永磁體式電動機的制作方法

專利名稱：永磁體式電動機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種在軸方向上排列有多個轉子的永磁體式電動機。
背景技術：
作為電動機，已知一種PM電動機，其具有轉子，其在鐵心中配置永磁體；以及定子，其向鐵心卷繞卷線，配置在轉子的周圍。該PM電動機與其它電動機同樣地，存在產生扭矩波動(扭矩變動、脈動)的問題。其原因在于，在電動機的轉子和定子之間的空隙中的磁通密度波形中含有高頻成分。作為降低該扭矩波動的方法之一，已知有分段偏斜。所謂分段偏斜，是指將轉子在軸向上分成多段，以相鄰轉子的永磁體的軸向位置錯開的方式配置各轉子，通過將各轉子的扭矩波動的相位錯開，而將扭矩波動彼此抵消。但是，如果形成分段偏斜，則在相鄰轉子之間通入鐵心，磁體磁通會短路，其結果， 產生向卷繞在定子上的卷線交鏈的磁通減少的問題。為了防止上述情況，在專利文獻1中公開以下結構，即，在形成分段偏斜的電動機中，在相鄰轉子之間具有墊片。專利文獻1 日本特開2008-289335號公報

實用新型內容但是，在專利文獻1的結構中，由于具有墊片而產生的相鄰轉子間的空隙部不用于產生扭矩。即，存在在電動機的軸長相同的情況下，與配置墊片相對應地扭矩下降的問題。因此，本實用新型的目的在于，在形成有分段偏斜的永磁體式電動機中，不會導致扭矩下降，防止磁體磁通的短路。本實用新型的永磁體式電動機具有多個轉子，其具有在周向上排列的多個永磁體，在電動機軸向上直列地排列；以及定子，其與轉子相對應，配置成同心圓狀，并具有卷線。并且，多個永磁體在與電動機軸向相鄰的轉子之間錯位地排列，對于相鄰轉子間的邊界中的至少一個，在軸向上相鄰的永磁體間的距離比相鄰轉子間的距離短。實用新型的效果根據本實用新型，在轉子中實施所謂分段偏斜，可以防止磁體磁通的短路。另外， 由于在邊界附近永磁體的周圍不是高透磁率的鐵，而是低透磁率的空氣，所以在軸向上磁體磁通難以流動，可以抑制扭矩下降。

圖1是本實用新型所涉及的電動機的剖面圖。圖2是沿圖1的II-II線的剖面圖(其1)。圖3是轉子部分的剖面圖。[0015]圖4(A)、(B)分別為沿圖3的IV I-IV 1線、IV 2-IV 2線的剖面圖。圖5是轉子的永磁體嵌入部的放大圖(其1)。圖6是表示作為比較對象的永磁體未從轉子突出的結構的圖。圖7是用于說明永磁體的軸向磁通量和轉子間隔之間的關系的圖。圖8是表示將永磁體的磁體磁通的特性分解為轉子的鐵心部分和永磁體的突出部分的圖。圖9是表示永磁體的交鏈磁通、與相對于轉子間隔的磁化方向尺寸的比之間的關系的圖。圖10是轉子部分的剖面圖(其2)。圖11是轉子的永磁體嵌入部的放大圖(其2)。
具體實施方式
下面，基于附圖，說明本實用新型的實施方式。首先，簡單地說明使用本實施方式的永磁體式電動機(以下稱為電動機)10的結構。圖1是電動機10的剖面圖。圖2是沿圖1的II-II線的剖面圖。圖3是轉子模塊20 的剖面圖。圖4(A)是沿圖3的IVl-IVl線的剖面圖，圖4(B)是沿IV2-IV2線的剖面圖。圖 5是轉子的永磁體嵌入部分的放大圖。另外，在圖1以及圖3中，后述第1轉子2 和第2轉子22b的間隔相對于電動機 10的軸長的比例，與實際相比較大地示出。如圖1、圖2所示，電動機10由轉子模塊20、定子模塊30和外殼部40構成。定子模塊30配置在轉子模塊20的外周側，在其與轉子模塊20的外周之間設有空隙(徑向氣隙)1。首先，說明轉子模塊20。如圖3所示，轉子模塊20具有1根電動機軸21 ；多個轉子22a、22b ；以及配置在各轉子22a、22b外周附近的永磁體23a、23b。電動機軸21經由各個軸承51、52，可自由旋轉地支持在外殼40的前蓋42以及后蓋43上，一端25作為輸出端部從前蓋42突出。另外，電動機軸21在軸向的中間部具有凸緣24。