CN102257702A - 永磁式旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供不会降低电动机特性、抑制永久磁铁的去磁、制造容易的永磁式旋转电机。转子(1)具备被在轴向上分为二个的转子铁芯(2a、2b)。将永久磁铁(30)安装在该转子铁芯中各磁极的位置上。各磁极的永久磁铁(30)由沿安装方向贯穿被分割的2个转子铁芯(2a、2b)的1根板状部件构成。在各转子铁芯(2a、2b)的各磁极的外周分别沿转子的轴向设置凸起部(31a、31b)。该凸起部(31a、31b)设置在被分割的2个转子铁芯(2a、2b)的每一个中错开的位置上。在转子外周的凸起部(31a、31b)中转子的磁通密度变高，该部分成为磁极的磁极中心。由于外周凸起部(31a、31b)在2个转子铁芯(2a、2b)中的位置错开着，因此即使永久磁铁(30)的位置相同也能发挥扭斜功能。

Description

永磁式旋转电机

技术领域

本发明涉及将永久磁铁内置在转子内部的永磁式旋转电机，尤其涉及将永久磁铁贯穿铁芯的轴向地配置、而且能够获得扭斜(skew)功能的永磁式旋转电机。

背景技术

近年来，由于永久磁铁的异常显著的研究开发，高磁能积的永久磁铁被开发，促进了旋转电机的小型、高输出化。尤其是面向混合动力汽车之类以车辆用为用途的旋转电机中，为了抑制废气和提高油耗经济性，强烈要求高效率化。并且要求搭载空间小、在有限的空间内高转矩、高输出化，成为迄今为止没有过的高能量密度的旋转电机，伴随于此，旋转电机的电磁激振力也增加，振动、噪音的增加成为了问题。尤其是面向混合动力汽车，车室内的安静性和降低对车外的噪音被严格要求。

因此，提出过下述磁阻型旋转电机的转子：使转子的层叠铁芯为块状，通过使它们沿圆周方向错开、捆扎，能够获得与扭斜相类似的效果，通过这样能够降低转矩脉动、振动和噪音(参照例如专利文献1)。

即，该磁阻型旋转电机在转子的外周形成有与极数相同的磁通容易通过的磁性凸起部(d轴)和磁通难以通过的磁性凹陷部(q轴)。该旋转电机的磁性凸起部与电枢之间的间隙磁通密度高，磁阻大的磁性凹陷部的间隙磁通密度低，由这样的磁通密度的变化产生磁阻转矩。尤其是具有将永久磁铁埋入到转子中的磁性凸极性的永磁式磁阻旋转机电机，除磁阻转矩外还产生由永久磁铁和电枢磁极之间的磁性吸引力和磁性反作用力产生的转矩，综合起来能够获得大的转矩，能够提高旋转电机每单位体积的输出密度。

这种将永久磁铁内置在转子内的永磁式旋转电机由于一直以一定的强度产生永久磁铁的交链磁通，因此永久磁铁引起的感应电压与旋转速度成比例升高。因此，在从低速到高速可变速运转的情况下，高速旋转时永久磁铁引起的感应电压(感应电动势(逆起電压))变得极其高。当永久磁铁引起的感应电压施加到变换器的电子元器件上、达到其耐电压以上时，电子元器件被绝缘破坏。因此，虽然可以考虑进行将永久磁铁的磁通量削减到耐电压以下的设计，但此时在永磁式旋转电机的低速区域的输出和效率低下。

因此提出过以下技术：在转子内配置磁通密度因定子线圈的d轴电流产生的磁场而不可逆地变化的程度的低顽磁力的永久磁铁(以下称为可变磁力磁铁)、和具有可变磁力磁铁的2倍以上的顽磁力的高顽磁力的永久磁铁(以下称为固定磁力磁铁)，在达到电源电压的最大电压以上的高速旋转区域，使由可变磁力磁铁和固定磁力磁铁产生的全交链磁通减小地调整全交链磁通(参照专利文献2、专利文献3)。

由于永久磁铁的磁通量由顽磁力和磁化方向的厚度之积决定，因此在实际上将可变磁力磁铁和固定磁力磁铁组装到转子铁芯内的情况下，使用顽磁力与磁化方向的厚度之积小的永久磁铁作为可变磁力磁铁，使用顽磁力与磁化方向的厚度之积大的永久磁铁作为固定磁力磁铁。一般使用铝铁镍钴磁铁或钐钴磁铁、铁氧体磁铁作为可变磁力磁铁，使用钕铁硼磁铁(NdFeB磁铁)作为固定磁力磁铁。

在这种永磁式旋转电机中，在使在高速旋转区域临时去磁了的可变磁力磁铁增磁的情况下，靠近可变磁力磁铁配置的固定磁力磁铁的磁场成为了d轴电流产生的增磁作用的磁场的障碍，相应地存在用来增磁的d轴电流(磁化电流)增大的现象。为了对应这样的现象，本发明者等提出过下述永磁式旋转电机：在固定磁力磁铁的附近配置短路线圈，利用由通过该短路线圈的d轴电流产生的磁场在短路线圈中产生感应电流，利用该感应电流抵消由上述固定磁力磁铁产生的磁场，通过这样来抑制增磁时d轴电流的增加(日本特愿2008-162203)。

