CN115104240A - 转子 - Google Patents

Abstract

一种转子，包括：具有磁体收容孔(24)的转子铁芯(21)；以及埋入到转子铁芯的磁体收容孔中且具有向径向内侧凸出的折返形状的永磁体(22)。转子构成为获得由永磁体产生的磁体转矩和由转子铁芯中的比永磁体更靠径向外侧部位的外侧铁芯部(25)产生的磁阻转矩。磁体收容孔的径向外侧端部(24a)具有磁体收容孔的径向外侧端部与转子铁芯的外周之间的距离在转子的周向的中央处接近的曲线形状。

Description

转子

相关申请的援引

本申请以2020年2月17日提交申请的日本专利申请2020-024208号的申请为基础，将其记载内容援引于此。

技术领域

本公开涉及一种埋入磁体型的转子。

背景技术

以往，众所周知使用埋入磁体型的转子的旋转电机。埋入磁体型的转子包括：转子铁芯，上述转子铁芯具有磁体收容孔；以及永磁体，上述永磁体呈埋入到转子铁芯的磁体收容孔中的形式且呈向径向内侧凸出的折返形状，上述转子获得由永磁体产生的磁体转矩和由转子铁芯中的比永磁体更靠径向外侧部位的外侧铁芯部处的磁阻转矩(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2019-41530号公报

发明内容

在上述那样的转子中，磁体收容孔的径向外侧端部具有大致沿周向的直线形状，在旋转时，由于离心力，磁体收容孔的径向外侧端部的周向端部处的应力最大，在该应力集中部位，转子铁芯的桥部有可能会破损。也可以考虑以转子铁芯不会破损方式使磁体收容孔的径向外侧端部的位置整体地远离转子铁芯的外周，但是在这种情况下，比磁体收容孔的径向外侧端部更靠径向外侧的桥部处的磁路的截面积变大，经由该磁路的漏磁通变大，旋转电机的性能会降低。

本公开的目的在于提供一种能够将漏磁通抑制得较小且能够抑制因应力集中引起的转子铁芯的破损的转子。

为了实现上述目的，根据本公开的第一方式的转子包括：转子铁芯，上述转子铁芯具有磁体收容孔；以及永磁体，上述永磁体被埋入到上述转子铁芯的磁体收容孔中，并且具有向径向内侧凸出的折返形状。上述转子构成为获得由上述永磁体产生的磁体转矩和由上述转子铁芯中的比上述永磁体更靠径向外侧部位的外侧铁芯部产生的磁阻转矩。上述磁体收容孔的径向外侧端部具有上述磁体收容孔的径向外侧端部与上述转子铁芯的外周之间的距离在上述转子的周向的中央处接近的曲线形状。

根据该结构，磁体收容孔的径向外侧端部具有磁体收容孔的径向外侧端部与转子铁芯的外周之间的距离在转子的周向的中央处接近的曲线形状，因此，能够将漏磁通抑制得较小，并且能够对因磁体收容孔的径向外侧端部的周向端部处的应力集中引起的转子铁芯的破损进行抑制。即，在磁体收容孔的径向外侧端部的周向端部处，应力最大，但是通过使距转子铁芯的外周的距离变远，转子铁芯的桥部变厚，从而能够抑制破损。另外，在磁体收容孔的径向外侧端部的周向的中央处，由于距转子铁芯的外周的距离变近，因此，桥部51的磁路的截面积变小，从而能够将经由该磁路的漏磁通抑制得较小。

附图说明

参照附图和以下详细的记述，可以更明确本公开的上述目的以及其他目的、特征和优点。

图1是一实施方式的旋转电机的剖视图。

图2是用于对一实施方式的转子进行说明的分解立体图。

图3是用于对一实施方式的转子进行说明的俯视图。

图4是用于对一实施方式的转子进行说明的局部放大俯视图。

图5是用于对一实施方式的转子铁芯进行说明的局部放大俯视图。

图6是用于对一实施方式的转子铁芯进行说明的局部放大立体图。

图7是用于对另一例的转子铁芯进行说明的局部放大俯视图。

图8是用于对另一例的转子铁芯进行说明的局部放大立体图。

图9是用于对另一例的转子铁芯进行说明的局部放大立体图。

具体实施方式

以下，根据图1～图6，对旋转电机的一实施方式进行说明。

如图1所示，本实施方式的旋转电机M是埋入磁体型的无刷电动机，并且是用于配置于车辆发动机舱的位置控制装置用的电动机，详细而言是用于与发动机连接的气门正时可变装置的电动机。

旋转电机M具有电动机壳体1。电动机壳体1具有筒状前外壳2和端部框架3，上述筒状前外壳2由形成为有盖筒状的磁性体构成，上述端部框架3对该筒状前外壳2的开口部进行封闭且由铝(非磁性体)构成。

