專利名稱：永磁轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及構(gòu)成永磁型旋轉(zhuǎn)式電力裝置如永磁電動機與永磁發(fā)電機的永磁轉(zhuǎn)子，特別涉及到適用于內(nèi)轉(zhuǎn)子型永磁旋轉(zhuǎn)式電力裝置、能減少扭矩波動和減小低速下變動的扭矩的嵌入式磁鐵型永磁轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
常規(guī)的嵌入式磁鐵型的永磁轉(zhuǎn)子業(yè)已公開于例如(公開)日本專利申請平11-262205或平11-206075中，這種永磁轉(zhuǎn)子如圖12相對于一個磁極的形狀以端視圖所示，具有一在多層上形成有一組狹縫2A、2B、2C的轉(zhuǎn)子鐵心1。各個狹縫2A-2C具有弧形的端面且構(gòu)型成，使其縱向端位于轉(zhuǎn)子鐵心1外周向表面的鄰區(qū)而以其縱向中部徑向地位于上述端部內(nèi)側(cè)，并沿軸向(垂直于圖12的平面)延伸至轉(zhuǎn)子鐵心1的相對端，且其橫剖面形狀與端面的形狀相同。
為了形成具有嵌入式永磁鐵的轉(zhuǎn)子鐵心1的永磁轉(zhuǎn)子10，可將粘合磁鐵(塑性磁鐵)充填到狹縫2A-2C(或充填到磁場)中并加以固化(即通過注射模制形成)，或?qū)⒎謩e加工成狹縫2A-2C形狀的永磁鐵配合到狹縫2A-2C中。此外，在圖12所示的永磁轉(zhuǎn)子10中，一定厚度的橋接件形成于狹縫2A-2C的縱向端(接近轉(zhuǎn)子鐵心1外周向表面的部分)與鐵心1的外周向表面之間，以便轉(zhuǎn)子鐵心1的徑向外部(外周向表面?zhèn)鹊牟糠?與徑向內(nèi)部(中心軸線側(cè)的部分)相對于相應(yīng)的狹縫2A-2C不會為狹縫2A-2C完全公開。

發(fā)明內(nèi)容
但在上述的常規(guī)永磁轉(zhuǎn)子10中，當(dāng)轉(zhuǎn)子組裝到旋轉(zhuǎn)式電力裝置中，如圖13所示，轉(zhuǎn)子與定子間間隙中形成的磁通密度分布則近似矩形波形，使得畸變系數(shù)加大，導(dǎo)致扭矩波動加大和增大低速下變動的扭矩。
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明的一個目的是提供一永磁轉(zhuǎn)子，其能夠影響降低的扭矩波動和輪齒扭矩。
為了實現(xiàn)前述目的，本發(fā)明的權(quán)利要求1的特征在于一種帶有一轉(zhuǎn)子鐵心的永磁轉(zhuǎn)子，其具有一組永磁鐵，對各個磁極來說嵌入于其的一些層中，其中這些層的部分狹縫部段中嵌入有上述永磁鐵而不是構(gòu)成此轉(zhuǎn)子鐵心的徑向最外磁鐵層的磁鐵，此徑向最外層則形成了其中無永磁鐵嵌入的空位狹縫，且使得此轉(zhuǎn)子鐵心徑向最外側(cè)上的空位狹縫大于轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)側(cè)上的，同時當(dāng)此轉(zhuǎn)子組裝到旋轉(zhuǎn)式電力設(shè)置中時，各個永磁鐵所產(chǎn)生的總磁通量在此轉(zhuǎn)子鐵心徑向內(nèi)側(cè)上永磁鐵層中的大于其徑向外側(cè)上的。
本發(fā)明的權(quán)利要求2的特征在于一種帶有一轉(zhuǎn)子鐵心的永磁轉(zhuǎn)子，其具有一組永磁鐵，對各個磁極來說嵌入于其的一些層中，其中所述轉(zhuǎn)子鐵心的磁極是由內(nèi)嵌有對各磁極具有不同特性的永磁鐵的狹縫構(gòu)成；所述永磁鐵的剩余磁通密度在此轉(zhuǎn)子鐵心徑向內(nèi)側(cè)的層中小于在其徑向外側(cè)上的；而當(dāng)轉(zhuǎn)子組裝到旋轉(zhuǎn)式電力裝置中時，由各個永磁鐵產(chǎn)生的總磁通密度量，在此轉(zhuǎn)子鐵心徑向內(nèi)側(cè)上永磁鐵層中的大于其徑向外側(cè)上的。
