TW202406270A - 轉子及具備該轉子的ipm馬達 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種可以謀求高轉矩化，並且可以低齒槽效應轉矩化及低轉矩漣波化的轉子。轉子(40)具備有轉子鐵芯(10)，前述轉子鐵芯(10)具有複數個磁鐵插入孔(12)，前述複數個磁鐵插入孔(12)各自在內部配置有磁鐵(30)。複數個磁鐵插入孔(12)是相對於轉子鐵芯(10)的中心軸A呈放射狀且涵蓋圓周方向互相隔著預定的間隔而設置。磁鐵插入孔(12)的長邊方向為徑方向。轉子鐵芯(10)的外周是在互相相鄰的磁鐵插入孔(12)之間往徑方向外側突出。磁鐵(30)是與磁鐵插入孔(12)的長邊方向的第1內壁面(12a)接觸而固定配置。磁鐵(30)的N極與S極在圓周方向上相向。

Description

轉子及具備該轉子的IPM馬達

本揭示是有關於一種轉子及具備該轉子的IPM馬達。

以往，在轉子鐵芯的內部嵌入磁鐵之嵌入磁鐵型同步馬達(Internal Permanent Magnet(內部永磁)馬達，以下稱為IPM馬達)已被廣泛利用(例如，參照專利文獻1)。

在IPM馬達中，是併用磁轉矩(magnet torque)與磁阻轉矩(reluctance torque)來使轉矩產生，前述磁轉矩是由磁鐵的吸引/排斥所產生，前述磁阻轉矩是利用轉子鐵芯的凸極性。從而，相較於僅利用磁轉矩的表面磁鐵型同步馬達(Surface Permanent Magnet(表面永磁)馬達，以下稱為SPM馬達)，IPM馬達可以謀求大幅的高輸出化、高效率化。

又，在IPM馬達中，為了謀求進一步的高轉矩化，亦即為了更增大轉矩，也已知有一種採用了將磁鐵相對於轉子鐵芯的中心軸呈放射狀地配置之所謂的輪輻(spoke)型的磁鐵配置的構成(例如，參照專利文獻2)。 先前技術文獻

專利文獻 專利文獻1：日本專利特開平11-252838號公報 專利文獻2：日本專利特開2014-150659號公報

但是，在如專利文獻2所揭示之以往的IPM馬達中，隨著在磁鐵產生的磁通量的增加，恐怕會有發生齒槽效應轉矩(cogging torque)或轉矩漣波(torque ripple)的增加這種問題之虞。

另外，齒槽效應轉矩是指基於定子的齒部與轉子的磁極之間產生的磁吸引力之變動轉矩。轉矩漣波是指馬達通電時藉由在定子產生的旋轉磁場與在轉子的磁鐵產生的磁通所產生之變動轉矩。前者不取決於對馬達的輸入電流，具體而言，不取決於對定子之磁場線圈(field coil)的通電電流，相對於此，後者則取決於對定子之磁場線圈的通電電流。

本揭示是有鑑於此點而作成者，其目的在於提供一種可以謀求高轉矩化，並且可以低齒槽效應轉矩化亦即使齒槽效應轉矩減少、以及低轉矩漣波化亦即使轉矩漣波減低的轉子及具備該轉子的IPM馬達。

為了達成上述目的，本揭示之轉子是IPM馬達的轉子，其特徵在於：至少具備：轉子鐵芯，具有複數個磁鐵插入孔；及磁鐵，配置在複數個前述磁鐵插入孔各自的內部，且具有N極與S極。複數個前述磁鐵插入孔是相對於前述轉子鐵芯的中心軸呈放射狀且涵蓋前述轉子鐵芯的外周方向即圓周方向互相隔著預定的間隔而設置。前述磁鐵插入孔的長邊方向為前述轉子的半徑方向即徑方向，且前述磁鐵插入孔具有在圓周方向上互相相向的第1內壁面與第2內壁面來作為前述長邊方向的內壁面。從前述中心軸的延長方向即軸方向來觀看，前述轉子鐵芯的外周是在互相相鄰的前述磁鐵插入孔之間往徑方向外側突出。從前述軸方向來觀看，前述磁鐵插入孔的尺寸比前述磁鐵的尺寸更大。前述磁鐵是在前述N極與前述S極在前述圓周方向上相向的狀態下，配置在前述磁鐵插入孔的內部，且前述磁鐵是與複數個前述磁鐵插入孔各自的前述第1內壁面接觸而固定配置，或是與複數個前述磁鐵插入孔各自的前述第2內壁面接觸而固定配置。

本揭示之IPM馬達之特徵在於至少具備：前述轉子；及定子，與前述轉子在前述徑方向上隔著預定的間隔而配置。

根據本揭示，可以謀求馬達的高轉矩化，並且將可以低齒槽效應轉矩化及低轉矩漣波化。

用以實施發明之形態 以下，依據圖式來說明本揭示之實施形態。另外，以下的較佳之實施形態的說明本質上僅為例示，並非意圖限制本揭示、其應用物或其用途。 (實施形態1) [馬達的構成]

圖1A顯示本實施形態之馬達100的示意剖面圖。另外，圖1A所示之剖面圖是在垂直於轉子鐵芯10的中心軸A的平面裁切時的剖面圖。另外，在以後的說明中，有時會將轉子鐵芯10的中心軸A的延長方向稱為「軸方向」。又，有時會將沿著線段的方向稱為「徑方向」，前述線段是將轉子鐵芯10的中心軸A與垂直於中心軸A的方向且遠離中心軸A的點B連結的線段。又，有時會將沿著轉子鐵芯10的外周的方向稱為「圓周方向」。「軸方向」也是配設於轉子鐵芯10之旋轉軸20的長邊方向。又，中心軸A是通過轉子鐵芯10的軸心的虛擬軸。

