(57)【要約】【課題】低速から高速までの広範囲で可変速運転を可能とし、低速から高速までの全運転範囲で高効率にでき、インバータのパワー素子容量も低減できる永久磁石式型回転電機を提供する。【解決手段】本発明の実施形態の永久磁石式回転電機によれば、リコイル透磁率の異なる２種類以上の永久磁石を用いて回転子の磁極を形成し、この磁極を回転子鉄心内に複数個配置して回転子を形成し、この回転子の外周にエアギャップを介して固定子を配置し、この固定子に電機子鉄心と電機子巻線を設け、この電機子巻線が作る磁界により前記回転子の磁極を構成する永久磁石の磁束量を可逆的に変化させることを特徴とする。これにより、高速回転の弱め界磁領域では、夫々の永久磁石に逆磁界が作用するが、リコイル透磁率が小さい永久磁石はその特性上大幅な磁束の変化は生じない。しかし、リコイル透磁率の大きな永久磁石は逆磁界が作用することにより磁束が大幅に減少する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リコイル透磁率の異なる２種類以上の永久磁石を用いて回転子の磁極を形成し、
この磁極を回転子鉄心内に複数個配置して回転子を形成し、
この回転子の外周にエアギャップを介して固定子を配置し、
この固定子に電機子鉄心と電機子巻線を設け、
この電機子巻線が作る磁界により前記回転子の磁極を構成する永久磁石の磁束量を可逆的に変化させる永久磁石式回転電機。
【請求項２】
前記リコイル透磁率の異なる２種類以上の永久磁石が、磁気回路上で直列及び／または並列に配置されて回転子の磁極を形成す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】
磁気回路上で並列に配置する前記永久磁石は、ほぼ一直線上か、Ｖ字状あるいはＵ字状に配置されて回転子の磁極を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項４】
回転方向進み側に位置する永久磁石をリコイル透磁率の大きな永久磁石とし、回転方向遅れ側の永久磁石をリコイル透磁率の小さな永久磁石とした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型回転電機。
【請求項５】
軸方向に２分割以上分割されて構成する回転子鉄心を有する請求項１から請求項４の永久磁石型回転電機において、
リコイル透磁率の異なる磁石の配置を軸方向に分割された回転子鉄心で異なる配置とすることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項６】
回転子の１極当たりの永久磁石が、３分割以上に分割され、磁極中央に配置した永久磁石をリコイル透磁率の小さな永久磁石、その両側に配置した永久磁石をリコイル透磁率の大きな永久磁石とした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型回転電機。
【請求項７】
回転子の１極当たりの永久磁石が、リコイル透磁率の異なる永久磁石を重ねて構成し配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の永久磁石型回転電機。
【請求項８】
回転子の１極当たりの永久磁石において、１つの磁極において直列回路と並列回路の両方が構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項９】
磁極の回転方向中央にリコイル透磁率が大きな磁石とリコイル透磁率が小さな磁石を磁化方向に重ねて配置し、その回転方向進み側と遅れ側の両方にリコイル透磁率が小さい磁石を配置したことを特徴とする請求項８に記載の永久磁石型回転電機。
【請求項１０】
磁極の回転方向中央にリコイル透磁率が小さな永久磁石を配置し、その回転方向進み側と遅れ側の両方にリコイル透磁率が大きな磁石とリコイル透磁率が小さな磁石を磁化方向に重ねて配置したことを特徴とする請求項８に記載の永久磁石型回転電機。
