JP5198178B2 - 永久磁石式回転電機及び永久磁石電動機ドライブシステム - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石式回転電機及び当該永久磁石式回転電機を利用した永久磁石電動機ドライブシステムに関する。

現在、適用範囲が拡大している永久磁石式回転電機は、大きく２種類のタイプに分けられる。回転子鉄心の外周に永久磁石を貼り付けた表面磁石型永久磁石式回転電機と、永久磁石を回転子鉄心の中に埋め込んだ埋め込み型永久磁石式回転電機である（例えば、特許文献１参照）。近年、可変速駆動用モータとしては、後者の埋め込み型永久磁石式回転電機の適用が多くなっている。

従来の埋め込み型永久磁石式回転電機は、内部に回転子を備え、その外周にエアギャップを介して固定子を配置した構成を有する。この固定子は、電機子巻線を固定子鉄心の内側に形成されたスロットに収容することで構成されている。図１０は、従来の埋め込み型永久磁石式回転電機の回転子１の構成を示す径方向断面図である。回転子１は、図示しない固定子の内部に収容され、回転子鉄心２の外周部に長方形の空洞を等配で極数の数だけ設けた構成を有する。図１０に示す回転子１は、８極の回転子であり、回転子鉄心２に８個の空洞を設けてそれぞれに永久磁石４を挿入している。永久磁石４は、回転子１の半径方向、又は永久磁石４の断面の長方形におけるエアギャップ面に対向する辺（図１０では長辺）に直角方向に磁化されている。永久磁石４は負荷電流により減磁しないように保磁力の高いＮｄＦｅＢ永久磁石が主に適用される。回転子鉄心２は空洞を打抜いた電磁鋼板を積層して形成してある。

また、可変速特性に優れて高出力の回転電機としては、特許文献２や特許文献３に記載されている永久磁石式リラクタンス型回転電機が知られている。さらに、特許文献４には、磁石磁束を可変とする永久磁石式回転電機が記載されている。この回転電機は、低速から高速までの広範囲で可変速運転を可能とし、低速回転域の高トルク化と中・高速回転域での高出力化、効率の向上を図ったものである。

一般に、永久磁石式回転電機では、その構造特性上、永久磁石によって常に一定の鎖交磁束が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。この永久磁石による誘導電圧はインバータの電子部品に印加されるが、その印加電圧が電子部品の耐電圧以上になると部品が絶縁破壊する。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、そのような設計を採用した場合には、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。

他方、低速から高速まで定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な可変速運転ができなくなる。そこで、最近では、可変速範囲を拡大する方法として、非特許文献１に記載されているような弱め磁束制御が適用され始めている。永久磁石式回転電機の場合、総鎖交磁束量はｄ軸電流による磁束と永久磁石による磁束から成る。弱め磁束制御は、このことに着目し、負のｄ軸電流による磁束を発生させることによって、電機子巻線の総鎖交磁束量を減少させる制御を行う。この弱め磁束制御においては、高保磁力の永久磁石４は磁気特性（Ｂ−Ｈ特性）の動作点が可逆の範囲で変化するようにする。このため、永久磁石には、弱め磁束制御の減磁界により不可逆的に減磁しないように高保磁力特性をもつＮｄＦｅＢ磁石を適用する。

弱め磁束制御を適用した運転では、負のｄ軸電流による磁束で鎖交磁束が減少するので、鎖交磁束の減少分が電圧上限値に対する電圧の余裕分を作る。そして、トルク成分となる電流を増加できるので高速域での出力が増加する。また、電圧余裕分だけ回転速度を上昇させることができ、可変速運転の範囲が拡大される。

しかし、弱め磁束制御を適用した永久磁石式回転電機は、出力に寄与しない負のｄ軸電流を常時流し続けるため銅損が増加して効率は悪化する。さらに、負のｄ軸電流による減磁界は高調波磁束を生じ、高調波磁束等で生じる電圧の増加は弱め磁束制御による電圧低減の限界を作る。これらより、埋め込み型永久磁石式回転電機に弱め磁束制御を適用しても基底速度の３倍以上の可変速運転は困難である。さらに、前述の高調波磁束により鉄損が増加し、中・高速域で大幅に効率が低下する。また、高調波磁束による電磁力で振動を発生することもある。

ハイブリッド自動車用駆動モータに埋め込み型永久磁石モータを適用した場合、エンジンのみで駆動される状態ではモータは連れ回される。中・高速回転ではモータの永久磁石による誘導電圧が上昇する。そこで誘導電圧の上昇を電源電圧以内に抑制するために、弱め磁束制御で負のｄ軸電流を流し続ける。しかしながら、この状態では、モータは損失のみを発生するので総合運転効率が悪化する問題点がある。

これらの課題を解決するものとして、特許文献５には、低速から高速までの広範囲で可変速運転が可能であり、低速回転域の高トルク化と中・高速回転域での高出力化、効率の向上、信頼性向上、製造性向上、材料の削減、希少材料の削減が図れる永久磁石式回転電機の回転子が記載されている。この回転子を適用した永久磁石式回転電機は、保磁力と磁化方向厚みの積が小となる永久磁石と、保磁力と磁化方向厚みの積が大となる永久磁石とを使用し、保磁力と磁化方向厚みの積が小となる永久磁石を運転条件に応じて不可逆的に磁化させることにより固定子との鎖交磁束量を増減する。
特開平７−３３６９１９号公報 特開平１１−２７９１３号公報 特開平１１−１３６９１２号公報 特開２００６−２８０１９５号公報 特開２００８−４８５１４号公報 「埋込磁石同期モータの設計と制御」、武田洋次・他、オーム社出版

しかしながら、上述した特許文献５に記載された回転電機は、保磁力と磁化方向厚みの積が小となる永久磁石の占有部分増大し、構造が複雑となるため高速回転が困難となる問題点がある。また、当該回転電機は、保磁力と磁化方向厚みの積が小となる永久磁石を回転子中心軸を通る直線と平行な方向に磁石長手方向を設置するため、回転子内径を大きくしにくい等の製造性、信頼性、材料の削減の上で改善の余地がある。

本発明は、上述した従来技術の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が可能であり、従来に比してさらに高速での運転を可能とし、低速回転域の高トルク化と中・高速回転域での高出力化、効率の向上、信頼性向上、製造性向上、材料の削減が図れる永久磁石式回転電機及びそれを駆動する永久磁石式電動機ドライブシステムを提供することを課題とする。

