本發(fā)明涉及永久磁鐵嵌入式電動(dòng)機(jī)。

背景技術(shù)：

通常，永久磁鐵嵌入式電動(dòng)機(jī)包括：定子鐵芯；以及轉(zhuǎn)子，其在配置于定子鐵芯內(nèi)徑側(cè)的轉(zhuǎn)子鐵芯的內(nèi)部嵌入有永久磁鐵。轉(zhuǎn)子鐵芯是將電磁鋼板沖裁成規(guī)定形狀并將多個(gè)沖裁出的電磁鋼板進(jìn)行疊鉚而形成的，在轉(zhuǎn)子鐵芯中，與永久磁鐵的磁極數(shù)對(duì)應(yīng)地沿周向大致等間隔地形成有磁鐵插入孔。各磁鐵插入孔分別在軸向上延伸，在各磁鐵插入孔的內(nèi)部插入有永久磁鐵。

這里，插入在各磁鐵插入孔中的永久磁鐵的徑向外側(cè)面與徑向內(nèi)側(cè)面通過(guò)形成在永久磁鐵的磁極間的薄壁部連接。而且，由各永久磁鐵產(chǎn)生的磁通穿過(guò)定子鐵芯的后軛部后重新返回到轉(zhuǎn)子鐵芯。然而，從各永久磁鐵的表面出來(lái)的磁通的一部分因穿過(guò)薄壁部而滯留在轉(zhuǎn)子鐵芯的內(nèi)部，成為不穿過(guò)后軛部而返回到永久磁鐵的漏磁通。即，從各永久磁鐵的一個(gè)表面出來(lái)的磁通的一部分不穿過(guò)定子鐵芯，而是穿過(guò)薄壁部進(jìn)入永久磁鐵的另一表面。這樣的漏磁通對(duì)轉(zhuǎn)矩沒(méi)有貢獻(xiàn)，并且成為轉(zhuǎn)子鐵損增加的主要原因，因此優(yōu)選盡可能地抑制漏磁通。這樣，形成在磁極間的薄壁部成為漏磁通的通路，因此優(yōu)選盡可能地減小其寬度。

然而，由于永久磁鐵嵌入式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)離心力作用于永久磁鐵，在提高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)的上限的情況下，作用于轉(zhuǎn)子鐵芯各部分的離心力與轉(zhuǎn)數(shù)的平方成比例地增大。因此，需要提高轉(zhuǎn)子鐵芯的薄壁部中用于支承永久磁鐵的徑向外側(cè)面的部分的強(qiáng)度，例如需要使該薄壁部的寬度與轉(zhuǎn)數(shù)的平方成比例地增大。

除了增大磁極間的薄壁部的寬度以外，作為提高轉(zhuǎn)子鐵芯的強(qiáng)度的方法，可考慮分別將構(gòu)成各磁極的永久磁鐵和磁鐵插入孔沿周向分割成兩個(gè)以上，并在分割出的各磁鐵插入孔之間設(shè)置用于連結(jié)轉(zhuǎn)子鐵芯的徑向外側(cè)和徑向內(nèi)側(cè)的橋部。

然而，該橋部與上述磁極間的薄壁部一樣會(huì)成為漏磁通的通路，并且磁鐵的周向?qū)挾葴p小相當(dāng)于橋部寬度的量。因此，存在下述問(wèn)題：由于設(shè)置橋部并且使磁鐵的周向?qū)挾葴p小，所以對(duì)轉(zhuǎn)矩有貢獻(xiàn)的有效磁通減少，為了對(duì)此進(jìn)行彌補(bǔ)而需要增大永久磁鐵嵌入式電動(dòng)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)。

作為不借助于設(shè)置橋部的方法，可考慮在轉(zhuǎn)子鐵芯使用機(jī)械強(qiáng)度比由硅鋼或阿姆克鐵(Armco iron)等構(gòu)成的電磁鋼板優(yōu)越的鋼板(以下稱(chēng)為“高強(qiáng)度鋼板”)。但是，通常高強(qiáng)度鋼板與電磁鋼板相比磁特性特別是鐵損特性較差，因此如果將轉(zhuǎn)子鐵芯整體從電磁鋼板置換為高強(qiáng)度鋼板，則會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子鐵損大幅增加。因此，需要考慮在產(chǎn)生轉(zhuǎn)子整體的鐵損中的大部分鐵損的部分即永久磁鐵的徑向外側(cè)的部分使用由電磁鋼板構(gòu)成的鐵芯，在其他部分使用由高強(qiáng)度鋼板構(gòu)成的鐵芯等的方法。

