CN105164897A - 永磁铁电动机 - Google Patents

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Abstract

在永磁铁电动机中，在磁铁***孔中，将永磁铁的周向两端定位的多个突起以在永磁铁的各个周向侧方形成有空隙的方式形成于轴向的至少一部分，在转子铁芯的位于永磁铁的径向外侧的区域且由永磁铁的周向两端的突起夹着的区域中，并列设置有多个缝隙，缝隙与磁铁***孔的最短距离设定为比缝隙与转子铁芯的外周面的最短距离大。

Description

永磁铁电动机
技术领域
本发明涉及永磁铁电动机。
背景技术
作为以往的永磁铁电动机的转子，公知如下结构，即：为了提高效率，在永磁铁***孔的周向端部设置用于防止磁通的泄漏的空隙、以及用于进行永磁铁的定位和固定的突起。(例如，参照专利文献1)
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本国特许第4666500号公报
专利文献2:日本国特开2012－95474号公报
发明内容
发明要解决的课题
在永磁铁电动机的启动时或失步时、控制软件故障时等，存在旋转磁场成为退磁磁场的情况。在永磁铁电动机中，当施加有与永磁铁的磁化方向相反方向的退磁磁场时，永磁铁的磁力下降。在永磁铁的BH曲线中，在BH曲线以线形表示的范围内，即使施加退磁磁场，通过去除退磁磁场，永磁铁的磁力也会复原，而当退磁磁场超过BH曲线的变坡点(knick点)，施加至非线形的范围时，会陷入即使去除退磁磁场磁力也不会复原的、被称为“不可逆退磁”的状态。在用于永磁铁电动机的永磁铁中，如果发生这样的不可逆退磁(以下，也只称作“退磁”)，则存在无法发挥作为永磁铁电动机的本来的性能、例如高扭矩、高效率等的可能性。在专利文献1记载的以往的结构中，当施加有退磁磁场时，退磁磁场集中地施加于突起，发生永磁铁端部的不可逆退磁。另外，在专利文献2记载的、缝隙向突起的部分逼近、并且被缝隙和转子铁芯的外周面夹着的位置的宽度大的结构中，施加于被缝隙和转子铁芯的外周面夹着的位置的退磁磁场大，施加于突起的退磁磁场增大，发生永磁铁端部的不可逆退磁。
用于解决课题的手段
根据本发明的第一形态，永磁铁电动机具备转子和定子，所述转子具有沿周向形成有多个磁铁***孔的转子铁芯、以及被***磁铁***孔的多个永磁铁，所述定子具有沿周向形成有多个槽的定子铁芯、以及***多个槽的绕组，在磁铁***孔中，将永磁铁的周向两端定位的多个突起以在永磁铁的各个周向侧方形成有空隙的方式形成于轴向的至少一部分，在转子铁芯的位于永磁铁的径向外侧的区域且由永磁铁的周向两端的突起夹着的区域中，沿周向并列设置有多个缝隙，缝隙与磁铁***孔的最短距离被设定为比缝隙与转子铁芯的外周面的最短距离大。
发明的效果
根据本发明，能够提高永磁铁的退磁耐力。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的永磁铁电动机的径向剖视图。
图2是本发明的第一实施方式的永磁铁电动机的转子的立体图。
图3是本发明的第一实施方式的永磁铁电动机的转子的一极量的径向剖视图。
图4是本发明的第一实施方式的永磁铁电动机的转子的一极量的径向剖面的放大图。
图5是本发明的第一实施方式的变形例的永磁铁电动机的转子的一极量的径向剖面的放大图。
图6是本发明的第二实施方式的永磁铁电动机的转子的立体图。
图7是本发明的第二实施方式的永磁铁电动机的转子的一极量的径向剖视图。
