磁性体、转子及电动机的制作方法

专利名称：磁性体、转子及电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电动机，特别是涉及转子的结构。
技术背景以往，人们已经提出了用于减轻电动机扭矩脉动(torque ripple)的 技术。例如，下述专利文献中公开了各种办法。专利文献1中公开了在转子上设置扭斜(skew)的技术，专利文献 2中公开了在定子上设置扭斜的技术。但是，从生产性的观点出发，设置 扭斜不是优选的。在专利文献3中，着眼于设置在转子的磁极之间的磁通阻挡层的形 状，将其所成角度设定为预定值，或者通过做成不等的间距，试图实现 了扭矩脉动的降低。在专利文献4中，公开了改变处于转子磁性阻挡层与外周之间的架 桥(bridge)厚度的技术；在专利文献5中，公开了将转子的磁极角度设 定在预定范围内的技术；在专利文献6中，公开了将转子磁性阻挡层的 前端角度设定在预定范围内的技术。专利文献1:日本特许第3028669号公报专利文献2:日本特开2001-8417号公报专利文献3:日本特开平11-98731号公报专利文献4:日本特开2000-217287号公报专利文献5:日本特开2002-44888号公报专利文献6:日本特开2004-180460号公报然而，如专利文献3那样采用不等的间距时，转子必须采用相对磁 极边界在周向上为非对称形状。这会招致磁通流动方向因磁极而异，从 产生振动或噪音的观点出发，这不是优选的。 在专利文献4中，由于架桥厚度在磁极边界附近变薄，所以，在转 子磁极边界与磁极中心之间磁性体径向厚度之差没有降低，从而不能充 分地降低扭矩脉动。另外，虽然也例示了使转子的外表面为凹状的形式， 但是，釆用这种形状，从产生气流损失或摩擦风音的观点出发不是优选 的。专利文献5、专利文献6所介绍的技术虽然不必须使转子的形状为非对称性形状，不用使外表面为凹状，但是也不能降低在转子磁极边界与 磁极中心之间的磁性体径向上的厚度差，此外，不能充分地减轻扭矩脉动。发明的内容本发明的目的是，既不必须使转子形状为非对称性形状，也不用使 外表面为凹状，进而降低扭矩脉动。本发明的磁性体l的第l方案，该磁性体l包括周缘10;多个励 磁磁铁贯通开口2，它们在周向上呈环状地配置，并分别在周向上具有一对端21、 22;以及设置在所述一对端上的一对空隙31、 32。而且，关于 设置在一个所述励磁磁铁贯通开口的所述端的一个端21上的所述空隙 31， (i)所述空隙31从该励磁磁铁贯通开口起通过所述周缘侧向该端的 另一个端22延伸，(ii)该空隙具有第1部分311，该第1部分311从该端的所述另一方侧起沿着周向与所述周缘离幵相同的第1距离Ll;以及第2部分312，该第2部分312与所述周缘之间的距离从所述第1部分 起随着朝向在该端的所述一方侧相邻的另一所述励磁磁铁贯通开口而逐 渐增加。所述空隙还具有设置在所述第2部分与所述励磁磁铁贯通开口 之间的第3部分313。本发明的磁性体1的第2方案，在本发明的磁性体的第1方案中， 在一个所述空隙中，所述第1部分311、 321的径向宽度随着沿周向远离 所述第2部分312、 322而逐渐减小，所述第1部分的与所述第2部分相 反侧的端部311t、 321t的角度63选定在15 25度之间。本发明的磁性体1的第3方案，在本发明的磁性体的第1方案或第
2方案中，分别属于相邻的所述励磁磁铁贯通开口的一对相邻的所述空隙31、 32的一方31的所述第1部分311的与所述第2部分312相反侧的端 部311t，和所述一对所述空隙的另一方32的所述第1部分321的与所述 第2部分322相反侧的端部321t之间，当从所述周缘10的中心Z0观察 时，在周向上以第i角度ei扩大。所述空隙的所述一方31的所述第1 部分311的位于所述第2部分312侧的周缘侧端部311s，和所述空隙的 所述另一方32的所述第1部分321的位于所述第2部分322侧的周缘侧 端部321s之间，当从所述中心观察时，在周向上以第2角度e2扩大。并 且，所述第2角度选定在1 16度之间，所述第1角度及所述第2角度 选定在图6所示曲线L11、 L12、 L20所围成的范围内。本发明的磁性体1的第4方案，在本发明的磁性体的第1方案至第 3方案的任一方案中，所述第2部分312、 322的位于所述第3部分313、 323侧的周缘侧端部321s、 322s和所述周缘10，离开第2距离L2。并且， 所述第1距离选定在0.4 2.0mm，所述第2距离选定为比所述第1距 离的0.80倍大l.Omm以上、在所述第1距离的0.75倍上加3.7mm的长 度以下。