永磁型电机转子、永磁型电机转子制造方法及永磁型电的制造方法
【专利摘要】本发明公开了永磁型电机转子、永磁型电机转子制造方法及永磁型电机。本发明提供一种永磁型电机，其抑制伴随多段斜槽转子结构中的段间的短路磁通的产生的转矩下降，可以更加有效地减少齿槽转矩。永磁型电机转子（2）在轴向具有多段装入有多个磁极的永磁体（50）的转子铁心块（41），且具有将各段的转子铁心块（41）相互在旋转方向错开而一体形成的段斜槽结构。各段的转子铁心块（41）在永磁体50的磁极间，具有用于隔断该磁极间的短路磁通的隔磁部（60）。在不同段的转子铁心块（41）中，以段间相邻的磁极的隔磁部（60）、（60）彼此的至少一部分重合的方式设定斜槽角度。
【专利说明】永磁型电机转子、永磁型电机转子制造方法及永磁型电机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种对在转子铁心中装入永磁体的永磁型电机的斜槽转子结构进行了改良的永磁型电机转子、永磁型电机转子制造方法及永磁型电机。
【背景技术】
[0002]使用永磁体的电机产生齿槽转矩。齿槽转矩是由于来源于定子的线圈槽的磁导分布和由永磁体产生的磁通分布的相互作用而产生的转子的旋转脉动。
[0003]目前，作为齿槽转矩的减少方法，采用了斜槽结构。例如，已提出在转轴表面粘接有永磁体的表面永磁型电机(SPM电机)的转子中，由多段构成永磁体，形成多段式斜槽结构，由此减少齿槽转矩的技术(参照专利文献I)。
[0004]另外，已提出在定子铁心中，利用斜槽结构减少齿槽转矩的技术(例如，参照专利文献2)。
[0005]此外，已提出在转子铁心内部装有永磁体的埋入型永磁型电机(IPM电机)用转子中，用四极二段构成的永磁体施加段斜槽结构的技术(例如，参照专利文献3 )。
[0006]根据专利文献3，由于通过在转子上施加斜槽结构，产生轴向的短路磁路，因此，第一段永磁体和第二段永磁体之间夹入非磁性体，减少段间的短路磁通，抑制了转矩的下降。
[0007]先行技术文献
[0008]专利文献1:(日本)实开昭61-17876号公报(图1)
[0009]专利文献2:(日本)特开昭63-140635号公报(图1)
[0010]专利文献3:(日本)特开2000-308287号公报(图1?图4)
[0011]然而，在专利文献3的技术中，第一段永磁体和第二段永磁体之间夹入有非磁性体。但是，由于在永磁体的段间夹入非磁性体，推力作用面积减少，因此，结果是转矩下降。
[0012]在永磁型电机中，斜槽结构对于齿槽转矩减少是有效的方法。但是，因斜槽结构而产生的轴向短路磁通成为转矩下降的主要原因。根据情况的不同，由于轴向的短路磁通的产生，齿槽转矩的减少效果下降。因此，在永磁型电机中，希望开发不会产生轴向的短路磁通的斜槽结构。
【发明内容】
[0013]本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供一种抑制伴随多段斜槽转子结构中的段间的短路磁通的产生的转矩下降，可以更加有效地减少齿槽转矩的永磁型电机转子、永磁型电机转子制造方法及永磁型电机。
[0014]用于达成上述目的的本发明的永磁型电机转子，在轴向具有多段装入有多个磁极的永磁体的转子铁心块。各段的转子铁心块相互在周向上错开而一体形成，具有多段斜槽结构。
[0015]各段的所述转子铁心块具有在上述永磁体的磁极间、用于隔断该磁极间的短路磁通的隔磁部。[0016]在不同段的上述转子铁心块中，以使段间相邻的磁极的上述隔磁部彼此的至少一部分重合的方式设定斜槽角度。
[0017]本发明的永磁型电机转子具有多段斜槽结构，在不同段的转子铁心块中，由于段间相邻的磁极的隔磁部彼此的至少一部分重合，所以能够隔断段间的短路磁通的产生。
