永磁体埋入型旋转电的制造方法
【专利摘要】本发明的目的在于得到一种能够实现转子铁心的高强度、高转矩且低转矩脉动的永磁体埋入型旋转电机。本发明涉及的永磁体埋入型旋转电机包括数个永磁体，该数个永磁体嵌在圆筒状的转子铁心的外周侧，并且沿圆周方向呈等角间距地排列，并且，该数个永磁体分别构成1个磁极。构成1个磁极的永磁体由沿圆周方向呈圆弧状地排列成一列的n个永磁体片构成(其中，n为3以上的整数)，n个永磁体片被分别单独收容保持在贯穿设置于转子铁心上的磁体保持孔中。n个永磁体片被构成为：其形状及定向方向相对于通过磁极中心且包含转子铁心的轴心的平面呈镜面对称，并且被定向为沿圆周方向距离磁极中心越远的永磁体片的定向角度越小。沿圆周方向远离磁极中心的位置处的永磁体片被制作为径向宽度大于圆周方向宽度的略扇状的剖面形状。
【专利说明】永磁体埋入型旋转电机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适用于例如电动汽车(EV)或者混合动力汽车(HEV)的电动机中的永磁体埋入型旋转电机。
【背景技术】
[0002]在现有的永磁体埋入型旋转电机中，在转子主体的、与定子相对侧的侧面附近部分中，沿圆周方向呈等间隔地设有数个沿轴向延伸的保持孔，在这些保持孔中分别插入固定有1个主磁体及辅助磁体，主磁体及辅助磁体按照极性朝向径向外侧的主磁体、极性沿圆周方向朝向逆时针方向的辅助磁体、极性朝向径向内侧的主磁体、极性沿圆周方向朝向顺时针方向的辅助磁体的顺序重复排列2次，即呈所谓的海尔贝克阵列(Halbach Array)(例如参照专利文献1)。
[0003]在其它现有永磁体埋入型旋转电机中，在转子主体的外周部上，以与转子的半径方向垂直的方式埋设有数个矩形的永磁体，矩形永磁体是使数个永磁体片相互邻接而构成的，中央的永磁体片的磁极方向朝向转子半径方向，其他的永磁体片的磁极方向朝向大致向中央的永磁体片的磁极方向线上的1点处汇聚的方向(例如参照专利文献2)。
【现有技术文献】
【专利文献】
[0004]【专利文献1】:日本专利特开2009-219312号公报 【专利文献2】:日本专利第3487667号公报
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0005]在专利文献1所述的现有永磁体埋入型旋转电机中，由于构成相邻磁极的一部分的辅助磁体是未被分割而呈一体的结构，作用于辅助磁体上的离心力变大。因此，当为了应对高速旋转而增大磁体外周侧的桥宽或者磁体间的肋宽时，会导致转矩降低。另外，当增大肋宽时，转子的表面磁通密度分布(以下称为“开放磁通(open flux)”)中产生高次谐波，从而导致齿槽转矩和转矩脉动变大。当转矩脉动变大时，会导致乘坐舒适性变差。
[0006]在专利文献2所述的现有永磁体埋入型旋转电机中，由于构成磁极的数个永磁体片收容在1个磁体收容孔中，因此，开放磁通呈平坦的形状。但是，由于收容在各磁体收容孔中的永磁体的重量增大，因此，在高速旋转时，作用于永磁体的外周侧的桥上的离心力以及经由桥施加于肋上的扭矩变大。因此，当为了应对高速旋转而增大桥宽或者肋宽时，会导致转矩降低。
[0007]本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于得到一种能够实现转子铁心的高强度、高转矩且低转矩脉动的永磁体埋入型旋转电机。
解决技术问题所采用的技术方案
[0008]本发明涉及的永磁体埋入型旋转电机包括定子，定子包括圆环状的定子铁心及卷绕在所述定子铁心上的定子线圈，转子，转子包括圆筒状的转子铁心及数个永磁体，该永磁体嵌在所述转子铁心的外周侧，并且沿圆周方向呈等角间距地排列，数个所述永磁体分别构成1个磁极，该转子以能够旋转的方式设置在所述定子的内周侧。构成所述1个磁极的永磁体由沿圆周方向呈圆弧状地排列成一列的η个永磁体片构成(其中，η为3以上的整数)，所述η个永磁体片被分别单独收容保持在磁体保持孔中，该磁体保持孔以孔方向为轴向的方式贯穿设置于所述转子铁心上。所述η个永磁体片被构成为:其形状及定向方向相对于通过磁极中心且包含所述转子铁心的轴心的平面呈镜面对称。而且，所述η个永磁体片被定向为沿圆周方向距离磁极中心越远的永磁体的定向角度越小。进而，沿圆周方向远离磁极中心的位置处的所述永磁体片被制作为径向宽度大于圆周方向宽度的略扇状的剖面形状。
