CN115868099A - 转子及使用该转子的马达、与电子机器 - Google Patents

Abstract

提供一种可有效活用从磁铁产生的磁通之转子及使用该转子的马达、与电子机器。在转子及使用该转子的马达、与电子机器中具备：转子铁心33，其具有环状部33a、径向延伸的复数个磁极片33b、及将复数个磁极片33b的每一者与环状部33a连结的复数个连结部33c；复数个第1磁铁31，其在圆周方向ef上，配置于复数个磁极片33b中的邻接的2个磁极片33b之间；及复数个第2磁铁32，其在圆周方向ef上配置在形成于复数个连结部33c中的邻接的2个连结部33c之间的空间S内，连结部33c是在具有径向cd的成分及圆周方向ef的成分双方的方向延伸。

Description

转子及使用该转子的马达、与电子机器

技术领域

本发明涉及一种转子及使用该转子的马达、与电子机器。

技术背景

以往，马达被使用作为各种装置的驱动源。马达有各式各样的种类，各种马达系因应其使用目的或场合的不同来作选择。当中，积极活用磁阻扭矩(reluctance torque)的IPM(Interior Permanent Magnet，内藏式永磁)马达系高效率且可实现高的扭矩。IPM马达例如揭示于专利文献1、专利文献2。

但是，在专利文献1所记载的技术中，由于转子铁心上配置成放射状的磁极片是系透过邻接的磁通屏障之间的细连结部而支持于转子铁心中心的环状部之状态，故难以确保强度，担心在马达驱动时会有因作用于磁极片的力(离心力或磁力)而发生振动、位移、噪音或转子破损等之弊病。

另外，在专利文献2所记载的技术中，虽可在某种程度上确保刚性，但由于磁铁在转子的径向较长，故在磁极面中的偏离转子外周的区域中，磁通难以朝向外周方向，无法有效活用磁通。因此，即便为了将磁极面增大而使用较大的磁铁，仍无法获得与大尺寸相对应的效率，又相反地，由于必须确保较大的磁极面，故无法谋求马达的小型化。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本特开2015-177721号公报

[专利文献2]日本特开2015-211623号公报

发明内容

[发明要解决的课题]

因此，本发明是鉴于以上背景所研创者，且以提供一种可有效活用从磁铁产生的磁通之转子及使用该转子的马达、与电子机器为目的。

[用以解决课题的技术手段]

上述课题是利用以下的本发明来解决。亦即，本发明的转子，具备：

转子铁心，其具有：环状部、在径向延伸之复数个磁极片、及将前述复数个磁极片每一者与前述环状部连结之复数个连结部；

复数个第1磁铁，其在圆周方向上，配置在前述复数个磁极片中的邻接的2个磁极片之间；及

复数个第2磁铁，其在圆周方向上，配置在前述复数个连结部中的形成在邻接的2个连结部之间的空间内，

前述连结部系在具有径向的成分及圆周方向的成分之双方成分的方向延伸。

在本发明的转子中，亦可为：在圆周方向上，前述第1磁铁接触于邻接的2个磁极片的侧面，在径向上，前述第2磁铁接触于前述磁极片的内面。

另外，在本发明的转子中，可作成在圆周方向上，前述磁极片所具有之2个侧面中的一侧面侧上之前述第1磁铁的磁极、和另一侧面侧上之前述第1磁铁的磁极、及在径向上的前述磁极片的内面侧的前述第2磁铁的磁极为相同磁极。

本发明的转子中，圆周方向上之前述第2磁铁的一端部的一部分亦可与径向上之前述第1磁铁的内面侧的端部对向。

另外，在本发明的转子中，可作成在前述第2磁铁的前述一端部与前述第1磁铁的前述内面侧的端部之间，具有前述空间的一部分。

另一方面，本发明的马达系具备：上述本发明的转子；

固定于前述转子的轴；及

定子，其具有线圈及被卷绕有该线圈的磁性体。

另外，本发明的电子机器系具备上述本发明的马达。

附图说明

图1是使用作为本发明一例的实施形态之转子的马达的纵剖面图，且为图2中之B-B剖面图。

图2是使用作为本发明一例的实施形态之转子的马达的横剖面图，且为图1中之A-A剖面图。

图3是作为本发明一例的实施形态之转子的部分剖面图。

图4是作为本发明一例的实施形态之转子中的连结部及其周边的部分放大剖面图。

具体实施方式

[用以实施发明的形态]

