CN106716786A - 永磁式转子以及永磁式同步旋转电机 - Google Patents

Abstract

永磁式同步旋转电机(100)具有：轴(11)，沿着轴向延伸；转子铁心(12)，具有层叠板，并形成有：磁通屏障(31)，在各个周向角度区域中，在周向上扩展为朝向旋转轴中心为凸的曲面状且沿着轴向延伸；以及平板状空间，位于磁通屏障的周向中央，比磁通屏障(31)的径向的宽度薄且在周向以及旋转轴方向上扩展；平板状的永久磁铁(51)，设置成占有平板状空间；定子铁心(21)，与转子铁心(12)隔开间隔地配设于转子铁心(12)的外周，具有朝向半径方向的内侧突出的多个定子齿(22)；以及多极多相的电枢绕线(24)，卷绕于多个定子齿(22)。

Description

永磁式转子以及永磁式同步旋转电机

技术领域

本发明涉及永磁式转子以及具有该永磁式转子的永磁式同步旋转电机。

背景技术

图9是现有的永磁式同步旋转电机的与旋转轴垂直的四分之一截面图。永磁式同步旋转电机45具有转子10以及定子20。在转子10的转子铁心12上，在各个周向区域中形成有磁阻挡即磁通屏障31。在图9的例子中，在各周向区域中设置有2层磁通屏障31。在各个磁通屏障31的周向的中央设置有永久磁铁41。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-121821号公报

专利文献2：日本特开2009-194945号公报

发明内容

发明要解决的课题

如图9所示，一直以来已知：通过使磁通屏障31成为沿着q轴磁通的流动那样的椭圆的弧状，由此能够使磁阻转矩最大化。但是，以与该椭圆的弧状的空间形状相匹配的方式对永久磁铁41进行成形并插入的情况，成为制造、组装方面的成本上升的主要原因。

此外，在永久磁铁使用了稀土类磁铁的情况下，磁铁量的余量越多，则越导致成本的上升。

本发明是为了解决上述那样的问题而进行的，其目的在于在确保永磁式同步旋转电机的效率的同时实现低成本化。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，本发明所涉及的永磁式同步旋转电机的特征在于，具备：轴，被轴支承为能够旋转，在旋转轴中心沿着轴向延伸；转子铁心，固定于上述轴，具有由沿着上述轴向层叠的多个钢制平板构成的层叠板，该转子铁心形成有：磁通屏障，在各个周向角度区域中在周向上扩展为朝向上述旋转轴中心为凸的曲面状且沿着上述轴向延伸；以及平板状空间，位于上述磁通屏障的周向中央，比上述磁通屏障的径向的宽度薄，且在周向以及上述轴向上扩展；平板状的永久磁铁，设置成占有上述平板状空间；定子铁心，与上述转子铁心隔开间隔地配设于上述转子铁心的外周，具有多个定子齿，该多个定子齿相互在周向上隔开间隔地排列，沿着上述轴向延伸且朝向半径方向的内侧突出；以及多极多相的电枢绕线，卷绕于上述多个定子齿。

此外，本发明所涉及的永磁式转子的特征在于，具备：轴，被轴支承为能够旋转，在旋转轴中心沿着轴向延伸；转子铁心，固定于上述轴，具有由沿着上述轴向层叠的多个钢制平板构成的层叠板，该转子铁心形成有：磁通屏障，在各个周向角度区域中在周向上扩展为朝向上述旋转轴中心为凸的曲面状且沿着上述轴向延伸；以及平板状空间，位于上述磁通屏障的周向中央，比上述磁通屏障的径向的宽度薄，且在上述周向以及上述轴向上扩展；以及平板状的永久磁铁，设置成占有上述平板状空间。

发明的效果

根据本发明，能够在确保永磁式同步旋转电机的效率的同时实现低成本化。

附图说明

图1是第1实施方式所涉及的永磁式同步旋转电机的与轴向垂直的四分之一截面图。

图2是表示在第1实施方式所涉及的永磁式同步旋转电机的转子铁心上形成的贯通孔的一部分的与轴向垂直的截面图。

图3是用于对第1实施方式所涉及的永磁式同步旋转电机的永久磁铁周围的磁通分布进行说明的第1概念图。

图4是用于对第1实施方式所涉及的永磁式同步旋转电机的永久磁铁周围的磁通分布进行说明的第2概念图。

图5是用于对第1实施方式所涉及的永磁式同步旋转电机的永久磁铁周围的磁通分布进行说明的第3概念图。

图6是第2实施方式所涉及的永磁式同步旋转电机的与轴向垂直的四分之一截面图。

图7是表示在第2实施方式所涉及的永磁式同步旋转电机的转子铁心上形成的贯通孔的一部分的与轴向垂直的截面图。

图8是表示第2实施方式所涉及的永磁式同步旋转电机的填补部件的与轴向垂直的截面图。

图9是现有的永磁式同步旋转电机的例子的与轴向垂直的四分之一截面图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式所涉及的永磁式转子以及永磁式同步旋转电机进行说明。此处，对相互相同或者类似的部分赋予共通的符号，并省略重复说明。

