永磁体式旋转电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在转子铁芯的内部埋入有永磁体的埋入磁体型(IPM)的永磁体式旋转电机。
【背景技术】
[0002]在工业用电动机或车载用电动机等旋转电机中，要求高扭矩化、低齿槽(cogging)化、较大的运转范围等。作为应对这些要求的技术，例如公开了一种旋转电机的转子，其中，在外周附近埋设有永磁体的转子铁芯中，在与永磁体相比的外周侧，根据轴向的位置不同，在周向的不同位置处形成有气隙孔。通过在周向的不同位置处配置气隙孔，从而使彼此的齿槽扭矩相互抵消而抑制齿槽扭矩(例如，参照专利文献I)。
[0003]另外，公开了一种旋转电机，其具有转子铁芯，该转子铁芯形成有在周向上对称的永磁体插入孔，在该插入孔的两端部侧形成有在周向上相互不对称的开口部，在该旋转电机中，将多个转子铁芯交替反转后在轴向上一体地进行安装而构成一个转子铁芯(例如，参照专利文献2)。
[0004]专利文献1:日本特开2005 - 176424号公报(第5页，图5—图6)
[0005]专利文献2:日本特开2000 - 134841号公报(第3 — 4页，图2—图4)
【发明内容】
[0006]在上述专利文献I所示的现有结构中，在转子铁芯部设置气隙孔而实现了齿槽扭矩的减小，但利用设置于转子表面附近的气隙孔针对由q轴磁通形成的q轴电感的减小效果较小，存在如下问题，即，与表面磁通型构造的SPM电动机相比电感较大，由于电源电压的限制而使运转范围减小。
[0007]同样地，在专利文献2所示的结构中，通过在轴向上使永磁体插入孔的两端部的形状进行变更，从而实现齿槽扭矩、扭矩脉动的减小，但由于基本上无法实现由q轴磁通形成的q轴电感的减小，所以特别是在与SPM电动机相比电感较大的IPM电动机的情况下，仍然具有运转范围减小的问题。
[0008]本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于特别得到一种永磁体式旋转电机，该永磁体式旋转电机在减小q轴电感的同时，使齿槽扭矩和扭矩脉动均减小。
[0009]本发明所涉及的永磁体式旋转电机具备:定子，其在形成于定子铁芯的多个齿部上卷绕有定子绕组；以及转子，其在形成于转子铁芯的周向上的多个磁极之间埋设有永磁体，该转子与轴一体地旋转，在该永磁体式旋转电机中，转子铁芯在磁极的外周部与永磁体的侧面之间具有导磁率比转子铁芯的材料低的低导磁率区域，低导磁率区域相对于各磁极的周向的几何学中心非对称地设置，各磁极的磁性中心相对于几何学中心向一方位移，通过将转子铁芯的正反面翻转配置，从而构成为低导磁率区域相对于永磁体在周向上的相对位置不同。
[0010]发明的效果
[0011]根据本发明的永磁体式旋转电机，转子铁芯在磁极的外周部与永磁体的侧面之间具有导磁率比转子铁芯的材料低的低导磁率区域，低导磁率区域相对于各磁极的周向的几何学中心非对称地设置，各磁极的磁性中心向一方位移，通过将转子铁芯的正反面翻转配置，从而构成为低导磁率区域相对于永磁体在周向上的相对位置不同，因而通过设置低导磁率区域，从而能够减小q轴电感，能够抑制由于电源电压的限制而使运转范围减小的问题。另外，通过构成为低导磁率区域在周向上的相对位置不同，从而使齿槽扭矩、扭矩脉动的相位发生偏移，由此得到与使永磁体偏斜的情况相同的效果，能够减小齿槽扭矩以及扭矩脉动。
【附图说明】
[0012]图1是本发明的实施方式I中的永磁体式旋转电机的与轴向垂直的剖视图。
[0013]图2是图1的永磁体式旋转电机的转子的与轴向垂直的剖视图。
[0014]图3是构成图2的转子的铁芯I和铁芯II的剖视图。
[0015]图4是将图3的铁芯I和铁芯II在轴向上进行了组合的图。
[0016]图5是作为对比例表示的、永磁体式旋转电机的转子的与轴向垂直的剖视图。
[0017]图6是使用了图3及图5的转子铁芯的情况下的齿槽扭矩的波形图。
[0018]图7是本发明的实施方式I中的永磁体式旋转电机的、对其他例子进行表示的转子的铁芯I和铁芯II的剖视图。
