CN109075679A - 同步磁阻式旋转电机 - Google Patents

Abstract

实施方式的同步磁阻式旋转电机具有轴和转子铁芯。转子铁芯固定于轴，每一极形成有多层朝向径向内侧成为凸状的空洞部，并且在空洞部与外周面之间分别形成有桥。而且，在将一极中的周向中央设为极中心、将周向两端设为极端时，多个桥中的最靠极端侧的最极端桥形成为最极端桥的壁厚随着从极中心侧趋向极端侧而逐渐变厚。多个桥中的从最极端桥隔着一个桥地位于极中心侧的中间桥形成为中间桥的壁厚随着从极端侧趋向极中心侧而逐渐变厚。

Description

同步磁阻式旋转电机

技术领域

本发明的实施方式涉及同步磁阻式旋转电机。

背景技术

同步磁阻式旋转电机具有转子和定子。转子具有轴以及外嵌固定于轴的转子铁芯，该轴以能够旋转的方式被枢轴支承并在旋转轴中心沿轴向延伸。定子具有定子铁芯和多个极的多相的电枢绕组，该定子铁芯在转子铁芯的外周与转子铁芯隔开间隔地配置，并具有相互在周向上隔开间隔地排列的多个齿，该电枢绕组分别卷绕在多个齿上。

在转子铁芯中，每一极有多个空洞部在径向上排列地形成。各空洞部往往以极中心位于径向最内侧的方式朝向径向内侧弯曲地形成，以便沿着向电枢绕组通电时形成的磁通的流动。

通过这样形成空洞部，在转子铁芯形成磁通的易流动方向和磁通的难流动方向。而且，同步磁阻式旋转电机利用由空洞部产生的磁阻转矩，使轴旋转。

顺便一提，关于同步磁阻式旋转电机，设想了在各种各样的领域中的应用，追求进一步的高输出化、小型化。因此，期望同步磁阻式旋转电机的大容量化、高速旋转化。另一方面，当在转子铁芯形成空洞部时，转子铁芯会变得容易变形。因此，当使转子铁芯高速旋转时，在由此产生的离心力下，转子铁芯有可能发生变形。因此，有时加厚形成于空洞部的周向两端与转子铁芯之间的称为桥(bridge)的部位的壁厚、或者在空洞部的周向中央形成称为中心桥的构造体，从而使转子铁芯不易变形。

但是，当加厚桥的壁厚或者形成中心桥时，有时这些桥的部位的磁饱和会被缓和。因此，有可能难以得到所希望的磁阻转矩，同步磁阻式旋转电机的转矩特性下降。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-89193号公报

专利文献2：日本特开2001-258222号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明所要解决的课题是提供一种使转子铁芯不易变形并且能够防止转矩特性的下降的同步磁阻式旋转电机。

用于解决课题的手段

实施方式的同步磁阻式旋转电机具有轴和转子铁芯。转子铁芯固定于轴，每一极形成有多层朝向径向内侧成为凸状的空洞部，并且，在空洞部与外周面之间，分别形成有桥。而且，在将一极中的周向中央设为极中心、将周向两端设为极端时，多个桥中的最靠极端侧的最极端桥形成为，最极端桥的壁厚随着从极中心侧趋向极端侧而逐渐变厚。多个桥中的从最极端桥隔着一个桥地位于极中心侧的中间桥形成为，中间桥的壁厚随着从极端侧趋向极中心侧而逐渐变厚。

附图说明

图1是表示第一实施方式的同步磁阻式旋转电机的一部分结构的与旋转轴正交的剖视图。

图2是图1的A部放大图。

图3是施加于第一实施方式的转子铁芯的应力分布图。

图4是表示第二实施方式的转子铁芯的一部分结构的与旋转轴正交的剖视图。

图5是施加于第二实施方式的转子铁芯的应力分布图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式的同步磁阻式旋转电机进行说明。

图1是表示同步磁阻式旋转电机(以下简称为旋转电机)1的一部分结构的与旋转轴8正交的剖视图。此外，在图1中，仅示出了旋转电机1的1/4区段，即1/4周的周角度区域。

如该图所示，旋转电机1具有大致圆筒状的定子2和设置得比定子2靠径向内侧并相对于定子2旋转自如地设置的转子3。此外，定子2以及转子3以各自的中心轴线位于共同轴上的状态配置。以下，将共同轴称为中心轴(旋转轴线)O，将与中心轴O正交的方向称为径向，将环绕中心轴O的方向称为周向。

