同步電動的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)高效化以及更低振動化、更低噪音化的同步電動機。該同步電動機通過相位差為90°電角度的二相交流電流來驅(qū)動，包括：定子（1），其在以軸心為中心的圓環(huán)狀鐵芯上朝向軸心在周向上等角度間隔地形成4n（n為自然數(shù)）個齒部，且在各齒部（2a）、（2b）、（2c）、（2d）上以集中卷繞的方式卷繞繞組；轉(zhuǎn)子（4），其在以軸心為中心的圓柱狀軟磁性材料的后軛鐵（5）的外周面上配置有在周向上等角度間隔地交替形成不同極性磁極的6n極磁極取向永久磁鐵（6），且與定子（1）對置配置，各齒部（2a）、（2b）、（2c）、（2d）與轉(zhuǎn)子（4）相對置的部分的寬度為機械角度大致（75/n）°。
【專利說明】同步電動機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及同步電動機。
【背景技術(shù)】
[0002]作為用于小型鼓風(fēng)機的電動機，一般多數(shù)使用廉價且小型的單相感應(yīng)電動機。該單相感應(yīng)電動機由于效率低，因此，存在輸出小而消耗電量大的缺點。作為改善上述缺點的電動機有相對于一般的使定子繞組不同的相進(jìn)行重疊的分布繞組結(jié)構(gòu)，而采用能夠縮小繞組線圈的集中繞組結(jié)構(gòu)的3相籠型感應(yīng)電動機，但是，由于從定子側(cè)供給用于使轉(zhuǎn)子的籠型導(dǎo)體產(chǎn)生電流的能量，因此，與從永久磁鐵供給從轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁通的同步電動機相比，效率低且減少耗電量也有限。
[0003]另一方面，用于OA儀器、設(shè)備冷卻的所謂“軸流風(fēng)扇”的電動機，多數(shù)使用單相同步電動機。該單相同步電動機是將集中繞組結(jié)構(gòu)的定子以及具有與定子的齒部數(shù)量相同的磁極的轉(zhuǎn)子組合而構(gòu)成的，一般為了降低驅(qū)動電路的成本而使用半波整流后的電流進(jìn)行驅(qū)動，但是，因為在切換通電的相的時刻輸出轉(zhuǎn)矩會大幅降低，鏈波增大，因此，存在振動和噪音大的缺點。
[0004]在集中繞組結(jié)構(gòu)的同步電動機中，作為抑制轉(zhuǎn)矩鏈波實現(xiàn)低振動化、低噪音化的技術(shù)，例如有通過相對于轉(zhuǎn)子的極數(shù)減少定子的凸極(齒部)，在二相繞組上流通具有90°的相位差的二相交流電流進(jìn)行驅(qū)動，由此實現(xiàn)高效化、高轉(zhuǎn)矩化并且實現(xiàn)低振動化、低噪音化(例如，專利文獻(xiàn)I)。
[0005][專利文獻(xiàn)]
[0006][專利文獻(xiàn)I]:日本特開2006-340487號公報實用新型內(nèi)容
[0007]在使用永久磁鐵的同步電動機中，作為振動或噪音的其他要因，有在轉(zhuǎn)子的永久磁鐵與定子的齒部之間作用的磁引力所引起的齒槽轉(zhuǎn)矩(cogging torque)。該齒槽轉(zhuǎn)矩是在轉(zhuǎn)子機械性旋轉(zhuǎn)一周中以齒槽數(shù)與磁極數(shù)的最小公倍數(shù)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動分量。在該轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周中所產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩的脈動數(shù)越多，能量越分散，隨此，齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅越小，振動和噪音越小。