[发明专利]交替极永磁电机

说明书

技术领域

本公开涉及例如用于诸如混合动力汽车和电动车等机动车中的交替极永磁电机；这些电机包括具有多个交替极和多个永磁极的软磁转子。

背景技术

使用具有高磁性能的稀土永磁体的电机被积极地用于各种设备。另一方面，考虑到地球资源的枯竭，正在研究被设计为将稀土永磁体的使用减少到最小的电机。

公开号为2004-357489的日本专利申请公开了作为后一类型的电机的示例的一种具有交替极转子的电机；这种电机也被称为“交替极电机(consequent pole motor)”。

在该专利申请中公开的交替极电机包括在圆柱形软磁转子的外围的、具有相同的磁极性(如南极或北极)的多个永磁极。该圆柱形软磁转子被设计为交替极转子，以具有分别布置在多个永磁极之间的多个径向向外的突出物，以便该多个永磁极的磁极性使得该多个突出物相应地被磁化为与该多个永磁极的磁极性相反的、同一磁极性。这样的交替极电机包括多个永磁体，其数量是通常的永磁电机的永磁极的数量的一半，从而在永磁极的数量减少的情况下保持其磁性能。

另一方面，集中式绕组电机主要用于各种设备。已经提出了具有集中式绕组的12槽10极电机或具有集中式绕组的12槽14极电机，它们具有较高的绕组因数，以便限制这些电机在磁性能上变差。

例如，图9是示意性示出针对10极转子的360机械角(等于1800电角)每转、12槽10极电机的电枢齿的电角与对应齿的机械角之间的相关性的表(假定一个齿是电角和机械角为0的基准齿)。图10是示意性示出下述部分之间的相关性的表：为以逆时针方向从与12槽10极电机的基准齿相邻的齿到该基准齿的齿分配的索引号1、2、…、12；12槽10极电机的电枢的对应齿1、2、…、12的电角；以及对应齿1、2、…、12的机械角。如图9和10中所示，通过电枢电流建立的旋转磁场的一个周期对应于360电度角，因此，0电度角与360电度角是一致的。

发明内容

这些12槽10极电机或12槽14极电机使用通常的永磁转子，而这仍然存在地球的资源枯竭的风险。为了应对这些风险，本申请的发明人尝试将交替极转子应用到12槽10极电机，并且进行了试验以探求具有交替极转子的12槽10极电机的特性。试验结果显示，与具有通常的永磁转子的12槽10极电机相比，该12槽10极电机中的径向振动增加，从而引起噪声。

本申请的发明人查明，这种径向振动的增加的因素之一是12槽10极电机的交替极转子的极对(pole pair)数量5与电枢电流所建立的旋转磁场的极对数量4之间存在不匹配。另外，如图9和10中所示，本申请的发明人查明，这种径向振动的增加的另一因素是：针对10极转子的360机械角的每转，没有任何齿采取同一电度角。即，针对10极转子的360机械角的每转，齿采取的电度角没有可重复性。

为了减少这种增加的径向振动，本申请的发明人已经设计了一种交替极电机，该交替极电机具有针对转子的360机械角的每转、齿所采取的电度角的可重复性，例如具有交替极转子和全节距(full-pitch)分布的绕组电枢的60槽10极电机。该具有交替极转子和全节距分布的绕组电枢的60槽10极电机将被简称为60槽10极电机，其具有由电枢电流产生的旋转磁场的5个极对；这5个极对与交替极转子的5个极对一致。

具体地说，图11是示意性示出针对交替极转子的360机械角(等于1800电角)每转、这样的60槽10极电机的电枢的齿的电角与对应齿的机械角之间的相关性的表(假定一个齿是电角和机械角为0的基准齿)。图12是示意性示出下述部分间的相关性的表：为以逆时针方向从与60槽10极电机的基准齿相邻的齿到该基准齿的齿分配的索引号1、2、…、60；60槽10极电机的电枢的对应齿1、2、…、60的电角；以及对应齿1、2、…、60的机械角。如图11和12中所示，由电枢电流建立的旋转磁场的一个周期对应于360电度角，因此，0电度角与360电度角是一致的。

通常，对于交替极电机，重要的是，考虑到磁性能上的改善，将每一个交替极磁化到与对应的交替极的材料的饱和磁通密度接近的水平，换句话说，获得达到使每一个交替极饱和的水平的磁通量。

在这一点上，通过磁路(magnetic circuit)来相应地磁化交替极电机的交替极，在该磁路中，从磁极产生的磁通量通过与该磁极相对的对应齿返回到交替极。另外，交替极的材料的饱和磁通密度高于磁极的材料的饱和磁通密度。