CN104935139A - 马达 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种马达，所述马达的旋转部包括沿以中心轴线为中心的周向排列的多个磁铁和保持所述多个磁铁的转子铁芯。所述多个磁铁为两组以上的磁铁对。所述多个磁铁分别具有一对长边和一对短边。所述一对长边被磁化成互不相同的极。在各磁铁对中，同极在周向对置。所述各磁铁对的各磁铁的所述中心轴线侧且另一个磁铁侧的角位于所述转子铁芯所具有的个别的隔磁部内。所述隔磁部与所述各磁铁的边界位于包含所述角的长边上和包含所述角的短边上，或位于包含所述角的长边上和另一个长边上。所述转子铁芯包括外铁芯部、内铁芯部以及存在于隔磁部对之间且连接所述外铁芯部与所述内铁芯部的连接部。所述连接部的最小宽度小于所述短边。

Description

马达

技术领域

本发明涉及一种电动式马达。

背景技术

一直以来，公知一种将垂直于马达的中心轴线的截面为长方形的磁铁呈放射状配置在转子铁芯内的轮辐式的内置式永磁(IPM:Interior Permanent Magnet)马达。在轮辐式马达中，长边侧的面被磁化，在相邻的磁铁中，同极在周向对置。在轮辐式的内置式永磁马达中，通过设置隔磁部，使磁通流向静止部，以谋求马达工作效率的提升。

例如，在日本公开专利第2001-211582号的图5的转子中，在永磁铁的外周侧的端部与转子的外周之间设有沿周向延展的缺口部，即隔磁部。由此，防止了磁通的短路，提高了磁铁转矩且降低了因涡电流而产生的损耗。并且，在各磁铁的内周侧的端部也设有作为隔磁部的一对孔。在美国公开专利第2011/0290581号的图3所示的转子中，在配置成轮辐状的永磁铁的径向内侧以与磁铁的各角接触方式设有空间。

然而，为了使轮辐式的内置式永磁马达小型化，需要将磁铁设置在径向内侧。但是，仅仅是简单地将磁铁设置于内侧，会使流向隔磁部内的磁通的泄漏增多，磁通有可能流向径向内侧的部位。其结果是，即便利用相同的磁铁，输出也会降低。这种问题也同样存在于除轮辐式以外的内置式永磁马达中。

发明内容

本发明的目的在于在内置式永磁马达中抑制输出降低且实现小型化。

本发明例示的第一实施方式所涉及的马达包括：旋转部，其以中心轴线为中心旋转；静止部，其配置在所述旋转部的周围；以及轴承机构，其将所述旋转部支承为能够旋转。所述旋转部包括：多个磁铁，所述多个磁铁沿周向排列；以及转子铁芯，其保持所述多个磁铁。所述多个磁铁为两组以上的磁铁对。所述多个磁铁分别在垂直于所述中心轴线的截面具有一对长边和一对短边。所述一对长边被磁化成互不相同的极。在所述两组以上的磁铁对的各磁铁对中，同极在周向对置，所述截面中的所述一对长边之间的中心线的交点在所述中心轴线上相交，或者在所述中心轴线与所述各磁铁对之间相交。所述各磁铁对的各磁铁的所述中心轴线侧且另一个磁铁侧的角位于所述转子铁芯所具有的个别的隔磁部内。所述隔磁部与所述各磁铁的边界位于包含所述角的长边上和包含所述角的短边上，或者位于包含所述角的长边上和另一个长边上。所述转子铁芯包括：外铁芯部，其存在于与所述各磁铁对接触的隔磁部对的径向外侧；内铁芯部，其存在于所述隔磁部对的径向内侧；以及连接部，其存在于所述隔磁部对之间，且连接所述外铁芯部与所述内铁芯部。所述连接部的最小宽度小于所述短边。

