具有永久性磁體的電動機的製作方法
2023-05-17 20:45:31
專利名稱：具有永久性磁體的電動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有諸永久性磁體(永久磁鐵)的電動機；這種電動機的運行效率高，噪音低。更具體地說，在本發明的心臟部分，在電動機的定子的齒和轉子之間具有形狀獨特的空氣間隙。
背景技術：
圖8是一具有永久性磁體的傳統電動機的平面圖。
在圖8中，定子580包括如下的元件六個包括六個具有繞組線圈(未示出)的齒581和六個連接於相應齒581的軛582；這六個單元在連接處583彼此相連，由此形成一環形定子。
各線圈可獨立地纏繞在各自的齒581上，從而在齒上形成常規的繞組。其結果是，得到了高密度的低繞線電阻的繞組。
轉子590包括如下的元件形狀近似圓筒形的轉子芯子591；設置在轉子芯子591中心的軸594；四個安裝在轉子芯子591外壁上的永久性磁體592；以及由例如薄不鏽鋼製成的覆蓋永久性磁體592以防止磁體散開的管子593。
在上述的這樣一個傳統電動機中，各齒581與轉子590之間的空氣間隙，其寬度大約相同，如圖8所示。
由穿過定子580繞組的電流產生的旋轉磁場轉動軸594上的轉子590。旋轉磁場是這樣產生的相鄰的齒彼此具有不同的相位，因此，定子繞組是三相繞組。在正常的運行中，一驅動線路探測轉子的位置，依次轉換通電的相位。在這種情況下，每隔120電角度使每一相位通電，而一個相位總是保持不供電，從而產生旋轉磁場。
在上述的具有永久性磁體的傳統電動機中，在六齒中的兩對有源繞組的相鄰齒之間產生相對的磁場。因此在槽口部分584的磁通量易於短路。槽口部分是相鄰兩齒的齒頂之間的間隙，槽的敞開部分是由相鄰兩齒形成的。
圖9示出了產生在上述電動機的空氣間隙處的麥克斯韋應力分布。箭頭標記表示應力分布。箭頭標記表示在空氣間隙的磁通量提供給定子的力的分布。當永久性磁體5929是S極時，電流流過繞組，使齒5811磁化成S極，齒5812磁化成N極。於是轉子590以如圖8所示的旋轉方向R旋轉。在這種情況下，在磁體5929(S)與齒5812(N)之間產生強的吸引力，由此在其間產生的應力587就變成較大的不連續性。
圖10示出了在電動機槽口周圍的空氣間隙處的磁通量密度相對轉子旋轉角度的變化情況。換句話講，圖10示出了在圖8的槽口584周圍的空氣間隙的磁通量密度隨時間的變化情況。在圖10中，X軸代表轉子590在旋轉方向R的旋轉角度(機械角)。當磁通量密度取正值時，轉子被極化成N極，當磁通量密度取負值時，轉子呈S極。磁通量密度似乎在平穩地變化，但是，在旋轉角度45度處的20度範圍中磁通量密度突兀地上升。這種突兀變化對應於圖9所示的應力587，其應力587的不連續性變大，這在電動機運行中引起振動和噪聲。
發明概要本發明旨在解決上述問題，其目的是提供一種具有空氣間隙的電動機，該空氣間隙位於定子齒與轉子之間，使得噪聲下降，對退磁的承受力增強。
本發明的電動機包括如下元件(a)一定子，包括多個其上繞有繞線的齒和連接這些齒的軛；以及(b)一具有諸永久性磁體和通過一空氣間隙面對定子的轉子。
齒的面對轉子的齒的旋轉尾後部分的一部分空氣間隙形成得比空氣間隙的其它部分大。這種結構可以防止空氣間隙處的磁通量密度突兀地上升，由此降低振動和噪聲。
附圖簡要說明圖1是本發明第一實施例的電動機的剖視圖。
圖2是圖1所示電動機的定子芯子的展開圖。
圖3示出了圖1所示的角度A與轉矩以及角度A與轉矩波動之間的關係。
圖4示出了圖1所示電動機的麥克斯韋應力分布。
圖5示出了圖1所示電動機的槽口部分周圍的空氣間隙的磁通量密度相對轉子旋轉角度的變化。
圖6是本發明第二實施例的電動機的剖視圖。
圖7是本發明第三實施例的電動機的剖視圖。
圖8是傳統電動機的剖視圖。
圖9示出了傳統電動機的麥克斯韋應力分布。
圖10示出了傳統電動機槽口部分周圍的空氣間隙的磁通量密度相對轉子旋轉角度的變化。
