專利名稱：永磁體旋轉(zhuǎn)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種永磁體旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
背景技術(shù)：
一般公知的有，通過產(chǎn)生移動磁場的電樞、和由與移動磁場作用產(chǎn)生電磁力的永磁體構(gòu)成的勵磁構(gòu)成的永磁體旋轉(zhuǎn)電機(jī)。然而，如此使用永磁體的電機(jī)中，在空載時(shí)會產(chǎn)生包含脈動(齒槽轉(zhuǎn)矩cogging torque)的轉(zhuǎn)矩及推力。這種齒槽轉(zhuǎn)矩，妨礙平滑的旋轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動，是振動或速度變化的原因。一直以來，作為降低齒槽轉(zhuǎn)矩的方法，提出有在定子或轉(zhuǎn)子中形成傾斜溝的槽(以下，稱作斜極(skew))，或扇形的內(nèi)面的圓弧中心和外面的圓弧中心使用不同的永磁體(以下，稱作偏心形永磁體)。然而，若形成斜極，會降低轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致電機(jī)的效能降低。另外，若使用偏心形永磁體，則無法提高磁通密度，無法實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩密度化。因此，特開平11-146584號公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)中，位于多個(gè)永磁體的各自的圓周方向的兩側(cè)、形成有與圓周方向相對的一對端面，沿展轉(zhuǎn)子的徑向形成的永磁體旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，構(gòu)成多個(gè)永磁體各自的磁極面，為具備位于圓周方向的中央部的圓弧面、和位于該圓弧面的圓周方向兩側(cè)傾斜為隨著離開圓弧面從磁極部的磁極面分離的一對傾斜面，從而實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩密度化和降低齒槽轉(zhuǎn)矩。
專利文獻(xiàn)1特開平11-146584號公報(bào)。
專利文獻(xiàn)1所述的現(xiàn)有的永磁體旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，通過令傾斜面部分的開度角Am、和定子的磁極部的開度角As之間的關(guān)系為(1/10)As＜Am＜(1/4)As，來降低齒槽轉(zhuǎn)矩。然而，使用永磁體的圓周方向的兩端面傾斜型的永磁體，且只令A(yù)m和As之間的關(guān)系滿足上述關(guān)系，雖然能將轉(zhuǎn)矩維持得較高，但齒槽轉(zhuǎn)矩的降低卻收到界限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于，維持轉(zhuǎn)矩的高密度化，并提供與現(xiàn)有技術(shù)相比能更大幅度降低齒槽轉(zhuǎn)矩的永磁體旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
永磁體旋轉(zhuǎn)電機(jī)，具備定子和轉(zhuǎn)子。定子具有在圓周方向上隔開相等間隔配置的N(N為2以上的正整數(shù))個(gè)磁極部及N個(gè)槽的定子鐵心；和，在N個(gè)磁極部上繞裝的勵磁線圈。轉(zhuǎn)子具有在轉(zhuǎn)子鐵心或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的表面上在圓周方向上等間隔配置的P個(gè)永磁體、相對定子旋轉(zhuǎn)。這些永磁體，在轉(zhuǎn)子鐵心或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的直徑方向上、形成與定子的磁極部相對的磁極面。而且，多個(gè)永磁體各自的磁極面，具備在圓周方向的中央部、磁極部的磁極面之間的直徑方向間隙尺寸為一定的圓弧面；和位于圓弧面的圓周方向兩側(cè)，隨著遠(yuǎn)離圓弧面傾斜為遠(yuǎn)離磁極部的磁極面的一對傾斜面。P個(gè)永磁體，分別具有位于圓周方向兩側(cè)、在圓周方向上相對的一對端面。這一對端面，形成為與通過定子鐵心的中心和圓弧面的中央部、在直徑方向上沿展的假想平面實(shí)質(zhì)相平行。本發(fā)明中，決定圓弧面的圓周方向的長度和傾斜面的傾斜狀態(tài)，以令永磁體的圓弧面的極弧率Ψ1和永磁體的磁極面的極弧率Ψ2滿足P/2N≤Ψ2-Ψ1≤1.38×P/2N的關(guān)系。再者，本說明書中，所謂極弧率Ψ1，是將永磁體的圓周面的開度角(圓弧面的圓周方向的一端和另一端之間的角度)θ1(參照圖2)用全周角度(360°)除以永磁體的數(shù)量P之后得到的角度2π/P來分割而得到的值(θ1÷2π/P)。另外，所謂極弧率Ψ2，為全周角度(360°)除以永磁體的數(shù)量P得到的角度2π/P，在將永磁體的磁極面的開度角θ2(參照圖2)除以上述角度2π/P所得到的值(θ2÷2π/P)。如本發(fā)明所述，雖然規(guī)定Ψ2-Ψ1的范圍，會降低一些轉(zhuǎn)矩，但比起采用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的情況，能夠顯著降低齒槽轉(zhuǎn)矩。