[0018]因此，能够抑制伴随多段斜槽结构中的短路磁通的产生的转矩下降，能够更加有效地减少齿槽转矩。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是实施方式I的永磁型电机的整体构成的概略图；
[0020]图2是转子铁心的截面形状的概略图；
[0021]图3是在转子铁心中装入永磁体的状态的概略图；
[0022]图4是以二段构成斜槽结构时的转子的概略立体图；
[0023]图5是从轴向观察图4的重要部位放大图；
[0024]图6是在实施方式2的永磁体型转子中，在同一方向施加了三段斜槽结构时的转子的立体图；
[0025]图7是从轴向观察图6的重要部位放大图；
[0026]图8是在实施方式3的永磁体型转子中，为三段斜槽结构且将斜槽方向交替反转时的转子的立体图；
[0027]图9是从轴向观察图8的重要部位放大图；
[0028]图10是在实施方式4的永磁体型转子中，具有斜槽定位孔的转子铁心的概略图；
[0029]图11是具有斜槽定位孔的转子的分解立体图；
[0030]图12是在实施方式4的永磁体型转子中，为三段斜槽结构且将斜槽方向交替反转时的转子的立体图；
[0031]图13是从轴向观察图12的重要部位放大图。
[0032]符号说明
[0033]2、202、302、402转子
[0034]40转子铁心
[0035]41 (41a、41b、41c)转子铁心块
[0036]42 磁体插入孔
[0037]50 永磁体
[0038]60隔磁部
[0039] 70 斜槽定位孔
[0040]100永磁型电机
【具体实施方式】
[0041]下面，参照附图，对(实施方式I)~(实施方式4)的永磁型电机进行说明。
[0042](实施方式I)~(实施方式4)的永磁型电机转子，具有多段斜槽转子结构，在不同段的转子铁心块中，段间相邻的磁极的隔磁部彼此的至少一部分重合。因此，根据该转子，可抑制段间的短路磁通，能够实现齿槽转矩的减少效果优异的多段斜槽转子结构的永磁型电机。
[0043][实施方式I]
[0044][永磁型电机的构成]
[0045]首先，参照图1?图5对实施方式I的永磁型电机的构成进行说明。图1是实施方式I的永磁型电机的整体构成的概略图。图2是转子铁心的截面形状的概略图。图3是在转子铁心中装入永磁体的状态的概略图。
[0046]作为实施方式I的永磁型电机，例如，可以举出在转子铁心内部装入多个永磁体的IPM电机(InteriorPermanentMagnetMotor)。图1所不的永磁型电机100是10极12槽的IPM电机，包括定子(定子)I和转子(转子)2。
[0047]如图1所示，定子I具有磁轭10、定子铁心20及绕组30。
[0048]磁轭10是圆柱体形状的金属部件。磁轭10具有关闭磁力线，使下述永磁体50的磁通的利用效果最大化的功能。另外，磁轭10还具有防止该电机100的外围设备受漏磁通产生的磁场的影响的功能。
[0049]作为磁轭10的构成材料，例如，使用硅钢板等软磁性体，但并不限于例示的材料。
[0050]定子铁心20是沿磁轭10的内面设置的圆柱体形状的金属部件。在定子铁心20的内周侧，以面对转子2的方式放射线状地划分形成有作为用于容纳绕组30的空间的多个槽21。
[0051]作为定子铁心20的构成材料，例如，与磁轭10同样使用硅钢板等软磁性体，但是并不限于例示的材料。
[0052]绕组30配置于槽21内。槽21和绕组30的数量相对应。在本实施方式中，虽配设有12个槽21及绕组30，但槽21及绕组30的数量没有限定。
[0053]转子2围绕轴3设置，具有转子铁心40及永磁体50。轴3成为转子2的旋转中心。
