CN104885335A - 转子及电机 - Google Patents

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Abstract

转子(12)具有圆形的转子芯(26)和多个θ磁体(28)。θ磁体(28)以与相邻的磁体相同的磁极彼此在转子芯的周向上相对的方式收容在磁体收容部(26b)中。在将θ磁体(28)的磁极所在的面的表面积记作S1[mm2]、转子芯的外周面的表面积记作S2[mm2]、转子的磁极数记作P、转子芯的最大外径记作Dr[mm]、转子芯的周向上的板状磁体的厚度记作Lm[mm]时，转子满足S1S2/P…式(1)、0.665×10-4×P2-0.28×10-2×P+0.577×10-1(Lm/Dr)3.38×10-4×P2-1.86×10-2×P+3.36×10-1…式(2)。

Description

转子及电机
技术领域
本发明涉及转子及电机。
背景技术
以往，电机被用作各种各样的装置和产品的驱动。例如在打印机和复印机等办公设备、各种各样的家电产品、汽车及电动自行车等车辆的助力源用途中被采用。特别是作为动作频率高的可动部件的驱动源，有时基于耐久性和电噪声的需求而使用无刷电机。
作为这样的无刷电机的一种，已知有在转子中内置了永久磁铁的内置磁铁型(InteriorPermanent Magnet)。例如有如下这样的电机：转子轭中放射状地内置有板状的多个磁铁，并且各磁铁以相邻磁铁的同极在轭的周向上彼此相对的方式配置(例如参照专利文献1)。
[在先技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本特许第3425176号公报
发明内容
〔发明所要解决的课题〕
然而，为在上述电机的转子轭中使外周部的平均磁通密度提高，有采用剩磁通密度高的磁铁的方案，但存在招致成本上升这一需要解决的课题。
本发明是鉴于这样的状况而研发的，其目的在于提供一种提高电机所具有的转子外周部的平均磁通密度的技术。
〔用于解决课题的手段〕
为解决上述课题，本发明一个方案的转子具有圆形的转子芯和多个板状磁体。转子芯具有以旋转轴为中心放射状地形成的多个磁体收容部。板状磁体以与相邻的磁体相同的磁极彼此在转子芯的周向上相对的方式收容于磁体收容部。并且，在将板状磁体的磁极所在的面的表面积记作S1[mm2]、转子芯的外周面的表面积记作S2[mm2]、转子的磁极数记作P、转子芯的最大外径记作Dr[mm]、转子芯的周向上的板状磁体的厚度记作Lm[mm]时，转子满足以下式(1)、式(2)：
S1>S2/P···式(1)、
0.665×10-4×P2-0.28×10-2×P+0.577×10-1<(Lm/Dr)<3.38×10-4×P2-1.86×10-2×P+3.36×10-1···式(2)。
根据该方案，每一个磁体的转子芯的外周面的表面积S2/P都比板状磁体的磁极所在的面的表面积S1小。即、从磁体的磁极所在的面出来的磁力线会通过作为更窄区域的转子的外周部，故能使转子与定子的间隙部的平均磁通密度达到磁体的剩磁通密度以上。另外，通过以转子的磁极数、转子芯的最大外径及板状磁体的平均厚度的关系满足上述式(2)的方式适当选择各值，能更加提高转子的平均磁通密度。
转子芯可以是将多个电磁钢板或冷轧钢板层积而成的，并且在将电磁钢板或冷轧钢板的厚度记作T[mm]、相邻的板状磁体彼此的最短距离记作Wb[mm]，满足Wb≦5T···式(3)。若磁体彼此的最短距离较远，则存在轭芯中的磁短路导致有效磁束下降的倾向。因此，通过设计磁体彼此的最短距离Wb以满足式(3)，能抑制有效磁束(换言之为转子外周部的平均磁通密度)的下降。
磁体收容部可以在转子芯的径向的转子芯中心侧的端部形成有在收容板状磁体的状态下成为间隙的径向防干涉部。径向防干涉部可以被设置成从所收容的板状磁体的转子芯中心侧端面起向转子芯的中心延伸的方式。由此，向磁体收容部插入板状磁体时的操作性提高。另外，能抑制从各磁体出来的磁束在转子芯内短路(磁短路)的情况。另外，径向防干涉部是向转子芯的中心延伸的，故能使板状磁体彼此的最短距离更小。
磁体收容部可以在转子芯的径向的与转子芯中心侧相反一侧的端部、形成有在收容板状磁体后的状态下成为间隙的周向防干涉部。周向防干涉部可以被设置成从所收容的板状磁体的磁极表面起向转子芯向周向延伸。由此，向磁体收容部插入板状磁体时的操作性提高。另外，能抑制从各磁体出来的磁束在转子芯内短路(磁短路)。
转子的磁极数P可以是12极、14极、16极、18极、20极的任一者。由此，能更加提高平均磁通密度。
板状磁体的转子芯周向的厚度Lm可以是1mm～25mm的范围。
转子芯的最大外径Dr可以是35mm～200mm的范围。
本发明的另一方案是电机。该电机包括：配置有多个线圈的筒状的定子；被设在定子的中心部的上述转子；以及为定子的多个线圈供电的供电部。
