CN110915104B - 转子以及旋转电机 - Google Patents

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Abstract

根据实施方式，转子(14)具备：转子铁心，具备多个磁极、多个空隙部以及隔磁带，该多个磁极绕中心轴线而在圆周方向上排列，该多个空隙部分别从q轴与外周面交叉的部位朝向中心轴线延伸，该隔磁带(FB)，在对圆周方向上相邻的一对空隙部进行观察时，具有面向一方的空隙部而形成的第一桥部(44a)、面向另一方的空隙部而形成的第二桥部(44b)、以及与第一桥部和所述第二桥部邻接地形成的磁铁埋入孔(34a、34b)，并横穿d轴而形成于磁极；第一永久磁铁(26)，由矫顽力与磁化方向厚度的积较大的固定磁力磁铁构成，在磁铁埋入孔内与第一桥部邻接地配置；以及第二永久磁铁(27)，由矫顽力与磁化方向厚度的积比第一永久磁铁的矫顽力与磁化方向厚度的积小的可变磁力磁铁构成，在磁铁埋入孔内与第二桥部邻接地配置。

Description

转子以及旋转电机
技术领域
该发明的实施方式涉及旋转电机的转子以及具备该转子的旋转电机。
背景技术
近年来，通过永久磁铁的显著的研究开发，开发出高磁能积的永久磁铁，使用了这种永久磁铁的永久磁铁型的旋转电机正在被作为电车、汽车的电动机或发电机而应用。通常，永久磁铁型的旋转电机具备圆筒状的定子、以及旋转自如地支承于该定子的内侧的转子。转子具备转子铁心、以及埋入该转子铁心内并形成多个磁极的多个永久磁铁。
这种永久磁铁型的旋转电机适用于可变速驱动旋转电机。在永久磁铁型的旋转电机中，始终以一定的强度产生永久磁铁的交链磁通，因此由永久磁铁产生的感应电压(反电动势电压(日：逆起電圧))与旋转速度成比例地变高。因此，在从低速到高速进行可变速运转的情况下，在高速旋转中由永久磁铁产生的感应电压变得极高。若由永久磁铁产生的感应电压被施加于逆变器等电子部件而达到其耐电压以上，则电子部件发生绝缘破坏。因此，考虑进行削减永久磁铁的磁通量以使其成为耐电压以下的设计，但在该情况下，旋转电机在低速区域的输出以及效率降低。
在进行从低速到高速接近恒定输出的可变速运转的情况下，永久磁铁的交链磁通是一定的，因此在高速旋转区域中，旋转电机的电压达到电源电压上限，不再流过输出所需的电流。其结果，在高速旋转区域中，输出大幅降低，进而难以大范围地可变速运转至高速旋转。
最近，作为扩大可变速范围的方法，提出了如下技术：配置通过由定子绕组的电流形成的磁场而使磁通密度不可逆地变化的程度的低矫顽力的永久磁铁(以下，称作可变磁力磁铁)、以及具有可变磁力磁铁的2倍以上的矫顽力的高矫顽力的永久磁铁(以下，称作固定磁力磁铁)，在电源电压成为最大电压以上的高速旋转区域中，通过由电流产生的磁场使可变磁力磁铁磁化而调整全交链磁通量，以使由可变磁力磁铁与固定磁力磁铁产生的全交链磁通减少。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开WO2012/014260号公报
专利文献2：日本特开2013－176292号公报
专利文献3：国际公开WO2014/188757号公报
专利文献4：日本特开2015－159691号公报
专利文献5：日本特开2014－07852号公报
专利文献6：日本特表2017－528107号公报
专利文献7：日本特表2018－522524号公报
发明内容
发明要解决的课题
永久磁铁型的旋转电机具有如下优异的特性：通过转子的d轴电流，能够使可变磁力磁铁的交链磁通量从最大至0大幅地变化，并且磁化方向也能够向正反两个方向进行。另一方面，在使可变磁力磁铁增磁的情况下，需要较大的磁化电流，需要使用于驱动电动机的逆变器大型化。
在永久磁铁的特性上，与减磁的情况相比，在增磁的情况下，要求更大的磁化电流。上述旋转电机是两种磁铁磁气并联地配置的构成，因此在固定磁力磁铁的交链磁通的影响下，可变磁力磁铁的增磁需要较大的磁场。
永久磁铁型的旋转电机的转矩包含永久磁铁转矩分量和磁阻转矩分量。而且，转矩成为最大的电流相位角在磁铁转矩分量与磁阻转矩分量时不同。相对于磁铁转矩的电流相位，磁阻转矩的电流相位的频率为2倍，成为逆相位。因此，旋转电机的总转矩比两个转矩分量的最大值的合计值降低。即，在作为旋转电机的最大转矩点，永久磁铁的磁通未被有效地活用。相反，在旋转电机的最大转矩点，永久磁铁的一部分产生负的转矩。
