转子及旋转电机的制作方法

本实用新型涉及转子及旋转电机。

背景技术：

以往，已知有在转子铁芯的内部埋设有永久磁铁的磁铁埋入型旋转电机(所谓ipm马达。ipm：interiorpermanentmagnet)的结构。在上述的磁铁埋入型旋转电机中，提出了用于根据转子的旋转时的状态来调节磁通的强度的各种技术。

例如在专利文献1(国际公开第2010/070888号)中公开了一种旋转电机的结构，该旋转电机具有：磁通量变化的可变磁力磁铁；磁力比可变磁力磁铁大的固定磁力磁铁；以及将固定磁力磁铁的磁路部分和磁通泄漏的部分包围的短路线圈。

根据专利文献1中记载的技术，因贯通短路线圈的由磁化电流产生的磁场而在短路线圈中产生感应电流。通过该感应电流将固定磁力磁铁的磁场消除，由此能够抑制使可变磁力磁铁增磁时的磁化电流的增加。

技术实现要素：

【实用新型的概要】

【实用新型要解决的课题】

然而，这种磁铁埋入型旋转电机中使用的钕磁铁(永久磁铁)随着温度上升而残留磁通密度(磁力)减弱。因此，在磁力最强的低温条件下，需要以使由永久磁铁产生的反向电压成为旋转电机的耐电压以下的方式设计逆变器中使用的半导体元件等。另一方面，在旋转电机被驱动而转子成为了高温的状况下，需要确保要求转矩。由此，在旋转电机中，要求在低温时磁力减弱并在高温时磁力增强那样的磁路。

因此，本实用新型的目的在于，提供一种能够在低温时减弱磁力并在高温时提高磁力的转子及使用了该转子的旋转电机。

【用于解决课题的方案】

本实用新型的转子及旋转电机具有以下的结构。

(1)本实用新型的一方案的转子(例如，第一实施方式中的转子3)具备：转子铁芯(例如，第一实施方式中的转子铁芯4)，其形成为环状，并具有沿轴向延伸的磁铁插入孔(例如，第一实施方式中的磁铁插入孔31)；永久磁铁(例如，第一实施方式中的永久磁铁5)，其插入于所述磁铁插入孔，并沿着所述转子铁芯的周向而设有多个；以及温敏构件(例如，第一实施方式中的温敏构件6)，其配置在沿所述周向相邻的所述永久磁铁彼此之间，沿着所述轴向延伸，并且随着温度上升而饱和磁通密度下降。

(2)在上述(1)的方案的转子中，所述转子铁芯可以具有供所述温敏构件插入的温敏构件插入孔(例如，第一实施方式中的温敏构件插入孔32)，在所述温敏构件插入孔与所述磁铁插入孔之间可以设有肋(例如，第一实施方式中的肋35)，在从所述轴向观察时，所述温敏构件插入孔的角部可以被倒角。

(3)在上述(1)或(2)的方案的转子中，所述温敏构件可以为软磁性体。

(4)在上述(1)～(3)中的任一方案的转子中，所述温敏构件可以在从所述轴向观察时，相对于所述转子的d轴而对称地配置。

(5)在上述(1)～(4)中的任一方案的转子中，所述转子可以具备在所述转子铁芯的所述轴向的端部配置的端面板(例如，第一实施方式中的端面板7)。

(6)本实用新型的一方案的旋转电机(例如，第一实施方式中的旋转电机1)具备：上述(1)～(5)中的任一方案的转子；以及在所述转子的径向的外侧空出间隙而配置的定子(例如，第一实施方式中的定子2)。

【实用新型效果】

根据(1)的方案，在沿周向相邻的永久磁铁彼此之间配置有温敏构件，温敏构件随着温度上升而饱和磁通密度下降。在低温时，温敏构件的饱和磁通密度相对大。因此，通过使磁通通过温敏构件，从而来自永久磁铁的磁通泄漏容易产生。由此，能够降低在转子中产生的反向电压。由此，在低温条件下，与不具有温敏构件的现有技术相比能够使反向电压下降，因此能够降低逆变器中使用的半导体元件的耐电压。因而，能够使用耐电压低的更廉价的半导体元件。另一方面，在旋转电机被驱动而因内部发热使温度上升了的高温时，温敏构件的饱和磁通密度比低温时小。因此，通过抑制磁通通过温敏构件的情况，从而来自永久磁铁的磁通泄漏难以产生。由此，在高温条件下，能够提高永久磁铁的沿着径向的磁力，提高转子的转矩。由此，在旋转电机的驱动时能够输出所希望的转矩。

