專利名稱：永磁同步電動機和使用它的沖壓機或擠壓成型機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及永磁同步電動機和使用它的沖壓機(pressing machine)或擠壓成型機(extrusion machine)。
背景技術：
在使永磁同步電動機高速旋轉的情況下，因為電感的壓降與轉速成比例地增大， 所以為了避免輸入電壓不足，對轉速設定上限值。以擴大高速旋轉區(qū)域為目的，存在[專利文獻1]的技術，如其圖4所示，通過在埋設于轉子中的永磁鐵外側的外周鐵芯部和永磁鐵內(nèi)側的鐵芯部設置狹縫來降低電感。但是，在該現(xiàn)有技術所示的結構中，永磁鐵的徑向長度比轉子鐵芯的半徑方向長度大，磁阻非常大。使用這樣比較厚的永磁鐵的結構，可視為提高鐵氧體磁鐵的耐退磁性能方法。在該結構中，因為電樞磁通的大部分流過轉子的外周鐵芯部，設置在外周鐵芯部的狹縫雖然有助于降低電感，但設置在鐵芯部分的狹縫的效果較小。可以認為[專利文獻1]中沒有明確表示定量的效果的原因也在于這一點。另一方面，由于在鐵芯部分設置狹縫導致由磁性體構成的磁路減少，所以容易發(fā)生磁飽和。由此，永磁鐵產(chǎn)生的磁通減少，存在扭矩減小的問題。[專利文獻1]中沒有觸及該問題，可認為其原因在于，在使用鐵氧體磁鐵的情況下，永磁鐵的剩余磁通密度為0. 5T左右，因此即使在鐵芯部分設置若干狹縫也不會發(fā)生顯著的磁飽和。與此相對，以釹磁鐵為代表的稀土類磁鐵的剩余磁通密度為IT以上，若在轉子中設置狹縫則容易導致磁飽和。特別是，在表面式永磁同步電動機中，從其結構上來說，凸極比接近1，較多情況下無法充分利用磁阻扭矩(轉矩)，所以如何通過永磁鐵高效產(chǎn)生扭矩變得相當重要。因此，在轉子中設置狹縫的方法，出于導致永磁鐵磁通降低和扭矩減小的方面考慮，并不是一般性的方法。專利文獻1 日本特開2002-84690號公報

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，為了在永磁同步電動機中擴大高速旋轉區(qū)域，降低電感的方法雖然有效，但在使用稀土類磁鐵的情況下，若以降低電感為目的在轉子中設置狹縫，則容易發(fā)生磁飽和，存在由此導致永磁鐵產(chǎn)生的磁通減少和扭矩降低的矛盾。本發(fā)明的目的在于，提供能夠在不減小扭矩的前提下擴大高速運轉范圍的永磁同步電動機和使用它的沖壓機或者擠壓成型機。為了解決上述課題，本發(fā)明提供一種永磁同步電動機，具備在轉子鐵芯的徑向表面具有至少一個以上的永磁鐵并由該永磁鐵構成勵磁極的轉子，該永磁同步電動機的特征在于，在上述轉子的相互鄰接且磁極不同的永磁鐵之間的鐵芯部，設置有由非磁性體構成的多個狹縫。另外，本發(fā)明的永磁同步電動機的特征在于，上述狹縫為用直線或者圓弧連接上述相互鄰接且磁極不同的永磁鐵之間的形狀，并且，上述狹縫的直線部分的長度或者圓弧部分的周長，比上述永磁鐵的徑向厚度的最大值大。另外，本發(fā)明的永磁同步電動機的特征在于，上述永磁鐵由以稀土類為主要成分的永磁鐵構成。另外，本發(fā)明的永磁同步電動機的特征在于，位于上述永磁鐵的磁極中心附近的狹縫的寬度，比位于上述永磁鐵的磁極端部附近的狹縫的寬度大。