專利名稱：永磁體插入式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，尤其是一種永磁體插入式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其中永磁體被插入是為了使轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)安全并提高電效率。
因為電動機是獲得旋轉(zhuǎn)動力必備的電氣設(shè)備，各種類型的電動機正在被研制。電動機占有電氣和電子設(shè)備的總體積和總重量中的很大一部分。根據(jù)研制小尺寸的和輕重量電氣和電子設(shè)備的R&D的方向，研制小尺寸的和輕重量的電動機的集中R&D取得了進展。
家電設(shè)備中的AC電動機都是通過供給定子交流電壓產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場與產(chǎn)生的感生電流的相互作用而獲得旋轉(zhuǎn)動力的。然而，減小AC電動機的尺寸是困難的，因為流過轉(zhuǎn)子的電流會在其中產(chǎn)生各種損耗，而且在電動機轉(zhuǎn)子的鐵心上線圈繞組的處理也很困難的。
此外，在各種要求平滑的轉(zhuǎn)矩特性的設(shè)備中對直流電機的需求在迅速增長，于是完成了直流電機的R&D。不過，DC電機的壽命短，因為直流電機需要有一個整流子，整流子會產(chǎn)生機械損耗且在整流子和轉(zhuǎn)子軸之間還會產(chǎn)生摩擦。
相應(yīng)地，對于不用整流子而獲得轉(zhuǎn)矩的電動機的R&D也已完成。無刷的和轉(zhuǎn)換磁阻的電動機就是其代表性的成果。無刷電動機是通過改變電流和磁場的方向并且在轉(zhuǎn)子上安裝了一個永久磁鐵而用電子的方法代替整流子。磁阻轉(zhuǎn)換電動機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)取決于磁場的磁阻改變，這種電動機向其定子提供了各相AC電流，在轉(zhuǎn)子上安裝一個永久磁鐵，轉(zhuǎn)換流經(jīng)定子上線圈繞組的每一相和轉(zhuǎn)子永久磁鐵上繞組的每一相的電流。
因為這種電機是在高速下進行旋轉(zhuǎn)的，這些無刷電機和磁阻轉(zhuǎn)換電機的轉(zhuǎn)子可以無電損耗和無振蕩地運行。
一般用途的永磁體式轉(zhuǎn)子被分為永磁體外用型轉(zhuǎn)子和永磁體插入式轉(zhuǎn)子。


圖1是一個傳統(tǒng)電動機的永磁體外用型轉(zhuǎn)子的透視圖。
圖2是一個傳統(tǒng)電機的永磁體插入式轉(zhuǎn)子的橫截面圖。
如圖1所示，一個永磁體外用型轉(zhuǎn)子包括一個轉(zhuǎn)子鐵心3，轉(zhuǎn)子鐵心3是通過堆疊由薄硅鋼片制成的轉(zhuǎn)子鋼片2形成的；和一個環(huán)形永磁體5，它通過粘合劑4粘在鐵心的外圓周表面上。標號1(此處未說明)指的是一個推入配合槽，用于插入一個轉(zhuǎn)子軸(未示出)，轉(zhuǎn)子軸是在鐵心的中心部分中形成的。可能因為長期使用而失去粘接效力，使永磁體5和鐵心3分開，出現(xiàn)故障。此外，在電動機高速旋轉(zhuǎn)的時候，永磁體5可能會由于在永磁體5和轉(zhuǎn)子鐵心3之間存在離心力差而和轉(zhuǎn)子鐵心3分離。
因此，用于高速旋轉(zhuǎn)的電動機通常是采用永磁體插入式轉(zhuǎn)子，如圖2所示。
如圖2所示，在永磁體插入式轉(zhuǎn)子中，具有預(yù)定的長度的直磁體接收槽21相對于鋼片的中心對稱形成而垂直于半徑方向。當轉(zhuǎn)子鐵心3通過堆疊轉(zhuǎn)子鋼片2而形成時，直磁體接收槽21在轉(zhuǎn)子鐵心3之中向著縱向方向形成。如圖3所示，磁場是通過把永磁體7插入到直磁體接收槽21中而產(chǎn)生的。
然而，在這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中，因為在每個直磁體接收槽21的縱向端22上的應(yīng)力遠大于其它部分上的應(yīng)力，轉(zhuǎn)子可能會被損害，這種不均勻的應(yīng)力分布可能使高速旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子產(chǎn)生振動和斷裂。
為了解決上述問題，許多R&D取得了進展，這類嘗試的一個成果是日本專利公報申請公開號5-236,685(
公開日1993.9.10)。
在上述專利申請中，均勻的應(yīng)力分配是可以確保的，因為直的永磁體接收槽21在轉(zhuǎn)子半徑方向上具有預(yù)定的長度，以便插入永磁體。
圖4是永磁體插入式轉(zhuǎn)子的一個鋼片的平面視圖，它在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子的半徑方向上具有一個延伸的槽。
