專利名稱：電動機(jī)及其轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子用磁芯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動機(jī)，特別涉及永久磁鐵埋入型的電動機(jī)的轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在永久磁鐵埋入型的電動機(jī)的轉(zhuǎn)子中，例如在通過層疊鋼板而構(gòu)成 的磁芯中埋入永久磁鐵。并且，在轉(zhuǎn)子的外周或內(nèi)周設(shè)有定子。該永久磁鐵所產(chǎn)生的磁通中的僅經(jīng)由磁芯而不經(jīng)由定子的磁通不能 有效幫助產(chǎn)生扭矩。因此，為了減少僅經(jīng)由磁芯的磁通，提出了在永久 磁鐵的與磁極面不同的端部設(shè)置非磁性部的結(jié)構(gòu)(例如專利文獻(xiàn)1)。通 過研究該非磁性部的形狀，也提出實現(xiàn)了鐵損、銅損的減少的技術(shù)(專利文獻(xiàn)2)、得到虛擬扭斜的技術(shù)(專利文獻(xiàn)3)、降低奇數(shù)次諧波的技術(shù) (專利文獻(xiàn)4)。專利文獻(xiàn)l:日本特開平11-98731號公報專利文獻(xiàn)2:日本特開2002-4488號公報專利文獻(xiàn)3:日本特開2000-69695號公報專利文獻(xiàn)4:國際公開第2005/004307號小冊子一般地，如果轉(zhuǎn)子表面的磁通密度分布為正弦波狀，則與定子交鏈 的磁通也為正弦波狀。相反，諧波成分導(dǎo)致鐵損和噪音的增加以及控制 性的困難。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的在于，提供改善轉(zhuǎn)子表面的磁通密度的結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯18的第1方式為，該轉(zhuǎn)子用磁芯18具有配 置在軸Q的周圍的永久磁鐵埋設(shè)用孔12;以及從各個所述永久磁鐵埋設(shè)用孔的端部向中央繞軸配置的第1非磁性部13、第2非磁性部14和第3 非磁性部16。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第2方式形成為，在其第1方式中，從沿著 所述軸Q的方向觀察，所述第1非磁性部13的面積比所述第2非磁性部 14的面積大，所述第2非磁性部的面積比所述第3非磁性部16的面積大。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第3方式形成為，在其第1方式 第2方式 的任一方式中，將鄰接的所述永久磁鐵埋設(shè)用孔12彼此之間的位置作為 基準(zhǔn)位置來將所述第3非磁性部16的靠所述永久磁鐵埋設(shè)用孔12的中 央部側(cè)的端部的位置換算為繞所述預(yù)定位置Q的角度后得到的值03是， 用所述永久磁鐵埋設(shè)用孔12的個數(shù)的3倍的值除360度后得到的值。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第4方式形成為，在其第1方式 第3方式 的任一方式中，在將所述鄰接的所述永久磁鐵埋設(shè)用孔12彼此之間的位 置作為基準(zhǔn)位置來換算為繞所述預(yù)定位置Q的角度的情況下，相當(dāng)于所 述第1非磁性部13和所述第2非磁性部14之間的位置的角度07是用所 述永久磁鐵埋設(shè)用孔12的個數(shù)的7倍的值除360度后得到的值。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第5方式形成為，在其第1方式 第4方式 的任一方式中，所述第1非磁性部13、所述第2非磁性部14以及所述第 3非磁性部16是空隙。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第6方式形成為，在其第1方式 第5方式 的任一方式中，所述轉(zhuǎn)子用磁芯還具有第4非磁性部15，該第4非磁性 部15與所述第1非磁性部13、所述第2非磁性部14以及所述第3非磁 性部16 —起繞所述軸Q配置，且配置在所述第2非磁性部和所述第3非 磁性部之間。而且，在將鄰接的所述永久磁鐵埋設(shè)用孔12彼此之間的位 置作為基準(zhǔn)位置來換算為繞所述預(yù)定位置Q的角度的情況下，相當(dāng)于所 述第3非磁性部16和所述第4非磁性部15之間的位置的角度2 07是 相當(dāng)于所述第1非磁性部13和所述第2非磁性部14之間的位置的角度97 的2倍。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第7方式形成為，在其第1方式 第5方式 的任一方式中，所述轉(zhuǎn)子用磁芯還具有第4非磁性部15，該第4非磁性部15與所述第1非磁性部13、所述第2非磁性部14以及所述第3非磁 性部16 —起繞所述軸Q配置，且配置在所述第2非磁性部和所述第3非 磁性部之間。而且，將鄰接的所述永久磁鐵埋設(shè)用孔12彼此之間的位置 作為基準(zhǔn)位置來將所述第2非磁性部14和所述第4非磁性部15之間的 位置換算為繞所述預(yù)定位置Q的角度后得到的值05是，用所述永久磁鐵 埋設(shè)用孔12的個數(shù)的5倍的值除360度后得到的值。