CN1254902C - 用于磁阻电动机的转子铁心 - Google Patents

Abstract

一种转子铁心(6)，其中多个铁心薄片(1)相迭在转子轴(4)上，并且多个狭缝(3、7)和多个细长片(2)交替地安排在每个铁心薄片(1)的径向上，以凸向每个铁心薄片(1)的中心，以致在每个铁心薄片(1)的外周边缘与每个狭缝(3、7)的对应端部之间形成外周边(10)，其包括：一应力集中部分(11)，其设置在外周边(10)的一部分(10a)处，并且具有大于外周边(10)其余部分宽度的宽度(L1)。

Description

用于磁阻电动机的转子铁心

本发明涉及一种利用磁阻转矩的磁阻电动机转子铁心的结构。

与异步电动机比较，磁阻电动机具有不产生转子的二次铜损的优点，故被引起相当大的注意，用作为电动车、机床等的驱动电动机。然而，一般地说，这种磁阻电动机功率因数不佳。为此，要求改进其转子铁心结构及驱动方法等，以便应用于工业。近年来，为改进功率因数而发展了在电动机转子铁心的铁心薄片上配置多排提供磁通量障碍的技术，如在1996年3月10日在日本全国电机协会年度会议上发表的Yukio Honda等人的题为《多磁通量障碍型同步磁阻电动机的发展》一文(汇编号1029)所描述的。

图31至33示出了这种已知的被改进的磁阻电动机转子铁心结构的一个例子。在图31中，在由电磁钢片形成的相对于铁心薄片161轴线163呈凸形的环形铁心薄片161上，配置着多个的弓形磁通量障碍162。每个磁通量障碍162包括被压成的宽度约为1毫米的狭缝条。为了给铁心薄片161强度以对抗铁心薄片161旋转时产生的离心力，在铁心薄片161外周边缘上提供了具有预定宽度的外周边164。

如图32所示，转子铁心166是数十个铁心薄片161在转子轴165上相迭而成。如图33所示，当转子铁心166装进定子167中时，定子167的多个场部分168的旋转磁场给予转子铁心166，从而产生磁阻转矩T，其表达式为：

T＝Pn(Ld-Lq)id×iq                          (1)

上述公式(1)中，“Pn”表示成对的磁极数，“Ld”表示直轴电感，“Lq”表示正交轴电感，“id”表示直轴电流，“iq”表示正交轴电流。从公式(1)可见，磁阻电动机具有依赖于(Ld-Lq)大小的特性。为了增大(Ld-Lq)，通常是将由狭缝形成的磁通量障碍162配置在铁心薄片161上，以便在狭缝间获得直轴磁路时而通过狭缝对正交轴磁路传递以阻抗。

在上述已知的转子铁心166结构中，宽度约为1毫米的每个狭缝被压制在铁心薄片161上，而在相邻两个狭缝间配置一细长片，从而细长片被外周边164以预定宽度相互连接着。

然而，在这个转子铁心166的结构中，由于正交轴磁通量渗透过每个狭缝，故正交轴电感Lq增加，从而磁阻转矩T减少。与此相反，如果为了减少正交轴磁通量而增大每个狭缝的宽度，则每个细长片的宽度将减少，以致直轴电感Ld被减少，这也将使磁阻转矩T减少。

同时，在这个已知转子铁心166结构中，如果电动机转速增大，将在铁心薄片161径向内狭缝附近产生应力集中，特别是在铁心薄片161最内狭缝的外周边164的径向上的离心力，将使转子铁心166产生形变。

大应力被径向地作用在铁心薄片161的内狭缝外周边164的原因是：被外周边164支持的铁心薄片161在径向上的外细长片，长度短，故重量轻；而被外周边164支持的铁心薄片161在径向上的内细长片，长度逐渐增大，故重量逐渐加重。所以当转子铁心166旋转时，使得离心力在径向上朝着铁心薄片161的最内狭缝沿外周边164逐渐地增大。此外，驱动转子铁心166旋转，将使凸向转子铁心166中心的细长片产生向外离开转子铁心166的倾向，故使凸向转子铁心166中心的细长片向外压挤外周边164，以便从转子铁心166凸出。此时，因为铁心薄片161径向最内狭缝沿外周边164的细长片尺寸变大，所以产生较大的力向外压挤外周边164。因此，当铁心薄片161的位置接近铁心薄片161径向最内狭缝的外周边164上的应力集中部分时，使转子铁心166形变的力变得特别大。

为了防止转子铁心166在高速旋转时形变，若增大外周边164宽度，则相互连接细长片的外周边164不会遭受磁饱和。因此，由于正交轴磁通量通过外周边164泄漏，从而使正交轴电感Lq变大。这样，转子铁心166不能有效地被驱动旋转。

因此，本发明的目的在于消除传统转子铁心的弊端而提供由足够的磁阻转矩驱动旋转的转子铁心装置，以改进电动机的性能。

为了达到上述目的，本发明提供一种转子铁心，其中多个铁心薄片在转子轴上相互层叠，而多个狭缝和多个细长片径向地交替配置在每个铁心薄片上，以便凸向每个铁心薄片中心，使得在每个铁心薄片的外周边缘与每个狭缝相对应的端部之间构成一个外周边，它包括：一个设置在外周边部分且比外周边其它部分宽度更大的应力集中部分。

通过本发明的转子铁心的安排，由于其外周边部分中受到大离心力的应力集中部分宽度较大，因而在高速旋转的状态下转子也不发生形变。此外，由于外周边其余部分较窄，流过的磁通量被饱和，这样，由于不减少直轴电感Ld与正交轴电感Lq的比值(即Ld/Lq)而使转子耐用性获得保证。

