CN103779986A

CN103779986A - 旋转电机

Info

Publication number: CN103779986A
Application number: CN201310184423.9A
Authority: CN
Inventors: 吉泽尚刚; 井上清巳; 龟井良晃; 澁谷隆明
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2012-10-22
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2033-05-17
Also published as: JP2014087117A; JP5594492B2; EP2722969B1; US9219390B2; US20140111053A1; KR101477904B1; EP2722969A1; KR20140051759A; BR102013011376A2; CN103779986B

Abstract

本发明涉及旋转电机。旋转电机（1）包括定子（2）和转子（3）。所述转子（3）包括：筒形铁心（10），所述铁心被固定到一轴（9）并且包括轴向方向和径向方向；被嵌入所述铁心（10）中的多个永磁体（11）；多个气隙（16），这些气隙分别被设置在所述铁心（10）的沿所述径向方向的内侧的部分中；楔形部（18），所述楔形部沿着所述轴向方向设置成在所述气隙（16）内突出；以及被填充在所述气隙（16）中的树脂（17）。

Description

旋转电机

技术领域

所公开的实施方式涉及旋转电机。

背景技术

在WO2008/078584中，公开了一种嵌入磁体式电动机，所述嵌入磁体式电动机包括定子和转子，所述转子沿径向方向通过间隙面对所述定子。所述嵌入磁体式电动机包括磁极部和永磁体，所述磁极部位于所述转子的磁极的中央，所述永磁体径向设置在磁极部的两侧并且在数量上与磁极相等。在位于相应永磁体之间的转子铁心的内周侧，设置有多边形气隙，所述多边形气隙具有泄漏磁通限制表面和引导表面。泄漏磁通限制表面面对永磁体的作为磁通产生表面的侧表面，并且限制至转子铁心的内耦合部的泄漏磁通。引导表面将永磁体的磁通引导向转子的外周。

发明内容

本发明要解决的技术问题

在上述现有技术中，当在转子铁心的永磁体之间设置多个多边形气隙时，可以减少转子的泄漏磁通；但是转子铁心的刚度更可能降低。因此，有必要提高转子铁心的刚度。

本公开内容的目的在于提供一种能够提高转子铁心的刚度并且同时减少泄漏磁通的旋转电机。

解决该技术问题的手段

为了实现上述目的，根据本公开内容的一方面，提供一种包括定子和转子的旋转电机。所述转子包括：筒形铁心，所述铁心被固定到一轴并且包括轴向方向和径向方向；被嵌入所述铁心中的多个永磁体；多个气隙，这些气隙分别被设置在所述铁心的沿所述径向方向的内侧的部分中；楔形部，所述楔形部沿着所述轴向方向设置成在所述气隙内突出；以及被填充在所述气隙中的非磁性加强构件。

