專利名稱：永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電極的轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
一般，永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機粗略分為兩種類型。是將永久磁鐵粘 貼在轉(zhuǎn)子鐵心的外周的表面磁鐵型永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機，和將永久磁 鐵埋入轉(zhuǎn)子鐵心中的埋入型永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機。作為可變速驅(qū)動用 馬達，后者的埋入型永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機合適。
作為此后者的埋入型永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機，已知的是"《埋入磁鐵 同步馬達的設(shè)計和控制》、武田洋次等、才一厶公司出版的文獻，，(非
專利文獻1)，和特開平7-336919號公報(專利文獻1)記載的埋入型 永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機。使用圖9,說明這樣的以往的埋入型永久磁鐵 馬達的構(gòu)成。在轉(zhuǎn)子1的轉(zhuǎn)子鐵心2的內(nèi)部并且是靠近外周的位置， 相對于極數(shù)N, 360°/N點對稱地僅設(shè)置極數(shù)N的數(shù)量的長方形的空洞。 圖9是四極的轉(zhuǎn)子1，在(360°/4= ) 90。點對稱的各個位置設(shè)置合計 四個空洞，分別插入永久》茲4失4。永久》茲鐵4在轉(zhuǎn)子1的半徑方向， 或者和永久磁鐵4的截面的長方形中與氣隙面相對的邊(在圖9中長 邊)呈直角方向被磁化。為了不因負荷電流而消^茲，永久磁鐵4主要 應(yīng)用矯頑磁力高的NdFeB永久磁鐵。轉(zhuǎn)子鐵心2是將穿鑿了空洞的電 磁鋼板疊層而形成。這樣的轉(zhuǎn)子1收容在定子20的內(nèi)部。該定子20 是通過將電樞繞組21收容于在定子鐵心22的內(nèi)側(cè)形成的狹槽中而構(gòu) 成。然后，定子20的內(nèi)周面和轉(zhuǎn)子1的外周面隔著氣隙23相對。
另外，作為可變速特性優(yōu)異的高輸出的旋轉(zhuǎn)電機，有在特開平 11-27913號公報(專利文獻2)、特開平11-136912號公報(專利文獻3 ) 中記載的永久磁鐵式磁阻型旋轉(zhuǎn)電機。在這樣的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機 中，因為在其構(gòu)造特性上，永久磁鐵的交鏈磁通總是固定地產(chǎn)生，所
9以，因永久磁鐵而產(chǎn)生的感應(yīng)電壓與旋轉(zhuǎn)速度成比例地升高。因此， 在從低速到高速進行可變速運轉(zhuǎn)的情況下，在高速旋轉(zhuǎn)時，因永久磁 鐵而產(chǎn)生的感應(yīng)電壓(逆電壓)極高。因該永久磁4失而產(chǎn)生的感應(yīng)電 壓雖然施加于逆變器的電子零件，但是，若該施加電壓達到電子零件 的耐電壓以上，則零件絕緣破壞。因此，考慮了進行將永久磁鐵的磁 通量削減到耐電壓以下的設(shè)計，但是，若成為這樣的設(shè)計，則在永久 磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的低速區(qū)域的輸出以及效率降低。
另一方面，在從低速到高速接近固定輸出進行可變速運轉(zhuǎn)的情況 下，因為永久磁鐵的交鏈磁通固定，所以，在高速旋轉(zhuǎn)區(qū)域，旋轉(zhuǎn)電 機的電壓達到電源電壓上限，輸出所必需的電流的流動消失。其結(jié)果 為，在高速旋轉(zhuǎn)區(qū)域，輸出大幅降低，再有，不能進行直至高速旋轉(zhuǎn) 的大范圍的可變速運轉(zhuǎn)。
最近，作為擴大可變速范圍的方法，開始應(yīng)用在上述非專利文獻 1中記栽的那樣的弱磁通控制。在永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的情況下，總 交鏈磁通量由因d軸電流而產(chǎn)生的磁通和因永久磁^^而產(chǎn)生的磁通構(gòu)
成。弱磁通控制著眼于這種情況，通過產(chǎn)生因負的d軸電流而產(chǎn)生的 磁通，進行減少電樞繞組的總交鏈磁通量的控制。在該弱磁通控制中， 高矯頑磁力的永久磁鐵4其磁特性(B-H特性)的動作點在可逆的范 圍變化。因此，在永久磁鐵中，應(yīng)用具有高矯頑磁力特性的NdFeB磁 鐵，以便不會通過弱磁通控制的消磁場而不可逆地消磁。
因為在應(yīng)用了弱磁通控制的運轉(zhuǎn)中，通過因負的d軸電流而產(chǎn)生 的磁通減少了交鏈磁通，所以，交鏈磁通的減少量生成了電壓相對于 電壓上限值的富余量。這樣，因為能夠增加成為扭矩成分的電流，所 以，在高速區(qū)域的輸出增加。另外，能夠使旋轉(zhuǎn)速度僅上升電壓富余 量，擴大了可變速運轉(zhuǎn)的范圍。
但是，由于無助于輸出的負的d軸電流總是持續(xù)流動，鐵損增加， 效率惡化。再有，因負的d軸電流而產(chǎn)生的消磁場產(chǎn)生了高諧波磁通， 通過高諧波磁通等產(chǎn)生的電壓的增加造成了因弱磁通控制產(chǎn)生的電壓 降低的界限。由于這些，即使將弱磁通控制應(yīng)用到埋入型永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機，也難以進行基底速度三倍以上的可變速運轉(zhuǎn)。再有，由于 上述的高諧波磁通，鐵損增加，在中.高速區(qū)域效率大幅降低。另外， 還存在由于因高諧波磁通而產(chǎn)生的電磁力產(chǎn)生振動的情況。
在將埋入型永久磁鐵馬達應(yīng)用于混合汽車用驅(qū)動馬達的情況下， 在僅用發(fā)動機驅(qū)動的狀態(tài)下，馬達隨同旋轉(zhuǎn)。在中.高速旋轉(zhuǎn)中，因馬 達的永久磁鐵而產(chǎn)生的感應(yīng)電壓上升。因此，因為將感應(yīng)電壓的上升
抑制在電源電壓以內(nèi)，所以，通過弱磁通控制，使負的d軸電流持續(xù) 流動。因為在該狀態(tài)下，馬達產(chǎn)生的僅僅是損失，所以，存在綜合運 轉(zhuǎn)效率惡化的問題。
另 一方面，在將埋入型永久磁鐵馬達應(yīng)用于電車用驅(qū)動馬達的情 況下，電車是惰性運轉(zhuǎn)的狀態(tài)，與上述同樣，因為永久磁鐵而產(chǎn)生的 感應(yīng)電壓在電源電壓以下，所以，通過弱》茲通控制，使負的d軸電流 持續(xù)流動。于是因為在該狀態(tài)下，馬達產(chǎn)生的僅僅是損失，所以，存 在綜合運轉(zhuǎn)效率惡化的問題。
專利文獻l:特開平7-336919號公報
專利文獻2:特開平11-27913號公報
專利文獻3:特開平11-136912號爿>才艮
非專利文獻l:《埋入磁鐵同步馬達的設(shè)計和控制》、武田洋次等、 才一厶/>司出版

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述的以往技術(shù)的課題而產(chǎn)生的發(fā)明，其目的 是提供一種適合構(gòu)成能夠在從低速到高速的大范圍進行可變速運轉(zhuǎn)， 低速旋轉(zhuǎn)區(qū)域的高扭矩化和中.高速旋轉(zhuǎn)區(qū)域的高輸出化，提高效率， 提高可靠性，提高制造性，謀求削減材料、削減稀有材料的永久磁鐵 式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子。
