CN103475124B

CN103475124B - 永久磁铁同步电动机

Info

Publication number: CN103475124B
Application number: CN201310054278.2A
Authority: CN
Inventors: 高桥晓史; 丸山惠理; 湧井真一
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Priority date: 2012-06-06
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2033-02-20
Also published as: CN103475124A; CN105743250A; CN105743250B; JP2013255326A

Abstract

本发明的目的在于确保肋的强度并且降低漏磁通。永久磁铁同步电动机具备：以向径向内侧凸出的方式构成且用于配设永久磁铁的磁铁收容孔；位于磁铁收容孔的径向外周侧的转子铁心；位于转子铁心的磁极间侧且磁铁收容孔的径向外周侧的肋；和位于磁铁收容孔及肋的磁极间侧的连结部，肋包括：位于连结部侧的连结部侧肋；位于转子铁心侧的转子铁心侧肋；位于连结部侧肋及转子铁心侧肋之间的中央肋，连结部侧肋的宽度比中央肋的宽度宽。

Description

永久磁铁同步电动机

技术领域

本发明涉及永久磁铁同步电动机。

背景技术

在永久磁铁同步电动机中，广泛采用在转子中埋设有永久磁铁的InteriorPermanentMagnet(以下称为“IPM”)结构。在IPM结构的永久磁铁同步电动机中埋设的永久磁铁开始使用廉价且能够容易筹措的铁氧体磁铁。

然而，永久磁铁的性能用剩余磁通密度和保磁力这两个物理量来表示，铁氧体磁铁的剩余磁通密度及保磁力为钕磁铁的约1/3。从而，在将当前广泛使用的钕磁铁置换为铁氧体磁铁的情况下，导致性能明显降低。

专利文献1中，公开了如下的永久磁铁埋入式转子，其中，埋入有永久磁铁的收容孔为大致凹字状，且该收容孔的转子外周面侧宽敞而朝向转子内径侧变窄。根据专利文献1，通过增大磁铁磁通的产生面积，且增大永久磁铁的径向外周部的铁心截面积，从而能够积极地有效利用磁阻转矩而实现性能的提高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4666726号公报

发明要解决的问题

IPM结构的永久磁铁同步电动机用转子保持永久磁铁，因此，将称作肋的磁轭部设置在永久磁铁收容孔的外周侧。

当转子旋转时，在永久磁铁及转子铁心上作用有离心力。该离心力成为弯曲力矩而作用在肋上。因此，为了由肋来保持旋转时不产生破断及变形的强度，需要扩宽肋的宽度。

另一方面，永久磁铁的磁通中存在向肋泄漏而不产生转矩的漏磁通。该漏磁通的量增大到使肋磁饱和。换言之，导致肋磁饱和的磁通为漏磁通。在永久磁铁采用了铁氧体磁铁之类的残留磁通密度低的磁铁的情况下，在引起肋磁饱和之前，需要比较大的比例的漏磁通，主磁通相对减少。因此，为了减少向肋漏磁通的比例，需要缩窄肋的宽度。

即，为了确保肋的强度而扩宽肋的宽度、以及为了减少向肋泄漏的漏磁通的比例而缩窄肋的宽度为相反的关系。因此，在专利文献1的转子的结构中，为了确保肋的强度，必须扩宽肋的宽度，漏磁通增加。

发明内容

本发明的目的在于确保肋的强度并且降低漏磁通。

解决方案

本发明的永久磁铁同步电动机具备：以向径向内侧凸出的方式构成且配设永久磁铁的磁铁收容孔；位于磁铁收容孔的径向外周侧的转子铁心；位于转子铁心的磁极间侧且磁铁收容孔的径向外周侧的肋；和位于磁铁收容孔及肋的磁极间侧的连结部，肋包括：位于连结部侧的连结部侧肋；位于转子铁心侧的转子铁心侧肋；和位于连结部侧肋及转子铁心侧肋之间的中央肋，连结部侧肋的宽度比中央肋的宽度宽。

发明效果

根据本发明，能够确保肋的强度并且降低漏磁通。

附图说明

图1是本发明的第一实施例的永久磁铁同步电动机的整体图。

图2是本发明的第一实施例的永久磁铁同步电动机的一个极的局部剖视图。

图3是本发明的第二实施例的永久磁铁同步电动机的一个极的局部剖视图。

图4是永久磁铁同步电动机旋转时的应力分布图。

附图标记说明如下：

1转子

2转子铁心

3永久磁铁

4永久磁铁插入孔

5轴孔

6肋

8磁化方向间隙

11连结部

30定子

31空隙

41侧部

42弯曲点

45、46弯曲点42与转子铁心2的接触点

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施例进行说明。

实施例1

图1是本发明的第一实施例的永久磁铁同步电动机的整体图。永久磁铁同步电动机包括转子1和定子30。转子1具有：以向径向内侧凸出的方式构成的永久磁铁收容孔4；位于永久磁铁收容孔4的径向外周侧的转子铁心2；和位于转子铁心2的磁极间侧且永久磁铁收容孔4的径向外周侧的肋6。

