CN101682222A - 磁铁嵌入型电机用转子及磁铁嵌入型电机 - Google Patents
磁铁嵌入型电机用转子及磁铁嵌入型电机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101682222A CN101682222A CN200880017256A CN200880017256A CN101682222A CN 101682222 A CN101682222 A CN 101682222A CN 200880017256 A CN200880017256 A CN 200880017256A CN 200880017256 A CN200880017256 A CN 200880017256A CN 101682222 A CN101682222 A CN 101682222A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- permanent magnet
- magnet
- zone
- rotor
- coercive force
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 description 41
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 28
- KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N dysprosium atom Chemical compound [Dy] KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 21
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 18
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 10
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 6
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 6
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 5
- GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N terbium atom Chemical compound [Tb] GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 4
- 230000005347 demagnetization Effects 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 3
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 208000034189 Sclerosis Diseases 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000008485 antagonism Effects 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000004382 potting Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- FWQVINSGEXZQHB-UHFFFAOYSA-K trifluorodysprosium Chemical compound F[Dy](F)F FWQVINSGEXZQHB-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
- H02K1/2706—Inner rotors
- H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
- H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
- H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
- H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
- H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
- H02K1/2706—Inner rotors
- H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
- H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
- H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
- H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
本发明提供能够确保所希望的矫顽力和磁通密度、并且能够显著降低其制造成本的磁铁嵌入型电机用转子和磁铁嵌入型电机。为此，提供磁铁嵌入型电机用转子(1)，在转子铁芯内嵌入多个永久磁铁(21)、…而成，该永久磁铁(21)由与作用于该永久磁铁(21)的反磁场的大小相应而矫顽力不同的多个磁铁区域(A～D)形成，对相对大的反磁场所作用的区域分配矫顽力相对大的磁铁区域。
Description
技术领域
本发明涉及在转子内嵌入永久磁铁而成的磁铁嵌入型电机用转子、以及具备该转子的磁铁嵌入型电机。
背景技术
