(57)【要約】【課題】  永久磁石同期モータの軸長を増加させることなく、高速域において出力の確保を可能とし、高効率な永久磁石同期モータを実現する。【解決手段】  各相の磁極を回転軸に対して周方向に複数分割して配置し、分割された少なくとも１つの固定子磁極を回転軸に対して周方向に可動とすることで固定子磁極を形成するとともに、可動固定子を位相制御することにより、永久磁石同期モータの軸長を増加させることなく、高速域の出力を確保し、高効率な永久磁石同期モータを提供する。【選択図】図５
2009159738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に対して周方向にＮ極とＳ極とからなる磁極が形成される固定子と、
前記固定子の径方向継鉄部の内径側に、前記固定子と微小な隙間を介して周方向に永久磁石を配置した回転子と、
前記固定子内に設けられた多相のコイルと、を備えた永久磁石同期モータにおいて、
前記磁極を周方向に垂直に複数分割して配置し、
分割された磁極が、回転軸に対して周方向に可動であることを特徴とする永久磁石同期モータ。
【請求項２】
前記固定子の各相の前記分割された磁極を周方向に独立となるように配置することを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期モータ。
【請求項３】
前記固定子が、周方向に垂直に、磁気的に分割されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期モータ。
【請求項４】
前記磁極が、軸方向に垂直に分割され、分割された一方の磁極が周方向に可動であることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期モータ。
【請求項５】
周方向に垂直に前記分割された磁極が周方向に可動であり、前記分割された磁極の各相が位相差を有することを特徴とする請求項２に記載の永久磁石同期モータ。
【請求項６】
前記固定子の各相の前記分割された磁極を軸方向に独立に配置することを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期モータ。
【請求項７】
前記固定子の磁極ピッチと前記回転子の磁極ピッチが略等しいことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期モータ。
【請求項８】
固定子は、周方向に垂直に分割された複数相の磁極を有し、
前記分割された磁極は軸方向に延びる複数の爪磁極を有した円弧状の固定子鉄心と、楕円形に捲回されたコイルと、を有し、
前記磁極が、周方向に沿って可動であることを特徴とする永久磁石モータ。
【請求項９】
前記分割された磁極が、回転軸に垂直に分割され、前記分割された一方の磁極が周方向に可動であることを特徴とする請求項８に記載の永久磁石同期モータ。
【請求項１０】
前記永久磁石モータは、圧電素子及び周方向に垂直に分割された磁極を連結する連結部を具備し、
前記磁極は、前記永久磁石モータの運転状況に応じて、前記圧電素子を用いて可動状態が制御されることを特徴とする請求項８に記載の永久磁石モータ。
【請求項１１】
径方向継鉄部と、該径方向継鉄部の内径側に配置される複数の爪部と、前記径方向継鉄部の外径側に延在する外周側継鉄とからなる第一の爪磁極と、
径方向継鉄部と、該径方向継鉄部の内径側に配置される複数の爪部と、前記径方向継鉄部の外径側に延在する外周側継鉄とからなる第二の爪磁極と、が向かい合うように配置され、前記第一の爪部と、前記第二の爪部とが噛合うようにして形成される固定子と、
前記第一の爪部と、前記第二の爪部との間に配置されるコイルと、
前記固定子の内径側に周方向に隙間を介して位置する回転子と、を有するモータにおいて、
前記固定子が、周方向に沿って可動であることを特徴とする永久磁石モータ。
【請求項１２】
前記固定子が、周方向に垂直に、磁気的に分割されていることを特徴とする請求項１１に記載の永久磁石モータ。
【請求項１３】