以下，针对本发明的实施形态，一边参照图面一边作说明。

图1是使用作为本发明一例的实施形态之转子3的马达1的纵剖面图，图2是横剖面图。图1相当于图2中之B-B剖面图，图2相当于图1中之A-A剖面图。

此外，在本实施形态的说明中，在提及上方或下方时，意指图1中之上下关系，而未必与重力方向上之上下关系一致。

再者，在轴线x方向(以下，亦称为“轴向”)，将箭头记号a方向设为上侧a，将箭头记号b方向设为下侧b。另外，在垂直于轴线x的方向(以下，亦称为“径向”)，将远离轴线x的方向(箭头记号c方向)设为外周侧c，将朝向轴线x的方向(箭头记号d方向)设为内周侧d。而且，将以旋转轴x为中心的圆周方向(从上侧a所见的圆周方向)的顺时钟旋转设为圆周方向e，及将逆时钟旋转设为圆周方向f。

本实施形态中之马达1是内转子型的无刷马达的一种，为轮幅(spoke)型的IPM马达。

所谓IPM马达是将磁铁埋入转子者，亦被称为埋入磁铁型马达。IPM马达有各种形态，已知有将剖面呈长方形的磁铁的长边方向在转子铁心内配置成放射状的轮幅型的IPM马达。该轮幅型的马达中，长边侧的面成为磁极，在圆周方向上邻接的磁铁之对向的磁极面成为同极。

关于该IPM马达，当在转子内部发生磁通短路时，平均磁通密度降低，从而导致效率降低。因此，在轮幅型的IPM马达中，藉由在转子铁心设有空隙以形成磁通屏障(fluxbarrier)，透过使磁通尽量朝向静止部以谋求提升动作效率。

马达1是具备如下构件而成，亦即作为旋转轴的轴2、在以磁性体形成的转子铁心33内配置有磁铁31,32而成且固定于轴2并一起旋转的转子3、在以磁性体形成的定子铁心41卷绕线圈42而成，且以包围转子3之方式配置的定子4、以及供定子4固定且在内部收容马达1的构成零件的一部分或全部之机壳5。

机壳5具有在内部收容转子3或定子4等之马达1的构成零件的一部分或全部且供定子4固定的机壳本体51，及覆盖设于机壳本体51的上部的开口部之壳盖52。机壳本体51具备具有突出部51aa的底部51a和筒部51b及外周部51c。壳盖52具备具有突出部52aa的环状的平板部52a及外周部52c。壳盖5的突出部52aa设于平板部52a，于轴2的长边方向(轴线x方向)上往朝向转子3的方向(下侧b)突出。机壳本体51的外周部51c与壳盖52的外周部52c被固定(紧固)，机壳5的内部被从外部遮蔽，以完成马达1。

在马达1设有将轴2支持成可对机壳5旋转的复数(本实施形态中为2个)个轴承61，62。在机壳本体51的底部51a设有复数个轴承61，62中的一轴承61。在支持轴承61的机壳本体51的底部51a，于轴2的长边方向(轴线x方向)上设置有朝面向转子3的方向(上侧a)突出的突出部(以下，称为“轴承壳”)51aa与孔部51ab，轴承61透过压入等而被固定于该轴承壳51aa。另一轴承62被压入于壳盖52的突出部(以下，称为“轴承壳”)52aa等而被固定。于径向上，一轴承61的外径及内径与另一轴承62的外径及内径分别大致相同。

此外，一轴承61的外径及内径与另一轴承62的外径及内径系大致相同，但亦可相较于一轴承61的外径或内径亦或其双方，将另一轴承62的外径或内径亦或其双方增大。另外，亦可未在底部51a设置孔部51ab。

轴2具备2个端部2a，2b，且位在机壳本体51侧的一端部2b是藉由一轴承61被支持成可对机壳本体51旋转，而位在壳盖52侧的另一端部2a则被支持成可对另一轴承62旋转。藉此，轴2系隔介着轴承61在机壳本体51上、及隔介着轴承62在壳盖52上分别可旋转自如地固定，且轴2的一端部2a从壳盖52突出。形成为可从轴2的一端部2a将旋转力取出于外部。轴2系被固定于转子3，形成当转子3因定子4与转子3之电磁的作用而旋转时，会与转子3一起旋转。

定子4系由含有齿部43的定子铁心41及线圈42所构成。

定子铁心41系由成为硅钢板等之磁性体的积层体且与轴2配置在同轴上的环状部(以下，称为“圆环部”)44，及以从圆环部44朝轴2侧延伸的方式所形成的复数个磁极部(以下，称为“齿部”)43构成。

