專利名稱：電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)機(jī)，特別涉及具有永久磁鐵的電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
以往，作為用于電動(dòng)車等的行駛電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)，公知有正凸極(順 突極)特性的永久萬(wàn)茲鐵電動(dòng)機(jī)。該正凸極特性的永久,茲鐵電動(dòng)機(jī)具有d軸 電感比q軸電感大的所謂正凸極特性。這樣的正凸極特性的永久^f茲鐵電動(dòng) 機(jī)在兼具高轉(zhuǎn)矩化和高速旋轉(zhuǎn)化這方面相對(duì)反凸極(逆突極)特性的電動(dòng) 機(jī)具有優(yōu)勢(shì)。
作為這樣的永久磁鐵電動(dòng)機(jī)，例如存在"旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子"(參照專利 文獻(xiàn)1 )。
在具有該正凸極特性的永久磁鐵電動(dòng)機(jī)中，通過(guò)降低q軸電感，可實(shí) 現(xiàn)d軸電感比q軸電感相對(duì)地增大的正凸極特性，但是為了降低q軸電感， 形成埋入型永久》茲鐵(Interior Permanent Magnet: IPM)結(jié)構(gòu)，在永久磁鐵 的外周側(cè)與磁通平行地形成多個(gè)狹縫。
專利文獻(xiàn)l:(日本)特開2006 - 081338號(hào)公報(bào)
但是，在以往的具有正凸極特性的永久磁鐵電動(dòng)機(jī)中，因在由永久磁 鐵產(chǎn)生的磁通通路上形成有狹縫，故就磁通量而言需要較多的磁鐵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種使用永久磁鐵并具有正凸極特性的旋轉(zhuǎn)電 機(jī)，該旋轉(zhuǎn)電機(jī)就磁通量而言無(wú)需較多的磁鐵，可減少磁鐵量。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)具有在定子芯上巻繞有定子繞 線的定子和在轉(zhuǎn)子芯上安有裝永久磁鐵的轉(zhuǎn)子，其中，在所述轉(zhuǎn)子芯上沿 與永久磁鐵的磁通方向正交的方向排列設(shè)有多列低導(dǎo)磁率層，該低導(dǎo)磁率 層的各個(gè)沿永久磁鐵的磁通方向設(shè)置且導(dǎo)磁率低于轉(zhuǎn)子芯，在兩個(gè)所述低 導(dǎo)磁率層之間的芯部配置永久磁鐵，另外，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)還具有進(jìn)行如下控制的電流控制機(jī)構(gòu)，即，將對(duì)定子繞線通電的電流的相位向使永久磁鐵 產(chǎn)生的磁通增大的方向偏移。
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)因不使永久磁鐵的磁通方向的磁阻增大，可有效利 用永久磁鐵的磁通，故不增加永久磁鐵的量即可確保需要的磁通，就磁通 量而言無(wú)需較多的磁鐵，可減少磁鐵量。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施方式的永久磁鐵電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子的說(shuō)明圖； 圖2是表示圖1的定子繞線的相構(gòu)成的說(shuō)明圖3是由圖表表示圖1的永久磁鐵電動(dòng)機(jī)的電流相位與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的 說(shuō)明圖4是本發(fā)明第二實(shí)施方式的永久磁鐵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的說(shuō)明圖5是第二實(shí)施方式的變形例的轉(zhuǎn)子的說(shuō)明圖6是本發(fā)明第三實(shí)施方式的永久磁鐵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的說(shuō)明圖7表示本發(fā)明第四實(shí)施方式的永久磁鐵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的各種類型(其
一) ，(a)是類型1的部分說(shuō)明圖、(b)是類型2的部分說(shuō)明圖、(c)是類 型3的部分說(shuō)明圖8表示本發(fā)明第四實(shí)施方式的永久磁鐵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的各種類型(其
二) ， (d)是類型4的部分說(shuō)明圖、(e)是類型5的部分說(shuō)明圖、(f)是類 型6的部分說(shuō)明圖9表示本發(fā)明第四實(shí)施方式的永久磁鐵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的各種類型(其