本發(fā)明的第一特征在于，是相對于轉(zhuǎn)子鐵心的旋轉(zhuǎn)中心，點對稱 地具有多個磁極，并且，使用形狀或者材料特性不同的多種永久磁鐵， 形成上述各個磁極，在上述各個磁極中，上述形狀或者材料特性不同 的多種永久磁鐵中的至少 一 個是被電樞繞組的電流生成的磁場磁化，
ii且該永久磁鐵的磁通量不可逆地變化的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子。
在上述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子中，可以采用上述多種永久 磁鐵中，被上述電樞繞組的電流生成的磁場磁化，磁通量不可逆地變
組的交鏈磁通量大致為0的永久磁鐵。
本發(fā)明的其它的特征在于，是相對于轉(zhuǎn)子鐵心的旋轉(zhuǎn)中心，點對 稱地具有多個磁極，并且，使用形狀或者材料特性不同的多種永久磁 鐵，形成上述各個磁極，在上述各個磁極中，上述形狀或者材料特性 不同的多種永久磁鐵中的至少 一個是被電樞繞組的電流生成的磁場磁 化，且該永久磁鐵的極性反轉(zhuǎn)的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子。
根據(jù)本發(fā)明的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，通過將它組裝在定子， 可以實現(xiàn)能夠在從低速到高速的大范圍進行可變速運轉(zhuǎn)，低速旋轉(zhuǎn)區(qū) 域的高扭矩化和中.高速旋轉(zhuǎn)區(qū)域的高輸出化，提高效率，提高可靠性， 提高制造性，謀求削減材料、削減稀有材料的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機。


圖1是本發(fā)明的第一實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的剖視圖。
圖2是表示在上述實施方式中采用的低矯頑磁力的第一永久磁鐵 和高矯頑磁力的笫二永久磁鐵的磁特性的圖表。
圖3是表示在上述實施方式的轉(zhuǎn)子中，通過d軸電流，將永久磁 鐵不可逆地磁化，成為增磁狀態(tài)時的永久磁鐵的磁通(交鏈磁通最大) 的剖視圖。
圖4是表示在上述實施方式的轉(zhuǎn)子中，因負的d軸電流而產(chǎn)生的 消/f茲》茲場的磁通的剖視圖。
圖5是表示在上述實施方式的轉(zhuǎn)子中，因負的d軸電流而產(chǎn)生的 消磁磁場發(fā)揮作用后的永久磁鐵的磁通(交鏈磁通最小)的剖視圖。
圖6是本發(fā)明的第二實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子的剖 視圖。
圖7是本發(fā)明的第三實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子的剖 視圖。
12圖8是本發(fā)明的第四實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子的剖 視圖。
圖9是以往的埋入型永久磁鐵馬達的剖視圖。
具體實施例方式
下面，根據(jù)附圖，詳細說明本發(fā)明的實施方式。另外，雖然在以 下的各實施方式中，舉例表示了將永久磁鐵四極埋入轉(zhuǎn)子的永久磁鐵 式旋轉(zhuǎn)電機，但也能同樣應(yīng)用于其它的極數(shù)。 (第一實施方式)
使用圖1~圖5，說明本發(fā)明的第一實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電 機。圖l表示本實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的構(gòu)造，是在定子20 的內(nèi)部，以隔著氣隙23相對的方式收容轉(zhuǎn)子1的構(gòu)造。另外，定子 20能夠采用可作為交流電動機而采用的一般的構(gòu)造的定子。在本實施 方式中，釆用與圖示那樣的圖9所示的以往例的定子20相同的定子。
本實施方式的轉(zhuǎn)子1由轉(zhuǎn)子鐵心2、矯頑磁力和磁化方向厚度的 積小的第 一 永久磁鐵3以及矯頑磁力和磁化方向厚度的積大的第二永 久磁鐵4構(gòu)成。轉(zhuǎn)子鐵心2通過疊層硅鋼板而構(gòu)成，第一、第二永久 磁鐵3， 4分別被埋入該轉(zhuǎn)子鐵心2內(nèi)。矯頑磁力和磁化方向厚度的積 小的第一永久磁鐵3是鋁鎳鈷磁鐵，在轉(zhuǎn)子鐵心2的徑方向截面埋入 四個。FeCrCo磁鐵也可以應(yīng)用于該第一永久磁鐵3。矯頑磁力和磁化 方向厚度的積大的第二永久磁鐵4是NdFeB磁鐵，在轉(zhuǎn)子鐵心2的徑 方向截面埋入四個。
第一永久磁鐵3大致沿轉(zhuǎn)子1的徑方向配置，其截面為梯形的形 狀。另外，第一永久磁鐵3的磁化方向是轉(zhuǎn)子1的大致周方向，因為 第一永久磁鐵3在磁極間配置一個，所以，每一極的第一永久磁鐵3 的磁化方向厚度為實際尺寸的1/2。在本實施方式中，因為第一永久磁 鐵3的實際尺寸為6mm,所以，每一極的磁化方向厚度為3mm。第 二永久磁鐵4配置在轉(zhuǎn)子1的大致周方向，其截面為長方形的形狀。 另外，第二永久磁鐵4的磁化方向是轉(zhuǎn)子1的大致徑方向，磁化方向 的厚度為2mm。闡述本實施方式的永久磁鐵的磁化。在d軸磁回路上，針對第二 永久磁鐵4，因為因d軸電流而產(chǎn)生的磁通通過兩個第二永久磁鐵4 (相鄰的相互異極的兩個第二永久磁鐵4)，所以，因d軸電流而產(chǎn)生 的磁場在每一極作用于一個第二永久磁鐵4。另一方面，針對第一永 久磁鐵3，因為因d軸電流而產(chǎn)生的磁通通過處于磁極間的一個第一 永久磁4失3，所以，因d軸電流而產(chǎn)生的磁場在每一極作用于第二永 久磁鐵4的l/2個的量。因此，為了在一極量的磁回路上評價特性， 而象上述那樣，將第一永久磁鐵3的磁化方向厚度作為實際尺寸的1/2 來評價。
圖2表示應(yīng)用于本實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的、第一永久 磁鐵3用的鋁鎳鈷磁鐵(AINiCo )、 FeCrCo磁鐵或者第二永久磁鐵4 用的NdFeB磁鐵的磁特性。鋁鎳鈷磁鐵的矯頑磁力(磁通密度為0 的磁場)是60~120kA/m，是NdFeB磁鐵的矯頑磁力950kA/m的 1/15~1/8。另外，F(xiàn)eCrCo磁鐵的矯頑磁力為約60kA/m，是NdFeB 磁鐵的矯頑磁力950kA/m的1/15。鋁鎳鈷磁鐵和FeCrCo磁鐵與 NdFeB磁鐵相比，可知矯頑f茲力相當(dāng)?shù)汀?br> 在本實施方式中，在矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的第一永久 磁鐵3中，應(yīng)用矯頑磁力為120kA/m的鋁鎳鈷磁鐵。在本實施方式中 使用的第 一永久磁鐵3的鋁鎳鈷磁鐵的矯頑磁力和磁化方向厚度的積 是120kA/mx3xl(r3=360A。另外，在矯頑磁力和磁化方向厚度的積大 的第二永久磁鐵4中，應(yīng)用矯頑磁力為1000kA/m的NdFeB磁鐵。在 本實施方式中使用的第二永久磁鐵4的NdFeB磁鐵的矯頑磁力和磁化 方向厚度的積是1000kA/mx2xl{T3=2000A。據(jù)此，在本實施方式中， 第二永久磁鐵4的矯頑磁力和磁化方向厚度的積大到第一永久磁鐵3 的該積的5.6倍。
如圖1所示，第一永久磁鐵3被埋入轉(zhuǎn)子鐵心2中，在該第一永 久磁鐵3的兩端部設(shè)置空洞5。再有，為了能夠充分地承受高速旋轉(zhuǎn) 時的離心力，而在轉(zhuǎn)子鐵心2的磁極鐵心部分7的中央設(shè)置螺栓用孔 6。這是用于用螺栓緊固轉(zhuǎn)子鐵心2，固定于轉(zhuǎn)子端板和軸上。第一永久磁鐵3沿與成為磁極間部分的中心軸的q軸一致的轉(zhuǎn)子 1的半徑方向配置。另外，由鋁鎳鈷磁鐵構(gòu)成的第一永久磁鐵3的易 磁化方向是轉(zhuǎn)子1的大致周方向，相對于轉(zhuǎn)子l的半徑為直角(在圖 l中，與將第一永久磁鐵3的梯形截面二等分，并通過旋轉(zhuǎn)中心的線 呈直角)方向。
