CN113381538A - 旋转电机 - Google Patents
旋转电机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113381538A CN113381538A CN202110233538.7A CN202110233538A CN113381538A CN 113381538 A CN113381538 A CN 113381538A CN 202110233538 A CN202110233538 A CN 202110233538A CN 113381538 A CN113381538 A CN 113381538A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rotor
- magnets
- magnet
- main
- auxiliary
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 23
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 15
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 28
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 16
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 16
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 15
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 3
- 229910015372 FeAl Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002546 FeCo Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 FeCoV) Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002555 FeNi Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005347 FeSi Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005435 FeTaN Inorganic materials 0.000 description 1
- BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] Chemical compound N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000828 alnico Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000006247 magnetic powder Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N samarium atom Chemical compound [Sm] KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000938 samarium–cobalt magnet Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
- H02K1/2706—Inner rotors
- H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
- H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
- H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
- H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/02—Details of the magnetic circuit characterised by the magnetic material
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
- H02K1/2706—Inner rotors
- H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
- H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
- H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
- H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
- H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
- H02K1/2706—Inner rotors
- H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
- H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
- H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
- H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
- H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
- H02K1/2773—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect consisting of tangentially magnetized radial magnets
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
- H02K2201/06—Magnetic cores, or permanent magnets characterised by their skew
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
- H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
提供能够限制永久磁铁的使用量并得到高转矩的旋转电机。辅助磁铁(17A)在与旋转电机(1)的旋转轴(C)正交的截面中，以围绕旋转轴(C)的方式在转子芯(11)嵌入有多个。主磁铁(16A、16B)以从辅助磁铁(17A)向转子(10)的外周方向延伸的方式在转子芯(11)嵌入有多个。转子(10)的磁极(30)绕着旋转轴(C)形成有多个，各磁极(30)具有各辅助磁铁(17A)和在转子(10)的周向上隔开间隔而配置的多个主磁铁(16A、16B)，以多个主磁铁(16A、165B)的配置相对于假想线(L1)成为非对称的方式配置有各磁极(30)的主磁铁(16A、16B)。
Description
技术领域
本发明涉及旋转电机，尤其涉及具备在转子芯嵌入有永久磁铁的转子和位于所述转子的外周的定子的旋转电机。
背景技术
以往，作为这种旋转电机，提出了具备将永久磁铁嵌入到由软磁性材料形成的转子芯而得到的转子和位于转子的外周的定子的旋转电机。永久磁铁具备以使转子的周向成为磁化方向的方式被磁化的第1磁铁和以使转子的径向成为磁化方向的方式被磁化的第2磁铁。转子的各磁极具有第2磁铁和与第2磁铁接触的第1磁铁(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-103789号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献1所记载的旋转电机中，对于旋转电机所输出的转矩，嵌入转子的永久磁铁的使用量多，因此存在旋转电机的成本变高的倾向。
本发明鉴于这样的问题而完成，提供能够限制永久磁铁的使用量并得到高转矩的旋转电机。
用于解决课题的技术方案
鉴于所述课题，本发明的旋转电机具备将永久磁铁嵌入到由软磁性材料形成的转子芯而得到的转子和位于所述转子的外周的定子，其特征在于，所述永久磁铁由以磁化方向成为所述转子的周向的方式配置的主磁铁和以磁化方向成为所述转子的径向的方式配置的辅助磁铁构成，在与所述转子的旋转轴正交的截面中，所述辅助磁铁以围绕在所述旋转轴的周围的方式在所述转子芯嵌入有多个，所述主磁铁以从所述各辅助磁铁向所述转子的外周方向延伸的方式嵌入于所述转子芯，所述转子的磁极绕着所述旋转轴形成有多个，所述各磁极具有所述各辅助磁铁和在所述转子的周向上隔开间隔地配置的多个所述主磁铁，在所述主磁铁之间配置有所述软磁性材料，在与所述旋转轴正交的截面中，以所述多个主磁铁的配置相对于通过所述旋转轴且将所述各磁极的所述辅助磁铁呈线对称地区划的假想线成为非对称的方式配置有所述各磁极的所述主磁铁。
根据本发明的旋转电机，各磁极的主磁铁在转子的周向上被磁化，多个辅助磁铁在转子的径向上被磁化。而且，在各磁极中，以相对于假想线而各磁极的永久磁铁的配置成为非对称的方式配置各磁极的主磁铁。因而，从后述的解析结果也能明确，在旋转电机的驱动时，朝向定子(的齿)的主磁铁的磁通的矢量由来自辅助磁铁的磁通辅助，以相对于转子的外周面的径向倾斜的方式形成。由于主磁铁以转子的周向成为磁化方向的方式配置，所以主磁铁的磁通的矢量容易形成为相对于转子的径向倾斜。其结果，通过该倾斜的磁通的矢量，从转子的外周面沿着转子的切线方向产生成为转子的驱动力的矢量，即使是更少的磁铁量，也能够确保旋转电机的转矩。
在本发明中所说的“以磁化方向成为转子的周向的方式配置”是指：磁铁(主磁铁)的磁化方向在径向上不一致，以与转子的径向交叉的方式配置于该磁铁。
作为更优选的方案，在所述截面中，在以所述旋转轴为中心具有对所述各磁极的所述辅助磁铁所在的扇状的整体区域的中心角度乘以0.10～0.55的系数而得到的中心角度的配置区域的范围内配置所述各磁极的所述多个主磁铁。
