CN214900396U

CN214900396U - 旋转电机的转子

Info

Publication number: CN214900396U
Application number: CN202120648541.0U
Authority: CN
Inventors: 小村建人
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-03-30
Filing date: 2021-03-30
Publication date: 2021-11-26
Anticipated expiration: 2031-03-30

Abstract

本实用新型提供一种旋转电机的转子，该旋转电机的转子具有转子铁芯，该转子铁芯的外周部上形成有在转子铁芯的轴向上延伸的多对磁体容纳孔，每对磁体容纳孔配置成朝着转子铁芯的径向外侧呈V字形地展开，各磁体容纳孔中容置有长方体形状的永磁体，在各磁体容纳孔中的位于转子铁芯的周向两端的部位，分别配置有卷绕成矩形并整体在转子铁芯的轴向上延伸的线圈，各线圈分别与永磁体的矩形侧面相向而对。基于本实用新型的上述结构，能够抑制来自定子的退磁场的影响，并且在高负载下也能抑制动力性能降低。

Description

旋转电机的转子

技术领域

本实用新型涉及旋转电机的转子，特别是一种永磁体埋在转子铁芯内的旋转电机的转子。

背景技术

具备定子和转子的旋转电机中，用永磁体作为转子的PM电机是高效电机。特别是，永磁体埋在转子铁芯内的IPM电机除了利用磁体磁通产生电磁转矩之外，还通过电感的凸极性产生磁阻转矩，因而是能够实现小型化和高功率化的电机。以往，这种IPM电机一直被用于电动车、混合动力车等。

这种旋转电机中，多采用外周部具有多对磁体容纳孔的转子铁芯，每对磁体容纳孔内分别容置有长方体形状的永磁体，并且，各对磁体容纳孔被配置为呈V字形地朝着径向外侧展开。这样，将永磁体呈V字形地埋入到转子铁芯内部的旋转电机中，通过使永磁体的磁力集中在转子铁芯的外周部，能够提高磁通密度，从而增大转矩。

然而，将永磁体呈V字形地埋在转子铁芯内部的旋转电机中，在高负载(大电流)下，定子会对永磁体施加与磁化方向相反的磁场(退磁场)，故一旦超过永磁体的耐受力(矫顽力)，则会产生永磁体的磁力减弱(退磁)、动力性能(转矩)降低的问题。

为了抑制动力性能降低，虽然可以考虑通过添加重稀土类来增强永磁体的抗矫顽力，但是这样存在成本增加的问题。此外，也可以考虑通过使永磁体远离转子铁芯外周面来减小定子所产生的退磁场的影响，但是这样又会导致转矩减小，从而无法抑制动力性能降低。

对此，还可以考虑通过在磁体容纳孔内的不与永磁体接触的部位上形成突起，而将来自于定子的磁通释放给突起，以达到抑制永磁体退磁的目的，但是这样又会增加电感的磁化方向分量而使磁阻转矩降低，导致动力性能降低。

实用新型内容

针对上述情况，本实用新型的目的在于，提供一种能够减小定子所产生的退磁场的影响、并且在高负载下能够抑制动力性能降低的旋转电机的转子。

作为解决上述技术问题的技术方案，本实用新型提供一种旋转电机的转子，该旋转电机的转子具有转子铁芯，该转子铁芯的外周部上形成有在所述转子铁芯的轴向上延伸的多对磁体容纳孔，每对磁体容纳孔配置成朝着所述转子铁芯的径向外侧呈V字形地展开，各所述磁体容纳孔中容置有长方体形状的永磁体，其特征在于：在各所述磁体容纳孔中的位于所述转子铁芯的周向两端的部位，分别配置有卷绕成矩形并整体在所述转子铁芯的轴向上延伸的线圈，各所述线圈分别与所述永磁体的矩形侧面相向而对。

基于本实用新型的上述旋转电机的转子，由于卷绕成矩形的线圈与永磁体的矩形侧面相向而对地配置在磁体容纳孔中的位于转子铁芯的周向的两个端部的部位，该线圈通电后能够产生与永磁体的磁化方向相同方向的磁场，该磁场能够减小来自定子的退磁场，从而能够抑制高负载时动力性能降低。

