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)。IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)具備：轉(zhuǎn)子（12），其中埋入有永久磁鐵（16）；以及定子，其將該轉(zhuǎn)子收納在構(gòu)成線圈用槽（18）的定子齒（15）內(nèi)，在上述IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)中，當(dāng)與每個(gè)磁極的中心軸一致的d軸側(cè)附近使得永久磁鐵存在時(shí)，在該d軸側(cè)的永久磁鐵產(chǎn)生抵消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)將該永久磁鐵置換為導(dǎo)磁率小的空隙的空間(磁通壁)(17c)。
【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)。提出了在該IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)中，將永久磁鐵以成為朝著外周面?zhèn)葟堥_(kāi)的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)1、2)的方案。另外，也提出了在IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)中，在比以V字形埋入轉(zhuǎn)子內(nèi)的永久磁鐵靠外周面?zhèn)鹊膁軸(永久磁鐵的中心軸)上形成空隙(例如，專利文獻(xiàn)3、4)的方案。
[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(kāi)2006 - 254629號(hào)公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)2:特開(kāi)2012 — 39775號(hào)公報(bào)
[0011]專利文獻(xiàn)3:特開(kāi)2006 - 217798號(hào)公報(bào)
[0012]專利文獻(xiàn)4:特開(kāi)2007 - 68357號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0014]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。[0015]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~4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。
[0016]另外，若將專利文獻(xiàn)3、4記載的空隙形成在轉(zhuǎn)子內(nèi)，則會(huì)阻礙磁路的形成，不能夠?qū)D(zhuǎn)矩的提高做出貢獻(xiàn)。
[0017]對(duì)此，本發(fā)明的目的在于提供既削減永久磁鐵的使用量又實(shí)現(xiàn)高效率的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)、低成本且高能量密度的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)。
[0018]用于解決問(wèn)題的方案
[0019]解決上述問(wèn)題的IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)所涉及的發(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，上述IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的特征在于，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，該空隙形成為從上述永久磁鐵的向上述d軸側(cè)的延伸空間朝著上述轉(zhuǎn)子的軸心擴(kuò)大，并且朝著該轉(zhuǎn)子的外周面擴(kuò)大。
[0020]解決上述問(wèn)題的IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)所涉及的發(fā)明的第2方式的特征在于，在上述第I方式的特定事項(xiàng)的基礎(chǔ)上，上述空隙具備平面形狀，上述平面形狀位于上述轉(zhuǎn)子的外周面所對(duì)的背面?zhèn)?，?duì)于上述平面形狀，在將上述d軸和上述轉(zhuǎn)子的外周面的交叉位置設(shè)為X、將上述d軸和該平面形狀的向該d軸側(cè)的延伸面的交叉位置設(shè)為Y，將上述轉(zhuǎn)子的外周面的半徑設(shè)為R1、將從上述交叉位置X到上述交叉位置Y之間的間隔設(shè)為DLd的情況下，滿足0.098≤DLd/Rl < 0.194的關(guān)系。
[0021]解決上述問(wèn)題的IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)所涉及的發(fā)明的第3方式的特征在于，在上述第2方式的特定事項(xiàng)的基礎(chǔ)上，在將上述d軸和上述平面形狀的朝著該d軸側(cè)的延伸面之間的夾角設(shè)為Θ 1、將上述d軸和上述永久磁鐵的從上述轉(zhuǎn)子的外周面?zhèn)韧饷娉揹軸側(cè)的延伸面之間的夾角設(shè)為Θ 2的情況下，滿足0.12 ≤ DLd/Rl≤0.14且1.2≤Θ I/Θ 2 ≤ 1.7的關(guān)系。
[0022]發(fā)明效果
[0023]這樣，根據(jù)本發(fā)明的上述第I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。
[0024]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。
[0025]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。
[0026]而且， 該空隙形成為向d軸側(cè)的延伸空間朝著轉(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)，能夠避免其與朝著永久磁鐵的外周面?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。
[0027]而且，該空隙形成為向d軸側(cè)的延伸空間也朝著轉(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進(jìn)行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。
[0028]其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)以高能量密度高質(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]根據(jù)本發(fā)明的上述第2方式，空隙的外周面?zhèn)榷瞬?平面形狀)的延伸面和d軸的交叉位置與轉(zhuǎn)子的外周面和d軸的交叉位置之間的間隔DLd相對(duì)于圓筒形狀的轉(zhuǎn)子的外半徑Rl的比率滿足0.098 ( DLd/Rl < 0.194的關(guān)系，從而能夠既增加轉(zhuǎn)矩又抑制高次諧波轉(zhuǎn)矩，削減轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的上述第3方式，進(jìn)一步將DLd/Rl集中在0.12?0.14，并且使d軸與空隙的延伸面之間的夾角Θ I和與永久磁鐵的延伸面之間的夾角Θ2的比率Θ1/Θ2為1.2?1.7，從而能夠進(jìn)一步增加轉(zhuǎn)矩并且進(jìn)一步抑制高次諧波轉(zhuǎn)矩，進(jìn)一步削減轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]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。
[0032]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。
[0033]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。
[0034]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。
[0035]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。