旋转电机M包括定子5和埋入磁体型的转子7，上述定子5固定于筒状前外壳2的内周面，上述转子7具有配设于定子5内侧的旋转轴6。旋转轴6由轴承8和轴承9以能相对于电动机壳体1旋转的方式被支承，上述轴承8被收容并固定在形成于筒状前外壳2的轴承保持部2a，上述轴承9被收容并固定在形成于端部框架3的轴承保持部3a。在端部框架3的轴向内侧面3b固定有霍尔IC等磁传感器10。

旋转轴6的前端部从筒状前外壳2突出。此外，通过旋转轴6的旋转驱动，适当地改变与运转状态对应的气门正时，即凸轮轴相对于发动机的曲柄轴的相对旋转相位。

[定子5]

在筒状前外壳2的内周面固定有定子5。定子5具有圆筒状的定子铁芯11，该定子铁芯11的外周面固定于筒状前外壳2的内侧面。在定子铁芯11的内侧，多个极齿12沿轴线方向形成，且在周向上等间距地配置。多个极齿12朝向径向内侧延伸形成。

在各极齿12中，隔着绝缘体13分别卷绕有三相的绕组15。此外，在向上述绕组15供给三相的驱动电流时，在定子5中产生旋转磁场，转子7被正反旋转。

[转子7]

转子7包括：上述旋转轴6；在中心部供旋转轴6嵌插的大致圆柱状的转子铁芯21；以及埋入到转子铁芯21内部的多个(本实施方式中为八个)永磁体22。

如图2所示，转子铁芯21是由磁性金属材料的多片电磁钢板23沿轴向层叠而构成的。

如图1～图3所示，转子铁芯21具有用于收容永磁体22的磁体收容孔24。磁体收容孔24沿着转子铁芯21的周向等间隔地设置有多个(本实施方式中为八个)。各磁体收容孔24呈朝向径向内侧凸出的大致U字状的连续的折返形状，并且彼此形成相同的形状。

永磁体22由粘结磁体构成，该粘结磁体是通过使磁体粉末与树脂混合后的磁体材料成型硬化而成的。即，永磁体22是通过将转子铁芯21的磁体收容孔24设为成型模具，使硬化前的磁体材料通过注塑成型没有间隙地填充到磁体收容孔24内，并在填充后在磁体收容孔24内硬化而构成的。因此，磁体收容孔24的孔形状与永磁体22的外形形状一致。

顺便提及，虽然作为本实施方式的永磁体22所使用的磁体粉末，使用例如钐铁氮(SmFeN)类磁体，但是也可以使用其他稀土类磁体等。此外，在转子铁芯21的磁体收容孔24内硬化的永磁体22使用省略图示的起磁装置从转子铁芯21的外部进行起磁，以起到原本的磁体发挥作用。永磁体22被起磁成沿着转子铁芯21的周向极性交替地不同。此外，永磁体22在自身的厚度方向上被励磁。

转子铁芯21中的比永磁体22更靠径向外侧的部位，即与定子5相对的相对部位作为用于获得磁阻转矩的外侧铁芯部25发挥作用。此外，转子7具有八极的转子磁极部26，上述转子磁极部26构成为包括八个永磁体22和被永磁体22包围的外侧铁芯部25。各转子磁极部26分别作为N极、S极发挥作用。转子7构成为通过上述的转子磁极部26获得磁体转矩和磁阻转矩这两者。

接着，对永磁体22的详细形状进行说明。另外，永磁体22的形状是与磁体收容孔24的形状一致的形状。

如图3和图4所示，从轴向观察转子7，永磁体22呈朝向径向内侧凸出的大致U字状的连续的折返形状。永磁体22相对于穿过转子7的轴中心Z和永磁体22自身的周向中心的周向中心线L呈线对称形状。

永磁体22具有：作为周向一方侧(例如逆时针方向一侧)的直线部的第一直线部31；作为周向另一方侧(例如顺时针方向一侧)的直线部的第二直线部32；以及将第一直线部31和第二直线部32的径向内侧端部彼此连接且呈弯曲形状的弯曲部33。第一直线部31和第二直线部32分别沿转子7的径向延伸。详细而言，第一直线部31和第二直线部32分别相对于穿过转子7的轴中心Z的直线平行地延伸。此外，在周向上相邻的永磁体22中，相邻的第一直线部31和第二直线部32彼此平行。

