[发明专利]旋转电机转子、旋转电机和车辆驱动装置

说明书

技术领域

本发明涉及旋转电机的转子、旋转电机、以及车辆驱动装置。本发明具体涉及内部永磁式同步电机、安装有转子的旋转电机、以及车辆驱动装置。

背景技术

最近，在防止全球变暖问题以及节约资源方面，电动车辆扮演的角色重要性已经显著提高。对于电动车辆，减小CO₂排放需要提高燃料经济性。燃料经济性的提高必须与清洁排放和确保安全一同实现。

随着车辆在燃料经济性方面的改善，燃料电池车辆以及混合动力车辆已经受到了广泛关注。混合动力车辆的部件包括汽油机、变速器、逆变器、电池、电动机以及它们的控制器。这些车辆需要高度可靠、有效、可变rpm以及控制性能优秀的电动机。满足上述需求的电动机之一是内部永磁式同步电机(下文中称为IPM电动机)。

日本专利公开NO.2004-320952和2001-251825分别公开了一种具有V形布置永久磁体的IPM电动机。

混合动力车辆最早是以1.5升级别的紧凑型轿车形式实现从而在商业上成为可能的。为了有助于防止全球变暖，希望将混合动力车辆应用到较大尺寸的汽车以提高燃料经济性。例如，希望开发一种混合动力系统，该系统能够适用于例如具有3.3升发动机的大尺寸运动型多功能车辆(下文中称为SUV)。为此，在与高动力发动机进行平衡方面，必须在相当大的程度上提高车辆驱动电动机的功率密度。

可以通过提高电动机输出扭矩自身来增强电动机功率密度，或者，也可以使电动机以较高rpm工作，然后通过齿轮机构进行减速来提高扭矩。

图9示出了一种电动机的定子外径与电动机速度(rpm)之间的关系，该电动机已被开发出来作为车辆电动机。

传统的车辆电动机由图9中所示直线下方的A到F点表示。虽然将转子外径尽可能地增大较为有利，但是传统车辆的转子外径增大造成了车辆驱动装置的体积增大，这是不利的。

因此，期望开发一种电动机，该电动机在其定子直径与传统车辆电动机的A到D点所示直径相当的同时，能够至少以传统电动机两倍的高rpm旋转，就像图9中的点S表示的电动机那样。这样开发的电动机可以在减小其rpm的情况下使用，以便实现一种可以应用于SUV的混合动力系统。在此情况下，与传统电动机相比，必须使转子克服离心力的强度提高。

对于改善燃料经济性，还必须考虑到电动机中产生的损耗。

图10图示了主要的电动机损耗分布。

在图10中，区域R1是铜损大于铁损的区域，区域R2是铁损大于铜损的区域。

铁损表示由于磁滞或涡流原因，作为磁体的铁心在受到交变磁场作用时，铁心中转变为热量的能量。铜损表示由于线圈绕组的电阻造成的电能损耗。由图10可见，在电动机rpm较高的区域中，铁损往往更大。

尽管要求车辆电动机在较宽的速度范围上输出高功率，但是在通常工作(例如通常的城市驾驶)中，车辆电动机经常是在轻载区域中工作的。在图10中，区域R3表示通常的城市驾驶情况下电动机工作经常所处的工作区域。换言之，如图10所示，轻载区域R3大体上被包括在铁损所占比率较高的区域R2中。

如果实现了具有图9的点S所示高rpm的电动机，则铁损会增大，因为在铁损中，磁滞损耗与电动机速度rpm成比例，涡流损耗与电动机速度rpm的平方成比例。即，铁损的增加与电动机速度rpm的一次方到二次方成比例。

换言之，为了提高燃料经济性，重要的是改善电动机工作经常所处的轻载区域中的燃料经济性。如果为了提高输出功率密度而使用高rpm电动机，则铁损的影响会增大到相当大的程度。因此，为了提高功率密度并改善燃料经济性，任何能够抑制铁损的技术都是重要的。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种旋转电机的转子，以及旋转电机和车辆驱动装置，该旋转电机能够使高速旋转与改善燃料效率一起实现。

简言之，根据本发明一个方面，本发明是一种旋转电机转子。该转子包括：第一磁体和第二磁体，布置在127°到140°范围的电角度内，电角度的中心位于转子的旋转中心，这些磁体沿V字形布置，V字形的锐角端朝向旋转中心；以及转子体，具有第一开口和第二开口，第一开口和第二开口分别容纳第一磁体和第二磁体。转子体具有支撑部分，支撑部分位于V字形锐角端并用作第一开口与第二开口之间的隔离物。

优选地，转子是八磁极内磁体同步旋转电机的转子。