专利文献1：日本特开2005-51897号公报

专利文献2：日本特开2006-280195号公报

专利文献3：日本特开2008-48514号公报

但是，要求小型、高输出的永磁式旋转电机为了获得高转矩、高输出，需要大电流、大磁动势，伴随于此电枢反作用磁场作用于永久磁铁，因此发生了永久磁铁去磁的问题。而且，在现有技术的磁阻型旋转电机中，如图19和图20所示，将块状转子层叠铁芯2a、2b以及内置其中的永久磁铁30a、30b沿圆周方向错开，利用捆扎的分段扭斜使转矩脉动、振动和噪音减小。但是，在分割扭斜面S中，转子铁芯2a、2b与永久磁铁30a、30b的端面接触，来自转子铁芯2a、2b的电枢反作用产生的去磁场作用于永久磁铁30a、30b的端面、拐角部，并且由于耐去磁性弱，因此成为永久磁铁产生去磁的原因。

并且，现有技术的可变磁力磁铁式旋转电机同样为了减轻转矩脉动、振动和噪音，像图21那样分割转子铁芯，进行分段扭斜。在该旋转电机中，在用电枢线圈产生的磁场磁化构成转子的磁极的可变磁力永久磁铁的情况下，由于分割的铁芯部之间可变磁力磁铁的位置不同，因此可变磁力磁铁的磁化方向在轴向上不同(参照图22)，所以难以磁化可变磁力磁铁，因此不能够充分磁化、磁化电流增加。

而且，在可变磁力磁铁式旋转机电中，如图23所示，由于在转子内设置有在进行可变磁力磁铁3的磁化之际流过磁化时产生的磁通引起的短路电流的导电性短路线圈8，因此有必要使短路线圈8在分割扭斜面内弯曲。

短路线圈8的插入组装困难，转子的可生产性非常差。尤其在可变磁力磁铁式旋转电机中，虽然将固定磁力磁铁4a、4b配置在可变磁力磁铁3a、3b的两侧，但由于该短路线圈8围绕被分割的各铁芯中的可变磁力磁铁3a、3b和与之相邻的固定磁力磁铁4a、4b地配置，因此如果短路线圈8在分割扭斜面中弯曲，则为了将短路线圈8组装到铁芯内伴随着困难的作业。

发明内容

本发明就是为了解决上述问题，目的是要提供一种不会降低电动机的特性，抑制永久磁铁的去磁、制造变得容易，并且用少量的磁化电流能够有效地使磁通量不可逆地变化、能够使可变磁力磁铁增磁的永磁式旋转电机。

为了达到上述目的，本发明的永磁式旋转电机通过采用下述结构使其发挥扭斜效果：使永久磁铁在转子铁芯内的安装位置相同，同时使铁芯各部的磁特性不同。

此时，使各铁芯的磁特性不同的结构单独或组合使用例如以下等的结构：

(1)使转子铁芯的转子外周为凸起形状，使该永久磁铁埋入孔的圆周方向中心与转子外周凸起部中心任意错开地配置。

(2)在永久磁铁的外周一侧、并且关于永久磁铁埋入孔的圆周方向中心非对称地配置非磁性材料构成的磁屏蔽。

(3)在转子铁芯的径向剖面内配置多个磁力不同的磁铁，并且使该磁铁的排列在各铁芯中不同。

(4)在永久磁铁的外周一侧、并且磁力不同的磁铁的边界位置，配置缝隙。

(5)通过在每一个磁极上沿圆周方向不等分地配置设置在转子的各磁极上的仅外周凸起部，使径向剖面内磁极的位置错开。

(6)使外周凸起部沿圆周方向不等分，并且使各磁极中的永久磁铁的圆周方向位置也向与外周凸起部相反的方向不等分地错开。

并且，在组合可变磁力磁铁和短路线圈的永磁式旋转电机中，如果将上述(1)至(6)的结构组合，则在电枢线圈产生的磁化可变磁力磁铁的磁场的中心与转子的可变磁力磁铁的磁极中心一致时进行磁化也是本发明的一个形态。

发明的效果：具有上述结构的本发明的永磁式旋转电机，能够获得转子的分段扭斜(段スキュ一)效果(减少转矩脉动、振动和噪音)。而且，由于永久磁铁及其安装孔沿铁芯的轴向为相同位置、形状，因此电枢反作用产生的去磁场不会作用于磁铁，所以能够抑制去磁、并且没有分割永久磁铁的必要，因此零部件数量减少，生产性提高。