[0054]转子铁心40在轴向上具有多段的多个转子铁心块41，具有使各段的转子铁心块41在周向错开而一体形成的段斜槽结构。本实施方式的转子铁心40由二段转子铁心块41构成(参照图4)。
[0055]转子铁心块41是围绕轴3设置的圆柱体形状的金属部件。转子铁心块41的构成可以采用将多个铁心片材层叠成的转子铁心叠片，或者，也可以由单体的圆柱体形状的金属部件构成。
[0056]如图2所示，在转子铁心块41的中央部，形成有用于插通固定轴3的轴嵌合孔43。
[0057]转子铁心块41开口地设置有用于在外周部附近装入永磁体的多个磁体插入孔42。多个磁体插入孔42沿转子铁心块41的周向均等配置。本实施方式的磁体插入孔42例如呈在长方形的两端倾斜地附加了椭圆的形状，但并不限于例示的形状。
[0058]作为转子铁心块41的构成材料，例如使用硅钢板等软磁性体，但并不限于例示的材料。
[0059]如图1及图2所示，多个永磁体50装入转子铁心块41的内部。永磁体50呈矩形板状。多个永磁体50沿转子铁心块41的圆周方向均等地配置。永磁体50例如采用在转子铁心40的圆周方向交替磁化成N、S的配置，但并不限于例示的磁化配置。在本实施方式中，配置有10极的永磁体50，但并不限定永磁体50的数量。[0060]作为永磁体50，例如可以举出钕磁体等稀土类磁体，但并不限于例示的材质。
[0061]在永磁体50的磁极间设有隔磁部(7 ” I八'J r )60 (参照图3)。隔磁部60具有隔断在相邻的永磁体间短路的磁通的功能。本实施方式的隔磁部60，在装入磁体插入孔42内的永磁体50的两侧作为空间部划分形成。
[0062]隔磁部60不限于本实施方式那样的空间部，也可以在该隔磁部60填充磁体粘接使用的粘接剂或树脂等非磁性材料，对短路磁通的隔断功能没有任何影响。
[0063]接着，参照图4及图5，对实施方式I的段斜槽结构进行说明。图4是以二段构成斜槽结构时的转子的立体图。图4中，转子铁心以半透明形式表示，以使斜槽结构的样子容易明白。图5是从轴向观察图4的重要部位放大图。图5中，为了容易理解，使眼前转子铁心为半透明且省略永磁体而表示。
[0064]如图4所示，转子2在轴向具有二段装入有多个磁极的永磁体50的转子铁心块41a、41b，具有以使各段的转子铁心块41a、41b相互在周向错开的状态一体形成的段斜槽结构。
[0065]圆柱体形状的各转子铁心块41a、41b虽然相互在周向错开，但以同样的构成形成。因此，如图4及图5所示,磁体插入孔40及装入该磁体插入孔40的永磁体50以相互在旋转方向错开的状态配置。
[0066]斜槽角度设定为在不同段的转子铁心块41a、41b中，相邻的磁极的隔磁部60a、60b彼此的至少一部分重合。重合的隔磁部60a、60b至少一部分在通过段的轴向上重合。
[0067]在本实施方式的转子2中，如图5所示，彼此重合的隔磁部60a、60b的截面形状大致呈椭圆形，外周形状大致一致。隔磁部60、60在通过段的轴向上大致一致，由此，可以隔断轴向流动的段间的短路磁通。
[0068][永磁型电机的作用]
[0069]接着，参照图1?图5对实施方式I的永磁型电机100的作用进行说明。
[0070]本实施方式的永磁型电机100的转子2，如图1所示，在转子铁心叠片40的内部装入有多个永磁体50。多个永磁体50配置为在圆周方向交替磁化N、S。
[0071]另一方面，定子I以包围转子2的方式设置，具有在圆周方向放射线状布置的多个绕组30。
[0072]即，本实施方式的永磁型电机100中，以与转子2的永磁体50产生的磁通交叉的方式，在定子I的绕组30中流过电流。若永磁体50的磁通和流过绕组30的电流交叉，则本实施方式的永磁型电机100因电磁作用而使绕组30产生圆周方向的驱动力，以转轴3为中心使转子2旋转。
