CN104011974A - 转子 - Google Patents

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Abstract

本发明的转子（1）包括：转子铁芯（1a），其按各磁极设置分别向内周侧呈凸状且沿径向排列的磁铁***孔（2、3），并且磁铁***孔（2、3）对应于磁极数沿周向配置；以及永久磁铁（4、5），其为平板形状，分别被***到磁铁***孔（2、3）中，配置于最内周侧且在周向上相邻的磁铁***孔（3）设定成，磁铁***孔（3）的宽度朝向内周侧逐渐增大，以使得周向上的磁铁***孔（3）之间的铁芯宽度在径向上固定不变。

Description

转子
技术领域
本发明涉及旋转电机的转子。
背景技术
在专利文献1中公开了设计成如下结构的同步磁阻电动机：其转子在径向上具有两层永久磁铁，外周侧永久磁铁的总磁通量比内周侧永久磁铁的总磁通量多或大致同等。
专利文献1：日本特开2002-272031号公报
发明内容
在磁阻电动机中，除磁转矩以外还利用磁阻转矩，因此优选采用能够增大磁阻转矩的磁铁***孔形状，但是在专利文献1中，虽然有揭示在外周侧***稀土类磁铁、在内周侧***铁氧体磁铁的记载，但是并没有记载能够增大磁阻转矩的磁铁***孔形状。
本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种转子，其具有能够增大磁阻转矩从而能够实现高输出化的磁铁***孔形状。
为了解决上述问题而实现发明目的，本发明涉及的转子包括：转子铁芯，其按各磁极设置有分别向内周侧呈凸状且沿径向排列的多层磁铁***孔，并且上述多层磁铁***孔对应于磁极数沿周向配置；以及永久磁铁，其为平板形状，分别被***到上述各磁铁***孔中，配置于最内周侧且在周向上相邻的磁铁***孔设定成，该磁铁***孔的宽度朝向内周侧逐渐增大，以使得上述周向上的该磁铁***孔之间的铁芯宽度在径向上固定不变。
根据本发明，起到能够增大磁阻转矩从而实现高输出的效果。
附图说明
图1是表示实施方式涉及的转子1的转子铁芯1a(rotor core)的形状的俯视图。
图2是图1的部分放大图。
图3是表示实施方式涉及的转子1的结构的俯视图。
图4是图3的部分放大图。
图5是表示比较例涉及的转子100的结构的俯视图。
图6是图5的部分放大图。
图7是图5的部分放大图。
图8是图5的部分放大图。
(符号说明)
1、100 转子
1a、100a 转子铁芯
2、3、102、103 磁铁***孔
2a、3a 主体部
2b、3b 端部
4、5、104、105 永久磁铁
6 铁芯部
10 桥部
20、120 轴孔
具体实施方式
下面，基于附图对本发明涉及的转子的实施方式进行详细说明。此外，本发明并不限定于本实施方式。
实施方式
对本实施方式涉及的电动机的转子(rotor)进行说明。图1是表示本实施方式涉及的转子1的转子铁芯1a(rotor core)的形状的俯视图，图2是图1的部分放大图。电动机例如是磁阻电动机。
转子铁芯1a呈圆筒状，在其中心部设置有用于插通轴(未图示)的轴孔20。转子铁芯1a例如层叠多片板厚为0.1～1mm左右的较薄磁性体板材的电磁钢板而构成。另外，转子1以能够旋转的方式配置在圆环状的定子(未图示)的内侧。
在转子铁芯1a的外周部沿着周向例如等间隔地设置有多个(图示例中例如为6个)磁铁***孔2、3，其在同一径向上例如排列成两层。这里，磁铁***孔2设置于外周侧，磁铁***孔3设置于内周侧。磁铁***孔2、3以从外周侧向内周侧(即朝向转子中心)呈凸状的方式排列，具体而言其截面大致为碟状。在转子1中，按沿径向排列的两层磁铁***孔2、3形成磁极。
配置于最外周侧的磁铁***孔2包括：主体部2a，其沿着与磁铁***孔2、3的排列方向(同一径向)大致正交的方向保持固定的宽度T1地延伸设置；以及各端部2b，其分别与主体部2a的两侧连通地设置，并且相对于主体部2a的延伸方向成钝角地朝向外周侧且保持固定的宽度T1地延伸设置。此外，各端部2b相对于主体部2a对称地形成。
配置于最内周侧的磁铁***孔3包括：主体部3a，其沿着与磁铁***孔2、3的排列方向(同一径向)大致正交的方向保持固定的宽度T2地延伸设置；以及各端部3b，其分别与主体部3a的两侧连通地设置，并且相对于主体部3a的延伸方向成钝角地朝向外周侧延伸设置。此外，各端部3b相对于主体部3a对称地形成。
磁铁***孔2和3大致平行地配置。磁铁***孔3与配置于外周侧的磁铁***孔2相比，在长边方向和短边方向这两个方向上都较长，例如T2＞T1(图2)。此外，在周向上相邻的磁铁***孔2之间，配置有磁铁***孔3的相对置的端部3b。
接着，对磁铁***孔3的端部3b的形状进行说明。如图2所示，端部3b的宽度从外周侧向内周侧逐渐增大。详细而言，端部3b的宽度设计为朝向转子中心侧逐渐增大，以使得作为相对置的端部3b之间的桥部的铁芯部10的铁芯宽度t在径向上固定不变。在图示例中，端部3b的宽度在最外周侧例如是T2，朝向转子中心侧逐渐增大。
图3是表示本实施方式涉及的转子1的结构的俯视图，图4是图3的部分放大图。如图3和图4所示，在磁铁***孔2中***有平板形状的永久磁铁4，在磁铁***孔3中***有平板形状的永久磁铁5。由永久磁铁4、5的组构成转子1的一个磁极。在图示例中，转子1是6极。
此外，如图1～图4所示，永久磁铁4的厚度(永久磁铁4的径向宽度)大致等于T1。永久磁铁4从磁铁***孔2的主体部2a内配置至端部2b内，在端部2b的一部分形成有空隙。永久磁铁5的厚度(永久磁铁5的径向宽度)大致等于T2。永久磁铁5从磁铁***孔3的主体部3a内配置至端部3b内，在端部3b的一部分形成有空隙。此外，在磁铁***孔2、3之间设置有铁芯部6，该铁芯部6用于使由永久磁铁4、5产生的磁通通过。
永久磁铁4、5被磁化为其N极和S极在径向上交替排列。即，构成一个磁极的永久磁铁4、5配置成其磁通方向彼此相同。此外，永久磁铁4、5配置成相邻的磁极其极性相反。此外，在图4中示出了两对永久磁铁4、5，对于其中一对用箭头表示N极的朝向，对于另一对用箭头表示S极的朝向。
