转子及旋转电机的制作方法

本发明涉及具备转子芯的转子及旋转电机。

背景技术：

作为在转子芯中嵌入了永磁铁的嵌入磁铁型旋转电机中用于降低齿槽转矩的构造，公知有台阶偏斜构造的转子。但是，台阶偏斜构造的转子由于是复杂的结构，所以存在制造时间变长、生产效率低的课题。

在专利文献1公开的转子的转子芯中形成有3个磁铁插入孔，在3个磁铁插入孔分别插入永磁铁。1个磁极通过3个永磁铁形成，形成1个磁极的3个永磁铁相对于转子的周向的磁极的中心在周向对称地配置，相对于转子芯的层叠方向的中心在层叠方向上非对称地配置。

专利文献1：日本特开2003-333778号公报

技术实现要素：

但是，在专利文献1公开的转子，由于配置于周向的磁极的中心的永磁铁和与该永磁铁相邻的永磁铁形成的台阶偏斜角小，所以优选不采用将在轴向分离的多个旋转芯分别向周向大幅地错开而层叠这样的复杂的制造方法就能够降低齿槽转矩的转子的开发。

本发明是鉴于上述课题而提出的，目的在于得到不使构造复杂化就能够降低齿槽转矩的转子。

为了解决上述的课题而达成目的，本发明的转子的特征在于，具备：转子芯，其相对于1个磁极形成有多个磁铁插入孔；以及永磁铁，其分别插入至多个磁铁插入孔，磁铁插入孔相对于磁极中心而面对称地在周向形成，该磁极中心面包含将转子芯的中心轴和磁极的磁极中心进行连结的线并且与中心轴的轴线方向平行，永磁铁相对于轴线方向中心面以非对称的方式在轴线方向配置，并且相对于磁极中心面以非对称方式在周向配置，该轴线方向中心面穿过中心轴的轴线方向上的中心并且与磁极中心面正交，磁极中心位于将周向的磁极的外周面的宽度进行二等分的线上。

发明的效果

本发明涉及的转子获得以下效果，即，不使构造复杂化就能够降低齿槽转矩。

附图说明

图1是具备实施方式1涉及的转子的旋转电机的轴垂直剖面图。

图2是表示在图1所示的转子形成的多个磁极内、与1个磁极对应的永磁铁的配置状态的概略斜视图。

图3是表示配置了图2所示的转子芯的两个端面的端板的状态的图。

图4是表示在实施方式2涉及的转子形成的多个磁极内，与1个磁极对应的永磁铁的配置状态的轴垂直剖面图。

图5是表示与图4所示的1个磁极对应的永磁铁的配置状态的概略斜视图。

图6是表示在实施方式3涉及的转子形成的多个磁极内、与1个磁极对应的永磁铁的配置状态的概略斜视图。

图7是表示实施方式1涉及的转子的第1变形例的图。

图8是表示实施方式1涉及的转子的第2变形例的图。

图9是表示实施方式3涉及的转子的变形例的图。

图10是具备实施方式4涉及的转子的旋转电机的轴垂直剖面图。

具体实施方式

下面，基于附图详细地说明本发明的实施方式涉及的转子以及旋转电机。此外，本发明不受该实施方式限定。

实施方式1

图1是具备实施方式1涉及的转子的旋转电机的轴垂直剖面图。图1所示的旋转电机100具备定子1和在定子1内侧设置的转子2。转子2具备转子芯3、在转子芯3设置的轴4、以及多个永磁铁5。下面，将转子芯3的中心轴ax的轴线方向简称为“轴线方向”，将转子芯3的径向简称为“径向”，将转子芯3的周向简称为“周向”。

转子芯3是将从未图示的母材电磁钢板冲压成环状的多个薄板在轴线方向层叠而构成的。多个薄板通过铆接、焊接或粘接而相互固定。在转子芯3和定子1之间确保间隙。轴4通过热装、冷装或压入而固定于转子芯3的轴心部。

在转子芯3形成有多个磁铁插入孔6。多个磁铁插入孔6分别沿着周向d1排列。在周向d1上相邻的磁铁插入孔6相互分离。

转子2具备20个永磁铁5，在转子2形成有10个磁极7。1个磁极7由分别插入至在周向d1上相邻的2个磁铁插入孔6的永磁铁5的组合形成。多个永磁铁5的组合以不同的极性沿着周向d1交替的方式排列，并且以磁化取向方向成为径向的方式磁化。

