CN105027391A - 永久磁铁埋入型电动机及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的永久磁铁埋入型电动机由在定子铁芯上卷绕有绕组的定子、经由间隙旋转自如地配置在定子铁芯的内周面的转子构成。转子具有将具有多个磁铁埋设孔的钢板层积而构成的转子铁芯、分别被收纳保持在磁铁埋设孔中的永久磁铁。而且，由磁铁埋设孔的端部和转子铁芯的外周构成的桥接部和将在邻接的磁铁埋设孔间形成的桥接部连接的薄壁连结部的板厚比钢板的板厚薄。

Description

永久磁铁埋入型电动机及其制造方法

技术领域

本发明涉及具有将多个永久磁铁每隔规定间隔埋入转子铁芯而构成的永久磁铁埋入型转子的永久磁铁埋入型电动机及其制造方法。

背景技术

在这样的技术领域，已知有专利文献1及专利文献2记载那样的技术。

在专利文献1中公开有如下构成的转子，即，具有在周向上形成有多个永久磁铁孔的大致圆柱形状的转子铁芯、被收纳在磁铁孔中的V形配置的永久磁铁，在磁铁孔的径向外侧端部与外周部之间形成的桥接部的轴向厚度比其他部分薄。

在专利文献2中公开有，在外周缘的内侧具有用于内置磁铁的磁槽的转子芯钢板中，具有对磁槽与外周缘之间的桥接部赋予压缩残留应力的压溃部。

但是，在上述现有的构成中，通过使桥接部的厚度比其他小，降低泄漏磁通，但不能全部包罗泄漏磁路，故而不能充分降低泄漏磁通。

专利文献1：(日本)特开2006－50821号公报

专利文献2：国际公开第2012/137430号

发明内容

本发明的永久磁铁埋入型电动机具有如下的构成。即，具有在定子铁芯上卷绕有绕组的定子、经由间隙旋转自如地配置在定子铁芯的内周面的转子。

转子具有将具有多个磁铁埋设孔的钢板层积而构成的转子铁芯、和分别被收纳保持在磁铁埋设孔中的永久磁铁。

钢板具有在磁铁埋设孔的端部与钢板的外周之间形成的桥接部，该桥接部的板厚比桥接部以外的板厚薄。另外，邻接的桥接部利用比桥接部以外的板厚薄的板厚的薄壁连结部而连接。

永久磁铁产生的磁通虽然通过桥接部向邻接的永久磁铁流动，但即使仅桥接部将板厚减薄，磁路整体的磁阻也不增大。因此，通过以使磁路整体的磁阻不增大的方式利用薄壁连结部将桥接部的板厚减薄并连接，实现泄漏磁通的降低。

附图说明

图1是本发明实施方式的永久磁铁埋入型电动机的剖面图；

图2A是该永久磁铁埋入型电动机的转子的主要部分放大图；

图2B是在该转子中，将其磁铁埋设孔的周边进一步放大的图；

图3是本发明其他实施方式的永久磁铁埋入型电动机的转子的主要部分放大图；

图4A是表示薄壁化区域的比率X和磁通增加率的关系的图；

图4B是表示薄壁化区域的比率X的图；

图5A是表示薄壁部的截面形状的一例的图；

图5B是表示薄壁部的截面形状的另一例的图。

标记说明

10：永久磁铁埋入型电动机

11：定子

12：磁轭

13：齿

14：定子铁芯

15：槽

21：转子

22：磁铁埋设孔

23：转子铁芯

24：永久磁铁

25：第一曲线部

26：第二曲线部

27：连结部

27t：薄壁连结部

28：桥接部

29：旋转轴

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，并非由该实施方式限定本发明。

图1是本发明实施方式的永久磁铁埋入型电动机10的沿着垂直于旋转中心轴的面的剖面图。

本实施方式的电动机10具有定子11和转子21。定子11具有层积有多个薄板钢板的定子铁芯14、卷绕在定子铁芯14上的绕组(未图示)。定子铁芯14具有磁轭12、在磁轭12的内周侧形成的多个齿13、在邻接的齿13间形成的多个槽15。绕组在定子铁芯14以集中卷绕或者分布卷绕的方式卷绕，被收纳在槽15中。

