永磁式同步電動機及其製造方法
2023-06-02 22:07:56
專利名稱：永磁式同步電動機及其製造方法
技術領域：
本發明涉及永磁式同步電動機及其製造方法。
背景技術：
在內轉子型永磁式同步電動機中，齒隙轉矩(cogging torque，又稱頓轉扭矩、齒槽轉矩)是繞組不通電時，通過外部驅動使轉子磁鐵(轉子)旋轉時，與定子鐵心的齒之間發生的轉矩的脈動分量，在繞組通電而驅動的情況下，轉矩脈動同樣是在定子鐵心和齒之間發生的轉矩脈動。
理論上只出現轉子磁鐵的磁極數2p和定子鐵心的齒(槽)數Z的最小公倍數的次數(參照非專利文獻1)。可是，該理論限於對於轉子(主要是磁鐵)或者定子鐵心，形狀和材料特性分別是均勻的，對極數和槽數來說，完全對稱地製造的情況。
可是，在實際機器、特別是批量生產的現場，多半由於這些極數、槽數的對稱性被破壞，所以比最小公倍數的次數低的齒隙轉矩或轉矩脈動分量以大的振幅呈現。在升降機用卷揚電動機中，該轉矩脈動的增大引起升降機的乘坐舒適感的劣化，或者在伺服電動機中，在速度恆定的控制中出現問題。另外，齒隙轉矩的增大引起定位精度的劣化，或者在汽車用功率控制用電動機中，引起操縱盤的接觸性劣化，極大地左右產品的性能。
這裡，返迴轉矩的產生原理，說明產生轉矩的脈動分量的機理。轉矩與磁通密度有關，在磁通容易通過的情況下，轉矩增大。磁通的通過難易程度被稱為磁導(磁阻的倒數)，與其二次方成比例地，發生轉矩。因此，如果磁導變化，則變成轉矩脈動或齒隙轉矩。
在作為磁通的發生源的磁鐵中，有不均勻的分布，具有與極數不一致的對稱性的情況下，在定子側感應該現象，呈現與槽數一致的次數與其高次分量的脈動。高次分量是由不均勻分量未必呈正弦波變化引起的高次諧波分量。
主要的磁通從磁鐵通過空氣，再從定子鐵心的齒通過返回軛鐵(back yoke)部分而返回磁鐵，所以通道的材料被分為兩部分。一部分是存在於轉子和定子之間的空氣，另一部分是構成鐵心的磁性體。近年來在磁性體中，使用電磁鋼板的層疊體的多起來了，所以在很多情況下電磁鋼板的磁特性成為問題。在主要的磁通流的分布不均勻，存在與槽數不一致的對稱性的情況下，在轉子側感應該現象，出現與極數一致的次數和其高次分量的脈動。
在磁通的通道中，在空氣中，表示磁通通過的難易程度的磁導率μ是一定的，所以空氣中的磁通量隨著間隙(空隙)的長度的變化而顯現。使繞著轉子磁鐵和定子齒的主磁通受影響的物理量大致分為兩個，一個是表示轉子磁鐵外徑和定子齒之間的最短距離的間隙(稱為空氣間隙)，另一個是相鄰的定子齒之間的間隙(一般稱為開口寬度)。
另外，為了使繞組工序容易，在不是用大致圓形的呈一體的鐵心製造定子鐵心，而是採用在齒之間分割鐵心的一部分或全部的方式的情況下，將被分割的部位接合起來時，存在微小間隙，成為間隙間間隙。
另外，在一部分被分割，製成繞組後接合起來的情況下，由於接合工序的情況的不同，有時使得該部分的形狀與其它部分不同，產生結構上的不均勻性。
其次，用電磁鋼板等磁性體製作的鐵心中的磁導率，由於各種各樣的原因，而產生個體差異，且在同一個體內，多半產生不均勻的分布。作為產生同一個體內的差異的原因之一，例如由於電磁鋼板的軋制方向和垂直方向上的磁特性不同(稱為磁各向異性)，所以根據衝切鐵心形狀的方法，有時在鐵心的特定部分，磁導率不同。另外用型模的刀刃衝切電磁鋼板時，由於刀刃施加的力，齒端面的磁導率劣化，或者由於固定疊層用的凹凸部(稱為鉚接部)的嵌入工序，而使鉚接部及其周邊的磁導率劣化。