又，以點B作為基準，有時會將在徑方向上朝向轉子鐵芯10的中心軸A的方向稱為「徑方向內側」或「內側」。又，以點B作為基準，有時會將在徑方向上遠離轉子鐵芯10的中心軸A的方向分別稱為「徑方向外側」或「外側」。

圖1B是在包含實施形態之馬達100的中心軸A的平面裁切後的剖面圖。又，圖1C是已將實施形態之馬達100與驅動部101連接時的示意圖。又，圖1D是實施形態之馬達100中的定子50附近的放大剖面圖。

馬達100是具有轉子40與定子50的IPM馬達100。又，馬達100具有容置轉子40或定子50的馬達罩殼70或樞軸支撐旋轉軸20的軸承21等之複數個構成零件。關於轉子40的構造等，將於後詳述。

定子50是在轉子鐵芯10的外周側，且在徑方向上與轉子鐵芯10隔著預定的間隔而設置。定子50具有：軛鐵部51，在平面視角下為圓環狀；及複數個齒部52，從軛鐵部51的內周延伸，且涵蓋圓周方向隔著預定的間隔而設置。在本實施形態中，複數個齒部52是相對於軛鐵部51，涵蓋圓周方向呈等角度間隔地設置。以軛鐵部51與複數個齒部52構成磁路。軛鐵部51與齒部52各自是複數片電磁鋼板積層而成。又，在複數個齒部52的每一個中都捲繞有磁場線圈60，且在齒部52與磁場線圈60之間設置有絕緣體(insulator)54。又，在圓周方向上相鄰的齒部52之間，是作為磁場線圈60的容置空間即槽53而構成。又，在圓周方向上相鄰的磁場線圈60之間，是藉由圖1D所示之絕緣片61而絕緣。另外，圖1D是在圖1A所示之馬達100中以虛線包圍的區域R1中的放大剖面圖。

互相具有電角度120°之相位差的U相、V相、W相之三相電流各自被供給至設置在定子50之複數個磁場線圈60來激磁定子50而產生旋轉磁場。在此旋轉磁場與設置在轉子鐵芯10之複數個磁鐵30產生的磁場之間產生相互作用而產生轉矩，且旋轉軸20受軸承21支撐而繞著中心軸A旋轉。 [轉子的構成]

圖2A顯示轉子的剖面示意圖，圖2B顯示在圖2A中以虛線包圍的區域R2的放大圖。

轉子40具有轉子鐵芯10與旋轉軸20，且旋轉軸20是連結於與馬達100分開設置的驅動部101，來旋轉驅動驅動部101的輸出軸。又，旋轉軸20旋轉自如地受軸承21支撐，且安裝於馬達罩殼70。

轉子鐵芯10是複數片電磁鋼板14(參照圖4A)積層而成之筒狀的構件，且在軸心具有在軸方向上延伸的貫通開口11。在貫通開口11中，藉由壓入等而插通固定有旋轉軸20。在轉子鐵芯10的外周側形成有複數個磁鐵插入孔12。在複數個磁鐵插入孔12各自的內部配置有磁鐵30。

構成轉子鐵芯10之電磁鋼板14是藉由將無方向性電磁鋼板進行沖裁加工而作成。又，如後續詳細敘述，當觀看在軸方向上鄰接的2片電磁鋼板14時，是在相對於其中一片電磁鋼板14繞著中心軸A旋轉了預定的角度的狀態下，另一片電磁鋼板14與其中一片電磁鋼板14接觸。另外，構成定子50的軛鐵部51或齒部52之電磁鋼板也是無方向性電磁鋼板。

從軸方向來觀看，轉子鐵芯10的外周是成為在互相相鄰的磁鐵插入孔12之間往徑方向外側突出之所謂的花瓣形狀。轉子鐵芯10是成為齒部52的徑方向的前端與轉子鐵芯10之間所形成的間隔涵蓋轉子鐵芯10的圓周方向週期性地變化之所謂的不等間隙形狀(參照圖7)。

在轉子鐵芯10的外周側，涵蓋圓周方向各自隔著預定的間隔，亦即以等角度間隔形成有複數個磁鐵插入孔12，在此情況下為10個磁鐵插入孔12。又，複數個磁鐵插入孔12是相對於轉子鐵芯10的中心軸A呈放射狀地配置。從軸方向來觀看，磁鐵插入孔12各自的外形是成為徑方向為長邊方向的長方形。在以後的說明中，將磁鐵插入孔12的4個內壁面當中，從軸方向來觀看，在圓周方向上位於順時針方向的內壁面稱為第1內壁面12a。又，將與第1內壁面12a在圓周方向上相向的內壁面稱為第2內壁面12b。將在徑方向上位於靠近齒部52之側的內壁面稱為第3內壁面12c。將與第3內壁面12c在徑方向上相向的內壁面，亦即靠近旋轉軸20之側的內壁面稱為第4內壁面12d。另外，較佳的是，從軸方向觀看到的磁鐵插入孔12的外形當中，角落部業已圓角化。將磁鐵30插入至磁鐵插入孔12時，可以防止抵接於角落部的磁鐵30破損之情形。

在轉子鐵芯10的內周側，涵蓋圓周方向各自隔著預定的間隔，亦即以等角度間隔形成有複數個貫通孔13，在此情況下為10個貫通孔13。貫通孔13在轉子鐵芯10中，是設置在互相相鄰的磁鐵插入孔12之間，且在徑方向上靠近中心側的位置。貫通孔13的內部空間的相對磁導率比其周圍，亦即電磁鋼板14更低。因此，在磁鐵30產生的磁通變得不易流入貫通孔13的內部。據此，磁通變得不易流入轉子鐵芯10中的中心側。亦即，貫通孔13會對在磁鐵30產生的磁通作為通量障壁(flux barrier)而發揮功能。藉此，可以減低來自轉子40的磁極之漏磁通(leakage magnetic flux)，進而可以抑制馬達100的轉矩降低。