本发明的有益效果

根据本公开内容的旋转电机，可以提高转子铁心的刚度并且同时减少泄漏磁通。

附图说明

图1是示出了实施方式的旋转电机的总体构造的竖直剖视图；

图2是沿着图1的II-II剖面截取的剖面图；

图3A是水平剖面图，示出了在转子的铁心的沿径向方向的内侧形成有楔形部的气隙的形状；

图3B是沿着图3A的IIIB-IIIB剖面截取的剖面图；

图4A是水平剖面图，示出了在其中设置有多个楔形部的情形中气隙的形状；

图4B是水平剖面图，示出了在其中设置有多个楔形部的情形中气隙的形状；

图4C是水平剖面图，示出了在其中设置有多个楔形部的情形中气隙的形状；

图5A是水平剖面图，示出了在其中楔形部的沿突出方向的长度在轴向方向上变化的情形中气隙的形状；

图5B是水平剖面图，示出了在其中楔形部的沿突出方向的长度在轴向方向上变化的情形中气隙的形状；

图5C是水平剖面图，示出了在其中楔形部的沿突出方向的长度在轴向方向上变化的情形中气隙的形状；

图6A是在其中楔形部的宽度沿轴向方向变化的情形中通过提取楔的形状而得到的立体图；

图6B是在其中楔形部的宽度沿轴向方向变化的情形中通过提取楔的形状而得到的立体图；

图6C是在其中楔形部的宽度沿轴向方向变化的情形中通过提取楔的形状而得到的立体图；

图7A是立体图，示出了在其中气隙形成为除五边形外的多边形形状的情形中气隙的形状；

图7B是立体图，示出了在其中气隙形成为除五边形外的多边形形状的情形中气隙的形状；

图7C是立体图，示出了在其中气隙形成为除五边形外的多边形形状的情形中气隙的形状；以及

图8是变形例的半打开式转子的端面图。

具体实施方式

在下文将参考附图来描述实施方式。

<旋转电机的构造>

首先将参考图1来描述根据本实施方式的旋转电机1的总体构造。如图1所示，旋转电机1是内转子式电动机，其中转子3设置在定子2内部。定子2和转子3沿转子3的径向方向（换句话说，下文描述的铁心10的径向方向；根据需要在下文中被简称为“径向方向”）经由磁性气隙而彼此面对地设置。具体地，旋转电机1是IPM（内置永磁体（Interior Permanent Magnet））电动机，其中在转子3内设置有永磁体。

旋转电机1包括：定子2；转子3；框架4；负载侧托架5；负载侧轴承6；相对负载侧托架7；相对负载侧轴承8；轴9；以及保持板20。框架4被设置在定子2的沿上述径向方向的外侧。负载侧托架5被设置在框架4的负载侧（在图1中的右侧）端部上。负载侧轴承6的外圈被装配到负载侧托架5。相对负载侧托架7被设置在与框架4的负载侧端部相反的一侧（在图1中的左侧）。相对负载侧轴承8的外圈被装配在相对负载侧托架7。轴9沿轴向方向（换句话说，下述铁心10的轴向方向；根据需要在下文中被简称为“轴向方向”）的两侧分别由负载侧轴承6和相对负载侧轴承8以可旋转的方式支承。保持板20被固定到轴9，并且在上述轴向方向上抵靠铁心10的一个端侧（在该示例中，负载侧）。

虽然在该示例中使用一个保持板20，但是在轴9上可使用两个保持板20，从而在上述轴向方向上分别抵靠铁心10的一个端侧和另一端侧。保持板20在上述轴向方向上抵靠铁心10的一个端侧和另一端侧中的一者或两者，并且由此定位铁心10。

<转子的构造>

现在将参考图2和图3来描述转子3的构造。如图2所示，转子3被固定到轴9的外周面。转子3包括筒形铁心10以及嵌入所述铁心10中的多个（在该示例中，十个）永磁体11。

铁心10一体地包括筒形部12和磁极部13。筒形部12被固定到轴9。多个（在该示例中，十个）磁极部13根据磁极的数量放射状地设置在筒形部12的沿上述径向方向的外侧。铁心10形成为层压体构造，在该层压体结构中，圆形磁钢板沿轴9的上述轴向方向被层压。在层压的磁钢板之间插入有绝缘层。永磁体11形成为沿铁心10的上述轴向方向长的长方体形状。在永磁体11中，与上述轴向方向垂直的截面具有沿上述径向方向长的矩形形状。永磁体11径向设置在铁心10内。永磁体11被装配到沿上述轴向方向设置在铁心10中的通孔内并且设置成穿透所述铁心10。在永磁体11的沿上述径向方向的外侧端和内侧端与铁心10的外周面和内周面之间形成有窄间隙。

每个永磁体11均沿与铁心10的上述径向方向以及上述轴向方向垂直的方向（大致周向方向）被磁化。多个永磁体11被设置成使得，在某个磁极部13中N极彼此面对，而在下一磁极部13中S极彼此面对。磁极部13形成于筒形部12的沿上述径向方向的外侧，并且位于相邻的永磁体11之间。在两个相邻永磁体11的N极彼此面对的位置处的磁极部13变为N极；在两个相邻永磁体11的S极彼此面对的位置处的磁极部13变为S极。从N极的磁极部13行进至S极的磁极部13的磁通与定子2的绕组交链，以产生转子3的旋转扭矩。