此外，作为永久磁铁4、5，例如可以使永久磁铁4为稀土类磁铁，使永久磁铁5为铁氧体磁铁。即，在配置于最外周侧的磁铁***孔2中***稀土类磁铁，在配置于最内周侧的磁铁***孔3中***铁氧体磁铁。
在以上说明中，例如使构成各磁极的磁铁***孔为两层，但是也可以采用使其为三层以上并且每个磁极中排列有三个以上的永久磁铁的结构。在这种情况下，至少使配置于最内周侧的磁铁***孔可以采用与磁铁***孔3同样的形状，使配置于最外周侧的磁铁***孔可以采用与磁铁***孔2同样的形状。此外，可以将铁氧体磁铁***到配置于最内周侧的磁铁***孔中，将稀土类磁铁***到配置于最外周侧的磁铁***孔中。进而，可以使配置于最内周侧的磁铁***孔的主体部的宽度大于配置于最外周侧的磁铁***孔的主体部的宽度，以使配置于最外周侧的稀土类磁铁的厚度小于配置于最内周侧的铁氧体磁铁的厚度。此外，最外周侧或最内周侧以外的中间层的磁铁***孔的形状可以采用与磁铁***孔2或磁铁***孔3同样的形状。在这种情况下，例如可以将与磁铁***孔2同样的形状的磁铁***孔配置于外周侧，将与磁铁***孔3同样的形状的磁铁***孔配置于内周侧。
接着，对本实施方式的动作进行说明。在磁阻电动机中，为了实现高输出化需要有效利用磁阻转矩。参照图5～图8，对磁阻转矩进行说明。图5是表示比较例涉及的转子100的结构的俯视图。此外，图6是图5的部分放大图，示出了磁路。图7是图5的部分放大图，示出了相邻的磁铁***孔103之间的铁芯宽度。图8是图5的部分放大图，用于说明磁铁***孔103的形状与磁阻转矩之间的关系。
转子100具有在中心部设置有轴孔120的转子铁芯100a。在转子铁芯100a的外周部沿着周向例如等间隔地设置有多个(图示例中例如为6个)磁铁***孔102、103，其在同一径向上例如排列成两层。这里，磁铁***孔102设置于外周侧，磁铁***孔103设置于内周侧。在转子100中，以沿径向排列的两层磁铁***孔102、103为单位形成磁极。磁铁***孔102、103除大小以外，与图1～图4中的磁铁***孔2为同样的形状。即，在该比较例中，磁铁***孔103的宽度固定不变。此外，磁铁***孔103与磁铁***孔102相比，在长边方向和短边方向这两个方向上都较长。在磁铁***孔102、103中，分别***有平板形状的永久磁铁104、105。
磁铁***孔102、103除了***有永久磁铁104、105的部分以外由空气填充，所以在转子铁芯100a中形成有磁通容易通过的方向(d轴方向)和难以通过的方向(q轴方向)(图6)。
此外，在设P为极对数、Ld为d轴电感、Lq为q轴电感、id为d轴电流、iq为q轴电流时，由下式给出磁阻电动机的转矩τ(磁阻转矩)。
τ＝P×(Ld－Lq)×id×iq
因此，为了提高转矩τ，重要的是增大Ld减小Lq。这里，为了增大Ld，需要采用使d轴方向的磁通容易通过的转子形状，为了减小Lq，需要采用使q轴方向的磁通难以通过的转子形状。在本比较例中，磁铁***孔102和103之间的铁芯宽度固定不变，但是相邻的磁铁***孔103之间的铁芯宽度在最外周为最窄(宽度t’)，其朝向内周侧变大(图7)。在这种情况下，在相邻的磁铁***孔103之间，流入或流出转子100的d轴方向的磁通取决于磁铁***孔102和103之间的铁芯宽度最窄的部分、即最外周处的宽度t’，因此图8中由阴影线表示的区域D为在使磁通通过时不需要的铁芯部分。
由此，通过使该区域D成为空隙，能够维持Ld不变，而减小Lq，能够增大磁阻转矩而期待电动机的高输出化。因此，在本实施方式中，将相当于区域D的部分设置在磁铁***孔3中。此外，如图8所示，通过使区域D成为磁铁***孔的一部分，能够***的平板形状的永久磁铁(例如铁氧体磁铁)的宽度(与磁铁排列方向正交的方向的宽度)从L1变成L2(L2＞L1)，能够***宽度更大的永久磁铁，因此能够进一步实现高磁力化。
此外，在本实施方式中，除了利用上述磁阻转矩以外，为了利用磁转矩，例如在磁铁***孔2中***有稀土类磁铁，在磁铁***孔3中***有铁氧体磁铁(图3、图4)。由此，除了利用磁力较强的稀土类磁铁的磁力以外，还能够辅助性地利用铁氧体磁铁的磁力。如果***到磁铁***孔2、3中的磁铁都采用稀土类磁铁，则能够进一步实现高磁力化，但是大量使用稀少的稀土类会导致成本上升，故不优选。
此外，铁氧体磁铁相对于稀土类磁铁而言矫顽力较低，如果来自定子(stator)的退磁场增大则有可能导致退磁，因此优选铁氧体磁铁的磁铁厚度大于稀土类磁铁的磁铁厚度(T1＜T2)。
在本实施方式中，转子包括：转子铁芯，其按各磁极设置有分别向内周侧呈凸状且沿径向排列的多层磁铁***孔，并且上述多层磁铁***孔对应于磁极数沿周向配置；以及永久磁铁，其为平板形状，分别被***到上述各磁铁***孔中，在上述转子中，配置于最内周侧且在周向上相邻的磁铁***孔设定成，该磁铁***孔的宽度朝向内周侧逐渐增大，以使得上述周向上的该磁铁***孔之间的铁芯宽度在径向上固定不变，因此能够增大磁阻转矩，实现电动机的高输出化。此外，能够增大被***的平板形状的永久磁铁的磁铁宽度，从而能够实现高磁力化和高效率化。
此外，在本实施方式中，构成各磁极的多层磁铁***孔中，至少在最外周侧的磁铁***孔中***有稀土类磁铁，在最内周侧的磁铁***孔中***有铁氧体磁铁。这样，除了使用最外周侧的稀土类磁铁的磁力以外，还辅助性地使用最内周侧的铁氧体磁铁的磁力，由此能够削减稀少的稀土类磁铁的使用量，并且还能够实现高磁力化和高效率化。
此外，在本实施方式中，被***到最内周侧的磁铁***孔中的铁氧体磁铁在径向上的宽度(厚度)大于被***到最外周侧的磁铁***孔中的稀土类磁铁在径向上的宽度(厚度)。这样，通过增大与稀土类磁铁相比矫顽力较低的铁氧体磁铁的磁铁厚度而使抗退磁性强，从而能够提供品质高的电动机。
如上所述，本发明能够适合应用于例如磁阻电动机。