例如下述專(zhuān)利文獻(xiàn)1所示的電動(dòng)機(jī)中，旋轉(zhuǎn)軸由多個(gè)在永久磁鐵的徑向外側(cè)的鐵芯部(以下稱(chēng)為“A部”)和A部以外的鐵芯部(以下稱(chēng)為“B部”)構(gòu)成。B部由各永久磁鐵的徑向內(nèi)側(cè)的鐵芯部和各磁極間的鐵芯部構(gòu)成。A部使用磁特性?xún)?yōu)越的硅鋼或阿姆克鐵等，B部使用機(jī)械強(qiáng)度比A部?jī)?yōu)越的碳鋼等。而且，磁極間的鐵芯部形成為T(mén)形。以下，將該T形鐵芯部稱(chēng)為“卡合部”?？ê喜吭诟鞔艠O間從B部的外周部延伸至徑向外側(cè)，其前端分支而形成為T(mén)形。進(jìn)而，在呈T形分支的部分的前端形成有與A部的周向端部的凸部卡合的凹部。采用這種結(jié)構(gòu)，能夠防止A部的鐵芯部因旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力而脫離旋轉(zhuǎn)軸。

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2008－154329號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

然而，根據(jù)上述專(zhuān)利文獻(xiàn)1的現(xiàn)有技術(shù)，雖然能夠提高耐離心力強(qiáng)度，但是該文獻(xiàn)中沒(méi)有公開(kāi)減少漏磁通的方法。即，存在下述問(wèn)題：由于T形的卡合部成為漏磁通的通路，雖然能夠提高耐離心力強(qiáng)度，但是無(wú)法抑制鐵損和漏磁通增加。

本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而完成的，其目的在于提供一種永久磁鐵嵌入式電動(dòng)機(jī)，其能夠確保耐離心力的機(jī)械強(qiáng)度，并且能夠抑制鐵損和漏磁通增加。

為了解決上述問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種在轉(zhuǎn)子鐵芯中嵌入有多個(gè)磁鐵的永久磁鐵嵌入式電動(dòng)機(jī)，其中，上述轉(zhuǎn)子鐵芯包括：多個(gè)第一鐵芯，其通過(guò)層疊多個(gè)電磁鋼板而形成，配置在上述各磁鐵的徑向外側(cè)；以及第二鐵芯，其由內(nèi)側(cè)鐵芯和多個(gè)磁極間鐵芯形成，其中，上述內(nèi)側(cè)鐵芯通過(guò)層疊機(jī)械強(qiáng)度比上述各第一鐵芯的多個(gè)電磁鋼板的機(jī)械強(qiáng)度高的多個(gè)電磁鋼板而形成，配置在上述各磁鐵的徑向內(nèi)側(cè)，上述多個(gè)磁極間鐵芯與上述內(nèi)側(cè)鐵芯一體形成，配置在上述各磁鐵的磁極間，上述各磁極間鐵芯以限制上述各第一鐵芯的位置的方式從上述各第一鐵芯的周向端部一直形成至上述內(nèi)側(cè)鐵芯，在上述各磁鐵與上述各磁極間鐵芯之間形成有磁通屏障。

根據(jù)本發(fā)明，起到能夠確保耐離心力的機(jī)械強(qiáng)度并能夠抑制鐵損和漏磁通增加的效果。

附圖說(shuō)明

圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的永久磁鐵嵌入式電動(dòng)機(jī)的概略結(jié)構(gòu)的縱截面圖。

圖2是圖1所示的轉(zhuǎn)子鐵芯的A－A向視截面圖。

圖3是在圖2的磁鐵插入孔中嵌入有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子的截面圖。

圖4是圖3所示的磁極間鐵芯及其周邊的放大圖。

圖5是本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的永久磁鐵嵌入式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯的截面圖。

圖6是本發(fā)明的實(shí)施方式3涉及的永久磁鐵嵌入式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯的截面圖。

符號(hào)說(shuō)明

1轉(zhuǎn)子；2定子；3殼體；3a凸緣部；3b支承面部；3c凹部；4托架；4a凸緣部；4b支承面部；4c凹部；4d孔；5轉(zhuǎn)子鐵芯；5A第一鐵芯；5A1外周面；5A2周向端部；5A21徑向抵接面；5A22周向抵接面；5A23周向前端部；5A3徑向內(nèi)側(cè)面；5B第二鐵芯；5B1內(nèi)側(cè)鐵芯；5B1a徑向外側(cè)面；5B1b突起；5B2磁極間鐵芯；5B2a外周面；5B21主干部；5B22枝部；5B22A、5B22A－1、5B22A－2前端部；5B22a周向抵接面；5B22b徑向抵接面；6軸；7永久磁鐵(磁鐵)；7a徑向外側(cè)面；7b徑向內(nèi)側(cè)面；7c周向端面；8端板；9磁鐵插入孔；10、11軸承；12波形墊圈；13定子鐵芯；14繞組；15間隙；16磁通屏障；16a、16b區(qū)域；17磁極間；18軸嵌合孔；19易磁化方向；100永久磁鐵嵌入式電動(dòng)機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面，基于附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明涉及的永久磁鐵嵌入式電動(dòng)機(jī)的實(shí)施方式。另外，本發(fā)明不限于該實(shí)施方式。

