同步磁阻旋转电机的制作方法

本发明的实施方式涉及同步磁阻旋转电机。

背景技术：

同步磁阻型旋转电机具备转子和定子。转子具备：轴，被轴支承为能够旋转，在旋转轴中心沿轴方向延伸；及转子铁芯，外嵌固定于轴。定子在转子铁芯的外周与该转子铁芯隔开间隔而配置。定子具备：定子铁芯，具有在周向上彼此隔开间隔而排列的多个齿；及分别卷绕于多个齿的多极的多相的电枢绕组。

在转子铁芯上，按每一极，在径向上排列地形成有多个空洞部。关于各空洞部，以沿着在对电枢绕组通电时形成的磁通的流动、且极中心位于径向最内侧的方式朝向径向内侧弯曲形成的情况较多。

通过这样形成空洞部，在转子铁芯上形成磁通的易流动方向和磁通的难流动方向。基于在这样的构成，同步磁阻型旋转电机，利用通过空洞部产生的磁阻转矩，使轴旋转。

然而，在定子铁芯的各齿间形成的槽，是磁通难流动的部位。为此，在齿与槽之间，磁通密度急剧地变化(以下，将该磁通密度的急剧的变化称为定子的磁性的凹凸)。另一方面，转子铁芯也通过为了产生磁阻转矩而形成的空洞部，而形成多处磁通密度急剧地变化的部位(以下，将该磁通密度的急剧的变化称为转子的磁性的凹凸)。并且，通过上述定子的磁性的凹凸与转子的磁性的凹凸之间的相互作用，产生转矩波动。另外，转矩波动有可能在定子铁芯的磁性的凹凸与转子铁芯的磁性的凹凸共振时变大。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开2014－193076号公报

专利文献2：日本国专利第5866074号公报

技术实现要素：

发明解决的课题

本发明解决的课题在于，提供能够减轻转矩波动的同步磁阻旋转电机。

用于解决课题的手段

实施方式的同步磁阻旋转电机具有轴和转子铁芯。轴绕旋转轴线旋转。转子铁芯被固定于轴，且在每一极形成有4层朝向径向内侧为凸形状的空洞部，并且在各空洞部与外周面之间分别形成有桥。而且，在将1极中的周向中央设为极中心、将周向两端设为极端、将多个上述桥按从上述极中心朝向上述极端依次地设为第1层桥、第2层桥、第3层桥及第4层桥时，将第2层桥与第3层桥之间的周向的宽度，设定为比第1层桥与第2层桥之间的周向的宽度及第3层桥与第4层桥之间的周向的宽度宽。

附图说明

图1是表示实施方式的液压泵的概略构成图。

图2是对实施方式的旋转电机的一部分的构成进行表示的与旋转轴正交的剖视图。

图3是图2的a部放大图。

图4是表示实施方式的各空洞部的长条方向两端部的形状的说明图。

图5是表示实施方式的转子铁芯的磁通的通过容易度的变化的曲线。

图6是对实施方式的定子铁芯及转子铁芯的磁通的通过容易度的变化进行比较的曲线。

图7是在将各桥间的周向的宽度设为等间隔的情况与将各桥间的周向的宽度设定为规定宽度的情况之间对实施方式的旋转电机的转矩的变化进行比较的曲线。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式的同步磁阻旋转电机进行说明。

图1是装入了同步磁阻旋转电机(以下，简称为旋转电机)1的液压泵100的概略构成图。

如该图所示，液压泵100通过泵部2及对泵部2进行驱动的旋转电机1构成。泵部2是在具有水密性的泵壳3内收纳有未图示的泵主体的部件。对该泵主体传递旋转电机1的驱动力。泵主体被驱动从而对泵壳3内外吸入吐出液体。

另一方面，旋转电机1通过电动机壳4、收纳于电动机壳4内的后述的定子6及转子7构成。电动机壳4和泵壳3，经由例如螺栓等被连结为彼此能够确保水密性。在电动机壳4上设置有用于对定子6供给电流的馈电箱5。

