CN110383636A - 旋转电机的转子以及旋转电机 - Google Patents

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CN110383636A CN201880010271.1A CN201880010271A CN110383636A CN 110383636 A CN110383636 A CN 110383636A CN 201880010271 A CN201880010271 A CN 201880010271A CN 110383636 A CN110383636 A CN 110383636A
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荒井雄贵
山崎慎司
北原基男
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Abstract

在本发明的转子中，永磁铁(300)是垂直于转子轴心的截面形状为矩形的角柱构件，具有沿转子轴心延伸的两对相对的侧面(310～340)，成对的侧面(310、320)中的一方设置在转子轴心侧，另一方设置在转子外周侧。磁铁收纳槽(200A)中设置有从槽内周面突出而且抵接至两对侧面中的某一对侧面(310、320)的转子轴心侧的侧面(310)的突起部(210)。突起部(210)将沿着抵接的侧面(310)的转子外周方向的分力(F2)和沿着与侧面(310)邻接的侧面(340)的转子外周方向的分力(F1)不为零的作用力(F)施加至永磁铁(300)。

Description

旋转电机的转子以及旋转电机
技术领域
本发明涉及旋转电机的转子以及配备该转子的旋转电机。
背景技术
作为旋转电机的转子之一，有永磁铁埋入型转子(例如参考专利文献1)。在专利文献1记载的永磁铁埋入型转子中，在转子上形成的永磁铁埋入孔内配置截面形状为长方形的永磁铁，并使沿长度方向设置并相互对置的2个磁铁侧面分别挤压形成于永磁铁埋入孔内的弹性固定突件，由此进行永磁铁的长度方向的定位及固定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2011-259610号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，当转子旋转时，作用于永磁铁的离心力会使弹性固定突件发生弹性变形，有永磁铁沿长度方向移动的担忧。再者，在专利文献1记载的转子的构成的情况下，若永磁铁形状及配置相对于穿过永磁铁的重心位置的向径而理想地呈左右对称，则离心力的磁铁长度方向的分量为零，但实际上，因加工误差等而并未呈严格的左右对称，离心力的磁铁长度方向的分量不会变为零。
因此，会产生永磁铁的长度方向的移动，由此导致的磁铁-转子铁心间的磨损成为问题。尤其是在将专利文献1记载的磁铁固定方法运用于呈V字形配置永磁铁的转子的情况下，由于V字形配置下离心力在磁铁长度方向的分量不会变为零，因此避免不了磨损的问题。
解决问题的技术手段
根据本发明的一形态，一种旋转电机的转子，其在转子铁心的磁铁收纳用槽中配置有永磁铁，其中，所述永磁铁是垂直于转子轴心的截面形状为矩形的角柱构件，具有沿转子轴心延伸的两对相对的侧面，成对的所述侧面中的一方设置在转子轴心侧，另一方设置在转子外周侧，所述磁铁收纳用槽中设置有从槽内周面突出而且与所述两对侧面中的某一对侧面的转子轴心侧的侧面抵接的第1突起部，所述第1突起部将沿着抵接的侧面的转子外周方向的第1分力和沿着邻接于所述抵接的侧面的侧面的转子外周方向的第2分力不为零的作用力施加至所述永磁铁。
根据本发明的另一形态，一种旋转电机，其具备定子和上述转子。
发明的效果
根据本发明，能够防止离心力的影响造成的磁铁-转子铁心间的磨损的产生。
附图说明
图1为表示旋转电机的一实施方式的截面图。
图2为表示转子的截面的图。
图3为图2的符号B的放大图。
图4为说明使用夹具的突起部的弯折加工的一例的图。
图5为表示第1变形例的图。
图6为表示第2变形例的图。
图7为说明使突起部变形而抵接至永磁铁的侧面的工序的图。
图8为表示本发明的第2实施方式的图。
图9为表示突起部变形后的图。
图10为详细表示磁铁收纳槽的形状的立体图。
图11为说明转子铁心钢板的层叠方法的图。
图12为表示呈V字形配置具有2个突起部的磁铁收纳槽的转子铁心的一部分的图。
图13为表示第3变形例的图。
