專利名稱：永磁式同步電動機的制作方法
技術領域：
永磁式同步電動機技術領域[0001]本實用新型涉及通過3相電源驅動的永磁式同步電動機，尤其涉及用于切實地抑制齒槽轉矩的新的改良技術。
背景技術：
[0002]一般，在永磁式同步電動機中，當在繞組未通電時通過外部驅動使轉子磁鐵(轉子)旋轉了時，會在定子鐵心和轉子之間產生齒槽轉矩。[0003]這種齒槽轉矩是由于轉子每機械性地轉I圈都產生定子槽數(shù)和永磁鐵磁極數(shù)的最小公倍數(shù)的脈動而引起的，齒槽轉矩的大小與脈動數(shù)成反比。[0004]在通過3相交流驅動的永磁式同步電動機中，通過適當選擇磁極數(shù)和槽數(shù)的組合，能夠降低未通電時產生的齒槽轉矩。[0005]通常，為了抑制永磁式同步電動機的齒槽轉矩，需要選擇定子槽數(shù)和永磁鐵磁極數(shù)的最小公倍數(shù)的大的組合。[0006]作為最小公倍數(shù)的大的組合的例子，在所謂的通過3相電源驅動的永磁式同步電動機中，可以舉出如下結構:在具有形成為圓環(huán)狀并施加有繞組(線圈)的Z個(Z為自然數(shù))定子槽、而且具有2P極(P為自然數(shù))的永磁鐵的情況下，Z/{3 (ffi) X2P}的值為“2/5”或“2/7”。[0007]例如，在Z/{3 (相)X2P}的值為“2/5”的永磁式同步電動機中，在磁極數(shù)為“10”的情況下，槽數(shù)為“12”，通過極數(shù)和槽數(shù)的組合產生的齒槽轉矩在轉子轉I圈的期間僅產生“60個波峰”。[0008]此外，一般地，在永磁式同步電動機中，也存在因制造誤差、電磁鋼板的磁各向異性等而產生的齒槽轉矩，若將通電的電流波形的基波(即，電角360度)稱為“ If ”，則會因定子的制造誤差等產生2f分量(以電角180度為I個周期)、4f分量(以電角90度為I個周期)的齒槽轉矩。[0009]尤其是，在通過在框架內徑為圓形而外側為四邊形形狀的框架的徑內熱壓配合定子鐵心或者將電磁鋼板的軋制方向沿同一方向堆積來制造定子鐵心的情況下，齒槽轉矩的4f 分量大大產生。[0010]另一方面，以 往,還提出通過設置扭斜(Skew:使鐵心或磁化相對于軸方向傾斜地形成)來抑制齒槽轉矩的產生的技術(例如，參照專利文獻I)。[0011]在先技術文獻[0012]專利文獻[0013]專利文獻1:日本實用新型第2558514號公報實用新型內容[0014]實用新型要解決的問題[0015]在以往的永磁式同步電動機中，為了減少因脈動引起的齒槽轉矩，選擇了定子槽數(shù)和永磁鐵磁極數(shù)的最小公倍數(shù)的大的組合，但卻存在如下問題:對于在磁極數(shù)為10極、槽數(shù)為12的情況下產生的齒槽轉矩，在轉子轉I圈的期間產生60個波峰，而且，由于制造誤差、電磁鋼板的磁各向異性等，4f分量的齒槽轉矩會大大產生。[0016]此外，即使在如專利文獻I那樣設置扭斜的情況下，也存在如下問題:由于扭斜的電角度小(20度 40度左右)，因此，不能充分抑制齒槽轉矩。[0017]本實用新型是為了解決上述問題而作出的，目的在于獲得能夠充分抑制2f分量及4f分量的齒槽轉矩的永磁式同步電動機。[0018]用于解決問題的手段[0019]本實用新型的永磁式同步電動機具備:形成為圓環(huán)狀并施加有繞組的Z個(Z為自然數(shù))定子槽；配置在定子槽的圓環(huán)狀內的轉子；和與轉子一體構成并與定子槽對置地配置的2P極(P為自然數(shù))永磁鐵，該永磁式同步電動機以Z/{3 (相)X2P}的值為2/5或2/7的方式構成，其中，在永磁鐵的與定子槽的對置面，設置有相對于轉子的軸方向、電角度為42度 128度的連續(xù)扭斜。[0020]在上述永磁式同步電動機中，優(yōu)選所述連續(xù)扭斜被設置成:所述轉子的軸方向的扭斜角度的開始位置和結束位置關于所述轉子的旋轉方向相同。