永磁型同步旋转电机用转子和旋转电机的制作方法

专利名称：永磁型同步旋转电机用转子和旋转电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及作为混合动力车、燃料电池车、电动汽车等车辆，或者起重机、 巻扬机、电梯、立体停车场等的升降机，或者风水力用压縮机、鼓风机、泵等 流体机械，或者以半导体制造装置、机床等为主的加工机械等的工业用省力机 械的驱动用马达、发电机而被使用的电磁钢板成形体、电磁钢板层压体、具备 该部件的永磁型同步旋转电机用转子、永磁型同步旋转电机，以及使用该旋转 电机的车辆、升降机、流体机械、加工机械。
背景技术：
近年，从防止地球温暖化、确保资源的观点出发，混合动力车等车辆、工 业用省力机械等所能够实现的作用正变得极为重要，这其中需要实现减少二氧 化碳的排放、改善能源消耗量或效率等。对于上述混合动力车等车辆或者工业用省力机械等，要求具有可以实现高 输出、高速旋转，可靠性高且效率良好，而且旋转速度可变控制性良好等的优 点的永磁型同步旋转电机。作为满足该条件的旋转电机，可列出在转子上内置有永久磁铁的同步马达，即所谓的磁铁埋入型同步马达(IPM马达Interior Permanent Magnet Moter)。该马达具有可实现小型、轻量化等优点， 因此，在工业用省力机械领域内，用途也扩大至起重机、巻扬机、电梯、立体 停车场等的升降机，风水力用压縮机、鼓风机、泵等流体机械，或者以半导体 制造装置、机床等为主的加工机械。下面在本例中以磁铁埋入型同步马达为中 心进行说明。图6是第1现有技术中的为转子铁心成形用而冲孔的电磁钢板成形体的主 视图。图6中，电磁钢板成形体35由用于形成转子铁心的1张薄壁圆盘状的电磁 钢板构成。该电磁钢板成形体35设置有在形成转子时用于每1极插入永久磁铁钢板构成。该电磁钢板成形体35设置有在形成转子时用于每1极插入永久磁铁 的一个磁铁孔31，在从该磁铁孔31到转子外周部之间的部分上形成有外桥32。 另外，如果层压多张电磁钢板成形体35形成为块状，则制成电磁钢板层压体(图 7的转子铁心34)(例如，参照专利文献l、非专利文献l)。 下面对磁铁埋入型同步马达的动作原理进行说明。图7是使用了第1现有技术的转子的磁铁埋入型同步马达的主要部分的主 剖视图。另外，图示马达中的转子的永久磁铁磁极数为6极，定子的凸极磁极 数(与槽数相同)为36个。图7中，马达的动作为，对于永久磁铁33插入转子铁心34内部的转子30， 在构成磁阻小的磁凸部的q轴上间隙磁通密度高，在构成磁阻大的磁凹部的d 轴上间隙磁通密度低。因为上述的转子30的凸极性，所以在q轴电感为Lq、 d 轴电感为Ld时，则Lq〉Ld，除磁铁转矩以外还能够利用基于磁通密度的变化 而产生的磁阻转矩，可以期待进一步的提高效率。磁铁转矩是指转子30的永久 磁铁33所产生的磁场和定子40的在定子铁心41的槽42内收纳的未图示的定 子绕组所产生的旋转磁场通过磁吸引力及磁排斥力所产生的转矩，磁阻转矩是 指转子30的凸极部被定子绕组(未图示)所产生的旋转磁场吸引而产生的转矩。下面利用图8对第2现有技术进行说明。图8是第2现有技术中的为转子铁心成形用而冲孔的电磁钢板成形体的主 视图(例如参照专利文献2、专利文献3、专利文献4、专利文献5、专利文献6、 专利文献7)。图8中，电磁钢板成形体50由用于形成转子铁心的1张薄壁圆盘状的电磁 钢板构成。该电磁钢板成形体50设置有成V字形的2个磁铁孔52、 53，以便 在形成转子时，相对于以规定的极分度角设定的放射状极分度线，对称地在转 子外径侧针对1极插入2个磁铁。在从该磁铁孔52、 53的上端部到转子外周部 之间的部分形成有外桥54。而且，在电磁钢板成形体50上于磁铁孔52、 53之 间设置有中心桥51。另外，如果层压多张电磁钢板成形体50形成为块状，则制 成电磁钢板层压体(图9的转子铁心57)。下面利用图9对动作进行说明。图9是使用了第2现有技术的转子的磁铁埋入型同步马达的主要部分的主剖视图，是模式化表示产生最佳旋转转矩的定子和转子的磁极的位置关系的图。