附图说明

图1为本发明第1实施形态的转子的放大透视图；

图2为本发明第1实施形态的永久磁铁的透视图；

图3为本发明第1实施形态的转子的径向剖面放大图；

图4为本发明第2实施形态的转子的径向剖面放大图；

图5为本发明第3实施形态的转子的径向剖面放大图；

图6为本发明第3实施形态的永久磁铁的透视图；

图7为本发明第4实施形态的转子的径向剖面放大图；

图8为本发明第5实施形态的转子的径向剖面放大图；

图9为本发明第6实施形态的转子的剖视图；

图10为本发明第7实施形态的转子的剖视图；

图11为本发明第8实施形态的转子的透视图；

图12为本发明第9实施形态的转子的径向剖面放大图，表示用d轴电流去磁可变磁力磁铁3的状态；

图13为本发明第9实施形态的转子的径向剖面放大图，表示用d轴电流增磁可变磁力磁铁3的状态；

图14为本发明第9实施形态的转子和定子的透视图；

图15为本发明第9实施形态的转子的放大透视图；

图16为本发明第9实施形态的永久磁铁和短路线圈的放大透视图；

图17为本发明第9实施形态的转子的径向剖面放大图；

图18为本发明第9实施形态的永久磁铁旋转电机的径向剖面放大图，表示磁化电流产生的磁通通过第2铁芯部的凸起30a、30的状态；

图19为现有技术的分割铁芯型转子的轴向剖面放大图；

图20为现有技术的分割铁芯型可变磁力永磁式旋转电机中的永久磁铁的透视图；

图21为现有技术的分割铁芯型可变磁力永磁式旋转电机中的转子的透视图；

图22为现有技术的分割铁芯型可变磁力永磁式旋转电机的径向剖面放大图；

图23为现有技术的分割铁芯型可变磁力永磁式旋转电机中的永久磁铁和短路线圈的放大透视图。

具体实施方式

(1)第1实施形态

用图1说明本发明第1实施形态。

本实施形态的永磁式旋转电机具备在轴向上分为二个的转子铁芯2a、2b。永久磁铁30安装在该转子铁芯中各磁极的位置上。如图2所示，各磁极的永久磁铁30由沿安装方向贯穿被分割的2个转子铁芯2a、2b的1块板状部件构成。即，永久磁铁30被配置在被分割的转子铁芯2a、2b的各磁极中同一位置上。因此，一个永久磁铁30构成配置在各转子铁芯2a、2b的磁极上的铁芯部30a、30b。

在各转子铁芯2a、2b的各磁极的外周，沿转子的轴向分别设置有凸起部31a、31b。该凸起部31a、31b设置在被分割成2个的转子铁芯2a、2b的每一个中错开的位置上。即，如图3的剖视图所示，凸起部31a、31b被设置在以磁极的中心线为界、向某个方向错开相同角度的位置上。

制作这种结构的转子铁芯2a、2b时，如图3(A)所示，用层叠硅钢板制作一个转子铁芯2a，所述层叠硅钢板将永久磁铁30关于其中心线对称形地配置在磁极内。此时，永久磁铁30还没有放入其安装孔内。使用同样形状的层叠硅钢板制作图3(A)那样的铁芯块，通过将其里外翻转过来制作图3(B)所示的另一个转子铁芯2b。然后，通过将2个转子铁芯2a、2b重合、将一根永久磁铁30插入其安装孔内，获得凸起部31a、31b相对于磁极中心线错开相同的角度、并且永久磁铁30被设置在磁极的相同位置上的本实施形态的转子铁芯2a、2b。

具有这种结构的第1实施形态由于在转子外周的凸起部31a、31b中转子的磁通密度变高，该部分成为磁极的磁极中心，因此通过使该凸起部31a、31b沿圆周方向错开地在轴向上堆积来构成转子铁芯2a、2b，能够获得转子的分段扭斜(段スキュ一)效果(减少转矩脉动、振动和噪音)。而且，由于永久磁铁30及其埋入孔沿轴向为同一位置和形状，因此，电枢反作用产生的去磁场不会作用于磁铁，能够抑制去磁。并且由于没有分割永久磁铁的必要，所以削减零部件数量，提高生产性。并且由于通过将转子铁芯翻过来堆积能够获得扭斜效果，单一截面形状就可以，因此没有制作多个铁芯模具的必要，能够抑制制造成本。并且，由于在转子铁芯外周部一眼就能确认磁极位置，因此能够防止转子铁芯组装时的差错。

(2)第2实施形态

图4为表示本发明第2实施形态的剖视图。该第2实施形态将设置在转子铁芯2a、2b内的永久磁铁30配置在其圆周方向的中央，而将作为非磁性部32的空隙相对于磁极的中心线向一侧错开地配置。此时，被分割的各转子铁芯2a、2b中非磁性部32偏离磁极中心的方向为反方向的相同角度。并且，非磁性部32的形状和永久磁铁30的形状为相同的形状。

该转子铁芯2a、2b为用与上述第1实施形态相同的手法制作的铁芯，制作相同形状的转子铁芯2a、2b，将其中的一个翻转、使非磁性部32错开地沿轴向堆积构成转子1。

具有这种结构的第2实施形态由于上述非磁性部32的存在，由永久磁铁30产生的磁通偏离，磁极的中心向一个方向错开。因此，与第1实施形态一样能够抑制永久磁铁的去磁，没有分割磁铁的必要，因此削减零部件数量，提高生产性。并且，第2实施形态由于转子的外周不存在凸起部31a、31b，因此能够在将转子1与定子10的平均间隙(空气隙)维持在最小间隙的状态下获得相同的扭斜效果。

(3)第3实施形态

图5为表示本发明第3实施形态的剖视图。该第3实施形态由于排列配置磁力强的永久磁铁33和磁力弱的永久磁铁34，因此磁力强的永久磁铁33一侧的磁通密度变高，该磁极的磁极中心向磁力强的永久磁铁33一侧错开。并且，将这种结构的永久磁铁插入转子铁芯2a、2b，但此时如图6所示，准备一个转子铁芯2a用的和另一个转子铁芯2b用的、使强弱不同的2个永久磁铁33、34的位置不同的2种磁铁，再使它们一体化，制作安装用的一根永久磁铁。然后，将该一根永久磁铁插入层叠了的转子铁芯2a、2b内构成转子1。

此时，没有将永久磁铁结合成一根的必要，能够依次将每一个永久磁铁安装到转子铁芯2a、2b内。并且，转子铁芯2a、2b也可以作为一个块体用层叠硅钢板以外的材料制作。而且，也可以像上述各实施形态那样制作好包括永久磁铁33、34的配置都相同的相同形状的转子铁芯2a、2b，将其中的一个翻转后将两者重合。

如果采用该第3实施形态，使永久磁铁33、34的排列重新编制地将转子铁芯2a、2b沿轴向堆积来构成转子1。因此，与第1实施形态一样能够抑制永久磁铁去磁，并且磁铁埋入孔为轴向笔直的，因此能够预先一体成型(粘结)磁铁再将其组装，所以削减零部件数量，提高生产性。并且，由于转子铁芯2a、2b不需要凸起形状或间隙，因此截面形状简单，能够低成本地制作铁芯模具，而且旋转离心力引起的转子铁芯的应力也被抑制在较低，所以能够获得牢固的转子。

