同步磁阻电动机的制作方法
【专利摘要】得到一种能够提高效率的同步磁阻电动机。转子芯沿周向对应于极数具有隔磁槽，该隔磁槽是将大于或等于1个狭缝和芯层沿径向交替地排列而形成的，同步磁阻电动机在绕组通电将狭缝的q轴线之上的径向宽度的总和与磁间隙长度的比率设为k、将相对于d轴的提前角度设为β的相位的电流而对旋转进行控制，在芯层之中，处于与点P沿周向最近的位置的芯层的q轴线之上的径向的宽度比其他芯层的q轴线之上的径向的宽度大，该点P是从d轴偏转ψ＝arctan(tanβ/(1+0.2k))的角度后的、经过转子中心的直线与转子的外周相交的点。
【专利说明】
同步磁阻电动机
技术领域
[0001]本发明涉及一种使用于工厂、空气调节器、汽车等、利用磁阻扭矩的同步磁阻电动机，具体地说，涉及一种同步磁阻电动机的结构。
【背景技术】
[0002]同步磁阻电动机为如下电动机，S卩，通过在转子芯形成狭缝状的隔磁槽，从而形成在转子的旋转方向上磁阻不同的结构，利用这一点而产生扭矩。与感应电动机(感应机)相比，被评价具有不发生转子的二次铜损等的优点，期待使用于工厂、空气调节器、汽车等。
[0003]然而，同步磁阻电动机通常功率因数差，在使用于上述的用途时，还要求进一步的改善。此外，同步磁阻电动机的输出扭矩被称为磁阻扭矩T，作为发生上述的转子的旋转方向的磁阻的差异的原理，以下式(I)的方式而进行表示。
[0004]T = Pn(Ld — Lq) idiq...(I)
[0005]在这里，在式(I)中，？11表示极对数儿(1、1^分别表示(1、9轴电感，丨(1、丨9分别表示(1、9
轴电流。
[0006]根据式(I)可知，为了使同步磁阻电动机的每单位电流的扭矩变大、提高效率，较为有效的是使d、q轴电感之差Ld — Lq变大。
[0007]另外，在同步磁阻电动机中，已知为了使功率因数变大，使d、q轴电感之比Ld/Lq变大即可。此外，d、q轴电感之比Ld/Lq的值通常被称为凸极比。
[0008]这样，在同步磁阻电动机中，为了使d、q轴电感之差Ld— Lq、凸极比Ld/Lq变大，在转子芯设置被称为隔磁槽的多层狭缝，从而形成如下结构，即，形成使磁通容易在沿多层狭缝的方向上流过的d轴磁路，并且使横穿多层狭缝的q轴磁路的磁阻变大。
[0009]另外，将上述的隔磁槽构造作为基本构造，为了使扭矩变大、提高效率，提出了下面这样的技术。
[0010]例如，将控制定子以使得从定子向转子流入的磁通流过转子中心侧作为前提，提出了形成如下结构的同步磁阻电动机，即，在将以中心侧凸起的方式而配置芯层(带钢)的芯片向转子轴向层叠而形成的转子芯中，使芯层的半径方向的宽度形成为转子中心侧的芯层比转子外侧的芯层宽，且使狭缝的半径方向的宽度形成为转子中心侧的狭缝比转子外侧的狭缝宽或者为相同宽度(例如，参照专利文献1(特别是段落0002?0017、图2))。
[0011]根据该同步磁阻电动机，由于使从定子流过的磁通所集中的转子中心侧的芯层较宽，因此能够使电动机的扭矩变大而不发生磁饱和。
[0012]另外，例如提出了如下同步磁阻电动机，S卩，使生成I个隔磁槽(磁路组)的多个芯层(分割磁路)的宽度在该隔磁槽组内的中心部及最外部处分别较窄，在中央部较宽，从而能够减小扭矩脉动(例如，参照专利文献2(特别是段落0021、图4))。
[0013]专利文献1:日本特开平11-127560号公报
[0014]专利文献2:日本特开2004-96808号公报
【发明内容】
[0015]然而，在现有技术存在下面这样的课题。
[0016]在专利文献I的同步磁阻电动机中，前提如下，S卩，控制定子以使得越是转子的中心侧的芯层则流过越多量的磁通，但关于该控制是否为适合用于使扭矩增大而提高效率的控制条件，并未进行斟酌，也未示出。因此，包含用于提高效率的控制条件在内的探讨作为课题而残存下来。
[0017]另外，在专利文献2的同步磁阻电动机中，虽然能够减小扭矩脉动，但对于该平均的输出扭矩的大小、效率还未进行探讨，关于用于进一步提高效率的结构，仍残存有课题。
[0018]本发明就是为了解决上述的课题而提出的，其目的在于得到一种能够提高效率的同步磁阻电动机。