图2是表示在图1所示的转子形成的多个磁极内、与1个磁极对应的永磁铁的配置状态的概略斜视图。如图2所示，形成1个磁极7的永磁铁5由第1永磁铁5u以及第2永磁铁5d构成。

在转子芯3形成有磁铁插入孔6。磁铁插入孔6由供第1永磁铁5u插入的第1磁铁插入孔61和供第2永磁铁5d插入的第2磁铁插入孔62构成。

第1磁铁插入孔61以及第2磁铁插入孔62分别形成为长方体状，并且靠近转子芯3的外周面31形成。第1磁铁插入孔61以及第2磁铁插入孔62分别从转子芯3的轴线方向的一个端面32贯通至另一个端面33。转子芯3的轴线方向是图2中箭头d2示出的方向。第1磁铁插入孔61以及第2磁铁插入孔62分别在周向d1上相邻排列。

第1磁铁插入孔61以及第2磁铁插入孔62相对于磁极中心面sv线对称地形成。磁极中心面sv包含将转子芯3的中心轴ax和转子芯3的周向d1上的磁极中心71进行连结的线8，并且是与中心轴ax的轴线方向d2平行的面。磁极中心71位于将周向d1上的磁极7的外周面31的宽度进行二等分的线9上。

插入至第1磁铁插入孔61的第1永磁铁5u靠近转子芯3的一个端面32配置，插入至第2磁铁插入孔62的第2永磁铁5d靠近转子芯3的另一个端面33配置。

在将轴线方向d2的转子芯3的从一个端面32至另一个端面33的宽度设为lr、将对宽度lr进行了二等分的宽度设为lr/2、将轴线方向d2的第1永磁铁5u的宽度设为lmu、将轴线方向d2的第2永磁铁5d的宽度设为lmd时，宽度lmu以及宽度lmd分别与宽度lr/2相等。换言之，宽度lr等于将宽度lmu以及宽度lmd各自2倍后的长度。

这样，第1永磁铁5u以及第2永磁铁5d以相对于磁极中心面sv非对称的方式在周向d1配置，并且以相对于与转子芯3的层叠方向即轴线方向d2垂直的轴线方向中心面sh非对称的方式在轴线方向d2配置。

另外，第1永磁铁5u以及第2永磁铁5d相对于磁极中心面sv和轴线方向中心面sh的交线cl点对称地配置。轴线方向中心面sh是穿过转子芯3的中心轴ax的轴线方向d2的中心72且与磁极中心面sv正交的面，是包含轴线方向中心34的面。根据该结构，能够将永磁铁5配置成台阶偏斜状，对于转子2的任意旋转方向都能够得到同等的偏斜效果，因此，对于任意旋转方向都能够得到同等的齿槽转矩降低效果。因此，即使不采用将多个旋转芯在周向d1错开层叠这样复杂的制造方法，也能够以简单的构造降低齿槽转矩。

在上述的专利文献1公开的转子中，由于永磁铁相对于转子的周向的磁极的中心在周向对称地配置，所以以2个永磁铁的组合不能形成1个磁极。与此相对，实施方式1涉及的转子2能够以偏斜配置的2个永磁铁形成1个磁极并且台阶偏斜角大，因此，与专利文献1的转子相比能够简化构造并且降低制造成本，能够提高齿槽转矩降低效果。

另外，根据实施方式1涉及的转子2，对于任意旋转方向都能够得到同等的偏斜效果，因此，对于任意旋转方向都能够得到同等的齿槽转矩降低效果。因此，根据实施方式1涉及的转子2，特别是能够得到适于伺服电动机以及电动动力转向这样的产品的旋转电机100。

另外，就实施方式1涉及的转子2而言，轴线方向d2的第1永磁铁5u的端面位置与转子芯3的一个端面32的位置一致，轴线方向d2的第2永磁铁5d的端面位置与转子芯3的另一个端面33的位置一致。而且，第1永磁铁5u以及第2永磁铁5d各自的轴线方向d2的位置能够通过将各永磁铁分别挤压切割插入至第1磁铁插入孔61以及第2磁铁插入孔62来确定。因此，根据实施方式1涉及的转子2，能够使得永磁铁5的插入工序变简单，进一步降低制造费用。

