CN112236924A - 转子及电动机 - Google Patents

Abstract

转子(100)具有：转子芯(1)；第1磁极部分(3)，其包含多个永磁铁(2)的各个永磁铁(2)，具有通过永磁铁(2)产生的第1极性；以及第2磁极部分(4)，其形成于彼此相邻的永磁铁(2)之间，是具有与第1极性不同的极性的凸极。θim及θis满足θim＞θis的关系。θom及θos满足(θom×1.1)≥θos≥(θom×0.9)的关系。由此能够得到一种可以抑制转矩的降低、并且抑制齿槽转矩的增加的转子(100)。

Description

转子及电动机

技术领域

本发明涉及转子及具有转子的电动机，该转子具有转子芯和在转子芯设置的多个永磁铁。

背景技术

在通过永磁铁产生的第1磁极和与永磁铁无关地在转子芯形成的第2磁极即凸极在转子芯的周向上交替地排列的交替极型的转子中，在第1磁极和第2磁极中电感不同。因此，与第1磁极及第2磁极由永磁铁形成的转子相比，存在由电感的不平衡引起的转矩脉动变大这一课题。在专利文献1中公开了抑制转矩的降低，并减少由电感的不平衡引起的转矩脉动的技术。专利文献1所公开的转子具有转子芯和在转子芯设置的多个永磁铁。在转子中，通过永磁铁产生的磁铁磁极和与永磁铁无关地在转子芯形成的凸极在转子芯的周向上交替地排列。在专利文献1所公开的转子中，第1磁极的占有角度θ1大于第2磁极的占有角度θ2。占有角度θ1大于占有角度θ2，由此与占有角度θ1等于占有角度θ2的情况相比，第1磁极和第2磁极的电感的不平衡减少，能够抑制转矩的降低并实现转矩脉动的减少。

专利文献1：日本特开2014―124092号公报

发明内容

但是，在专利文献1所公开的转子的构造中，占有角度θ1大于占有角度θ2，由此第1磁极的外周面的第1周向宽度比第2磁极的外周面的第2周向宽度宽，因此第1磁极的外周面和定子之间的磁吸引力，大于第2磁极的外周面和定子之间的磁吸引力。因此，存在下述课题，即，在转子进行旋转时产生的齿槽转矩增加。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到能够抑制转矩的降低、并且抑制齿槽转矩的增加的转子。

为了解决上述的课题，并达到目的，本发明的转子的特征在于，具有：转子芯；第1磁极部分，其在转子芯的周向分离而配置于转子芯，包含多个永磁铁的各个永磁铁，具有通过永磁铁产生的第1极性；

以及第2磁极部分，其在彼此相邻的永磁铁之间在周向分离而形成于转子芯，是具有与第1极性不同的极性的凸极。在以转子芯的径向中央为中心，将中心和永磁铁的径向外侧的两端部各自连结的线所成的角度设为θom，将中心和永磁铁的径向内侧的两端部各自连结的线所成的角度设为θim，将中心和凸极的径向外侧的两端部各自连结的线所成的角度设为θos，将中心和凸极的径向内侧的两端部各自连结的线所成的角度设为θis时，θim及θis满足θim＞θis的关系。θom及θos满足(θom×1.1)≥θos的关系。

发明的效果

本发明所涉及的转子具有下述效果，即，能够抑制转矩的降低，并且抑制齿槽转矩的增加。

附图说明

图1是本发明的实施方式1所涉及的转子的剖视图。

图2是表示图1所示的θos相对于θom的比率和齿槽转矩之间的关系的图。

图3是表示图1所示的θis相对于θim的比率和转矩密度之间的关系的图。

图4是本发明的实施方式2所涉及的电动机的剖视图。

图5是表示图4所示的θ相对于θom的比率和转矩密度之间的关系的图。

图6是表示图4所示的电动机的变形例的图。

图7是表示图6所示的Gs相对于Gm的比率和电磁激振力之间的关系的图。

图8是表示将在本发明的实施方式1、2所涉及的转子设置的磁极的数量设为8个的例子的图。

图9是表示本发明的实施方式1、2所涉及的转子的变形例的图。

具体实施方式

下面，基于附图对本发明的实施方式所涉及的转子及电动机详细地进行说明。此外，本发明并不限定于本实施方式。

实施方式1.