[0019]本发明涉及的同步磁阻电动机具有:转子，其将转子芯固定于轴而构成；以及定子，其具有绕组，使转子和定子配置为隔着磁间隙而相对地自由旋转，在该同步磁阻电动机中，转子芯沿周向对应于极数具有隔磁槽，该隔磁槽是将大于或等于I个狭缝和芯层沿径向交替地排列而形成的，同步磁阻电动机在绕组通电将狭缝的q轴线之上的径向宽度的总和与磁间隙长度的比率设为k、将相对于d轴的提前角度设为β的相位的电流而对旋转进行控制，在芯层之中，处于与点P沿周向最近的位置的芯层的q轴线之上的径向的宽度比其他芯层的q轴线之上的径向的宽度大，该点P是从d轴偏转it = arctan(tan0/(l+0.2k))的角度后的、经过转子中心的直线与转子的外周相交的点。
[0020]发明的效果
[0021]根据本发明涉及的同步磁阻电动机，成为如下结构，S卩，处于与点P沿周向最近的位置的芯层的q轴线之上的径向的宽度比其他芯层的q轴线之上的径向的宽度大，该点P是从d轴偏转Φ的角度后的、经过转子中心的直线与转子的外周相交的点。
[0022]因此，通过使从定子向转子流入的磁通为最大的位置的芯层变宽，避免该芯层的磁饱和，从而能够使d轴电感变大，能够产生大扭矩。
[0023]因此，能够提高同步磁阻电动机的效率。
【附图说明】
[0024]图1是表示对本发明的实施方式I涉及的同步磁阻电动机进行利用时的系统的结构图。
[0025]图2是将本发明的实施方式I涉及的同步磁阻电动机沿轴线方向切断后的剖视图。
[0026]图3是在图2的A-A线处将本发明的实施方式I涉及的同步磁阻电动机切断后的剖视图。
[0027]图4是将本发明的实施方式I涉及的同步磁阻电动机的转子抽出而进行表示的剖视图。
[0028]图5是表示对本发明的实施方式I涉及的同步磁阻电动机进行驱动控制的控制装置的框图。
[0029]图6是表示对本发明的实施方式I涉及的同步磁阻电动机进行驱动控制的控制装置的另一个框图。
[0030]图7是表示在本发明的实施方式I涉及的同步磁阻电动机中的电压、电流以及磁通的矢量的说明图。
[0031]图8是表示本发明的实施方式I涉及的同步磁阻电动机的总狭缝宽度相对于磁间隙宽度的比率与凸极比之间的关系的说明图。
[0032]图9是关于本发明的实施方式I涉及的同步磁阻电动机的转子，表示在q轴线之上的狭缝的径向宽度的说明图。
[0033]图10是表示在本发明的实施方式I涉及的同步磁阻电动机的间隙面生成的磁通密度的分布的示意图。
[0034]图11是表示在本发明的实施方式2、3涉及的同步磁阻电动机中的总狭缝宽度相对于磁间隙宽度的比率与效率之间的关系的说明图。
[0035]图12是表示本发明的实施方式4涉及的同步磁阻电动机的在以固定电流通电时的相对于通电相位的输出扭矩的说明图。
[0036]图13是表示在本发明的实施方式4涉及的同步磁阻电动机中，在通电相位为45°的情况下的总狭缝宽度相对于磁间隙宽度的比率与角度Φ之间的关系的说明图。
[0037]图14是表示本发明的实施方式5涉及的同步磁阻电动机的通电相位与功率因数之间的关系的说明图。
[0038]图15是表示总狭缝宽度相对于磁间隙宽度的比率与在图14中的示出功率因数的极大值的通电相位之间的关系的说明图。
[0039]图16是表示在本发明的实施方式5涉及的同步磁阻电动机中，在通电相位为图15所示的值的情况下的总狭缝宽度相对于磁间隙宽度的比率与角度Φ之间的关系的说明图。
[0040]图17是表示本发明的实施方式6涉及的总狭缝宽度相对于磁间隙宽度的比率与同步磁阻电动机的通电相位之间的关系的说明图。
[0041]图18是表示本发明的实施方式7涉及的同步磁阻电动机的转子的斜视图。
[0042]图19是表示在本发明的实施方式8涉及的同步磁阻电动机中的转子芯组的乳制方向的说明图。
[0043]图20是例示在本发明的实施方式9涉及的同步磁阻电动机中转子芯片的形成铆接部的位置的说明图。
[0044]图21是例示在本发明的实施方式9涉及的同步磁阻电动机中，转子芯片的形成铆接部的位置的另一个说明图。
[0045]图22是表示本发明的实施方式11涉及的同步磁阻电动机的转子的剖视图。
【具体实施方式】
[0046]下面，使用附图对本发明涉及的同步磁阻电动机的优选的实施方式进行说明，对于在各图中相同、或者相当的部分，标注相同标号而进行说明。
[0047]实施方式1.