图10是用于说明基于第2现有技术的磁铁埋入型同步马达的动作的图，(a) 是表示马达正转时动作的模式图，(b)是表示产生马达旋转磁场的电流相位和 转矩的关系的图。另外，图示马达中的转子的永久磁铁磁极数为8极，定子的 凸极磁极(与槽数相同)为48个。
在图9、图10 (a)中，磁铁埋入型同步马达具有在磁铁孔52、 53插入了 与该磁铁孔相同尺寸的永久磁铁55、 56的永磁型转子50。通过上述构成，埋入 转子铁心57内部的永久磁铁55、 56所产生的磁场和定子60的在定子铁心61 的槽62内收纳的未图示的定子绕组所产生的旋转磁场进行吸引排斥并产生磁铁 转矩。而且由于与磁铁轴即d轴方向相比与其直交的q轴方向的磁阻小，所以 成凸极结构，与d轴电感Ld相比q轴电感Lq大，基于该凸极性产生磁阻转矩。 在图9、图IO (a)中，由于埋入磁铁孔52、 53的V字形配列的永久磁铁55、 56 二等边，所以被两个同极彼此对向的相同尺寸的永久磁铁夹持的外铁心部内 的永久磁铁所产生的磁通的排斥界点位于在转子50的外铁心部的中央，通过放 射状极分度线OP中心的中心线OC上。
在图9、图IO (a)中，实际上赋予转子50旋转能量的力是在槽62内的定 子绕组(未图示)流动的电流的强弱等复合而成的力，这里为了说明而省略记 述。另外，对于马达的磁通密度分布，关注位于由表针来表示时正好12点钟的 表针位置的磁极来进行说明。
由于被两个同极永久磁铁55、 56包围的外铁心部的d轴的排斥界点位于转 子50的表面中央，所以在由槽62内的定子绕组(未图示)生成的磁极为图9、 图IO (a)的情况下，在定子60和转子50间的间隙面上，面对于OC上的排斥 界点左侧为由定子N极、转子S极构成的吸引部，右侧为由定子及转子均为S 极而构成的排斥部。在转子50的表面上，由于吸引部磁通密而排斥部磁通疏， 所以转子50上作用有沿磁通从密的一侧向疏的一侧，即顺时针方向转动的磁铁 转矩。而且q轴磁通主要在与凸极对向的定子60的齿63上流通。
在图10 (a)的说明段落中，由于转子50的永久磁铁55、 56所产生的磁场 和槽62内的定子绕组(未图示)所产生的旋转磁场吸引，以及转子50的d轴 凸极部被定子绕组(未图示)所产生的旋转磁场吸引，所以斜线部的磁通密度特别高。此时，对于永久磁铁的s极成分和定子绕组(未图示)所生成的s极成分，由于绕组所生成的N极成分短，所以向使S极成分的磁通变短的方向， 即顺时针方向作用有能使转子50转动的磁阻转矩。这里，在图10 (b)中，磁铁所产生的磁场和绕组所产生的旋转磁场通过磁 吸引力、磁排斥力产生的磁铁转矩成图中曲线的关系，转子的凸极部被绕组所 产生的旋转磁场吸引而产生的磁阻转矩成图中曲线的关系。由此，如果使磁铁 转矩和磁阻转矩两者统合，则能够产生由图中粗实线所表示的转矩。[专利文献l]日本国特开2006-211826号公报(说明书第4页，图1至图3) [专利文献2]日本国特开2005-039963号公报(说明书第4页至第6页，图 l及图2)[专利文献3]日本国特开2005-057958号公报(说明书第4页至第7页，图 l及图5)[专利文献4]日本国特开2005-130604号公报(说明书第8页，图1) [专利文献5]日本国特开2005-160133号公报(说明书第8页，图1) [专利文献6]日本国特开2002-112513号公报(说明书第5页，图1及图3) [专利文献7]日本国特开2006-254629号公报(说明书第7页至第8页，图4)[非专利文献l]日本国东洋电机技报第111号、2005-3 (第13页至第21页) 发明内容然而，在第2现有技术中，在两个永久磁铁插入孔的上面和转子铁心的外 径之间形成的外铁心部，由于电枢反作用引起的q轴磁通容易饱和，所以无法 利用磁阻转矩，在起动时或急剧的负荷变化时难于得到大转矩。而且，如第2现有技术中所示，虽然以V字形每1极配列2个永久磁铁的 形状与第1现有技术所示的具有平坦的永久磁铁配列的形状相比是使磁各向异 性增强的形状，但是没有充分发挥各向异性，对低速、轻负荷时的马达提高效 率没有贡献。