永久磁鐵式旋轉電機的製作方法

2023-07-30 01:09:11

專利名稱：永久磁鐵式旋轉電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及永久磁鐵式旋轉電機。
背景技術：
一般，永久磁鐵馬達粗略分為兩種類型。是將永久磁鐵粘貼在轉子鐵心的外周的表面磁鐵型永久磁鐵馬達和將永久磁鐵埋入轉子鐵心中的埋入型永久磁鐵馬達。作為可變速驅動用馬達，埋入型永久磁鐵馬達合適。使用圖19，說明埋入型永久磁鐵馬達的轉子的構成。在圖19中，11表示轉子，12 表示轉子鐵心，14表示高矯頑磁力永久磁鐵。在轉子鐵心12的外周部，以均分間距僅設置數量為極數的長方形的空洞。圖19是四極的轉子11，設置四個空洞，並將永久磁鐵14插入。永久磁鐵14在轉子的半徑方向，或者永久磁鐵14的截面的長方形中與氣隙面相對的邊呈直角方向被磁化。為了不因負荷電流而消磁，永久磁鐵14主要應用矯頑磁力高的NdFeB 永久磁鐵等。轉子鐵心12是將穿鑿了空洞的電磁鋼板疊層而形成。這樣的以往例記載於 「《埋入磁鐵同步馬達的設計和控制》、武田洋次等著、才一 △公司發行」中，另外，埋入型的變形例記載於特開平7-336919號公報中。另外，作為可變速特性優異的高輸出的馬達，有在特開平11-27913號公報、特開平11-136912號公報中記載的永久磁鐵式磁阻型旋轉電機。在永久磁鐵式旋轉電機中，因為永久磁鐵的交鏈磁通總是固定地產生，所以，因永久磁鐵而產生的感應電壓與旋轉速度成比例地升高。在從低速到高速進行可變速運轉的情況下，在高速旋轉時，因永久磁鐵而產生的感應電壓極高，因該永久磁鐵而產生的感應電壓施加於逆變器的電子零件，若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計，但是，在永久磁鐵式旋轉電機的低速區域的輸出以及效率降低。在從低速到高速進行接近固定輸出的可變速運轉的情況下，因為永久磁鐵的交鏈磁通固定，所以，在高速旋轉區域，旋轉電機的電壓達到電源電壓上限，輸出所必需的電流不流動。其結果為，在高速區域，輸出大幅降低，再有，不能進行直至高速區域的大範圍的驅動。因此，最近，作為擴大可變速範圍的方法，開始應用在上述的《埋入磁鐵同步馬達的設計和控制》中記載的弱磁通控制。在該弱磁通控制中，使因d軸電流而產生的消磁場作用於高矯頑磁力永久磁鐵4，在可逆的範圍，使永久磁鐵的磁動作點移動，使磁通量變化。因此，在進行弱磁通控制的埋入型永久磁鐵式旋轉電機中，作為埋入用永久磁鐵，應用不會因消磁場而不可逆地消磁的高矯頑磁力的NdFeB磁鐵。因為由於d軸電流的消磁場，永久磁鐵的交鏈磁通減少，所以，交鏈磁通的減少量生成了電壓相對於電壓上限值的富餘量。這樣，因為能夠增加電流，所以，在高速區域的輸出增加。另外，能夠使旋轉速度僅上升電壓富餘量，擴大了可變速運轉的範圍。但是，需要持續對永久磁鐵施加消磁場，由於無助於輸出的d軸電流總是持續流動，所以，銅損增加，效率惡化。再有，因d軸電流而產生的消磁場產生了高諧波磁通，通 過高諧波磁通等產生的電壓的增加造成了因弱磁通控制產生的電壓降低的界限。由於這些， 即使將弱磁通控制應用到埋入型永久磁鐵式旋轉電機中，也難以進行基底速度的三倍以上的可變速運轉。再有，由於上述的高諧波磁通，鐵損增加，由於因高諧波磁通而產生的電磁力，產生振動。另外，在將埋入型永久磁鐵馬達應用於混合汽車用驅動馬達的情況下，在僅用發動機驅動的狀態下，馬達隨同旋轉。在中 高速旋轉中，因馬達的永久磁鐵而產生的感應電壓達到電源電壓以上，通過弱磁通控制，使d軸電流持續流動。因為在該狀態下，馬達產生的僅僅是損失，所以，綜合運轉效率惡化。在將埋入型永久磁鐵馬達應用於電車用驅動馬達的情況下，電車有慣性運轉的狀態，與上述同樣，因為使因永久磁鐵而產生的感應電壓在電源電壓以下，所以，通過弱磁通控制，使d軸電流持續流動。因為在該狀態下，馬達產生的也僅僅是損失，所以，綜合運轉效率惡化。

發明內容
本發明是鑑於上述那樣以往技術的問題點而產生的發明，其目的是提供一種永久磁鐵式旋轉電機，這種永久磁鐵式旋轉電機能夠提供一種在從低速到高速的大範圍進行可變速運轉，低速旋轉區域的高扭矩化和中·高速旋轉區域的高輸出化，提高效率，提高可靠性。本發明的永久磁鐵式旋轉電機的特徵在於，具有定子，該定子設置了定子繞組； 轉子，所述轉子在轉子鐵心中，配置了具有通過因上述定子繞組的電流而生成的磁場，磁通密度不可逆地變化的程度的矯頑磁力的低矯頑磁力永久磁鐵和具有上述低矯頑磁力永久磁鐵的兩倍以上的矯頑磁力的高矯頑磁力永久磁鐵。根據本發明，能夠提供一種實現了在從低速到高速的大範圍進行可變速運轉，低速旋轉區域的高扭矩化和中 高速旋轉區域的高輸出化，提高效率，提高可靠性的永久磁鐵式旋轉電機。


圖1是本發明的第一實施方式的永久磁鐵式旋轉電機的剖視圖。圖2是本發明的第一實施方式的永久磁鐵式旋轉電機的轉子的剖視圖。圖3是表示在本發明的第一實施方式中使用的低矯頑磁力永久磁鐵和高矯頑磁力永久磁鐵的磁特性的圖。圖4是表示本發明的第一實施方式的轉子的初期狀態的永久磁鐵的磁通的剖視圖。圖5是表示本發明的第一實施方式的轉子的因d軸電流而產生的附磁磁場的磁通的剖視圖。圖6是表示本發明的第一實施方式的轉子的因d軸電流而產生的附磁磁場發揮作用後的磁通的剖視圖。
圖7是本發明的第八實施方式的永久磁鐵式旋轉電機的轉子的剖視圖。圖8是本發明的第九實施方式的永久磁鐵式旋轉電機的轉子的剖視圖。圖9是本發明的第十實施方式的永久磁鐵式旋轉電機的轉子的剖視圖。圖10是表示本發明的第十實施方式的相對於磁極的中心角α的扭矩的變化的圖。圖11是本發明的第十二實施方式的永久磁鐵式旋轉電機的轉子的剖視圖。圖12是本發明的第十二實施方式的低矯頑磁力永久磁鐵的長度方向的剖視圖。圖13是本發明的第十三實施方式的永久磁鐵式旋轉電機的轉子的剖視圖。圖14是本發明的第十四實施方式的永久磁鐵式旋轉電機的轉子的剖視圖。圖15是本發明的第十五實施方式的永久磁鐵式旋轉電機的轉子的剖視圖。圖16Α是本發明的第十六實施方式的永久磁鐵式旋轉電機的轉子的剖視圖。圖16Β是本發明的第十六實施方式的永久磁鐵式旋轉電機的剖視圖。圖17是本發明的第十七實施方式的永久磁鐵式旋轉電機的轉子的剖視圖。圖18是本發明的第十八實施方式的永久磁鐵式旋轉電機的轉子的剖視圖。圖19是以往的埋入型永久磁鐵馬達的轉子的剖視圖。
