专利名称：永久磁铁埋设型电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种永久磁铁埋设型电动机，其具备在由齿和轭铁构成的定子铁心上巻绕有线圈的定子、和与齿的内周面相对并旋转自如地被保持且具有在磁铁埋设孔内埋设永久磁铁的转子铁心的转子。
背景技术：
在这种技术领域，已知有如专利文献1及专利文献2中记载的技术。该专利文献1中记载的发明，形成有沿转子铁心的周方向以转子的^ 兹极数等间隔地设置的永久^f兹铁埋设孔。永久;兹铁被保持于各永久》兹铁埋设孔内，各个永久磁铁以与邻接的永久磁铁不同的磁极面形成朝向铁心外周方向的磁极部的方式配置。而且，与各磁极部相对的转子铁心的外周曲面形成为在磁极中央部距旋转中心的距离最大，在磁极间部距旋转中心的距离最小的圆弧。
另外，图21表示专利文献2记载的现有永久磁铁埋设型电动机的截面，图22是其转子的局部放大图。在此，对这些附图所示构成的现有例进行说明。
在该专利文献2记载的发明中，如图21及图22所示，收納有永久磁铁95的转子91的永久磁铁1磁极部分的外周部分由第一外周部分P1和第二外周部分P2构成。第一外周部分P1与通过转子91的中心O和石兹4l中央部的线(d轴)交叉，形成以转子91的中心O为中心的半径为R的圓弧形状。另外，第二外周部分P2与通过转子91的中心O和磁极间部的线(q轴)交叉，形成以位于q轴上的Q点为中心的半径为Rq的圆弧形状。另外，IKRq的关系成立。另外，第一外周部分P1和第二外周部分P2在交点y相交。这样，专利文献2中，公开有具有由多个不同半径的圆弧构成的外周形状的转子。
但是，在专利文献1记载的发明中，由单一的圓弧形成与一石兹极对应的转子的外周形状。而且，在磁铁端部和转子外周的距离最小的部分(跨接部分)，》兹通达到饱和状态，应当流过跨接部分的石兹通向,兹4失端部和转子外周的3巨离大的部分流动。因此，在圆弧部分难以调节》兹通方向，难以将气隙部的^磁通密度分布调整为正弦波形状。
另外，在专利文献2记载的发明中，第二外周部分P2和q轴的交点、第 一外周部分P1的中心O、第二外周部分P2的中心Q被设定为位于同一直线 上。因此，在第一外周部分P1和第二外周部分P2的交点y会形成凹部形状。 因而，在专利文献2记载的发明中，转子铁心的外周曲面在交点y附近不能 形成平滑地变化的曲面，因此，难以将气隙部的磁通密度分布调整为正弦波 形状。
专利文献1:(日本)特开2000 - 197292号公报 专利文献2:(曰本)特开2004 - 260972号公报
发明内容
本发明的永久磁铁埋设型电动机具有如下的结构。
即，具备定子和转子，定子在定子铁心上巻绕有线圈，定子铁心在轭铁 的内周侧具有多个齿，转子与齿相对且具有旋转自如地;f皮保持的转子铁心。 转子铁心具有埋设用于形成磁极的永久磁铁的多个磁铁埋设孔，并且具有由 多个不同半径的圓弧构成的外周形状。将连接转子的旋转中心和永久磁铁的 中央即磁极中央的直线设定为d轴，将连接旋转中心和相互邻接的永久磁铁 的中间点的直线设定为q轴时，相互邻接的圓弧为，d轴侧的圆弧的半径比q 轴侧的圆弧的半径大，而且，在圓弧相互的交点，q轴侧的圆弧的切线相对于 d轴侧的圆弧的切线的角度a为-3°￡o^2°。
根据该结构，在相互邻接的圓弧的交点附近，转子铁心外周曲面的曲率 平滑地变化，因此，能够将气隙部的磁通密度分布调整为近似正弦波形状。
另外，特别是将角度a设定为0°时，相互邻接的圓弧的关系是圓弧相互 的交点、d轴侧的圓弧的中心、q轴侧的圆弧的中心形成于同一直线上。而且， 由于d轴侧的圆弧半径比q轴侧的圆弧半径大，因此，可以使转子铁心外周 曲面的曲率以理想的状态平滑地变化，从而能够将气隙部的磁通密度分布调 整为近似理想的正弦波形状。
图1是表示本发明实施方式1的永久磁铁埋设型电动机的截面的图2是放大表示同上电动机的转子中的与一磁极对应的外周的部分放大图3是表示同上电动机的角度a和转矩波动的关系的图； 图4是表示同上电动机的角度a和感应电压失真度的关系的图； 图5是表示同上电动机的角度ei和转矩波动的关系的图； 图6是表示同上电动机的角度ei和感应电压失真度的关系的图； 图7是表示同上电动机的R2/R1和转矩波动的关系的图； 图8是表示同上电动机的R2/R1和感应电压失真度的关系的图； 图9是表示实施方式1和现有例相比较的定子与转子间的气隙部的长度 的图。