另外，將在實施形態之馬達中使用了輔助磁鐵31的情況下的轉子40的局部的示意剖面圖顯示於圖2C。如此圖2C所示，亦可作成為在貫通孔13的內部配置輔助磁鐵31。藉由如此進行，可以更減低來自轉子40的磁極之漏磁通，而可以提高馬達100的轉矩。

磁鐵30是永久磁鐵，埋設於複數個磁鐵插入孔12的每一個中。如圖2B所示，磁鐵30具有N極與S極，且N極與S極在圓周方向上相向。磁鐵30是配置成與磁鐵插入孔12的第1內壁面12a與第4內壁面12d各別接觸。又，將磁鐵30配置在磁鐵插入孔12的內部的情況下，在磁鐵30與第2內壁面12b之間設置間隙C1(以下稱為第1間隙C1)，且在磁鐵30與第3內壁面12c之間設置間隙C2(以下稱為第2間隙C2)。第1間隙C1的圓周方向的長度與第2間隙C2的徑方向的長度通常雖然不同，但亦可相同。

又，磁鐵30是以在圓周方向上互相相鄰的磁鐵30的極性成為相反方向的方式，各別配置在複數個磁鐵插入孔12。例如，在一個磁鐵30中，若與第1內壁面12a接觸的側面為N極，則在圓周方向上和一個磁鐵30相鄰的磁鐵30中，與第1內壁面12a接觸的側面為S極。因此，在圓周方向上互相相鄰的磁鐵30中，夾著第1間隙C1相向的磁極成為相同極性。例如，如圖2B所示，N極彼此是夾著第1間隙C1相向配置。又，在朝順時針方向及逆時針方向錯開1個磁鐵插入孔12的位置上，S極彼此是夾著第1間隙C1相向配置。

亦即，在本實施形態之馬達100中，夾著第1間隙C1相向配置的2個磁鐵30中的相同極性的磁極是作為轉子40的1個磁極而發揮作用。從而，在本實施形態中，揭示有10極12槽的馬達100。另外，轉子40的磁極數或槽53的數量並不特別限定於此，可因應於馬達100的規格等來適當變更。

旋轉軸20是金屬製之圓筒形的構件，且藉由壓入等而插通固定於轉子鐵芯10的貫通開口11。據此，在旋轉軸20旋轉的情況下，轉子鐵芯10也會與旋轉軸20一體旋轉地旋轉。另外，旋轉軸20亦可為圓柱形。 [轉子之製造方法]

圖3顯示轉子40之製造方法的流程圖。圖4A是示意地顯示馬達100所使用的電磁鋼板14的旋轉積層工序的圖。圖4B是製造馬達100時所使用的磁場施加裝置32的示意圖。

在製造轉子40時，首先準備所需片數的電磁鋼板14(步驟S1)。在本實施形態中，雖準備100片無方向性電磁鋼板，但片數可適當變更。

將電磁鋼板14進行沖裁加工，以成為圖2A所示之平面形狀(步驟S2)。在此時間點，沖裁出與貫通開口11或磁鐵插入孔12或貫通孔13對應的部分。又，確定轉子鐵芯10的外形。

接著，使電磁鋼板14一邊逐次旋轉預定的角度一邊積層(步驟S3)。具體而言，如圖4A所示，在相對於其中一片電磁鋼板14旋轉了(360/m)度(m為轉子40的磁極數)的狀態下，另一片電磁鋼板14與其中一片電磁鋼板14接觸而積層。在本實施形態中，由於m=10，因此在軸方向上鄰接的2片電磁鋼板14是其中一片相對於另一片旋轉36度。

又，已積層的電磁鋼板14是藉由按預定的片數進行鉚接或焊接、使用已將電磁鋼板彼此以樹脂系接著劑接著之接著鋼板等而互相連接。最終，連接所有電磁鋼板14而形成轉子鐵芯10。另外，在使用鉚接或焊接的情況下，可在1點連接，亦可在多點連接。又，在步驟S3完成的時間點，磁鐵插入孔12及貫通孔13業已形成於轉子鐵芯10。

另外，亦可作成為將已積層複數片電磁鋼板14之物作為鐵芯塊15，並且使鐵芯塊15一邊逐次旋轉預定的角度一邊積層。又，亦可將前述1片電磁鋼板14作為鐵芯塊15。亦即，本案說明書中的鐵芯塊15是1片電磁鋼板14，或是已積層複數片電磁鋼板14之物。1個鐵芯塊15所含的電磁鋼板14各自的軋延方向亦可相同。

接著，將旋轉軸20壓入至貫通開口11(步驟S4)。亦可藉由收縮配合(shrink fit)來將旋轉軸20插入固定於貫通開口11。此外，將磁鐵30插入至複數個磁鐵插入孔12的每一個中(步驟S5)。在此情況下，是以磁鐵30的N極與S極成為前述配置的方式，將磁鐵30配置在複數個磁鐵插入孔12的每一個中。

此外，從轉子鐵芯10的外周側，使用圖4B所示之磁場施加裝置32來施加預定的強度的磁場，調整磁鐵30的位置(步驟S6)。在此情況下，是以磁鐵30抵接於磁鐵插入孔12的第1內壁面12a的方式，選擇磁場的施加方向。具體而言，磁鐵30受到來自在磁場施加裝置32產生的磁場之力，而與磁鐵插入孔12的第1內壁面12a抵接。另外，在也包含旋轉軸20的轉子40中，其鐵量是徑方向內側比徑方向外側更多。從而，將磁鐵30插入至磁鐵插入孔12的情況下，磁鐵30會往徑方向內側被吸引，而與磁鐵插入孔12的第4內壁面12d抵接。另外，亦可作成為磁鐵30受到來自在磁場施加裝置32產生的磁場之排斥力，而與第4內壁面12d抵接。另外，轉子40包含由鐵所構成的部分與樹脂這種鐵以外的部分。鐵量是指在也包含旋轉軸20的轉子40整體的體積之中，鐵的部分所佔的比例。

