[发明专利]永磁式旋转电机

说明书

技术领域

本发明涉及将永久磁铁内置在转子内部的永磁式旋转电机，尤其涉及将永久磁铁贯穿铁芯的轴向地配置、而且能够获得扭斜(skew)功能的永磁式旋转电机。

背景技术

近年来，由于永久磁铁的异常显著的研究开发，高磁能积的永久磁铁被开发，促进了旋转电机的小型、高输出化。尤其是面向混合动力汽车之类以车辆用为用途的旋转电机中，为了抑制废气和提高油耗经济性，强烈要求高效率化。并且要求搭载空间小、在有限的空间内高转矩、高输出化，成为迄今为止没有过的高能量密度的旋转电机，伴随于此，旋转电机的电磁激振力也增加，振动、噪音的增加成为了问题。尤其是面向混合动力汽车，车室内的安静性和降低对车外的噪音被严格要求。

因此，提出过下述磁阻型旋转电机的转子：使转子的层叠铁芯为块状，通过使它们沿圆周方向错开、捆扎，能够获得与扭斜相类似的效果，通过这样能够降低转矩脉动、振动和噪音(参照例如专利文献1)。

即，该磁阻型旋转电机在转子的外周形成有与极数相同的磁通容易通过的磁性凸起部(d轴)和磁通难以通过的磁性凹陷部(q轴)。该旋转电机的磁性凸起部与电枢之间的间隙磁通密度高，磁阻大的磁性凹陷部的间隙磁通密度低，由这样的磁通密度的变化产生磁阻转矩。尤其是具有将永久磁铁埋入到转子中的磁性凸极性的永磁式磁阻旋转机电机，除磁阻转矩外还产生由永久磁铁和电枢磁极之间的磁性吸引力和磁性反作用力产生的转矩，综合起来能够获得大的转矩，能够提高旋转电机每单位体积的输出密度。

这种将永久磁铁内置在转子内的永磁式旋转电机由于一直以一定的强度产生永久磁铁的交链磁通，因此永久磁铁引起的感应电压与旋转速度成比例升高。因此，在从低速到高速可变速运转的情况下，高速旋转时永久磁铁引起的感应电压(感应电动势(逆起電压))变得极其高。当永久磁铁引起的感应电压施加到变换器的电子元器件上、达到其耐电压以上时，电子元器件被绝缘破坏。因此，虽然可以考虑进行将永久磁铁的磁通量削减到耐电压以下的设计，但此时在永磁式旋转电机的低速区域的输出和效率低下。

因此提出过以下技术：在转子内配置磁通密度因定子线圈的d轴电流产生的磁场而不可逆地变化的程度的低顽磁力的永久磁铁(以下称为可变磁力磁铁)、和具有可变磁力磁铁的2倍以上的顽磁力的高顽磁力的永久磁铁(以下称为固定磁力磁铁)，在达到电源电压的最大电压以上的高速旋转区域，使由可变磁力磁铁和固定磁力磁铁产生的全交链磁通减小地调整全交链磁通(参照专利文献2、专利文献3)。

由于永久磁铁的磁通量由顽磁力和磁化方向的厚度之积决定，因此在实际上将可变磁力磁铁和固定磁力磁铁组装到转子铁芯内的情况下，使用顽磁力与磁化方向的厚度之积小的永久磁铁作为可变磁力磁铁，使用顽磁力与磁化方向的厚度之积大的永久磁铁作为固定磁力磁铁。一般使用铝铁镍钴磁铁或钐钴磁铁、铁氧体磁铁作为可变磁力磁铁，使用钕铁硼磁铁(NdFeB磁铁)作为固定磁力磁铁。

在这种永磁式旋转电机中，在使在高速旋转区域临时去磁了的可变磁力磁铁增磁的情况下，靠近可变磁力磁铁配置的固定磁力磁铁的磁场成为了d轴电流产生的增磁作用的磁场的障碍，相应地存在用来增磁的d轴电流(磁化电流)增大的现象。为了对应这样的现象，本发明者等提出过下述永磁式旋转电机：在固定磁力磁铁的附近配置短路线圈，利用由通过该短路线圈的d轴电流产生的磁场在短路线圈中产生感应电流，利用该感应电流抵消由上述固定磁力磁铁产生的磁场，通过这样来抑制增磁时d轴电流的增加(日本特愿2008-162203)。

专利文献1：日本特开2005-51897号公报

专利文献2：日本特开2006-280195号公报

专利文献3：日本特开2008-48514号公报

但是，要求小型、高输出的永磁式旋转电机为了获得高转矩、高输出，需要大电流、大磁动势，伴随于此电枢反作用磁场作用于永久磁铁，因此发生了永久磁铁去磁的问题。而且，在现有技术的磁阻型旋转电机中，如图19和图20所示，将块状转子层叠铁芯2a、2b以及内置其中的永久磁铁30a、30b沿圆周方向错开，利用捆扎的分段扭斜使转矩脉动、振动和噪音减小。但是，在分割扭斜面S中，转子铁芯2a、2b与永久磁铁30a、30b的端面接触，来自转子铁芯2a、2b的电枢反作用产生的去磁场作用于永久磁铁30a、30b的端面、拐角部，并且由于耐去磁性弱，因此成为永久磁铁产生去磁的原因。