本発明に係る永久磁石式回転電機は、上記課題を解決するために、電機子巻線を持つ固定子と、前記固定子の内周側にエアギャップを介して対向配置され、積層して構成された複数の回転子鉄心の各々に周方向に沿って複数の永久磁石を設け、軸方向に所定のブロック毎に分割されて構成される回転子とを備えた永久磁石式回転電機において、前記回転子は、前記所定のブロック毎に、形状と磁気特性との少なくとも１つが異なる複数種類の永久磁石の中から選択された１種類の前記複数の永久磁石が配置されて磁極を形成 前記回転子は、前記所定のブロック毎に、形状と磁気特性との少なくとも１つが異なる複数種類の永久磁石の中から選択された１種類の前記複数の永久磁石が配置されて磁極を形成し、前記永久磁石同士の周方向の間には空隙による磁気障壁が設けられ、前記永久磁石は、隣接するブロックにおける前記磁気障壁に対応する位置に設けられ、前記複数種類の永久磁石のうち、一方の種類の永久磁石の磁化容易方向は前記回転子半径に対して直角方向であり、他方の種類の永久磁石の磁化容易方向は、前記回転子の周方向に対して直角方向であることを特徴とする。

また、本発明に係る永久磁石電動機ドライブシステムは、上記課題を解決するために、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項記載の永久磁石式回転電機と、前記永久磁石式回転電機を駆動するインバータと、前記永久磁石の磁束を制御するための磁化電流を流す磁化部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、低速から高速までの広範囲で可変速運転が可能であり、従来に比してさらに高速での運転を可能とし、低速回転域の高トルク化と中・高速回転域での高出力化、効率の向上、信頼性向上、製造性向上、材料の削減を実現することができる。また、永久磁石同士の周方向の間には空隙による磁気障壁が設けられ、前記永久磁石は、隣接するブロックにおける前記磁気障壁に対応する位置に設けられ、複数種類の永久磁石のうち、一方の種類の永久磁石の磁化容易方向は回転子半径に対して直角方向であり、他方の種類の永久磁石の磁化容易方向は、回転子の周方向に対して直角方向であるので、磁気的に短絡された状態となるため、回転子は、外部の固定子に対する鎖交磁束がほとんどない状態となり、回転子全体として着磁されていない場合と同様の状態となる。

以下、本発明の永久磁石式回転電機及び永久磁石電動機ドライブシステムの実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

最初に図１乃至図３を用いて実施例１の構成について説明する。図１は、本発明の実施例１の永久磁石式回転電機の回転子１ａの外観を示す図である。図２は、本発明の実施例１の永久磁石式回転電機の回転子１ａのブロック２０（あるいは２３）における径方向断面図である。図３は、本発明の実施例１の永久磁石式回転電機の回転子１ａのブロック２１（あるいは２２）における径方向断面図である。なお、図１０の従来技術における構成要素と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以て示し、重複した説明を省略する。また、以下の各実施の形態では、８極の永久磁石式回転電機を例示しているが、他の極数でも同様に適用できる
本実施例の永久磁石式回転電機は、電機子巻線を持つ図示されない固定子と、固定子の内周側にエアギャップを介して対向配置され軸方向に所定のブロック毎に分割されて構成される回転子１ａとを備える。本実施例の回転子１ａは、図１に示すように、軸方向に４つのブロック２０，２１，２２，２３に分割されて構成されている。また、回転子１ａは、積層して構成された複数の回転子鉄心２ａの各々に周方向に沿って複数の永久磁石４ａを設けている。回転子鉄心２ａは、例えば珪素鋼板を積層して構成されている。

さらに、回転子１ａは、所定のブロック毎に、形状と磁気特性との少なくとも１つが異なる複数種類の永久磁石の中から選択された１種類の複数の永久磁石が配置されて磁極を形成する。具体的には、回転子１ａは、ブロック２０，２３において、図２に示すように８個の永久磁石４ａを回転子鉄心２ａ内の径方向断面に設けている。また、永久磁石４ａ同士の間には、空隙等による磁気障壁７が設けられている。

一方、回転子１ａは、ブロック２１，２２において、図３に示すように８個の永久磁石３を回転子鉄心２ａ内の径方向断面に設けている。これらの永久磁石３は、隣接するブロック２０（あるいは２３）における磁気障壁７に対応する位置に設けられている。また、永久磁石３同士の間には、空隙等による磁気障壁８が設けられており、隣接するブロック２０（あるいは２３）における永久磁石４ａの位置に対応する。

複数種類の永久磁石の各々は、保磁力と磁化方向厚みの積が互いに他の種類の永久磁石と異なる。本実施例において、永久磁石４ａは、保磁力と磁化方向厚みの積が大となる磁石であり、例えばＮｄＦｅＢ磁石である。また、永久磁石３は、保磁力と磁化方向厚みの積が小となる磁石であり、例えばアルニコ磁石やＦｅＣｒＣｏ磁石である。さらに、永久磁石３は、アルニコ磁石とフェライト磁石との複合磁石、あるいはＦｅＣｒＣｏ磁石とフェライト磁石との複合磁石を適用することも可能である。

また、複数種類の永久磁石の各々は、磁化方向が互いに他の種類の永久磁石と異なる。本実施例においては、永久磁石４ａと永久磁石３の磁化方向は、それぞれ異なる。永久磁石４ａは、回転子１ａのほぼ周方向に配置され、永久磁石４ａの磁化方向は回転子１ａのほぼ径方向である。一方、永久磁石３は、ほぼ回転子１ａの径方向に沿って配置され、永久磁石３の磁化方向は回転子１ａのほぼ周方向である。永久磁石３と永久磁石４ａとの８組それぞれは、回転子１ａの内径側に凸の形状に設置され、永久磁石３，４ａの磁化方向はともに、ほぼ磁石寸法の小さい方向である。

図４に、本実施の形態の永久磁石式回転電機に適用する、永久磁石３用のアルニコ磁石（ＡｌＮｉＣｏ）、ＦｅＣｒＣｏ磁石、また永久磁石４ａ用のＮｄＦｅＢ磁石の磁気特性を示す。アルニコ磁石の保磁力（磁束密度が０になる磁界）は６０〜１２０ｋＡ／ｍであり、ＮｄＦｅＢ磁石の９５０ｋＡ／ｍの１／１５〜１／８になる。また、ＦｅＣｒＣｏ磁石の保磁力は約６０ｋＡ／ｍであり、ＮｄＦｅＢ磁石の９５０ｋＡ／ｍの１／１５になる。アルニコ磁石とＦｅＣｒＣｏ磁石は、ＮｄＦｅＢ磁石と比較してかなり低保磁力であることがわかる。

本実施の形態では、保磁力と磁化方向厚みの積が小となる永久磁石３には、保磁力が１２０ｋＡ／ｍのアルニコ磁石を適用する。また、保磁力と磁化方向厚みの積が大となる永久磁石４ａには、保磁力が１０００ｋＡ／ｍのＮｄＦｅＢ磁石を適用する。

