同步电动机及其合成纤维制造装置制造方法
同步电动机及其合成纤维制造装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种同步电动机及其合成纤维制造装置。所述同步电动机，其具有磁通屏障，缓和由配合和离心力所造成的应力集中。一种同步电动机，其具备：转子铁芯，其构成转子；多个永久磁铁槽；以及多个筐形导体槽，该同步电动机构成为：永久磁铁槽具备：永久磁铁插入部，其供永久磁铁插入；以及一对磁通屏障，其位于该永久磁铁插入部的圆周方向两端，用于划分磁极，磁通屏障在与旋转轴线正交的截面上从与永久磁铁插入部相连续的基端部起向转子的外径方向延伸，并且在该磁通屏障的顶端部的一部分设有与最靠近该顶端部的筐形导体槽相对的直线部，从该基端部起向顶端部方向延伸的腿部和设于顶端部的直线部借助连接部相连接，连接部从腿部起向圆周方向的两侧突出。
【专利说明】同步电动机及其合成纤维制造装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种具有磁通屏障的同步电动机。
【背景技术】
[0002]对于安装于各种装置的同步电动机，要求其具有与安装装置相对应的特性。例如，在合成纤维制造工序所使用的同步电动机中，被要求有高速旋转、高输出等较高的规格。根据这些要求，在同步电动机之中，也广泛地提出有在转子铁芯的内部埋入了永久磁铁的、所谓的永久磁铁埋入型(IPM型)的同步电动机。
[0003]进而，在这样的同步电动机中，通常将启动性能较低这一点作为课题，为了解决这样的课题，也提出有如先行文献I所记载的具有筐形导体的感应启动型同步电动机。该先行文献I所记载的感应启动型同步电动机由定子和转子构成，该转子在以与径向正交的方式分别埋入配置有多个矩形状的永久磁铁的转子铁芯的外周部附近设有马达启动用的筐形导体。轴利用热压配合、压入等以具有过盈量的方式被插入到轴孔内，从而组装于转子铁芯。筐形导体由分别插入并配置在形成于转子铁芯的多个筐形导体槽内的导体杆和分别连接上述导体杆的两端的端环构成。
[0004]上述结构的感应启动型同步电动机能够在不使用变换器的情况下从恒定电压的单相或者三相电源(频率50Hz或60Hz)直接供给电源，在该情况下，在接通电源时，利用筐形导体，转子作为感应马达而旋转，在达到同步速度后，利用永久磁铁，作为同步马达而旋转。另外，即使在使用了变换器的情况下，也能够不进行电流控制地达到同步速度，进而利用筐形导体进行稳定的同步运转。
[0005]在如上所述的永久磁铁埋入型的同步电动机中，为了提高输出效率，降低永久磁铁端部附近的漏磁通是有效果的，以其为目的，也存在有在永久磁铁的端部设置磁通屏障(磁通遮蔽部)的情况。通过形成这样的磁通屏障，能够期待在转子铁芯的内部遮蔽短路的磁通，降低漏磁通，增加产生转矩。
[0006]作为磁通屏障的形状，例如，如在专利文献2的图1和图2中所示的第I凸部(12d — I)那样的、与永久磁铁的端部相连接且形成为矩形状的形状。
[0007]专利文献1:日本特开2001 - 69696号公报
[0008]专利文献2:日本特开平10 - 336927号公报实用新型内容
[0009]实用新型要解决的问题
[0010]然而，如上所述，在将在转子铁芯的内部具有筐形导体槽的感应启动型同步电动机作为前提的情况下，考虑有若在永久磁铁的端部设置磁通屏障，则伴随着旋转，在磁通屏障与筐形导体槽之间产生有由配合和离心力所造成的应力集中，从而导致最大应力升高，无法进行所期望的那样的高速旋转。另外，在为了使配合应力下降而增大转子的壁厚的情况下，为了插入并支承于转子铁芯，必须使轴的直径变细，存在有因降低危险速度而无法高速旋转的可能性。
[0011]此外，在专利文献2中，公开有以缓和磁通屏障与筐形导体槽之间的应力集中为目的而将磁通屏障的圆周方向上的宽度、磁通屏障与筐形导体槽之间的距离设定为特定的长度这一点，但是并没有将磁通屏障本身的形状适当化，仅以这样的手法并不能称作充分实现应力集中的缓和。
[0012]另外，上述问题并不仅限于具备筐形导体的感应启动型同步电动机，只要是具备形成于转子铁芯内的插通孔、形成于外周的凹部等的开口的装置，也会因与磁通屏障间的位置关系而产生由应力集中所引发的同样的问题。
[0013]本实用新型就是鉴于上述问题而作成的，其目的在于提供一种能够通过设置磁通屏障来获得高输出的、并且能够通过将该磁通屏障的形状适当化来缓和由配合、离心力等所造成的应力集中，从而实现高速化的同步电动机。
[0014]用于解决问题的方案
[0015]本实用新型为了达成该目的，叙述了如下手段。
[0016]S卩，本实用新型的同步电动机具备:转子铁芯，其构成转子，并能够绕旋转轴线旋转；多个永久磁铁槽，其在该转子铁芯的内部沿圆周方向配置；以及多个开口，其在上述转子铁芯的外周附近沿旋转轴线配置，该同步电动机的特征在于，上述永久磁铁槽具备:永久磁铁插入部，其供永久磁铁插入；以及一对磁通屏障，其位于该永久磁铁插入部的圆周方向两端，用于划分磁极，上述磁通屏障在与上述旋转轴线正交的截面上从与上述永久磁铁插入部相连续的基端部向转子的外径方向延伸，并且在该磁通屏障的顶端部的一部分设有与最靠近该顶端部的上述开口相对的直线部，从该基端部向上述顶端部方向延伸的腿部和设于上述顶端部的直线部借助连接部相连接，该连接部从上述腿部起向圆周方向上的至少单侧突出。
[0017]采用这样的结构，由于磁通屏障设为从与永久磁铁插入部相连续的基端部向上述转子的外径方向延伸，因此能够防止磁通屏障周边的磁通的短路，能够使磁通的流动适当化，因此能够提闻效率而获得闻输出。
[0018]进而，通过将磁通屏障的顶端部形成为直线状，从而缓和了设于转子铁芯的外周附近的、靠近上述开口的磁通屏障的顶端部周围的应力集中，谋求最大应力的降低，也能够实现高速化。
[0019]另外，通过使连接部从腿部起向圆周方向上的至少单侧突出，从而降低了产生于直线部的端部的应力，能够提高上述效果。
[0020]进而，为了降低产生于磁通屏障顶端部的直线部的端部和连接部的应力，进一步提高上述效果，谋求高输出?高速化，期望的是，在与上述旋转轴线正交的截面上，上述连接部的、至少比向圆周方向上突出的顶点靠径向外侧的部分由光滑的曲线构成。
[0021]另外，为了缓和上述磁通屏障顶端部的与上述开口相对的面上的应力集中，消除应力的不平衡，有效果的是，在与上述旋转轴线正交的截面上，设于上述磁通屏障的顶端部的直线部相对于下述直线倾斜，该直线与连结最靠近该顶端部的上述开口的中心与上述旋转轴线的直线正交。在此，在设于转子铁芯的外周附近的开口的截面形状不是圆形的情况下，将该截面形状的重心位置定义为开口的中心。
[0022]为了不将永久磁铁设为复杂的形状并将永久磁铁插入部设为适当的形状，并且缩小每个永久磁铁插入孔来提高转子铁芯的强度，优选的是，构成I极的永久磁铁槽的永久磁铁插入部在圆周方向上被分成多个永久磁铁插入孔而形成，在各永久磁铁插入孔内分别插入有构成上述永久磁铁的永久磁铁片，并且以在径向上形成为同极的朝向的方式配置各永久磁铁片的磁极。
[0023]在设为在转子铁芯内设置供轴插入的轴孔的结构的情况下，为了缓和由与轴间的配合所造成的应力集中，并进一步提高强度,将上述永久磁铁插入部以相邻接的永久磁铁插入孔彼此向外径方向呈凸字形的方式配置而构成是有效的。
[0024]而且，只要上述永久磁铁插入孔以在与上述旋转轴线正交的截面上呈大致矩形的方式而形成，即可使用长方体形状的永久磁铁，从而谋求制造成本的降低。
[0025]进而，为了在启动时构成为作为感应电动机发挥功能的感应启动型同步电动机，优选的是，构成为具备筐形导体，该筐形导体将上述多个开口分别构成为筐形导体槽，并且包含插入各筐形导体槽内的导体杆和分别连接各导体杆的两端的端环。
[0026]而且，通过构成为具备上述同步电动机的合成纤维制造装置，也能够谋求合成纤维制造工序的效率化。
[0027]实用新型的效果
