永磁体型旋转电机及车辆驱动系统的制作方法

永磁体型旋转电机及车辆驱动系统的制作方法
【专利摘要】在转子铁心(6)上，以朝向转子(5)的外周面呈略U字形状的方式排列设置有用于嵌入永磁体(9a)的磁体插入孔(9)，并且，在嵌入磁体插入孔(9)中的永磁体(9a)的与其磁化方向正交的方向上的两侧面部形成有空洞部(9b)，在由多个永磁体构成的一个极的永磁体组中，在嵌有永磁体的一个磁体插入孔(9)与相邻的磁体插入孔(9)之间、或者该一个磁体插入孔(9)与转子铁心(6)的外周部之间，设有沿转轴(51)的方向贯穿转子铁心(6)的通风孔(7)，通风孔(7)配置在与磁体插入孔(9)一同形成略U字形状的位置上。
【专利说明】永磁体型旋转电机及车辆驱动系统

【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种车辆用电动机等旋转电机，尤其涉及一种在转子内部配置有永磁体的永磁体型旋转电机中的转子结构。

【背景技术】
[0002]作为转子内部配置有永磁体的旋转电机的一种，存在内置有永磁体的电动机(永磁体型电动机)。该永磁体型电动机作为高效率的电动机为人所知，其与广泛使用于各种领域的异步电动机相比较，由于是通过内置于转子中的永磁体产生磁通，因而不需要励磁电流，并且，由于无需像异步电动机那样向转子导体供给电流，因而不会产生二次铜耗。以往，铁路车辆都使用异步电动机，但是，近年来，为了提高效率、实现小型高输出化以及简化冷却结构，正在研究使用永磁体型同步电动机。
[0003]另外，永磁体型电动机大致分为:在转子表面贴装有永磁体的表面磁体结构的电动机(SPM电动机:Surface Permanent Magnet Motor)、和在转子内部嵌有永磁体的内嵌磁体结构的电动机(IPM电动机:Inter1r Permanent Magnet Motor)。但是，由于车辆用电动机会以每分钟数千转的速度旋转，因而必须要确保高速旋转时永磁体的耐离心力强度。因此，也可以认为车辆用电动机主要限定为IPM电动机。
[0004]目前，在用于驱动车辆用电动机的逆变器中，一般采用以硅(Si)为基底而形成的开关元件(以下称为“Si元件”)。因此，为了提高包括IPM电动机和逆变器在内的综合效率，必须减少供给IPM电动机的电流(电动机电流)，而为了确保所需的电动机输出，必须提高IPM电动机的输出电压。例如在下述专利文献I中，当IPM电动机达到最大转速时，IPM电动机的无负载感应电压在架空线电压以上。
[0005]另外，在专利文献2中公开的IPM电动机呈下述形状，即:每极呈V字型地配置有两个转子磁体，并且在V字型的中央部设有冷却用的导热部件。
现有技术文献专利文献
[0006]专利文献1:日本专利特开2008-79418号公报专利文献2:日本专利特开2011-259691号公报


【发明内容】

发明所要解决的技术问题
[0007]如上所述，在现有的车辆用电动机(IPM电动机)中，无负载感应电压在架空线电压以上。因此，例如在IPM电动机的端子间产生架空线电压以上的感应电压时，若逆变器发生故障，则必须对从IPM电动机流向架空线侧的电流进行控制，从而存在元器件数量增加，控制变复杂等问题。另外，通过例如减少IPM电动机的定子绕组的匝数、或者增加定子绕组的并联电路数量，能够使无负载感应电压在架空线电压以下。但是，在该方法中存在另一个问题，即:IPM电动机的电阻值和电感变小，从而谐波电流容易在IPM电动机的定子上重叠，从而导致IPM电动机的铁损增加，由此制约了包括IPM电动机和逆变器等驱动电路在内的综合效率的提闻。
