專利名稱：永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
一般，永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)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(jī)，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(jī)。作為可變速驅(qū)動(dòng)用馬達(dá)，后者的埋入型永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)合適。作為此后者的埋入型永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)，已知的是“《埋入磁鐵同步馬達(dá)的設(shè)計(jì) 和控制》、武田洋次等、才一 A公司出版的文獻(xiàn)”(非專利文獻(xiàn)1)，和特開(kāi)平7-336919號(hào)公報(bào) (專利文獻(xiàn)1)記載的埋入型永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)。使用圖9，說(shuō)明這樣的以往的埋入型永 久磁鐵馬達(dá)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(duì)于極數(shù)N， 360° /N點(diǎn)對(duì)稱地僅設(shè)置極數(shù)N的數(shù)量的長(zhǎng)方形的空洞。圖9是四極的轉(zhuǎn)子1，在(360° /4 = )90°點(diǎn)對(duì)稱的各個(gè)位置設(shè)置合計(jì)四個(gè)空洞，分別插入永久磁鐵4。永久磁鐵4在轉(zhuǎn)子1 的半徑方向，或者和永久磁鐵4的截面的長(zhǎng)方形中與氣隙面相對(duì)的邊(在圖9中長(zhǎng)邊)呈 直角方向被磁化。為了不因負(fù)荷電流而消磁，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(guò)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(duì)。另外，作為可變速特性優(yōu)異的高輸出的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，有在特開(kāi)平11-27913號(hào)公報(bào) (專利文獻(xiàn)2)、特開(kāi)平11-136912號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)3)中記載的永久磁鐵式磁阻型旋轉(zhuǎn)電 機(jī)。在這樣的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，因?yàn)樵谄錁?gòu)造特性上，永久磁鐵的交鏈磁通總是固定 地產(chǎn)生，所以，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(jìn)行可變速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，因永久磁鐵而產(chǎn)生的感應(yīng)電壓(逆電壓)極 高。因該永久磁鐵而產(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(dá) 到電子零件的耐電壓以上，則零件絕緣破壞。因此，考慮了進(jìn)行將永久磁鐵的磁通量削減到 耐電壓以下的設(shè)計(jì)，但是，若成為這樣的設(shè)計(jì)，則在永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)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(jìn)行可變速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，因?yàn)橛谰么?鐵的交鏈磁通固定，所以，在高速旋轉(zhuǎn)區(qū)域，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電壓達(dá)到電源電壓上限，輸出所必 需的電流的流動(dòng)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(jìn)行直至高速 旋轉(zhuǎn)的大范圍的可變速運(yùn)轉(zhuǎn)。最近，作為擴(kuò)大可變速范圍的方法，開(kāi)始應(yīng)用在上述非專利文獻(xiàn)1中記載的那樣 的弱磁通控制。在永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)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鐵而產(chǎn)生的磁通構(gòu)成。弱磁通控制著眼于這種情況，通過(guò)產(chǎn)生因負(fù)的d軸電 流而產(chǎn)生的磁通，進(jìn)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(dòng)作點(diǎn)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(huì)通過(guò)弱磁通控制的消磁場(chǎng)而不可逆地消磁。因?yàn)樵趹?yīng)用了弱磁通控制的運(yùn)轉(zhuǎn)中，通過(guò)因負(fù)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(duì)于電壓上限值的富余量。這樣，因?yàn)槟軌?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(kuò)大了可變速運(yùn)轉(zhuǎn)的范圍。但是，由于無(wú)助于輸出的負(fù)的d軸電流總是持續(xù)流動(dòng)，鐵損增加，效率惡化。再有， 因負(fù)的d軸電流而產(chǎn)生的消磁場(chǎng)產(chǎn)生了高諧波磁通，通過(guò)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(jī)，也難以進(jìn)行基底速度三倍以上的可變速運(yùn)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(dòng)的情況。在將埋入型永久磁鐵馬達(dá)應(yīng)用于混合汽車用驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的情況下，在僅用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū) 動(dòng)的狀態(tài)下，馬達(dá)隨同旋轉(zhuǎn)。在中·高速旋轉(zhuǎn)中，因馬達(dá)的永久磁鐵而產(chǎn)生的感應(yīng)電壓上 升。因此，因?yàn)閷⒏袘?yīng)電壓的上升抑制在電源電壓以內(nèi)，所以，通過(guò)弱磁通控制，使負(fù)的d軸 電流持續(xù)流動(dòng)。因?yàn)樵谠摖顟B(tài)下，馬達(dá)產(chǎn)生的僅僅是損失，所以，存在綜合運(yùn)轉(zhuǎn)效率惡化的 問(wèn)題。