CN117614165A - 转子 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种转子，是同步电动机的转子，具备多个极以及位于所述转子的外周部的多个第一槽部，当将所述多个第一槽部的个数设为C1、将所述多个极的极对数设为P、将任意的自然数设为N时，满足C1＝P×6N的关系。

Description

转子

相关申请的交叉参考

本申请基于2022年08月22日向日本特许厅提交的日本专利申请第2022-131995号，因此将所述日本专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及同步电动机的转子。

背景技术

电动机的转矩脉动引起包括控制性能的恶化以及振动或噪音的增加的各种各样的问题。因此，提出了一些抑制方法。例如，在日本专利公开公报特开2021-072733号中公开了为了降低转矩脉动而在转子铁心的外周面设置有切口槽的同步电动机的转子。

日本专利公开公报特开2021-072733号所公开的转子通过设置在转子铁心的外周面的切口槽来抑制转矩脉动。

但是，日本专利公开公报特开2021-072733号所公开的转子在切口槽的构成存在一些限制。其结果，切口槽具有复杂的形状。当想要将该构成应用于通常的转子时，难以以满足条件的方式实现相同的技术并发挥所希望的效果。

此外，日本专利公开公报特开2021-072733号所公开的转子如同公报的图7所示那样抑制电磁转矩的转矩脉动。但是，如同公报的图6所示，无法抑制磁阻转矩的转矩脉动。因此，要求抑制作为电磁转矩与磁阻转矩之和的马达的总转矩的转矩脉动的技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够抑制转矩脉动的同步电动机的转子。

在本发明中，实施方式的转子是同步电动机的转子，具备：多个极：以及多个第一槽部，位于所述转子的外周部，当将所述多个第一槽部的个数设为C1、将所述多个极的极对数设为P、将任意的自然数设为N时，满足C1＝P×6N的关系。

附图说明

图1是用于参考例的同步电动机的水平方向截面图。

图2是用于参考例的同步电动机的转子的水平方向截面图。

图3是表示用于参考例的同步电动机的转子的转矩波形的图。

图4是第一实施方式的同步电动机的转子的水平方向截面图。

图5是第一实施方式的变形例的同步电动机的转子的水平方向截面图。

图6是表示第一实施方式的同步电动机的转子的转矩波形的图。

图7是第二实施方式的同步电动机的转子的示意图。

图8是表示图7所示的转子中的包括第一铁心片的区域的转矩波形的图。

图9是表示图7所示的转子中的包括第一铁心片的区域的转矩波形的图。

图10是表示具备第二实施方式的转子的同步电动机的转矩的合成波形的图。

图11是第三实施方式的同步电动机的转子的示意图。

图12是表示图11所示的转子中的包括第一铁心片的区域的转矩波形的图。

图13是表示图11所示的转子中的包括第一铁心片的区域的转矩波形的图。

图14是表示具备第三实施方式的转子的同步电动机的转矩的合成波形的图。

图15是第四实施方式的同步电动机的示意图。

图16是表示图15所示的同步电动机中的包括第一铁心片的区域的转矩波形的图。

图17是表示图15所示的同步电动机中的包括第二铁心片的区域的转矩波形的图。

图18是表示第四实施方式的同步电动机的转矩的合成波形的图。

具体实施方式

在下面的详细说明中，出于说明的目的，为了提供对所公开的实施方式的彻底的理解，提出了许多具体的细节。然而，显然可以在没有这些具体细节的前提下实施一个或更多的实施方式。在其它的情况下，为了简化制图，示意性地示出了公知的结构和装置。

本发明的一个方面的同步电动机的转子，具备：多个极；以及多个第一槽部，位于所述转子的外周部，当将所述多个第一槽部的个数设为C1、将所述多个极的极对数设为P、将任意的自然数设为N时，满足C1＝P×6N的关系。