[0028]由于本实用新型为以上所说明的结构，因此通过设置磁通屏障，能够提高转矩而获得高输出，并且通过使磁通屏障的形状适当化，能够通过缓和由配合、离心力等所造成的应力集中来实现高速化。另外，在设为将轴插入转子铁芯的结构的情况下，即使增大轴径，也能够承受由配合所造成的应力，因此能够使用较粗的轴，也能够提高固有振动频率来进行稳定的高速旋转。而且，根据上述效果，能够提供兼顾高输出和高速化的同步电动机。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是本实用新型的实施方式的同步电动机的剖视图。
[0030]图2是构成图1所示的同步电动机的转子的剖视图。
[0031]图3是图2的转子的主要部分(E部)放大剖视图。
[0032]图4是表示磁通屏障周边的磁通的流动的图。
[0033]图5 (a)、图5 (b)、图5 (C)、图5 (d)以及图(5e)是表不改变了磁通屏障顶端部的形状的例子的示意图；图5(a)是表示比较例I的示意图；图5(b)是表示比较例2的示意图；图5(c)是表不第I实施方式的不意图；图5(d)表不第2实施方式的不意图；图5(e)表不第3实施方式的示意图。
[0034]图6(a)和图6(b)是表不磁铁插入部的端部的截面的不意图；图6(a)是表不设于磁铁插入部的端部的空隙部形成为较小的r的示意图；图6(13)是表示设于磁铁插入部的端部的空隙部形成有较大的R的示意图。
[0035]图7是用于说明磁通屏障的详细的形状的放大剖视图。
[0036]图8 (a)和图8 (b)是表不磁通屏障形状的变形例的剖视图；图8 (a)是表不对于磁通屏障形状将基端部缩短且腿部从永久磁铁插入孔起连续地直接向外径方向延伸的变形例的剖视图；图8(b)是表示相对于图8(a)所示的变形例将永久磁铁片缩短为比原本能够插入插入部的长度短的变形例的剖视图。
[0037]图9是2极的同步电动机的情况下的变形例的转子的剖视图。
[0038]图10是表示将本实用新型应用于不同类型的同步电动机的情况下的变形例的主要部分放大剖视图。
[0039]图11是表示改变磁通屏障形状时的想法的说明图。
[0040]图12是表示永久磁铁和永久磁铁插入部的形状的变形例的剖视图。
[0041]图13是表示磁通屏障形状的变形例的剖视图。
[0042]图14是图13所示的变形例的主要部分放大剖视图。
[0043]附图标记说明
[0044]10、转子；12、转子铁芯；13、永久磁铁槽；14、14η、开口(筐形导体槽)；15、永久磁铁；15a、15b、永久磁铁片；16、永久磁铁插入部；16a、16b、永久磁铁插入孔；17、磁通屏障；19、基端部;20、腿部;21、顶端部；22、直线部；23、连接部;40、轴;L1、L2、L3、直线；P、(开口的)中心；0、旋转轴线。
【具体实施方式】
[0045]以下，参照【专利附图】
【附图说明】本实用新型的实施方式的同步电动机。图1所示的本实施方式的同步电动机构成为具备后述的筐形导体的感应启动型同步电动机。图2是表示构成本实用新型的同步电动机的转子的一例的、垂直于作为该转子的旋转中心的旋转轴线O的剖视图，图3是该转子的主要部分放大剖视图(图2的E部)。
[0046]图1所示的同步电动机具有:3相定子30，其通过将未图示的定子绕组卷绕于定子绕组槽31而形成；以及转子10，其与定子30的磁极面32相对且在定子30的内部旋转。如图2所示，该转子10具备:转子铁芯12，其通过将沿旋转轴线O配置的轴40利用热压配合、压入等以具有过盈量的方式插入轴孔11而被组装而形成；4个永久磁铁槽13，其在该转子铁芯的内部沿圆周方向等间隔地配置；以及筐形导体槽14，其位于上述转子铁芯12的内部，作为用于插入比上述永久磁铁槽13靠径向外侧设置的未图示的铝制的导体杆的多个开口。
[0047]转子铁芯12是层叠电磁钢板而形成的，利用各钢板表面的绝缘被膜来抑制产生于旋转轴线O方向上的涡流，防止由铁损失所导致的效率的下降。
[0048]永久磁铁槽13具备:永久磁铁插入部16,其供永久磁铁15插入；一对磁通屏障17，其位于该永久磁铁插入部16的圆周方向两端，用于划分磁极；以及空隙部18。
[0049]永久磁铁插入部16以沿圆周方向被分成两个永久磁铁插入孔16a、16b的方式而形成，永久磁铁15被分成两个永久磁铁片15a、15b并插入到各永久磁铁插入孔16a、16b内，通过以在径向上形成为同极的朝向的方式配置上述两个永久磁铁片15a、15b的磁极，从而形成I个磁极(磁极中心为图2所示的分割点D)。与上述两个永久磁铁片15a、15b相邻接的、插入构成永久磁铁槽13的永久磁铁插入部16a、16b内的永久磁铁片15a、15b的径向上的磁极的朝向，如图4所示，形成为反向。另外，为了维持以在与旋转轴线O正交的截面上呈大致矩形的方式而形成且由配合所造成的应力形成为最大的图2中的B部的强度，相邻接的永久磁铁插入孔16a、16b朝向磁通中心并向径向外侧倾斜，即，配置为朝向外径方向呈凸字形。永久磁铁插入孔16a与永久磁铁插入孔16b之间的夹角形成为160°。通过如此地构成，永久磁铁片15a、15b在最靠近轴孔11的部分并未形成角部，从而能够缓和应力集中。
[0050]空隙部18，如图2所示，设于永久磁铁插入孔16a、16b的彼此相对的一侧的端部，具体而言，如图6(b)的不意图所不，空隙部18形成为未插入有永久磁铁片15a、15b的空洞，通过如此地构成，能够提高永久磁铁插入孔16的加工精度，能够提高永久磁铁15的位置精度，并且能够降低应力集中。此外，也可以取代图6(b)的形状，如图6(a)所示，在角部形成较小的r。然而，与如图6(a)那样构成的情况相比，优选的是，图6(b)的情况能够较大地获取永久磁铁插入孔16的角部的R(r < R)，能够更加有效地缓和该永久磁铁插入孔16的角部的附近的应力集中。
[0051]以下，对磁通屏障17(参照图2)的详细形状进行说明。图7是放大图2的E部并改变角度来进行表示的图。磁通屏障17在与旋转轴线O正交的截面上具备:基端部19，其与永久磁铁插入部16相连续，并沿转子10的圆周方向延伸；以及腿部20，其从该基端部19起改变角度，并朝向转子10的外径方向延伸，并且在磁通屏障17的顶端部21的一部分设有与最靠近该顶端部21的筐形导体槽14η相对的直线部22。另外，腿部20和设于顶端部21的直线部22借助由光滑的曲线构成的连接部23相连接。
[0052]此外，在本说明书中，如图7所示，将直线部22和连接部23共同定义为顶端部21，另外，磁通屏障17由基端部19、腿部20以及顶端部21构成。另外，顶端部21为了不与通过插入的永久磁铁片15a的端面的直线L3相交而仅向圆周方向外侧位移图7中的距离d。
[0053]进而，在本实施方式中，如图2所示，筐形导体槽14在转子铁芯的外周部等间隔地设有40个，位于永久磁铁槽13的两端的4组8处磁通屏障17均与任意一筐形导体槽14相对。
[0054]如图3所示，构成磁通屏障17的直线部22在与旋转轴线O正交的截面上以相对于直线L2倾斜的方式设置，该直线L2与连结最靠近顶端部21的筐形导体槽14η的中心P和上述旋转轴线O的直线LI正交，相对于该直线L2的倾斜角Θ在本实施方式中设定为10。。
[0055]如图7所示，连接部23从腿部20向圆周方向两侧突出，利用该连接部23、腿部20以及直线部22形成大致T字形。
[0056]此外，磁通屏障17的顶端部21的形状基于以与最靠近的筐形导体槽14η相对的面上的应力成为均等的方式而形成这样的想法进行适当化即可。即，在图5(a)?(e)中，该顶端部21的示意的形状如图5(a)?(e)这5个所示，但是通过对图5 (a)?(e)各自的顶端部的应力进行数值分析来决定适当的形状。在此，图5(a)的顶端部形状是利用以往所使用的形状来构成比较例1，图5(b)是在顶端部设有直线部的形状来构成比较例2。另外，图5(c)?(e)构成第I实施方式?第3实施方式。其中，相当于第3实施方式的图5(e)的顶端部形状也示意地表示了在图3、图7等所记载的磁通屏障17中所采用的形状。
