專利名稱：電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
如圖18所示，公知有在設(shè)于旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)子鐵心的表面上具有P個(gè)(在該例中為2個(gè))永磁體101的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子，該P(yáng)個(gè)永磁體101以沿圓周方向彼此并列相鄰的方式進(jìn)行配置。但是，在使用這樣的轉(zhuǎn)子的電動(dòng)機(jī)中存在下述問(wèn)題發(fā)生由變換器的載頻引起的高頻電流脈動(dòng)，在電動(dòng)機(jī)的定子鐵心或永磁體中發(fā)生高次諧波鐵損，而且轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)變多。另外，在電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子以高速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的領(lǐng)域，為了抑制感應(yīng)電壓上升而使電流相位角超前，即進(jìn)行所謂的弱磁場(chǎng)控制，但如果進(jìn)行這樣的弱磁場(chǎng)控制，則轉(zhuǎn)矩急劇降低。所以，如圖19(例如專利第3659012號(hào)公報(bào))所示，提出了2個(gè)永磁體101和由磁性材料構(gòu)成的2個(gè)凸極103沿旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向相互并列配置的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子。該電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子通過(guò)具有凸極103而抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的發(fā)生。
另外，在日本專利文獻(xiàn)特開(kāi)平8-23664號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了具備第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元和第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子，其中，所述第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元由多個(gè)第一種永磁體磁極部與多個(gè)磁性材料構(gòu)成的第一種凸極部沿旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向相互并列配置在轉(zhuǎn)子鐵心的表面上而成，所述第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元由多個(gè)第二種永磁體磁極部與多個(gè)磁性材料構(gòu)成的第二種凸極部沿旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向相互并列配置在轉(zhuǎn)子鐵心的表面上而成。該電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子通過(guò)使第一種永磁體磁極部的極弧角與第二種永磁體磁極部的極弧角不同，使第一種凸極部的開(kāi)角與第二種凸極部的開(kāi)角不同，來(lái)抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的發(fā)生。
在日本專利文獻(xiàn)特開(kāi)平1-122353號(hào)公報(bào)的圖6中，公開(kāi)了具備轉(zhuǎn)子鐵心、在轉(zhuǎn)子鐵心的表面配置有P個(gè)(P為正偶數(shù))第一種永磁體磁極部的第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元、以及在轉(zhuǎn)子鐵心的表面配置有P個(gè)(P為正偶數(shù))第二種永磁體磁極部的第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子。第一種永磁體磁極部的極弧角變得小于第二種永磁體磁極部的極弧角。但是，如該公報(bào)的圖1、圖16所示，永磁體12a、12b被貼附于磁軛(yoke)9上。因而，在圓周方向上相鄰的永磁體之間僅露出磁軛9的外表面。
另外，在日本專利文獻(xiàn)特開(kāi)2002-272066號(hào)公報(bào)的圖6中公開(kāi)了在配置于磁軛11上的永磁體35之間填充有混合了永磁體粉和膠粘劑的磁性粘合劑20的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子。但是，在該公報(bào)中揭示的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子不具備第一及第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元。另外，在該公報(bào)中所示的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子中，在相鄰的永磁體35之間產(chǎn)生的間隙是在多邊形狀的磁軛11上配置半圓錐體形的永磁體35時(shí)形成的大間隙，不是由于永磁體磁極部的尺寸精度而形成的間隙。另外，在該公報(bào)中，將填充于永磁體35之間的混合永磁體粉和膠粘劑的粘合劑20稱為磁性粘合劑。但是，該粘合劑20中的永磁體粉是頑磁很大的強(qiáng)磁性材料，是磁阻很大的磁性材料。該含有永磁體粉的粘合劑20的功能是延長(zhǎng)相鄰的永磁體，用粘合劑20填埋的部分作為與永磁體同樣的物質(zhì)，使齒槽轉(zhuǎn)矩減少。