本发明是基于上述问题而进行的，目的是提供一种在2个配列为V字形的 磁铁孔的上面和转子外径之间形成的外铁心部，能够实现在抑制q轴磁通饱和的同时利用磁阻转矩和提高磁铁转矩，起动时或急剧的负荷变化时能够得到大 转矩且效率良好的电磁钢板成形体、电磁钢板层压体、具备该部件的永磁型同 步旋转电机用转子、永磁型同步旋转电机、使用该旋转电机的车辆、升降机、 流体机械、加工机械。为了解决上述问题，本发明是如下构成的。方案1所记载的发明为一种用于形成内置永久磁铁的旋转铁心而使用的1 张薄壁圆盘状电磁钢板成形体，其特征在于，具备第l、第2磁铁孔，在该圆 盘状电磁钢板成形体上以规定的极分度角设定的放射状极分度线的范围内，用 于沿以旋转中心侧为顶点的V字针对1极插入2个该磁铁；及中心桥，设置为位于所述V字的顶点部，并用于隔开所述第l、第2磁铁孔，使所述第l、第2磁铁孔的任意一个向远离所述极分度线的中心线的方向偏置，使另一个向接近 所述极分度线的中心线的方向偏置。方案2所记载的发明为在方案1所记载的电磁钢板成形体中，其特征在于， 使所述第1、第2磁铁孔的形状非对称地构成。方案3所记载的发明为在方案1或2所记载的电磁钢板成形体中，其特征 在于，使所述第l、第2磁铁孔的任意一个孔的半径方向长度长，使另一个孔的 半径方向长度短。方案4所记载的发明为在方案1或2所记载的电磁钢板成形体中，其特征 在于，所述第l、第2磁铁孔设置在使从该孔的各自的上端面到该电磁钢板成形 体的外周部之间的铁心部的间隔相同的位置上。方案5所记载的发明为在方案1或2所记载的电磁钢板成形体中，其特征 在于，在所述第l、第2磁铁孔上，各自在所述磁铁孔的半径方向的两端部朝向 外周侧或内周侧设置有突出形状的漏磁通防止用圆弧空间。方案6所记载的发明为在方案1或2所记载的电磁钢板成形体中，其特征 在于，在所述第l、第2磁铁孔上，各自以比角部曲率大的曲率朝向外周侧设置 有突出形状的漏磁通防止用圆弧空间，以便包含所述磁铁孔的角部。方案7所记载的发明为在方案1或2所记载的电磁钢板成形体中，其特征 在于，所述第l、第2磁铁孔呈大致矩形。方案8所记载的发明为在方案1或2所记载的电磁钢板成形体中，其特征在于，所述第l、第2磁铁孔呈圆弧形。方案9所记载的发明为在方案1或2所记载的电磁钢板成形体中，其特征 在于，在所述电磁钢板成形体上，由离心力引起的应力极限决定且位于所述放 射状极分度线上的区域设置有空洞部。方案IO所记载的发明的特征在于，具备层压多张方案1至9中任意一项所 记载的电磁钢板成形体而形成为块状的电磁钢板层压体。方案ll所记载的发明为一种永磁型同步旋转电机用转子，其特征在于，具 备由方案10所记载的电磁钢板层压体构成的转子铁心；及插入所述转子铁心 内部的第l磁铁孔、第2磁铁孔的作为场磁铁的第1、第2永久磁铁。方案12所记载的发明为在方案11所记载的永磁型同步旋转电机用转子中， 其特征在于，在形成于所述第l、第2磁铁孔的上端面和所述转子铁心的外周部 之间的铁心部上，所述第l、第2永久磁铁产生的磁通，相对于在所述转子铁心 上的以规定的极分度角设定的放射状极分度线的中心，在圆周方向上偏移分布。方案13所记载的发明为在方案11或方案12所记载的永磁型同步旋转电机 用转子中，其特征在于，所述转子为8极的磁铁埋入型同步旋转电机的转子。方案14所记载的发明为一种永磁型同步旋转电机，其特征在于，具备方 案11至13中任意一项所记载的转子；及配置在所述转子周围的定子。方案15所记载的发明为在方案14所记载的永磁型同步旋转电机中，其特 征在于，使配列于所述转子的磁铁孔的永久磁铁的磁极数P和配列于所述定子 的凸极磁极的凸极磁极数M的关系为，P:2(n+1)(但是n为1以上的整数)且N^ 6P。方案16所记载的发明为在方案14或方案15所记载的永磁型同步旋转电机 中，其特征在于，所述旋转电机是所述永久磁铁的磁极数为8极的磁铁埋入型 同步旋转电机。方案17所记载的发明为一种车辆，其特征在于，作为驱动用马达使用方案 14至16所记载的永磁型同步旋转电机。方案18所记载的发明为一种车辆，其特征在于，作为发电机使用方案14 至16所记载的永磁型同步旋转电机。