(57)【要約】【課題】低速回転域から高速回転域まで広い運転範囲で高効率が得られ、運転時の消費電力量を大幅に低減できる永久磁石式回転電機を提供する。【解決手段】本発明は、固定子鉄心１１と電機子巻線１３から成る固定子１０と、電機子電流により生じる磁界で磁化される永久磁石２３を持つ回転子２０とから構成され、電機子電流によって生じる磁界により永久磁石２３の極性を反転させて極数変換を行い、かつ電機子電流によって生じる磁界により永久磁石２３を磁化させて鎖交磁束も可変する永久磁石式回転電機１を特徴とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心と電機子巻線から成る固定子と、外部磁界により磁化される永久磁石を持つ回転子とから構成され、
前記外部磁界により前記永久磁石の極性を反転させて極数変換を行い、かつ前記外部磁界により前記永久磁石を磁化させて鎖交磁束も可変することを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２】
固定子鉄心と電機子巻線から成る固定子と、電機子電流により生じる磁界で磁化される永久磁石を持つ回転子とから構成され、
前記電機子電流によって生じる磁界により前記永久磁石の極性を反転させて極数変換を行い、かつ前記電機子電流によって生じる磁界により前記永久磁石を磁化させて鎖交磁束も可変することを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項３】
前記永久磁石は、前記外部磁界又は電機子電流によって生じる磁界により極性が不可逆的に反転し、かつ前記外部磁界又は電機子電流によって生じる磁界により磁力が不可逆的に変化する低保磁力の磁気特性である可変磁力磁石であることを特徴とする請求項１又は２に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項４】
前記永久磁石は、前記外部磁界又は電機子電流によって生じる磁界により極性が不可逆的に反転し、かつ前記外部磁界又は電機子電流によって生じる磁界により磁力が不可逆的に変化する低保磁力の磁気特性の可変磁力磁石と、前記外部磁界又は電機子電流によって生じる磁界により極性が不可逆的に反転せず、かつ前記外部磁界又は電機子電流によって生じる磁界により磁力が不可逆的に変化しない高保磁力の磁気特性の固定磁力磁石とで構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項５】
低速回転域と高速回転域とで極数を可変して運転することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の永久磁石式回転電機。
【請求項６】
低速回転域と高速回転域で極数を可変し、かつ前記永久磁石の磁化を変化させて前記永久磁石の鎖交磁束数を可変して運転することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の永久磁石式回転電機。
【請求項７】
前記永久磁石の保磁力は、５００ｋＡ／ｍ以下であることを特徴とする請求項１，２，５又は６に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項８】
前記可変磁力磁石の保磁力は、５００ｋＡ／ｍ以下であることを特徴とする請求項３又は４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、回転速度に応じて極数を変換して電圧を可変し、さらに永久磁石の磁力も可変する極数変換可変磁力の永久磁石式回転電機に関する。
【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起電圧がかかる。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】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１８３５１５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】松井信行編著、「省レアアース・脱レアアースモータ」、日刊工業新聞社（２０１３年）
