CN103904800A - 永磁体嵌入型旋转电机器 - Google Patents

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CN103904800A
CN103904800A CN201310716805.1A CN201310716805A CN103904800A CN 103904800 A CN103904800 A CN 103904800A CN 201310716805 A CN201310716805 A CN 201310716805A CN 103904800 A CN103904800 A CN 103904800A
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magnetic steel
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安谷屋拓
泷本修二
浜名祥三
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Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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Abstract

一种永磁体嵌入型旋转电机器，包括转子和定子。转子包括由多个堆叠并层压的磁性钢板形成的转子芯以及永磁体。每个磁性钢板具有多个磁体孔、连接部和区段区域。区段区域被在磁体孔的相反端部之间以及在转子的旋转中心与磁体孔的各个端部之间延伸的线包围。连接部仅设置在区段区域的内侧，并且连接部为接合部或紧固孔，任意两个相邻的磁性钢板在接合部处接合，紧固构件插入在紧固孔中。连接部包括接合部和紧固孔两者。设置在区段区域中的连接部为接合部和紧固孔中的至少一者。

Description

永磁体嵌入型旋转电机器
技术领域
本发明涉及一种永磁体嵌入型旋转电机器，其包括转子和定子，该转子具有多个堆叠并层压的磁性钢板和嵌入的永磁体，线圈缠绕在该定子中。
背景技术
通常，永磁体嵌入型旋转电机器包括转子，该转子包括由多个堆叠并层压的磁性钢板形成的转子芯、以及沿转子芯的轴向方向穿过转子芯插入的多个永磁体。每个磁性钢板具有在预定位置穿过其形成的多个磁体孔。因此，由层压磁性钢板制成的转子芯具有贯穿其中形成的多个磁体接收孔。
在根据日本专利申请公报No.2012-165568的永磁体嵌入型旋转电机器中，转子在位于任意两个相邻的磁体孔之间且位于磁体孔的径向内侧的位置具有由层压磁性钢板的磁体孔形成的八个磁体接收孔以及由层压磁性钢板的铆钉孔形成的八个铆钉固定孔。磁性钢板由穿过八个铆钉孔中的四个铆钉孔插入的四个螺栓以及螺母被紧固。
为了减小上述公报的永磁体嵌入型旋转电机器的重量，可以增加磁性钢板的内径。减小内径减小了磁性钢板的内周和外周之间的距离。因此，磁体孔更靠近铆钉孔定位。
在永磁体嵌入型旋转电机器中，插入在转子芯的相应磁体接收孔中的永磁体以磁通的磁路连接在任意两个相邻的永磁体之间的方式产生磁通。如果磁体孔如上文所述那样在磁性钢板中更靠近铆钉孔定位，则在任意两个相邻的永磁体之间产生的磁通的区域减小。形成在磁性钢板中的任意两个相邻磁体孔之间的铆钉孔的存在阻碍了任意两个相邻的永磁体之间的磁通的产生，结果，可能减弱永磁体嵌入型旋转电机器的性能。
多个磁性钢板通过例如销钉压合之类的压合方式而不是使用铆钉彼此固定。如同在磁性钢板中形成有铆钉孔的情形那样，压合的使用也阻碍了任意两个相邻的永磁体之间的磁通的产生，结果，也减弱了永磁体嵌入型旋转电机器的性能。
