(57)【要約】【課題】回転子の構造を複雑にすることがないとともに、バランス調整が難しくなることがない可変界磁型の永久磁石式回転電機を提供する。【解決手段】永久磁石Ｍｇ１〜Ｍｇ４を埋め込んで複数の磁極部ＭＰ１〜ＭＰ４を形成した回転子３１と、該回転子に対して隙間を空けて対向する固定子鉄心を有する固定子２１と、該固定子の固定子鉄心を支持する磁性体フレーム１１と、補助コイルＬａ１〜Ｌａ８が巻装され、前記回転子の前記磁極に軸方向から対向して円周方向に配置された当該磁極の２倍以上の数の補助ティースＴａ１〜Ｔａ８とを備え、前記補助ティースは、前記磁極及び前記固定子間の磁束を可変する補助磁束を発生させる【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心を有する固定子と、
該固定子に対して隙間を空けて対向し、永久磁石を埋め込んで複数の磁極を形成した回転子と、
前記固定子の固定子鉄心を支持する磁性体フレームと、
前記回転子に対して軸方向に隙間を空けて対向し、円周方向に配置された当該磁極の２倍以上の数の補助ティースと、
前記補助ティースにそれぞれ巻装された補助コイルとを備えることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２】
前記補助ティースは、前記磁性体フレームの軸方向端部に接合されて前記回転子の軸方向端部と対向する磁性体支持板に固定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。
【請求項３】
前記補助ティースは、前記磁性体フレームの軸方向端部に接合されて前記回転子の軸方向端部と対向する磁性体支持板に一体に形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。
【請求項４】
前記磁性体支持板は、前記磁性体フレームの軸方向端部を閉塞する磁性体シールド板で構成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項５】
前記磁性体支持板は、前記磁性体フレームの軸方向端部を閉塞するシールド板の前記回転子の軸方向端面と対向する位置に配設された円環状の磁気ヨークで構成され、該磁気ヨークが前記磁性体フレームに接続されていることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項６】
前記磁性体支持板は、前記磁性体フレームの軸方向端部を閉塞する磁性体シールド板で構成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項７】
前記補助コイルに前記回転子の回転速度に応じた周波数の交流電流を供給する制御部を備えていることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項８】
前記制御部は、前記回転子の回転速度が低速域にあるときに、前記補助コイルに対して前記補助ティースから対向する前記磁極を形成する前記永久磁石の磁束と同一方向の磁束を発生させる交流電流を供給する増磁制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項９】
前記制御部は、前記回転子の回転速度が高速域にあるときに、前記補助コイルに対して前記補助ティースから対向する前記磁極を形成する前記永久磁石の磁束と逆方向の磁束を発生させる交流電流を供給する減磁制御を行なうことを特徴とする請求項６に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項１０】