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第8方式形成為，在其第6方式 第7方式 的任一方式中，從沿著所述軸Q的方向觀察，所述第4非磁性部15的面 積比所述第2非磁性部14的面積小，且比所述第3非磁性部16的面積 大。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第9方式形成為，在其第6方式 第8方式 的任一方式中，所述第1非磁性部13、所述第2非磁性部14、所述第3 非磁性部16以及所述第4非磁性部15是空隙。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第10方式形成為，在其第1方式 第9方式 的任一方式中，配置在一個所述永久磁鐵埋設(shè)用孔12的端部的所述第1 非磁性部13和設(shè)置在與所述一個所述永久磁鐵埋設(shè)用孔鄰接的另一個所 述永久磁鐵埋設(shè)用孔的端部的所述第1非磁性部之間的距離L越從所述 軸Q接近定子所對置的一側(cè)越寬。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第ll方式形成為，該轉(zhuǎn)子用磁芯具有配置 在軸Q的周圍的永久磁鐵埋設(shè)用孔12;以及非磁性部13d、 13e，其從各個所述永久磁鐵埋設(shè)用孔的端部向中央繞軸延伸，至少具有一個階梯差 Pl、 P2、 P3、 P4，且其相對于延伸方向的寬度變窄。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第12方式形成為，在其第ll方式中，將鄰 接的所述永久磁鐵埋設(shè)用孔12彼此之間的位置作為基準(zhǔn)位置來將所述非 磁性部13d、 13e的靠所述永久磁鐵埋設(shè)用孔12的中央部側(cè)的端部P4的 位置換算為繞所述預(yù)定位置Q的角度后得到的值93是，用所述永久磁鐵 埋設(shè)用孔12的個數(shù)的3倍的值除360度后得到的值。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第13方式形成為，在其第11方式 第12方 式的任一方式中，將鄰接的所述永久磁鐵埋設(shè)用孔12彼此之間的位置作為基準(zhǔn)位置來將一個所述階梯差P2的位置換算為繞所述預(yù)定位置Q的角 度后得到的值05是，用所述永久磁鐵埋設(shè)用孔12的個數(shù)的5倍的值除 360度后得到的值。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第14方式形成為，在其第11方式 第13方 式的任一方式中，將鄰接的所述永久磁鐵埋設(shè)用孔12彼此之間的位置作 為基準(zhǔn)位置來將一個所述階梯差P1的位置換算為繞所述預(yù)定位置Q的角 度后得到的值07是，用所述永久磁鐵埋設(shè)用孔12的個數(shù)的7倍的值除 360度后得到的值。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第15方式形成為，在其第11方式 第14方 式的任一方式中，所述階梯差至少設(shè)置兩個，在將鄰接的所述永久磁鐵 埋設(shè)用孔12彼此之間的位置作為基準(zhǔn)位置來換算為繞所述預(yù)定位置Q的 角度的情況下，相當(dāng)于第1所述階梯差P3的位置的角度2 67是相當(dāng)于 第2所述階梯差Pl的位置的角度07的2倍。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第16方式形成為，在其第11方式 第15方 式的任一方式中，所述階梯差出現(xiàn)在所述永久磁鐵埋設(shè)用孔12側(cè)。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第17方式形成為，在其第11方式 第15方 式的任一方式中，所述階梯差出現(xiàn)在所述永久磁鐵埋設(shè)用孔12的相反側(cè)。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第18方式形成為，在其第11方式 第17方 式的任一方式中，所述非磁性部13d、 13e是空隙。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第19方式形成為，在其第11方式 第18方 式的任一方式中，配置在一個所述永久磁鐵埋設(shè)用孔12的端部的所述非 磁性部13d、 13e和設(shè)置在與所述一個所述永久磁鐵埋設(shè)用孔鄰接的另一 個所述永久磁鐵埋設(shè)用孔的端部的所述非磁性部之間的距離L越從所述 軸Q接近定子所對置的一側(cè)越寬。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子具有本發(fā)明涉及的第1方式 第19方式的任一方式 的轉(zhuǎn)子用磁芯；以及埋設(shè)在所述永久磁鐵埋設(shè)用孔12中的永久磁鐵10。本發(fā)明的電動機(jī)具有本發(fā)明涉及的轉(zhuǎn)子；以及以與所述軸Q平行 的方式與所述轉(zhuǎn)子對置的定子2。優(yōu)選在所述定子2上以分布巻繞的方式 巻繞有電樞繞組。