另外，本發(fā)明的永磁同步電動機的特征在于，位于上述永磁鐵的磁極中心附近的相鄰的狹縫之間的距離，比位于上述永磁鐵的磁極端部附近的相鄰的狹縫之間的距離小。另外，本發(fā)明的永磁同步電動機的特征在于，令Wpm表示上述永磁鐵的徑向表面即內(nèi)周側和外周側中與上述轉子鐵芯的徑向表面連接的一側的面的周方向寬度，并且是構成磁極一極的至少一個以上的上述永磁鐵的周方向寬度的合計值，令Wsl表示在上述直線狀或者圓弧狀地延伸的狹縫中垂直于狹縫的延伸方向的方向上的寬度的磁極每一極的合計值，Wpm 與 Wsl 的比為 0. 045 < ffsl/ffpm < 0. 425。此外，為了解決上述課題，本發(fā)明提供一種沖壓機，具備電源裝置和電動機旋轉控制部，通過滑塊驅動機構將電動機的旋轉運動變換為滑塊的升降運動來進行沖壓成型，該沖壓機的特征在于，具備永磁同步電動機，該永磁同步電動機采用下述結構上述電動機的轉子在轉子鐵芯的徑向表面具有至少一個以上的永磁鐵，并由該永磁鐵構成勵磁極，在上述轉子的相互鄰接且磁極不同的永磁鐵之間的鐵芯部，設置有由非磁性體構成的多個狹縫。另外，本發(fā)明的沖壓機的特征在于，上述狹縫為用直線或者圓弧連接上述相互鄰接且磁極不同的永磁鐵之間的形狀，并且，上述狹縫的直線部分的長度或者圓弧部分的周長，比上述永磁鐵的徑向厚度的最大值大。另外，本發(fā)明的沖壓機的特征在于，上述永磁鐵由以稀土類為主要成分的永磁鐵構成。另外，本發(fā)明的沖壓機的特征在于，位于上述永磁鐵的磁極中心附近的狹縫的寬度，比位于上述永磁鐵的磁極端部附近的狹縫的寬度大。另外，本發(fā)明的沖壓機的特征在于，位于上述永磁鐵的磁極中心附近的相鄰的狹縫之間的距離，比位于上述永磁鐵的磁極端部附近的相鄰的狹縫之間的距離小。另外，本發(fā)明的沖壓機的特征在于，令Wpm表示上述永磁鐵的徑向表面即內(nèi)周側和外周側中與上述轉子鐵芯的徑向表面連接的一側的面的周方向寬度，并且是構成磁極一極的至少一個以上的上述永磁鐵的周方向寬度的合計值，令Wsl表示在上述直線狀或者圓弧狀地延伸的狹縫中垂直于狹縫的延伸方向的方向上的寬度的磁極每一極的合計值，Wpm與 Wsl 的比為 0. 045 < ffsl/ffpm < 0. 425。此外，為了解決上述課題，本發(fā)明提供一種擠壓成型(日文射出成形)機，具備電源裝置和電動機旋轉控制部，通過滑塊驅動機構將電動機的旋轉運動變換為滑塊的平行運動來進行沖壓成型，該擠壓成型機的特征在于，具備永磁同步電動機，該永磁同步電動機采用下述結構上述電動機的轉子在轉子鐵芯的徑向表面具有至少一個以上的永磁鐵，并由該永磁鐵構成勵磁極，在上述轉子的相互鄰接且磁極不同的永磁鐵之間的鐵芯部，設置有由非磁性體構成的多個狹縫。
