[發明專利]永磁式旋轉電機

有效

• 申請號: 201410061290.0
• 申請日: 2009-06-19
• 公開（公告）號: CN103779994A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 堺和人;橋場豐;大坪洋輔;松岡佑將;高橋則雄;德增正
• 申請（專利權）人: 株式會社東芝
• 主分類號: H02K1/27
• 分類號: H02K1/27
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 龐乃媛;黃劍鋒

本申請為中國申請號200980123036.6發明名稱為“永磁式旋轉電機”的中國專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及使用兩種以上的永久磁鐵、使其中至少1個永久磁鐵的磁通量不可逆地變化、能夠進行從低速到高速的大范圍內的可變速旋轉的永磁式旋轉電機。特別涉及將短路線圈或導電性的板配置在轉子鐵芯、以使得在使至少1個永久磁鐵的磁通量不可逆地變化時、不會因其他永久磁鐵的影響而抑制上述至少1個磁鐵的磁通量的變化的永磁式旋轉電機。

背景技術

一般，永磁式旋轉電機大體上劃分有兩種類型。是將永久磁鐵粘貼在轉子鐵芯的外周上的表面磁鐵型永磁式旋轉電機、和將永久磁鐵4植入在轉子鐵芯2之中的植入型永磁式旋轉電機。作為可變速驅動用馬達，植入型永磁式旋轉電機是適合的。

在永磁式旋轉電機中，由于永久磁鐵的交鏈磁通總是一定地產生，所以永久磁鐵的感應電壓與旋轉速度成比例地變高。因此，在從低速到高速可變速運轉的情況下，在高速旋轉下，永久磁鐵帶來的感應電壓（反電動勢（逆起電圧））變得很高。如果永久磁鐵帶來的感應電壓被施加在變換器的電子部件上而成為其耐電壓以上，則電子部件絕緣破壞。因此，可以考慮進行削減永久磁鐵的磁通量以使其成為耐電壓以下的設計，但在此情況下，永磁式旋轉電機的低速域中的輸出及效率低下。

在從低速到高速進行接近于恒定輸出的可變速運轉的情況下，永久磁鐵的交鏈磁通是一定的，所以在高速旋轉域中，旋轉電機的電壓達到電源電壓上限，不再流過輸出所需要的電流。結果，在高速旋轉域中，輸出大幅下降，進而，不能大范圍地可變速運轉到高速旋轉。

最近，作為擴大可變速范圍的方法，開始采用非專利文獻1所述那樣的弱磁通控制。電樞線圈的總交鏈磁通量包括d軸電流帶來的磁通和永久磁鐵帶來的磁通。在弱磁通控制中，通過產生負的d軸電流帶來的磁通，由該負的d軸電流帶來的磁通來使全交鏈磁通量減少。此外，在弱磁通控制中，高保磁力的永久磁鐵也是磁特性（B－H特性）的動作點在可逆的范圍中變化。因此，永久磁鐵采用高保磁力的NdFeB磁鐵，以使其不會由弱磁通控制的去磁場不可逆地去磁。

在采用弱磁通控制的運轉中，由于通過負的d軸電流帶來的磁通使交鏈磁通減少，所以交鏈磁通的減少量形成相對于電壓上限值的電壓的富余量。并且，由于能夠增加作為轉矩成分的電流，所以高速域中的輸出增加。此外，能夠使旋轉速度上升電壓富余量，擴大可變速運轉的范圍。

但是，由于總是使不對輸出貢獻的負的d軸電流持續流過，所以銅損增加而效率惡化。進而，負的d軸電流帶來的去磁場產生高諧波磁通，通過高諧波磁通等產生的電壓的增加形成弱磁通控制帶來的電壓降低的極限。因為這些，即使對植入型永磁式旋轉電機使用弱磁通控制，也難以進行基本速度的3倍以上的可變速運轉。進而，有通過上述高諧波磁通使鐵損增加、在中、高速區域中效率大幅下降的問題。此外，還有可能通過高諧波磁通帶來的電磁力產生振動。

在將植入型永磁式旋轉電機應用到復合動力汽車用驅動電動機中的情況下，在僅通過發動機驅動的狀態下，電動機被牽連。在中、高速旋轉中，電動機的永久磁鐵帶來的感應電壓上升，所以為了抑制到電源電壓以內，通過弱磁通控制使負的d軸電流持續流過。在此狀態下，電動機僅產生損失，所以綜合運轉效率惡化。

在將植入型永磁式旋轉電機應用到電車用驅動電動機中的情況下，電車有進行惰性運轉的狀態，與上述同樣，為了使永久磁鐵帶來的感應電壓成為電源電壓以下，通過弱磁通控制使負的d軸電流持續流過。在此情況下，電動機僅產生損失，所以綜合運轉效率惡化。

作為解決這樣的問題的技術，在專利文獻1及專利文獻2中，記載有以下的技術：配置在由定子線圈的電流形成的磁場作用下磁通密度不可逆地變化之程度的低保磁力的永久磁鐵、和具有低保磁力的永久磁鐵的2倍以上的保磁力的高保磁力的永久磁鐵，在為電源電壓的最大電壓以上的高速旋轉域中，通過電流帶來的磁場使低保磁力的永久磁鐵磁化，以使低保磁力的永久磁鐵與高保磁力的永久磁鐵帶來的全交鏈磁通減少，來調節全交鏈磁通量。

該專利文獻1的永磁式旋轉電機具備圖9所述那樣的結構的轉子1。即，轉子1包括轉子鐵芯2、8個低保磁力永久磁鐵3及8個高保磁力永久磁鐵4。轉子鐵芯2將硅鋼板層疊而構成，低保磁力永久磁鐵3是鋁鐵鎳鈷磁鐵或FeCrCo磁鐵，高保磁力磁鐵4是NdFeB磁鐵。