前記固定子が、回転軸に沿って複数積層されていることを特徴とする請求項１１に記載の永久磁石モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の分割された固定子磁極から構成される固定子と、永久磁石を有する回転子とから構成された永久磁石同期モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の永久磁石同期モータは、回転数の上昇とともに磁石による逆起電力が大きくなるため、電源がバッテリ等の場合、電源電圧の制約により高回転領域で駆動するのが困難であった。高回転領域で永久磁石同期モータを駆動する駆動方式として、電流により磁石磁束を等価的に弱める弱め界磁制御があるが、トルクに寄与しない電流を流すため効率の低下を招いていた。
【０００３】
これらの問題を解決する方式として、特許文献１には、固定子を回転軸に直交する方向に少なくとも２つに分割し、分割した固定子のうち少なくとも１つの固定子を可動固定子とするとともに、この可動固定子を位相制御することで、機械的な弱め界磁を行い、永久磁石同期モータの高回転化を実現する方式が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６０２７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術においては、複数に分割された永久磁石同期モータのそれぞれの回転軸方向端部にはコイルエンド部が存在するため、分割前と比べてコイルエンド部が増加する。そのため、永久磁石同期モータの軸長が伸びるという問題があった。さらに、それぞれのコイルエンドの間は、絶縁特性の観点から、空気層などを設ける必要があり、これによりさらにモータ軸長が伸びる。また、コイルエンド部に発生する銅損が増加し、効率が低下するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、各相の磁極を回転軸に対して周方向に複数分割して配置し、分割された少なくとも１つの固定子磁極を回転軸に対して周方向に可動とすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、永久磁石同期モータの軸長を増加させることなく、機械的な弱め界磁を行うことが可能となり、高速域において逆起電力を低下させモータの駆動ができ、弱め界磁電流が不要となることで高速域での効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、回転軸に対して周方向にＮ極とＳ極とからなる磁極が形成される固定子と、固定子の径方向継鉄部の内径側に、固定子と微小な隙間を介して周方向に永久磁石を配置した回転子と、固定子内に設けられた多相のコイルと、を備えた永久磁石同期モータにおいて、磁極を周方向に垂直に複数分割して配置し、分割された磁極が、回転軸に対して周方向に可動であることを特徴とする。この場合、分割された磁極の各相は位相差を有する。
【０００９】
尚、本発明の、永久磁石モータは、固定子の磁極ピッチと前記回転子の磁極ピッチが略等しいことを特徴とする。
【００１０】
また、固定子の各相の磁極を周方向に独立となるように配置することが好ましく、固定子が周方向に垂直に、磁気的に分割されていることが好ましい。
【００１１】
さらに、固定子の磁極が軸方向に沿って２つに分割され、分割された一方の磁極が周方向に可動である場合はより好ましい。
【００１２】
一方、固定子の各相の分割された磁極を、軸方向に独立に配置することによっても本発明の効果を達成することが可能である。
【００１３】
また、本発明の永久磁石モータの固定子は、具体的に説明すると、周方向に垂直に分割された複数相の磁極を有し、磁極は軸方向に延びる複数の爪磁極を有した円弧状の固定子鉄心と、楕円形に捲回されたコイルと、を有し、磁極が周方向に沿って可動であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の永久磁石モータは、圧電素子及び周方向に垂直に分割された磁極を連結する連結部を具備し、磁極は永久磁石モータの運転状況に応じて、圧電素子を用いて可動状態が制御されることを特徴とする。
