CN202721584U

CN202721584U - 永磁铁同步电机及搭载其的压缩机、hev、ev、燃料电池汽车

Info

Publication number: CN202721584U
Application number: CN2012200288424U
Authority: CN
Inventors: 丸山惠理; 高桥晓史; 涌井真一
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2012-01-29
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2022-01-29
Also published as: JP5363520B2; JP2012186901A

Abstract

提供一种要求小型高输出的永磁铁同步电机及搭载其的压缩机、HEV、EV、燃料电池汽车，在包括转子铁芯端部的线圈端在内的定子全长和转子铁芯轴长之差所形成的死区空间设置外伸部，实现输出密度提高，降低因外伸部长度的增加引起的有效磁通的饱和，实现永磁铁同步电机的输出密度提高。为此，在具有卷绕了线圈的定子铁芯和将永磁铁配置在磁性体内部的转子铁芯的永磁铁同步电机中，在转子铁芯设置比定子铁芯长的外伸部，外伸部的轴向的透磁率被设定得高于卷绕有线圈的定子铁芯的轴向透磁率。

Description

永磁铁同步电机及搭载其的压缩机、HEV、EV、燃料电池汽车

技术领域

本实用新型涉及一种尤其在压缩机、HEV、EV、燃料电池汽车等用途中，要求小型高输出的永磁铁同步电机及搭载其的压缩机、HEV、EV、燃料电池汽车。

背景技术

近年来，对于保护地球环境、节能的认识有所提高，以在空调或冰箱中使用的压缩机为首，对在EV、HEV、燃料电池汽车上搭载的电动机还要求小型高效率。

为了提高永磁铁同步电机的输出密度，增加从转子铁芯的磁铁磁链到定子铁芯的齿的磁通量是有效的。一般而言，包括线圈端在内的定子全长和转子铁芯的轴长之差是与有效磁通相关的死区空间，为了有效活用该空间，公知一种通过在转子端部设置外伸(over hang)部，实现输出密度的提高，以同一规格得到高输出的永磁铁同步电机。

图7是表示现有的设有外伸部的永磁铁同步电机的剖面图。在图7中，1是定子铁芯，21是卷绕在定子铁芯1的齿上的线圈。10是在中心具有供轴13插入的转子铁芯11的转子。转子10在磁铁插入孔4中插入永磁铁5，并在比上下两端的定子铁芯1的长度B长的部分具有由层叠钢板构成的外伸部12。A是包括线圈端在内的定子全长。图8是表示由层叠钢板31构成的外伸部12的立体图。6是在外伸部12设置的磁铁插入孔。

在图7中，如果增长外伸部12，则如图9所示那样，从外伸部的磁极产生的磁通增加，但向转子铁芯的卷绕有线圈的齿流入的磁通、即有效磁通饱和。如此，使转子的轴向长度比定子铁芯的轴向长度B长，使磁通增加，实现转矩提升。

在专利文献1中，进而，出于缓和转子的有效磁通的磁饱和的目的，通过在外伸部将为了降低电感而在转子铁芯外周部设置的狭缝面积减小，从而实现永磁铁同步电机的输出密度的提高。

【专利文献1】JP特开2000-116044号公报

图8所示的由层叠钢板制作的外伸部由于一块一块的钢板在板厚方向具有绝缘层且在轴向上被绝缘，因此在外伸部内在轴向上磁通无法移动。因此，存在如下问题：随着从外伸部远离定子齿，有效磁通的增加量减少，当达到某一程度的长度时，即使继续延长外伸部，输出密度也不提高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，降低因外伸部长度的增加引起的有效磁通的饱和，进一步实现永磁铁同步电机的输出密度的提高。

本实用新型提供一种永磁铁同步电机，其特征在于，在具有齿上卷绕有线圈的定子铁芯和在磁性体内配置有永磁铁的转子铁芯的旋转电机中，在所述转子铁芯的至少一端设有由磁性体构成的外伸部，所述转子铁芯和所述外伸部的长度被设定得比所述定子铁芯的长度长，在所述外伸部内配置所述永磁铁，所述外伸部的轴向透磁率被设定得高于所述定子铁芯的轴向透磁率。