相反，齒槽轉(zhuǎn)矩的脈動數(shù)越少，齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅越大，振動和噪音越大。上述現(xiàn)有技術(shù)是相對于轉(zhuǎn)子的極數(shù)減少齒部數(shù)即減少齒槽數(shù)，由此擴大卷繞繞組的空間來實現(xiàn)高效化，因此，存在如下問題:由于齒槽數(shù)與磁極數(shù)的組合有時會使齒槽轉(zhuǎn)矩的脈動數(shù)減少，隨此，齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅會增大，振動和噪音變大。
[0008]本實用新型鑒于上述問題而完成的，其目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)高效化以及更低振動化、更低噪音化的同步電動機。
[0009]為了解決上述問題，達(dá)到實用新型的目的，本實用新型所涉及的同步電動機為通過相位差為90°電角度的二相交流電流驅(qū)動的同步電動機，其特征在于，具備:定子，其在以軸心為中心的圓環(huán)狀鐵芯上朝向軸心在周向上等角度間隔地形成4η (η為自然數(shù))個齒部，且在所述各齒部上以集中卷繞的方式卷繞繞組；以及轉(zhuǎn)子，其在以軸心為中心的圓柱狀的軟磁性材料的后軛鐵的外周面上，配置有在周向上等角度間隔地交替形成不同極性磁極的6η極磁極取向永久磁鐵，并且所述轉(zhuǎn)子與所述定子對置配置，所述各齒部的與所述轉(zhuǎn)子對置的部分的寬度為機械角度大致(75/η) °。
[0010]根據(jù)本實用新型，具有能夠?qū)崿F(xiàn)高效化以及更低振動化、更低噪音化的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是實施方式所涉及的同步電動機的橫截面圖。
[0012]圖2是表示實施方式所涉及的同步電動機的驅(qū)動電流的一個示例的圖。
[0013]圖3(a)是表示在圖2所示的驅(qū)動電流的狀態(tài)a下流到各線圈的電流方向的圖。
[0014]圖3(b)是表示在圖2所示的驅(qū)動電流的狀態(tài)b下流到各線圈的電流方向的圖。
[0015]圖3(c)是表示在圖2所示的驅(qū)動電流的狀態(tài)c下流到各線圈的電流方向的圖。
[0016]圖3(d)是表示在圖2所示的驅(qū)動電流的狀態(tài)d下流到各線圈的電流方向的圖。
[0017]圖4是圖1所示的同步電動機的齒部的前端部的放大圖。
[0018]圖5是以圖1所示的同步電動機的齒部的前端寬度為參數(shù)比較齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅的圖。
[0019]圖6 (a)是表示徑向取向的情況下永久磁鐵的磁通流動的圖。
[0020]圖6(b)是表示磁極取向的情況下永久磁鐵的磁通流動的圖。
[0021]圖7是表示齒部的前端寬度與感應(yīng)電壓的關(guān)系的圖。
[0022]圖8是表示實施方式所涉及的同步電動機的齒部的前端寬度與鐵損的關(guān)系的圖。
[0023]符號的說明
[0024]I 定子
[0025]2a、2b、2c、2d 齒部
[0026]3 線圈
[0027]4 轉(zhuǎn)子
[0028]5后軛鐵
[0029]6永久磁鐵。
【具體實施方式】
[0030]以下參照附圖，對本實用新型的實施方式所涉及的同步電動機進(jìn)行說明。此外，本實用新型并不局限于以下所示的實施方式。
[0031]圖1是實施方式所涉及的同步電動機的橫截面圖。如圖1所示，在本實施方式中，對使用了與定子I的內(nèi)周面對置地配置有磁極取向永久磁鐵的轉(zhuǎn)子4的同步電動機情況下的示例進(jìn)行說明。