図２に示すように、永久磁石４ａは回転子鉄心２ａの中に埋め込まれ、この永久磁石４ａの両端部には空洞５が設けられている。また、図３に示すように、永久磁石３は回転子鉄心２ａの中に埋め込まれ、この永久磁石３の両端部には空洞６が設けられている。

永久磁石３は、磁極間の中心軸になるｑ軸と一致する回転子１ａの半径方向に沿って配置されている。また、アルニコ磁石で成る永久磁石３の磁化容易方向は回転子１ａのほぼ周方向であり、回転子１ａの半径に対して直角方向とする。すなわち、複数の回転子鉄心２ａの中で磁化により磁束の変化あるいは極性の反転を示す永久磁石３を有する回転子鉄心２ａは、永久磁石３の容易磁化方向が自己の回転子鉄心２ａの半径方向と直角に交わるように永久磁石３を配置して磁極を形成する。

高保磁力のＮｄＦｅＢ磁石で成る永久磁石４ａは、回転子鉄心２ａ内に埋め込まれ、その両端部には空洞５が設けられている。１つの永久磁石４ａは、２個の磁気障壁７により回転子１ａの内周部側で挟まれるように回転子１ａのほぼ周方向に配置されている。この永久磁石４ａの磁化容易方向は、回転子１ａの周方向に対してほぼ直角（図２では永久磁石４ａの長方形断面の長辺に対して直角）方向である。

なお、空洞部５，６は、永久磁石４ａ，３の磁束短絡と応力緩和のために、必要に応じて設けられる。

永久磁石３は、磁極間の中心軸となるｑ軸方向に配置され、その磁化方向はｑ軸に対して９０°、又は−９０°方向となる。隣り合う永久磁石３において、互いに向かい合う磁極面は同極になるようにしてある。また、永久磁石４ａは、ｄ軸に対して直角方向に配置され、その磁化方向はｄ軸に対して０°、又は１８０°の方向となる。隣り合う永久磁石４ａにおいて、互いに磁極の向きは逆極性とする。

また、本発明の永久磁石電動機ドライブシステムの構成について述べる。この永久磁石電動機ドライブシステムは、上述した永久磁石式回転電機と、永久磁石式回転電機を駆動するためのインバータと、永久磁石の磁束を制御するための磁化電流を流す磁化部とを備える。本実施例において、磁化部は、複数種類の永久磁石のうち保磁力と磁化方向厚みの積が他の種類の永久磁石のものと比較して小さい永久磁石３に対して、電機子巻線に電流を流して作る磁界により永久磁石３の磁束量を不可逆的に変化させるか、又は永久磁石３の極性を反転させる。

インバータ４は、例えば直流電源から得た直流電力を交流電力に変換して永久磁石式回転電機に供給する。磁化部は、独立して設けることも可能であるが、インバータ４を磁化部としてもよい。その場合にインバータ４は、磁化部に対応し、永久磁石式回転電機の有する低保磁力の可変磁石（永久磁石３）の磁束を制御するための磁化電流を供給する。

次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。本実施の形態では、固定子の電機子巻線に通電時間が極短時間（０．１ｍｓ〜１０ｍｓ程度）となるパルス的な電流を流して磁界を形成し、永久磁石３に磁界を作用させる。永久磁石を磁化するための磁界を形成するパルス電流は固定子の電機子巻線のｄ軸電流成分とする。着磁磁界を２５０ｋＡ／ｍとすると、理想的には永久磁石３には十分な着磁磁界が作用し、永久磁石４ａには着磁による不可逆減磁はない。

図５は、固定子との鎖交磁束が最大となるように永久磁石を不可逆的に磁化した場合における永久磁石の磁束の向きを示す図であり、Ｚ−θ面に展開した２極分のみを示す。また、図６は、固定子との鎖交磁束が最大となる場合におけるブロック２０，２１の永久磁石の磁束の向きとともに示す回転子１ａの斜視図である。本発明の永久磁石電動機システムにおける磁化部は、電機子巻線に電流を流して作る磁界により、各磁極において回転子１ａが有する永久磁石のうち少なくとも１個の永久磁石を磁化させて永久磁石の磁束量を不可逆的に変化させる。

着磁磁界を作用させて永久磁石３を永久磁石４ａと同極に着磁することにより、永久磁石３と永久磁石４ａとの磁束は、磁極及びエアギャップ面で加え合せになる。すなわち、永久磁石４ａは、その周方向中心軸にもともとの極性の磁極と磁束を発生し、永久磁石３は、周方向に隣り合う永久磁石３との中間となる位置に永久磁石４ａと同じ向きに磁極と磁束を発生させる。例えば図５のブロック２０において、磁束の流れ１１は、回転子１ａから固定子へと向かう磁束の方向を示すが、同じθ位置におけるブロック２１，２２，２３の磁束の方向も同じである。したがって、図５，６において永久磁石３，４ａによる鎖交磁束は増加して増磁状態となる。なお、磁束の流れ１０，１１を示すθ位置と回転子１ａの回転中心とを結ぶ方向は、回転子１ａの主磁極でありｄ軸である。また、逆極性となる隣の磁極との間の補助磁極を通る中心軸方向がｑ軸となる（永久磁石３と回転中心とを結ぶ軸）。

着磁磁界は固定子の電機子巻線に極短時間のパルス的な電流を流して形成する。このとき通電する電流はｄ軸電流成分である。パルス電流はすぐに０になり、着磁磁界はなくなるが、永久磁石３は不可逆的に変化して着磁方向に磁束を発生する。

次に、固定子に対する鎖交磁束を減少させるときの作用を説明する。固定子の電機子巻線に負のｄ軸電流を通電して磁界を形成すると、形成された磁界は、回転子１ａの磁極中心から永久磁石３と永久磁石４ａに対して磁化方向とほぼ逆方向に作用する。永久磁石３のアルニコ磁石は、保磁力と磁化方向厚みの積を小さくしているため、この逆磁界によりその磁束は不可逆的に減少する。一方、永久磁石４ａのＮｄＦｅＢ磁石は保磁力と磁化方向厚みの積が大きいため逆磁界Ｂｄを受けても磁気特性は可逆範囲であり、負のｄ軸電流による着磁磁界が消えた後の磁化状態は変化なく、磁束量も変らない。したがって、永久磁石３のみが減磁することになり、鎖交磁束量を減少できる。

