永磁体型旋转电机及车辆驱动系统技术方案

在转子铁心(6)上，以朝向转子(5)的外周面呈略U字形状的方式排列设置有用于嵌入永磁体(9a)的磁体插入孔(9)，并且，在嵌入磁体插入孔(9)中的永磁体(9a)的与其磁化方向正交的方向上的两侧面部形成有空洞部(9b)，在由多个永磁体构成的一个极的永磁体组中，在嵌有永磁体的一个磁体插入孔(9)与相邻的磁体插入孔(9)之间、或者该一个磁体插入孔(9)与转子铁心(6)的外周部之间，设有沿转轴(51)的方向贯穿转子铁心(6)的通风孔(7)，通风孔(7)配置在与磁体插入孔(9)一同形成略U字形状的位置上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】永磁体型旋转电机及车辆驱动系统
本专利技术涉及一种车辆用电动机等旋转电机，尤其涉及一种在转子内部配置有永磁体的永磁体型旋转电机中的转子结构。
技术介绍
作为转子内部配置有永磁体的旋转电机的一种，存在内置有永磁体的电动机(永磁体型电动机)。该永磁体型电动机作为高效率的电动机为人所知，其与广泛使用于各种领域的异步电动机相比较，由于是通过内置于转子中的永磁体产生磁通，因而不需要励磁电流，并且，由于无需像异步电动机那样向转子导体供给电流，因而不会产生二次铜耗。以往，铁路车辆都使用异步电动机，但是，近年来，为了提高效率、实现小型高输出化以及简化冷却结构，正在研究使用永磁体型同步电动机。另外，永磁体型电动机大致分为：在转子表面贴装有永磁体的表面磁体结构的电动机(SPM电动机：SurfacePermanentMagnetMotor)、和在转子内部嵌有永磁体的内嵌磁体结构的电动机(IPM电动机：InteriorPermanentMagnetMotor)。但是，由于车辆用电动机会以每分钟数千转的速度旋转，因而必须要确保高速旋转时永磁体的耐离心力强度。因此，也可以认为车辆用电动机主要限定为IPM电动机。目前，在用于驱动车辆用电动机的逆变器中，一般采用以硅(Si)为基底而形成的开关元件(以下称为“Si元件”)。因此，为了提高包括IPM电动机和逆变器在内的综合效率，必须减少供给IPM电动机的电流(电动机电流)，而为了确保所需的电动机输出，必须提高IPM电动机的输出电压。例如在下述专利文献1中，当IPM电动机达到最大转速时，IPM电动机的无负载感应电压在架空线电压以上。另外，在专利文献2中公开的IPM电动机呈下述形状，即：每极呈V字型地配置有两个转子磁体，并且在V字型的中央部设有冷却用的导热部件。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利特开2008-79418号公报专利文献2：日本专利特开2011-259691号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题如上所述，在现有的车辆用电动机(IPM电动机)中，无负载感应电压在架空线电压以上。因此，例如在IPM电动机的端子间产生架空线电压以上的感应电压时，若逆变器发生故障，则必须对从IPM电动机流向架空线侧的电流进行控制，从而存在元器件数量增加，控制变复杂等问题。另外，通过例如减少IPM电动机的定子绕组的匝数、或者增加定子绕组的并联电路数量，能够使无负载感应电压在架空线电压以下。但是，在该方法中存在另一个问题，即：IPM电动机的电阻值和电感变小，从而谐波电流容易在IPM电动机的定子上重叠，从而导致IPM电动机的铁损增加，由此制约了包括IPM电动机和逆变器等驱动电路在内的综合效率的提高。另外，如上述专利文献2所示那样配置有导热部件时，由于导热部件位于阻碍磁阻转矩的磁路的位置上，因而存在磁阻转矩降低这一问题。