根据该方案，能提高转子外周部的平均磁通密度，有助于电机转矩的提高。
此外，将以上构成要素的任意组合、本发明的表现形式在方法、装置、系统等间变换后的实施方式，作为本发明的方案也是有效的。
〔发明效果〕
通过本发明，能提高电机所具有的转子外周部的平均磁通密度。
附图说明
图1是第1实施方式的无刷电机的剖视图。
图2是第1实施方式的转子的分解立体图。
图3的(a)是将除轴承外的各部件安装于旋转轴的状态的转子的立体图；图3的(b)是将包括轴承在内的各部件安装于旋转轴的状态的转子的立体图。
图4的(a)是第1实施方式的转子芯的俯视图；图4的(b)是表示在图4的(a)所示的转子芯中嵌入θ磁体后的状态的俯视图。
图5的(a)是图4的(a)的A区域的放大图；图5的(b)是图4的(a)的B区域的放大图。
图6是定子芯的俯视图。
图7是卷绕线圈的绝缘体的立体。
图8的(a)是本实施方式的定子及转子的俯视图；图8的(b)是本实施方式的定子及转子的立体图。
图9是示意性地列举了与磁极数P和θ磁体厚度(Lm[mm])/转子芯最大外径(Dr[mm])相应的转子的磁体配置的图。
图10是按各磁极数分别表示了θ磁体厚度/转子芯最大外径(Lm/Dr)与间隙部的平均磁通密度Bg的关系的图。
图11是表示了Bg/Br>1.0的磁极数P与θ磁体厚度/转子芯最大外径(Lm/Dr)的关系的图。
图12的(a)是第2实施方式的无防干涉部的转子芯的俯视图；图12的(b)是第2实施方式的无防干涉部、且外周被切断开的转子芯的俯视图。
图13的(a)是第3实施方式的转子芯的俯视图；图13的(b)是第3实施方式的变形例的转子芯的俯视图。
图14的(a)是图13的(a)的C区域的放大图；图14的(b)是图13的(a)的D区域的放大图。
图15的(a)～图15的(c)是表示第4实施方式的转子芯的一例的俯视图。
图16的(a)是表示第1变形例的转子芯的一例的俯视图；图16的(b)是图16的(a)的G区域的放大图。
图17的(a)～图17的(h)是表示第1变形例的转子芯的其它例子的俯视图。
图18的(a)是表示第2变形例的转子芯的一例的俯视图；图18的(b)是图18的(a)的H区域的放大图。
图19的(a)～图19的(h)是表示第2变形例的转子芯的其它例子的俯视图。
图20的(a)是表示第3变形例的转子芯的一例的俯视图；图20的(b)是图20的(a)的I区域的放大图。
图21的(a)～图21的(h)是表示第3变形例的转子芯的其它例子的俯视图。
图22的(a)、图22的(b)是表示第4变形例的转子芯的一例的俯视图。
图23的(a)、图23的(b)是表示第5变形例的转子芯的一例的俯视图。
图24的(a)、图24的(b)是表示第6变形例的转子芯的一例的俯视图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的实施方式。在附图的说明中，对相同的要素标注相同的标号，并适当省略重复的说明。此外，以下所述的构成仅为例示，并非对本发明的范围施加任何限定。以下以内转子型的无刷电机为例进行说明。
(第1实施方式)
[无刷电机]
图1是第1实施方式的无刷电机的剖视图。第1实施方式的无刷电机(以下有时称作“电机”)100具有前端盖10、转子12、定子14、后端盖16、外壳18、供电部20。
前端盖10是板状的部件，以能在中央贯穿旋转轴24的方式形成有孔10a，并且在孔10a的附近形成有保持轴承22a的凹部10b。另外，后端盖16是板状的部件，以能在中央贯穿旋转轴24的方式形成有孔16a，并且在孔16a的附近形成有保持轴承22b的凹部16b。外壳18是筒状的部件。前端盖10、后端盖16及外壳18构成电机100的壳体。
[转子]
图2是第1实施方式的转子的分解立体图。图3的(a)是将除轴承外的各部件安装于旋转轴24的状态的转子的立体图；图3的(b)是将包括轴承在内的各部件安装于旋转轴24的状态的转子的立体图。
转子12具有圆形的转子芯26和多个θ磁体28。在转子芯26的中心，形成有以插入的状态固定旋转轴24的贯穿孔26a。另外，转子芯26具有被插入θ磁体28并固定的多个磁体收容部26b。θ磁体28是与磁体收容部26b的形状对应的板状的部件。
然后，将这些部件按顺序组装。具体来说，将多个(16个)θ磁体28分别嵌入对应的磁体收容部26b，并在该转子芯26的贯穿孔26a内插入旋转轴24。然后，轴承22a被介由垫片30a地安装于旋转轴24。此外，轴承22b被介由垫片30b及轴承用垫片32安装于旋转轴24。
[转子芯]
图4的(a)是第1实施方式的转子芯26的俯视图；图4的(b)是表示在图4的(a)所示的转子芯26中嵌入θ磁体28后的状态的俯视图。转子芯26是将多个板状部件层积而成的。多个板状部件分别是通过从无方向性电磁钢板(例如硅钢板)上利用压力加工按图4的(a)所示那样的预定形状冲切而制作的。磁体收容部26b被以转子芯26的旋转轴为中心形成为放射状。