在此，本实施方式的转子7在与外侧铁芯部25的轴向端面相对的位置处包括以与该外侧铁芯部25排斥的方式配置有磁极的环状的端面磁体41。

详细而言，首先，端面磁体41通过粘接剂固定于转子铁芯21及永磁体22的轴向端面。

另外，端面磁体41的外径被设定为永磁体22的最外径以上且转子铁芯21的最外径以下。换言之，从轴向观察，端面磁体41的外周位置配置在永磁体22的最靠径向外侧的位置与转子铁芯21的最靠径向外侧的位置之间。另外，端面磁体41的内径被设定为外侧铁芯部25的最内径。换言之，从轴向观察，端面磁体41的内周配置于外侧铁芯部25的最靠径向内侧的位置。

另外，端面磁体41沿轴向被励磁，并且被起磁成在周向上极性交替地不同。端面磁体41以与永磁体22、外侧铁芯部25相同的数量即八个的极性在周向上交替地不同的方式被起磁。此外，端面磁体41以自身的各磁极与外侧铁芯部25排斥的方式，换言之，以自身的磁极与相对的外侧铁芯部25的磁极一致的方式配置。由此，构成为降低越过永磁体22的轴向端面而从外侧铁芯部25的轴向端面泄漏或是朝向外侧铁芯部25的轴向端面泄漏的漏磁通。

另外，如图1所示，端面磁体41以与上述磁传感器10具有间隙且相对的方式配置，并且构成能够利用磁传感器10对转子7的旋转角度进行检测的传感器磁体。即，端面磁体41兼作传感器磁体。

在此，如图4所示，磁体收容孔24的径向外侧端部24a具有磁体收容孔24的径向外侧端部与转子铁芯21的外周之间的距离在转子7的周向上连续变化且在周向的中央处接近的曲线形状。详细而言，从轴向观察，本实施方式的磁体收容孔24的径向外侧端部24a具有以磁体收容孔24的宽度的中心X为轴线的半圆形状。即，磁体收容孔24具有对永磁体22中的第一直线部31和第二直线部32进行收容的一对内壁在径向外侧通过半圆形状相连的形状。由此，针对在转子铁芯21中形成在比磁体收容孔24的径向外侧端部24a更靠外侧的位置的桥部51，越靠周向的中央越薄，越靠周向的端部越厚。

另外，如图5和图6所示，磁体收容孔24具有轴向的一部分与其他部位不同形状的异形部24b。另外，图5和图6示出了未配设永磁体22的转子铁芯21。详细而言，如图6所示，异形部24b设置于磁体收容孔24的轴向中心。另外，异形部24b设置于磁体收容孔24的径向外侧端部24a，并且相对于其他部位向内侧凸出设置。即，从轴向观察，本实施方式的异形部24b从半圆形状的径向外侧端部24a向内侧突出而形成为半圆形状。另外，本实施方式的异形部24b是通过层叠多种电磁钢板23而设置的。即，本实施方式中的转子铁芯21由多片电磁钢板23层叠而形成，但是电磁钢板23包括与异形部24b对应的形状的第一电磁钢板23a和与其他部位对应的第二电磁钢板23b，本实施方式中的转子铁芯21由它们层叠而形成。

接着，对上述那样构成的旋转电机M的作用进行说明。

例如，在基于由磁传感器10检测到的转子7的旋转角度的定时处，若从外部的电源装置向绕组15供给三相的驱动电流，则在定子5中会产生旋转磁场，转子7被驱动而旋转。通过该旋转驱动，改变了与运转状态对应的气门正时，即凸轮轴相对于发动机的曲柄轴的相对旋转相位。

接着，以下对上述实施方式的效果进行记载。

(1)由于磁体收容孔24的径向外侧端部24a具有磁体收容孔的径向外侧端部与转子铁芯21的外周之间的距离在上述转子的周向的中央处接近的曲线形状，因此，能够将漏磁通抑制得较小，并且能够对因磁体收容孔24的径向外侧端部24a的周向端部处的应力集中引起的转子铁芯21的破损进行抑制。即，在磁体收容孔24的径向外侧端部24a的周向端部处，应力最大，但是通过使距转子铁芯21的外周的距离变远，转子铁芯21的桥部51变厚，从而能够抑制破损。另外，在磁体收容孔24的径向外侧端部24a的周向的中央处，由于距转子铁芯21的外周的距离变近，因此，桥部51的磁路的截面积变小，从而能够将经由该磁路的漏磁通抑制得较小。

(2)由于从轴向观察，磁体收容孔24的径向外侧端部24a具有以磁体收容孔24的宽度的中心X为轴线的半圆形状，因此，例如在磁体收容孔24的径向外侧端部24a的周向两端部处，桥部51同等地变得厚，并且高平衡性地抑制破损。

(3)由于磁体收容孔24具有轴向的一部分与其他部位不同形状的异形部24b，因此，能够通过异形部24b使永磁体22在轴向上卡合，能够防止永磁体22从磁体收容孔24脱落。另外，在本实施方式中，即使在永磁体22的轴向端面设置端面磁体41，也能够防止永磁体22从磁体收容孔24脱落。

