转子及具备该转子的永久磁铁式旋转电机、电动驱动系统、电动车辆的利记博彩app
【专利摘要】提供电动车辆用的永久磁铁式旋转电机，即使采用无稀土磁铁也能够确保瞬时地辅助发动机转矩的峰值转矩或发电转矩，而且也能够确保高速运转时的特性。具备轴向断面的至少一边形成为弧状的永久磁铁(131及132)，在具有多个永久磁铁的转子(130)中，在将磁极的中心轴设为d轴，且将相对于d轴隔开90°电角度的轴设为q轴的情况下，以具有将上述弧的中心点与上述弧连结的线不与d轴交叉的第一永久磁铁对(131A及131B)、以及上述线与上述d轴交叉的第二永久磁铁对(132A－D)的方式构成永久磁铁式旋转电机的转子。
【专利说明】
转子及具备该转子的永久磁铁式旋转电机、电动驱动系统、电动车辆
技术领域
[0001]本发明涉及转子及具备该转子的永久磁铁式旋转电机、电动驱动系统、电动车辆。
【背景技术】
[0002]在车辆用的旋转电机、例如混合动力电动汽车的驱动用马达等中，由于启动、超车等加速性能是必需的而要求马达能够提供瞬时的峰值转矩。在用于汽车用途的永久磁铁式旋转电机的情况下，就为了产生该峰值转矩而使用于转子的永久磁铁而言，采用了磁能积较大的稀土类磁铁。这里，用于汽车用途的稀土类磁铁为了耐受高温环境而添加了镝。但是由于镝资源枯竭的风险较高，为了回避风险而重新考虑应用容易获取的永久磁铁材料、即铁氧体磁铁或减小了镝添加量的无稀土磁铁。
[0003]而在应用无稀土磁铁的情况下，磁能积相对于稀土类磁铁较低，因此需要通以大电流。因此，在逆变器的开关元件或母线中产生的电路损失会增大而必须要解决发热问题，因此希望降低峰值转矩产生时的逆变器电流、即提高马达的转矩特性。
[0004]作为解决问题的方法例，在专利文献I中公开了如下技术，通过使永久磁铁的磁畴取向在周向上变化，以增加有效磁通而实现转矩即效率的提高。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献I:日本特开2009—153353
【发明内容】
[0008]发明所要解决的课题
[0009]上述现有技术中，通过使永久磁铁的磁畴取向在周向上变化，而具有抑制磁铁间产生的短路磁通并使永久磁铁的有效磁通增加的效果。在由磁能积较小的永久磁铁构成的情况下，确保有效磁通是非常重要的，因此是适于有效利用无稀土磁铁的技术。
[0010]如果能够确保有效磁通，则能够提高转矩并减小产生转矩所需的电流值而提高效率。
[0011]但是，虽然在车辆加速时等产生峰值转矩这样的低速区域上能够提高转矩，但是在高速巡航时等需要弱磁场运转的运转条件下，由于永久磁铁的磁畴取向在周向上不同，因此在弱磁场运转的情况下，电枢磁动势与磁场磁动势的分布不同，弱磁场电流的增加、高次谐波磁动势成分更加显著。其结果是，电枢绕组中产生的铜损、高次谐波引起的铁损等马达损耗增加，会导致车辆的燃料消耗量增加。
[0012]本发明的目的是提供一种电动车辆用的永久磁铁式旋转电机，其即使采用无稀土磁铁也能够确保瞬时地辅助发动机转矩的峰值转矩或发电转矩，而且也能够确保高速运转时的特性。
[0013]用于解决课题的方案
[0014]为了解决上述课题，例如采用如下技术方案。本申请包含多个解决上述课题的方案，而如果举出其中一例，则在永久磁铁式旋转电机的转子中，其特征在于，具备轴向断面的至少一边形成为弧状的永久磁铁，在具有多个永久磁铁的转子中，在将磁极的中心轴设为d轴，且将相对于d轴隔开90°电角度的轴设为q轴的情况下，具有:将上述弧的中心点与上述弧连结的线不与d轴交叉的第一永久磁铁对;上述线与上述d轴交叉的第二永久磁铁对。
[0015]发明效果
