CN111742466A - 永磁体型电动机 - Google Patents

Abstract

永磁体型电动机(1)具有转子(22)，其具有埋设有永磁体(25)的转子芯体(23)的励磁极(40)，励磁极(40)具有比以转子(22)的轴(24)为中心的圆弧要小的半径，励磁极(40)形成有多个切口(41)，配置多个切口(41)，以使得位于多个切口(41)间的第1中心线(42a)与位于相邻的多个切口(41)间的第2中心线(42b)之间的间隔随着朝向转子芯体(23)的外周侧而扩大，励磁极(40)的多个切口(41)中，配置于励磁极(40)的中心位置的第1切口(41a)以及配置于第1切口(41a)的两侧的第2和第3切口(41b、41c)配置在永磁体(25)的周向的宽度的20％以内。

Description

永磁体型电动机

技术领域

本申请涉及永磁体型电动机。

背景技术

以往，在永磁体型电动机的转子中，为了改善永磁体的消磁耐力，在IPM(InteriorPermanent Magnet：内嵌永磁体)电动机的转子芯体表面设有各自的相邻间隔大致相等地排列的切口(例如，参照专利文献1)。

此外，在现有的电动机的磁体嵌入型转子中，为了改善转矩脉动，在IPM电动机的转子芯体表面设有向旋转方向的一方倾斜的切口(例如，参照专利文献2)。

上述那样的现有IPM电动机的主要目的在于实现消磁耐性或转矩脉动的改善。如果是消磁耐性的改善，则无需像专利文献1所公开的那样设为在转子表面设置切口的复杂的构造，应用矫顽力较高的永磁体即可。此外，如果是转矩脉动的改善，则具有专利文献2所公开那样的正圆的转子外形的构造为转矩脉动发生恶化的形状，因此并不适合。

一般情况下，IPM相对于表面磁体构造(SPM：Surface Permanent Magnet，表面磁体)更具有消磁耐力，能有效利用磁阻转矩，因此，通过增加电流量来增加转矩密度，从而能实现小型、高输出的电动机。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2006-081336号公报

专利文献2：日本专利特开2006-014450号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

此时，与SPM不同，在IPM中，与定子内径相对的面成为磁导率较高的转子芯体，因此，在周向上横穿磁极表面的磁通变大，与SPM相比，气隙的磁通密度容易变得局部过大。

在现有的永磁体型电动机中，由于气隙的局部的磁通密度的增加，与磁通密度的平方成比例的电磁激振力发生作用，使定子变形，因此，存在电动机的振动噪声恶化的问题。由于电动机电流的下降或气隙的扩大使转矩密度下降，因此，相对于SPM的小型高输出化的优点被抵消。

本申请公开用于解决上述问题的技术，其目的在于提供一种永磁体型电动机，能确保IPM的优点即小型高输出化，并能抑制电动机的振动噪声的恶化。

解决技术问题所采用的技术方案

本申请所公开的永磁体型电动机包括：定子；以及转子，该转子与所述定子的内侧相对配置，具有埋设有永磁体的转子芯体的励磁极，所述励磁极具有比以所述转子的轴为中心的圆弧要小的半径，所述励磁极形成有多个切口，配置多个所述切口，以使得位于多个所述切口间的第1中心线与位于相邻的多个所述切口间的第2中心线之间的间隔随着朝向所述转子芯体的外周侧而扩大，所述励磁极的多个所述切口中，配置于所述励磁极的中心位置的第1切口以及配置于所述第1切口的两侧的第2切口和第3切口配置在所述永磁体的周向的宽度的20％以内。