在使用此種電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子的電動(dòng)機(jī)中，在轉(zhuǎn)子側(cè)具備用于對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子的位置來(lái)切換定子的流向電樞的電流的磁極位置檢測(cè)用霍爾元件。該磁極位置檢測(cè)用霍爾元件通常位于旋轉(zhuǎn)軸的軸線方向，并鄰近配置在永磁體的端部。但是，在如圖19所示的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子(專利文獻(xiàn)1)那樣具有凸極部的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子中，如圖20所示，在磁極位置檢測(cè)用霍爾元件檢測(cè)的磁通密度波形(轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度與軸向間隙磁通密度之間的關(guān)系的波形)的零交附近，產(chǎn)生磁通的紊亂T1。所以，磁通密度波形難以變成正弦波的波形，存在產(chǎn)生磁極位置的檢測(cè)誤差的問(wèn)題。另外，如果設(shè)置凸極部，盡管可以減低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，但產(chǎn)生了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩被減低的問(wèn)題。
另外，在如同圖18所示的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子那樣沒(méi)有凸極部的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子中，盡管電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩沒(méi)有大幅度降低，但也不能減低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。另外，在該電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子中，由于永磁體的尺寸精度而在永磁體間形成間隙。于是如圖21所示，由于該間隙而在磁通密度波形中產(chǎn)生磁通的紊亂T2的問(wèn)題。
另外，即使在專利文獻(xiàn)2所示的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子中，也有可能在磁通密度波形的零交附近產(chǎn)生磁通的紊亂，變得難以得到正弦波的波形，從而產(chǎn)生誤動(dòng)作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以維持高的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、減低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的發(fā)生、而且不會(huì)降低磁極位置的檢測(cè)精度的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子及永磁體旋轉(zhuǎn)型電動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明的目的還在于提供一種在位置檢測(cè)用霍爾元件檢測(cè)的磁通密度波形中難以產(chǎn)生磁通的紊亂、并可以得到接近正弦波的磁通密度波形的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子及永磁體旋轉(zhuǎn)型電動(dòng)機(jī)。
除了上述目的以外，本發(fā)明的其他目的還在于提供一種可以抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)而維持高轉(zhuǎn)矩，并且即使進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，也可以抑制高次諧波鐵損的增加的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子及永磁體旋轉(zhuǎn)型電動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明的其他目的還在于提供一種即使進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，也可以防止永磁體及凸極從轉(zhuǎn)子鐵心脫離的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子及永磁體旋轉(zhuǎn)型電動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子具備設(shè)于旋轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)子鐵心、第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元、第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元。第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元被如下構(gòu)成在轉(zhuǎn)子鐵心的表面上，以沿旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向交替排列的方式配置P個(gè)(P為正偶數(shù))第一種永磁體磁極部和P個(gè)(P為正偶數(shù))由磁性材料構(gòu)成的凸極部。第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元被如下構(gòu)成在轉(zhuǎn)子鐵心的表面上，沿圓周方向相鄰配置P個(gè)(P為正偶數(shù))第二種永磁體磁極部。