定子2具有大致圆筒状的定子铁芯4。定子铁芯4能够通过层叠多张电磁钢板或将软磁性粉加压成形而形成。在定子铁芯4的内周面一体成形有多个齿5，该多个齿5朝向中心轴O突出并在周向上以等间隔排列。齿5形成为截面大致矩形。而且，以在相邻的齿5之间配置一个槽6的方式在周向上以等间隔形成有多个槽6。经由这些槽6，电枢绕组7卷绕在各齿5上。在各齿5上，从绝缘体或绝缘覆膜之上卷绕电枢绕组7。

(第一实施方式)

转子3具有沿着中心轴O延伸的旋转轴8和外嵌固定于旋转轴8的大致圆柱状的转子铁芯9。

转子铁芯9能够通过层叠多张电磁钢板或将软磁性粉加压成形而形成。转子铁芯9的外径设定成，在径向上相向的转子铁芯9与各齿5之间形成规定的气隙G。

另外，在转子铁芯9的径向中央形成有沿着中心轴O贯通的贯通孔10。旋转轴8在该贯通孔10进行压入等，旋转轴8与转子铁芯9成为一体地旋转。

并且，在转子铁芯9中，在各个1/4周的周角度区域分别在径向上排列地形成有四层的空洞部(磁通屏障)11、12、13、14(第一空洞部11、第二空洞部12、第三空洞部13、第四空洞部14)。即，在径向最外侧形成第一空洞部11，从该第一空洞部11朝向径向内侧依次排列地形成有第二空洞部12、第三空洞部13、第四空洞部14。而且，第四空洞部14配置于径向最内侧。

另外，各空洞部11～14形成为沿着向电枢绕组7通电时形成的磁通的流动。也就是说，各空洞部11～14以周向的中央位于径向最内侧的方式(以朝向径向内侧成为凸状的方式)弯曲形成。由此，在转子铁芯9形成磁通的易流动方向和磁通的难流动方向。

在此，在本实施方式中，将磁通的易流动方向称为q轴。另外，将沿着相对于q轴电性、磁性地正交的径向的方向称为d轴。即，各空洞部11～14在沿着d轴的径向上成为多层构造。

更详细而言，在转子铁芯9中q轴方向是将磁通的流动不受各空洞部11～14妨碍的方向称为q轴。即，向转子铁芯9的外周面9a的任意的周角度位置赋予正磁位(例如使磁铁的N极靠近)。另外，向相对于正磁位偏移了一极(本实施方式的情况下为机械角90°)的其他的任意周角度位置赋予负磁位(例如使磁铁的S极靠近)。然后，在该情况下，将使任意的位置向周向偏移的情况下有最多的磁通流动时的从中心轴O朝向任意的位置的方向定义为q轴。而且，各空洞部11～14的长边方向是q轴。

另一方面，将磁通的流动受各空洞部11～14妨碍的方向、即相对于q轴磁性地正交的方向称为d轴。在本实施方式中，与由各空洞部11～14分离成靠近中心轴O的区域和远离中心轴O的区域的两个转子铁芯部分相向的方向平行的方向是d轴。另外，在各空洞部11～14形成有多层的情况下(本实施方式中为四层)，层的重叠方向是d轴。在本实施方式中，d轴不限于相对于q轴电性地、磁性地正交，也可以与正交的角度具有一定程度的角宽度(例如机械角10度左右)地相交。

这样，转子铁芯9构成为四极，每一极(转子铁芯9的1/4周的周角度区域)形成有四层的空洞部11、12、13、14。而且，一极是指q轴间的区域。

此外，在以下的说明中，将d轴称为极中心C1、将q轴(1/4周的周角度区域的周向两端)称为极端E1来进行说明。也就是说，各空洞部11～14以极中心C1位于径向最内侧的方式朝向径向内侧弯曲。

另外，各空洞部11～14弯曲形成为，从中心轴O方向观察时长边方向两端位于转子铁芯9的外周部。而且，各空洞部11～14形成为，越靠近长边方向两端的部位越沿着极端E1，且越靠近长边方向中央的部位越与极中心C1正交。并且，各空洞部11～14形成为从第一空洞部11起开口面积依次增大。

图2是图1的A部放大图。

如该图所示，在各空洞部11～14的周向两端与转子铁芯9的外周面9a之间，分别形成有桥16、17、18、19(第一桥16、第二桥17、第三桥18、第四桥19)。详细而言，桥16～19是指形成于各空洞部11～14处的靠转子铁芯9的外周部且其壁厚急剧变化的范围的结构(以下的第二实施方式也相同)。

