永磁體埋入型旋轉電的制造方法
【專利摘要】本發明的目的在于得到一種能夠實現轉子鐵心的高強度、高轉矩且低轉矩脈動的永磁體埋入型旋轉電機。本發明涉及的永磁體埋入型旋轉電機包括數個永磁體，該數個永磁體嵌在圓筒狀的轉子鐵心的外周側，并且沿圓周方向呈等角間距地排列，并且，該數個永磁體分別構成1個磁極。構成1個磁極的永磁體由沿圓周方向呈圓弧狀地排列成一列的n個永磁體片構成(其中，n為3以上的整數)，n個永磁體片被分別單獨收容保持在貫穿設置于轉子鐵心上的磁體保持孔中。n個永磁體片被構成為：其形狀及定向方向相對于通過磁極中心且包含轉子鐵心的軸心的平面呈鏡面對稱，并且被定向為沿圓周方向距離磁極中心越遠的永磁體片的定向角度越小。沿圓周方向遠離磁極中心的位置處的永磁體片被制作為徑向寬度大于圓周方向寬度的略扇狀的剖面形狀。
【專利說明】永磁體埋入型旋轉電機
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種適用于例如電動汽車(EV)或者混合動力汽車(HEV)的電動機中的永磁體埋入型旋轉電機。
【背景技術】
[0002]在現有的永磁體埋入型旋轉電機中，在轉子主體的、與定子相對側的側面附近部分中，沿圓周方向呈等間隔地設有數個沿軸向延伸的保持孔，在這些保持孔中分別插入固定有1個主磁體及輔助磁體，主磁體及輔助磁體按照極性朝向徑向外側的主磁體、極性沿圓周方向朝向逆時針方向的輔助磁體、極性朝向徑向內側的主磁體、極性沿圓周方向朝向順時針方向的輔助磁體的順序重復排列2次，即呈所謂的海爾貝克陣列(Halbach Array)(例如參照專利文獻1)。
[0003]在其它現有永磁體埋入型旋轉電機中，在轉子主體的外周部上，以與轉子的半徑方向垂直的方式埋設有數個矩形的永磁體，矩形永磁體是使數個永磁體片相互鄰接而構成的，中央的永磁體片的磁極方向朝向轉子半徑方向，其他的永磁體片的磁極方向朝向大致向中央的永磁體片的磁極方向線上的1點處匯聚的方向(例如參照專利文獻2)。
【現有技術文獻】
【專利文獻】
[0004]【專利文獻1】:日本專利特開2009-219312號公報 【專利文獻2】:日本專利第3487667號公報
【發明內容】
發明所要解決的技術問題
[0005]在專利文獻1所述的現有永磁體埋入型旋轉電機中，由于構成相鄰磁極的一部分的輔助磁體是未被分割而呈一體的結構，作用于輔助磁體上的離心力變大。因此，當為了應對高速旋轉而增大磁體外周側的橋寬或者磁體間的肋寬時，會導致轉矩降低。另外，當增大肋寬時，轉子的表面磁通密度分布(以下稱為“開放磁通(open flux)”)中產生高次諧波，從而導致齒槽轉矩和轉矩脈動變大。當轉矩脈動變大時，會導致乘坐舒適性變差。
[0006]在專利文獻2所述的現有永磁體埋入型旋轉電機中，由于構成磁極的數個永磁體片收容在1個磁體收容孔中，因此，開放磁通呈平坦的形狀。但是，由于收容在各磁體收容孔中的永磁體的重量增大，因此，在高速旋轉時，作用于永磁體的外周側的橋上的離心力以及經由橋施加于肋上的扭矩變大。因此，當為了應對高速旋轉而增大橋寬或者肋寬時，會導致轉矩降低。
[0007]本發明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于得到一種能夠實現轉子鐵心的高強度、高轉矩且低轉矩脈動的永磁體埋入型旋轉電機。
解決技術問題所采用的技術方案
[0008]本發明涉及的永磁體埋入型旋轉電機包括定子，定子包括圓環狀的定子鐵心及卷繞在所述定子鐵心上的定子線圈，轉子，轉子包括圓筒狀的轉子鐵心及數個永磁體，該永磁體嵌在所述轉子鐵心的外周側，并且沿圓周方向呈等角間距地排列，數個所述永磁體分別構成1個磁極，該轉子以能夠旋轉的方式設置在所述定子的內周側。構成所述1個磁極的永磁體由沿圓周方向呈圓弧狀地排列成一列的η個永磁體片構成(其中，η為3以上的整數)，所述η個永磁體片被分別單獨收容保持在磁體保持孔中，該磁體保持孔以孔方向為軸向的方式貫穿設置于所述轉子鐵心上。所述η個永磁體片被構成為:其形狀及定向方向相對于通過磁極中心且包含所述轉子鐵心的軸心的平面呈鏡面對稱。而且，所述η個永磁體片被定向為沿圓周方向距離磁極中心越遠的永磁體的定向角度越小。進而，沿圓周方向遠離磁極中心的位置處的所述永磁體片被制作為徑向寬度大于圓周方向寬度的略扇狀的剖面形狀。
發明效果