图IOA是表示本发明实施方式1的电动机的转子位置角度和气隙部的磁 通密度的关系的图10B是表示现有例的电动机的转子位置角度和气隙部的磁通密度的关 系的图IIA是表示本发明实施方式1的电动机的转子位置角度和齿槽转矩的 关系的图11B是表示现有例的电动机的转子位置角度和齿槽转矩的关系的图； 图12A是表示本发明实施方式1的电动机的转子位置角度和转矩的关系 的图12B是表示现有例的电动机的转子位置角度和转矩的关系的图13是表示实施方式1和现有例相比较的感应电压高次谐波振幅与高次 谐波次数的关系的图14是放大表示本发明实施方式2的永久磁铁埋设型电动机的转子的与 一》兹极对应的外周的图15是放大表示本发明实施方式3的永久》兹铁埋设型电动机的转子的与 一磁极对应的外周的图16是表示同上电动机的X/ (X + R5)的值和转矩波动的值的关系的
图17是表示同上电动机的X/ (X + R5)的值和感应电压失真度的值的 关系的图18是放大表示本发明实施方式3的其它例的永久磁铁埋设型电动机的 转子的与 一》兹^L对应的外周的图；图19是放大表示本发明实施方式4的永久磁铁埋设型电动机的转子的与 一石兹极对应的外周的图20是放大表示本发明实施方式4的其它例的永久磁铁埋设型电动机的 转子的与一f兹;欧对应的外周的图21是表示现有永久磁铁埋设型电动机的截面的图； 图22是同上电动机的转子的截面的局部放大图。 符号说明 11定子
12 轭铁
13 齿
14 定子铁心 15齿槽
21、 91 转子
22》兹铁埋设孔
23、 230、 240、 250 转子铁心
24 铆接销
25、 95 永久磁铁
26 转轴
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。 (实施方式1 )
图1是表示本发明实施方式1的永久磁铁埋设型电动机(以下仅适当地 称作"电动机")的截面的图。
本实施方式1的电动机为具备定子11和转子21的结构。 定子11包括用冲床将多片高透磁率薄铁板冲压层叠而成的定子铁心14、 和巻绕在定子铁心14上的线圈(未图示)。该定子铁心14具有轭铁12、在 轭铁12的内周侧形成的多个齿13、以及在邻接的齿13之间形成的齿槽15。 线圈通过集中缠绕(集中巻巻線〖二T)巻绕在该定子铁心14上，且收纳在齿 槽15中。
另一方面，转子21包括形成有多个》兹铁埋设孔22的转子铁心23、被埋
8设于各个》兹铁埋设孔22的永久;兹铁25、配置于轴方向两端部的端板(未图 示)。转子铁心23是将具有磁铁埋设孔22的多片高透磁率薄铁板沿轴方向层 叠而形成。而且，用于形成转子21的磁极的永久磁铁25被收纳保持于各个 磁铁埋设孔22内。另外，端板和转子铁心23由铆接销24连结。此外，转轴 26连结在转子铁心23的中央部，转子铁心23旋转自如地通过轴承(未图示) 支承。
这样构成的转子21经由气隙与定子11的齿13内周面相对。
图1中表示了转子21的磁极数为8 (磁极对数为4)，定子11的齿槽数 为12的情况，但本发明并不仅限于该组合，对其它组合也可以应用。
接着，图2是放大表示图1的转子21的与一磁极即与一个永久磁铁25 对应的外周的局部放大图。
在图2中，磁铁埋设孔22具有比所插入的永久磁铁25的截面稍大的长 方形孔22a、和位于长方形孔22a的长边方向的两端部附近且设于短边方向的 转轴26侧的突起部22b。在长方形孔22a内且在短边方向的转轴26侧形成有 凹部22c。利用该凹部22c可以防止永久;兹4失25在长方形孔22a内向长度方 向的偏离。另外，突起部22b在转子21的径向长度比长方形孔22a在转子的 径向长度小(即短边长度)。由此，可以防止永久磁铁25向转轴26侧偏移造 成的转子21和定子11之间的磁通密度的降低。永久磁铁25被定位在长方形 孔22a、突起部22b以及凹部22c的边界位置，因此，不需要用粘接剂固定永 久i兹铁25。该突起部22b是兼有滞留粘接剂作用的空洞，可以防止邻接的永 久磁铁25的磁通短路。
接着，对转子铁心23的形状进行说明。如图2所示，将通过转子21的 旋转中心0和作为永久-兹铁25的中央的磁极中央的直线设为d轴。另夕卜，将 通过转子21的旋转中心O 、和相互邻接的永久磁铁25的中间点的磁极间的 直线-没为q轴。
与一》兹极对应的转子铁心23的外周形状由具有两个不同半径R1、 R2的 圓弧A1、 A2构成。这样，本电动机的转子铁心23具有由多个不同半径的圓 弧构成的外周形状。另外，在本实施方式1中，圆弧Al和圓弧A2互相邻接， d轴侧的圓弧为圓弧Al ， q轴侧的圓弧为圓弧A2。