[0016]根据本发明，能够提供一种驱动系统的特性优异的永久磁铁式旋转电机，即使采用无稀土磁铁也能够确保瞬时地辅助发动机转矩的峰值转矩或发电转矩，而且也能够确保高速运转时的特性。
[0017]上述以外的课题、结构及效果可以通过对以下实施方式的说明而明了。
【附图说明】
[0018]图1是表示应用本发明的一个实施例的旋转电机的混合动力电动汽车的结构框图。
[0019]图2是表示逆变器装置的电路结构的电路图。
[0020]图3是本发明的一个实施例的永久磁铁式旋转电机的剖面构造图。
[0021 ]图4是表不本发明的一个实施例的永久磁铁式旋转电机的定子槽构造的局部放大图。
[0022]图5是表不本发明的一个实施例的永久磁铁式旋转电机的转子剖面构造的局部放大图。
[0023]图6是对应用本发明时的转矩与现有例进行比较的测定结果。
[0024]图7是表示本发明的另一个实施例的永久磁铁式旋转电机的转子构造的局部放大图。
【具体实施方式】
[0025]以下针对本发明的实施例，以用于混合动力电动汽车的驱动用马达为例进行说明。
[0026]实施例1
[0027]首先，基于图1对应用本实施例的旋转电机的车辆的结构进行说明。在本实施例中以具有两个不同的动力源的混合动力电动汽车为例进行说明。
[0028]本实施例的混合动力电动汽车是四轮驱动式车辆，其利用内燃机即发动机ENGJ^转电机MG I来驱动前轮FLW、FRff，并利用旋转电机MG2来驱动后轮RLW、RRff。
[0029]虽然在本实施例中是对利用发动机ENG和旋转电机MGl来驱动前轮WFLW、FRW并利用旋转电机MG2来驱动后轮RLW、RRW的情况进行了说明，但是也可以利用旋转电机MG I来驱动前轮WFLW、FRW并利用发动机ENG和旋转电机MG2来驱动后轮RLW、RRff。
[0030]在前轮FLW、FRW的前轮车轴ros上经由差动装置roF机械地连接有变速器T/Μ。在变速器T/Μ上经由动力分配机构PSM机械地连接有旋转电机MGl和发动机ENG。动力分配机构PSM是进行旋转驱动力的合成或分配的机构。在旋转电机MG I的定子绕组电连接有逆变器装置INV的交流侧。逆变器装置INV是将直流电变换为三相交流电的电力变换装置，用于对旋转电机MG I的驱动进行控制。在逆变器装置INV的直流侧电连接有电池BAT。
[0031 ]在后轮RLW、RRW的后轮车轴RDS上经由差动装置RDF和减速器RG机械地连接有旋转电机MG2。在旋转电机MG2的定子绕组电连接有逆变器装置INV的交流侧。这里，逆变器装置INV共用于旋转电机MGl、MG2，并具备:旋转电机MGl用的功率模块PMUl及驱动电路装置DCUl、旋转电机MG2用的功率模块PMU2及驱动电路装置DCU2、马达控制装置MCU。
[0032]在发动机ENG安装有起动器STR。起动器STR是用于使发动机ENG起动的起动装置。
[0033]发动机控制装置ECU基于来自传感器或其它控制装置等的输入信号，来计算用于使发动机ENG的各组成设备(节流阀、燃料喷射阀等)动作的控制值。该控制值作为控制信号向发动机ENG的各组成设备的驱动装置输出。由此，能够控制发动机ENG的各组成设备的动作。
[0034]变速器T/Μ的动作由变速器控制装置TCU控制。变速器控制装置TCU基于来自传感器或其它控制装置等的输入信号，来计算用于使变速机构动作的控制值。该控制值作为控制信号向变速机构的驱动装置输出。由此，能够控制变速器T/Μ的变速机构的动作。
[0035]电池BAT是电池电压为200v以上的高电压的锂离子电池，由电池控制装置B⑶来管控充放电、寿命等。为了对电池的充放电、寿命等进行管控，而向电池控制装置BCU输入了电池BAT的电压值及电流值等。另外，虽然省略了图示，但是作为电池也搭载有电池电压为12v的低压电池，用作控制系统的电源、收音机或灯等的电源。