图8是本发明的第三实施方式的永磁铁电动机的转子的立体图。
图9是本发明的第三实施方式的永磁铁电动机的转子的径向剖视图。
图10是本发明的第三实施方式的永磁铁电动机的转子的一极量的径向剖视图。
图11是本发明的第四实施方式的永磁铁电动机的转子的径向剖视图。
具体实施方式
以下，在进行本发明的说明时，以本发明的永磁铁电动机是四极六槽集中绕组的情况为例。
第一实施方式
图1是本发明的第一实施方式的永磁铁电动机100的径向剖视图。图2是转子1的立体图。转子1由转子铁芯2和永磁铁3构成，经由被***轴7的输出轴向外部传递动力。在转子铁芯2中，磁铁***孔4沿周向形成于四个位置，在各个磁铁***孔中***有永磁铁3。磁铁***孔4形成有用于将永磁铁3定位的突起5。转子铁芯2可以由沿轴向堆叠的层叠钢板构成，也可以由压粉磁芯等构成，也可以由非晶态金属等构成。在构成转子1的转子铁芯2中，磁铁***孔4(未图示)设置于四个位置，在各个磁铁***孔中***有永磁铁3。在转子1的外周方向隔着空隙地配置有定子50。定子50形成有齿51和定子槽53，在定子槽53中***有绕组52。绕组52与电力变换装置(未图示)连接，通过使三相交流电流向绕组52流动，由此，转子1旋转驱动。
图3是本发明的第一实施方式的永磁铁电动机100的转子1的一极量的径向剖视图。为了防止磁通的泄漏，在磁铁***孔4设置有空隙6。由于存在空隙6，因此存在当转子1旋转时永磁铁3在磁铁***孔4中不固留于固定位置的担忧。因此，在磁铁***孔4中形成有突起5，由突起5将永磁铁3定位。此外，为了强调而将突起5涂黑，但突起5是与转子铁芯2一体化的部分。以后所述的突起5也是同样的。
以下，使用图3，说明利用缝隙8来提高永磁铁3的退磁耐力的原理。当由于失步等原因而从定子50的齿51(未图示)施加有与永磁铁3的磁化方向9相反方向的退磁磁场20时，在没有缝隙8的情况下，退磁磁场集中于突起5。其结果是，退磁磁场21增大，永磁铁3的周向端部(端部)被置于容易退磁的状况之中。因此，在位于永磁铁3的径向外侧的区域、且由永磁铁3的周向两端的突起5夹着的区域中，沿周向并列设置两个缝隙8，由此，从转子1的退磁磁场施加部40到突起5为止的磁路被分割为磁路11和磁路12并被收窄。由此，磁路11，12的磁阻变大，通过该路径的退磁磁场23、24变弱，结果是使施加于突起5的退磁磁场21降低，永磁铁3的周向端部的退磁被抑制，永磁铁3的退磁耐力提高。
图4是本发明的第一实施方式的永磁铁电动机100的转子1的一极量的径向剖面的放大图。为了说明的方便，对形成于两个位置的缝隙8中的图示左侧的缝隙8重新附以符号为缝隙8a，对图示右侧的缝隙8重新附以符号为缝隙8b。当施加于被缝隙8a、8b和转子铁芯2的外周面夹着的转子磁路12的退磁磁场23大时，施加于永磁铁3的周向端部附近的退磁磁场21增大，永磁铁3的周向端部退磁。因此，设置关于缝隙8a、8b的设定，来赋予限制条件。首先，将在缝隙8a和磁铁***孔4之间形成的磁路11的最短距离设为Y1，将在缝隙8b和磁铁***孔4之间形成的磁路11的最短距离设为Y2。将Y1和Y2之中的最小的值设为Y。以下，称作“缝隙8与磁铁***孔4的最短距离Y”。接下来，将被缝隙8a和转子铁芯2的外周面夹着的转子磁路12的最短距离设为Z1。同样地，将被缝隙8b和转子铁芯2的外周面夹着的转子磁路12的最短距离设为Z2。将Z1和Z2之中的最小的值设为Z。以下，称作“缝隙8与转子铁芯2的外周面的最短距离Z”。并且，作为限制条件，使缝隙8与磁铁***孔4的最短距离Y比缝隙8与转子铁芯2的外周面的最短距离Z大(Y＞Z)。由此，转子磁路12的磁阻比转子磁路11大，因此，退磁磁场23被限制，能够防止退磁磁场21的增大，防止永磁铁3的端部的退磁，能够提高永磁铁3的退磁耐力。