【請求項１１】
リコイル透磁率の異なる永久磁石は、ＮｄＦｅＢ系永久磁石を用い、完全着磁した永久磁石と不完全着磁した永久磁石により構成することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の永久磁石型回転電機。
【請求項１２】
前記不完全着磁永久磁石は、導電性の部材でコーティングまたは、不完全着磁磁石を囲うように短絡コイルを配置したことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の永久磁石型回転電機。
【請求項１３】
表面に導電性の板またはコイルを配置した着磁後に不完全着磁磁石となる磁石と、着磁後に完全着磁磁石となる磁石とを回転子鉄心に組み込んで回転子を構成して、不完全着磁磁石及び完全着磁磁石を後着磁することを特徴とする請求項１２に記載の永久磁石型回転電機。
【請求項１４】
磁極に配置する永久磁石は、リコイル透磁率が場所によって異なる一体型の永久磁石とすることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の永久磁石型回転電機。
【請求項１５】
リコイル透磁率が場所によって異なる一体型の請求磁石は、部分的に不完全着磁となるように着磁された磁石で構成されることを特徴とする請求項１４に記載の永久磁石型回転電機。
【請求項１６】
前記一体型の永久磁石のうち、不完全着磁石となる部分の磁化方向と直角を成す面の片側または両側に、導電性のコーティングまたは導電性の板または短絡コイルを配置し、前記導電性コーティングまたは導電性の板または短絡コイルを配置しない磁石と共に回転子鉄心内に配置して回転子を構成し、後着磁することを特徴とする請求項１５に記載の永久磁石型回転電機。
【請求項１７】
リコイル透磁率が場所によって異なる一体型の永久磁石は、部分的に磁石素材を変えるまたは粒界または磁気方位などを操作して永久磁石を構成し着磁して、部分的に不完全着磁部分を有する磁石を構成し、配置して構成したことを特徴とする請求項１４に記載の永久磁石型回転電機。
【請求項１８】
前記永久磁石は、中央部の形状が凸の台形状あるいは段付状のヨークを用いて、永久磁石の片側もしくは両側より着磁を行うことにより、着磁する部分的に不完全着磁部分を形成したものであることを特徴とする請求項１５に記載の永久磁石型回転電機。
【請求項１９】
前記永久磁石は、着磁する際に不完全着磁としたい部分に導電性の板またはコイルを配置した状態で磁化する部分的に不完全着磁部分を形成したものであることを特徴とする請求項１５に記載の永久磁石型回転電機。
【請求項２０】
磁極の磁石を可逆変化させて鎖交磁束を最小にした状態で回転子が最高回転速度になったときに、永久磁石による誘導起電圧が、回転電機の電源であるインバータ電子部品の耐電圧以下とすることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１項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】
本発明の本実施形態は、２種類以上の永久磁石を使用し、そのうちの少なくとも１つの永久磁石の磁束量を可逆的に変化させて、低速から高速までの広範囲での可変速運転を可能とした永久磁石式回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転子内に永久磁石を内蔵した永久磁石式回転電機では、永久磁石の鎖交磁束が常に一定の強さで発生しているので、永久磁石による誘導電圧は回転速度に比例して高くなる。そのため、低速から高速まで可変速運転する場合、高速回転では永久磁石による誘導電圧（逆起電圧）が極めて高くなる。永久磁石による誘導電圧がインバータの電子部晶に印加されてその耐電圧以上になると、電子部晶が絶縁破壊する。そのため、永久磁石の磁束量が耐電圧以下になるように削減された設計を行うことが考えられるが、その場合には永久磁石式回転電機の低速域での出力及び効率が低下する。
