WO2010058576A1

WO2010058576A1 - 永久磁石式回転電機

Info

Publication number: WO2010058576A1
Application number: PCT/JP2009/006216
Authority: WO
Inventors: 堺和人; 橋場豊; 高橋則雄; 結城和明
Original assignee: 株式会社東芝
Priority date: 2008-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2010-05-27
Also published as: JP2010124608A; EP2360814A4; JP5159577B2; US20120091848A1; EP2360814A1; EP2360814B1; CN102217170A; CN102217170B; US8624457B2

Abstract

　減磁時及び増磁時の磁化電流の増加を抑止し、高出力で低速から高速までの広範囲での可変速運転を可能とする。　回転子１は、回転子鉄心２、可変磁力磁石３、固定磁力磁石４から構成する。可変磁力磁石３と固定磁力磁石４ａを各磁石の磁化方向に重ね合わせて磁石直列を構成する。この磁石直列は、磁化方向がｄ軸方向となる位置で回転子鉄心２内に配置する。可変磁力磁石３と固定磁力磁石４ａの磁石直列の両側に、固定磁力磁石４ｂ，４ｂを磁化方向がｄ軸方向となる位置で配置する。可変磁力磁石３の鎖交磁束を減少させる場合は、電機子巻線の電流により可変磁力磁石３の磁化方向と逆方向の磁界を作用させる。可変磁力磁石３の鎖交磁束を増加させる場合は、電機子巻線の電流により磁石磁化方向と同方向の磁界を作用させる。

Description

永久磁石式回転電機

　本発明は、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不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。

　一般に、永久磁石式回転電機は大きく分けて２種類のタイプがある。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。可変速駆動用モータとしては、埋め込み型永久磁石式回転電機が適している。

　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品に印加されてそ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、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。

　低速から高速まで定出力に近い可変速運転を行う場合、永久磁右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広範囲に可変速運転することができなくなる。

　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。電機子巻線の総鎖交磁束量はｄ軸電流による磁束と永久磁石による磁束とから成る。弱め磁束制御では、負のｄ軸電流による磁束を発生させることによって、この負のｄ軸電流による磁束で全鎖交磁束量を減少させる。また、弱め磁束制御においても高保磁力の永久磁石は磁気特性（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、永久磁石は弱め磁束制御の滅磁界により不可逆的に滅磁しないように高保磁力の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、出力には寄与しない負の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軸電流による滅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問題がある。また、高調波磁束による電磁力で振動を発生する可能性もある。

　ハイブリッド自動車用駆動電動機に埋め込み型永久磁石電動機を適用した場合、エンジンのみで駆動される状態では電動機は連れ回される。中・高速回転では電動機の永久磁石による誘導電圧が上昇するので、電源電圧以内に抑制するため、弱め磁束制御で負のｄ軸電流を流し続ける。この状態では、電動機は損失のみを発生するので総合運転効率が悪化する。

　電車用駆動電動機に埋め込み型永久磁石電動機を適用した場合、電車は惰行運転する状態があり、上記ハイブリッド自動車用駆動電動機と同様に永久磁石による誘導電圧を電源電圧以下にするために弱め磁束制御で負のｄ軸電流を流し続ける。その場合、電動機は損失のみを発生するので総合運転効率が悪化する。

　このような問題点を解決する技術として、特許文献１や特許文献２には、固定子巻線の電流で作る磁界により不可逆的に磁束密度が変化する程度の低保磁力の永久磁石（以下、可変磁力磁石という）と、可変磁力磁石の２倍以上の保磁力を有する高保磁力の永久磁石（以下、固定磁力磁石という）を配置し、電源電圧の最大電圧以上となる高速回転域では可変磁力磁石と固定磁力磁石による全鎖交磁束が減じるように、電流による磁界で可変磁力磁石を磁化させて全鎖交磁束量を調整する技術が記載されている。

　この特許文献１の永久磁石式回転電機は、図１５に記載のような構成の回転子１を備えている。すなわち、回転子１は、回転子鉄心２、８個の可変磁力磁石３及び８個の固定磁力磁石４から構成されている。回転子鉄心２は珪素鋼板を積層して構成され、可変磁力磁石３はアルニコ磁石またはＦｅＣｒＣｏ磁石であり、固定磁力磁石４はＮｄＦｅＢ磁石である。

　可変磁力磁石３は回転子鉄心２の中に埋め込まれ、可変磁力磁石３の両端部には第１の空洞５が設けられている。可変磁力磁石３は磁極間の中心軸になるｑ軸と一致する回転子の半径方向に沿って配置され、半径方向に対して直角方向に磁化される。固定磁力磁石４は回転子鉄心２内に埋め込まれ、固定磁力磁石４の両端部には第２の空洞６が設けられている。固定磁力磁石４は、２個の可変磁力磁石３により回転子１内周側で挟まれるように回転子１のほぼ周方向に配置されている。固定磁力磁石４は回転子１の周方向に対してほぼ直角方向に磁化されている。

　回転子鉄心２の磁極部７は２個の可変磁力磁石３と１個の固定磁力磁石４で取り囲まれるようにして形成されている。回転子鉄心２の磁極部７の中心軸方向がｄ軸、磁極間の中心軸方向がｑ軸となる。この回転子１を採用した特許文献１の永久磁石式回転電機では、固定子巻線に通電時間が極短時間（１００μｓ～１ｍｓ程度）となるパルス的な電流を流して磁界を形成し、可変磁力磁石３に磁界を作用させる。着磁磁界を２５０ｋＡ／ｍとすると、理想的には可変磁力磁石３には十分な着磁磁界が作用し、固定磁力磁石４には着磁による不可逆減磁はない。

　その結果、特許文献１の永久磁石式回転電機では、回転子１のｄ軸電流により可変磁力磁石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の両方向にできる。すなわち、固定磁力磁石４の鎖交磁束を正方向とすると、可変磁力磁石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。従って、特許文献１の回転子では、可変磁力磁石３をｄ軸電流で着磁することにより可変磁力磁石３と固定磁力磁石４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。

　例えば、低速域では可変磁力磁石３は固定磁力磁石４の鎖交磁束と同方向（初期状態）で最大値になるようにｄ軸電流で磁化することにより、永久磁石によるトルクは最大値になるので、回転電機のトルク及び出力を最大にすることができる。中・高速域では、可変磁力磁石３の磁束量を低下させ、全鎖交磁束量を下げることにより、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。