根据该方案，从发明人的解析结果也能明确，通过在配置区域的范围内配置各磁极的多个主磁铁，在存在于多个主磁铁之间的软磁性材料和从配置区域偏离的软磁性材料形成主磁铁的磁通，主磁铁的磁通的矢量容易形成为相对于转子的径向倾斜。其结果，通过该倾斜的磁通的矢量，能够提高旋转电机的转矩。在此，从后述的发明人的解析结果也能明确，在系数小于0.10的情况下，有时无法通过分割主磁铁而充分地得到相对于磁铁量的旋转电机的转矩的提高的效果。另一方面，在系数超过了0.55的情况下，有时无法通过将多个主磁铁的配置设为非对称而充分地得到旋转电机的转矩的提高的效果。
作为更优选的方案，在所述各磁极中，所述多个主磁铁中的1个主磁铁配置于所述辅助磁铁的端部。根据该方案，由于多个主磁铁中的1个主磁铁会配置于辅助磁铁的端部，所以作为结果而会在各磁极的一侧的端部配置主磁铁。其结果，能够有效地形成辅助磁铁的磁通，以使得旋转电机的转矩提高。
发明效果
根据本发明，能够限制永久磁铁的使用量并得到高转矩。
附图说明
图1是将在本发明中示出旋转电机的一实施方式的转子和定子的主要部分以与旋转电机的旋转轴正交的方向切断时的示意性剖视图。
图2是示出了图1所示的转子的整体构造的示意性剖视图。
图3是用于说明图1所示的多个主磁铁的配置范围的示意性剖视图。
图4是详细地示出图1所示的旋转电机的1个磁极的主磁铁和辅助磁铁的放大图。
图5是示出在图1所示的定子与转子之间在向线圈通电时产生的磁通矢量的示意图。
图6A是本实施方式的变形例的转子的主要部分放大图。
图6B是本实施方式的别的变形例的转子的主要部分放大图。
图7是示出在图6A所示的定子与转子之间在向线圈通电时产生的磁通矢量的示意图。
图8是示出了本实施方式的别的变形例的转子的整体构造的示意性概略图。
图9是示出了实施例1、2及比较例1的转子的1磁极的模型的表图。
图10是示出图9所示的实施例1、2及比较例1的转矩/磁铁使用量的结果的图表。
图11是示出了图10所示的实施例1、2及比较例1的转子的表面位置与表面力密度的关系的图表。
图12是用于说明实施例3的解析模型的转子的示意性剖视图。
图13是用于说明实施例4的解析模型的转子的示意性剖视图。
图14是示出了实施例3及实施例4的周向的主磁铁的范围(配置区域)与转矩/磁铁使用量的关系的图表。
图15是用于说明图14的图表的主要部分的图。
标号说明
1：旋转电机，10：转子，11：转子芯，12(12A、12B、12C)：磁铁插入孔，13：旋转轴，15：永久磁铁，16A、16B、16C、16D：主磁铁，17A：辅助磁铁，20：定子，21：定子芯，22：齿，23：槽，C：旋转轴，L1：假想线。
具体实施方式
以下，基于附图来详细说明本发明的旋转电机的一实施方式。图1是将在本发明中示出旋转电机的一实施方式的转子和定子的主要部分以与旋转电机的旋转轴正交的方向切断时的示意性剖视图。图2是示出了图1所示的转子的整体构造的示意性剖视图。图3是用于说明图1所示的多个主磁铁的配置范围的示意性剖视图。图4是详细示出图1所示的旋转电机的1个磁极的主磁铁和辅助磁铁的放大图。图5是示出在图1所示的定子与转子之间在向线圈通电时产生的磁通矢量的示意图。
在图1及图2中，旋转电机1由圆柱状的转子10和定子20构成，转子10在定子20的内周侧以在径向上空出空隙的方式相对向配置，相对于定子20相对地旋转。旋转电机1是具备将永久磁铁15向转子芯11嵌入而得到的转子10和位于转子10的外周的定子20的IPM(Interior Permanent Magnet：内嵌永久磁铁)马达(motor)。
转子10绕着旋转轴C旋转，在转子芯11嵌合有以旋转轴C为轴心的旋转轴13。转子10通过配置后述的永久磁铁15而绕着旋转轴C形成有多个磁极30。磁极30设置有偶数个，在本实施方式中，转子10具有10个扇状的磁极30。在该情况下，扇形的各磁极30具有36度的中心角度。而且，在相邻的两侧的磁极30中，永久磁铁15的磁化方向相反，在本实施方式中，配置于相邻的磁极30的永久磁铁15的位置相同。
转子芯11由软磁性材料形成，例如能够举出将电磁钢板层叠而成的转子芯、将软磁性粉末进行压粉成形后烧结而成的转子芯等。此外，电磁钢板彼此也可以经由具有绝缘性的树脂而接合。作为构成转子芯11的软磁性材料，例如可举出由选自由Fe、Co及Ni构成的群的至少1种磁性金属和选自由B、C、P、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta及W构成的群的至少1种非磁性金属构成的材料，但不限定于此。
作为软磁性材料的代表性的材料，例如能够举出FeCo系合金(例如FeCo、FeCoV等)、FeNi系合金(例如FeNi、FeNiMo、FeNiCr、FeNiSi等)、FeAl系合金或FeSi系合金(例如FeAl、FeAlSi、FeAlSiCr、FeAlSiTiRu、FeAlO等)、FeTa系合金(例如FeTa、FeTaC、FeTaN等)及FeZr系合金(例如FeZrN等)，但不限定于此。
作为永久磁铁15，能够举出以钕、铁及硼为主成分的钕磁铁、以钐和钴为主成分的钐钴磁铁等稀土类磁铁。作为永久磁铁15，除了它们以外，也可以是铁氧体磁铁、铝镍钴磁铁等。
配置于1个磁极30的永久磁铁15具有2个主磁铁16A、16B和1个辅助磁铁17A。如图4所示，在本实施方式中，在转子芯11以围绕旋转轴C的方式形成有供辅助磁铁17A插入的磁铁插入孔12A。
而且，在转子芯11形成有供主磁铁16A、16B插入的多个磁铁插入孔12B、12C。多个磁铁插入孔12B、12C在磁铁插入孔12A的外周侧连续地形成，从磁铁插入孔12A呈放射状地形成。在本实施方式中，各磁铁插入孔12A～12C沿着旋转轴C形成，其一端侧开口，在其另一侧形成有底部(未图示)。
