CN109983676B

CN109983676B - 同步磁阻型旋转电机

Info

Publication number: CN109983676B
Application number: CN201780061476.8A
Authority: CN
Inventors: 松本昌明; 荒木贵志; 山本雄司; 竹内活德; 松下真琴; 长谷部寿郎
Original assignee: Toshiba Industrial Products and Systems Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Industrial Products and Systems Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2016-10-07
Filing date: 2017-10-05
Publication date: 2022-01-14
Anticipated expiration: 2037-10-05
Also published as: US10637310B2; JP6826412B2; CN109983676A; WO2018066647A1; JP2018061405A; US20190229567A1

Abstract

本发明实施方式的同步磁阻型旋转电机具有转子铁芯。转子铁芯具有多个磁极，在每个磁极形成有多层截面形状上朝向径向内侧成为凸出形状的空洞部，并且在空洞部与外周面之间分别形成有连接部。并且，当以相邻的2个磁极之间的边界为磁极边界时，在转子铁芯的外周面上避开磁极边界上的位置、并且夹着磁极边界的两侧中的至少任一侧，形成有沟槽部。

Description

同步磁阻型旋转电机

技术领域

本发明实施方式涉及同步磁阻型旋转电机。

背景技术

同步磁阻型旋转电机具备转子和定子。转子具备能够旋转地轴支、在旋转轴中心沿轴向延伸的转轴，以及嵌套固定在转轴上的转子铁芯。定子具备，具有与转子铁芯隔开间隔配置在转子铁芯的外周、沿周向互相隔开间隔排列的多个齿部的定子铁芯，以及分别卷绕在多个齿部上的多个极的多相电枢线圈。

在转子铁芯的每个磁极形成有多层朝向径向内侧成为凸出形状的空洞部。通过这样形成空洞部，在转子铁芯上形成磁通容易流通的方向和磁通难以流通的方向。于是，同步磁阻型旋转电机利用空洞部产生的磁阻转矩使转轴旋转。

但是，同步磁阻型旋转电机设想在各种领域使用，要求进一步大功率化和小型化。由此，希望同步磁阻型旋转电机高性能化和高速旋转化。另一方面，如果在转子铁芯上形成空洞部，则转子铁芯容易变形。因此，如果使转子铁芯高速旋转，则存在由此产生的离心力使转子铁芯变形的可能性。

其中，通过将形成在空洞部的长度方向两端与转子铁芯的外周面之间的称为连接部的地方的壁厚设定较厚，有可能使转子铁芯难以变形。但是，如果将连接部的壁厚设定较厚，则在连接部的地方(磁路)存在产生磁通泄漏的可能性。因此，存在难以获得所希望的磁阻转矩、同步磁阻型旋转电机的转矩特性下降的可能性。

在先技术文献

专利文献

【专利文献1】日本国特开平9－331661号公报

【专利文献2】日本国特开2006－325297号公报

【专利文献3】日本国特开2014－176263号公报

发明内容

本发明想要解决的问题就是，提供使转子铁芯难以变形、并且能够提高转矩特性的同步磁阻型旋转电机。

用于解决问题的手段

实施方式的同步磁阻型旋转电机具有转子铁芯。转子铁芯具有多个磁极，在每个磁极上形成有多层截面形状上朝向径向内侧成为凸出形状的空洞部，并且在空洞部与外周面之间分别形成有连接部。并且，当以相邻的2个磁极之间的边界为磁极边界时，在转子铁芯的外周面上避开磁极边界的位置、并且夹着磁极边界的两侧中的至少任一侧，形成有沟槽部。

附图说明

图1为表示实施方式的同步磁阻型旋转电机的局部剖视立体图。

图2为表示实施方式的旋转电机的局部结构的与旋转轴线正交的剖视图。

图3为表示实施方式的转子的立体图。

图4为图2的A部放大图。

图5为图2的B部放大图。

图6为实施方式的施加于转子铁芯的应力的分布图。

图7为表示实施方式的变形例中旋转电机的局部结构的与旋转轴线正交的剖视图。

具体实施方式

下面参照附图说明实施方式的同步磁阻型旋转电机。

图1为表示同步磁阻型旋转电机(以下简称为“旋转电机”)1的局部剖视立体图。

如该图所示，旋转电机1具备壳体2、固定在壳体2内的定子3、围绕旋转轴线O旋转自由地支承在壳体2内的转子4。另外，在以下的说明中，将与旋转轴线O平行的方向简称为轴向，将围着旋转轴线O的方向简称为周向，将与旋转轴线O正交的径向简称为径向。