[0073]特别是本实施方式的转子2，如图2?图5所示，在轴向具有多段装入有多个磁极的永磁体50的转子铁心块41，具有将各段的转子铁心块41在周向错开而一体形成的多段斜槽结构。多段斜槽结构是为了减少转子2的旋转脉动，即减少齿槽转矩而构成。
[0074]但是，在多段斜槽结构中，在段间容易产生短路磁通，该短路磁通成为转矩下降的主要原因。
[0075]本实施方式的转子2的各段转子铁心块41，在永磁体50的磁极间具有用于隔断该磁极间的短路磁通的隔磁部60。本实施方式的隔磁部60是在装入磁体插入孔42内的永磁体50的两侧作为空间部划分形成。[0076]而且，在本实施方式的转子2中，在不同段的转子铁心块41a、41b中，以段间相邻的磁极的隔磁部60a、60b彼此的至少一部分重合的方式设定斜槽角度。彼此重合的隔磁部60a、60b的截面形状大致呈椭圆形,外周形状大致一致。
[0077]在本实施方式中，在图5中，第一段转子铁心块41a中的永磁体50的左侧的隔磁部60a和第二段转子铁心块41b中的永磁体50的右侧的隔磁部60b在轴向大致一致。即使仅永磁体50的一侧的隔磁部60a、60b彼此一致，由于该隔磁部60a、60b位于磁极间，所以段间的短路磁通也被抑制。
[0078]这样，根据本实施方式的转子2，能够抑制伴随多段斜槽结构中的短路磁通的产生的转矩下降，可以实现能够有效地减少齿槽转矩的永磁型电机100。
[0079][实施方式2]
[0080]接着，参照图6及图7对实施方式2的永磁型电机进行说明。图6是在实施方式2的永磁体型转子中，在同一方向施加三段斜槽结构时的转子的立体图。图6中，为了使斜槽结构的样子容易明白，转子铁心以半透明的方式表示。图7是从轴方向观察图6的重要部位放大图。图7中，为了容易理解，使眼前转子铁心为半透明，且省略永磁体而表示。另夕卜，在图6及图7中，对与实施方式I相同的构成部件附加相同的符号进行说明。
[0081]如图6所示，实施方式2中，转子202具有三段斜槽结构，各转子铁心块41是在同一方向上错开的斜槽构成，这一点与实施方式I不同。
[0082]具体地说，实施方式2的转子202在轴向上具有三段装入有多个磁极的永磁体50的转子铁心块41a、41b、41c，具有以在相同周向上错开的状态一体形成各段的转子铁心块41a、41b、41c的多段斜槽结构。
[0083]圆筒体形状的各转子铁心块41a、41b、41c虽然在相同周向上错开，但以同样的构成形成。因此，如图6及图7所示，磁体插入孔40及装入该磁体插入孔40的永磁体50，以在相同方向依次错开的状态配置。
[0084]斜槽角度设定为，在不同段的转子铁心块4la、4Ib、41c中，段间相邻的磁极的隔磁部彼此的至少一部分重合。
[0085]即，在本实施方式的转子202中，如图7所示，在第一段转子铁心块41a和第二段转子铁心块41b中，设定为相邻的隔磁部60a、60b彼此重合。另外，在第二段转子铁心块41b和第三段转子铁心块41c中，设定为相邻的隔磁部60b、60c彼此重合。
[0086]在本实施方式的转子202中，彼此重合的隔磁部60a、60b或60b、60c的截面形状大致呈椭圆形，外周形状大致一致。利用隔磁部60a、60b或60b、60c在通过段的轴向上大致一致，由此可隔断轴向流动的段间的短路磁通，能够抑制转矩减少。
[0087]实施方式2发挥基本上与实施方式I同样的作用效果。特别是实施方式2的永磁型电机为其转子202具有三段斜槽结构，各转子铁心块41a、41b、41c在相同方向上错开的斜槽构成。因此，实施方式2在具备三段斜槽转子结构的永磁型电机中，也发挥隔断段间的短路磁通而有效地减少齿槽转矩的特有效果。
