專利名稱：永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有在轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)部埋入多個永久磁鐵構(gòu)成的轉(zhuǎn)子的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
背景技術(shù)：
作為現(xiàn)有的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)，例如日本特開平9-327140號公報(bào)所述的那樣，在旋轉(zhuǎn)軸上配合固定轉(zhuǎn)子鐵心，在形成于該轉(zhuǎn)子鐵心的收容部中從軸向插入斷面呈長方形的多個永久磁鐵進(jìn)行組裝，從而構(gòu)成轉(zhuǎn)子，在定子的內(nèi)部以與定子鐵心的內(nèi)周部存在規(guī)定間隙的狀態(tài)可旋轉(zhuǎn)地配置。各永久磁鐵交替成為N極和S極地被磁化。
使這樣的磁鐵形狀為長方形并將其埋入到轉(zhuǎn)子內(nèi)的馬達(dá)在高速旋轉(zhuǎn)時弱磁場易于產(chǎn)生作用，具有高速旋轉(zhuǎn)時效率提高的優(yōu)點(diǎn)，用于電動汽車用永久磁鐵馬達(dá)等需要高速旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)。在這里，為了避免運(yùn)行時的振動和噪聲，沿長度方向分割轉(zhuǎn)子內(nèi)的磁鐵，通過使得半齒槽扭斜，可實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)矩脈動。
在上述那樣的埋入磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩由以下式(1)表示。
T＝φIq+(Lq-Ld)Iq×Id …… (1)其中，T馬達(dá)轉(zhuǎn)矩，φ永久磁鐵的磁通，Lqq軸電感，Ldd軸電感，Iqq軸繞組電流，Idd軸繞組電流。
在式(1)中，第1項(xiàng)為由永久磁鐵的主磁通產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，第2項(xiàng)為由磁鐵間的鐵部的輔助磁極產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩。磁鐵的轉(zhuǎn)矩具有對于每一極對(電角360度)的周期性，磁阻具有對于每1極(電角180度)的周期性。
在這里，如現(xiàn)有例那樣，當(dāng)使轉(zhuǎn)子扭斜時，由于成為最大轉(zhuǎn)矩的電流相位不同，最大轉(zhuǎn)矩下降。如磁鐵的轉(zhuǎn)矩為主，則磁鐵轉(zhuǎn)矩為360度周期，所以，轉(zhuǎn)矩的下降程度小5％左右，但磁阻轉(zhuǎn)矩為180度周期，所以，轉(zhuǎn)矩的下降程度高達(dá)10％。因此，在以磁阻轉(zhuǎn)矩為主的馬達(dá)中，最好為不進(jìn)行扭斜地降低轉(zhuǎn)矩脈動的形狀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)，該永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)在規(guī)定的電流和電壓條件下不使用扭斜，由此可防止轉(zhuǎn)矩下降，另外，可降低脈動轉(zhuǎn)矩，該電機(jī)振動和噪聲低。
(1)為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)具有定子和轉(zhuǎn)子；該定子具有多相的定子繞組；該轉(zhuǎn)子通過在轉(zhuǎn)子鐵心的內(nèi)部埋入多個永久磁鐵而構(gòu)成，在與上述定子具有規(guī)定間隙的狀態(tài)下可回轉(zhuǎn)地被配置；而且，轉(zhuǎn)子的鐵心形狀在疊厚(長度)方向上相同；其中，對上述轉(zhuǎn)子的每一極配置多個永久磁鐵，同時，上述轉(zhuǎn)子的每一極的各永久磁鐵的配置在旋轉(zhuǎn)方向上對稱，但在疊厚方向上不同。
根據(jù)該構(gòu)成，通過在規(guī)定的電流和電壓條件下不使用扭斜，可減少轉(zhuǎn)矩的降低，另外，可減小脈動轉(zhuǎn)矩，獲得低振動和低噪聲。
(2)在上述(1)中，用于將永久磁鐵插入到上述轉(zhuǎn)子的永久磁鐵插入孔最好分別對每一極為3個以上。
(3)在上述(1)中，最好上述轉(zhuǎn)子的各永久磁鐵的疊厚方向的配置不同的比例為1∶1。