在下面结合附图对优选实施例的描述中，本发明的目的和特征将更加清楚，整个附图中，相同的部件由相同的标号表示。

图1是本发明第一实施例的转子铁心的透视图。

图2是图1中所示的转子铁心的第一变型的转子铁心的铁心薄片的俯视图。

图3是图1中所示的转子铁心的第二变型的转子铁心的铁心薄片的俯视图。

图4是图1中所示的转子铁心的铁心薄片的俯视图。

图5是图4中所示的画圈部分V的放大图。

图6是类似于图5的视图，特别示出了其变型。

图7是示出了图4中的在实验中的铁心薄片的尺寸的视图。

图8是示出了图7中的实验结果的曲线图。

图9是本发明第二实施例的转子铁心的铁心薄片的俯视图。

图10是图9中所示的画圈部分X的放大图。

图11是图9中所示的铁心薄片的局部俯视图。

图12是图9中所示的铁心薄片的进一步的局部俯视图。

图13是本发明第三实施例的转子铁心的铁心薄片的俯视图。

图14是图13中所示的铁心薄片中的直轴磁路的示意图。

图15是图13中所示的铁心薄片中的正交轴磁路的示意图。

图16是图13中所示的铁心薄片第一变型的局部俯视图。

图17是图13中所示的铁心薄片第二变型的局部俯视图。

图18A至图18F是示出了图13中所示铁心薄片具体例子的局部俯视图。

图19是本发明第四实施例的转子铁心的铁心薄片的局部俯视图。

图20是本发明第五实施例在转子铁心中使用的铁心薄片的俯视图。

图21是图20中所示的转子铁心中使用的另一铁心薄片的俯视图。

图22是图20的转子铁心的剖面图，示出了图20和图21的铁心薄片安排。

图23是图20的转子铁心的剖面图，示出了图20和图21的铁心薄片的另一种安排。

图24是本发明第六实施例的转子铁心的剖面图。

图25是图24中所示的转子铁心第一变型的剖面图。

图26是图24中所示的转子铁心第二变型的剖面图。

图27是本发明第七实施例的转子铁心的铁心薄片的俯视图。

图28是图27中所示的转子铁心的磁场分析图。

图29是示出了定子与图27中所示的转子铁心之间的间隙磁通量密度的图。

图30是图27中所示的铁心薄片的局部俯视图。

图31是现有技术的转子铁心的铁心薄片的俯视图。

图32是图31所示的现有技术的转子铁心的正视图。

图33是装在定子内的图31所示的现有技术的转子铁心的侧视图。

图34是另一现有技术的转子铁心的铁心薄片的俯视图。

下面将参照附图详细地描述本发明的优选实施例。

[第一实施例]

图1示出的环形铁心薄片1是由具有高磁导率的电磁钢板制成。多个弓形狭缝3径向地被配置在铁心薄片1四个环形位置完全相同的分隔区之一，且以凸状对着铁心薄片1的中心，这样，在相邻的狭缝3之间，插入细长片2。应注意，狭缝3也可如图2所示相互以平行方式被配置，另外，狭缝3也可如图3所示在铁心薄片1上分成完全相同的六个或八个分隔区的方式被配置。铁心薄片1由压制或激光法制成。考虑到由于铁心薄片1磁路形状及铁心薄片1的工作，细长片2应以制成弓形为宜。当然，细长片2也可制成V形或U形结构。于是，由数十个铁心薄片1相迭制成叠层体5后，将一转子轴4穿过叠层体5，便形成转子铁心6。叠层体5的铁心薄片1由胶粘剂整体地相互粘接在一起。

如将获得的转子铁心6装进定子(图中未示出)，则由定子的多个齿状物形成的场部分的旋转磁场被传递到转子铁心6上，从而产生磁阻转矩。即在装有上述转子铁心6的磁阻电动机中，穿过细长片2的正交轴电感Lq与沿着细长片2延伸的直轴电感Ld相互比较如下。也即，因为磁导率约为电磁钢板千分之一的空气层形成的狭缝3对于正交轴磁路的阻抗，使正交轴磁通量几乎不能通过狭缝3，从而正交电感Lq减少。另一方面，因为由细长片2形成直轴磁路，使直轴磁通量容易通过细长片2，因此直轴电感Ld增加。

同时，传统上，即使提供多个狭缝3，也将出现有些正交轴磁通量穿过狭缝的现象，从而便考虑为减少正交磁通量而增加每个狭缝3的宽度。然而，在这种情况下，每个细长片2的宽度必将减小，从而导致直轴磁通量减少。此外，即使做一个每个细长片2和每个狭缝3的宽度同时增加的实验，每个细长片2的宽度也将减小，从而导致直轴磁通量流减少。

所以在第一实施例中，如图4和图5所示，在径向上紧靠最内狭缝3内侧做一个比狭缝3宽度大的宽度为S的弓形向内的大狭缝7，使其对正交轴磁通量起到拦截器作用。而大狭缝7的长度与狭缝3中长度最大，即径向最内狭缝3的长度相等。大狭缝7的宽度S应不小于狭缝3的1.2倍为宜。

径向最内狭缝3被称为“第一狭缝3”，其余的从第一狭缝3起，径向地朝外顺序地依次称为“第二狭缝3”、“第三狭缝3”，等等，即第二狭缝3置于第一狭缝3径向地朝外的下一个，第三狭缝3置于第二狭缝3径向地朝外的下一个，如此等等。