将永久磁铁嵌入在转子内部而成的磁铁嵌入型电机(IPM电机)，除了由线圈和永久磁铁的吸引力/排斥力引起的磁转矩，还能够获得磁阻转矩，因此与将永久磁铁贴附在转子外周面而成的表面磁铁型电机(SPM电机)相比，为高转矩且高效率。因此，该磁铁嵌入型电机用于要求高输出性能的混合动力车、电动汽车的驱动用电机等中。
在上述IPM电机中，在其电流相位控制时流动负的d轴电流，由该电流引起的反磁场作用于永久磁铁，但由于该反磁场大时永久磁铁中产生不可逆退磁，因此使用能够对抗该不可逆退磁的大矫顽力的永久磁铁。基于图17对该退磁作用进行说明。图17是每1极配设有2个永久磁铁M、M的电机，这2个永久磁铁M、M以从转子A的旋转轴向定子B侧扩展的俯视图呈大致V字状的方式被嵌入。已知IPM电机中退磁作用大的部分是永久磁铁M、M的转子铁芯外周侧的角a、b、c、d，尤其是d轴侧的角b、c。此外，在永久磁铁M、M之间的转子铁芯部A1中磁力线易短路，由此也使在永久磁铁M、M的角b、c反磁场变大。
然而，作为上述永久磁铁一般使用稀土类磁铁。对于该稀土类磁铁，通过加入作为结晶磁各向异性高的元素的镝(Dy)、铽(Tb)而使其矫顽力提高，另一方面，由于这样的元素稀有且昂贵，因此，为了增加永久磁铁的矫顽力而添加镝等会直接导致永久磁铁的制造成本高涨。对于以往的磁铁嵌入型电机用转子中使用的永久磁铁，在永久磁铁的整体中使用用于获得上述在角落部所要求的矫顽力的镝等，因此转子制造成本高涨。进而，对于作为永久磁铁的性能的与矫顽力同样重要的残余磁通密度，存在随着矫顽力的增加而减小的趋势，因此为了消除由于使矫顽力增加而减小的磁通量密度，需要更多的磁铁，由此也使转子制造成本高涨。因此，如何廉价地制造具备针对上述的反磁场而具有希望的矫顽力的永久磁铁的转子，对于混合动力车等的批量生产而言就成了极为重要的课题之一。
另外，作为有关上述降低反磁场的磁铁嵌入型电机的技术，可举出专利文献1、2。两者的技术均是通过使空气层介于转子铁芯内嵌入的永久磁铁的端部，从而降低局部大的反磁场。
专利文献1日本特开平11-355985号公报
专利文献2日本特开2003-143788号公报
根据专利文献1、2中公开的磁铁嵌入型电机用的转子，虽然可以通过在永久磁铁端部形成空气层来降低反磁场，但由于与在该永久磁铁中产生的最大反磁场相应而决定了永久磁铁的矫顽力，因此在永久磁铁内没有受到该程度的反磁场影响的部位具有多余的矫顽力，这导致材料成本的高涨，进而也是磁铁嵌入型电机的制造成本高涨的一个主要因素。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供具有能够对抗作用于永久磁铁的反磁场的矫顽力、并且能够使其制造成本更廉价的磁铁嵌入型电机用转子，以及具备该转子的磁铁嵌入型电机。
为了实现上述目的，本发明的磁铁嵌入型电机用转子的特征在于，是在转子铁芯内嵌入多个永久磁铁而成的磁铁嵌入型电机的转子，所述永久磁铁由与作用于该永久磁铁的反磁场的大小相应而矫顽力不同的多个磁铁区域形成，对相对大的反磁场所作用的区域分配矫顽力相对大的磁铁区域。
本发明的磁铁嵌入型电机用转子，鉴于配设于其槽内的永久磁铁其各区域所需要的矫顽力不同，因此制成具备各区域的矫顽力不同的永久磁铁的转子，通过采用这样的构成，可以将使用的镝(Dy)、铽(Tb)等控制在必要最小限度，作为其结果，能够将磁通密度的减小也控制在最小限度，从而能够显著降低转子制造成本。
这里，转子内的永久磁铁的配设方式可举出如下的方式：每1极分配有1个永久磁铁，将例如俯视为矩形的永久磁铁配设为其矩形的长边方向与定子侧相对的方式；每1极分配有2个永久磁铁，从转子的旋转轴向定子侧扩展、且俯视图呈大致V字状的V字配置方式等。
在任一方式中，由于如上所述在永久磁铁的角落部、更具体来说是在定子侧的角落部退磁剧烈，因此优选在该角落部分配镝等的含量多的磁铁区域。例如，在永久磁铁形成为俯视呈矩形时，具有如下的实施方式，即，对于多个所述磁铁区域，矩形的定子侧的角落部区域成为矫顽力最大的第1区域，与该第1区域相邻的区域成为矫顽力次于第1区域大的第2区域，其它区域成为矫顽力次于第2区域大的区域。
这里，对上述的永久磁铁的制造方法进行概述。作为使各区域例如镝含量不同的方法，其一可以使用采用所谓的镝等扩散法的制造方法，另外还可以使用采用所谓的多色成型法的制造方法。
镝等扩散法进而有两种方法，一种方法是使永久磁铁浸渍于氟化镝(DyF3)溶液内，然后进行加热处理，从而使镝浸透永久磁铁内部的方法，采用该方法时，可以使永久磁铁的外周部的镝含量多、而内部的镝含量相对少，可以使永久磁铁的各区域的矫顽力发生变化。
镝等扩散法的其它方法是在永久磁铁的一面将镝进行溅射处理或蒸镀处理而成膜，然后进行加热处理，从而可以使成膜侧的镝含量多、趋向成膜相反侧镝含量逐渐减少，同样，也可以使永久磁铁的各区域的矫顽力变化。
此外，多色成型法也有两种方法，一种方法是准备镝含量不同的金属粉末，在成型模具内按规定厚度填充各粉末，在加压成型后进行烧结的方法。
多色成型法的其它方法，同样是准备镝等的含量不同的金属粉末并填充至模具内，将其进行热挤出。通过将例如镝含量不同的金属粉末与矫顽力不同的区域相应而填充至模具内，挤出后的永久磁铁成为由与需要矫顽力相应而镝含量不同的多个区域构成的永久磁铁。
上述的任一种制造方法中，可以得到各区域被调整成与所需要的矫顽力相应的镝含量、铽含量的永久磁铁。该永久磁铁具有最佳(必要最低限度)的矫顽力，因此其磁通密度的减少也尽可能地得到了抑制，因此也能够使用于得到规定磁转矩所需要的磁铁量尽可能为少量。由此，与以往的IPM电机相比，能够使转子内所内置的永久磁铁的制造成本极其廉价，从而降低转子的制造成本。
此外，除了使镝(Dy)、铽(Tb)的混合量在磁铁区域变化之外，还可以是各区域由不同的原材料构成磁铁的方式。例如，按矫顽力从高到低的顺序有钕磁铁、衫钴磁铁、铁氧体磁铁，可以按所要求的矫顽力分区，在各区域分配钕磁铁、衫钴磁铁、铁氧体磁铁，来形成一个永久磁铁。
此外，在本发明的磁铁嵌入型电机用转子的其它实施方式中，还存在如下的方式，即，所述永久磁铁形成为俯视呈矩形，所述多个磁铁区域是在所述矩形的长边方向被分割成多个而形成的，该永久磁铁的中央分割区域是矫顽力最小的区域，越靠近端部的分割区域成为其矫顽力越大的区域。