发明效果
[0009]根据本发明，构成1个磁极的永磁体由沿圆周方向呈圆弧状地排列成一列的η个永磁体片构成，η个永磁体片被分别单独收容保持在磁体保持孔中该磁体保持孔以孔方向为轴向的方式贯穿设置于转子铁心上。因此，在转子旋转时，经由永磁体片作用于位于永磁体片外周侧的外周桥上的离心力变小，从而能够提高转子铁心的抗离心力特性，由此能应对高速旋转。
[0010]η个永磁体片被构成为:其形状及定向方向相对于通过磁极中心且包含转子铁心的轴心的平面呈镜面对称，并且被定向为沿圆周方向距离磁极中心越远的永磁体片的定向角度越小。因此，沿圆周方向呈圆弧状地排列成一列的η个永磁体片的定向方向朝向磁极中心，磁通量增大，提高转矩的同时，开放磁通接近于正弦波，从而能够减少转矩脉动。
[0011 ] 由于沿圆周方向远离磁极中心的位置处的永磁体片被制作为径向宽度大于圆周方向宽度的略扇状的剖面形状，因此，磁通量增加，从而能够获得高转矩。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是表示本发明实施方式1涉及的永磁体埋入型旋转电机的剖面图。
图2是用于说明本发明实施方式1涉及的永磁体埋入型旋转电机的永磁体的排列状态的主要部分剖面图。
图3是用于说明本发明实施方式1涉及的永磁体埋入型旋转电机中的永磁体的定向状态的图。
图4是表示第2永磁体片使用定向角度Θ为0。的永磁体片的旋转电机中的开放磁通的测量结果的图。
图5是表不第2永磁体片使用定向角度Θ为30°的永磁体片的旋转电机中的开放磁通的测量结果的图。
图6是表示第2永磁体片使用定向角度Θ为0。及30°的永磁体片的旋转电机中的开放磁通的分析结果的图。
图7是用于说明进出第2永磁体片的磁通量的剖面图。
图8是表示以第2永磁体片的定向角度Θ为参数的齿槽转矩的分析结果的图。
图9是表示改变第2永磁体片的定向角度Θ并测量齿槽转矩的结果的图。
图10是表示改变第2永磁体片的定向角度Θ并测量转矩的结果的图。 图11是表示本发明实施方式2涉及的永磁体埋入型旋转电机的主要部分剖面图。
图12是表示本发明实施方式3涉及的永磁体埋入型旋转电机的主要部分剖面图。
图13是表示改变切口量并测量转矩的结果的图。
图14是表示适用于本发明实施方式3涉及的永磁体埋入型旋转电机中的第2永磁体片的实施形态的剖面图。
图15是表示适用于本发明实施方式3涉及的永磁体埋入型旋转电机中的第2永磁体片的另一实施形态的剖面图。
图16是表示本发明实施方式4涉及的永磁体埋入型旋转电机的主要部分剖面图。
图17是表示本发明实施方式5涉及的永磁体埋入型旋转电机的主要部分剖面图。
图18是表示本发明实施方式6涉及的永磁体埋入型旋转电机的主要部分剖面图。
图19是表示本发明实施方式7涉及的永磁体埋入型旋转电机的主要部分剖面图。
图20是表示本发明实施方式8涉及的永磁体埋入型旋转电机的主要部分剖面图。
图21是表示改变第2永磁体片的定向角度Θ并测量齿槽转矩的结果的图。
图22是表示改变第2永磁体片的定向角度Θ并测量转矩的结果的图。
【具体实施方式】
[0013]以下，根据附图对本发明的永磁体埋入型旋转电机的适宜实施方式进行说明。
[0014]实施方式1.图1是表示本发明实施方式1涉及的永磁体埋入型旋转电机的剖面图，图2是用于说明本发明实施方式1涉及的永磁体埋入型旋转电机的永磁体的排列状态的主要部分剖面图，图3是用于说明本发明实施方式1涉及的永磁体埋入型旋转电机中的永磁体的定向状态的图。另外，在图2及图3中，箭头表示磁化方向，无箭头的方向为定向方向。
[0015]在图1及图2中，永磁体埋入型旋转电机(以下称为“旋转电机”)1包括定子2和转子5，该转子5以能够旋转的方式配置在定子2的内部。在此，对于20极30槽的旋转电机进行说明，但是，极数及切槽数并不限定于此。
[0016]定子2是将例如电磁钢板层叠而制成的，包括:定子铁心3，该定子铁心3上，沿圆周方向呈等角间距地排列有数个齿3b，该齿3b分别从圆环状的铁心背部3a的内周壁面朝向径向内侧延伸；定子线圈4，该定子线圈4是将导线卷绕在各个齿3b上而被制成的集中卷绕线圈。
[0017]转子5包括:圆环状的转子铁心6，该转子铁心6是将例如电磁钢板层叠而构成的；数个永磁体7，该数个永磁体7以沿轴向延伸的状态嵌在转子铁心6的外周面侧，并且沿圆周方向呈等角间距地配置；圆环状的轴套部8，转子铁心6被嵌入保持在轴套部8中。