[0036]发动机控制装置ECU、变速器控制装置TCU、马达控制装置M⑶及电池控制装置BCU经由车载用局域网LAN相互电连接，并且与综合控制装置GCU电连接。由此，能够在各控制装置间进行双向的信号传输，并能够实现相互的信息传递、检测值的共有等。综合控制装置GCU按照车辆的运转状态向各控制装置输出指令信号。例如综合控制装置GCU按照基于运转者的加速要求的油门踩踏量来计算车辆所需的转矩值，为了使发动机ENG的运转效率良好，而将该所需的转矩值分配为发动机ENG侧的输出转矩值和旋转电机MGl侧的输出转矩值，并将所分配的发动机ENG侧的输出转矩值作为发动机转矩指令信号向发动机控制装置ECU输出，将所分配的旋转电机MGl侧的输出转矩值作为马达转矩指令信号向马达控制装置MCU输出。
[0037]接下来，对本实施例的混合动力电动汽车的动作进行说明。
[0038]在混合动力电动汽车的起动时、低速行驶时(发动机ENG的运转效率(油耗性能)降低的行驶区域)，利用旋转电机MGl来驱动前轮FLW、FRW。并且，虽然在本实施例中是对在混合动力电动汽车的起动时及低速行驶时利用旋转电机MGl来驱动前轮FLW、FRW的情况进行了说明，但是也可以利用旋转电机MG I来驱动前轮FLW、FRW并利用旋转电机MG2来驱动后轮RLW、RRW(也可以进行四轮驱动行驶)。从电池BAT向逆变器装置INV供给直流电。所供给的直流电由逆变器装置INV变换为三相交流电。由此得到的三相交流电向旋转电机MGl的定子绕组供给。由此，旋转电机MGl进行驱动而产生旋转输出。该旋转输出经由动力分配机构PSM向变速器T/Μ输入。所输入的旋转输出经变速器T/Μ变速而向差动装置H)F输入。所输入的旋转输出由差动装置FDF向左右分配而分别向左右的前轮车轴FDS传递。由此，对前轮车轴FDS进行旋转驱动。并且，利用前轮车轴FDS的旋转驱动对前轮FLW、FRW进行旋转驱动。
[0039]在混合动力电动汽车的正常行驶时(在行驶于干燥路面时发动机ENG的运转效率良好(燃料消耗量少)的行驶区域)，利用发动机ENG来驱动前轮FLW、FRW。因此，发动机ENG的旋转输出经由动力分配机构PSM向变速器T/Μ输入。所输入的旋转输出由变速器T/Μ进行变速。经变速的旋转输出经由差动装置FDF向前轮车轴FDS传递。由此，WH-F对前轮FLW、FRW进行旋转驱动。并且，在对电池BAT的充电状态进行检测而需要对电池BAT进行充电时，则将发动机ENG的旋转输出经由动力分配机构PSM向旋转电机MGl分配而对旋转电机MGl进行旋转驱动。由此，旋转电机MGl作为发电机动作。通过该动作在旋转电机MGl的定子绕组中产生三相交流电。该产生的三相交流电由逆变器装置INV变换为预定的直流电。由该变换所得到的直流电向电池BAT供给。从而对电池BAT进行充电。
[0040]在混合动力电动汽车的四轮驱动行驶时(在雪道等低摩擦(μ)道路上行驶时发动机ENG的运转效率良好(燃料消耗量少)的行驶区域)，利用旋转电机MG2来驱动后轮RLW、RRW。并且与上述正常行驶同样地，利用发动机ENG来驱动前轮FLW、FRW。并且，电池BAT的蓄电量因旋转电机MGl的驱动而减少，因此与上述正常行驶同样地，利用发动机ENG的旋转输出对旋转电机MG I进行旋转驱动，对电池BAT进行充电。为了利用旋转电机MG2对后轮RLW、RRW进行驱动，从电池BAT向逆变器装置INV供给直流电。所供给的直流电由逆变器装置INV变换为三相交流电，经该变换所得到的交流电向旋转电机MG2的定子绕组供给。由此，旋转电机MG2被驱动而产生旋转输出。所产生的旋转输出经减速器RG减速而向差动装置RDF输入ο所输入的旋转输出由差动装置RDF向左右分配而分别向左右的后轮车轴RDS传递。由此，对后轮车轴RDS进行旋转驱动。并且，利用后轮车轴RDS的旋转驱动对后轮RLW、RRW进行旋转驱动。