此外，在本实施方式中，相邻的磁铁插入孔12A～12C彼此形成了1个相连的孔，但是，例如也可以以区划在周向上相邻的磁铁插入孔12A、12A彼此的方式在转子芯11的一部分形成有桥(分隔部)。另外，也可以以区划磁铁插入孔12A和磁铁插入孔12B、12C的方式在转子芯的一部分形成有桥(分隔部)。这些桥(分隔部)由构成转子芯11的软磁性材料形成，与转子芯11一体地成形。
供主磁铁16A、16B插入的磁铁插入孔12B、12C，在与旋转电机1的旋转轴C正交的截面中以相对于通过旋转轴C且将磁铁插入孔12A呈线对称地区划的假想线L1成为非对称的方式形成。即，若将转子10的旋转方向R设为逆时针方向，则供主磁铁16A、16B插入的磁铁插入孔12B、12C相对于假想线L1偏向一侧地形成。
在本实施方式中，在磁铁插入孔12A中插入有辅助磁铁17A，在磁铁插入孔12B、12C中插入有主磁铁16A、16B。在各磁极30中，主磁铁16A、16B以永久磁铁15的配置相对于将转子10的1个辅助磁铁17A呈线对称地区划的假想线L1成为非对称的方式配置。在本实施方式中，假想线L1相当于将扇状的磁极30的中心角度二等分的线。在本说明书中所说的“永久磁铁的配置”是指将构成1个磁极的主磁铁及辅助磁铁合起来的永久磁铁的配置。
如图1所示，在1个磁极30中，以使具有多个(2个)主磁铁16A、16B及辅助磁铁17A的永久磁铁15的配置成为非对称的方式配置有主磁铁16A、16B。在本实施方式中，在各磁极30中，主磁铁16A、16B配置于辅助磁铁17A的一侧。
在本实施方式中，在各磁极30中，2个主磁铁16A、16B相对于假想线L1偏向一侧(图1中的左侧)地配置。在本实施方式中，在各磁极30中，多个主磁铁16A、16B中的1个主磁铁16A配置于辅助磁铁17A的端部17a。
2个主磁铁16A、16B以使磁化方向成为转子10的周向B的方式配置。具体而言，如图1及图4所示，主磁铁16A、16B在周向B上磁化，2个主磁铁16A、16B的磁化方向以旋转轴C为中心是顺时针的方向。此外，在本说明书中所说的“磁化方向”是从N极流出的磁通的方向，相当于从1个磁铁的S极连结N极的方向。
如图3所示，在与转子10的旋转轴C正交的截面中，在以旋转轴C为中心具有对各磁极30的辅助磁铁17A所在的扇状的整体区域R1的中心角度θ1乘以0.10～0.55的系数而得到的中心角度θ2的配置区域R2的范围内配置有各磁极30的多个主磁铁16A、16B。
在此，整体区域R1是划分各磁极30的转子10的截面中的扇形区域。在本实施方式中，整体区域R1是由从旋转轴C连结辅助磁铁17A的两侧的2个直线和转子10的外周包围而成的区域。配置区域R2是配置各磁极30的多个主磁铁16A、16B的扇形区域，是具有能够包含多个主磁铁16A、16B的最小的中心角度的扇形区域。
在相对于图1所示的磁极30在两侧相邻的磁极30中，主磁铁16A、16B以使磁化方向成为转子10的周向B的方式配置(参照图2)。不过，与图1不同的点在于，相邻的磁极30的主磁铁16A、16B的磁化方向以旋转轴C为中心是逆时针的方向。
具体而言，相邻的磁极30的主磁铁16A、16B的N极及S极，相对于图1所示的磁极30的主磁铁16A、16B的N极及S极反转。这样，在本实施方式中，各磁极30的主磁铁16A、16B以使相邻的磁极30的主磁铁16A、16B的磁化方向交替地成为相反方向的方式配置。
而且，对于图1所示的磁极30，辅助磁铁17A在各磁极30设置有1个。辅助磁铁17A是圆弧状，以使辅助磁铁17A的磁化方向朝向径向A的外侧的方式配置。具体而言，在图1所示的辅助磁铁17A中，以内周侧的极成为S极且外周侧的极成为N极的方式配置。
由于转子10成为了具有10个磁极的结构，所以如图2所示，在转子芯11设置有10个辅助磁铁17A。这些辅助磁铁17A以在旋转轴C的周围围绕的方式配置。各磁极30具有辅助磁铁17A和与辅助磁铁17A接触的主磁铁16A、16B。
在对于图1所示的磁极30在两侧相邻的磁极30中，辅助磁铁17A以使磁化方向成为转子10的径向A的方式配置(参照图2)。不过，与图1不同的点在于，在相邻的磁极30的辅助磁铁17A中，以内周侧的极成为N极且外周侧的极成为S极的方式磁化，以使相邻的磁极30的辅助磁铁17A的磁化方向朝向径向A的内侧的方式磁化。
具体而言，相邻的磁极30的辅助磁铁17A的N极及S极，相对于图1所示的磁极30的辅助磁铁17A的N极及S极相反。这样，在本实施方式中，各磁极30的辅助磁铁17A以使相邻的磁极30的辅助磁铁17A的磁化方向交替地成为相反方向的方式被磁化。
接着，定子20具有圆环状的定子芯21，多个齿22从定子芯21向内周方向地朝向旋转轴C延伸。因此，多个齿22间的空间成为了供用于将定子20磁化的线圈(未图示)插入的槽23。
定子20与转子10同样地由软磁性材料形成。定子20构成为使得6个齿22与转子10的1磁极对应地相对向。在齿22卷绕有线圈(未图示)，通过向线圈通入电流而齿22被磁化。在本实施方式中，线圈的卷绕方式没有特别的限定，但在本实施方式中，线圈的卷绕方式是分布卷绕。
以下，对如前述那样构成的本实施方式的旋转电机1的作用进行说明。若向卷绕于定子20的齿22的线圈通电，则定子20的齿22被磁化，在转子10的主磁铁16A、16B与辅助磁铁17A之间通过磁吸引作用而产生转子10要向逆时针方向R旋转的转矩。
