轉子及具備該轉子的永久磁鐵式旋轉電機、電動驅動系統、電動車輛的制作方法
【專利摘要】提供電動車輛用的永久磁鐵式旋轉電機，即使采用無稀土磁鐵也能夠確保瞬時地輔助發動機轉矩的峰值轉矩或發電轉矩，而且也能夠確保高速運轉時的特性。具備軸向斷面的至少一邊形成為弧狀的永久磁鐵(131及132)，在具有多個永久磁鐵的轉子(130)中，在將磁極的中心軸設為d軸，且將相對于d軸隔開90°電角度的軸設為q軸的情況下，以具有將上述弧的中心點與上述弧連結的線不與d軸交叉的第一永久磁鐵對(131A及131B)、以及上述線與上述d軸交叉的第二永久磁鐵對(132A－D)的方式構成永久磁鐵式旋轉電機的轉子。
【專利說明】
轉子及具備該轉子的永久磁鐵式旋轉電機、電動驅動系統、電動車輛
技術領域
[0001]本發明涉及轉子及具備該轉子的永久磁鐵式旋轉電機、電動驅動系統、電動車輛。
【背景技術】
[0002]在車輛用的旋轉電機、例如混合動力電動汽車的驅動用馬達等中，由于啟動、超車等加速性能是必需的而要求馬達能夠提供瞬時的峰值轉矩。在用于汽車用途的永久磁鐵式旋轉電機的情況下，就為了產生該峰值轉矩而使用于轉子的永久磁鐵而言，采用了磁能積較大的稀土類磁鐵。這里，用于汽車用途的稀土類磁鐵為了耐受高溫環境而添加了鏑。但是由于鏑資源枯竭的風險較高，為了回避風險而重新考慮應用容易獲取的永久磁鐵材料、即鐵氧體磁鐵或減小了鏑添加量的無稀土磁鐵。
[0003]而在應用無稀土磁鐵的情況下，磁能積相對于稀土類磁鐵較低，因此需要通以大電流。因此，在逆變器的開關元件或母線中產生的電路損失會增大而必須要解決發熱問題，因此希望降低峰值轉矩產生時的逆變器電流、即提高馬達的轉矩特性。
[0004]作為解決問題的方法例，在專利文獻I中公開了如下技術，通過使永久磁鐵的磁疇取向在周向上變化，以增加有效磁通而實現轉矩即效率的提高。
[0005]現有技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻I:日本特開2009—153353
【發明內容】
[0008]發明所要解決的課題
[0009]上述現有技術中，通過使永久磁鐵的磁疇取向在周向上變化，而具有抑制磁鐵間產生的短路磁通并使永久磁鐵的有效磁通增加的效果。在由磁能積較小的永久磁鐵構成的情況下，確保有效磁通是非常重要的，因此是適于有效利用無稀土磁鐵的技術。
[0010]如果能夠確保有效磁通，則能夠提高轉矩并減小產生轉矩所需的電流值而提高效率。
[0011]但是，雖然在車輛加速時等產生峰值轉矩這樣的低速區域上能夠提高轉矩，但是在高速巡航時等需要弱磁場運轉的運轉條件下，由于永久磁鐵的磁疇取向在周向上不同，因此在弱磁場運轉的情況下，電樞磁動勢與磁場磁動勢的分布不同，弱磁場電流的增加、高次諧波磁動勢成分更加顯著。其結果是，電樞繞組中產生的銅損、高次諧波引起的鐵損等馬達損耗增加，會導致車輛的燃料消耗量增加。
[0012]本發明的目的是提供一種電動車輛用的永久磁鐵式旋轉電機，其即使采用無稀土磁鐵也能夠確保瞬時地輔助發動機轉矩的峰值轉矩或發電轉矩，而且也能夠確保高速運轉時的特性。
[0013]用于解決課題的方案
[0014]為了解決上述課題，例如采用如下技術方案。本申請包含多個解決上述課題的方案，而如果舉出其中一例，則在永久磁鐵式旋轉電機的轉子中，其特征在于，具備軸向斷面的至少一邊形成為弧狀的永久磁鐵，在具有多個永久磁鐵的轉子中，在將磁極的中心軸設為d軸，且將相對于d軸隔開90°電角度的軸設為q軸的情況下，具有:將上述弧的中心點與上述弧連結的線不與d軸交叉的第一永久磁鐵對;上述線與上述d軸交叉的第二永久磁鐵對。
[0015]發明效果
