專利名稱：轉子鐵心、轉子以及旋轉電機的制作方法
技術領域：
本文所討論的實施方式涉及轉子鐵心、轉子以及旋轉電機。
背景技術：
永磁體旋轉電機作為旋轉電機(諸如電動機和發電機)是公知的。永磁體旋轉電機包括定子和轉子，在定子和轉子之間限定有氣隙，所述轉子具有沿轉子鐵心的周向方向布置的多個永磁體，所述定子布置成面向轉子的外周面。這類旋轉電機包括:表面永磁體(SPM)旋轉電機，該SPM旋轉電機具有相對于轉子鐵心的外周面布置的永磁體；以及內部永磁體(IPM)旋轉電機，該IPM旋轉電機具有嵌入在轉子鐵心內部的永磁體。IPM旋轉電機具體地廣泛使用在例如機床、電動車輛和機器人的領域中。然而，現有技術的旋轉電機在降低從永磁體之間泄漏的磁通方面存在進一步改進的余地。如本文所使用的，從永磁體之間泄漏的磁通是指從永磁體出來而流到另一個永磁體但不流經定子的磁通。當發生這樣的磁通泄漏時，有助于旋轉電機的輸出的有效磁通因磁通泄漏而降低，而導致旋轉電機的輸出降低。因此，優選地，降低旋轉電機中磁通泄漏的發生。本發明的一個方面的目的在于提供一種能夠降低永磁體的磁通泄漏的轉子鐵心、轉子以及旋轉電機。
發明內容
根據本發明一個方面的轉子鐵心具有多個磁體開口和空腔部。所述磁體開口沿周向方向彼此鄰接(juxtaposition)。在所述磁體開口中插入有永磁體。所述空腔部均相對于夾設在這些磁體開口之中的如下兩個磁體開口之間的區域形成，所述兩個磁體開口供相互鄰近并且相對于徑向方向具有彼此相反的磁極方向的永磁體插入其中。根據本發明的一個方面，能夠降低永磁體的磁通泄漏。
結合附圖考慮下列詳細說明，將能夠容易地實現對本發明以及本發明的附帶優點的更全面的理解，在附圖中:圖1是示出當從軸的軸向方向觀看時根據第一實施方式的馬達的示意圖；圖2是示出根據第一實施方式的轉子鐵心的布置的示意圖；圖3是示出在圖2所示的磁體開口部的周圍的部分的放大圖；圖4是示出在圖3所示的第二開口部周圍的部分的放大圖；圖5A和圖5B是示出第二開口部的其它示例性形狀的圖示；圖6是示出當從軸的軸向方向觀看時根據第二實施方式的馬達的示意圖；圖7是示出根據第二實施方式的轉子鐵心的布置的示意圖8是示出空腔部周圍的部分的放大示意圖；圖9是示出磁體開口部的布置的示意圖；圖1OA是示出第二開口部周圍的部分的放大示意圖；圖1OB是示出第二開口部的布置的示意圖；圖1lA至圖1lE是示出空腔部的其它布置的示意圖；圖1lF是示出轉子鐵心的另一布置的示意圖；以及圖12是示出第二開口部的另一布置的示意圖。
具體實施例方式以下將參照附圖詳細地描述根據本申請中公開的優選實施方式的轉子鐵心、轉子和旋轉電機。應注意，下文待述的實施方式不旨在限制本發明。例如，雖然本申請中公開的旋轉電機將被描述為示例性馬達，但是本申請中公開的旋轉電機例如可以是發電機。第一實施方式以下將參照圖1描述根據第一實施方式的馬達的布置。圖1是示出當從軸的軸向方向觀看時根據第一實施方式的馬達的示意圖。參照圖1，根據第一實施方式的馬達I包括轉子10、定子20以及軸30。轉子10包括轉子鐵心11和永磁體12。轉子鐵心11是由層壓在一起的諸如電磁鋼板之類的大量薄板(電磁鋼板形成體)形成的筒形構件(電磁鋼板的層壓件)。永磁體12在轉子鐵心11內側沿周向方向布置。轉子10安裝在軸30上，從而能夠以軸30為中心軸線旋轉。定子20布置成面向轉子10的外周面，而在該定子與轉子之間限定氣隙。定子20包括定子鐵心21和定子繞組22。定子鐵心21為大體筒狀構件，該筒狀構件在內周側具有沿著周向方向形成的大量齒211，這些齒均沿徑向向內突出。齒211之間的間隔稱為槽212。利用絕緣包覆電線纏繞的定子繞組22收納在各槽212內。注意，定子繞組22能夠以分布式繞組的方式纏繞；然而，定子繞組22還可以以集中繞組的方式纏繞。當電流流過定子20的定子繞組22時，在定子20的內部產生旋轉磁場。該旋轉磁場和由轉子10的永磁體12產生的磁場相互作用以使轉子10旋轉。轉子10的旋轉導致軸30隨之一起旋轉。在根據第一實施方式的馬達I中，構成單極的永磁體12包括第一磁體12a和第二磁體12b。第一磁體12a和第二磁體12b的磁極方向相對于徑向方向彼此相同，并且該第一磁體12a和第二磁體12b布置成使得該第一磁體12a和第二磁體12b之間的間隔形成朝向轉子鐵心11的外周側變寬的V形。例如，參照圖1，如果第一磁體12a布置成使得其N極位于外周側，則與該第一磁體12a成對的第二磁體12b也布置成使得其N極位于外周側。彼此相鄰的永磁體12布置成使得磁極方向相對于徑向方向彼此相反。例如，參照圖1，包括具有面向旋轉中心側的N極的第一磁體12a和第二磁體12b的永磁體12布置成與具有面向外周側的N極的第一磁體12a和第二磁體12b中的對應一個磁體相鄰。這里應注意，在現有技術的旋轉電機中，永磁體能夠因例如電樞反應而由來自定子的相反磁場消磁。永磁體的消磁是指永磁體的殘余磁通減少。永磁體的這種消磁成為旋轉電機的性能劣化的原因。因此，根據第一實施方式的馬達I在永磁體12的趨于發生消磁的部分周圍的區域中具有預定氣隙。