[0008]另外，如上述专利文献2所示那样配置有导热部件时，由于导热部件位于阻碍磁阻转矩的磁路的位置上，因而存在磁阻转矩降低这一问题。
[0009]本发明是鉴于上述技术问题开发而成，其目的在于提供一种能够在减少永磁体的数量的同时抑制磁阻转矩降低，并且能够提高包括逆变器等驱动电路在内的综合效率的永磁体型旋转电机及车辆驱动系统。
解决技术问题所采用的技术方案
[0010]为了解决上述技术问题，从而达成目的，本发明的永磁体型旋转电机的特征在于，通过具备由宽带隙半导体构成的开关元件的逆变器进行驱动，所述永磁体型旋转电机具备定子和转子，所述定子构成为将定子线圈收纳在切槽的内部，所述转子具有被配置为能够隔着旋转空隙而相对于所述定子进行旋转的转子铁心，并且在该转子铁心的内部，每极嵌有多个永磁体，在所述转子铁心上，朝向转子的外周面呈略U字形状排列设置有用于嵌入所述永磁体的磁体插入孔，并且，在嵌入各个所述磁体插入孔中的永磁体的与其磁化方向正交的方向上的两侧面部形成有空洞部，在由多个所述永磁体构成的一个极的永磁体组中，在嵌有所述永磁体的一个磁体插入孔与相邻的磁体插入孔之间、或者该一个磁体插入孔与所述转子铁心的外周部之间，设有沿轴向贯穿所述转子铁心的通风孔，所述通风孔配置在与所述磁体插入孔一同形成所述略U字形状的位置上。
发明效果
[0011]根据本发明，由于通风孔沿着磁路且与磁体相邻而配置，因而具有能够对永磁体进行冷却但不会阻碍磁阻转矩的磁路这一效果。另外，由于逆变器使用宽带隙半导体，因而具有能够提高包括逆变器等驱动电路在内的综合效率这一效果。

【专利附图】

【附图说明】
[0012]图1是作为本发明第一实施方式涉及的永磁体型旋转电机的一例的永磁体型电动机的轴向剖面图。
图2是图1所示的永磁体型电动机的A-A线向视剖面图。
图3是将磁阻转矩的磁路表示于图2的剖面图上的部分剖面图。
图4是表示永磁体型电动机的转速与无负载感应电压之间的关系的仿真结果的图。
图5是与现有方法相比较，对电动机控制的新控制方法进行说明的图。
图6是表示执行本发明的新方法的车辆驱动系统的一个结构例的图。
图7是用于说明第二实施方式中的转子结构的部分剖面图。
图8是说明第二实施方式中的通风孔的配置位置的图。
图9是用于说明第三实施方式中的转子结构的部分剖面图。
图10是说明第三实施方式中的通风孔的配置位置的图。

【具体实施方式】
[0013]以下，参照附图，对本发明实施方式涉及的永磁体型旋转电机及车辆驱动系统进行说明。另外，本发明并不限定于以下所示的实施方式。
[0014]第一实施方式.图1是作为本发明第一实施方式涉及的永磁体型旋转电机一例的永磁体型电动机I的轴向剖面图。在图1中，例如在铁路车辆用的情况下构成为:转轴驱动侧部51a经由联轴器(未图示)及减速齿轮(未图示)与铁路车辆的车轴(未图示)连接，从而驱动安装在车轴上的车轮(未图示)而使车辆行驶。
[0015]在具有与转轴51呈一体的转子铁心6而构成的转子5上，形成有多个沿转轴51的轴向贯穿转子5的通风孔7。冷却用风扇52以能够使经由吸气口 53吸入的冷却风58在通过通风孔7后经由排气口 56排出的方式安装在转轴驱动侧部51a上。
[0016]在机架54的机内侧，定子铁心3与转子铁心6相对而配置，并且在该定子铁心3上安装有定子绕组4。另外，定子2由定子铁心3和定子绕组4构成。
[0017]接着，参照图2对定子2和转子5的结构进行说明。图2是图1所示的永磁体型电动机的A-A线向视剖面图。
