磁铁埋入型马达

技术领域

本发明涉及具备在由磁性体构成的转子铁芯的内部埋设有多个磁铁的转子的磁铁埋入型马达。

背景技术

作为磁铁埋入型马达的转子，使用在转子铁芯上形成放射状配置的多个狭缝且在多个狭缝的每一个中埋设磁铁的转子。在专利文献1、2中公开了这种磁铁埋入型马达。

专利文献1、2的旋转电机(磁铁埋入型马达)是在定子的内周侧配置有转子的内转子型马达，转子铁芯是层叠多张钢板而构成的。转子铁芯具备在周向上等角度间隔地配置的多个磁极部，在设置于周向上相邻的磁极部之间的狭缝中埋入有磁铁。另外，在各磁极部的内周侧的端部形成有冲孔。因此，在各磁铁的内周侧的端部的周向两侧设置有作为磁通屏障发挥功能的空隙。

在专利文献1的转子中，磁铁延伸至设置于转子铁芯的狭缝的内周侧的端部。另一方面，专利文献2的转子中，磁铁的径向长度比狭缝的径向长度短，磁铁配置成偏向狭缝的外周侧的端部。因此，在磁铁的内周侧的端面与狭缝的内周侧的边缘之间形成有空隙。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第5057171号公报

专利文献2：日本特许第6673707号公报

发明内容

如专利文献2那样，不仅在磁铁的周向的两侧形成冲孔来设置空隙，而且在磁铁的内周侧也形成空隙时，能够减少绕到磁铁的内周侧的漏磁通。因此，能够增加可有效利用的磁通，能够增大马达转矩。另外，通过缩短磁铁的径向长度，能够减少磁铁的使用量。因此，能够降低部件成本。

但是，在专利文献2中，磁铁和狭缝的形状形成为磁铁能够在狭缝内沿径向滑动的形状。因此，在将已磁化的磁铁组装于转子铁芯时，磁铁被吸引到内周侧，难以将磁铁定位于狭缝的外周侧的端部。虽然也可以通过在磁铁的内周侧夹持非磁性部件而将磁铁定位在外周侧，但是存在部件数量增加、组装工时也增加的问题。

鉴于以上的问题，本发明的课题在于，在磁铁埋入型马达中，减少绕到磁铁的内周侧的漏磁通，实现马达转矩的增大，并且使转子的组装容易化。

为了解决上述课题，本发明的磁铁埋入型马达的特征在于，具有：转子，其具备以等角度间隔配置的多个磁铁以及埋设所述磁铁的转子铁芯；以及定子，其具备在所述转子的外周侧以等角度间隔配置并且卷绕线圈的多个凸极，所述转子铁芯具备：配置所述磁铁的狭缝；位于周向相邻的所述狭缝之间的磁极部；以及在所述狭缝的径向内侧连接周向相邻的所述磁极部的内侧连接部，在所述狭缝的周向的至少一侧的侧缘设置有向所述狭缝的周向的中央延伸的台阶部，所述磁铁从径向外侧与所述台阶部抵接，在所述磁铁与所述内侧连接部之间设置有第一空隙。

根据本发明，在设置于转子铁芯的狭缝的周向的侧缘设置有台阶部，磁铁从径向外侧与该台阶部抵接。因此，在组装转子时，能够使配置于狭缝的磁铁与台阶部抵接而进行定位，因而能够避免被磁化的磁铁被吸引到内周侧。由此，能够容易地组装在磁铁的内周侧设置有第一空隙的转子。另外，通过设置第一空隙，能够减少绕到磁铁的内周侧的漏磁通。因此，能够抑制与定子交链的有效磁通的减少，因而能够使马达转矩增大。

另外，根据本发明，由于能够使磁铁与台阶部抵接而进行定位，因此不需要为了确保第一空隙而使用非磁性的其他部件。因此，能够抑制部件数量的增加以及组装工时的增加。而且，由于设置第一空隙的部分能够缩短磁铁的径向长度，因此能够使磁铁小型化，能够降低部件成本。

