CN101507084B - 永久磁铁式旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种能够以高输出在从低速到高速的大范围进行可变速运转，实现提高效率，提高可靠性的永久磁铁式旋转电机。本发明的永久磁铁式旋转电机具有：定子，该定子设置了定子绕组；转子，所述转子配置了通过因上述定子绕组的电流而生成的磁场，磁通密度不可逆地变化的程度的低矫顽磁力的永久磁铁和具有上述低矫顽磁力的两倍以上的矫顽磁力的高矫顽磁力的永久磁铁。在本发明的永久磁铁式旋转电机中，在成为电源电压的最大电压以上的高速旋转区域中，为了使因低矫顽磁力的永久磁铁和高矫顽磁力的永久磁铁而产生的全部交链磁通减少，而通过由电流所形成的磁场，使低矫顽磁力的永久磁铁磁化，调整全部交链磁通量。

Description

永久磁铁式旋转电机

技术领域

本发明涉及永久磁铁式旋转电机。

背景技术

一般，永久磁铁马达粗略分为两种类型。是将永久磁铁粘贴在转子铁心的外周的表面磁铁型永久磁铁马达和将永久磁铁埋入转子铁心中的埋入型永久磁铁马达。作为可变速驱动用马达，埋入型永久磁铁马达合适。

使用图19，说明埋入型永久磁铁马达的转子的构成。在图19中，11表示转子，12表示转子铁心，14表示高矫顽磁力永久磁铁。在转子铁心12的外周部，以均分间距仅设置数量为极数的长方形的空洞。图19是四极的转子11，设置四个空洞，并将永久磁铁14插入。永久磁铁14在转子的半径方向，或者永久磁铁14的截面的长方形中与气隙面相对的边呈直角方向被磁化。为了不因负荷电流而消磁，永久磁铁14主要应用矫顽磁力高的NdFeB永久磁铁等。转子铁心12是将穿凿了空洞的电磁钢板叠层而形成。这样的以往例记载于“《埋入磁铁同步马达的设计和控制》、武田洋次等著、オ一ム公司发行”中，另外，埋入型的变形例记载于特开平7-336919号公报中。另外，作为可变速特性优异的高输出的马达，有在特开平11-27913号公报、特开平11-136912号公报中记载的永久磁铁式磁阻型旋转电机。

在永久磁铁式旋转电机中，因为永久磁铁的交链磁通总是固定地产生，所以，因永久磁铁而产生的感应电压与旋转速度成比例地升高。在从低速到高速进行可变速运转的情况下，在高速旋转时，因永久磁铁而产生的感应电压极高，因该永久磁铁而产生的感应电压施加于逆变器的电子零件，若达到电子零件的耐电压以上，则零件绝缘破坏。因此，考虑了进行将永久磁铁的磁通量削减到耐电压以下的设计，但是，在永久磁铁式旋转电机的低速区域的输出以及效率降低。

在从低速到高速进行接近固定输出的可变速运转的情况下，因为永久磁铁的交链磁通固定，所以，在高速旋转区域，旋转电机的电压达到电源电压上限，输出所必需的电流不流动。其结果为，在高速区域，输出大幅降低，再有，不能进行直至高速区域的大范围的驱动。因此，最近，作为扩大可变速范围的方法，开始应用在上述的《埋入磁铁同步马达的设计和控制》中记载的弱磁通控制。在该弱磁通控制中，使因d轴电流而产生的消磁场作用于高矫顽磁力永久磁铁4，在可逆的范围，使永久磁铁的磁动作点移动，使磁通量变化。因此，在进行弱磁通控制的埋入型永久磁铁式旋转电机中，作为埋入用永久磁铁，应用不会因消磁场而不可逆地消磁的高矫顽磁力的NdFeB磁铁。

因为由于d轴电流的消磁场，永久磁铁的交链磁通减少，所以，交链磁通的减少量生成了电压相对于电压上限值的富余量。这样，因为能够增加电流，所以，在高速区域的输出增加。另外，能够使旋转速度仅上升电压富余量，扩大了可变速运转的范围。

但是，需要持续对永久磁铁施加消磁场，由于无助于输出的d轴电流总是持续流动，所以，铜损增加，效率恶化。再有，因d轴电流而产生的消磁场产生了高谐波磁通，通过高谐波磁通等产生的电压的增加造成了因弱磁通控制产生的电压降低的界限。由于这些，即使将弱磁通控制应用到埋入型永久磁铁式旋转电机中，也难以进行基底速度的三倍以上的可变速运转。再有，由于上述的高谐波磁通，铁损增加，由于因高谐波磁通而产生的电磁力，产生振动。

另外，在将埋入型永久磁铁马达应用于混合汽车用驱动马达的情况下，在仅用发动机驱动的状态下，马达随同旋转。在中·高速旋转中，因马达的永久磁铁而产生的感应电压达到电源电压以上，通过弱磁通控制，使d轴电流持续流动。因为在该状态下，马达产生的仅仅是损失，所以，综合运转效率恶化。

在将埋入型永久磁铁马达应用于电车用驱动马达的情况下，电车有惯性运转的状态，与上述同样，因为使因永久磁铁而产生的感应电压在电源电压以下，所以，通过弱磁通控制，使d轴电流持续流动。因为在该状态下，马达产生的也仅仅是损失，所以，综合运转效率恶化。

发明内容

本发明是鉴于上述那样以往技术的问题点而产生的发明，其目的是提供一种永久磁铁式旋转电机，这种永久磁铁式旋转电机能够提供一种在从低速到高速的大范围进行可变速运转，低速旋转区域的高扭矩化和中·高速旋转区域的高输出化，提高效率，提高可靠性。

本发明的永久磁铁式旋转电机的特征在于，具有：定子，该定子设置了定子绕组；转子，所述转子在转子铁心中，配置了具有通过因上述定子绕组的电流而生成的磁场，磁通密度不可逆地变化的程度的矫顽磁力的低矫顽磁力永久磁铁和具有上述低矫顽磁力永久磁铁的两倍以上的矫顽磁力的高矫顽磁力永久磁铁。

根据本发明，能够提供一种实现了在从低速到高速的大范围进行可变速运转，低速旋转区域的高扭矩化和中·高速旋转区域的高输出化，提高效率，提高可靠性的永久磁铁式旋转电机。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的永久磁铁式旋转电机的剖视图。

图2是本发明的第一实施方式的永久磁铁式旋转电机的转子的剖视图。

图3是表示在本发明的第一实施方式中使用的低矫顽磁力永久磁铁和高矫顽磁力永久磁铁的磁特性的图。

图4是表示本发明的第一实施方式的转子的初期状态的永久磁铁的磁通的剖视图。

图5是表示本发明的第一实施方式的转子的因d轴电流而产生的附磁磁场的磁通的剖视图。

图6是表示本发明的第一实施方式的转子的因d轴电流而产生的附磁磁场发挥作用后的磁通的剖视图。

图7是本发明的第八实施方式的永久磁铁式旋转电机的转子的剖视图。

图8是本发明的第九实施方式的永久磁铁式旋转电机的转子的剖视图。

图9是本发明的第十实施方式的永久磁铁式旋转电机的转子的剖视图。

图10是表示本发明的第十实施方式的相对于磁极的中心角α的扭矩的变化的图。

图11是本发明的第十二实施方式的永久磁铁式旋转电机的转子的剖视图。

图12是本发明的第十二实施方式的低矫顽磁力永久磁铁的长度方向的剖视图。

图13是本发明的第十三实施方式的永久磁铁式旋转电机的转子的剖视图。

图14是本发明的第十四实施方式的永久磁铁式旋转电机的转子的剖视图。

图15是本发明的第十五实施方式的永久磁铁式旋转电机的转子的剖视图。

图16A是本发明的第十六实施方式的永久磁铁式旋转电机的转子的剖视图。

图16B是本发明的第十六实施方式的永久磁铁式旋转电机的剖视图。

图17是本发明的第十七实施方式的永久磁铁式旋转电机的转子的剖视图。

图18是本发明的第十八实施方式的永久磁铁式旋转电机的转子的剖视图。

图19是以往的埋入型永久磁铁马达的转子的剖视图。

具体实施方式

下面，根据附图，详细说明本发明的实施方式。

(第一实施方式)如图1、图2所示，本发明的第一实施方式的永久磁铁式旋转电机20的转子1是通过在转子铁心2内，以均分间距分别埋入八个低矫顽磁力永久磁铁3和八个高矫顽磁力永久磁铁4而构成。在转子铁心2的低矫顽磁力永久磁铁3的埋入部分，在其永久磁铁3的两端形成第一空洞5。另外，在转子铁心2的高矫顽磁力永久磁铁4的埋入部分，在其永久磁铁4的两端形成第二空洞6。7表示转子铁心2的磁极部。转子铁心2通过叠层硅钢板而构成。低矫顽磁力永久磁铁3是铝镍钴磁铁或者FeCrCo磁铁，另外，高矫顽磁力磁铁4是NdFeB磁铁。

