CN102782990B - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转电机。形成有具有规定长度（l_mag）的空隙部（21），该空隙部（21）与各支承部（20）分别对应，在永磁铁（17a、17b）与定子（13）之间的磁通（23）的流动方向（27）上的与永磁铁（17a、17b）隔开规定距离（l_core）的位置，在针对定子线圈（24）的供电电流为低电流状态时，产生磁饱和，并且在供电电流为高电流状态时，不会产生磁饱和。因此，虽然具备在支承部（20）形成有空隙部（21）的简单的结构，但却能够抑制低扭矩状态下的扭矩降低，并能够抑制高电流状态下的最大扭矩时的最大扭矩的降低，从而能够提高旋转电机（10）的工作效率。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及磁铁埋入式同步马达等的旋转电机，该磁铁埋入式同步马达具有使支承永磁铁的转子相对于定子旋转的构造，特别是涉及构成为能够通过简单的结构来改善损耗的旋转电机。

背景技术

一般情况下，在旋转电机、例如磁铁埋入式同步马达（以下也称作IPM。）中，已知具备如下部件的结构：能够旋转的旋转轴；具有形成为筒状的定子铁芯的定子；具有固定设置于旋转轴的转子铁芯的转子；永磁铁，该永磁铁设置成磁性不同的一组磁极在转子的径向上并列；设置于定子的外周的磁场磁轭；以及绕组（定子线圈），该绕组在该磁场磁轭与上述转子之间形成磁电路，由此能够控制该转子与定子之间的磁通密度。

近年来，混合动力汽车等作为改善了燃料消耗率的车辆而引人注目，该混合动力汽车构成为包括汽油发动机、变速器、变换器（inverter）、电池、马达以及这些部件的控制装置，作为可靠性高、效率良好、旋转速度可变的控制性良好的马达，上述磁铁埋入式同步马达被用于上述这样的混合动力汽车等。

然而，期待还能够适应于大型的运动型多用途汽车（以下称作SUV。）等的混合动力系统的开发，为了实现该系统，需要在与大输出发动机的平衡方面大幅度地提高车辆驱动用的马达的输出密度。为了提高马达的输出密度，能够举出提高马达的输出扭矩本身的方法、以及通过使马达高速旋转并利用齿轮机构进行减速来增大扭矩的方法。

因此，为了实现能够适应于上述SUV等的混合动力系统，在IPM中提出有如下结构：在以转子的旋转中心为中心的电角度达到127゜～140゜的范围内，配置有：第一、第二磁铁，该第一、第二磁铁沿以旋转中心侧为顶点的V字配置；以及转子主体（转子铁芯），该转子主体形成有分别收纳该第一、第二磁铁的第一、第二孔，该转子主体构成为具备支承部，该支承部位于V字的顶点部而将上述第一、第二孔隔开，从而使得所述IPM能够进行高速旋转并改善能效（参照专利文献1）。

专利文献1:日本特开2006－254629号公报

然而，在马达、例如磁铁埋入式同步马达（IPM）中，由于在低电流状态下会导致扭矩降低，因此存在如下要求：不会在低电流状态下导致扭矩降低，且不会降低最大扭矩，并能够进一步减少马达损耗等。

本申请人基于该要求进行了潜心研究，结果表明：在上述磁铁埋入式同步马达中，在埋入转子后的永磁铁的周围形成空隙（气隙），若适当地规定永磁铁与空隙的关系，则能够实现马达损耗的进一步减少，着眼于此，针对磁铁埋入式同步马达，虽然在结构方面存在在永磁铁的周围形成有空隙的结构，但是并未规定永磁铁与空隙的关系。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种旋转电机，以尽量简单的结构而适当地规定永磁铁与空隙部的关系，由此能够进一步减少马达损耗从而进一步提高旋转电机的效率。

本发明（例如参照图1至图13）涉及一种旋转电机（10），该旋转电机具备：定子（13），该定子（13）具有形成为环状的定子铁芯（15）、以及卷绕于该定子铁芯（15）的定子线圈（24）；旋转轴（11），该旋转轴（11）位于该定子（13）的中心，配置成能够旋转；转子（12），该转子（12）在固定设置于该旋转轴（11）的状态下以能够旋转的方式配置于所述定子（13）内；以及永磁铁（17a、17b），该永磁铁（17a、17b）以沿着从该转子（12）的旋转中心（O）侧逐渐缩窄的倒V字状的方式配置，

所述旋转电机（10）的特征在于，使多个支承部（20）以将所述旋转中心（O）作为中心而放射状地延伸的方式设置于所述转子（12），

与所述多个支承部（20）分别对应地形成有具有规定长度（l_mag）的空隙部（21、25、26、28、30），从而在对所述定子线圈（24）的供电为低电流状态的低扭矩产生时，在所述永磁铁（17a、17b）与所述定子（13）之间的磁通（23）的流动方向（27）上的与所述永磁铁（17a、17b）的边缘部（17c、17d）隔开规定距离（l_core）的位置产生磁饱和，并且在所述供电为高电流状态的最大扭矩产生时，不会产生磁饱和。

