CN108574355B - 旋转电机的转子 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高了去磁耐性的旋转电机的转子。旋转电机的转子具备：大致圆环状的转子铁芯，其沿周向以规定间隔形成有多个沿径向排列的多个磁铁插入孔的组；以及永久磁铁，其被插入到磁铁插入孔中。永久磁铁为，径向剖面具有圆弧形状，呈凸状弯曲的面朝向转子的旋转轴侧设置。插入到沿径向排列的多个磁铁插入孔的各个中的多个永久磁铁中的、位于转子的旋转轴侧的第二永久磁铁的径向厚度与位于转子铁芯的外周面侧的第一永久磁铁的径向厚度相等或较之大。

Description

旋转电机的转子

技术领域

本发明涉及一种旋转电机的转子。

背景技术

在专利文献1所记载的马达的转子中，在内部设置有以转子的内侧凸出的圆弧状埋入的永久磁铁即最外周永久磁铁、及与最外周永久磁铁并行地埋入转子内侧的永久磁铁即内侧永久磁铁。在专利文献1所记载的永久磁铁埋入式同步马达(IPM同步马达)中，通过旋转磁场而对永久磁铁施加反向磁场，反向磁场作为相对于永久磁铁的去磁场而发挥作用，因此若较强的去磁场起作用的位置的永久磁铁的保磁力较小，则有时会产生去磁。若在易产生去磁的状态下使用，则很有可能无法满足马达的所需性能。

然而，在专利文献1所记载的转子中，各永久磁铁的圆弧的角度大于90°，内侧永久磁铁的中央部的厚度均薄于最外周永久磁铁的中央部的厚度，内侧永久磁铁的端部的厚度均厚于最外周永久磁铁的端部的厚度。通过将内侧永久磁铁的中央部的厚度设为薄于最外周永久磁铁，能够加厚永久磁铁之间的磁体，使通过永久磁铁之间的d轴磁通增加。另外，由于内侧永久磁铁端部接近转子的外周侧而有可能引起去磁，但通过将内侧永久磁铁的端部的厚度设为大于最外周永久磁铁的厚度，能够实现高去磁耐性。

在先技术文献

专利文献1：日本特开2015-122838号公报

如专利文献1所记载的那样，如果将IPM同步马达中使用的转子的永久磁铁形成为转子内侧凸出的圆弧状，并且使各永久磁铁的端部的厚度具有特征，则能够实现去磁耐性的提高。但是，专利文献1的转子所具备的内侧永久磁铁具有如下结构：中央部的厚度薄于最外周永久磁铁，端部的厚度厚于最外周永久磁铁。即，内侧永久磁铁具有长边方向的厚度在中央部与端部不同的结构。因此，内侧永久磁铁的制造工序变得复杂，马达的制造成本增加。另外，最内周内侧永久磁铁被分割为2个部分，在各永久磁铁之间设置有基于转子铁芯的肋。在转子铁芯设置肋方面，转子的制造工序也变得复杂，因此马达的制造成本增加。进而，用于提高具有设置有圆弧状的永久磁铁的转子的IPM同步马达的转矩和去磁耐性的方法不限于专利文献1所记载的结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高去磁耐性的旋转电机的转子。

为了实现上述目的，技术方案1所述的发明为一种旋转电机(例如为后述的实施方式中的旋转电机10)的转子(例如为后述的实施方式中的转子20)，其具备：

大致圆环状的转子铁芯(例如为后述的实施方式中的转子铁芯22)，其沿周向以规定间隔形成有多个沿径向排列的多个磁铁插入孔(例如为后述的实施方式中的磁铁插入孔44a、44b)的组；以及

永久磁铁(例如为后述的实施方式中的永久磁铁24)，其被插入到所述磁铁插入孔中，

其中，

所述永久磁铁为，径向剖面具有圆弧形状，呈凸状弯曲的面朝向所述转子的旋转轴(例如为后述的实施方式中的旋转轴21)侧设置，

插入到沿所述径向排列的多个磁铁插入孔的各个中的多个所述永久磁铁中的、位于所述转子的旋转轴侧的第二永久磁铁(例如为后述的实施方式中的永久磁铁24b)的径向厚度(例如为后述的实施方式中的径向厚度d2)与位于所述转子铁芯的外周面(例如为后述的实施方式中的外周面22a)侧的第一永久磁铁(例如为后述的实施方式中的永久磁铁24a)的径向厚度(例如为后述的实施方式中的径向厚度d1)相等或较之大。

