する３次高調波成分の位相が電気角で６０度ずれている。このため、図２１（ａ）では、磁束密度の基本波成分と３次高調波成分が同相となる領域に低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが形成されているのに対して、図２１（ｂ）では、磁束密度の基本波成分と３次高調波成分が逆相となる領域に低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが形成されている。図２１（ａ）では、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが減磁されると、３次高調波成分は減少するが、図２１（ｂ）では、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが減磁されると、３次高調波成分は増加する。
【００８４】
図２１（ａ）では、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが、永久磁石１０ｃ及び永久磁石１０ｄの遅角側にそれぞれ形成されている。これにより、磁束密度の基本波成分と磁束密度の３次高調波成分の符号が同じになる位置に低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを形成することができるので、可変機構による減磁によって３次高調波成分を容易に減少させることができる。
【００８５】
図２１（ｂ）では、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄが、永久磁石１０ｃ及び永久磁石１０ｄの進角側にそれぞれ形成されている。これにより、磁束密度の基本波成分と磁束密度の３次高調波成分の符号が異なる位置に低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄを形成することができるので、可変機構による減磁によって３次高調波成分を容易に増加させることができる。
【００８６】
[電動機の制御装置]
次に、図２２（ａ）及び図２２（ｂ）を参照して、上記した本発明の実施形態に係わる電動機を制御する制御装置の構成を説明する。電動機１００はインバータ１０１を介して直流電源１０２に接続されている。制御装置は、永久磁石１０ｃ、１０ｄを有するロータ４と、電機子コイル６を有するステータ２とを備える電動機１００を、駆動周波数の基本波及びｎ（ｎは２以上の自然数である）次高調波を用いて制御する。
【００８７】
制御装置は、インバータ１０１に対してＵ，Ｖ，Ｗ各相の電圧指令値を与えてインバータ１０１の各相アームのスイッチング動作を制御することで、電動機１００の各相の電機子コイル６に極対数に対応した駆動周波数の交流を通電し、電動機１００の動作を制御する。電流センサ１０３は、電機子コイル６へ通電する電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを検出する。ポジションセンサ１０４は、ロータ４の位置としての回転角θを検出する。ポジションセンサ１０４は、ロータ４の回転角θを微分してロータ４の電気角速度ωを算出する。電流センサ１０３による検出値は、後述する第１制御ブロック３０及び第２制御ブロック４０にフィードバックされる。また、ポジションセンサ１０４による演算値は、第１制御ブロック３０へフィードバックされる。
【００８８】
制御装置は、電動機１００の駆動周波数の基本波に対応した電流制御用の第１制御ブロック３０と、ロータ４が備える低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｃの着磁状態を制御するための高調波成分に対応した電流制御用の第２制御ブロック４０と、加算器５０とを備える。
【００８９】
第１制御ブロック３０では、電動機１００に対する要求トルクに応じた基本波制御用の電流指令ｉｄ＊及び電流指令ｉｑ＊とフィードバック信号との差分を電流制御器３１に入力する。電流制御器３１は、電機子コイル６へ印加する電圧指令を生成する。電流制御器３１により生成された電圧指令は、非干渉制御部３４により生成された電圧指令と合算されて、電圧指令ｖｄ、ｖｑとなる。そして、電流ベクトル制御部３２ａは、電圧指令ｖｄ、ｖｑを、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相分の電圧指令ｖｕ、ｖｖ、ｖｗに座標変換し、基本波に対応した電圧指令として出力する。電流ベクトル制御部３２ｂは、電流センサ１０３の検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの基本波をｄｑ座標系に変換する。ローパスフィルタ３３は、ｄｑ座標系に変換された基本波の検出値ｉｄ、ｉｑから、高調波成分（ノイズ成分）を除去して、前述したフィードバック信号を生成する。
【００９０】