具體地，永磁體12將不被插入其中的部分(稍后待述的第二開口部112b、113b)相對于形成在轉子鐵心11中的用于供插入永磁體12的磁體開口形成。這有助于即使產生來自定子的相反磁場也難以使永磁體12發生消磁。在現有技術的旋轉電機中可發生來自永磁體之間的磁通泄漏。當發生這種磁通泄漏時，有助于旋轉電機的輸出的有效磁通因磁通泄漏而降低，而導致旋轉電機的輸出降低。馬達I因此相對于夾設在相鄰的永磁體12之間的區域具有空腔部111。結果，具有低導磁率的空氣層介于泄漏磁通的磁路中，從而能夠降低磁通泄漏。這將在稍后參照第二實施方式進行描述。以下將具體地描述轉子鐵心11的布置。圖2是示出根據第一實施方式的轉子鐵心11的布置的示意圖。參照圖2，轉子鐵心11具有沿周向方向彼此鄰接地形成的磁體開口部114，各磁體開口部114均包括一組第一磁體開口 112和第二磁體開口 113。各磁體開口部114均布置成使得第一磁體開口 112和第二磁體開口 113相對于以45度的極距角設置的極距線P彼此對稱。第一磁體開口 112是待供插入第一磁體12a (參見圖1)的開口。第二磁體開口113是待供插入第二磁體12b (參見圖1)的開口。第一磁體開口 112和第二磁體開口 113布置成使得它們之間的間隔形成朝向外周側變寬的V形。這里描述在轉子鐵心11中形成八組磁體開口部114的示例性布置；然而，在轉子鐵心11中形成的磁體開口部114的組的數量不局限于八個。以下將參照圖3具體地描述磁體開口部114的布置。圖3是示出在磁體開口部114周圍的部分的放大圖。注意，圖3示出第一磁體12a和第二磁體12b分別插入第一磁體開口 112和第二磁體開口 113中的情況。參照圖3，第一磁體開口 112具有將第一開口部112a、第二開口部112b和第三開口部112c連接在一起的形狀。類似地，第二磁體開口 113具有將第一開口部113a、第二開口部113b和第三開口部113c連接在一起的形狀。注意，由于第一磁體開口 112和第二磁體開口 113是對稱構造，因此以下將僅描述第一磁體開口 112的形狀。第一開口部112a沿著第一磁體12a的輪廓形成。具體地，第一磁體12a是矩形永磁體，從而第一開口部112a形成為矩形。第一磁體12a插入第一開口部112a中。第二開口部112b形成在其中使第一磁體12a和第二磁體12b最靠近在一起的位置附近。具體地，第二開口部112b形成為覆蓋角部120a的形狀，在第一磁體12a的角部之中，該角部120a最靠近第二磁體12b。角部120a是其中第一磁體12a中趨于發生消磁的部位。具體地，因例如電樞反應而產生的相反磁通(具體地，從定子20流向轉子鐵心11的中心的磁通)趨于集中在第一磁體12a和第二磁體12b之間的區域處。結果，第一磁體12a的最靠近第二磁體12b布置的角部120a更易消磁。具體地，第一磁體12a的角部120a與第二磁體12b的最靠近第一磁體12a的角部120b之間的區域與其它部分相比較窄。這導致從定子20流向轉子鐵心11的中心的磁通進
一步趨于集中。與之對比，根據第一實施方式的轉子鐵心11具有形成為覆蓋第一磁體12a的角部120a的第二開口部112b。這導致在轉子鐵心11與第一磁體12a的角部120a之間形成氣隙。氣隙中的空氣具有比形成轉子鐵心11的諸如鐵的金屬更低的導磁率。因此，在角部120a和第二開口部112b之間限定有氣隙的情況下覆蓋角部120a的第二開口部112b使得更難以發生角部的消磁。以下將參照圖4描述第二開口部112b的更詳細的布置。圖4是示出圖3中所示的第二開口部112b周圍的部分的放大圖。參照圖4，第二開口部112b形成為用于覆蓋位于第一磁體12a (參見圖3)的外周側的側面121的一部分并覆蓋第一磁體12a (參見圖3)的面向第二磁體12b (參見圖3)的側面122的一部分的形狀。注意，包括側面121的所述一部分和側面122的所述一部分兩者的部分構成第一磁體12a的角部120a。第一磁體開口 112和第二磁體開口 113之間的區域被稱為橋部。例如由電樞反應產生的磁通主要穿過該橋部。角部120a布置在遠離橋部110的位置處。因此，與角部120a布置在鄰近橋部110的位置處的情況相比，角部120a較少受消磁的影響。另外，第二開口部112b形成為導致位于外周側的側表60c和位于第一磁體12a中的外周側的側面121之間的距離LI朝向橋部110增大的形狀。具體地，第二開口 112b的形狀越大，一方面，第一磁體12a越較少受消磁的影響；另一方面，從第一磁體12a流向定子20的有效磁通越可能受到第二開口部112b阻礙。因此，通過將第二開口部112b形成為使得在越靠近第一磁體12a的角部120a的位置處距離LI也越大，而能夠防止有效磁通降低，并且同時使得更難以發生第一磁體12a的角部120a的消磁。在第一實施方式中，角部120a布置在遠離橋部110的位置處。因此與角部120a未布置在遠離橋部Iio的位置處的情況相比，角部120a不太可能被消磁。因此，與角部120a未布置在遠離橋部110的位置處的情況相比，距離LI能夠形成得較小。距離LI越小，有效磁通越不太可能受第二開口部112b阻礙。因此，在第一實施方式中，能夠進一步防止有效磁通的降低。進一步參照圖4，第二開口部112b、113b分別具有側面60a、60b，所述側面60a、60b