(4)在上述(1)中，最好上述轉(zhuǎn)子的各極的極間側(cè)的永久磁鐵插入孔的以極中心為頂點(diǎn)構(gòu)成的角θ與極中央側(cè)的永久磁鐵插入孔的以極中心為頂點(diǎn)構(gòu)成的角φ、齒槽節(jié)距τs具有以θ＝(n+0.5)×τs+φ(n為整數(shù))示出的關(guān)系。
(5)在上述(1)或(4)中，最好從上述轉(zhuǎn)子的各極的極間側(cè)的永久磁鐵發(fā)生的磁通與從極中央側(cè)的永久磁鐵發(fā)生的磁通大體相等。


圖1為本發(fā)明第1實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的從正面?zhèn)扔^看到的局部斷面圖。
圖2為示出本發(fā)明的第1實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁鐵配置構(gòu)造的轉(zhuǎn)子的在轉(zhuǎn)子疊厚(長度)方向的示意透視圖。
圖3為示出本發(fā)明第1實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子的構(gòu)造的側(cè)面圖。
圖4為在本發(fā)明第1實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的極間側(cè)的插入孔中配置磁鐵的場合的磁場解析結(jié)果的說明圖。
圖5為在本發(fā)明第1實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的極中央側(cè)的插入孔中配置磁鐵的場合的磁場解析結(jié)果的說明圖。
圖6為在本發(fā)明第1實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的極間側(cè)的插入孔中配置磁鐵的場合的轉(zhuǎn)矩脈動的說明圖。
圖7為在本發(fā)明第1實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的極中央側(cè)的插入孔中配置磁鐵的場合的轉(zhuǎn)矩脈動的說明圖。
圖8為本發(fā)明第1實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動的說明圖。
圖9為本發(fā)明第2實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子的構(gòu)造及在極間側(cè)的插入孔配置磁鐵的場合的磁場解析結(jié)果的說明圖。
圖10為在本發(fā)明第2實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的極中央側(cè)的插入孔配置磁鐵的場合的磁場解析結(jié)果的說明圖。
圖11為示出本發(fā)明第3實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁鐵配置構(gòu)造的、轉(zhuǎn)子的沿轉(zhuǎn)子的疊厚(長度)方向的示意透視圖。
圖12為本發(fā)明第4實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子的構(gòu)造及在極間側(cè)的插入孔配置磁鐵的場合的磁場解析結(jié)果的說明圖。
圖13為在本發(fā)明第4實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的極中央側(cè)的插入孔配置磁鐵的場合的磁場解析結(jié)果的說明圖。
圖14為本發(fā)明第5實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子的構(gòu)造及在極間側(cè)的插入孔配置磁鐵的場合的磁場解析結(jié)果的說明圖。
圖15為在本發(fā)明第5實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的極中央側(cè)的插入孔配置磁鐵的場合的磁場解析結(jié)果的說明圖。
具體實(shí)施例方式
下面，根據(jù)附圖1-圖8說明本發(fā)明的第1實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的構(gòu)成。在以下的例中，說明適用于三相8極/48齒槽的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的例子。
首先，說明本發(fā)明第1實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的整體構(gòu)成。
圖1為本發(fā)明第1實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的從正面?zhèn)扔^看到的局部斷面圖。
