CN104011973B

CN104011973B - 电动机

Info

Publication number: CN104011973B
Application number: CN201180075932.7A
Authority: CN
Inventors: 松冈笃; 马场和彦
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: WO2013098940A1; EP2800244A4; US9362791B2; JP5752273B2; JPWO2013098940A1; EP2800244B1; CN104011973A; US20150028708A1; EP2800244A1

Abstract

本发明涉及一种电动机。在该电动机中，构成转子（100）的磁极（3）的磁铁包括：设置于旋转轴（4）的外周的环状粘结铁氧体磁铁（1）、以及配置于粘结铁氧体磁铁（1）的外周侧的多个烧结铁氧体磁铁（2），在粘结铁氧体磁铁（1）的外周面形成有与磁极（3）相同数量的弯曲凹部（1a），其沿周向在同一圆周上等间距地形成且向旋转轴（4）侧突出，各烧结铁氧体磁铁（2）配置于各弯曲凹部（1a），其定子侧的面朝向定子侧形成为弯曲凸状、旋转轴侧的面朝向旋转轴侧形成为弯曲凸状，且形成为与弯曲凹部（1a）的形状大致相似，其圆周方向的中央部的厚度形成得大于端部的厚度，磁化方向被极性各向异性地取向。

Description

电动机

技术领域

本发明涉及电动机。

背景技术

以往已知一种内置有在转子铁芯的外周面沿圆周方向等间隔地配置多个烧结磁铁而成的转子的电动机。例如，在下述专利文献1所示的电动机中，为了降低电动机内部(定子铁芯及转子)的磁路内的磁阻，使用铁等软磁材料(高磁导率材料)作为转子内部的背轭。

此外，在下述专利文献2所示的转子中作为磁极使用了将永久磁铁的粉末与树脂进行混制的环状粘结磁铁。该永久磁铁的粉末使用了各向异性的磁铁粉末，环状磁铁通过在制造时从外部被施加极性各向异性的磁场，其磁化方向成为极性各向异性地取向(以下称“极性各向异性地取向”)。如此，通过使环状磁铁的磁化方向为极性各向异性地取向，环状磁铁的磁通集中于磁极中央，即使在使用磁特性低的粘结磁铁的情况下，也能够实现高磁力化。此外，通过使其极性各向异性地取向，而不需要在环状磁铁的内周侧设置背轭。因此，能够同时实现降低转子的加工成本以及转子的轻量化。另外，环状磁铁还可以用烧结磁铁制造，因为烧结磁铁的磁铁密度高于粘结磁铁，因此能够获得高于粘结磁铁的磁力。

专利文献1：日本特开平11－89141号公报(图1等)

专利文献2：日本特开昭63－265553号公报(图1等)

发明内容

但是，在上述专利文献1所示的现有转子中，作为背轭使用了铁等比重大的软磁材料，因此存在转子的重量增大，效率降低的问题。此外，在该转子中，因为需要在圆筒状的背轭的外周面配置多个永久磁铁，因此在该外周面配置永久磁铁时，需要采取用于确保固定位置精度等措施，而存在加工成本容易增加的问题。此外，上述专利文献2所示的现有转子的粘结磁铁的磁铁密度低，因此存在所获得的磁力比烧结磁铁低的问题。另外，在以烧结磁铁制作环状磁铁的情况下，由于极性各向异性地取向的影响，而在磁铁烧结阶段磁铁上容易产生变形、裂纹，无法进行充分的取向，因此无法获得发挥磁铁粉末的磁特性的磁铁。

本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于获得无需在转子的内部配置背轭就能实现高磁力化的电动机。

为了解决上述问题并达成目的，本发明提供一种电动机，其特征在于：构成配置于定子的内径侧的转子的磁极的磁铁包括：设置于旋转轴的外周的环状的第一磁铁、以及配置于上述第一磁铁的外周侧且其磁特性高于上述第一磁铁的多个第二磁铁，在上述第一磁铁的外周面形成有与磁极相同数量的凹部，其沿周向等间距地形成，上述各第二磁铁配置于上述各凹部，其圆周方向的中央部的厚度形成得大于端部的厚度，上述第一磁铁以磁极在上述各凹部交替出现并且磁通从相邻的凹部的一方穿过至另一方的方式被极性各向异性地取向。