位于d轴与转子铁心23的外周的交点的圓弧Al,以旋转中心O为中心 并以半径R1形成。另外，与圓弧Al邻接的圆弧A2，以旋转中心Ol为中心并以半径R2形成。而且，圓弧Al与圓弧A2的交点p的圓弧A2的切线u 相对于圆弧A1的切线t的角度a被设定为-3°~2°。即，在圓弧A1及圓弧 A2相互的交点P, q轴侧的圆弧A2的切线u相对于d轴侧的圓弧Al的切线 t的角度a被设定为-3°^0^2°
根据这种切线t和切线u的关系，在交点P的周方向前后，可以描绘出 圓弧Al和圓弧A2平滑的曲线。
在此，圓弧A1的半径R1和圓弧A2的半径R2具有R1 〉R2成立的关系。 即，d轴侧的圓弧Al的半径R1大于q轴侧的圓弧A2的半径R2。特别是半 径R2相对半径R1的比率即R2/R1，优选为0.5SR2/RK0.9的关系，即优 选i殳定为0.5~0.9。
另外，圓弧Al在自旋转中心O向d轴两侧偏转机械角度为01的范围形
成。在此，优选将角度ei和磁极对数p的关系设定为i2。/p$ei$90°/p。而 且，在本实施方式i中，^磁极对数p为4,因此，作为角度ei的值优选
接着，使用图3及图4，对切线u相对于切线t的角度a设定为-3。~2° 的理由进行说明。
图3是表示本发明实施方式1的电动机的角度a和转矩波动的关系的图。 由图3可知，转矩波动在角度a的值为-3°~-2。附近达到最小。而且，以该 最小点为边界，转矩波动的值随着角度a值的减小而上升，同时，转矩波动 的值随着角度a值的增大也上升。
在此表明，通常将转矩波动的值设定在20%以下时，对低振动、低噪声 是有效的，而且，表明在本实施方式1中，作为角度a值为转矩波动达到20% 以下的-7。So^2.5。时，为低振动、低噪声，因此特别优选。
另外，图4是表示本发明实施方式1的电动机的角度a和感应电压失真 度的关系的图。由图4可知，感应电压失真度在角度a的值为0°~1°附近达到 最小。而且，以该最小点为边界，感应电压失真度的值随着角度a值的减小 而上升，同时，感应电压失真度的值随着角度a值的增大也上升。
在此表明，通常将感应电压失真度的值设定在5%以下时，对低振动、低 噪声是有效的。而且，表明在本实施方式1中，作为角度a值为感应电压失 真度达到5%以下的-2.6。^c^2.3。时，为低振动、低噪声，因此特别优选。
根据以上情况，可以说作为角度a值，转矩波动的值为20%以下且感应
10电压失真度为5%以下的-2.6。^^2.3。的情况下，对低振动、低噪声特别有效。 接着，使用图5及图6,对以12。/P^ei^90。/P成立的关系设定角度ei
和石兹才及对lt P的理由进4亍il明。
图5是表示本发明的实施方式1的电动机的角度ei和转矩波动的关系的
图。由图5可知，转矩波动在角度ei的值为5。 6。附近达到最小。而且，以
该最小点为边界，转矩波动的值随着角度ei值的减小而上升，转矩波动的值 随着角度ei值的增大也上升。
在此表明，如上所述，通常将转矩波动的值设定在20%以下时，对低振
动、低噪声是有效的，而且表明，在本实施方式i中，作为角度ei值为转矩
波动达到20%以下的ei^22.5。时，为低振动、低噪声，因此是特别优选的值。
另外，图6是表示本发明实施方式i的电动机的角度ei和感应电压失真
度的关系的图。由图6可知，感应电压失真度在角度ei的值为13° 14。附近
达到最小。而且，以该最小点为边界，感应电压失真度的值随着角度ei值的 减小而上升，感应电压失真度的值随着角度ei值的增大也上升。
在此表明，通常将感应电压失真度的值设定在5%以下时，对低振动、低
噪声是有效的。而且表明，在本实施方式i中，作为角度ei的值为感应电压
失真度达到5%以下的3。^ei^22.5。的值，为低振动、低噪声，因此是特别优
选的值。
根据以上情况，可以说作为角度ei值，在转矩波动的值达到20%以下且
感应电压失真度达到5%以下的3。^ei^22.5。时，对低振动、低噪声特别有效。
另外，角度ei与磁极对数p的值成反比。因此，考虑这次极对数p的极
对数为4的关系时，(30x4) /P，S U2.5。x4) /P，即12VP，，/P 的关系成立。
接着，使用图7及图8对以0.5^R2/R1^0.9成立的关系设定圆弧A2的 半径R2相对于圆弧A1的半径R1的比率即R2/R1的理由进行说明。
图7是表示本发明实施方式1的电动机的R2/R1和转矩波动的关系的 图。由图7可知，转矩波动在R2/R1的值为0.6~0.7附近达到最小。而且， 以该最小点为边界，转矩波动的值随着R2/R1值的减小而上升，转矩波动 的值随着R2/R1值的增大也上升。