此外，壁厚是指沿着转子铁芯9的外周面9a的法线方向的厚度(以下的第二实施方式也相同)。

并且，详细而言，在转子铁芯9的外周部中与第四空洞部14对应的位置，在极中心C1侧和极端E1侧分别存在壁厚急剧变化的壁厚急剧变化点P41、P42，这些壁厚急剧变化点P41、P42之间成为第四桥19。

另外，在转子铁芯9的外周部中与第三空洞部13对应的位置，在极中心C1侧和极端E1侧分别存在壁厚急剧变化的壁厚急剧变化点P31、P32，这些壁厚急剧变化点P31、P32之间成为第三桥18。

另外，在转子铁芯9的外周部中与第二空洞部12对应的位置，在极中心C1侧和极端E1侧分别存在壁厚急剧变化的壁厚急剧变化点P21、P22，这些壁厚急剧变化点P21、P22之间成为第二桥17。

并且，在转子铁芯9的外周部中与第一空洞部11对应的位置，在极中心C1侧和极端E1侧分别存在壁厚急剧变化的壁厚急剧变化点P11、P12，这些壁厚急剧变化点P11、P12之间成为第一桥16。

在此，对第二桥17处的转子铁芯9的壁厚急剧变化点P21进行更具体的说明。转子铁芯9中的成为第二空洞部12的径向外侧的侧面12a具有向内弯曲面21和向外弯曲面22，该向内弯曲面21朝向径向内侧弯曲，该向外弯曲面22位于比该弯曲面21靠转子铁芯9的外周部侧的位置，并朝向径向外侧弯曲。这些向内弯曲面21与向外弯曲面22的连接部位(拐点)是壁厚急剧变化点P21。

顺便一提，各桥16～19是用于使转子铁芯9不易变形的结构，但也是成为磁通泄露的要因的部位。

在此，第一桥16的壁厚t1和第三桥18的壁厚t3设定为沿着转子铁芯9的外周面9a大致均匀。这些壁厚t1、t3设定为在第一桥16以及第三桥18中产生磁饱和且几乎不产生磁通泄露的程度的厚度。

与此相对，第四桥19的壁厚t4设定为随着从极中心C1侧趋向极端E1侧而逐渐变厚。也就是说，第四桥19的壁厚t4设定为壁厚急剧变化点P42处的壁厚t4max最厚。

另一方面，在第四桥19中最薄地形成的薄壁部t4min的壁厚设定为与第一桥16的壁厚t1、第三桥18的壁厚t3大致相同的厚度。

另外，从第四桥19隔着一个桥18(第三桥18)地位于极中心C1侧的第二桥17的壁厚t2设定为随着从极端E1侧趋向极中心C1侧而逐渐变厚。也就是说，第二桥17的壁厚t2设定为壁厚急剧变化点P21处的壁厚t2max最厚。

另一方面，在第二桥17中最薄地形成的薄壁部t2min的壁厚设定为与第一桥16的壁厚t1、第三桥18的壁厚t3大致相同的厚度。

顺便一提，由于各空洞部11～14的形状，从而在转子铁芯9的每一极的空洞部11～14之间配置有铁芯构件。即，在第一空洞部11与第二空洞部12之间配置有第一铁芯构件，在第二空洞部12与第三空洞部13之间配置有第二铁芯构件，在第三空洞部13与第四空洞部14之间配置有第三铁芯构件。关于这样的铁芯构件的重量，越是位于径向内侧的铁芯构件则越重。也就是说，第二铁芯构件的重量比第一铁芯构件的重量大，第三铁芯构件的重量比第二铁芯构件的重量大。另外，在使转子铁芯9旋转时产生的上述铁芯构件的离心力由各桥16～19支承。

并且，各桥16～19分别进行连结，依次由位于径向内侧的桥16～19支承在与其相比位于径向外侧的桥16～19产生的上述铁芯构件的离心力。

更具体而言，施加于转子铁芯9中的第三空洞部13与第四空洞部14之间的转子铁芯9(第三铁芯构件)的离心力所产生的力，主要在第三桥18产生应力。除此之外，在第四桥19也产生应力。

另外，施加于转子铁芯9中的第二空洞部12与第三空洞部13之间的转子铁芯9(第二铁芯构件)的离心力所产生的力，在第二桥17产生应力。

并且，关于配置在转子铁芯9的每一极的空洞部11～14之间的铁芯构件(第一铁芯构件、第二铁芯构件、第三铁芯构件)的重量，越是位于径向内侧的铁芯构件则越重，因此越是位于极端E1侧的桥16～19，产生的应力越大。

