[发明专利]永磁铁马达

说明书

技术领域

本发明涉及永磁铁马达构造，其使用价格便宜的长方体铁素体磁铁，还将以磁阻转矩为主的永磁铁马达作为对象，低转矩脉动且能够产生大转矩。

背景技术

目前为止在产生大转矩的永磁铁马达中，能够以使用高性能的钕磁铁在转子的表面配置磁铁的所谓的表面磁铁型的马达构造来实现高转矩化与低转矩脉动两方的永磁铁马达已经被实用化。但是，因为近年来钕磁铁的价格昂贵和获得困难性，所以正在进行使用铁素体磁铁的永磁铁马达的研究开发。铁素体磁铁的价格相对于钕磁铁便宜到1/10以下，相对于此存在如下缺点，其性能在残留磁通量密度、矫顽力方面均低至钕磁铁的1/3以下。因此，在使用铁素体磁铁的永磁铁马达中，为了接近钕磁铁马达的产生转矩，除了永磁铁转矩之外必须利用磁阻转矩。成为在所谓的转子铁心中埋设永磁铁的构造。

使用了铁素体磁铁的永磁铁马达的开发课题如下，

(1)为了确保最大转矩而使一极上永磁铁占据的表面积变大从而使永磁铁产生的转矩为最大，

(2)做成能够充分利用磁阻转矩的构造，

(3)因为永磁铁的矫顽力低至1/3以下，所以确保永磁铁的厚度，以免在定子线圈中流通电流时消磁。

(4)因为利用磁阻转矩原则上通过铁心的高次谐波磁通量变多，所以认为转矩脉动增加。特别是在最大电流通电的情况下，存在降低最大转矩时的转矩脉动等情况。

作为与之相近的公开例，在专利文献1公开有如下的永磁铁马达结构，在转子铁心内埋设永磁铁，并有效利用永磁铁转矩与磁阻转矩。

在此，在专利文献1的图7中公开了在转子铁心内埋设永磁铁的结构中课题最接近本发明的结构。以下，使用图9、图10来对其特征、课题进行说明。

永磁铁配置为四极，一极的永磁铁由四个长方体永磁铁61-64构成。其中，一个永磁铁64构成为在d轴的转子的外周上沿周方向较长地配置，余下的三个永磁铁61、62、63如图所示地U字状地配置。专利文献1是以在磁阻马达上追加配置一部分永磁铁来改进特性为目的的发明，磁阻转矩依赖于中心凸极74，所述中心凸极74在与q轴相当的位置构成于U字状配置的永磁铁间。

一般情况下，同时产生磁阻转矩和永磁铁转矩的永磁铁马达的转矩式由式1表示。

τ＝p[keiq+(Ld－Lq)idiq]   (式1)

在此，p：极对数，ke：发电常数，Ld：d轴电感，Lq：q轴电感，id：d轴电流，iq：q轴电流

上式中，第一项为永磁铁产生的转矩成分，第二项表示磁阻转矩成分。在此第一项的永磁铁产生的转矩与发电常数ke成比例。该发电常数ke与永磁铁的残留磁通量密度Br和永磁铁的面积Am大致成比例。

另一方面，磁阻转矩与(Ld－Lq)成比例。

Ld与在d轴流通固定电流的情况下的磁通量Φd成比例，Lq与在q轴中流通固定电流的情况下的磁通量Φq成比例。

在专利文献1中公开了能够并用四个永磁铁61-64的配置产生的上述永磁铁转矩和中心凸极74产生的磁阻转矩的构造。永磁铁产生的转矩以如下方式产生，将永磁铁U字状地配置的永磁铁61、62、63的残留磁通量密度和面积成比例，在其基础上加上构成串联的磁路的永磁铁64的残留磁通量密度和面积。

另一方面，若对磁阻转矩进行叙述，则在图9所示的d轴中通电有电流Id的情况下，因为d轴的磁路的永磁铁透磁率小于1，且磁铁厚度比定子、转子间的空隙厚，所以以永磁铁64为代表，永磁铁61、62、63的磁阻变大，d轴磁通量Φd1变小。因此，与d轴磁通量Φd1成比例的d轴电感Ld也变小。

另一方面，在图9所示的q轴中通电有电流Iq的情况下，由于q轴的磁路的磁极74的铁的比透磁率较大为1000以上，因此磁阻较小，q轴的磁通量Φq较大地实现。因此，与q轴磁通量Φq成比例的q轴电感Lq也变大。根据以上的原理，能够使(Ld－Lq)变大(虽然符号相反，但由于Id具有负的符号，因此变为+)，能够较大地产生磁阻转矩。根据上述的理论，在专利文献1中公开了能够同时产生永磁铁转矩和磁阻转矩的永磁铁马达。

另外，在专利文献2中公开了有效利用磁阻转矩的所谓的由埋设转子构造来降低齿槽转矩的永磁铁马达结构。在专利文献2中公开了定子的切槽数Ns除以永磁铁的极数P与相数M的值Ns/P/M为分数的所谓的分数槽构成的永磁铁马达，特别是公开了规定能够降低电流非通电时的齿槽转矩的永磁铁极的宽度的结构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3290392号公报