CN113224877A - 旋转电机的转子及圆弧磁铁制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够降低制造成本且抑制大型化的旋转电机的转子以及制造旋转电机的转子的各圆弧磁铁的圆弧磁铁制造方法。旋转电机的转子(10)具有外径侧圆弧磁铁(810)、在周向上相对于d轴位于一侧的第一内径侧圆弧磁铁(821)、以及相对于d轴位于另一侧的第二内径侧圆弧磁铁(822)。外径侧圆弧磁铁(810)、第一内径侧圆弧磁铁(821)及第二内径侧圆弧磁铁(822)的从轴向观察时的形状大致相同。外径侧圆弧磁铁(810)的圆弧中心(C10)位于d轴上。第一内径侧圆弧磁铁(821)的圆弧中心(C21)在周向上相对于d轴位于另一侧。第二内径侧圆弧磁铁(822)的圆弧中心(C22)在周向上相对于d轴位于一侧。

Description

旋转电机的转子及圆弧磁铁制造方法
技术领域
本发明涉及一种搭载于电动车辆等的旋转电机的转子、以及制造旋转电机的转子的各圆弧磁铁的圆弧磁铁制造方法。
背景技术
以往，在混合动力车、电池驱动车、燃料电池车等电动车辆上搭载有电动机、发电机等旋转电机。伴随这些电动车辆的普及，对搭载于电动车辆的旋转电机更进一步要求降低制造成本。而且，为了扩大车室空间，对搭载于电动车辆的旋转电机要求更进一步的小型化。
例如，在专利文献1中公开了一种旋转电机的转子，其在径向上配置有多层永久磁铁。并且，专利文献1的配置于转子的各永久磁铁的从轴向观察时的形状大致相同。因此，配置于转子的各永久磁铁能够使用相同的圆弧磁铁，因此能够降低圆弧磁铁的制造成本，因而，能够降低转子的制造成本。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018-102039号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在专利文献1的转子中，由于多层配置的各圆弧磁铁的圆弧中心均位于d轴上，因此，若在同一层配置多个圆弧磁铁，则存在磁极部的周向长度变长、转子大型化的问题。
本发明提供一种能够降低制造成本且抑制大型化的旋转电机的转子以及制造旋转电机的转子的各圆弧磁铁的圆弧磁铁制造方法。
用于解决课题的方案
本发明提供一种旋转电机的转子，其具备：
大致圆环形状的转子铁心；以及
在所述转子铁心的周向上以规定的间隔形成的多个磁极部，
各磁极部具有：
外径侧磁铁部，其由向径向的内侧凸出配置的外径侧圆弧磁铁构成；以及
内径侧磁铁部，其在所述径向上位于比所述外径侧磁铁部靠内侧的位置，且由向所述径向的内侧凸出配置的一对内径侧圆弧磁铁构成，
各圆弧磁铁是内周面与外周面具有相同圆弧中心的圆弧磁铁，
在将各磁极部的中心轴设为d轴、且将相对于该d轴隔开90度电角的轴设为q轴的情况下，
所述外径侧磁铁部及所述内径侧磁铁部相对于所述d轴对称地形成，
所述外径侧圆弧磁铁在所述周向上相对于所述d轴对称地配置，
一对所述内径侧圆弧磁铁具备：
在所述周向上相对于所述d轴位于一侧的第一内径侧圆弧磁铁；以及
在所述周向上相对于所述d轴位于另一侧的第二内径侧圆弧磁铁，
所述第一内径侧圆弧磁铁和所述第二内径侧圆弧磁铁相对于所述d轴对称地配置，
其中，
所述外径侧圆弧磁铁、所述第一内径侧圆弧磁铁及所述第二内径侧圆弧磁铁的从轴向观察时的形状大致相同，
所述外径侧圆弧磁铁的圆弧中心位于所述d轴上，
所述第一内径侧圆弧磁铁的圆弧中心在所述周向上相对于所述d轴位于所述另一侧，
所述第二内径侧圆弧磁铁的圆弧中心在所述周向上相对于所述d轴位于所述一侧。
发明效果
根据本发明，外径侧圆弧磁铁、第一内径侧圆弧磁铁及第二内径侧圆弧磁铁的从轴向观察时的形状大致相同，因此外径侧圆弧磁铁、第一内径侧圆弧磁铁及第二内径侧圆弧磁铁能够使用相同的圆弧磁铁，能够降低外径侧圆弧磁铁、第一内径侧圆弧磁铁及第二内径侧圆弧磁铁的制造成本。由此，能够降低旋转电机的转子的制造成本。而且，外径侧圆弧磁铁的圆弧中心位于d轴上，第一内径侧圆弧磁铁的圆弧中心在周向上相对于d轴位于另一侧，第二内径侧圆弧磁铁的圆弧中心在周向上相对于d轴位于一侧，因此能够抑制磁极部的周向长度变大，能够抑制转子的大型化。
附图说明
图1是从轴向观察本发明的第一实施方式的旋转电机的转子时的主视图。
图2是图1中的旋转电机的转子的磁极部周边的放大图。
图3是说明图1中的旋转电机的转子的各圆弧磁铁的制造方法的图。
图4是示出在图1中的旋转电机的转子的外径侧圆弧磁铁、第一内径侧圆弧磁铁及第二内径侧圆弧磁铁中能够得到期望的磁铁性能的外周半径与壁厚之间的关系的图表。
附图标记说明：
10 转子