虽然提出了能够向正反两个方向旋转的旋转电机，但从上述情况来看，使其能够向两个方向旋转是困难的，还未实现。
该发明是鉴于以上的点而完成的，其课题在于提供一种能够在大范围内进行可变速运转、并能够减少损失、提高效率的转子以及旋转电机。
用于解决课题的手段
根据实施方式，转子在观察绕中心轴线而在圆周方向上排列的多个磁极中的每一个时，在将通过所述磁极的圆周方向的端部以及所述中心轴线而沿放射方向延伸的轴设为q轴、将相对于所述q轴在圆周方向上电气地分离90度的轴设为d轴时，在所述q轴上形成有分别朝向所述中心轴线延伸的空隙部，在所述圆周方向上相邻的一对所述空隙部之间，利用面向一方的所述空隙部而形成的第一桥部、面向另一方的所述空隙部而形成的第二桥部、以及与所述第一桥部和所述第二桥部邻接地形成的磁铁埋入孔，横穿所述d轴地形成有隔磁带；
第一永久磁铁，由矫顽力与磁化方向厚度的积较大的固定磁力磁铁构成，在所述磁铁埋入孔内与所述第一桥部邻接地配置；以及
第二永久磁铁，由矫顽力与磁化方向厚度的积比所述第一永久磁铁的矫顽力与磁化方向厚度的积较小的可变磁力磁铁构成，在所述磁铁埋入孔内与所述第二桥部邻接地配置。
附图说明
图1是表示实施方式的永久磁铁型的旋转电机的剖面图。
图2A是放大表示所述旋转电机的转子的剖面图。
图2B是放大表示所述转子的多个磁极的剖面图。
图3A是表示所述旋转电机的定子的一部分以及转子的一部分的剖面图。
图3B是表示所述旋转电机的定子的一部分以及转子的一部分的剖面图。
图4是表示第二实施方式的永久磁铁型的旋转电机的转子的剖面图。
图5是表示第三实施方式的永久磁铁型的旋转电机的转子的剖面图。
图6是放大表示第三实施方式的转子的一部分的剖面图。
图7是放大表示第一变形例的转子的一部分的剖面图。
图8是放大表示第四实施方式的永久磁铁型的旋转电机的定子以及转子的一部分的剖面图。
图9是放大表示第二变形例的永久磁铁型的旋转电机的定子以及转子的一部分的剖面图。
图10是放大表示第三变形例的永久磁铁型的旋转电机的定子以及转子的一部分的剖面图。
图11是表示第五实施方式的永久磁铁型的旋转电机的转子的剖面图。
图12是表示转矩与电流相位的关系的图。
图13是表示将本实施方式的永久磁铁型的旋转电机应用于混合动力电动汽车的发电机的一个例子的框图。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边对各种实施方式进行说明。另外，通过实施方式对共用的构成标注相同的附图标记，并省略重复的说明。另外，各图是实施方式和用于促进其理解的示意图，其形状、尺寸、比等存在与实际的装置不同的地方，但它们能够参考以下的说明与公知的技术而适当地进行设计变更。
(第一实施方式)
图1是第一实施方式的永久磁铁型的旋转电机的剖面图，图2A是表示旋转电机的转子的剖面图，图2B是放大表示转子的多个磁极的转子的剖面图。
如图1所示，旋转电机10例如构成为内转子型的旋转电机，具备支承于未图示的固定框的环状或圆筒状的定子12、以及绕中心轴线C旋转自如、且与定子12同轴地支承于定子12的内侧的转子14。旋转电机10例如在混合动力汽车(HEV)、电动汽车(EV)中，适合应用于发电机或驱动马达。
定子12具备圆筒状的定子铁心16与卷绕于定子铁心16的电枢绕组18。定子铁心16通过将多片磁性材料、例如硅钢等圆环状的电磁钢板层叠成同芯状而构成。在定子铁心16的内周部形成有多个槽20。多个槽20在圆周方向上隔着相等间隔而排列。各槽20在定子铁心16的内周面开口，从该内周面沿放射方向延伸突出。另外，各槽20遍及定子铁心16的轴向的全长而延伸。通过形成多个槽20，定子铁心16的内周部构成了面向转子14的多个定子齿21。而且，在多个槽20埋入电枢绕组18，并卷绕于定子齿21。
如图1以及图2A所示，转子14具有两端被未图示的轴承支承为旋转自如的旋转轴22、固定于该旋转轴22的轴向大致中央部的圆筒形状的转子铁心24、以及埋入转子铁心24内的多个永久磁铁26、27。转子14隔着微小的间隙同轴地配置于定子12的内侧。即，转子14的外周面隔着微小的间隙(间隙部)而与定子12的内周面对置。转子铁心24具有与中心轴线C同轴地形成的内孔25。旋转轴22插通并嵌合于内孔25，与转子铁心24同轴地延伸。
