CN103683595B - 旋转电机及磁极片制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转电机及磁极片制造方法。在具有沿旋转轴的外周安装多个磁极片的结构的旋转电机中，通过在磁极片上设置偏斜部，齿槽转矩小。本发明的旋转电机具有：设置偏斜角地配置的多个磁极片；以及安装磁极片的筒状的安装环，设置在安装环的外周的卡合部与磁极片所具有的卡合部，都沿旋转轴延伸。

Description

旋转电机及磁极片制造方法

技术领域

本发明涉及电机或发电机等旋转电机、以及磁极片制造方法。

背景技术

与地球规模的变暖现象相关联，电机或发电机等旋转电机的高效率化以及小型且大转矩的旋转电机对车辆电动化的促进，作为抑制变暖的有效手段被期待。电机被称为工业的粮食，工厂的消耗电力的约70%由电机消耗。因此，仅将电机的效率提高数个百分点，就能够期待与数十万kW级的发电站相当的节能效果。

另一方面，作为运输部门的变暖抑制手段，可以列举汽车各部分的电动化、HEV（Hybrid Electric Vehicle：混合动力车）或EV（Electric Vehicle：电动车）等应对环境的汽车的普及。例如HEV与以往的汽油车相比，油耗减半，能够大幅减少CO₂的排放量。另外，作为车辆电动化的一例，将动力转向由以往的液压驱动变更成电机驱动时，根据怠速停止效果，提高了3～5%的燃料消耗率，仍能够削减CO₂的排放量。

旋转电机所使用的钕磁铁、钐钴磁铁等稀土类磁铁与以往使用的铁素体磁铁相比，具有约3倍的残留磁通量密度，能够发挥强劲的吸引力。因此，近年来，以小型且大转矩的要求强烈的汽车用电机、要求高能量效率的空调的压缩机用电机等为中心，正在采用使用了这些稀土类磁铁的磁铁转子（Permanent Magnet Rotor：永磁铁转子），得到了较大的效果。

但是，这些稀土类磁铁的材料被称为稀有金属（稀土），埋藏量与铁或铝等基本金属相比极少，开采的场所也受到限制。因此，与以往的铁素体磁铁相比非常昂贵。鉴于这样的背景，稀土类磁铁是实现旋转电机的高效率化和小型且大转矩化的有效材料，但另一方面，为了提供廉价的旋转电机，谋求不使用稀土类磁铁地实现同等的电机性能的动向很活跃。

鉴于上述背景，作为使用保持力小而重量单价便宜的铁素体磁铁产生与钕磁铁同等的吸引力的手段，提出有使用了I型埋入磁铁转子的旋转电机。但是，由于I型埋入磁铁转子是将磁铁埋入转子内，所以有效磁通量密度低，与以往的表面磁铁转子相比，齿槽转矩（不向旋转电机通电而低速旋转时的转矩脉动）大。因此，被认为不能面向EPS（ElectricPower Steering：电动助力转向）用电机等对于齿槽转矩的要求规格高的旋转电机。

在下述专利文献1中，作为以“提供能够抑制因偏斜部导致的磁通量密度的降低而产生的旋转电机的性能降低且制作容易的转子芯、永磁铁转子及永磁铁形同步旋转电机”为目的的技术，公开了“在相对于转子芯3的轴向倾斜地形成的永磁铁插入槽34的内部插入永磁铁2，相邻的磁铁2以同极相对的方式配置而构成转子1。以与该转子1隔开空隙地相对的方式配置定子，转子1和定子能够相对旋转地被支承，由此，得到不产生齿槽转矩的高性能的永磁铁型电机。”（摘要）。

专利文献1：日本特开2009-50099号公报

在上述专利文献1记载的技术中，转子芯3由设置有供永磁铁2插入的槽34的层叠部件形成。在该结构下，转子芯3的整体由同一材料形成。

另一方面，欲通过不同的材料形成转子的一部分（例如与旋转轴邻接的内周部分）时，不能采用专利文献1记载的结构。因此，在本发明中，其目的是提供一种旋转电机的构造，在具有多个磁极片沿着旋转轴的外周安装的结构的旋转电机中，通过在磁极片上设置偏斜部，齿槽转矩小。