另外，多半情況下，將機架安裝在不會由於進行旋轉的轉子和定子之間發生的轉矩力而使定子位移的定子鐵心外周，進行與支撐軸承的軸承架固定的製造工序，可是機架賦予定子鐵心外周上的力不僅使磁通幾乎不通過的定子鐵心的外周附近受到影響，而且還使作為主要通道的齒附近受到影響，有時使作為主磁通的通道的電磁鋼板的磁特性劣化，或者引起齒的位移，使定子鐵心的內徑形狀發生變化。
在理想的情況下，如果對於極數、槽數均勻地製造間隙和磁特性，則能發生低次數的齒隙轉矩。
如上所述，由於磁鐵側的不均勻性而發生次數與槽數Z一致的轉矩脈動或齒隙轉矩，由於空氣間隙的不均勻性、開口寬度的不均勻性、空隙間間隙的不均勻性、與電磁鋼板的磁各向異性有關的磁特性的分布、衝切或鉚接部、機架的應力、磁導率局部劣化而發生的磁特性分布、另外分割鐵心的空隙間間隙的不均勻分布、或接合部的結構性的不均勻性等各種各樣的原因，而發生次數與極數2p一致的轉矩脈動或齒隙轉矩。
為了提高批量生產性，製造方法或製造工序中的工作精度的限制引起的這些原因在現實的電動機中是必然會發生的。
著眼於所說的製造工序，可以看到為了降低轉矩脈動或齒隙轉矩的嘗試。例如提出了這樣一種對策為了獲得空氣間隙的均勻性，將定子壓入機架中時，通過從鐵心外周向內周均勻地施加壓力進行固定，確保內徑的正圓度(例如，參照專利文獻1)。
另外，使磁各向異性的方向與齒的中心角偏移，來降低由磁各向異性引起的轉矩脈動或齒隙轉矩(例如，參照專利文獻2)。
另外，儘可能地使機架的厚度保持均勻，使機架加在定子上的力保持均勻，防止定子的內徑形狀變得不均勻，由此防止轉矩脈動或齒隙轉矩的增大(例如，參照專利文獻3)。
另外，考慮由鉚接部引起的影響，提出了限定鉚接部數的對策(例如，參照專利文獻4、5)。
另外，通過以大致相等的間隔沿周向配置接縫部進行層疊，消除由接縫部引起的磁通的不均勻性(例如，參照專利文獻6)。
另外，這樣形成層疊鐵心的終端部，即，使其具有靠近永久磁鐵的內周面的第一部分和遠離內周面的第二部分，呈非對稱形狀，由此抑制齒隙轉矩或轉矩脈動(例如，參照專利文獻7)。
日本專利申請特開2001-218429號公報[專利文獻2]日本專利申請特開平9-23687號公報[專利文獻3]日本專利申請特開2001-95199號公報[專利文獻4]日本專利申請特開2001-258225號公報[專利文獻5]日本專利申請特開2002-272074號公報[專利文獻6]日本專利申請特開平6-52346號公報[專利文獻7]日本專利申請特開平9-103062號公報[非專利文獻1]大谷晃裕等七人，「關於施加外部應力時的PM電動機的齒隙轉矩的實驗討論」，電氣學會旋轉機研究資料RM-03-152(2003)，P13-18如上述現有的技術所述，假如只採取僅著眼於一個特性的對策，就不能充分地降低轉矩脈動或齒隙轉矩。特別是在批量生產的現實的電動機中，難以不考慮工作精度，無限地使轉矩脈動或齒隙轉矩為0。
另外，在通過控制來抑制齒隙轉矩或轉矩脈動的情況下，由於有必要將電動機具有的齒隙轉矩或轉矩脈動的信息存儲在控制裝置的存儲器中並利用它，所以存在裝置結構乃至製造管理變得複雜等的問題。
因此，要求將由於電動機的工作誤差而產生的轉矩脈動或齒隙轉矩定量化，在電動機單體中降低它的技術。
在永磁式同步電動機中，關於與磁鐵的極數2p相同數的轉矩脈動或齒隙轉矩的原因，是由於空隙部的不均勻性、磁特性的不均勻性等各種原因的複雜的重疊而發生的。在此情況下，有必要將各種原因分離開，正確地進行估計，採取分別降低用的修正用對策來對應。可是，在批量生產現場，在進行短期產品開發的情況下，個別地追求這些各種各樣的原因，分別採取對策，要花費時間、勞力、資金、且在技術上也是非常難的。
本發明就是為了解決上述課題而完成的，目的在於不需要追究和分離轉矩脈動或齒隙轉矩的複雜的各自的原因並分別採取對策，能獲得一種將與磁鐵的極數2p相同次數的脈動分量的轉矩脈動或齒隙轉矩降低到無限地接近於0的永磁式同步電動機及其製造方法。