以上，根据第一实施方式，发挥以下的作用效果。
(1)在转子铁芯2的永磁铁3的径向外周侧的、被配置在同一极内的两侧方的突起5夹着的范围中，沿周向并列设置有缝隙8。由此，通过该路径的退磁磁场23、24变弱，能够降低施加于突起5的退磁磁场21，能够提高永磁铁3的退磁耐力。
(2)将缝隙8与磁铁***孔4的最短距离Y设定得比缝隙8与转子铁芯2的外周面的最短距离Z大。由此，当施加于被缝隙8和转子铁芯2的外周面夹着的转子磁路12的退磁磁场23大时，施加于永磁铁3的周向端部附近的退磁磁场21降低，由此，能够防止永磁铁3的周向端部退磁。
第一实施方式的变形例
在第一实施方式中，叙述了对于转子1的每一极，将缝隙8沿周向并列设置在两个位置的情况，但也可以将缝隙8沿周向并列设置在三个位置以上。图5作为第一实施方式的变形例，表示缝隙8沿周向并列设置在四个位置的情况。为了说明的方便，将缝隙8的符号重新设为从图示左端开始是缝隙8c、8d、8e、8f。在该情况下，关于Y、Z，与缝隙8形成于两个位置的情况相同。具体来说，将磁铁***孔4与各个缝隙8c～8f的最短距离Y1、Y2、Y3、Y4中的最小值设为Y即可，将转子铁芯2的外周面与各个缝隙8c～8f的最短距离Z1、Z2、Z3、Z4中的最小值设为Z即可。与缝隙8形成于两个位置形成时相同地，通过赋予Y＞Z这样的限制条件，从而能够防止退磁磁场21的增大，防止永磁铁3的端部的退磁，能够提高永磁铁3的退磁耐力。
另外，在说明本实施方式时，以四极六槽集中绕组的永磁铁电动机100为例进行了叙述，但是在极数、槽数、绕组的卷绕方式不同的情况下等也能够发挥同样的效果。
第二实施方式
在第一实施方式和其变形例中，叙述了利用缝隙8降低因突起5造成的退磁磁场21从而提高永磁铁3的退磁耐力的方案。由于永磁铁3的端部的不可逆退磁的原因在于突起5，因此，如果将突起5去除，则能够进一步提高永磁铁3的退磁耐力。但是，如果不适当地去除突起5，则会丧失突起5的本来的效果，即是将永磁铁3定位的效果。在本实施方式中，叙述不丧失将永磁铁3定位的效果地、减少突起5的数量的方案。此外，本实施方式的定子50和绕组52等的结构与第一实施方式相同，因此省略说明。
图6是本发明的第二实施方式的永磁铁电动机100的四极的转子1的立体图。图6所示的转子1的结构与图2所示的转子1的不同点是，通过将转子铁芯2和转子铁芯13沿轴向层叠，从而构成转子1。关于转子铁芯13的结构，在后面叙述。
图7是本发明的第二实施方式的永磁铁电动机100的转子1的一极量的径向剖视图，是包含转子铁芯13的径向剖视图。转子铁芯13与转子铁芯2的不同点是没有突起5。在转子铁芯13这样的结构中，即使施加有来自定子50的齿51(未图示)的、与永磁铁3的磁化方向9相反方向的退磁磁场20，由于没有作为退磁磁场集中的原因的突起5，因此，施加于永磁铁3的周向端部附近的退磁磁场21降低。其结果是，永磁铁3的退磁耐力提高。
如上所述，由于转子铁芯13不具有突起5，因此，永磁铁3没有被转子铁芯13定位。但是，本实施方式的转子1的结构中具备转子铁芯2，因此，永磁铁3被转子铁芯2的突起5定位。
以上，根据第二实施方式，能够不损害将永磁铁3定位的效果地、减少作为退磁磁场21增大的原因的突起5。其结果是，能够降低退磁磁场21，能够提高永磁铁3的退磁耐力。