優(yōu)選多個(gè)永磁體，被與假想平面延伸的方向平行地磁化取向。如此，由于從永磁體中發(fā)出的間隙內(nèi)的磁通密度分布近似于正弦波，通過轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，繞組端子間產(chǎn)生的感應(yīng)電壓波形，近似與正弦波，因此能夠潛在地降低齒槽轉(zhuǎn)矩。
以P/2N＝1/3決定N及P的數(shù)值時(shí)，極弧率Ψ1和極弧率Ψ2滿足1/3≤Ψ2-Ψ1≤0.46的關(guān)系。當(dāng)在滿足該關(guān)系的電機(jī)中應(yīng)用本發(fā)明時(shí)，特別有提高轉(zhuǎn)矩、降低齒槽轉(zhuǎn)矩的效果。此時(shí)，若令極弧率Ψ1和極弧率Ψ2，滿足0.371≤Ψ2-Ψ1≤0.393的關(guān)系，則能進(jìn)一步大幅度降低齒槽轉(zhuǎn)矩。
再者，本發(fā)明的電機(jī)的傾斜面部分的開度角Am，現(xiàn)有技術(shù)(特開平11-146584號公報(bào))的Am的范圍中沒有包含。以下，對該理由進(jìn)行說明。若設(shè)槽開放的角度為ws，則定子的磁極部的開度角As，為As＝(360/N)-ws。例如，永磁體P為8、槽數(shù)N為12的情況下，由于槽的開放的角度ws，處于0°～30°的范圍，因此As的范圍為30°～0°。這里，若求取包含于現(xiàn)有技術(shù)的Am和As的關(guān)系式(1/10)As＜Am＜(1/4)As中的Am的范圍，得到0°＜Am＜7.5°。
與此相對，若對本發(fā)明的P/2N≤Ψ2-Ψ1≤1.38×P/2N的關(guān)系式代如P＝8、N＝12，可知得到1/3≤Ψ2-Ψ1≤0.46[式(1)]。這里，若設(shè)永磁體的圓弧面的開度角為θ1、永磁體的磁極面的開度角為θ2，則Am＝(1/2)×(θ2-θ1)，若將其用極弧率表示，則有Am＝(1/2)×(Ψ2-Ψ1)×(360°/P)。從而，有Ψ2-Ψ1＝2×Am×P×(1/360°)。這里若令P＝8，則有Ψ2-Ψ1＝Am×(2/45)[式(2)]。這里，若將式(2)代如式(1)，則有本發(fā)明的電機(jī)的Am，處于7.5°≤Am≤10.35°的范圍。因此，本發(fā)明的電機(jī)的Am(7.5°≤Am≤10.35°)，不包含于專利公報(bào)1中所記載的技術(shù)的Am的范圍(0°＜Am＜7.5°)中。
當(dāng)永磁體的磁極面上形成的傾斜面為平面時(shí)，優(yōu)選決定傾斜面的角度以令通過定子鐵心的中心和圓弧面的中央部、在直徑方向上沿展的假想平面，和形成在永磁體的磁極面上的傾斜面的延長面，以(70°-90°/P)～(80°-90°/P)的角度較差。若該角度低于以(70°-90°/P)，則會降低轉(zhuǎn)矩。而該角度若大于(80°-90°/P)，則無法充分降低齒槽轉(zhuǎn)矩。
另外，優(yōu)選永磁體的所述磁極面，以所述假想平面為中心面對稱形成。這樣，無論轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向如何，都能大幅度降低齒槽轉(zhuǎn)矩。
本發(fā)明具體的永磁體旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，定子具備具有在圓周方向上隔開相等間隔配置的12個(gè)磁極部及12個(gè)槽的定子鐵心，和在12個(gè)磁極部上繞裝的3相勵磁線圈。另外轉(zhuǎn)子具有在轉(zhuǎn)子鐵心或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的表面上在圓周方向上等間隔配置的8個(gè)永磁體。各永磁體的磁極面，具備具有與定子的磁極部在轉(zhuǎn)子鐵心或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的直徑方向上相對的磁極面的8個(gè)永磁體，相對定子旋轉(zhuǎn)。而12個(gè)磁極部各自的磁極面，形成為位于以定子鐵心的中心作為中心的假想圓筒面上。另外8個(gè)永磁體各自的磁極面，具備圓弧面和一對傾斜面。圓弧面的形狀為，在圓周方向的中央部、磁極部的磁極面之間的直徑方向間隙尺寸為一定。另外一對傾斜面的形狀為，位于圓弧面的圓周方向兩側(cè)，遠(yuǎn)離圓弧面、傾斜為遠(yuǎn)離磁極部的磁極面。8個(gè)永磁體每一個(gè)，分別具有位于圓周方向兩側(cè)、在圓周方向上相對的一對端面。這一對端面，分別形成為實(shí)質(zhì)平行于通過定子鐵心的中心和圓弧面的中央部、在直徑方向上沿展的假想平面。此時(shí)，決定圓弧面的圓周方向的長度和傾斜面的傾斜狀態(tài)，以令永磁體的圓弧面的極弧率Ψ1和永磁體的磁極面的極弧率Ψ2滿足1/3≤Ψ2-Ψ1≤0.46的關(guān)系。