發明內容
在本發明的永磁式同步電動機中，備有形成為圓環狀，具有配置了繞組的Z個(Z是自然數)齒的定子；以及具有利用永久磁鐵進行勵磁的2p(p是自然數)極的磁極，被插入到定子的圓環內的轉子，使通電相為N相，在至少1相、最大為N-1相中，使形成各相的齒的形狀與其它各相的形狀呈不同的形狀。
另外，在至少1相、最大為N-1相的齒中，形成在其它相中不形成的鉚接部。
另外，在本發明的永磁式同步電動機的製造方法中，包括下列步驟對定子鐵心具有對稱形狀的齒、且其它製造條件與最終規格相同的電動機，測定它產生的齒隙轉矩或轉矩脈動，作為以基準位置為依據的相位信息及振幅信息的步驟；形成至少1相、最大N-1相中的齒的形狀與其它相的齒形狀不同的定子鐵心製造工序，以使得對應於所產生的齒隙轉矩或轉矩脈動，產生振幅大致等同、相位相反的齒隙轉矩或轉矩脈動的步驟；以及利用定子鐵心製造工序，製造電動機的步驟。
如果採用本發明，則例如是3相電動機時，由於UVW相中，只變更1相或2相的鐵心形狀，所以利用通過對應於通電相數呈非對稱的鐵心形狀而發生的齒隙轉矩或轉矩脈動，抵消結構上或製造工序中發生的定子的不均勻性引起的齒隙轉矩，能提供降低了總體的齒隙轉矩的永磁式同步電動機。
圖1是表示本發明的實施方式1的永磁式同步電動機的垂直於軸向的剖面的剖面圖。
圖2是表示本發明的實施方式1的永磁式同步電動機的定子的關節型鐵心的說明圖。
圖3是表示為了與本發明進行比較，在開發階段試製的現有例的永磁式同步電動機的定子的相當於圖1的圖。
圖4是表示本發明的實施方式2的永磁式同步電動機的垂直於軸向的剖面的剖面圖。
圖5是表示本發明的實施方式3的永磁式同步電動機的垂直於軸向的剖面的剖面圖。
圖5是表示本發明的實施方式4的永磁式同步電動機的垂直於軸向的剖面的剖面圖。
圖7是表示本發明的實施方式5的永磁式同步電動機的垂直於軸向的剖面的剖面圖。
圖8是表示本發明的實施方式6的永磁式同步電動機的垂直於軸向的剖面的剖面圖。
圖9是表示本發明的實施方式7的永磁式同步電動機的垂直於軸向的剖面的剖面圖。
圖10是表示本發明的實施方式8的永磁式同步電動機的垂直於軸向的剖面的剖面圖。
圖11是表示本發明的實施方式9的永磁式同步電動機的垂直於軸向的剖面的剖面圖。
圖12是表示本發明的實施方式10的永磁式同步電動機的垂直於軸向的剖面的剖面圖。
圖13是表示本發明的實施方式11的永磁式同步電動機的垂直於軸向的剖面的剖面圖。
圖14是表示本發明的實施方式12的永磁式同步電動機的垂直於軸向的剖面的剖面圖。
圖中1定子鐵心，2接縫(焊接部)，3鉚接部，4繞組(線圈)，5軸，6轉子鐵心，7永久磁鐵，8表示電磁鋼板的軋制方向的箭頭，9齒主體部中央的鉚接銷釘，10機架具體實施方式
本發明備有形成為圓環狀，具有配置了繞組(線圈)的Z個(Z是自然數)齒的定子；以及具有2p(p是自然數)極的永久磁鐵，被插入到定子的圓環內的轉子。具體地說，在冷縮配合或模塑工序的情況下，機架也可以利用外形不是圓環狀，大致呈四邊形等有厚度分布的形狀的機架。
在安裝機架之前的工序中，在定子的各個齒上將能識別的標記記在一個以上的位置，作為基準位置。在具有作為分割鐵心接合起來的接縫部的情況下，也可以將接縫部作為基準位置。
在試製階段，製作多個具有齒數的量的對稱形狀的通常的定子鐵心，測定齒隙轉矩或轉矩脈動，將所發生的狀態分離成基於基準位置的相位信息和振幅信息加以把握。
對應於所發生的齒隙轉矩或轉矩脈動，產生振幅大致相等、相位相反的齒隙轉矩或轉矩脈動，為此，例如如果是3相電動機，則在UVW相中，只變更1相或2相的鐵心形狀為特徵。