对于该实施方式，通过将永久磁铁的矫顽力区域沿矩形的长边方向分割成多个(在长边方向以多个小宽度配设矫顽力不同的区域的方式)，还可以降低涡流损耗。
此外，在本发明的磁铁嵌入型电机用转子的优选实施方式中，所述永久磁铁在其俯视形状中，位于转子旋转轴侧的2个角落部中的至少一者形成切口，转子铁芯中的永久磁铁插通用槽的俯视形状成为与该永久磁铁的俯视形状对应的形状。
即使在永久磁铁内存在多个矫顽力不同的区域，实际上也无法从外部看出矫顽力不同。因此，本实施方式中，为了将具备不同矫顽力区域的永久磁铁适当地插入转子铁芯的磁铁插通用槽中，在永久磁铁和磁铁插通用槽两者的俯视形状对应的位置设有切口。此外，本实施方式中，使设有该切口的部位为永久磁铁中对转矩的贡献少的部位，即，位于俯视矩形的永久磁铁的转子旋转轴侧的2个角落部中的至少一者，通过该构成，能够抑制由于在永久磁铁中设置切口而可能产生的转矩性能降低，并且能够将具有多个矫顽力区域的永久磁铁适当地配设在永久磁铁插通用槽中。
具备上述的本发明的磁铁嵌入型电机用转子的电机，由于内置的永久磁铁确保了所需的矫顽力和磁通密度，并且其制造成本大幅降低，因此适用于近期其批量生产盛行且呼吁搭载性能优异的驱动用电机的混合动力车、电动车。
由以上的说明可以了解到，根据本发明的磁铁嵌入型电机用转子，由于内置的永久磁铁的各区域被调整成与所需要的矫顽力相应的镝含量、铽含量，因此可以确保希望的矫顽力和磁通密度，并且可以极大地降低其制造成本。此外，由于能够有效降低涡流损耗，因此可以得到旋转性能和输出性能优异的电机。
附图说明
图1是具备V字配置的永久磁铁的本发明的转子的一实施方式的俯视图。
图2是示出图1的转子内所内置的永久磁铁的一实施方式的俯视图。
图3是示出图2的永久磁铁的各区域的矫顽力分布的一实施方式的曲线图。
图4是示出永久磁铁的各区域的矫顽力分布的其它实施方式的曲线图。
图5是示出永久磁铁的其它实施方式的俯视图。
图6是示出图5的永久磁铁的各区域的矫顽力分布的曲线图。
图7是具备V字配置的永久磁铁的本发明转子的其它实施方式的俯视图。
图8是说明有关作用于永久磁铁的反磁场的采用CAE解析的解析模型的概要的俯视图。
图9是表示图8中的A模型：集中卷绕方式的IPM电机且永久磁铁为V字配置的解析模型的结果的图，(a)是永久磁铁的放大图，(b)是表示永久磁铁Ma1的解析结果的图，(c)是表示永久磁铁Ma2的解析结果的图。
图10是表示图8中的B模型：集中卷绕方式的IPM电机且永久磁铁为-字配置的解析模型的结果的图，(a)是永久磁铁的放大图，(b)是表示永久磁铁Mb的解析结果的图。
图11是表示图8中的C模型：集中卷绕方式的IPM电机且永久磁铁为三角形配置的解析模型的结果的图，(a)是永久磁铁的放大图，(b)是表示永久磁铁Mc1的解析结果的图，(c)是表示永久磁铁Mc2的解析结果的图，(d)是表示永久磁铁Mc3的解析结果的图。
图12是表示图8中的D模型：集中卷绕方式的SPM电机的解析模型的结果的图，(a)是永久磁铁的放大图，(b)是表示永久磁铁Md的解析结果的图。
图13是表示图8中的E模型：分布卷绕方式的IPM电机且永久磁铁为V字配置的解析模型的结果的图，(a)是永久磁铁的放大图，(b)是表示永久磁铁Me1的解析结果的图，(c)是表示永久磁铁Me2的解析结果的图。
图14是表示图8中的F模型：分布卷绕方式的IPM电机且永久磁铁为-字配置的解析模型的结果的图，(a)是永久磁铁的放大图，(b)是表示永久磁铁Mf的解析结果的图。
图15是表示图8中的G模型：分布卷绕方式的IPM电机且永久磁铁为三角形配置的解析模型的结果的图，(a)是永久磁铁的放大图，(b)是表示永久磁铁Mg1的解析结果的图，(c)是表示永久磁铁Mg2的解析结果的图，(d)是表示永久磁铁Mg3的解析结果的图。
图16是表示图8中的H模型：分布卷绕方式的SPM电机的解析模型的结果的图，(a)是永久磁铁的放大图，(b)是表示永久磁铁Mh的解析结果的图。
图17是说明在以往的磁铁嵌入型电机中，作用于永久磁铁的退磁在其各区域不同的图。
在附图中，1表示转子，2、2A表示V字配置永久磁铁，21、21A表示矩形的永久磁铁，21B、21C表示具有切口的永久磁铁，21B’、21C’表示切口，3、3’表示永久磁铁插通用槽，4a、4b表示固定树脂体，A表示第1区域，B表示第2区域，C表示第3区域，A1、B1、C1表示磁铁。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。图1是具备V字配置的永久磁铁的本发明的转子的俯视图，图2是示出图1的转子内所内置的永久磁铁的一实施方式的俯视图。图3、4分别是示出图2的永久磁铁的各区域的矫顽力分布的实施方式的曲线图。图5是示出永久磁铁的其它实施方式的俯视图，图6是示出图5的永久磁铁的各区域的矫顽力分布的曲线图。
图1示出本发明的磁铁嵌入型电机用转子的一实施方式。该转子1，在由层叠钢板或压粉磁芯构成的转子芯所形成的槽内插入固定有永久磁铁，更具体来说，是如下的转子，即，在每一极俯视形成为大致V字状(2个矩形间留有间隔而呈大致V字状)的各槽内，分别配设有俯视为矩形的永久磁铁21、21，来形成V字配置永久磁铁2，并沿圆周方向形成规定的极数的永久磁铁2。
将该转子配设于未图示的定子铁芯内的中空部、即、由从俯视为大致圆环状的轭铁向直径方向内侧突出的多个极齿所形成的中空部，来形成磁铁嵌入型电机(IPM电机)。
图2表示嵌入于转子1内的永久磁铁的一实施方式。该永久磁铁21由矫顽力不同的多个区域形成，被调整成，定子侧的角落部的第1区域A的矫顽力最大，其次，与该第1区域A相邻的第2区域B的矫顽力次之较大，再其次，中央区域C的矫顽力次之较大。此外，该矫顽力区域仅为例示，第1区域A可以是三角形以外的矩形区域或具有曲线的区域，其它区域也可以选定适当的多种形状，但是，调整为至少在定子侧的角落部形成最大矫顽力区域、并调整为在与定子相反侧的区域矫顽力减小即可。此外，也可以根据材料成本、目标性能等适当调整各区域的面积、宽度等。
此外，第1区域A～第3区域C的矫顽力可以是图3所示那样连续的矫顽力分布，也可以是图4所示那样各区域的矫顽力取确定值、因而在区域界面矫顽力阶段性变化的矫顽力分布。