另外，本發(fā)明的擠壓成型機的特征在于，上述狹縫為用直線或者圓弧連接上述相互鄰接且磁極不同的永磁鐵之間的形狀，并且，上述狹縫的直線部分的長度或者圓弧部分的周長，比上述永磁鐵的徑向厚度的最大值大。另外，本發(fā)明的擠壓成型機的特征在于，上述永磁鐵由以稀土類為主要成分的永磁鐵構成。另外，本發(fā)明的擠壓成型機的特征在于，位于上述永磁鐵的磁極中心附近的狹縫的寬度，比位于上述永磁鐵的磁極端部附近的狹縫的寬度大。另外，本發(fā)明的擠壓成型機的特征在于，位于上述永磁鐵的磁極中心附近的相鄰的狹縫之間的距離，比位于上述永磁鐵的磁極端部附近的相鄰的狹縫之間的距離小。另外，本發(fā)明的擠壓成型機的特征在于，令Wpm表示上述永磁鐵的徑向表面即內(nèi)周側和外周側中與上述轉子鐵芯的徑向表面連接的一側的面的周方向寬度，并且是構成磁極一極的至少一個以上的上述永磁鐵的周方向寬度的合計值，令Wsl表示在上述直線狀或者圓弧狀地延伸的狹縫中垂直于狹縫的延伸方向的方向上的寬度的磁極每一極的合計值，Wpm 與 Wsl 的比為 0. 045 < ffsl/ffpm < 0. 425。根據(jù)本發(fā)明的永磁同步電動機和使用它的沖壓機或擠壓成型機，能夠在不減小扭矩的前提下擴大高速運轉范圍。


圖1是本發(fā)明的第一實施例的永磁同步電動機的轉子的徑向截面圖。圖2是本發(fā)明的第一實施例的永磁同步電動機的徑向截面上的磁通線的示意圖。圖3是本發(fā)明的效果的說明圖。圖4是本發(fā)明的效果的說明圖。圖5是用于說明圖1所示的永磁鐵的寬度和設置在轉子鐵芯中的狹縫的寬度的轉子的徑向截面圖。圖6是本發(fā)明的第一實施例的狹縫的寬度與空載感應電動勢、扭矩和電感的關系圖。圖7是本發(fā)明的第一實施例的其他永磁同步電動機的轉子的徑向截面圖。圖8是本發(fā)明的第一實施例的其他永磁同步電動機的轉子的徑向截面圖。圖9是本發(fā)明的第一實施例的其他永磁同步電動機的轉子的徑向截面圖。圖10是用于說明本發(fā)明的第一實施例的其他永磁同步電動機的轉子的狹縫寬度的狹縫形狀。圖11是本發(fā)明的第二實施例的永磁同步電動機的轉子的徑向截面圖。附圖標記說明1 轉子2 永磁鐵3 與轉子鐵芯5的外周側表面連接的永磁鐵內(nèi)周面4 軸5 轉子鐵芯6 狹縫
7磁極之間的空隙
31永磁鐵產(chǎn)生的磁通
32電樞磁通
100定子
101定子鐵芯的磁飽和部分
102定子齒的磁飽和部分
110定子齒
具體實施例方式以下，參照

本發(fā)明的一實施例。[實施例1]圖1是本發(fā)明的第一實施例的永磁同步電動機的轉子的徑向截面圖。此外，圖2 表示本發(fā)明的第一實施例的永磁同步電動機的徑向截面上的磁通線的示意圖，圖5表示用于說明圖1所示的永磁鐵的寬度和設置在轉子鐵芯中的狹縫的寬度的轉子的徑向截面圖， 圖4表示本實施例的狹縫的寬度與空載感應電動勢(no-load back EMF)E0、扭矩Mp和q軸電感Lq的關系圖。圖1中，轉子1由疊層鋼板構成，通過插入軸孔4的輸出軸對外部傳遞動力。永磁鐵2配置在轉子鐵芯5的徑向表面，構成4個極。通過在轉子鐵芯5中設置由非磁性體構成的狹縫6，實現(xiàn)電感的降低。狹縫6可以如圖1所示為將磁極之間連接的連續(xù)的圓弧，也可以通過使圓孔或方形孔相連而構成。此外，還可以采用在狹縫6中填入環(huán)氧樹脂等樹脂的結構，該情況下，能夠不對磁特性造成影響地提高強度。轉子鐵芯5的徑向截面形狀可以為圖1所示的圓形，也可以為與極數(shù)對應的多邊形。此外，還能夠以將永磁鐵的磁極之間的空隙7填補的形式，在轉子鐵芯5的外周部設置凸部。此外，還能夠以將磁極之間的空隙7挖深的形式，在轉子鐵芯5的外周部設置凹部。 