CN103518313A - 永磁体型旋转电机 - Google Patents

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CN103518313A CN201180070835.9A CN201180070835A CN103518313A CN 103518313 A CN103518313 A CN 103518313A CN 201180070835 A CN201180070835 A CN 201180070835A CN 103518313 A CN103518313 A CN 103518313A
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Abstract

本发明的目的在于提供一种永磁体型旋转电机。在转子铁心(6)中，以向着转子中心且呈凸形的方式来形成对每1极埋入多个永磁体的磁体插入孔(7a～7c)，在转子铁心(6)的极间部(22)，以磁极间的中心线作为基准，对各个磁极都设置呈对称形的一对磁通控制孔(20a、20b)，在将磁通控制孔(20a、20b)的直径设为d，将中心间距设为m，将极间部(22)的宽度设为b，将磁极间的极间距设为τ时，以利用极间距τ对中心间距m进行标准化后得到的m/τ的值满足0.08<m/τ<(b-2d)/τ的方式来设置该磁通控制孔(20a、20b)。

Description

永磁体型旋转电机
技术领域
本发明涉及车辆电动机等的旋转电机，特别涉及在转子的内部配置有永磁体的旋转电机的转子的结构。
背景技术
现有一种使用永磁体来作为转子的磁场产生单元的永磁体式电动机，而且还已知有一种为了在高转速区域中使用该永磁体式电动机而将永磁体埋入转子的内部以提高耐离心力性的磁体埋入型电动机(Interior PermanentMagnet Motor：下面称为“IPM电动机”)(例如，下述的专利文献1)。
在该专利文献1所记载的IPM电动机中，提出了在转子的极间部(q轴)设置槽(狭缝)以降低转矩脉动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国专利特开2009-118731号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在上述专利文献1的技术中，必须使形成于q轴磁路的槽的深度一直延伸到埋入转子的永磁体的内周侧的端部附近。由此造成如下问题：即，所层叠的磁性钢板的加工变得困难，较难提高转子铁心的外径精度。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种在不损害转子铁心的外径精度的情况下、能够降低转矩脉动的永磁体型旋转电机。
解决技术问题所采用的技术方案
为了解决上述问题以达成目的，本发明所涉及的永磁体型旋转电机的特征在于，具备：定子，该定子包括在狭缝的内部收纳有定子线圈的多个狭缝；以及转子，该转子具有以能隔着旋转空隙相对于所述定子进行旋转的方式配置的转子铁心，在该转子铁心的内部，对每1极埋入多个永磁体，在所述转子铁心中以向着转子中心且呈凸形的方式来形成埋入多个所述永磁体的磁体插入孔，在向各个所述磁体插入孔埋入永磁体时，在位于两侧的永磁体的至少外周部侧的侧面部形成空洞部，在由多个所述永磁体构成的一个永磁体组和与该一个永磁体组相邻的另一个永磁体组之间的极间部，以磁极间的中心线作为基准，对各个磁极都设置呈对称形的一对磁通控制孔，在将各个所述磁通控制孔的直径设为d，将该一对磁通控制孔的中心间距设为m，将所述极间部的宽度设为b，将所述永磁体组的极间距设为τ时，以利用所述永磁体组的极间距τ对所述中心间距m进行标准化后得到的m/τ的值满足0.08<m/τ<(b-2d)/τ的方式来设置该磁通控制孔。
发明效果