发明效果

根据本申请所公开的永磁体型电动机，能得到可确保IPM的优点即小型高输出化、并能抑制电动机的振动噪声的恶化的永磁体型电动机。

附图说明

图1是实施方式1所涉及的永磁体型电动机的轴向剖视图。

图2A是实施方式1所涉及的永磁体型电动机的转子的主视图。

图2B是实施方式1所涉及的永磁体型电动机的转子的主视图。

图2C是实施方式1所涉及的永磁体型电动机的转子的主视图。

图2D是实施方式1所涉及的永磁体型电动机的转子的主视图。

图2E是实施方式1所涉及的永磁体型电动机的转子的主视图。

图3是比较例所涉及的永磁体型电动机的主视图。

图4是比较例所涉及的永磁体型电动机的主视图。

图5是比较例所涉及的永磁体型电动机的主视图。

图6A是示出对励磁极设置了切口时的电磁激振力与转矩的变化的图。

图6B是示出对励磁极设置了切口时的电磁激振力与转矩的变化的图。

图6C是示出对励磁极设置了切口时的电磁激振力与转矩的变化的图。

图7是实施方式1所涉及的永磁体型电动机的转子的主视图。

图8是将纵轴设为电磁激振力、将横轴设为转矩脉动值来对图6A～图6C所得到的分析值进行绘制而得到的图。

图9是从图8中绘制出的数据中分离出与第1切口相邻的第2、第3切口配置在比永磁体的周向的宽度要大20％的位置的数据来进行再绘制而得到的图。

图10是从图8中绘制出的数据中分离出与第1切口相邻的第2、第3切口配置在永磁体的周向的宽度的20％以内的位置的数据来进行再绘制而得到的图。

具体实施方式

以下，基于附图对实施方式1进行说明。

此外，各附图中，相同标号表示相同或相当的结构。

实施方式1.

图1是实施方式1所涉及的永磁体型电动机的轴向剖视图。实施方式1所涉及的永磁体型电动机例如用于电动助力转向系统等。

如图1所示，永磁体型电动机(以下简称为电动机)1包括：具有在内部埋设有多个永磁体25的转子芯体23且可自由旋转地被支承的转子22；以及隔着气隙50设置于转子22的外侧的定子12。此外，定子12包括定子芯体3和定子绕组5。

定子芯体3例如通过层叠板状的电磁钢板而形成，隔着树脂制的绝缘体4卷绕有三相的定子绕组5。各相的定子绕组5通过收纳于树脂制的终端支架6的绕组终端7进行Δ接线。此外，各相的绕组终端7安装有用于与引线2连接的连接终端8。连接终端8安装于连接终端底座部9，在连接终端底座部9的内部收纳有用于将引线2安装于连接终端8的螺母10。

定子芯体3被压入铁制的框架11，成为电动机1的定子12。框架11的一个端部具有底部，在底部的中央形成有后轴承盒部13，该后轴承盒部13收纳用于支承转子22的一端的后轴承26。框架11的另一个端部开口，形成有用于与电动机1的外壳17进行连结的插口部14。框架11的插口部14的外周形成有具有螺钉止动部的凸缘部15，上述螺钉止动部用于将定子12螺钉固定于电动机1的外壳17。在电动机1的外壳17与定子12的凸缘部15之间设有用于防水的O环状的框架索环16。

电动机1的外壳17由铝合金的压模成型而形成，中央部形成有前轴承盒18，该前轴承盒18收纳用于支承转子22的一端的前轴承27。此外，在外壳17的前轴承盒18的附近形成有用于安装旋转变压器19的旋转变压器安装部20，上述旋转变压器19是用于检测转子22的旋转角度的旋转传感器。在外壳17的安装定子12的一侧的相反侧的端部设有安装插口部21，该安装插口部21用于将电动机1安装于对方侧设备。

转子22具备转子芯体23，该转子芯体23通过层叠安装于铁制的轴24的电磁钢板而形成。轴24的两端通过后轴承26和前轴承27可自由旋转地被支承。轴24的前侧端部安装有套筒28，该套筒28是用于与对方侧设备进行连结的联结部。

