专利名称：磁阻式旋转机的转子的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁阻式旋转电机的转子，该转子可以实现与那些通过倾斜方式(skew)所实现的类似效果。
背景技术：
一种磁阻式旋转机，或者，例如一种设置了永久磁铁的磁阻式旋转机具有转子，该转子具有磁性凸部和磁性凹部，在磁性凸部磁力线容易通过(d轴)，而在磁性凹部磁力线难于通过(q轴)；永久磁铁，设置在具有定子绕组的定子内。磁性凸部(d轴)的一个空气间隙内具有高磁力线密度，而磁性凹部(q轴)的一个空气间隙内具有低磁力线密度。磁力线密度的这些变化产生磁阻力矩。此外，还由永久磁铁磁极与定子之间的磁吸引力和磁推斥力产生力矩。
图16和17示出了具有永久磁铁的传统磁阻式旋转机的转子。所示的旋转机是一种8极机。图16是转子的侧视图，转子的端板和转轴均被移去。图17是沿线17-17剖切的剖视图。参看图16，转子100包括由叠放若干个环形硅钢片而制成的转子芯101。转子芯101具有数对通常为矩形的磁铁插孔102，该磁铁插孔设置在转子芯的外周边，如图17所示。永久磁铁103插入并固定在相应的磁铁插孔102中。转子芯101的外周边还制出空腔104，该空腔设置在相应的永久磁铁对103之间如图17所示。每一个空腔104通常制成三角形。在转子100中，每一对磁铁插孔102、永久磁铁103和每一个空腔104构成上述磁性凹部105，磁力线在此部难于通过(q轴)。在磁性凹部105之间的每一部，构成上述磁性凸部106，磁力线在磁性凸部容易通过(d轴)。磁性凹部105和磁性凸部106以预定的角度交替设置。例如可以参见JP-A-2000-339922。
转子芯101具有在其内周边制出的键107。键107适合于与转轴上相应的键槽结合。此外通过键中心的中心线Lo适合于通过磁性凸部106的中心。中心线La通过磁性凹部105的中心，与中心线Lo相邻。中心线Lo适合于与中心线La成角度θ。当转子101具有8极时角度θ为22.5度。转子100被适当地安装在设置有定子绕组的定子(未示出)中。
众所周知，鼠笼式感应马达由于高谐波产生的力矩导致蠕动。存在这样的可能性，永磁磁阻式旋转机作为一种磁阻式旋转机可能引起与鼠笼式感应马达所产生蠕动类似的蠕动。结果，蠕动引起力矩波动、颤振、振动和躁声。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于为磁阻式旋转机提供一种转子，使该转子能够取得与通过倾斜方式所实现的类似效果，并减小力矩波动、颤振、振动和躁声。
本发明为磁阻式旋转机提供的一种转子包括转子芯，该转子芯由叠放若干环形芯材制成，每一个芯材包括在外周边交替设置的磁性凹部和磁性凸部以及中央通孔，转子芯具有在外周边沿轴向延伸的键，转轴插入并穿过转子芯的中央孔，转轴具有键槽，该键槽与转子芯的键结合，其特征在于，转子芯被划分为数个块，而构成至少一个块的芯材具有磁性凹部和磁性凸部，该磁性凸部和磁性凹部相对于构成其它块或另一个块的芯材，以通过键的中心线为基准，变换一个预定的角度。
在上述结构中，构成至少一个块的芯材制成这样，使其磁性凹部和磁性凸部，从构成其它的块或另一个块的芯材，相对于通过键的中心线，变换一个预定的角度。相应地，例如，通过至少一个块的磁性凹部的中心的中心线，具有从另一个块或者其它块其中之一变换的空间位置(locus)。因此，由于可以实现与那些通过倾斜方式所实现的类似效果，可以减小力矩波动、颤振、振动和躁声。