一方、第２制御ブロック４０では、電動機１００の運転状態（回転数）に応じたｎ次の高調波成分制御用の電流指令ｉｄ＿ｎ＊及び電流指令ｉｑ＿ｎ＊とフィードバック信号との差分を電流制御器４１に入力する。電流制御器４１は、電機子コイル６へ印加する電圧指令ｖｄ＿ｎ、ｖｑ＿ｎを生成する。そして、電流ベクトル制御部４２ａは、電流制御器４１にて生成された電圧指令ｖｄ＿ｎ、ｖｑ＿ｎを、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相分の電圧指令ｖｕ＿ｎ、ｖｖ＿ｎ、ｖｗ＿ｎに座標変換し、ｎ次高調波成分に対応した電圧指令として出力する。電流ベクトル制御部４２ｂは、電流センサ１０３の検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗのｎ次高調波をｄｑ座標系の検出値ｉｄ＿ｎ、ｉｑ＿ｎに変換する。ローパスフィルタ４３は、ｄｑ座標系に変換されたｎ次高調波の検出値ｉｄ＿ｎ、ｉｑ＿ｎから基本波成分及びその他の次数の周波数成分（ノイズ成分）を除去して、前述したフィードバック信号を生成する。
【００９１】
ここで、「ｎ」は２以上の自然数であり、「予め定めた電動機１００の高調波成分」の次数に対応している。つまり、可変機構により奇数次の高調波成分が増加或いは減少する第１〜第３実施例では、ｎは、３、５、７、・・・のいずれかであり、可変機構により偶数次の高調波成分が増加或いは減少する第４〜第６実施例では、ｎは、２、４、６、・・・のいずれかである。また、本発明の実施形態では、駆動周波数のｎ次高調波成分の制御ブロックとして、１つの制御ブロック（第２制御ブロック４０）のみを示すが、制御装置は、次数（ｎ）が異なる２つ以上の高調波成分の制御ブロック（第３制御ブロック、第４制御ブロック、・・・）を備えていても構わない。
【００９２】
図１（ｂ）に示すように、電動機の制御装置は、電動機１００の基本波から永久磁石１０ｃ、１０ｄによる磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔを演算する基本波磁束演算部６１と、電動機１００のｎ次高調波から磁束密度のｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔを演算するｎ次高調波磁束演算部６２と、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔと永久磁石の温度Ｔｍ及び磁束密度の可変量との相関を示すデータを記憶する相関データ記憶部７１と、相関データ記憶部７１に記憶されたデータを参照して、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔから、永久磁石１０ｃ、１０ｄの温度Ｔｍ或いは磁束密度Φａを推定する磁石パラメータ推定部７０とを備える。
【００９３】
「電動機１００の基本波」には、電機子コイル６に流れる電流、電機子コイル６に対して印加される電圧、電機子コイル６のインダクタンス、電動機１００に発生するトルク、及びロータ４の位置の基本波が含まれる。「電機子コイル６に流れる電流の基本波」には、電流ベクトル制御部３２ｂによりｄｑ座標系に変換された基本波の検出値ｉｄ、ｉｑが含まれる。「電機子コイル６に対して印加される電圧の基本波」には、電流制御器３１にて生成された電圧指令ｖｄ、ｖｑが含まれる。電機子コイル６のインダクタンス、電動機１００に発生するトルク、及びロータ４の位置の基本波は、電機子コイル６に流れる電流の基本波及び電機子コイル６に対して印加される電圧の基本波から、既知の演算手法により算出することができる。或いは、ロータ４の位置の基本波は、ポジションセンサ１０４により検出されたロータ４の回転角θから求めることも可能である。
【００９４】
基本波磁束演算部６１は、これらの電動機１００の基本波から、既知の演算手法により永久磁石１０ｃ、１０ｄによる磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔを演算することができる。例えば（１）式に検出電流ｉｄ、ｉｑ、電圧指令ｖｄ、ｖｑを代入することにより、磁束密度Φａ＿１ｓｔを算出することができる。（１）式において、ｖｑはｑ軸の電圧を示し、Ｒ（ｔ）は電機子コイル６の抵抗、ｔは電機子コイル６の温度を示し、ｉｑはｑ軸の電流を示し、ωはロータ４の角速度を示し、Φａは磁束密度を示し、Ｌｄは電機子コイル６のインダクタンスを示し、ｉｄはｄ軸の電流を示す。
【００９５】
【数１】
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【００９６】
「電動機１００のｎ次高調波」には、電機子コイル６に流れる電流、電機子コイル６に対して印加される電圧、電機子コイル６のインダクタンス、電動機１００に発生するトルク、及びロータ４の位置のｎ次高調波が含まれる。「電機子コイル６に流れる電流のｎ次高調波」には、電流ベクトル制御部４２ｂによりｄｑ座標系に変換されたｎ次高調波の検出値ｉｄ＿ｎ、ｉｑ＿ｎが含まれる。「電機子コイル６に対して印加される電圧のｎ次高調波」には、電流制御器４１にて生成された電圧指令ｖｄ＿ｎ、ｖｑ＿ｎが含まれる。電機子コイル６のインダクタンス、電動機１００に発生するトルク、及びロータ４の位置のｎ次高調波は、電機子コイル６に流れる電流のｎ次高調波及び電機子コイル６に対して印加される電圧のｎ次高調波から、既知の演算手法により算出することができる。或いは、ロータ４の位置のｎ次高調波は、ポジションセンサ１０４により検出されたロータ４の回転角θから求めることも可能である。
【００９７】
ｎ次高調波磁束演算部６２は、これらの電動機１００のｎ次高調波から、既知の演算手法により永久磁石１０ｃ、１０ｄによる磁束密度のｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔを演算することができる。例えば（１）式に電流検出値ｉｄ＿ｎ、ｉｑ＿ｎ、電圧指令ｖｄ＿ｎ、ｖｑ＿ｎを代入することにより、磁束密度Φａ＿ｎｓｔを算出することができる。
