CN116896186A - 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。多个磁铁包括在周向相互隔开间隔地配置的一对第一磁铁，在从轴向观察时，一对第一磁铁随着从径向内侧朝向径向外侧而沿周向彼此远离的方向延伸。在从轴向观察时，转子铁芯具有：第一磁通屏蔽部，其配置在一对第一磁铁中位于周向一方侧的第一磁铁的径向外侧；以及第二磁通屏蔽部，其配置在一对第一磁铁中位于周向另一方侧的第一磁铁的径向外侧。第二磁通屏蔽部与磁极中心线之间的最短距离，比第一磁通屏蔽部与磁极中心线之间的最短距离短。

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的内容。

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，多个所述磁铁包括在周向相互隔开间隔地配置的一对第一磁铁，在轴向观察时，一对所述第一磁铁随着从径向内侧朝向径向外侧而在沿周向彼此远离的方向延伸，所述转子铁芯具有：第一磁通屏蔽部，其在轴向观察时配置在一对所述第一磁铁中位于周向一方侧的所述第一磁铁的径向外侧；以及第二磁通屏蔽部，其配置在一对所述第一磁铁中位于周向另一方侧的所述第一磁铁的径向外侧，所述第二磁通屏蔽部与磁极中心线的最短距离，比所述第一磁通屏蔽部与所述磁极中心线之间的最短距离短。

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，能够在转子及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是示出实施方式的包含磁通的流动的转子的磁极部的剖视图。

图5是示出磁通屏蔽部为对称结构的情况和非对称结构的情况的转矩的图。

图中：1…旋转电机；10…转子；20…转子铁芯；30…磁铁插入孔；40…磁铁；51b…第一磁通屏蔽部；51d…第二磁通屏蔽部；56c…第三边(曲线部)；57c…第六边(曲线部)；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”，将与以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。如图1所示，多个线圈65例如隔着绝缘体64安装在齿63。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例如在轴向贯通转子铁芯20。在多个磁铁插入孔30的内部，分别收纳有多个磁铁40。磁铁插入孔30内的磁铁40的固定方法没有特别限定。多个磁铁插入孔30包括一对第一磁铁插入孔31a、31b。

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包括一对第一磁铁41a、41b。一对第一磁铁41a、41b构成极。

在本实施方式中，一对第一磁铁插入孔31a、31b和一对第一磁铁41a、41b在周向隔开间隔地各设置有多个。一对第一磁铁插入孔31a、31b和一对第一磁铁41a、41b例如各设置有八个。

转子10具有多个磁极部70，该磁极部70各包括一对第一磁铁插入孔31a、31b和一对第一磁铁41a、41b。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一点以及周向位置不同这一点以外，是相同的结构。

第一磁铁插入孔31a和第一磁铁插入孔31b例如在从轴向观察时，在周向上隔着构成d轴的图3所示的磁极中心线IL1而配置。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。第一磁铁插入孔31a和第一磁铁插入孔31b例如在从轴向观察时配置成相对于磁极中心线IL1线对称。以下，对于除了相对于磁极中心线IL1线对称这一点以外与第一磁铁插入孔31a相同的结构，有时省略对第一磁铁插入孔31b的说明。

第一磁铁插入孔31a具有第一直线部31c、内端部31d和外端部31e。在从轴向观察时，第一直线部31c在第一磁铁插入孔31a延伸的方向呈直线状延伸。第一直线部31c例如在从轴向观察时为长方形状。内端部31d与第一直线部31c的径向内侧的端部连接。内端部31d是第一磁铁插入孔31a的径向内侧的端部。外端部31e与第一直线部31c的径向外侧的端部连接。外端部31e是第一磁铁插入孔31a的径向外侧的端部。外端部31e从第一直线部31c的径向外侧的端部沿磁极中心线IL1向径向外侧延伸(详细情况后述)。第一磁铁插入孔31b具有第一直线部31f、内端部31g和外端部31h。从轴向观察，一对第一磁铁插入孔31a、31b例如沿着V形状配置。

一对第一磁铁41a、41b分别收纳在一对第一磁铁插入孔31a、31b的内部。第一磁铁41a收纳在第一磁铁插入孔31a的内部。第一磁铁41b收纳在第一磁铁插入孔31b的内部。一对第一磁铁41a、41b例如在从轴向观察时为长方形。一对第一磁铁41a、41b在所延伸的方向的长度相同。第一磁铁41a、41b在与一对第一磁铁41a、41b延伸的方向正交的方向上的长度相同。

虽然省略了图示，但第一磁铁41a、41b例如为长方体状。虽然省略了图示，但第一磁铁41a、41b例如遍及第一磁铁插入孔31a、31b内的轴向的整体而设置。一对第一磁铁41a、41b在周向上相互隔开间隔地配置。第一磁铁41a例如位于第一磁铁41b的周向一方侧(+θ侧)。