[0048]图1是表示对本发明的实施方式I涉及的同步磁阻电动机I进行利用时的系统的结构图。在图1中，同步磁阻电动机I经由电源供给线3与控制装置2连接，该同步磁阻电动机I是将从控制装置2供给的电能转换为机械能的电机。
[0049]图2是将本发明的实施方式I涉及的同步磁阻电动机I沿轴线方向切断后的剖视图。在图2中，定子6和转子9使用轴承14而配置为隔着机械间隙(磁间隙)相对地自由旋转，该定子6和该转子9通过压入或热装等方法插入至机架15而固定。
[0050]定子6是在由铁芯构成的定子芯4实施绕组5而构成的。通过对该绕组5提供从控制装置2供给的电能，从而在磁间隙中产生旋转磁场。另外，转子9是在由铁芯构成的转子芯7的中心通过压入或热装等方法将轴8插入而形成为一体的。
[0051]图3是在图2的A-A线处将本发明的实施方式I涉及的同步磁阻电动机I切断后的剖视图。在图3中，定子6和转子9保持机械间隙的径向距离g(间隙长度)而几乎配置为同心圆状。
[0052]图4是将本发明的实施方式I涉及的同步磁阻电动机I的转子9(图3的转子部分)抽出而进行表示的剖视图。在图4中，在转子芯7沿周向几乎等间隔地形成有4个相同形状的隔磁槽12。因此，本发明的实施方式I涉及的同步磁阻电动机I构成为能够作为4极电动机而进行驱动。
[0053]另外，在隔磁槽12中，由与形成转子芯7的铁芯不同材料所形成的狭缝11沿径向排列成5(lla?lie)列，剩余的铁芯部分形成芯层1a?1f。此外，狭缝11的数量不限定于5个，也可以为其他数量。
[0054]在这里，I个狭缝11形成为至少q轴线之上的径向宽度成为最大，优选的是，最好从狭缝11的长边方向的一个端部至另一个端部为止保持相同宽度。然而，有时也会像例如狭缝lie那样，转子9的最外周侧不能保持相同宽度。另外，有时狭缝11的端部也会被倒角处理成圆弧状，但这属于容许范围。
[0055]另外，在图4中，在转子芯7的剖面之上，d轴定义为容易使磁通经过的方向，q轴定义为难以使磁通经过的方向。此外，d轴与q轴在电学上存在90度的相位差。在这里，将从d轴电气性地旋转角度Φ后的、经过转子中心O的直线与转子9的外周的交点定义为交点P。此时，从交点P沿周向迀移而在最近的位置所形成的芯层1b的q轴线之上的径向的宽度，比其他芯层10的q轴线之上的径向的宽度形成得更宽。
[0056]接下来，对角度Φ进行说明。如上所述，本发明的实施方式I涉及的同步磁阻电动机I通过图1所示的控制装置2而对在定子6的绕组5通电的电流进行控制。
[0057]图5是表示对本发明的实施方式I涉及的同步磁阻电动机I进行驱动控制的控制装置2的框图。另外，图6是表示对本发明的实施方式I涉及的同步磁阻电动机I进行驱动控制的控制装置2的另一个框图。图5、6为所谓的矢量控制的框图。
[0058]在图5中，通过旋转位置检测器20将旋转位置Θ转送至控制装置2，该旋转位置检测器20与同步磁阻电动机I连结而对转子9的旋转位置进行检测。此外，如图6所示，旋转位置检测器20也能够替换为在控制装置2内配置的旋转位置推定器26。
[0059]在使用旋转位置检测器20的情况下，具有提高检测出的位置的精度这样的优点。另一方面，在使用旋转位置推定器26的情况下，虽然检测精度与旋转位置检测器20相比较差，但具有由减少部件个数带来的经济性的优点，能够根据应用而进行选择，从而提供适合的同步磁阻电动机I。
[0060]另外，关于同步磁阻电动机I的控制，基于从控制装置2的内部或者外部提供的电流指令id*及iq*而控制电流。具体地说，首先，从电流检测器25得到的3相电流iu、iv、iw的值与旋转位置Θ—起输入至3相—2相转换器24。
[0061]接下来，作为3相—2相转换器24的输出而运算出的2相的电流id及iq，作为反馈信息而输入至电流控制器21。接着，在电流控制器21的内部，基于2相的电流id及iq、以及电流指令id*及iq*，通过PID控制等方法，运算出电压指令Vd*及Vq*而进行输出。
[0062]输出的电压指令Vd*及Vq*与旋转位置Θ—起输入至2相—3相转换器22，运算出对应于3相的电压指令Vu*、Vv*、Vw*而进行输出。这些对应于3相的电压指令Vu*、Vv*、Vw*输入至电力转换器23，将供给至同步磁阻电动机I的电力输出。这样，进行控制以使得2相的电流1(1及11与电流指令1(1*及11*之间的差值变小。