【０００３】
すなわち、低速から高速まで走出力に近い可変速運転を行う場合、永久磁石の鎖交磁束は一定であるので、高速回転域では回転電機の電圧が電源電圧上限に達して出力に必要な電流が流れなくなる。その結果、高速回転域では出力が大幅に低下し、さらには高速回転までの広範囲で駆動できなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２８０１９５号公報
【特許文献２】特願２００８−２９６０８０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】埋込磁石同期モータの設計と制御，武田洋次・他，オーム社
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、低速から高速までの広範囲で可変速運転を可能とし、低速から高速までの全運転範囲で高効率にでき、インバータのパワー素子容量も低減できる永久磁石式型回転電機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明の実施形態の永久磁石式回転電機によれば、リコイル透磁率の異なる２種類以上の永久磁石を用いて回転子の磁極を形成し、この磁極を回転子鉄心内に複数個配置して回転子を形成し、この回転子の外周にエアギャップを介して固定子を配置し、この固定子に電機子鉄心と電機子巻線を設け、この電機子巻線が作る磁界により前記回転子の磁極を構成する永久磁石の磁束量を可逆的に変化させることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１の回転子の１極分の断面図
【図２】本発明の実施例１のリコイル透磁率が異なる２種類の磁石の磁気特性を示すグラフ
【図３】本発明の実施例１の変形例の回転子１極分の断面図
【図４】本発明の実施例２の回転子斜視図
【図５】本発明の実施例３の永久磁石配列と低速回転時の磁束波形の概念図
【図６】本発明の実施例３の永久磁石配列と高速回転時の磁束波形の概念図
【図７】本発明の実施例４の回転子１極分の断面図
【図８】本発明の実施例５の回転子１極分の断面図
【図９】本発明の実施例５の変形例の回転子１極分の断面図
【図１０】本発明の実施例６の回転子１極分の断面図
【図１１】本発明の実施例６の永久磁石を得るための着磁時の着磁ヨーク構造断面図
【図１２】本発明の実施例６の永久磁石を得るための着磁時の着磁ヨークの変形例の構造断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る永久磁石式回転電機の実施例について、図面を参照して説明する。本実施例の回転電機は８極の場合で説明しているが、他の極数でも同様に適用できる。
【実施例１】
【００１０】
（実施例１）
［１−１．基本的な構成］
本発明の本実施例１の構成について、図１〜図３を用いて説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施例１の回転子１の１極分の断面図である。本実施例１は、図１に示すように、回転子鉄心２、固定子３、リコイル透磁率が小となる永久磁石４、リコイル透磁率が大となる永久磁石５から構成する。リコイル透磁率が小となる永久磁石４及びリコイル透磁率が大となる永久磁石５は、リコイル透磁率がそれぞれ異なる磁石であれば良く、その材質や製造方法及び磁石の磁気特性の付与の仕方などは自由である。
【００１２】
回転子鉄心２においては、リコイル透磁率が小となる永久磁石４及びリコイル透磁率が大となる永久磁石５を、磁極部の磁極中心に対し直角をなす方向に、一直線上に配置する。すなわち、リコイル透磁率が大となる永久磁石４とリコイル透磁率が小となる永久磁石５は磁気回路上で並列になるように配置する。同時に、リコイル透磁率が大となる永久磁石５は磁極部の磁極中心を基準として、回転子２の回転方向進み側に配置される共に、リコイル透磁率が小となる永久磁石４は磁極部の磁極中心を基準として、回転子２の回転方向遅れ側に配置する。この時、磁極部における磁極中心軸方向がｄ軸、磁極部の磁極間における中心軸方向がｑ軸となる。