前記制御部は、前記前記回転子の回転速度が低速域にあるときに、前記補助コイルに対して前記補助ティースから対向する前記磁極を形成する前記永久磁石の磁束と同一方向の磁束を発生させる交流電流を供給する増磁制御を行い、前記回転子の回転速度が高速域にあるときに、前記補助コイルに対して前記補助ティースから対向する前記磁極を形成する前記永久磁石の磁束と逆方向の磁束を発生させる交流電流を供給する減磁制御を行い、前記低速域及び前記高速域の中間の中速域にあるときに、前記補助コイルへの電流の供給を停止することを特徴とする請求項６に記載の永久磁石式回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、界磁コイルに流す電流の方向を制御する可変界磁型の永久磁石式回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の永久磁石によって磁極を形成する回転子と、この回転子に隙間を介して対向する固定子とを備えた永久磁石式回転電機として、永久磁石による回転子と固定子との間の鎖交磁束の磁束密度を制御可能な可変界磁型の永久磁石式回転電機が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
特許文献１に記載された回転電機は、固定子を覆う界磁ヨークの軸方向の両端面を閉塞する一対の端板部に形成された回転子の軸方向端部に向かって突出する突部に、それぞれ界磁コイルを個別に配置している。また、回転子に一方の界磁コイル側に突出させて第１磁気回路の一部を構成する第１磁極構成部材を配置するとともに、この磁極構成部材とは円周方向に離れた位置（対向位置）に他方の界磁コイル側に突出して第２磁気回路の一部を構成する第２磁極構成部材を配置している。そして、第１磁極構成部材及び第２磁極構成部材からの磁束を対向位置に配置された永久磁石に供給することにより、永久磁石と固定子との間の磁束を増減して可変界磁型回転電機を構成している。
【０００３】
特許文献２に記載された回転電機は、回転子の軸方向の一端に対向して、補助磁石と円環状のヨークとで構成される補助界磁を配置し、回転子に補助界磁の一方の磁極に近接対向する突起を有する第１の極性の磁極を形成するとともに、補助界磁の他方の磁極に近接対向する突起を有する第２の極性の磁極を形成して、回転子及び固定子間の磁束密度を高めるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１６５５４０号公報
【特許文献２】特開２０１４−２３３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び第２に記載された永久磁石式回転電機にあっては、ともに回転子の軸方向の端部に対向して形成された補助界磁に近接する突起部を円周方向で部分的に形成する必要があり、回転子の構造が複雑となるとともに、高速回転用回転電機として使用する場合に、回転子のバランス調整が難しくなるという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記特許文献１及び２に記載された先行技術の未解決の課題に着目してなされたものであり、回転子の構造を複雑にすることがないとともに、バランス調整が難しくなることがない可変界磁型の永久磁石式回転電機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る永久磁石式回転電機の一態様は、永久磁石を埋め込んで複数の磁極を形成した回転子と、該回転子に対して隙間を空けて対向する固定子鉄心を有する固定子と、該固定子の固定子鉄心を支持する磁性体フレームと、前記回転子に対して軸方向に隙間を空けて対向し、円周方向に配置された当該磁極の２倍以上の数の補助ティースと、前記補助ティースにそれぞれ巻装された補助コイルとを備え、前記補助ティースは、前記磁極及び前記固定子間の磁束を可変する補助磁束を発生させるようにしている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、回転子の軸方向の端面に対向させて補助コイルを巻装した補助ティースを配置し、この補助ティースで発生する補助磁束を、各磁極及び固定子間に作用させることにより、回転子の構成を複雑にすることがないとともに、回転バランスを保つことができる可変界磁型の永久磁石式回転電機を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る永久磁石式回転電機の一実施形態を示す一端を開放して示す斜視図である。