轉子22a、22b是層疊多個具有磁性的圓盤狀薄板而成的環狀部件，在電動機軸21 的軸向上隔著凸緣M而直列地排列。在這里，轉子22a、22b的材質為鐵。轉子22a、22b例如利用壓入而固定在電動機軸21上。下面，將輸出端部25附近側的轉子2 稱為第1轉子22a，將后蓋43側的轉子22b稱為第2轉子22b。另外，將通過隔著凸緣M而在第1轉子2 和第2轉子22b之間形成的空隙稱為氣隙2。該氣隙2的軸向長度為間隔AL，設定為與圖5所示的磁化方向尺寸M相比較小。另外，作為在第1轉子2 和第2轉子22b之間隔開間隔的結構，也可以不在電動機軸21上設置凸緣對，而在第1轉子2 和第2轉子2 之間夾入墊片。如圖4(a)、(b)所示，在第1轉子22a以及第2轉子22b上，在外周附近通過壓入而在周向上以等間距固定多個(在圖中各8個)永磁體23a、23b。永磁體23a、2!3b為細長的板狀部件，長度方向沿著電動機軸21的軸方向。另外，永磁體23a、2!3b在板面的方向上
4被充磁，使N極和S極在周向上交互排列。另外，第1轉子2 和第2轉子22b，為了實施所謂的分段偏斜，而將相位錯開配置。即，在從電動機軸21的軸方向觀察時，永磁體23a和永磁體23b的位置在周向上錯開規定的角度θ配置。角度θ例如設定為7. 5°的程度。并且，如圖3所示，永磁體23a、2!3b分別從第1轉子22a、第2轉子22b向氣隙2突出。即，分段偏斜邊界附近的在軸向上相鄰的第1轉子2 和第2轉子22b的間隔AL，與分別嵌入的永磁體23a、23b的間隔相比較大。另外，在將永磁體23a、23b的突出量分別設為Li、L2時，設置為突出量Ll和突出量L2相等，且第1轉子2 和第2轉子22b的相對的軸向端面，在不接觸的范圍內盡可能地靠近。下面，說明定子模塊30。如圖1、圖2所示，定子模塊30是由多個定子31a、31b構成的環狀的外定子，與第 1轉子22a、第2轉子22b同心且配置在外側。以下，將與第1轉子2 相對應的定子稱為第1定子31a，將與第2轉子22b相對應的定子稱為第2定子31b。第1定子31a、第2定子31b為在電動機軸21的軸向上層疊多個具有磁性的形成為大致T字狀的薄板的齒33，通過將其在周向上連結而構成環狀。在齒33的層疊體上配置線圈狀的卷線32a、32b。另外，在這里，齒33的材質為鐵。上述定子模塊30固定在側蓋41的內周面上，以使第1定子31a和第1轉子22a、 第2定子31b和第2轉子22b的各個軸向位置一致。固定方法可以是壓入，也可以利用螺栓等。下面，說明上述結構的作用效果。首先，說明永磁體23a、2!3b分別從第1轉子22a、第2轉子22b突出的效果。如果實施分段偏斜，則在軸向上磁體磁通容易流動，即在第1轉子2 和第2轉子 22b之間磁體磁通容易短路，通過第1定子31a、第2定子31b而將卷線3h、32b交鏈的有效磁通減少。其結果，與在相同軸長下沒有實施分段偏斜的結構相比，扭矩下降。該磁通的減少可以通過下述結構防止，S卩，如圖1等所示，使永磁體23a、2!3b分別從第1轉子22a、第2轉子22b突出，將第1轉子2 和第2轉子22b的間隔擴大地配置。其原因在于，圖1所示的結構，為在分段偏斜邊界附近僅去除鐵制轉子的結構， 即，可視為將分段偏斜邊界附近從高透磁率的磁體變更為低透磁率的結構。在上述結構中， 由于可以抑制磁體磁通在軸向上流動，所以其結果，抑制向卷線3h、32b交鏈的磁通的降低，可以抑制電動機10的扭矩下降。另外，由于可以如上所述抑制扭矩下降，所以不必為了滿足電動機10所要求的扭矩，而不必要地使電動機10的軸長延伸，所以電動機10可以成為緊湊的結構。另外，為了進一步增大上述扭矩降低的抑制效果，優選永磁體23a、2!3b分別從第1 轉子22a、第2轉子22b突出。但是，即使永磁體23a、23b中的一者從第1轉子2 或者第 2轉子22b突出，與均不突出的情況相比，也可以得到抑制扭矩下降的效果。