如圖4所示，在永磁體插入式轉(zhuǎn)子6的轉(zhuǎn)子鋼片2中，用于插入永磁體的直磁體接收槽21在垂直于鋼體2的半徑的方向上形成，它具有預(yù)定的長度，在轉(zhuǎn)子鋼片2的徑向方向上具有預(yù)定的長度的延伸槽42在直磁體接收槽21的端部向外形成。這個延伸的槽42平行于插入永磁體的其它直槽21的其余延伸槽42。通過把這些延伸槽42插入轉(zhuǎn)子鋼片2就獲得了均勻的應(yīng)力分布，從而防止了電機振動。
這樣設(shè)置延伸槽42就使得應(yīng)力分布均勻，但是因為受擾區(qū)垂直于磁通路形成，能量白白消耗而造成磁通損耗。
圖5是一個傳統(tǒng)電機的磁通分布圖。
磁通是由于定子51上的繞組線圈通電而產(chǎn)生的并且通過轉(zhuǎn)子6和定子51之間的空氣隙而流向轉(zhuǎn)子6，磁通分布于鄰近的轉(zhuǎn)子6的延伸槽42之間的受擾區(qū)中，從而，使磁路變形，磁阻增加。進一步，產(chǎn)生了漏磁通，即轉(zhuǎn)子6的永磁體產(chǎn)生的磁通沒有流到空氣隙中去而是在轉(zhuǎn)子6內(nèi)部循環(huán)。
圖6是傳統(tǒng)發(fā)明的圖2的實施例的轉(zhuǎn)矩測量圖。
如圖6所示，根據(jù)電機旋轉(zhuǎn)方向的機械角，轉(zhuǎn)矩最大值和最小值之間的差值是大的，在最大值和最小值之間產(chǎn)生的振動的脈動迅速形成。從而，機械振動和噪聲就會產(chǎn)生，轉(zhuǎn)子鋼片2的每單位疊層的平均轉(zhuǎn)矩約為3kg-cm。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種保持協(xié)調(diào)(harmonious)的磁通量的電機，通過在與磁通量方向相同的方向上形成延伸槽防止漏磁通和能量損失。
為了實現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明的永磁體插入式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中，永磁體插入轉(zhuǎn)子鋼片的永磁體接收槽中。轉(zhuǎn)子鋼片永磁體接收槽包括用于插入第一永磁體的第一永磁體接收槽，具有多個預(yù)定長度的相互對稱的槽，與轉(zhuǎn)子的徑向方向垂直；用于插入第二永磁體的第二永磁體接收槽，從第一永磁體接收槽的每一端向轉(zhuǎn)子的外圓周伸出，相對于第一永磁體接收槽具有預(yù)定的角度。
此外，在本發(fā)明中，分別用于插入第一和第二永磁體的第一和第二永磁體接收槽具有預(yù)定的120°-170°角。
參照附圖對本發(fā)明進行詳細描述，但是本發(fā)明不限于此。
圖1是傳統(tǒng)的永磁體外用型轉(zhuǎn)子的透視圖；圖2是傳統(tǒng)的永磁體插入式轉(zhuǎn)子的橫截面圖；圖3是圖2所示的永磁體接收槽中插入的永磁體的透視圖；圖4是具有徑向方向延伸槽的傳統(tǒng)永磁體插入式的轉(zhuǎn)子的平面圖；圖5是傳統(tǒng)電機的磁通分布圖；圖6是現(xiàn)有技術(shù)的圖2的一個實施例的轉(zhuǎn)矩測量圖；圖7是本發(fā)明的一個實施例中采用的轉(zhuǎn)子鋼片的平面圖；圖8是圖7的永磁體接收槽中永磁體插入狀態(tài)的橫截面圖；圖9是通過本發(fā)明的定子和轉(zhuǎn)子的磁通分布圖；圖10是本發(fā)明的一個實施例的轉(zhuǎn)矩測量圖。
圖7是本發(fā)明的一個實施例中采用的轉(zhuǎn)子鋼片的平面圖。圖8是永磁體76，77插入到圖7的永磁體接收槽中的插入狀態(tài)的橫截面圖。30的心61的中心部分，用于插入永磁體的預(yù)定長度的第一永磁體接收槽63，64，65和66，垂直于轉(zhuǎn)子鋼片61的徑向方向形成。接收槽可以通過用模具對轉(zhuǎn)子鋼片61穿孔而形成。用于插入第二永磁體的第二永磁體接收槽67到74形成在用于插入第一永磁體的永磁體接收槽63，64，65和66的各端。第二永磁體接收槽在朝向其它第一永磁體接收槽傾斜預(yù)定角(θ)的位置上設(shè)置。120°-170°的傾斜角(θ)對于產(chǎn)生協(xié)調(diào)的磁通量是較可取的。在上述的傾斜角中，如果傾斜角(θ)小于120°，作用比較??；如果傾斜角(θ)大于170°，磁通量與圖2所示現(xiàn)有技術(shù)相同。
在這樣的設(shè)置下，隨著每相鄰的用于插入第二永磁體的第二永磁體接收槽越靠近心3的圓周表面，第二永磁體接收槽之間的距離越小。換言之，隨著從第一永磁體接收槽63延伸出的第二永磁體接收槽68和對應(yīng)的從第一永磁體接收槽64延伸出的第二永磁體接收槽69越靠近圓周表面，對應(yīng)的永磁體接收槽之間的距離就越小。