另一方面，在將埋入型永久磁鐵馬達(dá)應(yīng)用于電車用驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的情況下，電車是惰 性運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，與上述同樣，因?yàn)橛谰么盆F而產(chǎn)生的感應(yīng)電壓在電源電壓以下，所以，通過(guò) 弱磁通控制，使負(fù)的d軸電流持續(xù)流動(dòng)。于是因?yàn)樵谠摖顟B(tài)下，馬達(dá)產(chǎn)生的僅僅是損失，所 以，存在綜合運(yùn)轉(zhuǎn)效率惡化的問(wèn)題。專利文獻(xiàn)1 特開(kāi)平7-336919號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 特開(kāi)平11-27913號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 特開(kāi)平11-136912號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)1 《埋入磁鐵同步馬達(dá)的設(shè)計(jì)和控制》、武田洋次等、才一 A公司出版
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(jìn)行可變速運(yùn)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(jī)的轉(zhuǎn)子。本發(fā)明的第一特征在于，是相對(duì)于轉(zhuǎn)子鐵心的旋轉(zhuǎn)中心，點(diǎn)對(duì)稱地具有多個(gè)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(gè)磁極，在上述各個(gè)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(gè)是被電樞繞組的電流生成的 磁場(chǎng)磁化，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(jī)的轉(zhuǎn)子。在上述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)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(chǎng)磁化，磁通量不可逆地變化的永久磁鐵是使基于形成上述各個(gè) 磁極的所有的永久磁鐵的電樞繞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(duì)于轉(zhuǎn)子鐵心的旋轉(zhuǎn)中心，點(diǎn)對(duì)稱地具有多個(gè)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(gè)磁極，在上述各個(gè)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(gè)是被電樞繞組的電流生成 的磁場(chǎng)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(jī)的轉(zhuǎn)子。根據(jù)本發(fā)明的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，通過(guò)將它組裝在定子，可以實(shí)現(xiàn)能夠 在從低速到高速的大范圍進(jìn)行可變速運(yùn)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(jī)。
圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的剖視圖。圖2是表示在上述實(shí)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 的第二永久磁鐵的磁特性的圖表。圖3是表示在上述實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子中，通過(guò)d軸電流，將永久磁鐵不可逆地磁化， 成為增磁狀態(tài)時(shí)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(shí)施方式的轉(zhuǎn)子中，因負(fù)的d軸電流而產(chǎn)生的消磁磁場(chǎng)的磁通 的剖視圖。圖5是表示在上述實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子中，因負(fù)的d軸電流而產(chǎn)生的消磁磁場(chǎng)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(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的剖視圖。圖7是本發(fā)明的第三實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的剖視圖。圖8是本發(fā)明的第四實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的剖視圖。圖9是以往的埋入型永久磁鐵馬達(dá)的剖視圖。
具體實(shí)施例方式下面，根據(jù)附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。另外，雖然在以下的各實(shí)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(jī)，但也能同樣應(yīng)用于其它的極數(shù)。(第一實(shí)施方式)使用圖1 圖5，說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)。圖1表示本 實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的構(gòu)造，是在定子20的內(nèi)部，以隔著氣隙23相對(duì)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(dòng)機(jī)而采用的一般的構(gòu)造的定子。 在本實(shí)施方式中，采用與圖示那樣的圖9所示的以往例的定子20相同的定子。本實(shí)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(guò)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(gè)。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(gè)。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?yàn)榈谝挥谰么盆F3在磁極間配置一個(gè)，所 以，每一極的第一永久磁鐵3的磁化方向厚度為實(shí)際尺寸的1/2。在本實(shí)施方式中，因?yàn)榈?一永久磁鐵3的實(shí)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(zhǎng)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(shí)施方式的永久磁鐵的磁化。在d軸磁回路上，針對(duì)第二永久磁鐵4，因?yàn)?