[0041 ]在混合动力电动汽车加速时，利用发动机ENG和旋转电机MGl对前轮FLW、FRW进行驱动。并且，虽然在本实施例中是对在混合动力电动汽车加速时利用发动机ENG和旋转电机MGl来驱动前轮FLW、FRW的情况进行了说明，但是也可以利用发动机ENG和旋转电机MGl对前轮FLW、FRW进行驱动并利用旋转电机MG2对后轮RLW、RRW进行驱动(也可以进行四轮驱动行驶)。发动机ENG和旋转电机MG I的旋转输出经由动力分配机构PSM向变速器T/Μ输入。所输入的旋转输出由变速器t/μ进行变速。经变速的旋转输出经由差动装置roF向前轮车轴ros传递。由此，对前轮FLW、FRW进行旋转驱动。
[0042]在混合动力电动汽车的再生时(踩踏刹车时、放松对油门的踩踏时或停止对油门的踩踏时等的减速时)，将前轮FLW、FRW的旋转力经由前轮车轴n)S、差动装置FDF、变速器T/M、动力分配机构PSM向旋转电机MGl传递而对旋转电机MGl进行旋转驱动。由此，旋转电机MGl作为发电机动作。通过该动作在旋转电机MGl的定子绕组中产生三相交流电。该产生的三相交流电由逆变器装置INV变换为预定的直流电。经该变换所得到的直流电向电池BAT供给。由此，对电池BAT进行充电。另一方面，将后轮RLW、RRW的旋转力经由后轮车轴RDS、差动装置RDF、减速器RG向旋转电机MG2传递而对旋转电机MG2进行旋转驱动。由此，旋转电机MG2作为发电机动作。利用该动作在旋转电机MG2的定子绕组中产生三相交流电。该产生的三相交流电由逆变器装置INV变换为预定的直流电。经该变换所得到的直流电向电池BAT供给。由此，对电池BAT进行充电。
[0043]图2示出了本实施例的逆变器装置INV的结构。
[0044]逆变器装置INV如前所述由功率模块PMUl、PMU2、驱动电路装置DCUl、D⑶2及马达控制装置MCU构成。功率模块PMUl、PMU2是相同结构。驱动电路装置DCUl、DCU2是相同结构。
[0045 ]功率模块PMU1、PMU2构成了变换电路(也称为主电路)，其将从电池BAT供给的直流电变换为交流电并将其向对应的旋转电机MG1、MG2供给。并且，变换电路也能够将从对应的旋转电机MGl、MG2供给的交流电变换为直流电并向电池BAT供给。
[0046]变换电路是电桥电路，并构成为将三相份的串联电路在电池BAT的正极侧与负极侧之间并联地电连接。串联电路也被称为桥臂而由两个半导体元件构成。
[0047]桥臂构成为对应每相将上桥臂侧的功率半导体元件与下桥臂侧的功率半导体元件串联地电连接。在本实施例中，作为功率半导体元件采用了开关半导体元件即IGBT(绝缘栅型双极晶体管)。构成IGBT的半导体芯片具备集电极、发射极和栅极这三个电极。在IGBT的集电极与发射极之间电连接有异于IGBT的其它芯片的二极管。二极管以从IGBT的发射极到集电极的方向为正向的方式在IGBT的发射极与集电极之间电连接。另外，作为功率半导体元件有时也取代IGBT而采用M0SFET(金属氧化物半导体型场效应晶体管)。该情况下则省略二极管。
[0048]功率半导体元件Tpul的发射极与功率半导体元件Tnul的集电极串联地电连接，从而构成了功率模块PMUl的u相桥臂。V相桥臂、w相桥臂也与u相桥臂同样地构成，S卩:功率半导体元件Tpvl的发射极与功率半导体元件Tnvl的集电极串联地电连接，从而构成了功率模块PMUl的V相桥臂;功率半导体元件Tpwl的发射极与功率半导体元件Tnwl的集电极串联地电连接，从而构成了功率模块PMUl的w相桥臂。功率模块PMU2也以与上述功率模块PMUl同样的连接关系构成了各相的桥臂。