图5所示为铁心薄片1的外周边部分。铁心薄片1的外周边缘与每个狭缝3和大狭缝7对应端部之间的部分为外周边10。细长片2仅仅被外周边10相互连接。外周边10包含有铁心薄片1的外周边缘与每个大狭缝7对应端部之间的第一外周边部分10a。当转子铁心6旋转时，离心力所产生的应力作用在外周边10上。在下述的理由下，越朝向径向最内一个细长片2，该应力变的越大。即，被其外周边部分支持的径向内细长片2上的质量比被其外周边部分支持的径向外细长片2的质量更大。此外，当转子铁心6旋转时，由于细长片2被径向地朝外牵拉，所以有最大长度的大狭缝7所对应的第一外周边部分10a受到径向向外强烈挤压。因此，由于最大的应力作用在第一外周边部分10a上，从而形成了由第一外周边部分10a形成的应力集中部分11。

因此，除了应力集中部分11的宽度增加到L1外，其余外周边10的宽度是相同的。因为第一外周部分10a的宽度L1，即应力集中部分儿比外周边10其余部分宽度更大，所以允许转子铁心6高速旋转。越朝向转子铁心6的中心，由转子铁心6的转动产生的离心力越大。所以，即使应力集中于应力集中部分11，由于应力集中部分11的宽度L1比外周边10的其余部分宽度大，因此能经受转子铁心6高速旋转产生的离心力。最好，第一外周边部分10a的宽度L1不小于外周边10的其余部分宽度的1.5倍。如图6所示，除了用于应力集中部分11的大狭缝7的第一外周边部分10a外，外周边10的其余部分可被去掉，使得狭缝3开口于铁心薄片1的外周边缘。在这种情况下，为了防止细长片2脱离铁心薄片1，在每个狭缝3上应提供连接相邻细长片的连桥部分(未示出)。

同时，当转子铁心6旋转时，由于作用在外周边10其余部分的离心力比作用在应力集中部分11的离心力小，故外周边10其余部分的宽度比应力集中部分11的宽度L1小。因此，并不要求外周边10其余部分的宽度增大到与最大应力集中部分11的宽度相一致。如上所述，即使外周边10其余部分的宽度比应力集中部分11要小，磁通量在相邻细长片2之间并无泄漏。因此，除应力集中部分11外，如外周边10其余部分宽度被配置成能产生磁饱和的宽度，那么，在正交轴方向经过外周边10的直轴磁通量流动的现象能够被磁饱和阻止。

也就是说，每个狭缝在正交轴方向上的正交轴磁通量不会流动。然而，由于大狭缝7的宽度比其他狭缝3的宽度大，因此正交轴磁通量更为减少，从而正交轴电感Lq减少。同时，由于大狭缝7设置在细长片2的径向内部，故每个细长片2的宽度并未减小。因此，直轴磁通量通过每个细长片在直轴方向上流动。换言之，直轴电感Ld的值不减少。结果，由于直轴电感Ld与正交轴电感Lq之比(Ld/Lq)增加，从公式(1)可知，磁阻转矩T就增加。

此外，因细长片2仅由外周边10相互连接，直轴磁通量顺利地流过细长片2，故直轴磁通量泄漏被进一步减少，比值(Ld/Lq)进一步增加。

同时，由转子轴4尺寸决定大狭缝7的宽度S，宽度S不应小于狭缝3的宽度的三倍。因此，如转子轴4较小，则大狭缝7能做得更大些。

同时，在转子铁心6中心可形成一个空穴，以便靠紧大狭缝7，或者将树脂灌进空穴。在这种情况下，转子轴4不能被插入转子铁心6。因此，分别从转子轴4的相对端面突出一对夹持件以相互面对，使得转子铁心6的相对端部在夹持件间被抓紧。因为形成靠近大狭缝7的空穴，所以转子铁心6的正交轴电感Lq能被进一步减少。

同时，如果大狭缝7端部做得与大狭缝7中央部分一样宽，则直轴磁通量的输入区域的宽度将减小，从而导致直轴电感Ld减小。因此，将大狭缝7做得比其端部特别地宽一点则更好。此外，如果大狭缝7非常短，则正交轴磁通量将从第一外周边部分10a上泄漏，从而比值(Ld/Lq)减小。因此，大狭缝7的长度最好不小于狭缝3中最长狭缝长度的0.9倍。

本发明者进行的实验揭示出作用到转子铁心6的最大应力与外周边10宽度之间的关系，如图7和8所示。在图7中，可以看到，外周边10除第一外周边部分10a外，还包括介于铁心薄片1外周边缘与每个径向最内狭缝3即第一狭缝3对应端部之间的第二外周边部分10b，介于铁心薄片1外周边缘与每个第二狭缝3对应端部之间的第三外周边部分10c，以及介于铁心薄片1外周边边缘与每个第三狭缝3对应端部之间的第四周边部分10d。

如图7所示，第一、第二、第三和第四外周边部分10a、10b、10c、10d的宽度分别为11、12、13和14。实验中各试验转子铁心6的直径为76.4毫米，且被分成四种类型：第一类型关系为：11∶12∶13∶14＝1∶1∶1∶1；第二类型关系为：11∶12∶13∶14＝1.8∶1∶1∶1；第三类型关系为：11∶12∶13∶14＝2.6∶1∶1∶1；第四类型关系为：11∶12∶13∶14＝3.5∶2.6∶1∶1。在实验中，当转子铁心6转速为每分钟600转时，作用在转子铁心6的最大应力可以相互作比较。应注意，“最大应力”一词表示由于转子铁心6旋转产生的离心力被集中作用地点的应力。