在設置上述凸部的情況下，除了對永磁鐵的周方向應力的固定強度得到提高之外，還能夠應用磁阻扭矩，但是因為電感增加，所以很難不減小扭矩地擴大高速運轉范圍。另一方面， 在設置上述凹部的情況下，因為電感減小，所以能夠不減小扭矩地擴大高速運轉范圍。其中，永磁鐵2是以稀土類為主要成分的燒結磁鐵，圖1中每一極由一塊永磁鐵構成，但也可以將分割為多塊的永磁鐵在軸方向上或者周方向上配置。此外，除了燒結磁鐵之外還能夠用粘結磁鐵(bond magnet)構成。此外，圖1的永磁鐵2的徑向截面形狀為弧形， 但也可以為方形，還可以為磁極中央部較厚的半圓柱狀。此外，具有上述結構的轉子還可以為外轉子形結構，該情況下，轉子鐵芯5的徑向截面形狀為圓環(huán)狀，永磁鐵2配置在轉子鐵芯5的內(nèi)周側表面。此處，可以認為，在使用稀土類磁鐵的永磁同步電動機的現(xiàn)有技術中，雖然通過設置狹縫能夠降低電感，但是因為磁路減少，永磁鐵產(chǎn)生的磁通降低，結果導致扭矩也會降低。與此相對，本發(fā)明中，對能夠通過設置狹縫6來不降低扭矩地實現(xiàn)電感的降低的情況進行說明。使用圖2說明其論據(jù)。圖2是本發(fā)明的第一實施例的永磁同步電動機的徑向截面上的磁通線的示意圖。定子100具有齒部110，隔著內(nèi)周側的空隙，存在包含永磁鐵2的轉子1。永磁鐵2產(chǎn)生的磁通31如實線所示，在透過轉子時與d軸平行，在透過定子的鐵芯時成為圓弧狀的軌跡。電樞磁通32如虛線所示，在透過轉子時與q軸平行，在透過定子的鐵芯時成為圓弧狀的軌跡。 在驅動永磁同步電動機的情況下，在定子鐵芯部101和齒部102，因為永磁鐵磁通31和電樞磁通(stator flux)32重疊，所以該部分的磁飽和比較顯著。因此，伴隨電樞電流的增加， 存在原本應該與電流成比例的扭矩(磁鐵扭矩)難以增加的問題。對于該問題的解決，比較有效的是以下方法，即，通過降低q軸電感，減小電樞磁通32，來緩和定子鐵芯部101和齒部102的磁飽和。S卩，通過設置圖1所示的狹縫6，盡管確實會產(chǎn)生以往考慮到的缺點(永磁鐵磁通的減少)，但本發(fā)明著眼于具有能夠補償上述缺點的優(yōu)點(磁飽和的緩和)。另外，在使用鐵氧體磁鐵的永磁同步電動機中，如上所述，永磁鐵的剩余磁通密度為0. 5T左右，因此即使在永磁鐵磁通31與電樞磁通32重疊的情況下，也不容易發(fā)生磁飽和。從而，即使設置狹縫6，也只能導致永磁鐵磁通降低，結果使扭矩降低。但是，在因小型化等而致使需要提高輸出密度(power density)的情況下，在使用鐵氧體磁鐵的永磁同步電動機中也不能避免機器內(nèi)磁通密度的增加，充分存在磁飽和顯著化的可能性。在這樣的情況下，本發(fā)明是有效的。為了獲得上述效果，優(yōu)選使永磁鐵2的厚度Tp與上述轉子芯3的徑向厚度Tc相比，存在Tp < Tc的關系。使用圖3說明該論據(jù)。在圖3所示的四極機中，考慮透過磁極一極的電樞磁通。此處，圖3與圖1所示的轉子為大致相同的結構，不同點在于沒有對轉子芯設置狹縫。一般而言，將永磁鐵產(chǎn)生的磁通的透過方向稱為d軸，將相對該d軸以電角度計前進90° (四極機中為機械角45° )的位置上的軸稱為q軸。為了簡便，考慮電樞磁通從圖中a點通過(透過)至b點的情況。電樞磁通經(jīng)過路徑1和2到達b點，對于轉子芯的徑向厚度Tc，永磁鐵的厚度Tp越大，通過路徑2的磁通越少，關于這一點，以下進行說明。首先，路徑1的磁阻Rl如式(1)所示。