这里，对永久磁铁21的一制造方法进行概述。该制造方法基于镝等扩散法。具体来说，在永久磁铁的上面和两侧面将镝等进行溅射处理或蒸镀处理而成膜，然后进行加热处理，从而使镝从磁铁表面浸透。由此，可以得到具有图3所示那样的矫顽力分布的永久磁铁21。
图5表示永久磁铁的其它实施方式。该永久磁铁21A沿矩形的长边方向被分割成矫顽力不同的多个区域而形成，矫顽力最小的磁铁C1位于中央分割区域，越趋向位于端部区域的磁铁B1、磁铁A1其矫顽力越大。
磁铁A1～磁铁C1的矫顽力分布如图6所示，形成在区域界面矫顽力阶段性变化的矫顽力分布。
这里，对永久磁铁21A的一制造方法进行概述。该制造方法采用将矫顽力不同的磁铁互相贴合的方法。具体来说，准备镝含量多的磁铁A1、镝含量比磁铁A1少的磁铁B1以及镝含量比磁铁B1少的磁铁C1，以不会分离的程度相互粘结。由此，可以得到具有图6所示那样的矫顽力分布的永久磁铁21A。
对于该永久磁铁21A，可以实现镝添加量的最优化，除此之外，由于永久磁铁被在电气上分割开，因此还可以期待降低电机驱动时的涡流损耗。
图7示出本发明的磁铁嵌入型电机用转子的其它实施方式，是将V字配置的永久磁铁2A放大而显示的图。
在形成磁极的2个永久磁铁中，位于转子1的旋转方向(箭头方向)前方的永久磁铁21B和位于旋转方向后方的永久磁铁21C在各自的转子旋转轴侧的角落部形成有切口。
更具体地说明之，在永久磁铁21B中，在旋转方向前方的角落部形成有切口21B’，在永久磁铁21C中，在旋转方向后方的角落部形成有切口21C’。形成有切口21B’、21C’的区域远离转子表面，是对转矩性能的贡献极小的区域。此外，虽然省略了图示，但永久磁铁21B、21C均可以在转子旋转轴侧的2个角落部形成切口。
这里，在转子铁芯中，设有与永久磁铁21B、永久磁铁21C的各俯视形状对应的永久磁铁插通用槽3、3’，从而，能够容易地将永久磁铁21B、21C插入对应的永久磁铁插通用槽3、3’中，以使永久磁铁具有的矫顽力区域位于适当的位置(使永久磁铁的定子侧为矫顽力大的区域)。
此外，在该图中，在永久磁铁插通用槽3、3’各自的两侧形成有树脂填充槽，例如将永久磁铁21B插通于永久磁铁插通用槽3后，在两侧的树脂填充槽中填充树脂并使之硬化，形成非磁性的固定树脂体4a、4b。该固定树脂体4a、4b的俯视形状如图所示，例如形成能够有效抑制源于永久磁铁21B的角落的漏磁的形状。
[有关作用于永久磁铁的反磁场的CAE解析及其结果]
本发明人等在以集中卷绕方式、分布卷绕方式，并在使永久磁铁的配置为V字配置的情况下，为-配置的情况(一个永久磁铁正对极齿而形成一个磁极的方式)下，将它们组合而成的三角形配置的情况(3个永久磁铁相对于极齿以倒三角形配置的方式)下，以及为了与IPM电机进行比较的SPM电机的情况下，制成了解析模型，求出各个电机中作用于永久磁铁的反磁场分布，并求出其最大值、最小值、平均值。
在本解析中，作为解析工具使用JMAG-Studio Ver9.0(日本総研ソリユ一シヨンズ制)，作为解析模型制作如图8所示的8例永久磁铁3层交流同步电机的2维模型，对每个例子进行解析。解析内容是，使转子按逆时针旋转电角度：360度，算出在旋转中作用于永久磁铁的反磁场。此外，作为通电条件，线圈为15匝，电流为170Arms，提前角在各个模型中为转矩成为最大的角度。
各例的解析结果示于图9～图16。
图9是表示图8中的A模型：集中卷绕方式的IPM电机、且永久磁铁为V字配置的解析模型的结果的图，图9中a是永久磁铁的放大图(箭头为转子旋转方向)，图9中b是表示旋转方向前方的永久磁铁Ma1的解析结果的图，图9中c是表示旋转方向后方的永久磁铁Ma2的解析结果的图。此外，在图9中b、c中，反磁场相对变大的区域是定子侧的区域。
在作为永久磁铁Ma1的解析结果的图9的b中，反磁场的最大值为751(kA/m)，最小值为85(kA/m)，平均值为474(kA/m)。
在作为永久磁铁Ma2的解析结果的图9的c中，反磁场的最大值为877(kA/m)，最小值为108(kA/m)，平均值为498(kA/m)。
由图9的b、c可知，永久磁铁Ma1、Ma2均为其定子侧的两角落部的反磁场最大，转子旋转轴侧的两角落部的反磁场最小。
图10是表示图8中的B模型：集中卷绕方式的IPM电机、且永久磁铁为-字配置的解析模型的结果的图，图10中a是永久磁铁的放大图，图10中b是表示永久磁铁Mb的解析结果的图。
在作为永久磁铁Mb的解析结果的图10的b中，反磁场的最大值为1042(kA/m)，最小值为183(kA/m)，平均值为501(kA/m)。
由图10的b可知为如下的结果，即，在永久磁铁Mb中，转子旋转方向后方的定子侧的角落部的反磁场最大，越靠近位于其对角的转子旋转轴侧的角落部其大小越小。
图11是表示图8中的C模型：集中卷绕方式的IPM电机、且永久磁铁为三角形配置的解析模型的结果的图，图11中a是永久磁铁的放大图，图11中b是表示永久磁铁Mc1的解析结果的图，图11中c是表示永久磁铁Mc2的解析结果的图。图11中d是表示永久磁铁Mc3的解析结果的图。
在作为永久磁铁Mc1的解析结果的图11的b中，反磁场的最大值为899(kA/m)，最小值为171(kA/m)，平均值为613(kA/m)。
在作为永久磁铁Mc2的解析结果的图11的c中，反磁场的最大值为1403(kA/m)，最小值为92(kA/m)，平均值为744(kA/m)。
在作为永久磁铁Mc3的解析结果的图11的d中，反磁场的最大值为926(kA/m)，最小值为341(kA/m)，平均值为792(kA/m)。
由图11中b可知，在永久磁铁Mc1中，除了转子旋转方向前方的定子侧的角落部之外反磁场的大小基本均匀。此外，由图11中c可知如下的结果，即，在永久磁铁Mc2中，转子旋转方向后方的定子侧的角落部的反磁场最大，越靠近位于其对角的转子旋转轴侧的角落部其大小越小。进而，由图11中d可知，在永久磁铁Mc3中，中央部的反磁场稍大。
图12是表示图8中的D模型：集中卷绕方式的SPM电机的解析模型的结果(相对于IPM电机的比较模型)的图，图12中a是永久磁铁的放大图，图12中b是表示永久磁铁Md的解析结果的图。