图2A和图2B是实施方式1所涉及的永磁体型电动机的转子的主视图。此外，图2B是图2A的放大图。如图2A和图2B所示，在转子22的转子芯体23中，沿周向埋设有多个永磁体25。多个永磁体25收纳固定于在转子芯体23内沿着周向等间隔地配置的多个永磁体安装孔47，在永磁体25的两侧形成有空隙部45。另外，图2A和图2B中，以转子22为中心来进行图示。由此，对于隔着气隙50设置于转子22的外周的定子12，省略图示。定子12具有定子芯体3和电枢绕组(未图示)，上述定子芯体3具有多个齿48和多个槽(未图示)，上述电枢绕组卷绕于齿48并收纳于槽。

在实施方式1中，定子芯体23具有花形的形状，而并非以轴24为中心的正圆，埋设有永磁体25的转子芯体23的励磁极40形成有多个切口41。励磁极40具有比以安装于转子22的内侧的轴24为中心的圆弧要小的半径。此外，多个切口41中、位于励磁极40的中心的中央切口B的长轴方向(长边方向)朝着转子芯体23的径向或花形的励磁极40的外周的径向来进行配置。

此外，切口41与切口41之间为励磁极40的转子芯体23，两侧的切口41的中心线42设定为越往外周侧前进则相距越宽。即，设定多个切口41，以使得多个切口41间的第1中心线42a与相邻的多个切口41间的第2中心线42b之间的间隔随着朝向转子22的外周侧而渐渐扩大。例如，每个励磁极40(＝1励磁部)配置有7根切口41。此外，夹住配置于励磁极40的中央的中央切口B轴对称地配置有奇数根切口41，切口41的长度轴对称地为相同的长度。永磁体25的周向的宽度比半径方向的宽度要长，成为平板型的磁体形状。

此外，为了使因切口41的存在而被分割的励磁极40一体化而设有连接部44。被切口41切断的励磁极40通过连接部44而一体化。连接部44由连接部(励磁极上侧)44a或连接部(励磁极下侧)44b构成。

此外，图2C～图2E是作为实施方式1所涉及的其它实施例的永磁体型电动机的转子的主视图。在图2C中，永磁体25的形状为曲线状，但除永磁体25和永磁体安装孔的形状以外的其它构造与图2A的构造相同。

此外，图2D中，与桥接部43相对的转子芯体23的形状为正圆形状46，但除该形状以外的其它构造与图2A的构造相同。

此外，图2E中，切口41的形状为梯形形状，但除切口41的形状以外的其它构造与图2A的构造相同。

图3～图5是比较例所涉及的永磁体型电动机的主视图。在图3～图5中，图示出隔着气隙50设置于转子22的外侧的定子12的齿48。在图3中，转子22的外形为正圆形状46，因此转矩脉动变大。此外，图4中，转子芯体23未设有切口41，因此，横穿转子芯体23的励磁极40的磁通49流过，气隙50的区域A的磁通密度增加。此外，图5中，切口41的间隔越往转子芯体23的外周侧前进则变得越小，由切口41带来的气隙50的磁通密度的分散效果不复存在。

另一方面，实施方式1中，特别是低阶的电磁激振力模式较小、振动噪声容易变大的、例如在整周产生二阶的模式的10极12槽、14极12槽、14极18槽等极槽下尤其能发挥显著的效果。

切口41中的一根位于励磁极40的中心。相对于横穿的磁通49，励磁极40的中心位于励磁极40的截面积最大且磁通49最容易流过的部位，可得到切口41带来的磁通49的切断效果。

此外，例如在Φ40～Φ50左右的10极12槽的情况下，形成于励磁极40的切口41的根数优选为每个励磁极40(＝1励磁部)5根～7根。其理由在于，若加入多根切口41直到励磁极40内的磁发生饱和，则虽然容易得到振动噪声的抑制效果，但切口41成为磁阻，转矩下降。此外，另一个理由在于，若考虑励磁极40的周向的宽度、切口宽度和切口间隔(需要转子芯体23的电磁钢板的板厚左右)，则在切口41的制作中的冲压等冲孔过程中，难以形成得比5根～7根更多等。