在此表明，如上所述，通常将转矩波动的值设定在20%以下时，对低振 动、低噪声是有效的，而且表明，在本实施方式1中，作为R2/R1的值为转矩波动达到20%以下的0.44￡R2/RK0.9的值，为低振动、低噪声，因此 为特别优选的值。
另夕卜，图8是表示本发明实施方式1的电动机的R2/R1和感应电压失 真度的关系的图。由图8可知，感应电压失真度在R2/R1的值为0.7~0.8附 近达到最小。而且，以该最小点为边界，感应电压失真度的值随R2/R1值 的减小而上升，感应电压失真度的值随R2/R1值的增大也上升。
在此表明，如上所述，通常将感应电压失真度的值设定在5%以下时，对 低振动、低噪声是有效的。而且表明，在本实施方式1中，作为R2/R1的 值为感应电压失真度达到5%以下的0.5SR2/RK0.92的值，为低振动、低噪 声，因此是特别优选的值。
根据以上情况，可以说作为R2/R1的值，为转矩波动达到20%以下且 感应电压失真度达到5%以下的时，对低振动、^氐噪声特别 有效。
接着，使用图9 图16,对本实施方式1的电动机和如图21及图22所示 的现有例的电动机进行比较，说明本发明的效果。
图9是表示实施方式1和现有例的相比较的定子与转子间的气隙部的长 度的图，实线表示实施方式l，虚线表示现有例。
在如图21及图22所示的现有结构中，设定为第二外周部分P2和q轴 的交点、第一外周部分P1的中心O、第二外周部分P2的中心Q位于同一直 线上。因此，以第一外周部分P1和第二外周部分P2的交点y为边界，曲率 急剧地变化。即，交点y的第二外周部分P2的切线相对于第一外周部分Pl 的切线的角度变大。由此，如图9所示，第一外周部分P1的气隙长度的变化 和第二外周部分P2的气隙长度的变化以交点y为边界急剧地变化。
另一方面，在本实施方式1的电动机的结构中，将交点卩的圆弧A2的切 线u相对于圓弧Al的切线t的角度a设定为-3。~2。。因此，在交点卩前后， 曲率平滑地变化。由此，如图9所示，圓弧Al的气隙长度的变化和圓弧A2 的气隙长度的变化，在交点(3前后平滑地变化。
图IOA和图IOB是表示转子位置角度和气隙部的磁通密度的关系的图， 图IOA表示本实施方式1的情况，图IOB表示现有例的情况。在图IOA及图 IOB中，虚线表示理想的正弦波形状。
如图IOB所示，现有例的电动才几在交点y前后大幅度地偏离理想的正弦波形状。与此相对，如图IOA所示，本实施方式1的电动才几即4吏在交点卩前 后，从理想的正弦波形状的偏离小。由以上表明，本实施方式1的电动机与 现有例的电动机相比较，能够使得气隙部的磁通密度分布近似理想的正弦波 形状。
图IIA和图IIB是表示转子位置角度和齿槽转矩的关系的图，图IIA表 示本实施方式1的情况，图IIB表示现有例的情况。在此，齿槽转矩是通过 将磁通密度平方后的值进行微分所得的值。
由于现有例的电动机的磁通密度大幅度地偏离正弦波形状，因此，如图 11B所示，齿槽转矩值的变动较大。与此相对，本实施方式1的电动机，其 磁通密度分布从正弦波形状的偏离小，因此，如图11A所示，齿槽转矩的值 变动4交小。由以上表明，本实施方式1的电动机与现有例的电动4几相比较， 能够使齿槽转矩值的变动变小。
图12A和图12B是转子位置角度和转矩的关系的图，图12A表示本实施 方式l的情况，图12B表示现有例的情况。在此，转矩是与齿槽转矩相关联 的值。
现有例的电动机，齿槽转矩值的变动较大，因此，如图12B所示，转矩 值的变动变大。与此相对，本实施方式1的电动机，其齿槽转矩值的变动较 小，因此，如图12A所示，转矩的值变动变小。由以上表明，本实施方式1 的电动机与现有例的电动机相比较，能够减'j、转矩波动。
图13是表示实施方式1和现有例的相比较的感应电压高次谐波振幅与高 次谐波次数的关系的图。
现有例的电动机，其石兹通密度分布大幅度地偏离理想的正弦波形状，因 此，特别是在5次、7次、13次中，感应电压高次谐波振幅变大。与此相对， 本实施方式1的电动机，其磁通密度分布从理想的正弦波形状的偏离小，因 此，在所有次数中，感应电压高次谐波振幅都比现有例的电动机小。
由以上表明，在本实施方式1的电动机中，对于相互邻接的圆弧A1和 A2， d轴侧的圓弧Al的半径Rl大于q轴侧的圆弧A2的半径R2，并且，在 圓弧相互的交点卩，圓弧A2的切线u相对于圓弧Al的切线t的角度a为-3°^o^2。。因此，4艮据本实施方式1的电动^L，在相互邻接的圓弧的交点附近， 能够使转子铁心外周曲面的曲率平滑地变化，从而能够使气隙部的磁通密度 分布近似于正弦波形状。而且，由此，可以抑制转矩波动及感应电压失真度