[0016]根據本發明，能夠提供一種驅動系統的特性優異的永久磁鐵式旋轉電機，即使采用無稀土磁鐵也能夠確保瞬時地輔助發動機轉矩的峰值轉矩或發電轉矩，而且也能夠確保高速運轉時的特性。
[0017]上述以外的課題、結構及效果可以通過對以下實施方式的說明而明了。
【附圖說明】
[0018]圖1是表示應用本發明的一個實施例的旋轉電機的混合動力電動汽車的結構框圖。
[0019]圖2是表示逆變器裝置的電路結構的電路圖。
[0020]圖3是本發明的一個實施例的永久磁鐵式旋轉電機的剖面構造圖。
[0021 ]圖4是表不本發明的一個實施例的永久磁鐵式旋轉電機的定子槽構造的局部放大圖。
[0022]圖5是表不本發明的一個實施例的永久磁鐵式旋轉電機的轉子剖面構造的局部放大圖。
[0023]圖6是對應用本發明時的轉矩與現有例進行比較的測定結果。
[0024]圖7是表示本發明的另一個實施例的永久磁鐵式旋轉電機的轉子構造的局部放大圖。
【具體實施方式】
[0025]以下針對本發明的實施例，以用于混合動力電動汽車的驅動用馬達為例進行說明。
[0026]實施例1
[0027]首先，基于圖1對應用本實施例的旋轉電機的車輛的結構進行說明。在本實施例中以具有兩個不同的動力源的混合動力電動汽車為例進行說明。
[0028]本實施例的混合動力電動汽車是四輪驅動式車輛，其利用內燃機即發動機ENGJ^轉電機MG I來驅動前輪FLW、FRff，并利用旋轉電機MG2來驅動后輪RLW、RRff。
[0029]雖然在本實施例中是對利用發動機ENG和旋轉電機MGl來驅動前輪WFLW、FRW并利用旋轉電機MG2來驅動后輪RLW、RRW的情況進行了說明，但是也可以利用旋轉電機MG I來驅動前輪WFLW、FRW并利用發動機ENG和旋轉電機MG2來驅動后輪RLW、RRff。
[0030]在前輪FLW、FRW的前輪車軸ros上經由差動裝置roF機械地連接有變速器T/Μ。在變速器T/Μ上經由動力分配機構PSM機械地連接有旋轉電機MGl和發動機ENG。動力分配機構PSM是進行旋轉驅動力的合成或分配的機構。在旋轉電機MG I的定子繞組電連接有逆變器裝置INV的交流側。逆變器裝置INV是將直流電變換為三相交流電的電力變換裝置，用于對旋轉電機MG I的驅動進行控制。在逆變器裝置INV的直流側電連接有電池BAT。
[0031 ]在后輪RLW、RRW的后輪車軸RDS上經由差動裝置RDF和減速器RG機械地連接有旋轉電機MG2。在旋轉電機MG2的定子繞組電連接有逆變器裝置INV的交流側。這里，逆變器裝置INV共用于旋轉電機MGl、MG2，并具備:旋轉電機MGl用的功率模塊PMUl及驅動電路裝置DCUl、旋轉電機MG2用的功率模塊PMU2及驅動電路裝置DCU2、馬達控制裝置MCU。
[0032]在發動機ENG安裝有起動器STR。起動器STR是用于使發動機ENG起動的起動裝置。
[0033]發動機控制裝置ECU基于來自傳感器或其它控制裝置等的輸入信號，來計算用于使發動機ENG的各組成設備(節流閥、燃料噴射閥等)動作的控制值。該控制值作為控制信號向發動機ENG的各組成設備的驅動裝置輸出。由此，能夠控制發動機ENG的各組成設備的動作。
[0034]變速器T/Μ的動作由變速器控制裝置TCU控制。變速器控制裝置TCU基于來自傳感器或其它控制裝置等的輸入信號，來計算用于使變速機構動作的控制值。該控制值作為控制信號向變速機構的驅動裝置輸出。由此，能夠控制變速器T/Μ的變速機構的動作。
[0035]電池BAT是電池電壓為200v以上的高電壓的鋰離子電池，由電池控制裝置B⑶來管控充放電、壽命等。為了對電池的充放電、壽命等進行管控，而向電池控制裝置BCU輸入了電池BAT的電壓值及電流值等。另外，雖然省略了圖示，但是作為電池也搭載有電池電壓為12v的低壓電池，用作控制系統的電源、收音機或燈等的電源。