每一个块可以包括磁性凹部，每一个磁性凹部设置一对磁铁插入孔，该磁铁插入孔彼此面对，于是，它们之间的距离，随着插入孔愈接近转子外周边而逐渐增大，永久磁铁可以插入并固定在相应的磁铁插入孔中。
在磁阻力矩之外还可以实现通过永久磁铁的磁力矩。此外反电动势的谐波值可以减小，这是通过与由倾斜方式所实现的类似效果获得的。
对附图的简要说明本发明的其它目的、特征和优点，在阅读了结合附图对本发明实施例的下述说明后将变得一目了然，其中图1A和1B是沿图2中1A-1A和1B-1B线剖切的剖视图，示出了根据本发明第一实施例的转子；图2是转子的转子芯的侧视图；图3是转子的局部平面视图；图4转子的纵向剖视图；图5为具有永久磁铁的磁阻式旋转机的纵向剖视图；图6为类似于图2的视图，示出了根据本发明第二实施例的转子；图7为类似于图3的视图；图8为沿图6中8-8线剖切的剖视图；图9为类似于图2的视图，示出了根据本发明第三实施例的转子；图10为类似于图3的视图；图11为沿图9中11-11线剖切的剖视图；图12为类似于图2的视图，示出了根据本发明第四实施例的转子；图13为类似于图3的视图；图14为类似于图2的视图，示出了根据本发明第五实施例的转子；图15为沿图14中15-15线剖切的剖视图；图16为具有永久磁铁的传统磁阻式旋转机的转子的侧视图；和图17为沿图16中17-17线剖切的剖视图。
对本发明的详细说明将对本发明的几个实施例给予说明。图1至5示出了第一实施例，其中本发明应用于具有永久磁铁的磁阻式旋转机。此磁阻式旋转机具有八个磁极。磁阻式旋转机的转子1具有转子芯2，该转子芯是由叠放的若干个作为芯材的环形硅钢片制成。转子芯2分为四个块3和4，这些块具有相同的厚度，如图2所示。块3和块4是交替叠放。
每一个块3或者构成每一个块3中的硅钢片，将结合图1A给予说明。每一个块3具有若干对通常为矩形的磁铁插孔5，该磁铁插孔在该块的外周边部制出。成对的磁铁插孔5设置成这样彼此面对，使其间的距离随着磁铁插孔5愈接近外周边边缘而逐渐增大。永久磁铁6分别插入成对的磁铁插孔5，并通过粘接剂、填料或类似物质使其固定。每一个块3的外周边部还具有空腔7，该空腔在每一对永久磁铁6之间制出。每一个空腔7通常制成三角形，该三角形具有平行于成对磁铁6的两条边，而另一条边沿外周边延伸。每一个空腔7的两条边可以平行于或者可以不平行于成对永久磁铁6。
每一个块3包括其应的成对磁铁插孔5、永久磁铁6和空腔7的每一部，并充当一个磁性凹部8(q轴)，在磁性凹部磁力线难于通过。每一个块3还包括其处于磁性凹部8之间的每一部，并充当一个磁性凸部9(d轴)，在磁性凸部磁力线容易通过。磁性凹部8和磁性凸部9是交替设置的，这样，每一个磁性凹部8和磁性凸部9之间成预定角度。每一个块3还包括在其内周边制出的两个键10和11，彼此间相距180度，并沿轴向延伸。
通过键10和11中心的中心线Lo，也通过每一个块3中的磁性凸部9。现在。假定中心线Loa沿与转子旋转方向相反的方向(时针方向)，偏离中心线Lo一个预定的角度Δθ。中心线Loa与通过邻近中心线Loa的磁性凹部8中心的中心线Lb形成预定的角度θ。因此，中心线Loa通过磁性凸部9的中心。当转子1的磁极数为n时，角度θ可以表述为180/n。此外，当定子50(见图5)具有槽时，槽的数量表述为6×n，磁性凹部8和磁性凸部9，作为每一个块3的磁极位置的代表物，均相对于中心线Lo偏离槽间距a。因此，Δθ可以由下式求得Δθ＝(360×a)/(6×n)＝(60×a)/n这样，角Δθ被表述为-(60×a)/n度。负号表变换方向与转子旋转方向相反(时针方向)。