[0057]具体而言，首先，当将顶端部21设为如半圆形的图5(a)那样的形状时，应力集中于最靠近筐形导体槽14η的XI。因此，当通过如图5(b)那样在与筐形导体槽14η相对的面设直线部22而去掉凸部时，通过避免在一点的应力集中而能够降低最大应力。但是，由于存在有应力集中于角部Χ2的倾向，因此当为了降低该Χ2的应力而设为如图5(c)那样的左右对称的T字形时，应力集中于直线部22与两侧的连接部23a、23b之间的连接点(X3、X4)周围，两端的应力也产生有差值(在图5(c)?(e)中，设为X3处的应力小于X4处的应力。)。进而，如使两个连接点X3、X4中的、应力较大的X4侧的连接部23b沿圆周方向延长而设为X4从筐形导体14η起沿圆周方向远离的图5(d)那样的形状，进而，当为了减轻应力的差值而使直线部22倾斜时，Χ4进一步远离筐形导体14η而形成为如图5(e)这样的形状,从而达成Χ3和Χ4的应力的均等化。
[0058]此外，由于实际的形状根据同步电动机的转速、转矩、嵌合应力等条件进行变更，因此如图5(e)那样的形状并不始终是最佳形状，顶端部的形状能够根据上述各种条件，以使与筐形导体槽相对的面上的应力形成为均等的目的进行变更。例如，也存在有利用上述图5(c)或图5(d)的形状而能够获得目标的性能的情况。
[0059]同样，图3所记载的直线部22的倾斜角Θ并不限定于上述的10°，也能够与适用于作为目标的输出转矩、最大旋转速度、旋转速度的热压配合量等各种条件相对应地变更倾斜角。此时，在变更倾斜角Θ的情况下，也包含采取负的角度，S卩，向反方向倾斜的情况。
[0060]接着，说明上述实施方式的作用。
[0061]在图1中，当使电流在定子30绕组中流动而在定子30内部产生旋转磁场时，转子10利用产生于未图示的筐形导体的感应电流而获得转矩，开始旋转。然后，当达到同步速度时，利用永久磁铁15而作为同步电动机旋转。
[0062]进而，在作为同步电动机的旋转中，如图7所示，磁通屏障17通过从基端部19向转子10的外径方向延伸，能够如图4那样在比永久磁铁15靠径向内侧确保供q轴磁通流动的路径，因此能够期待作为保持转子10的同步的转矩的牵入转矩、作为在旋转增加时保持同步的最大转矩的牵出转矩的提高。
[0063]另外，也进行了采用本实施方式时的数值分析。在以同条件比较热压配合量和转速的情况下，如图2那样设定了磁通屏障顶端部21和永久磁铁孔16的形状时的最大应力形成为将磁通屏障顶端部21的形状设为如图5(a)那样，将永久磁铁孔16的形状设为如图6(b)那样时的大致1/3。根据该结果，表现出了采用本实施方式能够改善应力分布，缓和应力集中的技术效果。
[0064]如上所述，本实施方式的同步电动机构成为具备:转子铁芯12，其构成转子10，并能够绕旋转轴线旋转；多个永久磁铁槽13，其在该转子铁芯12的内部沿圆周方向配置；以及作为多个开口的筐形导体槽14，其在转子铁芯12的外周附近沿旋转轴线O配置，永久磁铁槽13具备:永久磁铁插入部16,其供永久磁铁15插入；以及一对磁通屏障17,其位于该永久磁铁插入部16的圆周方向两端,用于划分磁极,磁通屏障17在与旋转轴线O正交的截面上从与永久磁铁插入部16相连续的基端部19起向转子10的外径方向延伸，并且在该磁通屏障17的顶端部21的一部分设有与最靠近顶端部21的筐形导体槽14η相对的直线部22，从该磁通屏障17的基端部19向顶端部21方向延伸的腿部20和设于顶端部21的直线部22借助连接部23相连接，连接部23从腿部20起向圆周方向的两侧突出。
[0065]由于如此地构成，因此磁通屏障17设为从与永久磁铁插入部15相连续的基端部19向转子10的外径方向延伸，因此能够防止磁通屏障17周边的磁通的短路，能够使磁通的流动适当化，因此能够提高效率，获得高输出。
[0066]进而，通过将磁通屏障17的顶端部21形成为直线状，从而缓和了转子铁芯12的、靠近筐形导体槽14的磁通屏障17的顶端部21周围的应力集中，谋求最大应力的降低，也能够实现高速化。另外，在设为将轴40插入转子铁芯12的结构的情况下，不需要使轴40的直径变细，也不会产生降低危险速度的需求。
[0067]另外，通过使连接部23从腿部20起向圆周方向的两侧突出，从而降低了产生于直线部22与连接部23之间的连接点X3、X4的应力，能够提高上述效果。
[0068]进而，由于在与旋转轴线O正交的截面上，连接部23由光滑的曲线构成，因此降低了产生于磁通屏障17的顶端部21的直线部22的端部和连接部23的应力，进一步提高了上述效果，能够谋求高输出.高速化。
[0069]另外，由于在与旋转轴线O正交的截面上，设于磁通屏障17的顶端部21的直线部22构成为相对于直线L2倾斜，该直线L2与连结最靠近该顶端部21的筐形导体槽14η的中心P与旋转轴线O的直线LI正交，因此缓和了磁通屏障顶端部21的与筐形导体槽14相对的面上的应力集中，能够消除应力的不平衡。
[0070]由于构成I极的永久磁铁槽13的永久磁铁插入部16以在圆周方向上被分成多个永久磁铁插入孔16a、16b、…的方式而形成,在各永久磁铁插入孔16a、16b、…内分别插入有构成永久磁铁15的永久磁铁片15a、15b、...，并且以沿径向形成为同极的朝向的方式配置各永久磁铁片15a、15b、…的磁极，因此无需将永久磁铁15设为复杂的形状且能够将永久磁铁插入部16设为适当的形状，并且缩小每个永久磁铁插入孔16，从而能够提高转子铁芯10的强度。
[0071]由于将永久磁铁插入部16以相邻接的永久磁铁插入孔16a、16b、...朝向夕卜径方向呈凸字形的方式配置而构成，因此缓和了由配合所造成的应力集中，能够进一步提高强度。
[0072]进而，由于永久磁铁插入孔16以在与旋转轴线O正交的截面上呈大致矩形的方式形成而构成，因此能够使用长方体形状的永久磁铁，能够谋求降低制造成本。
[0073]进而，由于本实用新型的同步电动机构成为具备筐形导体，该筐形导体将多个开口分别构成为筐形导体槽，并且该筐形导体包含插入各筐形导体槽14的导体杆和分别连接各导体杆的两端的端环，因此能够设为在有效地发挥基于如上所述地构成的磁通屏障17的特长的同时在启动时作为感应电动机发挥功能的感应启动型同步电动机。
[0074]此外，各部分的具体的结构并不仅限定于上述实施方式。
[0075]例如，在上述实施方式中，磁通屏障17的连接部23从腿部20起向圆周方向的两侧突出，但是只要能够达成应力分散，也可以一侧不突出。另外，直线部22并不一定为完全的直线，只要能够达成应力分散，也能够容许是平缓的曲线等非直线形状。进而，如图8(a)所示，对于磁通屏障117的形状，也可以缩短基端部119且腿部120从永久磁铁插入孔116起连续地直接向外径方向延伸。另外,如图7所示,顶端部21从通过永久磁铁片15a的端面的直线L3起仅向圆周方向外侧移动了距离d，但是在容许因妨碍q轴磁通而导致的效率下降的情况下，该顶端部21也可以与直线L3相交。
[0076]另外，在上述实施方式中，各永久磁铁槽13在圆周方向两端部具备磁通屏障17、17，且将上述磁通屏障17?17设为各自独立的结构，但是也可以以一部分相连续的方式形成形成于邻接的永久磁铁槽13、13的、相邻的两个磁通屏障17、17，即使在这样的情况下，也能够获得降低最大应力等的、相当于上述实施方式的效果。进而，作为其中I个实施方式，也可以如图13所示，设为相邻的两个永久磁铁槽613、613共有并具备I个磁通屏障617的实施方式。即使在该情况下，与上述实施方式相同，在构成转子610的转子铁芯612的内部沿圆周方向等间隔地配置的4个永久磁铁槽613具备:永久磁铁插入孔616a,其供永久磁铁615a插入；永久磁铁插入孔616b,其供永久磁铁615b插入；以及空隙部618,其形成于上述永久磁铁插入孔616a、616b的彼此相对的端部,利用磁通屏障617构成为相邻的永久磁铁槽613、613各自具备的永久磁铁插入孔616a、616b彼此相连结。[!卩，如图14所不，磁通屏障617由分别与构成相邻接的两个永久磁铁槽613的永久磁铁插入孔616a、616b相连续的基端部619、619、与上述两个基端部619、619相连接的I个腿部620以及存在于腿部620的外径方向的I个顶端部621构成。在顶端部621的一部分设有与最靠近该顶端部621的筐型导体槽14η相对的直线部622，腿部620和直线部622借助连接部623相连接。