在作为永久磁铁Md的解析结果的图12的b中，反磁场的最大值为693(kA/m)，最小值为-4(kA/m)，平均值为364(kA/m)。
由图12中b可知如下的结果，即，在永久磁铁Md中，转子旋转方向后方的定子侧的角落部的反磁场最大，越靠近位于其对角的转子旋转轴侧的角落部其大小越小。
图13是表示图8中的E模型：分布卷绕方式IPM电机、且永久磁铁为V字配置的解析模型的结果的图，图13中a是永久磁铁的放大图，图13中b是表示永久磁铁Me1的解析结果的图，图13中c是表示永久磁铁Me2的解析结果的图。
在作为永久磁铁Me1的解析结果的图13的b中，反磁场的最大值为899(kA/m)，最小值为10(kA/m)，平均值为501(kA/m)。
在作为永久磁铁Me2的解析结果的图13的c中，反磁场的最大值为904(kA/m)，最小值为42(kA/m)，平均值为583(kA/m)。
由图13中b可知如下的结果，即，在永久磁铁Me1中，转子旋转方向后方的定子侧的角落部的反磁场最大，越靠近位于其对角的转子旋转轴侧的角落部其大小越小。此外，由图13中c可知如下的结果，即，在永久磁铁Me2中，其定子侧的两角落部的反磁场最大，转子的旋转轴侧的两角落部的反磁场最小。
图14是表示图8中的F模型：分布卷绕方式的IPM电机、且永久磁铁为-字配置的解析模型的结果的图，图14中a是永久磁铁的放大图，图14中b是表示永久磁铁Mf的解析结果的图。
在作为永久磁铁Mf的解析结果的图14的b中，反磁场的最大值为974(kA/m)，最小值为78(kA/m)，平均值为555(kA/m)。
由图14中b可知如下的结果，即，在永久磁铁Mf中，转子旋转方向后方的定子侧的角落部的反磁场最大，越靠近位于其对角的转子旋转轴侧的角落部其大小越小。
图15是表示图8中的G模型：分布卷绕方式的IPM电机、且永久磁铁为三角形配置的解析模型的结果的图，图15中a是永久磁铁的放大图，图15中b是表示永久磁铁Mg1的解析结果的图，图15中c是表示永久磁铁Mg2的解析结果的图，图15中d是表示永久磁铁Mg3的解析结果的图。
在作为永久磁铁Mg1的解析结果的图15的b中，反磁场的最大值为865(kA/m)，最小值为196(kA/m)，平均值为708(kA/m)。
在作为永久磁铁Mg2的解析结果的图15的c中，反磁场的最大值为1277(kA/m)，最小值为335(kA/m)，平均值为870(kA/m)。
在作为永久磁铁Mg3的解析结果的图15的d中，反磁场的最大值为836(kA/m)，最小值为319(kA/m)，平均值为770(kA/m)。
由图15中b可知如下的结果，即，在永久磁铁Mg1中，除了定子侧的两角落部之外反磁场的大小基本均匀。此外，由图15中c可知如下的结果，即，在永久磁铁Mg2中，转子旋转方向后方的反磁场最大，越靠近转子旋转方向前方其大小越小。进而，由图15中d可知，在永久磁铁Mg3中，中央部的反磁场稍大。
图16是表示图8中的H模型：分布卷绕方式的SPM电机的解析模型的结果的图，图16中a是永久磁铁的放大图，图16中b是表示永久磁铁Mh的解析结果的图。
在作为永久磁铁Mh的解析结果的图16的b中，反磁场的最大值为981(kA/m)，最小值为-440(kA/m)，平均值为328(kA/m)。
由图16中b可知如下的结果，即，在永久磁铁Mh中，转子旋转方向后方的定子侧的角落部的反磁场最大，越靠近位于其对角的转子旋转轴侧的角落部其大小越小。
由各模型的解析结果可以确定，对于IPM电机，即使永久磁铁的配置方式发生变化，也存在在永久磁铁的定子侧的角落部产生大的反磁场的趋势。此外还可以确定，该趋势对于SPM电机也是同样的。
因此，证实了，通过使用具备图2～4所示的矫顽力分布的永久磁铁，这些矫顽力分布成为与永久磁铁中可能产生的反磁场分布对应的分布，可以得到具备最优的矫顽力区域、且制造成本尽可能廉价的永久磁铁。
根据具备内置上述的永久磁铁的本发明的转子的电机，由于内置的永久磁铁确保了所需的矫顽力和磁通密度，并且其制造成本大幅降低，因此适用于以提高电机性能和降低电机制造成本为课题的近期的混合动力车等。
以上，采用附图对本发明的实施方式进行了详细叙述，但具体的构成并不限于该实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内的设计变更等也包括在本发明中。
Claims (6)
1.一种磁铁嵌入型电机用转子，其特征在于，
是在转子铁芯内嵌入多个永久磁铁而成的磁铁嵌入型电机的转子，
所述永久磁铁由与作用于该永久磁铁的反磁场的大小相应而矫顽力不同的多个磁铁区域形成，对相对大的反磁场所作用的区域分配矫顽力相对大的磁铁区域。
2.根据权利要求1所述的磁铁嵌入型电机用转子，其中，
所述永久磁铁形成为俯视呈矩形，
对于所述多个磁铁区域，所述矩形的定子侧的角落部区域成为矫顽力最大的第1区域，与该第1区域相邻的区域成为矫顽力次于第1区域大的第2区域，其它区域成为矫顽力次于第2区域大的区域。
3.根据权利要求1所述的磁铁嵌入型电机用转子，其中，
所述永久磁铁形成为俯视呈矩形，
所述多个磁铁区域是在所述矩形的长边方向被分割成多个而形成的，该永久磁铁的中央分割区域是矫顽力最小的区域，越靠近端部的分割区域成为其矫顽力越大的区域。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的磁铁嵌入型电机用转子，其中，
每1极配设有2个所述永久磁铁，该2个永久磁铁从转子的旋转轴向定子侧扩展，且俯视呈大致V字状。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的磁铁嵌入型电机用转子，其中，
在所述永久磁铁的俯视形状中，位于转子旋转轴侧的2个角落部中的至少一者形成切口，转子铁芯中的永久磁铁插通用槽的俯视形状成为与该永久磁铁的俯视形状对应的形状。
6.一种磁铁嵌入型电机，其特征在于，具备权利要求1～5中任一项所述的转子。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007140523 | 2007-05-28 | ||
