CN102545421A

CN102545421A - 埋入磁铁型旋转电机的转子

Info

Publication number: CN102545421A
Application number: CN2011104096048A
Authority: CN
Inventors: 持田敏治; 岛田大志
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明提供对于在轴孔通过过盈配合嵌合旋转轴的转子铁心能抑制转子槽的最内周侧端部的应力集中的埋入磁铁型旋转电机的转子。作用在形成于通过过盈配合在轴孔(3)嵌合旋转轴(4)的转子铁心(2)的转子槽(23A、23B)的最内周侧端部的拉伸应力，在由第一假想圆(K1)及第二假想圆(K2)包围的区域内产生，所述第一假想圆(K1)通过一对转子槽(23A、23B)的最接近轴孔(3)侧的位置，即一端(23a1、23b1)的轴孔(3)侧的端部，并且距离旋转轴中心的半径为r1，所述第二假想圆(K2)距离旋转轴(4)中心的半径为r2。在由该第一假想圆(K1)及第二假想圆(K2)包围的圆周方向区域，涉及局部，隔开规定间隔形成多个应力缓和缝隙(26)。

Description

埋入磁铁型旋转电机的转子

技术领域

本发明涉及在转子铁心埋入永久磁铁的埋入磁铁型旋转电机的转子。

背景技术

作为现有的埋入磁铁型旋转电机一例，可以列举埋入磁铁型同步电机。

埋入磁铁型同步电机是在转子内部具有永久磁铁，使从该永久磁铁产生的磁通量加到根据与定子所具有的励磁线圈的交链磁通量产生的磁矩，利用转子磁阻的磁阻转矩的同步电机。

图4表示埋入磁铁型同步电机的转子(例如，参照专利文献1)。

图4所示的转子1的符号2为由在中央部形成轴孔3的叠层电磁钢板构成的转子铁心，通过过盈配合，将旋转轴4嵌合在轴孔3中。

在转子铁心2设有四个磁极5A～5D。各磁极(例如磁极5A)包括以彼此长度方向在一条直线上延伸的方式形成于转子铁心2的一对矩形的转子槽6A、6B；和内嵌在这些转子槽6A、6B中的励磁用永久磁铁7A、7B，励磁用永久磁铁7A、7B的上表面设为凸极部8。

在一对转子槽6A，6B之间设有，为了连接凸极部8和一对转子槽6A、6B而形成的、用于将励磁用永久磁铁7A、7B之间分开的桥(bridge)9。

在转子铁心2的两翼部，在邻接的磁极5A、5B以及磁极5A、5D之间，形成有用于防止泄漏磁通量的孔10。

在孔10的周缘，设有薄壁部11，上述桥9、薄壁部11的宽度设定为保持机械强度且磁路电磁饱和那样的值。

并且，在转子铁心2，在孔10和轴孔3之间，形成大致圆弧状的缝隙12。

若根据上述结构的转子1，则当轴孔3过盈配合地嵌合于旋转轴4的转子铁心2旋转时，设在孔10与轴孔3之间的缝隙12减少向孔10周缘的才薄壁部11的应力集中。在此，使缝隙12的内周和轴孔3的径向厚度与转子槽6A、6B内周和轴孔3之间的径向厚度相等。

在先技术文献

专利文献

[专利文献1]日本特开2002-354726号公报

但是，专利文献1的转子铁心2在旋转时，在形成桥9的部位(一对转子槽6A，6B的长度方向的端部彼此相对的部位)和轴孔3接近的径向厚度较小的部位也发生应力集中，成为强度较弱的部分。因此，通过设置缝隙12减少薄壁部11的应力集中的专利文献1的转子铁心2不能减少在桥部的转子槽6A、6B的彼此相对的端部的应力集中。

另外，与直线状配置各磁极的励磁用永久磁铁的专利文献1的转子铁心2不同，还存在以朝向径向外方扩展呈张开形状的方式配置各磁极的励磁用永久磁铁的转子铁心，但是，这种转子铁心在接近旋转轴的部分的转子槽产生最大的应力集中。