在步驟S6執行後，磁鐵30各別吸附於磁鐵插入孔12的第1內壁面12a及第4內壁面12d，藉此固定磁鐵插入孔12的內部中的磁鐵30的位置(步驟S7)，即完成轉子40。

另外，磁鐵30吸附於磁鐵插入孔12的第1內壁面12a及第4內壁面12d之後，亦可將磁鐵30接著，或是藉由樹脂等進行塑模來固定其位置。

圖4C是在製造馬達100的情況下，在將磁鐵30插入至磁鐵插入孔12之前，事先將接著材33充填於磁鐵插入孔12時的示意剖面圖。將磁鐵30接著的情況下，如圖4C所示，接著材33是在磁鐵30的插入前，事先設置在包含磁鐵插入孔12的第1內壁面12a的內壁。另外，亦可在磁鐵30的插入前，事先在磁鐵插入孔12的第4內壁面12d設置有接著材。

另外，亦可使磁鐵30相對於磁鐵插入孔12的第1內壁面12a及第4內壁面12d來機械性地固定。圖4D是在馬達100中將非磁性體34插入至磁鐵30與磁鐵插入孔12的第4內壁面12d之間的情況下的示意剖面圖。例如，如圖4D所示，亦可將非磁性體34夾入磁鐵30與磁鐵插入孔12之間來固定磁鐵30。

圖4E是在馬達100中將突起35插入至磁鐵30與磁鐵插入孔12的第1內壁面12a之間的情況下的示意剖面圖。如圖4E所示，亦可在磁鐵插入孔12的第1內壁面12a設置突起35來固定磁鐵30。另外，非磁性體34亦可為例如由玻璃或樹脂所構成的板。又，作為突起35，亦可為例如由玻璃或樹脂所構成的球狀或半球狀、柱狀或錘狀、梯狀的突起。

又，在本實施形態中，例示了從外部對磁鐵30施加磁場來調整在磁鐵插入孔12的內部的位置之方法。但是，並不特別限定於此，例如亦可藉由治具等使磁鐵30移動來調整在磁鐵插入孔12的內部的位置。 [效果等]

如以上所說明，本實施形態之轉子40是IPM馬達100的轉子40，且至少具備有：轉子鐵芯10，具有複數個磁鐵插入孔12；及磁鐵30，配置在複數個磁鐵插入孔12各自的內部，且具有N極與S極。

複數個磁鐵插入孔12是相對於轉子鐵芯10的中心軸A呈放射狀且涵蓋圓周方向互相隔著預定的間隔而設置。磁鐵插入孔12是將徑方向設為長邊方向。

轉子鐵芯10是複數個鐵芯塊15在各自逐次旋轉了預定的角度的狀態下，在軸方向上積層而成。從軸方向來觀看，轉子鐵芯10的外周是在互相相鄰的磁鐵插入孔12之間往徑方向外側突出。

配置在複數個磁鐵插入孔12的每一個中的所有磁鐵30是與複數個磁鐵插入孔12各自的第1內壁面12a接觸而固定配置，並且在各個磁鐵30中，N極與S極在圓周方向上相向。

藉由像這樣構成轉子40，可提高在轉子40的磁極產生且交鏈於定子50的磁通量，而可以謀求馬達100的高轉矩化。又，獲得相同轉矩的情況下，相較於SPM馬達，可以縮小轉子40，因此可以將馬達100小型化。此外，可以抑制轉子40的磁極寬度的參差，而可以減低轉子40的磁特性的內部不平衡。藉此，可以減低馬達100的齒槽效應轉矩。又，可以減低轉矩漣波。以下針對該等來進一步說明。

圖5顯示第一比較例之馬達的示意性局部剖面圖。圖5所示之轉子鐵芯10在磁鐵插入孔12的長邊方向為圓周方向這點上，與圖2A或圖2B所示之轉子鐵芯10不同。另外，在圖5中，在圓周方向上互相相鄰的磁鐵30的極性是相反方向。例如，若一個磁鐵30的外周側為N極，則在圓周方向上和一個磁鐵30相鄰的磁鐵30的外周側為S極。

在圖5所示之馬達100中，不論磁鐵30的位置為何，轉子40的磁極寬度W0皆成為固定。具體而言，如圖5所示，是因應於磁鐵30的圓周方向的寬度而大致決定。因此，轉子40的磁特性的內部不平衡可以縮小，馬達100的齒槽效應轉矩也可以縮小。另一方面，如前述，相較於圖1A所示之轉子40，亦即具有輪輻型的磁鐵配置構成的轉子40，無法獲得高的轉矩。

又，僅將磁鐵30的配置單純設為輪輻型的話，有時會無法減低齒槽效應轉矩或轉矩漣波。例如，會是磁鐵插入孔12的內部中的磁鐵30的位置有參差的情況。

圖6顯示第二比較例之磁鐵配置有參差的情況下的轉子40的示意性局部剖面圖。圖6所示之轉子鐵芯10的形狀及磁鐵30的極性的方向與圖2B所示之例子是同樣的。

但是，在圖6所示之例子中，磁鐵插入孔12的內部中的磁鐵30的位置並未固定。例如，在圓周方向上且在順時針方向上和與磁鐵插入孔12的第1內壁面12a接觸的磁鐵30相鄰的磁鐵30是與磁鐵插入孔12的第2內壁面12b接觸。又，在圓周方向上且在逆時針方向上和與磁鐵插入孔12的第1內壁面12a接觸的磁鐵30相鄰的磁鐵30既沒有與磁鐵插入孔12的第1內壁面12a接觸，也沒有與第2內壁面12b接觸。

