永磁电动机的制作方法

1.本发明涉及永磁电动机。


背景技术：

2.以往，公知有一种永磁电动机，该永磁电动机具备转子和定子，其中，定子上设置有朝内的齿部，该齿部与转子的外周对置来形成旋转磁场(例如，参照专利文献1、2)。
3.在专利文献1的永磁电动机中，在转子的内部，针对每个磁极设置有一对第一永磁铁和第二永磁铁，其中，上述一对第一永磁铁配置成向径向外侧张开的v字形状；上述第二永磁铁在上述第一永磁铁的径向外侧端部之间沿着转子的外周而配置。
4.在各个第一永磁铁的径向外侧端部设置有第一空隙部，在各个第二永磁铁的两端部设置有第二空隙部。第一空隙部、第二空隙部分别划分出第一磁路及第二磁路，该第一磁路在各相邻的第一空隙部之间分别与各个齿部连通；该第二磁路在各相邻的第一空隙部与第二空隙部之间分别与各个齿部连通。
5.而且，通过将第一磁路的宽度w1设置成第二磁路的宽度w2以上(w1≥w2)的宽度，能够增大磁阻转矩(reluctance torque)，其结果，能够实现高转矩、高旋转驱动。
6.另一方面，在专利文献2的永磁电动机中，在转子的外周部沿周向设置有磁通隔断部，该磁通隔断部隔断在电枢绕组的周围产生的闭环的磁通。磁通隔断部具有多个非磁性体部，该非磁性体部位于在转子的外周相邻的永磁铁之间并沿径向延伸。上述多个非磁性体部配置成从转子的外周侧向内周侧扩展且其长度从d轴朝向q轴依次变短。
7.现有技术文献
8.专利文献
9.专利文献1：日本特开2011-229395号公报
10.专利文献2：专利第6002217号公报