| JP140523/2007 | 2007-05-28 | ||
| PCT/JP2008/060114 WO2008146937A1 (ja) | 2007-05-28 | 2008-05-27 | 磁石埋め込み型モータ用ロータと磁石埋め込み型モータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101682222A true CN101682222A (zh) | 2010-03-24 |
Family
ID=40075164
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200880017256A Pending CN101682222A (zh) | 2007-05-28 | 2008-05-27 | 磁铁嵌入型电机用转子及磁铁嵌入型电机 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20100171386A1 (zh) |
| JP (1) | JPWO2008146937A1 (zh) |
| CN (1) | CN101682222A (zh) |
| DE (1) | DE112008001333T5 (zh) |
| WO (1) | WO2008146937A1 (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103038981A (zh) * | 2010-07-30 | 2013-04-10 | 株式会社日立制作所 | 旋转电机和使用它的电动车辆 |
| CN103117609A (zh) * | 2011-11-16 | 2013-05-22 | 信越化学工业株式会社 | 转子和永磁体式旋转机 |
| WO2023207777A1 (zh) * | 2022-04-28 | 2023-11-02 | 安徽美芝精密制造有限公司 | 转子组件、永磁电机和压缩机 |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5334295B2 (ja) * | 2008-12-25 | 2013-11-06 | 東芝キヤリア株式会社 | 永久磁石電動機及び密閉型圧縮機 |
| JP4961454B2 (ja) * | 2009-05-12 | 2012-06-27 | 株式会社日立製作所 | 希土類磁石及びこれを用いたモータ |
| EP2448093A1 (en) * | 2009-06-24 | 2012-05-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Sintered magnet and method for producing the same |
| US8638017B2 (en) | 2009-09-18 | 2014-01-28 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Rotor for permanent magnet rotating machine |
| US8987965B2 (en) * | 2010-03-23 | 2015-03-24 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Rotor and permanent magnet rotating machine |
| US8508092B2 (en) * | 2010-11-19 | 2013-08-13 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Permanent magnet rotors and methods of manufacturing the same |
| DE102012010993A1 (de) | 2012-06-02 | 2013-12-05 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Rotor für einen Elektromotor |
| JP2014105796A (ja) * | 2012-11-28 | 2014-06-09 | Denso Corp | クラッチ機構およびクラッチ機構用の永久磁石の製造方法 |
| KR101405802B1 (ko) | 2012-12-12 | 2014-06-12 | 현대자동차주식회사 | 온도분포를 고려한 구동모터의 회전자 영구자석 장치 |
| US9786419B2 (en) | 2013-10-09 | 2017-10-10 | Ford Global Technologies, Llc | Grain boundary diffusion process for rare-earth magnets |
| JP2015133825A (ja) * | 2014-01-14 | 2015-07-23 | 株式会社ジェイテクト | 回転電機用ロータ |
| JP5989878B2 (ja) * | 2015-09-15 | 2016-09-07 | 信越化学工業株式会社 | 回転子及びスポーク型ｉｐｍ永久磁石式回転機 |
| DE102016207800A1 (de) | 2016-05-04 | 2017-11-09 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Rotor für einen Elektromotor |
| JP2018107928A (ja) * | 2016-12-27 | 2018-07-05 | トヨタ自動車株式会社 | Ｉｐｍモータ用ロータ |
| US10965177B2 (en) | 2018-07-06 | 2021-03-30 | Otis Elevator Company | Permanent magnet (PM) machine having rotor poles with an array of permanent magnets |
