CN107342644A - 转子和永久磁铁嵌入型电动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种转子，其用于构成永久磁铁嵌入型电动机，包括：磁铁(2‑1～2‑6)，其被插入到转子中；以及转子铁芯(1)，其形成有用于插入磁铁(2‑1～2‑6)的磁铁插入孔，磁铁插入孔形成为，在插入磁铁(2‑1～2‑6)时，在磁铁(2‑1～2‑6)的周向两端部中除了内周侧的面的两端部以外的区域设置有空隙(21、22)。

Description

转子和永久磁铁嵌入型电动机

本发明申请是申请日为2011年10月26日、申请号为201180074385.0(国际申请号为PCT/JP2011/074702)、发明名称为“转子和永久磁铁嵌入型电动机”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种转子和永久磁铁嵌入型电动机。

背景技术

在转子内嵌入永久磁铁的内嵌磁铁型电动机(IPM(Interior Permanent Magnet：内置式永磁)电动机)中，已知有通过在永久磁铁的端部设置空隙使其难以退磁的结构(例如参照下述专利文献1)。

专利文献

专利文献1：日本特开2007-14199号公报

发明内容

退磁的方式根据电动机形状和磁铁厚度而变化。磁铁的退磁从端部中的外周侧开始，并非在整个端部开始退磁。然而，在上述现有的在端部设置空隙的技术中，无论退磁的状况如何都在端部形成空隙，所以存在磁力下降且效率变差的问题。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够防止磁力下降的转子和永久磁铁嵌入型电动机。

为了解决上述问题实现上述目的，本发明涉及的转子，其用于构成永久磁铁嵌入型电动机，上述转子的特征在于，包括：永久磁铁，其产生磁场；以及转子铁芯，其形成有用于插入上述永久磁铁的磁铁插入孔，其中，上述磁铁插入孔形成为，在插入上述永久磁铁时，在上述永久磁铁的周向两端部中设有空间部，上述空间部形成为，上述空间部的转子铁芯侧面的长度大于上述空间部的磁铁侧面的长度。