在本实施方式中，形成为转子铁芯13被转子铁芯2夹着的结构，但也可以是转子铁芯2被转子铁芯13夹着的结构，也可以是转子铁芯13和转子铁芯2这两层的结构，也可以是转子铁芯13和转子铁芯2遍及多层地交替出现的结构。
在本实施方式中，将没有突起5的转子铁芯13、和有突起5的转子铁芯2沿轴向层叠而构成转子1的转子铁芯，但也可以用一个转子铁芯构成转子1的转子铁芯并减少突起5形成的区域。作为例子，使第一实施方式中叙述的转子1的转子铁芯变形。第一实施方式中叙述的转子1的转子铁芯仅由转子铁芯2构成，其全部的突起5形成于轴向的所有区域。通过将形成有该突起5的区域的轴向的一部分的区域去除，从而与本实施方式所示的转子1同样地，能够减少因突起5造成的退磁磁场21，能够提高永磁铁3的退磁耐力。但是，如本实施方式所示的那样，将没有突起5的转子铁芯13、和有突起5的转子铁芯2分别制作并层叠，不需要在各个转子铁芯中仅在轴向的一部分形成突起5，因此，具有能够容易地制作将形成有突起5的区域减少了的转子1的转子铁芯的这种优点。
本实施方式在极数、槽数、绕组的卷绕方式不同的情况下等也能够发挥同样的效果。
第三实施方式
在第二实施方式中，例如在用沿轴向堆叠的层叠钢板构成转子铁芯2和转子铁芯13时，批量生产层叠钢板的压机所使用的模具需要两种等，量产性不佳。作为针对该课题的解决方案，在以下叙述第三实施方式。然而，形成于转子铁芯2的磁铁***孔4的突起5形成于被***的永磁铁3的四角中的各个。虽然在永磁铁3的两端各有一个突起5就能够将永磁铁3定位，但像这样将突起5形成于四角中的各个会使永磁铁3的定位效果更高。本实施方式也以将突起5配置于永磁铁3的四角中的各个的方案为课题。此外，本实施方式的定子50和绕组52等的结构与第一实施方式相同，因此省略说明。
图8是第三实施方式的永磁铁电动机100的四极的转子1的立体图。图9(a)、(b)分别是图8所示的转子1的径向剖视图，是分别包含转子铁芯14A、14B的径向剖视图。转子铁芯14A和转子铁芯14B作为结构来说都是转子铁芯14。转子铁芯14的结构与图3所示的转子铁芯2的不同点是，突起5有两个，其位置位于永磁铁3的四角中的对角，相邻的磁铁***孔4的突起5的对角的位置彼此相反。如后面所述，在构成图8所示的转子1时，转子铁芯14B相对于转子铁芯14A沿周向旋转一极量(90°)地配设，因此，使用了14A、14B这样不同的符号。
利用图9(a)、(b)，具体地说明图8所示的转子铁芯14A、转子铁芯14B、和永磁铁3的位置关系。为了使说明容易，对形成于转子铁芯14A和转子铁芯14B的磁铁***孔4重新附以符号为磁铁***孔4a～4d。此外，对永磁铁3重新附以符号为永磁铁3a～3d。图9(b)所示的转子铁芯14B相对于图9(a)所示的转子铁芯14A沿周向旋转一极量(90°)旋转而配设。转子铁芯14A和转子铁芯14B以维持该配置的状态沿轴向层叠。如果包含永磁铁3地叙述各自的位置关系，转子铁芯14B的各个磁铁***孔4a～4d的位置与转子铁芯14A的各个磁铁***孔4a～4d的位置相比沿周向旋转90°，而与此相比，永磁铁3a～3d的位置不变化。这意味着，例如转子铁芯14A的磁铁***孔4a和转子铁芯14B的磁铁***孔4b重合，在这些磁铁***孔中都***有永磁铁3a。其它的磁铁***孔和永磁铁的位置关系也是同样的。