具體實施例方式下面，根據附圖，詳細說明本發明的實施方式。(第一實施方式)如圖1、圖2所示，本發明的第一實施方式的永久磁鐵式旋轉電機20的轉子1是通過在轉子鐵心2內，以均分間距分別埋入八個低矯頑磁力永久磁鐵3和八個高矯頑磁力永久磁鐵4而構成。在轉子鐵心2的低矯頑磁力永久磁鐵3的埋入部分， 在其永久磁鐵3的兩端形成第一空洞5。另外，在轉子鐵心2的高矯頑磁力永久磁鐵4的埋入部分，在其永久磁鐵4的兩端形成第二空洞6。7表示轉子鐵心2的磁極部。轉子鐵心2 通過疊層矽鋼板而構成。低矯頑磁力永久磁鐵3是鋁鎳鈷磁鐵或者FeCrCo磁鐵，另外，高矯頑磁力磁鐵4是NdFeB磁鐵。如圖1所示，定子23構成為將定子繞組21卷裝於定子鐵心24的內齒部分。通過將轉子1收容在該定子23的定子鐵心24的內空部，構成本實施方式的永久磁鐵式旋轉電機20。定子鐵心24的內周面隔著氣隙22與轉子1的外周面相對。圖3是表示作為在本實施方式的轉子1所採用的低矯頑磁力永久磁鐵的鋁鎳鈷磁鐵(AlNiCo)、作為低矯頑磁力永久磁鐵的FeCrCo磁鐵和作為高矯頑磁力永久磁鐵的NdFeB 磁鐵的磁特性的圖。鋁鎳鈷磁鐵的矯頑磁力(磁通密度為0的磁場)是60 120kA/m， 相對於NdFeB磁鐵的矯頑磁力950kA/m為1/15 1/8。另外，FeCrCo磁鐵的矯頑磁力為約60kA/m，相對於NdFeB磁鐵的矯頑磁力950kA/m為1/15。鋁鎳鈷磁鐵和FeCrCo磁鐵與 NdFeB的高矯頑磁力磁鐵相比較，可知矯頑磁力相當低。在本實施方式中，應用具有低矯頑磁力永久磁鐵3的8 15倍的矯頑磁力的高矯頑磁力永久磁鐵4，據此，能夠得到特性優異的旋轉電機。低矯頑磁力永久磁鐵3被埋入轉子鐵心2中，在低矯頑磁力永久磁鐵3的兩端部設置第一空洞5。低矯頑磁力永久磁鐵3沿與成為磁極間的中心軸的q軸一致的轉子的半徑方向配置，在相對於半徑方向呈直角方向被磁化。高矯頑磁力永久磁鐵4被埋入轉子鐵心2內，在高矯頑磁力永久磁鐵4的兩端部設置第二空洞6。高矯頑磁力永久磁鐵4以由兩個低矯頑磁力永久磁鐵3在轉子1內周側夾持的方式，配置在轉子1的大致周方向。高矯頑磁力永久磁鐵4在相對於轉子1的周方向大致呈直角方向被磁化。轉子鐵心2的磁極部7形成為由兩個低矯頑磁力永久磁鐵3和一個高矯頑磁力永久磁鐵4包圍。如圖4所示，轉子鐵心2的磁極部7的中心軸方向成為d軸，磁極間的中心軸方向成為q軸。因此，低矯頑磁力永久磁鐵3配置在成為磁極間的中心軸的q軸方向，低矯頑磁力永久磁鐵3的磁化方向為相對於q軸呈90°或者-90°方向。在相鄰的低矯頑磁力永久磁鐵3中，相互面對的磁極面成為同極。另外，高矯頑磁力永久磁鐵4配置在相對於成為磁極部7的中心軸的d軸呈直角方向，其磁化方向為相對於d軸呈0°或者180°的方向。在相鄰的高矯頑磁力永久磁鐵4中，磁極部7的朝向相互逆極性。在本實施方式的轉子1中，在低矯頑磁力永久磁鐵3中所採用的FeCrCo磁鐵或者鋁鎳鈷磁鐵的矯頑磁力小至60 120kA/m，這些低矯頑磁力的永久磁鐵可通過200 300kA/m的磁場磁化。作為高矯頑磁力永久磁鐵4的NdFeB磁鐵的矯頑磁力高到950kA/m， 可通過大約2400kA/m的磁場磁化。即，低矯頑磁力永久磁鐵3可通過高矯頑磁力永久磁鐵 4的大約1/10的磁場附磁。在採用本實施方式的轉子1所組裝的永久磁鐵式旋轉電機20 中，使通電時間為極短時間(100 μ s Ims左右)的脈衝電流在固定繞組上流動，形成磁場，使磁場作用於低矯頑磁力永久磁鐵3。若使附磁磁場為250kA/m，則理想的是充足的附磁磁場作用於低矯頑磁力永久磁鐵3，在高矯頑磁力永久磁鐵4上，沒有因附磁而產生的不可逆消磁。

圖4是表示本實施方式的使因d軸電流而產生的附磁磁場發揮作用前的初期狀態的永久磁鐵3、4的磁通B31、B41的圖，圖5是表示使附磁磁場發揮作用時的永久磁鐵3、4 的磁通B32、B42的圖。另外，雖然在圖4、圖5中的磁通分布僅表示出了一極，但該磁通分布在四極中相同。形成附磁磁場的脈衝電流是定子的電樞繞組的d軸電流成分。在圖5中， 是對低矯頑磁力永久磁鐵3進行消磁的情況，因負的d軸電流而產生的磁場對永久磁鐵而言是消磁場，從轉子1的磁極中心相對於低矯頑磁力永久磁鐵3和高矯頑磁力永久磁鐵4， 作用於與磁化方向大致相反的方向。在採用了本實施方式的轉子1的永久磁鐵式旋轉電機 20中，因d軸電流而產生的磁場Bd在高矯頑磁力永久磁鐵4中作用於兩個永久磁鐵(N極和S極的兩個永久磁鐵)，作用於高矯頑磁力永久磁鐵4的磁場是作用於低矯頑磁力永久磁鐵3的磁場的大約一半。因此，在採用了本實施方式的轉子1的永久磁鐵式旋轉電機中，因 d軸電流而產生的磁場Bd容易將低矯頑磁力永久磁鐵3磁化。圖6是表示本實施方式的轉子1的附磁後的磁通B33、B43的圖。低矯頑磁力永久磁鐵3矯頑磁力為高矯頑磁力永久磁鐵4的1/10左右，再有，如上所述，高矯頑磁力永久磁鐵4的兩倍的附磁磁場作用於低矯頑磁力永久磁鐵3上。在圖6中，低矯頑磁力永久磁鐵 3在附磁磁場的方向被磁化，在與圖4的初期的磁化方向相反的方向被磁化。這樣，能夠通過改變d軸電流的大小，改變附磁磁場的強度，來調整低矯頑磁力永久磁鐵3的磁化狀態。 艮口，能夠生成降低低矯頑磁力永久磁鐵3的磁力的狀態、使低矯頑磁力永久磁鐵3的磁通為 0的狀態、使低矯頑磁力永久磁鐵3的磁通向反方向的狀態這三個狀態。另一方面，高矯頑磁力永久磁鐵4矯頑磁力大到低矯頑磁力永久磁鐵3的10倍以上，另外，在本實施方式中，作用於高矯頑磁力永久磁鐵4的附磁磁場為低矯頑磁力永久磁鐵3的1/2。因此，若為對低矯頑磁力永久磁鐵3進行附磁的程度的磁場，則高矯頑磁力永久磁鐵4為可逆消磁狀態，即使在附磁後，高矯頑磁力永久磁鐵4也能夠維持初期狀態的磁通。通 過上述那樣的構成，在採用了本實施方式的轉子1的永久磁鐵式旋轉電機20 中，通過轉子1的d軸電流，能夠使低矯頑磁力永久磁鐵3的交鏈磁通量從最大到0很大地變化，另外，還能夠使磁化方向為正反兩方向。即，若使高矯頑磁力永久磁鐵4的交鏈磁通為正方向，則能夠大範圍將低矯頑磁力永久磁鐵3的交鏈磁通從正方向的最大值調整到0 甚至到反方向的最大值。因此，在本實施方式的轉子1中，通過由d軸電流對低矯頑磁力永久磁鐵3進行附磁，能夠大範圍地調整將低矯頑磁力永久磁鐵3和高矯頑磁力永久磁鐵4 相加的全部交鏈磁通量。例如，在低速區域，低矯頑磁力永久磁鐵3由d軸電流磁化，以便在與高矯頑磁力永久磁鐵4的交鏈磁通相同的方向(初期狀態)達到最大值，據此，因永久磁鐵而產生的扭矩達到最大值，因此，能夠使旋轉電機的扭矩以及輸出為最大。另外，在中 高速區域，如圖6所示，使低矯頑磁力永久磁鐵3的磁通量降低，降低全部交鏈磁通量，據此，因為旋轉電機的電壓下降，所以，相對於電源電壓的上限值能夠產生富餘，能夠進一步提高旋轉速度(頻率)。再有，在顯著提高最高速度時(進一步擴大可變速範圍，例如，在基底速度的五倍以上的可變速範圍時)，低矯頑磁力永久磁鐵3以成為與高矯頑磁力永久磁鐵4的交鏈磁通的相反方向的方式而磁化(磁通的朝向為在圖6的狀態下磁化最大)。永久磁鐵的全部交鏈磁通為高矯頑磁力永久磁鐵4和低矯頑磁力永久磁鐵3的交鏈磁通的差，能夠為最小，旋轉電機的電壓也成為最小，因此，能夠將旋轉速度(頻率)提高到最高值。根據本實施方式的轉子1，通過將它用於圖1所示的旋轉電機20，能夠實現在高輸出從低速到高速的大範圍的可變速運轉，另外，因為在使交鏈磁通變化時的附磁電流僅流動極短時間，所以，可以明顯降低損失，因此，能夠成為高效率。