[发明专利]转子和永磁体式旋转电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于永磁体式旋转电机的转子，该旋转电机包括转子和定子，该转子包括嵌入转子芯内的多个永磁体，该定子通过绕着具有多个槽的定子芯缠绕绕组线而形成，该转子和该定子被配置成其间具有间隙(这种旋转电机被称为磁体嵌入式旋转电机或IPM(内置永磁体)旋转电机)，特别地，涉及一种最适用于大型风力发电机等的永磁体式旋转电机用的转子。

背景技术

由于Nd系烧结磁体的优异磁性，它被越来越多地用于各种目的。近年来，在诸如电动机和发电机等旋转电机领域中，随着设备的重量、厚度、长度、尺寸方面减小、功能方面改进以及变得更加节能，利用Nd系烧结磁体的永磁体式旋转电机已经得以发展。由于除了利用在磁体嵌入转子内部的IPM旋转电机中磁体的磁化所产生的转矩之外，还可以利用转子轭的磁化所产生的磁阻转矩，所以这种电机已经作为高性能旋转电机被研究。由于磁体被嵌入硅钢板等转子轭内部，所以磁体不会因旋转过程中的离心力而飞出。因此，这种旋转电机具有高度的机械安全性，通过控制电流相位可以在高转矩和宽范围转速下运转，并且可以成为节能、高效率和高转矩的电动机。近年来，作为用于电车、混合动力车、高性能空调、工业目的和火车等的电动机或发电机的应用急速扩大。

今后，Nd系烧结磁体预期将被用于大型风力发电机。大型风力发电机要求效率更高、发电量更大、电力品质更好和故障率更低。为此，预期利用Nd系烧结磁体的旋转电机在风力方面的用途今后会急速扩大。

一般而言，由于绕组线造成的反磁场作用，旋转电机中的永磁体易于被消磁，使得磁矫顽力必须等于或高于一定值。由于磁矫顽力随着温度的升高而降低，所以当磁体被用于其中不能忽视因磁体内的涡电流所造成的发热的高速旋转时，要求具有更大室温磁矫顽力的磁体。另一方面，作为磁力大小指标的残余磁通密度需要尽可能高，因为它直接影响发电量。

在Nd系烧结磁体的磁矫顽力和残余磁通密度之间存在权衡关系，使得残余磁通密度随着磁矫顽力的增大而降低。因此，存在的问题是，当具有不必要高的磁矫顽力的磁体用于发电机时，发电量降低。

近年来，根据WO 2006/043348 A1以及Kenichi Machida、Takashi Kawasaki、Shunji Suzuki、Masahiro Ito和Takashi Horikawa的“Grain Boundary Reforming and Magnetic Properties of Nd-Fe-B-based Sintered Magnet(Nd-Fe-B系烧结磁体的晶界重整和磁性)”，Abstracts of Lectures of Japan Society of Powder and Powder Metallurgy(日本粉体和粉末冶金协会的演讲摘要集)，2004年春季大会，第202页中的记载，公开了一种用于增大磁矫顽力而不降低残余磁通密度的方法，其中Dy(镝)或Tb(铽)从烧结磁体的表面朝向内部扩散。因为通过该方法可以在晶界处有效地使Dy和Tb变浓，所以可以增大磁矫顽力，而几乎不降低残余磁通密度。此外，磁体的尺寸越小，Dy或Tb越向内扩散，使得该方法可以适用于小型或薄型磁体。

JP 2008-061333A公开了一种表面磁体式旋转电机(被称为SPM(表面永磁体)旋转电机)，它利用了已经进行过Dy或Tb扩散处理的磁体。可以有效地增大D形磁体的薄部分的磁矫顽力，并且通过向磁体扩散Dy或Tb而获得这种磁体。

发明内容

有鉴于上述情形，完成了本发明；本发明的目的是提供一种适用于具有高输出和抗消磁性的大型永磁体式旋转电机的转子以及永磁体式旋转电机。

为实现上述目的，本发明人进行了努力研究，结果发现，在利用多个永磁体的IPM旋转电机中，使用以下这样的永磁体是有效的：每个永磁体在转子外周侧(即，在定子侧表面区域)的磁矫顽力大于在永磁体内部的磁矫顽力。在额定输出高于1MW的大型风力发电机中，发电机的转子转速最大约为2000rpm。在这种低转速下，磁体中的涡电流不大，发热不会成为问题。因此，关于消磁，不需要考虑由于涡电流造成的磁矫顽力降低。关于消磁，需要考虑由定子线圈造成的反磁场。