[0036]發動機控制裝置ECU、變速器控制裝置TCU、馬達控制裝置M⑶及電池控制裝置BCU經由車載用局域網LAN相互電連接，并且與綜合控制裝置GCU電連接。由此，能夠在各控制裝置間進行雙向的信號傳輸，并能夠實現相互的信息傳遞、檢測值的共有等。綜合控制裝置GCU按照車輛的運轉狀態向各控制裝置輸出指令信號。例如綜合控制裝置GCU按照基于運轉者的加速要求的油門踩踏量來計算車輛所需的轉矩值，為了使發動機ENG的運轉效率良好，而將該所需的轉矩值分配為發動機ENG側的輸出轉矩值和旋轉電機MGl側的輸出轉矩值，并將所分配的發動機ENG側的輸出轉矩值作為發動機轉矩指令信號向發動機控制裝置ECU輸出，將所分配的旋轉電機MGl側的輸出轉矩值作為馬達轉矩指令信號向馬達控制裝置MCU輸出。
[0037]接下來，對本實施例的混合動力電動汽車的動作進行說明。
[0038]在混合動力電動汽車的起動時、低速行駛時(發動機ENG的運轉效率(油耗性能)降低的行駛區域)，利用旋轉電機MGl來驅動前輪FLW、FRW。并且，雖然在本實施例中是對在混合動力電動汽車的起動時及低速行駛時利用旋轉電機MGl來驅動前輪FLW、FRW的情況進行了說明，但是也可以利用旋轉電機MG I來驅動前輪FLW、FRW并利用旋轉電機MG2來驅動后輪RLW、RRW(也可以進行四輪驅動行駛)。從電池BAT向逆變器裝置INV供給直流電。所供給的直流電由逆變器裝置INV變換為三相交流電。由此得到的三相交流電向旋轉電機MGl的定子繞組供給。由此，旋轉電機MGl進行驅動而產生旋轉輸出。該旋轉輸出經由動力分配機構PSM向變速器T/Μ輸入。所輸入的旋轉輸出經變速器T/Μ變速而向差動裝置H)F輸入。所輸入的旋轉輸出由差動裝置FDF向左右分配而分別向左右的前輪車軸FDS傳遞。由此，對前輪車軸FDS進行旋轉驅動。并且，利用前輪車軸FDS的旋轉驅動對前輪FLW、FRW進行旋轉驅動。
[0039]在混合動力電動汽車的正常行駛時(在行駛于干燥路面時發動機ENG的運轉效率良好(燃料消耗量少)的行駛區域)，利用發動機ENG來驅動前輪FLW、FRW。因此，發動機ENG的旋轉輸出經由動力分配機構PSM向變速器T/Μ輸入。所輸入的旋轉輸出由變速器T/Μ進行變速。經變速的旋轉輸出經由差動裝置FDF向前輪車軸FDS傳遞。由此，WH-F對前輪FLW、FRW進行旋轉驅動。并且，在對電池BAT的充電狀態進行檢測而需要對電池BAT進行充電時，則將發動機ENG的旋轉輸出經由動力分配機構PSM向旋轉電機MGl分配而對旋轉電機MGl進行旋轉驅動。由此，旋轉電機MGl作為發電機動作。通過該動作在旋轉電機MGl的定子繞組中產生三相交流電。該產生的三相交流電由逆變器裝置INV變換為預定的直流電。由該變換所得到的直流電向電池BAT供給。從而對電池BAT進行充電。
[0040]在混合動力電動汽車的四輪驅動行駛時(在雪道等低摩擦(μ)道路上行駛時發動機ENG的運轉效率良好(燃料消耗量少)的行駛區域)，利用旋轉電機MG2來驅動后輪RLW、RRW。并且與上述正常行駛同樣地，利用發動機ENG來驅動前輪FLW、FRW。并且，電池BAT的蓄電量因旋轉電機MGl的驅動而減少，因此與上述正常行駛同樣地，利用發動機ENG的旋轉輸出對旋轉電機MG I進行旋轉驅動，對電池BAT進行充電。為了利用旋轉電機MG2對后輪RLW、RRW進行驅動，從電池BAT向逆變器裝置INV供給直流電。所供給的直流電由逆變器裝置INV變換為三相交流電，經該變換所得到的交流電向旋轉電機MG2的定子繞組供給。由此，旋轉電機MG2被驅動而產生旋轉輸出。所產生的旋轉輸出經減速器RG減速而向差動裝置RDF輸入ο所輸入的旋轉輸出由差動裝置RDF向左右分配而分別向左右的后輪車軸RDS傳遞。由此，對后輪車軸RDS進行旋轉驅動。并且，利用后輪車軸RDS的旋轉驅動對后輪RLW、RRW進行旋轉驅動。