因d軸電流而產(chǎn)生的磁通通過(guò)兩個(gè)第二永久磁鐵4(相鄰的相互異極的兩個(gè)第二永久磁鐵 4)，所以，因d軸電流而產(chǎn)生的磁場(chǎng)在每一極作用于一個(gè)第二永久磁鐵4。另一方面，針對(duì)第 一永久磁鐵3，因?yàn)橐騞軸電流而產(chǎn)生的磁通通過(guò)處于磁極間的一個(gè)第一永久磁鐵3，所以， 因d軸電流而產(chǎn)生的磁場(chǎng)在每一極作用于第二永久磁鐵4的1/2個(gè)的量。因此，為了在一 極量的磁回路上評(píng)價(jià)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(shí)際尺 寸的1/2來(lái)評(píng)價(jià)。圖2表示應(yīng)用于本實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的、第一永久磁鐵3用的鋁鎳 鈷磁鐵(AlNiCo) ,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O的磁場(chǎng))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!^eCrCo磁鐵與NdFeB磁鐵相比，可知矯頑磁力相當(dāng)?shù)?。在本?shí)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(shí)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/mX3X10_3 = 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lOOOkA/m的NdFeB磁鐵。在本實(shí) 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IOOOkA/ mX2X10_3 = 2000A。據(jù)此，在本實(shí)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(shí)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(duì) 于轉(zhuǎn)子1的半徑為直角(在圖1中，與將第一永久磁鐵3的梯形截面二等分，并通過(guò)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)子鐵心2內(nèi)，在其 兩端部設(shè)置空洞5。第二永久磁鐵4以由兩個(gè)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的易磁化方向是相對(duì)于轉(zhuǎn)子1的周 方向大致直角(在圖1中，相對(duì)于第二永久磁鐵4的長(zhǎng)方形截面的長(zhǎng)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(gè)第一永久磁鐵3和一個(gè)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?yàn)橄鄬?duì)于q軸90°或者-90°方向。在相 鄰的第一永久磁鐵3中，相互面對(duì)的磁極面使N極彼此或者S極彼此面對(duì)。另外，第二永久 磁鐵4配置在相對(duì)于成為磁極鐵心部分7的中心軸的d軸呈直角方向，其磁化方向?yàn)橄鄬?duì) 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?yàn)槟鏄O性。說(shuō)明上述構(gòu)成的本實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的動(dòng)作。通過(guò)磁化所需要的磁 場(chǎng)和永久磁鐵的厚度的積，概算出磁化所需要的磁動(dòng)勢(shì)。鋁鎳鈷磁鐵能夠通過(guò)250kA/m的 磁場(chǎng)附磁到接近100%。附磁磁場(chǎng)和磁鐵的厚度的積是250kA/mX3X10_3 = 750A。另一 方面，NdFeB磁鐵能夠通過(guò)1500kA/m的磁場(chǎng)附磁到接近100%。附磁磁場(chǎng)和磁鐵的厚度的 積是1500kA/mX2X 10_3 = 3000A。因此，由鋁鎳鈷磁鐵構(gòu)成的第一永久磁鐵3能夠通過(guò)由 NdFeB磁鐵構(gòu)成的第二永久磁鐵4的約1/4的磁場(chǎng)附磁。在本實(shí)施方式中，在定子20的電樞繞組21上流通通電時(shí)間為極短時(shí)間(0. Ims IOms左右)的脈沖式電流，形成磁場(chǎng)，使磁場(chǎng)作用于第一永久磁鐵3。形成用于磁化永久磁 鐵的磁場(chǎng)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(chǎng)為250kA/ m，則理想的是充分的附磁磁場(chǎng)作用于第一永久磁鐵3，在第二永久磁鐵4上不會(huì)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(guò)磁極以及氣隙面相加 的方式，使附磁磁場(chǎng)作用時(shí)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(chǎng)通過(guò)在定子20的電樞繞組21 上流通極短時(shí)間的脈沖式電流而形成。此時(shí)，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(chǎng)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(shí)的作用。在定子20的電樞繞組21上通電負(fù)的d 軸電流而形成的磁場(chǎng)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(fù) 的d軸電流所生成的磁場(chǎng)從轉(zhuǎn)子1的磁極中心開(kāi)始，相對(duì)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(chǎng)。第一永久磁鐵3的鋁鎳鈷磁鐵因?yàn)槌C頑磁力和磁化方向厚度的積小，所以，通 過(guò)該逆磁場(chǎng)，其磁通不可逆地減少。另一方面，第二永久磁鐵4的NdFeB磁鐵因?yàn)槌C頑磁力 和磁化方向厚度的積大，所以，即使受到逆磁場(chǎng)，磁特性也在可逆范圍，不會(huì)變化成因負(fù)的d 軸電流而產(chǎn)生的附磁磁場(chǎng)消失后的磁化狀態(tài)，磁通量也不會(huì)改變。因此，通過(guò)僅消磁第一永 久磁鐵3，就能夠減少交鏈磁通量。在本實(shí)施方式中，還通電大的電流，通過(guò)強(qiáng)的逆磁場(chǎng)，使第一永久磁鐵3的極性反 轉(zhuǎn)。通過(guò)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?yàn)殇X鎳鈷磁鐵的附磁磁場(chǎng)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(chǎng)發(fā)揮作用。