此外，本实用新型的上述旋转电机的转子中，较佳为，所述线圈上的靠近所述转子铁芯的径向外侧并沿所述转子铁芯的轴向延伸的部位比所述永磁体更靠近所述转子铁芯的径向外侧。

基于该结构，由于线圈上的产生与来自定子的退磁场方向相反的磁场的部位比永磁体更靠近定子，故能通过线圈产生的磁场更有效地降低来自定子的退磁场。

此外，本实用新型的上述旋转电机的转子中，较佳为，在所述线圈与所述永磁体的侧面之间填埋有树脂。

基于该结构，能够避免线圈与永磁体相接触。

附图说明

图1是示意性地表示本实用新型的实施方式的旋转电机的转子中的转子铁芯的立体图。

图2是示意性地表示图1中的双点划线所包围的部位的俯视图。

图3是图2中的III－III线截面的剖视图。

图4是将图2中的A部放大表示的图。

图5是示意性地表示永磁体的工作点的图。

图6是示意性地表示现有技术例一的转子中的相当于图2的部位的图。

图7是示意性地表示现有技术例一的转子中的永磁体的工作点的图。

图8是示意性地表示现有技术例二的转子中的相当于图2的部位的图。

具体实施方式

以下，参考附图对本实用新型的实施方式进行说明。各图中，箭头R示出转子铁芯的径向，箭头θ示出转子铁芯的周向，箭头Z示出转子铁芯的轴向。另外，本实用新型不局限于下述实施方式中记载的内容。另外，各图中的尺寸关系(长度、宽度等)不反映实际的尺寸关系。

图1是示意性地表示本实施方式的旋转电机的转子1中的转子铁芯10的立体图。图2是示意性地表示图1中的双点划线所包围的部位的俯视图，示出了埋入有永磁体20的状态下的转子铁芯10。在此，图2中的空心箭头示出永磁体20的磁化方向。

如图1所示，转子铁芯10例如是由通过将数百枚被冲压加工成圆环形状的电磁钢板13叠层而成的叠层钢板构成的。转子1是通过在转子铁芯10的圆环的内侧配置转子轴(未图示)，并如图2所示那样在多个磁体容纳孔11内分别容置永磁体20而构成的。

旋转电机具备转子1、和隔开规定间隔地配置在转子1的径向外侧并卷绕有绕组线圈的定子(未图示)。旋转电机搭载于电动车、混合动力车等车辆上的情况下，在车辆行驶时发挥电动机的功能，当车辆制动时发挥发电机的功能。旋转电机发挥电动机的功能时，通过向定子的绕组线圈供给电流而在定子上产生磁力，在定子和转子1之间的电磁吸引力和排斥力的作用下，转子1相对定子旋转。另一方面，在旋转电机发挥发电机的功能时，转子1相对定子旋转而在定子的绕组线圈中产生感应电流。

如图1和图2所示，在转子铁芯10的外周部，形成有多个沿转子铁芯10的轴向延伸的磁体容纳孔11。相邻的一对磁体容纳孔11构成朝着转子铁芯的径向外侧展开的V字形。即，本实施方式的转子铁芯10的外周部上形成有多对磁体容纳孔11，每对磁体容纳孔11被配置成朝着转子铁芯10的径向外侧呈V字形地展开。以下，将转子铁芯10的径向简称为转子铁芯的径向，将转子铁芯10的轴向简称为转子铁芯的轴向，将转子铁芯10的周向简称为转子铁芯的周向。

如图2所示，在各磁体容纳孔11中容置有长方体形状的永磁体20。此外，在磁体容纳孔11的孔壁与永磁体20之间的间隙内注入有用于将永磁体20固定于磁体容纳孔11内的树脂40。分别容置在形成V字的两个磁体容纳孔11内的永磁体20被配置为极性的朝向相同，从而形成一个磁极。例如，在某一磁极中，两个永磁体20分别配置成S极朝向转子铁芯的径向外侧(定子侧)，与该磁极相邻的磁极中，两个永磁体20分别配置成N极朝向转子铁芯的径向外侧。另外，形成一个磁极的两个永磁体20之间成为磁极中心。

在此，为了使本实用新型易于理解，对现有技术中的转子进行说明。

图6是示意性地表示现有技术例一的转子101中的相当于图2的部位的图。如图6所示，现有技术例一的转子101也是外周部具有多对磁体容纳孔111，每对磁体容纳孔111配置成在转子铁芯110的外周部朝着径向外侧呈V字形地展开，各磁体容纳孔111中容置有长方体形状的永磁体120。具有转子101的旋转电机中，如图6中的实心箭头所示，在高负载(大电流)下，定子对永磁体120施加与图6中的空心箭头所示的磁化方向相反的磁场(退磁场)。

图7是示意性地表示现有技术例一的转子101中的永磁体120的工作点的图。图7中，标记BH表示纵轴为磁通密度B、横轴为磁通强度H的退磁曲线，示出磁体材料的磁特性；标记PL表示磁导系数线，该磁导系数线的斜率为由磁体形状决定的磁导系数p与真空的磁导率μ0相乘的乘积μ0p。该磁导系数线PL与退磁曲线BH间的交点为工作点，该工作点表示旋转电机中的永磁体的磁通密度B和磁场强度H的状态。另外，标记KP表示裂点。工作点因温度变化、退磁场作用而移动到裂点KP以下时，开始发生不可逆的退磁。