[0049]功率半导体元件Tpul、Tpvl、Tpwl、Tpu2、Tpv2、Tpw2的集电极与电池BAT的高电位侧(正极侧)电连接。功率半导体元件!']1111、1'11￥1、1'1^1、1'11112、1'11￥2、1'1^2的发射极与电池1^1的低电位侧(负极侧)电连接。
[0050]功率模块PMUI的u相桥臂(V相桥臂、w相桥臂)的中点(各桥臂的上桥臂侧功率半导体元件的发射极与下桥臂侧功率半导体元件的集电极的连接部分)与旋转电机MG I的u相(V相、w相)的定子绕组电连接。
[0051 ]功率模块PMU2的u相桥臂(V相桥臂、w相桥臂)的中点(各桥臂的上桥臂侧功率半导体元件的发射极与下桥臂侧功率半导体元件的集电极的连接部分)与旋转电机MG2的u相(V相、w相)的定子绕组电连接。
[0052]在电池BAT的正极侧与负极侧之间电连接有平滑用的电解电容器SEC，用于抑制因功率半导体元件动作而产生的直流电压波动。
[0053]驱动电路装置DCU1、D⑶2构成了基于从马达控制装置MCU输出的控制信号而输出使功率模块PMUl、PMU2的各功率半导体元件动作的驱动信号，以使各功率半导体元件动作的驱动部，且由绝缘电源、接口电路、驱动电路、传感器电路及缓冲电路(均未图示)等电路部件构成。
[0054]马达控制装置MCU是由微电脑构成的运算装置，输入多个输入信号而将用于使功率模块PMUl、PMU2的各功率半导体元件动作的控制信号向驱动电路装置DSUl、DSU2输出。作为输入信号输入了转矩指令值τ * 1、τ*2、电流检测信号iul?iwl、iu2?iw2、磁极位置检测信号Θ1、Θ2。
[0055]转矩指令值τ* 1、τ * 2按照车辆的运转模式而从上位的控制装置输出。转矩指令值τ* I与旋转电机MGl对应，转矩指令值τ* 2与旋转电机MG2对应。电流检测信号iul?iwl是从逆变器装置INV的变换电路向旋转电机MG I的定子绕组供给的u相?w相的输入电流的检测信号，利用变流器(CT)等电流传感器进行检测。电流检测信号iu2?iw2是从逆变器装置INV向旋转电机MG2的定子绕组供给的u相?w相的输入电流的检测信号，利用变流器(CT)等电流传感器进行检测。磁极位置检测信号Θ1是旋转电机MGl的旋转磁极位置的检测信号，利用旋转变压器、编码器、霍尔元件、霍尔IC等磁极位置传感器进行检测。磁极位置检测信号Θ2是旋转电机MGl的旋转磁极位置的检测信号，利用旋转变压器、编码器、霍尔元件、霍尔IC等磁极位置传感器进行检测。
[0056]马达控制装置MCU基于输入信号来计算电压控制值，并将该电压控制值作为用于使功率模块PMU1、PMU2的功率半导体元件Tpul?Tnwl、Tpu2?Tnw2动作的控制信号(PffM信号(脉宽调制信号))向驱动电路装置DCUl、DCU2输出。
[0057]通常，马达控制装置MCU输出的PWM信号能够使进行了时间平均的电压成为正弦波。该情况下，瞬时的最大输出电压是逆变器的输入即直流线的电压，因此在输出正弦波的电压的情况下，其有效值为1ΑΓ2。因此，在本发明的混合动力电动汽车辆中，为了利用有限的逆变器装置进一步提高马达的输出，而增加马达的输入电压的有效值。即，MCU的PffM信号在矩形波状上仅有通(ON)和断(OFF)。这样的话，矩形波的峰值是逆变器的直流线的电压Vdc，其有效值是Vdc。这是最大程度提高电压有效值的方法。
[0058]但是，矩形波电压在低转速区域存在因电感小而电流波形紊乱的问题，由此会在马达中产生有害的激振力而产生噪音。因此，矩形波电压控制仅在高速旋转时使用而在低频时进行通常的PWM控制。
[0059 ] 接下来，参照图3至图6对本发明的旋转电机MG (MG I或MG2或者双方)的具体结构进行说明。