20 转子铁心
30 磁极部
310 外径侧磁铁部
320 内径侧磁铁部
810 外径侧圆弧磁铁
810L 左侧端部(第一端部)
810R 右侧端部(第二端部)
820 内径侧圆弧磁铁
821 第一内径侧圆弧磁铁
821D d轴侧端部
821Q q轴侧端部
822 第二内径侧圆弧磁铁
822D d轴侧端部
822Q q轴侧端部
910 环形磁铁
C10、C21、C22 圆弧中心
C91 环中心
r10F、r21F、r22F 外周半径
r90 外径
t10、t21、t22 壁厚
t90 壁厚
θ10、θ21、θ22 所成的角
Figure BDA0002934519730000041
规定角度。
具体实施方式
以下基于附图来说明本发明的旋转电机的转子的一实施方式。
(转子)
如图1所示，本发明的一实施方式中的旋转电机的转子10具备：安装于转子轴(未图示)的外周部且以圆环中心CL为中心的大致圆环形状的转子铁心20；以及在转子铁心20的周向上以规定间隔形成的多个磁极部30(在本实施方式中为12个)。转子10配置于定子(未图示)的内周侧。
需要说明的是，在本说明书等中，无特别说明时，在说轴向、径向及周向时，是指以转子10的圆环中心CL为基准的方向。
转子铁心20通过同一形状的大致圆环形状的电磁钢板200在轴向上层叠多个而形成。转子铁心20具有与圆环中心CL相同中心的转子轴孔21。而且，在将圆环中心CL与各磁极部30的中心连结的各磁极部30的中心轴设为d轴(图中的d-axis)、且将相对于d轴隔开90度电角度的轴设为q轴(图中的q-axis)的情况下，转子铁心20的各磁极部30具备以与d轴交叉的方式形成、且相对于d轴具有对称的形状的外径侧磁铁***孔410。转子铁心20的各磁极部30具备在径向上位于比外径侧磁铁***孔410靠内侧的位置、且隔着d轴而对称地形成的一对内径侧磁铁***孔420。外径侧磁铁***孔410及一对内径侧磁铁***孔420均具有向径向的内侧凸出的圆弧形状。
在转子铁心20的各磁极部30中，在周向上于一对内径侧磁铁***孔420之间，设置有以与d轴交叉的方式形成的空隙部60。在转子铁心20上设置有一对肋50，一对肋50在一对内径侧磁铁***孔420与空隙部60之间沿径向延伸。
转子铁心20具有：第一减重孔71，其形成于在比各磁极部30的空隙部60靠径向的内侧的位置与d轴交叉的位置；以及第二减重孔72，其形成于在相邻的磁极部30之间与q轴交叉的位置。第一减重孔71相对于d轴成为对称的形状。第二减重孔72相对于q轴成为对称的形状。
各磁极部30具有外径侧磁铁部310、以及在径向上位于比外径侧磁铁部310靠内侧的位置的内径侧磁铁部320。外径侧磁铁部310由向径向内侧凸出配置的外径侧圆弧磁铁810构成。内径侧磁铁部320由向径向内侧凸出配置的至少一对内径侧圆弧磁铁820构成。外径侧磁铁部310和内径侧磁铁部320相对于d轴对称地形成。
构成外径侧磁铁部310的外径侧圆弧磁铁810***转子铁心20的外径侧磁铁***孔410中。构成内径侧磁铁部320的一对内径侧圆弧磁铁820***转子铁心20的一对内径侧磁铁***孔420中。
外径侧圆弧磁铁810和一对内径侧圆弧磁铁820在径向上被磁化。另外，外径侧圆弧磁铁810和一对内径侧圆弧磁铁820配置为其磁化方向与相邻的磁极部30的磁化方向不同，磁极部30的磁化方向在周向上交替地不同。
(磁极部)
如图2所示，一对内径侧磁铁***孔420具有相对于d轴在周向上形成于一侧(图2中的左侧)的第一内径侧磁铁***孔421和相对于d轴在周向上形成于另一侧(图2中的右侧)的第二内径侧磁铁***孔422。
第一内径侧磁铁***孔421与第二内径侧磁铁***孔422设置为以趋向径向的外侧而彼此的周向的距离变长的方式扩展的大致八字状。
一对内径侧圆弧磁铁820具有：第一内径侧圆弧磁铁821，其***第一内径侧磁铁***孔421中，且相对于d轴在周向上位于一侧(面对图2时的左侧)；以及第二内径侧圆弧磁铁822，其***第二内径侧磁铁***孔422中，且相对于d轴在周向上位于另一侧(面对图2时的右侧)。
转子铁心20的各磁极部30具有：第一转子磁轭部221，其形成于外径侧磁铁***孔410的径向的外侧且沿着周向延伸；第二转子磁轭部222，其形成于外径侧磁铁***孔410与第一内径侧磁铁***孔421及第二内径侧磁铁***孔422之间，且以向径向的内侧凸出的方式弯曲并沿着周向延伸；以及第三转子磁轭部223，其形成于第一内径侧磁铁***孔421及第二内径侧磁铁***孔422的径向的内侧，且以向径向的内侧凸出的方式弯曲并沿着周向延伸。