本发明旨在提供一种永磁体嵌入型旋转电机器，其确保了永磁体嵌入型旋转电机器的永磁体产生的磁通的充足的磁路并且确保了永磁体嵌入型旋转电机器的期望的性能。
发明内容
根据本发明，一种永磁体嵌入型旋转电机器包括转子和定子。转子包括由多个堆叠并层压的磁性钢板形成的转子芯以及嵌入在转子芯中的多个永磁体。每个磁性钢板具有多个磁体孔、多个连接部和多个区段区域。磁体孔将永磁体容置在磁体孔中。磁性钢板沿堆叠方向通过连接部固定地连接。区段区域被在磁体孔的相反端部之间以及在转子的旋转中心与磁体孔的各个端部之间延伸的线包围。连接部为接合部或紧固孔，通过弯曲磁性钢板，任意两个相邻的磁性钢板在堆叠方向上在接合部处接合，紧固构件插入在紧固孔中以固定地连接磁性钢板。连接部包括接合部和紧固孔两者。连接部仅设置在区段区域的内侧。设置在区段区域中的连接部为接合部和紧固孔中的至少一者。
通过结合以示例方式示出本发明的原理的附图做出的以下描述，本发明的其他方面和优点将变得明显。
附图说明
通过参照下文对目前优选的实施方式的描述，结合附图，可以最好地理解本发明及其目的和优点，在附图中：
图1为示出根据本发明的第一优选实施方式的永磁体嵌入型旋转电机器的示意性截面图；
图2为示出图1的永磁体嵌入型旋转电机器的纵向截面图；
图3为示出图1的永磁体嵌入型旋转电机器的转子的示意性截面图；
图4为示意性截面图，示出了图1的永磁体嵌入型旋转电机器的转子的转子芯的具有大内径的钢板；
图5为示意性截面图，示出了图1的永磁体嵌入型旋转电机器的转子的转子芯的具有小内径的钢板；
图6为沿周向方向的局部放大截面图，示出了图1的永磁体嵌入型旋转电机器的转子的转子芯的压合部分；
图7为沿径向方向的局部放大截面图，示出了图1的永磁体嵌入型旋转电机器的转子的转子芯的压合部分；
图8为示出包括图1的永磁体嵌入型旋转电机器的马达驱动压缩机的纵向截面图；以及
图9为示出根据本发明的第二优选实施方式的永磁体嵌入型旋转电机器的磁性钢板的示意性截面图。
具体实施方式
下文中将参照图1至8对根据本发明的第一优选实施方式的永磁体嵌入型旋转电机器进行描述。参照图2和8，附图标记1表示永磁体嵌入型旋转电机器(后文中简称为“旋转电机器”)。旋转电机器1包括转子2和定子7，转子2包括由多个堆叠并层压的磁性钢板21形成的转子芯20以及嵌入在转子芯20中的多个永磁体3，定子7具有线圈74。
参照图4和图5，每个磁性钢板21具有多个磁体孔211、多个连接部26以及多个区段区域22，磁体孔211形成用于在其中容置永磁体3的磁体接收孔。磁性钢板21在堆叠方向上由多个连接部26固定地连接。磁体孔211绕着旋转中心P沿转子2的周向方向形成在磁性钢板21中。每个区段区域22被图4和5中示出的三条线L1包围，这三条线在磁体孔211的相反端部之间以及在转子2的旋转中心P与磁体孔211的各个端部之间延伸。每个连接部26设置在区段区域22的内部。
如图8中所示，本实施方式的旋转电机器1在马达驱动压缩机100中使用。马达驱动压缩机100包括构造成对制冷剂气体进行压缩的压缩机构11、构造成驱动该压缩机构11的旋转电机器1、以及壳体12，壳体12将压缩机构11和旋转电机器1容置在其中。壳体12在其中形成有马达室121，马达室121用于将旋转电机器1容置在其中。马达驱动压缩机100还包括设置在壳体12中的框架122，框架122用于在马达室121与压缩机构11之间分开并且支撑旋转电机器1的旋转轴25。
压缩机构11包括定涡旋构件111和动涡旋构件112。动涡旋构件112随着旋转电机器1的旋转轴25的旋转而绕着旋转轴25绕动(oribt)。动涡旋构件112在相对于旋转轴25的中心偏心的位置可旋转地连接至旋转轴25。随着旋转电机器1的旋转轴25的旋转，动涡旋构件112绕着旋转轴25绕动以在动涡旋构件112与定涡旋构件111之间对制冷剂气体进行压缩。
