同步型驱动马达的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种同步型驱动马达。
【背景技术】
[0002]驱动马达对于高转矩、高输出和小尺寸均要求较高的水准。具体地，驱动马达通常安装在驱动对象的机械上。因此，如何在约束尺寸的情况下实现高转矩和高输出成为问题。
[0003]专利文献1至3中的每一者公开了驱动压缩机的马达。为了实现高输出，专利文献1至3所公开的马达采用磁铁面的数量为齿的数量的2/3的构造。构造为磁铁面的数量为齿的数量的2/3的马达的角速度ω较小并且阻抗较低。因此，构造为磁铁面的数量为齿的数量的2/3的马达能够接收较大的供给电流，故可提高马达的输出。
[0004]在专利文献1至3中，马达中所包括的每个齿的前端部具有沿周向突出的突出部。在齿上设置突出部可以增大齿与磁铁面相对的区域，因此增大齿所接收的磁通量。结果，驱动马达的转矩可以增大。
[0005]引用列表
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本专利申请公开号2007-074898
[0008]专利文献2:日本专利申请公开号11-146584(1999)
[0009]专利文献3:日本专利申请公开号2004-135380
【发明内容】
[0010]技术问题
[0011]本发明的目的在于提供一种以较高的水准满足高转矩、高输出和小尺寸的同步型驱动马达。
[0012]解决问题的技术方案
[0013]为了解决上述问题，本发明采用以下构造。
[0014](1) 一种同步型驱动马达，其包括:
[0015]定子，其包括定子芯和绕组，所述定子芯包括在周向上间隔出槽的多个齿，所述绕组延伸通过所述槽，所述多个齿的每一者包括卷绕有所述绕组的部分；以及
[0016]转子，其包括多个永久磁铁部、背轭部和多个辅助轭部，所述多个永久磁铁部沿周向以空出间隔的方式布置，并且所述多个永久磁铁部中的每一者具有朝向所述定子芯的磁铁面，所述背轭部支撑所述多个永久磁铁部，所述背轭部在所述定子芯与所述磁铁面相对的方向上与所述多个永久磁铁部的所述磁铁面相反地设置，所述多个辅助轭部设置到所述背轭部、布置在所述间隔中并与所述定子芯相对，
[0017]所述多个齿中的每一者具有与所述磁铁面相对的前端部，所述前端部的周向宽度小于数量大于所述齿的数量的所述磁铁面的周向宽度与所述辅助轭部的前端面的周向宽度的总和。
[0018]本发明人对于在实现高输出和高转矩的同时保持同步型驱动马达的大小深入地研究。在研究的过程中，本发明人已经改变了思维方式，推翻了本领域技术人员所具有的对同步型驱动马达的两种类型的常识，如以下(i)和(ii)所述。
[0019](i)通常使用构造成磁铁面的数量为齿的数量的2/3的同步型驱动马达的理由在于:在磁铁面的数量与齿的数量的比值不相同的各种类型的同步型驱动马达中，构造成磁铁面的数量为齿的数量的2/3的同步型驱动马达的角速度ω最小。较小的角速度ω导致较低的阻抗Ζ，这允许供应给同步型驱动马达的电流增大。结果，提高同步型驱动马达的输出。输出提高对同步型驱动马达是有利的。换句话说，当磁铁面的数量大于齿的数量的2/3时，角速度ω增大，故导致同步型驱动马达的输出减小。因此，认为将磁铁面的数量设置成大于齿的数量的2/3对同步型驱动马达是不利的。然而，本发明人推翻了这种常识并且尝试构造磁铁面的数量大于齿的数量的2/3的同步型驱动马达。
[0020](ii)通常，齿的前端部设置有沿周向突出的突出部，理由如下。具有突出部的齿能够从磁铁面集中大量的磁通，这有助于提高转矩。突出部的存在增大了齿的前端部与磁铁面相对的面积。这提高了永久磁铁部的磁导系数。例如，通过减小永久磁铁部的厚度来使同步型驱动马达小型化是允许的。也实现了转矩的提高。因此，认为增大齿的突出部的尺寸对同步型驱动马达是有利的。然而，本发明人推翻了这种常识并且试图减小同步型驱动马达的齿的突出部的尺寸。