具体而言，本发明（例如参照图1至图3）的特征在于，在所述转子（12）的周向上的与所述永磁铁（17a、17b）分别对应的位置形成切口，由此形成所述空隙部（例如21、25、26、28）。

并且，具体而言，本发明（例如参照图1至图3）的特征在于，在与所述永磁铁（17a、17b）分别对应的位置的、在所述转子（12）的外径部（12a）与所述支承部（20）交叉的部位，以沿对应的所述永磁铁（17a、17b）的倾斜方向延伸的方式形成切口，由此形成所述空隙部（例如21）。

具体而言，本发明（例如参照图13）的特征在于，所述空隙部（例如30）在所述转子（12）的周向上的与所述永磁铁（17a、17b）分别对应的位置，以沿对应的所述永磁铁（17a、17b）的倾斜方向延伸的方式贯通形成为矩形状。

并且，具体而言，本发明（例如参照图1至图13）的特征在于，将所述空隙部（21、25、26、28、30）距离所述永磁铁（17a、17b）的边缘部（17c、17d）的所述规定距离设为从所述永磁铁（17a、17b）到所述空隙部（21、25、26、28、30）的距离l_core，并且，将所述空隙部（21、25、26、28、30）的与该距离l_core垂直的方向上的所述规定长度设为所述空隙部（21、25、26、28、30）与所述永磁铁（17a、17b）的重叠宽度l_mag，此时，l_mag／l_core构成为满足下式（A），

2.4＜l_mag／l_core＜10.0…（A）。

此外，上述括号内的标号用于与附图对照，这是为了便于容易理解发明，对于权利要求书的结构并不产生任何影响。

根据技术方案1所涉及的本发明，与设置于转子的多个支承部分别对应地形成了具有规定长度的空隙部，从而在针对定子线圈的供电电流为低电流状态的低扭矩产生时，在永磁铁与定子之间的磁通的流动方向上的与永磁铁的边缘部隔开规定距离的位置产生磁饱和，并且，在供电电流为高电流状态的最大扭矩产生时，不会产生磁饱和，因此构成为在支承部形成了具有规定形状的空隙部的简单的结构，并且，在低电流状态下产生磁饱和，由此能够减弱永磁铁的磁通（减小磁铁磁通），能够减少从永磁铁向定子传递的磁通，从而能够减少铁损，难以产生低电流时的扭矩降低，能够提高旋转电机的工作效率。另一方面，在高电流状态下，不会产生磁饱和，由此，会减少永磁铁的磁通的降低（抑制磁铁磁通的减少），不会减少从永磁铁向定子传递的磁通，能够抑制铁损的减少，难以产生最大扭矩的降低，从而能够改善旋转电机的工作效率。

根据技术方案2所涉及的本发明，由于通过在转子的周向上的与永磁铁分别对应的位置形成切口而形成空隙部，因此仅凭通过冲压加工等而在转子上切割形成（穿孔加工）具有规定形状的空隙部，便能够实现具有高效的结构的旋转电机。

根据技术方案3所涉及的本发明，由于在与永磁铁分别对应的位置，且在转子的外径部与支承部交叉的部位，以沿着相应的永磁铁的倾斜方向延伸的方式形成切口，由此形成空隙部，因而以通过冲压加工等在转子的内径侧形成切口（穿孔加工）的方式形成具有规定形状的空隙部，由此便能够实现具有高效的结构的旋转电机。

根据技术方案4所涉及的本发明，由于空隙部在转子的周向上的与永磁铁分别对应的位置，以沿着相应的永磁铁的倾斜方向延伸的方式贯通形成为矩形状，因此以通过冲压加工等在转子的内径侧形成切口（穿孔加工）的方式形成具有规定形状的空隙部，由此便能够实现具有高效的结构的旋转电机。

根据技术方案5所涉及的本发明，当将空隙部与永磁铁的边缘部之间的规定距离设为从永磁铁开始到空隙部为止的距离l_core，且将空隙部的相对于该距离l_core的垂直方向上的规定长度设为空隙部与永磁铁的部分重叠宽度l_mag时，由于l_mag／l_core满足下式，亦即满足2.4＜l_mag／l_core＜10.0，因此会使空隙部相对于永磁铁的关系良好，从而能够实现具有高效的结构的旋转电机。

