專(zhuān)利名稱(chēng)：旋轉(zhuǎn)機(jī)械和電磁機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁極結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠改善用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械或運(yùn)輸設(shè)備的使用磁體的馬達(dá)或發(fā)電機(jī)的性能和效率。
背景技術(shù)：
目前已經(jīng)廣泛地使用具有嵌入其中的永磁體的同步馬達(dá)，已公知的是，永磁體式同步馬達(dá)能夠高效地以定速進(jìn)行操作。特別地，隨著稀土材料的發(fā)展，永磁體的性能和最小化已經(jīng)明顯地提高。然而，使用永磁體的方法還沒(méi)有發(fā)展完善，永磁體式發(fā)電機(jī)也同樣如此。
例如，日本專(zhuān)利文獻(xiàn)No.2001-156947公開(kāi)了一種磁式電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)。在該現(xiàn)有技術(shù)中，磁體以徑向方式布置在馬達(dá)或發(fā)電機(jī)中。另外，為了進(jìn)一步提高性能，其中引入有磁體的轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度在軸向方向上比定子的長(zhǎng)，由此提高在定子與轉(zhuǎn)子之間的間隙中產(chǎn)生的磁通量。
日本專(zhuān)利文獻(xiàn)No.2002-238193公開(kāi)了馬達(dá)的另外一個(gè)實(shí)例。在該現(xiàn)有技術(shù)中，磁體是成圓形地布置的。該發(fā)明的特征在于，一凹入部設(shè)置在下述區(qū)域中，在該區(qū)域中，永磁體的端部在內(nèi)置永磁體的轉(zhuǎn)子的外周上相互鄰接。該現(xiàn)有技術(shù)記載了定子的內(nèi)周和轉(zhuǎn)子的外周之間的間隙在永磁體的端部相互鄰接的區(qū)域中被放大。換句話說(shuō)，間隙中存在的較大磁阻使定子的內(nèi)周與轉(zhuǎn)子的外周之間的磁通量分布基本上類(lèi)似正弦波，由此減小變動(dòng)扭矩。日本專(zhuān)利文獻(xiàn)No.2002-118994公開(kāi)了另外一個(gè)實(shí)例。
本發(fā)明的目標(biāo)之一是具有嵌入在轉(zhuǎn)子中的永磁體的同步馬達(dá)。為了提供一種能夠減小變動(dòng)扭矩(cogging torque)而不使轉(zhuǎn)子歪斜(skewing)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，磁極在不同的角度從N轉(zhuǎn)換至S或者從S轉(zhuǎn)換至N。在這種情況下，永磁體以圓形布置，這是最流行的布局方式。然而，其效率、性能和輸出還沒(méi)有發(fā)展完善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決上述問(wèn)題的至少一個(gè)。本發(fā)明的目的是提供一種用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的轉(zhuǎn)子中的永磁體結(jié)構(gòu)，以及利用相同結(jié)構(gòu)的方法，由此改善其效率、性能和輸出。本發(fā)明也意圖提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)最小化的旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備。
實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的本發(fā)明是通過(guò)參照解決方案一步一步進(jìn)行說(shuō)明的。
本發(fā)明的一個(gè)方面是一種利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，所述磁體被插入以徑向布置在轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子上的磁極結(jié)構(gòu)設(shè)置有子部，所述子部是非對(duì)稱(chēng)的部件，使得所述轉(zhuǎn)子的所述子部到達(dá)一個(gè)點(diǎn)，在該點(diǎn)處，在相對(duì)意義上，它們不但對(duì)具有相同極性而且對(duì)具有相反極性的所述定子的磁極作出反應(yīng)。
在本發(fā)明的另一實(shí)例中，提供一種利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，轉(zhuǎn)子磁極不是以均勻的間距或角度而是以具有給定相對(duì)角位移的不均勻角距進(jìn)行布置的；磁體被插入以徑向和成圓形布置，從而構(gòu)成所述轉(zhuǎn)子；間隙或非磁性構(gòu)件部分設(shè)置在所述磁體的外周上，使得由所述成圓形布置的磁體產(chǎn)生的磁通量不會(huì)直接返回至所述轉(zhuǎn)子磁體，由此增加所述轉(zhuǎn)子和所述定子上的所述間隙部分中的磁通量。
在本發(fā)明的又一實(shí)例中，提供一種利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，所述磁體被插入以徑向布置在轉(zhuǎn)子上；轉(zhuǎn)子上的磁極結(jié)構(gòu)設(shè)置有子部，所述子部是非對(duì)稱(chēng)的部件，使得所述轉(zhuǎn)子上的所述子部到達(dá)一個(gè)點(diǎn)，在該點(diǎn)處，在相對(duì)意義上，它們不但對(duì)具有相同極性而且對(duì)具有相反極性的所述定子的電磁偶聯(lián)磁極作出反應(yīng)。