如图1所示，定子23构成为将定子绕组21卷装于定子铁心24的内齿部分。通过将转子1收容在该定子23的定子铁心24的内空部，构成本实施方式的永久磁铁式旋转电机20。定子铁心24的内周面隔着气隙22与转子1的外周面相对。

图3是表示作为在本实施方式的转子1所采用的低矫顽磁力永久磁铁的铝镍钴磁铁(AlNiCo)、作为低矫顽磁力永久磁铁的FeCrCo磁铁和作为高矫顽磁力永久磁铁的NdFeB磁铁的磁特性的图。铝镍钴磁铁的矫顽磁力(磁通密度为0的磁场)是60～120kA/m，相对于NdFeB磁铁的矫顽磁力950kA/m为1/15～1/8。另外，FeCrCo磁铁的矫顽磁力为约60kA/m，相对于NdFeB磁铁的矫顽磁力950kA/m为1/15。铝镍钴磁铁和FeCrCo磁铁与NdFeB的高矫顽磁力磁铁相比较，可知矫顽磁力相当低。在本实施方式中，应用具有低矫顽磁力永久磁铁3的8～15倍的矫顽磁力的高矫顽磁力永久磁铁4，据此，能够得到特性优异的旋转电机。

低矫顽磁力永久磁铁3被埋入转子铁心2中，在低矫顽磁力永久磁铁3的两端部设置第一空洞5。低矫顽磁力永久磁铁3沿与成为磁极间的中心轴的q轴一致的转子的半径方向配置，在相对于半径方向呈直角方向被磁化。高矫顽磁力永久磁铁4被埋入转子铁心2内，在高矫顽磁力永久磁铁4的两端部设置第二空洞6。高矫顽磁力永久磁铁4以由两个低矫顽磁力永久磁铁3在转子1内周侧夹持的方式，配置在转子1的大致周方向。高矫顽磁力永久磁铁4在相对于转子1的周方向大致呈直角方向被磁化。

转子铁心2的磁极部7形成为由两个低矫顽磁力永久磁铁3和一个高矫顽磁力永久磁铁4包围。如图4所示，转子铁心2的磁极部7的中心轴方向成为d轴，磁极间的中心轴方向成为q轴。因此，低矫顽磁力永久磁铁3配置在成为磁极间的中心轴的q轴方向，低矫顽磁力永久磁铁3的磁化方向为相对于q轴呈90°或者-90°方向。在相邻的低矫顽磁力永久磁铁3中，相互面对的磁极面成为同极。另外，高矫顽磁力永久磁铁4配置在相对于成为磁极部7的中心轴的d轴呈直角方向，其磁化方向为相对于d轴呈0°或者180°的方向。在相邻的高矫顽磁力永久磁铁4中，磁极部7的朝向相互逆极性。

在本实施方式的转子1中，在低矫顽磁力永久磁铁3中所采用的FeCrCo磁铁或者铝镍钴磁铁的矫顽磁力小至60～120kA/m，这些低矫顽磁力的永久磁铁可通过200～300kA/m的磁场磁化。作为高矫顽磁力永久磁铁4的NdFeB磁铁的矫顽磁力高到950kA/m，可通过大约2400kA/m的磁场磁化。即，低矫顽磁力永久磁铁3可通过高矫顽磁力永久磁铁4的大约1/10的磁场附磁。在采用本实施方式的转子1所组装的永久磁铁式旋转电机20中，使通电时间为极短时间(100μs～1ms左右)的脉冲电流在固定绕组上流动，形成磁场，使磁场作用于低矫顽磁力永久磁铁3。若使附磁磁场为250kA/m，则理想的是充足的附磁磁场作用于低矫顽磁力永久磁铁3，在高矫顽磁力永久磁铁4上，没有因附磁而产生的不可逆消磁。

图4是表示本实施方式的使因d轴电流而产生的附磁磁场发挥作用前的初期状态的永久磁铁3、4的磁通B31、B41的图，图5是表示使附磁磁场发挥作用时的永久磁铁3、4的磁通B32、B42的图。另外，虽然在图4、图5中的磁通分布仅表示出了一极，但该磁通分布在四极中相同。形成附磁磁场的脉冲电流是定子的电枢绕组的d轴电流成分。在图5中，是对低矫顽磁力永久磁铁3进行消磁的情况，因负的d轴电流而产生的磁场对永久磁铁而言是消磁场，从转子1的磁极中心相对于低矫顽磁力永久磁铁3和高矫顽磁力永久磁铁4，作用于与磁化方向大致相反的方向。在采用了本实施方式的转子1的永久磁铁式旋转电机20中，因d轴电流而产生的磁场Bd在高矫顽磁力永久磁铁4中作用于两个永久磁铁(N极和S极的两个永久磁铁)，作用于高矫顽磁力永久磁铁4的磁场是作用于低矫顽磁力永久磁铁3的磁场的大约一半。因此，在采用了本实施方式的转子1的永久磁铁式旋转电机中，因d轴电流而产生的磁场Bd容易将低矫顽磁力永久磁铁3磁化。

图6是表示本实施方式的转子1的附磁后的磁通B33、B43的图。低矫顽磁力永久磁铁3矫顽磁力为高矫顽磁力永久磁铁4的1/10左右，再有，如上所述，高矫顽磁力永久磁铁4的两倍的附磁磁场作用于低矫顽磁力永久磁铁3上。在图6中，低矫顽磁力永久磁铁3在附磁磁场的方向被磁化，在与图4的初期的磁化方向相反的方向被磁化。这样，能够通过改变d轴电流的大小，改变附磁磁场的强度，来调整低矫顽磁力永久磁铁3的磁化状态。即，能够生成降低低矫顽磁力永久磁铁3的磁力的状态、使低矫顽磁力永久磁铁3的磁通为0的状态、使低矫顽磁力永久磁铁3的磁通向反方向的状态这三个状态。另一方面，高矫顽磁力永久磁铁4矫顽磁力大到低矫顽磁力永久磁铁3的10倍以上，另外，在本实施方式中，作用于高矫顽磁力永久磁铁4的附磁磁场为低矫顽磁力永久磁铁3的1/2。因此，若为对低矫顽磁力永久磁铁3进行附磁的程度的磁场，则高矫顽磁力永久磁铁4为可逆消磁状态，即使在附磁后，高矫顽磁力永久磁铁4也能够维持初期状态的磁通。

通过上述那样的构成，在采用了本实施方式的转子1的永久磁铁式旋转电机20中，通过转子1的d轴电流，能够使低矫顽磁力永久磁铁3的交链磁通量从最大到0很大地变化，另外，还能够使磁化方向为正反两方向。即，若使高矫顽磁力永久磁铁4的交链磁通为正方向，则能够大范围将低矫顽磁力永久磁铁3的交链磁通从正方向的最大值调整到0甚至到反方向的最大值。因此，在本实施方式的转子1中，通过由d轴电流对低矫顽磁力永久磁铁3进行附磁，能够大范围地调整将低矫顽磁力永久磁铁3和高矫顽磁力永久磁铁4相加的全部交链磁通量。

例如，在低速区域，低矫顽磁力永久磁铁3由d轴电流磁化，以便在与高矫顽磁力永久磁铁4的交链磁通相同的方向(初期状态)达到最大值，据此，因永久磁铁而产生的扭矩达到最大值，因此，能够使旋转电机的扭矩以及输出为最大。

另外，在中·高速区域，如图6所示，使低矫顽磁力永久磁铁3的磁通量降低，降低全部交链磁通量，据此，因为旋转电机的电压下降，所以，相对于电源电压的上限值能够产生富余，能够进一步提高旋转速度(频率)。

再有，在显著提高最高速度时(进一步扩大可变速范围，例如，在基底速度的五倍以上的可变速范围时)，低矫顽磁力永久磁铁3以成为与高矫顽磁力永久磁铁4的交链磁通的相反方向的方式而磁化(磁通的朝向为在图6的状态下磁化最大)。永久磁铁的全部交链磁通为高矫顽磁力永久磁铁4和低矫顽磁力永久磁铁3的交链磁通的差，能够为最小，旋转电机的电压也成为最小，因此，能够将旋转速度(频率)提高到最高值。

根据本实施方式的转子1，通过将它用于图1所示的旋转电机20，能够实现在高输出从低速到高速的大范围的可变速运转，另外，因为在使交链磁通变化时的附磁电流仅流动极短时间，所以，可以明显降低损失，因此，能够成为高效率。

