本發(fā)明涉及利用轉(zhuǎn)子所使用的永久磁鐵的磁力和在卷繞于定子的繞組中流過電流而產(chǎn)生的磁力來使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的同步電動機。

背景技術：

在使用了永久磁鐵的同步電動機中，通過轉(zhuǎn)子所使用的永久磁鐵的磁力和在卷繞于定子的繞組中流過電流而產(chǎn)生的磁力的相互作用會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，從而轉(zhuǎn)子進行旋轉(zhuǎn)。一般而言，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與電流的大小成比例，但是當為了得到更大的轉(zhuǎn)矩而流過大電流時，從定子產(chǎn)生的強磁通會導致轉(zhuǎn)子的永久磁鐵發(fā)生不可逆退磁，從而轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁通會減少，轉(zhuǎn)矩也會減小。

尤其是在轉(zhuǎn)子上被極性各向異性取向的永久磁鐵中，磁極間的徑向厚度較薄，磁極間的易磁化方向為旋轉(zhuǎn)方向。因此，當在繞組中流過電流時，磁通集中在定子鐵芯的齒槽(slot)開口部，從定子產(chǎn)生的反向磁場(counter magnetic field)使磁極間的永久磁鐵從正面受到反向磁場，從而易于產(chǎn)生不可逆退磁。

在下述專利文獻1所示的現(xiàn)有的同步電動機中，在永久磁鐵的外周面上與定子鐵芯對置的面的磁極之間，形成有沿著軸向延伸的槽。現(xiàn)有的同步電動機通過在轉(zhuǎn)子的外周面設置槽，能夠抑制被施加反向磁場所引起的永久磁鐵的不可逆退磁而導致的磁通量的減少。

專利文獻1：日本特開2004-88855號公報

技術實現(xiàn)要素：

但是，因為在轉(zhuǎn)子的外周面設置槽的結(jié)構就相當于增大轉(zhuǎn)子與定子鐵芯之間的間隙，所以會減少從轉(zhuǎn)子的永久磁鐵與定子鐵芯的繞組交鏈的磁通量。因此，如上述專利文獻1所代表的現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子的那樣，僅在永久磁鐵的表面設置槽難以實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩提高。

本發(fā)明是鑒于上述內(nèi)容而完成的，其目的在于得到一種即便在使用利用了被極性各向異性取向的永久磁鐵的轉(zhuǎn)子的情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)矩提高的同步電動機。

為了解決上述的課題，實現(xiàn)目的，本發(fā)明具備：定子鐵芯；轉(zhuǎn)子，其配置在上述定子鐵芯的內(nèi)徑側(cè)；以及圓筒狀的永久磁鐵，其配置在上述轉(zhuǎn)子的外周部，且具有極性各向異性取向，上述永久磁鐵的軸向長度長于上述定子鐵芯的軸向長度，在上述永久磁鐵的外周面上，在與上述定子鐵芯對置的部分以及未與上述定子鐵芯對置的部分的軸向一側(cè)，形成有沿著軸向延伸的槽，其中，沿著磁極間的旋轉(zhuǎn)方向隔著一定間隔地形成上述槽。

根據(jù)本發(fā)明，起到即便在使用利用了被極性各向異性取向的永久磁鐵的轉(zhuǎn)子的情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)矩提高的效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實施方式1涉及的同步電動機的立體圖。

圖2是圖1示永久磁鐵的立體圖。

圖3是圖1示同步電動機的側(cè)視圖。

圖4是表示永久磁鐵的易于產(chǎn)生不可逆退磁的部分的圖。

圖5是表示從永久磁鐵的懸伸(overhang)部流向定子鐵芯的磁通的圖。

圖6是本發(fā)明的實施方式2涉及的同步電動機的局部放大圖。

圖7是表示圖6所示的槽的形狀的變形例的圖。

圖8是通過磁場解析求出定子鐵芯的齒槽開口部附近的磁通密度分布的圖。

符號說明

1定子鐵芯；1a軛；1b齒部；1c齒槽；1d齒槽開口部；2永久磁鐵；2a外周面；3轉(zhuǎn)子鐵芯；4旋轉(zhuǎn)軸；5轉(zhuǎn)子；6繞組；7間隙；100同步電動機。