(4)第4实施形态

图7为表示本发明第4实施形态的图。该第4实施形态为上述第3实施形态的变形例，为将1根磁力强的永久磁铁33和2根磁力弱的程度不同的永久磁铁34-1、34-2组装到转子铁芯2a、2b内的形态。该第4实施形态由于是将具有3级(多级)磁力的永久磁铁33、34-1、34-2配置到磁极内的结构，因此能够进行沿轴向平滑的(细致的)扭斜。

并且，上述第3实施形态由于将不同磁力的磁铁插入一个孔内，因此如果不预先用粘接剂等一体化，则反弹引起插入磁铁埋入孔内困难。另一方面，该第4实施形态由于磁铁埋入孔被分割，因此能够容易地进行磁铁的插入组装。并且，由于使分割数为复数将永久磁铁的安装孔分割，因此使永久磁铁的旋转离心力分散，所以转子铁芯的应力被抑制在较低，能够获得牢固的转子。

(5)第5实施形态

图8为本发明第5实施形态的剖视图。该第5实施形态在上述第3实施形态的转子铁芯2a、2b的外周部设置有缝隙35。此时，缝隙设置在被分割的转子铁芯2a、2b的隔着磁极的中心线对称的位置上。即，与上述第1或第2实施形态一样，制作相同形状的转子铁芯2a、2b，将其翻转过来层积。

由于该第5实施形态与第3实施形态一样能够抑制永久磁铁的去磁，并且磁铁埋入孔为轴向笔直的，因此可以预先一体成型(粘结)磁铁并将其组装，所以零部件数量少，提高生产性。而且磁力强的永久磁铁33和磁力弱的永久磁铁34的外周侧磁路被隔开，此处成为磁屏蔽，有效地分割磁路，因此能够使磁极中心更偏向磁力强的永久磁铁33一侧，能够提高扭斜效果。并且能够抑制永久磁铁的去磁。

尤其是在不同磁力的永久磁铁33、34的边界附近配置缝隙35，因此分割永久磁铁外周部铁芯部分的磁路，不同磁力磁铁的磁通难以混合在一起，因此能够使磁极中心更错开，能够获得高的扭斜效果。并且，由于转子铁芯外周部上磁极位置能够一眼确认，因此，能够防止转子铁芯组装时的差错。

(6)第6实施形态

图9为本发明第6实施形态的剖视图。该第6实施形态为仅通过沿圆周方向不等分(不等配)地将设置在转子1的各磁极中的外周凸起部31配置到每个磁极中，使径向剖面内磁极的位置错开，获得扭斜效果。即，使图中τ表示的磁极中心(各磁极的可变磁力磁铁3的中心)的角度在所有的磁极中相等地配置永久磁铁，并且外周凸起部31被在相邻的磁极的每一个中的角度为α或β这样不同地设置。

此时，与上述第1实施形态不同，转子铁芯2没有沿其轴向分割的必要。并且，虽然第6实施形态在各磁极中分别配置3个永久磁铁，作为一例，在中央配置可变磁力磁铁3、在两侧配置固定磁力磁铁4、4，但也可以配置单一永久磁铁或配置像上述第2实施形态～第5实施形态中记载的那样形状的非磁性部32、永久磁铁33、34和缝隙35等。

该第6实施形态由于永久磁铁及其安装孔为沿轴向相同位置、形状，因此电枢反作用产生的去磁场难以作用于磁铁，所以能够抑制去磁、并且没有分割永久磁铁的必要，所以零部件数量少、提高可生产性。并且，由于转子铁芯2为只有外周凸起部沿圆周方向不等分地配置的结构，因此没有沿轴向翻转层叠组装的必要，所以提高可生产性。尤其能够以一个剖面形状获得扭斜效果，因此没有制作多个铁芯模具的必要，能够抑制制造成本。结果，与上述各实施形态一样，能够获得扭斜效果并且抑制永久磁铁去磁。

(7)第7实施形态

图10为本发明第7实施形态的剖视图。该第7实施形态与上述第6实施形态一样使外周凸起部31沿圆周方向不等分，并且各磁极中的永久磁铁3、4、4在圆周方向的位置也向与外周凸起部31相反的方向不等分错开，通过这样使获取更大的扭斜角(偏移角)成为可能。即，该第7实施形态使各磁极间的角度为α、β不同地相对于图中τ表示的磁极中心的角度任意地错开配置永久磁铁3的圆周方向的中心和转子外周凸起部31的中心的角度。并且，外周凸起部31也被在每个相邻的磁极中其角度为α或β这样不同地设置。并且，作为整个转子来看时，旋转轴对称地配置永久磁铁3和转子外周凸起部31。

该第7实施形态只沿转子1的圆周方向不等分配置外周凸起部31和各永久磁铁3、4、4，转子铁芯没有沿轴向分割的必要。因此，没有将转子铁芯2翻转沿轴向堆积组装的必要，提高生产性。而且与上述实施形态一样，能够获得扭斜效果并且能够抑制永久磁铁的去磁。由于能够用单一剖面形状获得扭斜效果，因此没有制作多个铁芯模具的必要，能够抑制制造成本。

并且，只有凸起部的形状或者只有永久磁铁位置的不等分配置在尤其是定子槽数相对于转子极数少的情况下，需要有大的磁极偏移量(扭斜量)，但在有限的转子铁芯面积中改变磁铁位置困难，加上转子铁芯的强度问题(如果不等分，则由于旋转离心力引起的变形量不均等，因此产生的应力增大)，不能够获得大的磁极偏移量。因此通过将凸起部形状和磁铁位置两者组合，能够获得大的偏移量，能够获得足够的扭斜效果。