[0009]根據本發明，構成1個磁極的永磁體由沿圓周方向呈圓弧狀地排列成一列的η個永磁體片構成，η個永磁體片被分別單獨收容保持在磁體保持孔中該磁體保持孔以孔方向為軸向的方式貫穿設置于轉子鐵心上。因此，在轉子旋轉時，經由永磁體片作用于位于永磁體片外周側的外周橋上的離心力變小，從而能夠提高轉子鐵心的抗離心力特性，由此能應對高速旋轉。
[0010]η個永磁體片被構成為:其形狀及定向方向相對于通過磁極中心且包含轉子鐵心的軸心的平面呈鏡面對稱，并且被定向為沿圓周方向距離磁極中心越遠的永磁體片的定向角度越小。因此，沿圓周方向呈圓弧狀地排列成一列的η個永磁體片的定向方向朝向磁極中心，磁通量增大，提高轉矩的同時，開放磁通接近于正弦波，從而能夠減少轉矩脈動。
[0011 ] 由于沿圓周方向遠離磁極中心的位置處的永磁體片被制作為徑向寬度大于圓周方向寬度的略扇狀的剖面形狀，因此，磁通量增加，從而能夠獲得高轉矩。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是表示本發明實施方式1涉及的永磁體埋入型旋轉電機的剖面圖。
圖2是用于說明本發明實施方式1涉及的永磁體埋入型旋轉電機的永磁體的排列狀態的主要部分剖面圖。
圖3是用于說明本發明實施方式1涉及的永磁體埋入型旋轉電機中的永磁體的定向狀態的圖。
圖4是表示第2永磁體片使用定向角度Θ為0。的永磁體片的旋轉電機中的開放磁通的測量結果的圖。
圖5是表不第2永磁體片使用定向角度Θ為30°的永磁體片的旋轉電機中的開放磁通的測量結果的圖。
圖6是表示第2永磁體片使用定向角度Θ為0。及30°的永磁體片的旋轉電機中的開放磁通的分析結果的圖。
圖7是用于說明進出第2永磁體片的磁通量的剖面圖。
圖8是表示以第2永磁體片的定向角度Θ為參數的齒槽轉矩的分析結果的圖。
圖9是表示改變第2永磁體片的定向角度Θ并測量齒槽轉矩的結果的圖。
圖10是表示改變第2永磁體片的定向角度Θ并測量轉矩的結果的圖。 圖11是表示本發明實施方式2涉及的永磁體埋入型旋轉電機的主要部分剖面圖。
圖12是表示本發明實施方式3涉及的永磁體埋入型旋轉電機的主要部分剖面圖。
圖13是表示改變切口量并測量轉矩的結果的圖。
圖14是表示適用于本發明實施方式3涉及的永磁體埋入型旋轉電機中的第2永磁體片的實施形態的剖面圖。
圖15是表示適用于本發明實施方式3涉及的永磁體埋入型旋轉電機中的第2永磁體片的另一實施形態的剖面圖。
圖16是表示本發明實施方式4涉及的永磁體埋入型旋轉電機的主要部分剖面圖。
圖17是表示本發明實施方式5涉及的永磁體埋入型旋轉電機的主要部分剖面圖。
圖18是表示本發明實施方式6涉及的永磁體埋入型旋轉電機的主要部分剖面圖。
圖19是表示本發明實施方式7涉及的永磁體埋入型旋轉電機的主要部分剖面圖。
圖20是表示本發明實施方式8涉及的永磁體埋入型旋轉電機的主要部分剖面圖。
圖21是表示改變第2永磁體片的定向角度Θ并測量齒槽轉矩的結果的圖。
圖22是表示改變第2永磁體片的定向角度Θ并測量轉矩的結果的圖。
【具體實施方式】
[0013]以下，根據附圖對本發明的永磁體埋入型旋轉電機的適宜實施方式進行說明。
[0014]實施方式1.圖1是表示本發明實施方式1涉及的永磁體埋入型旋轉電機的剖面圖，圖2是用于說明本發明實施方式1涉及的永磁體埋入型旋轉電機的永磁體的排列狀態的主要部分剖面圖，圖3是用于說明本發明實施方式1涉及的永磁體埋入型旋轉電機中的永磁體的定向狀態的圖。另外，在圖2及圖3中，箭頭表示磁化方向，無箭頭的方向為定向方向。
[0015]在圖1及圖2中，永磁體埋入型旋轉電機(以下稱為“旋轉電機”)1包括定子2和轉子5，該轉子5以能夠旋轉的方式配置在定子2的內部。在此，對于20極30槽的旋轉電機進行說明，但是，極數及切槽數并不限定于此。
[0016]定子2是將例如電磁鋼板層疊而制成的，包括:定子鐵心3，該定子鐵心3上，沿圓周方向呈等角間距地排列有數個齒3b，該齒3b分別從圓環狀的鐵心背部3a的內周壁面朝向徑向內側延伸；定子線圈4，該定子線圈4是將導線卷繞在各個齒3b上而被制成的集中卷繞線圈。
[0017]轉子5包括:圓環狀的轉子鐵心6，該轉子鐵心6是將例如電磁鋼板層疊而構成的；數個永磁體7，該數個永磁體7以沿軸向延伸的狀態嵌在轉子鐵心6的外周面側，并且沿圓周方向呈等角間距地配置；圓環狀的軸套部8，轉子鐵心6被嵌入保持在軸套部8中。