彼此面對并且彼此平行地延伸。具體地，橋部110是在轉子鐵心11中具有較低強度的區域。因此，使得側面60a、60b形成為彼此平行地延伸會防止橋部110的強度降低并且防止角部120a容易消磁。圖4例示出其中第二開口部112b、113b的彼此面對的側面60a、60b彼此平行地延伸的情況。然而，側面60a、60b可以不必彼此平行地延伸。在第一實施方式中，第二開口部112b、113b形成為使得在第二開口部112b、113b之間的橋部110中出現磁飽和。當出現磁飽和時，不再有磁通流過橋部110。具體地，流過橋部Iio的磁通的量被限制，從而能夠降低第一磁體12a的磁通泄漏并且由此能夠防止有效磁通的降低。
注意，當橋部110飽和時，能夠降低第一磁體12a的磁通泄漏并且能夠抑制有效磁通的降低，然而角部120a趨于被消磁。相反地，如果橋部110不飽和，則角部120a不趨于被消磁；但是第一磁體12a的磁通泄漏增加并且有效磁通趨于降低。可以考慮到前面的因素來確定橋部110的寬度，并且在第一實施方式中，橋部110將要飽和。然而，這不是唯一可行的布置。注意，為了使橋部110易于飽和，僅必須將寬度形成得較窄。相反地，為了使橋部110難以飽和，僅必須將寬度形成得較寬。圖5A示出了第二開口部的另一示例性形狀。例如，參照圖5A，第二開口部112b_l、113b_l的彼此面對的側面60a_l、60b_l可以成形為朝向外周側彼此遠離。為了更可靠地防止角部120a消磁，優選地，通過縮短橋部110的長度而使得磁通盡可能多地流過橋部110，對于前述布置能夠防止角部120a被消磁:具體地，角部120a被由于所涉及的磁飽和而未能流過橋部110且由此例如流過第二開口部112b的磁通來消磁。因此，在第一磁體12a的面對第二磁體12b的側面122中，優選地，從角部120a的頂點al到第二開口部112b的端部a3的長度L2比側面122的長度(從頂點al到頂點a2的長度)的1/2要短。換種方式來表述，優選地，長度L2比沿第一磁體12a的側向方向的側面的長度的1/2要短。但是，從頂點al到第二開口部112b的端部a3的長度不僅僅局限于前面所述。圖5B示出了第二開口部的又一示例性形狀。例如，參照圖5B，從頂點al到第二開口部112b_2的端部a3_l的長度L3可以比第一磁體12a的側面122的長度(從頂點al到頂點a2的長度)的1/2要長。換種方式來表述，優選地，長度L3可以比沿第一磁體12a的側向方向的側面的長度的1/2要長。這致使磁通難以流過橋部110_1，從而在正常操作期間能夠降低通過橋部110_1泄漏到第一磁體12a的磁通的量。回至參照圖3，將描述第三開口部112c。第三開口部112c是從第一開口部112a的端部朝向外周側延伸的延伸部。第三開口部112c形成為通過在第三開口部112c和轉子鐵心11的外周之間的區域中產生磁飽和而降低磁通泄漏。具有第三開口部112c使得第一磁體開口 112與轉子鐵心11的外周之間的間隔變窄。結果，趨于在第三開口部112c和轉子鐵心11的外周之間的區域中出現磁飽和，這使得磁通難以流過該區域。由于泄漏磁通通過該區域流到S極，因此具有第三開口部112c能夠降低磁通泄漏。如至此所述的，根據第一實施方式的轉子鐵心具有一對磁體開口，該一對磁體開口布置成使得它們之間的間隔朝向外周側變寬，在這一對磁體開口中插入一對永磁體，這對永磁體的磁極方向相對于徑向方向彼此相同。磁體開口均具有將第一開口部和第二開口部連接在一起的形狀。第一開口部沿著永磁體的輪廓形成。當將永磁體插入第一開口部中時，第二開口部在預定氣隙的情況下覆蓋永磁體的角部，在永磁體的所有角部之中，該角部最靠近另一永磁體。第二開口部在該第二開口部和另一磁體開口中的第二開口部之間形成橋部。因此，在根據第一實施方式的轉子鐵心中，能夠使得難以發生永磁體的消磁。第二實施方式
例如形成在轉子鐵心中的磁體開口的形狀不局限于上述第一實施方式中例示的形狀。以下將描述包含在轉子鐵心中的其它示例性形狀。圖6是示出當從軸的軸向方向觀看時根據第二實施方式的馬達的示意圖。在下列說明中，與上述部件相同或對應的部件被標以與第一實施方式中使用的附圖標記相同的附圖標記，并且將不再對這些部件進行重復說明。參照圖6，根據第二實施方式的馬達1_1包括轉子10_1、定子20以及軸30。轉子10_1包括轉子鐵心11_1和永磁體12。轉子鐵心11_1中相對于夾設在相鄰永磁體12之間的區域形成有空腔部111_1。與根據第一實施方式的馬達I相似，根據第二實施方式的馬達1_1包括第一磁體12a和第二磁體12b，第一磁體12a和第二磁體12b布置成使得它們之間的間隔形成朝向轉子鐵心11_1的外周側變寬的V形。