内置式永磁电机及转子的制作方法
【专利摘要】本发明涉及内置式永磁电机及转子，该内置式永磁电机的转子不增大制造成本就可以降低永久磁体的短路磁通并提高扭矩。内置式永磁电机（100）的转子（2）在转子芯（40）的一个磁体收容部（42）内配置有多个永久磁体（50）。连接转子芯外周部（40a）和转子芯内周部（40b）的肋部（43）每隔多个磁极进行配置。
【专利说明】内置式永磁电机及转子
【技术领域】
[0001]本发明涉及将永久磁体嵌入至转子芯内的结构改良后的转子及内置式永磁电机(埋的込?永久磁石型? 一夕)。
【背景技术】
[0002]内置式永磁电机(IPM电机)在转子芯内沿其圆周方向均等地嵌入有多个永久磁体。IPM电机具有永久磁体的磁通的一部分在转子芯内短路而扭矩降低的问题。
[0003]作为提高IPM电机的扭矩的技术，提出以下IPM电机，其通过将转子外半径RO和永久磁体的最内侧的半径Rl的比设定成Rl / RO >0.85，来提高扭矩(例如，参照专利文献I)。
[0004]还提出有每一个磁极使用两个以上的永久磁体来提高扭矩的IPM电机(例如，参照专利文献2)。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:(日本)专利第3592948号公报
[0008]专利文献2:(日本)专利第3835231号公报
[0009]但是，在专利文献I的技术中，在具有连接转子芯外周部和内周部的肋部的转子芯形状方面，长方形状的永久磁体的宽度尺寸具有受Rl / RO的比和肋部厚度的组合制约的界限值。永久磁体的磁通量受该界限值限制。另外，经过肋部的永久磁体的短路磁通多，并且扭矩降低。
[0010]另外，在专利文献2的技术中，永久磁体的个数非常多，不仅永久磁体的成本增大，而且制造成本增大。
【发明内容】
[0011]本发明是鉴于上述情况而创立的，其目的在于，提供不增大制造成本而能够降低永久磁体的短路磁通并提高扭矩的内置式永磁电机及该内置式永磁电机的转子。
[0012]用于实现所述目的的本发明提供一种内置式永磁电机，其在转子芯的多个磁体收容部装入有永久磁体。
[0013]在一个所述磁体收容部内配置有多个永久磁体。连接转子芯外周部和转子芯内周部的肋部每隔多个磁极进行配置。
[0014]发明效果
[0015]根据本发明，连接转子芯外周部和转子芯内周部的肋部每隔多个磁极进行配置。通过将肋部每隔多个磁极进行配置，可以减少短路磁路，不增大制造成本而降低永久磁体的短路磁通并提闻扭矩。
【专利附图】
【附图说明】[0016]图1是实施方式I的内置式永磁电机的概略剖面图；
[0017]图2是用于说明实施方式I的内置式永磁电机的转子的图，图2A是转子芯片(π一夕2 7 —卜)的正面图，图2B是转子芯的立体图，图2C是插入永久磁体的状态的说明图；
[0018]图3是关于现有构造的转子芯形状和实施方式I的转子芯形状，用于比较永久磁体的短路磁通的流动和永久磁体宽度的图，图3A表示现有构造的转子芯形状，图3B表示实施方式I的转子芯形状；
[0019]图4是用于说明实施方式2的内置式永磁电机的转子的图，图4A是转子芯片的正面图，图4B是转子芯的半分割状态的立体图，图4C是插入永久磁体的状态的说明图；
[0020]图5是用于说明实施方式3的内置式永磁电机的转子的图，图5A是转子芯片的正面图，图5B是转子芯的立体图，图5C是插入永久磁体的状态的说明图；
[0021]图6是用于说明实施方式4的内置式永磁电机的转子的图，图6A是转子芯片的正面图，图6B是转子芯的半分割状态的立体图，图6C是插入永久磁体的状态的说明图；以及
[0022]图7是用于说明现有构造的内置式永磁电机的转子的图，图7A是转子芯片的正面图，图7B是转子芯的立体图，图7C是插入永久磁体的状态的说明图。
[0023]符号说明
[0024]I 定子
[0025]2 转子
[0026]30 绕组
[0027]40转子芯
[0028]40a转子芯外周部
[0029]40b转子芯内周部
[0030]41转子芯片
[0031]42磁体收容部
[0032]43 肋部
[0033]50永久磁体
[0034]100内置式永磁电机。