[0018]永磁體7分別由第1永磁體片10和兩個第2永磁體片11構成，該第1永磁體片10被制作為剖面呈扇形的柱狀體，該第2永磁體片11配置在第1永磁體片10的圓周方向兩側，并且被制作為剖面呈扇形的柱狀體。而且，第1永磁體片10和兩個第2永磁體片11被排列成圓弧狀，從而構成1個磁極。另外，第1永磁體片10及第2永磁體片11分別被收容保持在磁體保持孔12、13中，該磁體保持孔12、13以孔方向為軸向的方式貫穿形成于轉子鐵心6上。
[0019]第1永磁體片10位于磁極的中心，在與轉子鐵心6的軸心垂直的平面中，第1永磁體片10的定向方向呈徑向。如圖3所示，在與轉子鐵心6的軸心垂直的平面中，第2永磁體片11的定向方向相對于圓周方向(與半徑方向垂直的方向)的傾斜角度(定向角度)為Θ。而且，從第1永磁體片10及第2永磁體片11的中心位置通過的定向方向為大致在從磁極中心通過的半徑方向線上的1點處交叉的方向。另外，第2永磁體片11的徑向寬度d大于圓周方向寬度τ。另外，第1永磁體片10的徑向寬度與第2永磁體片11相等，而其圓周方向寬度大于第2永磁體片11。
[0020]另外，由第1永磁體片10和第2永磁體片11構成的永磁體7的結構為:其形狀、定向方向以及磁化方向相對于通過磁極中心且包含轉子鐵心6的軸心的面呈鏡面對稱。進而，在圓周方向上相鄰的永磁體7的結構為:其形狀及定向方向相對于通過極間肋15b的中心且包含轉子鐵心6的軸心的面呈鏡面對稱。
另外，以磁極中心處的轉子鐵心6的外周部的極性被形成為N極與S極沿圓周方向交替排列的方式，將由第1永磁體片10和第2永磁體片11構成的永磁體7呈等角間距地排列在轉子鐵心6上。
[0021]在如此構成的旋轉電機1中，由于構成1個磁極的永磁體7的結構被分割為1個第1永磁體片10和兩個第2永磁體片11，因此，與利用1個永磁體制作永磁體7時相比，可以減輕第1永磁體片10及兩個第2永磁體片11的重量。另外，1個第1永磁體片10和兩個第2永磁體片11分別被收納保持在磁體保持孔12、13中。因此，在高速旋轉時，經由第1永磁體片10及第2永磁體片11作用于外周橋14上的離心力變小，其中，該外周橋14位于第1永磁體片10及第2永磁體片11的外周側。進而，經由外周橋14施加于第1永磁體片10與第2永磁體片11之間的磁體間肋15a、以及位于第2永磁體片11之間的極間肋15b上的扭矩變小。因此，能夠提高轉子鐵心6的抗離心力特性，從而能夠得到適于高速旋轉的轉子5。
[0022]由于第2永磁體片11的徑向寬度d大于圓周方向寬度τ，因此，在相同容積下，與徑向寬度d等于圓周方向寬度τ時相比，與定向方向垂直的剖面積變大，從而磁通量增大，由此能夠得到高轉矩。
[0023]由于從第1永磁體片10及第2永磁體片11的中心位置通過的定向方向大致在通過磁極中心的半徑方向線上的1點處交叉，因此，磁通量增大，從而能夠獲得高轉矩，并且，開放磁通接近于正弦波，從而能夠減少轉矩脈動。
[0024]接著，根據圖4至圖6對于配置在第1永磁體片10的圓周方向兩側的第2永磁體片11的定向角度Θ與開放磁通之間的關系進行探討。圖4是表示第2永磁體片使用定向角度Θ為0°的永磁體片的旋轉電機中的開放磁通的測量結果的圖，圖5是表示第2永磁體片使用定向角度Θ為30°的永磁體片的旋轉電機中的開放磁通的測量結果的圖，圖6是表示第2永磁體片使用定向角度Θ為0。及30°的永磁體片的旋轉電機中的開放磁通的分析結果的圖。另外，使用外徑Φ為290mm、內徑Φ為212mm的定子、外徑Φ為210mm、內徑Φ為182mm的轉子、以及殘余磁通密度為0.875T的磁體。
[0025]由圖4可知，當第2永磁體片11的定向角度Θ為0。時，在圖4中的虛線部所表示的區域、即第2永磁體片11的區域中，開放磁通急劇變化。另一方面，由圖5可知，當第2永磁體片11的定向角度Θ為30°時，在圖5的虛線部所表示的區域、即第2永磁體片11的區域中，開放磁通平滑地變化。由此可知，通過使第2永磁體片11的定向角度Θ從0°開始變大，開放磁通的波形接近正弦波。
[0026]由圖6可知，與第2永磁體片11的定向角度Θ為0。時相比，當第2永磁體片11的定向角度Θ為30°時，基波(一次諧波)的磁通密度變大。由此可知，通過將第2永磁體片11的定向角度Θ從0。變為30°，能夠獲得高轉矩。