[0088][实施方式3]
[0089]接着，参照图8及图9对实施方式3的永磁型电机进行说明。图8是在实施方式3的永磁体型转子中，为三段斜槽结构且将斜槽方向交替反转时的转子的立体图。图8中，为了使斜槽结构的情况容易明白，转子铁心以半透明的方式表示。图9是从轴向观察图8的重要部位放大图。图9中，为了容易理解，使眼前转子铁心为半透明且省略永磁体而表示。另外，在图8及图9中，对与实施方式I相同的构成部件附加相同符号进行说明。
[0090]如图8所示，实施方式3中，转子302具有三段斜槽结构，将斜槽方向交替反转，这一点与实施方式2不同。
[0091]具体地说，实施方式3的转子302在轴向具有三段装入有多个磁极的永磁体50的转子铁心块41a、41b、41c，具有以使各段的转子铁心块41a、41b、41c的斜槽方向交替反转并错开的状态一体形成的段斜槽结构。
[0092]圆筒体形状的各转子铁心块41a、41b、41c,虽然使斜槽方向交替反转,但以同样的构成形成。因此，如图8及图9所示,磁体插入孔40及装入该磁体插入孔40的永磁体50,以在不同方向交替错开的状态配置。
[0093]斜槽角度设定为在不同段的转子铁心块41a、41b、41c中，段间相邻的磁极的隔磁部60彼此的至少一部分重合。
[0094]S卩，在本实施方式的转子302中，如图9所示，在第一段转子铁心块41a、第二段转子铁心块41b及第三段转子铁心块41c中，设定为相邻的隔磁部60a、60b、60c彼此重合。
[0095]在本实施方式的转子302中，彼此重合的隔磁部60a、60b、60c的截面形状大致呈椭圆形，外周形状大致一致。第一段至第三段的隔磁部60a、60b、60c完全重合为一个,从轴向观察时，20处的隔磁部形成贯通孔。因此，本实施方式的转子302可以更可靠地隔断轴向流动的段间的短路磁通，能够进一步抑制转矩减少。
[0096]实施方式3发挥基本上与实施方式2同样的作用效果。特别是实施方式3的永磁型电机300，转子302具有三段斜槽结构，转子铁心块41a、41b、41c将斜槽方向交替反转。其结果是，第一段至第三段的隔磁部60a、60b、60c完全重合为一，从轴向观察时，该隔磁部60a.60b.60c为贯通孔。因此，实施方式3在具备三段斜槽转子结构的永磁型电机中，发挥将段间的短路磁通可靠地隔断且可以更加有效地减少齿槽转矩的特有效果。
[0097][实施方式4]
[0098]接着，参照图10?图12对实施方式4的永磁型电机进行说明。图10是在实施方式4的永磁体型转子中，具有斜槽定位孔的转子铁心的概略图。图11是具有斜槽定位孔的转子的分解立体图。图12是在实施方式4的永磁体型转子中，为三段斜槽结构且将斜槽方向交替反转时的转子的立体图。
[0099]图13是从轴向观察图12的重要部位放大图。在图13中，为了容易理解，使眼前转子铁心为以半透明，且省略永磁体而表示。另外，在图10?图12中，对与实施方式I相同的构成部件附加相同的符号进行说明。
[0100]如图10所示，实施方式4中，转子402具有三段斜槽结构，在各转子铁心块41a、41b、41c中具有斜槽定位孔70，这一点与实施方式3不同。
[0101]斜槽定位孔70成为用于构成多段斜槽结构的基准。具体地说，将每一段的斜槽角度设为Θ s时,斜槽定位孔70设定于相对以磁体插入孔42为基准的任意的对称中心线错开± Θ s/2°对称性的部位。