图1是本发明的实施方式1所涉及的转子的剖视图。图1所示的转子100是交替极型的转子(Consequent-pole rotor)。转子100具有转子芯1和多个永磁铁2。转子芯1是将多个电磁钢板层叠而构成的。转子芯1的周向通过箭头D1表示。转子芯1的径向通过箭头D2表示。转子芯1的径向的中心通过C表示。在转子芯1形成多个凹陷11。多个凹陷11各自是从转子芯1的径向外侧朝向转子芯1的中心为凸形状的凹部。在多个凹陷11各自配置永磁铁2。永磁铁2为稀土类磁铁、铁素体磁铁等。永磁铁2的径向内侧面21与凹陷11的底面111相接。

转子100具有多个第1磁极部分3和多个第2磁极部分4。多个第1磁极部分3在周向分离而配置于转子芯1，各个第1磁极部分3包含多个永磁铁2的各个永磁铁2，是具有由永磁铁2带来的第1极性的多个磁极。多个第2磁极部分4在周向分离而形成于转子芯1，各个第2磁极部分4形成于彼此相邻的永磁铁2之间，是具有与第1极性不同的极性的多个凸极。在实施方式1所涉及的转子100设置有5个第1磁极部分3和5个第2磁极部分4。例如，第1磁极部分3的第1极性为N极，第2磁极部分4的第2极性为S极，但第1极性和第2极性也可以相反。第1磁极部分3在周向以等角度间隔排列。第2磁极部分4在周向以等角度间隔排列。

θim是将第1磁极部分3的径向内侧的区域32的周向上的宽度通过以转子芯1的径向中央为中心C的角度表示的。θim例如能够通过以转子芯1的径向中央为中心C而将第1角部23和中心C连结的线A1与将第2角部25和中心C连结的线A2所成的角度进行表示。第1角部23是永磁铁2的径向内侧面21的周向上的一端部。具体地说，第1角部23是永磁铁2的径向内侧面21和永磁铁2的周向一端面22相交的部分。第2角部25是永磁铁2的径向内侧面21的周向上的另一端部。具体地说，第2角部25是永磁铁2的径向内侧面21和永磁铁2的周向另一端面24相交的部分。

θom是将第1磁极部分3的径向外侧的区域31的周向上的宽度通过以转子芯1的径向中央为中心C的角度表示的。θom例如能够通过以转子芯1的径向中央为中心C而将第3角部26和中心C连结的线A3与将第4角部27和中心C连结的线A4所成的角度进行表示。第3角部26是永磁铁2的径向外侧面28的周向上的一端部。具体地说，第3角部26是永磁铁2的径向外侧面28和永磁铁2的周向一端面22相交的部分。第4角部27是永磁铁2的径向外侧面28的周向上的另一端部。具体地说，第4角部27是永磁铁2的径向外侧面28和永磁铁2的周向另一端面24相交的部分。

θis是将第2磁极部分4的径向内侧的区域42的周向上的宽度通过以转子芯1的径向中央为中心C的角度表示的。θis例如能够通过以转子芯1的径向中央为中心C而将第1角部11a和中心C连结的线B1与将第2角部11b和中心C连结的线B2所成的角度进行表示。第1角部11a是在形成凹陷11的壁面内，径向一端面11c和底面111相交的部分。第1角部11a是第2磁极部分4的径向内侧的区域42的周向上的一端部。第2角部11b是在形成凹陷11的壁面内，径向另一端面11d和底面111相交的部分。第2角部11b是第2磁极部分4的径向内侧的区域42的周向上的另一端部。

θos是将第2磁极部分4的径向外侧的区域41的周向上的宽度通过以转子芯1的径向中央为中心C的角度表示的。θos例如能够通过以转子芯1的径向中央为中心C而将第3角部11e和中心C连结的线B3与将第4角部11f和中心C连结的线B4所成的角度进行表示。第3角部11e是在形成凹陷11的壁面内，径向一端面11c和第2磁极部分4的径向外侧面411相交的部分。第3角部11e是第2磁极部分4的径向外侧的区域41的周向上的一端部。第4角部11f是在形成凹陷11的壁面内，径向另一端面11d和第2磁极部分4的径向外侧面411相交的部分。第4角部11f是第2磁极部分4的径向外侧的区域41的周向上的另一端部。

实施方式1所涉及的转子100构成为，θim及θis满足θim＞θis的关系，θom及θos满足(θom×1.1)≥θos≥(θom×0.9)的关系。

构成为θim及θis满足θim＞θis的关系，由此与构成为θim及θis满足θim≤θis的关系的情况相比，第1磁极部分3的径向内侧的区域32的面积增加，从第1磁极部分3产生的磁通的量增加。磁通的量增加，由此与未图示的定子交链的磁通的量增加，因此转矩密度(转矩/电动机体积)提高。

