TW201349713A - 複合轉矩型旋轉電機 - Google Patents

Abstract

本發明係謀求使用鐵氧體磁鐵等低殘留磁通密度之永久磁鐵之複合轉矩型旋轉電機的高轉矩化。本發明之複合轉矩型旋轉電機之特徵在於包含：定子，其以固定間隔於周向之複數部位配置電樞繞組；轉子，其包含層疊有電磁鋼板之圓筒狀鐵心；第1永久磁鐵，其位於d軸上，且於上述轉子之外周部沿周向複數配置；第2永久磁鐵，其位於d軸上，且於上述轉子之內周側與上述外周側之永久磁鐵對向地複數配置；第3永久磁鐵，其位於q軸上，且沿上述轉子之徑向於長度方向延伸；及空隙部，其設置於複數個上述第1永久磁鐵之周向之中間且上述第3永久磁鐵之外周側；上述第1永久磁鐵與上述第2永久磁鐵之間之徑向距離大於上述第1永久磁鐵與上述空隙部之間之周向距離；且於上述第1永久磁鐵與上述空隙部之間具備包含複數個狹縫之整流機構。

Description

複合轉矩型旋轉電機

本發明係關於一種使用鐵氧體磁鐵等低殘留磁通密度之永久磁鐵之複合轉矩型旋轉電機。

在永久磁鐵埋設於轉子之同步電動機中，將永久磁鐵之磁極中心軸稱為d軸，將相對於d軸電性、磁性正交之軸稱為q軸。作為先前之構造，已知有於d軸方向埋設有複數個永久磁鐵之例(例如，參照專利文獻1)。又，作為合併磁阻轉矩之永磁式旋轉電機之構造，已知有專利文獻2。進而，專利文獻3中揭示有一面獲得大磁阻轉矩一面減少永久磁鐵之個數，謀求構成之簡略化之永磁式旋轉機之轉子。

先前技術文獻 專利文獻

[專利文獻1]日本專利第3290392號公報

[專利文獻2]日本專利第3970392號公報

[專利文獻3]日本專利特開2001-145283號公報

複合轉矩型旋轉電機係藉由合併定子之電樞繞組所產生之電樞磁通形成之磁阻轉矩、與永久磁鐵之磁鐵磁通形成之電磁轉矩，而實現高轉矩化。

專利文獻1所示之先前構造係於d軸方向上埋設有複數個永久磁 鐵。然而，由於為埋設永久磁鐵之構造，故而鐵心遍及成為永久磁鐵之外周側的轉子之外周部之整個區域而存在，成為定子之電樞繞組所產生之閉環電樞磁通之空間諧波容易流入該鐵心部分之構造。該閉環空間諧波對磁阻轉矩幾乎無貢獻，且由於藉由通過定子及轉子之鐵心而使鐵心之磁飽和傾向增大，故而結果無法充分獲得有助於磁阻轉矩之有效之磁通量。

又，成為如下之構造：為進一步增大磁阻效應，使永久磁鐵間大幅開口，以使得磁通容易自一q軸方向流入(專利文獻1，圖2)。且，自該一q軸方向流入之磁通通過埋設於d軸上之內周側之永久磁鐵之更內周側，自另一q軸方向流出。但，該路徑存在如下之問題：由於磁路變長，故而磁阻增大，隨之磁損耗增大。

進而，由於使q軸方向之鐵心部之永久磁鐵間大幅開口需要空間，故而永久磁鐵之尺寸、及配置受到制約而難以多極化，且為實現多極化，必需增大轉子之體型。又，因使q軸方向之鐵心部之永久磁鐵間大幅開口，而必需縮小d軸之複數個永久磁鐵各自之尺寸，從而無法充分獲得電磁轉矩。

專利文獻2之先前構造係以合併磁阻轉矩之永磁式旋轉電機之構造為代表性構造。該構造中之磁阻轉矩於較永久磁鐵更外周側之鐵心部產生。為緩和該鐵心部之磁飽和，使永久磁鐵靠近更內周側配置而增大鐵心部之尺寸，但該情形時，永久磁鐵之轉子周向之長度縮短，從而電磁轉矩減少。

使用永久磁鐵之旋轉電機中，為增大電磁轉矩及避免永久去磁，尤其對於位於轉子外周側之永久磁鐵使用釹磁鐵，但稀土金屬釹或鏑之取得性非常差，且非常昂貴。另一方面，鐵氧體磁鐵之取得性佳且價格低廉，但存在由於磁力低，故而電磁轉矩低，且由於保持力低，故而容易永久去磁之問題。