在上述的旋转电机20产生输出时，通过使q轴电流在定子绕组21上流动，利用该q轴电流和转子1的永久磁铁3、4的磁通的磁作用产生扭矩。此时，产生因q轴电流而产生的磁场。但是，由于低矫顽磁力永久磁铁3配置在q轴方向，磁化方向为与q轴方向呈直角方向，低矫顽磁力永久磁铁3的磁化方向和因q轴电流而产生的磁场处于正交的方向，因此，因q轴电流而产生的磁场的影响微小。

接着，对第一空洞5以及第二空洞6的作用进行阐述。空洞5、6缓和因永久磁铁而产生的离心力作用在了转子铁心2上时的应力向转子铁心2的集中和消磁场。通过象图2那样设置空洞5、6，铁心2能够作成带有曲率的形状，应力得到缓和。另外，存在因电流而产生的磁场集中在永久磁铁3、4的角部，消磁场发挥作用，角部不可逆地消磁的情况，在本实施方式的转子1中，因为在磁铁端部设置空洞5、6，所以，在永久磁铁端部的因电流而产生的消磁场得到缓和。

上述那样的构成的本实施方式的转子1发挥下述的作用、效果。若使高矫顽磁力永久磁铁4的交链磁通为正方向，则能够大范围地将低矫顽磁力永久磁铁3的交链磁通从正方向的最大值调整到0甚至反方向的最大值，因此，通过由d轴电流，使低矫顽磁力永久磁铁3附磁，可以大范围地调整将低矫顽磁力永久磁铁3和高矫顽磁力永久磁铁4相加的全部交链磁通量。通过能够大范围地调整该永久磁铁的全部交链磁通量，还能够大范围地调整采用该转子1的旋转电机20的电压，因为附磁是通过极短时间的脉冲式电流来进行，因此，没有必要总是持续流动弱磁通电流，所以，能够大幅降低损失。另外，因为没有必要象以往那样进行弱磁通控制，所以，因高谐波磁通而产生的铁损也不会发生。由于上述情况，根据本实施方式的转子1，能够使采用了它的旋转电机20成为能够以高输出从低速到高速的大范围的可变速运转的旋转电机，谋求了高效率化。

另外，就因永久磁铁而产生的感应电压而言，因为通过d轴电流对低矫顽磁力永久磁铁3附磁，能够缩小永久磁铁的全部交链磁通量，所以，不存在因永久磁铁的感应电压而产生的逆变器电子零件的破损，谋求可靠性提高。再有，在旋转电机20无负荷旋转时，通过d轴电流，对低矫顽磁力永久磁铁3附磁，能够缩小永久磁铁的全部交链磁通量，据此，感应电压明显降低，基本没有必要总是通电用于降低感应电压的弱磁通电流，谋求综合效率的提高。另外，在本实施方式中，说明了八极的情况，但即使替代成其它的极数，也能够同样应用。另外，定子23的构造不限定于实施方式，能够广泛地采用一般的旋转电机用的定子，例如，除图示的分布绕组型以外，还可以采用集中绕组型的定子。这点在其它的实施方式中也是同样。

(第二实施方式)本发明的第二实施方式的旋转电机20的特征在于，在转子1的最高旋转速度时，使该转子的高矫顽磁力永久磁铁4产生的逆电压在作为旋转电机的电源的逆变器电子零件的耐电压以下。

因永久磁铁而产生的逆电压与旋转速度成比例地升高，该逆电压施加于逆变器的电子零件，若达到电子零件的耐电压以上，则电子零件绝缘破坏。因此，在以往的永久磁铁式旋转电机中，在设计时，通过耐电压来限制，永久磁铁的磁通量被削减，在马达的低速区域的输出以及效率低下。

在上述的旋转电机20中，因为若在高速旋转时，则可以通过负的d轴电流，使消磁方向的附磁磁场作用于永久磁铁，使低矫顽磁力永久磁铁3的磁通小到0附近，所以，能够使因低矫顽磁力永久磁铁3而产生的逆电压大致为0。这样，只要使因不能调整磁通量的高矫顽磁力永久磁铁4而产生的逆电压在最高旋转速度时在耐电压以下即可。即，仅将高矫顽磁力永久磁铁4的磁通量小到达到耐电压以下。另一方面，在低速旋转时，因被附磁到最大的磁通量的低矫顽磁力永久磁铁3和高矫顽磁力永久磁铁4产生的交链磁通量能与以往的永久磁铁式旋转电机相比能够大幅增加。

由于上述情况，在本实施方式的永久磁铁式旋转电机20中，能够一面维持在低速旋转时的高输出和高效率，一面抑制高速旋转时的逆电压，能够提高包括逆变器的系统的可靠性。

(第三实施方式)本发明的第三实施方式的永久磁铁式旋转电机20的特征在于，在其产生最大扭矩时的永久磁铁的磁通量为最大的状态下，因高矫顽磁力永久磁铁4而产生的磁通量比低矫顽磁力永久磁铁3的最大磁通量少。

通过在旋转电机产生最大扭矩时，使该转子1的低矫顽磁力永久磁铁3和高矫顽磁力永久磁铁4的磁通量为最大的状态下，必要的电流减少，达到高效率。因为在最高旋转时，能够通过d轴电流的附磁磁场，使低矫顽磁力永久磁铁3的磁通量小到0附近，所以，能够使因低矫顽磁力永久磁铁3而产生的逆电压大致为0。这样，只要使因不能调整磁通量的高矫顽磁力永久磁铁4而产生的逆电压在最高旋转速度时在逆变器的电子零件的耐电压以下即可。在本实施方式中，因为使高矫顽磁力永久磁铁4的磁通小于低矫顽磁力永久磁铁3的磁通，所以，因高矫顽磁力永久磁铁4而产生的每个旋转速度下的逆电压小，进而能够旋转到高的旋转速度。

(第四实施方式)本发明的第四实施方式是在图1所示那样构成的永久磁铁式旋转电机20中，其特征在于，在其电压在供给电源的最大电压的附近或者超过最大电压的高速旋转时，为了使因低矫顽磁力永久磁铁3和高矫顽磁力永久磁铁4而产生的交链磁通减少，使用定子绕组的电流所形成的磁场，使低矫顽磁力永久磁铁3磁化，调整永久磁铁的全部交链磁通量。本实施方式所使用的低矫顽磁力永久磁铁3使用FeCrCo磁铁或者铝镍钴磁铁，高矫顽磁力永久磁铁4使用NdFeB磁铁。

在永久磁铁式旋转电机中，因为永久磁铁的磁通量为一定，所以，因永久磁铁的交链磁通而产生的电压与转子1的旋转速度成比例地升高。因此，电源电压存在上限，在旋转电机从低速到高速大范围地运转的情况下，若电源电压达到上限值，则不能以其以上的旋转速度运转。因此，因为旋转电机的电压由绕组感应系数以及因永久磁铁而产生的交链磁通来决定其大小，所以，为了抑制高速旋转时的电压的上升，考虑到降低永久磁铁的交链磁通量。

作为在本实施方式中使用的低矫顽磁力永久磁铁3的FeCrCo磁铁、铝镍钴磁铁，矫顽磁力小至60～200kA/m，可通过200～300kA/m的磁场磁化。作为高矫顽磁力永久磁铁4的NdFeB磁铁，矫顽磁力高到950kA/m，可通过2400kA/m的磁场磁化。因此，低矫顽磁力永久磁铁3可通过高矫顽磁力永久磁铁4的1/10左右的磁场附磁。在本实施方式中，在定子绕组21流动通电时间为极短时间(100μs～1ms左右)的脉冲电流，形成磁场，使磁场作用于低矫顽磁力永久磁铁3。若使附磁磁场为250kA/m，则理想的是充足的磁场作用于低矫顽磁力永久磁铁3，在高矫顽磁力永久磁铁4上，没有因附磁而产生的不可逆消磁。

在初期状态，低矫顽磁力永久磁铁3的交链磁通和高矫顽磁力永久磁铁4的交链磁通在同方向相加，处于增加的状态。这样，在旋转电机的电压达到供给电源的最大电压的附近，或者超过最大电压的高速旋转时，负的d轴电流脉冲式流动，如图5所示，施加与低矫顽磁力永久磁铁3的磁化方向反方向的磁场。低矫顽磁力永久磁铁3消磁，或者如图6所示，在反方向被磁化。据此，能够使作为低矫顽磁力永久磁铁3和高矫顽磁力永久磁铁4的总和的交链磁通减少。因为交链磁通量减少，所以，旋转电机的电压比电源电压上限低，在达到电源电压的上限值前，能够进一步以高速旋转进行运转。