附图说明

图1是示出本发明所涉及的实施方式的旋转电机的整体的俯视剖视图。

图2是示出本发明所涉及的实施方式的旋转电机的无负载时的磁通的俯视剖视图。

图3是说明处于转子的外周缘部的永磁铁与空隙部的关系的图，（a）图是示出永磁铁与空隙部的位置关系的尺寸的俯视图，（b）图是示意性地示出（a）图的位置关系的示意图。

图4是示意性地示出在图3（b）的状态下形成的磁电路的示意图。

图5是示出本实施方式的旋转电机的电流－磁铁磁通的特性的曲线图。

图6中，（a）是示出本实施方式的l_core部的低电流状态下的B－μ特性的曲线图，（b）是示出低电流状态下的磁铁材料特性的曲线图。

图7中，（a）是示出本实施方式的l_core部的最大扭矩产生时的B－μ特性的曲线图，（b）是示出最大扭矩产生时的磁铁材料特性的曲线图。

图8中，（a）是示出低电流时动作点以及最大扭矩时动作点等的曲线图，（b）是示出低电流时动作点以及最大扭矩时动作点的磁铁材料特性的曲线图。

图9是示出低电流状态下的各关系的图，（a）图、（b）图是示出低电流时损耗的曲线图，（c）图是示出磁铁磁通的低电流时动作点的曲线图。

图10是示出最大扭矩产生时的各关系的图，（a）图、（b）图是示出最大扭矩产生时的扭矩的曲线图，（c）图是示出磁铁磁通的最大扭矩时动作点的曲线图。

图11中，（a）、（b）是分别说明变形例中的处于转子的外周缘部的的永磁铁与空隙部的关系的图。

图12是说明其它变形例的处于转子的外周缘部的永磁铁与空隙部的关系的图。

图13是说明其它变形例的处于转子的外周缘部的永磁铁与空隙部的关系的图，（a）图是示出永磁铁与空隙部的位置关系的尺寸的俯视图，（b）图是示意性地示出（a）图的位置关系的示意图。

具体实施方式

以下，基于图1至图13对本发明所涉及的旋转电机的实施方式进行说明。此外，在以下所说明的实施方式中，虽然举出将本发明用作搭载于混合动力车辆的马达发电机（旋转电机）的例子进行说明，但是本发明所涉及的旋转电机也能够用作马达、发电机，并且，当然能够用于混合动力车辆以外的各种车辆（燃料电池车或电动汽车等的电动车辆）、或者用作搭载于工业设备、空调设备、环保设备等的各种设备的旋转电机。

首先，参照图1及图2对本实施方式的旋转电机的简要结构进行说明。图1是示出本实施方式的旋转电机的整体的俯视剖视图，图2是示出该旋转电机的无负载时的磁通的俯视剖视图。此外，为了方便，在图1中省略了励磁磁轭14的图示。

如图1及图2所示，旋转电机10具备：转子12，该转子12由多个永磁铁17a、17b遍及周向地配置而成；定子13，该定子13供形成了旋转磁场的三相线圈（图1的定子线圈24）卷绕。

即，上述旋转电机10，构成为整体上在图1的近前－纵深方向上较长的圆筒状，在俯视时的中心部分具有旋转轴11。进而，旋转电机10具有：定子（固定件）13，该定子13具有形成为环状的定子铁芯15、以及卷绕于该定子铁芯15的定子线圈24；旋转轴11，该旋转轴11位于该定子13的中心，被支承为能够旋转；配置于定子13的外周的中空圆筒状的励磁磁轭14；转子（旋转件）12，该转子12具有在固定设置于旋转轴11的状态下以能够旋转的方式配置在上述定子13内的转子铁芯16；多组（在本实施方式中为8组）磁铁对9，每组磁铁对9都构成为包括磁铁17a、17b，该磁铁17a、17b以沿着从该转子12的旋转中心O侧逐渐缩窄的倒V字状的方式配置。

各永磁铁17a、17b以相对于转子铁芯16分别沿图1的近前－纵深方向延伸的方式被埋设。构成转子12的转子铁芯16，使多张电磁钢板构成为在旋转轴11的轴向（图1的近前－纵深方向）上层叠的状态。上述定子13具有卷绕于定子铁芯15的定子线圈24。并且，在定子铁芯15的内周面形成有：以在周向上隔开间隔的方式形成的多个定子齿18；以及位于该定子齿18之间的槽19。

作为形成为规定的接线状态的3相绕组的3相（U相、V相、W相），在定子铁芯15的整周上按照规定的卷绕方式而对上述定子线圈24进行卷绕。也就是说，定子线圈24配置成极性不同的磁极在多个相位的交流的同相上相邻，U＋相与U－相构成一对，V＋相与V－相构成一对，W＋相与W－相构成一对。此外，虽然在图1中为了方便而仅对定子线圈24的U相进行了示意性的图示，但是对于V相及W相也进行同样的设置。

在转子12与定子13之间设置有规定间隔的气隙Gp，该转子12与定子13配置成在径向上互相略微分离的状态。该定子13形成为中空圆筒状，由通过在图1的近前－纵深方向上层叠多张电磁钢板而成的定子铁芯15构成。在该定子13内，上述转子12被支承为能够以旋转中心（旋转轴线）O为中心旋转，该旋转中心Ｏ在圆柱状的旋转轴11的中心沿图1的近前－纵深方向延伸。

收纳定子13及转子12的上述励磁磁轭14具有：安装于定子13的外周面的未图示的侧壁部分；以及形成于该侧壁部分的轴向两端部的未图示的顶板部分。在该顶板部分的中央部形成有未图示的贯通孔，上述旋转轴11经由未图示的轴承而以能够旋转的方式嵌合支承于该贯通孔。