專利文獻3中揭示有一面獲得大磁阻轉矩一面減少永久磁鐵之個數，謀求構成之簡略化之永磁式旋轉機之轉子。然而，來自定子之磁通之磁路係採用如下路徑，即，通過位於外周側之永久磁鐵之長度方向之端部與位於徑向之永久磁鐵之間，經過梯形狀之內側，再穿過該永久磁鐵之長度方向之另一端部與相鄰配置之永久磁鐵之間，如上述記載般來自定子之磁通取梯形狀之內側此捷徑。因此，於梯形狀之內側之鐵心部容易引起磁通之飽和，使磁阻增加。

本發明係鑒於上述課題而完成者，其係藉由以包含複數個狹縫之整流機構整流定子之電樞繞組所產生之電樞磁通，而謀求使用鐵氧體磁鐵等低殘留磁通密度之永久磁鐵之複合轉矩型旋轉電機的高轉矩化。

為達成上述目的，本發明之複合轉矩型旋轉電機之特徵在於包含：定子，其以固定間隔於周向之複數部位配置電樞繞組；轉子，其包含層疊有電磁鋼板之圓筒狀鐵心；第1永久磁鐵，其位於d軸上，且於上述轉子之外周部沿周向複數配置；第2永久磁鐵，其位於d軸上，且於上述轉子之內周側與上述外周側之永久磁鐵對向地複數配置；第3永久磁鐵，其位於q軸上，且沿上述轉子之徑向於長度方向延伸；及空隙部，其設置於複數個上述第1永久磁鐵之周向之中間且上述第3永久磁鐵之外周側；上述第1永久磁鐵與上述第2永久磁鐵之間之徑向距離大於上述第1永久磁鐵與上述空隙部之間之周向距離；且於上述第1永久磁鐵與上述空隙部之間具備包含複數個狹縫之整 流機構。

又，上述複合轉矩型旋轉電機之特徵在於：上述複數個狹縫之狹縫間之間隔係內周側之間隔長於外周側之間隔。

又，上述複合轉矩型旋轉電機之特徵在於：上述複數個狹縫中靠近上述第1永久磁鐵之第1狹縫與q軸平行，且最靠近q軸之第2狹縫與d軸平行。

又，上述複合轉矩型旋轉電機之特徵在於：配設於上述第1狹縫與上述第2狹縫之間之狹縫以上述第1狹縫之中心軸與上述第2狹縫之中心軸之交點為中心而分配。

又，上述複合轉矩型旋轉電機之特徵在於：配設於上述第1狹縫與上述第2狹縫之間之狹縫以上述第1狹縫之中心軸與上述第2狹縫之中心軸之交點為中心，以均等之角度分配。

又，上述複合轉矩型旋轉電機之特徵在於：於上述複數個狹縫之內部封入有非磁性體。

根據本發明，可在使用鐵氧體磁鐵等低殘留磁通密度之永久磁鐵之永久磁鐵旋轉電機中，實現電樞磁通形成之磁阻轉矩與永久磁鐵形成之電磁磁通之複合轉矩的高轉矩化。

1‧‧‧定子

2‧‧‧電樞繞組

3‧‧‧轉子

4‧‧‧齒狀部分

11‧‧‧永久磁鐵插入用空洞部

12‧‧‧永久磁鐵插入用空洞部

13‧‧‧永久磁鐵插入用空洞部

21‧‧‧第1永久磁鐵

21、42、51、52‧‧‧磁屏蔽部

22‧‧‧第3永久磁鐵

23‧‧‧第2永久磁鐵

31、32、33‧‧‧空隙

42‧‧‧梯形形狀之空隙

51‧‧‧狹縫部(狹縫群)、整流機構

51a‧‧‧第1狹縫

51b‧‧‧狹縫

51c‧‧‧狹縫

51d‧‧‧第2狹縫

52‧‧‧狹縫群

55‧‧‧第1狹縫51a之中心軸與第2狹縫51d之中心軸之交點

61‧‧‧電樞磁通之空間諧波

62‧‧‧經阻斷之電樞磁通之空間諧波

70‧‧‧磁通

71‧‧‧磁通

72‧‧‧鐵心部

A‧‧‧第1永久磁鐵與空隙部之間之周向距離

B‧‧‧第1永久磁鐵與第2永久磁鐵之間之徑向距離

Xn‧‧‧永久磁鐵與非磁性體部之距離、永久磁鐵與狹縫部之間之距離、狹縫部與上述 空隙之間之距離、狹縫彼此間之距離

Y‧‧‧齒狀部分之間隔(齒狀部分間之距離)