在从轴向观察时，第一磁铁41a沿着第一磁铁插入孔31a延伸。在从轴向观察时，第一磁铁41b沿着第一磁铁插入孔31b延伸。第一磁铁41a、41b例如在从轴向观察时，在相对于径向倾斜的方向上呈大致直线状延伸。一对第一磁铁41a、41b在从轴向观察时随着从径向内侧朝向径向外侧而沿周向彼此远离的方向延伸。即，第一磁铁41a与第一磁铁41b之间的周向的距离随着从径向内侧朝向径向外侧而变大。

第一磁铁41a例如随着从径向内侧朝向径向外侧而位于周向一方侧(+θ侧)。第一磁铁41b例如随着从径向内侧朝向径向外侧而位于周向另一方侧(-θ侧)。第一磁铁41a和第一磁铁41b例如在从轴向观察时，在周向上隔着磁极中心线IL1而配置。第一磁铁41a和第一磁铁41b例如在从轴向观察时配置成相对于磁极中心线IL1线对称。以下，对于除了相对于磁极中心线IL1线对称这一点以外与第一磁铁41a相同的结构，有时省略对第一磁铁41b的说明。

第一磁铁41a嵌合在第一磁铁插入孔31a内。更详细地说，第一磁铁41a嵌合在第一直线部31c内。第一磁铁41a的侧面中的、与第一直线部31c延伸的方向正交的方向上的两侧面中的至少径向内侧的侧面例如在与第一直线部31c的内侧面之间具有间隙。

第一磁铁41a的磁极在从轴向观察时沿着与第一磁铁41a延伸的方向正交的方向配置。第一磁铁41b的磁极在从轴向观察时沿着与第一磁铁41b延伸的方向正交的方向配置。

第一磁铁41a的磁极中位于径向外侧的磁极和第一磁铁41b的磁极中位于径向外侧的磁极彼此相同。第一磁铁41a的磁极中位于径向内侧的磁极和第一磁铁41b的磁极中位于径向内侧的磁极彼此相同。

在磁极部70N中，第一磁铁41a的磁极中位于径向外侧的磁极和第一磁铁41b的磁极中位于径向外侧的磁极例如是N极。在磁极部70N中，第一磁铁41a的磁极中位于径向内侧的磁极和第一磁铁41b的磁极中位于径向内侧的磁极例如是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，第一磁铁41a的磁极中位于径向外侧的磁极和第一磁铁41b的磁极中位于径向外侧的磁极例如是S极。在磁极部70S中，第一磁铁41a的磁极中位于径向内侧的磁极和第一磁铁41b的磁极中位于径向内侧的磁极例如是N极。

在从轴向观察时，第一磁铁41a的延伸方向的两端部分别与第一磁铁插入孔31a的延伸方向的两端部分离配置。在从轴向观察时，在第一磁铁41a延伸的方向上，内端部31d和外端部31e分别与第一磁铁41a的两侧相邻配置。在此，在本实施方式中，内端部31d构成磁通屏蔽部51a。外端部31e构成磁通屏蔽部51b。即，在从轴向观察时，转子铁芯20具有在第一磁铁41a延伸的方向上隔着第一磁铁41a配置的一对磁通屏蔽部51a、51b。在从轴向观察时，转子铁芯20具有在第一磁铁41b延伸的方向隔着第一磁铁41b而配置的一对磁通屏蔽部51c、51d。

这样，在从轴向观察时，转子铁芯20具有在各第一磁铁41a、41b延伸的方向分别隔着各第一磁铁41a、41b而各配置一对的磁通屏蔽部51a、51b、51c、51d。磁通屏蔽部51a、51b、51c、51d是能够抑制磁通的流动的部分。即，磁通难以通过各磁通屏蔽部。各磁通屏蔽部只要能够抑制磁通的流动，则没有特别限定，可以包含空隙部，也可以包含树脂部等非磁性部。

在以下的说明中，将一对磁通屏蔽部51a、51b中的位于径向外侧的磁通屏蔽部51b称为第一磁通屏蔽部51b。另外，将一对磁通屏蔽部51c、51d中的位于径向外侧的磁通屏蔽部51d设为第二磁通屏蔽部51d。

在从轴向观察时，第一磁通屏蔽部51b从第一磁铁41a的径向端部与磁极中心线IL1平行地向径向外侧延伸。构成第一磁通屏蔽部51b的外缘的边包括第一边56a、第二边56b和第三边56c。第一边56a与磁极中心线IL1平行地延伸。第一边56a中的径向内侧的端部与径向外侧的第一直线部31c连接。第一磁通屏蔽部51b的外缘位于比第一磁铁41a中的位于径向最外侧的边缘部靠周向一方侧的位置。

