Ipm型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)的制造方法
【專利摘要】提供既削減永久磁鐵的使用量又實(shí)現(xiàn)高效率以及高質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，低成本且高能量密度的IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)。單位磁極單位相的槽數(shù)為2的IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)（10）具備以V字形埋入有永久磁鐵（16）的轉(zhuǎn)子（12）和收納該轉(zhuǎn)子的定子（11），將以下范圍的永久磁鐵置換為導(dǎo)磁率小的空隙的磁通壁（17c）：在到d軸側(cè)都存在永久磁鐵的情況下，該范圍的永久磁鐵產(chǎn)生抵消該d軸側(cè)的電樞磁通的方向的磁鐵磁通。該磁通壁（17c）設(shè)為用q軸側(cè)延伸面（17cq1）和q軸平行面（17cq2）之間的角部（17cq4）分配從q軸側(cè)進(jìn)入的電樞磁通（Ψr）的形狀，設(shè)為1.5＜DLw/DLb＜2.5并且TW＜DLw，在轉(zhuǎn)子和定子中設(shè)為0.63＜R1/Ros＜0.76。
【專利說(shuō)明】IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，具體涉及實(shí)現(xiàn)高效率的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于安裝于各種裝置的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)要求與安裝裝置相應(yīng)的特性。
[0003]例如，在作為驅(qū)動(dòng)源與內(nèi)燃機(jī)一起安裝于混合動(dòng)力汽車(HEV:Hybrid ElectricVehicle)或者作為單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)源安裝于電動(dòng)車(EV:Electric Vehicle)的驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)的情況下，要求在低轉(zhuǎn)速區(qū)域產(chǎn)生大轉(zhuǎn)矩，同時(shí)具備寬的可變速特性。
[0004]在這種車輛中，為了提高燃料效率，對(duì)于包含旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)在內(nèi)的各組成部分要求提高能量轉(zhuǎn)換效率，特別是在車載的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)中，期待提高常用區(qū)域的效率。而且，對(duì)于車載的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，從設(shè)置空間的制約、輕量化的觀點(diǎn)來(lái)看，要求更小型化的高能量密度的結(jié)構(gòu)。
[0005]對(duì)此，在HEV、EV中，一般來(lái)說(shuō)，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的低轉(zhuǎn)速/低負(fù)荷區(qū)域是常用區(qū)域。因此，有以下趨勢(shì):對(duì)車載的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩貢獻(xiàn)的比例是磁鐵轉(zhuǎn)矩大于與電樞電流的大小相應(yīng)的磁阻轉(zhuǎn)矩，為了高效率化而多使用高磁力的永久磁鐵。
[0006]由于這種趨勢(shì)，作為旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，為了提高能量轉(zhuǎn)換效率，特別是提高低轉(zhuǎn)速/低負(fù)荷區(qū)域的常用區(qū)域的效率，多使用作為將高剩余磁通密度的釹磁鐵埋入轉(zhuǎn)子的鐵芯內(nèi)部的永久磁鐵式的同步電動(dòng)機(jī)的IPM (Interior Permanent Magnet ;內(nèi)置永久磁鐵)型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)。在該IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)中，提出了將永久磁鐵以成為朝向外周面?zhèn)葟堥_呈V字形的方式埋入轉(zhuǎn)子內(nèi)，從而設(shè)為在磁鐵轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上還能夠積極利用磁阻轉(zhuǎn)矩的磁回路(例如，專利文獻(xiàn)I)。另外，也提出了在IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)中具備從永久磁鐵的兩外端側(cè)向轉(zhuǎn)子的外周面伸出的磁通壁的結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子的外周面?zhèn)仁勾磐ū诘目臻g擴(kuò)大的結(jié)構(gòu)(專利文獻(xiàn)2)。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)1:特開2006-254629號(hào)公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)2:特開2012-29524號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0012]對(duì)此，在近年來(lái)的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)中，為了提高磁力和耐熱性，多使用包含Nd、Dy、Tb等稀土元素的永久磁鐵，不過(guò)由于其稀少性帶來(lái)的價(jià)格高漲和其流通量的不穩(wěn)定，減少稀土元素使用量且實(shí)現(xiàn)高效率化的必要性增加。
[0013]但是，在HEV、EV中，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的常用區(qū)域是低轉(zhuǎn)速/低負(fù)荷區(qū)域，因此，為了增大對(duì)該區(qū)域做出貢獻(xiàn)的磁鐵轉(zhuǎn)矩，在專利文獻(xiàn)I記載的IPM型電動(dòng)機(jī)中，也有增加高磁力的永久磁鐵的使用量的趨勢(shì)。這是阻礙解決減少稀土元素的使用量的課題的方向。[0014]另外，在專利文獻(xiàn)2記載的IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)中，使永久磁鐵的兩外端側(cè)的磁通壁過(guò)分?jǐn)U大到轉(zhuǎn)子的外周面?zhèn)?，因此其與外周面之間的磁阻變大，由此容易引起磁飽和，在旋轉(zhuǎn)造成磁通量急劇變動(dòng)時(shí)，齒槽轉(zhuǎn)矩等會(huì)增大，導(dǎo)致妨礙高質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)。即，在IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)中，包括轉(zhuǎn)子、定子在內(nèi)，將磁通分配給不發(fā)生磁飽和的的磁路很重要。