【００１５】
さらに具体的に説明すると、本発明の永久磁石モータは、径方向継鉄部と、径方向継鉄部の内径側に配置される複数の爪部と、径方向継鉄部の外径側に延在する外周側継鉄とからなる第一の爪磁極と、径方向継鉄部と、径方向継鉄部の内径側に配置される複数の爪部と、径方向継鉄部の外径側に延在する外周側継鉄とからなる第二の爪磁極と、が向かい合うように配置され、第一の爪部と、第二の爪部とが噛合うようにして形成される固定子と、第一の爪部と、第二の爪部との間に配置されるコイルと、固定子の内径側に周方向に隙間を介して位置する回転子と、を有するモータにおいて、固定子が、周方向に沿って可動であることを特徴とする。
【００１６】
また、固定子が、回転軸に沿って複数積層されていることが好ましい。
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は本発明の一実施例であるステータ磁極を回転周方向に対して磁気的に３相独立に配置した永久磁石同期モータである。回転子の極数は２４極である。まず、構成について説明する。回転子１００は中心部分に図には示していないシャフトが配置され、シャフトの外周部に回転子ヨーク２が配置されている。回転子ヨーク２の外周部に永久磁石３が配置されている。永久磁石３は２４極に着磁されている。本来モータとしてはケースやベアリング等の支持機構が必要であるが、この図では省略している。次に、固定子２００について説明する。固定子磁極は３相の位相差を持つように３個の磁極が、回転子の永久磁石３の外周部に僅かな空隙を介して配置されている。３相の固定子磁極はＵ相磁極４Ｕ，Ｖ相磁極４Ｖ，Ｗ相磁極４Ｗで構成され、前記回転子の永久磁石３にほぼ重なるように配置されている。各相磁極の中心部には固定子コイルが配置され、Ｕ相コイルは５Ｕ、Ｖ相コイルは５Ｖ、Ｗ相磁極は５Ｗで示している。更に各相コイルは固定子磁極の端部でＵ字状にコイルエンド部を構成している。また、コイルエンド部の軸方向よりコイルが引き出され、インバータを介してバッテリに接続されている。この様な固定子構成において、各固定子磁極は連結材（図示せず）により、電気角で１２０度の位相差を持って、ロータ外周部に配置されている。この連結材は各相の固定子磁極を機械的に固定できるものであればどのような構造であっても良く、好ましくは非磁性体の金属で構成されるのが望ましい。更に、連結された後、樹脂により円筒型にモールドしても良い。
【００１９】
図２を用いて図１で説明した固定子磁極４Ｕの詳細を説明する。他の相である４Ｖ及び４Ｗは同一構造であるため説明は省略する。先に説明したようにＵ相磁極４Ｕは、５つの部品から構成されている。固定子磁極４Ｕは、４Ｕａと４Ｕｂの２列の磁極列からなっている。例えば、４Ｕａの磁極列は内周側に向かって配置される磁極歯４Ｕａ１と外向きに向かって配置される４Ｕａ２から構成され、その４Ｕａ１と４Ｕａ２の中心部にＵ相コイル５Ｕの片側のコイルが挟み込まれるように構成されている。更に、もう一列の磁極列４Ｕｂを構成する４Ｕｂ１と４Ｕｂ２の中心部にＵ相コイル５Ｕのもう一方のコイルが挟まれている。図示していないが、Ｕ相コイル５Ｕの口出し線は、磁極に挟まれていないＵ型のコイルエンド部から取り出されている。
【００２０】
図３（ａ）は、先に説明したＵ相磁極の４Ｕｂ列にＵ相コイル５Ｕが挟まれた構造を示したものである。紙面手前のコイル部分に、４Ｕａ列の磁極が配置される。図３（ｂ）はＵ相コイル５Ｕが巻装されるコイル中心部の磁極を示したものである。Ｕ相コイル５Ｕは図示した、外向き磁極歯４Ｕａ２と４Ｕｂ２に直巻きするか、馬蹄形に成形したものを配置しても良い。また、４Ｕａ２と４Ｕｂ２を一体的に作成することも可能である。
【００２１】