【図２】図１の固定子及び磁性体フレームを取り外した状態の斜視図である。
【図３】図１の軸方向断面図である。
【図４】図３のIV−IV線上の断面図である。
【図５】永久磁石式回転電機の制御部を示すブロック図である。
【図６】補助コイルに供給する界磁電流の一例を示す波形図である。
【図７】永久磁石式回転電機の動作を示す断面図であって、（ａ）は回転子が０°の位置にある状態を示し、（ｂ）は回転子が時計方向に２２．５°回転した状態を示している。
【図８】永久磁石式回転電機の動作を示す断面図であって、（ｂ）は回転子が時計方向に４５°移動した状態を示す、（ｂ）は回転子が時計方向に６７．５°回転した状態を示している。
【図９】永久磁石式回転電機の動作を示す断面図であって、回転子が時計方向に９０°回転した状態を示している。
【図１０】永久磁石式回転電機の制御部の変形例を示すブロック図である。
【図１１】永久磁石式回転電機の他の例を示す図３と同様の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１０】
本発明に係る永久磁石式回転電機１０は、図１〜図４に示すように、インナーロータ形式に構成されている。この永久磁石式回転電機１０は、円筒状の磁性体フレーム１１と、この磁性体フレーム１１の軸方向の両端部を閉塞する端板１２及び１３と、これら端板１２及び１３に回転自在に支持された回転軸１４とを備えている。
磁性体フレーム１１の内周面には、円筒状の固定子２１が固定され、回転軸１４には固定子２１の内周面に対して隙間を空けて対向する例えば積層鋼板で構成される円柱状の回転子３１が固定されている。
【００１１】
固定子２１は、図４に示すように、例えば積層鋼板で構成される円筒状の固定子鉄心２２の内周面側に軸方向に貫通する複数のスロット２３が円周方向に等間隔に形成され、各スロット２３間に複数の磁極ティース２４が形成されている。各磁極ティース２４には、スロット２３内に配置された励磁コイル２５が巻回されている。
回転子３１は、図３及び図４に示すように、円柱状の回転子コア３２と、回転子コア３２の円周方向に所定間隔を空けて形成した軸方向に貫通する複数例えば４つのスロット３３と、各スロット３３内に配置された板状の永久磁石Ｍｇ１〜Ｍｇ４とを備えている。
【００１２】
各スロット３３は、回転子コア３２の径方向に対して直交して形成された偏平な矩形空胴部３３ａと、この矩形空洞部３３ａの両端から回転子コア３２の外周に向けて半径方向に延長する端部側空胴部３３ｂとで構成されている。回転子コア３２の各スロット３３で囲まれる外周側が磁極部ＭＰ１〜ＭＰ４とされている。
互いに対向する永久磁石Ｍｇ１及びＭｇ３は外周側がＮ極に、内周側がＳ極に着磁され、互いに対向する永久磁石Ｍｇ２及びＭｇ４は外周側がＳ極に、内周側にＮ極に着磁されている。これら永久磁石Ｍｇ１〜Ｍｇ４によって、磁極部ＭＰ１及びＭＰ３がＮ極となり、磁極部ＭＰ２及びＭＰ４がＳ極となり、円周方向に交互にＮ極及びＳ極が形成されている。
【００１３】
端板１２及び１３には、中心部に配置された回転軸１４を回転自在に支持する軸受１２ａ及び１３ａと、これら軸受１２ａ及び１３ａの外側に配置されたシール部材１２ｂ及び１３ｂとが設けられている。
一方の端板１２には、図２及び図３に示すように、内周面に磁性体製の円環状の磁気ヨーク４１が固定されている。この磁気ヨーク４１は、外周面が磁性体フレーム１１の内周面に接触されている。
磁気ヨーク４１には、内周面側における回転子３１の各磁極部ＭＰ１〜ＭＰ４に対向する位置に各磁極部ＭＰ１〜ＭＰ４の軸方向端面に対して隙間を空けて対向する８つの補助ティースＴａ１〜Ｔａ８が円周方向に等間隔で形成されている。これら補助ティースＴａ１〜Ｔａ８の配置数は、回転子３１の磁極部ＭＰ１〜ＭＰ４の数の２倍以上の整数倍に設定される。本実施形態では、回転子３１の磁極数の２倍に設定されているが、回転子３１の磁極部ＭＰ１〜ＭＰ４の数の３倍や４倍以上の整数倍であってもよい。
【００１４】
各補助ティースＴａ１〜Ｔａ８は、長手方向が回転子コア３２の接線方向となる偏平な直方体状に形成され、外周面に補助コイルＬａ１〜Ｌａ８が巻回されている。