[0018]永磁体7分别由第1永磁体片10和两个第2永磁体片11构成，该第1永磁体片10被制作为剖面呈扇形的柱状体，该第2永磁体片11配置在第1永磁体片10的圆周方向两侧，并且被制作为剖面呈扇形的柱状体。而且，第1永磁体片10和两个第2永磁体片11被排列成圆弧状，从而构成1个磁极。另外，第1永磁体片10及第2永磁体片11分别被收容保持在磁体保持孔12、13中，该磁体保持孔12、13以孔方向为轴向的方式贯穿形成于转子铁心6上。
[0019]第1永磁体片10位于磁极的中心，在与转子铁心6的轴心垂直的平面中，第1永磁体片10的定向方向呈径向。如图3所示，在与转子铁心6的轴心垂直的平面中，第2永磁体片11的定向方向相对于圆周方向(与半径方向垂直的方向)的倾斜角度(定向角度)为Θ。而且，从第1永磁体片10及第2永磁体片11的中心位置通过的定向方向为大致在从磁极中心通过的半径方向线上的1点处交叉的方向。另外，第2永磁体片11的径向宽度d大于圆周方向宽度τ。另外，第1永磁体片10的径向宽度与第2永磁体片11相等，而其圆周方向宽度大于第2永磁体片11。
[0020]另外，由第1永磁体片10和第2永磁体片11构成的永磁体7的结构为:其形状、定向方向以及磁化方向相对于通过磁极中心且包含转子铁心6的轴心的面呈镜面对称。进而，在圆周方向上相邻的永磁体7的结构为:其形状及定向方向相对于通过极间肋15b的中心且包含转子铁心6的轴心的面呈镜面对称。
另外，以磁极中心处的转子铁心6的外周部的极性被形成为N极与S极沿圆周方向交替排列的方式，将由第1永磁体片10和第2永磁体片11构成的永磁体7呈等角间距地排列在转子铁心6上。
[0021]在如此构成的旋转电机1中，由于构成1个磁极的永磁体7的结构被分割为1个第1永磁体片10和两个第2永磁体片11，因此，与利用1个永磁体制作永磁体7时相比，可以减轻第1永磁体片10及两个第2永磁体片11的重量。另外，1个第1永磁体片10和两个第2永磁体片11分别被收纳保持在磁体保持孔12、13中。因此，在高速旋转时，经由第1永磁体片10及第2永磁体片11作用于外周桥14上的离心力变小，其中，该外周桥14位于第1永磁体片10及第2永磁体片11的外周侧。进而，经由外周桥14施加于第1永磁体片10与第2永磁体片11之间的磁体间肋15a、以及位于第2永磁体片11之间的极间肋15b上的扭矩变小。因此，能够提高转子铁心6的抗离心力特性，从而能够得到适于高速旋转的转子5。
[0022]由于第2永磁体片11的径向宽度d大于圆周方向宽度τ，因此，在相同容积下，与径向宽度d等于圆周方向宽度τ时相比，与定向方向垂直的剖面积变大，从而磁通量增大，由此能够得到高转矩。
[0023]由于从第1永磁体片10及第2永磁体片11的中心位置通过的定向方向大致在通过磁极中心的半径方向线上的1点处交叉，因此，磁通量增大，从而能够获得高转矩，并且，开放磁通接近于正弦波，从而能够减少转矩脉动。
[0024]接着，根据图4至图6对于配置在第1永磁体片10的圆周方向两侧的第2永磁体片11的定向角度Θ与开放磁通之间的关系进行探讨。图4是表示第2永磁体片使用定向角度Θ为0°的永磁体片的旋转电机中的开放磁通的测量结果的图，图5是表示第2永磁体片使用定向角度Θ为30°的永磁体片的旋转电机中的开放磁通的测量结果的图，图6是表示第2永磁体片使用定向角度Θ为0。及30°的永磁体片的旋转电机中的开放磁通的分析结果的图。另外，使用外径Φ为290mm、内径Φ为212mm的定子、外径Φ为210mm、内径Φ为182mm的转子、以及残余磁通密度为0.875T的磁体。
[0025]由图4可知，当第2永磁体片11的定向角度Θ为0。时，在图4中的虚线部所表示的区域、即第2永磁体片11的区域中，开放磁通急剧变化。另一方面，由图5可知，当第2永磁体片11的定向角度Θ为30°时，在图5的虚线部所表示的区域、即第2永磁体片11的区域中，开放磁通平滑地变化。由此可知，通过使第2永磁体片11的定向角度Θ从0°开始变大，开放磁通的波形接近正弦波。
[0026]由图6可知，与第2永磁体片11的定向角度Θ为0。时相比，当第2永磁体片11的定向角度Θ为30°时，基波(一次谐波)的磁通密度变大。由此可知，通过将第2永磁体片11的定向角度Θ从0。变为30°，能够获得高转矩。
