CN111384801B - 旋转电机的转子 - Google Patents

Abstract

提供即使转子铁心和永久磁铁以不同的线膨胀系数膨胀或收缩也能够减少在永久磁铁及转子铁心的磁铁插入孔周边产生的应力的旋转电机的转子。旋转电机的转子具备：转子铁心，其具有沿周向形成的多个磁铁插入孔(30)；以及多个磁极部(50)，它们由插入到磁铁插入孔中的永久磁铁(60)构成。磁铁插入孔具有：第一抵接面(31A)，其使永久磁铁的外径侧第一端部(631)以能够滑动的方式抵接；以及第二抵接面(32A)，其使永久磁铁的外径侧第二端部(632)以能够滑动的方式抵接。永久磁铁的内径侧第一端部(641)及内径侧第二端部(642)位于比第一假想线(L1)及第二假想线(L2)靠永久磁铁的周向中央侧的位置。

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

以往，作为旋转电机中使用的转子，已知有在转子铁心的内部沿周向以规定的间隔配置多个永久磁铁的、所谓的IPM马达。在这种IPM马达中，以朝向旋转轴线凸出的方式配置圆弧形状的永久磁铁，且作为用于将圆弧形状的永久磁铁固定到转子铁心的机构，例如在专利文献1中公开了如下结构：从转子铁心的旋转轴线方向观察时，使圆弧形状的永久磁铁的周向两端面与在磁铁插入孔的周向两端部附近设置的支承突起抵接。

在先技术文献

专利文献1：日本特开2014-100048号公报

通常，由于转子铁心的材料与永久磁铁的材料不同，因此由于温度变化，转子铁心和永久磁铁以不同的线膨胀系数膨胀或收缩。例如，若以钕磁铁为例进行说明，则钕磁铁中，磁化方向的线膨胀系数成为正值，与磁化方向垂直的方向的线膨胀系数成为负值。因此，当转子的温度上升时，整个转子铁心膨胀，而钕磁铁沿径向膨胀，且沿周向收缩。相反，当转子的温度下降时，整个转子铁心收缩，而钕磁铁沿径向收缩，且沿周向膨胀。

然而，在专利文献1的旋转电机的转子中，通过使永久磁铁的周向两端面与在磁铁插入孔的周向两端部附近设置的支承突起抵接，从而将永久磁铁固定到转子铁心，因此若由于转子的温度变化而转子铁心和永久磁铁以不同的线膨胀系数膨胀或收缩，则导致在磁铁插入孔的支承突起周边及永久磁铁的抵接部位周边产生大的应力。

发明内容

本发明提供一种旋转电机的转子，即使转子铁心和永久磁铁以不同的线膨胀系数膨胀或收缩，也能够减少在永久磁铁及转子铁心的磁铁插入孔周边产生的应力。

本发明的一种旋转电机的转子，其具备：

大致圆环形状的转子铁心，其具有沿周向形成的多个磁铁插入孔；以及

多个磁极部，它们由插入到多个所述磁铁插入孔中的永久磁铁构成，其中，

所述永久磁铁具有：

外径侧第一端部及外径侧第二端部，它们形成外径侧两端部；

内径侧第一端部及内径侧第二端部，它们形成内径侧两端部；

外径面，其从所述外径侧第一端部向所述外径侧第二端部延伸，且向径向内侧呈凸状弯曲；

内径面，其从所述内径侧第一端部向所述内径侧第二端部延伸；

第一端面，其从所述外径侧第一端部向内径侧第一端部延伸；以及

第二端面，其从所述外径侧第二端部向内径侧第二端部延伸，

所述磁铁插入孔具有：

以大致直线状延伸的第一抵接面，其供所述永久磁铁的所述外径侧第一端部以能够滑动的方式抵接；以及

以大致直线状延伸的第二抵接面，其供所述永久磁铁的所述外径侧第二端部以能够滑动的方式抵接，

所述第一抵接面及所述第二抵接面被配置成：作为所述第一抵接面的延长线的第一假想线及作为所述第二抵接面的延长线的第二假想线在所述永久磁铁的所述外径面侧相交，

所述永久磁铁的所述内径侧第一端部及所述内径侧第二端部位于比所述第一假想线及所述第二假想线靠所述永久磁铁的周向中央侧的位置。

发明效果

根据本发明，在由于温度变化而转子铁心和永久磁铁以不同的线膨胀系数膨胀或收缩的情况下，永久磁铁的外径侧第一端部及外径侧第二端部在磁铁插入孔的第一抵接面及第二抵接面上滑动并抵接。由此，即使转子铁心和永久磁铁以不同的线膨胀系数膨胀或收缩，也能够减少在永久磁铁及转子铁心的磁铁插入孔周边产生的应力。

