磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子以及磁鐵埋入式同步電動(dòng)的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供具備轉(zhuǎn)子鐵芯、在轉(zhuǎn)子鐵芯上開口的多個(gè)槽孔、以及收納于多個(gè)槽孔的多個(gè)永久磁鐵的磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子以及磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)。槽孔具有：形成于沿周向延伸的第一外徑面和第一內(nèi)徑面之間且收納永久磁鐵的收納部；以及由從第一外徑面沿周向延伸的第二外徑面、從第一內(nèi)徑面沿周向延伸的第二內(nèi)徑面、和連接第二外徑面和第二內(nèi)徑面的連接面形成且在收納部的周向兩側(cè)開口的開口部。第二外徑面以到轉(zhuǎn)子鐵芯的外周面的徑向的距離從其周向兩端部到周向中間部逐漸變小的方式形成為曲面狀。
【專利說明】磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子以及磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能夠高速旋轉(zhuǎn)的磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子以及磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，已知有在大致圓筒狀的轉(zhuǎn)子鐵芯上沿周向設(shè)置多個(gè)磁鐵收納孔，在各磁鐵收納孔上分別埋入永久磁鐵而構(gòu)成轉(zhuǎn)子的磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)。例如在專利第3533209號公報(bào)(JP3533209B)記載的電動(dòng)機(jī)中，由相互對置的直線狀的外壁以及內(nèi)壁、從外壁的端部沿周向延伸的端部壁、以及連接端部壁和內(nèi)壁的通路壁形成磁鐵收納孔。并且，在外壁和內(nèi)壁之間埋入磁鐵，在磁鐵的周向兩側(cè)(端部壁的內(nèi)徑側(cè))形成間隙。而且，在端部壁的徑向外側(cè)的轉(zhuǎn)子鐵芯的外周面上與端部壁平行地設(shè)有凹部，在端部壁和凹部之間形成有徑向的厚度固定的橋部。
[0003]JP3533209B記載的轉(zhuǎn)子在空隙的徑向外側(cè)具有厚度固定的薄的橋部，轉(zhuǎn)子鐵芯的剖面形狀在端部壁的周向兩端部急劇變化。因此，應(yīng)力集中在轉(zhuǎn)子鐵芯的端部壁的兩端部上，在使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，有可能薄的橋部因離心力而切斷。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個(gè)方案是磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，具備以軸線為中心旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子鐵芯、在轉(zhuǎn)子鐵芯上在周向多處開口且相對于軸線平行地延伸的多個(gè)槽孔、以及多個(gè)永久磁鐵，分別收納于多個(gè)槽孔且以磁極在徑向上互為不同的的方式收納于周向上相鄰的多個(gè)槽孔。該轉(zhuǎn)子鐵芯的槽孔具有:收納部，形成于沿周向延伸的第一外徑面和與該第一外徑面相比在徑向內(nèi)側(cè)與第一外徑面對置地沿周向延伸的第一內(nèi)徑面之間且收納永久磁鐵；以及開口部，由從第一外徑面沿周向延伸的第二外徑面、從第一內(nèi)徑面沿周向延伸的第二內(nèi)徑面、以及連接第二外徑面和第二內(nèi)徑面的連接面形成且在收納部的周向兩側(cè)開口。并且，第二外徑面以到轉(zhuǎn)子鐵芯的外周面的徑向的距離從第二外徑面的周向兩端部到周向中間部逐漸變小的方式形成為曲面狀。
[0005]而且，根據(jù)本發(fā)明的一方案的磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)具有上述轉(zhuǎn)子和配置于轉(zhuǎn)子的周圍的定子。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]本發(fā)明的目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)通過與附圖相關(guān)的以下的實(shí)施方式的說明而會(huì)更加明確。在該附圖中，
[0007]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)的概略結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0008]圖2是放大表示圖1的轉(zhuǎn)子的主要部分結(jié)構(gòu)的圖。
[0009]圖3是表示圖2的比較例的圖。
[0010]圖4是表示圖2的比較例的圖。
[0011]圖5是說明圖2的開口部的周向以及徑向的長度的設(shè)定的圖。
[0012]圖6是表示圖1的變形例的圖。[0013]圖7是表示圖6的比較例的圖。
[0014]圖8是表示圖2的變形例的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下，參照圖1?圖8，對本發(fā)明的實(shí)施方式的磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行說明。圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)的概略結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖1所示的電動(dòng)機(jī)100具有以軸線LO為中心旋轉(zhuǎn)的大致圓筒狀的轉(zhuǎn)子1、以包圍轉(zhuǎn)子I的全周的方式配置在轉(zhuǎn)子I的周圍的大致圓筒狀的定子2 (省略周向一部分的圖示)。定子2具有將電磁鋼板在軸向?qū)盈B而成的定子鐵芯3。在定子鐵芯3的內(nèi)周面上朝向徑向外側(cè)地形成有周向的多個(gè)長方形槽3a，在長方形槽3a上配置有線圈4。
[0016]轉(zhuǎn)子I具有:將電磁鋼板在軸向?qū)盈B而成且在全周上具有圓筒狀的內(nèi)周面IOa和外周面IOb的轉(zhuǎn)子鐵芯10 ;在轉(zhuǎn)子鐵芯10上在周向多處被開口，相對于軸線LO平行地延伸的多個(gè)槽孔20 ;被裝填(埋入)到各槽孔20的多個(gè)永久磁鐵30。磁鐵30以在徑向上位有互為不同的磁極的方式收納于周向上相鄰的槽孔20。因此，N極和S極沿著轉(zhuǎn)子鐵芯10的外周面IOb交替地形成，圖中，極數(shù)為12極。轉(zhuǎn)子I通過在線圈4上流動(dòng)三相交流而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，從而與旋轉(zhuǎn)磁場同步地旋轉(zhuǎn)。
[0017]本實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)100例如作為內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)插入機(jī)床的主軸。S卩，在主軸的外周面上通過熱裝等固定轉(zhuǎn)子鐵芯10的內(nèi)周面10a。一般來說，對于機(jī)床的主軸而言，為了確保充分的加工精度，要求高的剛性。為了提高主軸的剛性,需要將主軸大徑化,加大截面二次矩。因此，轉(zhuǎn)子I具有與主軸的直徑對應(yīng)的比較大的內(nèi)徑。另一方面，對轉(zhuǎn)子I要求使主軸高速旋轉(zhuǎn)的功能，為此需要抑制通過離心力作用的轉(zhuǎn)子I的最大應(yīng)力。
[0018]圖2是放大表示圖1的轉(zhuǎn)子I的主要部分結(jié)構(gòu)的圖，特別是表示槽孔20的端部的形狀。如圖2所示，槽孔20具有收納磁鐵30的收納部21、與收納部21相連且在收納部21的側(cè)方開口的開口部22。另外，如圖1所示，槽孔20以及磁鐵30呈周向?qū)ΨQ形狀，開口部22形成于收納部21的周向兩側(cè)。因此，如圖2所示，轉(zhuǎn)子鐵芯10在周向相鄰的開口部22和開口部22之間具有從內(nèi)周面IOa到外周面IOb在徑向延伸的齒部23 (q軸齒部)。
[0019]齒部23對轉(zhuǎn)子I的磁阻轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生作出貢獻(xiàn)，所以為了增大磁阻轉(zhuǎn)矩，優(yōu)選周向的寬度W (q軸齒寬度)盡量大。另一方面，若增大q軸齒寬度，則磁鐵30的寬度變窄，磁通減少，并且電感變大，有可能陷入電壓不足?？紤]到該點(diǎn)而設(shè)定q軸齒寬度。即，在提高磁阻轉(zhuǎn)矩的利用程度的情況下使q軸齒寬度變大，在不必提高磁阻轉(zhuǎn)矩的利用程度的情況下使q軸齒寬度減小。
[0020]開口部22是為了防止磁鐵30的側(cè)方的磁通的短路而設(shè)置的。例如，如圖3所示，在磁鐵30的側(cè)方?jīng)]有開口部22的情況下，磁通的一部分不經(jīng)由定子2而如圖的箭頭所示繞到磁鐵30的異性極側(cè)。即，磁通短路(shortcut)。這樣的磁通的短路不對轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生作出貢獻(xiàn)，所以需要盡可能抑制磁通的短路。因此，本實(shí)施方式中，如圖2所示，構(gòu)成為在磁鐵30的側(cè)方設(shè)置電磁鋼板(所謂的鐵芯)不存在的部分(開口部22)，磁通有效地通過定子2。另外，開口部22可以只是空隙，也可以填充樹脂等的非磁性體。
[0021]在這樣的磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)100中，轉(zhuǎn)子I旋轉(zhuǎn)時(shí)作用于轉(zhuǎn)子鐵芯10的應(yīng)力容易變高的區(qū)域是開口部22的徑向外側(cè)的部分(以下，成為橋部24)和槽孔20的內(nèi)徑側(cè)的鐵芯部分(以下稱為槽孔內(nèi)徑部25)。其中，槽孔20的內(nèi)徑側(cè)的部分特別是在槽孔內(nèi)徑部25的徑向的厚度(截面積)成為最小的部分應(yīng)力變大。通過減小轉(zhuǎn)子I的內(nèi)徑等，適當(dāng)?shù)刈兏孛娣e，從而能夠減小該槽孔內(nèi)徑部25的最大應(yīng)力。
[0022]另一方面，對于橋部24，即使減小轉(zhuǎn)子I的內(nèi)徑，也得不到應(yīng)力減小效果。其理由是，通過磁鐵30的質(zhì)量帶來的離心力和轉(zhuǎn)子鐵芯10的槽孔20的徑向外側(cè)部分的質(zhì)量帶來的離心力而對橋部24主要作用周向的拉伸應(yīng)力。特別是，本實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)子I高速旋轉(zhuǎn)，所以作用于橋部附近的應(yīng)力容易變大。因此，本實(shí)施方式中，為了減小作用于橋部附近的最大應(yīng)力，如下構(gòu)成轉(zhuǎn)子I。另外,槽孔內(nèi)徑部25的破損對電動(dòng)機(jī)整體造成較大的損失，所以優(yōu)選構(gòu)成為槽孔內(nèi)徑部25的最大應(yīng)力比橋部24的最大應(yīng)力小。
[0023]如圖2所示，槽孔20的收納部21由沿以軸線LO為中心的圓的切線方向延伸的外徑側(cè)收納邊211和與外徑側(cè)收納邊211相比在內(nèi)徑側(cè)并沿以軸線LO為中心的圓的切線方向延伸，且與外徑側(cè)收納邊211對置的內(nèi)徑側(cè)收納邊212形成。這些一對收納邊211、212相互平行地、且分別直線狀地延伸，截面矩形狀的磁鐵30被裝填在收納部21。
[0024]磁鐵30呈截面長方形狀，其形成磁鐵30的N極以及S極的一對磁極面301、302的長度比與磁極面301、302交叉的一對側(cè)面303長。若用通過磁極面301、302的中心的中心線LI來定義磁鐵30的朝向，則磁鐵30 (中心線LI)沿以軸線LO為中心的圓的切線方向延伸。
[0025]優(yōu)選，磁鐵30由磁能比鐵氧體磁鐵大的磁鐵例如稀土類磁鐵構(gòu)成。作為稀土類磁鐵，例如能夠利用釹鐵硼系的稀土類磁鐵。由此，能夠減薄磁鐵30的厚度，能夠容易使轉(zhuǎn)子I的內(nèi)徑變大。而且，若將磁鐵30薄壁化，則磁鐵30的質(zhì)量帶來的離心力減少，所以能夠減少作用于橋部24的應(yīng)力。
[0026]槽孔20的開口部22由從外徑側(cè)收納邊211沿周向延伸的外徑側(cè)開口邊221、與外徑側(cè)開口邊221對置且從內(nèi)徑側(cè)收納邊212沿周向延伸的內(nèi)徑側(cè)開口邊222、以及連接外徑側(cè)開口邊221和內(nèi)徑側(cè)開口邊222的連接邊223形成。另外，槽孔20與軸線LO平行地延伸，圖2的各邊211、212、221?223分別定義沿軸線方向延伸的面。
[0027]圖中的虛線SI是連結(jié)外徑側(cè)收納邊211和外徑側(cè)開口邊221的連接點(diǎn)Pl和軸線LO的線，虛線S2是連結(jié)齒部23的寬度W成為最小的連接邊223上的點(diǎn)P2和軸線LO的線。由這些虛線S1、S2和外徑側(cè)開口邊221、以及轉(zhuǎn)子鐵芯10的外周面IOb包圍的區(qū)域成為橋部24。
[0028]外徑側(cè)開口邊221由向徑向外側(cè)為凸?fàn)畹钠交那€(例如曲率半徑為rl的圓弧)形成，外徑側(cè)開口邊221和外徑側(cè)收納邊211以及連接邊223平滑地連接。外徑側(cè)開口邊221的曲率半徑rl比從軸線LO到外徑側(cè)開口邊221的長度小。因此，從外徑側(cè)開口邊221到轉(zhuǎn)子鐵芯10的外周面IOb的徑向的長度從橋部24的周向兩端部241、242到周向中間部243漸漸變小。即，與橋部24的虛線S1、S2上的長度Λ L1、A L2相比，中間部243的徑向長度Λ L3較小，橋部24在中間部243中成為最小厚度。另外，橋部24的兩端部241、242的長度Λ L1、A L2幾乎相等。
[0029]外徑側(cè)開口邊221也可以不由單一的圓弧構(gòu)成，而由將多個(gè)圓弧組合的平滑的復(fù)合曲線構(gòu)成。該情況下，使最大曲率半徑比從軸線LO到外徑側(cè)收納邊211的最外徑部的長度小，換言之，比將轉(zhuǎn)子鐵芯10的外周面IOb向內(nèi)徑側(cè)偏移最小厚度Λ L3量的圓弧的曲率半徑小即可。在此，“平滑”意味著以抑制應(yīng)力集中的方式構(gòu)成外徑側(cè)開口邊221的曲線。例如，在將曲率半徑不同的多個(gè)曲線連接而構(gòu)成外徑側(cè)開口邊221的情況下，優(yōu)選以雙方在幾何學(xué)上相切的關(guān)系，即，在多個(gè)曲線的切點(diǎn)上雙方具有共同的切線的方式連接。
[0030]連接邊223朝向開口部22的周向外側(cè)形成為凸?fàn)?，由外徑?cè)開口邊221、內(nèi)徑側(cè)開口邊222、磁鐵30的側(cè)面303包圍的開口部22整體呈大致三角形狀。連接邊223能夠由以單一的圓弧構(gòu)成的曲線或者組合多個(gè)圓弧的平滑的復(fù)合曲線構(gòu)成。構(gòu)成該連接邊223的圓弧的曲率半徑(復(fù)合曲線的情況下曲率半徑的最小值)比開口邊221、222的曲率半徑小。本實(shí)施方式中，在內(nèi)徑側(cè)開口邊222的端部設(shè)有凸部22b，然而若忽略該凸部22b，則連接邊223的曲率半徑在形成開口部22的邊中最小。
[0031]通過將連接邊223形成為凸?fàn)?，在齒部23形成縮頸部(點(diǎn)P2)。因此，齒部23不具有周向的寬度固定的直線部分，齒部寬度W (q軸齒寬度)在縮頸部最小。相對于此，如作為本實(shí)施方式的比較例的圖4所示，若開口部22由外徑側(cè)以及內(nèi)徑側(cè)的一對邊22la、222a和沿徑向延伸的邊223a構(gòu)成，則齒部23具有寬度W固定的直線部分。
[0032]如圖2所示，內(nèi)徑側(cè)開口邊222具有從連接邊223向內(nèi)徑側(cè)傾斜的直線部22a和在開口邊222和收納邊212的邊界部向徑向外側(cè)突出的凸部22b。內(nèi)徑側(cè)開口邊222從連接邊223到直線部22a、凸部22b以及內(nèi)徑側(cè)收納邊212平滑地連接。
[0033]通過將直線部22a向內(nèi)徑側(cè)傾斜地設(shè)置，能夠擴(kuò)大開口部22的徑向的最大長度(圖5的D2)。凸部22b作為收納部21中的限制磁鐵30的位置的定位部發(fā)揮功能。在應(yīng)力比外徑側(cè)開口邊221小的內(nèi)徑側(cè)開口邊222上設(shè)置凸部22b，所以凸部22b的附近的應(yīng)力比作用于橋部24的最大應(yīng)力還小。
[0034]如上構(gòu)成的本實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)100中，若轉(zhuǎn)子I旋轉(zhuǎn)，則通過磁鐵30以及槽孔20的徑向外側(cè)部分的離心力而對橋部24作用應(yīng)力。該情況下，在外徑側(cè)開口邊221的端部(例如，連接邊223側(cè)的端部241)中橋部24的截面形狀急劇變化，然而開口部22為大致三角形狀，所以端部241的徑向長度Λ LI比中間部243的徑向長度Λ L3長。因此，在橋部24的截面積最小的中間部243中應(yīng)力最大。
[0035]本實(shí)施方式中，外徑側(cè)開口邊221由不包含直線部分的平滑的曲線構(gòu)成。因此，抑制中間部243的應(yīng)力集中，能夠減少橋部24的最大應(yīng)力。即，作用于橋部24的應(yīng)力以中間部243為中心向兩端部241、242慢慢減少，產(chǎn)生在橋部24的全域的高范圍應(yīng)力緩慢變化的變化區(qū)域。由此，能夠抑制中間部243的最大應(yīng)力，轉(zhuǎn)子I能夠高速旋轉(zhuǎn)。
[0036]相對于此，如圖4所示，以橋部24的徑向長度Λ L在周向?yàn)楣潭ǖ姆绞綐?gòu)成外徑側(cè)的邊221a，則在邊221a的周向兩端部Al、A2中，橋部24的截面形狀急劇變化。該情況下，在橋部24的兩端部A1、A2產(chǎn)生最大應(yīng)力。產(chǎn)生該最大應(yīng)力的部分Al、A2的曲率半徑比本實(shí)施方式的產(chǎn)生最大應(yīng)力的部位(中間部243)的曲率半徑小，所以在圖4的構(gòu)成中，最大應(yīng)力容易變大。其結(jié)果，有可能橋部24以Al、A2的2處為起點(diǎn)而斷裂，斷裂部分向徑向飛散，電動(dòng)機(jī)100較大地?fù)p傷。
[0037]另外，在將圖4的開口部22的邊221a例如沿著以軸線LO為中心的圓的切線方向而形成為直線狀的情況下，橋部24的兩端部的截面積成為最小。因此，Al、A2中的最大應(yīng)力進(jìn)一步增大，橋部24以A1、A2為起點(diǎn)容易斷裂。
[0038]在本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子I中，優(yōu)選開口部22的周向以及徑向的長度如下構(gòu)成。圖5是說明開口部22的周向以及徑向的長度的設(shè)定的圖。如圖5所示，將從齒部23的寬度最小的連接邊223上的點(diǎn)P2至磁鐵30的側(cè)面303的最短距離設(shè)為D1、將開口部22的徑向長度的最大值設(shè)為D2、將磁鐵的厚度(磁極面間的距離)設(shè)為D3。
[0039]此時(shí)，Dl比D2長，D2比D3長。例如，Dl為D3的1.5倍以上，開口部22在周向以及徑向具有足夠的長度。因此，如圖5的箭頭所示，若在轉(zhuǎn)子I上作用去磁方向的磁場，則去磁場通過磁阻比開口部22小的橋部24，磁鐵30不易被去磁。
[0040]相對于此，如圖4所示，開口部22的周向以及徑向的長度比磁鐵30的厚度短的情況下，開口部22的磁阻沒有充分變大，如圖4所示的箭頭，去磁場通過開口部22。其結(jié)果，有可能磁鐵30的角部被去磁。
[0041]根據(jù)本實(shí)施方式，能夠起到如下的作用效果。
[0042](I)在轉(zhuǎn)子I的槽孔20設(shè)置了收納磁鐵30的收納部21和在收納部21的周向兩側(cè)開口的開口部22。即，由相互對置并沿周向延伸的外徑側(cè)收納邊211以及內(nèi)徑側(cè)收納邊212形成收納部21，并且由從外徑側(cè)收納邊211沿周向延伸的外徑側(cè)開口邊221、從內(nèi)徑側(cè)收納邊212沿周向延伸的內(nèi)徑側(cè)開口邊222、以及連接這些開口邊221、222的連接邊223來形成開口部22。并且，以從外徑側(cè)開口邊221到轉(zhuǎn)子鐵芯10的外周面IOb的徑向的長度從其周向兩端部241、242向周向中間部243漸漸變小的方式將外徑側(cè)開口邊221形成為曲面狀。即，將外徑側(cè)開口邊221朝向徑向外側(cè)形成為凸?fàn)?，中間部243中的橋部24的徑向厚度最小。
[0043]由此,橋部24在中間部243中徑向的截面積最小,在截面形狀緩慢變化的中間部243中作用最大應(yīng)力。其結(jié)果，能夠減少作用于橋部24的最大應(yīng)力，能夠使轉(zhuǎn)子I高速旋轉(zhuǎn)。最大應(yīng)力不會(huì)作用于橋部24的多處，而是作用于I處(中間部243)，所以即使其部位斷裂，也能夠防止橋部24向定子2側(cè)飛散。
[0044](2)將連接邊223構(gòu)成為朝向開口部22的周向外側(cè)呈凸?fàn)畹那鏍?，所以能夠容易增大橋?4的周向端部241的截面積，能夠減少周向端部241的應(yīng)力。而且，開口部22大致呈三角形狀，能夠使磁通沿著開口部22的外徑側(cè)開口邊221和內(nèi)徑側(cè)開口邊222而高效通過。
[0045](3)將形成槽孔20的收納部21的外徑側(cè)收納邊211以及內(nèi)徑側(cè)收納邊212分別平坦且相互平行地形成，所以在收納部21沒有凹凸，能夠抑制收納部21的應(yīng)力集中。而且，能夠?qū)?yīng)收納部21的形狀而使用長方形截面的磁鐵30，磁鐵30的構(gòu)成也容易。
[0046](4)轉(zhuǎn)子鐵芯10在全周上具有沒有凹凸的圓弧狀的外周面10b，所以橋部24的徑向的厚度平滑地變化，能夠減少應(yīng)力集中。而且，也能夠防止外周面IOb中的形狀上的應(yīng)力集中。
[0047](5)若由磁能比鐵氧體磁鐵高的稀土類磁鐵來構(gòu)成磁鐵30，則能夠以少的磁鐵得到所需的磁通，能夠抑制用于得到所需轉(zhuǎn)矩的磁鐵30的體積。其結(jié)果，由磁鐵30的質(zhì)量而作用的離心力減少，轉(zhuǎn)子I能夠高速化。
[0048](6)使從轉(zhuǎn)子鐵芯10的齒部23的寬度W最小的連接邊223上的點(diǎn)P2到磁鐵30的側(cè)面303的開口部22的長度Dl比磁鐵30的徑向的厚度D3長。由此，開口部22中的磁阻變大，在去磁方向的磁場作用時(shí)，能夠減少通過磁鐵30的角部以及開口部22而向齒部23穿過的去磁場。[0049](7)使開口部22的徑向上的最大長度D2比磁鐵30的徑向的厚度D3長，所以開口部22中的磁阻在徑向上也變大，能夠抑制磁鐵30的角部的去磁作用。
[0050](8)在開口部22的內(nèi)徑側(cè)開口邊222設(shè)置了朝向徑向外側(cè)突出的凸部22b，所以能夠由凸部22b將磁鐵30容易地定位在收納部21。該情況下，開口部22的內(nèi)徑側(cè)比外徑側(cè)徑向的厚度厚，產(chǎn)生的應(yīng)力小，所以凸部22b附近的應(yīng)力不會(huì)過大。
[0051 ] (9)在內(nèi)徑側(cè)開口邊222設(shè)置了沿周向直線狀地延伸的直線部22a，所以能夠使磁通順利地通過內(nèi)徑側(cè)磁極面302。即，磁通不會(huì)描繪多余的弧而以最短距離通過，高效。
[0052]另外，上述實(shí)施方式中，將轉(zhuǎn)子I的極數(shù)作為12極，但極數(shù)也可以比其多或小。例如，在4極、6極、8極等極數(shù)少的情況下，周向的磁鐵30的寬度變長，磁鐵30的質(zhì)量增大，作用于橋部24的應(yīng)力也增加。該情況下，將槽孔20和磁鐵30分別在周向上二分割，在分割的一對槽孔20、20之間介入轉(zhuǎn)子鐵芯10，從而能夠減少作用于橋部24的應(yīng)力。以下，說明該點(diǎn)。
[0053]圖6是表示將槽孔20和磁鐵30在周向上二分割后的轉(zhuǎn)子I的一例的圖。如圖6所示，各槽孔20通過作為其周向中間部的轉(zhuǎn)子鐵芯10的截?cái)嗖?6 二分割，沿著以軸線LO為中心的圓的切線方向并列設(shè)有一對槽孔201、202(第一槽孔201、第二槽孔202)。在第一槽孔201以及第二槽孔202中以在徑向上位有互為相同的磁極的方式分別收納有磁鐵31、32。
[0054]這樣，在轉(zhuǎn)子鐵芯10上設(shè)置截?cái)嗖?6，將槽孔20在周向上截?cái)酁榈谝徊劭?01和第二槽孔202，從而能夠在截?cái)嗖?6承受離心力。其結(jié)果，減輕橋部24承擔(dān)的負(fù)荷，能夠減少橋部24的最大應(yīng)力。
[0055]而且，第一槽孔201和第二槽孔202沿著以軸線LO為中心的圓的切線方向并列設(shè)置為直線狀，所以截?cái)嗖?6位于轉(zhuǎn)子鐵芯10的靠外徑側(cè)，能夠容易實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子鐵芯10的內(nèi)徑的大徑化，并且能夠防止轉(zhuǎn)子鐵芯10的內(nèi)徑部的過大的應(yīng)力的產(chǎn)生。即，若例如如圖7所示，將一對槽孔201a、202a配置為V字狀，則槽孔20的周向端部A的轉(zhuǎn)子鐵芯10的厚度Λ L極小，在端部A作用過大的應(yīng)力。為了避免此情況，需要減小轉(zhuǎn)子鐵芯10的內(nèi)徑而使厚度Λ L增加，阻礙轉(zhuǎn)子鐵芯10的內(nèi)徑的大徑化。
[0056]另外，在上述實(shí)施方式中(圖2)，將外徑側(cè)收納邊211 (第一外徑面)和內(nèi)徑側(cè)收納邊212 (第一內(nèi)徑面)分別形成為直線狀，然而，只要是相互對置并沿周向延伸，則第一外徑面和第一內(nèi)徑面的構(gòu)成即收納部21的構(gòu)成不限于上述的構(gòu)成。而且，由從外徑側(cè)收納邊211沿周向延伸的外徑側(cè)開口邊221 (第二外徑面)、從內(nèi)徑側(cè)收納邊212沿周向延伸的內(nèi)徑側(cè)開口邊222 (第二內(nèi)徑面)、以及連接這些開口邊221、222的連接邊223 (連接面)來形成了開口部21，但這些第二外徑面、第二內(nèi)徑面以及連接面的構(gòu)成，即開口部22的構(gòu)成不限于上述的構(gòu)成。
[0057]上述實(shí)施方式中，將連接邊223朝向周向外側(cè)形成為凸?fàn)?，將開口部22形成為大致三角形狀，但只要外徑側(cè)開口邊221以從外徑側(cè)開口邊221到轉(zhuǎn)子鐵芯10的外周面IOb的徑向的距離(橋部24的徑向長度)從其周向兩端部241、242到周向中間部243漸漸變小的方式形成為曲面狀，則開口部22的形狀不限于上述的形狀，例如也可以是大致四方形。因此，在周向上相鄰的一對開口部22之間的齒部23 (非槽孔部)的形狀也不限于上述形狀。即使在齒部23上有直線部的情況下，也優(yōu)選從其齒部23的寬度W最小的連接邊223上的點(diǎn)到磁鐵30的側(cè)面303的開口部22的長度Dl比磁鐵30的徑向的厚度D3長。
[0058]上述實(shí)施方式中，在內(nèi)徑側(cè)開口邊222上設(shè)置了直線部22a和定位用的凸部22b，然而內(nèi)徑側(cè)開口邊222的形狀可以考慮很多種。例如，如圖8所示，也可以代替直線部22a，設(shè)置向徑向內(nèi)側(cè)呈凸?fàn)畹那€部22c。由此，磁通也能夠順利地通過內(nèi)徑側(cè)磁極面302，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的磁通的流動(dòng)。內(nèi)徑側(cè)開口邊222也可以具有直線部22a和曲線部22c雙方。上述實(shí)施方式中，將轉(zhuǎn)子鐵芯10的外周面IOb形成為在全周上沒有凹凸的圓弧狀，然而，只要是將外周面IOb中的至少橋部24的外周面形成為沒有凹凸的圓弧狀，則也可以在其他部位有凹凸。例如，可以在給應(yīng)力狀態(tài)帶來的影響小的齒部23的外周面上設(shè)置凹部。
[0059]另外，轉(zhuǎn)子鐵芯10是將多個(gè)電磁鋼板在軸向上層疊而一體形成，然而，優(yōu)選多個(gè)電磁鋼板作為利用粘接劑來接合的粘合鋼板來構(gòu)成。例如，在電磁鋼板的表面(除去槽孔20的整個(gè)面)涂敷熱塑性的粘接劑來層疊多個(gè)電磁鋼板，利用夾具等在軸向上對該層疊的電磁鋼板施加壓縮力。并且，將施加壓縮力的電磁鋼板放入到電爐，加熱到粘接劑熔融的溫度后冷卻，從電爐取出。由此，借助于粘接劑，多個(gè)電磁鋼板接合為一體。若這樣利用粘接劑來形成轉(zhuǎn)子鐵芯10，則不必設(shè)置用于結(jié)合多個(gè)電磁鋼板的構(gòu)造上的結(jié)合部，能夠抑制新的應(yīng)力集中的產(chǎn)生。
[0060]作為結(jié)合電磁鋼板的其他的方法，例如可考慮通過鉚接的結(jié)合、通過螺栓(貫穿螺栓)的結(jié)合。通過鉚接來結(jié)合電磁鋼板時(shí)，首先，利用模具將各電磁鋼板的一部分(例如內(nèi)周緣部)剪斷后，使剪斷處向軸向折彎，使其塑性變形后，形成突出部，并且在電磁鋼板的內(nèi)周緣部形成凹部。將該突出部壓入相鄰的電磁鋼板的凹部，結(jié)合電磁鋼板之間。此時(shí)，突出部和凹部成為鉚接部，鉚接部在周向存在多處。在鉚接部產(chǎn)生應(yīng)力集中，所以通過鉚接的結(jié)合不適于高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子鐵芯10。
[0061]而且，利用貫穿螺栓來結(jié)合電磁鋼板的情況下，在各電磁鋼板上穿設(shè)貫通孔，在層疊的電磁鋼板的貫通孔上沿著軸向全長插入貫穿螺栓，在貫穿螺栓的端部緊固螺母。若這樣借助于貫穿螺栓來緊固多個(gè)電磁鋼板，則貫通孔成為新的應(yīng)力集中處，所以該情況下，也不適于高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子鐵芯10。
[0062]只要是在轉(zhuǎn)子I的周圍配置定子2而構(gòu)成磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)100，則電動(dòng)機(jī)100的結(jié)構(gòu)不限于圖1所示的結(jié)構(gòu)。上述實(shí)施方式中，將磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)100作為機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)用來使用，但也能夠同樣地適用于其他機(jī)械。
[0063]能夠任意地組合上述實(shí)施方式和變形例的一個(gè)或者多個(gè)。
[0064]根據(jù)本發(fā)明，將槽孔的開口部的第二外徑面以到轉(zhuǎn)子鐵芯的外周面的徑向的距離朝向周向中間部漸漸變小的方式形成為曲面狀，所以在截面形狀緩慢變化的橋部的中間部中，徑向的截面積最小，能夠減少作用于橋部的最大應(yīng)力。
[0065]以上，將本發(fā)明與其適當(dāng)?shù)膶?shí)施方式相關(guān)聯(lián)地進(jìn)行了說明，然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解為，在不脫離后述的權(quán)利要求的公開范圍的范圍內(nèi)可進(jìn)行各種修改以及變更。
【權(quán)利要求】
1.一種磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子(1)，具備以軸線(LO)為中心旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子鐵芯(10)、在所述轉(zhuǎn)子鐵芯上在周向多處開口且相對于所述軸線平行地延伸的多個(gè)槽孔(20)、以及在周向上相鄰的所述槽孔中以各永久磁鐵的磁極在徑向上互為不同的方式收納的多個(gè)永久磁鐵(30 )，其特征在于， 所述槽孔具有: 收納部(21)，該收納部(21)形成于沿周向延伸的第一外徑面(211)和與該第一外徑面相比在徑向內(nèi)側(cè)與第一外徑面對置地沿周向延伸的第一內(nèi)徑面(212)之間并收納所述永久磁鐵；以及 開口部(22)，由從所述第一外徑面沿周向延伸的第二外徑面(221)、從所述第一內(nèi)徑面沿周向延伸的第二內(nèi)徑面(222)、以及連接所述第二外徑面和所述第二內(nèi)徑面的連接面(223)形成，且在所述收納部的周向兩側(cè)開口， 所述第二外徑面以到所述轉(zhuǎn)子鐵芯的外周面(IOb)的徑向的距離從第二外徑面的周向兩端部到周向中間部逐漸變小的方式形成為曲面狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，其特征在于， 所述連接面由朝向所述開口部的周向外側(cè)呈凸?fàn)畹那鏄?gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，其特征在于， 所述第一外徑面以及所述第一內(nèi)徑面分別平坦且相互平行地形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)子 鐵芯的所述外周面在全周上形成為沒有凹凸的圓弧狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)子鐵芯具有將所述多個(gè)槽孔在周向上分別截?cái)酁榈谝徊劭?201)和第二槽孔(202)的截?cái)嗖?26)， 所述永久磁鐵以磁極在徑向上互為相同的方式分別收納于所述第一槽孔以及所述第二槽孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，其特征在于， 所述第一槽孔以及所述第二槽孔沿著以所述軸線為中心的圓的周向的切線并列設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1~6中任一項(xiàng)所述的磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，其特征在于， 所述永久磁鐵是磁能比鐵氧體磁鐵高的稀土類磁鐵。
8.根據(jù)權(quán)利要求1~7中任一項(xiàng)所述的磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)子鐵芯在周向上相鄰的一對所述開口部之間具有非槽孔部(23)， 從所述非槽孔部的寬度(W)最小的所述連接面上的點(diǎn)(P2)到所述永久磁鐵的周向端面(303)的所述開口部的長度(Dl)比所述永久磁鐵的徑向的厚度(D3)長。
9.根據(jù)權(quán)利要求1~8中任一項(xiàng)所述的磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，其特征在于， 所述開口部的徑向的最大長度(D2)比所述永久磁鐵的徑向的厚度(D3)長。
10.根據(jù)權(quán)利要求1~9中任一項(xiàng)所述的磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，其特征在于， 所述第二內(nèi)徑面具有朝向徑向外側(cè)突出的、所述永久磁鐵的定位用的凸部(22b)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1~10中任一項(xiàng)所述的磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，其特征在于， 所述第二內(nèi)徑面在周向上具有直線部以及向徑向內(nèi)側(cè)呈凸?fàn)畹那€部的至少一方。
12.根據(jù)權(quán)利要求1~11中任一項(xiàng)所述的磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子鐵芯是將多個(gè)電磁鋼板層疊而成，在軸向上相鄰的電磁鋼板借助于粘接劑相互接合。
13.一種磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)(100)，其特征在于，具有: 權(quán)利要求1~12中任一項(xiàng)所述的磁鐵埋入式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子(I);以及配置在所述轉(zhuǎn)子(I)的周圍的定子(2`)。
【文檔編號】H02K21/02GK103872824SQ201310695759
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月18日
【發(fā)明者】有松洋平, 河合健司 申請人:發(fā)那科株式會(huì)社