圖1係本發明實施例1之複合轉矩型旋轉電機之徑向之剖面圖。

圖2係本發明實施例1之轉子構造之主要部分放大圖。

圖3係狹縫之配置之說明圖。

圖4係電樞磁通之空間諧波之概念圖。

圖5係本發明實施例之空間諧波之流向之概念圖。

圖6(a)~(c)係表示本發明實施例之轉子於任意角度下與定子之齒狀部分之位置關係之圖。

圖7係表示轉子整體中之由電樞繞組產生之磁通之流向的圖。

圖8係表示轉子整體中之由永久磁鐵產生之磁鐵磁通之流向之圖。

圖9係表示本發明實施例之利用電磁場分析所得之磁通分佈的圖。

圖10(a)~(c)係表示利用電磁場分析進行比較、研究之模型之例之圖。

圖11(a)~(d)係表示利用電磁場分析所得之結果之圖。

圖12係本發明實施例2之複合轉矩型旋轉電機之徑向之剖面圖。

圖13係本發明實施例2之轉子構造之主要部分放大圖。

本發明之實施形態考慮有由下述之(a)~(f)之各構成獲得之各作用。

(a)於轉子之d軸上之外周側，配置永久磁鐵，其發揮阻斷配置於定子之齒狀部分之電樞繞組所產生之電樞磁通的流入流出之磁通阻斷機構之作用。

(b)於內周側配置發揮防止鄰接磁極間之磁通短路及整流磁路之作用之矩形形狀之永久磁鐵。

(c)於轉子之q軸上配置發揮防止與鄰接磁極之磁通短路之作用之永久磁鐵。

(d)於該永久磁鐵之外周側端部，形成內周側為長邊、外周側為短邊之梯形形狀之空隙。

(e)位於轉子之d軸上之外周側之永久磁鐵、與q軸上之永久磁鐵及梯形形狀之空隙之間，設置有較寬間隔，以使得磁通容易自定子流入轉子。

(f)於設置有較寬之上述間隔之部分之鐵心，形成包含複數個狹 縫之整流機構。

根據需要採用上述之各構成，可獲得實現高轉矩化之旋轉電機。例如，藉由於轉子之內部以利用永久磁鐵包圍磁極之緣部的方式配置永久磁鐵，可獲得更多之磁鐵磁通，因此可最大限度地利用電磁轉矩。

又，藉由位於轉子之d軸之外周側之永久磁鐵、位於q軸之外周側之梯形形狀之空隙、及形成於其等之間之複數個狹縫，可於轉子鐵心之外周側之全周區域內阻斷電樞磁通之空間諧波，而可抑制定子與轉子之磁飽和傾向，因此可放大對轉矩有效之磁通量，從而可實現高轉矩化。

又，於使用鐵氧體磁鐵等低殘留磁通密度之永久磁鐵，進行高轉矩化之情形時，需要更多地利用磁阻轉矩。於磁阻型之旋轉電機之情形時，可藉由於d軸方向與q軸方向上擴大磁疏密差，而使磁阻轉矩增大，但利用該磁疏密差，一般會使每1週期之轉矩脈動增大。

本實施形態中，由於藉由上述狹縫群整流磁通，故而可使磁阻轉矩增大化並抑制轉矩脈動。又，由於藉由將位於q軸上之永久磁鐵之外周側端部之空隙形狀設為梯形形狀，可整流自定子之齒狀部分流入之磁通，故而獲得與上述之狹縫群相同之效果。

又，由於磁通會通過由位於d軸上之外周側及內周側之永久磁鐵、與位於q軸上之永久磁鐵包圍之面積寬闊之鐵心部，故而可減小磁阻，從而磁通之磁路縮短，磁損耗減少。又，若採用磁通會通過該鐵心部之構造，則沿著q軸之永久磁鐵之配置、及周向之厚度之制約得以緩和，故而多極化變得容易。

以下，使用圖式說明本發明之實施例之詳細構造。再者，本實施例之說明中，只要無特別記載，則永久磁鐵為低殘留磁通密度者，具體而言，表示稱為鐵氧體磁鐵者。

(實施例1)