[0027]由圖6可知，與第2永磁體片11的定向角度Θ為0。時相比，當第2永磁體片11的定向角度Θ為30°時，成為轉矩脈動的主要原因的高次諧波的磁通密度變小。由此可知，通過將第2永磁體片11的定向角度Θ從0°變為30°，能夠減少轉矩脈動，從而能夠提高乘坐舒適度。
[0028]接著，根據圖7對于第2永磁體片11的定向角度Θ進行探討。圖7是用于說明進出第2永磁體的磁通量的剖面圖，圖7中的(a)表示定向角度Θ大于0°且小于90°時的情況，圖7中的(b)表示定向角度Θ為90°時的情況。
[0029]在圖7中的(a)所示的情況下，以(BdLeC0S θ +B τ Lcsin θ )表示進出第2永磁體片11的磁通量。另外，Bdl^cose為圓周方向的磁通量，Β τ Lpin Θ為徑向的磁通量。其中，B為第2永磁體片11的定向方向的磁通密度，L。為第2永磁體片11的軸向長度。
在圖7中的(b)所示的情況下，以Β τ L。表示進出第2永磁體片11的磁通量。
[0030]因此，通過按照滿足下式的方式設定第2永磁體片11的定向角度Θ、圓周方向寬度τ以及徑向寬度d，能夠增大進出第2永磁體片11的磁通量，從而能夠提高轉矩。
(BdLccos θ +B τ Lcsin θ ) > Β τ Lc
將上式進行整理得到下式。
dcos θ + τ (sin θ — 1) > 0
[0031]接著，根據圖8至圖10對第2永磁體片11的定向角度Θ與齒槽轉矩及轉矩之間的關系進行探討。圖8是表示以第2永磁體片的定向角度Θ為參數的齒槽轉矩的分析結果的圖，圖9是表示改變第2永磁體片的定向角度Θ并測量齒槽轉矩的結果的圖，圖10是表示改變第2永磁體片的定向角度Θ并測量轉矩的結果的圖。另外，使用外徑Φ為290mm、內徑Φ為212mm的定子、外徑Φ為210mm、內徑Φ為182mm的轉子、以及殘余磁通密度為
0.875T的磁體。第1永磁體片10的定向角度Θ為90°。
[0032]由圖8可知，第2永磁體片11的定向角度Θ為15°時的齒槽轉矩的波形的相位與第2永磁體片11的定向角度Θ為60。時的齒槽轉矩的波形的相位相反。另外可知，當第2永磁體片11的定向角度Θ為29.6°時，齒槽轉矩幾乎為零。
[0033]由圖9可知，當第2永磁體片11的定向角度Θ從0°開始變大時，齒槽轉矩緩慢降低，當定向角度Θ超過15°時，齒槽轉矩急劇降低，當定向角度Θ達到29.6°時，齒槽轉矩變為最小值，當定向角度Θ超過29.6°時，齒槽轉矩急劇增大，當定向角度Θ超過43°時，齒槽轉矩緩慢增大。
[0034]由圖10可知，當第2永磁體片11的定向角度Θ從0°開始變大時，轉矩緩慢增大，當定向角度Θ達到37°時，轉矩變為最大值，當定向角度Θ超過37°時，齒槽轉矩緩慢降低。
[0035]因此，由圖8至圖10可知，通過將第2永磁體片11的定向角度Θ設定為15°以上且43°以下，能夠得到齒槽轉矩低且轉矩高的旋轉電機。
[0036]實施方式2. 圖11是表示本發明實施方式2涉及的永磁體埋入型旋轉電機的主要部分剖面圖。
[0037]在圖11中，夕卜周橋14A被形成為其厚度從圓周方向兩端朝向中央部逐漸變薄的拱形。而且，外周橋14A的圓周方向兩端部的厚度與上述實施方式1中的外周橋14的圓周方向兩端部的厚度一致。
另外，其他構成與上述實施方式1相同。
[0038]根據該實施方式2，由于外周橋14A被形成為其厚度從圓周方向兩端朝向中央部逐漸變小的拱形，因此，能夠緩和外周橋14A的圓周方向兩端部的局部應力集中，從而能夠使作用于外周橋14A上的應力變均勻。因此，在該實施方式2中，能夠提高轉子鐵心6A的抗離心力特性，從而能夠得到適于高速旋轉的轉子5A。
[0039]呈拱形狀的外周橋14A的圓周方向兩端部的厚度與上述實施方式1中的外周橋14的圓周方向兩端部的厚度相等。因此，無需增大轉子鐵心6A的外徑，并且無需增大從外周橋14A朝向磁體間肋15a或者極間肋15b的磁通泄漏，便可增大磁體保持孔12A、13A的孔剖面積、即增大第1永磁體片10A及第2永磁體片11A的剖面積，從而能夠提高轉矩。
[0040]在此，由于具有提高保持力的效果的Dy (鏑)的價格高企，因而正在研究采用少Dy磁體。與Dy磁體相比，少Dy磁體的消磁特性降低，因此，要通過增大磁體的容積來彌補消磁特性的降低。在實施方式1中，在未增大轉子鐵心6的外徑的情況下增大磁體的容積、SP增大磁體的厚度，會使外周橋14的厚度變薄，從而會導致轉子鐵心6的強度降低。