具體實施方式

下面，基于附圖詳細地說明本發(fā)明涉及的同步電動機的實施方式。另外，本發(fā)明不限于該實施方式。

實施方式1

圖1是本發(fā)明的實施方式1涉及的同步電動機的立體圖，圖2是圖1所示的永久磁鐵的立體圖，圖3是圖1所示的同步電動機的側(cè)視圖。

圖1所示的同步電動機100具備：定子鐵芯1；以及轉(zhuǎn)子5，其與定子鐵芯1的內(nèi)徑側(cè)隔著間隙7地配置。在圖1中省略了圖3所示的繞組6。

定子鐵芯1具有：環(huán)狀的軛1a，其由沿著軸向?qū)盈B多個沖裁成特定形狀的電磁鋼板而成；以及多個齒部1b，其在軛1a的內(nèi)徑側(cè)沿著旋轉(zhuǎn)方向隔著一定間隔地配置，且從軛1a向軛1a的中心方向延伸。

齒部1b具有：繞組部1b1，其用于卷繞圖3所示的繞組6；以及傘狀的前端部1b2，其形成在各個齒部1b的內(nèi)徑側(cè)，轉(zhuǎn)子對置面1b3沿著旋轉(zhuǎn)方向擴展。

在定子鐵芯1上，形成有多個齒槽1c和多個齒槽開口部1d。齒槽1c是由軛1a、繞組部1b1以及前端部1b2劃分出的空間，在齒槽1c中收納繞組6。齒槽開口部1d是在相鄰的前端部1b2的旋轉(zhuǎn)方向端部所對置的部分形成的空間。

轉(zhuǎn)子5具有：環(huán)狀的轉(zhuǎn)子鐵芯3，其由沿著軸向?qū)盈B多個沖裁成特定形狀的電磁鋼板而成；圓筒狀的永久磁鐵2，其配置在轉(zhuǎn)子鐵芯3的外周側(cè)，在外周面2a形成有多個磁極并被進行了與磁極數(shù)對應的極性各向異性的取向；以及旋轉(zhuǎn)軸4，其配置在轉(zhuǎn)子鐵芯3的徑向中心部。

當將永久磁鐵2的從一個軸向端面2b1到另一個軸向端面2b2作為永久磁鐵2的軸向長度L1，并將從定子鐵芯1的一個軸向端面1e1到另一個軸向端面1e2作為定子鐵芯1的軸向長度L2時，永久磁鐵2的軸向長度L1長于定子鐵芯1的軸向長度L2。

如圖2、圖3所示那樣，在永久磁鐵2的外周面2a上形成有多個槽2a1、軸端側(cè)面2a2以及多個磁極外周面2a3。

槽2a1形成在永久磁鐵2的外周面2a上與定子鐵芯1對置的部分，且形成在磁極間A。圖示例的槽2a1呈底面2a11從軸端側(cè)面2a2側(cè)的軸向端面2a12延伸到軸向端部2a13的形狀。圖示例的槽2a1不僅形成在與定子鐵芯1對置的部分，還形成在未與定子鐵芯1對置的部分。

軸端側(cè)面2a2是永久磁鐵2的外周面2a上永久磁鐵2的軸向端面2b1側(cè)未與定子鐵芯1對置的部分，位于槽2a1和軸向端面2b1之間。磁極外周面2a3位于永久磁鐵2的外周面2a上的磁極外周面，從軸向端面2b1一直形成到軸端側(cè)面2a2。

這樣，永久磁鐵2的軸向長度長于定子鐵芯1的軸向長度，在永久磁鐵2的外周面2a上與定子鐵芯1對置的部分的磁極間A形成有槽2a1，并且，在永久磁鐵2的外周面2a上永久磁鐵2的軸向一側(cè)的未與定子鐵芯1對置的部分形成有槽2a1。

圖4是表示永久磁鐵的易于產(chǎn)生不可逆退磁的部分的圖。在圖4中，放大表示繞組部1b1、前端部1b2、轉(zhuǎn)子對置面1b3以及永久磁鐵2的外周面2a。符號a的箭頭表示進行過極性各向異性取向的永久磁鐵2的易磁化方向。符號b的箭頭表示當在圖3所示的繞組6流過電流時所產(chǎn)生的磁通的路徑。符號c所示的區(qū)域表示在永久磁鐵2的磁極間A產(chǎn)生不可逆退磁的部分。

易磁化方向a是與永久磁鐵2的外周面2a平行的方向。在圖3所示的繞組6流過電流時所產(chǎn)生的磁通的一部分易于在相鄰的前端部1b2之間引起短路，而在齒槽開口部1d產(chǎn)生磁通集中。尤其是在繞組6流過大值電流的情況下，在齒槽開口部1d的旋轉(zhuǎn)方向中央部B會產(chǎn)生朝向與轉(zhuǎn)子對置面1b3平行的強磁通。該磁通作為反方向的磁場被施加給沿著磁極間A的旋轉(zhuǎn)方向取向的永久磁鐵2。由于該反向磁場，磁極間A的永久磁鐵2在符號c的區(qū)域產(chǎn)生不可逆退磁。