【具体实施方式】
[0035]下面，参照附图对实施方式I?实施方式4的永磁电机进行说明。
[0036]实施方式I?实施方式4的内置式永磁电机通过将连接转子芯外周部和转子芯内周部的肋部每隔多个磁极进行配置，可以不增大制造成本，而降低永久磁体的短路磁通，实现扭矩的提闻。
[0037]〔实施方式I〕
[0038]<内置式永磁电机及转子的结构>
[0039]首先，参照图1及图2对实施方式I的内置式永磁电机及该内置式永磁电机的转子的结构进行说明。图1是实施方式I的内置式永磁电机的概略剖面图。图2是用于说明实施方式I的内置式永磁电机的转子的图。图2A是转子芯片的正面图，图2B是转子芯的立体图，图2C是插入永久磁体的状态的说明图。[0040]本实施方式的内置式永磁电机一般被称为IPM电机(内部永磁电机)。图1所不例的内置式永磁电机100是例如10极和12槽的IPM电机，该内置式永磁电机100具备定子(固定件)1和转子(旋转件)2。
[0041]如图1所示，定子I具有轭10、定子芯20及绕组30。
[0042]轭10是圆筒体状的金属部件。轭10具有封闭磁力线而使后述的永久磁体50的电磁感应效果最大的功能。另外，轭10还具有防止该电机100的周边设备受到电磁感应产生的磁场影响的功能。
[0043]作为轭10的构成材料，例如使用硅钢片等软磁性体，但不限定于示例的材料。
[0044]定子芯20是沿轭10的内面设置的厚壁圆筒体状的金属部件。在定子芯20的内周侦牝以面对转子2的方式放射线状地区划形成有作为用于收容绕组30的空间的多个槽21。图1的槽形状为示例，不限定于示例的形状。
[0045]作为定子芯20的构成材料，例如，与轭10 —样地使用硅钢片等软磁性体，但不限定于示例的材料。
[0046]绕组30配置于槽21内。槽21和绕组30的数量对应。在本实施方式中，配设12个槽21及绕组30，但槽21及绕组30的数量没有限定。
[0047]转子2围绕旋转轴3设置，其具有转子芯40及永久磁体50。旋转轴3成为转子2的旋转中心。
[0048]转子芯40是设于旋转轴3周围的厚壁圆筒体状的金属部件。如图2A、2B所示，转子芯40具有沿着轴方向层叠有多个环状的转子芯片41的堆叠结构。
[0049]作为转子芯40的构成材料，例如，与轭10及定子芯20 —样地使用硅钢片等软磁性体，但不限定于示例的材料。
[0050]在各转子芯片41的中央部形成有用于嵌入旋转轴3的圆形的轴插通孔31。
[0051]在各转子芯片41的外周部附近形成有用于收容永久磁体50的多个磁体收容部42。磁体收容部42沿着圆周方向均等地配置。
[0052]转子芯外周部40a和转子芯内周部40b经由肋部43连接。肋部43存在于磁体收容部42彼此之间。
[0053]连接转子芯外周部40a和转子芯内周部40b的肋部43每隔多个磁极进行配置。本实施方式的肋部43每隔两个磁极进行配置。因此，在转子芯片41中，磁体收容部42将当前的两个磁极份的磁体收容部连通，且弯曲成“ < ”字状。
[0054]永久磁体50装入沿转子芯40的圆周方向均等地配置的磁体收容部42内。如图2C所示，在各磁体收容部42中，以外周部侧形成N极和S极的方式配置两个永久磁体50。
[0055]永久磁体50呈现长方体状(轴方向截面形状为长方形)。在本实施方式中，配置10极的永久磁体50，但永久磁体50的数量没有限定。
[0056]作为永久磁体50，例如，可以列举出钕磁体等稀土类磁体，但不限定于示例的材质。
[0057]<内置式永磁电机及转子的作用>
[0058]接着，参照图1?图3及图7对实施方式I的内置式永磁电机100及该内置式永磁电机100的转子2的作用进行说明。
[0059]如图1所示，本实施方式的内置式永磁电机100的转子2将永久磁体50装入沿转子芯40的圆周方向均等地配置的磁体收容部42内。在各磁体收容部42内装入两个永久磁体50。多个永久磁体50以外周侧依次成为N极、S极、N极、S极…的方式配置。
[0060]另一方面，定子I以包围转子2的方式设置，定子I具有沿圆周方向放射线状地排列的多个绕组30。