在本發(fā)明的又一實(shí)例中，提供一種利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，磁體被插入以構(gòu)成所述轉(zhuǎn)子，其中，所述轉(zhuǎn)子的突出部件由定位在一區(qū)域中的磁體構(gòu)成，所述區(qū)域的長(zhǎng)度長(zhǎng)于由繞組電磁耦合鐵芯構(gòu)成的所述定子的軸向長(zhǎng)度；在所述轉(zhuǎn)子的突出部件中，由面對(duì)的磁體，其中一個(gè)磁體徑向布置而另一磁體成圓形布置，限定的內(nèi)側(cè)具有相同的極性；在所述轉(zhuǎn)子的非突出部件中，由面對(duì)的磁體，其中一個(gè)磁體徑向布置而另一磁體成圓形布置，限定的內(nèi)側(cè)具有相反的極性。
在本發(fā)明的又一實(shí)例中，提供一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械和由利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械表示的電磁機(jī)械。定子包括電樞繞組和強(qiáng)磁性件構(gòu)成的磁極。在轉(zhuǎn)子上，永磁體徑向和成圓形布置，其中，由所述轉(zhuǎn)子上徑向布置的永磁體產(chǎn)生的磁通量大概是其上成圓形布置的永磁體產(chǎn)生的磁通量的二倍。在所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)表面上，所述凹槽形成在所述轉(zhuǎn)子上由強(qiáng)磁性件制成的磁極結(jié)構(gòu)上，所述凹槽的形狀和寬度被調(diào)整以使得由所述轉(zhuǎn)子上的每個(gè)磁極中產(chǎn)生的每個(gè)磁通量的整體相互作用得到的磁通量分布基本上呈正弦波。
在本發(fā)明的另一實(shí)例中，提供一種由利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中定子包括電樞繞組和強(qiáng)磁性件構(gòu)成的磁極。在轉(zhuǎn)子上，永磁體徑向和成圓形布置，從而將由所述轉(zhuǎn)子上徑向布置的永磁體產(chǎn)生的磁通量控制為大概是其上成圓形布置的永磁體產(chǎn)生的磁通量的二倍。所述圓形布置的產(chǎn)生一級(jí)磁通量的永磁體設(shè)有用于產(chǎn)生二級(jí)磁通量的永磁體，以增加每個(gè)磁極的磁通量。在所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)表面上，所述凹槽形成在所述轉(zhuǎn)子上由強(qiáng)磁性件制成的磁極結(jié)構(gòu)上，所述凹槽的形狀和寬度被修正以使得由所述轉(zhuǎn)子上的每個(gè)磁極中產(chǎn)生的每個(gè)磁通量的整體相互作用得到的磁通量分布基本上呈正弦波。
在本發(fā)明的又一實(shí)例中，提供一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械和電磁機(jī)械，其中，抗磁通量損失凹槽設(shè)置在轉(zhuǎn)子的徑向永磁體部件中的旋轉(zhuǎn)軸側(cè)上，并且所述旋轉(zhuǎn)軸由非磁性構(gòu)件制成。
在本發(fā)明的又一實(shí)例中，對(duì)于所述轉(zhuǎn)子上的每個(gè)磁極之間的間隔來(lái)說(shuō)，在最小處，一個(gè)磁極與另一個(gè)磁極之間的間隔或角距不等。
在本發(fā)明的又一實(shí)例中，提供一種利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，用于構(gòu)造將永磁體保持在所述轉(zhuǎn)子上的鐵芯部件的鐵由非磁性件代替，由此防止在磁體之間出現(xiàn)磁通量損失，并且使所述旋轉(zhuǎn)設(shè)備可應(yīng)用于大容量。
在本發(fā)明的又一實(shí)例中，提供一種利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，用于構(gòu)造將永磁體保持在所述轉(zhuǎn)子上的鐵芯部件的鐵由比鐵輕的非磁性件代替，由此防止在磁體之間出現(xiàn)磁通量損失，并且使所述旋轉(zhuǎn)設(shè)備可應(yīng)用于大容量。
在本發(fā)明的又一實(shí)例中，提供一種利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，用于構(gòu)造將永磁體保持在所述轉(zhuǎn)子上的鐵芯部件的鐵由比傳導(dǎo)的非磁性件代替，由此防止在磁體之間出現(xiàn)磁通量損失，使所述旋轉(zhuǎn)設(shè)備可應(yīng)用于大容量，并提供自起動(dòng)能力。
在本發(fā)明的又一實(shí)例中，提供一種利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，用于安裝磁體的狹槽設(shè)置在鐵芯構(gòu)件的外周部分上，該構(gòu)件將徑向布置的磁體保持在所述轉(zhuǎn)子上，使得磁場(chǎng)由所述磁體徑向產(chǎn)生，由此使所述定子和所述轉(zhuǎn)子的磁通量相互作用，以在同步旋轉(zhuǎn)模式下在旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生扭矩。
在本發(fā)明的又一實(shí)例中，所述轉(zhuǎn)子上的永磁體由諸如超導(dǎo)線圈的電磁線圈代替，由此使所述旋轉(zhuǎn)設(shè)備可應(yīng)用于大容量的設(shè)備或者諸如線性馬達(dá)等的運(yùn)輸設(shè)備。
在本發(fā)明的又一實(shí)例中，徑向或圓形磁體構(gòu)件上的一部分磁體能夠被移去，所述磁體的磁力能夠被調(diào)整以修正在所述轉(zhuǎn)子上具有非對(duì)稱(chēng)形狀的所述磁極構(gòu)件的磁場(chǎng)，由此進(jìn)一步改善其特性。