每一个块4或者构成每一个块4的硅钢片将结合图1B给予说明。每一个块4具有磁铁插孔12，该磁铁插孔与磁铁插孔5类似，并在硅钢片的外周边部制出。永久磁铁13分别插入相应的磁铁插孔并通过粘接剂、填料或类似物质固定。每一个块4的外周边部也具有空腔14，该空腔类似于空腔7，在每一对永久磁铁13之间制出。
每一个块4包括其对应的成对磁铁插孔12、永久磁铁13和空腔14的每一部，并充当一个磁性凹部15(q轴)，在磁性凹部磁力线难于通过。每一个块4还包括其处于磁性凹部14之间的每一部，并充当一个磁性凸部16(d轴)，在磁性凸部磁力线容易通过。磁性凹部15和磁性凸部16是交替设置的，这样，每一个磁性凹部15和磁性凸部16之间成预定角度。每一个块4还包括在其内周边制出的两个键10和11，彼此间相距180度，并沿轴向延伸。
通过键10和11中心的中心线Lo，也通过每一个块4中的磁性凸部16。现在，假定中心线Lob沿与转子旋转方向X相同的方向(逆时针方向)偏离中心线Lo一个预定的角度Δθ。中心线Lob与通过邻近中心线Lob的磁性凹部15中心的中心线Lb形成预定的角度θ。因此，中心线Lob通过磁性凸部16的中心。当转子1的磁极数为n时，角度θ可以表述为180/n。角Δθ被表述为+(60×a)/n度。正号表变换方向与转子的旋转方向X相同(逆时针方向)。
从图1A和1B显然可见，块4是由叠放硅钢片而制成，这种硅钢片与制造块3的硅钢片相同并里外颠倒。因此，转子芯2的块3和块4可以用单一型式的硅钢片制成。两个环形端板17和18分别设置在转子芯2的两端，如图4所示。
转轴19、转子2和端板17和18通过压缩配合连接成一个整体而完成装配。在这种情况下，如图4所示，转子芯2的键10和11适合于分别与转轴19上的键槽20相结合。图4中只示出了键槽20其中之一。转轴19上制出凸缘21以定位转子芯2与端板17和18。
转子1的装配完成时，块3的磁性凹部8和磁性凸部9，以中心线Lo为基准，沿与旋转方向相反的方向X(时针方向)变换一个预定的角度Δθ。此外，块4的磁性凹部15和磁性凸部16也以中心线Lo为基准，沿与旋转方向相同的方向X(逆时针方向)变换一个预定的角度Δθ。结果，块3和块4的中心线Lb和Lc具有直线轨迹，此轨迹如图3所示呈之字形，而不像传统磁阻式旋转机那样直接延伸。因此，转子1可以实现与鼠笼式感应马达所用的转子由倾斜方式所实现的类似效果。在这种情况下，在中心线Lb与中心线Lc之间的变换量要求为±0。更特别地，中心线Lb的变换角Δθ(-)和中心线Lc的变换角Δθ(+)的总和要求为±0，而中心线Lb的轨迹的总长度(块3的总厚度)要求等于Lc的轨迹的总长度(块4的总厚度)，或者两个总长度之差要求为±0。
永磁磁阻式旋转机60包括设置在定子中的转子1，如图5所示，该定子设置有定子绕组(未示出)。转子1包括磁性凹部8和15(q轴线)，磁力线在磁性凹部难于通过；磁性凸部9和16(d轴线)，磁力线在磁性凸部容易通过。借助于使电流流经定子绕组，磁能被存储在相应的磁性凸部9和16和磁性凹部5和15上方的空气间隙中。一个空气间隙与另一个空气间隙之间磁能不同，磁能的改变产生磁阻力矩。此外，由于转子1设有永久磁铁6和13，永久磁铁6和13与定子磁极之间的磁吸引力和磁推斥力也产生力矩。因此，转子1转动。