根据本发明，能够抑制输出降低，且能够实现马达的小型化。

附图说明

图1是示出一实施方式所涉及的马达的纵向剖视图。

图2是示出定子铁芯、转子铁芯和磁铁的俯视图。

图3是示出转子铁芯和磁铁的立体图。

图4是示出转子铁芯和磁铁的俯视图。

图5是放大示出转子铁芯和磁铁的图。

图6是放大示出隔磁部附近的图。

图7是示出转子铁芯和磁铁的另一例子的俯视图。

图8是放大示出转子铁芯的一部分和磁铁的图。

图9是放大示出第一隔磁部对附近的图。

图10是示出第一隔磁部对的另一例子的图。

图11是示出第一隔磁部对的另一其他例子的图。

图12是示出隔磁部的另一例子的图。

具体实施方式

在本说明书中，将马达的中心轴线方向的图1的上侧简称为“上侧”，将其下侧简称为“下侧”。另外，上下方向并不表示组装到实际设备时的位置关系和方向。并且，将与中心轴线平行的方向称为“轴向”，将以中心轴线为中心的径向简称为“径向”，将以中心轴线为中心的周向简称为“周向”。

图1是本发明例示的一实施方式所涉及的马达1的纵向剖视图。在此省略截面细微部的平行斜线。马达1是旋转电机。马达1为内转子型。马达1包括静止部2、旋转部3以及轴承机构4。轴承机构4将旋转部3支承为能够相对于静止部2以马达1的中心轴线J1为中心旋转。

静止部2配置在旋转部3的周围。静止部2包括外壳21和定子22。外壳21包括有底的大致圆筒形的外壳部件211和盖部件212。外壳部件211包括圆筒部511和底部512。盖部件212呈大致矩形，安装在圆筒部511的上部。在盖部件212的中央设有开口部521。定子22包括定子铁芯223、绝缘件221以及线圈222。定子铁芯223的齿被绝缘件221覆盖。在绝缘件221上设有线圈222。通过向静止部2供电，旋转部3以中心轴线J1为中心旋转。

轴承机构4由两个轴承41构成。在本实施方式中，轴承41为球轴承。轴承41也可以是其他构造的轴承。其中一个轴承41在开口部521中固定于盖部件212。另一个轴承41固定于底部512。

旋转部3包括轴31、转子铁芯32以及多个磁铁33。轴31以中心轴线J1为中心配置。轴31被轴承机构4支承为能够以中心轴线J1为中心旋转。转子铁芯32呈大致圆筒形，固定在轴31的外周。磁铁33为永磁铁。转子铁芯32在径向上配置在定子22的内侧。转子铁芯32的外周面靠近定子22的内周面。

图2是示出定子铁芯223、转子铁芯32以及磁铁33的俯视图。定子铁芯223包括铁芯背部532和多个齿531。铁芯背部532是以中心轴线J1为中心的环形。各个齿531从铁芯背部532朝向转子铁芯32向径向内侧延伸。在定子铁芯223中层叠有电磁钢板。

图3是示出转子铁芯32和磁铁33的立体图。在转子铁芯32中层叠有电磁钢板。如图2和图3所示，转子铁芯32包括外铁芯部321、内铁芯部322以及多个连接部323。外铁芯部321是多个外铁芯构件541。多个外铁芯构件541沿周向排列。内铁芯部322位于外铁芯部321的内侧。各外铁芯构件541通过一个连接部323而与内铁芯部322连接。连接部323沿径向延伸。外铁芯部321、内铁芯部322以及连接部323是连成一体的部件。

外铁芯构件541的外周面朝径向外侧凸出。外铁芯构件541的外周面的曲率半径小于外铁芯部321的最大半径。通过使外铁芯构件541的外周面朝径向外侧凸出，能够将朝向定子22的磁通的流动变更为理想的状态，并能够使马达1的感应电压波形接近正弦波。连接部323连接外铁芯构件541的径向内侧部位的周向中央与内铁芯部322的外周面。

图4是转子铁芯32和磁铁33的俯视图。在外铁芯构件541之间配置有磁铁33。磁铁33沿周向以相等的间隔存在。转子铁芯32保持磁铁33。各磁铁33在垂直于中心轴线J1的截面中具有一对长边611和一对短边612。一对长边611之间的中心线613穿过中心轴线J1。即，所有的磁铁33的中心线613在中心轴线J1上相交。马达1为轮辐式的内置式永磁马达。