本发明的磁性体1的第5方案，在本发明的磁性体的第1方案至第 4方案的任一方案中，所述第2部分312、 322与所述周缘10的距离在周 向上呈直线状变化。本发明的磁性体1的第6方案，在本发明的磁性体的第1方案至第 4方案的任一方案中，所述第2部分312、 322与所述周缘10的距离在周 向上呈曲线状变化。本发明的磁性体1的第7方案，在本发明的磁性体的第1方案至第 4方案的任一方案中，所述第2部分312、 322与所述周缘10的距离在周 向上以阶梯状变化。本发明的磁性体1的第8方案，在本发明的磁性体的第1方案至第 7方案的任一方案中，分别属于相邻的所述励磁磁铁贯通开口的一对相邻 的所述空隙31、 32的所述第3部分313、 323彼此以隔开的方式相邻。本发明的磁性体1的第9方案，在本发明的磁性体的第1方案至第
7方案的任一方案中，分别属于相邻的所述励磁磁铁贯通开口 2的一对相邻的所述空隙31、 32的所述第3部分313、 323彼此连通。
本发明的磁性体1的第10方案，在本发明的磁性体的第1方案至第 9方案的任一方案中，所述空隙的所述第3部分313、 323和所述励磁磁 铁贯通开口 2连通。
本发明的磁性体1的第11方案，在本发明的磁性体的第IO方案中， 所述空隙31、 32在所述第3部分313、 323的所述励磁磁铁贯通开口 2 侧还具有凹部310、 320。
本发明的磁性体1的第12方案，在本发明的磁性体的第1方案至第 9方案的任一方案中，所述空隙的所述第3部分313、 323和所述励磁磁 铁贯通开口 2以隔开的方式相邻。
本发明的转子100包括本发明的第1方案至第12方案中的任一方 案所述的磁性体1;以及插通到所述励磁磁铁贯通开口 2中的励磁磁铁6。
本发明的电动机包括本发明的转子100;以及相对所述转子通过 预定间距设置在所述周缘10侧的定子200。
根据本发明的磁性体的第1至第12方案，利用该磁性体单体，或将 多个磁性体层叠在一起，将励磁磁铁插通到励磁磁铁贯通开口中，由此 可构成埋入磁铁型的转子。处于第2部分与周缘之间的磁性体，在由相 邻的励磁磁铁所产生的磁极的边界附近，沿着周向随着接近边界而径向 尺寸逐渐递增。因而，可使该边界上的磁性体的径向尺寸变大，能够降 低在磁极边界与中心之间磁性体的径向厚度之差。通过这种结构，能降 低扭矩脉动。
而且，在励磁磁铁贯通开口的一方的端设置的空隙，由于从励磁磁 铁贯通开口起通过周缘侧向另一方的端延伸，所以该部分的磁性体的径 向尺寸与磁极中心相比更小，能够降低在磁极边界与磁极之间磁性体的 径向厚度之差。
因而，既不需要使转子形状为非对称性形状，也不用使外表面为凹 状，就能更进一步降低扭矩脉动。
特别是，根据本发明的磁性体的第2方案，可良好地降低采用了将 励磁磁铁插通到励磁磁铁贯通开口中的埋入磁铁型转子的电动机的扭矩 脉动。特别是，根据本发明的磁性体的第3方案，将励磁磁铁插通到励磁磁铁贯通幵口中构成的埋入磁铁型转子适用于36个槽6极电动机，能够良好地降低该电动机的扭矩脉动。特别是，根据本发明的磁性体的第4方案，可良好地降低采用了将 励磁磁铁插通到励磁磁铁贯通开口中的埋入磁铁型转子的电动机的扭矩 脉动。特别是，根据本发明的磁性体的第8方案，提高了设置空隙的附近 的机械强度。特别是，根据本发明的磁性体的第ll方案，容易进行插通到励磁磁 铁贯通幵口中的励磁磁铁的定位。特别是，根据本发明的磁性体的第12方案，提高了设置空隙的附近的机械强度。根据本发明的转子，处于第2部分与周缘之间的磁性体，在由相邻 的励磁磁铁所产生的磁极的边界附近，沿着周向随着接近边界而径向尺 寸逐渐递增。因而，可使该边界上的磁性体的径向尺寸变大，能够降低 在磁极边界与中心之间磁性体的径向厚度之差。通过这种机构，能降低 扭矩脉动。而且，在励磁磁铁贯通开口的一方的端设置的空隙，由于从励磁磁 铁贯通开口起通过周缘侧向另一方的端延伸，所以该部分的磁性体的径 向尺寸与磁极中心相比更小，能够在磁极边界降低磁性体的径向厚度之差。根据本发明的电动机，可降低其扭矩脉动。本发明的目的、特征、形势及优点通过下文的详细说明及附图，会 更加清楚。


图1是表示本发明第1实施形式的磁性体结构的俯视图。
