轉(zhuǎn)子以及電動(dòng)的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供轉(zhuǎn)子以及電動(dòng)機(jī)，提供減少自電動(dòng)機(jī)所具備的轉(zhuǎn)子泄漏的漏磁通、提高轉(zhuǎn)子外周部的平均磁通密度的技術(shù)。轉(zhuǎn)子(68)具備圓形的轉(zhuǎn)子鐵心(66)、多個(gè)θ磁鐵(28)、環(huán)狀的Z磁鐵(60)。轉(zhuǎn)子鐵心(66)具有以旋轉(zhuǎn)軸為中心形成為放射狀的多個(gè)磁鐵收納部。θ磁鐵(28)以與相鄰的磁鐵相同磁極的彼此在轉(zhuǎn)子鐵心的周向上對置的方式收納于磁鐵收納部，轉(zhuǎn)子鐵心在外周面的周向上交替地形成有N極和S極，Z磁鐵(60)在與轉(zhuǎn)子鐵心的旋轉(zhuǎn)軸方向的端面對置的對置面上以環(huán)狀交替地形成有N極和S極，Z磁鐵(60)在轉(zhuǎn)子鐵心的旋轉(zhuǎn)方向上的相位設(shè)為對置面的N極的相位相對于轉(zhuǎn)子鐵心的外周面的N極的相位錯(cuò)開。
【專利說明】轉(zhuǎn)子以及電動(dòng)機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)子以及電動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，作為各種裝置、產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)源而使用電動(dòng)機(jī)。例如，在打印機(jī)或復(fù)印機(jī)等辦公設(shè)備、各種家電產(chǎn)品、機(jī)動(dòng)車或電動(dòng)自行車等車輛的輔助動(dòng)力源的用途中采用電動(dòng)機(jī)。特別是作為動(dòng)作頻度高的可動(dòng)部件的驅(qū)動(dòng)源，從耐久性及電氣噪聲的觀點(diǎn)出發(fā)，存在使用無刷電機(jī)的情況。
[0003]作為這種無刷電機(jī)的一種，已知在轉(zhuǎn)子中埋入有永久磁鐵的埋入磁鐵式(Interior Permanent Magnet)無刷電機(jī)。例如，存在如下的電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子磁軛以放射狀埋入有板狀的多個(gè)磁鐵，并且以相鄰的磁鐵的同極彼此在磁軛的周向上相互對置的方式配置各磁鐵(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。
[0004]在該電動(dòng)機(jī)中，為了減少從埋入于轉(zhuǎn)子磁軛的磁鐵向旋轉(zhuǎn)軸方向泄漏的磁通，在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸方向的兩端面配置圓盤狀的輔助永久磁鐵。
[0005]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特開2012-231578號公報(bào)
[0008]上述的電動(dòng)機(jī)的輔助永久磁鐵構(gòu)成為在與轉(zhuǎn)子鐵心對置的面上以環(huán)狀形成有多個(gè)磁極。因此，根據(jù)將輔助永久磁鐵如何安裝于轉(zhuǎn)子鐵心的情況的不同，存在轉(zhuǎn)子鐵心和輔助永久磁鐵的斥力、相互的抗消磁性發(fā)生變化這樣的應(yīng)解決的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明是鑒于這種狀況而完成的，其目的在于提供一種減少從電動(dòng)機(jī)所具備的轉(zhuǎn)子泄漏的漏磁通、提高轉(zhuǎn)子外周部的平均磁通密度的技術(shù)。
[0010]用于解決課題的手段
[0011]為了解決上述課題，本發(fā)明的一方案的轉(zhuǎn)子具備:圓形的轉(zhuǎn)子鐵心；多個(gè)板狀磁鐵；以與該轉(zhuǎn)子鐵心對置的方式分別配置于轉(zhuǎn)子鐵心的旋轉(zhuǎn)軸方向的兩端面的一對環(huán)狀的輔助磁鐵。轉(zhuǎn)子鐵心具有以旋轉(zhuǎn)軸為中心形成為放射狀的多個(gè)磁鐵收納部。板狀磁鐵以與相鄰的磁鐵相同磁極的彼此在轉(zhuǎn)子鐵心的周向上對置的方式收納于磁鐵收納部，轉(zhuǎn)子鐵心在外周面的周向上交替地形成有N極和S極，輔助磁鐵在與轉(zhuǎn)子鐵心的旋轉(zhuǎn)軸方向的端面對置的對置面上以環(huán)狀交替地形成有N極和S極，輔助磁鐵在轉(zhuǎn)子鐵心的旋轉(zhuǎn)方向上的相位設(shè)為對置面的N極的相位相對于轉(zhuǎn)子鐵心的外周面的N極的相位錯(cuò)開。
[0012]根據(jù)該方案，能夠減少收納有板狀磁鐵的轉(zhuǎn)子鐵心與輔助磁鐵的斥力。此外，能夠改善板狀磁鐵的抗消磁特性。需要說明的是，環(huán)狀的輔助磁鐵可以一體地形成，或者也可以呈環(huán)狀配置多個(gè)扇形的小片而形成。
[0013]一對環(huán)狀的輔助磁鐵的一方在轉(zhuǎn)子鐵心的旋轉(zhuǎn)方向上的相位設(shè)為對置面的N極的相位相對于轉(zhuǎn)子鐵心的外周面的N極的相位錯(cuò)開α ° (α >0)地設(shè)置，一對環(huán)狀的輔助磁鐵的另一方在轉(zhuǎn)子鐵心的旋轉(zhuǎn)方向上的相位以對置面的N極的相位相對于轉(zhuǎn)子鐵心的外周面的N極的相位錯(cuò)開-α ° ( α > O)。
[0014]也可以為，輔助磁鐵的對置面的N極的相位和轉(zhuǎn)子鐵心的外周面的N極的相位的錯(cuò)開電氣角tpe構(gòu)成為滿足下式，5°≤i(pe≤50°。由此，能減少自轉(zhuǎn)子泄漏的漏磁通，并且能抑制轉(zhuǎn)子鐵心與輔助磁鐵的斥力而提高轉(zhuǎn)子外周部的平均磁通密度。
[0015]也可以為，在輔助磁鐵的對置面的N極的相位相對于轉(zhuǎn)子鐵心的外周面的N極的相位錯(cuò)開的情況下，當(dāng)將板狀磁鐵的在轉(zhuǎn)子鐵心的周向上的厚度設(shè)為Lm[mm]時(shí)，輔助磁鐵的對置面的N極的相位所對應(yīng)的外周部的位置相對于轉(zhuǎn)子鐵心的外周面的N極的位置向轉(zhuǎn)子鐵心旋轉(zhuǎn)方向的錯(cuò)開長度Χ[_]構(gòu)成為滿足下式，0.2 ( X/Lm ^ 2.00
[0016]由此，能減少自轉(zhuǎn)子泄漏的漏磁通，并且能抑制轉(zhuǎn)子鐵心與輔助磁鐵的斥力而提高轉(zhuǎn)子外周部的平均磁通密度。
[0017]板狀磁鐵的在轉(zhuǎn)子鐵心的周向上的平均厚度Lm可以在Imm~25mm的范圍內(nèi)。
[0018]轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P可以為12極、14極、16極、18極、20極中的任一個(gè)。由此，能夠平衡良好地提高電動(dòng)機(jī)特性。
[0019]輔助磁鐵的磁極數(shù)Q可以與轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P相同。由此，能夠進(jìn)一步減少自轉(zhuǎn)子泄漏的漏磁通。
[0020]輔助磁鐵的在旋轉(zhuǎn)軸方向上的厚度可以在Imm~15mm的范圍內(nèi)。
[0021]本發(fā)明的另一方案為電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)具備:配置有多個(gè)線圈的筒狀的定子；設(shè)于定子的中心部的上述的轉(zhuǎn)子；對定子的多個(gè)線圈供電的供電部。
[0022]根據(jù)該方案，能夠提高轉(zhuǎn)子外周部的平均磁通密度，從而有助于電動(dòng)機(jī)扭矩的提聞。
[0023]需要說明的是，將以上的結(jié)構(gòu)要素的任意組合、本發(fā)明的表現(xiàn)在方法、裝置、系統(tǒng)等之間變換而得的方案作為本發(fā)明的方案是有效的。
[0024]發(fā)明效果
[0025]根據(jù)本發(fā)明，能減少自電動(dòng)機(jī)所具備的轉(zhuǎn)子泄漏的漏磁通、能夠提高轉(zhuǎn)子外周部的平均磁通密度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為第一實(shí)施方式所涉及的無刷電機(jī)的剖視圖。
[0027]圖2為第一實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)子的分解立體圖。