图2是对旋转电机1的一部分的构成进行表示的与旋转轴12正交的剖视图。此外，在图2中，仅示出了旋转电机1的1/4扇形，即1/4周的圆周角度区域。

如该图所示，旋转电机1具备大致圆筒状的定子6、及设置于比定子6靠径向内侧且设置为相对于定子6旋转自如的转子7。此外，定子6及转子7以各自的中心轴线位于共同轴上的状态配置。以下，将共同轴称为中心轴(旋转轴线)o、将与中心轴o正交的方向称为径向、并将绕中心轴o回旋的方向称为周向进行说明。

定子6具有大致圆筒状的定子铁芯8。定子铁芯8能够通过将电磁钢板层叠多枚或将软磁性粉加压成形而形成。在定子铁芯8的内周面，一体成形有朝向中心轴o突出并在周向上以等间隔排列的多个齿9。例如在本实施方式中，齿9的数量被设定为“36”。

齿9的沿着径向的剖面形成为大致t字状。而且，以在相邻的齿9间配置1个槽10的方式，在周向上以等间隔形成有多个槽10及多个齿9。槽10的数量也与齿9的数量为同数。即，例如在本实施方式中，槽10的数量被设定为“36”。

而且，通过这些槽10，在各齿9上卷绕有电枢绕组11。在各齿9上，从绝缘体、绝缘被膜之上卷绕电枢绕组11。

转子7具备沿着中心轴o延伸的旋转轴12、及外嵌固定于旋转轴12的大致圆柱状的转子铁芯13。

转子铁芯13能够将电磁钢板层叠多枚或将软磁性粉加压成形而形成。转子铁芯13的外径设定为，在转子铁芯13与在径向上对置的各齿9之间形成规定的空隙g。

另外，在转子铁芯13的径向中央形成有沿着中心轴o贯通的贯通孔14。在该贯通孔14中，旋转轴12被压入等，旋转轴12与转子铁芯13成为一体而旋转。

并且，在转子铁芯13上，在1/4周的圆周角度区域的每个圆周角度区域，在径向上排列形成有4层的空洞部(磁通壁垒)15、16、17、18(第1空洞部15、第2空洞部16、第3空洞部17、第4空洞部18)。即，在径向最外侧(最远离旋转轴12的位置)形成第1空洞部15，并从该第1空洞部15朝向径向内侧依次地排列形成有第2空洞部16、第3空洞部17、第4空洞部18。而且，第4空洞部18被配置于径向最内侧(距旋转轴12最近的位置)。

另外，各空洞部15～18形成为，沿着在对电枢绕组11通电时形成的磁通的流动。即，各空洞部15～18，以周向的中央位于径向最内侧的方式(朝向径向内侧为凸形状的方式)弯曲形成。由此，在转子铁芯13上形成磁通的易流动方向和磁通的难流动方向。

这里，在本实施方式中，将磁通的易流动方向称为q轴。另外，将相对于q轴在电气上、磁性上正交的沿着径向的方向称为d轴。即，各空洞部15～18在沿着d轴的径向上成为多层构造。

更详细而言，在转子铁芯13中，q轴方向为，将磁通的流动不被各空洞部15～18所妨碍的方向称为q轴。即，对转子铁芯13的外周面13a的任意的圆周角度位置赋予正的磁位(例如靠近磁铁的n极)。另外，对相对于正的磁位偏移了1极量(本实施方式的情况下为机械角，且为90度)的其他的任意的圆周角度位置赋予负的磁位(例如靠近磁铁的s极)。而且，将这种使正的磁位及负的磁位的位置向周向错开了的情况下流动最多的磁通时的从中心轴o朝向任意的位置的方向定义为q轴。而且，各空洞部15～18的长条方向是q轴。

另一方面，将磁通的流动被各空洞部15～18所妨碍的方向、即相对于q轴在磁性上正交的方向称为d轴。在本实施方式中，相对于通过各空洞部15～18被分离为距中心轴o近的区域和远的区域的2个转子铁芯部分对置的方向平行的方向是d轴。另外，在各空洞部15～18形成为多层的情况下(在本实施方式中为4层)，层的重叠方向是d轴。在本实施方式中，d轴不限于相对于q轴在电气上、磁性上正交，也可以具有相对于正交的角度具有某程度的角度幅度(例如为机械角且为10度左右)而相交。