發(fā)明效果本發(fā)明的一個(gè)方面是一種利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，所述磁體被插入以徑向布置在轉(zhuǎn)子上；徑向布置的轉(zhuǎn)子磁極的子部是非對(duì)稱(chēng)的部件，使得，在相對(duì)意義上，所述轉(zhuǎn)子的磁極的子部對(duì)具有相同極性和對(duì)具有相反極性的所述定子的磁極作出反應(yīng)。當(dāng)鄰近的定子和轉(zhuǎn)子在初級(jí)位置具有相同的(不同的)極性時(shí)，它們相互排斥(吸引)，并且在定子和轉(zhuǎn)子具有不同(相同)極性的子部位置處同時(shí)吸引(排斥)。該結(jié)構(gòu)提供在定子和轉(zhuǎn)子的往復(fù)運(yùn)動(dòng)之間的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換，由此提高了旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備的性能并且減小引發(fā)振動(dòng)的扭矩變動(dòng)現(xiàn)象。
本發(fā)明的另一實(shí)例提供一種利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，轉(zhuǎn)子磁極不是以均勻的間距或角度而是以具有給定相對(duì)角位移的不均勻角距進(jìn)行布置的；磁體被插入以徑向和成圓形布置，從而構(gòu)成所述轉(zhuǎn)子；間隙或非磁性構(gòu)件部分設(shè)置在所述磁體的外周上，使得由所述成圓形布置的磁體產(chǎn)生的磁通量不會(huì)直接返回至所述轉(zhuǎn)子磁體，由此增加所述轉(zhuǎn)子和所述定子上的所述間隙部分中的磁通量。因此，旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備的性能被提高，引起振動(dòng)的變動(dòng)現(xiàn)象被減小。
本發(fā)明的又一實(shí)例提供一種利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，所述磁體被插入以徑向和呈圓形地布置在轉(zhuǎn)子上；以給定方式布置的轉(zhuǎn)子磁極的子部是非對(duì)稱(chēng)形狀的，使得所述轉(zhuǎn)子磁極的子部對(duì)應(yīng)于電磁耦合的定子極性，(相對(duì)來(lái)說(shuō))相同的或相反的。當(dāng)鄰近的定子和轉(zhuǎn)子在初級(jí)位置具有相同(不同)的極性時(shí)，它們相互排斥(吸引)，同時(shí)，在定子和轉(zhuǎn)子具有不同(相同)極性的子部位置處，它們相互吸引(排斥)。該結(jié)構(gòu)提供在定子和轉(zhuǎn)子的往復(fù)運(yùn)動(dòng)之間的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換，由此顯著提高旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備的性能并且減小引發(fā)振動(dòng)的扭矩變動(dòng)現(xiàn)象(torque cogging phenomenon)。
本發(fā)明的另一實(shí)施例提供一種利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，磁體被插入以在所述轉(zhuǎn)子的突出部件中構(gòu)成所述轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子的突出部件由定位在一區(qū)域中的磁體構(gòu)成，所述區(qū)域的長(zhǎng)度長(zhǎng)于由電磁耦合鐵芯構(gòu)成的所述定子的軸向長(zhǎng)度；在所述轉(zhuǎn)子的突出部件中，由面對(duì)的磁體，其中一個(gè)磁體徑向布置而另一磁體成圓形布置，限定的內(nèi)側(cè)具有相同的極性；在所述轉(zhuǎn)子的非突出部件中，由面對(duì)的磁體，其中一個(gè)磁體徑向布置而另一磁體成圓形布置，限定的內(nèi)側(cè)具有相反的極性。
因此，在轉(zhuǎn)子和定子中的間隙部分中的磁通量被明顯地增加并且磁通量損失被明顯地減小。因此，旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備的性能被明顯增強(qiáng)，并且引發(fā)振動(dòng)的變動(dòng)現(xiàn)象被明顯減小。
本發(fā)明的又一實(shí)例提供一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械和結(jié)合有利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的電磁機(jī)械。定子包括電樞繞組和強(qiáng)磁性件構(gòu)成的磁極。永磁體徑向和成圓形布置在轉(zhuǎn)子上，其中，由所述轉(zhuǎn)子上徑向布置的永磁體產(chǎn)生的磁通量大概是其上成圓形布置的永磁體產(chǎn)生的磁通量的二倍。在所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)表面上，所述凹槽形成在所述轉(zhuǎn)子上由強(qiáng)磁性件制成的磁極結(jié)構(gòu)上，所述凹槽的形狀和寬度預(yù)先被設(shè)定為類(lèi)似扇子的形狀，從而利用磁通計(jì)按如下方式修正磁通量分布，使得磁通量分布波形的諧波分量從旋轉(zhuǎn)表面被減小，并且獲得基本上的正弦波，其中磁通量沿著在由強(qiáng)磁性構(gòu)件制成的磁極結(jié)構(gòu)中的磁極的中心線被增強(qiáng)，同時(shí)朝向鄰近磁極之間的邊界被減輕。另外，使用調(diào)節(jié)凹槽可為最小化的旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備中的馬達(dá)提供在若干千瓦下的95％或更高的效率。