[0028]圖3的(a)為將除了軸承、背磁軛等之外的各構(gòu)件安裝于旋轉(zhuǎn)軸的狀態(tài)的轉(zhuǎn)子的立體圖，圖3的(b)為將包含軸承、背磁軛的各構(gòu)件安裝于旋轉(zhuǎn)軸的狀態(tài)的轉(zhuǎn)子的立體圖。
[0029]圖4的(a)為第一實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)子的側(cè)視圖，圖4的(b)為圖4的(a)的用包含旋轉(zhuǎn)軸的平面進(jìn)行剖切得到的剖視圖。
[0030]圖5的(a)為第一實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心的俯視圖，圖5的(b)為表示在圖5的(a)所示的轉(zhuǎn)子鐵心中嵌入有Θ磁鐵的狀態(tài)的俯視圖。
[0031]圖6的(a)為圖5的(a)的A區(qū)域的放大圖，圖6的(b)為圖5的(a)的B區(qū)域的放大圖。[0032]圖7為定子鐵心的俯視圖。
[0033]圖8為卷繞有線圈的絕緣體的立體圖。
[0034]圖9的(a)為第一實(shí)施方式所涉及的定子以及轉(zhuǎn)子的俯視圖，圖9的(b)為第一實(shí)施方式所涉及的定子以及轉(zhuǎn)子的立體圖。
[0035]圖10為示意性地列舉了與磁極數(shù)P和Θ磁鐵厚度(Lm[mm])/轉(zhuǎn)子鐵心外徑(Dr[mm])相應(yīng)的轉(zhuǎn)子的磁鐵配置的圖。
[0036]圖11為按各磁極數(shù)表示Θ磁鐵厚度/轉(zhuǎn)子鐵心外徑(Lm/Dr)和縫隙部的平均磁通密度/Θ磁鐵的剩余磁通密度(Bg/Br)的關(guān)系的圖。
[0037]圖12為表示處于Bg/Br > 1.0范圍內(nèi)的磁極數(shù)P和Θ磁鐵厚度/轉(zhuǎn)子鐵心外徑(Lm/Dr)的關(guān)系的圖。
[0038]圖13的(a)為第二實(shí)施方式所涉及的不具有回避部的轉(zhuǎn)子鐵心的俯視圖，圖13的(b)為第二實(shí)施方式所涉及的不具有回避部且外周被分?jǐn)嗔说霓D(zhuǎn)子鐵心的俯視圖。
[0039]圖14的(a)為第三實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心的俯視圖，圖14的(b)為第三實(shí)施方式的變形例所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心的俯視圖。
[0040]圖15的(a)為圖14的(a)的C區(qū)域的放大圖，圖15的(b)為圖14的(a)的D區(qū)域的放大圖。
[0041]圖16的(a)?圖16的(C)為表示第四實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心的一例的俯視圖。
[0042]圖17的(a)為第五實(shí)施方式所涉及的Z磁鐵的立體圖，圖17的(b)為第五實(shí)施方式所涉及的Z磁鐵的俯視圖。
[0043]圖18的(a)為具備了第五實(shí)施方式所涉及的Z磁鐵的轉(zhuǎn)子的立體圖，圖18的(b)為具備了第五實(shí)施方式所涉及的Z磁鐵的轉(zhuǎn)子的側(cè)視圖。
[0044]圖19為圖18的(b)的用包含旋轉(zhuǎn)軸的平面進(jìn)行剖切得到的剖視圖。
[0045]圖20的(a)為用于說明轉(zhuǎn)子鐵心上的Θ磁鐵厚度Lm的俯視圖，圖20的(b)為第六實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)子的側(cè)視圖。
[0046]圖21為表示轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為16極的情況下的T1/T2和X/Lm的關(guān)系的圖。
[0047]圖22為表示轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為14極的情況下的T1/T2和X/Lm的關(guān)系的圖。
[0048]圖23為表示轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為12極的情況下的T1/T2和X/Lm的關(guān)系的圖。
[0049]圖24為表示轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為16極的情況下的T1/T2和電氣角Cpe的關(guān)系的圖。
[0050]圖25為表示轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為14極的情況下的T1/T2和電氣角tpe的關(guān)系的圖。
[0051]圖26為表示轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為12極的情況下的T1/T2和電氣角q>e的關(guān)系的圖。
[0052]圖27為表示轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為16極的情況下的Bm/Br和X/Lm的關(guān)系的圖。
[0053]圖28為表示轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為14極的情況下的Bm/Br和X/Lm的關(guān)系的圖。
[0054]圖29為表示轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為12極的情況下的Bm/Br和X/Lm的關(guān)系的圖。
[0055]圖30為表示轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為16極的情況下的Bm/Br和電氣角(Re的關(guān)系的圖。
[0056]圖31為表示轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為14極的情況下的Bm/Br和電氣角(pe的關(guān)系的圖。
[0057]圖32為表示轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為12極的情況下的Bm/Br和電氣角tpe的關(guān)系的圖。
[0058]圖33的(a)為表示第一變形例所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心的一例的俯視圖，圖33的(b)為圖33的(a)的G區(qū)域的放大圖。[0059]圖34的(a)~圖34的(h)為表示第一變形例所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心的其他例的俯視圖。
[0060]圖35的(a)為表示第二變形例所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心的一例的俯視圖，圖35的(b)為圖35的(a)的H區(qū)域的放大圖。
[0061]圖36的(a)~圖36的(h)為表示第二變形例所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心的其他例的俯視圖。
[0062]圖37的(a)為表示第三變形例所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心的一例的俯視圖，圖37的(b)為圖37的(a)的I區(qū)域的放大圖。
[0063]圖 38的(a)~圖38的(h)為表示第三變形例所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心的其他例的俯視圖。
[0064]【符號說明】
[0065]12-轉(zhuǎn)子；14_定子；20_供電部；24_旋轉(zhuǎn)軸；26_轉(zhuǎn)子鐵心；26a_貫通孔；26b_磁鐵收納部；26c-外周面；28- Θ磁鐵；28a、28b-主面；28e-中心線;29_Z磁鐵；29a-小片；31-背磁軛；60-Z磁鐵；60a_平坦面；60b_邊界；62_轉(zhuǎn)子；64_背磁軛；66_轉(zhuǎn)子鐵心；68-轉(zhuǎn)子；100-電動(dòng)機(jī)；Dr-轉(zhuǎn)子鐵心的外徑；Lm_ Θ磁鐵的厚度；P_磁極數(shù)；Bg-轉(zhuǎn)子外周部的平均磁通密度；Βr-Θ磁鐵的剩余磁通密度；Βπι-θ磁鐵內(nèi)部的平均磁通密度。
【具體實(shí)施方式】