另外，在永磁铁同步电机中，其特征在于，所述外伸部由块状铁芯构成。

另外，在永磁铁同步电机中，其特征在于，所述外伸部由层叠钢板构成。

另外，在永磁铁同步电机中，其特征在于，在由磁性体构成的所述外伸部的与所述永磁铁相对的径向外周部沿转子轴向或圆周方向设有非磁性部。

另外，在永磁铁同步电机中，其特征在于，所述非磁性部由槽部构成。

另外，在永磁铁同步电机中，其特征在于，所述非磁性部由在所述外伸部的与所述永磁铁相对的径向外周部沿轴向设置的孔部构成。

另外，在永磁铁同步电机中，其特征在于，在所述槽部或孔部填充有非磁性体。

另外，在永磁铁同步电机中，其特征在于，随着朝向与所述转子相反一侧的外伸部端部，减小设定所述外伸部的外径。

另外，在永磁铁同步电机中，其特征在于，在所述外伸部配置的永磁铁的周囲由非磁性体包围。

另外，在永磁铁同步电机中，其特征在于，随着靠近轴向端部，减小设定所述定子铁芯的卷绕有线圈的齿的与所述转子的相对面积。

另外，在永磁铁同步电机中，其特征在于，在所述定子铁芯外周设有轴向狭缝。

另外，在永磁铁同步电机中，其特征在于，所述外伸部兼作所述转子的平衡重。

另外提供一种搭载有永磁铁同步电机的压缩机或HEV或EV或燃料电池汽车。

实用新型效果

根据本实用新型，在具有齿上卷绕有线圈的定子铁芯和在磁性体内配置有永磁铁的转子铁芯的旋转电机中，通过在转子铁芯的至少一端设置由磁性体构成的外伸部，转子铁芯和外伸部的长度被设定得比定子铁芯的长度长，在外伸部内配置永磁铁，外伸部的轴向透磁率被设定得高于定子铁芯的轴向透磁率，由此，在与定子铁芯隔着空隙相对的转子铁芯的外伸部产生的磁通，以由透磁率高于定子铁芯的磁性体所形成的外伸部作为磁路而可以容易在轴向上移动，由此，可以增加流入转子铁芯的齿的有效磁通量。因此，可以实现永磁铁同步电机的输出密度提高。

附图说明

图1是本实用新型的实施例1的永磁铁同步电机的转子的轴向剖面图。

图2是图1中C-C线剖面图。

图3是本实用新型的实施例2的永磁铁同步电机的轴向剖面图。

图4是表示本实用新型的实施例3的外伸部的立体图。

图5是表示本实用新型的实施例4的外伸部的立体图。

图6是表示本实用新型的实施例5的磁铁卡止部的立体图。

图7是现有的设有外伸部的永磁铁同步电机的轴向剖面图。

图8是表示现有的层叠钢板上的外伸部的立体图。

图9是表示外伸部长度和有效磁通量的关系的坐标图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本实用新型的实施例。

【实施例1】

图1是本实用新型的实施例1的永磁铁同步电机的轴向剖面图，图2是图1中C-C线剖面图。1是定子铁芯，除环状的磁轭和定子绕组用的槽外，在圆周方向上呈放射状形成有多个齿2。在齿2上卷绕有线圈21。转子10具有多个磁铁插入孔4，且由转子铁芯11和在其上下两端设置的外伸部12A构成。转子10隔着空隙3与包括线圈端在内的定子全长A相对，通过轴13产生转矩。

转子铁芯11隔着空隙与定子铁芯全长B相对且在磁铁插入孔4中具有沿轴剖面方向被磁化的永磁铁5。外伸部12A由块状铁芯构成，在磁铁插入孔6中插入永磁铁5，并收在线圈端的死区空间。另外，在外伸部12A，插入磁铁插入孔6中永磁铁5隔着非磁性体被端板14压住。

