永磁式旋转电机和具备永磁式旋转电机的车辆的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种永磁式旋转电机，转子铁芯按每个磁极设置了具有大致矩形的截面的多个磁铁插入孔，在该磁铁插入孔的周向的两端部分别形成非磁性部，在相邻的磁铁插入孔之间设置有将磁铁插入孔的外侧的转子铁芯部与内侧的转子铁芯部机械连接的桥部，在磁铁插入孔的桥部一侧的面与转子外侧的面之间的拐角部、和磁铁插入孔的桥部一侧的面与转子内侧的面之间的拐角部，各自向转子的周向和径向分别凸出地设置有插入到磁铁插入孔中的永磁铁的角部的退避部，磁铁插入孔的桥部一侧的面的退避部的大小在永磁铁的角部减小，磁铁插入孔的转子外侧的面和转子内侧的面的退避部的大小在永磁铁的角部减小。
【专利说明】永磁式旋转电机和具备永磁式旋转电机的车辆
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及永磁式旋转电机和具备该永磁式旋转电机的车辆。
【背景技术】
[0002]作为混合动力车(HV)和电动车(EV)等电动车辆的驱动而使用的永磁式旋转电机，要求高速旋转化。特别优选在高速旋转区域也能够实现高输出功率的永磁式旋转电机。因此，以往，永磁式旋转电机较多地使用高速旋转时能够削弱磁场，并且能够应用磁阻转矩的带有辅助凸极的嵌入型永磁式旋转电机。例如，专利文献I中记载了能够同时提高输出功率和提高机械转速的永磁式旋转电机的结构。
[0003]在这样的耐高速旋转的永磁式旋转电机的转子中，插入了矩形截面的较长的永磁铁。对于每个磁极设置了具有大致矩形截面的磁铁插入孔。在该磁铁插入孔中插入永磁铁，旋转电机被驱动、转子旋转时，因离心力，特别在与永磁铁的角部相接的磁铁插入孔拐角部，较大的应力发生作用。该应力较大的情况下，可能发生磁铁的破损或转子的破损。
[0004]专利文献2中，记载了一种转子，其在磁铁用沟的角部向外侧形成有圆弧状的凸起，使永磁铁的角部不与插入该永磁铁的磁铁用沟的角部接触。
[0005]专利文献3中，记载了一种磁铁型旋转电机，其按每个磁极设置多个插入永磁铁的磁铁槽，在同一个转子磁极中相邻的磁铁槽之间的转子铁芯部分设置窄铁芯部和宽铁芯部，以该窄铁芯部的宽度连续地变化的方式设置有圆弧部。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2006-187189号公报
[0009]专利文献2:日本特开平09-294344号公报
[0010]专利文献3:日本特开2002-281700号公报
【发明内容】
[0011]发明要解决的技术问题
[0012]专利文献I和3记载的永磁式旋转电机的转子中，在每个磁极的多个磁铁插入孔的相邻两个磁铁插入孔之间设置有桥部(磁铁槽内铁芯部)。该桥部一侧的磁铁插入孔的拐角部不是考虑了转子的径向和周向的双方向的应力和桥部的磁饱和的设计。从而，不是充分支持高速旋转的永磁式旋转电机。
[0013]用于解决技术问题的手段
[0014]根据本发明的第一方式，永磁式旋转电机是具有定子和与定子隔着空隙对应配置的转子的永磁式旋转电机，转子具备:按每个磁极设置了具有大致矩形的截面的多个磁铁插入孔的转子铁芯；和分别被插入到磁铁插入孔中的永磁铁，在按转子的每个磁极设置的多个磁铁插入孔的周向上的两端部，分别形成非磁性部，在多个磁铁插入孔的相邻的磁铁插入孔之间，设置有将磁铁插入孔的外侧的转子铁芯部与磁铁插入孔的内侧的转子铁芯部机械连接的桥部，在作为磁铁插入孔的桥部一侧的面与磁铁插入孔的转子外侧的面之间的拐角部的第一拐角部、和作为磁铁插入孔的桥部一侧的面与磁铁插入孔的转子内侧的面之间的拐角部的第二拐角部，各自设有分别向转子的周向和径向凸出的退避部，使得插入到磁铁插入孔中的具有矩形截面的长条的永磁铁的角部不与磁铁插入孔的桥部一侧的面、以及转子外侧的面和转子内侧的面接触，磁铁插入孔的桥部一侧的面的退避部的大小(尺寸)在永磁铁的角部处减小，磁铁插入孔的转子外侧的面和磁铁插入孔的转子内侧的面的退避部的大小(尺寸)在永磁铁的角部处减小。
[0015]根据本发明的第二方式，在第一方式的永磁式旋转电机中，优选在非磁性部的外周侧的转子铁芯的最小宽度为W1、桥部的最小宽度为W2、磁铁插入孔的第一拐角部处的转子外周侧的铁芯的最小宽度为W3时，W2〈W1〈W3成立。
