转子以及使用该转子的IPM电机的制作方法

本发明涉及永磁体埋入式转子以及使用了该转子的ipm电机，尤其是涉及能够使由永磁体向径向内侧泄漏的磁通降低而使磁特性提高的转子和使用该转子的ipm电机。

背景技术：

在内转子结构的电动机中，公开了以下技术：为了在磁体阵列的外侧产生强磁场并且降低齿槽转矩和转矩波动，具备在转子的径向上磁化的多个主磁体和在径向之外的方向(例如，周向)上磁化的多个辅助磁体，使主磁体在转子铁心的外周面的周向上空出间隔配置，将辅助磁体配置在主磁体之间，使这些主磁体和辅助磁体成为海尔贝克阵列(参照专利文献1、2)。

通过采用这样的磁体阵列，能够形成高转矩、高效率的电动机，但在采用在转子铁心的外周面排列配置多个主磁体和多个辅助磁体的spm构造的情况下，需要通过粘接剂等使主磁体和辅助磁体与转子铁心的外周面接合的工序，并且担心发生磁体的破裂、剥落、飞散而使磁特性变差等。

于是，研究应用磁体的海尔贝克阵列并且将磁体埋入转子内的ipm构造(参照专利文献3、4)。

专利文献1：日本特开2002-354721号公报

专利文献2：日本特开2007-014110号公报

专利文献3：日本特开2012-50179号公报

专利文献4：日本特开2014-150659号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

然而，在采用ipm构造的情况下，在旋转轴的直径小的情况下，主磁体和辅助磁体与安装旋转轴的轴孔之间的距离变大，在磁体与轴孔之间能够成为磁路的区域变大。

因此，即使在应用海尔贝克阵列来配置磁体的情况下，仍然会产生一部分磁通由磁体阵列向径向内侧(轴孔侧)泄漏而使磁特性降低的问题。

本发明是鉴于上述情况而做出的，其主要目的在于提供一种在应用海尔贝克阵列而在转子铁心的内部埋设永磁体的情况下，即使插入旋转轴的轴孔与磁体之间分开，也能够使由磁体阵列向内侧泄漏的磁通降低而使磁特性提高的转子以及使用了该转子的ipm电机。

用于解决技术问题的技术方案

为了解决上述技术问题，本发明的转子在具备圆柱状的转子铁心和在该转子铁心的内部配置的多个永磁体的内转子结构的电机中使用，该转子的特征在于，在所述转子铁心的中央，以贯穿该转子铁心的方式形成有轴孔，在所述转子铁心的靠近外周面的区域设有供所述多个永磁体配置的磁体配置区域，在所述转子铁心的所述磁体配置区域形成有多个主磁体保持部和多个辅助磁体保持部，多个主磁体保持部与所述轴孔平行地延伸设置，并且使矩形状截面的长边沿着所述转子铁心的周向配置，所述多个辅助磁体保持部与所述轴孔平行地延伸设置，配设在所述多个主磁体保持部的各主磁体保持部之间并且使矩形状截面的长边沿着所述转子铁心的径向配置，所述永磁体包含以磁极的方向沿着所述转子铁心的径向的方式嵌装于所述主磁体保持部的主磁体和以磁极的方向沿着所述转子铁心的周向的方式嵌装于所述辅助磁体保持部的辅助磁体，在所述磁体配置区域与所述轴孔之间设有与所述轴孔平行地延伸设置的多个空隙，将所述空隙配置在各个所述辅助磁体保持部的径向内侧。

因此，在比以轴孔为中心呈放射状形成的辅助磁体保持部位于径向内侧(轴孔侧)的位置形成空隙，因此通过空隙来切断磁体与轴孔之间的磁路，能够使从主磁体和辅助磁体向径向内侧泄漏的磁通降低。

并且，在所述轴孔的周围形成的环状的轴毂部和所述磁体配置区域通过在相邻的所述空隙之间形成的连接部连接，将所述连接部设置在各个所述主磁体保持部的径向内侧。

通过将空隙在各个辅助磁体保持部的内侧设置在轴孔之间，从而在相邻的空隙之间设有连接部，将该连接部设置在各个主磁体保持部的径向内侧，因此能够遍及整周等间隔地设置与主磁体的数量相对应的数量的连接部，能够良好地保持转子铁心的变形平衡。

在这里，优选在所述连接部，使所述主磁体保持部的附近的周向宽度比所述轴孔的附近的周向宽度大。

通过采用这样的结构，能够缓和离心力造成的连接部的应力集中，并且在通过多片钢板层叠构成转子铁心的情况下，能够在连接部的所述主磁体保持部的附近设置将相邻的钢板彼此结合的压紧部。