θ磁体28如图4的(b)所示那样，被以如下方式收容在磁体收容部26b中：与相邻的θ磁体相同的磁极在转子芯26的周向θ上彼此相对。即，θ磁体28被构成为：大致长方体的6个面中的表面积较大的2个主面28a、28b分别成为N极和S极。由此，从θ磁体28的主面28a出来的磁力线将从2个θ磁体28间的区域朝向转子芯26外部。其结果，本实施方式的转子12作为在其外周部有N极和S极交替各8极、共计16极的磁铁来发挥功能。
θ磁体28例如是粘结磁铁或烧结磁铁。粘结磁铁是在橡胶或树脂等中掺入磁性材料后注塑成型或压缩成形而成的磁铁，不进行后加工也能得到高精度的C面(斜面)和R面。另一方面，烧结磁铁是将粉末状的磁性材料高温烧固而成的磁铁，与粘结磁铁相比容易使剩磁通密度提高，但为得到高精度的C面或R面，多需要进行后加工。
本实施方式的转子12为提高其外周部的平均磁通密度而被设定为满足以下关系。具体来说，若将θ磁体28的磁极所在的主面28a(28b)的表面积记作S1[mm2]、转子芯26的外周面26c的表面积记作S2[mm2]、转子12的磁极数记作P(本实施方式中为16极)，则转子12被构成为满足
S1>S2/P。
此时，单个θ磁体的转子芯26的外周面26c的表面积S2/P比θ磁体28的磁极所在的主面28a(28b)的表面积S1小。即，从一个θ磁体28的磁极所在的主面28a(28b)出来的磁力线会从作为更窄的区域的转子12的外周面的一部分区域(表面积S2/P)朝向外部，从而能使转子12与定子14的间隙部的平均磁通密度达到θ磁体28的剩磁通密度以上。其结果，能提高转子12的外周部的平均磁通密度。
接下来更详细地说明磁体收容部26b。如图4的(a)所示，在转子芯26的转子径向的两端，形成有在收容θ磁体28后的状态下成为间隙的周向防干涉部34a、34b。
图5的(a)是图4的(a)的A区域的放大图；图5的(b)是图4的(a)的B区域的放大图。
如图5的(a)所示，磁体收容部26b在转子芯26的径向的、转子芯中心侧的端部，形成有在收容θ磁体28后的状态下成为间隙的周向防干涉部34a。周向防干涉部34a被设计成从所收容的θ磁体28的磁极所在的主面28a、28b起朝转子芯26的周向θ延伸。
若将构成转子芯26的电磁钢板或冷轧钢板的一张的厚度记作T[mm]，则周向防干涉部34a的周向θ的厚度t1被设定成满足t1≦3T，更优选的是满足t1≦2T，径向r的厚度t2被设定成满足t2≦3T，更优选的是满足t2≦2T。此外，周向防干涉部34a的R1面、R2面的半径在1.5T以下、更优选的是在1.0T以下。此外，与相邻的周向防干涉部34a的间隔G1为1.0T程度。
另外，磁体收容部26b在转子芯26的径向的与转子芯中心侧相反一侧的端部，形成有在收容θ磁体28后的状态下成为间隙的周向防干涉部34b。周向防干涉部34b被设计成从所收容的θ磁体28的磁极所在的主面28a、28b起向转子芯26的周向θ延伸。
周向防干涉部34b的周向θ的厚度t3被设定成满足t3≦3T、更优选的是满足t3≦2T，径向r的厚度t4被设定成满足t4≦3T、更优选的是满足t4≦2T。另外，周向防干涉部34b的R3面、R4面的半径在1.5T以下、更优选的是在1.0T以下。另外，周向防干涉部34b与转子芯26的外周面26c之间的厚度t5为1.0T程度。另外，通过使外周面26c成为环状的连续面，能提高转子芯26的刚性。
磁体收容部26b具有周向防干涉部34a和周向防干涉部34b，由此，在向转子芯26插入θ磁体28时，能抑制与θ磁体28的角部(边缘部)的干涉。因此，θ磁体28的形状、特别是角部的形状的自由度增加，即使是没有R面或C面的θ磁体28，向磁体收容部26b插入时的操作性也能提高。此外，从各θ磁体28的主面28a出来的磁束中、经由转子芯26内而朝向相反侧的主面28b的无效磁束会被充满相对磁导率低的空气的周向防干涉部34a、34b妨碍，能抑制在转子芯26内短路(磁短路)。
另一方面，θ磁体28的磁极所在的主面28a、28b的一部分因周向防干涉部34a、34b而不与转子芯26相接触，因而从θ磁体28的主面28a出来、经由间隙部进入主面28b的有效磁束有可能减少。但作为θ磁体28，由于能采用虽然没有角部的C面(斜面)或R面、但剩磁通密度高的烧结磁铁，故作为转子12，能实现所期望的平均磁通密度。
若将相邻的θ磁体28彼此的最短距离记作Wb[mm](参照图4的(b))，则设定成满足Wb≦7T，更优选的是满足Wb≦5T。若θ磁体28彼此的最短距离较远，则转子芯26内的磁短路导致的无效磁束会増加，转子12与定子14的间隙部的有效磁束会呈下降趋势。因此，通过将磁体彼此的最短距离Wb设计成满足上式，能抑制有效磁束(换言之、转子外周部的平均磁通密度)的下降。