发明内容

本发明的旋转电机具有：设置偏斜角地配置的多个磁极片；以及安装磁极片的筒状的安装环，设置在安装环的外周的卡合部与磁极片所具有的卡合部，都沿旋转轴的延伸。

根据本发明的旋转电机，在通过在磁极片上设置偏斜角来组装了多个磁极片而形成的转子构造中，能够将齿槽转矩抑制得较小。另外，由于安装环和磁极片相互卡合的部分沿旋转轴延伸，因此，使它们嵌合而牢固地固定，可以得到牢固的转子构造。

上述以外的课题、结构及效果通过以下的实施方式的说明而变得明确。

附图说明

图1是表示I型埋入磁铁转子的转子部分的图。

图2是表示以往类型的表面磁铁电机的转子部分的图。

图3（a）、（b）是表示I型埋入磁铁转子的磁通量的流动的图。

图4是表示在已有的I型埋入磁铁转子中对部件进行固定的手段的图。

图5是安装环7的立体图。

图6是用于制作安装环7的板材片9的立体图。

图7是磁极片3的立体图。

图8是永磁铁1的立体图。

图9是表示呈环状地配置磁极片3和永磁铁1的状态的立体图。

图10是表示使安装环7和磁极片3嵌合的工序的图。

图11是用于说明组装磁极片3、永磁铁1、安装环7的其他方法的图。

图12是装配部件13的立体图。

图13是搭载了实施方式1的I型埋入磁铁转子2的旋转电机的内部立体图。

图14是形成磁极片3的冲压部件21的立体图。

图15（A）、（B）是冲压冲压部件21时所使用的两种冲头的俯视图。

图16（a）、（b）是对冲压钢板的位置的差异进行说明的图。

图17是表示堆积多个装配部件13的形态的立体图。

图18是代替永磁铁1而配置线圈的情况下的结构例的图。

附图标记说明

1：永磁铁，2：转子，3：磁极片，4：转子内周部，5：定子，6：树脂，7：安装环，8：卡合部，9：板材片，10：卡合部，11：桥接部，12：槽，13：装配部件，14：孔，15：轴，16：定子，17：轴承，18：插槽，19：线圈，20：输入线，21：冲压部件，23：线轴。

具体实施方式

〈以往的I型埋入磁铁转子〉

以下，首先，作为比较例，对以往的I型埋入磁铁转子进行说明，然后，对本发明的旋转电机的结构进行说明。

图1是表示I型埋入磁铁转子的转子部分的图。I型埋入磁铁转子使用保持力小而重量单价便宜的铁素体磁铁，作为产生与钕磁铁同等的吸引力的构件被使用。

在I型埋入磁铁转子中，分段磁铁1的长度方向朝向转子2的径向地配置。即，定子的内周面位于转子2的外周侧。在沿周向配置的分段磁铁1之间，配置有由电磁钢板等磁性体构成的磁极片3。

图2是表示以往类型的表面磁铁（SPM（Surface Permanent Magnet）：表面永磁铁）电机的转子部分的图。在表面磁铁电机中，磁铁1的长度方向沿着转子2的周向地配置。即，定子的内周面位于转子2的外周侧。

图1所示的I型埋入磁铁转子通过改变埋入磁铁的方向，与图2所示的以往类型的表面磁铁转子相比，能够增大磁铁1的长度方向的尺寸。在I型埋入磁铁转子中，即使使用保持力是稀土类磁铁的保持力的1/3左右的铁素体磁铁，通过使磁铁表面积成为例如3倍，也能够产生与使用了稀土类磁铁的转子同等的吸引力。此外，增加磁铁表面积时，所使用的磁铁的体积增加，但与重量单价低相应地，能够降低旋转电机的成本。

图3是表示I型埋入磁铁转子的磁通量的流动的图。图3（a）表示永磁铁1的内周侧4为磁性体的情况下的磁通量的流动，图3（b）表示上述内周侧4为非磁性体的情况下的磁通量的流动。