這里將以示例性布置描述馬達1_1，該示例性布置包括與根據第一實施方式的永磁體12相同的永磁體12。但是注意，馬達1_1可包括與永磁體12的類型不同的永磁體類型。另外，這里將以示例性布置描述馬達1_1，該示例性布置包括與根據第一實施方式的定子20和軸30相同的定子20和軸30。但是注意，馬達1_1可包括與定子20和軸30的類型不同的定子和軸的類型。以下將參照圖7描述根據第二實施方式的轉子鐵心11_1的布置。圖7是示出根據第二實施方式的轉子鐵心11_1的布置的示意圖。參照圖7，轉子鐵心11_1具有沿周向方向彼此鄰接地形成的磁體開口部114_1，每個磁體開口部114_1均包括一組第一磁體開口 112_1和第二磁體開口 113_1。每個磁體開口部114_1均布置成使得第一磁體開口 112_1和第二磁體開口 113_1相對于以45度的極距角布置的極距線P彼此對稱。第一磁體開口 112_1是供第一磁體12a插入的開口。第二磁體開口 113_1是供第二磁體12b插入的開口。第一磁體開口 112_1和第二磁體開口 113_1布置成使得它們之間的間隔形成朝向外周側變寬的V形。參照圖7，相對于區域R形成空腔部111_1。區域R夾設在第一磁體開口 112_1和這樣的第二磁體開口 113_1之間，該第二磁體開口 113_1與第一磁體開口 112_1相鄰并且供具有相反磁極方向的第二磁體12b插入其中(具體地，包括在另一磁體開口部114_1中的第二磁體開口 113_1)。具體地，區域R由假想線LI 1、假想線L12和上述兩個磁體開口 112_1、113_1包圍。假想線Lll將布置于兩個磁體開口 112_1、113_1的外周側的末端處的點all和點al2相連。假想線L12將布置于兩個磁體開口 112_1、113_1的旋轉中心O側的末端處的點al3和點al4相連。以下將參照圖8描述空腔部111_1的具體布置和形狀。圖8是示出空腔部111_1周圍的部分的放大示意圖。注意，在以下參照圖8給出的說明中，圖7中所示的第二磁體開口 113_1(具體地，在與第一磁體開口 112_1相鄰的兩個第二磁體開口 113_1之中，供插入具有相反磁極方向的第二磁體12b的第二磁體開口 113_1)將被稱為“第二磁體開口 113_1”。參照圖8，空腔部111_1形成在區域R(參見圖7)中的其中第一磁體開口 112_1和第二磁體開口 113_1靠近在一起的區域中。這是因為永磁體12的從永磁體12的N極向S極泄漏的磁通(如果有的話)很可能流過該區域。假設磁通泄漏發生在例如插入第一磁體開口 112_1中的第一磁體12a中。達到第一磁體12a的S極的泄漏磁通在越靠近第一磁體開口 112_1中的點al6的位置處數量越多，在沿著第一磁體開口 112_1的側面65a的越遠離點al6的點處數量越少。點al6是第一磁體開口 112_1和第二磁體開口 113_1最靠近彼此的點中的其中一個點。同時，相對于第一磁體開口 112_1中的點al8,僅少量的泄漏磁通到達點al4(參見圖7)的一側，從而幾乎不影響馬達1_1的性能。點al8是從點al6到點al4的距離的1/3。在第二實施方式中，空腔部111_1因此形成在區域Rl中，如圖8所示。區域Rl位于假想線L14的外周側，所述假想線L14將第二磁體開口 113_1上的點al7和第一磁體開口 112_1上的點al8相連。此外，區域Rl位于假想線L13的旋轉中心O側，所述假想線L13將第二磁體開口 113_1上的點al5和第一磁體開口 112_1上的點al6相連。這里應注意，第二磁體開口 113_1中的點al5是布置第二磁體12b的角部120b的頂點的部位，并且最靠近第一磁體開口 112_1。另外，點al7是從點al5到點al3 (參見圖7)的距離的1/3。這允許永磁體12之間的磁通泄漏被有效地降低。另外，第一磁體開口 112_1中形成有第三開口部112c_l，該第三開口部112c_l的細節將參照圖9進行描述。當第一磁體12a插入就位時，第三開口部112c_l相對于第一磁體12a形成氣隙。具有第三開口部112c_l使得第一磁體開口 112_1與轉子鐵心11_1的外周之間的間隔變窄。結果，在第三開口部112c_l與轉子鐵心11_1的外周之間的區域中趨于發生磁飽和，這使得磁通難以流過該區域。由于泄漏磁通通過該區域流到S極，因此具有第三開口部112c_l能夠降低磁通泄漏。空腔部111_1布置成使得該空腔部111_1和第一磁體開口 112_1之間的最小間隔與第一磁體開口 112_1和轉子鐵心11_1的外周之間的最小間隔相同。這適用于空腔部111_1和第二磁體開口 113_1之間的最小間隔。如上所述，空腔部111_1與第一磁體開口 112_1和第二磁體開口 113_1中的每個之間的間隔被設定成與第一磁體開口 112_1和第二磁體開口 113_1中的每個和轉子鐵心11_1的外周之間的間隔相同。這致使甚至在空腔部111_1與第一磁體開口 112_1和第二磁體開口 113_1中的每個之間也趨于出現磁飽和，這更進一步地降低了磁通泄漏。