奇数番目の補助コイルＬａ１、Ｌａ３、Ｌａ５及びＬａ７は、補助ティースＴａ１、Ｔａ３、Ｔａ５及びＴａ７の上端側すなわち磁気ヨーク４１側を巻き始め端として平面で見て時計方向に巻回されている。したがって、補助コイルＬａ１、Ｌａ３、Ｌａ５及びＬａ７の巻き始め端に正値（又は負値）の電流を供給することにより、補助ティースＴａ１、Ｔａ３、Ｔａ５及びＴａ７に磁気ヨーク４１（又は回転子コア３２）側から回転子コア３２（又は磁気ヨーク４１）側に向かう磁束が発生される。
【００１５】
一方、偶数番目の補助ティースＴａ２、Ｔａ４、Ｔａ６及びＴａ８は、補助ティースＴａ２、Ｔａ４、Ｔａ６及びＴａ８の下端側すなわち回転子３１側を巻き始め端として平面から見て反時計方向に巻回されている。したがって、補助コイルＬａ２、Ｌａ４、Ｌａ６及びＬａ８の巻き始め端に正値（又は負値）の電流を供給することにより、補助ティースＴａ１、Ｔａ３、Ｔａ５及びＴａ７に回転子コア３２（又は磁気ヨーク４１）側から磁気ヨーク４１（又は回転子コア３２）側に向かう磁束が発生される。
そして、各補助コイルＬａ１〜Ｌａ８には、図５に示す制御装置５０から回転子３１の回転速度に応じた周波数の交流電流が供給されて界磁制御が行なわれる。
【００１６】
なお、図５では、補助コイルＬａ１，Ｌａ３，Ｌａ５，Ｌａ７を直列に接続しているが、補助コイルＬａ１，Ｌａ３，Ｌａ５，Ｌａ７は並列に接続してもよい。補助コイルＬａ２，Ｌａ４，Ｌａ６，Ｌａ８も同様に並列接続としてもよい。
この制御装置５０は、ＡＣ−ＤＣコンバータ５２Ａ及び５２Ｂと、単相インバータ５３Ａ及び５３Ｂとゲート駆動回路５５とを備えている。なお、５１は商用電源等の交流電源、５４は永久磁石式回転電機１０に設けられた回転位置センサである。
ここで、永久磁石式回転電機１０に電力を供給する主インバータがセンサレス制御を行うものである場合、回転位置センサ５４は不要となる。この場合、回転位置情報は上記主インバータから得ることになる。
【００１７】
ＡＣ−ＤＣコンバータ５２Ａ及び５２Ｂは、交流電源５１から入力される交流電力を直流電力に変換して単相インバータ５３Ａ及び５３Ｂに出力する。
単相インバータ５３Ａ及び５３Ｂは、例えば直列に接続された２つのスイッチング素子と直列に接続された２つコンデンサとを並列に接続し、２つのスイッチング素子の接続点と、２つのコンデンサの接続点とを双方向スイッチング素子で接続した構成を有する。
単相インバータ５３Ａは、２つのスイッチング素子の接続点から図６（ａ）に示す回転子３１の回転速度に応じた周波数の３レベルの交流電流ＩＡが出力される。この交流電流ＩＡは、補助コイルＬａ１及びＬａ５に対して磁気ヨーク４１側の巻き始め端に供給され、補助コイルＬａ３及びＬａ７に対して回転子コア３２側の巻き始め端に供給される。したがって、補助ティースＴａ１及びＴａ５と補助ティースＴａ３及びＴａ７とで互いに逆方向の磁束が発生される。
【００１８】
単相インバータ５３Ｂは、２つのスイッチング素子の接続点から図６（ｂ）に示す回転子の回転速度に応じた周波数で、交流電流ＩＡに対して９０°進んだ３レベルの交流電流ＩＢを出力する。この交流電流ＩＢは、補助コイルＬａ２及びＬａ６に対して磁気ヨーク４１側の巻き始め端に供給され、補助コイルＬａ４及びＬａ８に対して回転子コア３２側の巻き始め端に供給される。したがって、補助ティースＴａ２及びＴａ６と補助ティースＴａ４及びＴａ６とで互いに逆方向の磁束が発生される。
そして、補助ティースＴａｉ（ｉ＝１〜８）で磁気ヨーク４１から回転子コア３２に向けて発生された磁束は、図４で実線図示の矢印で示すように、回転子コア３２との間の空隙→回転子コア３２の磁極部ＭＰｊ（ｊ＝１〜４）→回転子コア３２及び固定子鉄心２２間の空隙→固定子鉄心２２→磁性体フレーム１１→磁気ヨーク４１の順に通って補助ティースＴａｉに至る。
【００１９】
同様に、補助ティースＴａｉで回転子コア３２側から磁気ヨーク４１に向けて発生された磁束は、図４で破線図示の矢印で示すように、磁気ヨーク４１→磁性体フレーム１１→固定子鉄心２２→固定子鉄心２２及び回転子コア３２間の空隙→回転子コア３２の磁極部ＭＰｊ→回転子コア３２及び補助ティースＴａｉの空隙の順に通って補助ティースＴａｉに至る。
