專利名稱：旋轉電機的轉子及旋轉電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種轉子及具備該轉子的旋轉電機。
背景技術：
作為電動機或發(fā)電機等的旋轉電機公知有永磁式旋轉電機。永磁式旋轉電機是具備具備在轉子芯的周向上排列配設的多個永久磁鐵的轉子；及隔著空隙與轉子的外周面相對配置的定子的旋轉電機。伴隨在永久磁鐵中的剩磁通的高密度化，實現(xiàn)了這種旋轉電機的小型化和高輸出化，而且在輕量化上也有進展。因此，永磁式旋轉電機在各種領域中被有效地利用。例如， 在機床、電動汽車、機器人等領域中，作為永磁式旋轉電機而廣泛地使用永磁式同步電動機 (參照專利文獻1)。專利文獻1 日本國特開2002-281721號公報可是，雖然如上所述地由于永久磁鐵的特性提高而在旋轉電機的輕量化上有進展，但是優(yōu)選對旋轉電機進行進一步的輕量化。尤其是，旋轉電機的轉子的輕量化不僅實現(xiàn)旋轉電機的輕量化而且也可以實現(xiàn)慣性轉矩的降低，因此優(yōu)選對旋轉電機的轉子進行輕量化。

發(fā)明內(nèi)容
所公開的技術是鑒于上述內(nèi)容而進行的，其目的在于提供一種能夠實現(xiàn)輕量化的旋轉電機的轉子及具備該轉子的旋轉電機。本申請所公開的旋轉電機的轉子如下，具備筒狀的轉子芯；及在所述轉子芯的周向上排列配設的多個永久磁鐵，所述轉子芯的內(nèi)周如下，相對于所述永久磁鐵的周向中央的部位對于相對于周向鄰接的所述永久磁鐵之間的部位呈凹下的形狀。根據(jù)本申請所公開的旋轉電機的轉子的一個形態(tài)，所述轉子芯的內(nèi)周如下，相對于永久磁鐵的周向中央的部位對于相對于周向鄰接的永久磁鐵之間的部位呈凹下的形狀。 因此，在轉子芯中與永久磁鐵相比更靠近內(nèi)周側的厚度有一部分變薄，能夠實現(xiàn)轉子及旋轉電機的輕量化。而且，能夠實現(xiàn)慣性轉矩的降低，因此能夠實現(xiàn)旋轉電機的特性提高。


圖IA是實施例1涉及的旋轉電機的橫剖視圖。圖IB是圖IA所示的H部的放大圖。圖2是實施例1涉及的旋轉電機的縱剖視圖。圖3是實施例1涉及的旋轉電機的橫剖視圖。圖4是圖3所示的剖視圖的H部的放大圖。圖5是表示在使內(nèi)周呈圓形的轉子芯中的磁通狀態(tài)的圖。圖6是表示在圖4所示的轉子芯中的磁通狀態(tài)的圖。
圖7是放大實施例2涉及的旋轉電機的橫剖面的一部分的圖。圖8是放大實施例3涉及的旋轉電機的橫剖面的一部分的圖。圖9是放大實施例4涉及的旋轉電機的橫剖面的一部分的圖。圖10是放大實施例5涉及的旋轉電機的橫剖面的一部分的圖。圖11是放大實施例6涉及的旋轉電機的橫剖面的一部分的圖。圖12是放大實施例7涉及的旋轉電機的橫剖面的一部分的圖。符號說明2-框；3A、3B_支架；4A、4B_軸承；5_軸；6_定子；7、7a_轉子；8_螺栓；11-定子芯；12-定子繞組；21、21a 21g-轉子芯；22、22a、22b_永久磁鐵；23a 23d_支撐部； 24-磁通；25,25a-凹部；26-開口部；30、30a 30e_第1部位；31、31a 31d_第2部位； 211b-分割部。
具體實施例方式下面，參照附圖對本申請所公開的旋轉電機的轉子及旋轉電機的幾個實施例進行詳細說明。并且，本發(fā)明不局限于這些實施例。實施例1參照圖IA及圖IB對實施例1涉及的旋轉電機的轉子進行說明。圖IA是實施例 1涉及的旋轉電機的橫剖視圖，圖IB是圖IA所示的H部的放大圖。并且，在旋轉電機中例如有電動機和發(fā)電機。另外，后述的軸的延伸方向是旋轉電機的長度方向。如圖IA所示，實施例1涉及的旋轉電機具備軸5、定子6及轉子7。定子6隔著規(guī)定空隙與轉子7的外周面相對配置，轉子7安裝在軸5上。如圖IB所示，轉子7具備轉子芯21、永久磁鐵22。轉子芯21筒狀形成，在外周面上沿著周向隔開規(guī)定間隔排列配設永久磁鐵22。在將旋轉電機作為電動機時，通過在定子6的定子繞組中通電來在定子6的內(nèi)側產(chǎn)生旋轉磁場。而且，由于該旋轉磁場與由轉子7的永久磁鐵22產(chǎn)生的磁場的相互作用而轉子7旋轉，伴隨該轉子7的旋轉而軸5旋轉。另一方面，在將旋轉電機作為發(fā)電機時，進行與電動機相反的動作。即，伴隨軸5的旋轉而轉子7旋轉，在定子6的定子繞組中產(chǎn)生電流。在實施例1涉及的轉子7中，使轉子芯21的內(nèi)周例如呈由永久磁鐵22產(chǎn)生的磁通密度相對較低的部分向外周側凹下的內(nèi)周，而不是像沿著圖IB所示的K-K’線那樣的圓形的內(nèi)周。即，如圖IB所示，所述轉子芯21的內(nèi)周如下，相對于永久磁鐵22的周向中央的第1部位30對于相對于周向鄰接的永久磁鐵22之間的第2部位31呈凹下的形狀。如此，通過使轉子芯21的內(nèi)周形狀呈一部分向外周側凹下的形狀，從而與呈圓形的內(nèi)周相比能夠使內(nèi)周側的厚度有一部分變薄。因此，能夠降低轉子芯21的重量，實現(xiàn)轉子7的輕量化。而且能夠降低轉子7的重量，因此能夠降低轉子7的慣性轉矩。旋轉電機的具體結構下面，對實施例1涉及的旋轉電機的結構進行具體說明。圖2是實施例1涉及的旋轉電機的縱剖視圖，圖3是實施例1涉及的旋轉電機的橫剖視圖，圖4是圖3所示的剖視圖的H部的放大圖。并且，圖2對應于圖3的B-B’線剖視圖，圖3對應于圖2的A-A’線剖視圖如圖2所示，實施例1涉及的旋轉電機具備框2 ；支架3A、3B ；軸承4A、4B ；軸5 ； 定子6;及轉子7?？?筒狀形成，在內(nèi)周面上固定定子6的外周。支架3A大致圓盤狀形成，外周部 41A安裝在框2的一個開口端上，通過內(nèi)周部42A來保持軸承4A。同樣，支架大致圓盤狀形成，外周部41B安裝在框2的另一個開口端上，通過內(nèi)周部42B來保持軸承4B。軸5如下，其中心位于框2的中心軸X上，被軸承4A、4B保持成以中心軸X為中心可進行旋轉。定子6具備定子芯11與定子繞組12，在該定子6的內(nèi)周側隔著空隙相對配置轉子7。層疊多張電磁鋼板等薄板材料來形成定子芯11。如圖3及圖4所示，在定子芯11 的內(nèi)周側形成多個齒13。在齒13之間的空間被稱之為槽14。該槽14的內(nèi)周面被絕緣材料所覆蓋，在槽14內(nèi)收納使用絕緣線以分布繞組方式卷繞安裝的定子繞組12。并且，也可以以集中繞組方式卷繞安裝定子繞組12。如圖2所示，轉子7具備轉子芯21、多個永久磁鐵22及支撐部23a 23d，以軸5 的中心為中心軸X而進行旋轉。為了降低渦流，層疊多張電磁鋼板等薄板材料來形成轉子芯21。另外，轉子芯21 筒狀形成，發(fā)揮使永久磁鐵22的磁通通過的功能。在后面詳述該轉子芯21的形狀。沿著轉子芯21的外周面排列配設多個永久磁鐵22。如圖4所示，多個永久磁鐵 22由不同極性的永久磁鐵22a、22b構成。永久磁鐵2 如下，與轉子芯21的接觸面?zhèn)葹镾 極且其相反側為N極。另外，永久磁鐵22b如下，與轉子芯21的接觸面?zhèn)葹镹極且其相反側為S極。如圖2所示，在軸5的延伸方向上，相同極性的永久磁鐵22被排列配設在轉子芯 21的外周上。另一方面，如圖4所示，在轉子芯21的周向上，不同極性的永久磁鐵22a、22b 被交互排列配設。如圖2所示，支撐部23a 23d是與轉子芯21 —體形成的構件，與轉子芯21相同地層疊多張電磁鋼板等薄板材料來形成。支撐部23a 23d具有從筒狀的轉子芯21的內(nèi)周側朝著軸5的方向突出的環(huán)狀。并且，轉子芯21及支撐部23a 23d也可以不是被層疊的電磁鋼板而是由鐵等導磁性構件一體形成。作為一體形成的方法，可以舉出鑄造或切削寸。支撐部23a 23d如下，在內(nèi)周面抵接在軸5的外周面的狀態(tài)下，通過多個螺栓8 來將支撐部23a、23d安裝在軸5上。由此，通過支撐部23a 23d來將轉子芯21可旋轉地支撐在軸5上。轉子芯21的形狀如上所述，在實施例1涉及的旋轉電機的轉子7中，將轉子芯21的形狀做成能夠降低轉子7的重量的形狀。下面，參照圖5及圖6具體說明轉子芯21的形狀。并且，圖5 及圖6所示的定子6、永久磁鐵22與圖3及圖4所示的定子6及永久磁鐵22的形狀及配置相同。首先，考慮在使內(nèi)周呈圓形的轉子芯中的磁通的狀態(tài)。圖5是表示在使內(nèi)周呈圓形的轉子芯21a中的磁通狀態(tài)的圖。如圖5所示，在轉子芯21a中存在從永久磁鐵22流過來的磁通即在相鄰的異極的永久磁鐵22a、22b之間流動的磁通M。該磁通M如下，從相鄰的異極的永久磁鐵22a、22b之間中央到內(nèi)周為止的C_C’ 之間區(qū)域的量(以下作為磁通量)最多，從永久磁鐵22的周向中央到內(nèi)周為止的D-D’之間區(qū)域的量最少。即，C-C’之間區(qū)域的磁通密度較高，D-D'之間區(qū)域的磁通密度較低。如圖5所示，磁通密度較低的D-D’之間區(qū)域如下，在靠近永久磁鐵22的區(qū)域中存在磁通對，在遠離永久磁鐵22的區(qū)域中幾乎不存在磁通M。因此，即使將磁通密度較低的 D-D’之間區(qū)域厚度V做成薄于C-C’之間區(qū)域的厚度W，也對轉子7的特性幾乎不產(chǎn)生影響。于是，如圖6所示，在轉子芯21的內(nèi)周，將由永久磁鐵22產(chǎn)生的磁通M的密度相對較低的D-D’之間區(qū)域厚度V做成較薄而形成第1部位30，將磁通M的密度相對較高的 C-C'之間區(qū)域厚度W做成較厚而形成第2部位31。即，相對于永久磁鐵22的周向中央的第1部位30對于相對于周向鄰接的永久磁鐵22之間的第2部位31呈凹下的形狀。第1部位30與第2部位31在周向上交互連續(xù)形成。因此，在轉子芯21的內(nèi)周， 形成相當于永久磁鐵22數(shù)量的凹下的區(qū)域即第1部位30，在轉子芯21中，降低相當于永久磁鐵22數(shù)量的凹下部分的重量，轉子芯21被輕量化。而且，轉子芯21存在于轉子7的外周側，另外，由于凹下的區(qū)域即第1部位30均衡地形成在轉子芯21的內(nèi)周上，因此能夠有效地降低轉子7的慣性轉矩。在此，能夠如下求出磁通密度較高的C-C’之間區(qū)域的厚度W。并且，為了容易理解，忽略永久磁鐵22的磁導率。在忽略永久磁鐵22的磁導率時，從永久磁鐵22出來的朝向轉子芯21的磁通M 的量，在永久磁鐵22與轉子芯21的接觸面上的任意部位處都相同。因此，在將永久磁鐵22的軸向長度L(參照圖2)作為“1”時，如式⑴所示，能夠從永久磁鐵22的最大能積BH(GOe)求出從永久磁鐵22的表面出來的朝向轉子芯21的磁通量Φ (ffb)。φ =0.2 X V(撒)…式(1)例如，在將BH = 42 (MGOe)的永久磁鐵作為永久磁鐵22來使用時，根據(jù)上述式 (1)，從該永久磁鐵22表面出來的朝向轉子芯21的磁通量Φ成為1. 296 (Wb)，該磁通量Φ 等于只在永久磁鐵22的寬度Ζ(參照圖6)的部分上出來。如圖6所示，永久磁鐵22的磁通M的流動從永久磁鐵22的周向中心開始向周向兩側分開。而且，在永久磁鐵22的寬度Z的一半與C-C’之間區(qū)域的厚度W相同時，磁通密度最高的C-C’之間區(qū)域的磁通密度成為1. 296 (T)。在此，在決定C-C’之間區(qū)域的厚度W時成為問題的是對轉子芯21的特性產(chǎn)生的影響。在將C-C’之間區(qū)域的磁通密度做成為1.3(Τ)以下時，雖然在特性上不存在任何問題，但是C-C’之間的厚度W變厚。因此，不能更加有效地降低慣性轉矩和重量。另一方面，在使C-C’之間的厚度W變薄而將C-C’之間區(qū)域的磁通密度做成為 2. 3 (T)以上時，轉子芯21的磁通密度完全飽和。因此，例如，在將旋轉電機作為電動機來使用時，成為即使增加通過定子繞組12的電流，輸出轉矩也不增加的所謂轉矩飽和狀態(tài)。由上可知，優(yōu)選將磁通密度最高的C-C’之間區(qū)域的該磁通密度做成1. 3 (T) 2. 3 (T)。從而，優(yōu)選在決定C-C’之間區(qū)域的厚度W之后形成第2部位31，以便C-C’之間區(qū)域的磁通密度進入1.3 (T) 2. 3 (T)的范圍內(nèi)。
在此，在想要使C-C’之間區(qū)域的磁通密度進入1.3 (T) 2.3(T)范圍內(nèi)時，能夠從以下的式⑵求出C-C’之間區(qū)域的厚度W。
權利要求
1.一種旋轉電機的轉子，其特征在于， 具備筒狀的轉子芯；及在所述轉子芯的周向上排列配設的多個永久磁鐵， 所述轉子芯的內(nèi)周如下，相對于所述永久磁鐵的周向中央的部位對于相對于周向鄰接的所述永久磁鐵之間的部位呈凹下的形狀。
2.根據(jù)權利要求1所述的旋轉電機的轉子，其特征在于，所述轉子芯如下，在與所述永久磁鐵相比更靠近內(nèi)周側的厚度上，所述永久磁鐵的周向中央到內(nèi)周為止的厚度是所述永久磁鐵之間到內(nèi)周為止的厚度的20 80%。
3.根據(jù)權利要求1所述的旋轉電機的轉子，其特征在于，所述轉子芯的內(nèi)周如下，在相對于所述永久磁鐵的周向中央的部位到相對于周向鄰接的所述永久磁鐵之間的部位的跨度上圓弧狀形成。
4.根據(jù)權利要求1所述的旋轉電機的轉子，其特征在于，所述轉子芯的外周如下，周向鄰接的所述永久磁鐵之間的部位呈凹下的形狀。
5.根據(jù)權利要求1 4中的任意一項所述的旋轉電機的轉子，其特征在于， 所述轉子具備支撐所述轉子芯而固定在軸上的環(huán)狀的多個支撐部，所述支撐部分別具有在所述軸的延伸方向上貫穿的開口部。
6.一種旋轉電機，其特征在于，具備具備筒狀轉子芯與在所述轉子芯的周向上排列配設的多個永久磁鐵的轉子； 及隔著空隙與所述轉子的外周面相對配置的定子， 所述轉子芯的內(nèi)周如下，在相對于所述永久磁鐵的周向中央的部位對于相對于周向鄰接的所述永久磁鐵之間的部位呈凹下的形狀。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠實現(xiàn)輕量化的旋轉電機的轉子及旋轉電機。具體而言，具備轉子芯(21)；及在轉子芯(21)的周向上排列配設的多個永久磁鐵(22)。而且，轉子芯(21)的內(nèi)周如下，相對于永久磁鐵(22)的周向中央的第1部位(30)對于相對于周向鄰接的永久磁鐵(22)之間的第2部位(31)呈凹下的形狀。
文檔編號H02K1/27GK102457113SQ20111032057
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權日2010年10月25日
發(fā)明者佐次川勇二 申請人:株式會社安川電機