【００１３】
磁極部を形成するリコイル透磁率が小となる永久磁石４及びリコイル透磁率が大となる永久磁石５は、磁極部の磁極中心に対し直角をなす方向に一直線上に配置する以外に、Ｖ字状あるいはＵ字状に配置してもよい。また、図１では、リコイル透磁率が小となる永久磁石４及びリコイル透磁率が大となる永久磁石５は１個ずつであるが、それぞれ２個以上使用することもできる。
【００１４】
リコイル透磁率が小となる永久磁石４の周囲には導電性部材を配置する。図１に示すように、導電性部材としては、リコイル透磁率が大となる永久磁石５の表面を導電性材料によりコーティングすることに得られる導電性コーティング層８を設けても良い。また、本実施例の変形例としては、導電性部材として導電性コーティング層８の代わりに、図２に示すように、リコイル透磁率が大となる永久磁石５の磁化方向に導電性部材からなる短絡コイル９を設けることもできる。
【００１５】
また、回転子鉄心２の外周には、エアギャップを介して固定子３を設ける。図示していないが、この固定子は、電機子鉄心と電機子巻線とを有する。この電機子巻線に流れる電流により、磁界を発生させるものである。また、この電機子巻線は、永久磁石式回転電機の外部に設けられた電源システムに接続される。電源システムでは、インバータを利用して、永久磁石式回転電機が駆動するのに必要な電力を供給する。このインバータに利用する電子部品の耐電圧は、回転子の磁極の磁石を可逆変化させて鎖交磁束を最小にした状態で、回転子が最高回転になった時の誘導起電圧に耐えることができるものとする。
【００１６】
［１−２．リコイル透磁率が異なる永久磁石の特徴］
リコイル透磁率が異なる２種類の永久磁石の特徴について説明する。図３は、リコイル透磁率が異なる２種類の磁石Ａ，Ｂの磁気特性を示すグラフである。
【００１７】
図３において、リコイル透磁率は、磁石のＢ−Ｈ曲線の傾きで表される。理想的な角型のＩ−Ｈ曲線を有する磁石Ａでは、リコイル透磁率は１となる。また、傾きのあるＩ−Ｈ曲線を有する磁石Ｂでは、リコイル透磁率は１より大きくなる。従って、磁石Ａの磁気特性を示す永久磁石をリコイル透磁率が小となる永久磁石４として使用すると共に、磁石Ｂの磁気特性を示す永久磁石をリコイル透磁率が大となる永久磁石５として使用することができる。
【００１８】
一般的な磁石材料に対して完全に着磁した磁石のリコイル透磁率は、概ね１であり、リコイル透磁率の大きな特性の磁石を得ることは、難しい。しかしながら、アルニコ磁石は完全着磁状態でリコイル透磁率は概ね３程度であるので、図３の磁石Ｂの特性を示す。従って、リコイル透磁率が大となる永久磁石５としては、アルニコ磁石等の完全着磁した状態でリコイル透磁率が１より大きくなる磁石を用いても同様の効果が得られる。
【００１９】
また、リコイル透磁率が大となる永久磁石５としては、高保磁力のハード磁性相と高残留磁束密度のソフト磁性相と有するナノコンポジット磁石粉末を含むボンド磁石が用いることができる。このようなボンド磁石では、ナノコンポジット磁石粉末におけるソフト磁性相の体積比率を調整することによってリコイル透磁率を容易に大きくできるため、リコイル透磁率が大となる永久磁石５と同様の効果を得ることができる。
【００２０】
［１−３．完全着磁磁石及び不完全着磁磁石の特徴］
完全着磁磁石及び不完全着磁磁石について説明する。
【００２１】
磁石材料の中でネオジウム（ＮｄＦｅＢ）磁石などの一般的な磁性材料の磁石においては、磁性材料に対して完全に着磁した状態では、図３の磁石Ａの磁気特性を示す。一方、磁性材料において不完全に着磁した状態では、図３の磁石Ｂの特性を示す。従って、リコイル透磁率が小となる永久磁石４としては完全に着磁した磁石（以下、完全着磁磁石）とし、リコイル透磁率が大となる永久磁石５は不完全に着磁した磁石（以下、不完全着磁磁石）とすることができる。