本發(fā)明的另一實(shí)施例提供一種利用磁體的永磁體式旋轉(zhuǎn)機(jī)械。在轉(zhuǎn)子上，永磁體徑向和成圓形布置，從而將由所述轉(zhuǎn)子上徑向布置的永磁體產(chǎn)生的磁通量控制為大概是其上成圓形布置的永磁體產(chǎn)生的磁通量的二倍。所述圓形布置的產(chǎn)生一級(jí)磁通量的永磁體設(shè)置有產(chǎn)生二級(jí)磁通量的永磁體，由此增加每個(gè)磁極的磁通量。另外，凹槽形成在由所述轉(zhuǎn)子上的強(qiáng)磁性件制成的磁極結(jié)構(gòu)上，所述凹槽的形狀和寬度預(yù)先被設(shè)定為類(lèi)似扇子的形狀，從而利用磁通計(jì)按如下方式修正磁通量分布，使得磁通量分布波形的諧波分量從旋轉(zhuǎn)表面被減小，并且獲得基本上的正弦波，其中磁通量沿著在由強(qiáng)磁性構(gòu)件制成的磁極結(jié)構(gòu)中的磁極的中心線被增強(qiáng)，同時(shí)朝向鄰近磁極之間的邊界被減輕。另外，使用調(diào)節(jié)凹槽可為最小化的旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備中的馬達(dá)提供在若干千瓦下的95％～97％的效率。
本發(fā)明的又一實(shí)例提供一種轉(zhuǎn)子上的徑向永磁體構(gòu)件，其中，抗磁通量損失凹槽設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸側(cè)上，旋轉(zhuǎn)軸由非磁性構(gòu)件制成，由此明顯更好地利用其中產(chǎn)生的磁通量。使用調(diào)節(jié)凹槽對(duì)于最小化的旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備中的馬達(dá)來(lái)說(shuō)可提供在若干千瓦下的95％～98％的效率。
本發(fā)明的又一實(shí)例提供具有上述效果的永磁體式旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，對(duì)于所述轉(zhuǎn)子上的每個(gè)磁極之間的間隔來(lái)說(shuō)，在最小處，一個(gè)磁極與另一個(gè)磁極之間的間隔或角距不等。采用這種方式，轉(zhuǎn)子不會(huì)產(chǎn)生變動(dòng)扭矩。自然地，該不等間隔可以與每排和每組中的磁極的歪斜相結(jié)合。
本發(fā)明的又一實(shí)例提供一種利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，用于構(gòu)造將永磁體保持在所述轉(zhuǎn)子上的鐵芯部件的鐵由非磁性件代替。當(dāng)轉(zhuǎn)子的尺寸增加時(shí)，該結(jié)構(gòu)不會(huì)損失磁體之間的磁通量，并且允許轉(zhuǎn)子應(yīng)用于大容量。
本發(fā)明的又一實(shí)例提供一種利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，用于構(gòu)造將永磁體保持在所述轉(zhuǎn)子上的鐵芯部件的鐵由比鐵輕的非磁性件代替。該結(jié)構(gòu)不會(huì)在磁體之間損失磁通量，并且允許轉(zhuǎn)子應(yīng)用于大容量。另外，也可減小轉(zhuǎn)子本身和軸的重量，和軸承損失量。
本發(fā)明的又一實(shí)例是一項(xiàng)改進(jìn)，其中，用于構(gòu)造將永磁體保持在所述轉(zhuǎn)子上的鐵芯部件的鐵由傳導(dǎo)的非磁性件代替。該結(jié)構(gòu)不會(huì)損失在磁體之間的磁通量，并且允許所述旋轉(zhuǎn)設(shè)備可應(yīng)用于大容量。它也可減小轉(zhuǎn)子的重量并且提供自起動(dòng)能力。
本發(fā)明的又一實(shí)例提供一種利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，用于安裝磁體的狹槽設(shè)置在鐵芯構(gòu)件的外周部分上，該構(gòu)件將徑向布置的磁體保持在所述轉(zhuǎn)子上，使得磁場(chǎng)由所述磁體徑向產(chǎn)生，致使所述定子和所述轉(zhuǎn)子的磁通量相互作用，以在同步旋轉(zhuǎn)模式下在旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生扭矩。
本發(fā)明的又一實(shí)例是一種改進(jìn)，其中，所述轉(zhuǎn)子上的永磁體由諸如超導(dǎo)線圈的電磁線圈代替，由此覆蓋諸如線性馬達(dá)和類(lèi)似的旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備的需要明顯較高輸出和較高效率的運(yùn)輸設(shè)備的應(yīng)用。
本發(fā)明的又一實(shí)例是一種改進(jìn)，其中，徑向或圓形磁體構(gòu)件上的一部分磁體能夠被移去，所述磁體的磁力能夠被調(diào)整以修正在所述轉(zhuǎn)子上具有非對(duì)稱(chēng)形狀的所述磁極構(gòu)件的磁場(chǎng)，由此進(jìn)一步改善其特性。


本發(fā)明的上述和其他目的、優(yōu)勢(shì)、效果和方面將通過(guò)本發(fā)明的下述詳細(xì)說(shuō)明并參照附圖更好地進(jìn)行理解，其中圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1的旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備；圖2是示出本發(fā)明的實(shí)施例1的轉(zhuǎn)子21的示意圖；圖3是示出傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子的實(shí)例的示意圖；圖4是示出本發(fā)明的實(shí)施例2的轉(zhuǎn)子22的示意圖；圖5是示出傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子的另外一個(gè)實(shí)例的示意圖；圖6是示出本發(fā)明的實(shí)施例3的轉(zhuǎn)子23的示意圖；圖7是示出本發(fā)明的實(shí)施例4的轉(zhuǎn)子24a、24b的磁