在本发明中，优选所述台阶部设置在所述狭缝的周向两侧的侧缘。这样一来，由于磁铁的周向的两端与台阶部抵接，因此能够避免磁铁倾斜。由此，能够提高磁铁的位置精度。

在本发明中，优选所述磁极部具备形成第二空隙的孔部，所述第二空隙的至少一部分位于比所述台阶部靠径向外侧的位置。这样一来，磁通不易通过设置有第二空隙的区域。因此，能够减少从磁铁的周向的两侧向内周侧迂回的漏磁通，因而能够抑制有效磁通的减少。

在本发明中，优选所述孔部具备：一侧缘部，其包围所述第二空隙的周向的一侧；以及另一侧缘部，其包围所述第二空隙的周向的另一侧，所述一侧缘部和另一侧缘部分别具备：第一直线部，其与所述磁铁的周向的侧缘大致平行地延伸；以及第二直线部，其与所述第一直线部的径向外侧的端部连接，且随着朝向径向外侧而向远离所述磁铁的方向倾斜，所述台阶部位于比连接所述第一直线部和所述第二直线部的弯折点靠径向内侧的位置。这样一来，磁极部的第一直线部与磁铁的侧面之间的部分的宽度变窄，形成薄壁部。因此，磁通不易通过磁铁的周向的两侧，因而能够减少漏磁通。另外，在第一直线部的径向外侧，磁通沿着倾斜面(第二直线部)朝向外周侧。因此，能够增加有效磁通。

在本发明中，优选所述转子铁芯具备在所述孔部的径向内侧沿周向延伸的磁极部内周部，所述磁极部内周部的径向宽度与所述内侧连接部的径向宽度大致相同。这样，如果转子铁芯的内周部分的径向宽度一致，则在通过热压配合将转子铁芯固定在旋转轴上时，能够使金属的膨胀、收缩引起的应力均等。

在本发明中，优选所述转子铁芯具备外侧连接部，该外侧连接部在所述狭缝的径向外侧连接周向相邻的所述磁极部，所述磁铁的径向外侧的端面与所述外侧连接部接触。这样一来，能够高精度地定位磁铁。

发明效果

根据本发明，在设置于转子铁芯的狭缝的周向的侧缘设置有台阶部，磁铁从径向外侧与该台阶部抵接。因此，在组装转子时，能够使配置于狭缝的磁铁与台阶部抵接而容易地进行定位，因而能够避免被磁化的磁铁被吸引到内周侧。由此，能够容易地组装在磁铁的内周侧设置有第一空隙的转子。另外，通过设置第一空隙，能够减少绕到磁铁的内周侧的漏磁通。因此，能够抑制与定子交链的有效磁通的减少，因而能够使马达转矩增大。

附图说明

图1是用包含旋转轴线的平面剖切本发明的磁铁埋入型马达的剖视图、以及用与旋转轴线正交的平面剖切转子和定子铁芯的剖视图。

图2是用与旋转轴线正交的平面剖切转子的剖视图。

图3是转子的局部放大剖视图。

图4是外侧连接部的放大图。

具体实施方式

以下，参照附图说明应用了本发明的磁铁埋入型马达。图1的(a)是用包含旋转轴线L的平面剖切本发明的磁铁埋入型马达1的剖视图。图1的(b)是用与旋转轴线L正交的平面剖切转子30及定子铁芯21的剖视图。在本说明书中，将磁铁埋入型马达1的旋转轴线L延伸的方向作为旋转轴线方向，将旋转轴线方向的一侧(输出轴2突出的一侧)作为输出侧L1，将旋转轴线方向的另一侧(与输出轴2突出的一侧相反的一侧)作为反输出侧L2。

(整体结构)

如图1的(a)、图1的(b)所示，磁铁埋入型马达1(以下简称为马达1)具备马达壳体10、配置在马达壳体10内侧的筒状的定子20、可旋转地配置在定子20内侧的转子30。马达壳体10具备：开口朝向马达1的旋转轴线方向的筒状部11；第一轴承保持件12，其固定于筒状部11的输出侧L1的端部；以及第二轴承保持件13，其固定于筒状部11的反输出侧L2的端部。在第一轴承保持件12的内周侧保持有由滚珠轴承构成的第一轴承14的外圈。另外，在第二轴承保持件13的内周侧保持有由滚珠轴承构成的第二轴承15的外圈。另外，在第二轴承保持件13的反输出侧L2安装有未图示的编码器罩，在编码器罩的内侧配置有未图示的编码器。编码器检测转子30的转速和角度位置。