[0063]下面，使用矢量图对施加于同步磁阻电动机I的电压、通电的电流进行说明。图7是表示在本发明的实施方式I涉及的同步磁阻电动机I中的电压、电流以及磁通的矢量的说明图。
[0064]如果通过控制装置2而使2相的电流id及iq通电，则由于存在电动机的d轴电感Ld及q轴电感Lq，从而产生磁通Ldid及Lqiq。另外，作为它们的矢量和的磁通Φ在同步磁阻电动机I中流过，通过进行旋转而引起感应电压E，该感应电压E与磁通Φ相比电气性地提前90度。
[0065]此时，表示磁通Φ的矢量与d轴所形成的角为角度Φ。角度Φ使用磁通Ldid及Lqiq而以下式(2)的方式进行表示。
[0066]i]) = arctan(Lq.iq/(Ld.id))---(2)
[0067]在这里，如果将2相的电流id及iq的矢量和设为电流ia，则将电流id和电流ia形成的角度定义为角度β，将其称为通电相位(提前角度)β。另外，使用该角度β的下式(3)、(4)成立。
[0068]id = ia.cos0---(3)
[0069]iq = ia.sin0---(4)
[0070]另外，通过将这些式(3)、(4)代入至上述式(2)，能够得到下式(5)。
[0071]i]) = arctan(Lq/Ld.tanP)."(5)
[0072]并且，如下式(6)所示，将d轴电感Ld与q轴电感Lq的比率定义为凸极比ζ，将q轴线之上的狭缝11的径向宽度的总和与间隙长度的比率定义为k。
[0073]G = Ld/Lq."(6)
[0074]另外，通过利用有限元法进行的电磁场解析，从而推导出在凸极比ζ与比率k之间存在如图8那样的关系、即如下式(7)那样的关系。图8是表示本发明的实施方式I涉及的同步磁阻电动机I的总狭缝宽度相对于磁间隙宽度的比率k与凸极比ζ之间的关系的说明图。
[0075]ζ = 0.21?+1...(7)
[0076]另外，通过使用这些式(6)、(7)而整理上述式(5)，能够得到下式(8)。
[0077]i]) = arctan(tanP/ (1+0.2k))…(8)
[0078]在这里，比率k参照图9而以下式(9)进行表示。图9是关于本发明的实施方式I涉及的同步磁阻电动机I的转子9，表示在q轴线之上的狭缝11的径向宽度(a?e)的说明图。
[0079]k =(a+b+c+d+e)/g...(9)
[0080]在式(9)中，g表示间隙长度。此外，由于在图9中示出了在隔磁槽12中的狭缝11为5个的例子，因此比率k以式(9)而进行表示，但无论在狭缝11为几个的情况下，均将比率k定义为q轴线之上的狭缝11的径向宽度的总和与间隙长度之比，因此即使狭缝11的数量不同，比率k也以同样的式子进行表示。
[0081]图10是表示在本发明的实施方式I涉及的同步磁阻电动机I的间隙面生成的磁通密度、即在磁间隙中引起的磁通密度的分布的示意图。
[0082]在图10中，磁间隙中的磁通密度大致分布为正弦波状，该峰值存在于从d轴偏离角度Φ后的位置。此时，由于在芯层10流过的磁通量成为磁通密度的积分，因此发现存在下述课题，即，流入至以该角度Φ偏离后的位置的磁通量比其他位置大，引起磁饱和，输出扭矩降低。
[0083]因此，在本发明的实施方式I涉及的同步磁阻电动机I中，在将从d轴电气性地旋转角度Φ后的、经过转子中心O的直线与转子9的外周的交点定义为交点P时，使从交点P沿周向迀移而在最近的位置所形成的芯层1b的q轴线之上的径向的宽度，比其他芯层10的q轴线之上的径向的宽度形成得更宽。此时，角度Φ是基于在q轴线之上的总狭缝的径向宽度相对于间隙长度的比率k与通电相位β而表示为上述式(8)的角度。
[0084]如果这样构成，则与引起磁通Φ的中心的位置最近的位置的芯层1的径向宽度形成得较宽，能够得到下述效果，即，能够防止由磁饱和引起的扭矩降低，能够得到比当前更良好的效率。
[0085]如上所述，根据实施方式I，成为如下结构，S卩，处于与点P沿周向最近的位置的芯层10的q轴线之上的径向的宽度，比其他芯层10的q轴线之上的径向的宽度大，该点P是在从d轴偏转Φ的角度后的、经过转子中心的直线与转子的外周相交的点。
[0086]因此，通过使从定子向转子流入的磁通为最大的位置的芯层10变宽，避免该芯层10的磁饱和，从而能够使d轴电感变大，能够产生大扭矩。
[0087]因此，能够提高同步磁阻电动机的效率。
[0088]实施方式2.
