CN103326486A - 转子以及旋转电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的一种转子,其具有:筒状的转子铁芯,多个磁铁埋设槽呈放射状地排列于该转子铁芯;以及铁氧体磁铁和钐系磁铁。铁氧体磁铁及钐系磁铁在设置于转子的磁铁埋设槽内沿径向并列设置。

Description

转子以及旋转电机
本申请享有于2012年3月19日提出的日本专利申请编号2012-061829的优先权利益,并将此日本专利申请的全部内容引用于本申请。
技术领域
本发明涉及一种转子以及旋转电机。
背景技术
先前,作为使用于旋转电机的转子之一,例如有以在转子铁芯外周形成磁极面的方式在转子铁芯内配置永久磁铁的转子、即所谓的永久磁铁嵌入型转子。
在上述永久磁铁嵌入型转子中,通常使用磁力大的稀土类烧结磁铁作为永久磁铁,以获得所希望的磁力特性。此外,为进一步提高磁力特性,组合配置上述稀土类烧结磁铁和稀土类粘结磁铁的转子亦为世人所知。
作为上述先前技术的相关文献,例如有日本专利特开2009-112121号公报。
然而,包括上述专利文献1在内的以往的转子所使用的磁铁,不管是烧结磁铁还是粘结磁铁,都是使用了极其昂贵的Nd(钕)的稀土类磁铁。而且,对于使用Nd(钕)的稀土类磁铁,为了保持温度特性就需要更昂贵的Dy(镝),所以这种状况下很难达到降低成本的目的。
本发明鉴于上述情况而完成,其目的在于提供一种转子以及旋转电机,成本低廉且能够获得所希望的磁力特性。
发明内容
本发明的一种形态的转子,具有:筒状的转子铁芯,多个磁铁埋设槽呈放射状地排列于该转子铁芯;以及铁氧体磁铁和钐系磁铁,在所述磁铁埋设槽内沿径向并列设置。
根据本发明的一种形态的转子,即使使用廉价的铁氧体磁铁,也能够获得所希望的磁力特性。
附图说明
以下,参照附图阅读下述发明的详细说明,能够容易地对本发明进行更为完整的认识,并理解相关的优点。
图1是表示实施方式1的马达(旋转电机)的主要结构的说明图。
图2是实施方式1的转子的说明图。
图3是设置于转子铁芯的磁铁埋设槽的说明图。
图4是该实施方式1的变形例1的马达(旋转电机)的说明图。
图5是该实施方式1的变形例2的马达(旋转电机)的说明图。
图6是实施方式2的马达(旋转电机)的说明图。
图7是该实施方式2的变形例1的马达(旋转电机)的说明图。
图8是该实施方式2的变形例2的马达(旋转电机)的说明图。
具体实施方式
本实施方式涉及的一种转子,具有:筒状的转子铁芯,多个磁铁埋设槽呈放射状地排列于该转子铁芯;以及铁氧体磁铁和钐系磁铁,在上述磁铁埋设槽内沿径向并列设置。
以下,参照附图对本发明要揭示的转子、以及作为配备该转子的旋转电机的马达的实施方式进行详细说明。但是,本发明不限定于以下实施方式中的示例。
(实施方式1)
图1是表示实施方式1的作为旋转电机的马达1的简要结构的说明图,图2是该马达1配备的转子10的说明图,图3是设置于转子铁芯11的磁铁埋设槽2的说明图。在此,在图1及图3中,通过平面剖视图来示意性地表示整体的1/2。
如图1所示,本实施方式的马达1具备:圆筒状的转子10;以及圆筒状的定子20,隔着规定间隙与转子10的外周面相向配置。
定子20,在大致呈圆筒状的框架(未图示)上热装有包含层积了多个电磁钢板而成的层积铁芯的定子铁芯210,定子铁芯210卷绕有线圈220,该线圈末端利用树脂成型。在定子铁芯210的内周侧,沿周向形成有向径向中心突出的多个齿部230,在形成于上述齿部230之间的槽240内收纳有线圈220。
