CN116868481A - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

旋转电机(1)具备：能够旋转的转子(10)，所述转子(10)在外周部埋设有多个永久磁铁(13)；定子(20)，所述定子(20)固定设置在所述转子(10)的周围且在定子芯部(21)设有多个线圈(22)；以及马达壳体(30)，所述马达壳体(30)在内部收纳所述转子(10)和所述定子(20)，所述旋转电机(1)是通过螺栓(紧固件)(23)将所述定子(20)固定于所述马达壳体(30)而构成的，所述紧固件(23)插通从所述定子芯部(21)的外周缘向径向外侧突出设置的多个固定部(24)，在所述转子(10)的q轴穿过所述固定部(24)的中心的状态下，在所述定子芯部(21)的外周的所述转子(10)的d轴上形成有朝向径向外侧膨出的突耳(25)。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及一种旋转电机，其采用通过螺栓等紧固件将收纳在马达壳体内的定子固定在马达壳体上的结构。

本申请基于2021年9月1日申请的日本申请特愿2021-142396号主张优先权，并在此引用其内容。

背景技术

在将能够旋转的转子和配置在该转子的外周的定子收纳在马达壳体内而构成的旋转电机中，定子固定在马达壳体上，在该定子向马达壳体的固定方式中，有热压配合方式和螺栓紧固方式或并用两种方式的方式。

在采用螺栓紧固方式作为定子向马达壳体的固定方式的情况下，在定子的外周形成有向径向外侧突出的多个固定部，定子通过插通于各固定部的螺栓等紧固件的紧固而固定于马达壳体。

然而，构成定子的定子芯部通过将环状的多个电磁钢板沿轴向层叠并利用铆接等将多个电磁钢板彼此相互连结而成型为圆筒状，但在专利文献1中，为了将在定子芯部内产生的涡电流损失抑制得较低，规定了构成定子芯部的电磁钢板的利用铆接等的连结部位与固定部的周向间距。具体而言，在紧固部的数量为奇数的情况下，以与紧固部相对于转子旋转中心的周向间距相同或相当于其约数的周向间距形成固定部，在紧固部的数量为偶数的情况下，以与紧固部相对于转子旋转中心的周向间距的约数或180°的约数相当的周向间距形成固定部。

另外，在专利文献2中，在采用热压配合方式和螺栓紧固方式作为定子的固定方式的旋转电机中，为了提高定子向马达壳体的紧固力，并且抑制由紧固引起的定子的变形，提出了在定子的固定部(突出部)的根部形成凹部的结构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-060326号公报

专利文献2：WO2014/046101号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在采用螺栓紧固方式作为定子向马达壳体的固定方式的情况下，在定子芯部的外周缘，朝向径向外侧一体地突出设置有多个固定部，该多个固定部形成有用于供螺栓插通的插通孔，但在设有这些固定部的定子芯部中，固定部附近的磁通密度的分布相对于未设有固定部的定子芯部在周向上不均匀。因此，在采用螺栓紧固方式作为定子的固定方式的旋转电机中，产生转矩脉动(输出转矩的变动幅度)变大、振动和噪音变大的问题。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够将转矩脉动抑制得较小而将振动和噪音抑制得较低的旋转电机。

解决技术问题所采用的技术方案

为了实现上述目的，本发明是一种旋转电机，其具备：能够旋转的转子，所述转子在外周部埋设有多个永久磁铁；定子，所述定子固定设置在所述转子的周围，且在定子芯部设有多个线圈；以及马达壳体，所述马达壳体在内部收纳所述转子和所述定子，所述旋转电机是通过紧固件将所述定子固定于所述马达壳体而构成的，所述紧固件插通从所述定子芯部的外周缘向径向外侧突出设置的多个固定部，所述旋转电机的特征在于，在所述转子的q轴穿过所述固定部的中心的状态下，在所述定子芯部的外周的所述转子的d轴上形成有朝向径向外侧膨出的突耳(日文：タブ)。