(8)第8实施形态

图11为本发明第8实施形态的透视图。该第8实施形态为在上述第6实施形态所示的，只有设置在转子1的各磁极上的外周凸起部31在每个磁极中沿圆周方向不等分配置的2个转子铁芯2a、2a之间，层叠了将该转子铁芯2a、2a翻转过来的转子铁芯2b的形态。此时，配置在中央的转子铁芯2b的厚度为两侧的转子铁芯2a的2倍。

该第8实施形态通过只使外周凸起部31沿圆周方向不等分配置、并且使转子铁芯2b翻转沿轴向堆积构成转子2，能够获得比上述第6实施形态的结构更好的扭斜效果。尤其是只有外周凸起部31偏移有可能不能获得足够的扭斜效果，通过使外周凸起部31偏移再加上翻转而层叠铁芯，能够获得大的扭斜量(偏离角)，能够增大扭斜效果。

另外，即使使转子铁芯2b翻转来层叠，由于永久磁铁3、4及其安装孔沿轴向是同一位置、形状，因此电枢反作用引起的去磁场难以作用于永久磁铁，能够抑制去磁，并且由于没有分割永久磁铁的必要，因此零部件数量少，提高生产性。

另外，作为该第8实施形态的变形例，也可以利用第2实施形态到第5实施形态那样的空隙或强弱的永久磁铁的配置获得扭斜效果，来取代使转子铁芯2a、2b的外周凸起部31偏离获得扭斜效果。此时，层叠的转子铁芯2a、2b的结构完全不改变，能够获得与上述第8实施形态同样的效果。

(9)第9实施形态

图12至图18为表示本发明第9实施形态的图。该第9实施形态为在一个磁极内设置可变磁力磁铁3和夹着它的一对固定磁力磁铁4、4的形态。下面详细说明该实施形态的结构及作用。

(9-1)基本结构

第9实施形态的转子1如图12和图13所示由转子铁芯2、可变磁力磁铁3和固定磁力磁铁4构成。转子铁芯2层积硅钢板构成，上述永久磁铁埋入转子铁芯2内。本实施形态中可变磁力磁铁3使用铁氧体磁铁或铝铁镍钴磁铁，该实施形态使用了铁氧体磁铁。固定磁力磁铁4使用了NdFeB磁铁。该可变磁力磁铁的顽磁力采用280kA/m，固定磁力磁铁的顽磁力采用1000kA/m。可变磁力磁铁3沿磁极中央的d轴配置在转子铁芯2内，其磁化方向大致为圆周方向。固定磁力磁铁4使磁化方向与d轴方向具有规定角度地配置在转子铁芯2内上述可变磁力磁铁3的两侧。

围绕埋入上述转子铁芯2内的固定磁力磁铁4地设置短路线圈8。该短路线圈8用环形导电性部件构成，设置在除去可变磁力磁铁3的固定磁力磁铁4的磁路部分。此时，以固定磁力磁铁4的磁化方向为中心轴地在固定磁力磁铁4的周围设置短路线圈8。

虽然本实施形态中该短路线圈8被分别设置在固定磁力磁铁4的上下，但也可以设置在上下中的某一方。并且，虽然与固定磁力磁铁的上下面(与磁化方向直行的方向)平行地设置短路线圈8，但可以沿短路线圈的对角线方向设置1根或者呈X形状设置2根。而且，除了与固定磁力磁铁的表面紧贴设置以外，还可以像图示那样围绕固定磁力磁铁和固定磁力磁铁与可变磁力磁铁之间的跨接部6地设置。并且，也可以用导电性部件——例如在固定磁力磁铁4的上下表面、外周部设置导电板取代短路线圈。

短路线圈8优选在1秒以内流过可变磁力磁铁3的磁化变化的程度的短路电流，在其后的1秒以内使该短路电流衰减50％以上。并且，如果使短路线圈8的电感值和阻抗值为流过可变磁力磁铁3的磁化变化程度的短路电流的话，则效率好。

如图14所示，在上述转子铁芯2的外周隔着空气隙9设置定子10。该定子10具有电枢铁芯11和电枢线圈12。通过在该电枢线圈12中流过磁化电流，在短路线圈8中感应起感应电流，由该感应电流形成通过短路线圈8的磁通。利用流过该电枢线圈12的磁化电流，可变磁力磁铁3的磁化方向可逆地变化。即，对于可变磁力磁铁和固定磁力磁铁，在永磁式旋转电机运转时d轴电流产生的磁场使永久磁铁3磁化，使可变磁力磁铁3的磁通量不可逆地变化。此时，在流过磁化可变磁力磁铁3的d轴电流的同时，由q轴电流控制旋转电机的转矩。

并且，利用d轴电流产生的磁通使电流(将q轴电流和d轴电流合成的全电流)以及可变磁力磁铁和固定磁力磁铁产生的电枢线圈的交链磁通量(由旋转电机的全电流在电枢线圈中产生的磁通和转子侧的可变磁力磁铁和固定磁力磁铁产生的磁通构成的整个电枢线圈的交链磁通量)几乎可逆地变化。尤其本实施形态中利用瞬时的大d轴电流产生的磁场使可变磁力磁铁3不可逆变化。虽然在该状态下几乎不产生不可逆去磁，但连续地流过产生少量的不可逆去磁的范围内的d轴电流地运转。此时的d轴电流使电流相位前进、调整端子电压地作用。

