CN109196754A - 永磁体电动机 - Google Patents

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Abstract

永磁体电动机中，定子具有定子铁芯以及安装于定子铁芯的多个绕组。转子具有转轴、固定于转轴的转子铁芯以及固定于转子铁芯的多个永磁体。转子形成有与定子铁芯相对的多个转子磁极。至少一部分转子磁极由转子铁芯构成。转子铁芯的轴向长度以及永磁体的轴向长度比定子铁芯的轴向长度要长。

Description

永磁体电动机
技术领域
本发明涉及用于例如电动助力转向装置的永磁体电动机。
背景技术
现有的永磁体电动机中，在转子铁芯上设有多个磁体插入孔。磁体插入孔中分别插入有永磁体。此外，定子铁芯的轴向长度与永磁体的轴向长度相同，并且转子铁芯的轴向长度比永磁体的轴向长度要长(例如，参考专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2014-165971号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
上述那样的现有的永磁体电动机中，转子铁芯的轴向长度比永磁体的轴向长度要长，因此在磁体插入孔中产生空隙，隔着空隙相对的磁体插入孔的壁之间的磁阻变得小于在轴向上绕入相对的转子铁芯的芯体端的磁阻。因此，在转子铁芯内部循环的漏磁通增加，永磁体的主磁通减少，转矩也减少。
本发明旨在解决上述问题，其目的在于获得一种永磁体电动机，在至少一部分转子磁极由转子铁芯构成的永磁体电动机中，能够在不增加整体的轴向长度的情况下，增加有助于转矩的主磁通。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的永磁体电动机具备：定子，所述定子具有定子铁芯以及安装于定子铁芯的多个绕组；及转子，所述转子具有转轴、固定于转轴的转子铁芯以及固定于转子铁芯的多个永磁体，并且所述转子形成有与所述定子铁芯相对的多个转子磁极，所述转子以转轴为中心进行旋转，至少一部分转子磁极由转子铁芯构成，转子铁芯的轴向长度以及永磁体的轴向长度比定子铁芯的轴向长度要长。
发明效果
本发明的永磁体电动机中，由于转子铁芯的轴向长度以及永磁体的轴向长度长于定子铁芯的轴向长度，因此在至少一部分转子磁极由转子铁芯构成的永磁体电动机中，能够在不增加整体的轴向长度的情况下，增加有助于转矩的主磁通。
附图说明
图1是本发明实施方式1的永磁体电动机的沿轴线的剖视图。
图2是示出图1的转子的垂直于轴线的截面的剖视图。
图3是示出实施方式1的转子的结构的第1变形例的剖视图。
图4是示出实施方式1的转子的结构的第2变形例的剖视图。
图5是示出实施方式1的转子的结构的第3变形例的剖视图。
图6是示出本发明实施方式2的永磁体电动机的定子铁芯的垂直于轴线的截面的剖视图。
图7是示出实施方式2的定子铁芯的结构的第1变形例的剖视图。
图8是示出实施方式2的定子铁芯的结构的第2变形例的剖视图。
图9是本发明实施方式3的永磁体电动机的沿轴线的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图，对用于实施本发明的实施方式进行说明。
实施方式1.
图1是本发明实施方式1的永磁体电动机的沿轴线的剖视图，图2是示出图1的转子的垂直于轴线的截面的剖视图。图中，在圆筒状外壳1的内周面固定有作为电枢的定子2。在定子2的内侧，设有转子3。定子2和转子3之间，设有磁隙。
定子2具有由磁性体构成的圆筒状定子铁芯4以及安装于定子铁芯4的多个绕组5。定子铁芯4例如通过层叠多块电磁钢板而构成。另外，定子铁芯4还具有圆环状的芯体背部4a(参考图6)以及从芯体背部4a向半径方向内侧突出的多个齿部4b(参考图6)。齿部4b相互隔着相等间隔而配置在定子铁芯4的周向上。
相邻的齿部4b之间分别形成有槽。绕组5卷绕于齿部4b，且收纳于槽。在定子2的轴向两端，分别配置有绕组5的线圈端部。