| WO2022016437A1 (zh) * | 2020-07-23 | 2022-01-27 | 华为数字能源技术有限公司 | 电机转子和电机 |
| CN114629256A (zh) * | 2020-11-26 | 2022-06-14 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 用于电机的双材料永磁体 |
Family Cites Families (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2527461C2 (de) * | 1975-06-20 | 1987-01-02 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Verfahren zur Herstellung von anisotropen Segmentmagneten für elektrische Maschinen |
| JPS60219947A (ja) * | 1984-04-13 | 1985-11-02 | Yaskawa Electric Mfg Co Ltd | 永久磁石形同期電動機 |
| JPS63129835A (ja) * | 1986-11-17 | 1988-06-02 | Toshiba Corp | 回転電機の永久磁石式回転子 |
| JP2672865B2 (ja) * | 1989-09-19 | 1997-11-05 | ダイセル化学工業株式会社 | α―アミノケトン類の直接分割方法 |
| JPH05135976A (ja) * | 1991-11-14 | 1993-06-01 | Seiko Epson Corp | 永久磁石の製造方法 |
| JP3681424B2 (ja) * | 1995-01-20 | 2005-08-10 | 松下電器産業株式会社 | モータ |
| JPH08340651A (ja) * | 1995-06-12 | 1996-12-24 | Toshiba Corp | 永久磁石及び永久磁石形回転電機 |
| JP3509508B2 (ja) * | 1997-02-21 | 2004-03-22 | アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 | 永久磁石式同期モータ |
| JPH10271722A (ja) * | 1997-03-21 | 1998-10-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 永久磁石埋め込みロータ |
| JPH11355985A (ja) | 1998-06-04 | 1999-12-24 | Toshiba Corp | 永久磁石形モータ |
| JP2003143788A (ja) | 2001-10-31 | 2003-05-16 | Meidensha Corp | 埋め込み磁石型同期電動機の減磁防止構造 |
| BR0303575A (pt) * | 2002-03-20 | 2004-04-20 | Daikin Ind Ltd | Motor elétrico do tipo de imã permanente e compressor que utiliza o mesmo |
| JP3897724B2 (ja) * | 2003-03-31 | 2007-03-28 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 超小型製品用の微小、高性能焼結希土類磁石の製造方法 |
| TWI364765B (en) * | 2005-03-23 | 2012-05-21 | Shinetsu Chemical Co | Rare earth permanent magnet |
| MY142131A (en) * | 2005-03-23 | 2010-09-30 | Shinetsu Chemical Co | Functionally graded rare earth permanent magnet |
| TWI413136B (zh) * | 2005-03-23 | 2013-10-21 | Shinetsu Chemical Co | 稀土族永久磁體 |
| MY141999A (en) * | 2005-03-23 | 2010-08-16 | Shinetsu Chemical Co | Functionally graded rare earth permanent magnet |
| JP4656325B2 (ja) * | 2005-07-22 | 2011-03-23 | 信越化学工業株式会社 | 希土類永久磁石、その製造方法、並びに永久磁石回転機 |
| US7559996B2 (en) * | 2005-07-22 | 2009-07-14 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Rare earth permanent magnet, making method, and permanent magnet rotary machine |
| US7556082B2 (en) * | 2006-03-29 | 2009-07-07 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Interior permanent magnet rotors with multiple properties and methods of making same |
