减小齿槽转矩的电动的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种同步电动机，其具备了减小由永久磁铁的定位误差产生的齿槽转矩的构造。突起部沿铁心的周向交替地配置于A部以及B部，因此对于邻接的永久磁铁中的、第一突起部存在于其间的永久磁铁而言，永久磁铁的各端部在不存在第一突起部的B部被磁力相互吸引。另一方面，对于邻接的永久磁铁中的、第二突起部存在于其间的永久磁铁而言，永久磁铁的各端部在不存在第二突起部的A部被磁力相互吸引。这样，邻接的永久磁铁相互朝反向倾斜，因此产生的齿槽转矩大幅度地减小。
【专利说明】减小齿槽转矩的电动机
【技术领域】
[0001] 本发明涉及具备了减小齿槽转矩的结构的电动机。
【背景技术】
[0002] 在具有将永久磁铁粘贴于转子铁心的表面的、所谓的SPM(SurfacePermanent Magnet)式的转子的电动机中，由在永久磁铁与定子铁心的齿之间作用的磁吸引力引起的 齿槽转矩增大。该齿槽转矩成为电动机的输送不均的原因，因此期望该齿槽转矩减小。作 为用于减小齿槽转矩的方法之一，能够列举将永久磁铁的表面形成曲面（参照图9)。但是， 即使如上以齿槽转矩变小的方式设计磁铁形状，若不将永久磁铁准确地定位粘贴于转子铁 心的规定位置，则也无法获得所期望设计那样的（较小的）齿槽转矩。
[0003] 因此，为了减小齿槽转矩，期望将永久磁铁准确地定位粘贴于转子铁心的规定位 置。作为与此相关的现有技术，存在在转子的表面设置磁铁定位用的槽的技术、使梯形形状 的多个永久磁铁相互改变朝向并且沿周向邻接配置的技术（日本特开2007-006621号公 报）。
[0004] 通常，永久磁铁是烧结体，难以以较高的尺寸精度制成，因此各永久磁铁以具有某 种程度的误差（偏差）或者间隙的状态粘贴于转子。此处，在定子铁心的插槽数为S，并且 粘贴于转子的永久磁铁的个数为2p(p对）的（所谓的s插槽2p极的）同步电动机中，在s 与P的最小公倍数成为P的奇数倍的（无法被2p整除的）情况下，如以下说明的那样，永 久磁铁从理想磁铁中心位置偏移，从而产生齿槽转矩。
[0005] 图8是构成现有技术所涉及的转子的铁心100的简图，铁心100具有永久磁铁定 位用的多个突起部102。此处，突起部102分别是与铁心的轴向平行并且直线地延伸的垄状 的突起，如图9所示，在各突起部102之间粘贴有大致长方体形状的永久磁铁104,从而构 成转子（rotor) 106。此外，此处将突起部102的个数设为16,从而永久磁铁的个数也成为 16 (8 对）。
[0006] 此时，若如上所述在各永久磁铁104考虑尺寸公差、永久磁铁的粘贴作业性，则如 图10所示，铁心100的各突起部102之间的间隔d比各永久磁铁106的宽度W略大。因此 若在上述的铁心100粘贴永久磁铁，则如图10所示，邻接的永久磁铁被其磁吸引力朝箭头 所示的方向相互拉扯，从而交替地表现有在两侧实际上无间隙地配置有永久磁铁104的突 起部102a、与在两侧以隔离的方式配置有永久磁铁104的突起部102b。换句话说各永久磁 铁从由虚线108所示的理想中心位置偏移。
[0007] 在将上述的转子106配置于例如图11所示的具有九个插槽110的定子铁心112 的内部而构成同步电动机114的情况下，插槽数（s= 9)与极对数（p= 8)的最小公倍数 (=72)成为p的奇数倍。图12是表示此时的电动机每转一圈的s与p的最小公倍数次的 齿槽转矩的图。在图12中，虚线116表示永久磁铁位于理想中心位置108(参照图10)时 的齿槽转矩，实线118表示如图10那样永久磁铁从理想中心位置偏移的齿槽转矩。此外， 在实线118包括多个（在图示例中为五个）图表，但这表示从理想中心位置的偏移量越大 齿槽转矩越大。
[0008] 若如图12所明确的那样，在所谓的s插槽2p极的同步电动机中，在s与p的最小 公倍数成为P的奇数倍的情况下，如图10所示，邻接的永久磁铁彼此通过磁吸引力靠近为 构成（2个为一组的）一对，各磁铁从理想位置偏移，因此产生比较大的齿槽转矩，从而导致 电动机的性能降低。另外，在日本特开2007-006621号公报所记载的技术中，各永久磁铁的 形状为梯形，而梯形形状的磁铁与单纯的长方体形状的磁铁相比通常价格高昂。
【发明内容】
[0009] 因此，本发明的目的在于提供一种具备了减小由永久磁铁的定位误差产生的齿槽 转矩的构造的同步电动机。
[0010] 为了实现上述目的，本申请发明提供一种同步电动机，其具有s个插槽以及2p个 极，S与P的最小公倍数成为P的奇数倍，同步电动机具有：转子铁心，其具备多个对永久磁 铁进行定位的突起部；以及转子，其由配置于上述转子铁心的多个永久磁铁构成，以各永久 磁铁的一端朝与在一侧邻接的永久磁铁相互吸引的方向倾斜，并且另一端朝与在另一侧邻 接的永久磁铁相互吸引的方向倾斜的方式将上述突起部配置于上述转子铁心。
[0011] 在优选的实施方式中，对于对上述转子铁心沿其旋转轴方向进行两等分的第一部 分以及第二部分而言，在上述第一部分，将上述第一突起部沿上述转子铁心的周向每隔一 个地设置于邻接的永久磁铁的边界，在上述第二部分，将上述第二突起部沿上述转子铁心 的周向每隔一个地设置于邻接的永久磁铁的边界，并且，在一个边界且仅在上述第一部分 以及上述第二部分的任意一方配置有上述突起部。
[0012] 在优选的实施方式中，上述突起部的各自的形状是以上述转子铁心的旋转轴向为 高度的梯形，对于对上述转子铁心沿其旋转轴方向进行两等分的第一部分以及第二部分而 言，沿上述转子铁心的周向交替地配置有长边位于上述第一部分并且短边位于上述第二部 分的第一突起部、与短边位于上述第一部分并且长边位于上述第二部分的第二突起部。
[0013] 在优选的实施方式中，上述突起部的各自的形状是沿上述转子铁心的旋转轴方向 以比上述转子铁心的轴向长度短的长度延伸的垄状，对于对上述转子铁心沿其旋转轴向进 行了两等分的第一部分以及第二部分而言，沿上述转子铁心的周向交替地配置有在上述第 一部分中延伸至上述转子铁心的轴向端部但在上述第二部分未延伸至上述转子铁心的轴 向端部的第一突起部、与在上述第二部分延伸至上述转子铁心的轴向端部但在上述第一部 分未延伸至上述转子铁心的轴向端部的第二突起部。
[0014] 在优选的实施方式中，上述多个永久磁铁分别具有长方体形状。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 本发明的上述或者其他的目的、特征以及优点通过参照附图对以下的优选的实施 方式进行说明而能够更加清楚。
[0016] 图1是表示构成本发明的第一实施方式所涉及的电动机的转子的铁心的简要构 造的图。
[0017] 图2是示意性地表示在图1的铁心粘贴永久磁铁时的各磁铁的位置的变化的图。
[0018] 图3是对本发明所涉及的电动机的、齿槽转矩的抵消效果进行说明的图。
[0019] 图4是表示构成本发明的第二实施方式所涉及的电动机的转子的铁心的简要构 造的图。
[0020] 图5是示意性地表示在图4的铁心粘贴永久磁铁时的各磁铁的位置的变化的图。
[0021] 图6是表示构成本发明的第三实施方式所涉及的电动机的转子的铁心的简要构 造的图。
[0022] 图7是示意性地表示在图6的铁心粘贴永久磁铁时的各磁铁的位置的变化的图。