在上述实施例中，块3的磁性凹部8和磁性凸部9，以中心线Lo为基准，沿与旋转方向X相反的方向(时针方向)变换一个预定的角度Δθ。此外，块4的磁性凹部15和磁性凸部16也以中心线Lo为基准，沿与旋转方向X相同的方向(逆时针方向)变换一个预定的角度Δθ。结果，块3和块4的中心线Lb和Lc的轨迹呈之字形，因此，转子1可以实现与鼠笼式感应马达所用的转子由倾斜方式所实现的类似效果。因此，永磁磁阻式旋转机的力矩波动、颤振、振动和躁声可以减小，定子绕组内的反电动势峰值可以减小。
此外，转子芯2的中心线Lb和中心线Lc的变换量设置成±0。因此，尽管转子1可以实现与那些鼠笼式感应马达所用的由倾斜方式所实现的类似效果，但可以避免磁干扰。
图6至8示出了本发明的第二实施例。对第二实施例与第一实施例的不同之处给予说明，取代转子芯2的转子芯26包括交替叠放的块3和块27。每一个块27包括硅钢片，该硅钢片与块4的硅钢片相同，不过倒转了180度，或者，更特别地，每一个块4倒转180度。第二实施例的其它结构与第一实施例的结构相同。
在第二实施例中，块3和27的中心线Lb和Lc的直线轨迹，像第一实施例中那样也是之字形。因此第二实施例的转子可以实现与第一实施例相同的效果。
组成转子芯26的硅钢片是通过冲制轧延硅钢板制成。众所周知，轧制导致沿轧制方向的厚度与垂直于轧制方向上的厚度变化。但是，在第二实施例中，块27是通过将块4倒转180度所获得。因此，由于厚度差被抵消，转子芯26可以得到均匀补偿。
在第二实施例中，四个块3和27彼此相等。不过，具有中心线Lb的相应各块的总厚度，可以等于具有中心线Lc的相应各块的总厚度。
图9至11示出了本发明的第三实施例。对第三实施例与第一实施例的不同之处给予说明，所采用以取代转子芯2的转子芯28分为四个块29、30和31。每一个块29的厚度设置为等于或者小于每一个块30和31厚度的一半。在本实施例中，每一个块29的厚度设置成等于每一个块30和31厚度的一半。块30由叠放硅钢片制成，该硅钢片与每一个块4的硅钢片相同(见图1B)。块31由叠放硅钢片制成，该硅钢片与每一个块3的硅钢片相同(见图1A)。块30的厚度等于块31其中之一的厚度，而大于块3和块4的厚度。转子芯28的厚度等于转子芯2的厚度。
对每一个块29或者构成每一个块29的硅钢片将参考图11给予说明。每一个块29具有若干对通常为矩形的磁铁插孔32，该磁铁插孔在该块的外周边部制出，并类似于磁铁插孔5。永久磁铁33插入相应的成对磁铁插孔32，并通过粘接剂、填料或类似物质固定。每一个块29的外周边部也具有空腔34，该空腔在每一对永久磁铁33之间制出，并类似于空腔7。
每一个块29包括其对应的成对磁铁插孔32、永久磁铁33和空腔34的每一部，并充当一个磁性凹部35(q轴)，在磁性凹部磁力线难于通过。每一个块29还包括其处于磁性凹部35之间的每一部，并充当一个磁性凸部36(d轴)，在磁性凸部磁力线容易通过。磁性凹部35和磁性凸部36以预定角度交替设置。每一个块29还包括在其内周边制出的两个键10和11，彼此间相距180度，并沿轴向延伸。
通过键10和11中心的中心线Lo，也通过每一个块29中的磁性凸部36。中心线Lo与通过邻近中心线Lo的磁性凹部35中心的中心线Ld，形成预定的角度θ。当转子1的磁极数为n时，角度θ可以表述为180/n。这样，构成每一个块29的硅钢片类似于图17所示传统转子芯所采用的硅钢片。