I型埋入磁铁转子需要不使磁极片3彼此接触地固定在转子内周部4上。在转子内周部4是磁性体的情况下，如图3（a）所示，浪费的磁通量在转子内周部4和永磁铁1之间流动，导致在定子5和永磁铁1之间流动的磁通量减少。因此，存在不能得到所期望的转矩的可能性。通过使转子内周部4由非磁性体部件构成，由此，如图3（b）所示，可以消除流到转子内周部4的浪费的磁通量，能够有效利用磁通量。

图4是表示在已有的I型埋入磁铁转子中对部件进行固定的手段的图。在图4中，沿周向交替地配置磁极片3和永磁铁1，整体由作为非磁性体的树脂6进行模制，与旋转轴组合而构成转子。作为树脂6的例子，可以列举PBT（Poly Buthylene Terephthalete：聚对苯二甲酸丁二醇酯）、PPS（Polyphenylene Sulfide：聚亚苯基硫醚）、LCP（Liquid CrystalPolymer：液晶聚合物）树脂等热塑性树脂，或BMC（Bulk Molding Compound：块状模塑料）树脂等热固性树脂等。

使用树脂6固定磁极片3和永磁铁1时，能够抑制图3（a）所示的浪费的磁通量的流动，但从强度或温度耐性的观点出发存在担忧。因此，在本发明中，提出能够抑制浪费的磁通量的流动的同时增强牢固性的I型埋入磁铁转子的构造。

〈实施方式1：旋转电机的结构〉

以下，使用图5～图13，对构成本发明的实施方式1的旋转电机的各部件及组装工序进行说明。本发明的旋转电机具有将磁极片3和永磁铁1固定在安装环7的外周的构造。

图5是安装环7的立体图。使用铝（JIS（Japan Industrial Standard：日本工业标准）规格的A5052、A2017、A7075）、不锈钢（JIS规格的SUS304、SUS305）等非磁性金属制作图5所示的安装环7。

在将安装环7作为块状的一体部件进行制作的情况下，使用切削、挤出成形、铸造等制造方法。在安装环7的外周部分设置用于与磁极片3嵌合的卡合部8。卡合部8与磁极片3所具有的对应的卡合部的形状相匹配，采用槽形状或突起形状。中央的孔14供后述的轴15插入。

图6是用于制作安装环7的板材片9的立体图。安装环7除作为一体部件进行制作以外，还能够沿旋转轴方向层叠图6所示的由非磁性材料构成的板材片9来制作。在板材片9的外周部分，与图5同样地形成有卡合部8。各板材片9能够通过例如铆接或焊接进行固定。

图7是磁极片3的立体图。磁极片3采用相对于旋转轴延伸的方向设置有偏斜角的形状。由此，在邻接的磁极片3之间安装后述的永磁铁1，磁通量可以相对于旋转轴偏斜地构成。

在磁极片3的旋转轴侧（安装在安装环7上的部位），设置有用于与安装环7的卡合部8嵌合的卡合部（突起）10。磁极片3的卡合部10和安装环7的卡合部8相对于旋转轴延伸的方向平行地形成。由此，能够沿安装环7的长度方向嵌合磁极片3，因此能够容易地进行组装作业。只要不妨碍组装性，磁极片3的卡合部10和安装环7的卡合部8也不一定必须与旋转轴平行，例如也可以以平缓的角度倾斜。即，磁极片3的卡合部10和安装环7的卡合部8至少沿旋转轴延伸的方向延伸即可。

在磁极片3的外周侧（安装在安装环7上的部位的相反侧），设置有桥接部11以免永磁铁1（或线圈）向转子的外周飞出。也可以代替桥接部11，而设置供楔子插入的槽。

磁极片3即可以通过烧结或粘合材料（粘接剂）将粉末状的磁性体固化而构成，也可以对表面涂布绝缘涂层的电磁钢板进行冲压、层叠，并（通过铆接、焊接等）固定地构成。关于通过冲压、层叠进行制造的方法，在后面说明。

图8是永磁铁1的立体图。永磁铁1具有在被配置在磁极片3之间时相对于旋转轴方向形成偏斜角的形状。永磁铁1可以通过对烧结磁铁进行机械加工而制造，或者使用使磁铁粉混入树脂并通过模具成形而成的结合磁铁（ボンド磁石）构成。

图9是表示呈环状地配置磁极片3和永磁铁1的状态的立体图。由图9可知永磁铁1与磁极片3的偏斜形状相匹配地相对于旋转轴方向偏斜。此外，在图9中，磁极片3还没有安装在安装环7上。