技术方案2所述的发明在技术方案1所述的发明的基础上，

所述第二永久磁铁的弯曲的长边方向长度(例如为后述的实施方式中的长边方向长度L2)为所述第一永久磁铁的弯曲的长边方向长度(例如为后述的实施方式中的长边方向长度L1)以上。

技术方案3所述的发明在技术方案2所述的发明的基础上，

所述第一永久磁铁的长边方向一侧的与所述转子铁芯的所述外周面对置的端面(例如为后述的实施方式中的端面24ae)、以及所述第二永久磁铁的所述长边方向一侧的与所述转子铁芯的所述外周面对置的端面(例如为后述的实施方式中的端面24be)，位于通过所述第一永久磁铁所形成的圆弧以及所述第二永久磁铁所形成的圆弧共用的中心点(例如为后述的实施方式中的中心点Om)的轴向面上。

技术方案4所述的发明在技术方案1至3中任一方案所述的发明的基础上，

通过所述第一永久磁铁所形成的圆弧以及所述第二永久磁铁所形成的圆弧共用的中心点(例如为后述的实施方式中的中心点Om)的线上的、从所述第一永久磁铁的径向内侧端面到所述第二永久磁铁的径向外侧端面的间隔(例如为后述的实施方式中的间隔Rp)，与设置在所述转子的外周侧且产生旋转磁场的定子(例如为后述的实施方式中的定子30)的齿(例如为后述的实施方式中的齿31)的周向长度大致相等。

技术方案5所述的发明在技术方案4所述的发明的基础上，

所述间隔为所述齿的径向内侧长度以上(例如为后述的实施方式中的径向内侧长度ST1)且所述齿的径向外侧长度(例如为后述的实施方式中的径向外侧长度ST2)以下。

技术方案6所述的发明在技术方案1至5中任一方案所述的发明的基础上，

所述转子铁芯具有沿径向排列的3个磁铁插入孔，

插入到所述3个磁铁插入孔的各个中的3个所述永久磁铁的径向厚度越接近所述转子的旋转轴越大。

发明效果

若位于转子的旋转轴侧的第二永久磁铁薄于位于转子铁芯的外周面侧的第一永久磁铁，则使电流流过设置于转子的外周侧的定子的线圈时，通过定子中产生的旋转磁场而永久磁铁受到的反向磁场在第一永久磁铁中大，在第二永久磁铁中小，但第二永久磁铁除了受到由于旋转磁场而引起的反向磁场之外，还受到由于第一永久磁铁的磁通而引起的反向磁场。这样，由于第二永久磁铁容易受到反向磁场的影响，因此第二永久磁铁的磁导系数低于第一永久磁铁的磁导系数，去磁耐性降低。

另一方面，根据技术方案1的发明，位于转子的旋转轴侧的第二永久磁铁的径向厚度大于位于转子铁芯的外周面侧的第一永久磁铁的径向厚度，因此第二永久磁铁的磁导系数接近第一永久磁铁的磁导系数。其结果是，2个永久磁铁双方的磁导系数的差异变小，去磁耐性增加。通过提高该转子的去磁耐性，能够实现提高转矩的旋转电机。

根据技术方案2的发明，第二永久磁铁的弯曲的长边方向长度为第一永久磁铁的弯曲的长边方向长度以上，只要是第二永久磁铁的弯曲的长边方向长度为第一永久磁铁的弯曲的长边方向长度以上，则第二永久磁铁的磁导系数接近第一永久磁铁的磁导系数，因此2个永久磁铁双方的磁导系数的差异变小，去磁耐性增加。

根据技术方案3的发明，具有2个永久磁铁的与转子外周面对置的端面位于通过与2个永久磁铁所形成的圆弧共用的中心点的面上的结构，该结构中的2个永久磁铁的磁导系数最接近于均等，因此能够使去磁耐性最大化。

根据技术方案4的发明，第一永久磁铁与所述第二永久磁铁之间的间隔与定子的齿的周向长度大致相等，因此q轴方向的磁阻转矩变大，能够提高旋转电机的转矩性能。

根据技术方案5的发明，第一永久磁铁与所述第二永久磁铁之间的间隔为定子的齿的径向内侧长度以上且径向外侧长度以下，因此能够使q轴方向的磁阻转矩最大化，能够最大限度地提高旋转电机的转矩性能。

根据技术方案6的发明，由于沿径向排列的3个永久磁铁的径向厚度越接近转子的旋转轴越大，因此能够减小3个永久磁铁的磁导系数的差异，能够提高去磁耐性。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的旋转电机的径向剖视图。