[0015]因此，本發(fā)明的目的在于提供減少永久磁鐵的使用量并且形成不發(fā)生磁飽和的磁路，由此能實(shí)現(xiàn)高效率且高質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)、低成本并且高能量密度的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)。
[0016]用于解決問(wèn)題的方案
[0017]解決上述問(wèn)題的IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)明的第I方式具備:轉(zhuǎn)子，其中埋入有永久磁鐵，與驅(qū)動(dòng)軸一體旋轉(zhuǎn)；以及定子，其收納有設(shè)置在其對(duì)面的旋轉(zhuǎn)自如的所述轉(zhuǎn)子，并且線圈收納在該轉(zhuǎn)子所面對(duì)的多個(gè)齒之間的槽內(nèi)，該定子具有電樞功能，在上述旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)中，單位磁極單位相的槽數(shù)為2，上述IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的特征在于，上述永久磁鐵配置為向上述轉(zhuǎn)子的外周面張開，呈V字形，當(dāng)與上述永久磁鐵形成的每個(gè)磁極的該永久磁鐵的中心軸一致的d軸側(cè)附近使得該永久磁鐵存在時(shí)，在該d軸側(cè)的永久磁鐵產(chǎn)生抵消上述電樞所產(chǎn)生的電樞磁通的方向的磁通,在產(chǎn)生上述永久磁鐵磁通的范圍內(nèi)將上述永久磁鐵置換為導(dǎo)磁率小的空隙，該空隙形成為如下形狀:從由上述永久磁鐵向上述d軸側(cè)的延伸空間朝向上述轉(zhuǎn)子的軸心擴(kuò)大，并且至少?gòu)纳鲜鲇谰么盆F的近旁附近朝向上述磁極間的磁通方向的q軸側(cè)擴(kuò)大。
[0018]解決上述問(wèn)題的IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)明的第2方式的特征在于，除了上述第I方式的特定事項(xiàng)以外，在將上述齒的寬度設(shè)為TW、將處于上述q軸的兩側(cè)并彼此相對(duì)的上述空隙內(nèi)面的最短距離設(shè)為DLw、將上述空隙的上述轉(zhuǎn)子的軸心側(cè)端部與上述轉(zhuǎn)子的內(nèi)周面之間的最短距離設(shè)為DLb的情況下，滿足1.5 < DLw/DLb < 2.5并且TW < DLw的關(guān)系。
[0019]解決上述問(wèn)題的IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)明的第3方式具備:轉(zhuǎn)子，其中埋入有永久磁鐵，與驅(qū)動(dòng)軸一體旋轉(zhuǎn)；以及定子，其收納有設(shè)置在其對(duì)面的旋轉(zhuǎn)自如的所述轉(zhuǎn)子，并且線圈收納在該轉(zhuǎn)子所面對(duì)的多個(gè)齒之間的槽內(nèi)，該定子具有電樞功能，在上述旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)中，單位磁極單位相的槽數(shù)為2，上述旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的特征在于，上述永久磁鐵配置為朝向上述轉(zhuǎn)子的外周面張開，呈V字形，當(dāng)與上述永久磁鐵形成的每個(gè)磁極的該永久磁鐵的中心軸一致的d軸側(cè)附近使得該永久磁鐵存在時(shí)，在該d軸側(cè)的永久磁鐵產(chǎn)生抵消上述電樞所產(chǎn)生的電樞磁通的方向的磁通,在產(chǎn)生上述永久磁鐵磁通的范圍內(nèi)將上述永久磁鐵置換為導(dǎo)磁率小的空隙，在將上述轉(zhuǎn)子的從軸心到外周面的外半徑設(shè)為R1、將從上述轉(zhuǎn)子的中心到上述定子的外周面的外半徑設(shè)為Ros的情況下,滿足0.63 < Rl/Ros < 0.76的關(guān)系。
[0020]發(fā)明效果
[0021]這樣，根據(jù)本發(fā)明的上述第I?第3方式，將在d軸側(cè)產(chǎn)生抵消電樞磁通的方向的磁鐵磁通的范圍的永久磁鐵置換為導(dǎo)磁率小的空隙，因此，在d軸側(cè)磁鐵磁通和電樞磁通不會(huì)發(fā)生干擾(相抵)，另外，也能夠限制電樞磁通通過(guò)該范圍內(nèi)。因此，能夠消除在d軸側(cè)浪費(fèi)電樞磁通的磁鐵磁通，有效利用磁鐵轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩，能夠既得到不低于置換d軸側(cè)永久磁鐵前的轉(zhuǎn)矩又削減永久磁鐵自身的使用量。
[0022]而且，通過(guò)將永久磁鐵置換為空隙，能夠減少磁鐵磁通，降低在高轉(zhuǎn)速側(cè)的感應(yīng)電壓常數(shù)，能夠提高在高轉(zhuǎn)速側(cè)的輸出。另外，能夠?qū)崿F(xiàn)輕量化，能夠減小慣性。
[0023]另外，通過(guò)減少磁鐵磁通，能夠削減弱磁區(qū)域(減小弱磁量)，能夠減少導(dǎo)致磁致伸縮的空間高次諧波。因此，能夠限制在永久磁鐵內(nèi)的渦電流的產(chǎn)生而抑制發(fā)熱，能夠抑制因永久磁鐵的溫度變化而導(dǎo)致的退磁，降低耐熱等級(jí)而實(shí)現(xiàn)低成本化。
[0024]特別是，根據(jù)本發(fā)明的上述第I方式，空隙形成為向d軸側(cè)的延伸空間朝向轉(zhuǎn)子的軸心側(cè)擴(kuò)大的形狀，從而，能夠限制從磁極的一側(cè)的q軸側(cè)進(jìn)入到轉(zhuǎn)子內(nèi)的電樞磁通進(jìn)入永久磁鐵的外周面?zhèn)?，而使其迂回到另一?cè)的q軸側(cè)，能夠避免其與朝向永久磁鐵的外周面?zhèn)鹊拇盆F磁通混在一起而飽和。因此，能夠更有效地利用因電樞磁通而產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩，能夠增加總的轉(zhuǎn)矩。