发明内容

本发明鉴于上述状况而提出，本发明的目的在于，提供对于通过过盈配合在轴孔嵌合旋转轴的转子铁心能抑制转子槽的接近旋转轴部位的应力集中的埋入磁铁型旋转电机的转子。

为了达到上述目的，本发明涉及的埋入磁铁型旋转电机的转子的第一方式包括：圆板形状的转子铁心；通过过盈配合嵌合在设置于该转子铁心的中央部的轴孔中的旋转轴；沿着所述转子铁心的圆周方向设置的多对转子槽；以沿着圆周方向相邻的磁极为异极性的方式嵌合在所述多对转子槽中的励磁用永久磁铁；在所述励磁用永久磁铁的上表面形成的凸极部；和在各对转子槽之间，以连接所述凸极部与所述转子铁心的方式形成的桥，在该埋入磁铁型旋转电机的转子中，在比所述多对转子槽的最内周部更靠所述旋转轴的位置的所述转子铁心的圆周上，形成有多个用于缓和作用在该转子槽的最内周侧端部的应力集中的应力缓和缝隙。

根据该构成，作用在形成于通过过盈配合在轴孔嵌合旋转轴的转子铁心的转子槽的最内周侧端部的圆周方向的拉伸应力，在各磁极的一对转子槽的靠近轴孔侧的区域产生。本发明的转子铁心在与产生拉伸应力的位置相同区域，即，在比沿圆周方向设置有多对转子槽的区域更靠旋转轴的位置的圆周上设有多个应力缓和缝隙，因此，能抑制转子槽的最内周侧端部的应力集中。

另外，本发明涉及的埋入磁铁型旋转电机的转子的第二方式是在上述第一方式的埋入磁铁型旋转电机的转子中，所述应力缓和缝隙形成在沿圆周方向与连接所述旋转轴的中心与桥部的圆周方向中央位置的假想线错开的位置，所述桥部在所述各对转子槽之间，连接所述凸极部和该转子槽的内侧的转子铁心。

根据该发明，应力缓和缝隙形成在沿圆周方向与各对转子槽的最接近上述旋转轴的部位错开的位置，因此，不会与形成在各对转子槽之间的桥部发生干涉，能将应力缓和缝隙的周向两端部的圆角形成的较大，能抑制在应力缓和缝隙产生的应力最大值。

进而，本发明涉及的埋入磁铁型旋转电机的转子的第三方式是在上述第二方式中，所述应力缓和缝隙形成在连接所述旋转轴的中心与所述桥部的圆周方向中央部的假想线的相邻的假想线之间的圆周方向的中央位置。

根据该构成，在连接所述桥部的圆周方向的中心和所述旋转轴的假想线和与该假想线相邻的假想线之间的圆周方向的中央位置形成应力缓和缝隙，因此，能更可靠地避免与转子槽的干涉。

另外，本发明涉及的埋入磁铁型旋转电机的转子的第四方式是在上述第一方式至第三方式的任一方式中，所述各对转子槽以朝向所述转子铁心的径向外方呈张开形状扩展的方式形成在所述转子铁心上。

根据该构成，以朝向所述转子铁心的径向外方呈张开形状扩展的方式形成的转子铁心，应力集中在转子槽的最内周侧端部，但形成在各磁极的一对转子槽和轴孔之间的应力缓和缝隙可靠地缓和在转子槽的最内周侧端部的内侧产生的圆周应力。

另外，本发明涉及的埋入磁铁型旋转电机的转子的第五方式是在上述第四方式的埋入磁铁型旋转电机的转子中，所述各对转子槽形成为朝向所述旋转轴的中心轴凸的V字形状。

根据该构成，与上述第四方式相同，应力集中在转子槽的最内周侧端部，但是形成在各磁极的一对转子槽和轴孔之间的应力缓和缝隙可靠地缓和在转子槽的最内周侧端部的内侧产生的圆周应力。