三) ，(g)是類型7的部分說(shuō)明圖、(h)是類型8的部分說(shuō)明圖、(i)是類 型9的部分說(shuō)明圖IO是由圖表表示圖7~圖9的各種轉(zhuǎn)子類型的凸極比與磁通密度的 關(guān)系的說(shuō)明圖11是由圖表表示圖7~圖9的各種轉(zhuǎn)子類型的凸極比與定子齒數(shù)的 關(guān)系的說(shuō)明圖12表示轉(zhuǎn)子的變形例，(a)是平面說(shuō)明圖、(b)是磁通產(chǎn)生電路的 說(shuō)明圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明
10 永久》茲鐵電動(dòng)機(jī)11定子
12、 20、 23、 25、 28a~28i、 29、 32 轉(zhuǎn)子 13 定子芯
13a、 13al ~ 13al2 齒 14定子繞線 15、 26 轉(zhuǎn)子芯 15a轉(zhuǎn)子芯^"茲通通路
16 (SI ~S4)、 16 (Nl ~N4)、 21 (SI ~ S4 )、 21 ( Nl ~N4)、 24 (SI ~ S4)、 24(N1~N4)、 27(S1~S4)、 27(N1~N4)、 31 (N、 S) 永久磁鐵 17、 22低導(dǎo)磁率層
18 旋轉(zhuǎn)軸
19 電流控制裝置 30 空氣層
33a、 33b 勵(lì)磁繞線
34 電源
a、 al、 a2 氣隙
具體實(shí)施例方式
下面，參照

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。 (第一實(shí)施方式)
圖1是本發(fā)明第一實(shí)施方式的永久磁鐵電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子的說(shuō)明圖。 如圖1所示，使用永久磁鐵的旋轉(zhuǎn)電機(jī)即三相交流電動(dòng)機(jī)(永久磁鐵電動(dòng) 機(jī))IO具有定子(定子)11和轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)子)12，定子11與轉(zhuǎn)子〗2的相對(duì) 面相對(duì)于轉(zhuǎn)子12的中心軸O方向平行配置，在轉(zhuǎn)子12與定子11之間具有 氣隙a。定子11具有定子芯13及定子繞線14,轉(zhuǎn)子12具有轉(zhuǎn)子芯15、永 久磁鐵16、低導(dǎo)磁率層17以及旋轉(zhuǎn)軸(軸)18。
定子芯13具有呈圓環(huán)狀地沿內(nèi)周面排列的例如24個(gè)齒13a,在齒13a 上以位于相鄰的齒13a之間的空間(狹縫)的方式通過(guò)分布巻繞而巻繞有定 子繞線14。該定子芯13例如在旋轉(zhuǎn)軸方向上層積圓環(huán)狀的積層鋼板而形成， 在第一實(shí)施方式中，設(shè)定定子齒數(shù)以使三相(U相、V相、W相)的各相 分別具有兩個(gè)齒13a。轉(zhuǎn)子芯l5與定子芯13同樣地，由層積有導(dǎo)磁率高的金屬制鋼板即所
謂的積層鋼板結(jié)構(gòu)而形成為圓筒形，總共八個(gè)永久磁鐵16 ( 16S1 ~ 16S4、 16N1-16N4)沿轉(zhuǎn)子周向排列在轉(zhuǎn)子12的表面附近。在第一實(shí)施方式中， 在配置永久^茲鐵16處的轉(zhuǎn)子芯15設(shè)有空隙，在該空隙中沿軸向以埋設(shè)的 狀態(tài)嵌入永久i茲鐵16。
在轉(zhuǎn)子12上排列的永久磁鐵16由永久》茲鐵16S1和永久i茲鐵16S2形 成第一 S極，由永久磁鐵16N1和永久磁鐵16N2形成第一 N極，由永久磁 鐵16S3和永久^茲鐵16S4形成第二 S極，由永久;茲鐵16N3和永久磁鐵16N4 形成第二N極。即，在轉(zhuǎn)子12上配置四極的磁鐵、即極對(duì)數(shù)為2的永久磁 鐵。
在第一實(shí)施方式中，永久磁鐵16沿圖中d軸方向被磁化。
在轉(zhuǎn)子12上還形成有低導(dǎo)磁率層17。低導(dǎo)磁率層17在第一實(shí)施方式 中為空氣層，通過(guò)在轉(zhuǎn)子芯15上形成狹縫即可實(shí)現(xiàn)。
該低導(dǎo)磁率層17以如下方式配置有多列(參照?qǐng)D1 )，即，不與沿多個(gè) 永久,茲名失16形成的》茲通通^各的方向即作為永久;茲鐵16》茲通方向的d軸方 向交叉，而與垂直于永久》茲4失16》茲通方向的方向即q軸交叉。另外，永久 磁鐵16以被相鄰的低導(dǎo)磁率層17、 17夾持的方式配置。
即，低導(dǎo)磁率層17以使成為轉(zhuǎn)子芯15的磁通通路的區(qū)域與轉(zhuǎn)子芯15 的磁通通路以外的區(qū)域隔開的方式形成，在成為磁通通路的區(qū)域，主要存 在僅由轉(zhuǎn)子芯15的部分(芯部)和永久^茲鐵16，而不存在低導(dǎo)磁率層17。 此后，將定義為轉(zhuǎn)子芯15的磁通通路的區(qū)域作為轉(zhuǎn)子芯磁通通路15a。