[0021]本實用新型的永磁式同步電動機具備:Z個定子槽，該定子槽形成為圓環(huán)狀并施加有繞組，Z為自然數(shù)；轉子，該轉子配置在所述Z個定子槽的圓環(huán)狀內；和2P極永磁鐵，該永磁鐵與所述轉子一體構成并與所述定子槽對置地配置，P為自然數(shù)，所述永磁式同步電動機以Z/{3 (相)X2P}的值為2/5或2/7的方式構成，其中，在所述永磁鐵的與所述定子槽的對置面，以電角度相對于所述轉子的軸方向為42度 128度的方式，設有至少2層以上的層扭斜。[0022]在上述永磁式同步電動機中，優(yōu)選所述層扭斜由2n+l層構成，并被設置成扭斜角度的開始位置和結束位置關于所述轉子的旋轉方向相同，n為自然數(shù)。[0023]本實用新型的永磁式同步電動機具備:Z個定子槽，該定子槽形成為圓環(huán)狀并施加有繞組，Z為自然數(shù)；轉子，該轉子配置在所述Z個定子槽的圓環(huán)狀內；和2P極永磁鐵，該永磁鐵與所述轉子一體構成并與所述定子槽對置地配置，P為自然數(shù)，所述永磁式同步電動機以Z/{3 (相)X2P}的值為2/5或2/7的方式構成，其中，對與所述永磁鐵對置的所述定子槽的頂端形狀，設有電角度相對于所述轉子的軸方向為42度 128度的連續(xù)扭斜或層扭斜。[0024]在上述永磁式同步電動機中，優(yōu)選所述連續(xù)扭斜或所述層扭斜被設置成:扭斜角度的開始位置和結束位置關于所述轉子的旋轉方向相同。[0025]實用新型效果[0026]根據(jù)本實用新型，通過對永磁鐵(轉子)設置電角度42 128度的連續(xù)扭斜，能夠切實地抑制因定子偏差產生的齒槽轉矩的4f分量。


[0027]圖1是示出本實用新型實施方式I的永磁式同步電動機的與軸方向垂直的剖面的剖視圖。(實施例1)[0028]圖2是示出熱壓配合圖1內的定子的框架的與軸方向垂直的剖面的剖視圖。(實施例I)[0029]圖3是示出因未設置扭斜的情況下的定子朝框架內的熱壓配合、軋制方向等的磁不對稱性而產生的齒槽轉矩的說明圖。(實施例1)[0030]圖4是示出對圖3的齒槽轉矩進行了頻率分析的結果的說明圖。(實施例1)[0031]圖5是將一般的電磁鋼板的軋制方向與定子的剖視圖一起示出的說明圖。(實施例I)[0032]圖6是示出未對圖1內的環(huán)形磁鐵(轉子)設置扭斜的狀態(tài)的立體圖。(實施例1)[0033]圖7是示出本實用新型實施方式I的設置有連續(xù)扭斜的環(huán)形磁鐵及轉子的立體圖。(實施例1)[0034]圖8是示出采用了圖7的轉子的永磁式同步電動機的扭斜角度和齒槽轉矩(4f 分量)之間的關系的說明圖。(實施例1)[0035]圖9是示出采用了圖7的轉子的永磁式同步電動機的扭斜角度和電動機輸出之間的關系的說明圖。(實施例1)[0036]圖10是示出本實用新型實施方式2的設置有連續(xù)扭斜的環(huán)形磁鐵及轉子的立體圖。(實施例2)[0037]圖11是用于說明圖10的環(huán)形磁鐵的制造方法的展開圖。(實施例2)[0038]圖12是示出將圖11內的2個環(huán)形磁鐵組合了的狀態(tài)的展開圖。(實施例2)[0039]圖13是用I個環(huán)形磁鐵構成圖11的2層環(huán)形磁鐵的情況的展開圖。(實施例2)[0040]圖14是示出本實用新型實施方式3的設置有層扭斜的環(huán)形磁鐵及轉子的立體圖。(實施例3)[0041]圖15是用于說明圖14的環(huán)形磁鐵的制造方法的展開圖。(實施例3)[0042]圖16是示出采用了圖14的轉子的永磁式同步電動機的扭斜角度和電動機輸出之間的關系的說明圖。(實施例3)[0043]圖17是示出本實用新型實施方式3的采用了扇形磁鐵的永磁式同步電動機的與軸方向垂直的剖面的剖視圖。(實施例3)[0044]圖18是示出未對圖17內的環(huán)形磁鐵(轉子)設置扭斜的狀態(tài)的立體圖。(實施例3)[0045]圖19是示出本實用新型實施方式3的設置有層扭斜的扇形磁鐵及轉子的立體圖。(實施例3)[0046]圖20是示出本實用新型實施方式4的設置有層扭斜的環(huán)形磁鐵及轉子的立體圖。