在将相邻的钢板彼此结合的压紧部设置在主磁体保持部的径向外侧的情况下，压紧部设置在磁通集中的磁路上，存在阻碍磁通流通的问题，但在使连接部的主磁体保持部的附近宽度增大而在这里设置压紧部的情况下，几乎不会影响磁通的流通，不会存在使产生转矩的磁通降低的问题。

需要说明的是，所述空隙可以通过设置在所述辅助磁体保持部的附近而具有将磁路切断的功能的磁路切断部和与该磁路切断部连续地设置在所述轴孔侧而具有重量降低功能的重量降低部一体化而形成。即，如上所述，只要能够切断在主磁体与辅助磁体之间流通的从径向内侧环绕的磁通，仅在辅助磁体保持部的径向内侧的附近设置空隙即可，但通过使空隙在径向内侧延伸设置而如上所述地与重量降低部一体化，能够实现转子的轻量化。

以上转子在形成以下ipm电机(磁体内置式电机)的情况下是有益的，该ipm电机具有配设在筒状的定子的内侧的转子，该筒状的定子具有包含多个齿的定子铁心和卷绕于所述多个齿的各个齿的绕组。

发明的效果

如上所述，根据本发明，在靠近中央具有轴孔的转子铁心的外周面设置的磁体配置区域设有沿着转子铁心的周向配置的多个主磁体保持部和在多个主磁体保持部的各主磁体保持部之间沿着转子铁心的径向配置的多个辅助磁体保持部，在主磁体保持部嵌装磁极方向沿着转子铁心的径向的主磁体，在辅助磁体保持部嵌装磁极方向沿着转子铁心的周向的辅助磁体，在该转子中，在磁体配置区域与轴孔之间且辅助磁体保持部的径向内侧使空隙与轴孔平行地延伸设置，即使在旋转轴的直径小的情况下(轴孔与磁体保持部的距离大)，也能够使由磁体阵列向径向内侧泄漏的磁通降低而使磁特性提高。

并且，由于在相邻的空隙之间将从在轴孔的周围形成的轴毂部向径向延伸的连接部设置在各个主磁体保持部的径向内侧，因此能够良好地保持转子铁心的变形平衡。

另外，使连接部的主磁体保持部的附近的宽度宽，在这里设置将构成转子铁心的钢板彼此结合的压紧部，能够省略层叠钢板的铆钉结合，并且不会阻碍磁通的流动，不存在使产生转矩的磁通降低的问题。

附图说明

图1的(a)和(b)是表示本发明的ipm电机的图，其中图1的(a)是侧剖视图，图1的(b)是图1的(a)的a-a剖视图。

图2是表示转子的立体图。

图3是表示磁体嵌装于保持部的转子铁心的立体图。

图4是从轴向观察图3的图。

图5是放大表示图4的一部分的图。

图6是对本发明的转子的磁通分布进行说明的图。

图7是部分放大表示转子的另一结构例的图。

图8的(a)和(b)是表示图7的结构例中在构成转子的钢板上设置的压紧部的图，表示的是通过凹凸压紧构成压紧部的例子，图8的(a)是表示通过凹凸压紧层叠钢板的状态的图，图8的(b)是表示凹凸的立体图。

图9是表示设置于转子铁心的空隙的另一结构例的图。

附图标记说明

1ipm电机；3转子；7旋转轴；8转子铁心；10永磁体；11主磁体；12辅助磁体；16轴孔；17主磁体保持部；18辅助磁体保持部；19磁体配置区域；20空隙；20a磁路切断部；20b重量降低部；22连接部；22a大宽度部。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的ipm电机(内置永磁电机)的实施方式进行说明。

在图1中，ipm电机1具备定子2和转子3。

定子2具备：定子铁心4，其形成为大致圆柱状；多个(在本实施方式中为18个)齿5，其在定子铁心4的内侧呈放射状形成；绕组6，其卷绕于这些齿5，并且与未图示的电源装置连接。绕组6构成为在从电源装置供给电流时产生用于使转子3旋转的旋转磁场。

转子3能够旋转地支承在定子2的内侧。如图2至图4所示，该转子3具有个别地安装于旋转轴7的转子铁心8、在转子铁心内在周向上配设的多个永磁体10、在转子铁心8的两端安装的端板13，通过铆钉14在轴向上将转子铁心8和端板13连接而使它们一体化。

转子铁心8例如层叠由硅钢形成的圆盘形状的多个钢板15而构成为圆柱状。在转子铁心8的中央形成有插装旋转轴7的轴孔16，在靠近外周面的区域设有供多个永磁体10配置的磁体配置区域19。而且，在该磁体配置区域19形成有：多个主磁体保持部17，其在周向上具有规定的间隔并且在旋转轴(轴孔)的轴向上延伸设置；多个辅助磁体保持部18，其在相邻的主磁体保持部之间以轴孔16为中心呈放射状形成并且在旋转轴(轴孔)的轴向上延伸设置。