这样，转子铁芯13构成为4极，在每一极(转子铁芯13的1/4周的圆周角度区域)形成有4层的空洞部15、16、17、18。而且，所谓的1极，是q轴间的区域。

此外，在以下的说明中，存在将d轴设为极中心c1，将q轴(1/4周的圆周角度区域的周向两端)称为极端e1进行说明的情况。即，各空洞部15～18，以极中心c1位于径向最内侧的方式朝向径向内侧弯曲。

另外，各空洞部15～18，以从中心轴o方向观看时长条方向两端位于转子铁芯13的外周面13a附近的方式弯曲形成。而且，各空洞部15～18形成为，越是距长条方向两端近的部位则越是沿着q轴方向，并且越是距长条方向中央近的部位则越是与d轴正交。并且，各空洞部15～18形成为从第1空洞部15起依次地开口面积变大。

图3是图2的a部放大图。

如该图所示，在各空洞部15～18的周向两端与转子铁芯13的外周面13a之间，分别形成有桥21、22、23、24(第1桥21、第2桥22、第3桥23、第4桥24)。若详细叙述，则桥21～24形成于各空洞部15～18中的转子铁芯13的外周部附近、并且是其壁厚急剧地变化的范围。此外，所谓的壁厚，是沿着转子铁芯13的外周面13a的法线方向的厚度。

进而，以下对桥21～24详细叙述。

在对桥21～24详细叙述时，首先，基于图3、图4，对各空洞部15～18的长条方向两端的形状进行详细叙述。

图4是用于说明各空洞部15～18的长条方向两端部的形状的说明图。

此外，各空洞部15～18的长条方向两端部的形状的基本的构成相同，所以在图4中，对1个空洞部附以符号15～18进行说明。

如图3、图4所示，各空洞部15～18形成为，沿着在对电枢绕组11通电时形成的磁通的流动。为此，在各空洞部15～18的短边方向上对置的2个内侧面15a、15b、16a、16b、17a、17b、18a、18b、不是通过1个曲率半径形成的，而是由具有多个曲率半径的曲线的集合体构成。

这里，各空洞部15～18的内侧面15a～18b，以中央的大部分朝向径向内侧为凸形状的方式弯曲形成，但在各空洞部15～18的内侧面15a～18b中的、与旋转轴12侧相反一侧的内侧面15a、16a、17a、18a的长条方向两端，形成有以朝向径向外侧为凸形状的方式弯曲形成的向外弯曲面15c、16c、17c、18c。即，各空洞部15～18，在内侧面15a、16a、17a、18a与向外弯曲面15c、16c、17c、18c的连接部位，分别存在拐点p11、p21、p31、p41。

另一方面，在各空洞部15～18的内侧面15a～18b中的、旋转轴12侧的内侧面15b、16b、17b、18b的长条方向两端，形成有曲率半径急剧地变小的小弧状面15d、16d、17d、18d。即，各空洞部15～18，在内侧面15b、16b、17b、18b与小弧状面15d、16d、17d、18d的连接部位，分别存在曲率变化点p12、p22、p32、p42。

而且，各桥21～24为，各空洞部15～18中的转子铁芯13的外周部附近、并且是拐点p11、p21、p31、p41与曲率变化点p12、p22、p32、p42之间的壁厚部分。

这里，

(1)将第2桥22与第3桥23之间的周向的宽度(周长)w2被设定为，比第1桥21与第2桥22之间的周向的宽度(周长)w1及第3桥23与第4桥24之间的周向的宽度(周长)w3长(以下，称为条件1)。

另外，各空洞部15～18都以朝向径向内侧为凸形状的方式弯曲形成，所以通过将各桥21～24间的周向的宽度w1～w3如上述条件(1)那样设定，而被设定为以下那样。

(2)即，第2空洞部16与第3空洞部17之间的宽度w5被设定为，比第1空洞部15与第2空洞部之间的宽度w4及第3空洞部17与第4空洞部18之间的宽度w6长(以下，称为条件2)。此外，各空洞部15～18间的宽度w4～w6的大小的关系被设定为，任意的一个部位都为同样的大小的关系。