較佳實施例的說明下面結合
本發明的實施例。
(實施例1)圖1是本發明第一實施例的具有永久性磁體的電動機的剖視圖。
在圖1中，定子10包括如下元件多個矽鋼片層疊形成一定子芯子(此後稱分段芯子)。分段芯子包括齒11和連接於齒11的軛12。在齒11設置一集中繞組(未示出)。六個具有繞組的分段芯子彼此通過連接部13相連，形成一環形的定子10。
齒11的內壁包括如下元件相對於轉子90的旋轉中心的弧形部155，以及在弧形部端部的一點160相切於弧形部155的平的部分157。
弧形部155從點160畫到旋轉方向R的前面部分，平的部分從點160畫到沿旋轉方向R的尾後部分。在尾後部分的空氣間隙的寬度較之前面部分的寬。從接壤弧形部155和平的部分157的點160畫出一條至轉子90旋轉中心的線，經尾後部分的槽口部分14的中心畫出一條至轉子90的旋轉中心的線。這兩條線形成一角度A，該角度A定為15度。當齒的數量是3N，轉子極的數量是2N時，角A由如下等式給出A＝(30/N)度，其中N是不小於1的整數。
圖3示出了角A與轉矩之間以及角A與轉矩波動之間的關係。這些關係以轉矩和轉矩波動在角A＝0度時分別取1的條件下進行標準化(歸一化)。角A＝0度對應於空氣間隙保持在寬度像傳統電動機那樣的相等的情況下。如圖3所示，轉矩基本保持不變，不受角A影響，但是，轉矩波動在角A＝15度時到達最小值。只要以120度的矩形波給定子上的繞組通電，就可以容易地獲得這種優點。以正弦波驅動電動機在某種程度也有這種優點。角A的公差最好在A-D與A+D之間，其中D是相鄰兩齒邊緣之間的空隙相對轉子中心測量的角度。
在圖1中，四個永久性磁體92固定安裝在轉子90的形狀大約是圓筒形的轉子芯子91的外壁上。諸磁體92設置成在各相應的表面上沿旋轉方向相繼顯示N，S，N和S極。各個磁體92的邊緣被一由例如薄不鏽鋼片製成的管子93所覆蓋。管子93防止磁體92散開。流過定子繞組的電流產生旋轉磁場，從而，轉子90在軸94上旋轉。
定子10各齒上的導線以如下方式卷繞首先，將線繞在每一分段芯子上，然後彎曲六個分段芯子形成一環形。繞線的另一方式如圖2所示首先，將線繞在一串六個與連接部13相連的分段芯子上，然後彎曲該串芯子形成一環。一串芯子不限於6個分段芯子，也可多於6個芯子。將線繞在各芯子之後，從該串芯子中割取一定數量的芯子(在第一實施例中，需要6個芯子)，然後彎曲割取的芯子形成一環。
這些繞線方法可用在常規的繞組，因此，可實現高密度繞線及低繞線電阻。這些繞線方法使槽口部分的空隙比傳統方法所形成的空隙窄。因此，該實施例的角D可以較小。從而可降低由於旋轉磁通量穿過槽口部分14而引起的振動和噪聲。傳統的繞線方法是將一繞線嘴插入已形成一環的定子芯子的槽口部分，然後將線繞在每一齒上。
諸繞組形成三相繞組，其中相鄰齒彼此具有不同的相位。在常規運行中，一驅動線路通過探測轉子的極性轉換諸相位以相繼通電。這裡，每一相位每隔一120電角度通電，而且，總是保持一個相位不通電，由此形成旋轉磁場。
在已有技術中，當一轉子極性與流過面對該轉子極性的定子齒上繞組的電流所產生的極性相反時，該處的空氣間隙的磁通量密度如圖9所示突兀地上升。但是，在本實施例中，平的部分151對應於該處，從而空氣間隙擴展，使得磁通量不是突兀地而是適度地改變。
圖4示出了用箭頭標記示出了麥克斯韋應力分布。在第一實施例中，應力產生在電動機的空氣間隙中。圖4中沒有如已有技術那樣的磁通量密度的突兀上升。圖5示出了槽口部分14的空氣間隙的磁通量密度與時間的關係曲線。X軸表示轉子的旋轉角度(機械角)，在該圖中顯示出了適度的變化而沒有任何尖銳的轉折。結果是，降低了電動機運行中的振動和噪聲。
實施例2圖6是第二實施例的電動機的剖視圖。
在圖6中，定子20包括如下的元件一分段芯子包括與第一實施例相同的齒21和連接於齒21的軛22，以及設置在齒21上的集中的繞組(未示出)。六個具有繞組的分段芯子彼此相連形成一環形的定子20。轉子90的結構與第一實施例的結構相同，在此省略對它的說明。
