CN116896184A - 转子及旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供的转子的一个方式具有：转子铁芯，其设有以中心轴为中心沿轴向延伸的多个磁铁插入孔；以及多个磁铁，其分别收纳在多个磁铁插入孔的内部。在轴向观察时，磁铁是沿与径向正交的方向延伸的长方形状，转子铁芯具有：第一磁通屏蔽部，其由三个边构成且与磁铁的周向一方侧接触；和第二磁通屏蔽部，其由三个边构成且与磁铁的周向另一方侧接触。第一磁通屏蔽部具有与磁铁接触的第一边、沿周向延伸的第二边以及包括曲线并连接第一边和第二边的第三边。第二磁通屏蔽部具有与磁铁接触的第四边、沿周向延伸的第五边以及包括曲线并连接第四边和第五边的第六边。第一边比第四边长，第二边比第五边短。

Description

转子及旋转电机

技术领域

本发明涉及转子和旋转电机。

背景技术

已知一种旋转电机，其具备转子铁芯和配置在设置于转子铁芯的孔中的永久磁铁。例如，在专利文献1中公开了为了降低转矩脉动而使配置在磁铁两侧的磁通屏蔽部相对于磁极中心在周向不对称。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-208805号公报

发明内容

发明所要解决的课题

由于磁通屏蔽部由直线的组合构成，因此磁通绕过直线交叉的角部而通过。因此，磁路长度变大，从而产生磁阻变大、磁阻转矩降低的问题。

本发明是考虑到上述问题而提出的，其目的在于提供一种提高驱动转矩的转子及旋转电机。

本发明的转子的一个方式，其特征在于，具有：转子铁芯，其设有以中心轴为中心沿轴向延伸的多个磁铁插入孔；以及多个磁铁，其分别收纳在多个所述磁铁插入孔的内部，在从轴向观察时，所述磁铁是沿与径向正交的方向延伸的长方形，所述转子铁芯具有：第一磁通屏蔽部，其在轴向观察时由三个边构成且与所述磁铁的周向一方侧接触；以及第二磁通屏蔽部，其在轴向观察时由三个边构成且与所述磁铁的周向另一方侧接触，在轴向观察时，所述第一磁通屏蔽部具有：第一边，其与所述磁铁接触；第二边，其沿周向延伸；以及第三边，其包括曲线并连接所述第一边和所述第二边，在轴向观察时，所述第二磁通屏蔽部具有：第四边，其与所述磁铁接触；第五边，其沿周向延伸；以及第六边，其包括曲线并连接所述第四边和所述第五边，所述第一边比所述第四边长，所述第二边比所述第五边短。

本发明的旋转电机的一个方式具备上述转子和位于所述转子的径向外侧的定子。

发明的效果

根据本发明的一个方式，能够在旋转电机中提高驱动转矩。

附图说明

图1是示出本实施方式的旋转电机的剖视图。

图2是示出本实施方式的旋转电机的一部分的局部剖视图，是图1中的II-II剖视图。

图3是示出实施方式的转子的磁极部的剖视图。

图4是示出第一磁通屏蔽部和第二磁通屏蔽部为对称结构的情况和非对称的情况的转矩的图。

图中：1…旋转电机；10…转子；20…转子铁芯；30…磁铁插入孔；40…磁铁；51…第一磁通屏蔽部；51a…第一边；51b…第二边；51c…第三边；52…第二磁通屏蔽部；52a…第四边；52b…第五边；52c…第六边；60…定子；70、70N、70S…磁极部；IL1…磁极中心线(d轴)；IL2…q轴；J…中心轴。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式所涉及的转子及旋转电机进行说明。另外，本发明的范围不限定于以下的实施方式，可以在本发明的技术思想的范围内任意变更。另外，在以下的附图中，为了容易理解各结构，有时使各结构中的比例尺、数量等与实际的结构不同。

在各图中适当示出的Z轴方向是以正侧为“上侧”、以负侧为“下侧”的上下方向。在各图中适当示出的中心轴J是与Z轴方向平行且沿上下方向延伸的假想线。在以下的说明中，将中心轴J的轴向、即与上下方向平行的方向简称为“轴向”，将以中心轴J为中心的径向简称为“径向”，将以中心轴线J为中心的周向简称为“周向”。在各图中适当示出的箭头θ示出了周向。箭头θ在从上方观察时以中心轴J为中心朝向逆时针方向。在以下的说明中，将以某对象为基准的周向中的箭头θ所朝向的一侧、即从上侧观察沿逆时针方向前进的一侧称为“周向一方侧”，将以与某对象为基准的周向中的箭头θ所朝向的一侧相反的一侧、即从上侧观察沿顺时针方向前进的一侧称为“周向另一方侧”。

