專利名稱：永久磁鐵式同步馬達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在電梯卷揚(yáng)機(jī)等的產(chǎn)業(yè)用機(jī)械等中使用的永久磁鐵式同步馬達(dá)。
背景技術(shù)：
永久磁鐵式同步馬達(dá)可以在許多不同的產(chǎn)業(yè)制品等中使用，對(duì)每一種制品都要求種種的特性和特征，但是其中一個(gè)是抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，特別是，在強(qiáng)烈要求低噪聲和低振動(dòng)的制品中，必須將轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制到極小的水平。例如，用于電梯卷揚(yáng)機(jī)的馬達(dá)是其一個(gè)例子，但是特別是，在不用馬達(dá)轉(zhuǎn)矩的減速機(jī)構(gòu)的直接驅(qū)動(dòng)方式的電梯卷揚(yáng)機(jī)的情形中，因?yàn)閷ⅠR達(dá)轉(zhuǎn)矩直接傳達(dá)到電梯轎箱，所以當(dāng)在馬達(dá)轉(zhuǎn)矩中存在脈動(dòng)時(shí)，電梯轎箱上下振動(dòng)顯著地?fù)p害乘客的心情，因此，必須使該馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)特性極小。另一方面，在附有安裝了減速機(jī)的減速機(jī)構(gòu)的電梯卷揚(yáng)機(jī)中，因?yàn)槭乖摐p速機(jī)成為緩沖部件，所以由該減速機(jī)減少馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，難以傳達(dá)到電梯轎箱。又，對(duì)于減速機(jī)來說，一般使用齒輪的齒輪減速機(jī)，該減速機(jī)自身的振動(dòng)大。因此，因?yàn)轳R達(dá)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)比該減速機(jī)自身的振動(dòng)充分地小，所以馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，實(shí)用上，很少成為問題?？墒牵鳛殡娞菥頁P(yáng)機(jī)，為了抑制電梯轎箱的振動(dòng)(改善乘客的心情)，將不用減速機(jī)構(gòu)的直接驅(qū)動(dòng)方式的卷揚(yáng)機(jī)和永久磁鐵式同步馬達(dá)組合起來的構(gòu)成正在成為主流，但是在這種構(gòu)成的情形中，馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，與它的全部頻率成分有關(guān)，需要使它與時(shí)間平均轉(zhuǎn)矩的比例在百分之幾以下的極小水平。又，在直接驅(qū)動(dòng)方式的電梯卷揚(yáng)機(jī)用的馬達(dá)中，對(duì)于定額100 %轉(zhuǎn)矩，最大轉(zhuǎn)矩大致為200 300 %，關(guān)于從0 %的轉(zhuǎn)矩到最大轉(zhuǎn)矩的全負(fù)載區(qū)域，如上述那樣，必須將轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的水平抑制到極小。此外，對(duì)定額轉(zhuǎn)矩的最大轉(zhuǎn)矩的大小與電梯的種類和用途相應(yīng)是不同的，但是上述最大轉(zhuǎn)矩的數(shù)值是一般的數(shù)值。作為減少在表面磁鐵式同步馬達(dá)中發(fā)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法，至今，圖10所示的技術(shù)是眾所周知的。此外，圖10是表示在與將轉(zhuǎn)子配置在定子內(nèi)側(cè)的內(nèi)轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)軸(未圖示)垂直的面中看的剖面的一部分的剖面圖，1是永久磁鐵，Ia是外表面，2是轉(zhuǎn)子鐵心，3是轉(zhuǎn)子，4是定子鐵心，5是齒，6是間隙，7是變形部。在圖10 (a)，(b)中，在轉(zhuǎn)子3側(cè)，在轉(zhuǎn)子鐵心2的表面上，沿該表面的圓周方向，在旋轉(zhuǎn)軸方向(以下，稱為軸方向)上排列設(shè)置有多個(gè)細(xì)長的永久磁鐵1。又，在定子6側(cè)，設(shè)置有多個(gè)從定子鐵心4的內(nèi)面，即轉(zhuǎn)子3側(cè)的面突出的齒5，在齒5之間的槽內(nèi)，設(shè)置線圈 (未圖示)卷繞在齒5上。在轉(zhuǎn)子鐵心2的設(shè)置了永久磁鐵1的外周面和定子鐵心4的齒 5的前端面之間，設(shè)置有間隙7，通過在各個(gè)定子鐵心4的齒5中流過與3相當(dāng)?shù)南嚯娏?，在該轉(zhuǎn)子2和定子6之間的間隙7內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，通過該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和永久磁鐵1的電磁作用，對(duì)永久磁鐵1產(chǎn)生電磁力使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。在這種內(nèi)轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)中，至今，為了減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，如圖10(a) 所示，使永久磁鐵1的定子6側(cè)的表面，S卩，外表面Ia成圓筒面狀，使永久磁鐵1的圓周方向的剖面成為拱形(以下，將這種剖面形狀的永久磁鐵稱為圓周方向的剖面為拱形的永久磁鐵)，如圖10(b)所示，在定子的齒5的側(cè)面形成變形部7。或者，在轉(zhuǎn)子3側(cè)形成變形部， 將圖10(a)所示的方法和圖10(b)所示的方法組合起來也是眾所周知的，也多用于動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式的電梯卷揚(yáng)機(jī)用的表面磁鐵式同步馬達(dá)中。當(dāng)馬達(dá)的間隙中的磁通量密度的分布接近正弦波狀時(shí)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)變小是已知的， 如圖10(a)所示，使永久磁鐵1的圓周方向的剖面為拱形就是以此為基礎(chǔ)的。又，如圖10(b) 所示，設(shè)置變形部6，在每個(gè)軸方向的馬達(dá)剖面上發(fā)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的周期中產(chǎn)生相位差(時(shí)間差)，因此，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)成分相互抵消。另一方面，用兩面平坦平行的圓周方向的剖面為長方形狀的永久磁鐵(以下，稱為圓周方向的剖面為長方形狀的永久磁鐵)的表面磁鐵式同步馬達(dá)也是眾所周知的(例如，請(qǐng)參照專利文獻(xiàn)1，2)。