在设层叠钢板的填充率为f、设真空的透磁率为μ0、设与钢板表面垂直的方向的透磁率为μ时，层叠钢板的轴向透磁率μ⊥以下式表示：

【公式1】

μ_{&perp;} = \frac{1}{\frac{f}{μ} + \frac{1 - f}{μ_{0}}}

外伸部12A的轴向透磁率被设定得比定子铁芯1的轴向透磁率μ ⊥高。对于由块状铁芯构成的外伸部12A，在永磁铁5产生的磁通通过轴向透磁率高的外伸部12A而不衰减地流入定子铁芯1的齿2。由此，永磁铁同步电机的有效磁通量增加，转矩提升。

在实施例1中，作为转子铁芯和定子铁芯的构成材料，以层叠钢板为例进行了说明，但它们即便由压粉磁心构成，通过使外伸部的轴向透磁率大于压粉磁心构成的定子铁芯的轴向透磁率，也可以得到同样的效果。

永磁铁5通常是由以稀土类为主要成分的烧结磁铁构成的。其也可以由粘结磁铁形成，也可以由铁素体磁铁、铝镍钴磁合金磁铁形成。同样，永磁铁5可由一块永磁铁构成，也可以将多块永磁铁沿轴向或圆周方向配置而构成。

在转子铁芯11和外伸部12A的磁铁插入孔4插入的永磁铁5可由同一种类的一块磁铁构成，也可以由其他的永磁铁构成。另外，也可以使外伸部12A的磁铁插入孔6的位置或形状、磁铁的种类不同于在转子铁芯11插入的永磁铁。各个永磁铁的磁化方向可以是同一方向，也可以使外伸部12A的永磁铁的磁化方向为圆周方向，使转子铁芯侧的永磁铁磁化磁极与定子铁芯侧的磁化磁极相同。在实施例1中，永磁铁的剖面形状是方形型，但也可以是弧状、半圆锥状、澡盆形状。

图2所示的转子铁芯11的径向剖面可以为圆形，也可以是与极数对应的多边形。另外，也可以以埋设永磁铁的磁极间的空隙的形式在转子铁芯11外周部设置凸部。在设置凸部的情况下，除了永磁铁的相对于圆周方向应力的固定強度提高外，还可以活用磁阻转矩，但另一方面，由于电感增加，所以不会使转矩减少，难以扩大高速运转范围。

另外，还可以以挖掘磁极间的空隙的形式在转子铁芯的外周部设置凹部。在设置凹部的情况下，由于电感减少，所以不会使转矩减少，能够扩大高速运转范围。

虽然实施例1的外伸部12A由块状铁芯构成，但也可以采用压粉磁心等，只要是在轴向上透磁率高于定子铁芯的轴向的透磁率的磁性体材料即可。另外，在外伸部，出于降低永磁铁的圆周方向端部的漏磁的目的，在磁极间设置轴向的切口(カツトcut)的结构是有效的。

在转子铁芯1的径向表面将永磁铁配置成为4极，虽然配置有六个槽口，但即便极数或槽口不同时，也可以得到同样的效果。

在定子铁芯1的外周，可以随着接近轴向端部而减小卷绕线圈的齿2的与转子的相对面积。另外，还可以在定子铁芯1的外周设置轴向的狭缝。根据这种结构，通过减小齿2的轴向端部的转子的相对面积，从而从轴向面流入齿2的磁通减少，可以降低齿2的涡电流损失，能够提供一种高效率的永磁铁同步电机。

在图1中，虽然包括外伸部在内的转子的轴长收在包括线圈端在内的定子全长A内的死区空间内，但包括外伸部在内的转子的轴长可以比定子全长A短，也可以比其长。

另外，外伸部可如实施例1那样设置在转子铁芯的两侧，但即便仅设置在单侧，也具有输出密度提高的效果。

实施例1尤其在无稀土的电动机中，由于能够有效活用线圈端的死区空间，因此输出密度提高的效果大。

根据实施例1，在无稀土永磁铁同步电机中，通过利用线圈端的死区空间，从而可以抑制用于得到和使用了稀土的永磁铁同步电机相同输出的体格的增加。另外，通过安装外伸部，使其具有作为平衡重的作用，从而可以提供稳定动作的永磁铁同步电机。