一对长边611被磁化呈互不相同的极。在相邻的一对磁铁33中，同极在周向对置。由此，磁力线的一部分从相互对置的长边611经由外铁芯构件541的外周面被引向转子铁芯32的外部，从在两侧相邻的外铁芯构件541的外周面进入转子铁芯32而被引向另一个极。在多个磁铁33中，由于磁铁33是每两个沿周向相同地重复配置，因此以下将相互相邻的一对磁铁33称为“磁铁对330”。在图4所示的例子中，四组磁铁对330沿周向排列。外铁芯构件541相对于定子22发挥磁极部的功能。

图5是放大示出转子铁芯32和磁铁33的图。如前文所述，外铁芯部321与内铁芯部322通过多个连接部323连接。在外铁芯构件541与内铁芯部322之间且在连接部323的周向两侧存在有隔磁部62。隔磁部62是既不存在转子铁芯32也不存在磁铁33的空间。换言之，外铁芯部321存在于隔磁部62的径向外侧。内铁芯部322存在于隔磁部62的径向内侧。在相互相邻的一对磁铁33之间，连接部323位于一对隔磁部62之间。在本实施方式中，隔磁部62为空气层。由于空气层的导磁率低于转子铁芯32的导磁率，因此磁通的流动受到隔磁部62的阻碍。

隔磁部62不必一定是存在有空气的空间，只要是在转子铁芯32中磁阻大于其他部分的区域即可。例如，在隔磁部62内，也可以存在除空气以外的物质。在以下的其他隔磁部中也是一样的。

各磁铁33的与中心轴线J1侧的短边612相连的两个角614分别位于个别的隔磁部62内。在与一个磁铁33接触的两个隔磁部62之间存在有磁铁支承部542。在以下说明中，磁铁支承部542为内铁芯部322的一部分。将内铁芯部322的除磁铁支承部542以外的部位称为“内铁芯圆筒部543”。磁铁支承部542从内铁芯圆筒部543朝向径向外侧突出，末端与磁铁33的短边612接触。换言之，被外铁芯构件541、连接部323、内铁芯圆筒部543以及磁铁支承部542包围的区域为隔磁部62。

图6是放大示出隔磁部62附近的图。由于角614位于隔磁部62内，因此隔磁部62与磁铁33的边界位于包含角614的长边611上以及包含角614的短边612上。在各隔磁部62中，长边611在隔磁部62内的长度L1小于短边612在隔磁部62内的长度L2。通过减少长边611向隔磁部62内露出的部分，能够降低流向隔磁部62内的磁通的泄漏，并且能够高效地将磁通从磁铁33引向外铁芯构件541。另一方面，通过增大短边612向隔磁部62内露出的部分，能够抑制磁通绕进短边612侧。

其结果是，大量磁通被引向外铁芯构件541的径向外侧，能够以同等的大小提升马达1的输出。换言之，能够抑制输出降低，且还能够实现马达1的小型化。另外，此处的输出既可以是转矩，也可以是每单位时间的能量。并且，通过将角614设置在隔磁部62内，即使小型化也能够容易地设置隔磁部62。

若长边611在隔磁部62内的长度L1过小，则磁通在隔磁部62内泄漏的量会增多，因此优选长度L1为长边611的长度的10％以上且小于20％。

短边612在隔磁部62内的长度L2越大，磁铁支承部542与短边612的接触长度W1越短。接触长度W1越短，越能够抑制磁铁自身的磁场的对转矩不产生积极作用的磁通的环，并能够降低流向隔磁部62内的磁通的泄漏。另一方面，即使不极端地减小接触长度W1，对马达1的性能造成的影响也很小。并且，为了从径向内侧支承磁铁33，优选接触长度W1具有一定程度的大小。接触长度W1为实际接触的宽度，而不是磁铁支承部542的最大宽度。优选接触长度W1为短边612的一半以下。

为了抑制磁通绕进内铁芯部322，优选连接部323是细的。由此，能够容易使连接部323磁饱和，从而能够阻断磁通。优选连接部323的周向最小宽度W2即沿径向延伸的连接部323在与中心线垂直的方向上的最小宽度为短边612以下。在实际设计中，能够使最小宽度W2大幅小于短边612，更优选最小宽度W2为短边612的一半以下。由此，能够在抑制输出降低的同时实现马达1的小型化。