另外，构成为θom及θos满足(θom×1.1)≥θos≥(θom×0.9)的关系，例如构成为θos处于θom的±10％的范围内，由此与构成为θom及θos满足(θom×1.1)＜θos、或θos＜(θom×0.9)的关系，即，构成为θos处于θom的±10％的范围外的情况相比，齿槽转矩降低。

图2是表示图1所示的θos相对于θom的比率和齿槽转矩之间的关系的图。图2的纵轴表示齿槽转矩，图2的横轴是θos相对于θom的比率。如图2所示，根据实施方式1所涉及的转子100，在构成为θos处于θom的±10％的范围内时，例如通过θos/θom求出的值为0.94时，齿槽转矩成为最小。如上所述，在构成为θos处于θom的±10％的范围内的情况下，与构成为θos处于θom的±10％的范围外的情况相比，定子和第1磁极部分3的径向外侧的区域31之间的磁通密度与定子和第2磁极部分4的径向外侧的区域41之间的磁通密度的差异变小，齿槽转矩减低。

此外，实施方式1所涉及的转子100也可以构成为，θos及θis满足θos＞θis的关系。通过该结构，与构成为θos及θis满足θos≤θis的关系的情况相比，第2磁极部分4的径向外侧的区域41的面积变大，抑制磁通密度的饱和，因此从第2磁极部分4产生的磁通的量增加。磁通的量增加，由此与未图示的定子交链的磁通的量增加，因此转矩密度提高。

另外，实施方式1所涉及的转子100也可以构成为θim及θis满足(θim×0.9)≥θis≥(θim×0.5)的关系。图3是表示图1所示的θis相对于θim的比率和转矩密度之间的关系的图。图3的纵轴表示转矩密度，图2的横轴是θis相对于θim的比率。如图3所示，根据实施方式1所涉及的转子100，构成为θim及θis满足(θim×0.9)≥θis≥(θim×0.5)的关系，由此在通过θis/θim求出的值为0.6时，转矩密度成为最大。如上所述，构成为θim及θis满足(θim×0.9)≥θis≥(θim×0.5)的关系，由此与构成为θim及θis满足(θim×0.9)＜θis或θis＜(θim×0.5)的关系的情况相比，作为凸极的第2磁极部分4的磁通密度成为适当的值，例如从1[T]成为2[T]，从永磁铁2的径向内侧面21产生而在转子芯1中流动的磁通的量增加。因此，能够有效地利用从永磁铁2产生的磁通，转矩密度提高。

如以上说明所述，根据实施方式1所涉及的转子100，构成为θim及θis满足θim＞θis的关系，并且构成为θom及θos满足(θom×1.1)≥θos≥(θom×0.9)的关系，因此能够抑制转矩的降低、并且抑制齿槽转矩的增加。

实施方式2.

图4是本发明的实施方式2所涉及的电动机的剖视图。实施方式2所涉及的电动机200具有图1所示的转子100和定子300，该定子300具有在转子100的径向外侧设置而在周向排列的多个齿301。以转子芯1的径向中央为中心C，在多个齿301内将第1齿301a的周向的中心部C1和中心C连结的线与将在第1齿301a的周向相邻的第2齿301b的周向的中心部C2和中心C连结的线所成的角度设为θ时，电动机200构成为θom及θ满足(θom×1.1)≥θ≥(θom×0.9)的关系。

构成为θom及θ满足(θom×1.1)≥θ≥(θom×0.9)的关系，由此与构成为θom及θ满足(θom×1.1)＜θ，或θ＜(θom×0.9)的关系的情况相比，从第1磁极部分3的径向外侧的区域31产生的磁通的利用率提高，转矩密度提高。

图5是表示图4所示的θ相对于θom的比率和转矩密度之间的关系的图。图5的纵轴表示转矩密度，图5的横轴是θ相对于θom的比率。如图5所示，根据实施方式2所涉及的电动机200，在通过θ/θom求出的值为1.0时，转矩密度成为最大。

此外，实施方式2所涉及的电动机200可以构成为，第1磁极部分3的径向外侧面和第2磁极部分4的径向外侧面411设置于以径向中央为中心C的同心圆CC上。第1磁极部分3的径向外侧面等于永磁铁2的径向外侧面28。例如，在将形成于第1磁极部分3的径向外侧面和定子300的径向内侧面300a之间的间隙的宽度设为Gm，将形成于第2磁极部分4的径向外侧面411和定子300的径向内侧面300a之间的间隙的宽度设为Gs时，电动机200构成为Gm等于Gs。定子300的径向内侧面300a等于齿301的前端面。通过该结构，与Gm不等于Gs的情况相比，Gm和Gs两者变窄，Gm及Gs的每单位面积的磁通增加，转矩密度更进一步增加。

