CN113812064A - 转子和具有该转子的电动机 - Google Patents

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Abstract

转子具有：轴；转子背磁轭，其通过轴贯穿设于轴心的贯通孔而与轴旋转一体地连结；以及磁体，其被固定于转子背磁轭的外周面，且沿着周向交替地配置有极性互不相同的磁极。转子背磁轭具有沿着周向隔开预定间隔地设置的多个第1缺口部，该第1缺口部以自转子背磁轭的内周面朝向径向外侧延伸的方式设置。多个第1缺口部分别沿着轴向自转子背磁轭的一端面延伸至另一端面。

Description

转子和具有该转子的电动机
技术领域
本发明涉及转子和具有该转子的电动机。
背景技术
以往，要求提高电动机的响应性，提出了各种与之对应的技术。
例如，在专利文献1～3中提出了这样的结构：通过对转子背磁轭设置轻量化构造，来使转子背磁轭的质量和转子的惯性减小，从而提高电动机的响应性。
然而近年来，在车辆的制动控制等用途中，进一步提高电动机的响应性的要求越来越高。与此相应地，需要进一步使转子的惯性减小。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-14178号公报
专利文献2：日本特许第3677752号公报
专利文献3：日本特许第6022077号公报
发明内容
本发明是鉴于上述方面而完成的。本发明的目的在于提供一种惯性减小了的转子和具有该转子的电动机。
为了实现上述的目的，本发明的转子具有：轴，其能够绕轴线旋转地设置；转子背磁轭，其在轴心具有贯通孔，且通过轴贯穿贯通孔而与轴旋转一体地连结；以及多个磁体，其被固定于转子背磁轭的外周面，且沿着转子背磁轭的外周方向也就是周向交替地配置有极性互不相同的磁极，其中，转子背磁轭具有沿着周向隔开预定间隔地设置的多个第1缺口部，该第1缺口部以自转子背磁轭的内周面朝向转子背磁轭的半径方向也就是径向上的外侧延伸的方式设置，多个第1缺口部分别沿着与轴线平行的方向自转子背磁轭的一端面延伸至与该一端面相对的另一端面。
根据该结构，能够使转子背磁轭的质量减小，从而使转子的惯性减小。
另外，优选的是，多个磁体沿着周向隔开预定间隔地设置，彼此相邻的磁体的磁极互不相同。
另外，优选的是，转子背磁轭的外周部的与多个磁体接触的部分具有不产生磁通饱和的磁路。
另外，优选的是，从与轴线平行的方向观察，在通过转子背磁轭的轴心和磁极的中心的假想线上设有多个第1缺口部。
另外，也可以在转子背磁轭的内周面沿着与轴线平行的方向隔开预定间隔地设有多个第2缺口部。
另外，也可以在轴沿着周向隔开预定间隔地设置多个齿部，多个齿部和多个第1缺口部相互渐开线配合。
另外，也可以是，多个齿部中的彼此相邻的两个齿部和1个第1缺口部相互渐开线配合。
本发明的电动机至少具有转子、以及在径向上的外侧和转子背磁轭隔开预定间隔地设置的定子。
根据该结构，能够使转子背磁轭的质量减小，进而使转子的惯性减小。因此，能够实现具有较高的响应性的电动机。
根据本发明的转子，能够使转子背磁轭的质量减小，从而使转子的惯性减小。根据本发明的电动机，能够实现具有较高的响应性的电动机。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的电动机的剖面示意图。
图2是表示图1的II-II线的剖面的剖面示意图。
图3A是表示转子中的磁通流动和定子中的磁通流动的剖面示意图。
图3B是表示转子中的磁通流动和定子中的磁通流动的剖面示意图。
图4A是变形例的转子背磁轭的局部立体图。
图4B是实施方式1的转子背磁轭的局部立体图。