多个（在本实施方式中为16个）永磁铁17a、17b（以下，也将其简单地统称为永磁铁17。）以在转子12的周向上隔开规定的间隔的方式交替地配置于上述转子铁芯16。该多个永磁铁17的相邻的永磁铁17a与永磁铁17b被配置成沿着从旋转中心O侧朝向外周侧逐渐缩窄的倒V字状。在转子12的转子铁芯16形成有多个（在本实施方式中为8个）支承部20，该多个支承部20以将旋转轴11的旋转中心O作为中心的等角度间隔呈放射状地延伸。构成磁铁对9的永磁铁17a、17b分别埋入配置于转子铁芯16的各规定的位置。

例如，在图2的最上部所记载的磁铁对9的永磁铁17a、17b中，配置成以该永磁铁17a的朝向转子外周侧的面为N极、且以朝向转子内周侧的面为S极，并且配置成以永磁铁17b的朝向转子外周侧的面为S极、且以朝向转子内周侧的面为N极。这样的磁铁对9的永磁铁17a、17b的S极、N极的朝向配设成相邻的各磁铁对9分别相反。如图2所示，由永磁铁17的磁极形成的d轴、q轴如图示的箭头所示。

在上述转子12（转子铁芯16）的相邻的永磁铁17b与永磁铁17a的旋转中心O侧，空间部7以沿旋转轴11的轴向延伸的方式贯通形成，在该空间部7设置有沿径向延伸的两个梁状部8。在该转子12分别形成有与永磁铁17a（17b）对应的空隙部（气隙）21。多个（在本实施方式中为16个）空隙部21分别沿转子12的周向、且在对应于各支承部20的永磁铁17a、17b的位置形成。

如图2所示，上述多个支承部20的多个的空隙部21以将磁通23的流动方向27遮挡的方式（沿遮挡方向）形成，对于后述的空隙部25、26、28、30也一样。进而，如图1所示，空隙部21与多个支承部20分别对应，构成为具有规定长度（l_mag）的形状，从而在对定子线圈24的供电大于第一规定值（图5所示的马达电流（相电流）9.0［Arms］）的低电流状态下，在由永磁铁17a、17b构成的磁铁对9与定子13之间的磁通23的流动方向（图2、图3（a）的箭头27）上的与永磁铁17a、17b的边缘部17c（参照图3）隔开规定距离（l_core）的位置产生磁饱和，并且在上述供电小于比该第一规定值大的第二规定值（图5所示的马达电流为150.0［Arms］）的高电流状态下而产生最大扭矩时，不在由永磁铁17a、17b构成的磁铁对9与定子13之间的磁通23的流动方向（图2、图3（a）的箭头27）上的与永磁铁17a、17b的边缘部17c（参照图3）隔开规定距离（l_core）的位置产生磁饱和。

如图3（a）、（b）所示，在转子12的周向上的与永磁铁17a、17b分别对应的位置，且在该转子12的外径部12a与支承部20交叉的部位，以沿着相应的永磁铁17a、17b的倾斜方向延伸的方式形成切口，由此形成上述空隙部21。在图3（a）中，标号21a表示空隙部21的形成开始部，标号21b表示空隙部21的形成末端部。空隙部21以从空间部7侧向外径部12a侧陷入的方式形成为大致V字状，相对于各永磁铁17a、17b，从形成开始部21a向形成末端部21b以逐渐远离边缘部17c的方式倾斜地形成，形成末端部21b的部位距离边缘部17c最远，从而构成了从永磁铁17a到空隙部21的距离l_core。

永磁铁17a、17b埋设固定于嵌合部12b，该嵌合部12b在转子12的外径部12a以沿旋转轴11的轴向延伸的方式形成切口。空间部22a在嵌合部12b的定子13侧以沿旋转轴11的轴向延伸的方式形成，空间部22b在嵌合部12b的旋转中心O侧以沿旋转轴11的轴向延伸的方式形成。在空间部22a的支承部20侧形成有卡定突起部12c，该卡定突起部12c对永磁铁17a、17b的向空间部22a侧的移动进行卡定。在空间部22b的旋转中心O侧形成有卡定突起部21c，该卡定突起部21c对永磁铁17a、17b的向旋转中心O侧的移动进行卡定。

虽然在图3（a）中示出了在边缘部17c与转子12之间存在间隙的情况，但是实际上并不存在该间隙，边缘部17c与转子12紧贴。此外，虽然在图3中以永磁铁17b为中心进行了叙述，但是对应于各永磁铁17a的空隙部21在与对应于永磁铁17b的空隙部21相反的方向（朝反方向倾斜）上形成。

在具有上述结构的本旋转电机10中，若旋转电机控制用的控制部（未图示）从旋转电机外部的未图示的ECU（Electrical Control Unit）等收到应当输出的扭矩指令值，则根据该收到的扭矩指令值而生成用于输出指定的扭矩的马达控制电流，以从图1所示的输入部29向定子线圈24→中性点1、2流动的方式供给（为了方便，仅对U相进行图示）该生成后的马达控制电流，由此使转子12相对于定子13旋转。