通量和定子3的磁通量的示意圖；圖8是示出本發(fā)明的實(shí)施例4的轉(zhuǎn)子24a的示意圖；圖9是示出本發(fā)明的實(shí)施例5的旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備的剖視圖；圖10是示出本發(fā)明的實(shí)施例6的旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備的剖視圖；圖11是示出本發(fā)明的實(shí)施例7的旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備的剖視圖；圖12是示出本發(fā)明的實(shí)施例8的使用磁體以改善驅(qū)動(dòng)力的旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備的剖視圖；圖13是示出旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備的剖視圖，其中使用非磁性構(gòu)件以代替本發(fā)明的實(shí)施例8的轉(zhuǎn)子鐵芯。
具體實(shí)施例方式
下面將說(shuō)明本發(fā)明的各種實(shí)施例。
圖1同時(shí)示出了實(shí)施例1、2、3和4的旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備1。附圖標(biāo)記21、22、23和24是轉(zhuǎn)子；15是旋轉(zhuǎn)軸；16是繞組。圖2示出了本發(fā)明的實(shí)施例1。附圖標(biāo)記21是轉(zhuǎn)子，41是包括轉(zhuǎn)子21的電磁鋼板的鐵芯磁極，5是轉(zhuǎn)子21上的磁體。磁體5在磁極41上定位形成放射形。附圖標(biāo)記6是凹槽，7是裝配孔。
圖3示出了轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例，其中，轉(zhuǎn)子磁體以傳統(tǒng)的徑向方式進(jìn)行布置，以作參考。
在轉(zhuǎn)子21的磁極41的結(jié)構(gòu)中，磁體5被徑向布置，轉(zhuǎn)子21的磁極41的子部8具有非對(duì)稱(chēng)形成的凸起結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)地，子部8對(duì)稱(chēng)形成。轉(zhuǎn)子21可以經(jīng)由設(shè)置在轉(zhuǎn)子21上的裝配孔7進(jìn)行翻轉(zhuǎn)(flipped)和重疊(overlaid)。轉(zhuǎn)子上疊加極41因此提供大于單個(gè)轉(zhuǎn)子21的聚集角。結(jié)果，轉(zhuǎn)子上的子部達(dá)到一個(gè)點(diǎn)，在該點(diǎn)處，它們能夠在相對(duì)意義上不但對(duì)具有相同極性而且對(duì)具有相反極性的定子的磁極作出反應(yīng)。
在作為發(fā)電機(jī)或馬達(dá)操作的旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備1中，當(dāng)[鄰近的]定子3和轉(zhuǎn)子21在初級(jí)位置具有相同的(或不同的)極性時(shí)，它們?cè)卩徑ㄗ?和轉(zhuǎn)子21具有不同[(相同)]極性的子部位置處相互排斥(或吸引)并且同時(shí)吸引(排斥)。該結(jié)構(gòu)在定子和轉(zhuǎn)子的往復(fù)運(yùn)動(dòng)之間提供平穩(wěn)的轉(zhuǎn)換，由此改善旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備1的性能，并且減小引發(fā)振動(dòng)的扭矩變動(dòng)現(xiàn)象。
圖4示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例2。附圖標(biāo)記22是轉(zhuǎn)子，42是在轉(zhuǎn)子上由電磁鋼板形成的鐵芯。在磁極42上，磁體5徑向布置，磁體9成圓形布置，凹槽10和11設(shè)置在其上。鐵芯磁極由電磁鋼板制成。圖5示出了轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)以作為參考，磁體在其上以傳統(tǒng)的徑向方式布置。間隙或非磁性構(gòu)件部分設(shè)置在磁體外周上以防止由圓形布置的磁體產(chǎn)生的磁通量直接返回至磁體9，由此增加轉(zhuǎn)子和定子中的間隙部分中存在的磁通量。
磁體5面向具有相同極性的鄰近磁體。轉(zhuǎn)子21上的磁體5具有例如6個(gè)磁極，它們并不是以60度間隔布置的，而是按照下述方式布置五個(gè)磁極的每個(gè)以60度×(170～176)/180表示的角距定位。另外一個(gè)磁極以60度+5度×(170～176)/180表示的角度定位。另一方面，在定子3上存在6個(gè)磁極的情況下，定子3上的磁體5以60度的間隔分隔開(kāi)。因此，轉(zhuǎn)子21上的磁體5的位置相對(duì)于定子3上的電磁耦合(electromagneticallycoupled)的磁體具有一段相對(duì)位移。
使用該結(jié)構(gòu)明顯地改善了旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備1的性能，并且明顯地抑制了扭矩變動(dòng)，因此減小了振動(dòng)等。
轉(zhuǎn)子21設(shè)置有徑向布置的狹槽，以將磁體5插入每個(gè)磁極鐵芯的磁極41、42中，使得磁體5的長(zhǎng)度能夠在徑向上被調(diào)整。由于能夠調(diào)整磁體5的徑向長(zhǎng)度并且存在用于插入磁體5的徑向狹槽，所以允許使用尺寸大小能夠填充狹槽的磁體。因此，為了獲得特別強(qiáng)的磁通量，必需選擇強(qiáng)磁體或填充狹槽的全尺寸磁體。使用磁體5、9的可拆卸結(jié)構(gòu)可容易地改變或調(diào)整馬達(dá)或發(fā)電機(jī)的特性。
