旋转电机的制作方法
【专利摘要】第一层的磁铁孔(311)的外周侧的轮廓线(311a)被形成为以处于从转子铁芯(31)的外周边缘向内侧离开预定的磁通线数量的位置的磁通线为基准，通过该基准磁通线与d轴的交点(311a3)、以及该基准磁通线与作为磁铁孔(311)的圆周方向两端边的被设定为从转子铁芯(31)的外周边缘向内侧离开与桥(314)相当的尺寸量的边的交点(311a1)及(311a2)这合计三个交点的圆弧，由此，能够在最大限度地活用磁阻转矩以及磁体转矩的同时抑制转矩脉动，且能够通过简便的加工得到廉价的旋转电机。
【专利说明】
旋转电机
技术领域
[0001 ]本发明涉及如下旋转电机:该旋转电机具备定子和转子，转子包括转子铁芯，在该转子铁芯中，通过将永久磁铁插入于在圆周方向上按照一定的间隔形成的磁铁孔，从而构成多个磁极，特别是，本发明同时实现作为该旋转电机的特性提高和加工的简便化。
【背景技术】
[0002]以往以来，已知为了在整个宽的旋转区域产生高转矩而利用磁体(magnet)转矩和磁阻转矩这双方的旋转电机。特别是，磁阻转矩是由于转子磁极的中心线的方向(d轴)的电感Ld与磁极间的中心线的方向(q轴)的电感Lq之差而产生的转矩，两者的差越大，产生转矩越大。
[0003]作为获得大的磁阻转矩，提高马达功率因数的技术，例如专利文献I涉及在转子铁芯内设置多层构造的狭缝，使多个带状磁路成形的同步磁阻马达。另外，在该文献I中，公开了一种同步磁阻马达，其特征在于，关于与其马达旋转轴正交的剖面，在原点与马达旋转轴一致的χ-y坐标系中，将P设为转子的极数，z = x+iy、i2 = — lj#lm(w)设为复数w的虚部，将c设为任意的实数的常数，使通过
[0004]f(x、y) = im(zp/2) =c
[0005 ]来表示的x_y平面上的曲线f(x、y)=c中的任意的曲线与所述带状磁路的轮廓线大致一致。
[0006]此处，带状磁路或者狭缝的轮廓线被加工成回旋镖状/双曲线状。进而，在该磁阻马达中，将狭缝形状设为等宽，在该狭缝内的一部分或者全部中，埋入永久磁铁，从而能够进一步提尚功率因数。
[0007]另外，例如，专利文献2涉及如下转子:该转子在各极处在半径方向上层状地具备配置有永久磁铁的两个以上的狭缝部，且在来自定子的旋转磁场下旋转，以能够有效地活用磁体转矩和磁阻转矩这双方，并且维持高的作为磁路的铁芯利用率。另外，在该文献2中，公开了一种旋转电机的转子，其特征在于，配置有所述永久磁铁的狭缝部的层间的铁芯部分的端部和中央部处的宽度被设定为所述铁芯部分的磁通密度为均匀的大小，所述铁芯部分的轮廓是内周侧和外周侧的两个反圆弧形状，外周侧的圆弧的曲率中心与构成为所述反圆弧形状的内周侧的圆弧的曲率中心相比位于所述转子的半径方向外侧，构成为在将所述外周侧的圆弧的曲率半径设为rl、将所述内周侧的圆弧的曲率半径设为r2、且将所述各曲率中心的曲率中心间距离设为a的情况下，满足
[0008]1/3 X(r2-rl)<a<2/3 X(r2-rl)
[0009]的关系。
[0010]专利文献1:日本专利第4027591号公报
[0011]专利文献2:日本专利第4900132号公报
【发明内容】
[0012]在专利文献I中，带状磁路的轮廓线沿着磁通线，所以抑制磁性变形，颇为期待良好的转矩特性。