[0018]定子铁心3呈圆筒形状，并且在定子铁心3的内周部侧，通过例如以等角间距且间隔地形成36个切槽3a而形成有36个齿3b。定子绕组4通过例如分布绕法而被卷绕收纳在切槽3a中，以使得在该定子绕组4的内部包含有规定数量的齿3b。
[0019]转子5具备转子铁心6和永磁体9a，并被配置为能够隔着旋转空隙18而相对于定子2进行旋转，其中，转子铁心6例如是将规定数量的磁性钢板层叠并形成为一体而制成的，其外周面为圆筒面，并且该转子铁心6被形成为:将两个磁体插入孔9与一个通风孔7设为一组，且呈等角间距地排列有六组(即，总共有12个磁体插入孔9和6个通风孔7)，永磁体9a分别被收纳在各磁体插入孔9内。另外，在将永磁体9a嵌入磁体插入孔9内时，在永磁体9a的两侧面部形成空洞部9b。
[0020]由两个磁体插入孔9和一个通风孔7构成的一组以朝向转子铁心6的外周面(夕卜周方向)开口(换而言之，朝向转子中心凸起)的方式被配置(形成)为略U字形状。在该一组中，磁体插入孔9位于外周侧的两端部，通风孔7位于中央部(转轴51侧)。永磁体9a以箭头所示的磁化方向(磁通方向)在与相邻组之间交替的方式进行配置。即，第一实施方式的永磁体型电动机I的转子5构成为:以永磁体9a的磁化方向为朝向转子5的外周面收敛的方向磁化的永磁体组、和以朝向转子5的中心部扩散的方向磁化的永磁体组交替排列。
[0021]另外，在图2中，如上述那样构成永磁体组的磁化方向是为了将定子线圈的感应电压形成为正弦波状，而在无需将定子线圈的感应电压形成为正弦波状的用途中，永磁体组的磁化方向并不限于此。即，磁化方向为朝向转子5的外周面的方向或者朝向转子5的中心部的方向的各永磁体组的各磁化方向也可以是平行的。
[0022]另外，图2中示出下述永磁体型电动机作为一个示例，即:36个切槽3a沿着定子2的圆周方向呈等角间距地排列，形成六组永磁体组的12个永磁体9a沿着转子铁心6的圆周方向嵌入转子铁心6中，并将一个通风孔7设置在一个磁体插入孔9与另一个磁体插入孔9之间，由此具有六组以两个永磁体9a和一个通风孔7为一组的永磁体组，但是，电动机的极数和切槽数以及永磁体的数量、通风孔的数量等并不限定于图1的结构，而能够选择规定数量。
[0023]另外，嵌入磁体插入孔9中的永磁体9a可以使用例如以被称为稀土的元素之一的钕(Nd)为主要成分的永磁体。
[0024]接着，对于永磁体型电动机产生转矩的原理进行说明。永磁体型电动机中存在下述两种转矩，即:通过永磁体所产生的磁通与定子绕组4所产生的磁通的相互作用而产生的转矩(所谓的电磁转矩)、和通过转子5表面的铁心部分与定子绕组4所产生的磁通的相互作用而产生的转矩(所谓的磁阻转矩)。在此，第一实施方式的永磁体型电动机中的磁阻转矩的磁路如图3所示。如该图3所示，磁阻转矩的磁路15以沿着位于转子铁心6内部的两个永磁体9a和一个通风孔7的形状(U字形状)的路径产生转矩。
[0025]通风孔7是为了对转子铁心6进行冷却的目的而设置的孔，如上所述，利用设置在转子5的周边部的冷却用风扇52而使冷却风从通风孔7流通，由此来实现冷却。因此,通过将通风孔7设置在不会阻碍磁阻转矩的磁路15的位置上，能够有效地利用磁阻转矩。另夕卜，通过对转子铁心6进行冷却，也能够对嵌入磁体插入孔9中的永磁体9a进行冷却。
[0026]另外，在图2及图3中，将通风孔7的剖面形成为矩形形状，但是，通风孔7的剖面并不限于该形状。例如，从制造容易度的观点出发，也可以将通风孔7的剖面形成为圆形形状。