[0021]本发明人尝试同时推翻磁铁面的数量被设定为齿的数量的2/3的常识以及齿的突出部具有增大的尺寸的常识。结果，本发明人发现，通过将磁铁面的数量设定为大于齿的数量并且将齿的前端部的周向宽度设定为小于磁铁面的周向宽度与辅助轭部的前端面的周向宽度的总和，能够在例如不改变同步型驱动马达的尺寸的情况下使得以较高的水准满足高输出和高转矩。
[0022]与以常规方式构造为磁铁面的数量为齿的数量的2/3的同步型驱动马达(以下，有时简称为常规同步型驱动马达)相比，(I)的同步型驱动马达的磁铁面的数量更多。因此，与尺寸和(I)的同步型驱动马达的尺寸相同的常规同步型驱动马达相比，在(I)的同步型驱动马达中，磁铁面的周向宽度较小。此外，齿的前端部的周向宽度小于磁铁面的周向宽度与辅助轭部的前端面的周向宽度的总和。因此，在同步型驱动马达中，齿的前端部的周向宽度减小，则作为相邻齿的前端部之间的周向间隔的齿间间隙增大。
[0023]通常，当前端部的周向宽度减小时，前端部与磁铁面相对的面积减小，并且因此从磁铁面输入到齿并与绕组交链的交链磁通量减少。在这方面，在磁铁面的周向宽度较小的同步型驱动马达(I)，即使前端部的周向宽度减小，也能抑制前端部与磁铁面相对的面积的减少。因此，抑制伴随齿的前端部的周向宽度的变小的绕组的交链磁通的减少。此外，较大的齿间间隙引起较少的磁通泄漏通过齿间间隙。漏磁通减少例如使得从齿输入到磁铁面的定子磁通增多。因此，(I)的同步型驱动马达例如能够通过增大定子磁通同时抑制绕组的交链磁通的减少来获得高转矩。
[0024]在(I)的同步型驱动马达中，多个辅助轭部中的每一者设置在永久磁铁部之间的间隔中。因此，可以使用辅助轭部与齿所产生的吸引力来获得磁阻转矩。(I)的同步型驱动马达包括辅助轭部，并且相应地，与尺寸和(I)的同步型驱动马达的尺寸相同的常规同步型驱动马达相比，虽然此处设置的磁铁较小，但是(I)的同步型驱动马达可以通过磁阻转矩来提高转矩。与常规同步型驱动马达相比，在(1)的同步型驱动马达中，磁铁面的数量较大，因此辅助轭部的数量也较多。这可以提供较高的磁阻转矩。
[0025]例如，在齿的前端部的周向宽度大于磁铁面的周向宽度与辅助轭部的前端面的周向宽度的总和的情况下，当电流随着转子的旋转而流过绕组时，辅助轭部与卷绕有绕组的齿相对。因此，辅助轭部在某种程度上被拉至齿的状态。因此，磁阻转矩较小。另一方面，在(1)的同步型驱动马达中，齿的前端部的周向宽度小于磁铁面的周向宽度与辅助轭部的前端面的周向宽度的总和。当电流流过绕组时，该构造抑制齿与辅助轭部相对的程度。因此，若电流流动，将辅助轭部拉至齿的吸引力引起较强的旋转力。因此，获得较高的磁阻转矩。
[0026]此外，在(1)的同步型驱动马达中，齿间间隙较大，这极大地提高了绕组的设计自由度。因此，例如，可以增加绕组的匝数，以提高转矩。
[0027]如至此所述，(1)的同步型驱动马达例如能够通过一面抑制交链磁通的减少一面使定子磁通增大、利用较高的磁阻转矩或者增大绕组的匝数来提高转矩。相应地，与尺寸和(1)的同步型驱动马达的尺寸相同的常规同步型驱动马达相比，(1)的同步型驱动马达能够提高转矩。