另外，在第一實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)子芯15的磁通通路以外的區(qū)域以與轉(zhuǎn)子 芯磁通通路15a相鄰的方式形成，其路徑以從轉(zhuǎn)子芯15表面的一處向其它 部位穿過(guò)的方式配置，其出入口位于由永久磁鐵16形成的極的從S極附近 到N極附近。在圖1中，相當(dāng)于在永久磁鐵16S1與永久磁鐵16S2之間或 永久磁鐵16S2與永久磁鐵16N1之間形成的多條路徑。
圖2是表示圖1的定子繞線的相構(gòu)成的說(shuō)明圖。如圖2所示，定子繞 線14供給2極(1極對(duì))3相(U相、V相、W相)電流，并且，1相由兩 個(gè)定子芯13的齒13a構(gòu)成。定子繞線14分布巻繞，例如相鄰的U相彼此 (齒13al、齒13a2)巻繞以使電流同向流動(dòng)，接下來(lái)的相鄰的U相彼此(齒 13a7、齒13a8)進(jìn)行巻繞以使電流同向流動(dòng)且與上述U相(齒13al、齒13a2)相反流動(dòng)。
這些定子繞線14中，各相的一端與電流控制裝置(電流控制機(jī)構(gòu))19
連接，另一端被接線而形成中性點(diǎn)。另外，在圖2中，表示2極(1極對(duì)) 的定子繞線14,但因轉(zhuǎn)子12為4極(2極對(duì))結(jié)構(gòu)(參照?qǐng)D1 )，故定子繞 線14增倍。即，在圖2中，表示12個(gè)齒I3a ( I3al ~ 13al2)的定子繞線 14,但實(shí)際上為24個(gè)齒13a的定子繞線14巻繞。
電流控制裝置19與轉(zhuǎn)子12的旋轉(zhuǎn)同步而供給3相交流電。通過(guò)未圖 示的旋轉(zhuǎn)傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子12的旋轉(zhuǎn)位置，并根據(jù)檢測(cè)到的位置使電流流動(dòng)， 由此，在定子11上生成旋轉(zhuǎn)^t場(chǎng)。在后文中詳述電流的控制。
接著，說(shuō)明轉(zhuǎn)子12的磁特性。
由圖1可知，若將由電磁鋼板形成的磁路的磁阻視為0，將永久磁鐵 16及低導(dǎo)磁率層(空氣)17的磁阻視為1,則在圖中由d軸方向表示的磁 路中，僅永久磁鐵16成為磁阻而不存在其它磁阻。另外，在永久磁鐵16S1 與永久i茲4失16S2之間也存在石茲阻為0的區(qū)域。另 一方面，由q軸方向表示 的磁通路中，低導(dǎo)磁率層17作為磁阻而存在多層，磁阻高。雖然實(shí)際的磁 阻與低導(dǎo)磁率層17的寬度、層數(shù)、磁鐵厚度等有關(guān)，但可知q軸方向的磁 阻比d軸方向的磁阻高。
因q軸方向的磁阻比d軸方向的磁阻高，故本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子12的磁 路不是像一般的轉(zhuǎn)子那樣在磁極間(d軸與d軸間)存在磁性體凸極的反凸 極型，而是在d軸附近存在磁性體凸極的正凸極型磁電路。
并且，因磁性體凸極主要用于位于永久磁鐵16形成的極的從S極附近 到N極附近的轉(zhuǎn)子芯15的石茲通通路以外的區(qū)域，故永久磁鐵16的磁通通 路和磁性體凸極的磁通通路各自不相交，磁通通路不飽和，可謀求提高正 凸極特性的凸極比。
關(guān)于正凸極型磁電路的特性，省略詳細(xì)的說(shuō)明(參照現(xiàn)有技術(shù))，在一 般的反凸極型特性的電動(dòng)機(jī)中利用磁阻轉(zhuǎn)矩時(shí)，相對(duì)永久磁鐵施加弱勵(lì)磁 方向的,茲場(chǎng)，但在正凸極型特性的電動(dòng)機(jī)中利用石茲阻轉(zhuǎn)矩時(shí)，相對(duì)永久磁 纟失施加強(qiáng)勵(lì)石茲方向的》茲場(chǎng)。
若利用這樣的特性，則可考慮在低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，為了獲得高轉(zhuǎn)矩而進(jìn)行 強(qiáng)勵(lì)磁方向的控制， 一旦由高速旋轉(zhuǎn)而使感應(yīng)電壓開始上升，則中止強(qiáng)勵(lì) 磁控制。即，如果想要獲得與一般的反凸極型同等的性能，則設(shè)計(jì)成與磁鐵量 比成為比較對(duì)象的反凸極型電動(dòng)機(jī)減少，在低速旋轉(zhuǎn)-高轉(zhuǎn)矩區(qū)域，通過(guò) 強(qiáng)勵(lì)磁控制補(bǔ)償磁鐵量的不足部分而輸出大轉(zhuǎn)矩，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)中止強(qiáng)勵(lì) 磁控制。由此，因原來(lái)的磁鐵量本身較少，故感應(yīng)電壓也小，即便在比較 對(duì)象電動(dòng)機(jī)的弱勵(lì)磁區(qū)域也可繼續(xù)輸出轉(zhuǎn)矩。
這樣，在正凸極特性的電動(dòng)機(jī)中，由于可減少磁鐵的使用量，因而是 有利的。