【００２０】
次に、上記実施形態の動作について図７〜９を伴って説明する。
先ず、増磁制御を行なう場合について説明する。
ここで、図７（ａ）に示すように、回転子３１の磁極部ＭＰ１及びＭＰ２間位置が補助ティースＴａ１の円周方向の中間位置にある状態を回転角０°とする。この回転角０°の回転位置では、回転子３１の磁極部ＭＰ２及びＭＰ３間位置が補助ティースＴａ３の円周方向の中間位置となり、磁極部ＭＰ３及びＭＰ４間位置が補助ティースＴａ５の円周方向の中間位置となり、磁極部ＭＰ４及びＭＰ１間位置が補助ティースＴａ７の円周方向の中間位置となる。
【００２１】
この回転角０°では、回転角０°の回転位置では、補助ティースＴａ２に永久磁石Ｍｇ２が正対し、補助ティースＴａ４に永久磁石Ｍｇ３が正対し、補助ティースＴａ６に永久磁石Ｍｇ４が正対し、補助ティースＴａ８に永久磁石Ｍｇ１が正対している。
このとき、単相インバータ５３Ａの出力は、図６（ａ）の時点ｔ０〜ｔ１間で、出力電流ＩＡが“０”となっており、補助コイルＬａ１、Ｌａ３、Ｌａ５及びＬａ７には電流が供給されていない。
【００２２】
一方、単相インバータ５３Ｂでは、図６（ｂ）の時点ｔ０〜ｔ１間で、正の最大レベルの電流ＩＢが出力され、これが補助コイルＬａ２、Ｌａ４、Ｌａ６及びＬａ８に供給されるので、図７（ａ）に示すように、補助ティースＴａ２及びＴａ６には磁気ヨーク４１側から回転子コア３２の磁極部ＭＰ１及びＭＰ３側に向かう最大磁束量の補助磁束φＳ１が発生する。この補助磁束φＳ１は、磁極部ＭＰ１及びＭＰ３の永久磁石Ｍｇ１及びＭｇ３からの主磁束φＭ１に加算され、両者の合計磁束φＴ１（＝φＭ１＋φＳ１）が磁極部ＭＰ１及びＭＰから空隙を介して固定子２１の磁極ティース２４に向かい、図３で実線図示の第１磁路を形成している。
【００２３】
一方、補助ティースＴａ４及びＴａ８には、逆方向の回転子コア３２の磁極部ＭＰ２及びＭＰ４側から磁気ヨーク４１側に向かう最大磁束量の補助磁束φＳ２が発生する。この補助磁束φＳ２は、磁極部ＭＰ２及びＭＰ４の永久磁石Ｍｇ２及びＭｇ４からの主磁束φＭ１とは逆方向の主磁束φＭ２に加算され、両者の合計磁束φＴ２（＝φＭ２＋φＳ２）が固定子２１の磁極ティース２４から空隙を介して磁極部ＭＰ２及びＭＰ４に向かい、図３で点線図示の第２磁路を形成している。
【００２４】
この状態から時点ｔ１で単相インバータ５３Ａ及び５３Ｂから図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、ともに正の中間レベルの電流が出力される。これによって、図７（ｂ）に示すように、補助ティースＴａ２及びＴａ３と補助ティースＴａ６及びＴａ７に磁気ヨーク４１側から回転子コア３２の磁極部ＭＰ１及びＭＰ３側に向かう最大レベルの半分の中間レベルの補助磁束φＳ２及びφＳ３が発生する。これら補助磁束φＳ２及びφＳ３が回転子コア３２の磁極部ＭＰ１及びＭＰ３からの主磁束φＭ１に加算され、両者の合計磁束φＴ１（＝φＭ１＋φＳ２＋φＳ３）が回転子コア３２の磁極部ＭＰ１及びＭＰ３から空隙を介して固定子２１の磁極ティース２４に向かう。
【００２５】
同様に、補助ティースＴａ４及びＴａ５と補助ティースＴａ８及びＴａ１に回転子コア３２の磁極部ＭＰ１及びＭＰ３側から磁気ヨーク４１側に向かう最大レベルの半分の中間レベルの補助磁束φＳ４及びφＳ５が発生する。これら補助磁束φＳ４及びφＳ５が回転子コア３２の磁極部ＭＰ２及びＭＰ４からの主磁束φＭ２に加算され、両者の合計磁束φＴ２（＝φＭ２＋φＳ４＋φＳ５）が固定子２１の磁極ティース２４から空隙を介して回転子コア３２の磁極部ＭＰ２及びＭＰ４に向かう。
その後、時点ｔ２で、単相インバータ５３Ａで最大レベルの電流が出力されるとともに、単相インバータ５３Ｂから出力される電流が“０”となる。
【００２６】
このため、図８（ａ）に示すように、補助ティースＴａ２、Ｔａ４、Ｔａ６及びＴａ８では磁束が発生せず、補助ティースＴａ３及びＴａ５では、磁気ヨーク４１から回転子コア３２の磁極部ＭＰ１及びＭＰ３に向かう最大レベルの磁束が発生し、補助ティースＴａ５及びＴａ１では、回転子コア３２の磁極部ＭＰ２及びＭＰ４に向かう最大レベルの磁束が発生する。