另外，上下方向、上侧及下侧仅是用于说明各部的配置关系等的名称，实际的配置关系等也可以是由这些名称表示的配置关系等以外的配置关系等。

如图1所示，旋转电机1是内转子型的旋转电机。

在本实施方式中，旋转电机1是三相交流式的旋转电机。旋转电机1例如是通过被供给三相交流的电源而被驱动的三相马达。旋转电机1具备壳体2、转子10、定子60、轴承保持架4、轴承5a、5b。

壳体2在内部收纳有转子10、定子60、轴承保持架4以及轴承5a、5b。壳体2的底部保持轴承5b。轴承保持架4保持轴承5a。轴承5a、5b例如是滚珠轴承。

定子60位于转子10的径向外侧。定子60具有定子铁芯61、绝缘体64和多个线圈65。定子铁芯61具有铁芯背部62和多个齿63。铁芯背部62位于后述的转子铁芯20的径向外侧。另外，在以下的图2中，省略了绝缘体64的图示。

如图2所示，铁芯背部62为包围转子铁芯20的环状。铁芯背部62例如是以中心轴J为中心的圆环状。

多个齿63从铁芯背部62向径向内侧延伸。多个齿63在周向上隔开间隔地排列配置。多个齿63例如沿着周向在一周上等间隔地配置。齿63例如设置有48个。即，旋转电机1的槽67的数量例如为48个。

多个线圈65安装在定子铁芯61上。如图1所示，多个线圈65例如隔着绝缘体64安装在齿63上。在本实施方式中，线圈65被分布卷绕。即，各线圈65以跨越多个齿63的方式卷绕。在本实施方式中，线圈65被全节距卷绕。即，插入有线圈65的定子60的槽彼此的周向间距与向定子60供给三相交流电源时产生的磁极的周向间距相等。旋转电机1的极数例如为八个。即，旋转电机1例如是8极48槽的旋转电机。这样，在本实施方式的旋转电机1中，在将极数设为N时，槽数为N×6。

转子10能够以中心轴J为中心旋转。如图2所示，转子10具有轴11、转子铁芯20和多个磁铁40。轴11是以中心轴J为中心沿轴向延伸的圆柱状。如图1所示，轴11被轴承5a、5b支撑为能够绕中心轴J旋转。

转子铁芯20是磁性体。转子铁芯20固定于轴11的外周面。转子铁芯20具有沿轴向贯通转子铁芯20的贯穿孔21。如图2所示，从轴向观察，贯穿孔21为以中心轴J为中心的圆形。轴11穿过贯穿孔21。轴11例如通过压入等被固定在贯穿孔21内。虽然省略了图示，但转子铁芯20例如通过在轴向上层叠多个电磁钢板而构成。

转子铁芯20具有多个磁铁插入孔30。多个磁铁插入孔30例如在轴向上贯通转子铁芯20。在多个磁铁插入孔30的内部，分别插入并收纳有多个磁铁40。磁铁插入孔30内的磁铁40的固定方法没有特别限定。

多个磁铁40的种类没有特别限定。磁铁40例如可以是钕磁铁，也可以是铁氧体磁铁。多个磁铁40构成极。在本实施方式中，磁铁40在周向上隔开间隔地设置有多个。磁铁插入孔30和磁铁40例如各设置有八个。

转子10具有多个磁极部70，该磁极部70包括一个磁铁插入孔30和一个磁铁40。磁极部70例如设置有八个。多个磁极部70例如沿着周向遍及一周等间隔地配置。多个磁极部70各包括多个磁极部70N和多个磁极部70S，所述磁极部70N是转子铁芯20的外周面的磁极为N极的磁极部，所述磁极部70S是转子铁芯20的外周面的磁极为S极的磁极部。磁极部70N和磁极部70S例如各设置有四个。四个磁极部70N和四个磁极部70S沿周向交替配置。各磁极部70的结构除了转子铁芯20的外周面的磁极不同这点以及周向位置不同这点以外，是相同的结构。

磁铁插入孔30例如在从轴向观察时沿与径向正交的方向呈大致直线状延伸。如图3所示，从轴向观察时，磁铁插入孔30例如在与构成d轴的磁极中心线IL1正交的方向延伸。磁极中心线IL1是通过磁极部70的周向中心和中心轴J且沿径向延伸的假想线。

在从轴向观察时，例如磁极中心线IL1通过磁铁插入孔30的周向的中心。即，磁铁插入孔30的周向中心的周向位置例如与磁极部70的周向中心的周向位置一致。磁铁插入孔30的在从轴向观察时的形状例如是以磁极中心线IL1为中心的线对称的形状。磁铁插入孔30位于转子铁芯20的径向外周缘部。