図４はＵ相磁極４Ｕの完成図を示したものである。先に説明したように、Ｕ相コイル５Ｕは２列で構成される磁極列の中心部に配置されている。図からも分かるように磁極列４Ｕａを構成する各磁極歯は同一形状で構成されている。また、もう一方の磁極列４Ｕｂも同様にほぼ同じ形状のもので構成されている。図に示されているように、外向きに構成される磁極歯４Ｕａ２，４Ｕｂ２と、内向きに構成される磁極歯４Ｕａ１，４Ｕｂ１の位相差は電気角で１８０度になるように構成されている。図４における磁極列４Ｕａと磁極列４Ｕｂの位置関係は、磁極列４Ｕａ内のコイルに鎖交する磁束と磁極列４Ｕｂ内のコイルに鎖交する磁束の位相を同一とするように構成されている。よって、回転子が回転することで、磁極列４Ｕａと４Ｕｂ内のコイルに発生する逆起電力の位相も同一となる。そのため、図４に示す磁極列４Ｕａと磁極列４Ｕｂは、コイル５Ｕに最大の逆起電力を発生させる位置関係になっている。
【００２２】
また、本例では、磁極列４Ｕａは回転軸に対して周方向に可動であるように構成され、磁極列４Ｕｂはケース（図示せず）に固定されている。他の相も同様に、磁極列４Ｖａ及び４Ｗａは回転軸に対して周方向に可動であるように構成され、磁極列４Ｖｂ及び４Ｗｂはケースに固定されている。図５に磁極列４Ｕａ，４Ｖａ，４Ｗａを周方向に電気角で１２０度だけ移動させた場合の外観図を示す。磁極列４Ｕａ，４Ｖａ，４Ｗａは、それぞれ同一方向に移動させている。以下、磁極列４Ｕａ，４Ｖａ，４Ｗａを可動固定子と呼ぶ。
【００２３】
図６は、可動固定子４Ｕａを周方向に電気角で１２０度だけ移動させた場合のＵ相磁極４Ｕの外観である。外向きに構成される磁極歯４Ｕａ２，４Ｕｂ２の位相が電気角で１２０度ずれるように、可動固定子４Ｕａを移動させている。これにより、可動固定子４Ｕａ内のコイルに鎖交する磁束と磁極列４Ｕｂ内のコイルに発生する逆起電力の位相差は１２０度となる。よって、コイル５Ｕに発生する逆起電力の大きさは、最大時の１／２となる。Ｖ相磁極４ＶとＷ相磁極４Ｗも同様の操作を行うことで、コイル５Ｖ，５Ｗに発生する逆起電力の大きさも、最大時の１／２となる。すなわち、高回転領域において弱め界磁電流を必要とせずに逆起電力を抑制することが可能である。また、可動固定子４Ｕａの移動量を調整することで、逆起電力の抑制の度合いは任意に設定することができる。これにより、限られたインバータやバッテリ電圧でも、本実施例による永久磁石同期モータを高回転領域で駆動することが可能となる。さらに、弱め界磁電流を必要としないため、弱め界磁電流に起因する損失が発生せず損失が低減される。また、本構成には回転軸方向にコイルエンドが存在しないため、軸長を短く保つことが可能である。
【００２４】
次に本発明による永久磁石モータの別の実施形態を示す。以下に特に示す事項以外については、上述の実施例と同様である。
【００２５】
図７は、本発明による永久磁石モータの１つの実施形態を示した図である。回転子の極数が１６極であり、その他の回転子の構成は、図１に示したものと同一である。固定子磁極は３相の位相差を持つように６個の磁極が、回転子の永久磁石３の外周部に僅かな空隙を介して配置されている。３相の固定子磁極はＵ相磁極４Ｕ１，４Ｕ２，Ｖ相磁極４Ｖ１，４Ｖ２，Ｗ相磁極４Ｗ１，４Ｗ２で構成され、前記回転子の永久磁石３にほぼ重なるように配置されている。各相磁極の中心部には固定子コイルが配置され、Ｕ相磁極４Ｕ１にＵ相コイル５Ｕ１，Ｕ相磁極４Ｕ２にＵ相コイル５Ｕ２，Ｖ相磁極４Ｖ１にＶ相コイル５Ｖ１，Ｖ相磁極４Ｖ２にＶ相コイル５Ｖ２，Ｗ相磁極４Ｗ１にＷ相コイル５Ｗ１，Ｗ相磁極４Ｗ２にＷ相コイル５Ｗ２が収められている。各相コイルは固定子磁極の端部でＵ字状にコイルエンド部を構成し、コイルエンド部から引き出しに接続される。更にＵ相コイル５Ｕ１とＵ相コイル５Ｕ２，Ｖ相コイル５Ｖ１とＶ相コイル５Ｖ２，Ｗ相コイル５Ｗ１とＷ相コイル５Ｗ２をそれぞれ直列に接続することで、３相巻線を構成している。また、Ｕ相磁極４Ｕ１，Ｖ相磁極４Ｖ１，Ｗ相磁極４Ｗ１はケース（図示せず）に固定されており、Ｕ相磁極４Ｕ２，Ｖ相磁極４Ｖ２，Ｗ相磁極４Ｗ２は回転軸に対して周方向に可動となるように構成されている。
【００２６】