【００２２】
このような完全着磁磁石及び不完全着磁磁石は、磁石に所定の磁力を着磁した後に回転子１に組み込むことも可能であるが、着磁後に完全着磁磁石及び不完全着磁磁石となる磁石を回転子鉄心２に組み込んで回転子を構成し、その後、着磁（後着磁）を行うこともできる。この後着磁を行うことにより、着磁前の磁石を回転子に組み込むことができ、着磁後の磁石を挿入することと比較して作業効率を大幅に改善することができる。
【００２３】
［１−４．基本的な作用］
つぎに、実施例１において、作用について説明する。
本実施例の様な構成を有する永久磁石式回転電機は、回転子の回転速度により、不完全着磁磁石の磁束量を変化させる。回転子１における総鎖交磁束数は、リコイル透磁率が小となる永久磁石４から生じる磁束とリコイル透磁率が大となる永久磁石５とから生じる磁束との総和となる。
【００２４】
低速回転領域時には、各磁石の動作点は、図３の磁石Ａ（リコイル透磁率が小となる永久磁石の動作点）の動作点Ａと磁石Ｂ（リコイル透磁率が大となる永久磁石の動作点）の動作点Ａとからなる。すなわち、磁石Ａ，ＢのＢ−Ｈ曲線において、磁束密度が高い動作点となり、大きなトルクを得ることが可能になる。
【００２５】
一方、高速回転領域では、誘起電圧を抑えるために、弱め磁界制御を行う。弱め磁界制御は、必要なトルクを得るための電流位相よりもさらに位相を進めた電流を流し磁界を発生させるものである。この磁界は、回転子１のリコイル透磁率が小となる永久磁石４及びリコイル透磁率が大となる永久磁石５に対して、逆磁界として作用する。従って、完全着磁磁石３及び不完全着磁磁石４の動作点は、夫々動作点Ａから動作点Ｂに移動する。すなわち、磁石Ａ，ＢのＢ−Ｈ曲線において、磁束密度が低い動作点となり、鎖交磁束数を少なくすることができる。よって、固定子のコイルによって誘起される誘起電圧を抑えることができる。
【００２６】
［１−５．リコイル透磁率が大となる永久磁石５の作用］
弱め磁界制御による磁界によりリコイル透磁率が大となる永久磁石５の磁束密度は、リコイル透磁率が小となる永久磁石４の磁束密度と比較して大幅に低下する。すなわち、リコイル透磁率が大となる永久磁石５を使用することにより、弱め磁界制御を行う際の電流を少なくすることができるため、弱め磁界制御を行う際の銅損を低減することができる。
【００２７】
また、弱め磁界制御の減磁界は高調波磁束を生じ、この高調波磁束で生じる電圧の増加は弱め磁束制御による電圧の低減の限界を作る。しかしながら、リコイル透磁率が小となる永久磁石４は、弱め磁界制御を行う際の電流が少なく済むので、高調波磁束の増加を抑制することができる。また、高調波磁束による鉄損の増加、中・高速域での効率の低下、または、高調波磁束による振動の発生を抑えることができる。
【００２８】
［１−６．導電性部材の作用］
次に、導電性部材の作用について述べる。一般的には、インバータではスイッチングの際に短時間のパルス電流が生ずる恐れがある。そのような場合に予期しない不可逆的な減磁または増磁がおき、リコイル透磁率が変化してしまい、前記のような効果が得られなくなる場合もある。特に、リコイル透磁率が大となる永久磁石５はリコイル透磁率が小となる永久磁石４に比べ、小さな逆磁界で不可逆減磁を生ずる。
【００２９】
これに対して、リコイル透磁率が大となる永久磁石５の周囲に導電性部材を配置することにより、前記のようなパルス状の電流によって生じた、パルス状の磁束がリコイル透磁率が大となる永久磁石５を通過しようとすると、その磁束の変化を妨げるように導電性コーティングに電流が流れる。これにより、リコイル透磁率が大となる永久磁石５の不可逆的な増磁または減磁を妨げることができる。
【００３０】
［１−７．効果］