附图说明

图1是本发明的一实施方式中的旋转电机的转子的主视图。

图2A是图1的旋转电机的转子的温度上升时的磁极部周边的放大图。

图2B是图1的旋转电机的转子的温度下降时的磁极部周边的放大图。

附图标记说明：

10 转子；

20 转子铁心；

30 磁铁插入孔；

31A 第一抵接面；

32A 第二抵接面；

50 磁极部；

60 永久磁铁；

61 第一端面；

62 第二端面；

63 外径面；

631 外径侧第一端部；

632 外径侧第二端部；

64 内径面；

641 内径侧第一端部；

642 内径侧第二端部；

L1 第一假想线；

L2 第二假想线；

L3 第三假想线；

L4 第四假想线；

C 间隙；

α、β 所成角度。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的旋转电机的转子的一实施方式进行说明。

<转子的整体结构>

如图1所示，第一实施方式的旋转电机的转子10具备：转子铁心20，其安装于转子轴(未图示)的外周部；以及多个磁极部50，它们沿周向以规定的间隔形成于转子铁心20的内部，所述旋转电机的转子10具有大致圆环形状，且配置在定子(未图示)的内周侧。

转子铁心20通过沿轴向层叠多个大致同一形状的圆环状电磁钢板、例如硅钢板200而形成，并且沿周向以规定的间隔形成有多个磁铁插入孔30。

磁极部50由插入到各磁铁插入孔30中的永久磁铁60构成。永久磁铁60在径向上被磁化，并且，被配置成磁极部50的磁化方向在周向上交替地成为相反方向。

<磁铁插入孔的形状>

如图2A及图2B所示，形成于转子铁心20的磁铁插入孔30具有：外径侧第一端部331及外径侧第二端部332，它们形成径向外侧的周向两端部；以及内径侧第一端部341及内径侧第二端部342，它们形成径向内侧的周向两端部。磁铁插入孔30具有：第一端壁面31，其从外径侧第一端部331向内径侧第一端部341延伸；第二端壁面32，其从外径侧第二端部332向内径侧第二端部342延伸；外径壁面33，其从外径侧第一端部331向外径侧第二端部332延伸，且具有向径向内侧凸出的圆弧形状；以及内径壁面34，其从内径侧第一端部341向内径侧第二端部342延伸，且具有向径向内侧凸出的圆弧形状。在本实施方式中，外径壁面33及内径壁面34的圆弧成为同心圆弧。

磁铁插入孔30的第一端壁面31具备：第一抵接面31A，其从外径侧第一端部331以大致直线状延伸；以及第一磁通屏障形成面31B，其从内径侧第一端部341朝向转子铁心20的外周面21突出并连接于第一抵接面31A。磁铁插入孔30的第二端壁面32具备：第二抵接面32A，其从外径侧第二端部332以大致直线状延伸；以及第二磁通屏障形成面32B，其从内径侧第二端部342朝向转子铁心20的外周面21突出并连接于第二抵接面32A。

磁铁插入孔30的第一抵接面31A及第二抵接面32A被配置成：作为第一抵接面31A的延长线的第一假想线L1与作为第二抵接面32A的延长线的第二假想线L2在外径壁面33侧相交。因此，关于磁铁插入孔30的第一抵接面31A及第二抵接面32A，第一抵接面31A与第二抵接面32A之间的距离从外径壁面33朝向内径壁面34变长。

<永久磁铁的形状>

永久磁铁60具有向转子铁心20的径向内侧弯曲的圆弧形状。永久磁铁60具有：外径侧第一端部631及外径侧第二端部632，它们形成径向外侧的周向两端部；以及内径侧第一端部641及内径侧第二端部642，它们形成径向内侧的周向两端部。永久磁铁60具有：第一端面61，其从外径侧第一端部631向内径侧第一端部641延伸；第二端面62，其从外径侧第二端部632向内径侧第二端部642延伸；外径面63，其从外径侧第一端部631向外径侧第二端部632延伸，且具有向径向内侧凸出的圆弧形状；以及内径面64，其从内径侧第一端部641向内径侧第二端部642延伸，且具有向径向内侧凸出的圆弧形状。在本实施方式中，外径面63及内径面64的圆弧成为同心圆弧，永久磁铁60成为在周向上壁厚大致均匀的圆弧磁铁。