[0027]接着，参照图4，对于将永磁体9a及通风孔7形成为图3所示那样的配置结构所产生的效果进行说明。图4是表示永磁体型电动机的转速与无负载感应电压之间的关系的仿真结果。在图4中，白色四边形所表示的波形是在位于U字形状侧面部(外周侧的两端部)的两个磁体插入孔9中嵌入永磁体9a时的无负载感应电压的仿真值，黑色三角形所表示的波形是在通风孔7的位置中也嵌入永磁体时的无负载感应电压的仿真值。另外，纵轴所示的数值表示根据架空线电压将无负载感应电压标准化后的值。另外，在该仿真中，定子绕组等条件相同。
[0028]由图4可知，在嵌入三个永磁体时，在高速旋转区域(图4的例子中为3500[r/min]以上的旋转区域)中，无负载感应电压在架空线电压以上。该情况下，当减少定子绕组4的匝数时，能够使高速旋转区域的无负载感应电压接近架空线电压。但是，在车辆用电动机中，由于是根据所需转矩和开关元件的电流上限值来确定无负载感应电压的下限值，因此，在现有的使用Si元件的逆变器(Si逆变器)的情况下，由于电流上限值小，因而无负载感应电压的最大值必然在架空线电压以上。
[0029]另一方面，在使用以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等为代表的宽带隙半导体元件的情况下，由于逆变器的开关元件所产生的损耗小，因而能够向开关元件供给的电流为Si元件的2倍以上。因此，即使在像嵌入两个永磁体时那样高速旋转区域的无负载感应电压小于架空线电压时(参照图4)，也能够通过增加供给开关元件的电流来产生所需的转矩。
[0030]因此，在逆变器的开关元件使用碳化硅(SiC)这样的宽带隙半导体元件时，能够将主要成分为钕(Nd)的永磁体9a的个数减少至目前的2/3。由此，能够实现永磁体型电动机的低成本化。另外，由于能够减少转子5内部产生的磁通，因而也能够减少作为电动机损耗的主要原因的铁损。
[0031]另外，对于车辆用电动机中所使用的永磁体，为了提高磁体的耐高温性能，除了钕(Nd)之外还会添加镝(Dy)或铽(Tb)等稀有价值比钕(Nd)更高的元素材料。因此，车辆用电动机中所使用的永磁体的材料成本非常高。另一方面，如果采用本实施方式中公开的技术、即仅在U字形状的侧面部配置两个永磁体的技术，由于能够提高转子5的冷却性能，因而能够降低永磁体的耐高温性能的规格(spec),从而能够进一步降低磁体成本。
[0032]另外，架空线电压在其中心值的±20% (例如1500V架空线时为1200V?1800V)的范围内变动。因此，在预先将无负载感应电压的上限值设定在架空线电压的0.8倍以下的情况下，即使架空线电压发生变动，架空线电压也不会超过无负载感应电压的上限值，从而无需进行特殊控制便可使电动机以最大转速工作。
[0033]另外，如果能够使无负载感应电压在架空线电压以下，则在车辆用电动机的整个速度范围中都能够仅通过PWM控制进行控制。参照图5对于这一点进行说明。
[0034]图5是与现有方法相比较，对电动机控制的新控制方法进行说明的图。在图5中，粗实线所表示的波形是利用新方法时的目标电流(相对于电动机的目标电流，下同)，粗虚线所表示的波形是利用新方法时的目标电压(相对于电动机的目标电压，下同)。另一方面，点划线所表示的波形是利用现有方法时的目标电流，双点划线所表示的波形是利用现有方法时的目标电压。