转子铁心24构成为，将多片磁性材料例如硅钢等的圆环状的电磁钢板层叠成同芯状的层叠体。转子铁心24具有在圆周方向上排列的多极、例如8极的磁极40。在转子铁心24中，分别将通过相邻的磁极间的边界(磁极的圆周方向的端部)以及中心轴线C并沿转子铁心24的径向或放射方向延伸的轴设为q轴，以及将相对于d轴电气地分离90°的轴设为d轴。这里，将通过各磁极40的圆周方向的中心而延伸的轴设为d轴(磁极中心轴)，将相对于d轴电气地、磁性地垂直的方向设为q轴。d轴以及q轴在转子铁心24的圆周方向交替地、且以规定的相位排列。对于本实施方式的旋转电机10，在8极的情况下进行了说明，具有8根d轴以及8根q轴，但也能够同样地应用于其他极数。
如图1以及图2A所示，在转子铁心24设有多个永久磁铁。在本实施方式中，多个永久磁铁埋入转子铁心24并配置于转子铁心24的外周面附近。与极数相应地设有八个第一永久磁铁26以及八个第二永久磁铁27。在转子铁心24的一个磁极设有第一永久磁铁26以及第二永久磁铁27。
如图2A以及图2B所示，在转子铁心24的外周面形成有多个空隙部、例如V字状的缺口35。各缺口35形成于q轴上，并遍及转子铁心24的轴向全长而延伸。缺口35从转子铁心24的外周面朝向中心轴线C延伸。在本实施方式中，各缺口35与第一永久磁铁26以及第二永久磁铁27的配设位置相比，向中心轴线C侧形成得更深。
转子铁心24的各磁极40具有在圆周方向上相邻的一对缺口35之间横穿d轴而形成的隔磁带FB。隔磁带FB具有面向一方的缺口35而形成的第一桥部44a、面向另一方的缺口35而形成的第二桥部44b、以及与第一桥部44a及所述第二桥部44b邻接地形成的磁铁埋入孔即在第一桥部与第二桥部之间延伸的至少一个磁铁埋入孔。在本实施方式中，隔磁带FB具有在d轴上形成的中心桥部(第三桥部)36，磁铁埋入孔包括形成于第一桥部44a与中心桥部36之间的第一磁铁埋入孔34a、以及形成于第二桥部44b与中心桥部36之间的第二磁铁埋入孔34b。
在转子铁心24的圆周方向上，在各d轴的两侧形成有第一磁铁埋入孔34a以及第二磁铁埋入孔34b。各磁铁埋入孔34a、34b在轴向上贯通转子铁心24而延伸。第一以及第二磁铁埋入孔34a、34b具有大致矩形的截面形状，分别在与d轴大致正交的方向上延伸。第一以及第二磁铁埋入孔34a、34b隔着d轴上宽度较窄的磁路狭隘部(中心桥部)36而邻接对置，并呈直线状排列。
而且，在转子铁心24形成有多个空隙孔(透孔)30。空隙孔30分别在轴向上贯通转子铁心24而延伸。空隙孔30设于内孔25的周围，分别位于d轴上。空隙孔30例如具有圆形的截面形状。
如图2A以及图2B所示，第一永久磁铁26配置于第一磁铁埋入孔34a内，位于与第一桥部44a邻接的位置。第二永久磁铁27配置于第二磁铁埋入孔34b内，位于与第二桥部33b邻接的位置。由此，第一以及第二永久磁铁26、27埋入转子铁心24的各磁极40。第一永久磁铁26以及第二永久磁铁27例如截面形成为矩形状的细长的板状，并具有与转子铁心24的轴向长度大致相等的长度。第一永久磁铁26具有细长的矩形状的第一侧面(表面)26a、以及与该第一侧面26a大致平行地对置的细长的矩形状的第二侧面(背面)26b。第二永久磁铁27具有细长的矩形状的第一侧面(表面)27a、以及与该第一侧面27a大致平行地对置的细长的矩形状的第二侧面(背面)27b。第一永久磁铁26以及第二永久磁铁27通过组合在轴向(长度方向)上分割为多个的磁铁而构成，在该情况下，多个磁铁的合计长度形成为，与转子铁心24的轴向长度大致相等。
第一永久磁铁26以及第二永久磁铁27遍及转子铁心24的大致全长地被埋入。第一永久磁铁26以及第二永久磁铁27装填于第一以及第二磁铁埋入孔34a、34b，通过粘合剂等固定于转子铁心24。由此，第一永久磁铁26以及第二永久磁铁27被定位于第一以及第二磁铁埋入孔34a、34b内。第一永久磁铁26以及第二永久磁铁27隔着d轴上的桥部36而邻接对置。
第一永久磁铁26以及第二永久磁铁27分别沿与d轴大致正交的方向延伸，相互呈直线状地排列。