方案19所记载的发明为一种升降机，其特征在于，作为驱动用马达使用方案14至16所记载的永磁型同步旋转电机。方案20所记载的发明为一种流体机械，其特征在于，作为驱动用马达使用 方案14至16所记载的永磁型同步旋转电机。方案21所记载的发明为一种加工机械，其特征在于，作为驱动用马达使用 方案14至16所记载的永磁型同步旋转电机。根据本发明，通过在转子铁心上的以规定的极分度角设定的放射状极分度 线的范围内，在用于沿V字针对1极插入2个永久磁铁的2个磁铁孔中，使一 个磁铁孔向远离该极分度线的中心线的方向偏置，使另一个向接近该极分度线 的中心线的方向偏置，2个永久磁铁产生的磁通相对于在转子铁心上的该极分 度线的中心在圆周方向上偏移分布，因此在形成于配列为V字形的2个磁铁孔 的上端面和转子铁心的外周部之间的铁心部上，能够实现在抑制q轴磁通饱和 的同时利用磁阻转矩和提高磁铁转矩两者。结果，能够实现即使在起动时或急 剧的负荷变化时也能够得到大转矩且效率良好的使用于车辆或升降机或流体机 械或加工机械等领域的永磁型同步旋转电机用转子、永磁型同步旋转电机。


图1是表示本发明实施例的为转子铁心成形用而冲孔的电磁钢板成形体的 主视图。图2是对使用了本发明的电磁钢板成形体的转子结构进行放大的主剖视图。 图3是使用了本发明的转子的磁铁埋入型同步马达的主要部分的主剖视图，是模式化表示产生最佳旋转转矩的定子和转子的磁极的位置关系的图。图4是用于说明基于本发明的磁铁埋入型同步马达的动作的图，(a)是表示马达正转时动作的模式图，(b)是表示产生马达旋转磁场的电流相位和转矩的关系的图。图5是用于说明基于本发明的磁铁埋入型同步马达的动作的图，(a)是表 示马达反转时动作的模式图，(b)是表示产生马达旋转磁场的电流相位和转矩 的关系的图。图6是第1现有技术中的为转子铁心成形用而冲孔的电磁钢板成形体的主 视图。图7是使用了第1现有技术的转子的磁铁埋入型同步马达的主要部分的主 剖视图。图8是第2现有技术中的为转子铁心成形用而冲孔的电磁钢板成形体的主 视图。图9是使用了第2现有技术的转子的磁铁埋入型同步马达的主要部分的主 剖视图，是模式化表示产生最佳旋转转矩的定子和转子的磁极的位置关系的图。图10是用于说明基于第2现有技术的磁铁埋入型同步马达的动作的图，(a) 是表示马达正转时动作的模式图，(b)是表示产生马达旋转磁场的电流相位和 转矩的关系的图。符号说明l-电磁钢板成形体；2、 3-第l、第2磁铁孔；4-外桥；5-中心桥；6、 7-第1、 第2永久磁铁；8-空洞部；10-转子；11-转子铁心(电磁钢板层压体)；20、 21、22、 23、 24、 25-漏磁通防止用圆弧空间；12-定子；13-定子铁心；14-槽；O-旋 转中心；OP-极分度线；OC-极分度线的中心线；0-极分度角；Ct-第1 、第2磁铁 孔的打开角度(开角)；S-磁通排斥界点的偏移量(偏角)；La、 Lb-永久磁铁 的半径方向长度；Cr-从磁铁孔上端面到转子铁心外周部之间的铁心部的间隔。具体实施例以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。 [实施例1]图1是表示本发明实施例的为转子铁心成形用而冲孔的电磁钢板成形体的 主视图；图2是对使用了本发明的电磁钢板成形体的转子结构进行放大的主剖 视图。在图1中，l是电磁钢板成形体；2、 3是第1、第2磁铁孔；4是外桥。而 且，在图2中，5是中心桥；6、 7是第1、第2永久磁铁；8是空洞部；10是转 子；ll是转子铁心；20、 21、 22、 23、 24、 25是漏磁通防止用圆弧空间；O是 旋转中心；OP是极分度线；OC是极分度线的中心线；0是极分度角；La及L b分别是第l、第2磁铁孔2、 3的半径方向长度；Cr是从磁铁孔2、 3的上端面到转子铁心11的外周部之间的铁心部的间隔。 以下是本发明的特征。在图1中，电磁钢板成形体1由用于形成转子铁心的1张薄壁圆盘状的电 磁钢板构成。在该圆盘状电磁钢板成形体1上的以规定的极分度角设定的放射状极分度线的范围内，设置有用于沿以该铁心的旋转中心侧为顶点的v字针对 1极插入2个磁铁的2个磁铁孔2、 3。