线圈42系被卷绕于复数个齿部43的每一者的周围。定子铁心41与线圈42系藉以绝缘体形成的碍子(insulator)45而被绝缘。

其次，针对本实施形态的转子3作详细说明。图3显示本实施形态的转子3之部分剖面图。

转子3的构成零件之一的转子铁心33系利用复数个磁性体的积层体所形成，具有供轴2***的孔部34。转子铁心33具备：中央部设有孔部34的环状部33a、以偏离环状部33a的外面33ad的位置为基点D且朝向定子4于径向形成放射状的复数(本实施形态中为20个)的磁极片33b、于复数个磁极片33b的每一者，将其基点D侧的端部与环状部33a的外面33ad连结的连结部33c。复数个磁极片33b系于径向上，从环状部33a隔介着连结部33c朝外侧c(定子4)呈放射状延伸。此外，环状部33a具备外面33ad及形成孔部34的内面33ae。

复数个磁极片33b各自具备：外面33bc、位在环状部33a侧的内面33bd、在圆周方向ef上与第1磁铁31(后述之)的侧面(31e)对向之2个侧面33be、及复数个突出部33bf。突出部33bf系于圆周方向ef朝邻接的其他磁极片33b突出。另外，于圆周方向ef上，以邻接的2个磁极片33b中的一磁极片33b的突出部33bf与另一磁极片33b的突出部33bf相对向，并且形成既定的间隙之方式分离。

在圆周方向ef相互邻接的磁极片33b，33b之各者间，配置有复数个第1磁铁31。此等复数个第1磁铁31系于径向cd上，从环状部33a呈放射状延伸。第1磁铁31系在和圆周方向cd交叉的2个侧面31e形成为磁极面31n，31s，成为此等磁极面31n，31s与磁极片33b的侧面33be接触的状态。

此外，第1磁铁31系具备在径向cd上与磁极片33b的突出部33bf对向的外面31c，在径向cd上位在环状部33a侧的内面31a，在圆周方向ef上与磁极片33b对向的2个侧面31e，磁极面31n，31s是对应于2个侧面31e。

另外，在各个磁极片33b的内面33bd与环状部33a的外面33ad之间，配置有第2磁铁32。复数个第2磁铁32系成为于圆周方向ef上分别配置在复数个链接部33c中之形成在邻接的2个连结部33c之间的空间内的状态。

第2磁铁32具备位在环状部33a侧的内面32g、位在磁极片33b侧的外面32h、及位在圆周方向的两侧之2个端部32i，32i。另外，第2磁铁32系和转子3的径向交叉(正交)的内面32g与外面32h成为磁极面32n，32s，此等磁极面32n，32s中的任一者成为外面32h，形成和磁极片33b的环状部33a侧的端部(内面33bd)接触之状态。

在图3中之复数个磁极片33b中，将目光放在附上33bn及33bs两个符号的组件作说明。将图3中之连结部33c及其周边的部分放大剖面图显示于图4。

于圆周方向上，1个磁极片(33bn或33bs)所具有的2个侧面33be，33be中的一侧面侧上之第1磁铁31的磁极、另一侧面侧上之第1磁铁31的磁极、及于径向上磁极片(33bn或33bs)的内面33bd侧上之第2磁铁32的磁极为相同磁极。

详言之，于磁极片33bn中，圆周方向ef上之2个侧面33be，33be所接触的第1磁铁31的2个磁极面31n，31n，及径向cd上之内面33bd所接触的第2磁铁32的磁极面32n，全都为N极。

另一方面，于磁极片33bs中，圆周方向ef上之2个侧面33be，33be所接触的第1磁铁31的2个磁极面31s，31s，及径向cd上之内面33bd所接触的第2磁铁32的磁极面32s，全都为S极。

亦即，以于某一个磁极片33b中，圆周方向ef上之2个侧面33be，33be的第1磁铁31所接触的2个磁极面31n，31n或31s，31s，及第2磁铁32所接触的磁极面32n或32s，全都成为相同磁极之方式配置各个磁铁。

磁极片33b被施加N极或S极的磁力，形成一磁通并在径向上往外部放出。磁极片33b的磁极系构成为N极及S极在圆周方向ef上交替重复设置。

例如，磁极片33bn中，从转子3的径向cd较长的第1磁铁31的2个磁极面31n射出的磁通形成束状，且从径向cd的内侧d朝向外侧c，从磁极片33bn的基点D侧(环状部33a侧)的相反侧的端部(外面33bc)被放出，作用于定子4上。

此时，在磁极面31n中的远离转子3的外面33bc(基点D，接近内面33bd。)的区域(例如，图3中之区域X。以下，仅显示为“区域X”)中，由于从区域X到外面33bc为止的路程长，故磁通难以朝向外面33bc方向。