本發(fā)明的權(quán)利要求3的特征在于一種帶有一轉(zhuǎn)子鐵心的永磁轉(zhuǎn)子，其具有一組永磁鐵，對各個磁極來說嵌入于其的一些層中，其中所述轉(zhuǎn)子鐵心的磁極是由其內(nèi)嵌有所述永磁鐵的狹縫構(gòu)成；一組由不同類型而組合的永磁鐵嵌入層中所述的狹縫部段至少之一；設(shè)所述轉(zhuǎn)子鐵心的在端視圖中的縱向長度與各層中所含剩余磁通密度之積的和除以所述轉(zhuǎn)子鐵心端視圖中各層內(nèi)所有永磁鐵縱向長度之和，是各層中平均剩余磁通密度，則在此轉(zhuǎn)子鐵心徑向內(nèi)側(cè)層中的此平均剩余磁通密度小于其徑向外側(cè)上的；而當(dāng)此轉(zhuǎn)子被安裝于旋轉(zhuǎn)式電子裝置時，由各永磁鐵所產(chǎn)生的總磁通量在此轉(zhuǎn)子鐵心徑向內(nèi)側(cè)上永磁鐵層中的大于其徑向外側(cè)上的。
本發(fā)明的權(quán)利要求4的特征在于，權(quán)利要求2或3所述的永磁轉(zhuǎn)子，部分所述的狹縫部段中形成有其中未嵌設(shè)永磁體的空位狹縫。
本發(fā)明的權(quán)利要求5的特征在于，一種帶有一轉(zhuǎn)子鐵心的永磁轉(zhuǎn)子，其具有一組永磁鐵，對各個磁極來說嵌入于其的一些層中，其中在所述轉(zhuǎn)子鐵心在端視圖中的上述永磁鐵間的距離是不同的，使得它們在朝向永磁鐵的縱向端處較寬而在朝向其縱向中間部分處較窄。
本發(fā)明的權(quán)利要求6的特征在于，在權(quán)利要求1-5任一項所述本發(fā)明的永磁轉(zhuǎn)子中，由各連接所述轉(zhuǎn)子鐵心的端視圖中任何相鄰永磁鐵相應(yīng)縱向端與其轉(zhuǎn)動中心的兩條直線所形成的角度，在轉(zhuǎn)子鐵心徑向內(nèi)側(cè)上層中的小于其徑向外側(cè)上的且小于由連接磁極中心與所述轉(zhuǎn)動中心的直線和連接組成此徑向最外層的永磁鐵一縱向端子所述轉(zhuǎn)動中心的直線形成的角度，同時大于由通過相鄰磁極與所述轉(zhuǎn)動中心間的空間直線和連接組成此徑向最外層的所述永磁鐵的一縱向端和所述轉(zhuǎn)動中心的直線形成的角度。
本發(fā)明的權(quán)利要求7的特征在于，在權(quán)利要求1-6中任一項所述本發(fā)明的永磁轉(zhuǎn)子中，其中于各磁極中設(shè)有一組磁鐵層，同時假設(shè)由各連接所述轉(zhuǎn)子鐵心端視圖中所述永磁鐵一層的相應(yīng)的相對縱向端與其轉(zhuǎn)動中心的兩條直線構(gòu)成的電角度，按照從此轉(zhuǎn)子鐵心外周側(cè)看過去時的秩序為θ1、θ2、θ3……θn，而且假設(shè)當(dāng)所述轉(zhuǎn)子心組裝到旋轉(zhuǎn)式電力裝置中時由所述永磁鐵層所產(chǎn)生的總磁通量為1、2、3……、n，則它們滿足或近似地滿足下述方程(1-d1Bs)(2-d2Bs)…(n-dnBs)＝θ1Cos(θ1/4)(θ2-θ1)Cos[(θ2+θ1)/4]+θ1Cos(θ1/4)…(θn-θn-1)Cos[(θn+θn-1)/4]+(θn-1-θn-2)Cos[(θn-1+θn-2)/4]+…+(θ2-θ1)Cos[(θ2+θ1)/4]+θ1Cos(θ1/4)(1)式中d1(i＝1，2，3，……，n)表示對于各個層來說，相對于在其中嵌設(shè)有所述永磁鐵的相應(yīng)的狹縫部的，各個連接此轉(zhuǎn)子鐵心徑向外部與徑向內(nèi)部的橋接件寬度的和，而Bs則是所述轉(zhuǎn)子鐵心的一飽和磁通密度。
本發(fā)明的權(quán)利要求8的特征在于，在權(quán)利要求1-7中任一項所述的永磁轉(zhuǎn)子中，所述永磁鐵的形成使得粘合磁鐵充填于所述狹縫中并且固化。
在權(quán)利要求1的發(fā)明中，空位狹縫設(shè)置成具有如上所述的一配置，而當(dāng)此轉(zhuǎn)子組裝到旋轉(zhuǎn)式電力裝置中時，各永磁鐵層產(chǎn)生的總磁通量對一層來說在此轉(zhuǎn)子鐵心徑向內(nèi)側(cè)層上的大于其徑向外側(cè)層上的。于是，在此轉(zhuǎn)子與定子間隙中形成的磁通密度分布所具的形狀盡管是臺階形的，但接近正弦波形而不是矩形波形。這樣，與傳統(tǒng)的永磁轉(zhuǎn)子相比，所感生的電壓波形的畸變系數(shù)減小了，同樣減少了扭矩波動和低速下變動的扭矩以及噪聲與波動。
在權(quán)利要求2的發(fā)明內(nèi)容中，與權(quán)利要求1的發(fā)明內(nèi)容相同，轉(zhuǎn)子與定子間隙中形成的磁通密度分布形狀能夠使之接近正弦波而不是矩形波且沒有空位狹縫，從而能讓磁鐵更有效地嵌入于轉(zhuǎn)子鐵心中，有助于減小尺寸。