9根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第1方式，在永久磁鐵埋設(shè)用孔中埋設(shè) 永久磁鐵來形成轉(zhuǎn)子的情況下，能夠緩和在由該永久磁鐵得到的磁極的 極間與磁極中央部之間，從永久磁鐵流向外部的勵磁磁通的量的階梯差。 由此，能夠使轉(zhuǎn)子表面的磁通密度接近正弦波。并且，能夠降低諧波，同時能夠提高機(jī)械強(qiáng)度，所述諧波將第1非磁性部和第2非磁性部之間、第2非磁性部和第3非磁性部之間的各個 位置轉(zhuǎn)換為以永久磁鐵埋設(shè)用孔彼此之間的位置為基準(zhǔn)的繞軸的角度后 得到的值作為零交叉的角度。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第2方式和第8方式，由于永久磁鐵埋 設(shè)用孔的端部的非磁性體的面積比中央部的非磁性體的面積大，所以， 在永久磁鐵埋設(shè)用孔中埋設(shè)永久磁鐵來形成轉(zhuǎn)子的情況下，從該永久磁 鐵產(chǎn)生的磁通中，永久磁鐵埋設(shè)用孔的端部的磁通難以流向外部。由此， 能夠使轉(zhuǎn)子表面的磁通密度接近正弦波。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第3方式，由于第3非磁性部的靠永久 磁鐵埋設(shè)用孔的中央部側(cè)的端部是相當(dāng)于埋設(shè)在永久磁鐵埋設(shè)用孔中的 永久磁鐵所產(chǎn)生的磁通的3次諧波為零的相位的位置，所以，即使在該 位置附近，磁通流向外部，也不會損害3次諧波的抑制。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第4方式，由于相當(dāng)于第1非磁性部和 第2非磁性部之間的位置的角度是相當(dāng)于埋設(shè)在永久磁鐵埋設(shè)用孔中的 永久磁鐵所產(chǎn)生的磁通的7次諧波為零的相位的位置，所以，即使在該 位置附近，磁通流向外部，也不會損害7次諧波的抑制，能夠提高機(jī)械 強(qiáng)度。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第5方式、第9方式、第18方式，通過 層疊打通后的鋼板，能夠容易地構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第6方式，能夠降低諧波，同時能夠進(jìn) 一步提高機(jī)械強(qiáng)度，該諧波將相當(dāng)于第1非磁性部和第2非磁性部之間 的位置的角度作為零交叉的角度。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第7方式，由于第2非磁性部和第4非 磁性部之間的位置是相當(dāng)于埋設(shè)在永久磁鐵埋設(shè)用孔中的永久磁鐵所產(chǎn)生的磁通的5次諧波為零的相位的位置，所以，即使在該位置附近，磁通流向外部，也不會損害5次諧波的抑制，能夠提高機(jī)械強(qiáng)度。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第10方式和第19方式，在定子所對置的一側(cè)，磁芯難以磁飽和。由此，在定子所對置的一側(cè)，能夠防止從插入一個永久磁鐵埋設(shè)用孔中的永久磁鐵所產(chǎn)生的磁通在轉(zhuǎn)子內(nèi)短路地流 到插入與其鄰接的另一個永久磁鐵埋設(shè)用孔中的永久磁鐵，能夠防止與定子交鏈并有助于扭矩產(chǎn)生的磁通的降低。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第11方式，在永久磁鐵埋設(shè)用孔中埋設(shè) 永久磁鐵來形成轉(zhuǎn)子的情況下，能夠通過非磁性部的寬度的差異來緩和 在由該永久磁鐵得到的磁極的極間與磁極中央部之間，從永久磁鐵流向 外部的磁通量的階梯差。由此，能夠使轉(zhuǎn)子表面的磁通密度接近正弦波。并且，能夠降低諧波，該諧波將非磁性部所具有的階梯差的位置轉(zhuǎn) 換為以永久磁鐵埋設(shè)用孔彼此之間的位置為基準(zhǔn)的繞軸的角度后得到的 值作為零交叉的角度。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第12方式，由于非磁性部的靠永久磁鐵 埋設(shè)用孔的中央部側(cè)的端部是相當(dāng)于埋設(shè)在永久磁鐵埋設(shè)用孔中的永久 磁鐵所產(chǎn)生的磁通的3次諧波為零的相位的位置，所以，即使在該位置 附近，磁通流向外部，也不會損害3次諧波的抑制。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第13方式，由于該階梯差的位置是相當(dāng) 于埋設(shè)在永久磁鐵埋設(shè)用孔中的永久磁鐵所產(chǎn)生的磁通的5次諧波為零 的相位的位置，所以，即使在該位置附近，磁通流向外部，也不會損害5 次諧波的抑制。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第14方式，由于相當(dāng)于該階梯差的位置 的角度是相當(dāng)于埋設(shè)在永久磁鐵埋設(shè)用孔中的永久磁鐵所產(chǎn)生的磁通的 7次諧波為零的相位的位置，所以，即使在該位置附近，磁通流向外部， 也不會損害7次諧波的抑制。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用磁芯的第15方式，能夠降低諧波，該諧波將相 當(dāng)于第2階梯差的位置的角度作為零交叉的角度。在釆用以分布巻繞的方式巻繞有電樞繞組的定子的情況下，抑制3次諧波的要求增大，所以，本發(fā)明的電動機(jī)對于這種定子是適合的。本發(fā)明的目的、特征、方面以及優(yōu)點，通過以下的詳細(xì)說明和附圖 會更加清楚。