[0013]但是，在埋入了上述同步磁阻马达的永久磁铁的情况下的转子中，狭缝的轮廓线的一部分被加工成双曲线状、回旋镖状，被埋入的永久磁铁也是仿效其的形状。在得到使该转子成立的永久磁铁以及转子铁芯的情况下，存在下面那样的问题。
[0014]S卩，通常的永久磁铁一般是经由在作为大致产品形状的模具内成形之后，用磨具研磨外周部，精加工成最终的产品形状这样的工序而得到的。该工序中的模具以及磨具的加工是使用了NC等的复杂的加工，所以除了尺寸管理困难以外，还存在加工的成本变高这样的问题。对转子铁芯的狭缝形状进行冲压的模具的加工也同样地需要双曲线状这样的复杂的形状的加工，所以存在加工成本变高这样的问题。
[0015]另一方面，在专利文献2所公开的旋转电机的转子中，配置有永久磁铁的狭缝部的层间的铁芯部分的端部和中央部处的宽度被设定为磁通密度为均匀的大小。因此，在铁芯的利用率这一点，能够期待一定的效果，但通过该铁芯部分的磁路未沿着正弦波磁通的本来的磁路(该磁路是将形成一个磁极量的角设为渐进线的双曲线状)，所以存在如下问题:产生磁通的紊乱，无法充分获得磁动势的基波，而未充分获得转矩(磁体转矩、磁阻转矩双方)，除此以外，还产生高次谐波，转矩脉动变大。
[0016]本发明是为了解决上述那样的问题而完成的，其目的在于能够在最大限地活用磁阻转矩以及磁体转矩的同时抑制转矩脉动，并且通过简便的加工得到廉价的旋转电机。
[0017]本发明的旋转电机具备定子和转子，在构成转子的转子铁芯中，通过将永久磁铁插入于在圆周方向上按照一定的间隔形成的磁铁孔而构成多个磁极，在将沿着作为磁极的中心线方向的d轴流过的磁通设为d轴磁通、将沿着作为磁极之间的中心线的方向的q轴流过的磁通设为q轴磁通时，
[0018]转子的与旋转轴正交的剖面的磁铁孔的沿着圆周方向的轮廓线被形成为通过构成q轴磁通的磁通线中的某一个磁通线与磁铁孔的各个圆周方向中心线以及圆周方向两端边交叉的三个交点的圆弧。
[0019]本发明的旋转电机如以上那样通过将磁铁孔的轮廓线形成为圆弧，从而能够抑制模具加工费，得到廉价的旋转电机，另外，通过圆弧而尺寸管理也变得容易，还能够抑制旋转电机的个体偏差。
[0020]另外，该磁铁孔的按照圆弧状形成的轮廓线至少在其三个部位处与构成q轴磁通的磁通线的轨迹一致，因此大致沿着磁通线，能够在最大限度地活用磁阻转矩以及磁体转矩的同时抑制转矩脉动。
【附图说明】
[0021]图1是示出本发明的实施方式I的旋转电机的剖面(转子的与旋转轴正交的剖面)的图。
[0022]图2是示出转子铁芯中的磁通线的分布的解析结果。
[0023]图3是说明决定磁铁孔的形状的要点的图。
[0024]图4是示出形成于转子铁芯的磁铁孔以及插入到这些磁铁孔的永久磁铁的一个磁极量的剖面图。
[0025]图5是说明定子磁通(q轴磁通)以及转子磁通(d轴磁通)的流动和泄漏磁通的图。
[0026]图6是示出定子产生的泄漏磁通的分布的解析结果。
[0027]图7是说明转子的永久磁铁的形状以及取向的图。
[0028]图8是比较本发明的实施方式I的转子、和使用了以往的转子时的旋转电机的转矩以及转矩脉动的图表。
[0029]图9是示出本发明的实施方式2的转子的立体图。
[0030]图10是从旋转轴方向观察构成图9的转子的最上段和最下段的铁芯的位置关系与磁化器的关系时的图。
[0031]图11是示出偏斜角度与偏斜系数的关系的图。
[0032]图12是示出本发明的实施方式2的旋转电机中的转矩脉动的降低效果的图表。
【具体实施方式】
[0033]实施方式1.