したがって、本実施の形態では、永久磁石３をｄ軸電流で磁化させることによって永久磁石３，４ａを合わせた全鎖交磁束量を広範囲に調整することができる。具体的には、回転子１ａは、磁極を形成する永久磁石の磁束が加え合わせになるように複数種類の永久磁石を配置する。一方、本発明の永久磁石電動機ドライブシステムの磁化部は、電機子巻線に電流を流して作る磁界により、永久磁石の一部を磁化させて永久磁石による鎖交磁束を不可逆的に減少させるとともに、減少後に電流による磁界を先ほどとは逆方向に発生させて永久磁石の一部を磁化させて鎖交磁束量を不可逆的に増加させる。

本実施の形態ではさらに大きな電流を通電させて強い逆磁界により永久磁石３の極性を反転させる。永久磁石３の極性を反転させることにより、鎖交磁束を大幅に減少でき、特に鎖交磁束を０にできる特徴がある。すなわち、本発明の永久磁石電動機ドライブシステムにおける磁化部は、電機子巻線に電流を流して作る磁界により、各磁極において回転子１ａが有する永久磁石のうち少なくとも１個の永久磁石を磁化させて永久磁石の極性を反転させることができる。また、当該磁化部は、電機子巻線に電流を流して作る磁界により、各磁極において回転子１ａが有する永久磁石のうち少なくとも１個の永久磁石を磁化させて、回転子１ａが有する全ての永久磁石による電機子巻線の鎖交磁束量をほぼ０にすることができる。

図７は、固定子との鎖交磁束が最小となるように負のｄ軸電流による減磁磁界が作用した後の永久磁石の磁束の向きを示す図であり、Ｚ−θ面に展開した２極分のみを示す。また、図８は、固定子との鎖交磁束が最小となる場合におけるブロック２０，２１の永久磁石の磁束の向きとともに示す回転子１ａの斜視図である。減磁磁界を作用させて永久磁石３を永久磁石４ａと逆極に着磁することにより、永久磁石４ａの発生する磁束は、永久磁石３が設置された鉄心ブロックに流れ、逆極性の永久磁石３に入る。本実施例においては、ブロック２０内の永久磁石４ａの発生する磁束は、磁束の流れ１４によりブロック２１の永久磁石３に入る。したがって磁気的に短絡された状態となるため、回転子１ａは、外部の固定子に対する鎖交磁束がほとんど無い状態となり、回転子１ａ全体として着磁されていない場合と同様の状態となる。

この場合の減磁磁界は固定子の電機子巻線に極短時間のパルス的な電流を流して形成する。このとき通電する電流は負のｄ軸電流成分である。パルス電流はすぐに０になり、減磁磁界はなくなるが、永久磁石３は極性が反転し、図７，８に示す方向に磁束を発生する。

したがって、本実施の形態では、永久磁石３の極性を反転させることによって永久磁石３，４ａを合わせた全鎖交磁束量を広範囲に調整することができる。具体的には、回転子１ａは、磁極を形成する永久磁石の磁束が加え合わせになるように複数種類の永久磁石を配置する。一方、本発明の永久磁石電動機ドライブシステムの磁化部は、電機子巻線に電流を流して作る磁界により、永久磁石の一部を磁化させて永久磁石の極性を反転させるとともに、反転後に電流による磁界を先ほどとは逆方向に発生させてさらに永久磁石３の極性を反転させて元の極性にすることができる。

従来の回転電機は、電機子巻線の負のｄ軸電流による磁束を発生させて回転子１ａの永久磁石の磁束を相殺させると、合成の基本波磁束は５０％程度までは低減できる。しかし、高調波磁束がかなり増加し、高調波電圧と高調波鉄損が生じて問題となる。また、鎖交磁束を０にすることは極めて困難であり、仮に基本波を０にできても高調波磁束は逆にかなり大きな値になる。

一方、本実施の形態の永久磁石式回転電機は回転子１ａにおいては、永久磁石３，４ａのみの磁束で一様に減少できるので高調波磁束は少なく、損失の増加はない。本実施の形態の永久磁石式回転電機においては、保磁力と磁化方向厚みの積が小となる永久磁石３は、ｄ軸電流による磁界により磁化され易くなる。永久磁石３を着磁する程度の磁界であれば、永久磁石４ａは可逆減磁状態であり、着磁後でも永久磁石４ａは着磁前の状態の磁束を維持できる。

アルニコ磁石の永久磁石３とＮｄＦｅＢ磁石の永久磁石４ａとの相互的な磁気の影響について述べる。減磁状態では、永久磁石４ａの磁界は永久磁石３にバイアス的な磁界として作用し、負のｄ軸電流による磁界と永久磁石４ａによる磁界とが永久磁石３に作用して磁化し易くなる。すなわち、回転子１ａは、各磁極において磁束の変化あるいは極性の反転を示す永久磁石３に対し、他の永久磁石４ａからバイアス的な磁界が作用するように各永久磁石を配置してなる。

また、永久磁石３の保磁力と磁化方向厚みの積が永久磁石４ａの無負荷時の動作点における磁界の強さと磁化方向厚みの積に等しいか、それ以上にすることにより鎖交磁束の増磁状態において永久磁石４ａの磁界に打ち勝ち、磁束量を発生する。したがって、本発明の永久磁石式回転電機は、各磁極の中で保磁力と磁化方向厚みの積が小さい永久磁石３の保磁力と磁化方向厚みの積が、保持力と磁化方向厚みの積が大きな永久磁石４ａの無負荷時の動作点における磁界の強さと磁化方向厚みの積にほぼ等しいか又はそれ以上とする。

上述のとおり、本発明の実施例１の形態に係る永久磁石式回転電機及び永久磁石電動機システムによれば、低速から高速までの広範囲で可変速運転が可能であり、従来に比してさらに高速での運転を可能とする。従来技術として説明した特許文献５との差異となる本発明のポイントは、特に磁化による磁束の変化量が異なる複数種類の永久磁石を軸方向に分割したブロックにそれぞれ分けて配置し、径方向のみならず軸方向に互いに磁束を作用させて固定子に対する鎖交磁束量を制御可能としたことである。

従来の永久磁石式回転電機のように、磁気的な流れをコントロールするために、複数種類の永久磁石を１つの径方向断面に構成するとなると設計上の様々な制約が要求される。しかしながら、本発明のように軸方向に分割したブロックに複数種類の永久磁石を分けて設けることにより、径方向の同一断面内に複数種類の永久磁石を収容する必要が無くなるため、設計の自由度が増し、材料強度の制限を緩和するための工夫がしやすく、より高速回転が可能となるとともに、低速回転域の高トルク化と中・高速回転域での高出力化、効率の向上、信頼性向上、製造性向上、材料の削減を実現することができる。