图3是表示在图2所示的转子芯的两个端面配置了端板的状态的图。为了防止第1永磁铁5u以及第2永磁铁5d向轴线方向d2凸出，可以如图3所示，在转子芯3设置在一个端面32配置的端板5a和在另一个端面33配置的端板5b。此外，在图3中，端板5a、5b是延伸至径向d3的转子芯3的中心部的形状，端板5a、5b只要是能够防止第1永磁铁5u以及第2永磁铁5d的凸出的形状即可，不限定于图示例。另外，可以在端板5a、5b设置用于插入连接部件的孔，也可以设置图1所示的轴4贯通的贯通孔。

另外，第1永磁铁5u以及第2永磁铁5d分别相对于磁极中心面sv非对称地配置即可，因此，各自的轴线方向长度可以不同。

另外，在本实施方式中，分别构成在转子芯3形成的多个磁极7的多个永磁铁5的配置模式针对每个磁极7是一致的。由此，能够最有效地降低齿槽转矩。但是，即使在形成多个磁极7内的1个磁极7的永磁铁5是相对于磁极中心面sv非对称地配置的情况下，也能够降低齿槽转矩。

另外，即使是形成n极的磁极7和形成s极的磁极7相对于磁极间的边界面对称地配置的情况下，也能够形成对于任意旋转方向都能够同等地降低齿槽转矩的构造。

实施方式2

图4是表示在实施方式2涉及的转子形成的多个磁极内、与1个磁极对应的永磁铁的配置状态的轴垂直剖面图。图5是表示图4所示的与1个磁极对应的永磁铁的配置状态的概略斜视图。在实施方式2涉及的转子2a的转子芯3a中，在形成1个磁极7的2个永磁铁内，第1永磁铁5u插入至第1磁铁插入孔61a，第2永磁铁5d插入至第2磁铁插入孔62a。

在第1永磁铁5u和第1磁铁插入孔61a之间形成有用于防止磁通短路的空隙3fb。虽然在图4中省略了图示，但在第2永磁铁5d和第2磁铁插入孔62a之间也形成有同样的空隙。

第1磁铁插入孔61a以及第2磁铁插入孔62a在周向d1相互分离地形成，并且相对于磁极中心面sv线对称地形成。另外，第1磁铁插入孔61a以及第2磁铁插入孔62a的相互的对置面4vl间的距离形成为从中心轴ax向转子芯3a的外周面31扩大。换言之，就第1磁铁插入孔61a以及第2磁铁插入孔62a而言，对转子芯3a的与中心轴ax正交的面进行轴向观察，形成为v字状。

第1永磁铁5u以及第2永磁铁5d以磁化取向方向成为箭头41所示方向的方式进行磁化。即，第1永磁铁5u以及第2永磁铁5d以相对于周向d1的第1磁铁插入孔61a以及第2磁铁插入孔62a各自的对置面4vl成直角方向的方式进行磁化。而且，在转子芯3a中，这样磁化的第1永磁铁5u以及第2永磁铁5d的组合使不同的极性交替地在周向d1排列。

在第1永磁铁5u以及第2永磁铁5d产生的磁通避开在周向d1相邻的磁铁插入孔而如波状线箭头42那样，朝向转子芯3a的径向外侧，流入至图1所示的定子1。

构成1个磁极7的第1磁铁插入孔61a以及第2磁铁插入孔62a的相互的对置面4vl所成的角度α小于90°。根据该结构，能够使得1个磁极7的剖面面积变窄并且提高磁通量，能够得到电动机转矩大的旋转电机。

如图5所示，插入至第1磁铁插入孔61a的第1永磁铁5u配置于靠近转子芯3a的一个端面32，插入至第2磁铁插入孔62a的第2永磁铁5d配置于靠近转子芯3a的另一个端面33。

第1永磁铁5u以及第2永磁铁5d以相对于磁极中心面sv非对称的方式在周向d1配置，并且以相对于与转子芯3的层叠方向即轴线方向d2垂直的轴线方向中心面sh非对称的方式在轴线方向d2配置。另外，第1永磁铁5u以及第2永磁铁5d相对于交线cl点对称地配置。

根据实施方式2涉及的转子2a，能够得到与实施方式1涉及的转子2相同的效果，并且能够进一步提高电动机转矩。

实施方式3

图6是表示在实施方式3涉及的转子形成的多个磁极内、与1个磁极对应的永磁铁的配置状态的概略斜视图。在实施方式3涉及的转子2b的转子芯3b中，由第1永磁铁5u、第2永磁铁5d以及第3永磁铁5m形成1个磁极7。