在铁心10的沿上述径向方向的内侧并且定位在相邻永磁体11之间的部分中，设置有沿上述轴向方向穿透铁心10的气隙16。在该示例中，气隙16的与上述轴向方向垂直的水平截面是大致五边形。如图2和图3A所示，气隙16具有：磁体面对表面16a，所述磁体面对表面面对所述永磁体11的侧表面，所述磁体面对表面是磁通产生表面并且处于上述径向方向上；以及磁通引导表面16b，所述磁通引导表面连接到所述磁体面对表面16a并且位于沿上述径向方向的外侧。气隙16的磁体面对表面16a在该磁体面对表面16a与所述永磁体11的磁通产生表面之间形成窄间隙，并且大致平行于所述磁通产生表面。气隙16借助所述磁通引导表面16b将永磁体11的在N极的磁极部13中的磁通引导向转子3的沿上述径向方向的外侧。此外，气隙16借助磁体面对表面16a可减少向两个相邻永磁体11之间的转子3的沿上述径向方向的内侧泄漏磁通。

如图3A所示，为了增强铁心10的刚度，气隙16填充有作为非磁性材料的加强构件的树脂17（可使用粘结剂）。此外，在气隙16中，向气隙16的沿上述径向方向的内侧突出的楔形部18被设置在作为上述五边形的上述径向方向的外侧的角部（即，在气隙16的沿上述径向方向的外侧并且定位在气隙16的磁通引导表面16b之间的角部）中。楔形部18的与上述轴向方向垂直的截面是大致V形的。如图3B所示，楔形部18设置成沿着上述轴向方向延伸而具有相同高度，并且整个楔形部18沿上述轴向方向被驱入到填充在气隙16中的树脂17内。通过将多个磁钢板单独地形成为具有楔形部分并且沿上述轴向方向层压多个磁钢板来获得楔形部18。

<实施方式的效果>

如上所述，在本实施方式的旋转电机1中，在上述转子3的铁心10的沿上述径向方向的内侧的部分中形成有多个气隙16，并且气隙16填充有树脂17。由于树脂17是非磁性的，因此填充有树脂17的气隙16能被当作自身带有磁性的气隙。因此，向转子3的沿上述径向方向的内侧的泄漏磁通由气隙16阻碍，并且因此可以减少磁通泄漏。然后，通过用树脂17填充在气隙16中，可以防止由设置气隙16引起的铁心10的刚度降低。

此外，在气隙16的内侧，楔形部18设置成沿上述轴向方向突出，所述楔形部的与上述轴向方向垂直的截面是大致V形的。在铁心10中，楔形部18被设置在气隙16中，因此增强了铁心10在气隙16中的机械强度。此外，借助源自楔形部18被驱入到填充在气隙16内的树脂17中的楔入作用（即，树脂17从楔形部18的两侧夹设并保持楔形部18的效果以及增加气隙16的内表面和树脂17之间的接触面积的效果），铁心10和树脂17之间的结合被增强。因此，可以提高铁心10的刚度。

具体地，在本实施方式中，楔形部18在气隙16内被设置在气隙16的沿上述径向方向的外侧的位置处。采用该布置，获得下述效果。具体地，源自旋转的离心力作用在转子3的铁心10上。因此，在每个气隙16中，在填充树脂17和气隙16的内表面之间作用的分离力在气隙16的上述径向方向外侧的位置处增加。在本实施方式中，由于楔形部18被设置在气隙16的沿上述径向方向的外侧，因此由于楔入作用可以获得铁心10和树脂17之间沿离心力方向的高结合力。结果，可以防止树脂17从气隙16的内表面分离，且因此可以进一步提高增强铁心10的刚度的效果。

此外，具体地在本实施方式中，气隙16的与上述轴向方向垂直的截面是五边形，并且楔形部18被设置在气隙16的上述五边形角部中。采用该布置，获得下述效果。具体地，当气隙16的截面是多边形时，在其中气隙16的形状不连续的角部中更可能发生应力集中，且所述应力集中可能导致破裂等。在本实施方式中，由于楔形部18设置在气隙16的角部中，因此可以分散角部中的应力并且减轻应力集中。因此，可以进一步提高增强铁心10的刚度的效果。