(4)由于异形部24b设置于磁体收容孔24的轴向中心，因此，能够在轴向的两个方向上高平衡性地防止永磁体22从磁体收容孔24脱落。

(5)异形部24b设置于磁体收容孔24的径向外侧端部24a并相对于其他部位向内侧凸出设置，因此，能够在防止永磁体22从磁体收容孔24脱落的同时，提高比磁体收容孔24更靠外侧的转子铁芯21的桥部51的强度。

上述实施方式能够实施以下变更。此外，能在技术上不矛盾的范围内将本实施方式和以下变形例相互组合并实施。

·在上述实施方式中，对异形部24b设置于磁体收容孔24的径向外侧端部24a并相对于其他部位凸出设置的示例进行了说明，但是不限于此，也可以在其他位置出以其他形状设置。

例如，如图7和图8所示，异形部52也可以设置于磁体收容孔24整周，并相对于其他部位向内侧凸出设置。这样一来，能够进一步防止永磁体22从磁体收容孔24脱落。

另外，例如，如图9所示，异形部53也可以设置于磁体收容孔24的一部分，并相对于其他部位凹陷设置。这样一来，转子铁芯21的制造变得容易。

·在上述实施方式中，对磁体收容孔24的径向外侧端部24a形成为以磁体收容孔24的宽度的中心X为轴线的半圆形状的示例进行了说明，但是磁体收容孔24的径向外侧端部24a只要是距转子铁芯21的外周的距离在周向的中央处接近的曲线形状即可，也可以是其他形状。例如，磁体收容孔24的径向外侧端部24a也可以形成为椭圆形状等其他曲线形状。

·在上述实施方式中，对异形部24b设置于磁体收容孔24的轴向中心的示例进行了说明，但是不限于此，也可以设置于偏离轴向中心的位置。另外，异形部也可以沿轴向设置多个。

·在上述实施方式中，对磁体收容孔24具有轴向的一部分与其他部位不同的形状的异形部24b的示例进行了说明，但是不限于此，磁体收容孔24也可以不具有异形部。

·在上述实施方式中，对转子7包括固定于转子铁芯21及永磁体22的轴向端面的端面磁体41的情况进行了说明，但是也可以是不包括该端面磁体41的结构。

·在上述实施方式中，对永磁体22形成为具有第一直线部31、第二直线部32和弯曲部33的形状的情况进行了说明，但是不限于此，例如也可以形成为从轴向观察时整体弯曲的形状。

·在上述实施方式中，对永磁体22由将磁体收容孔24作为成型模具而成型的粘结磁体构成的情况进行了说明，但是不限于此，例如也可以是成型后插入到磁体收容孔24的粘结磁体，还可以是烧结后插入到磁体收容孔24的烧结磁体。此外，为了如上述实施方式那样设为与异形部24b对应的形状的永磁体22，理想的是，设为将磁体收容孔24作为成型模具而成型的粘结磁体。

·在上述实施方式中，对转子铁芯21是由多片电磁钢板23沿轴向层叠而成的示例进行了说明，但是不限于此，例如也可以具有将磁性粉末烧结而构成的结构等其他结构。

虽然基于实施例对本公开进行了记述，但是应当理解，本公开并不限定于上述实施例、结构。本公开也包含各种各样的变形例、等同范围内的变形。除此之外，各种各样的组合、方式，进一步包含有仅一个要素、一个以上或一个以下的其他组合、方式也属于本公开的范畴、思想范围。

Claims (5)

1.一种转子，

所述转子包括：转子铁芯(21)，所述转子铁芯具有磁体收容孔(24)；以及永磁体(22)，所述永磁体被埋入到所述转子铁芯的磁体收容孔中，并且具有向径向内侧凸出的折返形状，

所述转子构成为获得由所述永磁体产生的磁体转矩和由所述转子铁芯中的比所述永磁体更靠径向外侧部位的外侧铁芯部(25)产生的磁阻转矩，

所述磁体收容孔的径向外侧端部(24a)具有所述磁体收容孔的径向外侧端部与所述转子铁芯的外周之间的距离在所述转子的周向的中央处接近的曲线形状。

2.如权利要求1所述的转子，其特征在于，

所述磁体收容孔的径向外侧端部具有以所述磁体收容孔的宽度的中心(X)为轴线的半圆形状。

3.如权利要求1或2所述的转子，其特征在于，

所述磁体收容孔具有轴向的一部分与其他部位不同形状的异形部(24b、52、53)。

4.如权利要求3所述的转子，其特征在于，

所述异形部设置于所述磁体收容孔的轴向的中心。

5.如权利要求3或4所述的转子，其特征在于，

所述异形部(24b)设置于所述磁体收容孔的径向外侧端部，并且相对于其他部位凸出设置。

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