(9-2)关于分割铁芯

本实施形态虽然转子如图15所示在各转子铁芯2a、2b上沿圆周方向错开地配置有外周凸起部31a、31b，但永久磁铁3、4和短路线圈8如图16所示用1根方棒形部件贯穿2个转子铁芯2a、2b。作为制作这样的转子的手法，与上述第1实施形态一样，如图17(A)到(C)所示将相同形状的转子铁芯2a、2b翻转过来重叠构成。

另外，虽然该实施形态中在分割了的转子铁芯2a、2b之间使用了用来发挥扭斜效果的被偏置的外周凸起部31a、31b，但也可以用上述第2至第5实施形态那样的非磁性部32或缝隙35获得扭斜效果。在这种情况下，对于永久磁铁3、4和短路线圈8也使用1根棒状部件贯穿这些被分割的2个转子铁芯2a、2b。

(9-3)去磁及增磁作用

下面说明具有上述结构的本实施形态的永磁式旋转电机中的增磁时和去磁时的作用。另外，各图中用箭头表示由电枢线圈12和短路线圈8产生的磁力的方向。

本实施形态中在定子10的电枢线圈12中流过通电时间为0.1ms～100ms左右极短时间的脉冲电流来形成磁场，使磁场A作用于可变磁力磁铁3(参照图12)。形成用来磁化永久磁铁的磁场A的脉冲电流为定子10的电枢线圈12的d轴电流成分。

如果2种永久磁铁的厚度大致相等，则d轴电流产生的作用磁场引起的永久磁铁的磁化状态变化随顽磁力的大小而改变。脉冲地给电枢线圈12通电产生与永久磁铁的磁化方向相反的磁场的负d轴电流。当负的d轴电流引起的变化的磁铁内的磁场A达到-280kA/m时，由于可变磁力磁铁3的顽磁力为280kA/m，因此可变磁力磁铁3的磁力不可逆地大幅度下降。

另一方面，由于固定磁力磁铁4的顽磁力达1000kA/m，因此磁力不会不可逆地低下。结果，当脉冲性的d轴电流为0时，只有可变磁力磁铁3变成去磁了的状态，能够减少整个磁铁产生的交链磁通量。而且，如果施加比-280kA/m大的逆磁场的话，则可变磁力磁铁3被逆方向磁化，极性反过来。此时，可变磁力磁铁3的磁通与固定磁力磁铁4的磁通抵消掉了，因此永久磁铁的全交链磁通变得最小。

此时，由于固定磁力磁铁4的磁力的方向如图12的B所示为从固定磁力磁铁4到可变磁力磁铁3的方向，因此与上述电枢线圈12产生的磁场的磁力的方向一致，所以沿可变磁力磁铁3的去磁方向作用强的磁力。同时，在短路线圈8中产生抵消电枢线圈12的磁场A的感应电流，该感应电流产生具有图12的箭头C表示的磁力的方向的磁场。该短路线圈8产生的磁力C也使可变磁力磁铁3的磁化方向朝逆方向地作用。由此，有效地进行可变磁力磁铁3的去磁和极性的反转。

接着，说明使永久磁铁的全交链磁通增加、恢复到最大的过程(增磁过程)。在去磁完了的状态下，如图13所示，可变磁力磁铁3的极性反过来了，给电枢线圈12通电产生与反过来的磁化相反方向(图12所示的初始磁化方向)的磁场的正d轴电流。反过来的逆极性的可变磁力磁铁3的磁力随着上述磁场的增加而减小，变成0。当进一步增加正的d轴电流产生的磁场时，极性反过来，沿初始的极性方向被磁化。当施加几乎完全磁化所需要的磁场即350kA/m时，可变磁力磁铁3被磁化、产生几乎最大的磁力。

此时，与去磁时一样，d轴电流没有连续通电来使其增加的必要，只要流过产生目标磁力的瞬间的脉冲电流就可以。另一方面，由于固定磁力磁铁4的顽磁力为1000kA/m，因此即使d轴电流产生的磁场作用，固定磁力磁铁4的磁力也不会不可逆地变化。其结果是，当脉冲性的正d轴电流变成0时，变成只有可变磁力磁铁3增磁的状态，能够增加整个磁铁产生的交链磁通量。由此能够回到原来的最大的交链磁通量。

通过像上述那样使d轴电流产生的瞬间磁场作用在可变磁力磁铁3和固定磁力磁铁4上，使可变磁力磁铁3的磁力不可逆地变化，能够任意地改变永久磁铁的全交链磁通。

(9-4)短路线圈8的作用

接着，说明短路线圈8的作用。由于可变磁力磁铁3和固定磁力磁铁4埋入转子铁芯2内构成磁路，因此上述d轴电流产生的磁场不仅作用于可变磁力磁铁3，也作用于固定磁力磁铁4。本来，上述d轴电流产生的磁场是为了改变可变磁力磁铁3的磁化而进行，因此只要使上述d轴电流产生的磁场不作用于固定磁力磁铁4地集中在可变磁力磁铁3中就可以。

本实施形态在固定磁力磁铁4及其周围的跨接部6上配置有短路线圈8。此时，短路线圈8以固定磁力磁铁4的磁化方向为中心轴配置。如图13所示，在进行可变磁力磁铁3的增磁方向的磁化时，如果上述d轴电流产生的磁场A1作用于固定磁力磁铁4，则在短路线圈8中流过抵消上述磁场A的感应电流。因此，在固定磁力磁铁4中，上述d轴电流产生的磁场A1和短路电流产生的磁场C作用，两者抵消，因此几乎不产生磁场的增减。即，由于能够使磁场A1≈0，因此用少量的磁化电流就能够有效地使可变磁力磁铁3增磁。