[0016]根据本发明的第三方式，在第二方式的永磁式旋转电机中，优选在桥部的最大宽度为W4时，W2<W4<W1<W3成立。
[0017]根据本发明的第四方式，在第一至三中任一方式的永磁式旋转电机中，永磁铁的角部被施予R形(圆弧状)或平面状的倒角，磁铁插入孔的第一拐角部和磁铁插入孔的第二拐角部各自具备:与永磁铁的角部接近的曲面部；与曲面部连接的形成周向的退避部的平面部；和与曲面部连接的形成径向的退避部的平面部。
[0018]根据本发明的第五方式，在第一至三中任一方式的永磁式旋转电机中，优选永磁铁的角部被施予R形(圆弧状)或平面状的倒角，磁铁插入孔的第一拐角部和磁铁插入孔的第二拐角部各自具备:与永磁铁的角部接近的平面部；与平面部连接的形成周向的退避部的曲面部；和与平面部连接的形成径向的退避部的曲面部。
[0019]根据本发明的第六方式，在第四或第五方式的永磁式旋转电机中，曲面部的曲率小于永磁铁的倒圆角的曲率。
[0020]根据本发明的第七方式，车辆的电动驱动装置具备:第一至六中任一方式的永磁式旋转电机；和供给用于驱动该旋转电机的电力的电力转换部。
[0021]根据本发明的第八方式，车辆具备第七方式的车辆的电动驱动装置。
[0022]发明的效果
[0023]根据本发明，能够制造耐高转速的大输出功率的永磁铁型旋转电机。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是表示搭载了本发明的旋转电机的混合动力型电动车的概要结构的图。
[0025]图2是表示本发明的旋转电机的驱动所使用的电力转换装置600的电路的概要结构的图。
[0026]图3是本发明的旋转电机的第一实施方式的截面图。
[0027]图4是表示图3所示的旋转电机的定子230和转子250的截面的图。
[0028]图5是说明磁阻转矩的图。
[0029]图6是将图4所示的旋转电机的定子230和转子250的一个磁极放大表示的图。
[0030]图7是将图6所示的旋转电机的磁铁间桥部260附近放大表示的图。
[0031]图8是对于图6所示的旋转电机的高速旋转时的应力分布，在一个磁极的转子的一半、即1/2磁极中用等应力线表示的图。[0032]图9是表不在图6所不的本发明的旋转电机的一个实施方式的一个磁极中，不对定子绕组238通过三相交流电力时的磁通线的分布的图。
[0033]图10是在图6或图7所示的本发明的旋转电机的一个实施方式的一个磁极中，将一个永磁铁254的角部及其周边的磁铁插入孔253的拐角部进一步放大的图。(a)是该磁铁插入孔253的拐角部的与永磁铁254的角部最接近地相对的内面由大致圆弧状的曲面形成，与其连接的径向和周向的内面是平面的例子。(b)是该磁铁插入孔253的拐角部的与永磁铁254的角部最接近地相对的内面由平面曲面形成，与其连接的径向和周向的内面是大致圆弧状的曲面的例子。
[0034]图11是本发明的旋转电机的实施方式的变形实施例，是在按每个磁极设置3个永磁铁，在各磁铁之间设置了磁铁间桥部260的结构中，将定子230和转子250的一个磁极放大表示的截面图。
[0035]图12是本发明的旋转电机的实施方式的另一个变形实施例，是在每个磁极具备两个磁铁插入孔，在各个磁铁插入孔中插入两个永磁铁，在两个磁铁插入孔之间设置了磁铁间桥部260的结构中，将定子230和转子250的一个磁极放大表示的截面图。
[0036]图13是本发明的旋转电机的实施方式的另一个变形实施例，是在使一个磁极的两个永磁铁254配置为V字形的结构中，将定子230和转子250的一个磁极放大表示的截面图。
[0037]图14是本发明的旋转电机的第二实施方式，是在由图4所示的第一实施方式的转子和集中卷绕的12极的定子构成的8极12槽的旋转电机中，将定子231和转子250的截面整体的1/4放大表示的图。
【具体实施方式】
[0038]以下，参考图1?14说明用于实施本发明的方式。
[0039]本发明的旋转电机，如以下所说明，能够提高输出功率。因此，例如，适合作为电动车的行驶用电动机。本发明的旋转电机能够应用于仅通过旋转电机行驶的纯电动车、通过发动机和旋转电机双方驱动的混合动力型的电动车，以下以混合动力型的电动车为例说明。