技术实现要素：

11.发明要解决的课题
12.然而，在上述专利文献1的永磁电动机中，经由通过第一磁路、第二磁路而进入齿部的磁力线会产生转矩，但是关于第一磁路、第二磁路与齿部的关系完全没有被公开。因此，可以认为在第一磁路、第二磁路与齿部的关系方面，存在改善转矩(单位体积的输出)的余地。
13.另外，根据上述专利文献2的永磁电动机，相邻的永磁铁之间的磁路因多个非磁性体部的存在而变得狭窄，在转子铁芯上产生磁饱和，因此由此导致的损失不低。因此，存在用于提高永磁电动机的转矩的改善余地。
14.本发明的目的在于鉴于上述现有技术中存在的课题而提高永磁电动机中的单位体积的输出。
15.用于解决课题的手段
16.本发明的永磁电动机具备转子和定子，所述定子上设置有多个朝内的齿部，多个所述齿部与所述转子的外周的多个位置对置用于形成旋转磁场，
17.作为从与所述转子的旋转轴线垂直的剖面观察时的结构，在所述转子的内部，针对该转子的每个磁极设置有一对第一永磁铁和第二永磁铁，其中，所述一对第一永磁铁配置成向所述转子的径向外侧张开的v字型或u字型形状；所述第二永磁铁在所述转子的周向上的所述一对第一永磁铁的所述径向外侧的端部之间沿着该转子的外周配置，
18.在所述转子的内部的各个所述第一永磁铁的所述径向外侧的端部设置有第一空隙部，在各个所述第二永磁铁的两端部设置有第二空隙部，
19.在各相邻的该第一空隙部之间划分出与所述齿部连通的第一磁路，在各相邻的该第一空隙部与该第二空隙部之间划分出与所述齿部连通的第二磁路，
20.所述永磁电动机的特征在于，
21.将所述第一磁路的相对于所述旋转轴线的所述转子的外周部处的开角设定为α，将所述第二磁路的相对于该旋转轴线的所述转子的外周部处的开角设定为β，将以最短的距离连接通过所述齿部的磁路在周向上最接近所述第一永磁铁的一侧与旋转中心的假想线设定为γ1，将以最短的距离连接通过所述齿部的磁路在周向上最接近第二永磁铁的一侧与旋转中心的假想线设定为γ2，并将所述假想线γ1和所述假想线γ2相对于所述旋转轴线的开角设定为γ时，
22.在周向上的所述第一空隙部与所述假想线γ1之间配备有外周孔部，以满足α＜β的关系且所述开角β接近于所述开角γ，并且所述第二空隙部延伸至与所述假想线γ2相接。
23.根据本发明，第二磁路的开角β因外周孔部的存在而成为接近于通过齿部的磁路两侧的假想线γ1、假想线γ2间的开角γ的状态。由此，能够在齿部与第二磁路对齐的状态下尽可能地减小磁阻，并且能够在齿部与第二磁路错开的状态下尽可能地增大磁阻。
24.因此，能够实现转子在旋转方向上的磁阻转矩(这里特别是指促使磁力线成为最短的方式而使齿部与第二磁路排列成一致的作用力)的最大化，从而能够实现永磁型电动机的单位体积的输出的提高。
25.在本发明中，作为从与所述转子的旋转轴线垂直的剖面观察时的结构，所述外周孔部可以具有沿所述转子的径向成细长的形状且该细长的部分与所述假想线γ1相接地沿着所述第二磁路延伸设置。
26.由此，因具有沿径向成细长的形状的外周孔部的存在，能够高效地利用促使通过齿部的磁路的磁通与齿部排列成一致。
27.另外，在本发明中，优选的是，在一个所述齿部的磁路与各个所述第二永磁铁的两侧的所述第二磁路中的一方的第二磁路实质上合一时，同时其他的一个所述齿部的磁路与该两侧的所述第二磁路中的另一方的第二磁路实质上合一。
28.由此，在一个齿部的磁路以及其他一个齿部的磁路与第二永磁铁的两侧的第二磁路合一时，在从各个第二磁路朝向各齿部的磁路上不存在狭窄的部分，因此磁通能够顺畅地流通，从而能够进一步提高永磁电动机的转矩。
附图说明
29.图1是本发明一实施方式的永磁电动机的主要部分的剖视图。
30.标号说明
31.1：永磁电动机，2：转子，3：齿部，4：定子，5：第一永磁铁，6：第二永磁铁，7：第一空隙部，8：第二空隙部，9：第一磁路，10：第二磁路，11、11a、11b：磁路，12：外周孔部。
具体实施方式
32.以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。图1表示从与永磁电动机的主要部分的旋转轴线垂直的剖面观察本发明的一实施方式的永磁电动机的主要部分的样子。在同图中，示出了周向上的1/4部分(相当于两极的量)的结构，其他3/4部分的结构也相同。
33.如该图所示，该永磁电动机1具备转子2以及设置有多个朝内的齿部3的定子4，多个齿部3与转子2的外周的多个位置对置用于形成旋转磁场。
34.作为从与转子2的旋转轴线a垂直的剖面观察时的结构，在转子2的内部，针对转子2的每个磁极设置有一对第一永磁铁5和第二永磁铁6，第一永磁铁5配置成向转子2的径向外侧张开的v字型或u字型形状；第二永磁铁6在转子2的周向上的该一对第一永磁铁5的径向外侧端部之间沿着转子2的外周配置。
35.在转子2内部的各第一永磁铁5的径向外侧端部设置有第一空隙部(隔磁部/flux barrier)7，在各第二永磁铁6的两端部设置有第二空隙部(隔磁部)8。
36.在周向上各相邻的第一空隙部7之间划分出与齿部3连通的第一磁路9，在各相邻的第一空隙部7与第二空隙部8之间划分出与齿部3连通的第二磁路10。需要说明的是，在本实施方式中，第一空隙部7在转子2的外周部和与该第一空隙部7最接近的第一永磁铁5的端部之间被分割为两个孔。
