旋转电机的转子

技术领域

本发明的实施方式涉及具有永磁体的旋转电机的转子。

背景技术

永磁体型的旋转电机具备圆筒状的定子和旋转自如地支承于该定子内侧的圆柱形状的转子。转子具备转子铁芯和埋入该转子铁芯内的多个永磁体。

作为这种永磁体型的旋转电机，提出过如下结构的旋转电机：针对每一磁极将两块磁体配置为V形状，并且，使收容有磁体的磁体槽向转子铁芯的表面开放。在上述结构的旋转电机中，能够降低磁体在转子铁芯的隔磁桥(bridge)处的磁通泄漏，能够增大每单位磁体重量所产生的磁体转矩。或者，能够在维持旋转电机的转矩的状态下降低磁体重量。

然而，在该结构中，在产生大转矩的状况下，由于对位于被配置为V形状的磁体的内侧的铁芯部施加的圆周方向的电磁力的原因，会对位于磁极中央附近的隔磁桥施加较强的弯曲应力。因此，有可能产生隔磁桥的强度不足。或者，在为了耐受应力而加粗了隔磁桥的情况下，磁通泄漏会增加，因此，磁体重量的降低较为困难。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-50208号公报

专利文献2：日本特开2018-85819号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的实施方式的课题在于提供能够维持强度并且实现小型、轻量化的永磁体型的旋转电机的转子。

用于解决课题的手段

根据本发明的实施方式，旋转电机的转子具备：转子铁芯，具有在以中心轴线为中心的圆周方向上排列的多个磁极，所述磁极分别具有多个磁体保持槽、第一铁芯部、第二铁芯部和隔磁桥，所述多个磁体保持槽在所述圆周方向上隔开间隔地配置，且分别具有在该转子铁芯的外周处开口的开口端和封闭的另一端，所述第一铁芯部在所述圆周方向上位于所述多个磁体保持槽彼此之间，所述第二铁芯部位于所述两个磁体保持槽与所述中心轴线之间，所述隔磁桥将所述第一铁芯部与所述第二铁芯部相连；多个永磁体，分别配置于所述磁体保持槽内；以及非磁性的填充材料，在所述磁体保持槽中填充于所述永磁体与所述开口端之间的空隙，且接合于所述永磁体以及所述磁体保持槽的内壁。

附图说明

图1是第一实施方式的永磁体型的旋转电机的横截面图。

图2是将所述旋转电机的转子的一部分放大表示的横截面图。

图3是将第二实施方式的旋转电机的转子的一部分放大表示的横截面图。

图4是将第三实施方式的旋转电机的转子的一部分放大表示的横截面图。

图5是将第四实施方式的旋转电机的转子的一部分放大表示的横截面图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在各实施方式中，对于相同的结构，标注相同的附图标记，并省略重复的说明。另外，各图是用于与实施方式一起促进对该实施方式的理解的示意图，其形状、尺寸、比例等均存在与实际的装置不同之处，但这些都能够参考以下的说明和公知的技术适当地进行设计变更。

<第一实施方式>

图1是第一实施方式的永磁体型的旋转电机的横截面图，图2是将转子的一个磁极部分放大表示的剖面图。

如图1所示，旋转电机10例如构成为内转子型的旋转电机。旋转电机10具备固定于未图示的固定框的环状或圆筒状的定子12和绕中心轴线C旋转自如地且与定子12同轴地支承于定子内侧的转子14。旋转电机10例如在混合动力汽车(HEV)、电动汽车(EV)中优选用于驱动马达或发电机。

定子12具备圆筒状的定子铁芯16和卷绕于定子铁芯16的电枢绕组(线圈)18。定子铁芯16通过将多片磁性材料、例如硅钢等圆环状的电磁钢板(铁芯片)同心状地层叠而构成。在定子铁芯16的内周部形成有多个槽20。多个槽20隔开相等间隔地排列在圆周方向上。各槽20在定子铁芯16的内周面处开口，且从该内周面沿放射方向延伸。另外，各槽20横跨定子铁芯16的轴向的全长而延伸。通过形成多个槽20，定子铁芯16的外周部构成圆环状的磁轭部16a，定子铁芯16的内周部构成了面向转子14的多个(例如在本实施方式中为48个)定子齿21。多个定子齿21从磁轭部16a朝向中心轴线C沿放射方向延伸。电枢绕组18插通于多个槽20，且卷绕于各定子齿21。通过在电枢绕组18中流通电流，在定子12(定子齿21)处形成规定的交链磁通。