根据本发明所涉及的永磁体型旋转电机，能够起到维持转子铁心的外径的精度、并且能够降低转矩波纹的效果。
附图说明
图1是作为实施方式1所涉及的永磁体型旋转电机的一个示例的永磁体型电动机的截面图。
图2是示出了埋入到转子中的永磁体的磁极结构的转子的示意截面图。
图3是图2的虚线部所示的部分在未插入永磁体的情况下的局部放大图。
图4是在插入永磁体的情况下的与图3相对应的局部放大图。
图5是说明实施方式1所涉及的磁通控制孔的详细位置的图。
图6是示出了在有无实施方式1所涉及的磁通控制孔的情况下、转矩脉动的时间变化的图。
图7是示出了实施方式1所涉及的磁通控制孔的中心间距与转矩脉动的振幅之间的关系的图。
图8是利用铆接结构所形成的实施方式2所涉及的磁通控制孔的轴向截面图。
图9是示出了利用铆接结构所形成的实施方式2所涉及的磁通控制孔的中心间距与转矩脉动的振幅之间的关系的图。
图10示出了实施方式3所涉及的永磁体型旋转电机的转子铁心的局部结构的示意截面图。
图11是示出了实施方式3所涉及的转子结构中的磁通控制孔的中心间距与转矩脉动的振幅之间的关系的图(模拟结果)。
图12示出了实施方式4所涉及的永磁体型旋转电机的转子铁心的局部结构的示意截面图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式所涉及的永磁体型旋转电机进行说明。此外，本发明并不局限于以下示出的实施方式。
实施方式1
图1是作为实施方式1所涉及的永磁体型旋转电机的一个示例的永磁体型电动机的截面图，图2是示出了埋入到转子中的永磁体的磁极结构的转子的示意截面图，图3是图2的虚线部所示的部分在未插入永磁体的情况下的局部放大图，图4是在插入永磁体的情况下的与图3相对应的局部放大图。
实施方式1所涉及的永磁体型电动机1具有定子2和转子5。定子2具有形成为圆筒形状的定子铁心3，在该定子铁心3的内周部侧，例如以等角间距且间隔地形成36个齿3b，从而形成36个狭缝3a。另外，将定子线圈4卷绕并收纳在狭缝3a中，以使得在内部具有固定个数的齿3b。
转子5具有：转子铁心6，通过层叠例如规定块数的磁性钢板以使其一体化来制成该转子铁心6，且该转子铁心6的外周面为圆筒面，该转子铁心6中以等角间距的方式排列有18个磁体插入孔7；以及分别收纳在各个磁体插入孔7内的永磁体8(8a～8c：参照图2、4)和永磁体16(16a～16c：参照图2)，该转子5以能隔着旋转空隙18来相对于定子2旋转的方式来进行配置。
此处，磁体插入孔7的配置如图3所示，在1个磁体插入孔7b的两端部具有2个磁体插入孔7a、7c，而且，以朝向转子铁心6的外周面(外周方向)打开的方式、且大致呈U字形的方式配置(形成)有6组磁体插入孔7。再者，由作为第1永磁体组的永磁体8a～8c所产生的磁通的磁化方向是朝向转子铁心6的外周面收敛的方向，另一方面，相邻的组(第2永磁体组)的永磁体16a～16c的磁通的磁化方向是朝向转子铁心6的中心部扩散的方向。也就是说，在实施方式1的永磁体型电动机的转子中，具有如下结构：由永磁体所产生的磁通的磁化方向为朝向转子的外周面收敛的方向的永磁体组、和磁化方向为朝向转子的中心部扩散的方向的永磁体组交替地配置排列。
如上所述那样地构成永磁体组的磁化方向是为了使定子线圈的感应电压为正弦波形状，在无需使定子线圈的感应电压为正弦波形状的用途中，则不限于此。也就是说，对于磁化方向为朝向转子的外周面方向或者朝向转子的中心部方向的各个永磁体组，其各自的磁化方向也可以是平行的。
另外，埋入磁体插入孔7a～7c中的永磁体8a～8c的两个侧面部形成有如图4所示的空洞部9(在永磁体8a的两个侧面部形成有空洞部9a1、9a2，在永磁体8b的两个侧面部形成有空洞部9b1、9b2，在永磁体8c的两个侧面部形成有空洞部9c1、9c2)。