[0027]由图6可知，与第2永磁体片11的定向角度Θ为0。时相比，当第2永磁体片11的定向角度Θ为30°时，成为转矩脉动的主要原因的高次谐波的磁通密度变小。由此可知，通过将第2永磁体片11的定向角度Θ从0°变为30°，能够减少转矩脉动，从而能够提高乘坐舒适度。
[0028]接着，根据图7对于第2永磁体片11的定向角度Θ进行探讨。图7是用于说明进出第2永磁体的磁通量的剖面图，图7中的(a)表示定向角度Θ大于0°且小于90°时的情况，图7中的(b)表示定向角度Θ为90°时的情况。
[0029]在图7中的(a)所示的情况下，以(BdLeC0S θ +B τ Lcsin θ )表示进出第2永磁体片11的磁通量。另外，Bdl^cose为圆周方向的磁通量，Β τ Lpin Θ为径向的磁通量。其中，B为第2永磁体片11的定向方向的磁通密度，L。为第2永磁体片11的轴向长度。
在图7中的(b)所示的情况下，以Β τ L。表示进出第2永磁体片11的磁通量。
[0030]因此，通过按照满足下式的方式设定第2永磁体片11的定向角度Θ、圆周方向宽度τ以及径向宽度d，能够增大进出第2永磁体片11的磁通量，从而能够提高转矩。
(BdLccos θ +B τ Lcsin θ ) > Β τ Lc
将上式进行整理得到下式。
dcos θ + τ (sin θ — 1) > 0
[0031]接着，根据图8至图10对第2永磁体片11的定向角度Θ与齿槽转矩及转矩之间的关系进行探讨。图8是表示以第2永磁体片的定向角度Θ为参数的齿槽转矩的分析结果的图，图9是表示改变第2永磁体片的定向角度Θ并测量齿槽转矩的结果的图，图10是表示改变第2永磁体片的定向角度Θ并测量转矩的结果的图。另外，使用外径Φ为290mm、内径Φ为212mm的定子、外径Φ为210mm、内径Φ为182mm的转子、以及残余磁通密度为
0.875T的磁体。第1永磁体片10的定向角度Θ为90°。
[0032]由图8可知，第2永磁体片11的定向角度Θ为15°时的齿槽转矩的波形的相位与第2永磁体片11的定向角度Θ为60。时的齿槽转矩的波形的相位相反。另外可知，当第2永磁体片11的定向角度Θ为29.6°时，齿槽转矩几乎为零。
[0033]由图9可知，当第2永磁体片11的定向角度Θ从0°开始变大时，齿槽转矩缓慢降低，当定向角度Θ超过15°时，齿槽转矩急剧降低，当定向角度Θ达到29.6°时，齿槽转矩变为最小值，当定向角度Θ超过29.6°时，齿槽转矩急剧增大，当定向角度Θ超过43°时，齿槽转矩缓慢增大。
[0034]由图10可知，当第2永磁体片11的定向角度Θ从0°开始变大时，转矩缓慢增大，当定向角度Θ达到37°时，转矩变为最大值，当定向角度Θ超过37°时，齿槽转矩缓慢降低。
[0035]因此，由图8至图10可知，通过将第2永磁体片11的定向角度Θ设定为15°以上且43°以下，能够得到齿槽转矩低且转矩高的旋转电机。
[0036]实施方式2. 图11是表示本发明实施方式2涉及的永磁体埋入型旋转电机的主要部分剖面图。
[0037]在图11中，夕卜周桥14A被形成为其厚度从圆周方向两端朝向中央部逐渐变薄的拱形。而且，外周桥14A的圆周方向两端部的厚度与上述实施方式1中的外周桥14的圆周方向两端部的厚度一致。
另外，其他构成与上述实施方式1相同。
[0038]根据该实施方式2，由于外周桥14A被形成为其厚度从圆周方向两端朝向中央部逐渐变小的拱形，因此，能够缓和外周桥14A的圆周方向两端部的局部应力集中，从而能够使作用于外周桥14A上的应力变均匀。因此，在该实施方式2中，能够提高转子铁心6A的抗离心力特性，从而能够得到适于高速旋转的转子5A。
[0039]呈拱形状的外周桥14A的圆周方向两端部的厚度与上述实施方式1中的外周桥14的圆周方向两端部的厚度相等。因此，无需增大转子铁心6A的外径，并且无需增大从外周桥14A朝向磁体间肋15a或者极间肋15b的磁通泄漏，便可增大磁体保持孔12A、13A的孔剖面积、即增大第1永磁体片10A及第2永磁体片11A的剖面积，从而能够提高转矩。
[0040]在此，由于具有提高保持力的效果的Dy (镝)的价格高企，因而正在研究采用少Dy磁体。与Dy磁体相比，少Dy磁体的消磁特性降低，因此，要通过增大磁体的容积来弥补消磁特性的降低。在实施方式1中，在未增大转子铁心6的外径的情况下增大磁体的容积、SP增大磁体的厚度，会使外周桥14的厚度变薄，从而会导致转子铁心6的强度降低。
