CN104426268A - 电动机 - Google Patents

Abstract

一种电动机，在转子的外周可靠地保持紧凑的永久磁铁而合理地构成，磁特性良好。其中，形成有从所构成的转子轭(21)的外周向旋转轴心的方向凹陷的磁铁插入部(Sa)，具备以向磁铁插入部(Sa)的开口宽度方向的中央侧延伸突出的形态一体地形成于转子轭(21)的限制体(22)。在永久磁铁(30)中形成有：半径与转子轭(21)的外周的半径相等的圆筒状的外壁面(31)；以及被卡合部(R)，其是以切去外壁面(31)的一部分的方式形成的，供限制体(22)嵌入且抵接。

Description

电动机

技术领域

本发明涉及将永久磁铁以露出状态保持在转子的外周的电动机。

背景技术

作为如上述那样构成的电动机，专利文献1示出了对构成转子的转子轭(文献中为磁铁后轭)中形成的磁铁配置槽插入永久磁铁(文献中为转子磁铁)的技术。在磁铁配置槽中，使外周侧的上部宽度比旋转轴心侧的底部宽度窄来形成悬垂部。永久磁铁形成为与磁铁配置槽的空间形状大致相同的截面形状。

在该专利文献1中，永久磁铁的外侧面的形状形成为与转子轭的外周面共用的圆筒面状。在将该永久磁铁插入磁铁配置槽部的状态下，外表面露出，在转子旋转时悬垂部与永久磁铁接触，阻止移动。另外，永久磁铁由粘接剂固定于磁铁配置槽。

专利文献2示出了如下技术：在转子轭(文献中为转子铁芯)的外周在周向上配置有多个永久磁铁(文献中为转子磁铁)，利用粘接剂将其固定于转子轭，在这些永久磁铁的外周配置有筒状的保护件。

专利文献3示出了如下技术：虽然不是将永久磁铁以露出状态保持在转子的外周的构成，但是在构成转子的转子轭(文献中为旋转件)的外周附近对在周向上按规定的间隔形成的多个收纳孔插入配置有永久磁铁。

在该专利文献3中，永久磁铁的外侧面和里侧面形成为以转子的旋转轴心为中心的圆筒面，将形成于转子的一部分的极间台阶部配置在相邻的永久磁铁之间，由此在永久磁铁的端部不会产生闭合的磁通，使磁通指向定子侧，结果是提高了减磁耐力。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2013‐21826号公报

专利文献2：特开2009‐44797号公报

专利文献3：特开2012‐257433号公报

发明内容

发明要解决的问题

在如专利文献1记载的那样将保持在电动机的外周的永久磁铁的外周面形成为与以旋转轴心为中心的转子的外周面平齐的圆筒面状的构成中，能使永久磁铁的外周面接近定子的内周，能利用强磁场的作用实现强力的旋转。

与如专利文献2记载的那样使用粘接剂来固定永久磁铁的方案相比，如该专利文献1那样使永久磁铁的一部分与转子轭接触来阻止脱落的构成能将永久磁铁可靠地保持于适当的位置。

然而，在如专利文献1记载的那样为了与转子轭的悬垂部接触而设定永久磁铁的端面的形状的方案中，周向上相邻的永久磁铁的端面不平行。这与专利文献3所示的构成不同，从永久磁铁的端面向外侧延伸的磁通闭合，会降低磁耐力。

另外，在电动机中也要用树脂填充永久磁铁与转子轭之间的间隙。不过，如专利文献3记载的那样在转子的外周形成有表皮部的方案中，估计也会由于树脂的填充压力而导致表皮部在外侧发生变形。

特别是为了构成强力的电动机，永久磁铁也会使用含有钐、钕、镝等稀土类的强力磁铁。然而，含有稀土类的永久磁铁价格高昂，会导致电动机的制造成本上升。因此，从成本降低的观点出发要求使用的永久磁铁紧凑化。

本发明的目的在于在转子的外周可靠地保持紧凑的永久磁铁，并且合理地构成磁特性良好的电动机。

用于解决问题的方案

本发明的特征在于，具备：环状的定子，其具有励磁线圈；以及转子，其将永久磁铁以露出状态保持于外周的磁铁保持部，将上述永久磁铁按能以旋转轴心为中心自由旋转的方式支撑在上述定子的内部空间中，并且上述磁铁保持部包括：磁铁插入部，其从构成上述转子的转子轭的外周向旋转轴心方向凹陷；以及一对限制体，其以相对于在该磁铁插入部中形成于上述转子轭的外周位置的开口部向开口宽度方向的中央侧延伸突出的形态一体地形成于上述转子轭，上述永久磁铁具备：外壁面，其为半径与上述转子轭的外周的半径相等的圆筒状；里壁面，其位于与该外壁面相反的一侧；一对侧壁面，其位于上述转子轭的周向上的两端部位；以及一对被卡合面，其是在上述外壁面中在上述周向的两端位置将上述外壁面的一部分切去而形成的，供上述限制体嵌合并抵接。

根据该构成，在将永久磁铁插入磁铁插入部的状态下，形成于转子轭的限制体接触到永久磁铁的被卡合面，从而阻止永久磁铁的脱落。也就是说，在该构成中，使永久磁铁的一部分在转子的外周侧露出。因此，虽然是与IPM型(埋入型)同样地支撑永久磁铁的构成，但是能如SPM型(露出型)那样使其永久磁铁的外壁面接近定子的内面，构成为强力的电动机。

在此，假设如下比较例：与专利文献3所示的构成同样，将永久磁铁收纳于转子的内部，该永久磁铁的外周部分(专利文献3中为表皮部)以比较薄的尺寸形成于永久磁铁的外侧。相对于该比较例，在本发明中，在永久磁铁的外周侧不存在转子轭的一部分，因此转子轭的构成简单，也容易制造。另外，在比较例的构成中，在对转子轭和永久磁铁之间填充有树脂的情况下，转子的外周部分也会由于填充压力而以向外侧膨胀的方式变形。而在本发明中，是从转子轭的外周露出永久磁铁的一部分的构成，因此即使出现填充的树脂的一部分从转子轭和永久磁铁的间隙流出到外部的现象也不会导致转子轭的变形，制造效率提高。

特别是，永久磁铁的外壁面形成为圆筒状，由此例如与板状的构件相比，在该板状的厚度的值与永久磁铁的最大厚的值一致的圆筒面状的永久磁铁中，周向外周侧的厚度薄。因此永久磁铁整体的体积小。而且，将永久磁铁的外壁面的一部分切去来形成一对被卡合面，由此能进一步减小本发明的永久磁铁的体积。因此，能将紧凑的永久磁铁可靠地保持于转子的外周并且构成磁特性良好的电动机。另外，由于高效地利用永久磁铁，因而也能实现电动机的小型化。

在本发明中，也可以是，上述永久磁铁具备圆弧状的倒角部，上述圆弧状的倒角部在沿着旋转轴心的方向观察时圆滑地连接于上述被卡合面和上述侧壁面的边界部分。

针对例如如图7所示在转子单体中具备(a)板状、(b)拱状、(c)瓦型这3种永久磁铁30的构成和如图9所示在定子内部的转子中具备上述3种形状的永久磁铁30的构成，对转子测量温度上升时的减磁率。基于测量将耐热温度和减磁率的关系表示在图8和图9所示的坐标图中。如能从该坐标图理解的那样，与其它形状相比，拱状的永久磁铁30的矫顽力较大。当然，耐热温度越高，矫顽力的值也越大。

另外，针对3种形状的永久磁铁30测量磁导系数最小的拐角部分(外周侧的角部分)的磁导系数。根据该测量，在各形状的永久磁铁30中，拱状的拐角部分的磁导系数的值比其它形状的值大。也就是说，作为永久磁铁，拱状的耐热温度比其它形状的永久磁铁高。这是由于耐热温度与永久磁铁的外周侧的拐角部分的磁导系数成比例而推断出的。

另外，如图6所示，对拱状的永久磁铁30测量外周侧的拐角部分的磁导系数。根据该测量结果判断出，在永久磁铁的外周侧的拐角部分形成有倒角部，该倒角部的半径越大，磁导系数越大。如上所述，永久磁铁30的外周侧的拐角部分的磁导系数与耐热温度成正比例的关系，因此推断出在永久磁铁30的外周侧的拐角部分形成有圆弧状的倒角部则耐热温度变高。这样，能通过永久磁铁的形状的设定来提高耐热温度。

在本发明中，也可以是，上述转子轭是将磁性钢板层叠而构成的，在上述磁铁插入部和上述永久磁铁的间隙中填充有树脂。

由此，还能在磁铁插入部和永久磁铁之间的间隙中填充树脂而以固定状态保持插入磁铁插入部的永久磁铁。

在本发明中，也可以是，上述外壁面在上述转子轭的外周在周向露出的面积大于上述限制体在上述转子轭的外周在周向露出的面积。

这样，通过使外壁面在转子轭的外周在周向露出的面积较大，构成了磁特性更好的电动机。另外，由于高效地利用永久磁铁，因此能使电动机进一步小型化。

在本发明中，也可以是，上述永久磁铁是利用模具成型的。

这样，能比通过切削对永久磁铁进行成型更廉价地进行成型。

附图说明

图1是水泵的截面图。

图2是图1的II-II线截面图。

图3是示出转子轭和永久磁铁的截面图。

图4是被转子轭的磁铁保持部保持的永久磁铁的截面图。

图5是永久磁铁的立体图。

图6是示出永久磁铁的形状和磁导系数的关系的图。

图7是示出转子单体中具备的多个形状的永久磁铁的角部分的磁导系数的图。

图8是示出图7所示的形状的永久磁铁的耐热温度的坐标图。

图9是示出定子的内部空间的转子中具备的多个形状的永久磁铁的角部分的磁导系数的图。

图10是示出图9所示的形状的永久磁铁的耐热温度的坐标图。

附图标记说明

10：定子

13：励磁线圈

20：转子

21：转子轭

22：限制体

22a：限制圆弧面

30：永久磁铁

31：外壁面

32：里壁面

33：侧壁面

34：被按压面

34a：被卡合圆弧面

35：倒角部

R：被卡合部

Sa：磁铁插入部

X：旋转轴心

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明的实施方式。

〔基本构成〕

如图1所示，将收纳电动机M的树脂制的电动机壳体1和收纳泵P的树脂制的泵壳体2连结，将控制箱C一体形成于电动机壳体1来构成水泵。

将与旋转轴心X同轴心地配置的支撑轴4的一方端部支撑于电动机壳体1，将另一方端部支撑于泵壳体2，以外嵌于该支撑轴4的状态可自由旋转地支撑树脂制的旋转轴5。在该旋转轴5的一方端部一侧具备上述电动机M的转子20，在旋转轴5的另一方端部一侧，在泵壳体2的内部一体形成有构成泵P的多个叶轮6。

电动机M构成为无刷DC电动机，利用安装于控制箱C中收纳的控制基板7的控制元件来控制转子20的旋转。

本发明的电动机M除了水泵以外还能应用于在车辆的发动机中提供润滑油的油压泵的驱动源，另外，也能用作车辆的窗户的开闭、转向轮的驱动源，也可以用于车辆以外。在本实施方式中，举出了电动机M构成为无刷DC电动机的例子。但是，该构成的电动机M是与三相电动机基本上共用的构成，因此也可以构成为三相电动机。

在本实施方式的电动机M中，水接触转子20，因此需要用于防水的构成。但是，例如也可以应用于收纳转子20的空间被密封的构成的电动机M。在该构成中，不需要用于防水的工序。另外，在定子10的内周侧不需要防水结构，也能实现小型化。

〔电动机〕

如图1和图2所示，电动机M具备构成以旋转轴心X为中心的环状的定子10和在该定子10的内部以旋转轴心X为中心自由旋转地被支撑的转子20。

定子10是将多个电磁钢板层叠而构成的，构成为对与定子10一体形成的9个齿部11隔着绝缘体12卷绕有励磁线圈13的9槽型。此外，齿部11的数量不限于9个。

〔电动机：转子〕

转子20具备：与旋转轴5一体旋转的转子轭21；以及以一部分露出于转子轭21的外周的方式被支撑的多个永久磁铁30，由此在整体上构成为圆柱状。图2示出具备6个永久磁铁30的6极型。不过，永久磁铁30的数量不限于6个。

如图3和图4所示，转子轭21是层叠多个通过冲切加工等成型为图3所示的形状的磁性钢板而构成的，在该转子轭21的外周部位形成有多个保持永久磁铁30的磁铁保持部S。

磁铁保持部S构成为具备：磁铁插入部Sa，从转子轭21的外周向旋转轴心方向凹陷；以及一对限制体22，其以相对于在该磁铁插入部Sa中形成于转子轭21的外周位置的开口部向开口宽度方向的中央侧延伸突出的形态一体地形成于转子轭21。

在磁铁插入部Sa中形成比永久磁铁30的磁铁宽度W略大的宽度的槽状部Sg以使永久磁铁30的底面部嵌入，并且形成有比该槽状部Sg在外周侧在周向扩大的扩张部Se。通过形成该扩张部Se，放大了限制体22的延伸突出长度(周向上的臂的长度)。

在限制体22的延伸突出端与上述旋转轴心X相对的部位，形成有沿着旋转轴心X的方向观看时为圆弧状的限制圆弧面22a。

该转子20构成为，在使多个磁性钢板重叠的状态下按旋转轴心X的方向进行铆接加工，由此在多个磁性钢板之间形成榫状部，由此维持多个电磁钢板的相对位置关系，阻止它们分离。此外，磁性钢板的表面形成有绝缘膜，因此也可以使用绝缘性的粘接剂作为该绝缘膜来维持多个磁性钢板的位置关系。

〔电动机：永久磁铁〕

永久磁铁30使用含有钐、钕、镝等稀土类的强力的磁铁。该永久磁铁30成型为图4和图5所示的形状，但也可以通过切削磁铁的原材料来成型，也可以用模具来成型。另外，组装转子20的工序可以是将永久磁铁30插入磁铁保持部S，也可以在将磁铁的原材料插入磁铁保持部S后通过磁化装置对原材料进行磁化来形成永久磁铁30。此外，在以下的说明中，包括将原材料插入磁铁保持部S后进行磁化的概念，插入磁铁保持部S的对象为永久磁铁30。

永久磁铁30具备：半径与转子轭21的外周的半径相等的圆筒状的外壁面31；在该外壁面31的相反的一侧平坦的里壁面32；周向(宽度方向)的端部的一对侧壁面33；以及切去外壁面31的一部分而形成的被卡合部R，以便在外壁面31在周向的两端位置嵌入限制体22。这样，永久磁铁30整体上形成为拱状。

被卡合部R形成有：被按压面34，其与限制体22的限制圆弧面22a接触；以及被卡合圆弧面34a，其在沿着旋转轴心X的方向观察时从被按压面34的靠近永久磁铁30的宽度方向的中央的部位向外壁面31的方向圆滑地立起。使该被卡合圆弧面34a的半径等于限制体22的限制圆弧面22a，由此使它们之间的间隙变小。

另外，在被按压面34和侧壁面33的边界部位，形成有在沿着旋转轴心X的方向观察时倒角为光滑的圆弧状的形状的外侧圆弧面35(倒角部的具体例)，在里壁面32和侧壁面33的边界部位，形成有在沿着旋转轴心X的方向观察时倒角为光滑的圆弧状的形状的里侧圆弧面36。

在该永久磁铁30中，周向(宽度方向)的尺寸称为磁铁宽度W，外壁面31和里壁面32之间的尺寸中最厚的部位称为磁铁厚度T，外壁面31中的不覆盖限制体22而露出的宽度方向上的尺寸称为露出宽度E。

根据这种构成，在将永久磁铁30插入并保持于磁铁保持部S的磁铁插入部Sa的状态下成为如下位置关系：永久磁铁30的里壁面32嵌入槽状部Sg，同时，永久磁铁30的被按压面34与限制体22接触。在该状态下限制体22略微弹性变形，由此该限制体22对永久磁铁30施加作用力，使该永久磁铁30的姿态稳定。

另外，永久磁铁30的外壁面31以露出宽度E露出，该露出宽度E的区域的永久磁铁30的外壁面31与转子轭21的外周圆滑地连接。因此，与在周向上形成有凹凸的方案相比，还能减少旋转阻力。

另外，限制体22配置在外壁面31和转子轭21的外周面光滑连接的位置。如上所述将限制体22的臂长度设定得长，因此使限制体22在整体上弹性变形来得到所需的作用力。

永久磁铁30的侧壁面33以与相邻的永久磁铁30的侧壁面33大致平行的姿态相对配置，因此成为从该侧壁面33向外侧延伸的磁通与从相邻的永久磁铁30的侧壁面33延伸的磁通相连的状态。由此，消除了磁通闭合从而降低磁耐力的问题。

〔永久磁铁的性能〕

图6是对永久磁铁30的3种试制品(a)、(b)、(c)加热到开始减磁的温度，用等值线图表示该温度时的磁导系数的分布状况。

试制品(a)是形成有一对被卡合部R的被按压面34的产品，该被按压面34和侧壁面33之间的外周侧的拐角部分形成得尖锐。试制品(b)在被按压面34和侧壁面33之间成圆弧状的外侧圆弧面35(倒角部、外周侧的拐角部分)将拐角部分的半径设定为0.5mm。试制品(c)将被按压面34和侧壁面33之间的成圆弧状的外侧圆弧面35的半径设定为1.0mm。

在该图中，示出使3种试制品(a)、(b)、(c)温度上升时开始减磁的温度时的磁导系数。这样开始减磁的温度时的各试制品的中央部分的磁导系数为“1.5”，其两侧部的磁导系数为“3.0”。另外，这样开始减磁时，永久磁铁30的外周侧的拐角部分的磁导系数为最小值。另外，试制品(a)的外周侧的拐角部分的磁导系数为“1.17”，试制品(b)的外侧圆弧面35(倒角部、外周侧的拐角部分)的磁导系数为“1.40”，试制品(c)的外侧圆弧面35(外周侧的拐角部分)的磁导系数为“1.85”。也就是说，永久磁铁30的外周的拐角部分的倒角部的半径越大，磁导系数越大。

图7示出了单体的转子20具备(a)板状、(b)拱状、(c)瓦型这3种形状的永久磁铁30的试验构成，图8示出将图7的试验构成的矫顽力和耐热温度的关系绘成坐标图的结果。

如图8所示，耐热温度和矫顽力的关系在3种永久磁铁30中均按大致同样的特性发生变化，但是拱状的耐热温度高。另外，如图7所示，3种形状的永久磁铁30的外周侧的拐角部分的磁导系数为最小值，但是该值在(a)板状中为“0.26”，在(b)拱状中为“0.52”，在(c)瓦型中为“0.31”。

图9示出对配置在包围定子10的齿部11的空间内部的转子20具备(a)板状、(b)拱状、(c)瓦型这3种形状的永久磁铁30的试验构成，图10示出将图9的试验构成中的矫顽力和耐热温度的关系绘成坐标图的结果。

如图10所示，耐热温度和矫顽力的关系在3种永久磁铁30中均按大致固定特性变化，但是拱状的耐热温度高。如图9所示，3种形状的永久磁铁30的拐角部分的磁导系数为最小值，在(a)板状中为“0.75”，(b)拱状中为“1.17”，(c)瓦型中为“0.60”。

这样，根据3种形状的永久磁铁30的耐热温度的坐标图进行判断，拱状的耐热温度高，该耐热温度在永久磁铁30的拐角部分表现为最小值的磁导系数的数值大。

根据这种理由，能推断出如图6的试制品(c)那样为拱状，外周侧的拐角部分的半径最大而磁导系数大的值的形状的永久磁铁30的耐热温度高，通过使用该形状的永久磁铁30来提高电动机M的耐热温度。

此外，在组装转子20的情况下，如上所述将磁性钢板层叠，通过铆接加工来决定多个层叠钢板的位置。并且，在将永久磁铁30保持于磁铁保持部S的状态下，在永久磁铁30和转子轭21之间加压注入树脂，通过该树脂的固化来将永久磁铁30和转子轭21一体化，还表现出了防水性。

〔实施方式的作用、效果〕

这样，在本发明的电动机M中，与IPM型(埋入型)同样地将永久磁铁30支撑于转子20的外周的磁铁保持部S。另外，使永久磁铁30的一部分露出到外周侧，从而如SPM型(露出型)那样使该永久磁铁30的外壁面接近定子的内面来构成为强力的电动机。

磁铁保持部S中使转子轭21的限制体22抵接于永久磁铁30的被卡合部R的被按压面34来决定永久磁铁30的位置，利用限制体22的弹性变形适当进行压接，由此稳定地保持永久磁铁30。

永久磁铁30的侧壁面33以与相邻的永久磁铁30的侧壁面33大致平行的姿态相对配置，因此从相邻的侧壁面33向外侧延伸的磁通为相互相连的状态，提高了减磁耐力。

特别是使永久磁铁30的在被按压面34和侧壁面33之间形成的拐角部分按圆弧状成型，由此提高了永久磁铁30的耐热温度。

另外，与磁铁厚度T相同厚度的板状永久磁铁30相比，周向上的两端部的厚度薄，能使整体的体积变小。而且被卡合部R是以切去一部分的方式形成的，因此能进一步减少体积，因此不降低永久磁铁30的性能就能减少制造永久磁铁30所需的材料，带来成本减少。

另外，根据该构成，在转子轭21和永久磁铁30之间加压注入树脂的情况下，树脂的压力能从限制体22的延伸突出端和永久磁铁30之间的间隙漏出。因此，也不会由于注入压力使限制体22向外侧变形。

工业上的可利用性

本发明能应用于对永久磁铁以一部分露出于转子外周的方式进行支撑的电动机。

Claims (5)

1.一种电动机，其特征在于，具备：

环状的定子，其具有励磁线圈；以及

转子，其将永久磁铁以露出状态保持于外周的磁铁保持部，将上述永久磁铁按能以旋转轴心为中心自由旋转的方式支撑在上述定子的内部空间中，并且

上述磁铁保持部包括：磁铁插入部，其从构成上述转子的转子轭的外周向旋转轴心方向凹陷；以及一对限制体，其以相对于在该磁铁插入部中形成于上述转子轭的外周位置的开口部向开口宽度方向的中央侧延伸突出的形态一体地形成于上述转子轭，

上述永久磁铁具备：外壁面，其为半径与上述转子轭的外周的半径相等的圆筒状；里壁面，其位于与该外壁面相反的一侧；一对侧壁面，其位于上述转子轭的周向上的两端部位；以及一对被卡合面，其是在上述外壁面中在上述周向的两端位置将上述外壁面的一部分切去而形成的，供上述限制体嵌合并抵接。

2.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于，

上述永久磁铁具备圆弧状的倒角部，上述圆弧状的倒角部在沿着旋转轴心的方向观察时圆滑地连接于上述被卡合面和上述侧壁面的边界部分。

3.根据权利要求1或者2所述的电动机，其特征在于，

上述转子轭是将磁性钢板层叠而构成的，在上述磁铁插入部和上述永久磁铁的间隙中填充有树脂。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电动机，其特征在于，

上述外壁面在上述转子轭的外周在周向露出的面积大于上述限制体在上述转子轭的外周在周向露出的面积。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电动机，其特征在于，

上述永久磁铁是利用模具成型的。