圖6示出了本發(fā)明的實(shí)施例3。附圖標(biāo)記23是轉(zhuǎn)子；43是由電磁鋼板制成的轉(zhuǎn)子23的鐵芯磁極。
在轉(zhuǎn)子23的磁極43上，磁體5徑向布置，子部6設(shè)置在磁極43的結(jié)構(gòu)上。磁體9成圓形布置，間隙或非磁性構(gòu)件設(shè)置在圍繞磁體9的凹槽10、11上。
實(shí)施例1和2的結(jié)合得到這一結(jié)構(gòu)。因此，該結(jié)構(gòu)提供了由兩個(gè)實(shí)施例的特性得出的協(xié)同效果。
出于這一原因，借助轉(zhuǎn)子23和定子3上的磁極之間的耦合位移、和設(shè)置在轉(zhuǎn)子23和定子3上的磁極之間的凸起結(jié)構(gòu)8等形式的子部的存在，性能上的明顯增強(qiáng)、變動(dòng)扭矩抑制的明顯增加和振動(dòng)的明顯減小隨著轉(zhuǎn)子23和定子3的間隙部分中的磁通量的明顯增加而被實(shí)現(xiàn)。
圖7和8示出了本發(fā)明的實(shí)施例4。附圖標(biāo)記1是旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備；24、24a、24b的任何一個(gè)是轉(zhuǎn)子；3是定子；44是由轉(zhuǎn)子24a、24b的電磁鋼板制成的鐵芯磁極。在旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備1中，磁體5、9被插入以構(gòu)造轉(zhuǎn)子，其中，轉(zhuǎn)子24的突出(run-out)部件由磁體5、9構(gòu)成，所述磁體5、9定位在長(zhǎng)度大于以由繞組16電磁耦合的鐵芯構(gòu)造的定子3的軸向長(zhǎng)度的區(qū)域中；在轉(zhuǎn)子24的突出部件中，由面對(duì)的磁體5、9，其中磁體5徑向布置而磁體9成圓形布置，限定的內(nèi)側(cè)具有相同的極性；在轉(zhuǎn)子24的非突出部件中，由面對(duì)的磁體5、9，其中磁體5徑向布置而磁體9成圓形布置，限定的內(nèi)側(cè)具有相反的極性。
根據(jù)圖4所述的上述結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子24上的“突出區(qū)域”24a中，磁通量沿著箭頭產(chǎn)生；在轉(zhuǎn)子24上的“非突出區(qū)域”24b中，磁通量沿另一箭頭產(chǎn)生。實(shí)際上，在“突出區(qū)域”24a和“非突出區(qū)域”中產(chǎn)生的磁通量疊加。該結(jié)構(gòu)允許間隙部分中的磁通量的明顯增加，所述增加與定子3和轉(zhuǎn)子24上的“突出區(qū)域”的長(zhǎng)度成比例。因此，旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備1在優(yōu)良性能、扭矩變動(dòng)減小以及抑制振動(dòng)方面實(shí)現(xiàn)了明顯有利的效果。
結(jié)果，即使旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備1的尺寸較小，但是其也可獲得95～98％的優(yōu)良效率。與傳統(tǒng)技術(shù)的旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備1相比，本發(fā)明的尺寸可以小得多。
圖9、10、11、12和13是其他特定結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備的剖視圖。
101、101’、102、102’是本發(fā)明的永磁體式旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備。附圖標(biāo)記102是定子，103是轉(zhuǎn)子。定子102由電樞繞組104和定子磁極鐵芯105構(gòu)成。轉(zhuǎn)子103構(gòu)造成使得永磁體171、172和173[如圖9所示]為每個(gè)磁極徑向地以及成圓形地布置和組合。附圖標(biāo)記108是分隔裝配板，該板隔離由每個(gè)相的每個(gè)永磁體得出的相。圖9示出具有具有三排和三組的轉(zhuǎn)子103的結(jié)構(gòu)。
需要指出的是，附圖標(biāo)記112是旋轉(zhuǎn)軸；113是旋轉(zhuǎn)軸承；114是罩殼。
在圖10和11中，在轉(zhuǎn)子磁極鐵芯106中，由徑向布置在每個(gè)轉(zhuǎn)子103上的永磁體171獲得的磁通量大約是在轉(zhuǎn)子上成圓形布置的永磁體172的磁通量的兩倍。
對(duì)于徑向布置在轉(zhuǎn)子3上的永磁體171的磁通量和成圓形布置在轉(zhuǎn)子3上的永磁體172的磁通量，磁通量分布能夠通過(guò)在定子102和轉(zhuǎn)子103上的每個(gè)磁極的旋轉(zhuǎn)表面上設(shè)置凹槽109的扇形結(jié)構(gòu)a、b和調(diào)整凹槽110的寬度c使用磁通計(jì)預(yù)先進(jìn)行調(diào)整。
上述結(jié)構(gòu)減小了旋轉(zhuǎn)表面上的每個(gè)磁極產(chǎn)生的磁通量分布波形中的諧波含量，由此使波形基本上為正弦波。
對(duì)于徑向布置在轉(zhuǎn)子3上的永磁體171的磁通量和成圓形布置在轉(zhuǎn)子3上的永磁體172的一級(jí)磁通量，磁通量分布能夠通過(guò)根據(jù)在定子102和轉(zhuǎn)子103上的每個(gè)磁極的旋轉(zhuǎn)表面上的永磁體173的尺寸或類(lèi)似因素提供二級(jí)磁通量的量和設(shè)置凹槽109的扇形結(jié)構(gòu)a、b、使用磁通計(jì)預(yù)先進(jìn)行調(diào)整。
上述結(jié)構(gòu)提高了磁通量并且減小了旋轉(zhuǎn)表面上的每個(gè)磁極產(chǎn)生的磁通量分布波形中的諧波含量，由此使波形基本上為正弦波。