[定子]
下面详细说明定子14的构造。图6是定子芯的俯视图。图7是卷绕线圈的绝缘体的立体图。图8的(a)是本实施方式的定子及转子的俯视图；图8的(b)是本实施方式的定子及转子的立体图。
定子芯36是圆筒状的部件，由多张板状的定子轭38层积而成。定子轭38从环状部的内周起朝中心形成有多根(本实施方式中为12根)齿40。
各齿40上被安装图7所示的一体型的绝缘体42。然后，针对各个齿40，在绝缘体42上卷绕导体而形成定子线圈43。然后，在经过这样的工序而完成的定子14的中心部配置转子12(参照图8)。另外，若齿的宽度是朝前端部扩展的，则可以将分割成多个的绝缘体从齿的上下安装。
[θ磁体的数量和形状]
如本实施方式的电机100那样，在内置磁铁型的内转子式的无刷电机的情况下，θ磁体28的数量和形状某程度上能根据转子芯26的大小来选择。另一方面，仅适当选择θ磁体28的数量和形状是无法实现性能优良的(例如高转矩)电机的。
因此，本发明人深入研究后想到，通过针对转子芯26的直径Dr[mm]使θ磁体28的数量(换言之、转子12的磁极数P)、和θ磁体28的转子芯26的周向上的θ磁体28的厚度Lm[mm]最优化，能提高相对于θ磁体28的剩磁通密度Br的转子12外周部的平均磁通密度Bg。
以下、结合仿真等的分析结果进行说明。图9是示意性地列举了与磁极数P和θ磁体厚度(Lm[mm])/转子芯最大外径(Dr[mm])相应的转子的磁体配置的图。若转子芯的形状为正圆，则直径与最大外径是一致的。在预定大小的转子芯26上配置θ磁体28时，如图9所示，θ磁体28的数量(磁极数P)越多，为避免与相邻的θ磁体28的干涉，θ磁体的转子芯径向的长度就越短。即，θ磁体28的磁极所在的主面的面积越小。
另外，在相同磁极数的情况下，如图9所示，θ磁体28的转子芯周向的厚度Lm越大，为避免与相邻的θ磁体28的干涉，θ磁体28的转子芯径向的长度就越短。即，θ磁体28的磁极所在的主面的面积越小。
因此，本发明人分析了图9所示构成的各转子的外周部(转子与定子的间隙部)的磁通密度是如何根据磁极数P及θ磁体厚度Lm/转子芯最大外径Dr的变化而变化的。具体来说，分析了使磁极数P按8、12、16、20、24变化，且使θ磁体厚度/转子芯最大外径(Lm/Dr)在2％～24％的范围内变化的情况。
图10是针对各种磁极数、表示了θ磁体厚度/转子芯最大外径(Lm/Dr)与间隙部的平均磁通密度Bg的关系的图。纵轴是用θ磁体的剩磁通密度Br除间隙部的磁通密度而进行了标准化的结果。另外，设分析所用的θ磁体的剩磁通密度Br为1[T]、间隙部为转子芯最大外径Dr的1％宽度。
如图10所示，不论磁极数P如何，都会随着Lm/Dr的值从2％増加、Bg/Br的值也増加，之后Bg/Br的值经过峰值，当Lm/Dr的值进一步増加时，Bg/Br的值转而减少。考虑这是因为如图9所列举的那样，在相同磁极数的情况下，若增加θ磁体的厚度Lm，则为避免θ磁体彼此的干涉，必须缩短转子芯径向的长度，成为θ磁体的磁极的主面的面积会减少。
根据这样的分析结果可知，在Bg/Br>1.0的范围内，转子与定子的间隙部的平均磁通密度Bg比θ磁体的剩磁通密度Br高，故优选Lm/Dr的值为Bg/Br>1.0的范围。
图11是表示Bg/Br>1.0的磁极数P与θ磁体厚度/转子芯最大外径(Lm/Dr)的关系的图。即，在与图10所示的各磁极数P相应的凸曲线中，表示了Bg/Br>1.0的Lm/Dr的范围的上限值、下限值。所谓最大值，是各磁极数时的Bg/Br值成为最大(峰值)的Lm/Dr的值。
因此，通过以包含于连接图11所示的上限值(三角点)的曲线与连接下限值(四角点)的曲线之间的方式、选择磁极数P和θ磁体厚度/转子芯最大外径(Lm/Dr)，能提高电机所具有的转子外周部的平均磁通密度。
具体来说，将磁极数记作P、转子芯的最大外径记作Dr[mm]、转子芯的周向的θ磁体厚度记作Lm[mm]，算出了连接上限值的曲线和连接下限值的曲线的近似式。其结果，可以以满足
0.665×10-4×P2-0.28×10-2×P+0.577×10-1<(Lm/Dr)<3.38×10-4×P2-1.86×10-2×P+3.36×10-1
的方式构成θ磁体28的数量和形状。
此外，若考虑图10所示的各磁极数时的Bg/Br的最大值，则优选转子的磁极数P为12极、14极、16极、18极、20极的任一者。在这样的磁极数的情况下，通过使θ磁体厚度/转子芯最大外径(Lm/Dr)最优化，能使转子12的外周部的平均磁通密度Bg提高到θ磁体28的剩磁通密度Br的约1.3倍以上。
