專利名稱：電旋轉機器的轉子的制作方法
技術領域：
本發明涉及電旋轉機器的轉子，該電旋轉機器例如為在機動車輛中使用的電動機和發電機。
背景技術：
如
圖11所示，常規的汽車電機10包括旋轉軸11、轉子14和定子18。轉子14包括環形轉子芯12和多個永磁體13。轉子芯12通過在旋轉的軸向方向上層合多個環形鋼板而形成并被固定到旋轉軸11的外周。此外，在轉子芯12中，形成有多個通孔12a，所述多個通孔12a軸向地穿透轉子芯12并且以預定的間隔沿轉子芯12的周向方向布置。永磁體13被分別保持在轉子芯12的通孔12a中相應的一個中。定子18包括環形定子芯17和定子 線圈16。定子芯I 7具有沿著其周向方向在其徑向內周表面中形成的多個槽(未示出)。定子芯17以定子芯17與轉子芯12之間設置有預定間隙的方式相對于轉子芯12的外周表面同軸地設置。定子線圈16纏繞在定子芯17上。圖12示出了在沿環形轉子14的周向方向被分成多個節段的環形轉子14中，分別與兩個磁極相對應的兩個相鄰的轉子芯節段14-1和14-2。如圖12所示，永磁體13-1和13-2被嵌入在設置于轉子芯12的外周的附近的通孔12a中。在圖12中示出的示例中，當沿著轉子芯12的軸向方向觀察時，在對應于一個磁極的左側轉子芯節段14-1中，一對永磁體13-1相對于轉子芯節段14-1的徑向中心線LI對稱地布置成以相對于徑向中心線LI的預定傾斜角度彼此相對。所述一對永磁體13-1被布置成與嵌入在右側轉子芯節段14-2中的一對永磁體13-2在極性上相反。例如，所述一對永磁體13-1被布置成在徑向外側為N極而在徑向內側為S極；相鄰的所述一對永磁體13-2被布置成在徑向外側為S極而在徑向內側為N極。包括該類型的轉子的電機例如在專利文獻I中被公開。[現有技術文獻][專利文獻][專利文獻I]日本未審專利申請公開No.2001-5427
發明內容
[本發明要解決的問題]在上述常規的電機10的轉子14中，由轉子芯節段產生的磁通勢的波形——如在圖13中用虛線Amp所表示的——具有這樣的波的形狀以轉子14的外周表面作為O基準線，該波的形狀在永磁體13-1的一些部分處以梯形的形狀徑向向外地突出，同時在相鄰的永磁體13-2的一些部分處以梯形的形狀徑向向內地凹入。假定僅包括能夠取出作為電機的轉矩的磁通勢的第一次分量的理想的情況，則磁通勢的波形Amp呈以給定的間隔彼此相鄰的成對的永磁體13之間的正弦波的形式。然而，實際上，如圖14(a)所示，當在從O度到360度的電氣角的范圍中概略性地表示磁通勢的波形Amp時，90度(π/2)的位置處的振幅(為相對值，因而是無量綱的)與270度(3 31/2)的位置處的振幅在相位上相反。此外，如圖14(b)所示，除了振幅最大的第一次分量以外，磁通勢還包括與第一次分量相比振幅逐漸減小的第三次、第五次、...以及第十九次諧波分量。因此，磁通勢的波形Amp的形狀變為如圖15所示的梯形。此外，在磁通勢的波形Amp中，如圖15所示，距離O基準線的高度等于B的連接線具有2 Ji · Duty的寬度，連接線的中心在Ji/2 ( = 90度)的電氣角處；從連接線的端部分別傾斜地延伸到O基準線的斜線具有2 π -Slope的寬度。轉子芯節段14-1中的與磁通勢的波形Amp的部分相對應的部分的尺寸在圖13中通過對與圖15中相同的附圖標記添加后綴Q來示出。也就是說，這些尺寸被示出為2JI * DutyQ,2 π · SlopeQ和KQ。如上所述，轉子14的磁通勢實際上包括構成了磁通的沒用的分量的諧波分量，這導致了增大轉子10的鐵損的問題。換言之，在不具有諧波分量的情況下效率是最高的，但效率隨著諧波分量增大而降低。本發明鑒于上述情況而做出，其目的是解決提供一種電旋轉機器的轉子的問題， 該轉子能夠降低由于轉子產生的磁通勢的諧波分量而導致的鐵損，從而提高效率。[解決問題的手段]本申請的發明人已經進行了各種研究和分析，以降低由于轉子產生的磁動勢的諧波分量而導致的鐵損(在下文中，也將稱作“諧波鐵損”)，并且發現，通過降低磁通勢的諧波分量能夠降低諧波鐵損。