[0040]图1是表示搭载了本发明的一个实施方式的旋转电机的混合动力型电动车的概要结构的图。车辆100中搭载了发动机120、第一旋转电机200、第二旋转电机202和电池180。电池180在需要旋转电机200、202的驱动力的情况下经由电力转换装置600对旋转电机200、202供给直流电力，在再生行驶时将来自旋转电机200、202的交流电力转换为直流电力对电池180充电。电池180与旋转电机200、202之间的直流电力的传递经由电力转换装置600进行。此外，虽然未图示，但车辆中搭载有供给低电压电力(例如14伏特电力)的电池，对以下说明的控制电路供给直流电力。
[0041]发动机120和旋转电机200、202的旋转转矩经由变速机130和差动齿轮160向前轮110传递。变速机130由变速机控制装置134控制，发动机120由发动机控制装置124控制。电池180由电池控制装置184控制。变速机控制装置134、发动机控制装置124、电池控制装置184、电力转换装置600和综合控制装置170通过通信线路174连接。
[0042]综合控制装置170是比变速机控制装置134、发动机控制装置124、电力转换装置600和电池控制装置184更上级的控制装置，对表示变速机控制装置134、发动机控制装置124、电力转换装置600和电池控制装置184的各状态的信息通过通信线路174从这些装置分别接收。综合控制装置170基于取得的这些信息生成各控制装置的控制指令。生成的控制指令通过通信线路174向各个控制装置发送。
[0043]高电压的电池180由锂离子电池或镍氢电池等二次电池构成，输出250伏特至600伏特、或其以上的高电压的直流电力。电池控制装置184将电池180的充放电状况和构成电池180的各单电池的状态通过通信线路174向综合控制装置170输出。
[0044]综合控制装置170基于来自电池控制装置184的信息判断电池180需要充电时，对电力转换装置600发出发电运转的指示。此外，综合控制装置170主要进行发动机120和旋转电机200、202的输出转矩的管理、发动机120的输出转矩与旋转电机200、202的输出转矩的总转矩和转矩分配比的运算处理，将基于该运算处理结果的控制指令发送到变速机控制装置134、发动机控制装置124和电力转换装置600。电力转换装置600基于来自综合控制装置170的转矩指令，以产生按照指令的转矩输出或发电电力的方式控制旋转电机
200,202ο
[0045]电力转换装置600中设置有构成用于使旋转电机200、202运转的逆变器的功率半导体。电力转换装置600基于来自综合控制装置170的指令对功率半导体的开关动作进行控制。通过该功率半导体的开关动作，旋转电机200、202作为电动机或发电机运转。
[0046]使旋转电机200、202作为电动机运转的情况下，来自高电压的电池180的直流电力对电力转换装置600的逆变器的直流端子供给。电力转换装置600将控制功率半导体的开关动作而供给的直流电力转换为三相交流电力，对旋转电机200、202供给。另一方面，使旋转电机200、202作为发电机运转的情况下，旋转电机200、202的转子通过从外部施加的旋转转矩而旋转驱动，在旋转电机200、202的定子绕组中产生三相交流电力。产生的三相交流电力在电力转换装置600中被转换为直流电力，通过对高电压的电池180供给该直流电力，对电池180充电。
[0047]图2表示图1的电力转换装置600的电路图。电力转换装置600中，设置了用于旋转电机200的第一逆变器装置、和用于旋转电机202的第二逆变器装置。第一逆变器装置具备功率模块610、控制功率模块610的各功率半导体21的开关动作的第一驱动电路652、检测旋转电机200的电流的电流传感器660。驱动电路652设置在驱动电路基板650上。
[0048]另一方面，第二逆变器装置具备功率模块620、控制功率模块620的各功率半导体21的开关动作的第二驱动电路656、检测旋转电机202的电流的电流传感器662。驱动电路656设置在驱动电路基板654上。控制电路基板646上设置的控制电路648、电容器模块630和连接器基板642上安装的发送接收电路644在第一逆变器装置和第二逆变器装置共用。
[0049]功率模块610、620按照从各自对应的驱动电路652、656输出的驱动信号工作。功率模块610、620将分别从电池180供给的直流电力转换为三相交流电力，向对应的旋转电机200、202的电枢绕组即定子绕组供给该电力。此外，功率模块610、620将旋转电机200、202的定子绕组中感应生成的交流电力转换为直流，对高电压电池180供给。
