CN111357171B - 永磁体式旋转电机 - Google Patents

Abstract

获得一种能增加q轴电感的永磁体式旋转电机。将q轴磁路在径向的外侧的部分即q轴磁路出口部分的宽度方向尺寸设为d₁，将在轴向观察的情况下在相对于永磁体磁化方向的垂直方向的永磁体的尺寸设为W₂，将成为转子铁芯在一对永磁体之间的部分且在径向的内侧的部分的磁路即内侧磁体间磁路的宽度方向尺寸的一半的尺寸设为W₄，在上述情况下，该永磁体式旋转电机满足d₁＞0.6×W₂‑W₄。

Description

永磁体式旋转电机

技术领域

本发明涉及永磁体嵌入到转子铁芯的永磁体式旋转电机。

背景技术

以往，已知一种永磁体式旋转电机，包括定子、以及在径向上设置在比定子更靠内侧的转子。转子具有在外周部形成有一对磁体插入孔的转子铁芯、以及分别插入到一对磁体插入孔的一对永磁体。一对永磁体在径向上以随着朝向外侧而彼此远离的方式配置成V字形状。在定子铁芯在一对永磁体之间的部分，形成有磁狭缝。由此，d轴电感减少(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2004-104962号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在转子铁芯在永磁体与磁狭缝之间的部分产生磁饱和，从而q轴电感减少。其结果是，存在永磁体式旋转电机的转矩减少的问题。

本发明是为了解决如上所述问题而完成的，其目的在于提供一种永磁体式旋转电机，能增加q轴电感。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明所涉及的永磁体式旋转电机包括：转子；以及相对于转子设置于转子在径向的外侧的定子，转子具有形成有一对磁体插入孔的转子铁芯、以及分别插入到一对磁体插入孔的一对永磁体，一对永磁体在沿转子的轴向进行观察的情况下在径向上配置成随着朝向外侧而彼此远离的V字形状，在成为转子铁芯在径向的外侧的部分且在一对所述永磁体之间的部分，形成有外周侧磁狭缝，在转子铁芯在永磁体与外周侧磁狭缝之间的部分，形成有q轴磁路，将q轴磁路在径向的外侧的部分即q轴磁路出口部分的宽度方向尺寸设为d₁，将沿轴向进行观察的情况下在相对于永磁体磁化方向的垂直方向的永磁体的尺寸设为W₂，将成为转子铁芯在一对永磁体之间的部分且在径向的内侧的部分的磁路即内侧磁体间磁路的宽度方向尺寸的一半的尺寸设为W₄，在上述情况下，满足d₁＞0.6×W₂-W₄。

发明效果

根据本发明所涉及的永磁体式旋转电机，能防止q轴磁路出口部分中的磁饱和。其结果是，能增加q轴电感。

附图说明

图1是示出本发明实施方式1所涉及的永磁体式旋转电机的俯视图。

图2是示出图1的A部的放大图。

图3是示出图2的B部的放大图。

图4是示出本发明实施方式2所涉及的永磁体式旋转电机的主要部分的俯视图。

图5是示出本发明实施方式3所涉及的永磁体式旋转电机的主要部分的俯视图。

图6是示出图5的C部的放大图。

图7是示出通过图5的齿的磁通的图。

图8是示出用于与实施方式3所涉及的永磁体式旋转电机进行比较的比较例中的通过齿的磁通的图。

图9是示出本发明实施方式4所涉及的永磁体式旋转电机的主要部分的俯视图。

图10是示出图9的D部的放大图。

图11是示出用于与实施方式4所涉及的永磁体式旋转电机进行比较的比较例中的通过齿的磁通的图。

图12是示出本发明实施方式5所涉及的永磁体式旋转电机的主要部分的俯视图。

图13是示出图12的永磁体式旋转电机中的磁通的流动的图。

图14是示出用于与实施方式5所涉及的永磁体式旋转电机进行比较的比较例中的磁通的流动的图。

图15是示出本发明实施方式6所涉及的永磁体式旋转电机的主要部分的俯视图。

具体实施方式

实施方式1.

