[发明专利]磁通量可变旋转电机系统

说明书

技术领域

本发明涉及包括具有永久磁铁激磁的发电机、电动机的旋转电机系统。

背景技术

取出通过永久磁铁激磁与电枢的相对旋转而电磁地产生的电力的发电机、或者根据通过对电枢供给的电流产生的磁场与永久磁铁激磁的相互作用而产生永久磁铁激磁与电枢的相对旋转的电动机等旋转电机装置的能量效率优良，伴随永久磁铁的技术进步而在日常广泛使用。但是，在这样的旋转电机中，来自永久磁铁的磁通恒定，所以不论是用作电动机还是用作发电机，都无法在宽的旋转速度范围内始终得到最佳的输出。

即，在电动机的情况下，在高速旋转域中，逆电动势（发电电压）变得过高，其结果难以控制，作为弱激磁控制提出有减弱激磁强度的各种手段。另外，在发电机的情况下，为了在宽的旋转速度范围内使发电电压成为规定的电平，使用了利用专门激磁电流控制的恒定电压发电机或者由半导体构成的发电电压的恒定电压化电路。

在电动机中广泛采用利用超前相位电流的弱激磁控制，但在能量效率、控制范围中存在界限。有不牺牲磁铁励磁旋转电机中的能量效率的高度，而通过机械性的偏倚进行旋转电机的激磁控制的尝试（例如日本专利第4243651号）。其能够将激磁条件保持为机械性的偏倚，所以能够将与激磁控制相伴的能量损失抑制为最小限而实现高能量效率的旋转电机。

在将能量损失抑制为最小限的其他激磁控制方法中有在旋转电机的运转中不可逆地变更永久磁铁的磁化状态，有日本特开2006－280195、日本特开2008－048514、日本特开2008－125201等技术提案。在这些技术中，由具有高抗磁力的永久磁铁和具有低抗磁力的磁铁构成与电枢对向的转子磁极，希望通过电枢线圈制作的磁场变更低抗磁力的永久磁铁的磁化。但是，在电枢线圈的附近配置低抗磁力磁铁的结构经常有可能由于难以遇见的事故而上述永久磁铁的磁化被变更，在系统的稳定性中存在重大忧虑。另外，高电压/大电流脉冲下的磁化变更有可能对电子电路造成重大的损坏。

发明内容

因此，本发明想要解决的课题在于，提供一种旋转电机系统以及磁通量控制方法，能够维持系统的稳定性的同时，进行强激磁控制以及弱激磁控制而将输出控制为最佳。

在本发明的旋转电机系统中，转子在周方向上交替具有通过磁化固定的永久磁铁被磁化为相互异极的磁性体突极，在磁性体突极内部配置有控制磁铁，以对转子一并地进行励磁的方式配置有励磁线圈，电枢线圈生成的磁通以及励磁线圈生成的励磁磁通在相同的方向上流动的控制磁铁的磁化被选择性地变更。其具体的结构如以下规定。

旋转电机装置构成为电枢以及转子能够相对地旋转，转子具有在周方向上配置的一个以上的磁性体突极，通过在磁性体突极内和/或邻接的磁性体突极之间配置的永久磁铁，在周方向上邻接的磁性体突极被磁化为相互异极，电枢在在周方向上配置有一个以上的磁性体齿、和在磁性体齿上卷绕的电枢线圈。在邻接的上述磁性体突极的至少一方中，在远离电枢的磁性体突极内部配置有控制磁铁，还配置有励磁磁路部件、和励磁线圈，励磁线圈配置成在包括励磁磁路部件以及电枢以及控制磁铁的磁路中一并地发生磁通，以仅通过由电枢线圈发生的磁通不会变更上述控制磁铁的磁化状态的方式，设定磁化方向长度与抗磁力之积，旋转电机装置构成为由励磁线圈发生的励磁磁通以及由电枢线圈发生的磁通在相同的方向上流动的上述控制磁铁的磁化状态被不可逆地变更。以使旋转电机装置的输出最佳化的方式根据上述输出变更上述控制磁铁的磁化状态，控制与电枢线圈交链的磁通量。作为最佳化的对象的输出是指，输出转矩、再生制动时的制动力以及回收能量量、发电电压等。

在磁性体突极内和/或邻接的磁性体突极之间配置的永久磁铁具有不易被磁化变更的大小的抗磁力。配置控制磁铁的磁性体突极内的位置是指，在远离电枢的一侧，不易受到电枢线圈发生的磁通的影响的位置。进而，对于控制磁铁，以不易由于电枢线圈通常发生的磁通而被磁化变更，并且能够通过从励磁线圈以及电枢线圈在相同的方向上流动的合成磁通而变更磁化的方式，设定作为磁化难易度的磁化方向长度与抗磁力之积。在邻接的磁性体突极内分别配置控制磁铁的情况下，邻接的控制磁铁的磁化方向相互相逆，变更励磁线圈发生的励磁磁通的方向，其磁化状态依次变更。