首先，使用圖1~圖2說明實施例1之構造。圖1係複合轉矩型旋轉電機之徑向之剖面圖。圖2係轉子構造之主要部分放大圖。再者，圖2中分別以一點鏈線表示d軸(永久磁鐵之磁極中心軸)、及相對於d軸電磁性正交之q軸。

本實施例之複合轉矩型旋轉電機為如下之構造：其由具有8極電樞繞組之定子1、與圓筒形之轉子3構成。轉子3之鐵心由經層疊之圓形之電磁鋼板構成，且於1個磁極中埋設有3個以上包含鐵氧體磁鐵之永久磁鐵。於定子1上橫跨內側周向形成有複數個齒狀部分4，於各齒狀部分4捲繞配置電樞繞組2。

藉由圖2說明轉子3之構造。於轉子3之外周側配置有將周向設為長度方向之永久磁鐵21(第1永久磁鐵)。該外周側之永久磁鐵21埋設於在d軸上之外周側形成之大致矩形形狀之永久磁鐵插入用空洞部11，以接著劑或樹脂製橡膠固定，且在與d軸成平行之方向磁化。又，永久磁鐵插入用空洞部11於周向形成為較永久磁鐵21長，於永久磁鐵21之兩端部形成有大致三角形狀或大致梯形形狀之空隙31。

又，於轉子3上，以沿著q軸延伸的方式配置永久磁鐵22(第3永久磁鐵)。該永久磁鐵22埋設於在q軸上形成之大致矩形形狀之永久磁鐵插入用空洞部12，以接著劑或樹脂製橡膠固定。永久磁鐵22於正交於q軸之方向磁化，且於永久磁鐵21之外周側之面為N極之情形時，以使朝向埋設有該永久磁鐵21之d軸之面為N極的方式配置。與此相反，永久磁鐵22在永久磁鐵21之外周側之面為S極之情形時，以使朝向埋設有該永久磁鐵21之d軸之面為S極的方式配置。於永久磁鐵22之外周側之端部形成有梯形形狀之空隙42，於內周側之端部形成有三角形狀或梯形形狀之空隙32。

進而，轉子3中，於較永久磁鐵21更內周側配置有以周向為長度 方向之永久磁鐵23(第2永久磁鐵)。該內周側之永久磁鐵23埋設於在d軸之內周側形成之矩形形狀之永久磁鐵插入用空洞部13，以接著劑或樹脂製橡膠固定。永久磁鐵23在與d軸成平行之方向磁化，且於永久磁鐵21之外周側之面為N極之情形時，以使永久磁鐵23之外周側之面為N極的方式配置，於永久磁鐵21之外周側之面為S極之情形時，以使永久磁鐵23之外周側之面為S極的方式配置。

藉由如此配置，上述永久磁鐵21~23之配置為於轉子3上位於梯形之各邊上。位於轉子之d軸上之外周側之永久磁鐵21、與q軸上之永久磁鐵22及梯形形狀之空隙42之間隔A設定為使來自定子之電樞磁通容易流入轉子之長度，將上述永久磁鐵21與23之距離設為B時，距離B設定為大於距離A，從而可使來自定子1之電樞磁通容易流入轉子3。再者，A係表示第1永久磁鐵與空隙部之間之周向距離，B係表示第1永久磁鐵與第2永久磁鐵之間之徑向距離。

關於各永久磁鐵21~23之磁化方向，於圖2圖示有一例。即，本實施例中，永久磁鐵21及永久磁鐵23以使外周側為N極，內周側為S極的方式磁化，而永久磁鐵22以N極對向的方式磁化。

在位於永久磁鐵22之外周側之梯形形狀之空隙42與永久磁鐵21之間之鐵心部，以複數個狹縫51a~51d構成有狹縫群(狹縫部)51。本實施例中表示有4條狹縫，但並不限定於此。該等梯形形狀之空隙42及狹縫群51為非磁性體(非磁性體部)，與永久磁鐵21一起構成磁通阻斷部。

狹縫群51配置於轉子3之外周側，更佳為形成於較連結永久磁鐵21之內周側之角部與梯形形狀之空隙42之外周側邊之中心的直線更外周側。構成該狹縫群51之各狹縫51a~51d為於轉子3之周向寬度窄，且於徑向延伸之細長形狀，且該等於周向隔以間隔複數設置。該等各狹縫51a~51d可相互平行地配置，但較佳為狹縫間之寬度以使外周側之 間隔變窄，內周側之間隔變寬的方式放射狀地配置。