圖1是示出本發(fā)明的第1實施方式的轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖2是示出出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子表面的勵磁磁通的波形的曲線圖。 圖3是取出一個磁極示出磁通的分布的圖。 圖4是取出一個磁極示出磁通的分布的圖。 圖5是取出一個磁極示出磁通的分布的圖。圖6是相對于轉(zhuǎn)子表面的角度示出圖3所示的結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子的表面磁 通密度的曲線圖。圖7是相對于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度示出在圖3所示的結(jié)構(gòu)的電動機(jī)中與 定子交鏈的磁通的曲線圖。圖8是相對于轉(zhuǎn)子表面的角度示出圖4所示的結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子的表面磁 通密度的曲線圖。圖9是相對于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度示出在圖4所示的結(jié)構(gòu)的電動機(jī)中與 定子交鏈的磁通的曲線圖。圖10是相對于轉(zhuǎn)子表面的角度示出圖5所示的結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子的表面磁 通密度的曲線圖。圖11是相對于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度示出在圖5所示的結(jié)構(gòu)的電動機(jī)中與 定子交鏈的磁通的曲線圖。圖12是針對圖6、圖8、圖10所示的轉(zhuǎn)子表面的磁通密度的空間變 化，示出諧波成分相對于基波成分的大小的曲線圖。圖13是針對圖7、圖9、圖11所示的交鏈磁通的磁通密度的大小的 時間變化，示出諧波成分相對于基波成分的大小的曲線圖。圖14是示出本發(fā)明的第2實施方式的轉(zhuǎn)子的一部分的剖視圖。圖15是示出本發(fā)明的第2實施方式的轉(zhuǎn)子的一部分的剖視圖。圖16是示出本發(fā)明的變形的轉(zhuǎn)子的一部分的剖視圖。
具體實施方式
第1實施方式圖1是示出本發(fā)明的第1實施方式的轉(zhuǎn)子103的結(jié)構(gòu)的剖視圖，示出與軸Q垂直的剖面。轉(zhuǎn)子103將軸Q作為旋轉(zhuǎn)軸，相對于定子(未圖 示)相對旋轉(zhuǎn)。這里，例示出定子存在于轉(zhuǎn)子103的外側(cè)的所謂內(nèi)轉(zhuǎn)子 型的轉(zhuǎn)子。但是，本發(fā)明沒有排除對定子存在于轉(zhuǎn)子103的內(nèi)側(cè)的所謂 外轉(zhuǎn)子型的轉(zhuǎn)子的應(yīng)用。轉(zhuǎn)子103具有磁芯18和永久磁鐵10。磁芯18具有配置在軸Q的周 圍的永久磁鐵埋設(shè)用孔12，在永久磁鐵埋設(shè)用孔12中埋設(shè)有永久磁鐵 10。永久磁鐵10具有相互極性不同的磁極面ION、 IOS。鄰接的永久磁 鐵10的相互不同極性的磁極面呈現(xiàn)于轉(zhuǎn)子103的外周面。由于該磁極面 的存在，使轉(zhuǎn)子103的外周側(cè)產(chǎn)生磁極。這里，例示永久磁鐵10設(shè)置4 個(兩對)、磁極對數(shù)為2的情況。磁芯18例如可以通過鋼板的層疊來形成，沿軸Q方向鄰接的鋼板通 過插入緊固孔19的緊固件(未圖示)相互層疊起來。磁芯18具有從永久磁鐵埋設(shè)用孔12的各個端部向其中央繞軸Q配 置的非磁性部13、 14、 15、 16。若非磁性部13、 14、 15、 16例如是空隙， 則通過層疊打通了非磁性部13、 14、 15、 16的位置的鋼板能夠容易地構(gòu) 成磁芯18，從這點來看是優(yōu)選的。非磁性部13、 14、 15、 16設(shè)置為比永久磁鐵10靠近轉(zhuǎn)子103的外 周面?zhèn)龋D(zhuǎn)子103在外周面?zhèn)扰c定子對置，因此，非磁性部13、 14、 15、 16阻礙從永久磁鐵10產(chǎn)生的磁通(勵磁磁通)與定子交鏈。由此，流向 轉(zhuǎn)子103的外部的勵磁磁通(這相當(dāng)于與定子交鏈的磁通量)的量難以 在磁極的極間與磁極的中央部之間產(chǎn)生階梯差。非磁性部13具有降低僅經(jīng)由磁芯而不經(jīng)由定子的勵磁磁通的功能， 還同時具有減少上述的勵磁磁通的量的階梯差的功能。然而，僅通過非 磁性部13，勵磁磁通的量的階梯差的緩和不充分，轉(zhuǎn)子103表面的磁通 密度的變化與正弦波的差異大。