本发明涉及的转子和永久磁铁嵌入型电动机，起到能够防止因退磁而产生的磁力下降的效果。

附图说明

图1是实施方式的转子的截面图。

图2是表示转子铁芯的形状例的截面图。

图3是表示磁铁的形状例的截面图。

图4是表示现有的不设置空隙的情况下的转子的一个示例的图。

图5是表示图4所示的转子受反向磁场的影响而产生退磁的一个示例的图。

图6是表示图4的转子受到反向磁场时的磁通线图的一个示例的图。

图7是表示反向磁场的强度与图4的转子的磁力之间的关系的一个示例的图。

图8是表示图1所示的转子受反向磁场的影响而产生退磁的一个示例的图。

图9是表示比较在磁铁的外周侧端部无缺口的情况下和有缺口的情况下磁力与反向磁场的强度之间的关系的曲线的图。

图10是表示在磁铁插入孔和磁铁使外周侧的曲率发生变化的转子的示例的图。

图11是表示退磁3％的状态下的转子和角度θ的定义的图。

图12是表示以θ＝90度的方式进行切割的磁铁的一个示例的图。

图13是表示对磁铁的周向端部进行切除的转子的示例的图。

图14是表示图13的示例的磁铁的形状的图。

图15是表示使磁铁和磁铁插入孔的内周侧的面为直线形的转子中的空隙的示例的图。

图16是表示使磁铁和磁铁插入孔的内周侧的面为直线形的转子中的空隙的示例的图。

图17是表示使磁铁和磁铁插入孔的内周侧的面为直线形的转子中的空隙的示例的图。

图18是表示磁铁和磁铁插入孔采用的形状为向外周突出且厚度相同的圆弧状的转子中的空隙的示例的图。

图19是表示磁铁和磁铁插入孔采用的形状为向外周突出且厚度相同的圆弧状的转子中的空隙的示例的图。

图20是表示磁铁和磁铁插入孔采用的形状为向外周突出且厚度相同的圆弧状的转子中的空隙的示例的图。

图21是表示使磁铁和磁铁插入孔为平板形状的转子中的空隙的示例的图。

图22是表示使磁铁和磁铁插入孔为平板形状的转子中的空隙的示例的图。

图23是表示使磁铁和磁铁插入孔为平板形状的转子中的空隙的示例的图。

符号的说明

1 转子铁芯

2-1～2-6、2a-1～2a-6、2b-1～2b-6、2c-1～2c-6、2d-1～2d-6、2e-1～2e-6、2f-1～2f-6、2g-1～2g-6、2h-1～2h-6、2i-1～2i-6、2j-1～2j-6、2k-1～2k-6、101-1～101-6、201-1～201-6 磁铁

3 轴孔

4-1～4-6 孔

5-1～5-6 磁铁插入孔

10、12 缺口部

11、13 退磁部

21～44 空隙

具体实施方式

下面，基于附图，对本发明涉及的转子和永久磁铁嵌入型电动机的实施方式进行详细说明。此外，本发明并不由该实施方式限定。

实施方式

图1是本发明涉及的实施方式的转子(rotor)的截面图。图1表示将磁铁2-1～2-6插入到转子铁芯(rotor core)1中的状态。图2是表示本实施方式的转子铁芯1的形状例的截面图。本实施方式的转子配置于未图示的定子的内侧，与该定子一起构成永久磁铁嵌入型电动机(以下称为电动机)。

转子铁芯1是用模具将薄板状的电磁钢板(例如板厚为0.1～1.0mm左右)冲压成规定形状并层叠规定片数(多片)而形成的。如图1、图2所示，在转子铁芯1的大致中心，形成有用于使轴(旋转轴)通过的轴孔3，在转子铁芯1的周向上大致等间隔地形成有磁铁插入孔5-1～5-6，用于插入磁铁2-1～2-6。此外，在转子铁芯1的轴孔3的外侧形成有孔4-1～4-6，其是铆钉孔或通气孔等。

磁铁(永久磁铁)2-1～2-6例如是铁氧体磁铁，其两面分别被磁化为N极、S极。在磁铁插入孔5-1～5-6中，以N极面和S极面交替的方式，分别埋设有磁铁2-1～2-6。此外，在图1、图2中示出了转子的磁极数为6的示例，但是转子的磁极数只要是2个以上即可，可以是任意个数。此外，孔4-1～4-6的形状和个数也不限于图1、图2的示例。

图3是表示磁铁2-1的形状例的截面图。磁铁2-1在外周侧(在被插入转子铁芯1中的情况下成为转子的外周侧的面)的两侧的端侧设置有缺口部10。另一方面，磁铁插入孔5-1～5-6形成为能够嵌入无缺口的磁铁(由图3的虚线表示的形状)。由此，在将磁铁2-1插入磁铁插入孔5-1中的情况下，如图1所示那样在外周侧端部形成空隙(空间部)21、22。磁铁2-2～2-6的形状也与磁铁2-1相同，通过将其插入磁铁插入孔5-2～5-6中，同样在外周侧端部形成空隙。

图4是表示现有的不设有空隙的情况下的转子的一个示例的图。图4所示的转子的转子铁芯100中形成有与图2的转子铁芯1相同形状的轴孔3、孔4-1～4-6和磁铁插入孔5-1～5-6。此外，磁铁101-1～101-6为在磁铁2-1～2-6不设有缺口部的形状(将磁铁部分延长至图3的虚线部分而成的形状)。在图4的示例中，在将磁铁101-1～101-6插入磁铁插入孔5-1～5-6中的情况下，不产生空隙。

图5是表示图4所示的转子受反向磁场的影响而产生退磁的一个示例的图。这是表示对转子外周表面整体施加均匀的反向磁场的情况下的退磁状态的图，图5是表示在图4所示的转子中假设因反向磁场的影响而产生3％退磁的情况下的模拟结果的等值线图，其中颜色越深表示磁通的减少量越多。反向磁场是以与原来的磁场相反的方向产生的磁场，在反向磁场较大的部分退磁也较大。图6是表示图4的转子受到反向磁场时的磁通线图的一个示例的图。图6表示产生与图5的示例相同的反向磁场的情况下的磁通线图。