[0025]另外，該空隙形成為除了向轉(zhuǎn)子的軸心側(cè)的擴(kuò)大空間以外，也向q軸側(cè)擴(kuò)大的形狀，由此能限制從q軸側(cè)進(jìn)入轉(zhuǎn)子內(nèi)的電樞磁通發(fā)生磁飽和，并且能按照低負(fù)荷、高負(fù)荷進(jìn)行整流而高效地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。因此，能有效地抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)并且能更有效地利用電樞磁通引起的磁阻轉(zhuǎn)矩。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的上述第2方式，在上述方式中，設(shè)隔著q軸的空隙內(nèi)面的最短距離(q軸側(cè)磁路間隔)DLw/空隙的轉(zhuǎn)子的軸心側(cè)端部與轉(zhuǎn)子的內(nèi)周面之間的最短距離(軸心側(cè)磁路間隔)DLb為1.5?2.5，而且，使q軸側(cè)磁路間隔DLw大于齒寬度TW，由此能更有效地減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的上述第3方式，不會(huì)發(fā)生磁飽和等，能使轉(zhuǎn)子的外半徑Rl/定子的外半徑Ros為0.63?0.76，能維持高質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)并且增加轉(zhuǎn)矩。
[0028]其結(jié)果是，能實(shí)現(xiàn)用高能量密度高質(zhì)量地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的低成本的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)。
[0029]而且，除了上述方式以外，空隙形成為向d軸側(cè)的延伸空間也朝向轉(zhuǎn)子的外周面?zhèn)葦U(kuò)大的形狀，從而能夠使在該d軸側(cè)即使沒(méi)有抵消電樞磁通也不能夠有效地合成的磁鐵磁通的方向變得適當(dāng)。因此，能夠使電樞磁通和磁鐵磁通的合成磁通通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生有效地做出貢獻(xiàn)的路徑，能夠進(jìn)一步增加總的轉(zhuǎn)矩。
[0030]在轉(zhuǎn)子的外周面，在d軸上形成與軸心平行的中央調(diào)整溝，由此能進(jìn)行調(diào)整使得轉(zhuǎn)子與定子側(cè)齒之間的d軸附近的磁阻增加，隨著形成上述空隙導(dǎo)致d軸附近的磁鐵磁通降低，能抑制交鏈的電樞磁通增加。因此，能防止轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、鐵損的增加導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)效率降低。
[0031]另外，在轉(zhuǎn)子的外周面，在永久磁鐵的兩外端部側(cè)形成有與軸心平行的一對(duì)側(cè)調(diào)整溝，由此能使轉(zhuǎn)子的V字形永久磁鐵的兩外端部附近的磁阻增加，能抑制要重疊于交鏈的磁通波形的高次諧波。因此，能抑制齒槽轉(zhuǎn)矩并且能防止轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、鐵損的增加導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)效率降低。
[0032]關(guān)于從永久磁鐵的兩外端側(cè)向轉(zhuǎn)子的外周面伸出的磁通壁，使外側(cè)端部間的夾角Θ 6 (電角)為144°?154.3°，由此能抑制5次、7次空間高次諧波。另外，將從d軸到永久磁鐵的外周面?zhèn)韧饷娴膴A角Θ2 (機(jī)械角)設(shè)為27.5°?72.5°或者37.5°?82.5°或者37.5°?72.5°，由此能使最大負(fù)荷時(shí)、低負(fù)荷時(shí)的轉(zhuǎn)矩變高，能抑制此時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)以及6次和12次高次諧波轉(zhuǎn)矩，減少電磁振動(dòng)、電磁噪聲。
[0033]在單位磁極單位相的槽數(shù)為2的結(jié)構(gòu)中，側(cè)橋形成在磁通壁的外端側(cè)內(nèi)面與轉(zhuǎn)子的外周面之間，在q軸側(cè)與d軸側(cè)之間進(jìn)行連結(jié)支撐，在該側(cè)橋中，外端側(cè)內(nèi)面的d軸側(cè)內(nèi)面和q軸側(cè)內(nèi)面之間(兩端側(cè)角部之間)的中間點(diǎn)與d軸之間的夾角Θ8 (電角)設(shè)為64.7°?74.2°，d軸側(cè)內(nèi)面的延伸面與q軸側(cè)內(nèi)面之間的夾角Θ9 (機(jī)械角)設(shè)為O°?37°，由此能幾乎不降低轉(zhuǎn)矩而使齒槽轉(zhuǎn)矩減少。【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1是示出本發(fā)明所涉及的IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)實(shí)施方式的圖，是示出其大致整體構(gòu)成的俯視圖。
[0035]圖2是實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)中的低負(fù)荷驅(qū)動(dòng)時(shí)的電樞磁通的磁通線圖。
[0036]圖3是實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)中的低負(fù)荷驅(qū)動(dòng)時(shí)的磁鐵磁通的磁通線圖。
[0037]圖4是示出在d軸側(cè)沒(méi)有大的空隙的V字形IPM電動(dòng)機(jī)的電流相位所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩特性的坐標(biāo)圖。
[0038]圖5A是在d軸側(cè)沒(méi)有大的空隙的V字形IPM電動(dòng)機(jī)的磁鐵磁通的磁通線圖。
[0039]圖5B是在d軸側(cè)沒(méi)有大的空隙的V字形IPM電動(dòng)機(jī)的d軸附近的磁鐵磁通的矢量圖。
[0040]圖6A是在d軸側(cè)沒(méi)有大的空隙的V字形IPM電動(dòng)機(jī)的最大負(fù)荷驅(qū)動(dòng)時(shí)的電樞磁通的磁通線圖。
[0041]圖6B是在d軸側(cè)沒(méi)有大的空隙的V字形IPM電動(dòng)機(jī)的最大負(fù)荷驅(qū)動(dòng)時(shí)的d軸附近的電樞磁通的矢量圖。
[0042]圖7是示出在d軸側(cè)沒(méi)有大的空隙的V字形IPM電動(dòng)機(jī)的最大負(fù)荷驅(qū)動(dòng)時(shí)的磁極(永久磁鐵)的外周側(cè)的磁鐵磁通矢量和電樞磁通矢量的相對(duì)關(guān)系的模型圖。
[0043]圖8是示出IPM型電動(dòng)機(jī)的輸入電流所對(duì)應(yīng)的電流相位和輸出轉(zhuǎn)矩的對(duì)應(yīng)關(guān)系(特性)的坐標(biāo)圖。
[0044]圖9是在d軸側(cè)沒(méi)有大的空隙的V字形IPM電動(dòng)機(jī)的低負(fù)荷驅(qū)動(dòng)時(shí)的電樞磁通的磁通線圖。
[0045]圖10是示出在d軸側(cè)沒(méi)有大的空隙的V字形IPM電動(dòng)機(jī)的低負(fù)荷驅(qū)動(dòng)時(shí)的磁鐵磁通和電樞磁通的合成磁通的磁通線圖以及該合成磁通所取的路徑的路徑圖。