作為這方面的一個(gè)例子的專利文獻(xiàn)1中記載的表面磁鐵式馬達(dá)，在直到設(shè)置在轉(zhuǎn)子中的永久磁鐵的表面的一部分覆蓋著模制樹脂，將永久磁鐵堅(jiān)固地固定在轉(zhuǎn)子上，將轉(zhuǎn)子配置在定子的內(nèi)側(cè)的內(nèi)轉(zhuǎn)子型馬達(dá)的情形中，因?yàn)閺膱A周方向的剖面為長方形狀的永久磁鐵的圓周方向兩側(cè)的邊部到定子的間隔最狹窄，所以以不超出與這種兩側(cè)的邊部內(nèi)切的包絡(luò)圓的外側(cè)(定子側(cè))的方式，用模制樹脂覆蓋永久磁鐵的表面的圓周方向中央部。在將轉(zhuǎn)子配置在定子外側(cè)的外轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)的情形中，因?yàn)閳A周方向的剖面為長方形狀的永久磁鐵的圓周方向中央部到定子的間隔最狹窄，所以以不超出與這種中央部外切的包絡(luò)圓的外側(cè)(定子側(cè))的方式，用模制樹脂覆蓋永久磁鐵表面的圓周方向兩側(cè)的邊部。這樣一來，當(dāng)用模制樹脂將永久磁鐵固定在轉(zhuǎn)子上時(shí)，用模制樹脂覆蓋永久磁鐵的部分增多，因此，能夠?qū)⒂谰么盆F更堅(jiān)固地固定在轉(zhuǎn)子上，但是這時(shí)，因?yàn)閺纳鲜霭j(luò)圓看不出模制樹脂，所以與這樣在永久磁鐵的表面上不覆蓋模制樹脂的情形比較，不需要增加永久磁鐵和定子之間的間隙量，因此，能夠減少齒槽轉(zhuǎn)矩(Cogging Torque)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。作為另一個(gè)例子的上述專利文獻(xiàn)2中記載的技術(shù)是在外轉(zhuǎn)子型的馬達(dá)中減少馬達(dá)電源斷開狀態(tài)中的齒槽轉(zhuǎn)矩。齒槽轉(zhuǎn)矩是當(dāng)永久磁鐵的邊部與定子側(cè)的齒間的槽開口部對(duì)置時(shí)，由根據(jù)從該永久磁鐵的圓周方向邊部向外的磁通量，在與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反方向中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩生成的，上述專利文獻(xiàn)2中記載的技術(shù)是通過將永久磁鐵安裝在設(shè)置在轉(zhuǎn)子中的溝內(nèi)，增加從永久磁鐵的圓周方向邊部傳到轉(zhuǎn)子的磁鐵，減少從該圓周方向邊部向著槽開口部的磁通量，因此，減少齒槽轉(zhuǎn)矩。專利文獻(xiàn)1 日本專利特開2004-322455號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本專利特開2002-331986號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
作為用于減少表面磁鐵式同步馬達(dá)中的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的已有技術(shù)，如上述那樣，如圖 10(a)所示，使永久磁鐵的定子側(cè)的表面形狀為圓筒面狀，該永久磁鐵的圓周方向的剖面為拱形的技術(shù)的技術(shù)和如圖10(b)所示，將變形部設(shè)置在定子側(cè)或轉(zhuǎn)子側(cè)或它們雙方的技術(shù)是眾所周知的，一般使用這些技術(shù)，但是使前著的永久磁鐵的圓周方向的剖面為拱形，對(duì)于永久磁鐵的去磁耐力是不利的，又，設(shè)置后者的變形部存在著使有效磁通量降低那樣的問題，當(dāng)要解除這種問題時(shí)，存在著導(dǎo)致磁鐵使用量(制作磁鐵所需的材料的使用量質(zhì)量) 增加和馬達(dá)大型化那樣的問題。
下面，對(duì)它們進(jìn)行說明。 永久磁鐵的去磁耐力由永久磁鐵自身的物理特性和厚度決定，但是如果磁鐵的物理特性相同，則由磁鐵的厚度決定，厚度越厚磁鐵的去磁耐力越大。用表示永久磁鐵1的圓周方向的剖面的圖11，當(dāng)看上述圓周方向的形狀為拱形的永久磁鐵1的去磁耐力時(shí)，因?yàn)榕c圓周方向的中央部B比較，圓周方向的邊部A中的厚度薄，所以在該邊部A中的去磁耐力小。為了得到某種程度的去磁耐力，必須使磁鐵的厚度在某個(gè)程度以上(一般，由永久磁鐵的物理特性和定子給予永久磁鐵的逆磁場(chǎng)的大小，磁鐵的溫度等決定)，但是當(dāng)圓周方向的剖面為拱形的永久磁鐵時(shí)，因?yàn)榫哂泻穸缺〉牟糠?邊部A)，所以對(duì)于去磁耐力是不利的，并且在厚度厚的部分的圓周方向的中央部B中，具有富裕的去磁耐力的情形是很多的?？墒?，在表面磁鐵式同步馬達(dá)中，當(dāng)看永久磁鐵的厚度和輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系時(shí)，雖然在磁鐵的厚度和輸出轉(zhuǎn)矩之間，正比例關(guān)系成立，但是輸出轉(zhuǎn)矩增加的比例，相對(duì)于磁鐵厚度增加的比例小。圖12是表示與內(nèi)轉(zhuǎn)子型的M極的表面磁鐵式同步馬達(dá)中的磁鐵厚度和輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系有關(guān)的磁場(chǎng)解析結(jié)果的圖，如圖所示，看到當(dāng)磁鐵厚度增加時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩也增加，但是輸出轉(zhuǎn)矩增加的比例，相對(duì)于磁鐵厚度增加的比例小。從而看到，在表面磁鐵式同步馬達(dá)中，當(dāng)用稱為磁鐵的每單位質(zhì)量的輸出轉(zhuǎn)矩的指標(biāo)進(jìn)行比較時(shí)，可以說磁鐵厚度小的馬達(dá)的效率比磁鐵厚度大的馬達(dá)高。即，只要去磁性能許可，減少磁鐵的厚度能夠減少磁鐵使用量得到高效率。圖11所示的圓周方向的剖面為拱形的永久磁鐵，具有在去磁性能方面富裕的厚度厚的部分，但是不能夠期待那種程度地由厚度增大引起的輸出轉(zhuǎn)矩的增加，反而存在著導(dǎo)致磁鐵使用量的增加的問題。作為解除它的方法，如圖13所示，考慮使永久磁鐵的圓周方向的剖面為圓弧狀，但是通過這樣做，當(dāng)具有與圓周方向的剖面為拱形的磁鐵相同的抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的效果時(shí)，與這種圓周方向的剖面為拱形的磁鐵比較，可以減少磁鐵使用量。但是，形成這種圓筒形狀的永久磁鐵，與圓周方向的剖面為長方形狀的永久磁鐵比較，因?yàn)樾螤钐厥猓栽谥谱魃弦ㄙM(fèi)工夫，當(dāng)將這種圓筒形狀的永久磁鐵用于多極的大型馬達(dá)時(shí)， 除了顯著損害磁鐵的正確作成外，不得不使定子鐵心的形狀也與永久磁鐵的形狀一致地復(fù)