上述放射狀之配置中作為更佳之形態，採用圖3所示之狹縫群51。即，最靠近永久磁鐵21之第1狹縫51a以與q軸平行的方式形成，而最靠近q軸之第2狹縫51d以與d軸平行的方式形成。配設於第1狹縫與第2狹縫之間之狹縫51b、51c藉由將以第1狹縫51a之中心軸與第2狹縫51d之中心軸之交點55為中心之角度設定為分配成大致均等角度之角度，而放射狀地配置。

又，各狹縫之長度自d軸側之狹縫向q軸側之狹縫，以固定之比例縮短。即，狹縫51a最長，狹縫51d最短，其間之狹縫51b、51c依序變短地形成。狹縫群51之周向位置係形成於永久磁鐵21與梯形形狀之空隙42之間之大致中央。各狹縫之內部封入空氣或樹脂等非磁性體，藉由非磁性體之封入可提高鐵心之強度。

藉由採用如上所述之構造，可期待如下之作用。其一為轉子3之外周部分之構造產生之作用。本實施例中，於轉子之外周側配置有永久磁鐵21，於永久磁鐵21之長度方向兩端部設置有空隙31。又，與其相鄰地存在狹縫群51，進而與狹縫群51相鄰地存在空隙42。繼而，該等與狹縫群51、空隙31、永久磁鐵21橫跨周向整體重複存在。因此，獲得藉由轉子3之外周部之構造，屏蔽定子繞組2周圍之齒狀部分4產生之閉環空間諧波(磁通)之作用。

且，第二作用係作為由定子繞組2產生之電樞磁通之包含狹縫群51之整流機構(導引機構)的作用。即，藉由使狹縫間之寬度以外周側之間隔變窄，內周側之間隔變寬的方式放射狀地配置，於通過狹縫群51時，磁通經整流後，被引導為呈放射狀擴展，且一面向由永久磁鐵21與永久磁鐵23相夾之面積寬闊之鐵心部72整體擴散一面流入。又，由於狹縫51a形成為最長，故將通過該狹縫之兩側之鐵心之磁通於沿著該狹縫51a之方向，向更遠處引導，藉此，磁通不會於鐵心部72取 捷徑，而被引導為向整體擴散。

以下，使用圖式說明該等2個作用。

於圖4表示電樞磁通之空間諧波之概念圖。若對電樞繞組2通電，則於電樞繞組2之周圍產生閉環電樞磁通。於該電樞磁通中，存在自定子1之一齒狀部分向轉子3流入，並自另一最靠近之齒狀部分流入，且繞槽一圈形成閉環之磁通。由於其為電樞磁通之空間諧波61，週期與輸出轉矩不同，故對輸出轉矩無貢獻。然而，由於鐵心中存在磁通，故定子1及轉子3之鐵心部之磁飽和傾向增強。即，空間諧波61儘管對電動機之旋轉無任何貢獻，但會招致磁飽和，故無法充分獲得有助於轉矩之有效之磁通量，從而必需抑制該空間諧波。

圖4並非本實施例之構造，電樞磁通之空間諧波61(圖中以實線箭頭表示)於複數部位產生。又，圖4中，在位於中央之電樞繞組2之周圍產生之空間諧波(圖中以虛線箭頭62表示)被永久磁鐵21阻斷。

圖5係表示本實施例之空間諧波之流向之概念圖。電樞磁通之空間諧波容易於鐵心等磁性體中通過，但若於通過之磁路上設置空氣或樹脂等非磁性體，則會被阻斷。本實施例中，藉由將永久磁鐵21、狹縫群51、梯形形狀之空隙42配置於轉子之外周側，而阻斷空間諧波。

又，如上所述，空間諧波於鄰接之齒狀部分構成閉環。因此，藉由使永久磁鐵21與梯形形狀之空隙42之間隔、永久磁鐵21與狹縫群51之間隔、狹縫群51與梯形形狀之空隙42之間隔、及狹縫彼此之間隔較定子1之鄰接之齒狀部分間隔(齒狀部分間距)更窄，可效率良好地阻斷空間諧波61。換而言之，藉由使配置於轉子3之外周側之永久磁鐵、或空隙等之非磁性體之部分(本實施例中為空隙31、空隙42、狹縫51a~51d)之配置如下所示，可阻斷空間諧波。