此时，固定磁力磁铁4因为短路线圈8而不受上述d轴电流的影响，几乎不产生磁通的增加，因此能够缓和d轴电流引起的电枢铁芯11的磁饱和。即，电枢铁芯11由于d轴电流产生的磁场A经过电枢线圈12之间形成的磁路，该部分有产生磁饱和的可能性。但是，本实施形态中由于短路线圈8的磁场C中的经过电枢铁芯11的磁路的部分与d轴电流产生的磁场A向相反方向作用，能够使A1≈0，因此缓和电枢铁芯11的磁路磁饱和。

并且，本实施形态中由于短路线圈8围绕跨接部6地设置，因此作用于跨接部6的磁场A2也能够使短路线圈8中流过短路电流。此时，由于在可变磁力磁铁3的附近配置短路线圈8，因此能够有效地抵消作用于可变磁力磁铁以外的磁场。

而且，固定磁力磁铁4由于短路线圈8不受上述d轴电流的影响，几乎不产生磁通的增加，因此能够缓和d轴电流引起的电枢铁芯11的磁饱和。即，电枢铁芯11由于d轴电流产生的磁场A经过电枢线圈12之间形成的磁路，因此该部分有产生磁饱和的可能性。但是，本实施形态中由于短路线圈8的磁场C抵去磁场A1+磁场A2，能够使磁场A1+磁场A2≈0，因此通过电枢铁芯11的磁路的磁通内的由磁场A1和磁场A2产生的成分减少，因此电枢铁芯11的磁路磁饱和的情况被缓和。

(9-5)第9实施形态的效果

该第9实施形态中由于可变磁力磁铁3顽磁力小，容易产生电枢反作用引起的去磁，因此进行一般的转子分段扭斜之际，产生扭斜面上的去磁，大大降低了电动机特性。本实施形态由于没有分段扭斜的必要，因此能够获得扭斜效果并且能够抑制可变磁力磁铁3和固定磁力磁铁4、4的去磁。并且，由于没有使短路线圈8在扭斜面弯曲的必要，因此能够容易地进行短路线圈8的组装以及转子的组装，能够降低制造成本。

尤其在第9实施形态中，如图18(A)、(B)所示，通过在电枢线圈产生的磁化可变磁力磁铁3的磁场的中心与转子2的可变磁力磁铁3的磁极中心一致时——即在转子的外周凸起部31与定子齿13一致时进行磁化，即使在磁极中心在轴向上不同的可变磁力磁铁3中也能够进行充分的磁化，能够减少磁化电流。

(10)其他实施形态

本发明并不局限于上述实施形态，还包含下述其他的实施形态。

(a)虽然在第6实施形态至第8实施形态中，通过使外周凸起部31偏移来发挥扭斜功能，但也可以采用上述第2实施形态到至第5实施形态所述的通过永久磁铁配置、非磁性部、缝隙位置等发挥扭斜功能的手段取代该外周凸起部。

(b)在可变磁力磁铁式旋转电机中，也可以通过第2实施形态至第5实施形态那样的空隙或强弱的永久磁铁的配置来获得扭斜效果取代使转子铁芯2a、2b的外周凸起部31偏移来获得扭斜效果。此时，层积的转子铁芯2a、2b的结构完全不改变，能够获得与上述第9实施形态相同的效果。

(c)在可变磁力磁铁式旋转电机中，可以采用图9或图10所示那样的没有分割铁芯的结构。即，通过只使设置在转子1的各磁极上的外周凸起部31在每个磁极中沿圆周方向不等分配置，或者使外周凸起部31沿圆周方向不等分配置、并且各磁极中的永久磁铁3、4、4在圆周方向上的位置也向与外周凸起部31相反的方向不等分地错开，通过这样能够获得大的扭斜角度(偏移角度)。

(d)在可变磁力磁铁式旋转电机中，还可以在只有设置在转子1的各磁极上的外周凸起部31在每个磁极中沿圆周方向不等分配置的2个转子铁芯2a、2a之间，层积将该转子铁芯2a、2a翻转过来的转子铁芯2b。并且，此时，配置在中央的转子铁芯2b的厚度可能为两侧的转子铁芯2a的2倍。

(e)第9实施形态在方案14和方案15的永磁式旋转电机中，通过在电枢线圈产生的使可变磁力磁铁磁化的磁场的中心与转子的可变磁力磁铁的磁极中心一致时——即转子的外周凸起形状与该定子齿一致时进行磁化，即使在磁极中心在轴向上不同的可变磁力磁铁中也能够进行充分的磁化，能够减少磁化电流。

(f)虽然上述各实施形态叙述了8极旋转电机，但当然12极等多极旋转电机中也可以使用本发明。与极数相对应稍微改变永久磁铁的配置位置、形状是当然的，作用和效果同样能够获得。尤其是上述各实施形态将可变磁力磁铁配置在中央，将固定磁力磁铁配置在其两侧，但也可以用于可变磁力磁铁和固定磁力磁铁的其他配置。

(g)在上述转子铁芯2中，在固定磁力磁铁的外周侧为了构成磁屏蔽而设置的空洞的形状和位置、或者在固定磁力磁铁的内周侧为了决定该磁路的截面积而设置的空洞的位置等，可以根据使用的永久磁铁的顽磁力或根据磁化电流产生的磁场的强度等适当变更。此时，在像第1实施形态那样将转子铁芯2a、2b翻过来重叠的情况下，有将外周凸起部31a、31b、非磁性部32、永久磁铁的安装孔，以及其他的空洞等设置成关于磁极中心对称形的必要。

(h)在不是使转子铁芯2a、2b为相同形状的部件翻转过来重合的情况下，可以准备外周凸起部31a、31b的位置不相同的分别的形状的转子铁芯2a、2b。并且，对于非磁性部32等也可以准备不同形状的转子铁芯2a、2b，使它们重合就可。