在本轉子鐵心6A中，如上所述，無需增大轉子鐵心6A的外徑便可增大磁體的容積、即增大磁體的厚度，因而適于采用少Dy磁體的旋轉電機。
[0041]實施方式3.圖12是表示本發明實施方式3涉及的永磁體埋入型旋轉電機的主要部分剖面圖。
[0042]在圖12中，在配置在第1永磁體片10的圓周方向兩側的第2永磁體片11Βρ11Β2中，將實施方式1中的第2永磁體片11的圓周方向外側的面與內周面相交叉的角部切除，從而形成作為第1切口的倒角部16a。磁體保持孔12B被形成為能夠收容第2永磁體片ΙΙΒρΙ^的孔形狀。
另外，其他構成與上述實施方式1相同。
[0043]在該實施方式3中，由第1永磁體片10和第2永磁體片11Βρ11Β2構成的永磁體7Β被構成為:其形狀、定向方向以及磁化方向相對于通過磁極中心且包含轉子鐵心6Β的軸心的面呈鏡面對稱。進而，在圓周方向上相鄰的永磁體7Β被構成為:其形狀及定向方向相對于通過極間肋15b的中心且包含轉子鐵心6B的軸心的面呈鏡面對稱。
[0044]根據該實施方式3，由于第2永磁體片11Βρ11Β2的倒角部16a是將扇形剖面的圓周方向外側的內徑側角部切除而形成的，因此，能夠從外觀上容易地分辨出是配置在第1永磁體片10的圓周方向一側的磁體片、還是配置在圓周方向另一側的磁體片。因此，能夠抑制發生第2永磁體片1川1、1川2的誤組裝，從而能夠提高轉子58的組裝性。另外，不需要標注表不第2永磁體片111^、11132相對于第1永磁體片10的圓周方向位置的標記的裝置、或者確認第2永磁體片llBpllBs的定向方向的裝置。
[0045]另外，在相鄰的永磁體7B中，第2永磁體片1%彼此、以及第2永磁體片11B2彼此的磁化方向不同，但是定向方向相同。因此，在將永磁體7B安裝在轉子鐵心6B中后對永磁體7B進行磁化的情況下，即使在相鄰的永磁體7B中將第2永磁體片llBi彼此、或者第2永磁體片1川2彼此調換，也不會發生問題。
[0046]接著，根據圖13對于倒角部16a與轉矩之間的關系進行探討。圖13是表示改變倒角量并測量轉矩的結果的圖。另外，橫軸表示磁體減少率，縱軸表示轉矩的相對值，并且將使用倒角前的第2永磁體片時的轉矩設為1。磁體減少率為(倒角后的第2永磁體的重量/倒角前的第2永磁體的重量)X 100。
[0047]由圖13可知，當磁體減少率增大時，轉矩逐漸變小。而且，當磁體減少率為8%時，轉矩的減少小于1 %。
[0048]由此，即使形成倒角部16a，也能夠抑制旋轉電機的轉矩減少。另外，通過形成倒角部16a而使第2永磁體片的重量減輕，因而能夠提高轉子鐵心6B的抗離心力特性，從而能夠得到適于高速旋轉的轉子5B，并且能夠降低磁體的成本。
[0049]另外，在上述實施方式3中，倒角部16a形成于第2永磁體片11Βρ11Β2的圓周方向外側的面與內周面的交叉部處，但是，第1切口的形成位置并不限定于此。例如，既可以如圖14所示將作為第1切口的倒角部16b形成于第2永磁體片llBi的圓周方向外側的面與外周面的交叉部處，也可以如圖15所示在第2永磁體片llBi的圓周方向外側的面的徑向中央位置處形成半圓狀的第1切口 16c。
[0050]實施方式4.圖16是表示本發明實施方式4涉及的永磁體埋入型旋轉電機的主要部分剖面圖。
[0051]在圖16中，在轉子鐵心6C的極間肋15b的內徑側突出設有鍵部17，在轉子鐵心6C的鍵部17的根部凹設有鍵槽退刀槽18。在軸套部8A的外周面上凹設有鍵槽19，鍵槽17能夠嵌合在鍵槽19中。
另外，其他構成與上述實施方式3相同。
[0052]由于倒角部16a形成于第2永磁體片11Βρ11Β2的圓周方向外側的內徑側角部上，因此，夾在倒角部16a之間的極間肋15b內徑側的空間成為空閑空間。
在該實施方式4中，由于鍵部17及鍵槽退刀槽18形成于該空閑空間中，因此，無需增大轉子鐵心6C的直徑便可在轉子鐵心6C上形成與軸套部8A的結合部。
[0053]另外，在上述實施方式4中，與軸套部的結合部形成于極間肋的內徑側的空閑空間中，但是，也可以在極間肋的內徑側的空閑空間中形成用于將構成轉子鐵心的電磁鋼板的層積體一體化的鉚接部。
[0054]實施方式5.圖17是表示本發明實施方式5涉及的永磁體埋入型旋轉電機的主要部分剖面圖。