[0034]图1是本发明的实施方式I的旋转电机的相对旋转轴正交的方向的剖面图。旋转电机10是极数为8、槽数为48的永久磁铁型旋转电机，包括具有定子绕组22的定子20和被配置设计8极量的永久磁铁的转子30。定子20被嵌合于铁、铝或者树脂这样的固定用的框架，转子30从定子20隔着预定的空隙位于内周侧，以与定子20成为同轴的方式，经由轴承固定于框架(既可以与上述定子20的框架一体，也可以分开)。
[0035]定子20包括将薄壁的磁性板层叠多张而成的定子铁芯21和隔着绝缘部件23缠绕于定子铁芯21的定子绕组22。图1所示的定子20表示三相的分布卷绕的例子，以例如针对每六个槽连接的方式卷绕，U、V、W相在电角度下各相离120° (以槽来说越过两个槽)配置。
[0036]定子绕组22是例如将形成为分段状的线圈从定子铁芯21的内侧插入等而构成的。
[0037]转子30与定子20同样地包括将薄壁的磁性板层叠多张而成的转子铁芯31，转子铁芯31被固定于旋转轴33。在转子铁芯31中，后面详述，在图1中，在圆周方向上按照一定的间隔且在径向上经过两层，形成合计三个磁铁孔310，将永久磁铁32插入于各磁铁孔310，构成磁极34。
[0038]另外，在图1中，将磁铁孔310形成为两层，内周侧的磁铁孔310被分割为两个，但它们的层数、有无分割不限于该事例。
[0039]另外，通过使磁铁孔310的沿着圆周方向的轮廓线的形状顺着沿作为磁极34之间的中心线的方向的q轴流过的q轴磁通的磁通线，从而在作为磁极34的中心线的方向的d轴的电感Ld和q轴的电感Lq中产生差，能够活用磁阻转矩。
[0040]为了得到磁阻转矩，需要使超前相位的相电流流过定子20的定子绕组22。即，除了使为了得到磁体转矩而所需的q轴电流iq流过以外还使d轴电流id流过，从而能够得到磁阻转矩(Lq-Ld)id.iq。另外，在图1中，示出d轴、q轴，但两者在电性上具有90°的相位差。
[0041]此处，更详细地说明用于效率良好地得到磁体转矩和磁阻转矩的转子30的方式。
[0042]为了效率良好地得到磁体转矩和磁阻转矩，抑制磁体(永久磁铁)产生的磁通(转子磁通=d轴磁通)、定子产生的磁通(q轴磁通)的变形，使空隙处的磁通分布成为正弦波状为好。如果磁通变形，在磁通分布中高次谐波分量重叠，则该高次谐波分量不对转矩作出贡献。
[0043]这即相当于沿着由定子20产生的q轴磁通的磁通线的朝向设置磁铁孔310的轮廓线的形状。由分布卷绕的定子20产生的磁通线描绘接近具有q轴作为渐进线的双曲线状或者回旋镖状的形状，通过空隙的磁通密度的分布是大致正弦波状。
[0044]图2是示出转子铁芯31中的磁通线的分布的解析结果。图2(a)是在转子铁芯31中不形成磁铁孔310的状态下求出的q轴磁通的磁通线上重叠描绘本实施方式I的转子铁芯31的图。
[0045]如图2(a)的箭头A所示，在转子铁芯31中经过两层而形成的磁铁孔310的轮廓线的形状大致沿着d轴磁通的磁通线。
[0046]但是，实际上，在磁铁孔310中，磁通几乎不流过，而相应地在铁芯部分流过，所以实际的磁通线的分布与图2(a)不同，而是如图2(b)所示那样。但是，如比较两者可明确，如果以沿着设为没有磁铁孔310而求出的磁通线的方式形成磁铁孔310，则不妨碍其它磁通线，其结果，通过铁芯部分的磁通线与q轴磁通的磁通线一致，从而其分布实际上也几乎不改变，因此，可以说磁通不变形。这一点通过后述将得到的转矩与以往技术进行了比较的图8也得到证实。
[0047]接下来，根据以上的观点，参照图3，说明在转子铁芯31中形成磁铁孔310的情况下的具体的要点。
[0048]在图3中，从外周侧来数，形成第一层的磁铁孔311以及作为第二层而以d轴对称地分割而成的一对第一孔312A和第二孔312B。
[0049 ]首先，第一层的磁铁孔311的外周侧的轮廓线311 a被形成为通过交点311 a3、交点311al及311a2这合计三个交点的圆弧，以处于从转子铁芯31的外周边缘向内侧离开后述预定的磁通线数量的位置的磁通线为基准，所述交点311a3是该基准磁通线与磁铁孔311的圆周方向中心线(此处与d轴一致)的交点，所述交点31 Ial以及31 la2是该基准磁通线与作为磁铁孔311的圆周方向两端边的被设定为从转子铁芯31的外周边缘向内侧离开与后述桥314相当的尺寸量的边的交点。