【实施例2】

图3是表示本实用新型的实施例2的轴向剖面图。在以下的附图中，对于与实施例1共通的部分标注同一符号，对于新的构成部分进行说明。在实施例2中，外伸部12B由层叠钢板构成。此时的层叠钢板可以采用通过提高层叠钢板的填充率而提高轴向的透磁率的层叠钢板，或采用将层叠钢板在径向层叠的钢板等。

【实施例3】

图4是实施例3的外伸部的立体图。外伸部以外的基本构成由于基于实施例1，因此省略说明。实施例3是将由块状铁芯构成的外伸部12C的外周部径向的槽30沿轴向重合三层而设置的结构。

当在定子线圈流通电流时，在线圈端产生磁通，作为漏磁通流入转子端部的外伸部。在本实用新型中，由于特征在于外伸部的轴向透磁率高于定子铁芯的透磁率，因此，线圈端部分的漏磁通引起的涡电流损失变大。因此，通过形成图4那样的结构，在外伸部12C的外周部形成由空气构成的非磁性体层，可以降低线圈端的漏磁通引起的涡电流损失，从而提供一种效率高的永磁铁同步电机。

图4的槽30形成三层而进行说明，但通过缩窄槽的宽度，增多槽的数量，可得到更大的效果。另外，槽的深度可如图4那样为均匀的深度，也可以随着从外伸部端面向转子铁芯侧而逐渐变浅。槽的形状虽然是将方形相连而构成的，但也可以由圈或圆弧等构成。

另外，在图4中，虽然在径向设置槽，但也可以在外伸部12C端部的磁铁插入孔的外侧部分设置轴向的孔，同样，在外伸部12C的外周部形成由空气构成的非磁性体层，可以降低线圈端的漏磁通引起的涡电流损失。

在图1中，虽然包括外伸部在内的转子铁芯的轴长和定子全长A是同等长度，但包括外伸部在内的转子铁芯的轴长可以比定子全长A短，也可以比其长。尤其，在外伸部比定子全长A长的情况下，随着外伸部越不与线圈端相对而越变长时，不与线圈端相对的部分由于线圈端的漏磁通的影响变小因而没必要做出槽。

【实施例4】

图5是表示说明实施例4的外伸部12D的立体图。外伸部以外的基本构造由于基于实施例1，因此省略说明。图5的外伸部12D是随着朝向外伸部12D端部而减小外伸外径的构造。

上述构造与实施例3同样，是线圈端的漏磁通对策之一，通过随着靠近外伸部的端部而减小直径，缩窄从线圈端到外伸部12D的磁路，可以降低在线圈端的漏磁通的影响，降低因线圈端的漏磁通而产生的外伸部的轴向涡电流损失，提供高效率的永磁铁同步电机。

通过外伸部内限制磁路，从而能够限制来自线圈端的漏磁通的降低与在外伸部内的磁通的动作。另外，由于并不是来自转子和齿的相对面的磁通提高，而是来自轴向的有效磁通提高，因此，可以提供高效率的永磁铁同步电机。

进而，通过随着外伸部12D靠近定子铁芯1而增大外伸部外径，从而流入齿的磁路扩大，因此磁通容易流向齿，具有有效磁通量增加的效果。

图7的外伸部12D的外周表面为从转子铁芯侧朝向外伸部12D端部呈円弧的形状，但其形状可以是直线的，也可以是逆向的圆弧。在与线圈端相对的外伸部12D外周部，减小外伸部12D的外径，随着靠近定子铁芯的齿而增大外形。外伸部12D的定子铁芯和接地面的外径可以是与定子铁芯相同的直径，也可以是比定子铁芯大的直径。同时应用实施例4和实施例3，并在外周部设置槽也是作为线圈端的漏磁通对策的有效手段之一。

【实施例5】

图6是说明实施例5的由具有磁铁卡止部的块状铁芯所构成的外伸部的结构。外伸部12E以外的基本结构由于基于实施例1，因此省略说明。取代实施例1中所示的具有压住永磁铁的压脚作用的端板14，在图8的外伸部12E端部，通过设置对外伸部12E的端部形状进行挤缝(かしめ)加工后的卡止部22来作为磁铁压脚。卡止部22和外伸部1