此外，具体地在本实施方式中，气隙16具有磁体面对表面16a和磁通引导表面16b。采用该布置，可以将永磁体11的磁通有效地引导向转子3的沿上述径向方向的外侧，并且同时有效地减少向转子3的沿上述径向方向的内侧的泄漏磁通。因此，可以获得与使用永磁体11的量相对应的扭矩，且因此可以提高旋转电机1的电动机特征。

此外，楔形部18设置在位于气隙16的磁通引导表面16b之间的上述角部中，且因此获得下述效果。具体地，由于磁体面对表面16a面对永磁体11的作为磁通产生表面的侧表面，因此磁通的方向大致垂直于磁体面对表面16a的方向。因此，当楔形部18被设置在磁体面对表面16a的附近时，存在磁通通过楔形部18而穿过气隙16的内部并且这导致泄漏磁通增加的可能性。另一方面，由于磁通引导表面16b是引导永磁体11的磁通的表面，因此磁通的方向与磁通引导表面16b的方向大致平行。因此，即使楔形部18被设置在磁通引导表面16b的附近，也不太可能使得磁通通过楔形部18而穿过气隙16的内部并且这不会导致泄漏磁通增加。因此，楔形部18设置在位于磁通引导表面16b之间的角部中，且由此可以提高铁心10的刚度而不增加泄漏磁通。

<变形例>

所公开的实施方式并不局限于上文中所描述的实施方式；在不偏离本发明的精神和技术构思的情况下可以进行许多变形。将在下文描述这种变形。

（1）在气隙中设置多个楔形部的情形

在上述实施方式中，楔形部18仅被设置在气隙16的一个角部中。本公开内容并不局限于这种构造；楔形部18能够设置在气隙16的其他角部中。在图4A至图4C中示出了这种变形的示例。

在如图4A所示的示例中，楔形部18不仅被设置在具有上述五边形截面的气隙16的沿上述径向方向的外侧的位置的角部中，而且还被设置在五边形的沿上述径向方向的内侧的位置的角部中（即，在气隙16的面对轴9并且处于上述径向方向的轴面对表面16c与每个磁体面对表面16a之间的两个角部中）。如在上述实施方式中的那样，每个楔形部18的垂直于上述轴向方向的截面是大致V形的。每个楔形部18均设置成沿着上述轴向方向延伸。气隙16被填充有树脂17。

在如图4B所示的示例中，楔形部18不仅被设置在具有上述五边形截面的气隙16的沿上述径向方向的外侧的位置的角部中，而且还被设置在五边形的侧表面侧的位置的角部中（即，在气隙16的磁体面对表面16a与气隙16的磁通引导表面16b之间的每个角部中）。

在如图4C所示的示例中，楔形部18被设置在上述五边形截面的气隙16的全部角部中。

在图4A至图4C的每个变形例中，在气隙16中设置有多个楔形部18，且因此可以进一步增强铁心10在气隙16中的机械强度；此外，借助源自多个楔形部18被驱入到填充在气隙16中的树脂17内的楔入作用而进一步增强铁心10和树脂17之间的结合。因此，可以进一步提高铁心10的刚度。

（2）楔形部沿突出方向的长度在轴向方向上变化的情形

在上述实施方式中，楔形部18的沿突出方向的长度（高度）沿着气隙16的上述轴向方向是均匀的。本公开内容并不局限于该构造；楔形部18沿突出方向的长度可以沿气隙16的上述轴向方向变化。在图5A至图5C示出了这种变形的示例。为了便于理解，在图5A至图5C中，楔形部18沿突出方向的长度（沿每个附图的上下方向的尺寸）被放大示出。

在如图5A所示的示例中，楔形部18沿突出方向的长度在气隙16沿上述轴向方向的一端处（图5A中的左侧）是H1，并且在上述轴向方向的另一端处（图5A中的右侧）是H2，H2大于H1。换言之，楔形部18沿突出方向的长度从气隙16沿上述轴向方向的一端处的H1连续地增加至在沿轴向方向的另一端处的H2。

在图5B的示例中，楔形部18沿突出方向的长度在气隙16沿上述轴向方向的中央部处是H1，并且在上述轴向方向的一端以及另一端处是H2。换言之，楔形部18沿突出方向的长度从气隙16沿上述轴向方向的一端处的H2连续地减少至在中央部处的H1，然后从气隙16沿上述轴向方向的中央部处的H1连续地增加至沿上述轴向方向的另一端处的H2。