ο圖14是比較圓周方向的剖面為長方形的永久磁鐵1A(實(shí)線)和圓周方向的剖面為拱形的永久IB(虛線)地進(jìn)行表示的圖。在圖14中，使用箭頭X表示的圓周方向的剖面為長方形的永久磁鐵IA和圓周方向的剖面為拱形的永久IB的圓周方向的邊部Ib的厚度相等，圓周方向的剖面為長方形狀的永久磁鐵IA的厚度在整體上是均勻的，但是圓周方向的剖面為拱形的永久磁鐵1B，與其一方的定子(未圖示)對(duì)置的面，如虛線所示，在整個(gè)周邊方向的中央部Ic中從圓周方向的周邊部Ib向上隆起成圓弧狀。如上述那樣，永久磁鐵的去磁耐力大致由該磁鐵的厚度和物理特性決定，當(dāng)以在周邊部Ib中得到預(yù)定的去磁耐力的方式，設(shè)定該周邊部Ib中的厚度時(shí)，因?yàn)樵趫A周方向的剖面為拱形的永久磁鐵IB中，其周邊方向中央部Ic的厚度比周邊部Ib的厚度厚，所以該周邊方向中央部Ic中的去磁耐力比周邊部Ib中的去磁耐力大，但是這只是在去磁耐力中存在這種程度的富裕而已，是無用的，實(shí)質(zhì)上，能夠使圓周方向的剖面為拱形的磁鐵IB和圓周方向的剖面為長方形狀的永久磁鐵IA的去磁耐力大致相同。又，在圓周方向的剖面為拱形的永久磁鐵IB中即便增加在其周邊方向中央部Ic中的厚度，如圖12中說明了的那樣，也不能夠期待這種程度地增加由它產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)矩，圓周方向的剖面為拱形的磁鐵IB 的磁鐵使用量(質(zhì)量)必然增大。另一方面，圓周方向的剖面為長方形狀的永久磁鐵1A，因?yàn)椴恍枰稍谌ゴ拍土Ψ矫嬉簿哂懈辉５牟糠?，所以無用的很少，與圓周方向的剖面為拱形的磁鐵IB比較能夠減少為了得到需要的輸出轉(zhuǎn)矩所需的磁鐵的大小，即磁鐵使用量。又，因?yàn)橄鄬?duì)于圖13所示的圓周方向的剖面為圓弧狀的永久磁鐵，圓周方向的剖面為長方形狀和單純形狀，所以在磁鐵的制作性方面優(yōu)越，并且定子鐵心的形狀也變得簡單了，在其制作性方面也很優(yōu)越。這樣，圓周方向的剖面為長方形狀的永久磁鐵1A，與圓周方向的剖面為拱形的永久磁鐵IB和圓周方向的剖面為圓弧狀的永久磁鐵比較，在磁鐵使用量和制作性方面都很優(yōu)越，但是當(dāng)將它用于表面磁鐵式同步馬達(dá)中時(shí)，出現(xiàn)發(fā)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大的問題，需要抑制它?？墒?，這樣，使用圓周方向的剖面為長方形狀的永久磁鐵IA的表面磁鐵式同步馬達(dá)，例如，如上述專利文獻(xiàn)1，2中記載的那樣，是已經(jīng)知道的。在上述專利文獻(xiàn)1中記載的表面磁鐵式馬達(dá)的情形中，當(dāng)內(nèi)轉(zhuǎn)子型時(shí)，從使永久磁鐵的定子側(cè)的表面，從在該表面的圓周方向兩側(cè)的邊部內(nèi)切的包絡(luò)圓不超出外側(cè)的方式，用模制樹脂覆蓋，當(dāng)外轉(zhuǎn)子型時(shí)，從使永久磁鐵的定子側(cè)的表面，從在該表面的圓周方向中央部外切的包絡(luò)圓不超出外側(cè)的方式，用模制樹脂覆蓋，形成與這樣地不用模制樹脂覆蓋永久磁鐵和定子側(cè)的表面之間的間隙的情形相同的大小，將永久磁鐵堅(jiān)固地固定在轉(zhuǎn)子上，但是，在專利文獻(xiàn)1中記載著因此能夠充分地減少齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。但是，如上所述，即便用模制樹脂覆蓋永久磁鐵的表面，因?yàn)椴桓淖冊(cè)谟谰么盆F和定子的表面之間的間隙的大小，所以能夠與這樣地不用模制樹脂覆蓋的情形相同程度地減少齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，因?yàn)橛媚Ｖ茦渲采w永久磁鐵的表面，所以不能夠更多地減少齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。顯然，當(dāng)內(nèi)轉(zhuǎn)子型時(shí)，使永久磁鐵和定子之間的間隙，在永久磁鐵的圓周方向中央部大，在永久磁鐵的圓周方向兩側(cè)的邊部小，但是該狀態(tài)的間隙內(nèi)的磁通量密度的分布，不是正弦波狀而接近矩形波，不能夠達(dá)到積極地減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的目的。又，上述專利文獻(xiàn)2中記載的技術(shù)涉及通過將永久磁鐵嵌入地安裝在設(shè)置在轉(zhuǎn)子中的溝中，不通電時(shí)的轉(zhuǎn)矩變動(dòng)，所謂的齒槽轉(zhuǎn)矩的減少，不能夠達(dá)到減少通電旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的目的。例如，電梯卷揚(yáng)機(jī)用的馬達(dá)，幾乎不會(huì)在不通電時(shí)使用，因此當(dāng)然，必須抑制通電旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。通過減少齒槽轉(zhuǎn)矩，雖然可以減少通電旋轉(zhuǎn)時(shí)的齒槽轉(zhuǎn)矩的頻率成分，但是不能夠減少除此以外的轉(zhuǎn)矩變動(dòng)的頻率成分，特別是，作為在直接驅(qū)動(dòng)的電梯卷
6揚(yáng)機(jī)用的馬達(dá)中需要抑制的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)特性，為了使通電旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的各頻率成分分別在時(shí)間平均轉(zhuǎn)矩的百分比之幾以下的水平，需要抑制到很小的水平，但是在上述專利文獻(xiàn)2中記載的技術(shù)中，不能夠?qū)⑥D(zhuǎn)矩脈動(dòng)特性抑制到這樣小的水平，也不能夠進(jìn)行這樣的抑制。本發(fā)明的目的是解除這種問題，提供用圓周方向的剖面為長方形的永久磁鐵，以其各頻率成分對(duì)時(shí)間平均轉(zhuǎn)矩為百分之幾以下的方式，能夠?qū)⑼娦D(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制到小的水平的外轉(zhuǎn)子型的永久磁鐵式同步馬達(dá)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的永久磁鐵式同步馬達(dá)，其具有定子，其在定子鐵心的齒間的槽內(nèi)配置有定子線圈，該定子線圈卷繞于該齒；和轉(zhuǎn)子，其在轉(zhuǎn)子鐵心的該定子側(cè)的表面，在圓周方向上等間隔配置有多個(gè)永久磁鐵，其特征是，該永久磁鐵是圓周方向的剖面形狀為長方形的磁鐵，該定子側(cè)的表面突出于該轉(zhuǎn)子鐵心的該表面而配置在該轉(zhuǎn)子鐵心上；在該定子的外側(cè)配置該轉(zhuǎn)子，成為外轉(zhuǎn)子型馬達(dá)。又，本發(fā)明的特征是在上述轉(zhuǎn)子鐵心的上述表面上設(shè)置有溝，上述永久磁鐵嵌入貼附于該溝中。又，本發(fā)明的特征是上述定子的上述槽是完全開放于上述轉(zhuǎn)子和上述定子之間的間隙的開放槽。又，本發(fā)明的特征是上述定子線圈是集中卷繞在上述齒上的集中線圈。又，本發(fā)明的特征是相對(duì)于上述轉(zhuǎn)子的極節(jié)距，上述永久磁鐵的圓周方向的開度角的比率為70% 90%。又，本發(fā)明的特征是上述齒的前端面是向上述轉(zhuǎn)子側(cè)突出的圓周方向上的圓弧狀的表面；上述齒的前端面的圓周方向的面形狀的曲率半徑艮，與上述定子鐵心的外半徑Rst 相比，為Rt < Rst的關(guān)系。進(jìn)一步，其特征是，上述齒的上述曲率半徑相對(duì)于上述定子鐵心的外半徑Rst的比率為5%~ 40%。又，本發(fā)明的特征是其是馬達(dá)外徑的剖面寬度比軸長度大的薄型馬達(dá)。又，本發(fā)明的特征是轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)為16以上。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明時(shí)，用圓周方向的剖面形狀為長方形的永久磁鐵，以其各頻率成分， 在全部分區(qū)域中，為對(duì)時(shí)間平均轉(zhuǎn)矩百分之幾以下的水平的方式，可以減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，而且，能夠達(dá)到減少磁鐵質(zhì)量(對(duì)1塊磁鐵的材料使用量)和提高制作性的目的。