转子3具有转轴6、固定于转轴6的圆筒状的转子铁芯7以及固定于转子铁芯7的多个板状的永磁体8，转子3以转轴6为中心进行旋转。转轴6经由第1轴承9以及第2轴承10以可旋转的方式被支承于外壳1。转子铁芯7例如通过层叠多块电磁钢板而构成。
转子铁芯7设有多个磁体插入孔7a。磁体插入孔7a相互隔着相等间隔而配置在转子铁芯7的周向上。永磁体8被分别插入至磁体插入孔7a内。由此，在与定子铁芯4相对的转子3的外周面形成了由软磁性体制成的转子铁芯7所构成的多个转子磁极7b。
转子铁芯7的轴向长度(图1中上下方向尺寸)比定子铁芯4的轴向长度(图1中上下方向尺寸)要长。例如，在构成转子铁芯7的电磁钢板厚度与构成定子铁芯4的电磁钢板厚度相同的情况下，转子铁芯7的电磁钢板的层叠块数比定子铁芯4的电磁钢板的层叠块数要多。
永磁体8在转子3的轴向上的长度、即永磁体8的轴向长度(图1中上下方向尺寸)比定子铁芯4的轴向长度要长，比转子铁芯7的轴向长度要短。
如上所述的永磁体电动机中，永磁体8的轴向长度短于转子铁芯7的轴向长度，因此，有助于转矩的主磁通(图1的箭头20a)的减少量为经由磁体插入孔7a而产生的漏磁通(图1的箭头20b)。但是，永磁体8的轴向长度长于定子铁芯4的轴向长度，因此，能够在不增加定子铁芯4的轴向长度的情况下，增加经由转子铁芯7的表面而流至定子铁芯的主磁通(图1的箭头20c)的量，从而能够提高电动机的输出。
此外，定子2的轴向两端存在线圈端部，因此定子2的轴向长度比转子3的轴向长度要长。因此，可以说电动机整体的轴向长度由定子2的轴向长度来决定。与转子3的线圈端部相对的部分只有转轴6，因此通过将转子铁芯7和永磁体8配置于这一空间，能够在不增加电动机的轴向长度的情况下提高电动机的输出。
尤其对于重视对能耗有影响的重量以及在发动机室等部位中的安装性的电动助力转向用电动机，能够在避免重量增加以及电动机尺寸大型化的同时，提高输出，因此能够减小转矩波动，改善对于驾驶员转向力的辅助转矩。由此，能够改善驾驶员的转向感受，实现舒适的转向性。
绕组5既可以是集中绕组也可以是分布绕组，但与集中绕组相比，分布绕组情形下的线圈端部长度更长，因此与线圈端部相对的空间较大，效果更好。
如上所述，根据本实施方式的结构，在转子磁极7b由转子铁芯7构成的永磁体电动机中，能够在不增加整体的轴向长度的情况下，增加有助于转矩的主磁通。
另外，本实施方式中，永磁体8的轴向长度长于定子铁芯4的轴向长度，但主磁通20c在轴向上流经转子表面的转子铁芯7的一部分，流至定子铁芯4。一般而言，对于被称为表面磁体型转子的转子、即转子表面没有转子铁芯的转子来说，空隙的磁导率远小于铁芯，因此，能够增加主磁通的效果也小，而对于本实施方式的磁体埋入型转子来说，能够增加主磁通的效果变大。
进一步地，如上所述，永磁体8的轴向长度比转子铁芯7的轴向长度要短的情况下，可以在转子铁芯7的轴向两端设置非磁性材质的罩(未图示)。由此，即便不利用粘接材料等将磁化前的永磁体8固定在转子铁芯7内，也能够阻止永磁体8飞出转子3外的情况，在对永磁体8进行磁化前，组装时的处理变得容易。
也可以将永磁体8的轴向长度形成为与转子铁芯7的轴向长度相同，或者比转子铁芯7的轴向长度要长。
永磁体8的轴向长度比转子铁芯7的轴向长度要长的情况下，磁体插入孔7a中不存在磁阻较小的空隙，虽然产生了绕入转子铁芯7的两端部的漏磁通(图1的箭头20d)，但由于磁阻较大，因此能减小漏磁通量，能抑制有助于转矩的主磁通的减少。此外，因为永磁体8较长，所以能够在不增加定子铁芯4的轴向长度的情况下，提高电动机的输出。进一步地，由于利用与线圈端部相对的空间来加长转子铁芯7以及永磁体8，因此能够在不增加电动机的轴向长度的情况下提高电动机的输出。
这里，图3是示出转子3的结构的第1变形例的剖视图，图4是示出转子3的结构的第2变形例的剖视图，图5是示出转子3的结构的第3变形例的剖视图。实施方式1的结构不仅可以适用于图2～4所示的磁体埋入型转子，也可以适用于图6所示的由转子铁芯7构成一个极的连续(consequent)型转子，当然也能够获得可以增加主磁通的效果。