[0077]换言之,磁通屏障617构成为从与永久磁铁插入部616a相连续的基端部619起向转子610的外径方向延伸，并且在该磁通屏障617的顶端部621的一部分设有与最靠近该顶端部621的筐形导体槽14η相对的直线部622，从该磁通屏障617的基端部619向顶端部621方向延伸的腿部620和设于顶端部621的直线部622借助连接部623相连接，连接部623从腿部620起向圆周方向的两侧突出。
[0078]另外，在本实施方式中，连接部23整体由光滑的曲线构成，但是并不一定是这样的结构，如图11所示，连接部23中的、至少比在圆周方向上最突出的顶点Υ1、Υ2靠径向外侧的部分为光滑的曲线即可。具体而言，在利用直线L5连结顶点Yl、Υ2的情况下，以该直线L5为界，将比该直线L5靠径向外侧的部分设为外侧连接部23a，将比该直线L5靠内侧的部分设为内侧连接部23b，外侧连接部23a即使是在连接部23整体之中，应力也相对较大，因此为了缓和该应力，需要由光滑的曲线构成，但是内侧连接部23b相对而言应力并不大，因此无需由光滑的曲线构成。此外，在上述连接部2中的、在圆周方向上最突出的部分由与径向呈同一方向的直线构成的情况下，通过将顶点Y1、Y2设定为该直线的中心位置足以。
[0079]永久磁铁槽13从设计.制造的难易度的观点以及将旋转轴线O设为中心的质量平衡及驱动力的平衡出发，优选的是，等间隔地设置，但是由于是根据马达的规格来确保磁通的路径的，因此只要是间断的，即相互隔开间隔地设置，则不一定需要等间隔地设置。
[0080]另外，如图8(b)所示，也可以为如下结构:将永久磁铁片215缩短为比原本能够插入永久磁铁插入部216的长度短，将与该永久磁铁片215的端部相连续地沿圆周方向延伸的部分整体设为基端部219。
[0081]进而，在上述实施方式中，将永久磁铁片15a、15b及永久磁铁插入孔16a、16b设为矩形状，但是如图12所不，若将永久磁铁片515a、515b及永久磁铁插入孔516a、516b形成为剖视大致圆弧状，则能够获得效果更好的永久磁铁插入部516a、516b与轴孔11之间的应力缓和。另外，通过将永久磁铁插入孔516a、516b所形成的圆弧配置为与轴孔11形成为同心，能够进一步有效地缓和应力。此外，即使在该结构中，与上述实施方式相同，在构成转子510的转子铁芯512的内部沿圆周方向等间隔地配置的4个永久磁铁槽513构成为在圆周方向两端部具备磁通屏障517、517，在永久磁铁插入孔516a、516b的彼此相对的一侧的端部具备空隙部518。
[0082]另外,在上述实施方式中，构成I个磁极的永久磁铁15被分成永久磁铁片15a、15b，但是也能够利用单一的永久磁铁片构成I个磁极。在这样的情况下，作为永久磁铁，使用形成为圆弧状的圆弧磁铁，进而，能够谋求应力的缓和与效率的提高。进而，与将永久磁铁分成多个永久磁铁片的结构相同，即使在设为单一的永久磁铁片的结构中，在配置多个该永久磁铁片的情况下，为了缓和应力，也优选的是，配置为与轴孔11形成为大致同心。
[0083]另外，在上述实施方式中，筐形导体槽14η的截面采用了圆形的形状，但是本实用新型也能够应用于具备具有圆形以外的截面的筐形导体槽的结构中，在该情况下，仅将截面的重心位置设为上述中心P足以。
[0084]另外，上述实施方式是4极(每I极的永久磁铁片为2个)的同步电动机，但是如图9所示，也能够构成为2极的同步电动机(每I极的永久磁铁片3个)。在该变形例中，筐形导体槽314在构成转子310的转子铁芯312的外周部等间隔地设置了 28个，在其径向内侧，3个永久磁铁片315a、315b、315c配置为使磁极在径向上形成为同极的朝向的方式。磁通屏障317在每I极的两端设置有2个，合计4个，并形成为与所有筐形导体槽314中的任意一个相对。另外，在该结构中，设于同极内的永久磁铁片315a、315b、315c间的空隙部318也兼具在单一的永久磁铁片315a、315b、315c的各磁极间防止磁通短路的作用。此外，在该变形例中，磁通屏障317也能够设为由基端部19、腿部20、顶端部21构成的上述形状。
[0085]另外，本实用新型即使是除了感应启动型同步电动机以外的、例如如图10所示的实施方式的永久磁铁埋入型的同步电动机，也能够恰好适用。该永久磁铁埋入型的同步电动机在转子铁芯的外周沿旋转轴线O形成有作为开口的多个凹部414。即使是这样的同步电动机，通过与上述相同地构成磁通屏障17相对于该凹部414的位置、磁通屏障17的形状，从而也能够发挥同样的效果。此外，该情况下的凹部414的中心P考虑为由在与旋转轴线O正交的截面上沿转子铁芯412的外周的虚拟圆Ci和凹部414形成的区域内的重心位置。
[0086]另外，在构成为具备上述同步电动机的合成纤维制造装置的情况下，也能够谋求合成纤维制造工序的效率化。具体而言，在构成作为构成合成纤维制造装置的导丝辊等大型辊的驱动源的情况下，能够使该大重量的辊与纤维制造工序相对应地高速旋转。另外，在构成为卷取纤维的卷取用轴的驱动源的情况下，能够使较长的旋转体在附加了纤维卷取体这样的重量物的状态下高速旋转。
[0087]其他结构也能够在不脱离实用新型的主旨的范围内进行各种变形。
【权利要求】
1.一种同步电动机，其具备:转子铁芯，其构成转子，并能够绕旋转轴线旋转；多个永久磁铁槽，其在该转子铁芯的内部沿圆周方向配置；以及多个开口，其在上述转子铁芯的外周附近沿旋转轴线配置，该同步电动机的特征在于， 上述永久磁铁槽具备:永久磁铁插入部，其供永久磁铁插入；以及一对磁通屏障，其位于该永久磁铁插入部的圆周方向两端，用于划分磁极， 上述磁通屏障在与上述旋转轴线正交的截面上从与上述永久磁铁插入部相连续的基端部向转子的外径方向延伸，并且在该磁通屏障的顶端部的一部分设有与最靠近该顶端部的上述开口相对的直线部，从该基端部向上述顶端部方向延伸的腿部和设于上述顶端部的直线部借助连接部相连接，该连接部从上述腿部起向圆周方向上的至少单侧突出。
2.根据权利要求1所述的同步电动机，其特征在于， 在与上述旋转轴线正交的截面上，上述连接部的、至少比向圆周方向突出的顶点靠径向外侧的部分由光滑的曲线构成。
3.根据权利要求1所述的同步电动机，其特征在于， 在与上述旋转轴线正交的截面上，设于上述磁通屏障的顶端部的直线部相对于下述直线倾斜，该直线与连结最靠近该顶端部的上述开口的中心与上述旋转轴线的直线正交。
4.根据权利要求2所述的同步电动机，其特征在于， 在与上述旋转轴线正交的截面上，设于上述磁通屏障的顶端部的直线部相对于下述直线倾斜，该直线与连结最靠近该顶端部的上述开口的中心与上述旋转轴线的直线正交。
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， 构成I极的永久磁铁槽的永久磁铁插入部在圆周方向上被分成多个永久磁铁插入孔而形成，在各永久磁铁插入孔内分别插入有构成上述永久磁铁的永久磁铁片，并且以在径向上形成为同极的朝向的方式配置各永久磁铁片的磁极。
6.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， 该同步电动机具备筐形导体，该筐形导体将上述多个开口分别构成为筐形导体槽，并且包含插入各筐形导体槽的导体杆和分别连接各导体杆的两端的端环。
7.根据权利要求5所述的同步电动机，其特征在于， 该同步电动机具备筐形导体，该筐形导体将上述多个开口分别构成为筐形导体槽，并且包含插入各筐形导体槽的导体杆和分别连接各导体杆的两端的端环。
8.一种合成纤维制造装置，其特征在于， 该合成纤维制造装置具备权利要求1?7中任一项所述的同步电动机。
【文档编号】H02K21/14GK204118994SQ201420557099
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2013年10月3日
【发明者】有贺信雄, 太田昌司, 诸星时男 申请人:昕芙旎雅有限公司