发明效果

根据本发明，在从转子的永久磁铁的N极出来而进入S极的磁通的一部分不流过定子芯部的固定部的状态下，由于磁路变窄，所以磁阻上升而转矩降低，但由于在磁通的中途设有突耳，所以磁通的一部分在该突耳中流动，因此，磁路扩展而磁阻降低。因此，因磁通不流过固定部而产生的磁阻的降低被因磁通流过突耳而引起的磁阻的增大抵消，转子的转矩变动、即转矩脉动被抑制得较小，该旋转电机的振动和噪音被抑制得较低。

附图说明

图1是本发明的旋转电机的纵剖视图。

图2是图1的A-A线剖视图。

图3是图2的B部放大详细图。

图4是图2的C部放大详细图。

图5是示出在规定的电角度下在定子芯部产生的磁通的转子和定子的上半图，(a)是示出本发明的旋转电机的磁通的图，(b)是示出以往的旋转电机的磁通的图。

图6是示出在规定的电角度下在定子芯部产生的磁通的转子和定子的上半图，(a)是示出本发明的旋转电机的磁通的图，(b)是示出以往的旋转电机的磁通的图。

图7是将本发明的旋转电机的相对于电角度的转矩变动与以往的旋转电机的转矩变动进行比较而示出的图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是本发明的旋转电机的纵剖视图，图2是图1的A-A线剖视图，图3是图2的B部放大详细图，图4是图2的C部放大详细图。

[旋转电机的结构]

本实施方式的旋转电机1是三相同步型电动发电机，作为电动机(motor：马达)或发电机(generator)发挥功能，例如作为电动汽车(EV车)、混合动力车辆(HEV车)等的驱动源使用。如图1所示，该旋转电机1构成为将能够旋转的转子10和固定设置在该转子10的周围的定子20收纳在马达壳体30内。以下，分别对构成旋转电机1的马达壳体30、转子10及定子20进行说明。

(马达壳体)

上述马达壳体30由圆板状的罩30B覆盖一端面开口的有底筒状的主体30A的开口部而构成，例如通过铝、铝合金等的压铸而成型。

(转子)

上述转子10构成为包括圆筒状的转子芯部11、沿轴向(图1的左右方向)贯通该转子芯部11的中心的圆轴状的轴(马达轴)12以及埋设在转子芯部11的外周部的多个永久磁铁13(参照图2)，轴12的轴向两端部由分别设置在马达壳体30的主体30A和罩30B上的轴承(滚珠轴承)14、15支撑为能够旋转。因此，转子10能够绕轴12的轴中心(旋转中心)旋转。

上述转子芯部11将铁、铁合金等的板状的薄的电磁钢板11a层叠多个而构成为圆柱状，各电磁钢板11a例如通过冲压进行冲裁而成型为环状。在此，多个电磁钢板11a彼此通过铆接、焊接等相互连结而一体化，层叠这些电磁钢板11a而构成的转子芯部11通过铆接、热压配合、螺母紧固等方法固定于轴12的外周。因此，转子芯部11能够与轴12一体地旋转。

另外，如图2所示，多个永久磁铁13构成为在轴向(图2的纸面垂直方向)上较长的矩形板，在转子芯部11的外周部，在周向上以等角度间距(45°间距)配置有将各三个永久磁铁13配置成三角形形状而构成的共计8组磁极部40。另外，在转子芯部11的各永久磁铁13的长度方向两端部，沿轴向(图2的纸面垂直方向)分别贯通设置有剖面为矩形的空洞部16(参照图3及图4)。

在此，多个(8组)磁极部40由在周向上交替配置的N极磁极部40N和S极磁极部40S构成，在各N极磁极部40N中，如图3所示，配置成三角形形状的三个永久磁铁13(13a、13b、13c)中，沿周向配置的1个永久磁铁13a配置成N极朝向外周侧，沿径向倾斜配置的两个永久磁铁13b、13c配置成N极朝向相对的内面侧。

