旋转电机的转子的制作方法

1.本发明的实施方式涉及具有永磁体的旋转电机的转子。


背景技术：

2.近年，通过永磁体的显著的研究开发，高磁能积的永磁体被开发，利用了如这样的永磁体的永磁体型的旋转电机逐渐被应用为电车、汽车的电动机或者发电机。通常，永磁体型的旋转电机具备圆筒状的定子、以及在该定子的内侧被自由旋转地支承的圆柱形状的转子。转子具备转子铁芯、以及被嵌入该转子铁芯内的多个永磁体。
3.作为这样的永磁体型的旋转电机，提出了如下结构的旋转电机，即，按每1个磁极将2片磁体配置成v字状，且，将容纳磁体的磁体槽朝向转子铁芯的表面开放。在上述结构的旋转电机中，能够减少转子铁芯的桥部上的磁体的磁通泄漏，能够增加每磁体重量而产生的磁体扭矩。或者，能够维持旋转电机的扭矩不变而减少磁体重量。
4.然而，在该结构中，在产生大扭矩的状况下，通过对位于被配置成v字状的磁体的内侧的铁芯部施加的圆周方向的电磁力，对位于磁极中央附近的桥部施加强的弯曲应力。因此，存在产生桥部的强度不足的。或者，在为了极限应力(日文：耐応力)而使桥部变粗的情况下，由于磁通泄漏增加，因此难以减少磁体重量。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2014-50208号公报
8.专利文献2：日本特开2018-46703号公报
9.专利文献3：日本特开2015-171158号公报


技术实现要素：

10.发明要解决的课题
11.本发明的实施方式的课题在于，提供能够维持磁极中央部的强度，并且谋求小型、轻量化的永磁体型的旋转电机的转子。
12.用于解决课题的手段
13.根据实施方式，旋转电机的转子具有在以中心轴线为中心的圆周方向上排列有多个而设置的磁极，所述磁极各自具备转子铁芯以及多个永磁体，所述转子铁芯具有：至少2个磁体保持槽，在所述圆周方向上隔开间隔而相互对置地设置；第一铁芯部，在所述圆周方向上位于2个所述磁体保持槽之间；第二铁芯部，位于2个所述磁体保持槽与所述中心轴线之间；以及桥部，将所述第一铁芯部与所述第二铁芯部相连，多个所述永磁体分别被配置于所述磁体保持槽内。所述桥部包含：多个第一中心桥部，位于2个所述磁体保持槽之间并在所述圆周方向上相互分离地设置；以及结合元件，将多个所述第一中心桥部彼此相互连结。
附图说明
14.图1是第一实施方式所涉及的永磁体型的旋转电机的横向剖视图。
15.图2是扩大表示所述旋转电机的转子的一部分的横向剖视图。
16.图3是扩大表示第二实施方式所涉及的旋转电机的转子的一部分的横向剖视图。
17.图4是扩大表示第三实施方式所涉及的旋转电机的转子的一部分的横向剖视图。
18.图5是扩大表示第四实施方式所涉及的旋转电机的转子的一部分的横向剖视图。
19.图6是扩大表示第五实施方式所涉及的旋转电机的转子的一部分的横向剖视图。
20.图7是扩大表示第六实施方式所涉及的旋转电机的转子的一部分的横向剖视图。
21.图8是扩大表示第七实施方式所涉及的旋转电机的转子的一部分的横向剖视图。
具体实施方式
22.以下，一边参照附图，一边针对本发明的实施方式进行说明。此外，对贯穿实施方式而共同的结构附与相同的附图标记，并省略重复的说明。另外，各图是实施方式和用于促进其理解的示意图，存在其形状或尺寸、比例等与实际的装置不同的地方，这些能够参照以下的说明和公知的技术而适当地进行设计变更。
23.(第一实施方式)
24.图1是第一实施方式所涉及的永磁体型的旋转电机的横向剖视图，图2是扩大表示转子的1个磁极部分的剖视图。