如图2所示,转子10具有:筒状的转子铁芯11,多个磁铁埋设槽2呈放射状地排列于该转子铁芯11;旋转心轴30(参照图1),嵌插于该转子铁芯11;以及永久磁铁,配置在磁铁埋设槽2内。转子铁芯11由圆环状的多个电磁钢板110层积而成的层积铁芯而形成,磁铁埋设槽2在周向上隔着一定间隔而形成。
通常,作为马达1的转子10使用的是极其昂贵但具有高磁性的钕(Nd)磁铁,而性能次劣的铁氧体磁铁3即使廉价也几乎不使用。然而,在本实施方式中,使用就是铁氧体磁铁3,却得以实现一种马达1(旋转电机),其不仅能够发挥所希望的磁性并且在成本上具有优势。
具体而言,并不是单独地使用铁氧体磁铁3,而是组合该铁氧体磁铁3和稀土类磁铁之一的钐系磁铁,并以规定形态配置于转子10。
实施方式1中,使用较钕磁铁廉价但具有基本相等磁性的钐铁氮磁铁(Sm-Fe-N磁铁)4作为钐系磁铁。而且,结构为将上述铁氧体磁铁3和钐铁氮磁铁4在磁铁埋设槽2内以径向贴紧的状态并列设置。如图2所示,铁氧体磁铁3以及钐铁氮磁铁4形成为沿转子铁芯11轴向延伸的棒状。钐铁氮磁铁4是以橡胶或塑料等树脂为粘合剂的具有柔韧性的粘结磁铁。另一方面,铁氧体磁铁3是以粉末烧结而成形的烧结磁铁。不过,铁氧体磁铁3亦可是与钐铁氮磁铁4相同的粘结磁铁。
如图3所示,磁铁埋设槽2具有在转子铁芯11的径向划分的第1区域21和第2区域22。上述第1区域21和第2区域22,均是沿周向的宽度基本相等的矩形形状,磁铁埋设槽2整体是在径向上为长边的大致矩形。
本实施方式中,在位于转子铁芯11外周侧的第1区域21配置铁氧体磁铁3,并在位于转子铁芯11内周侧的第2区域22配置性能较高的钐铁氮磁铁4。
下面对铁氧体磁铁3和钐铁氮磁铁4进行比较,就成本而言,铁氧体磁铁3极其廉价,而钐铁氮磁铁4则相对昂贵。另一方面,就性能而言,如果以表示性能指标之一的最大磁能积来表示,铁氧体磁铁3是4~5兆高奥(高斯奥斯特)[GOe],而钐铁氮磁铁4则是12~14兆高奥[GOe]。
在此,在将永久磁铁设置于转子10时,永久磁铁的尺寸因素和马达特性之间的关系,已知的是转子铁芯11径向的永久磁铁的长度和马达特性具有较强的关系。
因此,权衡铁氧体磁铁3和钐铁氮磁铁4的各种性能和性价比,来决定铁氧体磁铁3和钐铁氮磁铁4在各转子铁芯11中的径向长度,可获得所希望的容许范围内的马达特性。
如图所示,在本实施方式的转子10中,相对性能较高的钐铁氮磁铁4的尺寸(转子铁芯11中径向的长度尺寸)约为铁氧体磁铁3的1/2左右。即使使用上述尺寸比例亦能够获得希望的马达特性。
这种情况下,理所当然地,在磁铁的整体大小即磁铁使用量方面,与铁氧体磁铁3相比昂贵的钐铁氮磁铁4明显减少。因此,能够最大限度地抑制成本上升。
此外,在本实施方式的转子10中,将钐铁氮磁铁4配置在形成于转子铁芯11内周侧的第2区域22。
也就是说,由于钐铁氮磁铁4磁性高、磁力也极高,所以需要注意在磁体附近的操作(handling)。此点,由于钐铁氮磁铁4是粘结磁铁,所以例如可将形成于转子铁芯11的磁铁埋设槽2用作模具。也就是说,在第2区域22内将以钐铁氮为主要成分的磁铁粉末和粘合剂用树脂的混合后的材料注塑从而可注射成型出钐铁氮磁铁4。
(变形例1)
图4是变形例1的马达(旋转电机)1的说明图。如图所示,此处,在位于转子铁芯11外周侧的第1区域21配置钐铁氮磁铁4,并在位于转子铁芯11内周侧的第2区域22配置铁氧体磁铁3。使用该变形例1的转子10,也能够获得所希望的马达特性。
另外,此处也是作为转子铁芯11中的径向长度尺寸,将磁性低的铁氧体磁铁3加长。也就是说,在位于转子铁芯11内周侧的第2区域22,配置长边相对长的铁氧体磁铁3。
如此,从图1及图4可知,铁氧体磁铁3及钐铁氮磁铁4的磁铁埋设槽2内的径向配设位置为,哪一个在内周侧哪一个在外周侧均可。