進(jìn)一步在權(quán)利要求3的發(fā)明內(nèi)容中，一組種類的磁鐵嵌設(shè)于狹縫部，使得即令是可資利用的磁體種類數(shù)少于狹縫部的個數(shù)，但此永磁轉(zhuǎn)子能產(chǎn)生與權(quán)利要求2的發(fā)明中的轉(zhuǎn)子的相同效果，有助于降低成本。
在權(quán)利要求4的發(fā)明內(nèi)容中，帶有空位狹縫的永磁鐵層的磁性特征與沒有空位狹縫的永磁鐵層的磁性特征相同，而在這種空位狹縫中是嵌設(shè)有不同種類的磁鐵的，進(jìn)一步促進(jìn)了磁鐵種類的降低。
另一方面，在權(quán)利要求5的發(fā)明內(nèi)容中，永磁鐵間的距離是不同的，因而與權(quán)利要求1的發(fā)明內(nèi)容相同，當(dāng)轉(zhuǎn)子組裝到旋轉(zhuǎn)式電力裝置中時，轉(zhuǎn)子與定子間隙中形成的磁通密度分布的形狀可使之接近正弦波而非矩形波。于是，與常規(guī)的永磁轉(zhuǎn)子相比，磁通密度分布的變化較為適中，這樣能減少扭矩波動和低速下變動的扭矩以及噪聲與波動。
在權(quán)利要求6的發(fā)明內(nèi)容中，當(dāng)轉(zhuǎn)子組裝到旋轉(zhuǎn)式電力裝置中時，轉(zhuǎn)子與定子間隙中形成的磁通密度分布的形狀可以使其更接近于正弦波，結(jié)果可更顯著地減小感生電壓的畸變系數(shù)，減少扭矩波動和低速下變動的扭矩以及噪聲與波動。
此外，在權(quán)利要求7的發(fā)明內(nèi)容中，包括有電角度θ1-θn與總磁通量1-n的方程(1)得以滿足或近似地滿足，使得當(dāng)此轉(zhuǎn)子組裝到旋轉(zhuǎn)式電力裝置中時，轉(zhuǎn)子與定子的間隙中形成的磁通密度分布的形狀可以使其接近于雖然是臺階形但差不多是理想的正弦波形，由此能極其顯著的減小感生電壓的畸變系數(shù)，減少扭矩波動和低速下變動的扭矩以及噪聲與波動。
此外，在權(quán)利要求8的發(fā)明內(nèi)容中，采用粘合磁鐵經(jīng)注射模形成永磁鐵，使得這種永磁鐵即使在狹縫形狀頗為復(fù)雜時也能嵌入轉(zhuǎn)子鐵心中。采用粘合磁鐵所進(jìn)行的注射模制法可以是通常那種注射模制法，其中將粘合磁鐵充填到狹縫內(nèi)并使其固化，或要是這種粘合磁鐵為各向異性的時，則可以采用磁場內(nèi)注射模制法，其中將粘合磁鐵充填到狹縫內(nèi)并固化于磁場中。


與
具體實施例方式
下面參看附圖，說明本發(fā)明的實施例。
圖1是本發(fā)明第一實施例的視圖，以端視圖示明了用于內(nèi)轉(zhuǎn)子型永磁馬達(dá)或其類似的永磁轉(zhuǎn)子10的磁極形狀。
具體地說，此永磁轉(zhuǎn)子10具有一柱形轉(zhuǎn)子鐵心11，其由許多薄的圓形的沖切板疊層形成，同時此轉(zhuǎn)子鐵心11在其中尖形成有軸孔11a，孔中可同軸線地插入未示明的旋轉(zhuǎn)鈕。
轉(zhuǎn)子鐵心11中還形成有凸向軸孔11a，穿過轉(zhuǎn)子鐵心11兩端面的弧形的狹縫部12A、12B與12C。狹縫部12A-12C同心地布設(shè)于一些層中，使得在轉(zhuǎn)子鐵心11徑向外側(cè)上的狹縫部12A是小直徑的弧形，徑向內(nèi)側(cè)上的狹縫部12C是大直徑的弧形，而中間弧形部12B是中等直線的弧形。
為了使轉(zhuǎn)子鐵心11的徑向外部11A相對于形成在其內(nèi)周側(cè)上的這些狹縫部12A-12C中的狹縫部12A不與其徑向內(nèi)部分離，在此端視圖中，于狹縫部12A的縱向端形成了橋連件13A1與13A2。
此外，為了使轉(zhuǎn)子鐵心11的徑向外部11B相對于中間狹縫部12B不與其徑向內(nèi)部分離，在端視圖中，于狹縫部12B的縱向端處形成了橋接件13B1、13B2，同時在其中間的兩處還形成了橋接件13B3，13B4。
再者，為使轉(zhuǎn)子鐵心11的徑向外部11C相對于形成在其內(nèi)周側(cè)上的狹縫部12C不與其徑向內(nèi)部分離，在端視圖中，于狹縫部12C的縱向端形成有橋接件13C1、13C2，同時在其中間的兩處還形成了橋接件13C3、13C4。