[第1实施方式]

图1是第1实施方式所涉及的永磁式同步旋转电机的与轴向垂直的四分之一截面图。图1仅表示永磁式同步旋转电机100的四分之一扇形即四分之一周的周向角度区域量。该情况下的永磁式同步旋转电机100为4极电机。永磁式同步旋转电机100具有转子10以及定子20。

转子10具有轴11以及转子铁心12。轴11沿着旋转轴的方向即轴向延伸。转子铁心12配置于轴11的径向周围，具有由沿着轴向层叠的多个钢制平板构成的层叠板。转子铁心12的外形为圆筒状。在转子铁心12的各个周向角度区域中，相互并列地设置有2个贯通孔13(图2)，该贯通孔13在周向上扩展为朝向旋转轴中心为凸的曲面状且沿着轴向延伸。

在各个贯通孔13的中央的区域，以占有各个区域的方式设置有永久磁铁51。此外，在各个贯通孔13中，夹着用于设置永久磁铁51的区域的两侧的区域，形成磁通屏障31。永久磁铁51为平板状，沿着周向以及轴向延伸。永久磁铁51彼此相互平行且在径向上隔开间隔地排列。

此外，在径向上，径向内侧的永久磁铁51与外侧的永久磁铁51以具有相同极性的方式排列。即，内侧以及外侧的永久磁铁51为均是径向内侧的面为N极、外侧的面为S极的第1排列、或者均是径向内侧的面为S极、外侧的面为N极的第2排列中的任意一种排列。此外，在周向上相互邻接的周向角度区域的永久磁铁彼此为，在一方为第1排列的情况下，另一方为第2排列。

定子20具有定子铁心21以及电枢绕线24。定子铁心21具有在轴向上层叠的平板即层叠板。在层叠板的径向内侧，经由间隙25与转子10的径向外侧对置地形成有沿着轴向延伸的多个定子槽23。即，在定子铁心21的径向内侧形成有朝向内侧突出的多个定子齿22。在各个定子齿22上卷绕有电枢绕线24。

各个周向角度区域的周向两端的径向为q轴方向，各个周向角度区域的周向中央的径向为d轴方向。在图1中用双点划线表示永久磁铁51的磁通

磁通形成为，在相互邻接的周向区域的永久磁铁51之间，在转子铁心12以及定子铁心21内通过。因而，在径向上，磁通沿着d轴形成。另一方面，基于在定子铁心21中产生的旋转磁场的磁阻成分的磁通沿着形成于转子铁心12的磁通屏障31形成。因而，在径向上，磁通沿着q轴形成。

图2是表示形成于转子铁心的贯通孔的一部分的与轴向垂直的截面图。即，仅表示出2个贯通孔13中的一方。贯通孔13具有中央区域13a、以及中央区域13a两侧的屏障区域13b。中央区域13a成为用于设置永久磁铁51的空间。此外，中央区域13a两侧的屏障区域13b为形成磁通屏障31(图1)的空间。

中央区域13a形成为，径向内侧与径向外侧的面相互平行，以便与平板状的永久磁铁51的形状相对应。如图2所示，将中央区域13a的径向的宽度设为d，将周向的长度设为L。宽度d是对于永久磁铁51的厚度预加了永久磁铁51与转子铁心12之间的间隙的宽度。在永久磁铁51的厚度极端薄的情况下，永久磁铁51会产生减磁，因此需要确保从这个观点出发所需要的厚度。在确保了该所需要的厚度的基础上，从成本方面出发优选使永久磁铁51在能够确保功能的范围内尽量薄。即，优选使宽度d在所需要厚度以上的范围内尽量薄。

将屏障区域13b的径向的宽度设为D。屏障区域13b的宽度D为能够确保为了使屏障区域13b起到磁通屏障31的功能而需要的磁阻值的宽度以上。如上所述，优选使中央区域13a的宽度d在所需要厚度d0以上的范围内尽量小，而另一方面，需要使屏障区域13b的宽度D为所需要的值D0以上。在该所需要的值d0以及D0中，一般屏障区域13b的宽度D所需要的值D0较大。以下，以这样的一般的情况为例进行说明。