Wτ ,…式(1)
^O . 1P lFe此處，μ Fe 鐵的相對磁導率，μ ^ 真空的磁導率，lFe 轉子芯的軸長同樣，路徑2的磁阻R2如式(2)所示。不過，路徑2中為了簡便起見，設永磁鐵部分的路徑長度為τρ，轉子芯部分的路徑長度為T。+W。此外，設永磁鐵的相對磁導率為1。
TTVVR2-~~f-- +-~~- +-…式 O)若設從a點至b點的磁動勢消耗(EMF drop)為Δ F，則通過路徑1的磁通Φ 1和
通過路徑2的磁通Φ2分別如式(3)、式(4)所示。
AFΦ1ΞΦ1(Τρ)= —二補.V、AF…式(3)
權利要求
1.一種永磁同步電動機，具備在轉子鐵芯的徑向表面具有至少一個以上的永磁鐵并由該永磁鐵構成勵磁極的轉子，該永磁同步電動機的特征在于在所述轉子的相互鄰接且磁極不同的永磁鐵之間的鐵芯部，設置有由非磁性體構成的多個狹縫。
2.如權利要求1所述的永磁同步電動機，其特征在于所述狹縫為用直線或者圓弧連接所述相互鄰接且磁極不同的永磁鐵之間的形狀，并且，所述永磁鐵的厚度Tp與所述轉子的芯的徑向厚度Tc相比，成為Tp < Tc。
3.如權利要求1或2所述的永磁同步電動機，其特征在于所述永磁鐵由以稀土類為主要成分的永磁鐵構成。
4.如權利要求1 3中任意一項所述的永磁同步電動機，其特征在于位于所述永磁鐵的磁極中心附近的狹縫的寬度，比位于所述永磁鐵的磁極端部附近的狹縫的寬度大。
5.如權利要求1 3中任意一項所述的永磁同步電動機，其特征在于位于所述永磁鐵的磁極中心附近的相鄰的狹縫之間的距離，比位于所述永磁鐵的磁極端部附近的相鄰的狹縫之間的距離小。
6.如權利要求1 5中任意一項所述的永磁同步電動機，其特征在于令Wpm表示所述永磁鐵的徑向表面即內(nèi)周側和外周側中與所述轉子鐵芯的徑向表面連接的一側的面的周方向寬度，并且是構成磁極一極的至少一個以上的所述永磁鐵的周方向寬度的合計值，令Wsl表示在所述直線狀或者圓弧狀地延伸的狹縫中垂直于狹縫的延伸方向的方向上的寬度的磁極每一極的合計值，Wpm與Wsl的比為0. 045 <ffsl/ffpm<0. 425。
7.—種沖壓機，具備電源裝置和電動機旋轉控制部，通過滑塊驅動機構將電動機的旋轉運動變換為滑塊的升降運動來進行沖壓成型，該沖壓機的特征在于，具備永磁同步電動機，該永磁同步電動機采用下述結構所述電動機的轉子在轉子鐵芯的徑向表面具有至少一個以上的永磁鐵，并由該永磁鐵構成勵磁極，在所述轉子的相互鄰接且磁極不同的永磁鐵之間的鐵芯部，設置有由非磁性體構成的多個狹縫。
8.如權利要求7所述的沖壓機，其特征在于所述狹縫為用直線或者圓弧連接所述相互鄰接且磁極不同的永磁鐵之間的形狀，并且，所述狹縫的直線部分的長度或者圓弧部分的周長，比所述永磁鐵的徑向厚度的最大值大。
9.如權利要求7或8所述的沖壓機，其特征在于所述永磁鐵由以稀土類為主要成分的永磁鐵構成。
10.如權利要求7 9中任意一項所述的沖壓機，其特征在于位于所述永磁鐵的磁極中心附近的狹縫的寬度，比位于所述永磁鐵的磁極端部附近的狹縫的寬度大。