[0000]图3至图6是表不本发明的一个实施例的旋转电机MG的俯视图及局部放大图，对同一部分标记同一符号。在本实施例中以作为旋转电机MG米用三相永久磁铁式旋转电机的情况为例来进行说明。并且，旋转电机MG可以使旋转电机MG 1、MG2都是同样的结构，也可以是仅MGl构成为永久磁铁式旋转电机，而MG2由感应电动机或同步磁阻马达等其它方式的旋转电机构成。
[0061 ]如图3?图5所示，旋转电机MG具备:产生旋转磁场的定子110;利用与定子110的磁性作用旋转并且与定子110的内周侧隔着间隙160可旋转地配置的转子130。
[0062]定子110具备:定子铁芯111，其由铁芯背部112和齿113组成；以及定子槽121，其插入因通电而产生磁通的定子绕组120。
[0063]定子铁芯111是将通过对板状的磁性部件进行冲切所形成的多个板状的成型部件在轴向上层叠而形成的。这里，轴向是指沿转子的旋转轴的方向。
[0064]如图3、图4所示，定子绕组120埋设在定子槽121中，是绕组的节距比极距(未图示)小的短节距绕组。并且，在定子槽121具有定子槽开口部123，该开口部的周向宽度Ws是相对于定子绕组120的周向宽度Wc足够小的尺寸。这里，图示的定子绕组120示出了矩形的角线，然而也可以是平角线或圆线。
[0065]在图3、图5中，转子130具备:构成旋转侧磁路的转子铁芯133、第三永久磁铁134、第一永久磁铁对131、第二永久磁铁对132及由旋转轴构成的主轴135。
[0066]并且，在图3、图5中，第一永久磁铁对131是由永久磁铁131A、131B构成的内外径以弧状形成的瓦状的磁铁对，131A形成为以P3为中心点的圆弧，而131B形成以P4为中心点的圆弧。即，构成第一永久磁铁对131的永久磁铁群以各圆弧与其中心点连结的线不与d轴交叉的形式构成。
[0067]在图3、图5中，第二永久磁铁对132是由永久磁铁132A?132D构成的内外径以弧状形成的瓦状的磁铁对，132A、132B形成以P2为中心点的圆弧，而132C、132D形成为以Pl为中心点的圆弧。即，构成第二永久磁铁对132的永久磁铁群形成为将各圆弧与其中心点连结的线与d轴交叉。
[0068]这里，第三永久磁铁134呈矩形而在q轴上配置且沿与q轴正交的方向磁化。图示的永久磁铁134与在q轴上相邻磁极的磁铁分割，但是如果构成为一枚则能够削减零件个数。
[0069]图3、图5记载的永久磁铁131、132、134的材质可以由容易获取的铁氧体磁铁构成，也可以应用减少了镝添加量的稀土类磁铁或粘结磁铁，都可以降低镝资源风险。
[0070]下面说明采用上述结构时的效果。
[0071]在搭载了永久磁铁式旋转电机驱动系统的电动车辆中，为了确保峰值转矩，有以下等手段:提高永久磁铁的磁通量而确保电磁转矩；以d轴电感与q轴电感之差较大的方式进行磁铁配置而确保磁阻转矩;增加电枢电流。
[0072]这里，电枢电流的增加不仅会导致旋转电机还会导致逆变器的损耗增大，因此优选进行过渡性使用而非经常性使用。因此，提高永久磁铁的磁通量向和提高磁阻转矩是优选方法。
[0073]本发明有鉴于此，如图3?图5所示，将配置于转子铁心130的第一、第二、第三永久磁铁对131、132、134以预定的结构配置。
[0074]S卩，第三永久磁铁134呈矩形而在q轴上配置且沿与q轴正交的方向磁化。并且，由永久磁铁131A、131B构成的第一永久磁铁对131是内外径以弧状形成的瓦状的磁铁对，131A形成以P3为中心点的圆弧，而13IB形成以P4为中心点的圆弧。即，构成第一永久磁铁对131的永久磁铁群以各圆弧与其中心点连结的线不与d轴交叉的形式构成。