在此，转子芯26(转子12)的最大外径例如是35mm～200mm。此外，转子芯26的贯穿孔26a的直径(旋转轴24的直径)例如是5mm～40mm。另外，θ磁体28为大致长方体时，关于其大小，例如转子芯的周向θ的厚度为1mm～25mm、转子芯26的径向r的宽度为5mm～80mm、转子的旋转轴方向的长度为8mm～32mm。另外，构成转子芯26的电磁钢板的一张的厚度例如为0.2mm～1.0mm。另外，关于θ磁体28的磁特性，例如剩磁通密度Br为0.4T～1.5T、保持力Hcb为320kA/m～1200kA/m。
(第2实施方式)
在以下的各实施方式中，说明转子芯的变形例。图12的(a)是第2实施方式的没有防干涉部的转子芯的俯视图；图12的(b)是第2实施方式的没有防干涉部、且外周被切断后的转子芯的俯视图。
图12的(a)所示的转子芯44同第1实施方式的转子芯26一样，具有被插入θ磁体并固定的多个磁体收容部44b。磁体收容部44b与第1实施方式的转子芯26不同，不具有防干涉部。
因此，在磁体收容部44b的转子芯径向中心侧，可以不像转子芯26那样考虑周向防干涉部34a彼此的干涉，因此能使磁体收容部44b沿转子芯径向延长。即、能收容转子芯径向的长度更大的θ磁体28，故能增加θ磁体28的主面(磁极所在的面)的有效磁束(转矩增加)。另外，由于没有防干涉部，故收容在磁体收容部44b中的θ磁体28的主面侧不产生空洞，能避免朝转子芯26的外周部的有效磁束的减少。
此外，在为没有防干涉部的磁体收容部44b的情况下，通过使用角部呈C面或R面的θ磁体28，能提高θ磁体28插入时的操作性。因此，不进行后加工、在成型时就能在角部形成C面或R面的粘结磁铁是合适的。此外，若能在角部形成C面或R面，则也可以是烧结磁铁。
图12的(b)所示的转子芯46具有多个磁体收容部46b。磁体收容部46b与第1实施方式的转子芯26不同、没有防干涉部，但在转子芯径向的外周面46c处形成有切断部46a。因此，能抑制转子芯46的外周部的磁短路。
(第3实施方式)
图13的(a)是第3实施方式的转子芯的俯视图；图13的(b)是第3实施方式的变形例的转子芯的俯视图。图14的(a)是图13的(a)的C区域的放大图；图14的(b)是图13的(a)的D区域的放大图。
图13的(a)所示的转子芯48具有被放射状地形成的多个磁体收容部48b。磁体收容部48b在转子芯48的径向r上的转子芯中心侧的端部，形成有在收容θ磁体28后的状态下成为间隙的径向防干涉部50a。径向防干涉部50a具有与所收容的θ磁体28的磁极所在的主面28a(28b)相同的平面。此外，径向防干涉部50a被设置成从所收容的θ磁体28的转子芯中心侧的端面28c起向转子芯48的中心延伸。
若将构成转子芯48的电磁钢板的一张的厚度记作T[mm]，则径向防干涉部50a的周向θ的厚度t6被设定成满足t6≦3T、更优选的是满足t6≦2T，径向r的厚度t7被设定成满足t7≦3T、更优选的是满足t7≦2T。此外，径向防干涉部50a的R5面、R6面的半径在1.5T以下、更优选的是在1.0T以下。另外，与相邻的径向防干涉部50a的间隔G2为1.0T程度。
另外，磁体收容部48b在转子芯48的径向r的与转子芯中心侧相反一侧的端部，形成有在收容θ磁体28后的状态下成为间隙的径向防干涉部50b。径向防干涉部50b具有与所收容的θ磁体28的磁极所在的主面28a、28b相同的平面。另外，径向防干涉部50b被设置成从与所收容的θ磁体28的转子芯中心侧相反一侧的端面28d起向转子芯48的外周面48c延伸。
径向防干涉部50b的周向θ的厚度t8被设定成满足t8≦3T、更优选的是满足t8≦2T，径向r的厚度t9被设定成满足t9≦3T、更优选的是满足t9≦2T。此外，径向防干涉部50b的R7面、R8面的半径在1.5T以下、更优选的是在1.0T以下。另外，径向防干涉部50b与转子芯48的外周面48c之间的厚度t10为1.0T程度。
磁体收容部48b具有径向防干涉部50a或径向防干涉部50b，因而在向转子芯48插入θ磁体28时，能抑制与θ磁体28的角部(边缘部)的干涉。因此，θ磁体28的形状、特别是角部的形状的自由度增加，即使是没有R面或C面的θ磁体28，也能提高向磁体收容部48b插入时的操作性。另外，从各θ磁体28的主面28a出来的磁束中、经由转子芯48内而朝向相反侧的主面28b的无效磁束被充满相对磁导率低的空气的径向防干涉部50a、50b妨碍，能抑制在转子芯48内短路(磁短路)。
另一方面，由于周向防干涉部50a、50b，从θ磁体28的主面28a出来、经由间隙部而进入主面28b的有效磁束有可能减少。但是，作为θ磁体28，由于能采用角部没有C面(斜面)或R面、但剩磁通密度高的烧结磁铁，故作为转子，能实现所希望的平均磁通密度。