在上述的旋轉電機20產生輸出時，通過使q軸電流在定子繞組21上流動，利用該 q軸電流和轉子1的永久磁鐵3、4的磁通的磁作用產生扭矩。此時，產生因q軸電流而產生的磁場。但是，由於低矯頑磁力永久磁鐵3配置在q軸方向，磁化方向為與q軸方向呈直角方向，低矯頑磁力永久磁鐵3的磁化方向和因q軸電流而產生的磁場處於正交的方向，因此，因q軸電流而產生的磁場的影響微小。接著，對第一空洞5以及第二空洞6的作用進行闡述。空洞5、6緩和因永久磁鐵而產生的離心力作用在了轉子鐵心2上時的應力向轉子鐵心2的集中和消磁場。通過象圖 2那樣設置空洞5、6，鐵心2能夠作成帶有曲率的形狀，應力得到緩和。另外，存在因電流而產生的磁場集中在永久磁鐵3、4的角部，消磁場發揮作用，角部不可逆地消磁的情況，在本實施方式的轉子1中，因為在磁鐵端部設置空洞5、6，所以，在永久磁鐵端部的因電流而產生的消磁場得到緩和。上述那樣的構成的本實施方式的轉子1發揮下述的作用、效果。若使高矯頑磁力永久磁鐵4的交鏈磁通為正方向，則能夠大範圍地將低矯頑磁力永久磁鐵3的交鏈磁通從正方向的最大值調整到0甚至反方向的最大值，因此，通過由d軸電流，使低矯頑磁力永久磁鐵3附磁，可以大範圍地調整將低矯頑磁力永久磁鐵3和高矯頑磁力永久磁鐵4相加的全部交鏈磁通量。通過能夠大範圍地調整該永久磁鐵的全部交鏈磁通量，還能夠大範圍地調整採用該轉子1的旋轉電機20的電壓，因為附磁是通過極短時間的脈衝式電流來進行， 因此，沒有必要總是持續流動弱磁通電流，所以，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，因高諧波磁通而產生的鐵損也不會發生。由於上述情況， 根據本實施方式的轉子1，能夠使採用了它的旋轉電機20成為能夠以高輸出從低速到高速的大範圍的可變速運轉的旋轉電機，謀求了高效率化。另外，就因永久磁鐵而產生的感應電壓而言，因為通過d軸電流對低矯頑磁力永久磁鐵3附磁，能夠縮小永久磁鐵的全部交鏈磁通量，所以，不存在因永久磁鐵的感應電壓而產生的逆變器電子零件的破損，謀求可靠性提高。再有，在旋轉電機20無負荷旋轉時，通過d軸電流，對低矯頑磁力永久磁鐵3附磁，能夠縮小永久磁鐵的全部交鏈磁通量，據此，感應電壓明顯降低，基本沒有必要總是通電用於降低感應電壓的弱磁通電流，謀求綜合效率的提高。另外，在本實施方式中，說明了八極的情況，但即使替代成其它的極數，也能夠同樣應用。另外，定子23的構造不限定於實施方式，能夠廣泛地採用一般的旋轉電機用的定子， 例如，除圖示的分布繞組型以外，還可以採用集中繞組型的定子。這點在其它的實施方式中也是同樣。

(第二實施方式)本發明的第二實施方式的旋轉電機20的特徵在於，在轉子1的最高旋轉速度時，使該轉子的高矯頑磁力永久磁鐵4產生的逆電壓在作為旋轉電機的電源的逆變器電子零件的耐電壓以下。因永久磁鐵而產生的逆電壓與旋轉速度成比例地升高，該逆電壓施加於逆變器的電子零件，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電機中，在設計時，通過耐電壓來限制，永久磁鐵的磁通量被削減，在馬達的低速區域的輸出以及效率低下。在上述的旋轉電機20中，因為若在高速旋轉時，則可以通過負的d軸電流，使消磁方向的附磁磁場作用於永久磁鐵，使低矯頑磁力永久磁鐵3的磁通小到0附近，所以，能夠使因低矯頑磁力永久磁鐵3而產生的逆電壓大致為0。這樣，只要使因不能調整磁通量的高矯頑磁力永久磁鐵4而產生的逆電壓在最高旋轉速度時在耐電壓以下即可。S卩，僅將高矯頑磁力永久磁鐵4的磁通量小到達到耐電壓以下。另一方面，在低速旋轉時，因被附磁到最大的磁通量的低矯頑磁力永久磁鐵3和高矯頑磁力永久磁鐵4產生的交鏈磁通量能與以往的永久磁鐵式旋轉電機相比能夠大幅增加。由於上述情況，在本實施方式的永久磁鐵式旋轉電機20中，能夠一面維持在低速旋轉時的高輸出和高效率，一面抑制高速旋轉時的逆電壓，能夠提高包括逆變器的系統的
可靠性。(第三實施方式)本發明的第三實施方式的永久磁鐵式旋轉電機20的特徵在於， 在其產生最大扭矩時的永久磁鐵的磁通量為最大的狀態下，因高矯頑磁力永久磁鐵4而產生的磁通量比低矯頑磁力永久磁鐵3的最大磁通量少。通過在旋轉電機產生最大扭矩時，使該轉子1的低矯頑磁力永久磁鐵3和高矯頑磁力永久磁鐵4的磁通量為最大的狀態下，必要的電流減少，達到高效率。因為在最高旋轉時，能夠通過d軸電流的附磁磁場，使低矯頑磁力永久磁鐵3的磁通量小到0附近，所以，能夠使因低矯頑磁力永久磁鐵3而產生的逆電壓大致為0。這樣，只要使因不能調整磁通量的高矯頑磁力永久磁鐵4而產生的逆電壓在最高旋轉速度時在逆變器的電子零件的耐電壓以下即可。在本實施方式中，因為使高矯頑磁力永久磁鐵4的磁通小於低矯頑磁力永久磁鐵3的磁通，所以，因高矯頑磁力永久磁鐵4而產生的每個旋轉速度下的逆電壓小，進而能夠旋轉到高的旋轉速度。 (第四實施方式)本發明的第四實施方式是在圖1所示那樣構成的永久磁鐵式旋轉電機20中，其特徵在於，在其電壓在供給電源的最大電壓的附近或者超過最大電壓的高速旋轉時，為了使因低矯頑磁力永久磁鐵3和高矯頑磁力永久磁鐵4而產生的交鏈磁通減少，使用定子繞組的電流所形成的磁場，使低矯頑磁力永久磁鐵3磁化，調整永久磁鐵的全部交鏈磁通量。本實施方式所使用的低矯頑磁力永久磁鐵3使用FeCrCo磁鐵或者鋁鎳鈷磁鐵，高矯頑磁力永久磁鐵4使用NdFeB磁鐵。在永久磁鐵式旋轉電機中，因為永久磁鐵的磁通量為一定，所以，因永久磁鐵的交鏈磁通而產生的電壓與轉子1的旋轉速度成比例地升高。因此，電源電壓存在上限，在旋轉電機從低速到高速大範圍地運轉的情況下，若電源電壓達到上限值，則不能以其以上的旋轉速度運轉。因此，因為旋轉電機的電壓由繞組感應係數以及因永久磁鐵而產生的交鏈磁通來決定其大小，所以，為了抑制高速旋轉時的電壓的上升，考慮到降低永久磁鐵的交鏈磁通量。作為在本實施方式中使用的低矯頑磁力永久磁鐵3的FeCrCo磁鐵、鋁鎳鈷磁鐵， 矯頑磁力小至60 200kA/m，可通過200 300kA/m的磁場磁化。作為高矯頑磁力永久磁鐵4的NdFeB磁鐵，矯頑磁力高到950kA/m，可通過2400kA/m的磁場磁化。因此，低矯頑磁力永久磁鐵3可通過高矯頑磁力永久磁鐵4的1/10左右的磁場附磁。在本實施方式中，在定子繞組21流動通電時間為極短時間(100 μ s Ims左右)的脈衝電流，形成磁場，使磁場作用於低矯頑磁力永久磁鐵3。若使附磁磁場為250kA/m，則理想的是充足的磁場作用於低矯頑磁力永久磁鐵3，在高矯頑磁力永久磁鐵4上，沒有因附磁而產生的不可逆消磁。