这里，对如上述条件(1)、条件(2)那样设定各宽度w1～w6所用的具体的各空洞部15～18的形成位置进行说明。

即，如图3中以双点划线所示那样，将在以各桥21～24间的周向的宽度w1～w3分别为等间隔的方式配置了各空洞部15～18的情况下的各桥21～24的位置，分别设为第1基准桥位置21k、第2基准桥位置22k、第3基准桥位置23k及第4基准桥位置24k。而且，第1桥21及第4桥24分别被配置在与对应的第1基准桥位置21k及第4基准桥位置24k相同的位置。

与此相对，第2桥22被配置在，从第2基准桥位置22k向第1基准桥位置21k(第1桥21)附近移位(参照图3中的箭头y1)后的位置。另外，第3桥23被配置在，从第3基准桥位置23k向第4基准桥位置24k(第4桥24)附近移位(参照图3中的箭头y2)后的位置。

由此，能够将各桥21～24间的周向的宽度w1～w3如上述条件(1)那样设定。其结果，能够将各空洞部15～18间的宽度w4～w6如上述条件(2)那样设定。

以下，对满足这样的条件(1)的情况下的最优值进行说明。

即，当将在中心轴o和第1桥21(第1空洞部15)的拐点p11通过的第1直线l1与极端e1之间的角度设为θ1，将在中心轴o和第1桥21(第1空洞部15)的曲率变化点p12通过的第2直线l2与极端e1之间的角度设为θ2，将在中心轴o和第2桥22(第2空洞部16)的拐点p21通过的第3直线l3与极端e1之间的角度设为θ3，将在中心轴o和第2桥22(第2空洞部16)的曲率变化点p22通过的第4直线l4与极端e1之间的角度设为θ4，将在中心轴o和第3桥23(第3空洞部17)的拐点p31通过的第5直线l5与极端e1之间的角度设为θ5，将在中心轴o和第3桥23(第3空洞部17)的曲率变化点p32通过的第6直线l6与极端e1之间的角度设为θ6，将在中心轴o和第4桥24(第4空洞部18)的拐点p41通过的第7直线l7与极端e1之间的角度设为θ7，将在中心轴o和第4桥24(第4空洞部18)的曲率变化点p42通过的第8直线l8与极端e1之间的角度设为θ8时，角度θ1～θ8被设定为分别满足：

θ1＝3.2°，θ2＝5.5°，θ3＝9.4°，θ4＝12.8°，θ5＝20°，θ6＝23.3°，θ7＝31°，θ8＝36.6°···(1)。

接下来，基于图5、图6，对如上述式(1)那样设定了角度θ1～θ8的转子铁芯13与齿9及槽10的数量被设定为“36”的定子铁芯8之间的相互作用进行说明。

图5是表示将纵轴设为转子铁芯13的磁通的通过容易度，并将横轴设为转子铁芯13的位置(旋转角[deg])的情况下的转子铁芯13的磁通的通过容易度的变化的曲线。

如该图所示那样能够确认，通过形成各空洞部15～18，在从转子铁芯13的极中心c1(旋转角0°位置)一直到极端e1(旋转角45°位置)间，磁通的通过容易度变化。这里，在与各桥21～24对应的位置分别形成有空洞部15～18，所以在与各桥21～24对应的位置，磁通难通过。

图6是对将纵轴设为定子铁芯8及转子铁芯13的磁通的通过容易度、并将横轴设为定子铁芯8及转子铁芯13的位置(旋转角[deg])的情况下的定子铁芯8及转子铁芯13的磁通的通过容易度的变化进行比较的曲线。此外，在图6中，为了易于理解说明，将磁通的通过容易度的变化简化为矩形波进行表示。

如该图所示那样，在定子铁芯8中，与槽10对应的部位成为空间，因此磁通难通过。能够将此确认为如下情况：在将定子铁芯8的磁通的通过容易度的变化的曲线(图6中，以虚线表示)与转子铁芯13的磁通的通过容易度的变化的曲线(图6中以实线表示)重叠进行比较时，磁通的难通过的部位、即磁通的通过容易度为“0”的部位几乎不存在。