具体而言，关于本实施方式的旋转电机1，在与转子10的旋转轴C正交的截面中，将辅助磁铁17A线对称地区划的假想线L1通过旋转轴C，且在1个转子10的磁极中将辅助磁铁17A线对称地区划。以永久磁铁5的配置相对于该假想线L1成为非对称的方式配置有各磁极30的主磁铁16A、16B。另外，以使主磁铁16A、16B的磁化方向成为转子10的周向的方式配置。而且，在旋转电机1中，以使圆弧状的辅助磁铁17A的磁化方向成为转子10的径向A的方式配置。
因此，若向线圈通入电流而驱动旋转电机1，则如图5所示，从主磁铁16A、16B流出的周向的磁通的矢量由来自辅助磁铁17A的磁通辅助，形成为相对于转子10的径向倾斜。由于永久磁铁15的配置成为非对称，所以来自主磁铁16A、16B的磁通偏向主磁铁16A、16B附近而容易形成对转子10的旋转起作用的磁通(相对于转子10的径向倾斜的磁通)。
通过形成这样的磁通，成为转子10的驱动力的力的矢量在转子10的表面产生。通过该矢量，驱动转子10的转矩增大，因此，旋转电机1即使减少永久磁铁15的使用量也能够得到大的驱动转矩。
尤其是，在本实施方式中，如图3所示，在配置区域R2的范围内配置了各磁极30的多个主磁铁16A、16B。由此，在存在于多个主磁铁16A、16B之间的软磁性材料和从配置区域R2偏离的软磁性材料形成主磁铁16A、16B的磁通，主磁铁16A、16B的磁通的矢量容易形成为相对于转子10的径向A倾斜。其结果，通过该倾斜的磁通的矢量，能够提高旋转电机1的转矩。
在此，从后述的解析结果也可明确，在决定配置区域R2的范围的上述的系数小于0.10的情况下，有时无法通过分割主磁铁16A、16B而充分得到相对于磁铁量的旋转电机的转矩的提高的效果。另一方面，在决定配置区域R2的上述的系数超过了0.55的情况下，有时无法通过将多个主磁铁16A、16B的配置设为非对称而充分得到旋转电机1的转矩的提高的效果。
而且，由于多个主磁铁16A、16B中的1个主磁铁16A、16B会配置于辅助磁铁17A的端部，所以作为结果而会在各磁极30的一侧的端部配置主磁铁16A、16B。其结果，能够有效地形成辅助磁铁17A的磁通，以使得旋转电机1的转矩提高。
在本实施方式中，在与旋转电机1的旋转轴C正交的截面中，以永久磁铁15的配置相对于通过旋转轴C且将辅助磁铁17A线对称地区划的假想线L1成为非对称的方式配置了2个主磁铁16A、16B。然而，例如，如图6A所示，也可以在配置范围R2配置4个主磁铁16A～16D。
即使在该情况下，若向线圈通入电流而驱动旋转电机1，则也如图7所示，从主磁铁16A～16D流出的周向的磁通的矢量由来自辅助磁铁17A的磁通辅助，形成为相对于转子10的径向倾斜。由于永久磁铁50的配置成为非对称，所以来自主磁铁16A～16D的磁通偏向主磁铁16A～16D附近而容易形成对转子10的旋转起作用的磁通(相对于转子10的径向倾斜的磁通)。尤其是，在图3所示的主磁铁16A、16B的磁铁量和图6A所示的主磁铁16A～16D的磁铁量是相同程度的情况下，更细微地分割的图6A所示的转子10能够期待相对于磁铁的使用量的转矩的提高。
此外，若如图6B所示的变形例那样，以多个主磁铁16A、16E的配置相对于假想线L1成为非对称的方式配置各磁极30的主磁铁16A～16E，则也可以在从配置区域R2的范围偏离的位置形成有主磁铁16E。
而且，在图2所示的实施方式中，主磁铁16A、16B没有从转子10的周面露出，但主磁铁16A、16B的端面也可以从转子10露出。在该情况下，主磁铁16A、16B的露出的表面形成了转子10的周面的一部分。通过使主磁铁16A、16B从转子10的周面露出，在主磁铁16A、16B与定子20之间不存在构成转子芯11的软磁性材料。因此，能够使主磁铁的磁通以相对于转子10的径向D更大幅地倾斜的方式流动，因此能够进一步提高旋转电机1的转矩。
除此之外，图1～图7所示的辅助磁铁17A是圆弧状的永久磁铁，例如也可以如图8所示那样是平板状的永久磁铁。在图8中，相对于各磁极30，将2个平板状的永久磁铁沿着切线方向配置，辅助磁铁17A以弯折的形状配置。平板状的永久磁铁容易制造，因此能够减少转子10的制造成本。在该情况下，以使各磁极30的辅助磁铁17A的通过假想线L1的部分的磁化方向成为转子10的径向A的方式被磁化。而且，在辅助磁铁17A之间形成作为转子芯11的一部分的桥19，因此能够提高转子芯11的强度。
【实施例】
以下，基于实施例来说明本发明。
〔实施例1〕
制作了与图1的转子10对应的、相对于1个磁极具有2个主磁铁16A、16B的转子的模型1。此外，在图9中，将示意性地示出了图1所示的转子10的图作为模型1而示出。该模型1是将后述的比较例1的主磁铁分割成2个的模型。在对该模型1赋予了物理参数的基础上，对1个磁极中的转子的表面力(旋转方向的分量)进行了解析。根据该表面力算出了旋转电机的转矩，算出了将转矩除以磁铁的使用重量(磁铁量)而得到的值。
〔实施例2〕
以与实施例1相同的方式制作了模型2。与实施例1不同的点是相对于1个磁极设置了4个主磁铁16A～16D的点。此外，实施例2的主磁铁的使用量是与实施例1的主磁铁的使用量相同的设定，是将后述的比较例1的主磁铁分割成4个的模型。在对该模型2赋予了物理参数的基础上，对1个磁极中的转子的表面力(旋转方向的分量)进行解析，根据该表面力算出旋转电机的转矩，算出了将转矩除以磁铁的使用重量(磁铁量)而得到的值。
〔比较例1〕