以后，在本说明书等中，为了使说明简单且明确，在从轴向观察转子10时，在将圆环中心CL设为下方、且将d轴方向外径侧设为上方时，将周向上的一侧(面对图2时为左侧)权二自地定义为左侧，将周向上的另一侧(面对图2时为右侧)权宜地定义为右侧。另外，在本说明书等中，周向内侧是指各磁极部30的周向上的中央侧，即是指d轴侧，周向外侧是指各磁极部30的周向上的两端侧，即是指q轴侧。
外径侧圆弧磁铁810包括：具有相同圆弧中心C10的内周面810N及外周面810F；在周向上位于一侧的左侧端部810L；以及在周向上位于另一侧的右侧端部810R。外径侧圆弧磁铁810的圆弧中心C10位于d轴上。外径侧圆弧磁铁810的内周面810N是以圆弧中心C10为中心的内周半径r10N的大致圆弧形状。外径侧圆弧磁铁810的外周面810F是以圆弧中心C10为中心的外周半径r10F的大致圆弧形状。外径侧圆弧磁铁810的壁厚t10与(外周半径r10F)-(内周半径r10N)的值大致相同。
第一内径侧圆弧磁铁821包括：具有相同圆弧中心C21的内周面821N及外周面821F；q轴侧端部821Q；以及d轴侧端部821D。第一内径侧圆弧磁铁821的圆弧中心C21相对于d轴位于与第一内径侧圆弧磁铁821相反一侧的右侧。第一内径侧圆弧磁铁821的内周面821N是以圆弧中心C21为中心的内周半径r21N的大致圆弧形状。第一内径侧圆弧磁铁821的外周面821F是以圆弧中心C21为中心的外周半径r21F的大致圆弧形状。第一内径侧圆弧磁铁821的壁厚t21与(外周半径r21F)-(内周半径r21N)的值大致相同。
第二内径侧圆弧磁铁822包括：具有相同圆弧中心C22的内周面822N及外周面822F；q轴侧端部822Q；以及d轴侧端部822D。第二内径侧圆弧磁铁822的圆弧中心C22相对于d轴位于与第二内径侧圆弧磁铁822相反一侧的左侧。第二内径侧圆弧磁铁822的内周面822N是以圆弧中心C22为中心的内周半径r22N的大致圆弧形状。第二内径侧圆弧磁铁822的外周面822F是以圆弧中心C22为中心的外周半径r22F的大致圆弧形状。第二内径侧圆弧磁铁822的壁厚t22与(外周半径r22F)-(内周半径r22N)的值大致相同。
第一内径侧圆弧磁铁821的圆弧中心C21相对于d轴位于与第一内径侧圆弧磁铁821相反一侧的右侧，第二内径侧圆弧磁铁822的圆弧中心C22相对于d轴位于与第二内径侧圆弧磁铁822相反一侧的左侧，因此第一内径侧圆弧磁铁821与外径侧圆弧磁铁810之间的距离L11、以及第二内径侧圆弧磁铁822与外径侧圆弧磁铁810之间的距离L12均随着从q轴靠近d轴而变长。
由此，能够抑制磁极部30的周向长度变大，因此能够抑制转子10的大型化。另外，能够扩大转子10中的沿着q轴的磁路(以下，也称为q轴磁路)，能够增大旋转电机的磁阻转矩，因此能够提高旋转电机的输出性能。而且，基于第一内径侧圆弧磁铁821及第二内径侧圆弧磁铁822、以及外径侧圆弧磁铁810的磁体磁通容易集中于d轴，能够高效地利用旋转电机的磁体转矩，能够提高旋转电机的输出性能。
另外，第一内径侧圆弧磁铁821及第二内径侧圆弧磁铁822分别是向径向的内侧凸出配置的圆弧磁铁，因此能够使形成于外径侧磁铁***孔410与第一内径侧磁铁***孔421之间的q轴磁路、以及形成于外径侧磁铁***孔410与第二内径侧磁铁***孔422之间的q轴磁路为磁阻少的形状。
而且，第一内径侧圆弧磁铁821配置为，q轴侧端部821Q在周向上比第一假想直线VL1靠外侧，d轴侧端部821D在周向上比第一假想直线VL1靠内侧，该第一假想直线VL1通过外径侧圆弧磁铁810的圆弧中心C10和外径侧圆弧磁铁810的左侧端部810L。第二内径侧圆弧磁铁822配置为，q轴侧端部822Q在周向上比第二假想直线VL2靠外侧，d轴侧端部822D在周向上比第二假想直线VL2靠内侧，该第二假想直线VL2通过外径侧圆弧磁铁810的圆弧中心C10和外径侧圆弧磁铁810的右侧端部810R。
外径侧圆弧磁铁810、第一内径侧圆弧磁铁821及第二内径侧圆弧磁铁822例如可以使用将环形磁铁沿径向切断而成的圆弧磁铁，所述环形磁铁通过使用了热挤压成形等热加工工艺的成形而形成。
在本实施方式中，外径侧圆弧磁铁810的壁厚t10、第一内径侧圆弧磁铁821的壁厚t21、以及第二内径侧圆弧磁铁822的壁厚t22为同一厚度。外径侧圆弧磁铁810的内周面810N的内周半径r10N、第一内径侧圆弧磁铁821的内周面821N的内周半径r21N、以及第二内径侧圆弧磁铁822的内周面822N的内周半径r22N成为同一长度。外径侧圆弧磁铁810的外周面810F的外周半径r10F、第一内径侧圆弧磁铁821的外周面821F的外周半径r21F、以及第二内径侧圆弧磁铁822的外周面822F的外周半径r22F成为同一长度。