(實施例4)[0047]圖21是本實用新型實施方式4的采用了扇形磁鐵的情況的轉子的立體圖。(實施例4)[0048]圖22是示出本實用新型實施方式5的定子槽的I個齒的軸方向上端部的剖面形狀的剖視圖。(實施例5)[0049]圖23是示出本實用新型實施方式5的定子槽的I個齒的軸方向下端部的剖面形狀的剖視圖。(實施例5)圖24是示出本實用新型實施方式5的設置有連續(xù)扭斜的定子槽的I個齒的外觀的立體圖。(實施例5)[0051]圖25是示出排列多個圖24的齒而形成的定子的一部分的內表面結構的立體圖。(實施例5)[0052]圖26是平面示出圖25的定子槽的齒端面形狀的展開圖。(實施例5)[0053]圖27是示出本實用新型實施方式5的設置有連續(xù)扭斜的定子槽的其他結構例的立體圖。(實施例5)[0054]圖28是平面示出圖27的定子槽的齒端面形狀的展開圖。(實施例5)[0055]圖29是示出本實用新型實施方式5的設置有層扭斜的定子槽的I個齒的外觀的立體圖。(實施例5)[0056]圖30是示出多個排列圖29的齒而形成的定子的一部分的內表面結構的立體圖。(實施例5)[0057]圖31是平面示出圖30的定子槽的齒端面形狀的展開圖。(實施例5)[0058]圖32是示出本實用新型實施方式5的設置有層扭斜的定子槽的其他結構例的立體圖。(實施例5)[0059]圖33是平面示出圖32的定子槽的齒端面形狀的展開圖。(實施例5)具體實施方式
[0060](實施例1)[0061]圖1示出本實用新型實施方式I的永磁式同步電動機的基本構造的剖視圖，示出與轉子軸方向垂直的剖面。[0062]圖1中，在由旋轉軸構成的轉子I的外周部，一體形成多極(此處為10極)環(huán)形磁鐵(永磁鐵)11。[0063]由于環(huán)形磁鐵11在單個永磁鐵中形成多個磁極，因此，無法目視各磁極間的分界，但在圖1中，為了易于理解，示出了各磁極間的分界線。[0064]在轉子I的外周部配置有定子2，該定子2具有與環(huán)形磁鐵11對置的多極(此處為12極)定子槽21。另外，此處雖未圖示，但在各定子槽21中卷繞有繞組。[0065]此外，圖1中，以環(huán)形磁鐵11的磁極數(shù)2P為10極(P=5)、槽數(shù)Z為12個的情況為例，設定為Z/{3 (相)X2P}的值為2/5的組合，但并不限于該組合，也可以將14極(P=7)轉子I和12槽組合而設定為Z/{3 (相)X2P}的值為2/7。[0066]首先，一邊參照圖2 圖6，一邊對圖1的永磁式同步電動機中、未設置扭斜的情況下的齒槽轉矩的產生原因進行說明。[0067]圖2是示出用于通過熱壓配合等固定圖1內的定子2的框架3的剖視圖，示出框架的與軸方向垂直的剖面。[0068]圖2中，框架3的形狀為，熱壓配合定子2的內徑部31被加工成圓形，而外側被加工成四邊形形狀。[0069]如圖2所示，在采用內側和外側形狀不同的框架3的情況下，在將定子2熱壓配合到內徑部31時，由于施加給定子2的應力不同，因此，定子2的鐵心部的BH曲線會根據(jù)熱壓配合應力而變化。[0070]S卩，在將圖1內的定子2熱壓配合至圖2的框架3的情況下，在框架3的壁厚大的部分和壁厚小的部分，定子2的鐵心部受到的應力不同，施加給定子2的熱壓配合應力也產生差異。[0071] 因此，在熱壓配合后的定子2中，尤其是在定子2的鐵心背部部分，BH曲線會產生差異，因此，與環(huán)形磁鐵11的磁極數(shù)和定子槽21的槽數(shù)的組合對應，在轉子I轉I圈的期間，產生10個及20個的轉矩脈動。[0072]尤其是，在熱壓配合于圖2那樣的四邊形的框架3的情況下，會產生磁失衡，因此會強烈產生20個脈動分量。[0073]此處，環(huán)形磁鐵11 (轉子I)的磁極數(shù)為10個，因此，若使電動機驅動用的通電電流的頻率為If ，則10個脈動分量按電角來講為“2f 分量”，20個脈動分量為“4f 分量”。