本专利技术是鉴于上述技术问题开发而成，其目的在于提供一种能够在减少永磁体的数量的同时抑制磁阻转矩降低，并且能够提高包括逆变器等驱动电路在内的综合效率的永磁体型旋转电机及车辆驱动系统。解决技术问题所采用的技术方案为了解决上述技术问题，从而达成目的，本专利技术的永磁体型旋转电机的特征在于，通过具备由宽带隙半导体构成的开关元件的逆变器进行驱动，所述永磁体型旋转电机具备定子和转子，所述定子构成为将定子线圈收纳在切槽的内部，所述转子具有被配置为能够隔着旋转空隙而相对于所述定子进行旋转的转子铁心，并且在该转子铁心的内部，每极嵌有多个永磁体，在所述转子铁心上，朝向转子的外周面呈略U字形状排列设置有用于嵌入所述永磁体的磁体插入孔，并且，在嵌入各个所述磁体插入孔中的永磁体的与其磁化方向正交的方向上的两侧面部形成有空洞部，在由多个所述永磁体构成的一个极的永磁体组中，在嵌有所述永磁体的一个磁体插入孔与相邻的磁体插入孔之间、或者该一个磁体插入孔与所述转子铁心的外周部之间，设有沿轴向贯穿所述转子铁心的通风孔，所述通风孔配置在与所述磁体插入孔一同形成所述略U字形状的位置上。专利技术效果根据本专利技术，由于通风孔沿着磁路且与磁体相邻而配置，因而具有能够对永磁体进行冷却但不会阻碍磁阻转矩的磁路这一效果。另外，由于逆变器使用宽带隙半导体，因而具有能够提高包括逆变器等驱动电路在内的综合效率这一效果。附图说明图1是作为本专利技术第一实施方式涉及的永磁体型旋转电机的一例的永磁体型电动机的轴向剖面图。图2是图1所示的永磁体型电动机的A-A线向视剖面图。图3是将磁阻转矩的磁路表示于图2的剖面图上的部分剖面图。图4是表示永磁体型电动机的转速与无负载感应电压之间的关系的仿真结果的图。图5是与现有方法相比较，对电动机控制的新控制方法进行说明的图。图6是表示执行本专利技术的新方法的车辆驱动系统的一个结构例的图。图7是用于说明第二实施方式中的转子结构的部分剖面图。图8是说明第二实施方式中的通风孔的配置位置的图。图9是用于说明第三实施方式中的转子结构的部分剖面图。图10是说明第三实施方式中的通风孔的配置位置的图。具体实施方式以下，参照附图，对本专利技术实施方式涉及的永磁体型旋转电机及车辆驱动系统进行说明。另外，本专利技术并不限定于以下所示的实施方式。第一实施方式.图1是作为本专利技术第一实施方式涉及的永磁体型旋转电机一例的永磁体型电动机1的轴向剖面图。在图1中，例如在铁路车辆用的情况下构成为：转轴驱动侧部51a经由联轴器(未图示)及减速齿轮(未图示)与铁路车辆的车轴(未图示)连接，从而驱动安装在车轴上的车轮(未图示)而使车辆行驶。在具有与转轴51呈一体的转子铁心6而构成的转子5上，形成有多个沿转轴51的轴向贯穿转子5的通风孔7。冷却用风扇52以能够使经由吸气口53吸入的冷却风58在通过通风孔7后经由排气口56排出的方式安装在转轴驱动侧部51a上。在机架54的机内侧，定子铁心3与转子铁心6相对而配置，并且在该定子铁心3上安装有定子绕组4。另外，定子2由定子铁心3和定子绕组4构成。接着，参照图2对定子2和转子5的结构进行说明。图2是图1所示的永磁体型电动机的A-A线向视剖面图。定子铁心3呈圆筒形状，并且在定子铁心3的内周部侧，通过例如以等角间距且间隔地形成36个切槽3a而形成有36个齿3b。定子绕组4通过例如分布绕法而被卷绕收纳在切槽3a中，以使得在该定子绕组4的内部包含有规定数量的齿3b。转子5具备转子铁心6和永磁体9a，并被配置为能够隔着旋转空隙18而相对于定子2进行旋转，其中，转子铁心6例如是将规定数量的磁性钢板层叠并形成为一体而制成的，其外周面为圆筒面，并且该转子铁心6被形成为：将两个磁体插入孔9与一个通风孔7设为一组，且呈等角间距地排列有六组(即，总共有12个磁体插入孔9和6个通风孔7)，永磁体9a分别被收纳在各磁体插入孔9内。