根据本实施方式，在转子的外周部设置有每1极对6N个(N为任意的自然数)的槽部。并且，赋予6N次磁导变化。由此，高次谐波分量的振幅降低。由此，能够降低转矩脉动的脉动。

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在实施方式的说明中，为了方便，省略与已经说明过的部件具有相同的附图标记的部件的说明。另外，为了方便说明，在本附图所示的各部件的尺寸存在与实际的各部件的尺寸不同的情况。

图1是参考例的同步电动机10的水平方向截面图。

如图1所示，同步电动机10具备：定子2，固定于圆筒状的壳体1；以及转子300，能够相对于定子2相对地旋转。

定子2具备由在旋转轴方向上层叠的多个电磁钢板(第二铁心片)形成的环形形状的定子铁心21。定子铁心21在内周面侧具有多个定子线圈22。多个定子线圈22配置成环状。在这种构成中，从外部对多个定子线圈22施加交流电流。

转子300具备由在旋转轴方向上层叠的多个电磁钢板(第一铁心片)形成的转子铁心231。转子铁心231形成为圆筒状。在其径向中央部形成有轴安装孔31a。在轴安装孔31a固定有未图示的驱动轴。驱动轴被壳体1支承为能够旋转。

转子300在转子铁心231具备4个转子磁铁203a～203d。转子磁铁203a～203d由永磁铁构成。转子磁铁203a～203d埋入槽内部，由此，转子磁铁203a～203d被牢固地固定。转子磁铁203a～203d分别构成极性不同的一极。

为了说明本实施方式的同步电动机100的转子3的详细内容，作为比较对象，使用图2、3对用于参考例的同步电动机10的转子300进行说明。

图2是用于参考例的同步电动机10的转子300的水平方向截面图。如图2所示，转子铁心231的外周部33以及内周部35具有以旋转中心O为中心的圆形形状。

转子磁铁203a～203d分别形成为圆柱状。转子磁铁203a～203d具有大致相同的大小、材质以及组成。另外，转子磁铁203a～203d沿着圆周的各切线等间隔地配置在以旋转中心O为中心的该圆周上。因此，由转子磁铁203a～203d产生的对于定子线圈的磁动势大致相同。另外，在转子磁铁203a～203d各自的两端部设置有向截面中的转子铁心231的径向外侧延伸的空隙部32a～32d。

图3是表示用于参考例的同步电动机10的转子300的转矩波形的图。横轴表示角度。纵轴表示转矩。图3所示的附图标记T1表示转矩波形的转矩脉动的大小。另外，包括用于图3的转矩波形的测定的转子300的同步电动机10具有包括10极12槽以及集中绕组的IPMSM(埋入磁铁同步电动机)的结构。

已知的是，通常在电动机中产生转矩的6次谐波脉动分量。6次谐波脉动分量有可能成为马达控制性的恶化、振动或噪音的主要原因。

转矩脉动的产生原因主要是以下的(1)～(4)的磁通密度高次谐波分量。

(1)与电枢的旋转磁场重叠的高次谐波亦即旋转磁场高次谐波

(2)由于转子的磁铁磁动势(形状或配置)等产生的磁动势高次谐波亦即励磁磁动势高次谐波

(3)起因于电枢绕组的配置的高次谐波亦即相带高次谐波

(4)起因于电枢的绕组槽的间隙的磁导变化引起的高次谐波亦即槽高次谐波

已知其中的(1)～(3)主要表现为间隙磁通密度的5次或7次谐波分量。另外，已知转矩的6次谐波脉动分量起因于间隙磁通密度的5次或7次谐波分量。

此处，研究了通过在转子的外周部设置每1极对6N个(N为自然数)槽部以及利用这些槽部赋予6N次磁导变化来抑制6次谐波脉动分量。由于6N次磁导变化，作为转矩的6次谐波脉动分量的主要原因的间隙磁通密度的5次或7次谐波及其倍数次谐波的振幅以及相位发生变化。通过降低这些高次谐波分量的振幅，能够降低转矩脉动的脉动。另外，通过使这些高次谐波分量的相位反转，能够使转矩脉动的相位变化。