また、回転子１ａは、分割されたブロックのうち軸方向両端部に位置するブロック２０，２３において、磁化による磁束の変化が小さい永久磁石４ａを配置している。これは、回転子１ａの端部の磁界が強くなるため、トルクをかけたときに永久磁石が減磁するのを防止するためであり、このような配置にすることで永久磁石に働く減磁界をコントロールすることが容易になるからである。

また、本実施の形態の永久磁石式回転電機では、ｄ軸電流により永久磁石３の鎖交磁束量を最大から０まで大きく変化でき、また磁化方向も正逆方向の両方向にできる。すなわち、永久磁石４ａの鎖交磁束を正方向とすると、永久磁石３の鎖交磁束を正方向の最大値から０、さらには逆方向の最大値まで広範囲に調整することができる。このため、本実施の形態の永久磁石式回転電機によれば、永久磁石３をｄ軸電流で磁化させることにより永久磁石３と永久磁石４ａとを合わせた全鎖交磁束量を広範囲に調整することができる。

（１）低速域では、永久磁石３は永久磁石４ａの鎖交磁束と同方向（図５，６で示した増磁状態）で最大値になるようにｄ軸電流で磁化する。永久磁石３，４ａによるトルクは最大になるので、回転電機のトルク及び出力は最大にすることができる。すなわち、本発明の永久磁石電動機ドライブシステムの磁化部は、永久磁石式回転電機の最大トルク時には磁極の永久磁石の磁束が加え合わせになるように保磁力と磁化方向厚みの積が他よりも小さな永久磁石３を磁化させる。

（２）中・高速域では、永久磁石３の磁束を低下させ（図７，８の減磁状態）、全鎖交磁束量を下げる。これにより回転電機の電圧は下がるので、電源電圧の上限値に対して余裕ができ、回転速度（周波数）をさらに高くすることが可能となる。すなわち、本発明の永久磁石電動機ドライブシステムの磁化部は、トルクの小さな軽負荷時や中速回転域と高速回転域では、保磁力と磁化方向厚みの積が他よりも小さな永久磁石３に対して、電流による磁界で磁化させて磁束を減少させるか、又は磁界で永久磁石３の極性を反転させる。

このようにして、本実施の形態の永久磁石式回転電機では、高出力で低速回転から超高速回転まで広範囲の可変速運転を実現できる。加えて、本実施の形態の永久磁石式回転電機では、鎖交磁束を変化させるときの着磁電流は極短時間のみ流すので損失を著しく低減できるので、広い運転範囲で高効率となる。

次に、本実施の形態の永久磁石式回転電機において、トルク電流の影響について述べる。回転電機が出力を発生するときは、固定子の電機子巻線にｑ軸電流を流すことにより、ｑ軸電流と永久磁石３，４ａの磁束との磁気作用でトルクを発生させる。このときｑ軸電流による磁界が発生する。しかし、永久磁石３はｑ軸方向に配置され、磁化方向はｑ軸方向と直角方向であることから、永久磁石３の磁化方向とｑ軸電流による磁界とは直交する方向になるので、ｑ軸電流による磁界の影響はわずかとなる。

本発明の永久磁石電動機ドライブシステムの磁化部は、ｄ軸電流による磁界で永久磁石３を磁化させて永久磁石３の磁束量を不可逆的に変化させるか、磁界で永久磁石３の極性を反転させ、さらにｑ軸電流によりトルクを制御することもできる。

次に、本実施の形態の永久磁石式回転電機において、永久磁石３，４ａそれぞれの両端部に設けた空洞５，６の作用について述べる。空洞５，６は、永久磁石３，４ａによる遠心力が回転子鉄心２ａに作用した時の回転子鉄心２ａへの応力集中と減磁界を緩和する。

図２，３に示したように空洞５，６を設けることにより、回転子鉄心２ａは曲率のついた形状にでき、応力が緩和される。また、電流による磁界が永久磁石３，４ａの角部に集中して減磁界が作用し、角部が不可逆減磁する場合がある。本実施の形態では、永久磁石３，４ａそれぞれの端部に空洞６，５を設けているため、永久磁石３，４ａの端部での電流による減磁界が緩和される。

次に、本実施の形態の永久磁石式回転電機における回転子１ａの構造的強度について述べる。回転子鉄心２ａ内に永久磁石３と永久磁石４ａとが埋め込まれており、回転子鉄心２ａで永久磁石３，４ａを固定している。

以上の構成により、本実施の形態の永久磁石式回転電機は、次の効果を奏する。ＮｄＦｅＢ磁石の永久磁石４ａの鎖交磁束を正方向とすると、アルニコ磁石の永久磁石３の鎖交磁束を正方向の最大値から０、さらには逆方向の最大値まで広範囲に調整することができる。したがって、本実施の形態では、永久磁石３をｄ軸電流で磁化させることによって永久磁石３，４ａを合わせた全鎖交磁束量を広範囲に調整することができる。また、永久磁石３，４ａの全鎖交磁束量を広範囲に調整できることで、永久磁石式回転電機の電圧も広範囲に調整できる。また、着磁は極短時間のパルス的な電流で行うので、常時弱め磁束電流を流し続ける必要がなく、損失を大幅に低減できる。また、従来のように弱め磁束制御を行う必要がないので、高調波磁束による高調波鉄損も発生しない。以上より、本実施の形態の永久磁石式回転電機では、高出力で低速から高速までの広範囲の可変速運転を可能とし、広い運転範囲において高効率も可能となる。加えて、永久磁石による誘導電圧に関しては、永久磁石３をｄ軸電流で着磁して永久磁石３，４ａの全鎖交磁束量を小さくできるので、永久磁石３，４ａの誘導電圧によるインバータ電子部品の破損がなくなり、信頼性が向上する。さらに、永久磁石式回転電機が無負荷で連れ回される状態では、永久磁石３を負のｄ軸電流で着磁して永久磁石３，４ａの全鎖交磁束量を小さくできる。これより、誘導電圧は著しく低くなり、誘導電圧を下げるための弱め磁束電流を常時通電する必要がほとんどなくなり、総合効率が向上する。特に惰行運転時間が長くなる通勤電車に本実施の形態の永久磁石式回転電機を搭載して駆動すると、総合運転効率は大幅に向上する。

