專利名稱：旋轉(zhuǎn)電機用轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子。
技術(shù)背景
在轉(zhuǎn)子芯中嵌入了永久磁體的嵌入磁體型永磁式電動機(Interior Permanent Magnet電機(為方便以下稱作“IPM電機”))的電流的相位利用d軸電流、q軸電流這兩個軸來控制。其結(jié)果，來自永久磁體的磁場變?nèi)?，有效利用磁阻轉(zhuǎn)矩，能夠廣范圍地實現(xiàn)高輸出運行。
另外，尤其是磁體配置為V字型的IPM電機能夠一同有效地利用來自永久磁體的轉(zhuǎn)矩(磁體轉(zhuǎn)矩)和磁阻轉(zhuǎn)矩。其結(jié)果，能夠進一步提高輸出。
若流入d軸電流從而在永久磁體上施加反向磁場,則來自永久磁體的磁場變?nèi)酢?然而，若反向磁場變大，則有可能引起永久磁體不可逆退磁。尤其是磁體配置為V字型的 IPM電機，其反向磁場易于集中在d軸附近而易于產(chǎn)生不可逆退磁。
對此，在JP2003 - 143788A中，在磁體的d軸側(cè)端面形成空隙。其結(jié)果，d軸附近部位的磁阻變大，防止了在d軸附近所產(chǎn)生的局部的反向磁場從永久磁體內(nèi)通過，抑制了不可逆退磁。
而且，在JP2003 — 143788A中，在設(shè)置在d軸附近的兩個空隙之間形成橋(日文 7''J，^)。由此，獲得抵抗離心力的強度。然而，若構(gòu)成這種結(jié)構(gòu)，則會從橋泄漏永久磁體的磁通，因而從轉(zhuǎn)子交鏈于定子而成為轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生源的磁通量(為方便以下稱作“交鏈磁通”) 會降低。其結(jié)果，輸出轉(zhuǎn)矩將會降低。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是關(guān)注于這種以往的問題點而做成的，本發(fā)明的目的在于提供一種抑制了交鏈磁通的降低，并獲得較高的輸出轉(zhuǎn)矩的旋轉(zhuǎn)電機用轉(zhuǎn)子。
根據(jù)本發(fā)明的一個技術(shù)方案，提供一種旋轉(zhuǎn)電機用轉(zhuǎn)子，該旋轉(zhuǎn)電機用轉(zhuǎn)子包括 轉(zhuǎn)子芯以及一對配置為開口朝向上述轉(zhuǎn)子芯的外周方向的V字型的永久磁體。而且，上述一對永久磁體相互間在轉(zhuǎn)子芯的內(nèi)周方向上分離，上述轉(zhuǎn)子芯包括連結(jié)至少分離的永久磁體之間而形成的一空隙。
下面，與附圖一同詳細說明本發(fā)明的實施方式、本發(fā)明的優(yōu)點。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機用轉(zhuǎn)子的第I實施方式的圖。
圖2A是圖1的局部放大圖，表示在轉(zhuǎn)子芯上形成的空隙的頂端附近。
圖2B是圖1的局部放大圖，表示觀察在轉(zhuǎn)子芯上形成的空隙的轉(zhuǎn)子軸側(cè)的基端附近的放大圖。
圖3是說明第I實施方式的效果的圖。
圖4A是表示根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機用轉(zhuǎn)子的第2實施方式的圖，表示使用了矩形 磁體的情況。圖4B是表示根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機用轉(zhuǎn)子的第2實施方式的圖，表示使用了不是 矩形且沒有相互平行的面的磁體的情況。圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機用轉(zhuǎn)子的第3實施方式的圖。圖6是說明根據(jù)式(2)的作用效果的圖。圖7A是表示空隙的基端部分的其他實施方式的圖。圖7B是表示空隙的基端部分的其他實施方式的圖。圖7C是表示空隙的基端部分的其他實施方式的圖。圖7D是表示空隙的基端部分的其他實施方式的圖。圖7E是表示空隙的基端部分的其他實施方式的圖。圖7F是表示空隙的基端部分的其他實施方式的圖。圖8是表示空隙的頂端部分的其他實施方式的圖。圖9A是表示又配置了永久磁體的實施方式的圖。圖9B是表示進一步配置了永久磁體的實施方式的圖。圖10A是表示第1比較例的圖，是與轉(zhuǎn)子軸垂直的截面，表示全周的1/4 (機械角 度 90。)。圖10B是表示第1比較例的圖，是觀察在轉(zhuǎn)子芯上形成的空隙的轉(zhuǎn)子軸側(cè)的基端 附近的放大圖，表示磁通的分布。圖11是表示第2比較例的圖。