[0074]圖3是示出磁極數(shù)“10極”及槽數(shù)“12槽”的永磁式同步電動機的齒槽轉矩的說明圖，示出了在未設置扭斜的情況下、轉子I轉I圈的期間(0度 360度)實際產生的齒槽轉矩波形。[0075]圖3中，齒槽轉矩的振幅因將定子2熱壓配合于四邊形形狀的框架3內、定子2的軋制方向(與圖5 —起在后面敘述)等的磁不對稱性而多次變動。[0076]圖4是示出對圖3的齒槽轉矩波形進行頻率分析的結果的說明圖，橫軸表示轉子I轉I圈的齒槽轉矩的次數(shù)，縱軸表示齒槽轉矩的大小。[0077]此處，永磁式同步電動機為磁極數(shù)“10極”和槽數(shù)“12槽”的組合，因此，在圖4中，因轉子I的磁化偏差等而在轉子I機械性地轉I圈的期間產生“12個”及“24個”脈動。[0078]此外，產生磁極數(shù)“10”及槽數(shù)“12”的最小公倍數(shù)即“60個”脈動。[0079]但如圖4所示，由于因熱壓配合應力產生的磁失衡，會大大產生“20個”脈動分量(電4f分量)。[0080]另外，如前所述，永磁式同步電動機的磁失衡也會因為電磁鋼板的軋制方向而產生。[0081]一般來說，在電動機中，為了降低定子2產生的渦流損耗，將電磁鋼板堆積而制作，作為電磁鋼板，存在方向性電磁鋼板和無方向性電磁鋼板。[0082]在這些電磁鋼板中的任何一種的情況下，在形成鐵心組的帶板階段，盡管其產生量不同，但都會出現(xiàn)被認為是因軋制方向和非軋制方向引起的“基于晶形差異的磁方向性”，鐵損及磁通密度在軋制方向和非軋制方向不同。[0083]S卩，如圖5所示，在總是使軋制方向(參照箭頭)為相同方向而堆積組裝定子2的情況下，由于定子2的磁方向性的不同,會產生齒槽轉矩。[0084]像這樣因磁方向性的不同而產生的齒槽轉矩也如圖3及圖4所示那樣，大大產生20個脈動分量。[0085]圖6是從軸方向觀察到的一般的環(huán)形磁鐵11的立體圖，示出扭斜角度0為0度(無扭斜)的狀態(tài)。[0086]接下來，一邊參照圖1及圖疒圖9，一邊對本實用新型實施方式I的永磁式同步電動機進行說明。[0087]圖7是示出本實用新型實施方式I的設有扭斜的環(huán)形磁鐵11及轉子I的立體圖。[0088]圖7那樣的扭斜結構可如下實現(xiàn):在磁化環(huán)形磁鐵11時，預先對磁軛(未圖示)的形狀設置扭斜角度e。[0089]如圖7所示，通過對環(huán)形磁鐵11 (轉子I)設置扭斜，能夠降低圖3及圖4所示的齒槽轉矩的20個脈動分量。[0090]圖8是示出采用了圖7的轉子I的情況的齒槽轉矩特性的說明圖，示出扭斜角度0(橫軸)和20個脈動分量的齒槽轉矩的大小(縱軸)之間的關系。[0091]圖7所示的扭斜角度0是按機械角度示出的，但圖8所示的扭斜角度是按電角度示出的。[0092]由圖8可知，通過將扭斜角度0設定在大區(qū)域(例如，42度以上)，能夠抑制20個脈動分量(4f分量)。[0093]另一方面，在前述的專利文獻I的情況下，扭斜角度0設定在小區(qū)域(20度 40度的電角度)，因此，不能充分抑制4f分量。[0094]此外，圖9是示出扭斜角度0 (橫軸)和永磁式同步電動機的輸出(縱軸)之間的關系的說明圖。[0095]由圖9可知，扭斜角度0從0度開始變?yōu)樵酱蟮闹担妱訖C輸出越下降，因此，過大設定扭斜角度9會導致電動機輸出的下降。[0096]因此，鑒于圖8及圖9，扭斜角度0優(yōu)選設定成:4f分量降低2/3以上的(效果明顯)電角度42度以上，且不大幅降低電動機輸出地充分獲得抑制效果的電角度128度以下。[0097]由此，能不大幅降低電動機輸出地充分降低齒槽轉矩的4f分量。[0098]如上所述，本實用新型實施方式I (圖1、圖7)的永磁式同步電動機具備:形成為圓環(huán)狀并施加有繞組的Z個(Z為自然數(shù))定子槽21 ;配置在定子槽21的圓環(huán)狀內的轉子1;和與轉子I 一體構成且與定子槽21對置地配置的2P極(P為自然數(shù))環(huán)形磁鐵(永磁鐵)11，并構成為Z/{3 (相)X2P}的值為2/5或2/7。