转子14具有两端由未图示的轴承旋转自如地支承的圆柱形状的轴(旋转轴)22、固定于该轴22的轴向的大致中央部的圆筒形状的转子铁芯24和埋入转子铁芯24中的多个永磁体M。转子14隔开微小间隙(气隙)地且同轴地配置于定子12的内侧。即，转子14的外周面隔开微小间隙地与定子12的内周面对置。转子铁芯24具有与中心轴线C同轴地形成的内孔25。轴22插通及嵌合在内孔25中，且与转子铁芯24同轴地延伸。转子铁芯24构成为将多片磁性体板、例如硅钢等圆环状的电磁钢板(铁芯片)同心状地层叠而成的层叠体。转子铁芯24具有沿铁芯片的层叠方向延伸的所述中心轴线C和与中心轴线C同轴的外周面。

在本实施方式中，转子14具有沿以中心轴线C为中心的圆周方向排列的多个磁极、例如8个磁极。在转子铁芯24中，将穿过中心轴线C以及在圆周方向上相邻的磁极间的边界、且沿转子铁芯24的径向延伸的轴称为q轴，并且，将相对于q轴在圆周方向上电分离90°的轴、即穿过磁极的中心和中心轴线C的轴称为d轴。由定子12形成的交链磁通的易流动方向为q轴。d轴及q轴交替地且以规定的相位设置在转子铁芯24的圆周方向上。转子铁芯24的一个磁极是指在圆周方向上相邻的两根q轴间的区域(1/8周的圆周角度区域)。由此，转子铁芯24构成为8极(磁极)。一个磁极的圆周方向中央为d轴。

如图1及图2所示，在转子铁芯24上，在每一个磁极中埋设有多个永磁体、例如两个永磁体M。在转子铁芯24的圆周方向上，在各d轴的两侧，形成有用于装填永磁体M的磁体保持槽(有时也称作磁体保持空洞部或者磁体埋入孔)34。两个永磁体M分别装填以及配置于磁体保持槽34内，例如通过粘合剂等固定于转子铁芯24。

如图2所示，各磁体保持槽34形成为沿轴向贯通转子铁芯24。当在与转子铁芯24的中心轴线C正交的横截面上进行观察的情况下，两个磁体保持槽34形成及配置为相对于d轴呈线对称，例如被排列配置为大致V形状。各磁体保持槽34具有在转子铁芯24的外周处开口或者开放的开口端和位于d轴的附近且封闭的封闭端(另一端)。

作为隔磁槽发挥功能的各磁体保持槽34具有与永磁体M的剖面形状对应的矩形形状的磁体装填区域34a、从磁体装填区域34a的内周侧端延伸的内周侧空隙34b和从磁体装填区域34a的外周侧端延伸且在转子铁芯24的外周处开放的外周侧空隙34c。外周侧空隙34c从磁体装填区域34a延伸至槽的开口端(开口40)。转子铁芯24在磁体装填区域34a的外周侧的端部具有从磁体保持槽34的内侧缘35b向磁体保持槽34内突出的保持突起(台阶)36a。

磁体装填区域34a形成于平坦的内侧缘(内周侧长边)35b和与该内侧缘35b隔开间隔地平行对置的平坦的外侧缘(外周侧长边)35a之间。内侧缘35b以及外侧缘35a相对于d轴以小于90度的角度θ倾斜地延伸。即，磁体装填区域34a以距d轴的距离随着从内周侧端朝向外周侧端而逐渐增大、并且距转子铁芯24的外周面的距离随着从内周侧端朝向外周侧端而逐渐变短的方式倾斜地设置。角度θ并不限定于图示的例子，能够任意地变更。

内周侧空隙34b从磁体装填区域34a的内周侧端(d轴侧的端部)朝向d轴延伸。内周侧空隙34d由与磁体装填区域34a的外侧缘35a共面地相连的外侧缘、与磁体装填区域34a的内侧缘35b共面地相连的内侧缘和与d轴大致平行延伸且与外侧缘及内侧缘相连的端缘35c规定。端缘35c构成了槽的封闭端。端缘35c与d轴隔开间隔而大致平行地对置。