具體實施例方式第1實施方式圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機用轉(zhuǎn)子的第1實施方式的圖，是與轉(zhuǎn)子軸垂直 的截面，表不全周的1/4 (機械角度90° )。圖2是圖1的局部放大圖，圖2A表不在轉(zhuǎn)子芯 上形成的空隙的頂端附近，圖2B表示觀察在轉(zhuǎn)子芯上形成的空隙的轉(zhuǎn)子軸側(cè)的基端附近 的放大圖。旋轉(zhuǎn)電機用轉(zhuǎn)子1具有轉(zhuǎn)子軸10、轉(zhuǎn)子芯20、以及永久磁體31的組30。轉(zhuǎn)子軸10為轉(zhuǎn)子1的旋轉(zhuǎn)軸。如圖1所示，轉(zhuǎn)子芯20設(shè)置在轉(zhuǎn)子軸10的周圍。轉(zhuǎn)子芯20通過在轉(zhuǎn)子軸方向上 層疊多個電工鋼板而形成。在轉(zhuǎn)子芯20上，形成有呈繞對稱軸7軸對稱的形狀的空隙21的 組?？障?1的轉(zhuǎn)子軸側(cè)的基端部分到達對稱軸7?？障?1的頂端部分遠離對稱軸7，如圖 2A所示接近于q軸，并且接近于轉(zhuǎn)子外周。而且，空隙21的頂端部的q軸側(cè)的內(nèi)壁面211 平行于q軸。另外，空隙21的頂端部的外周側(cè)內(nèi)壁面212越遠離q軸越接近外周面。另 夕卜，如圖2B所示，空隙21的基端部分包括抵接面215，該抵接面215從空隙21的內(nèi)壁面中 的與永久磁體的磁極面相對的、轉(zhuǎn)子軸側(cè)的內(nèi)壁面214朝向內(nèi)側(cè)凸出設(shè)置并抵接于永久磁 體的側(cè)面31c，從而使永久磁體的側(cè)面31c與對稱軸7分離。如圖1所不，永久磁體組30設(shè)置在轉(zhuǎn)子芯20上。永久磁體組30為對每一個空隙 21各插入1對的永久磁體31的組?？障?1呈繞對稱軸7軸對稱的形狀，因而每對永久磁體31也繞對稱軸7軸對稱。而且，成對的永久磁體31形成一個磁極。在圖1中，上側(cè)的成 對的永久磁體31的轉(zhuǎn)子的外周側(cè)為N極，轉(zhuǎn)子軸側(cè)為S極。下側(cè)的成對的永久磁體31的 轉(zhuǎn)子的外周側(cè)為S極，轉(zhuǎn)子軸側(cè)為N極。若構(gòu)成這種結(jié)構(gòu)，則永久磁體31的d軸與對稱軸7 一致。
而且，如圖2B所示，空隙21的內(nèi)壁面中的與永久磁體31的磁極面相對的、基端部 分的外周側(cè)內(nèi)壁面213比永久磁體31的磁體寬度長。因而，永久磁體31的磁極面31a(在 圖2B中為N極面)在全長上與空隙21的內(nèi)壁面213相面對。另外，空隙21的內(nèi)壁面中的 與永久磁體31的磁極面相對的、基端部分的轉(zhuǎn)子軸側(cè)內(nèi)壁面214具有與永久磁體31的磁 體寬度相同的長度。因而，在該情況下，永久磁體31的磁極面31b (在圖2B中為S極面)也 在全長上與空隙21的內(nèi)壁面214相面對。永久磁體31的側(cè)面31c抵接于空隙21的抵接 面215。永久磁體31的側(cè)面31c與對稱軸7分離。
接著，說明本實施方式的作用效果。
圖10是表示第I比較例的圖，圖1OA是與轉(zhuǎn)子軸垂直的截面，表示全周的1/4 (機 械角度90° )，圖1OB是觀察在轉(zhuǎn)子芯上形成的空隙的轉(zhuǎn)子軸側(cè)的基端附近的放大圖，表示 磁通的分布。
此外，下面對發(fā)揮與上述相同的功能的部分標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記適當(dāng)省略重復(fù)的 說明。
在本實施方式中，如圖2B所示，空隙21呈繞對稱軸7軸對稱的形狀，且空隙21的 轉(zhuǎn)子軸側(cè)的基端部分到達對稱軸7。因而，空隙21是跨越了對稱軸7的一個空隙。
另一方面，在第I比較例中，如圖1OB所示，空隙21的轉(zhuǎn)子軸側(cè)的基端部分未到達 對稱軸7。即空隙21夾著對稱軸7而被分為兩個，在空隙21與空隙21之間形成橋22。若 構(gòu)成這種結(jié)構(gòu)，則如圖1OB所示，會從橋22泄漏永久磁體的磁通，因而從轉(zhuǎn)子交鏈于定子而 成為轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生源的交鏈磁通會降低。其結(jié)果，輸出轉(zhuǎn)矩將會降低。