[0089]在本发明的实施方式2中，其特征在于，在实施方式I的基础上，还将q轴线之上的总狭缝的径向宽度相对于间隙长度的比率k设为比67小的值。
[0090]图11是表示在本发明的实施方式2、3涉及的同步磁阻电动机I中的总狭缝宽度相对于磁间隙宽度的比率k与效率之间的关系的说明图。在图11中示出了在横轴取q轴线之上的总狭缝的径向宽度相对于间隙长度的比率k、在纵轴取效率的曲线。
[0091]在图11中，在q轴线之上的总狭缝的径向宽度相对于间隙长度的比率k比67大的区域中，效率降低。这一点能够如下进行说明。即，如果使q轴线之上的总狭缝的径向宽度相对于间隙长度的比率k变大，则转子芯7中的狭缝宽度变大，芯层10相对地变窄。如果芯层10变窄，则由于d轴磁路的磁路宽度变窄，容易变得磁饱和。
[0092]即使如在上述实施方式I所说明的那样，在将从d轴电气性地旋转角度Φ后的、经过转子中心O的直线与转子9的外周的交点定义为交点P时，使从交点P沿周向迀移而在最近的位置所形成的芯层1b的q轴线之上的径向的宽度，比其他芯层10的q轴线之上的径向的宽度形成得更宽，但如果q轴线之上的总狭缝的径向宽度相对于间隙长度的比率k变大而超过67，则会引起磁饱和，扭矩降低而效率会变差。
[0093]因此，q轴线之上的总狭缝的径向宽度相对于间隙长度的比率k优选抑制为比67小的值。通过这样构成，能够抑制磁饱和，得到良好的效率。
[0094]实施方式3.
[0095]在本发明的实施方式3中，其特征在于，在实施方式I的基础上，还将q轴线之上的总狭缝的径向宽度相对于间隙长度的比率k设为比34大的值。
[0096]在上述的图11中，在q轴线之上的总狭缝的径向宽度相对于间隙长度的比率k比34小的区域中，效率降低。这一点能够如下进行说明。即，如果使q轴线之上的总狭缝的径向宽度相对于间隙长度的比率k变小，则转子芯7中的狭缝宽度变小，从而对q轴磁通的流动进行妨碍的效果减弱。换言之，q轴电感Lq会变大，会成为不能良好地输出扭矩的结构。
[0097]即使如在上述实施方式I所说明的那样，在将从d轴电气性地旋转角度Φ后的、经过转子中心O的直线与转子9的外周的交点定义为交点P时，使从交点P沿周向迀移而在最近的位置所形成的芯层1b的q轴线之上的径向的宽度，比其他芯层10的q轴线之上的径向的宽度形成得更宽，但如果q轴线之上的总狭缝的径向宽度相对于间隙长度的比率k变得比34小，则q轴电感Lq增大而扭矩降低，效率也会变差。
[0098]因此，优选以q轴线之上的总狭缝的径向宽度相对于间隙长度的比率k成为比34大的值的方式而构成狭缝11。通过这样构成，能够使q轴电感Lq变小，能够得到良好的效率。
[0099]此外，通过将q轴线之上的总狭缝的径向宽度相对于间隙长度的比率k设定为比34大而比67小的值，能够使q轴电感Lq变小，并且抑制磁饱和，得到良好的效率。
[0100]实施方式4.