[0102]另外，如图11及图12所示，以转轴嵌合孔43的中心轴为中心使斜槽定位孔70 —致的方式，使各段的转子铁心块41a、41b、41c交替反转，将该转子铁心块41a、41b、41c定位。[0103]而且，通过将定位后的转子铁心块41a、41b、41c 一体形成，完成转子铁心40。使用该转子铁心40而完成的三段斜槽结构的转子402，除斜槽定位孔70以外，与实施方式3的转子302为相同构成(参照图8)。
[0104]在本实施方式的转子402中，如图11及图13所示，设定为在第一段转子铁心块41a、第二段转子铁心块41b及第三段转子铁心块41c中相邻的隔磁部60a、60b、60c彼此重
八
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[0105]在本实施方式的转子402中，彼此重合的隔磁部60a、60b、60c的截面形状大致呈椭圆形，外周形状大致一致。第一段至第三段的隔磁部60a、60b、60c重合为一,从轴向观察时20处的隔磁部成为贯通孔。同样地，斜槽定位孔70成为4处贯通孔。因此，本实施方式的转子402可更加可靠地隔断轴向流动的段间的短路磁通，能够进一步抑制转矩减少。
[0106]实施方式4发挥基本上与实施方式3同样的作用效果。特别是实施方式4，由于具有成为用于构成多段斜槽结构的基准的斜槽定位孔70，所以发挥能够极其容易地构成多段斜槽结构的特有效果。
[0107]以上，对本发明的最佳实施方式进行了说明，但这些是用于说明本发明的示例，并不是将本发明的范围仅限定于这些实施方式的意思。本发明在不脱离其主旨的范围内，能够以与上述实施方式不同的种种形式进行实施。
[0108]例如，在上述实施方式中，虽然以二段或三段斜槽结构为例进行了说明，但是不用说，本发明也能应用于四段以上的斜槽结构的转子及永磁型电机。
【权利要求】
1.一种永磁型电机转子，其在轴向具有多段装入有多个磁极的永磁体的转子铁心块，并且，具有将各段转子铁心块相互在周向上错开而一体形成的多段斜槽结构，其特征在于， 各段所述转子铁心块在所述永磁体的磁极间具有用于隔断该磁极间的短路磁通的隔磁部， 在不同段的所述转子铁心块中，以段间相邻的磁极的所述隔磁部彼此的至少一部分重合的方式设定斜槽角度。
2.如权利要求1所述的永磁型电机转子，其特征在于，所有段的所述隔磁部的至少一部分在轴向一致。
3.如权利要求1或权利要求2所述的埋入式永磁型电机，其特征在于，所述隔磁部在所述永磁体的两侧作为空间部划分形成。
4.如权利要求3所述的永磁型电机转子，其特征在于，在所述隔磁部填充有非磁性材料。
5.如权利要求1或2所述的永磁型电机转子，其特征在于，各转子铁心块具有成为用于构成多段斜槽结构的基准的斜槽定位孔。
6.如权利要求5所述的永磁型电机转子，其特征在于，所述斜槽定位孔在每一段的斜槽角度为Θ s时,设定于相对于以装入有所述永磁体的磁体插入孔为基准的任意的对称中心线错开± Θ s/2°对称性的部位。
7.—种永磁型电机转子制造方法，所述永磁型电机转子在轴向具有多段装入有多个磁极的永磁体的转子铁心块，并且，具有将各段的转子铁心块相互在周向上错开而一体形成的段斜槽结构，所述方法的特征在于， 每一段的斜槽角度为Θ s时,在相对于以装入有永磁体的磁体插入孔为基准的任意的对称中心线错开土 Θ s/2°对称性的部位设定斜槽定位孔， 以所述斜槽定位孔一致的方式，使各段转子铁心块交替反转，一体形成多段斜槽结构的转子铁心。
8.—种永磁型电机，其特征在于，在具备多个绕组的定子的内部配置权利要求1或2所述的转子而成。
【文档编号】H02K15/03GK103973008SQ201410034782
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2013年1月31日
【发明者】宫下利仁 申请人:山洋电气株式会社