如以上所述那样，中央区域13a与屏障区域13b的宽度不同且后者的宽度更大，作为贯通孔13整体形成为阶梯形状。屏障区域13b的与中央区域13a相连的部分的各个棱部13c，如图2所示那样形成为平滑的曲面形状。

图3是用于对第1实施方式所涉及的永磁式同步旋转电机的永久磁铁周围的磁通分布进行说明的第1概念图。图4是相同的第2概念图。此外，图5是相同的第3概念图。

图3表示永久磁铁的周向的长度与贯通孔13的中央区域13a的周向的长度相等、且均为L0的情况。由于两者的长度相等，因此从永久磁铁51出来或者进入永久磁铁51的磁力线全部在转子铁心12中通过。即，由于棱部13c为平滑的曲面，因此在永久磁铁51的端部附近通过的磁力线沿着棱部13c在转子铁心12内通过。

此外，由于棱部13c被形成为平滑的曲面，因此由永久磁铁51引起的磁力线不会被压迫而以适当的密度形成。此外，能够抑制产生局部的磁饱和。这些的结果为，磁力线的分配被适当化，有助于效率的提高。

图4是表示与贯通孔13的中央区域13a的周向的长度L1相比永久磁铁的周向的长度L2较短的情况。在该情况下，在中央区域13a的两端部附近，存在没有永久磁铁51的非占有区域13d。该非占有区域13d的径向的宽度为d，比磁通屏障31的径向的所需要的宽度小。因而，非占有区域13d成为不具有作为磁通屏障所需要的磁阻的区域。

其结果，在永久磁铁51的径向的两端附近通过的磁力线，如图4的虚线所示那样成为短路磁通而通过非占有区域13d。该短路磁通是未成为连结转子10与定子20之间的磁通的漏磁通。中央区域13a的周向的长度L1与永久磁铁的周向的长度L2之差越大，则该漏磁通越多。由永久磁铁引起的磁力线，通过朝定子侧渗透而有助于转矩产生，但是由于存在漏磁通，因此会产生无助于转矩产生的磁力线，会导致效率的降低。

图5表示与贯通孔13的中央区域13a的周向的长度L1相比永久磁铁的周向的长度L2较长的情况。即，在该情况下，永久磁铁51的两端向磁通屏障31内突出。将该突出的部分称作突出部51a。在该情况下，会产生永久磁铁51的突出部51a与最接近该突出部51a的转子铁心12之间的距离、比磁通屏障31的径向的所需要的宽度小的情况。在该情况下，关于由永久磁铁51的突出部51a引起的磁力线，如图5的虚线所示，形成将该突出部51a与最接近突出部51a的转子铁心12连结的短路磁通。即，会产生漏磁通。

此外，在从永久磁铁51的前端部附近到最接近该前端部附近的转子铁心12的距离、比磁通屏障31的径向的所需要的宽度大的情况下，由永久磁铁51的前端部附近引起的磁力线不会在转子铁心12内通过。即，在永久磁铁51的两端向磁通屏障31内突出的图5那样的情况下，由永久磁铁51的两端部附近引起的磁力线无助于转矩产生，与图4的情况同样会导致效率降低。

因而，优选使永久磁铁的周向的长度与贯通孔13的中央区域13a的周向的长度尽量相等。

如以上那样，根据本实施方式，能够抑制由永久磁铁引起的磁力线的短路磁通的形成，并且能够抑制局部的磁饱和的产生，能够实现更平衡的磁力线配置。通过使磁力线配置适当化，由此能够提高磁力线对转矩产生的贡献率。因此，能够使永久磁铁51成为所需最小限度的外形尺寸。其结果，能够在确保永磁式同步旋转电机的效率的同时实现低成本化。

[第2实施方式]

图6是第2实施方式所涉及的永磁式同步旋转电机的与轴向垂直的四分之一截面图。本实施方式是第1实施方式的变形。该第2实施方式所涉及的永磁式同步旋转电机100为，在转子铁心12内具有外侧填补部件55a以及内侧填补部件55b。

图7是表示形成于转子铁心的贯通孔的一部分的与轴向垂直的截面图。本实施方式的转子铁心12的贯通孔14沿周向形成为弧状。

图8是表示填补部件的与轴向垂直的截面图。填补部件55设置于各个贯通孔14内的周向中央部分。填补部件55分别具有沿着轴向延伸的外侧填补部件55a以及内侧填补部件55b。外侧填补部件55a以及内侧填补部件55b分别由磁性体材料构成。外侧填补部件55a的径向外侧形成为紧贴于转子铁心12那样的面形状。此外，径向内侧形成在与包含旋转轴中心线的面垂直的平面上。内侧填补部件55b的径向内侧形成为紧贴于转子铁心12那样的面形状。此外，径向外侧形成在与包含旋转轴中心线的面垂直的平面上。