定子20具有：环状的定子铁芯21，其以等角度间隔具有向径向内侧突出的多个凸极24；以及线圈23，其隔着绝缘部件22卷绕在定子铁芯21的各凸极24上，定子20固定在筒状部11的内侧。线圈23与配置在定子铁芯21的端部的未图示的配线基板连接。在配线基板上连接有供电线，经由供电线和配线基板向线圈23提供电力。

转子30以能够旋转的状态配置在定子20的内侧。转子30具备沿马达1的旋转轴线方向延伸的旋转轴31、固定在旋转轴31的外周侧的转子铁芯32、埋入转子铁芯32中的磁铁33。旋转轴31向转子铁芯32的输出侧L1及反输出侧L2突出。在旋转轴31的输出侧L1的端部设置有从第一轴承保持件12突出的输出轴2。

转子铁芯32是将硅钢板等磁性体的板(磁性板)多片层叠而成的层叠体。如图1的(b)所示，在转子铁芯32中埋入有呈放射状配置的多个磁铁33。在转子铁芯32的外周侧放射状地配置有朝向转子铁芯32突出的多个凸极24。磁铁33和凸极24以等角度间隔配置。在本实施方式中，埋入转子铁芯32的磁铁33的数量为10个，设置于定子20的凸极24的数量为12个，因此，马达1为10极12槽的马达。向卷绕在凸极24上的线圈23提供U相、V相、W相这三相电流。另外，转子30的磁极数只要是两个以上即可，凸极24的个数也可以不是12个。

(转子铁芯)

图2是用与旋转轴线L正交的平面剖切转子30的剖视图，图3是转子30的局部放大剖视图。如图1的(b)、图2所示，在转子铁芯32中，在周向上相邻的磁铁33之间的部分成为磁极部34。在转子铁芯32上以等角度间隔形成有呈放射状配置的多个狭缝35，在各狭缝35中埋设有磁铁33。另外，转子铁芯32具备：外侧连接部36，其连接在周向上相邻的磁极部34，且位于狭缝35及磁铁33的径向外侧；以及内侧连接部37，其连接在周向上相邻的磁极部34，且位于狭缝35及磁铁33的径向内侧。

在磁极部34上，在与狭缝35的径向内侧的端部在周向上相邻的位置形成有冲孔38。磁极部34具备位于冲孔38的径向内侧的磁极部内周部39。磁极部内周部39及内侧连接部37构成转子铁芯32的内周部分，包围固定于转子铁芯32的中心的旋转轴31。转子铁芯32通过热压配合固定到旋转轴31。

狭缝35和冲孔38通过沿旋转轴线方向冲裁转子铁芯32而形成。狭缝35沿径向延伸，冲孔38为六边形。狭缝35及冲孔38在转子铁芯32的旋转轴线方向的端面开口。

在转子30上设置有3处作为磁通屏障发挥功能的空隙。各磁铁33埋入在与配置于狭缝35的径向内侧的内侧连接部37之间设有径向间隙(第一空隙51)的位置。另外，设置在各磁极部34上的冲孔38(孔部)形成第二空隙52。而且，在各狭缝35的径向外侧的端部，在与磁铁33的周向的侧面之间设有第三空隙53。

(狭缝的形状)

狭缝35的径向尺寸比磁铁33的径向尺寸长，磁铁33被埋入偏向狭缝35的径向外侧的端部的位置。如图3所示，各狭缝35具备磁铁33嵌入内侧的磁铁收纳部351和从磁铁收纳部351向径向内侧延伸的前端部352。前端部352的周向宽度比磁铁收纳部351窄，前端部352位于磁铁收纳部351的周向中央。另外，磁铁收纳部351具备设置于径向外侧的端部的宽幅部353。磁铁收纳部351除了宽幅部353以外，周向的宽度恒定。