第一永久磁铁26以及第二永久磁铁27的磁化方向设为与永久磁铁的表面(第一侧面)以及背面(第二侧面)正交的方向。位于各d轴的两侧的第一永久磁铁26以及第二永久磁铁27配置为磁化方向相同，并且位于q轴的两侧的第二永久磁铁27以及第一永久磁铁26配置为磁化方向成为反向。通过将多个永久磁铁26、27如上述那样配置，在转子铁心24的外周部，各d轴上的区域以一个磁极40为中心而形成，各q轴上的区域以磁极间部42为中心而形成。在本实施方式中，旋转电机10构成了沿圆周方向交替地配置N极与S极的、8极(4极对)、48槽、且以单层分布卷绕的方式绕线的永久磁铁型的旋转电机。
第一永久磁铁26以及第二永久磁铁27使用了矫顽力与磁化方向厚度的积不同的两种永久磁铁。例如，第一永久磁铁26由矫顽力与磁化方向厚度的积为大的永久磁铁(以下，称作固定磁力磁铁)构成，第二永久磁铁27由矫顽力与磁化方向厚度的积为小的、即比第一永久磁铁26的矫顽力与磁化方向厚度的积小的永久磁铁(以下，称作可变磁力磁铁)构成。
第一永久磁铁(固定磁力磁铁)26例如能够使用NdFeB磁铁或矫顽力较高的SmCo系磁铁等。第二永久磁铁(可变磁力磁铁)27例如能够使用铁素体磁铁、铝镍钴磁铁或将矫顽力设定得较小的SmCo系磁铁。
在本实施方式中，作为可变磁力磁铁27，例如使用了矫顽力150～400kA/m左右的SmCo系磁铁，并且作为固定磁力磁铁26，使用了矫顽力1500kA/m左右的NdFeB磁铁。在本实施方式中，由于固定磁力磁铁26与可变磁力磁铁27的磁化方向厚度大致相等，因此固定磁力磁铁26在最大使用温度范围内的整个范围，矫顽力与磁化方向厚度的积比可变磁力磁铁27的矫顽力与磁化方向厚度的积大。可变磁力磁铁27的矫顽力为固定磁力磁铁26的1/10～1/4，设为通过由流经电枢绕组18的电流形成的磁场而使磁通量不可逆地变化的程度的矫顽力。
如此，通过使用低矫顽力的可变磁力磁铁27，能够利用外部磁场来使永久磁铁的磁化状态变化，能够在从低速到高速的大范围内进行可变速运转。另外，通过将矫顽力较高的固定磁力磁铁用作第一永久磁铁26，能够获得优异的特性的旋转电机。
在本实施方式中，旋转电机10构成为转子14向一个方向旋转的旋转电机。
如图2A所示，将转子14的旋转方向设为箭头A方向(逆时针方向)，在以一个磁极40进行观察的情况下，将箭头的方向设为旋转方向A的下游侧DS，将箭头相反的方向设为旋转方向A的上游侧US。在一个磁极中，第一永久磁铁(固定磁力磁铁)26相对于d轴配置于旋转方向A的下游侧(磁极40的一端侧)DS，并且第二永久磁铁(可变磁力磁铁)27相对于d轴配置于旋转方向A的上游侧(磁极40的另一端侧)US。在本实施方式中，第一永久磁铁26以及第二永久磁铁27在与d轴平行的方向上被磁化。另外，第一永久磁铁26以及第二永久磁铁27被磁化为，在相邻的磁极40间磁化方向成为反向。
由此，两种以上的第一永久磁铁26以及第二永久磁铁27相对于从转子14的中心轴线C合计的磁铁磁通的方向即磁极方向(d轴方向)，非对称地配置。即，第一永久磁铁26以及第二永久磁铁27配置为，矫顽力与磁化方向厚度的积相对于d轴成为左右非对称。在将转子铁心24的外周面与定子铁心16的内周面之间的间隙设为间隙部的情况下，在靠近产生转矩的电流向量与磁铁磁场对置的间隙部的部位(+箭头的部位)配置有矫顽力较高的第一永久磁铁(固定磁力磁铁)26，在靠近电流向量与磁铁磁场不对置的间隙部的部位(－箭头的部位)配置有矫顽力较低的第二永久磁铁(可变磁力磁铁)27。
对如上述那样构成的旋转电机10的动作、作用进行说明。
在本实施方式中，在定子12的电枢绕组18流经通电时间成为短时间(0.1ms～100ms左右)的脉冲性的电流而形成磁场，使磁场作用于可变磁力磁铁27。形成用于磁化可变磁力磁铁27的磁场的脉冲电流(磁化电流)设为定子12的电枢绕组18的d轴电流分量。