在狹縫部12A-12C中，具體地說，在整個狹縫部12A中，限定于狹縫部12B的橋接件13B1、13B3之間的和橋接件13B2、13B4之間的，以及限定在狹縫部12C的橋接件13C1-13C3之間的和橋接件13C2、13C4之間的這些部分，嵌設(shè)有相同特性的永磁鐵PM，它們是在端視圖中沿寬向磁化的。永磁鐵PM可以由在上述部分充填到狹縫部12A-12C中的粘合磁鐵形成并先后固化和磁化。對于小型和強力的永磁鐵PM，可以通過磁場內(nèi)注射模制，用各向異性的粘合磁鐵形成沿厚度方向取向的永磁鐵PM。
另一方面，在狹縫部12B的橋接件13B3，13B4之間限定的部分中以及狹縫部12C的橋接件13C3、13C4限定的部分中則未嵌入永磁鐵，也即這些部分是空位狹縫14B、14C。
空位狹縫14B、14C是形成在狹縫部12B、12C約在縱向的中間部中，并具有相對于磁極的中心線的對稱形狀。在內(nèi)周側(cè)上狹縫部12C中形成的狹縫14C大于在中間狹縫部12B中形成的。
設(shè)從轉(zhuǎn)子鐵心11外周側(cè)依序觀察的嵌設(shè)于狹縫部12A-12C中的永磁鐵PM的長度是L1、L2＝(L21+L22)-5L3＝(L31+L32)，這里的磁鐵長度L1-L3分別是磁鐵沿狹縫部12A-12C在縱向端之間的距離，不包括端部處橋接件13A1、13A2、13B1、13B2、13C1、13C2的寬度，在中間部分橋接件13B3、13B4、13C3、13C4的寬度以及空位狹縫14B、14C(SL2、SL3)的長度，本實施例中滿足下式(2)與(3)SL2＜SL3(2)L1＜L2＜L3(3)由于式(3)所示關(guān)系成立，于是嵌入于狹縫段12A-12C的相應(yīng)永磁鐵PM產(chǎn)生的總磁通量1、2、3之間的關(guān)系便可以表示為1＜2＜3(4)圖2是本實施例中永磁轉(zhuǎn)子10整個端面形狀的視圖，示明了永磁鐵的取向與磁化方向。具體地說，永磁轉(zhuǎn)子10具有四個磁極N、S，而磁鐵PM的取向與磁化方向則是以圓心在沿著磁極間的邊界通過轉(zhuǎn)子鐵心11的轉(zhuǎn)動中心C的直線CL的同心圓的切線方向。
在永磁轉(zhuǎn)子10的這一實施例中，式(2)-(4)得到滿足，因而當(dāng)轉(zhuǎn)子組裝到旋轉(zhuǎn)式電力裝置中時，轉(zhuǎn)子與定子的間隙中形成的磁通密度分布形狀具有接近正弦波的階梯形。于是在此永磁轉(zhuǎn)子10的實施例中，與傳統(tǒng)的永磁轉(zhuǎn)子相比，減小了感生電壓波形的畸變系數(shù)，減少了扭矩波動和低速下變動的扭矩以及噪聲與波動。
此外，在此永磁轉(zhuǎn)子10的實施例中，利用了空位狹縫14B、14C，在上述間隙中形成的磁通密度的分布形狀具有接近正弦波的臺階形，從而不必要部分地窄縮狹縫部12A、12B、12C之間的距離，而這些層間的距離在狹縫的整個長度數(shù)近似恒定，如圖1所示，因而能避免磁阻扭矩的下降。
空位狹縫14B、14C的位置雖無特別限制，但在本實施例中，它們在狹縫部12B、12C分別位于縱向中間部分處。由于狹縫部12B、12C的縱向中間部分，如圖2所示，是位于磁通不易到達(dá)的位置而在取向與磁化中它的控制也是困難的，要是形成了其中無自然產(chǎn)生的磁通的空位狹縫14B、14C時，則在本實施例中，在那些難以實現(xiàn)適當(dāng)取向與磁化的區(qū)域中可以有效地利用這種永磁鐵。
圖3是本發(fā)明第二實施例的視圖，與圖1相似，以端視圖示明了永磁轉(zhuǎn)子10的一個極的的形狀，與第一實施例類似的結(jié)構(gòu)以相同的標(biāo)號指明而略去重復(fù)性說明。
具體地說，與第一實施例相同，本實施例中同樣設(shè)有三層狹縫部12A-12C，但在任何狹縫部12A-12C中沒有形成空位狹縫。另一方面，永磁鐵PM1、PM2、PM3分別嵌設(shè)于相應(yīng)的狹縫部12A-12C中，具有不同的特性。這就是說，在第一實施例中，是將相同特性的永磁鐵嵌設(shè)于狹縫部12A-12C中，而在本實施例中則在一磁極內(nèi)包含有三種不同特性的永磁鐵。