但是，本实施形态中，第2磁铁32被配置在磁极片33bn的基点D侧的端部(内面33bd)，该第2磁铁32的磁极面32n与磁极面31n同为N极且为朝向径向cd的外侧c方向。因此，源自该磁极面32n的磁通和源自区域X的磁通一起有效地朝向外面33bc方向。因此，可有效活用从转子3的径向cd较长的第1磁铁31产生的磁通。

从第1磁铁31产生的磁通与从第2磁铁32产生的磁通会一起有效地朝向外面33bc方向，系不仅是磁极片33bn，包含磁极片33bs在内的所有磁极片33b中亦相同。

如同上述，依据本实施形态，由于能有效活用从磁铁(磁铁31、磁铁32)产生的磁通，故可减少磁铁的使用量，可实现成本削减、马达1的轻量化、小型化。依据本发明者们的研究，相较于没有第2磁铁之习知的构成(以下，仅称为“习知的构成”)，即便磁铁的使用量(体积基准)大约削减20％，亦可确认在马达1的性能上并无差异。

本实施形态中，与习知的构成相比，径向cd上之磁极片33b的长度较短，径向cd上之第1磁铁31的长度亦变短。即便将第2磁铁32的份量亦纳入计算，磁铁的使用量(体积基准)大约少了20％。即便如此，在习知的构成之情况与本实施形态之情况，从磁极片33b的外周侧放出的磁通之密度系相同程度。

亦或，依据本实施形态，在不减少或不怎么减少磁铁的使用量之情况下，亦可提供比习知的构成高效率且高性能的马达。

如图4所示，连结部33c系与在磁极片33b的环状部33a侧(内侧d)的端部(内面33bd)之圆周方向ef的一侧的端部(详言之，亦即顺时钟旋转方向e的上游侧的端部)连结。而且，在连结部33c之与磁极片33b的连结侧相反侧的端部系与环状部33a的外面33ad连结。

连结部33c系在具有径向cd的成分及圆周方向ef的成分双方之方向(亦即，所谓“斜方向”)延伸。提到从与磁极片33b的连结侧朝与环状部33a的连结侧之向量分量，逆时钟旋转方向f的向量分量与内侧d方向的向量分量之合成的箭头记号C(图4)的向量的方向，是与连结部33c的延伸方向一致。

该连结部33c的延伸方向上之径向cd的成分(cd)与圆周方向ef的成分(ef)之比例(cd/ef)在本实施形态中成为√3(亦即，cd/ef＝√3/1)。此乃意指在连结部33c与环状部33a的连结点上之环状部33a的切线T与连结部33c的延伸方向(等同箭头记号C的方向)所形成的角θ为60°。作为该所形成的角θ，从约45°以上75°以下的范围选择即可，较佳为从约55°以上70°以下的范围来选择。

此外，“圆周方向ef的成分”严格来说系成为绘制圆弧的成分，但在考虑上述中的“圆周方向ef的成分(ef)”之际，将在连结部33c与环状部33a的连结点之朝环状部33a的外周之切线的直线(切线T)设为成分(ef)。此时，环状部33a的外面33ad未必可绘制圆，但将通过连结部33c与环状部33a的所有连结点的假想圆V设为环状部33a的外周。

如此透过使连结部33c斜方向延伸，可加长作为磁路的连结部33c之长度，可提高针对于朝向箭头记号C方向之漏泄磁通的磁阻。另外，各个磁极片33b与环状部33a之间存在有细的1条(若考虑是存在于图2～图4的深度方向，则因连结部33c为系板状，正确来说因为仅以“薄的1片的”)连结部33c来连结，所以相较于例如2条以上(同“2片以上”)的连结部或粗的(同“厚的”)连结部来连结的情况，系磁路变窄，可抑制磁通从磁极片33b朝环状部33a漏泄。

在使马达1驱动并使转子3旋转之际，离心力会作用于转子3的径向外侧c。在本实施形态的马达1中，因为第2磁铁32介设于各个磁极片33b与环状部33a之间，所以转子3的弯曲刚性被提高。

在本实施形态的马达1中，圆周方向ef上之第2磁铁32的一端部(详言之，亦即顺时钟旋转方向e的下游侧的端部)的一部分系如图4中箭头记号k所示与径向cd上之第1磁铁31的内面侧d的端部(内面31a)对向。透过第2磁铁32在圆周方向ef上之一端部，与第1磁铁31的内面31a以如箭头记号k所示配置成对向，能以第2磁铁32将磁极片33b的内面33bd侧广泛包围，因第2磁铁32所致之磁力可有效作用于磁极片33b。