因負(fù)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(shí)，因?yàn)榈诙谰么盆F4的磁通被抵消，同時(shí)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(guò)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(jī)若產(chǎn)生因電樞繞組21的負(fù)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(wèn)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(huì)成為相當(dāng)大的值。與此相對(duì)，因?yàn)楸緦?shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)在轉(zhuǎn)子1中僅通過(guò)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(méi)有損失的增加。就永久磁鐵的磁化而言， 在本實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，因d軸電流而產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)第二永久磁鐵4，作用 兩個(gè)永久磁鐵的量(N極和S極的兩個(gè)永久磁鐵)，僅通過(guò)這點(diǎn)，作用于第二永久磁鐵4的磁 場(chǎng)是作用于第一永久磁鐵3的磁場(chǎng)的大約一半。因此，在本實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電 機(jī)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(chǎng) 磁化。第二永久磁鐵4其附磁磁場(chǎng)和磁鐵的厚度的積是第一永久磁鐵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(chǎng)是第一永久磁鐵3的1/2。 因此，對(duì)第二永久磁鐵4附磁，需要第一永久磁鐵3的八倍的磁動(dòng)勢(shì)。即，若為對(duì)第一永久 磁鐵3附磁程度的磁場(chǎng)，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。闡述鋁鎳鈷磁鐵的第一永久磁鐵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(chǎng)B4作為偏置的磁場(chǎng)，對(duì)第一永久磁鐵 3起作用，因負(fù)的d軸電流而產(chǎn)生的磁場(chǎng)和因第二永久磁鐵4而產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(wú)負(fù)荷時(shí)的動(dòng)作點(diǎn)的磁場(chǎng)的強(qiáng)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的磁場(chǎng)B4，產(chǎn)生磁通量。由于上述情況，在本實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，通過(guò)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，根據(jù)本實(shí)施 方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)，通過(guò)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和第二永久磁鐵4相加的全部交鏈磁通量(B3+B4)。(1)在低速區(qū)域，第一永久磁鐵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?yàn)橐虻谝弧⒌诙谰么盆F3、4而產(chǎn)生 的扭矩為最大，所以，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的扭矩以及輸出可以達(dá)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?yàn)樾D(zhuǎn)電機(jī)的電壓下降，所以，相對(duì)于電源電壓的上限值能 夠產(chǎn)生富余，能夠進(jìn)一步提高旋轉(zhuǎn)速度(頻率)。(3)在為了進(jìn)一步擴(kuò)大可變速范圍，例如，達(dá)到基底速度的五倍以上的可變速運(yùn)轉(zhuǎn) 的范圍，而顯著提高最高速度時(shí)，第一永久磁鐵3以成為與第二永久磁鐵4的交鏈磁通的相 反方向的方式而磁化(在第一永久磁鐵3的磁通B3的朝向?yàn)閳D5的狀態(tài)下磁化最大)。第一、第二永久磁鐵3、4的全部交鏈磁通為第二永久磁鐵4和第一永久磁鐵3的交鏈磁通的 差，能夠最小。因?yàn)樾D(zhuǎn)電機(jī)的電壓也成為最小，所以，能夠?qū)⑿D(zhuǎn)速度(頻率)提高到最高值。這樣一來(lái)，在本實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)。在此基礎(chǔ)上，因?yàn)樵诒緦?shí)施方式的永久磁鐵式旋 轉(zhuǎn)電機(jī)中，由于使交鏈磁通變化時(shí)的附磁電流僅流動(dòng)極短時(shí)間，可以明顯降低損失，因此， 在大的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍能夠成為高效率。接著，對(duì)在本實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)中扭矩電流的影響進(jìn)行闡述。在旋 轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)生輸出時(shí)，通過(guò)使q軸電流在定子20的電樞繞組21上流動(dòng)，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(shí)，產(chǎn)生因q軸電流而產(chǎn)生的磁場(chǎng)。 但是，由于第一永久磁鐵3配置在q軸方向，磁化方向?yàn)榕cq軸方向呈直角方向，所以，第一 永久磁鐵3的磁化方向和因q軸電流而產(chǎn)生的磁場(chǎng)處于正交的方向，因此，因q軸電流而產(chǎn) 生的磁場(chǎng)的影響微小。接著，對(duì)在本實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)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(jìn)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(shí)的應(yīng)力向轉(zhuǎn)子鐵心2的集中和消磁場(chǎng)。通過(guò)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(chǎng)集 中在永久磁鐵3、4的角部，消磁場(chǎng)發(fā)揮作用，角部不可逆地消磁的情況。在本實(shí)施方式中， 因?yàn)樵谟谰么盆F3、4各自的端部設(shè)置了空洞5，所以，在永久磁鐵3、4的端部因電流而產(chǎn)生 的消磁場(chǎng)得到緩和。接著，對(duì)本實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子1的構(gòu)造的強(qiáng)度進(jìn)行闡述。 