第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元與第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元沿旋轉(zhuǎn)軸的軸線方向并列配置，使得沿著旋轉(zhuǎn)軸的軸線且通過(guò)第一種永磁體磁極部的中心的第一假想中心線與沿著軸線且通過(guò)第二種永磁體磁極部的中心的第二假想中心線一致。
這里所述的“永磁體磁極部”是指由一個(gè)以上的永磁體構(gòu)成的磁極部。例如，可以由一個(gè)永磁體構(gòu)成永磁體磁極部，也可以在表面排列具有同極性的多個(gè)永磁體來(lái)構(gòu)成一個(gè)永磁體磁極部。另外，所述“凸極部”是指由一個(gè)以上的凸極構(gòu)成的部分。
如果如本發(fā)明的轉(zhuǎn)子用電動(dòng)機(jī)那樣在第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元中設(shè)置凸極部，則可以在該凸極部中抑制磁阻轉(zhuǎn)矩的發(fā)生，從而可以抑制高次諧波鐵損的增加，而且還可以抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的發(fā)生。另外，通過(guò)使用不具有凸極部的第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元，可以抑制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的減低。但是，在第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元中的P個(gè)第二種永磁體磁極部的相鄰的2個(gè)永磁體磁極部之間，形成由于永磁體磁極部的尺寸精度而引起的間隙?？紤]到轉(zhuǎn)子鐵心的加工精度及轉(zhuǎn)子的組裝精度來(lái)決定永磁體的尺寸精度，由此產(chǎn)生該間隙。即，在實(shí)際制造電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子的情況下，考慮各零部件的加工精度及零部件的組裝精度，在組裝零部件時(shí)，必須能夠吸收尺寸誤差。實(shí)際上，為了形成永磁體磁極部而使用的永磁體難以提高尺寸精度，如果提高尺寸精度，則永磁體的價(jià)格會(huì)變得極高。所以，以本領(lǐng)域技術(shù)人員的常識(shí)來(lái)看，不會(huì)提高永磁體的尺寸精度來(lái)制造電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子。從這樣的情況出發(fā)，在沿圓周方向相鄰配置多個(gè)永磁體磁極的情況下，在相鄰的2個(gè)永磁體磁極部之間形成間隙。通常形成的該間隙的在圓周方向上測(cè)定的尺寸為0.2～0.5mm左右。但是，該間隙引起在第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元的磁通密度波形中產(chǎn)生紊亂。因此，在本發(fā)明中，在該間隙配置由軟磁性材料構(gòu)成的間隔件。如果配置這樣的軟磁性材料構(gòu)成的間隔件，則可以抑制磁通密度波形的紊亂，磁通密度波形接近正弦波。
第一種永磁體磁極部的極弧角θm與凸極部的開(kāi)角θs之間的比(θm/θs)優(yōu)選為1.5～2.5的范圍的值。如果比(θm/θs)低于1.5，則轉(zhuǎn)矩降低，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)變得容易增加。如果比(θm/θs)高于2.5，則在高速領(lǐng)域的轉(zhuǎn)矩降低，不能充分抑制高次諧波鐵損。這樣的情況下，第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元的軸線方向的長(zhǎng)度L1與第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元的軸線方向的長(zhǎng)度L2之間的比(L1/L2)優(yōu)選為0.75～1的范圍的值。
如果第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元的軸線方向的長(zhǎng)度L1與第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元的軸線方向的長(zhǎng)度L2相等，則可以抑制高次諧波鐵損的增加。
第一種永磁體磁極部及第二種永磁體磁極部?jī)?yōu)選以平行磁化定向的方式被分別磁化，使得通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸的中心與永磁體磁極部的中心的第3假想中心線與磁化方向平行。這樣，可以使位置檢測(cè)用霍爾元件檢測(cè)的磁通密度波形成為更接近正弦波的波形。
在第一及第二轉(zhuǎn)子拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元的外表面上，優(yōu)選設(shè)有纏繞由強(qiáng)化纖維材料構(gòu)成的線而且浸滲膠粘劑、相對(duì)所述外表面被固定的保護(hù)層。這樣，即使轉(zhuǎn)子磁極由第一及第二這2個(gè)拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元構(gòu)成，也可以利用保護(hù)層，防止高速旋轉(zhuǎn)時(shí)拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元在離心力的作用下從轉(zhuǎn)子鐵心脫離。
特別是利用本發(fā)明得到的磁通密度波形的紊亂抑制效果，在磁極位置的檢測(cè)給電動(dòng)機(jī)的控制帶來(lái)重大影響的高速旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)中被顯著地發(fā)揮。在此，高速旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)是指旋轉(zhuǎn)軸以15萬(wàn)轉(zhuǎn)/分以上高速旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)。在這樣的高速旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)中，磁通密度波形的紊亂引起產(chǎn)生的磁極位置的檢測(cè)精度的降低使電動(dòng)機(jī)的控制精度大幅度降低，所以本發(fā)明的效果尤其明顯。
