[发明专利]IPM马达的转子以及使用该转子的IPM马达

说明书

技术领域

本发明涉及例如在电动汽车、混合动力汽车以及机床等中使用的永磁铁嵌入型马达（以下记作“IPM马达”）的转子以及使用该转子的IPM马达。

背景技术

一般来说，虽然IPM马达由于使用了昂贵的永磁铁而成本变高，但与感应电动机相比效率要高。因此，IPM马达例如在混合动力汽车以及电动汽车的驱动用马达以及发电用的马达、家电产品、以及各种机床或产业机械用的马达等中被广泛应用。

IPM马达的铁芯可分为定子和转子。由于通过绕组直接对定子侧的铁芯赋予交流磁场，所以为了提高效率，要求在定子侧的铁芯中为高导磁率的同时还能提高体积电阻率，并能减少铁损。因此，定子侧的铁芯中使用了在超低碳钢中添加Si来改善软磁特性的电磁钢板。

另一方面，因为在转子侧的铁芯中嵌入了永磁铁，所以转子侧的铁芯主要承担了作为磁轭提高磁通密度的作用。转子侧的铁芯虽然会微弱地受到从定子侧产生的交流磁场的影响，但该影响是有限的。因此，从特性的观点来看，无需在转子侧的铁芯中使用有利于铁损特性的电磁钢板。然而，由于当仅对定子使用电磁钢板时，会降低电磁钢板的产品成品率，而提高马达的制造成本，所以通常在转子侧的铁芯中也使用和定子侧相同的电磁钢板。

在IPM马达被装载于汽车中的情况下，从汽车的小型轻型化的需求出发对IPM马达也要求小型化。这种情况下，为了即使小型化也能得到和以往同等以上的马达输出（转矩）而提高转子的转数。一般来说，转子的旋转速度越高马达的效率越好。但是，在IPM马达中，因嵌入的永磁铁的旋转，而会在定子绕组中产生感应电动势。该感应电动势会随着旋转速度的上升而增加。而且，即便感应电动势超过输入电压马达也无法旋转。

因此例如专利文献1等所示那样，在IPM马达中，在高速旋转范围内运转时，进行从定子侧产生消除永磁铁磁通的方向的磁通来抑制感应电动势的弱磁控制。由于通过该弱磁控制，一方面可进行在高速旋转范围内的运转，而另一方面则会为了消除永磁铁的磁通而使用电力，所以马达转矩会下降。另外，在专利文献1中，通过在磁铁的形状上下功夫，从而谋求减少在弱磁控制上使用的电量。

另一方面，当为了即使将IPM马达小型化也能得到和以往同等以上的转矩而提高转子的转数时，会有作用于转子内嵌入的永磁铁的离心力增大以至转子破损的问题。为了不引起破损，屈服强度高的材料优选作为转子的原材料。例如在含有3%左右的Si的无方向性电磁钢板（35A300）的情况下，磁场退火后的屈服强度大约为400N/mm²左右。因此，在转子的直径为80mm以上的较大型IPM马达的情况下，虽然根据转子的构造不同会有差异，但认为20000rpm左右是不会引起破损的旋转速度的限度。以往，尽管进行了各种以电磁钢板为基材来提高铁芯的屈服强度的研究，但屈服强度也至多不超过780N/mm²左右。

这样，在欲在IPM马达的小型化中高速旋转化并得到转矩的情况下，在以往的将电磁钢板用作原材料的转子铁芯中，有在高速旋转范围中即使进行弱磁控制也会转矩减小的问题和因作用在永磁铁上的离心力而导致转子破损的问题，对于高速旋转化而言有极限。

作为抑制因为高速旋转化而造成转子铁芯的破损的方法，在例如下述的专利文献2等中，提出了通过使用具有软质和淬火性的材料作为转子铁芯的原材料，在接近永磁铁的插入孔的桥部或仅在其附近部分实施淬火，从而使强度上升。此外，在例如下述的专利文献3等中，也提出了作为转子铁芯用的原材料，不使用电磁钢板，而使用高强度且高饱和磁通密度的材料。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-278900号公报

专利文献2：日本特开2009-153230号公报

专利文献3：日本特开2009-46738号公报

发明内容

发明要解决的问题

本申请的发明人在进行高速旋转用的转子用钢板的开发过程中，将各种钢板作为原材料试制了IPM马达。进行马达的性能评价的结果是，通过调节原材料钢板的矫顽力，从而发现了在进行弱磁控制的高速旋转区域会得到大的输出转矩。通过得到了更大的输出转矩，从而能使转子旋转至更高转数。

在专利文献1中，虽然通过对磁铁的形状下功夫从而谋求减小在弱磁控制中使用的电量，但没有考虑到关于调节原材料钢板的矫顽力这一点。此外，在专利文献2、3中也没有考虑关于调节原材料钢板的矫顽力这一点。即，在以往构成中，因为没有考虑关于调节原材料钢板的矫顽力这一点，所以高速旋转区域中的输出转矩会变小，伴随于此最大转数也会降低。