| US20070284960A1 (en) * | 2006-06-12 | 2007-12-13 | Remy International, Inc. | Magnet for a dynamoelectric machine, dynamoelectric machine and method |
| EP2131474A4 (en) * | 2007-03-27 | 2017-03-29 | Hitachi Metals, Ltd. | Permanent magnet type rotator and process for producing the same |
| US7847461B2 (en) * | 2007-06-06 | 2010-12-07 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Multi-layer magnet arrangement in a permanent magnet machine for a motorized vehicle |
-
2008
- 2008-05-27 US US12/602,056 patent/US20100171386A1/en not_active Abandoned
- 2008-05-27 CN CN200880017256A patent/CN101682222A/zh active Pending
- 2008-05-27 JP JP2009516382A patent/JPWO2008146937A1/ja active Pending
- 2008-05-27 WO PCT/JP2008/060114 patent/WO2008146937A1/ja active Application Filing
- 2008-05-27 DE DE112008001333T patent/DE112008001333T5/de not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103038981A (zh) * | 2010-07-30 | 2013-04-10 | 株式会社日立制作所 | 旋转电机和使用它的电动车辆 |
| CN103117609A (zh) * | 2011-11-16 | 2013-05-22 | 信越化学工业株式会社 | 转子和永磁体式旋转机 |
| CN103117609B (zh) * | 2011-11-16 | 2017-09-22 | 信越化学工业株式会社 | 转子和永磁体式旋转机 |
| WO2023207777A1 (zh) * | 2022-04-28 | 2023-11-02 | 安徽美芝精密制造有限公司 | 转子组件、永磁电机和压缩机 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPWO2008146937A1 (ja) | 2010-08-19 |
| WO2008146937A1 (ja) | 2008-12-04 |
| DE112008001333T5 (de) | 2010-04-22 |
| US20100171386A1 (en) | 2010-07-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101682222A (zh) | 磁铁嵌入型电机用转子及磁铁嵌入型电机 | |
| EP2378632B1 (en) | Permanent magnet type rotary electric machine | |
| CN102208854B (zh) | 具有永磁体和聚磁作用的同步旋转电机 | |
| CN102208853B (zh) | 具有永磁体和聚磁作用的同步旋转电机 | |
| US10404115B2 (en) | Rotary electric machine | |
| US20080007131A1 (en) | Electric machine with interior permanent magnets | |
| CN104937815B (zh) | 永磁体式旋转电机 | |
| CN102761183B (zh) | 电动机转子及具有其的电动机 | |
| US10566859B2 (en) | Rotor | |
| JP2010119190A (ja) | 磁石埋め込み型モータ用ロータと磁石埋め込み型モータ | |
| EP3032717A1 (en) | Brushless motor | |
| JP2018068059A (ja) | ロータユニット、およびロータユニットの製造方法 | |
| JP2000333389A (ja) | 永久磁石電動機 | |
| CN109643919A (zh) | 旋转电机 | |
| JP2014212589A (ja) | 回転電機 | |
| US20160105059A1 (en) | Rotor of a rotary electrical machine, and rotary electrical machine comprising a rotor of this type | |
| US11710994B2 (en) | Rotating electrical machine | |
| JPH104643A (ja) | 磁石回転子 | |
| JP2000245084A (ja) | 永久磁石電動機 | |
| JPH1042499A (ja) | 電動機の回転子 | |
| JP6886257B2 (ja) | Ｉｐｍモータ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| AD01 | Patent right deemed abandoned |
Effective date of abandoning: 20100324 |
|
| C20 | Patent right or utility model deemed to be abandoned or is abandoned |