在上述结构中，块31和块30的中心线Lb和Lc具有之字形的直线轨迹。因此，像在第一实施例中那样，转子可以实现与在鼠笼式感应马达中所用的转子由倾斜方式所实现的类似效果。特别地，设置在转子芯28两端的块29的中心线Ld所具有的轨迹，处于中心线Lc和Lb的轨迹之间。因此，由于在转子芯28与定子绕组之间的机械平衡可以改善，定子绕组内的反电动势的波形特征可以改善。
图12至13示出了本发明的第四实施例。对第四实施例与第一实施例的不同之处给予说明。所采用以取代转子芯2的转子芯39包括块40，该块是通过将块3制成一体而构成；块41，该块是通过将块4制成一体而构成。
在上述结构中，分别对应于块40和块41的中心线Lb和Lc的轨迹如图13所示。因此，第四实施例可以实现与第一实施例相同的效果。
图14至15示出了本发明的第五实施例。对第五实施例与第四实施例的不同之处将给予说明。第五实施例所采用的的转子芯42包括块43和块44。块44的一半44a是通过叠放的硅钢片制成(见图1B)，该半块的硅钢片与块41的硅钢片相同。块44的另一半44b是通过叠放的硅钢片制成(见图8)，该半块的硅钢片与块27的相同。此外，块43的一半43a是通过叠放的硅钢片制成(见图1A)，该半块的硅钢片与块40的相同。另一半43b是通过将硅钢片倒转180度并将其叠放而制成，该半块的硅钢片与块40的相同，或者更特别地，是通过将43a部倒转180度而制成。第五实施例的转子的其它结构与第一实施例相同。因此，第五实施例可以实现与第四实施例和第二实施例相同的效果。
在第五实施例中，分别组成块43和块44的43a与43b部和44a与44b部，分别设置成块43和块44厚度的一半。不过，这些部可以分别设置成本质上为一半。
在上述实施例中，永久磁铁均设置在转子芯上。不过，永久磁铁可以设置在或者可以不设置在转子芯上。此外，在上述每一个实施例中，通常为三角形空腔是在转子芯上制出，以组成磁性凹部和磁性凸部。不过空腔可以是圆形、椭圆形、矩形或者菱形。此外，转子芯可以具有在其上制出的机械加工制出的凹部和凸部，以构成磁性凹部和磁性凸部。
转子的磁极数并不应限制为八个。即使当磁极的数量是其它然后数目时，可以获得相同的效果。此外，定子的槽数可以设置成任何适合的数目。另外，转子的块数应不限于两个和四个。可以通过叠放具有磁性凹部和磁性凸部的硅钢片设置五个或者更多个块。在这种情况下，中心线的变换量要求为±0。
上述说明和附图仅仅是对本发明原理的说明而并不构成对本发明的限制。各种改变和修改对本领域的技术人员而言将变成显而易见的。所有这些改变和修改均认为是在所附权利要求所限定的本发明的范围之内。
权利要求
1.一种磁阻式旋转机的转子，该转子包括转子芯，转子芯是通过叠放若干个环形芯材而制成，每一个环形芯材包括磁性凹部和磁性凸部和中央通孔，所述磁性凹部和凸部交替地在环形芯材的外周边部制出，该转子芯具有在其外周边沿轴向延伸的键和插入并穿过转子芯的中央孔的转轴，该转轴具有与转子芯上的键配合的键槽，其特征在于转子芯分为数个块；和构成至少一个块的芯材具有磁性凹部和磁性凸部，该磁性凹部和磁性凸部以通过键的中心线为基准相对于构成其它块或者另一个块的芯材变换一个预定角度。
2.如权利要求1所述的转子，其特征在于，构成转子芯的至少两个块其中之一的芯材具有磁性凹部和磁性凸部，该磁性凹部和磁性凸部相对于通过键的中心线沿转子的旋转方向变换一个预定角度，而构成转子芯的另一个块的芯材具有磁性凹部和磁性凸部，该磁性凹部和磁性凸部相对于通过键的中心线沿与转子旋转方向相反的方向变换一个预定角度。
3.如权利要求2所述的转子，其特征在于，构成两个块其中之一的芯材里外反置，以叠放在另一个块中。