图10是表示使安装环7和磁极片3嵌合的工序的图。在图9所示的状态下，使磁极片3的卡合部10和安装环7的卡合部8相互对位，沿旋转轴嵌合。由于磁极片3的卡合部10和安装环7的卡合部8都相对于旋转轴平行（或大致平行）地构成，因此该工序能够容易地实施。而且，为防止永磁铁1的损坏，也可以利用粘接材料固定磁极片3、永磁铁1、安装环7。

图11是用于说明组装磁极片3、永磁铁1、安装环7的其他方法的图。首先，仅将磁极片3与图9同样地呈圆周状地配置，使磁极片3的卡合部10和安装环7的卡合部8相互对位并与图10同样地进行嵌合。然后，将这些部件设定在模具内，将结合磁铁注入由磁极片3和安装环7形成的槽12中。

图12是装配部件13的立体图。通过以上说明的工序，构成将设置有偏斜角的磁极片3牢固地固定在安装环7上的装配部件13。根据需要将环状的压紧部件（未图示）安装在构成部件的轴向端面上，以免永磁铁1、磁极片3、安装环7沿轴向分离。将轴15（未图示）插入安装环7的孔14中，使用滚花（使沿轴向附设在轴15表面的突起，咬入孔14的内周面）、压入、键固定（但是在图12中，未记载孔14的键槽）等使其一体化。通过以上的工序，构成I型埋入磁铁转子。

图13是搭载了本实施方式1的I型埋入磁铁转子2的旋转电机的内部立体图。将I型埋入磁铁转子2装入定子16的内周，利用轴承17支承I型埋入磁铁转子2的两端以使其能够旋转。定子16是如下的部件，将电磁钢板冲压成内周设有多个槽（插槽）18的圆筒形状并进行层叠、固定，用树脂制的绝缘体保护齿的周围之后，卷绕线圈19并连接线圈19的终端线而构成了电路。电流向线圈19的输入线20流动时，通过线圈19在定子芯5的内周面产生旋转磁场，与I型埋入磁铁转子2的永磁铁1（未图示）吸引结合并同步地旋转。

以上，对本实施方式1的旋转电机的结构进行了说明。以下，对制造设置有偏斜角的磁极片3的步骤进行说明。

〈实施方式1：磁极片3的制造步骤〉

图14是形成磁极片3的冲压部件21的立体图。冲压部件21能够使用例如厚度0.35mm或0.5mm的定向电磁钢板等构成。通过层叠冲压部件21，形成磁极片3。其中，磁极片3的内周侧（安装在安装环7上的部位）相对于旋转轴平行，仅在外周侧设置偏斜角，所以采用以下说明的步骤。

图15是冲压冲压部件21时所使用的两种冲头的俯视图。冲压部件21能够在连续模具中使用这些冲头冲压电磁钢板等而形成。图15（A）是用于形成冲压部件21的内周部分的冲头。图15（B）是用于形成冲压部件21的突起形状的冲头。

图16是对冲压钢板的位置的差异进行说明的图。为形成磁极片3的偏斜角，每冲压一张钢板，就使图15（B）的冲头旋转。由此，由于冲压部件21的外周部分按照每层钢板沿圆周方向以一定角度错开，所以层叠冲压部件21时，在磁极片3的外周部分形成偏斜角。另外，图15（A）的冲头相对于所有的层处于相同位置。由此，由于冲压部件21的内周部分相对于所有的层处于相同位置，所以磁极片3的内周部分相对于旋转轴平行。

此外，在使磁极片3的卡合部10与旋转轴方向大致平行的情况下，根据磁极片3的尺寸形状，能够形成的偏斜角度被制约。例如，关于本实施方式1的I型埋入磁铁转子2，偏斜角度小于邻接的磁极片3之间的角度的1/2。这是因为：若偏斜角度成为上述角度以上，则会超过卡合部10的尺寸。

〈实施方式1：总结〉

如上所述，本实施方式1的旋转电机通过在磁极片3和永磁铁1上设置偏斜角，能够提供齿槽转矩小的I型埋入磁铁转子2。另外，相对于旋转轴平行地构成磁极片3的卡合部10和安装环7的卡合部8，从而可以使用于使它们嵌合的工序变得容易，并且可以确保牢固性。