2E是一体构造，压入永磁铁的两端。

永磁铁5在卡止部22以外的部分露出在作为非磁性体的空气中并与空气相接。通过螺纹紧固方式将外伸部安装转子铁芯上。

在永磁铁端部，在相邻的反磁极间产生磁通，作为漏磁通流入磁性体即外伸部，成为涡电流损失的原因。为了降低涡电流损失，通过用非磁性体包围在永磁铁的周囲，从而可以降低永磁铁端部的漏磁通。非磁性体的部分可以是空气，也可以是树脂等绝缘物。

在实施例5中，在外伸部端部设置卡止部，但也可以是取代卡止部而用板压住永磁铁的两端那样的构造。根据上述构成，由于用既存的部件兼作磁铁压脚，因此可得到减少工序以及削减成本的效果。

如上所述，本实用新型的永磁铁同步电机由于可以实现小型高效率，因此，可有助于搭载该电极的压缩机、EV、HEV、燃料电池汽车的小型高效率化。

【符号说明】

1：定子铁芯

2：齿

3：空隙

4、6：磁铁插入孔

5：永磁铁

10：转子

11：转子铁芯

12A、12B、12C、12D、12E：外伸部

14：端板

21：线圈

22：卡止部

30：槽

31：层叠钢板

A：定子全长

B：定子铁芯长

Claims

1.一种永磁铁同步电机，其特征在于，在具有齿上卷绕有线圈的定子铁芯和在磁性体内配置有永磁铁的转子铁芯的旋转电机中，在所述转子铁芯的至少一端设有由磁性体构成的外伸部，所述转子铁芯和所述外伸部的长度被设定得比所述定子铁芯的长度长，在所述外伸部内配置所述永磁铁，所述外伸部的轴向透磁率被设定得高于所述定子铁芯的轴向透磁率。

2.如权利要求1所述的永磁铁同步电机，其特征在于，

所述外伸部由块状铁芯构成。

3.如权利要求1所述的永磁铁同步电机，其特征在于，

所述外伸部由层叠钢板构成。

4.如权利要求1至3中任一项所述的永磁铁同步电机，其特征在于，

在由磁性体构成的所述外伸部的与所述永磁铁相对的径向外周部沿转子轴向或圆周方向设有非磁性部。

5.如权利要求4所述的永磁铁同步电机，其特征在于，

所述非磁性部由槽部构成。

6.如权利要求4所述的永磁铁同步电机，其特征在于，

所述非磁性部由在所述外伸部的与所述永磁铁相对的径向外周部沿轴向设置的孔部构成。

7.如权利要求5或6所述的永磁铁同步电机，其特征在于，

在所述槽部或孔部填充有非磁性体。

8.如权利要求1至3中任一项所述的永磁铁同步电机，其特征在于，

随着朝向与所述转子相反一侧的外伸部端部，减小设定所述外伸部的外径。

9.如权利要求1至3中任一项所述的永磁铁同步电机，其特征在于，

随着靠近轴向端部，减小设定所述定子铁芯的卷绕有线圈的齿的与所述转子的相对面积。

10.如权利要求1至3中任一项所述的永磁铁同步电机，其特征在于，

在所述定子铁芯外周设有轴向狭缝。

11.如权利要求1至3中任一项所述的永磁铁同步电机，其特征在于，

所述外伸部兼作所述转子的平衡重。

12.一种压缩机，其特征在于，所述压缩机搭载有权利要求1至11中任一项所述的永磁铁同步电机。

13.一种HEV，其特征在于，所述HEV搭载有权利要求1至11中任一项所述的永磁铁同步电机。

14.一种EV，其特征在于，所述EV搭载有权利要求1至11中任一项所述的永磁铁同步电机。

15.一种燃料电池汽车，其特征在于，所述燃料电池汽车搭载有权利要求1至11中任一项所述的永磁铁同步电机。