以与实施例1相同的方式制作了模型3。与实施例1不同的点是相对于1个磁极设置了1个主磁铁16A的点。此外，比较例1的主磁铁的使用量是与实施例1的主磁铁的使用量相同的设定。在对该模型3赋予了物理参数的基础上，对1个磁极中的转子的表面力(旋转方向的分量)进行解析，根据该表面力算出旋转电机的转矩，算出了将转矩除以磁铁的使用重量(磁铁量)而得到的值。
将实施例1、2及比较例1的转子中的、转矩/磁铁使用量的结果及表面力的结果在图10及图11中示出。图10是示出图9所示的实施例1、2及比较例1的转矩/磁铁使用量的结果的图表，图11是示出图10所示的实施例1、2及比较例1的转子的表面位置与表面力密度的关系的图表。此外，在图10中，将比较例1的转矩/磁铁使用量设为1.0，在图11中，将预定值的表面力密度设为1.0。
如图10所示，实施例1的转子的转矩/磁铁使用量与比较例1相比提高了10％。实施例2的转子的转矩/磁铁使用量与比较例1相比提高了13％。而且，如图11所示，在转子的表面力密度的波形中，根据主磁铁彼此的个数而形成有峰，认为能够按照实施例2、实施例1、比较例1的顺序有效地产生表面力密度。
〔实施例3〕
如图12所示，相对于实施例1的模型，将主磁铁的配置区域在周向上分割18份，将2个主磁铁16A、16B中的1个主磁铁16A配置于辅助磁铁17A的端部17a(图12的“1”的位置)，将另一个主磁铁16B配置于图12的位置(“3”～“18”)，算出了这些位置处的转子的转矩，算出了各位置处的转矩/磁铁使用量。将其结果在图14及图15中示出。在图14及图15中，将各磁极的辅助磁铁所在的扇状的整体区域的中心角度设为1.0，示出了主磁铁16A、16B的配置区域R2的中心角度。此外，在图12中，例示性地例示了将另一个主磁铁16B配置于“9”的位置的情况。
〔实施例4〕
如图13所示，相对于实施例2的模型，将主磁铁的配置区域在周向上分割36份，将4个主磁铁16A～16D中的1个主磁铁16A配置于辅助磁铁17A的端部17a(图13的“1”的位置)，以使4个主磁铁16A～16B成为相等间隔的方式配置其他的3个主磁铁16B～16D，算出了各位置处的转矩/磁铁使用量。将其结果在图14及图15中示出。
如图14及图15所示，若周向主磁铁范围是0.55以下的范围，则转矩/磁铁使用量能够确保100％，可以说能够期待相对于假想线非对称地配置主磁铁而产生的效果，若周向主磁铁范围是0.10以上的范围，则能够配置多个主磁铁，认为也能够充分期待其效果。
根据以上，若在以旋转轴为中心具有对各磁极的辅助磁铁所在的扇状的整体区域的中心角度乘以0.10～0.55的系数而得到的中心角度的配置区域的范围内配置各磁极的所述多个主磁铁，则能够提高转矩/磁铁使用量。
以上，对本发明的实施方式进行了详述，但本发明不限定于前述的实施方式，能够在不脱离权利要求书所记载的本发明的精神的范围内进行各种设计变更。
Claims (3)
1.一种旋转电机，具备将永久磁铁嵌入到由软磁性材料形成的转子芯而得到的转子和位于所述转子的外周的定子，其特征在于，
所述永久磁铁由以磁化方向成为所述转子的周向的方式配置的主磁铁和以磁化方向成为所述转子的径向的方式配置的辅助磁铁构成，
在与所述转子的旋转轴正交的截面中，所述辅助磁铁以围绕在所述旋转轴的周围的方式在所述转子芯嵌入有多个，
所述主磁铁以从所述各辅助磁铁向所述转子的外周方向延伸的方式在所述转子芯嵌入有多个，
所述转子的磁极绕着所述旋转轴形成有多个，所述各磁极具有所述各辅助磁铁和在所述转子的周向上隔开间隔地配置的多个所述主磁铁，在所述主磁铁之间配置有所述软磁性材料，
在与所述旋转轴正交的截面中，以所述多个主磁铁的配置相对于通过所述旋转轴且将所述各磁极的所述辅助磁铁呈线对称地区划的假想线成为非对称的方式配置有所述各磁极的所述主磁铁。
2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，
在所述截面中，在以所述旋转轴为中心具有对所述各磁极的所述辅助磁铁所在的扇状的整体区域的中心角度乘以0.10～0.55的系数而得到的中心角度的配置区域的范围内配置有所述各磁极的所述多个主磁铁。
3.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，
在所述各磁极中，所述多个主磁铁中的1个主磁铁配置于所述辅助磁铁的端部。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020-039976 | 2020-03-09 | ||
| JP2020039976A JP7318567B2 (ja) | 2020-03-09 | 2020-03-09 | 回転電機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113381538A true CN113381538A (zh) | 2021-09-10 |
| CN113381538B CN113381538B (zh) | 2024-04-12 |
Family
ID=77555094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110233538.7A Active CN113381538B (zh) | 2020-03-09 | 2021-03-03 | 旋转电机 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11611250B2 (zh) |