[0061]即，本实施方式的内置式永磁电机100以与转子2的永久磁体50产生的磁通交叉的方式在定子I的绕组30中流过电流。当永久磁体50的磁通与流过绕组30的电流交叉时，本实施方式的内置式永磁电机100通过电磁感应作用产生圆周方向的驱动力，并以旋转轴3为中心使转子2旋转。
[0062]在实施方式I中，连接转子芯外周部40a和转子芯内周部40b的肋部43每隔两个磁极配置。即，以外周侧成为N极、S极的方式,在各磁体收容部42装入两个永久磁体50。
[0063]在此，参照图7对现有构造的转子进行说明。图7是用于说明现有构造的内置式永磁电机的转子的图。图7A是转子芯片的正面图，图7B是转子芯的立体图，图7C是插入永久磁体的状态的说明图。
[0064]如图7所示，现有构造的转子502在例如转子芯540的内部具有10极的永久磁体550。各磁体收容部542对于每个永久磁体550进行形成。即，在各磁体收容部542中装入有一个永久磁体550。
[0065]因此，连接转 子芯外周部540a和转子芯内周部540b的肋部543对于每个磁极进
行配置。
[0066]图3是关于现有构造的转子芯形状和实施方式I的转子芯形状，用于比较永久磁体的短路磁通的流动和永久磁体宽度的图。
[0067]如图3所示，永久磁体50、550的短路磁通的主要磁路具有通过转子芯40、540的外周附近向相邻的永久磁体50、550短路的磁路和通过肋部43、543向相同的永久磁体50、550短路的磁路这两个磁路。
[0068]图3A的现有构造的转子芯形状在使左右的磁路一致时，相对于一个永久磁体550存在4个短路磁路。
[0069]与之相对，图3B的实施方式I的转子芯形状在各磁体收容部42配置两个永久磁体50，因此，能够消除一方的短路磁路。因此，实施方式I的转子芯形状的短路磁路数与现有构造相比时，能够减少至3 / 4。
[0070]另外，实施方式I的转子芯形状在各磁体收容部42配置两个永久磁体50，因此，相对于现有构造，能够使肋部43减半。在收容于磁体收容部42的两个永久磁体50、50之间不存在肋部，因此，与现有构造的永久磁体550的宽度Wl相比，能够增大可插入的永久磁体50的宽度W2。通过增大永久磁体50的宽度W2，能够增加永久磁体50的磁通量。
[0071]根据实施方式I的内置式永磁电机100及该内置式永磁电机100的转子2，每隔两个磁极配置连接转子芯外周部40a和转子芯内周部40b的肋部43，由此，与现有构造相比，能够减少短路磁通，进而增加永久磁体50的磁通量。因此，实施方式I的内置式永磁电机100及该内置式永磁电机100的转子2不增大制造成本，就可以提高扭矩。
[0072]〔实施方式2〕
[0073]接着，参照图4对实施方式2的内置式永磁电机的转子结构进行说明。图4是用于说明实施方式2的内置式永磁电机的转子的图。图4A是转子芯片的正面图，图4B是转子芯的半分割状态的立体图，图4C是插入永久磁体的状态的说明图。另外，对与实施方式I相同的构成部件标注相同的符号进行说明。另外，重复的说明只标注符号并省略说明。
[0074]在实施方式2的内置式永磁电机的转子202中，转子芯片41的层叠构造与实施方式I不同。转子芯片41的形状具有与实施方式I相同的形状(参照图2A)。
[0075]实施方式2的转子芯片41的层叠是将转子芯片41以一个磁极为单位绕轴旋转而层叠，从而进行“旋转层叠”。由于以一个磁极为单位旋转层叠转子芯片41，因此，肋部43在轴方向上每隔一个转子芯片而存在。
[0076]由于肋部43在轴方向上每隔一个存在，因此，永久磁体50的宽度受到该肋部43的制约而比实施方式I小，成为与现有构造相同的宽度。
[0077]但是，短路磁通所通过的肋部43的截面面积是现有构造的一半，因此，肋部43的磁阻增加，短路磁通量降低。
[0078]实施方式2的内置式永磁电机的转子202基本上实现与实施方式I 一样的作用效果。与实施方式I相比，实施方式2的内置式永磁电机的转子202的扭矩变低，但转子芯240的离心力强度比实施方式I提高，实现更牢固的特有的效果。
[0079]〔实施方式3〕