[0050]通过三点的圆弧被唯一地确定，且由于分布位于跨越磁铁孔311的中央和两端的圆周方向整个区域的这三点，磁铁孔311的轮廓线位于上述同一基准磁通线上这样的结构被确保。因此，可以说磁铁孔311的沿着圆周方向的轮廓线以充分高的精度沿着q轴磁通的磁通线。
[0051]另外，磁铁孔311的形状是圆弧状，所以能够通过例如廉价的车床进行加工，如上所述，能够抑制模具加工费，得到廉价的旋转电机，另外，通过圆弧而尺寸管理也变得容易，还能够抑制旋转电机的个体偏差。
[0052]为了避免繁杂，省略了对图记载符号，但同样地，第一层的磁铁孔311的内周侧的轮廓线311b被形成为通过交点311b3、交点311bl及311b2这合计三个交点的圆弧，以处于进一步从外周侧的轮廓线311a向内侧离开预定的磁通线数量的位置的磁通线为基准磁通线，所述交点3llb3是该基准磁通线与磁铁孔311的圆周方向中心线的交点，所述交点31 Ibl及311b2是该基准磁通线与作为磁铁孔311的圆周方向两端边的被设定为从转子铁芯31的外周边缘向内侧离开与桥314相当的尺寸量的边的交点。
[0053]接下来，作为第二层的磁铁孔的一方的第一孔312A的外周侧的轮廓线312Aa被形成为通过交点312a3、交点312al以及交点312a2这合计三个交点的圆弧，以处于进一步从第一层的磁铁孔311的内周侧的轮廓线311b向内侧离开预定的磁通线数量的位置的磁通线为基准磁通线，所述交点312a3是该基准磁通线与第一孔312A的圆周方向中心线的交点，所述交点312al是该基准磁通线与作为第一孔312A的圆周方向两端边缘的被设定为从转子铁芯31的外周边缘向内侧离开与桥315相当的尺寸量的边的交点，所述交点312a2是从d轴离开被设定于第一孔312A与第二孔312B之间的桥316的宽度的一半量的跟前的边的交点。
[0054]同样地，第二层的磁铁孔的另一方的第二孔312B的外周侧的轮廓线312Ba被形成为通过交点312a6、交点312a4以及交点312a5这合计三个交点的圆弧，以处于从第一层的磁铁孔311的内周侧的轮廓线311b向内侧离开与在轮廓线312Aa设定的情况相同的磁通线数量的位置的磁通线为基准磁通线，所述交点312a6是该基准磁通线与第二孔312B的圆周方向中心线的交点，所述交点312a4是该基准磁通线与作为第二孔312B的圆周方向两端边缘的被设定为从转子铁芯31的外周边缘向内侧离开与桥315相当的尺寸量的边的交点、所述交点312a5是从d轴离开桥316的宽度一半量的跟前的边的交点。
[0055]关于第二层的第一孔312A以及第二孔312B的内周侧的轮廓线的形成要点，与第一层的磁铁孔311的情况相同，所以省略说明。
[0056]如根据以上来理解那样，第二层的磁铁孔被分割为第一孔312A和第二孔312B，但设为上述合计六个交点位于相同的基准磁极线上，第二层的磁铁孔的轮廓线也可靠地沿着d轴磁通的磁通线。因此，如上所述，能够效率良好地得到磁体转矩和磁阻转矩。
[0057]另外，针对各磁铁孔端部的四个角，考虑磁性板的冲压加工、使用时的机械强度等，进行必要的R加工。
[0058]此处，说明以上得到的各轮廓线的间隔。在图3中，如在该d轴上用粗的两个箭头所示，如果用磁通线数量表示各间隔，则是相互相同的磁通线数量。即，在转子铁芯31的外周边缘与第一层的磁铁孔311之间、第一层的磁铁孔311的外周侧的轮廓线311a与内周侧的轮廓线311b之间、第一层的磁铁孔311与第二层的磁铁孔312之间、以及第二层的磁铁孔312的外周侧的轮廓线312a与内周侧的轮廓线312b之间，分布的磁通线的数量分别相同。在图的例子中，存在约6.5根磁通线。
[0059]如先前的图2说明，在形成有磁铁孔的实际的转子铁芯中，磁通在磁铁孔中几乎不流过，相应地在铁芯部分流过。因此，如图3所示，如果在不形成磁铁孔的状态下求出的磁通线数量即磁通量在磁铁孔的部分和铁芯的部分是相同的，则在实际的铁芯部分，流过两倍的磁通量，其磁通密度为两倍。
[0060]但是，在旋转电机的设计中，通常，将其空隙处的磁通密度设定为接近IT的值，但如果如图3说明将磁铁孔的部分和铁芯的部分的磁通线数量设为相同，则实际的铁芯部分的磁通密度为接近2T的值。
[0061]铁芯部分的饱和磁通密度约为2T，所以铁芯的利用率变高，作为旋转电机，能够实现尚效的设计。