永久磁铁60的第一端面61及第二端面62均为大致直线状，且被配置为如下：即作为第一端面61的延长线的第三假想线L3及作为第二端面62的延长线的第四假想线L4在永久磁铁60的外径面63侧相交。因此，关于永久磁铁60的第一端面61及第二端面62，第一端面61与第二端面62之间的距离从外径面63朝向内径面64变长。

<永久磁铁的配置>

永久磁铁60中，外径侧第一端部631以能够滑动的方式抵接于磁铁插入孔30的第一抵接面31A，并且，外径侧第二端部632以能够滑动的方式与磁铁插入孔30的第二抵接面32A抵接。此时，可以在永久磁铁60的内径面64与磁铁插入孔30的内径壁面34之间设置发泡片等，也可以在磁铁插入孔30内填充冷却介质等液态介质。

永久磁铁60的内径侧第一端部641及内径侧第二端部642位于比作为磁铁插入孔30的第一抵接面31A的延长线的第一假想线L1及作为第二抵接面32A的延长线的第二假想线L2靠永久磁铁60的周向中央侧的位置。因此，即使在永久磁铁60沿着磁铁插入孔30的第一抵接面31A及第二抵接面32A滑动的情况下，永久磁铁60的内径侧第一端部641及内径侧第二端部642也不会与磁铁插入孔30的第一抵接面31A及第二抵接面32A抵接。由此，即使在永久磁铁60沿着磁铁插入孔30的第一抵接面31A及第二抵接面32A滑动的情况下，也能够使永久磁铁60的外径侧第一端部631与磁铁插入孔30的第一抵接面31A抵接，并且，能够使外径侧第二端部632与磁铁插入孔30的第二抵接面32A抵接。

在本实施方式中，第一假想线L1及第二假想线L2、和第三假想线L3及第四假想线L4均被配置成在永久磁铁60的外径面63侧相交，因此能够减小在永久磁铁60的第一端面61及第二端面62、与磁铁插入孔30的第一抵接面31A及第二抵接面32A之间形成的空间，且能够增加磁铁插入孔30内的磁铁量。另外，若将第一假想线L1与第二假想线L2的所成角度设为α，将第三假想线L3与第四假想线L4的所成角度设为β，则α＞β。由此，通过简单的结构，能够使永久磁铁60的外径侧第一端部631与磁铁插入孔30的第一抵接面31A抵接，并且，能够使外径侧第二端部632与磁铁插入孔30的第二抵接面32A抵接。

在永久磁铁60的内径面64与磁铁插入孔30的内径壁面34之间形成有间隙C。由此，永久磁铁60能够向径向内侧滑动。另外，即使永久磁铁60向径向内侧滑动，永久磁铁60也不与磁铁插入孔30的内径壁面34抵接，因此能够减少在永久磁铁60的内径面64及磁铁插入孔30的内径壁面34产生的应力。

<由于温度变化而引起的转子铁心及永久磁铁的膨胀或收缩>

在此，转子铁心20例如由硅等材料构成。相对于此，永久磁铁60例如由以钕、铁、硼为主成分的钕磁铁等磁性材料构成。因此，由于温度变化，转子铁心20和永久磁铁60以不同的线膨胀系数膨胀或收缩。尤其，在永久磁铁60由钕磁铁构成的情况下，磁化方向的线膨胀系数成为正直，与磁化方向垂直的方向的线膨胀系数成为负值。因此，当转子10的温度上升时，整个转子铁心20膨胀，而永久磁铁60沿径向膨胀，且沿周向收缩。相反，当转子10的温度下降时，整个转子铁心20收缩，而永久磁铁60沿径向收缩，且沿周向膨胀。

以下，关于永久磁铁60由钕磁铁构成的情况下的转子10的温度上升时及温度下降时，参照图2A及图2B进行说明。

如图2A所示，当转子10的温度上升时，整个转子铁心20膨胀，而永久磁铁60沿径向膨胀，且沿周向收缩。此时，如虚线所示，永久磁铁60的外径侧第一端部631及外径侧第二端部632沿着磁铁插入孔30的第一抵接面31A及第二抵接面32A而向径向外侧滑动并抵接。因此，永久磁铁60与磁铁插入孔30的抵接部位伴随转子铁心20及永久磁铁60的膨胀及收缩而移动，因此与即使转子铁心20及永久磁铁60膨胀及收缩也始终在相同的位置抵接的情况相比，不产生大的应力。由此，即使由于转子10的温度上升，而转子铁心20和永久磁铁60以不同的线膨胀系数膨胀或收缩，也能够减少在永久磁铁60及转子铁心20的磁铁插入孔30周边产生的应力。