[0050]功率模块610、620如图2所述具备三相电桥电路，与三相对应的串联电路分别在电池180的正极侧与负极侧之间电并联连接。各串联电路具备构成上臂的功率半导体21和构成下臂的功率半导体21，这些功率半导体21串联连接。功率模块610与功率模块620如图2所示，电路结构基本相同，此处以功率模块610为代表说明。
[0051]本实施方式中，使用IGBT (绝缘栅型双极晶体管)21作为开关用功率半导体元件。IGBT21具备集电极电极、发射极电极和栅极电极三个电极。IGBT21的集电极电极和发射极电极之间电连接有二极管38。二极管38具备阴极电极和阳极电极两个电极，以从IGBT21的发射极电极朝向集电极电极的方向为正向的方式，将阴极电极与IGBT21的集电极电极、阳极电极与IGBT21的发射极电极分别电连接。
[0052]此外，也可以使用MOSFET (金属氧化物半导体型场效应晶体管)作为开关用功率半导体元件。MOSFET具备漏极电极、源极电极和栅极电极三个电极。MOSFET的情况下，在源极电极与漏极电极之间具备从漏极电极朝向源极电极的方向为正向的寄生二极管，因此不需要设置图2的二极管38。
[0053]各相的臂由IGBT21的发射极电极与IGBT21的集电极电极电串联连接构成。此夕卜，本实施方式中，对各相的各上下臂的IGBT仅图示一个，但因为控制的电流容量较大，所以实际上由多个IGBT电并联连接构成。以下，为了使说明简单，按一个功率半导体说明。
[0054]图2所示的例子中，各相的各上下臂分别由三个IGBT构成。各相的各上臂的IGBT21的集电极电极与电池180的正极侧、各相的各下臂的IGBT21的源极电极与电池180的负极侧分别电连接。各相的各臂的中点(上臂侧IGBT的发射极电极与下臂侧的IGBT的集电极电极的连接部分)，与对应的旋转电机200、202的对应的相的电枢绕组(定子绕组)电连接。
[0055]驱动电路652、656构成用于控制对应的逆变器装置610、620的驱动部，基于从控制电路648输出的控制信号，产生用于使IGBT21驱动的驱动信号。在各个驱动电路652、656中产生的驱动信号向对应的功率模块610、620的各功率半导体兀件的栅极分别输出。在驱动电路652、656中，分别设置6个产生对各相的各上下臂的栅极供给的驱动信号的集成电路，使6个集成电路构成一个模块。
[0056]控制电路648构成各逆变器装置610、620的控制部，由生成用于使多个开关用功率半导体元件工作(接通/断开)的控制信号(控制值)的微型计算机构成。对控制电路648输入来自上级控制装置的转矩指令信号(转矩指令值)、电流传感器660、662的传感器输出、旋转电机200、202中搭载的旋转传感器的传感器输出。控制电路648基于这些输入信号计算控制值，对驱动电路652、656输出用于控制开关时刻的控制信号。
[0057]连接器基板642上安装的发送接收电路644用于将电力转换装置600与外部的控制装置之间电连接，通过图1的通信线路174与其他装置进行信息的发送接收。电容器模块630构成用于抑制因IGBT21的开关动作而产生的直流电压的变动的平滑电路，与第一功率模块610和第二功率模块620的直流侧的端子电并联连接。
[0058]<本发明的旋转电机的实施方式>
[0059]图3表示图1的旋转电机200所使用的本发明的旋转电机的一个实施方式的截面图。其中，旋转电机200和旋转电机202具有大致相同的结构，以下以旋转电机200的结构为代表例说明。但是，以下所示的结构不需要在旋转电机200、202双方采用，也可以仅在一
方采用。
[0060]定子230在壳体212的内部被支撑，定子230具备定子铁芯232和定子绕组238。在定子铁芯232的内周侧，转子250隔着空隙222可旋转地被支撑。转子250具备固定在轴218上的转子铁芯252、永磁铁254、非磁性体的挡板226。壳体212具有设置了轴承216的一对端部支架214，轴218可旋转地被这些轴承216支撑。