图1是示出本发明实施方式1所涉及的永磁体式旋转电机的俯视图，图2是示出图1的A部的放大图。实施方式1所涉及的永磁体式旋转电机包括形成为圆环状的定子1、及与定子1相对设置的转子2。定子1相对于转子2设置于转子2在径向的外侧。以下，将径向设为与转子2相关的径向，将周向设为与转子2相关的周向，将轴向设为与转子2相关的轴向。

定子1包括定子铁芯11、设置于定子铁芯11的多个线圈12。定子铁芯11具有形成为圆环状的铁芯背部111、以及在径向上从铁芯背部111向内侧突出的多个齿112。多个齿112沿周向等间隔排列配置。在沿周向相邻的各个齿112之间，逐个形成多个槽113。线圈12设置于槽113。

转子2包括圆柱状的转子铁芯21、与嵌入到转子铁芯21的多个永磁体22。对于转子铁芯21，沿周向等间隔地形成多对磁体插入孔211。

一对磁体插入孔211在沿轴向进行观察的情况下在径向上形成为随着朝向外侧而彼此远离的V字形状。将永磁体22逐个分别插入到一对磁体插入孔211中。插入到一对磁体插入孔211的一对永磁体22在沿轴向进行观察的情况下在径向上配置成随着朝向外侧而彼此远离的V字形状。

在成为转子铁芯21在径向的外侧的部分且在一对永磁体22之间的部分，形成有多个外周侧磁狭缝212。本示例中，形成有2条外周侧磁狭缝212。将2条外周侧磁狭缝212中的一条设为第1外周侧磁狭缝212a，将另一条设为第2外周侧磁狭缝212b。第1外周侧磁狭缝212a及第2外周磁狭缝212b分别形成为U字形状。第1外周侧磁狭缝212a及第2外周侧磁狭缝212b各自的两端部在径向上配置于外侧，其各自的中间部在径向上配置于内侧。第2外周侧磁狭缝212b配置于第1外周侧磁狭缝212a的内侧。因此，第1外周侧磁狭缝212a配置得比第2外周侧磁狭缝212b更接近永磁体22。

在成为转子铁芯12在一对磁体插入孔211之间的部分且在径向的内侧的部分，形成有内周侧磁狭缝213。

图3是示出图2的B部的放大图。将成为磁体插入孔211在径向的外侧的部分且未插入永磁体22的部分设为径向外侧磁狭缝211a。另外，将成为磁体插入孔211在径向上的内侧的部分且未插入永磁体22的部分设为径向内侧磁狭缝211b。

内周侧磁狭缝213配置在一对磁体插入孔211各自的径向内侧磁狭缝211b之间。将转子铁芯21在一对磁体插入孔211各自的径向内侧磁狭缝211b与内周侧磁狭缝213之间的部分设为内侧磁体间磁路214。内侧磁体间磁路214是转子铁芯21在一对永磁体22之间的部分且成为在径向上的内侧的部分的磁路。图3中示出了一方的磁体插入孔211的径向内侧磁狭缝211b与内周侧磁狭缝213之间的内侧磁体间磁路214的部分。

将转子铁芯21中的在一对永磁体22之间通过并沿径向延伸的部分设为d轴。d轴是转子铁芯21中磁通难以通过的部分。在转子铁芯21在永磁体22与第1外周侧磁狭缝212a之间的部分，形成有q轴磁路。将q轴磁路在径向上的外侧的部分设为q轴磁路出口部分215。q轴磁路是转子铁芯21中q轴磁通通过的部分。

将q轴磁路出口部分215的宽度方向尺寸设为d₁。将沿轴向进行观察的情况下在相对于永磁体22磁化方向的垂直方向上的永磁体22的尺寸设为W₂。将内侧磁体间磁路214的宽度方向尺寸的一半的尺寸设为W₄。将永磁体22的残留磁通密度设为B_mag。将转子铁芯21的磁化已饱和时的磁通密度设为B_s。该情况下，形成转子2以满足d₁＞W₂×B_mag/B_s-W₄。

