CN105324917B - 使用永磁体的旋转电机 - Google Patents

Abstract

永磁体式旋转电机包括，定子(12)；可旋转地设置在该定子(12)的内侧的转子(14)；和埋设在该转子(14)的转子铁心(24)内的永磁体(26)。令转子(14)的极数为P时，连结配置为V字形的两个永磁体(26)间的中心位置和转子(14)的中心O的直线L1，与连结转子(14)的中心O和一方永磁体(26)的外周侧顶点M1的直线L2之间的角度θ为0.65＜Θ(＝θ/(180/P))＜0.80的关系，令定子铁心(16)的槽(20)的背面深度为D，转子铁心(24)的半径方向的永磁体(26)的埋设深度为t，则D/t＝A为0.8＜A＜1.1的关系。

Description

使用永磁体的旋转电机

技术领域

本发明的实施方式涉及一种在转子中埋设有永磁体的旋转电机。

背景技术

从防止地球变暖和节能的观点出发，正在推进对占据电机市场的8成(容量基准，2008年度经济产业省生产动态统计)的三相感应电机的效率加以限制(高效限制)。根据JISC43034－30(IEC60034－30)标准，三相感应电机的效率被定为IE1(标准效率)、IE2(高效率)和IE3(进阶效率)。当前，发货数量的绝大部分为IE1，正在限制将它们切换为IE3。

另外，根据JIS C 4210规定了三相感应电机的安装尺寸(型号)，用户和厂商(设备厂商等)都结合该标准对设备进行设计。因此产品必须能够与现有产品具有互换性。

为了追求进一步节能，而制定了IE4(超级进阶效率)。对于三相感应电机来说难以实现IE4，因而要推进具有永磁体的同步电机(以下，也称为永磁体式旋转电机)在使用中的效率。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012－227993号公报

发明内容

发明所要解决的课题

IE4效率的永磁体式旋转电机也与IE3效率的产品同样，必须维持与现有产品的互换性并实现IE4效率。也就是说，要利用现有的框架、定子铁心的形状(外形)，并针对转子的形状(磁体配置等)加以改进。另外，对于永磁体，从要求性能的观点考虑，由于使用含稀土元素的稀土类钕磁体，因此也必须减少其使用量。

即，本发明的课题是提供一种永磁体式旋转电机，其可减少永磁体的使用量，并能够实现高效率(减少损失)。

用于解决课题的技术手段

根据本实施方式的永磁体式旋转电机，其包括：定子，具有电枢绕组；转子，能够旋转地设置在该定子的内侧，具有转子铁心；以及永磁体，以V字形配置在所述转子铁心内，以便消除在该转子的相邻磁极间通过的来自所述电枢绕组的磁通，在所述转子的极数为P的情况下，连结以所述V字形配置的两个所述永磁体间的中心位置和所述转子的中心的直线与连结所述转子的中心和一方的所述永磁体的外周侧顶点的直线之间的角度θ为

0.65＜Θ(＝θ/(180/P))＜0.80

的关系，在所述定子铁心的槽的背面深度为D、所述转子铁心的半径方向的所述永磁体的埋设深度为t的情况下，D/t＝A为

0.8＜A＜1.1

的关系。

发明效果

本发明能够提供可减少永磁体的使用量，并能够实现高效率(损失减小)的永磁体式旋转电机。

附图说明

图1是表示第1实施方式的永磁体式旋转电机的剖视图。

图2是放大表示第1实施方式的永磁体式旋转电机的转子的一部分的剖视图。

图3是表示设置在第1实施方式的永磁体式旋转电机的转子内的磁体插入口的外周侧顶点位置、定子铁心的槽的背面深度D与磁体埋设深度t之比A、以及效率标准化值×转矩标准化值的关系的特性图。

图4是表示第1实施方式的永磁体式旋转电机的转子的效率标准化值×转矩标准化值的值和齿宽w1与槽宽w2之比B的关系特性图。

图5是表示第1实施方式的永磁体式旋转电机的效率标准化值×磁体量(倒数)标准化值的值和永磁体内周侧顶点的角度α的关系的特性图。

图6是表示第1实施方式的永磁体式旋转电机的转子的效率标准化值×转矩标准化值的值和磁体埋设孔内的内周侧插入口的厚度Th的关系特性图。

具体实施方式

以下，结合附图，对实施方式进行说明。各图是为了便于表示和理解实施方式的概略图，其形状、尺寸及比例等与实际的装置有不同之处。但可以参照以下的说明和公知技术适当对设计进行变更。

(第1实施方式)

图1表示第1实施方式的永磁体式电抗旋转电机10(在此称为旋转电机10)。图2是放大表示组装在图1的旋转电机10中的转子14的剖视图。

如图1所示，旋转电机10例如为内转子型的旋转电机，具有支承于未图示的固定框的环形(在本实施方式中为圆筒形)的定子12；被可自由旋转地支承在定子12的内侧且与定子12同轴的转子14。