发明的效果。

根据本发明涉及的埋入磁铁型旋转电机的转子，在通过过盈配合嵌合旋转轴的转子铁心上，通过在比多对转子槽的最内周侧端部更靠上述旋转轴的位置的该转子铁心的圆周上形成的多个应力缓和缝隙，能缓和作用在各转子槽的最内周侧端部的应力集中。

附图说明

图1是表示构成本发明一实施方式的埋入磁铁型同步电机的转子的转子铁心的图。

图2是放大表示图1所示的转子铁心的主要部分的图。

图3是表示当将本发明的转子适用于埋入磁铁型同步电机时，通过FEM分析，进行对于转子铁心的应力缓和缝隙的配置半径和在转子铁心产生的拉伸应力最大值的分析的结果的图表。

图4是表示构成现有的埋入磁铁型同步电机的转子的转子铁心的图。

符号说明

2-转子铁心

3-轴孔

4-旋转轴

8-凸极部

20-转子

22A～22F-磁极

23A、23B-转子槽(slot)

23a1、23b1-转子槽的一端

24A、24B-励磁用永久磁铁

25-桥部

26-应力缓和缝隙(slit)

K1-第一假想圆

K2-第二假想圆

K3-假想线

具体实施方式

下面边参照图1和图2边详细说明用于实施本发明的方式(以下，记为“实施方式”)。与图4所示构成相同构成部分，标以相同符号，并省略说明。

图1表示作为埋入磁铁型旋转电机的一实施方式的埋入磁铁型同步电机的转子20。

本实施方式的转子20在中央部形成轴孔3的由圆板形状的叠层钢板构成的转子铁心2上，设有例如六个磁极22A～22F。

如图2所示，磁极22A包括：在转子铁心2形成为朝向旋转轴4的中心轴凸的V字形状(以朝向径向外方张开形状扩展的方式形成)的一对转子槽23A、23B；和内嵌在上述转子槽23A、23B中的励磁用永久磁铁24A、24B。

一对转子槽23A、23B是开口为梯形形状(或长方形形状)的槽，以各自长度方向的延长线交叉为V字状，V字状顶部接近轴孔3的方式形成在转子铁心2上。将与上述一对转子槽23A、23B嵌合的励磁用永久磁铁24A、24B配置成V字状。在此，一对转子槽23A、23B包括：嵌合励磁用永久磁铁24A、24B的磁铁嵌合部24a；和在该磁铁嵌合部24a的图1中观察时的两端形成的防止泄漏磁通量的开口部24b。

在彼此相对的一对转子槽23A、23B的一端23a1、23b1之间，设有连接转子铁心2的凸极部8侧和形成轴孔3的部位的桥25。另外，其他磁极22B～22F也采用与上述磁极22A相同的结构。

在此，如图1及图2所示，在本实施方式的转子铁心2在由第一假想圆K1和第二假想圆K2所包围的圆周方向的区域，隔开规定间隔形成多个应力缓和缝隙26。即，多个应力缓和缝隙26形成在不与各磁极22A～22F的转子槽23A、23B搭接的、比转子槽23A、23B更靠向旋转轴4的位置的圆周上。在此，第一假想圆K1是与转子槽23A、23B的最内周侧端部相接的内接圆。另外，第二假想圆K2是从第一假想圆K1沿半径方向距离缩小与应力缓和缝隙26的缝隙宽度大致对应部分的圆。

各应力缓和缝隙26为在周向两端部设有能抑制应力集中的圆角26a的圆弧形状的缝隙。

如图2所示，若将连接一对转子槽23A、23B的最接近轴孔3侧的位置(与一端23a1、23b1的轴孔3侧的端部相接的位置)和旋转轴4的中心轴的线设为假想线K3，则各应力缓和缝隙26形成在不与假想线K3直接相交的位置。即，各应力缓和缝隙26形成在与一对转子槽23A、23B的最接近轴孔3侧的位置在圆周方向上错开的位置。

通过热装或压入等过盈配合，将旋转轴4嵌合在本实施方式的转子铁心2的轴孔3中。

在过盈配合地嵌合了旋转轴4的转子铁心2上，仅受到来自旋转轴4的内压，产生下式(1)所示的作为圆周方向的拉伸应力的圆周应力σθ：

σθ＝[(p0×r0²)/(r1²-r0²)]×(1+r1²/r²) (1)