根据本发明，具有无需在转子的内部配置背轭就能够实现高磁力化的效果。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的电动机的截面图。

图2是表示图1所示的转子的构造的截面图。

图3是表示图2所示的转子的磁铁的磁化方向、磁通流动的截面图。

图4是表示现有转子的第一构造的截面图。

图5是表示现有转子的第二构造的截面图。

图6是表示在现有电动机产生的感应电压与在本发明的实施方式所涉及的电动机产生的感应电压的比率的图。

符号的说明

1 粘结铁氧体磁铁

1a 弯曲凹部

1b 外周部

2 烧结铁氧体磁铁

2a1 外径侧面

2a2 内径侧面

3、43 磁极

4、31、41 旋转轴

5 空隙

10 定子

11 齿

20、44 极间

30 环状磁铁

40 背轭

42 永久磁铁

100、A、B 转子

具体实施方式

下面根据附图详细说明本发明所涉及的电动机的实施方式。另外，本发明并不局限于本实施方式。

实施方式

图1是本发明的实施方式所涉及的电动机的截面图，图2是表示图1所示的转子100的构造的截面图，图3是表示图2所示的转子100的磁铁的磁化方向、磁通流动的截面图。

在图1中，本发明的实施方式所涉及的电动机构成为具有定子10及转子100。定子10为圆环状的铁芯，在其内部设置有沿圆周方向(转子100的旋转方向)等角度间距地形成的多个齿11以及卷绕于各齿11并被施加来自外部的电压的绕组(未图示)。卷绕于齿11的绕组可以是集中绕组也可以是分布绕组。在分布绕组的情况下，由定子10的绕组所产生的磁通均匀分布，能够进一步降低振动及噪音。在定子10的内径侧可旋转地配设有转子100，在转子100的外周面与齿11之间形成有空隙5。

图2所示的转子100作为其主要结构具备：用于传递旋转能量的旋转轴4、设置于该旋转轴4的外周部的粘结铁氧体磁铁1(以下简称“磁铁1”)以及设置于磁铁1的外周侧的烧结铁氧体磁铁2(以下简称“磁铁2”)。另外，在旋转轴4与磁铁1之间，与磁铁1相同，设置有粘结铁氧体磁铁。

磁铁1形成为环状，设置于旋转轴4的外周部。在磁铁1的外周面形成有与磁极3(N极、S极)相同数量的弯曲凹部1a，其沿周向在同一圆周上等间距地形成且向旋转轴4侧突出。在图2所示的转子100，作为一个示例，形成有由磁铁1和磁铁2构成的8个磁极3。

各弯曲凹部1a形成为与磁铁2的内径侧面2a2几乎相同的形状，在这些弯曲凹部1a配设磁铁2。在各弯曲凹部1a配设磁铁2，这样在相邻磁铁2之间(极间20)夹着磁铁1，且该磁铁1的外周部1b形成在与外径侧面2a1大致相同的圆周上。另外，图2所示的磁铁1的外周部1b为了防止磁铁碎裂等，而设置成与以从转子中心到外径侧面2a1为半径形成的圆弧面相比在半径方向上靠内侧。

磁铁1优选使用磁特性比磁铁2低的磁铁。虽然对磁特性也有某种程度的要求，但比起磁铁的性能来说，最好是能够实现具有图2所示的特征的形状(弯曲凹部1a)的材料，因此优选为容易成形的铁氧体的粘结磁铁。

磁铁2分别配置于磁铁1的弯曲凹部1a，其定子侧的面(外径侧面2a1)朝向定子侧形成为弯曲凸状、旋转轴侧的面(内径侧面2a2)朝向旋转轴侧形成为弯曲凸状，且形成为与弯曲凹部1a的形状大致相似。此外，磁铁2的圆周方向的中央部的厚度形成得大于端部的厚度。即，磁铁2形成为其厚度从中央部向两端部逐渐变薄，其截面形成为所谓透镜状。