[0080]接着，参照图5对实施方式3的内置式永磁电机的转子结构进行说明。图5是用于说明实施方式3的内置式永磁电机的转子的图。图5A是转子芯片的正面图，图5B是转子芯的立体图，图5C是插入永久磁体的状态的说明图。另外，对与实施方式I相同的构成部件标注相同的符号进行说明。另外，重复的说明只标注符号并省略说明。
[0081]在实施方式3的内置式永磁电机的转子302中，转子芯片341的磁体收容部342的形状与实施方式I不同。实施方式3的转子芯片341连通现有的五个磁极份的磁体收容部。在磁体收容部342配置五个磁极份的永久磁体50。连接转子芯外周部340a和转子芯内周部340b的肋部343每隔五个磁极进行配置。
[0082]实施方式3的转子芯340不会旋转层叠(转叠)转子芯片341，而以磁体收容部342存在于同一位置的状态层叠转子芯片341。
[0083]与实施方式I 一样，永久磁体50米用长方体状(轴方向截面形状为长方形)的磁体。因此，以N极、S极交替存在于外周侧的方式在一个磁体收容部342配置五个永久磁体50。
[0084]由于肋部343每隔五个磁极而存在，因此，与现有构造相比，短路磁路数能够减少至 3 / 5。
[0085]另外，由于没有肋部343的制约，因此，能够增大插入的永久磁体50的宽度，可以
进一步提闻扭矩。
[0086]实施方式3的内置式永磁电机的转子302基本实现与实施方式I 一样的作用效果。特别是，实施方式3的内置式永磁电机的转子302能够减少短路磁通，且能够增大永久磁体50的宽度，因此，实现能够大幅度提高扭矩的特有效果。
[0087]〔实施方式4〕
[0088]接着，参照图6对实施方式4的内置式永磁电机的转子结构进行说明。图6是用于说明实施方式4的内置式永磁电机的转子的图。图6A是转子芯片的正面图，图6B是转子芯的半分割状态的立体图，图6C是插入永久磁体的状态的说明图。另外，对与第一及实施方式3相同的构成部件标注相同的符号进行说明。另外，重复的说明只标注符号并省略说明。
[0089]在实施方式4的内置式永磁电机的转子402中，绕轴旋转层叠(转叠)转子芯片341这一点与实施方式3不同。转子芯片341的形状具有与实施方式3相同的形状(参照图5A)。
[0090]实施方式4的转子芯片341的层叠如图6A所示那样，以一个磁极为单位绕轴旋转层叠(转叠)转子芯片341。由于以一个磁极为单位绕轴旋转层叠转子芯片341，因此，如图6B所示，肋部343在轴方向上每隔五个转子芯片而存在。
[0091]由于肋部343在轴方向上每隔五个而存在，因此，永久磁体50的宽度受到该肋部343的制约而比实施方式3小，而具有与现有构造相同的宽度。
[0092]但是，由于肋部343在轴方向上每隔五个而存在，且短路磁通所通过的肋部343的截面面积成为I / 5，因此，肋部343的磁阻增加，短路磁通量降低。
[0093]实施方式4的内置式永磁电机的转子402基本上实现与实施方式3 —样的作用效果。在实施方式4的内置式永磁电机的转子402中，由于永久磁体宽度变小，因此，扭矩比实施方式3低，但转子芯340的离心力强度相比实施方式3提高，而实现更牢固的特有效果。
[0094]以上对本发明优选的实施方式进行了说明，但这些实施方式是用于说明本发明的示例，不是将本发明的范围仅限定于这些实施方式的意思。本发明可以在不脱离其宗旨的范围内，以与上述实施方式不同的各种方式进行实施。
【权利要求】
1.一种内置式永磁电机的转子，其转子芯的多个磁体收容部嵌入有永久磁体，其中，在一个所述磁体收容部内配置有多个所述永久磁体，连接转子芯外周部和转子芯内周部的肋部每隔多个磁极进行配置。
2.如权利要求1所述的内置式永磁电机的转子，其中，所述转子芯具有沿旋转轴的轴方向层叠了多个转子芯片的堆叠结构。
3.如权利要求1所述的内置式永磁电机的转子，其是将所述多个转子芯片以至少一个磁极为单位绕轴旋转层叠而成的。
4.一种内置式永磁电机，其中，在具有绕组的定子内具备如权利要求1所述的转子。
【文档编号】H02K1/27GK103683600SQ201310424370
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月17日 优先权日:2012年9月21日
【发明者】宫下利仁 申请人:山洋电气株式会社