磁铁插入孔30具有直线部30a、一端部30b和另一端部30c。在从轴向观察时，直线部30a在磁铁插入孔30延伸的方向呈直线状延伸。直线部30a例如在从轴向观察时为长方形状。一端部30b与直线部30a的周向一方侧(+θ侧)的端部连接。一端部30b是磁铁插入孔30的周向一方侧的端部。另一端部30c与直线部30a的周向另一方侧(-θ侧)的端部连接。另一端部30c是磁铁插入孔30的周向另一方侧的端部。

磁铁40收纳在磁铁插入孔30的内部。在从轴向观察时，磁铁40沿着磁铁插入孔30延伸。磁铁40在从轴向观察时沿与径向正交的方向延伸。磁铁40的在从轴向观察时的形状例如为相对于磁极中心线IL1线对称的形状。磁铁40例如在从轴向观察时为长方形状。虽然省略了图示，但磁铁40例如为长方体状。虽然省略了图示，但磁铁40例如遍及磁铁插入孔30内的轴向的整体而设置。

在从轴向观察时，磁铁40的延伸方向的两端部分别与磁铁插入孔30的延伸方向的两端部分离配置。在从轴向观察时，在磁铁40延伸的方向上，一端部30b和另一端部30c分别与磁铁40的两侧相邻地配置。在此，在本实施方式中，一端部30b构成第一磁通屏蔽部51。另一端部30c构成第二磁通屏蔽部52。即，在从轴向观察时，转子铁芯20具有在磁铁40延伸的方向隔着磁铁40配置的第一磁通屏蔽部51及第二磁通屏蔽部52。

第一磁通屏蔽部51和第二磁通屏蔽部52相对于磁极中心线IL1呈非线对称的形状。在从轴向观察时，第一磁通屏蔽部51由三个边构成且与磁铁40的周向一方侧接触。在从轴向观察时，第二磁通屏蔽部52由三个边构成且与磁铁40的周向另一方侧接触。以下，对第一磁通屏蔽部51和第二磁通屏蔽部52的在从轴向观察时的形状进行说明。

第一磁通屏蔽部51具有第一边51a、第二边51b和第三边51c。第一边51a与磁极中心线IL1平行地延伸，并与磁铁40的周向一方侧接触。第一边51a中的径向外侧的端部的位置是磁铁40中的径向外侧的端面的位置。第一边51a中的径向内侧的端部的位置比磁铁40中的径向内侧的端面更靠径向内侧。

第二边51b沿周向延伸。第二边51b中的周向另一方侧的端部的位置是磁铁40中的径向外侧的端面的位置。第二边51b是以中心轴J为中心的圆弧状。

第三边51c位于比第二边51b更靠径向内侧的位置，并连接第一边51a和第二边51b。第三边51c包括曲线。第三边51c随着朝向径向内侧而向朝向磁极中心的方向弯曲。构成第三边51c的曲线是在比第三边51c靠径向外侧且磁极中心线IL1侧具有曲率中心的圆弧形状。第一边51a和第三边51c的交叉部通过R倒角而被倒角。

第二磁通屏蔽部52具有第四边52a、第五边52b和第六边52c。第四边52a与磁极中心线IL1平行地延伸，并与磁铁40的周向另一方侧接触。第四边52a中的径向外侧的端部的位置是磁铁40中的径向外侧的端面的位置。第四边52a中的径向内侧的端部的位置比磁铁40中的径向内侧的端面更靠径向内侧。第四边52a中的径向内侧的端部的位置比第一边51a中的径向内侧的端部的位置更靠径向外侧。因此，第一边51a比第四边52a长。

第五边52b沿周向延伸。第五边52b中的周向一方侧的端部的位置是磁铁40中的径向外侧的端面的位置。第五边52b是以中心轴J为中心的圆弧状。第五边52b的周向尺寸比第二边51b的周向尺寸长。因此，第二边51b比第五边52b短。

第六边52c位于比第五边52b靠径向内侧的位置，并连接第四边52a和第五边52b。第六边52c包括曲线。第六边52c随着朝向径向内侧而向朝向磁极中心的方向弯曲。构成第六边52c的曲线是在比第六边52c靠径向外侧且磁极中心线IL1侧具有曲率中心的圆弧形状。第四边52a和第六边52c的交叉部通过R倒角而被倒角。第五边52b和第6边52c的交叉部通过R倒角而被倒角。

第一边51a比第四边52a长，第二边51b比第五边52b短，由此，第四边52a比第一边51a短，第五边52b比第二边51b长。其结果是，从第二磁通屏蔽部52的周向另一方侧绕过第二磁通屏蔽部52而向磁极中心线IL1侧流动的磁通B2以较多地包含朝向周向一方侧的成分的方向朝向定子60。其结果是，来自在动力运行时向周向一方侧旋转的转子10的磁通B2容易朝向齿63，从而能够增大驱动转矩。在这种情况下，优选第二磁通屏蔽部52的周向最大尺寸比径向最大尺寸长。

