同步电动机的制作方法

本发明涉及利用转子所使用的永久磁铁的磁力和在卷绕于定子的绕组中流过电流而产生的磁力来使转子旋转的同步电动机。

背景技术：

在使用了永久磁铁的同步电动机中，通过转子所使用的永久磁铁的磁力和在卷绕于定子的绕组中流过电流而产生的磁力的相互作用会产生转矩，从而转子进行旋转。一般而言，所产生的转矩与电流的大小成比例，但是当为了得到更大的转矩而流过大电流时，从定子产生的强磁通会导致转子的永久磁铁发生不可逆退磁，从而转子产生的磁通会减少，转矩也会减小。

尤其是在转子上被极性各向异性取向的永久磁铁中，磁极间的径向厚度较薄，磁极间的易磁化方向为旋转方向。因此，当在绕组中流过电流时，磁通集中在定子铁芯的齿槽(slot)开口部，从定子产生的反向磁场(counter magnetic field)使磁极间的永久磁铁从正面受到反向磁场，从而易于产生不可逆退磁。

在下述专利文献1所示的现有的同步电动机中，在永久磁铁的外周面上与定子铁芯对置的面的磁极之间，形成有沿着轴向延伸的槽。现有的同步电动机通过在转子的外周面设置槽，能够抑制被施加反向磁场所引起的永久磁铁的不可逆退磁而导致的磁通量的减少。

专利文献1：日本特开2004-88855号公报

技术实现要素：

但是，因为在转子的外周面设置槽的结构就相当于增大转子与定子铁芯之间的间隙，所以会减少从转子的永久磁铁与定子铁芯的绕组交链的磁通量。因此，如上述专利文献1所代表的现有的转子的那样，仅在永久磁铁的表面设置槽难以实现转矩提高。

本发明是鉴于上述内容而完成的，其目的在于得到一种即便在使用利用了被极性各向异性取向的永久磁铁的转子的情况下也能够实现转矩提高的同步电动机。

为了解决上述的课题，实现目的，本发明具备：定子铁芯；转子，其配置在上述定子铁芯的内径侧；以及圆筒状的永久磁铁，其配置在上述转子的外周部，且具有极性各向异性取向，上述永久磁铁的轴向长度长于上述定子铁芯的轴向长度，在上述永久磁铁的外周面上，在与上述定子铁芯对置的部分以及未与上述定子铁芯对置的部分的轴向一侧，形成有沿着轴向延伸的槽，其中，沿着磁极间的旋转方向隔着一定间隔地形成上述槽。

根据本发明，起到即便在使用利用了被极性各向异性取向的永久磁铁的转子的情况下也能够实现转矩提高的效果。

附图说明

图1是本发明的实施方式1涉及的同步电动机的立体图。

图2是图1示永久磁铁的立体图。

图3是图1示同步电动机的侧视图。

图4是表示永久磁铁的易于产生不可逆退磁的部分的图。

图5是表示从永久磁铁的悬伸(overhang)部流向定子铁芯的磁通的图。

图6是本发明的实施方式2涉及的同步电动机的局部放大图。

图7是表示图6所示的槽的形状的变形例的图。

图8是通过磁场解析求出定子铁芯的齿槽开口部附近的磁通密度分布的图。

符号说明

1定子铁芯；1a轭；1b齿部；1c齿槽；1d齿槽开口部；2永久磁铁；2a外周面；3转子铁芯；4旋转轴；5转子；6绕组；7间隙；100同步电动机。

具体实施方式

下面，基于附图详细地说明本发明涉及的同步电动机的实施方式。另外，本发明不限于该实施方式。

实施方式1

图1是本发明的实施方式1涉及的同步电动机的立体图，图2是图1所示的永久磁铁的立体图，图3是图1所示的同步电动机的侧视图。

图1所示的同步电动机100具备：定子铁芯1；以及转子5，其与定子铁芯1的内径侧隔着间隙7地配置。在图1中省略了图3所示的绕组6。

定子铁芯1具有：环状的轭1a，其由沿着轴向层叠多个冲裁成特定形状的电磁钢板而成；以及多个齿部1b，其在轭1a的内径侧沿着旋转方向隔着一定间隔地配置，且从轭1a向轭1a的中心方向延伸。

齿部1b具有：绕组部1b1，其用于卷绕图3所示的绕组6；以及伞状的前端部1b2，其形成在各个齿部1b的内径侧，转子对置面1b3沿着旋转方向扩展。

在定子铁芯1上，形成有多个齿槽1c和多个齿槽开口部1d。齿槽1c是由轭1a、绕组部1b1以及前端部1b2划分出的空间，在齿槽1c中收纳绕组6。齿槽开口部1d是在相邻的前端部1b2的旋转方向端部所对置的部分形成的空间。

转子5具有：环状的转子铁芯3，其由沿着轴向层叠多个冲裁成特定形状的电磁钢板而成；圆筒状的永久磁铁2，其配置在转子铁芯3的外周侧，在外周面2a形成有多个磁极并被进行了与磁极数对应的极性各向异性的取向；以及旋转轴4，其配置在转子铁芯3的径向中心部。

当将永久磁铁2的从一个轴向端面2b1到另一个轴向端面2b2作为永久磁铁2的轴向长度L1，并将从定子铁芯1的一个轴向端面1e1到另一个轴向端面1e2作为定子铁芯1的轴向长度L2时，永久磁铁2的轴向长度L1长于定子铁芯1的轴向长度L2。