永磁体22的总磁通量表示为W₂×B_mag。一对径向内侧磁狭缝211b中的一方的径向内侧磁狭缝211b与内周侧磁狭缝213之间的漏磁表示为W₄×B_s。因此，通过q轴磁路出口部分215的磁通表示为W₂×B_mag-W₄×B₂。由此，q轴磁路出口部分215的磁通密度表示为(W₂×B_mag-W₄×B₂)/d₁。其结果是，为了防止q轴磁路出口部分215的磁饱和，设为q轴磁路出口部分215的磁通密度(W₂×B_mag-W₄×B₂)/d₁变得比转子铁芯21的磁化已饱和时的磁通密度B_s要低即可。

在进行了实际设计的情况下，B_mag达到1.15(T)～1.30(T)，B_s达到1.7(T)～1.9(T)。由此，成为B_mag/B_s＞0.60。因此，形成转子2以满足d₁＞0.6×W₂-W₄。

如上述说明那样，根据本发明实施方式1所涉及的永磁体式旋转电机，满足d₁＞0.6×W₂-W₄。由此，能防止q轴磁路出口部分215中的磁饱和。其结果是，能增大q轴电感。因此，能增大永磁体式旋转电机的磁阻转矩。

另外，在转子铁芯21在一对永磁体22之间的部分，形成有多个外周侧磁狭缝212。由此，能抑制因外周侧磁狭缝212阻断电枢磁通而导致的磁阻增加，并能降低d轴电感。其结果是，能增加永磁体式旋转电机的凸极比。因此，能增加永磁体式旋转电机的磁阻转矩。

实施方式2.

图4是示出本发明实施方式2所涉及的永磁体式旋转电机的主要部分的俯视图。是转子铁芯21在永磁体22与第1外周侧磁狭缝212a之间的部分，将其宽度方向尺寸最小部分的宽度方向尺寸设为d₂。该示例中，设为d₁＞d₂。在轴向观察的情况下在相对于永磁体22磁化方向的垂直方向上，将永磁体22的与第1外周侧磁狭缝212a最近的部分即最接近部分22a与永磁体22在径向的内侧的部分22b之间的尺寸设为W₃。该情况下，形成转子2以满足d₂＞W₃×B_mag/B_s-W₄。换言之，形成转子2以满足d₂＞0.6×W₃-W₄。其它结构与实施方式1相同。

如上述说明那样，根据本发明实施方式2所涉及的永磁体式旋转电机，满足d₂＞W₃×B_mag/B_s-W₄。由此，能防止转子铁芯21在永磁体22与第1外周侧磁狭缝212a之间的部分的磁饱和。其结果是，无需降低q轴电感，能增大第1外周侧磁狭缝212a。因此，无需降低q轴电感，能降低d轴电感。其结果是，能增加永磁体式旋转电机的凸极比。

实施方式3.

图5是示出本发明实施方式3所涉及的永磁体式旋转电机的主要部分的俯视图，图6是示出图5的C部的放大图。将齿112中的宽度方向尺寸最小的部分的宽度方向尺寸设为d₃。将第1外周侧磁狭缝212a中的与q轴磁路出口部分215沿周向相邻的部分的宽度方向尺寸设为W₅。该情况下，形成永磁体式旋转电机以满足d₃＞W₅。其它结构与实施方式1或实施方式2相同。

图7是示出通过图5的齿112的磁通的图，图8是示出用于与实施方式3所涉及的永磁体式旋转电机比较的比较例中的通过齿112的磁通的图。对于形成了第1外周侧磁狭缝212a以满足d₃＞W₅的情况，即使在第1外周侧磁狭缝212a中的与q轴磁路出口部分215沿周向相邻的部分与齿112相对的情况下，通过齿112的磁通φ也通过q轴磁路。由此，能抑制通过齿112的磁通φ被第1外周侧磁狭缝212a妨碍。其结果是，能降低永磁体式旋转电机的转矩的减少。