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的永久磁鐵式同步馬達(dá)的第1實(shí)施方式的部分剖面圖。圖2是更詳細(xì)地表示圖1中的永久磁鐵的到旋轉(zhuǎn)鐵心的安裝狀態(tài)的部分剖面圖。圖3是表示用圓周方向的剖面為長方形的永久磁鐵1的外轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)的部分剖面圖。圖4是表示用圓周方向的剖面為長方形的永久磁鐵1的內(nèi)轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)的部分剖面圖。圖5是表示圖1所示的永久磁鐵1的開度角τ pm和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的關(guān)系的特性圖。圖6是表示半閉合槽的一般形狀的剖面圖。
圖7是表示圖1中Rt = Rst時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的特性圖。圖8是表示圖1中的曲率半徑對(duì)圓C的半徑Rst的比率為4. 5 %時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的特性圖。圖9是表示根據(jù)本發(fā)明的永久磁鐵式同步馬達(dá)的第2實(shí)施方式的部分剖面圖。圖10是表示在與已有的內(nèi)轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)軸垂直的面中看的剖面的一部分的剖面圖。圖11是表示馬達(dá)的圓周方向的剖面為拱形的永久磁鐵的剖面圖。圖12是表示與內(nèi)轉(zhuǎn)子型的M極的表面磁鐵式同步馬達(dá)中的磁鐵厚度和輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系有關(guān)的磁場(chǎng)解析結(jié)果的圖。圖13是表示用圓周方向的剖面為圓弧狀的永久磁鐵的馬達(dá)的部分剖面圖。圖14是比較地表示圓周方向的剖面為長方形的永久磁鐵和圓周方向的剖面為拱狀的永久磁鐵的圖。
具體實(shí)施例方式下面，用

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的永久磁鐵式同步馬達(dá)的第1實(shí)施方式的部分剖面圖，1是永久磁鐵，2是轉(zhuǎn)子鐵心，2a是磁鐵貼附面，3是轉(zhuǎn)子，4是基座鐵心，5是齒，6是定子，7是間隙，9是槽，10是定子線圈。在該圖中，該第1實(shí)施方式是將轉(zhuǎn)子3配置在定子8的外側(cè)的外轉(zhuǎn)子型的永久磁鐵式同步馬達(dá)，這里，設(shè)想成為轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大的問題的直接驅(qū)動(dòng)型電梯卷揚(yáng)機(jī)用的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)， 但是不限定于此。轉(zhuǎn)子3，具有在其轉(zhuǎn)子鐵心2的內(nèi)面(間隙7側(cè)的面)，即，磁鐵貼附面加上沿圓周方向排列地設(shè)置有多個(gè)永久磁鐵1的構(gòu)成，這些永久磁鐵1的圓周方向的剖面為長方形。 這里，這些永久磁鐵1是S極和N極的永久磁鐵，在轉(zhuǎn)子鐵心2的內(nèi)面上交替地排列著S極的永久磁鐵1和N極的永久磁鐵1，排列的S極的永久磁鐵1和N極的永久磁鐵1的個(gè)數(shù)相等，是馬達(dá)極數(shù)的一半。在轉(zhuǎn)子鐵心2的磁鐵貼附面加上，沿其圓周方向，等間距地設(shè)置有成為寬度與永久磁鐵的圓周方向的寬度相等的凹形狀的溝，并且這些各條溝，以其平面狀的底面的圓周方向中心點(diǎn)處的垂線向著該永久磁鐵式同步馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)中心軸的方式形成，且其側(cè)壁成為對(duì)底面的垂直面不設(shè)置變形部，將永久磁鐵1嵌入并貼附在這種各條溝中。圖2是更詳細(xì)地表示永久磁鐵1的到旋轉(zhuǎn)鐵心2的安裝狀態(tài)的部分剖面圖。Ib是永久磁鐵1的圓周方向邊部，11是上述溝，12是來自永久磁鐵1的邊部的磁通量，在與圖1 對(duì)應(yīng)的部分上附加相同的標(biāo)號(hào)，省略對(duì)它們的重復(fù)說明。在該圖中，嵌入了永久磁鐵1的溝11具有防止該永久磁鐵1的的位置偏離的結(jié)構(gòu)，但是進(jìn)一步，也為了使來自永久磁鐵1的圓周方向邊部Ib的磁通量12泄漏到轉(zhuǎn)子鐵心 2，使間隙7中的磁通量密度的分布成為正弦波狀。由永久磁鐵1產(chǎn)生的磁通量，與間隙(空氣)比較更容易在轉(zhuǎn)子鐵心2那樣的磁性體中流動(dòng)，磁通量具有在容易流動(dòng)的方向中流動(dòng)的傾向。因此，在轉(zhuǎn)子鐵心2中設(shè)置溝11，將永久磁鐵1嵌入并貼附在溝11中，該永久磁鐵1的圓周方向的邊部Ib接近由磁性體構(gòu)成的轉(zhuǎn)子鐵心2的表面，從該邊部Ib流到轉(zhuǎn)子鐵心2的磁通量增加該份數(shù)，而從該邊部Ib流到定子6的磁通量減少該份數(shù)。因此，從永久磁鐵1的圓周方向中心部分通過間隙7流出的磁通量增多，從邊部Ib通過間隙7流出的磁通量減少，因此，永久磁鐵1和定子6之間的間隙7中的磁通量密度的分布成為正弦波狀。回到圖1，設(shè)置在定子6上的齒(突極)5，被絕緣材料(未圖示)覆蓋著，在齒5 間的槽9中，配置有定子線圈10。該定子線圈10是從覆蓋齒5的絕緣材料上集中地卷繞在齒5的側(cè)面上的集中線圈。這里，定子6，例如，形成30極36槽的構(gòu)成。這里，在齒5以外的需要絕緣材料的部位，例如，與定子6的基座鐵心4的接觸部和槽中相鄰的定子線圈10 之間等中，用絕緣材料進(jìn)行絕緣處理。此外，在定子6和轉(zhuǎn)子3中的任何一方中都不設(shè)置變形部(skew)。這里，比較使用圓周方向的剖面為長方形的永久磁鐵1的外轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)和內(nèi)轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)的特性。圖3是表示使用圓周方向的剖面為長方形的永久磁鐵1的外轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)的部分剖面圖，在與圖1對(duì)應(yīng)的部分上附加相同的標(biāo)號(hào)，省略對(duì)它們的重復(fù)說明。 此外，省略定子6側(cè)的詳細(xì)形狀。又，圖4是表示使用圓周方向的剖面為長方形的永久磁鐵1的內(nèi)轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)的部分剖面圖，在與圖1對(duì)應(yīng)的部分上附加相同的標(biāo)號(hào)，省略對(duì)它們的重復(fù)說明。此外，省略定子6側(cè)的詳細(xì)形狀。在圖3中，令永久磁鐵1的外表面Ia上從圓周方向中央部Ic到定子6的間隙7 尺寸為a，令永久磁鐵1的外表面Ia上從圓周方向邊部Ib到定子6的間隙7的尺寸為b， 則滿足a<b。