考虑使磁铁***孔4b～4d沿周向旋转并重合于转子铁芯14的磁铁***孔4a的位置的情况，叙述转子铁芯14的突起5的位置。在磁铁***孔4a中，在被***磁铁***孔4a的永磁铁3的图示右上和图示左下形成有突起5。与磁铁***孔4a同样地，在磁铁***孔4c中，在永磁铁3的图示右上和图示左下形成有突起5。另一方面，在磁铁***孔4b、4d中，在永磁铁3的图示右下和图示左上形成有突起5。
基于上述，叙述转子铁芯14A和转子铁芯14B的各自的突起5的位置关系。在转子铁芯14A的磁铁***孔4a中，在被***磁铁***孔4a的永磁铁3a的图示右上和图示左下形成有突起5。另一方面，在转子铁芯14B的磁铁***孔4b中，在被***磁铁***孔4b的永磁铁3a的图示右下和图示左上形成有突起5。由此，利用形成于转子铁芯14A的磁铁***孔4a的两个突起5和形成于转子铁芯14的磁铁***孔4b的两个突起5，能够将永磁铁3a的四角定位。其它的磁铁***孔4的突起5和永磁铁3也是同样的。通过将四角定位，从而与仅对两端各一个的两角进行定位的情况相比更能提高永磁铁3的定位效果。另外，转子铁芯14A和转子铁芯14B都是转子铁芯14，具有相同的结构，因此压机所使用的模具只要一种即可，量产性优良。
图10是第三实施方式的永磁铁电动机100的转子1的一极量的径向剖视图。以下，以形成有转子铁芯14A的磁铁***孔4a的极为例，说明永磁铁3a的退磁耐力提高的原理。突起5有两个，其位置位于永磁铁3a的四角中的对角，由此，即使从定子50(未图示)施加有与永磁铁3a的磁化方向9相反方向的退磁磁场20，由于突起5仅形成于磁铁***孔4a的外周侧端部31或内周侧端部32中的一方，因此，施加于磁铁***孔4a的永磁铁3a的周向端部附近的退磁磁场21降低。其结果是，永磁铁3a的退磁耐力提高。在转子铁芯14A的磁铁***孔4b～4d、转子铁芯14B的磁铁***孔4a～4d中也是同样的。
以上，根据第三实施方式，能够不损害将永磁铁3的四角定位的效果地、减少作为退磁磁场21增大的原因的突起5。由此，能够降低退磁磁场21，能够提高永磁铁3的退磁耐力。另外，由于只制作一种转子铁芯14即可，因此量产性优良。
在本实施方式中，由转子铁芯14A和转子铁芯14B这两层构成，但也可以是转子铁芯14A和转子铁芯14B遍及多层地交替出现的结构。另外，关于转子铁芯14A和转子铁芯14B的相对周向旋转角度，只要在旋转前和旋转后磁铁***孔4重合、永磁铁3的四角全部被定位，可以是任意的角度。
本实施方式在极数、槽数、绕组的卷绕方式不同的情况下也能够发挥同样的效果。另外，转子铁芯14的周向旋转角度需要与极数相应地改变，但只要在旋转前和旋转后磁铁***孔4对齐，并且永磁铁3的四角全部被定位，旋转任何角度都可以。
第四实施方式
在第三实施方式中，以将永磁铁3的四角定位的方式配置突起5，但如上所述，只要在永磁铁3的两端各一个地配置突起5就足矣。作为第四实施方式，在以下叙述这样的一例。此外，本实施方式的定子50和绕组52等的结构与第一实施方式相同，因此省略说明。
图11(a)、(b)是第四实施方式的转子1的径向剖视图，是分别包含转子铁芯15A、15B的图。本实施方式的转子1的结构与第三实施方式的转子1类似，是将图8所示的转子1的转子铁芯14A替换为转子铁芯15A，将转子铁芯14B替换为转子铁芯15B的结构。另外，转子铁芯15A和转子铁芯15B的结构相同，都是转子铁芯15。转子铁芯15A的结构是，将转子铁芯14A的磁铁***孔4的外周侧的突起5全部去除。同样地，转子铁芯15B的结构是，将转子铁芯14B的磁铁***孔4的外周侧的突起5全部去除。像这样，在比第三实施方式更进一步地去除突起5、由转子铁芯15A和转子铁芯15B构成的本实施方式的转子1中，在永磁铁3a～3d的两端各一个地形成有突起5，因此，能够确保永磁铁3a～3d的定位效果。此外，在本实施方式中，突起5的数量比第三实施方式减少，因此，能够使永磁铁3a～3d的端部更不易退磁，其结果是，能够提高永磁铁3a～3d的退磁耐力。