[0019]图8是将图7的铁芯I和铁芯II在轴向上进行了组合的图。
[0020]图9是本发明的实施方式I中的永磁体式旋转电机的、对另一其他例子进行表示的转子的与轴向垂直的剖视图。
[0021]图10是在实施方式I中，使构成转子铁芯的低导磁率区域的空隙的条数进行了变化的情况下的转子的剖视图。
[0022]图11是表示图10所示的转子的、低导磁率区域的空隙的条数与高次谐波的大小之间的关系的图。
[0023]图12是本发明的实施方式2中的永磁体式旋转电机的转子的与轴向垂直的剖视图。
[0024]图13是表示在图12所示的转子铁芯的直至径向深度L为止的区间，设置低导磁率区域的深度与电感的减小率之间的关系的图。
[0025]图14是表示根据图13求出的、电感减小率的差量与设置低导磁率区域的深度之间的关系的图。
[0026]图15是本发明的实施方式3中的永磁体式旋转电机的转子的与轴向垂直的部分剖视图。
[0027]图16是说明本发明的实施方式4中的永磁体式旋转电机的转子的、扭矩脉动与使磁极中心进行位移的角度之间的关系的图。
[0028]图17是说明使实施方式4中的永磁体式旋转电机的转子的轴向长度进行了变化的情况的说明图。
[0029]图18是表示在图17的各转子中，扭矩脉动的6f成分与使磁极中心进行位移的角度之间的关系的图。
[0030]图19是将本发明的实施方式5中的永磁体式旋转电机的转子的铁芯I和铁芯II在轴向上进行了组合的图。
【具体实施方式】
[0031]实施方式I
[0032]图1是本发明的实施方式I所涉及的永磁体式旋转电机的与旋转轴的轴向垂直的剖视图，图2是从图1中仅取出转子部而得到的转子的剖视图。在图1、图2中，作为一个例子，示出定子的齿数为12，转子的磁极数为10的情况下的旋转电机。
[0033]首先，根据图1，从永磁体式旋转电机的整体结构的概要进行说明。永磁体式旋转电机10具备:定子20，其保持在壳体I的内壁上；以及转子30，其隔开微小间隙而配置在定子20的内侧。
[0034]定子20具有:定子铁芯2，其是对圆环状的薄板电磁钢板进行层叠而形成的；以及定子绕组3，其隔着绝缘体卷绕在形成于定子铁芯2的内周侧的12个齿部2a上。
[0035]另一方面，转子30具有:转子铁芯4，其具有10个磁极；10个永磁体5，其埋设在转子铁芯4的磁极之间；以及轴6，其固定在转子铁芯4的中心，两端侧由设置在壳体I的支架上的轴承(未图示)支撑而能够旋转。从图1的方向观察，永磁体5使呈矩形形状的截面的长度方向朝向径向，从转子铁芯4的中心侧朝向外周侧以放射状、且在周向上均等地进行配置。
[0036]另外，在转子铁芯4中具有低导磁率区域4a、4b，其是与构成转子铁芯4的材料自身的导磁率相比导磁率较低的区域，其详细情况在后面进行记述。
[0037]通过在定子绕组3中通电而形成旋转磁场，从而使转子30以轴6为中心进行旋转。
[0038]根据图2，对转子30的结构更详细地进行说明。
[0039]转子铁芯4由薄板的电磁钢板在转子30的轴向上层叠多片而构成。
[0040]永磁体5在转子铁芯4的轴向的大体整个长度上埋入，磁化方向如图所示。为了在转子30旋转时不使永磁体5由于离心力而从转子铁芯4飞出，在转子铁芯4的外周侧设置有与永磁体5卡止的爪部4c。虽然在图2中未显示，但也可以在爪部4c与永磁体5之间夹持非磁体。该非磁体仅设置在永磁体5的转子外周侧，兼具有使从爪部4c向永磁体5施加的应力分散的作用。另外，也可以利用粘接材料等将永磁体5和转子铁芯4紧固而增加强度。
[0041]此外，转子铁芯4在图中设为将单独形成有各磁极的转子铁芯与永磁体5相组合的结构，但也可以对在圆盘状的电磁钢板上冲裁出永磁体插入口和轴插入口的电磁钢板进行层叠而构成。
[0042]作为本发明的特征部，在转子铁芯4中，在转子铁芯4的外周部附近，相对于转子铁芯4的磁极的I个极，在周向上非对称地设置有低导磁率区域4a以及4b。
[0043]针对I极进行说明，在图2的方向上观察，如果将对设为扇形的磁极的外周的