在圖6所示之轉子40中，轉子40的磁極寬度與在圓周方向上相鄰的磁鐵30的間隔對應，具體而言，與夾著第1間隙C1在圓周方向上相向的相同極性的磁極的間隔對應。從而，若磁鐵30之沿著圓周方向的位置在磁鐵插入孔12間不同，轉子40的磁極寬度就也會參差。例如，在圖6所示之例子中，轉子40的磁極寬度W1變得比磁極寬度W3更小，且磁極寬度W2變得比磁極寬度W1更大。這種轉子40的磁極寬度的參差會導致齒槽效應轉矩或轉矩漣波的增加。

根據本實施形態，如圖2B所示，將配置在複數個磁鐵插入孔12的每一個中的所有磁鐵30與複數個磁鐵插入孔12各自的第1內壁面12a接觸而固定配置。藉由如此進行，可以抑制轉子40的磁極寬度參差之情形，進而可以減低齒槽效應轉矩或轉矩漣波。

另外，為了順利地配置磁鐵30，從軸方向觀看到的磁鐵插入孔12的尺寸是設定成比從相同方向觀看到的磁鐵30的尺寸更大。具體而言，從軸方向觀看到的磁鐵插入孔12的圓周方向的寬度是設定成比從相同方向觀看到的磁鐵30的圓周方向的寬度更寬。又，從軸方向觀看到的磁鐵插入孔12的徑方向的長度是設定成比從相同方向觀看到的磁鐵30的徑方向的長度更長。從而，將磁鐵30配置成與磁鐵插入孔12的第1內壁面12a接觸時，在與第1內壁面12a在圓周方向上相向的第2內壁面12b與磁鐵30之間會形成第1間隙C1。

另外，在夾著第1間隙C1在圓周方向上相對向的磁鐵30中，磁極的位置在徑方向上偏移的情況下，雖然不到在圓周方向上產生位置參差的情況，但齒槽效應轉矩仍會增加。從而，如本實施形態所示，較佳的是，將配置在複數個磁鐵插入孔12的每一個中的所有磁鐵30與複數個磁鐵插入孔12各自的第4內壁面12d接觸而固定配置。藉由如此進行，可以更抑制齒槽效應轉矩的增加。

另外，在此情況下，在磁鐵30與磁鐵插入孔12的第3內壁面12c之間當然會形成第2間隙C2。另外，第3內壁面12c在磁鐵插入孔12的第1內壁面12a~第4內壁面12d當中，是與第1內壁面12a交叉，且在徑方向上觀看，位於遠離中心軸A之側。

又，從軸方向來觀看，轉子鐵芯10的外周是在互相相鄰的磁鐵插入孔12之間往徑方向外側突出，藉此使轉子40中的磁通分布的變化平滑，而可以減低馬達100的齒槽效應轉矩或轉矩漣波。使用圖7來進一步說明。

圖7是實施形態之馬達100的示意性局部放大剖面圖，顯示圖1A的局部放大圖。圖7圖示了圖2B所示之範圍的轉子40和與此對應的位置的定子50。

藉由將轉子鐵芯10的外周作成為前述形狀，如圖7所示，定子50的齒部52與轉子鐵芯10之間的間隔(間隙)就不會一樣，而是週期性地變動。例如，圖7所示之間隙G1變得比間隙G2更大。亦即，將轉子鐵芯10作成為前述之不等間隙形狀。在此情況下，藉由適當地設定間隙長度的長短差及間隙長度的變動週期，來調整轉子40中的磁通分布，而可以減低馬達100的齒槽效應轉矩或轉矩漣波。

又，較佳的是，轉子鐵芯10是複數個鐵芯塊15在各自逐次旋轉了預定的角度的狀態下，在軸方向上積層而成。鐵芯塊15是由1片電磁鋼板14所構成，或是複數片電磁鋼板14在軸方向上積層而成。

藉由如此進行，來減低轉子40中的磁通分布的不平衡，而可以減低馬達100的齒槽效應轉矩或轉矩漣波。針對此情形來進一步說明。

圖8是顯示實施形態之馬達100所使用的電磁鋼板14的磁化曲線的圖。圖9是針對實施形態之馬達100所使用的電磁鋼板14，顯示有無旋轉積層所致之馬達100的齒槽效應轉矩的差異的圖。另外，在圖9所示之條狀圖中，顯示齒槽效應轉矩之第12次成分的大小。

如圖8所示，電磁鋼板14是因應於針對鐵結晶的易磁化軸之軋延方向的角度α，而改變磁化特性。通常，在無方向性電磁鋼板中，是作成為藉由盡可能地使晶粒的晶軸方向隨機配置，而不產生因軋延方向所致之磁特性的變化。

但是，實際上難以完全隨機控制晶粒的晶軸方向，電磁鋼板14的磁特性不會是完全無方向性。又，僅使用從相同的輥切出之電磁鋼板14來形成轉子鐵芯10時，有時會更顯著地顯現出取決於方向性的磁化特性的偏差。

在互相相鄰的磁鐵插入孔12之間往徑方向外側突出之不等間隙構造的轉子40的情況下，是利用間隙的大小差，使磁通分布的變化平滑，來對等間隙構造的轉子謀求減低齒槽效應轉矩或轉矩漣波。但是，因磁化特性的偏差，會導致使磁通分布的變化平滑之作用產生不平衡，而導致齒槽效應轉矩或轉矩漣波的減低效果薄弱。另一方面，如本實施形態所示，藉由作成為使由1片或複數片電磁鋼板14所構成的鐵芯塊15一邊逐次旋轉預定的角度一邊積層，就可以減低使轉子40的磁通分布的變化平滑之作用的不平衡。藉此，可以謀求齒槽效應轉矩或轉矩漣波的減低。