由高矯頑磁力的NdFeB磁鐵構(gòu)成的第二永久磁鐵4也被埋入轉(zhuǎn)子 纟失心2內(nèi)，在其兩端部設(shè)置空洞5。第二永久磁4失4以由兩個第一永 久磁鐵3在轉(zhuǎn)子1的內(nèi)周部側(cè)夾持的方式，配置在轉(zhuǎn)子1的大致周方 向。該第二永久磁鐵4的易》茲化方向是相對于轉(zhuǎn)子1的周方向大致直 角(在圖1中，相對于第二永久磁鐵4的長方形截面的長邊呈直角) 方向。
然后，轉(zhuǎn)子鐵心2的磁極鐵心部分7以由相鄰接的兩個第一永久 磁鐵3和一個第二永久磁鐵4包圍的方式形成。如圖1和圖3~圖5 所示，轉(zhuǎn)子鐵心2的磁極鐵心部分7的中心軸方向成為d軸，磁極間 部分的中心軸方向成為q軸。因此，第一永久磁鐵3配置在成為磁極 間部分的中心軸的q軸方向，其磁化方向為相對于q軸卯°或者-90° 方向。在相鄰的第一7:K久f茲4失3中，相互面對的》茲極面^f吏N極彼此或 者S極彼此面對。另外，第二永久磁鐵4配置在相對于成為磁極鐵心 部分7的中心軸的d軸呈直角方向，其^P茲化方向為相對于d軸0°或者 180。的方向。在相鄰的第二永久磁鐵4中，相互的磁極的朝向為逆極 性。
說明上述構(gòu)成的本實施方式的永久^f茲鐵式旋轉(zhuǎn)電機的動作。通過 磁化所需要的磁場和永久磁鐵的厚度的積，概算出磁化所需要的磁動 勢。鋁鎳鈷磁鐵能夠通過250kA/m的磁場附磁到接近100。/。。附磁磁 場和磁鐵的厚度的積是250kA/mx3xl()-3-750A。另一方面，NdFeB磁 鐵能夠通過1500kA/m的磁場附磁到接近100%。附磁磁場和磁鐵的 厚度的積是1500kA/mx2xl(T3=3000A。因此，由鋁鎳鈷磁鐵構(gòu)成的第 一永久磁鐵3能夠通過由NdFeB磁鐵構(gòu)成的第二永久磁鐵4的約1/4 的磁場附磁。
15在本實施方式中，在定子20的電樞繞組21上流通通電時間為極 短時間(0.1ms 10ms左右)的脈沖式電流，形成磁場，使磁場作用 于第一永久磁鐵3。形成用于磁化永久磁鐵的磁場的脈沖電流成為定 子20的電樞繞組21的d軸電流成分。若使附磁磁場為250kA/m,則 理想的是充分的附磁磁場作用于第一永久磁鐵3，在第二永久磁鐵4 上不會因附磁而不可逆消磁。
圖3表示在以第一永久磁鐵3和第二永久磁鐵4的磁通通過磁極 以及氣隙面相加的方式，使附磁磁場作用時的各永久磁鐵3、 4的磁通 B3、 B4。在圖3中，因第一、第二永久磁鐵3、 4而產(chǎn)生的交鏈磁通 增加，成為增磁狀態(tài)。附磁磁場通過在定子20的電樞繞組21上流通 極短時間的脈沖式電流而形成。此時，通電的電流成為d軸電流成分。 雖然脈沖電流馬上為0,附磁磁場消失，但是，第一永久磁鐵3不可 逆地變化，在附磁方向產(chǎn)生磁通。另外，在圖3、圖4、圖5中的磁通 分布僅表示了一極。
在圖4中表示使交鏈磁通減少時的作用。在定子20的電樞繞組 21上通電負的d軸電流而形成的磁場產(chǎn)生與圖3相反方向的磁通B3i、 B4i。由定子20的電樞繞組21的負的d軸電流所生成的^ 茲場從轉(zhuǎn)子1 的磁極中心開始，相對于第一永久磁鐵3和第二永久磁鐵4，作用在 與磁化方向大致相反方向。在各永久磁鐵3、 4上作用有與圖3的磁化 方向相反方向的磁場。第一永久磁鐵3的鋁鎳鈷磁鐵因為矯頑磁力和 》茲化方向厚度的積小，所以，通過該逆磁場，其f茲通不可逆地減少。 另一方面，第二永久磁鐵4的NdFeB磁鐵因為矯頑磁力和磁化方向厚 度的積大，所以，即使受到逆磁場，磁特性也在可逆范圍，不會變化 成因負的d軸電流而產(chǎn)生的附磁磁場消失后的磁化狀態(tài)，磁通量也不 會改變。因此，通過僅消磁第一永久磁鐵3，就能夠減少交鏈磁通量。
在本實施方式中，還通電大的電流，通過強的逆磁場，使第一永 久磁鐵3的極性反轉(zhuǎn)。通過使第一永久磁鐵3的極性反轉(zhuǎn)，能夠大幅 減少交鏈磁通，特別是具有能夠使交鏈磁通為0的特征。
如上所述，因為鋁鎳鈷磁鐵的附磁磁場和磁鐵的厚度的積是NdFeB磁鐵的大約1/4，所以，使僅能夠磁化第一永久磁鐵3的鋁鎳 鈷磁鐵的磁場發(fā)揮作用。因負的d軸電流而磁化(附磁)后的狀態(tài)表 示在圖5。在與第二永久磁鐵4的磁通B4的相反方向產(chǎn)生的第一永久 磁鐵3的磁通B3被抵消，各磁鐵3、 4的磁通量相同的情況下，能夠 使氣隙磁通大致為0。此時，因為第二永久磁鐵4的磁通被抵消，同 時能夠構(gòu)成與第一永久磁鐵3的磁回路，所以，大量的磁通分布在轉(zhuǎn) 子1內(nèi)。通過這樣的作用，氣隙磁通密度的磁通分布能夠一樣地分布 為0。
以往的旋轉(zhuǎn)電機若產(chǎn)生因電樞繞組21的負的d軸電流而產(chǎn)生的磁 通，使轉(zhuǎn)子1的永久磁鐵的磁通抵消，則合成的基波磁通能夠降低到 50%左右。但是，高諧波磁通增加很多，產(chǎn)生高諧波電壓和高諧波鐵 損，成為了問題。另外，使交鏈磁通為0極其困難，假設(shè)即使能夠使 基波為0，高諧波磁通反之會成為相當(dāng)大的值。
與此相對，因為本實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機在轉(zhuǎn)子1中僅 通過永久磁鐵3、 4就能夠一樣地減少磁通，所以，高諧波磁通少，沒 有損失的增加。就永久/ 茲4失的磁化而言，在本實施方式的永久磁4失式 旋轉(zhuǎn)電機中，因d軸電流而產(chǎn)生的磁場對第二永久磁4失4，作用兩個 永久磁鐵的量(N極和S極的兩個永久磁鐵)，僅通過這點，作用于第 二永久磁鐵4的磁場是作用于第一永久磁鐵3的磁場的大約一半。因 此，在本實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機中，矯頑磁力和磁化方向厚 度的積小的第一永久磁鐵3容易被因d軸電流而產(chǎn)生的磁場磁化。第 二永久磁鐵4其附磁磁場和磁鐵的厚度的積是笫 一永久磁鐵3的四倍， 再有，在配置構(gòu)成方面，作用于第二永久磁鐵4的因d軸電流而產(chǎn)生 的磁場是第一永久磁鐵3的1/2。因此，對第二永久磁鐵4附磁，需要 第一永久磁鐵3的八倍的磁動勢。即，若為對第一永久磁鐵3附磁程 度的磁場，則第二永久磁鐵4為可逆消磁狀態(tài)，即使在附磁后，第二 永久磁鐵4也能夠維持附磁前的狀態(tài)的磁通。
闡述鋁鎳鈷磁4失的第一永久磁牽失3和NdFeB磁鐵的第二永久磁鐵 4的相互的磁的影響。在圖5的消磁狀態(tài)中，第二永久磁鐵4的磁場
17B4作為偏置的磁場，對第一永久磁鐵3起作用，因負的d軸電流而產(chǎn) 生的磁場和因第二永久磁鐵4而產(chǎn)生的磁場B4作用于第一永久磁鐵3 容易磁化。另外，第一永久磁鐵3的矯頑磁力和磁化方向厚度的積與 第二永久磁鐵4的無負荷時的動作點的磁場的強度和磁化方向厚度的 積相等，或者在其以上，據(jù)此，在交鏈磁通的增磁狀態(tài)中，克服第二 永久磁鐵4的》茲場B4，產(chǎn)生石茲通量。
由于上述情況，在本實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機中，通過d 軸電流，能夠使第一永久磁鐵3的交鏈磁通量B3從最大到0很大地 變化，另外，磁化方向也可以為正反方向這兩方向。即，若使第二永 久磁鐵4的交鏈磁通B4為正方向，則能夠大范圍地將第 一永久磁牽失3 的交鏈磁通B3從正方向的最大值調(diào)整到0甚至反方向的最大值。因 此，根據(jù)本實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機，通過由d軸電流使第一 永久磁鐵3磁化，可以大范圍地調(diào)整將第一永久磁鐵3和第二永久磁 難失4相加的全部交鏈》茲通量(B3+B4)。
(1) 在4氐速區(qū)域，第一永久不茲鐵3由d軸電流磁化，在與第二永 久磁鐵4的交鏈磁通相同的方向(圖3所示的增磁狀態(tài))為最大值。 因為因第一、第二永久磁鐵3、 4而產(chǎn)生的扭矩為最大，所以，旋轉(zhuǎn)電 機的扭矩以及輸出可以達到最大。