[0046]圖11是示出縮短在d軸側(cè)有空隙的V字形IPM電動(dòng)機(jī)的埋設(shè)永久磁鐵的情況下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的變化、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的減小率的坐標(biāo)圖。
[0047]圖12是示出縮短在d軸側(cè)有空隙的V字形IPM電動(dòng)機(jī)的埋設(shè)永久磁鐵的情況下重疊的5次空間高次諧波的變化的坐標(biāo)圖。
[0048]圖13是示出在d軸側(cè)沒(méi)有大的空隙的V字形IPM電動(dòng)機(jī)和在d軸側(cè)有空隙的V字形IPM電動(dòng)機(jī)的低負(fù)荷驅(qū)動(dòng)區(qū)域的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生比例的坐標(biāo)圖。
[0049]圖14是示出在d軸側(cè)沒(méi)有大的空隙的V字形IPM電動(dòng)機(jī)和在d軸側(cè)有空隙的V字形IPM電動(dòng)機(jī)的最大負(fù)荷驅(qū)動(dòng)區(qū)域的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生比例的坐標(biāo)圖。
[0050]圖15是示出在d軸側(cè)有空隙的V字形IPM電動(dòng)機(jī)的最大負(fù)荷驅(qū)動(dòng)時(shí)的電樞磁通的磁通線圖。
[0051]圖16是示出在d軸側(cè)有空隙的V字形IPM電動(dòng)機(jī)的低負(fù)荷驅(qū)動(dòng)時(shí)的磁鐵磁通和電樞磁通的合成磁通的磁通線圖。
[0052]圖17是示出在d軸側(cè)有空隙的V字形IPM電動(dòng)機(jī)的最大負(fù)荷驅(qū)動(dòng)時(shí)的磁鐵磁通和電樞磁通的合成磁通的磁通線圖。
[0053]圖18包含示出在d軸側(cè)有空隙的V字形IPM電動(dòng)機(jī)的最大負(fù)荷驅(qū)動(dòng)時(shí)的磁鐵磁通和電樞磁通的合成磁通的磁通線圖，是與圖17的本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)做比較的結(jié)構(gòu)圖。[0054]圖19是示出在圖17的本實(shí)施方式結(jié)構(gòu)A和圖18的比較結(jié)構(gòu)B中產(chǎn)生的、平均轉(zhuǎn)矩中的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的坐標(biāo)圖。
[0055]圖20是示出在圖17的本實(shí)施方式結(jié)構(gòu)A和圖18的比較結(jié)構(gòu)B中產(chǎn)生的、與圖19的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的波形重疊的高次諧波轉(zhuǎn)矩的比例的坐標(biāo)圖。
[0056]圖21是示出圖17的本實(shí)施方式結(jié)構(gòu)A和圖18的比較結(jié)構(gòu)B中的、隔著間隙G的I齒交鏈磁通波形所包含的空間高次諧波成分的含有率的坐標(biāo)圖。
[0057]圖22是示出將磁通壁17c的軸心側(cè)的端部壁面位置到軸心的分隔距離R2/轉(zhuǎn)子的外半徑Rl作為參數(shù)時(shí)的轉(zhuǎn)矩的變化的坐標(biāo)圖。
[0058]圖23是示出將轉(zhuǎn)子的外半徑Rl/磁通壁17c的軸心側(cè)的端部壁面位置到軸心的分隔距離R2作為參數(shù)時(shí)的轉(zhuǎn)矩的變化的坐標(biāo)圖。
[0059]圖24是示出在d軸側(cè)形成大的空隙但未向外周面?zhèn)葦U(kuò)大的V字形IPM電動(dòng)機(jī)的最大負(fù)荷驅(qū)動(dòng)時(shí)的、在永久磁鐵的d軸側(cè)角部附近的磁鐵磁通矢量和電樞磁通矢量的相對(duì)關(guān)系的1吳型圖。
[0060]圖25是示出在d軸側(cè)形成大的空隙并且也向外周面?zhèn)葦U(kuò)大的V字形IPM電動(dòng)機(jī)的最大負(fù)荷驅(qū)動(dòng)時(shí)的、在永久磁鐵的d軸側(cè)角部附近的磁鐵磁通矢量和電樞磁通矢量的相對(duì)關(guān)系的模型圖。
[0061]圖26是示出決定圖25所示的擴(kuò)大空隙的尺寸形狀時(shí)所使用的參數(shù)的將轉(zhuǎn)子的一個(gè)磁極放大了的結(jié)構(gòu)圖。
[0062]圖27是示出改變了圖26所示的參數(shù)DLd時(shí)的形狀的模型例的結(jié)構(gòu)圖。
[0063]圖28是示出將圖26所示的DLd相對(duì)于外半徑Rl的比率作為參數(shù)改變時(shí)的轉(zhuǎn)矩和高次諧波轉(zhuǎn)矩的變化的坐標(biāo)圖。
[0064]圖29是示出將圖26所示的DLd相對(duì)于外半徑Rl的比率作為參數(shù)改變時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的變化的坐標(biāo)圖。
[0065]圖30是示出將圖26所示的Θ I相對(duì)于磁鐵開口度Θ 2的比率作為參數(shù)改變時(shí)的轉(zhuǎn)矩和高次諧波轉(zhuǎn)矩的變化的坐標(biāo)圖。
[0066]圖31是示出將圖26所示的Θ I相對(duì)于磁鐵開口度Θ 2的比率作為參數(shù)改變時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的變化的坐標(biāo)圖。
[0067]圖32是示出將具備作為擴(kuò)大了的空隙的磁通壁的情況與未擴(kuò)大的情況相比較的平均轉(zhuǎn)矩中的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的坐標(biāo)圖。
[0068]圖33是示出與圖32的平均轉(zhuǎn)矩中的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的波形重疊的高次諧波轉(zhuǎn)矩的比例的坐標(biāo)圖。
[0069]圖34A是在d軸側(cè)沒(méi)有大的空隙的、未形成中央溝的V字形IPM電動(dòng)機(jī)的磁鐵磁通的磁通線圖。
[0070]圖34B是在d軸側(cè)沒(méi)有大的空隙的、未形成中央溝的V字形IPM電動(dòng)機(jī)的最大負(fù)荷時(shí)的d軸附近的電樞磁通和磁鐵磁通的合成磁通的矢量圖。
[0071]圖35A是在d軸側(cè)形成了大的空隙的、未形成中央溝的V字形IPM電動(dòng)機(jī)的磁鐵磁通的磁通線圖。
[0072]圖35B是在d軸側(cè)形成了大的空隙的、未形成中央溝的V字形IPM電動(dòng)機(jī)的最大負(fù)荷時(shí)的d軸附近的電樞磁通和磁鐵磁通的合成磁通的矢量圖。[0073]圖36是示出將圖34A所示的在d軸側(cè)沒(méi)有大的空隙的、未形成中央溝的結(jié)構(gòu)與圖35A所示的在d軸側(cè)形成了大的空隙的、未形成中央溝的結(jié)構(gòu)相比較的I齒交鏈磁通波形的坐標(biāo)圖。