而且，在实施方式1中，在构成一个永磁体组的8a～8c与构成相邻的永磁体组的16a～16c之间的极间部22中，在形成于一个永磁体组的永磁体8c上的空洞部9c2的附近设置有磁通控制孔20a，并且在形成于相邻的永磁体组的永磁体16a上的空洞部17a1的附近设置有磁通控制孔20b。这些磁通控制孔20a、20b是能够降低转矩波纹的孔，优选将孔的深度形成为与埋入转子铁心6的永磁体8的厚度相同。
另外，在图1中，示出了电动机的一个示例：即，以等角间距的方式在定子2的圆周方向上配置排列36个狭缝3a，构成6个永磁体组的18个永磁体8、16埋入转子铁心6的圆周方向上，而且，在6个永磁体组之间的6个极间部设置有6对(12个)磁通控制孔20(每1极有6个狭缝，每1极有3个永磁体，每1个磁极间有2个磁通控制孔20)，但是电动机的极数、狭缝的个数以及永磁体的数量、磁通控制孔的数量等不限于图1的结构，能够选择任意的数量。
接着，参照图5，说明这些磁通控制孔20a、20b更为详细的位置。
在图5中引出了磁极间中心线30，该磁极间中心线30通过转子铁心6的中心，且分别距离位于一个永磁体组的右端的磁通插入孔7c、和位于相邻的永磁体组的左端的磁体插入孔15a为等间距，磁通控制孔20a、20b以距离磁极间中心线30为等间距、即相对于磁极间中心线30线对称的方式进行设置。
然后，在磁通控制孔20的形状例如为圆形的情况下，如图所示，对当以磁通控制孔20a、20b的中心间距离m、各个磁通控制孔的直径d、永磁体组的极间距τ为参数时的转矩波纹进行考察。另外，当磁通控制孔20的形状为圆形时，m=0意味着磁通控制孔20a、20b重合从而成为一个，m=d意味着磁通控制孔20a与磁通控制孔20b的一点相接。因此，当0<m<d时，意味着磁通控制孔20a、20b各自的一部分重合，从而成为一个大致椭圆的形状。
图6是示出了在有无磁通控制孔20的情况下、转矩脉动的时间变化的图(模拟结果)，横轴上绘制有电动机的旋转位置，纵轴上绘制有转矩。另外，实线是设置有磁通控制孔20的情况，虚线是未设置磁通控制孔20的情况。如图6所示，可知通过设置磁通控制孔20，能够大幅度地降低转矩波纹。
图7是示出了磁通控制孔20的中心间距与转矩脉动的振幅之间的关系的图(模拟结果)。在该图7中，对于横轴，以磁体的极间距τ对磁通控制孔20a、20b的中心间距进行标准化后得到的值来进行绘制，对于纵轴，以没有磁通控制孔20的情况下的转矩波纹的振幅值对具有磁通控制孔20的情况下的转矩波纹的振幅值进行标准化后得到的值来进行绘制，并以磁通控制孔20的直径(相对于极间距τ的标准值)作为参数。
在图7中，实线是磁通控制孔20a、20b各自的直径为0.026τ的情况，点划线是磁通控制孔20a、20b各自的直径为0.036τ的情况，虚线是磁通控制孔20a、20b各自的直径为0.046τ的情况。另外，这3个壳体中的每一个中都满足如下设定条件：即磁通控制孔20a、20b彼此不重合，而且磁通控制孔20a、20b的一部分不与磁体插入孔7c或者磁体插入孔15a重合(参照图5)。
如图7所示，若无论磁通控制孔20的大小(直径)有多大、都将以极间距τ对磁通控制孔20a、20b的中心间距m进行标准化后得到的值(m/τ)设定在0.08以上，则与不设置磁通控制孔20的情况相比，能够降低转矩波纹。另外，若将m/τ的值设定在0.1以上，则图7的3个壳体中，因为能够得到20%以上的转矩波纹降低率，因此，是更为优选的设定值。
另外，图7的模拟中，虽然将m/τ的值设定成小于0.2，但是满足磁通控制孔20a、20b的一部分不与磁体插入孔7c或者磁体插入孔15a重合这一条件，即在将一个永磁体组和与该一个永磁体组相邻的另一个永磁体组之间的极间部的宽度设定为b时，满足m<(b-2d)(m/τ<(b-2d)/τ)这一条件。