[0062]S卩，如果假设为磁铁孔的部分的磁通线的数量〈铁部分的磁通线的数量，则铁部分尚未磁饱和，无法充分地将铁使用彻底。另外，由于是与薄的磁铁孔相当的量，d轴方向的电感的Ld不下降，难以得到磁阻转矩。
[0063]另外，如果磁铁孔的部分的磁通线的数量〉铁部分的磁通线的数量，则在设置磁铁孔时，铁部分饱和，磁通变形，转矩下降或者成为脉动。
[0064]接下来，说明插入到各磁铁孔的永久磁铁。图4是示出形成于转子铁芯31的各磁铁孔311、3124、3128以及插入到这些各磁铁孔的永久磁铁321、322六、3228的一个磁极量的剖面图。
[0065]如图4所示，各永久磁铁的沿着圆周方向的轮廓线被形成为与分别被其插入的各磁铁孔的沿着圆周方向的轮廓线一致。因此，各永久磁铁的沿着圆周方向的轮廓线也沿着q轴磁通的磁通线。
[0066]另外，永久磁铁的形状也为圆弧状，所以与磁铁孔同样地，能够通过车床等进行廉价的加工。
[0067]但是，使各永久磁铁32的圆周方向的宽度小于各磁铁孔310的圆周方向的宽度，不是将永久磁铁32填充至磁铁孔310的端部，而是保持预定的宽度的间隙。
[0068]这有防止磁通通过上述桥314?316的部分泄漏而短路、防止由于通过定子20产生的q轴以及d轴磁通(磁阻转矩利用时)而永久磁铁32消磁的意图。
[0069]关于该磁通的泄漏，首先，说明桥314?316。各桥实现针对在转子30高速旋转时施加的离心力而支撑转子30的作用。例如，在如电动汽车用马达那样要求高速旋转那样的马达中，施加相当大的离心力，所以需要尽可能增大桥部分的尺寸，但与磁通的泄漏(转矩下降)相背。
[0070]另外，在图4中也有示出，通过对例如磁铁孔的四个角实施R加工，从而相应地降低桥的尺寸，由此使桥部分的应力缓和，使磁通的泄漏成为最小限度。
[0071 ]图5是不出走子磁通和转子磁通各自的王磁通和泄漏磁通的流动的图。在图中，实线的箭头表示主磁通，虚线的箭头表示泄漏磁通。
[0072]图5(a)示出定子磁通(q轴磁通)的流动，如图所示，从转子30的外周侧流入到第一层的铁部分的主磁通的一部分通过桥314向第二层的铁部分泄漏，另外，流入到第二层的铁部分的主磁通的一部分分别通过桥314向第一层的铁部分泄漏，通过桥315向第三层的铁部分泄漏，通过桥316向第三层的铁部分泄漏。进而，流入到第三层的铁芯部分的主磁通的一部分通过桥315向第二层的铁部分泄漏。
[0073]这些泄漏磁通的存在导致磁通的变形，不对转矩作出贡献，是特性恶化的主要原因。
[0074]图5(b)示出转子磁通(d轴磁通)的流动，如图所示，从第一层的永久磁铁321的外周侧出来的主磁通的一部分通过桥314返回到第一层的永久磁铁321的内周侧(短路)，另夕卜，从第二层的永久磁铁322A、322B的外周侧出来的主磁通的一部分通过桥316返回到第二层的永久磁铁322A、322B的内周侧(短路)。
[0075]由于这些泄漏磁通的存在，相应地空隙处的磁通量减少，转矩下降。
[0076]为了降低这些泄漏磁通，如上所述，应在永久磁铁32的端部与磁铁孔310的端部之间保持预定宽度的空隙，当作磁通屏障。
[0077]特别是，第二层的磁铁孔312的圆周方向的长度变大，所以考虑旋转时的离心力，分割为以中央的d轴对称的一对第一孔312A和第二孔312B，在它们之间确保有桥316。
[0078]在该情况下，插入到各个孔的永久磁铁322A以及322B都与孔的中央位置相比靠近d轴侧。
[0079]图6示出定子20产生的泄漏磁通(针对磁铁的反磁场)的分布，在该图中，还相配地示出了转子30的旋转方向以及定子磁通的朝向。
[0080]如从图判明，在以使磁铁孔的轮廓线沿着磁通线的方式形成的情况下，磁铁孔的厚度(径向的宽度)随着远离d轴而变小，与其相伴地，磁阻降低，泄漏磁通变大。
[0081 ] 考虑上述现象，插入到第一孔312A以及第二孔312B的永久磁铁322A以及322B应在与桥316保持预定的宽度的同时靠近d轴侧而配置。
[0082]具体地举出用作这些永久磁铁32的材料的例子，可以是稀土类烧结磁铁、稀土类粘结磁铁、铁氧体烧结磁铁、铁氧体粘结磁铁等中的任意的磁铁，但一般而言，顽磁力高的磁铁材料虽然不易消磁，但相反磁铁成本变高。
[0083]依据这一点，关于多个永久磁铁32的材料的选择，考虑例如以下所示的组合，根据各个特征选择即可。