図８に図７で説明した固定子磁極４Ｕ１の分解図を示す。他の固定子磁極である４Ｕ２，４Ｖ１，４Ｖ２，４Ｗ１，４Ｗ２は同一構造であるため説明は省略する。先に説明したようにＵ相磁極４Ｕは、５つの部品から構成されている。固定子磁極４Ｕ１は、４Ｕ１ａと４Ｕ１ｂの２列の磁極列からなっている。例えば、４Ｕ１ａの磁極列は内周側に向かって配置される磁極歯４Ｕａ１と外向きに向かって配置される４Ｕａ２から構成され、その４Ｕ１ａ１と４Ｕ１ａ２の中心部にＵ相コイル５Ｕの片側のコイルが挟み込まれるように構成されている。更に、もう一列の磁極列４Ｕ１ｂを構成する４Ｕ１ｂ１と４Ｕ１ｂ２の中心部にＵ相コイル５Ｕのもう一方のコイルが挟まれている。
【００２７】
図９に固定子磁極４Ｕ１の外観図を示す。先に説明したように、Ｕ相コイル５Ｕ１は２列で構成される磁極列の中心部に配置されている。図に示されているように、外向きに構成される磁極歯４Ｕ１ａ２，４Ｕ１ｂ２と、内向きに構成される磁極歯４Ｕ１ａ１，４Ｕ１ｂ１の位相差は電気角で１８０度になるように構成されている。
【００２８】
図１０に図７を回転軸方向から見た図を示す。３相の固定子磁極であるＵ相磁極４Ｕ１，４Ｕ２，Ｖ相磁極４Ｖ１，４Ｖ２，Ｗ相磁極４Ｗ１，４Ｗ２は、それぞれ周方向に機械角で６０度（２０極であるため電気角で１２０度）ずれた位置に等間隔に配置されている。これにより、Ｕ相磁極４Ｕ１と４Ｕ２は機械角で１８０度ずれた位置に配置されるため、Ｕ相コイル５Ｕ１と５Ｕ２に発生する逆起電力の位相は同一となる。同様にＶ相コイル５Ｖ１と５Ｖ２，Ｗ相コイル５Ｗ１と５Ｗ２に発生する逆起電力の位相は、それぞれ同一である。これにより、Ｕ相コイル５Ｕ１と５Ｕ２を直列に繋いだＵ相コイルに表れる逆起電力の大きさは、本構成において最大である。
【００２９】
以下に本構成において、永久磁石同期モータを高回転領域で駆動する方法について詳述する。図１１に、回転軸に対して周方向に可動となるように構成されたＵ相磁極４Ｕ２，Ｖ相磁極４Ｖ２，Ｗ相磁極４Ｗ２を、それぞれ周方向に機械角で１５度動かした場合の構成を示す。これにより、Ｕ相磁極４Ｕ１と４Ｕ２は機械角で１６５度ずれた位置に配置されるため、それぞれで発生する逆起電力の位相差は１２０度である。これにより、Ｕ相コイル５Ｕ１と５Ｕ２を直列に繋いだＵ相コイルに表れる逆起電力の大きさは、最大時の１／２となる。同様にＶ相コイル，Ｗ相コイルに表れる逆起電力の大きさは、最大時の１／２となる。以上より、先述の実施例と同様に、高回転領域において弱め界磁電流を必要とせずに逆起電力を抑制することが可能である。本構成においても、回転軸方向にコイルエンドが存在しないため、軸長を短く保つことが可能であり、コイルエンドにおける銅損が削減されるため効率が向上される。つまり、高速で連続的に動作が必要な用途において、本発明の効果が特に期待される。
【００３０】
図１２は、本発明による永久磁石モータの固定子の１つの実施形態を示した図である。回転子（図示せず）の極数は２４極であり、その他の回転子の構成は、図１に示したものと同一である。固定子は、爪磁極を有する１相分の固定子を軸方向に複数個配置することで複数相に構成している。本実施例では１相固定子４Ｕ，４Ｖ，４Ｗを機械角で１０度（電気角で１２０度）ずつ周方向に位相をずらして軸方向に配置することで、３相固定子を構成している。１相固定子４Ｕ，４Ｖ，４Ｗは、円環状に構成された導電体を複数回巻きまわしたコイル５Ｕ，５Ｖ，５Ｗがそれぞれ収められており、これにより回転電機の固定子を構成している。
【００３１】
図１３及び図１４を用いて１相分の固定子４Ｕについて詳述する。１相分の固定子４Ｖ，４Ｗも同じ構成である。１相分の固定子４Ｕは、複数の爪磁極を有しており、周方向に複数に分割されて配置されている。図１３で示される構成では、１相分の固定子４Ｕは２２個の爪磁極を有しており、周方向に分割された２つの固定子４Ｕ１，４Ｕ２により構成されている。固定子４Ｕ１は軸方向に２つに分割されており、複数の爪磁極４Ｕ１ａとその反対極となる複数の爪磁極４Ｕ１ｂにより構成されている。同様に固定子４Ｕ２も軸方向に２つに分割されており、複数の爪磁極４Ｕ２ａとその反対極となる複数の爪磁極４Ｕ２ｂにより構成されている。爪磁極４Ｕ１ａと爪磁極４Ｕ１ｂは周方向に機械角で１５度（電気角で１８０度）の位相差をつけて配置されており、爪磁極４Ｕ２ａと爪磁極４Ｕ２ｂの関係も同様である。コイル５Ｕは、軸方向より爪磁極４Ｕ１ａ及び爪磁極４Ｕ１ｂ，爪磁極４Ｕ２ａ及び爪磁極４Ｕ２ｂより軸方向から挟みこむようにして、固定子４Ｕに収められている。周方向に分割された２つの固定子４Ｕ１，４Ｕ２は、機械角で３０度の位相差をつけて配置されており、すなわち電気角での位相は等しい。これにより、固定子４Ｕ１においてコイル５Ｕに鎖交する磁束と、固定子４Ｕ２においてコイル５Ｕに鎖交する磁束の位相は等しくなり、固定子４Ｕ１と４Ｕ２はコイル５Ｕに最大の逆起電力を発生させる位置に配置されている。