图5A是本发明的实施方式2的转子的剖面示意图。
图5B是图5A中的虚线所包围的部分的放大图。
图6A是本发明的实施方式2的另一转子的剖面示意图。
图6B是图6A中的虚线所包围的部分的放大图。
具体实施方式
以下，基于附图详细地说明本发明的实施方式。以下的优选的实施方式的说明本质上只不过是例示，毫无意图限制本发明、其应用物或者其用途。
(实施方式1)
[电动机的结构]
图1是本发明的实施方式1的电动机100的剖面示意图。此外，图1是示意性地图示出电动机100的构造的图，和实际的形状以及尺寸不同。
如图1所示，电动机100具有电动机壳体10、托架20、转子30、定子80和轴承91、92。此外，在以下的说明中，将转子30的半径方向称为径向，将转子30的外周方向称为周向，将设于转子30的轴50的延伸方向称为轴向。将轴50的沿轴向延伸的中心线称为旋转轴线或简称为轴线。轴向相当于与轴线平行的方向。在径向上，将转子背磁轭40的轴心侧称为径向内侧或简称为内侧。将配置有定子80的一侧称为径向外侧或简称为外侧。
电动机壳体10是两端开口的有底筒状的金属构件。在电动机壳体10的内部收纳转子30和定子80。以将电动机壳体10的开口覆盖的方式设有托架20。
转子30被收纳于电动机壳体10的内部。在转子背磁轭40贯穿有轴50。转子背磁轭40在其外周面沿着周向配置有多个磁体60。彼此相邻的磁体60的磁极的极性不同。轴50的一个端部被设为贯通托架20而向电动机壳体10的外部突出。关于转子30和转子30的各部件的构造等将在后面详述。
图3A是表示转子30中的磁通流动和定子80中的磁通流动的剖面示意图。图3B是表示转子30中的磁通流动和定子80中的磁通流动的剖面示意图。定子80被收纳于电动机壳体10的内部。定子80在转子30的径向外侧和转子30隔开预定间隔地设置。定子80包括被固定于电动机壳体10的内周面的磁轭81、沿磁轭81的周向隔开预定间隔地设置的多个凸极82(参照图3A和图3B)、以及分别被卷绕于多个凸极82的多个线圈83。
轴承91、92分别被安装于电动机壳体10的内部，将轴50支承为能够绕旋转轴线旋转。
如以上已说明的那样，图1所示的电动机100是将磁体60配置于转子背磁轭40的外周面的所谓的SPM(Surface Permanent Magnet)电动机。
电动机100如下进行动作。通过未图示的电源连接部，分别向多个线圈83供给互相具有电角度为120°的相位差的3相电流，对定子80进行励磁，从而产生旋转磁场。该旋转磁场和设于转子30的磁体60产生的磁场相互作用，在转子30产生转矩，轴50被轴承91、92支承而绕旋转轴线旋转。
[转子的结构]
图2是表示图1的II-II线的剖面的剖面示意图。图2相当于与轴向正交的剖面上的转子的示意图。图3A和图3B示意性地表示转子中的磁通流动和定子中的磁通流动。图3A表示用于进行比较的转子30和定子80。图3B表示本实施方式的转子30和定子80。与图2同样地，图3A和图3B示出了与轴向正交的剖面。为了使说明容易理解，在图3A和图3B中省略了对轴50的图示。
如图2所示，转子30具有轴50、转子背磁轭40和多个磁体60。轴50是能够绕旋转轴线旋转地设置的所谓的空心轴。
转子背磁轭40在轴心具有贯通孔42。转子背磁轭40通过轴50贯穿贯通孔42而与轴50旋转一体地连结。转子背磁轭40通过将形成为环状的预定形状的多个电磁钢板在轴向上层叠而构成。转子背磁轭40呈自其内周面朝向径向外侧延伸的形状。转子背磁轭40具有沿着周向隔开预定间隔地设置的多个第1缺口部41。此外，通过向转子背磁轭40的贯通孔42压入轴50，来使转子背磁轭40与轴50旋转一体地连结。