37.这里，将第一磁路9的以旋转轴线a为中心的转子2的外周部处的开角设定为α，将第二磁路10的以旋转轴线a为中心的转子2的外周部处的开角设定为β。另外，将以最短的距离连接通过齿部3的磁路11在周向上靠近第一永磁铁5的一侧与旋转中心的假想线设定为γ1，将以最短的距离连接通过齿部3的磁路11在周向上靠近第二永磁铁6的一侧与旋转中心的假想线设定为γ2，并将假想线γ1与假想线γ2的以旋转轴线a为中心的开角设定为γ。
38.这样，在周向上的第一空隙部7与假想线γ1之间配备外周孔部12，以满足α＜β的关系且开角β接近于开角γ，并且第二空隙部8延伸至与假想线γ2相接的位置。需要说明的是，在本实施方式中，第二空隙部8在假想线γ2和第二永磁铁6的与假想线γ2最接近的端部之间被分割为两个孔。
39.另外，作为从与转子2的旋转轴线a垂直的剖面观察时的结构，外周孔部12具有沿转子2的径向成细长的形状，并且该细长部分与假想线γ1相接地沿着第二磁路10延伸。
40.另外，永磁电动机1通过下述方式构成：在一个齿部3的磁路11与各个第二永磁铁6的两侧的第二磁路10中的一方磁路10实质上合一时，同时其他一个齿部3的磁路11与该两侧的第二磁路10中的另一方磁路10实质上合一。在图1中示出了下述情形：在一个齿部3的磁路11a与一方的第二磁路10实质上合一的同时其他的齿部3的磁路11b与另一方的第二磁路10实质上合一。
41.在该结构中，第二磁路10的开角β因外周孔部12的存在而成为接近于开角γ的状态，该开角γ是通过齿部3的磁路11的两侧的假想线γ1、假想线γ2间的角度。因此，永磁电动机1具有下述特性：在转子2以旋转轴线a为轴进行旋转的状况下，齿部3与第二磁路10排列成对齐的状态下的磁阻小，并且齿部3与第二磁路10处于错开的状态下的磁阻变大。
42.换言之，因外周孔部12的存在，在径向上面对齿部3的第二磁路10的周向宽度被缩窄。即，在齿部3与第二磁路10排列成一致的状态下，通过定子4的齿部3与转子2的铁芯部之间的磁路的磁力线以直线且最短的方式通过，但在齿部3与第二磁路10多少处于错开的状态下，通过齿部3与转子2的铁芯部之间的磁路的磁力线产生弯曲。
43.另外，转子2的旋转通过磁转矩和磁阻转矩来进行。通过定子4所形成的旋转磁场的极和通过转子2的第一永磁铁5、第二永磁铁6的磁极的吸引力以及排斥力而产生磁转矩。
44.磁阻转矩是由定子4相对于转子2的铁芯部(突极)的旋转磁场的吸引力而产生。即，磁阻转矩是通过定子4的齿部3与转子2的铁芯部之间的磁路的磁力线要成为最短而使铁芯部(磁路)与齿部3排列成一致的作用力所产生的。
45.因此，利用上述外周孔部12所具有的磁阻的特性，能够尽可能地促使第二磁路10与齿部3排列成一致的磁阻转矩最大化。因此，转子2因该磁阻转矩的存在而以高扭矩的方式进行旋转。
46.另外，由于外周孔部12具有沿转子2的径向成细长的形状且与假想线γ1相接地沿着第二磁路10延伸设置，因此能够更高效地利用该磁阻转矩。
47.而且，在第二永磁铁6的一侧的齿部3的磁路11与第二磁路10合一时，同时其他一侧的齿部3的磁路11也处于与第二磁路10合一的状态。在该情况下，在周向上的两个位置的第二磁路10分别与两个齿部3排列成对齐的状态下，从两个第二磁路10朝向两个齿部3的磁路11的各磁路上不产生狭窄的部分，因此，磁通在第二磁路10与齿部3的磁路11之间直线地且顺畅地流通，另一方面，在两个齿部3与各第二磁路10多少错开的状态下，通过该磁路的2组的磁力线一起发生弯曲，能够尽可能地实现促使两个第二磁路10分别与两个齿部3排列成一致的磁阻转矩的最大化。由此，转子2以更高的转矩进行旋转。
48.需要说明的是，可以认为，若设置大的隔磁部(孔)作为第二空隙部8，则转子2的强度降低而使旋转速度的上限下降，其结果，即使能够实现转矩的提高，输出(转矩
×
转速)却不会提高。关于这一点，由于第二空隙部8以上述方式被分割成两个孔，所以不会降低转子2的强度，从而使转子2以高转矩及高输出进行旋转。
49.如上所述，根据本实施方式，由于第二磁路10的开角β因外周孔部12的存在而成为接近于通过齿部的磁路的两侧的假想线γ1、γ2间的开角γ的状态，因此能够实现转子2的旋转方向的磁阻转矩的最大化，从而能够提高永磁电动机1的单位体积的输出。
50.另外，由于外周孔部12具有沿转子2的径向成细长的形状，且与假想线γ1相接地沿着第二磁路10延伸设置，因此能够高效地利用磁阻转矩。
51.另外，永磁电动机1构成为：在一个齿部3的磁路11与各个第二永磁铁6的两侧的第二磁路10中的一方磁路合一时，同时其他一个齿部3的磁路11与该两侧的第二磁路10中的另一方的第二磁路10合一。所以，磁通能够顺畅地流通，从而能够进一步提高永磁电动机1的转矩。
52.需要说明的是，本发明并不限定于上述实施方式。例如，第二空隙部8、外周孔部12
也可以通过被散布成格子(网格)状的大小不同的多个孔的方式进行细分化。由此，能够在防止转子2的强度降低的同时，更有效地实现永磁电动机1的转矩和输出的提高。