25.如图1所示，旋转电机10例如被构成为内转子型的旋转电机，并具备被未图示的固定框支承的环状或者圆筒状的定子12、以及被支承为在定子的内侧绕中心轴线c而自由旋转且与定子12同轴的转子14。旋转电机10例如在混合汽车(hev)或电动汽车(ev)中被恰当地应用于驱动马达或者发电机。
26.定子12具备圆筒状的定子铁芯16以及被缠绕于定子铁芯16的电枢绕组(线圈(coil))18。定子铁芯16由多片磁性材料例如硅钢等圆环状的电磁钢板(铁芯片)以同芯状层叠而构成。在定子铁芯16的内周部形成有多个槽20。多个槽20在圆周方向上隔开等间隔而排列。各槽20朝向定子铁芯16的内周面开口，从该内周面向放射方向延伸突出。另外，各槽20遍及定子铁芯16的轴向的全长而延伸。通过形成多个槽20，定子铁芯16的内周部构成面向转子14的多个(例如，在本实施方式中为48个)定子齿21。电枢绕组18被插入多个槽20并被缠绕于各定子齿21。通过电流流入电枢绕组18，在定子12(定子齿21)中形成规定的交链磁通。
27.转子14具有两端由未图示的轴承支承为自由旋转的圆柱形状的轴(旋转轴)22、被固定于该轴22的轴向上的大致中央部的圆筒形状的转子铁芯24、以及被嵌入转子铁芯24的多个永磁体m。转子14在定子12的内侧隔开微小的间隙(气隙(airgap))而同轴地被配置。即，转子14的外周面隔开微小的间隙而与定子12的内周面对置。转子铁芯24具有与中心轴线c同轴地被形成的内孔25。轴22被插通并卡合于内孔25，与转子铁芯24同轴地延伸。转子铁芯24被构成为将多片磁性材料例如硅钢等的圆环状的电磁钢板(铁芯片)以同芯状层叠而成的层叠体。转子铁芯24具有在铁芯片的层叠方向上延伸的所述中心轴线c、以及与中心轴线c同轴的外周面。
28.在本实施方式中，转子14具有多个磁极，例如具有8个磁极。在转子铁芯24中，将通
过中心轴线c以及在圆周方向上相邻的磁极间的边界并沿转子铁芯24的径向延伸的轴称为q轴，将相对于q轴在圆周方向上电性地分离90
°
的轴称为d轴，也就是说，将通过磁极的中心和中心轴线c的轴称为d轴。由定子12形成的交链磁通的容易流动的方向为q轴。d轴以及q轴在转子铁芯24的圆周方向上交替地且以规定的相位设置。转子铁芯24的1个磁极的量是指，在圆周方向上相邻的2根q轴间的区域(1/8周的圆周角区域)。由此，转子铁芯24被构成为8个极(磁极)。1个磁极中的圆周方向中央为d轴。
29.如图1以及图2所示，在转子铁芯24中，按每1个磁极，埋设有多个永磁体例如2个永磁体m。在转子铁芯24的圆周方向上，在各d轴的两侧形成有用于装填永磁体m的磁体保持槽(在有些情况下，也称为磁体保持空洞部或者磁体嵌入孔。)34。2个永磁体m分别被装填并配置于磁体保持槽34内，例如，通过粘着剂等被固定于转子铁芯24。
30.如图2所示，各磁体保持槽34沿轴向贯通转子铁芯24地形成。在与转子铁芯24的中心轴线c正交的横截面上观察的情况下，2个磁体保持槽34被形成并配置为相对于d轴成轴对称，例如，被排列并配置为大致v字状。
31.发挥隔磁桥的功能的各磁体保持槽34具有：与永磁体m的截面形状对应的矩形形状的磁体装填区域34a、从磁体装填区域34a的内周侧端延伸突出的内周侧空隙34b、以及从磁体装填区域34a的外周侧端延伸突出并朝向转子铁芯24的外周开放的外周侧空隙34c。转子铁芯24具有一对保持突起34d，该一对保持突起34d在磁体装填区域34a的长边方向的两端从磁体保持槽34的内侧缘35b向磁体保持槽34内突出。
32.磁体装填区域34a被形成于平坦的内侧缘(内周侧长边)35b与平坦的外侧缘(外周侧长边)35a之间，该外侧缘35a与该内侧缘35b隔开间隙而平行地对置。内侧缘35b和外侧缘35a相对于d轴以小于90度的角度θ倾斜地延伸。即，磁体装填区域34a被倾斜设置为距d轴的距离从内周侧端朝向外周侧端逐渐变宽。角度θ不限于图示的例子，而能够任意变更。
