[发明专利]永磁铁旋转电机

说明书

技术领域

本发明涉及永磁铁旋转电机。

背景技术

由于升降驱动卷扬机和电动助力转向系统所使用的旋转电机要求小型、轻量、低振动，因此使用高转矩密度、低转矩脉动的永磁铁同步电动机（PMSM）。这样的旋转电机的永磁铁采用具有高能量密度的钕磁铁。作为钕磁铁的主要原料的钕和用于提高上述磁铁的矫顽力的镝是稀土元素。由于近来稀土元素价格上涨，使用钕磁铁的永磁铁旋转电机的成本中的磁铁成本所占的比例增加，近年来，要求永磁铁旋转电机无稀土。于是，与钕磁铁相比稀土元素的含量更少的铁氧体磁铁再次受到关注。

铁氧体磁铁的磁力为钕磁铁的1/3程度。因此，将钕磁铁置换为铁氧体磁铁时，电机体型增大。这对于旋转电机的设置空间的限制严格的升降驱动卷扬机和电动助力转向系统而言是非常严重的问题。于是，当务之急是开发用铁氧体磁铁这样的低磁力的磁铁也能够实现高转矩密度、进而同时实现低转矩脉动的永磁铁旋转电机。

一般常用的永磁铁同步电动机（PMSM）的基本结构，有表面式（SPM）。该结构中，由于在转子的表面贴合永磁铁，不能使磁铁的表面积扩展到气隙的面积（转子与定子的相对面积）以上，难以使气隙中的磁通密度为磁铁的剩余磁通密度以上。从而，在这样的结构中，使用铁氧体这样的低磁力的永磁铁时，存在电机体型单纯地与磁力的降低量相应地增大的问题。

作为实现高转矩密度的旋转电机，在专利文献1公开的无刷DC电机的转子中，使磁铁部和磁性材料部交替地成为放射状地配置。即，专利文献1的永磁铁旋转电机（参照图3（b）），是以使转子的磁铁的磁化相对于径向朝向直角方向的方式，将磁铁放射状地配置的结构。通过这样配置磁铁，能够增大磁铁的表面积，所以能够增大转子与定子之间的气隙中的磁通密度。

如上所述，表面式转子和一般的嵌入式转子的情况下，气隙中的磁通密度不会超过磁铁的剩余磁通密度。然而，专利文献1所公开的永磁铁旋转电机的气隙中的磁通密度，通过使转子铁芯的长宽比适当化，能够超过磁铁的剩余磁通密度。由此，在使用铁氧体磁铁这样低磁力的磁铁的情况下，也能够实现与钕磁铁相同程度的转矩密度。

专利文献1的永磁铁旋转电机中，还由于转子具有逆凸极性，认为能够应用磁阻转矩实现高转矩密度（参照专利文献1的段落[0048]）。

专利文献1：日本特开2000-217286号公报

发明内容

专利文献1公开的永磁铁旋转电机中，为了应用磁阻转矩，使磁铁部与磁性材料部交替地放射状地配置。这样的永磁铁旋转电机中，转矩脉动与磁阻转矩的脉动成分叠加，转矩脉动增大。

为了解决上述课题，本发明的永磁铁旋转电机的特征为包括：具备S个槽和S个定子凸极的定子；和转子，其与定子隔着空隙相对地配置，N个永磁铁被嵌入N个转子凸极的相互之间，永磁铁，其径向的截面具有径向长的矩形形状，短边方向（周方向）被磁化，并且夹着一个转子磁极的相邻的两个永磁铁在周方向上相互逆向地被磁化，定子凸极的与转子相对的前端具有与定子内半径相同的曲率半径的圆弧形状的定子凸极平面部，转子凸极在与定子相对的前端具有与转子外半径相同的曲率半径的圆弧形状的转子凸极平面部；和在所述转子凸极平面部的周方向两端形成为比转子外半径小的曲率半径的圆弧形状或平面的转子凸极倾斜部，使得转子旋转时在空隙的中央部由永磁铁产生的磁通的磁通密度的变化波形包含规定大小的三次谐波成分。

根据本发明，能够提供使用铁氧体磁铁这样低磁力的磁铁，不应用磁阻转矩地同时实现高转矩密度和低转矩脉动的永磁铁旋转电机。

附图说明

图1是本发明的永磁铁旋转电机的一个实施方式的56极48槽的永磁铁旋转电机的1/8模型的半径方向的截面概要图。

图2是图1的永磁铁旋转电机的转子和定子的放大图。

图3（a）表示图1的永磁铁旋转电机的气隙中的磁通线，（b）表示使转子旋转两个极的量时的一个定子齿的气隙中的点a的磁通密度的变化。

图4是表示本发明的转子凸极的前端形状对转矩和转矩脉动造成的影响的图。（a）是磁场分析的结果。（b）是对（a）的结果进行总结的图。

图5是气隙的磁导（磁阻的倒数）波形。

图6是用于说明本发明的永磁铁旋转电机的结构的转子和定子的放大图。（a）表示定子的内径圆度不存在误差的情况下的图1的永磁铁旋转电机的转子和定子的放大图，（b）表示存在误差的情况下的图1的永磁铁旋转电机的转子和定子的放大图。