なお、本発明の永久磁石式回転電機では、ｄ軸電流による磁界で永久磁石３を不可逆的に磁化して鎖交磁束量を変化させることができる。さらに負のｄ軸電流による磁束を常時発生させることにより、負のｄ軸電流による磁束と永久磁石３，４ａによる磁束から成る鎖交磁束は、負のｄ軸電流による磁束で調整することができる。すなわち、永久磁石３の磁化状態を不可逆的に変化させることによって鎖交磁束量を大きく変化させることができ、その上、常時通電させる負のｄ軸電流により鎖交磁束量を微調整することができる。このとき常時通電する負のｄ軸電流が微調整する鎖交磁束量は僅かなので、常時流し続ける負のｄ軸電流は僅かとなり、大きな損失は発生しない。これにより、本実施の形態の永久磁石式回転電機によれば、電圧の基になる鎖交磁束量を広範囲で変化させるとともに微調整することができ、しかも高効率で可変できるようになる。

本発明の永久磁石電動機ドライブシステムの磁化部は、永久磁石式回転電機の運転時において、ｄ軸電流による磁界で永久磁石３を磁化させて永久磁石３の磁束量を不可逆的に変化させるか、磁界で永久磁石３の極性を反転させる動作と、ｄ軸電流で生じる磁束により電流と永久磁石で生じる電機子巻線の鎖交磁束量をほぼ可逆的に変化させる動作とを選択的に実行することもできる。

本発明の実施例２の形態の永久磁石式回転電機は、実施例１の形態の永久磁石式回転電機において、複数種類の永久磁石の中で保磁力と磁化方向厚みの積が大きな永久磁石４ａは、Ｄｙ元素をほとんど含まないＮｄＦｅＢ系の永久磁石である。したがって、その他の構成は実施例１と同様である。

Ｄｙ元素が少ないと永久磁石の残留磁束密度は高くなり、２０℃において１．３３Ｔ以上の残留磁束密度が得られる。

従来の回転電機は高速になると誘導電圧による電圧上昇を抑制するために負のｄ軸電流による弱め磁束制御を行っている。このとき永久磁石には過大な逆磁界が作用して永久磁石は不可逆減磁して出力が大幅に低下したままになる場合もある。この対策としてＮｄＦｅＢ磁石の中でも保磁力の大きな磁石を適用する。ＮｄＦｅＢ磁石の保磁力を大きくする方法としてＤｙ元素を添加するが、これにより永久磁石の残留磁束密度が低下して回転電機の出力も低下する。また、耐減磁を向上させるためにだけＮｄＦｅＢ磁石の磁化方向厚を厚くすることになる。

本実施の形態の永久磁石式回転電機では永久磁石３のアルニコ磁石を不可逆的に磁化させて電圧となる鎖交磁束量を調整している。したがって、ＮｄＦｅＢ磁石の永久磁石４ａに過大な逆磁界が作用するような弱め磁束制御は使用しない。微調整のための弱め制御を使用する場合もあるが、僅かな電流なので逆磁界も極めて小さくできる。これより、本実施の形態の永久磁石式回転電機は、従来の回転電機には減磁のため使用できなかった低保磁力で高残留磁束密度のＮｄＦｅＢ磁石を適用することができるようになり、ＮｄＦｅＢ磁石によるエアギャップ磁束密度は高くなり、高出力が得られる。

例えば、従来の回転電機に適用するＮｄＦｅ磁石の特性は保磁力Ｈｃｊ＝２２２８ｋＡ／ｍ、残留磁束密度Ｂｒ＝１．２３Ｔであり、本実施の形態に適用するＮｄＦｅＢ磁石の特性はＨｃｊ＝８７５ｋＡ／ｍ、残留磁束密度Ｂｒ＝１．４５Ｔである。このように保磁力は小さいが磁束密度は１．１７倍の磁石の適用が可能となり、約１．１７倍に高出力が期待できる。

また、従来の回転電機では出力に貢献せずに耐減磁のために磁石の厚みを増加していたが、本実施の形態の永久磁石式回転電機は減磁界が小さいのでＮｄＦｅＢ磁石の使用量を低減できる。また、埋蔵量の少ないＤｙ元素をほとんど添加しないＮｄＦｅＢ磁石を適用できようになるので、将来的にも安定して製造できる。

図９は、本発明の実施例３の永久磁石式回転電機の回転子１ｂのブロック２０（あるいは２３）における径方向断面図である。本実施の形態の永久磁石式回転電機は、図９に示す回転子１ｂとそれを収容する固定子とで構成される。回転子１ｂは、積層して構成された複数の回転子鉄心２ｂの各々に周方向に沿って複数の永久磁石４ｂを設けている。また、本実施例の回転子１ｂは、実施例１，２と同様に軸方向に複数のブロックに分割されているものとし、所定のブロック毎に、形状と磁気特性との少なくとも１つが異なる複数種類の永久磁石の中から選択された１種類の複数の永久磁石が配置されて磁極を形成する。永久磁石４ｂは、複数種類の永久磁石のうち磁化による磁束の変化が小さく極性が反転することのない磁石であり、回転子１ｂの内径側に凸の形状に設置されて磁極を形成する。なお、図示していないが、回転子１ｂは、アルニコ磁石のように磁束の変化あるいは極性の反転を示す永久磁石が設けられたブロックも有する。当該ブロックにおいてアルニコ磁石は、回転子鉄心２ｂ内のｑ軸上に回転子１ｂの径方向に沿う姿勢に配置されている。

図９に示すように、本実施の形態における複数の永久磁石４ｂは、１以上のブロックにおいて磁極毎にハの字型又はＶ字型に設置されている。永久磁石４ｂをハの字型又はＶ字型にすることにより、永久磁石４ｂの磁極の面積を広くすることができる。さらに、永久磁石４ｂをハの字型又はＶ字型にすることにより、ｑ軸磁束の磁路を妨げて、ｑ軸インダクタンスを低減でき、これより回転電機の力率を向上できる。磁極鉄心９の中央部の磁束密度が最大でも１．９Ｔ程度にすれば、エアギャップの磁束分布が歪まず、永久磁石の磁束を有効に利用できる。

なお、本実施の形態にあっても、実施例２のように、保磁力と磁化方向厚みの積が大となる永久磁石４ｂとして、Ｄｙ元素が少ないＮｄＦｅＢ磁石を採用することができ、それによっていっそう高出力で、軽量の回転電機が実現できる。

また、上述した実施例には、下記に示す変形例が考えられる。

（変形例１）上記実施例１乃至３の形態それぞれにおいて、回転子１ａ，１ｂは、固定子に挿入して組み立てる製造時に、保磁力と磁化方向厚みの積が小さな永久磁石３による磁束と、保磁力と磁化方向厚みの積が大きな永久磁石４ａ，４ｂによる磁束とが、磁極又はエアギャップ面で互いに逆方向となるように永久磁石３を磁化させた状態にすることができる。