[0028]如上所述，在(1)的同步型驱动马达中，齿间间隙较大，使得电感L较低。因此，即使当磁铁面的数量大于齿的数量使得角速度ω较大时，也可以维持阻抗的交流分量ω L。结果，可以确保供给至同步型驱动马达的电流。由于转矩得以提高(如上所述)，因此确保电流能够提高输出。如上所述，在(1)的同步型驱动马达中，绕组的设计自由度提高。因此，例如，在不使同步型驱动马达尺寸增大的情况下便可卷绕直径较粗的线。这样可以降低绕组的电阻R。因此，通过增大供给至线圈的电流，能够提高转矩和输出两者。因此，与尺寸和(1)的同步型驱动马达的尺寸相同的常规同步型驱动马达相比，(1)的同步型驱动马达能够提高输出。进一步提高转矩和输出中的哪一者，例如可以根据进一步增大绕组的直径的粗度和匝数中的哪一者进行调整。
[0029]以这种方式，与尺寸和(1)的同步型驱动马达的尺寸相同的常规同步型驱动马达相比，(1)的同步型驱动马达能够提高输出和转矩。
[0030]上面描述说明了与尺寸和(1)的同步型驱动马达的尺寸相同的常规同步型驱动马达相比，(1)的同步型驱动马达能够提高输出和转矩。此外，与输出及转矩和(1)的同步型驱动马达的输出及转矩相同的常规同步型驱动马达相比，(1)的同步型驱动马达实现了尺寸的小型化。
[0031]因此，在(1)同步型驱动马达中，以较高的水准满足了高转矩、高输出和尺寸的小型化。
[0032](2)根据(1)所述的同步型驱动马达，其中
[0033]所述前端部的周向宽度小于数量大于所述齿的数量的所述磁铁面的周向宽度与所述辅助轭部的前端面的周向宽度的一半的总和。
[0034](2)的构造进一步抑制电流流过绕组时齿与辅助轭部相对的程度。因此，一旦电流流过，将辅助轭部拉至齿的吸引力引起更大的旋转力。因此，以较高的水准满足了高转矩、高输出和尺寸的小型化。
[0035](3)根据(1)所述的同步型驱动马达，其中
[0036]所述前端部的周向宽度小于数量大于所述齿的数量的所述磁铁面的周向宽度。
[0037](3)的构造进一步抑制电流流过绕组时齿与辅助轭部相对的程度。在(3)的构造中，当转子旋转时，产生前端的一部分与辅助轭部相对的状态以及前端部的任何部分都不与辅助轭部相对的状态。通过从前端部的任何部分都不与辅助轭部相对的状态移行至前端部的一部分与辅助轭部相对的状态所产生的吸引力而获得较高的磁阻转矩。因此，以较高的水准满足了高转矩、高输出和尺寸的小型化。
[0038](4)根据(I)至(3)中任一项所述的同步型驱动马达，其中
[0039]彼此相邻的所述齿的所述前端部之间的周向间隙大于所述前端部的周向宽度。
[0040](4)的构造进一步提高了绕组的设计自由度。因此，例如，进一步增加绕组的匝数或者进一步卷绕直径较粗的线是允许的。因此，以较高的水准满足了高转矩、高输出和尺寸的小型化。
[0041](5)根据(I)至(4)中任一项所述的同步型驱动马达，其中
[0042]所述定子芯包括六个以上齿，
[0043]所述六个以上的齿中的每一者具有与所述磁铁面相对的前端部，并且所述前端部的周向宽度小于数量大于所述齿的数量的所述磁铁面的周向宽度与所述辅助轭部的前端面的周向宽度的总和。
[0044](5)的构造能够抑制每个齿的绕组的数量(体积)的增加，同时充分地确保整个同步型驱动马达的绕组的数量(体积)的增加。因此，例如，允许进一步增大绕组的匝数的数量或者进一步卷绕直径较粗的线，同时抑制同步型驱动马达的尺寸的增大。结果，以较高的水准满足了高转矩、高输出和尺寸的小型化。
[0045](6)根据(I)至(5)中任一项所述的同步型驱动马达，其中
[0046]所述前端部的周向宽度小于数量大于所述齿的数量的所述磁铁面的周向宽度与所述辅助轭部的前端面的周向宽度的总和并且小于所述齿的周向宽度最大的部分的周向宽度。
[0047]在(6)的同步型驱动马达中，齿的前端部的周向宽度小于数量大于齿的数量的磁铁面的周向宽度与辅助轭部的前端面的周向宽度的总和。此外，齿的前端部的周向宽度小于齿的周向宽度最大的部分的周向宽度。这种构造进一步提高了绕组的设计自由度。因此，例如，允许进一步增大绕组的匝数的数量或者进一步卷绕直径较粗的线。因此，以较高的水准满足了高转矩、高输出和尺寸的小型化。