在初期狀態，低矯頑磁力永久磁鐵3的交鏈磁通和高矯頑磁力永久磁鐵4的交鏈磁通在同方向相加，處於增加的狀態。這樣，在旋轉電機的電壓達到供給電源的最大電壓的附近，或者超過最大電壓的高速旋轉時，負的d軸電流脈衝式流動，如圖5所示，施加與低矯頑磁力永久磁鐵3的磁化方向反方向的磁場。低矯頑磁力永久磁鐵3消磁，或者如圖6所示，在反方向被磁化。據此，能夠使作為低矯頑磁力永久磁鐵3和高矯頑磁力永久磁鐵4的總和的交鏈磁通減少。因為交鏈磁通量減少，所以，旋轉電機的電壓比電源電壓上限低，在達到電源電壓的上限值前，能夠進一步以高速旋轉進行運轉。然後，能夠通過改變d軸電流的大小，改變附磁磁場的強度，使低矯頑磁力永久磁鐵3的磁化狀態變化，調整電壓。此時，低矯頑磁力永久磁鐵3能夠成為使磁力降低的狀態、 使低矯頑磁力的永久磁鐵的磁通為0的狀態、使低矯頑磁力的永久磁鐵的磁通在反方向的狀態這三個狀態。另一方面，高矯頑磁力永久磁鐵4矯頑磁力比低矯頑磁力永久磁鐵3大十倍以上， 另外，在本實施方式中，作用於高矯頑磁力永久磁鐵4的附磁磁場為低矯頑磁力永久磁鐵3 的1/2。因此，若是對低矯頑磁力永久磁鐵3附磁程度的磁場，則高矯頑磁力永久磁鐵4是可逆消磁狀態，即使在附磁後，高矯頑磁力的永久磁鐵也能夠維持初期狀態的磁通。在產生輸出時，通過使q軸電流在定子繞組上流動，利用q軸電流和永久磁鐵的磁通的磁作用產生扭矩。此時，產生因q軸電流而產生的磁場。但是，因為低矯頑磁力永久磁鐵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，低矯頑磁力的永久磁鐵的磁化方向和因q軸電流而產生的磁場處於正交的方向。因此，因q軸電流而產生的磁場的影響微小。(第五實施方式)本發明的第五實施方式是在圖1所示那樣構成的永久磁鐵式旋轉電機中，其特徵在於，在其電壓在供給電源的最大電壓以下的低速旋轉時，為了使因低矯頑磁力永久磁鐵3和高矯頑磁力永久磁鐵4而產生的交鏈磁通增加，通過定子繞組的電流所形成的磁場，使低矯頑磁力永久磁鐵3磁化，在旋轉電機的電壓在供給電源的最大電壓附近或者超過它的高速旋轉時，為了使因低矯頑磁力永久磁鐵3和高矯頑磁力永久磁鐵4 而產生的交鏈磁通減少，通過定子繞組的電流所形成的磁場，使低矯頑磁力永久磁鐵3磁化，調整永久磁鐵的交鏈磁通量。在本實施方式中所使用的低矯頑磁力永久磁鐵3使用FeCrCo磁鐵或者鋁鎳鈷磁鐵，高矯頑磁力永久磁鐵4使用NdFeB磁鐵。作為在本實施方式中使用的低矯頑磁力永久磁鐵3的FeCrCo磁鐵、鋁鎳鈷磁鐵，矯頑磁力小至60 200kA/m，可通過200 300kA/m的磁場磁化。作為高矯頑磁力永久磁鐵4的NdFeB磁鐵，矯頑磁力高到950kA/m，可通過2400kA/ m的磁場磁化。因此，低矯頑磁力永久磁鐵3可通過高矯頑磁力永久磁鐵4的1/10的磁場附磁。在本實施方式中，在定子繞組上流動通電時間為極短時間(IOOys Ims左右)的脈衝電流，形成磁場，使磁場作用於低矯頑磁力永久磁鐵3。若使附磁磁場為250kA/m，則理想的是充足的磁場作用於低矯頑磁力永久磁鐵3，在高矯頑磁力永久磁鐵4上，沒有因附磁而產生的不可逆消磁。在低速旋轉時等，相對於電源電壓的最大值，旋轉電機的電壓存在富餘的情況下， 使因正的d軸電流而產生的附磁磁場產生，使低矯頑磁力永久磁鐵3磁化。低矯頑磁力永久磁鐵3與高矯頑磁力永久磁鐵4的交鏈磁通為同方向，通過相加，處於在增加的方向磁化的狀態。因為通過永久磁鐵的交鏈磁通和q軸電流產生扭矩，所以，能夠通過永久磁鐵的交鏈磁通的增加來增加扭矩。在旋轉電機的電壓達到電源的最大電壓附近或者超過它的高速旋轉時，與第四實施方式同樣，為了使因低矯頑磁力永久磁鐵3和高矯頑磁力永久磁鐵4而產生的交鏈磁通減少，通過定子繞組的電流所形成的磁場，使低矯頑磁力永久磁鐵3磁化，調整永久磁鐵的交鏈磁通量。因為交鏈磁通量減少，所以，旋轉電機的電壓比電源電壓最大值低，在達到電源電壓的最大值前，能夠進一步高速旋轉地進行運轉。由於上述情況，將d軸電流作為附磁電流產生磁場，通過d軸電流，調整低矯頑磁力永久磁鐵3的交鏈磁通量，據此，在低速時產生高扭矩，得到能夠以高輸出進行高速旋轉驅動，能夠以高輸出，從低速到高速的大範圍進行可變速運轉的旋轉電機。(第六實施方式)本發明的第六實施方式是在圖1所示那樣構成的永久磁鐵式旋轉電機20中，其特徵在於，通過定子繞組21的d軸電流所生成的磁場，來調整低矯頑磁力永久磁鐵3的磁通量，使因低矯頑磁力永久磁鐵3和高矯頑磁力永久磁鐵4而產生的交鏈磁通量為0。在本實施方式中所使用的低矯頑磁力永久磁鐵3使用FeCrCo磁鐵或者鋁鎳鈷磁鐵，高矯頑磁力永久磁鐵4使用NdFeB磁鐵。作為在本實施方式中使用的低矯頑磁力永久磁鐵3的FeCrCo磁鐵、鋁鎳鈷磁鐵，矯頑磁力小至60 200kA/m，可通過200 300kA/m的磁場磁化。作為高矯頑磁力永久磁鐵4的NdFeB磁鐵，矯頑磁力高到950kA/m，可通過2400kA/ m的磁場磁化。因此，低矯頑磁力永久磁鐵3可通過高矯頑磁力永久磁鐵4的1/10左右的磁場附磁。在本實施方式中，在定子繞組上流動通電時間為極短時間(100 μ s Ims左右) 的脈衝電流，形成磁場，使磁場作用於低矯頑磁力永久磁鐵3。若使附磁磁場為250kA/m，則理想的是雖然充足的磁場作用於低矯頑磁力永久磁鐵3進行附磁，但高矯頑磁力永久磁鐵 4沒有被磁化，若脈衝電流達到0，則進行可逆變化，返回到原來的狀態。S卩，低矯頑磁力永久磁鐵3的交鏈磁通量被調整，而高矯頑磁力永久磁鐵4的交鏈磁通量為一定。這樣，通過因d軸電流而產生的附磁磁場，來調整低矯頑磁力永久磁鐵3的磁通量，使因低矯頑磁力永久磁鐵3和高矯頑磁力永久磁鐵4而產生的交鏈磁通量為0。因為因永久磁鐵而產生的交鏈磁通為0，所以，在從外部旋轉電機隨同旋轉的情況下，不會產生因永久磁鐵的交鏈磁通所造成的鐵損。再有，在將以往的永久磁鐵馬達應用於混合汽車、電車用驅動系統的情況下，在高速旋轉時，因永久磁鐵而產生的感應電壓達到逆變器的電子零件的耐電壓以上，使電子零件破損。另外，為了將馬達的電壓確保在電源電壓以下，即使無負荷，也需要在高速旋轉區域，總是使弱磁通電流持續流動，馬達的綜合效率惡化。在將本實施方式的永久磁鐵式旋轉電機應用於混合汽車、電車用驅動系統的情況下，因為能夠將因永久磁鐵而產生的交鏈磁通調整到0，所以，不存在因永久磁鐵的感應電壓而使逆變器的電子零件破損的情況，在高速旋轉區域，沒有必要無負荷地總是使弱磁通電流持續流動。因此，若應用本實施方式的旋轉電機，則能夠提高應用系統的可靠性，同時， 也能得到高效率。(第七實施方式)本發明的第七實施方式是在圖1所示那樣構成的永久磁鐵式旋轉電機20中，其特徵在於，使通過d軸電流附磁得到最大的磁通量時的上述低矯頑磁力永久磁鐵3所生成的磁通量和高矯頑磁力永久磁鐵4所生成的磁通量相同。在本實施方式中所使用的轉子1的低矯頑磁力永久磁鐵3使用FeCrCo磁鐵或者鋁鎳鈷磁鐵，高矯頑磁力永久磁鐵4使用NdFeB磁鐵。作為在本實施方式中使用的低矯頑磁力永久磁鐵3的FeCrCo磁鐵、鋁鎳鈷磁鐵， 矯頑磁力小至60 200kA/m，可通過200 300kA/m的磁場磁化。作為高矯頑磁力永久磁鐵4的NdFeB磁鐵，矯頑磁力高到950kA/m，可通過2400kA/m的磁場磁化。因此，低矯頑磁力永久磁鐵3可通過高矯頑磁力永久磁鐵4的1/10的磁場附磁。在本實施方式中，在定子繞組上流動通電時間為極短時間(100 μ s Ims左右) 的脈衝電流，形成磁場，使磁場作用於低矯頑磁力永久磁鐵3。若使附磁磁場為250kA/m，則理想的是雖然充足的磁場作用於低矯頑磁力永久磁鐵3進行附磁，但高矯頑磁力永久磁鐵 4沒有被磁化，若脈衝電流達到0，則進行可逆變化，返回到原來的狀態。S卩，低矯頑磁力永久磁鐵3的交鏈磁通量被調整，而高矯頑磁力永久磁鐵4的交鏈磁通量為一定。這樣，象第六實施方式所闡述的那樣，若能夠使永久磁鐵的交鏈磁通量為0，則能夠提高旋轉電機的應用系統的可靠性，同時，也有能得到高效率的大的效果。據此，通過因 d軸電流所產生的附磁磁場，來調整低矯頑磁力永久磁鐵3的磁通量，使因低矯頑磁力永久磁鐵3和高矯頑磁力永久磁鐵4而產生的交鏈磁通量為0。