實(shí)施方式1

圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的永久磁鐵嵌入式電動(dòng)機(jī)100的概略結(jié)構(gòu)的縱截面圖。圖2是圖1所示的轉(zhuǎn)子鐵芯5的A－A向視截面圖。圖3是在圖2的磁鐵插入孔9中嵌入有永久磁鐵7的轉(zhuǎn)子1的截面圖。圖4是圖3所示的磁極間鐵芯5B2及其周邊的放大圖。

永久磁鐵嵌入式電動(dòng)機(jī)100包括轉(zhuǎn)子1、定子2、殼體3、以及托架4。

殼體3形成為有底圓筒狀，在殼體3的軸向一端朝向徑向外側(cè)形成為凸緣狀。形成為凸緣狀的凸緣部3a以與形成于托架4的凸緣部4a接觸的方式配置。

在殼體3的軸向另一端(底部)的中心部，形成有朝向轉(zhuǎn)子1的非負(fù)載側(cè)(圖1的下方側(cè))突出的凹部3c。在該凹部3c配置有軸承10，其用于支承轉(zhuǎn)子1的非負(fù)載側(cè)的軸6。

另外，在凹部3c的底面(支承面部3b)與軸承10之間配置有波形墊圈12。波形墊圈12在軸向上對(duì)軸承10的外圈施力，由此能夠?qū)S承10施加預(yù)壓來(lái)抑制軸6的振動(dòng)。

托架4形成為圓筒狀，托架4的軸向一端朝向徑向外側(cè)形成為凸緣狀。形成為凸緣狀的凸緣部4a以與形成于殼體3的凸緣部3a接觸的方式配置。

在托架4的軸向另一端的中心部，形成有朝向轉(zhuǎn)子1的負(fù)載側(cè)(圖1的上方側(cè))突出的凹部4c。在該凹部4c配置有用于支承轉(zhuǎn)子1的負(fù)載側(cè)的軸6的軸承11。在凹部4c的底面(支承面部4b)的中心形成有用于使轉(zhuǎn)子1的負(fù)載側(cè)的軸6穿過(guò)的孔4d。

以封閉殼體3的開(kāi)口部的方式設(shè)置托架4之后，將緊固部件插入凸緣部3a和凸緣部4a并緊固該緊固部件，由此將托架4固定于殼體3。

定子2包括：環(huán)狀的定子鐵芯13、以及被供給來(lái)自外部的電力的繞組14。定子2通過(guò)例如熱裝等方法固定于殼體3的內(nèi)側(cè)。

定子鐵芯13是將沖裁成規(guī)定形狀的電磁鋼板沿軸向?qū)盈B多個(gè)而成。在定子鐵芯13的內(nèi)周側(cè)，沿圓周方向等間隔地設(shè)置有多個(gè)齒部(未圖示)。

在各齒部上，隔著絕緣體(未圖示)卷繞有繞組14。而且，在定子2的內(nèi)徑側(cè)隔開(kāi)規(guī)定的間隙15配置有轉(zhuǎn)子1。

轉(zhuǎn)子1包括環(huán)狀的轉(zhuǎn)子鐵芯5、軸6、多個(gè)永久磁鐵7(磁鐵)、以及端板8。

轉(zhuǎn)子1隔著轉(zhuǎn)子鐵芯5的內(nèi)徑側(cè)的間隙15配置。在轉(zhuǎn)子1的中心設(shè)置有軸6。

在構(gòu)成轉(zhuǎn)子1的轉(zhuǎn)子鐵芯5中，配置有與磁極數(shù)對(duì)應(yīng)的多個(gè)磁鐵插入孔9(參照?qǐng)D2)。

各磁鐵插入孔9是作為用于插入磁鐵的孔而形成的由后述的第一鐵芯5A的徑向內(nèi)側(cè)面5A3、第二鐵芯5B的徑向外側(cè)面5B1a、以及磁通屏障(fluxbarrier)16包圍的空間。各磁鐵插入孔9以貫穿轉(zhuǎn)子鐵芯5的兩端的方式分別在軸向上延伸。

內(nèi)側(cè)鐵芯5B1具有用于限制各永久磁鐵7移動(dòng)的多個(gè)突起5B1b(參照?qǐng)D4)。各突起5B1b形成于內(nèi)側(cè)鐵芯5B1的徑向內(nèi)側(cè)面5B1a的周向兩端部。這樣，通過(guò)設(shè)置突起5B1b，各永久磁鐵7的周向端面7c由各突起5B1b保持，因此能夠在驅(qū)動(dòng)期間保持永久磁鐵7不移動(dòng)。