[0041 ]在混合動力電動汽車加速時，利用發動機ENG和旋轉電機MGl對前輪FLW、FRW進行驅動。并且，雖然在本實施例中是對在混合動力電動汽車加速時利用發動機ENG和旋轉電機MGl來驅動前輪FLW、FRW的情況進行了說明，但是也可以利用發動機ENG和旋轉電機MGl對前輪FLW、FRW進行驅動并利用旋轉電機MG2對后輪RLW、RRW進行驅動(也可以進行四輪驅動行駛)。發動機ENG和旋轉電機MG I的旋轉輸出經由動力分配機構PSM向變速器T/Μ輸入。所輸入的旋轉輸出由變速器t/μ進行變速。經變速的旋轉輸出經由差動裝置roF向前輪車軸ros傳遞。由此，對前輪FLW、FRW進行旋轉驅動。
[0042]在混合動力電動汽車的再生時(踩踏剎車時、放松對油門的踩踏時或停止對油門的踩踏時等的減速時)，將前輪FLW、FRW的旋轉力經由前輪車軸n)S、差動裝置FDF、變速器T/M、動力分配機構PSM向旋轉電機MGl傳遞而對旋轉電機MGl進行旋轉驅動。由此，旋轉電機MGl作為發電機動作。通過該動作在旋轉電機MGl的定子繞組中產生三相交流電。該產生的三相交流電由逆變器裝置INV變換為預定的直流電。經該變換所得到的直流電向電池BAT供給。由此，對電池BAT進行充電。另一方面，將后輪RLW、RRW的旋轉力經由后輪車軸RDS、差動裝置RDF、減速器RG向旋轉電機MG2傳遞而對旋轉電機MG2進行旋轉驅動。由此，旋轉電機MG2作為發電機動作。利用該動作在旋轉電機MG2的定子繞組中產生三相交流電。該產生的三相交流電由逆變器裝置INV變換為預定的直流電。經該變換所得到的直流電向電池BAT供給。由此，對電池BAT進行充電。
[0043]圖2示出了本實施例的逆變器裝置INV的結構。
[0044]逆變器裝置INV如前所述由功率模塊PMUl、PMU2、驅動電路裝置DCUl、D⑶2及馬達控制裝置MCU構成。功率模塊PMUl、PMU2是相同結構。驅動電路裝置DCUl、DCU2是相同結構。
[0045 ]功率模塊PMU1、PMU2構成了變換電路(也稱為主電路)，其將從電池BAT供給的直流電變換為交流電并將其向對應的旋轉電機MG1、MG2供給。并且，變換電路也能夠將從對應的旋轉電機MGl、MG2供給的交流電變換為直流電并向電池BAT供給。
[0046]變換電路是電橋電路，并構成為將三相份的串聯電路在電池BAT的正極側與負極側之間并聯地電連接。串聯電路也被稱為橋臂而由兩個半導體元件構成。
[0047]橋臂構成為對應每相將上橋臂側的功率半導體元件與下橋臂側的功率半導體元件串聯地電連接。在本實施例中，作為功率半導體元件采用了開關半導體元件即IGBT(絕緣柵型雙極晶體管)。構成IGBT的半導體芯片具備集電極、發射極和柵極這三個電極。在IGBT的集電極與發射極之間電連接有異于IGBT的其它芯片的二極管。二極管以從IGBT的發射極到集電極的方向為正向的方式在IGBT的發射極與集電極之間電連接。另外，作為功率半導體元件有時也取代IGBT而采用M0SFET(金屬氧化物半導體型場效應晶體管)。該情況下則省略二極管。
[0048]功率半導體元件Tpul的發射極與功率半導體元件Tnul的集電極串聯地電連接，從而構成了功率模塊PMUl的u相橋臂。V相橋臂、w相橋臂也與u相橋臂同樣地構成，S卩:功率半導體元件Tpvl的發射極與功率半導體元件Tnvl的集電極串聯地電連接，從而構成了功率模塊PMUl的V相橋臂;功率半導體元件Tpwl的發射極與功率半導體元件Tnwl的集電極串聯地電連接，從而構成了功率模塊PMUl的w相橋臂。功率模塊PMU2也以與上述功率模塊PMUl同樣的連接關系構成了各相的橋臂。