發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，在將永磁體的圓周方向的一對端面以通過定子鐵心的中心和圓弧面的中央部沿直徑方向延伸的假想平面實(shí)質(zhì)地平行地形成的永磁體旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，轉(zhuǎn)矩大而不會降低，能夠得到可大幅度降低齒槽轉(zhuǎn)矩的永磁體旋轉(zhuǎn)的電機(jī)。


圖1為概略表示用于說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的永磁體旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)的圖。
圖2為放大表示圖1的轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)的概略圖。
圖3為表示試驗(yàn)中使用的電機(jī)的Ψ2-Ψ1和齒槽轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系的圖。
圖4為表示試驗(yàn)中使用的電機(jī)的Ψ2-Ψ1和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系的圖。
圖中1-定子，3-轉(zhuǎn)子，7-磁極部，9-槽，11-轉(zhuǎn)子鐵心，13-永磁體，13a-端面，13b-永磁體的磁極面，13c-圓弧面，13d-傾斜面，PS-假想平面。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖對實(shí)施本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行說明。圖1為概略表示用于說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的永磁體旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子1和轉(zhuǎn)子3的結(jié)構(gòu)和關(guān)系的圖。再者，圖1中，為了簡化圖示，定子1中勵磁線圈未圖示。圖2為概略表示圖1的永磁體旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子3的結(jié)構(gòu)的圖。再者圖2中，表示了后述的假想圓筒面PC。如圖1所示，定子1，具有定子鐵心2和未圖示的勵磁線圈。定子鐵心2，具有筒狀的磁軛5和從磁軛5的內(nèi)周向定子鐵心的中心C突出的N個(gè)(本例中12個(gè))的磁極部7。12個(gè)磁極部7，具有繞裝著未圖示的勵磁線圈的磁極主體部7b，其前端部具有磁極面7a。12個(gè)磁極部7的磁極面7a，分別形成為位于以定子鐵心2的中心C為中心的假想圓筒面PC(參照圖2)上。這樣，定子鐵心2，具有在各個(gè)相鄰的2個(gè)磁極部7之間、圓周方向上等間隔配置的N個(gè)(本例為12個(gè))槽9。
轉(zhuǎn)子3，如圖2所示，具有圓柱狀的轉(zhuǎn)子鐵心11、和在該轉(zhuǎn)子鐵心11的表面上圓周方向空出相等間隔配置的P個(gè)(本例中為8個(gè))永磁體13。多個(gè)永磁體13，分別具有位于圓周方向兩側(cè)、在圓周方向上相對的一對端面13a、13a、和磁極面13b。如后文詳細(xì)說明，磁極面13b，由圓弧面13c和一對傾斜面13d構(gòu)成。轉(zhuǎn)子3，配置于定子1內(nèi)，形成永磁體13的磁極面13b與定子鐵心2的磁極部7的磁極面7a相對。