然后，能够通过改变d轴电流的大小，改变附磁磁场的强度，使低矫顽磁力永久磁铁3的磁化状态变化，调整电压。此时，低矫顽磁力永久磁铁3能够成为使磁力降低的状态、使低矫顽磁力的永久磁铁的磁通为0的状态、使低矫顽磁力的永久磁铁的磁通在反方向的状态这三个状态。

另一方面，高矫顽磁力永久磁铁4矫顽磁力比低矫顽磁力永久磁铁3大十倍以上，另外，在本实施方式中，作用于高矫顽磁力永久磁铁4的附磁磁场为低矫顽磁力永久磁铁3的1/2。因此，若是对低矫顽磁力永久磁铁3附磁程度的磁场，则高矫顽磁力永久磁铁4是可逆消磁状态，即使在附磁后，高矫顽磁力的永久磁铁也能够维持初期状态的磁通。

在产生输出时，通过使q轴电流在定子绕组上流动，利用q轴电流和永久磁铁的磁通的磁作用产生扭矩。此时，产生因q轴电流而产生的磁场。但是，因为低矫顽磁力永久磁铁3配置在q轴方向，磁化方向为与q轴方向呈直角方向，所以，低矫顽磁力的永久磁铁的磁化方向和因q轴电流而产生的磁场处于正交的方向。因此，因q轴电流而产生的磁场的影响微小。

(第五实施方式)本发明的第五实施方式是在图1所示那样构成的永久磁铁式旋转电机中，其特征在于，在其电压在供给电源的最大电压以下的低速旋转时，为了使因低矫顽磁力永久磁铁3和高矫顽磁力永久磁铁4而产生的交链磁通增加，通过定子绕组的电流所形成的磁场，使低矫顽磁力永久磁铁3磁化，在旋转电机的电压在供给电源的最大电压附近或者超过它的高速旋转时，为了使因低矫顽磁力永久磁铁3和高矫顽磁力永久磁铁4而产生的交链磁通减少，通过定子绕组的电流所形成的磁场，使低矫顽磁力永久磁铁3磁化，调整永久磁铁的交链磁通量。

在本实施方式中所使用的低矫顽磁力永久磁铁3使用FeCrCo磁铁或者铝镍钴磁铁，高矫顽磁力永久磁铁4使用NdFeB磁铁。作为在本实施方式中使用的低矫顽磁力永久磁铁3的FeCrCo磁铁、铝镍钴磁铁，矫顽磁力小至60～200kA/m，可通过200～300kA/m的磁场磁化。作为高矫顽磁力永久磁铁4的NdFeB磁铁，矫顽磁力高到950kA/m，可通过2400kA/m的磁场磁化。因此，低矫顽磁力永久磁铁3可通过高矫顽磁力永久磁铁4的1/10的磁场附磁。在本实施方式中，在定子绕组上流动通电时间为极短时间(100μs～1ms左右)的脉冲电流，形成磁场，使磁场作用于低矫顽磁力永久磁铁3。若使附磁磁场为250kA/m，则理想的是充足的磁场作用于低矫顽磁力永久磁铁3，在高矫顽磁力永久磁铁4上，没有因附磁而产生的不可逆消磁。

在低速旋转时等，相对于电源电压的最大值，旋转电机的电压存在富余的情况下，使因正的d轴电流而产生的附磁磁场产生，使低矫顽磁力永久磁铁3磁化。低矫顽磁力永久磁铁3与高矫顽磁力永久磁铁4的交链磁通为同方向，通过相加，处于在增加的方向磁化的状态。因为通过永久磁铁的交链磁通和q轴电流产生扭矩，所以，能够通过永久磁铁的交链磁通的增加来增加扭矩。

在旋转电机的电压达到电源的最大电压附近或者超过它的高速旋转时，与第四实施方式同样，为了使因低矫顽磁力永久磁铁3和高矫顽磁力永久磁铁4而产生的交链磁通减少，通过定子绕组的电流所形成的磁场，使低矫顽磁力永久磁铁3磁化，调整永久磁铁的交链磁通量。因为交链磁通量减少，所以，旋转电机的电压比电源电压最大值低，在达到电源电压的最大值前，能够进一步高速旋转地进行运转。

由于上述情况，将d轴电流作为附磁电流产生磁场，通过d轴电流，调整低矫顽磁力永久磁铁3的交链磁通量，据此，在低速时产生高扭矩，得到能够以高输出进行高速旋转驱动，能够以高输出，从低速到高速的大范围进行可变速运转的旋转电机。

(第六实施方式)本发明的第六实施方式是在图1所示那样构成的永久磁铁式旋转电机20中，其特征在于，通过定子绕组21的d轴电流所生成的磁场，来调整低矫顽磁力永久磁铁3的磁通量，使因低矫顽磁力永久磁铁3和高矫顽磁力永久磁铁4而产生的交链磁通量为0。

在本实施方式中所使用的低矫顽磁力永久磁铁3使用FeCrCo磁铁或者铝镍钴磁铁，高矫顽磁力永久磁铁4使用NdFeB磁铁。作为在本实施方式中使用的低矫顽磁力永久磁铁3的FeCrCo磁铁、铝镍钴磁铁，矫顽磁力小至60～200kA/m，可通过200～300kA/m的磁场磁化。作为高矫顽磁力永久磁铁4的NdFeB磁铁，矫顽磁力高到950kA/m，可通过2400kA/m的磁场磁化。因此，低矫顽磁力永久磁铁3可通过高矫顽磁力永久磁铁4的1/10左右的磁场附磁。

在本实施方式中，在定子绕组上流动通电时间为极短时间(100μs～1ms左右)的脉冲电流，形成磁场，使磁场作用于低矫顽磁力永久磁铁3。若使附磁磁场为250kA/m，则理想的是虽然充足的磁场作用于低矫顽磁力永久磁铁3进行附磁，但高矫顽磁力永久磁铁4没有被磁化，若脉冲电流达到0，则进行可逆变化，返回到原来的状态。即，低矫顽磁力永久磁铁3的交链磁通量被调整，而高矫顽磁力永久磁铁4的交链磁通量为一定。

这样，通过因d轴电流而产生的附磁磁场，来调整低矫顽磁力永久磁铁3的磁通量，使因低矫顽磁力永久磁铁3和高矫顽磁力永久磁铁4而产生的交链磁通量为0。因为因永久磁铁而产生的交链磁通为0，所以，在从外部旋转电机随同旋转的情况下，不会产生因永久磁铁的交链磁通所造成的铁损。再有，在将以往的永久磁铁马达应用于混合汽车、电车用驱动系统的情况下，在高速旋转时，因永久磁铁而产生的感应电压达到逆变器的电子零件的耐电压以上，使电子零件破损。另外，为了将马达的电压确保在电源电压以下，即使无负荷，也需要在高速旋转区域，总是使弱磁通电流持续流动，马达的综合效率恶化。

在将本实施方式的永久磁铁式旋转电机应用于混合汽车、电车用驱动系统的情况下，因为能够将因永久磁铁而产生的交链磁通调整到0，所以，不存在因永久磁铁的感应电压而使逆变器的电子零件破损的情况，在高速旋转区域，没有必要无负荷地总是使弱磁通电流持续流动。因此，若应用本实施方式的旋转电机，则能够提高应用系统的可靠性，同时，也能得到高效率。

(第七实施方式)本发明的第七实施方式是在图1所示那样构成的永久磁铁式旋转电机20中，其特征在于，使通过d轴电流附磁得到最大的磁通量时的上述低矫顽磁力永久磁铁3所生成的磁通量和高矫顽磁力永久磁铁4所生成的磁通量相同。

在本实施方式中所使用的转子1的低矫顽磁力永久磁铁3使用FeCrCo磁铁或者铝镍钴磁铁，高矫顽磁力永久磁铁4使用NdFeB磁铁。

作为在本实施方式中使用的低矫顽磁力永久磁铁3的FeCrCo磁铁、铝镍钴磁铁，矫顽磁力小至60～200kA/m，可通过200～300kA/m的磁场磁化。作为高矫顽磁力永久磁铁4的NdFeB磁铁，矫顽磁力高到950kA/m，可通过2400kA/m的磁场磁化。因此，低矫顽磁力永久磁铁3可通过高矫顽磁力永久磁铁4的1/10的磁场附磁。

在本实施方式中，在定子绕组上流动通电时间为极短时间(100μs～1ms左右)的脉冲电流，形成磁场，使磁场作用于低矫顽磁力永久磁铁3。若使附磁磁场为250kA/m，则理想的是虽然充足的磁场作用于低矫顽磁力永久磁铁3进行附磁，但高矫顽磁力永久磁铁4没有被磁化，若脉冲电流达到0，则进行可逆变化，返回到原来的状态。即，低矫顽磁力永久磁铁3的交链磁通量被调整，而高矫顽磁力永久磁铁4的交链磁通量为一定。