在没有施加外部磁场的情况下，从原点O通过的磁导系数线PL与退磁曲线BH间的交点OP为旋转电机中的永磁体120的工作点。但是，实际上如图7中的黑心箭头所示那样，定子对永磁体120施加了退磁场(外部磁场)，因而，磁导系数线PL向左侧移动相应于该退磁场大小的距离，移动后的磁导系数线PL”与退磁曲线BH间的交点OP”成为永磁体120的工作点。由于该工作点OP”位于裂点KP之下，故永磁体120发生了不可逆的退磁，因而，现有技术例一的转子101的动力性能(转矩)降低。

为了抑制上述动力性能降低，例如可以考虑通过添加重稀土类来强化永磁体120的抗矫顽力，但是这样存在成本增加的问题。此外，还可以考虑通过使永磁体120远离转子铁芯110的外周面而减小定子所产生的退磁场的影响，但在此情况下转矩会减小，因而无法抑制动力性能降低。

图8是示意性地表示现有技术例二的转子201中的相当于图2的部位的图。图8中，标记Ld表示电感的磁化方向分量，标记Lq表示与电感的磁化方向正交的分量。该现有技术例二的转子201中，为了抑制动力性能降低，在磁体容纳孔211内的不与永磁体220接触的位置上形成有突起215。如图8中的黑心箭头所示，由于来自于定子的磁通被释放给突起215，所以能够抑制永磁体220的退磁。

然而，旋转电机的转矩(动力性能)是电磁转矩与磁阻转矩之和，磁阻转矩与电感的凸极性(＝(Lq－Ld))成正比。这样，现有技术例二的转子201中，由于电感的磁化方向分量Ld增加，故磁阻转矩减小，结果造成动力性能降低。

对此，本实施方式中，通过将卷绕的线圈30配置在永磁体20的近旁，而在抵消外部磁场的方向上产生线圈磁场。

图3是图2中的III－III线截面的剖视图，图4是将图2中的A部放大表示的图，图5是示意性地表示永磁体20的工作点的图。以下，为了方便起见，在长方体形状的永磁体20的与转子铁芯的轴向平行的四个侧面中，将面朝转子铁芯的径向外侧的面称为侧面21，将面朝转子铁芯的径向内侧的面称为侧面23，将在转子铁芯的周向上靠近磁极中心的面称为侧面24，将在转子铁芯的周向上远离磁极中心的面称为侧面22。

本实施方式的转子1中，如图2和图3所示，卷绕成矩形并整体在转子铁芯的轴向上延伸的线圈30分别与永磁体20的矩形侧面22、24相向而对地配置在各磁体容纳孔11中的转子铁芯的周向的两个端部。在通电的状态下，如此配置的线圈30中流过直流电流，电流的方向如图2和图3所示。另外，直流电流例如可从旋转电机的外部经由电刷及集电环(均未图示)供给到线圈30。

这样，通过向线圈30供给直流电流，能够产生图4中的箭头M所示的磁通，并能够产生图4中的空心箭头所示的、方向与永磁体20的磁化方向相同的线圈磁场。这样的现象同样也发生在侧面24附近。

由此，图5中的黑心箭头所示的来自于定子的退磁场的一部分被图5中的空心箭头所示的线圈磁场抵消，故磁导系数线PL”向右侧移动相应于线圈磁场大小的距离，移动后的磁导系数线PL’与消磁曲线BH间的交点OP’成为永磁体20的工作点。该工作点OP’在裂点KP之上，故永磁体20不会发生不可逆消磁。因此，基于本实施方式的转子1的结构，在高负载下也能抑制动力性能降低。

而且，本实施方式的转子1中，如图3所示，线圈30上的靠近转子铁芯的径向外侧并沿转子铁芯的轴向延伸的部位30a比永磁体20更靠近转子铁芯的径向外侧。由此，线圈30中，产生与来自定子的退磁场方向相反的磁场的部位30a比永磁体20更靠近定子，故能通过线圈30所产生的磁场更有效地减小来自定子的退磁场。

此外，本实施方式的转子1中，线圈30与永磁体20的侧面22、24之间分别填埋有树脂40，故能避免线圈30与永磁体20相接触。

Claims

1.一种旋转电机的转子，具有转子铁芯，该转子铁芯的外周部上形成有在所述转子铁芯的轴向上延伸的多对磁体容纳孔，每对磁体容纳孔配置成朝着所述转子铁芯的径向外侧呈V字形地展开，各所述磁体容纳孔中容置有长方体形状的永磁体，其特征在于：

在各所述磁体容纳孔中的位于所述转子铁芯的周向两端的部位，分别配置有卷绕成矩形并整体在所述转子铁芯的轴向上延伸的线圈，各所述线圈分别与所述永磁体的矩形侧面相向而对。

2.如权利要求1所述的旋转电机的转子，其特征在于：

所述线圈上的靠近所述转子铁芯的径向外侧并沿所述转子铁芯的轴向延伸的部位比所述永磁体更靠近所述转子铁芯的径向外侧。

3.如权利要求1所述的旋转电机的转子，其特征在于：

在所述线圈与所述永磁体的侧面之间填埋有树脂。