接下来，对将空隙部21设置于转子12的结构及其作用进行说明。首先，在本旋转电机10中，在具有与永磁铁17部分重叠的空隙部21的图3（a）、（b）所示的构造中，将空隙部21距离永磁铁17a、17b的各边缘部17c的规定距离（b）设为从永磁铁17a、17b的各边缘部17c到空隙部21的形成末端部21b的距离l_core，并且，将空隙部21的与该距离l_core垂直的方向上的规定长度设为空隙部21的形成开始部21a与形成末端部21b之间的距离a，即设为空隙部21与永磁铁17a、17b的重叠宽度l_mag，此时，l_mag／l_core构成为满足下式（A），

2.4＜l_mag／l_core＜10.0…（A）。

在旋转电机10中，在满足上述数学式（A）的关系的情况下，如后所述，能够使低电流状态下的扭矩降低的现象难以产生，并且在高电流状态下的最大扭矩时能够充分地产生最大扭矩。此外，在图3（a）、（b）中，能够将l_mag的尺寸设为例如3.20mm，将l_core的尺寸b设为例如1.33mm。

此处，对发明的原理（1）进行说明。一般情况下，利用磁铁磁通Φm能够像以下算式（B）、算式（C）那样地表示扭矩T及损耗W。

T＝P_n×｛Φ_m＋（L_d－L_q）×I_d｝×I_q    …（B）

W＝k_h×f×B²×k_e×f²×B²…斯坦梅茨（Steinmetz）的实验式

Φ＝B×S

W ∝k_h×f×Φ_m ²+k_e×f²×Φ_m ²…（C）

其中，P_n为极数，L_d为d轴电感，L_q为q轴电感，I_d为d轴电流，I_q为q轴电流，k_h为自然极化损耗比例常数（系数），f为频率，B为磁通密度，Φ为磁通［Wb］，S为截面积，k_e为涡电流损耗比例常数（系数）。

图5中示出了具备转子12的马达电流与磁铁磁通Φ_m的关系，该转子12具有本实施方式的空隙部21。该图是示出了本实施方式的旋转电机10的电流－磁铁磁通的特性的曲线图，纵轴表示磁铁磁通Φm［Wb］，横轴表示马达电流［Arms］。

即，在图5所示的曲线图中，在马达电流0［Arms］～200［Arms］的区间内，磁铁磁通Φm从0.084［Wb］缓慢地变化到0.06［Wb］。

在这样的曲线图特性中，图9（a）、（b）、（c）示出了例如在马达电流（相电流）处于9.0［Arms］的低电流状态时的动作点D，磁铁磁通Φm相对于作为在转子12具有空隙部21的本旋转电机10的部分重叠宽度l_mag与距离l_core的比的l_mag／l_core的关系。并且，图10（a）、（b）、（c）示出了例如在马达电流（相电流）处于150.0［Arms］的高电流状态时的动作点M，磁铁磁通Φm相对于作为重叠宽度l_mag与距离l_core的比的l_mag／l_core的关系。此外，动作点意味着示出了磁电路内的永磁铁17的磁通密度B、磁场的强度H［A／m］等的状态的点。

在低电流状态下，根据图9（c），在以l_mag／l_core＝2.4为边界、且2.4＜l_mag／l_core的情况下，磁铁磁通Φm开始小于0.085［Wb］，因此根据上述算式（C）

W∝k_h×f×Φ_m ²+k_e×f²×Φ_m ²…（C），

如图9（a）、（b）所示，损耗W（亦即马达损耗［W］）从大约470［W］开始逐渐降低，从而产生了磁饱和。也就是说，能够减弱永磁铁17的磁铁磁通Φm（减小），通过减少从永磁铁17向定子13传递的磁通能够减少铁损，难以产生低电流状态下的扭矩降低，能够提高旋转电机10的工作效率。

在高电流状态下，根据图10（c）可知：在l_mag／l_core＜10.0的范围内，l_mag／l_core从0到6.9的区间内的磁铁磁通Φm的降低减少，从而扭矩降低减小。若l_mag／l_core超过6.9，则直至l_mag／l_core达到10.0为止，虽然转子12旋转时的扭矩［Nm］会降低0.5％（参照图9（a）），但是却能够获得本发明的效果。

即，在高电流状态下的最大扭矩产生时，根据图10（c）可知：

在l_mag／l_core＜10.0的情况下，与l_mag／l_core≥10.0的情况相比，由于磁铁磁通Φm取值较大，因此根据上述算式（B），

T＝P_n×｛Φ_m＋（L_d－L_q）×I_d｝×I_q    …（B），最大扭矩T的降低会减小。

这样，在图10（a）中，对于2.4＜l_mag／l_core＜10.0的数值范围，亦即转子12旋转时的扭矩［Nm］降低0.5％的范围，将其作为能够产生本发明的效果的有效范围。进而，对于上述式（A）中的l_mag／l_core的数值的范围，更加优选为2.4＜l_mag／l_core＜6.9，在该范围的情况下，能够获得如下效果：能够更加有效地抑制转子12旋转时的扭矩［Nm］的降低，更加减少最大扭矩产生时的马达损耗，进一步提高旋转效率。

