[发明专利]永久磁铁式旋转电机的转子

说明书

本发明是申请人株式会社东芝提交的申请号为200780029854.0，申请日为2007年8月2日，发明名称为永久磁铁式旋转电机的转子的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及永久磁铁式旋转电机的转子。

背景技术

一般，永久磁铁式旋转电机粗略分为两种类型。是将永久磁铁粘贴在转子铁心的外周的表面磁铁型永久磁铁式旋转电机，和将永久磁铁埋入转子铁心中的埋入型永久磁铁式旋转电机。作为可变速驱动用马达，后者的埋入型永久磁铁式旋转电机合适。

作为此后者的埋入型永久磁铁式旋转电机，已知的是“《埋入磁铁同步马达的设计和控制》、武田洋次等、オ一ム公司出版的文献”(非专利文献1)，和特开平7-336919号公报(专利文献1)记载的埋入型永久磁铁式旋转电机。使用图9，说明这样的以往的埋入型永久磁铁马达的构成。在转子1的转子铁心2的内部并且是靠近外周的位置，相对于极数N，360°/N点对称地仅设置极数N的数量的长方形的空洞。图9是四极的转子1，在(360°/4＝)90°点对称的各个位置设置合计四个空洞，分别插入永久磁铁4。永久磁铁4在转子1的半径方向，或者和永久磁铁4的截面的长方形中与气隙面相对的边(在图9中长边)呈直角方向被磁化。为了不因负荷电流而消磁，永久磁铁4主要应用矫顽磁力高的NdFeB永久磁铁。转子铁心2是将穿凿了空洞的电磁钢板叠层而形成。这样的转子1收容在定子20的内部。该定子20是通过将电枢绕组21收容于在定子铁心22的内侧形成的狭槽中而构成。然后，定子20的内周面和转子1的外周面隔着气隙23相对。

另外，作为可变速特性优异的高输出的旋转电机，有在特开平11-27913号公报(专利文献2)、特开平11-136912号公报(专利文献3)中记载的永久磁铁式磁阻型旋转电机。在这样的永久磁铁式旋转电机中，因为在其构造特性上，永久磁铁的交链磁通总是固定地产生，所以，因永久磁铁而产生的感应电压与旋转速度成比例地升高。因此，在从低速到高速进行可变速运转的情况下，在高速旋转时，因永久磁铁而产生的感应电压(逆电压)极高。因该永久磁铁而产生的感应电压虽然施加于逆变器的电子零件，但是，若该施加电压达到电子零件的耐电压以上，则零件绝缘破坏。因此，考虑了进行将永久磁铁的磁通量削减到耐电压以下的设计，但是，若成为这样的设计，则在永久磁铁式旋转电机的低速区域的输出以及效率降低。

另一方面，在从低速到高速接近固定输出进行可变速运转的情况下，因为永久磁铁的交链磁通固定，所以，在高速旋转区域，旋转电机的电压达到电源电压上限，输出所必需的电流的流动消失。其结果为，在高速旋转区域，输出大幅降低，再有，不能进行直至高速旋转的大范围的可变速运转。

最近，作为扩大可变速范围的方法，开始应用在上述非专利文献1中记载的那样的弱磁通控制。在永久磁铁式旋转电机的情况下，总交链磁通量由因d轴电流而产生的磁通和因永久磁铁而产生的磁通构成。弱磁通控制着眼于这种情况，通过产生因负的d轴电流而产生的磁通，进行减少电枢绕组的总交链磁通量的控制。在该弱磁通控制中，高矫顽磁力的永久磁铁4其磁特性(B-H特性)的动作点在可逆的范围变化。因此，在永久磁铁中，应用具有高矫顽磁力特性的NdFeB磁铁，以便不会通过弱磁通控制的消磁场而不可逆地消磁。

因为在应用了弱磁通控制的运转中，通过因负的d轴电流而产生的磁通减少了交链磁通，所以，交链磁通的减少量生成了电压相对于电压上限值的富余量。这样，因为能够增加成为扭矩成分的电流，所以，在高速区域的输出增加。另外，能够使旋转速度仅上升电压富余量，扩大了可变速运转的范围。

但是，由于无助于输出的负的d轴电流总是持续流动，铁损增加，效率恶化。再有，因负的d轴电流而产生的消磁场产生了高谐波磁通，通过高谐波磁通等产生的电压的增加造成了因弱磁通控制产生的电压降低的界限。由于这些，即使将弱磁通控制应用到埋入型永久磁铁式旋转电机，也难以进行基底速度三倍以上的可变速运转。再有，由于上述的高谐波磁通，铁损增加，在中·高速区域效率大幅降低。另外，还存在由于因高谐波磁通而产生的电磁力产生振动的情况。

在将埋入型永久磁铁马达应用于混合汽车用驱动马达的情况下，在仅用发动机驱动的状态下，马达随同旋转。在中·高速旋转中，因马达的永久磁铁而产生的感应电压上升。因此，因为将感应电压的上升抑制在电源电压以内，所以，通过弱磁通控制，使负的d轴电流持续流动。因为在该状态下，马达产生的仅仅是损失，所以，存在综合运转效率恶化的问题。