【非特許文献２】堺和人、湯澤成彰、「巻線切り替え無し極数変換永久磁石式モータの基礎研究」、平成２５年電気学会全大、Ｎｏ．５−００８（２０１３年）
【非特許文献３】中里圭佑、湯澤成彰、堺和人、「極数変換の永久磁石リラクタンスモータの基本特性」、平成２５年電気学会全大、Ｎｏ．５−００９（２０１３年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術の課題に鑑みてなされたもので、低速回転域から高速回転域まで広い運転範囲で高効率が得られ、運転時の消費電力量を大幅に低減できる永久磁石式回転電機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】
本発明は、固定子鉄心と電機子巻線から成る固定子と、外部磁界により磁化される永久磁石を持つ回転子とから構成され、前記外部磁界により前記永久磁石の極性を反転させて極数変換を行い、かつ前記外部磁界により前記永久磁石を磁化させて鎖交磁束を可変する永久磁石式回転電機を特徴とする。
【０００８】
また本発明は、固定子鉄心と電機子巻線から成る固定子と、電機子電流により生じる磁界で磁化される永久磁石を持つ回転子とから構成され、前記電機子電流によって生じる磁界により前記永久磁石の極性を反転させて極数変換を行い、かつ前記電機子電流によって生じる磁界により前記永久磁石を磁化させて鎖交磁束も可変する永久磁石式回転電機を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の永久磁石式回転電機によれば、弱め磁束制御で電圧を制御するのではなく、回転速度に応じて極数を変換して電圧を可変し、さらに永久磁石の磁力も可変することにより、低速回転域から高速回転域まで広い運転範囲で高効率が得られ、運転時の消費電力量を大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の１つの実施の形態の永久磁石式モータの速度、トルクとモードとの対応図。
【図２】上記実施の形態の永久磁石式モータの半分の断面図。
【図３】上記実施の形態の永久磁石式モータを制御する永久磁石式モータ制御回路の回路図。
【図４】上記実施の形態の永久磁石式モータの電機子巻線の８極モード時の接続図。
【図５】上記実施の形態の永久磁石式モータの電機子巻線の４極モード時の接続図。
【図６】上記実施の形態の永久磁石式モータの８極モード、４極モード時の可変磁力磁石の磁化状態を示す説明図。
【図７】本発明の実施例１の永久磁石式モータの諸元図。
【図８】図８（ａ）は実施例１の永久磁石式モータの８極モードでの磁束密度の分布と磁極分布を示す断面図、図８（ｂ）は実施例１の永久磁石式モータの４極モードでの磁束密度の分布と磁極分布を示す断面図。
【図９】実施例１の永久磁石式モータの８極モード時と４極モード時の誘導電圧と調波成分を対比として示したグラフ。
【図１０】実施例１の永久磁石式モータの８極モード時と４極モード時の回転速度−トルク特性のグラフ。
【図１１】実施例１の永久磁石式モータの８極モード時の可変磁力磁石の磁力変更時の回転速度−トルク特性のグラフ。
【図１２】実施例１の永久磁石式モータの４極モード時の可変磁力磁石の磁力変更時の回転速度−トルク特性のグラフ。
【図１３】実施例１の永久磁石式モータの８極モード時の可変磁力磁石の磁力変更時のモータ効率のグラフ。
【図１４】実施例１の永久磁石式モータの４極モード時の可変磁力磁石の磁力変更時のモータ効率のグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。
【００１２】
まず、本発明の永久磁石式回転電機の原理を説明する。回転子鉄心内に外に向かって開くＶ字状の配置の固定磁力磁石の組の複数Ｌ組を円周方向に等角度間隔に、かつ、回転子の外周に現れる磁極が全周で同極となる向きに埋め込み、かつ、磁化方向が固定磁力磁石と同じとする複数Ｌ組の可変磁力磁石を、同じく外に向かって開くＶ字状の配置に隣り合う固定磁力磁石の組の間各々に、円周方向に等角度間隔に埋め込んだ回転子と、極数切替にて電機子巻線の結線を２Ｌ極と４Ｌ極の間で極数切替ができる固定子とを備え、低速回転（大トルク）域では、電機子巻線の結線を２Ｌ極にして所定の短時間だけ通常の運転時の電流よりも大きい第１の磁化電流を流すことによって発生する磁界によりＬ組の可変磁力磁石それぞれを隣り合う固定磁力磁石の組と同一方向