其中，p0为在旋转轴4和轴孔3的接触面产生的面压，r0为旋转轴4的半径，r1是成为转子槽23A、23B的半径方向最内侧的内接圆的第一假想圆K1的半径，r是转子铁心2的从旋转轴4中心的距离即半径。

根据式(1)可知，作用在转子铁心2的圆周应力σθ在各磁极22A～22F的转子槽23A、23B的内侧，接近轴孔3的部位，即半径r与半径r0一致时成为最大。并且，随着向着半径r比半径r0大的部位，即从轴孔3向外周侧而减少。

并且，在设有六组转子槽23A、23B的转子铁心2的外周侧，几乎不产生因将旋转轴4过盈配合地嵌合在轴孔3而产生的圆周应力。

但是，在转子槽23A、23B的最内周侧的端部，即，与桥部25相对的端部的最内周部，产生比较大的应力集中。其理由如下，在通过转子槽23A、23B的最内周侧的端部的假想圆K1内侧，即轴孔3侧，转子铁心在圆周方向360°相连，可以说与轴孔3周缘部相比圆周应力较小，与转子铁心2的外周侧相比，产生较大的圆周应力。

本发明人利用有限要素分析法(以下，称为“FEM分析”)对抑制转子槽23A、23B的最内周侧端部的应力集中的应力缓和缝隙26的半径方向的设置位置和在转子铁心2的与转子槽23A、23B的最内周侧端部相接的部位即上述假想圆K1上产生的圆周应力的关系进行分析。

图3表示该分析结果。在该图3中，横轴表示应力缓和缝隙26的内周侧缘和旋转轴4的中心的半径r，纵轴表示在转子铁心2产生的圆周应力最大值σ。

在该图3中可以看出，当应力缓和缝隙26的内侧侧缘的半径r与上述假想圆K1的半径r1一致时，在转子铁心2产生的圆周应力的最大值σ成为比较大的值。并且，若应力缓和缝隙26的内侧侧缘的半径r为比假想圆K1的半径r1长，即，应力缓和缝隙26的内侧侧缘成为假想圆K1的外侧时，则在转子铁心2产生的圆周应力的最大值σ增加。

相对于此，若应力缓和缝隙26的内侧侧缘的半径r为比假想圆K1的半径r1短，即，应力缓和缝隙26的内侧侧缘成为假想圆K1的内侧时，则在转子铁心2产生的圆周应力的最大值σ减少。

并且，若应力缓和缝隙26的内侧侧缘的半径r减少到第二假想圆K2的半径r2，则在转子铁心2产生的圆周应力的最大值σ成为最小值σ_min，进而，若应力缓和缝隙26的内侧侧缘的半径r比半径r2进一步减少，则接近轴孔3，因过盈配合引起的圆周应力自身变大，所以由应力缓和缝隙26引起的应力缓和效果较弱，在转子铁心2产生的圆周应力σ转为增加。

从该图3可知，如上述现有例那样，使应力缓和缝隙26的内周侧和轴孔3之间的径向厚度与转子槽24A、24B内周和轴孔3之间的径向厚度相等的情况下，在转子铁心2间产生的圆周应力的最大值σ成为接近最大值σ_MAX的值，不能充分抑制在转子槽23A、23B的最内周侧端部产生的应力集中。

因此，若将应力缓和缝隙26的内侧侧缘的半径r设定为比假想圆K1，即，与转子槽23A、23B的最内周侧端部相接的内接圆小，在该半径r上形成多个应力缓和缝隙26，则使在转子铁心2的转子槽23A、23B的最内周侧端部的内侧发生的圆周应力的最大值σ减少。因此，能发挥对于转子槽23A、23B的最内周侧端部的应力缓和的效果。