壳体2具备近似圆筒状的框架5和堵塞框架5的轴向两端的开口部5a、5b的轴承座6、7。各轴承座6、7形成为近似圆板状。在各轴承座6、7的径向的大致中央，设置有分别旋转自由地支承转子4的轴承8、9。

图2为表示旋转电机1的局部结构的与旋转轴线O正交的剖视图。另外，图2仅表示了旋转电机1的1/4扇区，即1/4周的圆周角区域。

如图1、图2所示，定子3具有近似圆筒状的定子铁芯10。该定子铁芯10的外周面内嵌固定在框架5的内周面上。定子铁芯10的径向中心与旋转轴线O一致。

并且，定子铁芯10能够层叠多块电磁钢板、或者加压成型软磁粉末形成。在定子铁芯10的内周面上一体成型有向旋转轴线O突出、沿周向等间隔排列的多个齿部11。齿部11形成为截面近似矩形形状。并且，以相邻的齿部11之间配置1个开槽12的方式沿周向等间隔地形成有多个开槽12。电枢线圈13通过这些开槽12卷绕到各齿部11上。

图3为表示转子4的立体图。

如图2、图3所示，转子4配置在比定子铁芯10靠径向内侧。转子4具备沿轴向延伸的旋转轴14和嵌套固定在旋转轴14上的近似圆柱状的转子铁芯15。

转子铁芯15能够通过层叠多块电磁钢板、或者加压成型软磁粉末来形成。转子铁芯15的外径设定为在与径向相对置的各齿部11之间形成规定的空隙G。并且，在转子铁芯15的径向中央形成有贯穿轴向的通孔16。旋转轴14压入该通孔16中等，旋转轴14和转子铁芯15成为一体地旋转。

而且，在转子铁芯15的每个1/4周的圆周角区域沿径向排列形成有4层空洞部(磁通屏障)21、22、23、24(第1空洞部21、第2空洞部22、第3空洞部23、第4空洞部24)。即，在径向的最外侧形成第1空洞部21，从该第1空洞部21朝向径向内侧依次排列形成有第2空洞部22、第3空洞部23、第4空洞部24。于是，第4空洞部24配置在径向最内侧。

并且，各空洞部21～24沿着给电枢线圈13通电时形成的磁通流通地形成。即，各空洞部21～24以周向中央位于径向最内侧(朝向径向内侧成为凸出形状)的方式弯曲形成。由此，在转子铁芯15上形成磁通容易流通的方向和磁通难以流通的方向。另外，在以下的说明中，有时将从旋转轴线O方向看的各空洞部21、22、23、24的长度方向(图2中为大致左右方向)简称为空洞部21、22、23、24的长度方向进行说明。

在本实施方式中，将磁通容易流通的方向称为q轴。并且，将沿与q轴电气、磁气正交的径向的方向称为d轴。即，各空洞部21～24在沿d轴的径向上成多层结构。

更详细为，在转子铁芯15中q轴方向将磁通的流通不受各空洞部21～24妨碍的方向称为q轴。即，将正磁极位(例如靠近磁铁的N极)赋予转子铁芯15的外周面15a的任意圆周角度的位置。并且，将负磁极位(例如靠近磁铁的S极)赋予离正磁极位1个磁极的量(本实施方式的情况下为90度机械角)的其他任意圆周角度的位置。并且，在这样的正磁极位与负磁极位的位置向周向错开的情形下，将从磁通流通最多时的旋转轴线O朝向任意位置的方向定义为q轴。于是，各空洞部21～24的长度方向为q轴。