因此，外径侧圆弧磁铁810、第一内径侧圆弧磁铁821及第二内径侧圆弧磁铁822的从轴向观察时的形状大致相同。由此，外径侧圆弧磁铁810、第一内径侧圆弧磁铁821及第二内径侧圆弧磁铁822能够使用相同的圆弧磁铁，因此，能够降低外径侧圆弧磁铁810、第一内径侧圆弧磁铁821及第二内径侧圆弧磁铁822的制造成本。
而且，在本实施方式中，从轴向观察时，以外径侧圆弧磁铁810的圆弧中心C10为中心的由外径侧圆弧磁铁810的左侧端部810L与右侧端部810R所成的角θ10、以第一内径侧圆弧磁铁821的圆弧中心C21为中心的由q轴侧端部821Q与d轴侧端部821D所成的角θ21、以及以第二内径侧圆弧磁铁822的圆弧中心C22为中心的由q轴侧端部822Q与d轴侧端部822D所成的角θ22分别是当取整数倍时成为360度的角度。所成的角θ10、所成的角θ21及所成的角θ22例如为12度、15度、18度、20度、24度、30度、36度、40度、60度等。
由此，通过将环形磁铁在周向上以所成的角θ10的间隔沿径向切断，能够制造外径侧圆弧磁铁810；通过将环形磁铁在周向上以所成的角θ21的间隔沿径向切断，能够制造第一内径侧圆弧磁铁821；通过将环形磁铁在周向上以所成的角θ22的间隔沿径向切断，能够制造第二内径侧圆弧磁铁822。因此，能够从环形磁铁中不产生剩余而制造外径侧圆弧磁铁810、第一内径侧圆弧磁铁821及第二内径侧圆弧磁铁822，因此能够进一步降低外径侧圆弧磁铁810、第一内径侧圆弧磁铁821及第二内径侧圆弧磁铁822的制造成本。
在本实施方式中，所成的角θ10、所成的角θ21、以及所成的角θ22大致相同。即，外径侧圆弧磁铁810、第一内径侧圆弧磁铁821及第二内径侧圆弧磁铁822的从轴向观察时的形状大致相同。由此，外径侧圆弧磁铁810、第一内径侧圆弧磁铁821及第二内径侧圆弧磁铁822能够使用相同的圆弧磁铁，因此能够进一步降低外径侧圆弧磁铁810、第一内径侧圆弧磁铁821及第二内径侧圆弧磁铁822的制造成本。在本实施方式中，所成的角θ10、所成的角θ21及所成的角θ22均为24度。
外径侧磁铁***孔410具有：与外径侧圆弧磁铁810的内周面810N及外周面810F分别对置的内周壁面410N及外周壁面410F；左侧壁面410L；以及右侧壁面410R。第一内径侧磁铁***孔421具有：与第一内径侧圆弧磁铁821的内周面821N及外周面821F分别对置的内周壁面421N及外周壁面421F；q轴侧壁面421Q；以及d轴侧壁面421D。第二内径侧磁铁***孔422具有：与第二内径侧圆弧磁铁822的内周面822N及外周面822F分别对置的内周壁面422N及外周壁面422F；q轴侧壁面422Q；以及d轴侧壁面422D。
(空隙部)
空隙部60在周向上于第一内径侧圆弧磁铁821的d轴侧壁面421D与第二内径侧磁铁***孔422的d轴侧壁面422D之间以与d轴交叉的方式形成。
由此，在内径侧磁铁部320中，d轴上成为空隙，因此能够减少d轴电感。因而，能够增大d轴电感与q轴电感之差，因此能够有效地利用磁阻转矩，能够提高旋转电机的输出性能。
(肋)
一对肋50设置为在一对内径侧圆弧磁铁820与空隙部60之间沿径向延伸。
一对肋50具有：在第一内径侧圆弧磁铁821的d轴侧端部821D与d轴之间沿着径向延伸的第一肋51；以及在第二内径侧圆弧磁铁822的d轴侧端部822D与d轴之间沿着径向延伸的第二肋52。
第一肋51由第一内径侧磁铁***孔421的d轴侧壁面421D和空隙部60的左侧壁面61构成。第一肋51具有在径向上位于内侧的径向内侧端部511和在径向上位于外侧的径向外侧端部512。
第二肋52由第二内径侧磁铁***孔422的d轴侧壁面422D和空隙部60的右侧壁面62构成。第二肋52具有在径向上位于内侧的径向内侧端部521和在径向上位于外侧的径向外侧端部522。
因此，第一内径侧圆弧磁铁821所引起的离心载荷由第一肋51承受，第二内径侧圆弧磁铁822所引起的离心载荷由第二肋52承受。即，第一肋51和第二肋52分别单独承受第一内径侧圆弧磁铁821所引起的离心载荷和第二内径侧圆弧磁铁822所引起的离心载荷。由此，能够减少由于第一内径侧圆弧磁铁821与第二内径侧圆弧磁铁822的重量不均而在转子铁心20中产生的弯曲应力。
而且，第一肋51和第二肋52以趋向径向的内侧而彼此的周向的距离L5变长的方式设置成大致八字状。由此，第一肋51的径向内侧端部511和径向外侧端部512、以及第二肋52的径向内侧端部521和径向外侧端部522均能够增大圆角，因此能够缓和向第一肋51的径向内侧端部511和径向外侧端部512、以及第二肋52的径向内侧端部521和径向外侧端部522、即向第一肋51及第二肋52的径向两端部的应力集中。