此外，發明人還已經進行了研究和分析，以確定轉子的哪個部分對諧波鐵損的產生造成影響，并且發現，作為僅對磁通勢的諧波分量產生影響的因素，轉子的表面形狀的影響是最大的。基于上述發現，本申請的發明人認真地進行了研究，將注意力集中于由轉子產生的磁通勢的波形。因此，發明人確定了下述因素(1)-(3)，從而完成了本發明。(I)能夠通過適當地設定磁通從轉子的外周表面產生的范圍(弧角)來消除磁通勢的任何階次的諧波分量。(2)能夠通過適當地設定轉子的表面上磁通密度快速變化的區域中的磁通變化的斜率來消除磁通勢的任何階次的諧波分量。(3)能夠通過適當地設定轉子的表面上磁通密度快速變化的區域中的磁通的峰值來消除磁通勢的任何階次的諧波分量。也就是說，權利要求I中陳述的為了解決上述問題而做出的第一項發明提供了一種電旋轉機器的轉子。該轉子包括環形轉子芯和嵌入在轉子芯中的多個永磁體。通過永磁體在轉子芯的外周的附近形成多個磁極。磁極以預定的間隔沿轉子芯的周向方向布置，使得磁極的極性沿周向方向在N極與S極之間交替。由轉子產生的磁通勢的波形由與磁極分別相對應的多個部分組成。當沿著轉子芯的軸向方向觀察時，波形的部分從由轉子芯的外周表面限定的O基準線徑向向外地突出，或者從O基準線徑向向內地凹入。在波形的所述部分中，徑向向外地突出的部分與徑向向內地凹入的部分沿所述轉子芯的周向方向交替地布置。波形的部分中的每個均包括兩條斜線并且包括連接線，所述兩條斜線中的每條均從O基準線相對于轉子芯的徑向方向傾斜地延伸，該連接線沿轉子芯的周向方向連接所述兩條斜線。將連接線的周向寬度表示為2 Ji · Duty，斜線的周向寬度表示為2 Ji · Slope，斜線的徑向高度表示為B，磁通勢的諧波分量的次數表示為n，并且將第η次諧波分量的振幅表示為Amp1，則滿足以下關系SloPe = k/n(這里，k為任意的自然數)。第η次諧波分量的振幅由下式⑴確定
權利要求
1.一種電旋轉機器的轉子，所述轉子包括環形轉子芯和嵌入在所述轉子芯中的多個永磁體，其中， 通過所述永磁體在所述轉子芯的外周的附近形成多個磁極， 所述磁極以預定的間隔沿所述轉子芯的周向方向布置成使得所述磁極的極性沿所述周向方向在N極與S極之間交替， 由所述轉子產生的磁通勢的波形由與所述磁極分別相對應的多個部分組成， 當沿著所述轉子芯的軸向方向觀察時，所述波形的所述部分從由所述轉子芯的外周表面限定的O基準線徑向向外地突出，或者從所述O基準線徑向向內地凹入， 在所述波形的所述部分中，徑向向外地突出的部分與徑向向內地凹入的部分沿所述轉子芯的周向方向交替地布置， 所述波形的所述部分中的每個均包括兩條斜線并且包括連接線，所述兩條斜線中的每條均從所述O基準線相對于所述轉子芯的徑向方向傾斜地延伸，所述連接線沿所述轉子芯的周向方向連接所述兩條斜線，并且 將所述連接線的周向寬度表示為2 Ji · Duty，所述斜線的周向寬度表示為2 Ji -Slope,所述斜線的徑向高度表示為B，所述磁通勢的諧波分量的次數表示為n，并且將第η次諧波分量的振幅表示為Amp1,則滿足以下關系Slope = k/n (這里，k為任意的自然數)， 所述第η次諧波分量的振幅由下式(I)確定
2.一種電旋轉機器的轉子，所述轉子包括環形轉子芯和嵌入在所述轉子芯中的多個永磁體，其中， 通過所述永磁體在所述轉子芯的外周的附近形成多個磁極， 所述磁極以預定的間隔沿所述轉子芯的周向方向布置成使得所述磁極的極性沿所述周向方向在N極與S極之間交替， 由所述轉子產生的磁通勢的波形由與所述磁極分別相對應的多個部分組成， 當沿著所述轉子芯的軸向方向觀察時，所述波形的所述部分從由所述轉子芯的外周表面限定的O基準線徑向向外地突出，或者從所述O基準線徑向向內地凹入， 在所述波形的所述部分中，徑向向外地突出的部分與徑向向內地凹入的部分沿所述轉子芯的周向方向交替地布置， 所述波形的所述部分中的每個均包括兩條斜線并且包括連接線，所述兩條斜線中的每條均從所述O基準線相對于所述轉子芯的徑向方向傾斜地延伸，所述連接線沿所述轉子芯的周向方向連接所述兩條斜線，并且 將所述連接線的周向寬度表示為2 Ji · Duty，所述斜線的周向寬度表示為2 Ji -Slope,所述斜線的徑向高度表示為B，所述磁通勢的諧波分量的次數表示為n，并且將第η次諧波分量的振幅表示為Amp1,則滿足以下關系Duty+Slope = k/n (這里，k為任意的自然數)，所述第η次諧波分量的振幅由下式(I)確定