多個(gè)永磁體13的一對端面13a、13a，分別形成為實(shí)質(zhì)平行于通過定子鐵心2的中心C和圓弧面13c的中心、在直徑方向上延伸的假想平面PS。然后，多個(gè)永磁體13，與假想平面PS延伸的方向相平行地磁化。多個(gè)永磁體13各自的磁極面13b，與定子鐵心2的磁極部7的磁極面7a在定子鐵心11的直徑方向上相對。構(gòu)成磁極面13b的圓弧面13c和一對的傾斜面13d，形成為以通過圓弧面13c中心的假想平面PS為中心面對稱。圓弧面13c，位于磁極面13b的圓周方向的中央部。定子鐵心2的磁極部7的磁極面7a和圓弧面13c之間的直徑方向間隙尺寸為一定。一對傾斜面13d、13d，位于圓弧面13c的圓周方向兩側(cè)，隨著離開圓弧面13c傾斜為遠(yuǎn)離定子鐵心2的磁極部7的磁極面7a(假想圓筒面PC)。換言之，隨著遠(yuǎn)離假想平面PS，傾斜為遠(yuǎn)離磁極面7a。再者，該實(shí)施方式中，一對傾斜面13d、13d，由直線傾斜或傾角一定的平面構(gòu)成。實(shí)施方式的假想平面PS和圓弧面13c所包含的假想傾斜面之間的角度θ，為63°。優(yōu)選該角度處于(70°-90°/P)～(80°-90°/P)的范圍中。因此，本例中，優(yōu)選處于58.75°～68.75°的范圍內(nèi)。
本發(fā)明中，永磁體13的圓弧面13c的極弧率Ψ1和永磁體13的磁極面13b的極弧率Ψ2，在滿足P/2N≤Ψ2-Ψ1≤1.38×P/2N的關(guān)系的情況下，決定圓弧面13c的圓周方向的長度和傾斜面13d的傾斜狀態(tài)。這里，極弧率Ψ1，為永磁體13的圓弧面13的開度角θ1除以將全周角度2π(360°)除以永磁體的數(shù)量P(8)后得到的角度2π/P(45°)所得到的值(θ1/45°)。另外，極弧率Ψ2，為永磁體13的磁極面13b的開度角θ2除以將全周角度2π(360°)除以永磁體的數(shù)量P(8)后得到的角度2π/P(45°)而得到的值(θ2/45°)。
下面，形成定子1的磁極部7的磁極面7a的開度角As(參照圖1)各種變化的電機(jī)，并研究各個(gè)電機(jī)的Ψ2-Ψ1和齒槽轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。圖3表示該測定結(jié)果。圖3中，所謂As為30°的電機(jī)，是沒有槽9的開度部的電機(jī)。根據(jù)圖3可知，在As小于30°的電機(jī)中，Ψ2-Ψ1在P/2N～1.38×P/2N的范圍、即1/3(0.333)～0.46(P＝8、N＝12)的范圍下，齒槽轉(zhuǎn)矩下降。特別是當(dāng)Ψ2-Ψ1處于0.371～0.393的范圍中，齒槽轉(zhuǎn)矩大幅度下降。再者，若從傾斜面13c的開度角Am(參照圖2)來看，可知在7.5°～10.35°的范圍齒槽轉(zhuǎn)矩下降，在8.595°附近齒槽轉(zhuǎn)矩大幅度下降。如上，P＝8、N＝12中，本實(shí)施方式的電機(jī)的Am，不包含于現(xiàn)有技術(shù)的Am的范圍(0°＜Am＜7.5°)中。
圖4表示圖3中例如的各個(gè)電機(jī)的Ψ2-Ψ1和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。由圖4可知，隨著Ψ2-Ψ1變大，轉(zhuǎn)矩下降。然而在Ψ2-Ψ1為1/3(0.333)～0.46的范圍中，特別是在0.371～0.393的范圍中，轉(zhuǎn)矩的降低達(dá)到最大值。從而通過本實(shí)施方式，能夠在不令轉(zhuǎn)矩大幅度降低的情況下，比現(xiàn)有技術(shù)更大幅度地降低齒槽轉(zhuǎn)矩。
上述實(shí)施方式，雖然令定子的磁極部的數(shù)量為12個(gè)、轉(zhuǎn)子的永磁體的數(shù)量為8個(gè)，但本發(fā)明并非限于該組合。
權(quán)利要求
1.一種永磁體旋轉(zhuǎn)電機(jī)，具備具有在圓周方向上隔開相等間隔配置有N個(gè)磁極部及N個(gè)槽的定子鐵心，N為2以上的正整數(shù)，和在所述N個(gè)磁極部上繞裝的勵磁線圈的定子；以及具有在轉(zhuǎn)子鐵心或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的表面上在圓周方向上等間隔配置、且與所述磁極部在所述轉(zhuǎn)子鐵心或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的直徑方向上相對的磁極面的P個(gè)永磁體，相對所述定子旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，所述N個(gè)磁極部的各個(gè)磁極面以位于所述釘子鐵心的中心作為中心的假想圓筒面上的方式形成，所述多個(gè)永磁體各自的磁極面，具備在所述圓周方向的中央部、所述磁極部的所述磁極面之間的直徑方向間隙尺寸為一定的圓弧面；和位于所述圓弧面的所述圓周方向兩側(cè)，隨著遠(yuǎn)離所述圓弧面傾斜為遠(yuǎn)離所述磁極部的所述磁極面的一對傾斜面，其特征在于位于所述多個(gè)永磁體的各自的所述圓周方向兩側(cè)、在所述圓周方向上相對的一對端面，分別形成為實(shí)質(zhì)地平行于通過所述定子鐵心的所述中心和所述圓弧面的中央部、在所述直徑方向上沿展的假想平面