[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性地产生的电力的发电机、或者根据通过对电枢供给的电流而产生的磁场与永久磁铁激磁的相互作用来产生永久磁铁激磁与电枢的相对的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的进步在日常中广泛使用。但是，这样的旋转电机由于来自激磁磁铁的磁通恒定而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，在电动机的情况下成为在高速旋转域中逆电动势(发电电压)变得过高的结果而难以控制，提出了作为弱激磁控制减弱激磁强度的各种手法。另外，在发电机的情况下，为了在宽的旋转速度范围中使发电电压成为规定的等级，专门使用了通过激磁电流控制实现的恒定电压发电机或者通过半导体实现的发电电压的恒定电压化电路。

在电动机中广泛采用了通过超前相位电流实现的弱激磁控制，但在能量效率、控制范围中存在界限。尝试不牺牲磁铁励磁旋转电机中的能量效率的高度，而通过机械性的偏向来进行旋转电机的激磁控制(例如美国专利7、567、006)。其可以将激磁条件保持为机械性的偏向，所以可以使与激磁控制相伴的能量损失保持最小限来实现高能量效率的旋转电机。

在使能量损失保持最小限的其他激磁控制方法中，在旋转电机的运转中使激磁磁铁的磁化状态不可逆地变更，其记载于日本特开2008-289300。其是将美国专利5、682、073中的电流励磁结构代替为可磁化变更的磁铁励磁结构的结构。但是，激磁磁铁存在易于受到电枢线圈的磁场的影响、励磁线圈和电枢线圈干扰而结构复杂、以及来自激磁磁铁的磁通集中于中心部而只能应用于轴长短的旋转电机装置等难点。

作为一个具有磁铁励磁和电流励磁的混合动力励磁的例子，有美国专利5、767、601的技术提案。其是仅简化为美国专利5、682、073具有的两个转子中的一方的结构。因此，转矩变动、发电电压的高次谐波失真大、且磁通量控制的范围被限定。另外，不论在上述哪个结构中转子表面的一半都是永久磁铁，所以难以利用磁阻转矩。

发明内容

因此，本发明希望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，可以实现强以及弱激磁控制而将输出控制为最佳。

本发明的旋转电机系统是转子和电枢隔着径向间隙而对向的结构。转子在圆周方向上交替具有岛状突极和磁性体突极，来自励磁部的磁通不易经由岛状突极流到电枢侧，而仅能够经由磁性体突极流到电枢侧，岛状突极和磁性体突极通过励磁部一并地在相同的方向上被励磁而控制电枢中流过的磁通量。其具体的结构如以下规定。

电枢以及转子隔着径向间隙对向而可相对地旋转，电枢在与转子的对向面中在圆周方向上具有电枢线圈，转子在与电枢的对向面中在圆周方向上交替具有岛状突极以及磁性体突极，还具有励磁部而针对所有岛状突极和磁性体突极在相同的方向上一并进行励磁。转子至少在岛状突极内具有以阻止来自外部的磁通通过的方式由永久磁铁以及或者非磁性体构成的隔离部件，岛状突极内的隔离部件的厚度大于磁性体突极内的隔离部件的厚度以便不使来自励磁部的磁通经由岛状突极流向电枢侧，通过岛状突极内以及或者与岛状突极邻接的永久磁铁而岛状突极在大致径向并且相同的方向上被磁化。励磁部至少具有励磁线圈以及激磁磁铁中的某一个，励磁部的两端分别与最外周中配置的转子或者电枢、和最内周中配置的转子或者电枢磁性地耦合而从励磁部的一端出来的磁通经由电枢、和转子的磁性体突极而环流到励磁部的另一端中，以使旋转电机装置的输出最佳化的方式依照上述输出使从励磁部供给的磁通量变化，来控制电枢中流过的磁通量。

在最外周或者最内周中配置的转子中，岛状突极以及磁性体突极配置于磁性体基板中而励磁部的一端与磁性体基板磁性地耦合，在最外周或者最内周中配置的电枢中，电枢线圈配置于磁轭中而励磁部的一端与磁轭磁性地耦合。电枢以及磁性体突极隔着空隙而形成来自励磁部的磁通流过的磁路。即，在按照转子、电枢、转子顺序排列的结构中，当电枢仅由在圆周方向上排列的电枢线圈构成的情况下，两个转子的磁性体突极隔着电枢而在径向上对向。当电枢线圈在径向上延伸的磁性体齿上卷绕的情况下，磁性体突极和磁性体齿构成为根据转子的旋转位置而来自励磁部的磁通经由两个转子的磁性体突极和磁性体齿断续地流过。进而，另外，在按照电枢、转子、电枢顺序排列的结构中，当电枢线圈在径向上延伸的磁性体齿上卷绕的情况下，磁性体突极和磁性体齿构成为根据转子的旋转位置而来自励磁部的磁通经由两个电枢的磁性体齿和磁性体突极断续地流过而与电枢线圈交链。