【００９８】
このようにして、基本波磁束演算部６１及びｎ次高調波磁束演算部６２は、図２、図３、図６〜図８に示したような磁束密度の基本波成分及びｎ次高調波成分を演算することができる。
【００９９】
相関データ記憶部７１は、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔと永久磁石１０ｃ、１０ｄの温度Ｔｍ及び磁束密度の可変量との相関を示すデータとして、例えば図４或いは図１０に示すデータを記憶している。
【０１００】
例えば、図４に示したように、磁束密度の３次高調波成分は、低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂの減磁状態、つまり磁束密度の可変量に対する依存性が高い。一方、磁束密度の基本波成分は、高調波成分に比べて、高保磁力磁石部１１ａ、１１ｂの温度に対する依存性が高い。よって、例えば、ｎ次高調波磁束演算部６２が、磁束密度の３次高調波成分Φａ＿３ｓｔを演算すれば、磁石パラメータ推定部７０は、図４に示すデータを参照して、低保磁力磁石部１２ｃ、１２ｄの減磁状態（磁束密度の可変量）を精度良く推定することができる。そして、磁石パラメータ推定部７０は、図４に示すデータを参照すれば、基本波磁束演算部６１により演算された永久磁石による磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔから、永久磁石１０ｃ、１０ｄの温度Ｔｍを精度良く推定することができる。このように、低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂの減磁状態（磁束密度）を変化させる可変機構を備える電動機において、誘起電圧（磁束密度）の変化が、減磁状態の変化によるものなのか、それとも永久磁石１０ｃ、１０ｄの温度変化によるものなのかを精度良く判断することができる。よって、磁束密度の可変機構により、永久磁石１０ｃ、１０ｄの温度Ｔｍと磁束密度が一対一に対応していない場合であっても、永久磁石１０ｃ、１０ｄの温度Ｔｍを精度良く推定することができる。つまり、磁束密度の可変機構による可変量を測定すること無く、永久磁石１０ｃ、１０ｄの温度Ｔｍ及び磁束密度の可変機構による可変量を推定することができる。
【０１０１】
通常、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔは、永久磁石１０ｃ、１０ｄの温度Ｔｍ及び磁束密度の可変量Ｖによって、（２）式及び（３）式により表すことができる。（２）式及び（３）式において、Ａ〜Ｄは、それぞれ電動機１００に固有な定数である。
【０１０２】
Φａ＿１ｓｔ＝Ａ・Ｔｍ＋Ｂ・Ｖ          ・・・（２）
Φａ＿ｎｓｔ＝Ｃ・Ｔｍ＋Ｄ・Ｖ          ・・・（３）
【０１０３】
（２）式及び（３）式に、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔを代入して、（２）式及び（３）式の連立方程式を解くことにより、永久磁石１０ｃ、１０ｄの温度Ｔｍ及び磁束密度の可変量Ｖをそれぞれ求めることができる。
【０１０４】
上記のように、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【符号の説明】
【０１０５】
２…ステータ
４…ロータ
６…電機子コイル
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ…永久磁石
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ…高保磁力磁石部
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ…低保磁力磁石部（可変部位）
１Ｆ…磁束密度の基本波成分
２Ｆ…磁束密度の２次高調波成分（偶数次の高調波成分）
３Ｆ…磁束密度の３次高調波成分（奇数次の高調波成分）
Ｌｄ＿２ｆ…ｄ軸インダクタンスの２次高調波成分（偶数次の高調波成分）
Ｌｑ＿２ｆ…ｑ軸インダクタンスの２次高調波成分（偶数次の高調波成分）
【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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【図１３】
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【図１４】
2014007852.tif 000017
【図１５】
2014007852.tif 000018
【図１６】
2014007852.tif 000019
【図１７】
2014007852.tif 000020
【図１８】
2014007852.tif 000021
【図１９】
2014007852.tif 000022
【図２０】
2014007852.tif 000023
【図２１】
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【図２２】
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