根据图5，能够确认退磁主要在作为退磁部11例示的颜色较深的部分、即磁铁101-1～101-6的外周侧端部(极间部)产生。反向磁场具有避开导磁率较低的部位而穿过导磁率较高的部位的性质。由于磁铁101-1～101-6的导磁率大致与空气的导磁率一样低，所以如果受到来自定子(stator)侧的反向磁场，则磁通会试图避开磁铁101-1～101-6，而穿过相邻的磁铁101-1～101-6间的铁芯部。根据图6，可以确认到磁通主要试图穿过磁铁间的铁芯部。然而，该铁芯部的宽度狭窄。因此，如果磁通因磁饱和而无法穿过，则会穿过磁铁端部，这将引起图5的磁铁101-1～101-6的外周侧端部的退磁。

在电动机中退磁是需要避免的现象，因为退磁会导致下述问题：退磁后的磁铁的磁力无法恢复，导致效率降低，或者在无传感器驱动的情况下电动机因起动时使用的控制常数的偏差而无法起动。

图7是表示反向磁场的强度(电流×定子绕组)与图4的转子的磁力之间的关系的一个示例的图。如图7所示，图4的转子的磁力随着反向磁场的力增大而减小。一般而言，在将未退磁状态下的磁力设为100％的情况下，当磁力下降至97％(3％退磁)时控制常数发生变化，难以进行电动机的无传感器驱动。

于是，在本实施方式中，如图1所示那样去除退磁的部位的磁铁使其成为空隙。图8是表示图1所示的转子受反向磁场的影响而产生退磁的一个示例的图。在图8的示例中，施加有与图4的示例相同强度的反向磁场。图8是表示在受到与图5的示例相同强度的反向磁场的情况下的模拟结果的等值线图，其中颜色越深表示磁通的减少量越多。

比较图8和图5可知，与图4的转子相比，图1的转子在受到反向磁场时退磁的部位(例如退磁部13)的面积缩小。由于磁铁的导磁率与空气大致相等，所以即使对磁铁端部进行切除，反向磁场的磁通流动的影响也不发生变化。即，在图5中，即使将退磁部位的磁铁部分的一部分(图8的缺口部12)去除使其形成空隙，成为退磁对象的部分也不发生变化。相对于退磁对象的部分不发生变化，而在该部分磁铁的区域减小，所以退磁的面积缩小，抗退磁性增强。

图9是表示比较在磁铁的外周侧端部无缺口的情况下和有缺口的情况下磁力与反向磁场的强度之间的关系的曲线的图。由矩形标记表示的磁铁的外周侧端部无缺口的情况下的曲线与图7相同。由三角形标记表示的磁铁的外周侧端部有缺口的情况下的曲线，表示图1所示的转子的磁力与反向磁场的强度之间的关系。从图9还可知，通过去除容易退磁的部位的磁铁部分，能够增强抗退磁性。

对于较难控制的3％退磁，由于退磁不发展到磁铁的内部，且并非在磁铁的整个端部产生退磁。在这种情况下，如果将不产生退磁的磁铁内周侧的面的端部也切除，则磁力下降，而效率变差。因此，在本实施方式中，通过对磁铁的周向端部中除了内周侧的面的端部以外的部分(即外周侧端部)进行切除，能够具有抗退磁性，并且防止磁力下降。

磁铁的外周侧端部的缺口(空隙)的形状和磁铁的形状不限于图1的示例。图10～图23是表示空隙和磁铁的形状的示例的图。此外，在以下所示的图中，轴孔3和孔4-1～4-6与图1相同，但是轴孔3和孔4-1～4-6的形状等不限于图示的示例。