实施方式2.
接下来，图6是示出本发明实施方式2的永磁体电动机的定子铁芯4的垂直于轴线的截面的剖视图。本实施方式中，周向上分割出的多个分割铁芯11以圆环状进行组合并一体化，从而构成定子铁芯4。相邻的分割铁芯11通过焊接等手段在分割面4c处相互连接并固定。图6中，每隔一个齿部4b对定子铁芯4进行分割。其它结构与实施方式1相同。
这样的定子铁芯4中，对因分割铁芯11进行一体化时的定位偏移以及电磁钢板的板厚偏差等引起的层叠厚度偏差有时会导致定子铁芯4的轴向位置在上下方向上大幅偏移。
但是，与实施方式1相同地，由于转子铁芯7的轴向长度和永磁体8的轴向长度比定子铁芯4的轴向长度要长，因此通过形成将上述轴向位置偏移考虑在内的转子长度，从而使得定子铁芯4的轴向两端必然与转子铁芯7相对。因此，能够防止主磁通变得难以流通的情况，能够缓和组装时的定位精度以及电磁钢板的板厚偏差。
尤其是对于在全球范围内统一调配制造的车用电动机而言，除了实施方式1的效果以外，还能够获得简化制造设备并且降低调配成本这样的效果。
这里，图7是示出实施方式2的定子铁芯4的结构的第1变形例的剖视图。图7中，在周向上每隔三个齿部4b对定子铁芯4进行分割。这样的结构也能够得到与图6的结构相同的效果。
另外，图8是示出实施方式2的定子铁芯4的结构的第2变形例的剖视图。图8中，定子铁芯4被分割成圆环状的芯体背部4a和齿部4b。
对于如图8所示在半径方向上进行分割的定子铁芯4而言，对因芯体背部4a和齿部4b进行一体化时的定位偏移以及电磁钢板的板厚偏差等引起的层叠厚度偏差也会导致定子铁芯4的轴向位置在上下方向上大幅偏移。
但是，由于转子铁芯7的轴向长度和永磁体8的轴向长度比定子铁芯4的轴向长度要长，因此能够获得与图6的结构相同的效果。
定子铁芯4的分割数不限于上述的例子。
此外，也可以在周向和半径方向这两个方向上分割定子铁芯4。
实施方式3.
接下来，图9是本发明实施方式3的永磁体电动机的沿轴线的剖视图。本实施方式中，转子3沿轴向被分割成多段，并且被扭斜(skew)。其它结构与实施方式1或2相同。作为一个例子，说明2段扭斜的转子。
一般而言，通过分段扭斜转子，能够降低因齿槽转矩和转矩脉动等旋转引起的脉动。然而，定子铁芯和转子铁芯的长度相同的情况下，若它们相互在轴向上错开，则一方的定子铁芯的端部变得不与转子相对，因而本来在上下2段会相互抵消的脉动将显著出现。
与之相对地，本实施方式中，由于转子铁芯7和永磁体8的轴向长度比定子铁芯4的轴向长度要长，因此能够吸收轴错位，降低脉动的不利影响。
尤其对于电动助力转向用电动机而言，通过降低脉动的不利影响，能够降低振动噪音，并改善转向感受，能够为驾驶员提供舒适的转向。
也可以是如下结构：定子2为多重多相绕组结构，多重绕组的通电相位相互错开，消除转矩脉动。这样一来，能够进一步降低脉动，有效地降低需求激增的混合动力车辆及电动车辆在电动机驱动时的噪音振动。
此外，上述例子中，转子3配置于定子2内侧，但本发明也能适用于转子配置于定子外侧的电动机。

Claims (4)

1.一种永磁体电动机，其特征在于，具备：
定子，所述定子具有定子铁芯以及安装于所述定子铁芯的多个绕组；及
转子，所述转子具有转轴、固定于所述转轴的转子铁芯以及固定于所述转子铁芯的多个永磁体，并且所述转子形成有与所述定子铁芯相对的多个转子磁极，所述转子以所述转轴为中心进行旋转，
至少一部分所述转子磁极由所述转子铁芯构成，
所述转子铁芯的轴向长度以及所述永磁体的轴向长度比所述定子铁芯的轴向长度要长。
2.如权利要求1所述的永磁体电动机，其特征在于，所述定子铁芯在周向上被分割成多个并被一体化。
3.如权利要求1或2所述的永磁体电动机，其特征在于，所述定子铁芯在半径方向上被分割成多个并被一体化。
4.如权利要求1至3中任一项所述的永磁体电动机，其特征在于，所述转子沿轴向被分割成多段，并且被扭斜。
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