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・他共著、オーム社、２００１年１０月、ISBN: 4-274-03567-0

　前記のような構成を有する特許文献１の永久磁石式回転電機は、回転子１のｄ軸電流により、可変磁力磁石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の両方向にできるという優れた特性を有する。その反面、可変磁力磁石３を増磁させる場合に大きな磁化電流が必要となり、電動機を駆動するためのインバータの大型化を招くことになる。

　特に、永久磁石の特性上、減磁の場合よりも増磁の場合に大きな磁化電流が要求されるが、特許文献１の永久磁石式回転電機は、２種類の磁石が磁気的に並列に配置された構成のため、固定磁力磁石４の鎖交磁束の影響で、可変磁力磁石３の増磁に大きな磁界が必要となる。

　図１６（Ａ）から（Ｄ）は、そのことを説明する模式図である。特許文献１の永久磁石式回転電機では、図１６（Ａ）のように、２つの可変磁力磁石３と１つの固定磁力磁石４とが、ｄ軸を中心としてＵ字形に配置されている。電動機の通常の運転状態では、可変磁力磁石３及び固定磁力磁石４の磁束の方向は、中心の磁極部７の方を向いている。この状態で、ｄ軸電流をパルス的に流して、減磁用の磁界を発生すると、その磁束は図１６（Ｂ）のように、回転子１の外周側から可変磁力磁石３及び固定磁力磁石４を貫くように発生し、それによって、可変磁力磁石３は減磁される。このとき、固定磁力磁石４は、保磁力が高いため、減磁されることはない。

　この減磁の場合、図１６（Ｂ）のように、固定磁力磁石４の磁束は、ｄ軸方向と共に可変磁力磁石３の内側から外側に向かって、可変磁力磁石３の当初の磁束の向きとは逆に流れるので、ｄ軸電流の作る磁界による減磁作用を補助する。そのため、図１６（Ｃ）のように、可変磁力磁石３の極性を反転させるまでの減磁が可能である。

　一方、増磁の場合には、ｄ軸電流を再びパルス的に印加することで、図１６（Ｄ）に示すように、図１６（Ｂ）とは逆方向の磁界を発生させ、その磁界を構成する逆方向の磁束によって、減磁した可変磁力磁石３の鎖交磁束を図１６（Ａ）の通常運転時の状態に戻す。しかし、本来、減磁に比較して増磁のためのエネルギーが大きく必要な上、図１６（Ｄ）のように、可変磁力磁石３には固定磁力磁石４の磁束が減磁方向に加わっているため、これに打ち勝つだけの大きな磁界を生成することのできる磁化電流が必要となる。

　このように、特許文献１の永久磁石式回転電機は、２種類の磁石を磁気的に並列に配置したため、可変磁力磁石３の減磁量を大きくとることができ、磁力の変化幅を０～１００％のように大きくすることができる利点はあるものの、増磁時に必要とする磁化電流が大きいという問題があった。

　このような問題は、増磁時に限らず、可変磁力磁石３の減磁時においても少なからず発生するものであって、可変磁力磁石３の磁束量を効率よく行える永久磁石式回転電機の出現が望まれていた。

　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、可変磁力磁石の増磁時における磁化電流を減少させることで、インバータの大型化を必要とすることなく、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、効率の向上を可能とした永久磁石式回転電機を提供することを目的とする。

　本発明は、保磁力と磁化方向厚の積が互いに異なる２種類以上の永久磁石を用いて、回転子鉄心内に複数個の磁極を形成して回転子を構成し、この回転子の外周に、エアギャップを介して電機子鉄心と電機子巻線からなる固定子を配置してなる永久磁石式回転電機において、次のような技術的特徴を有する。すなわち、前記２種類以上の永久磁石のうち、保磁力と磁化方向厚の積が他の永久磁石と比べて小さい永久磁石を積が小の永久磁石、保磁力と磁化方向厚の積が他の永久磁石と比べて大きい永久磁石を積が大の永久磁石と定義した場合に、前記２種類以上の永久磁石を含む２個以上の永久磁石を磁気回路上で直列に配置して磁石直列を形成し、この磁石直列に対して、前記積が大の永久磁石を磁気回路上で並列に配置し、前記電機子巻線の電流が作る磁界により、前記磁石直列を形成する永久磁石のうち、前記積が小の永久磁石を磁化させて、磁極を構成する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。

　本発明において、回転子の各磁極に２種類以上の永久磁石を磁気回路上で直並列に配置すること、複数の磁極の間で２種類以上の永久磁石を磁気回路上で直並列に配置することも可能である。また、各磁極に、磁気障壁を設けたり、短絡コイルを設けることも可能である。

　以上のような構成を有する本発明によれば、保磁力と磁化方向厚の積が小の永久磁石の減磁時および増磁時の磁化電流の増加を抑止できるので、回転機の効率化を達成することができる。

本発明の第１の実施の形態における回転子と固定子の断面図。磁石の鎖交磁束が最大の状態を示す断面図。コイルの電流で可変磁力磁石の磁力減少させる磁界を発生させた状態を示す断面図。電流による逆磁界で可変磁力磁石の磁力が減少した状態を示す断面図。電流による逆磁界で可変磁力磁石が逆方向に磁化し、磁石の鎖交磁束が最小の状態を示す断面図。コイルの電流で極性反転した可変磁力磁石の磁力を減少させる磁界を発生た状態を示す断面図。電流による磁界で極性反転した可変磁力磁石の磁力を減少させた状態を示す断面図。電流による逆磁界で可変磁力磁石が逆方向に磁化し、磁石の鎖交磁束が最大の状態を示す断面図。低保磁力磁石の動作点変化と代表的磁石の磁気特性を示す図。第１の実施の形態における減磁時の状態を示す断面図。本発明における磁気障壁とｑ軸磁束との関係を示す断面図。本発明における短絡コイルの作用を示す断面図。本発明の第２の実施の形態の構成を示す模式図。本発明の第３の実施の形態の構成を示す模式図。特許文献１に記載の回転子の断面図。特許文献１に記載の回転子の作用を示す模式図。

　以下、本発明に係る永久磁石式型回転電機の実施の形態について、図１～１２を参照して説明する。なお、以下の実施の形態の回転電機は１２極の場合で説明しているが、本発明は、他の極数でも同様に適用できる。