將永久磁鐵與非磁性體部之距離、永久磁鐵與狹縫部之間之距離、狹縫部與上述空隙之間之距離、狹縫彼此間之距離Xn(此處，Xn 為第n個之距離，圖中表示n最大為6之例)設定為小於定子1之齒狀部分4之間隔Y(由於齒狀部分間隔為固定，故設為Y)(Xn<Y)。根據此種構成，由於電樞磁通之空間諧波必定通過永久磁鐵或非磁性體，故可確實阻斷，從而抑制空間諧波。

圖6(a)~(c)表示轉子3於任意角度下與定子之齒狀部分4之位置關係。如上所述，至少使間隔Xn較齒狀部分之間隔Y更窄，藉此，即便運轉時定子之齒狀部分與轉子之位置關係產生變化，由於空間諧波之磁路上存在永久磁鐵21、狹縫群51、梯形形狀之空隙42，故仍可於任一位置阻斷空間諧波。

即，永久磁鐵21、空隙42、狹縫群51於轉子外周側之周向依序排列，分別發揮抑制無助於轉矩之於電樞繞組周圍產生之各空間諧波之作用。永久磁鐵部、空隙部、狹縫部(狹縫群)作為磁通屏蔽部發揮功能，且其於周向延伸存在，藉此截斷不需要之磁通。如圖6(a)~(c)中以虛線62所示般，可理解不管轉子3之旋轉位置為何，均可有效地阻斷空間諧波。

藉由圖7，就電動機之電樞磁通於轉子中之流向進行敍述。圖7係表示本實施例中之轉子3整體中之電樞磁通之流向(實線箭頭)的圖。由定子1之電樞繞組2產生之電樞磁通之d軸方向之流入流出被永久磁鐵21阻斷。另一方面，於q軸方向上，電樞磁通由梯形形狀之空隙42與永久磁鐵22分斷而流入轉子3內。具體而言，自狹縫群51之外周側流入，通過由永久磁鐵21與永久磁鐵23相夾之面積寬闊之鐵心部72，自另一狹縫群51之外周側流出。如此，藉由使電樞磁通於分斷之狀態下流入，於由永久磁鐵21與永久磁鐵23相夾之面積寬闊之鐵心部72不會磁飽和，可使通過之電樞磁通增大，從而可降低磁阻，增加磁阻轉矩。

其次，說明永久磁鐵產生之磁通。圖8係表示永久磁鐵之磁鐵磁 通之流向之圖。藉由使位於d軸上之外周側之永久磁鐵21之磁化方向以與電樞磁通對向的方式配置，由於磁疏密之差距擴大且凸極性增大，故可使磁阻轉矩增大。又，藉由使永久磁鐵22、23彼此磁極相對向，由於磁鐵磁通被聚斂，故可使電磁轉矩增大。

圖9係表示本實施例之利用電磁場分析所得之磁通分佈之圖，且係用於說明上述之狹縫群51之作用之概念圖。積極利用磁阻轉矩謀求高輸出化時，已有提到本實施例具備狹縫群51(參照圖1~圖2)。可確認該狹縫群51具有整理於轉子3與定子1之間流入流出之磁通之流向進行引導之整流機構(導引機構)之作用。

一般而言，磁通會以形成短環的方式聚集於其內周側，故通常會使內周側之鐵心部中磁飽和傾向增強。本實施例中係呈內周側之狹縫間隔大於外周側之狹縫間隔之形狀，以便藉由狹縫群51，整流為磁通擴散至由永久磁鐵21與永久磁鐵23相夾之鐵心部72整體之流向。磁通自定子1流入轉子3時，藉由梯形形狀之空隙42與永久磁鐵22分斷，經分斷之各磁通70通過狹縫群51放射狀地擴展，擴散至轉子3之較寬地形成之鐵心部72整體。藉此，具有可抑制鐵心部72中之磁飽和傾向，作為轉子整體可減少磁阻之效果。自狹縫群51擴散之磁通71通過另一狹縫群51自轉子流出，由於通過一狹縫群51時擴散之磁通由另一狹縫群51整流聚合，故不會損害凸極性。

如圖9所示，永久磁鐵21與永久磁鐵23間之距離B較寬，成為磁通流路之鐵心部72形成為寬廣，另一方面，磁通之流入流出側、即永久磁鐵21之端部與梯形形狀之空隙42之距離A較永久磁鐵21與永久磁鐵23間之距離B窄，故流入時磁通自狹縫群51之狹小部分向寬廣部分流動而擴散，流出時將磁通聚合，因此可有效地整理磁通之流向(距離A、距離B參照圖2)。又，除此之外，藉由上述之利用狹縫群51之磁通之整流作用，可更有效地整理磁通之流向。