為了防止徑向布置在轉(zhuǎn)子103上的永磁體171的磁通量從旋轉(zhuǎn)軸側(cè)損失，設(shè)置有抗磁通損失槽111，并且旋轉(zhuǎn)軸112由非磁性構(gòu)件制成。該結(jié)構(gòu)有效地提供了旋轉(zhuǎn)表面上的磁通量。
對(duì)于轉(zhuǎn)子103上的磁極之間的間隔，在四重磁極結(jié)構(gòu)中，如圖10和11所示，例如，易于以88度的角距布置三個(gè)磁極，同時(shí)以相隔96度布置剩余磁極(未示出)。在上述結(jié)構(gòu)中以不均勻的間距布置的最少一個(gè)磁極的使用或類(lèi)似考慮可防止轉(zhuǎn)子經(jīng)受變動(dòng)扭矩。自然地，該不均勻間距可以與每排和每組中的磁極的歪斜一起使用。
根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，在最小化的旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備101、101’中使用的發(fā)電機(jī)在若干千瓦的高輸出時(shí)獲得較高的效率95％～98％。
在如圖12所示的用作發(fā)電機(jī)的最小化旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備102中，新的狹槽設(shè)置于外周部分，以使磁體171被插入圍繞本發(fā)明的轉(zhuǎn)子105上的轉(zhuǎn)子鐵芯106徑向布置的所述狹槽中。磁體174被插入新的狹槽中，使得磁場(chǎng)指向徑向方向，使得排斥和吸引力總是在形成在定子上的磁極和磁體174之間產(chǎn)生，同時(shí)轉(zhuǎn)子以同步速度旋轉(zhuǎn)以在旋轉(zhuǎn)期間一直產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。因此，增加輸出并且改善效率。
另外，在用作發(fā)電機(jī)的最小化的旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備102’中，使用非磁性構(gòu)件120或傳導(dǎo)的非磁性構(gòu)件121以構(gòu)造本發(fā)明的轉(zhuǎn)子105的轉(zhuǎn)子鐵芯106可進(jìn)一步增加輸出和效率，并且允許旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備由磁感觸發(fā)起動(dòng)。
將超傳導(dǎo)的材料的電磁體用于永磁體171、172、173和174以構(gòu)成轉(zhuǎn)子103可允許旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備產(chǎn)生高輸出并且在高效率下操作。
實(shí)用性本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了很寬的應(yīng)用場(chǎng)合，包括一般的工業(yè)設(shè)備、家用電器、汽車(chē)或車(chē)載設(shè)備、氣動(dòng)、水動(dòng)或熱動(dòng)電子設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備。
在不脫離由隨后的權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明的精神和/或范圍的情況下，可以在本文所述的本發(fā)明的實(shí)施例中，或者實(shí)施例的部件或構(gòu)件中，或者方法的步驟順序中作出改變。
權(quán)利要求
1.一種利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，所述磁體被插入以徑向布置在轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子上的磁極結(jié)構(gòu)設(shè)置有子部，所述子部是非對(duì)稱(chēng)的部件，使得所述轉(zhuǎn)子的所述子部到達(dá)一個(gè)點(diǎn)，在該點(diǎn)處，在相對(duì)意義上，它們不但對(duì)具有相同極性而且對(duì)具有相反極性的所述定子的磁極作出反應(yīng)。
2.一種利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，轉(zhuǎn)子磁極不是以均勻的間距或角度而是以具有給定相對(duì)位移的各不同角度進(jìn)行布置的；磁體被插入以徑向和成圓形布置，從而構(gòu)成所述轉(zhuǎn)子；間隙或非磁性構(gòu)件部分設(shè)置在所述磁體的外周上，使得由所述成圓形布置的磁體產(chǎn)生的磁通量不會(huì)直接返回至所述轉(zhuǎn)子磁體，由此增加所述轉(zhuǎn)子和所述定子上的所述間隙部分中的磁通量密度。
3.一種利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，所述磁體被插入以徑向布置在轉(zhuǎn)子上；轉(zhuǎn)子上的磁極結(jié)構(gòu)設(shè)置有子部，所述子部是非對(duì)稱(chēng)的部件，使得所述轉(zhuǎn)子上的所述子部到達(dá)一個(gè)點(diǎn)，在該點(diǎn)處，在相對(duì)意義上，它們不但對(duì)具有相同極性而且對(duì)具有相反極性的所述定子的電磁耦合磁極作出反應(yīng)。
4.一種利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，磁體被插入以構(gòu)成所述轉(zhuǎn)子，其中，所述轉(zhuǎn)子的突出部件由定位在一區(qū)域中的磁體構(gòu)成，所述區(qū)域的長(zhǎng)度長(zhǎng)于由電磁耦合鐵芯構(gòu)成的所述定子的軸向長(zhǎng)度；在所述轉(zhuǎn)子的突出部件中，由面對(duì)的磁體，其中一個(gè)磁體徑向布置而另一磁體成圓形布置，限定的內(nèi)側(cè)具有相同的極性；在所述轉(zhuǎn)子的非突出部件中，由面對(duì)的磁體，其中一個(gè)磁體徑向布置而另一磁體成圓形布置，限定的內(nèi)側(cè)具有相反的極性。