| JP (1) | JP7318567B2 (zh) |
| CN (1) | CN113381538B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024093565A1 (zh) * | 2022-11-01 | 2024-05-10 | 美的威灵电机技术（上海）有限公司 | 转子组件、电机、电器和车辆 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7415871B2 (ja) | 2020-10-22 | 2024-01-17 | トヨタ自動車株式会社 | 回転電機 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009145229A1 (ja) * | 2008-05-30 | 2009-12-03 | 株式会社 東芝 | 永久磁石およびその製造方法、モータ用永久磁石および永久磁石モータ |
| US20110057533A1 (en) * | 2009-09-07 | 2011-03-10 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Rotating electrical machine |
| CN102403862A (zh) * | 2010-09-10 | 2012-04-04 | 三菱电机株式会社 | 压缩机用电动机、压缩机以及冷冻循环装置 |
| WO2013065110A1 (ja) * | 2011-10-31 | 2013-05-10 | 三菱電機株式会社 | 永久磁石埋込型電動機および圧縮機 |
| JP2013099099A (ja) * | 2011-10-31 | 2013-05-20 | Asmo Co Ltd | ロータ及びモータ |
| JP2014103789A (ja) * | 2012-11-20 | 2014-06-05 | Ibaraki Univ | 永久磁石埋込型モータ |
| JP2014192907A (ja) * | 2013-03-26 | 2014-10-06 | Meidensha Corp | 磁石埋込型電動機 |
| CN104756366A (zh) * | 2012-11-01 | 2015-07-01 | 三菱电机株式会社 | 永久磁铁嵌入型电动机、压缩机以及制冷空调装置 |
| CN104810946A (zh) * | 2006-07-20 | 2015-07-29 | 株式会社日立产机系统 | 永磁式旋转电机以及采用它的压缩机 |
| KR20180000824A (ko) * | 2016-06-24 | 2018-01-04 | (주)서원엠엔씨 | 영구자석 전동기 |
| JP2018182804A (ja) * | 2017-04-04 | 2018-11-15 | 富士電機株式会社 | 永久磁石式回転電機 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0638415A (ja) * | 1992-07-22 | 1994-02-10 | Hitachi Metals Ltd | 永久磁石式ロータ |
| JP3541343B2 (ja) | 1998-08-06 | 2004-07-07 | シャープ株式会社 | 同期機の回転子構造、同期型モータ及び同期型発電機 |
| US6465925B2 (en) * | 2000-10-26 | 2002-10-15 | Denso Corporation | Rotary electric machine having auxiliary poles |
| JP4396537B2 (ja) | 2005-02-10 | 2010-01-13 | 三菱電機株式会社 | 永久磁石型モータ |
| DE102018127127B4 (de) * | 2018-10-30 | 2020-08-06 | Feaam Gmbh | Elektrische Maschine |
-
2020
- 2020-03-09 JP JP2020039976A patent/JP7318567B2/ja active Active
-
2021
- 2021-03-03 CN CN202110233538.7A patent/CN113381538B/zh active Active
- 2021-03-04 US US17/192,303 patent/US11611250B2/en active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104810946A (zh) * | 2006-07-20 | 2015-07-29 | 株式会社日立产机系统 | 永磁式旋转电机以及采用它的压缩机 |
| WO2009145229A1 (ja) * | 2008-05-30 | 2009-12-03 | 株式会社 東芝 | 永久磁石およびその製造方法、モータ用永久磁石および永久磁石モータ |
| US20110057533A1 (en) * | 2009-09-07 | 2011-03-10 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Rotating electrical machine |