(2) 在中，高速區(qū)域，使第一永久磁鐵3的磁通量B3降低(圖5 的消磁狀態(tài))，降低了全部交鏈磁通量。據(jù)此，因為旋轉(zhuǎn)電機的電壓下 降，所以，相對于電源電壓的上限值能夠產(chǎn)生富余，能夠進一步提高 旋轉(zhuǎn)速度(頻率)。
(3) 在為了進一步擴大可變速范圍，例如，達到基底速度的五倍 以上的可變速運轉(zhuǎn)的范圍，而顯著提高最高速度時，第一永久磁鐵3 以成為與第二永久磁鐵4的交鏈^茲通的相反方向的方式而磁化(在第 一永久磁鐵3的^P茲通B3的朝向為圖5的狀態(tài)下磁化最大)。第一、第 二永久磁鐵3、 4的全部交鏈/F茲通為第二永久磁鐵4和第一永久磁鐵3 的交鏈磁通的差，能夠最小。因為旋轉(zhuǎn)電機的電壓也成為最小，所以， 能夠?qū)⑿D(zhuǎn)速度(頻率)提高到最高值。
18這樣一來，在本實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機中，能夠?qū)崿F(xiàn)在 高輸出從低速旋轉(zhuǎn)到超高速旋轉(zhuǎn)的大范圍的可變速運轉(zhuǎn)。在此基礎(chǔ)上， 因為在本實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機中，由于使交鏈磁通變化時 的附磁電流僅流動極短時間，可以明顯降低損失，因此，在大的運轉(zhuǎn) 范圍能夠成為高效率。
接著，對在本實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機中扭矩電流的影響
進行闡述。在旋轉(zhuǎn)電機產(chǎn)生輸出時，通過使q軸電流在定子20的電樞 繞組21上流動，利用q軸電流和第一、第二永久磁鐵3、 4的磁通B3、 B4的磁作用產(chǎn)生扭矩。此時，產(chǎn)生因q軸電流而產(chǎn)生的磁場。但是， 由于第一7JC久萬茲4失3配置在q軸方向，/磁化方向為與q軸方向呈直角 方向，所以，第一永久》茲4失3的磁化方向和因q軸電流而產(chǎn)生的磁場 處于正交的方向，因此，因q軸電流而產(chǎn)生的磁場的影響微小。
接著，對在本實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電4幾中，在第一、第二 永久磁鐵3、 4各自的兩端部設(shè)置的空洞5的作用進行闡述。空洞5 緩和因永久磁鐵3、4而產(chǎn)生的離心力作用在了轉(zhuǎn)子鐵心2上時的應(yīng)力 向轉(zhuǎn)子鐵心2的集中和消磁場。通過象圖1所示那樣設(shè)置空洞5，轉(zhuǎn) 子鐵心2能夠作成帶有曲率的形狀，應(yīng)力得到緩和。另外，存在因電 流而產(chǎn)生的磁場集中在永久磁鐵3、 4的角部，消磁場發(fā)揮作用，角部 不可逆地消磁的情況。在本實施方式中，因為在永久磁鐵3、 4各自的 端部i殳置了空洞5，所以，在永久磁4失3、 4的端部因電流而產(chǎn)生的消 磁場得到緩和。
接著，對本實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機中的轉(zhuǎn)子1的構(gòu)造的 強度進行闡述。在轉(zhuǎn)子4失心2內(nèi)埋入第一永久磁4失3和第二永久磁鐵 4，通過轉(zhuǎn)子鐵心2，固定永久磁鐵3、 4。
通過上述的構(gòu)成，本實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機發(fā)揮了下述 的效果。若使NdFeB磁鐵的第二永久磁鐵4的交鏈磁通B4為正方向， 則能夠大范圍地將鋁鎳鈷磁鐵的第一永久磁鐵3的交鏈磁通B3從正 方向的最大值調(diào)整到0甚至反方向的最大值。因此，在本實施方式中， 通過由d軸電流，使第一永久磁鐵3磁化，可以大范圍地調(diào)整將第一、
19第二永久磁鐵3、 4相加的全部交鏈磁通量。另外，通過能夠大范圍地 調(diào)整第一、第二永久磁鐵3、 4的全部交鏈磁通量，還能夠大范圍地調(diào) 整旋轉(zhuǎn)電機的電壓。另外，因為附磁是通過極端時間的脈沖式電流來 進行，所以，沒有必要總是持續(xù)流動弱磁通電流，能夠大幅降低損失。 另外，因為沒有必要象以往那樣進行弱磁通控制，所以，因高諧波磁 通而產(chǎn)生的高諧波鐵損也不會發(fā)生。
由于上述情況，在本實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電才幾中，能夠?qū)?現(xiàn)在高輸出從低速到高速的大范圍的可變速運轉(zhuǎn)，在大的運轉(zhuǎn)范圍中 還能夠高效率。在此基礎(chǔ)上，就因永久磁鐵而產(chǎn)生的感應(yīng)電壓而言， 因為通過d軸電流對第一永久磁鐵3附磁，能夠縮小第一、第二永久 磁鐵3、 4的全部交鏈磁通量，所以，不存在因第一、第二永久磁鐵3、 4的感應(yīng)電壓而產(chǎn)生的逆變器電子零件的破損，可靠性提高。再有， 在旋轉(zhuǎn)電機無負荷隨同旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，通過負的d軸電流，對第一永 久磁鐵3附磁，能夠縮小永久磁鐵3、 4的全部交鏈磁通量。據(jù)此，感 應(yīng)電壓明顯降低，基本沒有必要總是通電用于降低感應(yīng)電壓的弱磁通 電流，綜合效率提高。特別是在若將本實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電 機搭載于慣性運轉(zhuǎn)時間長的通勤電車進行驅(qū)動，則綜合運轉(zhuǎn)效率大幅 提高。
再有，在本實施方式中，將第一永久磁鐵3的形狀作成使其截面 為梯形形狀。象這樣，通過將第一永久磁鐵3作成其磁化方向厚度為 不一定的形狀，具有下述那樣的效果。因為在第一永久磁鐵3中使用 的鋁鎳鈷磁鐵其殘留磁通密度高，矯頑磁力小，所以，在磁通密度低 的區(qū)域，相對于磁場，磁通密度急劇變化。因此，為了僅通過磁場的 強度，來微調(diào)整磁通密度，而在其磁場的強度的控制方面要求高的精 度。因此，在本實施方式中，應(yīng)用永久磁鐵的附磁所需要的磁化力因 永久磁鐵的磁化方向厚度很大地變化的情況，通過使第一永久磁鐵3 為截面梯形狀，而使磁化方向厚度為不一定，據(jù)此，在使附磁磁場發(fā) 揮作用時，能夠改變在各厚度的永久磁鐵部分產(chǎn)生的磁通量。即，可 以使附磁磁場的強度很大地依賴于永久磁鐵的厚度的影響。據(jù)此，根
20據(jù)本實施方式，相對于因d軸電流而產(chǎn)生的磁場的磁通量的調(diào)整容易， 能夠減少因外部條件變動造成的磁通量的不一致。
另外，在本發(fā)明的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機中，能夠通過因d軸電流 而產(chǎn)生的磁場，不可逆地磁化第一永久磁鐵3，使交鏈磁通量變化。 再有，通過總是產(chǎn)生因負的d軸電流而產(chǎn)生的磁通，由因負的d軸電 流而產(chǎn)生的》茲通和因永久》茲鐵3、 4而產(chǎn)生的磁通B3、 B4構(gòu)成的交鏈 磁通可以通過上述因負的d軸電流而產(chǎn)生的磁通來調(diào)整。即，通過使 第一永久磁鐵3的磁化狀態(tài)不可逆地變化，能夠使交鏈磁通量很大地 變化，在此基礎(chǔ)上，能夠通過總是通電的負的d軸電流，對交鏈磁通 量進行微調(diào)整。此時，因為總是通電的負的d軸電流所微調(diào)整的交鏈 磁通量很小，所以，總是持續(xù)流動的負的d軸電流很小，不會產(chǎn)生大 的損失。據(jù)此，根據(jù)本實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機，能夠在大范 圍使成為電壓的基本的交鏈磁通量變化，同時，進行微調(diào)整，而且， 能夠高效率可變。
(第二實施方式)