如圖1所示，旋轉(zhuǎn)電機(jī)10的定子20由定子鐵心22、卷繞于該定子鐵心22上的多相的定子繞組24、將定子鐵心22固定保持于其內(nèi)周面上的外殼26構(gòu)成。轉(zhuǎn)子30由轉(zhuǎn)子鐵心32、插入到設(shè)于轉(zhuǎn)子鐵心32的永久磁鐵插入孔34中的永久磁鐵36、及軸38構(gòu)成。軸38由軸承42、44可自由回轉(zhuǎn)地保持。軸承42、44由端部托架46、48支承，端部托架46、48分別固定于外殼26的兩端。
另外，檢測轉(zhuǎn)子30的永久磁鐵36的位置的磁極位置檢測器PS和檢測轉(zhuǎn)子30的位置的編碼器E配置于轉(zhuǎn)子30的側(cè)面?zhèn)取ＰD(zhuǎn)電機(jī)10根據(jù)磁極位置檢測器PS的信號和編碼器E的輸出信號由圖中未示出的控制裝置進(jìn)行運(yùn)行控制。
下面，根據(jù)圖2說明本發(fā)明第1實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁鐵的配置構(gòu)造。
圖2為示出本發(fā)明第1實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁鐵配置構(gòu)造的、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子疊厚(長度)方向上的示意透視圖。與圖1相同的符號表示相同部分。
在轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)子鐵心32形成多個永久磁鐵插入孔34。在三相8極/48齒槽的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的場合，通常永久磁鐵插入孔34的個數(shù)為8個。然而，在本實(shí)施形式中，對于每1極，如圖示那樣，由永久磁鐵插入孔34A、34B、34C這樣3個構(gòu)成。為了圖示方便，僅對1極示出3個永久磁鐵插入孔34A、34B、34C，但其它極的永久磁鐵插入孔34也同樣地由3個永久磁鐵插入孔構(gòu)成。永久磁鐵插入孔34A、34B、34C與轉(zhuǎn)子30的旋轉(zhuǎn)軸平行。即，永久磁鐵插入孔34不相對轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸傾斜，即，不扭斜。不扭斜也指轉(zhuǎn)子的鐵心形狀在疊厚(長度)方向上相同地形成。
在永久磁鐵插入孔34A、34B、34C中分別插入長方形的永久磁鐵36A、36B、36C。因此，每1極的永久磁鐵由多個永久磁鐵36A、36B、36C構(gòu)成。另外，永久磁鐵36A、36B、36C的長度方向與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸平行，成為不扭斜的構(gòu)成。
另外，當(dāng)永久磁鐵插入孔34A、34B、34C的長度為L(L與轉(zhuǎn)子30的軸向長度相等)時，則永久磁鐵36A、36B、36C的長度分別為L/2。另外，在永久磁鐵36A、36C配置到轉(zhuǎn)子30的軸向左側(cè)的場合，永久磁鐵36B配置到轉(zhuǎn)子30的軸向右側(cè)。另外，在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向，在永久磁鐵36B的兩側(cè)配置永久磁鐵36A、36C，所以，相對于極中心對稱地配置多個永久磁鐵36A、36B、36C。然而，由于在轉(zhuǎn)子30的疊厚方向(軸向)上非對稱地配置，所以，在轉(zhuǎn)子30的長度方向(疊厚方向，軸向)上不同地配置。
轉(zhuǎn)子30如圖1所示那樣，與定子20的內(nèi)周側(cè)相對地配置。當(dāng)分別將永久磁鐵36A、36B、36C的與定子20相對的部分的表面積設(shè)為SA、SB、SC時，使得SA＝SC，SA+SC＝SB。這樣，從轉(zhuǎn)子的1極的極中央側(cè)的永久磁鐵36B發(fā)生的磁通和從轉(zhuǎn)子的1極的極間側(cè)的永久磁鐵36A、36C發(fā)生的磁通相等。
下面，根據(jù)圖3說明本發(fā)明的第1實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子的構(gòu)造。
圖3為示出本發(fā)明第1實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子的構(gòu)造的側(cè)面圖。在這里，示出三相8極/48齒槽的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的2極量即1個極對量。與圖1相同的符號表示相同部分。