[0049]功率半導體元件Tpul、Tpvl、Tpwl、Tpu2、Tpv2、Tpw2的集電極與電池BAT的高電位側(正極側)電連接。功率半導體元件!']1111、1'11￥1、1'1^1、1'11112、1'11￥2、1'1^2的發射極與電池1^1的低電位側(負極側)電連接。
[0050]功率模塊PMUI的u相橋臂(V相橋臂、w相橋臂)的中點(各橋臂的上橋臂側功率半導體元件的發射極與下橋臂側功率半導體元件的集電極的連接部分)與旋轉電機MG I的u相(V相、w相)的定子繞組電連接。
[0051 ]功率模塊PMU2的u相橋臂(V相橋臂、w相橋臂)的中點(各橋臂的上橋臂側功率半導體元件的發射極與下橋臂側功率半導體元件的集電極的連接部分)與旋轉電機MG2的u相(V相、w相)的定子繞組電連接。
[0052]在電池BAT的正極側與負極側之間電連接有平滑用的電解電容器SEC，用于抑制因功率半導體元件動作而產生的直流電壓波動。
[0053]驅動電路裝置DCU1、D⑶2構成了基于從馬達控制裝置MCU輸出的控制信號而輸出使功率模塊PMUl、PMU2的各功率半導體元件動作的驅動信號，以使各功率半導體元件動作的驅動部，且由絕緣電源、接口電路、驅動電路、傳感器電路及緩沖電路(均未圖示)等電路部件構成。
[0054]馬達控制裝置MCU是由微電腦構成的運算裝置，輸入多個輸入信號而將用于使功率模塊PMUl、PMU2的各功率半導體元件動作的控制信號向驅動電路裝置DSUl、DSU2輸出。作為輸入信號輸入了轉矩指令值τ * 1、τ*2、電流檢測信號iul?iwl、iu2?iw2、磁極位置檢測信號Θ1、Θ2。
[0055]轉矩指令值τ* 1、τ * 2按照車輛的運轉模式而從上位的控制裝置輸出。轉矩指令值τ* I與旋轉電機MGl對應，轉矩指令值τ* 2與旋轉電機MG2對應。電流檢測信號iul?iwl是從逆變器裝置INV的變換電路向旋轉電機MG I的定子繞組供給的u相?w相的輸入電流的檢測信號，利用變流器(CT)等電流傳感器進行檢測。電流檢測信號iu2?iw2是從逆變器裝置INV向旋轉電機MG2的定子繞組供給的u相?w相的輸入電流的檢測信號，利用變流器(CT)等電流傳感器進行檢測。磁極位置檢測信號Θ1是旋轉電機MGl的旋轉磁極位置的檢測信號，利用旋轉變壓器、編碼器、霍爾元件、霍爾IC等磁極位置傳感器進行檢測。磁極位置檢測信號Θ2是旋轉電機MGl的旋轉磁極位置的檢測信號，利用旋轉變壓器、編碼器、霍爾元件、霍爾IC等磁極位置傳感器進行檢測。
[0056]馬達控制裝置MCU基于輸入信號來計算電壓控制值，并將該電壓控制值作為用于使功率模塊PMU1、PMU2的功率半導體元件Tpul?Tnwl、Tpu2?Tnw2動作的控制信號(PffM信號(脈寬調制信號))向驅動電路裝置DCUl、DCU2輸出。
[0057]通常，馬達控制裝置MCU輸出的PWM信號能夠使進行了時間平均的電壓成為正弦波。該情況下，瞬時的最大輸出電壓是逆變器的輸入即直流線的電壓，因此在輸出正弦波的電壓的情況下，其有效值為1ΑΓ2。因此，在本發明的混合動力電動汽車輛中，為了利用有限的逆變器裝置進一步提高馬達的輸出，而增加馬達的輸入電壓的有效值。即，MCU的PffM信號在矩形波狀上僅有通(ON)和斷(OFF)。這樣的話，矩形波的峰值是逆變器的直流線的電壓Vdc，其有效值是Vdc。這是最大程度提高電壓有效值的方法。
[0058]但是，矩形波電壓在低轉速區域存在因電感小而電流波形紊亂的問題，由此會在馬達中產生有害的激振力而產生噪音。因此，矩形波電壓控制僅在高速旋轉時使用而在低頻時進行通常的PWM控制。