5.一種利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，定子包括電樞繞組和強(qiáng)磁性件構(gòu)成的磁極；永磁體在轉(zhuǎn)子上徑向和成圓形布置，其中，由所述轉(zhuǎn)子上徑向布置的永磁體產(chǎn)生的磁通量大概是其上成圓形布置的永磁體產(chǎn)生的磁通量的二倍；在所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)表面上，所述凹槽形成在述轉(zhuǎn)子上由所強(qiáng)磁性件制成的磁極結(jié)構(gòu)上，所述凹槽的形狀和寬度被修正以使得由所述轉(zhuǎn)子上的每個(gè)磁極中產(chǎn)生的每個(gè)磁通量的整體相互作用得到的磁通量分布基本上呈正弦波。
6.一種利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，定子包括電樞繞組和強(qiáng)磁性件構(gòu)成的磁極；永磁體在轉(zhuǎn)子上徑向和成圓形布置，從而將由所述轉(zhuǎn)子上徑向布置的永磁體產(chǎn)生的磁通量控制為大概是其上成圓形布置的永磁體產(chǎn)生的磁通量的二倍；所述圓形布置的產(chǎn)生一級(jí)磁通量的永磁體與用于產(chǎn)生二級(jí)磁通量的永磁體面對(duì)面；在所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)表面上，所述凹槽形成在所述轉(zhuǎn)子上由強(qiáng)磁性件制成的磁極結(jié)構(gòu)上，所述凹槽的形狀和寬度被修正以使得由所述轉(zhuǎn)子上的每個(gè)磁極中產(chǎn)生的每個(gè)磁通量的整體相互作用得到的磁通量分布基本上呈正弦波。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，在所述轉(zhuǎn)子上的所述徑向永磁體構(gòu)件上，抗磁通量損失凹槽設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸側(cè)，所述旋轉(zhuǎn)軸由非磁性構(gòu)件制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求5、6和7中的任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，對(duì)于所述轉(zhuǎn)子上的每個(gè)磁極之間的間隔來(lái)說(shuō)，在最小處，一個(gè)磁極與另一個(gè)磁極之間的間隔或角距不等。
9.一種利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，用于構(gòu)造將永磁體保持在所述轉(zhuǎn)子上的鐵芯部件的鐵由非磁性件代替，由此防止在磁體之間出現(xiàn)磁通量損失，并且使所述旋轉(zhuǎn)設(shè)備可應(yīng)用于大容量(large capacity)。
10.一種利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，用于構(gòu)造將永磁體保持在所述轉(zhuǎn)子上的鐵芯部件的鐵由比鐵輕的非磁性件代替，由此防止在磁體之間出現(xiàn)磁通量損失，并且使所述旋轉(zhuǎn)設(shè)備可應(yīng)用于大容量。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，用于構(gòu)造將永磁體保持在所述轉(zhuǎn)子上的鐵芯部件的鐵由傳導(dǎo)的非磁性件代替，由此防止在磁體之間出現(xiàn)磁通量損失，使所述旋轉(zhuǎn)設(shè)備可應(yīng)用于大容量，并提供自起動(dòng)能力。
12.一種利用磁體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，用于安裝磁體的狹槽設(shè)置在鐵芯構(gòu)件的外周部分上，該構(gòu)件將徑向布置的磁體保持在所述轉(zhuǎn)子上，使得磁場(chǎng)由所述磁體徑向產(chǎn)生，由此使所述定子和所述轉(zhuǎn)子的磁通量相互作用，以在同步旋轉(zhuǎn)的模式下在旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生扭矩。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中的任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，所述轉(zhuǎn)子上的永磁體由諸如超導(dǎo)線圈的電磁線圈代替，由此使所述旋轉(zhuǎn)設(shè)備可應(yīng)用于大容量或者諸如線性馬達(dá)等的運(yùn)輸設(shè)備。
14.根據(jù)權(quán)利要求1、3或5至13中的任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其中，徑向或圓形磁體構(gòu)件上的一部分磁體能夠被移去，所述磁體的磁力能夠被調(diào)整以修正在所述轉(zhuǎn)子上具有非對(duì)稱(chēng)形狀的所述磁極構(gòu)件的磁場(chǎng)，由此進(jìn)一步改善其特性。
全文摘要
一種永磁體轉(zhuǎn)子，包括在轉(zhuǎn)子上徑向布置的永磁體(5)和成圓形布置的永磁體(9)，從而將由所述轉(zhuǎn)子上徑向布置的永磁體產(chǎn)生的磁通量控制為大概是其上成圓形布置的永磁體產(chǎn)生的磁通量的二倍。
文檔編號(hào)H02K21/12GK1864316SQ200480028815
公開(kāi)日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2004年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月2日
發(fā)明者木下幸雄 申請(qǐng)人:豬木寬至, 木下幸雄, 株式會(huì)社Inp技術(shù)研究所