第二边56b从第一边56a的径向外侧的端部向周向一方侧延伸。第二边56b是以中心轴J为中心的圆弧状的曲线。第一边56a和第二边56b的交叉部通过R倒角而被倒角。第三边56c是随着朝向径向内侧而向朝向磁极中心线IL1侧的方向弯曲的曲线部。构成第三边56c的曲线是在比第三边56c靠磁极中心线IL1侧具有曲率中心的圆弧形状。第二边56b和第三边56c的交叉部通过R倒角而被倒角。

第三边56c包含曲线，随着朝向径向内侧而向朝向磁极中心线IL1侧的方向弯曲，由此，在第三边56c由成为角部的一部分的直线构成的情况下，如图4所示，从第一磁通屏蔽部51b的周向一方侧绕过第一磁通屏蔽部51b而流向磁极中心线IL1侧的磁通B1与绕过角部的情况相比，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。

在从轴向观察时，第二磁通屏蔽部51d从第一磁铁41b的径向端部与磁极中心线IL1平行地向径向外侧延伸。第二磁通屏蔽部51d与磁极中心线IL1之间的最短距离比第一磁通屏蔽部51b与磁极中心线IL1之间的最短距离短。因此，第一磁通屏蔽部51b和第一磁铁41b相对于磁极中心线IL1不对称。

通过使第二磁通屏蔽部51d与磁极中心线IL1之间的最短距离比第一磁通屏蔽部51b与磁极中心线IL1之间的最短距离短，能够增大第一磁通屏蔽部51b与磁极中心线IL1之间的磁路，从而能够减小磁阻。因此，如图4所示，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。

构成第二磁通屏蔽部51d的外缘的边包括第四边57a、第五边57b和第六边57c。第四边57a沿随着朝向径向外侧而接近磁极中心线IL1的方向呈直线状延伸。第四边57a的径向内侧的端部与第一磁铁41b中的径向外侧的端面接触。第四边57a位于比第一磁铁41b中的位于径向最外侧的边缘部更靠磁极中心线IL1侧。

第四边57a随着朝向径向外侧而向接近磁极中心线IL1的方向呈直线状延伸，由此，来自第一磁铁41b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。

第五边57b从第四边57a的径向外侧的端部向周向另一方侧延伸。第五边57b是以中心轴J为中心的圆弧状的曲线。第四边57a和第五边57b的交叉部通过R倒角而被倒角。第六边57c是随着朝向径向内侧而向朝向磁极中心线IL1侧的方向弯曲的曲线部。构成第六边57c的曲线是在比第六边57c靠磁极中心线IL1侧具有曲率中心的圆弧形状。第五边57b和第六边57c的交叉部通过R倒角而被倒角。

第六边57c包含曲线，随着朝向径向内侧而向朝向磁极中心线IL1侧的方向弯曲，由此，在第六边57c由成为角部的一部分的直线构成的情况下，如图4所示，从第二磁通屏蔽部51d的周向另一方侧绕过第二磁通屏蔽部51d而流向磁极中心线IL1侧的磁通B2与绕过角部的情况相比，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5所示，在第一磁通屏蔽部51b和第二磁通屏蔽部51d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0.8％。

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。

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。

例如，在上述实施方式中说明的第一磁通屏蔽部51b和第二磁通屏蔽部51d的在从轴向观察时的形状是一例，并不限定于该结构。

只要是第二磁通屏蔽部51d与磁极中心线IL1之间的最短距离比第一磁通屏蔽部51b与磁极中心线IL1之间的最短距离短的结构，也可以是其他形状。

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，

多个所述磁铁包括在周向相互隔开间隔地配置的一对第一磁铁，

在轴向观察时，一对所述第一磁铁随着从径向内侧朝向径向外侧而在沿周向彼此远离的方向延伸，

所述转子铁芯具有：

第一磁通屏蔽部，其在轴向观察时配置在一对所述第一磁铁中位于周向一方侧的所述第一磁铁的径向外侧；以及

第二磁通屏蔽部，其配置在一对所述第一磁铁中位于周向另一方侧的所述第一磁铁的径向外侧，

所述第二磁通屏蔽部与磁极中心线的最短距离，比所述第一磁通屏蔽部与所述磁极中心线之间的最短距离短。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，

所述第一磁通屏蔽部和所述第二磁通屏蔽部的外缘分别包括曲线部。

3.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，

在所述第二磁通屏蔽部的周向，所述磁极中心线侧的外缘随着朝向径向外侧而向接近所述磁极中心线的方向延伸。

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。