【００３２】
また、固定子４Ｕにおいて、分割固定子４Ｕ１はケース（図示せず）に固定されており、分割固定子４Ｕ２は周方向に可動となるように構成されている。固定子４Ｖ，４Ｗについても、分割固定子４Ｖ１及び４Ｗ１はケースに固定され、分割固定子４Ｖ２及び分割固定子４Ｗ２は周方向に可動となるように構成されている。図１５，図１６に可動固定子４Ｕ２，４Ｖ２，４Ｗ２を機械角で１０度（電気角で１２０度）だけ周方向に移動させた場合の構成例を示す。このような場合、固定子４Ｕ１においてコイル５Ｕに鎖交する磁束と、固定子４Ｕ２においてコイル５Ｕに鎖交する磁束の位相は１２０度ずれている。このため、コイル５Ｕに発生する逆起電力の大きさは、最大時の１／２となる。以上より、先述の実施例と同様に、高回転領域において弱め界磁電流を必要とせずに逆起電力を抑制することが可能である。本構成においても、回転軸方向にコイルエンドが存在しないため、軸長を短く保つことが可能であり、コイルエンドにおける銅損が削減されるため効率が向上される。
【００３３】
今まで説明してきた各磁極は、圧粉磁心のプレス加工で実現することが可能である。また、鉄板を曲げて作成することや磁性体の焼結材で作成することも可能である。更には、リング状に磁極歯を作成し、必要な個数でカットして組み合わせることで実現することも可能である。
【００３４】
次に本発明による永久磁石モータの可動固定子の移動方式について示す。図１７に図１に示した固定子を連結材により固定した図を示す。各固定子磁極４Ｕ，４Ｖ，４Ｗは連結材２０ａ及び２０ｂにより周方向に電気角で１２０度の位相差を持って固定されている。特に、連結材２０ａは磁極列４Ｕａ，４Ｖａ，４Ｗａを固定し、連結材２０ｂは磁極列４Ｕｂ，４Ｖｂ，４Ｗｂを固定している。ここで、連結材２０ａはハウジング（図示せず）及び連結材２０ｂと非接触の状態にあり、連結材２０ｂはハウジングに固定されている。また、本例では、磁極列４Ｕａ，４Ｖａ，４Ｗａを周方向に回転させ、機械的な弱め界磁を行うために、連結材２０ａと連結材２０ｂの間にドーナツ状の圧電素子３０を配置し、連結材２０ａを圧電素子により回転させることで、上記と同様に機械的な弱め界磁を可能とする。また、圧電素子の非駆動時には、圧電素子の静止トルクにより連結材２０ａは連結材２０ｂと固定されることになる。
【００３５】
ところで、永久磁石同期モータの可動固定子は、永久磁石同期モータの駆動時に回転させても、非駆動時に回転させてもどちらでもよい。駆動時に回転させる場合、回転子の回転方向と逆方向に可動固定子を回転させることで、回転に必要なトルクを最小限のものとすることができる。
【００３６】
次に本発明による永久磁石モータの可動固定子の位相制御方法について詳述する。本発明において、可動固定子の位相は、逆起電力が最大になる位置から最小になる位置の間を、モータの運転状態に応じて制御されている。具体的には、停止状態から始動する場合や、低回転運転状態では大きいトルクを必要とするため、逆起電力が最大になるように可動固定子の位相を制御する。また、高回転運転状態においては、バッテリから電圧を供給できるように可動固定子の位相を制御して、逆起電力を低減させる。これにより、モータの出力を高速域まで広げることができる。この場合、連結材２０ａと連結材２０ｂの位相差をセンサ（図示せず）によりフィードバックして、連結材２０ａの回転周方向位置を制御する。また、連結材２０ａと連結材２０ｂの位相差を０度と１２０度と、決められた値を用いる場合には、機械的なストッパを設けることで、オープンループの制御も可能である。