[0032]定子I在以軸心為中心的圓環(huán)狀鐵芯上朝向軸心在周向上等角度間隔地形成4n(η為自然數(shù))個突起狀的鐵芯(以下稱“齒部”)2a、2b、2c、2d，繞組以集中卷繞的方式卷繞于該各齒部2a、2b、2c、2d上，而形成4n個線圈3。
[0033]各齒部2a、2b、2c、2d每2n個為一組劃分成兩組。此時，以組成一組的各齒部(此處為各齒部2a、2c)與組成另一組的各齒部(此處為各齒部2b、2d)交替配置的方式進(jìn)行劃分。使卷繞于各齒部2a、2b、2c、2d的繞組為分離成卷繞于組成一組的各齒部(此處為各齒部2a、2c)的繞組與卷繞于組成另一組的各齒部(此處為各齒部2b、2d)的繞組的兩部分的二相繞組，使卷繞于同組內(nèi)相鄰的各齒部(此處為各齒部2a、2c或各齒部2b、2d)的繞組的卷繞方向為從軸心觀察時彼此相反的方向。
[0034]此外，圖1所示的實線箭頭表示流到形成各線圈3的各繞組(A相(+ )繞組、A相(-)繞組、B相(+ )繞組、B相(-)繞組)的正向電流的方向。該定子I的構(gòu)成與集中繞組的感應(yīng)電動機的定子的構(gòu)成相同。此外，各齒部2a、2b、2c、2d與轉(zhuǎn)子4對置的部分的寬度(以下稱“前端寬度”)以軸心為中心，機械角度大致(75/η) °或大致(45/η) °?大致(55/η) ° ο
[0035]轉(zhuǎn)子4在以軸心為中心的圓柱狀的軟磁性材料的后軛鐵5的外周面上配置有在周向上等角度間隔地交替形成不同極性磁極的6η極磁極取向永久磁鐵6，其與定子I對置且可旋轉(zhuǎn)地配置于各齒部2a、2b、2c、2d的內(nèi)側(cè)。
[0036]此外,在圖1所示的示例中，表示了如下示例，η = I,也就是說，定子I的凸極數(shù)(齒部數(shù))為4,轉(zhuǎn)子4的極數(shù)為6,各齒部2a、2b、2c、2d的前端寬度以軸心為中心,機械角度大致為45°。此外，在以下的說明中，在無需特別區(qū)分各齒部2a、2b、2c、2d的情況下，稱為齒部2。
[0037]下面參照圖2及圖3 (a)、圖3 (b)、圖3 (C)、圖3(d)對實施方式所涉及的同步電動機的動作進(jìn)行說明。圖2是表示實施方式所涉及的同步電動機的驅(qū)動電流的一個示例的圖。此外，圖3(a)是表示在圖2所示的驅(qū)動電流的狀態(tài)a下流到各線圈的電流方向的圖。圖3(b)是表示在圖2所示的驅(qū)動電流的狀態(tài)b下流到各線圈的電流方向的圖。圖3(c)是表示在圖2所示的驅(qū)動電流的狀態(tài)c下流到各線圈的電流方向的圖。圖3(d)是表示在圖2所示的驅(qū)動電流的狀態(tài)d下流到各線圈的電流方向的圖。
[0038]如圖2所示，在本實施方式所涉及的同步電動機中，通過相位差為90°電角度的二相(A相、B相)交流電流(在圖2中以點劃線表示)進(jìn)行驅(qū)動，此處為了便于說明，而對施加按90°劃分相位的矩形波電流(在圖2中以實線表示)的示例進(jìn)行說明。此外，此處將在B相繞組向正方向通有電流的狀態(tài)設(shè)為狀態(tài)a，將在A相繞組向負(fù)方向通有電流的狀態(tài)設(shè)為狀態(tài)b，將在B相繞組向負(fù)方向通有電流的狀態(tài)設(shè)為狀態(tài)C，將在A相繞組向正方向同電流的狀態(tài)設(shè)為狀態(tài)d。
[0039]在狀態(tài)a下，在卷繞了 B相(+ )繞組的齒部2b上產(chǎn)生N極磁極，在卷繞了 B相(-)繞組的齒部2d上產(chǎn)生S極磁極。此處，如圖3 (a)所示，在與各齒部2b、2d對置的轉(zhuǎn)子4的表面存在N極以及S極兩個磁極的情況下，轉(zhuǎn)子4通過與各齒部2b、2d所產(chǎn)生的磁極的吸引、排斥，該轉(zhuǎn)子4順時針(在圖3 (a)中以虛線箭頭表示)旋轉(zhuǎn)。