13的增加，能够提供对低振动、低噪声有效的永久磁铁埋设型电动机。 (实施方式2)接着，使用附图对本发明实施方式2进行说明。另外，对于同一构成要素附加和实施方式1相同的符号，并省略其说明。图14是放大表示本发明实施方式2的永久磁铁埋设型电动机的转子的与 一磁极对应的外周的局部放大图。构成本发明实施方式2的电动机的转子的与一磁极对应的转子铁心230 的外周形状，由具有两个不同半径R3、 R4的d轴侧的圆弧Bl和q轴侧的圆 弧B2构成，在这一点上，与实施方式1的电动机的转子不同。位于d轴与转子铁心230外周的交点的圆弧Bl,以旋转中心O为中心并 以半径R3形成。另外，与圓弧B1邻接的圓弧B2，以点02为中心并以半径 R4形成。在本实施方式2的电动机中，在圓弧B1和圆弧B2的交点(32的圆 弧B2的切线相对于交点P2的圓弧B1的切线的角度o^皮设定为0°。即交点(32 的圓弧B1的切线和圓弧B2的切线位于同一直线v上。但是，在本实施方式2中，如图14所示，圆弧B2的中心02位于连接 旋转中心O和交点|32的直线上。即与圓弧Bl邻接的圓弧B2以通过交点(32 和圓弧B1的中心(:旋转中心O)的直线e上的点02为中心并以半径R4形 成。另夕卜，中心O和中心02隔开长度L, Rl-R2 + L成立。这样，由于圆弧B1和圆弧B2的交点(32、中心0及中心02在同一直线 e上，因此，交点P2的切线也在同一直线v上。因此，在交点(32的周方向前 后，圓弧B1和圓弧B2也可描绘成平滑的曲线。与此相对，在图22所示的现有例的情况，如上所述，第二外周部分P2 和q轴的交点、第一外周部分P1的中心O、第二外周部分P2的中心Q被设 定为位于同一直线上。换句话说，第一外周部分Pl和第二外周部分P2,在 其交点Y，其中心保持在不同的直线上，第一外周部分P1和第二外周部分P2， 在交点Y,其切线没有配置于同一直线上。因此，以交点Y为边界，曲率急剧 地变化。由此，如图9所示，第一外周部分P1的气隙长度的变化和第二外周 部分P2的气隙长度的变化，以交点Y为边界急剧地变化。另一方面，在本实施方式2的电动机的结构中，圓弧B1和圓弧B2在其 交点卩2，其中心保持在同一直线e上，在其交点卩2，圓弧B1和圓弧B2的切 线被配置在同一直线v上。因此，在交点(32的周方向前后，曲率平滑地变化。由此，如图9所示，圓弧B1的气隙长度的变化和圆弧B2的气隙长度的变化， 在交点(32部的前后平滑地变化。这样，就本实施方式2的电动机而言，交点(32的圓弧B2的切线相对于 交点P2的圓弧B1的切线的角度a设定为0。。即，换句话说，相互邻接的圆 弧的交点|32、 d轴侧的圓弧B1的中心O、和q轴侧的圓弧B2的中心02位 于同一直线e上。因此，可以使圓弧B1和圆弧B2在交点P2的前后平滑地变 化曲率，从而能够使气隙部的磁通密度分布近似于正弦波形状。而且，例如， 由图7及图8表明，根据这样的结构，可以抑制转矩波动及感应电压失真度 的增加，能够提供对低振动、低噪声有效的永久磁铁埋设型电动机。 (实施方式3)接着，使用附图对本发明实施方式3进行说明。另外，对于同一构成要 素附加和实施方式1相同的符号，并省略其说明。图15是放大表示本发明实施方式3的永久磁铁埋设型电动机的转子的与 一》兹极对应的外周的局部放大图。构成本发明实施方式3的电动机的转子的与一-兹极对应的转子铁心240 的外周形状，由具有两个不同半径R5、 R6的d轴侧的圓弧Cl和q轴侧的圓 弧C2构成，在这一点上与实施方式1的电动机的转子不同。位于d轴与转子铁心240的外周的交点的圆弧Cl,以自旋转中心O在外 周方向上偏离规定的距离X的位置O'为中心并以半径R5形成。另外，与 圓弧Cl邻接的圆弧C2，以点03为中心并以半径R6形成。而且，在圓弧 Cl和圓弧C2的交点P3的圆弧C2的切线x相对在交点P3的圓弧C1的切线 w的角度a3。，被设定为-3°~2°。根据这样的切线w和切线x的关系，在交点P3的周方向前后，圓弧C1 和圓弧C 2可以描绘出平滑的曲线。在此，半径R5和半径R6有R5〉R6成立的关系。即，d轴侧的圓弧Cl 的半径R5大于q轴侧的圓弧C2的半径R6。特别是半径R6相对于半径R5 的比率即R6 / R5，优选为/ R5^0.9的关系，即优选设定为0.5~0.9。另夕卜，圓弧C1在自旋转中心O '向d轴两侧偏转机械角度为ei的范围形成。在此，优选将角度ei和磁极对数p的关系设定为i2°/p$eis90。/p。 而且，在本实施方式3中，磁极对数p为4,因此，作为角度ei的值优选接着，使用图16及图17对本实施方式3的电动机和实施方式1的电动 机进行比较，说明其效果。