图14为表示将构成磁极的2个永磁铁配置于一直线上的情况的图。
具体实施方式
下面，参考附图，对本发明的具体实施方式进行说明。
-第1实施方式-
图1为表示旋转电机的一实施方式的截面图。在外壳10内部支承有定子20，定子20具备定子铁心21和定子绕组22。在定子铁心21的内周侧隔着空隙23可旋转地支承有转子100。转子100具备固定在转轴120上的转子铁心110、永磁铁300、以及非磁性体的挡板130。外壳10具有设置有轴承140的一对端架150，转轴120由这些轴承140旋转自如地加以支承。对转轴120设置有检测转子100的极的位置和转速的旋转变压器160。
图2为表示转子100的截面(图1的A-A截面)的图。转子100上形成有磁铁收纳槽200A、200B，一对永磁铁300呈V字形固定在磁铁收纳槽200A、200B中。由这一对永磁铁300构成1个磁极。
图3为表示图2的配置有永磁铁300的磁铁收纳槽200A的部分(符号B所示的部分)的放大图。再者，与磁铁收纳槽200B相关的各部的形状与磁铁收纳槽200A侧呈左右对称。下面，对磁铁收纳槽200A进行说明。磁铁收纳槽200A中以从槽内周面突出的方式形成有突起部210。永磁铁300是截面形状为大致矩形、具有4个侧面310、320、330、340的角柱构件。侧面310、320、330、340沿图1的转子轴心J形成。
突起部210抵接于永磁铁300的侧面310，朝转子外周方向以作用力F对永磁铁300施力。以与抵接于突起部210的侧面310相对的方式设置侧面320。此外，以将侧面310与侧面320相连的方式设置一对相对的侧面330、340。侧面320较侧面310而言配置在转子外周侧，侧面330较侧面340而言也配置在转子外周侧。
再者，在将永磁铁300收纳至磁铁收纳槽200A的时间点上，突起部210尚未接触永磁铁300的侧面310而形成有间隙。如后文所述，在收纳永磁铁300后，对突起部210进行弯折加工而使其抵接至侧面310以固定永磁铁300。
从突起部210作用于永磁铁300的作用力F可以分解为永磁铁300的长度方向的分力F1和宽度方向(厚度方向)的分力F2。永磁铁300被分力F1朝长度方向的转子外周侧施力，侧面320抵接至磁铁收纳槽200A中形成的定位部230。结果，得以进行永磁铁300的长度方向的定位。此外，永磁铁300被分力F2朝转子外周侧施力，侧面330抵接至磁铁收纳槽200的转子外周侧的壁面240。由此，得以进行永磁铁300的宽度方向的定位。即，壁面240作为永磁铁300的宽度方向相关的第2定位部而发挥功能。
图4为说明使用了夹具的突起部210的弯折加工的一例的图。首先，如图4的(a)所示，在磁铁收纳槽200A内插入永磁铁300。在该时间点上，突起部210尚未被弯折，突起部210与永磁铁300的侧面310之间形成有间隙。
然后，像图4的(b)那样在较磁铁收纳槽200的突起部210而言靠转子轴心侧的夹具插入空间400内插入棒状的变形夹具500。其后，使变形夹具500像图4的(a)的箭头所示那样朝转子外周侧移动，像虚线所示那样使突起部210的根部附近发生塑性变形，从而将突起部210朝永磁铁300的侧面310的方向弯折。这时，在突起部210的顶端接触到侧面310之后，以突起顶端部的弹性变形产生的弹性力(图3所示的作用力F)作用于永磁铁300的方式使根部附近进一步塑性变形。结果，永磁铁300的侧面320抵接至定位部230，侧面330抵接至壁面240。由此，永磁铁300得以固定在转子铁心110的磁铁收纳槽200A内。
如图3所示，从突起部210作用于永磁铁300的作用力F朝向转子外周方向，因此，永磁铁300的转子外周侧的侧面320、330分别抵接于定位部230及壁面240。因此，即便转子旋转时离心力作用于永磁铁300，永磁铁也不会在长度方向及宽度方向上移动，所以能防止永磁铁300-转子铁心110间的磨损。
再者，如图4所示，在突起部210的顶端形成朝夹具插入空间400那一侧突出的突起210a，并将突起部210的空间区域400那一侧的面设为圆弧状，由此，在弯折突起部210时利用突起210a来可靠地卡住变形夹具500。因此，变形夹具500的弯折作业的作业性优异。