但是，由于具有非磁性部14、 15、 16，從而能夠使轉(zhuǎn)子103表面的 磁通密度的變化更接近正弦波。與連續(xù)形成非磁性部13、 14、 15、 16的 情況相比，從機(jī)械強(qiáng)度的觀點來看，優(yōu)選磁芯18介于它們之間的本實施 方式的形式。在圖1中，示出以永久磁鐵埋設(shè)用孔12彼此之間的位置為基準(zhǔn)的繞 軸Q的角度。非磁性部13、 14之間的位置用角度67表示，非磁性部14、 15之間的位置用角度05表示，非磁性部15、 16之間的位置用角度2 07 表示。并且非磁性部16的磁極中央側(cè)的端部用角度03表示。換言之， 在用這些角度表示的位置，非磁性部經(jīng)由磁芯18鄰接。但是，從設(shè)計上 的情況來看，如圖1所示，也可以在非磁性部的配置中存在一些位置偏 差。即使在用上述角度表示的位置不存在非磁性部，如果該位置與諧波 的零交叉的角度對應(yīng)，則不會損害這種諧波的降低，且能夠提高磁芯18 的機(jī)械強(qiáng)度。圖2是示出出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子表面的勵磁磁通的波形的曲線圖。在本實施 方式中，極對數(shù)是2，因此，換算為轉(zhuǎn)子表面的角度，180度為勵磁磁通 的一個周期，0 90度的范圍相當(dāng)于一個磁極部分。曲線LO是出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子表面的勵磁磁通的波形，曲線L1、 L3、 L5、 L7分別表示上述勵磁磁通的基波、3次諧波、5次諧波、7次諧波。在角 度03、 65、 07中，3次諧波、5次諧波、7次諧波分別零交叉。換言之， 設(shè)用永久磁鐵埋設(shè)用孔12的3倍的值除360度后得到的值為角度03，設(shè) 用永久磁鐵埋設(shè)用孔12的5倍的值除360度后得到的值為角度65，設(shè)用 永久磁鐵埋設(shè)用孔12的7倍的值除360度后得到的值為角度07，若如上 所述那樣配置非磁性部13、 14、 15、 16，則不會阻礙抑制諧波的效果， 出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子表面的勵磁磁通的曲線LO接近曲線Ll，即接近正弦波。而 且，能夠獲得機(jī)械強(qiáng)度。特別地，非磁性部16的靠永久磁鐵埋設(shè)用孔12的中央部(磁極中 央)側(cè)的端部是相當(dāng)于勵磁磁通的3次諧波為零的相位的位置(角度03)。 而且，即使在該位置附近，磁通流向外部，也不會損害3次諧波的抑制。在比該位置靠近磁極中央側(cè)的區(qū)域中設(shè)置非磁性部的必要性小。在該區(qū) 域中零交叉的諧波為5次以上的諧波，但是，在磁極中央正弦波的變動 小，并且在該區(qū)域中積攢勵磁磁通的量也能夠增大有助于扭矩的勵磁磁 通，從這種觀點來看，是優(yōu)選的設(shè)計事項。另一方面，在比與角度03對應(yīng)的位置靠近永久磁鐵埋設(shè)用孔12的 端部(磁極的極間側(cè))頂U(kuò)， 7次諧波在角度07、 2 07這兩個部位零交叉。 由此，通過將非磁性部15、 16之間的位置設(shè)定為角度2，e7，不會阻礙 使非磁性部13、 14之間的位置(相當(dāng)于角度67)零交叉的7次諧波的抑 制，能夠進(jìn)一步提高機(jī)械強(qiáng)度。并且，如圖1所示，優(yōu)選非磁性部13的面積比非磁性部14的面積 大，非磁性部14的面積比非磁性部15的面積大，非磁性部15的面積比 非磁性部16的面積大。越從磁極的中央部接近極間，非磁性體的面積越 大，因此，從永久磁鐵IO產(chǎn)生的磁通中，永久磁鐵埋設(shè)用孔12的端部 的磁通難以流向外部。由此，能夠使轉(zhuǎn)子103表面的磁通密度更接近正 弦波。圖3 圖5是在磁極對為2的轉(zhuǎn)子中取出一個磁極部分示出磁通的 分布的圖。圖3示出轉(zhuǎn)子101和定子2的組合，圖4示出轉(zhuǎn)子102和定 子2的組合，圖5示出上述轉(zhuǎn)子103和定子2的組合。定子2具有狹縫 21，在狹縫21上巻繞有電樞繞組。電樞繞組的巻繞方法可以是集中巻繞、 分布巻繞中的任一種，在分布巻繞的情況下，與集中巻繞相比，易于顯 著地產(chǎn)生3次諧波，因此，本發(fā)明在與分布巻繞的定子組合的電動機(jī)中 是適合的。在圖3中，轉(zhuǎn)子101在永久磁鐵10的兩端設(shè)置相當(dāng)于圖1的非磁性 體13的非磁性體13a，但是，不設(shè)置相當(dāng)于非磁性體14、 15、 16的非磁 性體。在圖4中，轉(zhuǎn)子102設(shè)置相當(dāng)于圖1的非磁性體13、 14的非磁性體 13b、 14b，但是，不設(shè)置相當(dāng)于非磁性體15、 16的非磁性體。圖6是相對于轉(zhuǎn)子表面的角度示出圖3所示的結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子101的表 面磁通密度的曲線圖。并且，圖7是相對于轉(zhuǎn)子101的旋轉(zhuǎn)角度示出在圖3所示的結(jié)構(gòu)的電動機(jī)中與定子2交鏈的磁通的曲線圖。圖8是相對于轉(zhuǎn)子表面的角度示出圖4所示的結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子102的表 面磁通密度的曲線圖。