在本转子铁心6A中，如上所述，无需增大转子铁心6A的外径便可增大磁体的容积、即增大磁体的厚度，因而适于采用少Dy磁体的旋转电机。
[0041]实施方式3.图12是表示本发明实施方式3涉及的永磁体埋入型旋转电机的主要部分剖面图。
[0042]在图12中，在配置在第1永磁体片10的圆周方向两侧的第2永磁体片11Βρ11Β2中，将实施方式1中的第2永磁体片11的圆周方向外侧的面与内周面相交叉的角部切除，从而形成作为第1切口的倒角部16a。磁体保持孔12B被形成为能够收容第2永磁体片ΙΙΒρΙ^的孔形状。
另外，其他构成与上述实施方式1相同。
[0043]在该实施方式3中，由第1永磁体片10和第2永磁体片11Βρ11Β2构成的永磁体7Β被构成为:其形状、定向方向以及磁化方向相对于通过磁极中心且包含转子铁心6Β的轴心的面呈镜面对称。进而，在圆周方向上相邻的永磁体7Β被构成为:其形状及定向方向相对于通过极间肋15b的中心且包含转子铁心6B的轴心的面呈镜面对称。
[0044]根据该实施方式3，由于第2永磁体片11Βρ11Β2的倒角部16a是将扇形剖面的圆周方向外侧的内径侧角部切除而形成的，因此，能够从外观上容易地分辨出是配置在第1永磁体片10的圆周方向一侧的磁体片、还是配置在圆周方向另一侧的磁体片。因此，能够抑制发生第2永磁体片1川1、1川2的误组装，从而能够提高转子58的组装性。另外，不需要标注表不第2永磁体片111^、11132相对于第1永磁体片10的圆周方向位置的标记的装置、或者确认第2永磁体片llBpllBs的定向方向的装置。
[0045]另外，在相邻的永磁体7B中，第2永磁体片1%彼此、以及第2永磁体片11B2彼此的磁化方向不同，但是定向方向相同。因此，在将永磁体7B安装在转子铁心6B中后对永磁体7B进行磁化的情况下，即使在相邻的永磁体7B中将第2永磁体片llBi彼此、或者第2永磁体片1川2彼此调换，也不会发生问题。
[0046]接着，根据图13对于倒角部16a与转矩之间的关系进行探讨。图13是表示改变倒角量并测量转矩的结果的图。另外，横轴表示磁体减少率，纵轴表示转矩的相对值，并且将使用倒角前的第2永磁体片时的转矩设为1。磁体减少率为(倒角后的第2永磁体的重量/倒角前的第2永磁体的重量)X 100。
[0047]由图13可知，当磁体减少率增大时，转矩逐渐变小。而且，当磁体减少率为8%时，转矩的减少小于1 %。
[0048]由此，即使形成倒角部16a，也能够抑制旋转电机的转矩减少。另外，通过形成倒角部16a而使第2永磁体片的重量减轻，因而能够提高转子铁心6B的抗离心力特性，从而能够得到适于高速旋转的转子5B，并且能够降低磁体的成本。
[0049]另外，在上述实施方式3中，倒角部16a形成于第2永磁体片11Βρ11Β2的圆周方向外侧的面与内周面的交叉部处，但是，第1切口的形成位置并不限定于此。例如，既可以如图14所示将作为第1切口的倒角部16b形成于第2永磁体片llBi的圆周方向外侧的面与外周面的交叉部处，也可以如图15所示在第2永磁体片llBi的圆周方向外侧的面的径向中央位置处形成半圆状的第1切口 16c。
[0050]实施方式4.图16是表示本发明实施方式4涉及的永磁体埋入型旋转电机的主要部分剖面图。
[0051]在图16中，在转子铁心6C的极间肋15b的内径侧突出设有键部17，在转子铁心6C的键部17的根部凹设有键槽退刀槽18。在轴套部8A的外周面上凹设有键槽19，键槽17能够嵌合在键槽19中。
另外，其他构成与上述实施方式3相同。
[0052]由于倒角部16a形成于第2永磁体片11Βρ11Β2的圆周方向外侧的内径侧角部上，因此，夹在倒角部16a之间的极间肋15b内径侧的空间成为空闲空间。
在该实施方式4中，由于键部17及键槽退刀槽18形成于该空闲空间中，因此，无需增大转子铁心6C的直径便可在转子铁心6C上形成与轴套部8A的结合部。
[0053]另外，在上述实施方式4中，与轴套部的结合部形成于极间肋的内径侧的空闲空间中，但是，也可以在极间肋的内径侧的空闲空间中形成用于将构成转子铁心的电磁钢板的层积体一体化的铆接部。
[0054]实施方式5.图17是表示本发明实施方式5涉及的永磁体埋入型旋转电机的主要部分剖面图。