に不可逆的に磁化させ、可変磁力磁石と固定磁力磁石はＮ極Ｓ極のいずれか同極に揃え、隣り合う可変磁力磁石と固定磁力磁石との間の凸鉄心部に隣り合う可変磁力磁石及び固定磁力磁石の各組の磁極とは反対の磁極のイメージポールを形成することにより磁石トルク主体の４Ｌ極ＰＭモード状態とし、中速及び高速回転域では、電機子巻線を２Ｌ極にして所定の短時間だけ第１の磁化電流とは逆の方向の第２の磁化電流を流すことによって発生する磁界によりＬ組の可変磁力磁石を隣り合う固定磁力磁石とは逆方向に不可逆的に磁化させて磁石トルクとリラクタンストルクの両方で動作する２Ｌ極ＩＰＭモード状態とし、４Ｌ極ＰＭモード状態と２Ｌ極ＩＰＭモード状態との間で相互にモード状態を切り替えて４Ｌ極ＰＭモードと２Ｌ極ＩＰＭモードとのいずれでも運転できる永久磁石式回転電機である。そして本発明の永久磁石式回転電機は、各組の可変磁力磁石の磁化状態を不可逆的に増磁しあるいは減磁することによりトルク特性を可変することもできる。
【００１３】
次に、本発明の１つの実施の形態の永久磁石式モータについて説明する。図１に示すように低速回転域では８極の永久磁石トルクモータ（８極ＰＭ）として、中速から高速回転域では４極永久磁石トルクとリラクタンストルクのモータ（４極ＩＰＭ）として動作させ、さらに、８極ＰＭモード、４極ＩＰＭモードそれぞれで、可変磁力磁石の組の磁化状態を不可逆的に増磁しあるいは減磁することにより、モータとして常に効率の良い領域で運転する。
【００１４】
図２は本実施の形態の永久磁石式モータ１の半分の断面を示し、円筒状の固定子１０の内空部に回転子２０をそれらの間にエアギャップを介して挿入した構造である。回転子２０の中心部には回転軸３０が嵌め込まれている。
【００１５】
永久磁石式モータ１の固定子１０は、円筒形の固定子鉄心１１の内周面に等間隔に形成されているスロット１２各々に電機子巻線１３を巻装した構成である。この固定子１０の電機子巻線１３は、図３に示す永久磁石式回転電機制御回路１００における極数変換器１２０により３相交流入力に対して８極と４極に結線を切り替えることができる。この極数変換器１２０は、一般的な誘導回転電機の極数切替回転電機と同様に複数の電磁接触器で巻線の接続を切り替える仕組みである。または、前記の電磁接触器の機械式切替だけでなく、複数の電力用半導体（パワートランジスタやＩＧＢＴ）のスイッチングで巻線の接続を切り替える電子式切替も同様にできる。電子式では高速応答により滑らかな切替が可能になる。
【００１６】
電機子巻線回路を図４、図５に示す。図４に示す８極切替時の巻線構成はＹ結線の４並列接続、図５に示す４極切替時の巻線構成はＹ結線の２並列接続である。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。
【００１７】
永久磁石式モータ１の回転子２０は、回転子鉄心２１内に高保磁力永久磁石２２（以下、「固定磁力磁石」と称す）と低保磁力永久磁石２３（以下、「可変磁力磁石」と称す）とが埋め込まれた構成である。永久磁石の場合、その磁石材料によらず、減磁磁界の大小はあるとしても、大きな磁界により減磁あるいは増磁するものであるが、ここでは、想定している使用条件の下で瞬間的な所定の大電流により不可逆的に磁力を変化させるものを可変磁力磁石、不可逆的に磁力を変化させないものを固定磁力磁石と称する。
【００１８】
図２に示すように、固定磁力磁石２２が外向きに開くＶ字状の配置で２個１組として回転子鉄心２１内に、その回転方向に１８０度離れた位置それぞれに１組ずつ埋め込まれている。同様に、可変磁力磁石２３も外向きに開くＶ字状の配置で２個１組として回転子鉄心２１内に、その回転方向に１８０度離れた位置それぞれに１組ずつ埋め込まれている。これにより、これらの固定磁力磁石２２と可変磁力磁石２３とは、回転方向に９０度ずつ離れた位置に交互に埋め込まれる配置となっている。
【００１９】
１組の固定磁力磁石２２の中心を通る半径方向の線とそれに隣り合う１組の可変磁力磁石２３の中心を通る半径方向の線との間は回転角として９０度であり、隣り合う固定磁力磁石２２と可変磁力磁石２３との間は離間している。この離間部が凸鉄心部２４となっている。そして凸鉄心部２４の中心を通る半径方向の線とその両隣の磁石組の中心を通る半径方向の線との間の回転角は４５度である。各永久磁石２２，２３の両端には磁気障壁として空隙２５が形成してある。