图2是表示本发明第1实施形式的转子结构的剖面图。 图3是表示本发明第i实施形式的转子结构的剖面图。 图4是表示本发明第1实施形式的转子结构的剖面图。图5是表示本发明第1实施形式的具有转子和定子铁芯的电动机截面形状的剖面图。图6是表示扭矩脉动率的相对于角度e3的依赖性的模拟曲线图。图7是表示扭矩脉动率的相对于角度ei、e2的依赖性的模拟曲线图。图8是表示扭矩脉动率依赖于距离L1、L2而降低的形式的模拟曲线图。图9是表示扭矩的曲线图。图10是表示关于转子表面力切线成分的旋转角度4) A的关系的曲线图。图11是表示关于转子表面力切线成分的旋转角度4)A的关系的曲线图。图12是表示关于转子表面力切线成分的旋转角度小A的关系的曲线图。图13是表示转子与定子的磁通矢量的模拟剖面图。 图14是表示转子与定子的磁通矢量的模拟剖面图。 图15是表示关于转子表面力切线成分的旋转角度》B的关系的曲线图。图16是表示关于转子表面力切线成分的旋转角度4)B的关系的曲线图。图17是表示关于转子表面力切线成分的旋转角度4)B的关系的曲线图。图18是表示转子与定子的磁通矢量的模拟剖面图。 图19是表示转子与定子的磁通矢量的模拟剖面图。 图20是表示本发明第2实施形式的转子结构的剖面图。 图21是表示本发明第3实施形式的转子结构的剖面图。 图22是表示本发明第4实施形式的转子结构的剖面图。 图23是表示本发明第4实施形式变形的转子结构的剖面图。图24是表示本发明第5实施形式的转子100结构的局部剖面图。 图25是表示本发明第5实施形式的转子100结构的局部剖面图。
具体实施方式
第1实施形式 <基本形状的说明>图1是表示本发明的第1实施形式的磁性体1结构的俯视图。但是， 如下文所述，该磁性体1可有助于埋入磁铁型的转子。另外，磁性体1 也可以在垂直于纸面的方向上延伸，还可以在垂直纸面的方向上较薄。 在前者的情况下，可例如由压粉铁芯形成，用于转子的铁芯。在后者的 情况下，可例如由钢板形成，相互层叠用于转子的铁芯。在这种情况下， 图1可理解为该铁芯的剖面图。中心ZO相当于转子铁芯的转轴。磁性体1具有呈环状的周缘10，在这里，例示了周缘10作为外周 呈圆形的情况。但是，不一定必须是正圆，在设计上可以作出适当变更。 在得到上述转子的情况下，与该转子的周缘10对置设有作为电枢的定子， 从而可构成电动机。在将周缘10设置在内周侧的情况下，将定子配置在 该转子的内侧(省略图示)。磁性体1设置有多个、这里为6个励磁磁铁贯通开口 2，它们在周向 上呈环状配置，并分别在周向上具有一对端21、 22。另外，在任意的励 磁磁铁贯通开口2中，在端21、 22上分别设置有空隙31、 32。'另外，在磁性体1是多个磁性体层叠的情况下，优选设置有用于插 通紧固工具的紧固用孔4。在以下的说明中，虽然进行了图示，但不是必 须的结构要件，例如在将磁性体1彼此通过铆接结合的情况下，或者在 磁性体1用压粉铁芯形成并作为转子铁芯而形成的情况下就不需要。另外，也图示了供转子轴插通用的轴孔5设置在磁性体1的中心的 情况。这些也不是必须的结构要件，例如在轴向的端上设置端板、在该 端板上设置转轴的情况下就不需要。图2是表示转子100的结构的剖面图，表示垂直于转轴Z0的截面。
转子100，是将励磁磁铁6插通到图1所示的磁性体1的、或者多个磁性 体层叠的励磁磁铁贯通开口 2中得到。励磁磁铁6在周缘10侧(这里是外周恻)和与其相反一侧(这里是 内周侧)分别呈现不同的磁极面。这里例示的转子100的极对数是3，相 邻的励磁磁铁6彼此朝向周缘10呈现不同极性的磁极面。图3是放大地表示转子100的磁极边界附近的剖面图，图4是进一 步扩大地表示磁极边界附近相互邻近的空隙31、 32附近的剖面图。某励磁磁铁贯通开口2的空隙31从具有设置该空隙31的端21的励 磁磁铁贯通开口 2起通过周缘10侧向同一励磁磁铁贯通开口 2的端22 延伸，其中在励磁磁铁6插通到励磁磁铁贯通幵口 2中的情况下，插通 到设置有当前观察的空隙31的励磁磁铁贯通开口 2中的励磁磁铁6，在 图4中，该端21与右侧励磁磁铁6的磁极面61 、 62以外的端63 —致。也参照图4，空隙31具有第1部分311、第2部分312和第3部分 313。第1部分311，从具有设置其所属的空隙31的端21的励磁磁铁贯 通开口 2的端22侧起，沿着周向与周缘10离开相同的距离L1。第2部分312与周缘IO之间的距离，从第1部分311起随着朝向在 相邻端21侧(在图4中为右侧的励磁磁铁6的端63侧)的另一励磁磁 铁贯通开口 2而逐渐增加。第3部分313设置在第2部分312与励磁磁 铁贯通开口 2之间。第2部分312的第3部分313侧的周缘10侧的端部 312s和周缘10，离开距离L2。同样，某励磁磁铁贯通开口 2的空隙32从具有设置该空隙32的端 22的励磁磁铁贯通开口 2起通过周缘IO侧向同一励磁磁铁贯通开口 2的 端2]延伸，其中在励磁磁铁6插通到励磁磁铁贯通幵口 2中的情况下， 插通到设置有当前观察的空隙32的励磁磁铁贯通开口 2中的励磁磁铁6， 在图4中，该端22与左侧励磁磁铁6的磁极面61、 62以外的端63 —致。空隙32具有第1部分321、第2部分322和第3部分323。第1部 分321从具有设置其所属的空隙32的端22的励磁磁铁贯通开口 2的端 21侧起，沿着周向与周缘10离开相同的距离L1。第2部分322与周缘10之间的距离，从第1部分321起随着朝向在