作為上述之磁通之整流作用之驗證，對3個例進行電磁場分析。以下，說明各例之構造與結果。

圖10係表示利用電磁場分析進行比較、研究之模型之例之圖。圖10(a)之實例1係已經提到過之本實施例之構造。圖10(b)之實例2係形成於永久磁鐵21與梯形形狀之空隙42之間之全部狹縫與q軸平行地形成，且徑向之長度相同之例。圖10(c)之實例3係不存在狹縫群51，且將永久磁鐵22之外周側之空隙43之形狀設為矩形之比較例。

於圖11(a)表示圖10之各實例之利用電磁場分析所得之平均輸出轉矩及轉矩脈動的判定表，於(b)~(d)表示當時之轉矩波形。關於平均輸出轉矩，於實例1與實例2中獲得充分之轉矩，而於實例3中與實例1或實例2相比降低5%左右。

關於轉矩脈動，實例1為最佳之5%左右，實例2中為10%以下。實例3中為20%以上。利用磁阻轉矩之磁阻型旋轉電機中，若自轉矩脈動一般為20%左右來看，則發現實例1及實例2中形成之狹縫群51、及梯形形狀之空隙42非常有效。

如上所述，有效方法是將永久磁鐵21、狹縫群51、梯形形狀之空隙42以有助於抑制空間諧波的方式設置，藉由該構成截斷於周向流動之磁通(參照圖4~圖6)。另一方面，基於有效方法為刻意將流入轉子鐵心內之磁通加以整流之形狀(參照圖8~圖10)，可以說本實施例之各狹縫較理想為採用如下所示之構成。

(1)於沿著徑向之方向較長地延伸。

(2)採用自轉子之外周側向內周側擴展般之配置。

在(1)中，可確認對磁通之整流作用大有助益(參照圖10、圖11之實例1、實例2)，且為可充分地獲得轉矩脈動之減少效果之構造。又，藉由採用如(2)所示之狹縫配置，可進一步減少轉矩脈動(參照圖10、圖11之實例1)，從而可實現更佳之構成。

若總結以上之本實施例之構造之優點則如下所述。藉由有效利用由電樞電流產生之磁阻轉矩、與鐵氧體磁鐵等低殘留磁通密度之永久磁鐵形成之電磁轉矩兩者，可以低殘留磁通密度之永久磁鐵實現高轉矩化。

具體而言，藉由於d軸上之外周側埋設永久磁鐵，於q軸上之永久磁鐵與其外周側端部形成梯形形狀之空隙，並於d軸上之外周側之永久磁鐵與梯形形狀之空隙之間形成狹縫群，且使各自周向之間隔較定子之鄰接之齒狀部分間距離更窄地配置，可阻斷對輸出轉矩無貢獻之電樞磁通之空間諧波，可抑制定子及轉子之鐵心部之磁飽和。即，由於可使有助於輸出轉矩之磁通量放大，故輸出轉矩增大。

又，由於藉由q軸上之永久磁鐵及梯形形狀之空隙，將磁通分斷，故可緩和轉子之鐵心部之磁飽和。即，與上述同樣地，由於可使有助於輸出轉矩之磁通量放大，故可增大輸出轉矩。

進而，藉由設置自轉子之外周側向內周側擴展，且自d軸向q軸以固定之比例縮短之狹縫群，可大幅抑制利用磁阻轉矩時增大之轉矩脈動。

(實施例2)

其次，說明與上述之實施例不同之例。圖12係本發明之實施例2之複合轉矩型旋轉電機之徑向的剖面圖，圖13係其主要部分之放大圖。圖12、圖13所示之複合轉矩型旋轉電機係由具有8極電樞繞組之定子1、與圓筒形之轉子3構成。本實施例構造之轉子3之鐵心由經層疊之圓形電磁鋼板構成，且於1個磁極埋設有3個以上之永久磁鐵。代替實施例1之永久磁鐵21而設置有狹縫群52。

永久磁鐵22在q軸上埋設於矩形形狀之空隙12內，以接著劑或樹脂製橡膠固定。於永久磁鐵22之外周側之端部形成有梯形形狀之空隙42。於內周側之端部，設置有大致三角形狀或大致梯形形狀之空隙 32。