【００２０】
高保磁力の固定磁力磁石２２にはネオジム磁石を採用するのが好ましい。そして低保磁力の可変磁力磁石２３としては、高保磁力の固定磁力磁石２２よりも低保磁力のものを使用する。例えば、高保磁力の永久磁石２２には１０００〜１８００ｋＡ／ｍの保磁力の永久磁石（例えば、ＮｄＦｅＢ永久磁石）、低保磁力の永久磁石２３にはサマリウムコバルト磁石やＡｌＮｉＣｏ永久磁石で１００〜５００ｋＡ／ｍの保磁力のものを採用することができる。
【００２１】
本実施の形態の永久磁石式モータ１は、極数変換、磁力変更のために、回転子２０に埋め込まれる可変磁力磁石２３を磁化して磁極反転させあるいは再反転させて極数変換を行い、磁石トルク主体の８極ＰＭモード、磁石トルクとリラクタンストルクの両方で動作する４極ＩＰＭモードで駆動する。また、可変磁力磁石２３の磁力を増磁しあるいは減磁することにより、基本的に弱め磁束制御なしに可変速運転できるようにする。
【００２２】
図６（ａ）に示す回転子２０が８極になる場合（８極ＰＭモード）は、固定磁力磁石２２と可変磁力磁石２３は同極である。磁石間の凸鉄心部２４には、固定磁力磁石２２あるいは可変磁力磁石２３とは逆の磁極（イメージポール）が形成されて、回転子２０は８極となる。この８極ＰＭモードでは、電機子巻線１３は図４に示す８極接続にして運転する。
【００２３】
図６（ｂ）に示すように、回転子２０の極数を８極ＰＭモードから４極ＩＰＭモードとする場合、電機子巻線１３を図５に示す４極に切り替えて、極短時間のパルス状のｄ軸電機子電流を通電させ、その磁界を用いて保磁力が低くて磁化されやすい可変磁力磁石２３を隣り合う固定磁力磁石２２と逆向き磁化する。可変磁力磁石２３の磁化方向は隣り合う固定磁力磁石２２の磁化方向と逆の極性となり、回転子２０の全体で４極となる。こうして４極ＩＰＭモードに変更して運転する場合、電機子巻線１３はそのまま図５に示す４極接続で運転する。
【００２４】
逆に回転子２０の極数を図６（ｂ）の４極ＩＰＭモードから図６（ａ）の８極ＰＭモードとする場合、固定子１０の巻線接続を図５に示す４極の状態とし、４極のｄ軸電機子電流による逆向きの磁界を発生させて可変磁力磁石２３を元の磁化方向に戻す。そして電機子巻線１３は図４に示す８極接続に戻して運転する。
【００２５】
さらに、４極モード、８極モードそれぞれで可変磁力磁石２３の磁力を可変にして運転する場合には、図３の永久磁石式モータ制御回路１００にて、磁化モード切替信号を入力し、インバータ１０３から永久磁石式モータ１に対して瞬間的に所定の大電流を流し、可変磁力磁石２３の磁力を変更する。この制御は次の通りである。永久磁石式モータ制御回路１００は、３相電源を整流する整流器１０２、整流器１０２の整流出力をＰＷＭによって所定周波数、所定電圧の３相交流に変換して永久磁石式モータ１に供給するインバータ１０３、そして前述した極数変換器１２０を備えている。
【００２６】
さらに、永久磁石式モータ制御回路１００は、モータ１の回転速度ωを検出するレゾルバのような回転速度検出器１０５、回転速度検出器１０５の出力を積分して回転角度θを得る積分器１０６、インバータ１０７の３相出力電流を検出する電流検出器１０７、電流検出器１０７の検出信号をｄｑ座標変換してｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑを出力するＤＱ変換器１０８を備えている。また、永久磁石式モータ制御回路１００は、外部からの磁化モード切替信号により通常運転時のｄ軸電流指令ＩｄＮｏｒｍＲｅｆとｄ軸磁化電流指令ＩｄＭａｇＲｅｆを切り替えてｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆとして出力するｄ軸電流指令切替器１４１、上記外部からの磁化モード切替信号により通常運転時のｑ軸電流指令ＩｑＮｏｒｍＲｅｆとｑ軸磁化電流指令ＩｑＭａｇＲｅｆを切り替えてｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆとして出力するｑ軸電流指令切替器１４２、ＤＱ変換器１０８のｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆ、ｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆとのそれぞれの差、そしてモータ速度ωに基づき電流制御演算を行い、ｄ軸電圧指令ＶｄＲｅｆ、ｑ軸電圧指令ＶｑＲｅｆを求める電流制御器１０９、これら電流制御器１０９の出力するｄ軸電圧指令ＶｄＲｅｆ、ｑ軸電圧指令ＶｑＲｅｆをモータ回転角度θに基づいてＵＶＷ３相電圧指令に変換するＵＶＷ変換器１１０、そして、ＵＶＷ変換器１１０の３相電圧指令に対してＰＷＭ演算（パルス幅変調演算）を行い、インバータ１０３にゲート信号を出力するＰＷＭゲート演算器１１１を備えている。