磁铁2的外径侧面2a1形成为其圆弧中心与定子10的内径面(齿11的内径面)的圆弧中心大致相同。即，磁铁2形成为，从外径侧面2a1的圆周方向中央部到转子中心的长度L1与从外径侧面2a1的圆周方向端部到转子中心的长度L2大致相等。因此，磁铁2的中央部和齿11之间的间隙(空隙5)与磁铁2的端部和齿11之间的间隙大致相等。换言之，在以从转子中心到外径侧面2a1为半径形成的圆弧面与齿11的内径面之间形成有宽度几乎不变的空隙5。

磁铁2的材料优选使用磁特性高于磁铁1的材料。例如，作为磁铁2，可以使用高性能的稀土类磁铁。但是，磁铁2如图2所示，其旋转轴侧与定子侧分别形成为凸状，因此磁铁的体积增大。所以，在作为磁铁2使用高价稀土类磁铁的情况下，不仅转子100的制造成本增大，还会因成形困难而使磁铁的形状受限。于是，磁铁2优选使用廉价且容易成形的铁氧体的烧结磁铁。

在图3中，磁铁1构成为以在弯曲凹部1a出现磁极(N极、S极)的方式进行极性各向异性地取向。此外，各磁铁2以其磁化取向的焦点在连接转子100的中心与磁铁2的中央部的线上且位于转子100外侧(定子10侧)的方式被磁化。即，磁铁2以反方向的径向取向被磁化。

本实施方式所涉及的转子100，因为磁铁1夹在极间20中，因此在形成为磁铁1的磁化取向为极性各向异性地取向的情况下，从磁铁2的外径侧面2a1流入的磁通经过图3所示的路径再次从磁铁2的外径侧面2a1流出。例如从图3的上侧所示的磁铁2的外径侧面2a1流入的磁通，从与该磁铁2连接的弯曲凹部1a的极间侧的面流入磁铁1内，再从与图3的下侧所示的磁铁2连接的弯曲凹部1a的极间侧的面流入该磁铁2内，然后从外径侧面2a1流出。但是，从磁铁2的外径侧面2a1流入的磁通几乎不流到转子100的中心侧。即，流入转子100的磁通不会漏到转子100的内部。

如此，本实施方式所涉及的转子100以磁铁1夹在极间20中且磁铁1的磁化取向为极性各向异性地取向的方式被磁化，因此在转子内部的外周侧附近形成磁路，磁通集中于磁极3的中心附近(磁铁2的圆周方向中央部)。因此，本实施方式所涉及的转子100即使不在转子100的内部配置作为磁通的路径的铁芯(背轭)，也能够获得高磁力的转子100，能够较之使用背轭的现有转子实现轻量化。

另外，在不在转子100的内部设置背轭的情况下，通常该背轭以外的空隙(转子内部的空间)会扩大，因此该空隙成为磁路上的磁阻，由永久磁铁(磁铁2)产生的磁通降低。但是，在本实施方式所涉及的转子100中，由于是在转子内部的磁通的路径中(参见图3)串联地配置磁铁1与磁铁2的形式，因此会由转子100产生将磁铁2的磁通与磁铁1的磁通相加所得的磁通。即，以磁铁1的磁力补充磁铁2的磁力，因此能够实现磁力更大的转子100。此外，本实施方式所涉及的磁铁2的定子侧的面向定子侧形成为弯曲凸状，且旋转轴侧的面向旋转轴侧形成为弯曲凸状，因此磁铁2的圆周方向中央部较厚，而能够获得强大的磁力。

此外，本实施方式所涉及的磁铁2的外径侧面2a1形成为其圆弧中心与定子10的内径面的圆弧中心大致相同。因此，与磁铁2的外径侧面2a1的圆弧中心形成为不同于定子10的内径面的圆弧中心的情况相比，磁铁2与定子10之间的空隙5变窄，与定子10交链的有效磁通量增加。即，来自转子100的大量磁通与定子10的绕组交链，能够实现电动机的高性能化。

图4是表示现有转子的第一构造的截面图，图5是表示现有转子的第二构造的截面图。图6是表示在现有电动机产生的感应电压与在本发明的实施方式所涉及的电动机产生的感应电压的比率的图。