[0055]在图17中，构成1个磁极的永磁体7D由第1永磁体片20和第2永磁体片21构成，该第2永磁体片21配置在第1永磁体片20的圆周方向两侧。第1永磁体片20及第2永磁体片21被制作为相同的剖面形状，并且在磁体保持孔27中分别收容保持有1个。
另外，其他构成与上述实施方式1相同。
[0056]在上述实施方式1中，由于第1永磁体片10大于第2永磁体片11,因此,在高速旋转时，经由第1永磁体片10对于第1永磁体片10的外周侧的外周桥14施加较大的离心力。由此，应力集中在第1永磁体片10的外周侧的外周桥14上。
[0057]在该实施方式5中，由于第1永磁体片20与第2永磁体片21大小相同，因此，当构成1个磁极的永磁体7D的容积与实施方式1中的永磁体7相同时，第1永磁体片20及第2永磁体片22的容积小于第1永磁体片10。因此，在高速旋转时，经由第1永磁体片20或者第2永磁体片21作用于外周桥14上的离心力，小于经由第1永磁体片10作用于外周桥14上的离心力。由此，应力均匀地施加于位于第1永磁体片20及第2永磁体片21的外周侧的3个外周桥14上，从而能够缓和局部应力集中，因此，能够提高转子铁心6D的抗离心力特性，从而能够得到适于高速旋转的转子
[0058]实施方式6.图18是表示本发明实施方式6涉及的永磁体埋入型旋转电机的主要部分剖面图。
[0059]在图18中，在转子铁心6E的外周面的、磁体间肋15a及极间肋15b的外径侧，呈圆弧状地凹设有第2切口 22。
另外，其他构成与上述实施方式1相同。
[0060]根据该实施方式6，由于在磁体间肋15a及极间肋15b的外径侧凹设有第2切口22，因此，外周肋14与磁体间肋15a及极间肋15b的连结部的磁阻增大。因此，能够减少从外周肋14流入磁体间肋15a及极间肋15b的漏磁通，从而能够获得高转矩。
[0061]实施方式7.图19是表示本发明实施方式7涉及的永磁体埋入型旋转电机的主要部分剖面图。
[0062]在图19中，构成磁极的永磁体7F由两个第1永磁体片23和两个第2永磁体片24构成，其中，两个第1永磁体片23在圆周方向上相邻而配置,两个第2永磁体片24配置在两个第1永磁体片23的圆周方向两侧。第1永磁体片23的剖面呈扇状，并且其径向宽度与第2永磁体片24相同，而圆周方向宽度大于第2永磁体片24。第2永磁体片24的剖面呈径向宽度大于圆周方向宽度的扇状。第1永磁体片23的定向角度Θ大于第2永磁体片24的定向角度Θ。
[0063]永磁体7F被构成为:其形状、定向方向以及磁化方向相对于通过磁极中心且包含转子铁心6F的轴心的面呈镜面对称。进而,在圆周方向上相邻的永磁体7F被构成为:其形状及定向方向相对于通过极间肋15b的中心且包含转子铁心6F的轴心的面呈镜面对称。
另外，永磁体7F呈等角间距地排列在转子铁心6F上，使得磁极中心处的转子铁心6F的外周部的极性被形成为N极与S极沿圆周方向交替排列。
另外，其他构成与上述实施方式1相同。
[0064]在该实施方式7中，构成1个磁极的永磁体7F的结构被分割为两个第1永磁体片23和两个第2永磁体片24，并且，第1永磁体片23及第2永磁体片24分别被收纳保持在磁体保持孔25、26中。因此，在高速旋转时，经由外周桥14施加于磁体间肋15a及极间肋15b上的扭矩变小，从而能够提高转子铁心6F的抗离心力特性，由此能够得到适于高速旋转的转子5F。
[0065]由于第2永磁体片24的径向宽度大于圆周方向宽度，因此，相同容积下，与径向宽度等于圆周方向宽度时相比，与定向方向垂直的剖面积变大，从而磁通量增大，由此能够得到高转矩。
[0066]由于第1永磁体片23的定向角度Θ大于第2永磁体片24的定向角度Θ，并且，构成永磁体7F的第1永磁体片23及第2永磁体片24的定向方向相对于通过磁极中心且包含转子铁心6F的轴心的面呈镜面对称，因此，磁通量增大，从而能够获得高转矩，并且，开放磁通接近于正弦波，从而能够减少转矩脉动。
[0067]实施方式8.图20是表示本发明实施方式8涉及的永磁体埋入型旋转电机的主要部分剖面图。