由此，利用通過對應於通電相數呈非對稱的鐵心形狀而發生的齒隙轉矩或轉矩脈動，抵消結構上或製造工序中發生的定子的不均勻性引起的齒隙轉矩，能獲得降低了總體的齒隙轉矩的永磁式同步電動機及其製造方法。
(實施方式1)圖1是表示實施本發明用的實施方式1的永磁式同步電動機的垂直於軸向的剖面的剖面圖，圖2是表示本發明的實施方式1的永磁式同步電動機的定子的關節型鐵心的說明圖。在圖1中，定子鐵心1是關節型鐵心，是將形成了12個齒1a和12個槽1b的各向同性電磁鋼板層疊起來構成的。
如圖2所示，關節型鐵心1是通過將鐵心展開成直線的狀態下進行繞線，繞線工序容易自動化，能定向繞線，提高了繞線工序的批量生產性，而且能提高繞組的性能。
完成了繞線後，將鐵心閉合成圓形，焊接端部後形成定子。圖1中，2表示定子鐵心1的接縫，3是形成定子鐵心1的關節用的鉚接部，4是纏繞在定子鐵心1的各齒1a上的繞組。如圖1所示，該繞組4卷繞成使得磁極集中，將接縫位置作為基準位置，依次向右旋方向形成UVW相。
將磁化成8極(極對數為4)的環狀的永久磁鐵7貼在嵌入了軸5的轉子鐵心6的表面上，構成轉子。
在該例中雖然圖中未示出機架，但作為垂直於轉子軸5的機架的剖面形狀，外形、內形都呈預定的圓形(以下稱圓形機架)。
在該實施方式1中，使V相的4個齒的齒主體部寬度比U相V相約減小30％，有意地在UVW之間設齒形狀的非對稱性。
其次，說明設上述齒形狀的非對稱性的過程。
圖3表示在開發階段試製的現有例的永磁式同步電動機的定子。圖3中，齒(槽)形狀呈12次對稱，在UVW相中，形狀相同。關於圖3所示的試製機3臺，測定了負荷量±100％的轉矩脈動和齒隙轉矩。其結果，3臺的測定結果是，電氣角1周期內有8個峰值，即具有極對數的2倍的脈動的分量呈多數，它們的振幅是對轉矩脈動來說，為額定轉矩的2.0％±0.15％，對齒隙轉矩來說，為1.5％±0.1％。另外，只抽出具有極對數的2倍的脈動的分量情況下的脈動的相位，相對於基準位置分別為150度±30度。
振幅為2.0％的轉矩脈動和1.5％的齒隙轉矩，作為產品來說太大，有必要降低到1.0％以下。
關於以極對數的2倍的分量呈現的這些轉矩脈動，調查了原因，結果判明了由於在接縫部，與其它關節部的結構不同而發生。可是，關於關節型鐵心的製造方法，是格外提高繞線工序和性能的方法，知道了不能通過改善原來的原因，降低接縫部的結構不同引起的極對數2倍分量的轉矩脈動。
因此，在3臺試製機中，著眼於轉矩脈動的相位為150度附近，用電磁場分析方法研究了在UVW相中使齒呈非對稱形狀時發生的轉矩脈動，可知如果僅使4個V相的齒寬度約窄30％，則產生具有與試製機中發生的脈衝相同程度的振幅，相位偏移了180度的變成330度的轉矩脈動。
在以極對數的2倍呈現的轉矩脈動中，通過發明人的研究，明白了可以重疊由於個別原因而發生的轉矩脈動，所以通過使UVW相的齒形狀具有非對稱性，可以使由於接縫部的結構的差異而發生的不可避免的原因引起的轉矩脈動能互相抵消。
根據以上的內容，製作僅對V相變更了圖1所示的齒形狀的定子鐵心，測定了轉矩脈動和齒隙轉矩時，轉矩脈動的振幅為0.5％，齒隙轉矩的振幅為0.1％，能降低轉矩脈動。
但是，與現有例不同，由於使1相的齒寬度變細了，所以通過齒內的磁通量比現有例少一些，平均轉矩下降，但由於是規格範圍內的降低，所以作為產品沒有問題。另外，關於平均轉矩，提高轉子側的磁鐵的強度，或將鐵心材料變為磁通容易通過的材料等，用其它的對策來補充。
如上所述，與原來的UVW相不同，通過特意非對稱地形成應該對稱地形成齒形狀的部位，能降低結構上不可避免地發生的轉矩脈動或齒隙轉矩。