优选连接部323是细长的，连接部323的径向长度比周向宽度长。在此，连接部323的长度为隔磁部62的径向宽度，连接部323的周向宽度为最小宽度W2。由于与短边612和磁铁支承部542之间的接触长度W1相比，连接部323的最小宽度W2更影响磁通的绕进，因此优选连接部323的最小宽度W2小于接触长度W1。并且，通过使连接部323的最小宽度W2小于接触长度W1，连接部323通过从外铁芯部321流向内铁芯部322的磁通或者从内铁芯部322流向外铁芯部321的磁通而饱和，不会使磁力线从磁铁33的长边611流向内铁芯部322，能够向外铁芯构件541的外侧大量导出磁力线，从而能够提升马达1的输出。

图7是示出转子铁芯32和磁铁33的另一例子的俯视图。在图7中，磁铁33存在有十六对，即三十二个。在省略图示的定子设有多于图2的个数的齿。转子铁芯32包括内铁芯部322、外铁芯部321、第一连接部324以及第二连接部325。除转子铁芯32的形状以及磁铁33的配置有所不同之外，马达的结构与图1相同。在以下说明中，对与图1、图2等相同的构成要素标注相同的符号。并且，将相邻的一对磁铁33即朝向径向外侧互相分离的一对磁铁33作为一组磁铁对330进行说明。

外铁芯部321位于内铁芯部322的径向外侧。外铁芯部321和内铁芯部322通过多个第一连接部324以及多个第二连接部325而连接。外铁芯部321、内铁芯部322、第一连接部324以及第二连接部325为连成一体的部件。磁铁33被插入在设置于转子铁芯32的磁铁保持孔544中。磁铁保持孔544沿轴向延伸。

图8是放大示出转子铁芯32的一部分和磁铁33的图。各磁铁33与图4的情形相同，在垂直于中心轴线J1的截面中具有一对长边611和一对短边612。一对长边611被磁化成互不相同的极。在各磁铁对330中，同极在周向对置。在相互相邻的磁铁对330之间，不同的极在周向对置。因此，在从径向外侧观察时，各组磁铁对330的朝向径向外侧的磁极在周向上是交替的。

一组磁铁对330的截面中的一对长边611之间的中心线613的交点在中心轴线J1与磁铁对330之间相交。即，磁铁对330被配置成比以中心轴线J1为中心的放射方向张开得大的V字形。

在各磁铁33的两条短边612侧设有隔磁部63a、63b。以下，将位于构成磁铁对330的两个磁铁33之间的隔磁部63a称为“第一隔磁部63a”，将位于磁铁对330的周向外侧的隔磁部63b称为“第二隔磁部63b”。第一隔磁部63a和第二隔磁部63b为磁铁保持孔544的一部分。

相互相邻的第一隔磁部63a之间为第一连接部324。以下，将相互相邻的第一隔磁部63a称为“第一隔磁部对64a”。在相互相邻的磁铁对330之间，相互相邻的第二隔磁部63b之间为第二连接部325。以下，将相互相邻的第二隔磁部63b称为“第二隔磁部对64b”。

外铁芯部321存在于与各磁铁对330接触的第一隔磁部对64a的径向外侧以及第二隔磁部对64b的径向外侧。内铁芯部322存在于第一隔磁部对64a的径向内侧以及第二隔磁部对64b的径向内侧。通过第一隔磁部对64a抑制了磁通绕进内铁芯部322，通过第二隔磁部对64b抑制了在转子铁芯32内发生磁通的短路，从而大量磁通被引向转子铁芯32的径向外侧。

图9是放大示出第一隔磁部对64a附近的图。在旋转部3中，各磁铁对330的各磁铁33的中心轴线J1侧且另一个磁铁33侧的角614位于个别的第一隔磁部63a内。第一隔磁部63a与磁铁33的边界位于包含角614的长边611上和包含角614的短边612上(在图9中，短边612的端点)。由此，抑制了来自与外周对置的长边611的磁通流向内铁芯部322，能够将磁通高效地导向外铁芯部321的外侧。其结果是，在磁铁33被配置成V字形时，即使在磁铁对330中两个磁铁33的径向外侧的长边611所形成的角度大，也能够抑制输出降低，并且能够实现马达1的小型化。