在第2磁铁32的前述一端部(亦即，顺时钟旋转方向e的下游侧的端部)与第1磁铁31的内面侧d的端部(内面31a)之间，具有成为形成在邻接的2个连结部33c之间的空间的一部分之空间S。透过该部位具有空间S而形成有邻接的磁极片33b之所谓磁通屏障，可抑制在转子铁心33内部的磁通短路。

另外，在使马达1驱动并使转子3旋转之际，惯性力会作用于第2磁铁32的圆周方向ef。在本实施形态的马达1中，圆周方向ef上之第2磁铁32的另一端部(详言之，亦即顺时钟旋转方向e的上游侧的端部)与连结部33c对向，可抑制第2磁铁32之移动。特别是，透过以使转子3仅为或主要往顺时钟旋转方向e旋转之方式设计马达1，可利用连结部33c阻止第2磁铁32之移动，可稳定地配置第2磁铁32。

如同上述，实施形态之使用转子3的马达1可用作为电动汽车等之移动体的驱动装置、或在空调机(air conditioner)的压缩机等之家庭使用的电子机器及其他各种电子机器的旋转驱动装置。特别适用于要求高输出、高扭矩、省能源、省空间等之用途上。

以上，针对本发明的转子及使用该转子的马达、与电子机器已列举较佳实施形态作了说明，本发明的转子及使用该转子的马达、与电子机器未受限于上述实施形态的构成。例如，作为上述实施形态中之连结部33c的延伸方向上之径向cd的成分与圆周方向ef的成分之比例(亦即，倾斜程度，所述的“所形成的角θ”)，未受限于上述实施形态的比例(所形成的角θ＝60°)。

另外，关于转子3的磁极(磁极片33b)数量、定子4的槽(slot)数量(齿部43的数量)，上述实施形态完全是例示，可因应于目标的马达之特性或性能等而适宜选择设计。

此外，本技术领域者可依据习知公知的知识见解，适当地改变本发明的转子及使用该转子的马达、与电子机器。只要是藉如此的改变而仍具备本发明的构成，当然为本发明范畴所涵盖。

符号说明

1:马达；2:轴；2a,2b:端部；3:转子；4:定子；5:机壳；31:第1磁铁；31a:内面；31c:外面；31e:侧面；31n,31s:磁极面；32:第2磁铁；32a,32b:两侧部；32c,32d,32e,32f:角部；32g:内面；32h:外面；32i:端部；32j:间隙；32n,32s:磁极面；33:转子铁心；33a:环状部；33ad:外面；33ae:内面；33b:磁极片；33bc:外面；33bd:内面；33be:侧面；33bf:突出部；33c:连结部；34:孔部；35:第1空隙；36a,36b:第2空隙；41:定子铁心；42:线圈；43:齿部；44:圆环部；45:碍子；51:机壳本体；51a:底部；51aa:轴承壳(突出部)；51b:筒部；51c:外周部；52:壳盖；52a:平板部；52aa:轴承壳(突出部)；52c:外周部；D:基点；S:空间；X:区域。

Claims (7)

1.一种转子，具备：

转子铁心，其具有：环状部；复数个磁极片，在径向延伸；及复数个连结部，将前述复数个磁极片每一者与前述环状部连结，

复数个第1磁铁，其在圆周方向上，配置在前述复数个磁极片中的邻接的2个磁极片之间；及

复数个第2磁铁，其在圆周方向上，配置在前述复数个连结部中的形成在邻接的2个连结部之间的空间内，

前述连结部是在具有径向的成分及圆周方向的成分的双方成分的方向延伸。

2.如权利要求1的转子，其中

在圆周方向上，前述第1磁铁接触于邻接的2个磁极片的侧面，

在径向上，前述第2磁铁接触于前述磁极片的内面。

3.如权利要求1或2的转子，其中

在圆周方向上，前述磁极片所具有的2个侧面中的一侧面侧上的前述第1磁铁的磁极、和另一侧面侧上的前述第1磁铁的磁极、及在径向上的前述磁极片的内面侧的前述第2磁铁的磁极为相同磁极。

4.如权利要求1至3中任一项的转子，其中

圆周方向上的前述第2磁铁的一端部的一部分系与径向上的前述第1磁铁的内面侧的端部对向。

5.如权利要求1至4中任一项的转子，其中

在前述第2磁铁的前述一端部与前述第1磁铁的前述内面侧的端部之间，具有前述空间的一部分。

6.一种马达，具备：

如权利要求1至5中任一项的转子；

固定于前述转子的轴；及

定子，其具有线圈及被卷绕有该线圈的磁性体。

7.一种电子机器，其具备如权利要求6的马达。

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