定子20具有大體呈環(huán)狀的定子鐵心22，在該定子鐵心22上形成48個齒槽26。在這里，示出1個極對量的12個齒槽26。在齒槽26插入配置U相的定子繞組24(U1)、V相的定子繞組24(V1)、及W相的定子繞組24(W1)。在定子鐵心22的內(nèi)周部對應(yīng)于各齒槽26形成開口部27。
轉(zhuǎn)子30將轉(zhuǎn)子鐵心32配合固定于軸38，在形成于該轉(zhuǎn)子鐵心32上的永久磁鐵插入孔插入永久磁鐵36A、36B、36C。
轉(zhuǎn)子30在與定子鐵心22的內(nèi)周部具有規(guī)定的間隙28的狀態(tài)下可回轉(zhuǎn)地配置于定子的內(nèi)部。轉(zhuǎn)子鐵心32通過將形成磁鐵插入用孔的硅鋼片層疊多片而構(gòu)成。各永久磁鐵36如圖所示那樣，在各極使得N極與S極交替磁化。
在這里，如轉(zhuǎn)子30的各極的極間側(cè)的永久磁鐵插入孔34A、34C以軸中心為頂點(diǎn)構(gòu)成的角(在圖示例中，永久磁鐵插入孔34C的與定子相對的一側(cè)的左側(cè)角部(磁通出來的場所)與永久磁鐵插入孔34A的與定子相對的一側(cè)的右側(cè)角部(磁通出來的場所)之間所成的角度)為θ，極中央側(cè)的永久磁鐵插入孔34B的以軸中心為頂點(diǎn)形成的角(在圖示例中，在永久磁鐵插入孔34B的與定子相對一側(cè)的左側(cè)角部與永久磁鐵插入孔34B的與定子相對的一側(cè)的右側(cè)角部之間所成角度)為φ，將齒槽節(jié)距(鄰接的齒槽26之間的距離)為τs，則按以下式(2)θ＝(n+0.5)×τs+φ … (2)(n為整數(shù))示出的關(guān)系，將用釹制造的永久磁鐵36A、36B、36C從軸向分別插入組裝而構(gòu)成，此時更有效果。
在三相8極/48齒槽的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的場合，齒槽節(jié)距τs以機(jī)械角表示時為7.5°(以電角表示時為30°)。因此，在式(2)中，如n＝1，當(dāng)φ＝11.25°(機(jī)械角)(用電角表示時為45°)時，θ＝22.5°(機(jī)械角)(以電角表示時為90°)。即，按式(2)的右邊的第1項(xiàng)發(fā)生的磁通與按第2項(xiàng)發(fā)生的磁通相等。
下面，根據(jù)圖4和圖5說明本發(fā)明第1實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁場解析結(jié)果。
圖4為在本發(fā)明第1實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的極間側(cè)的插入孔配置磁鐵的場合的磁場解析結(jié)果的說明圖。圖5為在本發(fā)明第1實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的極中央側(cè)的插入孔配置磁鐵的場合的磁場解析結(jié)果的說明圖。在這里，示出三相8極/48齒槽的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的1極量。與圖3相同的部分示出相同部分。
圖4示出將磁鐵配置到極間側(cè)的插入孔的場合的磁場解析結(jié)果。即在中央的永久磁鐵插入孔34B不插入永久磁鐵而在極間側(cè)的永久磁鐵插入孔34A、34C分別插入永久磁鐵36A、36C的場合的磁場解析結(jié)果，虛線示出磁場。
圖5示出將磁鐵配置到中央側(cè)的插入孔的場合的磁場解析結(jié)果。即在極間側(cè)的永久磁鐵插入孔34A、34C不插入永久磁鐵36A、36C而在中央的永久磁鐵插入孔34B插入永久磁鐵36B的場合的磁場解析結(jié)果，虛線表示磁場。
下面，根據(jù)圖6-圖8說明本發(fā)明第1實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動。
圖6為在本發(fā)明第1實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的極間側(cè)的插入孔中配置磁鐵的場合的轉(zhuǎn)矩脈動的說明圖。圖7為在本發(fā)明第1實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的極中央側(cè)的插入孔中配置磁鐵的場合的轉(zhuǎn)矩脈動的說明圖。圖8為本發(fā)明第1實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動的說明圖。在這里，示出三相8極/48齒槽的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的1極量。