本發(fā)明的第二實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機是在圖l所示的第 一實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機中，其特征是，作為矯頑磁力和磁 化方向厚度的積大的第二7^c久磁鐵4，采用Dy元素少的NdFeB磁4失。 因此，其它的構(gòu)成與圖1所示的第一實施方式共通。
若Dy元素少，則永久磁鐵的殘留磁通密度高，在20。C時，能得 到1.33T以上的殘留磁通密度。
以往的旋轉(zhuǎn)電機若達到高速，則為了抑制因感應(yīng)電壓而導(dǎo)致的電 壓上升，進行因負的d軸電流而進行的弱磁通控制。此時，還存在過 大的逆磁場作用于永久磁4失，永久磁4失不可逆地消磁，輸出大幅降低 的情況。作為它的對策，即使是在NdFeB磁鐵中，也能應(yīng)用矯頑磁力 大的磁鐵。雖然作為增大NdFeB磁鐵的矯頑磁力的方法，是添加Dy 元素，但是，永久磁鐵的殘留磁通密度因此而降低，旋轉(zhuǎn)電機的輸出 也降低。另外，僅為了提高耐消磁，就能夠增厚NdFeB磁鐵的磁化方 向厚度。在本實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機中，使第一永久磁鐵3的鋁 鎳鈷磁鐵不可逆地磁化，調(diào)整成為電壓的交鏈磁通量。因此，不使用 過大的逆磁場作用于NdFeB磁鐵的第二永久磁鐵4上那樣的弱磁通控 制。雖然還存在使用用于微調(diào)整的弱控制的情況，但因為是很小的電 流，所以，逆磁場也能夠極小。據(jù)此，本實施方式的永久》茲鐵式旋轉(zhuǎn) 電機能夠應(yīng)用在以往的旋轉(zhuǎn)電機中，因為消磁而不能使用的低矯頑》茲 力、高殘留磁通密度的NdFeB磁鐵，因NdFeB磁鐵而產(chǎn)生的氣隙磁 通密度高，能夠得到高輸出。
例如，應(yīng)用于以往的旋轉(zhuǎn)電機的NdFe磁鐵的特性是矯頑磁力 Hcj=2228kA/m，殘留磁通密度Br=1.23T，應(yīng)用于本實施方式的NdFeB 磁鐵的特性Hcj=875kA/m，殘留磁通密度Br=1.45T。象這樣雖然矯頑 磁力小，但是能夠應(yīng)用磁通密度為1.17倍的磁鐵，能夠期待大約1.17 倍的高輸出。
另外，在以往的旋轉(zhuǎn)電機中，對輸出沒有貢獻，是為了耐消磁而 增加磁鐵的厚度，但是，本實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機因為消磁 場小，所以，能夠降低NdFeB磁鐵的使用量。另外，因為能夠應(yīng)用基 本不添加埋藏量少的Dy元素的NdFeB磁鐵，所以，將來也能夠穩(wěn)定 地制造。
(第三實施方式)
使用圖6的轉(zhuǎn)子1的構(gòu)造圖，說明本發(fā)明的第三實施方式的永久 磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機。本實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機由圖6所示的轉(zhuǎn) 子l和收容它的定子20構(gòu)成。然后，定子20與其它的實施方式同樣， 是圖1、圖9所示的構(gòu)成。另外，在圖6中，對與圖1所示的第一實 施方式共通的要素標注相同的符號來表示。
如圖6所示，本實施方式的轉(zhuǎn)子1以向外周側(cè)凸的方式，將倒U 字形狀的NdFeB磁鐵的第二永久磁鐵4埋入轉(zhuǎn)子鐵心2內(nèi)。該第二永 久磁鐵4的倒U字的中心軸處于與d軸一致的位置。在q軸上，以沿 著轉(zhuǎn)子1的徑方向的姿勢，將鋁鎳鈷磁鐵的第一永久磁鐵3配置在轉(zhuǎn) 子鐵心2內(nèi)。通過將第二永久磁鐵4作成倒U字形狀，在兩個第一永久磁鐵3 所夾的區(qū)域，能夠增大該第二永久磁鐵4的磁極的面積。再有，因為 通過將第二永久磁4失4作成倒U字狀，以妨害q軸磁通的》茲路的方式 配置倒U字形狀的第二永久磁鐵4，所以，能夠降低q軸感應(yīng)系數(shù)， 據(jù)此，能夠提高旋轉(zhuǎn)電機的功率因數(shù)。另外，使倒U字形狀的第二永 久磁鐵4的外周側(cè)前端(中央部)和轉(zhuǎn)子鐵心2的外周(氣隙面)的 間隔Wp成為通過第一永久磁鐵3和第二永久磁鐵4的磁通大致磁飽 和的程度。若該磁極鐵心部分7的中央部的磁通密度最大，也就是1.9T 左右，則氣隙的磁通分布不會扭曲，能夠有效利用永久磁鐵的磁通。
另外，在本實施方式中，也可以象第二實施方式那樣，作為矯頑 石茲力和》茲化方向厚度的積大的第二永久磁鐵3，采用Dy元素少的
NdFeB磁鐵，據(jù)此，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的輸出、輕型的旋轉(zhuǎn)電機。 (第四實施方式)
使用圖7的轉(zhuǎn)子1的構(gòu)造圖，說明本發(fā)明的第四實施方式的永久 磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機。本實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機由圖7所示的轉(zhuǎn) 子l和收容它的定子20構(gòu)成。然后，定子20與其它的實施方式同樣， 是圖1、圖9所示的構(gòu)成。另外，在圖7中，對與圖1所示的第一實 施方式共通的要素標注相同的符號來表示。
如圖7所示，本實施方式的轉(zhuǎn)子l中，鋁鎳鈷磁鐵的第一永久磁 鐵3在q軸，在徑方向配置在轉(zhuǎn)子鐵心2內(nèi)，NdFeB磁鐵的第二永久 磁鐵4以與周方向相切的方式，與d軸呈直角地配置在轉(zhuǎn)子鐵心2內(nèi)。 轉(zhuǎn)子1在轉(zhuǎn)子鐵心2的內(nèi)周側(cè)嵌入鐵的軸9。該軸9是切掉了四面的 形狀，在轉(zhuǎn)子鐵心2和軸9之間形成空氣層8。
用于使永久磁^U茲化的因定子20的電樞繞組21的電流而產(chǎn)生的 磁場作用于第一永久磁鐵3和笫二永久磁鐵4，如圖7的箭頭那樣， 因電流而產(chǎn)生的磁通Bi3、 Bi4流動。因這些電流而產(chǎn)生的萬茲通Bi3、 Bi4因為存在空氣層8，所以，沒有通到軸9，而是欲通過第二永久磁 鐵4間的內(nèi)周側(cè)的窄的鐵心部分。但是，因為窄的鐵心部分容易磁飽 和，所以，能夠減少因電樞電流而產(chǎn)生的磁場所產(chǎn)生的通過第二永久磁鐵4的磁通Bi4。
據(jù)此，因想要磁化的第一永久磁鐵3的電流而產(chǎn)生的磁通Bi3增 加，同時，因通過第二永久磁4失4的電流所產(chǎn)生的磁通Bi4減少，磁 極鐵心部分7以及定子鐵心22的磁飽和也得到緩和。因此，能夠減少 用于使第一永久磁鐵3磁化的d軸電流。
另外，在本實施方式中，也可以與第二實施方式同樣，作為矯頑 磁力和磁化方向厚度的積大的第二永久磁鐵3，采用Dy元素少的 NdFeB磁鐵，據(jù)此，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的輸出、輕型的旋轉(zhuǎn)電機。 (第五實施方式)
使用圖8，說明本發(fā)明的第五實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機。 本實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機由圖8所示的轉(zhuǎn)子1和收容它的定 子20構(gòu)成。然后，定子20與其它的實施方式同樣，是圖1、圖9所 示的構(gòu)成。另外，在圖7中，對與圖1所示的第一實施方式共通的要 素標注相同的符號來表示。
如圖8所示，本實施方式的轉(zhuǎn)子l中，在與成為磁極間的中心軸 的q軸一致的轉(zhuǎn)子1的半徑方向，將鋁鎳鈷磁鐵的第一永久磁鐵3配 置在轉(zhuǎn)子鐵心2內(nèi)。然后，使除去了第一永久磁鐵3的端部的鐵心的 q軸附近的氣隙側(cè)的轉(zhuǎn)子鐵心部分與轉(zhuǎn)子鐵心2的最外周相比為凹陷， 形成凹陷部IO。