图4所示的转子A构成为具有旋转轴31以及设置于旋转轴31的外周部的环状磁铁30。环状磁铁30以磁化方向为极性各向异性地取向的方式被磁化。

图6的A1表示内置有作为环状磁铁30的材料使用铁氧体的粘结磁铁的转子A的电动机的感应电压。下面将该转子称为“转子A1”。此外，图6的A2表示内置有作为环状磁铁30的材料使用铁氧体的烧结磁铁的转子A的电动机的感应电压。下面将该转子称为“转子A2”。

图5所示的转子B构成为具有：旋转轴41、设置于旋转轴41的外周部的环状背轭40以及设置于背轭40的外周面的永久磁铁42。永久磁铁42为铁氧体的烧结磁铁，其外径侧面及内径侧面都向定子10侧形成为弯曲凸状，其截面形成为所谓瓦形。另外，在旋转轴41与背轭40之间，设置有与背轭40相同的材料。

图5所示的各永久磁铁42形成为其外径面的圆弧半径小于背轭40的外周面的圆弧半径。具体而言，本实施方式所涉及的磁铁2形成为其外径面的圆弧中心与定子10的内径面的圆弧中心大致相同。另一方面，图5所示的永久磁铁42形成为其外径面的圆弧中心不同于定子10的内径面的圆弧中心。而且，在相邻永久磁铁42之间(极间44)设置有间隙。因此，转子B的直径在磁极43的圆周方向中央部(磁极43的中心)最大，在极间44最小。

图6的B1表示内置有图5所示的转子B的电动机的感应电压。以下，将该转子称为“转子B1”。另一方面，图6的B2表示内置有使用了对图5所示的永久磁铁42的形状进行了变更的永久磁铁的转子B的电动机的感应电压。下面将该转子称为“转子B2”。该转子B2形成为永久磁铁42的外径面的圆弧中心与定子10的内径面的圆弧中心大致相同，且由从转子中心到永久磁铁外径面为半径形成的圆弧面是形成为没有凹凸的圆形。另外，永久磁铁42形成为磁化方向为平行取向。

图6的C1、C2表示内置有图2所示的转子100的电动机的感应电压。在该转子100作为磁铁1使用铁氧体的粘结磁铁，作为磁铁2使用铁氧体的烧结磁铁。

C1是内置有磁铁1的磁化取向为极性各向异性地取向且磁铁2的磁化取向为平行取向的转子100的电动机的感应电压。下面将该转子称为“转子C1”。C2是内置有磁铁1的磁化取向为极性各向异性地取向且磁铁2的磁化取向为反方向的径向取向的转子(图3所示的转子100)的电动机的感应电压。下面将该转子称为“转子C2”。

另外，上述各转子的永久磁铁使用相同特性的磁铁材料，同样地，烧结磁铁也使用相同磁特性的材料，粘结磁铁也使用相同磁特性的材料。此外，烧结磁铁的厚度在转子B1、B2、C1、C2中彼此相同。但是，如上述专利文献2的问题中所说明的那样，转子A2的烧结磁铁的环状磁铁30无法进行充分的取向，因此是其特性被设定成降低了磁特性的。

图6以使用转子A1的电动机的感应电压为100，示出了使用了转子A2～C2的电动机的感应电压相对于该感应电压的比率。这些感应电压使用电磁场分析计算得出。根据图6可知，在具有背轭40的烧结磁铁的转子B1中能够获得比具有粘结磁铁的环状磁铁30的转子A1大的感应电压。而且，在具有背轭40的烧结磁铁的转子B2中，永久磁铁42的外周面与定子10之间的空隙比使用转子B1的情况下的空隙窄，因此与定子10交链的有效磁通量增加，而能够获得大于转子B1的感应电压。与此相对的，在转子C1中，能够获得与转子B1、B2同等的感应电压。进而，在转子C2中，能够获得转子B1、B2以上的感应电压。

另外，在内置有驱动电路的同步电动机(未图示)中，在其电动机内的转子使用导电率高的软磁材料的情况下，在驱动电路产生的高频电流(轴电流)容易经由定子铁芯、转子、及旋转轴流到滚动轴承，而容易导致轴承的电蚀(放电)。本实施方式所涉及的转子100无需使用软磁材料，因此能够减少轴电流流动的要因。另外，该效果虽然与使转子A的环状磁铁30为极性各向异性地取向的情况下的效果相等，但本实施方式所涉及的转子100与转子A相比能够实现高磁力化。