(孔部)
在第一肋51的径向外侧设置有小径的第一孔部261。在第二肋52的径向外侧设置有小径的第二孔部262。在本实施方式中，从轴向观察时，第一孔部261与第二孔部262为直径相同的圆形状。
因此，通过第一孔部261以及第二孔部262，使得第一内径侧圆弧磁铁821的d轴侧端部821D附近的绕回磁通所通过的磁路、以及第二内径侧圆弧磁铁822的d轴侧端部822D附近的绕回磁通所通过的磁路的磁阻增加。由此，能够减少第一内径侧圆弧磁铁821的d轴侧端部821D附近的绕回磁通、以及第二内径侧圆弧磁铁822的d轴侧端部822D附近的绕回磁通。
而且，从轴向观察时，第一孔部261与第二孔部262为直径相同的圆形状，因此能够抑制由于转子10的离心载荷或转子轴的压入载荷等而在转子铁心20中产生的应力集中于第一孔部261和第二孔部262周边。
(圆弧磁铁的制造)
接着，使用图3对外径侧圆弧磁铁810、第一内径侧圆弧磁铁821及第二内径侧圆弧磁铁822的制造进行说明。
外径侧圆弧磁铁810、第一内径侧圆弧磁铁821及第二内径侧圆弧磁铁822的制造包括：环形磁铁成形工序，成形大致圆环形状的环形磁铁前体900；热处理工序，对环形磁铁前体900进行热处理，形成环形磁铁910；以及切断工序，将通过热处理工序形成的环形磁铁910沿径向切断。
如图3的(a)所示，利用挤压成形机EM对环形磁铁材料进行热挤压成形，由此通过热加工而形成环形磁铁前体900。通过对环形磁铁材料进行热挤压成形，从而环形磁铁材料高密度化，而且对随机取向的环形磁铁材料的晶体群作用有径向的压缩应力，环形磁铁材料的晶体群沿与压缩应力方向相同的方向取向。其结果是，形成沿径向取向的各向异性的环形磁铁前体900。
在此，为了得到具有高性能的磁化特性的环形磁铁910，在形成环形磁铁前体900时，优选作用于环形磁铁材料的晶体群的应力在整个区域变得均匀。但是，若环形磁铁前体900的壁厚t90相对于环形磁铁前体900的外径r90过大，则在热挤压成形时，作用于环形磁铁材料的晶体群的应力变得不均匀，环形磁铁910的取向度降低。
另一方面，若环形磁铁前体900的壁厚t90相对于环形磁铁前体900的外径r90过小，则在热挤压成形时环形磁铁前体900的尺寸精度降低，环形磁铁前体900的壁厚t90容易变得不均匀。在环形磁铁前体900的壁厚t90不均匀的情况下，在热挤压成形时，作用于环形磁铁材料的晶体群的应力也变得不均匀，环形磁铁910的取向度降低。
另外，在利用挤压成形机EM对环形磁铁材料进行热挤压成形时，挤压成形机EM能够作用于环形磁铁材料的晶体群的径向的压缩应力的上限值由环形磁铁前体900的轴向的截面积决定。环形磁铁前体900的轴向的截面积越大，则挤压成形机EM能够作用于环形磁铁材料的晶体群的径向的压缩应力的上限值越低。因此，在环形磁铁前体900的外径r90为规定值以上的情况下，期望的壁厚t90也变大，因此环形磁铁前体900的轴向的截面积变大，无法利用挤压成形机EM使期望的压缩应力作用于环形磁铁材料的晶体群，环形磁铁910的磁化特性的性能降低。
因此，如图4所示，在环形磁铁前体900的外径r90与壁厚t90的关系中，相对于环形磁铁前体900的外径r90，能够得到具有高性能的磁化特性的环形磁铁910的壁厚t90的上限值即高性能磁铁壁厚上限值线Ut随着外径r90变大而大致线性地上升。高性能磁铁壁厚上限值线Ut在环形磁铁前体900的外径r90与壁厚t90的关系中由下式(1)表示。
t90[mm]＝(1/20)×r90[mm]+0.5[mm] (1)
另外，相对于环形磁铁前体900的外径r90，能够得到具有高性能的磁化特性的环形磁铁910的壁厚t90的下限值即高性能磁铁壁厚下限值线Lt随着外径r90变大而比高性能磁铁壁厚上限值线Ut平缓地大致线性地上升。高性能磁铁壁厚下限值线Lt在环形磁铁前体900的外径r90与壁厚t90的关系中由下式(2)表示。
t90[mm]＝(1/30)×r90[mm]+0.4[mm] (2)
而且，环形磁铁前体900的外径r90存在能够通过挤压成形机EM使期望的压缩应力作用于环形磁铁材料的晶体群的上限值，高性能磁铁外径上限值线Ur为该上限值。高性能磁铁外径上限值线Ur与环形磁铁前体900的壁厚t90无关，环形磁铁前体900的外径r90为约83mm。