转子芯48在磁体收容部48b的转子芯径向中心侧可以不用像转子芯26那样考虑周向防干涉部34a彼此的干涉，故能使磁体收容部48b沿转子芯径向延长。即、能收容转子芯径向的长度更大的θ磁体28，故能增加θ磁体28的主面(磁极所在的面)的有效磁束(转矩提高)。此外，由于没有周向防干涉部，故在收容于磁体收容部48b的θ磁体28的主面侧不会产生空洞，能避免朝向转子芯26的外周部的有效磁束的减少。
图13的(b)所示的转子芯52是图13的(a)所示的转子芯48的变形例。转子芯52具有被放射状地形成的多个磁体收容部52b。磁体收容部52b在转子芯52的径向r的转子芯中心侧的端部，形成有在收容θ磁体28的状态下成为间隙的径向防干涉部50a。
此外，磁体收容部52b在转子芯52的径向r的与转子芯中心侧相反一侧的端部，与转子芯26同样地形成有在收容θ磁体28的状态下成为间隙的周向防干涉部34b。转子芯52的作用效果与前述的各实施方式重复，故省略说明。
(第4实施方式)
图15的(a)～图15的(c)是表示第4实施方式的转子芯的一例的俯视图。
图15的(a)所示的转子芯54是将第1实施方式的转子芯26的外周面26c的一部分切断后的构造。其结果，在磁体收容部26b的转子芯径向r的外侧端部形成了与外部连通的切断部54a。
另外，图15的(b)所示的转子芯56是将第3实施方式的转子芯48的外周面48c的一部分切断后的构造。其结果，在磁体收容部48b的转子芯径向r的外侧端部形成了与外部连通的切断部56a。
另外，图15的(c)所示的转子芯58是将第3实施方式的变形例的转子芯52的外周面52c的一部分切断后的构造。其结果，在磁体收容部52b的转子芯径向r的外侧端部形成了与外部连通的切断部58a。
如上所述，在外周面有切断部的转子芯54、56、58能在外周面附近抑制磁短路，故从转子芯外周面朝向外部的有效磁束増加。
此外，实施方式的电机包括：配置有多个线圈的筒状的定子；设在定子的中心部的上述转子；以及为定子的多个线圈供电的供电部。
以上参照上述实施方式说明了本发明，但本发明并非限定于上述实施方式，将实施方式的构成适当组合或置换后的方案也包含在本发明内。另外，也可以基于本领域技术人员的知识适当重组各实施方式中的组合或处理的顺序，可以对实施方式施加各种设计变更等变形，被施加了这样的变形的实施方式也包含在本发明的范围内。
下面说明上述各实施方式的防干涉部的变形例。
图16的(a)是表示第1变形例的转子芯的一例的俯视图；图16的(b)是图16的(a)的G区域的放大图。图16的(a)的转子芯110在中心侧的端部设有径向防干涉部，并进而从该防干涉部起设有周向防干涉部。
图17的(a)～图17的(h)是表示第1变形例的转子芯的其它例子的俯视图。
图17的(a)所示的转子芯是芯外周部没有被分割、且在与中心侧相反一侧的端部没有防干涉部的情况。图17的(b)所示的转子芯是芯外周部没有被分割、且在与中心侧相反一侧的端部有周向防干涉部的情况。图17的(c)所示的转子芯是芯外周部没有被分割、且在与中心侧相反一侧的端部有径向防干涉部的情况。图17的(d)所示的转子芯是芯外周部没有被分割、且在与中心侧相反一侧的端部有周向防干涉部和径向防干涉部的情况。
图17的(e)所示的转子芯是芯外周部被分割、且在与中心侧相反一侧的端部没有防干涉部的情况。图17的(f)所示的转子芯是芯外周部被分割、且在与中心侧相反一侧的端部有周向防干涉部的情况。图17的(g)所示的转子芯是芯外周部被分割、且在与中心侧相反一侧的端部有径向防干涉部的情况。图17的(h)所示的转子芯是芯外周部被分割、且在与中心侧相反一侧的端部有周向防干涉部和径向防干涉部的情况。
图18的(a)是表示第2变形例的转子芯的一例的俯视图；图18的(b)是图18的(a)的H区域的放大图。图18的(a)的转子芯120在中心侧的端部设有周向防干涉部，并进而从该防干涉部起设有径向防干涉部。
图19的(a)～图19的(h)是表示第2变形例的转子芯的其它例子的俯视图。
图19的(a)所示的转子芯是芯外周部没有被分割、且在与中心侧相反一侧的端部没有防干涉部的情况。图19的(b)所示的转子芯是芯外周部没有被分割、且在与中心侧相反一侧的端部有周向防干涉部的情况。图19的(c)所示的转子芯是芯外周部没有被分割、且在与中心侧相反一侧的端部有径向防干涉部的情况。图19的(d)所示的转子芯是芯外周部没有被分割、且在与中心侧相反一侧的端部有周向防干涉部和径向防干涉部的情况。
图19的(e)所示的转子芯是芯外周部被分割、且在与中心侧相反一侧的端部没有防干涉部的情况。图19的(f)所示的转子芯是芯外周部被分割、且在与中心侧相反一侧的端部有周向防干涉部的情况。图19的(g)所示的转子芯是芯外周部被分割、且在与中心侧相反一侧的端部有径向防干涉部的情况。图19的(h)所示的转子芯是芯外周部被分割、且在与中心侧相反一侧的端部有周向防干涉部和径向防干涉部的情况。