在圖4中同樣，令永久磁鐵1的外表面Ia上從圓周方向中央部Ic到定子6的間隙7的尺寸為a'，令永久磁鐵1的外表面Ia上從圓周方向邊部Ib到定子6的間隙7的尺寸為b'，則滿足a' >b'。這里，當(dāng)以a = b' , a' = b的方式構(gòu)成圖3所示的外轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)和圖4所示的內(nèi)轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)時(shí)，成為a' >a, b' <b，但是兩者的間隙7的平均尺寸大致相等。但是，最有助于轉(zhuǎn)矩的間隙尺寸小的部分，在圖3所示的外轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)情況下，是永久磁鐵1的外表面Ia上圓周方向中央部lc，在圖 4所示的內(nèi)轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)情況下，是永久磁鐵1的外表面Ia上圓周方向兩側(cè)得的邊部lb。又，如圖2所示，永久磁鐵1的外表面Ia上來自圓周方向兩側(cè)的邊部Ib的磁通量，其一部分泄漏到定子鐵心2，泄漏到不同極性的相鄰的永久磁鐵1，減少了有效的磁通量，但是永久磁鐵1的外表面Ia上來自圓周方向中央部Ic的磁通量幾乎不泄漏，有效磁通量大。特別是，當(dāng)圖3所示的外轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)的情況下，有效磁通量大的永久磁鐵1的外表面Ia上從圓周方向中央部Ic到定子6的間隙尺寸a，比內(nèi)轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)中永久磁鐵1的外表面Ia上從圓周方向中央部Ic到定子6的間隙尺寸 a'小。這樣，在永久磁鐵1的外表面Ia上的圓周方向兩側(cè)的邊部Ib上，圖3所示的外轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)與圖4所示的內(nèi)轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)比較，間隙尺寸大，但有效磁通量少，圖3所示的外轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)與圖4所示的內(nèi)轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)相比，在有效磁通量多的永久磁鐵1的外表面Ia上的圓周方向中央部 Ic處間隙尺寸小，所以磁鐵每單位質(zhì)量的轉(zhuǎn)矩增大，在這方面，圖3所示的外轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)是有利的。從此，該第1實(shí)施方式是外轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)。又，在圖3所示的外轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)中，在永久磁鐵1的外表面Ia 上的圓周方向中央部Ic處間隙尺寸a小，在永久磁鐵1的外表面Ia上的圓周方向兩側(cè)的邊部Ib處間隙尺寸b小，因此能夠得到與使永久磁鐵1的圓周方向的剖面為拱形時(shí)相同的效果，可以預(yù)料包含齒槽轉(zhuǎn)矩(Cogging Torque)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的減少。與此相對(duì)，因?yàn)樵趫D4 所示的內(nèi)轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)中，與拱形相反，在永久磁鐵1的外表面Ia上的圓周方向兩側(cè)的邊部Ib處突出，在永久磁鐵1的外表面Ia上的圓周方向中央部Ic處形成凹形狀，所以間隙7內(nèi)的磁通量密度的分布成為矩形狀，相反地轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增加?？墒?，在圖3所示的外轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)中，當(dāng)用于電梯卷揚(yáng)機(jī)用的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)時(shí)，對(duì)它需要的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)特性，即，對(duì)于0% 最大轉(zhuǎn)矩的全負(fù)載區(qū)域，為了得到使轉(zhuǎn)矩變動(dòng)的各頻率成分在時(shí)間平均轉(zhuǎn)矩的百分之幾以下的極小的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)特性，需要對(duì)轉(zhuǎn)子3的形狀和定子6的形狀進(jìn)行優(yōu)化。下面，說明這種優(yōu)化，首先說明轉(zhuǎn)子3的形狀的優(yōu)化。為了對(duì)全負(fù)載區(qū)域，如上所述地，使轉(zhuǎn)矩變動(dòng)的各頻率成分小，必須使轉(zhuǎn)子3的形狀的優(yōu)化，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定永久磁鐵1的圓周方向的開度角與轉(zhuǎn)子3的極節(jié)距的比率。圖5是表示圖1所示的永久磁鐵1的開度角τ pm和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的關(guān)系的特性圖。圖 5(a)表示當(dāng)該開度角τρω適當(dāng)時(shí)的狀態(tài)，圖5(b)表示當(dāng)該開度角τρω不適當(dāng)時(shí)的狀態(tài)。具體地說，圖5(a)表示當(dāng)永久磁鐵1的開度角τρω為轉(zhuǎn)子3的極節(jié)距％的82%時(shí)的狀態(tài)， 圖5(b)表示當(dāng)永久磁鐵1的開度角τρω為轉(zhuǎn)子3的極節(jié)距％的65%時(shí)的狀態(tài)。這里，在圖1中，永久磁鐵1的開度角τ pm 以馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)中心為原點(diǎn)，從該原點(diǎn)看，從永久磁鐵1 的圓周方向的寬度的一端到另一端的角度。這里，決定永久磁鐵1的圓周方向的寬度的“一端”、“另一端”的端部是與永久磁鐵的外表面Ia相反側(cè)的面上圓周方向上的端部Id。轉(zhuǎn)子3的極節(jié)距τ p 從上述原點(diǎn)看，從轉(zhuǎn)子3的每1極的寬度的一端到另一端的角度。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)子3的磁極數(shù)為30極時(shí)，轉(zhuǎn)子3的極節(jié)距τ ρ的機(jī)械角成為360° /30 = 12°。當(dāng)根據(jù)永久磁鐵1的開度角τ pm和轉(zhuǎn)子3的極節(jié)距τ ρ進(jìn)行上述定義時(shí)，例如，當(dāng)令永久磁鐵1的開度角τρω為10°，轉(zhuǎn)子3的極節(jié)距％為12°時(shí)，永久磁鐵1的開度角 τρηι相對(duì)于轉(zhuǎn)子3的極節(jié)距τ 5的比率為10° Χ100/12。= 83.33%。又，圖11表示轉(zhuǎn)矩變動(dòng)的1次 6次成分，但是這些成分是1次成分轉(zhuǎn)矩變動(dòng)的頻率為同步頻率的6倍2次成分轉(zhuǎn)矩變動(dòng)的頻率為同步頻率的12倍3次成分轉(zhuǎn)矩變動(dòng)的頻率為同步頻率的18倍4次成分轉(zhuǎn)矩變動(dòng)的頻率為同步頻率的M倍5次成分轉(zhuǎn)矩變動(dòng)的頻率為同步頻率的30倍6次成分轉(zhuǎn)矩變動(dòng)的頻率為同步頻率的36倍在沒有制作尺寸誤差的理想的永久磁鐵式同步馬達(dá)的情況下，1次成分是馬達(dá)通