从轴向观察，在通过旋转轴线、以及磁体60的中心即磁极的中心的假想线上设有第1缺口部41。多个第1缺口部41分别沿着轴向自转子背磁轭40的一端面延伸至与该一端面相对的另一端面地设置。
图4B是实施方式1的转子背磁轭的局部立体图。转子背磁轭40通过在周向上对将具有预定形状的多个电磁钢板(未图示)于轴向上层叠而成的多个分割背磁轭44连接而构成。多个磁体60分别沿着周向隔开预定间隔地配置于转子背磁轭40的外周面，并且被树脂模制部70覆盖而被固定于该外周面。
在具有这样构成的转子30的电动机100中，当电流流过设于定子80的预定的线圈83时，如图3A和图3B所示，磁通分别流过定子80和转子30。此时，如图3A所示，在转子背磁轭40的位于彼此相邻的磁体60之间的部分，磁通密度较高，另一方面，在通过转子背磁轭40的轴心和磁体60的中心(磁极的中心)的假想线上，磁通密度较低。因此，如上所述，在通过旋转轴线和磁体60的中心(磁极的中心)的假想线上设置第1缺口部41，从而如图3B所示在转子背磁轭40的外周部40a(参照图4B)的与磁体60接触的部分形成不产生磁通饱和的磁路。
由此，本实施方式的电动机100的转矩与具有图3A所示的转子30的电动机100的转矩大致相同。
[效果等]
如以上已说明的那样，本实施方式的转子30具有：轴50，其能够绕旋转轴线旋转地设置；转子背磁轭40，其在轴心具有贯通孔42，且通过轴50贯穿贯通孔42而与轴50旋转一体地连结；以及磁体60，其被固定于转子背磁轭40的外周面，且沿着转子背磁轭40的外周方向也就是周向交替地配置有极性互不相同的磁极。
转子背磁轭40具有沿着周向隔开预定间隔地设置的多个第1缺口部41，该第1缺口部41以自转子背磁轭40的内周面朝向转子背磁轭40的半径方向也就是径向上的外侧延伸的方式设置。多个第1缺口部41分别沿着与轴线平行的方向自转子背磁轭40的一端面延伸至与该一端面相对的另一端面。
通过这样构成转子30，能够使转子背磁轭40的质量减小，从而使转子30的惯性减小。由此，能够提高电动机100的响应性。特别是，对于用于制动控制的电动机100，需要在速度-转矩(S-T)特性的整个区域提高电动机100的响应性，而根据本实施方式，能够满足该要求。
另外，为了使转子30的惯性减小，存在以转子背磁轭40的外径和轴50的直径接近的方式来设计转子30的情况。但是，在这样的情况下，在专利文献1～3所公开的以往的结构中，需要以包围轴50的方式对转子背磁轭40进行保留，从而难以增大轻量化部。因此，无法充分地使转子背磁轭40的质量减小。
但是，根据本实施方式，通过以到达轴50的内周面的方式设置第1缺口部41，能够容易地使转子背磁轭40的质量减小。以保留外周部40a并且到达转子背磁轭40的内周面的方式设置第1缺口部41。因此，能够使转子30的惯性减小，并且能够抑制电动机100的转矩的降低。
另外，对于转子背磁轭40的外径与轴50的直径之间设有一定以上的差的情况，本实施方式的转子30也是有用的。如上所述，在通过于周向上对将电磁钢板层叠而成的分割背磁轭44进行连接而构成转子背磁轭40的情况下，能够使各电磁钢板的形状相同。因此，转子背磁轭40的设计和组装变得容易。此外，转子背磁轭40的强度能够通过适当地设定第1缺口部41的周向上的宽度来确保。
另外，通过沿着轴向自转子背磁轭40的一端面延伸至另一端面地形成第1缺口部41，能够进一步使转子背磁轭40的质量减小。
优选的是，转子背磁轭40的外周部40a的与磁体60接触的部分具有不产生磁通饱和的磁路。
由此，能够有效地利用由转子30产生的磁通。因此，能够抑制电动机100的转矩的降低。