图2是本发明的第一实施例的永久磁铁同步电动机的一个极的局部剖视图。在永久磁铁收容孔4上配设有永久磁铁3。永久磁铁收容孔4与相邻的极的永久磁铁收容孔4由连结部11连结。

通常，从永久磁铁3产生的磁通透过转子铁心2，经由转子1与定子30之间的空间(以下称为“空隙31”。)31向定子30透过，从而产生转矩。有助于该转矩的产生的磁通被称为主磁通或有效磁通。

另一方面，与肋6邻接的永久磁铁的磁通与空隙31相比，磁阻向相对小的肋6泄漏，不产生转矩。因此，对转矩的产生没有帮助的磁通称为漏磁通。

当肋6因漏磁通而磁饱和时，成为与空隙31相同程度的磁阻。即，当漏磁通达到一定水准时，剩余的磁通为透过空隙31的主磁通。

永久磁铁3不按每个极在周向上分割而一体构成，每个极在周向上至少有两处弯曲点42a、42b。侧部41a、41b以弯曲点42a、42b为始端，朝向与磁化方向垂直的方向且磁极的端部侧延伸。

在此，在永久磁铁收容孔4的磁极间侧的端部，磁极中央侧的永久磁铁收容孔4的外周侧端部至转子1的端部的长度(以下称为“肋6b的宽度”)为L1，磁极间侧的永久磁铁收容孔4的外周侧端部至转子1的外周侧端的长度(以下称为“肋6c的宽度”)为L2；肋6的在直线方向上的中点的永久磁铁收容孔4的外周侧端部至转子1的外周侧端的长度(以下称为“肋6a的宽度”)为L0。

当转子1旋转时，永久磁铁3及转子铁心2作用有离心力。相对于该离心力，位于两端的连结部11作为支点而发挥作用，位于两端的肋6作为梁而发挥作用。肋6c与肋6a、6b相比接近作为支点的连结部11，施加在肋6c上的弯曲力矩比肋6a、6b大。因此，如图4所示，在肋6c处的应力集中比肋6a大。

在本实施例中，根据作用于肋6的弯曲力矩的分布，使肋6c的宽度L2比肋6a的宽度L0宽，从而使肋6c的刚性比肋6a高。

另一方面，肋6b位于与转子铁心2连结的位置，因此，宽度急剧变化。因此，应力集中在肋6b附近，局部施加高的应力。因此，如图4所示，在肋6b处的应力集中比肋6a更大。

因此，在本实施例中，由于使肋6b的宽度L1比肋6a的宽度L0宽，因此，能够防止肋6的形状急剧变化，避免应力集中。

如此，根据作用在肋6的力调节肋6的宽度，由此能够避免必要以上地扩宽肋6整体的宽度，与肋6的宽度相同相比，能够降低漏磁通的比例。

需要说明的是，可以只采用肋6b的宽度L1比肋6a的宽度L0宽、和肋6c的宽度L2比肋6a的宽度L0宽中的任一种。

进而，在本实施例中采用的向径向内侧凸出的永久磁铁收容孔4与直线形状的磁铁收容孔相比，在转子铁心2的在径向上的宽度大。因此，在转子铁心2与肋6之间，径向上的宽度急剧变化，因此，6b附近应力集中。因此，在本实施例中，使肋6b的宽度L1比肋6c的宽度L2宽，使从肋6的直线方向的中点至磁极中央侧的肋6的面积A1比肋6的直线方向的中点至磁极间侧的肋6的面积A2大。

进而，在永久磁铁收容孔4的磁极间侧的端部，通过使磁极中央侧成为半径R1的圆弧，使磁极间侧成为半径R2的圆弧，从而根据弯曲力矩及应力集中调节肋6的宽度。

另外，通过使半径R1与半径R2的合计值比磁铁的磁化方向上的厚度T2小，能够在肋6设置直线部分，从而避免向肋6a的应力集中。

另外，在转子1上且转子铁心2的径向外周侧设有突出部12。通过设置突出部12，能够进一步扩宽肋6b的宽度L1，提高应力集中的肋6b的刚性。突出部12的径向外周侧的宽度在肋6b的宽度L1的一半以下，通过设置突出部12，避免应力集中在肋6b上。

此外，通过设置突出部12，铁心截面积变大，还能够增加磁阻转矩。

需要说明的是，为了实现进一步的磁阻转矩的增加，可以使突出部12的径向外周侧的宽度在肋6b的宽度L1的一半以上。

另外，转子铁心2由在轴向上层叠的层叠钢板、磁粉芯、或非结晶金属等构成。

此外，对永久磁铁3的侧部41a、41b为与磁化方向垂直的方向且朝向磁极的端部侧延伸的结构的情况进行了说明，但可以可以是以向径向内侧凸出的方式弯曲的弯曲结构。或者，侧部41a、41b可以由向径向内侧凸出的多个侧部构成。