＜实施方式2＞

图17是表示堆积多个装配部件13的形态的立体图。如实施方式1中已说明的那样，磁极片3的偏斜角小于邻接的磁极片3之间的角度的1/2。在欲形成比其大的偏斜角的情况下，沿旋转轴方向堆积多个装配部件13，以磁极片3的偏斜部分在各装配部件13之间连续的方式配置各装配部件13即可。

＜实施方式3＞

图18是表示代替永磁铁1而配置线圈的情况下的结构例的图。在该情况下，从磁极片3的上下端面安装树脂制的线轴23，向线轴23实施绕线（未图示）之后，与安装环7组合。由此，能够构成提供有偏斜角的DC有刷电机用的集中绕线转子。通过分割磁极片3和安装环7，能够实施高密度的绕线。另外，通过对磁极片3提供偏斜角，能够降低转矩脉动。

本发明不限于上述实施方式，包含各种变形例。上述实施方式是为了容易理解本发明而进行了详细的说明的实施方式，不一定必须限定于具有已说明的全部结构的构造。另外，还能够将某实施方式的结构的一部分替换成其他实施方式的结构。另外，也能够在某实施方式的结构上增加其他实施方式的结构。另外，关于各实施方式的结构的一部分，还能够追加、删除、替换其他结构。

Claims (7)

1.一种旋转电机，其特征在于，具有：

相对于旋转轴延伸的方向设置偏斜角地配置的多个磁极片；以及

安装所述磁极片的圆筒状的安装环，

设置在所述安装环的外周的卡合部与所述磁极片所具有的卡合部嵌合，使得所述磁极片和所述安装环被固定，

在邻接的所述磁极片之间的空隙部分配置有永磁铁或线圈，

设置在所述安装环的外周的卡合部与所述磁极片所具有的卡合部，都相对于所述旋转轴延伸的方向平行地延伸，根据所述磁极片的尺寸形状，将所述偏斜角形成为小于邻接的所述磁极片之间的角度的1/2，

所述磁极片的内周侧相对于所述旋转轴平行，仅在所述磁极片的外周侧形成所述偏斜角。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

所述磁极片使用磁性体构成，

所述安装环使用非磁性体构成。

3.如权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，所述磁极片将使用磁性体构成的磁性板状部件层叠而形成。

4.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，沿所述旋转轴堆积多个将所述磁极片安装在所述安装环的外周而形成的装配部件，以各所述装配部件所具有的所述磁极片的偏斜在各所述装配部件之间连续地相连的方式配置各所述装配部件。

5.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，所述安装环使用非磁性金属构成。

6.如权利要求5所述的旋转电机，其特征在于，所述安装环使用作为JIS规格所规定的非磁性金属的A5052、A2017、A7075、SUS304、SUS305中的至少任意一个构成。

7.一种磁极片制造方法，是制造相对于旋转电机所具有的旋转轴呈放射状地安装在该旋转轴的外周的磁极片的方法，其特征在于，具有：

第一步骤，对使用磁性体构成的磁性板状部件的中央部分进行冲压，形成设置在所述磁极片中的靠近所述旋转轴这一侧的端部的卡合部；

第二步骤，对所述磁性板状部件进行冲压，形成设置在所述磁极片中的远离所述旋转轴这一侧的端部的突起形状；

第三步骤，层叠多个形成有所述卡合部和所述突起形状的所述板状部件，

在所述第一步骤中，对各所述板状部件，在一定的位置对所述板状部件进行冲压，

在所述第二步骤中，在每个所述板状部件的沿所述旋转轴的旋转方向错开了一定的旋转角的位置，对所述板状部件进行冲压，从而在层叠所述板状部件后，在所形成的所述磁极片的外周部分形成有相对于所述旋转轴延伸的方向偏斜的偏斜角，

根据所述磁极片的尺寸形状，所述偏斜角形成为小于邻接的所述磁极片之间的角度的1/2，

使所述磁极片的内周侧相对于所述旋转轴平行，仅在所述磁极片的外周侧形成所述偏斜角。