圖3是由圖表表示圖1的永久磁鐵的電流相位與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的說(shuō)明圖。 在圖3中，Tm表示磁轉(zhuǎn)矩，TT表示磁阻轉(zhuǎn)矩，Tt表示磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩的
合成轉(zhuǎn)矩，Tr'表示反凸極特性時(shí)的磁阻轉(zhuǎn)矩，Tt'表示反凸極特性時(shí)的磁轉(zhuǎn)矩 和磁阻轉(zhuǎn)矩的合成轉(zhuǎn)矩。另外，rai、訂、Tt表示第一實(shí)施方式的例子(正凸 極特性)，Tr'、 xt'表示現(xiàn)有例(反凸極特性)。
在圖3中，為方便起見，將磁轉(zhuǎn)矩Tm的最大值設(shè)為2，將磁阻轉(zhuǎn)矩rt 的最大值作為1,但實(shí)際的轉(zhuǎn)矩值與磁鐵量和凸極比等電動(dòng)機(jī)的磁特性相關(guān) 且與電流量成比例。
在第一實(shí)施方式的永久石茲鐵電動(dòng)機(jī)10中，在電流相位為-30度附近成 為最大轉(zhuǎn)矩，在反凸極特性時(shí)，在電流相位為30度附近成為最大轉(zhuǎn)矩。在 此，在要進(jìn)一步增大最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，通過(guò)增加電流量即可實(shí)現(xiàn)，在反凸極特 性時(shí)，在電流相位為30度附近時(shí)，對(duì)永久^茲鐵16施加^茲場(chǎng)以成為弱勵(lì)i茲， 故即便要增加電流量，為了避免永久磁鐵16的永久去磁而不得不限制電流 量的增加。
另一方面，在第一實(shí)施方式中，在電流相位為-30度附近，對(duì)永久磁 鐵16向強(qiáng)勵(lì)磁方向施加磁場(chǎng)，故不存在永久去磁的擔(dān)憂，可增加電流。
這樣，基于圖3的關(guān)系，電流控制裝置19如下所述進(jìn)行控制，即，通 過(guò)在輸出最大轉(zhuǎn)矩時(shí)將電流相位向負(fù)方向偏移，對(duì)永久f茲鐵16向強(qiáng)勵(lì),茲方 向施加i茲場(chǎng)，并且輸出最大轉(zhuǎn)矩。
以下，列舉在第一實(shí)施方式的永久磁鐵電動(dòng)機(jī)中獲得的效果。
1) 通過(guò)將永久磁鐵配置于由低導(dǎo)磁率層夾持的芯部，不在通過(guò)由永久 磁鐵產(chǎn)生的磁通的通路上配置低導(dǎo)磁率層，即可形成正凸極型磁電路，故 不需要增加磁鐵量即可有效地利用磁鐵轉(zhuǎn)矩。
2) 因?qū)⒂谰么盆F配置于由低導(dǎo)磁率層夾持的芯部，并且，存在未配置從轉(zhuǎn)子表面的一部位向其它部位穿過(guò)的永久》茲《失的相鄰芯部，故永久^茲鐵 的,茲通通路和磁性體凸極的磁通通路各自不相交，即便對(duì)定子繞線供給較 大電流，也可防止石茲電^各的飽和。 (第二實(shí)施方式)
圖4是本發(fā)聽第二實(shí)施方式的永久磁鐵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的說(shuō)明圖。如圖4 所示，第二實(shí)施方式的永久磁鐵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子20具有以薄的狀態(tài)配置于轉(zhuǎn) 子芯15表面附近的永久磁鐵21 (21S1 21S4、 21N1 21N4)，并且，具有 由將粘接劑填充到空氣層的粘接層形成的低導(dǎo)磁率層22。其它結(jié)構(gòu)及作用 與第一實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子12 (參照?qǐng)D1)相同。另外，省略與圖1相同部分 的說(shuō)明。
在第二實(shí)施方式中，與第一實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子12相比，永久》茲鐵21以 薄的狀態(tài)配置于轉(zhuǎn)子芯15表面即與定子芯13相對(duì)的相對(duì)面附近。通常， 永久磁鐵的磁化方向的厚度增厚，以相比于磁鐵磁通的增大而更加提高頑 磁力(對(duì)去磁性能的提高)。在本實(shí)施方式的正凸極特性的電動(dòng)機(jī)的情況下， 因通過(guò)盡量避免弱勵(lì),茲方向的運(yùn)轉(zhuǎn)而可避免永久石茲鐵的去^t故可使^H失 較薄。在減少磁鐵量的基礎(chǔ)上，在轉(zhuǎn)子12的厚度方向上減少，對(duì)于維持磁 通是有利的。并且，與通常的逆凸極型電動(dòng)機(jī)相比，由于磁鐵量少，故質(zhì) 量變輕。由于也可避免高速旋轉(zhuǎn)時(shí)磁鐵的飛散等，故在高速旋轉(zhuǎn)化方面在
強(qiáng)度上也是有利的。
另外，因由將粘接劑填充到空氣層的粘接層形成低導(dǎo)磁率層22，粘接
劑與空氣相比磁阻稍減小，但通過(guò)形成粘接劑填充層，可將轉(zhuǎn)子芯15牢固
地一體化，這對(duì)高速轉(zhuǎn)速是有利的。
另外，作為第二實(shí)施方式的變形例，也可將永久磁鐵設(shè)為表面磁鐵型。 圖5是第二實(shí)施方式的變形例的轉(zhuǎn)子的說(shuō)明圖。如圖5所示，轉(zhuǎn)子23