在該實施方式1中，雖然只在W相中變更了鐵心形狀，但本發明不限制非對稱的相及相數，根據試製機的狀態，在U相或V相中，另外根據需要，在UV相、VW相這樣兩相中變更形狀也沒關係。
另外，在實施方式1中，通過變更齒寬度，謀求降低轉矩脈動，但本發明在鐵心形狀方面，不限制變更的位置，在其它部位，例如與轉子相對的面的形狀、齒前端的厚度、齒兩端寬度、即槽開口寬度等中，也可以形成同樣的UVW相的非對稱性，另外在齒的左右形成非對稱性也沒關係。
但是，關於變更形狀的部位，面對轉子的齒前端形狀、或齒之間的槽開口寬度是磁通的主要通道，本來優選為在對轉矩脈動影響大的部位變更形狀，但由於與製造誤差的大小關係，難以控制形狀的情況下，增大變化量來變更對轉矩脈動的影響小的部位，也有效果。
另外，在實施方式1中，雖然利用相間的非對稱形狀，使關節型鐵心特有的結構引起的轉矩脈動互相抵消，但在圓衝切一體鐵心中，也可以利用相間的非對稱形狀，使例如，由於與電磁鋼板的軋制方向垂直的方向上的磁特性不同而發生的以極對數的2倍出現的分量的轉矩脈動互相抵消。
另外，在實施方式1中，由於使用了外形呈圓形的機架，所以沒有出現由機架引起的極對數2倍的分量的轉矩脈動，可是在機架的外形如四邊形等具有厚度分布，且在機架形成後對定子鐵心產生應力分布及變形，結果出現極對數2倍的分量的轉矩脈動的情況下，考慮這些，形成相間的非對稱形狀也沒關係。
(實施方式2)圖4是表示實施本發明用的實施方式2的永磁式同步電動機的垂直於軸向的剖面的剖面圖。在圖4中，定子鐵心1是關節型鐵心，是將形成了12個齒1a和12個槽1b的各向同性電磁鋼板層疊起來構成的。轉子是8極(極對數為4)轉子。
在該例中圖中未示出機架，但作為垂直於轉子軸5的機架的剖面形狀，外形、內形都呈預定的圓形(以下稱圓形機架)。
繞組4與實施方式1相同。
在該實施方式2中，使V相的4個齒中2個齒主體部寬度比U相V相約減小30％，有意地在UVW之間設齒形狀的非對稱性。
轉矩脈動和齒隙轉矩的降低效果，轉矩脈動的振幅變成1.0％，齒隙轉矩的振幅變成0.3％，降低量雖然比實施方式1的降低量小，但處於必要規格範圍內，所以作為產品的轉矩脈動沒有問題。此外，與實施方式1相比，通過減少細化了的齒的個數，通過齒內的磁通量也比實施方式1增加了，所以，能獲得平均轉矩比實施方式1大的效果。
使4個齒的齒主體部比實施方式1的變化量稍微少細一些，也能獲得相同的減少效果，但在中小型電動機中，在成為基準的齒寬度的變化量小、與製造公差程度相同的情況下，容易受製造誤差的影響，成為偏差的原因，所以用減少個數的方法進行調整。
另外，根據繞組的結線方法，除了轉矩脈動的降低效果以外，也有表現出更大的對噪聲、振動的降低效果的情況。
這樣，在使UVW相的齒形狀具有非對稱性，降低轉矩脈動的情況下，進行降低量的調整時，與對變更形狀的相的所有的齒進行變更相比，有時用齒的個數進行調整的方法更有效。
(實施方式3)圖5是表示實施本發明用的實施方式3的永磁式同步電動機的垂直於軸向的剖面的剖面圖。在圖5中，定子鐵心1是無接縫大致呈圓形的由各向同性電磁鋼板衝切成的一體鐵心，是將形成了12個齒1a和12個槽1b的鐵心層疊起來構成的。轉子是8極(極對數為4)的轉子。
在該例中圖中未示出機架，但作為垂直於轉子軸5的機架的剖面形狀，外形、內形都呈預定的圓形(以下稱圓形機架)。
繞組4與實施方式1相同。
圖5中，8表示衝切時的電磁鋼板的軋制方向。一般說來，已知即使是各向同性電磁鋼板，在軋制方向和與其垂直的方向上，磁通通過的難易程度也不同，在由電磁鋼板衝切成大致圓形的情況下，由於軋制方向與垂直方向的磁通通過的難易程度不同引起的磁氣非對稱性而產生轉矩脈動。