框架122设置在壳体12中以将壳体12划分为压缩机构11和马达室121。框架122固定地安装至壳体12并包括框架轴支撑件123，框架轴支撑件123在旋转轴25的一部分处可旋转地支撑该旋转轴25，如图8中所示。轴承124安装在旋转轴25与框架轴支撑件123之间。框架轴支撑件123以框架轴支撑件123的一部分在转子芯20的轴向方向上与转子芯20的一部分重叠的方式沿着旋转轴25延伸。换言之，框架轴支撑件123的一部分设置在形成在转子芯20中的容置空间29中，如图8中所示。壳体12在对应于旋转轴25的与压缩机构11相反的端部的位置具有壳体轴支撑件125，用于可旋转地支撑该旋转轴25。
包括具有嵌入的永磁体3的转子芯20的旋转电机器1为内置式永磁体马达(IPM)。旋转电机器1的定子7固定地安装至壳体12而转子2设置在定子7的径向内侧上以便与旋转轴25一起旋转。如图1中所示，定子7包括环形定子芯71、沿着定子芯71的整个内周形成的多个齿72、形成在任意两个相邻的齿72之间的多个槽73、以及缠绕在槽73中的线圈74。
如图2和图3中所示，转子2包括由层压在一起的多个磁性钢板21形成的转子芯20、穿过转子芯20插入的多个永磁体3、图8中示出的旋转轴25、在转子芯20的相反端部处安装至该转子芯20的一对环形端部板6、以及相对于转子芯20相反地安装至端部板6的两个平衡重物5。
如图2中所示，转子芯20的磁性钢板21包括两种磁性钢板，即小内径钢板23和大内径钢板24。小内径钢板23和大内径钢板24具有盘形形状。小内径钢板23和大内径钢板24中的每一个包括多个磁体孔211和多个连接部26，连接部26形成在磁体孔211的径向内侧的位置并且与旋转中心P相邻。小内径钢板23具有小直径的轴孔231，旋转轴25穿过该轴孔231插入，而大内径钢板24具有直径比轴孔231的直径大的大孔241。
如图4和图5中所示，十个磁体孔211(每一个磁体孔均具有矩形形状)设置在磁性钢板21(小内径钢板23或大内径钢板24)中并以相等的间隔沿着磁性钢板21的整个圆周间隔开。每个连接部26包括接合部27或紧固孔28，通过使磁性钢板21的一部分弯曲而使任意两个相邻的磁性钢板21在堆叠方向上在该接合部27处接合，而铆钉4穿过紧固孔28插入。根据第一优选实施方式，十个连接部26由六个接合部27和四个紧固孔28形成。每个连接部26设置在小内径钢板23的区段区域22中。
区段区域22具有被三条线L1包围的大致三角形形状，这三条线L1包括连接在转子2的旋转中心P与磁体孔211的两个相反端部之间的两条线L1以及连接在磁体孔211的两个相反端部之间的一条线L1。在图4和图5中看到的连接部26的边界线以不与这些线L1相交的方式定位在区段区域22中。
每个连接部26在区段区域22中位于线L2上的位置，线L2连接在旋转中心P与连接在磁体孔211的两个相反端部之间的线L1的中心之间。如图4和图5中所示，每个连接部26定位成使连接部26的中心位于线L2上并面对永磁体3的横向中心。
如图4和5中所示，紧固孔28在区段区域22中形成为使得对于连接部27的任一个或两个区段区域22位于或设置在对于紧固孔28的任意两个区段区域22之间。
四个紧固孔28(每个紧固孔28具有圆形形状)位于磁体孔211的径向内侧，以便形成转子芯20的铆钉固定孔，每个铆钉固定孔构造成在其中接收铆钉4，铆钉4在其一个端部处具有铆钉头，如图2中所示。铆钉4用作紧固构件。
每个磁性钢板21具有位于磁体孔211的径向内侧的六个接合部27。每个接合部27沿一个堆叠方向从磁性钢板21向外延伸并且在磁性钢板21的径向方向上具有大致V形截面。接合部27在磁性钢板21的周向方向上具有大致线性截面并且接合部27的周边的相反端部被切除。接合部27不限于具有上述形状。可替代地，接合部27在磁性钢板21的周向方向上可以具有大致V形截面并且在磁性钢板21的径向方向上可以具有大致线性截面。
