永磁體嵌入式旋轉(zhuǎn)電機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電動機、發(fā)電機等具有轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)電機，特別涉及一種在轉(zhuǎn)子中嵌入了永磁體的永磁體嵌入式旋轉(zhuǎn)電機。
【背景技術(shù)】
[0002]圖4的(a)、圖4的(b)是表不以往的永磁體嵌入式旋轉(zhuǎn)電機的一例子，即IPM電動機的轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)的剖視圖，圖4的(c)是表示該轉(zhuǎn)子的外周面的圖。該以往例的IPM電動機為專利文獻I所公開的電動機。該IPM電動機將以朝向轉(zhuǎn)子10的外側(cè)擴張的方式配置為V字狀的兩個永磁體13a、13b作為一個極，通過在轉(zhuǎn)子10的內(nèi)部嵌入多組兩個永磁體13a、13b而形成多個極。另外，轉(zhuǎn)子10是通過將圖4的(a)所示的層疊鋼板11和圖4的(b)所示的層疊鋼板12如圖4的(c)所示那樣一層一層地交替層疊而構(gòu)成的，或是以多層為單位交替層疊而構(gòu)成的。
[0003]如圖4的(a)所示，在層疊鋼板11上，作為一個極形成兩個保持孔部18a、18b、兩個空洞部14a、14b以及兩個空洞部15a、15b，這樣的組合形成有多組。具體而言，作為一個極，形成有:兩個保持孔部18a、18b，上述兩個保持孔部18a、18b配置為V字狀，并用于保持兩個永磁體13a、13b ;兩個空洞部14a、14b，上述兩個空洞部14a、14b配置于兩個保持孔部18a、18b彼此之間的部分(V字的中央部分)并分別與各保持孔部18a、18b連通；以及兩個空洞部15a、15b，上述兩個空洞部15a、15b配置在與相鄰的另一極之間的部分(V字的端部部分)并分別與各保持孔部18a、18b連通。
[0004]保持孔部18a、空洞部14a、空洞部15a成為一個連續(xù)的區(qū)域(孔)，另外，保持孔部18b、空洞部14b、空洞部15b也成為一個連續(xù)的區(qū)域(孔)，在對層疊鋼板11進行沖切加工時，可以分別作為一個孔進行沖切。通過沖切加工，在空洞部15a、15b的外緣側(cè)形成側(cè)橋(日文:寸彳 F7'' 'J V 夕)19a、19b。
[0005]另外，如圖4的(b)所示，在層疊鋼板12上，作為一個極形成兩個保持孔部18a’、18b’、兩個空洞部14a’、14b’以及兩個切口部16a、16b，這樣的組合形成有多組。層疊鋼板12上的保持孔部18a’、18b’、空洞部14a’、14b’分別與層疊鋼板11上的保持孔部18a、18b、空洞部14a、14b等同。具體而言，作為一個極，形成有:兩個保持孔部18a’、18b’，上述兩個保持孔部18a’、18b’配置為V字狀，并用于保持兩個永磁體13a、13b ;兩個空洞部14a’、14b’，上述兩個空洞部14a’、14b’配置于兩個保持孔部18a’、18b’彼此之間的部分(V字的中央部分)并分別與各保持孔部18a’、18b’連通；以及兩個切口部16a、16b，上述兩個切口部16a、16b配置為分別與各空洞部15a、15b重疊，并分別與各保持孔部18a’、18b’連通并且上述兩個切口部16a、16b連通至層疊鋼板12的外緣。各切口部16a、16b配置為分別在內(nèi)部包含各空洞部15a、15b，由此，配置為分別與各空洞部15a、15b重疊。
[0006]保持孔部18a’、空洞部14a’、切口部16a成為一個連續(xù)的區(qū)域(切口)，另外，保持孔部18b’、空洞部14b’、切口部16b也成為一個連續(xù)的區(qū)域(切口)，在對層疊鋼板12進行沖切加工時，可以分別作為一個切口進行沖切。