在該實施方式3中，為了使由磁非對稱性引起的轉矩脈動互相抵消，使V相的4個齒的齒主體部的寬度比U相、W相的小，有意地在UVW之間設立齒形狀的非對稱性。
(實施方式4)圖6是表示實施本發明用的實施方式4的永磁式同步電動機的垂直於軸向的剖面的剖面圖。在圖6中，定子鐵心1是無接縫大致呈圓形的由各向同性電磁鋼板衝切成的一體鐵心，是將形成了12個齒1a和12個槽1b的鐵心層疊起來構成的。轉子是8極(極對數為4)的轉子。
機架是一種這樣設計的機架作為垂直於轉子軸5的機架的剖面形狀，內形呈圓形，而外形呈四邊形(大致為正方形)(以下稱方形機架)。
繞組4與實施方式1相同。
通過冷縮配合，進行將定子安裝在機架上的工序，但這時定子鐵心受到來自機架的應力，最終在定子鐵心的內徑上發生變形，同時發生局部殘餘應力。殘餘應力的分布引起鐵心鋼板的磁特性的劣化分布，成為轉矩脈動的原因。在圓形機架的情況下，各齒受到的變化大致相等，但在方形機架的情況下，機架的厚度厚的部分和薄的部分賦予鐵心的應力不同，所以12個齒中，產生變化大的部分和小的部分的非對稱性。
在該實施方式4中，除了實施方式3中所述的鋼板的軋制方向引起的磁非對稱性以外，為了抵消由機架的應力產生的非對稱性，使V相的4個齒的齒主體部的寬度比U相、W相的小，有意地在UVW之間設立齒形狀的非對稱性。
(實施方式5)圖7是表示實施本發明用的實施方式5的永磁式同步電動機的垂直於軸向的剖面的剖面圖。在圖7中，定子鐵心1是關節型鐵心，是將形成了12個齒1a和12個槽1b的各向同性電磁鋼板層疊起來構成的。轉子是8極(極對數為4)的轉子。
在該例中雖然圖中未示出機架，但機架是圓形的。
繞組4與實施方式1相同。
在該實施方式5中，使U相和W相的8個齒的前端厚度比V相的厚，有意地在UVW之間設立齒形狀的非對稱性。齒的主體部是磁通的主要的通道，齒的主體部的寬度的變化，敏感地影響轉矩脈動。因此，在中小型電動機中，在主體部寬度的變化量與製造誤差程度相同的情況下，不是改變主體部寬度而是改變齒前端的厚度。實際上是增加齒前端的與轉子相反一側的厚度，但與改變齒主體部寬度的情況相比，能以更大的尺寸變化，獲得同等的轉矩脈動降低效果。即，能使製造誤差的影響變小。
(實施方式6)圖8是表示實施本發明用的實施方式6的永磁式同步電動機的垂直於軸向的剖面的剖面圖。在圖8中，定子鐵心1是關節型鐵心，是將形成了12個齒1a和12個槽1b的各向同性電磁鋼板層疊起來構成的。轉子是8極(極對數為4)的轉子。
在該例中雖然圖中未示出機架，但機架是圓形的。
繞組4與實施方式1相同。
在該實施方式6中，使V相的4個齒的前端寬度比U相W相的細，有意地在UVW之間設立齒形狀的非對稱性。使齒前端的寬度變化，就是使齒之間的空隙部、即槽開口寬度變化。槽開口寬度是磁通的主要通道，所以轉矩脈動對應於尺寸的變化量的靈敏度大。在大型電動機中有效。
(實施方式7)圖9是表示實施本發明用的實施方式7的永磁式同步電動機的垂直於軸向的剖面的剖面圖。在圖9中，定子鐵心1是關節型鐵心，是將形成了12個齒1a和12個槽1b的各向同性電磁鋼板層疊起來構成的。轉子是8極(極對數為4)的轉子。
在該例中雖然圖中未示出機架，但機架是圓形的。
繞組4與實施方式1相同。
在該實施方式7中，使VV之間的4個齒的長度比UU之間和WW之間的短，有意地在UVW之間設立齒形狀的非對稱性。使齒的長度變化，就是使齒前端部和轉子磁鐵之間的空隙部、即間隙長度變化。間隙是磁通的主要通道，所以轉矩脈動對應於尺寸的變化量的靈敏度大。在大型電動機中有效。
(實施方式8)圖10是表示實施本發明用的實施方式8的永磁式同步電動機的垂直於軸向的剖面的剖面圖。在圖10中，定子鐵心1是關節型鐵心，是將形成了12個齒1a和12個槽1b的各向同性電磁鋼板層疊起來構成的。轉子是8極(極對數為4)的轉子。