[0075]由第三永久磁铁134与第一永久磁铁对131构成的永久磁铁群，在转子130的最内径侧形成了大致浴盆状的磁铁配置。转子的一个磁极部分的永久磁铁的磁通量能够确保与该永久磁铁的表面积成比例。因此，利用由永久磁铁134、永久磁铁对131形成的浴盆结构，能够增大永久磁铁的表面积，能够确保每一个磁极的永久磁铁磁通量。
[0076]接下来，由永久磁铁132A?132D构成的第二永久磁铁对132是位于转子130的外径侧而磁铁的内外径以弧状形成的瓦状的磁铁对，132A、132B形成以P2为中心点的圆弧，而132C、132D形成以Pl为中心点的圆弧。即，构成第二永久磁铁对132的永久磁铁群形成为将各圆弧与其中心点连结的线与d轴交叉。
[0077]本来，永久磁铁的磁通如专利文献I所述，优选基本上集中在d轴上的形态。但是由实验结果可知:在应用铁氧体磁铁等磁能积相对于稀土类磁铁极小的磁铁材料的情况下，仅通过使机械的磁畴取向朝向d轴，会导致磁铁磁通扩散，而无法充分地集中。
[0078]因此，通过如图5所示，将构成第二永久磁铁对132的永久磁铁群形成为将各圆弧与其中心点连结的线与d轴交叉，能够抑止磁铁磁通的扩散而使磁铁磁通集约在d轴上。其结果是，能够将由第三永久磁铁134和第一永久磁铁对131确保的永久磁铁的磁通量、与第二永久磁铁对132的永久磁铁磁通量合成，因此能够提高每一个磁极的永久磁铁磁通量而确保转矩特性。
[0079]并且，第二永久磁铁对132采用了包含由132A和132D组成的层、由132B和132C组成的层的二层结构，其目的是增大d轴电感与q轴电感之差以提高磁阻转矩，但是也可以是仅有永久磁铁对132A和132D、或仅有永久磁铁对132B和132C的一层结构，该情况下具有能够削减零件个数的优点，因此只要按照旋转电机MG的规格进行选定即可。
[0080]并且，如图4所示，使定子槽开口部122的周向宽度Ws狭小化至定子绕组120的宽度尺寸以下。这是为了使等效间隙尺寸尽量短以尽量多地确保永久磁铁磁通的方法，但是也可以与槽121的周向宽度同等地较宽地构成，构成为能够从定子铁芯111的内径侧插入定子绕组120，该情况下容易进行定子110的装配，并且如果反之将槽开口部122构成为全封闭，则能够抑制因槽开口部122而产生的高次谐波磁通成分，有助于低振动/低噪音化。以上均能够按照旋转电机MG的规格进行选定。
[0081]对采用上述结构时的转矩进行测定，与现有例(使永久磁铁的磁畴取向机械地集约于d轴的配置构造:未图示)进行比较的结果如图6所示。在图中，横轴的电流相位是由永久磁铁产生的感应电动势矢量与电枢电流矢量所成的角，角度越大则负的d轴电流成分越大。纵轴的转矩以现有例的峰值转矩为1.0进行了标准化来表示。
[0082]如图6所示可以确认，与现有例相对照，本发明中的转矩在各种电流相位的条件下都会提高，特别是随着电流相位增大，能够促进转矩提高。
[0083]另外，在本实施例中，作为构成第一、第二永久磁铁对的永久磁铁，其轴向断面可以是瓦状即内外径都是弧状，但是只要至少一边形成为弧状即可。例如即使构成为轴向断面呈半圆柱状、即外径侧是直线状而内径侧是弧状，也能够获得在本实施例中说明的效果。
[0084]并且，也可以构成为永久磁铁的磁畴取向具有径向取向，该情况下永久磁铁的轴向断面也可以形成为矩形状。该情况下，第一永久磁铁对构成为永久磁铁的磁畴取向焦点不与d轴交叉，第二永久磁铁对构成为永久磁铁的径向取向的磁畴取向取向焦点与d轴交叉。
[0085]实施例2
[0086]图7不出了表不本发明的另一个实施例的转子剖面的局部放大图，对于和图5相同者附加相同符号。
[0087]图中与图5的区别是取消了第三永久磁铁134而仅由第一永久磁铁对131、第二永久磁铁对132构成。