| CN102403862A (zh) * | 2010-09-10 | 2012-04-04 | 三菱电机株式会社 | 压缩机用电动机、压缩机以及冷冻循环装置 |
| WO2013065110A1 (ja) * | 2011-10-31 | 2013-05-10 | 三菱電機株式会社 | 永久磁石埋込型電動機および圧縮機 |
| JP2013099099A (ja) * | 2011-10-31 | 2013-05-20 | Asmo Co Ltd | ロータ及びモータ |
| CN104756366A (zh) * | 2012-11-01 | 2015-07-01 | 三菱电机株式会社 | 永久磁铁嵌入型电动机、压缩机以及制冷空调装置 |
| JP2014103789A (ja) * | 2012-11-20 | 2014-06-05 | Ibaraki Univ | 永久磁石埋込型モータ |
| JP2014192907A (ja) * | 2013-03-26 | 2014-10-06 | Meidensha Corp | 磁石埋込型電動機 |
| KR20180000824A (ko) * | 2016-06-24 | 2018-01-04 | (주)서원엠엔씨 | 영구자석 전동기 |
| JP2018182804A (ja) * | 2017-04-04 | 2018-11-15 | 富士電機株式会社 | 永久磁石式回転電機 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024093565A1 (zh) * | 2022-11-01 | 2024-05-10 | 美的威灵电机技术（上海）有限公司 | 转子组件、电机、电器和车辆 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2021141782A (ja) | 2021-09-16 |
| CN113381538B (zh) | 2024-04-12 |
| US20210281132A1 (en) | 2021-09-09 |
| US11611250B2 (en) | 2023-03-21 |
| JP7318567B2 (ja) | 2023-08-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9906083B2 (en) | Rotors with segmented magnet configurations and related dynamoelectric machines and compressors | |
| EP2800243B1 (en) | Rotor or permanent magnet embedded motor, and compressor, blower, and refrigerating/aitr conditioning device using the rotor | |
| JP5713075B2 (ja) | ロータおよび回転電気機械 | |
| WO2014091579A1 (ja) | 電動機の回転子 | |
| US20140091663A1 (en) | Permanent-magnet type rotating electrical machine | |
| EP3358717B1 (en) | Rotor | |
| CN113381538B (zh) | 旋转电机 | |
| CN104937815A (zh) | 永磁体式旋转电机 | |
| JP2008167520A (ja) | 回転電機 | |
| US20210083534A1 (en) | Magnet embedded type motor and method for manufacturing the same | |
| JP2018011466A (ja) | 永久磁石埋込同期機 | |
| CN114400806B (zh) | 旋转电机 | |
| JP2010193587A (ja) | ロータ用磁石着磁装置およびモータ | |
| JP2006081377A (ja) | 回転電機のロータ | |
| CN113381539B (zh) | 旋转电机 | |
| JP2018117488A (ja) | ロータ及びそれを用いたモータ | |
| CN111953097A (zh) | 旋转电机 | |
| JP6385064B2 (ja) | 永久磁石電動機およびその着磁方法、製造方法 | |
| JP6294720B2 (ja) | 永久磁石電動機 | |
| JP2017143663A (ja) | 埋込磁石型回転機 | |
| CN114530960B (zh) | 马达 | |
| KR102622640B1 (ko) | 더블 스포크 타입 회전자의 착자 장치 | |
| JP3749340B2 (ja) | Ｐｍ型ステッピングモータ | |
| CN112787438A (zh) | 旋转电机 | |
| JP2017169314A (ja) | 永久磁石埋込同期機 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |