永磁鐵嵌入型電動的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種永磁鐵嵌入型電動機(1)，其能夠通過增強減磁耐力，使轉矩不降低地使電機的輸出增加，該永磁鐵嵌入型電動機(1)包括定子(3)和具有轉子鐵芯(19)的轉子(5)，轉子鐵芯包含多個磁鐵收容孔(21)和多個永磁鐵(23)，各磁鐵收容孔的短側方向的厚度在磁極中心部最小，并且隨著朝向轉子鐵芯的徑向外側而慢慢變大，至少永磁鐵中的磁極中心部的短側方向的厚度與磁鐵收容孔中的磁極中心部的短側方向的厚度相等。
【專利說明】永磁鐵嵌入型電動機
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種將永磁鐵嵌入到轉子鐵芯的內部的永磁鐵嵌入型電動機。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著節(jié)能意識的提高，越來越多地提出通過在轉子中采用高保磁力的稀土類永磁鐵來實現(xiàn)高效率化的永磁鐵型電動機。但是,稀土類永磁鐵價格高,導致電動機成本增加，所以在現(xiàn)有的普通永磁鐵嵌入型電動機的轉子中采用燒結鐵氧體磁鐵來代替稀土類永磁鐵。在這樣采用燒結鐵氧體磁鐵代替稀土類永磁鐵的情況下，表示磁力大小的殘留磁通密度降低大約I / 3。為了補償由于磁力降低導致的轉矩不足，需要將盡可能增大永磁鐵表面積的燒結鐵氧體磁鐵配置到轉子鐵芯內部。此外，除了利用永磁鐵帶來的轉矩之外，還積極地利用磁阻轉矩，由此能夠補償由于燒結鐵氧體磁鐵導致的磁力不足。
[0003]例如，在專利文獻I中，公開了如下所述的永磁鐵嵌入型電動機的轉子。永磁鐵嵌入型電動機的轉子包括層疊鐵芯和軸，層疊鐵芯具有多個圓弧狀的永磁鐵和收容該永磁鐵的多個沖孔。多個沖孔設置為對于每一極分配一個沖孔。并且，多個沖孔朝向轉子中心配置圓弧的凸部側。
[0004]此外，在專利文獻2示出的永磁鐵嵌入型電動機中，采用圓周方向端部厚度彼此不同形狀的磁鐵作為永磁鐵，并且永磁鐵配置為厚度小的端部位于旋轉方向的前側，厚度大的端部位于旋轉方向的后側。并且，通過這樣的結構，在抑制產生反轉矩的磁通量增加的同時使電感增加，由此，有效地增加磁阻轉矩，并且抑制鐵損的增加。
[0005]此外，在專利文獻3示出的永磁鐵嵌入型電動機中，在轉子鐵芯外周部上成V字形地配置構成一極的一對永磁鐵槽，在永磁鐵槽中分別嵌設有永磁鐵。即，在轉子鐵芯中每一極成V字形地嵌設兩個同極永磁鐵。各永磁鐵的厚度從成為V字形中心部分的轉子鐵芯的徑向內側端部向成為V字形左右端部的轉子鐵芯的徑向外側端部增加。此外，在各永磁鐵的兩端部上形成有曲線部。
[0006](專利文獻I)日本實開昭58-105779(主要參考圖1)
[0007](專利文獻2)日本特開平11-98721(主要參考圖7)
[0008](專利文獻3)日本特許第4627788號(主要參考圖1)
[0009]但是，上述專利文獻I中示出的永磁鐵嵌入型電動機為永磁鐵的徑向厚度是均等的構造。在永磁鐵厚度均等的情況下，具有磁阻在越靠近轉子鐵芯中心側的位置就越大，而在越靠近轉子鐵芯徑向外側的位置就越小的特征。由此，存在如下的問題:在永磁鐵的兩端部附近磁阻變得最小，在永磁鐵兩端部上容易集中定子的線圈作用的反磁場，永磁鐵兩端部出現(xiàn)減磁，轉矩降低。
[0010]此外，在上述專利文獻2示出的永磁鐵嵌入型電動機中，存在如下的問題:由于采用圓周方向端部厚度彼此不同形狀的永磁鐵，所以磁阻產生不平衡，反磁場集中在磁阻小的旋轉方向前側的永磁鐵端部，在電流大的區(qū)域中動作的情況下，弓I起減磁，轉矩降低。
[0011]此外，在上述專利文獻3示出的永磁鐵嵌入型電動機中，由于連接部設置在作為V字形中心部的轉子鐵芯的徑向內側的端部上，所以磁通量容易流動，成為V字形中心部的磁阻非常小的結構。由此，在采用保磁力比燒結稀土類永磁鐵小的燒結鐵氧體磁鐵的情況下，存在V字形中心部附近的永磁鐵由于反磁場而減磁的問題。此外，存在如下的問題:由于燒結鐵氧體磁鐵的電阻大，所以渦流難以流過，此外具有溫度越低越容易減磁的特性，因此，不能完全得到防止由渦流引起的熱減磁這樣的專利文獻3所期望的效果。
實用新型內容
[0012]鑒于上述情況，本實用新型的目的是提供一種永磁鐵嵌入型電動機，其即使在采用燒結鐵氧體磁鐵的情況下，也能夠通過增強對于反磁場的減磁耐力，從而使轉矩不降低地使電機的輸出增加。
[0013]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的永磁鐵嵌入型電動機包括:具有轉子鐵芯的轉子；和設置成圍繞所述轉子的定子，所述轉子鐵芯包含沿圓周方向以極數(shù)數(shù)量形成的多個磁鐵收容孔、和收容在該多個磁鐵收容孔中的多個永磁鐵，所述磁鐵收容孔分別形成為沿所述轉子的旋轉軸方向觀察時成凹狀，并且配置成凹側朝向所述轉子的外側，所述磁鐵收容孔分別形成為沿所述轉子的旋轉軸方向觀察時相對于磁極的中心線成對稱形狀，并且，在同一極內不分割地由一體結構形成；各所述磁鐵收容孔的短側方向的厚度在磁極的中心部最小，并且隨著朝向所述轉子鐵芯的徑向外側而慢慢變大，至少所述永磁鐵中的磁極中心部的短側方向的厚度與對應的所述磁鐵收容孔中的磁極中心部的短側方向的厚度相等。
[0014]此外，也可以所述磁鐵收容孔分別構成為，沿所述轉子的旋轉軸方向觀察時，當劃定所述磁鐵收容孔的圓弧中的所述轉子鐵芯中心側的圓弧半徑為R1，所述轉于鐵芯外周側的圓弧半徑為R2時，滿足R1>R2的關系。
[0015]此外，也可以沿所述轉子的旋轉軸方向觀察時，所述永磁鐵被定向磁化為，磁定向的焦點在將轉子中心和永磁鐵的磁極中心部連通的中心線上，并且位于轉子的外側；所述轉子構成為當劃定所述磁鐵收容孔的圓弧中的所述轉子鐵芯中心側的圓弧半徑為R1，所述中心側的圓弧和所述焦點之間的距離為A時，滿足A > 2R1。
[0016]根據(jù)本實用新型，起到如下的效果:通過增強對于反磁場的減磁耐力，能夠使轉矩不降低地使電機的輸出增加。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是根據(jù)本實用新型實施方式1的永磁鐵嵌入型電動機的截面圖。
[0018]圖2是示出在圖1示出的轉子鐵芯中，磁鐵收容孔中沒有設置永磁鐵的狀態(tài)的截面圖。
[0019]圖3是示出圖2的磁鐵收容孔的尺寸特征的局部放大圖。
[0020]圖4是示出在圖2中的磁鐵收容孔中設置永磁鐵的狀態(tài)的轉于的截面圖。
[0021]圖5是示出永磁鐵的磁定向的一個例子的圖。
[0022]圖6是涉及實施方式2的與圖4相同狀態(tài)的圖。
[0023]圖7是示出圖6的磁鐵收容孔的尺寸特征的局部放大圖。
[0024]附圖標記說明
[0025]1永磁鐵嵌入型電動機，3定子，5、105轉子，7定子鐵芯，19轉子鐵芯，21、121磁鐵收容孔，23永磁鐵，31磁定向，33焦點，135空間部【具體實施方式】
[0026]在下文中，將基于【專利附圖】

【附圖說明】根據(jù)本實用新型的永磁鐵嵌入型電動機的實施方式。并且，附圖中相同的附圖標記表示相同的或對應的部分。
[0027]實施方式1
[0028]圖1是根據(jù)本實用新型實施方式1的永磁鐵嵌入型電動機的截面圖，具體地說，是以與轉子的旋轉軸垂直的截面所示出的圖。此外，圖2是示出在圖1示出的轉子鐵芯中，磁鐵收容孔中沒有設置永磁鐵的狀態(tài)的截面圖。圖3是示出圖2的磁鐵收容孔的尺寸特征的局部放大圖，圖4是示出在圖2中的磁鐵收容孔中設置永磁鐵的狀態(tài)的轉子的截面圖，圖5是示出永磁鐵的磁定向的一個例子的圖。
[0029]在圖1中，根據(jù)本實施方式1的永磁鐵嵌入型電動機1包括定子3和轉子5。定子3包含成環(huán)狀的定子鐵芯7，在該定子鐵芯7的內周部上沿圓周方向(轉子5的旋轉方向)等角節(jié)距地形成的多個齒9，和卷繞在各齒3上的線圈11。
[0030]在定子3的內周側上可旋轉地配置轉子5，在轉子5的外周面13和多個齒9之間形成有環(huán)狀的空隙15。并且，在圖1中示出的本實施方式1的定子1作為一個例子是分布卷繞的定子，但是作為本實用新型，如下所述地，也可以采用集中卷繞的定子。
[0031]在圖2中示出插入永磁鐵之前的轉子鐵芯19的結構，圖2中示出的轉子5的主要結構包含用于傳遞旋轉能量的旋轉軸17，和設置在該旋轉軸17的外周部上的轉子鐵芯19。旋轉軸17和轉子鐵芯19例如通過熱裝和壓入等連接。
[0032]轉子鐵芯19通過在旋轉軸17的延伸方向(圖2的紙面表背方向)上層疊多個由模具沖壓被稱為鐵芯沖板的硅鋼板(電磁鋼板)后得到的部件而制成。并且，轉子鐵芯19的外周面13形成圓筒狀。
[0033]在轉子鐵芯19上，沿圓周方向排列地形成在同一圓周上配置的多個(圖中示例為6個)磁鐵收容孔21。磁鐵收容孔21的數(shù)量配置為極數(shù)的數(shù)量。磁鐵收容孔21各自在同一極內不分割，而是一體結構地(一個極一個孔)形成。
[0034]磁鐵收容孔21分別形成為沿轉子3的旋轉軸方向觀察(在圖1?圖7的截面上觀察)時成凹狀。更具體地，凹狀構成為內側的劃定圓弧線21a和外側的劃定圓弧線21b都成圓弧狀延伸的大致U字狀。此外，磁鐵收容孔21各自的該U字凹側朝向轉子5的徑向外側地配置。進一步地，磁鐵收容孔21的短側方向的厚度(內側的劃定圓弧線21a和外側的劃定圓弧線21b的間隔)設定為在磁極的極中心部最小，朝向轉子鐵芯19的徑向外側慢慢變大。
[0035]在轉于鐵芯19上，在轉子鐵芯19的外周面13和永磁鐵23的徑向外側面23c之間設置有外周薄鐵芯部25 (參照圖1的參考局部放大部)。并且，在旋轉軸17和多個磁鐵收容孔21之間形成了的多個孔27，用于供冷卻介質、冷凍機油通過。更具體地，各孔27配置在旋轉軸17和相鄰的一對磁鐵收容孔21這三者的中心。
[0036]通過這樣構成轉子鐵芯19，能夠增大磁鐵收容孔21的兩端部附近的磁阻。由此，能夠增大轉子鐵芯19的凸極比(最小感應系數(shù)與最大感應系數(shù)之比)，并能夠有效地利用磁阻轉矩，從而能夠實現(xiàn)高轉矩化。[0037]接下來，主要基于圖3，說明磁鐵收容孔的尺寸的特征。由圖3可見，當磁鐵收容孔21的凹入的徑向外側的劃定圓弧線21b的曲率半徑(轉子鐵芯19的中心側的圓弧半徑)為R1，磁鐵收容孔21的徑向內側的劃定圓弧線21a的曲率半徑(轉子鐵芯19的外周側的圓弧半徑)為R2時，滿足R1>R2的關系。此外，由圖3可見，半徑R1的曲率中心位于外周面13的外側，由圖3可見，半徑R2的曲率中心位于外周面13的內側，由圖3可見，半徑R1的曲率中心和半徑R2的曲率中心都位于對應的磁鐵收容孔21的中心線(磁極中心線)CL上。并且，在本實施方式1中，永磁鐵23分別相對于磁極中心線左右對稱，即中心線CL是左右對稱的中心線。
[0038]接下來，說明永磁鐵23。如圖4所示，多個永磁鐵23分別收容在對應的磁鐵收容孔21中，即，構成轉子鐵芯19的磁極的永磁鐵23在轉子鐵芯19的外周側上朝向轉子鐵芯19的圓周方向以與極數(shù)相當?shù)臄?shù)量進行配置。多個永磁鐵23由燒結鐵氧體磁鐵構成。
[0039]永磁鐵23的外緣形狀至少是在永磁鐵23中的磁極中心部的短側方向的厚度與對應的磁鐵收容孔21中的磁極中心部的短側方向的厚度相等的形狀，但是在本實施方式1中，與磁鐵收容孔21的形狀大致相同(嚴格地說，包括永磁鐵23可插入磁鐵收容孔21程度的大小關系的相似)。在永磁鐵23的圓周方向角部29上，為了避免局部的部分減磁，所以適當?shù)貙嵤┑菇羌庸?。并且，各永磁鐵23磁化為N極和S極相對于轉子5的旋轉方向交替設置。
[0040]在如上構成的永磁鐵嵌入型電動機中，具有如下所述的優(yōu)點。
[0041]首先，燒結鐵氧體磁鐵與Nd.Fe.B系燒結稀土類永磁鐵相比，由于電阻大，所以具有如下的特性:渦流損耗難以流動而另一方面，保磁力非常小(燒結稀土類永磁鐵的1 /3左右)，反磁場增加時容易減磁。另一方面，磁阻在沒有磁鐵收容孔的情況下，越靠近鐵芯中心側變得越大。
[0042]鑒于上述情況，在本實施方式1中，磁鐵收容孔的短側方向的厚度在鐵芯中心側(極中心部)最小，隨著靠近鐵芯徑向外側而變大，從而能夠緩和磁阻的不平衡，防止反磁場集中在永磁鐵的端部附近。
[0043]此外，永磁鐵23分別采用兩端部比中心部更靠近轉子鐵芯的徑向外側定位的形式，并且由于沒有如上述專利文獻3中示出那樣的連接部，所以能夠防止極中心部的減磁。
[0044]在圖5中，永磁鐵23被定向磁化為，磁定向31的焦點33在將轉子5的中心CP和永磁鐵23的中心部連通的中心線CL上，并且位于轉子5的外側。進一步地，轉子5構成為，在中心線CL上，磁鐵收容孔21的外側的劃定圓弧線21b的曲率半徑(在劃定磁鐵收容孔的圓弧中的轉子鐵芯中心側的圓弧半徑)R1與該外側的劃定圓弧線21b和焦點33間的距離A的關系為A≥2R1。
[0045]通過這樣地構成，永磁鐵23形成的磁通量容易與定子3的線圈交鏈，并且能夠有效地利用永磁鐵23的磁力。此外，能夠改善永磁鐵23的兩端部的減磁耐力。
[0046]通過以上說明，根據(jù)本實施方式1的永磁鐵嵌入型電動機即使在采用燒結鐵氧體磁鐵的情況下，也能夠通過確保適當?shù)拇帕霸鰪妼Ψ创艌龅臏p磁耐力，而不降低轉矩地使電機的輸出增加。
[0047]實施方式2
[0048]接下來，參考圖6和圖7說明本實用新型的實施方式2。并且，本實施方式2除了以下說明的部分以外，與上述實施方式1具有相同的結構。圖6是與實施方式2相關的與圖4相同狀態(tài)的圖，圖7是示出圖6的磁鐵收容孔的尺寸特征的局部放大圖。
[0049]如圖6和圖7所示，在本實施方式2中的磁鐵收容孔121的凹入的外側的劃定圓弧線的曲率半徑(轉子鐵芯19的中心側的圓弧半徑)為R1，磁鐵收容孔121的內側的劃定圓弧線的曲率半徑(轉子鐵芯19的外周側的圓孤半徑)為R2，進一步地，在劃定永磁鐵23的圓弧中的轉子鐵芯19的外周側的圓弧半徑為R3時，磁鐵收容孔121和永磁鐵23構成為滿足R1>R3>R2的關系。此外，通過相應的關系，在磁鐵收容孔121和永磁鐵23的兩端部之間設置有空間部135?？臻g部135隨著朝向永磁鐵121的端部而慢慢變大。
[0050]這樣構成的本實施方式2的永磁鐵嵌入型電動機也與上述實施方式1 一樣,能夠改善減磁耐力。此外，由于在磁鐵收容孔和永磁鐵的兩端部附近之間設置空間部，相應的空間部構成為隨著朝向永磁鐵的端部慢慢變大，所以反磁場附加到永磁鐵兩端部上的影響變小，由此也獲得進一步改善減磁耐力的優(yōu)點。
[0051]以上，雖然參考優(yōu)選實施方式具體地說明了本實用新型的內容，但是上述實施方式只是示出本實用新型內容的一個例子，也可以與進一步的其他的公知技術組合，當然，在不脫離本實用新型主旨的范圍內，也可以省略一部分結構等、或改變結構。
【權利要求】
1.一種永磁鐵嵌入型電動機,其特征在于,包括: 具有轉子鐵芯的轉子；和 設置成圍繞所述轉子的定子， 所述轉子鐵芯包含沿圓周方向以極數(shù)數(shù)量形成的多個磁鐵收容孔、和收容在該多個磁鐵收容孔中的多個永磁鐵， 所述磁鐵收容孔分別形成為沿所述轉子的旋轉軸方向觀察時成凹狀，并且配置成凹側朝向所述轉子的外側， 所述磁鐵收容孔分別形成為沿所述轉子的旋轉軸方向觀察時相對于磁極的中心線成對稱形狀，并且，在同一極內不分割地由一體結構形成， 各所述磁鐵收容孔的短側方向的厚度在磁極的中心部最小，并且隨著朝向所述轉子鐵芯的徑向外側而慢慢變大， 至少所述永磁鐵中的磁極中心部的短側方向的厚度與對應的所述磁鐵收容孔中的磁極中心部的短側方向的厚度相等。
2.根據(jù)權利要求1所述的永磁鐵嵌入型電動機，其特征在于，所述磁鐵收容孔分別構成為，沿所述轉子的旋轉軸方向觀察時，當劃定所述磁鐵收容孔的圓弧中的所述轉子鐵芯中心側的圓弧半徑為R1，所述轉子鐵芯外周側的圓弧半徑為R2時，滿足R1>R2的關系。
3.根據(jù)權利要求1所述的永磁鐵嵌入型電動機，其特征在于，沿所述轉子的旋轉軸方向觀察時，所述永磁鐵被定向磁化為，磁定向的焦點在將轉子中心和永磁鐵的磁極中心部連通的中心線上，并且位于轉子的外側， 所述轉子構成為，當劃定所述磁鐵收容孔的圓弧中的所述轉子鐵芯中心側的圓弧半徑為R1，所述中心側的圓弧和所述焦點之間的距離為A時，滿足A > 2R1。
【文檔編號】H02K1/27GK203466649SQ201320703992
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年9月24日 優(yōu)先權日:2012年9月24日
【發(fā)明者】馬場和彥, 仁吾昌弘, 土田和慶 申請人:三菱電機株式會社