若固定磁力磁铁26与可变磁力磁铁27的厚度大致同等，则由d轴电流产生的作用磁场所引起的永久磁铁的磁化状态变化根据矫顽力的大小而改变。即，由作用磁场引起的永久磁铁的磁化状态变化能够由矫顽力的大小与永久磁铁的厚度的积来估算。在本实施方式中，可变磁力磁铁(SmCo磁铁)27的矫顽力设为400kA/m，固定磁力磁铁(NdFeB磁铁)26的矫顽力设为1500kA/m。另外，第一永久磁铁26、第二永久磁铁27的磁化方向的磁铁厚度相同并设为5mm。磁化所需的磁动势能够由磁化所需的磁场与永久磁铁的厚度的积来估算。若设SmCo磁铁(可变磁力磁铁)的90％的着磁磁场约为800kA/m，则磁化所需的磁动势为800kA/m×5×0.001＝4000A。另一方面，若设NdFeB磁铁(固定磁力磁铁)的90％的着磁磁场约为3000kA/m，则磁化所需的磁动势为3000kA/m×5×0.001＝15000A。
作为可变磁力磁铁27的SmCo磁铁的磁力可变所需的磁动势为作为固定磁力磁铁26的NdFeB磁铁的约27％。因而，在能够使SmCo磁铁的磁力可变的电流下，NdFeB磁铁的磁力维持不变。由此，若采用将两种永久磁铁并联地排列配置的构成，则将NdFeB磁铁的磁力维持为基本成分而使SmCo磁铁的磁力变化，从而能够调整永久磁铁的全交链磁通量。
首先，将产生与磁铁的磁化方向相反的方向的磁场的负的d轴电流(磁化电流)脉冲式地通电至电枢绕组18。若因负的d轴电流而变化了的磁铁内的磁场达到400kA/m以上，则可变磁力磁铁27的矫顽力为400kA/m，因此可变磁力磁铁27的磁力不可逆地大幅降低。另一方面，由于固定磁力磁铁26的矫顽力为1500kA/m，因此磁力不会不可逆地降低。其结果，当脉冲性的d轴电流变为0时，成为仅可变磁力磁铁27减磁了的状态，能够使磁极40整体的由永久磁铁产生的交链磁通量减少。由此，能够实现无负载运转(再生)时的损失减少、铁损减少。
接下来，将产生与第一以及第二永久磁铁26、27的磁化方向相同方向的磁场的正的d轴电流通电至电枢绕组18。产生为了将可变磁力磁铁(SmCo磁铁)27着磁所需的磁场。若因正的d轴电流(磁化电流)而变化了的可变磁力磁铁27内的磁场为600kA/m，则减磁了的可变磁力磁铁27被磁化而最大地产生磁力。另一方面，由于固定磁力磁铁(NdFeB磁铁)26的矫顽力为1500kA/m，因此磁力不会不可逆地变化。其结果，当脉冲性的正的d轴电流变为0时，成为仅可变磁力磁铁27增磁的状态，能够将磁极40整体的由永久磁铁26、27产生的交链磁通量增加。由此，能够恢复到原来的最大的交链磁通量。因而，能够实现负载运转(动力运行)时的损失减少、输出增加。
如以上那样，通过使由d轴电流引起的瞬时的磁场作用于第二永久磁铁(可变磁力磁铁)27与第一永久磁铁(固定磁力磁铁)26，能够使可变磁力磁铁27的磁力不可逆地变化，使磁极40整体的永久磁铁的全交链磁通量任意地变化。
在该情况下，在旋转电机10的最大转矩产生时，以叠加磁极40的第一、第二永久磁铁26、27的磁通的方式使可变磁力磁铁27磁化，在转矩较小的轻负载时、在中速旋转区域与高速旋转区域中，通过由电流产生的磁场使可变磁力磁铁27磁化而使磁通减少。另外，在使磁极40的第二永久磁铁27不可逆变化而使交链磁通量成为最小的状态下、转子14达到最高旋转速度时，由第一、第二永久磁铁26、27产生的感应电动势电压(日：誘導起電圧)成为作为旋转电机10的电源的逆变器的电子部件的耐电压以下。
图3A以及图3B是分别表示定子以及转子的一部分的剖面图。如图3A所示，在旋转电机10的再生运转时，将电流向量输入到从磁极40的磁极中心电气地前进了90°的相位。如图3B所示，在旋转电机10的正常运转(动力运行)时，将电流向量输入从磁极40的磁极中心电气地延迟了90°的相位。因此，在再生与动力运行中，作用于第一永久磁铁26以及第二永久磁铁27的退磁场的位置不同。如图3A所示，在再生运转时，相对于d轴，在旋转方向A的下游侧(左侧)作用较大的退磁场，作用于旋转方向A的上游侧(右侧)的退磁场变小。因此，通过至少仅在下游侧使用耐受退磁场的固定磁力磁铁26，能够不受到由退磁场带来的影响。另外，通过在上游侧(右侧)配置不耐受退磁场的可变磁力磁铁27，能够实现可变磁通记忆电机。即，由于作用于可变磁力磁铁27的退磁场较小，因此能够容易地将可变磁力磁铁27以较小的磁化电流减磁或磁化反转。
图13概略地示出了具备旋转电机10的混合动力汽车的一个例子。该混合动力汽车例如具备四个车轮60、经由车轴62a、62b支承车轮60的底盘。在底盘上，例如设有驱动前轮的车轴62a的驱动电动机68、应用了本实施方式的旋转电机10的发电机70、作为驱动发电机70的内燃机的发动机72、蓄积由发电机70发电的电力的锂二次电池等高电压电池74、以及将从高电压电池74供给的直流电流转换为交流电流而对驱动电动机68进行驱动的逆变器75及控制装置76。