如上所述，根据实施方式1的永磁体型旋转电机，在转子的极间部设置一对磁通控制孔，这一对磁通控制孔彼此不重合，且这一对磁通控制孔分别与相邻的磁体插入孔的一部分不重合，而且将以极间距τ对这一对磁通控制孔的中心间距m进行标准化后的值(m/τ)设定为0.08以上，因此，能够降低转矩波纹。另外，因为这种方法是在转子铁心的局部设置孔的简单方法，因此具有容易得到较高的转子铁心的外径精度的优点。
再者，虽然在实施方式1中说明了磁通控制孔这一概念，但是孔的部分并非一定是空隙(空气)，也可以埋入导磁率低于转子铁心的材料(树脂等)。
实施方式2
在实施方式1中，在转子的极间部设置能够降低转矩波纹的一对磁通控制孔20a、20b，但是这些磁通控制孔20a、20b的部分可以是如图8所示那样的铆接结构。图8是利用铆接结构所形成的磁通控制孔的轴向截面图。
另外，图9是示出了利用铆接结构所形成的磁通控制孔20的中心间距与转矩脉动的振幅之间的关系的图(模拟结果)。再者，横轴与纵轴的关系、以及作为参数的磁通控制孔20的直径都与实施方式1相同。
如图9所示，若无论磁通控制孔20的大小(直径)为多大、都将以极间距τ对磁通控制孔20彼此的中心间距m进行标准化后得到的值(m/τ)设定在0.08以上，则与不设置铆接的情况相比，能够降低转矩波纹。
在将磁通控制孔20的部分设置成铆接结构的情况下，磁通控制孔20的部分的导磁率变得小于转子铁心6的导磁率。因此，与实施方式1的结构等效，能够降低转矩波纹。另外，利用铆接结构，既能够固定转子轴方向，也更容易进行加工。也就是说，通过将磁通控制孔20的部分设置成铆接结构，能够得到如下两方面的作用：即对构成转子铁心6的磁性钢板进行固接以实现一体化的作用，以及对转子2内部的磁通进行控制以降低转矩波纹的作用。
如上所述，根据实施方式2的永磁体型旋转电机，在转子的极间部利用铆接结构来设置一对孔(铆接孔)，这一对铆接孔分别与相邻的磁体插入孔不重合，而且将以极间距τ对这一对铆接孔的中心间距m进行标准化后的值(m/τ)设定为0.08以上，因此，这一对铆接孔起到实施方式中所说明的磁通控制孔的作用，能够降低转矩波纹。另外，因为这种方法是在转子铁心的局部设置铆接结构的孔的简单方法，因此能得到不会损害转子铁心的外径精度的效果。
实施方式3
图10示出了实施方式3所涉及的永磁体型旋转电机的转子铁心的局部结构的示意截面图。在实施方式1、2中，对每1极都以大致呈U字形的方式配置有3个永磁体，但是在该实施方式中，如图10所示，对每1极都以呈V字形的方式配置有2个永磁体，在极间部设置有与实施方式1相同的磁通控制孔20a、20b。
另外，图11是示出了实施方式3所涉及的转子结构中的磁通控制孔20的中心间距与转矩脉动的振幅之间的关系的图(模拟结果)。再者，横轴与纵轴的关系、以及作为参数的磁通控制孔20的直径也都与实施方式1相同。
如图11所示，若无论磁通控制孔20的大小(直径)为多大、都将以极间距τ对磁通控制孔20a、20b的中心间距m进行标准化后得到的值(m/τ)设定在0.075以上，则与不设置磁通控制孔20的情况相比，能够降低转矩波纹。但是，与实施方式1相同地，作为磁通控制孔20a、20b的局部与相邻的磁体插入孔不重合的条件，必须满足m/τ<(b-2d)/τ。
另外，根据实施方式3所涉及的转子铁心的结构，因为相比于实施方式1能够使相对于每1极所设置的永磁体的个数减少1个，因此，能够得到磁体插入工序变少、加工性更好的效果。
实施方式4
图12示出了实施方式4所涉及的永磁体型旋转电机的转子铁心的局部结构的示意截面图。在实施方式1中，示出了本发明实施方式4中的转子截面的详细视图。在实施方式1中，如图3、4所示，示出了如下结构：即在向3个磁体插入孔7a～7c中插入永磁体时，在所有的磁体插入孔的两侧都形成有空隙部，在实施方式4中，如图12的虚线部24a、24c所示的那样，构成为在位于两侧的磁体插入孔7a、7c各自的内侧未形成空洞部的结构。由于虚线部24a、24c所示的部分离开磁通控制孔20a、20b，因此，对图6及图7所示的模拟结果影响较小。因此，即使采用实施方式4所涉及的转子铁心的结构，也能够得到与实施方式1相同的效果。