[0040]轉(zhuǎn)子4旋轉(zhuǎn)到在齒部2b所產(chǎn)生的N極磁極與轉(zhuǎn)子4的S極磁極相對置、以及在齒部2d所產(chǎn)生的S極磁極與轉(zhuǎn)子4的N極磁極相對置的角度時，如圖3 (b)所示，在卷繞了A相(+ )繞組的齒部2a以及卷繞了 A相(-)繞組的齒部2c處，與轉(zhuǎn)子4的N極以及S極兩個磁極對置。在該時刻轉(zhuǎn)移到狀態(tài)b，也就是說，如果在A相繞組向負(fù)方向通上電流，則在卷繞了 A相(+ )繞組的齒部2a上產(chǎn)生S極磁極，在卷繞了 A相(-)繞組的齒部2c上產(chǎn)生N極磁極，通過其與轉(zhuǎn)子4的各磁極的吸引、排斥，轉(zhuǎn)子4順時針(在圖3 (b)中以虛線箭頭表示)旋轉(zhuǎn)。[0041]轉(zhuǎn)子4旋轉(zhuǎn)到在齒部2a所產(chǎn)生的S極磁極與轉(zhuǎn)子4的N極磁極相對置、以及在齒部2c所產(chǎn)生的N極磁極與轉(zhuǎn)子4的S極磁極相對置的角度時，如圖3 (c)所示，在卷繞了B相(+ )繞組的齒部2b以及卷繞了 B相(-)繞組的齒部2d處，與轉(zhuǎn)子4的N極以及S極兩個磁極對置。在該時刻轉(zhuǎn)移到狀態(tài)c，也就是說，如果在B相繞組向負(fù)方向通上電流，則在卷繞了 B相(+ )繞組的齒部2b產(chǎn)生S極磁極，在卷繞了 B相(-)繞組的齒部2d產(chǎn)生N極磁極，通過其與轉(zhuǎn)子4的各磁極的吸引、排斥，轉(zhuǎn)子4順時針(在圖3 (c)中以虛線箭頭表示)旋轉(zhuǎn)。
[0042]轉(zhuǎn)子4旋轉(zhuǎn)到在齒部2b產(chǎn)生的S極磁極與轉(zhuǎn)子4的N極磁極相對置、以及在齒部2d產(chǎn)生的N極磁極與轉(zhuǎn)子4的S極磁極相對置的角度時，如圖3 (d)所示，在卷繞了 A相(+ )繞組的齒部2a以及卷繞了 A相(-)繞組的齒部2c處，與轉(zhuǎn)子4的N極以及S極兩個磁極對置。在該時刻轉(zhuǎn)移到狀態(tài)d，也就是說，如果在A相繞組向正方向通上電流，則在卷繞了A相(+ )繞組的齒部2a產(chǎn)生N極磁極，在卷繞了 A相(-)繞組的齒部2c產(chǎn)生S極磁極，通過其與轉(zhuǎn)子4的各磁極的吸引、排斥，轉(zhuǎn)子4順時針(在圖3 (d)中以虛線箭頭表示)旋轉(zhuǎn)。
[0043]之后，重復(fù)上述狀態(tài)a?狀態(tài)d，轉(zhuǎn)子4持續(xù)旋轉(zhuǎn)。
[0044]一般在用于軸流風(fēng)扇等的單相同步電動機中，多數(shù)使齒部數(shù)與磁極數(shù)相一致，在這種情況下，會因為齒部與轉(zhuǎn)子的磁極位置關(guān)系，而存在無論向哪個繞組通電轉(zhuǎn)子都無法旋轉(zhuǎn)的位置以及無法確定向哪個方向旋轉(zhuǎn)的位置。
[0045]相對于此，在本實施方式所涉及的同步電動機中，由于定子I的齒部2的數(shù)量與轉(zhuǎn)子4的磁極數(shù)不同，因此，只要掌握了轉(zhuǎn)子4的磁極位置就能夠可靠地確定旋轉(zhuǎn)方向而驅(qū)動電動機。此外，由于在二相繞組通入的電流相位相差為90°，因此，同時成為“O”的時刻就不需要了。因此，能夠抑制轉(zhuǎn)矩大幅降低，并能夠降低振動和噪音。
[0046]接著，對于在使用了永久磁鐵的同步電動機中所產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩進(jìn)行說明。如上所述，在使用了永久磁鐵的同步電動機中，從其原理上而言，會產(chǎn)生齒槽數(shù)與磁極數(shù)的最小公倍數(shù)的脈動數(shù)的齒槽轉(zhuǎn)矩。如圖1所示，在定子I的齒部數(shù)為4,即齒槽數(shù)為4,轉(zhuǎn)子4的極數(shù)為6 (4齒槽6磁極)的情況下，在轉(zhuǎn)子4旋轉(zhuǎn)一周中會產(chǎn)生12次脈動、即齒槽轉(zhuǎn)矩。該齒槽轉(zhuǎn)矩數(shù)越多，隨此，齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅越小，振動和噪音越小。