另一方面，将磁通的流通被各空洞部21～24妨碍的方向，即与q轴磁气正交的方向称为d轴。在本实施方式中，与被各空洞部21～24分隔成离旋转轴线O近的区域和离旋转轴线O远的区域的2个转子铁芯部分相对的方向平行的方向为d轴。并且，在像本实施方式这样多层形成各空洞部21～24的情形下(本实施方式为4层)，重叠的方向为d轴。本实施方式中，d轴并不局限于与q轴电气、磁气正交，也可以与正交角度具有一定程度的角度宽度(例如机械角10度左右)相交。

这样，转子铁芯15构成为4个磁极，在每个磁极(转子铁芯15的1/4周的圆周角区域)上形成4层空洞部21～24。并且，1个磁极指q轴之间的区域。

另外，在以下的说明中，将d轴称为磁极中心C1。q轴(1/4周圆的周角区域的周向两端)为相邻的2个磁极之间的边界，称为磁极边界E1。

即，各空洞部21～24以磁极中心C1位于径向最内侧的方式朝向径向内侧弯曲形成。并且，各空洞部21～24以从轴向看长度方向的两端位于转子铁芯15的外周部的方式弯曲形成。并且，各空洞部21～24以越靠近长度方向两端的地方越沿磁极边界E1、并且越靠近长度方向中央的地方越与磁极中心C1正交的方式形成。

在q轴方向上，在各空洞部21～24的长度方向两端与转子铁芯15的外周面15a之间分别形成有连接部26、27、28、29(第1连接部26、第2连接部27、第3连接部28、第4连接部29)。

另外，所谓连接部26、27、28、29是指形成在各空洞部21～24中靠近转子铁芯15的外周部附近、并且其壁厚急剧变化的范围(将该范围称为连接范围)内的部分。

在转子铁芯15的外周面15a上4个连接部26～29中的最下层的2个第4连接部29上分别遍及整个轴向形成有第1沟槽部31。并且，在转子铁芯15的外周面15a上位于紧邻最上层连接部(第1连接部26)的2个第2连接部27上，分别遍及整个轴向形成有第2沟槽部32。

图4为图2的A部放大图。

如该图所示，第1沟槽部31形成在第4连接部29的范围内。第1沟槽部31的槽深度H1朝向磁极边界E1而逐渐变深地设定。并且，第4连接部29以靠近第4空洞部24的侧面29a越朝向磁极边界E1越位于径向内侧的方式形成。由此，第4连接部29在整个范围内大致均匀地形成q轴方向的壁厚T1。并且，第1沟槽部31以靠近磁极边界E1的内侧面31a与磁极边界E1大致平行的方式形成。

由此，如图3详细表示的那样，在转子铁芯15的外周面15a上避开磁极边界E1的位置、并且夹着磁极边界E1的两侧分别形成第1沟槽部31。换言之，在转子铁芯15的外周面15a的磁极边界E1上，形成沿轴向的凸条部33，在该凸条部33的周向的两侧分别形成第1沟槽部31。由于第1沟槽部31的内侧面31a与磁极边界E1大致平行，因此凸条部33的与轴向正交的截面的形状为近似长方形。

图5为图2的B部放大图。

如该图所示，第2沟槽部32形成在第2连接部27上。第2沟槽部32的槽深度H2朝向磁极中心C1而逐渐变深地设定。并且，第2连接部27以靠近第2空洞部22的侧面27a越朝向磁极中心C1越位于径向内侧的方式形成。由此，第2连接部27在整个范围内大致均匀地形成q轴方向的壁厚T2。

另外，第1连接部26和第3连接部28的q轴方向的壁厚也在整个范围内大致均匀地形成。

但是，各连接部26～29为用来使转子铁芯15难以变形的结构，同时也是成为磁通泄漏的原因的地方。

下面对未分别在第2连接部27和第4连接部29上形成第2沟槽部32和第1沟槽部31的转子铁芯(以下称为以往的转子铁芯)中，各连接部26～29中产生的应力进行说明。另外，由于以往的转子铁芯除没有形成各沟槽部31、32的结构以外与本实施方式的转子铁芯15相同，因此为了使说明容易理解，对以往的转子铁芯也添加与本实施方式的转子铁芯15相同的标记进行说明。