图20的(a)是表示第3变形例的转子芯的一例的俯视图；图20的(b)是图20的(a)的I区域的放大图。图20的(a)的转子芯130在中心侧的端部设有周向防干涉部，并进而从该防干涉部起设有径向防干涉部。
图21的(a)～图21的(h)是表示第3变形例的转子芯的其它例子的俯视图。
图21的(a)所示的转子芯是芯外周部没有被分割、且在与中心侧相反一侧的端部没有防干涉部的情况。图21的(b)所示的转子芯是芯外周部没有被分割、且在与中心侧相反一侧的端部有周向防干涉部的情况。图21的(c)所示的转子芯是芯外周部没有被分割、且在与中心侧相反一侧的端部有径向防干涉部的情况。图21的(d)所示的转子芯是芯外周部没有被分割、且在与中心侧相反一侧的端部有周向防干涉部和径向防干涉部的情况。
图21的(e)所示的转子芯是芯外周部被分割、且在与中心侧相反一侧的端部没有防干涉部的情况。图21的(f)所示的转子芯是芯外周部被分割、且在与中心侧相反一侧的端部有周向防干涉部的情况。图21的(g)所示的转子芯是芯外周部被分割、且在与中心侧相反一侧的端部有径向防干涉部的情况。图21的(h)所示的转子芯是芯外周部被分割、且在与中心侧相反一侧的端部有周向防干涉部和径向防干涉部的情况。
图22的(a)、图22的(b)是表示第4变形例的转子芯的一例的俯视图。图22的(a)、图22的(b)所示的转子芯是与转子的磁极数为14极的情况对应的，与槽数为12的定子一并使用。
图22的(a)所示的转子芯132同图12的(a)所示的转子芯44一样，具有被插入θ磁体并固定的多个磁体收容部134。磁体收容部134与第1实施方式的转子芯26不同，不具有防干涉部。此外，转子芯132与前述的各转子芯不同，直径L不是一定的。即、转子芯132的外周面132a被周期性地形成有直径成为最大的区域J(直径L1)和直径成为最小的区域K(直径L2)。此外，区域J具有由比半径L/2短的曲率半径R9规定的曲面。另外，上述最大外径Dr是与直径L1相同的。通过使用这样的转子芯132，能抑制电机的齿槽转矩和转矩脉动。
图22的(b)所示的转子芯136与图22的(a)所示的转子芯132相比，在转子芯径向的外周面136a形成有切断部136b这一点上不同。因此，转子芯136能抑制外周部的磁短路。另外，上述最大外径Dr可以定义为连接直径最大的区域J(直径L1)的顶点所成的假想圆138的直径。
图23的(a)、图23的(b)是表示第5变形例的转子芯的一例的俯视图。图23的(a)所示的转子芯140与图22的(a)所示的转子芯132相比，磁体收容部142的形状不同。具体来说，磁体收容部142形成有在收容θ磁体144的状态下成为间隙的三角柱状的防干涉部142a。从各θ磁体144的主面144a出来的磁束中、经由转子芯140内而朝向相反侧的主面144b的无效磁束被充满相对磁导率低的空气的防干涉部142a妨碍，能抑制转子芯140内短路(磁短路)的情况。
图23的(b)所示的转子芯146与图23的(a)所示的转子芯140相比，在转子芯径向的外周面146a形成有切断部146b这一点上不同。因此，转子芯146能抑制内周部及外周部的磁短路。
图24的(a)、图24的(b)是表示第6变形例的转子芯的一例的俯视图。图24的(a)所示的转子芯148与图23的(a)所示的转子芯140相比，在相邻的磁体收容部142的防干涉部142a间形成有三角柱状的贯穿孔150这一点上有很大不同。由于该贯穿孔150的存在，能使形成在防干涉部142a和贯穿孔150之间的2个桥各自的最小宽度W2和最小宽度W2’之和比磁体收容部142间的最小宽度W1(Wb)小(W2+W2’<W1)。
由此，从各θ磁体144的主面144a出来的磁束由于转子芯148内的磁体收容部142与贯穿孔150之间的极窄区域的存在，而难以朝向相反侧的主面144b。其结果，能抑制转子芯148内短路(磁短路)的情况。另一方面，通过使各部分的宽度为W1≒W2+W2’，可以使转子芯148本身的强度不太下降。另外，通过使W2＝W2’，能得到不论转子芯148正转、反转，特性都不变的旋转。
图24的(b)所示的转子芯152与图24的(a)所示的转子芯148相比，在转子芯径向的外周面152a形成有切断部152b这一点上不同。因此，转子芯152能抑制内周部及外周部的磁短路。
〔标号说明〕
10前端盖、12转子、14定子、16后端盖、18外壳、20供电部、24旋转轴、26转子芯、26a贯穿孔、26b磁体收容部、26c外周面、28θ磁体、28a,28b主面、28c,28d端面、34a,34b周向防干涉部、36定子芯、38定子轭、40齿、42绝缘体、43定子线圈、48转子芯、48b磁体收容部、48c外周面、50a,50b径向防干涉部、100电机、132a,136a,146a,152a外周面、Dr转子芯的最大外径、Lmθ磁体的厚度、P磁极数、Bg转子外周部的平均磁通密度、Brθ磁体的剩磁通密度。