这样，象第六实施方式所阐述的那样，若能够使永久磁铁的交链磁通量为0，则能够提高旋转电机的应用系统的可靠性，同时，也有能得到高效率的大的效果。据此，通过因d轴电流所产生的附磁磁场，来调整低矫顽磁力永久磁铁3的磁通量，使因低矫顽磁力永久磁铁3和高矫顽磁力永久磁铁4而产生的交链磁通量为0。

在第七实施方式中，矫顽磁力的永久磁铁3所生成的磁通量和高矫顽磁力永久磁铁4所生成的磁通量相同。因此，低矫顽磁力永久磁铁3的磁化方向作为在与高矫顽磁力永久磁铁4的交链磁通相反的方向产生交链磁通的朝向，只要将250kA/m以上的附磁磁场施加在低矫顽磁力永久磁铁3上，完全附磁即可。即，仅通过成为250kA/m以上的附磁磁场，就能够不受附磁电流的变动、附磁时的温度等的环境条件的影响，切实并且容易地使永久磁铁的全部交链磁通量为0。

(第八实施方式)图7是本发明的第八实施方式的永久磁铁式旋转电机的转子1的剖视图。另外，对与图2相同或者相等的要素使用相同的符号来表示。图7所示的转子1的构成是在转子铁心2的内部，分别以均分间距埋入低矫顽磁力永久磁铁3、高矫顽磁力永久磁铁4。在转子铁心2中，除低矫顽磁力永久磁铁3的端部侧的部分外，使低矫顽磁力永久磁铁3的端部附近的气隙侧铁心部分从转子铁心2的最外周凹陷，据此，形成凹陷部8。在转子铁心2的低矫顽磁力永久磁铁3的埋入部分的两端形成第一空洞5，在高矫顽磁力永久磁铁4的埋入部分的两端形成第二空洞6。7是转子铁心2的磁极部。

接着，说明本实施方式的转子1的作用。采用该转子1的永久磁铁式旋转电机20是与图1相同的构成。在这样的旋转电机20中，d轴方向的电流的磁通(d轴磁通)横切转子1的低矫顽磁力永久磁铁3和高矫顽磁力永久磁铁4。因此，因为永久磁铁与空气的透磁率大致相等，所以，d轴感应系数减小。另一方面，q轴方向的磁通在转子铁心2的磁极部7沿低矫顽磁力永久磁铁3和高矫顽磁力永久磁铁4的长度方向流动。因为转子铁心2的磁极部7的透磁率是永久磁铁的1000～10000倍，所以，若在q轴方向的转子铁心2上没有凹陷，转子铁心2的外径在周方向均匀，则q轴感应系数增大。这样，虽然为了通过电流和磁通的磁作用产生扭矩，使q轴电流流动，但是，因为q轴感应系数大，所以，由q轴电流产生的电压增大。即，由于q轴感应系数增大，功率因数恶化。

在本实施方式中，通过在低矫顽磁力永久磁铁3的端部附近的气隙22侧的铁心部分形成从转子铁心2的最外周凹陷的凹陷部8，来减少通过铁心2的凹陷部8的磁通。即，因为凹陷部8处于q轴方向，所以，能够减小q轴感应系数。据此，能够提高功率因数。另外，因为通过转子铁心2的凹陷部8，在低矫顽磁力永久磁铁3的端部附近，气隙长等效地增长，所以，低矫顽磁力永久磁铁3的端部附近的平均的磁场降低。据此，能够减小为了产生扭矩所需要的因q轴电流而产生的消磁场对低矫顽磁力永久磁铁3的影响。

另外，由于在处于低矫顽磁力永久磁铁3的端部的保持永久磁铁的铁心部分没有凹陷，所以，能够尽可能地增长低矫顽磁力永久磁铁3的径方向长度，因此，在外径相同的转子中，最大地得到永久磁铁的体积。即，能够增加永久磁铁的磁通量，能够增大每个相同转子体积的输出。

(第九实施方式)图8是本发明的第九实施方式的永久磁铁式旋转电机的转子1的剖视图。另外，对与图2、图7相同或者相等的要素使用相同的符号来表示。在图8中，转子1的构成是在转子铁心2内，以均分间距埋入低矫顽磁力永久磁铁3、高矫顽磁力永久磁铁4。然后，在低矫顽磁力永久磁铁3的两端形成第一空洞5，在高矫顽磁力永久磁铁4的两端形成第二空洞6。7是表示转子铁心2的磁极部。

低矫顽磁力永久磁铁3配置在与成为相邻的磁极部7、7之间的磁极间部分的中心轴的q轴一致的半径方向。然后，在低矫顽磁力永久磁铁3的端部和到转子铁心2的磁极部7的中央之间，转子铁心2的磁极部7的中央部成为转子1的最外周部分，随着从磁极部7的中央部到低矫顽磁力永久磁铁3的端部的外周侧铁心部分，将从转子1的轴中心到转子铁心2的外周的距离缩短，在这里形成凹陷部8。

接着，阐述上述构成的转子1的作用。采用该转子1的永久磁铁式旋转电机20是与图1所示的相同的构成。这样，在该旋转电机20中，d轴方向的电流的磁通(d轴磁通)横切转子1的低矫顽磁力永久磁铁3和高矫顽磁力永久磁铁4，因为永久磁铁与空气的透磁率大致相等，所以，d轴感应系数减小。另一方面，q轴方向的磁通在转子铁心的磁极部7在低矫顽磁力永久磁铁3和高矫顽磁力永久磁铁4上沿长度方向流动。

因为磁极的铁心部7透磁率为磁铁的1000～10000倍，所以，若在q轴方向的转子铁心部分没有凹陷部8，转子铁心外径在周方向均匀，则q轴感应系数增大。这样，虽然为了通过电流和磁通的磁作用产生扭矩，使q轴电流流动，但是，因为q轴感应系数大，所以，由q轴电流产生的电压增大。其结果为，若在q轴方向的转子铁心部分没有凹陷部8，转子铁心外径在周方向均匀，则感应系数增大，功率因数恶化。

但是，在本实施方式中，是随着从磁极部7的外周的中央部到低矫顽磁力永久磁铁3的端部的外周侧铁心部分，将从转子1的轴中心到转子铁心2的外周的距离缩短的形状。据此，采用了该转子1的永久磁铁式旋转电机中的气隙侧铁心成为随着从磁极部7的中央到低矫顽磁力永久磁铁3的端部，凹陷部8的凹陷加深的形状。由于具有这样的形状的凹陷部8，气隙长增长，所以，凹陷越深，通过该凹陷部8的磁通越是减少。即，因为凹陷部8处于q轴方向，所以，能够减小q轴感应系数。据此，因为能够减小q轴感应系数，所以，能够提高功率因数。特别是，因为在处于q轴上的低矫顽磁力永久磁铁3的端部附近的铁心部中，凹陷最深，所以，能够有效地降低q轴感应系数。

另外，由于凹陷部8，在低矫顽磁力永久磁铁3的端部，因为上述旋转电机20的气隙长最长，所以，低矫顽磁力永久磁铁3的端部附近的磁场降低。据此，能够减小因用于产生扭矩的q轴电流而产生的消磁场对低矫顽磁力的影响。

(第十实施方式)图9是本发明的第十实施方式的永久磁铁式旋转电机的转子1的剖视图。另外，对与图2、图7、图8相同或者相等的要素使用相同的符号来表示。在图9中，转子1的构成是在转子铁心2内，以均分间距埋入低矫顽磁力永久磁铁3、高矫顽磁力永久磁铁4。然后，在低矫顽磁力永久磁铁3的两端形成第一空洞5，在高矫顽磁力永久磁铁4的两端形成第二空洞6。另外，使转子铁心2的相当于低矫顽磁力永久磁铁3的外周的部分，也包括其两侧部分凹陷，在这里形成凹陷部8。7是表示转子铁心2的磁极部。α是表示转子铁心2的磁极部7的中央部的圆弧的中心角。

转子铁心2的磁极部7的中央部由转子1的最大半径(从转子中心轴到转子外周的长度最大)的圆弧形成，磁极中央部的圆弧的中心角α在电度角90～140度的范围。在转子铁心2中，在离开该中心角α的区域部分，成为使转子铁心2的外周与转子1的最大半径的圆弧相比向内周侧凹陷的形状，将这里作为凹陷部8。

采用了该转子1的永久磁铁式旋转电机20与图1所示的构成大致相同。于是，在这样的旋转电机20中，在低冲速区域，以电源电压的最大值以下进行驱动的情况下，为了得到高效率，最大限度地利用永久磁铁的磁通。在本实施方式中，因为用中心角α来表示范围的转子铁心2的磁极部7的中央部分由转子1的最大半径的圆弧形成，所以，旋转电机的d轴附近的气隙长最小。因此，在中心角α的d轴附近的磁极中央部分，能够使高矫顽磁力永久磁铁4和低矫顽磁力永久磁铁3的交链磁通量多。