[0048](7)根据(I)至(6)中任一项所述的同步型驱动马达，其中
[0049]所述前端部的周向宽度小于数量大于所述齿的数量的所述磁铁面的周向宽度与所述辅助轭部的前端部的周向宽度的总和，并且所述前端部的轴向厚度大于所述前端部的周向宽度。
[0050]当例如将前端部的面积固定为定值时，(7)的构造与轴向厚度等于或小于周向宽度的构造相比允许周向宽度较小。因此，可确保较宽的齿间间隙。因此，以较高的水准满足了高转矩、高输出和尺寸的小型化。
[0051](8)根据(I)至(7)中任一项所述的同步型驱动马达，其中
[0052]当沿所述同步型驱动马达的旋转轴线观察所述前端部时，卷绕在所述齿的所述绕组的周向外缘位于较所述齿的所述前端部的周向外缘更外侧。
[0053]与例如绕组的周向外缘位于齿的前端部的周向外缘之内的构造相比，(8)的构造由于卷绕在齿上的绕组的数量较大，所以转矩增大。。因此，以较高的水准满足了高转矩、高输出和尺寸的小型化。
[0054](9)根据(1)至(8)中任一项所述的同步型驱动马达，其中
[0055]所述永久磁铁部径向布置在所述定子的外侧，
[0056]每个所述齿具有与设置在径向上的所述定子的外侧的所述磁铁面相对的前端部，并且所述前端部的周向宽度小于数量大于所述齿的数量的所述磁铁面的周向宽度与所述辅助轭部的前端面的周向宽度的总和。
[0057]在(9)的构造中，磁铁面径向布置在定子的外侧，并且齿的前端部与设置在定子的外侧的磁铁面相对。因此，相邻的齿的前端部之间的间隔比相邻的齿的根部(与前端部相反的部分)之间的间隔相对较宽。该构造进一步提高了绕组的布置自由度。因此，以较高的水准满足了高转矩、高输出和尺寸的小型化。
[0058](10)根据(1)至(8)中任一项所述的同步型驱动马达，其中
[0059]所述永久磁铁部径向布置在所述定子的内侧，
[0060]每个所述齿具有与设置在径向上的所述定子的内侧的所述磁铁面相对的前端部，并且所述前端部的周向宽度小于数量大于所述齿的数量的所述磁铁面的周向宽度与所述辅助轭部的前端面的周向宽度的总和。
[0061]在(10)的构造中，磁铁面径向布置在定子的内侧，并且齿的前端部与设置在定子的内侧的磁铁面相对。因此，相邻的齿之间的周向间隔在径向上越靠近前端部则越小。然而，在该方面，由于前端部的周向宽度小于数量大于齿的数量的磁铁面的周向宽度与辅助轭部的前端面的周向宽度的总和，所述(10)的构造能够使得绕组的布置自由度的增大效果更高。因此，以较高的水准满足了高转矩、高输出和尺寸的小型化。
[0062](11)根据(1)至(8)中任一项所述的同步型驱动马达，其中
[0063]所述转子以使所述磁铁面在所述转子的旋转轴线方向上与所述齿相对的方式布置，
[0064]每个所述齿具有与所述磁铁面在所述旋转轴线方向上相对的前端部，并且所述前端部的周向宽度小于数量大于所述齿的数量的所述磁铁面的周向宽度与所述辅助轭部的前端面的周向宽度的总和。
[0065]在(11)的同步型驱动马达中，磁铁面沿转子的旋转轴线方向与齿相对布置。因此，齿沿旋转轴线的方向延伸。这提供了较高的绕组的布置自由度。因此，以较高的水准满足了高转矩、高输出和尺寸的小型化。
[0066](12)根据(1)至(11)中的任一项所述同步型驱动马达，其中
[0067]所述永久磁铁部由稀土类磁铁形成，
[0068]每个所述齿具有与由所述稀土类磁铁形成的所述磁铁面相对的前端部，并且所述前端部的周向宽度小于数量大于所述齿的数量的所述磁铁面的周向宽度与所述辅助轭部的前端面的周向宽度的总和。