雖然也有取決於轉子40的構造或磁極數等，但是例如在圖9所示之例子中，在不進行電磁鋼板14的旋轉積層的情況下，在馬達100的齒槽效應轉矩當中，起因於轉子40的磁特性的內部不平衡之成分占大約一半。另一方面，在進行了旋轉積層的情況下，可以將起因於轉子40的磁特性的內部不平衡之成分減低至十分之一以下。

另外，電磁鋼板14的板厚不均勻的情況下，將相同軋延方向的電磁鋼板14直接積層複數片時，不光是磁特性的內部不平衡會增大，例如板間的磁鐵插入孔12或貫通孔13的尺寸偏差有時也會變大。如本實施形態所示，藉由使複數個鐵芯塊15旋轉積層，就可以緩和這種尺寸偏差。

又，較佳的是，在將轉子40的磁極數設為m時，在相對於一個鐵芯塊15旋轉了(360/m)度的狀態下，另一個鐵芯塊15與一個鐵芯塊15接觸而積層。換言之，較佳的是，相對於一個鐵芯塊15，使另一個鐵芯塊15旋轉磁鐵插入孔12的圓周方向的間隔。

藉由如此進行，可減低轉子40的磁特性的內部不平衡，而可以減低馬達100的齒槽效應轉矩或轉矩漣波。此外，可以穩定形成轉子鐵芯10。

另外，另一個鐵芯塊15對一個鐵芯塊15的旋轉角度亦可為((360/m)×n)度(n為自然數，n/m為非整數的有理數)。又，該旋轉角度亦可為((360/m)×k)度(k為自然數且k≠n，k/m為非整數的有理數)。亦即，不需要總是使另一個鐵芯塊15相對於一個鐵芯塊15逐次旋轉相同角度而積層，只要使另一個鐵芯塊15相對於一個鐵芯塊15旋轉磁鐵插入孔12的圓周方向的間隔的整數倍即可。只是，作為該情況下的旋轉角度，必須避免360度的整數倍。這是因為在鐵芯塊15之間會變得無法緩和磁特性的方向性的緣故。

又，較佳的是，在鐵芯塊15的積層數i並非m的倍數的情況下，在複數個鐵芯塊15當中(i-(j×m))(j為自然數，i＞j×m)片鐵芯塊15中，在相對於一個鐵芯塊15旋轉了((360/m)×l)度(l為自然數，l/m為非整數的有理數)的狀態下，另一個鐵芯塊15與一個鐵芯塊15接觸而積層。

換言之，是指關於鐵芯塊15的積層數i當中超過(j×m)的片數，亦可由與之前的旋轉角度((360/m)×n)度不同的角度來旋轉積層。另外，值l亦可與前述之值n或值k相同。只是，在此情況下，也必須以旋轉角成度為(360/m)的l倍，且l/m為非整數的有理數的方式來選擇值k。在此情況下，也可減低轉子40的磁特性的內部不平衡，而可以減低馬達100的齒槽效應轉矩或轉矩漣波。此外，可以穩定形成轉子鐵芯10。

本實施形態之轉子40之製造方法至少具備有以下工序：第1工序(圖3的步驟S3)，使複數個鐵芯塊15在逐次旋轉了預定的角度的狀態下積層，形成轉子鐵芯10；及第2工序(圖3的步驟S4~S6)，在形成於轉子鐵芯10的複數個磁鐵插入孔12各自的內部配置磁鐵30。

在第2工序中，從轉子鐵芯10的徑方向外側施加預定的磁場，使磁鐵30產生排斥力，藉此使磁鐵30抵接於磁鐵插入孔12的第1內壁面12a(圖3的步驟S5)。

藉由如此進行，可以確實地將磁鐵30固定配置成與磁鐵插入孔12的第1內壁面12a接觸。藉此，可以抑制轉子40的磁極寬度參差之情形，進而可以減低齒槽效應轉矩或轉矩漣波。

本實施形態之馬達100是至少具備轉子40與定子50的IPM馬達100，前述定子50與轉子40在徑方向上隔著預定的間隔而配置。

根據本實施形態，可以謀求馬達100的高轉矩化及小型化。此外，可以減低齒槽效應轉矩或轉矩漣波。

又，在本實施形態之馬達100中，定子50與轉子40的徑方向的間隔沿著圓周方向週期性地變化。換言之，從定子50觀看到的轉子40是成為不等間隙形狀。

藉由如此進行，可以減低轉子40中的磁通分布的不平衡。藉此，可以減低馬達100的齒槽效應轉矩或轉矩漣波。 (其他實施形態)

在實施形態中，雖然顯示了磁鐵30是與磁鐵插入孔12的第1內壁面12a及第4內壁面12d各自接觸而固定配置之例子，但磁鐵插入孔12的內部中的磁鐵30的位置並不特別限定於此。

如前述，在複數個磁鐵插入孔12中，將各自的內部的磁鐵30的位置對齊，藉此來抑制轉子40的磁極寬度的參差，進而減低齒槽效應轉矩或轉矩漣波。由此觀點來說的話，磁鐵30當然亦可與磁鐵插入孔12的第2內壁面12b接觸而固定配置。