能够列举图10的示例作为与图1不同形状的方案。图10表示在磁铁插入孔和磁铁使外周侧的曲率发生变化的转子的示例。在图10的示例中，在转子铁芯1a形成有插入磁铁2a-1～2a-6的磁铁插入孔，使磁铁插入孔和磁铁2a-1～2a-6的外周侧的面都形成为圆弧形状，并且使磁铁的外周侧的面的曲率半径小于磁铁插入孔的外周侧的曲率半径，由此在磁铁端部设置空隙(例如空隙23、24)。然而，如果采用这样的形状，则在3％的状况下不会退磁的磁铁外周面的极中心侧也形成微小的空隙。由于磁铁外周面对磁力有较大影响，所以在磁铁外周面形成多余的空隙，在效率方面并不理想。

图11是表示退磁3％的状态下的转子(与图5的示例相同的状态)和角度θ的定义的图。角度θ是相邻磁铁之间的中心线a-a’与表示磁铁的切割面的线b-b’构成的角。3％退磁的范围主要是转子表面，而且是由与相邻磁铁之间的中心线a-a’垂直的线、即θ＝90度的情况下的线b-b’和转子外周面包围的区域。这是由于磁力对磁铁外周面有较大影响。因此，为了减少退磁的影响，如果是3％退磁的程度，则切割与相邻磁铁之间的中心线a-a’垂直的线b-b’的外周侧即可。然而，如果对于3％退磁的状态，是以相对于相邻磁铁之间的中心线a-a’θ＜90度的方式来设定线b-b’，并与线b-b’平行地进行切割，就会多余地切割掉在3％退磁状态下不退磁的磁铁内周侧。因此，优选以θ＝90度的方式进行切割。图12是表示以θ＝90度的方式进行切割的磁铁的一个示例的图。

图13是表示对图1的磁铁的周向端部进一步进行切除的示例的图。在图13的示例中，在转子铁芯1b形成有与图1的示例同样的磁铁插入孔。图14是表示图13的示例的磁铁2b-1～2b-6的形状的图。观察图14的缺口部14可知，通过对转子的周向两端的端部进一步进行切除来设置空隙(例如空隙25、26)，能够期待与图1的示例相比进一步提高抗退磁力。

图15～图17是表示使磁铁和插入磁铁的磁铁插入孔的内周侧的面为直线形的转子的示例的图。在图15～图17的示例中，在转子铁芯1c、1d、1e分别设置有磁铁插入孔，其外周侧是向外周突出的圆弧，并且内周侧形成为直线形。在图15的示例中，通过与图1的示例同样地对磁铁2c-1～2c-6的外周侧端部以直线切割进行切除，来设置空隙(例如空隙27、28)。在图16的示例中，通过与图11同样地具有以θ＝90度的方式进行切割的磁铁2d-1～2d-6，来设置空隙(例如空隙29、30)。在图17的示例中，通过与图13同样地对磁铁2e-1～2e-6的外周侧端部还进而对周向的端部进行切除，来设置空隙(例如空隙31、32)。在图15～图17的示例中，切除前的磁铁和插入磁铁的磁铁插入孔是向外周突出的圆弧，并且内周侧呈直线形，因此能够提高生产率。

图18～图20是磁铁和插入磁铁的磁铁插入孔采用的形状为向外周突出且厚度一定的圆弧状的示例。在图18～图20的示例中，在转子铁芯1f、1g、1h分别设置有磁铁插入孔，其形状为向外周突出且厚度相同的圆弧状。在这种情况下，通过在外周侧端部设置空隙，也能够提高抗退磁力。在图18～图20的示例中，由于厚度相同，所以生产率好。

图18表示通过与图1的示例同样地对磁铁2f-1～2f-6的外周侧端部以直线切割进行切除来设置空隙(例如空隙33、34)的示例。在图19的示例中，通过与图11同样地具有以θ＝90度的方式进行切割的磁铁2g-1～2g-6，来设置空隙(例如空隙35、36)。在图20的示例中，通过与图13同样地对磁铁2h-1～2h-6的外周侧端部还进而对周向的端部进行切除，来设置空隙(例如空隙37、38)。

