CN103490538B - 永久磁铁同步电动机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于，提供一种能够防止永久磁铁的破断的永久磁铁同步电动机及使用该永久磁铁同步电动机的驱动系统。本申请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的永久磁铁；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侧的肋，永久磁铁具有中央部和位于中央部的两端的侧部，中央部与磁铁收容孔之间的在径向上的间隙比侧部与肋之间的在径向上的间隙窄。

Description

永久磁铁同步电动机

技术领域

本发明涉及一种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Interior Permanent Magnet(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。因此，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公开了一种埋入有永久磁铁的收容孔在径向内侧呈凸状的永久磁铁埋入式转子。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侧的铁心截面积，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3507680号公报

发明要解决的问题

对于专利文献1的在径向内侧呈凸状的永久磁铁收容孔的形状，在因转子的旋转引起的离心力、因紧急加速及紧急停止引起的惯性力的作用下，永久磁铁在永久磁铁收容孔内移动。并且，使离心力及惯性力由永久磁铁的磁极间侧端部集中承受，担心导致永久磁铁的破断及材料特性劣化。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种抑制永久磁铁的破断及材料特性的劣化的永久磁铁同步电动机。

解决方案

本申请发明的永久磁铁同步电动机包括转子和定子，其中，转子具备：以向径向内侧凸出的方式构成的永久磁铁；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侧的转子铁心；和位于转子铁心的磁极间侧且磁铁收容孔的径向外侧的肋，永久磁铁具有中央部和位于中央部的两端的侧部，中央部与磁铁收容孔之间的在径向上的间隙比侧部与肋之间的在径向上的间隙窄。

发明效果

根据本发明，能够抑制永久磁铁的破断及材料特性的劣化。

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4是本发明的第一实施例的其他方式的永久磁铁同步电动机的一个极的局部剖视图。

图5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6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。

附图标记说明如下：

1      转子

2a     径向外侧的转子铁心

2b     径向内侧的转子铁心

3      永久磁铁

4      永久磁铁收容孔

5      轴孔

6      肋

11     连结部

30     定子

40     中央部

41     侧部

42     弯曲点

43     中央部40的与磁化方向50平行的面

44     中央部40的与磁化方向50垂直的面

45、46 弯曲点42与转子铁心2的接触点

50     磁极的中央部的磁化方向

60     惯性力

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由转子1和定子30构成。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的径向外侧的转子铁心2、位于转子铁心2的磁极间侧且永久磁铁收容孔4的径向外侧的肋6。

图2是本发明的第一实施例中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通过连结部11连结。另外，永久磁铁3的每个极在周向上至少具有两处弯曲点42。在弯曲点42之间设有相对于磁化方向垂直延伸的中央部40。另外，永久磁铁3设有以弯曲点42为始端而向磁极的端部侧延伸的至少两个侧部41。

上述永久磁铁3的形状与U字形状相同地能够增大磁铁磁通产生面的表面积，并且，永久磁铁3的径向外侧的铁心截面积变大，因此，能够积极地有效利用磁阻转矩。

然而，在永久磁铁3上作用有因转子1的旋转引起的离心力、因紧急加速及紧急停止引起的惯性力。在该离心力、惯性力的作用下，永久磁铁3在永久磁铁收容孔4内部移动。

对于铁氧体磁铁，由于在烧成工序中在成形体上产生弯曲，因此将与该弯曲部分相当的厚度在切削加工中除去，将影响尺寸公差大到几百μm。铁氧体磁铁弯曲大，产生比稀土类磁铁大几倍的间隙的情况也不稀奇。另外，铁氧体磁铁与稀土类磁铁相比，剩余磁通密度低，且与转子铁心2之间的磁吸引力弱。因此，铁氧体磁铁与稀土类磁铁相比，容易在永久磁铁收容孔4内部移动，从而容易引起永久磁铁的破断及材料特性的劣化。

因此，在本实施例中，使磁极间侧端部间隙的在径向上的宽度T1比中央部40与径向外侧的转子铁心2a之间的在径向上的间隙T3、或侧部41与径向外侧的转子铁心2a之间的在径向上的间隙T2长。

根据该结构，在永久磁铁3的磁极间侧端部与肋6接触之前，中央部40或侧部41与转子铁心2接触，因此，能够避免永久磁铁3的磁极间侧端部与肋6接触。因此，能够避免在特定部位集中施加离心力的情况，从而能够可靠防止永久磁铁3的破断及材料特性的劣化。

另外，永久磁铁3在转子1的因紧急加速及紧急停止引起的惯性力的作用下向旋转方向移动。在间隙T3比间隙T2窄的情况下，通过离心力使中央部40与转子铁心2接触，但不限于侧部41与转子铁心2接触。即，在因紧急加速及紧急停止引起的惯性力作用下，侧部41与转子铁心2有接触或分离的可能性。