图2是提取图1所示的旋转电机的转子的与1个磁极部对应的部分并从轴向观察的放大图。

图3是提取图1所示的旋转电机10的转子及定子的与1个磁极部对应的部分并从轴向观察的放大图。

图4A是表示外周面侧的永久磁铁的径向厚度较厚时的各永久磁铁的磁导系数的图，图4B是表示旋转轴侧的永久磁铁的径向厚度较厚时的各永久磁铁的磁导系数的图。

图5A、图5B是表示相对于外周侧的永久磁铁的径向厚度d1与内周侧的永久磁铁的径向厚度d2的比例的、由于去磁耐性的变化而产生的转矩变化的曲线图。

图6是表示相对于角度θ的转矩变化的曲线图。

图7是表示相对于齿的径向内侧长度ST1与2个永久磁铁的径向间隔Rp的比例的转矩变化的曲线图。

图8是提取其他实施方式的旋转电机的转子的与1个磁极部对应的部分并从轴向观察的放大图。

图9是提取其他实施方式的旋转电机的转子及定子的与1个磁极部对应的部分并从轴向观察的放大图。

附图标记说明：

10 旋转电机；

20 转子；

21 旋转轴；

22 转子铁芯；

22a 外周面；

24、24a、24b 永久磁铁；

24ae、24be 端面；

30 定子；

31 齿；

32 线圈；

43 轴插通孔；

44a、44b 磁铁插入孔；

45、45a、45b 磁极部。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，附图是沿着符号的朝向来观察的图。

图1是一实施方式的旋转电机的径向剖视图。图1所示的旋转电机10具备转子20及在转子20的径向外侧隔着微小间隙对置配置的定子30。旋转电机10构成为通过向卷绕在定子30的齿31上的线圈32通电来使转子20旋转。

转子20是所谓永久磁铁埋入式旋转电机(IPM马达)的转子，其具有由未图示的框体支承为旋转自如的旋转轴21、固定在旋转轴21的外周面的转子铁芯22、及埋入转子铁芯22的多个永久磁铁24。

转子铁芯22通过将大致同一形状的圆形的电磁钢板层叠多片而形成，并具有大致圆环形状。各电磁钢板在其中央部具有供旋转轴21插入的轴插通孔43，并且在其外周部沿周向以规定间隔形成有多个沿径向排列的2个磁铁插入孔44a、44b的组。需要说明的是，电磁钢板由磁性材料形成，插入到沿径向排列的2个磁铁插入孔44a、44b中的永久磁铁24成组构成1个磁极部45。

2个磁铁插入孔44a、44b分别具有朝向旋转轴21以凸状弯曲的圆弧形状，弯曲的长边方向的两端部延伸至转子铁芯22的外周面22a的近前侧。因此，设置于旋转轴21侧的磁铁插入孔44b的弯曲的长边方向长度比设置于转子铁芯22的外周面22a侧的磁铁插入孔44a的弯曲的长边方向长度长。另外，磁铁插入孔44a所形成的圆弧的曲率与磁铁插入孔44b所形成的圆弧的曲率相同。因此，包括磁铁插入孔44a所形成的圆弧的圆的中心点与包括磁铁插入孔44b所形成的圆弧的圆的中心点是共用的。即，包括磁铁插入孔44a所形成的圆弧的圆和包括磁铁插入孔44b所形成的圆弧的圆位于上述中心点的同心圆上。

在2个磁铁插入孔44a、44b中分别插入有径向剖面具有与磁铁插入孔44a、44b所形成的圆弧的曲率相同的圆弧形状的2个永久磁铁24a、24b。在构成1个磁极部45的2个磁铁插入孔44a、44b中插入磁化方向相同的永久磁铁，以使磁极在周向上交替地反转的方式插入永久磁铁。例如，如图1所示，如果磁极部45a的外周侧为N极，则邻接的磁极部45b以通过将永久磁铁24a、24b插入到磁铁插入孔44a、44b以使其外周侧成为S极的方式构成。

图2是提取图1所示的旋转电机10的转子20的与1个磁极部对应的部分并从轴向观察的放大图。如图2所示，沿径向排列配置的2个永久磁铁24a、24b中的、位于转子20的旋转轴21侧的永久磁铁24b的径向厚度d2与位于转子铁芯22的外周面22a侧的永久磁铁24a的径向厚度d1相等或较之大。即，具有“d1≤d2”的关系。另外，永久磁铁24b的弯曲的长边方向长度L2为永久磁铁24a的弯曲的长边方向长度L1以上。即，具有“L1≤L2”的关系。