另一方面，在各S极磁极部40S中，如图4所示，在配置成三角形形状的三个永久磁铁13(13a、13b、13c)中，沿周向配置的1个永久磁铁13a配置成S极朝向外周侧，沿径向倾斜配置的两个永久磁铁13b、13c配置成S极朝向相对的内面侧。

另外，图2所示的d(direct)轴是示出各N极磁极部40N和各S极磁极部40S的主磁通方向的磁极中心线，q(quadrature)轴是与d轴电、磁正交的轴(N强磁极40N和S强磁极40S之间的轴)，在本实施方式的旋转电机1中，这些d轴和q轴在周向上交替地每种配置有8根且以22.5°的角度间距配置。

(定子)

如图2所示，定子20构成为包括圆柱状的定子芯部21和多个线圈22。在此，定子芯部21将铁、铁合金等的板状的薄的电磁钢板21a层叠多个而构成为圆柱状，各电磁钢板21a例如通过冲压进行冲裁而成型为环状。在此，多个电磁钢板21a彼此通过铆接、焊接等相互连结而一体化。

上述定子芯部21具有环状的轭21A和在该轭21A的内周侧朝向径向内侧延伸的多个(在图示例中为48个)齿21B。在此，多个(48个)齿21B在周向上以等角度间距(7.5°间距)形成，在相邻的齿21B之间分别形成有在轴向上贯通的槽21C。因此，在定子芯部21上，在周向上以等角度间距(7.5°间距)形成有与齿21B相同数量(48个)的槽21C，本实施方式的旋转电机1采用8极48槽的形式。

并且，在定子芯部21中，在各齿21B的周围分别设置有线圈22，该线圈22例如通过卷绕被绝缘包覆的导线而构成。在此，多个线圈22由U相线圈、V相线圈以及W相线圈构成，当对由这些U相线圈、V相线圈以及W相线圈构成的各线圈22分别施加交流电流时，在各线圈22中，在分别贯通U相线圈、V相线圈以及W相线圈的方向上产生交流磁场。

另外，如图1所示，如上构成的定子20通过作为紧固件的4根螺栓(图1中仅图示1根)23固定于马达壳体30。具体而言，如图2所示，在定子芯部21(轭21A)的外周，在正交的四个q轴上，朝向径向外侧一体地突出设置有在沿轴向观察时呈大致三角形的四个固定部24。即，四个固定部24在定子芯部21的外周部沿周向以等角度间距(90°间距)一体地突出设置，在各固定部24上，沿轴向(图2的纸面垂直方向)分别贯通设置有圆孔状的螺栓插通孔24a。另外，在各固定部24所形成的形状、即沿轴向观察时为大致三角形的形状中，三角形的顶部形成凸的圆弧曲面，三角形的两个斜边部形成与环状的定子芯部21(轭21A)的外周平滑地相连的凹的圆弧曲面。通过这样设定各固定部24的形状，能够避免该固定部24的两基端部(与轭21A的连接部)的应力集中，能够防止两基端部的龟裂的发生等。

并且，如图1所示，定子20通过将作为紧固件的共计4根螺栓(在图1中仅图示1根)23拧入马达壳体30的主体30A而固定在马达壳体30上，该螺栓23分别插通在贯通设置于四个各固定部24(参照图2)的螺栓插通孔24a中。

然而，在本实施方式的旋转电机1中，如图2所示，在转子10的q轴穿过各固定部24的中心(螺栓插通孔24a的中心)的状态下，在定子芯部21的d轴线上的外周形成有向径向外侧一体地膨出的突耳25。

在此，如上所述，四个固定部24在定子芯部21的周向上以等角度间距(90°间距)形成有四个，在周向上相邻的两个固定部24之间的d轴上的周向两处(从穿过周向上相邻的两个固定部24的中心的q轴向周向形成角度22.5°的两处(将直角四等分的角度位置))分别形成有两个突耳25。因此，在定子芯部21的外周，沿周向以等角度间距(45°间距)形成有共计八个突耳25。