根据本实施方式，能够不损害将永磁铁3的两端部定位的效果地、减少作为退磁磁场21增大的原因的突起5。由此，能够降低退磁磁场21，能够提高永磁铁3的退磁耐力。另外，由于仅制作一种转子铁芯15即可，因此量产性优良。
在本实施方式中，利用磁铁***孔4的内周侧的突起5将永磁铁3的两端定位。只要在永磁铁3的周向的两端至少各一个地形成有突起5即可，即，形成于各个端的突起5至少形成于外周侧或内周侧的一方即可。
能够将上述实施方式中的一个或多个组合。
以上的说明仅仅是一例，发明不限定于任何上述实施方式。
以下的优先权基础申请的公开内容在此作为引用文献引入。
日本国专利申请2013年第90101号(2013年4月23日申请)
附图标记说明
1…转子2…转子铁芯3…永磁铁3a～3d…永磁铁4…磁铁***孔4a～4d…磁铁***孔5…突起6…空隙7…轴8…缝隙9…磁化方向11…转子磁路12…转子磁路13…转子铁芯14…转子铁芯14A、14B…转子铁芯15A、15B…转子铁芯20～23…退磁磁场31～32…磁铁***孔端部40…退磁磁场施加部50…定子51…齿52…绕组53…定子槽100…永磁铁电动机。

Claims (3)

1.一种永磁铁电动机，其中，具备：
转子，所述转子具有沿周向形成有多个磁铁***孔的转子铁芯、以及被***所述多个磁铁***孔的多个永磁铁；以及
定子，所述定子具有沿周向形成有多个槽的定子铁芯、以及***所述多个槽的绕组，
在所述磁铁***孔中，将所述永磁铁的周向两端定位的多个突起以在所述永磁铁的各个周向侧方形成有空隙的方式形成于轴向的至少一部分，
在所述转子铁芯的位于所述永磁铁的径向外侧的区域且由所述永磁铁的周向两端的所述突起夹着的区域中，沿周向并列设置有多个缝隙，
所述缝隙与所述磁铁***孔的最短距离被设定为比所述缝隙与所述转子铁芯的外周面的最短距离大。
2.根据权利要求1所述的永磁铁电动机，其中，
所述转子铁芯具有第一分割转子铁芯和第二分割转子铁芯，所述第一分割转子铁芯构成所述磁铁***孔的一部分，并且形成有多个形成有所述突起的第一磁铁***孔，所述第二分割转子铁芯构成所述磁铁***孔的一部分，并且形成有多个不形成有所述突起的第二磁铁***孔，
所述第一分割转子铁芯和第二分割转子铁芯以所述第一磁铁***孔和所述第二磁铁***孔沿轴向对齐的方式层叠。
3.根据权利要求1所述的永磁铁电动机，其中，
所述转子铁芯将分割转子铁芯沿轴向层叠多个，所述分割转子铁芯设置有第一磁铁***孔和第二磁铁***孔，所述第一磁铁***孔构成所述磁铁***孔的一部分，并且形成有将所述永磁铁的周向的一端定位的第一突起，所述第二磁铁***孔构成所述磁铁***孔的一部分，并且形成有将所述永磁铁的周向的另一端定位的第二突起，
所述多个分割转子铁芯中的一对以使一个所述分割转子铁芯的所述第一磁铁***孔与另一个所述分割转子铁芯的所述第二磁铁***孔沿轴向对齐的方式层叠，
所述第一磁铁***孔的所述第一突起和所述第二磁铁***孔的所述第二突起协同作用，将所述永磁铁的周向两端定位。
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