（１．第１の実施の形態）
（１－１．構成）
　本発明の第１の実施の形態について、図１を用いて説明する。

　本発明の第１の実施の形態の回転子１は、図１に示すように回転子鉄心２、保磁力と磁化方向厚みの積が小となる永久磁石３（以下、可変磁力磁石という）、保磁力と磁化方向厚の積が大となる永久磁石（以下、固定磁力磁石という）４ａ，４ｂから構成する。ここで、４ａは、可変磁力磁石３と磁気回路上で直列に配置される１個の固定磁力磁石を示しており、４ｂは、可変磁力磁石３と磁気回路上で並列に配置される２個の固定磁力磁石を示している。回転子鉄心２は珪素鋼板を積層して構成し、前記の可変磁力磁石３及び固定磁力磁石４ａ，４ｂは回転子鉄心２内に埋め込む。

　回転子鉄心２内を通過する磁束が可変磁力磁石３及び固定磁力磁石４ａ，４ｂの部分をその厚さ方向に通過するように、可変磁力磁石３及び固定磁力磁石４ａ，４ｂの端部に空洞５，６を設ける。回転子鉄心２の磁極部７は１個の可変磁力磁石３と３個の固定磁力磁石４ａ，４ｂ，４ｂで取り囲まれるようにして形成する。回転子鉄心２の磁極部７の中心軸方向がｄ軸、磁極間の中心軸方向がｑ軸となる。

　可変磁力磁石３はフェライト磁石またはアルニコ磁石を使用することができる。固定磁力磁石４ａ，４ｂは、ＮｄＦｅＢ磁石とする。本実施の形態では、一例として、可変磁力磁石３に保磁力が２８０ｋＡ／ｍのフェライト磁石を使用し、固定磁力磁石４ａ，４ｂに保磁力が１０００ｋＡ／ｍのＮｄＦｅＢ磁石を使用する場合について説明する。

　可変磁力磁石３と固定磁力磁石４ａを各磁石の磁化方向に重ね合わせて１つの磁石を構成する。すなわち、可変磁力磁石３と固定磁力磁石４ａを同じ磁化方向として、磁気的に直列に重ねて配置し、磁石直列を形成する。この磁石直列は、磁化方向がｄ軸方向（ここでは、ほぼ回転子の半径方向）となる位置で回転子鉄心２内に配置する。一方、可変磁力磁石３と固定磁力磁石４ａの磁石直列の両側に、固定磁力磁石４ｂ，４ｂを磁化方向がｄ軸方向となる位置で配置する。この横に配置した固定磁力磁石４ｂ，４ｂは、前記磁石直列に対して、磁気回路上で並列回路を構成する。すなわち、磁気回路上では、可変磁力磁石３に対して、固定磁力磁石４ａを直列に配置し、固定磁力磁石４ｂ，４ｂを並列に配置する。また、回転子鉄心２の固定磁力磁石４ｂ，４ｂの外周部と内周部には、空洞９ａ，９ｂが設けられている。このうち、固定磁力磁石４ｂ，４ｂ外周部の空洞９ａは、固定磁力磁石４ｂ，４ｂの配置方向に沿って伸びており、磁気障壁を形成している。

　前記回転子鉄心２内に埋め込まれた、可変磁力磁石３と固定磁力磁石４ａを積層した磁石直列と、両側の固定磁力磁石４ｂ，４ｂとを取り囲むようにその上側（回転子の外周側）及び下側（回転子の内周側）に短絡コイル８を設ける。この時、短絡コイル８が固定磁力磁石４ｂ，４ｂの磁化方向が中心軸となるようにする。この短絡コイル８は、リング状の導電性部材から構成し、回転子鉄心２内に設けた空洞５，６の縁の部分にはめ込むように装着する。なお、回転子鉄心２の穴に高温で溶けた導電性部材を流し込んで鋳造して製作することも可能である。この短絡コイル８は、可変磁力磁石３を除いた他の固定磁力磁石４ｂ，４ｂの磁路部分に設ける。

　この短絡コイル８は、電機子巻線にｄ軸電流を通電させた場合に発生する磁束で、短絡電流が発生するものである。短絡コイル８に流れる短絡電流は、不可逆変化させる永久磁石３の磁化が変化する程度の強さで１秒以内に流れ、その後１秒以内に５０％以上減衰するものであることが好ましい。また、前記短絡コイル８のインダクタンス値と抵抗値を、可変磁力磁石３の磁化が変化する程度の短絡電流が流れるような値とすると、効率が良い。

　前記回転子２の外周には、エアギャップを介して固定子１０を設ける。この固定子１０は、電機子鉄心１１と電機子巻線１２とを有する。図中１３は、電機子鉄心１１の外周部に設けられた空洞である。この電機子巻線１２に流れる磁化電流により、前記短絡コイル８には誘導電流が誘起され、その誘導電流によって短絡コイル８を貫通する磁束が形成される。また、この電機子巻線１２に流れる磁化電流により、可変磁力磁石３の磁化方向が不可逆的に変化する。

　すなわち、可変磁力磁石３及び固定磁力磁石４ａに対しては、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可変磁力磁石３を磁化させて、その磁束量を不可逆的に変化させる。その場合、可変磁力磁石３を磁化するｄ軸電流を流すと同時にｑ軸電流により回転電機のトルクを制御する。

　また、ｄ軸電流で生じる磁束により、電流（ｑ軸電流とｄ軸電流とを合成した全電流）と可変磁力磁石３及び固定磁力磁石４ａ，４ｂとで生じる電機子巻線の鎖交磁束量、すなわち、回転電機の全電流によって電機子巻線に生じる磁束と、回転子側の２種類以上の永久磁石４ａ，４ｂによって生じる磁束とから構成される電機子巻線全体の鎖交磁束量をほぼ可逆的に変化させる。

　特に、本実施の形態では、瞬時の大きなｄ軸電流による磁界で可変磁力磁石３を不可逆変化させる。この状態で不可逆減磁がほとんど生じないか、僅かの不可逆減磁が生じる範囲のｄ軸電流を連続的に流して運転する。このときのｄ軸電流は電流位相を進めて端子電圧を調整するように作用する。

　また、大きなｄ軸電流で可変磁力磁石３の極性を反転させ、電流位相を進める運転制御方法を行う。このようにｄ軸電流で可変磁力磁石３の極性を反転させているので、端子電圧を低下させるような負のｄ軸電流を流しても、可変磁力磁石３にとっては減磁界ではなく増磁界となる。すなわち、負のｄ軸電流で可変磁力磁石３は減磁することなく、端子電圧の大きさを調整することができる。

