转子的制作方法

1.本发明涉及一种电动车辆(ev、hev、phev等)用的电机特别是具备多层的永久磁铁的永久磁铁式电机的转子。


背景技术：

2.希望电动车辆低振动、低噪声化。作为使配置有多层的永久磁铁的电机的噪声减少的方法，例如采用将永久磁铁间的宽度设为定子的槽的开口宽度以上的方法(专利文献1)。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开平9-266646号公报


技术实现要素：

6.但是，在上述以往的方法中，对磁通密度的抑制不充分，因此无法充分地减少成为振动以及噪声的原因的转矩脉动以及电磁激振力。
7.本发明鉴于以上的缘故，要解决的课题在于，谋求进一步减少成为振动以及噪声的原因的转矩脉动以及电磁激振力。
8.那么，本发明的一技术方案涉及一种转子，所述转子是永久磁铁式电机的转子，其特征在于，在该转子的铁芯形成有一对永久磁铁插入孔，所述一对永久磁铁插入孔自所述铁芯的一端面到另一端面地沿与所述永久磁铁式电机的电机轴相同的方向贯穿，并且配置为相对于该转子的d轴轴对称，从所述转子的外周侧到轴心配置形成有多层的该一对永久磁铁插入孔，在最靠近外周侧的一对永久磁铁插入孔形成有第一磁隔断部(日文：磁気遮断部)，所述第一磁隔断部自所述转子的q轴侧的该一对永久磁铁插入孔的端部沿该转子的外周向d轴侧延伸，并且自铁芯的一端到另一端地沿与所述电机轴相同的方向贯穿，所述第一磁隔断部形成在距所述d轴以电角计为14
°
～46
°
的范围内。
9.本发明的一技术方案在所述转子的基础上，在多层地配置形成于比所述外周侧的一对永久磁铁插入孔靠轴心侧的位置的一对永久磁铁插入孔的q轴侧端部，还形成有第二磁隔断部，所述第二磁隔断部形成以所述转子的d轴上外径侧端部为中心的同心的圆弧。
10.本发明的一技术方案在所述转子的基础上，随着自所述转子的外周侧向轴心侧去，插入于所述永久磁铁插入孔的永久磁铁的横截面的长度方向的长度变长。
11.本发明的一技术方案在所述转子的基础上，随着自所述转子的外周侧向轴心侧去，插入于所述一对永久磁铁插入孔的永久磁铁的v字的配置角度变小。
12.本发明的一技术方案在所述转子的基础上，配置于所述轴心侧的永久磁铁分割为多个，该分割的各个永久磁铁同心地配置，以所述转子的d轴上外径侧端部为中心。
13.采用以上的本发明，磁通密度得到抑制，因此实现进一步减少成为振动以及噪声的原因的转矩脉动以及电磁激振力。
附图说明
14.图1是作为本发明的一形态的转子的与轴向正交的该转子的剖视图。
15.图2是不具有磁隔断部的以往的转子的空隙磁通密度波形图。
16.图3是具有磁隔断部的图1的转子的空隙磁通密度波形图。
17.图4是表示图1的转子的高次谐波成分的变化的特性图。
18.图5是表示图1的转子的转矩脉动的变化的特性图。
19.图6是图1的槽的周边部位的放大图。
20.图7是表示图6的槽的范围的说明图。
21.图8是作为本发明的一形态的转子的与轴向正交的该转子的剖视图。
22.图9是作为本发明的一形态的转子的与轴向正交的该转子的剖视图。
23.图10是上述以往的转子的与轴向正交的该转子的剖视图。
具体实施方式
24.以下，参照附图说明本发明的实施方式。
25.实施方式1
26.图1表示作为本发明的一形态的永久磁铁式电机的转子1的与轴向正交的截面的构造。在本图中，只表示转子1的一主磁极，其他的主磁极是与该主磁极同样的结构，因此省略图示。