[0066]以下，參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式。需要說明的是，在附圖的說明中對同一要素標(biāo)注同一符號，并適當(dāng)省略重復(fù)的說明。此外，以下所述的結(jié)構(gòu)僅為示例，而并不對本發(fā)明的范圍進(jìn)行任何限定。以下，以內(nèi)轉(zhuǎn)子型的無刷電機(jī)為例進(jìn)行說明。
[0067](第一實(shí)施方式)
[0068][無刷電機(jī)]
[0069]圖1為第一實(shí)施方式所涉及的無刷電機(jī)的剖視圖。第一實(shí)施方式所涉及的無刷電機(jī)(以下，有時(shí)稱為“電動(dòng)機(jī)”。)100具備:前罩10、轉(zhuǎn)子12、定子14、后罩16、殼體18、供電部20。
[0070]前罩10為板狀的構(gòu)件，在中央以旋轉(zhuǎn)軸24能夠貫通的方式形成有孔10a，并且在孔IOa的附近形成有對軸承22a進(jìn)行保持的凹部10b。此外,后罩16為板狀的構(gòu)件,在中央以旋轉(zhuǎn)軸24能夠貫通的方式形成有孔16a，并且在孔16a的附近形成有對軸承22b進(jìn)行保持的凹部16b。殼體18為筒狀的構(gòu)件。而且,前罩10、后罩16以及殼體18構(gòu)成電動(dòng)機(jī)100的框體。
[0071][轉(zhuǎn)子]
[0072]圖2為第一實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)子的分解立體圖。圖3的(a)為將除了軸承、背磁軛等之外的各構(gòu)件安裝于旋轉(zhuǎn)軸24的狀態(tài)的轉(zhuǎn)子的立體圖，圖3的(b)為將包含軸承、背磁軛的各構(gòu)件安裝于旋轉(zhuǎn)軸24的狀態(tài)的轉(zhuǎn)子的立體圖。
[0073]轉(zhuǎn)子12具備:圓形的轉(zhuǎn)子鐵心26 ;多個(gè)Θ磁鐵28 ;以與轉(zhuǎn)子鐵心26對置的方式分別配置于轉(zhuǎn)子鐵心的旋轉(zhuǎn)軸方向兩端面的、一對環(huán)狀的作為輔助磁鐵的Z磁鐵29 ;背磁軛31。Z磁鐵29被轉(zhuǎn)子鐵心26和背磁軛31夾持。本實(shí)施方式所涉及的Z磁鐵29是將多個(gè)(16個(gè))扇形的小片29a配置為環(huán)狀而成的磁鐵，在小片29a彼此之間存在間隙。由于小片29a彼此作用有吸引力，因此為了使間隙保持為恒定間隔，可以在該間隙配置非磁性構(gòu)件或者在背磁軛31設(shè)置凸形狀。
[0074]此外，如圖3的(a)所示，Z磁鐵29在與轉(zhuǎn)子鐵心26的旋轉(zhuǎn)軸方向的端面對置的對置面以及其相反側(cè)的面以環(huán)狀交替地形成有N極和S極。即，Z磁鐵29的小片29a在平坦的一面形成有S極，在平坦的另一面形成有N極。
[0075]在轉(zhuǎn)子鐵心26的中心形成有將旋轉(zhuǎn)軸24在插入的狀態(tài)下固定的貫通孔26a。此夕卜，轉(zhuǎn)子鐵心26具有供Θ磁鐵28插入并將其固定的多個(gè)磁鐵收納部26b。Θ磁鐵28為與磁鐵收納部26b的形狀相對應(yīng)的板狀的構(gòu)件。
[0076]然后，按順序?qū)⑦@些各構(gòu)件組裝。具體而言，將多個(gè)(16個(gè))Θ磁鐵28分別嵌入對應(yīng)的磁鐵收納部26b，并將旋轉(zhuǎn)軸24插入該轉(zhuǎn)子鐵心26的貫通孔26a。此外，將Z磁鐵29固定于轉(zhuǎn)子鐵心26的旋轉(zhuǎn)軸方向的兩端面，并以夾著各Z磁鐵29的方式將背磁軛31從兩側(cè)插入旋轉(zhuǎn)軸24。然后，隔著襯墊30a而將軸承22a安裝于旋轉(zhuǎn)軸24。此外，隔著襯墊30b以及軸承用襯墊32而將軸承22b安裝于旋轉(zhuǎn)軸24。
[0077]圖4的(a)為第一實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)子12的側(cè)視圖，圖4的(b)為圖4的(a)的用包含旋轉(zhuǎn)軸24的平面進(jìn)行剖切得到的剖視圖。
[0078]如圖4的(b)的區(qū)域E所示，在背磁軛31的與Z磁鐵29對置的面的外緣部，形成有用于防止Z磁鐵29的飛散的環(huán)狀的爪部(厚壁部)31a。由此，防止了構(gòu)成Z磁鐵29的小片29a因電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力而向外側(cè)飛散。
[0079][轉(zhuǎn)子鐵心]
[0080]圖5的(a)為第一實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心26的俯視圖，圖5的(b)為表示在圖5的(a)所示的轉(zhuǎn)子鐵心26中嵌入有Θ磁鐵28的狀態(tài)的俯視圖。轉(zhuǎn)子鐵心26為層疊多個(gè)板狀的構(gòu)件而成的部件。多個(gè)板狀的構(gòu)件分別通過將無方向性電磁鋼板(例如硅鋼板)或冷軋鋼板利用沖壓加工沖裁成如圖5的(a)所示的規(guī)定的形狀而制作成。并且，磁鐵收納部26b形成為以轉(zhuǎn)子鐵心26的旋轉(zhuǎn)軸為中心呈放射狀。
[0081]如圖5的(b)所示，Θ磁鐵28以與相鄰的Θ磁鐵相同磁極的彼此在轉(zhuǎn)子鐵心26的周向Θ上對置的方式收納于磁鐵收納部26b。S卩，Θ磁鐵28構(gòu)成為大致長方體的六個(gè)面中的表面積較大的兩個(gè)主面28a、28b分別為N極和S極。由此，從Θ磁鐵28的主面28a發(fā)出的磁力線從兩個(gè)Θ磁鐵28之間的區(qū)域朝向轉(zhuǎn)子鐵心26外。其結(jié)果為，本實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)子12作為在其外周面的周向上交替地具有N極和S極各8極、總計(jì)16極的磁鐵發(fā)揮功能。
[0082]另外，Θ磁鐵28為例如粘結(jié)磁鐵或燒結(jié)磁鐵。粘結(jié)磁鐵為將磁性材料摻入橡膠或樹脂等中并進(jìn)行注塑成形或壓縮成形而得到的磁鐵，即使不進(jìn)行后續(xù)加工，也能得到高精度的C面(斜面)、R面。另一方面，燒結(jié)磁鐵為利用高溫將粉末狀的磁性材料燒結(jié)而得到的磁鐵，與粘結(jié)磁鐵相比，容易提高剩余磁通密度，然而為了得到高精度的C面、R面，需要后續(xù)加工的情況較多。
[0083]本實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)子12為了提高其外周部的平均磁通密度而設(shè)定為滿足以下的關(guān)系。具體而言，當(dāng)將Θ磁鐵28的帶有磁極的主面28a (28b)的表面積設(shè)為S1 [mm2]，將轉(zhuǎn)子鐵心26的外周面26c的表面積設(shè)為S2 [mm2]，將轉(zhuǎn)子12的磁極數(shù)設(shè)為P (本實(shí)施方式中為16極)時(shí)，滿足S1 > S2/P地構(gòu)成轉(zhuǎn)子12。[0084]在該情況下，每一個(gè)Θ磁鐵對應(yīng)的轉(zhuǎn)子鐵心26的外周面26c的表面積S2/P小于Θ磁鐵28的帶有磁極的主面28a (28b)的表面積Sp S卩，從一個(gè)Θ磁鐵28的帶有磁極的主面28a(28b)發(fā)出的磁力線從更窄的區(qū)域的轉(zhuǎn)子12的外周面的局部區(qū)域(表面積S2/P)朝向外部，從而能夠使轉(zhuǎn)子12和定子14的縫隙部的平均磁通密度為Θ磁鐵28的剩余磁通密度以上。其結(jié)果為，能夠提高轉(zhuǎn)子12的外周部的平均磁通密度。
[0085]接下來，進(jìn)一步詳述磁鐵收納部26b。如圖5的(a)所示，在轉(zhuǎn)子鐵心26的轉(zhuǎn)子徑向的兩端形成有在收納了 Θ磁鐵28的狀態(tài)下成為間隙的周向回避部34a、34b。
[0086]圖6的(a)為圖5的(a)的A區(qū)域的放大圖，圖6的(b)為圖5的(a)的B區(qū)域的放大圖。
[0087]如圖6的(a)所示，磁鐵收納部26b在轉(zhuǎn)子鐵心26的徑向上的轉(zhuǎn)子鐵心的中心側(cè)的端部，形成有在收納了 Θ磁鐵28的狀態(tài)下成為間隙的周向回避部34a。周向回避部34a設(shè)為從所收納的Θ磁鐵28的帶有磁極的主面28a、28b朝向轉(zhuǎn)子鐵心26的周向Θ延伸。
[0088]當(dāng)將構(gòu)成轉(zhuǎn)子鐵心26的一張電磁鋼板或冷軋鋼板的厚度設(shè)為T[mm]時(shí)，周向回避部34a的周向Θ的厚度tl設(shè)定為滿足h ( 3T，更優(yōu)選滿足h ( 2T,周向回避部34a的徑向r的厚度t2設(shè)定為滿足t2 ( 3T，更優(yōu)選滿足t2 ( 2T。此外，周向回避部34a的Rl面、R2面的半徑為1.5T以下，更優(yōu)選為1.0T以下。此外，與相鄰的周向回避部34a之間的間隔G1為1.0T左右。
[0089]此外，磁鐵收納部26b在轉(zhuǎn)子鐵心26的徑向上的與轉(zhuǎn)子鐵心的中心側(cè)相反側(cè)的端部，形成有在收納了 Θ磁鐵28的狀態(tài)下成為間隙的周向回避部34b。周向回避部34b設(shè)為從所收納的Θ磁鐵28的帶有磁極的主面28a、28b朝向轉(zhuǎn)子鐵心26的周向Θ延伸。
[0090]周向回避部34b的周向Θ的厚度t3設(shè)定為滿足t3< 3T，更優(yōu)選滿足t3< 2T，周向回避部34b的徑向r的厚度t4設(shè)定為滿足t4 ( 3T，更優(yōu)選滿足t4 < 2T。此外，周向回避部34b的R3面、R4面的半徑為1.5T以下，更優(yōu)選為1.0T以下。此外，周向回避部34b和轉(zhuǎn)子鐵心26的外周面26c之間的厚度t5為1.0T左右。此外，通過使外周面26c為環(huán)狀的連續(xù)面，能夠提高轉(zhuǎn)子鐵心26的剛性。
[0091]通過磁鐵收納部26b具有周向回避部34a、周向回避部34b，從而在將Θ磁鐵28插入轉(zhuǎn)子鐵心26時(shí)，抑制了與Θ磁鐵28的角部(邊緣部)的干涉。因此，增加了 Θ磁鐵28的形狀、特別是角部的形狀的自由度，即使是不具有R面、C面的Θ磁鐵28，向磁鐵收納部26b插入時(shí)的作業(yè)性也有所提高。此外，從各Θ磁鐵28的主面28a發(fā)出的磁通中的經(jīng)由轉(zhuǎn)子鐵心26內(nèi)而朝向相反側(cè)的主面28b的無效磁通被充滿了相對磁導(dǎo)率低的空氣的周向回避部34a、34b阻礙，從而抑制了在轉(zhuǎn)子鐵心26內(nèi)發(fā)生短路(磁短路)。
[0092]另一方面，磁鐵28的帶有磁極的主面28a、28b的一部分由于周向回避部34a、34b而不與轉(zhuǎn)子鐵心26接觸，因此存在從Θ磁鐵28的主面28a發(fā)出而經(jīng)由縫隙部進(jìn)入主面28b的有效磁通減少的可能性。但是，作為Θ磁鐵28能夠使用雖然不具有角部的C面(傾斜的面)或者R面但剩余磁通密度高的燒結(jié)磁鐵，因此能夠?qū)崿F(xiàn)作為轉(zhuǎn)子12所期望的平均磁通密度。
[0093]另外，當(dāng)將相鄰的Θ磁鐵28彼此的最短距離設(shè)為Wb [mm](參照圖5的(b))時(shí)，設(shè)定為滿足Wb ( 7T，更優(yōu)選滿足Wb < 5T。當(dāng)Θ磁鐵28彼此的最短距離較寬時(shí)，轉(zhuǎn)子鐵心26內(nèi)的磁短路引起的無效磁通增加，存在轉(zhuǎn)子12和定子14的縫隙部的有效磁通降低的傾向。因此，通過將磁鐵彼此的最短距離Wb設(shè)計(jì)為滿足上述的式子，能夠抑制有效磁通(換言之轉(zhuǎn)子外周部的平均磁通密度)的降低。
[0094][定子]
[0095]接下來，對定子14的構(gòu)造進(jìn)行詳述。圖7為定子鐵心的俯視圖。圖8為卷繞有線圈的絕緣體的立體圖。圖9的(a)為第一實(shí)施方式所涉及的定子以及轉(zhuǎn)子的俯視圖，圖9的(b)為第一實(shí)施方式所涉及的定子以及轉(zhuǎn)子的立體圖。
[0096]定子鐵心36為圓筒狀的構(gòu)件,將多張板狀的定子磁軛38層疊而成。在定子磁軛38中，從環(huán)狀部的內(nèi)周朝向中心形成有多根(本實(shí)施方式中為12根)齒40。
[0097]在各齒40上安裝有圖8所示的一體型的絕緣體42。接下來，對每個(gè)齒40從絕緣體42上卷繞導(dǎo)體而形成定子線圈43。然后，將轉(zhuǎn)子12配置于經(jīng)由這樣的工序完成的定子14的中心部(參照圖9的(a)、圖9的(b))。需要說明的是，在齒的寬度朝向前端部變寬的情況下，也可以從齒的上下安裝分割為多個(gè)的絕緣體。
[0098][ Θ磁鐵的數(shù)量和形狀]
[0099]順便說一下，像本實(shí)施方式所涉及的電動(dòng)機(jī)100那樣，在采取埋入磁鐵式的內(nèi)轉(zhuǎn)子型的無刷電機(jī)的情況下，在某種程度上能夠根據(jù)轉(zhuǎn)子鐵心26的大小選擇Θ磁鐵28的數(shù)量、形狀。另一方面，僅憑借適當(dāng)選擇Θ磁鐵28的數(shù)量、形狀，并不能實(shí)現(xiàn)性能良好(例如高扭矩)的電動(dòng)機(jī)。
[0100]因此，經(jīng)本發(fā)明人潛心研究得到如下的結(jié)論，S卩，通過使Θ磁鐵28的數(shù)量(換言之轉(zhuǎn)子12的磁極數(shù)P)、Θ磁鐵28的在轉(zhuǎn)子鐵心26的周向上的厚度Lm[mm]相對于轉(zhuǎn)子鐵心26的直徑Dr [mm]最佳化，能夠提高相對于Θ磁鐵28的剩余磁通密度Br的轉(zhuǎn)子12的外周部的平均磁通密度Bg。
[0101]以下，結(jié)合由模擬等得到的解析結(jié)果進(jìn)行說明。圖10為示意性地列舉了與磁極數(shù)P和Θ磁鐵厚度(Lm[mm])/轉(zhuǎn)子鐵心外徑(Dr [mm])相應(yīng)的轉(zhuǎn)子的磁鐵配置的圖。在將Θ磁鐵28配置于規(guī)定大小的轉(zhuǎn)子鐵心26中的情況下，如圖10所示，Θ磁鐵28的數(shù)量(磁極數(shù)P)越多，為了避免與相鄰的Θ磁鐵28的干涉，Θ磁鐵的在轉(zhuǎn)子鐵心徑向上的長度越短。即，Θ磁鐵28的帶有磁極的主面的面積變小。
[0102]此外，在磁極數(shù)相同的情況下，如圖10所示，Θ磁鐵28的在轉(zhuǎn)子鐵心的周向上的厚度Lm越大，為了避免與鄰接的Θ磁鐵28的干涉，Θ磁鐵28的轉(zhuǎn)子鐵心徑向的長度變得越短。即，Θ磁鐵28的帶有磁極的主面的面積變得越小。
[0103]因此，本發(fā)明人對圖10所示結(jié)構(gòu)的各轉(zhuǎn)子的外周部(轉(zhuǎn)子和定子的縫隙部)的磁通密度隨著磁極數(shù)P、Θ磁鐵厚度Lm/轉(zhuǎn)子鐵心外徑Dr的變化而如何變化進(jìn)行了解析。具體而言，關(guān)于使磁極數(shù)P變?yōu)?、12、16、20、24、且使Θ磁鐵厚度/轉(zhuǎn)子鐵心外徑(Lm/Dr)在2 %?24 %的范圍內(nèi)變化的情況進(jìn)行了解析。
[0104]圖11為按各磁極數(shù)表示Θ磁鐵厚度/轉(zhuǎn)子鐵心外徑(Lm/Dr)和縫隙部的平均磁通密度/Θ磁鐵的剩余磁通密度(Bg/Br)的關(guān)系的圖。需要說明的是，縱軸為用縫隙部的磁通密度除以Θ磁鐵的剩余磁通密度Br而進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的值。此外，解析中使用的Θ磁鐵的剩余磁通密度Br為I [T]，縫隙部的寬度為轉(zhuǎn)子鐵心外徑Dr的I %。
[0105]如圖11所示，在磁極數(shù)P為任一值的情況下，均為隨著Lm/Dr的值從2 %增加，Bg/Br的值也增加，之后，Bg/Br的值經(jīng)過峰值后，Lm/Dr的值進(jìn)一步增加時(shí)，Bg/Br的值轉(zhuǎn)向減少。認(rèn)為這是由于:如圖10所列舉的那樣，在同一磁極數(shù)的情況下，當(dāng)增大θ磁鐵的厚度Lm時(shí)，為了避免Θ磁鐵彼此的干涉而必需縮短轉(zhuǎn)子鐵心徑向的長度，從而使得Θ磁鐵的成為磁極的主面的面積減少。
[0106]根據(jù)這樣的解析結(jié)果可知，若為Bg/Br > 1.0的范圍，則轉(zhuǎn)子和定子的縫隙部的平均磁通密度Bg高于Θ磁鐵的剩余磁通密度Br，因此，Lm/Dr的值優(yōu)選Bg/Br >1.0的范圍。
[0107]圖12為表示處于Bg/Br > 1.0范圍內(nèi)的磁極數(shù)P和Θ磁鐵厚度/轉(zhuǎn)子鐵心外徑(Lm/Dr)的關(guān)系的圖。即，在圖11所示的與各磁極數(shù)P相應(yīng)的凸曲線中，處于Bg/Br > 1.0范圍內(nèi)的Lm/Dr的范圍的上限值、下限值的圖。此外，最大值為各磁極數(shù)的Bg/Br的值為最大(峰值)時(shí)的Lm/Dr的值。
[0108]因此，通過以包含于連結(jié)圖12所示的上限值(三角形點(diǎn))的曲線和連結(jié)下限值(四邊形點(diǎn))的曲線之間的方式選擇磁極數(shù)P和Θ磁鐵厚度/轉(zhuǎn)子鐵心外徑(Lm/Dr)，能夠提高電動(dòng)機(jī)所具備的轉(zhuǎn)子外周部的平均磁通密度。
[0109]具體而言，將磁極數(shù)設(shè)為P，將轉(zhuǎn)子鐵心的外徑設(shè)為Dr [mm]，將Θ磁鐵的在轉(zhuǎn)子鐵心的周向上的厚度設(shè)為Lm[mm]，而算出連結(jié)上限值的曲線和連結(jié)下限值的曲線的近似式。其結(jié)果為，以滿足
[0110]0.665 XlO^4XP2-0.28 XlO^2X P+0.577 X KT1 < (Lm/Dr) <3.38 X 1(T4 Xp2-L 86 X10-2ΧΡ+3.36X10'
[0111]的方式構(gòu)成Θ磁鐵28的數(shù)量和形狀即可。 [0112]此外，在考慮圖11所示的各磁極數(shù)的Bg/Br的最大值時(shí)，優(yōu)選轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為12極、14極、16極、18極、20極中的某一個(gè)。在這樣的磁極數(shù)的情況下，通過使Θ磁鐵厚度/轉(zhuǎn)子鐵心外徑(Lm/Dr)最佳化，能夠使轉(zhuǎn)子12的外周部的平均磁通密度Bg提高至Θ磁鐵28的剩余磁通密度Br的約1.3倍以上。
[0113]在此，轉(zhuǎn)子鐵心26(轉(zhuǎn)子12)的外徑為例如35mm~200mm。此外，轉(zhuǎn)子鐵心26的貫通孔26a的直徑(旋轉(zhuǎn)軸24的直徑)為例如5mm~40mm。此外，在Θ磁鐵28為大致長方體的情況下，其大小為例如:轉(zhuǎn)子鐵心26的周向Θ的厚度為1mm~25mm,轉(zhuǎn)子鐵心26的徑向r的寬度為5mm~80mm,轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸方向的長度為8mm~32mm。此外，構(gòu)成轉(zhuǎn)子鐵心26的一張電磁鋼板的厚度為例如0.2mm~1.0mm。此外,就Θ磁鐵28的磁氣特性而言，例如，剩余磁通密度Br為0.4T~1.5T，保持力Hcb為320kA/m~1200kA/m。
[0114](第二實(shí)施方式)
[0115]在以下的各實(shí)施方式中，對轉(zhuǎn)子鐵心的變形例進(jìn)行說明。圖13的(a)為第二實(shí)施方式所涉及的不具有回避部的轉(zhuǎn)子鐵心的俯視圖，圖13的(b)為第二實(shí)施方式所涉及的不具有回避部且外周被分?jǐn)嗔说霓D(zhuǎn)子鐵心的俯視圖。
[0116]圖13的(a)所示的轉(zhuǎn)子鐵心44與第一實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心26同樣，具有供Θ磁鐵插入并將其固定的多個(gè)磁鐵收納部44b。磁鐵收納部44b與第一實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心26不同，不具有回避部。
[0117]因此，可以不用考慮在磁鐵收納部44b的轉(zhuǎn)子鐵心徑向中心側(cè)像轉(zhuǎn)子鐵心26那樣周向回避部34a彼此干涉，因此能夠使磁鐵收納部44b在轉(zhuǎn)子鐵心徑向上延伸。即，能夠收納轉(zhuǎn)子鐵心徑向的長度更大的Θ磁鐵28，因此能夠增加Θ磁鐵28的主面(帶有磁極的面)的有效磁通(提高扭矩)。此外，由于不具有回避部，因此不會(huì)在收納于磁鐵收納部44b的Θ磁鐵28的主面?zhèn)犬a(chǎn)生空隙,從而能避免朝向轉(zhuǎn)子鐵心26的外周部的有效磁通的減少。
[0118]需要說明的是，在不具有回避部的磁鐵收納部44b的情況下，通過使用角部成為C面、R面的Θ磁鐵28，能提高Θ磁鐵28的插入時(shí)的作業(yè)性。因此，不進(jìn)行后續(xù)加工便能夠在成型時(shí)在角部形成C面、R面的粘結(jié)磁石較優(yōu)選。需要說明的是，只要能在角部形成C面、R面，也可以使用燒結(jié)磁鐵。
[0119]圖13的(b)所示的轉(zhuǎn)子鐵心46具有多個(gè)磁鐵收納部46b。磁鐵收納部46b與第一實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心26不同，不具有回避部，但在轉(zhuǎn)子鐵心徑向的外周面46c形成有切斷部46a。因此，能抑制轉(zhuǎn)子鐵心46的外周部的磁短路。
[0120](第三實(shí)施方式)
[0121]圖14的(a)為第三實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心的俯視圖，圖14的(b)為第三實(shí)施方式的變形例所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心的俯視圖。圖15的(a)為圖14的(a)的C區(qū)域的放大圖，圖15的(b)為圖14的(a)的D區(qū)域的放大圖。
[0122]圖14的(a)所示的轉(zhuǎn)子鐵心48具有形成為放射狀的多個(gè)磁鐵收納部48b。磁鐵收納部48b在轉(zhuǎn)子鐵心48的徑向r上的轉(zhuǎn)子鐵心的中心側(cè)的端部，形成有在收納了 Θ磁鐵28的狀態(tài)下成為間隙的徑向回避部50a。徑向回避部50a與所收納的Θ磁鐵28的帶有磁極的主面28a(28b)具有同一平面。此外,徑向回避部50a設(shè)為從所收納的Θ磁鐵28的轉(zhuǎn)子鐵心中心側(cè)的端面28c朝向轉(zhuǎn)子鐵心48的中心延伸。
[0123]當(dāng)將構(gòu)成轉(zhuǎn)子鐵心48的一張電磁鋼板的厚度設(shè)為T [mm]時(shí),徑向回避部50a設(shè)定為周向Θ的厚度t6滿足t6<3T，更優(yōu)選滿足t6<2T，設(shè)定為徑向r的厚度t7滿足t7<3T，更優(yōu)選滿足t7 < 2T。此外，徑向回避部50a的R5面、R6面的半徑為1.5T以下，更優(yōu)選為
1.0T以下。此外，與相鄰的徑向回避部50a之間的間隔G2為1.0T左右。
[0124]此外，磁鐵收納部48b在轉(zhuǎn)子鐵心48的徑向r上的與轉(zhuǎn)子鐵心的中心側(cè)相反側(cè)的端部，形成有在收納了 Θ磁鐵28的狀態(tài)下成為間隙的徑向回避部50b。徑向回避部50b與所收納的Θ磁鐵28的帶有磁極的主面28a、28b具有同一平面。此外，徑向回避部50b設(shè)為從所收納的Θ磁鐵28的與轉(zhuǎn)子鐵心中心側(cè)相反側(cè)的端面28d朝向轉(zhuǎn)子鐵心48的外周面48c延伸。
[0125]徑向回避部50b設(shè)定為周向Θ的厚度t8滿足t8< 3T，更優(yōu)選滿足t8< 2T，設(shè)定為徑向r的厚度t9滿足t9 ( 3T，更優(yōu)選滿足t9 ( 2T。此外，徑向回避部50b的R7面、R8面的半徑為1.5T以下，更優(yōu)選為1.0T以下。此外，徑向回避部50b和轉(zhuǎn)子鐵心48的外周面48c之間的厚度t1(l為1.0T左右。
[0126]通過磁鐵收納部48b具有徑向回避部50a、徑向回避部50b，從而在將Θ磁鐵28插入轉(zhuǎn)子鐵心48時(shí)，能抑制與Θ磁鐵28的角部(邊緣部)的干涉。因此，增加了 Θ磁鐵28的形狀、特別是角部的形狀的自由度，即使是不具有R面、C面的Θ磁鐵28，向磁鐵收納部48b插入時(shí)的作業(yè)性也有所提高。此外，從各Θ磁鐵28的主面28a發(fā)出的磁通中的經(jīng)由轉(zhuǎn)子鐵心48內(nèi)而朝向相反側(cè)的主面28b的無效磁通被充滿了相對磁導(dǎo)率低的空氣的徑向回避部50a、50b阻礙，從而能抑制在轉(zhuǎn)子鐵心48內(nèi)發(fā)生短路(磁短路)。
[0127]另一方面，由于周向回避部50a、50b，存在從Θ磁鐵28的主面28a發(fā)出而經(jīng)由縫隙部進(jìn)入主面28b的有效磁通減少的可能性。但是，作為Θ磁鐵28，能夠使用雖然不具有角部的C面(傾斜的面)或者R面但剩余磁通密度高的燒結(jié)磁石，因此能夠?qū)崿F(xiàn)作為轉(zhuǎn)子所期望的平均磁通密度。
[0128]轉(zhuǎn)子鐵心48可以不用考慮在磁鐵收納部48b的轉(zhuǎn)子鐵心徑向中心側(cè)像轉(zhuǎn)子鐵心26那樣周向回避部34a彼此干涉，因此能夠使磁鐵收納部48b在轉(zhuǎn)子鐵心徑向上延伸。即，能夠收納轉(zhuǎn)子鐵心徑向的長度更大的Θ磁鐵28，因此能夠增加Θ磁鐵28的主面(帶有磁極的面)的有效磁通(提高扭矩)。此外，由于不具有周向回避部，因此不會(huì)在收納于磁鐵收納部48b的Θ磁鐵28的主面?zhèn)犬a(chǎn)生空隙，從而能避免朝向轉(zhuǎn)子鐵心26的外周部的有效磁通的減少。
[0129]圖14的(b)所示的轉(zhuǎn)子鐵心52為圖14的(a)所示的轉(zhuǎn)子鐵心48的變形例。轉(zhuǎn)子鐵心52具有形成為放射狀的多個(gè)磁鐵收納部52b。磁鐵收納部52b在轉(zhuǎn)子鐵心52的徑向r上的轉(zhuǎn)子鐵心的中心側(cè)的端部，形成有在收納了 Θ磁鐵28的狀態(tài)下成為間隙的徑向回避部50a。
[0130]此外，磁鐵收納部52b在轉(zhuǎn)子鐵心52的徑向r上的與轉(zhuǎn)子鐵心的中心側(cè)相反側(cè)的端部，與轉(zhuǎn)子鐵心26同樣地形成有在收納了 Θ磁鐵28的狀態(tài)下成為間隙的周向回避部34b。轉(zhuǎn)子鐵心52的作用效果與前述的各實(shí)施方式重復(fù)，因此省略說明。
[0131](第四實(shí)施方式)
[0132]圖16的(a)?圖16的(C)為表示第四實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心的一例的俯視圖。
[0133]圖16的(a)所示的轉(zhuǎn)子鐵心54通過將第一實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心26的外周面26c的一部分分?jǐn)喽玫健Ｆ浣Y(jié)果為，在磁鐵收納部26b的轉(zhuǎn)子鐵心徑向r的外側(cè)端部形成有與外部連通的切斷部54a。
[0134]此外，圖16的(b)所示的轉(zhuǎn)子鐵心56通過將第三實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心48的外周面48c的一部分分?jǐn)喽玫?。其結(jié)果為，在磁鐵收納部48b的轉(zhuǎn)子鐵心徑向r的外側(cè)端部形成有與外部連通的切斷部56a。
[0135]此外，圖16的(C)所示的轉(zhuǎn)子鐵心58通過將第三實(shí)施方式的變形例所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心52的外周面52c的一部分分?jǐn)喽玫?。其結(jié)果為，在磁鐵收納部52b的轉(zhuǎn)子鐵心徑向r的外側(cè)端部形成有與外部連通的切斷部58a。
[0136]如上所述，在外周面具有切斷部的轉(zhuǎn)子鐵心54、56、58在外周面附近能抑制磁短路，因此，從轉(zhuǎn)子鐵心外周面朝向外部的有效磁通增加。
[0137](第五實(shí)施方式)
[0138]圖17的(a)為第五實(shí)施方式所涉及的Z磁鐵的立體圖，圖17的(b)為第五實(shí)施方式所涉及的Z磁鐵的俯視圖。
[0139]本實(shí)施方式所涉及的Z磁鐵60為一體地形成的環(huán)狀的輔助磁鐵。在Z磁鐵60的環(huán)狀的平坦面60a上，沿周向交替地形成有8個(gè)N極和8個(gè)S極。平坦面60a的相反側(cè)的面也同樣。
[0140]圖18的(a)為具備了第五實(shí)施方式所涉及的Z磁鐵60的轉(zhuǎn)子62的立體圖，圖18的(b)為具備了第五實(shí)施方式所涉及的Z磁鐵60的轉(zhuǎn)子62的側(cè)視圖，圖19為圖18的(b)的用包含旋轉(zhuǎn)軸24的平面進(jìn)行剖切得到的剖視圖。[0141]如圖19的區(qū)域F所示，與圖4的(b)所示的背磁軛31不同，背磁軛64的與Z磁鐵60對置的面的整面平坦，且未形成用于防止Z磁鐵60的飛散的環(huán)狀的爪部(厚壁部)等。這是由于:旋轉(zhuǎn)軸24貫通Z磁鐵60的中心部，從而Z磁鐵60不可能飛散。
[0142](第六實(shí)施方式)
[0143]在像第五實(shí)施方式那樣具備了 Θ磁鐵28和Z磁鐵60的轉(zhuǎn)子62的情況下，通過使Θ磁鐵28的磁極的相位和Z磁鐵60的磁極的相位的同極彼此一致(參照圖18的(b))，能夠使轉(zhuǎn)子62的漏磁通最小，使轉(zhuǎn)子62的外周部的平均磁通密度最大。另一方面，在使Θ磁鐵28的磁極的相位和Z磁鐵60的磁極的相位的同極彼此一致時(shí)，Θ磁鐵28和Z磁鐵60之間的斥力達(dá)到最大，從而給組裝轉(zhuǎn)子時(shí)的作業(yè)性帶來影響。此外，也存在Θ磁鐵28內(nèi)部的磁通密度因Z磁鐵60的磁力而降低、導(dǎo)致抗消磁性降低這樣的現(xiàn)象。
[0144]因此，本發(fā)明人經(jīng)過潛心研究和解析發(fā)現(xiàn)通過將轉(zhuǎn)子設(shè)置為以下的結(jié)構(gòu)能夠解決這種課題的方法。
[0145]圖20的(a)為用于說明轉(zhuǎn)子鐵心66上的Θ磁鐵厚度Lm的俯視圖，圖20的(b)為第六實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)子68的側(cè)視圖。
[0146]像圖18的(b)所示的轉(zhuǎn)子62那樣，使Θ磁鐵28的磁極的相位和Z磁鐵60的磁極的相位的同極彼此一致時(shí)，Z磁鐵60的各磁極的邊界60b和Θ磁鐵28的厚度方向的中心線28e —致。
[0147]與此相對，在圖20的(b)所示的本實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)子68中，Z磁鐵60的在轉(zhuǎn)子鐵心66的旋轉(zhuǎn)方向上的相位設(shè)為與轉(zhuǎn)子鐵心66對置的面的N極(或S極)的相位相對于轉(zhuǎn)子鐵心66的外周面的N極(或S極)的相位錯(cuò)開。換言之，使Z磁鐵60的各磁極的邊界60b處于相對于Θ磁鐵28的厚度方向的中心線28e錯(cuò)開了錯(cuò)開長度X的位置。
[0148]在此，對在使Θ磁鐵的磁極的相位和Z磁鐵的磁極的相位錯(cuò)開的情況下，錯(cuò)開長度X和轉(zhuǎn)子的產(chǎn)生扭矩的關(guān)系如何變化進(jìn)行了模擬解析。
[0149]作為模擬的模型的轉(zhuǎn)子，準(zhǔn)備兩個(gè)如圖20的(b)所示那樣與有無Z磁鐵以及背磁軛無關(guān)轉(zhuǎn)子長度Lz為恒定的轉(zhuǎn)子。具體而言，假定如下的兩種轉(zhuǎn)子:轉(zhuǎn)子鐵心66的厚度為
9.lmm、Z磁鐵60的厚度為2.0mm,背磁軛64的厚度為2.0mm的轉(zhuǎn)子長度Lz為17.1mm的轉(zhuǎn)子68 ;不設(shè)置Z磁鐵以及背磁軛而轉(zhuǎn)子鐵心的厚度(轉(zhuǎn)子長度)為17.1mm的轉(zhuǎn)子。
[0150]然后，與錯(cuò)開長度X的變化相應(yīng)地通過模擬算出了具備Z磁鐵以及背磁軛的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的扭矩(平均磁通密度)Tl是僅具有轉(zhuǎn)子鐵心的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的扭矩T2的幾倍。具體而言，將扭矩比(T1/T2)和錯(cuò)開長度/Θ磁鐵厚度(X/Lm)的關(guān)系圖形化。
[0151]圖21為表示轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為16極的情況下的T1/T2和X/Lm的關(guān)系的圖。圖22為表示轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為14極的情況下的T1/T2和X/Lm的關(guān)系的圖。圖23為表示轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為12極的情況下的T1/T2和X/Lm的關(guān)系的圖。
[0152]如圖21?圖23所示，T1/T2的值隨著錯(cuò)開長度X的增大而減少。這表示:錯(cuò)開長度X越大，Z磁鐵產(chǎn)生的使轉(zhuǎn)子外周部的平均磁通密度增加的效果越弱。因此，至少在Tl/T2為1.0以上的情況下，能看到Z磁鐵的效果。根據(jù)圖21?圖23所示的結(jié)果，與轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)無關(guān)，只要X/Lm的值在2.0以下的范圍內(nèi)，就能看到Z磁鐵產(chǎn)生的使轉(zhuǎn)子外周部的平均磁通密度增加的效果。在使Θ磁鐵的磁極的相位和Z磁鐵的磁極的相位錯(cuò)開的情況下，X/Lm的值更優(yōu)選在1.0以下的范圍內(nèi)。[0153]接下來，說明使用電氣角Cpe代替錯(cuò)開長度X作為表示θ磁鐵和Z磁鐵的相位錯(cuò)開的參數(shù)的情況。如圖20的(b)所示，當(dāng)將錯(cuò)開長度X置換為機(jī)械角φηι時(shí)，電氣角cpe可以通過下式表示，即，
[0154]
tpe=cpmx (P / 2)
[0155](其中，P為轉(zhuǎn)子的磁極數(shù))。
[0156]圖24為表示轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為16極的情況下的T1/T2和電氣角q>e的關(guān)系的圖。圖25為表示轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為14極的情況下的T1/T2和電氣角tpe的關(guān)系的圖。圖26為表示轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為12極的情況下的T1/T2和電氣角cpe的關(guān)系的圖。
[0157]如圖24?圖26所示，T1/T2的值隨著電氣角φε的增大而減少。這表示:電氣角q>e越大，Z磁鐵產(chǎn)生的使轉(zhuǎn)子外周部的平均磁通密度增加的效果越弱。因此，至少在T1/T2為1.0以上的情況下，能看到Z磁鐵的效果。根據(jù)圖24?圖26所示的結(jié)果，與轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)無關(guān)，只要電氣角的值在50°以下的范圍內(nèi)，就能看到Z磁鐵產(chǎn)生的使轉(zhuǎn)子外周部的平均磁通密度增加的效果。在使Θ磁鐵的磁極的相位和Z磁鐵的磁極的相位錯(cuò)開的情況下，電氣角tpe的值更優(yōu)選在30°以下的范圍內(nèi)。
[0158]接下來，研究錯(cuò)開長度X的下限。若錯(cuò)開長度X較小，則也可能發(fā)生Θ磁鐵內(nèi)部的磁通密度因Z磁鐵的磁力而降低、導(dǎo)致抗消磁性降低這樣的現(xiàn)象。因此，與錯(cuò)開長度X的變化相應(yīng)地通過模擬算出了 Θ磁鐵內(nèi)部的平均磁通密度Bm是Θ磁鐵的剩余磁通密度Br的幾倍。具體而言，將磁通密度比(Bm/Br)和錯(cuò)開長度/ Θ磁鐵厚度(X/Lm)的關(guān)系圖形化。
[0159]圖27為表示轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為16極的情況下的Bm/Br和X/Lm的關(guān)系的圖。圖28為表示轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為14極的情況下的Bm/Br和X/Lm的關(guān)系的圖。圖29為表示轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為12極的情況下的Bm/Br和X/Lm的關(guān)系的圖。
[0160]如圖27?圖29所示，Bm/Br的值隨著錯(cuò)開長度X的減少而減少。這表示:錯(cuò)開長度X越小，Z磁鐵對Θ磁鐵的消磁越大。換言之，錯(cuò)開長度X越大，越能夠抑制Z磁鐵對Θ磁鐵的消磁的影響。根據(jù)圖27?圖29所示的結(jié)果，與轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)無關(guān)，只要X/Lm的值在0.2以上的范圍內(nèi)，就能夠抑制Z磁鐵對Θ磁鐵的消磁的影響。在使Θ磁鐵的磁極的相位和Z磁鐵的磁極的相位錯(cuò)開的情況下，X/Lm的值更優(yōu)選在0.4以上的范圍內(nèi)。
[0161]接下來，說明使用電氣角cpe代替錯(cuò)開長度X作為表示θ磁鐵和Z磁鐵的相位錯(cuò)開的參數(shù)的情況。
[0162]圖30為表示轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為16極的情況下的Bm/Br和電氣角q>e的關(guān)系的圖。圖31為表示轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為14極的情況下的Bm/Br和電氣角tpe的關(guān)系的圖。圖32為表示轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為12極的情況下的Bm/Br和電氣角<pe的關(guān)系的圖。
[0163]如圖30?圖32所示，Bm/Br的值隨著電氣角ψε的減少而減少。這表示:電氣角(pe越小，ζ磁鐵對θ磁鐵的消磁越大。換言之，電氣角<pe越大，越能夠抑制Z磁鐵對θ磁鐵的消磁的影響。根據(jù)圖30?圖32所示的結(jié)果，與轉(zhuǎn)+的磁極數(shù)無關(guān)，只要電氣角φ的值在5°以上的范圍內(nèi)，便能夠抑制Z磁鐵對Θ磁鐵的消磁的影響。在使Θ磁鐵的磁極的相位和ζ磁鐵的磁極的相位錯(cuò)開的情況下，電氣角ipe的值更優(yōu)選在10°以上的范圍內(nèi)。
[0164]如上所述，本實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)子68能夠減少收納有Θ磁鐵28的轉(zhuǎn)子鐵心66與Z磁鐵60的斥力。此外，轉(zhuǎn)子68能夠改善Θ磁鐵28的抗消磁特性。[0165]這樣，在使Z磁鐵的對置面的N極的相位相對于轉(zhuǎn)子鐵心的外周面的N極的相位錯(cuò)開的情況下，將Θ磁鐵的在轉(zhuǎn)子鐵心的周向上的厚度設(shè)為Lm[mm]時(shí)，Z磁鐵的對置面的N極的相位所對應(yīng)的外周部的位置相對于轉(zhuǎn)子鐵心的外周面的N極的位置向轉(zhuǎn)子鐵心旋轉(zhuǎn)方向的錯(cuò)開長度Χ[_]最好構(gòu)成為滿足下式，0.2≤X/Lm≤2.0。由此,能使轉(zhuǎn)子外周部的平均磁通密度增加，并且能抑制轉(zhuǎn)子鐵心與輔助磁鐵的斥力而提高轉(zhuǎn)子外周部的平均磁通密度。
[0166]此外，Z磁鐵的對置面的N極的相位和轉(zhuǎn)子鐵心的外周面的N極的相位的錯(cuò)開電氣角q)e也可以構(gòu)成為滿足下式，5°sStpe<50°。由此，能減少自轉(zhuǎn)子泄露的漏磁通，并且能抑制轉(zhuǎn)子鐵心與輔助磁鐵的斥力而提高轉(zhuǎn)子外周部的平均磁通密度。
[0167]此外，如圖20的(b)所示，一對環(huán)狀的Z磁鐵60的一方(60a)在轉(zhuǎn)子鐵心的旋轉(zhuǎn)方向上的相位設(shè)為對置面的N極的相位相對于轉(zhuǎn)子鐵心的外周面的N極的相位錯(cuò)開α ° ( α > O)，一對環(huán)狀的Z磁鐵60的另一方(60b)在轉(zhuǎn)子鐵心的旋轉(zhuǎn)方向上的相位設(shè)為對置面的N極的相位相對于轉(zhuǎn)子鐵心的外周面的N極的相位錯(cuò)開-α ° ( α > O)。
[0168]需要說明的是，在本實(shí)施方式所涉及的轉(zhuǎn)子中，Z磁鐵的磁極數(shù)Q與轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P相同。由此，能夠進(jìn)一步減少自轉(zhuǎn)子泄露的漏磁通。此外，Z磁鐵的在旋轉(zhuǎn)軸方向上的厚度可以在Imm~15mm的范圍內(nèi)。
[0169]需要說明的是，實(shí)施方式所涉及的電動(dòng)機(jī)具備:配置有多個(gè)線圈的筒狀的定子、設(shè)置于定子的中心部的上述的轉(zhuǎn)子、對定子的多個(gè)線圈供電的供電部。根據(jù)上述的實(shí)施方式，能夠減少自電動(dòng)機(jī)所具備的轉(zhuǎn)子泄露的漏磁通，從而能夠提高轉(zhuǎn)子外周部的平均磁通密度。
[0170]以上，參照上述的各實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行了說明，然而本發(fā)明并不限定于上述的各實(shí)施方式，將各實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)適當(dāng)組合、置換得到的方案也包含于本發(fā)明中。此外，也可以基于本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識適當(dāng)重組各實(shí)施方式的組合、處理的順序或?qū)?shí)施方式施加各種設(shè)計(jì)變更等變形，施加了這種變形的實(shí)施方式也包含于本發(fā)明的范圍中。
[0171]以下，說明上述的各實(shí)施方式的回避部的變形例。
[0172]圖33的(a)為表示第一變形例所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心的一例的俯視圖，圖33的(b)為圖33的(a)的G區(qū)域的放大圖。圖33的(a)的轉(zhuǎn)子鐵心110不僅在中心側(cè)的端部設(shè)置有徑向回避部，而且自該回避部向周向設(shè)置有周向回避部。
[0173]圖34的(a)~圖34的(h)為表示第一變形例所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心的其他例的俯視圖。
[0174]圖34的(a)所示的轉(zhuǎn)子鐵心為鐵心外周部未被分割且在與中心側(cè)相反側(cè)的端部無回避部的情況。圖34的(b)所示的轉(zhuǎn)子鐵心為鐵心外周部未被分割且在與中心側(cè)相反側(cè)的端部具有周向回避部的情況。圖34的(c)所示的轉(zhuǎn)子鐵心為鐵心外周部未被分割且在與中心側(cè)相反側(cè)的端部具有徑向回避部的情況。圖34的(d)所示的轉(zhuǎn)子鐵心為鐵心外周部未被分割且在與中心側(cè)相反側(cè)的端部具有周向回避部和徑向回避部的情況。
[0175]圖34的(e)所示的轉(zhuǎn)子鐵心為鐵心外周部被分割且在與中心側(cè)相反側(cè)的端部無回避部的情況。圖34的(f)所示的轉(zhuǎn)子鐵心為鐵心外周部被分割且在與中心側(cè)相反側(cè)的端部具有周向回避部的情況。圖34的(g)所示的轉(zhuǎn)子鐵心為鐵心外周部被分割且在與中心側(cè)相反側(cè)的端部具有徑向回避部的情況。圖34的(h)所示的轉(zhuǎn)子鐵心為鐵心外周部被分割且在與中心側(cè)相反側(cè)的端部具有周向回避部和徑向回避部的情況。
[0176]圖35的(a)為表示第二變形例所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心的一例的俯視圖，圖35的(b)為圖35的(a)的H區(qū)域的放大圖。圖35的(a)的轉(zhuǎn)子鐵心120不僅在中心側(cè)的端部設(shè)置有周向回避部，而且自該回避部向徑向設(shè)置有徑向回避部。
[0177]圖36的(a)?圖36的(h)為表示第二變形例所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心的其他例的俯視圖。
[0178]圖36的(a)所示的轉(zhuǎn)子鐵心為鐵心外周部未被分割且在與中心側(cè)相反側(cè)的端部無回避部的情況。圖36的(b)所示的轉(zhuǎn)子鐵心為鐵心外周部未被分割且在與中心側(cè)相反側(cè)的端部具有周向回避部的情況。圖36的(c)所示的轉(zhuǎn)子鐵心為鐵心外周部未被分割且在與中心側(cè)相反側(cè)的端部具有徑向回避部的情況。圖36的(d)所示的轉(zhuǎn)子鐵心為鐵心外周部未被分割且在與中心側(cè)相反側(cè)的端部具有周向回避部和徑向回避部的情況。
[0179]圖36的(e)所示的轉(zhuǎn)子鐵心為鐵心外周部被分割且在與中心側(cè)相反側(cè)的端部無回避部的情況。圖36的(f)所示的轉(zhuǎn)子鐵心為鐵心外周部被分割且在與中心側(cè)相反側(cè)的端部具有周向回避部的情況。圖36的(g)所示的轉(zhuǎn)子鐵心為鐵心外周部被分割且在與中心側(cè)相反側(cè)的端部具有徑向回避部的情況。圖36的(h)所示的轉(zhuǎn)子鐵心為鐵心外周部被分割且在與中心側(cè)相反側(cè)的端部具有周向回避部和徑向回避部的情況。
[0180]圖37的(a)為表示第三變形例所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心的一例的俯視圖，圖37的(b)為圖37的(a)的I區(qū)域的放大圖。圖37的(a)的轉(zhuǎn)子鐵心130不僅在中心側(cè)的端部設(shè)置有周向回避部，而且自該回避部向徑向設(shè)置有徑向回避部。
[0181]圖38的(a)?圖38的(h)為表示第三變形例所涉及的轉(zhuǎn)子鐵心的其他例的俯視圖。
[0182]圖38的(a)所示的轉(zhuǎn)子鐵心為鐵心外周部未被分割且在與中心側(cè)相反側(cè)的端部無回避部的情況。圖38的(b)所示的轉(zhuǎn)子鐵心為鐵心外周部未被分割且在與中心側(cè)相反側(cè)的端部具有周向回避部的情況。圖38的(c)所示的轉(zhuǎn)子鐵心為鐵心外周部未被分割且在與中心側(cè)相反側(cè)的端部具有徑向回避部的情況。圖38的(d)所示的轉(zhuǎn)子鐵心為鐵心外周部未被分割且在與中心側(cè)相反側(cè)的端部具有周向回避部和徑向回避部的情況。
[0183]圖38的(e)所示的轉(zhuǎn)子鐵心為鐵心外周部被分割且在與中心側(cè)相反側(cè)的端部無回避部的情況。圖38的(f)所示的轉(zhuǎn)子鐵心為鐵心外周部被分割且在與中心側(cè)相反側(cè)的端部具有周向回避部的情況。圖38的(g)所示的轉(zhuǎn)子鐵心為鐵心外周部被分割且在與中心側(cè)相反側(cè)的端部具有徑向回避部的情況。圖38的(h)所示的轉(zhuǎn)子鐵心為鐵心外周部被分割且在與中心側(cè)相反側(cè)的端部具有周向回避部和徑向回避部的情況。
【權(quán)利要求】
1.一種轉(zhuǎn)子，其特征在于，該轉(zhuǎn)子具備: 圓形的轉(zhuǎn)子鐵心； 多個(gè)板狀磁鐵； 以與所述轉(zhuǎn)子鐵心對置的方式分別配置于該轉(zhuǎn)子鐵心的旋轉(zhuǎn)軸方向的兩端面的一對環(huán)狀的輔助磁鐵， 所述轉(zhuǎn)子鐵心具有以旋轉(zhuǎn)軸為中心形成為放射狀的多個(gè)磁鐵收納部， 所述板狀磁鐵以與相鄰的磁鐵相同磁極的彼此在轉(zhuǎn)子鐵心的周向上對置的方式收納于所述磁鐵收納部， 所述轉(zhuǎn)子鐵心在外周面的周向上交替地形成有N極和S極， 所述輔助磁鐵在與所述轉(zhuǎn)子鐵心的旋轉(zhuǎn)軸方向的端面對置的對置面上以環(huán)狀交替地形成有N極和S極， 所述輔助磁鐵在轉(zhuǎn)子鐵心的旋轉(zhuǎn)方向上的相位設(shè)為所述對置面的N極的相位相對于所述轉(zhuǎn)子鐵心的所述外周面的N極的相位錯(cuò)開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于， 所述一對環(huán)狀的輔助磁鐵的一方在轉(zhuǎn)子鐵心的旋轉(zhuǎn)方向上的相位設(shè)為所述對置面的N極的相位相對于所述轉(zhuǎn)子鐵心的所述外周面的N極的相位錯(cuò)開， 所述一對環(huán)狀的輔助磁鐵的另一方在轉(zhuǎn)子鐵心的旋轉(zhuǎn)方向上的相位設(shè)為所述對置面的N極的相位相對于所述轉(zhuǎn)子鐵心的所述外周面的N極的相位錯(cuò)開-α °，其中，α >0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于， 所述輔助磁鐵的所述對置面的N極的相位和所述轉(zhuǎn)子鐵心的所述外周面的N極的相位的錯(cuò)開電氣角φε構(gòu)成為滿足下式，5°≤φe ≤ 50。。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于， 在所述輔助磁鐵的所述對置面的N極的相位相對于所述轉(zhuǎn)子鐵心的所述外周面的N極的相位錯(cuò)開的情況下，當(dāng)將板狀磁鐵的在轉(zhuǎn)子鐵心的周向上的厚度設(shè)為Lm時(shí)，所述輔助磁鐵的所述對置面的N極的相位所對應(yīng)的外周部的位置相對于所述轉(zhuǎn)子鐵心的所述外周面的N極的位置向轉(zhuǎn)子鐵心旋轉(zhuǎn)方向的錯(cuò)開長度X構(gòu)成為滿足下式，
0.2 ≤ X/Lm ≤ 2.0
其中，Lm> X的單位為mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于， 所述板狀磁鐵的在轉(zhuǎn)子鐵心的周向上的厚度Lm在Imm~25mm的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)P為12極、14極、16極、18極、20極中的任一個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于， 所述輔助磁鐵的磁極數(shù)(Q)與所述轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)(P)相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于， 所述輔助磁鐵的在旋轉(zhuǎn)軸方向上的厚度在Imm~15mm的范圍內(nèi)。
9.一種電動(dòng)機(jī),其具備: 配置有多個(gè)線圈的筒狀的定子；設(shè)于所述定子的中心部的權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子；對所述定子的多個(gè)線 圈供電的供電部。
【文檔編號】H02K1/27GK103973010SQ201410035605
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月31日
【發(fā)明者】脅田忠行 申請人:馬淵馬達(dá)株式會(huì)社