因此，在本实施例中，使中央部40与径向外侧的转子铁心2a之间的在径向上的间隙T3比侧部41与径向外侧的转子铁心2a之间的在径向上的间隙T2长。根据该结构，在离心力作用下，能够维持侧部41向径向外侧的转子铁心2a的接触，在惯性力作用下，能够防止侧部41与转子铁心2接触或分离的情况。

如此，通过使侧部41与转子铁心2面接触而使离心力、惯性力分散，从而能够避免在特定部位集中施加离心力、惯性力。因此，能够抑制永久磁铁3的破断及材料特性的劣化。

需要说明的是，通过将侧部41形成为直线形状，从而能够使侧部41与转子铁心2之间的磁吸引力相同，因此，能够使侧部41与转子铁心2更可靠地面接触。

如图3所示，可以为永久磁铁3的磁极间侧的端部的长度比肋6的长度短且削去角的结构。根据该结构，能够可靠地避免永久磁铁3的磁极间侧的端部的角与肋6接触。

进而，如图3所示，可以在永久磁铁3的磁极间侧的端部设置中央部40的与磁化方向50垂直的面44。可以以中央部40的与磁化方向50垂直的面44为底而放置永久磁铁3，从而能够容易地加工永久磁铁3。

另外，可以设置中央部40的与磁化方向50平行的面43。

进而，能够通过弯曲点42阻止永久磁铁3在与永久磁铁收容孔4接触的接触面上滑动移动。需要说明的是，在本实施例中，对永久磁铁3具有两处弯曲点42的情况进行了说明，但只要是阻止永久磁铁3滑动的结构，也可以是只具有一处弯曲点42的结构、以及不具有弯曲点42而通过突起、磨擦等阻止滑动的结构。

另外，通过使永久磁铁3的磁极间侧的端部由圆弧形状构成，能够使离心力、惯性力分散。

此外，通过将弯曲点42与转子铁心2的接触点45及接触点46以圆弧形状构成，能够使离心力、惯性力分散。

进而，通过使弯曲点42与转子铁心2的接触点45处的径向外侧的转子铁心2a的圆弧半径比永久磁铁3的圆弧的半径大，能够避免弯曲点42与转子铁心2的接触点45处的永久磁铁3与转子铁心2的接触。

另外，通过使弯曲点42与转子铁心2的接触点46处的径向内侧的转子铁心2b的圆弧半径比永久磁铁3的圆弧半径小，能够避免弯曲点42与转子铁心2的接触点46处的永久磁铁3与转子铁心2的接触。

如以上那样，能够抑制永久磁铁收容孔4内的铁氧体磁铁晃动，抑制噪音的产生，并且，能够防止磁铁的破断及材料特性的劣化。

需要说明的是，如图4所示，即使永久磁铁3为径向外侧的转子铁心2a和径向内侧的转子铁心2b分别构成的分割铁心，也能够获得同样的效果。

例举了如下方法，即，径向外侧的转子铁心2a与永久磁铁3的接触面、以及径向内侧的转子铁心2b与永久磁铁3的接触面分别通过粘接剂粘接固定的方法；在径向外侧的转子铁心2a与径向内侧的转子铁心2b的截面的一部分设置沿轴向贯通的螺栓孔，并且，在轴向端部以厚壁的挡板作为结构部件设置，利用通过螺栓孔的螺栓使转子铁心2与永久磁铁3成为一体的连结的方法等。通过上述结构，能够去除作为结构体设置的肋6，因此能够降低从永久磁铁3向肋6的漏磁通，从而提高转矩及永久磁铁同步电动机的效率。

需要说明的是，可以按一极将永久磁铁3沿周向分割而构成，但由于与相邻的磁铁间产生的间隙及永久磁铁的尺寸公差相当的量的磁通产生面积消失，其结果是导致性能降低。因此，优选永久磁铁3在周向上不分割而一体构成。

另外，在永久磁铁3的弯曲点42之间设有相对于磁化方向垂直延伸的直线部分，但可以向径向内侧凸出地弯曲，可以由向径向内侧凸出的多个直线部分构成。

另外，永久磁铁3使用铁氧体磁铁那样的保磁力、剩余磁通密度比较低的永久磁铁。

此外，转子铁心2可以由在轴向上层叠的层叠钢板构成，可以由磁粉芯等构成，也可以由非结晶金属等构成。

另外，本发明并没有限定为内转型转子，也可以应用于外转型转子。

实施例2

图5是表示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。与中央部40的磁化方向垂直的方向的中央部40的长度W1比与侧部41的磁化方向垂直的方向的侧部41的长度W2长。根据该结构，能够降低作用在永久磁铁3的旋转方向上的惯性力。