在具備本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子的永磁體旋轉(zhuǎn)型電動(dòng)機(jī)中，檢測(cè)電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子的位置的位置檢測(cè)用霍爾(Hall)元件被配置為測(cè)定來(lái)自第二種永磁體磁極部的漏磁通。這樣，如上所述，在磁極位置檢測(cè)用霍爾元件檢測(cè)的磁通密度波形中難以產(chǎn)生磁通的紊亂，使磁通密度波形接近正弦波，可以抑制對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制時(shí)的誤動(dòng)作的發(fā)生。
根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子，通過(guò)在第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元中設(shè)置凸極部，可以在該凸極部產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，抑制高次諧波鐵損的增加。另外，在第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元中，由于第二種永磁體磁極部相鄰配置，所以可以抑制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的降低。此外，在本發(fā)明中，在構(gòu)成第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元的多個(gè)永磁體磁極部之間的相鄰的2個(gè)永磁體磁極部之間由于尺寸精度而形成有間隙，在該間隙中配置由軟磁性材料構(gòu)成的間隔件。軟磁性材料具有頑磁小、相對(duì)磁導(dǎo)率大(磁阻小)的性質(zhì)。通過(guò)在永磁體磁極部間的間隙配置由這樣的軟磁性材料構(gòu)成的間隔件，可以減小該間隙部分的磁阻。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明，可以抑制從第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元產(chǎn)生的漏磁通的磁通密度波形的紊亂，可以使該磁通密度波形更接近正弦波。結(jié)果，可以抑制磁極位置檢測(cè)精度的降低。


圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式的永磁體旋轉(zhuǎn)型電動(dòng)機(jī)的一部分截面圖。
圖2是圖1所示的永磁體旋轉(zhuǎn)型電動(dòng)機(jī)中使用的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子的立體圖。
圖3(A)及(B)是圖2的A-A線截面圖及B-B線截面圖。
圖4是圖2所示的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子的分解圖。
圖5是圖2所示的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子相對(duì)于第一及第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元的外表面固定保護(hù)層的方式的圖。
圖6示出在圖1所示的永磁體旋轉(zhuǎn)型電動(dòng)機(jī)中位置檢測(cè)用霍爾元件檢測(cè)的磁通密度波形的圖。
圖7是在電流超前角為0°的試驗(yàn)中使用的各電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系示意圖。
圖8是在電流超前角為20°的試驗(yàn)中使用的各電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系示意圖。
圖9是在電流超前角為40°的試驗(yàn)中使用的各電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系示意圖。
圖10是在電流超前角為60°的試驗(yàn)中使用的各電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系示意圖。
圖11是在試驗(yàn)中使用的各電動(dòng)機(jī)的電流超前角與平均轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系示意圖。
圖12是實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)與比較例1及2的電動(dòng)機(jī)之間的相電感的示意圖。
圖13(A)及(B)是本發(fā)明的其他實(shí)施方式的永磁體旋轉(zhuǎn)型電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的第一及第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極的各截面圖。
圖14是表示使用圖13中所示的轉(zhuǎn)子的永磁體旋轉(zhuǎn)型電動(dòng)機(jī)中的位置檢測(cè)用霍爾元件檢測(cè)的磁通密度波形的圖。
圖15是表示在本發(fā)明的其他實(shí)施方式的永磁體旋轉(zhuǎn)型電動(dòng)機(jī)中使用的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子的立體圖。
圖16(A)及(B)是表示圖15的A-A線截面圖及B-B線截面圖。
圖17是表示圖15所示的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子的分解圖。
圖18是表示以往的一例電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子的平面圖。