在此，各突耳25与各固定部24同样地，在沿轴向观察时形成为大致三角形形状，该三角形的顶部形成凸的圆弧曲面，三角形的两个斜边部形成与环状的定子芯部21(轭21A)的外周平滑地相连的凹的圆弧曲面。通过这样设定各突耳25的形状，能够避免该突耳25的两基端部(与轭21A的连接部)的应力集中，能够防止两基端部的龟裂的发生等。

另外，在本实施方式中，固定部24的数量为四个，但该固定部24的数量不限于四个，可以任意设定。但是，在固定部24的数量为两个的情况下，定子20向马达壳体30的安装强度有可能不足，在固定部24的数量为六个的情况下，虽然定子20向马达壳体30的安装强度提高，但存在定子芯部21的形状复杂化而其制造成本变高的问题。因此，在本实施方式中，将固定部24的数量设定为四个。

[旋转电机的作用效果]

接着，对本实施方式的旋转电机1的作用和效果进行说明。

例如，在装设于电动汽车(EV车)、混合动力车辆(HEV车)等(以下，简称为“车辆”)的本实施方式的旋转电机1作为驱动车轮而使其旋转的电动机(motor)来发挥作用的情况下，从未图示的电池等直流电源输出的直流电流通过未图示的逆变器转换为交流电流。并且，当该交流电流被分别提供到设置于旋转电机1的定子20的多个(48个)线圈(U相、V相以及W相线圈)22时，由这些线圈22产生旋转磁场。具体而言，各线圈(U相、V相以及W相线圈)22的磁通成为合成后的旋转磁通，埋设有配置在产生该旋转磁通的区域的多个永久磁铁13的转子10与旋转磁通同步地旋转。

即，从电池提供的电能通过旋转电机1转换为转子10的旋转能量(机械能)，并输出为轴12的旋转。另外，轴12的旋转经由未图示的变速器、差动装置等向未图示的车轴传递，安装在车轴上的未图示的车轮被驱动而旋转，由此车辆以规定的速度行驶。

但是，在本实施方式的旋转电机1的定子芯部21中，如图2所示，在转子10的q轴穿过四个固定部24的各中心的状态下，在定子芯部21的外周的d轴上，在周向上以等角度间距(45°间距)形成有朝向径向外侧膨出的共计八个突耳25，因此，能够将该旋转电机1作为电动机(motor)发挥功能时的向转子10(轴12)输出的转矩的变动(转矩脉动)抑制得较小。以下，基于图5～图7说明其理由。

图5及图6是示出在规定的电角度下在定子芯部产生的磁通的转子和定子的上半图，(a)是示出本发明的旋转电机的磁通的图，(b)是示出以往的旋转电机的磁通的图，图7是将本发明的旋转电机的相对于电角度的转矩变动与以往的旋转电机的转矩变动进行比较而示出的图。

如图5的(a)所示，在本发明的旋转电机1中，在转子10的q轴穿过四个固定部24的各中心的状态下，从设置在转子10上的各N极磁极部40N出来并进入各S极磁极部40S的相互反向的磁通f1、f2流过定子芯部21，但磁通f1的一部分f3流过各固定部24。这相当于磁路扩展，所以磁阻下降，在图7所示的电角度范围b中，转矩波形上升，转矩示出最大值。此时，由于在定子芯部21的外周形成的各突耳25位于磁通f1和f2分岔的位置，因此磁通f1、f2不会在各突耳25流动，磁通f1、f2、f3的流动与未形成突耳25的图5的(b)所示的以往的旋转电机中的情况相同。

因此，当转子10位于图5所示的旋转位置时，图7所示的电角度范围b中的转矩在本发明的旋转电机1和以往的旋转电机中均示出最大值。另外，在图5的(b)及图6的(b)所示的以往的旋转电机中，110是转子，111是转子芯部，140N是N极磁极部，140S是S极磁极部，120是定子，121是定子芯部，122是线圈，124是固定部。

另一方面，在图6的(b)所示的以往的旋转电机中，在转子110的d轴穿过各固定部124的中心的角度位置，从设置在转子110上的各N极磁极部140N出来并进入各S极磁极部140S的相互反向的磁通f1、f2流过定子芯部21，但此时，各固定部124位于磁通f1、f2之间，因此磁通f1、f2不在该固定部124流动。因此，磁阻变大，在图7所示的电角度范围a中，如虚线所示，转矩波形下降，转矩示出最小值。