另一方面，对于形成了第1外周侧磁狭缝212a以满足d₃≤W₅的情况，在第1外周侧磁狭缝212a中的与q轴磁路出口部分215沿周向相邻的部分与齿112相对的情况下，通过齿112的磁通φ不通过q轴磁路。由此，通过齿112的磁通φ被第1外周侧磁狭缝212a妨碍。其结果是，q轴磁路的磁阻增加。因此，永磁体式旋转电机的转矩减少。

如上述说明那样，根据本发明实施方式3所涉及的永磁体式旋转电机，满足d₃＞W₅。由此，能降低永磁体式旋转电机的转矩的减少。

实施方式4.

图9是示出本发明实施方式4所涉及的永磁体式旋转电机的主要部分的俯视图，图10是示出图9的D部的放大图。将q轴磁路出口部分215的宽度方向尺寸设为d₁。将齿112中的宽度方向尺寸最小的部分的宽度方向尺寸设为d₃。该情况下，形成永磁体式旋转电机以满足d₃＜d₁。其它结构与实施方式1至实施方式3的某个相同。

在形成了永磁体式旋转电机以满足d₃＜d₁的情况下，能抑制电枢磁通φ_A及磁体磁通φ_M所导致的q轴磁路出口部分215中的磁饱和。图11是示出用于与实施方式4所涉及的永磁体式旋转电机比较的比较例中的通过齿112的磁通的图。在形成了永磁体式旋转电机以满足d₃≥d₂的情况下，产生电枢磁通φ_A及磁体磁通φ_M所导致的q轴磁路出口部分215中的磁饱和。由此，转子铁芯21中的磁阻增加。

如上述说明那样，根据本发明实施方式4所涉及的永磁体式旋转电机，满足d₃＜d₁。由此，能抑制电枢磁通φ_A及磁体磁通φ_M所导致的q轴磁路出口部分215中的磁饱和。其结果是，能抑制转子铁芯21的磁阻的增加。

实施方式5.

图12是示出本发明实施方式5所涉及的永磁体式旋转电机的主要部分的俯视图。将齿112中宽度方向尺寸最小即最小宽度部分114的宽度方向尺寸设为d₃。将与齿112中的最小宽度部分114沿周向相邻的槽113的部分的宽度方向尺寸设为W₆。将第1外周侧磁狭缝212a中的与q轴磁路出口部分215沿周向相邻的部分的宽度方向尺寸设为W₅。该情况下，形成永磁体式旋转电机以满足d₁+W₅＜d₃+W₆。其它结构与实施方式1至实施方式4的某个相同。

图13是示出图12的永磁体式旋转电机中的磁通的流动的图。在形成了永磁体式旋转电机以满足d₁+W₅＜d₃+W₆的情况下，电枢磁通φ_A能通过转子铁芯21中的沿周向与第1外周侧磁狭缝212a的两侧相邻的部分。由此，能抑制转子铁芯21中的磁阻的降低。其结果是，能抑制永磁体式旋转电机的磁阻转矩的降低。

图14是示出用于与实施方式5所涉及的永磁体式旋转电机比较的比较例中的磁通的流动的图。图14中，形成永磁体式旋转电机以满足d₁+W₅＞d₃+W₆。在形成了永磁体式旋转电机以满足d₁+W₅＞d₃+W₆的情况下，电枢磁通φ_A不能通过转子铁芯21中的第1外周侧磁狭缝212a与第2外周侧磁狭缝212b之间。另外，在该情况下，电枢磁通φ_A通过转子铁芯21中的第1外周侧磁狭缝212a与永磁体22之间。换言之，电枢磁通φ_A能仅通过转子铁芯21中的沿周向与第1外周侧磁狭缝212a的一侧相邻的部分。由此，转子铁芯21中的磁阻降低。其结果是，转子铁芯21中的磁阻对应于转子2的旋转角而降低。因此，永磁体式旋转电机的磁阻转矩降低。

如上述说明那样，根据本发明实施方式5所涉及的永磁体式旋转电机，满足d₁+W₅＜d₃+W₆。由此，能抑制转子铁芯21中的磁阻的降低。其结果是，能抑制永磁体式旋转电机的磁阻转矩的降低。

实施方式6.