图16是表示实施方式3的电动机的X/ (X + R5)的值和转矩波动的值 的关系的图。另外，X/ (X + R5)是规定的距离X相对于圆弧Cl的半径 R5和规定距离X相加的值(X + R5)的比率。另外，图16及图17表示X/ (X + R5)的值为0时即X为0时，实施方式1的电动机的转矩波动。因此，在该图16中，将X/ (X + R5)值为0时的转矩波动作为基准时， 在X/ (X + R5)值为0 0.21的范围，小于实施方式1的电动机的转矩波动。图17是表示本实施方式3的电动机的X/ (X + R5)的值和感应电压失 真度的值的关系的图。由图17表明，即使X/ (X + R5)的^f直为0~0.3中任意的值，感应电压 失真度也会在对低振动、低噪声有效的5%以下。由以上可知，尤其是X/ (X + R5)的值在0 0.21的范围时，可以减小 转矩波动。接着，使用附图对本发明实施方式3的其它例进行说明。图18是放大表示构成本发明实施方式3的其它例的永久磁铁埋设型电动 机的转子的与 一磁极对应的外周的局部放大图。在此，如图18所示，列举有圓弧C2以通过圓弧C1与圆弧C2的交点|33、 和圓弧C1的中心O'的直线f上的点03为中心，以半径为R6形成的例子。即，位于d轴与转子铁心240外周的交点的圆弧Cl以自旋转中心O向 外形方向偏离X的位置O'为中心且以半径R5形成。另外，与圆弧C1邻接 的圓弧C2，以通过圓弧C1与圓弧C2的交点|33和圆弧C1的中心O '的直 线f上的点03为中心并以半径R6形成。另外，中心O '和中心03隔开长 度L3，并使R5-R6 + L3成立。这样，由于通过交点卩3、中心03及中心O '的直线在同一直线f上， 因此，圓弧C1和圓弧C2在交点(33的切线也在同一直线w上。因此，圓弧 Cl和圓弧C2在交点P3的周方向前后也可描绘出平滑的曲线。在此，半径R5和半径R6有R5〉R6成立的关系。更优选有0.5^R6 / R5^0.9成立的关系。另外，圓弧C1在自旋转中心O '向d轴两侧偏转机械角度ei的范围形成。在此，优选将角度ei和磁极对数p的关系设定为12。/p^eis90。/p。而且，在本实施方式3中，磁极对数p为4,因此，作为角度ei的值优选3，1^22.50另外，如使用图16及图17已说明的那样，在如图18的结构中，尤其是 X/ (X + R5)的值在0 0.21的范围时，可以减小转矩波动。如以上的说明，本实施方式3的电动机，交点P3的圓弧C2的切线x相 对于在交点卩3的圓弧C1的切线w的角度tx3设定为-3°~2°。而且，位于d 轴与转子铁心的外周的交点的圓弧C1形成为，其圓弧的中心O '在自旋转中 心0沿d轴偏离规定的距离X的位置。因此，根据本实施方式3的电动机， 在相互邻接的圆弧的交点附近，可以使转子铁心外周曲面的曲率平滑地变化， 能够使气隙部的磁通密度分布近似于正弦波形状。由此，可以抑制转矩波动 及感应电压失真度的增加，可以提供对低振动、低噪声有效的永久磁铁埋设 型电动才几。(实施方式4)接着，使用附图对本实施方式4进行说明。另外，对于同一构成要素附 加和实施方式1相同的符号，并省略其说明。图19是放大表示本发明实施方式4的永久磁铁埋设型电动机的转子的与 一磁极对应的外周的局部放大图。构成本发明实施方式4的电动才几的转子的与一》兹极对应的转子铁心250 的外周形状，由具有三个不同半径R7、 R8、 R9的圆弧D1'、 D2、 D3构成， 在这一点上与实施方式1的电动机的转子不同。如图19所示，圓弧D1和圓 弧D2相互邻接，d轴侧的圆弧为圆弧Dl, q轴侧的圓弧为用户D2。此外， 圓弧D2和圓弧D3相互邻接，d轴侧的圓弧为圆弧D2， q轴侧的圓弧为圆弧 D3。首先，位于d轴与转子铁心250的外周的交点位置的圓弧Dl，以旋转中 心0为中心并以半径R7形成。另外，与圆弧Dl邻接的圓弧D2,以点04 为中心并以半径R8形成。而且，圓弧D1和圆弧D2的交点卩4的圓弧D2的 切线z相对于交点(34的圓弧D1的切线y的角度a4祐:设定为-3° 2°。根据这样的切线y和切线z的关系，在交点p4的周方向前后，圆弧D1 和圆弧D2可以描绘出平滑的曲线。在此，半径R7和半径R8有R7 〉 R8成立的关系。特别是半径R8相对 半径R7的比率即R8 / R7,优选为0.5^R8 / R7^0.9的关系。17另夕卜，圓弧D1在从;旋转中心O向d轴两侧偏转枳4戒角度e 1的范围形成。在此，优选将角度ei和磁极对数p的关系设定为12。