在第七實施方式中，矯頑磁力的永久磁鐵3所生成的磁通量和高矯頑磁力永久磁鐵4所生成的磁通量相同。因此，低矯頑磁力永久磁鐵3的磁化方向作為在與高矯頑磁力永久磁鐵4的交鏈磁通相反的方向產生交鏈磁通的朝向，只要將250kA/m以上的附磁磁場施加在低矯頑磁力永久磁鐵3上，完全附磁即可。S卩，僅通過成為250kA/m以上的附磁磁場，就能夠不受附磁電流的變動、附磁時的溫度等的環境條件的影響，切實並且容易地使永久磁鐵的全部交鏈磁通量為0。(第八實施方式)圖7是本發明的第八實施方式的永久磁鐵式旋轉電機的轉子1 的剖視圖。另外，對與圖2相同或者相等的要素使用相同的符號來表示。圖7所示的轉子 1的構成是在轉子鐵心2的內部，分別以均分間距埋入低矯頑磁力永久磁鐵3、高矯頑磁力永久磁鐵4。在轉子鐵心2中，除低矯頑磁力永久磁鐵3的端部側的部分外，使低矯頑磁力永久磁鐵3的端部附近的氣隙側鐵心部分從轉子鐵心2的最外周凹陷，據此，形成凹陷部8。 在轉子鐵心2的低矯頑磁力永久磁鐵3的埋入部分的兩端形成第一空洞5，在高矯頑磁力永久磁鐵4的埋入部分的兩端形成第二空洞6。7是轉子鐵心2的磁極部。接著，說明本實施方式的轉子1的作用。採用該轉子1的永久磁鐵式旋轉電機20 是與圖1相同的構成。在這樣的旋轉電機20中，d軸方向的電流的磁通(d軸磁通)橫切轉子1的低矯頑磁力永久磁鐵3和高矯頑磁力永久磁鐵4。因此，因為永久磁鐵與空氣的透磁率大致相等，所以，d軸感應係數減小。另一方面，q軸方向的磁通在轉子鐵心2的磁極部 7沿低矯頑磁力永久磁鐵3和高矯頑磁力永久磁鐵4的長度方向流動。因為轉子鐵心2的磁極部7的透磁率是永久磁鐵的1000 10000倍，所以，若在q軸方向的轉子鐵心2上沒有凹陷，轉子鐵心2的外徑在周方向均勻，則q軸感應係數增大。這樣，雖然為了通過電流和磁通的磁作用產生扭矩，使q軸電流流動，但是，因為q軸感應係數大，所以，由q軸電流產生的電壓增大。即，由於q軸感應係數增大，功率因數惡化。 在本實施方式中，通過在低矯頑磁力永久磁鐵3的端部附近的氣隙22側的鐵心部分形成從轉子鐵心2的最外周凹陷的凹陷部8，來減少通過鐵心2的凹陷部8的磁通。艮口， 因為凹陷部8處於q軸方向，所以，能夠減小q軸感應係數。據此，能夠提高功率因數。另夕卜，因為通過轉子鐵心2的凹陷部8，在低矯頑磁力永久磁鐵3的端部附近，氣隙長等效地增長，所以，低矯頑磁力永久磁鐵3的端部附近的平均的磁場降低。據此，能夠減小為了產生扭矩所需要的因q軸電流而產生的消磁場對低矯頑磁力永久磁鐵3的影響。另外，由於在處於低矯頑磁力永久磁鐵3的端部的保持永久磁鐵的鐵心部分沒有凹陷，所以，能夠儘可能地增長低矯頑磁力永久磁鐵3的徑方向長度，因此，在外徑相同的轉子中，最大地得到永久磁鐵的體積。即，能夠增加永久磁鐵的磁通量，能夠增大每個相同轉子體積的輸出。(第九實施方式)圖8是本發明的第九實施方式的永久磁鐵式旋轉電機的轉子1 的剖視圖。另外，對與圖2、圖7相同或者相等的要素使用相同的符號來表示。在圖8中，轉子1的構成是在轉子鐵心2內，以均分間距埋入低矯頑磁力永久磁鐵3、高矯頑磁力永久磁鐵4。然後，在低矯頑磁力永久磁鐵3的兩端形成第一空洞5，在高矯頑磁力永久磁鐵4的兩端形成第二空洞6。7是表示轉子鐵心2的磁極部。低矯頑磁力永久磁鐵3配置在與成為相鄰的磁極部7、7之間的磁極間部分的中心軸的q軸一致的半徑方向。然後，在低矯頑磁力永久磁鐵3的端部和到轉子鐵心2的磁極部 的中央之間，轉子鐵心2的磁極部7的中央部成為轉子1的最外周部分，隨著從磁極部 7的中央部到低矯頑磁力永久磁鐵3的端部的外周側鐵心部分，將從轉子1的軸中心到轉子鐵心2的外周的距離縮短，在這裡形成凹陷部8。接著，闡述 上述構成的轉子1的作用。採用該轉子1的永久磁鐵式旋轉電機20是與圖1所示的相同的構成。這樣，在該旋轉電機20中，d軸方向的電流的磁通(d軸磁通) 橫切轉子1的低矯頑磁力永久磁鐵3和高矯頑磁力永久磁鐵4，因為永久磁鐵與空氣的透磁率大致相等，所以，d軸感應係數減小。另一方面，q軸方向的磁通在轉子鐵心的磁極部7 在低矯頑磁力永久磁鐵3和高矯頑磁力永久磁鐵4上沿長度方向流動。因為磁極的鐵心部7透磁率為磁鐵的1000 10000倍，所以，若在q軸方向的轉子鐵心部分沒有凹陷部8，轉子鐵心外徑在周方向均勻，則q軸感應係數增大。這樣，雖然為了通過電流和磁通的磁作用產生扭矩，使q軸電流流動，但是，因為q軸感應係數大，所以， 由q軸電流產生的電壓增大。其結果為，若在q軸方向的轉子鐵心部分沒有凹陷部8，轉子鐵心外徑在周方向均勻，則感應係數增大，功率因數惡化。但是，在本實施方式中，是隨著從磁極部7的外周的中央部到低矯頑磁力永久磁鐵3的端部的外周側鐵心部分，將從轉子1的軸中心到轉子鐵心2的外周的距離縮短的形狀。據此，採用了該轉子1的永久磁鐵式旋轉電機中的氣隙側鐵心成為隨著從磁極部7的中央到低矯頑磁力永久磁鐵3的端部，凹陷部8的凹陷加深的形狀。由於具有這樣的形狀的凹陷部8，氣隙長增長，所以，凹陷越深，通過該凹陷部8的磁通越是減少。即，因為凹陷部 8處於q軸方向，所以，能夠減小q軸感應係數。據此，因為能夠減小q軸感應係數，所以，能夠提高功率因數。特別是，因為在處於q軸上的低矯頑磁力永久磁鐵3的端部附近的鐵心部中，凹陷最深，所以，能夠有效地降低q軸感應係數。另夕卜，由於凹陷部8，在低矯頑磁力永久磁鐵3的端部，因為上述旋轉電機20的氣隙長最長，所以，低矯頑磁力永久磁鐵3的端部附近的磁場降低。據此，能夠減小因用於產生扭矩的q軸電流而產生的消磁場對低矯頑磁力的影響。(第十實施方式)圖9是本發明的第十實施方式的永久磁鐵式旋轉電機的轉子1 的剖視圖。另外，對與圖2、圖7、圖8相同或者相等的要素使用相同的符號來表示。在圖9 中，轉子1的構成是在轉子鐵心2內，以均分間距埋入低矯頑磁力永久磁鐵3、高矯頑磁力永久磁鐵4。然後，在低矯頑磁力永久磁鐵3的兩端形成第一空洞5，在高矯頑磁力永久磁鐵 4的兩端形成第二空洞6。另外，使轉子鐵心2的相當於低矯頑磁力永久磁鐵3的外周的部分，也包括其兩側部分凹陷，在這裡形成凹陷部8。