接下来，对发明的原理（2）进行说明。首先考虑磁铁磁通Φm。此处，在结构与图4所示的本实施方式的结构相当的磁电路的情况下，通过渗透（permeance）法并利用下述算式（D）能够表示磁铁磁通Φm。

即，如图4所示，基于永磁铁17a（或17b）的磁电路在转子12（转子铁芯16）中，由磁铁磁场H_m、l_mag部的磁阻R_mag［A／Wb］、l_core部的磁阻R_core、l_mag部以及l_core部以外的磁阻R_other构成，磁铁磁通Φm如箭头所示。进而，对这些关系进行如下表示。

Φm＝H_m／（R_mag＋R_core＋R_other）

R_core＝（1／μ_core）×（l_core／S_core）

R_mag＝（1／μ_r）×（l_mag／S_mag）

B_mag＝μ_r×μ₀×H_mag

Φm＝H_m／｛（μ₀×H_mag／B_mag）×（l_mag／S_mag）＋（1／μ_core）×（l_core／S_core）＋R_other｝………（D）

其中，S_core为l_core部的截面积，S_mag为l_mag部的截面积，B_mag为l_mag部的磁通密度，H_mag为l_mag部的磁场，μ_core为l_core部的磁导率［H／m］，μ_r为l_mag部的磁导率（回复磁导率（recoil permeability）＝针对施加于磁电路中的永磁铁的磁场进行磁化的容易度的目标值），μ₀为真空磁导率。此外，某个动作点的R_other、H_m恒定。

此处，考虑上述算式（D）中的B_mag。即，作为图3（b）所示的l_mag部的磁通密度的B_mag，根据图8（a）所示的磁铁材料特性图，在低电流时显示出较大的磁通密度（约1.04［T］），与此相对，在最大扭矩产生时显示出较小的磁通密度（约0.46［T］）。

并且，对于l_mag／l_core与B_mag的关系，当处于低电流时动作点与最大扭矩时动作点时如图8（b）所示。即，如图8（b）所示，由于作为l_mag部的磁通密度的B_mag的值并不取决于l_mag／l_core的值，而是由动作点来决定，因此可知，B_mag无论在低电流时动作点还是最大扭矩时动作点都是恒定的，即在低电流时动作点约为1.04［T］，在最大扭矩时动作点约为0.56［T］，因此，在某个动作点能够获得恒定的值。

接下来，对发明的原理（3）进行说明。首先，考虑作为低电流时（低电流状态）以及最大扭矩时（最大扭矩状态）的l_core部的磁导率的μ_core。此外，图6（a）及图7（a）是分别示出了低电流时以及最大扭矩时的l_core部的磁通密度［T］与磁导率［H／m］的相关关系的曲线图，图6（b）及图7（b）是分别示出了l_core部的磁导率［H／m］相对于低电流状态以及最大扭矩状态下的l_mag／l_core的曲线图。

即，在低电流状态下，根据图6（b）可知：当2.4＜l_mag／l_core时，由于作为l_core部的磁导率的μ_core取较小的值（几乎为0［H／m］），因此根据上述算式（D），

Φm＝H_m／｛（μ₀×H_mag／B_mag）×（l_mag／S_mag）＋（1／μ_core）×（l_core／S_core）＋R_other｝，磁铁磁通Φm取较小的值，根据上述算式（C），

W ∝k_h×f×Φ_m ²+k_e×f²×Φm²，能够减少损耗W。此外，由于磁导率是自然极化特性的斜率，因此若磁饱和则会减小，接近空心状态，并且自电感不会达到0，但是若将短路考虑成减小的极限，则电流会增大。

另一方面，当处于最大扭矩时，根据图7（b）可知：当l_mag／l_core＜10.0时，由于作为l_core部的磁导率的μ_core取值较大（例如l_mag／l_core为6.5时取值为8400［H／m］），根据上述算式（D），

Φm＝H_m／｛（μ₀×H_mag／B_mag）×（l_mag／S_mag）＋（1／μ_core）×（l_core／S_core）＋R_other｝，磁铁磁通Φm取值较大，根据上述算式（B），

T＝P_n×｛Φ_m＋（L_d－L_q）×I_d｝×I_q，扭矩T的降低会减小。

如以上说明，在本实施方式的旋转电机10中，以将旋转中心O作为中心、且呈放射状地延伸的方式将多个支承部20设置于转子12，并与该支承部20分别对应地形成有具有规定长度（l_mag）的空隙部21，从而在对定子线圈24的供电大于第一规定值（图5所示的马达电流为9.0［Arms］）的低电流状态下，在永磁铁17a、17b与定子13之间的磁通23的流动方向（图2的27）上的永磁铁17a、17b的边缘部17c隔开规定距离（l_core）的位置产生磁饱和，并且在上述供电电流小于比该第一规定值大的第二规定值（图5所示的马达电流为150.0［Arms］）的高电流状态下的最大扭矩产生时，在永磁铁17a、17b与定子13之间的磁通23的流动方向（图2的27）上的永磁铁17a、17b的边缘部17c隔开规定距离（l_core）的位置不产生磁饱和。