在如图5C所示的示例中，楔形部18沿突出方向的长度在气隙16沿上述轴向方向的中央部处是H2，并且在上述轴向方向的一端以及另一端处是H1。换言之，楔形部18沿突出方向的长度从气隙16沿上述轴向方向的一端处的H1连续地增加至在中央部处的H2，然后从气隙16沿上述轴向方向的中央部处的H2连续地减少至沿上述轴向方向的另一端处的H1。

在图5A至图5C的每个变形例中，气隙16的楔形部18的突出长度沿上述轴向方向变化。结果，限制了填充在气隙16中的树脂17沿楔形部18的突出长度（高度）增加所沿的方向的运动。例如借助该布置，在图5A所示的构造中，防止气隙16内的树脂17沿由白色箭头所示的上述轴向方向向另一侧（图5A中的右侧）移出。在如图5B和图5C所示的构造中，防止气隙16内的树脂17沿由白色箭头所示的上述轴向方向向所述一侧和所述另一侧两者（图5B和图5C中的左侧和右侧）移出。因此，可以稳定地获得提高铁心10的刚度的效果。

（3）楔形部的宽度沿轴向方向上变化的情形

在上述实施方式中，楔形部18的宽度（即，楔形部18的V形截面的基端的宽度）沿着上述轴向方向是均匀的。本公开内容并不局限于该构造；楔形部18的宽度可沿气隙16的上述轴向方向改变。在图6A至图6C示出了这种变形的示例。为了便于理解，在图6A至图6C中，仅楔形部18被提取示出。

在图6A所示的示例中，楔形部18的宽度在气隙16沿所述轴向方向的一端处（图6A中的左侧）为W1，并且在气隙16沿上述轴向方向的另一端处（图6A中的右侧）为W2，W2大于W1。换言之，楔形部18的宽度沿上述轴向方向从气隙16沿所述轴向方向的一端处的W1连续地增加至在另一端处的W2。

在图6B示出的示例中，楔形部18的宽度在气隙16沿上述轴向方向的中央部处为W2，并且在沿上述轴向方向的一端以及另一端处为W1。换言之，楔形部18的宽度从气隙16沿上述轴向方向的一端处的W1连续地增加至在中央部处的W2，然后从气隙16沿上述轴向方向的中央部处的W2连续地减少至沿上述轴向方向的另一端处的W1。

在如图6C所示的示例中，楔形部18的宽度在气隙16沿上述轴向方向的中央部处为W1，并且在沿上述轴向方向的一端以及另一端处为W2。换言之，楔形部18的宽度从气隙16沿上述轴向方向的一端处的W2连续地减少至在中央部处的W1，然后从气隙16沿上述轴向方向的中央部处的W1连续地增加至沿上述轴向方向的另一端处的W2。

在图6A至图6C的每个变形例中，气隙16的楔形部18的宽度沿上述轴向方向变化。结果，限制了填充在气隙16中的树脂17沿楔形部18的宽度增加所沿的方向的运动。借助该布置，在如图6A所示的构造中，防止气隙16内的树脂17沿由白色箭头所示的上述轴向方向向另一侧（图6A中的右侧）移出；在如图6B和图6C所示的构造中，防止气隙16内的树脂17沿由白色箭头所示的上述轴向方向向所述一侧和所述另一侧两者（图6B和图6C中的左侧和右侧）移出。因此，可以稳定地获得提高铁心10的刚度的效果。

（4）气隙的截面形成为除五边形外的多边形的形状的情形

在上述实施方式中，气隙16的垂直于上述轴向方向的截面是五边形。本公开内容并不局限于该构造；气隙16的截面可形成为除五边形外的多边形的形状。在图7A至图7C中示出了这种变形的示例。

在如图7A所示的示例中，气隙16的垂直于上述轴向方向的截面形成为三角形的形状。在气隙16中，向内突出的楔形部18设置在该三角形的沿上述径向方向的外侧的角部中，并且气隙16填充有树脂17。