7是表示轉子鐵心2的磁極部。α是表示轉子鐵心2的磁極部7的中央部的圓弧的中心角。轉子鐵心2的磁極部7的中央部由轉子1的最大半徑(從轉子中心軸到轉子外周的長度最大)的圓弧形成，磁極中央部的圓弧的中心角α在電度角90 140度的範圍。在轉子鐵心2中，在離開該中心角α的區域部分，成為使轉子鐵心2的外周與轉子1的最大半徑的圓弧相比向內周側凹陷的形狀，將這裡作為凹陷部8。採用了該轉子1的永久磁鐵式旋轉電機20與圖1所示的構成大致相同。於是，在這樣的旋轉電機20中，在低·中速區域，以電源電壓的最大值以下進行驅動的情況下，為了得到高效率，最大限度地利用永久磁鐵的磁通。在本實施方式中，因為用中心角α來表示範圍的轉子鐵心2的磁極部7的中央部分由轉子1的最大半徑的圓弧形成，所以，旋轉電機的d軸附近的氣隙長最小。因此，在中心角α的d軸附近的磁極中央部分，能夠使高矯頑磁力永久磁鐵4和低矯頑磁力永久磁鐵3的交鏈磁通量多。因為在具有低矯頑磁力永久磁鐵3的q軸附近的轉子1中，是轉子鐵心2的外周與轉子1的最大半徑的圓弧相比向內周側凹陷的形狀，所以，因q軸電流而產生的磁場弱。 因此，能夠在為了產生扭矩而施加q軸電流時，防止低矯頑磁力永久磁鐵3由於因q軸電流而產生的磁場消磁的情況。
通過上述的構成，在採用了本實施方式的轉子1的永久磁鐵式旋轉電機20中，能夠通過增多在d軸附近產生的永久磁鐵的磁通量，來確保高輸出和高扭矩，同時，能夠大幅緩和因q軸電流而產生的低矯頑磁力永久磁鐵3的消磁的影響。圖10是表示應用了本實施方式的相對於永久磁鐵式旋轉電機的磁極中心角α的扭矩的變化的圖。可知磁極中央部的圓弧的中心角α在電度角90 140度的範圍時，能夠得到大的扭矩。(第十一實施方式)說明本發明的第十一實施方式的永久磁鐵式旋轉電機。本實施方式的永久磁鐵式旋轉電機是在圖1、圖2所示的第一實施方式的永久磁鐵式旋轉電機 20中，其特徵在於，使埋入轉子1的轉子鐵心2的低矯頑磁力永久磁鐵3的磁化方向厚度比高矯頑磁力永久磁鐵4的磁化方向厚度薄。對永久磁鐵附磁的磁場的強度與磁化方向厚度大致成比例。因此，通過使低矯頑磁力永久磁鐵3的磁化方向厚度比高矯頑磁力永久磁鐵 4的磁化方向厚度薄，能夠降低對低矯頑磁力永久磁鐵3附磁的磁場，能夠減少附磁電流。另外，一般高矯頑磁力永久磁鐵4隨著達到高磁能量乘積而溫度特性惡化，在 100°C以上的高溫度狀態下，矯頑磁力減小，通過更小的消磁場，永久磁鐵不可逆地消磁。但是，在本實施方式中，因為能夠減小對低矯頑磁力永久磁鐵3附磁的磁場，所以，即使是在永久磁鐵為高溫狀態下，使附磁磁場發揮作用，也能夠防止高矯頑磁力永久磁鐵4不可逆地消磁。(第十二實施方式)圖11是本發明的第十二實施方式的永久磁鐵式旋轉電機的轉子1的剖視圖。另外，對與圖2、圖7 圖9相同或者相等的要素使用相同的符號來表示。 在圖11中，轉子1的構成是在轉子鐵心2內，以均分間距埋入低矯頑磁力永久磁鐵3、高矯頑磁力永久磁鐵4。然後，在低矯頑磁力永久磁鐵3的兩端形成第一空洞5，在高矯頑磁力永久磁鐵4的兩端形成第二空洞6。另外，使轉子鐵心2的相當於低矯頑磁力永久磁鐵3的外周的部分，也包括其兩側部分凹陷，在這裡形成凹陷部8。7是表示轉子鐵心2的磁極部。 本實施方式的轉子1的特徵在於，低矯頑磁力永久磁鐵3的磁化方向厚度不一定，是隨著趨近轉子1的外周側，厚度逐漸增加的形狀。在使附磁磁場作用於低矯頑磁力永久磁鐵3的情況下，作用於轉子1內的低矯頑磁力永久磁鐵3的附磁磁場並非一樣地分布，磁場的強度在永久磁鐵內偏倚。若磁場偏向一部分，則難以進行附磁電流量所進行的低矯頑磁力永久磁鐵3的磁通量的調整。另外，因為永久磁鐵的磁通量還因附磁磁場的變動以及驅動時的溫度狀態變化，所以，難以獲得附磁時的磁通量少的在不一致的範圍的再現性。因此，本實施方式應用了永久磁鐵的附磁所必要的磁化力根據永久磁鐵的磁化方向厚度很大地變化的特性。因此，本實施方式的轉子1低矯頑磁力永久磁鐵3的磁化方向厚度不一定，改變了厚度。因此，在使附磁磁場發揮作用時，能夠改變在各厚度的永久磁鐵部分所產生的磁通量，能夠使附磁磁場的強度很大地依賴於永久磁鐵的厚度所造成的影響。據此，能夠減小因磁場的集中等所造成的偏倚、因附磁磁場的變動等的外部條件變動所造成的影響，能夠使相對於附磁電流的磁通量的調整變得容易，能夠減少因外部條件變動所造成的磁通量的不
一致。 圖12是在本實施方式中採用的低矯頑磁力永久磁鐵3的長度方向的剖視圖。在圖12中，使低矯頑磁力永久磁鐵3的磁化方向厚度為階段狀地不同的厚度。通過該形狀， 可以與永久磁鐵的厚度的變化幅度同樣地階段地增大永久磁鐵的磁通量的變化幅度。因此，與因幹擾、環境條件而產生的附磁磁場的變動幅度相比，能夠使永久磁鐵的厚度的變化幅度對磁通量的影響極大。即，在使低矯頑磁力永久磁鐵3磁化，使磁通量變化的情況下， 能夠減少因附磁磁場的變動所產生的磁通量的不一致，能夠得到同樣的附磁電流的低矯頑磁力永久磁鐵3的磁通量的再現性也高的結構。(第十三實施方式)圖13是本發明的第十三實施方式的永久磁鐵式旋轉電機的轉子1的剖視圖。另外，對與圖2、圖7 圖9、圖11相同或者相等的要素使用相同的符號來表示。在圖13中，轉子1的構成是在轉子鐵心2內，以均分間距埋入低矯頑磁力永久磁鐵 3、高矯頑磁力永久磁鐵4。然後，在低矯頑磁力永久磁鐵3的兩端形成第一空洞5，在高矯頑磁力永久磁鐵4的兩端形成第二空洞6。另外，使轉子鐵心2的相當於低矯頑磁力永久磁鐵3的外周的部分，也包括其兩側部分凹陷，在這裡形成凹陷部8。7是表示轉子鐵心2的磁極部。在本實施方式中，其特徵在於，低矯頑磁力永久磁鐵3是隨著趨近轉子1的外周側，磁化方向厚度變薄的錐狀的形狀。象這樣，通過隨著趨近轉子1的外周側，使低矯頑磁力永久磁鐵3的厚度變薄，來由與低矯頑磁力永久磁鐵3相接的轉子鐵心面，來承受低矯頑磁力永久磁鐵3的離心力，據此，轉子鐵心2能夠保持低矯頑磁力永久磁鐵3。另外，即使低矯頑磁力永久磁鐵3的磁化方向厚度的尺寸精度粗糙，在與尺寸相應的徑方向位置，也能夠通過低矯頑磁力永久磁鐵3接觸轉子鐵心2來固定永久磁鐵。若與基於成型的永久磁鐵的製造法同時應用本實施方式，則還能夠應用有模製的缺點的成型後的尺寸精度不良的永久磁鐵，通過低矯頑磁力永久磁鐵的模製，提高了批量生產性。再有，在提高低矯頑磁力永久磁鐵3的保持和量產性的同時，還能夠得到下述的作用和效果。在低矯頑磁力永久磁鐵3的厚度為一定的情況下，在低矯頑磁力永久磁鐵3 中，存在產生附磁磁場的偏倚，僅低矯頑磁力的永久磁鐵的一部分的磁通量偏倚發生變化的情況，和相對於磁場變化幅度的永久磁鐵的磁通量的變化幅度陡峭的問題。永久磁鐵的附磁磁場很大地依賴於永久磁鐵的厚度，在附磁時，該部分的永久磁鐵的磁通量因厚度而很大地變化。在本實施方式中，因為低矯頑磁力永久磁鐵3的厚度不同，所以，通過與各自的厚度相應的附磁磁場，其相符部分磁通量很大地變化。即，由於永久磁鐵的厚度，永久磁鐵的磁通很大地變化的磁場的強度不同。