[0084](I)用相同材料构成第一层和第二层的永久磁铁的情况:将材料缩减为单一的类另IJ，所以磁铁成本降低。特别是，如果两方都采用低的顽磁力材料，则成本进一步降低。
[0085 ] (2)使第一层的磁铁材料的顽磁力高于第二层的磁铁材料的顽磁力的情况:第一层不易消磁—能够使第一层成为宽幅/薄壁的磁铁(磁铁从端部以及薄壁部消磁)—磁体转矩和磁阻转矩这两方变大。
[0086](3)使第二层的磁铁材料的顽磁力高于第一层的磁铁材料的顽磁力的情况:第二层不易消磁—能够使第二层成为宽幅/薄壁的磁铁，能够使宽度比第一层的磁铁宽度更宽—通过第二层的磁铁，使磁体转矩大幅增大。
[0087](4)只有插入到第二层的第二孔312B的永久磁铁322B使用顽磁力高的材料的情况:在使磁阻转矩最大那样的电枢电流流过时，最容易消磁的是插入到该第二层的第二孔312B的永久磁铁322B，所以通过只有该磁铁使用顽磁力高的材料，从而能够在将磁铁成本抑制为最小限度的同时，得到所期望的消磁效果。
[0088]在磁铁材料是各向异性的情况下，需要在磁铁成形时决定磁铁的磁化的朝向，在各向同性的情况下，需要在磁化时决定磁铁的磁化的朝向。以下，参照图7，说明其磁化的朝向(适当地还称为取向方向)。
[0089]为了有效地引出磁体转矩，如上所述，优选磁体磁通接近正弦波。在本实施方式I中，磁铁孔的形状沿着磁通线=q轴磁通是大致正弦波状，所以如果按照与该磁铁孔的形状正交的朝向取向，则磁体磁通接近正弦波。这是因为与该磁通线正交的线也是以d轴为渐进线的双曲线状。
[0090]图7(a)示出了使第一层的永久磁铁321磁化的情况，图7(b)示出了使插入到第二层的第二孔312B的永久磁铁322B磁化的情况。
[0091]如图所示，存在与通过形成永久磁铁的外周侧的轮廓线的圆弧的中心点和该轮廓线的圆周方向中点的直线平行地磁化的平行取向、和通过形成永久磁铁的外周侧的轮廓线的圆弧的中心点的径向(radial)取向，选择任意的取向即可。
[0092]具体而言，在图7(a)所示的第一层的永久磁铁321中，形成永久磁铁的外周侧的轮廓线的外周侧圆弧的中心点Cl是平行取向的轴上的点，另外，也是径向取向的情况下的极中心。
[0093]同样地，在图7(b)所示的第二层的永久磁铁322B中，外周侧圆弧的中心点C2是平行取向的轴上的点，另外，也是径向取向的情况下的极中心。
[0094]—般而言，径向取向的一方相比于平行取向的情况，转矩容易提高，但如本实施方式I那样，在永久磁铁的宽度窄的情况下，基于两者的转矩之差小，也可以采用制造容易的平行取向。
[0095]接下来，简单地说明转子30的装配方法。转子铁芯31也是与定子铁芯21同样地将薄板的磁性板层叠多张而构成的。之后，将永久磁铁插入于各磁铁孔，与旋转轴33嵌合，成为转子30。
[0096]永久磁铁群32可以分别插入单体地磁化的磁铁，但也可以在插入到各磁铁孔之后通过磁化器磁化。
[0097]如果是后者的磁化方法，则装配时的永久磁铁的操作容易，能够使全部磁极量一同磁化，所以生产性良好。另外，如果是本实施方式I的磁铁形状(永久磁铁群32在旋转方向上形成的角度比I个磁极角窄)，则易于磁化至永久磁铁端部，永久磁铁的磁化状态的偏差也少。
[0098]另外，作为各磁铁孔中的永久磁铁的定位方法，可以使用对磁铁孔的一部分设置突起、用树脂填充作为磁铁孔的空隙的部分、插入非磁性的销等任意的方法。
[0099]图8是比较本发明的实施方式I的转子30和使用了以往的转子时的旋转电机的转矩以及转矩脉动的图表。
[0100]另外，作为以往例，示出采用了在按照圆弧状形成磁铁孔这点与本发明相同的专利文献2所示的形状的转子的情况。
[0101]用每单位磁铁体积的值(磁铁利用率)来表示转矩，判明关于转矩、转矩脉动，本发明都具有优良的特性。
[0102]如以上那样，在本发明的实施方式I的旋转电机中，将转子30的与旋转轴33正交的剖面的磁铁孔310的沿着圆周方向的轮廓线形成为通过构成q轴磁通的磁通线中的某一个磁通线与磁铁孔310的各个圆周方向中心线以及圆周方向两端边交叉的三个交点的圆弧，所以磁铁孔310、插入到该磁铁孔310的永久磁铁32的加工变得容易简便且廉价，且上述轮廓线是利用分布位于磁铁孔310的圆周方向整个区域的上述三点来沿着磁通线的形状，所以能够得到与完全按照沿着磁通线的形状形成的情况大致等同的高的转矩特性，转矩脉动也降低。
[0103]实施方式2.