[0099]在環(huán)形磁鐵11的與定子槽21的對置面，設置電角度相對于轉子I的軸方向為42度 128度的連續(xù)扭斜。[0100]由此，能夠抑制齒槽轉矩的4f分量及2f分量，尤其是，能夠切實地抑制因定子2的偏差而產生的齒槽轉矩的4f分量。[0101](實施例2)[0102]在上述實施方式I (圖7)中，設置有單一方向的連續(xù)扭斜，但也可如圖10那樣，以使連續(xù)扭斜在中央部對稱地返回、使相對于轉子I的旋轉方向的扭斜角度e的開始位置和結束位置相同的方式，來設置連續(xù)扭斜。[0103]圖10是示出本實用新型實施方式2的永磁式同步電動機的轉子I及環(huán)形磁鐵11的立體圖，對與前述一樣的部分加有與前述相同的標號并省略詳細描述。此外，本實用新型實施方式2的整體結構如圖1所示那樣。[0104]在像前述的實施方式I (圖7)那樣設置單一方向的連續(xù)扭斜的情況下，在對永磁式同步電動機通電并加有負荷的狀態(tài)下，會在轉子I的軸方向(推力方向)產生力，可能會使軸承部的軸承(未圖示)破損，這樣的軸承破損會導致異響產生、機械損失增加。[0105]與此相對，通過像本實用新型實施方式2 (圖10)那樣，以使相對于轉子I的旋轉方向的扭斜角度e的開始位置和結束位置相同的方式進行轉子磁化，能夠抵消朝向推力方向的力。[0106]S卩，如圖10那樣，以環(huán)形磁鐵11的軸方向的端部的磁極間的位置相同、且軸方向的中央部分的磁極間的位置僅偏離扭斜角度9的方式進行磁化，由此，能夠消除軸方向的推力。[0107]在制作圖10的環(huán)形磁鐵11 (轉子I)時，首先，如圖11的展開圖那樣，準備2個長度為轉子I的軸方向長度的一半的環(huán)形磁鐵11，并使傾斜彼此為相反方向，由此，按圖8所示的扭斜角度e (42度 128度)進行磁化。[0108]接下來，如圖12的展開圖那樣，使磁化后的2個環(huán)形磁鐵11在軸方向組合并一體化，由此能夠制作圖10的環(huán)形磁鐵11。[0109]此外，如圖13的展開圖那樣，準備長度與轉子I的軸方向長度相同的單個環(huán)形磁鐵11，并使用軸方向的端部的磁極間的位置被設定為相同的磁化用軛(未圖示)來進行磁化，這樣也能夠制作圖10的環(huán)形磁鐵11。[0110]圖10中，示出了磁極數(shù)為10極(P=5)的環(huán)形磁鐵11 (轉子1)，但并不限于此，也可應用于如下設定的永磁式同步電動機:將磁極數(shù)為14極的轉子I和12槽組合，Z/{3(相)X2P}的值為2/7。[0111]如上所述，根據(jù)本實用新型實施方式2 (圖1、圖10)，以使轉子I的軸方向的扭斜角度e的開始位置和結束位置相同的方式設置連續(xù)扭斜，因此，既可降低齒槽轉矩的4f分量，又可消除因扭斜產生的推力，能夠避免軸承破損。[0112](實施例3)[0113]另外，上述實施方式1、2 (圖7、圖10)中，設置了連續(xù)扭斜，但也可如圖14那樣設置層扭斜。[0114]圖14是示出本實用新型實施方式3的永磁式同步電動機的轉子I及環(huán)形磁鐵11的立體圖，對與前述一樣的部分加有與前述相同的標號并省略詳細描述。此外，本實用新型實施方式3的整體結構如圖1所示那樣。[0115]圖14中，環(huán)形磁鐵11在轉子I的軸方向被分割而由2層結構構成，各自的磁極位置相對于轉子I的旋轉方向僅移位扭斜角度0。[0116]圖15是用于說明圖14內的環(huán)形磁鐵11 (轉子I)的制造方法的展開圖。[0117]如圖14及圖15那樣，沿軸方向采用2層未設置扭斜的2個環(huán)形磁鐵11，并使軸方向的端部的磁極間的位置僅移位圖8所示的扭斜角度0 (42度 128度)，由此，能夠獲得與前述的實施方式I相同的效果。[0118]圖16是示出 采用了圖14的環(huán)形磁鐵11 (轉子I)的永磁式同步電動機的扭斜角度0和電動機輸出之間的關系的說明圖。