下面，說明永磁體23a、23b的突出量L1、L2相等、以及永磁體23a和永磁體2 在不接觸的范圍內盡可能地接近的效果。如果突出量Ll和突出量L2相等，則抑制上述有效磁通的減少的效果，在相對的永磁體23a和永磁體23b中為相同程度。由此，可以降低軸向的磁力不平衡。[0049]通過使永磁體23a和永磁體2 在不接觸的范圍內盡可能地接近，可以盡可能地增加分段偏斜邊界附近的有限空隙內的磁體量。其結果，可以使磁體磁通增多。另外，如果磁體量增多，則磁體的發熱量增大，但由于向分段偏斜邊界附近的空隙中突出的量增多，所以冷卻性提高。下面，說明第1轉子2 和第2轉子22b的間隔Δ L。圖6是在說明本實施方式的效果時，示意地表示作為比較對象的結構(以下稱為現有結構)的轉子部分的圖。現有結構與圖1等示出的本實施方式的結構的不同僅在于， 永磁體23a、2!3b沒有向氣隙2突出。即，轉子模塊20的主體對齊。圖7是用于說明永磁體23a、23b的軸向磁體磁通和間隔Δ L之間的關系的圖。圖 8是將永磁體23a、2!3b分解為向第2轉子22b內埋入的部分(以下稱為轉子鐵心部)和從轉子鐵心部突出的部分(以下，稱為突出部)的圖。圖9是表示相對于間隔AL的磁體磁通的變化特性的圖。各圖中縱軸均表示磁體磁通的變化，橫軸均表示間隔AL相對于磁化方向尺寸M的比例。另外，在縱軸中，間隔AL為零的情況下的磁體磁通為100%。在這里，參照圖7，說明突出部的磁體磁通。AL/M越大，即間隔AL越大，突出部的磁體越大。但是，突出部的磁體磁通，在靠近第1轉子22a、第2轉子22b部分，較多地流向第1轉子22a、第2轉子22b，但越遠離第1轉子22a、第2轉子22b，向空氣中泄露的量越增加，向第1轉子22a、第2轉子22b流入的量越少。S卩，Δ L/M越大，向空氣中泄露的磁通量越增加，軸向的磁通如圖7所示減少。如上所述，通過增大突出部而突出部的磁體增大，但由于軸向的磁體磁通減少，所以如圖7所示突出部的磁體磁通相對于間隔AL具有極值。第1轉子22a、第2轉子22b的磁體磁通的特性，是將突出部的特性和轉子鐵心部的特性合成而成的。在圖8中示出突出部的特性和轉子鐵心部的特性。Δ L/M越大，轉子鐵心部的磁體磁通越減少，其原因在于，Δ L/M越大，轉子鐵心部的軸向長度越短，即轉子鐵心部的磁體越小。另一方面，突出部的磁體磁通如上所示，相對于AL/M具有極值。如果將它們合成，則如圖9所示。另外，在圖9中，為了比較而示出現有結構的磁體磁通特性。在現有結構中，Δ L/M越大，即間隔Δ L越大，與間隔Δ L為零的情況相比磁體磁通越下降。與此相對應，本實施方式的結構相對于AL/M具有極值，在AL/M與大約100% 相比較小的范圍(AL與磁化方向尺寸M相比較小的范圍)內，間隔AL與零的情況相比， 磁體磁通增加。即使在ΔΙ7Μ超過大約100%的范圍內，與現有構成相比，磁體磁通的降低
量也較小。由此可知，如果間隔AL與零相比較大，則可以得到抑制磁體磁通的降低量效果， 但更加優選間隔AL與零相比較大，且小于或等于磁化方向尺寸M的大小。根據以上所述，在本實施方式中，可以得到如下所述效果。(1)轉子22a、22b排列為，將永磁體23a、23b的相位錯開，在相鄰轉子22a、22b的邊界處，在軸向上相鄰的永磁體23a、2 之間的距離比相鄰轉子22a、22b之間的距離短。由此，對轉子22a、22b實施所謂分段偏斜，可以防止磁體磁通的短路。另外，由于在邊界附近處永磁體23a、23b的周圍不是高透磁率的鐵，而是低透磁率的空氣，所以磁體磁通難以在軸向上流動，可以抑制扭矩下降。(2)在軸向上相鄰的永磁體23a、2 之間的距離比相鄰轉子22a、22b之間的短的邊界處，在相鄰轉子22a、22b之間存在氣隙2，永磁體23a、2!3b從相鄰轉子22a、22b中的任一個向氣隙2突出。