在此，在转子铁芯9中，

(1)以壁厚t4随着从极中心C1侧趋向极端E1侧而逐渐变厚的方式形成第四桥19。另外，以壁厚t2随着从极端E1侧趋向极中心C1侧而逐渐变厚的方式形成第二桥17。

而且，若以此方式形成，则

(2)在将通过第二桥17的第二空洞部12侧的侧面和第四桥19的第四空洞部14侧的侧面的曲线设为假想弯曲线L1时，将中心轴O和最远离该中心轴O的假想弯曲线L1上的点P1连结的直线L2通过第三桥18。也就是说，能够使第三桥18不易变形。

从上述(1)(2)来看，能够使由于离心力产生的力而施加有较大的应力的第二桥17～第四桥19不易变形。结果，能够使整个转子铁芯9不易变形。

图3是使转子3高速旋转时施加于转子铁芯9的应力分布图。

如该图所示，能够确认施加于整个桥(第一～第四桥16～19)的平均应力降低，施加于各桥16～19的最大应力被抑制。

在此，第二桥17以及第四桥19不是整体形成得厚，而是沿着转子铁芯9的外周面9a逐渐形成得厚。因此，在第二桥17的薄壁部t2min以及第四桥19的薄壁部t4min产生磁饱和。结果，能够将第二桥17以及第四桥19处的磁通泄露抑制在最小限度。

因此，根据上述的第一实施方式，能够使转子铁芯9不易变形，并且防止旋转电机1的转矩特性的下降。

(第二实施方式)

接着，对第二实施方式进行说明。

图4是表示第二实施方式的转子铁芯209中的1/4周的周角度区域的结构的与旋转轴8正交的剖视图。

如该图所示，上述的第一实施方式与本第二实施方式的不同点在于，第一实施方式的转子铁芯9形成有每一极四层的空洞部11～14，而第二实施方式的转子铁芯209形成有每一极六层的空洞部211～216(第一空洞部211、第二空洞部212、第三空洞部213、第四空洞部214、第五空洞部215、第六空洞部216)。

即，在径向最外侧形成第一空洞部211，从该第一空洞部211朝向径向内侧依次排列地形成有第二空洞部212、第三空洞部213、第四空洞部214、第五空洞部215、第六空洞部216。而且，第六空洞部216配置于径向最内侧。

另外，各空洞部211～216以极中心C1位于径向最内侧的方式朝向径向内侧弯曲。并且，各空洞部211～216弯曲形成为从中心轴O方向观察时长边方向两端位于转子铁芯9的外周部。而且，各空洞部211～216形成为，越靠近长边方向两端的部位越沿着极端E1，且越靠近长边方向中央的部位越与极中心C1正交。另外，各空洞部211～216形成为从第一空洞部211起开口面积依次增大。

并且，在各空洞部211～216的周向中央(极中心C1上)分别形成有中心桥241～246(第一中心桥241、第二中心桥242、第三中心桥243、第四中心桥244、第五中心桥245、第六中心桥246)。这些中心桥241～246是用于使转子铁芯209不易变形的结构。

另外，在各空洞部211～216的周向两端与转子铁芯209的外周面209a之间，分别形成有桥231～236(第一桥231、第二桥232、第三桥233、第四桥234、第五桥235、第六桥236)。

在此，第一桥231的壁厚t21、第二桥232的壁厚t22、第三桥233的壁厚t23以及第五桥235的壁厚t24分别设定为沿着转子铁芯209的外周面209a大致均匀。

与此相对，形成于径向最内侧的第六空洞部216与转子铁芯209的外周面209a之间的第六桥236的壁厚t26设定为随着从极中心C1侧朝向极端E1侧而逐渐变厚。更具体而言，第六桥236形成为与上述的第一实施方式中的第四桥19(参照图2)大致相同的形状。

另外，形成于第四空洞部214与转子铁芯209的外周面209a之间的第四桥234的壁厚t24设定为随着从极端E1侧趋向极中心C1侧而逐渐变厚，该第四空洞部214从第六空洞部216隔着一个空洞部215(第五空洞部215)地位于极中心C1侧。更具体而言，第四桥234形成为与上述的第一实施方式中的第二桥17(参照图2)大致相同的形状。