外侧填补部件55a的径向内侧的平面与内侧填补部件55b的径向外侧的平面以相互平行的方式安装。当安装了外侧填补部件55a以及内侧填补部件55b时，贯通孔14中的剩余的空间为中央区域14a以及屏障区域14b。在中央的平行的面之间即中央区域14a设置永久磁铁51(图6)。此外，中央区域14a两侧的屏障区域14b是形成磁通屏障31(图6)的空间。

另外，在组装过程中，可以按照如下顺序：在组装了转子铁心12之后，首先，将外侧填补部件55a以及内侧填补部件55b安装于转子铁心12，之后插入永久磁铁51。或者，也可以为，首先，安装永久磁铁51，之后，依次插入外侧填补部件55a以及内侧填补部件55b。并且，也可以依次进行安装外侧填补部件55a、接着安装转子铁心12、最后安装内侧填补部件55b，也可以是与此相反的顺序。

如以上那样，在本实施方式中，填补部件55为磁性体材料，因此在磁性方面与转子铁心12同样磁阻较小，能够得到与第1实施方式大致相同的磁力线分布，能够确保与第1实施方式相同的效率。此外，在层叠板上形成的贯通孔14的形状简单，加工、处理容易，在强度方面也能够确保余量。

[其他实施方式]

以上，对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提示的，并不意图限定发明的范围。此外，也可以组合各实施方式的特征。

并且，这些实施方式能够以其他各种方式加以实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。

这些实施方式、其变形包含于发明的范围、主旨中，并且包含于专利请求范围所记载的发明和与其等同的范围中。

符号的说明：

10：转子；11：轴；12：转子铁心；13：贯通孔；13a：中央区域；13b：屏障区域；13c：棱部；13d：非占有区域；14：贯通孔；14a：中央区域；14b：屏障区域；20：定子；21：定子铁心；22：定子齿；23：定子槽；24：电枢绕线；25：间隙；31：磁通屏障；41：永久磁铁；45：现有的永磁式同步旋转电机；51：永久磁铁；51a：突出部；55：填补部件；55a：外侧填补部件；55b：内侧填补部件；100：永磁式同步旋转电机。

Claims (5)

1.一种永磁式同步旋转电机，其特征在于，具备：

轴，被轴支承为能够旋转，在旋转轴中心沿着轴向延伸；

转子铁心，固定于上述轴，具有由沿着上述轴向层叠的多个钢制平板构成的层叠板，该转子铁心形成有：磁通屏障，在各个周向角度区域中，在周向上扩展为朝向上述旋转轴中心为凸的曲面状，且沿着上述轴向延伸；以及平板状空间，位于上述磁通屏障的周向中央，比上述磁通屏障的径向的宽度薄且在周向以及上述轴向上扩展；

平板状的永久磁铁，设置成占有上述平板状空间；

定子铁心，与上述转子铁心隔开间隔地配设于上述转子铁心的外周，具有多个定子齿，该多个定子齿相互在周向上隔开间隔地排列，沿着上述轴向延伸且朝向半径方向的内侧突出；以及

多极多相的电枢绕线，卷绕于上述多个定子齿。

2.如权利要求1所述的永磁式同步旋转电机，其特征在于，

上述磁通屏障为，与上述平板状空间邻接的面的径向内侧以及外侧的各个棱部形成为平滑的曲面形状。

3.如权利要求1或2所述的永磁式同步旋转电机，其特征在于，

上述层叠板为，在上述磁通屏障的上述周向的中央部分以与上述平板状空间对应的形状形成有上述轴向的贯通孔。

4.如权利要求1或2所述的永磁式同步旋转电机，其特征在于，

在上述层叠板上，在上述磁通屏障以及周向的中央也形成有对上述磁通屏障的径向的宽度进行维持的上述轴向的贯通孔，

上述转子铁心还具有由磁性体材料构成的填补部件，该填补部件被设置成沿着上述永久磁铁的径向内侧以及外侧填埋上述层叠板与上述永久磁铁之间的空间。

5.一种永磁式转子，其特征在于，具备：

轴，被轴支承为能够旋转，在旋转轴中心沿着轴向延伸；

转子铁心，固定于上述轴，具有由沿着上述轴向层叠的多个钢制平板构成的层叠板，该转子铁心形成有：磁通屏障，在各个周向角度区域中，在周向上扩展为朝向上述旋转轴中心为凸的曲面状，且沿着上述轴向延伸；以及平板状空间，位于上述磁通屏障的周向中央，比上述磁通屏障的径向的宽度薄且在上述周向以及上述轴向上扩展；以及

平板状的永久磁铁，设置成占有上述平板状空间。