對此，根據(jù)本實施方式，如圖2B所示，空隙21呈繞對稱軸7軸對稱的形狀，且空隙 21的轉(zhuǎn)子軸側(cè)的基端到達對稱軸7，空隙21是跨越了對稱軸7的一個空隙。因而，沒有存 在于比較例中的橋，從而能夠減少永久磁體的磁通的泄漏，能夠抑制交鏈磁通的降低。即抑 制轉(zhuǎn)矩降低。
另外，在本實施方式中，沒有在比較例中為了抵抗離心力而設(shè)置的橋。因此，離心 力應(yīng)力集中在磁極之間(q軸部)從而看起來抗離心力強度會降低。然而，本實施方式的空 隙21形成為能夠分散集中在q軸部的離心力應(yīng)力，僅利用q軸部分的鐵心(鋼板)就能夠經(jīng) 得住旋轉(zhuǎn)中的離心力。具體地，本實施方式的空隙21的頂端遠離對稱軸7，如圖2A所示接 近于q軸。而且，空隙21的q軸側(cè)的內(nèi)壁面211平行于q軸。另外，空隙21的外周側(cè)的內(nèi) 壁面212越遠離q軸越接近外周面。如此形成，因而能夠分散集中在q軸部的離心力應(yīng)力， 僅利用q軸部分的鐵芯(q軸鋼板)就能夠經(jīng)得住旋轉(zhuǎn)中的離心力，從而抗離心力強度不會 降低。尤其是如本實施方式，空隙21的外周側(cè)的內(nèi)壁面212越遠離q軸越接近外周面且電 工鋼板局部呈Y字狀，因而能夠在q軸部分的鋼板寬度較細的狀態(tài)下有效地分散離心力應(yīng) 力。
圖11是表示第2比較例的圖。
另外，在本實施方式中，如圖2B所示，與永久磁體31的磁極面相對的外周側(cè)內(nèi)壁面213比永久磁體31的磁體寬度長。因而永久磁體31的磁極面31a (在圖2B中為N極面)在全長上與空隙21的內(nèi)壁面213相面對。
對此，在第2比較例中，如圖11所示，與永久磁體31的磁極面相對的外周側(cè)內(nèi)壁面213比永久磁體31的磁體寬度短。因而永久磁體31的磁極面31a (在圖11中為N極面)的局部不與空隙21的內(nèi)壁面213相面對。
永久磁體31的外周側(cè)的磁極面31a是與作為產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的主要因素的交鏈磁通量有較大關(guān)系的面。為了使更多的磁通從該面交鏈于定子側(cè)，需要使永久磁體31的外周側(cè)的磁極面31a盡量接近轉(zhuǎn)子芯20 (外周側(cè)內(nèi)壁面213)從而減少泄漏磁通。
在如第2比較例的結(jié)構(gòu)中，由于轉(zhuǎn)子芯20 (外周側(cè)內(nèi)壁面213)和外周側(cè)的磁極面 31a分離，所以交鏈磁通降低。
對此，在本實施方式中，與永久磁體31的磁極面相對的外周側(cè)內(nèi)壁面213比永久磁體31的磁體寬度長，因而永久磁體31的磁極面31a (在圖2B中為N極面)在全長上與空隙21的內(nèi)壁面213相面對。從而能夠抑制交鏈磁通的降低。其結(jié)果，能夠抑制轉(zhuǎn)矩降低。
圖3是進一步說明本實施方式的效果的圖?！?br> 另外，在本實施方式中，永久磁體31的側(cè)面31c與對稱軸7分離。即兩個永久磁體31分離而并不接觸。若兩個永久磁體31的距離較近(尤其是兩個永久磁體31的距離為零即互相接觸)，則如圖3所示，反向磁場在d軸附近急劇變大。其結(jié)果，在永久磁體31的 d軸附近部位將會產(chǎn)生不可逆退磁。
對此，在本實施方式中，形成V字的兩個永久磁體31與d軸分離，因而能夠緩解由局部集中在d軸附近的反向磁場造成的影響，從而防止不可逆退磁，提高抗退磁性能。
而且，由于抗退磁性能提高，從而可輸入的電流提高，且交鏈磁通不會降低。其結(jié)果，轉(zhuǎn)矩將大大提高。
第2實施方式
圖4是表示根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機用轉(zhuǎn)子的第2實施方式的圖，是與轉(zhuǎn)子軸垂直的截面，表示在轉(zhuǎn)子芯上形成的空隙的轉(zhuǎn)子軸側(cè)的基端附近。圖4A表示使用了矩形磁體的情況，圖4B表示使用了不是矩形且沒有互相平行的面的磁體的情況。
而且，如圖4B所示，在不是矩形且沒有互相平行的面的永久磁體的情況下，磁體寬度Wm為外周側(cè)的磁極面31a的長度。另外，磁體厚度Tm為d軸(對稱軸7)側(cè)的側(cè)面31c 的長度。
此時，磁體寬度Wm越大磁體間間隙Gm越大，磁體厚度Tm越大磁體間間隙Gm越小。 即滿足以下式(I)。