製造工程で、着磁した回転子１ａ，１ｂを固定子に挿入して組立を行うには、永久磁石の磁気吸引力に対策が必要である。そこで、本例のように、永久磁石３の磁束と永久磁石４ａ（４ｂ）の磁束とが互いに逆方向になるように磁化することで、回転子１ａ（１ｂ）から発生する永久磁石の磁束量は少なくできる。この結果、回転子１ａ（１ｂ）と固定子との間で生じる磁気吸引力は小さくなり、組立作業性が向上する。さらに、永久磁石３と永久磁石４ａ（４ｂ）とにより発生する磁束量を０にすると、磁気吸引力はなくなり、回転子１ａ（１ｂ）を固定子に組み込む作業は極めて容易にできる。

また、回転子１ａは、回転子鉄心溝加工を施した際の表裏がブロック毎に交互に構成されている。これにより、回転子鉄心２ａの積みのばらつきの分散を小さくでき、設計寸法の誤差を小さくすることができる。

（変形例２）上記の各実施の形態において、複数種類の永久磁石の中で保磁力と磁化方向厚みの積が大きな永久磁石４ａは、回転子１ａの最高回転速度において自己の永久磁石４ａによる逆起電圧が当該永久磁石式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なるものとする。

永久磁石による逆起電圧は回転速度に比例して高くなる。この逆起電圧がインバータの電子部品に印加し、電子部品の耐電圧以上になると電子部品が絶縁破壊する。そのため、従来の永久磁石式回転電機では、設計時に耐電圧により永久磁石の逆起電圧が制限され、永久磁石の磁束量が削減され、モータの低速域での出力及び効率が低下する問題点があった。

そこで、高速回転時になると負のｄ軸電流により減磁方向の磁界で永久磁石を不可逆的に磁化させて永久磁石３の磁束を０近傍まで小さくする。永久磁石３による逆起電圧はほぼ０にできるので、磁束量を調整できない永久磁石４ａによる逆起電圧を最高回転速度で耐電圧以下にすればよい。すなわち、ＮｄＦｅＢ磁石の永久磁石４ａのみの磁束量を耐電圧以下までになるまで小さくすることになる。一方、低速回転時では、最大の磁束量となるように磁化された永久磁石３と永久磁石４ａとによる鎖交磁束量は増加できる。

さらには、実用上では、最高速域ではアルニコ磁石の永久磁石３は低速時とは逆方向に磁化されることになるので、総鎖交磁束量は永久磁石４ａのみの鎖交磁束よりも小さくなる。すなわち、本例の永久磁石式回転電機では、高速時の逆起電圧は永久磁石４ａのみによる逆起電圧よりも小さくなり、実質的には耐電圧と許容最高回転数は十分な余裕ができる。これにより、本例２の永久磁石式回転電機の構成にすれば、低速回転時での高出力と高効率を維持しながら、高速回転時の逆起電圧を抑制でき、インバータを含めたシステムの信頼性を高めることができる。

（変形例３）上記各実施の形態では、８極の永久磁石式回転電機について例示して説明したが、８極以外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、形状が幾分変るが、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、保磁力と磁化方向の厚みの積をもって永久磁石を区別する定義をしている。したがって、磁極には同じ種類の永久磁石で形成し、磁化方向厚みを異なるように形成しても同様な作用と効果が得られる。

本発明に係る永久磁石式回転電機及び永久磁石式電動機ドライブシステムは、回転電機を動力源として搭載する車両等に利用可能である。

本発明の実施例１の形態の永久磁石式回転電機の回転子の外観を示す図である。 本発明の実施例１の形態の永久磁石式回転電機の回転子の径方向断面図である。 本発明の実施例１の形態の永久磁石式回転電機の回転子の径方向断面図である。 種々の材料の永久磁石の磁気特性を示すＢＨ特性図である。 本発明の実施例１の形態の永久磁石式回転電機において固定子との鎖交磁束が最大となるように永久磁石を不可逆的に磁化した場合における永久磁石の磁束の向きを示す図である。 本発明の実施例１の形態の永久磁石式回転電機において固定子との鎖交磁束が最大となる場合における永久磁石の磁束の向きとともに示す回転子の斜視図である。 本発明の実施例１の形態の永久磁石式回転電機において固定子との鎖交磁束が最小となるように負のｄ軸電流による減磁磁界が作用した後の永久磁石の磁束の向きを示す図である。 本発明の実施例１の形態の永久磁石式回転電機において固定子との鎖交磁束が最小となる場合における永久磁石の磁束の向きとともに示す回転子の斜視図である。 本発明の実施例３の形態の永久磁石式回転電機の回転子の径方向断面図である。 従来の永久磁石式回転電機の回転子の構成を示す径方向断面図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ 回転子
２，２ａ，２ｂ 回転子鉄心
３，４，４ａ，４ｂ 永久磁石
５，６ 空洞
７，８ 磁気障壁
９ 磁極鉄心
１０，１１，１２，１３，１４，１５ 磁束の流れ
１６ 空洞
２０，２１，２２，２３ ブロック

Claims (23)