具有永久》茲鐵24 ( 24S1 ~ 24S4、 24N1 ~ 24N4 )，這些永久磁鐵24配置于轉(zhuǎn)
子芯15的表面即與定子芯13相對(duì)的相對(duì)面，即面對(duì)轉(zhuǎn)子23和定子11間的
氣隙a (參照?qǐng)D1)而配置。
這樣，通過(guò)設(shè)為表面磁鐵型，可減少磁鐵量，故而可減小相對(duì)定子11
的永久;茲鐵24的間隙(間隙)。根據(jù)本實(shí)施方式，由于可減少磁鐵量，磁
鐵質(zhì)量變輕、磁鐵不會(huì)飛散，故與以往相比，在更高速旋轉(zhuǎn)型電動(dòng)機(jī)中也
可采用表面磁鐵結(jié)構(gòu)。以下，列舉在第二實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子中可獲得的效果。 在第一實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子獲得的效果的基礎(chǔ)上，還具有
3) 因磁鐵量的減少，磁鐵質(zhì)量變輕，可實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)型轉(zhuǎn)子。
4) 通過(guò)將粘接劑填充到空氣層而形成低導(dǎo)磁率層，可緩和向轉(zhuǎn)子芯的 應(yīng)力集中并實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)型轉(zhuǎn)子。
(第三實(shí)施方式)
圖6是本發(fā)明第三實(shí)施方式的永久磁鐵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的說(shuō)明圖。如圖6 所示，第三實(shí)施方式的永久磁鐵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子25具有由俯視為星形構(gòu)成的 轉(zhuǎn)子芯26,并且，具有配置于轉(zhuǎn)子芯26表面附近的板狀永久磁鐵27( 27S1 -27S4、 27N1-27N4)。其它結(jié)構(gòu)及作用與第 一實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子12(參照?qǐng)D l)相同。另外，省略與圖1相同部分的說(shuō)明。
轉(zhuǎn)子25具有形成為從轉(zhuǎn)子芯15 (參照?qǐng)D1)的正圓形狀去除q軸方向 部分的形狀、即俯視為十字狀星形形狀的轉(zhuǎn)子芯26,以使q軸附近的氣隙 al比d軸附近的氣隙a2大。即，相比轉(zhuǎn)子25表面的基于永久磁鐵27的磁 通放射面與定子13間的氣隙距離，^磁通放射面以外部分與定子13間的氣 隙距離大。
在本實(shí)施方式中，因轉(zhuǎn)子芯26的q軸方向的磁路幾乎全被空氣占據(jù)， 故q軸方向的磁阻增大，其結(jié)果為，可形成正凸極型磁路。
另外，在本實(shí)施方式中，永久磁鐵27配置于轉(zhuǎn)子25表面即與定子13 相對(duì)的相對(duì)面附近且為低導(dǎo)磁率層17的一部分，在此基礎(chǔ)上，為了確保需 要的磁鐵量，永久磁鐵27形成為與低導(dǎo)磁率層17的配置方向大致平行的 板狀形狀而配置于低導(dǎo)磁率層17內(nèi)，并且，在與低導(dǎo)磁率層17的設(shè)置方 向交叉的方向、例如大致垂直的方向纟皮》茲化。
以下，列舉在第三實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子中可獲得的效果。
在第一實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子獲得的效果的基礎(chǔ)上，還具有
5) 由于在q軸方向形成大的氣隙，故可進(jìn)一步增大q軸方向的磁阻， 可增大正凸極型電動(dòng)機(jī)的凸極比。
6) 通過(guò)將永久磁鐵配置于低導(dǎo)磁率層內(nèi)，可進(jìn)一步減小d軸磁路的磁阻。
(第四實(shí)施方式)
圖7表示本發(fā)明第四實(shí)施方式的永久磁鐵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的各種類型(其
ii一 )，(a )是類型1的部分說(shuō)明圖、(b )是類型2的部分說(shuō)明圖、(C )是類
型3的部分說(shuō)明圖。圖8表示本發(fā)明第四實(shí)施方式的永久磁鐵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn) 子的各種類型(其二)， (d)是類型4的部分說(shuō)明圖、(e)是類型5的部分 說(shuō)明圖、(f)是類型6的部分說(shuō)明圖。圖9表示本發(fā)明第四實(shí)施方式的永久 磁鐵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的各種類型(其三)，(g)是類型7的部分說(shuō)明圖、(h) 是類型8的部分說(shuō)明圖、(i)是類型9的部分說(shuō)明圖。