图6是表示图4所示的电动机的变形例的图。图6所示的电动机200A取代图4所示的转子100而具有转子100A。转子100A构成为Gm及Gs满足Gs＞Gm的关系。通过该结构，与构成为Gm及Gs满足Gs≤Gm的关系的情况相比，第1磁极部分3和齿之间的磁阻与第2磁极部分4和齿之间的磁阻相比变小，从第1磁极部分3经由Gm而与齿交链的磁通的基波成分变大。因此，与磁通的基波成分叠加的谐波成分相对地变小，电磁激振力降低。

图7是表示图6所示的Gs相对于Gm的比率和电磁激振力之间的关系的图。图7的纵轴表示电磁激振力，图7的横轴是Gs相对于Gm的比率。如图7所示，根据电动机200A，将Gs和Gm之和设为恒定，通过Gs/Gm求出的值变得越大，则电磁激振力变得越小。

此外，在实施方式1、2所示的转子设置的永磁铁的数量并不限定于5个。图8是将在本发明的实施方式1、2所涉及的转子设置的磁极的数量设为8个的例子的图。图8所示的转子100B具有4个第1磁极部分3和4个凸极的第2磁极部分4。在转子100B合计形成8极的磁极。转子100B高速旋转时在绕组(未图示)中流动的电流的交变频率，比转子100B低速旋转时或中速旋转时在绕组(未图示)中流动的电流的交变频率低，由此端子电压降低，另外，交变频率降低，由此在转子芯产生的铁损降低，但通过上述的结构，能够抑制转子100B高速旋转时的端子电压和铁损。端子电压是施加于定子的绕组(未图示)的电压。

另外，实施方式1、2所示的转子并不限定于在转子芯的外周面设置永磁铁的表面磁铁型的转子，也可以是在转子芯中插入永磁铁的磁铁插入型的转子。图9是表示本发明的实施方式1、2所涉及的转子的变形例的图。图9所示的转子100C是磁铁插入型的转子。转子100C具有5个第1磁极部分3和5个凸极的第2磁极部分4。在转子100C的转子芯1A形成多个磁铁插入孔60。多个磁铁插入孔60在转子芯1A的周向彼此分离而排列。并且在转子芯1A中取代永磁铁2而设置永磁铁2A。永磁铁2A分别插入至多个磁铁插入孔60。转子芯1A具有形成磁铁插入孔60的桥部61、桥部62及桥部63。桥部61设置于永磁铁2A的径向外侧，桥部62设置于永磁铁2A的周向的一端侧，桥部63设置于永磁铁2A的周向的另一端侧。桥部61、桥部62及桥部63构成从永磁铁2A产生的磁通流动的路径即磁路，因此第1磁极部分3由永磁铁2A、桥部61、桥部62及桥部63构成。在转子100C中，θim例如是以转子芯1A的径向中央为中心C而将第1角部23A和中心C连结的线A1与将第2角部25A和中心C连结的线A2所成的角度。第1角部23A是桥部63的径向内侧的端部。第2角部25A是桥部62的径向内侧的端部。θom例如是以转子芯1A的径向中央为中心C而将第3角部26A和中心C连结的线A3与将第4角部27A和中心C连结的线A4所成的角度。第3角部26A是桥部63的径向外侧的端部。第4角部27A是桥部62的径向外侧的端部。转子100C中的θis是与图1所示的θis相同的角度，转子100C中的θos是与图1所示的θos相同的角度。

永磁铁2A是其径向外侧面60a及径向内侧面60b各自平坦的板状磁铁。在转子芯1A中，能够向磁铁插入孔60插入永磁铁2A，因此即使不将永磁铁2A的径向外侧面60a及径向内侧面60b各自如图4所示的永磁铁2那样形成为曲面形状，通过将桥部61的径向外侧面形成为曲面形状，从而也能够构成为前述的Gm及Gs满足Gs＝Gm或Gs＞Gm的关系。因此，在转子100C中，与永磁铁2A的径向外侧面60a及径向内侧面60b各自形成为曲面状的情况相比，永磁铁2A的构造得到简化，并且能够将永磁铁2A的径向外侧面60a设为与永磁铁2A的径向内侧面60b相同的形状，因此能够防止永磁铁2A向磁铁插入孔60插入时的组装错误，缩短转子100C的制造时间。由于能够缩短转子100C的制造时间，因此能够减少转子100C的制造成本。此外，转子100C也可以取代图4所示的转子100而与定子300组合，也可以取代图6所示的转子100A而与定子300组合。