外周侧空隙34c从磁体装填区域34a的外周侧端(转子铁芯的外周面侧的端部)朝向转子铁芯24的外周面延伸，在转子铁芯24的外周处开放或者开口。外周侧空隙34c被规定在外侧缘35d与内侧缘35e之间，该外侧缘35d从磁体装填区域34a的外侧缘35a的一端以与外侧缘35a共面的方式延伸到转子铁芯24的外周，该内侧缘35e从磁体装填区域34a的内侧缘35b的一端、这里是从保持突起36a的突出端以与外侧缘35a大致平行的方式延伸到转子铁芯24的外周。内侧缘35e比内侧缘35b高出保持突起36a的高度量，即，内侧缘35e接近外侧缘35d的一侧，且从保持突起36a的突出端以与外侧缘35d大致平行的方式延伸。另外，内侧缘35e在中途向外侧缘35d的一侧弯曲，之后延伸至转子铁芯24的外周。由此，在外周侧空隙34c中，相对于磁体装填区域34a侧的区域的宽度(外侧缘35d与内侧缘35e之间的间隔)W1，开口40的周向的宽度W2变窄。另外，开口40以上述宽度在转子铁芯24的轴向的全长上开口。

另外，磁体保持槽34的外侧缘35a、35d以及内侧缘35b、35e相当于磁体保持槽34的内壁。

磁体保持槽34的内周侧空隙34b以及外周侧空隙34c作为抑制从永磁体M的长度方向两端部向转子铁芯24的磁通泄漏的磁空隙(隔磁槽)发挥功能，并且也有助于转子铁芯24的轻量化。

永磁体M例如形成为横截面为矩形形状的细长的平板状，具有与转子铁芯24的轴向长度大致相等的长度。各永磁体M横跨转子铁芯24的轴向的大致全长埋入。永磁体M可以将沿轴向(长度方向)分割为多份的磁体组合而构成，在该情况下，多个磁体的合计长度形成为与转子铁芯24的轴向长度大致相等。

如图2所示，各永磁体M具有矩形形状的截面形状，该截面具有相互平行地对置的一对长边以及相互对置的一对短边。永磁体M的截面形状不限于矩形形状(长方形)，也可以设为平行四边形。

永磁体M装填于磁体保持槽34的磁体装填区域34a，一方的长边与外侧缘35a邻接对置或者抵接，另一方的长边与内侧缘35b邻接对置或者抵接。永磁体M的一方的短边、即外周侧的短边的一端部抵接于保持突起36a。由此，永磁体M以长度方向的位置被定位的状态保持于磁体装填区域34a内。永磁体M也可以通过粘合剂等固定于转子铁芯24。位于d轴的两侧的两个永磁体M大致排列配置为V形状。即，两个永磁体M以距d轴的距离随着从内周侧端朝向外周侧端而逐渐增大、并且距转子铁芯24的外周面的距离随着从内周侧端朝向外周侧端而逐渐变短的方式倾斜地配置。

各永磁体M在垂直于长边的方向上被磁化。位于d轴的圆周方向两侧的两个永磁体M、即构成一个磁极的两个永磁体M以磁化方向相同的方式配置。另外，位于各q轴的圆周方向两侧的两个永磁体M以磁化方向相反的方式配置。在本实施方式中，旋转电机10构成了对于每一组相邻的一个磁极将永磁体M的N极和S极的正反两侧交替地配置的8磁极(4极对)的永磁体埋入型的旋转电机。

如图2所示，转子铁芯24在各磁极中具备位于两个磁体保持槽34彼此之间的扇状的外周区域(第一铁芯部)24a、转子铁芯24的内周区域(磁体保持槽34与内孔25(轴22)之间的区域(第二铁芯部))24b和将第一铁芯部24a与第二铁芯部24b连结的柱状的隔磁桥50。隔磁桥50形成于两个磁体保持槽34的两个内周侧空隙34b之间，沿d轴延伸。另外，隔磁桥50并不限于一根，也可以是设置多根的结构。

在各磁体保持槽34的外周侧空隙34c填充有非磁性的填充材料SR而充满外周侧空隙34c。填充材料SR接合于永磁体M的短边、外周侧空隙34c的外侧缘35d及内侧缘35e，并且封闭开口40。在开口40内，填充材料SR位于固定铁芯24的外周面的大致同一面，形成外周面的一部分。

填充于外周侧空隙34c的填充材料SR是透磁率比形成转子铁芯24的磁性体板低的低透磁率材料，例如能够使用树脂。填充材料SR除了树脂之外，也可以是铝、不锈钢等金属、碳纤维强化塑料等。

在图2中，例示了外周侧空隙34c全部被填充材料SR充满的方式，但并不限于此，至少填充与永磁体M的短边、外周侧空隙34c的外侧缘35d的一部分以及内侧缘35e的一部分接合的量即可。另外，也可以在内周侧空隙34b中填充填充材料SR。

根据如以上那样构成的第一实施方式的旋转电机10的转子14，通过采用磁体保持槽的一端在转子铁芯24的外周处开放的结构，能够减少永磁体的泄漏磁通，增加每单位磁体重量产生的磁体转矩。同时，通过采用在磁体保持槽的外周侧空隙34c中填充树脂等填充材料SR的结构，能够利用填充材料SR抑制构成转子铁芯24的磁性板的变形、隔磁桥50的变形，提高转子铁芯24以及隔磁桥50的强度。因此，在产生较大的转矩的状况下，即使在对转子铁芯24的外周区域24a施加了圆周方向的电磁力的情况下，也能够抑制磁性体板以及隔磁桥的变形，稳定地支承转子铁芯24的外周区域24a。另外，能够使隔磁桥50变细。

由上，根据第一实施方式，能够提高相同尺寸的旋转电机的转矩及输出，或者在维持相同输出的状态下实现旋转电机的小型、轻量化。而且，能够通过降低磁体使用重量来实现转子的低成本化。

接下来，对本发明的其他实施方式的旋转电机的转子进行说明。另外，在以下说明的其他实施方式中，对于与前述的第一实施方式相同的部分，标注相同的参照附图标记，并省略或者简化其详细的说明，以与第一实施方式不同的部分为中心详细地说明。

<第二实施方式>

图3是表示第二实施方式的旋转电机的转子的一部分的横截面图。

如图示那样，根据第二实施方式，在转子铁芯24中，磁体保持槽34的磁体装填区域34a的宽度(外侧缘35a与内侧缘35b的间隔)形成得比永磁体M的宽度(厚度)大。由此，在外侧缘35a与永磁体M的外侧的长边之间形成有数毫米左右的间隙(第一间隙)G1。间隙G1具有连通于外周侧空隙34c的一端和与内周侧空隙34b邻接的另一端。

转子铁芯24具有从外侧缘35a的内周侧的端部向内周侧空隙34b内突出的保持突起(第一凸部)36b。保持突起36b抵接于永磁体M的短边的端部且将永磁体M定位，并且保持突起36b还作为将间隙G1的内周侧的另一端封闭的防漏部发挥功能。

非磁性的填充材料SR填充于外周侧空隙34c，进而填充于间隙G1。填充于间隙G1的填充材料SR接合于永磁体M的长边部以及磁体装填区域34a的外侧缘35a。填充材料SR由保持突起36b限制了向内周侧空隙34b侧的泄漏。

在第二实施方式中，转子的其他结构与前述的第一实施方式中的转子相同。

根据上述结构的第二实施方式，通过使永磁体M的宽度(厚度)小于磁体保持槽34的宽度，在组装转子时，能够容易地将永磁体M插入、组装于磁体保持槽34。通过在永磁体M与磁体保持槽34之间的间隙G1中也填充填充材料SR，能够无晃动地保持永磁体M。能够利用填充材料SR吸收构成转子铁芯24的电磁钢板的加工精度的偏差，抑制对永磁体M的不良影响。而且，通过设置防漏用的凸部36b，能够防止填充材料SR的泄漏，将填充材料SR填充以及保持在希望的部位。除此之外，在第二实施方式中，也能够获得与前述的第一实施方式相同的作用效果。

<第三实施方式>

图4是表示第三实施方式的旋转电机的转子的一部分的横截面图。

如图示那样，根据第三实施方式，在转子铁芯24中，永磁体M的宽度(厚度)形成为比磁体装填区域34a的宽度(外侧缘35a与内侧缘35b的间隔)更小。由此，在外侧缘35a与永磁体M的外侧的长边之间形成数毫米左右的间隙G1，在相反侧的外侧缘35a与永磁体M的内侧的长边之间形成数毫米左右的间隙(第二间隙)G2。间隙G2具有连通于外周侧空隙34c的一端和与内周侧空隙34b邻接的另一端。

转子铁芯24除了具有从外侧缘35a的内周侧的端部向内周侧空隙34b内突出的保持突起(第一凸部)36b之外，还具有从内侧缘35b的内周侧的端部向内周侧空隙34b内突出的保持突起(第二凸部)36c。保持突起36b、36c分别抵接于永磁体M的短边的端部且将永磁体M定位，并且保持突起36b、36c还作为将间隙G1、G2的内周侧的另一端封闭的防漏部发挥功能。间隙G1、G2的一端、即外周侧的端部分别连通于外周侧空隙34c。

非磁性的填充材料SR填充于外周侧空隙34c，进而填充于间隙G1以及间隙G2。填充于间隙G1的填充材料SR接合于永磁体M的长边部以及磁体装填区域34a的外侧缘35a。填充于间隙G2的填充材料SR接合于永磁体M的长边部以及磁体装填区域34a的内侧缘35b。填充材料SR由保持突起36b、36c限制了向内周侧空隙34b侧的泄漏。

在第三实施方式中，转子的其他结构与前述的第一实施方式中的转子相同。

在上述结构的第三实施方式中，也能够获得与前述的第二实施方式相同的作用效果以及与前述的第一实施方式相同的作用效果。

<第四实施方式>

图5是表示第四实施方式的旋转电机的转子的一部分的横截面图。

如图示那样，根据第四实施方式，转子铁芯24具有向磁体保持槽34的开口40突出的至少一个凸形状部。在本实施方式中，定子铁芯24具有从开口40的周向的两侧向开口40内突出的一对凸形状部40a、40b。通过利用一对凸形状部40a、40b封闭开口40的一部分，使得形成于凸形状部40a、40b之间的开口40的宽度比外周侧空隙34c的宽度以及磁体装填区域34a的宽度充分小，例如成为1/3左右的宽度。

外周侧空隙34a的外侧缘35d在从磁体装填区域34a的外侧缘35a以与外侧缘35a共面的方式延伸之后，在转子铁芯24的外周的附近向开口40的一侧弯曲，沿凸形状部40a在周向上延伸，进而在外周面侧以直角弯曲而延伸至外周面。外周侧空隙34c的内侧缘35e从保持突起36a的突出端以与外侧缘35d大致平行的方式延伸，在中途向外侧缘35d的一侧弯曲，之后在转子铁芯24的外周的附近向开口40的一侧弯曲，沿凸形状部40b在周向上延伸，进而在外周面侧以直角弯曲而延伸至外周面。

如此，一对凸形状部40a、40b减小开口40的宽度，并且在开口40的附近形成了沿周向延伸的一对肩部或者卡定部。非磁性的填充材料RS填充于外周侧空隙34c以及间隙G1、G2。在外周侧空隙34c中，填充材料RS接合于永磁体M的短边、包含肩部(凸形状部40a)的外侧缘35d、包含肩部(凸形状部40b)的内侧缘35e。

在第四实施方式中，转子的其他结构与前述的第三实施方式的转子相同。

根据上述结构的第四实施方式，通过在开口40的附近设置凸形状部(肩部)40a、40b，能够限制填充材料RS的脱落、飞出，将填充材料RS可靠地保持于外周侧空隙34c内。

通常，由于在填充材料(树脂)与转子铁芯24的线膨胀系数的差异上反复加入温度变化，在填充材料与转子铁芯的界面产生剥离，由于反复施加的离心力，树脂破裂，向外周侧飞出，有可能阻碍旋转。

与此相对，根据本实施方式，利用凸形状部40a、40b或者肩部，能够可靠地防止填充材料的飞出，能够实现可靠性的提高。除此之外，在第四实施方式中，也能够获得前述的第二实施方式相同的作用效果以及与前述的第一实施方式相同的作用效果。

另外，本发明并不限定于上述实施方式本身，可在实施阶段在不脱离其主旨的范围内对构成要素进行变形来使其具体化。另外，可通过上述实施方式所公开的多个构成要素的适当组合来形成各种发明。例如，也可以从实施方式所给出的所有构成要素中删除几个构成要素。而且，也可以适当组合不同实施方式的构成要素。

例如，转子的磁极数、尺寸、形状等并不限定于前述实施方式，可根据设计进行各种变更。转子的各磁极中的永磁体的设置数量并不限于两个，可根据需要进行增加。填充材料的材料并不限定于实施方式中列举的材料，除此之外，能够选择各种填充材料。