在第一實(shí)施方式-第三實(shí)施方式中，主要說(shuō)明了通過(guò)增加q軸方向的 磁阻來(lái)獲得正凸極特性的永久磁鐵電動(dòng)機(jī)的例子，在第四實(shí)施方式中，在 第一實(shí)施方式 第三實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，說(shuō)明通過(guò)減少d軸方向的磁阻來(lái) 實(shí)現(xiàn)具有正凸極特性的永久磁鐵電動(dòng)機(jī)的大凸極比的例子。
另外，在通常的反凸極特性的電動(dòng)機(jī)的情況下，設(shè)計(jì)成在d軸與d軸 間即q軸方向存在磁性體凸極，該q軸方向的磁阻變小，從而可獲得較大 的凸極比并可增大磁阻轉(zhuǎn)矩。
但是，在正凸極特性的電動(dòng)機(jī)的情況下，由于使q軸方向的磁阻增加， 故i"茲性體凸極存在于d軸方向上。因此，在正凸極特性的電動(dòng)機(jī)中，凸極 比與反凸極特性的電動(dòng)機(jī)時(shí)的凸極比相反，故通過(guò)將d軸方向的磁阻設(shè)計(jì) 得小而提高凸極比，可獲得較大的磁阻轉(zhuǎn)矩。
另外，當(dāng)增大正凸極特性的電動(dòng)機(jī)的凸極比時(shí)，若不確保磁鐵磁通則 將導(dǎo)致》茲轉(zhuǎn)矩的減少，故需要進(jìn)行如下所述的設(shè)計(jì)，即，不減少^磁鐵-磁通 而減小d軸方向的》茲阻。
在圖7~圖9中都表示從轉(zhuǎn)子的d軸中心到d軸中心。圖7(a)'- (c) 所示的類型1~類型3的轉(zhuǎn)子28a 28c以大大確保》茲4失一磁通為目的，但為 了增大q軸方向的磁阻，在由鋼板構(gòu)成的轉(zhuǎn)子芯2 9的q軸方向設(shè)置空氣層 30而增大q軸附近的氣隙(參照第三實(shí)施方式)。
并且，為了減小d軸方向的；茲阻，在d軸中心分割永久磁鐵(31N、 31S )， 在其中心部不配置磁鐵。另外，因磁鐵本身使用寬度寬且厚度薄的磁鐵， 故基于磁鐵厚度產(chǎn)生的磁阻小。
根據(jù)類型1 類型3的轉(zhuǎn)子28a 28c,因可增大磁鐵寬度，故可大大確 保磁鐵磁通(Wb)。
另外，通常，雖然增大》茲鐵磁通的效果小且磁通方向的面積占支配地 位，但從頑磁力的觀點(diǎn)來(lái)看，永久磁鐵的磁化方向的厚度厚是重要的。即，在正凸極特性的電動(dòng)機(jī)的情況下，因通過(guò)盡量避免弱勵(lì)磁方向的運(yùn)轉(zhuǎn)可避 免永久磁鐵的去磁，故可較薄地形成磁鐵。
圖8(d) ~ (f)、圖9 (g)所示的類型4~類型7的轉(zhuǎn)子28d-28g以 獲得大的凸極比為目的。為了增加q軸方向的磁阻，將q軸附近的氣隙增 大(參照第三實(shí)施方式)，這與類型1~類型3的轉(zhuǎn)子28a 28c的情況相同， 但通過(guò)將永久磁鐵配置在與d軸平行的方向，可減小d軸方向的磁通路上 的7lc久f茲《失的面積。
并且，與磁鐵磁通通過(guò)的通路分開地設(shè)置未配置永久磁鐵的d軸磁路。 由此，可大幅度減小d軸方向的磁阻，故而可增大凸極比。另夕卜，與類型1 ~ 3的轉(zhuǎn)子28a ~ 28c同樣地，由于在d軸中心分割永久i茲鐵且在其中心部未 配置磁鐵，故該區(qū)域也可作為d軸方向的磁通路而使用。
另外，在類型4-7的轉(zhuǎn)子28d~28g中，難以大大確保i茲鐵石茲通，如 類型4的轉(zhuǎn)子28d所示，通過(guò)盡量將磁鐵配置在表面附近，可獲得較大的 磁鐵磁通。與類型1~類型3的轉(zhuǎn)子28a~28c同樣地，通過(guò)以避免弱勵(lì)磁 運(yùn)轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行控制，可使用較薄的永久磁鐵。
類型8、 9的轉(zhuǎn)子28h、 28i以大大確保磁鐵磁通且獲得大的凸極比為目 的。如在類型1~類型3的轉(zhuǎn)子28a 28c中所述，將永久;茲鐵配置成與d 軸垂直并確保磁鐵面積，并且如由類型4~類型7的轉(zhuǎn)子28d 28g所述， 至少確保一條未配置永久^f茲鐵的d軸磁路。
圖IO是由圖表表示圖7~圖9的各種轉(zhuǎn)子類型的凸極比與磁通密度的 關(guān)系的說(shuō)明圖。如圖IO所示，如基于各種轉(zhuǎn)子類型進(jìn)行的說(shuō)明，在類型〗 的轉(zhuǎn)子28a中，可大大確保磁鐵磁通，在類型4的轉(zhuǎn)子28d中，可大大確保 凸極比，在類型7的轉(zhuǎn)子28g中，可大大確保凸極比并且也可大大確保磁 鐵磁通。
圖11是由圖表表示圖7~圖9的各種轉(zhuǎn)子類型的凸極比與定子齒數(shù)的 關(guān)系的說(shuō)明圖。如圖II所示，例如在類型7的轉(zhuǎn)子28g的情況下，觀察1 相1極的定子齒數(shù)為0.5 ~ 2的情況，若將每極每相的齒數(shù)設(shè)為2則凸極比 提高。另外，考慮到每極每相的齒數(shù)從1到2時(shí)提高幅度較小，實(shí)現(xiàn)兩個(gè) 以上齒數(shù)的生產(chǎn)很難，由此可知優(yōu)選將齒數(shù)設(shè)為2。