/psei^90。/p。而且，在本实施方式4中，磁极对数P为4，因此，作为角度01的值优选3。^eiS22.5。接着，与圆弧D2邻接的圓弧D3，以点05为中心并以半径R9形成。而 且，在圓弧D2和圆弧D3的交点(35的圓弧D3的切线b相对于交点(35的圓 弧D2的切线a的角度a5被设定为-3°~2°。根据这样的切线a和切线b的关系，在交点卩5的周方向前后，圆弧D2 和圓弧D3可以描绘出平滑的曲线。在此，半径R8和半径R9有R8 > R9成立的关系。特别是半径R9相对 半径R8的比率即R9 / R8,优选为/ R8S0.9的关系。接着，使用附图对本发明实施方式4的其它例进行说明。图20是^t大表示构成本发明实施方式4的另 一例的永久》兹铁埋设型电动 机的转子的与 一磁极对应的外周的局部放大图。在此，如图20所示，可举出圆弧D2以通过圓Dl与圆弧D2的交点(34、 和圓弧D1的中心0的直线gl上的点04为中心，以半径为R8形成，并且， 圓弧D3以通过圓D2与圆弧D3的交点(35、和圆弧D2的中心04的直线g2 上的点05为中心，以半径为R9形成的例子。即，位于d轴和转子铁心250的外周的交点的圓弧D1以旋转中心O为 中心且以半径R7形成。另外，与圓弧Dl邻4妄的圆弧D2，以通过交点(34和 圓弧D1的中心(旋转中心O )的直线g 1上的点04为中心并以半径R8形成。 另夕卜，中心O和中心04隔开长度L4，并使R7:R8 + L4成立。这样，由于通过交点(34、中心04及中心0的直线在同一直线gl上，因 此，圓弧D1和圓弧D2在交点P4的切线也在同一直线y上。因此，圆弧D1 和圓弧D2在交点|34的周方向前后也可描绘出平滑的曲线。另外，与圓弧D2邻"I矣的圓弧D3，以通过圆弧D2与圓弧D3的交点卩5 和圆弧D2的中心04的直线g2上的点05为中心并以半径R9形成。另外， 中心04和中心05隔开长度L5,并使R8 = R9 + L5成立。在此，半径R7和半径R8及半径R9有R7 > R8 〉 R9成立的关系。更优 选有0.5SR8 / R7￡0.9成立的关系。进一步优选0.5^R9 / R8^0.9成立的关系。另夕卜，圆弧D1在从旋转中心0向d轴两侧偏转才几械角度ei的范围形成。在此，优选将角度ei和磁极对数p的关系设定为i2°/p$ei《o°/p。而且，由于磁极对数P为4，因此，优选3°￡01^22.5°。如以上的i兌明，在本实施方式4的电动沖几中，对于相互邻接的圆弧Dl 和D2， d轴侧的圓弧Dl的半径R7大于q轴侧的圓弧D2的半径R8，并且， 在圓弧相互的交点卩4，圆弧D2的切线z相对于圓弧Dl的切线y的角度a设 定为-3。《oK2。。此外，对于相互邻接的圓弧D2和D3， d轴侧的圓弧D2 的半径R8大于q轴侧的圆弧D3的半径R9，并且，在圆弧相互的交点(35, 圓弧D3的切线b相对于圆弧D2的切线a的角度a也设定为-3。 < a < 2°。这 样，本实施方式4的电动机，从d轴至q轴设有两个以上的圆弧，在各个圆 弧的交点将角度a设定为-3。 2°。因此，根据本实施方式1的电动机，在相 互邻接的圓弧的交点附近，也可以使转子铁心外周曲面的曲率平滑地变化， 能够使气隙部的磁通密度分布近似于正弦波形状。而且，由此可以抑制转矩 波动及感应电压失真度的增加，可以提供对低振动、低噪声有效的永久磁铁 埋设型电动机。在以上所述的实施方式中，是由具有两个或三个不同的半径的圓弧形成 与一磁极对应的外周，但是，只要邻接的圆弧中小的一方的圆弧在它们的交 点的切线相对于大的一方的圓弧在交点的切线的角度a5 ^皮i殳定为-3° 2°， 也可以由具有四个以上不同的半径的圓弧形成与一^兹才及对应的外周。同样地， 以通过邻接的圓弧的交点和圓弧中心的直线在同 一直线上形成时，只要邻接 的圓弧中作为d轴侧的圓弧的半径大于作为q轴侧的圆弧的半径的关系成立， 也可以由具有四个以上不同的半径的圓弧形成与 一》兹才及对应的外周。产业上的可利用性本发明的永久磁铁埋设型电动机，对于具备使定子和转子之间的气隙部 的磁通密度分布为理想的正弦波形状、并具有在转子铁心的磁铁埋设孔埋设 的永久磁铁的转子的发动机等有用。
权利要求
1、一种永久磁铁埋设型电动机，具备定子和转子，所述定子在定子铁心上卷绕有线圈，所述定子铁心在轭铁的内周侧具有多个齿，所述转子与所述齿相对且具有旋转自如地被保持的转子铁心，所述转子铁心具有埋设用于形成磁极的永久磁铁的多个磁铁埋设孔，并且具有由多个不同半径的圆弧构成的外周形状，其特征在于，将连接所述转子的旋转中心和所述永久磁铁的中央即磁极中央的直线设定为d轴，将连接所述旋转中心和相互邻接的所述永久磁铁的中间点的直线设定为q轴时，相互邻接的所述圆弧为，所述d轴侧的圆弧的半径比所述q轴侧的圆弧的半径大，而且，在所述圆弧相互的交点，所述q轴侧的圆弧的切线相对于所述d轴侧的圆弧的切线的角度α为-3°≤α≤2°。