图6为使以往的转子铁芯15高速旋转之际作用于该转子铁芯15的应力的分布图。

如该图的点阴影所示，在使以往的转子铁芯15高速旋转之际，应力作用于各连接部26～29。这是因为在使转子铁芯旋转之际，由各连接部26～29承受作用于各空洞部21～24之间的转子铁芯15上的离心力的缘故。其中，能够确认，相当于本实施方式的第1沟槽部31的地方以及相当于第2沟槽部32的地方(都参照图2)几乎不作用使转子铁芯15高速旋转产生的应力。

即，即使在形成了第1沟槽部31和第2沟槽部32的情形下，转子铁芯15变形的难度也几乎不变化。除此以外，形成第1沟槽部31和第2沟槽部32的部分在第2连接部27和第4连接部29处容易产生磁饱和，能够抑制磁通泄漏。

因此，根据上述实施方式，不仅能够使转子铁芯15难以变形，还能够提高旋转电机1的转矩特性。

并且，在转子铁芯15外周面15a的避开磁极边界E1的位置并且夹着磁极边界E1的两侧，分别形成第1沟槽部31。换言之，在转子铁芯15外周面15a的磁极边界E1上形成沿着轴向的凸条部33，在该凸条部33的周向两侧分别形成第1沟槽部31。因此，能够形成第1沟槽部31并且确保充分的转子铁芯15的凸极性(凸极比，d轴与q轴的磁阻比)。因此，能够确实地提高旋转电机1的转矩特性。

而且，第1沟槽部31和第2沟槽部32遍及转子铁芯15外周面15a的整个轴向而形成。因此，能够确实地抑制第2连接部27和第4连接部29处的磁通泄漏。

并且，通过在第4连接部29的范围内形成第1沟槽部31，能够充分确保转子铁芯15中第4连接部29周围的强度。因此，能够抑制磁通泄漏，并且能够更确实地使转子铁芯15难以变形。

另外，上述实施方式中对在第4连接部29的范围内形成第1沟槽部31的情形进行了说明。但是并不局限于此，也可以超出第4连接部29的范围形成第1沟槽部31。

并且，对靠近磁极边界E1的内侧面31a与磁极边界E1大致平行地形成第1沟槽部31的情形进行了说明。但是，并不局限于此，内侧面31a也可以相对于磁极边界E1倾斜地形成。因此，凸条部33的与轴向正交的截面形状也不局限于长方形，也可以例如与轴向正交的截面形状为近似梯形以便成为朝向径向外侧而变尖细。

在这样形成凸条部33的情形下，不仅能够更确实地使第4连接部29难以变形，而且能够充分确保转子铁芯15的凸极性。

而且，对在转子铁芯15的外周面15a上避开磁极边界E1的位置、并且夹着磁极边界E1的两侧分别形成第1沟槽部31的情形进行了说明。

但是，并不局限于此，只要在夹着磁极边界E1的两侧中的至少任一侧形成第1沟槽部31就可以。这种情形下，虽然在磁极边界E1上没有形成凸条部33，但由于能够抑制形成有第1沟槽部31的第4连接部29的磁通泄漏，因此不仅能够使转子铁芯15难以变形，而且能够提高旋转电机1的转矩特性。

并且，上述实施方式中对在转子铁芯15的外周面15a的第4连接部29上形成了第1沟槽部31、并且在第2连接部27上形成第2沟槽部32的情形进行了说明。但是，并不局限于此，也可以像图7所示那样，在第2连接部27上不形成第2沟槽部32。即使在这样结构的情形下，由于能够抑制第4连接部29的磁通泄漏，因此不仅能够使转子铁芯15难以变形，还能够提高旋转电机1的转矩特性。

而且，对第1沟槽部31和第2沟槽部32分别遍及整个转子铁芯15的轴向而形成的情形进行了说明。但是，并不局限于此，也可以在轴向上隔开间隔地形成多个第1沟槽部31和第2沟槽部。即使在这样的情形下，与没有形成第1沟槽部31、第2沟槽部的情形相比较，也能够降低第4连接部29、第2连接部27的磁通泄漏。