接著，說明上述構(gòu)成的本實施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的作用。 d軸方向的電流的磁通(d軸磁通)橫切第一永久磁鐵3和第二永久 磁鐵4，因為永久磁鐵3、 4與空氣的透磁率大致相等，所以，d軸感 應(yīng)系數(shù)減小。另一方面，q軸方向的磁通在轉(zhuǎn)子鐵心2的磁極鐵心部 分7沿第一永久磁鐵3和第二永久磁鐵4的長度方向流動。因為轉(zhuǎn)子 鐵心2的磁極鐵心部分7的透磁率有永久磁鐵的1000 ~ 10000倍，所 以，若在q軸方向的轉(zhuǎn)子鐵心2上沒有凹陷部10，轉(zhuǎn)子鐵心2的外徑 在周方向均勻，則q軸感應(yīng)系數(shù)增大。這樣，雖然為了通過電流和磁 通的磁作用產(chǎn)生扭矩，使q軸電流流動，但是，因為q軸感應(yīng)系數(shù)大， 所以，由q軸電流產(chǎn)生的電壓增大。即，由于q軸感應(yīng)系數(shù)增大，功
24率因數(shù)惡化。
與此相對，在本實施方式的情況下，因為具有第一永久磁鐵3的 q軸附近的氣隙側(cè)轉(zhuǎn)子鐵心部分是與轉(zhuǎn)子鐵心2的最外周相比為凹陷， 具有凹陷部10的形狀，所以，通過凹陷部10的磁通減少。即，因為 凹陷部10處于q軸方向，所以，能夠減小q軸感應(yīng)系數(shù)。據(jù)此，能 夠提高作為旋轉(zhuǎn)電機的功率因數(shù)。另外，因為通過凹陷部IO，在第一 永久磁鐵3的端部附近，氣隙長等效地增長，所以，第一永久磁鐵3 的端部附近的平均的磁場降低。據(jù)此，能夠減小為了產(chǎn)生扭矩所需要 的因q軸電流而產(chǎn)生的消磁場對第一永久磁鐵3的影響。
另外，在第一永久磁鐵3的端部和到轉(zhuǎn)子鐵心2的磁極鐵心部分 7的中央之間，成為d軸中心的磁極4失心部分7的中央部成為轉(zhuǎn)子1 的最外周部分，是隨著從磁極鐵心部分7的中央部到第一永久磁4失3 的端部的外周側(cè)鐵心部分，從轉(zhuǎn)子1的軸中心到轉(zhuǎn)子鐵心2外周的距 離縮短的形狀。據(jù)此，能夠與上述同樣，減小q軸感應(yīng)系數(shù)，能夠抑 制因q軸電流而產(chǎn)生的第一永久磁鐵3的消磁。再有，因為遍及轉(zhuǎn)子 l的全周，外周的凹陷部IO平滑地增大，所以，能夠降低磁通的高諧 波成分，還能夠降低扭矩脈動、變動扭矩。
另外，在本實施方式中，也可以與第二實施方式同樣，作為矯頑 f茲力和磁化方向厚度的積大的第二永久磁鐵4，采用Dy元素少的 NdFeB磁鐵，據(jù)此，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的輸出、輕型的旋轉(zhuǎn)電機。
(變形例1)在上述第一~第五實施方式的各個中，在將轉(zhuǎn)子1 插入定子20來組裝制造時，能夠成為以因第一永久磁鐵3而產(chǎn)生的磁 通和因第二永久磁鐵4而產(chǎn)生的磁通在磁極鐵心部分7或者氣隙面互 為反方向的方式，使第一永久磁鐵3磁化的狀態(tài)。
在制造工序中，為了將附磁的轉(zhuǎn)子1插入定子20進行組裝，而在 永久磁鐵的磁吸引力方面要采取對策。因此，象本例這樣，通過以第 一永久磁鐵3的》茲通和第二永久磁4失4的磁通互為反方向的方式/f茲化， 能夠減少從轉(zhuǎn)子1產(chǎn)生的永久磁鐵的磁通量。其結(jié)果為，在轉(zhuǎn)子l和 定子20之間產(chǎn)生的磁吸引力減小，組裝作業(yè)性提高。再有，若使由第一永久磁鐵3和第二永久磁鐵4產(chǎn)生的磁通量為0，則沒有磁吸引力， 將轉(zhuǎn)子1組裝到定子20的作業(yè)能夠極其容易。
(變形例2)在上迷的各實施方式中，其構(gòu)成為，矯頑磁力和磁 化方向厚度的積大的第二永久磁鐵4為NdFeB磁鐵，矯頑磁力和磁化 方向厚度的積小的第一永久磁鐵3為鋁鎳鈷磁鐵。這樣，其構(gòu)成為， 在最高旋轉(zhuǎn)速度時，使第二永久磁鐵4產(chǎn)生的逆電壓在作為旋轉(zhuǎn)電機 的電源的逆變器電子零件的耐電壓以下。
因永久磁鐵而產(chǎn)生的逆電壓與旋轉(zhuǎn)速度成比例地升高。該逆電壓 施加于逆變器的電子零件，若達到電子零件的耐電壓以上，則電子零 件絕緣破壞。因此，在以往的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機中，存在有在設(shè)計 時，通過耐電壓，限制永久磁鐵的逆電壓，永久磁鐵的磁通量被削減， 在馬達的低速區(qū)域的輸出以及效率低下的問題。
因此，如本例2那樣，若達到高速運轉(zhuǎn)時，則利用負的d軸電流， 通過消磁方向的磁場，使永久磁鐵不可逆地磁化，將第一永久磁鐵3 的磁通減小到0附近。因為能夠^f吏因第一永久》茲4失3產(chǎn)生的逆電壓大 致為0，所以，只要將因不能調(diào)整磁通量的第二永久磁鐵4而產(chǎn)生的 逆電壓在最高旋轉(zhuǎn)速度時在耐電壓以下即可。即，僅將NdFeB磁鐵的 第二永久磁鐵4的磁通量減小到達到耐電壓以下。另一方面，在低速 旋轉(zhuǎn)時，因被磁化到最大的磁通量的第一永久磁鐵3和第二永久磁鐵 4產(chǎn)生的交鏈磁通量能夠增加。
再有，在實用方面，因為在最高速區(qū)域，鋁鎳鈷磁鐵的第一永久 磁鐵3在與低速時的反方向被磁化，所以，總交鏈磁通量比只有第二 永久磁鐵4的交鏈磁通小。即，在本例的永久》茲鐵式旋轉(zhuǎn)電機中，高 速時的逆電壓比僅因第二永久磁鐵4產(chǎn)生的逆電壓小，實質(zhì)上，耐電 壓和允許最高轉(zhuǎn)速能夠有足夠的富余。據(jù)此，若為本例2的永久磁鐵 式旋轉(zhuǎn)電機的構(gòu)成，則能夠一面維持在低速旋轉(zhuǎn)時的高輸出和高效率， 一面能夠抑制高速旋轉(zhuǎn)時的逆電壓，能夠提高包括逆變器在內(nèi)的系統(tǒng) 的可靠性。
(變形例3)在上述各實施方式中，對四極的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機進行了舉例說明，但是，當(dāng)然可以將本發(fā)明應(yīng)用于八極等的多極的 旋轉(zhuǎn)電機中。雖然永久磁鐵的配置位置、形狀與極數(shù)相應(yīng)地有些變化， 但作用和效果能同樣得到。
另外，在形成磁極的永久磁鐵中，以矯頑磁力和磁化方向的厚度 的積來作為區(qū)別永久磁鐵的定義。因此，即使以同種的永久磁鐵形成 磁極，以不同的方式形成磁化方向厚度，也能夠得到同樣的作用和效 果。
另外，在本發(fā)明中，定子20的構(gòu)造并不限定于圖1、圖9所示的 定子，也可以采用與一般的旋轉(zhuǎn)電機同樣的定子，不限于分布繞組型， 也可以采用集中繞組型的定子。
權(quán)利要求
1. 一種永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在于，相對于轉(zhuǎn)子鐵心的旋轉(zhuǎn)中心，點對稱地具有多個磁極，并且，使用形狀或者材料特性不同的多種永久磁鐵，形成上述各個磁極，在上述各個磁極中，上述形狀或者材料特性不同的多種永久磁鐵中的至少一個是被電樞繞組的電流生成的磁場磁化，且該永久磁鐵的磁通量不可逆地變化的永久磁鐵。