[0069]稀土类磁铁具有较高的磁特性，并且相应地以具有较小厚度的形状被使用。在
(12)的构造中，磁铁面的数量大于齿的数量。在同步型驱动马达的尺寸恒定的情况下，这使得磁铁面的周向宽度较小。结果，由于磁铁厚度较小而获得的磁导系数增加的效果增强。因此，以较高的水准满足了高转矩、高输出和尺寸的小型化。
[0070](13)根据(I)至(11)中的任一项所述同步型驱动马达，其中
[0071]所述永久磁铁部由铁氧体磁铁形成，
[0072]每个所述齿具有与由所述铁氧体磁铁形成的所述磁铁面相对的前端部，并且所述前端部的周向宽度小于数量大于所述齿的数量的所述磁铁面的周向宽度与所述辅助轭部的前端面的周向宽度的总和。
[0073]铁氧体磁铁的磁性比稀土类磁铁的磁性低。因此，由铁氧体磁铁所形成的永久磁铁部在产生与稀土类磁铁相同程度的磁通的情况下，需要的厚度比稀土类磁铁的厚度大。在(13)的构造中，磁铁面的数量大于齿的数量。在同步型驱动马达的尺寸恒定的情况下，这使得磁铁面的周向宽度较小。铁氧体磁铁的厚度以及磁铁面的较小的周向宽度的结合提高了磁导系数。因此，以较高的水准满足了高转矩、高输出和尺寸的小型化。
[0074](14)驱动单元，其包括:
[0075]根据(I)至(13)中任一项所述的同步型驱动马达；以及
[0076]控制装置，其构造成向绕组供给包含d轴电流分量的驱动电流。
[0077]在(14)的构造中，磁铁面的数量大于齿的数量，因此与磁铁面的数量小于齿的数量的情况相比，角速度ω较大。在齿的前端部的周向宽度设为小于磁铁面的周向宽度与辅助轭部的前端面的周向宽度的总和以提高输出的构造中，即使电感减小，也能够维持阻抗。因此，在基于阻抗与d轴电流的积生成抵消电动势的电压的情况下，d轴电流分量被抑制到较低的水平。因此，也以较高的水准满足了高转矩、高输出和尺寸的小型化。
[0078]发明效果
[0079]本发明能够提供以较高的水准满足高转矩、高输出和尺寸的小型化的同步型驱动马达。
【附图说明】
[0080]图1(a)是示出由构造为磁铁面的数量为齿的数量的2/3并且每个齿的前端部的周向宽度较大的同步型驱动马达的磁铁所产生的磁通的示例的图形；图1(b)是示出由构造为磁铁面的数量为齿的数量的2/3并且每个齿的前端部的周向宽度较小的同步型驱动马达的磁铁所产生的磁通的示例的图形；图1(c)是示出由构造为磁铁面的数量大于齿的数量并且每个齿的前端部的周向宽度较大的同步型驱动马达的磁铁所产生的磁通的示例的图形；以及图1(d)是示出由构造为磁铁面的数量大于齿的数量并且每个齿的前端部的周向宽度较小的同步型驱动马达的磁铁所产生的磁通的示例的图形。
[0081]图2(a)是示出齿间间隙与交链磁通之间的关系的图表；以及图2(b)是示出齿间间隙与齿间漏磁通之间的关系的图表。
[0082]图3(a)是示出齿间间隙与转矩之间的关系的图表；以及图3(b)是示出齿间间隙与电感之间的关系的图表。
[0083]图4(a)是示出在磁铁之间的间隔中布置辅助轭部的同步型驱动马达的磁通的图形；图4(b)是示出在磁铁之间的间隔中未布置辅助轭部的同步型驱动马达的磁通的图形；以及图4(c)是示出图4(a)中和图4(b)所示的同步型驱动马达的转矩的图表。
[0084]图5(a)是示出同步型驱动马达的转矩的细节的示例性图表；以及图5和(b)是示出供应给同步型驱动马达的电流的图表。
[0085]图6(a)示出转子的相位(旋转角度)为0°电角度的状态下的磁通；以及图6(b)示出转子顺时针旋转30°电角度的状态下的磁通。
[0086]图7(a)示出转子的相位(旋转角度)为0°电角度的状态下的磁通；以及图7(b)示出转子顺时针旋转30°电角度的状态下的磁通。
[0087]图8是示意性示出包括根据本发明的第一实施例的同步型驱动马达