【００２７】
この永久磁石式モータ制御回路１００では、通常運転時には磁化モード切替信号が与えられず、ｄ軸電流指令切替器１４１、ｑ軸電流指令切替器１４２は「０」側にあり、入力される通常運転時の電流指令ＩｄＮｏｒｍＲｅｆ，ＩｑＮｏｒｍＲｅｆを出力する。これに対して、電流制御器１０９は、ＤＱ変換器１０８によるモータ電流Ｉｄ，Ｉｑが通常運転時の電流指令ＩｄＮｏｒｍＲｅｆ，ＩｑＮｏｒｍＲｅｆに一致するように電流制御演算を行い、電圧指令ＶｄＲｅｆ，ＶｑＲｅｆを出力する。そしてＵＶＷ変換器１１０は、ｄ軸電圧指令ＶｄＲｅｆ、ｑ軸電圧指令ＶｑＲｅｆをＵＶＷ３相電圧指令に変換し、この３相電圧指令に対してＰＷＭゲート演算器１１１がＰＷＭ演算を行い、インバータ１０３にゲート信号を出力する。インバータ１０３はこのＰＷＭゲート信号に基づいて所定周波数、所定電圧の３相交流を生成して永久磁石式モータ１に給電し、所定速度で回転させる。
【００２８】
一方、磁化反転又は磁化再反転を行う場合には、磁化モード切替信号が入力され、これに応じてｄ軸電流指令切替器１４１、ｑ軸電流指令切替器１４２それぞれは「１」側、つまり磁化電流指令側に短時間（例えば１０ｍｓ間）だけ切り替わり、極数変換のために磁化反転する時には正のＩｄＭａｇＲｅｆ，ＩｑＭａｇＲｅｆを出力し、極数再変換のために磁化再反転する時には負のＩｄＭａｇＲｅｆ，ＩｑＭａｇＲｅｆを出力する。また磁化方向はそのままに可変磁力磁石２３の磁力を増磁変化又は減磁変化させる時にはそれぞれ所定の大電流を同方向に流す。これらのｄ軸磁化電流指令は可変磁力の低保磁力永久磁石２３の磁力を変化させる主電流の指令であり、ｑ軸磁化電流指令ＩｑＭａｇＲｅｆは磁化中のトルク不連続性を抑制するために必要に応じて設定される。これは通常運転時のｑ軸電流指令ＩｑＮｏｒｍＲｅｆに設定してもよい。
【００２９】
磁化モード時のｄ軸磁化電流指令ＩｄＭａｇＲｅｆにより、永久磁石式モータ１では低保磁力の永久磁石２３が図６（ａ）に示す磁化方向から図６（ｂ）に示す磁化方向に反転し、これによって回転子２０は８極モードから４極モードに極数変換する。図６（ｂ）の４極モードから図６（ａ）の８極モードに再変換する場合には、ｄ軸磁化電流指令ＩｄＭａｇＲｅｆを逆向きに流す。さらに、ｄ軸磁化電流指令ＩｄＭａｇＲｅｆを大小変えて設定することもでき、それにより、低保磁力の可変磁力磁石２３の磁化状態を増磁したり減磁したりする制御もする。
【００３０】
以上のように本実施の形態の永久磁石式モータ１によれば、高保磁力の永久磁石２２と低保磁力の永久磁石２３とを回転子鉄心２１内に埋め込み、隣り合う２組の永久磁石２２，２３の組間には凸磁極部２４を形成できるように永久磁石２２，２３の組を配置したことにより、低保磁力の永久磁石２３は固定子１０の電機子電流で生じる磁界で磁化して極性を反転させ、また再反転させてモータ極数を変換し、さらにはその磁力を可変することができ、２つの異なる極数を活かして低速回転域では多極モードで運転することによって大トルクを出力し、少極モードに切り替えて運転することによって高速回転を可能にする利点がある。また、高速回転域では可変磁力磁石２３の磁力を極力小さくなるように減磁することによって弱め磁束制御なしに高出力運転が可能となり、高出力で広範囲の可変速運転が可能である。
【実施例１】
【００３１】
図７に示す諸元の解析モデルの永久磁石式モータについて、基本的な変換特性とモータ特性を解析した。固定子１０の外径は１２０ｍｍ、回転子２０の外径は６７．４ｍｍ、最大電流は３．７Ａ、可変磁力磁石２３の保磁力は１９０ｋＡ／ｍである。
【００３２】
解析で得られた８極ＰＭモード、４極ＩＰＭモードそれぞれの時の磁束密度分布と磁束線を図８（ａ），（ｂ）に示している。図８（ａ）では回転方向に４５度ずつＮ極、Ｓ極が交互に現れ、全周で８極が形成されていることが分かる。また図８（ｂ）では、回転方向に９０度ずつＮ極、Ｓ極が交互に現れ、全周で４極が形成されていることが分かる。