27.上述永久磁铁式电机具备转子1和与转子1同轴地围设于转子1的定子2。安装有定子线圈21的多个定子槽22沿转子1的外周等间隔地配置形成于定子2。
28.铁芯10
29.转子1的铁芯10是将硅钢板层叠而形成的大致圆筒状的构件。并且，在该铁芯10的轴芯部嵌入有电机轴11，电机轴11由轴承(省略图示)支承为旋转自如。
30.铁芯10的用图7的直线d所示的轴成为d-q轴坐标的d轴，该直线d连结图1的转子1(电机轴11)的轴心和生成磁体转矩的任意的主磁极的中心(例如一对永久磁铁13a、13b(15a、15b)间的中央位置)。另外，铁芯10中一个磁极量的主磁极的永久磁铁13a、13b(15a、15b)和在周向上与该主磁极相邻的主磁极的永久磁铁13a、13b(15a、15b)之间的铁芯，成为生成电抗转矩(日文：
リアクタンストルク
)的辅助磁极部16。此外，用连结转子1(电机轴11)的轴心和辅助磁极部16的中心轴的该图的直线q所示的轴，即，以电角与上述d轴正交的轴，成为d-q轴坐标的q轴。
31.永久磁铁插入孔12a、12b、14a、14b
32.如图1所示，在主磁极，一对永久磁铁插入孔呈v字地配置形成于转子1的外周侧以及轴心侧，从而配置有两层的后述的永久磁铁。
33.即，在铁芯10的外周侧，一对永久磁铁插入孔12a、12b形成为自铁芯10的一端面到另一端面地沿与电机轴11相同的方向贯穿铁芯10。并且，该永久磁铁插入孔12a、12b沿铁芯10的周向等间隔地配置形成。
34.另外，在比该永久磁铁插入孔12a、12b更靠转子1的轴心侧的位置，一对永久磁铁插入孔14a、14b形成为与永久磁铁插入孔12a、12b同样地贯穿铁芯10。特别是，永久磁铁插入孔14a、14b比永久磁铁插入孔12a、12b长径地形成。并且，该永久磁铁插入孔12a、12b也沿
铁芯10的周向等间隔地配置形成。
35.永久磁铁插入孔12a、12b、14a、14b配置形成为相对于转子1的d轴轴对称并且配置角度随着靠近转子1的外周而扩大的v字形。特别是，轴心侧的永久磁铁插入孔14a、14b的v字的配置角度设定为比外周侧的永久磁铁插入孔12a、12b的该配置角度小。
36.永久磁铁13a、13b、15a、15b
37.在永久磁铁插入孔12a、12b插入有沿着转子1的轴向的长板状的永久磁铁13a、13b，从而一对永久磁铁13a、13b沿铁芯10的周向呈v字形配置。
38.另一方面，在永久磁铁插入孔14a、14b插入有沿着转子1的轴向的长板状的永久磁铁15a、15b，从而一对永久磁铁15a、15b在铁芯10的轴心侧呈v字形配置。特别是，如图1所示，永久磁铁15a、15b的横截面的长度方向的长度l2设定为比永久磁铁13a、13b的横截面的长度方向的长度l1长。
39.如以上那样地成为在转子1使一对的永久磁铁以两层构造配置的形态。特别是，在本形态中，图7所示的永久磁铁13a、13b、15a、15b的外周侧磁极面13ou、15ou成为相同的磁极性(s极或n极)。由此，利用永久磁铁13a、13b、15a、15b形成一个主磁极。
40.磁隔断部17a、17b
41.如图1和图6所示，在永久磁铁插入孔12a的q轴侧的端部形成有磁隔断部17a(第一磁隔断部)，该磁隔断部17a沿外周向d轴侧延伸，并且自铁芯10的一端到另一端地沿与电机轴11相同的方向贯穿。