[0055]在圖17中，構成1個磁極的永磁體7D由第1永磁體片20和第2永磁體片21構成，該第2永磁體片21配置在第1永磁體片20的圓周方向兩側。第1永磁體片20及第2永磁體片21被制作為相同的剖面形狀，并且在磁體保持孔27中分別收容保持有1個。
另外，其他構成與上述實施方式1相同。
[0056]在上述實施方式1中，由于第1永磁體片10大于第2永磁體片11,因此,在高速旋轉時，經由第1永磁體片10對于第1永磁體片10的外周側的外周橋14施加較大的離心力。由此，應力集中在第1永磁體片10的外周側的外周橋14上。
[0057]在該實施方式5中，由于第1永磁體片20與第2永磁體片21大小相同，因此，當構成1個磁極的永磁體7D的容積與實施方式1中的永磁體7相同時，第1永磁體片20及第2永磁體片22的容積小于第1永磁體片10。因此，在高速旋轉時，經由第1永磁體片20或者第2永磁體片21作用于外周橋14上的離心力，小于經由第1永磁體片10作用于外周橋14上的離心力。由此，應力均勻地施加于位于第1永磁體片20及第2永磁體片21的外周側的3個外周橋14上，從而能夠緩和局部應力集中，因此，能夠提高轉子鐵心6D的抗離心力特性，從而能夠得到適于高速旋轉的轉子
[0058]實施方式6.圖18是表示本發明實施方式6涉及的永磁體埋入型旋轉電機的主要部分剖面圖。
[0059]在圖18中，在轉子鐵心6E的外周面的、磁體間肋15a及極間肋15b的外徑側，呈圓弧狀地凹設有第2切口 22。
另外，其他構成與上述實施方式1相同。
[0060]根據該實施方式6，由于在磁體間肋15a及極間肋15b的外徑側凹設有第2切口22，因此，外周肋14與磁體間肋15a及極間肋15b的連結部的磁阻增大。因此，能夠減少從外周肋14流入磁體間肋15a及極間肋15b的漏磁通，從而能夠獲得高轉矩。
[0061]實施方式7.圖19是表示本發明實施方式7涉及的永磁體埋入型旋轉電機的主要部分剖面圖。
[0062]在圖19中，構成磁極的永磁體7F由兩個第1永磁體片23和兩個第2永磁體片24構成，其中，兩個第1永磁體片23在圓周方向上相鄰而配置,兩個第2永磁體片24配置在兩個第1永磁體片23的圓周方向兩側。第1永磁體片23的剖面呈扇狀，并且其徑向寬度與第2永磁體片24相同，而圓周方向寬度大于第2永磁體片24。第2永磁體片24的剖面呈徑向寬度大于圓周方向寬度的扇狀。第1永磁體片23的定向角度Θ大于第2永磁體片24的定向角度Θ。
[0063]永磁體7F被構成為:其形狀、定向方向以及磁化方向相對于通過磁極中心且包含轉子鐵心6F的軸心的面呈鏡面對稱。進而,在圓周方向上相鄰的永磁體7F被構成為:其形狀及定向方向相對于通過極間肋15b的中心且包含轉子鐵心6F的軸心的面呈鏡面對稱。
另外，永磁體7F呈等角間距地排列在轉子鐵心6F上，使得磁極中心處的轉子鐵心6F的外周部的極性被形成為N極與S極沿圓周方向交替排列。
另外，其他構成與上述實施方式1相同。
[0064]在該實施方式7中，構成1個磁極的永磁體7F的結構被分割為兩個第1永磁體片23和兩個第2永磁體片24，并且，第1永磁體片23及第2永磁體片24分別被收納保持在磁體保持孔25、26中。因此，在高速旋轉時，經由外周橋14施加于磁體間肋15a及極間肋15b上的扭矩變小，從而能夠提高轉子鐵心6F的抗離心力特性，由此能夠得到適于高速旋轉的轉子5F。
[0065]由于第2永磁體片24的徑向寬度大于圓周方向寬度，因此，相同容積下，與徑向寬度等于圓周方向寬度時相比，與定向方向垂直的剖面積變大，從而磁通量增大，由此能夠得到高轉矩。
[0066]由于第1永磁體片23的定向角度Θ大于第2永磁體片24的定向角度Θ，并且，構成永磁體7F的第1永磁體片23及第2永磁體片24的定向方向相對于通過磁極中心且包含轉子鐵心6F的軸心的面呈鏡面對稱，因此，磁通量增大，從而能夠獲得高轉矩，并且，開放磁通接近于正弦波，從而能夠減少轉矩脈動。
[0067]實施方式8.圖20是表示本發明實施方式8涉及的永磁體埋入型旋轉電機的主要部分剖面圖。
[0068]在圖20中，構成磁極的永磁體7G由兩個第1永磁體片30和兩個第2永磁體片31構成，其中，兩個第1永磁體片30在圓周方向上相鄰而配置,兩個第2永磁體片31配置在兩個第1永磁體片30的圓周方向兩側。第1永磁體片30被形成為將上述實施方式1中的第1永磁體片10沿圓周方向大致二等分后的扇狀剖面。即，第1永磁體片30的容積縮小與磁體間肋15a部分相對應的量。第2永磁體片31被制作為與上述實施方式1中的第2永磁體片11相同的扇狀剖面。第1永磁體片30的定向角度θ大于第2永磁體片31的定向角度Θ。