但是，由于設(shè)置突起5B1b，突起5B1b成為由繞組14產(chǎn)生的磁通的最短磁路，而如果磁通朝向與永久磁鐵7的磁化方向相反的方向橫穿永久磁鐵7，則容易造成不可逆退磁。因此，優(yōu)選突起5B1b的徑向高度在能夠保持各永久磁鐵7的范圍內(nèi)盡可能小地形成。

在各磁鐵插入孔9中沿周向交替地配置極性互不相同的永久磁鐵7。在如圖示例的轉(zhuǎn)子1中，永久磁鐵7的極數(shù)為6極(參照?qǐng)D3)，但是永久磁鐵7的磁極數(shù)不局限于此。此外，圖3所示的各永久磁鐵7是截面呈長(zhǎng)方形的平板狀，但是各永久磁鐵7的形狀不局限于此，也可以根據(jù)降低噪音或提高抗退磁力等目的而采用其他形狀。在這種情況下，第一鐵芯5A的徑向內(nèi)側(cè)面5A3的形狀、第二鐵芯5B的內(nèi)側(cè)鐵芯5B1的徑向外側(cè)面5B1a的形狀形成為與各永久磁鐵7的形狀對(duì)應(yīng)的形狀。

在轉(zhuǎn)子鐵芯5的兩端面分別安裝有圓盤(pán)狀的端板8(參照?qǐng)D1)。各端板8用于使插入在各磁鐵插入孔9中的永久磁鐵7不會(huì)脫落。

作為將端板8固定在轉(zhuǎn)子鐵芯5的端面上的方法，除了焊接或粘接以外，也可以例如分別在轉(zhuǎn)子鐵芯5和端板8中設(shè)置貫通孔，使螺栓穿過(guò)該貫通孔而將其緊固，或者使鉚釘穿過(guò)該貫通孔進(jìn)行鉚接等。

作為另一方法，也可以在轉(zhuǎn)子鐵芯5的端面與端板8的抵接面設(shè)置嵌合構(gòu)造(Spigot joint structure)來(lái)將端板8安裝于轉(zhuǎn)子鐵芯5的端面。嵌合構(gòu)造例如以下述方式構(gòu)成：在轉(zhuǎn)子鐵芯5的與端板8對(duì)置的面上形成凹部，在端板8的與轉(zhuǎn)子鐵芯5對(duì)置的面上設(shè)置凸部，使凸部與凹部嵌合。

在轉(zhuǎn)子鐵芯5的徑向中心部設(shè)置有軸嵌合孔18。在軸嵌合孔18中通過(guò)熱裝或壓入而嵌合有用于傳遞旋轉(zhuǎn)能的軸6。軸6呈圓筒形狀，軸嵌合孔18也呈與其對(duì)應(yīng)的形狀。

與軸嵌合孔18嵌合的軸6的兩端部由配置于托架4的軸承11和配置于殼體3的軸承10以能夠旋轉(zhuǎn)自由的方式支承。

如圖2所示，轉(zhuǎn)子鐵芯5由多個(gè)第一鐵芯5A、和第二鐵芯5B構(gòu)成。

各第一鐵芯5A是通過(guò)將由磁特性?xún)?yōu)越的硅鋼或阿姆克鐵(Armco iron)等構(gòu)成的電磁鋼板沖裁并層疊多個(gè)而形成的。各第一鐵芯5A分別配置在各永久磁鐵7(參照?qǐng)D3)的徑向外側(cè)。

第二鐵芯5B是通過(guò)將由碳鋼等構(gòu)成的具有比各第一鐵芯5A的電磁鋼板高的機(jī)械強(qiáng)度的高強(qiáng)度鋼板沖裁并層疊多個(gè)而形成的。

第二鐵芯5B由內(nèi)側(cè)鐵芯5B1和多個(gè)磁極間鐵芯5B2構(gòu)成。內(nèi)側(cè)鐵芯5B1配置在各永久磁鐵7的徑向內(nèi)側(cè)，各磁極間鐵芯5B2與內(nèi)側(cè)鐵芯5B1一體形成，且配置在各永久磁鐵7的磁極間17。

如圖4所示，第一鐵芯5A和第二鐵芯5B以下述方式構(gòu)成：在配置有各永久磁鐵7時(shí)，各磁極間鐵芯5B2的外周面5B2a和各第一鐵芯5A的外周面5A1位于同一圓周上。

各磁極間鐵芯5B2包括：從內(nèi)側(cè)鐵芯5B1向徑向外側(cè)延伸的主干部5B21；以及主干部5B21的端部分成兩支而與各第一鐵芯5A的周向端部5A2接觸的兩個(gè)枝部5B22。這樣，各磁極間鐵芯5B2以限制各第一鐵芯5A的徑向位置和周向位置的方式從內(nèi)側(cè)鐵芯5B1一直形成至各第一鐵芯5A的周向端部5A2，其截面形狀呈T形。