因为在具有低矫顽磁力永久磁铁3的q轴附近的转子1中，是转子铁心2的外周与转子1的最大半径的圆弧相比向内周侧凹陷的形状，所以，因q轴电流而产生的磁场弱。因此，能够在为了产生扭矩而施加q轴电流时，防止低矫顽磁力永久磁铁3由于因q轴电流而产生的磁场消磁的情况。

通过上述的构成，在采用了本实施方式的转子1的永久磁铁式旋转电机20中，能够通过增多在d轴附近产生的永久磁铁的磁通量，来确保高输出和高扭矩，同时，能够大幅缓和因q轴电流而产生的低矫顽磁力永久磁铁3的消磁的影响。

图10是表示应用了本实施方式的相对于永久磁铁式旋转电机的磁极中心角α的扭矩的变化的图。可知磁极中央部的圆弧的中心角α在电度角90～140度的范围时，能够得到大的扭矩。

(第十一实施方式)说明本发明的第十一实施方式的永久磁铁式旋转电机。本实施方式的永久磁铁式旋转电机是在图1、图2所示的第一实施方式的永久磁铁式旋转电机20中，其特征在于，使埋入转子1的转子铁心2的低矫顽磁力永久磁铁3的磁化方向厚度比高矫顽磁力永久磁铁4的磁化方向厚度薄。对永久磁铁附磁的磁场的强度与磁化方向厚度大致成比例。因此，通过使低矫顽磁力永久磁铁3的磁化方向厚度比高矫顽磁力永久磁铁4的磁化方向厚度薄，能够降低对低矫顽磁力永久磁铁3附磁的磁场，能够减少附磁电流。

另外，一般高矫顽磁力永久磁铁4随着达到高磁能量乘积而温度特性恶化，在100℃以上的高温度状态下，矫顽磁力减小，通过更小的消磁场，永久磁铁不可逆地消磁。但是，在本实施方式中，因为能够减小对低矫顽磁力永久磁铁3附磁的磁场，所以，即使是在永久磁铁为高温状态下，使附磁磁场发挥作用，也能够防止高矫顽磁力永久磁铁4不可逆地消磁。

(第十二实施方式)图11是本发明的第十二实施方式的永久磁铁式旋转电机的转子1的剖视图。另外，对与图2、图7～图9相同或者相等的要素使用相同的符号来表示。在图11中，转子1的构成是在转子铁心2内，以均分间距埋入低矫顽磁力永久磁铁3、高矫顽磁力永久磁铁4。然后，在低矫顽磁力永久磁铁3的两端形成第一空洞5，在高矫顽磁力永久磁铁4的两端形成第二空洞6。另外，使转子铁心2的相当于低矫顽磁力永久磁铁3的外周的部分，也包括其两侧部分凹陷，在这里形成凹陷部8。7是表示转子铁心2的磁极部。本实施方式的转子1的特征在于，低矫顽磁力永久磁铁3的磁化方向厚度不一定，是随着趋近转子1的外周侧，厚度逐渐增加的形状。

在使附磁磁场作用于低矫顽磁力永久磁铁3的情况下，作用于转子1内的低矫顽磁力永久磁铁3的附磁磁场并非一样地分布，磁场的强度在永久磁铁内偏倚。若磁场偏向一部分，则难以进行附磁电流量所进行的低矫顽磁力永久磁铁3的磁通量的调整。另外，因为永久磁铁的磁通量还因附磁磁场的变动以及驱动时的温度状态变化，所以，难以获得附磁时的磁通量少的在不一致的范围的再现性。因此，本实施方式应用了永久磁铁的附磁所必要的磁化力根据永久磁铁的磁化方向厚度很大地变化的特性。

因此，本实施方式的转子1低矫顽磁力永久磁铁3的磁化方向厚度不一定，改变了厚度。因此，在使附磁磁场发挥作用时，能够改变在各厚度的永久磁铁部分所产生的磁通量，能够使附磁磁场的强度很大地依赖于永久磁铁的厚度所造成的影响。据此，能够减小因磁场的集中等所造成的偏倚、因附磁磁场的变动等的外部条件变动所造成的影响，能够使相对于附磁电流的磁通量的调整变得容易，能够减少因外部条件变动所造成的磁通量的不一致。

图12是在本实施方式中采用的低矫顽磁力永久磁铁3的长度方向的剖视图。在图12中，使低矫顽磁力永久磁铁3的磁化方向厚度为阶段状地不同的厚度。通过该形状，可以与永久磁铁的厚度的变化幅度同样地阶段地增大永久磁铁的磁通量的变化幅度。因此，与因干扰、环境条件而产生的附磁磁场的变动幅度相比，能够使永久磁铁的厚度的变化幅度对磁通量的影响极大。即，在使低矫顽磁力永久磁铁3磁化，使磁通量变化的情况下，能够减少因附磁磁场的变动所产生的磁通量的不一致，能够得到同样的附磁电流的低矫顽磁力永久磁铁3的磁通量的再现性也高的结构。

(第十三实施方式)图13是本发明的第十三实施方式的永久磁铁式旋转电机的转子1的剖视图。另外，对与图2、图7～图9、图11相同或者相等的要素使用相同的符号来表示。在图13中，转子1的构成是在转子铁心2内，以均分间距埋入低矫顽磁力永久磁铁3、高矫顽磁力永久磁铁4。然后，在低矫顽磁力永久磁铁3的两端形成第一空洞5，在高矫顽磁力永久磁铁4的两端形成第二空洞6。另外，使转子铁心2的相当于低矫顽磁力永久磁铁3的外周的部分，也包括其两侧部分凹陷，在这里形成凹陷部8。7是表示转子铁心2的磁极部。

在本实施方式中，其特征在于，低矫顽磁力永久磁铁3是随着趋近转子1的外周侧，磁化方向厚度变薄的锥状的形状。象这样，通过随着趋近转子1的外周侧，使低矫顽磁力永久磁铁3的厚度变薄，来由与低矫顽磁力永久磁铁3相接的转子铁心面，来承受低矫顽磁力永久磁铁3的离心力，据此，转子铁心2能够保持低矫顽磁力永久磁铁3。另外，即使低矫顽磁力永久磁铁3的磁化方向厚度的尺寸精度粗糙，在与尺寸相应的径方向位置，也能够通过低矫顽磁力永久磁铁3接触转子铁心2来固定永久磁铁。若与基于成型的永久磁铁的制造法同时应用本实施方式，则还能够应用有模制的缺点的成型后的尺寸精度不良的永久磁铁，通过低矫顽磁力永久磁铁的模制，提高了批量生产性。

再有，在提高低矫顽磁力永久磁铁3的保持和量产性的同时，还能够得到下述的作用和效果。在低矫顽磁力永久磁铁3的厚度为一定的情况下，在低矫顽磁力永久磁铁3中，存在产生附磁磁场的偏倚，仅低矫顽磁力的永久磁铁的一部分的磁通量偏倚发生变化的情况，和相对于磁场变化幅度的永久磁铁的磁通量的变化幅度陡峭的问题。永久磁铁的附磁磁场很大地依赖于永久磁铁的厚度，在附磁时，该部分的永久磁铁的磁通量因厚度而很大地变化。在本实施方式中，因为低矫顽磁力永久磁铁3的厚度不同，所以，通过与各自的厚度相应的附磁磁场，其相符部分磁通量很大地变化。即，由于永久磁铁的厚度，永久磁铁的磁通很大地变化的磁场的强度不同。据此，能够宽地获取相对于低矫顽磁力永久磁铁3的磁通量的变化幅度的附磁磁场的变化幅度。即，在旋转电机中，可以通过调整附磁电流，来容易地调整任意的永久磁铁的磁通量，反复附磁时的低矫顽磁力的永久磁铁的磁通量的不一致减少(良好的再现性)，能够减小因附磁电流的变动、温度等的周边条件的变动所产生的附磁时的永久磁铁的磁通量的变动幅度。

(第十四实施方式)图14是本发明的第十四实施方式的永久磁铁式旋转电机的转子1的剖视图。另外，对与图2、图7～图9、图11、图13相同或者相等的要素使用相同的符号来表示。在图14中，转子1的构成是在转子铁心2内，以均分间距埋入低矫顽磁力永久磁铁3、高矫顽磁力永久磁铁4。然后，在低矫顽磁力永久磁铁3的内侧端形成第一空洞5，在高矫顽磁力永久磁铁4的两端形成第二空洞6。另外，使转子铁心2的相当于低矫顽磁力永久磁铁3的外周的部分，也包括其两侧部分凹陷，在这里形成凹陷部8。7是表示转子铁心2的磁极部，9表示磁屏障，10表示突起。