式ITm
Gm --X a_ _ .(1)Wm
α :由磁體特性確定的值
通過如此設(shè)定，即使使用不是矩形且沒有互相平行的面的永久磁體等任意形狀的永久磁體，也容易明確地導(dǎo)出磁體間間隙尺寸。
另外，通過確保磁體間間隙Gm，從而形成為V字的兩個永久磁體31與d軸分離，因而能緩解由局部集中在d軸附近的反向磁場造成的影響，從而能防止不可逆退磁，因而抗退磁性提聞。
第3實施方式
圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機用轉(zhuǎn)子的第3實施方式的圖，是與轉(zhuǎn)子軸垂直的截面，表示在轉(zhuǎn)子芯上形成的空隙的轉(zhuǎn)子軸側(cè)的基端附近。
在本實施方式中，在將磁體間間隙設(shè)為Gm、將磁體厚度設(shè)為Tm、將磁體寬度設(shè)為 Wm時，使得滿足以下式(2)。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)電機用轉(zhuǎn)子，其中，該旋轉(zhuǎn)電機用轉(zhuǎn)子包括 轉(zhuǎn)子芯(20);以及 一對永久磁體(31)，其配置為開口朝向上述轉(zhuǎn)子芯(20)的外周方向的V字型； 上述一對永久磁體(31)相互間在轉(zhuǎn)子芯(20)的內(nèi)周方向上分離， 上述轉(zhuǎn)子芯(20)包括連結(jié)至少分離的永久磁體(31)之間而形成的一空隙(21)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機用轉(zhuǎn)子，其中， 上述轉(zhuǎn)子芯(20)設(shè)置在轉(zhuǎn)子軸(10)的周圍； 在與上述轉(zhuǎn)子軸(10)垂直的截面上觀察上述空隙時，上述空隙(21)呈軸對稱的形狀且轉(zhuǎn)子軸側(cè)的基端部分到達了對稱軸(7)，該空隙(21)的基端部分具有抵接面(215)，該抵接面(215)從上述空隙(21)的內(nèi)壁面中的與永久磁體(31)的磁極面相對的、基端部分的轉(zhuǎn)子軸側(cè)內(nèi)壁面(214)朝向內(nèi)側(cè)凸出設(shè)置并抵接于永久磁體(31)的側(cè)面，從而使永久磁體(31)的側(cè)面(31c)與對稱軸(7)分離； 在與上述轉(zhuǎn)子軸(10)垂直的截面上觀察上述永久磁體(31)時，上述永久磁體(31)以磁極面(31a、31b)在全長上與上述空隙(21)的內(nèi)壁面(213、214)相面對，側(cè)面(31c)抵接于上述抵接面(215)的方式相對于上述空隙(21)各配置一對。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)電機用轉(zhuǎn)子，其中， 就上述永久磁體(31)與上述對稱軸(7)之間的距離即磁體間間隙(Gm)而言，外周側(cè)的磁極面(31a)的長度即磁體寬度(Wm)越大，上述磁體間間隙(Gm)越大，磁體厚度(Tm)越大，上述磁體間間隙(Gm)越小。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)電機用轉(zhuǎn)子，其中， 在上述永久磁體(31)與上述對稱軸(7)之間的距離即磁體間間隙Gm、外周側(cè)的磁極面的長度即磁體寬度Wm、以及磁體厚度Tm之間，以下式成立。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項所述的旋轉(zhuǎn)電機用轉(zhuǎn)子，其中， 以q軸側(cè)的內(nèi)壁面(211)平行于q軸的方式形成上述空隙(21)的頂端部分。
全文摘要
旋轉(zhuǎn)電機用轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子芯；以及一對永久磁體，其配置為開口朝向轉(zhuǎn)子芯的外周方向的V字型。而且，一對永久磁體相互間在轉(zhuǎn)子芯的內(nèi)周方向上分離，轉(zhuǎn)子芯至少包括連結(jié)分離的永久磁體之間而形成的這樣一種空隙。
文檔編號H02K1/22GK103026587SQ201180036910
公開日2013年4月3日 申請日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
發(fā)明者仲田徹 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社