在配置有各永久磁鐵7時(shí)，各枝部5B22的前端部5B22A的周向抵接面5B22a與各第一鐵芯5A的周向抵接面5A22接觸，并且其徑向抵接面5B22b與各第一鐵芯5A的徑向抵接面5A21接觸。即，各枝部5B22的前端部5B22A以限制各第一鐵芯5A的周向位置和徑向位置的方式形成。

通過(guò)采用這樣的結(jié)構(gòu)，即使在因轉(zhuǎn)子1旋轉(zhuǎn)而對(duì)各第一鐵芯5A和各永久磁鐵7作用有離心力的情況下，也能夠可靠地防止各第一鐵芯5A和各永久磁鐵7因該離心力而脫離轉(zhuǎn)子鐵芯5。

在各永久磁鐵7與各磁極間鐵芯5B2之間，形成有作為用于防止磁通短路的間隙的磁通屏障16。在圖3的轉(zhuǎn)子鐵芯5中形成有12個(gè)磁通屏障16。

如圖4所示，磁通屏障16例如從第一鐵芯5A與各磁極間鐵芯5B2的抵接面一直形成至各永久磁鐵7的周向端面7c。另外，第一鐵芯5A與各磁極間鐵芯5B2的抵接面是指第一鐵芯5A與磁極間鐵芯5B2在徑向上的抵接面、以及第一鐵芯5A與磁極間鐵芯5B2在周向上的抵接面。此外，徑向上的抵接面是指第一鐵芯5A的徑向抵接面5A21、磁極間鐵芯5B2的徑向抵接面5B22b，周向上的抵接面是指第一鐵芯5A的周向抵接面5A22、以及磁極間鐵芯5B2的周向抵接面5B22a。

這樣，本實(shí)施方式涉及的轉(zhuǎn)子鐵芯5由使用磁特性?xún)?yōu)越的電磁鋼板的多個(gè)第一鐵芯5A和使用機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)越的高強(qiáng)度鋼板的第二鐵芯5B構(gòu)成，并且具有磁通屏障16。以下，對(duì)其效果進(jìn)行說(shuō)明。

配置在各磁鐵插入孔9中的各永久磁鐵7的徑向外側(cè)面7a與徑向內(nèi)側(cè)面7b通過(guò)形成在永久磁鐵7的磁極間17的磁極間鐵芯5B2連接。由各永久磁鐵7產(chǎn)生的磁通例如穿過(guò)定子鐵芯13(參照?qǐng)D1)之后重新返回轉(zhuǎn)子鐵芯5。但是，從各永久磁鐵7出來(lái)的磁通的一部分穿過(guò)磁極間鐵芯5B2，因而成為對(duì)轉(zhuǎn)矩沒(méi)有貢獻(xiàn)的漏磁通。

另一方面，轉(zhuǎn)子1高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力會(huì)作用于永久磁鐵7和第一鐵芯5A，因此要求轉(zhuǎn)子鐵芯5具有耐受該離心力的機(jī)械強(qiáng)度。在轉(zhuǎn)子鐵芯5整體使用高強(qiáng)度鋼板的情況下，能夠滿(mǎn)足耐受轉(zhuǎn)子1高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力的機(jī)械強(qiáng)度，但是與使用并非高強(qiáng)度鋼板的普通電磁鋼板的情況相比，轉(zhuǎn)子鐵損會(huì)增加。

鑒于該問(wèn)題，本實(shí)施方式涉及的轉(zhuǎn)子鐵芯5由使用磁特性?xún)?yōu)越的電磁鋼板的多個(gè)第一鐵芯5A和使用機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)越的高強(qiáng)度鋼板的第二鐵芯5B構(gòu)成，并且具有磁通屏障16。

根據(jù)這樣構(gòu)成的轉(zhuǎn)子鐵芯5，由于產(chǎn)生轉(zhuǎn)子整體的鐵損中的大部分鐵損的第一鐵芯5A由電磁鋼板構(gòu)成，所以能夠抑制轉(zhuǎn)子鐵損的增加。

此外，用于承受作用于第一鐵芯5A和永久磁鐵7的離心力的磁極間鐵芯5B2由高強(qiáng)度鋼板構(gòu)成，因此能夠提高耐離心力強(qiáng)度。

此外，磁通屏障16具有使漏磁通穿過(guò)的磁路的寬度變窄的作用。即，磁通屏障16具有使漏磁通穿過(guò)的主干部5B21的周向?qū)挾茸冋?，并且使漏磁通穿過(guò)的枝部5B22的徑向?qū)挾茸冋淖饔?。換言之，磁通屏障16具有使有效磁通增加的作用。采用該結(jié)構(gòu)，能夠防止在各永久磁鐵7的周向端部的磁通短路，使該磁通容易流向定子2(參照?qǐng)D1)，增大產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。