图15是示出本发明实施方式6所涉及的永磁体式旋转电机的主要部分的俯视图。在成为转子铁芯21的外周面且与外周侧磁狭缝212在径向相邻的部分，形成有槽216。通过在转子铁芯21形成槽216，从而使转子铁芯21轻量化。

将齿112中的宽度方向尺寸最小即最小宽度部分114的宽度方向尺寸设为d₃。将第1外周侧磁狭缝212a中的与q轴磁路出口部分215沿周向相邻的部分的宽度方向尺寸设为W₅。该情况下，以d轴为中心沿周向在±d₃/2的范围内的外周侧磁狭缝212无需满足d₃＞W₅。其它结构与实施方式1至实施方式5的某个相同。

如上述说明那样，根据本发明实施方式6所涉及的永磁体式旋转电机，在成为转子铁芯21的外周面且与外周侧磁狭缝212沿径向相邻的部分，形成有槽216。由此，在转子2进行高速旋转的情况下，能降低因离心力而作用于转子铁芯21的应力。

另外，形成以d轴为中心沿周向在±d₃/2的范围内的外周侧磁狭缝212的磁路对永磁体式旋转电机的磁阻转矩贡献较小。因此，即使将外周侧磁狭缝212中的与q轴磁路出口部分215沿周向相邻的部分的宽度方向尺寸W₅设得比齿112的最小宽度部分114的宽度方向尺寸d3要大，对永磁体式旋转电机的磁阻转矩所产生的影响也较小。

另外，各上述实施方式中，对下述结构进行了说明，即：在成为转子铁芯21在径向的外侧的部分且为一对永磁体22之间的部分形成有2条外周侧磁狭缝212。与此相对，可以构成为在成为转子铁芯21在径向的外侧的部分且为一对永磁体22之间的部分形成有1条外周侧磁狭缝212，或构成为形成有3条以上的外周侧磁狭缝212。

标号说明

1 定子，

2 转子，

11 定子铁芯，

12 线圈，

21 转子铁芯，

22 永磁体，

22a 最接近部分，

111 芯体背部，

112 齿，

113 槽，

114 最小宽度部分，

21 转子铁芯，

22 永磁体，

211 磁体插入孔，

211a 径向外侧磁狭缝，

211b 径向内侧磁狭缝，

212 外周侧磁狭缝，

212a 第1外周侧磁狭缝，

212b 第2外周侧磁狭缝，

213 内周侧磁狭缝，

214 内侧磁体间磁路，

215 q轴磁路出口部分，

216 槽。

Claims (8)

1.一种永磁体式旋转电机，其特征在于，包括：

转子；及

定子，该定子相对于所述转子设置于所述转子在径向的外侧，

所述转子具有形成有一对磁体插入孔的转子铁芯、以及分别插入到一对所述磁体插入孔的一对永磁体，

一对所述永磁体在沿所述转子的轴向进行观察的情况下在所述径向上配置成随着朝向外侧而彼此远离的V字形状，

在成为所述转子铁芯在所述径向的外侧的部分且在一对所述永磁体之间的部分，形成有外周侧磁狭缝，

在所述转子铁芯在所述永磁体与所述外周侧磁狭缝之间的部分，形成有q轴磁路，

将所述q轴磁路在所述径向的外侧的部分即q轴磁路出口部分的宽度方向尺寸设为d₁，将在沿所述轴向进行观察的情况下在相对于所述永磁体磁化方向的垂直方向的所述永磁体的尺寸设为W₂，将成为所述转子铁芯在一对所述永磁体之间的部分且在所述径向的内侧的部分的磁路即内侧磁体间磁路的宽度方向尺寸的一半的尺寸设为W₄，在上述情况下，满足