[0101]在上述实施方式I中，未对通电相位β进行详述，但在本发明的实施方式4中对通电相位β进行说明。如上所述，d轴电流i d和q轴电流i q的矢量和即电流ia所形成的角为β，为了输出旋转扭矩，通电相位β需要在下式(10)的范围进行运转。
[0102]0度<0<90 度".(1)
[0103]在上述专利文献I中，根据记载有“使得越是转子的中心侧的芯层则流过越大量的磁通”，从而能够推定通电相位β接近O度。对此，在本发明的实施方式4中，更优选的是，为了将每单位电流的扭矩设为最大，最好将通电相位β设为几乎45°。
[0104]这一点能够根据图12所示的上述式(I)的曲线而说明其有效性。图12是表示本发明的实施方式4涉及的同步磁阻电动机I的在以固定电流通电时的相对于通电相位β的输出扭矩的说明图。在图12中示出了输出扭矩相对于通电相位β会怎样进行变化。从图12明确可知，示出了通电相位β在45°处取极大值的情况，能够得到下述效果，S卩，实质上在45° ±5°处，能够得到良好的效率。
[0105]另外，图13是表示在本发明的实施方式4涉及的同步磁阻电动机I中，在通电相位β为45°的情况下的总狭缝宽度相对于磁间隙宽度的比率k与角度Φ之间的关系的说明图。
[0106]关于在上述实施方式2、3中说明是优选的、q轴线之上的总狭缝的径向宽度相对于间隙长度的比率k为34?67的范围，在图13中为角度Φ = 4?7.5°的范围。通过形成这样的结构，能够得到下述效果，即，能够进一步提高通过与控制装置2的组合而实现的同步磁阻电动机I的驱动效率。
[0107]实施方式5.
[0108]相对于上述实施方式4，为了使同步磁阻电动机I的功率因数变大，优选设为下面所示的通电相位β。首先，功率因数PF以下式(I I)而进行表示。
[0109]PF = cos(3T/2+it—β) = —cos(P+arctan( (1+0.2k)/tanP) )---(11)
[0110]在这里，将式(11)表示为曲线的是图14。图14是表示本发明的实施方式5涉及的同步磁阻电动机I的通电相位β与功率因数PF之间的关系的说明图。在图14中，在横轴取通电相位β，在纵轴取功率因数PF。
[0111]在图14中示出了q轴线之上的总狭缝的径向宽度相对于间隙长度的比率k分别为20至80的各情况下的曲线。在各比率k的值中，曲线在66°至75°附近取极大值，在该范围内的通电示出了功率因数最优的情况。此外，在实践中，通过在56°至85°的范围进行通电，能够以更高的功率因数而进行运转。
[0112]图15是表示总狭缝宽度相对于磁间隙宽度的比率k与在图14中的示出功率因数的极大值的通电相位β之间的关系的说明图。即，是将功率因数成为最大时的通电相位β作为q轴线之上的总狭缝的径向宽度相对于间隙长度的比率k的函数而重新绘制出的图。此外，上下±10°作为实践中不会引起问题的范围而以影线进行表示。
[0113]另外，图16是表示在本发明的实施方式5涉及的同步磁阻电动机I中，在通电相位为图15所示的值(S卩，功率因数成为最大时的通电相位β)的情况下的总狭缝宽度相对于磁间隙宽度的比率k与角度Φ之间的关系的说明图。
[0114]关于在上述实施方式2、3中说明是优选的、q轴线之上的总狭缝的径向宽度相对于间隙长度的比率k为34?67的范围，在图16中为角度Φ= 15?20°的范围。通过形成这样的结构，能够得到下述效果，即，使功率因数变大，并且能够进一步提高通过与控制装置2的组合而实现的同步磁阻电动机I的驱动效率。
[0115]实施方式6.
[0116]相对于上述实施方式4、5，为了在固定的施加电压之下使扭矩最大、提高效率，优选将通电相位β以下式(12)的方式而进行设定。
[0117]0 = arctan( 1+0.2k)…(12)
[0118]此外，施加了固定的施加电压V的情况下的扭矩以下式(13)而进行表示。
[0119]T = Pn/2(l/Lq —l/Ld)(V/ω )2sin(2arctan(tan(P)/(l+0.2k)))---(13)
[0120]上述式(12)是通过下述方式而得到的，S卩，在式(13)所表示的扭矩成为最大的情况下、即在sin函数的项成为I时，导入此时的q轴线之上的总狭缝的径向宽度相对于间隙长度的比率k与通电相位β之间的关系。另外，在式(13)中，Pn表示同步磁阻电动机I的极对数，ω表示电气的角频率。在以上述式(12)的方式而控制通电相位β的情况下，由于能够使在固定的电压条件下的扭矩最大化，因此进而能够提高效率。
[0121]在这里，将式(13)表示为曲线的是图17。图17是表示本发明的实施方式6涉及的总狭缝宽度相对于磁间隙宽度的比率与同步磁阻电动机I的通电相位之间的关系的说明图。此外，上下±5°作为实践中不会引起问题的范围而以影线进行表示。
[0122]此时，角度Φ如果根据上述式(8)和式(12)而以下式的方式进行计算、改变单位而进行表示的话，则成为45°。
[0123]i]) = arctan(tan(arctan( 1+0.2k))/(1+0.2k)) =Ji/4[rad]
[0124]因此，本发明的实施方式6为下述的例子，S卩，在将从d轴电气性地旋转角度Φ= 45°后的、经过转子中心O的直线与转子9的外周的交点定义为交点P时，使从交点P沿周向迀移而在最近的位置所形成的芯层1b的q轴线之上的径向的宽度，比其他芯层10的q轴线之上的径向的宽度形成得更宽。通过这样构成，能够得到下述效果，即，即使在限制的电压条件下，也能够进一步提高通过与控制装置2的组合而实现的同步磁阻电动机I的驱动效率。
[0125]实施方式7.