[0104]作为本实施方式2，说明用于使先前的实施方式I的旋转电机的转矩脉动进一步降低的方式。作为降低转矩脉动的手段，以往以来已知对转子施加偏斜的例子，但在本实施方式2中，设为将转子分为多个段，使各个磁极中心的位置偏移的段偏斜的结构。
[0105]图9是示出本实施方式2的转子30的一个磁极量的立体图以及与轴方向正交的剖面图。在该事例中，将转子30在其轴向上分为4段转子块301?304，但不限于4段。针对每I段，偏移相同的角度Θ，第4段转子块304相对第I段转子块301偏移(4-1) X Θ度。
[0106]此处，说明偏斜角度。在通常的旋转电机(未考虑偏心、定子、转子的变形)中，一般产生运转频率f的6倍、12倍、"_24倍(以下称为6f、12f…24f)的转矩脉动。运转频率相当于极对数。
[0107]该数值主要是由于励磁、电枢产生的磁通的高次谐波而引起的，如果是通常的旋转电机，则主要产生高次谐波的奇数分量(5次、7次、11次、13次等，如果是三相则可以忽略3的倍数)，通过励磁的奇数次高次谐波与电枢的基波的相乘，产生上述6f、12f、"_24f的转矩脉动。
[0108]相对于此，消除mXf分量(m是整数)的转矩脉动的偏斜角α被求出为成为下式
[0109]偏斜系数=sin(ma/2)/(ma/2) =0
[0110]的a。
[0111]另外，通过a/段数，求出每I段的偏斜角θ。
[0112]图11是示出偏斜角度与偏斜系数的关系的图。从图11读取抑制12f分量和24f分量的偏斜角a = 7.5°，据此，能够得到每I段的偏斜角Θ = 7.5/4 = 1.875°。
[0113]另外，该偏斜角a是理论值，实际上，由于各段转子块的接缝处的轴向的磁通泄漏等，将脉动抑制为最小的最佳的角度还存在偏离该值的情况，所以也可以根据实验值、解析值等决定。
[0114]接下来，针对4段转子块301?304的情况，说明本实施方式2的转子30的装配方法的例子。
[0115]各段转子块是与实施方式I同样地使薄壁的磁性板层叠多张而构成的。也可以对各转子块设置偏移了角度Θ量的键槽(key ways)、定位孔等。也可以将未磁化的永久磁铁插入于各段转子块，相对旋转轴依次使第I段转子块301?第4段转子块304嵌合。嵌合方法可以是压入、热装等中的任意的方法。偏斜角通过利用键来定位到上述键槽、将定位销插入定位孔等而调整即可。
[0116]在成为转子30的形状之后，插入到磁化器内，进行永久磁铁群32的磁化。根据本实施方式2的转子30，如果永久磁铁群32在旋转方向上形成的角Θ1 (例如如先前的图4所示，第二层的永久磁铁322A的左端与永久磁铁322B的右端的形成的角度相当)满足下式，则能够通过如图10所示的、包括磁化轭41和磁化线圈42的通常的磁化器40而一同磁化全部段。
[0117]Θ1 <磁极角一θ X (段数一I)=磁极角一θη—I
[0118]假如，角度Θ1不满足上式的条件的情况下，最上段或者最下段的端部进入到磁化器40的相邻的磁极区，磁化的朝向反转。
[0119]另外，图10是示出按照抑制偏斜角α为最大的6f分量的脉动的角度(参照α= 15°、θ=3.75°、图11)进行了段偏斜的情况下的、转子块的最上段301与最下段304的位置关系的图。如图所示，满足上式，能够通过磁化器40进行磁化。
[0120]这样，如果能够在装配之后用I台磁化器40进行磁化，则能够缩短磁化所需的作业时间，能够容易地得到转子30。
[0121]图12示出本实施方式I的转子(没有段偏斜)和本实施方式2的转子(有段偏斜、Θ=I.875° )的转矩波形。可知在没有段偏斜的情形下，主要按照电角度30°产生一个波峰、即12f分量的转矩脉动，但通过施加段偏斜，能够大幅降低转矩脉动。