图6A～图6C是将对励磁极设置了切口时的构造的电磁激振力与转矩的变化量、以及未对励磁极设置切口的构造(集合B)的电磁激振力与转矩的变化量进行绘制后得到的图。在图6A～图6C中，左侧示出对电磁激振力与转矩的变化量进行绘制后得到的曲线，右侧示出未对励磁极设置切口的集合B的形状的主视图。此外，图7是实施方式1所涉及的永磁体型电动机的转子的主视图。

若更具体地进行说明，则图6A～图6C是对集合A和集合B进行绘制而得到的，其中，集合A是具有如下规格的集合：在图7所示的10极12槽的电动机1中，配置5根或7根切口41、且使切口41的位置(各切口距离L)与角度θ变化，并用电磁分析的优化设计工具进行设计，以使得成为定子芯体3或框架11的振动噪声的原因的电磁激振力的主分量即二阶分量(变形为椭圆的分量)为最小，集合B是具有如下规格的集合：作为切口设计的基准，且未对励磁极40配置切口41。

在图6A～图6C中，纵轴表示电磁激振力的变化率，横轴表示转矩变化量。纵轴将没有切口41的集合B的电磁激振力值设为100，并用百分比(％)来表示电磁激振力因切口设计相对于100能降低到何种水平。此外，横轴将没有切口41的集合B的转矩量设为0，并示出转矩量因切口设计而产生多少变化。

此外，作为切口设计的基准的规格的集合B改变励磁极40的圆弧的半径，从转子22的形状为接近正圆的形状到大致花形状中选择几个，并作为表示如下情况的根据，即：不论集合B的设计如何，以下所述的倾向都具有普遍性。具体而言，图6A的右侧所示的集合B的形状例如相当于励磁极40的圆弧的半径较小的花形状的转子22。此外，图6C的右侧所示的集合B的形状例如相当于励磁极40的圆弧的半径较大的接近正圆的形状的转子22。此外，图6B的右侧所示的集合B的形状相当于具有图6A的右侧所示的集合B的形状与图6C的右侧所示的集合B的形状的中间的励磁极40的圆弧半径的转子22。

图6A～图6C是通过最小二乘法以指数函数对将图6A～图6C所示的集合B、与从集合B分别进行了切口设计的集合A相连接的转矩-电磁激振力的曲线C进行绘制而得到的图。曲线C均是逐渐接近71％的曲线，表示通过切口设计能使电磁激振力大幅降低至最大71％的水平。此外，若与表示从作为基准的集合B到71％为止的收敛速度的指标即一般的时间常数相当的电磁激振力设为81％以下，则可以说集合A中通过切口设计电磁激振力能收敛为足够小的值。

图8是将纵轴设为电磁激振力、将横轴设为转矩脉动值来对利用图6A～图6C的各规格所得到的分析值进行绘制而得到的图。在图8中，集合B所示的三角、菱形、四边形等绘制形状是图6A～图6C的右侧所示的未对励磁极40设置切口的集合B中的任一个形状，然而，这里，未对绘制形状与集合B的形状之间的对应关系进行特别确定。此外，对于集合A也相同。

如图8所示，可知相对于未对励磁极40设置切口41的集合B，集合A是转矩脉动改善但反之发生恶化的集合。与通过切口设计而成为基准的集合B相比，转矩脉动发生恶化，电磁激振力与转矩脉动无法兼顾，无法抑制框架振动与轴振动引起的振动噪声，因此，毫无疑问地，相对于集合B转矩脉动为同等以下的规格是可得到兼顾电磁激振力与转矩脉动的显著效果的规格。此外，若着眼于这点，则绘制得到的数据被分成电磁激振力值稍大的集合A1以及集合A2的情况是明确的。

图9是在图7所示的转子22中、从图8中绘制出的数据中分离出与第1切口41a相邻的第2切口41b、第3切口41c配置在比永磁体25的周向的磁体宽度W要大20％的位置的数据来进行再绘制而得到的图。此外，图10是在图7所示的转子22中、从图8中绘制出的数据中分离出与第1切口41a相邻的第2切口41b、第3切口41c配置在相对于永磁体25的周向的磁体宽度W的20％以内的位置的数据来进行再绘制而得到的图。