另外，空腔部111_1具有面對第一磁體開口 112_1的側面50a。側面50a形成為與第一磁體開口 112_1的面對空腔部111_1的側面65a平行地延伸。類似地，空腔部111_1具有面對第二磁體開口 113_1的側面50b。側面50b形成為與第二磁體開口 113_1的面對空腔部111_1的側面65b平行地延伸。注意，盡管側面50a和側面65a彼此平行地延伸并且側面50b和側面65b彼此平行地延伸，但側面彼此平行地延伸不是唯一的可行布置。具體地，空腔部111_1中的側面50a、50b和第一磁體開口 112_1與第二磁體開口113_1中的側面65a、65b始終都分別布置在以上述最小間隔靠近在一起的情況下。這使得空腔部111_1與第一磁體開口 112_1和第二磁體開口 113_1中的每個之間的磁阻更大，這使得甚至更容易出現磁飽和。因此能夠進一步降低磁通泄漏。注意，空腔部可以使面對磁體開口的所有或部分側面平行地延伸。
以下將參照圖9描述磁體開口部114_1的布置。圖9是示出磁體開口部114_1的布置的示意圖。參照圖9，磁體開口部114_1包括第一磁體開口 112_1和第二磁體開口 113_1。第一磁體開口 112_1具有將第一開口部112a_l、第二開口部112b_l和第三開口部112c_l連接在一起的形狀。相似地，第二磁體開口 113_1具有將第一開口部113a_l、第二開口部113b_l和第三開口部113c_l連接在一起的形狀。注意，由于第一磁體開口 112_1和第二磁體開口 113_1為對稱構造，因此以下將僅描述第一磁體開口 112_1的形狀。第一開口部112a_l沿著第一磁體12a的輪廓形成。第一磁體12a插入第一開口部 112a_l 中。當第一磁體12a插入第一開口部112a_l中時，第二開口部112b_3和第三開口部112c_l相對于第一磁體12a形成氣隙。第三開口部112c_l是從第一開口部112a_l的端部朝向外周側延伸的延伸部。如早前所述，第三開口部112c_l形成為通過在第三開口部112c_l和轉子鐵心11_1的外周之間的區域中產生磁飽和而降低磁通泄漏。第二開口部112b_3形成在第一磁體開口 112_1中的第一開口部112a_l和第二磁體開口 113_1中的第一開口部113a_l最靠近彼此的位置附近。第二開口部112b_3形成在第一磁體12a容易受消磁影響的位置。以下將參照圖1OA和圖1OB描述第二開口部112b_3的具體形狀和布置。圖1OA是示出第二開口部112b_3周圍的部分的放大示意圖。圖1OB是示出第二開口部112b_3的布置的示意圖。參照圖10A，第二開口部112b_3具有呈現位于第一開口部112a_l的外周側的側面65e的朝向外周側延伸的部分的形狀。注意，第一磁體12a在更靠近外周側的側面中最靠近第二磁體12b的位置(與第一磁體開口 112_1的點a20對應的位置)的點處更可能受消磁影響。另外，第二開口部112b_3的形狀越大，一方面能夠更容易防止出現消磁；另一方面，從第一磁體12a流到定子20的有效磁通更可能受第二開口部112b_3阻礙。第二開口部112b_3因此形成為具有從最遠離第二磁體開口 113_1的點al9到最靠近第二磁體開口113_1的點a20逐漸增加的厚度。具體地，參照圖10B，第二開口部112b_3具有這樣的形狀，該形狀使得其以第一開口部112a_l的側面65e為基準的厚度分布朝向第二磁體開口 113_1偏移。具體地，第二開口部112b_3具有大體三角形形狀，該三角形形狀的頂點相對于點al9和點a20之間的中點a21位于點a20側。第二開口部112b_3 (如上所述，該第二開口部112b_3具有使得其以第一開口部112a_l的側面65e為基準的厚度分布朝向第二磁體開口 113_1偏移的形狀)使得難以發生第一磁體12a的消磁，同時防止有效磁通降低。另外，在圖1OA的示例中，第二開口部112b_3形成為使得以第一開口部112a_l的側面65e為基準的最大厚度Tl大約為第一開口部112a_l中的最大厚度T2的1/2。這充分地防止了發生消磁并且防止第一磁體12a中的有效磁通被降低。甚至更優選地，最大厚度Tl處于從最大厚度T2的大約1/4至大約1/2的范圍內。
另外，第一磁體開口 112_1的第二開口部112b_3和第二磁體開口 113_1的第二開口部113b_3分別具有側面65c和65d，側面65c和65d彼此面對并且彼此平行地延伸。具體地，最靠近在一起的第一磁體開口 112_1和第二磁體開口 113_1處的區域在轉子鐵心11_1中具有較低的強度。因此，第二開口部112b_3和第二開口部113b_3的彼此面對的側面65c、65d分別形成為彼此平行地延伸盡可能地防止了第一磁體開口 112_1和第二磁體開口 113_1最靠近在一起的區域的強度降低。另外，使第二開口部112b_3和第二開口部113b_3的彼此面對的側面65c、65d分別彼此平行地延伸允許通過側面65c、65d之間的區域流到S極的泄漏磁通降低。如前所述，根據第二實施方式的轉子鐵心具有多個磁體開口和空腔部。