本實施方式涉及的永久磁鐵2在外周面2a上與定子鐵芯1對置的部分的磁極間A設置有槽2a1。通過設置槽2a1，能夠擴大符號c所示的部分和齒槽開口部1d之間的距離，能夠抑制因在齒槽開口部1d產(chǎn)生的反向磁場而導致的不可逆退磁。此外，由于能夠抑制因反向磁場而導致的不可逆退磁，從而能夠在繞組6流過大電流，能夠使同步電動機100高轉(zhuǎn)矩化。

但是，因為在永久磁鐵2的外周面2a上設置槽2a1的結(jié)構相當于擴大了間隙7，所以從永久磁鐵2向繞組6交鏈的磁通量減小。作為其對策，永久磁鐵2采用的結(jié)構為有效地利用在其相對于定子鐵芯1的兩端部懸伸的部分處設置的永久磁鐵2的磁通。

圖5是表示從永久磁鐵的懸伸部流向定子鐵芯的磁通的圖。懸伸長OH1表示永久磁鐵2的從軸向中心位置到軸向端面2b1的長度與定子鐵芯1的從軸向中心位置到軸向端面1e1的長度的差值。懸伸長OH2表示永久磁鐵2的從軸向中心位置到軸向端面2b2的長度與定子鐵芯1的從軸向中心位置到軸向端面1e2的長度的差值。懸伸部2c1是與懸伸長OH1對應的永久磁鐵2的軸端部。懸伸部2c2是與懸伸長OH2對應的永久磁鐵2的軸端部。

從永久磁鐵2的懸伸部2c1發(fā)出的磁通d1被引到透磁率高的軟磁性體，與定子鐵芯1交鏈。同樣地，永久磁鐵2的懸伸部2c2的磁通d2與定子鐵芯1交鏈。

這樣，同步電動機100是如下的結(jié)構：通過在永久磁鐵2的外周面2a上與定子鐵芯1對置的部分設置槽2a1，來抑制由于反向磁場而導致的影響并實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的提高，通過利用未與定子鐵芯1對置的懸伸部2c1、2c2的磁通d1、d2，來實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的進一步提高。

另外，懸伸部2c1、2c2因為難以受到來自定子鐵芯1的反向磁場的影響，所以在懸伸部2c1、2c2上不需要槽2a1。另一方面，在通過注射成型來制造永久磁鐵2的情況下，如果在永久磁鐵2的外周面2a上的軸向中央部上設置槽2a1，則難以脫模。

因此，在圖示例的永久磁鐵2中，僅在永久磁鐵2的外周面2a上槽2a1與軸向端面2b1之間設置不存在槽2a1的部分，即設置軸向端面2b2。因此，通過注射成型，能夠制造出在表面具有多個磁極的永久磁鐵2，能夠?qū)崿F(xiàn)價廉的轉(zhuǎn)子。此外，能夠利用與現(xiàn)有技術同樣的制造方法以及制造設備來生產(chǎn)永久磁鐵2，能夠抑制制造成本的增加。

另外，本實施方式涉及的永久磁鐵2的兩軸端部相對于定子鐵芯1的軸端部懸伸，但是也可以是僅使其中一個軸端部懸伸的結(jié)構。該結(jié)構也能夠利用懸伸部分的磁通來實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩提高。另外，在本實施方式涉及的轉(zhuǎn)子5中，利用了轉(zhuǎn)子鐵芯3和旋轉(zhuǎn)軸4，但是也可以利用擴大了直徑的旋轉(zhuǎn)軸4代替轉(zhuǎn)子鐵芯3。

實施方式2

圖6是本發(fā)明的實施方式2涉及的同步電動機的局部放大圖，圖7是表示圖6所示的槽的形狀的變形例的圖，圖8是通過磁場解析求出定子鐵芯的齒槽開口部附近的磁通密度分布的圖。

在圖6、圖7中，表示了齒部1b的縱截面和與齒部1b對置的位置的永久磁鐵2的縱截面。當將槽2a1與軸端側(cè)面2a2之間的邊界部的軸向位置作為a并將軸向端面1e1的軸向位置作為b時，D1表示從位置a到位置b的距離。距離D1例如相當于從前端部1b2的轉(zhuǎn)子對置面1b3到槽2a1的底面2a11的寬度的二分之一，即相當于間隙7的寬度G與槽2a1的徑向深度D2之和的二分之一，或相當于從前端部1b2的轉(zhuǎn)子對置面1b3到槽2a1的底面2a11的寬度。