在从该电磁钢板成形体1的磁铁孔2、 3 的上端部到转子外周部之间的部分形成有外桥4。而且，在电磁钢板成形体l上 设置有位于该V字形磁铁孔2、 3的顶点部这样的隔开该磁铁孔的中心桥5。另 外，如果层压多张电磁钢板成形体1并形成为块状，则制成电磁钢板层压体(图 2的转子铁心11)。接下来在图2中，对在由图1所示的电磁钢板成形体1构成的转子铁心11 上用于每1极分别插入2个永久磁铁6、 7的第1、第2磁铁孔2、 3的特征进行 具体说明。其设置为在沿以该铁心11的旋转中心O侧为顶点的V字以规定的 极分度角e设定的放射状极分度线OP的范围内，第1磁铁孔2向远离通过该极 分度线OP的中心的中心线OC的方向偏置，第2磁铁孔3向接近通过该极分度 线OP的中心的中心线OC的方向偏置。使该第1、第2磁铁孔2、 3的形状非对称地构成，同时使第1磁铁孔2的 半径方向La长，使第2磁铁孔3的半径方向长度Lb短。而且，第l、第2磁铁孔2、 3设置在使从在转子铁心11上插入磁铁6、 7 的该孔的各自的上端面到转子铁心11的外周部之间的铁心部的间隔Cr相同的 位置上。而且，在第l、第2磁铁孔2、 3上，各自在该磁铁孔的半径方向的两端部 朝向外周侧或内周侧设置有突出形状的漏磁通防止用圆弧空间20、 21、 22、 23。而且，在第l、第2磁铁孔2、 3上，各自以比角部曲率大的曲率朝向外周 侧设置有突出形状的漏磁通防止用圆弧空间24、 25，以便包含该磁铁孔的角部。 这里，虽然本实施例所记载的第l、第2磁铁孔2、 3的形状基本上以大致矩形 构成，但是也可以更换为圆弧形。另外，在由电磁钢板成形体l构成的转子铁心ll上，由离心力引起的应力 极限决定且在位于该放射状极分度线OP上的区域设置有空洞部8。下面对使用了本发明的转子的磁铁埋入型同步马达进行说明。图3是使用了本发明的转子的磁铁埋入型同步马达的主要部分的主剖视图， 是模式化表示产生最佳旋转转矩的定子和转子的磁极的位置关系的图。另外， 图示马达中的转子的永久磁铁磁极数为8极，定子的凸极磁极(与槽数相同) 为48个，该磁铁数和槽数的组合与第2现有技术相同。在磁铁埋入型同步马达中，埋入转子10的永久磁铁6、 7以V字形配列相 互同极彼此相对，并且圆周方向的厚度相同，构成为一侧的永久磁铁6的径向 长度长，另一侧的永久磁铁7的径向长度短，并且从各自的磁铁孔2、 3的上端 面到转子铁心11的外周部之间的铁心部的间隔Cr被设置为深度相同。而且， 对于图3所示的永久磁铁6、 7的转子10的旋转中心的开角与第2现有技术的 图10所示的永久磁铁55、 56的开角具有相同角度。从而，被2个同极而长度 不同的永久磁铁6、 7夹持的外铁心部内的永久磁铁所产生的磁通的排斥界点位 于与半径方向长度短的永久磁铁7侧接近的一方，即从通过变形V字形配列的 永久磁铁6、 7的打开角度a (开角)中心的中心线Q-Q向圆周方向偏移5的位 置(转子10的极分度线的中心线OC上)。另外，在图3中，虽然表示了在转子的磁铁孔上所配列的永久磁铁磁极数= 8极，定子的凸极磁极所配列的凸极磁极数(槽数)=48个的例子，但是对于该 组合，作为转子的永久磁铁的磁极数P、定子凸极磁极数M，优选以下面的关 系来表述。艮卩，P:2(n+1)(但是n为1以上的整数)且M-6P通过上述组合，能够得到齿槽效应小，振动小，高输出高效率的旋转电机。[基于本发明的旋转电机的正转动作的说明]下面对动作进行说明。图4是用于说明基于本发明的磁铁埋入型同步马达的动作的图，(a)是表 示马达正转时动作的模式图，(b)是表示产生马达旋转磁场的电流相位和转矩 的关系的图。在图4 (a)中，被2个长度不同的同极永久磁铁6、 7包围的外铁心部内的 d轴的磁排斥界点处在位于V字配列的底部外侧的转子10的表面上，在该表面 上的偏移量如图3所示，是作为从极分度线OP的中心线OC偏移定子的约1个槽的偏移量的偏角(5)来进行说明的。通过安装在定子铁心13的槽14上的定子绕组(未图示)生成的磁极在如 图4 (a)的情况下，定子和转子间的间隙面与磁排斥界点(存在于OC上)相 比，左侧构成定子绕组侧为N极、永久磁铁侧为S极的吸引部，右侧构成定子 绕组侧及永久磁铁侧两者为S极的排斥部。