这里，如前述那样，通过定子6的磁性的凹凸与转子7的磁性的凹凸之间的相互作用，产生转矩波动。即，图6中，磁通的通过容易度为“0”的部位越多，则磁通密度的急剧的变化发生的次数越增加，转矩波动容易变大。为此，在磁通的通过容易度为“0”的部位几乎不存在的本实施方式的转子铁芯13中，能够减轻转矩波动。

图7表示将纵轴设为转矩、并将横轴设为转子7的电角时的旋转电机1的转矩的变化，并对将各桥21～24间的周向的宽度w1～w3设为等间隔的情况和将各桥21～24间的周向的宽度w1～w3设定为满足上述式(1)的情况进行比较。

如该图所示，对将各桥21～24间的周向的宽度w1～w3设定为满足上述式(1)的情况与将各桥21～24间的周向的宽度w1～w3设为等间隔的情况相比较，能够确认转矩的变化(转矩波动)减轻。

这样，在上述的实施方式中，将各桥21～24间的周向的宽度w1～w3设定为满足上述条件1。另外，将各空洞部15～18间的宽度w4～w6设定为满足上述条件2。为此，不会使旋转电机1的转矩性能低下，就能够减轻转矩波动，并能够提高旋转电机1的性能。

而且，为了使各宽度w1～w6满足上述条件(1)、条件(2)，而将第1桥21及第4桥24分别配置在与对应的第1基准桥位置21k及第4基准桥位置24k相同的位置。与此相对，将第2桥22配置在从第2基准桥位置22k向第1基准桥位置21k(第1桥21)附近移位后的位置。并且，将第3桥23配置在从第3基准桥位置23k向第4基准桥位置24k(第4桥24)附近移位后的位置。为此，能够防止旋转电机1的转矩减轻，并且能够有效地减轻转矩波动。

另外，在将定子铁芯8的齿9及槽10的数量设定为“36”，并且将转子铁芯13构成4极，并在转子铁芯13的每一极(转子铁芯13的1/4周的圆周角度区域)形成有4层的空洞部15、16、17、18的旋转电机1中，将各桥21～24间的周向的宽度w1～w3设定为满足上述式(1)，由此能够最有效地减轻转矩波动。

此外，在上述的实施方式中，对转子铁芯13的各空洞部15～18以极中心c1位于径向最内侧的方式朝向径向内侧弯曲的情况进行了说明。但是，并不限于此，只要各空洞部15～18沿着q轴方向即可。例如，可以形成为，从中心轴o方向观看时，各空洞部15～18为大致v字状或至少一部分成为直线状。

另外，在上述的实施方式中，对在旋转电机1上连接泵部2并作为液压泵100的情况进行了说明。但是，并不限于此，也能够将旋转电机1使用于各种各样的用途。

根据如以上说明的至少一个实施方式，将各桥21～24间的周向的宽度w1～w3设定为满足上述条件1。另外，将各空洞部15～18间的宽度w4～w6设定为满足上述条件2。为此，不会使旋转电机1的转矩性能低下，就能够减轻转矩波动，并能够提高旋转电机1的性能。

而且，为了使各宽度w1～w6满足上述条件(1)、条件(2)，将第1桥21及第4桥24分别配置在与对应的第1基准桥位置21k及第4基准桥位置24k相同的位置。与此相对，将第2桥22配置在从第2基准桥位置22k向第1基准桥位置21k(第1桥21)附近移位后的位置。并且，将第3桥23配置在从第3基准桥位置23k向第4基准桥位置24k(第4桥24)附近移位后的位置。为此，能够防止旋转电机1的转矩减轻，并且能够有效地减轻转矩波动。

另外，在将定子铁芯8的齿9及槽10的数量设定为“36”，并且将转子铁芯13构成为4极，并在转子铁芯13的每一极(转子铁芯13的1/4周的圆周角度区域)形成有4层的空洞部15、16、17、18的旋转电机1中，将各桥21～24间的周向的宽度w1～w3设定为满足上述式(1)，由此能够最有效地减轻转矩波动。

对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子提示的，意图不是限定发明的范围。这些实施方式能够以其他的各种各样的方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形，包含在发明的范围及主旨中，同样包含在权利要求书记载的发明及其等同的范围中。