这样，根据本实用新型，能够提供一种能够在低温时减弱磁力并在高温时提高磁力的转子。

根据(2)的方案，在温敏构件插入孔与磁铁插入孔之间设有肋，在从轴向观察时，温敏构件插入孔的角部被倒角。因此，在肋上未形成角部，所以例如在转子旋转时，能够抑制受到永久磁铁、温敏构件的离心力而在肋上集中有应力的情况。由此，能够成为可耐受离心力并能够可靠地保持温敏构件的转子。

根据(3)的方案，温敏构件为软磁性体。因此，温敏构件自身不产生磁通，但是通过配置在温敏构件的附近的永久磁铁的磁力而被磁化。由此，根据温度而温敏构件的饱和磁通密度变化，从而能够形成与温度对应的所希望的磁路。因此，能够有效地在低温时减弱磁力并在高温时提高磁力。

根据(4)的方案，温敏构件在从轴向观察时，相对于转子的d轴而对称配置。由此，能够更有效地调节永久磁铁的磁力。具体而言，通过在低温时允许温敏构件中的磁通的通过，从而使漏磁通产生，通过在高温时抑制温敏构件中的磁通的通过，从而使径向的磁力增加。由此，能够根据温度而使磁力显著地变化。

根据(5)的方案，具备在转子铁芯的轴向的端部配置的端面板。通过该端面板，能够限制永久磁铁、温敏构件的向轴向的移动。在此，例如存在经由端面板沿着转子的径向供给制冷剂的情况。在该情况下，能够使用制冷剂将转子的温度积极地冷却，因此容易调节转子的温度。由此，通过设定为所希望的温度，从而能够将温敏构件的饱和磁通密度设定为所希望的值。

根据(6)的方案，具备上述的转子和定子。由此，能够提供使用了下述转子的高性能的旋转电机，该转子通过在低温时减弱磁力，从而在逆变器中能够使用耐电压低的廉价的半导体元件，并且通过在高温时提高磁力，从而提高了转矩。

附图说明

图1是第一实施方式的旋转电机的局部主视图。

图2是图1的ii部放大图。

图3是第一实施方式的转子铁芯和温敏构件的分解立体图。

图4是表示第一实施方式的温敏构件中的温度与饱和磁通密度的关系的曲线图。

图5是表示第一实施方式的旋转电机的低温时的磁通密度分布的说明图。

图6是表示第一实施方式的旋转电机的高温时的磁通密度分布的说明图。

图7是表示第一实施方式的旋转电机的无负载时的反向电压波形的曲线图。

图8是第二实施方式的旋转电机的局部主视图。

图9是第三实施方式的旋转电机的局部主视图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本实用新型的实施方式。

(第一实施方式)

(旋转电机)

图1是第一实施方式的旋转电机1的局部主视图。图2是图1的ii部放大图。

如图1所示，旋转电机1例如是搭载于混合动力机动车、电动机动车等车辆的行驶用马达。但是，本实用新型的结构并不局限于行驶用马达，也可以作为发电用马达、其他用途的马达、车辆用以外的旋转电机1(包含发电机)来适用。

旋转电机1具备定子2和转子3。在以下的说明中，有时将沿着定子2及转子3的中心轴即轴线c的方向简称为轴向，将与轴线c正交的方向称为径向，并将绕轴线c的方向称为周向。

(定子)

定子2形成为以轴线c为中心的环状。定子2的外周部固定于未图示的壳体的内壁面。壳体将定子2及转子3收容于内部。在壳体的内部收容有未图示的制冷剂。上述的定子2及转子3在壳体的内部以一部分浸渍于制冷剂的状态配置。作为制冷剂，优选使用在变速器的润滑、动力传递等中使用的工作油即atf(automatictransmissionfluid)等。