在該例中雖然圖中未示出機架，但機架是圓形的。
繞組4與實施方式1相同。
在該實施方式8中，與U相W相相比，將V相的4個齒的角度位置設置在偏離的位置，有意地在UVW之間設立齒形狀的非對稱性。所說的使齒的旋轉方向的間距變化，是使齒內部的磁通長度和轉子磁通與齒之間的空隙(槽開口部和間隙)兩者變化。對稱地製造了UVW相的情況下產生的轉矩脈動明顯很大時有效。
(實施方式9)圖11是表示實施本發明用的實施方式9的永磁式同步電動機的垂直於軸向的剖面的剖面圖。在圖11中，定子鐵心1是關節型鐵心，是將形成了18個齒1a和18個槽1b的各向同性電磁鋼板層疊起來構成的。轉子是16極(極對數為8)的轉子。
在該例中雖然圖中未示出機架，但機架是圓形的。
繞組4是從接縫位置開始向左轉依次為U、U、V、V、V、W、W、W。這裡，U、V、W表示電流方向向右旋轉，與此不同，U、V、W表示電流方向向左旋轉，由此示出了改變繞組的纏繞方向或結線。
該實施方式9雖然極槽數與實施方式1不同，但使V相的4個齒前端的厚度比U相、V相、V相、W相、W相的薄，有意地在UVW之間設立齒形狀的非對稱性，使由結構上的非對稱性或磁非對稱性產生的轉矩脈動互相抵消。
(實施方式10)圖12是表示實施本發明用的實施方式10的永磁式同步電動機的垂直於軸向的剖面的剖面圖。在圖12中，定子鐵心1是關節型鐵心，是將形成了18個齒1a和18個槽1b的各向同性電磁鋼板層疊起來構成的。轉子是16極(極對數為8)的轉子。
另外，不是一次性地衝切成大致圓形，而是衝切180度(大致半圓形)製造層疊件(以下稱塊)。使電磁鋼板的軋制方向與塊的中心一致地進行衝切。在各塊上進行了繞線後，將兩個塊組合起來作為一個圓，焊接接縫部製成定子鐵心。
在該例中雖然圖中未示出機架，但機架是圓形的。
繞組與實施方式9相同。
在該實施方式10中，只使位於塊端的U相和W相的4個齒的塊接縫部側的齒前端變細，有意地在UVW之間設立齒形狀的非對稱性，使位於兩個位置的接縫部的結構性的非對稱性、或由於軋制方向與塊中心一致而產生的磁非對稱性引起的轉矩脈動互相抵消。
(實施方式11)圖13是表示實施本發明用的實施方式11的永磁式同步電動機的垂直於軸向的剖面的剖面圖。在圖13中，定子鐵心1是關節型鐵心，是將形成了12個齒1a和12個槽1b的各向同性電磁鋼板層疊起來構成的。轉子是10極(極對數為5)的轉子。
在該例中雖然圖中未示出機架，但機架是圓形的。
繞組是從接縫位置開始向左轉依次為U、U、V、V、V、W、W、W。
該實施方式11雖然極槽數與實施方式1不同，但使U相的2個齒主體部的寬度比U相、V相、V相、W相、W相的細，有意地在UVW之間設立齒形狀的非對稱性，使由結構上的非對稱性或磁非對稱性產生的轉矩脈動互相抵消。
(實施方式12)圖14是表示實施本發明用的實施方式12的永磁式同步電動機的垂直於軸向的剖面的剖面圖。在圖14中，定子鐵心1是關節型鐵心，是將形成了12個齒1a和12個槽1b的鐵心層疊起來構成的。轉子是10極(極對數為5)的轉子。
在該例中雖然圖中未示出機架，但作為垂直於轉子軸5的機架的剖面形狀，外形、內形都呈預定的圓形(以下稱圓形機架)。
繞組4與實施方式1相同。
一般說來，已知即使是各向同性電磁鋼板，在軋制方向和與其垂直的方向上，磁通的通過難易程度也不同，在由電磁鋼板衝切成大致圓形的情況下，產生由於與軋制方向和垂直方向的磁通的通過難易程度不同引起的磁氣非對稱性的轉矩脈動。
在該實施方式12中，為了使由磁非對稱性引起的轉矩脈動互相抵消，在V相的4個齒的齒主體部的中央設有鉚接銷釘9，有意地在UVW之間設立齒結構的非對稱性。