如图8所示，第一类型转子铁心6的外周边10宽度相同，应力集中在第一外周边部分10a上。如果第二、第三、第四外周边部分10b、10c、10d的宽度12、13、14如在第二、三、四类型转子铁心6中一样被增加，那么应力就被分散。因此，在具有相同直径、相同转速的电动机中，由于应力分散而使最大应力减小。然而，如果外周边10宽度过于增大，正交轴磁通量在外周边10上不饱和，即在直轴方向上流动。因此，鉴于转子铁心6的旋转速度、铁心薄片1的材料和外周边10的宽度等因素，应力集中部分11也可能被改变为第一、第二外周边部分10a和10b或者为第一至第三外周边部分10a至10c或更多。

使用上述转子铁心6的电动机，能在高转速、高转矩状态下旋转。而使用这种电动机的电动车、压缩机或空调机等具有产生高输出功率的高性能。从磁饱和方面考虑，外周边10的宽度应尽量缩小，但从应力集中到外周边10上考虑，又不能过于缩小。因此，如转子铁心6半径为30毫米或以上，外周边10宽度最好不小于0.2毫米。同时，如转子铁心6半径为20毫米或以上，最好外周边10宽度不小于0.1毫米。

用于应力集中部分11的第一外周边部分10a的宽度L1最好大于外周边10其余部分的宽度。然而，如转子铁心6的正交轴电感Lq很小，不大于外周边10其余部分的三倍，外周边10可以有比对应于应力集中部分11的第一外周边部分10a宽度L1更大宽度的部分。

此外，如铁心薄片1中细长片2间的狭缝3，在没有连桥部分的情况下被树脂等密封，铁心薄片1的旋转强度更能提高。磁导率低的铝、硬橡胶等也可用作密封剂。

由于使用这种转子铁心的电动机转子不产生次级铜损，所以这种电动机能高速旋转，故适宜用于压缩机、空调机、冰箱，特别是使用于优选考虑安全因素的电动车。

[第二实施例]

图9和10示出了根据本发明第二实施例的转子铁心6的铁心薄片1。如图10所示，除第一、第二外周边部分10a、10b分别增加为L1、L2外，外周边10的宽度是相等的，从而应力集中部分11由第一、第二外周边部分10a、10b形成。第一外周边部分10a的宽度L1大于第二外周边部分10b的宽度L2。如上所述，因为由具有大于外周边10其余部分宽度的宽度为L1、L2的第一、第二外周边部分的10a、10b形成应力集力部分11，所以能够经受得住转子铁心6高速旋转产生的离心力。同时，由于外周边10其余部分宽度比应力集中部分11的宽度L1、L2小，所以在外周边10磁通量饱和，故磁通量流不穿过外周边10。由于第二实施例的铁心薄片1的其它结构类似于第一实施例的铁心薄片1，故不赘述。

同时，在图10中，若设想第一外周边部分10a的宽度L1径向最内尺寸为r1和径向最外尺寸为r2，第二外周边部分10b的宽度L2径向最内尺寸为r3和径向最外尺寸为r4，第三外周边部分10c的宽度L3径向最内尺寸为r5和径向最外尺寸为r6，第四外周边部分10d的宽度L4径向最内尺寸r7和径向最外尺寸为r8，等等，如图11所示。若径向最内尺寸r1等于径向最外尺寸r2，径向最内尺寸r3等于径向最外尺寸r4。类似地，其余外周边部分的宽度的径向最内尺寸和径向最外尺寸彼此相等。即有关系式：r1＝r2＞r3＝r4＞r5＝r6＝r7……。然而，如图11所示，关系式也可为：r1＞r2＞r3＞r4＞r5＝r6＝r7……。

此外，第二实施例的应力集中部分11的宽度L1和L2大于外周边10其余部分的宽度。然而，设想第三外周边部分10c宽度为L3，第四外周边部分10d宽度为L4，第五外周边部分10e宽度为L5，等等，则有关系式：L1≥L2≥L3≥L4……。或关系式：r1≥r2≥r3≥r4≥r5≥r6……，如图12所示。同时，如果大狭缝7和狭缝3的端部均变为圆形，如图12所示，则可提高大狭缝7和狭缝3的强度，为此目的，相应于应力集中部分11的大狭缝7和径向最内狭缝3的端部可以制成圆形。

[第三实施例]

图13示出了铁心薄片41，包括多个径向配置、凸面朝向铁心薄片41中心的弓形狭缝43，以及在夹在相邻狭缝43之间的细长片42。在狭缝43中，径向最内、宽度大于其余狭缝43宽度的是大狭缝47。

外周边44包括介于铁心薄片41外周边缘与每个对应的大狭缝47端部之间的第一外周边部分44a，以及介于铁心薄片41外周边缘与每个对应的径向最内狭缝43端部之间的第二外周边部分44b。除了第一、第二外周边部分44a和44b的宽度增大外，外周边44的其余部分宽度相等。应力集中部分46由第一、第二外周边部分44a和44b形成。

此外，在狭缝43上配置了连接相邻细长片42的连桥部分45。如上所述，由于外周边44的应力集中部分46的宽度增大和连桥部分45的配置，铁心薄片41的强度提高。因此，即使由铁心薄片41形成转子铁心因高速旋转产生离心力，该转子铁心也能够经受得住离心力。

更具体地说，因为细长片42和连桥部分45相互连接，故当铁心薄片41被励磁时，由细长片42和连桥部分45形成锯齿形磁路。所以，随着每个狭缝43更靠近铁心薄片41的中心，每个狭缝43上的连桥部分45的间隔逐渐增大。此外，当两个狭缝43相邻时，其中一狭缝43上的连桥部分45与另一狭缝43上的连桥部分45错开，这样，连桥部分45交替地处于每隔一狭缝对应的位置上。从而铁心薄片41获得旋转强度。此外，当铁心薄片41被励磁时，产生于铁心薄片41中的正交轴磁路变得更细更长，对正交轴磁路的阻抗能被提高。