相邻端22侧(在图4中为左侧的励磁磁铁6的端63侧)的另一励磁磁 铁贯通开口 2而逐渐增加。第3部分323设置在第2部分322与励磁磁 铁贯通开口 2之间。第2部分322的位于第3部分323侧的周缘10侧的 端部322s和周缘10，离开距离L2。空隙31、 32在第3部分313、 323的励磁磁铁贯通开口 2侧，分别 具有凹部310、 320。这些凹部310、 320使对插通到励磁磁铁贯通开口 2 中的励磁磁铁6的定位变得容易。这样，用磁性体l的单体，或将多个磁性体层叠，将励磁磁铁6插 通到励磁磁铁贯通开口 2中，由此构成埋入磁铁型的转子100。图5是表示具有转子100和36个槽6极定子铁芯200的电动机的截 面形状的剖面图。将转子100及定子200的磁极边界分别用沿径向延伸 的6条直线表示，并且，同时描述了由转子IOO产生的磁通的分布。在 图5中，示出了将由磁性材料构成的转轴插通到转子100的中央孔中的 情况。处在第2部分312、 322与周缘10之间的磁性体1 ，在通过相邻的励 磁磁铁6所产生的磁极的边界附近，沿着周向随着接近边界而径向尺寸 从距离Ll逐渐增加到距离L2。因而，可使该边界的磁性体1的径向尺 寸变大，能够降低在磁极边界与中心之间磁性体1的径向厚度之差。通 过这种结构，可降低扭矩脉动。而且，在励磁磁铁贯通开口 2的端21、 22上分别设置的空隙31、 32， 也从励磁磁铁贯通开口 2起通过周缘10侧分别向端22、 21延伸，所以 该部分的磁性体1的径向尺寸与磁极中心相比更小，能够降低在磁极边 界的磁性体1的径向厚度的高低差。本发明在距离L2大于Ll的特征方面，与专利文献5或专利文献6 有着较大的差异，但是能够实现专利文献5或专利文献6的优点，艮P、 不必须使转子形状为非对称性形状，也不必使外表面为凹状，改善扭矩 脉动这些优点。并且，该特征获得了上述特有效果、即降低在磁极边界 与中心之间磁性体l的径向厚度之差，从而实现更进一步改善扭矩脉动。<优选的形状〉
接下来，说明空隙31、 32所进一步优选的形状。参照图4，关于空 隙31，其第1部分311的径向宽度随着沿周向远离第2部分312而逐渐 减小，第1部分311的与第2部分312相反一侧的端部3lit形成角度e3。 同样地，关于空隙32，其第1部分321的径向宽度随着沿周向远离第2 部分322而逐渐减小，第1部分321的与第2部分322相反一侧的端部 321t形成角度63。空隙31的第1部分311的端部311t，和距离该空隙31最邻近的空 隙32的第1部分321的端部321t之间，从作为周缘10中心的中心轴ZO 观察，在周向上以角度ei扩大(参照图3及图4)。此外，空隙31的第1部分311的位于第2部分312侧的周缘10侧 的端部311s，和距离该空隙31最邻近的空隙32的第1部分321的第2 部分322侧的周缘10侧的端部321s之间，从中心轴ZO观察，在周向上 以角度92扩大(参照图3及图4)。图6是表示具有转子100与定子200的电动机的扭矩脉动率的相对 于角度63的依赖性的模拟曲线图，其中是在Ll=0.7mm、 L2=3.2mm、 61=25° 、 62=7.5°的情况下，扭矩脉动率是扭矩的最大值与最小值之差 相对扭矩平均值的百分率。在63=15 25°的情况下，可将扭矩脉动率抑 制在大致10%以下。另外，在示例中釆用了下述的方式在相互最邻近 的第3部分313、 323之间，作为肋发挥功能的磁性体相对于中心轴ZO 以U。扩大。顺便说一下，由于接近专利文献6所述的技术，在Ll-L2-0.7mm、 61=25° 、 63=22°的条件下，扭矩脉动率为20.8%。另外，由于L1HL2， 所以，不存在如第2部分那样与周缘10之间的距离沿着周向逐渐变化的 区域，从而不能定义角度62。在这种情况下，空隙31、 32从其两侧夹持 作为肋发挥功能的磁性体，并且与周缘IO之间在保持距离LI的同时，以角度ei扩大。与此相对，将L1、 01、 03的值保持为原来的值，在扩大到L2二3.2mm 的情况下(随之，62=7.5° )，将扭矩脉动率降低到8.1°/。。显然可知，与 专利文献6所述的技术相比，本实施形式也明显改善了扭矩脉动率。