以上のような実施例１の効果としては、リコイル透磁率が大の完全着磁磁石３とリコイル透磁率が小の不完全着磁磁石とを合わせた総鎖交磁束量を、少ない弱め磁界電流によって減じることができる。これにより、高速回転における弱め界電制御による損失増加を最小限にすることができ、高効率に運転ができる。また、低速回転時には、逆磁界を小さくすることができるので、総鎖交磁束量は元に戻る。
【００３１】
このように、運転状況に応じて、総鎖交磁束量を調整することができるので、低速から高速域までの広範囲で高効率に運転することができる。同時に、リコイル透磁率が低い磁石を使用することにより、鎖交磁束を変化させるときに要するｄ軸磁化電流を小さくできるので、回転電機を運転するパワー素子や電源容量を小さくできる。
【００３２】
（実施例２）
［２−１．構成］
本発明の本実施例２の構成について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施例２を示す回転子１の斜傾図である。
【００３３】
実施例２では、回転子１の半径方向断面は図１と同じであるが、回転子鉄芯２は軸方向に２分割されて構成されている。すなわち、回転子鉄心２は、回転子鉄心２Ａと回転子鉄心２Ｂとから構成される。
【００３４】
このように構成した回転子１で、回転子鉄心２Ａの磁石位置は回転方向に対して進み角側にリコイル透磁率が大となる永久磁石５を配置し、遅れ側にリコイル透磁率が小となる永久磁石４を配置する。もう一方の回転子鉄心２Ｂの磁石位置は回転方向に対して進み角側にリコイル透磁率が小となる永久磁石４を配置し、遅れ側にリコイル透磁率が大となる永久磁石５を配置する。
【００３５】
［２−２．作用効果］
このように構成された永久磁石型回転電機では、実施例１の効果に加えて、スキュー効果が得られる。すなわち、磁束分布が異なる２つの回転子鉄心２Ａと回転子鉄心２Ｂを組み合わせることにより、回転子１表面上の磁束分布がより正弦波に近い波形となる。これにより、本実施例の永久磁石型回転電機では、高調波鉄損が減少し、高効率な運転が可能になる。
【００３６】
（実施例３）
［３−１．構成］
本実施例３について、図５及び図６を用いて説明する。図５は、本発明の実施例３の永久磁石配列と低速回転時の磁束波形の概念図であり、図６は、本発明の実施例３の永久磁石配列と高速回転時の磁束波形の概念図である。
【００３７】
実施例３は、実施例１のリコイル透磁率が小となる永久磁石４とリコイル透磁率が大となる永久磁石５の位置を変更したものである。実施例３においては、リコイル透磁率が小となる永久磁石４を磁極部の回転方向中央部に配置し、リコイル透磁率が大となる永久磁石５をリコイル透磁率が小となる永久磁石４の回転方向前後に配置する。
【００３８】
［３−２．作用効果］
このように構成された永久磁石回転電機では、低回転時は各磁石に対して大きな逆磁界はかからないので、各磁石てば図３の動作点Ａに相当する磁束Ａを発生する。従って、その磁束波形は、概ね図５の上部に示すように概ね矩形状の磁束波形となる。一方、高速回転時に時には、弱め磁界制御になると、各磁石には逆磁界が掛かるようになり、各磁石の動作点は図３の動作点Ｂの位置となり、両サイドに配置したリコイル透磁率が大となる永久磁石５の磁束が急激に減少し、磁束波形は図６の上部に示すように矩形波よりも正弦波に近い磁束波形となる、
【００３９】
従って、高速回転の弱め界磁領域では、弱め界磁を行なうことにより、両側の不完全着磁磁石が可逆減磁し矩形波よりも正弦波に近い磁束分布波形となり、高調波鉄損が減少するので、高効率な運転が可能となる。
【００４０】
（実施例４）
［４−１．構成］
本実施例４について、図７を用いて説明する。図７は、本発明の実施例４の回転子１極分の断面図である。
【００４１】