3.根據權利要求I或2所述的電旋轉機器的轉子，其中，所述轉子芯由與所述磁極分別相對應的多個節段組成，并且 在所述轉子芯的每個節段的外周表面中，設置有徑向向內地凹入并且沿旋轉的軸向方向延伸的多個槽，或者設置有徑向向外地突出并且沿旋轉的軸向方向延伸的多個突起。
4.根據權利要求3所述的電旋轉機器的轉子，其中，在所述轉子芯的每個節段中，所述槽或所述突起被設置在所述永磁體所存在的周向范圍內，并且被布置在這樣的位置當沿著所述轉子芯的軸向方向觀察時，所述槽或所述突起關于由所述永磁體形成的相應的磁極的周向中心線對稱。
5.根據權利要求4所述的電旋轉機器的轉子，其中，在所述轉子芯的每個節段中，所述槽或所述突起中的每個均從所述永磁體所存在的所述周向范圍的一個外端朝向所述范圍的內側以給定寬度形成。
6.一種電旋轉機器的轉子，所述轉子包括環形轉子芯和嵌入在所述轉子芯中的多個永磁體，其中， 通過所述永磁體在所述轉子芯的外周的附近形成多個磁極， 所述磁極以預定的間隔沿所述轉子芯的周向方向布置成使得所述磁極的極性沿所述周向方向在N極與S極之間交替， 在所述轉子芯的外周表面中，在每個所述磁極的周向中心處，設置有徑向向內地凹入并且沿旋轉的軸向方向延伸的槽，或者設置有徑向向外地突出并且沿旋轉的軸向方向延伸的突起， 由所述轉子產生的磁通勢的波形由與所述磁極分別相對應的多個部分組成， 當沿著所述轉子芯的軸向方向觀察時，所述波形的所述部分從由所述轉子芯的外周表面限定的O基準線徑向向外地突出，或者從所述O基準線徑向向內地凹入， 在所述波形的所述部分中，徑向向外地突出的部分與徑向向內地凹入的部分沿所述轉子芯的周向方向交替地布置， 所述波形的所述部分中的每個均包括兩條第一斜線并且包括第一連接線，所述兩條第一斜線中的每條均從所述O基準線相對于所述轉子芯的徑向方向傾斜地延伸，所述第一連接線沿所述轉子芯的周向方向連接所述第一斜線， 所述第一連接線包括兩條第二斜線并且包括第二連接線，所述兩條第二斜線中的每條均相對于所述轉子芯的徑向方向傾斜地延伸，所述第二連接線沿所述轉子芯的周向方向連接所述第二斜線，并且 將所述第一連接線的周向寬度表示為2π ^Duty1，所述第一斜線的周向寬度表示為2π · Slope1，所述第一斜線的徑向高度表示為B1，所述第二連接線的周向寬度表示為2JI · Duty2，所述第二斜線的周向寬度表示為2JI · Slope2，所述第二斜線的徑向高度表示為B2,所述磁通勢的諧波分量的次數表示為η，并且將第η次諧波分量的振幅表示為由下式(2)確定的Amp2,則B2滿足下式(3)
全文摘要
由所公開的轉子產生的磁通勢的波形包括多個部分，所述多個部分中的每一個與該轉子所具有的多個磁極中的一個相對應。當沿著轉子芯的軸向方向觀察時，將轉子芯的外表面限定為0基準線，則每個部分具有兩條斜線并且具有連接線，每條斜線均從0基準線相對于轉子芯的徑向方向傾斜，連接線沿轉子芯的周向方向連接兩條斜線。所公開的轉子構造成使得Slope＝k/n(其中k為任意的自然數)，其中連接線的周向寬度為2π·Duty，斜線的周向寬度為2π·Slope，每條斜線的徑向高度為B，磁通勢的諧波分量的次數為n，并且第n次諧波分量的振幅為Amp1(n)，如下式(1)所表示(1)Amp1(n)＝(4B/nπ)×{sin(nπ·Slope)/nπ·Slope}×sin{nπ(Duty+Slope)}。
文檔編號H02K1/22GK102893499SQ201180023719
公開日2013年1月23日 申請日期2011年5月12日 優先權日2010年5月13日
發明者宇鷹良介 申請人:株式會社電裝