10電時(shí)發(fā)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的基本成分，這里，2次成分是由轉(zhuǎn)子3和定子6的突極數(shù)的關(guān)系決定的齒槽轉(zhuǎn)矩的基本成分。又，同步頻率是由極數(shù)和旋轉(zhuǎn)速度求得的值，當(dāng)令極數(shù)為P，旋轉(zhuǎn)速度為 N(r/min)時(shí)，同步頻率=(Ν/60) X (P/2) (Hz)。在圖5(a)，(b)中，橫軸為轉(zhuǎn)矩，縱軸為轉(zhuǎn)矩變動(dòng)對(duì)時(shí)間平均轉(zhuǎn)矩的比率，但是在轉(zhuǎn)矩為0%時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)用百分率表示時(shí)，成為無限大，所以省略了。可是，為了能夠得到轉(zhuǎn)矩變動(dòng)的各頻率成分為時(shí)間平均轉(zhuǎn)矩的百分之幾以下極小的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)特性，充分減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，不僅要使永久磁鐵1的開度角τ pm優(yōu)化，也必須使定子6的形狀優(yōu)化。圖5是表示當(dāng)也使定子6的形狀優(yōu)化時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的特性，但是圖5(a)是如上述那樣，令永久磁鐵1的開度角τρω相對(duì)于轉(zhuǎn)子3的極節(jié)距τ 5的比率為82%，對(duì)永久磁鐵1 的開度角τρω優(yōu)化的圖，圖5(b)是如上述那樣，令永久磁鐵1的開度角τρω相對(duì)于轉(zhuǎn)子3 的極節(jié)距τ ρ的比率為65%，而未對(duì)永久磁鐵1的開度角τρω優(yōu)化的圖。在圖5(a)所示的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)特性中，能夠?qū)⑥D(zhuǎn)矩脈動(dòng)的各頻率成分，在整個(gè)全負(fù)載區(qū)域(整個(gè)大致0% 最大轉(zhuǎn)矩的區(qū)域)上，抑制到相當(dāng)小的水平，即便是大的水平也能夠在約0.8%以下。與此相對(duì)，也對(duì)定子6的形狀進(jìn)行優(yōu)化，但是在不對(duì)永久磁鐵1的開度角τρω優(yōu)化的圖5(b)的情形中，與圖5(a)比較，整體地轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，特別是，在低負(fù)載區(qū)域(低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng))上，2次成分非常大，相反地在高負(fù)載區(qū)域上，1次成分非常大。此外，由馬達(dá)的極數(shù)和槽數(shù)決定的齒槽轉(zhuǎn)矩的基本波，如上述那樣，包含在2次成分中。如上所述，也對(duì)定子6的形狀優(yōu)化，但是在不對(duì)永久磁鐵1的開度角τρω優(yōu)化的圖 5(b)的情形中，出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)特性表現(xiàn)明顯，具有這種惡化的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)特性的表面磁鐵式同步馬達(dá)，作為電梯卷揚(yáng)機(jī)用的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)是不適合的。為了得到對(duì)全負(fù)載區(qū)域的轉(zhuǎn)矩變動(dòng)的各頻率相對(duì)于時(shí)間平均轉(zhuǎn)矩在百分之幾以下那樣的極小的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)特性，在對(duì)定子6的形狀優(yōu)化的狀態(tài)下，適宜使永久磁鐵1的開度角τρηι相對(duì)于轉(zhuǎn)子3的極節(jié)距為70% 90%。這里，說明定子6的形狀的優(yōu)化。這里，在圖1中，著眼于收容定子線圈10的槽9的形狀，該槽9的形狀具有完全開放于間隙7側(cè)的開口部，將上述槽9稱為開放槽。與此相對(duì)，圖6是表示半閉合槽的一般形狀的剖面圖，9'是槽，13是突起部，在與前出附圖對(duì)應(yīng)的部分上附加相同的標(biāo)號(hào)，省略對(duì)它們的重復(fù)說明。在圖6中，以使槽9'的間隙側(cè)的開口部部分地關(guān)閉的方式，在齒5中在前端側(cè)部分設(shè)置有突起部13，這種槽9'為半閉合槽的一般形狀。在這種半閉合槽9'的情況下，由于齒5的前端部的突起部13，在其周邊部分中具有磁通量密度變得極端高的傾向，容易引起磁飽和。這成為該突起部13附近的磁路剖面比其它部位小的主要原因，但是因?yàn)轳R達(dá)的每單位體積的輸出轉(zhuǎn)矩越大的馬達(dá)，即越是積極地進(jìn)行了小型化的馬達(dá)，越盡可能地縮小磁路剖面，所以顯著地出現(xiàn)磁通量密度變得極端地高而發(fā)生磁飽和這一特性。電梯卷揚(yáng)機(jī)用的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，小型化也成為1個(gè)重要課題，容易出現(xiàn)這種特性。這種馬達(dá)，因?yàn)檗D(zhuǎn)矩脈動(dòng)大小容易受到磁飽和水平的影響，所以如電梯卷揚(yáng)機(jī)用的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)那樣，當(dāng)需要抑制不僅對(duì)特定的負(fù)載區(qū)域而且對(duì)全負(fù)載區(qū)域的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)CN 102545512 A時(shí)，抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和小型化難以兼顧。又，當(dāng)在轉(zhuǎn)子和定子中不設(shè)置對(duì)抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)具有很大效果的變形部(skew)時(shí)，抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和小型化越加難以兼顧。因此，在該第1實(shí)施方式中，為了抑制對(duì)全負(fù)載區(qū)域的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，作為定子6的形狀，如圖1所示，使槽9成為開放槽。