設(shè)永磁鐵PM1、PM2、PM3的剩余磁通密度值分別是Br1、Br2、Br3，則下式滿足Br1＜Br2＜Br3(5)此外，要是當(dāng)此轉(zhuǎn)子組裝到旋轉(zhuǎn)式電力裝置中時由永磁鐵PM1、PM2、PM3產(chǎn)生的總磁通量分別為1、2、3時，則下式滿足1＜2＜3(6)同樣，在永磁轉(zhuǎn)子10的本實施例中，上述式(5)與(6)滿足，使得當(dāng)轉(zhuǎn)子組裝到旋轉(zhuǎn)式電力裝置中時，于轉(zhuǎn)子和定子的間隙中形成的磁通密度分布具有近似正弦波的臺階形，能與第一實施例相同，減少了扭矩波動和低速下變動的扭矩。
再者，在本實施例中，沒有提供空位狹縫，使得永磁鐵PM1-PM3能夠更有效地嵌入轉(zhuǎn)子鐵心中，由此提供了有利的結(jié)構(gòu)來減小永磁轉(zhuǎn)子10的尺寸。
圖4是本發(fā)明第三實施例的視圖，與圖1相同，以端視圖示明了永磁轉(zhuǎn)子10的一個磁極的形狀。與第一和第二實施例相同的結(jié)構(gòu)采用相同的標(biāo)號標(biāo)明而略去重復(fù)性說明。
具體地說，本實施例的永磁轉(zhuǎn)子10與第二實施例的近似相同，例外地是沿狹縫部12的縱向于兩個位置處形成了橋接件13B3、13B4，使得狹縫部分成三個相等的部段，永磁鐵PM1嵌入橋連件13B3與13B4所限定的部段中，而永磁鐵PM3則嵌入橋接件13B1與13B2以及13B2與13B4所限定的相應(yīng)部段中。這就是說，在本實施例中，雖然同于第二實施例設(shè)有三個狹縫部12A-12C，但用到的是兩種永磁鐵PM1、PM2，使得所用永磁鐵種類數(shù)少于第二實施例中的。
在這種布置下，嵌設(shè)于狹縫部12B中的永磁鐵PM1、PM3的平均剩余磁通密度Br2’寫作為Br2’＝{L22Br1+(L21+L23)Br3}/(L21+L22+L23)(7)式中L21、L22-L23如圖4所示是狹縫部12B的對應(yīng)部段中磁鐵的長度。
在此實施例中，下式滿足Br1＞Br2’＞Br3(8)1＜2＜3(9)于是在此實施例中也與第一與第二實施例相同，當(dāng)轉(zhuǎn)子組裝到旋轉(zhuǎn)式電力裝置中時，轉(zhuǎn)子與定子的間隙中形成的磁通密度分布具有近似正弦波的臺階形，從而能減少扭矩波動與低速下變動的扭矩。
在本實施例中，兩種永磁鐵PM1、PM2足以滿足給定的要求，因而其磁鐵種類數(shù)少于第二實施例中的，從而能提供更有利于降低成本的結(jié)構(gòu)。
圖5是本發(fā)明第四實施例的視圖，與圖1相同，以端視圖示明了永磁轉(zhuǎn)子10中的一個磁極的形狀。與第一至第三實施例相同的結(jié)構(gòu)附以相同的標(biāo)號而略去其說明。
具體地說，此實施例中的永磁轉(zhuǎn)子10與第三實施例的近似相同，例外的是，與第一實施例相同，在狹縫部12C靠近中間部分附近形成有橋接件13C3、13C4，而在此橋接件13C3、13C4所限定的部段中則形成有其中未嵌設(shè)永磁鐵的空位狹縫14C，而在由橋接件13C1、13C3以及由橋接件13C2、13C4限定的部段中則嵌設(shè)著永磁鐵PM2。
在本實施例中，下式滿足1＜2＜3(10)于是在本實施例中也與第一與第二實施例相同，當(dāng)此轉(zhuǎn)子組裝到旋轉(zhuǎn)式電力裝置中時，在轉(zhuǎn)子與定子間隙中形成的磁通密度分布具有近似正弦波的臺階形，能有效地降低扭矩波動和減少低速下變動的扭矩。
圖6是本發(fā)明第五實施例的視圖，與圖1相同，以端視圖示明了永磁轉(zhuǎn)子10的一個磁極的形狀。與第一至第四實施例中相同的結(jié)構(gòu)附以相同的標(biāo)號而略去其重復(fù)性說明。
具體地說，在永磁轉(zhuǎn)子10的這一實施例中，永磁鐵PM設(shè)在兩層(n＝2)之中，狹縫部12A與12B不是弧形而是取字母U的形狀。在此實施例中，狹縫部12B中未形成空位狹縫，而在其中嵌設(shè)有永磁鐵PM的狹縫部12A、12B之間的距離(經(jīng)向外部11B的寬度)則是不同的，使其在朝向永磁鐵PM的縱向端處較寬而在朝向其中心處較窄。
在上述布置下，同樣地，當(dāng)此轉(zhuǎn)子組裝到旋轉(zhuǎn)式電力裝置中時，轉(zhuǎn)子與定子間隙中形成的磁通密度分布具有接近正弦波的臺階形。因此，根據(jù)永磁轉(zhuǎn)子10為此實施例，與常規(guī)的永磁轉(zhuǎn)子相比，減小了感生電壓波形的畸變系數(shù)以及扭矩波動與減速下變動的扭矩，同樣減小了噪聲與振動。