[0069]永磁體7G被構成為:其形狀、定向方向以及磁化方向相對于通過磁極中心且包含轉子鐵心6G的軸心的面呈鏡面對稱。進而,在圓周方向上相鄰的永磁體7G被構成為:其形狀及定向方向相對于通過極間肋15b的中心且包含轉子鐵心6G的軸心的面呈鏡面對稱。
另外，永磁體7G呈等角間距地排列在轉子鐵心6G上，使得磁極中心處的轉子鐵心6G的外周部的極性被形成為N極與S極沿圓周方向交替排列。
另外，其他構成與上述實施方式1相同。
[0070]在該實施方式8中，構成1個磁極的永磁體7G的結構被分割為兩個第1永磁體片30和兩個第2永磁體片31，并且，第1永磁體片30及第2永磁體片31分別被收納保持在磁體保持孔32、33中。因此，在高速旋轉時，經由外周橋14施加于磁體間肋15a及極間肋15b上的扭矩變小，從而能夠提高轉子鐵心6G的抗離心力特性，由此能夠得到適于高速旋轉的轉子5G。
[0071 ] 由于第2永磁體片31的徑向寬度大于圓周方向寬度，因此，相同容積下，與徑向寬度等于圓周方向寬度時相比，與定向方向垂直的剖面積變大，從而磁通量增大，由此能夠得到高轉矩。
[0072]由于第1永磁體片30的定向角度Θ大于第2永磁體片31的定向角度Θ，并且，構成永磁體7G的第1永磁體片30及第2永磁體片31的定向方向相對于通過磁極中心且包含轉子鐵心6G的軸心的面呈鏡面對稱，因此，磁通量增大，從而能夠獲得高轉矩，并且，開放磁通接近于正弦波，從而能夠減少轉矩脈動。
[0073]在此，對于第2永磁體片31的定向角度Θ與齒槽轉矩及轉矩之間的關系進行探討。圖21是表示改變第2永磁體片的定向角度Θ并測量齒槽轉矩的結果的圖，圖22是表示改變第2永磁體片的定向角度Θ并測量轉矩的結果的圖。在圖21及圖22中，虛線表示第1永磁體片的定向角度Θ為90。時的情況，實線表示第1永磁體片的定向角度Θ為70°時的情況。另外，為了便于比較，以點劃線表示實施方式1中的測量結果。另外，使用外徑Φ為290mm、內徑Φ為212mm的定子、夕卜徑Φ為210mm、內徑Φ為182mm的轉子、以及殘余磁通密度為0.875T的磁體。
[0074]由圖21可知，在第1永磁體片30的定向角度Θ為90°的情況下，當第2永磁體片31的定向角度Θ從0。開始變大時，齒槽轉矩緩慢降低，當第2永磁體片31的定向角度Θ超過15°時，齒槽轉矩急劇降低，當第2永磁體片31的定向角度Θ達到30°時，齒槽轉矩變為最小值，當第2永磁體片31的定向角度Θ超過30°時，齒槽轉矩急劇增大，當第2永磁體片31的定向角度Θ超過45°時，齒槽轉矩緩慢增大。
[0075]由此可知，在第1永磁體片30的定向角度Θ為90°的情況下，與實施方式1同樣地，通過將第2永磁體片31的定向角度Θ設定為15°以上且43°以下，能夠實現低齒槽轉矩。在第1永磁體片30的定向角度Θ為90°的情況下，齒槽轉矩的極小值大于實施方式1。推測這是因為:通過將第1永磁體片10分割為兩個第1永磁體片30，從而在極中心存在磁體間肋15a。
[0076]由圖21可知，在第1永磁體片30的定向角度Θ為70°的情況下，當第2永磁體片31的定向角度Θ從0。開始變大時，齒槽轉矩緩慢降低，當第2永磁體片31的定向角度Θ超過15°時，齒槽轉矩急劇降低，當第2永磁體片31的定向角度Θ達到23°時，齒槽轉矩變為最小值，當第2永磁體片31的定向角度Θ超過23°時，齒槽轉矩急劇增大，當第2永磁體片31的定向角度Θ超過45°時,齒槽轉矩緩慢增大。另外可知，通過使第1永磁體片30的定向角度Θ從90°開始變小，齒槽轉矩變小，并且齒槽轉矩達到極小的第2永磁體片31的定向角度Θ變小。
[0077]由圖21可知，在第1永磁體片30的定向角度Θ為70°的情況下，通過將第2永磁體片31的定向角度Θ設定為15°以上且30°以下，能夠實現低齒槽轉矩。
[0078]由圖22可知，在第1永磁體片30的定向角度Θ為90°及70°的情況下，當第2永磁體片31的定向角度Θ從0。開始變大時，轉矩緩慢增大，當第2永磁體片31的定向角度Θ達到37°時，轉矩變為最大值，當第2永磁體片31的定向角度Θ超過37°時，齒槽轉矩緩慢降低。另外，在第1永磁體片30的定向角度Θ為90°及70°的情況下，轉矩小于實施方式1。推測這是因為:與第1永磁體片10相比，第1永磁體片30的磁體量減少與磁體間肋15a部分相對應的量。