在此,在本变形例中,将难以操作的钐铁氮磁铁4配置在形成于转子铁芯11外周侧的第1区域21。因此,即使在钐铁氮磁铁4形成为棒状之后再安装于转子铁芯11,亦无较大困难。
但是,在上述的实施方式中,使用钐铁氮磁铁4作为与铁氧体磁铁3组合的钐系磁铁。因此,如图1~图4所示,磁铁埋设槽2的第1区域21和第2区域22均可为沿周向的宽度基本相同的矩形形状,而能够容易地形成磁铁埋设槽2。
(变形例2)
图5是变形例2的马达(旋转电机)1的说明图。如图所示,此处,使磁铁埋设槽2大致呈扇形,在位于转子铁芯11外周侧的相对较宽的第1区域21配置铁氧体磁铁3,并在位于转子铁芯11内周侧的相对较窄的第2区域22配置钐系磁铁。
也就是说,磁铁埋设槽2具有在转子铁芯11径向上划分、且沿周向的宽度不同的第1区域21和第2区域22。而且,在相对较宽的第1区域21配置铁氧体磁铁3,而在相对较窄的第2区域22配置钐系磁铁。使用该变形例2的转子10,也能够获得希望的马达特性。
在此,使相对较宽的第1区域21形成于转子铁芯11的外周侧,并使相对较窄的第2区域22形成于转子铁芯11的内周侧,不过也可将第1区域21和第2区域22反过来配置。
钐系磁铁,如图所示,可使用上述的钐铁氮磁铁4,或者亦可使用如后述所示的具有仅次于钕磁铁磁力的钐钴磁铁(Sm-Co磁铁)。
在此,在该变形例2中,钐系磁铁沿周向的宽度较铁氧体磁铁3的窄,所以能够抑制成本的大幅上升。
(实施方式2)
下面参照图6,对实施方式2的马达1以及转子10进行说明。图6是实施方式2的马达1的说明图。以下对于与上述的实施方式相同的结构要素赋予相同的符号并省略其详细说明。
在本实施方式的马达1和上述实施方式的马达1中,定子20的结构两者是相同的,但是转子10的结构是不同的。
具体而言,使用钐钴磁铁(Sm-Co磁铁)5替代钐铁氮磁铁4作为钐系磁铁。
此外,如图所示,使相对较宽的第1区域21形成于转子铁芯11的内周侧,并使相对较窄的第2区域22形成于转子铁芯11的外周侧。而且,一方面在形成于转子铁芯11内周侧的相对较宽的第1区域21配置铁氧体磁铁3,另一方面在形成于转子铁芯11外周侧的相对较窄的第2区域22配置钐钴磁铁(Sm-Co磁铁)5。即,在磁铁埋设槽2内,以相互紧贴的状态将铁氧体磁铁3配置在内周侧、钐钴磁铁5配置在外周侧。
如上所述,钐钴磁铁5被视为具有仅次于钕磁铁的磁力,如果以最大磁能积来表示,大约为32兆高奥[GOe]。因此,能够提高转子10的磁负荷,并能够实现小型轻量的马达1。
再者,钐钴磁铁5在温度特性方面优于钕磁铁。因此,本实施方式的转子10以及使用该转子10的马达1,在高温环境下也能充分发挥其用途。
此外,如图所示,在本实施方式的转子10中,性能较高的钐钴磁铁5的尺寸(在转子铁芯11径向上的长度尺寸)约为铁氧体磁铁3的1/2左右,不过也能够获得所希望的马达特性。
而且,此时钐钴磁铁5沿周向的宽度亦较铁氧体磁铁3的窄,所以在磁铁的整体大小即磁铁使用量方面,与铁氧体磁铁3相比,昂贵的钐钴磁铁5明显变小。因此,能够最大限度地抑制成本上升。
(变形例1)
图7是实施方式2变形例1的马达1(旋转电机)的说明图。如图所示,此处,在位于转子铁芯11外周侧的第1区域21配置铁氧体磁铁3,并在位于转子铁芯11内周侧的第2区域22配置钐钴磁铁5。使用该变形例1的转子10,亦可获得希望的马达特性。
如此,从图6以及图7可知,即便在铁氧体磁铁3以及钐钴磁铁5的组合中,上述磁铁埋设槽2内的径向配设位置为,哪一个在内周侧哪一个在外周侧均可。
在此,钐钴磁铁5是烧结磁铁,粘结磁铁的任何一种形态均可使用。
(变形例2)
图8是表示实施方式2的马达(旋转电机)的变形例2的说明图。在本变形例2的马达1中,其特征在于转子10的磁铁埋设槽2的结构。