另外，优选的是，从与旋转轴线平行的方向即从轴向观察，在通过转子背磁轭40的轴心和磁体60的磁极的中心的假想线上分别设有第1缺口部41。
由此，能够在转子背磁轭40的外周部40a的与磁体60接触的部分形成不产生磁通饱和的磁路。因此，能够有效地利用由转子30产生的磁通。因此，能够抑制电动机100的转矩的降低。
另外，通过将轴50设为空心构造，能够使轴50的质量减小。因此，能够进一步使转子30的惯性减小。由此，能够进一步提高电动机100的响应性。此外，对于轴50的强度换言之为轴50的材质和空心率，能够根据电动机100的规格和负载等来适当决定。
另外，优选的是，多个磁体60沿着周向隔开预定间隔地设置，彼此相邻的磁体60的磁极互不相同。
本实施方式的电动机至少具有转子30、以及在径向外侧和转子背磁轭40隔开预定间隔地设置的定子80。
根据本实施方式，能够使转子背磁轭40的质量减小，进而使转子30的惯性减小。因此，能够实现具有较高的响应性的SPM电动机。
＜变形例＞
图4A是变形例的转子背磁轭40的局部立体图。图4B是实施方式1的转子背磁轭40的局部立体图。此外，在图4A中，对与实施方式1相同的部位标注相同的附图标记并省略详细的说明。
如图4A所示，在本变形例的结构中，在转子背磁轭40的内周面沿着轴向隔开预定间隔地设有多个第2缺口部43。这一点和实施方式1所示的结构也就是和图4B所示的结构不同。
根据本变形例，能够进一步使转子背磁轭40的质量减小，进而进一步使转子30的惯性减小。例如，通过将图3A所示的转子背磁轭40应用于图1所示的电动机100，与实施方式1所示的情况相比，能够使转子背磁轭40的质量减小约4％，并且能够使转子30的惯性减小约3％。
(实施方式2)
图5A是本发明的实施方式2的转子的剖面示意图。图5B是图5A中的虚线所包围的部分的放大图。此外，在图5A中，对与实施方式1相同的部位标注相同的附图标记并省略详细的说明。
如图5A和图5B所示，本实施方式的结构在以下方面与实施方式1所示的结构不同。在轴50沿着周向隔开预定间隔地设有多个齿部51。齿部51通过自外周面对轴50进行切除而形成。齿部51的齿顶相当于轴50的外周面。齿部51和第1缺口部41相互渐开线配合。具体而言，彼此相邻的两个齿部51和1个第1缺口部41相互渐开线配合。
另外，分别对齿部51和第1缺口部41的形状进行设定，使得齿部51的齿面和第1缺口部41的侧面可以说是第1缺口部41的齿面相互对合，使两个齿部51和1个第1缺口部41相互渐开线配合。另外，转子30的内周面和齿部51的齿根隔开预定间隔地配置，齿部51的齿顶和第1缺口部41的底面同样隔开预定间隔地配置。
根据本实施方式，相对于实施方式1的结构，能够进一步使转子30的惯性减小，从而提高电动机100的响应性。具体而言，通过使轴50的壁厚局部地变薄，能够使轴50自身的质量减小，从而进一步使转子30的惯性减小。
另外，通过使齿部51和第1缺口部41相互渐开线配合，能够提高轴50和转子背磁轭40的结合力。因此，能够防止在电动机100旋转时转子背磁轭40空转的情况。因此，能够抑制电动机100的转矩降低。
另外，由于使齿部51的齿面和第1缺口部41的侧面相互对合，因此轴50和转子背磁轭40的形状管理变得容易。
此外，在本实施方式中，示出了彼此相邻的两个齿部51和1个第1缺口部41相互渐开线配合的例子。但是，并不特别限定于此。也可以设为彼此相邻的3个以上的齿部51和1个第1缺口部41相互渐开线配合。另外，也可以如图6A所示那样构成转子30。
图6A是本发明的实施方式2的另一转子的剖面示意图。图6B是图6A中的虚线所包围的部分的放大图。此外，在图6A和图6B中，对与实施方式1相同的部位标注相同的附图标记并省略详细的说明。