這時，在第一和第二永磁體接收槽中插入圖7所示的永磁體76和77的過程中，磁通量就被第一永磁體接收槽63到66和第二永磁體接收槽67到74的連接部分上的凸起部75阻止。標號78(未示出)表示一個用于堆疊轉(zhuǎn)子鋼片61的鉚接部分，或插入其中用于固定鎖定轉(zhuǎn)子鋼片61并形成鐵心的一個鎖槽和一個鎖栓。
圖9是通過本發(fā)明的定子和轉(zhuǎn)子的磁通分布圖。
當電流使轉(zhuǎn)子繞組的每相帶電的時候，由于磁通路的協(xié)調(diào)設(shè)置，磁通就產(chǎn)生于定子繞組和轉(zhuǎn)子30的永磁體76和77中，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。這時，在本發(fā)明中，根據(jù)無任何受擾區(qū)的變形的磁通最短通路，和由于在第一和第二永磁體中插入的永磁體的磁通的疊加，磁通密度就大于現(xiàn)有技術(shù)。因此，根據(jù)永磁體鄰近端的磁通交換使不能利用的磁通減少，有效磁通增加，在相同量的磁通下，轉(zhuǎn)矩也大于現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)矩。
圖10是本發(fā)明的一個實施例的轉(zhuǎn)矩測量圖。
如圖6所示，根據(jù)電機旋轉(zhuǎn)方向的機械角，在最小值和最大值之間的轉(zhuǎn)矩差很大，造成最大值和最小值之間振動的脈動很快形成。因此，機械振動和噪音也就產(chǎn)生，轉(zhuǎn)子鋼片2的單位疊層上的平均轉(zhuǎn)矩大約3kg-cm。
另一方面，在電力消耗和磁通量與圖6的現(xiàn)有技術(shù)相同的情況下測得的本實施例的轉(zhuǎn)矩，如圖10所示的本發(fā)明的轉(zhuǎn)矩較現(xiàn)有技術(shù)具有較小的脈動，且在最大值和最小值之間的轉(zhuǎn)矩差也小。因此，機械振動和噪聲也減小，轉(zhuǎn)子鋼片2的每單元疊層的平均轉(zhuǎn)矩為大約7kg-cm，比現(xiàn)有技術(shù)大兩倍。還有，在小的電力消耗的情況下輸出增加。
根據(jù)本發(fā)明，產(chǎn)生協(xié)調(diào)磁通量和均勻磁通量分布的轉(zhuǎn)子在恒定電壓下比其它轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)效率高，與其它轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的較大磁通相比防止了機械振動。并且，與其它轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)比較，在相同磁通量的情況下通過增加的轉(zhuǎn)矩獲得有效的能量消耗。
雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，不脫離本發(fā)明的真實范圍的前提下可以對本發(fā)明做出各種變化或修改及元件的等效替換。此外，許多修改可以偏離本發(fā)明的具體情況做出而不脫離其核心內(nèi)容。因此，本發(fā)明不限于作為本發(fā)明實施的最好方式而公開的具體實施例，而是本發(fā)明包括在所附權(quán)利要求書中范圍內(nèi)的所有的實施例。
權(quán)利要求
1.一種永磁體插入式轉(zhuǎn)子，包括；插入第一永磁體接收槽中的第一永磁體，第一永磁體接收槽具有多個預(yù)定長度的相互對稱的槽，所述槽與轉(zhuǎn)子的徑向方向垂直；及插入第二永磁體接收槽中的第二永磁體，第二永磁體接收槽從第一永磁體接收槽的每一端向轉(zhuǎn)子的外圓周延伸突出，相對于第一永磁體接收槽具有大于90°的角。
2.如權(quán)利要求1所述的永磁體插入式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其中，所述角度為120°到170°。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動機的永磁體插入式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),其中永磁體是被插在轉(zhuǎn)子鋼片的永磁體接收槽中的。轉(zhuǎn)子鋼片永磁體接收槽包括:第一永磁體接收槽,具有多個預(yù)定長度的相互對稱的槽,與轉(zhuǎn)子的徑向方向垂直;第二永磁體接收槽,從第一永磁體接收槽的每一端向轉(zhuǎn)子的外圓周伸出,相對于第一永磁體接收槽具有預(yù)定的角度。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子具有更高的效率,并能有效地防止機械振動。
文檔編號H02K1/27GK1199268SQ9810942
公開日1998年11月18日 申請日期1998年5月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月13日
發(fā)明者金泰德 申請人:三星電子株式會社