永磁体式旋转电机的制作方法_2

文档序号:9221871阅读:来源:国知局
周向长度的中心与轴6的中心进行连结的半径方向的中心线,即,磁极的几何学中心线设为A,将磁极的磁性中心线设为B,则相对于中心线A非对称地设置有低导磁率区域4a和低导磁率区域4b,以使得B相对于A偏移规定的角度Θ。由此,通过磁极部的磁通的中心即磁性中心(以下适当地简称为磁极中心)相对于中心线A变得非对称。即,通过非对称地设置低导磁率区域4a以及4b,从而使磁极中心相对于几何学中心向周向的一方进行了位移。
[0044]例如如图2所示,低导磁率区域4a、4b由设为圆弧状的多个较细的空隙形成。在图中的情况下,通过改变圆弧状的长度,从而设为非对称。
[0045]此外,使该非对称的低导磁率区域4a、4b的位移的方向在转子30的轴向的中途发生反转,以使得该非对称的低导磁率区域4a、4b的位移的方向根据转子30的轴向的位置不同而相反。根据图3及图4对此进行说明。图3是在轴向上观察转子铁芯4的剖视图,图4是从与轴向正交的方向观察到的转子铁芯4的俯视图。在图4中,省略了永磁体5的图示。
[0046]在图3中,(a)的铁芯I与图2中看到的转子铁芯4的形状相同,(b)的铁芯II与铁芯I相比,是低导磁率区域4a和低导磁率区域4b在周向上相反的铁芯。即,在(a)和(b)中,低导磁率区域4a、4b相对于永磁体5的相对位置在周向上不同。实际上,铁芯II与将铁芯I的正反面翻转而得到的铁芯相同。
[0047]S卩,在制作该转子的情况下,铁芯I和铁芯II使用相同的模具制作,例如,如果将(a)中看到的面作为表面,则由多个电磁钢板构成的铁芯I是将表面朝上进行重合而制作的,铁芯II是将背面朝上进行重合而制作的。因此,使用相同的模具即可,因此能够将制作成本抑制得较低。
[0048]将图3所示的各铁芯1、铁芯II分别层叠为相同高度而得到的块体,如图4所示,使转子30的轴向的一半为铁芯I的块体,使剩余的一半为铁芯II的块体,将这两个块体进行组合而构成整体。
[0049]在此,在如图2所示,在相对于铁芯的几何学中心线A而将磁极的磁性中心线设为B的情况下,如果在图3中将线B与铁芯外周部的交点在铁芯I中设为点C,在铁芯II中设为点D,则如图4所示,在轴向上点C与点D发生偏移,此外,构成为点C在铁芯I的区域中在轴向上为连续且相同的位置,同样地,点D在铁芯II的区域中在轴向上为连续且相同的位置。
[0050]图5是表示用于说明本发明的作用效果的对比例的永磁体式旋转电机的转子的剖视图。与图2同样地,转子的磁极数为10,相对于转子铁芯4的I个极,对称地设置有低导磁率区域4d。即,磁极的几何学中心与磁性中心相同。
[0051]在将转子铁芯4的磁通轴设为d轴,将在电角度上与d轴正交的轴设为q轴的情况下,在图5的双点划线的部分处代表性地进行记载有q轴磁通。如图所示,通过在转子铁芯4中设置低导磁率区域4d,从而能够阻断该q轴磁通的流动,使q轴电感降低。关于这一点,在如本发明的图3中记载的铁芯1、铁芯II所示,相对于转子铁芯的I个极非对称地设置有低导磁率区域4a、4b的情况下也是同样的,能够减小q轴的电感。
[0052]下面,根据图6对本发明的作用效果进行说明。
[0053]图6是表示在如图1所示将定子20的齿数设为12,使图5的对比例的转子、和将图3的铁芯I及铁芯II组合得到的图4所示的本发明的转子30分别旋转的情况下产生的齿槽扭矩的波形图。
[0054]与如图5所示相对于I个极对称地设置有低导磁率区域4d的转子的齿槽扭矩波形(用细实线表示)相对地,在本发明的转子30中,在铁芯I和铁芯II的部分处产生的齿槽扭矩波形相对于图5的转子的波形,相位发生偏移。即,在铁芯I中成为由虚线所示的波形,在铁芯II中成为由点线所示的波形。其结果,在如图4所示将铁芯I和铁芯II在轴向上组合而得到的本发明的转子30中,两个波形进行合成而成为图中由粗实线所示的波形,可以看出,与图5的转子相比,齿槽扭矩减小。
[0055]另外,如前面说明所示,在转子铁芯4中设置有低导磁率区域4a、4b,因而能够减小q轴的电感,因此能够抑制由于电源电压的限制而使运转范围减小的问题,例如,能够扩大以固定扭矩能够运转的转速区域。