[0035]如图5所示，在利用现有方法的电动机控制中，在电动机的转速达到某一规定值之前，通过使目标电流固定不变，并且使目标电压与转速成比例地上升的PWM控制模式进行控制，但在转速达到规定值以上时，通过在同步脉冲模式等多脉冲模式之间将目标电压控制为固定不变的控制模式(非PWM控制模式)进行控制。通过这样的非PWM控制模式进行控制的理由之一就是因为存在上述无负载感应电压的问题。
[0036]另一方面，在例如逆变器的开关元件使用碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等宽带隙半导体元件时，由于能够流过Si元件的2倍以上的电流，因而能够采用图5所示的新方法。在该新方法中，在电动机达到最大转速为止的区域(整个控制区域)中，通过使目标电流固定不变，并且使目标电压与转速成比例地增加的PWM控制模式进行控制。虽然目标电压比现有方法小，但是，由于目标电压的值大于现有方法，因而能够确保与现有方法同等(或者同等以上)的所需转矩。另外，在采用该新方法时，在例如高速惰性运转时也能够使用再生制动，因而能够有效地利用再生能量，从而能够减少耗电量，并且，通过抑制机械制动器的使用频率，能够抑制机械制动器的磨耗，从而能够延长机械制动器的寿命。
[0037]图6是表示执行上述新方法的车辆驱动系统的一个构成例的图。如图6所示,该车辆驱动系统61构成为包括:输入电路62、逆变器63以及控制部67，其中，输入电路62至少具备断路器、滤波电容器以及滤波电抗器，逆变器63具备开关元件64a、65a、66a、64b、65b、66b，并且与用于驱动电车的至少一台以上的电动机68连接，控制部67分别生成用于对逆变器63所具备的开关元件64a、65a、66a、64b、65b、66b进行PWM控制的PWM信号U、V、W、X、Y、Z并将其输出。另外，与逆变器63连接的电动机68优选使用上述永磁体型电动机I。
[0038]另外，在图6中，输入电路62的一端经由集电装置71与架空线70连接，另一端经由车轮73与处于地电位的轨道72连接。由架空线70提供的直流电或者交流电经由集电装置71输入到输入电路62的一端，并且，输入电路62的输出端产生的电力(直流电压)输入(施加)到逆变器63中。另外，在图6中，将架空线70表示为直流架空线，但是，架空线70也可以是交流架空线。当架空线70为交流架空线时，除了细节部分的设计事项之外，只要是在输入电路62的前级设置变压器的结构即可。
[0039]逆变器63具有分别将由开关兀件64a、65a、66a构成的正侧臂(例如U相为64a)、与由开关元件64b、65b、66b构成的负侧臂(例如U相为64b)串联连接的支路支路(leg)。即，在逆变器63中形成具有三组(U相、V相、W相)支路支路的三相电桥电路。在此，开关元件64a、65a、66a、64b、65b、66b采用使用宽带隙半导体(SiC、GaN等)的开关元件。另外，图6的例子中示出了支路支路数为三个(三相)时的结构例，但是，不限定于该支路数。
[0040]逆变器63根据从控制部67输出的开关信号(PWM信号)U、V、W、X、Y、Z对开关元件64a、65a、66a、64b、65b、66b进行PWM控制，从而将从输入电路62输入的直流电压转换成任意频率及任意电压的交流电压后输出。在此，开关信号U、V、W分别是用于对开关元件64a、65a、66a(即正侧臂的开关元件)进行PWM控制的控制信号，同样，开关信号X、Y、Z分别是用于对开关兀件64b、65b、66b (即负侧臂的开关兀件)进行PWM控制的控制信号。另外，用于进行PWM控制的控制部67的结构、和从架空线70接受电力并将电力供给逆变器63的输入电路62的结构是公知结构，故在此省略其详细说明。