這些磁體開口沿周向方向彼此鄰接。永磁體插入這些磁體開口中。空腔部均相對于夾設在這些磁體開口之中的供相互鄰近并且相對于徑向方向具有彼此相反的磁極方向的永磁體插入其中的兩個磁體開口之間的區域形成。因此能夠降低永磁體的磁通泄漏。另外，在第二實施方式中，空腔部111_1在該空腔部111_1和位于兩個磁體開口 112_1、113_1的內周側的側面之間形成平行通路，這些平行通路分別將兩個磁體開口112_1、113_1的最接近點al6、al5作為起始點。每個通路的寬度均等于或小于各磁體開口112_1、113_1與轉子鐵心11_1的外周之間的最小間隔。這使得在空腔部111_1和各磁體開口 112_1、113_1之間的磁阻更大，這使得甚至更容易出現磁飽和。因此能夠進一步降低磁通泄漏。在第二實施方式中，空腔部111_1在該空腔部111_1和位于兩個磁體開口 112_1、113_1的內周側的側面之間的區域中分別形成用于產生磁飽和的平行通路，這些平行通路將兩個磁體開口 112_1、113_1的最接近點al6、al5作為它們的起始點。這使得在空腔部111_1和各磁體開口 112_1、113_1之間的磁阻更大，這使得甚至更容易出現磁飽和。因此能夠進一步降低磁通泄漏。在根據第二實施方式的轉子鐵心中，磁體開口均具有這樣的形狀，即該形狀將沿著永磁體的輪廓形成的第一開口部和在將永磁體插入第一開口部中時相對于永磁體形成氣隙的第二開口部連接在一起。在根據第二實施方式的轉子鐵心中，第二開口部形成在這些第一開口部最靠近于彼此的位置處的附近。這使得更難以出現永磁體的消磁。空腔部的布置和形狀不局限于上述的空腔部111_1的布置和形狀。以下將描述空腔部的其它示例性布置和形狀。圖1lA至圖1lE是示出空腔部的其它布置的示意圖。圖1lF是示出轉子鐵心的另一布置的示意圖。在以下的說明中，與上述相同或對應的部件被標以與上述相同的附圖標記，并且將不再對這些部件重復說明。例如，第二實施方式已示例性地描述了其中空腔部111_1和第一磁體開口 112_1之間的最小間隔等于第一磁體開口 112_1和轉子鐵心11_1的外周之間的最小間隔的情況。但是，空腔部和第一磁體開口之間的最小間隔可以小于第一磁體開口和轉子鐵心的外周之間的最小間隔。例如，參照圖11A，轉子鐵心11_2具有這樣的空腔部111_2，該空腔部形成為使得相對于第一磁體開口 112_1的最小間隔T3大約為第一磁體開口 112_1和轉子鐵心11_2的外周之間的最小間隔T4的1/2。通過更進一步使空腔部111_2和第一磁體開口 112_1之間的最小間隔變窄，磁通泄漏更難以穿過空腔部111_2和第一磁體開口 112_1之間的區域，這更進一步降低磁通泄漏。另外，回至參照圖8，空腔部可以從區域Rl延伸到由點all、al2、al5、al6包圍的區域。例如，參照圖11B，轉子鐵心11_3具有這樣的空腔部111_3，該空腔部表示使圖1IA所示的空腔部111_2的前端部朝向外周側延伸的空腔部111_2。如上所述，通過在由點all、al2、al5、al6包圍的區域中也形成空腔部而能夠實現磁通泄漏的進一步降低。注意，空腔部111_3形成為使得面對第三開口部112c_l的側面50c和第三開口部112c_l的面對側面50c的側面65g之間的最小間隔等于面對第一開口部112a_l的側面50a和第一開口部112a_l的面對側面50a的側面65a之間的最小間隔。這使得空腔部111_3和第一磁體開口 112_1之間的磁阻甚至更大。能夠進一步降低磁通泄漏。另外，第二實施方式已示例性地描述了其中空腔部111_1相對于假想線L14形成在轉子鐵心11_1外周側的情況，其中假想線L14將第二磁體開口 113_1上的點al7和第一磁體開口 112_1上的點al8相連(參見圖8)。但是，空腔部可以相對于假想線L14形成在旋轉中心O側。例如，參照圖11C，空腔部114_1在區域R內形成在區域R2中，該區域R2位于假想線L15的外周側和假想線L13的旋轉中心O側。注意，假想線L15將區域R分成沿徑向的兩個區域。具體地，從假想線Lll至假想線L15的距離T5是從假想線Lll到假想線L12的距離T6的一半。如上所述，空腔部可以形成在區域R2中，該區域R2相對于將區域R分成沿徑向的兩個區域的假想線L15位于外周側。另外，在第二實施方式中，空腔部的形狀大體上為三角形，然而，該三角形形狀不是唯一的可行形狀。具體地，只要空腔部的面對磁體開口 112_1、113_1的側面的至少一部分平行于磁體開口 112_1、113_1的側面延伸即可，空腔部的其它部分可以是任何形狀。例如，參照圖11D，空腔部111_5可以具有大體飛去來器(boomerang)形狀，該飛去來器形狀具有在旋轉中心O側朝向外周側凹進的側面。此外，參照圖11E，空腔部111_6可以被分成兩個空腔部lll_6a、lll_6b，這兩個空腔部lll_6a、lll_6b均形成為平行于第一磁體開口 112_1和第二磁體開口 113_1的對應側面延伸。