图7是表示扭矩脉动率的相对于角度ei、e2的依赖性的模拟曲线图。扭矩脉动率用等高线表示。图7中的两位数值是用百分数表示扭矩脉动率的数值，处于其旁边的曲线表示与赋予了该扭矩脉动率的角度ei、 e2的坐标的关系。表示扭矩脉动率为10%的等高线内侧的短线是表示，该短线所处的区域的扭矩脉动率小。换句话说意味着，表示扭矩脉动率为10%的等高线的内侧，不存在扭矩脉动率大到超过10%的区域。双点划线表示为了得到图7的曲线图的模拟范围。另外，与图6 — 样，设定Ll-0.7mm、 L2=3.2mm。从图3可以理解，仅仅增大角度ei时，角度63会变小。鉴于此，在模拟中，将角度e3保持在图6中扭矩脉动率良好的范围(15 25。)。具 体地说，若是01=40。，则93=18.4° ;若是91=30，则03=19.9° ;若是 91=25。，则03=22.2° ;若是01=20° ，则03=19.8 22.0° ;若是01=15。， 则03=17.8 20.1° ;另外，91=35。时，63=18.4 19.9° 。综上所述，在Ll=L2=0.7mm、 01=25° 、 63=22°的情况下，接近专 利文献6所述的技术，扭矩脉动率为20.8%。这时的L1、 ei、 93的条件 处于，图7中表示最佳结果的范围内(表示扭矩脉动率为10%的等高线 的内侧)。因而，作为得到ei、 62的合适值的条件采用这样的条件扭矩 脉动率小于20.8%，实际中为了简化而取其近似值，即扭矩脉动率取20% 以下。分别规定ei的上限值为曲线Lll、 U2，下限值为曲线L20。 62的上限值及下限值分别为16°及r ，由模拟的边界确定。曲线Lll是扭矩脉动率为20%的曲线中的91大的一方的一部分。曲 线Lll的左端由01=33°及62=1°的坐标确定，右端由91=31°及92=14° 的坐标确定。曲线L2将ei-3T及02=14°的坐标作为左端，在此与曲线 Lll连接。另夕卜，曲线L2在e2-14 15。中，对应于61=31° ，在92=15 16°中，对应于ei大的一方的模拟边界。由于曲线L12存在于表示扭矩脉动率为20%的曲线Lll、 L20和表 示扭矩脉动率为15%的曲线之间，此外，在曲线Lll、 L20之间不存在表 示扭矩脉动率为25%的曲线。
从以上描述可知，ei=i i6° 、且ei和e2选定在图6所示曲线ui、L12、 L20所围成的范围内，因此，显然能将扭矩脉动率控制在20%以下， 即是说，与专利文献6所述的技术相比，本实施形式改善了扭矩脉动率。另外，图6中所示的模拟曲线图中所采用的91=25° 、 92=7.5°的条 件，处于图7中表示最佳结果的范围内。图8是表示具有转子100与定子200的电动机扭矩脉动率依赖于距 离L1、 L2而降低的情况的模拟曲线图。图8中的两位数值是用百分数表示扭矩脉动率与Ll-L2情况相比的 减小率的数值，处于其旁边的曲线是表示与赋予该减小率的距离L1、 L2 的坐标的关系。表示减小率为40%的等高线的内侧的短线是表示，该短 线所处的区域的减小率小。换句话说意味着，表示减小率为40%的等高 线的内侧，不存在减小率大到超过40%的区域。双点划线表示为了得到图8的曲线图的模拟范围。另外，01=24° 、 62=7.5。(在L1-L2的情况下，未被定义)、03=21。。这些角度ei、 92、 63，鉴于图6及图7的情况，大致釆用最合适的值。关于距离L1，考虑转子IOO的机械强度，太薄不是优选的。另--方 面，考虑防止励磁磁铁6的磁极面彼此的磁通的短路，太厚也不是优选 的。从这些观点出发，优选将距离L1选定在0.4 2.0mm。在距离L1上 限值取2.0mm的附近，距离L2在大致为2.6 4.5mm之间，相对于距离 L2的减小率的依赖性低，以及鉴于模拟范围，优选将距离L2选定在 0.80'L1+1.0 0.75'Ll+3.7(mm)。借此，与L1-L2的情况相比，在扭矩 脉动率方面，大致能减小4成以上。该所优选的范围表示在图8中的网 格中。'<对得到效果的原因进行的分析〉接着，简单地说明对降低扭矩脉动率的原因进行的分析。图9是表 示扭矩的曲线图。曲线T1表示利用设定L^L2-0.7mm、 01=25° 、 03 =22°的转子和36个槽6极定子200的电动机的扭矩的曲线图。曲线T2 表示本实施形式的电动机扭矩，设定LK.7mm、 L2=3.2mm、 91=25° 、 02=7.5° 、 93=22° 。两者扭矩的平均扭矩设定为相等。