这时，如在一个铁心薄片41中形成上述的锯齿形磁路，那么由于在一个平面上延长正交轴磁路，使得对正交轴磁路的阻抗被提高。然而，可能发生由于磁饱和而使锯齿形磁路未形成的情况。在这种情况下，如在转子轴的轴向上在转子轴的轴向相迭铁心薄片41形成锯齿形磁路，则磁路最不可能饱和而以三维方式形成。因此，由于延长正交轴磁路而使对正交轴磁路的阻抗被增大。

此外，如果被形成的连桥部分45，其宽度小于细长片42的宽度，则正交轴磁路能被变细。也是在这种情况下，因为对正交轴磁路的阻抗被增大，则与上述相同的效果被获得。如果被形成的连桥部分45，其宽度在朝向铁心薄片41中心逐渐地加大，则获得在铁心薄片41旋转时与离心力分布相一致的强度是可能的。

图14示出了铁心薄片41被励磁时在铁心薄片41中产生的直轴磁路。从图13可见，铁心薄片41中心与径向最内细长片42间的大狭缝47上基本并没有产生直轴磁路。另一方面，图15示出了正交轴磁路被形成以致被集中在大狭缝47上。因此，如果形成铁心薄片41，使得大狭缝47的宽度大于狭缝43的宽度，则几乎仅是正交轴磁路穿过大狭缝47，从而只有对正交轴磁路的阻抗被增加，而对直轴磁路的阻抗几乎没有影响。因而可以达到更大的效果。

此外，如图14所示，在铁心薄片41中，产生在正交轴方向上外周边部分的直轴磁路，与产生在正交轴方向上内周边部分的直轴磁路相比，是非常小的。因此，如果铁心薄片41在正交轴方向上的外周边部分，被从铁心薄片41上去除，如图16所示凹部49那样，则几乎仅是正交轴磁路通过凹部49，故仅增加对正交轴磁路的阻抗，而对直轴磁路的阻抗几乎没有影响，从而达到更佳的效果。

然而，如图17所示，如凹部49被外周边部分50所替代，在凹部49中产生的直轴磁路的很小部分能够被外周边部分50重新获得，故对直轴磁路的阻抗能稍微减少。与传统铁心薄片161的外周边164相比，由于外周边50并非加强部件，因此外周边部分50的径向宽度可减至最小限度。

此外，铁心薄片41为获得对抗其旋转产生的离心力的强度，需要在正交轴方向上配置连桥部分51，从而将细长片42直线地相互连接起来，如图13所示。

同时，配置在铁心薄片41内周的连桥部分45比配置在铁心薄片41外周的连桥部分45厚一些，朝向铁心薄片41外周的连桥部分45的质量被减少，因此铁心薄片41为了较大强度而失去均衡。如果至少形成配置在铁心薄片41内周的连桥部分45，以便其宽度大于细长片42的宽度，则铁心薄片41在实际使用中将有足够的强度。当每个狭缝43中有多个连桥部分45时，连桥部分45对于正交轴的对称配置，对于失去平衡的强度是需要的。其结果，因铁心薄片41旋转强度被进一步增大，该实施例的电动机可经受住高速旋转。

如图13所示，所有第三实施例的特征均已使用在铁心薄片41上。然而，不用说，其一部分特征可应用于铁心薄片41上和图18A至图18F所示的具体的实例中。

[第四实施例]

图19示出了本发明第四实施例的转子铁心的铁心薄片71。铁心薄片71包括多个的细长片72，其宽度与定子73的齿状物74宽度相一致，这样，当转子铁心装在定子73中时，细长片72面对齿状物74。因为铁心薄片71的其它结构类似于第一实施例的铁心薄片1，故不赘述。

如上所述，当转子铁心被安装进定子73中时，铁心薄片71的细长片72相应地对着定子73的齿状物74。因此，当铁心薄片71被励磁，在铁心薄片71中产生的正交轴磁路穿过细长片72间形成的大狭缝75，对正交轴磁路的阻抗增大。然而，因直轴磁路被铁心薄片71的细长片72充分地获得，故对直轴磁路的阻抗几乎不变化。所以，直轴电感Ld与正交轴电感Lq之比(Ld/Lq)可减小，从而由于获得足够大的磁组转矩而使电动机性能改善。

如应力集中部分外周边宽度大于外周边其余部分的宽度，且配置连接相邻各细长片72的连桥部分，那么，正交轴磁路能够被延长，故对正交磁路的阻抗能被进一步提高。

此外，如果细长片72间的狭缝75被树脂密封，铁心薄片71的旋转强度将进一步增大。

[第五实施例]

图20和21分别示出了本发明第五实施例的转子铁心的铁心薄片81和82。在该转子铁心中，铁心薄片由高磁导率材料制成的铁心薄片81和82构成，且使铁心薄片82夹入铁心薄片81之中。铁心薄片81和82也可以分别布置。另外，多个铁心薄片82可以夹入铁心薄片81中。在铁心薄片81中，应力集中部分85的外周边84的宽度大于外周边84的其余部分的宽度，并且宽度大于狭缝87宽度的大狭缝86被径向地朝内设置在径向最内一个狭缝87的内侧。同时，在铁心薄片82中，配置在当铁心薄片81、82励磁时铁心薄片81产生的正交轴磁路的正交轴方向上的外周边部分，即凹部83被去除。