在本实施方式的转子1中，在低矫顽磁力永久磁铁3的气隙侧端部附近的转子铁心2上，设置与低矫顽磁力永久磁铁3的磁化方向的厚度相比，在转子的周方向长的磁屏障9。磁屏障9是孔，有空气。另外，在低矫顽磁力永久磁铁3的外周侧(气隙侧)端部设置突起10。突起10承受低矫顽磁力永久磁铁3的离心力，保持永久磁铁。

本实施方式的转子1与第一实施方式同样，是组装于图1所示的永久磁铁式旋转电机20中来使用。相对于这样的永久磁铁式旋转电机20，若为了产生扭矩，而使q轴电流流动，则在处于q轴上的转子1的低矫顽磁力永久磁铁3上产生因q轴电流所产生的磁场。在本实施方式的转子1中，因为在低矫顽磁力永久磁铁3的端部附近设置磁屏障9，所以，能够通过磁屏障9的空气层，来减小作用于低矫顽磁力永久磁铁3的端部的q轴电流的磁场，据此，能够抑制因q轴电流造成的低矫顽磁力永久磁铁3的消磁和增磁。另外，因为磁屏障9与低矫顽磁力永久磁铁3的磁化方向厚度相比，在周方向长，所以，能够缓和集中在低矫顽磁力永久磁铁3的端部的角部的因q轴电流而产生的磁场，能够防止因q轴电流的磁场的绕入而造成的低矫顽磁力永久磁铁3的消磁和增磁。再有，因为磁屏障9以q轴为中心，长地存在于转子的周方向，所以，q轴方向的磁阻力升高，能够降低因q轴电流而产生的磁通量。因此，因为q轴感应系数变小，所以，能够提高功率因数。

(第十五实施方式)图15是本发明的第十五实施方式的永久磁铁式旋转电机的转子1的剖视图。另外，对与图2、图7～图9、图11、图13、图14相同或者相等的要素使用相同的符号来表示。在图15中，转子1的构成是在转子铁心2内，以均分间距埋入低矫顽磁力永久磁铁3、高矫顽磁力永久磁铁4。然后，在低矫顽磁力永久磁铁3的内侧端形成第一空洞5，在高矫顽磁力永久磁铁4的两端形成第二空洞6。另外，使转子铁心2的相当于低矫顽磁力永久磁铁3的外周的部分，也包括其两侧部分凹陷，在这里形成凹陷部8。在图15中，7是转子铁心2的磁极部，9是磁屏障，10是突起。在本实施方式中，其特征在于，在相邻的低矫顽磁力永久磁铁3之间的转子铁心2的磁极部7，在与d轴的中心轴一致的位置设置狭缝11。

因为该狭缝11处于d轴上，所以，不是在d轴磁通的磁屏障上，而是成为q轴磁通的磁屏障。因此，对以d轴为中心分布的永久磁铁的磁通的影响很小，同时，能够减少q轴的磁通。因此，在采用了本实施方式的转子1的永久磁铁式旋转电机20中，能够一面维持因永久磁铁而产生的扭矩，一面提高功率因数。

(第十六实施方式)图16A、图16B是本发明的第十六实施方式的转子1以及永久磁铁式旋转电机20的剖视图。另外，对与图2、图7～图9、图11、图13～图15相同或者相等的要素使用相同的符号来表示。在图16A中，转子1的构成是在转子铁心2内，以均分间距埋入低矫顽磁力永久磁铁4A、高矫顽磁力永久磁铁3A。然后，在高矫顽磁力永久磁铁3A的内侧端形成第一空洞5，在低矫顽磁力永久磁铁4A的两端形成第二空洞6。另外，使转子铁心2的相当于高矫顽磁力永久磁铁3A的外周的部分，也包括其两侧部分凹陷，在这里形成凹陷部8。7是表示转子铁心2的磁极部。

本实施方式的转子1与第一～第十五实施方式不同，其特征在于，将高矫顽磁力永久磁铁3A配置在转子1的径方向，将低矫顽磁力永久磁铁4A与周方向平行地配置在转子铁心2的内周侧。

如图16B所示，本实施方式的转子1与其它的实施方式同样，收容在永久磁铁式旋转电机20的定子23的中央部，由定子线圈21产生的磁场旋转驱动。在构成该永久磁铁式旋转电机20时，就作用于配置在径方向的高矫顽磁力永久磁铁3A的因定子电流而产生的磁场而言，作成下述的磁路。即，定子铁心24→气隙22→转子磁极7→位于径方向的高矫顽磁力永久磁铁3A(横切)→相邻的转子磁极7→定子铁心24。另一方面，就作用于配置在内周侧的周方向的低矫顽磁力永久磁铁4A的因定子电流而产生的磁场而言，作成下述的磁路。即，定子铁心24→气隙22→转子磁极7→位于周方向的低矫顽磁力永久磁铁4A(横切)→转子铁心2的最内周部分→相邻的转子铁心2的最内周部分→位于相邻的周方向的低矫顽磁力永久磁铁4A(横切)→相邻的转子磁极7→定子铁心24。

因此，因电流而产生的磁场作用于两个配置在周方向的低矫顽磁力永久磁铁4A上，作用于一个配置在径方向的高矫顽磁力永久磁铁3A上。据此，若使高矫顽磁力永久磁铁3A和低矫顽磁力永久磁铁4A的厚度相同，则因作用于配置在径方向的高矫顽磁力永久磁铁3A的电流而产生的磁场比配置于周方向的低矫顽磁力永久磁铁4A强两倍。

在对定子进行水冷却、油冷却，通过增大比电负载(每个单位周长的安培匝数)来进行高输出化的旋转电机中，通过因负荷电流而产生的磁场大，因该负荷电流而产生的强的磁场，产生了局部的消磁。即使是在这样的高输出密度的旋转电机的情况下，在本实施方式的永久磁铁式旋转电机20中，也是通过容易受到磁场的影响的低矫顽磁力永久磁铁4A配置在内周侧，来缩小局部的消磁的影响。据此，根据本实施方式的永久磁铁式旋转电机20，在能够通过用转子1的d轴电流磁化永久磁铁，来使永久磁通的交链磁通量可变的同时，还能够抑制因负荷电流而产生的永久磁铁的特性变化，也能维持高输出化。

另外，在本实施方式中，铁心凹陷部8可以根据需要形成，也可以是象图2所示的第一实施方式那样，转子铁心2的外周面成为正圆截面的构成，另外，也可以是图7、图9所示的形状。另外，第一空洞5也可以是图14、图15所示的形状。再有，就成为外周侧的永久磁铁的高矫顽磁力永久磁铁3A而言，可以作成图12、图13或者图14的形状。

(第十七实施方式)图17是本发明的第十七实施方式的永久磁铁式旋转电机的转子1的剖视图。另外，对与图2、图7～图9、图11、图13～图16相同或者相等的要素使用相同的符号来表示。本实施方式的转子1的特征在于，作为转子铁心2的径方向的永久磁铁，配置高矫顽磁力永久磁铁3B，作为转子铁心2的内周侧的周方向的永久磁铁，也配置高矫顽磁力永久磁铁4B。其它的构成与图16A所示的第十六实施方式相同。另外，使用本实施方式的转子1，构成永久磁铁式旋转电机20的情况也与图16B相同。

高矫顽磁力永久磁铁3B、4B为能够通过因d轴电流而产生的附磁磁场，使磁化状态变化的磁化方向厚度。或者，仅仅是径方向的高矫顽磁力永久磁铁3B，或周方向的高矫顽磁力永久磁铁4B为能够通过因d轴电流而产生的附磁磁场，使磁化状态变化的磁化方向厚度。

在本实施方式的转子1中，由于在转子铁心2的径方向的永久磁铁3B上，在转子铁心2的内周侧的周方向的永久磁铁4B上都配置高矫顽磁力永久磁铁，所以，能够相对于因负荷电流而产生的磁场等的干扰得到稳定的特性。

通过用水、油对定子进行冷却，旋转电机增大了比电负载(每个单位周长的安培匝数)，能够进行高输出化。但是，因为因负荷电流而产生的磁场大，所以，由于因负荷电流而产生的强的磁场，在周围的永久磁铁上也产生了局部的消磁。在这样的高输出密度的旋转电机的情况下，通过应用高矫顽磁力永久磁铁，减小了因负荷电流而产生的磁场的影响，能够得到稳定的永久磁铁特性。但是，永久磁铁是即使通过因d轴电流而产生的附磁磁场，也能够充分磁化的厚度。例如，径方向永久磁铁3B比周方向永久磁铁4B薄，通过更小的附磁磁场(少的d轴电流)，能够调整永久磁铁的磁化量。