但是，若使得应力缓和缝隙26的内侧侧缘的半径r比假想圆K2的半径r2短，则接近轴孔3因过盈配合引起的圆周应力自身变大，因此，r0部的应力增大。

因此，若根据本实施方式的转子20，即使在旋转轴4过盈配合地嵌合的转子铁心2，发生圆周方向拉伸应力，即圆周应力，在转子铁心2上，通过在从各磁极22A～22F的转子槽23A、23B的最内周侧端靠近轴孔3的位置形成的多个应力缓和缝隙26，也能缓和转子槽23A、23B的最内周侧端的圆周应力。因此，能抑制转子槽23A、23B的最内周侧端部的应力集中。

另外，各应力缓和缝隙26形成在沿周向与一对转子槽23A、23B的最接近轴孔3侧的位置错开的位置，因此，能够以与形成在一对转子槽23A、23B之间的桥部25不干涉的方式，使各应力缓和缝隙26的周向两端部的圆角26a形成较大，能抑制在各应力缓和缝隙26产生的应力集中。

上面参照附图说明了本发明的实施方式，但本发明并不局限于上述实施方式。在本发明技术思想范围内可以作种种变更，它们都属于本发明的保护范围。

例如，本实施方式表示将励磁用永久磁铁24A、24B呈V字状地埋设在一对转子槽23A、23B的结构，但是，也可以是以朝向转子铁心的径向外方，扩展成张开形状的方式将一对励磁用永久磁铁埋设在一对转子槽中的其他形状，例如呈U字状的形状地埋设。另外，即使如表示现有技术例的图4那样，将永久磁铁24A、24B眼连接线方向直线状配置的情况下，通过在转子槽的最内周侧的圆周上形成应力缓和缝隙，也能使得转子槽的最内周侧端部的应力集中减少。

另外，在本实施方式中，说明了在转子铁心2形成六极的情况，但本发明并不局限于此，在转子铁心2形成的极数可以设定为任意的偶数极数。

另外，在本实施方式中，说明了由过盈配合引起圆周应力，但是，当使得转子20高速旋转时，也施加有离心力引起的拉伸应力，因此，优选也考虑因该离心力引起的拉伸应力，决定应力缓和缝隙26的形成位置。

另外，本实施方式作为埋入磁铁型旋转电机，说明了适用埋入磁铁型同步电机的情况，但本发明并不局限于此，例如，对于埋入磁铁型发电机也能适用本发明。

Claims

1.一种埋入磁铁型旋转电机的转子，其包括：

圆板形状的转子铁心；

通过过盈配合嵌合在设置于该转子铁心的中央部的轴孔中的旋转轴；

沿着所述转子铁心的圆周方向设置的多对转子槽；

以在圆周方向相邻的磁极为异极性的方式嵌合在所述多对转子槽中的励磁用永久磁铁；

在所述励磁用永久磁铁的上表面形成的凸极部；和

在各对转子槽之间，以连接所述凸极部与所述转子铁心的方式形成的桥，

该埋入磁铁型旋转电机的转子的特征在于：

在比所述多对转子槽的最内周部更靠所述旋转轴的位置的所述转子铁心的圆周上，形成有多个用于缓和作用在该转子槽的最内周侧端部的应力集中的应力缓和缝隙。

2.如权利要求1所述的埋入磁铁型旋转电机的转子，其特征在于：

所述应力缓和缝隙形成在相对于连接所述旋转轴的中心与桥部的圆周方向中央位置的假想线在圆周方向错开的位置，所述桥部在所述各对转子槽之间，连接所述凸极部和该转子槽的内侧的转子铁心。

3.如权利要求2所述的埋入磁铁型旋转电机的转子，其特征在于：

所述应力缓和缝隙形成在连接所述旋转轴的中心与所述桥部的圆周方向中央部的假想线的相邻的假想线之间的圆周方向的中央位置。

4.如权利要求1～3中任一项所述的埋入磁铁型旋转电机的转子，其特征在于：

所述各对转子槽以朝向所述转子铁心的径向外方呈张开形状扩展的方式形成在所述转子铁心上。

5.如权利要求4所述的埋入磁铁型旋转电机的转子，其特征在于：

所述各对转子槽形成为朝向所述旋转轴的中心轴凸的V字形状。