在轉(zhuǎn)子鐵心2內(nèi)埋入第一永久磁鐵3和第二永久磁鐵4，通過(guò)轉(zhuǎn)子鐵心2，固定永久磁鐵3、 4。通過(guò)上述的構(gòu)成，本實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)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(shí)施方式中，通過(guò)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、第二永久 磁鐵3、4相加的全部交鏈磁通量。另外，通過(guò)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(jī)的電壓。另外，因?yàn)楦酱攀峭ㄟ^(guò)極端時(shí)間的 脈沖式電流來(lái)進(jìn)行，所以，沒(méi)有必要總是持續(xù)流動(dòng)弱磁通電流，能夠大幅降低損失。另外，因 為沒(méi)有必要象以往那樣進(jìn)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(huì) 發(fā)生。由于上述情況，在本實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，能夠?qū)崿F(xiàn)在高輸出從低 速到高速的大范圍的可變速運(yùn)轉(zhuǎn)，在大的運(yùn)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?yàn)橥ㄟ^(guò)d軸電流對(duì)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(jī)無(wú)負(fù)荷隨同旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下， 通過(guò)負(fù)的d軸電流，對(duì)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(méi)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(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)搭載于慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)的通勤電車 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，則綜合運(yùn)轉(zhuǎn)效率大幅提高。再有，在本實(shí)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(guò)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(duì)于磁場(chǎng)，磁通密度急劇變化。因此，為了僅通過(guò)磁場(chǎng)的強(qiáng)度，來(lái)微調(diào)整磁通 密度，而在其磁場(chǎng)的強(qiáng)度的控制方面要求高的精度。因此，在本實(shí)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(guò)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(chǎng)發(fā)揮作用時(shí)，能夠改 變?cè)诟骱穸鹊挠谰么盆F部分產(chǎn)生的磁通量。即，可以使附磁磁場(chǎng)的強(qiáng)度很大地依賴于永久 磁鐵的厚度的影響。據(jù)此，根據(jù)本實(shí)施方式，相對(duì)于因d軸電流而產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁通量的調(diào) 整容易，能夠減少因外部條件變動(dòng)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(jī)中，能夠通過(guò)因d軸電流而產(chǎn)生的磁場(chǎng)，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(guò)總是產(chǎn)生因負(fù)的d軸電流而產(chǎn) 生的磁通，由因負(fù)的d軸電流而產(chǎn)生的磁通和因永久磁鐵3、4而產(chǎn)生的磁通B3、B4構(gòu)成的 交鏈磁通可以通過(guò)上述因負(fù)的d軸電流而產(chǎn)生的磁通來(lái)調(diào)整。即，通過(guò)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(guò)總是通電 的負(fù)的d軸電流，對(duì)交鏈磁通量進(jìn)行微調(diào)整。此時(shí)，因?yàn)榭偸峭姷呢?fù)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(dòng)的負(fù)的d軸電流很小，不會(huì)產(chǎn)生大的損失。據(jù)此， 根據(jù)本實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)，能夠在大范圍使成為電壓的基本的交鏈磁通量變 化，同時(shí)，進(jìn)行微調(diào)整，而且，能夠高效率可變。(第二實(shí)施方式)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)是在圖1所示的第一實(shí)施方式的 永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，其特征是，作為矯頑磁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。因此，其它的構(gòu)成與圖1所示的第一實(shí)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(shí)，能得到1.33T以上的殘留 磁通密度。以往的旋轉(zhuǎn)電機(jī)若達(dá)到高速，則為了抑制因感應(yīng)電壓而導(dǎo)致的電壓上升，進(jìn)行因 負(fù)的d軸電流而進(jìn)行的弱磁通控制。此時(shí)，還存在過(guò)大的逆磁場(chǎng)作用于永久磁鐵，永久磁鐵 不可逆地消磁，輸出大幅降低的情況。作為它的對(duì)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(jī)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(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)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(guò)大的逆磁場(chǎng)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?yàn)槭?很小的電流，所以，逆磁場(chǎng)也能夠極小。