[0007]在層疊鋼板11上的空洞部14a與空洞部14b之間、層疊鋼板12上的空洞部14a’與空洞部14b’之間具有中間橋(日文夕7''y V )19co在層疊鋼板11和層疊鋼板12上，比永磁體靠內(nèi)周側(cè)的區(qū)域和靠外周側(cè)的區(qū)域借助該中間橋19c連接起來。
[0008]而且，在將上述層疊鋼板11、12—層一層交替層疊的情況下，轉(zhuǎn)子10的外周面成為圖4的(c)所示的外觀，切口部16a、16b分別成為一列，并隔著一層層疊鋼板地進行配置。
[0009]在該以往例中，將層疊鋼板11和層疊鋼板12交替層疊，在層疊鋼板12上，磁通通過切口部16a、16b，因此，即使在層疊鋼板11上不減小側(cè)橋19a、19b的寬度，也能夠降低磁短路。具體而言，由于在層疊鋼板12具有切口部16a、16b，因此，將各鋼板上的永磁體與轉(zhuǎn)子外周面之間的鐵芯的截面積總計而得到的總截面積(即，將側(cè)橋19a、19b的部分的截面積總計而得到的總截面積)成為1/2，其結(jié)果，能夠降低磁短路。
[0010]另外，在層疊鋼板12上，在與鄰接的另一極之間的部位形成有切口部16a、16b，由于不存在鐵芯，因此，能夠使切口部16a、16b處的磁阻大于側(cè)橋19a、19b處的磁阻。而且，由于將層疊鋼板11和層疊鋼板12交替層疊，因此，能夠使磁阻大于僅使用了層疊鋼板11的情況下的磁阻。因而，通過降低切口部16a、16b處的磁短路，能夠抑制磁通泄漏，從而能夠向定子側(cè)供給更多的磁通，能夠謀求提高電動機效率。而且，在層疊鋼板12上，由于在d軸磁通、q軸磁通所通過部分存在有鐵芯，因此，能夠維持期望的磁阻轉(zhuǎn)矩。
[0011]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于沖切加工性、耐離心力性，即使在需要將側(cè)橋19a、19b設(shè)為規(guī)定的寬度的情況下，由于存在切口部16a、16b，因此能夠確保規(guī)定的寬度作為側(cè)橋19a、19b的寬度，并且能夠增大磁阻而抑制磁通泄漏。
_2] 現(xiàn)有技術(shù)文獻_3] 專利文獻
[0014]專利文獻1:日本特開2011 — 4480號公報
[0015]然而，由于上述的以往的永磁體嵌入式旋轉(zhuǎn)電機利用形狀不同的多種轉(zhuǎn)子鋼材構(gòu)成了轉(zhuǎn)子，因此，存在如下問題。首先，在制造轉(zhuǎn)子時，需要用于制造轉(zhuǎn)子鋼材的多種沖切模具，導(dǎo)致存在構(gòu)件、模具的管理變得復(fù)雜的問題。另外，形狀不同的轉(zhuǎn)子鋼材的強度特性彼此不同。盡管如此，在以往的永磁體嵌入式旋轉(zhuǎn)電機中，在多種轉(zhuǎn)子鋼材的彼此之中，需要使磁體、軸的形狀、配置相同。因此，使得磁體、軸的形狀、配置的設(shè)計范圍大幅縮小。其結(jié)果，不得不使用較小的磁體、較細(xì)的軸，因此，較大程度地限制了旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩。另夕卜，在通過層疊形狀不同的多個種類的轉(zhuǎn)子鋼材而構(gòu)成轉(zhuǎn)子的情況下，在設(shè)計轉(zhuǎn)子時，需要進行三維的磁場計算、強度計算，而存在計算負(fù)荷增大，而且計算精度下降的問題。另外，形狀不同的多種轉(zhuǎn)子鋼材無法從作為整體構(gòu)件的鋼材上通過例如利用線切割等進行的去除加工來形成。因此，存在加工成本增大的問題。
[0016]另外，由于以往的永磁體嵌入式旋轉(zhuǎn)電機在構(gòu)成轉(zhuǎn)子的兩種鋼板中的一種鋼板上具有側(cè)橋19a、19b，因此，存在以下的問題。首先，由于具有側(cè)橋19a、19b，因此，永磁體的泄漏磁通量依然殘留不少，另外，磁阻也遠(yuǎn)大于零。這對增加使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩造成了妨礙。另外，由于以往的永磁體嵌入式旋轉(zhuǎn)電機在轉(zhuǎn)子上具有側(cè)橋19a、19b，因此，轉(zhuǎn)子軸向上的通風(fēng)較差。該轉(zhuǎn)子的通風(fēng)較差成為了妨礙轉(zhuǎn)子、特別是其中的永磁體冷卻的原因。另外，由于在轉(zhuǎn)子上具有側(cè)橋19a、19b，因此，相對于離心力而言，支承永磁體的力變得不均勻，而存在有在永磁體內(nèi)部產(chǎn)生較大的應(yīng)力的問題。