[0047]一般在齒部所產(chǎn)生的磁極與轉(zhuǎn)子的磁極的位置關(guān)系中，在磁路上存在易于穩(wěn)定的位置與成為不穩(wěn)定的位置，齒槽轉(zhuǎn)矩作為轉(zhuǎn)子要從不穩(wěn)定狀態(tài)向穩(wěn)定狀態(tài)移動的力而產(chǎn)生。脈動數(shù)小則多個磁路上穩(wěn)定位置少，穩(wěn)定位置間的距離增大。穩(wěn)定位置間的距離越大，要從不穩(wěn)定位置向穩(wěn)定位置旋轉(zhuǎn)的力越大，因此，如果脈動數(shù)小，則齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅變大。
[0048]此外，如果齒部間不存在鐵芯的區(qū)域(齒槽開口)增大(變寬)，則轉(zhuǎn)子表面的磁路的不均衡性增大，因此，齒槽轉(zhuǎn)矩變大。
[0049]另外，如果相反地齒槽開口變小(變窄)，則轉(zhuǎn)子表面的磁路的不均衡性變小，因此，齒槽轉(zhuǎn)矩變小。
[0050]在本實施方式中，在使用了配置有磁極取向永久磁鐵的轉(zhuǎn)子4的同步電動機中，通過將齒部2與轉(zhuǎn)子4相對置的前端寬度設(shè)定為機械角度大致(75/η) °或大致(45/η)°?大致(55/η)°，從而實現(xiàn)高效化以及基于齒槽轉(zhuǎn)矩降低的低振動化、低噪音化。以下參照圖4?圖8對該技術(shù)的依據(jù)進(jìn)行說明。此外，在以下說明中，闡述了 η = 1、也就是說，定子I的凸極數(shù)(齒部數(shù))為4，轉(zhuǎn)子4的極數(shù)為6，各齒部2a、2b、2c、2d的前端寬度以軸心為中心，機械角度大致45°的示例。
[0051]圖4是圖1所示的同步電動機的齒部前端部的放大圖(齒部的前端寬度45°或60° )。此外，圖5是以圖1所示的同步電動機的齒部的前端寬度為參數(shù)，比較齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅的圖。在圖5中，以實線表示使用磁極取向永久磁鐵的情況下的特性示例，以虛線表示使用徑向取向永久磁鐵的情況下的特性示例。此外，在圖5所示的示例中，橫軸以機械角度表示齒部的前端寬度，縱軸表示齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅。此外，圖6 (a)是表示徑向取向的情況下永久磁鐵的磁通流動的圖，圖6 (b )是表示磁極取向的情況下永久磁鐵的磁通流動的圖。
[0052]在使用了徑向取向永久磁鐵的情況下，齒部的前端寬度為90°時，相鄰齒部接觸，齒槽開口為O。如圖5所示，在齒部的前端寬度為60°時，齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅達(dá)到極大值，在齒部的前端寬度為45°時，齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅達(dá)到極小值。此外，如果齒部的前端寬度小于(窄于)45°，則齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅增大。
[0053]在齒部的前端寬度為60°時,齒部的前端寬度與轉(zhuǎn)子4的磁極的寬度一致。因此，在轉(zhuǎn)子4的磁極與齒部相對置的位置、磁極間與齒部的中央的位置相一致的位置，磁路上非常穩(wěn)定，因此，齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅增大。