以下，列舉在第四實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子中獲得的效果。
在第一實(shí)施方式、第二實(shí)施方式、第三實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子獲得的效果的基礎(chǔ)上，還具有
7 )通過(guò)在d軸中央分割磁鐵，可在d軸中心部形成磁阻小的d軸磁路， 故可提高凸極比。
8) 通過(guò)設(shè)置不具備永久磁鐵的d軸磁路，可減小該磁路的磁阻并提高 凸極比。
9) 通過(guò)相對(duì)d軸磁路平行地配置永久磁鐵，可減小該磁路的、由永久 磁鐵產(chǎn)生的磁阻，可提高凸極比。
10) 通過(guò)相對(duì)d軸磁路垂直地配置永久磁鐵，并且將磁鐵厚度減薄、 擴(kuò)大磁鐵寬度，可大大確保磁鐵磁通，且因磁鐵厚度較薄，故可降低d軸 磁路的磁阻，可提高凸極比。
11 )通過(guò)將每極每相的定子齒數(shù)設(shè)為2,可提高凸極比。 另外，作為上述各實(shí)施方式的變形例，也可將配置于轉(zhuǎn)子芯的永久磁 鐵替換為線圈。
圖12表示轉(zhuǎn)子的變形例，(a)是平面說(shuō)明圖、(b)是磁通產(chǎn)生電路的 說(shuō)明圖。如圖12所示，轉(zhuǎn)子32例如將配置于俯視形成為十字狀星形的轉(zhuǎn) 子芯26的永久磁鐵替換為線圈(勵(lì)磁繞線)。即，在轉(zhuǎn)子芯26上設(shè)有構(gòu)成 N極的勵(lì)》茲繞線33a、 33b和構(gòu)成S極的永久》茲《失27 (參照(a))。構(gòu)成N 極的勵(lì)i茲繞線33a、 33b與電源34連接，通過(guò)在勵(lì)》茲繞線33a、 33b中流過(guò) 電流而形成^茲通(參照(b ))。
另外，轉(zhuǎn)子芯并不限于十字星形，也可為正圓形狀(參照?qǐng)D1)等其它 形成。
這樣，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)具有在定子芯上巻繞有定子繞線的定子和在 轉(zhuǎn)子芯上安裝有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子，其中，在所述轉(zhuǎn)子芯上沿與永久磁鐵的 磁通方向正交的方向設(shè)有多列低導(dǎo)磁率層，該低導(dǎo)磁率層沿永久磁鐵的磁 通方向設(shè)置且導(dǎo)磁率比轉(zhuǎn)子芯低，在兩個(gè)所述低導(dǎo)磁率層之間的芯部配置 永久磁鐵，旋轉(zhuǎn)電機(jī)還具有進(jìn)行如下控制的電流控制機(jī)構(gòu)，即，將對(duì)定子 繞線通電的電流的相位向使永久磁鐵產(chǎn)生的磁通增大的方向偏移。
另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選為在與永久磁鐵的磁通方向正交的方向配 置三列以上的所述低導(dǎo)磁率層，由兩個(gè)所述低導(dǎo)磁率層夾持的芯部具有配 置有所述永久磁鐵的芯部和未配置所述永久石茲鐵的芯部。
在本發(fā)明中，配置于所述低導(dǎo)磁率層間的芯部的永久磁鐵配置在所述轉(zhuǎn)子的表面為好。
另外，在本發(fā)明中，相比于所述轉(zhuǎn)子表面的基于永久磁鐵的磁通放射 面與定子間的氣隙距離、磁通放射面以外部分與定子間的氣隙距離大為好。
芯上安裝有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)子芯上沿永久磁鐵的 磁通方向設(shè)有導(dǎo)磁率低于轉(zhuǎn)子芯的低導(dǎo)磁率層，在該低導(dǎo)磁率層內(nèi)配置沿 與所述低導(dǎo)磁率層的設(shè)置方向交叉的方向被磁化的永久磁鐵，所述電流控 制機(jī)構(gòu)通電如下的電流，即，相位向?qū)⒂谰么盆F產(chǎn)生的》茲通增大的方向偏 移的電流。
在本發(fā)明中，所述定子繞線優(yōu)選為分布繞組且具備相對(duì)1極而具有2 個(gè)以上的槽數(shù)的相。
在本發(fā)明中，所迷低導(dǎo)^t率層優(yōu)選由空氣層形成。 另外，在本發(fā)明中，所述低導(dǎo)磁率層優(yōu)選由粘接劑層形成。 如上所述，基于各種附圖和各實(shí)施方式說(shuō)明了本發(fā)明，但請(qǐng)注意，只 要是本領(lǐng)域技術(shù)人員，很容易基于上述公開內(nèi)容進(jìn)行各種變形或修改。