[0068]在图20中，构成磁极的永磁体7G由两个第1永磁体片30和两个第2永磁体片31构成，其中，两个第1永磁体片30在圆周方向上相邻而配置,两个第2永磁体片31配置在两个第1永磁体片30的圆周方向两侧。第1永磁体片30被形成为将上述实施方式1中的第1永磁体片10沿圆周方向大致二等分后的扇状剖面。即，第1永磁体片30的容积缩小与磁体间肋15a部分相对应的量。第2永磁体片31被制作为与上述实施方式1中的第2永磁体片11相同的扇状剖面。第1永磁体片30的定向角度θ大于第2永磁体片31的定向角度Θ。
[0069]永磁体7G被构成为:其形状、定向方向以及磁化方向相对于通过磁极中心且包含转子铁心6G的轴心的面呈镜面对称。进而,在圆周方向上相邻的永磁体7G被构成为:其形状及定向方向相对于通过极间肋15b的中心且包含转子铁心6G的轴心的面呈镜面对称。
另外，永磁体7G呈等角间距地排列在转子铁心6G上，使得磁极中心处的转子铁心6G的外周部的极性被形成为N极与S极沿圆周方向交替排列。
另外，其他构成与上述实施方式1相同。
[0070]在该实施方式8中，构成1个磁极的永磁体7G的结构被分割为两个第1永磁体片30和两个第2永磁体片31，并且，第1永磁体片30及第2永磁体片31分别被收纳保持在磁体保持孔32、33中。因此，在高速旋转时，经由外周桥14施加于磁体间肋15a及极间肋15b上的扭矩变小，从而能够提高转子铁心6G的抗离心力特性，由此能够得到适于高速旋转的转子5G。
[0071 ] 由于第2永磁体片31的径向宽度大于圆周方向宽度，因此，相同容积下，与径向宽度等于圆周方向宽度时相比，与定向方向垂直的剖面积变大，从而磁通量增大，由此能够得到高转矩。
[0072]由于第1永磁体片30的定向角度Θ大于第2永磁体片31的定向角度Θ，并且，构成永磁体7G的第1永磁体片30及第2永磁体片31的定向方向相对于通过磁极中心且包含转子铁心6G的轴心的面呈镜面对称，因此，磁通量增大，从而能够获得高转矩，并且，开放磁通接近于正弦波，从而能够减少转矩脉动。
[0073]在此，对于第2永磁体片31的定向角度Θ与齿槽转矩及转矩之间的关系进行探讨。图21是表示改变第2永磁体片的定向角度Θ并测量齿槽转矩的结果的图，图22是表示改变第2永磁体片的定向角度Θ并测量转矩的结果的图。在图21及图22中，虚线表示第1永磁体片的定向角度Θ为90。时的情况，实线表示第1永磁体片的定向角度Θ为70°时的情况。另外，为了便于比较，以点划线表示实施方式1中的测量结果。另外，使用外径Φ为290mm、内径Φ为212mm的定子、夕卜径Φ为210mm、内径Φ为182mm的转子、以及残余磁通密度为0.875T的磁体。
[0074]由图21可知，在第1永磁体片30的定向角度Θ为90°的情况下，当第2永磁体片31的定向角度Θ从0。开始变大时，齿槽转矩缓慢降低，当第2永磁体片31的定向角度Θ超过15°时，齿槽转矩急剧降低，当第2永磁体片31的定向角度Θ达到30°时，齿槽转矩变为最小值，当第2永磁体片31的定向角度Θ超过30°时，齿槽转矩急剧增大，当第2永磁体片31的定向角度Θ超过45°时，齿槽转矩缓慢增大。
[0075]由此可知，在第1永磁体片30的定向角度Θ为90°的情况下，与实施方式1同样地，通过将第2永磁体片31的定向角度Θ设定为15°以上且43°以下，能够实现低齿槽转矩。在第1永磁体片30的定向角度Θ为90°的情况下，齿槽转矩的极小值大于实施方式1。推测这是因为:通过将第1永磁体片10分割为两个第1永磁体片30，从而在极中心存在磁体间肋15a。
[0076]由图21可知，在第1永磁体片30的定向角度Θ为70°的情况下，当第2永磁体片31的定向角度Θ从0。开始变大时，齿槽转矩缓慢降低，当第2永磁体片31的定向角度Θ超过15°时，齿槽转矩急剧降低，当第2永磁体片31的定向角度Θ达到23°时，齿槽转矩变为最小值，当第2永磁体片31的定向角度Θ超过23°时，齿槽转矩急剧增大，当第2永磁体片31的定向角度Θ超过45°时,齿槽转矩缓慢增大。另外可知，通过使第1永磁体片30的定向角度Θ从90°开始变小，齿槽转矩变小，并且齿槽转矩达到极小的第2永磁体片31的定向角度Θ变小。
[0077]由图21可知，在第1永磁体片30的定向角度Θ为70°的情况下，通过将第2永磁体片31的定向角度Θ设定为15°以上且30°以下，能够实现低齿槽转矩。