但是，图9中，例示了磁极为一个，即仅例示了机械角为360° /6 =60°的间隔。旋转角度在转子磁极边界与定子磁极边界一致的状态下取 为0° (参照图5的沿径向延伸的直线)。曲线T2与曲线T1相比，其变动较小，即扭矩脉动率较小。更具体 地说，曲线T1在旋转角度为4A、 4)B时，分别采用最大值和最小值。 曲线T2在旋转角度为4)A、》B的附近，釆用极大值、极小值。可是， 与曲线T1的最大值相比，曲线T2的极大值较小，与曲线T1的最小值相 比，曲线T2的极小值较大。为了更详细地讨论，将作用在转子表面的电磁力的切线成分(称作 "转子表面力切线成分")和转子的位置角度(磁极边界为0° )的关系 作成曲线图。图10至图12表示关于旋转角度小A的关系，图15至图17 表示关于旋转角度4)B的关系。图IO是表示磁极为一个(在这里，由于转子的极对数是3个，所以 360° /3/2=60° )的转子表面力切线成分；图11是表示0 10°附近的转 子表面力切线成分；图12是表示50 60。附近的转子表面力切线成分。 曲线F1A、 F2A分别表示釆用图9中的曲线T1、 T2的电动机的转子表面 力切线成分。关于旋转角度cbA，在位置角度为7 40。的附近，曲线F1A、 F2A 几乎都是零，转子表面力切线成分在两个电动机之间大体上不相同。但 是可知，采用图11及图12所示的位置角度，与曲线F1A相比，曲线F2A 显示出较小的转子表面力切线成分。特别是，如图12所示，在位置角度 为55 58°的区域中，这种倾向更为显著。图13及图14是表示转子与定子的磁通矢量的模拟结果，相当于剖 面图。但是，为了进行模拟，转子和定子被细分为多个要素，在其要素 中心配置有磁通矢量的始点。定子的齿部分201在其转子一侧备有扩宽 部分202。图13表示转子采用L1=L2的结构的情况，图14表示转子采用L2>L1 的结构(即本发明的转子)的情况。图13、图14都表示径向的点划线JA 大致位于位置角度为56。的位置。
与图13比较，在图14中，点划线JA所示的周向位置上的磁通矢量，虽然周向成分大体上没有变化，但是径向成分变小。可以认为这是由于:通过设定L2>L1，与该位置上的磁通矢量朝向的方向相同的朝向的周向 侧的磁性体增厚，换句话说，第2区域312与周缘10之间的磁性体量大 于图13所示结构的磁性体量。换句话说，可以认为这是由于与图13 所示的结构相比，在图14所示的结构中，点划线JA所示的周向位置上 的磁通矢量，更容易朝向与定子的扩宽部分202相反一侧。转子表面力切线成分正比于磁通矢量周向成分与径向成分之积。由 此，磁通矢量的周向成分几乎没有变化，而径向成分减小，从而转子表 面力切线成分减小。可以认为这是图12所示的曲线F2A相对于曲线F1A 较小的理由。图15是表示磁极为一个(60。)的转子表面力切线成分；图16是表示 0 10°附近的转子表面力切线成分；图17是表示50 60°附近的转子 表面力切线成分。曲线F1B、 F2B分别表示具有图9中的曲线T1、 T2的 电动机的转子表面力切线成分。关于旋转角度》B，在位置角度为7 42°的附近，曲线F1B、 F2B 几乎都是零，转子表面力切线成分在两个电动机之间大体上不相同。但 是可知，采用图16及图17所示的位置角度，与曲线F1B相比，曲线F2B 显示出较大的转子表面力切线成分。特别是，如图16所示，在位置角度 为0 5°的区域中，这种倾向更为显著。图18及图19表示转子与定子的磁通矢量的模拟结果，除了旋转角 度不同之外，与图13及图14所示是相同的。图18表示转子采用L1-L2 结构的情况，图18表示转子采用L2>L1结构(即本发明的转子)的情况。 图18、图19都表示径向的点划线JB大致位于位置角度为4。的位置。与图18比较，在图19中，点划线JB所示周向位置上的磁通矢量， 虽然周向成分大体上没有变化，但是径向成分变大。可以认为这是由于 通过设定L2>L1，与该位置上的磁通矢量朝向的方向相反的朝向的周向 侧的磁性体增厚，换句话说，第2区域322与周缘10之间的磁性体量大 于图18所示的结构的磁性体量。换句话说，可以认为这是由于与图18 所示的结构相比，在图19所示结构中，点划线JB所示的周向位置上的磁通矢量，更容易朝向定子的扩宽部分202侧。由此，磁通矢量的周向成分几乎没有变化，而径向成分增大，从而转子表面力切线成分增大。可以认为这是图12所示的曲线F2B相对曲线 F1B较小的理由。基于上述情况定性地考虑，还能得到下述结论。即，如图9所示， 与在转子的磁极边界附近磁性体没有增厚的情况(L1-L2)相比，当该位置 上的磁性体增厚时，缓和了扭矩相对旋转角度的依赖性。可以认为这是 由于在转子的磁极边界附近增厚的磁性体，改善了定子与转子之间磁 通流动的不规则性。