[0054]另一方面，在齒部的前端寬度為45°時，齒部的前端寬度為45°以上的情況下的齒槽轉(zhuǎn)矩與齒部的前端寬度為45°以下的情況下的齒槽轉(zhuǎn)矩彼此抵消，齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅變小。這從另一個觀點上也可以說是由于與齒槽數(shù)為8的情況下的脈動數(shù)(8齒槽6磁極的情況下的8與6的最小公倍數(shù)24)相等，因此，齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅變小。
[0055]相對于此，在使用了磁極取向永久磁鐵的情況下，齒部的前端寬度在65°附近，齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅達(dá)到極大值，齒部的前端寬度在50°附近，齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅達(dá)到極小值。另夕卜，如果齒部的前端寬度小于(窄于)50°，則齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅變大。此外，徑向取向的情況下也相同，如果齒部的前端寬度大于60°左右，則齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅變小。
[0056]如上所述，在使用了徑向取向永久磁鐵的情況下與使用了磁極取向永久磁鐵的情況下，齒槽轉(zhuǎn)矩達(dá)到極大值、極小值的齒部的前端寬度不同。如圖6 (a)、圖6 (b)所示，這是因為在使用了徑向取向永久磁鐵的情況下與使用了磁極取向永久磁鐵的情況下，在轉(zhuǎn)子的內(nèi)部流動的永久磁鐵的磁通的路徑不同。
[0057]如圖6 (a)所示，在使用了徑向取向永久磁鐵的情況下，永久磁鐵所產(chǎn)生的磁通在后軛鐵的內(nèi)部能夠選擇磁阻低的路徑通過，與此相對，如圖6(b)所示，使用磁極取向永久磁鐵的情況下，通過永久磁鐵內(nèi)部的磁通必然向相鄰的磁極表面流動。也就是說，在使用了磁極取向永久磁鐵的情況比使用了徑向取向永久磁鐵的情況更加容易限定磁通的流動路徑。
[0058]圖7是表示齒部的前端寬度與感應(yīng)電壓的關(guān)系的圖。在圖7中，以實線表示使用了磁極取向永久磁鐵的情況下的特性示例，以虛線表示使用了徑向取向永久磁鐵的情況下的特性例示例。此外，在圖7所示的示例中，橫軸以機械角度表示齒部的前端寬度，縱軸表示將感應(yīng)電壓的最大值設(shè)為100%時的感應(yīng)電壓比率。
[0059]在使用了徑向取向永久磁鐵的情況下，隨著齒部的前端寬度的減小，感應(yīng)電壓變大，在45°附近成為最大。
[0060]從繞組系數(shù)的觀點出發(fā)，在齒部的前端寬度與磁極的寬度相一致的60°附近，感應(yīng)電壓為最大，但是另一方面，從與齒槽開口相對置的磁極產(chǎn)生的磁通流入距離齒槽開口的空間(空氣)最近的齒部的前端，在與齒槽開口相對置的磁極與齒部的前端，產(chǎn)生短路的磁路，因此，從與齒部相對置的磁極流入齒部的磁通的一部在該磁路被消耗，從而與齒部的繞組交鏈的磁通減少。在本實施方式中，如果縮小齒部的前端寬度，則齒槽開口增大，因此，如果齒部的前端寬度縮小，齒槽開口增大，則會出現(xiàn)以下現(xiàn)象:即來自與齒槽開口相對置的磁極的短路磁通的影響變小,感應(yīng)電壓增大,在45°付近達(dá)到最大。
[0061 ] 另一方面，使用了磁極取向永久磁鐵的情況與使用了徑向取向永久磁鐵的情況呈現(xiàn)不同的傾向，齒部的前端寬度在82°達(dá)到最大值，隨著齒部的前端寬度的減小，感應(yīng)電壓逐漸減少，在60°下降1%。這是因為磁極取向永久磁鐵內(nèi)部的磁通路徑與使用了徑向取向永久磁鐵的轉(zhuǎn)子不同。