在圖6的同步電動機100中，從轉(zhuǎn)子對置面1b3到底面2a11的寬度在從軸向端面1e1的位置b到沿著軸向隔著距離D1的邊界部a是一定的。在圖7的同步電動機100中，從轉(zhuǎn)子對置面1b3到底面2a11的寬度到軸向端面1e1的位置b是一定的，在從軸向端面1e1的位置b到沿著軸向隔著距離D1的邊界部a是逐漸變窄的圓弧狀。

圖8的橫軸表示前端部1b2的軸向位置，一個刻度表示1mm?？v軸表示與圖4所示的前端部1b2隔著一定距離的位置中的磁通密度呈最大值的位置處的磁通密度，即表示齒槽開口部1d的旋轉(zhuǎn)方向中央部B處的磁通密度。此處的磁通密度表示的是在與圖4所示的前端部1b2的轉(zhuǎn)子對置面1b3平行的朝向上產(chǎn)生的磁通的每單位面積的面密度。

橫軸的左端表示前端部1b2的軸向中央的位置P1。實線A表示前端部1b2的軸向端面1e1的位置P2。比位置P2靠左側(cè)的區(qū)域表示齒部1b與永久磁鐵2對置的部分處的磁通密度，比位置P2靠右側(cè)的區(qū)域表示齒部1b未與永久磁鐵2對置的部分處的磁通密度。虛線B表示與槽2a1的底面2a11相當?shù)奈恢玫拇磐芏戎械妮S向位置位于中央位置P1處的磁通密度。虛線C表示虛線B與曲線a的交點處的軸向位置即曲線a的磁通密度中的、與虛線B的磁通密度為相同值的部分處的位置P3。

曲線a表示與前端部1b2的轉(zhuǎn)子對置面1b3在朝向徑向內(nèi)側(cè)相距了間隙7的寬度G的位置處的磁通密度的變化。曲線c表示從前端部1b2的轉(zhuǎn)子對置面1b3向徑向內(nèi)側(cè)相距了間隙7的寬度G和槽2a1的深D2相加后的尺寸的位置、即槽2a1的底面2a11的位置處的磁通密度的變化。曲線b表示上述兩個位置的中間位置、即相距了間隙7的寬度G和深度D2的二分之一的深度相加后的尺寸的位置處的磁通密度的變化。

在圖8所示的磁通密度的解析模型中，將定子鐵芯1的內(nèi)徑設為50mm，將間隙7的寬度G設為0.4mm，將槽2a1的徑向深D2設為1.0mm。因此，寬度G和深度D2相加的值是1.4mm，寬度G和深度D2相加后的值的二分之一的值是0.7mm。

在此，如果以虛線B的磁通密度為基準來觀察永久磁鐵2的外周面2a的位置P3，則可知從位置P2到位置P3的寬度W是一個刻度以下。寬度W是例如從前端部1b2的轉(zhuǎn)子對置面1b3到槽2a1的底面2a11的寬度的二分之一，相當于圖6、圖7所示的距離D1。這是因為，存在著當繞組6流過電流時所產(chǎn)生的磁通沿著軸向泄漏的路徑，齒部1b與永久磁鐵2對置的部分處的磁通密度會變低。因此，在齒部1b的軸向端面1e1的附近，即便永久磁鐵2靠近齒部1b，永久磁鐵2也難以退磁，能夠有效地利用永久磁鐵2的磁力，能夠?qū)崿F(xiàn)退磁影響小的同步電動機100。

圖6、圖7所示的永久磁鐵2的軸端側(cè)面2a2形成在從齒部1b的軸向端面1e1沿著軸向隔開距離D1的位置與永久磁鐵2的軸向端面2b1之間。因此，即便是在永久磁鐵2的外周面2a，永久磁鐵2的軸端側(cè)面2a2受到來自定子鐵芯1的反向磁場的影響也與槽2a1的底面2a11相同。為了進一步地減少不可逆退磁的影響，使距離D1的值與從槽2a1的底面2a11到定子鐵芯1距離相同即可。

另外，圖8所示的位置P2處的曲線b的磁通密度與位置P2處的曲線c的磁通密度相等。因此，槽2a1的徑向深度D2無需如圖6所示那樣到軸向端面2a12為止保持一定，也可以如圖7所示那樣到與軸向端面1e1相同的位置為止形成底面2a11，從底面2a11到隔開距離D1的位置為止圓弧狀地變化。