在正常行驶(EV模式)时，混合动力汽车通过从高电压电池74供给的电力对驱动电动机68进行驱动。驱动电动机68的驱动转矩经由车轴62a在车轮60内传递，由此汽车行驶。在高电压电池74的蓄电量降低了的情况下，驱动发动机72，通过来自发动机72的输出来驱动发电机70(HEV模式)。由发电机70发电的电力蓄电于高电压电池74。在该情况下，发电机70的转子14通过发动机72的输出而旋转驱动，使电枢绕组18产生电动势。
如此，在EV模式时，发电机70为零输出，转子14成为带动旋转的状态。此时，通过对可变磁力磁铁27的磁化进行减磁，能够实现损失减少、铁损减少，实现低损失运转。另外，在HEV模式时，发电机70主要在再生状态下运转。此时，通过对可变磁力磁铁27进行增磁而增加磁极40的磁通量，能够实现损失减少、发电输出增加。
如以上那样，根据第一实施方式，通过采用将矫顽力与磁化方向厚度的积不同的两种以上的永久磁铁以相对于磁极中心轴矫顽力与磁化方向厚度的积成为左右非对称的方式配置的构成，可以提供能够在从低速至高速的大范围内进行可变速运转、并能够减少损失、提高效率的永久磁铁型的旋转电机。
接下来，对其他实施方式以及变形例的旋转电机进行说明。在以下说明的其他实施方式以及变形例中，对与上述的第一实施方式相同的部分标注相同的参照附图标记而省略或简化其详细的说明，以与上述的第一实施方式不同的部分为中心进行详细说明。
(第二实施方式)
图4是表示第二实施方式的旋转电机的转子的一部分的剖面图。
根据第二实施方式，第二永久磁铁27通过将矫顽力与磁化方向厚度的积不同的两种磁铁层叠而构成。例如，第二永久磁铁27通过将矫顽力与磁化方向厚度的积较大的固定磁力磁铁29a与矫顽力与厚度的积较小的可变磁力磁铁29b组合而构成。固定磁力磁铁29a与可变磁力磁铁29b形成为相同的长度以及相同的宽度。固定磁力磁铁29a与可变磁力磁铁29b可以为相同的厚度、或者也可以形成为不同的厚度。
固定磁力磁铁29a与可变磁力磁铁29b以在转子铁心24的径向上层叠的状态装填于共用的磁铁埋入孔34b内。固定磁力磁铁29a配置于外周侧，可变磁力磁铁29b配置于内周侧。即，在将转子铁心24的外周面与定子铁心的内周面之间的间隙设为间隙部的情况下，固定磁力磁铁29a配置于间隙部的附近(转子铁心24的外周面的附近)，可变磁力磁铁29b配置于远离间隙部的位置。
通常，作用于永久磁铁的退磁场在转子14的外周侧(间隙部侧)比内周侧大。如上述那样，通过在第二永久磁铁27外周侧配置矫顽力较大的固定磁力磁铁29a，难以受到退磁场的影响。另外，通过将可变磁力磁铁29b配置于内周侧，即使在对转子14施加了较大的再生电流向量的情况下，也不对可变磁力磁铁29b作用较大的退磁场。因而，能够使用矫顽力更小的可变磁力磁铁，能够通过更小的磁化电流来将可变磁力磁铁29b减磁或磁化反转。
另外，第一永久磁铁26与第二永久磁铁27并不局限于厚度相同的情况，也可以形成为相互不同的厚度。在第二实施方式中，旋转电机10的其他构成与上述的第一实施方式相同。
根据如上述那样构成的第二实施方式，可获得能够在从低速到高速的大范围内进行可变速运转、并能够减少损失、提高效率的永久磁铁型的旋转电机。
(第三实施方式)
图5是表示第三实施方式的旋转电机的转子的一部分的剖面图，图6是放大表示上述转子的一个磁极部分的剖面图。
在上述的第一实施方式中，第一永久磁铁26以及第二永久磁铁27相对于磁极中心轴(d轴)呈直角(磁极角度90°)地设置。另一方面，根据第三实施方式，第一永久磁铁26以及第二永久磁铁27的至少一方以合计磁铁磁通的朝向(磁极中心轴、d轴)与第一侧面26a或27a所成的角度(磁极角度θ)为大于90°的磁极角度来配置。在本实施方式中，第一永久磁铁26以及第二永久磁铁27这两方以大于90°的磁极角度θ来配置。由此，第一永久磁铁26以及第二永久磁铁27间的配置角度α成为比180°大的角度。
第一永久磁铁26的d轴侧的端部以及第二永久磁铁27的d轴侧的端部位于接近转子铁心24的外周面的位置。在这些端部与转子铁心24的外周面之间，形成宽度较窄的磁路狭隘部(桥部)37。