如图6A所示，也可以设为1个齿部51和1个第1缺口部41相互渐开线配合。
此外，通过多个齿部51与1个第1缺口部41渐开线配合地构成转子30，能够更大幅度地使齿部51的体积减小，进而使轴50的质量减小。由此，能够更大幅度地使转子30的惯性减小。
如上所述，也可以是，在本实施方式的转子30中，在轴50沿着周向隔开预定间隔地设有多个齿部51，多个齿部51和多个第1缺口部41相互渐开线配合。
另外，也可以是，多个齿部51中的彼此相邻的两个齿部和多个第1缺口部41中的1个第1缺口部相互渐开线配合。
(其他实施方式)
也能够使包括变形例的实施方式1、2所示的各构成要素适当组合，作为新的实施方式。例如，也可以将变形例所示的第2缺口部43应用于实施方式2所示的转子背磁轭40。另外，关于转子30的惯性，只要满足电动机100的要求性能即可，也可以将轴50设为实心构造。
另外，在包括变形例的实施方式1、2中，示出了将多个磁体60固定于转子背磁轭40的外周面的例子，但也可以将沿着周向交替地配置有互不相同的磁极的环状的磁体60固定于该外周面。
另外，轴50和转子背磁轭40的连结方法不限于压入，也可以使用其他方法。例如，也可以设为通过激光焊接将轴50和转子背磁轭40相互接合。
产业上的可利用性
本发明的转子能够使转子背磁轭的质量减小，从而使转子的惯性减小，在应用于需要较高的响应性的SPM电动机的方面是有用的。
附图标记说明
10、电动机壳体；20、托架；30、转子；40、转子背磁轭；40a、外周部；41、第1缺口部；42、贯通孔；43、第2缺口部；44、分割背磁轭；50、轴；51、齿部；60、磁体；70、树脂模制部；80、定子；81、磁轭；82、凸极；83、线圈；91、92、轴承；100、电动机。

Claims (8)

1.一种转子，其具有：轴，其能够绕轴线旋转地设置；转子背磁轭，其在轴心具有贯通孔，且通过所述轴贯穿所述贯通孔而与所述轴旋转一体地连结；以及多个磁体，其被固定于所述转子背磁轭的外周面，且沿着所述转子背磁轭的外周方向也就是周向交替地配置有极性互不相同的磁极，其中，
所述转子背磁轭具有沿着所述周向隔开预定间隔地设置的多个第1缺口部，该第1缺口部以自所述转子背磁轭的内周面朝向所述转子背磁轭的半径方向也就是径向上的外侧延伸的方式设置，
所述多个第1缺口部分别沿着与所述轴线平行的方向自所述转子背磁轭的一端面延伸至与所述一端面相对的另一端面。
2.根据权利要求1所述的转子，其中，
所述多个磁体沿着所述周向隔开预定间隔地设置，
彼此相邻的磁体的磁极互不相同。
3.根据权利要求1或2所述的转子，其中，
所述转子背磁轭的外周部的与所述多个磁体接触的部分具有不产生磁通饱和的磁路。
4.根据权利要求1～3中任1项所述的转子，其中，
从与所述轴线平行的方向观察，在通过所述转子背磁轭的轴心和所述磁极的中心的假想线上设有所述多个第1缺口部。
5.根据权利要求1～4中任1项所述的转子，其中，
在所述转子背磁轭的内周面沿着与所述轴线平行的方向隔开预定间隔地设有多个第2缺口部。
6.根据权利要求1～5中任1项所述的转子，其中，
在所述轴沿所述周向隔开预定间隔地设有多个齿部，
所述多个齿部和所述多个第1缺口部相互渐开线配合。
7.根据权利要求6所述的转子，其中，
所述多个齿部中的彼此相邻的两个齿部和所述多个第1缺口部中的1个第1缺口部相互渐开线配合。
8.一种电动机，其中，
所述电动机至少具有：
权利要求1～7中任1项所述的转子；以及
定子，其在所述径向上的外侧和所述转子背磁轭隔开预定间隔地设置。
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