Claims (4)

1.一种转子，其特征在于，包括：
转子铁芯，其按各磁极设置有分别向内周侧呈凸状且沿径向排列的多层磁铁***孔，并且所述多层磁铁***孔对应于磁极数沿周向配置；以及
永久磁铁，其为平板形状, 分别被***到所述各磁铁***孔中，
配置于最内周侧且在周向上相邻的磁铁***孔设定成，该磁铁***孔的宽度朝向内周侧逐渐增大，以使得所述周向上的该磁铁***孔之间的铁芯宽度在径向上固定不变。
2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于：
所述配置于最内周侧的磁铁***孔包括：
主体部，其沿着与所述多层磁铁***孔的排列方向正交的方向保持固定的宽度地延伸设置；以及
各端部，其分别与该主体部的两侧连通地设置，并且相对于所述主体部的延伸方向成钝角地朝向外周侧延伸设置，
所述各端部的宽度朝向内周侧逐渐增大，以使得配置于最内周侧且在周向上相邻的磁铁***孔之间的铁芯宽度在径向上固定不变。
3.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于：
所述多层磁铁***孔中，在最外周侧的磁铁***孔中***有稀土类磁铁，在最内周侧的磁铁***孔中***有铁氧体磁铁。
4.根据权利要求3所述的转子，其特征在于：
所述稀土类磁铁的径向宽度小于所述铁氧体磁铁的径向宽度。
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