[第一实施方式]

以下，使用图4～6对第一实施方式的同步电动机100的转子3详细地进行说明。

图4是第一实施方式的同步电动机100的转子3的水平方向截面图。

如图4所示，转子铁心31与图2所示的用于参考例的同步电动机的转子铁心231不同。即，转子铁心31在外周部33具有多个第一槽部34。多个第一槽部34分别包括圆弧形状的凸部34a以及凹部34b。另外，凸部34a的形状并不限定于圆弧形状。凸部34a也可以具有锯形形状或梯形形状。

在图4所例示的构成中，凹部34b配置在空隙部32a～32d中的相邻的两个空隙部之间。如图5所示，作为第一实施方式的变形例，也可以在相邻的两个空隙部之间配置凸部34a。

当将多个第一槽部34的个数设为C1、将转子磁铁3a～3d的极对数设为P、将任意的自然数设为N时，以满足C1＝P×6N的方式构成转子3。在图4的例示中，转子磁铁3a～3d的极对数P为2，多个第一槽部的个数C1为12。因此，满足上述式子。在转子磁铁3a～3d的极对数P为2的情况下，根据上式，只要多个第一槽部的个数C1只要为12的倍数即可。根据上述构成，转子的磁通密度波形发生变化。因此，能够降低磁通密度波形的高次谐波分量。

图6是表示第一实施方式的同步电动机100的转子3的转矩波形的图。横轴表示角度。纵轴表示转矩。另外，包括用于图6的转矩波形的测定的转子3的同步电动机100具有包括10极12槽以及集中绕组的IPMSM(埋入磁铁同步电动机)的结构。

如图6所示，第一实施方式的同步电动机100的转子3的转矩脉动T2与图3所示的用于参考例的同步电动机10的转子300的转矩脉动T1相比降低到1/2以下。即，通过在转子3的外周部33设置每1极对6N个槽部、以及利用这些槽部赋予6N次磁导变化，能够降低转矩脉动。因此，例如，由于降低了振动或噪音，所以能够改善电动机的性能。

[第二实施方式]

以下，使用图7～10对第二实施方式的同步电动机100的转子3’详细地进行说明。

图7是第二实施方式的同步电动机100的转子3’的示意图。在转子3’的构成中组合了用于参考例的同步电动机10的转子300的构成与第一实施方式的同步电动机100的转子3的构成。

转子3’的转子铁心具有包括在旋转轴方向L上层叠的多个第一铁心片(coresheet)31A、31B的构成。当从轴向透视地观察在轴向上相邻的第一铁心片31A、31B时，在至少一方的第一铁心片(在图7的例示中为第一铁心片31A)的外周部33设置有多个第一槽部34。

当将多个第一槽部34的个数设为C1、将转子磁铁3a～3d的极对数设为P、将任意的自然数设为N时，转子3’以包括第一铁心片31A的区域满足C1＝P×6N的方式构成。在图7的例示中，转子磁铁3a～3d的极对数P为2，多个第一槽部的个数C1为12。因此，满足上述式子。在转子磁铁3a～3d的极对数P为2的情况下，根据上式，只要多个第一槽部的个数C1为12的倍数即可。根据上述构成，包括第一铁心片31A的区域的磁通密度波形的相位发生变化。

图8是表示图7所示的转子3’中的包括第一铁心片31A的区域的转矩波形的图。图9是表示图7所示的转子3’中的包括第一铁心片31B的区域的转矩波形的图。在图8、图9中，横轴表示角度。另外，纵轴表示转矩。

对图8、图9进行比较，包括第一铁心片31A的区域的转矩波形的相位与包括第一铁心片31B的区域的转矩波形的相位彼此反转。这是因为，通过在包括第一铁心片31A的区域中在转子3的外周部33设置每1极对6N个第一槽部34、以及利用这些第一槽部34赋予6N次磁导变化，磁通密度波形的相位发生了变化。