并且，与图6的情形相同，第一连接部324的最小宽度W2小于短边612。更优选第一连接部324的最小宽度W2为短边612的一半以下。优选第一连接部324是细的，第一连接部324的径向长度大于其周向宽度。即使通过该些条件，也能够抑制磁通向内铁芯部322的流动，并且能够实现马达1的小型化。第一连接部324的长度以及宽度的定义与图6的情形相同。

图10是示出第一隔磁部对64a的另一例子的图。在图10中，第一隔磁部63a与磁铁33的边界也位于包含角614的长边611上和包含角614的短边612上。内铁芯部322与短边612的接触部位作为磁铁支承部542发挥功能。由此，磁铁33被稳定地保持。

在图10的例子中，以磁铁支承部542与磁铁33的接触长度W1为一定程度的大小为宜，因此优选第一连接部324的周向最小宽度W2小于磁铁支承部542与短边612的接触长度W1。与图6的情形相同，长边611在第一隔磁部63a内的长度优选为长边611的长度的10％以上且20％以下。

图11是示出第一隔磁部对64a的另一其他例子的图。在图11的例子中，第一隔磁部63a与磁铁33的边界存在于两个长边611上。整个短边612位于第一隔磁部63a内。在图9和图11的情况时，由于不存在磁铁支承部542，因此磁铁33在磁铁保持孔544中的位置例如通过被安装在转子铁芯32的轴向两端的部件而固定。由于不存在磁铁支承部542，因此能够抑制在磁铁33的短边612处的磁铁自身的磁场的对转矩不产生积极作用的磁通环，并且能够向外铁芯构件541的外侧大量导出磁力线。其结果是，能够提升马达1的输出。

图12是示出图6的隔磁部的另一例子的图。在图12中，省略了磁铁支承部542。与图11的情形相同，图12的隔磁部65与磁铁33的边界存在于两个长边611上。整个短边612位于隔磁部65内。从图11和图12可知，图12是对应图11的例子的特别状态的结构。同样地，图6的例子也能够视为图10的基本结构的变形。

在图10中，在使磁铁33的长边611之间的中心线朝向径向时，在磁铁对330之间存在有第一隔磁部对64a。在图6中是将该第一隔磁部对64a还应用于磁铁对330与磁铁对330之间的结构。

更加详细来说，若图6中央的磁铁33视为对应图10中的左侧的磁铁33，则在图6中，由中央的磁铁33以及右侧的磁铁33构成了磁铁对330。并且，磁铁对330之间的两个隔磁部62对应图10中的两个第一隔磁部63a。磁铁对330的各磁铁33的中心轴线J1侧且另一个磁铁33侧的角614、即图6中央的磁铁33的右侧角614和右侧磁铁33的左侧角614位于磁铁对330的磁铁33之间的个别的隔磁部62内。隔磁部62与各磁铁33的边界位于包含角614的长边611上和包含角614的短边612上。

并且，磁铁对330的各磁铁33的中心轴线J1侧且与另一个磁铁33相反的一侧的另一个角614位于第二隔磁部62内。例如，当为图6中央的磁铁33时，左侧的另一个角614位于不同于右侧角614的隔磁部62内。该第二隔磁部与各磁铁33的边界位于包含左侧角614的另一个长边611上和包含左侧角614的短边612上。并且，由于此类包括磁铁对330和四个隔磁部62的结构在周向上反复，因此在存在于各磁铁对330和与其相邻的磁铁对330之间的一对隔磁部62之间，也存在有连接外铁芯部321与内铁芯部322的第二连接部323。

在如上所述那样理解时，在图5、图6的结构中，外铁芯部321(外铁芯构件541)存在于磁铁对330的两个磁铁33之间以及相互相邻的两个磁铁对330之间。

若更加简洁地说明，则图6的结构为如下：将图10结构中的磁铁33呈放射状排列，且将隔磁部设置于各磁铁33的两侧。在磁铁33的一对长边611分别设置隔磁部62的结构适用于轮辐式的内置式永磁马达。