，決定所述圓弧面的所述圓周方向的長度和所述傾斜面的傾斜狀態(tài)，以令所述永磁體的所述圓弧面的極弧率Ψ1和所述永磁體的所述磁極面的極弧率Ψ2滿足P/2N≤Ψ2-Ψ1≤1.38×P/2N的關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁體旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于所述多個(gè)永磁體，被與所述假想平面延伸的方向平行地磁化取向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的永磁體旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于決定所述N及P的數(shù)值以令所述極弧率Ψ1和所述極弧率Ψ2滿足1/3≤Ψ2-Ψ1≤0.46的關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的永磁體旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于決定所述N及P的數(shù)目以令所述極弧率Ψ1和所述極弧率Ψ2滿足0.371≤Ψ2-Ψ1≤0.393的關(guān)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁體旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于所述傾斜面，為平面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的永磁體旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于所述假想平面和包含所述傾斜面的假想傾斜面，以(70°-90°/P)～(80°-90°/P)的角度交叉。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中的任一項(xiàng)所述的永磁體旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于所述永磁體的所述磁極面，以所述假想平面為中心面對稱形成。
8.一種永磁體旋轉(zhuǎn)電機(jī)，具備具有在圓周方向上隔開相等間隔配置有12個(gè)磁極部及12個(gè)槽的定子鐵心，和在所述12個(gè)磁極部上繞裝的3相勵磁線圈的定子；以及，具有在轉(zhuǎn)子鐵心或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的表面上在圓周方向上等間隔配置、且與所述磁極部在所述轉(zhuǎn)子鐵心或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的直徑方向上相對的磁極面的8個(gè)永磁體，相對所述定子旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，所述12個(gè)磁極部各自的磁極面，形成為位于以所述定子鐵心的中心為中心的假想圓筒面上，所述8個(gè)永磁體各自的磁極面，具備在所述圓周方向的中央部、所述磁極部的所述磁極面之間的直徑方向間隙尺寸為一定的圓弧面；和位于所述圓弧面的所述圓周方向兩側(cè)，隨著遠(yuǎn)離所述圓弧面、傾斜為遠(yuǎn)離所述磁極部的所述磁極面的一對傾斜面，所述8個(gè)永磁體的每一個(gè)，分別具有位于所述圓周方向兩側(cè)、在所述圓周方向上相對的一對端面，其特征在于所述一對端面分別形成為實(shí)質(zhì)平行于通過所述定子鐵心的所述中心和所述圓弧面的中央部、在所述直徑方向上沿展的假想平面，決定所述圓弧面的所述圓周方向的長度和所述傾斜面的傾斜狀態(tài)，以令所述永磁體的所述圓弧面的極弧率Ψ1和所述永磁體的所述磁極面的極弧率Ψ2滿足1/3≤Ψ2-Ψ1≤0.46的關(guān)系。
全文摘要
提供一種能夠維持轉(zhuǎn)矩的高密度化、并且能比現(xiàn)有技術(shù)更大幅度地降低齒槽轉(zhuǎn)矩的永磁體旋轉(zhuǎn)電機(jī)。轉(zhuǎn)子中使用的多個(gè)永磁體(13)的一對端面(13a、13a)，實(shí)質(zhì)地與通過定子鐵心(2)的中心和圓弧面(13)、在直徑方向上延伸的假想平面(PS)平行，并決定圓弧面(13c)的圓周方向的長度和傾斜面(13d)的傾斜狀態(tài)，以令永磁體(13)的圓弧面(13c)的極弧率Ψ
文檔編號H02K21/14GK1700562SQ20051007262
公開日2005年11月23日 申請日期2005年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月18日
發(fā)明者宮下利仁, 小野寺悟 申請人:山洋電氣株式會社