d₁＞0.6×W₂-W₄。

2.一种永磁体式旋转电机，其特征在于，包括：

转子；及

定子，该定子相对于所述转子设置于所述转子在径向的外侧，

所述转子具有形成有一对磁体插入孔的转子铁芯、以及分别插入到一对所述磁体插入孔的一对永磁体，

一对所述永磁体在沿所述转子的轴向进行观察的情况下在所述径向上配置成随着朝向外侧而彼此远离的V字形状，

在成为所述转子铁芯在所述径向的外侧的部分且在一对所述永磁体之间的部分，形成有外周侧磁狭缝，

在所述转子铁芯在所述永磁体与所述外周侧磁狭缝之间的部分，形成有q轴磁路，

将所述q轴磁路在所述径向的外侧的部分即q轴磁路出口部分的宽度方向尺寸设为d₁，将在沿所述轴向进行观察的情况下在相对于所述永磁体磁化方向的垂直方向的所述永磁体的尺寸设为W₂，将成为所述转子铁芯在一对所述永磁体之间的部分且在所述径向的内侧的部分的磁路即内侧磁体间磁路的宽度方向尺寸的一半的尺寸设为W₄，将所述永磁体的残留磁通密度设为B_mag，将所述转子铁芯的磁化已饱和时的磁通密度设为B_s，在上述情况下，满足

d₁＞W₂×B_mag/B_s-W₄。

3.如权利要求2所述的永磁体式旋转电机，其特征在于，

将成为所述转子铁芯在所述永磁体与所述外周侧磁狭缝之间的部分且宽度方向尺寸最小的部分的宽度方向尺寸设为d₂，将在沿所述轴向进行观察的情况下在相对于所述永磁体磁化方向的垂直方向上所述永磁体的与所述外周侧磁狭缝最近的部分即最接近部分与所述永磁体在所述径向的内侧的部分之间的尺寸设为W₃，在上述情况下，满足

d₂＞W₃×B_mag/B_s-W₄。

4.如权利要求1至3的任一项所述的永磁体式旋转电机，其特征在于，

所述定子具有定子铁芯，该定子铁芯具有前端部与所述转子相对且沿所述转子的周向排列的多个齿，

将所述齿中的宽度方向尺寸最小的部分的宽度方向尺寸设为d₃，将所述外周侧磁狭缝中的与所述q轴磁路出口部分沿所述周向相邻的部分的宽度方向尺寸设为W₅，在上述情况下，满足

d₃＞W₅。

5.如权利要求1至3的任一项所述的永磁体式旋转电机，其特征在于，

所述定子具有定子铁芯，该定子铁芯具有前端部与所述转子相对并沿所述转子的周向排列的多个齿，

在将所述齿中的宽度方向尺寸最小的部分的宽度方向尺寸设为d₃的情况下，满足

d₃＜d₁。

6.如权利要求1至3的任一项所述的永磁体式旋转电机，其特征在于，

所述定子具有定子铁芯，该定子铁芯具有前端部与所述转子相对并沿所述转子的周向排列的多个齿，

在所述定子铁芯的沿所述周向相邻的一对所述齿之间的部分，形成有槽，

将所述齿中的宽度方向尺寸最小的部分的最小宽度尺寸设为d₃，将与所述齿中的宽度方向尺寸最小的部分沿所述周向相邻的所述槽的部分的宽度方向尺寸设为W₆，将所述外周侧磁狭缝中的与所述q轴磁路出口部分沿所述周向相邻的部分的宽度方向尺寸设为W₅，在上述情况下，满足

d₁+W₅＜d₃+W₆。

7.如权利要求1至3的任一项所述的永磁体式旋转电机，其特征在于，

在成为所述转子铁芯的外周面且与所述外周侧磁狭缝沿所述径向相邻的部分，形成有槽。

8.如权利要求1至3的任一项所述的永磁体式旋转电机，其特征在于，

在所述转子铁芯在一对所述永磁体之间的部分，形成有多个所述外周侧磁狭缝。

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