如上所述，在本实施方式中，如图3所示，永磁铁300是垂直于转子轴心的截面形状为矩形的角柱构件，具有沿转子轴心延伸的两对相对的侧面310、320、330、340，例如，在成对的侧面310、320的情况下，一侧面310设置在转子轴心侧，另一侧面320设置在转子外周侧。磁铁收纳槽200A中设置有突起部210，该突起部210从槽内周面突出而且抵接至所述两对侧面中的某一对侧面310、320的转子轴心侧的侧面310，突起部210将沿着抵接的侧面310的转子外周方向的分力F2和沿着与抵接的侧面310邻接的侧面340的转子外周方向的分力F1不为零的作用力F施加至永磁铁300。
如此，在本实施方式中，突起部210将可以分解为分力F1、F2的作用力F施加至永磁铁300，永磁铁300抵接于转子外周侧的定位部230及壁面240而得以定位。因此，即便在转子旋转产生的离心力作用于永磁铁300的情况下，分力F1、F2也不会被离心力消除，能够防止磁铁收纳槽200A内的永磁铁300的位置偏移(也就是移动)，从而能防止磁铁-转子铁心间的磨损的产生。当然，由于始终作用有突起部210的作用力，因此，即便在转子停止状态下，定位部230及壁面240与永磁铁300之间也不会产生间隙而导致永磁铁300错位。
此外，如图4所示，磁铁收纳槽200A中，在较突起部210而言靠转子轴心侧设置有用于使突起部210变形的夹具插入空间400，因此，能够容易地进行使用变形夹具500的突起部210的变形作业，从而能谋求作业效率的提高。
(第1变形例)
图5为表示上述实施方式的第1变形例的图。在第1变形例中，设置有图5所示那样的突起部211代替图3所示的突起部210。在图3的突起部210的情况下，与永磁铁300的侧面310面对的磁铁收纳槽200A的壁面250所成的角度θ1为锐角，而在图5所示的情况下，角度θ2为钝角。
这种形状的突起部211的情况下，也会抵接至永磁铁300的侧面310而对永磁铁300作用转子外周方向的作用力F。结果，与设置图3所示的突起部210的情况一样，转子旋转时永磁铁300不会在长度方向及宽度方向上移动，从而能防止永磁铁300-转子铁心110间的磨损。
(第2变形例)
图6为表示上述实施方式的第2变形例的图。在第2变形例中，突起部212的形状与上述图3、5所示的突起部210、211不一样。突起部212以外的构成与上述实施方式相同。突起部212具备形成于突起部212的侧面的凹部212a、较凹部212a而言形成于槽内周面侧的塑性变形部212b、以及较凹部212a而言形成于顶端侧的抵接部212c。再者，图6展示的是使突起部212变形而抵接至永磁铁300的侧面310之前的形状。
图7为说明使突起部212变形而抵接至永磁铁300的侧面310的工序的图。如图7的(a)所示，将变形夹具500抵在突起部212的塑性变形部212b上并朝箭头方向推压突起部212。结果，塑性变形部212b的根部部分(符号C所示的部分)发生塑性变形，抵接部212c抵接至永磁铁300的侧面340。
然后，像图7的(b)所示那样从图7的(a)的状态起进一步压弯塑性变形部212b时，凹部212a的部分发生弹性变形。结果，突起部212的弹性变形产生的作用力F作用于永磁铁300。在图7的(b)所示的例子中，抵接部212c抵接至侧面310与侧面340相交叉的角部(符号D的部分)，朝转子外周方向作用有作用力F。作用力F可以分解为分力F1、F2，分力F2使得永磁铁300的侧面330抵接至磁铁收纳槽200的转子外周侧的壁面240。此外，分力F1使得永磁铁300的侧面320抵接至定位部230。结果，永磁铁300得以固定在磁铁收纳槽200A内。
如上所述，第2变形例中的突起部212像图7所示那样具备形成于槽内周面侧与顶端侧之间的凹部212a、较凹部212a而言靠槽内周面侧的塑性变形部212b、以及较凹部212a而言靠顶端侧的抵接部212c。在该构成的情况下，因凹部212a的部分的弹性变形而产生的弹性力作为作用力F作用于永磁铁300。
通过像这样在突起部212上设置凹部212a，即便间隙的偏差较大，也可以通过调整凹部212a的弯折量而使抵接部212c以所期望的作用力抵接至永磁铁300。即，通过设置凹部212a，即便弯折量较大，也能将弹性力维持在较小的状态，即便在间隙较大而弯折量较大的情况下，也能防止作用于永磁铁300的作用力变得过大。
-第2实施方式-
图8为表示本发明的第2实施方式的图。在第2实施方式中，是通过2个突起部212、213来进行永磁铁300在磁铁收纳槽200A、200B内的固定。突起部212、213以外的其他构成与图6所示的构成相同。突起部213的形状与突起部212相同，具备形成于突起部213的侧面的凹部213a、较凹部213a而言形成于槽内周面侧的塑性变形部213b、以及较凹部213a而言形成于顶端侧的抵接部213c。