[0088]这样构成时，相对于图5，转矩特性会降低，但是与采用将磁铁磁通机械地集中于d轴的设计思想的结构相比，能够获得提高永久磁铁的磁通量的效果并削减零件个数，且在q轴部分上用于磁铁插入的空间由电磁钢板构成，因此能够提高转子铁芯相对于离心力的机械强度。
[0089]另外，本发明不限于上述实施例而包含各种变形例。例如为了容易理解本发明而对上述实施例进行了详细说明，但是不必具备所说明的全部结构。并且，能够将一个实施例的部分结构置换为另一个实施例的结构，或者也能够向一个实施例的结构添加另一个实施例的结构。并且，能够对各实施例的部分结构进行其它结构的追加/删除/置换。
[0090]符号说明
[0091 ] 110一定子；m一定子铁芯；112—铁芯背部；113一齿；120一定子绕组；121 一定子槽；122—定子槽开口部；130—转子；131—第一永久磁铁对；132—第二永久磁铁对；133—转子铁芯；134—第三永久磁铁;135—主轴；136—转子槽开口部；160—间隙(空隙)。
【主权项】
1.一种转子，是永久磁铁式旋转电机的转子，上述转子的特征在于， 具备轴向断面的至少一边形成为弧状的永久磁铁， 在具有多个永久磁铁的转子中， 在将磁极的中心轴设为d轴，且将相对于d轴隔开90°电角度的轴设为q轴的情况下，具有: 连结上述弧的中心点和上述弧的线不与d轴交叉的第一永久磁铁对； 上述线与上述d轴交叉的第二永久磁铁对。2.一种转子，是永久磁铁式旋转电机的转子，上述转子的特征在于， 具备轴向断面形成为矩形且磁铁的磁畴取向具有径向取向的永久磁铁， 在将磁极的中心轴设为d轴，且将相对于d轴隔开90°电角度的轴设为q轴的情况下，具有: 上述永久磁铁的径向取向的磁畴取向焦点不与d轴交叉的第一永久磁铁对； 上述磁畴取向取向焦点与上述d轴交叉的第二永久磁铁对。3.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于， 在上述q轴上插入第三永久磁铁，该第三永久磁铁沿与该q轴正交的方向被磁化且轴向断面形状呈矩形， 在该q轴磁铁间具有上述第一永久磁铁对及上述第二永久磁铁对。4.根据权利要求1或3所述的转子，其特征在于， 上述轴向断面的至少一边形成为弧状的永久磁铁是形成为瓦状的永久磁铁。5.根据权利要求1或3所述的转子，其特征在于， 上述轴向断面的至少一边形成为弧状的永久磁铁是形成为半圆柱状的永久磁铁。6.一种永久磁铁式旋转电机，其具备: 定子，其具有定子铁心、在该定子铁心的周向上等间隔地设置的定子槽、和容纳在上述定子槽中且产生旋转磁场的定子绕组；以及 转子，其被支撑为与上述定子隔着间隙旋转自如， 上述永久磁铁式旋转电机的特征在于， 上述转子是权利要求1至6中任一项所述的转子， 构成为使上述定子槽的开口部的周向宽度比上述定子绕组的周向宽度小。7.根据权利要求6所述的永久磁铁式旋转电机，其特征在于， 构成为上述定子绕组的节距比极距小。8.—种电动驱动系统，其具备:供给电力的电池、利用上述供给的电力输出驱动转矩的旋转电机、和对上述驱动转矩进行控制的控制装置， 上述电动驱动系统的特征在于， 上述旋转电机是权利要求1至7中任一项所述的永久磁铁式旋转电机。9.一种电动车辆，其使用的电动驱动系统包含:供给电力的电池;利用上述供给的电力输出对车辆进行驱动的驱动转矩的旋转电机;以及对上述驱动转矩进行控制的控制装置， 上述电动车辆的特征在于， 上述电动驱动系统是权利要求8所述的电动驱动系统。
【文档编号】H02K1/27GK105850009SQ201480069506
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2014年11月12日
【发明人】菊地聪
【申请人】日立汽车系统株式会社