图10是表示具备图7所示的第二实施方式的转子3’的同步电动机整体的转矩波形的图。横轴表示角度。纵轴表示转矩。图10所示的转矩波形是图8所示的转矩波形与图9所示的转矩波形的合成波形。另外，包括用于图10的转矩波形的测定的转子3’的同步电动机具有包括4极24槽以及分布绕组的IPMSM的结构。

图8所示的转矩波形的相位与图9所示的转矩波形的相位彼此反转。因此，作为同步电动机整体的转矩，合成了两个转矩。由此，脉动被抵消。其结果，转矩脉动T3的高次谐波分量减少。因此，由于例如振动或噪音降低，所以能够改善电动机的性能。

[第三实施方式]

以下，使用图11～14对第三实施方式的同步电动机100的转子3”详细地进行说明。

图11是第三实施方式的同步电动机100的转子3”的示意图。转子3”具备从第二实施方式的同步电动机100的转子3’去掉了转子磁铁3a～3d的构成。用空气填充了曾经存在转子磁铁3a～3d的原来的空间。

与第二实施方式相同，转子3’的转子铁心具有包括在旋转轴方向L上层叠的多个第一铁心片31A、31B的构成。当从轴向上透视地观察在轴向上相邻的第一铁心片31A、31B时，在至少一方的第一铁心片(在图11的例示中为第一铁心片31A)的外周部33设置有多个第一槽部34。

图12是表示图11所示的转子3”中的包括第一铁心片31A的区域的转矩波形的图。图13是表示图11所示的转子3”中的包括第一铁心片31B的区域的转矩波形的图。在图12、图13中，横轴表示角度。纵轴表示转矩。

对图12、图13进行比较，与第二实施方式相同，包括第一铁心片31A的区域的转矩波形的相位与包括第一铁心片31B的区域的转矩波形的相位彼此反转。这是因为，通过在包括第一铁心片31A的区域中在转子3的外周部33设置每1极对6N个第一槽部34、以及利用这些第一槽部34赋予6N次磁导变化，磁通密度波形的相位发生了变化。

图14是表示具备图11所示的第三实施方式的转子3”的同步电动机整体的转矩波形的图。横轴表示角度。纵轴表示转矩。图14所示的转矩波形是图12所示的转矩波形与图13所示的转矩波形的合成波形。另外，包括用于图14的转矩波形的测定的转子3”的同步电动机包括4极24槽、以及分布绕组的同步磁阻马达(Synchronous Reluctance Motor：SynRM)。

图12所示的转矩波形的相位与图13所示的转矩波形的相位彼此反转。因此，作为同步电动机整体的转矩，合成了两个转矩。由此，脉动被抵消。其结果，转矩脉动T3的高次谐波分量减少。因此，如本实施方式那样，即使是从同步电动机的转子去掉了转子磁铁的构成、即磁阻转矩，也能够抑制脉动。因此，例如振动或噪音降低，因此能够改善电动机的性能。

[第四实施方式]

以下，使用图15～18对第四实施方式的同步电动机100’详细地进行说明。

图15是第四实施方式的同步电动机100’的示意图。第四实施方式的同步电动机100’具备转子3”’以及定子2’。

转子3”’的转子铁心的多个第一铁心片31A、31B在旋转轴方向L上层叠。当从旋转轴方向透视地观察在旋转轴方向上相邻的第一铁心片31A、31B时，在一方的第一铁心片(在图15的例示中为第一铁心片31A)的外周部33设置有多个第一槽部34。当将多个第一槽部34的个数设为C1、将转子磁铁3a～3d的极对数设为P、将任意的自然数设为N1时，所述第一铁心片以满足C1＝P×6N1的方式构成。