[0056]此外,在图1中,将定子的齿部设为12个,将转子的磁极数设为10个极,但定子的齿数和转子的磁极数并不限定于图1,其他齿数和磁极数的组合的旋转电机也能够取得相同的效果。
[0057]另外,以在转子铁芯中设置的低导磁率区域是由多个圆弧状的空隙构成的进行了说明,但低导磁率区域也可以例如在厚度方向上变形而使磁性变差,其形状也没有特别的规定。但是,能够最有效地减小电感的低导磁率区域是利用多个空隙在磁极的外周部与永磁体的侧面之间以圆弧状形成的。
[0058]在以上说明的转子中,通过将低导磁率区域4a及4b这两个区域相对于磁极的几何学中心线A非对称地进行设置,从而使磁极的磁性中心相对于几何学中心向一方进行了位移,下面,对其变形例进行说明。
[0059]图7是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的与轴向垂直的剖视图,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。与图3的不同点在于,在转子铁芯4的外周部附近,相对于转子铁芯4的I个极,仅在周向的单侧设置有低导磁率区域4e。
[0060]如图7所示,在转子铁芯4的磁极的外周部、与配置于磁极两侧的永磁体5中的单侧的永磁体5的侧面之间,设置有低导磁率区域4e。相对于(a)的铁芯I,在(b)的铁芯II中,低导磁率区域4e与铁芯I相比形成于周向的相反侧。实际上,铁芯II与将铁芯I的正反面翻转而得到的铁芯相同,因而只要利用相同的模具通过冲裁加工进行制作即可。
[0061]如图8所示,在转子铁芯4的轴向的一半的位置处对图7所示的铁芯I和铁芯II的块体进行组合而构成为一体。
[0062]通过这种结构,也能够得到与图3相同的作用效果。如果在转子铁芯4中低导磁率区域较多,则转子铁芯4的强度变弱,但通过仅在单侧设置低导磁率区域4e,从而使转子铁芯4整体的强度与图3的情况相比变高,因此能够提高转子的转速。
[0063]图9是对另一其他变形例进行表示的永磁体式旋转电机的转子的与轴向垂直的剖视图。在以上说明中,永磁体5以放射状进行配置,但在该例中,在转子铁芯4的每I个极中设置有2个永磁体5,2个永磁体5配置为从转子铁芯4的中心侧朝向外周侧以V字形伸展。永磁体5的磁化方向在图中如N、S所示。
[0064]与图2的情况相同,如果将对设为扇形的磁极的外周的周向中心与轴6的中心进行连结的半径方向的中心线,即,磁极的几何学中心线设为A,将磁极的磁性中心线设为B,则相对于中心线A非对称地设置有低导磁率区域4a和低导磁率区域4b,以使得B相对于A偏移规定的角度Θ,使磁极中心进行了位移。另外,相对于转子的轴向,与图4相同地,在轴向的中途使位移方向发生了反转。
[0065]图9所示的结构的永磁体式旋转电机也能够得到与上述相同的作用效果。另外,该图9所示的结构的永磁体式旋转电机也能够适用于除了实施方式I以外的以下说明的各实施方式。
[0066]下面,对由较细的空隙构成低导磁率区域的情况下的空隙的数量进行描述。例如,在低导磁率区域中,能够改变空隙的长度、或增加空隙的条数、或者改变空隙的面积而对区域进行变更。其中,如以下说明所示,已知改变多个空隙的条数对于抑制高次谐波也是有效的。
[0067]图10是与图2相同的永磁体式旋转电机的转子的剖视图,但作为一个例子,将非对称地形成的一个低导磁率区域4f的空隙条数设为4条,将另一个低导磁率区域4g的空隙条数设为2条。另外,图11是表示在图10中的转子中,设为转子向逆时针方向旋转,对旋转方向的滞后侧的低导磁率区域4f的条数进行了变更的情况下的高次谐波的大小的图。将低导磁率区域4f为4条时的高次谐波设为I。
[0068]根据图11可知,如果将构成低导磁率区域4f的空隙的条数从4条进一步增加,则能够进一步减小高次谐波。通过减小高次谐波,从而能够减小扭矩脉动和铁损。因此,增加条数对于应对高次谐波是有效的,但如果过多地增加条数,则在加工或强度方面会出现问题,因而可以考虑旋转电机的大小、容量、使用条件等来决定条数。
[0069]如上述所示,根据实施方式I的永磁体式旋转电机,其具备: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
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