第二實施例在以下方面不同於第一實施例齒21的內壁包括如下元件相對於轉子90的旋轉中心的弧形部855，以及在弧形部端部的一點860相切於弧形部855的平的部分257。
弧形部855從點860畫到旋轉方向R的前面部分，平的部分257從點860畫到旋轉方向R的尾後部分。在尾後部分的空氣間隙的寬度較之前面部分的寬。
在該第二實施例中，每一齒的尾後部分的端部262形成在靠近每一相鄰齒的前面部分的端部266處，端部262與266之間的距離不大於磁性空氣間隙的最小值G。磁性空氣間隙是從一轉子的磁體或轉子芯子到定子的磁性距離，當由非磁性材料製成的管子93位於其間時，磁性空氣間隙是管子93的板的厚度和機械空氣間隙之和。在圖6中，機械空氣間隙是從管子93的外壁至齒21的內壁的空間距離。
在上述結構中，當大的電流流過定子繞組時，磁通量在遠離磁體92的槽口部分24短路。結果是，對磁體92的退磁影響下降了，即磁體92對退磁的承受力變大了。
接壤弧形部855和平的部分257的點860最好位於平的部分257相對旋轉中心形成15度角B的位置處。
實施例3圖7是本發明第三實施例的具有永久性磁體的電動機的剖視圖。
在圖7中，定子30與第一和第二實施例不同，沒有被分開，它包括九個齒31和連接於齒31的外壁的軛32。各個齒31上都繞有繞組(未示出)。
轉子40包括基本上是圓筒形的轉子芯子41和六個固定地安裝在轉子芯子41的外壁上的永久性磁體42。這些磁體42設置成能夠提供交替的磁性，即在它們的表面上沿旋轉方向相繼顯示N，S，N，S，N，S。管子43覆蓋諸磁體42的外壁，以防諸磁體42散開。流過定子繞組的電流產生旋轉磁場，從而，轉子40在軸44上旋轉。
定子30與轉子40之間的空氣間隙在齒31面對轉子40處具有兩部分，即，在沿旋轉方向的尾後部分357上的一部分比在另一部分355上的另一部分寬。
轉子40的軸44的中心與槽口部分34的中心之間的線與軸中心與一點360之間的另一條線形成角度C，而沿尾後部分的空氣間隙從該點360開始增加。當齒的數量是3N，轉子磁極的數量是2N時，角度C由如下等式給出C＝(30/N)度，其中，N是一不小於1的整數。因此，角度C最好是10度。
該第三實施例描述了如下的情況，即當齒數大於實施例1和2的齒數，或由於不分開的定子和繞組時，槽口部分的寬度應該大於實施例1和2的寬度。在這種情況下，槽口部分寬度與面對轉子的齒的寬度之比變大。因此，槽口部分寬度的一半與角度C之比變得比實施例1和2的要大。這種結構使得空氣間隙的磁通量密度突兀上升的區域比具有較窄的槽口的情況要小。結果是，空氣間隙比其它部分大的那部分357可具有一較窄的寬度。該第三實施例具有與第一和第二相同的優點。
在上述的三個實施例中齒的數量是6，極性的數量是4，或9和6。揭示了分開的定子與齒和不分開的定子。關於分開方法，分離齒和軛可以是分開方法中的一個。
電動機可以是外轉子型的，即轉子繞定子旋轉。在這樣一種情況下，在齒尾後部分的空氣間隙也應該比在其它部分的空氣間隙大，以便獲得與上述實施例相同的優點。下面的方法是形成這樣一個結構的例子一定子的一齒的外邊緣由齒的弧形部和一半徑比弧形部小的局部彎曲部分所形成，其中弧形部的中心與旋轉中心相同，弧形部平滑地連接於局部彎曲部分。
必要時，在面對轉子的齒上可以設置用以焊接的諸槽，或用於降低振動和噪聲的諸輔助槽。具有安裝在轉子外壁上的永久性磁體的轉子，即表面磁體型，能夠有效地降低振動和噪音。但是，本發明也可應用於永久性磁體在轉子芯子的諸槽中的轉子，即內磁體型。
任何驅動方法和任何位置探測器都可採用，而危及本發明的優點，對本發明所作的任何變動都仍然在本發明的範圍之內。
上述的本發明的電動機包括如下元件一定子，包括多個其上具有諸繞組的齒和連接於該齒的軛；一具有諸永久性磁體和通過一空氣間隙面對定子的轉子。