如上所述，本实施方式所涉及的电动机是将转子100配置于定子10的内径侧而成的电动机，构成转子100的磁极3的磁铁由设置于旋转轴4的外周的环状粘结铁氧体磁铁1和配置于粘结铁氧体磁铁1的外周侧的多个烧结铁氧体磁铁2构成，在粘结铁氧体磁铁1的外周面形成有与磁极3相同数量的弯曲凹部1a，其沿周向在同一圆周上等间距地形成且向旋转轴侧突出，各烧结铁氧体磁铁2配置于各弯曲凹部1a，其定子侧的面(外径侧面2a1)向定子侧形成为弯曲凸状、旋转轴侧的面(内径侧面2a2)向旋转轴侧形成为弯曲凸状，且形成为与弯曲凹部1a的形状大致相似，其圆周方向的中央部的厚度形成得大于端部的厚度，以磁极(N极、S极)在各弯曲凹部1a交替出现并且磁通从相邻的弯曲凹部1a的一方穿过至另一方的方式被极性各向异性地取向，因此磁铁2的圆周方向中央部较厚，能够获得强大的磁力，且在转子内部的外周侧附近形成有磁路，因此磁通集中于磁极3的中心附近。因此，即使不在转子100的内部配置背轭，也能获得高磁力的转子100，并与使用背轭的现有转子相比能够实现轻量化。

此外，本实施方式所涉及的烧结铁氧体磁铁2，因为其外径侧面2a1的圆弧中心形成为与定子10的内径面的圆弧中心大致相同，因此与外径侧面2a1的圆弧中心形成为不同于定子10的内径面的圆弧中心的情况(参见图5的永久磁铁42)相比，磁铁2与定子10之间的空隙5变窄，与定子10交链的有效磁通量增加，能够实现电动机的高性能化。

此外，本实施方式所涉及的烧结铁氧体磁铁2以磁化取向的焦点在连接转子100的中心与磁铁2的中央部的线上且位于转子100的外侧的方式被磁化，因此将该磁化取向(径向取向)与粘结铁氧体磁铁1的极性各向异性地取向组合，转子100的磁铁整体成为接近极性各向异性地取向的磁铁的构造。因此，磁通汇集到磁极中心，磁极中心的磁通密度增高，能够进一步实现转子100的高磁力化。

另外，本发明的实施方式所涉及的电动机示出了本发明内容的一个示例，当然还可以进一步与其他公知技术组合，并且在不脱离本发明要旨的范围内，还能够省略一部分等加以变更来构成。

如上所述，本发明能够应用于电动机，作为无需在转子的内部配置背轭就能实现高磁力化的发明是特别有效的。

Claims

1.一种电动机，其特征在于：

构成配置于定子的内径侧的转子的磁极的磁铁包括：设置于旋转轴的外周的环状的粘结铁氧体磁铁、以及配置于所述粘结铁氧体磁铁的外周侧且其磁特性高于所述粘结铁氧体磁铁的多个烧结铁氧体磁铁，

在所述粘结铁氧体磁铁的外周面形成有与磁极相同数量的凹部，其沿周向等间距地形成，

所述各烧结铁氧体磁铁配置于所述各凹部，其圆周方向的中央部的厚度形成得大于端部的厚度，

所述粘结铁氧体磁铁以磁极在所述各凹部交替出现并且磁通从相邻的凹部的一方穿过至另一方的方式被极性各向异性地取向。

2.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于：

所述烧结铁氧体磁铁的外径侧面形成为其圆弧中心与所述定子的内径面的圆弧中心相同。

3.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于：

所述烧结铁氧体磁铁以磁化取向的焦点在连接转子中心与所述烧结铁氧体磁铁中央部的线上且位于转子外侧的方式被磁化。

4.根据权利要求2所述的电动机，其特征在于：

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电动机，其特征在于：

所述粘结铁氧体磁铁的凹部是朝向旋转轴侧突出的弯曲形状。