2、 如权利要求1所述的永久磁铁埋设型电动机，其特征在于，位于所 述d轴与所述转子铁心的外周的交点的圓弧以该圓弧中心为所述旋转中心而 形成。
3、 如权利要求2所述的永久磁铁埋设型电动机，其特征在于，将所述 角度a设定为0°。
4、 如权利要求2或3所述的永久磁铁埋设型电动机，其特征在于，位 于所述d轴与所述转子铁心的外周的交点的圆弧，在自所述旋转中心向所述 d轴的两侧偏转机械角度为ei的范围形成，将所述角度ei和磁极对数P的 关系设定为12°/PseiS90°/P。
5、 如权利要求1所述的永久磁铁埋设型电动机，其特征在于，位于所 述d轴与所述转子铁心的外周的交点的圆弧，以其圆弧中心位于从所述旋转 中心沿所述d轴偏离规定距离的位置的方式而形成。
6、 如权利要求5所述的永久磁铁埋设型电动机，其特征在于，将所述 角度a设定为0°。
7、 如权利要求5或6所述的永久磁铁埋设型电动机，其特征在于，位 于所述d轴与所述转子铁心的外周的交点的圓弧，在自其中心向所述d轴的两侧的偏转机械角度为ei范围形成，将所述角度ei和磁极对数p的关系设定为12VP邻，VP。
8、 如权利要求1所述的永久磁铁埋设型电动机，其特征在于，所述圓弧以相互邻接的所述圓弧的交点、所述d轴侧的圓弧中心、所述q轴侧的圆 弧中心在同一直线上的方式形成。
9、 如权利要求8所述的永久磁铁埋设型电动机，其特征在于，位于所 述d轴与所述转子铁心外周的交点的圓弧，以其圆弧中心为所述旋转中心的 方式而形成。
10、 如权利要求9所述的永久磁铁埋设型电动机，其特征在于，对于相 互邻接的所述圓弧，将所述q轴侧的圓弧半径相对所述d轴侧的圆弧半径的 比率设定为q轴侧的圓弧半径/d轴侧的圆弧半径时，q轴侧的圆弧半径/d 轴侧的圓弧半径为0.5-0.9。
11、 如权利要求9或10所述的永久磁铁埋设型电动机，其特征在于， 位于所述d轴与所述转子铁心外周的交点的圓弧，在自所述旋转中心向所述 d轴的两侧偏转机械角度为01的范围形成，将所述角度ei和磁极对数P的 关系设定为12。/P^eiS90。/P。
12、 如权利要求8所述的永久磁铁埋设型电动机，其特征在于，位于所 述d轴与所述转子铁心外周的交点的圓弧，以其圆弧中心位于从所述旋转中 心沿所述d轴偏离规定距离的位置的方式而形成。
13、 如权利要求12所述的永久磁铁埋设型电动机，其特征在于，对于 相互邻接的所述圓弧，将所述q轴侧的圆弧半径相对所述d轴侧的圓弧半径 的比率i殳定为q轴侧的圆弧半径/d轴侧的圓弧半径时，q轴侧的圆弧半径 / d轴侧的圓弧半径为0.5 0.9。
14、 如权利要求12或13所述的永久磁铁埋设型电动机，其特征在于， 位于所述d轴与所述转子铁心外周的交点的圓弧，在自其中心向所述d轴的 两侧偏转机械角度为91的范围形成，将所述角度ei和磁极对数P的关系设 定为12°/PSeiS90°/P。
15、 如权利要求12所述的永久磁铁埋设型电动机，其特征在于，将位 于所述d轴与所述转子铁心外周的交点的圆弧半径设定为Rn、将从所述旋 转中心到该圆弧中心的所述规定距离设定为X，将X相对于X + Rn的比率 为X/ (X + Rn)时，X/ (X + Rn)为0.21以下。
16、 如权利要求1所述的永久磁铁埋设型电动机，其特征在于，所述转 子铁心是层叠具有多个所述磁铁埋设孔的高透磁率薄铁板而形成的。的
17、 如权利要求1所述的永久磁铁埋设型电动机，其特征在于，所述定子是通过集中缠绕将线圈巻绕在所述定子铁心上。
全文摘要
一种永久磁铁埋设型电动机，将连接转子的旋转中心O和永久磁铁(25)的中央即磁极中央的直线设定为d轴，将连接旋转中心O和相互邻接的永久磁铁(25)的中间点的直线设定为q轴时，相互邻接的圆弧A1和A2为，d轴侧的圆弧A1的半径R1比q轴侧的圆弧A2的半径R2大，而且，在圆弧A1与A2相互的交点β，q轴侧的圆弧A2的切线u相对于d轴侧的圆弧A1的切线t的角度α设定为-3°≤α≤2°。
文档编号H02K1/22GK101669266SQ20088001366
公开日2010年3月10日 申请日期2008年3月21日 优先权日2007年5月7日
发明者佐藤弘规, 吉川佑一, 虎 李, 村上浩 申请人:松下电器产业株式会社