33.内周侧空隙34b从磁体装填区域34a的内周侧端(d轴侧的端)朝向中心轴线c与d轴大致平行地延伸突出。内周侧空隙34b与d轴隔开间隔而对置。外周侧空隙34c从磁体装填区域34a的外周侧端(转子铁芯的外周面侧的端)朝向转子铁芯24的外周面延伸突出，并朝向转子铁芯24的外周开放或者开口。
34.内周侧空隙34b和外周侧空隙34c作为对从永磁体m的长边方向两端部向转子铁芯24的磁通泄漏进行抑制的磁空隙(隔磁桥(flux barrier))而发挥功能，并且还有助于转子铁芯24的轻量化。此外，前述的一对保持突起34d从内侧缘35b的长边方向的两端分别向内周侧空隙34b内和外周侧空隙34c内突出。
35.永磁体m例如被形成为横截面为矩形形状的细长的平板状，并具有与转子铁芯24的轴向长度大致相等的长度。各永磁体m遍及转子铁芯24的大致全长而被嵌入。永磁体m也可以通过将在轴向(长边方向)上被分割为多个的磁体组合而构成，在该情况下，形成为多个磁体的合计的长度与转子铁芯24的轴向长度大致相等。
36.如图2所示，各永磁体m具有矩形形状的截面形状，该截面具有相互平行地对置的一对长边以及相互对置的一对短边。永磁体m的截面形状不限于矩形形状(长方形)，也可以设为平行四边形。
37.永磁体m被装填进磁体保持槽34的磁体装填区域34a，一方的长边与外侧缘35a抵接，另一方的长边与内侧缘35b抵接。永磁体m的一对短边与保持突起34d分别抵接。由此，永
磁体m在长边方向的位置已被定位的状态下被保持在磁体装填区域34a内。永磁体m也可以通过粘着剂等被固定于转子铁芯24。位于d轴的两侧的2个永磁体m被排列并配置为大致v字状。即，2个永磁体m被配置为距d轴的距离随着从内周侧端朝向外周侧端逐渐变宽。
38.各永磁体m沿着与长边垂直的方向被磁化。位于d轴的圆周方向上的两侧的2个永磁体m，即，构成1个磁极的2个永磁体m被配置为磁化方向相同。另外，位于各q轴的圆周方向上的两侧的2个永磁体m被配置为磁化方向相反。在本实施方式中，旋转电机10构成按相邻的每1个磁极交替地配置永磁体m的n极和s极的正反的8磁极(4极对)的永磁体嵌入型的旋转电机。
39.如图2所示，转子铁芯24在各磁极中具备位于2个磁体保持槽34之间的扇形状的外周区域(第一铁芯部)24a、转子铁芯24的内周区域(磁体保持槽34与内孔25(轴22)之间的区域(第二铁芯部))24b、以及连结第一铁芯部24a与第二铁芯部24b的桥部60。桥部60具备：中心空隙40，设于2个磁体保持槽34之间，这里形成于2个内周侧空隙34b之间；多条例如2条第一中心桥部50a，形成于各内周侧空隙34b与中心空隙40之间；以及柱状的第二中心桥部(结合元件)50b，与d轴交叉并延伸，将2条第一中心桥部50a彼此相互连结。中心空隙40沿轴向贯通转子铁芯24地形成。中心空隙40形成为例如大致矩形的截面形状。
40.在一例中，2条第一中心桥部50a被形成为与d轴大致平行地延伸的柱状。作为结合元件而发挥功能的第二中心桥部50b例如被形成为倾斜地横跨d轴和中心空隙40而延伸的柱状，一方的第一中心桥部50a的外周侧端部(长边方向的一端部)与另一方的第一中心桥部50a的内周侧端(长边方向的另一端部)连结。第二中心桥部50b通过连结2条第一中心桥部50a，来提高第一中心桥部50a和桥部60的强度，并且还兼具将转子铁芯24的第一铁芯部24a与第二铁芯部24b相连的作用。