此外，本实施方式所涉及的电动机200及电动机200A各自可以构成为磁极数P和槽数Q满足0.9≥(P/Q)或1.1≤(P/Q)的关系。磁极数P等于将多个第1磁极部分和多个第2磁极部分相加的磁极的数量。槽数Q等于在定子300形成的多个槽500的数量。多个槽500在定子300的周向彼此分离而排列。多个槽500各自在轴向延伸，从定子300的轴向的一端面贯穿至另一端面。轴向等于与图1等所示的转子芯1的径向正交的方向。P/Q是磁极数P相对于槽数Q的比率。具体地说，电动机200及电动机200A各自是2N极3N槽、4N极3N槽、10N极12N槽、14N极12N槽、8N极9N槽、10N极9N槽等电动机。N是大于或等于1的整数。在如上所述地构成电动机200及电动机200A的情况下，也与构成为θim及θis满足θim＞θis的关系且θom及θos满足(θom×1.1)≥θos≥(θom×0.9)的关系的情况同样地，能够抑制转矩的降低、并且抑制齿槽转矩的增加。

以上的实施方式所示的结构，表示本发明的内容的一个例子，也能够与其他公知技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围，也能够对结构的一部分进行省略、变更。

标号的说明

1、1A转子芯，2、2A永磁铁，3第1磁极部分，4第2磁极部分，11凹陷，11a、23、23A第1角部，11b、25、25A第2角部，11c径向一端面，11d径向另一端面，11e、26、26A第3角部，11f、27、27A第4角部，21、60b、300a径向内侧面，22周向一端面，24周向另一端面，28、60a、411径向外侧面，31、32、41、42区域，60磁铁插入孔，61、62、63桥部，100、100A、100B、100C转子，111底面，200、200A电动机，300定子，301齿，301a第1齿，301b第2齿，500槽。

Claims (9)

1.一种转子，其特征在于，具有：

转子芯；

第1磁极部分，其在所述转子芯的周向分离而配置于转子芯，包含多个永磁铁的各个永磁铁，具有通过所述永磁铁产生的第1极性；以及

第2磁极部分，其在彼此相邻的所述永磁铁之间，在所述周向分离而形成于所述转子芯，是具有与所述第1极性不同的极性的凸极，

在以所述转子芯的径向中央为中心，

将所述中心和所述永磁铁的径向外侧的两端部各自连结的线所成的角度设为θom，

将所述中心和所述永磁铁的径向内侧的两端部各自连结的线所成的角度设为θim，

将所述中心和所述凸极的径向外侧的两端部各自连结的线所成的角度设为θos，

将所述中心和所述凸极的径向内侧的两端部各自连结的线所成的角度设为θis时，

所述θim及所述θis满足θim＞θis的关系，

所述θom及所述θos满足(θom×1.1)≥θos的关系。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，

所述θom及所述θos满足θos≥(θom×0.9)的关系。

3.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，

所述θos及所述θis满足θos＞θis的关系。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的转子，其特征在于，

所述θim及所述θis满足(θim×0.9)≥θis≥(θim×0.5)的关系。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的转子，其特征在于，

在转子芯设置彼此在所述周向排列的多个磁铁插入孔，

向多个所述磁铁插入孔分别插入的所述永磁铁，是径向外侧面及径向内侧面各自平坦的板状磁铁。

6.一种电动机，其特征在于，具有：

权利要求1至5中任一项所述的转子；以及

定子，其设置于所述转子的径向外侧，具有在所述周向排列的多个齿，

在将多个所述齿内的第1齿的所述周向的中心部和所述中心连结的线与将在所述第1齿的所述周向相邻的第2齿的所述周向的中心部和所述中心连结的线所成的角度设为θ时，

所述θom及所述θ满足(θom×1.1)≥θ≥(θom×0.9)的关系。

7.根据权利要求6所述的电动机，其特征在于，

在将形成于所述永磁铁的径向外侧的面和所述定子的径向内侧的面之间的间隙的宽度设为Gm，

将形成于所述凸极的径向外侧的面和所述定子的径向内侧的面之间的间隙的宽度设为Gs时，

所述Gm及所述Gs满足Gs＞Gm的关系。

8.根据权利要求6所述的电动机，其特征在于，

所述永磁铁的径向外侧的面和所述凸极的径向外侧的面设置于以所述中心为基点的同心圆上。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的电动机，其特征在于，

在将多个所述永磁铁和多个所述凸极相加的磁极数设为P，

将在所述定子形成的多个槽的槽数设为Q时，

所述P及所述Q满足0.9≥(P/Q)或1.1≤(P/Q)的关系。

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