【００３７】
次に本発明の効果について詳述する。図１８に本発明による永久磁石同期モータにおけるトルクと回転数の関係を示している。可動固定子と固定子で発生する誘起電圧の大きさが等しいものとし、可動固定子と固定子の位相差が０度，８３度，１２０度の場合を示している。可動固定子と固定子の位相差が０度の場合、図１９（ａ）でベクトルとして示すように、それぞれで発生する逆起電力の位相差が０となるため、最大の逆起電力が発生する。可動固定子と固定子の位相差を８３度とすると、図１９（ｂ）で示すように最大逆起電力の７５％の逆起電力が発生する。さらに可動固定子と固定子の位相差を１２０度とすると、最大逆起電力の５０％の逆起電力が発生する。電源がバッテリ等で電源電圧に制約がある場合、本発明により逆起電力を低下させることで、図１８に示すように高速域まで出力範囲を拡大できることがわかる。また、回転数に応じて可動固定子と固定子の位相差を制御することで、低速域での大トルクと高速域での出力の確保を両立することが可能である。また、電流による弱め界磁と異なり、弱め界磁電流を必要としないため、弱め界磁電流に起因する損失が発生しない。そのため、永久磁石同期モータの効率が向上する。
【００３８】
同様の永久磁石同期モータにおける弱め界磁電流を必要としない高速域の出力確保の手法として、特許文献１記載の構成がある。この構成では、固定子を回転軸に直交する方向に少なくとも２つに分割し、分割した固定子のうち少なくとも１つの固定子を可動固定子とするとともに、この可動固定子を位相制御することで、機械的な弱め界磁を行っている。しかしながら、この構成では複数に分割されたモータの回転軸方向端部に存在するコイルエンド部が増加するため、モータの軸長が長くなり、コイルエンド部における銅損が増加するという問題がある。これに対し、本発明の永久磁石同期モータは回転軸方向にコイルエンドを有しないため、モータの軸長を短くすることが可能であり、コイルエンドの部分を少なく構成できるため銅損が増加するという問題がない。すなわち、本発明によれば永久磁石同期モータの軸長を増加させることなく、高速域において出力の確保を可能とし、高効率な永久磁石同期モータを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第一の実施例のモータ構造斜視図。
【図２】本発明の固定子磁極を構成する部品を示した部品図。
【図３】本発明の固定子磁極の分割図。
【図４】本発明の固定子磁極一相分の斜視図。
【図５】本発明の第一の実施例の弱め界磁時のモータ構造斜視図。
【図６】本発明の弱め界磁時の固定子磁極一相分の斜視図。
【図７】本発明の第二の実施例のモータ構造斜視図。
【図８】本発明の固定子磁極を構成する部品を示した部品図。
【図９】本発明の固定子磁極一相分の斜視図。
【図１０】本発明の第二の実施例のモータを回転軸方向から示した図。
【図１１】本発明の第二の実施例の弱め界磁時のモータを回転軸方向から示した図。
【図１２】本発明の第三の実施例のモータ構造斜視図。
【図１３】本発明の固定子磁極を構成する部品を示した部品図。
【図１４】本発明の固定子磁極一相分の斜視図。
【図１５】本発明の第三の実施例の弱め界磁時のモータ構造斜視図。
【図１６】本発明の弱め界磁時の固定子磁極一相分の斜視図。
【図１７】本発明による弱め界磁の方式を示す図。
【図１８】本発明によるモータの回転数とトルクの関係を表す図。
【図１９】本発明による可動固定子と固定子で発生する逆起電力の関係を示す図。
【符号の説明】
【００４０】
２  回転子ヨーク
３  永久磁石
４  固定子磁極
５  コイル
２０  固定子連結材
１００  回転子
２００  固定子
【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】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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