定子2具有定子铁芯21和线圈22。

定子铁芯21是将多个钢板沿轴向层叠而形成的层叠铁芯。定子铁芯21形成为以轴线c为中心的环状。定子铁芯21具有从定子铁芯21的内周部朝向径向的内侧突出的多个齿23。齿23沿周向设有多个。各齿23间为插槽24。

线圈22插入于定子铁芯21的插槽24。线圈22例如通过将多个分段铜线向插槽24插入而装配于定子铁芯21。线圈22具有插入于定子铁芯21的插槽24的线圈插通部22a和从定子铁芯21向轴向的两侧突出的线圈端(未图示)。

(转子)

转子3形成为环状。转子3在定子2的径向的内侧相对于定子2空出间隔而配置。转子3构成为能够绕轴线c旋转。对装配于定子2的线圈22进行通电，在定子2与转子3之间产生磁场，由此转子3相对于定子2绕轴线c旋转。

转子3具备转子铁芯4、永久磁铁5、温敏构件6、以及端面板7。

(转子铁芯)

转子铁芯4形成为以轴线c为中心的环状。转子铁芯4是将多个钢板沿轴向层叠而形成的层叠铁芯。转子铁芯4具有磁铁插入孔31、温敏构件插入孔32、轴插通孔33、以及肋35。

磁铁插入孔31设置在转子铁芯4的外周部。磁铁插入孔31将转子铁芯4沿轴向贯通。磁铁插入孔31在从轴向观察时，夹着直线l而在周向上排列设置有一对，该直线l通过轴线c并沿径向延伸。一对磁铁插入孔31在从轴向观察时，随着从直线l向周向分离而从径向的内侧向外侧倾斜。换言之，一对磁铁插入孔31配置成随着从径向的内侧朝向外侧而相互分离的v字状。这样形成的一对磁铁插入孔31在周向上等间隔地设有多个(在本实施方式中为8个)。直线l与转子3的d轴一致。

温敏构件插入孔32设置在一对磁铁插入孔31之间。具体而言，温敏构件插入孔32在从轴向观察时，在一对磁铁插入孔31之间配置在d轴上。温敏构件插入孔32在径向上设置于与一对磁铁插入孔31的端部对应的位置。温敏构件插入孔32将转子铁芯4沿轴向贯通。温敏构件插入孔32形成为在从轴向观察时角部被倒角了的矩形形状。

轴插通孔33设置在比磁铁插入孔31及温敏构件插入孔32靠径向的内侧的位置。轴插通孔33将转子铁芯4沿轴向贯通。轴插通孔33设置在与轴线c同轴上。未图示的轴插入于轴插通孔33。轴形成为以轴线c为中心的筒状。轴例如压入而固定于轴插通孔33。轴经由在收容转子3及定子2的壳体上安装的轴承(未图示)而被支承为相对于壳体能够旋转。由此，转子铁芯4及轴绕轴线c一体旋转。

如图2所示，肋35设置在磁铁插入孔31与温敏构件插入孔32之间。肋35在从轴向观察时，将周向作为厚度方向并沿径向延伸。肋35分别设置在温敏构件插入孔32的周向两侧。

(永久磁铁)

如图1所示，永久磁铁5分别插入于转子铁芯4的各磁铁插入孔31。永久磁铁5沿周向设有多个。永久磁铁5在从轴向观察时形成为矩形形状。永久磁铁5沿着轴向延伸。向一对磁铁插入孔31插入了的一对永久磁铁5沿着一对磁铁插入孔31的形状配置成随着从径向的内侧朝向外侧而相互分离的v字状。

永久磁铁5例如为稀土类磁铁。作为稀土类磁铁，例如举出有钕磁铁、钐钴磁铁、镨磁铁等。在本实施方式中，永久磁铁5为钕磁铁。钕磁铁具有随着温度上升而残留磁通密度下降的性质。

在一对磁铁插入孔31中配置的一对永久磁铁5的磁化方向配置成在径向上成为相同方向。沿周向相邻的一对永久磁铁5彼此的磁化方向分别配置成在径向上相互成为反方向。换言之，永久磁铁5以使配置成v字状的每一对永久磁铁5的极交替不同的方式配置。

