CN111953097A - 旋转电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种旋转电机。在作为旋转电机之一种的IPM马达中，由软磁性粉的压粉成型体构成的端面部具有比由层叠钢板构成的主体部的电阻率高的电阻率，因此相比于端面部的电阻率与主体部的电阻率相同的情况，抑制了在端面部产生涡电流。因此，在IPM马达中，抑制了因涡电流损耗引起的效率降低，实现了效率提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转电机。
背景技术
目前，作为旋转电机，已知有一种内转子式马达，即在转子内部埋入永磁铁的IPM马达(例如，日本特开2000-134842号公报)。
发明内容
发明要解决的技术问题
上述的IPM马达中，线圈在转子的轴线方向上卷绕于定子，因此，容易在转子端部附近死区(dead space)。因此，为了实现马达特性的提高，考虑如下以转子的长度比定子的长度长的方式设计且转子端面从定子端面突出的结构。这种结构中，容易在转子的端面部产生具有与转子端面垂直的成分的磁通量，由于这种磁通量变动而在转子的端面部产生涡电流。其结果，可能导致因涡电流损耗而引起的马达效率的降低。
发明人进行了锐意研究，结果新发现了在使转子的端面部从定子端面突出的结构中，能够实现马达效率的提高的技术。
依照本发明，能够提供实现了效率的提高的旋转电机。
用于解决技术问题的技术方案
本发明的一个方式的旋转电机包括可绕规定的轴线旋转的转子和定子，转子和定子的一者具有能够安装多个永磁铁的磁铁保持部，另一者具有能够安装多个线圈的线圈保持部，该旋转电机中，各永磁铁在转子的轴线方向上遍及磁铁保持部的全长地延伸，磁铁保持部的端面在转子的轴线方向上从线圈保持部的端面突出，磁铁保持部具有：保持各永磁铁的主体部；和各永磁铁露出的构成磁铁保持部的端面的端面部，从转子的轴线方向观察端面部中的至少永磁铁与转子—定子间空气隙之间的第一部分，具有比主体部的电阻率高的电阻率。
在上述旋转电机中，磁铁保持部的端面部的至少第一部分(即，永磁铁与转子—定子间空气隙之间的部分)具有比主体部的电阻率高的电阻率，因此相比于端面部的第一部分的电阻率与主体部的电阻率相同的情况，抑制了在端面部产生涡电流的情况。因此，在上述旋转电机中，能够抑制因涡电流损耗引起的效率降低，实现了效率提高。
另一方式的旋转电机中，磁铁保持部的主体部由在转子的轴线方向上层叠多个硅钢板而成的层叠钢板构成，端面部的至少第一部分由软磁性粉的压粉成型体构成。
另一方式的旋转电机中，磁铁保持部的端面部整体由压粉成型体构成。
发明效果
依照本发明，能够提供实现了效率的提高的旋转电机。
附图说明
图1是表示一个实施方式的IPM马达的概略俯视图。
图2是图1所示的IPM马达的II-II线剖视图。
图3是图1所示的IPM马达的主要部分的概略立体图。
图4是图3所示的IPM马达的主要部分的侧视图。
图5是图3所示的IPM马达的主要部分的俯视图。
图6是表示不同的方式的IPM马达的主要部分的俯视图。
具体实施方式
以下，参照附图，对各种实施方式和实施例进行说明。此外，在各附图中，对相同或相当的部分标注相同的附图标记，并省略重复的说明。
以下所示的实施方式中，作为旋转电机，以马达(更详细而言，IPM马达)为例进行说明。图1中示出实施方式的IPM马达1。图1示出了从轴线X的方向观察到的IPM马达1的俯视图。IPM马达1是具有转子10和定子20，且转子10位于定子20的内侧的内转子型的马达。IPM马达1具有8极12槽的结构。
转子10构成为包括轴12和转子芯14(磁铁保持部)。
轴12具有圆柱状的形状，在与图1的纸面垂直的方向延伸。轴12由例如不锈钢等构成。
转子芯14具有圆筒状的形状，且在内侧具有轴孔14a。轴12嵌入转子芯14的轴孔14a，转子芯14和轴12绕轴线X一体地旋转。在本实施方式中，转子芯14的外径为85mm，内径为158.4mm。另外，转子芯14的宽度W1(即，轴线X的方向上的长度)为51.6mm。
如图1和图2所示，在转子芯14安装有多个永磁铁30。多个永磁铁30可以为由相同材料构成的永磁铁。在本实施方式中，各永磁铁30由稀土系永磁铁构成，例如为钕系烧结磁铁。各永磁铁30可以为钕系以外的烧结磁铁，也可以为烧结磁铁以外的磁铁(例如粘结磁铁、热加工磁铁等)。