第一實施方式和第二實施方式均已描述了其中構成單極的永磁體12包括第一磁體12a和第二磁體12b的情況。然而，空腔部仍可以相對于其中單個永磁體構成單極的轉子形成。例如，參照圖11F，轉子鐵心11_4具有六個磁體開口 115，這六個磁體開口沿周向方向彼此鄰接地形成，并且這些磁體開口中均插入有永磁體。磁極方向相對于徑向方向彼此相反的永磁體插入六個磁體開口 115的兩個相互相鄰的磁體開口 115中。空腔部111_7形成在夾設于每對相鄰的磁體開口 115之間的區域R3中。具體地，區域R3由假想線L16、假想線L17和上述兩個磁體開口 115、115限定，其中假想線L16將布置于兩個相鄰的磁體開口 115的外周側的末端處的點a22和點a23相連，假想線L17將布置于兩個相鄰的磁體開口 115的旋轉中心O側的末端處的點a24和點a25相連。在相對于其中單個永磁體也構成單極的轉子的轉子鐵心11_4形成的空腔部111_7的這種構造中，能夠以與具有根據上述第一實施方式和第二實施方式中的每個實施方式的空腔部相同的方式降低從永磁體之間的磁通泄漏。
第一實施方式和第二實施方式均已描述了其中因氣腔中的空氣而使得泄漏磁通難以通過的情況。然而，這不是唯一的可行布置。例如，在本申請中公開的轉子或旋轉電機的情況下，可在空腔中填充樹脂、鋁或者其它非磁性材料。類似地，例如，可以在第二開口部或第三開口部中填充樹脂、鋁或者其它非磁性材料。具有第一磁體開口和第二磁體開口的第二開口部的形狀不局限于根據第二實施方式的第二開口部的形狀。以下將參照圖12描述第二開口部的另一示例性布置。圖12是示出第二開口部的另一布置的示意圖。例如，第二實施方式已描述了其中第二開口部112b_3、113b_3的彼此面對的側面65c、65d分別平行于彼此延伸以確保轉子鐵心11_1的強度(參見圖10)的情況。第二開口部的彼此面對的側面無需彼此平行地延伸。例如，參照圖12，第二開口部112b_4和第二開口部113b_4可以具有彼此面對的側面65h、65i,側面65h、65i形成為朝向轉子鐵心的外周側進一步彼此遠離。如果這些第二開口部之間的最小間隔布置成不小于第一磁體開口和第二磁體開口之間的最小間隔，則能夠盡可能地防止第一磁體開口和第二磁體開口最靠近在一起的區域的強度降低。 以下將公開上述實施方式的附加方面。( I) 一種轉子鐵心，該轉子鐵心包括:多個磁體開口，這些磁體開口沿周向方向彼此鄰接地形成并且在這些磁體開口中插入有永磁體；以及空腔部，這些空腔部均相對于夾設在這些磁體開口之中的如下兩個磁體開口之間的區域形成，所述兩個磁體開口供相互鄰近并且相對于徑向方向具有彼此相反的磁極方向的永磁體插入其中。( 2)根據(I)所述的轉子鐵心，其中，所述區域由將所述兩個磁體開口中的布置在外周側的末端處的點相連的假想線、將所述兩個磁體開口中的布置在旋轉中心側的末端處的點相連的假想線、以及所述兩個磁體開口來限定(3)根據(2)所述的轉子鐵心，其中，所述空腔部均形成在所述區域之中的在將所述兩個磁體開口的彼此最靠近的點相連的假想線的旋轉中心側形成的那一區域中。。(4)根據(3)所述的轉子鐵心，其中，所述空腔部均形成在將所述區域分成沿徑向的兩個區域的假想線的外周側。(5)根據(I)至(4)中的任一項所述的轉子鐵心，其中:所述磁體開口均形成為大體矩形形狀；并且所述空腔部均形成為使得其面對所述磁體開口的側面的至少一部分平行于所述磁體開口的側面延伸。(6)根據(I)至(5)中的任一項所述的轉子鐵心，其中，所述空腔部和所述磁體開口之間的最小間隔等于或小于所述磁體開口和所述轉子鐵心的外周之間的最小間隔。(7)根據(I)至(6)中的任一項所述的轉子鐵心，其中所述磁體開口均包括第一磁體開口和第二磁體開口，所述第一磁體開口和所述第二磁體開口布置成使得它們之間的間隔朝向外周側變寬，并且相對于徑向方向具有彼此相同的磁極方向的兩個永磁體分別被插入所述第一磁體開口和所述第二磁體開口中；并且
所述區域夾設在所述第一磁體開口和被包括在另一磁體開口中的與所述第一磁體開口相鄰的所述第二磁體開口之間。(8) 一種轉子，該轉子包括:根據(I)至(7)中的任一項所述的轉子鐵心；以及永磁體,該永磁體插入所述轉子鐵心所具有磁體開口中。(9) 一種旋轉電機，該旋轉電機包括:根據(8)所述的轉子；以及定子，該定子布置成面對所述轉子的外周面，并且在所述轉子和所述定子之間限定有氣隙。(10) 一種轉子鐵心，該轉子鐵心包括:一對磁體開口，所述一對磁體開口布置成使得它們之間的間隔朝向外周側變寬并且相對于徑向方向具有彼此相同的磁極方向的永磁體插入在這一對磁體開口中，其中，所述磁體開口均具有連接第一開口部和第二開口部的形狀，所述第一開口部沿著對應永磁體的輪廓形成，當所述永磁體插入所述第一開口部中時，所述第二開口部相對于所述永磁體形成氣隙；并且所述第二開口部形成在所述第一開口部最靠近彼此的位置附近。(11)根據(10)所述的轉子鐵心，其中，所述第二開口部具有呈現位于所述第一開口部的外周側的側面的朝向外周側延伸的一部分的形狀，該形狀形成為使得以所述第一開口部的側面為基準的所述第二開口部的厚度分布朝向另一磁體開口偏移。