转子21具有将多个磁铁埋设孔22分别在周向上以规定间隔形成的转子铁芯23、埋设在各个磁铁埋设孔22的永久磁铁24、配置在转子铁芯23的中央的旋转轴29。转子铁芯23将形成有磁铁埋设孔22的钢板即薄板铁板在轴向上层积多张而构成。而且，用于形成转子21的磁极的永久磁铁24被收纳、保持在各自的磁铁埋设孔22中。永久磁铁24被上下端板夹入固定，或者利用树脂或粘接剂等固定。转子铁芯23经由旋转轴29被轴承(未图示)旋转自如地支承。

这样构成的转子21经由气隙与定子11的齿13的内周面相对。

另外，在图1中表示了转子21的极数为10，定子11的槽数为12的情况，但本发明不限于该组合，也能够适用于其他的组合。

另外，永久磁铁24表示平板形状的情况，但其不限定于该形状，也能够适用于U形形状、V形形状、半圆柱形状等任意的永久磁铁形状。永久磁铁材质也能够适用于钕烧结磁铁、钕粘合磁铁、铁素体烧结磁铁、铁素体粘合磁铁等任意的材质。

图2A是将转子21的沿着垂直于旋转中心轴的面的剖面图放大的图。另外，图2B是将转子21的磁铁埋设孔22及其周边进一步放大的图。在图2B中，表示了以未插入永久磁铁24的状态的磁铁埋设孔22。

在图2A中，磁铁埋设孔22具有比被插入的永久磁铁24的截面面积稍大的形状。即，磁铁埋设孔22如图2B所示地，构成包含磁铁收纳部22m、两侧的第一间隙部22a、两侧的第二间隙部22b的截面形状的孔。在此，磁铁收纳部22m为收纳永久磁铁24的区域。第一间隙部22a形成在磁铁埋设孔22的周向的两端，为永久磁铁24不存在的部分的间隙。而且，第二间隙部22b为在磁铁埋设孔22的径向内侧的两端附近形成的间隙。

永久磁铁24利用在第一间隙部22a与第二间隙部22b的边界形成的凸部23p进行定位。另外，永久磁铁24利用端板等机械地固定在磁铁埋设孔22中，或者利用粘接剂或树脂粘接固定。

另外，如图2A所示，将转子21的旋转中心和一个永久磁铁24的中央即磁极中央连接的直线设为d轴，将旋转中心和永久磁铁24相互邻接的其中间点连接的直线设为q轴。另外，转子21的外周面与永久磁铁24的各个中央部附近相对，由以转子中心侧为中心点的半径R1的第一曲线部25、将第一曲线部25和q轴连接的第二曲线部26形成。而且，第二曲线部26的半径R2比第一曲线部的半径R1小。另外，第二曲线部既可以由直线构成，也可以不具有第二曲线部而仅由第一曲线部构成(即，外周面由一个圆构成)。

另外，在转子铁芯23的薄板铁板上，在磁铁埋设孔22的端部与薄板铁板的外周之间、即第一间隙部22a与第二曲线部26之间形成有径向的宽度t1的桥接部28。另外，作为邻接的磁铁埋设孔22彼此间的铁板部分，形成有连结部27。

而且，如图2B中作为厚度所示地，该桥接部28的板厚d2比其他部分的板厚d1(即，薄板铁板的板厚d1)薄。另外，桥接部28通过由冲压将薄板铁板压溃而被薄壁化。冲压既可以仅冲压薄板铁板的一面，也可以冲压两面。另外，夹着q轴而相邻的桥接部28利用将其邻接的桥接部28相互连结的薄壁连结部27t而连接。该薄壁连结部27t为连结部27的一部分，薄壁连结部27t的板厚也比除了桥接部28之外的其他部分的厚度d1薄。另外，桥接部28和薄壁连结部27t的板厚相同为好，但无需特别相同。

但是，为了实现电动机10的高转矩化，永久磁铁24产生的磁通集中在磁极中心而构成，能够尽可能地抑制向磁极间侧(即q轴方向)流动的泄漏磁通为好。

作为向磁极间侧流动的泄漏磁通，具有通过桥接部28向邻接的永久磁铁24流动的磁通。而且，在这样的磁通的路径上也包含连结部27。在此，连结部27比桥接部28更具有厚度，面积也更大，故而磁阻比桥接部28小。即，即使将仅桥接部28的板厚如厚度d2那样地减薄，提高该部位的磁阻，也经过磁阻小的连结部27，故而作为磁路整体的磁阻不变大。