圖6如圖4所示那樣，示出將磁鐵配置于極間側(cè)的插入孔的場合的1極量(電角180度)的轉(zhuǎn)矩脈動。
圖7如圖5所示那樣，示出將磁鐵配置于中央側(cè)的插入孔的場合的1極量(電角180度)的轉(zhuǎn)矩脈動。
圖4和圖5的鐵心的形狀相等，所以，兩者的磁阻轉(zhuǎn)矩相等。另外，由于形成兩者的磁鐵磁通大體相等的磁鐵表面積(S1+S3＝S2)，所以，磁鐵轉(zhuǎn)矩也大體相等。因此，圖6的平均轉(zhuǎn)矩與圖7的平均轉(zhuǎn)矩大體一致。
由圖6所示波形可知，每1極發(fā)生6周期(1轉(zhuǎn)48周期)的轉(zhuǎn)矩脈動，這與齒槽數(shù)一致。轉(zhuǎn)矩脈動由鐵部的齒與間隙的齒槽部的磁通集中的不同產(chǎn)生?？梢钥闯?，轉(zhuǎn)矩脈動的波形與磁鐵的極弧度具有緊密的關(guān)系，當(dāng)極弧度變化時，轉(zhuǎn)矩脈動的波形也變化。形成圖6的磁鐵的極弧度θ與θ＝(n+0.5)×τs+φ的條件的磁鐵極弧度φ的場合的示于圖7的轉(zhuǎn)矩脈動成為與圖6相反的波形。
因此，如實(shí)施形式那樣，在使圖3和圖4的磁鐵配置沿長度方向分別為一半的場合，合成圖6所示轉(zhuǎn)矩脈動與圖7所示轉(zhuǎn)矩脈動，成為圖8所示狀態(tài)。由圖8所示轉(zhuǎn)矩波形可知，按照本實(shí)施形式，可減小轉(zhuǎn)矩脈動。按波動率進(jìn)行比較可知，圖6、圖7的波動率為22％，在本實(shí)施形式中，如圖8所示，波動率為4％，可將波動率改善18％。因此，可減小脈動轉(zhuǎn)矩，所以，可使永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)為低振動、低噪聲。
如以上說明的那樣，按照本實(shí)施形式，永久磁鐵旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的每一極的各永久磁鐵的配置在旋轉(zhuǎn)方向上對稱，但在疊厚方向上不同，特別是上述轉(zhuǎn)子的各極的極間側(cè)的永久磁鐵插入孔的以極中心為頂點(diǎn)構(gòu)成的角θ與極中央側(cè)的永久磁鐵插入孔的以極中心為頂點(diǎn)構(gòu)成的角φ、齒槽節(jié)距τs具有由θ＝(n+0.5)×τs+φ(n為整數(shù))示出的關(guān)系，由此可減少轉(zhuǎn)矩脈動。另外，由振動噪聲小的馬達(dá)可提供可舒適地行走的電動車輛。
下面，根據(jù)圖9和圖10說明本發(fā)明第2實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的構(gòu)成。本實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的整體構(gòu)成與圖1和圖2所示內(nèi)容相同。
圖9為本發(fā)明第2實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子的構(gòu)造及在極間側(cè)的插入孔配置磁鐵的場合的磁場解析結(jié)果的說明圖。圖10為在本發(fā)明第2實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的極中央側(cè)的插入孔配置磁鐵的時的磁場解析結(jié)果的說明圖。在這里，示出三相8極/48齒槽的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的1極量。與圖3相同的部分表示相同部分。
如圖9所示，永久磁鐵插入孔34A′、34B′、34C′的形狀為弧形。斷面形狀為弧(圓弧)狀的弧柱狀。因此，插入到永久磁鐵插入孔34A′、34C′的永久磁鐵36A′、36C′的斷面形狀也為弧(圓弧)狀的弧柱狀。
圖9示出在極間側(cè)的插入孔配置磁鐵的場合的磁場解析結(jié)果，虛線示出磁場。
圖10為在中央側(cè)的插入孔中配置磁鐵的場合即不在極間側(cè)的磁鐵插入孔34A′、34C′插入永久磁鐵而在中央的磁鐵插入孔34B′插入永久磁鐵36B′的場合的磁場解結(jié)果，虛線表示出磁場。
通過使用弧形永久磁鐵，可增大有效磁通，增大發(fā)生的轉(zhuǎn)矩。
本實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動成為如圖6、圖7所示那樣的結(jié)果，根據(jù)作為圖6所示轉(zhuǎn)矩脈動和圖7所示轉(zhuǎn)矩脈動的合成結(jié)果的旋轉(zhuǎn)電機(jī)整體的轉(zhuǎn)矩波形也可減小轉(zhuǎn)矩脈動。