图21～图23表示使磁铁和插入磁铁的磁铁插入孔为平板形状的示例。在图21、图22的示例中，在转子铁芯1i、1j、1k分别设置有平板形状的磁铁插入孔。在这种情况下，通过在外周侧端部设置空隙，也能够提高抗退磁力。此外，由于是平板形状，所以生产率高。

图21通过对磁铁2i-1～2i-6的外周侧端部以直线切割进行切除来设置空隙(例如空隙39、40)。在图22的示例中，通过与图13同样地对磁铁2j-1～2j-6的外周侧端部还进而对周向的端部进行切除，来设置空隙(例如空隙41、42)。在图23的示例中，通过与图11同样地具有以θ＝90度的方式进行切割的磁铁2k-1～2k-6，来设置空隙(例如空隙43、44)。

这样，在本实施方式中，对磁铁的容易退磁的外周侧端部进行切除，从而在外周侧端部设置空隙。因此，具有抗退磁性，并且防止因对容易退磁的部位以外的部位进行切除而造成的磁力下降。

如上所述，本发明涉及的转子和永久磁铁嵌入型电动机，对于转子和永久磁铁嵌入型电动机是有用的。

Claims (7)

1.一种转子，用于构成永久磁铁嵌入型电动机，其特征在于，

该转子包括：

第一永久磁铁，产生磁场；

第二永久磁铁，与所述第一永久磁铁相邻地配置，产生磁场；以及

转子铁芯，形成有用于插入所述第一永久磁铁和所述第二永久磁铁的第一磁铁插入孔和第二磁铁插入孔，

所述第一磁铁插入孔形成为，在插入所述第一永久磁铁时，在所述第一永久磁铁的周向两端部设有空间部，

所述第二磁铁插入孔形成为，在插入所述第二永久磁铁时，在所述第二永久磁铁的周向两端部设有空间部，

所述第一永久磁铁具有作为周向上的一端部的第一端部，

所述第二永久磁铁具有与所述第一端部相向的第二端部，

所述第一永久磁铁形成为如下的形状：基于在被插入所述第一磁铁插入孔时不产生空间部的形状，通过与所述转子的旋转轴平行的第一面，以至少切除外周侧的面的一部分的方式来切除所述第一端部的外周侧而成的形状，

所述第二永久磁铁形成为如下的形状：基于在被插入所述第二磁铁插入孔时不产生空间部的形状，通过与所述转子的旋转轴平行且并非所述第一面的第二面，以至少切除外周侧的面的一部分的方式来切除所述第二端部的外周侧而成的形状，

所述第一面与所述第二面在比所述转子铁芯的外周面靠径向内侧的位置交叉。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，

所述第一磁铁插入孔和所述第二磁铁插入孔的外周侧的面形成为朝向外周突出的圆弧形状，

由所述第一永久磁铁和所述第一磁铁插入孔形成的所述空间部的、所述转子的径向上的长度，越接近所述第一永久磁铁的中心越短，

由所述第二永久磁铁和所述第二磁铁插入孔形成的所述空间部的、所述转子的径向上的长度，越接近所述第二永久磁铁的中心越短。

3.根据权利要求2所述的转子，其特征在于，

所述第一磁铁插入孔和所述第二磁铁插入孔的内周侧的面形成为平面状。

4.根据权利要求2所述的转子，其特征在于，

所述第一磁铁插入孔和所述第二磁铁插入孔形成为径向上的厚度恒定。

5.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，

所述第一磁铁插入孔和所述第二磁铁插入孔形成为平板形状，

由所述第一永久磁铁和所述第一磁铁插入孔形成的所述空间部的、所述转子的径向上的长度，越接近所述第一永久磁铁的中心越短，

由所述第二永久磁铁和所述第二磁铁插入孔形成的所述空间部的、所述转子的径向上的长度，越接近所述第二永久磁铁的中心越短。

6.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，

所述第一永久磁铁和所述第二永久磁铁形成为进一步切除周向的端部而成的形状。

7.一种永久磁铁嵌入型电动机，其特征在于，

该永久磁铁嵌入型电动机包括：

权利要求1所述的转子；以及

定子，配置于所述转子的径向外侧。