[0061]在轴218上，设置有检测转子250的极的位置和转速的旋转变压器224。来自该旋转变压器224的输出被导入图2所示的控制电路648。控制电路648基于导入的输出向驱动电路652输出控制信号。驱动电路652向功率模块610输出基于该控制信号的驱动信号。功率模块610基于控制信号进行开关动作，将从电池180供给的直流电力转换为三相交流电力。该三相交流电力对图3所示的定子绕组238供给，在定子230中产生旋转磁场。三相交流电流的频率基于旋转变压器224的输出值进行控制，三相交流电流的与转子250的旋转位置相对的相位也同样基于旋转变压器224的输出值进行控制。
[0062]图4是表示图3所示的定子230和转子250的截面的图，表示了图3的A-A截面图。其中，图4中省略了壳体212、轴218和定子绕组238的记载。此外，图5之后也省略了槽237的定子绕组。
[0063]在定子铁芯232的内周侧，大量的槽237和齿236遍及整周均等地配置。图4中，没有对所有槽和齿附加符号，作为代表仅对一部分齿和槽附加符号。在槽237内设置了槽绝缘材料(省略图示)，安装有构成图3的定子绕组238的U相、V相、W相的多个相绕组。本实施方式中，槽237等间隔地形成48个。
[0064]此外，在转子铁芯252的外周附近，沿着周向配设了 16个用于插入矩形的磁铁的磁铁插入孔253。各磁铁插入孔253沿着轴方向形成，在该磁铁插入孔253中分别嵌入永磁铁254 (254a、254b)，用粘合剂等固定。磁铁插入孔253和永磁铁254分别由一对形成一个磁极，将一对磁铁插入孔253的各自的圆周方向的宽度设定得比一对永磁铁254的各自的圆周方向的宽度更大，永磁铁254的磁极外侧的孔空间257起到磁隙的作用。该孔空间257可以填入粘合剂，也可以用成型用树脂与永磁铁254加固成一体。永磁铁254起到转子250的场磁极的作用，本实施方式中是8极结构。
[0065]永磁铁254的磁化方向朝向径向,磁化方向的朝向按每个场磁极反转。即，如果设永磁铁254a的定子侧面为N极、轴侧的面为S极,则永磁铁254b的定子侧面为S极,轴侧的面为N极。这些永磁铁254a、254b分别由一对形成一个磁极,在圆周方向上交替地配置。
[0066]永磁铁254可以在磁化后插入磁铁插入孔253,也可以在插入转子铁芯252的磁铁插入孔253后施加强磁场而磁化。但是，因为磁化后的永磁铁254是强磁铁，所以如果在将永磁铁254固定到转子250前使磁铁磁化，则永磁铁254固定时与转子铁芯252之间产生强吸引力，会妨碍安装作业。此外，因永磁铁254的强吸引力，可能在永磁铁254上附着铁粉等废物。因此，考虑到旋转电机的生产效率的情况下，优选将永磁铁254插入转子铁芯252后磁化。
[0067]此外，永磁铁254能够使用钕类、钐类的烧结磁铁或铁氧体磁铁、钕类的粘结磁铁等。永磁铁254的剩余磁通密度大致为0.4?1.3T程度。
[0068]通过在定子绕组238中流过三相交流电流而在定子230中产生旋转磁场时，该旋转磁场作用于转子250的永磁铁254a、254b产生转矩。该转矩由从永磁铁254发出的磁通中与各相绕组交链的成分和各相绕组中流过的交流电流的与交链磁通正交的成分的积表示。此处，如果考虑交流电流波形为正弦波形状，则交链磁通的基本波成分与交流电流的基本波成分的积是转矩的时间平均成分，交链磁通的高次谐波成分与交流电流的基本波成分的积是转矩的高次谐波成分即转矩纹波。即，为了减少转矩纹波，减少交链磁通的高次谐波成分即可。换言之，因为交链磁通与转子旋转的角加速度的积是感应电压，所以减少交链磁通的高次谐波成分大致等同于减少感应电压的高次谐波成分。
[0069]图5是说明磁阻转矩的图。一般而言，将磁通通过磁铁中心的轴称为d轴，将磁通从磁铁的极间流向极间的轴称为q轴。此时，将位于磁铁的极间中心的铁芯部分称为辅助凸极部259。因为转子250中设置的永磁铁254的磁导率与空气大致相同，所以从定子一侧观察的情况下，d轴部磁凹陷，q轴部磁凸出。因此，将q轴部的铁芯部分称为凸极。磁阻转矩因该d轴与q轴的磁通的易通过性(磁感)的差即凸极比而产生。
[0070]图6是将图4所示的旋转电机的定子230和转子250的截面图的一个磁极放大表示的图。在转子铁芯252中，在永磁铁254的磁极外侧形成磁隙257，这是为了减少齿槽转矩和通电时的转矩脉动而设置的。并且，磁隙257的径向的厚度小于永磁铁254的径向的厚度，磁隙257的内周侧的转子铁芯的部分即磁极端压紧部264限制永磁铁254的向周向的运动。此外，在插入永磁铁254的磁铁插入孔253的径向外侧即磁极外侧部256中，在径向尺寸中将磁极端桥部258的宽度Wl设定为最薄。