另外，永久磁铁3的弯曲点42和转子铁心2的接触点45、46可以由圆弧构成，也可以构成为折线状。

此外，作为永久磁铁3例举了铁氧体磁铁，但不只局限于铁氧体磁铁。

另外，对内转型转子进行了说明，但也可以使用外转型转子。

实施例2

磁极的中央部40的磁化方向间隙8a的宽度T1比侧部41a、41b中的磁化方向间隙8b的宽度T2宽。

在永久磁铁3上作用离心力，产生弯曲力矩而作用在肋6上。通过使磁化方向间隙8a的宽度T1比磁化方向间隙8b的宽度T2宽，使作用在永久磁铁3的中央部40的离心力经由侧部41a、41b而作用在转子铁心2上。

侧部41a、41b为比中央部40还接近连结部11的位置。因此，能够减弱因永久磁铁3的中央部40的离心力导致的作用在肋6上的弯曲力矩。因此，由于肋6的强度能够富余，因此，能够缩窄肋宽度，降低向肋6泄漏的漏磁通的比例。

进而，通过使永久磁铁3的侧部41a、41b的直线长度W2比中央部40的直线长度W1长，从而能够增加接近连结部11的部位的永久磁铁3的比例。因此，能够减弱因永久磁铁3的离心力导致的作用在肋6的弯曲力矩，从而能够缩窄肋宽度而降低向肋6泄漏的漏磁通的比例。

需要说明的是，也可以采用不同时采用使磁化方向间隙8a的宽度T1比磁化方向间隙8b的宽度T2宽、使永久磁铁3的侧部41a、41b的直线长度W2比中央部40的直线长度W1长的结构，而只采用其中一种。

如以上说明那样，本发明的永久磁铁同步电动机具备：以向径向内侧凸出的方式构成且用于配设永久磁铁的磁铁收容孔；位于磁铁收容孔的径向外周侧的转子铁心；位于转子铁心的磁极间侧且磁铁收容孔的径向外周侧的肋；和位于磁铁收容孔及肋的磁极间侧的连结部，肋包括：位于连结部侧的连结部侧肋；位于转子铁心侧的转子铁心侧肋；和位于连结部侧肋及转子铁心侧肋之间的中央肋，连结部侧肋的宽度比中央肋的宽度宽。

另外，本发明的永久磁铁同步电动机中，转子铁心侧肋的宽度比中央肋的宽度宽。

此外，本发明的永久磁铁同步电动机中，转子铁心侧肋的宽度比连结部侧肋的宽度宽。

另外，本发明的永久磁铁同步电动机中，在磁铁收容孔的磁极间侧端部中，磁极中央侧的形状为半径R1的圆弧，磁极间侧的形状为半径R2的圆弧，半径R1与半径R2的合计值比永久磁铁的磁化方向厚度小。

此外，本发明的永久磁铁同步电动机具备位于转子铁心侧肋及转子铁心的径向外径侧的突出部。

另外，本发明的永久磁铁同步电动机中，永久磁铁具有中央部和位于中央部的两端的侧部，中央部的磁化方向上的间隙比侧部的磁化方向上的间隙大。

此外，本发明的永久磁铁同步电动机中，永久磁铁具有中央部和位于中央部的两端的侧部，侧部的与磁化方向垂直的方向上的长度比中央部的直线长度长。

Claims

1.一种永久磁铁同步电动机，其中，

所述永久磁铁同步电动机具备：

以向径向内侧凸出的方式构成且用于配设永久磁铁的磁铁收容孔；

位于所述磁铁收容孔的径向外周侧的转子铁心；

位于所述转子铁心的磁极间侧且所述磁铁收容孔的径向外周侧的肋；和

位于所述磁铁收容孔及所述肋的磁极间侧的连结部，

所述肋包括：

位于所述连结部侧的连结部侧肋；

位于所述转子铁心侧的转子铁心侧肋；和

位于所述连结部侧肋及所述转子铁心侧肋之间的中央肋，

所述连结部侧肋的宽度比所述中央肋的宽度宽，

所述永久磁铁具有中央部和位于所述中央部的两端的侧部，

所述中央部的磁化方向上的间隙比所述侧部的磁化方向上的间隙大。

2.根据权利要求1所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，

所述转子铁心侧肋的宽度比所述中央肋的宽度宽。

3.根据权利要求2所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，

所述转子铁心侧肋的宽度比所述连结部侧肋的宽度宽。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，

在所述磁铁收容孔的磁极间侧端部，磁极中央侧的形状为半径R1的圆弧，磁极间侧的形状为半径R2的圆弧，

半径R1与半径R2的合计值比所述永久磁铁的磁化方向上的厚度小。

5.根据权利要求4所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，

所述永久磁铁同步电动机具备突出部，该突出部位于所述转子铁心侧肋及所述转子铁心的径向外径侧。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，

所述侧部的与磁化方向垂直的方向上的长度比所述中央部的直线长度长。