而且，假想弯曲线L3的顶点P2成为与位于这些第四桥234与第六桥236之间的第五桥235对应的位置，该假想弯曲线L3通过第四桥234的第四空洞部214侧的侧面和第六桥236的第六空洞部216侧的侧面。因此，能够使由于离心力产生的力而施加有较大的应力的第四桥234～第六桥236不易变形。结果，能够使整个转子铁芯209不易变形。

图5是使转子203高速旋转时施加于转子铁芯209的应力分布图，对应于上述的图3。

如该图所示，能够确认施加于整个桥(第一～第六桥231～236)的平均应力降低，施加于各桥231～236的最大应力被抑制。

因此，根据上述的第二实施方式，能够起到与上述的第一实施方式相同的效果。

另外，在如第二实施方式那样具有六层的空洞部211～216的转子铁芯209中，通过使位于最极端E1侧的第六桥236和与第六桥236中间隔着第五桥235地位于极中心C1侧的第四桥234分别形成为与上述的第一实施方式的第四桥19以及第二桥17大致相同的形状，也能够使整个转子铁芯209不易变形。

此外，第二实施方式中的中心桥241～246的结构也可以用于上述的第一实施方式的转子铁芯9。

另外，在上述的实施方式中，对在转子铁芯9、209仅形成有空洞部11～14、211～216的情况进行了说明。但是，并不限定于此，也可以在这些空洞部11～14、211～216中插入非磁性体(例如非导电性树脂)、永久磁铁、次级导体(铝、铜等)等。

另外，在上述的实施方式中，对转子铁芯9、209以在外周面9a、209a形成四个凸极的方式构成为四极的情况进行了说明。但是，转子铁芯9、209的极结构并不限定于四极。

并且，每一极的空洞部11～14、211～216的个数也不限定于四个或六个，只要是四个以上的多个即可。

在以上说明的至少一个实施方式中，在转子铁芯9、209中，形成在径向最内侧的空洞部(第四空洞部14、第六空洞部216)与转子铁芯9、209的外周面9a、209a之间的桥(第四桥19、第六桥236)的壁厚t4、t26设定为随着从极中心C1侧朝向极端E1侧而逐渐变厚。

另外，在转子铁芯9、209中，形成在从径向最内侧的空洞部(第四空洞部14、第六空洞部216)隔着一个空洞部(第三空洞部13、第五空洞部215)地位于径向内侧的空洞部(第二空洞部12、第四空洞部214)与转子铁芯9、209的外周面9a、209a之间的桥(第二桥17、第四桥234)的壁厚t2、t24设定为随着从极端E1侧趋向极中心C1侧而逐渐变厚。因此，能够使转子铁芯9、209不易变形，并且防止旋转电机1的转矩特性的下降。

即，无论空洞部的层数多少，都能够通过将位于最靠极端E1侧的桥和从该桥隔着一个桥地位于极中心C1侧的桥分别如桥19、17、236、234那样形成，使整个转子铁芯9、209不易变形。结果，能够防止旋转电机1的转矩特性的下降。

虽然说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子提出的，并没有意图限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种方式来实施，能够在不脱离发明的主旨的范围内，进行各种省略、置换、变更。这些实施方式或其变形包含于发明的范围或主旨中，同样地，包含于权利要求书所述的发明及其等同的范围内。

Claims (3)

1.一种同步磁阻式旋转电机，其中，所述同步磁阻式旋转电机具有：

轴，其绕旋转轴线旋转；以及

转子铁芯，其固定于所述轴，每一极形成有多层朝向径向内侧成为凸状的空洞部，并且在所述空洞部与外周面之间分别形成有桥，

在将一极中的周向中央设为极中心、将周向两端设为极端时，

多个所述桥中的最靠所述极端侧的最极端桥形成为，该最极端桥的壁厚随着从所述极中心侧趋向所述极端侧而逐渐变厚，

多个所述桥中的从所述最极端桥隔着一个所述桥地位于所述极中心侧的中间桥形成为，该中间桥的壁厚随着从所述极端侧趋向所述极中心侧而逐渐变厚。

2.如权利要求1所述的同步磁阻式旋转电机，其中，

在将通过所述最极端桥的所述空洞部侧的侧面和所述中间桥的所述空洞部侧的侧面的曲线设为假想弯曲线时，

将所述旋转轴线和最远离该旋转轴线的所述假想曲线上的点连结的直线，通过位于所述最极端桥与所述中间桥之间的所述桥。

3.如权利要求1或权利要求2所述的同步磁阻式旋转电机，其中，

所述转子铁芯具有四极，并且每一极具有四层所述空洞部。