[0078]由图22可知，在第1永磁体片30的定向角度Θ为90°及70°的情况下，当第2永磁体片31的定向角度Θ从0。开始变大时，转矩缓慢增大，当第2永磁体片31的定向角度Θ达到37°时，转矩变为最大值，当第2永磁体片31的定向角度Θ超过37°时，齿槽转矩缓慢降低。另外，在第1永磁体片30的定向角度Θ为90°及70°的情况下，转矩小于实施方式1。推测这是因为:与第1永磁体片10相比，第1永磁体片30的磁体量减少与磁体间肋15a部分相对应的量。
[0079]因此，在第1永磁体片30的定向角度Θ为90°的情况下，与实施方式1同样地，通过将第2永磁体片31的定向角度Θ设定为15°以上且43°以下，能够得到齿槽转矩低且转矩高的旋转电气。
另外，在第1永磁体片30的定向角度Θ为70°的情况下，通过将第2永磁体片31的定向角度Θ设定为15°以上且30°以下，能够得到齿槽转矩低的旋转电气。
[0080]另外，在上述各实施方式中，1个磁极的永磁体的结构被分割为3个或者4个永磁体片，但是，构成1个磁极的永磁体的分割数并不限定为3个或者4个，也可以是5个以上。该情况下，只要构成1个磁极的永磁体的永磁体片组被构成为:其形状及定向方向相对于通过磁极中心且包含转子铁心的轴心的面呈镜面对称，并且距离磁极中心越远的永磁体片的定向角度Θ越小即可。另外，当构成1个磁极的永磁体的永磁体片的数量为奇数时，位于磁极中心的永磁体的定向角度Θ为90°、即其定向方向为径向。
【权利要求】
1.一种永磁体埋入型旋转电机，其特征在于，包括: 定子，该定子具有圆环状的定子铁心及卷绕在所述定子铁心上的定子线圈，和 转子，该转子具有圆筒状的转子铁心及数个永磁体，并且以能够旋转的方式被配置在所述定子的内周侧，数个所述永磁体嵌在所述转子铁心的外周侧并沿圆周方向呈等角间距地排列，并且，数个所述永磁体分别构成I个磁极， 构成所述I个磁极的永磁体由沿圆周方向呈圆弧状地排列成一列的η个永磁体片构成，其中，η为3以上的整数， 所述η个永磁体片分别单独被收容保持在磁体保持孔中该磁体保持孔以孔方向为轴向的方式贯穿设置于所述转子铁心上， 所述η个永磁体片被构成为:其形状及定向方向相对于通过磁极中心且包含所述转子铁心的轴心的平面呈镜面对称， 所述η个永磁体片被定向为:沿圆周方向距离磁极中心越远的永磁体的定向角度越小， 沿圆周方向远离磁极中心的位置处的所述永磁体片被制作为径向宽度大于圆周方向宽度的略扇状的剖面形状。
2.根据权利要求1所述的永磁体埋入型旋转电机，其特征在于，沿圆周方向远离磁极中心的位置处的所述永磁体片被构成为:在将定向角度设为Θ、径向宽度设为d、圆周方向宽度设为τ时满足下式。
dcos Θ + τ (sin θ — I) > O
3.根据权利要求1所述的永磁体埋入型旋转电机，其特征在于，位于所述转子铁心的所述磁体保持孔的径向外侧的外周桥被构成为:径向厚度从圆周方向两端朝向中央逐渐变薄的拱形。
4.根据权利要求1所述的永磁体埋入型旋转电机，其特征在于，所述永磁体片的数量为3个或者4个，并且，当位于磁极中心处的永磁体片或者位于磁极中心侧的永磁体片的定向角度为90°时,位于圆周方向两端的永磁体片的定向角度为15°以上且43°以下。
5.根据权利要求1所述的永磁体埋入型旋转电机，其特征在于，所述永磁体片的数量为4个,并且,当位于磁极中心侧的永磁体片的定向角度为70°时,位于圆周方向两端的永磁体片的定向角度为15°以上且30°以下。
6.根据权利要求1所述的永磁体埋入型旋转电机，其特征在于，通过将所述η个永磁体片中位于圆周方向两端的永磁体片的周面的一部分切除而形成第I切口。
7.根据权利要求6所述的永磁体埋入型旋转电机，其特征在于，通过将位于所述η个永磁体片的圆周方向两端的永磁体片的圆周方向外侧的面与内周面之间的角部切除而形成所述第I切口。
8.根据权利要求1所述的永磁体埋入型旋转电机，其特征在于，所述η个永磁体片被制作为同一剖面形状。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的永磁体埋入型旋转电机，其特征在于，通过将所述转子铁心的外周面的、位于所述磁体保持孔之间的肋的径向外侧部位呈圆弧状地切除而形成第2切口。
【文档编号】H02K1/27GK104321952SQ201280073396
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2012年5月22日 优先权日:2012年5月22日
【发明者】茅野慎介, 井上正哉, 西村慎二, 枦山盛幸, 笹井拓真 申请人:三菱电机株式会社