另外，通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定沿著枝部5B22在周向上延伸的隔磁部16的長(zhǎng)度和寬度，能夠使流過(guò)轉(zhuǎn)子鐵芯5的表面的磁通接近正弦波形來(lái)降低轉(zhuǎn)子鐵損，并且能夠降低噪音。

此外，枝部5B22可以以下述方式構(gòu)成。在圖4中，設(shè)磁極數(shù)為P、轉(zhuǎn)子1的旋轉(zhuǎn)角速度(最大角速度)為ω、構(gòu)成第二鐵芯5B的各高強(qiáng)度鋼板的板厚為t、各高強(qiáng)度鋼板的強(qiáng)度為σ_y、厚度與該板厚t相當(dāng)?shù)淖鳛橐粯O的一組第一鐵芯5A和永久磁鐵7的質(zhì)量為m、從該組的重心位置G至軸中心C的距離為r、從枝部5B22的前端部5B22A的周向抵接面5B22a朝向磁極間鐵芯5B2沿周向隔開(kāi)一定距離x的位置處的枝部5B22的徑向?qū)挾葹閔時(shí)，枝部5B22的徑向?qū)挾萮以滿(mǎn)足式(1)的方式設(shè)定。

$h\>\mathrm{\ω}\sqrt{\frac{3m\·r\·x}{t\·{\mathrm{\σ}}_y}\cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{P}\right)}...\left(1\right)$

通過(guò)這樣設(shè)定，能夠滿(mǎn)足耐受轉(zhuǎn)子1高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力的機(jī)械強(qiáng)度。例如在忽略轉(zhuǎn)子鐵芯5表面的磁通密度分布(基于正弦波形的失真)、使枝部5B22的徑向?qū)挾萮盡可能地變窄的情況下，設(shè)安全率為α(α為大于1的值)時(shí)，枝部5B22的徑向?qū)挾萮由式(2)決定。

$h=\mathrm{\α}\·\mathrm{\ω}\sqrt{\frac{3m\·r\·x}{t\·{\mathrm{\σ}}_y}\cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{P}\right)}...\left(2\right)$

另外，安全率α的值是考慮到材料特性和制造上的偏差等而設(shè)定。此外，各高強(qiáng)度鋼板的強(qiáng)度σ_y通常使用屈服應(yīng)力，在疲勞成為問(wèn)題(轉(zhuǎn)數(shù)的變化頻度高)的情況下使用疲勞極限即可。

這里，說(shuō)明只要針對(duì)一定距離x以滿(mǎn)足式(1)的方式設(shè)定枝部5B22的徑向?qū)挾萮即可的理由。

作用于厚度相當(dāng)于上述板厚t的作為一極的一組第一鐵芯5A和永久磁鐵7的離心力的大小F在轉(zhuǎn)子1以最大角速度ω旋轉(zhuǎn)時(shí)成為最大，將其表示為式(3)。

F＝m·r·ω²…(3)

式(3)的離心力F由位于第一鐵芯5A的左右兩側(cè)的兩個(gè)枝部5B22承受，因此在設(shè)連接軸中心C和重心位置G的線(xiàn)與連接軸中心C和枝部5B22的前端部5B22A(周向抵接面5B22a)的線(xiàn)所構(gòu)成的角度為θ(單位rad)時(shí)，作用于枝部5B22的前端部5B22A的徑向上的力f表示為式(4)。

$f=\frac{F}{2}\cos \mathrm{\θ}...\left(4\right)$

通常，枝部5B22的周向長(zhǎng)度與一個(gè)磁極的周向長(zhǎng)度相比設(shè)定得足夠小，因此能夠?qū)⒔嵌圈纫暈槭?5)。

因此，將式(4)表示為式(6)。

$f=\frac{F}{2}\cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{P}\right)...\left(6\right)$

基于式(3)和式(6)，將力f表示為式(7)。

$f=\frac{m\·r\·{\mathrm{\ω}}^2}{2}cos\left(\frac{\mathrm{\π}}{P}\right)...\left(7\right)$

如上所述，通常枝部5B22的周向長(zhǎng)度與一個(gè)磁極的周向長(zhǎng)度相比足夠小，因此厚度相當(dāng)于板厚t的枝部5B22能夠視為集中負(fù)荷(力f)施加于前端部5B22A的懸臂梁。上述的一定距離x的位置處的彎矩M表示為式(8)。

M＝f·x…(8)

基于式(7)和式(8)，彎矩M表示為式(9)。

$M=\frac{m\·r\·{\mathrm{\ω}}^2\·x}{2}cos\left(\frac{\mathrm{\π}}{P}\right)...\left(9\right)$