[0062]在使用了徑向取向永久磁鐵的轉(zhuǎn)子的情況下，磁通路徑包含有永久磁鐵背面的后軛鐵。因此，例如，齒槽開口大的情況下，通過與齒部對置的磁極的磁通如圖6 (a)所示，能夠通過后軛鐵流向相反側(cè)的永久磁鐵以及相鄰磁極中與齒部對置的部分，因此，能夠從磁極自身產(chǎn)生足夠大的磁通。
[0063]相對于此，在使用了磁極取向永久磁鐵的轉(zhuǎn)子的情況下，經(jīng)過與齒部相對置的磁極的磁通必然會選取流向相鄰磁極的路徑(參見圖6(b))。如果縮小齒部的前端寬度，即增大齒槽開口，則相鄰磁極與齒槽開口相對置的區(qū)域增多。如上所述，在使用了磁極取向永久磁鐵的轉(zhuǎn)子的情況下，經(jīng)過與齒部相對置的磁極的磁通必然會經(jīng)由流向相鄰磁極的路徑，因此，與齒部相對置的磁極的磁路經(jīng)由齒槽開口的空氣的情況增多，而磁路內(nèi)的磁阻大。因此，隨著齒部的前端寬度變小(變窄)，即齒槽開口增大，從磁極產(chǎn)生的磁通本身減少，感應(yīng)電壓降低。
[0064]圖8是表示實施方式所涉及的同步電動機中的齒部的前端寬度與鐵損的關(guān)系的圖。在圖8所示的示例中，橫軸以機械角度表示齒部的前端寬度，縱軸表示將鐵損的最大值設(shè)為100%時的鐵損比率。此外，此處所示的鐵損表示以無負(fù)載使同步電動機旋轉(zhuǎn)時定子所產(chǎn)生的鐵損、以及由于從轉(zhuǎn)子的永久磁鐵所產(chǎn)生的磁通因旋轉(zhuǎn)而變化所產(chǎn)生的鐵損。
[0065]在將永久磁鐵用于轉(zhuǎn)子的同步電動機中，在與轉(zhuǎn)子相對置的齒部的前端部，磁通密度高，變化也大，所以，容易產(chǎn)生鐵損。因此，隨著齒部的前端寬度的變小(變窄)，齒部的前端部的鐵芯體積變小，從而鐵損逐漸減少。圖5所示的齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅變小的齒部的前端寬度在45°?55°的范圍內(nèi)，與齒部的前端寬度大的情況相比，鐵損降低30%?40%左右。
[0066]可以從上述齒槽轉(zhuǎn)矩、感應(yīng)電壓以及鐵損與齒部的前端寬度的關(guān)系，根據(jù)同步電動機的用途決定最佳齒部的前端寬度。
[0067]例如，在用于需要較大轉(zhuǎn)矩的負(fù)載條件下的同步電動機的情況下，如果將齒部的前端寬度設(shè)為使感應(yīng)電壓下降少(例如1%以內(nèi))的60°以上，則能夠抑制輸出轉(zhuǎn)矩所需的電流的增加，從而能夠?qū)崿F(xiàn)損失少的同步電動機。進(jìn)而，設(shè)為齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅較小(例如為極大值的1/2以下)的75°以上，就能夠降低同步電動機的振動和噪音。
[0068]此外，例如，在用于轉(zhuǎn)矩較小轉(zhuǎn)速高的負(fù)載條件下的同步電動機的情況下，作為同步電動機的損失，常常是鐵損比率高于銅損。因此，與其考慮因感應(yīng)電壓降低引起的轉(zhuǎn)矩降低所導(dǎo)致的電流增加、銅損增加，還不如考慮將鐵損抑制得更低，后者減少損失的效果更大，因此，通過將齒部的前端寬度設(shè)為使鐵損低且齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅為極小值附近的45°?55°，能夠?qū)崿F(xiàn)損失少、振動低、噪音低的同步電動機。