[0074]圖37是示出將該圖36所示的磁通波形展開為傅里葉級(jí)數(shù)，與I齒交鏈磁通波形重疊的空間高次諧波的含有率的坐標(biāo)圖。
[0075]圖38是在d軸側(cè)形成了大的空隙的、已形成中央溝的V字形IPM電動(dòng)機(jī)的最大負(fù)荷時(shí)的d軸附近的電樞磁通和磁鐵磁通的合成磁通的矢量圖。
[0076]圖39是示出將本實(shí)施方式與圖35A所示的未形成中央溝的結(jié)構(gòu)相比較的最大負(fù)荷時(shí)的轉(zhuǎn)矩波形的坐標(biāo)圖。
[0077]圖40是將該圖39所示的轉(zhuǎn)矩波形展開為傅里葉級(jí)數(shù)，比較與該轉(zhuǎn)矩波形重疊的高次諧波轉(zhuǎn)矩的重疊程度的坐標(biāo)圖。
[0078]圖41是示出決定中央溝的尺寸形狀時(shí)所使用的參數(shù)的將轉(zhuǎn)子的一個(gè)磁極放大了的結(jié)構(gòu)圖。
[0079]圖42是示出將圖41所示的中央溝的尺寸形狀中的R4相對(duì)于外半徑Rl的比率作為參數(shù)改變時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的變化的坐標(biāo)圖。
[0080]圖43是示出將圖41所示的中央溝的尺寸形狀中的外開口角0a作為參數(shù)改變時(shí)的相電壓波形和線間電壓波形的坐標(biāo)圖。
[0081]圖44是示出將本實(shí)施方式與圖35A所示的未形成中央溝的結(jié)構(gòu)相比較的低負(fù)荷時(shí)的轉(zhuǎn)矩波形的坐標(biāo)圖。
[0082]圖45是將該圖44所示的轉(zhuǎn)矩波形展開為傅里葉級(jí)數(shù)，比較與該轉(zhuǎn)矩波形重疊的高次諧波轉(zhuǎn)矩的重疊程度的坐標(biāo)圖。
[0083]圖46是示出在未形成側(cè)溝的結(jié)構(gòu)中一個(gè)磁極處的定子齒的位置關(guān)系的結(jié)構(gòu)圖。
[0084]圖47是示出圖46所示的未形成側(cè)溝的結(jié)構(gòu)的無(wú)負(fù)荷時(shí)的間隙磁通波形的坐標(biāo)圖。
[0085]圖48是示出圖46所示的未形成側(cè)溝的結(jié)構(gòu)的最大負(fù)荷時(shí)的間隙磁通波形的坐標(biāo)圖。
[0086]圖49是示出決定在轉(zhuǎn)子的外周面形成的側(cè)溝的尺寸形狀時(shí)所使用的參數(shù)的將轉(zhuǎn)子的一個(gè)磁極放大了的結(jié)構(gòu)圖。
[0087]圖50是示出在最大負(fù)荷時(shí)，將圖49所示的側(cè)溝的尺寸形狀中的到d軸的內(nèi)夾角Θ 5/外夾角Θ 4作為參數(shù)改變時(shí)的轉(zhuǎn)矩、高次諧波轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的變化的坐標(biāo)圖。
[0088]圖51是示出在低負(fù)荷時(shí)，將圖49所示的側(cè)溝的尺寸形狀中的到d軸的內(nèi)夾角Θ 5/外夾角Θ 4作為參數(shù)改變時(shí)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的變化的坐標(biāo)圖。
[0089]圖52是示出在最大負(fù)荷時(shí)，將圖49所示的側(cè)溝的尺寸形狀中的溝深度RG/空氣間隙寬度AG作為參數(shù)改變時(shí)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的變化的坐標(biāo)圖。
[0090]圖53是比較無(wú)負(fù)荷時(shí)的有側(cè)溝和無(wú)側(cè)溝的情況下在間隙磁通波形上重疊的高次諧波的大小的坐標(biāo)圖。
[0091]圖54是從最大負(fù)荷時(shí)的有側(cè)溝和無(wú)側(cè)溝的情況下的轉(zhuǎn)矩波形來(lái)比較轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的大小的坐標(biāo)圖。
[0092]圖55是從低負(fù)荷時(shí)的有側(cè)溝和無(wú)側(cè)溝的情況下的轉(zhuǎn)矩波形來(lái)比較轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的大小的坐標(biāo)圖。
[0093]圖56是從無(wú)負(fù)荷時(shí)的有側(cè)溝和無(wú)側(cè)溝的情況下的齒槽轉(zhuǎn)矩波形來(lái)確認(rèn)該齒槽轉(zhuǎn)矩的減小率的坐標(biāo)圖。
[0094]圖57是示出磁極開口度Θ 6、磁鐵開口度Θ 2的將轉(zhuǎn)子的一個(gè)磁極放大的結(jié)構(gòu)圖。
[0095]圖58是示出與I齒交鏈的間隙磁通的近似波形的坐標(biāo)圖。
[0096]圖59是示出與I齒交鏈的間隙磁通的近似波形與磁極開口度及磁鐵開口度的關(guān)系的概念說(shuō)明圖。
[0097]圖60是將與I齒交鏈的間隙磁通的理論波形(矩形波)和現(xiàn)實(shí)的波形(梯形波)重置表不的坐標(biāo)圖。
[0098]圖61是示出在最大負(fù)荷時(shí)將磁鐵開口度Θ 6作為參數(shù)改變時(shí)的轉(zhuǎn)矩、高次諧波轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的變化的坐標(biāo)圖。
[0099]圖62是示出在低負(fù)荷時(shí)將磁鐵開口度Θ 6作為參數(shù)改變時(shí)的轉(zhuǎn)矩、高次諧波轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的變化的坐標(biāo)圖。
[0100]圖63是示出側(cè)橋的形狀的將轉(zhuǎn)子的一個(gè)磁極放大的結(jié)構(gòu)圖。
[0101]圖64是V字形IPM電動(dòng)機(jī)的無(wú)負(fù)荷時(shí)的側(cè)橋附近的磁鐵磁通的矢量圖。
[0102]圖65A是示出無(wú)負(fù)荷時(shí)的轉(zhuǎn)子與定子之間的空氣間隙的磁通密度波形的坐標(biāo)圖。
[0103]圖65B是圖65A中的磁通密度波形的上升區(qū)域的擴(kuò)大圖。
[0104]圖66是V字形IPM電動(dòng)機(jī)的最大負(fù)荷時(shí)的側(cè)橋附近的電樞磁通的矢量圖。
[0105]圖67是示出在V字形IPM電動(dòng)機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生大的馮米斯應(yīng)力的部位的機(jī)械強(qiáng)度的解析結(jié)果的等高線圖。
[0106]圖68是示出使外側(cè)的磁通壁的外端側(cè)內(nèi)面的折彎部位變化時(shí)的齒槽轉(zhuǎn)矩的變化的坐標(biāo)圖。
[0107]圖69是示出使外側(cè)的磁通壁的外端側(cè)內(nèi)面的折彎部位變化時(shí)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的變化的坐標(biāo)圖。