權利要求
1.一種永磁式同步電動機，備有形成為圓環狀、具有配置了繞組的Z個齒的定子，Z是自然數；以及具有利用永久磁鐵進行了勵磁的2p極的磁極、被插入到定子的圓環內的轉子，p是自然數，且使通電相為N相，其特徵在於在至少1相、最大N-1相中，使形成該各相的齒的形狀為與其它各相的形狀不同的形狀。
2.一種永磁式同步電動機，備有形成為圓環狀、具有配置了繞組的Z個齒的定子，Z是自然數；以及具有利用永久磁鐵進行了勵磁的2p極的磁極、被插入到定子的圓環內的轉子，p是自然數，且使通電相為N相，其特徵在於使至少1相、最大N-1相的電流流動方向為右旋的相的齒的形狀，與左旋的相的齒的形狀不同。
3.根據權利要求1或2所述的永磁式同步電動機，其特徵在於使形成各相的齒的主體部寬度，比其它相的小或者大。
4.根據權利要求1或2所述的永磁式同步電動機，其特徵在於使形成各相的齒的前端厚度，比其它相的厚或者薄。
5.根據權利要求1或2所述的永磁式同步電動機，其特徵在於使形成各相的齒的前端寬度，比其它相的寬或者窄。
6.根據權利要求1或2所述的永磁式同步電動機，其特徵在於使形成各相的齒的長度，比其它相的短或者長。
7.根據權利要求1或2所述的永磁式同步電動機，其特徵在於在某一相或者某一相的電流流向為右旋的相或者為左旋的相的一部分中，使形成各相的齒中心和齒中心之間的角度間隔，呈與其它相不同的角度間隔。
8.一種永磁式同步電動機，備有形成為圓環狀、具有配置了繞組的Z個齒的定子，Z是自然數；以及具有2p極的永久磁鐵、被插入到定子的圓環內的轉子，p是自然數，且使通電相為N相，其特徵在於在至少1相、最大N-1相的齒中，形成了在其它相中不形成的鉚接部。
9.一種永磁式同步電動機，備有形成為圓環狀、具有配置了繞組的Z個齒的定子，Z是自然數；以及具有2p極的永久磁鐵，被插入到定子的圓環內的轉子，p是自然數，且使通電相為N相，其特徵在於在至少1相、最大N-1相的電流流動方向為右旋的相的一部分齒或者為左旋的相的一部分齒中，形成了在其它相中不形成的鉚接部。
10.一種永磁式同步電動機的製造方法，該永磁式同步電動機備有形成為圓環狀、具有配置了繞組的Z個齒的定子，Z是自然數；以及具有利用永久磁鐵進行勵磁的2p極的磁極、被插入到定子的圓環內的轉子，p是自然數，且使通電相為N相，其特徵在於包括下列步驟對定子鐵心具有對稱形狀的齒、且其它製造條件與最終規格相同的電動機，測定它產生的齒隙轉矩或轉矩脈動，作為基於基準位置的相位信息及振幅信息的步驟；形成至少1相、最大N-1相中的齒的形狀與其它相的齒形狀不同的定子鐵心製造工序，從而使對應於所產生的齒隙轉矩或轉矩脈動，產生振幅大致等同、相位相反的齒隙轉矩或轉矩脈動的步驟；以及用上述定子鐵心製造工序，製造電動機的步驟。
全文摘要
提供一種永磁式同步電動機及其製造方法，通過使能控制轉矩脈動或齒隙轉矩的相位的特性重疊並抵消，將與磁鐵的極數2p相同次數的脈動分量的轉矩脈動或齒隙轉矩無限地降低到接近於0。該永磁式同步電動機備有形成為圓環狀，具有配置了繞組(4)的Z個(Z是自然數)齒的定子(1)；以及具有利用永久磁鐵(7)進行了勵磁的2p(p是自然數)極的磁極，被插入到定子的圓環內的轉子(6)，使通電相為N相，在至少1相、最大N－1相中，使形成各相的齒的形狀為與其它各相的形狀不同的形狀。
文檔編號H02K1/16GK1855675SQ20051013574
公開日2006年11月1日 申請日期2005年12月29日 優先權日2005年4月28日
發明者都出結花利, 大榖晃裕, 小松孝教, 田中敏則 申請人:三菱電機株式會社