[0119]圖16中，相對于扭斜角度0的電動機輸出特性比前述的實施方式I (圖9)的情況提聞。[0120]S卩，在圖9的情況下，滿足電動機輸出彡0.8的扭斜角度0為0度 大約130度，但在圖16的情況下，滿足電動機輸出> 0.8的扭斜角度0為0度 大約150度。[0121]因此，通過設置本實用新型實施方式3 (圖14)那樣的層扭斜，不使電動機輸出下降就能夠降低齒槽轉矩的4f分量。[0122]圖14中，采用了一體形式的環(huán)形磁鐵11，但也可如圖17及圖19那樣，采用按各磁極分割的扇形磁鐵12。[0123]圖17是示出本實用新型實施方式3的其他結構例的剖視圖，示出采用了扇形磁鐵12的永磁式同步電動機的與軸方向垂直的剖面。[0124]圖18是示出未對扇形磁鐵12設置層扭斜的狀態(tài)的立體圖。圖19是示出本實用新型實施方式3的對扇形磁鐵12設置了層扭斜的(磁極間的位置發(fā)生了移位)狀態(tài)的立體圖。即使在如圖19那樣采用了扇形磁鐵12的情況下，通過將扇形磁鐵12沿軸方向分割成2層以上并使軸方向的磁極間的貼附位置移位，也能夠與前述的實施方式I同樣地充分抑制齒槽轉矩的4f分量。此外，該情況下也是，永磁式同步電動機的相對于扭斜角度0的電動機輸出特性如圖16所示那樣，電動機輸出特性與環(huán)形磁鐵11的情況同樣地提高。圖14 圖19中，示出環(huán)形磁鐵11或扇形磁鐵12 (轉子I)的磁極數(shù)為10極的情況，但并不限于此，也可與前述一樣，與Z/{3 (相)X2P}的值為2/7的14極的轉子I組合，成為14極12槽的電動機結構。如上所述，本實用新型實施方式3 (圖1、圖14、圖19)的永磁式同步電動機具備:形成為圓環(huán)狀并施加有繞組的Z個(Z為自然數(shù))定子槽21 ;配置在定子槽21的圓環(huán)狀內的轉子I ;和與轉子一體構成并與定子槽21對置地配置的2P極(P為自然數(shù))的環(huán)形磁鐵11或扇形磁鐵12 (永磁鐵)，并構成為Z/{3 (相)X2P}的值為2/5或2/7。在環(huán)形磁鐵11或扇形磁鐵12的與定子槽21的對置面，以電角度相對于轉子I的軸方向為42度 128度的方式設置至少2層以上的層扭斜。由此，既能夠與前述的實施方式1、2—樣、充分抑制齒槽轉矩的4f 分量，又能夠像層扭斜中的電動機輸出特性(圖16)那樣、與前述的設置連續(xù)扭斜的情況相比減小基波的降低，因此，還能夠提高輸出特性。(實施例4)上述實施方式3 (圖14、圖19)中，采用2層環(huán)形磁鐵11或扇形磁鐵12來形成層扭斜，但也可如圖20、圖21那樣來構成:采用3層環(huán)形磁鐵Ilallc或扇形磁鐵12a 12c，以通過中央部成為對稱關系的方式形成層扭斜，并與前述的實施方式2 —樣，使相對于轉子I的旋轉方向的扭斜角度9的開始位置和結束位置相同。圖20 (圖21)是示出本實用新型實施方式4的永磁式同步電動機的轉子I及環(huán)形磁鐵11 (扇形磁鐵12)的立體圖,對與前述一樣的部分加有與前述相同的標號并省略詳細描述。此外，本實用新型實施方式4的整體結構如圖1所示那樣。在圖20 (圖21)中，環(huán)形磁鐵11 (扇形磁鐵12)中的軸方向的兩端部的環(huán)形磁鐵lla、llc (扇形磁鐵12a、12c)的旋轉方向位置被設定為相同。此外，軸方向的中央部的環(huán)形磁鐵Ilb (扇形磁鐵12b)的旋轉方向位置相對于兩端部的磁鐵僅移位扭斜角度0。此外,兩端部的環(huán)形磁鐵lla、llc (扇形磁鐵12a、12c)的各軸方向的長度Ha、He被設定為相同值，所述兩端部的磁鐵長度之和(Ha+Hc)被設定為與中央部的環(huán)形磁鐵Ilb(扇形磁鐵12b)的磁鐵長度Hb相同的值。由此，既能切實地抑制槽轉矩的4f分量，又能與前述的實施方式2 —樣，消除在通有電動機電流并加有負荷的狀態(tài)下、因扭斜在軸方向上產生的推力。