[0041]第二实施方式.图7是用于说明第二实施方式中的转子结构的部分剖面图。如图7所示，第二实施方式具有每极设有三个磁体插入孔1al?10a3和两个通风孔llal、lla2的结构，并且，在中央部的磁体插入孔1al中嵌有永磁体12al,在两端部的磁体插入孔10a2、10a3中分别嵌有永磁体12a2、12a3。在嵌入的永磁体之间，具体而言在永磁体12al与永磁体12a2之间以及永磁体12al与永磁体12a3之间，设有用于对转子铁心6和永磁体12al?12a3进行冷却的通风孔llal、lla2。另外，为了减少漏磁通而使磁体插入孔的尺寸大于永磁体，以使得在嵌入永磁体后的两端部形成漏磁通防止用的孔，这一点与第一实施方式相同。
[0042]在此，与第一实施方式中的说明一样，优选将通风孔llal、lla2设置在不会阻碍磁阻转矩的磁路15的位置上。因此，与第一实施方式同样地设置为使得通风孔llal、lla2位于连接永磁体12al、12a2、12a3的U字形状的曲线内。另外，若想更加定量地确定通风孔llal、lla2的位置，只要形成为例如图8所示那样的配置即可。
[0043]在图8中，将位于一个极的永磁体组中央部的永磁体12al (或者磁体插入孔1al)的长度方向的延长方向设为LI，将位于永磁体组两端部(最外周部)的一侧的永磁体12a2(或者磁体插入孔10a2)的长度方向的延长方向设为L2，将通风孔Ilal的长度方向的延长方向设为L3。此时，以方向L3与方向LI所形成的角度约为方向L2与方向LI所形成的角度的1/2的方式来配置通风孔llal。对于通风孔lla2也是同样的，可以根据永磁体12al (或者磁体插入孔1al)与永磁体12a3 (或者磁体插入孔10a3)之间的关系进行定位。通过进行上述配置，能够将通风孔llal、lla2设置在不会阻碍磁阻转矩的磁路的位置上，从而能够有效地利用磁阻转矩。
[0044]第三实施方式.图9是用于说明第三实施方式中的转子结构的部分剖面图。如图9所示，第三实施方式具有每极设有两个磁体插入孔20al、20a2和三个通风孔21al?21a3的结构，并且，在位于中央部的通风孔2Ial右侧的磁体插入孔20al中嵌有永磁体22al，在位于中央部的通风孔21al左侧的磁体插入孔20a2中嵌有永磁体22a2。另外，用于对转子铁心6以及永磁体22al、22a2进行冷却的通风孔2Ial?21a3分别设置在永磁体22al与永磁体22a2之间、永磁体22al与转子铁心6的外周部之间以及永磁体22a2与转子6的外周部之间。另外，为了减少漏磁通而使磁体插入孔的尺寸大于永磁体，以使得在嵌入永磁体后的两端部形成漏磁通防止用的孔，这一点与第一、第二实施方式相同。
[0045]在此，与第一、第二实施方式中所说明的一样，优选将通风孔21al?21a3设置在不会阻碍磁阻转矩的磁路15的位置上。因此，与第一、第二实施方式同样地设置为使得通风孔Ilal?lla3位于连接永磁体12al、12a2的U字形状的曲线内、以及使该U字形状的曲线朝向转子6的外周部延长的曲线内。另外，若想更加定量地确定永磁体12al、12a2以及通风孔21al?21a3的位置，只要形成为例如图9所示那样的配置即可。