41.第二中心桥部50b不限于上述的倾斜的朝向，也可以反向朝向地倾斜地设置。即，第二中心桥部50b也可以设为如下的结构，即，被形成为倾斜地横跨d轴和中心空隙40而延伸的柱状，连结一方的第一中心桥部50a的内周侧端部与另一方的第一中心桥部50a的外周侧端部。进一步地，第二中心桥部50b也能够设为，连结2条第一中心桥部50a的长边方向的中央部彼此。
42.根据如以上这样构成的第一实施方式所涉及的旋转电机10的转子14，转子铁芯24的桥部60具有连结2条第一中心桥部50a的第二中心桥部50b，因此不必加粗第一中心桥部50a就能够提高第一中心桥部50a的强度。因此，即使是在产生大的扭矩的状况下对转子铁芯24的外周区域24a施加了圆周方向的电磁力的情况，也能够通过第一中心桥部50a和第二中心桥部50b来稳定地支持外周区域24a。同时，磁体磁束的泄漏减少，因此能够使每磁体重量产生的磁体扭矩增加。由此，同体型的旋转电机中的扭矩和输出提高，或者，能够维持同输出不变而谋求旋转电机的小型、轻量化。进一步地，通过使用磁体重量的减小，来谋求降低转子的成本。
43.以下，针对本发明的其他的实施方式所涉及的旋转电机的转子进行说明。此外，在以下进行说明的其他的实施方式中，对与上述的第一实施方式相同的部分附加同一附图标记并省略或者简化其详细的说明，以与第一实施方式不同的部分为中心，详细地进行说明。
44.(第二实施方式)
45.图3是表示第二实施方式所涉及的旋转电机的转子的一部分的横向剖视图。
46.如图所示，根据第二实施方式，转子铁芯24的桥部60不仅具备2条第一中心桥部50a和第二中心桥部50b，而且还具备第三中心桥部50c。构成结合元件的第三中心桥部50c被形成为柱状，与d轴和第二中心桥部交叉并延伸，与2条第一中心桥部50a连结。在一例中，第三中心桥部50c相对于d轴以与第二中心桥部50b相反的方向倾斜并延伸，连结一方的第一中心桥部50a的内周侧端部与另一方的第一中心桥部50a的外周侧端部。
47.通过设置如这样的第三中心桥部50c，能够进一步地提高第一中心桥部50a的强度。
48.(第三实施方式)
49.图4是表示第三实施方式所涉及的旋转电机的转子的一部分的横向剖视图。
50.如图所示，根据第三实施方式，转子铁芯24的桥部60不仅具备2条第一中心桥部50a，还具备第二中心桥部50b和第三中心桥部50c。第二中心桥部50b被形成为柱状，从一方的第一中心桥部50a的内周侧端部通过中心空隙40并在d轴上延伸到中心空隙50的外周侧端缘。第三中心桥部50c被形成为柱状，从另一方的第一中心桥部50a的内周侧端部通过中心空隙40在d轴上延伸到中心空隙40的外周侧端缘。如此，第二中心桥部50b和第三中心桥部50c将2条第一中心桥部50a的内周侧端部连结到转子铁芯24的外周区域24a，并且将2条第一中心桥部50a彼此相互连结。
51.在上述结构的第三实施方式中，也能够得到与上述的第二实施方式同样的作用效果。
52.(第四实施方式)
53.图5是表示第四实施方式所涉及的旋转电机的转子的一部分的横向剖视图。
54.如图所示，根据第四实施方式，在桥部60的中心空隙40将许多个冲孔40a排列而形成。在各内周侧空隙34b与中心空隙40之间形成有第一中心桥部50a。在许多个冲孔40a之间的区域，形成包含第二中心桥部50b和第三中心桥部50c的多个结合元件。
55.根据上述结构，能够比较容易地加工冲孔40a，并且能够容易地选择中心桥部的位置和形状。
56.(第五实施方式)
57.图6是表示第五实施方式所涉及的旋转电机的转子的一部分的横向剖视图。