據(jù)此，本實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)能夠應(yīng)用 在以往的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，因?yàn)橄哦荒苁褂玫牡统C頑磁力、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(jī)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(shí)施方式的NdFeB磁鐵的特性Hcj = 875kA/m，殘留磁通 密度Br = L45T。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(jī)中，對(duì)輸出沒(méi)有貢獻(xiàn)，是為了耐消磁而增加磁鐵的厚度， 但是，本實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)因?yàn)橄艌?chǎng)小，所以，能夠降低NdFeB磁鐵的使用 量。另外，因?yàn)槟軌驊?yīng)用基本不添加埋藏量少的Dy元素的NdFeB磁鐵，所以，將來(lái)也能夠穩(wěn) 定地制造。(第三實(shí)施方式)使用圖6的轉(zhuǎn)子1的構(gòu)造圖，說(shuō)明本發(fā)明的第三實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)。 本實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)由圖6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(shí)施方式同樣，是圖1、圖9所示的構(gòu)成。另外，在圖6中，對(duì)與圖1所示的第 一實(shí)施方式共通的要素標(biāo)注相同的符號(hào)來(lái)表示。如圖6所示，本實(shí)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(shì)，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(guò)將第二永久磁鐵4作成倒U字形狀，在兩個(gè)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?yàn)橥ㄟ^(guò)將第二永久磁鐵4作成倒U字狀，以 妨害q軸磁通的磁路的方式配置倒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(jī)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(guò)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(huì)扭曲，能夠有效利用永久磁鐵的磁通。另外，在本實(shí)施方式中，也可以象第二實(shí)施方式那樣，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(jī)。(第四實(shí)施方式)使用圖7的轉(zhuǎn)子1的構(gòu)造圖，說(shuō)明本發(fā)明的第四實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)。 本實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)由圖7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(shí)施方式同樣，是圖1、圖9所示的構(gòu)成。另外，在圖7中，對(duì)與圖1所示的第 一實(shí)施方式共通的要素標(biāo)注相同的符號(hào)來(lái)表示。如圖7所示，本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子1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。用于使永久磁鐵磁化的因定子20的電樞繞組21的電流而產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用于第一 永久磁鐵3和第二永久磁鐵4，如圖7的箭頭那樣，因電流而產(chǎn)生的磁通Bi3、Bi4流動(dòng)。因 這些電流而產(chǎn)生的磁通Bi3、Bi4因?yàn)榇嬖诳諝鈱?，所以，沒(méi)有通到軸9，而是欲通過(guò)第二永久磁鐵4間的內(nèi)周側(cè)的窄的鐵心部分。但是，因?yàn)檎蔫F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(chǎng)所產(chǎn)生的通過(guò)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(shí)，因通過(guò) 第二永久磁鐵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(shí)施方式中，也可以與第二實(shí)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(jī)。(第五實(shí)施方式)使用圖8，說(shuō)明本發(fā)明的第五實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)。本實(shí)施方式的永久 磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)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(shí) 施方式同樣，是圖1、圖9所示的構(gòu)成。另外，在圖7中，對(duì)與圖1所示的第一實(shí)施方式共通 的要素標(biāo)注相同的符號(hào)來(lái)表示。如圖8所示，本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子1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10。接著，說(shuō)明上述構(gòu)成的本實(shí)施方式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)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?yàn)橛谰么盆F3、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(zhǎng)度方向流動(dòng)。因?yàn)檗D(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(méi) 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(guò) 電流和磁通的磁作用產(chǎn)生扭矩，使q軸電流流動(dòng)，但是，因?yàn)閝軸感應(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，功率因數(shù)惡化。與此相對(duì)，在本實(shí)施方式的情況下，因?yàn)榫哂械谝挥谰么盆F3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(guò)凹陷 部10的磁通減少。即，因?yàn)榘枷莶?0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(jī)的功率因數(shù)。