42.同样，在永久磁铁插入孔12b的q轴侧端部也形成有磁隔断部17b(第一磁隔断部)，该磁隔断部17b以d轴为中心与磁隔断部17a轴对称并沿外周向d轴侧延伸，并且自铁芯10的一端到另一端地沿与电机轴11相同的方向贯穿。
43.特别是，磁隔断部17a、17b形成为将图7所示的距d轴的电角a限制在14
°
～46
°
的范围内。磁隔断部17a、17b是孔(空间)，因此与铁芯10相比，导磁率很小，磁通量很难通过，作为磁的阻断部而发挥功能。另外，即使在形成磁隔断部17a、17b的孔(空间)内填充非磁性且导磁率低的金属(例如铝、黄铜等)、粘接剂、清漆和树脂等，也仍为磁隔断部。
44.本实施方式的效果
45.采用以上的转子1的构造，磁隔断部17a、17b形成在转子1的d轴与q轴之间，从而，能使因永久磁铁13a、13b而在转子1的外周面产生的磁通密度分布的变化、特别是在主磁极的周向的两端部分的磁通密度分布接近正弦波。由此，能够有效地减少转子1的转矩脉动以及电磁激振力，实现永久磁铁式电机的噪声以及振动的进一步减少。
46.特别是，磁隔断部17a、17b形成为距d轴以电角a计被限制在14
°
～46
°
的范围内，从而该范围的转子1的磁铁磁通量收到抑制，因此转子1的外周与磁隔断部17a、17b之间的空隙(日文：
ギャップ
)圆周上的磁通密度分布接近正弦波形状。因而，转矩脉动以及电磁激振力减少，能够实现振动以及噪声的进一步减少。并且，通过将电角a设为约46
°
的范围(例如，图6所示的从d轴起的第一个和第二个定子槽22的范围)以下，抑制从磁极中心(d轴)起的第二个齿23的磁铁磁通量，也能确保磁路宽度，因此转矩也提高。另外，上述磁通密度分布的矢径方向成分的13次高次谐波也得到抑制。
47.图2表示不具有磁隔断部17a、17b的图10所示的以往的转子1的空隙磁通密度的波形。另外，图3表示具有磁隔断部17a、17b的转子1的空隙磁通密度的波形。特别是，图3的特
性图表示在从d轴到磁隔断部17a的d轴侧端部的电角a为16
°
的情况下的空隙磁通密度的波形。根据图2与图3的特性图的比较可清楚得知，关于空隙磁通密度，电角a为60
°
以及120
°
前后的磁通密度减少并近似于正弦波形状。并且，在磁隔断部17a、17b距d轴的电角a为14
°
～46
°
的范围内时，特别明显地体现该倾向。
48.在图4中表示到转子1的d轴侧端为止的电角a和空隙磁通密度波形的高次谐波成分的变化，在图5中表示转子1的转矩脉动的变化(标准是电角a＝28
°
)。比较图4和图5的坐标图可知，转矩脉动与13次高次谐波的波形类似。这就启示：通过设置磁隔断部17a、17b，13次高次谐波得到抑制，转矩脉动减少。并且显示：处于若电角a变得过小，13次高次谐波就会增加的倾向，作为能减少13次高次谐波的范围，更优选为14
°
≤a《28
°
。
49.另外，即使本发明的磁隔断部是两层以上的例如后述的三层构造的配置，只要最靠近外周侧的磁隔断部处于与上述相同的范围内，则为与上述同样的倾向。此外，永久磁铁13a、13b、15a、15b的配置状态不限定于上述的“v字”的配置，即使是“倒v字”、“u字形”、“拱形”、“梯形”等，也获得同样的效果。
50.实施方式2
51.图8中例示的实施方式2的转子1在多层地配置于比最靠近外周侧的一对永久磁铁13a、13b靠轴心侧的位置的一对永久磁铁的q轴侧，形成有磁隔断部18a、18b、32a、32b(第二磁隔断部)，该磁隔断部18a、18b、32a、32b形成以转子1的d轴上外径侧端部e为中心的同心的圆弧。