因此，在本实施方式中，在磁路包含的连结部27中，也以磁阻变大的方式设有将板厚减薄的部位即薄壁连结部27t。而且，经由这样的薄壁连结部27t将相邻的桥接部28相互连接。这样，通过使桥接部28和薄壁连结部27t的板厚比薄板铁板的板厚薄，能够增大作为磁路整体的磁阻，故而能够抑制向磁极间侧的流动，能够实现泄漏磁通的降低。

图3是表示图2A的薄壁连结部27t的其他方式，将其径向的宽度t2增大的构成，成为在连结部27延伸到永久磁铁24的侧面中央附近的形状。

若注意这样的磁极间的径向的宽度，则在磁通经由桥接部28向邻接的永久磁铁24流动时，连结部27的宽度h1比桥接部28的宽度幅t1大，由此，磁阻降低。因此，在图3的构成中，使薄壁连结部27t的径向的宽度t2比桥接部28的径向的宽度t1大。即，在连结部27，将板厚减薄的部位的薄壁连结部27t的区域增加而将磁阻增大，将泄漏磁通降低。

另外，作为向磁极间侧流动的泄漏磁通，也存在通过在永久磁铁24的侧面存在的空隙(第一间隙部22a)间并向q轴上的铁芯泄漏的磁通。因此，通过更大地构成薄壁连结部27t的径向的宽度t2，相对于经由空隙泄漏的磁通也能够增大磁阻，结果，能够降低经由空隙泄漏的磁通。

另外，通过减薄q轴上的薄板铁板的板厚，能够减少q轴磁通。因此，也能够构成磁铁埋入型电动机即磁阻转矩小(转矩脉动小)的转子。

图4A表示由桥接部28和薄壁连结部27t形成的板厚薄壁化范围和发生磁通增加量的关系。横轴为薄壁化区域宽幅比率，从图4B的O线垂直地朝向q轴薄壁化时的宽度，将从O线到q轴的宽度设为“1”时，以比率X(0～1)表示。如图4A所示可知，不仅桥接部薄壁化，连结部的薄壁连结部的部位也薄壁化，从而磁通增加率提高。

接着，桥接部28的板厚d2和桥接部28的径向的宽度幅t1的关系为d2≤t1。一般，钢板的冲裁的最小宽度为钢板的板厚以上为好，在其以下产生扭转或挠曲，对电动机的特性及精度产生影响。另外，通过将桥接部28的宽度t1减小，能够降低通过桥接部28向邻接的永久磁铁24流动的泄漏磁通，能够提高电动机的特性。即，宽度t1从降低泄漏磁通的观点来看，越小越好，但从钢板的冲裁的观点来看，限制在钢板的板厚。

因此，在本发明中，例如在利用冲压工序形成了桥接部28之后，设置磁铁埋设孔22的冲裁工序，从而冲裁最小宽度部分在冲裁之前被薄壁化。即，由于先将桥接部28的板厚d2减小，故而伴随于此也能够将宽度t1减小，能够实现上述的条件d2≤t1。

即，在冲裁工序后进行冲压工序的情况下，若将压溃前的板厚设为d1，则桥接部28的宽度t1为t1≤d1，但根据本发明通过减薄至板厚d2(d2≤d1)，宽度t1也能够比压溃前的板厚d1小，能够将泄漏磁通降低到最小限度。

这样，在本发明的永久磁铁埋入型电动机的制造方法中，在形成具有多个磁铁埋设孔22的钢板的工序中，在冲压工序之后设有磁铁埋设孔22的冲裁工序，通过冲压工序对桥接部28的薄壁化，桥接部28的宽度t1也能够达到机械强度不成问题的最小宽度。而且，由于能够将该宽度t1设为最小宽度，故而关于泄漏磁通也能够降低到最小限度，由此，能够实现电动机特性的提高。

特别是，在较小型的电动机中，桥接部28的宽度t1与机械强度无关地，以可冲裁的最小宽度决定尺寸，故而本发明是有用的。

接着，转子21在将薄板铁板冲裁成片状之后，以任意的角度使片材旋转并层积而形成。若加入在板厚方向上薄壁化的工序，则根据板材的方向，向外径方向的伸长率不同。因此，形状在旋转方向上变化，成为振动及噪音的主要原因的齿槽转矩大幅度恶化。为了抑制这样的不良情况，在本实施方式中，使薄板铁板在板厚方向上薄壁化，接着，以磁铁埋设孔22一致的角度，将片材一边旋转一边层积。包含这样的顺序而形成转子21，从而能够将外径尺寸的偏差及方向性导致的磁特性的偏差分别抵消，能够降低齿槽转矩。