[0023] 图8是表示构成现有技术所涉及的电动机的转子的铁心的简要构造的图。
[0024] 图9是表示在图8的铁心粘贴永久磁铁而构成转子的例子的图。
[0025] 图10是示意性地表示在图8的铁心粘贴永久磁铁时的各磁铁的位置的变化的图。
[0026] 图11是表示将图9的转子配置在定子铁心内的状态的图。
[0027] 图12是对在现有技术所涉及的电动机中产生的齿槽转矩进行说明的图。
【具体实施方式】
[0028] 图1是表示构成本发明的第一实施方式所涉及的电动机的转子的转子铁心（以 下，仅称为铁心）10的简要构造的图。铁心10是粘贴多个（此处为16个（8对））永久磁 铁12 (图2)而使用的SPM型的转子，并具有大致圆筒形的主体（套筒）14、供永久磁铁粘贴 的外侧面（磁铁粘贴面）16、以及对永久磁铁进行定位的突起部18。具备了永久磁铁的铁 心14 (转子）使用于极对数（p)与插槽数（s)的最小公倍数（LCM)成为p的奇数倍（无法 被2p整除）的同步电动机，例如，配置于图11所示的插槽数为9个的定子铁心112内而构 成同步电动机。此外，在本发明中，定子铁心的结构本身也可以与现有的结构相同，因此省 略详细的说明。
[0029] 如图1所示，设置于主体14的外侧面16的突起部18配置于各永久磁铁12的粘 贴位置的边界（在图示例中，在外侧面16上并且在由与转子10的轴向平行的直线表示的 部位）20。具体而言，在考虑对铁心10沿其旋转轴方向（在图1中为上下方向）进行了两 等分的第一部分（A部）以及第二部分（B部）的情况下，在上半部分即A部，将第一突起部 18a沿铁心10的周向每隔一个地设置于边界20,相同地在下半部分即B部，将第二突起部 18b沿铁心10的周向每隔一个地设置于边界20。此处，在一个边界20且仅在A部以及B 部的任意一方设置有突起部18,即突起部沿主体14的周向交替地配置于A部以及B部。
[0030] 图2是示意性地表示在图1的铁心10粘贴永久磁铁时的各磁铁的位置的变化的 图。如上所述，突起部18 (18a以及18b)沿铁心10的周向交替地配置于A部以及B部，因此 对于邻接的永久磁铁中的、突起部18a存在于其间的永久磁铁（例如12a以及12b)而言， 永久磁铁的各端部在突起部不存在的B部被磁力相互吸引。另一方面，对于邻接的永久磁 铁中的、突起部18b存在于其间的永久磁铁（例如12b以及12c)而言，永久磁铁的各端部 在突起部不存在的A部被磁力相互吸引。这样，各永久磁铁12从虚线22所示的理想的磁 铁位置（理想磁铁中心位置）偏移或者倾斜，但如图2所示，邻接的永久磁铁相互朝反向倾 斜，因此产生的齿槽转矩大幅度地减小。以下，参照图3对该理由进行说明。
[0031] 图3是表示本发明所涉及的电动机每转一圈的s与P的最小公倍数回的齿槽转矩 的图表，图表I以及图表II分别利用实线（与偏移量对应的五个图）24表示在图2的A部 以及B部产生的齿槽转矩。此外，该图的虚线26表示将各永久磁铁整合配置于理想磁铁中 心位置（图2的虚线22)时的理想的齿槽转矩。如参照图12进行说明的那样，在转子的A部以及B部分别产生与偏移量对应的齿槽转矩，但若如图3的图表I以及图表II的比较所 明确的那样，在A部与B部中，齿槽转矩的相位正好偏移一个极大小，因此两部的齿槽转矩 被抵消，作为结果如图表III(实线28)所示，能够获得与将各永久磁铁整合配置于理想磁 铁中心位置（图2的虚线22)时实际上同等的齿槽转矩。