在这一实施例中，铁心薄片81、82可多层交替地在转子轴上安排，如图22所示；也可以将多个两铁心薄片81安排在相邻的铁心薄片82之中，如图23所示。

通过上述的转子铁心安排，当铁心薄片81、82被励磁时，产生在铁心薄片81中的正交轴磁路的正交轴方向上被安置的铁心薄片82中的外周边部分，即凹部83被去除，这样的铁心薄片82被夹入铁心薄片81之中。因此，铁心薄片81中产生的正交磁路穿过铁心薄片82的凹部83，使对正交轴磁路的阻抗增大。另一方面，因为铁心薄片82中也获得直轴磁路，故对直轴磁路的阻抗几乎不变。因此，直轴电感Ld与正交轴电感Lq的比值(Ld/Lq)便增大，从公式(1)可知，磁阻转矩T增大。如上所述，由于磁阻转矩T充分增大，则使用这种转子铁心的电动机性能获得提高。

[第六实施例]

图24示出了本发明第六实施例的转子铁心96。在转子铁心96中，当多个铁心薄片91在转子轴(图中未示出)上迭加而成时，铁心薄片91的固定位置在转子轴的轴向相互地改变，使铁心薄片91受到线性扭曲97，每个铁心薄片91形成有大于其余狭缝(未示出)的宽度、径向地朝内在径向上紧靠最内狭缝内侧的大狭缝(未示出)。其结果，因为在被扭曲97的转子铁心96的圆周方向上对直轴磁路的阻抗是相同的，来自定子并进入转子铁心96或者反过来的直轴磁通量是均匀的，所以被直轴磁通量不均匀性所产生的转矩波动被减少。于是，使用转子铁心96的电动机性能被进一步提高。

图24所示线性扭曲97也可被图25所示的阶梯形曲线97′或者图26所示的顺着转子轴的轴向被弯曲的V形扭曲97″所替代。据本发明者的调研，扭曲97在数量上应不大于定子齿状物的齿距。

如上所述，使用适当扭曲97的转子铁心96的电动机性能可被进一步改善。众所周知，即使定子相应地受到扭曲，但由于转矩波动被减少而使电动机性能获得改善。

[第七实施例]

图27示出了本发明第七实施例的转子铁心的铁心薄片101。在铁心薄片101中，细长片102的宽度向着铁心薄片101中心逐渐地加大。细长片102从铁心薄片101中心径向朝外依次包括第一细长片102a，第二细长片102b，第三细长片102c，第四细长片102d和第五细长片102e。第一细长片102a有最大宽度，而第五细长片102e有最小宽度。也就是说，朝着铁心薄片101中心的直轴磁路变得较大，而朝着铁心薄片101外周边的直轴磁路变得较小。此外，宽度比其余狭缝104宽度更大的大狭缝103被安排在径向上朝内的紧靠最内狭缝104的内侧。

不会同时从所有定子齿状物中产生数量相等的磁通量，所以能控制较大数量磁通量进入离铁心薄片101中心较近的细长片102中。因此，如磁场分析图28所示，较大数量磁通量流进安装在定子110中的较靠近铁心薄片101中心的细长片102中。图29示出了定子110与转子铁心之间一间隙上磁通量密度正弦波形。

如靠增加流过定子110的电流而使来自定子110的磁通量增大以便在这一实施例的转子铁心中获得高转矩，则大磁通量流进靠近铁心薄片101中心的细长片102中。然而，如上所述，第一细长片102a宽度比其余细长片102b至102e宽度大，因此，即使大量磁通量流进第一细长片102a，也并没有在细长片102a中产生磁饱和。故大量的磁通量能够被输入到第一细长片102a。与此同时，流进第五细长片102e的磁通量比流进其余细长片102a至102d的磁通量要少。因此，即使第五细长片102e的宽度比其余细长片102a至102d的宽度窄一些，磁饱和在第五细长片102e中发生的可能性也是最小的。也就是说，在这个实施例的转子铁心中，其铁心薄片101的细长片102的制成，要根据来自定子110的磁通量数量而定。

作为铁心薄片101的一个例子，铁心薄片101的半径为38.7±0.01毫米，第一细长片102a的宽度为3.1±0.05毫米，第二细长片102b的宽度为2.9±0.05毫米，第三细长片102c的宽度为2.6±0.05毫米，第四细长片102d的宽度为2.2±0.05毫米，第五细长片102e的宽度为1.7±0.05毫米。起磁通量障碍作用的四组狭缝103和104中的每一组，被配置在铁心薄片101的90°范围之内。两个大狭缝103间的间隙M为2.8±0.05毫米，而外周边105宽度为0.3至0.6毫米。

如上所述，由于铁心薄片101的细长片102宽度在朝向铁心薄片101中心方向较大，而朝向铁心薄片101外周方向则较窄，因此，在由铁心薄片101压迭成的转子铁心中，朝向转子铁心中心的直轴磁路变得较大，而朝向转子铁心外周的直轴磁路变得较小。

同时，如上所述，细长片102中径向最内的第一组细长片102a宽度最大，朝向铁心薄片101外周的其余细长片102的宽度逐渐减小。这种关系对获得这一实施例结果更好。然而，即使关系式变为：径向内细长片102宽度比其余径向外细长片102宽度大一些，如第一细长片102a宽度大于第二细长片102b宽度，第二细长片102b宽度等于第三细长片102c和第四细长片102d宽度，且大于第五细长片102e宽度，这一实施例的结果也能被获得。

此外，因流过每个细长片102的磁通量的数量是取决于细长片102的最小宽度部分，而每个细长片102宽度在直轴方向上是均匀的。因此，当一细长片102有一窄部分时，即使它也有宽的部分，但流过该细长片102的磁通量数量由窄的部分所决定。要求每个细长片102宽度均匀仅取决于每个细长片102宽度本身，而与为了加固而如何安排转子铁心外周边缘相互连接以及细长片102如何相互连接的状态无关。