11.如權利要求7 9中任意一項所述的沖壓機，其特征在于位于所述永磁鐵的磁極中心附近的相鄰的狹縫之間的距離，比位于所述永磁鐵的磁極端部附近的相鄰的狹縫之間的距離小。
12.如權利要求7 11中任意一項所述的沖壓機，其特征在于令Wpm表示所述永磁鐵的徑向表面即內(nèi)周側和外周側中與所述轉子鐵芯的徑向表面連接的一側的面的周方向寬度，并且是構成磁極一極的至少一個以上的所述永磁鐵的周方向寬度的合計值，令Wsl表示在所述直線狀或者圓弧狀地延伸的狹縫中垂直于狹縫的延伸方向的方向上的寬度的磁極每一極的合計值，Wpm與Wsl的比為0. 045 < Wsl/Wpm< 0. 425。
13.一種擠壓成型機，具備電源裝置和電動機旋轉控制部，通過滑塊驅動機構將電動機的旋轉運動變換為滑塊的平行運動來進行擠壓成型，該擠壓成型機的特征在于，具備永磁同步電動機，該永磁同步電動機采用下述結構所述電動機的轉子在轉子鐵芯的徑向表面具有至少一個以上的永磁鐵，并由該永磁鐵構成勵磁極，在所述轉子的相互鄰接且磁極不同的永磁鐵之間的鐵芯部，設置有由非磁性體構成的多個狹縫。
14.如權利要求13所述的擠壓成型機，其特征在于所述狹縫為用直線或者圓弧連接所述相互鄰接且磁極不同的永磁鐵之間的形狀，并且，所述狹縫的直線部分的長度或者圓弧部分的周長，比所述永磁鐵的徑向厚度的最大值大。
15.如權利要求13或14所述的擠壓成型機，其特征在于所述永磁鐵由以稀土類為主要成分的永磁鐵構成。
16.如權利要求13 15中任意一項所述的擠壓成型機，其特征在于位于所述永磁鐵的磁極中心附近的狹縫的寬度，比位于所述永磁鐵的磁極端部附近的狹縫的寬度大。
17.如權利要求13 15中任意一項所述的擠壓成型機，其特征在于位于所述永磁鐵的磁極中心附近的相鄰的狹縫之間的距離，比位于所述永磁鐵的磁極端部附近的相鄰的狹縫之間的距離小。
18.如權利要求13 17中任意一項所述的擠壓成型機，其特征在于令Wpm表示所述永磁鐵的徑向表面即內(nèi)周側和外周側中與所述轉子鐵芯的徑向表面連接的一側的面的周方向寬度，并且是構成磁極一極的至少一個以上的所述永磁鐵的周方向寬度的合計值，令Wsl表示在所述直線狀或者圓弧狀地延伸的狹縫中垂直于狹縫的延伸方向的方向上的寬度的磁極每一極的合計值，Wpm與Wsl的比為0. 045<ffsl/ffpm<0. 425。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠在不減小扭矩的前提下擴大高速運轉范圍的永磁同步電動機和使用它的沖壓機或者擠壓成型機。為了解決上述課題，本發(fā)明的永磁同步電動機，具備在轉子鐵芯的徑向表面具有至少一個以上的永磁鐵并由該永磁鐵構成勵磁極的轉子，在上述轉子的相互鄰接且磁極不同的永磁鐵之間的鐵芯部，設置有由非磁性體構成的多個狹縫。利用本發(fā)明，能夠在不減小扭矩的前提下擴大高速運轉范圍。
文檔編號H02K1/27GK102208852SQ20111004870
公開日2011年10月5日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權日2010年3月30日
發(fā)明者涌井真一, 高橋曉史 申請人:株式會社日立制作所