[0122]如以上那样，在本发明的实施方式2的旋转电机中，将磁铁孔的轮廓线设为利用分布位于磁铁孔的圆周方向整个区域的三点来沿着磁通线的圆弧形状，且利用在其轴向上被分割且相互偏移了偏斜角Θ的多个转子块301?304构成转子铁芯31，所以能够利用比较小的偏斜角将转矩脉动抑制为最小限度，能够维持高的转矩特性。
[0123]另外，本发明能够在本发明的范围内，自由地组合各实施方式、或者对各实施方式适当地进行变形、省略。
[0124]产业上的可利用性
[0125]本发明的旋转电机优选应用于具备高的转矩特性，对转矩脉动降低的要求更严格的产品，例如电动汽车用马达、EPS等车载用马达和产业用的伺服马达等。
【主权项】
1.一种旋转电机，具备定子和转子，所述旋转电机的特征在于， 构成所述转子的转子铁芯是通过将永久磁铁插入于在圆周方向上按照一定的间隔形成的磁铁孔而构成多个磁极，在将沿着作为所述磁极的中心线的方向的d轴流过的磁通设为d轴磁通、将沿着作为所述磁极之间的中心线的方向的q轴流过的磁通设为q轴磁通时， 所述转子的与旋转轴正交的剖面的所述磁铁孔的沿着所述圆周方向的轮廓线被形成为通过构成所述q轴磁通的磁通线中的某一个磁通线与所述磁铁孔的各个所述圆周方向中心线以及所述圆周方向两端边交叉的三个交点的圆弧。2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于， 在利用以所述d轴对称的一对第一孔和第二孔构成所述磁铁孔的情况下，所述第一孔的所述三个交点和所述第二孔的所述三个交点位于相互相同的所述磁通线上。3.根据权利要求1或者2所述的旋转电机，其特征在于， 在所述转子的径向上形成多个所述磁铁孔的情况下，在所述转子铁芯中不形成所述磁铁孔的状态下求出的所述q轴磁通的磁通线数量在所述转子铁芯的外周边缘与形成于径向最外周的磁铁孔之间、在形成的各磁铁孔的径向外方的轮廓线与径向内方的轮廓线之间以及在径向上邻接地形成的磁铁孔彼此之间成为相互相同的数量。4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的旋转电机，其特征在于， 插入于所述磁铁孔的所述永久磁铁被形成为所述转子的与旋转轴正交的剖面处的所述永久磁铁的沿着所述圆周方向的轮廓线与所述磁铁孔的沿着所述圆周方向的轮廓线一致，所述永久磁铁的所述圆周方向的宽度小于所述磁铁孔的所述圆周方向的宽度。5.根据权利要求4所述的旋转电机，其特征在于， 在利用以所述d轴对称的一对第一孔和第二孔构成所述磁铁孔的情况下，插入于所述第一孔以及所述第二孔的永久磁铁与所述圆周方向中央相比靠近所述d轴侧而被插入。6.根据权利要求4或者5所述的旋转电机，其特征在于， 所述永久磁铁的磁化方向与通过形成所述永久磁铁的径向外周侧的所述轮廓线的圆弧的中心点和该轮廓线的圆周方向中点的直线平行。7.根据权利要求4或者5所述的旋转电机，其特征在于， 所述永久磁铁的磁化方向是通过形成所述永久磁铁的径向外周侧的所述轮廓线的圆弧的中心点的径向方向。8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的旋转电机，其特征在于， 所述转子铁芯包括在其轴向上分割而成的多个转子块，所述转子块和与该转子块邻接的转子块在旋转方向上偏移偏斜角Θ而配置。9.根据权利要求8所述的旋转电机，其特征在于， 在将构成单一的所述转子块的所述永久磁铁在旋转方向上所成的角度设为Θ1、将360°除以所述转子的磁极数而得到的值设为磁极角、将所述转子块的段数设为η时，使下式成立: Θ1 <石兹极角一 (η — I) X Θ。
【文档编号】H02K15/03GK105830308SQ201480068467
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年12月15日
【发明人】川崎祥子, 古泽公康, 坂上笃史, 桥本昭, 秋田裕之, 枦山盛幸, 井上正哉, 西村慎二
【申请人】三菱电机株式会社