[0071]减小磁极端桥部258的宽度Wl时,转子内的磁路中流过的来自永磁铁的磁通减少，更多的磁通到达定子一侧，能够增大磁转矩。从而，优选磁极端桥部258的宽度Wl在可以承受转子旋转时的应力的程度内尽量减小。
[0072]图7是将图6所示的转子的磁铁间桥部260 (用B表示的区域)放大表示的图。在一对永磁铁254之间，以将位于永磁铁254的外周侧的转子铁芯的磁极外侧部256与内周侧的转子铁芯的磁极内侧部263机械连接的方式设置有磁铁间桥部260。并且，在磁铁插入孔253的位于磁铁间桥部260两端的4个拐角部，以永磁铁254在尺寸公差上最接近桥部的情况下磁铁的角部也不与转子铁芯接触的方式设定周向退避部261和径向退避部262。此夕卜，该情况下，将周向退避部261的厚度Tl设定为在永磁铁254的中央侧和永磁铁254的角部减小，在其之间最大，将径向退避部262的厚度T2设定为在永磁铁254的中央侧和永磁铁254的角部减小，在它们之间最大。并且，在磁铁间桥部260的中央部，在上述磁隙257的内周侧与磁极端压紧部264同样地限制永磁铁254的向周向的运动，能够不使用新部件地使组装效率变得良好。
[0073]其中，图7所示的上述4个拐角部的形状基于后述的图10 (a)记载。
[0074]通过采用这样的结构，不仅防止了磁铁角部与转子铁芯接触所引起的转子铁芯252的破坏或变形，还能够减少磁铁间桥部260的两端发生的应力集中，能够实现转子250的高速旋转。
[0075]本实施方式中，连接周向退避部261和径向退避部262的线，用比磁铁的角的R(圆弧)尺寸大的R (圆弧)尺寸连接，但如后所述，用直线与圆弧的组合也能够获得同样的效果。
[0076]—般而言,如果设置磁铁间桥部260,则永磁铁254的磁通经由磁铁间桥部260在转子内磁通通路闭合，所以在转子磁极中央部与相对的定子磁极耦合的有效磁通减少，性能降低。从而，优选磁铁间桥部260的最窄的部分的宽度W2尽量小。
[0077]此外，磁铁间桥部260的中央部的宽度W4如以上所说明设定得比W2稍大，但优选该宽度W4也尽量小。磁铁间桥部260的中央部的宽度W4较小时，插入两个相邻的磁铁插入孔253的永磁铁更接近，磁极中央部的磁通密度的减少变少。根据本发明的转子的结构，能够以满足这样的W2与W4的关系的方式设计。
[0078]此外，永磁铁也可以不是精确的矩形，也可以是大致矩形。该情况下，也可以与永磁铁的截面形状相应地使磁铁插入孔的截面形状为大致矩形。通过将永磁铁的形状从矩形变形，还能够改变磁通密度分布。
[0079]本实施方式中，在磁极端桥部258的最小宽度Wl、磁铁间桥部260的最小宽度W2、径向退避部262的外周侧的转子铁芯的宽度W3中，以W2〈W1〈W3成立的方式构成。该W1、W2.W3的关系通过成为以上说明的特性的转子的结构而达成，对其在以下说明。
[0080]转子的离心力产生的应力，在磁铁间桥部260的转子外周侧根部、即夹着磁铁间桥部260相邻的两个磁铁插入孔253的转子外周侧的拐角部和磁极端桥部258 —侧增大。但是，图6的例子中，在两个永磁铁254和插入它的两个磁铁插入孔253之间，设置了使转子铁芯的磁极外侧部256和磁极内侧部263结合的磁铁间桥部260,所以根据该原理,磁极端桥部258处的应力最大。
[0081]从而,对于磁极端桥部258的最小宽度Wl,为了防止磁通的泄漏,仅从性能方面考虑，要求较薄而产生磁饱和，但如上所述高速旋转时的应力集中较大，首先需要可以承受该应力的程度的厚度。
[0082]磁铁间桥部260的最小宽度W2也与磁极端桥部258的最小宽度Wl大致相同，但如上所述，应力集中的程度比磁极端桥部258小，所以能够为W2〈W1。另一方面，径向退避部262的外周侧的转子铁芯的宽度W3是永磁铁254的磁通与各相绕组交链时经由的磁路，优选不饱和，所以为W3>W1。
[0083]此外，如以上所说明，根据本发明的转子的结构，能够将磁铁间桥部260的中央部分的宽度W4设定为比W2稍小的程度。S卩，W4〈W1〈W3。根据这样的结构，能够减小两个相邻的永磁铁之间的距离，能够将转子磁极中央部的磁通密度维持得较高。