各永磁铁30被收纳于与转子10的轴线X平行地延伸的磁铁用孔16。磁铁用孔16的内侧尺寸被设计成比后述的永磁铁30的外形尺寸略大。因此，永磁铁30在磁铁用孔16内不改变位置和姿势。
在本实施方式中，转子10包括相同形状的8个永磁铁30，8个永磁铁30中永磁铁30的对关于轴线X以相等的角度间隔配置。永磁铁30都以如下方式配置，即从轴线X的方向观察，具有拱状(或C字状)的端面形状和截面形状，其内弧侧朝向转子芯14的外周面14b。永磁铁30均取向于径向，在内弧侧具有N极的N极磁铁30A和在内弧侧具有S极的极磁铁30B绕轴线X交替地配置。在本实施方式中，永磁铁30不露出转子芯14的外周面14b，而从外周面14b稍微进入内侧。在本实施方式中，永磁铁30具有外弧的曲率半径35mm、内弧的曲率半径28.7mm、张角100°的截面形状。
永磁铁30以其延伸方向与转子10的轴线X平行的方式配置于转子芯14的磁铁用孔16内。如图2所示，磁铁用孔16和永磁铁30在轴线X的方向上遍及转子芯14的全长地延伸。永磁铁30的延伸方向上的长度与转子芯14的宽度W1实际上相同，在本实施方式中为51.6mm。
定子20具有以包围转子10的外周的方式设置的圆筒状的定子磁芯21(线圈保持部)。在转子10与定子20之间设置有均匀宽度的空气隙(air gap)G(作为一例，0.8mm宽)。在定子磁芯21的内周侧配置有多个(本实施方式中为12个)线圈22。多个线圈22关于转子10的轴线X以相等的角度间隔配置。当从未图示的逆变电路(inverter circuit)等对多个线圈22施加3相交流电压时，在定子磁芯21的内周侧产生旋转磁场。在本实施方式中，定子磁芯21的外径为250mm，内径为160mm。另外，定子磁芯21的宽度W2(即，轴线X的方向上的长度)为47.6mm。
如图3～5所示，转子芯14包括：保持各永磁铁30的主体部17；和各永磁铁30的端面30a露出的构成转子芯的端面14c、14d的端面部18。
主体部17由在轴线X的方向上层叠多个钢板19而成的层叠钢板构成。各钢板19的厚度例如为0.2～0.5mm。钢板19可采用硅钢板。在主体部17由硅钢板的层叠钢板构成的情况下，主体部17具有5.6×10-7Ωm程度的电阻率。
端面部18由软磁性粉的压粉成型体构成。作为压粉成型体的软磁性粉，能够采用Fe3Si粉等纯铁系磁性粉。压粉成型体的软磁性粉的平均粒径(d50)例如为20～100μm。压粉成型体通过粘合软磁性粉而得到，粘合中能够使用树脂等粘合剂。压粉成型体能够通过使用了软磁性粉的热成型来获得。在端面部18由Fe3Si粉的压粉成型体构成的情况下，端面部18具有300Ωm程度的电阻率。
在此，在IPM马达1中，通过增大转子芯14的宽度W1，而转子芯14的磁性材料的体积增大，实现了马达特性的提高。另外，作为增大了转子芯14的宽度W1的结果，转子芯14的宽度W1与定子磁芯21的宽度W2相比增大了，转子芯14的两端面14c、14d在轴线X的方向上从定子磁芯21的端面21a、21b起突出2mm。
发明人在上述结构中得到如下发现，即容易在转子芯14的端面部18产生具有与转子芯端面垂直的成分(即，与轴线X平行的成分)的磁通量。发明人认为，这是由于比定子磁芯21的端面21a、21b突出的部分的从永磁铁30去往定子磁芯21的磁通量的方向，相对于与钢板19平行的方向(即，相对于轴线X垂直的方向)倾斜。因此，在转子芯14的端面部18中，由于具有与转子芯端面14c垂直的成分的磁通量变动，而容易产生涡电流。特别是容易在从轴线X的方向观察永磁铁30与转子—定子间空气隙G之间的第一部分18a产生涡电流。在转子芯14中产生了涡电流的情况下，可能导致因涡电流损耗引起的马达效率的降低。
上述的IPM马达1中，在转子芯14中，由软磁性粉的压粉成型体构成的端面部18具有比由层叠钢板构成的主体部17的电阻率高的电阻率，因此相比于端面部18的电阻率与主体部17的电阻率相同的情况(例如，转子芯14整体由层叠钢板构成的情况)，抑制了在端面部18产生涡电流。因此，在IPM马达1中，抑制了因涡电流损耗引起的效率降低，并实现了效率提高。
如上述的IPM马达1，对于端面部18(厚度4mm)由压粉成型体构成的IPM马达，使用市售的磁场解析用的有限元法软件计算涡了电流损耗，结果能够确认到，转速1500rpm时的涡电流损耗为比0.1W小很多的值，是可忽视的水平。另一方面，对于仅端面部18(厚度4mm)由层叠钢板构成这一点与上述的IPM马达1不同的构成的IPM马达，也使用相同的有限元法软件计算了涡电流损耗，结果，转速1500rpm时的涡电流损耗为17.7W。