尤其是，通過將兩端部的磁鐵長度之和(Ha+Hc)和中央部的磁鐵長度Hb設定為相同值，能夠切實地抵消推力。[0140]另外，圖20、圖21中，示出環(huán)形磁鐵11或扇形磁鐵12 (轉子I)的磁極數(shù)為10極的情況，但并不限于此，也可與前述一樣，與Z/{3 (相)X2P}的值為2/7的14極的轉子I組合，成為14極12槽的電動機結構。此外，此處構成3層的層扭斜，但也可由任意數(shù)的(2n+l)層(n為自然數(shù))構成，只要扭斜角度的開始位置和結束位置相同即可。(實施例5)另外，上述實施方式廣4 (圖T圖21)中，為了抑制齒槽轉矩的4f分量，對轉子I側設置了扭斜，但也可如圖22 圖33所示那樣，在定子2側(定子槽21)設置扭斜。該情況下，作為轉子I，例如，也可應用未設置扭斜的結構(參照圖6、圖18)。此外，本實用新型實施方式5的整體結構如圖1所示那樣。圖22 圖33示出本實用新型實施方式5的定子槽21，圖22是示出設置了連續(xù)扭斜的情況的定子槽21的I個齒的軸方向上端部的剖面形狀的剖視圖。此外，圖23是示出設置了連續(xù)扭斜的情況的定子槽21的I個齒的軸方向下端部的剖面形狀的剖視圖。圖24是示出具有圖22及圖23 (軸方向的跟前側及進深側)的上下剖面形狀的定子槽21的I個齒的立體圖。圖24中，定子槽21的I個齒形狀通過僅齒端面在軸方向上變化而形成連續(xù)扭斜，并具有與前述一樣的扭斜角度0。圖25是示出排列多個圖24的齒而制作定子2的情況的內表面構造的立體圖，圖26是平面示出圖25的定子槽21的齒端面形狀的展開圖。在采用了圖22 圖26所示的定子槽21的永磁式同步電動機中，齒槽轉矩相對于扭斜角度9的關系如前述的圖8所示那樣。另外，即使在如圖22 圖26那樣對定子槽21 (定子2)設有連續(xù)扭斜的情況下，也能如圖27所示那樣，形成為將關于旋轉方向的齒位置在軸方向的上表面(跟前)側和下表面(進深)側設定為相同位置而使中央部分的齒位置移位的形狀，由此，能夠消除因扭斜而在轉子I上產生的推力。圖27中，齒端面處于如下位置關系:在軸方向的上端側和下端側位于相同位置，齒中央部分位于不同位置。圖28是平面示出圖27的定子槽21的端面形狀的展開圖。另外，圖22 圖28中，對定子槽21設置了連續(xù)扭斜，但也可如圖29 圖33所示那樣，對定子槽21設置層扭斜。圖29是示出設置有層扭斜的情況的定子槽21的I個齒的立體圖，示出在齒的中央部分、齒端面形狀發(fā)生了變化的狀態(tài)。圖29中，定子槽21的齒端面相對于軸方向在齒中央部分以后成為點對稱形狀。圖30是示出排列了多個圖29的齒的定子槽21的內表面構造的立體圖，圖31是平面示出圖30的定子槽21的端面形狀的展開圖。圖30中，定子槽21的各齒直到軸方向的中心部分形成為相同形狀，因此，無需具有多個模具。如圖30、圖31所示，即使在各齒的中央部分、端面形狀改變的情況下，也能與前述一樣地充分抑制相對于扭斜角度e的齒槽轉矩的4f分量。此外，在如圖29 圖31那樣對定子槽21設有層扭斜的情況下，也可如圖32所示那樣形成為齒的軸方向的跟前側和進深側的位置關系不變、僅中央部的位置關系變化的形狀。圖32中，定子槽21的各齒的端面處于如下位置關系:在軸方向的上側和下側處于同一位置，齒中央部分處于不同位置。圖33 是平面示出圖32的定子槽21的端面形成的展開圖。即使在采用了圖31 圖33的定子2的永磁式同步電動機中，也可與前述一樣獲得對齒槽轉矩的4f分量的抑制效果。此外，通過形成為圖32的定子形狀，能夠消除因扭斜而在轉子I上產生的推力。如上所述，本實用新型實施方式5 (圖1、圖6、圖18、圖22 圖33)的永磁式同步電動機具備:形成為圓環(huán)狀并施加有繞組的Z個(Z為自然數(shù))定子槽21 ;配置在定子槽21的圓環(huán)狀內的轉子I ;和與轉子I 一體構成并與定子槽21對置地配置的2P極(P為自然數(shù))的環(huán)形磁鐵11或扇形磁鐵12 (永磁鐵)，并構成為Z/{3 (相)X2P}的值為2/5或2/7。