另外，根据实施方式4所涉及的转子铁心的结构，因为能够使中央的永磁体的侧面部的空洞变大，因此，能够得到使永磁体固定用的粘接剂变得容易插入、且容易组装电动机的效果。
此外，上述实施方式1～4所示出的结构是本发明的结构的一个示例，也可以与其它公知技术相结合，在不脱离本发明的技术思想的范围内进行变更也是毋庸置疑的，例如省略其中一部分等。
例如在实施方式1～4中，示出了如下结构：对每1极都以向着外周面呈V字形或者U字形(即，向着外周面呈凹形、或者向着转子中心呈凸形)的方式并列地配置2个或者3个永磁体，但是，也可以对每1极配置4个以上的永磁体。也就是说，在本发明所涉及的永磁体型旋转电机中，也可以对每1极都以向着外周面呈凹形、或者向着转子中心呈凸形的方式并列地配置多个永磁体。
另外，在实施方式1～4中，作为埋入磁体插入孔7中的永磁体8，示出了例如如图4所示的大致呈矩形形状的结构，但是并不仅限于这样的矩形形状，也可以采用例如梯形形状的结构。
另外，在实施方式1～4中，作为一个示例，说明了磁通控制孔20的形状为圆形的情况，但是并不仅限于圆形，也可以是其它的形状。但是，在圆形的情况下，具有易于加工的优点，能够有效地缩短制造工序。
工业上的实用性
如上所述，本发明适用于能够维持转子铁心的外径精度、同时能够降低转矩波纹的永磁体型旋转电机。
标号说明
1    永磁体型电动机
2    定子
3    定子铁心
3a    狭缝
3b    齿
4    定子线圈
5    转子
6    转子铁心
7(7a～7c)、15a    磁体插入孔
8(8a～8c)、16(16a～16c)    永磁体
9(9a1、9a2、9b1、9b2、9c1、9c2)、17a1    空洞部
18    旋转空隙
20a、20b    磁通控制孔
22    极间部
24a、24c    虚线部
30    磁极间中心线

Claims (5)

1.一种永磁体型旋转电机，其特征在于，具备：
定子，该定子包括在狭缝的内部收纳有定子线圈的多个狭缝；以及
转子，该转子具有以能隔着旋转空隙相对于所述定子进行旋转的方式配置的转子铁心，在该转子铁心的内部，对每1极埋入多个永磁体，
在所述转子铁心中以向着转子中心且呈凸形的方式来形成埋入多个所述永磁体的磁体插入孔，在向各个所述磁体插入孔埋入永磁体时，在位于两侧的永磁体的至少外周部侧的侧面部形成空洞部，
在由多个所述永磁体构成的一个永磁体组和与该一个永磁体组相邻的另一个永磁体组之间的极间部，以磁极间的中心线作为基准，对各个磁极都设置呈对称形的一对磁通控制孔，
在将各个所述磁通控制孔的直径设为d，将该一对磁通控制孔的中心间距设为m，将所述极间部的宽度设为b，将所述永磁体组的极间距设为τ时，以利用所述永磁体组的极间距τ对所述中心间距m进行标准化后得到的m/τ的值满足0.08<m/τ<(b-2d)/τ的方式来设置该磁通控制孔。
2.如权利要求1所述的永磁体型旋转电机，其特征在于，
所述转子铁心具有利用铆接对层叠得到的电磁钢板进行一体化的结构，
一对所述磁通控制孔是铆接结构的孔。
3.如权利要求1或2所述的永磁体型旋转电机，其特征在于，
设置所述磁通控制孔或者所述铆接结构的孔以满足如下条件：即，以所述极间距τ对所述中心间距m进行标准化后得到的m/τ的值满足0.1<m/τ<(b-2d)/τ。
4.如权利要求1或2所述的永磁体型旋转电机，其特征在于，
在所述转子铁心中，对每1极都形成埋入3个以上的永磁体的磁体插入孔，该磁体插入孔以向着所述转子铁心的外周方向打开且大致呈U字形的方式来形成。
5.如权利要求1或2所述的永磁体型旋转电机，其特征在于，
所述磁体插入孔以向着所述转子铁心的外周方向打开且呈V字形的方式来形成。
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