另外，在将永磁体9a嵌入磁体插入孔9内时，在永磁体9a的两侧面部形成空洞部9b。由两个磁体插入孔9和一个通风孔7构成的一组以朝向转子铁心6的外周面(外周方向)开口(换而言之，朝向转子中心凸起)的方式被配置(形成)为略U字形状。在该一组中，磁体插入孔9位于外周侧的两端部，通风孔7位于中央部(转轴51侧)。永磁体9a以箭头所示的磁化方向(磁通方向)在与相邻组之间交替的方式进行配置。即，第一实施方式的永磁体型电动机1的转子5构成为：以永磁体9a的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁体型旋转电机，其特征在于，所述永磁体型旋转电机通过具备由宽带隙半导体构成的开关元件的逆变器进行驱动，所述永磁体型旋转电机具备定子和转子，所述定子构成为将定子线圈收纳在切槽的内部，所述转子具有被配置为能够隔着旋转空隙而相对于所述定子进行旋转的转子铁心，并且在该转子铁心的内部，每极嵌有多个永磁体，在所述转子铁心上，以朝向转子的外周面呈略U字形状的方式排列设置有用于嵌入所述永磁体的磁体插入孔，并且，在嵌入各个所述磁体插入孔中的永磁体的与其磁化方向正交的方向上的两侧面部形成有空洞部，在由多个所述永磁体构成的一个极的永磁体组中，在嵌有所述永磁体的一个磁体插入孔与相邻的磁体插入孔之间、或者该一个磁体插入孔与所述转子铁心的外周部之间，设有沿轴向贯穿所述转子铁心的通风孔，所述通风孔配置在与所述磁体插入孔一同形成所述略U字形状的位置上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种铁路车辆驱动系统，该铁路车辆驱动系统包括：永磁体型电动机、具备由宽带隙半导体构成的开关元件且对所述永磁体型电动机进行驱动的逆变器、以及控制所述逆变器的控制部，所述铁路车辆驱动系统的特征在于，在构成所述永磁体型电动机的转子铁心的内部，每极以朝向转子的中心凸起的方式排列设置有用于嵌入多个永磁体的磁体插入孔，在由多个所述永磁体构成的一个极的永磁体组中，在嵌有所述永磁体的一个磁体插入孔与相邻的磁体插入孔之间、或者该一个磁体插入孔与所述转子铁心的外周部之间，设有沿轴向贯穿所述转子铁心的通风孔，所述控制部在所述永磁体型电动机达到最大转速为止的整个控制区域中，以使目标电流固定不变并且使目标电压与转速成比例地增加的方式对所述逆变器进行控制。2.根据权利要求1所述的铁路车辆驱动系统，其特征在于，所述控制部仅通过使目标电压与转速成比例地增加的PWM控制模式对所述逆变器进行控制，以使得所述永磁体型电动机达到所述最大转速时的无负载感应电压小于架空线电压的中心值。3.根据权利要求1所述的铁路车辆驱动系统，其特征在于，所述磁体插入孔及所述通风孔以朝向所述转子的外周面呈略U字形状的方式排列设置，且设置为不会阻碍磁阻转矩的磁路。4.根据权利要求3所述的铁路车辆驱动系统，其特征在于，在所述转子铁心中，除了位于外周部侧的永磁体之外，在永磁体的两侧都设有通风孔。5.根据权利要求3所述的铁路车辆驱动系统，其特征在于，每极的所述永磁体的数量与所述通风孔的数量的和为奇数。6.根据权利要求3所述的铁路车辆驱动系统，其特征在于，每极的所述永磁体的数量为3以上的奇数个，并且，在所述永磁体组的中央部和所述永磁体组的最...

【专利技术属性】
技术研发人员：金子健太，枦山盛幸，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP