專利名稱：感應(yīng)激活同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種感應(yīng)激活同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子，尤其涉及一種將永久磁石提供在轉(zhuǎn)子的中心部分內(nèi)的安排。
背景技術(shù)：
一般而言，自激活同步馬達(dá)(self-starting synchronous motor)分為兩種類型。那就是，環(huán)繞轉(zhuǎn)子類型以及永久磁石類型。環(huán)繞轉(zhuǎn)子類型具有場(chǎng)線圈，為在轉(zhuǎn)子側(cè)的次要線圈。永久磁石類型由鼠籠式(squirrel-cage)感應(yīng)線圈與永久磁石組成。環(huán)繞轉(zhuǎn)子類型的馬達(dá)作為環(huán)繞轉(zhuǎn)子感應(yīng)馬達(dá)般，通過操作開關(guān)來開始轉(zhuǎn)動(dòng)，并且當(dāng)它的速度已經(jīng)達(dá)到接近同步速度值的時(shí)候，利用再次操作開關(guān)，輪到的(in turn)馬達(dá)隨著激勵(lì)器(exciter)所感應(yīng)的直流電刺激的幫助下，將作為同步馬達(dá)般轉(zhuǎn)動(dòng)以使此馬達(dá)成為同步。永久磁石類型的馬達(dá)作為鼠籠式感應(yīng)馬達(dá)般開始轉(zhuǎn)動(dòng)，而且當(dāng)它的速度已經(jīng)達(dá)到接近同步速度值的時(shí)候，馬達(dá)通過永久磁石感應(yīng)的磁通量(fluxes)而被同步化，以作為同步馬達(dá)般轉(zhuǎn)動(dòng)。在此馬達(dá)中，上述開關(guān)以及激勵(lì)器在考慮到它的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上均是不必要的。眾所皆知，永久磁石類型的馬達(dá)在結(jié)構(gòu)上比環(huán)繞轉(zhuǎn)子類型較為簡(jiǎn)單，以及在操作上比環(huán)繞轉(zhuǎn)子類型更為耐用。
永久磁石類型的感應(yīng)激活同步馬達(dá)具有包含鼠籠式感應(yīng)線圈以及永久磁石的轉(zhuǎn)子，此轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)包括具決定性影響平穩(wěn)激活與操作特性的系數(shù)(factor)，例如磁石的排列與特性以及鼠籠式感應(yīng)線圈的外型與尺寸。雖然將集中注意這樣一般的趨向已經(jīng)被承認(rèn)知，如何在實(shí)際上設(shè)計(jì)上述這樣的部分卻從來沒有清楚。
例如，在由提供在轉(zhuǎn)子中心部分的永久磁石感應(yīng)的過量的磁通量的例子中，或者在由位于轉(zhuǎn)子中心部分的磁性電阻內(nèi)的差異造成高磁阻的例子中，已經(jīng)了解到馬達(dá)激活會(huì)變的較為困難的傾向。與此相比，在永久磁石感應(yīng)不足的磁通量的例子中，或者在低磁阻的例子中，也已經(jīng)了解到從作為感應(yīng)馬達(dá)般的激活狀態(tài)與操作狀態(tài)變到作為同步馬達(dá)般的操作狀態(tài)的拉入(pull-in)操作會(huì)變困難的傾向。鑒于這些因素，合適的安排以及永久磁石的部分特性的選擇，非常清楚地，會(huì)大大地影響作為同步馬達(dá)般在可信賴的同步化時(shí)，平滑激活與穩(wěn)定操作的馬達(dá)的操作。因此，永久磁石適當(dāng)?shù)陌才乓约八鼈冊(cè)系倪x擇是非常地重要。
考慮到永久磁石類型的同步馬達(dá)的特性，當(dāng)被作為同步馬達(dá)般操作時(shí)，一些習(xí)知技術(shù)的計(jì)畫已經(jīng)企圖，利用隨著利用反向器(inverter)操作的永久磁石類型中的相同方法來提供空氣裂口(air gap)，以解決發(fā)生在永久磁石連結(jié)部分的泄漏磁通量的問題。特別地，在感應(yīng)激活類型的同步馬達(dá)的例子中，永久磁石感應(yīng)的磁通量經(jīng)常有意地增加以不費(fèi)力地促進(jìn)拉入而使之同步，并且磁石有時(shí)候不確定地被延長長度，以增加使馬達(dá)同步化的力矩。然而，在另一方面，感應(yīng)線圈以及永久磁石必須安排在有限的空間中。因此，形成磁極的前后連接磁石的距離必須變的較短而導(dǎo)致增加泄漏磁通量。因此，在許多事例中均在磁石間提供空隙以及裂口。
依照習(xí)知技術(shù)感應(yīng)同步馬達(dá)，已經(jīng)有包括感應(yīng)線圈以及永久磁石的感應(yīng)馬達(dá)，感應(yīng)線圈位于鄰近轉(zhuǎn)子的表面中，而永久磁石位于比感應(yīng)線圈更靠近轉(zhuǎn)子中心的轉(zhuǎn)子內(nèi)，如同揭露在日本專利局公開發(fā)表的第2000-301066以及2000-287395號(hào)以作為例子。
圖2是對(duì)應(yīng)揭露于那些日本專利局發(fā)表的馬達(dá)所繪示的四磁極(four-pole)感應(yīng)同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子的橫截面圖。在圖2中，在此提供一個(gè)轉(zhuǎn)子中心部分1、感應(yīng)線圈3、以及在他們內(nèi)部的永久磁石a與永久磁石b。永久磁石a隨著磁化方向(S->N)而朝向定子(stator)一邊，而永久磁石b隨著磁化方向(S->N)而朝向井口(shaft)一邊，這些磁石各自設(shè)置在狹槽(slot)中。為了預(yù)防在轉(zhuǎn)子中心部分形成磁路徑(magnetic path)，也就是，所謂的泄漏磁通量，由于緊密地互相前后連結(jié)永久磁石a與b，這些永久磁石可能被安排來留出足夠的空間以消除泄漏磁通量的影響，或是空氣裂口7可以提供在這些永久磁石之間。這些措施能夠隨著定子而增加磁通量泄漏，以便為了馬達(dá)的同步旋轉(zhuǎn)而增加力矩，以及為了增進(jìn)能量系數(shù)與效能，更甚者為了保證命令馬達(dá)使之同步的磁通量的總數(shù)。
在不限制四磁極的馬達(dá)，安排在轉(zhuǎn)子中的永久磁石的尺寸在結(jié)構(gòu)上將取決于轉(zhuǎn)子以及感應(yīng)線圈的大小與形狀而限制。更合意思的便是安排永久磁石盡可能的接近定子以提高磁結(jié)合(magnetic coupling)，以改善馬達(dá)特性。然而，由于沉重的磁石被放置在遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)中心位置上，將會(huì)伴隨著逐漸增強(qiáng)的離心力，因而降低了轉(zhuǎn)子中心部分的強(qiáng)度。因此，總是必須充分考慮永久磁石的安排。
永久磁石的長度通過感應(yīng)線圈3而被限制。如果永久磁石設(shè)置的太靠近定子，它們可能接觸到感應(yīng)線圈，故它們的長度不得不更短些。為了伸長永久磁石，可以盡可能的將其安排在靠近轉(zhuǎn)子中心部分，但是隨著如此安排，前后連結(jié)的永久磁石的連結(jié)部分將會(huì)互相緊密靠近，并且永久磁石會(huì)放置在遠(yuǎn)離定子的位置上，如此一來泄漏磁通量將會(huì)增強(qiáng)，而不利地影響馬達(dá)性能。
永久磁石的寬度與厚度取決于轉(zhuǎn)子之外在直徑、井洞、以及感應(yīng)線圈的大小而如此限制。在永久磁石之尺寸有如此設(shè)計(jì)來完成最佳效果的限制下，適合的材料與適合的尺寸的選擇與永久磁石的安排是很重要的。
另一方面，通過將永久磁石并列地安排在轉(zhuǎn)動(dòng)方向中以增加每個(gè)磁極的總數(shù)，磁石的長度能夠相等地伸長。然而，在此事例中，增加這些使用的磁石總數(shù)必然導(dǎo)致制造花費(fèi)的增加。最近為了考慮到節(jié)約能源的電子特性，增進(jìn)效能與能源系數(shù)的需求逐漸增加，除此之外，平滑激活以及操作的需求也在逐漸增加中。
依照上述內(nèi)容，磁石感應(yīng)的磁通量的總數(shù)的影響與激活時(shí)的磁阻與使馬達(dá)同步化的拉入已認(rèn)定為趨向，但如何去設(shè)計(jì)馬達(dá)以克服這些影響卻從未知曉。因此，馬達(dá)有時(shí)候在激活以及將同步化的拉入中體驗(yàn)出粗劣激活的特性與艱難。即使平滑激活以及可靠的同步化操作的拉入可以達(dá)到，效能與能源系數(shù)的眾多事實(shí)在使用的永久磁石的低價(jià)與數(shù)量上，隨著已逐漸增加的制造成本仍然一直增加。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在于提供一種改善的感應(yīng)激活同步馬達(dá)，適用于通過安排永久磁石在最適合的位置以操作于高效率上，而不會(huì)增加使用的永久磁石總數(shù)量。
為了實(shí)行上述本發(fā)明的目的，提出一種感應(yīng)激活同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子，包括永久磁石以及在中心部分內(nèi)具有短路的兩末端的感應(yīng)線圈，根據(jù)本發(fā)明的放置于此中心部分的永久磁石，且一個(gè)或多個(gè)永久磁石并列地安排在中心部分的縱向以構(gòu)成永久磁石組，并且兩個(gè)永久磁石組構(gòu)成感應(yīng)激活同步馬達(dá)個(gè)別磁極，其中構(gòu)成每一個(gè)磁極的兩個(gè)永久磁石組放置傾向于中心部分的橫截面平面上，通過轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)永久磁石組于最接近感應(yīng)線圈的永久磁石的角，來作為轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的方向，如此一來兩個(gè)永久磁石組所感應(yīng)的磁通量會(huì)互相抵銷。
隨著上述結(jié)構(gòu)，依照本發(fā)明的感應(yīng)激活同步馬達(dá)能夠平滑地激活以及操作，隨著改進(jìn)的效能與作為電子特性的能源系數(shù)，而不會(huì)增加與習(xí)知技術(shù)的感應(yīng)激活同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子內(nèi)永久磁石的總數(shù)相比的永久磁石的總數(shù)。
依照本發(fā)明的較佳實(shí)施例所述，中心部分由狹槽組成，此狹槽收納其中的兩個(gè)永久磁石組，并且每一個(gè)狹槽由位于它中央部分的突出物以及凹洞構(gòu)成，以不允許此永久磁石互相連結(jié)。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，此馬達(dá)不但達(dá)到上述發(fā)明的目的，而且另外達(dá)到防止收納在狹槽的兩個(gè)永久磁石組由于互相接觸的傷害。
從上面依照本發(fā)明可看出，只通過構(gòu)思永久磁石的有益安排，而非增加使用的永久磁石總量，將可能達(dá)到平滑激活與操作的馬達(dá)，并且增加它的能源系數(shù)與效能特性。因此，從實(shí)際立場(chǎng)而言，依照本發(fā)明的感應(yīng)激活同步馬達(dá)是非常有益的。
為讓本發(fā)明上述和其它目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下


圖1是根據(jù)本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種四磁極感應(yīng)激活同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子的橫截面圖。
圖2是習(xí)知技術(shù)的一種四磁極感應(yīng)激活同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子的橫截面圖。
圖3是無負(fù)載感應(yīng)電壓與效能的關(guān)系圖。
圖式標(biāo)記說明1轉(zhuǎn)子中心部分2狹槽3感應(yīng)線圈a、b永久磁石4井洞5、6永久磁石7空隙8、9永久磁石的角10突出物11中心線12切線具體實(shí)施方式
圖1是依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例所繪示的一種感應(yīng)激活同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子中心部分的結(jié)構(gòu)。繪示的同步馬達(dá)是一個(gè)四磁極(four-pole)感應(yīng)激活同步馬達(dá)，此四磁極感應(yīng)激活同步馬達(dá)將會(huì)在下面詳細(xì)解釋。隨著此實(shí)施例，新的磁石安排將會(huì)基本上地通過改變習(xí)知技術(shù)在感應(yīng)激活同步馬達(dá)上的磁石的安排來呈現(xiàn)，如圖2所示為例，將周圍永久磁石的寬度分開，而沒有改變它們?cè)谵D(zhuǎn)子的軸心方向的長度以及它們?cè)谵D(zhuǎn)子的放射狀方向的厚度。
甚至根據(jù)習(xí)知技術(shù)，復(fù)數(shù)個(gè)永久磁石安排在轉(zhuǎn)子的軸心方向以降低旋轉(zhuǎn)電流(eddy-current)的損失，此旋轉(zhuǎn)電流損失發(fā)生在永久磁石的表面上。在本發(fā)明中，也提供了在轉(zhuǎn)子的軸心方向的復(fù)數(shù)個(gè)永久磁石，以避免增加使用的永久磁石的數(shù)量。
在感應(yīng)激活同步馬達(dá)中，為了制造作為感應(yīng)機(jī)器的力矩的目的，在此提供轉(zhuǎn)子中心部分1與具有短路的兩末端的感應(yīng)線圈3，此感應(yīng)線圈3置于接近定子處，如圖2所示。因此，永久磁石必須安置在感應(yīng)線圈3與井洞4之間，以致于永久磁石與定子之間的距離總是不可避免地變的較長，而導(dǎo)致增加泄漏磁通量并且降低了能源系數(shù)與效能。
因此，根據(jù)本發(fā)明，為了降低發(fā)生在永久磁石5與6的角8與9的泄漏磁通量，如圖1所示，將這些角8與9安排在感應(yīng)線圈3能夠與空隙7一般具有相同結(jié)果之處，而不需提供在圖2中此類的空隙7。更詳細(xì)地，在圖1中，有一些放射狀向內(nèi)部逐漸變細(xì)伸長的形狀，此形狀代表周圍大量的3已安排在繪示的感應(yīng)線圈3的橫截面圖中。永久磁石5與6的每個(gè)角8與9被安排在一端逐漸變細(xì)伸長的形狀和位于與在直徑上相反地另一端逐漸變細(xì)伸長的形狀的中心線11上，以及到這兩個(gè)逐漸變細(xì)伸長的形狀的切線12，此切線12為一條較靠近磁石5或6的磁極的切線。有時(shí)候，永久磁石5與6的角8與9的位置大體上可能位于接近線11與12之間的位置，而可能在這些線精確地位置之間稍微地偏離，鑒于永久磁石與感應(yīng)線圈的尺寸以及轉(zhuǎn)子的外部直徑，所以不得不必須在此區(qū)域內(nèi)來制造產(chǎn)生。并且，感應(yīng)線圈3以及永久磁石5與6的角8與9之間的距離將決定為一個(gè)范圍中的最小值，以保證轉(zhuǎn)子需求的強(qiáng)度。
根據(jù)本發(fā)明，永久磁石5與6的角8與9用來作為標(biāo)準(zhǔn)軸線，以決定永久磁石所安排的角度，因而能夠?qū)⒋攀c感應(yīng)線圈之間的距離持續(xù)地固定在最小值，以確保足夠的強(qiáng)度對(duì)抗離心力，并且實(shí)現(xiàn)在接近感應(yīng)線圈3的鄰近永久磁石5與6的角8與9之處內(nèi)來降低泄漏磁通量。當(dāng)可以如此將泄漏磁通量最小化時(shí)，則由于前后連結(jié)的永久磁石之間的磁結(jié)合，如圖2所示的空隙7已不再需要。
在習(xí)知技術(shù)的感應(yīng)激活同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子中，每一個(gè)磁極由單一個(gè)永久磁石或是復(fù)數(shù)個(gè)永久磁石構(gòu)成，此復(fù)數(shù)個(gè)永久磁石并列地安排在轉(zhuǎn)子的縱向以構(gòu)成一個(gè)磁石組。依照本發(fā)明，將如此的磁石組分開成為兩個(gè)磁石組，因此由于旋轉(zhuǎn)電流流動(dòng)在永久磁石的表面而減少損失(1oss)。然而，依照本發(fā)明，用作單一磁極的磁石的總數(shù)相等或少于習(xí)知技術(shù)中通過一個(gè)磁石組構(gòu)成的單一磁極的磁石總數(shù)。
依照本發(fā)明，將永久磁石5與6安排傾向于一線，此線與永久磁石5與6的角8與9相連，通過轉(zhuǎn)動(dòng)這些磁石在轉(zhuǎn)動(dòng)角度于作為轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的角8與9，此角8與9為磁石的所有點(diǎn)當(dāng)中最接近感應(yīng)線圈3。在效能與無負(fù)載感應(yīng)電壓的關(guān)系中來決定轉(zhuǎn)動(dòng)角度以獲得最大效能，如圖3所示。參照?qǐng)D1所繪示本發(fā)明的一實(shí)施例，磁石5與6位于它們已轉(zhuǎn)動(dòng)方向之處，以便使磁極互相面對(duì)。隨著繼續(xù)存在的磁極，磁石可能被安排在上述決定的轉(zhuǎn)動(dòng)角度上。
永久磁石的轉(zhuǎn)動(dòng)角度可能會(huì)取決于轉(zhuǎn)子的尺寸、井洞的直徑、以及感應(yīng)線圈的大小而多變化。由圖1的平面所觀察的磁石的長度能夠通過改變磁石的轉(zhuǎn)動(dòng)角度而多樣化。當(dāng)較長的磁石使得價(jià)格上揚(yáng)，則決定轉(zhuǎn)動(dòng)角度以改善效能，而不會(huì)增加將要使用的永久磁石的數(shù)量。
磁石的轉(zhuǎn)動(dòng)角度越大，永久磁石5與6之間的距離越大，此永久磁石5與6構(gòu)成感應(yīng)激活同步馬達(dá)的一個(gè)磁極。結(jié)果，使得泄漏磁通量增加于兩個(gè)永久磁石組的連結(jié)部分，且相同極性會(huì)互相面對(duì)，以便于將定子泄漏磁通量的部分與永久磁石集中，或者將沒有清楚的顯示出來。因此，在裂口中介于轉(zhuǎn)子與定子的磁通量的分布變成一個(gè)狀態(tài)，此狀態(tài)包括許多高頻，高頻不利地影響同步馬達(dá)而導(dǎo)致低效能。為了試圖克服這個(gè)問題，便從值來判斷效能，此值通過計(jì)算關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)角度的感應(yīng)電壓的磁場(chǎng)分析的幫助來獲得。圖3是繪示的無負(fù)載趕影電壓與效能的關(guān)系。從圖3所示的關(guān)系中，永久磁石的轉(zhuǎn)動(dòng)角度已決定了。
如上所述，永久磁石構(gòu)成單一磁極被分開成兩個(gè)磁石組5與6，以便泄漏磁通量不可避免地發(fā)生在兩個(gè)磁石組前后連結(jié)的連結(jié)部分。為了防止泄漏磁通量，以取代最新提出的空隙，此兩個(gè)磁石組被安排在狹槽2中，由兩個(gè)部分組成，以構(gòu)成一個(gè)鈍角來提供永久磁石5與6的空隙，以及一個(gè)突出物10，此突出物10提供在狹槽的鈍角的尖端上，以阻止這些磁石互相連結(jié)?？紤]到泄漏磁通量的總數(shù)，突出物的頂點(diǎn)可能小于在轉(zhuǎn)子的放射狀方向中磁石厚度的一半。在兩邊突出物的頂點(diǎn)上狹槽的部分是圓形的，以防止永久磁石與狹槽的內(nèi)壁觸碰而使此部分受傷。
如上所述，構(gòu)成本發(fā)明的特征為決定永久磁石的安排的角度，以致于使效能成為最大，此角度與無負(fù)載電壓以及效能相關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的特征，不但實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的物體的磁通量總數(shù)的調(diào)整，而且另外更同時(shí)地實(shí)現(xiàn)磁阻的調(diào)整。然而，將要激活的激活力矩取決于鼠籠式線圈的設(shè)計(jì)，且永久磁石的大小、材質(zhì)、與安排基于感應(yīng)線圈之外形而被決定，此感應(yīng)線圈設(shè)計(jì)為鼠籠式感應(yīng)線圈。
雖然本發(fā)明已以一較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種感應(yīng)激活同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括一永久磁石以及一感應(yīng)線圈，該感應(yīng)線圈在一中心部分內(nèi)具有短路的兩末端，該永久磁石收納在該中心部分中，且一或多個(gè)該永久磁石并列地安排在該中心部分的縱向以構(gòu)成復(fù)數(shù)個(gè)永久磁石組，并且兩個(gè)該永久磁石組構(gòu)成該感應(yīng)激活同步馬達(dá)個(gè)別的復(fù)數(shù)個(gè)磁極，構(gòu)成每一該磁極的兩個(gè)該永久磁石組被設(shè)置在傾向于該中心部分的一橫截面平面上，通過轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)該永久磁石組于最接近該感應(yīng)線圈的該永久磁石的角，作為轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的方向，如此，兩個(gè)該永久磁石組所感應(yīng)的磁通量會(huì)互相抵消。
2.如權(quán)利要求1所述的感應(yīng)激活同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子，其特征在于該中心部分是由復(fù)數(shù)個(gè)狹槽構(gòu)成，每一狹槽收納其中兩個(gè)該永久磁石組，每一狹槽由該狹槽的該中央部分的一突出物與一凹洞構(gòu)成，以不允許該永久磁石相互連結(jié)。
全文摘要
一種感應(yīng)激活同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子，包括永久磁石以及感應(yīng)線圈，位于中心部分內(nèi)的感應(yīng)線圈具有短路的兩末端。永久磁石并列地安排在中心部分的縱向以構(gòu)成復(fù)數(shù)個(gè)永久磁石組。兩個(gè)永久磁石組構(gòu)成感應(yīng)激活同步馬達(dá)個(gè)別的磁極。通過轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)永久磁石組于最接近感應(yīng)線圈的永久磁石的角，構(gòu)成每個(gè)磁極的兩個(gè)永久磁石組放置傾向或是稍微地偏移在中心部分的橫截面平面上，作為轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的方向，如此，兩個(gè)永久磁石組所感應(yīng)的磁通量會(huì)互相抵銷。根據(jù)此結(jié)構(gòu)，感應(yīng)激活同步馬達(dá)能夠伴隨著改進(jìn)的能源系數(shù)以及效能特性，而平滑地激活與操作。更可取地，收納兩個(gè)永久磁石組的狹槽由位于它中央部分的突出物以及凹洞構(gòu)成，以不允許此永久磁石互相連結(jié)。
文檔編號(hào)H02K1/27GK1485968SQ0315644
公開日2004年3月31日 申請(qǐng)日期2003年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月30日
發(fā)明者野田幸宏, 桐谷知明, 明 申請(qǐng)人:東洋電機(jī)制造株式會(huì)社