并且，圖9是相對于轉(zhuǎn)子102的旋轉(zhuǎn)角度示出在 圖4所示的結(jié)構(gòu)的電動機(jī)中與定子2交鏈的磁通的曲線圖。圖10是相對于轉(zhuǎn)子表面的角度示出圖5所示的結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子103的表 面磁通密度的曲線圖。并且，圖11是相對于轉(zhuǎn)子103的旋轉(zhuǎn)角度示出在 圖5所示的結(jié)構(gòu)的電動機(jī)中與定子2交鏈的磁通的曲線圖。在圖7、圖9、圖11中，實線和虛線都分別表示通過定子2的背軛 (backyoke)部和齒部的磁通的磁通密度。比較圖6、圖8、圖10可知，關(guān)于轉(zhuǎn)子表面的磁通密度，轉(zhuǎn)子102 比轉(zhuǎn)子101更接近正弦波，轉(zhuǎn)子103比轉(zhuǎn)子102更接近正弦波。如圖10 所示，轉(zhuǎn)子103表面的磁通密度為階梯狀。但是，即使在轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生 這種階梯狀的磁通密度，與定子交鏈的磁通相對于旋轉(zhuǎn)角也為正弦波狀。圖12是針對圖6、圖8、圖10所示的轉(zhuǎn)子表面的磁通密度的空間變 化(與相對于表面角度的變化相當(dāng))，示出諧波成分相對于基波成分的大 小的曲線圖。并且，圖13是針對圖7、圖9、圖ll所示的交鏈磁通的磁 通密度的大小的時間變化(與相對于旋轉(zhuǎn)角的變化相當(dāng))，示出諧波成分 相對于基波成分的大小的曲線圖。在各次數(shù)中，左側(cè)柱狀圖、中央柱狀 圖和右側(cè)柱狀圖分別對應(yīng)于轉(zhuǎn)子101、 102、 103。轉(zhuǎn)子102與轉(zhuǎn)子103相同程度地，相對于轉(zhuǎn)子101大大降低了 5次 諧波、7次諧波。但是，轉(zhuǎn)子103與轉(zhuǎn)子102相比顯著降低了3次諧波。 而且，這在磁通密度的時間變化中也一樣。如上所述，在本實施方式中，能夠使轉(zhuǎn)子表面的磁通密度接近正弦 波，同時也能夠提高其機(jī)械強(qiáng)度。第2實施方式圖14和圖15是示出本發(fā)明的第2實施方式的轉(zhuǎn)子的一部分的剖視 圖。在本實施方式中，示出用非磁性部13d (圖14)或非磁性部13e (圖 15)調(diào)換第1實施方式中的非磁性部13、 14、 15、 16的結(jié)構(gòu)。如果非磁性部13d、 13e都是空隙，則通過層疊打通了非磁性部13d、13e的位置的鋼板能夠容易地構(gòu)成磁芯，從這一觀點來看是優(yōu)選的。非磁性部13d、 13e都從永久磁鐵埋設(shè)用孔12的端部向中央部繞軸 延伸到端部P4，具有階梯差P1、 P2、 P3，其相對于延伸方向的寬度變窄。 即，隨著朝向磁極的中央寬度變窄。在圖14、 15中，由于是放大圖，所 以僅示出永久磁鐵埋設(shè)用孔12的一個端部部分的附近，但是，優(yōu)選在圖 1所示的永久磁鐵埋設(shè)用孔12的任何端部都設(shè)置。階梯差Pl、 P2、 P3在非磁性部13d中出現(xiàn)在永久磁鐵埋設(shè)用孔12 側(cè)，在非磁性部13e中出現(xiàn)在永久磁鐵埋設(shè)用孔12的相反側(cè)。在第2實施方式中，由于非磁性體連續(xù)延伸，所以，從容易獲得機(jī) 械強(qiáng)度的觀點來看，隔開設(shè)置多個非磁性體的第1實施方式是優(yōu)選的。 但是，從打通等形成磁芯的觀點來看，本實施方式是優(yōu)選的。階梯差P1、 P2、 P3和端部P4的位置分別相當(dāng)于上述角度67、 05、 2*97、 03。由此，與第1實施方式類似，能夠通過非磁性部13d、 13e 的寬度的差異來緩和在磁極的極間和磁極中央部之間，從永久磁鐵10流 向外部的勵磁磁通的量的階梯差。由此，能夠使轉(zhuǎn)子表面的磁通密度接 近正弦波。特別地，非磁性部13d、 13e的寬度沿著從永久磁鐵埋設(shè)用孔12的 端部向中央部延伸的方向變窄是對應(yīng)于第1實施方式中的非磁性部13、 14、 15、 16的面積按照該順序減小，能夠使轉(zhuǎn)子表面的磁通密度易于接 近正弦波。而且，能夠降低諧波，該諧波將階梯差P1、 P2、 P3和端部P4的位 置換算為以極間的位置為基準(zhǔn)的繞軸Q的角度后得到的值來作為零交叉 的角度。變形(i)圖16是例示出能夠作為本發(fā)明的第1實施方式的變形而采用 的結(jié)構(gòu)的剖視圖。優(yōu)選配置在相互鄰接的不同的永久磁鐵埋設(shè)用孔12的 端部并經(jīng)由磁芯18而對置的一對非磁性部13之間的距離L越從軸Q接 近定子所對置的一側(cè)(這里為外周側(cè))越寬。通過采用這種結(jié)構(gòu)，在定子所對置的一側(cè)，磁芯難以磁飽和。由此，17在定子所對置的一側(cè)，能夠防止從永久磁鐵io產(chǎn)生的勵磁磁通在轉(zhuǎn)子內(nèi)短路地流到與其鄰接的其他永久磁鐵10。這能夠防止與定子交鏈并有助 于扭矩產(chǎn)生的磁通的降低。同樣，第2實施方式可以變形。g卩，優(yōu)選配置在相互鄰接的不同的 永久磁鐵埋設(shè)用孔12的端部并經(jīng)由磁芯18而對置的一對非磁性部13d (或非磁性部13e)之間的距離，越從軸Q接近定子所對置的一側(cè)越寬。 (ii)也可以使第1實施方式所示的非磁性部13、 14、 15、 16和第 2實施方式所示的非磁性部13d、 13e中的至少任一方混在一起，來形成 磁芯。對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但上述說明僅是所有方面中的例示，本 發(fā)明不限于此。沒有例示的無數(shù)變形例可以解釋為在不脫離本發(fā)明范圍 的情況下能夠想到。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)子用磁芯(18)，該轉(zhuǎn)子用磁芯(18)具有配置在軸(Q)的周圍的永久磁鐵埋設(shè)用孔(12)；以及從各個所述永久磁鐵埋設(shè)用孔的端部向中央繞軸配置的第1非磁性部(13)、第2非磁性部(14)和第3非磁性部(16)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子用磁芯(18)，其中， 從沿著所述軸(Q)的方向觀察，所述第l非磁性部(13)的面積比所述第2非磁性部(14)的面積大，所述第2非磁性部的面積比所述第3非磁性部(16)的面積大。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子用磁芯，其中， 將鄰接的所述永久磁鐵埋設(shè)用孔(12)彼此之間的位置作為基準(zhǔn)位置來將所述第3非磁性部(16)的靠所述永久磁鐵埋設(shè)用孔(12)的中 央部側(cè)的端部的位置換算為繞所述預(yù)定位置(Q)的角度后得到的值(03) 是，用所述永久磁鐵埋設(shè)用孔(12)的個數(shù)的3倍的值除360度后得到 的值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的轉(zhuǎn)子用磁芯，其中， 在將所述鄰接的所述永久磁鐵埋設(shè)用孔(12)彼此之間的位置作為基準(zhǔn)位置來換算為繞所述預(yù)定位置(Q)的角度的情況下，相當(dāng)于所述第 1非磁性部(13)和所述第2非磁性部(14)之間的位置的角度(07)是 用所述永久磁鐵埋設(shè)用孔(12)的個數(shù)的7倍的值除360度后得到的值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子用磁芯，其中， 所述第l非磁性部(13)、所述第2非磁性部(14)以及所述第3非磁性部(16)是空隙。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子用磁芯，其中， 所述轉(zhuǎn)子用磁芯還具有第4非磁性部(15)，該第4非磁性部(15)與所述第l非磁性部(13)、所述第2非磁性部(14)以及所述第3非磁 性部(16) —起繞所述軸(Q)配置，且配置在所述第2非磁性部和所述第3非磁性部之間，在將鄰接的所述永久磁鐵埋設(shè)用孔(12)彼此之間的位置作為基準(zhǔn) 位置來換算為繞所述預(yù)定位置(Q)的角度的情況下，相當(dāng)于所述第3非 磁性部(16)和所述第4非磁性部(15)之間的位置的角度(2*07)是 相當(dāng)于所述第1非磁性部(13)和所述第2非磁性部(14)之間的位置 的角度(07)的2倍。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子用磁芯，其中， 所述轉(zhuǎn)子用磁芯還具有第4非磁性部(15)，該第4非磁性部(15)與所述第l非磁性部(13)、所述第2非磁性部(14)以及所述第3非磁 性部(16) —起繞所述軸(Q)配置，且配置在所述第2非磁性部和所述 第3非磁性部之間，將鄰接的所述永久磁鐵埋設(shè)用孔(12)彼此之間的位置作為基準(zhǔn)位 置來將所述第2非磁性部(14)和所述第4磁性部(15)之間的位置換 算為繞所述預(yù)定位置(Q)的角度后得到的值(65)是，用所述永久磁鐵 埋設(shè)用孔(12)的個數(shù)的5倍的值除360度后得到的值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6 7中的任一項所述的轉(zhuǎn)子用磁芯，其中， 從沿著所述軸(Q)的方向觀察，所述第4非磁性部(15)的面積比所述第2非磁性部(14)的面積 小，且比所述第3非磁性部(16)的面積大。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6 7中的任一項所述的轉(zhuǎn)子用磁芯，其中， 所述第i非磁性部(13)、所述第2非磁性部(14)、所述第3非磁性部(16)以及所述第4非磁性部(15)是空隙。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子用磁芯，其中， 配置在一個所述永久磁鐵埋設(shè)用孔(12)的端部的所述第1非磁性部(13)和設(shè)置在與所述一個所述永久磁鐵埋設(shè)用孔鄰接的另一個所述 永久磁鐵埋設(shè)用孔的端部的所述第1非磁性部之間的距離(L)越從所述 軸(Q)接近定子所對置的一側(cè)越寬。