圖19是表示以往的其他例的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子的平面圖。
圖20是表示使用圖19所示的轉(zhuǎn)子的永磁體旋轉(zhuǎn)型電動(dòng)機(jī)中的位置檢測(cè)用霍爾元件檢測(cè)的磁通密度波形的圖。
圖21是表示使用圖18所示的轉(zhuǎn)子的永磁體旋轉(zhuǎn)型電動(dòng)機(jī)中的位置檢測(cè)用霍爾元件檢測(cè)的磁通密度波形的圖。
圖中，1-電動(dòng)機(jī)用定子、3-電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子、5A，5B-托架、9-位置檢測(cè)用霍爾元件、13-轉(zhuǎn)子鐵心、15-第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元、17-第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元、19-保護(hù)層、21-第一種永磁體磁極部、23、323-凸極部、25-第二種永磁體磁極部、27、327-間隔件、θm-第一種永磁體磁極部的極弧角、θs-第一種凸極部的開(kāi)角。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式的永磁體旋轉(zhuǎn)型電動(dòng)機(jī)的一部分截面圖。在本圖中，為了容易理解，用平面圖描繪電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子，用截面圖描繪其他部分。如圖1所示，本例的電動(dòng)機(jī)具備電動(dòng)機(jī)用定子1和電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子3。電動(dòng)機(jī)用定子1具有一對(duì)托架5A、5B和電樞7。一對(duì)托架5A、5B支撐電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子3，該電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)自如。一對(duì)托架5A、5B的一方托架5B上安裝有檢測(cè)電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子3的位置的位置檢測(cè)用霍爾元件9。位置檢測(cè)用霍爾元件9為了可以檢測(cè)來(lái)自電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子3的后述的第二種永磁體磁極部25的漏磁通，而被配置于離開(kāi)第二種永磁體磁極部25的端部1mm左右的位置。電樞7具有電樞芯8和卷繞在電樞芯8上的多個(gè)繞組10，并被一對(duì)托架5A、5B夾持。
圖2是電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子3的立體圖。圖3(A)及(B)是圖2的A-A線截面圖及B-B線截面圖。圖4是電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子3的分解圖。此外，在各圖中，描繪了去除后述的保護(hù)層19之后的狀態(tài)。另外，為了容易理解，在圖3(A)及(B)中，省略了顯示截面的剖面線。如圖1～圖4所示，電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子3具備旋轉(zhuǎn)軸11、轉(zhuǎn)子鐵心13、第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元15、第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元17、以及保護(hù)層19。轉(zhuǎn)子鐵心13具有圓柱形，在旋轉(zhuǎn)軸11的軸線方向的中央部與旋轉(zhuǎn)軸11設(shè)置成一體。第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元15被如下構(gòu)成在轉(zhuǎn)子鐵心13的表面的一部分上，沿旋轉(zhuǎn)軸11的圓周方向相互并列配置P個(gè)(P為正偶數(shù)，在本例中為2個(gè))第一種永磁體磁極部21和P個(gè)(P為正偶數(shù)，在本例為2個(gè))由磁性材料構(gòu)成的凸極部23。在第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元17中，在轉(zhuǎn)子鐵心13的表面的其他一部分上相鄰配置P個(gè)(P為正偶數(shù)，在本例為2個(gè))第二種永磁體磁極部25。在第二種永磁體磁極部25的相鄰的2個(gè)永磁體磁極部25之間，由于制造上的尺寸精度的原因而形成間隙，在該間隙中配置有由軟磁性材料構(gòu)成的間隔件27。該間隙的厚度尺寸、即沿旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向測(cè)定的該間隙的尺寸為0.2～0.5mm左右。理想上優(yōu)選用間隔件27完全地填埋該間隙。但是，實(shí)際上，很難完全地填埋該間隙，所以預(yù)先準(zhǔn)備厚度尺寸不同的多種間隔件。在實(shí)際制造電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子時(shí)，在該間隙中插入具有盡量能夠填埋間隙的厚度尺寸的間隔件27。間隔件27可以由利用擠壓使鐵合金粉末擠壓成形的成形品形成，也可以由利用壓延磁性銅板減薄其厚度得到的薄板成形間隔件27。