此外，如图6所示，也可以是如下方式，即仅容易产生涡电流的永磁铁30与转子—定子间空气隙G之间的第一部分18a的端面部18由软磁性粉的压粉成型体构成。
另外，构成转子芯14的两端面14c、14d的端面部18均能够由软磁性粉的压粉成型体构成。也能够为仅构成转子芯14的两端面14c、14d的端面部18的一者由软磁性粉的压粉成型体构成。构成转子芯14的两端面14c、14d的端面部18均由软磁性粉的压粉成型体构成，由此能够进一步抑制因涡电流损耗引起的效率降低。
IPM马达1如图3、4所示，与转子芯14一样，定子磁芯21也具有保持各线圈22的主体部23和构成定子磁芯21的端面21a、21b的端面部24。
定子磁芯21的主体部23与转子芯14的主体部17同样，由在轴线X的方向上层叠多个钢板25而成的层叠钢板构成。各钢板25的厚度例如为0.2～0.5mm。钢板25可采用硅钢板。在主体部23由硅钢板的层叠钢板构成的情况下，主体部23具有5.6×10-7Ωm程度的电阻率。
定子芯21的端面部24与转子芯14的端面部24同样，由软磁性粉的压粉成型体构成。作为压粉成型体的软磁性粉，能够采用Fe3Si粉等纯铁系磁性粉。压粉成型体的软磁性粉的平均粒径(d50)例如为20～100μm。压粉成型体通过粘合软磁性粉而得到，粘合中能够使用树脂等粘合剂。压粉成型体能够通过使用了软磁性粉的热成型来获得。在端面部24由Fe3Si粉的压粉成型体构成的情况下，端面部24具有300Ωm程度的电阻率。
在上述的IPM马达1中，不仅在转子芯14的端面部18，而且在定子芯21的端面部24也容易产生具有与定子芯端面垂直的成分(即，与轴线X平行的成分)的磁通量，容易在定子芯21的端面部24产生涡电流。在定子芯21产生了涡电流的情况下，可能导致因涡电流损耗引起的马达效率的降低。
在上述的IPM马达1中，在定子芯21中，由软磁性粉的压粉成型体构成的端面部24具有比由层叠钢板构成的主体部23的电阻率高的电阻率，因此相比于端面部24的电阻率与主体部23的电阻率相同的情况(例如，定子芯21整体由层叠钢板构成的情况)，抑制了在端面部24产生涡电流。因此，在IPM马达1中，抑制了因涡电流损耗引起的效率降低，实现了效率提高。
如以上说明的那样，在IPM马达1中，转子芯14包括具有比主体部17的电阻率高的电阻率的端面部18，并且定子芯21包括具有比主体部23的电阻率高的电阻率的端面部24，因此在转子芯14和定子芯21这两者中，抑制了因涡电流损耗引起的效率降低。但是，也可以是如下方式，即仅转子芯14包括具有比主体部17的电阻率高的电阻率的端面部18的方式，或者仅定子芯21包括具有比主体部23的电阻率高的电阻率的端面部24的方式。
本发明的旋转电机不限于上述的实施方式，能够进行各种变形。
例如，IPM马达的极数及槽数能够适当进行增减。另外，永磁铁的端面形状和截面形状不限于拱状，可以是V字状等，也可以是从轴线X的方向观察被分割成多个的形状。在上述的实施方式中，对作为旋转电机之一种的马达(电动机)进行了说明，但本发明也能够适用于作为旋转电机之一种的发电机。
Claims (3)
1.一种旋转电机，其包括可绕规定的轴线旋转的转子和定子，所述转子和所述定子的一者具有能够安装多个永磁铁的磁铁保持部，另一者具有能够安装多个线圈的线圈保持部，所述旋转电机的特征在于：
所述各永磁铁在所述转子的轴线方向上遍及所述磁铁保持部的全长地延伸，
所述磁铁保持部的端面在所述转子的轴线方向上从所述线圈保持部的端面突出，
所述磁铁保持部具有：保持所述各永磁铁的主体部；和所述各永磁铁露出的构成所述磁铁保持部的端面的端面部，
从所述转子的轴线方向观察所述端面部中的至少所述永磁铁与转子—定子间空气隙之间的第一部分，具有比所述主体部的电阻率高的电阻率。
2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：
所述磁铁保持部的主体部由在所述转子的轴线方向上层叠多个硅钢板而成的层叠钢板构成，
所述端面部的至少所述第一部分由软磁性粉的压粉成型体构成。
3.如权利要求2所述的旋转电机，其特征在于：
所述磁铁保持部的所述端面部整体由所述压粉成型体构成。
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