圖10顯示其他實施形態之轉子40的示意性剖面圖。圖10所示之轉子40在磁鐵30是與磁鐵插入孔12的第1內壁面12a及第4內壁面12d各自接觸而固定配置這點上，與圖2A、圖2B所示之轉子40不同。在此情況下，在磁鐵30與第1內壁面12a之間設置間隙C3(以下稱為第3間隙C3)，且在磁鐵30與第4內壁面12d之間設置間隙C4(以下稱為第4間隙C4)。第3間隙C3的圓周方向的長度與第4間隙C4的徑方向的長度通常雖然不同，但亦可相同。在將圖10所示之轉子40應用於圖1A所示之馬達100的情況下，當然可以發揮與實施形態所示之物同樣的效果。

另外，除了圖2B或圖10所示之例子以外，當然也可容許磁鐵30對磁鐵插入孔12的配置。例如，磁鐵30亦可各別抵接於磁鐵插入孔12的第1內壁面12a與第3內壁面12c。又，磁鐵30亦可各別抵接於磁鐵插入孔12的第2內壁面12b與第4內壁面12d。

亦即，在本揭示之轉子40中，從軸方向來觀看，磁鐵插入孔12的尺寸比磁鐵30的尺寸更大。磁鐵插入孔12至少具有在圓周方向上互相相向的第1內壁面12a與第2內壁面12b。第1內壁面12a及第2內壁面12b各自是磁鐵插入孔12的長邊方向的內壁面。又，磁鐵插入孔12具有在徑方向上互相相向的第3內壁面12c與第4內壁面12d。

磁鐵30是與複數個磁鐵插入孔12各自的第1內壁面12a接觸而固定配置，或是與複數個磁鐵插入孔12各自的第2內壁面12b接觸而固定配置。此外，磁鐵30是在N極與S極在圓周方向上相向的狀態下，配置在磁鐵插入孔12的內部。又，較佳的是，磁鐵30是與複數個磁鐵插入孔12各自的第3內壁面12c接觸而固定配置，或是與複數個磁鐵插入孔12各自的第4內壁面12d接觸而固定配置。另外，磁鐵30在與第3內壁面12c接觸而固定配置的情況下，在圖3的步驟S6中，改變在磁場施加裝置產生的磁場的方向，使磁鐵產生來自磁場之吸引力。磁鐵30受到此吸引力，而與第3內壁面12c抵接。

另外，在磁鐵插入孔12的第1內壁面12a~第4內壁面12d中，從軸方向來觀看，亦可有些許的凹凸。例如，在第1內壁面12a~第4內壁面12d的每一個中，亦可有從磁鐵插入孔12的內側朝向轉子鐵芯10凹陷的凹部。磁鐵30只要是以已在磁鐵插入孔12的內部固定於預定的位置的狀態來配置即可。據此，磁鐵30與磁鐵插入孔12的第1內壁面12a~第4內壁面12d之任一者「接觸」的這種情況下，在磁鐵30與抵接於磁鐵30的第1內壁面12a~第4內壁面12d之任一者之間亦可產生有空隙。在複數個磁鐵插入孔12的每一個中，只要磁鐵30是相同配置，就可容許前述之空隙的存在。基於同樣的理由，在磁鐵30的表面亦可有些許的凹凸。 (變形例)

圖11是在本實施形態之變形例之馬達100中對定子50使用了分割軛鐵55的情況下的示意性局部剖面圖。在本實施形態中，是將軛鐵部51作成為圓環狀的構件，但亦可如圖11所示地將複數個分割軛鐵55在圓周方向上互相連接而構成圓環狀的軛鐵部51。在該情況下，在分割軛鐵55的每一個中都連接齒部52。

磁鐵30亦可配置成與磁鐵插入孔12的第2內壁面12b及第4內壁面12d各別接觸。即使如此進行，磁鐵30的位置在所有磁鐵插入孔12的內部仍然是固定的。藉此，可以減低轉子40的磁極寬度的參差，進而可以減低齒槽效應轉矩或轉矩漣波。另外，在此情況下，在磁鐵插入孔12的第1內壁面12a與磁鐵30之間設置第1間隙C1。

又，轉子鐵芯10亦可並非使鐵芯塊15旋轉積層而形成之物。例如，亦可在成形出磁性體粉末之後進行燒結來形成轉子鐵芯10。

產業上之可利用性 本揭示之轉子可以謀求高轉矩化，並且可以謀求低齒槽效應轉矩化及低轉矩漣波化，因此在應用於IPM馬達上是有用的。

10:轉子鐵芯 11:貫通開口 12:磁鐵插入孔 12a:第1內壁面 12b:第2內壁面 12c:第3內壁面 12d:第4內壁面 13:貫通孔 14:電磁鋼板 15:鐵芯塊 20:旋轉軸 21:軸承 30:磁鐵 31:輔助磁鐵 32:磁場施加裝置 33:接著材 34:非磁性體 35:突起 40:轉子 50:定子 51:軛鐵 52:齒部 53:槽 54:絕緣體 55:分割軛鐵 60:磁場線圈 61:絕緣片 70:馬達罩殼 100:馬達 101:驅動部 A:中心軸 B:點 C1:第1間隙 C2:第2間隙 C3:第3間隙 C4:第4間隙 G1,G2:間隔 N:N極 R1,R2:區域 S:S極 S1~S7:步驟 W0~W3:磁極寬度 I-I,XI-XI:線