并且，环形磁铁前体900的外径r90为40mm以上、且高性能磁铁外径上限值线Ur即约83mm以下，壁厚t90在与环形磁铁前体900的外径r90的关系中，为高性能磁铁壁厚下限值线Lt以上、且高性能磁铁壁厚上限值线Ut以下，即下述的式(3)所示的范围。
(1/30)×r90[mm]+0.4[mm]≤t90[mm]≤(1/20)×r90[mm]+0.5[mm] (3)
在本实施方式中，环形磁铁前体900的外径r90为约80mm，壁厚t90为约4.2mm。
由此，在形成环形磁铁前体900时，能够使作用于环形磁铁材料的晶体群的应力在整个区域变得均匀，能够得到具有高性能的磁化特性的环形磁铁910。因而，能够得到具有高性能的磁化特性的外径侧圆弧磁铁810、第一内径侧圆弧磁铁821及第二内径侧圆弧磁铁822。
接着，如图3的(b)所示，通过热处理工序，对环形磁铁前体900进行热处理，形成外径r90、壁厚t90的环形磁铁910。环形磁铁910的剩余磁通密度和同有矫顽力根据热处理的温度、时间而变化。
接着，如图3的(c)所示，通过切断工序，将环形磁铁910沿径向切断，从而制造外径侧圆弧磁铁810、第一内径侧圆弧磁铁821及第二内径侧圆弧磁铁822。
以环形磁铁910的环中心C91为中心，在周向上以规定角度
Figure BDA0002934519730000131
的间隔沿径向切断环形磁铁910。
由此，制造如下外径侧圆弧磁铁810：外周半径r10F为环形磁铁前体900的外径r90，壁厚t10为环形磁铁前体900的壁厚t90，以圆弧中心C10为中心，由左侧端部810L与右侧端部810R形成的角为规定角度
Figure BDA0002934519730000132
同样地，制造如下第一内径侧圆弧磁铁821以及第二内径侧圆弧磁铁822：外周半径r21F、r22F为环形磁铁前体900的外径r90，壁厚t21、t22为环形磁铁前体900的壁厚t90，以圆弧中心C21、C22为中心，由d轴侧端部821D、822D与q轴侧端部821Q、822Q所成的角为规定角度
Figure BDA0002934519730000133
此时，规定角度
Figure BDA0002934519730000134
是当取整数倍时变为360度的角度。例如，规定角度
Figure BDA0002934519730000135
为12度、15度、18度、20度、24度、30度、36度、40度、60度等。
由此，能够从环形磁铁910中不产生剩余而制造外径侧圆弧磁铁810、第一内径侧圆弧磁铁821及第二内径侧圆弧磁铁822，因此能够降低外径侧圆弧磁铁810、第一内径侧圆弧磁铁821及第二内径侧圆弧磁铁822的制造成本。
在本实施方式中，规定角度
Figure BDA0002934519730000141
为24度。由此，从一个环形磁铁910中不产生剩余而制造15个外径侧圆弧磁铁810、第一内径侧圆弧磁铁821或第二内径侧圆弧磁铁822。
这样，能够从由相同挤压成形机EM成形为大致圆环状的相同环形磁铁前体900制造外径侧圆弧磁铁810、第一内径侧圆弧磁铁821及第二内径侧圆弧磁铁822。由此，能够降低外径侧圆弧磁铁810、第一内径侧圆弧磁铁821及第二内径侧圆弧磁铁822的制造成本。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式，并且能够适当地进行变形、改良等。
例如，在本实施方式中，通过对由热加工而形成的环形磁铁前体900进行热处理来制造环形磁铁910，但环形磁铁910也可以是适当调整了取向性的烧结磁铁。
另外，在本说明书中至少记载有以下事项。另外，括号内示出了在上述的实施方式中对应的构成要素等，但并不限定于此。
(1)一种旋转电机的转子(转子10)，其具备：
大致圆环形状的转子铁心(转子铁心20)；以及
多个磁极部(磁极部30)，它们在所述转子铁心的周向上以规定的间隔形成，
各磁极部具有：
外径侧磁铁部(外径侧磁铁部310)，其由向径向的内侧凸出配置的外径侧圆弧磁铁(外径侧圆弧磁铁810)构成；以及
内径侧磁铁部(内径侧磁铁部320)，其在所述径向上位于比所述外径侧磁铁部靠内侧的位置，且由向所述径向的内侧凸出配置的一对内径侧圆弧磁铁(内径侧圆弧磁铁820)构成，
各圆弧磁铁是内周面与外周面具有相同圆弧中心的圆弧磁铁，
在将各磁极部的中心轴设为d轴、将相对于该d轴隔开90度电角的轴设为q轴的情况下，
所述外径侧磁铁部及所述内径侧磁铁部相对于所述d轴对称地形成，
所述外径侧圆弧磁铁在所述周向上相对于所述d轴对称地配置，
一对所述内径侧圆弧磁铁具备：
第一内径侧圆弧磁铁(第一内径侧圆弧磁铁821)，其在所述周向上相对于所述d轴位于一侧(左侧)；以及
第二内径侧圆弧磁铁(第二内径侧圆弧磁铁822)，其在所述周向上相对于所述d轴位于另一侧(右侧)，