并且，上述实施方式中对转子铁芯15构成为4个磁极的情形进行了说明。但并不局限于此，也可以用4个以上的磁极构成转子铁芯15。

而且，对分别在转子铁芯15的1/4周的圆周角区域(每1个磁极)形成4层空洞部21～24的情形进行了说明。但是，并不局限于此，也可以形成4层以上的多层空洞部。即使在形成4层以上的空洞部的情形下，也在避开磁极边界E1上的位置、并且夹着磁极边界E1的两侧中的至少任一侧形成相当于所述第1沟槽部31的沟槽部。并且，建议在位于紧邻最靠近磁极中心C1的连接部(第1连接部26)的连接部(第2连接部27)的外周面15a上形成相当于第2沟槽部32的沟槽部。

并且，上述实施方式中对各空洞部21～24以周向中央位于径向最内侧(成为向径向的内侧突出的凸状)方式弯曲形成的情形进行了说明。但并不局限于此，各空洞部21～24只要形成为朝向径向内侧突出的凸出形状就可以。即，各空洞部21～24也可以不弯曲形成。

根据以上说明过的至少一个实施方式，通过在转子铁芯15的外周面15a的避开磁极边界E1的位置上、并且夹着磁极边界E1的两侧分别形成第1沟槽部31，能够抑制第4连接部29中的磁通泄漏，并且能够充分确保转子铁芯15的凸极性。因此，能够确实地提高旋转电机1的转矩特性。

并且，第1沟槽部31以槽深度H1朝向磁极边界E1而逐渐变深的方式形成。而且，第2连接部27上形成的第2沟槽部32朝向磁极中心C1而槽深度H2逐渐变深地形成。因此，能够使转子铁芯15难以变形并且能够提高旋转电机1的转矩特性。

并且，第1沟槽部31、第2沟槽部32遍及转子铁芯15的外周面15a的整个轴向而形成。因此，能够确实地抑制第2连接部27、第4连接部29处的磁通泄漏。

而且，通过在第4连接部29的范围内形成第1沟槽部31，能够充分确保转子铁芯15中第4连接部29周围的强度。因此，能够抑制磁通泄漏并且更确实地使转子铁芯15难以变形。

虽然说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式只是作为例子提出，并非限定发明的范围。这些实施方式能够以其他种种形态实施，在不超出发明宗旨的范围内，能够进行种种省略、替换和变更。这些实施方式、其变形包含在发明的范围、宗旨内，同样也包含在权利要求范围中记载的发明及其均等的范围内。

Claims

1.一种同步磁阻型旋转电机，具备转子铁芯，该转子铁芯具有多个磁极，在每个磁极形成有4层截面形状上朝向径向内侧成为凸出形状的空洞部，并且在所述空洞部的长度方向两端与转子铁芯的外周面之间分别形成有与所述外周面相接的连接部，

当将相邻的2个磁极之间的边界作为磁极边界、以1个磁极中的周向中央为磁极中心时，

所述空洞部以从轴向看长度方向两端位于所述转子铁芯的外周部、并且从轴向看越靠近长度方向两端的地方越沿着所述磁极边界、并且越靠近长度方向中央的地方越与所述磁极中心正交的方式而弯曲形成；

在所述转子铁芯的外周面上，仅在4层所述空洞部中的2层所述空洞部和所述外周面之间的所述连接部形成有沟槽部；

所述沟槽部中形成于一个层处的第1沟槽部，被形成在所述连接部中位于最靠近所述磁极边界位置的第4连接部的范围内、并且夹着所述磁极边界的两侧；

所述沟槽部中形成于另一个层处的第2沟槽部，被形成在所述连接部中位于最靠近所述磁极中心的所述连接部近旁的第2连接部的外周面上。

2.如权利要求1所述的同步磁阻型旋转电机，所述第1沟槽部以及所述第2沟槽部遍及所述转子铁芯的整个旋转轴线方向而形成。

3.如权利要求1所述的同步磁阻型旋转电机，所述第1沟槽部的槽深度被朝向所述磁极边界而逐渐变深地设定；

所述第4连接部以所述空洞部一侧的侧面越朝向所述磁极边界越位于径向内侧的方式形成。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的同步磁阻型旋转电机，所述第2沟槽部的槽深度被朝向所述磁极中心而逐渐变深地设定；

所述第2连接部以所述空洞部一侧的侧面越朝向所述磁极中心越位于径向内侧的方式形成。