另外，在定子2’的定子铁心中，多个第二铁心片21A、21B在旋转轴方向L上层叠。当从轴向透视地观察在轴向上相邻的第二铁心片21A、21B时，在一方的第二铁心片(在图15的例示中为第二铁心片21B)的内周部23设置有多个第二槽部24。与第一槽部34同样地，第二槽部24由凸部以及凹部构成。因此，具有所述第二铁心片的内径局部地凹陷的形状。当将多个第二槽部24的个数设为C2、将转子磁铁3a～3d的极对数设为P、将任意的自然数设为N2时，所述第二铁心片以满足C2＝P×6N2的方式构成。

图16是表示图15所示的同步电动机100’中的包括第一铁心片31A的区域的转矩波形的图。图17是表示图15所示的同步电动机100’中的包括第二铁心片21B的区域的转矩波形的图。在图16、17中，横轴表示角度。纵轴表示转矩。

对图16、图17进行比较，包括第一铁心片31A的区域的转矩波形的相位与包括第二铁心片21B的区域的转矩波形的相位彼此反转。

图18是表示图15所示的第四实施方式的同步电动机100’整体的转矩脉动T5的图。横轴表示角度。纵轴表示转矩。图18所示的转矩脉动波形是图16所示的转矩波形与图17所示的转矩波形的合成波形。

与第二实施方式以及第三实施方式相同，图16所示的转矩波形的相位与图17所示的转矩波形的相位彼此反转。因此，作为同步电动机整体的转矩，合成了两个转矩。由此，脉动被抵消。其结果，转矩脉动T5的高次谐波分量减少。因此，由于例如振动或噪音降低，所以能够改善电动机的性能。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，不用说，本实施方式的技术范围不应被上述的实施方式的说明限定性地解释。上述的实施方式只是例示。本领域的技术人员应当理解的是，在权利要求的记载的公开的范围内各种各样的实施方式的变更是可能的。本实施方式的技术范围应该基于权利要求的记载的公开范围以及其等同的范围确定。

在上述的实施方式中，说明了用于同步电动机的转子。但是，本实施方式的转子也能够应用于同步发电机。

出于示例和说明的目的已经给出了所述详细的说明。根据上面的教导，许多变形和改变都是可能的。所述的详细说明并非没有遗漏或者旨在限制在这里说明的主题。尽管已经通过文字以特有的结构特征和/或方法过程对所述主题进行了说明，但应当理解的是，权利要求书中所限定的主题不是必须限于所述的具体特征或者具体过程。更确切地说，将所述的具体特征和具体过程作为实施权利要求书的示例进行了说明。

Claims (4)

1.一种转子，其特征在于，

所述转子是同步电动机的转子，

所述转子具备：

多个极；以及

多个第一槽部，位于所述转子的外周部，

当将所述多个第一槽部的个数设为C1、将所述多个极的极对数设为P、将任意的自然数设为N时，满足C1＝P×6N的关系。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，

所述转子还具备在旋转轴方向上层叠的多个第一铁心片，

当从所述旋转轴方向透视地观察在所述旋转轴方向上相邻的所述第一铁心片时，在至少一方的所述第一铁心片的外周部设置有所述多个第一槽部。

3.一种马达或发电机，其特征在于，

具备权利要求1或2所述的转子以及定子。

4.根据权利要求3所述的马达或发电机，其特征在于，

所述转子具备在旋转轴方向上层叠的多个第一铁心片，

所述定子具备在所述旋转轴方向上层叠的多个第二铁心片，

当从所述旋转轴方向透视地观察在所述旋转轴方向上相邻的所述第一铁心片以及所述第二铁心片时，在一方的所述第一铁心片的外周部设置有所述多个第一槽部，在与另一方的所述第一铁心片对应的所述第二铁心片的内周部设置有多个第二槽部，而且，

在具有所述多个第二槽部的所述第二铁心片中，当将所述多个第二槽部的个数设为C2、将所述多个极的所述极对数设为P、将N设为任意的自然数时，满足C2＝P×6N的关系。