另外，在转子21旋转时产生离心力。通过该离心力，永久磁铁24向转子外周侧伸张，在保持永久磁铁24的外周侧的铁芯的桥接部，应力局部地集中。对此，在本实施方式中，永久磁铁24将树脂等封入磁铁埋设孔22中并固定。这样，将插入有永久磁铁24的磁铁埋设孔22利用树脂或粘接剂等固定，从而转子铁芯和永久磁铁24、树脂一体化，能够将离心力产生的应力等分散。因此，能够缓和局部的应力集中，能够补足桥接部28的薄壁化的强度下降，可得到高强度的转子。

另外，图5A、5B表示转子的薄板铁板的剖面图(图3的向视A)。图5A表示在从设置(压溃)桥接部28前的薄板铁板的板厚d1向压溃后的板厚d2变化的边界面不赋予斜度的情况，图5B表示在边界面赋予具有任意的斜度的曲线或直线的情况。

若为图5A所示的构成，则转子旋转时的离心力产生的应力集中在从压溃前的板厚d1向压溃后的板厚d2变化的边界。但是，在如图5B所示地，边界面由具有任意的斜度的曲线或直线构成的情况下，应力不集中在特定的部位而能够整体地分散。即，通过形成图5B那样的构成，能够实现转子的强度的提高，例如转子不破坏而能够进行高速旋转。

如以上说明地，本发明的永久磁铁埋入型电动机使桥接部和将该桥接部连接的薄壁连结部的板厚比钢板的板厚薄。因此，根据本发明，能够将磁铁的泄漏磁通降低到最小限度，能够将电动机进一步高转矩化。

【产业上的可利用性】

本发明的利用领域不特别限制，例如作为具有永久磁铁埋入型转子的电动机而能够广泛利用。

Claims (9)

1.一种永久磁铁埋入型电动机，其具有在定子铁芯上卷绕有绕组的定子、经由间隙旋转自如地配置在所述定子铁芯的内周面的转子，其特征在于，

所述转子具有将具有多个磁铁埋设孔的钢板层积而构成的转子铁芯、和分别被收纳保持在所述磁铁埋设孔中的永久磁铁，

在所述磁铁埋设孔的端部与所述钢板的外周之间形成的桥接部、和将在邻接的所述磁铁埋设孔间形成的所述桥接部连接的薄壁连结部的板厚比所述钢板的板厚薄。

2.如权利要求1所述的永久磁铁埋入型电动机，其特征在于，

所述薄壁连结部的径向的宽度比所述桥接部的径向的宽度大。

3.如权利要求1或2所述的永久磁铁埋入型电动机，其特征在于，

在将桥接部的板厚设为d2，将径向的宽度设为t1时，d2≤t1。

4.如权利要求3所述的永久磁铁埋入型电动机，其特征在于，

在将所述钢板的板厚设为d1时，t1≤d1。

5.如权利要求1～4中任一项所述的永久磁铁埋入型电动机，其特征在于，

所述钢板在形成所述桥接部的冲压工序之后通过进行冲裁工序而形成有所述磁铁埋设孔。

6.如权利要求1～5中任一项所述的永久磁铁埋入型电动机，其特征在于，

所述钢板以任意的角度错开而层积。

7.如权利要求1～6中任一项所述的永久磁铁埋入型电动机，其特征在于，

利用树脂或粘接剂将所述磁铁埋设孔封入并将所述永久磁铁固定。

8.如权利要求1～7中任一项所述的永久磁铁埋入型电动机，其特征在于，

所述桥接部的厚度方向的边界面由具有任意斜度的曲线或直线构成。

9.一种永久磁铁埋入型电动机的制造方法，其为权利要求1～8中任一项所述的永久磁铁埋入型电动机的制造方法，其特征在于，

在形成具有所述多个磁铁埋设孔的钢板的工序中，在形成所述桥接部的冲压工序之后，设有所述磁铁埋设孔的冲裁工序。