如以上說明的那樣，按照本實(shí)施形式，永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的每一極的各永久磁鐵的配置相對旋轉(zhuǎn)方向?qū)ΨQ，但相對疊厚方向不同，從而可減小轉(zhuǎn)矩脈動。另外，由振動噪聲小的馬達(dá)，可提供行走舒適的電動車輛。
下面，根據(jù)圖11說明本發(fā)明的第3實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的構(gòu)成。本實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的整體構(gòu)成與圖1所示場合相同。
圖11為示出本發(fā)明第3實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁鐵配置構(gòu)造的、轉(zhuǎn)子的在轉(zhuǎn)子疊厚(長度)方向上的示意透視圖。與圖1相同的符號示出相同部分。
在轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)子鐵心32形成多個永久磁鐵插入孔34。在三相8極/48齒槽的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的場合，通常永久磁鐵插入孔34的個數(shù)為8個。另外，與圖2一樣，對于1極，如圖所示那樣，由永久磁鐵插入孔34A、34B、34C這樣3個構(gòu)成。永久磁鐵插入孔34A、34B、34C與轉(zhuǎn)子30的旋轉(zhuǎn)軸平行。即，永久磁鐵插入孔34不相對轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸傾斜即扭斜。
在永久磁鐵插入孔34A、34B、34C中分別插入長方形的永久磁鐵36A1、36A2、36B、36C1、36C2。因此，每1極的永久磁鐵由多個永久磁鐵36A1、36A2、36B、36C1、36C2構(gòu)成。另外，永久磁鐵36A1、36A2、36B、36C1、36C2的長度方向與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸平行，成為不扭斜的構(gòu)成。
另外，如永久磁鐵插入孔34A、34B、34C的長度為L(L與轉(zhuǎn)子30的軸向長度相等)，則永久磁鐵36A1、36A2、36C1、36C2的長度分別為L/4。另外，使永久磁鐵36B的長度為L/2。另外，在將永久磁鐵36A1、36A2、36C1、36C 2配置到轉(zhuǎn)子30的軸向左右側(cè)的場合，永久磁鐵36B配置到轉(zhuǎn)子30的軸向中央。另外，在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向，在永久磁鐵36B的兩側(cè)配置永久磁鐵36A1、36A2、36C1、36C2，所以，相對極中心對稱地配置多個永久磁鐵36A1、36A2、36B、36C1、36C2。然而，在轉(zhuǎn)子30的疊厚方向(軸向)不同地配置。
轉(zhuǎn)子30如圖1所示那樣，與定子20的內(nèi)周側(cè)相對地配置。當(dāng)分別將永久磁鐵36A1、36A2、36B、36C1、36C2的與定子20相對的部分的表面積設(shè)為SA1、SA2、SB、SC1、SC2時，SA1＝SA2＝SC1＝SC2，SA1+SA2+SC1+SC2＝SB。這樣，從轉(zhuǎn)子的1極的極中央側(cè)的永久磁鐵36B發(fā)生的磁通和從轉(zhuǎn)子的1極的極間側(cè)的永久磁鐵36A1、36A2、36C1、36C2發(fā)生的磁通相等。
如上所述，長度方向的配置不需要如圖2所示那樣在中央部形成一半，如圖11所示那樣，磁鐵的極間配置形狀為1/4和1/4、中央配置形狀為1/2也成立，長度方向的比可為1∶1。
本實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動成為圖6和圖7所示那樣的結(jié)果，根據(jù)圖6所示轉(zhuǎn)矩脈動與圖7所示轉(zhuǎn)矩脈動的合成結(jié)果即旋轉(zhuǎn)電機(jī)整體的轉(zhuǎn)矩波形，也可降低轉(zhuǎn)矩脈動。
如以上說明的那樣，按照本實(shí)施形式，永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的每一極的各永久磁鐵的配置相對旋轉(zhuǎn)方向?qū)ΨQ，但相對疊厚方向不同，從而可減小轉(zhuǎn)矩脈動。另外，由振動噪聲小的馬達(dá)可提供能夠舒適地行走的電動車輛。