実施例４の構成は、回転子鉄心２の１つの磁極において、磁極の回転方向中央部にリコイル透磁率が小となる永久磁石４とリコイル透磁率が大となる永久磁石５とを半径方向に重ねて配置することにより、１つの磁極を形成している。すなわち、リコイル透磁率が小となる永久磁石４とリコイル透磁率が大となる永久磁石５とを直列に配置することにより、磁極を形成する。また、回転子１の外周には隙間を介して、コイルを有する固定子鉄心から成る固定子３が配置されており、前記固定子コイルを通電して形成される磁界で前記回転子１を回転させる。
【００４２】
［４−２．作用効果］
このように構成された実施例５の回転電機では、他の実施例同様、回転数が高速回転領域に達すると回転子１内永久磁石による誘起電圧の増大を抑えるため、弱め界磁制御つまり電流位相を進めた電流を重畳する制御を行う。この弱め界磁制御は回転子１内の永久磁石には逆磁界として作用する。
【００４３】
この作用は、本実施例５においても同様で、不完全着磁磁石４は弱め界磁制御による逆磁界で磁力が弱まり、回転子１から発せられる鎖交磁束量は減少するので、弱め界磁電流が少なくて済み、損失が低減されて高効率運転が可能なことは他の実施例と同じであるが、完全着磁磁石５と不完全着磁磁石４を半径方向に重ねて、磁極の回転方向中央に配置することにより、磁石の周方向寸法を小さくすることができ、多極化が可能となる。
【００４４】
（実施例５）
［５−１．構成］
本発明の実施例５について図８を用いて説明する。図８は、本発明の実施例５の回転子１極分の半径方向断面図である。
【００４５】
実施例５の構成は、回転子鉄心２の１つの磁極において、回転方向磁極中央にリコイル透磁率が大となる永久磁石５とリコイル透磁率が小となる永久磁石４とを半径方向に重ね合わせて配置し、その回転方向進み側と遅れ側の両方にリコイル透磁率が小となる永久磁石４を配置して磁極を構成している。また、回転子１の外周には隙間を介して、コイルを有する固定子鉄心から成る固定子３が配置されており、前記固定子コイルを通電して形成される磁界で前記回転子１を回転させる。
【００４６】
また図９は、本発明の実施例５のもう一つの回転電機の構成を示す回転子１極分の半径方向断面図である。回転方向磁極中央にリコイル透磁率が小となる永久磁石４を配置し、その回転方向進み側と遅れ側の両方にリコイル透磁率が小となる永久磁石４とリコイル透磁率が大となる永久磁石５を半径方向に重ねて配置して磁極を構成している。また、回転子１の外周には隙間を介して、コイルを有する固定子鉄心から成る固定子３が配置されており、前記固定子コイルを通電して形成される磁界で前記回転子１を回転させる。
【００４７】
［５−２．作用効果］
このように構成された実施例５の回転電機では、他の実施例同様、回転数が高速回転領域に達すると回転子１内永久磁石による誘起電圧の増大を抑えるため、弱め界磁制御つまり電流位相を進めた電流を重畳する制御を行う。この弱め界磁制御は回転子１内の永久磁石には逆磁界として作用する。本実施例５においても同様で、不完全着磁磁石４は弱め界磁制御による逆磁界で磁力が弱まり、回転子１から発せられる鎖交磁束量は減少するので、弱め界磁電流が少なくて済み、損失が低減されて高効率運転が可能なことは他の実施例と同じである。
【００４８】
さらに、リコイル透磁率が大となる永久磁石５を磁極の中央に配置した場合には、低速回転の最大トルクを発生するときの逆磁界の影響を受けにくくなり、最大トルクを大きく維持できる。また、リコイル透磁率が大となる永久磁石５を磁極回転方向中央ではなく、回転子１の回転方向進み側と遅れ側に配置した場合には、総鎖交磁束量の変化幅を大きくすることが可能であり、高速回転領域での損失低減効果が大きくなる。
【００４９】
（実施例６）
［６−１．構成］
本発明の実施例６について図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の実施例６の回転電機の回転子１極分の磁極の半径方向断面図である。
【００５０】