[0108]圖70是示出使外側(cè)的磁通壁的外端側(cè)內(nèi)面的折彎量變化時(shí)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的變化的坐標(biāo)圖。
[0109]圖71是示出定子和轉(zhuǎn)子的尺寸形狀、該轉(zhuǎn)子內(nèi)的磁通壁的形狀的結(jié)構(gòu)圖。
[0110]圖72是示出該磁通壁的形狀的放大俯視圖。
[0111]圖73是示出在d軸側(cè)有空隙的V字形IPM電動(dòng)機(jī)的最大負(fù)荷驅(qū)動(dòng)時(shí)的磁鐵磁通和電樞磁通的合成磁通的磁通線圖。
[0112]圖74是示出在d軸側(cè)有空隙的V字形IPM電動(dòng)機(jī)的低負(fù)荷驅(qū)動(dòng)時(shí)的磁鐵磁通和電樞磁通的合成磁通的磁通線圖。
[0113]圖75是示出使磁通壁的形狀比率變化時(shí)的轉(zhuǎn)矩的變化的坐標(biāo)圖。
[0114]圖76是示出使磁通壁的形狀比率最佳化時(shí)的磁通量的磁通線圖。
[0115]圖77A是示出使轉(zhuǎn)子與定子之間的空氣間隙變化時(shí)的低負(fù)荷時(shí)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的變化的坐標(biāo)圖。
[0116]圖77B是示出使轉(zhuǎn)子與定子之間的空氣間隙變化時(shí)的最大負(fù)荷時(shí)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的變化的坐標(biāo)圖。
[0117]圖78是示出使定子和轉(zhuǎn)子的外半徑的比率變化時(shí)的轉(zhuǎn)矩的變化的坐標(biāo)圖。[0118]圖79A是示出轉(zhuǎn)矩T與電流相位角β的關(guān)系(β -T特性)的坐標(biāo)圖。
[0119]圖79Β是示出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)率與電流相位角β的關(guān)系(轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)特性)的坐標(biāo)圖。
[0120]圖80Α是示出使電流相位角β變化的情況下的轉(zhuǎn)矩的變化的坐標(biāo)圖。
[0121]圖80Β是示出使電流相位角β變化的情況下的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的變化的坐標(biāo)圖。
[0122]圖81是示出本實(shí)施方式的側(cè)橋附近的磁通密度的磁通線圖。
[0123]圖82是示出與本實(shí)施方式進(jìn)行比較的比較例的側(cè)橋附近的磁通密度的磁通線圖。
[0124]圖83是示出在圖81和圖82所示的結(jié)構(gòu)中重疊的高次諧波轉(zhuǎn)矩的比例的坐標(biāo)圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0125]下面參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1?圖83是示出本發(fā)明的IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)實(shí)施方式的圖。在此，在本實(shí)施方式的說(shuō)明中，將轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子向逆時(shí)針(CCW counterclockwise)方向旋轉(zhuǎn)的情況作為一個(gè)例子來(lái)圖示其旋轉(zhuǎn)方向。
[0126]在圖1中，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(電動(dòng)機(jī))10具備:定子11，其形成為大致圓筒形狀；以及轉(zhuǎn)子12，其旋轉(zhuǎn)自如地被收納在該定子11內(nèi)，固定設(shè)置有與軸心一致的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸13。該旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)10具有適合例如在混合動(dòng)力汽車(HEV)、電動(dòng)車(EV)中作為與內(nèi)燃機(jī)同樣的驅(qū)動(dòng)源或者安裝于車輪內(nèi)的性能。
[0127]在定子11中，以使內(nèi)周面15a側(cè)隔著間隙G與轉(zhuǎn)子12的外周面12a面對(duì)的方式形成有在軸心的法線方向上延伸的多個(gè)定子齒15。3相繞組(未圖示)利用分布繞法纏繞形成于該定子齒15，該3相繞組構(gòu)成在內(nèi)部產(chǎn)生磁通的線圈，該磁通旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)對(duì)面收納的轉(zhuǎn)子12。
[0128]轉(zhuǎn)子12制作成IPM (Interior Permanent Magnet ;內(nèi)置永久磁鐵)結(jié)構(gòu)，在IPM結(jié)構(gòu)中，將以一對(duì)為I組的永久磁鐵16以成為朝向外周面12a張開呈V字形的方式作為I個(gè)磁極埋入。該轉(zhuǎn)子12形成為V字形空間17與外周面12a面對(duì)，在V字形空間17中嵌入并以不動(dòng)狀態(tài)收納在附圖的表里方向上延伸的平板狀的永久磁鐵16的角部16a。
[0129]V字形空間17形成為具備:空間17a，其中嵌入并收納永久磁鐵16 ;以及空間17b、17c(以下也稱為磁通壁17b、17c),其位于該永久磁鐵16的寬度方向的兩側(cè),作為限制磁通進(jìn)入的磁通壁而發(fā)揮功能。為了能夠抵抗高轉(zhuǎn)速時(shí)的離心力而定位并保持永久磁鐵16，在該V字形空間17中，形成有在空間17c之間在法線方向上延伸并連結(jié)支撐外周側(cè)和內(nèi)周側(cè)的中心橋20。在后面說(shuō)明具有同樣功能的側(cè)橋30。
[0130]該旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)10的定子11側(cè)的定子齒15間的空間構(gòu)成用于使繞組通過(guò)并卷繞從而形成線圈的槽18。相對(duì)于此，轉(zhuǎn)子12的8組永久磁鐵16各與定子11側(cè)的6根定子齒15面對(duì)?？偠灾谠撔D(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)10中構(gòu)筑成:轉(zhuǎn)子12側(cè)的一對(duì)永久磁鐵16側(cè)所構(gòu)成的I個(gè)磁極對(duì)應(yīng)于定子11側(cè)的6個(gè)槽18。即，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)10制作成按相鄰的每I個(gè)磁極使永久磁鐵16的N極和S極的表里交替的、8個(gè)磁極(4個(gè)磁極對(duì))、48個(gè)槽、單相分布卷繞5個(gè)齒距而成的3相IPM電動(dòng)機(jī)。換言之，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)10制作成單位磁極單位相的槽數(shù)q=(槽數(shù)/磁極數(shù))/相數(shù)=2的IPM型結(jié)構(gòu)。