52.在图示的形态中，一对永久磁铁配置为三层。即，从转子1的外周侧到轴心，永久磁铁插入孔12a、12b、永久磁铁插入孔14a、14b和永久磁铁插入孔30a、30b依次配置形成为相对于转子1的d轴轴对称并且配置角度随着靠近转子1的外周而扩大的v字形。另外，永久磁铁插入孔30a、30b形成为比永久磁铁插入孔14a、14b长的圆弧。
53.并且，通过将永久磁铁13a、13b、永久磁铁15a、15b以及永久磁铁31a、31b分别插入于永久磁铁插入孔12a、12b、永久磁铁插入孔14a、14b和永久磁铁插入孔30a、30b，在轴心侧呈v字形配置有一对的永久磁铁13a、13b、15a、15b、31a、31b。另外，如图8所示，永久磁铁31a、31b的横截面的长度方向的长度l3设定为比永久磁铁15a、15b的横截面的长度方向的长度l2长。如以上那样成为在转子1使一对的永久磁铁以三层构造配置的形态。
54.并且，在永久磁铁插入孔14a、14b的q轴侧端部形成有磁隔断部18a、18b，该磁隔断部18a、18b形成以转子1的d轴上外径侧端部e为中心的同心的圆弧并延伸，并且自铁芯10的一端到另一端地沿与电机轴11相同的方向贯穿。
55.同样，在永久磁铁插入孔30a、30b的q轴侧端部也形成有磁隔断部32a、32b，该磁隔断部32a、32b形成以转子1的d轴上外径侧端部e为中心的同心的圆弧并延伸，并且自铁芯10的一端到另一端地沿与电机轴11相同的方向贯穿。
56.采用本形态的转子1的构造，在实施方式1的效果的基础上，由于磁隔断部18a、18b、32a、32b形成为同心的圆弧，所以相比直线状的屏蔽部的形态，磁通量的流动也变得顺畅，也期待转矩的提高以及损失减少的效果。特别是，通过将转子1的d轴端设为圆弧的中心，能够确保磁路宽度，并且能使永久磁铁进一步埋入于转子1的内径侧，因此能够减少磁铁的损失。
57.另外，如该图所示，永久磁铁13a、13b、15a、15b、31a、31b的横截面的长度方向的长
度l1、l2、l3随着自转子1的外周侧向轴心侧去而变长，从而使转子1的磁体转矩进一步提高。
58.此外，如该图所示，配置为v字的一对永久磁铁13a、13b、15a、15b、31a、31b的配置角度随着自转子1的外周侧向轴心侧去而变小，从而各层的d轴侧的该一对永久磁铁间的距离逐渐分开。由此，在各层间发生的磁饱和收到抑制，电抗转矩提高。
59.另外，如图9中例示的转子1的构造所示，可以是：配置于转子1的轴心侧的永久磁铁15分开为多个(例如3个以上)，各个永久磁铁15同心地配置，以转子1的d轴上外径侧端部e为中心。轴心侧的永久磁铁15插入于以转子1的d轴上外径侧端部e为中心的同心地配置为圆弧的永久磁铁插入孔14。采用本形态，多个永久磁铁15如上所述地同心地配置，从而使永久磁铁15的涡流损耗进一步减少。并且，配置在各层的多个永久磁铁的配置随着自转子1的外周侧向轴心侧去而接近u字形，从而使磁通量的流动变得顺畅，电抗转矩进一步提高。
60.附图标记说明
61.1、转子；2、定子；10、铁芯；11、电机轴；12a、12b、14、14a、14b、30a、30b、永久磁铁插入孔；13a、13b、15、15a、15b、31a、31b、永久磁铁；16、辅助磁极部；17a、17b、18a、18b、32a、32b、磁隔断部；21、定子线圈；22、定子槽；23、齿。