如图2B所示，当转子10的温度下降时，整个转子铁心20收缩，而永久磁铁60沿径向收缩，且沿周向膨胀。此时，如虚线所示，永久磁铁60的外径侧第一端部631及外径侧第二端部632沿着磁铁插入孔30的第一抵接面31A及第二抵接面32A而向径向内侧滑动并抵接。因此，永久磁铁60及磁铁插入孔30的抵接部位伴随转子铁心20及永久磁铁60的膨胀及收缩而移动，因此与即使转子铁心20及永久磁铁60膨胀及收缩也始终在相同的位置抵接的情况相比，不产生大的应力。由此，即使由于转子10的温度上升，而转子铁心20和永久磁铁60以不同的线膨胀系数膨胀或收缩，也能够减少在永久磁铁60及转子铁心20的磁铁插入孔30周边产生的应力。

因此，即使由于转子10的温度变化，而转子铁心20和永久磁铁60以不同的线膨胀系数膨胀或收缩，也能够减少在永久磁铁60及转子铁心20的磁铁插入孔30周边产生的应力。

需要说明的是，本发明并不限定于前述实施方式，能够适当进行变形、改良等。

例如，在本实施方式中，关于永久磁铁60由钕磁铁构成的情况进行说明，但永久磁铁60能够使用铁氧体磁铁等任意磁性材料。在这种情况下也同样地，即使转子铁心20和永久磁铁60以不同的线膨胀系数膨胀或收缩，也能够减少在永久磁铁60及转子铁心20的磁铁插入孔30周边产生的应力。

另外，永久磁铁60设为具有向转子铁心20的径向内侧弯曲的圆弧形状，但并不限于圆弧形状，能够使用具有向径向内侧呈凸状弯曲的任意形状的外径面63的永久磁铁。

另外，在本实施方式中，设为一个磁极部50由一个永久磁铁60构成，但一个磁极部50也可以由多个永久磁铁构成。在这种情况下，关于构成磁极部50的每个永久磁铁及供该永久磁铁插入的磁铁插入孔，能够设为与本实施方式相同的形状。

另外，在本说明书中至少记载了以下事项。需要说明的是，尽管在括号内示出了上述实施方式中的相应构成要素等，但并不限定于此。

(1)一种旋转电机的转子(转子10)，其具备：

大致圆环形状的转子铁心(转子铁心20)，其具有沿周向形成的多个磁铁插入孔(磁铁插入孔30)；以及

多个磁极部(磁极部50)，它们由插入到多个所述磁铁插入孔中的永久磁铁(永久磁铁60)构成，其中，

所述永久磁铁具有：

外径侧第一端部(外径侧第一端部631)及外径侧第二端部(外径侧第二端部632)，它们形成外径侧两端部；

内径侧第一端部(内径侧第一端部641)及内径侧第二端部(内径侧第二端部642)，它们形成内径侧两端部；

外径面(外径面63)，其从所述外径侧第一端部向所述外径侧第二端部延伸，且向径向内侧呈凸状弯曲；

内径面(内径面64)，其从所述内径侧第一端部向所述内径侧第二端部延伸；

第一端面(第一端面61)，其从所述外径侧第一端部向所述内径侧第一端部延伸；以及

第二端面(第二端面62)，其从所述外径侧第二端部向所述内径侧第二端部延伸，

所述磁铁插入孔具有：

以大致直线状延伸的第一抵接面(第一抵接面31A)，其供所述永久磁铁的所述外径侧第一端部以能够滑动的方式抵接；以及

以大致直线状延伸的第二抵接面(第二抵接面32A)，其供所述永久磁铁的所述外径侧第二端部以能够滑动的方式抵接，

所述第一抵接面及所述第二抵接面被配置成：作为所述第一抵接面的延长线的第一假想线(第一假想线L1)及作为所述第二抵接面的延长线的第二假想线(第二假想线L2)在所述永久磁铁的所述外径面侧相交，