[0084]图8是对于图6所示的旋转电机的高速旋转时的应力分布在一个磁极的转子的一半、即1/2磁极中用等应力线表示的1/2磁极模型。在等应力线较密的磁极端桥部258、磁铁间桥部260两端，与其他部分相比应力集中，而因为构成为上述W2〈W1〈W3成立，所以应力在磁极端桥部258和磁铁间桥部260两端不会特别偏向局部，应力被分散。
[0085]以上说明的本发明的旋转电机的实施方式中，使一个磁极的两个永磁铁254呈直线状地排列。由此，能够使磁铁间桥部260的两端产生的应力大致均等，避免应力集中，所以在强度方面优选，但不使永磁铁254在直线上排列的情况下，也能够获得本发明的效果。
[0086]图9是表不在图6所不的本发明的旋转电机的一个实施方式的一个磁极中，不对定子绕组238通过三相交流电力时的磁通线的分布的图。如以上所说明地设定Wl、W2、W3的大小，构成为使它们成为W2〈W1〈W3的关系。根据这样的结构,可知磁极端桥部258和磁铁间桥部260因永磁铁254发出的磁通中最低限度的磁通而饱和，大部分磁通从转子铁芯的磁极外侧部263与定子铁芯232耦合，与定子绕组238交链。
[0087]图10是将图7或图8所示的永磁铁254的一个角部及其周边的磁铁插入孔253的部分放大的图。夹着磁铁间桥部260的两个磁铁插入孔253的4处拐角部均为同样的形状，其中特别作为代表将图8的永磁铁254的右下的部分放大表示。
[0088]永磁铁的角部被施予对磁特性没有影响的程度的大小的R形(圆弧状)或平面状的倒角。图10中表示了使永磁铁的角部为R形(圆弧状)的例子。根据这样的角部的形状，能够使与该角部相对的磁铁插入孔的拐角部内面的弯曲变缓，能够分散转子的旋转所产生的应力。
[0089]此外，通过使该磁铁插入孔的拐角部内面的弯曲如图10所示，部分地由直线和曲线构成，能够减小磁铁间桥部的最大宽度W4与周向退避部261处的磁铁间桥部的最小宽度W2的差，并且将W2和W4抑制为较小的值。
[0090]在图10 (a)所示的例子中，最接近永磁铁254的角部的磁铁插入孔253的拐角部内面是比永磁铁254的角部的R形(圆弧)更缓和的弯曲的曲面状(图中曲线状地表示)，与其分别连接的周向退避部261和径向退避部262的内面为平面(图中用直线表示)。此外，上述图7中，基于图10 (a)表示该磁铁插入孔253的拐角部内面的形状。
[0091]图10 (b)中，最接近永磁铁254的角部的磁铁插入孔253的拐角部内面是平面状(图中直线状地表示)，与其连接的周向退避部261和径向退避部262的内面由大致圆弧状的曲面(图中用曲线表示)构成。
[0092]此外，用平面进行永磁铁254的角部的倒角的情况下，与该永磁铁254的角部相对的磁铁插入孔253的拐角部为平面的情况下的该平面的宽度，大于永磁铁254的角部的平面的宽度。
[0093]同样，用曲面进行永磁铁254的角部的倒角的情况下，与该永磁铁254的角部相对的磁铁插入孔253的拐角部为曲面的情况下的该曲面的宽度，大于永磁铁254的角部的曲面的宽度，且磁铁插入孔253的拐角部的曲面的曲率小于永磁铁254的角部的曲面的曲率。
[0094]图11是本发明的旋转电机的变形例，在按每个磁极设置3个永磁铁，在插入各个磁铁的两个相邻的磁铁插入孔之间设置磁铁间桥部260的结构中，将定子230和转子250的一个磁极放大表不的截面图。这样，即使是使每个磁极的永磁铁为多个，设置在各个永磁铁之间的结构，即对于一个磁极设置多个磁铁间桥部260的结构，通过成为本发明的结构也能够减少高速旋转时的应力。通过对于一个磁极设置多个磁铁间桥部260，永磁铁的外侧的转子铁芯的部分与永磁铁的旋转轴一侧的转子铁芯的部分被坚固地连接，还能够期待进一步的高速旋转化。
[0095]图12是在本发明的旋转电机的另一个变形例中，表示定子230和转子250的一个磁极的放大图。该变形实施例中，按每一个磁极设置2个磁铁插入孔253，对每个磁铁插入孔253插入2个永磁铁254。即使在一个磁极使用多个永磁铁254的情况下，只要高速旋转时产生的应力不超过容许应力，就不一定需要在所有的磁铁间设置磁铁间桥部260。此外，通过将永磁铁254分割为多个，能够减少永磁铁254的表面流过的涡电流，能够减少发热和提高效率。从而，图12中在一个磁铁插入孔中插入分割为2个的永磁铁，但也可以插入分割为3个以上的永磁铁。