[0079]因此，在第1永磁體片30的定向角度Θ為90°的情況下，與實施方式1同樣地，通過將第2永磁體片31的定向角度Θ設定為15°以上且43°以下，能夠得到齒槽轉矩低且轉矩高的旋轉電氣。
另外，在第1永磁體片30的定向角度Θ為70°的情況下，通過將第2永磁體片31的定向角度Θ設定為15°以上且30°以下，能夠得到齒槽轉矩低的旋轉電氣。
[0080]另外，在上述各實施方式中，1個磁極的永磁體的結構被分割為3個或者4個永磁體片，但是，構成1個磁極的永磁體的分割數并不限定為3個或者4個，也可以是5個以上。該情況下，只要構成1個磁極的永磁體的永磁體片組被構成為:其形狀及定向方向相對于通過磁極中心且包含轉子鐵心的軸心的面呈鏡面對稱，并且距離磁極中心越遠的永磁體片的定向角度Θ越小即可。另外，當構成1個磁極的永磁體的永磁體片的數量為奇數時，位于磁極中心的永磁體的定向角度Θ為90°、即其定向方向為徑向。
【權利要求】
1.一種永磁體埋入型旋轉電機，其特征在于，包括: 定子，該定子具有圓環狀的定子鐵心及卷繞在所述定子鐵心上的定子線圈，和 轉子，該轉子具有圓筒狀的轉子鐵心及數個永磁體，并且以能夠旋轉的方式被配置在所述定子的內周側，數個所述永磁體嵌在所述轉子鐵心的外周側并沿圓周方向呈等角間距地排列，并且，數個所述永磁體分別構成I個磁極， 構成所述I個磁極的永磁體由沿圓周方向呈圓弧狀地排列成一列的η個永磁體片構成，其中，η為3以上的整數， 所述η個永磁體片分別單獨被收容保持在磁體保持孔中該磁體保持孔以孔方向為軸向的方式貫穿設置于所述轉子鐵心上， 所述η個永磁體片被構成為:其形狀及定向方向相對于通過磁極中心且包含所述轉子鐵心的軸心的平面呈鏡面對稱， 所述η個永磁體片被定向為:沿圓周方向距離磁極中心越遠的永磁體的定向角度越小， 沿圓周方向遠離磁極中心的位置處的所述永磁體片被制作為徑向寬度大于圓周方向寬度的略扇狀的剖面形狀。
2.根據權利要求1所述的永磁體埋入型旋轉電機，其特征在于，沿圓周方向遠離磁極中心的位置處的所述永磁體片被構成為:在將定向角度設為Θ、徑向寬度設為d、圓周方向寬度設為τ時滿足下式。
dcos Θ + τ (sin θ — I) > O
3.根據權利要求1所述的永磁體埋入型旋轉電機，其特征在于，位于所述轉子鐵心的所述磁體保持孔的徑向外側的外周橋被構成為:徑向厚度從圓周方向兩端朝向中央逐漸變薄的拱形。
4.根據權利要求1所述的永磁體埋入型旋轉電機，其特征在于，所述永磁體片的數量為3個或者4個，并且，當位于磁極中心處的永磁體片或者位于磁極中心側的永磁體片的定向角度為90°時,位于圓周方向兩端的永磁體片的定向角度為15°以上且43°以下。
5.根據權利要求1所述的永磁體埋入型旋轉電機，其特征在于，所述永磁體片的數量為4個,并且,當位于磁極中心側的永磁體片的定向角度為70°時,位于圓周方向兩端的永磁體片的定向角度為15°以上且30°以下。
6.根據權利要求1所述的永磁體埋入型旋轉電機，其特征在于，通過將所述η個永磁體片中位于圓周方向兩端的永磁體片的周面的一部分切除而形成第I切口。
7.根據權利要求6所述的永磁體埋入型旋轉電機，其特征在于，通過將位于所述η個永磁體片的圓周方向兩端的永磁體片的圓周方向外側的面與內周面之間的角部切除而形成所述第I切口。
8.根據權利要求1所述的永磁體埋入型旋轉電機，其特征在于，所述η個永磁體片被制作為同一剖面形狀。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的永磁體埋入型旋轉電機，其特征在于，通過將所述轉子鐵心的外周面的、位于所述磁體保持孔之間的肋的徑向外側部位呈圓弧狀地切除而形成第2切口。
【文檔編號】H02K1/27GK104321952SQ201280073396
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2012年5月22日 優先權日:2012年5月22日
【發明者】茅野慎介, 井上正哉, 西村慎二, 枦山盛幸, 笹井拓真 申請人:三菱電機株式會社