2. 如權(quán)利要求1所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在于，上述多種永久磁鐵中，被上述電樞繞組的電流生成的磁場磁化，磁通磁鐵的電樞繞組的交鏈磁通量大致為0的永久磁鐵。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在于，形成上述各個磁極的多種永久磁鐵有矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵以及矯頑磁力和磁化方向厚度的積大的永久磁鐵這兩種。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在于，形成上述各個磁極的多種永久磁鐵有矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵以及矯頑磁力和磁化方向厚度的積大的7JC久磁鐵這兩種，被上述電樞繞組的電流生成的磁場磁化，且該永久磁鐵的磁通量不可逆地變化的永久磁鐵是上述矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在于，形成上述各個磁極的多種永久磁鐵中被上述電樞繞組的電流生成的磁場磁化，且該永久》茲鐵的磁通量不可逆地變化的永久磁鐵以從其它的永久磁鐵作用有偏置磁場的方式被配置。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在于，形成上述各個磁極的多種永久磁鐵有矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵以及矯頑磁力和磁化方向厚度的積大的永久磁鐵這兩種，被上述電樞繞組的電流生成的磁場磁化，且該永久磁鐵的磁通量不可逆地變化的永久磁鐵是上迷矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵，并且，該永久磁鐵的矯頑磁力和磁化方向厚度的積，與矯頑磁力和磁化方向厚度的積大的另一個永久磁鐵的無負荷時的動作點的磁場的強度和磁化方向厚度的積大致相等或者在其以上。
7. 如權(quán)利要求1或2所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在于，形成上述各個磁極的多種永久磁鐵有矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵以及矯頑磁力和磁化方向厚度的積大的永久磁鐵這兩種，被上述電樞繞組的電流生成的》茲場磁化，且該永久》茲4失的磁通量不可逆地變化的永久磁鐵是上述矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵，并且，,皮配置在該永久磁鐵的磁化方向和q軸所構(gòu)成的角度比另一個矯頑》茲力和》茲化方向厚度的積大的永久磁4失的f茲化方向和q軸所構(gòu)成的角度大的位置。
8. 如權(quán)利要求1或2所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在于，形成上述各個磁極的多種永久磁鐵有矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵以及矯頑磁力和磁化方向厚度的積大的永久》茲鐵這兩種，被上述電樞繞組的電流生成的磁場磁化，且該永久磁鐵的磁通量不可逆地變化的永久磁鐵是上述矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵，上述矯頑磁力和》茲化方向厚度的積大的永久》茲4失被埋入上述轉(zhuǎn)子鐵心，是其長度方向的中心部與端部相比接近氣隙側(cè)的形狀。
9. 如權(quán)利要求1或2所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在于，形成上述各個磁極的多種永久磁鐵有矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵以及矯頑磁力和磁化方向厚度的積大的永久磁鐵這兩種，被上述電樞繞組的電流生成的磁場磁化，且該永久磁鐵的磁通量不可逆地變化的永久磁鐵是上述矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵，上述矯頑磁力和磁化方向厚度的積大的永久磁鐵，將其中心部到上述轉(zhuǎn)子鐵心的氣隙面的間隔作成該永久磁鐵的中心部附近的轉(zhuǎn)子鐵心通過構(gòu)成上述磁極的全部的永久磁鐵的磁通而沒有磁飽和的程度。
10，如權(quán)利要求1或2所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在于，形成上述各個磁極的多種永久磁鐵有矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵以及矯頑磁力和磁化方向厚度的積大的永久磁鐵這兩種，被上述電樞繞組的電流生成的磁場磁化，且該永久磁鐵的磁通量不可逆地變化的永久磁鐵是上述矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵，在上述矯頑磁力和磁化方向厚度的積大的永久磁鐵上通過磁回路串聯(lián)地配置的磁路，其一部分為通過該永久磁鐵的磁通大致/磁飽和那樣的截面積。
11. 如權(quán)利要求1或2所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在于，形成上述各個磁極的多種永久磁鐵有矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久/P茲4失以及矯頑磁力和萬茲化方向厚度的積大的永久》茲鐵這兩種，；陂上述電樞繞組的電流生成的石茲場磁化，且該永久》茲4失的》茲通量不可逆地變化的永久磁鐵是上述矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁4失，上述矯頑磁力和》茲化方向厚度的積大的永久磁4失是在2(TC時，具有1.33T以上的殘留磁通密度的永久磁鐵。
12. 如權(quán)利要求1或2所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在于，形成上述各個磁極的多種永久》茲鐵有矯頑磁力和》茲化方向厚度的積小的永久磁鐵以及矯頑磁力和磁化方向厚度的積大的永久磁鐵這兩種，纟皮上述電樞繞組的電流生成的磁場石茲化，且該7lc久磁4失的磁通量不可逆地變化的永久磁鐵是上述矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵，上述矯頑磁力和磁化方向厚度的積大的永久磁鐵由不含Dy元素的NdFeB類的永久磁鐵形成。
13. 如權(quán)利要求1或2所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在于，將上述轉(zhuǎn)子鐵心作成成為上述轉(zhuǎn)子的磁極中心軸的d軸方向的/f茲阻力小，成為磁極間部中心軸的q軸方向的》茲阻力大的形狀。
14，如權(quán)利要求1或2所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在于，形成上述各個磁極的多種永久^茲鐵有矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵以及矯頑磁力和磁化方向厚度的積大的永久磁鐵這兩種，；陂上述電才區(qū)繞組的電流生成的^茲場磁化，且該7Jc久》茲4失的磁通量不可逆地變化的永久磁鐵是上述矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵，上述矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵配置在成為磁極間中心軸的q軸附近，是將成為磁極中心軸的d軸的中心也就是上述轉(zhuǎn)子鐵心的磁極中央部作為上述轉(zhuǎn)子的最外周部分，使從上述d軸的中心的磁極中央部附近到上述q軸附近部間的轉(zhuǎn)子鐵心部分與上迷轉(zhuǎn)子的最外周相比為凹陷的形狀。
15. —種永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在于，相對于轉(zhuǎn)子鐵心的旋轉(zhuǎn)中心，點對稱地具有多個磁極，并且，使用形狀或者材料特性不同的多種永久磁鐵，形成上述各個磁極，在上述各個磁極中，上述形狀或者材料特性不同的多種永久磁鐵中的至少一個是被電樞繞組的電流生成的磁場^茲化，且該永久磁鐵的極性反轉(zhuǎn)的永久磁鐵。