如上述那样，通过将第一永久磁铁26以及第二永久磁铁27的至少一方赋予大于90°的磁极角度θ而配置，能够使永久磁铁接近转子铁心24的外周面，与表面磁铁型基本相同地增大磁转矩。通过在第二永久磁铁27与第一永久磁铁26之间形成磁路狭隘部37，难以流过由再生电流向量产生的退磁场，能够减少作用于第二永久磁铁(可变磁力磁铁)27的退磁场量。因而，能够使用矫顽力较小的可变磁力磁铁，能够通过更小的磁化电流将可变磁力磁铁27减磁或磁化反转。而且，在采用上述配置的情况下，能够增大第一永久磁铁以及第二永久磁铁的厚度。
在第三实施方式中，旋转电机10的其他构成与上述的第一实施方式相同。根据如上述那样构成的第三实施方式，可获得能够在从低速到高速的大范围内进行可变速运转、并能够减少损失、提高效率的永久磁铁型的旋转电机。
(第一变形例)
图7是表示第三实施方式的第一变形例的转子的一部分的剖面图。根据第一变形例，仅对第一永久磁铁26赋予大于90°的磁极角度θ而配置。第二永久磁铁27以90°的磁极角度而配置。在这种情况下，第一永久磁铁26的d轴侧端部也位于转子铁心24的外周面的附近，也在与该外周面之间形成有磁路狭隘部37。
在第一变形例中，也能够实现磁转矩的提高以及作用于第二永久磁铁(可变磁力磁铁)27的退磁场量的降低。
(第四实施方式)
图8是放大表示第四实施方式的旋转电机的一个磁极部分的剖面图。
如上述那样，由再生电流向量产生的磁场也经由转子铁心24的磁路作为退磁场作用于可变磁力磁铁27。因此，根据本实施方式，在转子铁心24中，在第一以及第二永久磁铁26、27与转子铁心24的外周面之间形成的磁路上设有作为阻碍磁通的流动的磁通壁(隔磁)而起作用的一个或多个空隙。
如图8所示，根据第四实施方式，在第一永久磁铁26与第二永久磁铁27之间，设有位于磁极中心轴(d轴)上的一个空隙50。空隙50从转子铁心24的外周面延伸至第一永久磁铁26与第二永久磁铁27之间的桥部36，将永久磁铁间的磁路大致完全地断开。通过该空隙50，能够阻碍由再生电流向量产生的退磁场的流动，大幅减少作用于第二永久磁铁(可变磁力磁铁)27的退磁场量。因而，能够使用矫顽力更小的可变磁力磁铁，能够通过更小的磁化电流将可变磁力磁铁27减磁或磁化反转。
另外，空隙50不需要将磁路完全断开，只要形成为磁路变细以使退磁场难以跨越永久磁铁间即可。
(第二变形例)
图9是放大表示第二变形例的旋转电机的一个磁极部分的剖面图。
在第二变形例中，在转子铁心24中，在形成于第一以及第二永久磁铁26、27与转子铁心24的外周面之间的磁路上，设有作为磁通壁(隔磁)而起作用的多个空隙50。多个空隙50在d轴上以及d轴的两侧各设有多个。各空隙50无论在转子铁心24的外周面开口还是不开口均可。多个空隙50相对于d轴，无论左右对称地设置还是左右非对称地设置均可。
(第三变形例)
图10是放大表示第三变形例的旋转电机的一个磁极部分的剖面图。
在第三变形例中，将作为磁通壁起作用的多个空隙50仅设于d轴的单侧。这里，多个空隙50在转子铁心24的磁路中从d轴向第一永久磁铁26侧排列设置。或者，多个空隙50也可以从d轴向第二永久磁铁27侧排列设置。
在上述的第二变形例以及第三变形例的任一个中，都能够通过空隙50来阻碍由再生电流向量产生的退磁场的流动，大幅减少作用于第二永久磁铁(可变磁力磁铁)27的退磁场量。
(第五实施方式)
图11是表示第四实施方式的旋转电机的转子的一部分的剖面图。
根据第五实施方式，形成如下构成：在转子铁心24中，通过增加q轴附近的铁心磁路而使磁阻转矩左右非对称地产生。如图11所示，相对于d轴，左右非对称地增加了铁心磁路。这里，相对于d轴，仅增加了第二永久磁铁27侧的铁心磁路。在转子铁心24的外周部，在各q轴的旋转方向A的下游侧、即第二永久磁铁(可变磁力磁铁)27侧，设有铁心追加部44。转子铁心24在各磁极40中具有隔磁带FB，该隔磁带FB具有位于第一永久磁铁26的一端侧且面向缺口35的第一桥部44a、以及位于第二永久磁铁27的另一端侧且面向其他缺口35的第二桥部44b。第二桥部44b形成为比第一桥部44a粗。换言之，在转子铁心24的外周部用铁心填埋形成于q轴上的各缺口35的大约一半的区域而作为铁心追加部(第二桥部)44b。由此，各缺口35仅形成于q轴与第一桥部44a之间。