2个永久磁铁24a、24b的弯曲的长边方向的各中心点O位于将包括磁铁插入孔44a、44b所形成的圆弧的各圆的中心点Om与沿轴向观察的旋转轴21的中心点Os连结而成的线段A上。另外，永久磁铁24a的与转子铁芯22的外周面22a对置的从中心点O起处在一个方向上的端面24ae及永久磁铁24b的与转子铁芯22的外周面22a对置的从中心点O起处在一个方向上的端面24be位于通过中心点Om的相同线段B上，该中心点Om也是包括永久磁铁24a、24b所形成的圆弧的各圆的中心点。需要说明的是，转子铁芯22具有大致圆环形状，因此永久磁铁24a、24b的端面24ae、24be位于包括线段B且沿轴向延伸的面上。

图3是提取图1所示的旋转电机10的转子20及定子30的与1个磁极部对应的部分并从轴向观察的放大图。如图3所示，通过中心点Om的线上的永久磁铁24a的径向内侧端面到永久磁铁24b的径向外侧端面的间隔Rp与定子30的齿31的周向长度大致相等，优选为齿31的径向内侧长度ST1以上且齿31的径向外侧长度ST2以下的长度。即，具有“ST1≤Rp≤ST2”的关系。

如以上说明的那样，在本实施方式中，位于转子20的旋转轴21侧的永久磁铁24b的径向厚度d2大于位于转子铁芯22的外周面22a侧的永久磁铁24a的径向厚度d1。与本实施方式相反地，在永久磁铁24a的径向厚度厚且永久磁铁2的径向厚度薄的情况下，由于定子30中产生的旋转磁场而永久磁铁24受到的反向磁场在永久磁铁24a中大，在永久磁铁24b小，但永久磁铁24b除了受到由于旋转磁场而引起的反向磁场之外，还受到由于永久磁铁24a的磁通而引起的反向磁场。因此，如图4A所示，永久磁铁24b的磁导系数低于永久磁铁24a的磁导系数，由于2个永久磁铁24a、24b双方的磁导系数的差异，去磁耐性降低。

但是，在本实施方式中，如上所述，永久磁铁24a的径向厚度薄，永久磁铁24b的径向厚度厚，因此永久磁铁24b不易受到由于永久磁铁24a的磁通而引起的反向磁场，如图4B所示，永久磁铁24b的磁导系数接近永久磁铁24a的磁导系数。其结果是，2个永久磁铁24a、24b双方的磁导系数的差异变小，去磁耐性增加。通过提高该转子20的去磁耐性，能够实现提高了转矩的旋转电机。

图5是表示相对于永久磁铁24a的径向厚度d1与永久磁铁24b的径向厚度d2的比例(d2/d1)的、由于去磁耐性的变化而引起的转矩变化的曲线图。图5A示出将d2/d1＝2的结构的旋转电机的转矩设为100％时的、相对于2以下的d2/d1的转矩比例，图5B示出在取永久磁铁24a、24b的各磁导系数的平均的情况下，将d2/d1＝2的结构的旋转电机的转矩变化率设为1时的、相对于2以下的d2/d1的转矩变化率。如图5所示，与径向厚度d2相对于径向厚度d1的比例(d2/d1)为2的情况相比，随着该比例下降，2个永久磁铁24a、24b双方的磁导系数的差异增大，去磁耐性降低。其结果是，转矩降低。因此，在径向厚度d2相对于径向厚度d1的比例(d2/d1)为2的结构中，能够实现最大程度地提高转矩的旋转电机。

另外，旋转电机的转矩性能也根据由图2所示的线段A与线段B形成的角度θ而变化。图6是表示相对于角度θ的转矩变化的曲线图。如图6所示，如果将θ＝45度时的转矩设为100％，则随着角度θ减小，转矩减小。认为这是因为当角度θ小时，永久磁铁24b的具有高磁导系数的分布减少，永久磁铁24b的利用率降低。因此，优选为角度θ高。

另外，在本实施方式中，永久磁铁24b的弯曲的长边方向长度L2为永久磁铁24a的弯曲的长边方向长度L1以上，2个永久磁铁24a、24b的与转子铁芯22的外周面22a对置的长边方向一侧的各端面24ae、24be位于通过包括永久磁铁24a、24b所形成的圆弧的各圆的中心点Om的相同线段B上。如果永久磁铁24b的弯曲的长边方向长度L2为永久磁铁24a的弯曲的长边方向长度L1以上，则永久磁铁24b的磁导系数接近永久磁铁24a的磁导系数，当永久磁铁24a、24b的各端面24ae、24be位于相同线段B上时，2个永久磁铁24a、24b的磁导系数最接近于均等，因此能够使去磁耐性最大化。