在本例中，第一及第二種永磁體磁極部21、25分別由一個(gè)永磁體構(gòu)成，另外，凸極部23分別由利用擠壓鐵合金粉末而壓縮成形的一個(gè)成形品構(gòu)成。另外，由軟磁性材料構(gòu)成的間隔件27也分別由擠壓鐵合金粉末而壓縮成形的一個(gè)成形品構(gòu)成。如圖2所示，第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元15和第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元17以使第一假想中心線C1與第二假想中心線C1’相一致的方式沿旋轉(zhuǎn)軸11的軸線方向并排配置，其中，所述第一假想中心線C1沿著旋轉(zhuǎn)軸11的軸線A而且通過(guò)第一種永磁體磁極部21的中心，所述第二假想中心線C1’沿著軸線A而且通過(guò)第二種永磁體磁極部25的中心。
如圖3所示，第一種永磁體磁極部21及第二種永磁體磁極部25以平行磁化定向的方式被分別磁化，使得通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸11的中心與永磁體磁極部的中心的第3假想中心線C3與磁化方向(箭頭M1)平行。
另外，第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元15的軸線方向的長(zhǎng)度L1與第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元17的軸線方向的長(zhǎng)度L2相等。長(zhǎng)度L1與長(zhǎng)度L2之間的比(L1/L2)優(yōu)選為0.75～1的范圍的值。如上所述，凸極部23是利用擠壓鐵合金粉末而壓縮成形的成形品，并與轉(zhuǎn)子鐵心13分體設(shè)置。
如圖3所示，第一種永磁體磁極部21的極弧角θm與凸極部23的開(kāi)角θs之間的比(θm/θs)優(yōu)選為1.5～2.5的范圍的值。
如圖5所示，相對(duì)第一及第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元15、17的外表面被固定的保護(hù)層19(參照?qǐng)D1)被如下形成在向由強(qiáng)化纖維材料構(gòu)成的線19a施加張力的狀態(tài)下，將其進(jìn)行纏繞，并使其浸滲膠粘劑而形成保護(hù)層19。
圖6示出在本例的電動(dòng)機(jī)中，磁極位置檢測(cè)用霍爾元件9檢測(cè)的從第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元產(chǎn)生的漏磁通的磁通密度波形(轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度與軸向間隙磁通密度之間的關(guān)系的波形)的圖。從圖6可知，在本例的電動(dòng)機(jī)的磁通密度波形中，實(shí)際上并不會(huì)產(chǎn)生如圖20及圖21所示的磁通的紊亂，可以得到接近正弦波的磁通密度波形。此外，圖6所示的虛線波形是沒(méi)有向間隙插入間隔件時(shí)的磁通密度波形。
接著，分析本例的電動(dòng)機(jī)(實(shí)施例的電動(dòng)機(jī))、使用圖18所示的轉(zhuǎn)子的電動(dòng)機(jī)(比較例1的電動(dòng)機(jī))和使用圖19所示的轉(zhuǎn)子的電動(dòng)機(jī)(比較例2的電動(dòng)機(jī))的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。圖7～圖10示出電流超前角為0°、20°、40°、60°的各電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。另外，圖11示出各電動(dòng)機(jī)的電流超前角與平均轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。從圖7～圖11可知，在電流超前角為0°的情況下，盡管比較例1的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩變高，但在電流超前角為20°、40°、60°時(shí)，實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)與比較例1及2的電動(dòng)機(jī)相比，轉(zhuǎn)矩被提高。另外還可知，在各電流超前角的情況下，實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)與比較例2的電動(dòng)機(jī)相比，可以減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
圖12是示出實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)與比較例1及2的電動(dòng)機(jī)的相電感的圖。由本圖可知，實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)與比較例1的電動(dòng)機(jī)相比，相電感大，而與比較例2的電動(dòng)機(jī)相比，沒(méi)有那么大的差。所以可知，實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)可以抑制由變換器的載頻引起的高頻電流脈動(dòng)，并可以抑制高次諧波鐵損的增加。
圖13(A)及(B)是示出本發(fā)明的其他實(shí)施方式的永磁體旋轉(zhuǎn)型電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的第一及第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元215、217的各截面圖。此外，為了便于理解，在圖13(A)及(B)中，省略了表示截面的剖面圖。在本例的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子中，第一及第二種永磁體磁極部221、225以徑向磁化定向的方式被分別磁化，使得各磁化方向(箭頭M2)成為旋轉(zhuǎn)軸211的直徑方向。另外，具有與圖1～圖4所示的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子相同的結(jié)構(gòu)。圖14表示本例的電動(dòng)機(jī)中的位置檢測(cè)用霍爾元件檢測(cè)的磁通密度波形。從圖14可知，在本例的電動(dòng)機(jī)的磁通密度波形中，不發(fā)生圖20及圖21所示的磁通紊亂，但成為了接近矩形波的波形。