第1永磁铁5u插入至第1磁铁插入孔61b，第2永磁铁5d插入至第2磁铁插入孔62b。第3永磁铁5m插入至在周向d1的磁极中心71形成的第3磁铁插入孔63b。

第1磁铁插入孔61b、第2磁铁插入孔62b以及第3磁铁插入孔63b在周向d1相互分离地形成，并且相对于磁极中心面sv线对称地形成。第1磁铁插入孔61b、第2磁铁插入孔62b以及第3磁铁插入孔63b相对于周向d1以第1磁铁插入孔61b、第3磁铁插入孔63b、第2磁铁插入孔62b的顺序排列。

第1磁铁插入孔61b、第2磁铁插入孔62b以及第3磁铁插入孔63b分别从转子芯3b的轴线方向d2的一个端面32贯通至另一个端面33。第1磁铁插入孔61b、第2磁铁插入孔62b以及第3磁铁插入孔63b分别形成为长方体状，并且靠近转子芯3b的外周面31形成。

第1磁铁插入孔61b以及第2磁铁插入孔62b的相互的对置面间的距离形成为从中心轴ax向转子芯3b的外周面31扩大。第3磁铁插入孔63b形成于径向d3的第1磁铁插入孔61b以及第2磁铁插入孔62b的内侧。

插入至第1磁铁插入孔61b的第1永磁铁5u配置于靠近转子芯3b的一个端面32，插入至第2磁铁插入孔62b的第2永磁铁5d配置于靠近转子芯3b的另一个端面33。插入至第3磁铁插入孔63b的第3永磁铁5m配置于轴线方向中心34。即在轴线方向d2分割为三部分的3个永磁铁配置于轴线方向d2的转子芯3b的上侧、中心侧和下侧。

根据实施方式3涉及的转子2b，由3个永磁铁引起的磁动势的变化变平滑，能够进一步降低齿槽转矩。此外，在实施方式3涉及的转子2b中，如果第1永磁铁5u以及第2永磁铁5d的轴线方向长度相同，则不需要将第1永磁铁5u、第2永磁铁5d以及第3永磁铁5m各自的轴线方向长度设为相同。另外，第3永磁铁5m的定位不比第1永磁铁5u以及第2永磁铁5d容易，因此，在插入第3永磁铁5m之后，也可以将轴线方向d2的宽度相等的未图示的非磁性隔离件设于第3磁铁插入孔63b的间隙、即第3永磁铁5m的上下侧。由此，能够提高第3永磁铁5m的定位精度，进一步提高齿槽转矩的降低效果。

另外，根据实施方式3涉及的转子2b，3个永磁铁相对于轴线方向d2以倾斜的角度配置，因此，与专利文献1的转子相比偏斜的效果变大，能够进一步降低齿槽转矩。

图7是表示实施方式1涉及的转子的第1变形例的图。在图7所示的转子2c中，取代图2所示的第1永磁铁5u以及第2永磁铁5d，使用第1永磁铁5u1以及第2永磁铁5d1。第1永磁铁5u1由在轴线方向d2分割为两部分的永磁铁5ua、5ub构成，第2永磁铁5d1由在轴线方向d2分割为两部分的永磁铁5da、5db构成。

插入至第1磁铁插入孔61的第1永磁铁5u1配置于靠近转子芯3的一个端面32，插入至第2磁铁插入孔62的第2永磁铁5d1配置于靠近转子芯3另一个端面33。

在将轴线方向d2的从转子芯3的一个端面32至另一个端面33的宽度设为lr、将轴线方向d2的第1永磁铁5u1的宽度设为lmu、将轴线方向d2的第2永磁铁5d1的宽度设为lmd时，宽度lmu以及宽度lmd分别比宽度lr/2长且比宽度lr短。这样，第1永磁铁5u1以及第2永磁铁5d1以各自的一部分在周向d1重合的方式配置。根据如图7所示的转子2c，能够设为台阶偏斜状的配置并且增多磁通量，因此，能够抑制齿槽转矩并且提高电动机转矩。

图8是表示实施方式1涉及的转子的第2变形例的图。在图8所示的转子2d中，取代图2所示的第1永磁铁5u以及第2永磁铁5d，使用第1永磁铁5u2以及第2永磁铁5d2。插入至第1磁铁插入孔61的第1永磁铁5u2配置于靠近转子芯3的一个端面32，插入至第2磁铁插入孔62的第2永磁铁5d2配置于靠近转子芯3的另一个端面33。

在将轴线方向d2的从转子芯3的一个端面32至另一个端面33的宽度设为lr、将轴线方向d2的第1永磁铁5u2的宽度设为lmu、将轴线方向d2的第2永磁铁5d2的宽度设为lmd时，宽度lmu以及宽度lmd分别比宽度lr/2长且比宽度lr短。