圖7是本發(fā)明第六實施例的視圖，與圖1相同，以端視圖示明了永磁轉(zhuǎn)子10的一個磁極的形狀。與第一至第五實施例中相同的結(jié)構(gòu)附以相同的標(biāo)號而略去其重復(fù)性說明。
具體地說，本實施例的布置與第一實施例的近似相同，例外的是四個角度α1、α2、α3、α4之間的關(guān)系雖在第一實施例中未見限制，但在此處可以寫作α1＞α2＞α3＞α4(11)式中α1是連接此磁極中心與轉(zhuǎn)子鐵心11的轉(zhuǎn)動中心C的直線S1和連接嵌設(shè)于狹縫部12A中永磁鐵PM的一個縱向端和轉(zhuǎn)動中心C的直線S2所成的角，α2是分別連接嵌入于相鄰兩狹縫12A、12B中的永磁鐵各一個縱向端與轉(zhuǎn)動中心C的兩條直線S2和S3所成的角，α3是與α1類似的角度，由連接此磁極的中心與轉(zhuǎn)子鐵心11的轉(zhuǎn)動中心C的直線S1和連接嵌設(shè)于狹縫12A的永磁鐵PM的一個縱向端與轉(zhuǎn)動中心C的直線S2所成的角，而α4則是由通過兩相鄰磁極間和通過轉(zhuǎn)動中心C的直線S5(與圖2所示直線cL相同的直線)與連接嵌入于組成此最內(nèi)層的狹縫12c的永磁鐵PM的一個縱向端和轉(zhuǎn)動中心c的直線S4所成的角。
在上述布置下，當(dāng)此轉(zhuǎn)子組裝到旋轉(zhuǎn)式電力裝置中時，轉(zhuǎn)子與定子間隙中形成的磁通密度分布形狀與角α1-α4不滿足式(11)的條件相比可以使之更接近于正弦波的情形，由此就能更顯著地減小感生電壓波形的畸變系數(shù)、扭矩波動和低速下變動的扭矩以及噪聲與波動。
圖8是示明第七實施例構(gòu)型的視圖。此實施例的布置與第一實施例的近似地相同，于是在圖8中特別示明的是用來闡明與第一實施例構(gòu)型不同處所需的標(biāo)號。
具體地說，如圖8所示，設(shè)由兩條各連接嵌設(shè)在狹縫部12A-12C中永磁鐵的相對縱向端與轉(zhuǎn)子鐵心11的轉(zhuǎn)動中心C的直線所構(gòu)成的電角度，按轉(zhuǎn)子鐵心11外周側(cè)觀察的順序分別為θ1、θ2、θ3，同時設(shè)當(dāng)此轉(zhuǎn)子組裝到旋轉(zhuǎn)式電力裝置中時由永磁鐵層產(chǎn)生的總磁通量為1、2、3。
假定橋接件13A1-13C4的寬度(狹縫部12A-12C的切向上的尺寸)為d11、d12…、d33、d34，且設(shè)對于各個層的橋接件13A1-13C4的寬度和為d1＝(d11+d12)、d2＝(d21+d22+d23+d24)、d3＝(d31+d32+d33+d34)，同時設(shè)飽和磁通密度是Bs。
于是在本實施例中，下式(12)滿足。式(12)是將前述式(1)應(yīng)用到本實施例的構(gòu)型(即n＝3)的結(jié)果。對式(12)滿足的程度雖不必是嚴(yán)格數(shù)學(xué)意義的，但式(12)是可以近似地滿足的。
(1-d1Bs)(2-d2Bs)(3-d3Bs)＝θ1Cos(θ1/4)(θ2-θ1)Cos((θ2+θ1)/4)+θ1Cos(θ1/4)(θ3-θ2)Cos((θ3+θ2)/4)+(θ2-θ1)Cos((θ2+θ1)/4)+θ1Cos(θ1/4) (12)在永磁轉(zhuǎn)子10的這一實施例中，式(12)滿足或近似地滿足，因而當(dāng)此轉(zhuǎn)子組裝到旋轉(zhuǎn)式電力裝置中時，轉(zhuǎn)子與定子間隙中形成的磁通密度分布如圖12中實線所示具有非常近似正弦波(圖9中以虛線所示)的臺階形。當(dāng)與其中示明了先有技術(shù)的磁通密度分布的圖2情形相比較，更加可以清楚理解到，這一實施例的磁通密度分布近似于正弦波形。因此，與常規(guī)的永磁轉(zhuǎn)子相比，本實施例的永磁轉(zhuǎn)子10可以顯著地減小感生電壓波形的畸變系數(shù)和減少扭矩波動與低速下變動的扭矩。
此外，由于高次諧波的結(jié)果減少了鐵的損耗而得以減少噪聲但不使輸出下降。圖10是在距裝設(shè)有本實施例的永磁轉(zhuǎn)子10的永磁電動機約100mm的測量點處的噪聲電平(在4000以下運轉(zhuǎn)的馬達(dá)于0-20KHg內(nèi)的總體噪聲值)，與裝設(shè)有常規(guī)的永磁轉(zhuǎn)子的永磁電動機在相同條件下的噪聲電平相比較的曲線圖，此曲線圖表明，與常規(guī)的永磁電動機相比，可使噪聲電平減少25％。