也就是说,如图所示,磁铁埋设槽2的第2区域22由相距规定间隔而相向的一对第1细槽22C和第2细槽22C形成。即,使相对较宽的第1区域21形成于转子铁芯11外周侧,并使相对较窄的第2区域22形成于转子铁芯11内周侧。而且,由第1细槽22C和第2细槽22C形成第2区域22,并将两者配置在第1区域21的宽度范围内。
由于采用上述结构,相对较宽的铁氧体磁铁3位于转子铁芯11外周侧,因而上述铁氧体磁铁3彼此之间的电磁钢板的宽度变窄。因此,可抑制随电磁钢板宽度增加而增加的电感值。此外,与图6所示的结构相比,加长了相邻的铁氧体磁铁3、3彼此之间的距离,能够难以使反磁场施加到铁氧化磁铁3,可防止退磁耐受量的降低。
此外,本变形例的转子10中,在第1、第2细槽22C、22C中的转子铁芯11内周侧分别形成有空隙部61。
通过形成上述空隙部61、61,能够防止不是在第1区域21的宽度范围内相向而是相邻的第1、第2细槽22C、22C之间的磁通量泄漏。
此外,从防止磁通量泄漏的观点来看,在本变形例中,在形成于转子铁芯11外周侧的相对较宽的第1区域21的转子铁芯11内周侧,形成有防止铁氧体磁铁3、3彼此之间磁通量泄漏的第2空隙部62。在此,空隙部61、61以及第2空隙部62的形状为矩形,但并不限定于此形状。
如此,在本变形例中,在转子铁芯11外周侧配置铁氧体磁铁3,并将被分割为两个长条状的钐钴磁铁5配置在转子铁芯11内周侧。其结果,在抑制电感值的增加、并且维持规定的退磁耐受量的状态下,能够减少钐钴磁铁5的使用量。
在此,在上述的各实施方式中,如果将构成旋转心轴30以及转子铁芯11的电磁钢板的连接部分改为非磁性体,可进一步防止磁通量的泄漏,而能够进一步提高马达特性。
如上所述,在本实施方式的转子10以及马达1中,即使使用廉价的铁氧体磁铁3,也能够获得希望的磁力特性或马达特性。
在此,在上述的实施方式中,作为马达1以旋转电机为例进行了说明,当然本发明也同样适用于发电机。
本领域的技术人员可容易地演绎出上述实施方式的更进一步的效果或变形例等。因此,本发明的范围并不限定于如以上所表述且记述的特定的详细及具有代表性的实施方式。并且,在不脱离根据附上的权利要求书及其同等物定义的具有总结性的发明概念的精神与范围内,可进行各种变更。

Claims (9)

1.一种转子,其特征在于具有:
筒状的转子铁芯,多个磁铁埋设槽呈放射状地排列于该转子铁芯;以及
铁氧体磁铁和钐系磁铁,在所述磁铁埋设槽内沿径向并列设置。
2.如权利要求1所述的转子,其特征在于,
所述磁铁埋设槽具有在所述转子铁芯径向上划分、且沿周向的宽度不同的第1区域和第2区域,
在相对较宽的所述第1区域配置所述铁氧体磁铁,在相对较窄的所述第2区域配置所述钐系磁铁。
3.如权利要求2所述的转子,其特征在于,
所述第1区域形成于所述转子铁芯的外周侧,所述第2区域形成于所述转子铁芯的内周侧。
4.如权利要求3所述的转子,其特征在于,
所述第2区域包含相距规定间隔且相向的一对第1细槽和第2细槽。
5.如权利要求4所述的转子,其特征在于,
在所述第1细槽及所述第2细槽中的所述转子铁芯的内周侧分别形成空隙部。
6.如权利要求2所述的转子,其特征在于,
所述第1区域形成于所述转子铁芯的内周侧,所述第2区域形成于所述转子铁芯的外周侧。
7.如权利要求1至6中任何一项所述的转子,其特征在于,
所述钐系磁铁为钐钴磁铁。
8.一种旋转电机,其特征在于具备:
权利要求1至6中任何一项所述的转子;以及
隔着空隙与所述转子的外周面相向配置的定子。
9.如权利要求8所述的旋转电机,其特征在于,
所述钐系磁铁为钐钴磁铁。
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