定子12具有圆筒形的定子铁心16和埋设于定子铁心16中的未图示的电枢绕组。定子铁心16的结构为将多张磁性材料，例如圆环形的电磁钢板以同心状层叠而成。在定子铁心16的内周部形成有分别沿轴向延伸的多个槽20。由此，在定子铁心16的内周部设置有与转子14对置的多个定子齿21。在多个槽20埋设有电枢绕组。在本实施方式中，定子铁心16的槽20的数量为36。而且，定子铁心16的槽20的数量并不限定于此，也可以是18的倍数，例如54、72、90等。

如图1和图2所示，转子14具有：两端由未图示的轴承可自由旋转地支承的旋转轴22；固定于该旋转轴22的轴向大致中央部的圆筒形的转子铁心24；和埋设在转子铁心24内的多个(在本实施方式中为12个)永磁体26。转子14同轴配置在定子12的内侧，与定子12的内侧间隔微小的间隙。

转子铁心24是将多个磁性材料，例如圆环形的电磁钢板24a以同心状层叠的层叠体。转子铁心24具有以放射状延伸的多个磁化容易轴d(磁通容易通过的部分)，和以放射状延伸的多个磁化困难轴q(磁通难以通过的部分)。上述d轴和q轴交替配置在转子铁心24的周向，且以规定的位相设置。

在各q轴的两侧形成有两个磁体埋设孔34。在本实施方式中，转子铁心24的磁极的数量为6极(P＝6)，具有12个磁体埋设孔34。各磁体埋设孔34轴向贯穿转子铁心24。

着眼于位于一q轴两侧的1组磁体埋设孔34，在与转子铁心24的中心轴正交的平面上观看时，设置有排列成大致V字形的两个磁体埋设孔34。更具体为，接近旋转轴22的两个磁体埋设孔34在内周侧的端部彼此夹着q轴而接近对置，接近转子铁心24的圆周的两个磁体埋设孔34在外周侧的端部彼此在周向上离开。

永磁体26插入于各磁体埋设孔34，而埋设在转子铁心24内。各永磁体26例如为截面扁平的矩形且轴向细长的棒状，长度与转子铁心24的轴向长度大致相等。也就是说，各永磁体26跨转子铁心24的轴向大致全长而延伸。

位于各q轴的两侧的两个永磁体26也因上述磁体埋设孔34的分布而排列配置为大致V字形。各永磁体26在厚度方向被磁化。位于各q轴的两侧的两个永磁体26的磁化方向，在各q轴方向上的成分为相同方向，位于各d轴的两侧的两个永磁体26的磁化方向，在各d轴方向上的成分为反方向。

通过使多个永磁体26如上所述进行配置，在转子铁心24的外周部处各d轴上的区域起到磁极部40的功能，各q轴上的区域起到磁极间部42的功能。换言之，转子铁心24内的永磁体26和磁体埋设孔34配置为大致V字形，以消除通过转子铁心24的磁极间的来自电枢绕组的磁通。

根据上述构成的旋转电机10，通过对电枢绕组通电，在由电枢绕组发生的旋转磁场和永磁体26的发生磁场的相互作用下，转子14以旋转轴22为中心旋转。

图3是将旋转电机的效率和转矩标准化，并利用θ和A表示效率标准化值×转矩标准化值的值的特性图。准备多个测试用电机，且令本实施方式的旋转电机10的定子12和转子14的各参数不同，利用各电机动作时的解析结果等制作该特性图。

θ是连结如图2所示配置成V字形的两个永磁体26间的中心位置和转子14的中心O的直线L1，与连结转子14的中心O和一方永磁体26的外周侧顶点M1的直线L2之间的角度(磁体的张开角度)。如图1所示，令定子铁心16的槽20的背面深度为D，转子铁心24的半径方向上永磁体26的埋设深度为t，则A是D/t的值。在图3中，r1表示效率标准化值×转矩标准化值为1.00以上的区域，r2表示效率为0.98～1.00的区域，r3表示效率为0.96～0.98的区域，r4表示效率为0.94～0.96的区域，r5表示效率为0.92～0.94的区域，r6表示效率为0.90～0.92的区域。

在本实施方式中，对转子14的磁体埋设孔34的外周侧顶点M1做出限定的角度θ设定为

0.65＜Θ(＝θ/(180/P))＜0.80

的关系。其中，P为形成在转子铁心24中的磁极的数量(极数)。

进而，在本实施方式中，如图1所示，令定子铁心16的槽20的背面深度为D，转子铁心24的半径方向上永磁体26的埋设深度为t，则设定D/t＝A为

0.8＜A＜1.1

的关系。

由此，在本实施方式的旋转电机10中，得到图3中由四边形包围的区域R内部的效率。而且，图3中的Θ记载为Θ＝θ/(180/P)。可知区域R中磁体量少，效率和输出都高。

另外，在本实施方式中，如图2所示，连结配置成V字形的两个永磁体26间的中心位置和转子14的中心O的直线L1，与连结转子14的中心O和一方永磁体26的内周侧顶点M2的直线L3之间的角度α设定为