　一般の磁石モータでは磁石の極性は反転していないので電流位相を進めることによりｄ軸電流が増加すると、磁石が不可逆減磁する問題があるが、本実施の形態においては、可変磁力磁石３の極性を反転させて位相を進めることが可能である。

（１－２．基本的な作用）
　次に、第１の実施の形態において、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～１００ｍｓ程度)となるパルス的な電流を流して磁界を形成し、可変磁力磁石３に磁界を作用させる。可変磁力磁石３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。

　２種類の永久磁石４ａ，４ｂの厚みはほぼ同等するとｄ軸電流による作用磁界による永久磁石の磁化状態変化は保磁力の大きさにより変わる。すなわち、作用磁界による永久磁石の磁化状態変化は、保磁力の大きさと永久磁石の厚みの積で概算する。本実施例では、フェライト磁石の保磁力は３００ｋＡ/ｍとし、ＮｄＦｅＢ磁石の保磁力は１０００ｋＡ/ｍとする。また、磁化方向の磁石厚みは同一で５ｍｍとする。磁化に要する起磁力は磁化に要する磁界と永久磁石の厚みの積で概算するので、フェライト磁石の９０％の着磁磁界は約３５０ｋＡ/ｍなので、磁化に要する起磁力は３５０ｋＡ/ｍ×５×１０^-3=１７５０Ａとなる。一方、ＮｄＦｅＢ磁石の９０％の着磁磁界は約１５００ｋＡ/ｍなので磁化に要する起磁力は１５００ｋＡ/ｍ×５×１０^-3=７５００Ａとなる。

　可変磁力磁石３であるフェライト磁石の磁力可変に必要な起磁力は、固定磁力磁石４ａ，４ｂであるＮｄＦｅＢ磁石の約２０％となる。従って、フェライト磁石の磁力を可変にできる電流では、ＮｄＦｅＢ磁石の磁力は変わらずに維持できる。これより、これらの磁石を直列に組み合わせて磁石直列を構成すると、ＮｄＦｅＢ磁石の磁力をベース分として維持して、フェライト磁石の磁力を変化させることにより、永久磁石の全鎖交磁束量を調整できる。

　初めに磁石の磁化方向とは逆方向の磁界を発生する負のｄ軸電流を電機子巻線にパルス的に通電させる。負のｄ軸電流によって変化した磁石内の磁界が１７５ｋＡ／ｍになったとすると、フェライト磁石の保磁力が１７５ｋＡ／ｍなのでフェライト磁石の磁力は不可逆的に大幅に低下する。一方、ＮｄＦｅＢ磁石の保磁力が１５００ｋＡ／ｍなので磁力は不可逆的に低下しない。その結果、パルス的なｄ軸電流が０になるとフェライト磁石のみが減磁した状態となり、全体の磁石による鎖交磁束量を減少することができる。

　つぎに、永久磁石の磁化方向と同方向の磁界を発生する正のｄ軸電流を電機子巻線に通電する。フェライト磁石が着磁するために必要な磁界を発生させる。正のｄ軸電流によって変化した磁石内の磁界が３５０ｋＡ／ｍとすると、減磁していたフェライト磁石は着磁されて最大の磁力を発生する。一方、ＮｄＦｅＢ磁石の保磁力が１５００ｋＡ／ｍなので磁力は不可逆的に変化しない。その結果、パルス的な正のｄ軸電流が０になるとフェライト磁石のみが増磁した状態となり、全体の磁石による鎖交磁束量を増加することができる。これにより元の最大の鎖交磁束量に戻すことが可能となる。

　以上のようにｄ軸電流による瞬時的な磁界をフェライト磁石とＮｄＦｅＢ磁石に作用させることにより、フェライト磁石の磁力を不可逆的に変化させて、永久磁石の全鎖交磁束量を任意に変化させることが可能となる。

　この場合、永久磁石式回転電機の低速域で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可変磁力磁石３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、前記可変磁力磁石３は、電流による磁界で磁化させて磁束を減少させる。また、磁極の磁石を不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を、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。

（１－３．直列配置の作用）
　本実施の形態では、２種類の磁石を磁気的に直列に配置して磁石直列を形成しているので、可変磁力磁石３の減磁及び増磁の際に、前記特許文献１の永久磁石式回転電機とは異なる作用を有する。この点を図２～８により説明する。

　図２は、減磁前の最大の鎖交磁束量を得ている場合の図である。この場合、積層された２種類の永久磁石３，４ａの磁化方向は同一であるため、両方の永久磁石３，４ａの磁束が加え合わせになって、最大の磁束量が得られる。

　図３は、減磁時の状態を示すもので、電機子巻線によりｄ軸方向から両方の永久磁石３，４ａの磁化方向とは逆方向の磁界を発生する負のｄ軸電流を電機子巻線にパルス的に通電させる。負のｄ軸電流によって変化した磁石内の磁界が１７５ｋＡ／ｍになったとすると、可変磁力磁石３（フェライト磁石）の保磁力が１７５ｋＡ／ｍなので可変磁力磁石３の磁力は不可逆的に大幅に低下する。この場合、可変磁力磁石３には、それに積層した固定磁力磁石４ａからの磁界が加わっており、これが減磁のためのｄ軸方向から加わる磁界と打ち消し合うことになるため、その分大きな磁化電流が必要となるが、減磁のための磁化電流は増磁時に比較して少なくて済むので、磁化電流の増加は少ない。

　図４は、負のｄ軸電流により逆磁界での可変磁力磁石３の磁力が減少した状態を示すものである。可変磁力磁石３の磁力は不可逆的に大幅に低下するが、固定磁力磁石４ａ（ＮｄＦｅＢ磁石）の保磁力が１５００ｋＡ／ｍなので磁力は不可逆的に低下しない。その結果、パルス的なｄ軸電流が０になると可変磁力磁石３のみが減磁した状態となり、全体の磁石による鎖交磁束量を減少することができる。