その後、回転子３１が時計方向に２２．５°回転する毎に、補助ティースＴｓ１〜Ｔｓ８から回転子コア３２の磁極部ＭＰ１〜ＭＰ４で発生する磁束に重畳される補助磁束が発生され、増磁制御が行なわれる。
【００２７】
この増磁制御における増磁量は、単相インバータ５３Ａ及び５３Ｂから出力される電流の振幅に応じて変化するので、必要な増磁量に応じて単相インバータ５３Ａ及び５３Ｂの電流の振幅を制御する。
一方、減磁制御を行なうには、上記した増磁制御における各補助コイルＬａ１〜Ｌａ８に供給する電流を逆方向とすることにより、各補助ティースＴａ１〜Ｔａ８から回転子コア３２の磁極部ＭＰ１〜ＭＰ４で発生する磁束の方向と逆方向の補助磁束を発生することにより、減磁制御を行なうことができる。
【００２８】
さらに、増磁制御及び減磁制御を必要としない通常制御時には、単相インバータ５３Ａ及び５３Ｂを停止させて、補助コイルＬａ１〜Ｌａ８への電流供給を停止することにより、永久磁石Ｍｇ１〜Ｍｇ４からの主磁φＭ１及びφＭ２による磁束のみとすればよい。
このように、本実施形態では、単相インバータ５３Ａ及び５３Ｂから補助コイルＬａ１〜Ｌａ８へ出力する電流によって、増磁制御、減磁制御及び通常制御を選択することが可能となる。このため、図１０に示すように、回転子３１の回転速度を検出する回転速度センサ６１とこの回転速度センサ６１で検出した回転速度が入力される制御切換回路６２とを設け、ゲート駆動回路５５に入力される制御指令に応じて増磁制御、減磁制御及び通常制御を切換る機能を設けることにより、回転速度域に応じて増磁制御、減磁制御及び通常制御を自動的に選択することができる。
【００２９】
なお、図１０では、補助コイルＬａ１，Ｌａ３，Ｌａ５，Ｌａ７を直列に接続しているが、補助コイルＬａ１，Ｌａ３，Ｌａ５，Ｌａ７は並列に接続してもよい。補助コイルＬａ２，Ｌａ４，Ｌａ６，Ｌａ８も同様に並列接続としてもよい。
すなわち、制御切換回路６２は、回転速度センサ６１が低速回転域を検出している場合には増磁制御を行なう制御指令をゲート駆動回路５５に出力し、回転速度センサ６１が高速回転域を検出している場合には減磁制御を行なう制御指令をゲート駆動回路５５に出力する。さらに、回転速度センサ６１が低速回転域及び高速回転域の中間の中速回転域を検出している場合には、通常制御を行なう制御指令をゲート駆動回路５５に出力することも可能である。
【００３０】
例えば、大トルクが必要な定格回転速度までは増磁制御を行い、定格回転速度から最高回転速度まで増磁率を徐々に低下させ最高回転速度では増減磁しないことができる。あるいは、大トルクが必要な定格回転速度までは増磁制御を行い、定格回転速度から定格回転速度と最高回転速度の中間までは増減磁なしの通常制御を行い、定格回転速度と最高回転速度の中間から最高回転速度までは減磁制御を行うこともできる。
この構成とすることにより、低速回転域では増磁制御を行なって駆動トルクを増加させ、中速回転域では増磁制御及び減磁制御を停止させて通常制御を行なって必要な駆動トルクを確保し、高速回転域では減磁制御を行なって駆動トルクを減少させることができる。
【００３１】
なお、上記説明では、低速回転域及び高速回転域の中間に中速回転域を設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、中速回転域を省略して低速回転域では増磁制御を、高速回転域では減磁制御又は通常制御を行なうようにしてもよい。
このように、上記実施形態によると、回転子３１の軸方向端面に対向して回転子３１の磁極数の２倍以上の複数の補助ティースを円周方向に配置して、補助ティースで増磁又は減磁制御のための補助磁束を形成している。このため、前述した従来例のように回転子３１側に突起部を形成する必要がなく、回転子３１の円滑な回転を確保しながら可変界磁型の永久磁石式回転電機を提供することができる。
【００３２】