主磁体保持部17与轴孔平行地延伸设置，使矩形状截面的长边沿着转子铁心的周向的方式配置，在该例子中，在周向上等间隔地设有12处。并且，辅助磁体保持部18与轴孔平行地配设，使矩形状截面的长边沿着转子铁心的径向配置，在从将各个相邻的主磁体保持部17连结的线附近到转子铁心8的外周面附近设置，在周向上等间隔地设有12处。因此，各个主磁体保持部17设置在接近辅助磁体保持部18的径向的内侧端的位置。

而且，在各个主磁体保持部17嵌装有形成为与其为大致相同形状的长方体状的主磁体11，并且在各个辅助磁体保持部18嵌装有形成为与其为大致相同形状的长方体状的辅助磁体12。

如图5所示，主磁体11以磁极的方向沿着转子铁心8的径向且转子铁心8的表面侧的磁极在周向上彼此不同(颠倒)的方式嵌装。并且，辅助磁体12以磁极的方向沿着周方向且面向相邻的主磁体11侧的磁极分别与该相邻的主磁体的转子铁心8的表面侧的磁极为相同极性的方式嵌装。

因此，主磁体11和辅助磁体12在转子3的旋转方向上应用海尔贝克阵列配置，磁通主要在转子铁心8的表面侧产生。

并且，在转子铁心8，在磁体配置区域19与轴孔16之间设有与轴孔16平行地延伸设置的多个空隙20。各个空隙20配置在各个辅助磁体保持部18的径向内侧，具有从最靠近辅助磁体保持部18的位置到轴孔16附近在径向上延伸的截面形状。最靠近辅助磁体保持部18的位置的周向宽度形成为与辅助磁体保持部18的周向宽度大致相等，轴孔16的附近的周向宽度形成为比最靠近辅助磁体保持部18的位置的周向宽度大。在该例子中，周向宽度在空隙20的径向的大致中央急剧变化。

因此，在处于相邻的空隙之间的各个主磁体保持部17的径向内侧形成有从在轴孔16的周围形成的轴毂部21向径向延伸的连接部(轮辐)22，在该连接部22中，主磁体保持部17的附近的周向宽度形成为比轴孔16的附近的周向宽度大。

如上所述，由于主磁体11和辅助磁体12应用海尔贝克阵列配置，因此主要在转子3的表面侧产生大量的磁通。假如没有设置空隙20，则在转子铁心8的主磁体11和辅助磁体12的内侧也形成有磁路，因此也产生大量在该内侧通过的磁通。然而，由于在辅助磁体保持部18的径向内侧形成空隙20，在比主磁体11和辅助磁体12位于径向内侧的位置形成的磁路被切断，如图6所示，能够有效地降低由主磁体11和辅助磁体12向径向内侧泄漏的磁通。因此，即使在旋转轴7的直径小的情况下(永磁体10与旋转轴7之间分开)，也能够使由磁体阵列向径向内侧泄漏的磁通降低而使磁特性提高。

为了得到切断磁路的效果，空隙20仅设置在辅助磁体保持部18的附近即可，但在上述结构中，使空隙20向径向延伸，在轴孔附近增大周向宽度。因此，在该结构中，辅助磁体保持部18的附近的周向宽度小的空隙部分作为磁路切断部20a发挥作用，由此靠近轴孔16的周向宽度大的空隙部分作为降低转子3的重量的重量降低部20b发挥作用。

此外，磁路切断部20a只要以切断由磁体向内侧泄漏的磁通的功能为优先，则可以如图5的单点划线所示的那样与重量降低部20b同等程度地以大宽度形成。

并且，在上述例子中，作为使磁路切断部20a以小宽度形成的结果，连接部22的主磁体附近的部分以大宽度形成。于是，如图7所示，可以利用该连接部22的大宽度部22a来形成对所层叠的相邻钢板彼此进行压紧结合的压紧部23。

例如，如图8所示，为了对钢板15进行凹凸压紧(dowelcaulking)，可以在钢板成型时在各钢板15的大宽度部22a一体地形成凹凸(dowel)23a，通过该凹凸23a使相邻的钢板彼此结合。在这样的结构中，压紧部23设置在磁通密度低的部位，因此几乎不会影响磁通的流通。并且，不需要通过铆钉进行钢板15的结合，能够省略对钢板15进行铆钉结合的工序，能够降低制造工时和成本。

需要说明的是，连接部22的在主磁体保持部17的附近形成的大宽度部22a和空隙20的形状不限于上述形态，如图9所示，可以通过使空隙20向转子铁心8的内侧的宽度逐渐变大，使连接部22向转子铁心8的外侧逐渐变大从而在主磁体保持部的径向内侧形成大宽度部。

这样，空隙20和连接部22的形状不限于上述形状，可以在不影响本发明的功能(磁路切断功能、重量降低功能、压紧部形成功能)的范围内适当地进行变形。