圖15是表示本發(fā)明的其他實(shí)施方式的永磁體旋轉(zhuǎn)型電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子3的立體圖，圖16(A)及(B)是圖15的A-A線截面圖及B-B線截面圖，圖17是電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子3的分解圖。在本例的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子中，凸極部323與間隔件327形成為一體。如圖15～圖17所示，電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子3具備旋轉(zhuǎn)軸11、轉(zhuǎn)子鐵心13、第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元15、第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元17、以及保護(hù)層19。轉(zhuǎn)子鐵心13具有圓柱形，在旋轉(zhuǎn)軸11的軸線方向的中央部與旋轉(zhuǎn)軸11設(shè)為一體。第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元15被如下構(gòu)成在轉(zhuǎn)子鐵心13的一部分表面上，沿旋轉(zhuǎn)軸11的圓周方向相互并列配置P個(gè)(P為正偶數(shù)，在本例為2個(gè))第一種永磁體磁極部21和P個(gè)(P為正偶數(shù)，在本例為2個(gè))由磁性材料構(gòu)成的凸極部323。第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元17被如下構(gòu)成在轉(zhuǎn)子鐵心13的另一部分表面上，沿旋轉(zhuǎn)軸11的圓周方向交互排列配置P個(gè)(P為正偶數(shù)，在本例為2個(gè))第二種永磁體磁極部25和P個(gè)(P為正偶數(shù)，在本例為2個(gè))由軟磁性材料構(gòu)成的間隔件327。在該實(shí)施方式中，成對(duì)形成凸極部323和間隔件327。接著，將間隔件327配置在2個(gè)第二種永磁體磁極部25之間的因制造上的尺寸精度而形成的間隙內(nèi)。在本例中，第一及第二種永磁體磁極部21、25分別由一個(gè)永磁體構(gòu)成。如圖15所示，第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元15與第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元17沿旋轉(zhuǎn)軸11的軸向排列配置，使得沿著旋轉(zhuǎn)軸11的軸線A而且通過(guò)第一種永磁體磁極部21的中心的第一假想中心線C1與沿著軸線A而且通過(guò)第二種永磁體磁極部25的中心的第二假想中心線C1’一致，并使沿著軸線A而且通過(guò)凸極部323的中心的第4假想中心線C2與沿著軸線A而且通過(guò)間隔件327的中心的第5假想中心線C2’一致。
如圖16所示，第一種永磁體磁極部21及第二種永磁體磁極部25以平行磁化定向的方式被分別磁化，使得通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸11的中心與永磁體磁極部的中心的第3假想中心線C3與磁化方向(箭頭M1)平行。
另外，第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元15的軸線方向的長(zhǎng)度L1與第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元17的軸線方向的長(zhǎng)度L2相等。長(zhǎng)度L1與長(zhǎng)度L2之間的比(L1/L2)優(yōu)選為0.75～1的范圍的值。另外，凸極部323和間隔件327是利用擠壓鐵合金粉末而壓縮成形的一體成形品，與轉(zhuǎn)子鐵心13分體設(shè)置。
如圖16所示，第一種永磁體磁極部21的極弧角θm1小于第二種永磁體磁極部25的極弧角θm2，凸極部323的開(kāi)角θs1大于間隔件327的開(kāi)角θs2。具體而言，第一種永磁體磁極部21的極弧角θm1與凸極部323的開(kāi)角θs1之間的比(θm1/θs1)為1.5～2.5的范圍的值。間隔件327的外周的弧長(zhǎng)度優(yōu)選為1mm以下。這種情況下，如果設(shè)包括第二種凸極部的外周的假想圓的半徑為R，則第二種永磁體磁極部25的極弧角θm2與間隔件327的開(kāi)角θs2之間的比(θm2/θs2)在(πR-1)以上。在本例中，凸極部323的開(kāi)角θs1為54°，間隔件327的開(kāi)角θs2為4.5°另外，第一種永磁體磁極部的極弧角θm1與凸極部323的開(kāi)角θs1之間的比(θm1/θs1)也可以為4.5～7.5的范圍的值，間隔件327的外周的弧長(zhǎng)度也可以在1mm以下。這種情況下，第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元的軸線方向的長(zhǎng)度L1與第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元的軸線方向的長(zhǎng)度L2之間的比(L1/L2)優(yōu)選為1～1.33的范圍的值。
另外，在上述各例中，凸極部23及323與轉(zhuǎn)子鐵心13分體設(shè)置，但凸極部也可以與轉(zhuǎn)子鐵心設(shè)為一體。