　図５は、負のｄ軸電流により逆磁界での可変磁力磁石３の磁力が逆方向に磁化（極性が反転）し、全体の磁石による鎖交磁束が最小になった状態を示すものである。負のｄ軸電流の大きさが可変磁力磁石３が着磁するために必要な３５０ｋＡ／ｍの磁界を発生しているならば、減磁していた可変磁力磁石３は着磁されて磁力を発生する。この場合、２種類の永久磁石３，４ａの磁化方向が逆であるため、両方の永久磁石の磁束が減算され、磁束が最小となる。

　図６は、負のｄ軸電流で極性が反転した可変磁力磁石３の磁力を減少させるために磁界を発生させた状態を示すものである。固定磁力磁石４ａの磁化方向の磁界を発生する正のｄ軸電流を電機子巻線にパルス的に通電させる。正のｄ軸電流によって変化した磁石内の磁界が極性が反転した可変磁力磁石３の磁力を不可逆的に大幅に低下させる。この場合、可変磁力磁石３に積層されている固定磁力磁石４ａからの磁界が磁化電流による磁界と加え合わせになる（固定磁力磁石４ａからバイアス的な磁界が可変磁力磁石３に作用する）ため、可変磁力磁石３の減磁が容易に行われる。

　図７は、正のｄ軸電流による磁界で極性反転した可変磁力磁石３の磁力が減少した状態を示すものである。可変磁力磁石３の磁力を不可逆的に低下させる正のｄ軸電流による磁界には、固定磁力磁石４ａによる磁界も加わっている。そのため、通常は大きな磁化電流を必要とする時においても、固定磁力磁石４ａの作用により、磁化電流の増大を抑止できる。

　図８は、正のｄ軸電流により可変磁力磁石３が逆方向に磁化（極性が再度反転）し、全体の磁石による鎖交磁束が最大になった状態を示すものである。積層された２種類の永久磁石３，４ａの磁化方向は同一であるため、両方の永久磁石の磁束が加え合わせになって、最大の磁束量が得られる。

（１－４．可変磁力磁石の作用）
　次に、可変磁力磁石３の作用について述べる。図９は、代表的な磁石であるＮｄＦｅＢ磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石、サマコバ磁石（サマリウムコバルト磁石）の磁気特性（保磁力と磁束密度との関係）を示したグラフである。この中で、本発明の固定磁力磁石４としては、前述した通りＮｄＦｅＢ磁石を使用することができる。また、本実施の形態において、前述の「１－１．構成」から「１－３．直列配置の作用」の欄では、可変磁力磁石３として、フェライト磁石３を使用した場合について説明したが、本発明において、可変磁力磁石３としては、図９に示すように、前述したフェライト磁石やアルニコ磁石だけでなく、サマコバ磁石（サマリウムコバルト磁石）を使用することもできる。

　可変磁力磁石３は、低保磁力であっても、可変磁力磁石３のみの状態のときは高磁束密度であるが、固定磁力磁石４を並列に配置した状態では、その作用で可変磁力磁石３の動作点は低下し、その磁束密度が低下する。これに対して、可変磁力磁石３と固定磁力磁石４ａを直列に積層した状態では、直列に積層した固定磁力磁石４ａの作用で、可変磁力磁石３の磁石の動作点は上昇し、磁束密度が上昇する。

　すなわち、低保磁力で高磁束密度の磁石であるアルニコ磁石またはサマコバ磁石の動作点は、可変磁力磁石３のみの状態では高磁束密度側（図９のＡ，Ｂ）にあるが、固定磁力磁石４ｂ，４ｂを並列に配置した状態では低磁束密度側（図９のＡ’，Ｂ’）に低下する。しかし、本発明のように、可変磁力磁石３と固定磁力磁石４ａを直列に積層した状態では、並列に配置された固定磁力磁石４ｂ，４ｂと、直列に配置された固定磁力磁石４ａの磁界の向きが逆方向であるため、両者の磁界は相殺され、可変磁力磁石３の動作点は高磁束密度側（図９のＡ”，Ｂ”）に移動する。

　このグラフから分かるように、可変磁力磁石３として、アルニコ磁石やサマコバ磁石を単独で使用した場合には、動作点Ａ，Ｂ点から磁束密度を下げるためには、その保磁力に打ち勝つだけの磁力を電機子巻線のｄ軸電流による磁界で発生させる必要があり、大きなｄ軸電流が必要となる。しかし、本実施の形態のように、並列に配置された固定磁力磁石４ｂ，４ｂと、直列に配置された固定磁力磁石４ａによって、可変磁力磁石３の動作点は図中Ａ”に移動することになるので、磁界の強さをわずかに変化するだけでその磁束密度が急激に低下することになる。これにより、電機子巻線のｄ軸電流により逆磁界で可変磁力磁石３の磁力が減少した場合に、その磁束密度の変化を大きくすることができるので、少ないｄ軸電流によって、磁極内に配置された永久磁石全体による鎖交磁束量を大きく変化させることができる。

　フェライト磁石は、アルニコ磁石と比較して保磁力が大きいため、永久磁石の鎖交磁束を増加させる方向に極性を反転させた場合に要する磁化電流が大きくなる。しかし、本実施の形態では、直列に配置した固定磁力磁石の作用により少ない磁化電流で磁力を反転できる。

　この点は、図９に示すフェライト磁石を可変磁力磁石３として使用した場合も同様であって、アルニコ磁石やサマコバ磁石のような急激な変化は無いものの、フェライト磁石単独で使用した場合に比較すると、その動作点Ｃ”が低下するので、少ないｄ軸電流で磁束密度を低下させることができる。

（１－５．磁気障壁の作用）
　固定磁力磁石４ａ，４ｂの外周部に設けられた磁気障壁の作用について、図１０について述べる。磁気障壁となる空洞９ａは、可変磁力磁石３と固定磁力磁石４ａを積層した磁石直列の外周部には設けられておらず、この磁石直列と並列に配置した固定磁力磁石４ｂ，４ｂの外周部のみに設けられている。固定磁力磁石４ｂ，４ｂは磁気障壁があるので、ｄ軸電流による磁界は小さくなる。

　一方、可変磁力磁石３と固定磁力磁石４ａを積層した磁石直列の周りには磁気障壁がないのでｄ軸電流により生じる磁界は高くできる。これより、可変磁力磁石３と固定磁力磁石４ａを積層した磁石直列に対してｄ軸電流による磁界Ａを効果的に作用させることができる。また、ｄ軸電流により増加する磁束に関しても、固定磁力磁石４ｂ，４ｂを通る磁束量の増加を抑制できるので、鉄心の磁気飽和を緩和でき、可変磁力磁石３の磁化を変化させるためのｄ軸電流も低減できる。