[0069]如上所述，根據(jù)實施方式的同步電動機，在通過相位差為90°電角度的二相交流電流驅(qū)動的冋步電動機中，包括定子，其在以軸心為中心的圓環(huán)狀鐵芯上朝向軸心在周向上等角度間隔地形成4η (η為自然數(shù))個齒部，在各齒部上以集中卷繞的方式卷繞繞組；以及轉(zhuǎn)子，其在以軸心為中心的圓柱狀的軟磁性材料的后軛鐵的外周面配置有在周向上等角度間隔地交替形成有不同極性磁極的6η極磁極取向永久磁鐵，并與定子對置配置，在用于轉(zhuǎn)矩較小且轉(zhuǎn)速高的負(fù)載條件下的同步電動機的情況下，將各齒部的前端寬度設(shè)定為能夠抑制感應(yīng)電壓降低與轉(zhuǎn)矩降低并能夠?qū)崿F(xiàn)齒槽轉(zhuǎn)矩降低的大致(75/η) °，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)高效化、高轉(zhuǎn)矩化而且能夠更低振動化、更低噪音化，并且在用于轉(zhuǎn)矩較小且轉(zhuǎn)速高的負(fù)載條件下的同步電動機的情況下，將各齒部的前端寬度設(shè)定為能夠抑制鐵損的發(fā)生并能夠?qū)崿F(xiàn)齒槽轉(zhuǎn)矩減少的大致(45/η) °?大致(55/η) °，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)高效化以及更低振動化、更低噪音化。
[0070]此外，上述實施方式的定子構(gòu)成與集中繞組的感應(yīng)電動機的定子的構(gòu)成相同，因此，能夠與集中繞組的感應(yīng)電動機的定子實現(xiàn)共用，從而能夠降低生產(chǎn)轉(zhuǎn)換所帶來的新設(shè)備成本。
[0071]另外，上述實施方式的轉(zhuǎn)子所使用的磁極取向永久磁鐵由粘接磁鐵構(gòu)成，由此能夠與旋轉(zhuǎn)軸一體成形等，能夠降低制造成本，從而能夠提供廉價的同步電動機。
[0072]此外，以上實施方式所示的結(jié)構(gòu)為本實用新型結(jié)構(gòu)的一個示例，當(dāng)然，也可以與其他公知技術(shù)組合，還可以在不超出本實用新型要旨的范圍內(nèi)省略一部分等進(jìn)行變更而構(gòu)成。
【權(quán)利要求】
1.一種同步電動機，其為通過相位差為90°電角度的二相交流電流驅(qū)動的同步電動機，其特征在于，包括: 定子，其在以軸心為中心的圓環(huán)狀鐵芯上朝向軸心在周向上等角度間隔地形成4η個齒部，且在所述各齒部上以集中卷繞的方式卷繞繞組，η為自然數(shù)；以及 轉(zhuǎn)子，其在以軸心為中心的圓柱狀的軟磁性材料的后軛鐵的外周面上，配置有在周向上等角度間隔地交替形成不同極性磁極的6η極磁極取向永久磁鐵，所述轉(zhuǎn)子與所述定子對置配置， 所述各齒部的與所述轉(zhuǎn)子對置的部分的寬度為機械角度大致75/η°。
2.一種同步電動機，其為通過相位差為90°電角度的二相交流電流驅(qū)動的同步電動機，其特征在于，包括: 定子，其在以軸心為中心的圓環(huán)狀鐵芯上朝向軸心在周向上等角度間隔地形成4η個齒部，且在所述各齒部上以集中卷繞的方式卷繞繞組，η為自然數(shù)；以及 轉(zhuǎn)子，其在以軸心為中心的圓柱狀的軟磁性材料的后軛鐵的外周面上，配置有在周向上等角度間隔地交替形成不同極性磁極的6η極磁極取向永久磁鐵，所述轉(zhuǎn)子與所述定子對置配置， 所述各齒部的與所述轉(zhuǎn)子對置的部分的寬度為機械角度大致45/η°?大致55/η°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的同步電動機，其特征在于， 當(dāng)將所述定子在周向上等角度間隔地形成的所述各齒部每2η個為一組劃分成兩組時，以組成一組的各齒部與組成另一組的各齒部交替配置的方式進(jìn)行劃分，并且使卷繞于所述各齒部的繞組為分離成卷繞于組成所述一組的各齒部的繞組與卷繞于組成所述另一組的各齒部的繞組的兩部分的二相繞組，使卷繞于同組內(nèi)相鄰各齒部的繞組的卷繞方向為從軸心觀察時彼此相反的方向。
【文檔編號】H02K21/14GK203674938SQ201320576100
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月5日
【發(fā)明者】松岡篤, 馬場和彥, 川崎啟宇, 堀田和彥, 小河良平 申請人:三菱電機株式會社