图8展示的是使突起部212、213变形之前的状态，变形后成为图9所示那样的形状。图9中，突起部212与图7的(b)的情况一样，凹部212a发生弹性变形，抵接部212c抵接至永磁铁313的侧面340。另一方面，突起部213中，凹部213a发生弹性变形，抵接部213c抵接至永磁铁300的侧面310。将从突起部212、213作用于永磁铁300的弹性力合成而得的力F作为转子外周方向的作用力作用于永磁铁300。
该情况下的作用力F为突起部212产生的作用力与突起部213产生的作用力的合力。并且，作用力F的分力F2使得永磁铁300的侧面330抵接至磁铁收纳槽200的转子外周侧的壁面240，分力F1使得永磁铁300的侧面320抵接至定位部230。在本实施方式的情况下，通过进一步设置突起部213，能使将永磁铁300抵接至转子外周侧的定位部230及壁面240的作用力(分力F1、F2)大于图6所示的第2变形例的情况。
图10为详细表示磁铁收纳槽200A的部分的转子铁心110的形状的立体图。转子铁心110是将多块图11所示的转子铁心钢板110a层叠而形成。如图11所示，在转子铁心钢板110a上沿转子铁心钢板110a的周向以极距θ交替形成有用于呈V字形配置永磁铁300的两种槽开口对201、202。
再者，图11的(b)是将图11的(a)所示的转子铁心钢板110a错开极距θ程度的相位(也就是旋转极距θ的量)来加以展示。以下，将图11的(a)的配置称为第1配置，将图11的(b)所示的配置称为第2配置。
构成槽开口对201的一对槽开口201a、201b相对于穿过磁极位置的向径J1而言形成为左右对称。槽开口201a、201b中形成的突起部212也相对于向径J1而言分别形成于对称的位置。另一方面，构成槽开口对202的一对槽开口202a、202b相对于穿过磁极位置的向径J2而言形成为左右对称。槽开口202a、202b中形成的突起部213也相对于向径J2而言分别形成于对称的位置。
将图11的(a)所示的第1配置的转子铁心钢板110a与图11的(b)所示的第2配置的转子铁心钢板110a交替层叠，由此形成图12所示那样的转子铁心110。第2配置的转子铁心钢板110a上形成的槽开口202a配置在与第1配置的转子铁心钢板110a上形成的槽开口201a相同的位置，相互相对。结果，形成图12所示那样的、具有突起部212、213的磁铁收纳槽200A。
另一方面，第2配置的转子铁心钢板110a上形成的槽开口202b配置在与第1配置的转子铁心钢板110a上形成的槽开口201b相同的位置，相互相对。结果，形成图12所示那样的、具有突起部212、213的磁铁收纳槽200B。
在第2实施方式中，如图9所示，磁铁收纳槽200A中除了图6所示的突起部212以外还设置有从槽内周面突出而且抵接至另一对侧面310、320的转子轴心侧的侧面310的第2突起部213，突起部213将沿着抵接的侧面310的转子外周方向的分力F2和沿着与抵接的侧面310邻接的侧面340的转子外周方向的分力F1不为零的作用力F施加至永磁铁300。
如图11所示，层叠的各转子铁心钢板110a上沿周向交替形成有槽开口201a和槽开口202a，所述槽开口201a形成有突起部212，所述槽开口202a相对于槽开口201a而言错开极距θ程度的相位加以设置，并形成有突起部213。并且，构成转子铁心110的多个转子铁心钢板110a以槽开口201a与槽开口202a相对的方式交替层叠在一起。
如此，在第2实施方式中，在同一转子铁心钢板110a上形成形成有突起部212的槽开口201a、201b和形成有突起部213的槽开口202a、202b，并将层叠方向上邻接的转子铁心钢板110a错开极距θ程度的相位来加以层叠，因此，可以利用一种转子铁心钢板110a来容易地形成具有2个突起部212、213的磁铁收纳槽200A、200B。
(第3变形例)
图13为表示第2实施方式的变形例即第3变形例的图。在第3变形例中，是在同一转子铁心钢板上形成突起部214和突起部215。在图13所示的例子中，突起部214的形状呈与图3所示的突起部210类似的形状，通过使变形夹具500相对于突起部214朝箭头R1方向移动，突起部214的顶端部分抵接至永磁铁300的侧面310。另一方面，突起部215与突起部214呈左右对称的形状，通过使变形夹具500相对于突起部215朝箭头R2方向移动，突起部215的顶端部分抵接至永磁铁300的侧面340。