[0126]图18是表示本发明的实施方式7涉及的同步磁阻电动机I的转子9的斜视图。在图18中，转子芯7通过下述方式而构成，S卩，对电磁钢板等薄钢板进行冲压，使狭缝11的位置对齐，将冲裁出狭缝11而形成的转子芯片37层叠希望的片数。此时，也可以使狭缝11的位置沿周向逐渐地或者以希望量错位出阶梯状而发生偏斜。
[0127]在从控制装置2进行通电的电流包含与转速不同步的成分的情况下，存在下述问题，即，如果转子芯7是由像纯材料等那样沿轴向相连的材料而形成的，则由于涡电流流动而产生损耗，效率变差。
[0128]因此，在本发明的实施方式7中，通过层叠薄钢板，能够切断在转子芯7产生的涡电流的路径。由此，能够大幅地降低涡电流损耗，能够得到提高同步磁阻电动机I的效率这样的效果。
[0129]实施方式8.
[0130]相对于上述实施方式7，优选的是，最好将准备层叠的转子芯片37以多片为单位地进行划分而形成转子芯组38，以下面说明的方式而进行层叠。另外，更优选的是，最好将要进行分组的转子芯组38的数量设为极数的约数且为非I的数字的自然数倍。
[0131]例如，如上述图18所示，假设将转子芯片37划分为4个转子芯组38A、38B、38C以及38D，彼此的宽度相等。此时，4与本发明的实施方式8的同步磁阻电动机I的极数相等。
[0132]另外，图19是表示在本发明的实施方式8涉及的同步磁阻电动机I中的转子芯组38的乳制方向的说明图。接下来，使薄钢板对齐而进行层叠以使得乳制方向朝向图19所示的方向，设为I个转子芯组38。另外，通过将转子芯组38分别按照图19所示的乳制方向而进行层叠，从而构成图18所示的转子芯7。
[0133]此时，在图19的例子中，使乳制方向彼此转动90°，假设旋转的角度在转子芯组38之间进行均分。此外，在实施了偏斜的情况下，乳制方向没有完全一致，而以偏斜角度进行偏移，但这属于实用的范围内。通过这样构成，能够减少由薄钢板的板厚的偏差而引起的转子芯7的形状不平衡，能够得到高效率的同步磁阻电动机I。
[0134]此外，在本发明的实施方式8中，更优选的是，最好将要进行分组的转子芯组38的数量设为极数的自然数倍。这样的结构与图18所示相同，但在去除了极数的约数的自然数倍的数量这一点不同。如果这样构成，则由于能够减少极的不平衡，因此能够得到高效率的同步磁阻电动机I。
[0135]实施方式9.
[0136]在本发明的实施方式9中，相对于上述实施方式6?8的同步磁阻电动机I，其特征在于，为了将层叠后的转子芯片37沿轴8的方向而进行紧固，实施了铆接部39。
[0137]图20是例示在本发明的实施方式9涉及的同步磁阻电动机I中转子芯片37的形成铆接部39的位置的说明图。在图20中，在将从d轴电气性地旋转角度Φ后的、经过转子中心O的直线与转子9的外周的交点定义为交点P时，从交点P沿周向迀移而在最近的位置所形成的芯层1b的区域中，至少设置有I个铆接部39。
[0138]此外，已知如果形成铆接部39，则其周围的芯的磁特性会劣化。因此，在本发明的实施方式9中，通过在形成得最厚的芯层10形成铆接部39，从而大幅地抑制磁特性的劣化的影响，能够得到高效率的同步磁阻电动机I。
[0139]此外，在本发明的实施方式9中，优选的是，铆接部39的形状最好以沿着狭缝11的形状的方式而形成。在上述图20中，示出了针对各芯层10而设置I个铆接部39的例子，但为了得到希望的紧固强度，例如如图21所示，也可以将多个铆接部39以同样的配置而进行设置。
[0140]图21是例示在本发明的实施方式9涉及的同步磁阻电动机I中，转子芯片37的形成铆接部39的位置的另一个说明图。如图21所示，在设置多个铆接部39的情况下，优选的是，可以将铆接部39配置为相对于q轴的轴线而线对称。
[0141]实施方式10.