通過這樣做，因?yàn)樵邶X5的前端部中沒有磁路剖面小的突起部，所以不存在磁通量密度極端高的部分。從而，與圖6所示的半閉合槽的情形比較容易抑制和控制對(duì)全負(fù)載區(qū)域的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。又，在該第1實(shí)施方式中，在圖1中，使齒5的前端面沿圓周方向轉(zhuǎn)子3側(cè)突出的圓弧狀。這里，設(shè)想最突出到各齒5的前端面的轉(zhuǎn)子3側(cè)的圓周方向的中心部分內(nèi)切的將馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)中心(原點(diǎn))作為中心的圓(定子鐵心的周面)C，令該圓C的半徑(定子鐵心的外徑(半徑))為Rst。又，當(dāng)令齒5的前端面的圓周方向的圓弧的曲率半徑為艮時(shí)，滿足 Rt < Rsto因此，齒5的前端面不從圓C向轉(zhuǎn)子3側(cè)凸出。這樣，在該第1實(shí)施方式中，作為定子6側(cè)的1個(gè)形狀，通過使< Rst，能夠達(dá)到減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的目的。圖7是表示當(dāng)= Rst時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的特性圖，在與圖5對(duì)應(yīng)的部分上附加相同的標(biāo)號(hào)，省略對(duì)它們的重復(fù)說明。在圖7中，這時(shí)，齒5的前端面與圓C 一致。這里，與圖5(a)的情形相同使轉(zhuǎn)子3 的形狀優(yōu)化，但是在圖5(a)中，也使齒5的前端面的圓周方向的圓弧的曲率半徑為Rt相對(duì)于圓C的半徑Iist優(yōu)化，使轉(zhuǎn)子3的形狀，或者使定子6的形狀優(yōu)化。當(dāng)比較圖7所示的特性圖和圖5(a)所示的特性圖時(shí)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的大小整體地增大，特別是，在低負(fù)載區(qū)域上，2次成分極端增大。由于2次成分包含齒槽轉(zhuǎn)矩的基本頻率， 因此通過使艮< I^st，轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)時(shí)的磁場(chǎng)變化變得平滑，出現(xiàn)了減少齒槽轉(zhuǎn)矩的效果，也可以減少1次成分那樣的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。這里，為了對(duì)齒5的前端面的圓周方向的圓弧的曲率半徑艮優(yōu)化，曲率半徑Rt相對(duì)于圓C的半徑Rst的比率的上限為40%。當(dāng)超過該上限值時(shí)，難以在全負(fù)載區(qū)域上抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，特別是，如圖7所示，低負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)上升。圖8是表示曲率半徑相對(duì)于圓C的半徑Rst的比率為4. 5 %，其它條件與圖7的情形相同時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的特性圖，在與圖5對(duì)應(yīng)的部分上附加相同的標(biāo)號(hào)，省略對(duì)它們的重復(fù)說明。當(dāng)率半徑Rt相對(duì)于圓C的半徑Rst的比率小時(shí)，與圖7所示的特性比較，低負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)變小，減少了全負(fù)載區(qū)域上的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，但是當(dāng)該比率過小時(shí)，如圖8所示，高負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的1次成分急劇上升。當(dāng)不對(duì)轉(zhuǎn)子3的形狀優(yōu)化時(shí)，該傾向更顯著地出現(xiàn)，作為電梯卷揚(yáng)機(jī)用的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，成為不合適的特性。為了從圖8所示的特性減少高負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，只要使曲率半徑相對(duì)于圓C 的半徑Rst的比率高即可，通過使該比率的下限值為5%之低，高負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)不上升， 在整個(gè)全負(fù)載區(qū)域上，能夠以轉(zhuǎn)矩變動(dòng)的各頻率成分在時(shí)間平均轉(zhuǎn)矩的百分之幾以下的方式，得到減少了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的特性。如以上那樣，該第1實(shí)施方式，是外轉(zhuǎn)子型的表面磁鐵式同步馬達(dá)，在轉(zhuǎn)子3側(cè)，在轉(zhuǎn)子鐵心2上設(shè)置沒有變形部(skew)的溝11(圖幻，在該溝11中嵌入并固定圓周方向的剖面為長方形的永久磁鐵1，并且作為轉(zhuǎn)子3的形狀，通過使永久磁鐵1的開度角τρω相對(duì)于轉(zhuǎn)子3的極節(jié)距τ p為70% 90%，而對(duì)轉(zhuǎn)子3的形狀優(yōu)化，在定子6側(cè)，令槽9為開放槽，并且作為定子6的形狀，使齒5的前端面成為向轉(zhuǎn)子3側(cè)突出的圓周方向的圓弧狀，令該前端面的曲率半徑Rst相對(duì)于定子6的外半徑的比率為5 40%，而對(duì)定子6的形狀優(yōu)化。如以上所述，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小的表面磁鐵式同步馬達(dá)，但是當(dāng)用于直接驅(qū)動(dòng)型的電梯卷揚(yáng)機(jī)用的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)時(shí)，需要使馬達(dá)形狀扁平(薄型)，又，由于是扁平的，因此需要使馬達(dá)成為轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)多的多極馬達(dá)。將電梯卷揚(yáng)機(jī)設(shè)置在機(jī)械室或電梯升降路徑內(nèi)，但是一般，設(shè)置電梯卷揚(yáng)機(jī)的空間中的占地面積(剖面積)小，多是高度方向的容許空間比占地面積大的情況。因而，電梯卷揚(yáng)機(jī)的外觀形狀具有剖面積(占地面積)小，高度方向大的傾向。其目的是，設(shè)置電梯設(shè)備的場(chǎng)所是建筑物內(nèi)的空區(qū)域，通過使空區(qū)域不是沿橫方向而向高度方向，從而擴(kuò)大建筑物的居住面積和商業(yè)面積。關(guān)于電梯卷揚(yáng)機(jī)用的馬達(dá)也需要這樣。特別是，作為直接驅(qū)動(dòng)型的電梯卷揚(yáng)機(jī)用的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的外觀形狀，多是軸長度比外徑寬度小的扁平形狀的情況。