吸引部磁通密而排斥部磁通疏，但 吸引部与现有技术的图IO的例子相比，通过定子绕组的电流方向生成的定子侧 N极少，相应地与图10的例子相比磁通密度高，排斥部与图10的例子相比定 子侧S极多，相应地与图IO的例子相比磁通密度低。在该密度差大的情况下， 从磁通密的一侧向疏的一侧转动这样的作用于转子的磁铁转矩比图10的例子 大。而且，在图4 (a)中，虽然相对于转子的旋转中心2个永久磁铁6、 7的开 角a的大小与图10的例子相同，但是通过使d轴内的磁排斥界点偏移约1个槽 (图3、图4中的S)，与q轴磁通流通的转子的凸极对向的定子的凸极磁极(齿) 与图IO的例子的l个相比变为大致2个，变为不易磁饱和。在图3的说明段落 中，由于转子的永久磁铁所产生的磁场和绕组所产生的旋转磁场吸引，转子的d 轴凸极部被绕组所产生的旋转磁场吸引，所以图4 (a)中的斜线部分的磁通密 度变得特别高。此时相对于永久磁铁的S极成分和绕组所生成的S极成分，与 图IO的例子相比N极成分还变短一个槽，向使S极成分的磁通变短的方向，即 顺时针方向使转子转动的磁阻转矩比图10的例子更强地进行作用。下面对本发明的永磁型同步旋转电机的电流相位和转矩的关系进行说明。 本发明的转子如图4 (a)所示，在形成于第l、第2磁铁孔2、 3的上端面 和转子铁心11的外周部之间的铁心部上，第1、第2永久磁铁6、 7产生的磁通， 相对于在转子铁心11上的以规定的极分度角设定的放射状极分度线OP的中心 OC，在圆周方向上偏移分布。据此，通过使d轴的磁通偏移，d轴的磁阻变大， 与d轴电感Ld相比q轴电感Lq越来越大，凸极性变得明显，因此变得容易产 生磁阻转矩。同时为了抑制q轴磁通饱和，采用使在极分度线OP内的与q轴对 向的定子的凸极磁极(齿)的数量能够增加这样的偏移的永久磁铁配列。由此， 能够缓和q轴磁通的饱和。磁铁所产生的磁场和绕组所产生的旋转磁场通过磁 吸引力、磁排斥力产生的磁铁转矩成为图4 (b)曲线这样的关系，转子的凸极 部被绕组所产生的旋转磁场吸引而产生的磁阻转矩成为图4 (b)曲线这样的关系。由此，如果使磁铁转矩和磁阻转矩两者合并，则能够产生由图4 (b)的粗 实线所表示的转矩(综合转矩)。[基于本发明的旋转电机的反转动作的说明]图5是用于说明基于本发明的磁铁埋入型同步马达的动作的图，(a)是表 示马达反转时动作的模式图，(b)是表示产生马达旋转磁场的电流相位和转矩 的关系的图。相对于表示图4所示的本发明的旋转电机向顺时针方向旋转(正转)时的 最佳旋转转矩位置，图5表示旋转电机向逆时针方向旋转(反转)时的最佳旋 转转矩位置。在图5 (a)中与转子的d轴的同极磁排斥界点相比，左侧为定子绕组侧及 永久磁铁侧两者均为S极的排斥部，右侧为定子绕组侧为N极、永久磁铁侧为 S极的吸引部，在从磁通密度密的吸引部向疏的排斥部的方向，即逆时针方向上 作用有能够使转子转动的磁铁转矩。这种情况的永磁型同步旋转电机的电流相 位与转矩的关系如图5 (b)所示，由于基本上综合转矩与旋转电机的正转动作 的情况相同所以省略其说明。以上，对本发明的实施例进行了详细的说明，如在图10的第2现有技术中 所示，与在转子上埋入的永久磁铁为二等边V字形配列的转子相比，图3所示的本发明通过在转子铁心ii上的以规定的极分度角e设定的放射状极分度线OP的范围内，在用于沿V字针对1极插入2个永久磁铁6、 7的2个磁铁孔2、 3 中，使一个磁铁孔2向远离该极分度线OP的中心线OC的方向偏置，使另一个 磁铁孔3向接近该极分度线OP的中心线OC的方向偏置，2个永久磁铁6、 7 产生的磁通相对于在转子铁心11上的该极分度线OP的中心OC在圆周方向上 偏移分布，因此在相对于一个方向的旋转方向改变了永久磁铁的半径方向的长 度的V字形配列中，能够提高磁铁转矩、磁阻转矩两者，提高永磁型同步旋转 电机的效率。而且，对于一个方向的旋转方向的磁铁转矩的提高能够较大改善 永磁型同步旋转电机的电流的较低的低速"轻负荷区域的效率。