11. 一種轉(zhuǎn)子用磁芯(18)，該轉(zhuǎn)子用磁芯(18)具有 配置在軸(Q)的周圍的永久磁鐵埋設(shè)用孔(12);以及非磁性部(13d、 13e)，該非磁性部(13d、 13e)從各個所述永久磁 鐵埋設(shè)用孔的端部向中央繞軸延伸，至少具有一個階梯差(Pl、 P2、 P3、 P4)，且其相對于延伸方向的寬度變窄。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)子用磁芯，其中， 將鄰接的所述永久磁鐵埋設(shè)用孔(12)彼此之間的位置作為基準(zhǔn)位置來將所述非磁性部(13d、 13e)的靠所述永久磁鐵埋設(shè)用孔(12)的 中央部側(cè)的端部(P4)的位置換算為繞所述預(yù)定位置(Q)的角度后得到 的值(03)是，用所述永久磁鐵埋設(shè)用孔(12)的個數(shù)的3倍的值除360 度后得到的值。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的轉(zhuǎn)子用磁芯，其中， 將鄰接的所述永久磁鐵埋設(shè)用孔(12)彼此之間的位置作為基準(zhǔn)位置來將一個所述階梯差(P2)的位置換算為繞所述預(yù)定位置(Q)的角度 后得到的值(05)是，用所述永久磁鐵埋設(shè)用孔(12)的個數(shù)的5倍的 值除360度后得到的值。
14. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的轉(zhuǎn)子用磁芯，其中， 將鄰接的所述永久磁鐵埋設(shè)用孔(12)彼此之間的位置作為基準(zhǔn)位置來將一個所述階梯差(PI)的位置換算為繞所述預(yù)定位置(Q)的角度 后得到的值(07)是，用所述永久磁鐵埋設(shè)用孔(12)的個數(shù)的7倍的 值除360度后得到的值。
15. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的轉(zhuǎn)子用磁芯，其中， 所述階梯差至少設(shè)置兩個，在將鄰接的所述永久磁鐵埋設(shè)用孔(12)彼此之間的位置作為基準(zhǔn) 位置來換算為繞所述預(yù)定位置(Q)的角度的情況下，相當(dāng)于第1所述階 梯差(P3)的位置的角度(2'97)是相當(dāng)于第2所述階梯差(PI)的位 置的角度(67)的2倍。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)子用磁芯，其中， 所述階梯差出現(xiàn)在所述永久磁鐵埋設(shè)用孔(12)側(cè)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的轉(zhuǎn)子用磁芯，其中， 所述階梯差出現(xiàn)在所述永久磁鐵埋設(shè)用孔(12)的相反側(cè)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的轉(zhuǎn)子用磁芯，其中， 所述非磁性部(13d、 13e)是空隙。
19. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的轉(zhuǎn)子用磁芯，其中， 配置在一個所述永久磁鐵埋設(shè)用孔(12)的端部的所述非磁性部(13d、 13e)和設(shè)置在與所述一個所述永久磁鐵埋設(shè)用孔鄰接的另一個 所述永久磁鐵埋設(shè)用孔的端部的所述非磁性部之間的距離(L)越從所述 軸(Q)接近定子所對置的一側(cè)越寬。
20. —種轉(zhuǎn)子(103)，該轉(zhuǎn)子(103)具有 權(quán)利要求1或11中的任一項所述的轉(zhuǎn)子用磁芯；以及 埋設(shè)在所述永久磁鐵埋設(shè)用孔(12)中的;rjC久磁鐵(10)。
21. —種電動機(jī)，該電動機(jī)具有 權(quán)利要求20所述的轉(zhuǎn)子；以及以與所述軸(Q)平行的方式與所述轉(zhuǎn)子對置的定子(2)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的電動機(jī)，其中， 在所述定子(2)上以分布巻繞的方式巻繞有電樞繞組。
全文摘要
本發(fā)明提供電動機(jī)及其轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子用磁芯，其目的在于改善轉(zhuǎn)子表面的磁通密度。轉(zhuǎn)子用磁芯具有從永久磁鐵埋設(shè)用孔(12)的端部向中央繞軸(Q)配置的第1非磁性部(13)、第2非磁性部(14)和第3非磁性部(16)。在第2非磁性部(14)和第3非磁性部(16)之間還具有第4非磁性部(15)。以永久磁鐵埋設(shè)用孔彼此之間的位置為基準(zhǔn)的繞軸的角度如下設(shè)定。第1非磁性部和第2非磁性部之間的位置用第1角度(θ7)表示。第3非磁性部和第4非磁性部之間的位置用第2角度(2·θ7)表示，第2角度是第1角度的2倍。第3非磁性部的靠磁極中央側(cè)的端部用第3角度(θ3)表示。第1角度、第3角度分別是用永久磁鐵埋設(shè)用孔的個數(shù)的7倍的值、3倍的值除360度后得到的值。
文檔編號H02K1/27GK101326699SQ20068004596
公開日2008年12月17日 申請日期2006年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月19日
發(fā)明者安田善紀(jì), 山際昭雄, 青田桂治 申請人:大金工業(yè)株式會社