这一实施例中的铁心薄片101的细长片102是以5排的方式配置的，然而，铁心薄片101的细长片102的排数并不限定为5排。

同时，如图34所示，在公开号为7-274460(1995)的日本专利公报公开了一种转子铁心，其中细长片172在转子铁心径向朝内相互排列，其中一个细长片172宽度比另一个细长片172宽度要大些。然而，在该已知的转子铁心中，狭缝173在径向朝内相互排列，其中一个狭缝173宽度比另一个狭缝173宽度要小些，如图34所示。在这已知的转子铁心的安排中，因为径向朝着转子铁心中的细长片172宽度做得较宽，所以在径向靠内的细长片172上抑制磁饱和是可能的。然而，因为径向朝着转子铁心中心的狭缝173宽度较窄，所以被径向内狭缝173拦截的磁通量数量减少。一般地说，被径向内狭缝拦截的正交轴磁通量数量大于径向外狭缝拦截的正交轴磁通量数量，因此，如果径向内狭缝173宽度做得窄于其径向外狭缝173的宽度，正交轴电感Lq将减少，所以(Lq-Ld)将减少，从而使转矩减少。

另一方面，在这个实施例中，当一个细长片102在转子铁心径向上朝内紧靠另一个细长片排列在它的内侧时，这一个细长片102宽度在径向上大于另一个细长片102宽度。因此，如图30所示，当第一细长片102a至第五细长片102e所对应的宽度分别为S1至S 5时，关系式：S1＞S2＞S3＞S4＞S5被满足。此外，当一个狭缝103和104径向朝内紧靠另一狭缝103和104被安排在其内侧时，这一狭缝103和104的宽度在径向上不小于另一狭缝103和104的宽度。因为径向内细长片102的宽度比径向外细长片102宽度大，所以磁通量顺利地流过径向内细长片102。此外，因径向内狭缝103和104的宽度不小于其径向外狭缝103和104的宽度，所以正交轴磁通量被大量地拦截，因此有可能提供具有高效率的电动机。

同时，如果径向内细长片102宽度比径向外细长片102宽度大，所以即使转子铁心高速旋转，由于下述原因，外周边105的宽度，也可以做得小。也就是说，在转子铁心旋转的情况下，径向外细长片102的重量被作用到相应于径向内细长片103和104的外周边105部分。因此，如果径向外细长片102不提供相同间隔，且做得较窄，径向外细长片102的重量将减少。相应地，如果径向内细长片102宽度比径向外细长片102宽度大，外周边105的宽度能够被做小，从而能防止磁通量泄漏，正交轴电感增加，从而电动机效率被提高。

本发明者的实验显示，如转子铁心半径为30至45毫米，外周边105为0.2至0.6毫米的转子铁心能以每分钟6000转的速度转动。

同时，如图27所示，狭缝103和104分四组配置在铁心薄片101圆周方向上的四个相等间隔区上，这样，四组狭缝103和104相对于铁心薄片101中心是对称的。如图30所示，每一组狭缝103和104形成相对于铁心薄片101中心不大于90°的角。在这种配置中，大量的磁通量障碍被互相抵销，转子铁心不会产生不平衡。因此，即使在高速旋转的情况下，转子铁心也能稳定地旋转。

每一个狭缝103和104被弯曲以起到磁通障碍的作用。如图27所示，当两条直线T1和T2与铁心薄片101的外周边缘相切时，直线T1和T2就正交地相交在C点，并且点C正处于狭缝103和104的曲率中心上。通过这种安排，细长片102有足够的宽度和短磁路。由于细长片102的磁阻是细长片102的宽度所特有的，所以有可能提供具有高效率的电动机。

虽然参照附图结合优选实施例对本发明已作了充分描述，但应注意，对于本领域技术人员可有各种各样的的修改和变化。这些变化和修改都被理解为包括在由随附的的权利要求所限定的本发明的范围之内，除非它们脱离本发明。

[工业应用性]

根据本发明的转子铁心，当比值(Ld/Lq)保持高值而转子铁心以高速旋转时，提供具有高效率、高输出功率的电动机是可能的。

并且，根据本发明的转子铁心，第一外周边部分的宽度比第二外周边部分的宽度大，电动机的效率和输出功率能被进一步提高。

根据本发明的转子铁心，因磁通量在直轴方向上的泄漏被减少，故比值(Ld/Lq)可保持高值，从而电动机效率能进一步提高。

根据本发明的转子铁心，因狭缝强度被提高，所以狭缝宽度能进一步减小，从而比值(Ld/Lq)在保持低值的情况下提高电动机效率是可能的。

根据本发明的转子铁心，因转子铁心直径的安排与外周边宽度的特殊的关系，所以转子铁心能被高效率旋转。

根据本发明的转子铁心，因直轴电感Ld被提高，所以当(Ld/Lq)保持高值时转子铁心能高速旋转。

此外，根据本发明的转子铁心，因铁心薄片外周附近的狭缝宽度小，则来自定子的直轴磁通量能容易地进入转子铁心，所以直轴电感Ld被提高。因此，电动机的磁阻转矩T能够被提高。

根据本发明的转子铁心，当一细长片径向地朝内安排在紧靠另一细长片的内侧时，这个细长片的磁导率大于另一个细长片的磁导率。因此，即使磁通量数量增加，在转子铁心中心部分附近也不会产生磁饱和。因此，电动机能够高效率地旋转。