例 如，第一實(shí)施方式 第四實(shí)施方式的各種組合、或?qū)⒂谰么盆F替換為線圈 等情況也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，請(qǐng)留意這些變形或修改都包含在 本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)，具有在定子芯上巻繞有定子繞線的定子和在轉(zhuǎn)子芯 上安裝有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)子芯上沿與永久磁鐵的磁通方向正交的方向排列設(shè)有多列低 導(dǎo)磁率層，該低導(dǎo)磁率層的各個(gè)沿永久磁鐵的磁通方向設(shè)置且導(dǎo)磁率低于 轉(zhuǎn)子芯，在兩個(gè)所述低導(dǎo)磁率層之間的芯部配置永久磁鐵，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)還具有進(jìn)行如下控制的電流控制機(jī)構(gòu)，即，將對(duì)定子繞 線通電的電流的相位向使永久磁鐵產(chǎn)生的磁通增大的方向偏移。
2. 如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，在與永久石茲鐵的磁通 方向正交的方向配置三列以上的所述低導(dǎo)磁率層，由兩個(gè)所述低導(dǎo)磁率層 夾持的芯部具有配置有所述永久磁鐵的芯部和未配置所述永久磁鐵的芯部。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，配置于所述低導(dǎo) 磁率層之間的芯部的永久磁鐵配置在所述轉(zhuǎn)子的表面。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，相比所述轉(zhuǎn)子表 面的基于永久磁鐵的磁通放射面與定子間的氣隙距離，所述轉(zhuǎn)子表面的磁 通放射面以外的部分與定子間的氣隙距離大。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述定子繞線為 分布繞組且具備相對(duì)1極而言具有2個(gè)以上的槽數(shù)的相。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述低導(dǎo)磁率層 由空氣層形成。
7. 如權(quán)利要求1或2所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述低導(dǎo)磁率層 由粘接劑層形成。
8. —種旋轉(zhuǎn)電機(jī)，具有在定子芯上巻繞有定子繞線的定子和在轉(zhuǎn)子芯 上安裝有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)子芯上沿永久磁鐵的磁通方向設(shè)有導(dǎo)磁率低于轉(zhuǎn)子芯的低導(dǎo) 磁率層，在該低導(dǎo)磁率層內(nèi)配置沿與所述低導(dǎo)磁率層的設(shè)置方向交叉的方 向被》茲化的永久;茲鐵，所述電流控制機(jī)構(gòu)通電有如下的電流，即相位向使由永久^f茲鐵產(chǎn)生的 石茲通增大的方向偏移的電流。
9. 如權(quán)利要求8所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述定子繞線為分布 繞組且具備相對(duì)1極而言具有2個(gè)以上的槽數(shù)的相。
10. 如權(quán)利要求8或9所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述低導(dǎo)磁率層 由空氣層形成。
11. 如權(quán)利要求8或9所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述低導(dǎo)磁率層 由粘接劑層形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)，就磁通量而言無(wú)需要較多的磁鐵而可減少磁鐵量，其使用永久磁鐵并且具有正凸極特性。本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)具有在定子芯上卷繞定子繞線的定子和在轉(zhuǎn)子芯上安裝永久磁鐵的轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子芯(15)上沿與永久磁鐵(16)的磁通方向正交的方向設(shè)有多列低導(dǎo)磁率層(17)，該低導(dǎo)磁率層(17)沿永久磁鐵(16)的磁通方向設(shè)置且導(dǎo)磁率低于轉(zhuǎn)子芯(15)，在兩低導(dǎo)磁率層(17)間的芯部配置永久磁鐵(16)，還具有進(jìn)行如下控制的電流控制機(jī)構(gòu)(19)，即，將對(duì)定子繞線(14)通電的電流的相位向使由永久磁鐵(16)產(chǎn)生的磁通增大的方向偏移。
文檔編號(hào)H02K3/12GK101312307SQ20081009853
公開日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2008年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月22日
發(fā)明者有滿稔, 赤津観 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社