作用力F是将突起部214产生的作用力与突起部215产生的作用力合成而得。作用力F的分力F1使得永磁铁300的侧面320抵接至定位部230，分力F2使得永磁铁300的侧面330抵接至磁铁收纳槽200A的壁面240。结果，永磁铁300得以固定在磁铁收纳槽200A内。如此，在第3变形例中，由于突起部214、215形成于同一转子铁心钢板上，因此无须像图11所示的构成的情况那样在层叠转子铁心钢板时将相位错开极距θ的量。
再者，在上述实施方式中，以呈V字形配置永磁铁300的情况为例进行了说明，但在像图14所示那样将一对永磁铁300配置在一直线上的构成的情况下也同样能加以运用。在图14所示的例子中，磁铁收纳槽200A、200B相对于穿过磁极位置的向径J1而言左右对称地配置在一直线上。突起部212抵接至永磁铁300的侧面310与侧面340的角部附近，对永磁铁300施加转子外径方向的作用力F。分力F1使得永磁铁300的侧面320抵接至定位部230，分力F2使得永磁铁300的侧面330抵接至壁面340。
转子旋转时施加至永磁铁300的离心力像虚线箭头所示那样从永磁铁的重心沿向径方向起作用，因此，永磁铁300被朝定位部230及壁面240施力。因此，与上述实施方式的情况一样，能够防止离心力的影响造成的磁铁-转子铁心间的磨损。再者，在图14所示的例子中，对磁铁收纳槽200A、200B中具有一个突起部212的情况进行了说明，但也可以与图9所示的情况一样设为设置2个突起部211、213的构成。进而，也可设置图4、5、13所示那样的突起部210、211、214、215。
上文中，对各种实施方式及变形例进行了说明，但本发明并不限定于这些内容。在本发明的技术思想的范围内思索的其他形态也包含在本发明的范围内。
符号说明
20…定子，100…转子，110a…转子铁心钢板，200A、200B…磁铁收纳槽，201a、201b、202a、202b…槽开口，210、211、212、213、214、215…突起部，212a、213a…凹部，212b、213b…塑性变形部，212c、213c…抵接部，230…定位部，240…壁面，300…永磁铁，310、320、330、340…侧面，400…夹具插入空间，500…变形夹具。

Claims (7)

1.一种旋转电机的转子，其在转子铁心的磁铁收纳用槽中配置有永磁铁，该旋转电机的转子的特征在于，
所述永磁铁是垂直于转子轴心的截面形状为矩形的角柱构件，具有沿转子轴心延伸的两对相对的侧面，
成对的所述侧面中的一方设置在转子轴心侧，另一方设置在转子外周侧，
所述磁铁收纳用槽中设置有第1突起部，所述第1突起部从槽内周面突出而且抵接至所述两对侧面中的某一对侧面的转子轴心侧的侧面，
所述第1突起部将沿着抵接的侧面的转子外周方向的第1分力和沿着与所述抵接的侧面邻接的侧面的转子外周方向的第2分力不为零的作用力施加至所述永磁铁。
2.根据权利要求1所述的旋转电机的转子，其特征在于，
所述磁铁收纳用槽中除了所述第1突起部以外还设置有第2突起部，所述第2突起部从所述槽内周面突出而且抵接至所述两对侧面中的另一对侧面的转子轴心侧的侧面，
所述第2突起部将沿着抵接的侧面的转子外周方向的第3分力和沿着与所述抵接的侧面邻接的侧面的转子外周方向的第4分力不为零的作用力施加至所述永磁铁。
3.根据权利要求1或2所述的旋转电机的转子，其特征在于，
所述磁铁收纳用槽中设置有较所述突起部而言形成于转子轴心侧的突起部变形夹具插入空间。
4.根据权利要求1或2所述的旋转电机的转子，其特征在于，
所述突起部具备形成于槽内周面侧与顶端侧之间的凹部、较所述凹部而言靠槽内周面侧的塑性变形部、以及较所述凹部而言靠顶端侧的抵接部。
5.根据权利要求2所述的旋转电机的转子，其特征在于，
所述转子铁心是将多块设置有所述第1突起部及所述第2突起部的转子铁心钢板层叠而形成。
6.根据权利要求5所述的旋转电机的转子，其特征在于，
所述转子铁心钢板上沿周向交替形成有第1槽用开口和第2槽用开口，所述第1槽用开口形成有所述第1突起部，所述第2槽用开口相对于所述第1槽用开口而言错开极距程度的相位加以设置，并形成有所述第2突起部，
构成所述转子铁心的多个所述转子铁心钢板以所述第1槽用开口与所述第2槽用开口相对的方式交替层叠在一起。
7.一种旋转电机，其特征在于，具备：
定子；以及
根据权利要求1至6中任一项所述的旋转电机的转子。
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