α＞2度

的关系。

图5是将第1实施方式的永磁体式旋转电机10的效率和转子14的磁体量(倒数)标准化，而表示效率标准化值×磁体量(倒数)标准化值的值相对于α的特性图。在图5中，在α＞2度的区域，效率标准化值×磁体量(倒数)标准化值的值为1.0以上。由此可知，其是本实施方式中磁体量少而效率和转矩(输出)高的区域。

进而，在本实施方式中，如图2所示，在令转子14的磁体埋设孔34的内周侧插入口的厚度为Th，永磁体26的厚度为Tm时，设定

Th＞Tm

的关系。

图6是表示第1实施方式的永磁体式旋转电机10的效率标准化值×转矩标准化值的值，与转子14的磁体埋设孔34的内周侧插入口的厚度Th的关系的特性图。通过设定为Th＞Tm的关系，旋转电机10的效率标准化值×转矩标准化值的值为1.0以上，成为磁体量少，效率和转矩(输出)高的区域。

另外，在本实施方式中，如图1所示，令定子12的定子齿21的齿宽为W1，定子12的槽20的宽度为W2时，则设定W1/W2＝B为

0.9＜B＜1.25

的关系。

图4是表示第1实施方式的永磁体式旋转电机10的效率标准化值×转矩标准化值的值，和定子齿21的齿宽w1与定子12的槽20的槽宽w2的比B的关系的特性图。如图4所示，通过设定为0.9＜B＜1.25的关系，旋转电机10的效率标准化值×转矩标准化值的值为1.0以上，成为磁体量少，效率和转矩(输出)高的区域。

如以上说明，根据本实施方式的永磁体式旋转电机10，在令转子14的极数为P时，使连结以V字形配置在转子14内的两个永磁体26间的中心位置和转子14的中心O的直线L1，与连结转子14的中心O和一方永磁体26的外周侧顶点M1的直线L2之间的角度θ满足

0.65＜Θ(＝θ/(180/P))＜0.80

的关系，在令定子铁心16的槽20的背面深度为D，转子铁心24的半径方向的永磁体26的埋设深度为t时，对于D/t＝A使其满足

0.8＜A＜1.1

的关系。由此，能够提供永磁体26的使用量减少并且高效率(损失小)的永磁体式旋转电机。

而且，本发明不限定于上述实施方式本身，在实施阶段，可在不脱离其要旨的范围内对构成要素进行各种变形而使其更为具体。另外，通过对上述实施方式所公开的多个构成要素进行适当的组合，能够得到各种发明。例如，可以删除实施方式记载的全部构成要素中的几个。而且，也可以适当组合其他实施方式中的构成要素。

例如，永磁体式旋转电机不限于内转子型，也可以是外转子型。转子的磁极数、尺寸和形状等也不限于上述实施方式，而是可以根据设计进行各种变更。

根据上述实施方式，能够提供一种永磁体的使用量减少且高效率(损失小)的永磁体式旋转电机。

符号的说明

10…旋转电机，12…定子，14…转子，16…定子铁心，20…槽，22…旋转轴，24…转子铁心，26…永磁体，O…中心，34…磁体埋设孔，L1,L2…直线，M1…外周侧顶点，θ…角度，D…槽的背面深度，t…永磁体的埋设深度。

Claims (5)

1.一种永磁体式旋转电机，其特征在于，包括：

定子，具有电枢绕组和定子铁心；

转子，能够旋转地设置在该定子的内侧，具有转子铁心；以及

永磁体，以V字形配置在所述转子铁心内，以便消除在该转子的相邻磁极间通过的来自所述电枢绕组的磁通，

在连结以所述V字形配置的两个所述永磁体间的中心位置和所述转子的中心的直线与连结所述转子的中心和一方的所述永磁体的外周侧顶点的直线之间的角度为θ、所述转子的极数为P的情况下，θ/(180/P)＝Θ为

0.65＜Θ＜0.80

的关系，

所述转子的极数P为6，

在所述定子铁心的槽的背面深度为D、所述转子铁心的半径方向的所述永磁体的埋设深度为t的情况下，D/t＝A为

0.8＜A＜1.1

的关系，

所述定子铁心的槽数为18的倍数。

2.如权利要求1所述的永磁体式旋转电机，其特征在于，

连结以V字形配置在所述转子内的两个所述永磁体间的中心位置和所述转子的中心的直线与连结所述转子的中心和一方的所述永磁体内周侧顶点的直线之间的角度α为

α＞2度

的关系。

3.如权利要求1或2所述的永磁体式旋转电机，其特征在于，

在埋设所述永磁体的所述转子的磁体埋设孔内的内周侧插入口的厚度为Th、所述永磁体的厚度为Tm的情况下，存在

Th＞Tm

的关系。

4.如权利要求1或2所述的永磁体式旋转电机，其特征在于，

在所述定子的定子齿的齿宽为W1、所述槽的宽度为W2的情况下，W1/W2＝B为

0.9＜B＜1.25

的关系。

5.如权利要求1或2所述的永磁体式旋转电机，其特征在于，

所述永磁体式旋转电机适用IEC60034－30的超级进阶效率IE4。