[0059 ] 接下來，參照圖3至圖6對本發明的旋轉電機MG (MG I或MG2或者雙方)的具體結構進行說明。
[0000]圖3至圖6是表不本發明的一個實施例的旋轉電機MG的俯視圖及局部放大圖，對同一部分標記同一符號。在本實施例中以作為旋轉電機MG米用三相永久磁鐵式旋轉電機的情況為例來進行說明。并且，旋轉電機MG可以使旋轉電機MG 1、MG2都是同樣的結構，也可以是僅MGl構成為永久磁鐵式旋轉電機，而MG2由感應電動機或同步磁阻馬達等其它方式的旋轉電機構成。
[0061 ]如圖3?圖5所示，旋轉電機MG具備:產生旋轉磁場的定子110;利用與定子110的磁性作用旋轉并且與定子110的內周側隔著間隙160可旋轉地配置的轉子130。
[0062]定子110具備:定子鐵芯111，其由鐵芯背部112和齒113組成；以及定子槽121，其插入因通電而產生磁通的定子繞組120。
[0063]定子鐵芯111是將通過對板狀的磁性部件進行沖切所形成的多個板狀的成型部件在軸向上層疊而形成的。這里，軸向是指沿轉子的旋轉軸的方向。
[0064]如圖3、圖4所示，定子繞組120埋設在定子槽121中，是繞組的節距比極距(未圖示)小的短節距繞組。并且，在定子槽121具有定子槽開口部123，該開口部的周向寬度Ws是相對于定子繞組120的周向寬度Wc足夠小的尺寸。這里，圖示的定子繞組120示出了矩形的角線，然而也可以是平角線或圓線。
[0065]在圖3、圖5中，轉子130具備:構成旋轉側磁路的轉子鐵芯133、第三永久磁鐵134、第一永久磁鐵對131、第二永久磁鐵對132及由旋轉軸構成的主軸135。
[0066]并且，在圖3、圖5中，第一永久磁鐵對131是由永久磁鐵131A、131B構成的內外徑以弧狀形成的瓦狀的磁鐵對，131A形成為以P3為中心點的圓弧，而131B形成以P4為中心點的圓弧。即，構成第一永久磁鐵對131的永久磁鐵群以各圓弧與其中心點連結的線不與d軸交叉的形式構成。
[0067]在圖3、圖5中，第二永久磁鐵對132是由永久磁鐵132A?132D構成的內外徑以弧狀形成的瓦狀的磁鐵對，132A、132B形成以P2為中心點的圓弧，而132C、132D形成為以Pl為中心點的圓弧。即，構成第二永久磁鐵對132的永久磁鐵群形成為將各圓弧與其中心點連結的線與d軸交叉。
[0068]這里，第三永久磁鐵134呈矩形而在q軸上配置且沿與q軸正交的方向磁化。圖示的永久磁鐵134與在q軸上相鄰磁極的磁鐵分割，但是如果構成為一枚則能夠削減零件個數。
[0069]圖3、圖5記載的永久磁鐵131、132、134的材質可以由容易獲取的鐵氧體磁鐵構成，也可以應用減少了鏑添加量的稀土類磁鐵或粘結磁鐵，都可以降低鏑資源風險。
[0070]下面說明采用上述結構時的效果。
[0071]在搭載了永久磁鐵式旋轉電機驅動系統的電動車輛中，為了確保峰值轉矩，有以下等手段:提高永久磁鐵的磁通量而確保電磁轉矩；以d軸電感與q軸電感之差較大的方式進行磁鐵配置而確保磁阻轉矩;增加電樞電流。
[0072]這里，電樞電流的增加不僅會導致旋轉電機還會導致逆變器的損耗增大，因此優選進行過渡性使用而非經常性使用。因此，提高永久磁鐵的磁通量向和提高磁阻轉矩是優選方法。
[0073]本發明有鑒于此，如圖3?圖5所示，將配置于轉子鐵心130的第一、第二、第三永久磁鐵對131、132、134以預定的結構配置。
[0074]S卩，第三永久磁鐵134呈矩形而在q軸上配置且沿與q軸正交的方向磁化。并且，由永久磁鐵131A、131B構成的第一永久磁鐵對131是內外徑以弧狀形成的瓦狀的磁鐵對，131A形成以P3為中心點的圓弧，而13IB形成以P4為中心點的圓弧。即，構成第一永久磁鐵對131的永久磁鐵群以各圓弧與其中心點連結的線不與d軸交叉的形式構成。