所述永久磁铁的所述内径侧第一端部及所述内径侧第二端部位于比所述第一假想线及所述第二假想线靠所述永久磁铁的周向中央侧的位置。

根据(1)，在由于温度变化而转子铁心和永久磁铁以不同的线膨胀系数膨胀或收缩的情况下，永久磁铁的外径侧第一端部及外径侧第二端部在磁铁插入孔的第一抵接面及第二抵接面上滑动并抵接。由此，即使转子铁心和永久磁铁以不同的线膨胀系数膨胀或收缩，也能够减少在永久磁铁及转子铁心的磁铁插入孔周边产生的应力。

(2)根据(1)所述的旋转电机的转子，其中，

所述永久磁铁的所述内径面与所述磁铁插入孔之间具有间隙(间隙C)。

根据(2)，永久磁铁的内径面与磁铁插入孔之间具有间隙，因此能够使永久磁铁向径向内侧滑动，且能够减少在永久磁铁的内径面及转子铁心的磁铁插入孔的径向内侧产生的应力。

(3)根据(1)或(2)所述的旋转电机的转子，其中，

所述永久磁铁的所述第一端面及所述第二端面均为大致直线状，且被配置成：作为所述第一端面的延长线的第三假想线(第三假想线L3)及作为所述第二端面的延长线的第四假想线(第四假想线L4)在所述永久磁铁的所述外径面侧相交，

若将所述第一假想线与所述第二假想线的所成角度设为α，将所述第三假想线与所述第四假想线的所成角度设为β，则α＞β。

根据(3)，永久磁铁的第一端面及第二端面均为大致直线状，且被配置成：第三假想线及第四假想线与第一假想线及第二假想线同样地在永久磁铁的外径面侧相交，因此能够增加磁铁插入孔内的磁铁量。另外，第一假想线与第二假想线的所成角度α和第三假想线与第四假想线的所成角度β成为α＞β，因此永久磁铁的外径侧第一端部及外径侧第二端部能够与磁铁插入孔的第一抵接面及第二抵接面抵接。

Claims (3)

1.一种旋转电机的转子，其具备：

大致圆环形状的转子铁心，其具有沿周向形成的多个磁铁插入孔；以及

多个磁极部，它们由插入到多个所述磁铁插入孔中的永久磁铁构成，其中，

所述永久磁铁具有：

外径侧第一端部及外径侧第二端部，它们形成外径侧两端部；

内径侧第一端部及内径侧第二端部，它们形成内径侧两端部；

外径面，其从所述外径侧第一端部向所述外径侧第二端部延伸，且向径向内侧呈凸状弯曲；

与所述外径面同心圆弧状的内径面，其从所述内径侧第一端部向所述内径侧第二端部延伸；

第一端面，其从所述外径侧第一端部向所述内径侧第一端部延伸；以及

第二端面，其从所述外径侧第二端部向所述内径侧第二端部延伸，

所述磁铁插入孔具有：

以大致直线状延伸的第一抵接面，其供所述永久磁铁的所述外径侧第一端部以能够滑动的方式抵接；

以大致直线状延伸的第二抵接面，其供所述永久磁铁的所述外径侧第二端部以能够滑动的方式抵接；

内径侧第一端部及内径侧第二端部，它们形成所述磁铁插入孔的径向内侧的周向两端部；以及

内径壁面，其从所述磁铁插入孔的所述内径侧第一端部向所述磁铁插入孔的所述内径侧第二端部延伸，且以与所述永久磁铁的内径面同心圆弧状向径向内侧呈凸状弯曲，

所述第一抵接面及所述第二抵接面被配置成：作为所述第一抵接面的延长线的第一假想线及作为所述第二抵接面的延长线的第二假想线在所述永久磁铁的所述外径面侧相交，

所述永久磁铁的所述内径侧第一端部及所述内径侧第二端部位于比所述第一假想线及所述第二假想线靠所述永久磁铁的周向中央侧的位置，

在所述永久磁铁的内径侧第一端部及内径侧第二端部与所述磁铁插入孔的内径侧第一端部及内径侧第二端部之间形成有间隙。

2.根据权利要求1所述的旋转电机的转子，其中，

所述永久磁铁的所述内径面与所述磁铁插入孔之间具有间隙。

3.根据权利要求1或2所述的旋转电机的转子，其中，

所述永久磁铁的所述第一端面及所述第二端面均为大致直线状，且被配置成：作为所述第一端面的延长线的第三假想线及作为所述第二端面的延长线的第四假想线在所述永久磁铁的所述外径面侧相交，

若将所述第一假想线与所述第二假想线的所成角度设为α，将所述第三假想线与所述第四假想线的所成角度设为β，则α＞β。

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