如上面所說明了的那樣，實施方式1、實施方式2涉及的同步電動機100具備：定子鐵芯1；轉(zhuǎn)子5；以及圓筒狀的永久磁鐵2，其配置在轉(zhuǎn)子5的外周部，且具有極性各向異性取向，永久磁鐵2的軸向長度長于定子鐵芯1的軸向長度，在永久磁鐵2的外周面2a上，與定子鐵芯1對置的部分，形成有沿著軸向延伸的槽2a1，其中，沿著磁極間A的旋轉(zhuǎn)方向隔著一定間隔地形成槽2a1，在永久磁鐵2的外周面2a上僅在永久磁鐵2的軸向一側(cè)的未與定子鐵芯1對置的部分，形成有槽2a1。根據(jù)該結(jié)構，是通過在永久磁鐵2的外周面2a上與定子鐵芯1對置的部分設置槽2a1，來抑制由于反向磁場而導致的影響并實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩提高，通過利用未與定子鐵芯1對置的懸伸部2c1、2c2的磁通d1、d2，來實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的進一步提高的結(jié)構。并且，在永久磁鐵2中，在兩軸端部中僅在一個軸端部設置有軸向端面2b2，因此，能夠通過注射成型，制造出在表面具有多個磁極的永久磁鐵2，能夠?qū)崿F(xiàn)價廉的轉(zhuǎn)子。此外，能夠利用與現(xiàn)有技術同樣的制造方法以及制造設備來生產(chǎn)永久磁鐵2，能夠抑制制造成本的增加。

此外，在實施方式2的同步電動機100中，在永久磁鐵2的外周面2a上，從自齒部1b的一個軸向端面1e1向在齒部1b的一個軸向端面1e1側(cè)存在的永久磁鐵2的一個軸向端面2b1側(cè)隔開一定距離D1的位置a，到永久磁鐵2的另一個軸向端面2b2之間，形成有沿著軸向延伸的槽2a1，其中，沿著磁極間A的旋轉(zhuǎn)方向隔開一定間隔地形成槽2a1。根據(jù)該結(jié)構，在齒部1b的軸向端面附近，永久磁鐵2難以退磁，能夠有效地利用永久磁鐵2的磁力，能夠?qū)崿F(xiàn)退磁影響小的同步電動機。

此外，在實施方式2的同步電動機中，從齒部1b的一個軸向端面1e1到朝向永久磁鐵2的一個軸向端面2b1側(cè)隔著一定距離D1的位置a的距離是相當于從齒部1b的前端部1b2的轉(zhuǎn)子對置面1b3到槽2a1的底面2a11的徑向?qū)挾鹊亩种坏木嚯x。根據(jù)該結(jié)構，當在繞組6流過電流時所產(chǎn)生的磁通向軸向泄漏，齒部1b與永久磁鐵2對置的部分的磁通密度變低。因此，在齒部1b的軸向端面1e1的附近，永久磁鐵2難以退磁，能夠有效地利用永久磁鐵2的磁力，能夠?qū)崿F(xiàn)退磁影響小的同步電動機。

此外，在實施方式2的同步電動機中，從齒部1b的一個軸向端面1e1到朝向永久磁鐵2的一個軸向端面2b1側(cè)隔著一定距離D1的位置a的距離是相當于從齒部1b的前端部1b2的轉(zhuǎn)子對置面1b3到槽2a1的底面2a11的徑向?qū)挾鹊木嚯x。根據(jù)該結(jié)構，從定子鐵芯1的端部沿著軸向泄漏的磁通也會變得少于從定子鐵芯1向槽流過的磁通。因此，在齒部1b的軸向端面1e1的附近，永久磁鐵2難以退磁，能夠有效地利用永久磁鐵2的磁力，能夠?qū)崿F(xiàn)退磁影響進一步變小的同步電動機。

此外，在實施方式2的同步電動機中，永久磁鐵2的槽2a1是從齒部1b的一個軸向端面1e1朝向永久磁鐵2的另一個軸向端面2b2深度逐漸變大的形狀，槽2a1的底面2a11形成為圓弧狀。根據(jù)該結(jié)構，定子鐵芯1的軸端部附近的磁通密度由于受到磁通向軸向泄漏的影響而逐漸變低，因此即便永久磁鐵2的槽2a1的深度與其相對應地逐漸變淺，從定子鐵芯1施加的磁場也低并難以退磁。因此，能夠從轉(zhuǎn)子5得到更多的磁通，能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)矩提高。

在上面的實施方式中表示的結(jié)構用于表示本發(fā)明內(nèi)容的一個示例，能夠與其它公知技術進行組合，在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)能夠省略或者變更結(jié)構中的一部分。