这样，在本实施方式中，尽管由在支承部20形成规定形状的空隙部21的简单的结构构成，却在供给电流大于第一规定值时（即，供给的电流小（低电流状态下）的低扭矩时），减弱永磁铁17a、17b的磁通（减小磁铁磁通），从而产生磁饱和，由此能够减少从永磁铁17a、17b向定子13传递的磁通，从而能够减少通过自然极化损耗与损耗的和来表示的铁损。由此，难以产生低电流状态下的扭矩降低，从而能够改善旋转电机10的工作效率（马达性能）。

另一方面，当供给电流小于第二规定值时（即，供给的电流大（高电流时的）的最大扭矩产生时），减少永磁铁17a、17b的磁通的降低（抑制磁铁磁通的减少），从而不会产生磁饱和，由此不会减少从永磁铁17a、17b向定子13传递的磁通，能够抑制铁损的减少，难以产生最大扭矩的降低，从而能够提高旋转电机10的工作效率（马达性能）。

并且，根据本实施方式，由于在转子12的周向上的与永磁铁17a、17b分别对应的位置形成切口，由此形成空隙部21，因而以通过冲压加工等形成切口（穿孔加工）的方式形成具有规定形状的空隙部21，由此便能够实现具有高效的结构的旋转电机10。

进而，根据本实施方式，由于在转子12的周向上的与永磁铁17a、17b分别对应的位置，且在该转子12的外径部12a与支承部20交叉的部位，以沿着相应的永磁铁17a、17b的倾斜方向延伸的方式形成切口，由此形成空隙部21，因而以通过冲压加工等在转子12的内径侧形成切口（穿孔加工）的方式形成具有规定形状的空隙部21，由此便能够实现具有高效的结构的旋转电机10。

进而，根据本实施方式，当将空隙部21与永磁铁17a、17b的边缘部17c之间的规定距离设为从永磁铁17a、17b到空隙部21的距离l_core，且将空隙部21的与该距离l_core垂直的方向上的规定长度设为空隙部21与永磁铁17a、17b的重叠宽度l_mag时，由于l_mag／l_core满足下式，亦即满足2.4＜l_mag／l_core＜10.0，因此会使空隙部21相对于永磁铁17a、17b的关系最优化，从而能够实现具有高效的结构的旋转电机10。

此处，参照图11（a）、（b）以及图12对上述实施方式的变形例进行说明。此外，图11（a）、（b）以及图12是说明不同变形例中的转子的外周缘部的永磁铁与空隙部的关系的图。此外，这些变形例与此前说明的结构相比，只有空隙部25、26、28的形状等不同，其它部分大致相同，因此对主要部分标注相同标号并省略其说明。

首先，如图11（a）所示，在转子12的周向上的与永磁铁17a、17b分别对应的位置，以沿着永磁铁17a、17b的倾斜方向延伸的方式形成切口，由此形成空隙部25。在图11（a）中，标号25a表示空隙部25的形成开始部，标号25b表示空隙部25的形成末端部。空隙部25以从空间部7（参照图1）侧向外径部12a（参照图3）侧陷入的方式形成为大致V字状，相对于各永磁铁17a、17b，从形成开始部25a向形成末端部25b以逐渐远离边缘部17d的方式倾斜地形成，形成末端部25b的部位距离边缘部17d最远，从而构成了从永磁铁17a到空隙部25的距离l_core。

进而，将空隙部25距离永磁铁17a、17b的各边缘部17d的规定距离（b）设为从永磁铁17a、17b的各边缘部17d到空隙部25的形成末端部21b的距离l_core，并且，将空隙部25的与该距离l_core垂直的方向上的规定长度设为空隙部25的形成开始部25a与形成末端部25b之间的距离a，即设为空隙部25与永磁铁17a、17b的重叠宽度l_mag，此时，l_mag／l_core构成为满足下式（A），

2.4＜l_mag／l_core＜10.0…（A）。

并且，同样，如图11（b）所示，当将空隙部26的距离永磁铁17a、17b的各边缘部17c的规定距离（b）设为从永磁铁17a、17b的各边缘部17c到空隙部26的形成末端部26b的距离l_core，且将空隙部26的与该距离l_core垂直的方向上的规定长度设为空隙部26的形成开始部26a与形成末端部26b之间的距离a，即设为空隙部26与永磁铁17a、17b的重叠宽度l_mag时，l_mag／l_core满足上述算式（A），