(12)根據(10)或(11)所述的轉子鐵心，其中，所述第二開口部具有彼此面對的側面，這些側面平行于彼此延伸或者朝向外周側進一步遠離彼此間隔開。(13) —種轉子，該轉子包括:根據(I)至(3)中的任一項所述的轉子鐵心，以及永磁體，該永磁體插入所述轉子鐵心所具有的磁體開口中。( 14) 一種旋轉電機，該旋轉電機包括:根據(13)所述的轉子；以及定子，該定子布置成面對所述轉子的外周面，并且在所述轉子和所述定子之間限定有氣隙。(15) 一種轉子鐵心，該轉子鐵心包括:一對磁體開口，所述一對磁體開口布置成使得它們之間的間隔朝向外周側變寬并且具有相對于徑向方向彼此相同的磁極方向的永磁體插入這一對磁體開口中，其中，所述磁體開口均具有連接第一開口部和第二開口部的形狀，所述第一開口部沿著對應永磁體的輪廓形成，當所述永磁體插入所述第一開口部中時，所述第二開口部覆蓋所述永磁體的所有角部之中的最靠近另一永磁體的那一角部，在所述第二開口和所述角部之間形成有氣隙；并且所述第二開口部形成在所述第二開口部與所述另一磁體開口的所述第二開口之間的橋部。( 16)根據(15)所述的轉子鐵心，其中，所述第二開口部的尺寸形成為在所述橋部中產生磁飽和。
(17)根據(15)或(16)所述的轉子鐵心，其中，兩個第二開口部均形成為使其彼此面對的側面平行于彼此延伸或者朝向外周側更遠離彼此間隔開。(18)根據(15)至(17)中的任一項所述的轉子鐵心，其中，所述第二開口部形成為使其與所述永磁體的所述外周側的側面的距離朝向所述橋部變大。(19) 一種轉子，該轉子包括:根據(15)至(18)中的任一項所述的轉子鐵心；以及永磁體，該永磁體插入所述轉子鐵心所具有的磁體開口中。(20) 一種旋轉電機，該旋轉電機包括:根據(19)所述的轉子，以及定子，該定子布置成面向所述轉子的外周面，而在所述定子和所述轉子之間限定有氣隙。
權利要求
1.一種轉子鐵心，該轉子鐵心包括: 多個磁體開口，這些磁體開口沿周向方向彼此鄰接地形成,并且在這些磁體開口中插入有永磁體；以及 空腔部，每個空腔部均相對于夾設在這些磁體開口之中的如下兩個磁體開口之間的區域形成，所述兩個磁體開口供相互鄰近并且相對于徑向方向具有彼此相反的磁極方向的永磁體插入其中。
2.根據權利要求1所述的轉子鐵心，其中: 所述空腔部在其與所述兩個磁體開口的內周側的側面之間形成平行通路，這些平行通路將所述兩個磁體開口的最接近點作為起始點；并且 每個通路的寬度均等于或小于每個所述磁體開口與所述轉子鐵心的外周之間的最小間隔。
3.根據權利要求1所述的轉子鐵心，其中: 所述空腔部在其與所述兩個磁體開口的內周側的側面之間形成用于產生磁飽和的平行通路，這些平行通路將所述兩個磁體開口的最接近點作為起始點。
4.根據權利要求1所述的轉子鐵心，其中，所述區域由將所述兩個磁體開口中的布置在外周側的末端處的點相連的假想線、將所述兩個磁體開口中的布置在旋轉中心側的末端處的點相連的假想線、以及所述兩個磁體開口來限定。
5.根據權利要求4所述的轉子鐵心，其中，所述空腔部均形成在所述區域之中的在將所述兩個磁體開口的彼此最靠近的點相連的假想線的旋轉中心側形成的那一區域中。
6.根據權利要求5所述的轉子鐵心，其中，所述空腔部均形成在將所述區域分成沿徑向的兩個區域的假想線的外周側。
7.根據權利要求1所述的轉子鐵心，其中: 所述磁體開口均形成為大體矩形形狀；并且 所述空腔部均形成為使得其面對所述磁體開口的側面的至少一部分平行于所述磁體開口的側面延伸。
8.根據權利要求1所述的轉子鐵心，其中: 所述磁體開口均包括第一磁體開口和第二磁體開口，所述第一磁體開口和所述第二磁體開口布置成使得它們之間的間隔朝向外周側變寬，并且相對于徑向方向具有彼此相同的磁極方向的兩個永磁體分別被插入所述第一磁體開口和所述第二磁體開口中；并且 所述區域夾設在所述第一磁體開口和被包括在另一磁體開口中的與所述第一磁體開口相鄰的所述第二磁體開口之間。
9.一種轉子，該轉子包括: 根據權利要求1所述的轉子鐵心；以及 永磁體，該永磁體插入所述轉子鐵心所具有的所述磁體開口中。
10.一種旋轉電機，該旋轉電機包括: 根據權利要求9所述的轉子；以及 定子，該定子布置成面對所述轉子的外周面，而在所述轉子和所述定子之間限定有氣隙。
全文摘要
本發明涉及轉子鐵心、轉子以及旋轉電機。根據一實施方式的轉子鐵心具有多個磁體開口和空腔部。這些磁體開口沿周向方向彼此鄰接。在所述磁體開口中插入有永磁體。所述空腔部均相對于夾設在這些磁體開口之中的如下兩個磁體開口之間的區域形成，所述兩個磁體開口供相互鄰近并且相對于徑向方向具有彼此相反的磁極方向的永磁體插入其中。
文檔編號H02K1/27GK103095011SQ20121043885
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月6日 優先權日2011年11月8日
發明者森下大輔, 落合悠基 申請人:株式會社安川電機