[0075]由第三永久磁鐵134與第一永久磁鐵對131構成的永久磁鐵群，在轉子130的最內徑側形成了大致浴盆狀的磁鐵配置。轉子的一個磁極部分的永久磁鐵的磁通量能夠確保與該永久磁鐵的表面積成比例。因此，利用由永久磁鐵134、永久磁鐵對131形成的浴盆結構，能夠增大永久磁鐵的表面積，能夠確保每一個磁極的永久磁鐵磁通量。
[0076]接下來，由永久磁鐵132A?132D構成的第二永久磁鐵對132是位于轉子130的外徑側而磁鐵的內外徑以弧狀形成的瓦狀的磁鐵對，132A、132B形成以P2為中心點的圓弧，而132C、132D形成以Pl為中心點的圓弧。即，構成第二永久磁鐵對132的永久磁鐵群形成為將各圓弧與其中心點連結的線與d軸交叉。
[0077]本來，永久磁鐵的磁通如專利文獻I所述，優選基本上集中在d軸上的形態。但是由實驗結果可知:在應用鐵氧體磁鐵等磁能積相對于稀土類磁鐵極小的磁鐵材料的情況下，僅通過使機械的磁疇取向朝向d軸，會導致磁鐵磁通擴散，而無法充分地集中。
[0078]因此，通過如圖5所示，將構成第二永久磁鐵對132的永久磁鐵群形成為將各圓弧與其中心點連結的線與d軸交叉，能夠抑止磁鐵磁通的擴散而使磁鐵磁通集約在d軸上。其結果是，能夠將由第三永久磁鐵134和第一永久磁鐵對131確保的永久磁鐵的磁通量、與第二永久磁鐵對132的永久磁鐵磁通量合成，因此能夠提高每一個磁極的永久磁鐵磁通量而確保轉矩特性。
[0079]并且，第二永久磁鐵對132采用了包含由132A和132D組成的層、由132B和132C組成的層的二層結構，其目的是增大d軸電感與q軸電感之差以提高磁阻轉矩，但是也可以是僅有永久磁鐵對132A和132D、或僅有永久磁鐵對132B和132C的一層結構，該情況下具有能夠削減零件個數的優點，因此只要按照旋轉電機MG的規格進行選定即可。
[0080]并且，如圖4所示，使定子槽開口部122的周向寬度Ws狹小化至定子繞組120的寬度尺寸以下。這是為了使等效間隙尺寸盡量短以盡量多地確保永久磁鐵磁通的方法，但是也可以與槽121的周向寬度同等地較寬地構成，構成為能夠從定子鐵芯111的內徑側插入定子繞組120，該情況下容易進行定子110的裝配，并且如果反之將槽開口部122構成為全封閉，則能夠抑制因槽開口部122而產生的高次諧波磁通成分，有助于低振動/低噪音化。以上均能夠按照旋轉電機MG的規格進行選定。
[0081]對采用上述結構時的轉矩進行測定，與現有例(使永久磁鐵的磁疇取向機械地集約于d軸的配置構造:未圖示)進行比較的結果如圖6所示。在圖中，橫軸的電流相位是由永久磁鐵產生的感應電動勢矢量與電樞電流矢量所成的角，角度越大則負的d軸電流成分越大。縱軸的轉矩以現有例的峰值轉矩為1.0進行了標準化來表示。
[0082]如圖6所示可以確認，與現有例相對照，本發明中的轉矩在各種電流相位的條件下都會提高，特別是隨著電流相位增大，能夠促進轉矩提高。
[0083]另外，在本實施例中，作為構成第一、第二永久磁鐵對的永久磁鐵，其軸向斷面可以是瓦狀即內外徑都是弧狀，但是只要至少一邊形成為弧狀即可。例如即使構成為軸向斷面呈半圓柱狀、即外徑側是直線狀而內徑側是弧狀，也能夠獲得在本實施例中說明的效果。
[0084]并且，也可以構成為永久磁鐵的磁疇取向具有徑向取向，該情況下永久磁鐵的軸向斷面也可以形成為矩形狀。該情況下，第一永久磁鐵對構成為永久磁鐵的磁疇取向焦點不與d軸交叉，第二永久磁鐵對構成為永久磁鐵的徑向取向的磁疇取向取向焦點與d軸交叉。
[0085]實施例2
[0086]圖7不出了表不本發明的另一個實施例的轉子剖面的局部放大圖，對于和圖5相同者附加相同符號。
[0087]圖中與圖5的區別是取消了第三永久磁鐵134而僅由第一永久磁鐵對131、第二永久磁鐵對132構成。