【专利摘要】本实用新型提供一种同步电动机及其合成纤维制造装置。所述同步电动机，其具有磁通屏障，缓和由配合和离心力所造成的应力集中。一种同步电动机，其具备：转子铁芯，其构成转子；多个永久磁铁槽；以及多个筐形导体槽，该同步电动机构成为：永久磁铁槽具备：永久磁铁插入部，其供永久磁铁插入；以及一对磁通屏障，其位于该永久磁铁插入部的圆周方向两端，用于划分磁极，磁通屏障在与旋转轴线正交的截面上从与永久磁铁插入部相连续的基端部起向转子的外径方向延伸，并且在该磁通屏障的顶端部的一部分设有与最靠近该顶端部的筐形导体槽相对的直线部，从该基端部起向顶端部方向延伸的腿部和设于顶端部的直线部借助连接部相连接，连接部从腿部起向圆周方向的两侧突出。
【专利说明】同步电动机及其合成纤维制造装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种具有磁通屏障的同步电动机。
【背景技术】
[0002]对于安装于各种装置的同步电动机，要求其具有与安装装置相对应的特性。例如，在合成纤维制造工序所使用的同步电动机中，被要求有高速旋转、高输出等较高的规格。根据这些要求，在同步电动机之中，也广泛地提出有在转子铁芯的内部埋入了永久磁铁的、所谓的永久磁铁埋入型(IPM型)的同步电动机。
[0003]进而，在这样的同步电动机中，通常将启动性能较低这一点作为课题，为了解决这样的课题，也提出有如先行文献I所记载的具有筐形导体的感应启动型同步电动机。该先行文献I所记载的感应启动型同步电动机由定子和转子构成，该转子在以与径向正交的方式分别埋入配置有多个矩形状的永久磁铁的转子铁芯的外周部附近设有马达启动用的筐形导体。轴利用热压配合、压入等以具有过盈量的方式被插入到轴孔内，从而组装于转子铁芯。筐形导体由分别插入并配置在形成于转子铁芯的多个筐形导体槽内的导体杆和分别连接上述导体杆的两端的端环构成。
[0004]上述结构的感应启动型同步电动机能够在不使用变换器的情况下从恒定电压的单相或者三相电源(频率50Hz或60Hz)直接供给电源，在该情况下，在接通电源时，利用筐形导体，转子作为感应马达而旋转，在达到同步速度后，利用永久磁铁，作为同步马达而旋转。另外，即使在使用了变换器的情况下，也能够不进行电流控制地达到同步速度，进而利用筐形导体进行稳定的同步运转。
[0005]在如上所述的永久磁铁埋入型的同步电动机中，为了提高输出效率，降低永久磁铁端部附近的漏磁通是有效果的，以其为目的，也存在有在永久磁铁的端部设置磁通屏障(磁通遮蔽部)的情况。通过形成这样的磁通屏障，能够期待在转子铁芯的内部遮蔽短路的磁通，降低漏磁通，增加产生转矩。
[0006]作为磁通屏障的形状，例如，如在专利文献2的图1和图2中所示的第I凸部(12d — I)那样的、与永久磁铁的端部相连接且形成为矩形状的形状。
[0007]专利文献1:日本特开2001 - 69696号公报
[0008]专利文献2:日本特开平10 - 336927号公报实用新型内容
[0009]实用新型要解决的问题
[0010]然而，如上所述，在将在转子铁芯的内部具有筐形导体槽的感应启动型同步电动机作为前提的情况下，考虑有若在永久磁铁的端部设置磁通屏障，则伴随着旋转，在磁通屏障与筐形导体槽之间产生有由配合和离心力所造成的应力集中，从而导致最大应力升高，无法进行所期望的那样的高速旋转。另外，在为了使配合应力下降而增大转子的壁厚的情况下，为了插入并支承于转子铁芯，必须使轴的直径变细，存在有因降低危险速度而无法高速旋转的可能性。
[0011]此外，在专利文献2中，公开有以缓和磁通屏障与筐形导体槽之间的应力集中为目的而将磁通屏障的圆周方向上的宽度、磁通屏障与筐形导体槽之间的距离设定为特定的长度这一点，但是并没有将磁通屏障本身的形状适当化，仅以这样的手法并不能称作充分实现应力集中的缓和。
[0012]另外，上述问题并不仅限于具备筐形导体的感应启动型同步电动机，只要是具备形成于转子铁芯内的插通孔、形成于外周的凹部等的开口的装置，也会因与磁通屏障间的位置关系而产生由应力集中所引发的同样的问题。
[0013]本实用新型就是鉴于上述问题而作成的，其目的在于提供一种能够通过设置磁通屏障来获得高输出的、并且能够通过将该磁通屏障的形状适当化来缓和由配合、离心力等所造成的应力集中，从而实现高速化的同步电动机。
[0014]用于解决问题的方案
[0015]本实用新型为了达成该目的，叙述了如下手段。
[0016]S卩，本实用新型的同步电动机具备:转子铁芯，其构成转子，并能够绕旋转轴线旋转；多个永久磁铁槽，其在该转子铁芯的内部沿圆周方向配置；以及多个开口，其在上述转子铁芯的外周附近沿旋转轴线配置，该同步电动机的特征在于，上述永久磁铁槽具备:永久磁铁插入部，其供永久磁铁插入；以及一对磁通屏障，其位于该永久磁铁插入部的圆周方向两端，用于划分磁极，上述磁通屏障在与上述旋转轴线正交的截面上从与上述永久磁铁插入部相连续的基端部向转子的外径方向延伸，并且在该磁通屏障的顶端部的一部分设有与最靠近该顶端部的上述开口相对的直线部，从该基端部向上述顶端部方向延伸的腿部和设于上述顶端部的直线部借助连接部相连接，该连接部从上述腿部起向圆周方向上的至少单侧突出。
[0017]采用这样的结构，由于磁通屏障设为从与永久磁铁插入部相连续的基端部向上述转子的外径方向延伸，因此能够防止磁通屏障周边的磁通的短路，能够使磁通的流动适当化，因此能够提闻效率而获得闻输出。
[0018]进而，通过将磁通屏障的顶端部形成为直线状，从而缓和了设于转子铁芯的外周附近的、靠近上述开口的磁通屏障的顶端部周围的应力集中，谋求最大应力的降低，也能够实现高速化。
[0019]另外，通过使连接部从腿部起向圆周方向上的至少单侧突出，从而降低了产生于直线部的端部的应力，能够提高上述效果。
[0020]进而，为了降低产生于磁通屏障顶端部的直线部的端部和连接部的应力，进一步提高上述效果，谋求高输出?高速化，期望的是，在与上述旋转轴线正交的截面上，上述连接部的、至少比向圆周方向上突出的顶点靠径向外侧的部分由光滑的曲线构成。
[0021]另外，为了缓和上述磁通屏障顶端部的与上述开口相对的面上的应力集中，消除应力的不平衡，有效果的是，在与上述旋转轴线正交的截面上，设于上述磁通屏障的顶端部的直线部相对于下述直线倾斜，该直线与连结最靠近该顶端部的上述开口的中心与上述旋转轴线的直线正交。在此，在设于转子铁芯的外周附近的开口的截面形状不是圆形的情况下，将该截面形状的重心位置定义为开口的中心。
[0022]为了不将永久磁铁设为复杂的形状并将永久磁铁插入部设为适当的形状，并且缩小每个永久磁铁插入孔来提高转子铁芯的强度，优选的是，构成I极的永久磁铁槽的永久磁铁插入部在圆周方向上被分成多个永久磁铁插入孔而形成，在各永久磁铁插入孔内分别插入有构成上述永久磁铁的永久磁铁片，并且以在径向上形成为同极的朝向的方式配置各永久磁铁片的磁极。
[0023]在设为在转子铁芯内设置供轴插入的轴孔的结构的情况下，为了缓和由与轴间的配合所造成的应力集中，并进一步提高强度,将上述永久磁铁插入部以相邻接的永久磁铁插入孔彼此向外径方向呈凸字形的方式配置而构成是有效的。
[0024]而且，只要上述永久磁铁插入孔以在与上述旋转轴线正交的截面上呈大致矩形的方式而形成，即可使用长方体形状的永久磁铁，从而谋求制造成本的降低。
[0025]进而，为了在启动时构成为作为感应电动机发挥功能的感应启动型同步电动机，优选的是，构成为具备筐形导体，该筐形导体将上述多个开口分别构成为筐形导体槽，并且包含插入各筐形导体槽内的导体杆和分别连接各导体杆的两端的端环。
[0026]而且，通过构成为具备上述同步电动机的合成纤维制造装置，也能够谋求合成纤维制造工序的效率化。
[0027]实用新型的效果