雖然在此第七實施例中，對于磁極的電角度θ1-θn并未給出具體數(shù)值，但我們的研究證明，下面說明的數(shù)值(單位電角度)是理想的。至于層的數(shù)目，若它是整數(shù)，則意味著此永磁鐵在各個極中是相應(yīng)的，如同前述實施例中的情形，而要是這一數(shù)值是整數(shù)加“0.5”，則表明是將徑向最內(nèi)的磁鐵(例如嵌設(shè)于圖1中狹縫部13C中的永磁鐵)為相鄰磁極所共用的，這種情形具體示明于圖11中。
n＝1，5，θ1＝110、θ2＝180n＝2，θ1＝92、θ2154n＝2.5，θ1＝83、θ2＝134、θ3＝180n＝3，θ1＝77、θ2＝ 126、θ3＝163n＝3，5，θ1＝66、θ2＝112、θ3＝147、θ4＝180n＝4，θ1＝65、θ2＝101、θ3＝133、θ4＝165n＝4.5，θ1＝58、θ2＝92、θ3＝124、θ4＝153、θ5＝180n＝5，θ1＝52、θ2＝85、θ3＝116、θ4＝141、θ5＝169本發(fā)明的效果根據(jù)以上所述本發(fā)明的內(nèi)容，在轉(zhuǎn)子與定子的間隙中形成的磁通分布具有接近正弦波的形狀，從而可以減小感生電壓波形的畸變系數(shù)和扭矩波動以及減速下變動的扭矩。
附圖簡述圖1示明本發(fā)明第一實施例的構(gòu)型；圖2示明磁化方向；圖3示明本發(fā)明第二實施例的構(gòu)型；圖4示明本發(fā)明第三實施例的構(gòu)型；圖5示明本發(fā)明第四實施例的構(gòu)型；圖6示明本發(fā)明第五實施例的構(gòu)型；圖7示明本發(fā)明第六實施例的構(gòu)型；圖8示明本發(fā)明第七實施例的構(gòu)型；圖9是曲線圖，表明本發(fā)明的永磁電動機中轉(zhuǎn)子與定子間隙內(nèi)產(chǎn)生的磁通密度分布；圖10是曲線圖，比較了本發(fā)明的永磁電動機與常規(guī)的永磁電動機的噪聲電平；圖11例示了以徑向最內(nèi)層磁鐵供相鄰磁極共用的永磁轉(zhuǎn)子；圖12示明常規(guī)永磁轉(zhuǎn)子的構(gòu)型；圖13是曲線圖，示明常規(guī)永磁電動機的轉(zhuǎn)子與定子間隙中產(chǎn)生的磁通密度的分布。
圖中各標(biāo)號的意義如下10，永磁轉(zhuǎn)子；11，轉(zhuǎn)子鐵心；12A-12C，狹縫部；13A1-13C4，橋接件；14A與14B，空位狹縫；PM1-PM3，永磁鐵。
權(quán)利要求
1.永磁轉(zhuǎn)子，它包括具有一組永磁鐵的轉(zhuǎn)子鐵心，這些永磁鐵對各個磁極來說嵌入于此轉(zhuǎn)子鐵心的一些層中，其特征在于，部分狹縫部中嵌入有上述永磁鐵中不同于構(gòu)成此轉(zhuǎn)子鐵心徑向最外磁鐵層的那些。此徑向最外層則形成了其中無永磁鐵嵌入的空位狹縫，且使得此轉(zhuǎn)子鐵心徑向最外側(cè)上的空位狹縫大于轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)側(cè)上的，同時當(dāng)此轉(zhuǎn)子組裝到旋轉(zhuǎn)式電力設(shè)置中時，各個永磁鐵所產(chǎn)生的總磁通量在此轉(zhuǎn)子鐵心徑向內(nèi)側(cè)上永磁鐵層中的大于其徑向外側(cè)上的。
2.永磁轉(zhuǎn)子，它包括具有一組永磁鐵的轉(zhuǎn)子鐵心，這些永磁鐵對各個磁極來說嵌入于此轉(zhuǎn)子鐵心的一些層中，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子鐵心的磁極是由內(nèi)里嵌設(shè)有對各磁極具有不同特性的永磁鐵構(gòu)成；所述永磁鐵的剩余磁通密度在此轉(zhuǎn)子鐵心徑向內(nèi)側(cè)的層中小于在其徑向外側(cè)上的；而當(dāng)轉(zhuǎn)子組裝到旋轉(zhuǎn)式電力裝置中時，由各個永磁鐵產(chǎn)生的總磁通密度量，在此轉(zhuǎn)子鐵心徑向內(nèi)側(cè)上永磁鐵層中的大于其徑向外側(cè)上的。