磁铁插入孔31中的未插入永久磁铁5的部分成为间隙s。该间隙s作为隔磁磁桥(fluxbarrier)而发挥功能。在磁铁插入孔31中插入有永久磁铁5的状态下，在永久磁铁5与转子铁芯4之间填充而固定有未图示的树脂材料。

(温敏构件)

图3是第一实施方式的转子铁芯4和温敏构件6的分解立体图。

如图2及图3所示，温敏构件6从轴向插入于转子铁芯4的温敏构件插入孔32。由此，温敏构件6配置于沿周向相邻的一对永久磁铁5彼此之间。温敏构件6设置在与一对永久磁铁5并联的磁路上。温敏构件6形成为在从轴向观察时角部被倒角的矩形形状。温敏构件6沿着轴向延伸。

温敏构件6在从轴向观察时配置在转子3的d轴上。温敏构件6在从轴向观察时相对于转子3的d轴而对称地配置。

图4是表示第一实施方式的温敏构件6中的温度t与饱和磁通密度bs的关系的曲线图。图4的横轴表示温敏构件6的温度t。图4的纵轴表示各温度t下的温敏构件6的饱和磁通密度bs。

温敏构件6由根据温度t而饱和磁通密度bs变化的材料形成。具体而言，如图4所示，温敏构件6随着温度t上升而饱和磁通密度bs下降。在本实施方式中，温敏构件6例如是软磁铁氧体、达到居里温度时从顺磁性体变化为非磁性体的铁镍合金等软磁性体。

图5是表示第一实施方式的旋转电机1的低温时(图4的温度t1)的磁通密度b分布的说明图。图6是表示第一实施方式的旋转电机1的高温时(图4的温度t2)的磁通密度b分布的说明图。

如图5所示，在低温时，温敏构件6的饱和磁通密度bs增大，因此永久磁铁5的磁通通过温敏构件6而泄漏。由此，在低温时，转子3的由永久磁铁5产生的磁力减弱。

如图6所示，在高温时，温敏构件6的饱和磁通密度bs减小，因此与低温时相比，永久磁铁5的磁通难以通过温敏构件6。因此，形成难以经由温敏构件6而使磁通泄漏的磁路。由此，在高温时，在转子3内磁通难以泄漏，因此转子3的由永久磁铁5产生的磁力增强。

(端面板)

返回图1，端面板7从轴向的两侧覆盖转子铁芯4。端面板7在转子铁芯4的轴向上的两端部设有一对。一对端面板7与转子铁芯4的朝向轴向的端面接触而配置。端面板7形成为以轴线c为中心的圆环状。端面板7的外径与转子铁芯4的外径大致同等。端面板7的内径与转子铁芯4的内径(轴插通孔33的内径)大致同等。端面板7例如通过铆接、紧固连结而固定于转子铁芯4。端面板7抑制永久磁铁5及温敏构件6的向轴向的移动。

需要说明的是，端面板7例如可以具有用于使制冷剂沿着径向流通的流路等。在该情况下，流路例如可以通过在端面板7中的朝向轴向的转子铁芯4侧的端面上形成槽而设置在端面板7与转子铁芯4之间。端面板7也可以粘接固定于转子铁芯4。

(作用、效果)

接下来，说明上述的转子3及旋转电机1的作用、效果。

图7是表示第一实施方式的旋转电机1的无负载时的反向电压波形的曲线图。图7的横轴表示时间，纵轴表示各时间的反向电压。图7中的波形g1表示本实施方式中的转子3的温度t为100℃时的反向电压波形。波形g2表示本实施方式中的转子3的温度t为-20℃时的反向电压波形。波形g3表示不具有温敏构件6的现有技术中的转子3的温度t为-20℃时的反向电压波形。

在此，永久磁铁5随着温度下降而残留磁通密度b(磁力)增强。因此，在低温条件下，由永久磁铁5产生的反向电压与高温时相比容易变大。如图7所示，在不具有温敏构件6的现有技术的反向电压波形g3中，与高温时的反向电压波形g1相比，反向电压的值(振幅)大。因此，在现有技术中，需要以使低温时的反向电压成为旋转电机1的耐电压以下的方式设计逆变器的半导体元件等。另一方面，本实施方式的转子3的低温时的反向电压波形g2成为与高温时的反向电压波形g1同等的值。