狭缝35的周向的一侧的侧缘41及狭缝35的周向的另一侧的侧缘42分别具备将磁铁收纳部351的周向的侧缘和前端部352的周向的侧缘连接的台阶部43。台阶部43从磁铁收纳部351的径向内侧的端部朝向狭缝35的周向中央延伸。在本实施方式中，台阶部43的周向的尺寸D为0.5mm。另外，在狭缝35的周向的侧缘41、42上，分别设有位于磁铁收纳部351的径向外侧的端部的凹部44，设有凹部44的部位成为宽幅部353。

磁铁33为一定厚度的板状，以朝向周向的端面与狭缝35的周向的侧缘41、42接触的方式埋入。磁铁33以朝向周向的一侧的端面和朝向另一侧的端面成为不同极的方式被磁化。另外，在周向上相邻的磁铁33的磁极反转，同极的磁极彼此在周向上相对。

磁铁33的径向外侧的端面与外侧连接部36接触。另一方面，磁铁33的径向内侧的端面从径向外侧与设置于狭缝35的周向的侧缘41、42的台阶部43抵接。由此，磁铁33被定位在与位于狭缝35的内周侧的内侧连接部37在径向上分离的位置，在磁铁33与内侧连接部37之间形成有第一空隙51。

通过在磁铁33与内侧连接部37之间设置第一空隙51，能够减少向磁铁33的径向内侧迂回的漏磁通。本发明人通过磁场分析对第一空隙51的有无和与定子20交链的有效磁通的增减进行了研究。其结果是，在第一空隙51的径向的尺寸H为1mm左右的情况下，与未设置第一空隙51的情况(即，在狭缝35处未设置前端部352的情况)相比，得到了有效磁通多的结果。

在磁铁收纳部351的径向外侧的端部设有宽幅部353，与此相对，磁铁33的周向的厚度一定，因此，宽幅部353的内侧面(即凹部44的内侧面)与磁铁33的周向的侧面分离。因此，在磁铁33的径向外侧的端部的周向的两侧设置有第三空隙53。第三空隙53配置在转子铁芯32的外周部，位于连接相邻的磁极部34的外侧连接部36的内周侧。通过在这样的位置设置第三空隙53，能够降低来自定子20侧的磁场的影响，能够使磁铁33的退磁不易产生。外侧连接部36通过形成有第三空隙53，其周向的长度比磁铁33的周向的厚度长出第三空隙53的宽度的量。

(冲孔形状)

形成于转子铁芯32的磁极部34的冲孔38为六边形，以通过磁极部34的周向的中央且沿径向延伸的基准线P(参照图2)为基准，形成为在周向上对称的形状。如图3所示，各冲孔38具备：包围第二空隙52的周向的一侧的一侧缘部61；包围第二空隙52的周向的另一侧的另一侧缘部62；包围第二空隙52的径向外侧的外周侧缘部63；以及包围第二空隙52的径向内侧的内周侧缘部64。

一侧缘部61及另一侧缘部62分别在径向的大致中央的弯折点Q处弯折。一侧缘部61及另一侧缘部62分别具备从内周侧缘部64的端部直线状延伸到弯折点Q的第一直线部65和从弯折点Q直线状延伸到外周侧缘部63的端部的第二直线部66。在冲孔38的周向的两侧形成有狭缝35，配置有磁铁33。第一直线部65与磁铁33的周向的侧缘大致平行地延伸。另一方面，第二直线部66相对于第一直线部65倾斜，随着朝向径向外侧而向在周向上远离磁铁33的侧缘的方向延伸。

冲孔38的内周侧缘部64位于比狭缝35的台阶部43靠径向内侧的位置，外周侧缘部63位于比台阶部43靠径向外侧的位置。因此，第二空隙52从比台阶部43靠径向内侧的位置扩展到比台阶部43靠径向外侧的位置。更详细地说，在本实施方式中，冲孔38的一侧缘部61和另一侧缘部62的弯折点Q位于比狭缝35的台阶部43靠径向外侧的位置。因此，冲孔38的第一直线部65与磁铁收纳部351的周向侧缘之间的部分成为周向厚度大致恒定的薄壁部67。在本实施方式中，薄壁部67的厚度T为0.3mm。

磁铁33的径向内侧被第一空隙51包围，磁铁33的周向的两侧被薄壁部67和第二空隙52包围。因此，能够减少向磁铁33的径向内侧迂回的漏磁通。另一方面，在薄壁部67的径向外侧设有第二直线部66，该第二直线部66随着朝向径向外侧而向朝向磁极部34的周向中央的方向倾斜。因此，在弯折点Q的径向外侧，通过磁极部34的磁通被向沿着第二直线部66的方向引导，一边朝向磁极部34的周向的中央一边朝向径向外侧。

(外侧连接部的外周面形状)

图4是外侧连接部36的放大图。如图2所示，转子铁芯32整体为大致圆筒状，各磁极部34的外周面341为以转子铁芯32的旋转轴线L为中心的圆弧面。另一方面，如图4所示，连接相邻的磁极部34的外侧连接部36的外周面361位于比以转子铁芯32的旋转轴线L为中心且与外周面341重叠的圆弧面即假想面362靠内周侧的位置。

外侧连接部36的外周面361为向径向外侧突出的凸形状，向最外周侧突出的前端部363位于外周面361的周向的中央。外周面361具备从前端部363向径向内侧后退并向周向的两侧延伸的倾斜部364。倾斜部364是向转子铁芯32的内周侧凸出的弯折面。外侧连接部36的外周面361的周向两端365的径向厚度最小，随着朝向前端部363而径向厚度逐渐增大。外周面361的周向的两端365位于第三空隙53的径向外侧。外侧连接部36的径向厚度在周向两端365的位置处最薄，两端365处的外侧连接部36的径向厚度比形成转子铁芯32的磁性板的厚度小。采用这样的形状的理由是，测量试制的马达1的反向电压、齿槽转矩、磁导系数，进行磁场分析的结果，发现磁导系数的增大、齿槽转矩的改善。

(本实施方式的主要效果)

本实施方式的马达1具有：转子30，其具有以等角度间隔配置的多个磁铁33以及埋设磁铁33的转子铁芯32；定子20，其具有以等角度间隔配置在转子30的外周侧并且卷绕线圈23的多个凸极24。转子铁芯32具备：配置磁铁33的狭缝35；位于在周向上相邻的狭缝35之间的磁极部34；以及在狭缝35的径向内侧连接在周向上相邻的磁极部34的内侧连接部37。在狭缝35的周向两侧的侧缘41、42上设有朝向狭缝35的周向中央延伸的台阶部43。磁铁33从径向外侧与台阶部43抵接，在磁铁33与内侧连接部37之间设有第一空隙51。

在本实施方式中，在组装转子30时，使配置于转子铁芯32的狭缝35的磁铁33与设置于狭缝35的周向的侧缘41、42的台阶部43抵接而进行定位。由此，能够避免被磁化的磁铁33被吸引到内周侧，因此，能够容易地组装在磁铁33的内周侧设置有第一空隙51的转子30。另外，通过设置第一空隙51，能够减少绕到磁铁33的内周侧的漏磁通。由此，能够抑制与定子20交链的有效磁通的减少，因此，能够增大马达转矩。

另外，在本实施方式中，由于能够使磁铁33与台阶部43抵接而定位，因此不需要为了确保第一空隙51而使用非磁性的其他部件。因此，能够抑制部件数量的增加以及组装工时的增加。而且，由于设置第一空隙51的部分能够缩短磁铁33的径向的长度，因而能够使磁铁33小型化，能够降低部件成本。另外，第一空隙51也能够作为填充用于将磁铁33固定于转子铁芯32的粘接剂的空间来利用。

另外，台阶部43只要设置在狭缝35的周向的侧缘41、42中的至少一方即可。在仅在侧缘41、42中的一方设置台阶部43的结构中，也能够将磁铁33在径向上定位。

在本实施方式中，台阶部43设置在狭缝35的周向两侧的侧缘41、42上。因此，能够利用台阶部43支撑磁铁33的周向的两端，因此能够避免磁铁33倾斜，能够提高磁铁33的位置精度。更详细而言，本实施方式的狭缝35具备：磁铁33嵌入内侧的磁铁收纳部351；以及设置于磁铁收纳部351的径向内侧而形成第一空隙51的前端部352。前端部352的周向宽度比磁铁收纳部351窄，且配置在磁铁收纳部351的周向中央。台阶部43将磁铁收纳部351的周向的侧缘41、42与前端部352的周向的侧缘41、42连接。因此，第一空隙51配置在磁铁33的周向的中央，因此能够在磁铁33的周向的两侧使磁通的分布均匀。

在本实施方式中，转子铁芯32的磁极部34具备形成第二空隙52的冲孔38(孔部)，第二空隙52从比台阶部43靠径向外侧的位置扩展到比台阶部43靠径向内侧的位置。因此，由于在磁铁33的径向内侧设置第一空隙51，而且在磁铁33的径向内侧的端部的周向的两侧设置第二空隙52，因而能够进一步减少向磁铁33的内周侧迂回的漏磁通。因此，能够抑制与定子20交链的有效磁通的减少。

另外，第二空隙52只要至少一部分位于比台阶部43靠径向外侧的位置即可。在这样的结构中，由于在磁铁33的周向的两侧配置有第二空隙52，因此能够减少从磁铁33的周向的两侧绕到内周侧的漏磁通。

在本实施方式中，设置在转子铁芯32的磁极部34上的冲孔38(孔部)具备包围第二空隙52的周向的一侧的一侧缘部61和包围第二空隙52的周向的另一侧的另一侧缘部62。一侧缘部61及另一侧缘部62分别具备与磁铁33的周向的侧缘大致平行地延伸的第一直线部65和与第一直线部65的径向外侧的端部连接且随着朝向径向外侧而向从磁铁33离开的方向倾斜的第二直线部66。另外，台阶部43位于比连接第一直线部65和第二直线部66的弯折点Q更靠径向内侧的位置。这样一来，由于在第一直线部65与磁铁33的侧面之间形成磁通难以通过的薄壁部67，因此能够减少漏磁通。另外，由于在弯折点Q的径向外侧设置有倾斜面(第二直线部)，因此磁通沿着倾斜面(第二直线部)朝向外周侧。因此，能够增加与定子20交链的有效磁通。

在本实施方式中，转子铁芯32具备在冲孔38(孔部)的径向内侧沿周向延伸的磁极部内周部39。磁极部内周部39的径向尺寸比内侧连接部37的径向尺寸稍大，转子铁芯32的包围旋转轴31的内周部分的径向厚度的增减较少。因此，在通过热压配合将旋转轴31固定于转子铁芯32时，包围旋转轴31的内周部分的膨胀、收缩所引起的应力差较小。

另外，也可以采用磁极部内周部39的径向宽度与内侧连接部37的径向宽度大致相同的形状。这样一来，在通过热压配合将旋转轴31固定于转子铁芯32时，能够使包围旋转轴31的内周部分的膨胀、收缩所产生的应力均等。

在本实施方式中，转子铁芯32具备外侧连接部36，该外侧连接部36在狭缝35的径向外侧连接在周向上相邻的磁极部34，磁铁33的径向外侧的端面与外侧连接部36接触。因此，磁铁33的内周侧的端部及外周侧的端部分别与台阶部43和外侧连接部36接触，因此能够高精度地对磁铁33进行定位。

符号说明

1…磁铁埋入型马达(马达)，2…输出轴，10…马达壳体，11…筒状部，12…第一轴承保持件，13…第二轴承保持件，14…第一轴承，15…第二轴承，20…定子，21…定子铁芯，22…绝缘部件，23…线圈，24…凸极，30…转子，31…旋转轴，32…转子铁芯，33…磁铁，34…磁极部，35…狭缝，36…外侧连接部，37…内侧连接部，38…冲孔(孔部)，39…磁极部内周部，41、42…狭缝的周向的侧缘，43…台阶部，44…凹部，51…第一空隙，52…第二空隙，53…第三空隙，61…一侧缘部，62…另一侧缘部，63…外周侧缘部，64…内周侧缘部，65…第一直线部，66…第二直线部，67…薄壁部，341…磁极部的外周面，351…磁铁收纳部，352…前端部，353…宽幅部，361…外侧连接部的外周面，362…假想面，363…前端部，364…倾斜部，365…外侧连接部的外周面的周向的两端，L…旋转轴线，L1…输出侧，L2…反输出侧，P…基准线，Q…弯折点。