下面，根據(jù)圖12和圖13說明本發(fā)明第4實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的構(gòu)成。本實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的整體構(gòu)成與圖1和圖2所示情形相同。
圖12為本發(fā)明第4實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子的構(gòu)造及在極間側(cè)的插入孔配置磁鐵的場合的磁場解析結(jié)果的說明圖。圖13為在本發(fā)明第4實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的極中央側(cè)的插入孔配置磁鐵的場合的磁場解析結(jié)果的說明圖。在這里，示出三相8極/48齒槽的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的1極量。與圖3相同的部分示出相同部分。
在圖4和圖5、圖9和圖10所示例中，極間側(cè)的磁鐵插入孔的極弧度θ與極中央側(cè)的極弧度φ、齒槽節(jié)距τs具有θ＝(n+0.5)×τs+φ的關(guān)系，而且，為了使磁鐵磁通相等的條件成立，需要使φ的極弧度在90°以下，不能提高磁鐵轉(zhuǎn)矩。
因此，如圖12所示，永久磁鐵插入孔34A″、34C″的斷面形狀為長方形，同時，使其長邊方向?yàn)檗D(zhuǎn)子的徑向。永久磁鐵插入孔34B″的長邊方向?yàn)檗D(zhuǎn)子的周向。永久磁鐵插入孔34A″、34B″、34C″中如圖2所示那樣地插入多個永久磁鐵36A″、36B″、36C″。另外，也可如圖11所示那樣插入。這樣，對于與定子相對的永久磁鐵的表面積，永久磁鐵36A″、36C″的表面積由于比永久磁鐵36B″的表面積小，所以，為了使永久磁鐵36A″、36C″發(fā)生的磁通與永久磁鐵36B″發(fā)生的磁通相等，永久磁鐵36B″在轉(zhuǎn)子的徑向上配置在接近旋轉(zhuǎn)中心接近的位置，與定子的距離變遠(yuǎn)。圖12示出在極間側(cè)的插入孔配置永久磁鐵36A″、36C″的場合的磁場解析結(jié)果，虛線示出磁場。
圖13示出將磁鐵配置到中央側(cè)的插入孔的場合即在極間側(cè)的永久磁鐵插入孔34A″、34C″不插入永久磁鐵而在中央的永久磁鐵插入孔34B″插入永久磁鐵36B″的場合的磁場解析結(jié)果，虛線表示磁場。
這樣，通過在徑向配置極間側(cè)的永久磁鐵36A″、36C″的長度方向，從而可使得θ＝(n+0.5)×τs+φ的關(guān)系和磁鐵磁通相等的條件與高磁鐵轉(zhuǎn)矩同時成立。
本實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動成為如圖6、圖7所示那樣的結(jié)果，根據(jù)作為圖6所示轉(zhuǎn)矩脈動和圖7所示轉(zhuǎn)矩脈動的合成結(jié)果的旋轉(zhuǎn)電機(jī)整體的轉(zhuǎn)矩波形也可減小轉(zhuǎn)矩脈動。
如以上說明的那樣，按照本實(shí)施形式，永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的每一極的各永久磁鐵的配置相對旋轉(zhuǎn)方向?qū)ΨQ，但相對疊厚方向不同，從而可減小轉(zhuǎn)矩脈動，另外，可產(chǎn)生高轉(zhuǎn)矩。另外，由振動噪聲小的馬達(dá)，可提供行走舒適的電動車輛。
下面，根據(jù)圖14和圖15說明本發(fā)明的第5實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的構(gòu)成。本實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的整體構(gòu)成與圖1和圖2所示場合相同。
圖14為本發(fā)明第5實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子的構(gòu)造及在極間側(cè)的插入孔配置磁鐵的場合的磁場解析結(jié)果的說明圖。圖15為在本發(fā)明第5實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的極中央側(cè)的插入孔配置磁鐵的場合的磁場解析結(jié)果的說明圖。在這里，示出三相8極/48齒槽的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的1極量。與圖3相同的部分示出相同部分。
如圖14所示，永久磁鐵插入孔34Ax、34Bx、34Cx的形狀為朝轉(zhuǎn)子外周方向的凹下的弧形。斷面形狀為弧(圓弧)狀的弧柱狀。因此，插入到永久磁鐵插入孔34Ax、34Cx的永久磁鐵36Ax、36Cx的斷面形狀為弧(圓弧)狀的弧柱狀。