另外，在本实施方式中，从永久磁铁24a的径向内侧端面到永久磁铁24b的径向外侧端面的间隔Rp与定子30的齿31的周向长度大致相等，因此旋转电机10中的q轴方向的磁阻转矩变大，能够提高旋转电机的转矩性能。另外，在间隔Rp为齿31的径向内侧长度ST1以上且齿31的径向外侧长度ST2以下的长度的情况下，能够使旋转电机10中的q轴方向的磁阻转矩最大化，能够最大限度地提高旋转电机的转矩性能。

图7是表示相对于齿31的径向内侧长度ST1与间隔Rp的比例(Rp/ST1)的转矩变化的曲线图。需要说明的是，齿31的径向外侧长度ST2与径向内侧长度ST1的比例(ST2/ST1)为1.6。如图7所示，当间隔Rp相对于齿31的径向内侧长度ST1的大小为1.4时，能够使旋转电机10中的q轴方向的磁阻转矩最大化。因此，间隔Rp为齿31的径向内侧长度ST1以上且径向外侧长度ST2以下的长度、具有Rp/ST1＝1.4的关系的结构的旋转电机能够最大限度地提高转矩性能。

需要说明的是，本发明不限定于前述实施方式，能够适当进行变形、改良等。例如，在上述实施方式中，如图2所示，将永久磁铁24a的弯曲的长边方向长度L1及永久磁铁24b的弯曲的长边方向长度L2设定为，使得永久磁铁24a、24b的各端面24ae、24be位于通过中心点Om的相同线段B上，且满足“L1≤L2”的关系，但如图8所示，即使端面24ae、24be没有位于相同线段上，只要满足“L1≤L2”的关系，则永久磁铁24b的磁导系数也接近永久磁铁24a的磁导系数，因此2个永久磁铁24a、24b双方的磁导系数的差异变小，能够增大去磁耐性。

另外，在上述实施方式中，利用沿径向排列的2个永久磁铁24a、24b的组构成1个磁极部45，但也可以如图9所示，利用沿径向排列的3个以上的永久磁铁构成1个磁极部。即使在该情况下，也将各永久磁铁的大小设计成，沿径向排列的3个永久磁铁的径向厚度越接近转子20的旋转轴21越变大，弯曲的长边方向长度也越接近转子20的旋转轴21越变长。其结果是，能够减小3个以上的永久磁铁的磁导系数的差异，能够提高去磁耐性。

Claims (6)

1.一种旋转电机的转子，

所述旋转电机的转子具备：

大致圆环状的转子铁芯，其沿周向以规定间隔形成有多个沿径向排列的多个磁铁插入孔的组；以及

永久磁铁，其被插入到所述磁铁插入孔中，

其中，

所述永久磁铁为，径向剖面具有圆弧形状，呈凸状弯曲的面朝向所述转子的旋转轴侧设置，

插入到沿所述径向排列的多个磁铁插入孔的各个中的多个所述永久磁铁中的、位于所述转子的旋转轴侧的第二永久磁铁的径向厚度与位于所述转子铁芯的外周面侧的第一永久磁铁的径向厚度相等或较之大，

通过所述第一永久磁铁所形成的圆弧以及所述第二永久磁铁所形成的圆弧共用的中心点的线上的、从所述第一永久磁铁的径向内侧端面到所述第二永久磁铁的径向外侧端面的间隔为Rp，设置在所述转子的外周侧且产生旋转磁场的定子的齿的周向最小长度为ST1时，Rp/ST1＝1.4。

2.根据权利要求1所述的旋转电机的转子，其中，

所述第二永久磁铁的弯曲的长边方向长度为所述第一永久磁铁的弯曲的长边方向长度以上。

3.根据权利要求2所述的旋转电机的转子，其中，

所述第一永久磁铁的长边方向一侧的与所述转子铁芯的所述外周面对置的端面、以及所述第二永久磁铁的所述长边方向一侧的与所述转子铁芯的所述外周面对置的端面，位于通过所述第一永久磁铁所形成的圆弧以及所述第二永久磁铁所形成的圆弧共用的中心点的轴向面上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转电机的转子，其中，

所述间隔为所述齿的径向内侧长度以上且所述齿的径向外侧长度以下。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转电机的转子，其中，

所述转子铁芯具有沿径向排列的3个磁铁插入孔，

插入到所述3个磁铁插入孔的各个中的3个所述永久磁铁的径向厚度越接近所述转子的旋转轴越大。

6.根据权利要求4所述的旋转电机的转子，其中，

所述转子铁芯具有沿径向排列的3个磁铁插入孔，

插入到所述3个磁铁插入孔的各个中的3个所述永久磁铁的径向厚度越接近所述转子的旋转轴越大。

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