圖1A是實施形態之馬達的示意性剖面圖。

圖1B是在包含實施形態之馬達的軸的平面裁切後的剖面圖。

圖1C是已將實施形態之馬達與驅動部連接時的示意圖。

圖1D是實施形態之馬達中的定子附近的放大剖面圖。

圖2A是實施形態之馬達中的轉子的示意剖面圖。

圖2B是在圖2A中的轉子中以虛線包圍的區域的放大圖。

圖2C是在實施形態之馬達中使用了輔助磁鐵的情況下的轉子的示意剖面圖。

圖3是實施形態之馬達中的轉子之製造方法的流程圖。

圖4A是示意地顯示實施形態之馬達所使用的電磁鋼板的旋轉積層工序的圖。

圖4B是在製造實施形態之馬達時所使用的磁場施加裝置的示意圖。

圖4C是在製造實施形態之馬達的情況下，在將磁鐵插入至磁鐵插入孔之前，事先將接著材充填於磁鐵插入孔時的示意剖面圖。

圖4D是在實施形態之馬達中將非磁性體插入至磁鐵與磁鐵插入孔的內壁之間的情況下的示意剖面圖。

圖4E是在實施形態之馬達中將間隔件插入至磁鐵與磁鐵插入孔的內壁之間的情況下的示意剖面圖。

圖5是第一比較例之馬達的示意性局部剖面圖。

圖6是第二比較例之磁鐵配置有參差的情況下的轉子的示意性局部剖面圖。

圖7是實施形態之馬達的示意性局部放大剖面圖。

圖8是顯示實施形態之馬達所使用的電磁鋼板的磁化曲線的圖。

圖9是針對實施形態之馬達所使用的電磁鋼板，顯示有無旋轉積層所致之馬達的齒槽效應轉矩的差異的圖。

圖10是其他實施形態之轉子的示意性剖面圖。

圖11是在實施形態之變形例之馬達中對定子使用了分割軛鐵的情況下的示意性局部剖面圖。

10:轉子鐵芯

11:貫通開口

12:磁鐵插入孔

12a:第1內壁面

12b:第2內壁面

12c:第3內壁面

12d:第4內壁面

13:貫通孔

20:旋轉軸

30:磁鐵

40:轉子

C1:第1間隙

C2:第2間隙

N:N極

S:S極

Claims (8)

1. 一種轉子，是IPM馬達的轉子，其特徵在於：至少具備： 轉子鐵芯，具有複數個磁鐵插入孔；及 磁鐵，配置在複數個前述磁鐵插入孔各自的內部，且具有N極與S極， 複數個前述磁鐵插入孔是相對於前述轉子鐵芯的中心軸呈放射狀且涵蓋前述轉子鐵芯的外周方向即圓周方向互相隔著預定的間隔而設置， 前述磁鐵插入孔的長邊方向為前述轉子的半徑方向即徑方向，且前述磁鐵插入孔具有在圓周方向上互相相向的第1內壁面與第2內壁面來作為前述長邊方向的內壁面， 從前述中心軸的延長方向即軸方向來觀看，前述轉子鐵芯的外周是在互相相鄰的前述磁鐵插入孔之間往徑方向外側突出， 從前述軸方向來觀看，前述磁鐵插入孔的尺寸比前述磁鐵的尺寸更大， 前述磁鐵是在前述N極與前述S極在前述圓周方向上相向的狀態下，配置在前述磁鐵插入孔的內部，且 前述磁鐵是與複數個前述磁鐵插入孔各自的前述第1內壁面接觸而固定配置。
2. 如請求項1之轉子，其中前述磁鐵插入孔具有在前述徑方向上互相相向的第3內壁面與第4內壁面， 前述磁鐵是與複數個前述磁鐵插入孔各自的前述第3內壁面接觸而固定配置。
3. 如請求項1或2之轉子，其中前述轉子鐵芯是複數個鐵芯塊在各自逐次旋轉了預定的角度的狀態下，在前述軸方向上積層而成， 前述鐵芯塊是由1片電磁鋼板所構成，或是複數片前述電磁鋼板在前述軸方向上積層而成。
4. 如請求項3之轉子，其中在將前述轉子的磁極數設為m時， 在相對於一個前述鐵芯塊旋轉了((360/m)×n)度(n為自然數，n/m為非整數的有理數)的狀態下，另一個前述鐵芯塊與前述一個前述鐵芯塊接觸而積層。
5. 一種轉子之製造方法，是如請求項1之轉子之製造方法，其特徵在於：至少具備以下工序： 第1工序，使複數個鐵芯塊在逐次旋轉了預定的角度的狀態下積層，形成前述轉子鐵芯；及 第2工序，在形成於前述轉子鐵芯的複數個前述磁鐵插入孔各自的內部配置前述磁鐵， 前述鐵芯塊是由1片電磁鋼板所構成，或是複數片前述電磁鋼板在前述軸方向上積層而成， 在前述第2工序中，從前述轉子鐵芯的外側施加預定的磁場，使前述磁鐵抵接於前述磁鐵插入孔的前述第1內壁面，或是使前述磁鐵抵接於前述磁鐵插入孔的前述第2內壁面。
6. 一種轉子之製造方法，是如請求項2之轉子之製造方法，其特徵在於：至少具備以下工序： 第1工序，使複數個鐵芯塊在逐次旋轉了預定的角度的狀態下積層，形成前述轉子鐵芯；及 第2工序，在形成於前述轉子鐵芯的複數個前述磁鐵插入孔各自的內部配置前述磁鐵， 前述鐵芯塊是由1片電磁鋼板所構成，或是複數片前述電磁鋼板在前述軸方向上積層而成， 在前述第2工序中，從前述轉子鐵芯的外側施加預定的磁場，使前述磁鐵產生吸引力，藉此使前述磁鐵抵接於前述磁鐵插入孔的前述第3內壁面， 或是從前述轉子鐵芯的外側施加預定的磁場，使前述磁鐵產生排斥力，藉此使前述磁鐵抵接於前述磁鐵插入孔的前述第4內壁面。
7. 一種IPM馬達，其特徵在於至少具備： 如請求項1或2之轉子；及 定子，與前述轉子在前述徑方向上隔著預定的間隔而配置。
8. 如請求項7之IPM馬達，其中前述定子與前述轉子的前述徑方向的間隔沿著前述圓周方向週期性地變化。

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