另外，在上述各例中，分別由一個(gè)永磁體構(gòu)成第一及第二種永磁體磁極部21、25，分別由一個(gè)凸極構(gòu)成凸極部23及323，但勿庸多言，也可以分別由多個(gè)永磁體構(gòu)成第一及第二種永磁體磁極部，分別由多個(gè)凸極構(gòu)成凸極部23及323。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子，其特征在于，具備設(shè)于旋轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)子鐵心；在所述轉(zhuǎn)子鐵心的表面上，以沿所述旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向交替排列的方式配置P個(gè)(P為正偶數(shù))第一種永磁體磁極部和P個(gè)(P為正偶數(shù))由磁性材料構(gòu)成的凸極部而成的第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元；以及在所述轉(zhuǎn)子鐵心的表面上，沿所述旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向相鄰配置P個(gè)(P為正偶數(shù))第二種永磁體磁極部而成的第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元；其中，所述第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元與所述第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元沿所述旋轉(zhuǎn)軸的軸線方向并列配置，使得沿著所述旋轉(zhuǎn)軸的軸線且通過(guò)所述第一種永磁體磁極部的中心的第一假想中心線與沿著所述軸線且通過(guò)所述第二種永磁體磁極部的中心的第二假想中心線一致，在所述第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元中的所述P個(gè)第二種永磁體磁極部的相鄰的2個(gè)所述永磁體磁極部之間，由于所述永磁體磁極部的尺寸精度而形成有間隙，在所述間隙中，配置由軟磁性材料構(gòu)成的間隔件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子，其中，所述間隙的在所述圓周方向上測(cè)定的寬度尺寸在1.0mm以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述第一種永磁體磁極部的極弧角θm與所述凸極部θs之間的比(θm/θs)為1.5～2.5的范圍的值，所述第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元的軸線方向的長(zhǎng)度L1與所述第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元的軸線方向的長(zhǎng)度L2之間的比(L1/L2)為0.75～1的范圍的值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元的軸線方向的長(zhǎng)度L1與所述第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元的軸線方向的長(zhǎng)度L2相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子，其中，所述第一種永磁體磁極部及所述第二種永磁體磁極部以平行磁化定向的方式被分別磁化，使得通過(guò)所述旋轉(zhuǎn)軸的中心與所述永磁體磁極部的中心的第3假想中心線與磁化方向平行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子，其中，在所述第一及第二轉(zhuǎn)子磁極單元的外周面上設(shè)有纏繞由強(qiáng)化纖維材料構(gòu)成的線而且浸滲膠粘劑、相對(duì)所述外表面被固定的保護(hù)層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子，其中，所述旋轉(zhuǎn)軸被用于以15萬(wàn)轉(zhuǎn)/分以上的高速旋轉(zhuǎn)的高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子。
8.一種永磁體旋轉(zhuǎn)型電動(dòng)機(jī)，具備權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子，其特征在于，檢測(cè)所述電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子的位置的位置檢測(cè)用霍爾元件被配置為測(cè)定來(lái)自所述第二種永磁體磁極部的漏磁通。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子，其可以維持高的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，減低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的發(fā)生，而且不會(huì)降低磁極位置的檢測(cè)精度。在轉(zhuǎn)子鐵心的表面，沿軸線方向并排配置第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元和第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元。第一拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元被如下構(gòu)成沿旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向交替排列配置P個(gè)第一種永磁體磁極部與P個(gè)由磁性材料構(gòu)成的第一種凸極部。另外，第二拼合式轉(zhuǎn)子磁極單元被如下構(gòu)成在轉(zhuǎn)子鐵心的表面的另一部分上，沿圓周方向間隔配置P個(gè)第二種永磁體磁極部。在P個(gè)第二種永磁體磁極部的相鄰的2個(gè)永磁體磁極部之間，由于制造上的尺寸精度而產(chǎn)生間隙，在該間隙中配置由軟磁性材料構(gòu)成的間隔件。
文檔編號(hào)H02K15/03GK101083410SQ20071010874
公開(kāi)日2007年12月5日 申請(qǐng)日期2007年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月31日
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