[0096]图13表示本发明的旋转电机的另一个变形实施例。此处也将定子230和转子250的一个磁极放大表示。如上所述，即使不直线地排列，将多个永磁铁254按V字形配置的情况下，通过采用上述本发明的旋转电机的结构，也能够与上述实施方式同样地实现高转速且高输出的旋转电机。
[0097]图14是本发明的旋转电机的第二实施方式，表示由图4所示的第一实施方式的转子、和集中绕组的12极的定子231构成的8极12槽的旋转电机。此处将定子231和转子250的截面的1/4放大表示。使定子230为集中绕组的情况下，也能够采用本发明的旋转电机的转子的结构，集中绕组的定子的旋转电机也可以获得同样的效果。即，本发明不依赖于定子的方式。
[0098]以上说明是本发明的例子，本发明不限于这些实施方式和变形例。如果是本行业从业者，则能够不损害本发明的特征地进行各种变形实施。特别是以上说明的两个以上的磁铁插入孔数和插入各个磁铁插入孔的永磁铁的数量能够进行各种组合，与旋转电机的设计相应地适当决定。
[0099]以下优先权申请的公开内容作为引用文导入于此。
[0100]日本专利申请2011年第220056号(2011年10月4日申请)
【权利要求】
1.一种永磁式旋转电机，其具有定子和与所述定子隔着空隙对应配置的转子，该永磁式旋转电机的特征在于: 所述转子具备:按每个磁极设置了具有大致矩形的截面的多个磁铁插入孔的转子铁芯；和分别被插入到所述磁铁插入孔中的永磁铁， 在按所述转子的每个磁极设置的所述多个磁铁插入孔的周向上的两端部，分别形成非磁性部， 在所述多个磁铁插入孔的相邻的磁铁插入孔之间，设置有将所述磁铁插入孔的外侧的转子铁芯部与所述磁铁插入孔的内侧的转子铁芯部机械连接的桥部， 在作为所述磁铁插入孔的所述桥部一侧的面与所述磁铁插入孔的所述转子外侧的面之间的拐角部的第一拐角部、和作为所述磁铁插入孔的所述桥部一侧的面与所述磁铁插入孔的所述转子内侧的面之间的拐角部的第二拐角部，各自设有分别向所述转子的周向和径向凸出的退避部，使得插入到所述磁铁插入孔中的具有矩形截面的长条的永磁铁的角部不与所述磁铁插入孔的所述桥部一侧的面、以及所述转子外侧的面和所述转子内侧的面接触， 所述磁铁插入孔的所述桥部一侧的面的退避部的大小在所述永磁铁的角部处减小，所述磁铁插入孔的所述转子外侧的面和所述磁铁插入孔的所述转子内侧的面的退避部的大小在所述永磁铁的角部处减小。
2.如权利要求1所述的永磁式旋转电机，其特征在于: 在所述非磁性部的外周侧的转子铁芯的最小宽度为W1、所述桥部的最小宽度为W2、所述磁铁插入孔的第一拐角部处的所述转子外周侧的铁芯的最小宽度为W3时，
W2<ffl<W3 成立。
3.如权利要求2所述的永 磁式旋转电机，其特征在于: 在所述桥部的最大宽度为W4时， W2<W4<W1<W3 成立。
4.如权利要求1~3中任一项所述的永磁式旋转电机,其特征在于: 所述永磁铁的角部被施予R形或平面状的倒角， 所述磁铁插入孔的第一拐角部和所述磁铁插入孔的第二拐角部各自具备:与所述永磁铁的角部接近的曲面部；与所述曲面部连接的形成所述周向的退避部的平面部；和与所述曲面部连接的形成所述径向的退避部的平面部。
5.如权利要求1~3中任一项所述的永磁式旋转电机,其特征在于: 所述永磁铁的角部被施予R形或平面状的倒角， 所述磁铁插入孔的第一拐角部和所述磁铁插入孔的第二拐角部各自具备:与所述永磁铁的角部接近的平面部；与所述平面部连接的形成所述周向的退避部的曲面部；和与所述平面部连接的形成所述径向的退避部的曲面部。
6.如权利要求4或5所述的永磁式旋转电机,其特征在于: 所述曲面部的曲率小于所述永磁铁的R形倒角的曲率。
7.—种车辆的电动驱动装置，其特征在于，包括: 权利要求1至6中任一项所述的永磁式旋转电机；和 供给用于驱动所述旋转电机的电力的电力转换部。
8.—种车辆，其特征在于:具备权利要求7所述的车辆的·电动驱动装置。
【文档编号】B60L11/14GK103858318SQ201280049293
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年10月3日 优先权日:2011年10月4日
【发明者】斋藤泰行, 贝森友彰, 池田太祐, 押田学 申请人:日立汽车系统株式会社