16. 如權(quán)利要求15所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在積小的永久磁鐵以及矯頑磁力和磁化方向厚度的積大的永久磁鐵這兩種。
17. 如權(quán)利要求15所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在于，積小種，被上述電樞繞組的電流生成的磁場磁化，且該永久磁鐵的極性反轉(zhuǎn)的永久磁鐵是上述矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵。
18. 如權(quán)利要求15所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在于，形成上述各個磁極的多種永久磁鐵中被上述電樞繞組的電流生成的磁場磁化，且該永久磁鐵的極性反轉(zhuǎn)的永久磁鐵以從其它的永久磁鐵作用有偏置磁場的方式被配置。
19. 如權(quán)利要求15所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在積小的永久磁4失以及矯頑磁力和》茲化方向厚度的積大的永久磁4失這兩種，被上述電樞繞組的電流生成的磁場磁化，且該永久磁鐵的極性反轉(zhuǎn)的永久磁鐵是上述矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵，并且，該永久磁鐵的矯頑磁力和磁化方向厚度的積與上述矯頑磁力和磁化方向厚度的積大的永久磁鐵的無負荷時的動作點的磁場的強度和磁化方向厚度的積大致相等或者在其以上。
20. 如權(quán)利要求15所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在于，形成上述各個磁極的多種永久磁鐵有矯頑磁力和磁化方向厚度的種，被上述電樞繞組的電流生成的磁場磁化，且該永久磁鐵的極性反轉(zhuǎn)的永久磁鐵是上述矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵，并且，配置到該永久磁4失的磁化方向和q軸所構(gòu)成的角度比上述矯頑磁力和f茲化方向厚度的積大的永久f茲鐵的磁化方向和q軸所構(gòu)成的角度大的位置。
21. 如權(quán)利要求15所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在積小的永久磁鐵以及矯頑磁力和磁化方向厚度的積大的永久磁鐵這兩種，被上述電樞繞組的電流生成的磁場磁化，且該永久磁鐵的極性反轉(zhuǎn)的永久磁鐵是上述矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵，上是其長度方向的中心部與端部相比接近氣隙側(cè)的形狀。
22. 如權(quán)利要求15所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在積小的永久磁鐵以及矯頑磁力和磁化方向厚度的積大的永久磁鐵這兩種，被上述電樞繞組的電流生成的磁場磁化，且該永久磁鐵的極性反轉(zhuǎn)的永久磁鐵是上述矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵，上述矯頑磁力和磁化方向厚度的積大的永久磁鐵，將其中心部到上述轉(zhuǎn)子鐵心的氣隙面的間隔作成該永久磁鐵的中心部附近的轉(zhuǎn)子鐵心通過構(gòu)成上述磁極的全部的永久》茲鐵的磁通而沒有磁飽和的程度。
23. 如權(quán)利要求15所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在于，種，被上述電樞繞組的電流生成的磁場磁化，且該永久磁鐵的極性反 轉(zhuǎn)的永久磁鐵是上述矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵，在 上述矯頑磁力和磁化方向厚度的積大的永久磁鐵上通過磁回路串聯(lián)地 配置的磁路，其一部分為通過該永久磁鐵的磁通大致磁飽和那樣的截 面積。
24. 如權(quán)利要求15所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在 于，形成上述各個磁極的多種永久磁鐵有矯頑磁力和磁化方向厚度的 積小的永久》茲鐵以及矯頑f茲力和磁化方向厚度的積大的永久》茲鐵這兩 種，被上述電樞繞組的電流生成的磁場磁化，且該永久磁鐵的極性反 轉(zhuǎn)的永久磁鐵是上述矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵，上 述矯頑磁力和磁化方向厚度的積大的永久磁鐵是在20。C時，具有 1.33T以上的殘留磁通密度的永久磁鐵。
25. 如權(quán)利要求15所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在 于，形成上述各個磁極的多種永久磁鐵有矯頑/f茲力和磁化方向厚度的 積小的永久磁鐵以及矯頑》茲力和》茲化方向厚度的積大的永久/ 茲鐵這兩 種，被上述電樞繞組的電流生成的磁場磁化，且該永久磁鐵的極性反 轉(zhuǎn)的永久磁鐵是上述矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵，上 述矯頑磁力和磁化方向厚度的積大的永久磁鐵由不含Dy元素的 NdFeB類的永久磁鐵形成。
26. 如權(quán)利要求15所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在 于，將上述轉(zhuǎn)子鐵心作成成為上述轉(zhuǎn)子的磁極中心軸的d軸方向的磁 阻力小，成為磁極間部中心軸的q軸方向的磁阻力大的形狀。
27. 如權(quán)利要求15所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，其特征在 于，形成上述各個磁極的多種永久磁鐵有矯頑磁力和磁化方向厚度的 積小的永久》茲4失以及矯頑石茲力和磁化方向厚度的積大的永久》茲4失這兩 種，被上述電樞繞組的電流生成的磁場磁化，且該永久磁鐵的極性反 轉(zhuǎn)的永久磁鐵是上述矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵，上 述矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵配置在成為磁極間中心 軸的q軸附近，是將成為磁極中心軸的d軸的中心也就是上述轉(zhuǎn)子鐵心的磁極中央部作為上述轉(zhuǎn)子的最外周部分，使從上迷d軸的中心的磁極中央部附近到上述q軸附近部間的轉(zhuǎn)子鐵心部分與上述轉(zhuǎn)子的最 外周相比為凹陷的形狀。
全文摘要
本發(fā)明的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子，以相對于轉(zhuǎn)子鐵心2的旋轉(zhuǎn)中心，點對稱地具有多個磁極，并且，在各個磁極中，設(shè)置矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵3以及矯頑磁力和磁化方向厚度的積大的永久磁鐵4，再有，通過由電樞繞組21的電流生成的磁場使矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵3不可逆地磁化，來使全部交鏈磁通量變化為特征，據(jù)此，能夠高輸出，進行大范圍的可變速運轉(zhuǎn)，同時，實現(xiàn)在大運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)高效率的旋轉(zhuǎn)電機。
文檔編號H02K21/14GK101501967SQ20078002985
公開日2009年8月5日 申請日期2007年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月11日
發(fā)明者堺和人, 新政憲 申請人:株式會社東芝