永久磁鐵23在d軸上之內周側埋設於矩形形狀之空隙13內，以接著劑或樹脂製橡膠固定。永久磁鐵23於相對於d軸成平行之方向磁化，於永久磁鐵22之朝向d軸之面為N極之情形時，以使永久磁鐵23之外周側之面成為N極的方式配置，於永久磁鐵22之朝向d軸之面為S極之情形時，以使永久磁鐵23之外周側之面成為S極的方式配置。

在狹縫群52與位於永久磁鐵22之外周側之梯形形狀之空隙42之間的鐵心部，形成有複數個狹縫構成之狹縫群51。本實施例2中，與實施例1同樣亦表示有4條狹縫，但當然並不限定於此。

最靠近狹縫群52之狹縫51a以與q軸(接近之q軸)平行的方式形成，而最靠近q軸之狹縫51d以與d軸平行的方式形成，狹縫51b、狹縫51c以狹縫51a之中心軸與狹縫51d之中心軸之交點為中心，以大致均等之角度分配(參照圖3)。狹縫群51之各狹縫之長度係自d軸側之狹縫向q軸側之狹縫以固定之比例縮短。狹縫群51之周向位置係形成於狹縫群52與梯形之空隙42之間之大致中央。各狹縫之內部封入有空氣或樹脂等非磁性體。

形成於d軸上之外徑側之狹縫群52由複數個平行之狹縫構成，與實施例1之永久磁鐵21同樣地，構成磁屏蔽部，達成阻斷定子1之電樞繞組2所產生之電樞磁通之空間諧波61的作用，獲得與實施例1所示之構造相同之效果。

11‧‧‧永久磁鐵插入用空洞部

12‧‧‧永久磁鐵插入用空洞部

13‧‧‧永久磁鐵插入用空洞部

21‧‧‧第1永久磁鐵

22‧‧‧第3永久磁鐵

23‧‧‧第2永久磁鐵

31‧‧‧空隙

32‧‧‧空隙

33‧‧‧空隙

42‧‧‧梯形形狀之空隙

51‧‧‧狹縫部(狹縫群)、整流機構

51a‧‧‧第1狹縫

51b‧‧‧狹縫

51c‧‧‧狹縫

51d‧‧‧第2狹縫

72‧‧‧鐵心部

A‧‧‧第1永久磁鐵與空隙部之間之周向距離

B‧‧‧第1永久磁鐵與第2永久磁鐵之間之徑向距離

Xn‧‧‧永久磁鐵與非磁性體部之距離、永久磁鐵與狹縫部 之間之距離、狹縫部與上述空隙之間之距離、狹縫彼此間之距離

Claims (6)

1. 一種複合轉矩型旋轉電機，其特徵在於包含：定子，其以固定間隔於周向之複數部位配置電樞繞組；轉子，其包含層疊有電磁鋼板之圓筒狀鐵心；第1永久磁鐵，其位於d軸上，且於上述轉子之外周部沿周向複數配置；第2永久磁鐵，其位於d軸上，且於上述轉子之內周側與上述外周側之永久磁鐵對向地複數配置；第3永久磁鐵，其位於q軸上，且沿上述轉子之徑向於長度方向延伸；及空隙部，其設置於複數個上述第1永久磁鐵之周向之中間且上述第3永久磁鐵之外周側；上述第1永久磁鐵與上述第2永久磁鐵之間之徑向距離大於上述第1永久磁鐵與上述空隙部之間之周向距離；且於上述第1永久磁鐵與上述空隙部之間具備包含複數個狹縫之整流機構。
2. 如請求項1之複合轉矩型旋轉電機，其中上述複數個狹縫之狹縫間之間隔係內周側之間隔長於外周側之間隔。
3. 如請求項2之複合轉矩型旋轉電機，其中上述複數個狹縫中靠近上述第1永久磁鐵之第1狹縫與q軸平行，而最靠近q軸之第2狹縫與d軸平行。
4. 如請求項3之複合轉矩型旋轉電機，其中配設於上述第1狹縫與上述第2狹縫之間之狹縫以上述第1狹縫之中心軸與上述第2狹縫之中心軸之交點為中心而分配。
5. 如請求項4之複合轉矩型旋轉電機，其中配設於上述第1狹縫與 上述第2狹縫之間之狹縫以上述第1狹縫之中心軸與上述第2狹縫之中心軸之交點為中心，以均等之角度分配。
6. 如請求項1至5中任一項之複合轉矩型旋轉電機，其中於上述複數個狹縫之內部封入有非磁性體。