第三边51c包含曲线，随着朝向径向内侧而向朝向磁极中心的方向弯曲，由此，与第三边51c成为角部的一部分而绕过角部的情况相比，磁通B2能够缩短磁路长度。其结果是，磁阻变小，能够增大磁阻转矩。因此，在实施方式中，能够提高驱动转矩。

通过使第二边51b比第五边52b短，能够增大第一磁通屏蔽部51与q轴IL2之间的磁路，从而能够减小磁阻。因此，产生磁阻转矩的磁通B1容易通过而不阻碍其流动。因此，磁通密度增加，从而能够增大驱动转矩。通过使第一边51a比第四边52a长，能够抑制磁通从磁铁40中的周向一方侧的端部泄漏。其结果是，能够提高驱动转矩。

第六边52c包含曲线，随着朝向径向内侧而向朝向磁极中心的方向弯曲，由此，与第六边52c成为角部的一部分而绕过角部的情况相比，磁通B1能够缩短磁路长度。其结果是，磁阻变小，能够增大磁阻转矩。因此，在实施方式中，能够提高驱动转矩。

如图4所示，在第一磁通屏蔽部51和第二磁通屏蔽部52采用上述非对称结构的情况下，与采用对称结构的情况相比，能够使驱动转矩提高约11.1％。

在磁极部70N中，磁铁40的磁极中位于径向外侧的磁极例如为N极。在磁极部70N中，磁铁40的磁极中位于径向内侧的磁极例如为S极。

虽然省略了图示，但在磁极部70S中，各磁铁40的磁极相对于磁极部70N反转配置。即，在磁极部70S中，磁铁40的磁极中位于径向外侧的磁极例如是S极。在磁极部70S中，磁铁40的磁极中位于径向内侧的磁极例如为N极。

如上所述说明，在本实施方式的转子10及旋转电机1中，在向周向一方侧旋转时，能够专门在动力运行方向提高最大转矩。

以上，参照附图对本发明所涉及的优选实施方式进行了说明，但本发明当然不限定于上述例子。在上述例子中所示的各构成部件的诸形状、组合等是一例，在不脱离本发明的主旨的范围内能够基于设计要求等进行各种变更。

例如，在上述实施方式中说明的第一磁通屏蔽部51和第二磁通屏蔽部52的在从轴向观察时的形状是一例，并不限定于该结构。只要是第一边51a和第四边52a与磁铁40接触、第二边51b和第五边52b沿周向延伸、连接第一边51a和第二边51b的第三边51c以及连接第四边52a和第五边52b的第六边52c包含曲线的结构，则也可以是其他形状。

应用本发明的旋转电机不限于马达，也可以是发电机。在这种情况下，旋转电机可以是三相交流式发电机。旋转电机的用途没有特别限定。旋转电机例如可以搭载在车辆上，也可以搭载在车辆以外的设备上。旋转电机的极数和槽数没有特别限定。在旋转电机中，线圈可以由任意的卷绕方法构成。以上，在本说明书中说明的结构可以在不相互矛盾的范围内适当组合。

Claims (5)

1.一种转子，其特征在于，具有：

转子铁芯，其设有以中心轴为中心沿轴向延伸的多个磁铁插入孔；以及

多个磁铁，其分别收纳在多个所述磁铁插入孔的内部，

在从轴向观察时，所述磁铁是沿与径向正交的方向延伸的长方形，

所述转子铁芯具有：

第一磁通屏蔽部，其在轴向观察时由三个边构成且与所述磁铁的周向一方侧接触；以及

第二磁通屏蔽部，其在轴向观察时由三个边构成且与所述磁铁的周向另一方侧接触，

在轴向观察时，所述第一磁通屏蔽部具有：

第一边，其与所述磁铁接触；

第二边，其沿周向延伸；以及

第三边，其包括曲线并连接所述第一边和所述第二边，

在轴向观察时，所述第二磁通屏蔽部具有：

第四边，其与所述磁铁接触；

第五边，其沿周向延伸；以及

第六边，其包括曲线并连接所述第四边和所述第五边，

所述第一边比所述第四边长，

所述第二边比所述第五边短。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，

所述第三边位于比所述第二边靠径向内侧，

所述第六边位于比所述第五边靠径向内侧。

3.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，

所述第三边和所述第六边分别随着朝向径向内侧而朝向磁极中心。

4.一种旋转电机，其特征在于，具备：

权利要求1至3中任一项所述的转子；以及

定子，其位于所述转子的径向外侧。

5.根据权利要求4所述的旋转电机，其特征在于，

所述转子能够向周向一方侧旋转。