如果僅某一方突出，則從永磁體23a或者永磁體23b中的突出側的前端至相對的第1轉子2 或者第2轉子22b為止的距離變短，易產生磁體磁通的短路。但是如上所述，如果從兩側突出，則從永磁體23a、2!3b的前端至相對的轉子22a、22b為止的距離與僅從一側突出的情況相比變大，可以降低短路的磁體磁通。(3)由于永磁體23a、2!3b向氣隙2的突出量相等，所以在永磁體23a、2!3b處短路磁體磁通的降低效果為相同程度，可以得到軸向的磁化平衡。(4)由于向氣隙2突出的永磁體23a、2!3b在彼此不接觸的范圍內盡可能地接近，所以有效地應用氣隙2，磁體量增加，從而使磁體磁通增加。(5)通過使氣隙2的軸向長度Δ L大于零而小于或等于永磁體23a、23b的磁化方向尺寸M，與永磁體23a、2!3b沒有向氣隙2突出的情況相比，可以使磁體磁通增加。另外，本實用新型不限定于上述實施方式，當然可以在權利要求書記載的技術思想的范圍內進行各種變更。例如，永磁體23a、23b也可以不如圖4所示，與第1轉子22a、第2轉子22b的切線平行地配置，而是如圖11所示配置為，相對于第1轉子22a、第2轉子22b的切線形成角度。也可以為將永磁體23a、2;3b粘貼在轉子22a、22b的外周面上的結構。另外，也可以在直列排列大于或等于3個轉子的情況下使用。在該情況下，只要對于至少一個分段偏斜使用上述實施方式即可。并且，如圖10所示，也可以將由與在轉子鐵心部中使用的材質相比低透磁率的材質形成的固定部件50插入到氣隙2中，利用該固定部件50保持第1轉子2 和第2轉子 22b的間隔。另夕卜，圖10與圖3同樣為沿著電動機10的軸向的剖面圖，圖11與圖4同樣為沿著與轉子22的旋轉軸垂直方向的剖面圖。
權利要求1.一種永磁體式電動機，其具有多個轉子，其在電動機軸向上直列地排列，具有在周向上排列的多個永磁體；以及定子，其相對于所述轉子以同心圓狀配置，并具有卷線， 其特征在于，所述多個永磁體，在所述電動機軸向上相鄰的轉子間錯開地排列， 對于相鄰的所述轉子間的邊界中的至少一個，在軸向上相鄰的所述永磁體間的距離比相鄰所述轉子間的距離短。
2.根據權利要求1所述的永磁體式電動機，其特征在于，在所述電動機軸向上相鄰的永磁體間的距離比在所述電動機軸向上相鄰的轉子間的距離短的邊界處，相鄰的所述轉子之間存在空隙，所述永磁體從相鄰的所述轉子中分別向所述空隙突出。
3.根據權利要求2所述的永磁體式電動機，其特征在于， 對于在軸向上相鄰的所述永磁體，所述永磁體向所述空隙的突出量相等。
4.根據權利要求2或者3所述的永磁體式電動機，其特征在于，向所述空隙突出的所述永磁體，在彼此不接觸的范圍內盡可能地接近。
5.根據權利要求2或者3所述的永磁體式電動機，其特征在于，所述空隙的軸向長度，比零大且小于或等于所述永磁體的磁化方向尺寸。
6.根據權利要求4所述的永磁體式電動機，其特征在于，所述空隙的軸向長度，比零大且小于或等于所述永磁體的磁化方向尺寸。
專利摘要本實用新型涉及一種實施所謂分段偏斜的永磁體式電動機，其防止磁體磁通的短路，抑制扭矩下降。在該永磁體式電動機中具有多個轉子(22a、22b)，其在電動機軸(21)方向上直列地排列，具有在周向上排列的多個永磁鐵(23a、23b)；以及定子(31a、31b)，其與轉子(22a、22b)相對應，以同心圓狀配置，具有卷線(32a、32b)，在周向上排列的多個永磁體(23a、23b)，以在與電動機軸方向相鄰的轉子(22a、22b)之間錯開的方式排列，對于相鄰轉子(22a、22b)間的邊界中的至少一個，在軸向上相鄰的永磁體(23a、23b)的距離比相鄰轉子(22a、22b)間的距離短。
文檔編號H02K16/00GK202009315SQ20112007105
公開日2011年10月12日 申請日期2011年3月17日 優先權日2010年3月17日
發明者仲田徹, 大木俊治, 村田浩一 申請人:日產自動車株式會社