しかも、補助ティースに巻装された補助コイルに通電する電流の方向を制御することにより、増磁制御及び減磁制御の少なくとも一方を容易に行なうことができる。さらに、補助コイルに通電する電流を回転子３１の回転速度に応じて制御することにより、低速回転域では増磁制御を行なって駆動トルクを増加させ、逆に高速回転域では減磁制御を行なう可変界磁制御を行なうことができ、回転速度に応じて最適なトルク制御を行なうことが可能となる。
さらに、補助コイルＬａ１〜Ｌａ８に供給する電流を交流電流とすることにより、回転子３１の回転に応じて補助コイルＬａ１〜Ｌａ８で発生する磁束量を制御して、永久磁石Ｍｇ１〜Ｍｇ４からの主磁束と補助コイルで発生する補助磁束との合計磁束量を一定値に制御することができ、安定した回転を確保することができる。
【００３３】
なお、上記実施形態においては、回転子３１に磁極部ＭＰ１〜ＭＰ４を形成して４極構成とした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、対向する２つの磁極例えばＭＰ２及びＭＰ４を省略して２極構成とすることもできる。また、回転子３１の磁極数は任意数とすることができ、この場合に磁極数の２倍以上の補助コイルを円周方向に設けるようにすればよい。
また、上記実施形態においては、補助ティースＴａ１〜Ｔａ８を磁気ヨーク４１に配置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図１１に示すように、端板１２を磁性体シールド板とすることにより、この磁性体シールド板に直接補助ティースＴａ１〜Ｔａ８を配置することもできる。
【００３４】
また、上記図６の実施形態においては、単相インバータ５３ａ，５３ｂから補助コイルＬａ１〜Ｌａ８に供給する電流を階段状に形成する場合について説明したが、単相インバータ５３ａ，５３ｂは、２レベル単相インバータや３レベル以上のマルチレベル単相インバータを適用することもでき、さらには、図６に示すような階段状の電流だけではなく、電流制御回路で生成した正弦波電流又は三角波電流を補助コイルＬａ１〜Ｌａ８に供給するようにしてもよい。
なお、図５，図１０の実施の形態では、制御装置５０にＡＣ−ＤＣコンバータ５２Ａ及び５２Ｂを備える構成としているが、永久磁石式回転電機１０に電力を供給する主インバータの直流中間部より単相インバータ５３Ａ及び５３Ｂに電力供給を行うことも可能であり、この場合にはＡＣ−ＤＣコンバータ５２Ａ及び５２Ｂを省略することができる。
【００３５】
また、上記実施形態においては、端板１２側に補助ティースＴａ１〜Ｔａ８を配置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、端板１３側に補助ティースＴａ１〜Ｔａ８を配置するようにしてもよく、端板１２及び１３の双方に補助ティースを配置するようにしてもよい。
また、磁極ＭＰ１〜ＭＰ４を構成する永久磁石Ｍｇ１〜Ｍｇ４は、１つの永久磁石で構成する場合に限らず、複数の永久磁石を一文字状に配置あるいはＶ字形状に配置するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、インナーロータ型の回転電機に本発明を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、アーターロータ型の回転電機にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０…永久磁石式回転電機、１１…磁性体フレーム、１２，１３…端板、１４…回転軸、２１…固定子、２２…固定子鉄心、２３…スロット、２４…磁極ティース、２５…励磁コイル、３１…回転子、３２…回転子コア、３３…スロット、Ｍｇ１〜Ｍｇ４…永久磁石、ＭＰ１〜ＭＰ４…磁極、４１…磁気ヨーク、Ｔａ１〜Ｔａ８…補助ティース、Ｌａ１〜Ｌａ８…補助コイル、５１…交流電源、５２Ａ，５２Ｂ…ＡＣ−ＤＣコンバータ、５３Ａ，５３Ｂ…単相インバータ、５４…回転位置センサ、５５…ゲート駆動回路
【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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