所述第一内径侧圆弧磁铁与所述第二内径侧圆弧磁铁相对于所述d轴对称地配置，
其中，
所述外径侧圆弧磁铁、所述第一内径侧圆弧磁铁及所述第二内径侧圆弧磁铁的从轴向观察时的形状大致相同，
所述外径侧圆弧磁铁的圆弧中心(圆弧中心C10)位于所述d轴上，
所述第一内径侧圆弧磁铁的圆弧中心(圆弧中心C21)在所述周向上相对于所述d轴位于所述另一侧，
所述第二内径侧圆弧磁铁的圆弧中心(圆弧中心C22)在所述周向上相对于所述d轴位于所述一侧。
根据(1)，外径侧圆弧磁铁、第一内径侧圆弧磁铁及第二内径侧圆弧磁铁的从轴向观察时的形状大致相同，因此外径侧圆弧磁铁、第一内径侧圆弧磁铁及第二内径侧圆弧磁铁能够使用相同的圆弧磁铁，能够降低外径侧圆弧磁铁、第一内径侧圆弧磁铁及第二内径侧圆弧磁铁的制造成本。
而且，外径侧圆弧磁铁的圆弧中心位于d轴上，第一内径侧圆弧磁铁的圆弧中心在周向上相对于d轴位于另一侧，第二内径侧圆弧磁铁的圆弧中心在周向上相对于d轴位于一侧，因此能够抑制磁极部的周向长度变大，能够抑制转子的大型化。另外，能够扩大转子中的沿着q轴的磁路，能够增大旋转电机的磁阻转矩，因此能够提高旋转电机的输出性能。并且，基于第一内径侧圆弧磁铁和第二内径侧圆弧磁铁、以及外径侧圆弧磁铁的磁体磁通容易集中于d轴，能够高效地利用旋转电机的磁转矩，能够提高旋转电机的输出性能。
(2)根据(1)所述的旋转电机的转子，其中，
所述外径侧圆弧磁铁在所述周向上具有相对于所述d轴位于所述一侧的第一端部(左侧端部810L)和相对于所述d轴位于所述另一侧的第二端部(右侧端部810R)，
所述第一内径侧圆弧磁铁在所述周向上具有所述d轴侧的d轴侧端部(d轴侧端部821D)和所述q轴侧的q轴侧端部(q轴侧端部821Q)，
所述第二内径侧圆弧磁铁在所述周向上具有所述d轴侧的d轴侧端部(d轴侧端部822D)和所述q轴侧的q轴侧端部(q轴侧端部822Q)，
从所述轴向观察时，以所述外径侧圆弧磁铁的所述圆弧中心为中心的由所述外径侧圆弧磁铁的所述第一端部与所述第二端部所成的角(所成的角θ10)是当取整数倍时成为360度的角度，
以所述第一内径侧圆弧磁铁的所述圆弧中心为中心的由所述q轴侧端部与所述d轴侧端部所成的角(所成的角θ21)、以及以所述第二内径侧圆弧磁铁的所述圆弧中心为中心的由所述q轴侧端部与所述d轴侧端部所成的角(所成的角θ22)是当取整数倍时成为360度的角度。
根据(2)，从轴向观察时，以外径侧圆弧磁铁的圆弧中心为中心的由外径侧圆弧磁铁的第一端部与第二端部所成的角是当取整数倍时成为360度的角度，以第一内径侧圆弧磁铁的圆弧中心为中心的由q轴侧端部与d轴侧端部所成的角、以及以第二内径侧圆弧磁铁的圆弧中心为中心的由q轴侧端部与d轴侧端部所成的角是当取整数倍时成为360度的角度，因此通过将环形磁铁在周向上以规定角度的间隔沿径向切断，能够制造外径侧圆弧磁铁、第一内径侧圆弧磁铁及第二内径侧圆弧磁铁。由此，能够从环形磁铁中不产生剩余而制造外径侧圆弧磁铁、第一内径侧圆弧磁铁及第二内径侧圆弧磁铁，因此能够进一步降低外径侧圆弧磁铁、第一内径侧圆弧磁铁及第二内径侧圆弧磁铁的制造成本。
(3)根据(1)或(2)所述的旋转电机的转子，其中，
当将所述外径侧圆弧磁铁、所述第一内径侧圆弧磁铁及所述第二内径侧圆弧磁铁的外周半径(外周半径r10F、r21F、r22F)设为r[mm]，将所述外径侧圆弧磁铁、所述第一内径侧圆弧磁铁及所述第二内径侧圆弧磁铁的壁厚(壁厚t10、t21、t22)设为t[mm]时，
40[mm]≤r≤83[mm]，
并且，(1/30)×r+0.4[mm]≤t≤(1/20)×r+0.5[mm]。
根据(3)，能够得到具有高性能的磁化特性的外径侧圆弧磁铁、第一内径侧圆弧磁铁及第二内径侧圆弧磁铁。
(4)一种圆弧磁铁制造方法，其是制造(1)至(3)中任一项所述的旋转电机的转子的各圆弧磁铁的圆弧磁铁制造方法，
其中，所述圆弧磁铁制造方法包括：
成形出大致圆环形状的环形磁铁(环形磁铁910)的环形磁铁成形工序；以及
将通过所述环形磁铁成形工序形成的所述环形磁铁沿径向切断的切断工序，
在所述环形磁铁成形工序中，通过热加工来成形出所述环形磁铁，
在所述切断工序中，以所述环形磁铁的环中心(环中心C91)为中心，在周向上以规定角度(规定角度
Figure BDA0002934519730000171
)的间隔沿径向切断所述环形磁铁，由此制造所述外径侧圆弧磁铁、所述第一内径侧圆弧磁铁及所述第二内径侧圆弧磁铁。
根据(4)，能够从利用相同的成形机成形为相同的大致圆环状的环形磁铁中制造出外径侧圆弧磁铁、第一内径侧圆弧磁铁及第二内径侧圆弧磁铁，因此能够降低外径侧圆弧磁铁、第一内径侧圆弧磁铁及第二内径侧圆弧磁铁的制造成本。