[0028]由于本实用新型为以上所说明的结构，因此通过设置磁通屏障，能够提高转矩而获得高输出，并且通过使磁通屏障的形状适当化，能够通过缓和由配合、离心力等所造成的应力集中来实现高速化。另外，在设为将轴插入转子铁芯的结构的情况下，即使增大轴径，也能够承受由配合所造成的应力，因此能够使用较粗的轴，也能够提高固有振动频率来进行稳定的高速旋转。而且，根据上述效果，能够提供兼顾高输出和高速化的同步电动机。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是本实用新型的实施方式的同步电动机的剖视图。
[0030]图2是构成图1所示的同步电动机的转子的剖视图。
[0031]图3是图2的转子的主要部分(E部)放大剖视图。
[0032]图4是表示磁通屏障周边的磁通的流动的图。
[0033]图5 (a)、图5 (b)、图5 (C)、图5 (d)以及图(5e)是表不改变了磁通屏障顶端部的形状的例子的示意图；图5(a)是表示比较例I的示意图；图5(b)是表示比较例2的示意图；图5(c)是表不第I实施方式的不意图；图5(d)表不第2实施方式的不意图；图5(e)表不第3实施方式的示意图。
[0034]图6(a)和图6(b)是表不磁铁插入部的端部的截面的不意图；图6(a)是表不设于磁铁插入部的端部的空隙部形成为较小的r的示意图；图6(13)是表示设于磁铁插入部的端部的空隙部形成有较大的R的示意图。
[0035]图7是用于说明磁通屏障的详细的形状的放大剖视图。
[0036]图8 (a)和图8 (b)是表不磁通屏障形状的变形例的剖视图；图8 (a)是表不对于磁通屏障形状将基端部缩短且腿部从永久磁铁插入孔起连续地直接向外径方向延伸的变形例的剖视图；图8(b)是表示相对于图8(a)所示的变形例将永久磁铁片缩短为比原本能够插入插入部的长度短的变形例的剖视图。
[0037]图9是2极的同步电动机的情况下的变形例的转子的剖视图。
[0038]图10是表示将本实用新型应用于不同类型的同步电动机的情况下的变形例的主要部分放大剖视图。
[0039]图11是表示改变磁通屏障形状时的想法的说明图。
[0040]图12是表示永久磁铁和永久磁铁插入部的形状的变形例的剖视图。
[0041]图13是表示磁通屏障形状的变形例的剖视图。
[0042]图14是图13所示的变形例的主要部分放大剖视图。
[0043]附图标记说明
[0044]10、转子；12、转子铁芯；13、永久磁铁槽；14、14η、开口(筐形导体槽)；15、永久磁铁；15a、15b、永久磁铁片；16、永久磁铁插入部；16a、16b、永久磁铁插入孔；17、磁通屏障；19、基端部;20、腿部;21、顶端部；22、直线部；23、连接部;40、轴;L1、L2、L3、直线；P、(开口的)中心；0、旋转轴线。
【具体实施方式】
[0045]以下，参照【专利附图】
【附图说明】本实用新型的实施方式的同步电动机。图1所示的本实施方式的同步电动机构成为具备后述的筐形导体的感应启动型同步电动机。图2是表示构成本实用新型的同步电动机的转子的一例的、垂直于作为该转子的旋转中心的旋转轴线O的剖视图，图3是该转子的主要部分放大剖视图(图2的E部)。
[0046]图1所示的同步电动机具有:3相定子30，其通过将未图示的定子绕组卷绕于定子绕组槽31而形成；以及转子10，其与定子30的磁极面32相对且在定子30的内部旋转。如图2所示，该转子10具备:转子铁芯12，其通过将沿旋转轴线O配置的轴40利用热压配合、压入等以具有过盈量的方式插入轴孔11而被组装而形成；4个永久磁铁槽13，其在该转子铁芯的内部沿圆周方向等间隔地配置；以及筐形导体槽14，其位于上述转子铁芯12的内部，作为用于插入比上述永久磁铁槽13靠径向外侧设置的未图示的铝制的导体杆的多个开口。
[0047]转子铁芯12是层叠电磁钢板而形成的，利用各钢板表面的绝缘被膜来抑制产生于旋转轴线O方向上的涡流，防止由铁损失所导致的效率的下降。
[0048]永久磁铁槽13具备:永久磁铁插入部16,其供永久磁铁15插入；一对磁通屏障17，其位于该永久磁铁插入部16的圆周方向两端，用于划分磁极；以及空隙部18。
[0049]永久磁铁插入部16以沿圆周方向被分成两个永久磁铁插入孔16a、16b的方式而形成，永久磁铁15被分成两个永久磁铁片15a、15b并插入到各永久磁铁插入孔16a、16b内，通过以在径向上形成为同极的朝向的方式配置上述两个永久磁铁片15a、15b的磁极，从而形成I个磁极(磁极中心为图2所示的分割点D)。与上述两个永久磁铁片15a、15b相邻接的、插入构成永久磁铁槽13的永久磁铁插入部16a、16b内的永久磁铁片15a、15b的径向上的磁极的朝向，如图4所示，形成为反向。另外，为了维持以在与旋转轴线O正交的截面上呈大致矩形的方式而形成且由配合所造成的应力形成为最大的图2中的B部的强度，相邻接的永久磁铁插入孔16a、16b朝向磁通中心并向径向外侧倾斜，即，配置为朝向外径方向呈凸字形。永久磁铁插入孔16a与永久磁铁插入孔16b之间的夹角形成为160°。通过如此地构成，永久磁铁片15a、15b在最靠近轴孔11的部分并未形成角部，从而能够缓和应力集中。
[0050]空隙部18，如图2所示，设于永久磁铁插入孔16a、16b的彼此相对的一侧的端部，具体而言，如图6(b)的不意图所不，空隙部18形成为未插入有永久磁铁片15a、15b的空洞，通过如此地构成，能够提高永久磁铁插入孔16的加工精度，能够提高永久磁铁15的位置精度，并且能够降低应力集中。此外，也可以取代图6(b)的形状，如图6(a)所示，在角部形成较小的r。然而，与如图6(a)那样构成的情况相比，优选的是，图6(b)的情况能够较大地获取永久磁铁插入孔16的角部的R(r < R)，能够更加有效地缓和该永久磁铁插入孔16的角部的附近的应力集中。
[0051]以下，对磁通屏障17(参照图2)的详细形状进行说明。图7是放大图2的E部并改变角度来进行表示的图。磁通屏障17在与旋转轴线O正交的截面上具备:基端部19，其与永久磁铁插入部16相连续，并沿转子10的圆周方向延伸；以及腿部20，其从该基端部19起改变角度，并朝向转子10的外径方向延伸，并且在磁通屏障17的顶端部21的一部分设有与最靠近该顶端部21的筐形导体槽14η相对的直线部22。另外，腿部20和设于顶端部21的直线部22借助由光滑的曲线构成的连接部23相连接。
[0052]此外，在本说明书中，如图7所示，将直线部22和连接部23共同定义为顶端部21，另外，磁通屏障17由基端部19、腿部20以及顶端部21构成。另外，顶端部21为了不与通过插入的永久磁铁片15a的端面的直线L3相交而仅向圆周方向外侧位移图7中的距离d。
[0053]进而，在本实施方式中，如图2所示，筐形导体槽14在转子铁芯的外周部等间隔地设有40个，位于永久磁铁槽13的两端的4组8处磁通屏障17均与任意一筐形导体槽14相对。
[0054]如图3所示，构成磁通屏障17的直线部22在与旋转轴线O正交的截面上以相对于直线L2倾斜的方式设置，该直线L2与连结最靠近顶端部21的筐形导体槽14η的中心P和上述旋转轴线O的直线LI正交，相对于该直线L2的倾斜角Θ在本实施方式中设定为10。。
[0055]如图7所示，连接部23从腿部20向圆周方向两侧突出，利用该连接部23、腿部20以及直线部22形成大致T字形。
[0056]此外，磁通屏障17的顶端部21的形状基于以与最靠近的筐形导体槽14η相对的面上的应力成为均等的方式而形成这样的想法进行适当化即可。即，在图5(a)?(e)中，该顶端部21的示意的形状如图5(a)?(e)这5个所示，但是通过对图5 (a)?(e)各自的顶端部的应力进行数值分析来决定适当的形状。在此，图5(a)的顶端部形状是利用以往所使用的形状来构成比较例1，图5(b)是在顶端部设有直线部的形状来构成比较例2。另外，图5(c)?(e)构成第I实施方式?第3实施方式。其中，相当于第3实施方式的图5(e)的顶端部形状也示意地表示了在图3、图7等所记载的磁通屏障17中所采用的形状。