根据本发明的转子铁心，因流过细长片的磁通量数量增加，而正交轴电感Lq可被减少，所以电动机效率能被提高。

根据本发明的转子铁心，具有小的外周边的转子铁心，能够甚至以每分钟6000转的高速高效率地旋转。

根据本发明的转子铁心，因磁通量障碍相互很好地抵销，转子铁心甚至在高速情况下也能稳定地旋转。

根据本发明的转子铁心，因为细长片的磁阻被减到最小，所以电动机的效率能被提高。

根据本发明的转子铁心，当一个细长片径向朝内地紧靠另一个细长片内侧安排时，这个细长片宽度大于另一个细长宽度。因此，即使为了获得大的转矩而使磁通量增加，转子铁心的中心部分附近也不产生磁饱和。因此，电动机能有效地旋转。

根据本发明的转子铁心，因为狭缝端部是圆形的，所以狭缝的强度被提高。因此，转子铁心能够高速旋转。

根据本发明的转子铁心，因为在狭缝上提供了连桥部分，所以狭缝强度更加提高。因此，转子铁心能更高速地旋转。

根据本发明的转子铁心，鉴于对正交轴磁路的阻抗能被提高，故电动机能被更高速、更高效率地旋转。

根据本发明的转子铁心，转子铁心的强度能被提高。

根据本发明的转子铁心，通过使用不同类型的铁心薄片，提供较高效率和较高输出功率的电动机是可能的。

另外，使用具有本发明的转子铁心的电动机，齿形转矩能够被减少。

另外，根据本发明的转子铁心，提供在高速状态下安全运行的电动车辆是可能的。

Claims (17)

1.一种转子铁心(6)，其中多个铁心薄片(1)相迭在转子轴(4)上，并且多个狭缝(3、7)和多个细长片(2)交替地安排在每个铁心薄片(1)的径向上，以凸向每个铁心薄片(1)的中心，以致在每个铁心薄片(1)的外周边缘与每个狭缝(3、7)的对应端部之间形成外周边(10)，其特征在于，它包括一应力集中部分(11)，该应力集中部分(11)设置在外周边(10)的一部分(10a)处，并且具有大于外周边(10)其余部分宽度的宽度(L1)。

2.根据权利要求1所述的转子铁心(6)，其特征在于，外周边(10)的部分(10a)是由每个铁心薄片(1)的外周边缘和每个狭缝(3、7)中径向最内狭缝(7)对应端部之间的第一外周边部分(10a)所形成。

3.根据权利要求1所述的转子铁心(6)，其特征在于，外周边(10)的部分(10a，10b)是由处于每个铁心薄片(1)的外周边缘与每个狭缝(3、7)的径向最内狭缝(7)对应端部之间的第一外周边部分(10a)和处于每个铁心薄片(1)的外周边缘与每个狭缝(3、7)的径向第二最内狭缝(3)对应端部之间的第二外周边部分(10b)所形成。

4.根据权利要求1所述的转子铁心(6)，其特征在于，外周边(10)的部分(10a，10b，10c)是由处于每个铁心薄片(1)的外周边缘与每个狭缝(3、7)的径向最内狭缝(7)对应端部之间的第一外周边部分(10a)、处于每个铁心薄片(1)的外周边缘与每个狭缝(3、7)的径向第二最内狭缝(3)对应端部之间的第二外周边部分(10b)和处于每个铁心薄片(1)的外周边缘与每个狭缝(3、7)的径向第三最内狭缝(3)对应端部之间的第三外周边部分(10c)所形成。

5.根据权利要求3所述的转子铁心(6)，其特征在于，第一外周边部分(10a)的宽度(L1)比第二外周边部分(10b)的宽度(L2)大。

6.根据权利要求1所述的转子铁心(6)，其特征在于，细长片(2)仅被外周边(10)相互连接。

7.根据权利要求1所述的转子铁心(6)，其特征在于，对应于应力集中部分(11)的细长片(2)仅被外周边(10)的部分(10a)相互连接。

8.根据权利要求1所述的转子铁心(6)，其特征在于，对应于应力集中部分(11)的狭缝(3、7)中每个狭缝的端部为圆形。

9.根据权利要求1所述的转子铁心(6)，其特征在于，当转子铁心(6)的半径不小于30毫米时，外周边(10)宽度不小于0.2毫米。

10.根据权利要求1所述的转子铁心(6)，其特征在于，外周边(10)的部分(10a)宽度(L1)不小于外周边(10)的其余部分宽度的1.5倍。

11.根据权利要求1所述的转子铁心(6)，其特征在于，当转子铁心(6)的半径不小于20毫米时，外周边(10)宽度不小于0.1毫米。

12.一种转子铁心(6)，其中多个铁心薄片(1)相迭在转子轴(4)上，并且多个狭缝(3、7)和多个细长片(2)交替地安排在每个铁心薄片(1)的径向上，以凸向每个铁心薄片(1)的中心，以致在每个铁心薄片(1)的外周边缘与每个狭缝(3、7)的对应端部之间形成外周边(10)，其特征在于，当狭缝(3、7)中的第一狭缝在径向上被安排紧靠狭缝(3、7)中的第二狭缝内侧时，外周边(10)的第一部分形成在每个铁心薄片(1)的外周边缘与狭缝(3、7)中的每个第一狭缝对应的端部之间，并且外周边(10)的第二部分形成在每个铁心薄片(1)的外周边缘与狭缝(3、7)中的每个第二狭缝对应的端部之间，使得外周边(10)的第一部分的宽度大于外周边(10)的第二部分的宽度。

13.一种电动机，具有如权利要求1所述特征的转子铁心。

14.一种压缩机，具有如权利要求13所述特征的电动机。

15.一种空调器，具有如权利要求13所述特征的电动机。

16.一种冰箱，具有如权利要求13所述特征的电动机。

17.一种电动车辆，其中使用根据权利要求13所述的电动机作为其车轮的驱动装置。

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