CN117614166A

CN117614166A - 转子

Info

Publication number: CN117614166A
Application number: CN202310875851.XA
Authority: CN
Inventors: 堀内学
Original assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 2022-08-22
Filing date: 2023-07-13
Publication date: 2024-02-27
Also published as: EP4329153A1; JP2024029640A; US20240063671A1

Abstract

本发明提供一种转子，是埋入磁铁型同步电动机的转子，所述转子包括多个极，所述多个极分别包括主磁铁，在相邻的所述极之间，在所述主磁铁的端部设置有辅助磁铁。当将由所述主磁铁构成的转子磁极的中心设为d轴、将所述转子磁极的磁极间设为q轴时，所述辅助磁铁的磁化方向与q轴所成的角在‑45°～+45°的范围内。

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2022-132009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问题。该脉动的主要原因之一是埋入转子的永久磁铁的磁动势高次谐波。即，依赖于磁铁的配置，所产生的高次谐波分量变化。例如，在“磁通集中IPM马达的技术开发”，日本AEM学会，Vol.24,No.4(2016)(引用文献)中公开了同步电动机的转子。在该转子中，永久磁铁埋入设置在以磁极为中心的圆弧上的插槽孔中。

引用文献所公开的转子具备SPMSM(表面磁铁型同步电动机)结构以及IPMSM(埋入磁铁同步电动机)结构。在具备该结构的转子中，使多个永久磁铁的配置变化。由此，转子的磁动势变化。在永久磁铁的周围配置有磁通屏障部。因此，多个永久磁铁的配置受到限制。其结果，有时难以减少间隙磁通密度的高次谐波分量。

发明内容

本发明的实施方式的埋入磁铁型同步电动机的转子，包括多个极，所述多个极分别包括主磁铁，在相邻的所述极之间，在所述主磁铁的端部设置有辅助磁铁。

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6是第二实施方式的同步电动机的转子的示意图。

图7是表示图6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8是表示图6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。

图9是表示第二实施方式的同步电动机的转子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。

本发明的一个方面的转子是埋入磁铁型同步电动机的转子，具备多个极，所述多个极分别具备主磁铁，在相邻的所述极之间，在所述主磁铁的端部侧设置有辅助磁铁。

根据本实施方式的转子，埋入磁铁型同步电动机的转子的永久磁铁配置成不仅在磁极中心产生磁动势而且在极间也产生磁动势。由此，能够抑制高次谐波脉动分量。

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由永久磁铁构成。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，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300具备由在旋转轴方向上层叠的多个电磁钢板形成的转子铁心231。转子铁心231包括4个转子磁铁203a～203d。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由永久磁铁构成。该永久磁铁埋入转子铁心231的插槽内部。

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、材质或组成。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引起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。

转矩脉动发生的主要原因主要是以下的(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造成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，着眼于通过埋入磁铁型同步马达的转子的永久磁铁配置成不仅在磁极中心产生磁动势而且在极间也产生磁动势而减少作为转矩脉动的主要分量的6次谐波脉动分量。通过在极间也产生磁动势，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、5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3与用于图2所示的参考例的同步电动机10的转子300不同，在转子磁铁3a～3d的两端部设置有作为辅助磁铁的转子磁铁3e～3l。转子磁铁3e～3l分别埋入空隙部32a～32d。由此，转子磁铁3e～3l被牢固地固定。

另外，转子磁铁3e～3l只要分别设置在极与极之间即可。在图4的例示中，转子磁铁3e～3l分别设置在从转子磁铁3a～3d的端部沿着长边方向延长的位置。但是，转子磁铁3e～3l的位置并不限定于该例子。另外，在图4的例示中，转子磁铁3e～3l形成为圆筒状。但是，转子磁铁3e～3l的形状并不限定于该例子。

在图4的例示中，由作为主磁铁的转子磁铁3a～3d构成的转子磁极的中心由d轴表示。另外，相邻的转子磁极的磁极间由q轴表示。作为辅助磁铁的转子磁铁3e～3l的磁化方向M与q轴所成的角θ优选在-45°～+45°的范围内。另外，在图4中，对于多个作为主磁铁的转子磁铁3a～3d中的转子磁铁3a、3b，明确表示了转子磁极的d轴、q轴以及作为辅助磁铁的转子磁铁3g的磁化方向M与q轴所成的角θ。

图5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5的转矩波形的测定的转子3的同步电动机100具有包括4极24槽以及分布绕组的IPMSM(埋入磁铁同步电动机)的结构。

如图5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与用于图3所示的参考例的同步电动机10的转子300的转矩脉动T1进行比较，转矩脉动降低。即，通过设置在转子磁铁3a～3d的两端部的作为辅助磁铁的转子磁铁3e～3l，不仅在磁极中心产生磁动势，而且在极间也产生磁动势，由此转矩脉动降低。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。

[第二实施方式]

以下，使用图6～9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6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6的例示中为第一铁心片31A)设置有作为辅助磁铁的转子磁铁3e～3l。

图7是表示图6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8是表示图6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7、8中，横轴表示角度。纵轴表示转矩。

对图7、图8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。

图9是表示具备图6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9所示的转矩波形是图7所示的转矩波形与图8所示的转矩波形的合成波形。另外，包括用于图9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结构。

图7所示的转矩波形的相位与图8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的高次谐波分量降低。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

1.一种转子，其特征在于，

所述转子是埋入磁铁型同步电动机的转子，

所述转子包括多个极，

所述多个极分别包括主磁铁，

在相邻的所述极之间，在所述主磁铁的端部设置有辅助磁铁。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，

当将由所述主磁铁构成的转子磁极的中心设为d轴、将所述转子磁极的磁极间设为q轴时，所述辅助磁铁的磁化方向与q轴所成的角在-45°～+45°的范围内。

3.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，

所述转子由在旋转轴方向上层叠的多个铁心片构成，

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铁心片时，在至少一方的所述铁心片设置有所述辅助磁铁。

4.根据权利要求2所述的转子，其特征在于，

所述转子由在旋转轴方向上层叠的多个铁心片构成，

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铁心片时，在至少一部分的所述铁心片设置有所述辅助磁铁。

5.一种电动机或发电机，其特征在于，

包括权利要求1至4中任一项所述的转子、以及定子。