58.如图所示，根据第五实施方式，转子铁芯24的桥部60具备2条第一中心桥部50a、以及连结第一中心桥部50a彼此的柱状的第二中心桥部50b。中心空隙40的一部分从一对内周侧空隙34b之间的区域延伸突出到转子铁芯24的外周面侧，形成有延伸突出部40b。
59.(第六实施方式)
60.图7是表示第六实施方式所涉及的旋转电机的转子的一部分的横向剖视图。
61.如图所示，根据第六实施方式，转子铁芯24的桥部60具有2条第一中心桥部50a、以及连结第一中心桥部50a彼此的柱状的第二中心桥部50b和第三中心桥部50c。中心空隙40的一部分从一对内周侧空隙34b之间的区域延伸突出到转子铁芯24的外周面侧，形成有延伸突出部40b。
62.根据上述第五实施方式和第六实施方式，通过将中心空隙40扩大到转子铁芯24的外周面侧，能够谋求转子铁芯24的外周区域24a的轻量化。期望中心空隙40的延伸突出部40b以2条第一中心桥部50a的宽度不会变细的方式前端变细地延伸突出，即，朝向d轴倾斜
地延伸突出。
63.(第七实施方式)
64.图8是表示第七实施方式所涉及的旋转电机的转子的一部分的横向剖视图。
65.如图所示，根据第七实施方式，在转子铁芯24的圆周方向上，在d轴的两侧形成有用于装填永磁体m的磁体保持槽34。2个永磁体m分别被装填并配置于磁体保持槽34内，例如，通过粘着剂等而被固定于转子铁芯24。
66.各磁体保持槽34沿轴向贯通转子铁芯24地形成。在与转子铁芯24的中心轴线c正交的横截面上观察的情况下，2个磁体保持槽34被形成并配置为相对于d轴轴对称，例如排列并配置为大致v字状。
67.发挥隔磁桥的功能的各磁体保持槽34具有：矩形形状的磁体装填区域34a，与永磁体m的截面形状对应；内周侧空隙34b，从磁体装填区域34a的内周侧端延伸突出到d轴一侧；以及外周侧空隙34c，从磁体装填区域34a的外周侧端延伸突出并朝向转子铁芯24的外周开放。磁体装填区域34a被形成于平坦的内侧缘(内周侧长边)35b与平坦的外侧缘(外周侧长边)35a之间，该外侧缘(外周侧长边)35a与该内侧缘35b隔开间隙而平行地对置。转子铁芯24具有：一对保持突起34d，在磁体装填区域34a的长边方向两端，从磁体保持槽34的内侧缘35b向磁体保持槽34内突出；以及保持突起34f，从外侧缘35a的外周侧的端向磁体保持槽34内突出。
68.磁体装填区域34a的内侧缘35b和外侧缘35a相对于d轴以小于90度的角度θ倾斜地延伸。即，磁体装填区域34a以距d轴的距离随着从内周侧端朝向外周侧端逐渐变宽的方式倾斜地设置。在第七实施方式中，角度θ被设定得比上述的第一实施方式中的角度θ更大，例如，被设定为70～80度。
69.内周侧空隙34b从磁体装填区域34a的内周侧端(d轴侧一端)向d轴延伸突出，隔开间隔而与d轴大致平行地对置。外周侧空隙34c从磁体装填区域34a的外周侧端(转子铁芯的外周面侧一端)向转子铁芯24的外周面延伸突出，并朝向转子铁芯24的外周开放或者开口。
70.内周侧空隙34b和外周侧空隙34c发挥抑制从永磁体m的长边方向两端部朝向转子铁芯24的磁通泄漏的磁空隙(隔磁桥)的功能，并且还有助于转子铁芯24的轻量化。此外，上述的一对保持突起34d从内侧缘35b的长边方向的两端向内周侧空隙34b内以及向外周侧空隙34c内分别突出。保持突起34f从外侧缘35a的一端向外周侧空隙34c突出。
71.永磁体m被形成为横截面是矩形形状的细长的平板状。永磁体m的截面具有相互平行地对置的一对长边和相互对置的一对短边。永磁体m被装填于磁体保持槽34的磁体装填区域34a，一方的长边与外侧缘35a抵接，另一方的长边与内侧缘35b抵接。永磁体m的一对短边与保持突起34d分别抵接。位于外周侧的短边与保持突起34f也抵接。由此，永磁体m在长边方向的位置已被定位的状态下被保持在磁体装填区域34a内。永磁体m也可以通过粘着剂等被固定于转子铁芯24。位于d轴的两侧的2个永磁体m被排列配置为大致v字状。即，2个永磁体m被配置为距d轴的距离随着从内周侧端朝向外周侧端逐渐变宽。永磁体m的磁化方向与上述的第一实施方式的磁化方向相同。