根据本实施方式的转子3，在沿周向相邻的永久磁铁5彼此之间配置有温敏构件6，温敏构件6随着温度t上升而饱和磁通密度bs下降。在低温时，温敏构件6的饱和磁通密度bs相对大。因此，通过使磁通通过温敏构件6，从而来自永久磁铁5的磁通泄漏容易产生。由此，能够降低在转子3中产生的反向电压。由此，在低温条件下，与不具有温敏构件6的现有技术相比，能够使反向电压下降，因此能够降低逆变器中使用的半导体元件的耐电压。特别是在与现有技术相比而降低了逆变器中的半导体元件的等级的情况下，也能够耐受反向电压，因此能够使用更廉价的半导体元件。

另一方面，在旋转电机1被驱动而因内部发热使温度t上升了的高温时，温敏构件6的饱和磁通密度bs比低温时小。因此，通过抑制磁通通过温敏构件6的情况，从而来自永久磁铁5的磁通泄漏难以产生。由此，在高温条件下，能够提高永久磁铁5的沿着径向的磁力，提高转子3的转矩。由此，在旋转电机1的驱动时能够输出所希望的转矩。

因此，能够提供一种转子3，其能够在低温时减弱磁力且在高温时提高磁力。

如图2所示，在温敏构件插入孔32与磁铁插入孔31之间设有肋35，在从轴向观察时，温敏构件插入孔32的角部被倒角。因此，在肋35上未形成角部，因而例如在转子3旋转时，能够抑制受到永久磁铁5、温敏构件6的离心力而在肋35上集中有应力的情况。由此，能够成为可耐受离心力并能够可靠地保持温敏构件6的转子3。

温敏构件6为软磁性体。因此，温敏构件6自身不产生磁通，但是通过配置在温敏构件6的附近的永久磁铁5的磁力而被磁化。由此，根据温度t而温敏构件6的饱和磁通密度bs变化，从而能够形成与温度t对应的所希望的磁路。因此，能够有效地在低温时减弱磁力且在高温时提高磁力。

如图1所示，温敏构件6在从轴向观察时，相对于转子3的d轴而对称地配置。由此，能够更有效地调节永久磁铁5的磁力。具体而言，通过在低温时允许温敏构件6中的磁通的通过，从而使漏磁通产生，通过在高温时抑制温敏构件6中的磁通的通过，从而使径向的磁力增加。由此，能够根据温度t而使磁力显著地变化。

转子3具备在转子铁芯4的轴向的端部配置的端面板7。通过该端面板7，能够限制永久磁铁5、温敏构件6的向轴向的移动。在此，例如存在经由端面板7沿着转子3的径向供给制冷剂的情况。在该情况下，能够使用制冷剂将转子3的温度t积极地冷却，因此容易调节转子3的温度t。由此，通过设定为所希望的温度t，从而能够将温敏构件6的饱和磁通密度bs设定为所希望的值。

根据本实施方式的旋转电机1，具备上述的转子3和定子2。由此，能够提供一种使用了下述转子3的高性能的旋转电机1，该转子3通过在低温时减弱磁力，从而在逆变器中能够使用耐电压低的廉价的半导体元件，并且通过在高温时提高磁力，从而提高了转矩。

(第二实施方式)

接下来，说明本实用新型的第二实施方式。图8是第二实施方式的旋转电机1的局部主视图。在以下的说明中，关于与上述的第一实施方式同样的结构，标注同一符号并适当省略说明。在第二实施方式中，永久磁铁5及温敏构件6的配置及个数与上述的实施方式不同。

在本实施方式中，转子铁芯4在一对磁铁插入孔31之间还具有一个中央磁铁插入孔231。中央磁铁插入孔231在从轴向观察时，沿着与直线l(d轴)正交的方向延伸，该直线l通过轴线c并沿着径向。一对磁铁插入孔31及中央磁铁插入孔231配置成v字状。在一对磁铁插入孔31及中央磁铁插入孔231中插入有永久磁铁5。而且，在转子铁芯4中的中央磁铁插入孔231与各磁铁插入孔31之间分别设有温敏构件插入孔32。在各温敏构件插入孔32中插入有温敏构件6。在本实施方式中，温敏构件6设置在从d轴向周向分离的位置并夹着d轴而设置于两侧。温敏构件6在从轴向观察时，以随着从径向的内侧朝向外侧而接近d轴侧的方式倾斜。