4.如权利要求1所述的转子，其特征在于，构成至少一个块的芯材制成，使其磁性凹部和磁性凸部对称于通过键的中心线。
5.如权利要求2所述的转子，其特征在于，构成至少一个块的芯材制成，使其磁性凹部和磁性凸部对称于通过键的中心线。
6.如权利要求3所述的转子，其特征在于，构成至少一个块的芯材制成，使其磁性凹部和磁性凸部对称于通过键的中心线。
7.如权利要求1所述的转子，其特征在于，转子芯具有两个键，而转轴具有两个键槽，键和键槽均设置成彼此相距至少180度，而构成转子芯的芯材包括相同类型的芯材，该芯材的大约一半颠倒180度进行叠放。
8.如权利要求2所述的转子，其特征在于，转子芯具有两个键，而转轴具有两个键槽，键和键槽均设置成彼此相距至少180度，而构成转子芯的芯材包括相同类型的芯材，该芯材的大约一半颠倒180度进行叠放。
9.如权利要求3所述的转子，其特征在于，转子芯具有两个键，而转轴具有两个键槽，键和键槽均设置成彼此相距至少180度，而构成转子芯的芯材包括相同类型的芯材，该芯材的大约一半颠倒180度进行叠放。
10.如权利要求4所述的转子，其特征在于，转子芯具有两个键，而转轴具有两个键槽，键和键槽均设置成彼此相距至少180度，而构成转子芯的芯材包括相同类型的芯材，该芯材的大约一半颠倒180度进行叠放。
11.如权利要求5所述的转子，其特征在于，转子芯具有两个键，而转轴具有两个键槽，键和键槽均设置成彼此相距至少180度，而构成转子芯的芯材包括相同类型的芯材，该芯材的大约一半颠倒180度进行叠放。
12.如权利要求6所述的转子，其特征在于，转子芯具有两个键，而转轴具有两个键槽，键和键槽均设置成彼此相距至少180度，而构成转子芯的芯材包括相同类型的芯材，该芯材的大约一半颠倒180度进行叠放。
13.如权利要求1至12其中之一所述的转子，其特征在于，每一个块包括磁性凹部，每一个磁性凹部设置了一对磁铁插孔，该磁铁插孔彼此面对，于是，随着磁铁插孔接近转子的外周边，磁铁插孔间的距离逐渐增大，而永久磁铁分别插入并固定在相应的磁铁插孔中。
14.如权利要求13所述的转子，其特征在于，设置在转子芯两端以构成块的芯材均制成，使其磁性凹部和磁性凸均对称于通过键的中心线。
全文摘要
一种磁阻式旋转机的转子包括转子芯(2，26，28，39，42)，该转子芯是通过叠放若干个环形芯材而制成，每一个环形芯材包括磁性凹部和磁性凸部(8，15，35，9，16，36)，在环形芯材的外周边部交替地制出；和中央通孔，转子芯具有在其外周边沿轴向延伸的键(10，11)，一个转轴(19)插入并穿过转子芯的中央孔，转轴上具有与转子芯(2，26，28，39，42)上的键(10，11)结合的键槽(21)，其特征在于转子芯(2，26，28，39，42)被分为数个块(3，4，27，29－31，41，43，44)；而构成至少一个块的芯材具有磁性凹部和磁性凸部(8，15，35，9，16，36)，该磁性凹部和磁性凸部，以通过键(10，11)的中心线为基准，相对于构成其它块或者另一个块的芯材，变换一个预定角度。
文档编号H02K21/14GK1581642SQ20041003856
公开日2005年2月16日 申请日期2004年5月10日 优先权日2003年7月31日
发明者荒木贵志, 松原正克, 望月资康, 风尾幸彦, 新政宪, 平野恭男, 相仓伸建, 近藤明人, 山铺雅彦, 大桥正典, 花井隆 申请人:株式会社东芝, 东芝产业机器制造株式会社