[0057]具体而言，首先，当将顶端部21设为如半圆形的图5(a)那样的形状时，应力集中于最靠近筐形导体槽14η的XI。因此，当通过如图5(b)那样在与筐形导体槽14η相对的面设直线部22而去掉凸部时，通过避免在一点的应力集中而能够降低最大应力。但是，由于存在有应力集中于角部Χ2的倾向，因此当为了降低该Χ2的应力而设为如图5(c)那样的左右对称的T字形时，应力集中于直线部22与两侧的连接部23a、23b之间的连接点(X3、X4)周围，两端的应力也产生有差值(在图5(c)?(e)中，设为X3处的应力小于X4处的应力。)。进而，如使两个连接点X3、X4中的、应力较大的X4侧的连接部23b沿圆周方向延长而设为X4从筐形导体14η起沿圆周方向远离的图5(d)那样的形状，进而，当为了减轻应力的差值而使直线部22倾斜时，Χ4进一步远离筐形导体14η而形成为如图5(e)这样的形状,从而达成Χ3和Χ4的应力的均等化。
[0058]此外，由于实际的形状根据同步电动机的转速、转矩、嵌合应力等条件进行变更，因此如图5(e)那样的形状并不始终是最佳形状，顶端部的形状能够根据上述各种条件，以使与筐形导体槽相对的面上的应力形成为均等的目的进行变更。例如，也存在有利用上述图5(c)或图5(d)的形状而能够获得目标的性能的情况。
[0059]同样，图3所记载的直线部22的倾斜角Θ并不限定于上述的10°，也能够与适用于作为目标的输出转矩、最大旋转速度、旋转速度的热压配合量等各种条件相对应地变更倾斜角。此时，在变更倾斜角Θ的情况下，也包含采取负的角度，S卩，向反方向倾斜的情况。
[0060]接着，说明上述实施方式的作用。
[0061]在图1中，当使电流在定子30绕组中流动而在定子30内部产生旋转磁场时，转子10利用产生于未图示的筐形导体的感应电流而获得转矩，开始旋转。然后，当达到同步速度时，利用永久磁铁15而作为同步电动机旋转。
[0062]进而，在作为同步电动机的旋转中，如图7所示，磁通屏障17通过从基端部19向转子10的外径方向延伸，能够如图4那样在比永久磁铁15靠径向内侧确保供q轴磁通流动的路径，因此能够期待作为保持转子10的同步的转矩的牵入转矩、作为在旋转增加时保持同步的最大转矩的牵出转矩的提高。
[0063]另外，也进行了采用本实施方式时的数值分析。在以同条件比较热压配合量和转速的情况下，如图2那样设定了磁通屏障顶端部21和永久磁铁孔16的形状时的最大应力形成为将磁通屏障顶端部21的形状设为如图5(a)那样，将永久磁铁孔16的形状设为如图6(b)那样时的大致1/3。根据该结果，表现出了采用本实施方式能够改善应力分布，缓和应力集中的技术效果。
[0064]如上所述，本实施方式的同步电动机构成为具备:转子铁芯12，其构成转子10，并能够绕旋转轴线旋转；多个永久磁铁槽13，其在该转子铁芯12的内部沿圆周方向配置；以及作为多个开口的筐形导体槽14，其在转子铁芯12的外周附近沿旋转轴线O配置，永久磁铁槽13具备:永久磁铁插入部16,其供永久磁铁15插入；以及一对磁通屏障17,其位于该永久磁铁插入部16的圆周方向两端,用于划分磁极,磁通屏障17在与旋转轴线O正交的截面上从与永久磁铁插入部16相连续的基端部19起向转子10的外径方向延伸，并且在该磁通屏障17的顶端部21的一部分设有与最靠近顶端部21的筐形导体槽14η相对的直线部22，从该磁通屏障17的基端部19向顶端部21方向延伸的腿部20和设于顶端部21的直线部22借助连接部23相连接，连接部23从腿部20起向圆周方向的两侧突出。
[0065]由于如此地构成，因此磁通屏障17设为从与永久磁铁插入部15相连续的基端部19向转子10的外径方向延伸，因此能够防止磁通屏障17周边的磁通的短路，能够使磁通的流动适当化，因此能够提高效率，获得高输出。
[0066]进而，通过将磁通屏障17的顶端部21形成为直线状，从而缓和了转子铁芯12的、靠近筐形导体槽14的磁通屏障17的顶端部21周围的应力集中，谋求最大应力的降低，也能够实现高速化。另外，在设为将轴40插入转子铁芯12的结构的情况下，不需要使轴40的直径变细，也不会产生降低危险速度的需求。
[0067]另外，通过使连接部23从腿部20起向圆周方向的两侧突出，从而降低了产生于直线部22与连接部23之间的连接点X3、X4的应力，能够提高上述效果。
[0068]进而，由于在与旋转轴线O正交的截面上，连接部23由光滑的曲线构成，因此降低了产生于磁通屏障17的顶端部21的直线部22的端部和连接部23的应力，进一步提高了上述效果，能够谋求高输出.高速化。
[0069]另外，由于在与旋转轴线O正交的截面上，设于磁通屏障17的顶端部21的直线部22构成为相对于直线L2倾斜，该直线L2与连结最靠近该顶端部21的筐形导体槽14η的中心P与旋转轴线O的直线LI正交，因此缓和了磁通屏障顶端部21的与筐形导体槽14相对的面上的应力集中，能够消除应力的不平衡。
[0070]由于构成I极的永久磁铁槽13的永久磁铁插入部16以在圆周方向上被分成多个永久磁铁插入孔16a、16b、…的方式而形成,在各永久磁铁插入孔16a、16b、…内分别插入有构成永久磁铁15的永久磁铁片15a、15b、...，并且以沿径向形成为同极的朝向的方式配置各永久磁铁片15a、15b、…的磁极，因此无需将永久磁铁15设为复杂的形状且能够将永久磁铁插入部16设为适当的形状，并且缩小每个永久磁铁插入孔16，从而能够提高转子铁芯10的强度。
[0071]由于将永久磁铁插入部16以相邻接的永久磁铁插入孔16a、16b、...朝向夕卜径方向呈凸字形的方式配置而构成，因此缓和了由配合所造成的应力集中，能够进一步提高强度。
[0072]进而，由于永久磁铁插入孔16以在与旋转轴线O正交的截面上呈大致矩形的方式形成而构成，因此能够使用长方体形状的永久磁铁，能够谋求降低制造成本。
[0073]进而，由于本实用新型的同步电动机构成为具备筐形导体，该筐形导体将多个开口分别构成为筐形导体槽，并且该筐形导体包含插入各筐形导体槽14的导体杆和分别连接各导体杆的两端的端环，因此能够设为在有效地发挥基于如上所述地构成的磁通屏障17的特长的同时在启动时作为感应电动机发挥功能的感应启动型同步电动机。
[0074]此外，各部分的具体的结构并不仅限定于上述实施方式。
[0075]例如，在上述实施方式中，磁通屏障17的连接部23从腿部20起向圆周方向的两侧突出，但是只要能够达成应力分散，也可以一侧不突出。另外，直线部22并不一定为完全的直线，只要能够达成应力分散，也能够容许是平缓的曲线等非直线形状。进而，如图8(a)所示，对于磁通屏障117的形状，也可以缩短基端部119且腿部120从永久磁铁插入孔116起连续地直接向外径方向延伸。另外,如图7所示,顶端部21从通过永久磁铁片15a的端面的直线L3起仅向圆周方向外侧移动了距离d，但是在容许因妨碍q轴磁通而导致的效率下降的情况下，该顶端部21也可以与直线L3相交。
[0076]另外，在上述实施方式中，各永久磁铁槽13在圆周方向两端部具备磁通屏障17、17，且将上述磁通屏障17?17设为各自独立的结构，但是也可以以一部分相连续的方式形成形成于邻接的永久磁铁槽13、13的、相邻的两个磁通屏障17、17，即使在这样的情况下，也能够获得降低最大应力等的、相当于上述实施方式的效果。进而，作为其中I个实施方式，也可以如图13所示，设为相邻的两个永久磁铁槽613、613共有并具备I个磁通屏障617的实施方式。即使在该情况下，与上述实施方式相同，在构成转子610的转子铁芯612的内部沿圆周方向等间隔地配置的4个永久磁铁槽613具备:永久磁铁插入孔616a,其供永久磁铁615a插入；永久磁铁插入孔616b,其供永久磁铁615b插入；以及空隙部618,其形成于上述永久磁铁插入孔616a、616b的彼此相对的端部,利用磁通屏障617构成为相邻的永久磁铁槽613、613各自具备的永久磁铁插入孔616a、616b彼此相连结。[!卩，如图14所不，磁通屏障617由分别与构成相邻接的两个永久磁铁槽613的永久磁铁插入孔616a、616b相连续的基端部619、619、与上述两个基端部619、619相连接的I个腿部620以及存在于腿部620的外径方向的I个顶端部621构成。在顶端部621的一部分设有与最靠近该顶端部621的筐型导体槽14η相对的直线部622，腿部620和直线部622借助连接部623相连接。