另外，因?yàn)橥ㄟ^(guò)凹陷部10，在第一永久磁鐵3的端部附 近，氣隙長(zhǎng)等效地增長(zhǎng)，所以，第一永久磁鐵3的端部附近的平均的磁場(chǎng)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(chǎng)對(duì)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軸中心的磁極鐵心部分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鐵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?yàn)楸榧稗D(zhuǎn)子1的全周，外周的凹陷部10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(dòng)、變動(dòng)扭矩。另外，在本實(shí)施方式中，也可以與第二實(shí)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(jī)。(變形例1)在上述第一 第五實(shí)施方式的各個(gè)中，在將轉(zhuǎn)子1插入定子20來(lái)組裝 制造時(shí)，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(jìn)行組裝，而在永久磁鐵的磁吸 引力方面要采取對(duì)策。因此，象本例這樣，通過(guò)以第一永久磁鐵3的磁通和第二永久磁鐵4 的磁通互為反方向的方式磁化，能夠減少?gòu)霓D(zhuǎn)子1產(chǎn)生的永久磁鐵的磁通量。其結(jié)果為，在 轉(zhuǎn)子1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(méi)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、在上述的各實(shí)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(shí)，使第二永久磁鐵4產(chǎn)生的逆電壓在作為旋 轉(zhuǎn)電機(jī)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(dá)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(jī)中，存在有在設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)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(dá)的低速區(qū)域的輸出以及效率低下的問(wèn)題。因此，如本例2那樣，若達(dá)到高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，則利用負(fù)的d軸電流，通過(guò)消磁方向的磁 場(chǎng)，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?yàn)槟軌蚴挂虻谝?永久磁鐵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(shí)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(dá)到耐電壓以下。另一方面，在低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(shí)用方面，因?yàn)樵谧罡咚賲^(qū)域，鋁鎳鈷磁鐵的第一永久磁鐵3在與低速時(shí) 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。S卩，在本例的 永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，高速時(shí)的逆電壓比僅因第二永久磁鐵4產(chǎn)生的逆電壓小，實(shí)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(jī)的構(gòu) 成，則能夠一面維持在低速旋轉(zhuǎn)時(shí)的高輸出和高效率，一面能夠抑制高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的逆電壓， 能夠提高包括逆變器在內(nèi)的系統(tǒng)的可靠性。(變形例幻在上述各實(shí)施方式中，對(duì)四極的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行了舉例說(shuō) 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(jī)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(lái)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(jī)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(jī)的可變速運(yùn)轉(zhuǎn)方法，是用于使相對(duì)于轉(zhuǎn)子鐵心的旋轉(zhuǎn)中 心，點(diǎn)對(duì)稱地具有多個(gè)磁極，并且，使用形狀或者材料特性不同的第一永久磁鐵和第二永久 磁鐵形成上述各個(gè)磁極的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的可變速運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在 于，上述轉(zhuǎn)子的第一永久磁鐵具有被電樞繞組的電流生成的磁場(chǎng)磁化，磁通量不可逆地變 化，且維持該變化了的磁通量這樣的特性，上述轉(zhuǎn)子的第二永久磁鐵具有與上述第一永久磁鐵相比，難以被電樞繞組的電流生成 的磁場(chǎng)磁化的特性，上述第一永久磁鐵和上述第二永久磁鐵的全部交鏈磁通根據(jù)該永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī) 的轉(zhuǎn)速變化。
2.如權(quán)利要求1所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的可變速運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，上述轉(zhuǎn) 子的第一永久磁鐵是被電樞繞組的電流生成的磁場(chǎng)磁化，極性能夠反轉(zhuǎn)的永久磁鐵，具有 被上述電樞繞組的脈沖電流生成的磁場(chǎng)磁化的磁通量從正方向的最大值到0、甚至到反方 向最大值，不可逆地變化為任意的磁通量，且維持該變化了的磁通量這樣的特性的，上述轉(zhuǎn)子的第二永久磁鐵具有難以被電樞繞組的電流生成的磁場(chǎng)磁化的特性，(1)在上述轉(zhuǎn)子的低速區(qū)域，以在與上述第二永久磁鐵的交鏈磁通相同的方向達(dá)到最 大的磁通量的方式將上述第一永久磁鐵不可逆地磁化，使因上述第一永久磁鐵和第二永久 磁鐵而產(chǎn)生的扭矩為最大，使該永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的扭矩以及輸出達(dá)到最大，使上述轉(zhuǎn) 子旋轉(zhuǎn)，(2)在上述轉(zhuǎn)子的中·高速區(qū)域，使上述第一永久磁鐵的磁通量降低，降低上述第一永 久磁鐵和第二永久磁鐵的全部交鏈磁通量，使上述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，(3)在上述轉(zhuǎn)子的高高速區(qū)域，以成為與上述第二永久磁鐵的交鏈磁通的相反方向的 方式使上述第一永久磁鐵磁化，使上述第一永久磁鐵和第二永久磁鐵的全部交鏈磁通為最 小，使該永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)在高高速區(qū)域旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的可變速運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，上述 轉(zhuǎn)子的第一永久磁鐵是矯頑磁力和磁化方向厚度的積小的永久磁鐵，上述轉(zhuǎn)子的第二永久 磁鐵是矯頑磁力和磁化方向厚度的積大的永久磁鐵。