图12示出了磁转矩以及磁阻转矩与电流相位的关系。在图12中，虚线表示磁转矩，实线表示本实施方式的相对于d轴非对称地增加了铁心磁路的转子的磁阻转矩，并且单点划线作为比较例，示出了相对于d轴左右对称地增加了铁心磁路的转子的磁阻转矩。
如图12中单点划线所示，在相对于d轴左右对称地增加了铁心磁路的情况下，磁转矩与磁阻转矩各自成为最大的电流相位电气地错开45°。与此相对，在如本实施方式那样采用仅在第二永久磁铁27侧增加了铁心磁路的非对称构造的情况下，如实线所示，能够减小磁转矩成为最大的电流相位与磁阻转矩成为最大的电流相位之差。特别是，能够减小下侧的再生转矩成为最大的电流相位之差(比45°小)。由此，再生时的磁转矩与磁阻转矩的合计转矩增大。
根据第五实施方式，通过相对于d轴使铁心磁路左右非对称地增加，能够增大再生时的最大转矩。同时，通过设置铁心追加部(第二桥部)44b，由再生电流向量产生的退磁场量减少。由此，能够减少作用于第二永久磁铁(可变磁力磁铁)27的退磁场量。根据以上内容，在第五实施方式中，也可以提供能够在从低速到高速的大范围内进行可变速运转、并能够减少损失、提高转矩、提高效率的永久磁铁型的旋转电机。
另外，该发明并不限定于上述的实施方式，在实施阶段，能够在不脱离其主旨的范围内对构成要素进行变形而使其具体化。另外，通过上述实施方式所公开的多个构成要素的适当的组合，能够形成各种发明。例如，也可以从实施方式所示的全部构成要素删除几个构成要素。而且，也可以适当组合涉及不同的实施方式的构成要素。
例如，转子的磁极数、尺寸、形状等并不限定于上述的实施方式，能够根据设计进行各种变更。永久磁铁并不限定于上述的实施方式，能够进行各种选择。永久磁铁能够应用矫顽力与厚度的积不同的两种以上的永久磁铁，并不局限于上述的第一永久磁铁以及第二永久磁铁这两个，能够使用三种以上的永久磁铁。转子并不局限于永久磁铁埋入型，也可以采用将永久磁铁配置于转子铁心的外周面上的表面磁铁型的转子。

Claims (7)

1.一种转子，具备：
转子铁心，在观察绕中心轴线而在圆周方向上排列的多个磁极中的每一个时，在将通过所述磁极的圆周方向的端部以及所述中心轴线而沿放射方向延伸的轴设为q轴、将相对于所述q轴在圆周方向上电气地分离90度的轴设为d轴时，在所述q轴上形成有分别朝向所述中心轴线延伸的空隙部，在所述圆周方向上相邻的一对所述空隙部之间，利用面向一方的所述空隙部而形成的第一桥部、面向另一方的所述空隙部而形成的第二桥部、以及与所述第一桥部和所述第二桥部邻接地形成的磁铁埋入孔，横穿所述d轴地形成有隔磁带；
第一永久磁铁，由矫顽力与磁化方向厚度的积较大的固定磁力磁铁构成，在所述磁铁埋入孔内与所述第一桥部邻接地配置；以及
第二永久磁铁，由矫顽力与磁化方向厚度的积比所述第一永久磁铁的矫顽力与磁化方向厚度的积小的可变磁力磁铁构成，在所述磁铁埋入孔内与所述第二桥部邻接地配置，
所述第二桥部形成为比所述第一桥部粗。
2.如权利要求1所述的转子，
所述第一永久磁铁配置于所述第一桥部与所述d轴之间，所述第二永久磁铁配置于所述第二桥部与所述d轴之间。
3.如权利要求1所述的转子，
所述空隙部的每一个与所述第一永久磁铁以及第二永久磁铁的配设位置相比，向所述中心轴线侧延伸得更深。
4.如权利要求1所述的转子，
所述第二永久磁铁通过层叠矫顽力与磁化方向厚度的积不同的两种磁铁而构成，以矫顽力与磁化方向厚度的积大的一方的磁铁位于所述转子铁心的外周侧的方式配置。
5.如权利要求1所述的转子，
所述第一永久磁铁以及第二永久磁铁分别具有朝向所述转子铁心的外周向的第一侧面，
所述第一永久磁铁以及第二永久磁铁的至少一方以所述d轴与所述第一侧面所成的角度为大于90度的角度来配置。
6.如权利要求1所述的转子，
所述转子铁心的各磁极具有：磁路，形成于所述第一永久磁铁及所述第二永久磁铁与所述转子铁心的外周面之间；设在所述第一永久磁铁和所述第二永久磁铁之间的桥部；以及空隙，在所述磁路中从所述外周面朝向所述桥部延伸。
7.一种旋转电机，具备：
定子，具有定子铁心和电枢绕组；以及
权利要求1至6中任一项所述的转子。
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