(5)根据(4)所述的圆弧磁铁制造方法，其中，
所述规定角度是当取整数倍时成为360度的角度。
根据(5)，由于规定角度是取整数倍时成为360度的角度，因此能够从环形磁铁中不产生剩余而制造外径侧圆弧磁铁、第一内径侧圆弧磁铁及第二内径侧圆弧磁铁，能够降低外径侧圆弧磁铁、第一内径侧圆弧磁铁及第二内径侧圆弧磁铁的制造成本。
(6)根据(4)或(5)所述的圆弧磁铁制造方法，其中，
当将所述环形磁铁的外径(外径r90)设为r[mm]、将壁厚(壁厚t90)设为t[mm]时，
40[mm]≤r≤83[mm]，
并且，(1/30)×r+0.4[mm]≤t≤(1/20)×r+0.5[mm]。
根据(6)，能够得到具有高性能的磁化特性的环形磁铁，因此，能够得到具有高性能的磁化特性的外径侧圆弧磁铁、第一内径侧圆弧磁铁及第二内径侧圆弧磁铁。

Claims (6)

1.一种旋转电机的转子，其具备：
大致圆环形状的转子铁心；以及
多个磁极部，它们在所述转子铁心的周向上以规定的间隔形成，
各磁极部具有：
外径侧磁铁部，其由向径向的内侧凸出配置的外径侧圆弧磁铁构成；以及
内径侧磁铁部，其在所述径向上位于比所述外径侧磁铁部靠内侧的位置，且由向所述径向的内侧凸出配置的一对内径侧圆弧磁铁构成，
各圆弧磁铁是内周面与外周面具有相同圆弧中心的圆弧磁铁，
在将各磁极部的中心轴设为d轴、将相对于该d轴隔开90度电角的轴设为q轴的情况下，
所述外径侧磁铁部及所述内径侧磁铁部相对于所述d轴对称地形成，
所述外径侧圆弧磁铁在所述周向上相对于所述d轴对称地配置，
一对所述内径侧圆弧磁铁具备：
第一内径侧圆弧磁铁，其在所述周向上相对于所述d轴位于一侧；以及
第二内径侧圆弧磁铁，其在所述周向上相对于所述d轴位于另一侧，
所述第一内径侧圆弧磁铁与所述第二内径侧圆弧磁铁相对于所述d轴对称地配置，
其中，
所述外径侧圆弧磁铁、所述第一内径侧圆弧磁铁及所述第二内径侧圆弧磁铁的从轴向观察时的形状大致相同，
所述外径侧圆弧磁铁的圆弧中心位于所述d轴上，
所述第一内径侧圆弧磁铁的圆弧中心在所述周向上相对于所述d轴位于所述另一侧，
所述第二内径侧圆弧磁铁的圆弧中心在所述周向上相对于所述d轴位于所述一侧。
2.根据权利要求1所述的旋转电机的转子，其中，
所述外径侧圆弧磁铁在所述周向上具有相对于所述d轴位于所述一侧的第一端部和相对于所述d轴位于所述另一侧的第二端部，
所述第一内径侧圆弧磁铁在所述周向上具有所述d轴侧的d轴侧端部和所述q轴侧的q轴侧端部，
所述第二内径侧圆弧磁铁在所述周向上具有所述d轴侧的d轴侧端部和所述q轴侧的q轴侧端部，
从所述轴向观察时，
以所述外径侧圆弧磁铁的所述圆弧中心为中心的由所述外径侧圆弧磁铁的所述第一端部与所述第二端部所成的角是当取整数倍时成为360度的角度，
以所述第一内径侧圆弧磁铁的所述圆弧中心为中心的由所述q轴侧端部与所述d轴侧端部所成的角、以及以所述第二内径侧圆弧磁铁的所述圆弧中心为中心的由所述q轴侧端部与所述d轴侧端部所成的角是当取整数倍时成为360度的角度。
3.根据权利要求1或2所述的旋转电机的转子，其中，
当将所述外径侧圆弧磁铁、所述第一内径侧圆弧磁铁及所述第二内径侧圆弧磁铁的外周半径设为r[mm]，将所述外径侧圆弧磁铁、所述第一内径侧圆弧磁铁及所述第二内径侧圆弧磁铁的壁厚设为t[mm]时，
40[mm]≤r≤83[mm]，
并且，(1/30)×r+0.4[mm]≤t≤(1/20)×r+0.5[mm]。
4.一种圆弧磁铁制造方法，其是制造权利要求1至3中任一项所述的旋转电机的转子的各圆弧磁铁的圆弧磁铁制造方法，
其中，所述圆弧磁铁制造方法包括：
成形出大致圆环形状的环形磁铁的环形磁铁成形工序；以及
将通过所述环形磁铁成形工序形成的所述环形磁铁沿径向切断的切断工序，
在所述环形磁铁成形工序中，通过热加工来成形出所述环形磁铁，
在所述切断工序中，以所述环形磁铁的环中心为中心，在周向上以规定角度的间隔沿径向切断所述环形磁铁，由此制造所述外径侧圆弧磁铁、所述第一内径侧圆弧磁铁及所述第二内径侧圆弧磁铁。
5.根据权利要求4所述的圆弧磁铁制造方法，其中，
所述规定角度是当取整数倍时成为360度的角度。
6.根据权利要求4或5所述的圆弧磁铁制造方法，其中，
当将所述环形磁铁的外径设为r[mm]、将壁厚设为t[mm]时，
40[mm]≤r≤83[mm]，
并且，(1/30)×r+0.4[mm]≤t≤(1/20)×r+0.5[mm]。
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