【００３３】
誘起電圧の調波成分を図９に示す。回転速度は３０００ｒｐｍである。誘起電圧の基本波成分は、８極から４極に極数変換すると約１００％から約６０％まで低下している。このことは、４極の場合には回転数を２倍程度、つまり６０００ｒｐｍまで上げることができ、高速回転が弱め磁束制御なしに無理なく行えることを意味している。
【００３４】
さらに、極数変換による可変速運転特性を求めた。図１０に示すように、８極多極モードでは曲線Ｃ８に示すように３０００ｒｐｍ近くまで一定の大トルクでの運転が可能であり、最高速の４０００ｒｐｍまで出力が得られる。４極少極モードでは曲線Ｃ４に示すように、３０００ｒｐｍ以上では８極多極モードよりもトルクが大きくなり、回転速度の増加で中〜高速回転域で高出力が得られ、出力範囲が大幅に拡大して約９０００ｒｐｍまで出力を得ることができる。したがって、本発明の極数変換技術を適用した実施例では、（８極モード）最大トルクでの上限回転速度である基底速度の約２０００ｒｐｍに対して、４極に極数変換して（４極モード）最高回転速度は９０００ｒｐｍの約４．５倍の広範囲の可変速範囲を実現できる。
【００３５】
さらに、モータ内の永久磁石の磁力を可変した時の可変速特性の向上について述べる。可変磁力磁石の磁力を可変した時の磁界解析を行い、可変速特性を求めた。図１１の可変速特性に示すように、８極モードでは、可変磁力磁石２３を定格電流（１ｐｕ）で減磁した場合（曲線Ｃ８１）から定格電流の３倍の電流（３ｐｕ）で減磁した場合（曲線Ｃ８３）までトルク特性は高速側に伸びることを確認できた。磁力可変をしない通常の場合のＣ８の最高回転速度約４０００ｒｐｍに対して、減磁したＣ８３の最高回転速度は２倍以上の約８５００ｒｐｍまで拡大できる。また図１２に示すように、４極モードでは、可変磁力磁石２３を定格電流（１ｐｕ）で減磁した場合（曲線Ｃ４１）から定格電流の３倍の電流（３ｐｕ）で減磁した場合（曲線Ｃ４３）までトルク特性は高速側に伸び、最高回転速度は１５０００ｒｐｍを超える。したがって、極数変換と可変磁力を組み合わせると、（８極モード）最大トルクでの上限回転速度である基底速度の約２０００ｒｐｍに対して、４極に極数変換して（４極モード）、さらに磁力可変すると最高回転速度は１５０００ｒｐｍをはるかに超えて、約７倍以上の広範囲の可変速範囲を実現できる。
【００３６】
最後に極数変換と可変磁力を行って可変速運転を行ったときの効率特性を磁界解析により算出した。８極モード時の効率は図１３に示す様に低速側では大トルク域で９２〜９５％の高効率が得られ、小トルクの軽負荷域では磁力を可変して減磁（１ｐｕ）を行ったときの効率が０ｐｕより向上していることがわかる。４極モード時の効率を図１４に示す。４極にすると低速側の小・中トルク域（２Ｎｍ以下）では、４極モードの効率が８極モードよりも１〜７％高く、高速側では全領域で４極モードの効率が８極モードよりも約１０〜３０％高くなる。
【００３７】
尚、本発明にあって極数変換は８極−４極間だけではなく、例えば１６極−８極間での極数変化等でも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、交通システムのハイブリッド自動車、電気自動車、鉄道に利用可能であり、またエネルギーシステムの風力発電や海流発電、社会システムのエレベータ、エアコン等家電機器にも利用可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１  永久磁石式モータ
１０  固定子
１１  固定子鉄心
１２  スロット
１３  電機子巻線
２０  回転子
２１  回転子鉄心
２２  高保磁力の永久磁石（固定磁力磁石）
２３  低保磁力の永久磁石（可変磁力磁石）
２４  凸磁極部
１００  永久磁石式モータ制御回路
【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】
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【図８】
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