在如图7B所示的示例中，气隙16的上述水平截面形成为菱形的形状。在气隙16中，向内突出的楔形部18设置在所述菱形的沿上述径向方向的外侧的角部中。

在如图7C所示的示例中，气隙16的上述水平截面形成为六边形的形状。在气隙16中，向内突出的楔形部18设置在所述六边形的沿上述径向方向的外侧的两个角部之中的每个角部中。

在图7A至图7C的变形例中，如在上述的实施方式那样，也可以提高铁心10的刚度。

（5）使用半打开式转子的情形

在上述实施方式中，转子3是所谓的封闭式的，其中铁心10的筒形外周部是封闭的。本公开内容并不局限于该构造；可应用半打开式构造，其中铁心的筒形外周部在永磁体11的位置处是打开的。在图8中示出了这种变形例的示例。

如图8所示，本变形例的转子3A在铁心10A的永磁体11沿上述径向方向的外侧的部分中具有开口部19。采用该布置，转子3A构造成半打开式的，其中铁心10的筒形外周部并不封闭。

当定子2被通电时，与磁体的磁性相反的磁场从定子2被施加到转子3A的永磁体11，且因此在永磁体11中发生所谓的退磁。在此，在上述通电时从定子2被施加最大磁通的部分是铁心10A的永磁体11沿上述径向方向的最外部。因此，在本变形例中，开口部19被设置在铁心10A的永磁体11沿上述径向方向的最外部，且因此避免了其中最显著地发生永磁体11的退磁的布置，结果是在上述通电时防止最大磁通从定子2被施加到永磁体11，并且可以减小转子3的旋转特性的降低。

在本变形例中的转子3A的其他构造与在上述实施方式中的转子3的构造相同。

在本变形例中，如在上述实施方式中的那样，可以提高铁心10A的刚度。

（6）其他

虽然在上述实施方式及其每个变形例中，已经描述了其中气隙16的水平截面是多边形的示例，但是本公开内容并不局限于该构造。也就是说，气隙16的水平截面可形成为任意形状，例如圆形或扇形。虽然使用电动机作为示例描述了旋转电机，但是本公开内容可施加到发电机。

除了上文描述的以外，上述实施方式及其每个变形例的方法可被合适地组合并使用。此外，虽然未示出，但是在上述实施方式及其每个变形例中，在不偏离本发明的精神的情况下可以进行许多变形。

Claims

1.一种旋转电机（1），所述旋转电机包括：

定子（2）；以及

转子（3;3A），其特征在于：

所述转子（3;3A）包括：

筒形铁心（10;10A），所述铁心被固定到一轴（9）并且包括轴向方向和径向方向；

被嵌入所述铁心（10;10A）中的多个永磁体（11）；

多个气隙（16），这些气隙分别被设置在所述铁心（10;10A）的沿所述径向方向的内侧的部分中；

楔形部（18），所述楔形部沿着所述轴向方向设置成在所述气隙（16）内突出；以及

被填充在所述气隙（16）中的非磁性加强构件（17）。

2.根据权利要求1所述的旋转电机（1），其中：

所述楔形部（18）在所述气隙（16）内设置在至少位于所述气隙（16）的沿所述径向方向的外侧的位置。

3.根据权利要求2所述的旋转电机（1），其中：

所述气隙（16）在垂直于所述轴向方向的截面中的截面形状是多边形；并且

所述楔形部（18）被设置在所述多边形的角部的位置上。

4.根据权利要求3所述的旋转电机（1），其中：

所述气隙（16）包括：

磁体面对表面（16a），所述磁体面对表面构造成面对所述永磁体（11）的作为磁通产生表面的侧表面并且减少向所述转子（3;3A）的沿所述径向方向的内侧的泄漏磁通；以及

磁通引导表面（16b），所述磁通引导表面构造成将所述永磁体（11）的磁通引导向所述转子（3;3A）的沿所述径向方向的外侧，并且

所述楔形部（18）设置在位于两个所述磁通引导表面（16b）之间的角部上。

5.根据权利要求4所述的旋转电机（1），其中：

所述楔形部（18）形成为使得：沿着突出方向的长度和沿着周向方向的长度中的至少一者沿所述轴向方向变化。