每一齒的沿旋轉方向的尾後部分的空氣間隙大於在其它部分的空氣間隙。這樣的結構可以防止空氣間隙的磁通量密度突兀地上升。由此降低振動和噪音。
此外，電動機有3N個齒，其上設置集中的繞組，轉子有2N個極性，使得在對繞組通電時，相鄰兩個齒被異極性磁化。結果是，槽口部分的磁通量的集中度比較緩和。
還有，從尾後部分上的槽口部分的中心、範圍為或延伸30/N度的空氣間隙形成得比其它部分的空氣間隙大，從而更有效地減少振動和噪聲。
再有，在一內轉子型電動機中，每一齒的內壁從旋轉方向的前面部分的槽口部分的中心形成一範圍在90/N度的弧形部。另一方面，每一齒的其餘內壁成形在從旋轉方向的尾後部分的槽口部分的中心形成一範圍在30/N度的直線。直線在從尾後部分的槽口部分的中心間隔30/N的點與弧形部相切，這種結構由於每一齒的光滑的內壁使磁通量的突變變得緩和。
表面安裝磁體型轉子可以更有效地減少振動和噪聲。
在一由分開的齒形成的定子上或在與軛分離的齒中可以獲得高密度的繞組，而且，槽口部分的形狀在這些類型中更具靈活性。結果是，振動和噪聲得到了更進一步的降低，改進了對退磁的承受力。
另一種結構，即相鄰兩齒的端部彼此靠得很近，離空氣間隙較遠，使它對退磁的承受力增強。這些端部形成在面對轉子的齒上。
另一結構即端部彼此靠得很近，其間距不大於最小空氣間隙，是較可取的。
工業應用本發明涉及一種具有永久性磁體的電動機，這種電動機運行效率高，噪聲低。電動機包括如下元件一定子，包括多個其上具有諸繞組的齒和連接於該齒的軛；以及一具有諸永久性磁體和通過一空氣間隙面對定子的轉子。
每一面對轉子的齒的沿旋轉方向的尾後部分處的空氣間隙大於在其它部分的空氣間隙。這樣的結構可以減少由於在空氣間隙處的不連續地增長的磁通量密度所產生的振動和噪聲。
權利要求
1.一種電動機，它包括一定子，包括多個其上具有諸繞組的齒和連接於該齒的軛；以及一具有諸永久性磁體和通過一空氣間隙面對所述定子的轉子，其中每一面對所述轉子的齒的沿旋轉方向的尾後部分的空氣間隙大於在其它部分的空氣間隙。
2.如權利要求1所述的電動機，其特徵在於齒的數量是3N(N＝不小於1的整數)，各個齒設置有集中的繞組，所述轉子的極性的數量是2N。
3.如權利要求2所述的電動機，其特徵在於從尾後部分的槽口部分的中心沿旋轉方向延伸30/N度的空氣間隙比其它部分的空氣間隙大。
4.如權利要求3所述的電動機，其特徵在於所述電動機是一內轉子型的，以及齒的內壁包括一弧形部和一直線，該弧形部從旋轉方向的前面部分的槽口部分的中心起，範圍為90/N度，而直線從旋轉方向的尾後部分的槽口部分的中心起，範圍為30/N度，直線在從尾後部分的槽口部分的中心間隔30/N的點與弧形部相切。
5.如權利要求3所述的電動機，其特徵在於，永久性磁體設置在所述轉子的轉子芯子的壁上。
6.如權利要求4所述的電動機，其特徵在於，永久性磁體設置在所述轉子的轉子芯子的壁上。
7.如權利要求1所述的電動機，其特徵在於，所述定子通過將多個分段芯子接合在一起而形成，其中，每一分段芯子包括一齒和一連接於該齒的軛，還通過一個齒部分和一個軛部分連接在一起。
8.如權利要求7所述的電動機，其特徵在於，彼此相鄰的和面對所述轉子的端部靠得很近，但遠離空氣間隙。
9.如權利要求8所述的電動機，其特徵在於，這些端部之間的空隙不大於空氣間隙的最小寬度。
全文摘要
一種電動機,它包括一具有多個其上具有諸繞組的齒和連接於該齒的軛的定子;以及一具有諸永久性磁體和通過一空氣間隙面對所述定子的轉子。每一面對所述轉子的齒的沿旋轉方向的尾後部分的空氣間隙大於在其它部分的空氣間隙。這種結構可減少空氣間隙處的磁通量密度間斷地增長所產生的振動和噪聲。
文檔編號H02K1/18GK1351776SQ00807787
公開日2002年5月29日 申請日期2000年5月19日 優先權日1999年5月21日
發明者淺野能成, 澤畑隆夫, 本田幸夫, 倉林孝尚, 玉村俊幸, 桐山博之 申請人:松下電器產業株式會社