附图标记说明

1.转子；

2.2a、2b.转子铁芯；

3.3a、3b.可变磁力磁铁；

4.4a、4b.固定磁力磁铁；

8.短路线圈；

9.空气隙；

10.定子；

11.电枢铁芯；

12.电枢线圈；

13.定子齿；

30、30a、30b.永久磁铁；

31、31a、31b.转子外周凸起部；

32.非磁性部；

33、34.永久磁铁；

35.缝隙；

S.分割扭斜面

Claims (15)

1.一种永磁式旋转电机，具备：在定子铁芯中具有电枢线圈的定子、将永久磁铁埋设在转子铁芯内而成的转子；其特征在于，

在轴向上将上述转子铁芯分割成2个以上，在该分割了的转子铁芯之间使永久磁铁的安装位置相同，并且设有使在被分割的各转子铁芯中的磁特性不同的结构，利用该机构使转子铁芯发挥扭斜功能。

2.如权利要求1所述的永磁式旋转电机，其特征在于，使上述磁特性不同的结构为，分别在被分割的各转子铁芯的转子外周形成凸起部，将该凸起部与该永久磁铁的圆周方向中心和转子外周凸起部中心错开配置的结构。

3.如权利要求1或2所述的永磁式旋转电机，其特征在于，使上述磁特性不同的结构为，在被分割的各转子铁芯中的永久磁铁外周一侧，关于永久磁铁安装孔的圆周方向中心非对称地配置了非磁性材料或者空隙部构成的磁屏蔽的结构。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的永磁式旋转电机，其特征在于，使上述磁特性不同的结构为，在上述被分割的转子铁芯内配置多个磁力不同的磁铁、并且使其磁铁排列在被分割的各转子铁芯的每一个中不同的结构。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的永磁式旋转电机，其特征在于，使上述磁特性不同的结构为，在各铁芯中的永久磁铁外周一侧配置缝隙，使该缝隙的位置在被分割的各铁芯的每一个中相对于永久磁铁的圆周方向中心部错开的结构。

6.一种永磁式旋转电机，具备：在定子铁芯中具有电枢线圈的定子、将永久磁铁埋设在转子铁芯内而成的转子；其特征在于，

在上述转子铁芯的各磁极部分，沿转子的圆周方向等分地配置沿其轴向贯穿转子铁芯的一个或者多个永久磁铁；在上述转子铁芯的各磁极部中设置有使各磁极部的每一个磁特性不同的结构，沿圆周方向不等分地配置使该磁特性不同的结构，从而使转子铁芯发挥扭斜功能。

7.一种永磁式旋转电机，具备：在定子铁芯中具有电枢线圈的定子、将永久磁铁埋设在转子铁芯内而成的转子；其特征在于，

在上述转子铁芯的各磁极部分，从由极距决定的角度错开任意角度地配置有沿其轴向贯穿转子铁芯的一个或者多个永久磁铁；在上述转子铁芯的各磁极部中设置有使各磁极部的每一个磁特性不同的结构，沿圆周方向不等分地配置使该磁特性不同的结构，从而使转子铁芯发挥扭斜功能。

8.一种永磁式旋转电机，具备：在定子铁芯中具有电枢线圈的定子、将永久磁铁埋设在转子铁芯内而成的转子；其特征在于，

在轴向上将上述转子铁芯分割成2个以上，在该分割了的各转子铁芯的各磁极部中设置有使各磁极部的每一个磁特性不同的结构，沿圆周方向不等分地配置使该磁特性不同的结构；并且，在被分割的各铁芯之间沿圆周方向错开地配置使上述磁特性不同的结构，从而使转子铁芯发挥扭斜功能。

9.如权利要求6至8中的任一项所述的永磁式旋转电机，其特征在于，使上述磁特性不同的结构为，在转子铁芯的各磁极部，在转子外周上形成沿其轴向延伸的凸起部，沿上述转子的圆周方向不等分地配置该凸起部的结构。

10.如权利要求6至9中的任一项所述的永磁式旋转电机，其特征在于，使上述磁特性不同的结构为，在转子铁芯中的永久磁铁外周一侧，关于永久磁铁安装孔的圆周方向中心非对称地配置了非磁性材料或者空隙部构成的磁屏蔽的结构。

11.如权利要求6至10中的任一项所述的永磁式旋转电机，其特征在于，使上述磁特性不同的结构为，在转子铁芯的各磁极配置多个磁力不同的磁铁、并且使其磁铁排列在被分割的各转子铁芯的每一个中不同的结构。

12.如权利要求6至11中的任一项所述的永磁式旋转电机，其特征在于，使上述磁特性不同的结构为，在转子铁芯中的永久磁铁外周一侧配置缝隙，使该缝隙的位置相对于永久磁铁的圆周方向中心部错开的结构。

13.如权利要求6至12中的任一项所述的永磁式旋转电机，其特征在于，上述永久磁铁为顽磁力与磁化方向厚度之积互不相同的2种以上的永久磁铁；由上述电枢线圈产生的磁场使作为构成上述转子的磁极的永久磁铁中的至少一个的可变磁力磁铁磁化。

14.如权利要求13所述的永磁式旋转电机，其特征在于，上述转子在转子内设置了导电性部件，该导电性部件在进行可变磁力磁铁的磁化之际利用磁化时产生的磁通流过短路电流。

15.如权利要求13或14所述的永磁式旋转电机，其特征在于，当电枢线圈产生的磁化可变磁力磁铁的磁场的中心与转子的可变磁力磁铁的磁极中心一致时进行磁化。

Images