[0032] 接下来，对齿槽转矩的相位在A部与B部正好偏移一个极大小的理由进行说明。 在插槽数为s且极数为2p(所谓的s插槽2p极）的同步电动机中，如本发明所涉及的同步 电动机那样，在s与p的最小公倍数为p的奇数倍的情况下，在各永久磁铁12从理想磁铁 中心位置22偏移（倾斜）时，电动机每转一圈，产生相当于s与p的最小公倍数（LCM)的 次数的齿槽转矩。该齿槽转矩的周期Θ能够以以下的公式（1)表示。其中，LCM(p、s)是 P与s的最小公倍数，m是奇数（m= 2η-1，η是自然数）。
[0033] Θ= 2π/LCM(p、s) = 2π/(pXm) (I)
[0034] 如公式⑴所明确的那样，假设在m是偶数的情况下，LCM(p、s)被2p整除，从而 不产生永久磁铁从理想磁铁中心位置偏移而引起的齿槽转矩。
[0035] 此处，如图2所示，在A部使各永久磁铁（例如12b)的一端朝被邻接的永久磁铁 的一方（12c)吸引的方向倾斜，并且，在B部使另一端朝被邻接的永久磁铁的另一方（12a) 吸引的方向倾斜，从而在图2的A部与B部齿槽转矩的相位偏移。该相位的偏移φ正好相 当于一个极大小，从而能够以以下的公式（2)表示。
[0036]
【权利要求】
1. 一种同步电动机，其具有S个插槽以及2p个极，S与p的最小公倍数为p的奇数倍， 所述同步电动机的特征在于，具有： 转子铁心（1〇、1〇'、1〇")，其具备多个对永久磁铁进行定位的突起部（18、18'、 18");以及 转子，其由配置于所述转子铁心的多个永久磁铁（12)构成， 以各永久磁铁的一端朝与在一侧邻接的永久磁铁相互吸引的方向倾斜，并且另一端朝 与在另一侧邻接的永久磁铁相互吸引的方向倾斜的方式将所述突起部配置于所述转子铁 心。
2. 根据权利要求1所述的同步电动机，其特征在于， 对于对所述转子铁心沿其旋转轴方向进行了两等分的第一部分（A)以及第二部分（B) 而言，在所述第一部分，将所述第一突起部（18a)沿所述转子铁心的周向每隔一个地设置 于邻接的永久磁铁的边界（20)，在所述第二部分，将所述第二突起部（18b)沿所述转子铁 心的周向每隔一个地设置于邻接的永久磁铁的边界，并且在一个边界且仅在所述第一部分 以及所述第二部分的任意一方配置有所述突起部。
3. 根据权利要求1所述的同步电动机，其特征在于， 所述突起部（18a'、18b')的各自的形状是以所述转子铁心的旋转轴方向为高度的 梯形，对于对所述转子铁心沿其旋转轴方向进行了两等分的第一部分（A)以及第二部分 (B)而言，沿所述转子铁心的周向交替地配置有长边位于所述第一部分并且短边位于所述 第二部分的第一突起部（18a')、与短边位于所述第一部分并且长边位于所述第二部分的 第二突起部（18b')。
4. 根据权利要求1所述的同步电动机，其特征在于， 所述突起部（18a"、18b")的各自的形状是沿所述转子铁心的旋转轴方向以比所述 转子铁心的轴向长度短的长度延伸的垄状，对于对所述转子铁心沿其旋转轴方向进行了两 等分的第一部分（A)以及第二部分（B)而言，沿所述转子铁心的周向交替地配置有在所述 第一部分延伸至所述转子铁心的轴向端部但在所述第二部分未延伸至所述转子铁心的轴 向端部的第一突起部（18a")、与在所述第二部分延伸至所述转子铁心的轴向端部但在所 述第一部分未延伸至所述转子铁心的轴向端部的第二突起部（18b")。
5. 根据权利要求1?4中任一项所述的同步电动机，其特征在于， 所述多个永久磁铁分别具有长方体形状。
【文档编号】H02K1/27GK104426313SQ201410319935
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年7月7日 优先权日:2013年8月19日
【发明者】赤迫阳一 申请人:发那科株式会社