對與環(huán)形磁鐵11或扇形磁鐵12對置的定子槽21的頂端形狀，設有電角度相對于轉子I的軸方向為42度 128度的連續(xù)扭斜或層扭斜。這樣,通過在定子槽21的端面設置扭斜構造,可與前述一樣充分抑制齒槽轉矩的4f分量。此外，當在轉子I側也設有扭斜的情況下，能夠抑制另外的齒槽轉矩的分量，還能夠降低齒槽轉矩。此外，如圖32那樣，在連續(xù)扭斜或層扭斜中，將扭斜角度的開始位置和結束位置設定成關于轉子I的旋轉方向相同，由此，能夠抑制推力的產生。標號說明1:轉子，2:定子,3:框架，IUlla^llc:環(huán)形磁鐵,12、12a 12c:扇形磁鐵，21:定
子槽，31:內徑部，e:扭斜角度。
權利要求1.一種永磁式同步電動機，其具備: Z個定子槽，該定子槽形成為圓環(huán)狀并施加有繞組，Z為自然數(shù)； 轉子，該轉子配置在所述定子槽的圓環(huán)狀內；和 2P極永磁鐵，該永磁鐵與所述轉子一體構成并與所述定子槽對置地配置，P為自然數(shù)， 所述永磁式同步電動機以Z/{3 (相)X2P}的值為2/5或2/7的方式構成， 所述永磁式同步電動機的特征在于， 在所述永磁鐵的與所述定子槽的對置面，設有電角度相對于所述轉子的軸方向為42度 128度的連續(xù)扭斜。
2.如權利要求1所述的永磁式同步電動機，其特征在于， 所述連續(xù)扭斜被設置成:所述轉子的軸方向的扭斜角度的開始位置和結束位置關于所述轉子的旋轉方向相同。
3.—種永磁式同步電動機，其具備: Z個定子槽，該定子槽形成為圓環(huán)狀并施加有繞組，Z為自然數(shù)； 轉子，該轉子配置在所述Z個定子槽的圓環(huán)狀內；和 2P極永磁鐵，該永磁鐵與所述轉子一體構成并與所述定子槽對置地配置，P為自然數(shù)， 所述永磁式同步電動機以Z/{3 (相)X2P}的值為2/5或2/7的方式構成， 所述永磁式同步電動機的特征在于， 在所述永磁鐵的與所述定子槽的對置面，以電角度相對于所述轉子的軸方向為42度 128度的方式，設有至少2層以上的層扭斜。
4.如權利要求3所述的永磁式同步電動機，其特征在于， 所述層扭斜由2n+l層構成，并被設置成扭斜角度的開始位置和結束位置關于所述轉子的旋轉方向相同，n為自然數(shù)。
5.—種永磁式同步電動機,其具備: Z個定子槽，該定子槽形成為圓環(huán)狀并施加有繞組，Z為自然數(shù)； 轉子，該轉子配置在所述Z個定子槽的圓環(huán)狀內；和 2P極永磁鐵，該永磁鐵與所述轉子一體構成并與所述定子槽對置地配置，P為自然數(shù)， 所述永磁式同步電動機以Z/{3 (相)X2P}的值為2/5或2/7的方式構成， 所述永磁式同步電動機的特征在于， 對與所述永磁鐵對置的所述定子槽的頂端形狀，設有電角度相對于所述轉子的軸方向為42度 128度的連續(xù)扭斜或層扭斜。
6.如權利要求5所述的永磁式同步電動機，其特征在于， 所述連續(xù)扭斜或所述層扭斜被設置成:扭斜角度的開始位置和結束位置關于所述轉子的旋轉方向相同。
專利摘要獲得能夠充分抑制2f分量及4f分量的齒槽轉矩的永磁式同步電動機。該永磁式同步電動機具備形成為圓環(huán)狀并施加有繞組的Z個定子槽(21)；配置在定子槽(21)的圓環(huán)狀內的轉子(1)；和與轉子(1)一體構成并與定子槽(21)對置地配置的2P極的環(huán)形磁鐵(11)。以Z/{3(相)×2P}的值為2/5或2/7的方式構成。在環(huán)形磁鐵(11)的與定子槽(21)的對置面，設有電角度相對于轉子(1)的軸方向為42度~128度的連續(xù)扭斜。
文檔編號H02K1/27GK203027042SQ20109000141
公開日2013年6月26日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權日2010年3月19日
發(fā)明者田中敏則, 山口信一 申請人:三菱電機株式會社