72.转子铁芯24在各磁极中具备位于2个磁体保持槽34之间的扇形状的外周区域(第一铁芯部)24a、转子铁芯24的内周区域(磁体保持槽34与内孔25(轴22)之间的区域(第二铁芯部))24b、以及连结第一铁芯部24a与第二铁芯部24b的桥部60。桥部60具备：中心空隙40，
设于2个磁体保持槽34之间，此处是形成于2个内周侧空隙34b之间；多条例如2条第一中心桥部50a，形成于各内周侧空隙34b与中心空隙40之间；以及柱状的第二中心桥部(结合元件)50b，与d轴交叉并延伸，将2条第一中心桥部50a彼此相互连结。中心空隙40沿轴向贯通转子铁芯24地形成。中心空隙40例如形成为大致矩形的截面形状，如后文所述，通过第二中心桥部50b而在径向上被分离为二个部分。
73.在一例中，2条第一中心桥部50a被形成为与d轴大致平行地延伸的柱状。根据本实施方式，各第一中心桥部50a，从将磁体装填区域34a的内侧缘35b与中心空隙40的中心轴线c的侧的端缘41a连结的位置延伸到将磁体装填区域34a的外侧缘35a与中心空隙40的外周侧的端缘41b连结的位置。在本实施方式中，保持突起34d从第一中心桥部50a的内周侧端(第一端部51a)突出。各第一中心桥部50a被形成为，长边方向的中央部分的宽度最细，宽度从该中央部朝向内周侧的第一端部51a逐渐变宽，宽度从中央部朝向外周侧的第二端部51b逐渐变宽。
74.在第二端部51b，与磁体装填区域34a的外侧缘35a相连的角部以及与中心空隙40的端缘41b相连的角部弯曲成圆弧状。在一例中，与外侧缘35a相连的角部的曲率设定得比与端缘41b相连的角部的曲率更小。
75.发挥结合元件的功能的第二中心桥部50b在中心空隙40内与d轴大致正交地延伸，将一对第一中心桥部50a相互连结，并且将中心空隙40分离成径向上的上下2个部分。在与第一中心桥部50a连结的第二中心桥部50b的两端，在转子铁芯24的径向上，第二中心桥部50b设于比第一中心桥部50a的长边方向的中央部靠内侧，并且比保持突起34d靠外侧的位置。在分别与第一中心桥部相连的第二中心桥部50b的两端部，第二中心桥部50b的侧缘与中心空隙40的内侧缘相连的各角部弯曲成圆弧状。由此，第二中心桥部50b被形成为长边方向的中央部分的宽度最细，宽度从该中央部朝向各端逐渐变宽。
76.在第七实施方式中，旋转电机的其他的结构与上述的第一实施方式所涉及的旋转电机的结构同样。
77.根据上述结构的第七实施方式，由于具有将2条第一中心桥部50a相互连结的第二中心桥部50b，因此能够谋求第一中心桥部50a和桥部60的强度提高。除此以外，在第七实施方式中也能够得到与上述的第一实施方式同样的作用效果。
78.此外，本发明不是原样不变地被限定为上述的实施方式，在实施阶段，能够在不脱离其主旨的范围内将构成元素变形而具体实现。另外，通过在上述实施方式中被公开的多个构成元素的适当的组合，能够形成各种发明。例如，也可以从实施方式所示的全部构成元素中删除若干的构成元素。进一步地，也可以适当组合跨越不同的实施方式的构成元素。
79.例如，转子的磁极数、尺寸、形状等并不限定于上述的实施方式，而是能够根据设计而进行各种变更。转子的各磁极中的永磁体的设置数不限于2个，而是根据需要，而能够增加。构成桥部的第一中心桥部不限于2条，也可以设为3条以上。