4.如權(quán)利要求1或2所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的可變速運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，上述 轉(zhuǎn)子是上述第一永久磁鐵以從上述第二永久磁鐵作用有偏置磁場(chǎng)的方式被配置結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的可變速運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，上述 轉(zhuǎn)子中，作為上述第一永久磁鐵，使用其矯頑磁力和磁化方向厚度的積與上述第二永久磁 鐵的無(wú)負(fù)荷時(shí)的動(dòng)作點(diǎn)的磁場(chǎng)的強(qiáng)度和磁化方向厚度的積大致相等或者在其以上的特性 的永久磁鐵。
6.如權(quán)利要求1或2所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的可變速運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，上述 轉(zhuǎn)子是配置在上述第一永久磁鐵的磁化方向和q軸所構(gòu)成的角度比上述第二永久磁鐵的 磁化方向和q軸所構(gòu)成的角度大的位置上的結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1或2所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的可變速運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，上述 轉(zhuǎn)子中，作為上述第二永久磁鐵，使用被埋入上述轉(zhuǎn)子鐵心，是其長(zhǎng)度方向的中心部與端部 相比接近氣隙側(cè)的形狀的永久磁鐵。
8.如權(quán)利要求1或2所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的可變速運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，上述 轉(zhuǎn)子中，作為上述第二永久磁鐵，使用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(guò)構(gòu)成上述磁極的全部的永久磁鐵的磁通而沒(méi)有磁 飽和的程度的特性的永久磁鐵。
9.如權(quán)利要求1或2所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的可變速運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，上述 轉(zhuǎn)子中，作為上述第二永久磁鐵，使用通過(guò)磁回路串聯(lián)地配置的磁路的一部分為通過(guò)該永 久磁鐵的磁通大致磁飽和那樣的截面積的永久磁鐵。
10.如權(quán)利要求1或2所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的可變速運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，在 上述轉(zhuǎn)子中，作為上述第二永久磁鐵，使用在20°C時(shí)，具有1. 33T以上的殘留磁通密度的特 性的永久磁鐵。
11.如權(quán)利要求1或2所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的可變速運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，在 上述轉(zhuǎn)子中，作為上述第二永久磁鐵使用不含Dy元素的NdFeB類的永久磁鐵。
12.如權(quán)利要求1或2所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的可變速運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，上 述轉(zhuǎn)子中，上述轉(zhuǎn)子鐵心是成為該轉(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。
13.如權(quán)利要求1或2所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的可變速運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，作 為上述轉(zhuǎn)子，使用將上述第一永久磁鐵配置在成為磁極間中心軸的q軸附近，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)子鐵心部分與上述轉(zhuǎn)子的最外 周相比為凹陷的形狀的轉(zhuǎn)子。
全文摘要
本發(fā)明的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，以相對(duì)于轉(zhuǎn)子鐵心2的旋轉(zhuǎn)中心，點(diǎn)對(duì)稱地具有多個(gè)磁極，并且，在各個(gè)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(guò)由電樞繞組21的電流生成的磁場(chǎng)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(lái)使全部交鏈磁通量變化為特征，據(jù)此，能夠高輸出，進(jìn)行大范圍的可變速運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)在大運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)高效率的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
文檔編號(hào)H02K1/27GK102118089SQ20111002643
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2007年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月11日
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