在一定距離x的位置處的截面系數(shù)Z表示為式(10)。

$Z=\frac{t\·h^2}{6}\mathrm{...}\left(10\right)$

在一定距離x的位置處的應(yīng)力的最大值σ_max表示為式(11)。

${\mathrm{\σ}}_{\max }=\frac{M}{Z}\mathrm{...}\left(11\right)$

基于式(9)、式(10)、式(11)，應(yīng)力的最大值σ_max表示為式(12)。

${\mathrm{\σ}}_{\max }=\frac{3m\·r\·{\mathrm{\ω}}^2\·x}{t\·h^2}\cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{P}\right)...\left(12\right)$

需要使應(yīng)力的最大值σ_max在枝部5B22的任意位置都低于各高強(qiáng)度鋼板的強(qiáng)度σ_y，因此一定距離x的值需要滿(mǎn)足式(13)。

$\frac{3m\·r\·{\mathrm{\ω}}^2\·x}{t\·h^2}\cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{P}\right)\<{\mathrm{\σ}}_y...\left(13\right)$

針對(duì)徑向?qū)挾萮改寫(xiě)式(13)，則表示為式(14)，基于式(14)能夠得到式(1)。

$h^2\>\frac{3m\·r\·{\mathrm{\ω}}^2\·x}{t\·{\mathrm{\σ}}_y}cos\left(\frac{\mathrm{\π}}{P}\right)...\left(14\right)$

另外，本實(shí)施方式的磁通屏障16從第一鐵芯5A與各磁極間鐵芯5B2的抵接面一直形成至各永久磁鐵7的周向端面7c，但是也可以?xún)H形成于例如各永久磁鐵7的周向端面7c與主干部5B21之間的區(qū)域16a(參照?qǐng)D4)。此外，磁通屏障16也可以?xún)H形成于各第一鐵芯5A的周向前端部5A23與枝部5B22之間的區(qū)域16b。

這樣，僅在從第一鐵芯5A與各磁極間鐵芯5B2的抵接面至各永久磁鐵7的周向端面7c之間的一部分區(qū)域形成磁通屏障16的情況下，也能夠確保耐離心力的機(jī)械強(qiáng)度，并且與上述的現(xiàn)有技術(shù)相比能夠抑制鐵損和漏磁通的增加。

如以上說(shuō)明的那樣，本實(shí)施方式涉及的永久磁鐵嵌入式電動(dòng)機(jī)100的轉(zhuǎn)子鐵芯5包括：多個(gè)第一鐵芯5A，其通過(guò)層疊多個(gè)電磁鋼板而形成，配置在各永久磁鐵7的徑向外側(cè)；以及第二鐵芯5B，其由內(nèi)側(cè)鐵芯5B1和多個(gè)磁極間鐵芯5B2構(gòu)成，其中，內(nèi)側(cè)鐵芯5B1通過(guò)層疊機(jī)械強(qiáng)度比第一鐵芯5A的多個(gè)電磁鋼板的機(jī)械強(qiáng)度高的多個(gè)電磁鋼板(高強(qiáng)度鋼板)而形成，配置在各永久磁鐵7的徑向內(nèi)側(cè)，多個(gè)磁極間鐵芯5B2與內(nèi)側(cè)鐵芯5B1一體形成，配置在各永久磁鐵7的磁極間17，各磁極間鐵芯5B2以限制各第一鐵芯5A的位置的方式從各第一鐵芯5A的周向端部5A2一直形成至內(nèi)側(cè)鐵芯5B1，在各永久磁鐵7與各磁極間鐵芯5B2之間形成有磁通屏障16。

這樣，通過(guò)使產(chǎn)生轉(zhuǎn)子整體的鐵損中的大部分鐵損的第一鐵芯5A由電磁鋼板構(gòu)成，能夠抑制轉(zhuǎn)子鐵損的增加。此外，承受作用于第一鐵芯5A和永久磁鐵7的離心力的磁極間鐵芯5B2由高強(qiáng)度鋼板構(gòu)成，因此能夠提供耐離心力強(qiáng)度。即，既能夠提高耐離心力強(qiáng)度，又能夠抑制鐵損增加。此外，通過(guò)磁通屏障16能夠增加有效磁通，因此能夠增大產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。

此外，磁通屏障16從各第一鐵芯5A與各磁極間鐵芯5B2的抵接面一直形成至各永久磁鐵7的周向端面7c。采用該結(jié)構(gòu)，與僅在從第一鐵芯5A與各磁極間鐵芯5B2的抵接面至各永久磁鐵7的周向端面7c之間的一部分區(qū)域形成有磁通屏障16的情況相比，能夠抑制漏磁通的增加。