与此相对，在本发明的旋转电机1中，如图6的(a)所示，形成于定子芯部21的外周的突耳25位于磁通f1、f2流动的中途，因此磁通f1、f2的一部分f11、f21在突耳25中流动。其结果是，磁路扩展，磁阻降低，因此图7所示的电机角范围a中的转矩波形如实线所示上升。即，因磁通f1、f2不流过各固定部24而产生的磁阻的增大被因磁通f11、f21流过突耳25而引起的磁阻的降低抵消，防止了图7的电角度范围a中的转矩波形的下降，转矩波形如图7中实线所示，在整个电角度范围中呈现大致相同的形状。其结果是，本发明的旋转电机1中的转子10(轴12)的转矩变动、即转矩脉动被抑制得较小，该旋转电机1的振动和噪音被抑制得较低。另外，转矩脉动以相对于平均转矩的百分率来示出转子10(轴12)的输出转矩的变动量。

另一方面，装设于车辆的旋转电机1在车辆通过再生制动而减速时作为发电机(generator)发挥功能。即，当通过从车轮侧向旋转电机1的轴12输入的旋转动力驱动转子10而使其旋转时，通过埋设在该转子10中的永久磁铁13的旋转磁通进行在定子20的线圈22中产生交流电流的发电。并且，通过发电产生的交流电流由未图示的转换器转换为直流电流，通过该直流电流进行未图示的电池的充电。

另外，以上对将本发明应用于装设于电动汽车(EV车)、混合动力车辆(HEV车)等的旋转电机的方式进行了说明，但本发明也同样能够应用于供于其他任意的用途的旋转电机。

另外，以上对将本发明应用于作为电动机(motor)和发电机(generator)发挥功能的旋转电机(电动发电机)的方式进行了说明，但本发明同样也能够应用于仅作为电动机(motor)发挥功能的旋转电机。

此外，本发明并非被以上说明的实施方式限定应用，显然可以在权利要求书、说明书和附图所记载的技术思想的范围内进行各种变形。

(符号说明)

1旋转电机

10转子

11定子芯部

12轴

13永久磁铁

20定子

21定子芯部

21A定子芯部的轭

21B定子芯部的齿

21C定子芯部的槽

22线圈

23螺栓(紧固件)

24固定部

24a螺栓插通孔(贯通孔)

25突耳

30马达壳体

40磁极部

40N N磁极部

40S S磁极部。

Claims (4)

1.一种旋转电机，具备：

能够旋转的转子，所述转子在外周部埋设有多个永久磁铁；

定子，所述定子固定设置在所述转子的周围，且在定子芯部设有多个线圈；以及

马达壳体，所述马达壳体在内部收纳所述转子和所述定子，

所述旋转电机是通过紧固件将所述定子固定于所述马达壳体而构成的，所述紧固件插通从所述定子芯部的外周缘向径向外侧突出设置的多个固定部，

其特征在于，

在所述转子的q轴穿过所述固定部的中心的状态下，在所述定子芯部的外周的所述转子的d轴上形成有朝向径向外侧膨出的突耳。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

所述固定部和所述突耳形成为从所述定子芯部的外周向径向外侧膨出的大致三角形，在所述固定部的中心贯通设置有供所述紧固件插通的贯通孔。

3.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，

在所述转子的外周，N磁极部和S磁极部在周向上交替地配置，各N极磁极和各S极磁极构成为，在沿轴向观察时分别以三角形形状配置有三个所述永久磁铁。

4.根据权利要求3所述的旋转电机，其特征在于，

所述N极磁极和所述S极磁极在周向上以等角度间距交替地分别各设有四个，

所述固定部在所述定子芯部的周向上以等角度间距形成有四个，在所述定子芯部的周向上相邻的两个固定部之间的两个q轴上分别形成有所述突耳。