　また、図１１に示すように、ｑ軸磁束Ｂが回転子鉄心２の磁極外周部を横切るように分布するが、磁気障壁となる空洞９ａがあるので磁路断面積が狭くなって磁気抵抗が高くなる。従って、ｑ軸インダクタンスを小さくすることができ、端子電圧を下げることができる。

（１－６．短絡コイルの作用）
　つぎに、図１２により、短絡コイル８の作用について述べる。可変磁力磁石３と固定磁力磁石４ａ，４ｂは、回転子鉄心２内に埋め込まれて磁気回路を構成しているので、前記ｄ軸電流による磁界は可変磁力磁石３のみでなく、固定磁力磁石４ａ，４ｂにも作用する。本来、前記ｄ軸電流による磁界は可変磁力磁石３の磁化を変化させるために行う。

　そこで、前記ｄ軸電流による磁界が固定磁力磁石４ｂ，４ｂに作用しないようにし、可変磁力磁石３に集中するようにすればよい。本実施の形態では、固定磁力磁石４ｂ，４ｂの上側（回転子の外周側）と下側（回転子の内周側）に短絡コイル８を配置する。短絡コイルは固定磁力磁石４ｂ，４ｂの磁化方向を中心軸として配置する。前記ｄ軸電流による磁界が固定磁力磁石４ｂ，４ｂに作用すると、前記磁界を打ち消すような誘導電流が短絡コイル８に流れる。従って、固定磁力磁石４ｂ，４ｂ中には前記ｄ軸電流による磁界と短絡電流による磁界で、磁界の増減はほとんど生じない。さらに短絡電流による磁界は可変磁力磁石３にも作用し、ｄ軸電流による磁界と同方向になる。

　従って、可変磁力磁石３を磁化させる磁界が強まり、少ないｄ軸電流で可変磁力磁石３を磁化できることになる。また、短絡コイルにより固定磁力磁石４ｂ，４ｂは前記ｄ軸電流の影響を受けず、磁束の増加はほとんど生じないので、前記ｄ軸電流による電機子鉄心の１１磁気飽和も緩和できる。

　なお、固定磁力磁石４ｂ，４ｂの下面（回転子の内周側）に、前記短絡コイル８に代えて導電性の板を設けることもできる。導電性の板として、銅板またはアルミ板を使用することが好ましい。また、導電性の板は、固定磁力磁石４ｂ，４ｂの下面に限らず、上面（回転子の外周側）に配置しても良いが、上面に設けると、電流高調波やスロット高調波で導電性板に誘導電流が生じて前記高調波を低減できるメリットがある。

　このような構成では、磁化電流によって発生した磁界が導電性の板に加わると、導電性の板の表面には誘導電流（渦電流）が発生し、それによって、前記短絡コイル８と同様な磁界が発生する。その磁界により、固定磁力磁石４ｂ，４ｂ中には前記ｄ軸電流による磁界と短絡電流による磁界で、磁界の増減はほとんど生じない。さらに短絡電流による磁界は可変磁力磁石３にも作用し、ｄ軸電流による磁界と同方向になる。同時に、電機子鉄心１１の磁気飽和を緩和する作用も発揮される。

（１－７．エアギャップ長の作用）
　第１の実施の形態では、図１に示すように、固定磁力磁石４ｂ，４ｂが配置された近傍のエアギャップ長Ｌ１は、可変磁力磁石３が配置された近傍のエアギャップ長Ｌ２よりも長くした構成とする。

　本実施の形態では、ｄ軸電流による磁界は可変磁力磁石３及び固定磁力磁石４ａに作用させることを目的としているが、漏れ磁界も生じる。そのため、本実施の形態ではｑ軸近傍のエアギャップ長Ｌ１をｄ軸近傍のエアギャップ長Ｌ２よりも大きくしている。すなわち、エアギャップ長は可変磁力磁石３が配置された近傍で短くなっているので、エアギャップ部分の磁気抵抗が小さくなる。

　従って、磁石を磁化させるためのｄ軸電流による磁界は、ｄ軸部に配置された可変磁力磁石３に集中させることができ、同時に高い磁界を作用させることができ、少ないｄ軸電流で可変磁力磁石３を効果的に磁化できる。また、ｑ軸側の磁気抵抗を大きくできるので、回転電機のインダクタンスを低減でき、力率を向上できる。他の実施例として、ｑ軸方向の磁気抵抗を大きくするような非磁性部分を回転子鉄心内に設けてもよい。

（１－８．効果）
　以上のような構成並びに作用を有する本実施の形態においては、次の効果が得られる。（１）増磁時の磁化電流の増加を抑止できるので、永久磁石式回転電機を駆動するためのインバータの大型化を必要とせず、現状のインバータをそのまま使用して、運転の効率化が可能となる。
（２）ｄ軸電流で可変磁力磁石３を不可逆的に変化させることにより、固定磁力磁石４ａと固定磁力磁石４ｂ，４ｂ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。

（３）永久磁石の全鎖交磁束量の調整は回転電機の電圧を広範囲に調整することを可能とし、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もないので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。以上により、本実施の形態の回転電機は、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。

（４）永久磁石による誘導電圧に関しては、可変磁力磁石３を負のｄ軸電流で着磁して永久磁石の全鎖交磁束量を小さくできるので、永久磁石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。

（５）回転電機が無負荷で連れ回される状態では、可変磁力磁石３を負のｄ軸電流で着磁して永久磁石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発明の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。

（２．第２の実施の形態）
　本発明の第２の実施の形態について、図１３を用いて説明する。
　本実施の形態は、図１３のように、可変磁力磁石３の両側に固定磁力磁石４ｂ，４ｂを並べて回転子の第１の磁極を構成する。一方、前記第１の磁極と隣接して、固定磁力磁石４ａを配置して第２の磁極を構成する。これら隣接する第１と第２の磁極における固定磁力磁石４ａ，４ｂの極性は、回転子の外周側及び内周側でそれぞれ異なった極性となるように配置する。

　すなわち、可変磁力磁石３の両側に固定磁力磁石４ｂ，４ｂを配置した第１の磁極と、この第１の磁極の両側に配置され、第１の磁極の固定磁力磁石４ｂ，４ｂとはその極性が異なる固定磁力磁石４ａを用いて構成された第２の磁極とから、回転子の磁極が形成される。また、第１の磁極内では、可変磁力磁石３と固定磁力磁石４ｂ，４ｂが磁気回路上で並列に配置され、第１の磁極の可変磁力磁石３と第２の磁極に配置された固定磁力磁石４ａが磁気回路上で直列に配置され、磁石直列を形成している。

　以上のような構成を有する本実施の形態では、可変磁力磁石３は回転子の１つの極内では、固定磁力磁石と直列に配置されていない。しかし、可変磁力磁石３は、隣接する極の固定磁力磁石４ａと直列に配置されており、この固定磁力磁石４ａの磁界の影響を受けるので、前記第１の実施の形態のように固定磁力磁石４ａを積層した場合と同様の効果を得ることができる。すなわち、隣接する回転子の極の固定磁力磁石４ａの磁界は、可変磁力磁石３内部では、可変磁力磁石３に対して並列に配置された固定磁力磁石４ｂ，４ｂの磁界とは逆方向であり、互いに相殺するように作用する。これにより、可変磁力磁石３を不可逆減磁させた状態から増磁させて元の極性に戻す場合に、変化を妨げるような隣接する固定磁力磁石４ｂ，４ｂによる磁界を小さくできるので、可変磁力磁石３の磁力を変化させるときに要する磁化電流（ｄ軸電流）を低減できる。

（３．第３の実施の形態）
　本発明の第３の実施の形態について、図１４を用いて説明する。
　本実施の形態は、図１４のように、１つの固定磁力磁石４ｂを磁化方向がｄ軸方向（ここでは、ほぼ回転子の半径方向）となる位置（固定子鉄心の中心部）となるように、回転子鉄心２内に配置する。一方、可変磁力磁石３と固定磁力磁石４ａを直列に重ねて形成した磁石直列を固定磁力磁石４ｂの両側に、磁化方向がｄ軸方向となる位置で配置する。この両側に配置した可変磁力磁石３と固定磁力磁石４ａを積層した磁石直列は、前記磁極中心部の固定磁力磁石４ｂに対して、磁気回路上で並列回路を構成する。

　なお、回転子鉄心２内を通過する磁束が可変磁力磁石３及び固定磁力磁石４ａの部分をその厚さ方向に通過するように、可変磁力磁石３及び固定磁力磁石４ａの端部に空洞６を設ける。

　以上のような構成を有する本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同様な作用効果に加えて、磁極に対して左右に可変磁力磁石３と固定磁力磁石４ａを積層した磁石直列が配置されるので、左右の片側ずつ２回に分けて可変磁力磁石３の磁化が可能になる。その結果、可変磁力磁石３の極性変化を妨げることになる固定磁力磁石４ｂは、並列に配置された１つだけになる。すなわち、固定磁力磁石４ｂが２つ配置された前記第１の実施の形態に比べ、可変磁力磁石３の極性変化を妨げる固定磁力磁石４ｂによる磁界を小さくできるので、可変磁力磁石３の磁力を変化させるときに要する磁化電流（ｄ軸電流）を低減することができる。

（４．他の実施の形態）
　本発明は、前記の各実施の形態に限定されるものではなく、つぎのような他の実施の形態も包含する。

（１）前記各実施の形態では１２極の回転電機を示したが、４極、８極、１６極等の他の極数の回転電機に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もちろんであり、作用と効果は同様に得られる。

（２）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。従って、磁極は同じ材質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。

（３）前記回転子鉄心２において、固定磁力磁石の外周側に磁気障壁を構成するために設ける空洞の形状や位置、また、固定磁力磁石の内周側にその磁路断面積を決定するために設ける空洞の位置などは、使用する永久磁石の保磁力や磁化電流によって生じる磁界の強さなどに応じて、適宜変更できる。

（４）運転時に極短時間のパルス的な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、かつ、全磁石の誘起電圧に対して位相を進めた電流を連続的に通電させて、電流と永久磁石で生じる電機子巻線の鎖交磁束量を変化させる。

　すなわち、パルス電流で永久磁石の磁束量を減少させ、さらに電流位相を進めると、磁石磁束に対して逆方向の電流で生じる磁束が発生するので、これを相殺して、全鎖交磁束を減少でき、端子電圧を低下させることができる。なお、電流位相を進めることは負のｄ軸電流成分を流していることと等価である。

　このような電流位相進み制御においては、電流位相を進めるとｄ軸電流が流れて磁石は減磁して幾分磁束量は減る。しかし、パルス電流で大きく減磁させているので、磁束量の低下は比率的には小さい利点がある。

（５）前記各実施の形態では、保磁力と磁化方向厚の積が大小２種類の永久磁石を用いた場合について説明したが、本発明は、保磁力と磁化方向厚の積が異なる３種類以上の永久磁石を用いる形態も包含する。例えば、保磁力と磁化方向厚の積が異なる３種類の永久磁石を磁気回路上で直列に配置し、この磁石直列に対して保磁力と磁化方向厚の積が他の永久磁石より大きい永久磁石を磁気回路上で並列に配置する構成などが考えられ、この場合にも、前記各実施の形態と同様の作用と効果が得られる。

１…回転子
２…回転子鉄心
３…可変磁力磁石
４…固定磁力磁石
５，６…永久磁石端の空洞
７…磁極部
８…短絡コイル
９ａ，９ｂ…空洞
１０…固定子
１１…電機子鉄心
１２…電機子巻線

Claims

　保磁力と磁化方向厚の積が互いに異なる２種類以上の永久磁石を用いて、回転子鉄心内に複数個の磁極を形成して回転子を構成し、この回転子の外周に、エアギャップを介して電機子鉄心と電機子巻線からなる固定子を配置してなる永久磁石式回転電機において、
　前記２種類以上の永久磁石のうち、保磁力と磁化方向厚の積が他の永久磁石と比べて小さい永久磁石を積が小の永久磁石、保磁力と磁化方向厚の積が他の永久磁石と比べて大きい永久磁石を積が大の永久磁石と定義した場合に、
　前記２種類以上の永久磁石を含む２個以上の永久磁石を磁気回路上で直列に配置して磁石直列を形成し、この磁石直列に対して、前記積が大の永久磁石を磁気回路上で並列に配置し、
　前記電機子巻線の電流が作る磁界により、前記磁石直列を形成する永久磁石のうち、前記積が小の永久磁石を磁化させて、磁極を構成する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永久磁石式回転電機。
　保磁力と磁化方向厚の積が互いに異なる２種類以上の永久磁石を用いて、回転子鉄心内に複数個の磁極を形成して回転子を構成し、この回転子の外周に、エアギャップを介して電機子鉄心と電機子巻線からなる固定子を配置してなる永久磁石式回転電機において、
　前記２種類以上の永久磁石のうち、保磁力と磁化方向厚の積が他の永久磁石と比べて小さい永久磁石を積が小の永久磁石、保磁力と磁化方向厚の積が他の永久磁石と比べて大きい永久磁石を積が大の永久磁石と定義した場合に、
　前記複数個の磁極を構成する各磁極は、磁極の中心部に、前記２種類以上の永久磁石を含む２個以上の永久磁石を磁気回路上で直列に配置して磁石直列を形成し、磁極の両方の極間部側に、前記磁石直列に対して、前記積が大の永久磁石を磁気回路上で並列にそれぞれ配置して構成され、
　前記電機子巻線の電流が作る磁界により、各磁極において、前記磁石直列を形成する永久磁石のうち、前記積が小の永久磁石を磁化させて、磁極を構成する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永久磁石式回転電機。
　保磁力と磁化方向厚の積が互いに異なる２種類以上の永久磁石を用いて、回転子鉄心内に複数個の磁極を形成して回転子を構成し、この回転子の外周に、エアギャップを介して電機子鉄心と電機子巻線からなる固定子を配置してなる永久磁石式回転電機において、
　前記２種類以上の永久磁石のうち、保磁力と磁化方向厚の積が他の永久磁石と比べて小さい永久磁石を積が小の永久磁石、保磁力と磁化方向厚の積が他の永久磁石と比べて大きい永久磁石を積が大の永久磁石と定義した場合に、
　前記複数個の磁極を、極性が異なる第１、第２の磁極を交互に配置して形成し、
　前記第１の磁極は、磁極の中心部に、前記積が小の永久磁石を配置し、磁極の両方の極間部側に、前記中心部の積が小の永久磁石に対して、前記積が大の永久磁石を磁気回路上で並列にそれぞれ配置して構成され、
　前記第２の磁極は、前記積が大の永久磁石を用いて構成され、この第２の磁極の積が大の永久磁石が、前記第１の磁極の中心部に配置された積が小の永久磁石と磁気回路上で直列に配置され、かつ、前記第１の磁極の極間部側に配置された積が大の永久磁石と磁気回路上で並列に配置され、
　前記電機子巻線の電流が作る磁界により、前記第１の磁極の中心部に配置された積が小の永久磁石を磁化させて、磁極を構成する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永久磁石式回転電機。
　保磁力と磁化方向厚の積が互いに異なる２種類以上の永久磁石を用いて、回転子鉄心内に複数個の磁極を形成して回転子を構成し、この回転子の外周に、エアギャップを介して電機子鉄心と電機子巻線からなる固定子を配置してなる永久磁石式回転電機において、
　前記２種類以上の永久磁石のうち、保磁力と磁化方向厚の積が他の永久磁石と比べて小さい永久磁石を積が小の永久磁石、保磁力と磁化方向厚の積が他の永久磁石と比べて大きい永久磁石を積が大の永久磁石と定義した場合に、
　前記複数個の磁極を構成する各磁極は、磁極の両方の極間部側に、前記２種類以上の永久磁石を含む２個以上の永久磁石を磁気回路上で直列に配置して磁石直列をそれぞれ形成し、磁極の中心部に、前記磁石直列に対して、前記積が大の永久磁石を磁気回路上で並列に配置して構成され、
　前記電機子巻線の電流が作る磁界により、各磁極において、前記磁石直列を形成する永久磁石のうち、前記積が小の永久磁石を磁化させて、磁極を構成する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永久磁石式回転電機。
　請求項１、請求項２、または請求項４に記載の永久磁石式回転電機において、
　前記磁石直列は、前記積が小の永久磁石と前記積が大の永久磁石の２種類の永久磁石から形成され、この２種類の永久磁石が回転子の磁心内に重ねて配置されることを特徴とする永久磁石式回転電機。
　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機において、
　他の永久磁石に対して磁気回路上で並列に配置される永久磁石は、当該他の永久磁石に対してほぼ一直線上に、あるいは、Ｖ字状に配置されることを特徴とする永久磁石式回転電機。
　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機において、
　磁気回路上で並列に配置される永久磁石は、磁極の側面のほぼｑ軸上に配置される磁石と、磁極の中央部に配置される磁石から構成されることを特徴とする永久磁石式回転電機。
　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機において、
　前記積が大の永久磁石の磁路中に磁気抵抗が大きくなる部分を設けることを特徴とする永久磁石式回転電機。
　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機において、
　前記回転子に短絡コイルを設けることを特徴とする永久磁石式回転電機。
　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機において、
　ｑ軸方向の磁気抵抗が磁石部を除くｄ軸方向の磁気抵抗よりも大きいことを特徴とする永久磁石式回転電機。
　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機において、
　ｑ軸方向のエアギャップ長はｄ軸方向のエアギャップ長よりも大きいことを特徴とする永久磁石式回転電機
　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機において、
　前記電機子巻線の電流が作る所定方向の磁界により、前記積が小の永久磁石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、
　この鎖交磁束の減少後に電流が作る磁界を前記所定方向と逆方向に発生させることにより、前記積が小の永久磁石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永久磁石式回転電機。
　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機において、
　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、永久磁石を磁化するｄ軸電流を流すと同時にｑ軸電流によりトルクを制御することを特徴とする永久磁石式回転電機。
　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機において、
　運転時に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、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ことを特徴とする永久磁石式回転電機。
　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機において、
　最大トルク時には永久磁石の全鎖交磁束が大となるように前記積が小の永久磁石を磁化させ、トルクの小さな軽負荷時及び中速回転域と高速回転域では、前記積が小の永久磁石を電流による磁界で磁化させて、永久磁石の全鎖交磁束を減少させることを特徴とする永久磁石式回転電機。
　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機において、
　磁極の永久磁石を不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を、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永久磁石式回転電機。
　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機において、
　回転子を固定子に挿入して組み立てる時は、前記積が小の永久磁石を減磁するか、極性を反転させることにより永久磁石の鎖交磁束量を減少させた状態とすることを特徴とする永久磁石式回転電機。