[0046]在图9中，将位于由通风孔21al?21a3构成的通风孔组、即一个极的通风孔组中央部的通风孔21al的长度方向的延长方向设为K1，将位于通风孔组两端部(最外周部)的一侧的通风孔21a2的长度方向的延长方向设为K2，将永磁体22al的长度方向的延长方向设为K3。此时，以方向K3与方向Kl所形成的角度约为方向K2与方向Kl所形成的角度的1/2的方式来配置用于插入永磁体22al的磁体插入孔20al。对于永磁体22a2也是同样的，可以根据通风孔21al与通风孔21a3之间的关系进行定位。通过进行这种配置，能够将通风孔21al?21a3以及磁体插入孔20al、20a2设置在不会阻碍磁阻转矩的磁路的位置上，从而能够有效地利用磁阻转矩。
[0047]以上，对第一?第三实施方式涉及的转子结构进行了说明，参照用于说明第一?第三实施方式的各附图可知，每极的永磁体(磁体插入孔)与通风孔之间存在下述关系。
(1)既可以将永磁体配置在外周部，也可以将通风孔配置在外周部。
(2)除了位于外周部侧的永磁体之外，在永磁体的两侧设有通风孔。
(3)永磁体及通风孔的数量既可以是奇数也可以是偶数。
(4)通风孔的数量既可以多于永磁体的数量，也可以少于永磁体的数量。
(5)永磁体的数量与通风孔的数量的和为奇数。
[0048]另外，上述第(5)项是本申请发明的本质性特点，并非是方便意义上的特征。例如，如果在图3中将位于中央部的通风孔7形成为二等分结构，则永磁体的数量与通风孔的数量的和变成偶数，但是，这样的计数方法并非本质性的。从作为通风孔7的功能来看，通风孔7的数量仍为一个。这一点对于永磁体也是相同的。
[0049]如上所述，第一?第三实施方式的永磁体型旋转电机具有以下结构:在转子铁心上以朝向转子的外周面呈略U字形状的方式排列设置有用于嵌入多个永磁体的磁体插入孔,并且,在一个极的永磁体组中嵌有永磁体的一个磁体插入孔与相邻的磁体插入孔之间、或者该一个磁体插入孔与转子铁心的外周部之间，配置有沿轴向贯穿转子铁心的通风孔，并且，该通风孔配置在与磁体插入孔一同形成略U字形状的位置上。如此构成的主要原因在于，通过基于宽带隙半导体的开关元件所构成的逆变器，对永磁体型旋转电机进行驱动。
[0050]S卩，由于逆变器使用宽带隙半导体，因而能够利用上述新方法来驱动永磁体型旋转电机。其结果是，能够减少永磁体的数量，因而能够在去掉永磁体后的空间内设置冷却用的通风孔。另外，根据上述结构，能够设置冷却用的通风孔而不会阻碍磁阻转矩的磁路。由此，能够在减少永磁体的数量的同时，抑制磁阻转矩降低。
[0051]另外，在第一?第三实施方式的永磁体型旋转电机中，由于能够在减少永磁体数量后得到的空间内设置冷却用的通风孔，因而能够提高永磁体的冷却性能。由此，能够抑制转子冷却性能以及旋转电机性能的降低，从而有助于进一步提高包括逆变器等驱动电路在内的综合效率。
[0052]另外，根据第一?第三实施方式的永磁体型旋转电机，通过提高转子的冷却性能，能够使永磁体的耐高温性能的规格低于现有旋转电机，因而能够得到可降低永磁体的成本这一效果。
[0053]另外，根据第一?第三实施方式的永磁体型旋转电机，具有将通风孔配置在与磁体插入孔一同形成略U字形状的位置上的结构。通风孔的这种配置位置不会阻碍磁阻转矩的磁路，并且也不是会阻碍电磁转矩的磁路的位置。例如在图3中，当通风孔7位于转子铁心6的外周侧时，通风孔7就会阻碍从永磁体9a、9a朝向定子铁心3的磁路。另一方面，在第一?第三实施方式的结构中，由于通风孔7设置在从转子铁心6的外周部靠近中心轴侧的位置上，因而还具有可以抑制电磁转矩降低这一效果。
工业上的实用性
[0054]如上所述，本发明能够作为可以在减少永磁体数量的同时抑制磁阻转矩降低的永磁体型旋转电机而使用。
标号说明
[0055]I永磁体型电动机 2定子