[0142]在本发明的实施方式10中，其特征在于，将在狭缝11与转子芯7的外周之间形成的桥部13(参照图20、21)的径向宽度设为小于或等于薄钢板的板厚的2倍。具体地说，薄钢板的板厚采用0.35?1.0mm左右，桥部13的径向的宽度优选形成为0.5?2_左右。
[0143]此外，关于电磁钢板，已知如果通过冲压而进行冲裁，则在乳制出的平面处，从冲裁断裂面起大致板厚程度的一半的距离的磁特性会劣化。另外，桥部13起到将通过冲裁出狭缝11而形成的多个芯层1a?1f物理地连结成一体的作用，另一方面形成了q轴磁路。
[0144]在这里，在上述的记述中，可知q轴电感Lq优选较小，从电磁的观点考虑，桥部13为不需要的部分。因此，通过将桥部13的径向宽度设为小于或等于薄钢板的板厚的2倍，从而桥部13的大部分的区域成为由于冲压的冲裁而磁特性劣化的状态。通过这样构成，由于能够防止q轴电感Lq的增加，因此能够得到下述效果，S卩，能够使输出扭矩变大，进而提高电动机效率。
[0145]实施方式11.
[0146]图22是表示本发明的实施方式11涉及的同步磁阻电动机I的转子9的剖视图。在上述实施方式I?10中，将狭缝11设为圆弧状，但如图22所示，也可以设为直线地构成的狭缝11，通过设为与实施方式I?10同样的结构，能够得到同样的效果。另外，与此类似的、例如将圆弧和直线组合的狭缝形状也是同样的。
【主权项】
1.一种同步磁阻电动机，其具有:转子，其将转子芯固定于轴而构成；以及定子，其具有绕组，使所述转子和所述定子配置为隔着磁间隙而相对地自由旋转，在该同步磁阻电动机中， 所述转子芯沿周向对应于极数具有隔磁槽，该隔磁槽是将大于或等于I个狭缝和芯层沿径向交替地排列而形成的， 所述同步磁阻电动机在所述绕组通电将所述狭缝的q轴线之上的径向宽度的总和与所述磁间隙长度的比率设为k、将相对于d轴的提前角度设为通电相位β的相位的电流而对旋转进行控制， 在所述芯层之中，处于与点P沿周向最近的位置的芯层的q轴线之上的径向的宽度比其他芯层的q轴线之上的径向的宽度大，该点P是从d轴偏转Φ = arc tan (tanP/ (I +0.2k))的角度后的、经过转子中心的直线与所述转子的外周相交的点。2.根据权利要求1所述的同步磁阻电动机，其中， 所述比率k设定为比67小的值。3.根据权利要求1所述的同步磁阻电动机，其中， 所述比率k设定为比34大的值。4.根据权利要求1所述的同步磁阻电动机，其中， 所述比率k设定为比34大而比67小的值。5.根据权利要求1至4中任一项所述的同步磁阻电动机，其中， 所述通电相位β设定为比0°大而比90°小的值。6.根据权利要求1至4中任一项所述的同步磁阻电动机，其中， 所述通电相位β设定为55°至85°的范围。7.根据权利要求1至4中任一项所述的同步磁阻电动机，其中， 所述通电相位β设定为arctan(l+0.2k) ±5[° ]。8.根据权利要求1至7中任一项所述的同步磁阻电动机，其中， 所述转子芯是将薄钢板沿所述轴的轴向层叠而形成的。9.根据权利要求8所述的同步磁阻电动机，其中， 所述转子芯采用多个转子芯组，是使各所述转子芯组的乳制方向旋转相等的角度后进行层叠而形成的，该转子芯组是层叠使所述薄钢板的乳制方向一致后的转子芯片而形成的。10.根据权利要求9所述的同步磁阻电动机，其中， 所述转子芯组的个数为所述转子芯的极数的约数的自然数倍的个数。11.根据权利要求9所述的同步磁阻电动机，其中， 所述转子芯组的个数为所述转子芯的极数的自然数倍的个数。12.根据权利要求9至11中任一项所述的同步磁阻电动机，其中， 所述转子芯片通过在处于与点P沿周向最近的位置的芯层针对每I个极至少形成I个的铆接部而沿轴向进行紧固，该点P是从d轴偏转所述Φ的角度后的、经过转子中心的直线与所述转子的外周相交的点。13.根据权利要求8至12中任一项所述的同步磁阻电动机，其中， 在所述狭缝与所述转子芯的外周之间形成的桥部的径向宽度小于或等于所述薄钢板的板厚的2倍。
【文档编号】H02K19/10GK106063094SQ201480076815
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2014年9月24日
【发明人】伊藤将, 伊藤一将, 山口信, 山口信一
【申请人】三菱电机株式会社