而且， 一般因转子10的旋转在埋入的永久磁铁上作用有离心力，永久磁铁会向转子的外周侧脱离。永久磁铁和永久磁铁插入孔的接触面积越多，永久磁 铁相对于旋转中心越接近水平，永久磁铁的重量越轻，则离心力越小。在如本发明的两个永久磁铁6、 7中， 一个的半径方向长度短，使另一个的半径方向长 度长的V字形永久磁铁中，虽然半径方向长度短的永久磁铁7相对于旋转中心 立起但是短则相对地重量轻，半径方向长度长的永久磁铁6与作为比较对象的 二等边V字形相比相对于旋转中心构成上接近水平，因此旋转离心力小。而且，如图2所示，由于是在第l、第2磁铁孔2、 3上，各自在磁铁孔的 半径方向的两端部朝向外周侧或内周侧设置突出形状的漏磁通防止用圆弧空间 20至23的构成，进一步在第l、第2磁铁孔2、 3上，各自以比角部曲率大的 曲率朝向外周侧设置突出形状的漏磁通防止用圆弧空间24、 25，以便包含所述 磁铁孔的角部的构成，所以通过该圆弧空间，能够扩散并缓和转子10的磁铁孔 上的应力集中。而且，如图2所示，由于是用于在转子铁心11上沿V字每1极插入2个磁 铁的磁铁孔2、 3以及在该磁铁孔之间设置中心桥5的构成，所以通过该中心桥 离心强度进一步增加。即能够实现进一步的高速旋转。而且，如图2所示，由于是在转子铁心11上形成8个空洞部8，所以能够 按其分量实现本来是较重物体的转子10的轻量化，能够使对嵌合在转子10的 中空部上的未图示的转子轴进行支承的轴承部(未图示)上的机械损失减少， 使效率良好。此时，由于空洞部8是位于通过由作用在转子10上的离心力所产 生的应力极限所决定的形状尺寸，以及判断对于磁路影响少而决定的形状尺寸 来设定的区域内而形成的，所以没有破坏对于旋转离心力的机械强度，而且没 有阻碍安装在定子12的槽14上的定子绕组(未图示)及转子10的永久磁铁6、 7所产生的磁通的流通(磁路)，也没有给予特性不良影响。而且，由于能够在上述的转子铁心11的空洞部8内引入冷却剂并进行流通， 所以能够直接冷却转子铁心，能够实现转子10的冷却性能的提高。另外，进行了将设置在转子上的d轴内磁排斥界点，与在第2现有技术的 图10中，在通常的二等边V字形永久磁铁配列中必然位于中央相比，在本发明 的图3中，向短l个槽的永久磁铁侧偏移的原理说明，该偏移量可根据旋转电 机的定子的槽数、转子的极数的组合适当不同。而且，虽然作为上述的实施例的说明及图，对于所谓的有槽式定子进行了 说明，但是由于本发明主要是关于转子结构的发明，所以当然不限于有槽式定子，即使使用所谓的无槽式定子也具有相同的效果。而且，本发明也能够替换旋转马达应用于进行线性运动的线性马达。 根据本发明的电磁钢板成形体、电磁钢板层压体、具备该部件的永磁型同步旋转电机用转子、永磁型同步旋转电机，在旋转铁心上配列为V字形的2个 磁铁孔的上端面和转子铁心的外周部之间形成的铁心部上，能够实现在抑制q 轴磁通饱和的同时利用磁阻转矩和提高磁铁转矩两者，结果即使对于起动时或 急剧的负荷变化时也能够得到大转矩且效率良好，因此，作为混合动力车、燃 料电池车、电动汽车等的驱动用马达或发电机，铁道车辆用的驱动用马达或发 电机，及使用于不间断电源用发电机车的发电机是有效的。另外，作为电梯、 立体停车场等的升降机，或者风水力用压縮机、鼓风机、泵等流体机械，或者 以半导体制造装置、机床等为主的加工机械等的工业用机械的驱动用马达也是有效的。
权利要求
1.一种电磁钢板成形体，是用于形成内置永久磁铁的旋转铁心而使用的1张薄壁圆盘状电磁钢板成形体，其特征在于，具备第1、第2磁铁孔，在该圆盘状电磁钢板成形体上以规定的极分度角设定的放射状极分度线的范围内，用于沿以旋转中心侧为顶点的V字针对1极插入2个该磁铁，及中心桥，设置为位于所述V字的顶点部，并用于隔开所述第1、第2磁铁孔，使所述第1、第2磁铁孔的任意一个向远离所述极分度线的中心线的方向偏置，使另一个向接近所述极分度线的中心线的方向偏置。
2. 根据权利要求1所述的电磁钢板成形体，其特征在于，使所述第1、第 2磁铁孔的形状非对称地构成。
3. 根据权利要求1或2所述的电磁钢板成形体，其特征在于，使所述第l、 第2磁铁孔的任意一个孔的半径方向长度长，使另一个孔的半径方向长度短。