另外，本實(shí)施形式的旋轉(zhuǎn)電機(jī)在磁阻轉(zhuǎn)矩為主的場合效果大。因此，在轉(zhuǎn)子的永久磁鐵36的外周側(cè)設(shè)置多個狹縫39。
圖14示出在極間側(cè)的插入孔配置磁鐵的場合的磁場解析結(jié)果，虛線示出磁場。
圖15為在中央側(cè)的插入孔配置磁鐵的場合即不在極間側(cè)的磁鐵插入孔34Ax、34Cx插入永久磁鐵而在中央的磁鐵插入孔34Bx插入永久磁鐵36Bx的場合的磁場解結(jié)果，虛線示出磁場。
本實(shí)施形式的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動成為如圖6、圖7所示那樣的結(jié)果，根據(jù)作為圖6所示轉(zhuǎn)矩脈動和圖7所示轉(zhuǎn)矩脈動的合成結(jié)果的旋轉(zhuǎn)電機(jī)整體的轉(zhuǎn)矩波形也可減小轉(zhuǎn)矩脈動。
如以上說明的那樣，按照本實(shí)施形式，永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的每一極的各永久磁鐵的配置相對旋轉(zhuǎn)方向?qū)ΨQ，但相對疊厚方向不同，從而可減小轉(zhuǎn)矩脈動。另外，由振動噪聲小的馬達(dá)，可提供行走舒適的電動車輛。
在以上各實(shí)施形式中，永久磁鐵的個數(shù)(極數(shù))也可不為8極，定子的齒槽數(shù)也可不為48個。另外，永久磁鐵8也可不為釹磁鐵，構(gòu)成磁鐵的角度當(dāng)然也可具有在制造誤差的范圍內(nèi)的幅度(誤差±1左右)。另外，不僅可為內(nèi)轉(zhuǎn)型，也可為外轉(zhuǎn)型。
按照本發(fā)明，通過在規(guī)定的電流和電壓條件下不使用扭斜，可防止轉(zhuǎn)矩的降低，另外，可減小脈動轉(zhuǎn)矩，獲得低振動和低噪聲。
權(quán)利要求
1.一種永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)，具有定子和轉(zhuǎn)子；該定子具有多相的定子繞組；該轉(zhuǎn)子通過在轉(zhuǎn)子鐵心的內(nèi)部埋入多個永久磁鐵而構(gòu)成，在與上述定子具有規(guī)定間隙的狀態(tài)下可回轉(zhuǎn)地配置；而且，轉(zhuǎn)子的鐵心形狀在疊厚(長度)方向上相同；其特征在于上述轉(zhuǎn)子的每一極配置多個永久磁鐵，同時，上述轉(zhuǎn)子的每一極的各永久磁鐵的配置在旋轉(zhuǎn)方向上對稱，但在疊厚方向上不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于用于將永久磁鐵插入到上述轉(zhuǎn)子的永久磁鐵插入孔分別對每一極為3個以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于上述轉(zhuǎn)子的各永久磁鐵的疊厚方向的配置不同的比例為1∶1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于上述轉(zhuǎn)子的各極的極間側(cè)的永久磁鐵插入孔的以極中心為頂點(diǎn)構(gòu)成的角θ與極中央側(cè)的永久磁鐵插入孔的以極中心為頂點(diǎn)構(gòu)成的角φ、齒槽節(jié)距τs具有以θ＝(n+0.5)×τs+φ(n為整數(shù))表示的關(guān)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于從上述轉(zhuǎn)子的各極的極間側(cè)的永久磁鐵發(fā)生的磁通與從極中央側(cè)的永久磁鐵發(fā)生的磁通大體相等。
全文摘要
一種永久磁鐵式旋轉(zhuǎn)電機(jī)具有定子20和轉(zhuǎn)子30；該定子20具有多相的定子繞組；該轉(zhuǎn)子30通過在轉(zhuǎn)子鐵心的內(nèi)部埋入多個永久磁鐵36而構(gòu)成。轉(zhuǎn)子的鐵心形狀在疊厚(長度)方向上相同，永久磁鐵36不扭斜。每一極的永久磁鐵36A、36B、36C的配置在旋轉(zhuǎn)方向?qū)ΨQ，但在疊厚方向不同。極間側(cè)的永久磁鐵36A、36C發(fā)生的磁通與從極中央側(cè)的永久磁鐵36B發(fā)生的磁通大體相等。
文檔編號H02K15/03GK1960127SQ20061013218
公開日2007年5月9日 申請日期2002年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月15日
發(fā)明者松延豐, 田島文男, 川又昭一, 安原隆 申請人:株式會社日立制作所