第1永磁铁5u2以及第2永磁铁5d2以各自的一部分在周向d1重合的方式配置。根据图8所示的转子2d，能够设为台阶偏斜状的配置并且增多磁通量，因此，能够抑制齿槽转矩并且提高电动机转矩。

另外，在转子2d中，第1永磁铁5u2以及第2永磁铁5d2是相同尺寸，第1永磁铁5u2的周向宽度wmu与第2永磁铁5d2的周向宽度wmd相等，第1永磁铁5u2的径向宽度tmu与第2永磁铁5d2的径向宽度tmd相等。这样，通过使用相同尺寸的第1永磁铁5u2以及第2永磁铁5d2，与使用尺寸不同的大于或等于2种永磁铁的情况相比，能够抑制品质的波动且提高成品率，降低永磁铁的制造费用。

图9是表示实施方式3涉及的转子的变形例的图。在图9所示的转子2e中，取代图6所示的第3永磁铁5m，使用第3永磁铁5n。第3永磁铁5n插入至第3磁铁插入孔63b，由在轴线方向d2分割为两部分的永磁铁5na、5nb构成。

轴线方向d2的第3永磁铁5n的宽度与轴线方向d2的转子芯3的宽度相等。第1永磁铁5u以及第3永磁铁5n的轴线方向d2的一部分以在周向d1重合的方式配置，第2永磁铁5d以及第3永磁铁5n以各自的一部分在周向d1重合的方式配置。根据图9所示的转子2e，能够设成台阶偏斜状的配置并且增多磁通量，因此，能够抑制齿槽转矩并且提高电动机转矩。

实施方式4

图10是具备实施方式4涉及的转子的旋转电机的轴垂直剖面图。在图10的转子2f中，通过分别插入2个磁铁插入孔6的2个永磁铁5的组合来形成1个磁极7。2个磁铁插入孔6是与图4所示的第1磁铁插入孔61a以及第2磁铁插入孔62a相同的形状。因此，分别插入至2个磁铁插入孔6的永磁铁5配置于轴线方向上侧和轴线方向下侧。转子2f的磁极7的数量是14个，各个磁极7在周向排列。

定子1具备凸极是12个的12个槽。在具备实施方式4涉及的转子2f的旋转电机100a中，由于转子2f侧和定子1侧的磁极的对置面积变小，所以能够有效地提高电动机转矩。因此，根据实施方式4，能够得到减小齿槽转矩并且电动机转矩大的旋转电机100a。

另外，在实施方式1、2、4涉及的转子中，在转子芯形成的磁铁插入孔的数量相对于1个磁极是2个。由此，与对于1个磁极形成有大于或等于3个磁铁插入孔的情况相比，能够抑制品质的波动、提高转子芯的制造的成品率，并且降低构成1个磁极的永磁铁的数量且得到偏斜构造、降低齿槽转矩。

另外，在实施方式1至4涉及的转子中，也可以构成为在转子芯使用的全部的永磁铁的形状相同。与根据该构造使用尺寸不同的大于或等于2种永磁铁的情况相比，能够提高成品率并且降低永磁铁的制造费用。

另外，在实施方式1至4涉及的转子中，也可以构成为在转子芯形成的全部的磁铁插入孔的形状相同。与根据该构造形成尺寸不同的大于或等于2种磁铁插入孔的情况相比，能够使得永磁铁的设置容易化并且降低转子的制造费用。

上面的实施方式所示的构造表示本发明的内容的一个例子，也能够与其他的公知技术进行组合，还能够在不脱离本发明的主旨的范围对构造的一部分进行省略、变更。

标号的说明

1定子，2、2a、2b、2c、2d、2e、2f转子，3、3a、3b转子芯，3fb空隙，4轴，4vl对置面，5、5da、5db、5na、5nb、5ua、5ub永磁铁，5d、5d1、5d2第2永磁铁，5m、5n第3永磁铁，5u、5u1、5u2第1永磁铁，5a、5b端板，6磁铁插入孔，7磁极，8进行连结的线，9进行二等分的线，31外周面，32一个端面，33另一个端面，34轴线方向中心，61、61a、61b第1磁铁插入孔，62、62a、62b第2磁铁插入孔，63b第3磁铁插入孔，71磁极中心，72中心，100、100a旋转电机，ax中心轴，d1周向，d2轴线方向，sh轴线方向中心面，sv磁极中心面。