如图6和图7中所示，设置在转子芯20的一个支撑端处的大内径钢板24具有孔272而不是接合部27。从堆叠方向观察，孔272的形状大致与接合部27的外形相同。
如上所述，连接部26设置在磁性钢板21的所有的区段区域22中。所有的区段区域22都具有连接区域221。接合部27可采用各种形状。根据本发明，连接部27具有大致V形截面。可替代地，接合部27可以具有弧形形状或矩形形状。
如图5中所示，在小内径钢板23的中心处穿过该小内径钢板23形成的轴孔231具有与旋转轴25的直径对应的直径。在旋转轴25穿过由小内径钢板23的轴孔231形成的转子芯20的轴接收孔插入的情况下，小内径钢板23固定地装配到旋转轴25上以便和旋转轴25一起旋转。
如图4中所示，在大内径钢板24的中心处穿过该大内径钢板24形成的大孔241具有比轴孔231的直径大的直径，并且，框架122在壳体12中设置成使得框架122的一部分插入到由层压的大内径钢板24的大孔241形成的容置空间29中。
如图4和图5中所示，在磁性钢板21上除了区段区域22以外的区域中没有形成连接部26。磁性钢板21上位于磁体孔211的径向内侧并且位于轴孔231或大孔241的径向外侧的区域大致平坦并且不具有孔、凹部或突出部。
如图2和图3中所示，转子芯20的每个磁体孔211具有嵌入其中的永磁体3。如图1中所示，从转子芯20的轴向端部观察，永磁体3具有大致矩形形状，并且永磁体3的矩形形状的长边为磁极面。永磁体3具有与转子芯20的轴向长度大致相同的长度。永磁体3具有长方体形状并且与转子芯20一体地形成。永磁体3设置成使得在任意两个相邻的永磁体3之间产生磁通。
如图3中所示，设置在转子芯20的相反端部处的每个端部板6具有环形形状并且在与磁性钢板21的紧固孔28对应的位置贯穿其中地形成有两个板孔61。每个环形端部板6具有与大孔241的内径大致相同的内径以及与大内径钢板24的外径大致相同的外径。
如图2和图3中所示，两个平衡重物5分别设置在转子芯20的相反轴向端部上，并且这两个平衡重物5具有弧形形状，该弧形形状沿着端部板6延伸并具有不足半圆形。平衡重物5在与磁性钢板21的紧固孔28对应的位置贯穿其中地形成有两个重物孔51。尽管在图3中仅仅示出了一个平衡重物5，但在关于转子芯20的旋转中心P对称的位置布置了两个平衡重5，并且这两个平衡重物5以大约180度的角度彼此成角度地间隔开。
如图2、图6和图7中所示，小内径钢板23包括多层的多个小内径钢板23(每一个小内径钢板23均具有接合部27)、多层的多个大内径钢板24(每一个大内径钢板24均具有接合部27)以及具有孔272的一个大内径钢板24。小内径钢板23和大内径钢板24的这些层以小内径钢板23和大内径钢板24的接合部27以及大内径钢板24的孔272彼此对齐地定位的方式堆叠并挤压在一起。
所有的磁性钢板21因此通过磁性钢板21的任意相邻的接合部27之间的压合以及磁性钢板21的接合部27与孔272之间的压合而固定地彼此连接。两个端部板6和两个平衡重物5通过一对铆钉4分别固定地安装至层压磁性钢板21的相反的轴向端部。
在转子芯20中通过大内径钢板24的内周表面与和最底部的大内径钢板24相邻的最上部的小内径钢板23的表面形成容置空间29。框架122的框架轴支撑件123的一部分容置在该容置空间29中，并且框架轴支撑件123的一部分与转子芯20的一部分在该容置空间29中重叠。
穿过由转子芯20的小内径钢板23的轴孔231形成的轴接收孔的旋转轴25包括具有圆柱形形状的主轴体251和形成在主轴体251的一个端部处的轴头252。主轴体251的外径与小内径钢板23的轴孔231的内径对应，使得主轴体251可以固定地装配在由小内径钢板23的轴孔231形成的轴接收孔中。轴头部分252能够连接至压缩机构11的动涡旋构件112。
穿过框架轴支撑件123插入的旋转轴25固定地连接至转子芯20，因而形成转子2。尽管未在附图中示出，旋转轴25借助于键和键槽连接至转子芯20，键与小内径钢板23和旋转轴25中的一者一起形成，键槽形成在小内径钢板23和旋转轴25中的另一者中。如上所述地构造的转子2和定子7配合以形成在马达驱动压缩机100中使用的旋转电机器1。
下文将描述本发明的第一优选实施方式的有益效果。旋转电机器1的转子2的连接部26设置在区段区域22中。因此，可以通过连接部26防止磁通的产生的干扰。在转子2中，磁通以将任意两个相邻的永磁体3在位于磁体孔211的径向内侧的区域中彼此连接的方式在磁性钢板21中产生。具体地，磁通以这样的方式在磁性钢板21中产生，即，将磁性钢板21的相对于线L2(该线L2从嵌入在磁性钢板21中的永磁体3延伸)位于顺时针侧的区域与磁性钢板21的相对于线L2(该线L2从与上述永磁体3相邻地设置的永磁体3延伸)位于逆时针侧的区域相连接。
如果连接部26沿着磁性钢板21的周向方向设置在任意两个相邻的永磁体3之间，则连接部26倾向于防止磁通的产生。设置在磁性钢板21的区段区域22中的连接部26对在磁性钢板21中产生磁通带来更少的阻碍，并确保了永磁体3的磁通的充足的磁路，结果，磁通可以稳定地在任意两个相邻的永磁体3之间产生。
每个连接部26设置在线L2上，线L2连接旋转中心P与连接在磁体孔211的相反端部之间的线L1的中心，这减少了连接部26对磁通的产生的影响。结果，在任意两个相邻的永磁体3之间可以稳定地产生磁通。
每个区段区域22仅仅包括其中设置有连接部26的连接区域221。换言之，连接部26仅仅设置在区段区域22中，这有助于使得任意两个相邻的永磁体3之间产生的磁通变得稳定且均匀。连接部26以良好地平衡的方式设置在磁性钢板21中，使得多个磁性钢板21稳定地彼此连接。
连接部26包括接合部27和紧固孔28，接合部27使任意两个相邻的磁性钢板21彼此连接，而紧固孔28形成转子芯20的铆钉固定孔，铆钉4插入到铆钉固定孔中以固定地连接磁性钢板21。磁性钢板21由其接合部27暂时连接，这有助于促进生产过程中多个磁性钢板21的转移。用于固定地连接磁性钢板21的紧固孔28的使用实现了磁性钢板21的可靠固定。紧固孔28和接合部27构造成对在磁性钢板21中产生磁通带来更少的阻碍，使得可以充分地确保转子2的性能。
平衡重物5设置在转子芯20的相反的端面上并且通过插入在转子芯20的铆钉固定孔中的铆钉4与磁性钢板21固定地连接。因此，平衡重物5和磁性钢板21可通过共同的铆钉4容易地被固定。因此，可以容易地制造在马达驱动压缩机100的旋转电机器1中使用的转子2。
根据第一优选实施方式的旋转电机器1，充分地确保了由永磁体3产生的磁通的磁路，使得可以实现旋转电机器1的期望的性能。
在本发明的第一优选实施方式中，具有转子2的旋转电机器1用于马达驱动压缩机100，但不限于用于马达驱动压缩机的情况。具有转子2的旋转电机器1可用于各种设备。在本发明的第一优选实施方式中，从转子2的轴向方向观察，永磁体3具有矩形形状。永磁体3可以具有弧形形状。
下文将参照图9描述本发明的第二优选实施方式。第二优选实施方式与第一优选实施方式的不同之处在于旋转电机器1的连接部26的数量和位置。除了连接部26的数量和位置不同之外，第二优选实施方式的磁性钢板21具有与第一优选实施方式的小内径钢板23基本相同的结构。
如图9中所示，磁性钢板21包括由形成在其中的四个紧固孔28和四个接合部27组成的八个连接部26。四个紧固孔28在区段区域22中分别形成在位于四个磁体孔211的径向内侧的位置。四个接合部27在形成有紧固孔28的区段区域22中分别形成在位于紧固孔28的径向内侧的位置。在其中不具有连接部26的一个或两个区段区域22位于各自具有一个紧固孔28和一个接合部27的任意两个相邻的区段区域22之间。