针对上述的原理，使用图6详细说明。当转子1的紧急停止、失调时，如图6所示，在永久磁铁3上施加作为旋转方向上的力的惯性力60。此时，惯性力60最集中的部分为弯曲点42与转子铁心2的接触点45，在弯曲点42与转子铁心2的接触点45处的应力的大小可以用弯曲点42与转子铁心2的接触点45至惯性力60的作用点的距离与惯性力60的积、即弯曲力矩来表示。

即，通过缩短弯曲点42与转子铁心2的接触点45至惯性力60的作用点的距离的合计值，能够降低施加在弯曲点42与转子铁心2的接触点45上的弯曲力矩。

因此，如图5所示，通过使W2的长度比W1小，而尽量减小弯曲力矩，能够降低向弯曲点42与转子铁心2的接触点45的应力集中，从而能够抑制永久磁铁3的破断及材料特性的劣化。

如以上说明的那样，本申请发明的永久磁铁同步电动机为包括转子和定子的永久磁铁同步电动机，转子具备：以向径向内侧凸出的方式构成的永久磁铁3；用于配设永久磁铁3的永久磁铁收容孔4；位于永久磁铁收容孔4的径向外侧的径向外侧的转子铁心2a；位于径向外侧的转子铁心2a的极间侧且永久磁铁收容孔4的径向外侧的肋6，永久磁铁3具有中央部40和位于中央部40的两端的侧部41，中央部40与永久磁铁收容孔4之间的在径向上的间隙比侧部41与肋6之间的在径向上的间隙窄。

另外，本申请发明的永久磁铁同步电动机中，侧部41与永久磁铁收容孔4之间的在径向上的间隙比侧部41与肋6之间的在径向上的间隙窄。

此外，本申请发明的永久磁铁同步电动机中，永久磁铁3至少具有两处弯曲点42，中央部40位于两处的弯曲点42之间。

另外，本申请发明的永久磁铁同步电动机中，中央部40与永久磁铁收容孔4之间的在径向上的间隙比侧部41与永久磁铁收容孔4之间的在径向上的间隙窄。

此外，本申请发明的永久磁铁同步电动机中，侧部41及永久磁铁收容孔4具有与侧部41的磁化方向垂直的肋面，侧部41的肋面比永久磁铁收容孔4的肋面小。

另外，本申请发明的永久磁铁同步电动机中，侧部41具有与中央部40的磁化方向垂直的面。

此外，本申请发明的永久磁铁同步电动机中，永久磁铁3具有连接中央部40与侧部41的圆弧部，永久磁铁收容孔4具有收容圆弧部的圆弧收容部，圆弧部的径向外侧的直径比圆弧收容部的径向外侧的直径小。

另外，本申请发明的永久磁铁同步电动机中，中央部40与磁化方向垂直的方向的中央部40的长度W1比侧部41与磁化方向垂直的方向的侧部41的长度W2长。

Claims (7)

1.一种永久磁铁同步电动机，该永久磁铁同步电动机包括转子和定子，其中，

所述转子具备：

以向径向内侧凸出的方式构成的永久磁铁；

用于配设所述永久磁铁的磁铁收容孔；

位于所述磁铁收容孔的径向外侧的转子铁心；和

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侧的肋，

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，

所述中央部与所述磁铁收容孔之间的在径向上的间隙比所述侧部与所述肋之间的在径向上的间隙窄，所述侧部不与所述肋接触。

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，

所述永久磁铁至少具有两处弯曲点，

所述中央部位于所述两处弯曲点之间。

3.一种永久磁铁同步电动机，该永久磁铁同步电动机包括转子和定子，其中，

所述转子具备：

以向径向内侧凸出的方式构成的永久磁铁；

用于配设所述永久磁铁的磁铁收容孔；

位于所述磁铁收容孔的径向外侧的转子铁心；和

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侧的肋，

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，

所述侧部与所述磁铁收容孔之间的在径向上的间隙比所述侧部与所述肋之间的在径向上的间隙窄，所述侧部不与所述肋接触。

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，

所述中央部与所述磁铁收容孔之间的在径向上的间隙比所述侧部与所述磁铁收容孔之间的在径向上的间隙窄。

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，

所述侧部具有与所述中央部的磁化方向垂直的面。

6.根据权利要求5所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，

所述永久磁铁具有连接所述中央部与所述侧部的圆弧部，

所述永久磁铁收容孔具有收容所述圆弧部的圆弧收容部，

所述圆弧部的径向外侧的直径比所述圆弧收容部的径向外侧的直径小。

7.根据权利要求6所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，

与所述中央部的磁化方向垂直的方向上的所述中央部的长度比与所述侧部的磁化方向垂直的方向上的所述侧部的长度长。