这里，若分别设定距离L以使得在图7所示的转子22中，与第1切口41a相邻的第2切口41b、第3切口41c分别配置于比永磁体25的周向的磁体宽度W要大20％的位置，并分别设定距离L以使得第2切口41b、第3切口41c配置于20％以内的位置，并在图9与图10中将由此得到的数据分别分离并再绘制，则图8依赖于第2切口41b、第3切口41c相对于磁体宽度W的配置的情况是明确的。

即，根据实施方式1，通过着眼于兼顾电磁激振力与转矩脉动，从而能首次对未加以区分的集合A1与集合A2进行区分，能选择可以进一步降低电磁激振力的规格。

根据实施方式1，相对于永磁体25的周向的磁体宽度W，将20％设为阈值，通过将配置于励磁极40的中心位置的第1切口41a以及配置在第1切口41a的两侧的第2切口41b和第3切口41c配置在永磁体25的周向的宽度的20％以内，从而能降低转矩脉动，并能设为使电磁激振力变小的转子22的形状。其结果是，根据实施方式1所涉及的电动机1，能降低振动噪声的恶化。

此外，配置多个切口41，以使得相对于以无切口的转子芯体为基准的情况，在空间阶数为2以上的最小阶数下成为主分量的电磁激振力降低到81％以下。并且，多个切口41配置成如下状态：相对于以无切口的转子芯体为基准的情况，转矩脉动成为无切口的转子芯体的转矩脉动以下。

另外，可以对各实施方式进行组合，或对各实施方式进行适当变形、省略。

标号说明

1 电动机，

2 引线，

3 定子芯体，

4 绝缘体，

5 定子绕组，

6 终端支架，

7 绕组终端，

8 连接终端，

9 连接终端底座部，

10 螺母，

11 框架，

12 定子，

13 后轴承盒部，

14 插口部，

15 凸缘部，

16 框架索环，

17 外壳，

18 前轴承盒，

19 旋转变压器，

20 旋转变压器安装部，

21 安装插口部，

22 转子，

23 转子芯体，

24 轴，

25 永磁体，

26 后轴承，

27 前轴承，

28 套筒，

40 励磁极，

41 切口，

41a 第1切口，

41b 第2切口，

41c 第3切口，

42 中心线，

42a 第1中心线，

42b 第2中心线，

43 桥接部，

44 连接部，

44a 连接部(励磁极上侧)，

44b 连接部(励磁极下侧)，

45 空隙部，

46 正圆形状，

47 永磁体安装孔，

48 齿，

49 磁通，

50 气隙。

Claims (5)

1.一种永磁体型电动机，其特征在于，包括：

定子；以及

转子，该转子与所述定子的内侧相对配置，具有埋设有永磁体的转子芯体的励磁极，

所述励磁极具有比以所述转子的轴为中心的圆弧要小的半径，

所述励磁极形成有多个切口，配置多个所述切口，以使得位于多个所述切口间的第1中心线与位于相邻的多个所述切口间的第2中心线之间的间隔随着朝向所述转子芯体的外周侧而扩大，

所述励磁极的多个所述切口中，配置于所述励磁极的中心位置的第1切口以及配置于所述第1切口的两侧的第2切口和第3切口配置在所述永磁体的周向的宽度的20％以内。

2.如权利要求1所述的永磁体型电动机，其特征在于，

所述第2切口和第3切口配置成相对于所述第1切口轴对称。

3.如权利要求1或2所述的永磁体型电动机，其特征在于，

所述转子的外形具有花形的形状。

4.如权利要求1至3的任一项所述的永磁体型电动机，其特征在于，

配置多个所述切口，以使得相对于以没有切口的所述转子芯体为基准的情况，利用空间阶数为2以上的最小阶数成为主分量的电磁激振力降低到81％以下。

5.如权利要求1至4的任一项所述的永磁体型电动机，其特征在于，

多个所述切口配置成如下状态：相对于以无切口的所述转子芯体为基准的情况，转矩脉动成为无切口的所述转子芯体的转矩脉动以下。

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