3.永磁轉(zhuǎn)子，它包括具有一組永磁鐵的轉(zhuǎn)子鐵心，這些永磁鐵對各個磁極來說嵌入于此轉(zhuǎn)子鐵心的一些層中，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子鐵心的磁極是由內(nèi)里嵌設(shè)有所述永磁鐵的狹縫構(gòu)成；層中所述的狹縫部至少有一個嵌設(shè)有一組不同類的組合到一起的永磁鐵，設(shè)所述轉(zhuǎn)子鐵心的在端視圖中的縱向長度與各層中所含永磁鐵的剩余磁通密度之積的和除以所述轉(zhuǎn)子鐵心端視圖中各層內(nèi)所有永磁鐵縱向長度之和，是各層中平均剩余磁通密度，則此平均剩余磁通密度在此轉(zhuǎn)子鐵心徑向內(nèi)側(cè)上層中的小于其徑向外側(cè)上的；而當(dāng)此轉(zhuǎn)子到旋轉(zhuǎn)式電子裝置中時，由各永磁鐵所產(chǎn)生的總磁通量在此轉(zhuǎn)子鐵心徑向內(nèi)側(cè)上永磁鐵層中的大于其徑向外側(cè)上的。
4.權(quán)利要求2或3所述的永磁轉(zhuǎn)子，其中部分所述的狹縫部中形成有其中未嵌設(shè)永磁鐵的空位狹縫。
5.永磁轉(zhuǎn)子，它包括具有一組永磁鐵的轉(zhuǎn)子鐵心，這些永磁鐵對各個磁極來說嵌入于此轉(zhuǎn)子鐵心的一些層中，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)子鐵心的端視圖中的上述永磁鐵間的距離是不同的，使得它們在朝向永磁鐵的縱向端處較寬而在朝向其縱向同部分處較窄。
6.權(quán)利要求1-5任一項所述的永磁轉(zhuǎn)子，其中由各連接所述轉(zhuǎn)子鐵心的端視圖中任何相鄰永磁鐵相應(yīng)縱向端與其轉(zhuǎn)動中心的兩條直線所形成的角度，在轉(zhuǎn)子鐵心徑向內(nèi)側(cè)上層中的小于其徑向外側(cè)上的，且小于由連接磁極中心與所述轉(zhuǎn)動中心的直線和連接組成此徑向最外層的所述永磁鐵-縱向端與所述轉(zhuǎn)動中心的直線形成的角度，同時大于由通過相鄰磁極間的空隙與所述轉(zhuǎn)動中心的直線和連接組成此徑向最內(nèi)層的上述永磁鐵的一縱向端和所述轉(zhuǎn)動中心的直線形成的角度。
7.權(quán)利要求1-6中任一項所述的永磁轉(zhuǎn)子，于各磁極中設(shè)有一組磁鐵層，同時假設(shè)由各連接所述轉(zhuǎn)子鐵心端視圖中所述永磁鐵一層的各相對縱向端與其轉(zhuǎn)動中心的兩條直線構(gòu)成的電角度，按照從此轉(zhuǎn)子鐵心外周側(cè)看過去時的秩序為θ1、θ2、θ3……θn，而且假設(shè)當(dāng)所述轉(zhuǎn)子鐵心組裝到旋轉(zhuǎn)式電力裝置中時由所述永磁鐵層所產(chǎn)生的總磁通量為1、2、3……、n，則它們滿足或近似地滿足下述方程(1-d1Bs)(2-d2Bs)…(n-dnBs)＝θ1Cos(θ1/4)(θ2-θ1)Cos[(θ2+θ1)/4]+θ1Cos(θ1/4)…(θn-θn-1)Cos[(θn+θn-1)/4]+(θn-1-θn-2)Cos[(θn-1+θn-2)/4]+…+(θ2-θ1)Cow[(θ2+θ1)/4]+θ1Cos(θ1/4)(1)式中，d1(i＝1，2，3，……，n)表示對于各個層來說，相對于在其中嵌設(shè)有所述永磁鐵的各相應(yīng)狹縫部的，各個連接此轉(zhuǎn)子鐵心徑向外部與徑向內(nèi)部的橋接件寬度的和，而Bs則是所述轉(zhuǎn)子鐵心的飽和磁通密度。
8.權(quán)利要求1-7中任一項所述的永磁轉(zhuǎn)子，其中，形成所述永磁鐵使得粘合磁鐵充填于所述狹縫中并且固化。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于減少扭矩波動和減速下變動的扭矩。設(shè)嵌入于各對應(yīng)層的狹縫部12A－12C中的永磁鐵PM的長度,按從轉(zhuǎn)子鐵心11的外周側(cè)觀察的順序,是L
文檔編號H02K1/22GK1340898SQ0113250
公開日2002年3月20日 申請日期2001年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月31日
發(fā)明者內(nèi)藤真也, 日野陽至 申請人:雅馬哈發(fā)動機株式會社