[0036]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。
[0037]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。
[0038]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。
[0039]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。
[0040]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。
[0041]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。
[0042]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。
[0043]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。
[0044]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。
[0045]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。
[0046]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。
[0047]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。
[0048]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。
[0049]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。
[0050]圖18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。
[0051]圖19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。
[0052]圖20是示出決定圖19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。
[0053]圖21是示出改變了圖20所示的參數(shù)DLd時(shí)的形狀的模型例的結(jié)構(gòu)圖。
[0054]圖22是示出將圖20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。
[0055]圖23是示出將圖20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。
[0056]圖24是示出將圖20所示的Θ I相對(duì)于磁鐵開(kāi)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。
[0057]圖25是示出將圖20所示的Θ I相對(duì)于磁鐵開(kāi)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。
[0058]圖26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。
[0059]圖27是示出與圖26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。
【具體實(shí)施方式】
[0060]下面，參照附圖，詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1?圖17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。在此，在本實(shí)施方式的說(shuō)明中，以使轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子向逆時(shí)針(CCW counterclockwise)方向旋轉(zhuǎn)的情況作為一例，圖示其旋轉(zhuǎn)方向。
[0061]在圖1中，旋轉(zhuǎn)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。
[0062]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。[0063]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以成為朝著外周面12a張開(kāi)的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。
[0064]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。
[0065]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)。
[0066]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。
[0067]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。
[0068]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)。
[0069]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> [0070]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成為朝著軸心擴(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。
[0071]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。總而言之，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)。
[0072]另外，該旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)10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21。
[0073]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，用使磁鐵轉(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)。
[0074][數(shù)I]
[0075]
【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， 上述IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的特征在于， 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， 該空隙形成為從上述永久磁鐵的向上述d軸側(cè)的延伸空間朝著上述轉(zhuǎn)子的軸心擴(kuò)大，并且朝著該轉(zhuǎn)子的外周面擴(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， 上述空隙具備平面形狀，上述平面形狀位于上述轉(zhuǎn)子的外周面所對(duì)的背面?zhèn)?，?duì)于上述平面形狀，在將上述d軸和上述轉(zhuǎn)子的外周面的交叉位置設(shè)為X、將上述d軸和該平面形狀的向該d軸側(cè)的延伸面的交叉位置設(shè)為Y， 將上述轉(zhuǎn)子的外周面的半徑設(shè)為R1、將從上述交叉位置X到上述交叉位置Y之間的間隔設(shè)為DLd的情況下，滿足0.098 ≤ DLd/Rl < 0.194的關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的IPM型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，其特征在于， 在將上述d軸和上述平面形狀的朝著該d軸側(cè)的延伸面之間的夾角設(shè)為Θ 1、將上述d軸和上述永久磁鐵的從上述轉(zhuǎn)子的外周面?zhèn)韧饷娉揹軸側(cè)的延伸面之間的夾角設(shè)為Θ 2 的情況下，滿足 0.12 ≤ DLd/Rl ≤ 0.14 且1.2≤Θ I/ Θ 2≤1.7的關(guān)系。
【文檔編號(hào)】H02K1/27GK103715799SQ201310451587
【公開(kāi)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