3定子铁心 3a切槽 3b 齿 4定子绕组 5转子 6转子铁心
7、llal、lla2 通风孔
9、10al、10a2、10a3 磁体插入孔 9a、12al、12a2、12a3 永磁体 9b空洞部 15磁路 18旋转空隙 51转轴
51a转轴驱动侧部 52冷却用风扇 53 吸气口 54机架 56 排气口 58冷却风
【权利要求】
1.一种永磁体型旋转电机,其特征在于， 所述永磁体型旋转电机通过具备由宽带隙半导体构成的开关元件的逆变器进行驱动， 所述永磁体型旋转电机具备定子和转子，所述定子构成为将定子线圈收纳在切槽的内部，所述转子具有被配置为能够隔着旋转空隙而相对于所述定子进行旋转的转子铁心，并且在该转子铁心的内部，每极嵌有多个永磁体， 在所述转子铁心上，以朝向转子的外周面呈略U字形状的方式排列设置有用于嵌入所述永磁体的磁体插入孔,并且,在嵌入各个所述磁体插入孔中的永磁体的与其磁化方向正交的方向上的两侧面部形成有空洞部， 在由多个所述永磁体构成的一个极的永磁体组中，在嵌有所述永磁体的一个磁体插入孔与相邻的磁体插入孔之间、或者该一个磁体插入孔与所述转子铁心的外周部之间，设有沿轴向贯穿所述转子铁心的通风孔， 所述通风孔配置在与所述磁体插入孔一同形成所述略U字形状的位置上。
2.根据权利要求1所述的永磁体型旋转电机，其特征在于，每极的所述永磁体的数量与所述通风孔的数量的和为奇数。
3.根据权利要求1所述的永磁体型旋转电机，其特征在于，每极的所述永磁体的数量为3以上的奇数个，并且，在所述永磁体组的中央部和所述永磁体组的最外周部配置有永磁体。
4.根据权利要求3所述的永磁体型旋转电机，其特征在于， 每极的所述永磁体的数量为三个，并且，在将位于所述永磁体组的中央部的第一永磁体或者嵌有该第一永磁体的第一磁体插入孔的长度方向设为第一方向，将位于所述永磁体组两端部的一侧的第二永磁体或者嵌有该第二永磁体的第二磁体插入孔的长度方向设为第二方向，将设置于所述第一磁体插入孔与所述第二磁体插入孔之间的通风孔的长度方向设为第三方向时，以所述第三方向与所述第一方向所形成的角度约为所述第二方向与所述第一方向所形成的角度的1/2的方式来配置所述通风孔。
5.根据权利要求1所述的永磁体型旋转电机，其特征在于，每极的所述永磁体的数量为2以上的偶数个，并且，在由多个所述通风孔构成的一个极的通风孔组中，在该通风孔组的中央部和最外周部配置有通风孔。
6.根据权利要求5所述的永磁体型旋转电机,其特征在于， 每极的所述通风孔的数量为三个，并且在将位于中央部的第一通风孔的长度方向设为第一方向，将位于所述转子铁心外周部的一侧的第二通风孔的长度方向设为第二方向，将位于所述第一通风孔与所述第二通风孔之间的永磁体或者嵌有该永磁体的磁体插入孔的长度方向设为第三方向时，以所述第三方向与所述第一方向所形成的角度约为所述第二方向与所述第一方向所形成的角度的1/2的方式配置该永磁体。
7.—种车辆驱动系统，其特征在于，具备: 使用权利要求1至6中任一项所述的永磁体型旋转电机来构成的电动机； 用于驱动所述电动机的逆变器； 用于生成成为所述逆变器的输入的直流电的输入电路；以及 用于控制所述逆变器的控制装置。
【文档编号】H02K21/16GK104247214SQ201280072551
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2012年4月23日 优先权日:2012年4月23日
【发明者】健太 金子, 盛幸 枦山 申请人:三菱电机株式会社