第2实施形式图20是表示本发明第2实施形式的转子100结构的局部剖面图。显 然，该转子100除了励磁磁铁6以外的结构，也可以理解为本发明的磁 性体1 。本实施形式的转子100的特征在于，其第2部分312、 322与周缘10 的距离在周向上呈曲线状变化，除此之外，与第1实施形式所示的技术 相同。通过采用这样的结构，如第1实施形式说明的那样，在磁极边界 附近磁性体增厚，在磁极边界与中心之间磁性体的径向厚度之差减小。 从而能与第1实施形式同样地降低扭矩脉动。当然，不必须使转子100 形状为非对称性形状，也不用使外面为凹状。第3实施形式图21是表示本发明第3实施形式的转子100结构的局部剖面图。当 然，该转子100除了励磁磁铁6以外的结构，也可以理解为本发明的磁 性体1 。本实施形式的转子100的特征在于，其分别属于相邻的励磁磁铁贯 通开口2的一对相邻的第3部分313、 323彼此连通，除此之外，与第1 实施形式所示的技术相同。通过采用这样的构成，很显然，也能得到如 第1实施形式所说明的作用、效果。此外，在第2实施形式所示的结构 中，第3部分313、 323也可以彼此连通。
但是，考虑到空隙31、 32附近的、即转子磁极边界附近的机械强度，优选第3部分313、 323彼此离开地相邻。此外，通过将第3部分313、 323彼此连通，会增大一些扭矩脉动。 例如，在LlK).7mm、 L2=3.2mm、 61=25° 、 02=7.5° 、 63=22°的情况下， 扭矩脉动率为12.2%，与通过将第3部分313、 323彼此离开地相邻的结 构所得到的扭矩脉动率8.1%相比，扭矩脉动率变大。但是，可以看出， 与采用Ll=L2=0.7mm的构成所得到的扭矩脉动率为20.8%相比，依然具 有扭矩脉动率减小的效果。第4实施形式图22是表示本发明第4实施形式的转子100结构的局部剖面图。显 然，该转子100除了励磁磁铁6以外的结构，也可以理解为本发明的磁 性体l。本实施形式的转子100的特征在于，其分别属于相邻的励磁磁铁贯 通开口 2的一对相邻的第3部分313、 323分别与磁磁铁贯通开口 2相离 开，除此之外与第l实施形式所示的技术相同。在第3部分313、 323与 励磁磁铁贯通开口2之间，磁性体分别作为肋314、 324存在。很明显，通过采用这样的结构，可得到在第1实施形式中说明的作 用、效果。此外，在第2实施形式所示的结构中，也可以使第3部分313、 323与励磁磁铁贯通开口 2相离开。通过采用这样的结构，除了增大机械 强度以外，其优点还在于不需要设置突起310、 320。在该结构中，也可以如第3实施形式所示那样，将第3部分313、 323 彼此连通。图23是表示其变形结构的剖面图。第5实施形式图24及图25是表示本发明第5实施形式的转子100结构的局部剖 面图。显然，该转子100除了励磁磁铁6以外的结构，也能理解为本发 明的磁性体1。本实施形式的转子100的特征在于，第2部分312、 322与周缘10 的距离在周向上呈阶梯状变化，除此之外，与第1实施形式所示的技术 相同。可以看出，通过采用这样的结构，可得到在第1实施形式中说明 的作用、效果。阶梯的个数如图24、 25所示，可适当地选择。第2部分312、 322与周缘10的距离在周向上呈阶梯状变化，会增大 一些扭矩脉动。例如，在Ll=0.7mm、 L2=3.2mm、 ei=25° 、 62=7.5° 、 63=22°的情况下，扭矩脉动率为13.2%。然而，与Ll=L2=0.7mm的结 构所得到的扭矩脉动率20.8%比较时，可知具有降低扭矩脉动率的效果。 在本实施形式中，也可以如第3实施形式那样，采用将分别属于相 邻的励磁磁铁贯通开口 2的相邻的一对第3部分313、 323彼此连通的变 形。另外，还可以如第4实施形式那样，采用将第3部分313、 323分别 与励磁磁铁贯通开口 2离开的变形。虽然详细地说明了本发明，但在所有的方式中，上述的说明是例示， 本发明并不限定于此。可知在不脱离本发明的范围的前提下可以推定得 到未例示的多种变形例。
权利要求
1.一种磁性体(1)，其特征在于，该磁性体(1)包括周缘(10)；多个励磁磁铁贯通开口(2)，它们在周向上呈环状地配置，并分别在周向上具有一对端(21、22)；以及设置在所述一对端上的一对空隙(31、32)，关于设置在一个所述励磁磁铁贯通开口的所述端的一方(21)上的所述空隙(31)，(i)所述空隙(31)从该励磁磁铁贯通开口起通过所述周缘侧向该端的另一方(22)延伸，(ii)该空隙具有第1部分(311)，该第1部分(311)从该端的所述另一方侧起沿着周向与所述周缘离开相同的第1距离(L1)；以及第2部分(312)，该第2部分(312)与所述周缘之间的距离从所述第1部分起随着朝向在该端的所述一方侧相邻的另一所述励磁磁铁贯通开口而逐渐增加，所述空隙还具有设置在所述第2部分与所述励磁磁铁贯通开口之间的第3部分(313)。