[0088]這樣構成時，相對于圖5，轉矩特性會降低，但是與采用將磁鐵磁通機械地集中于d軸的設計思想的結構相比，能夠獲得提高永久磁鐵的磁通量的效果并削減零件個數，且在q軸部分上用于磁鐵插入的空間由電磁鋼板構成，因此能夠提高轉子鐵芯相對于離心力的機械強度。
[0089]另外，本發明不限于上述實施例而包含各種變形例。例如為了容易理解本發明而對上述實施例進行了詳細說明，但是不必具備所說明的全部結構。并且，能夠將一個實施例的部分結構置換為另一個實施例的結構，或者也能夠向一個實施例的結構添加另一個實施例的結構。并且，能夠對各實施例的部分結構進行其它結構的追加/刪除/置換。
[0090]符號說明
[0091 ] 110一定子；m一定子鐵芯；112—鐵芯背部；113一齒；120一定子繞組；121 一定子槽；122—定子槽開口部；130—轉子；131—第一永久磁鐵對；132—第二永久磁鐵對；133—轉子鐵芯；134—第三永久磁鐵;135—主軸；136—轉子槽開口部；160—間隙(空隙)。
【主權項】
1.一種轉子，是永久磁鐵式旋轉電機的轉子，上述轉子的特征在于， 具備軸向斷面的至少一邊形成為弧狀的永久磁鐵， 在具有多個永久磁鐵的轉子中， 在將磁極的中心軸設為d軸，且將相對于d軸隔開90°電角度的軸設為q軸的情況下，具有: 連結上述弧的中心點和上述弧的線不與d軸交叉的第一永久磁鐵對； 上述線與上述d軸交叉的第二永久磁鐵對。2.一種轉子，是永久磁鐵式旋轉電機的轉子，上述轉子的特征在于， 具備軸向斷面形成為矩形且磁鐵的磁疇取向具有徑向取向的永久磁鐵， 在將磁極的中心軸設為d軸，且將相對于d軸隔開90°電角度的軸設為q軸的情況下，具有: 上述永久磁鐵的徑向取向的磁疇取向焦點不與d軸交叉的第一永久磁鐵對； 上述磁疇取向取向焦點與上述d軸交叉的第二永久磁鐵對。3.根據權利要求1或2所述的轉子，其特征在于， 在上述q軸上插入第三永久磁鐵，該第三永久磁鐵沿與該q軸正交的方向被磁化且軸向斷面形狀呈矩形， 在該q軸磁鐵間具有上述第一永久磁鐵對及上述第二永久磁鐵對。4.根據權利要求1或3所述的轉子，其特征在于， 上述軸向斷面的至少一邊形成為弧狀的永久磁鐵是形成為瓦狀的永久磁鐵。5.根據權利要求1或3所述的轉子，其特征在于， 上述軸向斷面的至少一邊形成為弧狀的永久磁鐵是形成為半圓柱狀的永久磁鐵。6.一種永久磁鐵式旋轉電機，其具備: 定子，其具有定子鐵心、在該定子鐵心的周向上等間隔地設置的定子槽、和容納在上述定子槽中且產生旋轉磁場的定子繞組；以及 轉子，其被支撐為與上述定子隔著間隙旋轉自如， 上述永久磁鐵式旋轉電機的特征在于， 上述轉子是權利要求1至6中任一項所述的轉子， 構成為使上述定子槽的開口部的周向寬度比上述定子繞組的周向寬度小。7.根據權利要求6所述的永久磁鐵式旋轉電機，其特征在于， 構成為上述定子繞組的節距比極距小。8.—種電動驅動系統，其具備:供給電力的電池、利用上述供給的電力輸出驅動轉矩的旋轉電機、和對上述驅動轉矩進行控制的控制裝置， 上述電動驅動系統的特征在于， 上述旋轉電機是權利要求1至7中任一項所述的永久磁鐵式旋轉電機。9.一種電動車輛，其使用的電動驅動系統包含:供給電力的電池;利用上述供給的電力輸出對車輛進行驅動的驅動轉矩的旋轉電機;以及對上述驅動轉矩進行控制的控制裝置， 上述電動車輛的特征在于， 上述電動驅動系統是權利要求8所述的電動驅動系統。
【文檔編號】H02K1/27GK105850009SQ201480069506
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年11月12日
【發明人】菊地聰
【申請人】日立汽車系統株式會社