據此，能夠寬地獲取相對於低矯頑磁力永久磁鐵3 的磁通量的變化幅度的附磁磁場的變化幅度。即，在旋轉電機中，可以通過調整附磁電流， 來容易地調整任意的永久磁鐵的磁通量，反覆附磁時的低矯頑磁力的永久磁鐵的磁通量的不一致減少(良好的再現性)，能夠減小因附磁電流的變動、溫度等的周邊條件的變動所產生的附磁時的永久磁鐵的磁通量的變動幅度。(第十四實施方式)圖14是本發明的第十四實施方式的永久磁鐵式旋轉電機的轉子1的剖視圖。另外，對與圖2、圖7 圖9、圖11、圖13相同或者相等的要素使用相同的符號來表示。在圖14中，轉子1的構成是在轉子鐵心2內，以均分間距埋入低矯頑磁力永久磁鐵3、高矯頑磁力永久磁鐵4。然後，在低矯頑磁力永久磁鐵3的內側端形成第一空洞5， 在高矯頑磁力永久磁鐵4的兩端形成第二空洞6。另外，使轉子鐵心2的相當於低矯頑磁力永久磁鐵3的外周的部分，也包括其兩側部分凹陷，在這裡形成凹陷部8。7是表示轉子鐵心2的磁極部，9表示磁屏障，10表示突起。 在本實施方式的轉子1中，在低矯頑磁力永久磁鐵3的氣隙側端部附近的轉子鐵心2上，設置與低矯頑磁力永久磁鐵3的磁化方向的厚度相比，在轉子的周方向長的磁屏障 9。磁屏障9是孔，有空氣。另外，在低矯頑磁力永久磁鐵3的外周側(氣隙側)端部設置突起10。突起10承受低矯頑磁力永久磁鐵3的離心力，保持永久磁鐵。本實施方式的轉子1與第一實施方式同樣，是組裝於圖1所示的永久磁鐵式旋轉電機20中來使用。相對於這樣的永久磁鐵式旋轉電機20，若為了產生扭矩，而使q軸電流流動，則在處於q軸上的轉子1的低矯頑磁力永久磁鐵3上產生因q軸電流所產生的磁場。 在本實施方式的轉子1中，因為在低矯頑磁力永久磁鐵3的端部附近設置磁屏障9，所以， 能夠通過磁屏障9的空氣層，來減小作用於低矯頑磁力永久磁鐵3的端部的q軸電流的磁場，據此，能夠抑制因q軸電流造成的低矯頑磁力永久磁鐵3的消磁和增磁。另外，因為磁屏障9與低矯頑磁力永久磁鐵3的磁化方向厚度相比，在周方向長，所以，能夠緩和集中在低矯頑磁力永久磁鐵3的端部的角部的因q軸電流而產生的磁場，能夠防止因q軸電流的磁場的繞入而造成的低矯頑磁力永久磁鐵3的消磁和增磁。再有，因為磁屏障9以q軸為中心，長地存在於轉子的周方向，所以，q軸方向的磁阻力升高，能夠降低因q軸電流而產生的磁通量。因此，因為q軸感應係數變小，所以，能夠提高功率因數。(第十五實施方式)圖15是本發明的第十五實施方式的永久磁鐵式旋轉電機的轉子1的剖視圖。另外，對與圖2、圖7 圖9、圖11、圖13、圖14相同或者相等的要素使用相同的符號來表示。在圖15中，轉子1的構成是在轉子鐵心2內，以均分間距埋入低矯頑磁力永久磁鐵3、高矯頑磁力永久磁鐵4。然後，在低矯頑磁力永久磁鐵3的內側端形成第一空洞5，在高矯頑磁力永久磁鐵4的兩端形成第二空洞6。另外，使轉子鐵心2的相當於低矯頑磁力永久磁鐵3的外周的部分，也包括其兩側部分凹陷，在這裡形成凹陷部8。在圖 15中，7是轉子鐵心2的磁極部，9是磁屏障，10是突起。在本實施方式中，其特徵在於，在相鄰的低矯頑磁力永久磁鐵3之間的轉子鐵心2的磁極部7，在與d軸的中心軸一致的位置設置狹縫11。因為該狹縫11處於d軸上，所以，不是在d軸磁通的磁屏障上，而是成為q軸磁通的磁屏障。因此，對以d軸為中心分布的永久磁鐵的磁通的影響很小，同時，能夠減少q軸的磁通。因此，在採用了本實施方式的轉子1的永久磁鐵式旋轉電機20中，能夠一面維持因永久磁鐵而產生的扭矩，一面提高功率因數。(第十六實施方式)圖16A、圖16B是本發明的第十六實施方式的轉子1以及永久磁鐵式旋轉電機20的剖視圖。另外，對與圖2、圖7 圖9、圖11、圖13 圖15相同或者相等的要素使用相同的符號來表示。在圖16A中，轉子1的構成是在轉子鐵心2內，以均分間距埋入低矯頑磁力永久磁鐵4A、高矯頑磁力永久磁鐵3A。然後，在高矯頑磁力永久磁鐵3A 的內側端形成第一空洞5，在低矯頑磁力永久磁鐵4A的兩端形成第二空洞6。另外，使轉子鐵心2的相當於高矯頑磁力永久磁鐵3A的外周的部分，也包括其兩側部分凹陷，在這裡形成凹陷部8。7是表示轉子鐵心2的磁極部。本實施方式的轉子1與第一 第十五實施方式不同，其特徵在於，將高矯頑磁力永久磁鐵3A配置在轉子1的徑方向，將低矯頑磁力永久磁鐵4A與周方向平行地配置在轉子鐵心2的內周側。如圖16B所示，本實施方式的轉子1與其它的實施方式同樣，收容在永久磁鐵式旋轉電機20的定子23的中央部，由定子線圈21產生的磁場旋轉驅動。在構成該永久磁鐵式旋轉電機20時，就作用於配置在徑方向的高矯頑磁力永久磁鐵3A的因定子電流而產生的磁場而言，作成下述的磁路。即，定子鐵心24 —氣隙22 —轉子磁極7 —位於徑方向的高矯頑磁力永久磁鐵3A (橫切)一相鄰的轉子磁極7—定子鐵心24。另一方面，就作用於配置在內周側的周方向的低矯頑磁力永久磁鐵4A的因定子電流而產生的磁場而言，作成下述的磁路。即，定子鐵心24 —氣隙22 —轉子磁極7 —位於周方向的低矯頑磁力永久磁鐵 4A(橫切)一轉子鐵心2的最內周部分一相鄰的轉子鐵心2的最內周部分一位於相鄰的周方向的低矯頑磁力永久磁鐵4A(橫切)一相鄰的轉子磁極7 —定子鐵心24。因此，因電流而產生的磁場作用於兩個配置在周方向的低矯頑磁力永久磁鐵4A 上，作用於一個配置在徑方向的高矯頑磁力永久磁鐵3A上。據此，若使高矯頑磁力永久磁鐵3A和低矯頑磁力永久磁鐵4A的厚度相同，則因作用於配置在徑方向的高矯頑磁力永久磁鐵3A的電流而產生的磁場比配置於周方向的低矯頑磁力永久磁鐵4A強兩倍。在對定子進行水冷卻、油冷卻，通過增大比電負載(每個單位周長的安培匝數)來進行高輸出化的旋轉電機中，通過因負荷電流而產生的磁場大，因該負荷電流而產生的強的磁場，產生了局部的消磁。即使是在這樣的高輸出密度的旋轉電機的情況下，在本實施方式的永久磁鐵式旋轉電機20中，也是通過容易受到磁場的影響的低矯頑磁力永久磁鐵4A 配置在內周側，來縮小局部的消磁的影響。據此，根據本實施方式的永久磁鐵式旋轉電機 20，在能夠通過用轉子1的d軸電流磁化永久磁鐵，來使永久磁通的交鏈磁通量可變的同時，還能夠抑制因負荷電流而產生的永久磁鐵的特性變化，也能維持高輸出化。另外，在本實施方式中，鐵心凹陷部8可以根據需要形成，也可以是象圖2所示的第一實施方式那樣，轉子鐵心2的外周面成為正圓截面的構成，另外，也可以是圖7、圖9所示的形狀。另外，第一空洞5也可以是圖14、圖15所示的形狀。再有，就成為外周側的永久磁鐵的高矯頑磁力永久磁鐵3A而言，可以作成圖12、圖13或者圖14的形狀。(第十七實施方式)圖17是本發明的第十七實施方式的永久磁 鐵式旋轉電機的轉子1的剖視圖。另外，對與圖2、圖7 圖9、圖11、圖13 圖16相同或者相等的要素使用相同的符號來表示。本實施方式的轉子1的特徵在於，作為轉子鐵心2的徑方向的永久磁鐵，配置高矯頑磁力永久磁鐵3B，作為轉子鐵心2的內周側的周方向的永久磁鐵，也配置高矯頑磁力永久磁鐵4B。其它的構成與圖16A所示的第十六實施方式相同。另外，使用本實施方式的轉子1，構成永久磁鐵式旋轉電機20的情況也與圖16B相同。高矯頑磁力永久磁鐵3B、4B為能夠通過因d軸電流而產生的附磁磁場，使磁化狀態變化的磁化方向厚度。或者，僅僅是徑方向的高矯頑磁力永久磁鐵3B，或周方向的高矯頑磁力永久磁鐵4B為能夠通過因d軸電流而產生的附磁磁場，使磁化狀態變化的磁化方向厚度。