実施例６は、回転子鉄心２の１つの磁極において、磁極は一体の永久磁石６で構成される。この一体の永久磁石６は、部分的に不完全着磁部分６Ａと完全着磁部分６Ｂを有し、リコイル透磁率が場所によって異なる。不完全着磁石６Ａとなる部分の磁化方向と直角を成す面の片側または両側に、導電性の板１１を配置する。
【００５１】
リコイル透磁率が場所によって異なる永久磁石６は、部分的に磁石素材を変えたり、粒堺または磁気方位などを操作したりして、永久磁石を構成してもよい。その後、この永久磁石を着磁して、部分的に不完全着磁部分及び完全着磁部分を有することにより、リコイル透磁率が場所によって変えることもできる。
【００５２】
［６−２．永久磁石６の着磁方法］
図１１は、実施例６の不完全着磁部分６Ａと完全着磁部分６Ｂを有する永久磁石６を着磁するための着磁方法を説明する図である。
【００５３】
部分的に不完全着磁部分６Ａと完全着磁部分６Ｂを有する永久磁石６に対する着磁方法、台形状の着磁ヨーク７Ａと平面を有する着磁ヨーク７Ｂとに永久磁石６を挟んで着磁を行う。この場合、着磁ヨーク７Ａは台形状の形状をしているので、永久磁石６と台形状ヨーク７Ａおよびヨーク７Ｂが密着に接触している部分は完全着磁部分６Ｂとなり、台形状ヨーク７Ａと接触していない部分は不完全着磁部分６Ａとなる。
【００５４】
また図１２は、同じく実施例６の不完全着磁部分６Ａと完全着磁部分６Ｂを有する永久磁石６を着磁するためのもう一つの着磁方法を説明する図である。永久磁石６に対する着磁方法としては、着磁ヨークの中央部が凸で端部が一段低くなっている着磁ヨーク７Ｃと平面を有するヨーク７Ｄとで永久磁石６を挟んで着磁を行う。このとき、着磁ヨーク７Ａとヨーク７Ｄの一段低くなった部分に銅板１１を配置した構成とすることにより、銅板１１が配置された部分には着磁のための磁界が減少して掛り、その部分が不完全着磁部分６Ａとなる。
【００５５】
［６−３．作用効果］
このように構成された実施例６の回転電機では、他の実施例同様、回転数が高速回転領域に達すると回転子１内永久磁石による誘起電圧の増大を抑えるため、弱め界磁制御つまり電流位相を進めた電流を重畳する制御を行う。この弱め界磁制御は回転子１内の永久磁石には逆磁界として作用する。本実施例６においても同様で、不完全着磁磁石４は弱め界磁制御による逆磁界で磁力が弱まり、回転子１から発せられる鎖交磁束量は減少するので、弱め界磁電流が少なくて済み、損失が低減されて高効率運転が可能なことは他の実施例と同じである。
【００５６】
実施例６においては、一様な磁石材料からなる一体型の永久磁石６の内、不完全着磁としたい部分に銅板１１を配置しているので、回転子１の回転子鉄心２に永久磁石６を組み込んだ後での着磁が可能となり、製造性が簡素化される。
【００５７】
（他の実施例）
なお、前記実施例１から実施例７では８極の回転電機を示したが、４極や１２極等の他の極数の回転電機も本発明を適用できるのは当然である。極数に応じて永久磁石の配置位置、形状が幾分変ることは勿論であり、作用と効果は同様に得られる。
また、磁極を形成する永久磁石において、リコイル透磁率をもって永久磁石を区別する定義をしている。従って、リコイル透磁率が異なる磁石であれば、その材質や製造方法、磁気特性の得られ方などに関係なく、同様な作用と効果が得られる。
【符号の説明】
【００５８】
１…回転子
２…回転子鉄心
２Ａ…回転子鉄心Ａ
２Ｂ…回転子鉄心Ｂ
３…固定子
４…リコイル透磁率が小となる永久磁石
５…リコイル透磁率が大となる永久磁石
６…不完全着磁部分を有する永久磁石
６Ａ…不完全着磁部分を有する磁石の不完全着磁部分
６Ｂ…不完全着磁部分を有する磁石の完全着磁部分
７…着磁ヨーク
７Ａ…着磁ヨーク
７Ｂ…着磁ヨーク
７Ｃ…着磁ヨーク
７Ｄ…着磁ヨーク
８…導電性コーティング
９…短絡コイル
１０…永久磁石
１１…銅板
【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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