根据本实施方式，即使适用于通过三个永久磁铁5(向一对磁铁插入孔31及中央磁铁插入孔231插入的永久磁铁5)形成一个极的转子3的情况下，也能够发挥与上述的第一实施方式同等的作用、效果。由此，能够提高转子3的通用性。

(第三实施方式)

接下来，说明本实用新型的第三实施方式。图9是第三实施方式的旋转电机1的局部主视图。在以下的说明中，对于与上述的第一实施方式同样的结构，标注同一符号并适当省略说明。在第三实施方式中，在一个磁铁插入孔331中插入有永久磁铁5及温敏构件6，这一点与上述的实施方式不同。

在本实施方式中，转子铁芯4相对于转子3的一个极而具有一个磁铁插入孔331。磁铁插入孔331在从轴向观察时，形成为向径向的外侧开口的u字状。在磁铁插入孔331中插入有永久磁铁5及温敏构件6。永久磁铁5在磁铁插入孔331的长度方向的两端部配置有一对。温敏构件6配置在一对永久磁铁5之间。转子铁芯4具有从磁铁插入孔331的内壁朝向磁铁插入孔331的内部突出的多个突起。具体而言，突起具有磁铁卡止用突起336和温敏构件卡止用突起337。

磁铁卡止用突起336从磁铁插入孔331中的位于径向的内侧的内壁朝向径向的外侧突出。磁铁卡止用突起336相对于各永久磁铁5而设置在磁铁插入孔331的长度方向的两侧。磁铁卡止用突起336抑制永久磁铁5沿磁铁插入孔331的长度方向移动的情况。

温敏构件卡止用突起337从磁铁插入孔331中的位于径向的内侧的内壁朝向径向的外侧突出。温敏构件卡止用突起337相对于温敏构件6而设置在磁铁插入孔331的长度方向(周向)的两侧。温敏构件卡止用突起337抑制温敏构件6沿磁铁插入孔331的长度方向移动的情况。

根据本实施方式，不用在永久磁铁5与温敏构件6之间设置肋35(参照图1)就能够形成转子3。由此，不用考虑作用于肋35的应力等就能够将永久磁铁5及温敏构件6配置于所希望的位置。与分别设置磁铁插入孔31和温敏构件插入孔32的情况相比，能够使转子3成为简单的结构。

需要说明的是，本实用新型的技术范围没有限定为上述的实施方式，在不脱离本实用新型的主旨的范围内可以施加各种变更。

在上述的实施方式中，说明了通过两个或三个永久磁铁5来形成转子3的一个极的结构，但是并不局限于此。例如也可以通过四个以上的永久磁铁5来形成转子3的一个极。在该情况下，优选在各永久磁铁5之间设置温敏构件6。例如也可以通过与径向正交地延伸的一个永久磁铁5来形成转子3的一个极。在该情况下，可以在沿周向相邻的极不同的永久磁铁5彼此之间配置温敏构件6。同样，例如在第一实施方式中，可以在比一对永久磁铁5靠周向的外侧的位置配置温敏构件6。在该情况下，温敏构件6优选配置在一对磁铁的并联磁路上。

端面板7也可以不设置。在该情况下，例如可以形成为将温敏构件6通过点胶(epoxy)、铆接而固定于转子铁芯4的结构。

温敏构件6的从轴向观察到的形状没有限定为上述的实施方式。例如，温敏构件6也可以形成为在从轴向观察时角部未被倒角的矩形形状。

此外，在不脱离本实用新型的主旨的范围内，可以适当将上述的实施方式中的构成要素置换为周知的构成要素，另外，也可以将上述的实施方式、变形例适当组合。

【符号说明】

1旋转电机

2定子

3转子

4转子铁芯

5永久磁铁

6温敏构件

7端面板

31、231、331磁铁插入孔

32温敏构件插入孔

35肋。