[0131]從而，對(duì)定子11的槽18內(nèi)的線圈通電使磁通從定子齒15到達(dá)面對(duì)的轉(zhuǎn)子12內(nèi)，從而能夠旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)10。此時(shí)，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)10 (定子11和轉(zhuǎn)子12)能夠由永久磁鐵16之間產(chǎn)生的引力和斥力所造成的磁鐵轉(zhuǎn)矩和要使磁通通過(guò)的磁路最短的磁阻轉(zhuǎn)矩的總轉(zhuǎn)矩來(lái)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。因此，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)10能夠?qū)⑼娸斎氲碾娔軓呐c轉(zhuǎn)子12 —體地相對(duì)于定子11旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸13作為機(jī)械能輸出。
[0132]此外，定子11和轉(zhuǎn)子12是將硅鋼等電磁鋼板材料的薄板在軸方向上堆疊成與期望的輸出轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的厚度，為了維持其層疊狀態(tài)而利用固定件19等制作成一體。
[0133]在此，該旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)10以如圖2中作為磁通線圖圖示的那樣，按與構(gòu)成I個(gè)磁極的一對(duì)永久磁鐵16對(duì)應(yīng)的每多個(gè)定子齒15形成從定子11的外周側(cè)(定子齒15的背面?zhèn)?通過(guò)轉(zhuǎn)子12內(nèi)的路徑的磁路(電樞磁通)的方式，在槽18內(nèi)分布纏繞有繞組線圈。該永久磁鐵16收納在以沿著電樞磁通Ψr的磁路的方式，換言之，以不阻礙該電樞磁通Ψr的形成的方式形成的V字形空間17的嵌入空間17a內(nèi)。
[0134]如圖3中作為磁通線圖圖示的那樣，該永久磁鐵16的磁路(磁鐵磁通Ψπι)取從構(gòu)成I個(gè)磁極的一對(duì)永久磁鐵16的表里面的N極和S極向垂直方向出發(fā)而相連的路徑，特別是在定子11側(cè)成為從對(duì)應(yīng)的定子齒15通過(guò)其背面?zhèn)鹊穆窂健?br> [0135]并且，在將永久磁鐵16以V字形埋入轉(zhuǎn)子12內(nèi)的IPM結(jié)構(gòu)中，將磁極產(chǎn)生的磁通的方向，即V字形的永久磁鐵16間的中心軸作為d軸,另外,將與該d軸在電場(chǎng)/磁場(chǎng)上正交的、相鄰的磁極間的永久磁鐵16間的中心軸作為q軸。該轉(zhuǎn)子12形成為使V字形空間17的位于d軸側(cè)的內(nèi)側(cè)的空間17c成為朝向軸心擴(kuò)大的空隙，作為磁通壁17c發(fā)揮功能。該V字形空間17中的磁通壁17c的最佳尺寸形狀后述。
[0136]從而，在該旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)10中，如圖2所示，形成如下路徑:使從定子齒15進(jìn)入到轉(zhuǎn)子12內(nèi)的電樞磁通Ψr以不進(jìn)入V字形空間17的外周側(cè)的方式較多地進(jìn)入內(nèi)周(軸心)側(cè)而返回到定子齒15?？偠灾?，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)10構(gòu)筑成轉(zhuǎn)子12在d軸有空隙的V字形IPM電動(dòng)機(jī)。
[0137]另外，在該旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)10中，為了使成為轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增加原因的5次、7次空間高次諧波不與從與d軸對(duì)應(yīng)的定子齒15進(jìn)入的電樞磁通Ψr較多地重疊，在轉(zhuǎn)子12側(cè)的外周面形成有在與該定子齒15的內(nèi)周面15a平行的方向(軸心方向)上延伸的中央溝(中央調(diào)整溝)21。該中央溝21的最佳尺寸形狀后述。
[0138]而且，在該旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)10中，側(cè)溝(側(cè)調(diào)整溝)22形成在形成磁極的一對(duì)永久磁鐵16各自的外端側(cè)外周面，上述側(cè)溝22使轉(zhuǎn)矩的減小為最小限，并且減小無(wú)負(fù)荷時(shí)的齒槽轉(zhuǎn)矩、低負(fù)荷時(shí)以及最大負(fù)荷時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，抑制在整個(gè)驅(qū)動(dòng)區(qū)域的轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。該側(cè)溝22的最佳尺寸形狀后述。
[0139]這樣，在將永久磁鐵16以V字形埋入轉(zhuǎn)子12內(nèi)的IPM結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)10的情況下，轉(zhuǎn)矩T能夠用下述的式(I)來(lái)表示，如圖4所示，以使磁鐵轉(zhuǎn)矩Tm和磁阻轉(zhuǎn)矩Tr之和最大的電流相位來(lái)驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩/高效率運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0140][數(shù)1]
[0141]T = Pp (vmiQ+(Ld-Lq) idiq)....(I)
[0142]Pp:磁極對(duì)數(shù)，Ψι?:電樞(定子齒15)交鏈磁鐵磁通，
[0143]id:線電流的d軸分量，iq:線電流的q軸分量，
[0144]Ld:d軸電感，Lq:q軸電感
[0145]對(duì)此，在取代d軸側(cè)空隙的磁通壁17c而具備與V字形空間17的外側(cè)的磁通壁17b同等的磁通壁17d的相關(guān)技術(shù)的轉(zhuǎn)子12A的情況下，形成圖5A的磁通線圖所圖示的永久磁鐵16的磁路，其磁鐵磁通Ψι?成為圖5Β的磁通矢量圖所圖示的方向的矢量Vm。另外，通過(guò)對(duì)收納于槽18的線圈通電而產(chǎn)生的電樞磁通Ψr形成為圖6Α的磁通線圖所圖示的磁路，成為圖6Β的磁通矢量圖所圖示的方向的矢量Vr。