2. 根据权利要求l所述的磁性体(1)，其特征在于，在一个所述空 隙中，所述第1部分(311; 321)的径向宽度随着沿周向远离所述第2 部分(312; 322)而逐渐减小，所述第1部分的与所述第2部分相反侧 的端部Gllt; 321t)的角度(63)选定在15 25度之间。
3. 根据权利要求2所述的磁性体(1)，其特征在于， 分别属于相邻的所述励磁磁铁贯通开口的一对相邻的所述空隙(31;32)的一方(31)的所述第1部分(311)的与所述第2部分(312)相 反侧的端部(311t),和所述一对所述空隙的另一方(32)的所述第1部 分(321)的与所述第2部分(322)相反侧的端部(321t)之间，当从所述周缘no)的中心(zo)观察时，在周向上以第i角度(ei)扩大，所述空隙的所述一方(31)的所述第1部分(311)的位于所述第2 部分(312)侧的周缘侧端部(311s)，和所述空隙的所述另一方(32)的所述第1部分(321)的位于所述第2部分(322)侧的周缘侧端部(321s) 之间，当从所述中心观察时，在周向上以第2角度(02)扩大， 所述第2角度选定在1 16度之间，所述第1角度及所述第2角度选定在如图6所示的曲线Lll、 L12、 L20所围成的范围内。
4. 根据权利要求3所述的磁性体(1)，其特征在于， 所述第2部分(312; 322)的位于所述第3部分(313; 323)侧的周缘侧端部(312s; 322s)和所述周缘(10)，离开第2距离(L2)， 所述第1距离选定在0.4 2.0mm，所述第2距离选定为比所述第1距离的0.80倍大l.Omm以上、在 所述第1距离的0.75倍上加3.7mm的长度以下。
5. 根据权利要求1所述的磁性体(1)，其特征在于，所述第2部分 (312; 322)与所述周缘(10)的距离在周向上呈直线状变化。
6. 根据权利要求1所述的磁性体(1)，其特征在于，所述第2部分 (312; 322)与所述周缘(10)的距离在周向上呈曲线状变化。
7. 根据权利要求1所述的磁性体(1)，其特征在于，所述第2部分 (312; 322)与所述周缘(10)的距离在周向上呈阶梯状变化。
8. 根据权利要求l所述的磁性体(1)，其特征在于，分别属于相邻 的所述励磁磁铁贯通开口的一对相邻的所述空隙(31; 32)的所述第3 部分(313、 323)彼此以离幵的方式相邻。
9. 根据权利要求l所述的磁性体(1)，其特征在于，分别属于相邻 的所述励磁磁铁贯通开口 (2)的一对相邻的所述空隙(31; 32)的所述 第3部分(313、 323)彼此连通。
10. 根据权利要求1所述的磁性体(1)，其特征在于，所述空隙的 所述第3部分(313、 323)和所述励磁磁铁贯通开口 (2)连通。
11. 根据权利要求IO所述的磁性体(I)，其特征在于，所述空隙(31、 32)在所述第3部分(313、 323)的所述励磁磁铁贯通开口 (2)侧还具 有凹部(310、 320)。
12. 根据权利要求1所述的磁性体(1)，其特征在于，所述空隙的所述第3部分(313、 323)和所述励磁磁铁贯通开口 (2)以离开的方式 相邻。
13. —种转子(100)，其特征在于， 该转子(100)包括根据权利要求1 12中的任一项所述的磁性体(1);以及 插通到所述励磁磁铁贯通幵口 (2)中的励磁磁铁(6)。
14. 一种电动机，其特征在于， 该电动机包括根据权利要求13所述的转子(100);以及相对所述转子通过预定间距设置在所述周缘(10)侧的定子(200)。
全文摘要
本发明提供磁性体、转子及电动机，分别设置在励磁磁铁贯通开口(2)的一方的端(21、22)上的空隙(31、32)，从励磁磁铁贯通开口(2)通过周缘(10)侧分别向另一方的端(22、21)延伸，因此，能够使该部分的磁性体(1)的径向尺寸比磁极中心处的小，降低磁极边界和磁极之间的磁性体径向(100)的厚度差。因而，不必须使转子形状为非对称性形状，也不用使外面为凹状，就能降低扭矩脉动。
文档编号H02K21/14GK101128969SQ20068000571
公开日2008年2月20日 申请日期2006年2月1日 优先权日2005年2月28日
发明者西嶋清隆 申请人:大金工业株式会社