4. 根据权利要求1或2所述的电磁钢板成形体，其特征在于，所述第l、 第2磁铁孔设置在使从该孔的各自的上端面到该电磁钢板成形体的外周部之间 的铁心部的间隔相同的位置上。
5. 根据权利要求1或2所述的电磁钢板成形体，其特征在于，在所述第l、 第2磁铁孔上，各自在所述磁铁孔的半径方向的两端部朝向外周侧或内周侧设 置有突出形状的漏磁通防止用圆弧空间。
6. 根据权利要求1或2所述的电磁钢板成形体，其特征在于，在所述第l、 第2磁铁孔上，各自以比角部曲率大的曲率朝向外周侧设置有突出形状的漏磁 通防止用圆弧空间，以便包含所述磁铁孔的角部。
7. 根据权利要求1或2所述的电磁钢板成形体，其特征在于，所述第l、 第2磁铁孔呈大致矩形。
8. 根据权利要求1或2所述的电磁钢板成形体，其特征在于，所述第l、 第2磁铁孔呈圆弧形。
9. 根据权利要求1或2所述的电磁钢板成形体，其特征在于，在所述电磁钢板成形体上，由离心力引起的应力极限决定且位于所述放射状极分度线上的 区域设置有空洞部。
10. —种电磁钢板层压体，其特征在于，层压多张权利要求1至9中任意 一项所述的电磁钢板成形体而形成为块状。
11. 一种永磁型同步旋转电机用转子，其特征在于，具备由权利要求io所述的电磁钢板层压体构成的转子铁心，及插入所述转子铁心内部的第1磁铁孔、第2磁铁孔的作为场磁铁的第1、 第2永久磁铁。
12. 根据权利要求ll所述的永磁型同步旋转电机用转子，其特征在于，在 形成于所述第1、第2磁铁孔的上端面和所述转子铁心的外周部之间的铁心部上， 所述第1、第2永久磁铁产生的磁通，相对于在所述转子铁心上的以规定的极分 度角设定的放射状极分度线的中心，在圆周方向上偏移分布。
13. 根据权利要求11或12所述的永磁型同步旋转电机用转子，其特征在 于，所述转子为8极的磁铁埋入型同步旋转电机的转子。
14. 一种永磁型同步旋转电机，其特征在于，具备 权利要求11至13中任意一项所述的转子， 及配置在所述转子周围的定子。
15. 根据权利要求14所述的永磁型同步旋转电机，其特征在于，使配列于 所述转子的磁铁孔的永久磁铁的磁极数P和配列于所述定子的凸极磁极的凸极 磁极数M的关系为，P:2(n+1)(但是n为1以上的整数)且M=6P。
16. 根据权利要求14或15所述的永磁型同步旋转电机，其特征在于，所 述旋转电机是所述永久磁铁的磁极数为8极的磁铁埋入型同步旋转电机。
17. —种车辆，其特征在于，作为用于驱动车辆的驱动用马达使用权利要求14至16所述的永磁型同步 旋转电机。
18. —种车辆，其特征在于，作为发电机使用权利要求14至16所述的永磁型同步旋转电机。
19. 一种升降机，其特征在于，作为驱动用马达使用权利要求14至16所述的永磁型同步旋转电机。
20. —种流体机械，其特征在于，作为驱动用马达使用权利要求14至16所述的永磁型同步旋转电机。
21. —种加工机械，其特征在于，作为驱动用马达使用权利要求14至16所述的永磁型同步旋转电机。
全文摘要
本发明提供一种在2个配列为V字形的磁铁孔的上端面和转子的外周部之间形成的铁心部上，实现抑制q轴磁通饱和、利用磁阻转矩和提高磁铁转矩，起动时或急剧的负荷变化时能够得到大转矩且效率良好的电磁钢板成形体、电磁钢板层压体、具备该部件的永磁型同步旋转电机用转子、永磁型同步旋转电机、使用该旋转电机的车辆、升降机、流体机械、加工机械。具体为，在转子铁心(11)上的以规定的极分度角(θ)设定的放射状极分度线(OP)的范围内，在用于沿V字针对1极插入2个永久磁铁(6)、(7)的2个磁铁孔(2)、(3)中，使一个磁铁孔(2)向远离该极分度线(OP)的中心线(OC)的方向偏置，使另一个向接近该极分度线(OP)的中心线(OC)的方向偏置。
文档编号H02K21/14GK101272066SQ200810085588
公开日2008年9月24日 申请日期2008年3月19日 优先权日2007年3月20日
发明者井上岳司, 前村明彦, 川副洋介, 福间勇人, 铃木健生 申请人:株式会社安川电机