這是因?yàn)椋R達(dá)的軸長度大的電梯卷揚(yáng)機(jī)需要以軸長大的量增大占地面積，但是相反地，馬達(dá)的軸長度小的電梯卷揚(yáng)機(jī)能夠縮小需要的占地面積。但是，當(dāng)使馬達(dá)的軸長度小時(shí)，馬達(dá)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩因該減小量而減小。與此相對(duì)，由于馬達(dá)需要的轉(zhuǎn)矩不變，所以為了內(nèi)插使馬達(dá)的軸長小的份數(shù)，需要擴(kuò)大馬達(dá)的外徑。因此，作為電梯卷揚(yáng)機(jī)用的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)多為扁平形狀。根據(jù)上述說明，直接驅(qū)動(dòng)型的電梯卷揚(yáng)機(jī)用的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)一般是大口徑的扁平馬達(dá) (大口徑的薄型馬達(dá))，以往，馬達(dá)外徑多為400mm以上，大的馬達(dá)外徑也超過1500mm。馬達(dá)的軸長是各種各樣的，但是大致在外徑的一半以下，也有使用軸長為外徑的1/10的超薄型的馬達(dá)。通常，轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)與馬達(dá)外徑成比例增加，但是電梯卷揚(yáng)機(jī)用的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，如上所述，因?yàn)橥鈴酱螅钥梢允褂?6極，M極，30極，40極，60極等的多極馬達(dá)，實(shí)際上，最小極數(shù)是16極。上述第1實(shí)施方式也能夠成為這種大口徑的薄型馬達(dá)，因此，可以是直接驅(qū)動(dòng)型的電梯卷揚(yáng)機(jī)用的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。圖9是表示根據(jù)本發(fā)明的永久磁鐵式同步馬達(dá)的第2實(shí)施方式的部分剖面圖，14 是間隙，對(duì)與上述附圖對(duì)應(yīng)的部分上附加相同的標(biāo)號(hào)，省略對(duì)它們的重復(fù)說明。在該圖中，該第2實(shí)施方式，在轉(zhuǎn)子3上的嵌入有永久磁鐵1的溝11的圓周方向兩側(cè)的邊部(即，在與永久磁鐵1的外表面Ia相反側(cè)的面?zhèn)戎猩系膱A周方向兩側(cè)的邊部所面對(duì)的部分)上設(shè)置空隙14。通過在將永久磁鐵1嵌入溝11的部分的邊部上設(shè)置空隙14，增加該部分的磁阻， 因此，減少該邊部的有效磁通量，如圖10所示的以往的表面磁鐵式同步馬達(dá)那樣，能夠得到與用圓周方向的剖面為拱形的永久磁鐵相同的效果，減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。此外，在該第2實(shí)施方式中，作為定子6，例如，能夠形成圖6所示的以往那樣的構(gòu)造，但是也可以形成圖1所示的構(gòu)造。又，在圖1中，在溝11(圖2)內(nèi)，也可以設(shè)置與該第 2實(shí)施方式同樣的空隙14。
又，該第2實(shí)施方式也可以是這種大口徑的薄型馬達(dá)，因此，可以作為直接驅(qū)動(dòng)型的電梯卷揚(yáng)機(jī)用的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。如上述說明，在上述各實(shí)施方式中，通過用圓周方向的剖面為長方形的永久磁鐵 1，與用上述拱形的永久磁鐵的情形比較，除了能夠削減磁鐵的質(zhì)量，制作性優(yōu)異外，也可以有效地減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)特性，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩特性良好的表面磁鐵式同步馬達(dá)，例如，最適于電梯卷揚(yáng)機(jī)用的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)等。
權(quán)利要求
1.一種永久磁鐵式同步馬達(dá)，其具有定子，其在定子鐵心的齒間的槽內(nèi)配置有定子線圈，該定子線圈卷繞于該齒；和轉(zhuǎn)子，其在轉(zhuǎn)子鐵心的該定子側(cè)的表面，在圓周方向上等間隔配置有多個(gè)永久磁鐵，其特征在于該永久磁鐵是圓周方向的剖面形狀為長方形的磁鐵，該定子側(cè)的表面突出于該轉(zhuǎn)子鐵心的該表面而配置在該轉(zhuǎn)子鐵心上；在該定子的外側(cè)配置該轉(zhuǎn)子，成為外轉(zhuǎn)子型馬達(dá)， 在該轉(zhuǎn)子鐵心中，在該永久磁鐵的邊部設(shè)置有空隙。
2.如權(quán)利要求1所述的永久磁鐵式同步馬達(dá)，其特征在于 所述永久磁鐵式同步馬達(dá)為軸長比外徑小的扁平形狀。
3.如權(quán)利要求2所述的永久磁鐵式同步馬達(dá)，其特征在于 所述外徑為400mm以上。
4.如權(quán)利要求3所述的永久磁鐵式同步馬達(dá)，其特征在于 所述軸長為外徑的一半以下。
5.如權(quán)利要求4所述的永久磁鐵式同步馬達(dá)，其特征在于 所述軸長為外徑的1/10。
6.如權(quán)利要求1所述的永久磁鐵式同步馬達(dá)，其特征在于相對(duì)于所述轉(zhuǎn)子的極節(jié)距，所述永久磁鐵的圓周方向的開度角的比率為70% 90%。
7.如權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的永久磁鐵式同步馬達(dá)，其特征在于 所述永久磁鐵式同步馬達(dá)是電梯卷揚(yáng)機(jī)用驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。
全文摘要
本發(fā)明涉及永久磁鐵式同步馬達(dá)。作為外轉(zhuǎn)子型馬達(dá)，在轉(zhuǎn)子鐵心(2a)上形成溝，并將永久磁鐵(1)嵌入貼附在該溝中。使永久磁鐵(1)的開度角(τpm)為轉(zhuǎn)子(3)的極節(jié)距(τp)的70％～90％。在定子(6)側(cè)，使槽(9)為開口部為向轉(zhuǎn)子(3)與定子(6)之間的間隙(7)完全開放的開放槽，使齒(5)的前端面成為向轉(zhuǎn)子(3)側(cè)突出的圓周方向的圓弧狀，令該前端面的曲率半徑(Rst)相對(duì)于定子(6)的外半徑(Rt)的比率為5～40％。因此，用圓周方向的剖面為長方形的永久磁鐵，能夠以其各頻率成分在對(duì)時(shí)間平均轉(zhuǎn)矩的百分之幾以下的方式，將通電旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制到小的水平。
文檔編號(hào)H02K21/14GK102545512SQ20121000631
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2009年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者二瓶秀樹, 北村正司, 北村英樹, 尾方尚文, 山崎政英, 田島文男 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所