[0146]在這種旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)中，為了在最大負(fù)荷驅(qū)動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩/高效率驅(qū)動(dòng)，推進(jìn)電流相位角來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在相關(guān)技術(shù)的轉(zhuǎn)子12A中，如圖5B和圖6B的磁通矢量圖所示，在位于V字形空間17 (磁極)的外周側(cè)的d軸附近的小區(qū)域Al中，磁鐵磁通Ψι?和電樞磁通Ψr為反向磁場(chǎng)的關(guān)系，處于磁阻轉(zhuǎn)矩Tr抵消(相抵)磁鐵轉(zhuǎn)矩Tm而驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)?？偠灾鐖D7所示，該磁極外周側(cè)小區(qū)域Al是磁鐵磁通Ψπι和電樞磁通Ψr以?shī)A角為90度以上呈反方向的位置關(guān)系相對(duì)的干擾區(qū)域，電樞磁通Wr浪費(fèi)于抑制(抵消)與該磁極外周側(cè)小區(qū)域Al相鄰的永久磁鐵16的在d軸側(cè)的范圍B內(nèi)產(chǎn)生的磁鐵磁通Ψm。
[0147]因此，可以說(shuō)與該磁極外周側(cè)小區(qū)域Al對(duì)應(yīng)的永久磁鐵16的d軸側(cè)范圍B沒(méi)有積極地對(duì)轉(zhuǎn)矩T做出貢獻(xiàn)，能夠通過(guò)形成既削減該永久磁鐵16的d軸側(cè)范圍B的部分又維持同等的凸極比的磁回路來(lái)減小永久磁鐵16自身的磁鐵量。
[0148]在此，轉(zhuǎn)矩T為上述式(I )，因此，在減小永久磁鐵16的磁鐵量的情況下，增大磁阻轉(zhuǎn)矩Tr，從而能夠使轉(zhuǎn)矩T與不減小永久磁鐵16的磁鐵量的情況相同。該磁阻轉(zhuǎn)矩Tr能夠通過(guò)增大d軸電感Ld和q軸電感Lq的差即凸極比來(lái)增加。
[0149]因此，在本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子12中，通過(guò)將永久磁鐵16的d軸側(cè)范圍B置換為導(dǎo)磁率小的空隙(限制區(qū)域)，能夠既減小永久磁鐵16的磁鐵量又增加凸極比，得到與置換前同等以上的轉(zhuǎn)矩T。換個(gè)角度來(lái)說(shuō)，通過(guò)有效利用浪費(fèi)于抑制永久磁鐵16在d軸側(cè)范圍B內(nèi)產(chǎn)生的磁鐵磁通Ψπι的電樞磁通Ψr,能夠增大磁阻轉(zhuǎn)矩Tr,即使削減永久磁鐵16的磁鐵量也能夠得到同等的轉(zhuǎn)矩Τ。
[0150]此外，轉(zhuǎn)矩T也能夠表示為下述的式(2)，在電流值Ia小的低負(fù)荷區(qū)域，磁鐵轉(zhuǎn)矩Tm的比例變高,如圖8所示，電流值Ia越低,最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的電流相位β越接近零。該圖8中的波形i~V示出各電流值Ia (i)~Ia (V)的電流相位一轉(zhuǎn)矩特性，電流值Ia的大小為i < ii < iii < iv < V的關(guān)系。因此，在低負(fù)荷驅(qū)動(dòng)時(shí)，磁鐵轉(zhuǎn)矩Tm的比例(依賴)自然地變高，不過(guò)，理想的是最大限度地有效利用該磁鐵轉(zhuǎn)矩Tm的磁回路。
[0151][數(shù)2]
[0152]
【權(quán)利要求】
1.一種IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，具備:轉(zhuǎn)子，其中埋入有永久磁鐵，與驅(qū)動(dòng)軸一體旋轉(zhuǎn)；以及定子，其收納有設(shè)置在其對(duì)面的旋轉(zhuǎn)自如的所述轉(zhuǎn)子，并且線圈收納在該轉(zhuǎn)子所面對(duì)的多個(gè)齒之間的槽內(nèi)，該定子具有電樞功能，在上述旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)中，單位磁極單位相的槽數(shù)為2， 上述IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的特征在于， 上述永久磁鐵配置為朝向上述轉(zhuǎn)子的外周面張開，呈V字形， 當(dāng)與上述永久磁鐵形成的每個(gè)磁極的該永久磁鐵的中心軸一致的d軸側(cè)附近使得該永久磁鐵存在時(shí)，在該d軸側(cè)的永久磁鐵產(chǎn)生抵消上述電樞所產(chǎn)生的電樞磁通的方向的磁通，在產(chǎn)生上述永久磁鐵磁通的范圍內(nèi)將上述永久磁鐵置換為導(dǎo)磁率小的空隙， 該空隙形成為如下形狀:從由上述永久磁鐵向上述d軸側(cè)的延伸空間朝向上述轉(zhuǎn)子的軸心擴(kuò)大，并且至少?gòu)纳鲜鲇谰么盆F的近旁附近朝向上述磁極間的磁通方向的q軸側(cè)擴(kuò)大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，其特征在于， 在將上述齒的寬度設(shè)為TW、將處于上述q軸的兩側(cè)并彼此相對(duì)的上述空隙內(nèi)面的最短距離設(shè)為DLw、將上述空隙的上述轉(zhuǎn)子的軸心側(cè)端部與上述轉(zhuǎn)子的內(nèi)周面之間的最短距離設(shè)為DLb的情況下，滿足
.1.5 < DLw/DLb < 2.5
并且TW < DLw
的關(guān)系。
3.—種IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，具備:轉(zhuǎn)子，其中埋入有永久磁鐵，與驅(qū)動(dòng)軸一體旋轉(zhuǎn)；以及定子，其收納有設(shè)置在其對(duì)面的旋轉(zhuǎn)自如的所述轉(zhuǎn)子，并且線圈收納在該轉(zhuǎn)子所面對(duì)的多個(gè)齒之間的槽內(nèi)，該定子具有電樞功能，在上述旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)中，單位磁極單位相的槽數(shù)為2， 上述IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的特征在于， 上述永久磁鐵配置為朝向上述轉(zhuǎn)子的外周面張開，呈V字形， 當(dāng)與上述永久磁鐵形成的每個(gè)磁極的該永久磁鐵的中心軸一致的d軸側(cè)附近使得該永久磁鐵存在時(shí)，在該d軸側(cè)的永久磁鐵產(chǎn)生抵消上述電樞所產(chǎn)生的電樞磁通的方向的磁通，在產(chǎn) 生上述永久磁鐵磁通的范圍內(nèi)將上述永久磁鐵置換為導(dǎo)磁率小的空隙， 在將上述轉(zhuǎn)子的從軸心到外周面的外半徑設(shè)為R1、將從上述轉(zhuǎn)子的中心到上述定子的外周面的外半徑設(shè)為Ros的情況下，滿足
.0.63 < Rl/Ros < 0.76
的關(guān)系。
【文檔編號(hào)】H02K21/14GK103715851SQ201310451355
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月28日
【發(fā)明者】青山真大 申請(qǐng)人:鈴木株式會(huì)社