內(nèi)側(cè)鐵芯5B1具有多個(gè)突起5B1b，該突起5B1b形成于與各永久磁鐵7接觸的徑向外側(cè)面5B1a的周向兩端部，并且限制各永久磁鐵7的位置，磁通屏障16從各第一鐵芯5A與各磁極間鐵芯5B2的抵接面一直形成至各突起5B1b。通過(guò)采用該結(jié)構(gòu)，各永久磁鐵7的周向端面7c由各突起5B1b保持，因此在驅(qū)動(dòng)期間能夠保持永久磁鐵7不移動(dòng)，并且能夠抑制漏磁通的增加。

實(shí)施方式2

圖5是本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的永久磁鐵嵌入式電動(dòng)機(jī)100的轉(zhuǎn)子鐵芯5的截面圖。實(shí)施方式2的轉(zhuǎn)子鐵芯5，在實(shí)施方式1的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，還將構(gòu)成第一鐵芯5A的各電磁鋼板的易磁化方向19(構(gòu)成電磁鋼板的材質(zhì)的晶軸方向是最易磁化的方向)如圖5所示那樣設(shè)定為徑向方向。

雖然根據(jù)第一鐵芯5A和定子鐵芯13的齒部在周向上的相對(duì)位置(相位)、以及繞組14的通電狀態(tài)，穿過(guò)第一鐵芯5A的磁通的方向會(huì)稍稍發(fā)生變化，但是在相位整體來(lái)看大致朝向徑向。因此，使構(gòu)成第一鐵芯5A的各電磁鋼板的易磁化方向19與徑向一致來(lái)改善磁特性，由此能夠提高磁回路的效率，并且能夠減少鐵損。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)永久磁鐵嵌入式電動(dòng)機(jī)100的高效率化和高輸出化。

另外，雖然永久磁鐵7的徑向內(nèi)側(cè)的磁通的方向幾乎不根據(jù)相位發(fā)生變化，但是永久磁鐵7的徑向內(nèi)側(cè)的磁通朝向各個(gè)方向。因此，優(yōu)選構(gòu)成第二鐵芯5B的高強(qiáng)度鋼板的磁特性不具有方向性。

實(shí)施方式3

圖6是本發(fā)明的實(shí)施方式3涉及的永久磁鐵嵌入式電動(dòng)機(jī)100的轉(zhuǎn)子鐵芯5的截面圖。在實(shí)施方式3的轉(zhuǎn)子鐵芯5中，各枝部5B22的前端部5B22A以其在配置各永久磁鐵7之前的位置與配置各永久磁鐵7之后的位置相比位于徑向內(nèi)側(cè)的方式形成，使得在配置了各永久磁鐵7時(shí)對(duì)第一鐵芯5A的徑向抵接面5B22b施加朝向徑向內(nèi)側(cè)的作用力。

在圖6中，由實(shí)線(xiàn)表示的前端部5B22A－1表示配置各永久磁鐵7之前的狀態(tài)，由虛線(xiàn)表示的前端部5B22A－2表示配置各永久磁鐵7之后的狀態(tài)。

這樣，實(shí)施方式3的磁極間鐵芯5B2形成為，其枝部5B22的前端部5B22A在配置各永久磁鐵7之前的位置與配置各永久磁鐵7之后的位置相比位于徑向內(nèi)側(cè)。

由此，在將各永久磁鐵7插入到圖2所示的各磁鐵插入孔9中時(shí)，前端部5B22A從由虛線(xiàn)表示的位置變形到由實(shí)線(xiàn)表示的位置。此時(shí)，在枝部5B22中，作用有要使其前端部5B22A的位置返回到由實(shí)線(xiàn)表示的位置的力。該力朝軸中心方向作用于位于前端部5B22A的徑向內(nèi)側(cè)的第一鐵芯5A。因此，能夠使第一鐵芯5A以規(guī)定的按壓力與永久磁鐵7接觸。即，在組裝第一鐵芯5A、第二鐵芯5B和永久磁鐵7之后，永久磁鐵7成為彈性地夾在第一鐵芯5A與第二鐵芯5B之間的狀態(tài)，被牢固地固定在第一鐵芯5A與第二鐵芯5B之間。因此，能夠減輕運(yùn)轉(zhuǎn)期間的噪音及振動(dòng)、或者防止永久磁鐵7破裂、缺損。

另外，以上的實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例，當(dāng)然也能夠與其他的公知技術(shù)組合，在不脫離本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)也能夠進(jìn)行省略一部分等變更而構(gòu)成。

如上所述，本發(fā)明能夠適用于永久磁鐵嵌入式電動(dòng)機(jī)，特別是作為能夠確保耐離心力的機(jī)械強(qiáng)度并能夠抑制鐵損和漏磁通增加的發(fā)明是有效的。