〔工业可利用性〕
本发明能利用于转子及电机。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种转子，包括：
圆形的转子芯，和
多个板状磁体；
上述转子芯具有以旋转轴为中心放射状地形成的多个磁体收容部；
上述板状磁体以与相邻的磁体相同的磁极彼此在转子芯的周向上相对的方式收容于上述磁体收容部；
将转子的磁极数记作P、转子芯的最大外径记作Dr[mm]、转子芯的周向上的板状磁体的厚度记作Lm[mm]时，满足以下式(2)：
0.665×10-4×P2-0.28×10-2×P+0.577×10-1<(Lm/Dr)<3.38×10-4×P2-1.86×10-2×P+3.36×10-1
···式(2)。
2.如权利要求1所述的转子，其特征在于，
将板状磁体的磁极所在的面的表面积记作S1[mm2]、转子芯的外周面的表面积记作S2[mm2]时，满足以下式(1)：
S1>S2/P···式(1)。
3.如权利要求1或2所述的转子，其特征在于，
上述转子芯是将多个电磁钢板或冷轧钢板层积而成的；
将上述电磁钢板或冷轧钢板的一张的厚度记作T[mm]、相邻的板状磁体彼此的最短距离记作Wb[mm]时，满足以下式(3)：
Wb≦5T···式(3)。
4.如权利要求1至3的任一项所述的转子，其特征在于，
上述磁体收容部在转子芯的径向的转子芯中心侧的端部、形成有在收容上述板状磁体后的状态下成为间隙的径向防干涉部；
上述径向防干涉部被设置成从所收容的板状磁体的转子芯中心侧端面起向转子芯的中心延伸。
5.如权利要求1至4的任一项所述的转子，其特征在于，
上述磁体收容部在转子芯的径向的与转子芯中心侧相反一侧的端部、形成有在收容上述板状磁体后的状态下成为间隙的周向防干涉部；
上述周向防干涉部被设置成从所收容的板状磁体的磁极表面起向转子芯的周向延伸。
6.如权利要求1至5的任一项所述的转子，其特征在于，
上述转子的磁极数P为12极、14极、16极、18极、20极的任一者。
7.如权利要求1至6的任一项所述的转子，其特征在于，
上述板状磁体的转子芯周向的厚度Lm为1mm～25mm的范围。
8.如权利要求1至7的任一项所述的转子，其特征在于，
上述转子芯的最大外径Dr为35mm～200mm的范围。
9.一种电机，包括：
配置有多个线圈的筒状的定子，
被设于上述定子的中心部的权利要求1至8的任一项所述的转子，以及
为上述定子的多个线圈供电的供电部。

Claims (8)

1.一种转子，包括：
圆形的转子芯，和
多个板状磁体；
上述转子芯具有以旋转轴为中心放射状地形成的多个磁体收容部；
上述板状磁体以与相邻的磁体相同的磁极彼此在转子芯的周向上相对的方式收容于上述磁体收容部；
将板状磁体的磁极所在的面的表面积记作S1[mm2]、转子芯的外周面的表面积记作S2[mm2]、转子的磁极数记作P、转子芯的最大外径记作Dr[mm]、转子芯的周向上的板状磁体的厚度记作Lm[mm]时，满足以下式(1)、式(2)：
S1>S2/P···式(1)、
0.665×10-4×P2-0.28×10-2×P+0.577×10-1<(Lm/Dr)<3.38×10-4×P2-1.86×10-2×P+3.36×10-1
···式(2)。
2.如权利要求1所述的转子，其特征在于，
上述转子芯是将多个电磁钢板或冷轧钢板层积而成的；
将上述电磁钢板或冷轧钢板的一张的厚度记作T[mm]、相邻的板状磁体彼此的最短距离记作Wb[mm]时，满足以下式(3)：
Wb≦5T···式(3)。
3.如权利要求1或2所述的转子，其特征在于，
上述磁体收容部在转子芯的径向的转子芯中心侧的端部、形成有在收容上述板状磁体后的状态下成为间隙的径向防干涉部；
上述径向防干涉部被设置成从所收容的板状磁体的转子芯中心侧端面起向转子芯的中心延伸。
4.如权利要求1至3的任一项所述的转子，其特征在于，
上述磁体收容部在转子芯的径向的与转子芯中心侧相反一侧的端部、形成有在收容上述板状磁体后的状态下成为间隙的周向防干涉部；
上述周向防干涉部被设置成从所收容的板状磁体的磁极表面起向转子芯的周向延伸。
5.如权利要求1至4的任一项所述的转子，其特征在于，
上述转子的磁极数P为12极、14极、16极、18极、20极的任一者。
6.如权利要求1至5的任一项所述的转子，其特征在于，
上述板状磁体的转子芯周向的厚度Lm为1mm～25mm的范围。
7.如权利要求1至6的任一项所述的转子，其特征在于，
上述转子芯的最大外径Dr为35mm～200mm的范围。
8.一种电机，包括：
配置有多个线圈的筒状的定子，
被设于上述定子的中心部的权利要求1至7的任一项所述的转子，以及
为上述定子的多个线圈供电的供电部。
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