1. 電機子巻線を持つ固定子と、前記固定子の内周側にエアギャップを介して対向配置され、積層して構成された複数の回転子鉄心の各々に周方向に沿って複数の永久磁石を設け、軸方向に所定のブロック毎に分割されて構成される回転子とを備えた永久磁石式回転電機において、
   前記回転子は、前記所定のブロック毎に、形状と磁気特性との少なくとも１つが異なる複数種類の永久磁石の中から選択された１種類の前記複数の永久磁石が配置されて磁極を形成し、
   前記永久磁石同士の周方向の間には空隙による磁気障壁が設けられ、前記永久磁石は、隣接するブロックにおける前記磁気障壁に対応する位置に設けられ、
   前記複数種類の永久磁石のうち、一方の種類の永久磁石の磁化容易方向は前記回転子半径に対して直角方向であり、他方の種類の永久磁石の磁化容易方向は、前記回転子の周方向に対して直角方向であることを特徴とする永久磁石式回転電機。
2. 前記複数種類の永久磁石の各々は、磁化方向が互いに他の種類の永久磁石と異なることを特徴とする請求項１記載の永久磁石式回転電機。
3. 前記複数種類の永久磁石のうち磁化による磁束の変化が小さい永久磁石は、前記回転子の内径側に凸の形状に設置されて磁極を形成することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の永久磁石式回転電機。
4. 前記複数の永久磁石は、１以上の前記ブロックにおいて磁極毎にハの字型又はＶ字型に設置されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の永久磁石式回転電機。
5. 前記複数の回転子鉄心の中で磁化により磁束の変化あるいは極性の反転を示す永久磁石を有する回転子鉄心は、前記永久磁石の容易磁化方向が自己の回転子鉄心の半径方向と直角に交わるように前記永久磁石を配置して磁極を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の永久磁石式回転電機。
6. 前記回転子は、分割されたブロックのうち軸方向両端部に位置するブロックにおいて、磁化による磁束の変化が小さい永久磁石を配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の永久磁石式回転電機。
7. 前記回転子は、回転子鉄心溝加工を施した際の表裏がブロック毎に交互に構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の永久磁石式回転電機。
8. 前記複数種類の永久磁石の各々は、保磁力と磁化方向厚みの積が互いに他の種類の永久磁石と異なることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の永久磁石式回転電機。
9. 前記複数種類の永久磁石の中で保磁力と磁化方向厚みの積が大きな永久磁石は、Ｄｙ元素をほとんど含まないＮｄＦｅＢ系の永久磁石であることを特徴とする請求項８記載の永久磁石式回転電機。
10. 前記複数種類の永久磁石の中で保磁力と磁化方向厚みの積が大きな永久磁石は、前記回転子の最高回転速度において自己の永久磁石による逆起電圧が当該永久磁石式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なるものであることを特徴とする請求項８又は請求項９記載の永久磁石式回転電機。
11. 前記回転子は、固定子に挿入して組み立てる際に、保磁力と磁化方向厚みの積が小さな永久磁石による磁束と、保磁力と磁化方向厚みの積が大きな永久磁石による磁束とが磁極又は前記エアギャップ面で互いに逆方向となることを特徴とする請求項８乃至請求項１０のいずれか１項記載の永久磁石式回転電機。
12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか１項記載の永久磁石式回転電機と、
    前記永久磁石式回転電機を駆動するインバータと、
    前記永久磁石の磁束を制御するための磁化電流を流す磁化部と、
    を備えることを特徴とする永久磁石電動機ドライブシステム。
13. 前記磁化部は、前記電機子巻線に電流を流して作る磁界により、各磁極において前記回転子が有する永久磁石のうち少なくとも１個の永久磁石を磁化させて永久磁石の磁束量を不可逆的に変化させることを特徴とする請求項１２記載の永久磁石電動機ドライブシステム。
14. 前記磁化部は、前記電機子巻線に電流を流して作る磁界により、各磁極において前記回転子が有する永久磁石のうち少なくとも１個の永久磁石を磁化させて、前記回転子が有する全ての永久磁石による電機子巻線の鎖交磁束量をほぼ０にすることを特徴とする請求項１３記載の永久磁石電動機ドライブシステム。
15. 前記回転子は、磁極を形成する永久磁石の磁束が加え合わせになるように前記複数種類の永久磁石を配置し、
    前記磁化部は、前記電機子巻線に電流を流して作る磁界により、前記永久磁石の一部を磁化させて永久磁石による鎖交磁束を不可逆的に減少させ、減少後に電流による磁界を前記磁界とは逆方向に発生させて前記永久磁石の一部を磁化させて鎖交磁束量を不可逆的に増加させることを特徴とする請求項１２乃至請求項１４のいずれか１項記載の永久磁石電動機ドライブシステム。
16. 前記磁化部は、前記電機子巻線に電流を流して作る磁界により、各磁極において前記回転子が有する永久磁石のうち少なくとも１個の永久磁石を磁化させて永久磁石の極性を反転させることを特徴とする請求項１２記載の永久磁石電動機ドライブシステム。
17. 前記回転子は、磁極を形成する永久磁石の磁束が加え合わせになるように前記複数種類の永久磁石を配置し、
    前記磁化部は、前記電機子巻線に電流を流して作る磁界により、前記永久磁石の一部を磁化させて永久磁石の極性を反転させ、反転後に電流による磁界を前記磁界とは逆方向に発生させてさらに前記永久磁石の極性を反転させて元の極性にすることを特徴とする請求項１６記載の永久磁石電動機ドライブシステム。
18. 請求項８乃至請求項１１のいずれか１項記載の永久磁石式回転電機と、
    前記永久磁石式回転電機を駆動するインバータと、
    前記永久磁石の磁束を制御するための磁化電流を流す磁化部とを備え、
    前記磁化部は、前記複数種類の永久磁石のうち保磁力と磁化方向厚みの積が他の種類の永久磁石のものと比較して小さい永久磁石に対して、前記電機子巻線に電流を流して作る磁界により永久磁石の磁束量を不可逆的に変化させるか、又は前記永久磁石の極性を反転させることを特徴とする永久磁石電動機ドライブシステム。
19. 前記磁化部は、前記永久磁石式回転電機の最大トルク時には磁極の永久磁石の磁束が加え合わせになるように保磁力と磁化方向厚みの積が他よりも小さな永久磁石を磁化させ、トルクの小さな軽負荷時や中速回転域と高速回転域では、前記保磁力と磁化方向厚みの積が他よりも小さな永久磁石は、電流による磁界で磁化させて磁束を減少させるか、又は前記磁界で前記永久磁石の極性を反転させることを特徴とする請求項１８記載の永久磁石電動機ドライブシステム。
20. 前記永久磁石式回転電機は、各磁極の中で保磁力と磁化方向厚みの積が小さな永久磁石の保磁力と磁化方向厚みの積が、保磁力と磁化方向厚みの積が大きな永久磁石の無負荷時の動作点における磁界の強さと磁化方向厚みの積にほぼ等しいか又はそれ以上としたことを特徴とする請求項１８又は請求項１９記載の永久磁石電動機ドライブシステム。
21. 前記磁化部は、ｄ軸電流による磁界で永久磁石を磁化させて永久磁石の磁束量を不可逆的に変化させるか、前記磁界で永久磁石の極性を反転させ、さらにｑ軸電流によりトルクを制御することを特徴とする請求項１２乃至請求項２０のいずれか１項記載の永久磁石電動機ドライブシステム。
22. 前記磁化部は、前記永久磁石式回転電機の運転時において、ｄ軸電流による磁界で永久磁石を磁化させて永久磁石の磁束量を不可逆的に変化させるか、前記磁界で永久磁石の極性を反転させる動作と、ｄ軸電流で生じる磁束により電流と永久磁石で生じる電機子巻線の鎖交磁束量をほぼ可逆的に変化させる動作とを選択的に実行することを特徴とする請求項１２乃至請求項２１のいずれか１項記載の永久磁石電動機ドライブシステム。
23. 前記回転子は、各磁極において磁束の変化あるいは極性の反転を示す前記永久磁石に対し、他の永久磁石からバイアス的な磁界が作用するように各永久磁石を配置してなることを特徴とする請求項１２乃至請求項２２のいずれか１項記載の永久磁石電動機ドライブシステム。

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