马达1可进行各种变更。

旋转部3以及静止部2的极数也可以进行各种变更。作为将磁铁33固定于转子铁芯32的方法，也可以采用各种各样的方法。例如，也可以用粘接剂而将磁铁33固定于转子铁芯32。也可以由层叠钢板的一部分固定磁铁33的位置。磁铁对330的数量为两组以上即可。

外壳21或定子22等其他结构也可以进行各种变更。例如，外壳21也可以由三个以上的部件组合而成。

上述实施方式和各个变形例中的结构只要不互相矛盾，就可以进行适当组合。

工业上的可利用性

本发明所涉及的马达能够用作各种用途的驱动源。

Claims (8)

1.一种马达，其特征在于，所述马达包括：

旋转部，其以中心轴线为中心旋转；

静止部，其配置在所述旋转部的周围；以及

轴承机构，其将所述旋转部支承为能够旋转，

所述旋转部包括：

多个磁铁，所述多个磁铁沿周向排列；以及

转子铁芯，其保持所述多个磁铁，

所述多个磁铁为两组以上的磁铁对，

所述多个磁铁分别在垂直于所述中心轴线的截面中具有一对长边和一对短边，所述一对长边被磁化成互不相同的极，

在所述两组以上的磁铁对的各磁铁对中，同极在周向对置，所述截面中的所述一对长边之间的中心线的交点在所述中心轴线上相交，或者在所述中心轴线与所述各磁铁对之间相交，

所述各磁铁对的各磁铁的所述中心轴线侧且另一个磁铁侧的角位于所述转子铁芯所具有的个别的隔磁部内，

所述隔磁部与所述各磁铁的边界位于包含所述角的长边上和包含所述角的短边上，或位于包含所述角的长边上和另一个长边上，

所述转子铁芯包括：

外铁芯部，其存在于与所述各磁铁对接触的隔磁部对的径向外侧；

内铁芯部，其存在于所述隔磁部对的径向内侧；以及

连接部，其存在于所述隔磁部对之间，且连接所述外铁芯部与所述内铁芯部，

所述连接部的最小宽度小于所述短边。

2.根据权利要求1所述的马达，其特征在于，

所述隔磁部与所述各磁铁的边界位于包含所述角的所述长边上和包含所述角的所述短边上，

所述连接部的周向最小宽度小于与所述隔磁部接触的所述短边与所述内铁芯部的接触长度。

3.根据权利要求1或2所述的马达，其特征在于，

在所述各磁铁对中，所述截面中的所述一对长边之间的所述中心线在所述中心轴线上相交，

所述多个磁铁沿周向以相等的间隔存在，

所述各磁铁对的各磁铁的中心轴线侧且与所述另一个磁铁相反的一侧的另一个角位于所述转子铁芯所具有的第二隔磁部内，

所述第二隔磁部与所述各磁铁的边界位于包含所述另一个角的另一个长边上和包含所述另一个角的所述短边上，

所述外铁芯部还存在于所述各磁铁对以及与其相邻的磁铁对之间，

连接所述外铁芯部与所述内铁芯部的第二连接部存在于第二隔磁部对之间，所述第二隔磁部对存在于所述各磁铁对以及所述与其相邻的磁铁对之间。

4.根据权利要求3所述的马达，其特征在于，

所述连接部以及所述第二连接部的最小宽度为所述短边的一半以下。

5.根据权利要求3所述的马达，其特征在于，

所述各磁铁的所述长边在所述隔磁部内的长度小于所述短边在所述隔磁部内的长度，

所述各磁铁的所述另一个长边在所述第二隔磁部内的长度小于所述短边在所述第二隔磁部内的长度。

6.根据权利要求3所述的马达，其特征在于，

所述各磁铁的所述长边在所述隔磁部内的长度以及所述各磁铁的所述另一个长边在所述第二隔磁部内的长度为所述长边的长度的10％以上且20％以下。

7.根据权利要求3所述的马达，其特征在于，

所述短边与所述内铁芯部的接触长度为所述短边的一半以下，且所述短边与所述内铁芯部的接触长度大于所述连接部的周向宽度。

8.根据权利要求1所述的马达，其特征在于，

所述连接部的径向长度大于所述连接部的周向宽度。