2.4＜l_mag／l_core＜10.0…（A）。

同样，如图12所示，当将空隙部28的距离永磁铁17a、17b的各边缘部17d的规定距离（b）设为从永磁铁17a、17b的各边缘部17d到空隙部28的形成末端部28b的距离l_core，且将空隙部28的相对于该距离l_core的垂直方向上的规定长度设为空隙部28的形成开始部28a与形成末端部28b之间的距离a，即设为空隙部28与永磁铁17a、17b的重叠宽度l_mag时，l_mag／l_core满足上述算式（A），

2.4＜l_mag／l_core＜10.0…（A）。

即使根据具备这些变形例中的空隙部25、26、28的上述结构，与前述的此前的实施方式几乎等同的验证结果也能够成立，因此根据与前述的空隙部21所涉及的此前的实施方式同样的理由，能够起到几乎同样的作用效果。

接下来，参照图13对本发明所涉及的其它实施方式进行说明，与此前说明的结构相比，只有空隙部21的形状等不同，其它部分大致相同，因此对主要部分标注相同的标号并省略其说明。

即，如图13（a）、（b）所示，本实施方式中的空隙部30在转子12的周向上的与永磁铁17a、17b分别对应的位置，以沿着相应的永磁铁17a的倾斜方向延伸、且沿着旋转轴11的轴向的方式贯通形成为矩形状。

此外，虽然此处以永磁铁17b为中心进行叙述，但是对应于各永磁铁17a的空隙部30在与对应于永磁铁17b的空隙部30相反的方向（朝反方向倾斜）上形成。此外，在图13（a）、（b）中，能够将l_mag的尺寸a设为例如3.50mm，将l_core的尺寸b设为例如0.70mm。

当将空隙部30距离永磁铁17a、17b的各边缘部17c的规定距离设为从永磁铁17a、17b的各边缘部17c到接近空隙部30的一侧的长边30b的距离l_core，并且将空隙部30的与该距离l_core垂直的方向上的规定长度设为空隙部30的短边30a与短边30a之间的距离a，即设为空隙部30与永磁铁17a、17b的重叠宽度l_mag，此时，l_mag／l_core构成为满足下式（A），

2.4＜l_mag／l_core＜10.0…（A）。

即使根据具备本实施方式中的空隙部30的上述结构，与前述的此前的实施方式几乎等同的验证结果也能够成立，因此根据与前述的空隙部21所涉及的此前的实施方式同样的理由，能够起到几乎同样的作用效果。

进而，根据本实施方式，还能够起到如下效果：由于空隙部30在转子12的周向上的与永磁铁17a、17b分别对应的位置，以沿着相应的永磁铁17a、17b的倾斜方向延伸的方式贯通形成为矩形状，因此以通过冲压加工等在转子12的内径侧形成切口（穿孔加工）的方式形成具有规定形状的空隙部30，由此便能够实现具有高效的结构的旋转电机10。

产业上的利用可能性

本发明所涉及的旋转电机能够应用于混合动力汽车或混合动力系统等，尤其优选用于要求能够进一步减少马达损耗，并能够进一步提高效率的结构。

标号的说明

10…旋转电机；11…旋转轴；12…转子；12a…转子的外径部；13…定子；14…定子线圈；17a、17b…永磁铁；17c、17d…边缘部；20…支承部；21、25、26、28、30…空隙部；23…磁通；27…磁通的流动方向；O…旋转中心；l_core…规定距离（从永磁铁到空隙部的距离）；l_mag…规定长度（空隙部与永磁铁的重叠宽度）。

Claims (1)

1.一种旋转电机，该旋转电机具备：定子，该定子具有形成为环状的定子铁芯、以及卷绕于该定子铁芯的定子线圈；旋转轴，该旋转轴位于该定子的中心，配置成能够旋转；转子，该转子在固定设置于该旋转轴的状态下以能够旋转的方式配置于所述定子内；以及永磁铁，该永磁铁以沿着从该转子的旋转中心侧逐渐缩窄的倒V字状的方式配置，

所述旋转电机的特征在于，

使多个支承部以将所述旋转中心作为中心而呈放射状地延伸的方式设置于所述转子，

与所述多个支承部分别对应地形成有具有规定长度的空隙部，从而在对所述定子线圈的供电为低电流状态的低扭矩产生时，在所述永磁铁与所述定子之间的磁通的流动方向上的与所述永磁铁的边缘部隔开规定距离的位置产生磁饱和，并且在所述供电为高电流状态的最大扭矩产生时，在所述永磁铁与所述定子之间的磁通的流动方向上的与所述永磁铁的边缘部隔开规定距离的位置不产生磁饱和，

所述永磁铁形成为矩形状，

以沿对应的所述永磁铁的倾斜方向延伸的方式、且以从设置于相比所述永磁铁靠内径侧的空间部向外径侧陷入的方式形成切口，由此形成所述空隙部，

将所述空隙部距离所述永磁铁的边缘部的所述规定距离设为从所述永磁铁到所述空隙部的距离l_core，并且，将所述空隙部的与该距离l_core垂直的方向上的所述规定长度设为所述空隙部与所述永磁铁的重叠宽度l_mag，此时，l_mag/l_core构成为满足下式，2.4＜l_mag/l_core＜10.0。