在本實施方式的轉子1中，由於在轉子鐵心2的徑方向的永久磁鐵3B上，在轉子鐵心2的內周側的周方向的永久磁鐵4B上都配置高矯頑磁力永久磁鐵，所以，能夠相對於因負荷電流而產生的磁場等的幹擾得到穩定的特性。通過用水、油對定子進行冷卻，旋轉電機增大了比電負載(每個單位周長的安培匝數)，能夠進行高輸出化。但是，因為因負荷電流而產生的磁場大，所以，由於因負荷電流而產生的強的磁場，在周圍的永久磁鐵上也產生了局部的消磁。在這樣的高輸出密度的旋轉電機的情況下，通過應用高矯頑磁力永久磁鐵，減小了因負荷電流而產生的磁場的影響， 能夠得到穩定的永久磁鐵特性。但是，永久磁鐵是即使通過因d軸電流而產生的附磁磁場， 也能夠充分磁化的厚度。例如，徑方向永久磁鐵3B比周方向永久磁鐵4B薄，通過更小的附磁磁場(少的d軸電流)，能夠調整永久磁鐵的磁化量。另外，在本實施方式中，鐵心凹陷部8可以根據需要形成，也可以是象圖2所示的第一實施方式那樣，轉子鐵心2的外周面成為正圓截面的構成，另外，也可以是圖7、圖9所示的形狀。另外，第一空洞5也可以是圖14、圖15所示的形狀。再有，就成為外周側的永久磁鐵的高矯頑磁力永久磁鐵3A而言，可以作成圖12、圖13或者圖14的形狀。(第十八實施方式)使用圖18，說明本發明的第十八實施方式的永久磁鐵式旋轉電機。另外，對與圖2、圖7 圖9、圖11、圖13 圖17相同或者相等的要素使用相同的符號來表示。

本實施方式的特徵僅在於，如圖18所示，在轉子鐵心2上設置防止因永久磁鐵而產生的消磁場用的狹縫12這一點。在轉子鐵心2的外周側，在徑方向配置低矯頑磁力永久磁鐵3，在轉子鐵心2的內周側，在周方向配置高矯頑磁力永久磁鐵4。然後，在轉子鐵心2 的磁極部7上設置防止因永久磁鐵而產生的消磁場用的狹縫12，該狹縫12隔斷因低矯頑磁力永久磁鐵3而產生的磁通和因高矯頑磁力永久磁鐵4而產生的磁通。因為低矯頑磁力永久磁鐵3和高矯頑磁力永久磁鐵4同樣配置在磁極鐵心部內， 所以，消磁場相互作用，但是，在本實施方式中，因為使狹縫12處於相互之間，所以，能夠使因其它的永久磁鐵而產生的消磁場的影響小到基本不會受到的程度。因此，低矯頑磁力永久磁鐵3在負荷時，不會由於因高矯頑磁力永久磁鐵4所產生的消磁場和因負荷電流所產生的消磁場而消磁。另外，因d軸電流的附磁磁場而產生的低矯頑磁力永久磁鐵3的磁通的增減也不受高矯頑磁力永久磁鐵4的影響，容易進行。另外，使轉子鐵心2內的永久磁鐵 3、4均為高矯頑磁力永久磁鐵，也能夠得到同樣的效果。(第十九實施方式)在上述的第一 第十八實施方式的每一個中，可以是通過定子繞組的電流生成的磁場，使低矯頑磁力永久磁鐵的磁化方向向兩方向反轉的構成。通過因d軸電流產生的附磁磁場，來降低配置在轉子1的徑方向或者周方向的永久磁鐵的磁通量。僅減少磁通，在附磁的永久磁鐵的磁通量為0時，因全部永久磁鐵而產生的總交鏈磁通量達到最小。因此，在本實施方式中，通過進一步將附磁的永久磁鐵在反方向磁化，與其它的永久磁鐵的磁通相減，能夠進一步減小因全部永久磁鐵而產生的總交鏈磁通量。理想的是能夠使總交鏈磁通量為0。據此，即使在無負荷狀態下高速運轉，被驅動，感應電壓也極小，能夠得到鐵損少的旋轉電機。另外，就上述的第二實施方式以後的永久磁鐵的附磁方向而言，與圖2所示的第一實施方式相同。
權利要求
1.一種永久磁鐵式旋轉電機，其特徵在於，具有定子，該定子設置了定子繞組；轉子，所述轉子在轉子鐵心中，配置了具有通過因上述定子繞組的電流而生成的磁場， 磁通密度不可逆地變化的程度的矯頑磁力的低矯頑磁力永久磁鐵和具有上述低矯頑磁力永久磁鐵的兩倍以上的矯頑磁力的高矯頑磁力永久磁鐵，上述低矯頑磁力永久磁鐵是通過在上述定子繞組流動脈衝電流來改變磁化方向和附磁力，並保持變化後的磁力的永久磁鐵，將低矯頑磁力永久磁鐵和高矯頑磁力永久磁鐵相加的全部交鏈磁通量能夠多級地變化。
2.如權利要求1所述的永久磁鐵式旋轉電機，其特徵在於，在該永久磁鐵式旋轉電機的電壓在供給電源的最大電壓附近或者超過最大電壓的高速旋轉時，為了使因上述低矯頑磁力永久磁鐵和上述高矯頑磁力永久磁鐵而產生的交鏈磁通減少，而通過由上述定子繞組的電流所形成的磁場，使上述低矯頑磁力永久磁鐵磁化，調整全部交鏈磁通量。
3.如權利要求1所述的永久磁鐵式旋轉電機，其特徵在於，在該永久磁鐵式旋轉電機的電壓在供給電源的最大電壓以下的低速旋轉時，為了使因上述低矯頑磁力永久磁鐵和上述高矯頑磁力永久磁鐵而產生的交鏈磁通增加，而通過由上述定子繞組的電流所形成的磁場，使上述低矯頑磁力永久磁鐵磁化，在該永久磁鐵式旋轉電機的電壓在供給電源的最大電壓附近或者超過最大電壓的高速旋轉時，為了使因上述低矯頑磁力永久磁鐵和上述高矯頑磁力永久磁鐵而產生的交鏈磁通減少，而通過由上述定子繞組的電流所形成的磁場，使上述低矯頑磁力永久磁鐵磁化，調整交鏈磁通量。
4.如權利要求1所述的永久磁鐵式旋轉電機，其特徵在於，通過由上述定子繞組的電流所生成的磁場，調整上述低矯頑磁力永久磁鐵的磁通量，使因上述低矯頑磁力永久磁鐵和上述高矯頑磁力永久磁鐵而產生的交鏈磁通量為O。
5.如權利要求1所述的永久磁鐵式旋轉電機，其特徵在於，使由上述低矯頑磁力永久磁鐵產生的磁通量和由上述高矯頑磁力永久磁鐵產生的磁通量相同。
6.如權利要求1所述的永久磁鐵式旋轉電機，其特徵在於，通過由上述定子繞組的電流所生成的磁場，使上述低矯頑磁力永久磁鐵的磁化方向向兩方向反轉。
7.如權利要求1所述的永久磁鐵式旋轉電機，其特徵在於，與該永久磁鐵式旋轉電機的轉速相應地調整因上述低矯頑磁力永久磁鐵和高矯頑磁力永久磁鐵而產生的交鏈磁通。
全文摘要
本發明的目的是提供一種能夠以高輸出在從低速到高速的大範圍進行可變速運轉，實現提高效率，提高可靠性的永久磁鐵式旋轉電機。本發明的永久磁鐵式旋轉電機具有定子，該定子設置了定子繞組；轉子，所述轉子配置了通過因上述定子繞組的電流而生成的磁場，磁通密度不可逆地變化的程度的低矯頑磁力的永久磁鐵和具有上述低矯頑磁力的兩倍以上的矯頑磁力的高矯頑磁力的永久磁鐵。在本發明的永久磁鐵式旋轉電機中，在成為電源電壓的最大電壓以上的高速旋轉區域中，為了使因低矯頑磁力的永久磁鐵和高矯頑磁力的永久磁鐵而產生的全部交鏈磁通減少，而通過由電流所形成的磁場，使低矯頑磁力的永久磁鐵磁化，調整全部交鏈磁通量。
文檔編號H02K1/27GK102170212SQ201110104699
公開日2011年8月31日 申請日期2006年8月23日 優先權日2006年8月23日
發明者堺和人, 新政憲 申請人:株式會社東芝