在图9的第二优选实施方式中，磁性钢板21具有包括四个连接区域221和六个非连接区域222的区段区域22，在这四个连接区域221中设置有连接部26，在这六个非连接区域222中没有连接部26形成。第二优选实施方式的剩余结构与第一优选实施方式大致相同。
具有图9的磁性钢板21的旋转电机器1提高了布置连接部26的自由度并减小了连接部26对磁通的影响。第二优选实施方式带来了与第一优选实施方式相同的优点。另外，根据第一和第二优选实施方式的连接部26的数量和位置仅仅是示例，并且连接部26的数量和位置可以以各种方式变化。

Claims (7)

1.一种永磁体嵌入型旋转电机器(1)，包括：
转子(2)，所述转子(2)包括：
转子芯(20)，所述转子芯(20)由多个堆叠并层压的磁性钢板(21)形成；以及
嵌入在所述转子芯(20)中的多个永磁体(3)；以及
具有线圈(74)的定子(7)，
其特征在于，每个所述磁性钢板(21)具有多个磁体孔(211)、多个连接部(26)和多个区段区域(22)，所述磁体孔(211)将所述永磁体(3)容置在所述磁体孔(211)中，所述磁性钢板(21)通过所述连接部(26)在堆叠方向上固定地连接，所述区段区域(22)被在所述磁体孔(211)的相反端部之间以及在所述转子(2)的旋转中心(P)与所述磁体孔(211)的各个端部之间延伸的线(L1)包围，所述连接部(26)为接合部(27)或紧固孔(28)，通过使所述磁性钢板(21)弯曲而使任意两个相邻的所述磁性钢板(21)在所述堆叠方向上在所述接合部(27)处接合，紧固构件(4)插入在所述紧固孔(28)中以固定地连接所述磁性钢板(21)，所述连接部(26)包括所述接合部(27)和所述紧固孔(28)两者，所述连接部(26)仅设置在所述区段区域(22)的内侧，并且，设置在所述区段区域(22)中的所述连接部(26)为所述接合部(27)和所述紧固孔(28)中的至少一者。
2.根据权利要求1所述的永磁体嵌入型旋转电机器(1)，其特征在于，所述连接部(26)设置在连接所述旋转中心(P)与连接在所述磁体孔(211)的相反端部之间的线(L1)的中心的线(L2)上。
3.根据权利要求1所述的永磁体嵌入型旋转电机器(1)，其特征在于，所述区段区域(22)包括连接区域(221)和非连接区域(222)，在所述连接区域(221)中设置有所述连接部(26)，而在所述非连接区域(222)中没有设置连接部(26)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的永磁体嵌入型旋转电机器(1)，其特征在于，设置在所述区段区域(22)中的所述连接部(26)为所述接合部(27)和所述紧固孔(28)两者，并且所述接合部(27)在所述区段区域(22)中形成在位于所述紧固孔(28)的径向内侧的位置。
5.根据权利要求1所述的永磁体嵌入型旋转电机器(1)，其特征在于，所述区段区域(22)仅包括在其中设置有所述连接部(26)的所述连接区域(221)。
6.根据权利要求5所述的永磁体嵌入型旋转电机器(1)，其特征在于，设置在所述区段区域(22)中的所述连接部(26)为所述接合部(27)或所述紧固孔(28)。
7.根据权利要求1所述的永磁体嵌入型旋转电机器(1)，其特征在于，在所述转子芯(20)的相反端面上设置有平衡重物(5)，并且所述平衡重物(5)通过插入在所述紧固孔(28)中的所述紧固构件(4)而与所述磁性钢板(21)固定地连接。
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