另外，在本实施方式中，铁心凹陷部8可以根据需要形成，也可以是象图2所示的第一实施方式那样，转子铁心2的外周面成为正圆截面的构成，另外，也可以是图7、图9所示的形状。另外，第一空洞5也可以是图14、图15所示的形状。再有，就成为外周侧的永久磁铁的高矫顽磁力永久磁铁3A而言，可以作成图12、图13或者图14的形状。

(第十八实施方式)使用图18，说明本发明的第十八实施方式的永久磁铁式旋转电机。另外，对与图2、图7～图9、图11、图13～图17相同或者相等的要素使用相同的符号来表示。

本实施方式的特征仅在于，如图18所示，在转子铁心2上设置防止因永久磁铁而产生的消磁场用的狭缝12这一点。在转子铁心2的外周侧，在径方向配置低矫顽磁力永久磁铁3，在转子铁心2的内周侧，在周方向配置高矫顽磁力永久磁铁4。然后，在转子铁心2的磁极部7上设置防止因永久磁铁而产生的消磁场用的狭缝12，该狭缝12隔断因低矫顽磁力永久磁铁3而产生的磁通和因高矫顽磁力永久磁铁4而产生的磁通。

因为低矫顽磁力永久磁铁3和高矫顽磁力永久磁铁4同样配置在磁极铁心部内，所以，消磁场相互作用，但是，在本实施方式中，因为使狭缝12处于相互之间，所以，能够使因其它的永久磁铁而产生的消磁场的影响小到基本不会受到的程度。因此，低矫顽磁力永久磁铁3在负荷时，不会由于因高矫顽磁力永久磁铁4所产生的消磁场和因负荷电流所产生的消磁场而消磁。另外，因d轴电流的附磁磁场而产生的低矫顽磁力永久磁铁3的磁通的增减也不受高矫顽磁力永久磁铁4的影响，容易进行。另外，使转子铁心2内的永久磁铁3、4均为高矫顽磁力永久磁铁，也能够得到同样的效果。

(第十九实施方式)在上述的第一～第十八实施方式的每一个中，可以是通过定子绕组的电流生成的磁场，使低矫顽磁力永久磁铁的磁化方向向两方向反转的构成。

通过因d轴电流产生的附磁磁场，来降低配置在转子1的径方向或者周方向的永久磁铁的磁通量。仅减少磁通，在附磁的永久磁铁的磁通量为0时，因全部永久磁铁而产生的总交链磁通量达到最小。因此，在本实施方式中，通过进一步将附磁的永久磁铁在反方向磁化，与其它的永久磁铁的磁通相减，能够进一步减小因全部永久磁铁而产生的总交链磁通量。理想的是能够使总交链磁通量为0。据此，即使在无负荷状态下高速运转，被驱动，感应电压也极小，能够得到铁损少的旋转电机。

另外，就上述的第二实施方式以后的永久磁铁的附磁方向而言，与图2所示的第一实施方式相同。

Claims (15)

1.一种永久磁铁式旋转电机，其特征在于，具有：

定子，该定子设置了定子绕组；

转子，所述转子在转子铁心中，配置了具有通过因上述定子绕组的电流而生成的磁场、磁通密度不可逆地变化的程度的矫顽磁力的低矫顽磁力永久磁铁，以及具有上述低矫顽磁力永久磁铁的矫顽磁力的两倍以上的高矫顽磁力的高矫顽磁力永久磁铁，

上述低矫顽磁力永久磁铁被埋入上述转子铁心中，且沿与成为磁极间的中心轴的q轴一致的上述转子的大致半径方向配置，在相对于半径方向呈直角方向被磁化，

上述高矫顽磁力永久磁铁被埋入上述转子铁心中，且被相邻的两个低矫顽磁力永久磁铁在上述转子的内周侧夹持，配置在上述转子的大致周方向，在相对于上述转子的周方向大致呈直角方向被磁化，

在上述转子的径向截面，是上述低矫顽磁力永久磁铁和上述高矫顽磁力永久磁铁包围成为磁极部的转子铁心部分的配置，

上述低矫顽磁力永久磁铁是通过在上述定子绕组流动脉冲电流来改变磁化方向和附磁力，并保持变化后的磁力的永久磁铁。

2.如权利要求1所述的永久磁铁式旋转电机，其特征在于，使上述转子达到最高旋转速度时的上述高矫顽磁力永久磁铁所引起的逆电压在作为该永久磁铁式旋转电机的电源的逆变器电子零件的耐电压以下。

3.如权利要求1所述的永久磁铁式旋转电机，其特征在于，在上述永久磁铁式旋转电机产生最大扭矩时的永久磁铁的磁通量为最大的状态下，因高矫顽磁力永久磁铁而产生的磁通量比低矫顽磁力永久磁铁的最大磁通量少。

4.如权利要求1所述的永久磁铁式旋转电机，其特征在于，上述转子铁心是减小成为上述转子的磁极中心轴的d轴方向的磁阻力，增大成为磁极间的中心轴的q轴方向的磁阻力的形状。

5.如权利要求1所述的永久磁铁式旋转电机，其特征在于，将上述低矫顽磁力永久磁铁在上述转子铁心的外周侧，配置在上述转子的径方向，除该低矫顽磁力永久磁铁的径方向外端部外，使该低矫顽磁力永久磁铁的上述外端部附近的气隙侧铁心部分凹陷。

6.如权利要求1所述的永久磁铁式旋转电机，其特征在于，将上述高矫顽磁力永久磁铁在上述转子铁心的外周侧，配置在上述转子的径方向，除该高矫顽磁力永久磁铁的径方向外端部外，使该高矫顽磁力永久磁铁的上述外端部附近的气隙侧铁心部分凹陷。

7.如权利要求1所述的永久磁铁式旋转电机，其特征在于，上述转子铁心的磁极中央部由上述转子的最大半径的圆弧形成，上述磁极中央部的圆弧的中心角在电度角90～140度的范围。

8.如权利要求1所述的永久磁铁式旋转电机，其特征在于，将上述低矫顽磁力永久磁铁配置在上述转子铁心的外周侧，在该低矫顽磁力永久磁铁的气隙侧端部设置与该低矫顽磁力永久磁铁的厚度相比在周方向长的磁屏障。

9.如权利要求1所述的永久磁铁式旋转电机，其特征在于，为了增大上述转子的成为磁极间的中心轴的q轴方向的磁阻力，而在该转子的磁极部的铁心部分设置狭缝。

10.如权利要求1所述的永久磁铁式旋转电机，其特征在于，在该永久磁铁式旋转电机的电压在供给电源的最大电压附近、或者超过该供给电源的最大电压的高速旋转时，为了使因上述低矫顽磁力永久磁铁和上述高矫顽磁力永久磁铁而产生的交链磁通减少，而通过由上述定子绕组的电流所形成的磁场，使上述低矫顽磁力永久磁铁磁化，调整全部交链磁通量。

11.如权利要求1所述的永久磁铁式旋转电机，其特征在于，在该永久磁铁式旋转电机的电压在供给电源的最大电压以下的低速旋转时，为了使因上述低矫顽磁力永久磁铁和上述高矫顽磁力永久磁铁而产生的交链磁通增加，而通过由上述定子绕组的电流所形成的磁场，使上述低矫顽磁力永久磁铁磁化，在该永久磁铁式旋转电机的电压在供给电源的最大电压附近、或者超过该供给电源的最大电压的高速旋转时，为了使因上述低矫顽磁力永久磁铁和上述高矫顽磁力永久磁铁而产生的交链磁通减少，而通过上述定子绕组的电流所形成的磁场，使上述低矫顽磁力永久磁铁磁化，调整交链磁通量。

12.如权利要求1所述的永久磁铁式旋转电机，其特征在于，通过上述定子绕组的电流所生成的磁场，调整上述低矫顽磁力永久磁铁的磁通量，使因上述低矫顽磁力永久磁铁和上述高矫顽磁力永久磁铁而产生的交链磁通量为0。

13.如权利要求1所述的永久磁铁式旋转电机，其特征在于，使因上述低矫顽磁力永久磁铁而产生的磁通量和因上述高矫顽磁力永久磁铁而产生的磁通量相同。

14.如权利要求1所述的永久磁铁式旋转电机，其特征在于，通过上述定子绕组的电流所生成的磁场，使上述低矫顽磁力永久磁铁的磁化方向从正方向的最大值调整到反方向的最大值。

15.如权利要求1所述的永久磁铁式旋转电机，其特征在于，在上述转子铁心设置狭缝，以便使上述低矫顽磁力永久磁铁以及高矫顽磁力永久磁铁相互作用的消磁场减小。

Images