[0077]换言之,磁通屏障617构成为从与永久磁铁插入部616a相连续的基端部619起向转子610的外径方向延伸，并且在该磁通屏障617的顶端部621的一部分设有与最靠近该顶端部621的筐形导体槽14η相对的直线部622，从该磁通屏障617的基端部619向顶端部621方向延伸的腿部620和设于顶端部621的直线部622借助连接部623相连接，连接部623从腿部620起向圆周方向的两侧突出。
[0078]另外，在本实施方式中，连接部23整体由光滑的曲线构成，但是并不一定是这样的结构，如图11所示，连接部23中的、至少比在圆周方向上最突出的顶点Υ1、Υ2靠径向外侧的部分为光滑的曲线即可。具体而言，在利用直线L5连结顶点Yl、Υ2的情况下，以该直线L5为界，将比该直线L5靠径向外侧的部分设为外侧连接部23a，将比该直线L5靠内侧的部分设为内侧连接部23b，外侧连接部23a即使是在连接部23整体之中，应力也相对较大，因此为了缓和该应力，需要由光滑的曲线构成，但是内侧连接部23b相对而言应力并不大，因此无需由光滑的曲线构成。此外，在上述连接部2中的、在圆周方向上最突出的部分由与径向呈同一方向的直线构成的情况下，通过将顶点Y1、Y2设定为该直线的中心位置足以。
[0079]永久磁铁槽13从设计.制造的难易度的观点以及将旋转轴线O设为中心的质量平衡及驱动力的平衡出发，优选的是，等间隔地设置，但是由于是根据马达的规格来确保磁通的路径的，因此只要是间断的，即相互隔开间隔地设置，则不一定需要等间隔地设置。
[0080]另外，如图8(b)所示，也可以为如下结构:将永久磁铁片215缩短为比原本能够插入永久磁铁插入部216的长度短，将与该永久磁铁片215的端部相连续地沿圆周方向延伸的部分整体设为基端部219。
[0081]进而，在上述实施方式中，将永久磁铁片15a、15b及永久磁铁插入孔16a、16b设为矩形状，但是如图12所不，若将永久磁铁片515a、515b及永久磁铁插入孔516a、516b形成为剖视大致圆弧状，则能够获得效果更好的永久磁铁插入部516a、516b与轴孔11之间的应力缓和。另外，通过将永久磁铁插入孔516a、516b所形成的圆弧配置为与轴孔11形成为同心，能够进一步有效地缓和应力。此外，即使在该结构中，与上述实施方式相同，在构成转子510的转子铁芯512的内部沿圆周方向等间隔地配置的4个永久磁铁槽513构成为在圆周方向两端部具备磁通屏障517、517，在永久磁铁插入孔516a、516b的彼此相对的一侧的端部具备空隙部518。
[0082]另外,在上述实施方式中，构成I个磁极的永久磁铁15被分成永久磁铁片15a、15b，但是也能够利用单一的永久磁铁片构成I个磁极。在这样的情况下，作为永久磁铁，使用形成为圆弧状的圆弧磁铁，进而，能够谋求应力的缓和与效率的提高。进而，与将永久磁铁分成多个永久磁铁片的结构相同，即使在设为单一的永久磁铁片的结构中，在配置多个该永久磁铁片的情况下，为了缓和应力，也优选的是，配置为与轴孔11形成为大致同心。
[0083]另外，在上述实施方式中，筐形导体槽14η的截面采用了圆形的形状，但是本实用新型也能够应用于具备具有圆形以外的截面的筐形导体槽的结构中，在该情况下，仅将截面的重心位置设为上述中心P足以。
[0084]另外，上述实施方式是4极(每I极的永久磁铁片为2个)的同步电动机，但是如图9所示，也能够构成为2极的同步电动机(每I极的永久磁铁片3个)。在该变形例中，筐形导体槽314在构成转子310的转子铁芯312的外周部等间隔地设置了 28个，在其径向内侧，3个永久磁铁片315a、315b、315c配置为使磁极在径向上形成为同极的朝向的方式。磁通屏障317在每I极的两端设置有2个，合计4个，并形成为与所有筐形导体槽314中的任意一个相对。另外，在该结构中，设于同极内的永久磁铁片315a、315b、315c间的空隙部318也兼具在单一的永久磁铁片315a、315b、315c的各磁极间防止磁通短路的作用。此外，在该变形例中，磁通屏障317也能够设为由基端部19、腿部20、顶端部21构成的上述形状。
[0085]另外，本实用新型即使是除了感应启动型同步电动机以外的、例如如图10所示的实施方式的永久磁铁埋入型的同步电动机，也能够恰好适用。该永久磁铁埋入型的同步电动机在转子铁芯的外周沿旋转轴线O形成有作为开口的多个凹部414。即使是这样的同步电动机，通过与上述相同地构成磁通屏障17相对于该凹部414的位置、磁通屏障17的形状，从而也能够发挥同样的效果。此外，该情况下的凹部414的中心P考虑为由在与旋转轴线O正交的截面上沿转子铁芯412的外周的虚拟圆Ci和凹部414形成的区域内的重心位置。
[0086]另外，在构成为具备上述同步电动机的合成纤维制造装置的情况下，也能够谋求合成纤维制造工序的效率化。具体而言，在构成作为构成合成纤维制造装置的导丝辊等大型辊的驱动源的情况下，能够使该大重量的辊与纤维制造工序相对应地高速旋转。另外，在构成为卷取纤维的卷取用轴的驱动源的情况下，能够使较长的旋转体在附加了纤维卷取体这样的重量物的状态下高速旋转。
[0087]其他结构也能够在不脱离实用新型的主旨的范围内进行各种变形。
【权利要求】
1.一种同步电动机，其具备:转子铁芯，其构成转子，并能够绕旋转轴线旋转；多个永久磁铁槽，其在该转子铁芯的内部沿圆周方向配置；以及多个开口，其在上述转子铁芯的外周附近沿旋转轴线配置，该同步电动机的特征在于， 上述永久磁铁槽具备:永久磁铁插入部，其供永久磁铁插入；以及一对磁通屏障，其位于该永久磁铁插入部的圆周方向两端，用于划分磁极， 上述磁通屏障在与上述旋转轴线正交的截面上从与上述永久磁铁插入部相连续的基端部向转子的外径方向延伸，并且在该磁通屏障的顶端部的一部分设有与最靠近该顶端部的上述开口相对的直线部，从该基端部向上述顶端部方向延伸的腿部和设于上述顶端部的直线部借助连接部相连接，该连接部从上述腿部起向圆周方向上的至少单侧突出。
2.根据权利要求1所述的同步电动机，其特征在于， 在与上述旋转轴线正交的截面上，上述连接部的、至少比向圆周方向突出的顶点靠径向外侧的部分由光滑的曲线构成。
3.根据权利要求1所述的同步电动机，其特征在于， 在与上述旋转轴线正交的截面上，设于上述磁通屏障的顶端部的直线部相对于下述直线倾斜，该直线与连结最靠近该顶端部的上述开口的中心与上述旋转轴线的直线正交。
4.根据权利要求2所述的同步电动机，其特征在于， 在与上述旋转轴线正交的截面上，设于上述磁通屏障的顶端部的直线部相对于下述直线倾斜，该直线与连结最靠近该顶端部的上述开口的中心与上述旋转轴线的直线正交。
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， 构成I极的永久磁铁槽的永久磁铁插入部在圆周方向上被分成多个永久磁铁插入孔而形成，在各永久磁铁插入孔内分别插入有构成上述永久磁铁的永久磁铁片，并且以在径向上形成为同极的朝向的方式配置各永久磁铁片的磁极。
6.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， 该同步电动机具备筐形导体，该筐形导体将上述多个开口分别构成为筐形导体槽，并且包含插入各筐形导体槽的导体杆和分别连接各导体杆的两端的端环。
7.根据权利要求5所述的同步电动机，其特征在于， 该同步电动机具备筐形导体，该筐形导体将上述多个开口分别构成为筐形导体槽，并且包含插入各筐形导体槽的导体杆和分别连接各导体杆的两端的端环。
8.一种合成纤维制造装置，其特征在于， 该合成纤维制造装置具备权利要求1?7中任一项所述的同步电动机。
【文档编号】H02K21/14GK204118994SQ201420557099
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2013年10月3日
【发明者】有贺信雄, 太田昌司, 诸星时男 申请人:昕芙旎雅有限公司
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