[0017]另外，通常，針對永磁體嵌入式旋轉(zhuǎn)電機而言，在將轉(zhuǎn)子鋼材嵌合并固定于軸的情況下，在轉(zhuǎn)子鋼材上殘留有周向上的組裝殘余應(yīng)力。該組裝殘余應(yīng)力主要殘留的范圍為在以轉(zhuǎn)子軸為中心的圓周上未存在孔、切口的半徑范圍(即以環(huán)狀相連接的范圍)。以往例的情況下，由于存在側(cè)橋19a、1%，因此，在轉(zhuǎn)子的最外周具有環(huán)狀區(qū)域，在該最外周的環(huán)狀區(qū)域殘留有拉伸殘余應(yīng)力。另外，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，在側(cè)橋19a、19b上施加有由離心力引起的剪切應(yīng)力。因而，為了防止在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時側(cè)橋19a、19b破損，需要增加側(cè)橋19a、19b的寬度。因此，在以往例子中，難以削減泄漏磁通量。
[0018]另外，在以往例子中，在中間橋19c所處位置的附近殘留有較大的組裝殘余應(yīng)力。另一方面，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，在中間橋19c產(chǎn)生由離心力產(chǎn)生的較大的拉伸應(yīng)力(以下稱為離心應(yīng)力)。以往的永磁體嵌入式旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子的該組裝殘余應(yīng)力所產(chǎn)生的區(qū)域和離心應(yīng)力所產(chǎn)生的區(qū)域接近，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的強度設(shè)計較難。為了使轉(zhuǎn)子能夠高速旋轉(zhuǎn)，需要使拉伸殘余應(yīng)力的產(chǎn)生范圍內(nèi)不產(chǎn)生較大的應(yīng)力。為了該應(yīng)力緩和，例如考慮有對中間橋19c進行曲率半徑較大的倒角。但是，若實施這樣的曲率半徑較大的倒角，則減小了配置磁體的空間，而限制了轉(zhuǎn)矩。這樣，在以往例中，由于不存在緩和應(yīng)力的有效的方法，因此，存在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速被限制或磁體的大小被限制而使轉(zhuǎn)矩被限制的問題。
[0019]另外，通常，若在轉(zhuǎn)子的外周面設(shè)置凹凸，則能夠?qū)⒃谵D(zhuǎn)子上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的高次諧波成分轉(zhuǎn)化為基波成分，能夠減少轉(zhuǎn)矩脈動而使轉(zhuǎn)矩增大。但是，如以往例所示，對于在磁體嵌入孔的外側(cè)具有沒有孔、凹陷的、環(huán)狀的最外周區(qū)域的轉(zhuǎn)子而言，在最外周的環(huán)狀的區(qū)域殘留組裝殘余應(yīng)力。因而，在以往的轉(zhuǎn)子中，難以在轉(zhuǎn)子的這樣的殘留有殘余應(yīng)力的最外周面設(shè)置用于引起應(yīng)力集中的凹凸。因此，以往的永磁體嵌入式旋轉(zhuǎn)電機難以通過在轉(zhuǎn)子的外周面設(shè)置凹凸來提高轉(zhuǎn)矩。