如图2、图3所示那样，在永久磁铁2的外周面2a上形成有多个槽2a1、轴端侧面2a2以及多个磁极外周面2a3。

槽2a1形成在永久磁铁2的外周面2a上与定子铁芯1对置的部分，且形成在磁极间A。图示例的槽2a1呈底面2a11从轴端侧面2a2侧的轴向端面2a12延伸到轴向端部2a13的形状。图示例的槽2a1不仅形成在与定子铁芯1对置的部分，还形成在未与定子铁芯1对置的部分。

轴端侧面2a2是永久磁铁2的外周面2a上永久磁铁2的轴向端面2b1侧未与定子铁芯1对置的部分，位于槽2a1和轴向端面2b1之间。磁极外周面2a3位于永久磁铁2的外周面2a上的磁极外周面，从轴向端面2b1一直形成到轴端侧面2a2。

这样，永久磁铁2的轴向长度长于定子铁芯1的轴向长度，在永久磁铁2的外周面2a上与定子铁芯1对置的部分的磁极间A形成有槽2a1，并且，在永久磁铁2的外周面2a上永久磁铁2的轴向一侧的未与定子铁芯1对置的部分形成有槽2a1。

图4是表示永久磁铁的易于产生不可逆退磁的部分的图。在图4中，放大表示绕组部1b1、前端部1b2、转子对置面1b3以及永久磁铁2的外周面2a。符号a的箭头表示进行过极性各向异性取向的永久磁铁2的易磁化方向。符号b的箭头表示当在图3所示的绕组6流过电流时所产生的磁通的路径。符号c所示的区域表示在永久磁铁2的磁极间A产生不可逆退磁的部分。

易磁化方向a是与永久磁铁2的外周面2a平行的方向。在图3所示的绕组6流过电流时所产生的磁通的一部分易于在相邻的前端部1b2之间引起短路，而在齿槽开口部1d产生磁通集中。尤其是在绕组6流过大值电流的情况下，在齿槽开口部1d的旋转方向中央部B会产生朝向与转子对置面1b3平行的强磁通。该磁通作为反方向的磁场被施加给沿着磁极间A的旋转方向取向的永久磁铁2。由于该反向磁场，磁极间A的永久磁铁2在符号c的区域产生不可逆退磁。

本实施方式涉及的永久磁铁2在外周面2a上与定子铁芯1对置的部分的磁极间A设置有槽2a1。通过设置槽2a1，能够扩大符号c所示的部分和齿槽开口部1d之间的距离，能够抑制因在齿槽开口部1d产生的反向磁场而导致的不可逆退磁。此外，由于能够抑制因反向磁场而导致的不可逆退磁，从而能够在绕组6流过大电流，能够使同步电动机100高转矩化。

但是，因为在永久磁铁2的外周面2a上设置槽2a1的结构相当于扩大了间隙7，所以从永久磁铁2向绕组6交链的磁通量减小。作为其对策，永久磁铁2采用的结构为有效地利用在其相对于定子铁芯1的两端部悬伸的部分处设置的永久磁铁2的磁通。

图5是表示从永久磁铁的悬伸部流向定子铁芯的磁通的图。悬伸长OH1表示永久磁铁2的从轴向中心位置到轴向端面2b1的长度与定子铁芯1的从轴向中心位置到轴向端面1e1的长度的差值。悬伸长OH2表示永久磁铁2的从轴向中心位置到轴向端面2b2的长度与定子铁芯1的从轴向中心位置到轴向端面1e2的长度的差值。悬伸部2c1是与悬伸长OH1对应的永久磁铁2的轴端部。悬伸部2c2是与悬伸长OH2对应的永久磁铁2的轴端部。

从永久磁铁2的悬伸部2c1发出的磁通d1被引到透磁率高的软磁性体，与定子铁芯1交链。同样地，永久磁铁2的悬伸部2c2的磁通d2与定子铁芯1交链。

这样，同步电动机100是如下的结构：通过在永久磁铁2的外周面2a上与定子铁芯1对置的部分设置槽2a1，来抑制由于反向磁场而导致的影响并实现转矩的提高，通过利用未与定子铁芯1对置的悬伸部2c1、2c2的磁通d1、d2，来实现转矩的进一步提高。

另外，悬伸部2c1、2c2因为难以受到来自定子铁芯1的反向磁场的影响，所以在悬伸部2c1、2c2上不需要槽2a1。另一方面，在通过注射成型来制造永久磁铁2的情况下，如果在永久磁铁2的外周面2a上的轴向中央部上设置槽2a1，则难以脱模。

因此，在图示例的永久磁铁2中，仅在永久磁铁2的外周面2a上槽2a1与轴向端面2b1之间设置不存在槽2a1的部分，即设置轴向端面2b2。因此，通过注射成型，能够制造出在表面具有多个磁极的永久磁铁2，能够实现价廉的转子。此外，能够利用与现有技术同样的制造方法以及制造设备来生产永久磁铁2，能够抑制制造成本的增加。

另外，本实施方式涉及的永久磁铁2的两轴端部相对于定子铁芯1的轴端部悬伸，但是也可以是仅使其中一个轴端部悬伸的结构。该结构也能够利用悬伸部分的磁通来实现转矩提高。另外，在本实施方式涉及的转子5中，利用了转子铁芯3和旋转轴4，但是也可以利用扩大了直径的旋转轴4代替转子铁芯3。

实施方式2

图6是本发明的实施方式2涉及的同步电动机的局部放大图，图7是表示图6所示的槽的形状的变形例的图，图8是通过磁场解析求出定子铁芯的齿槽开口部附近的磁通密度分布的图。

在图6、图7中，表示了齿部1b的纵截面和与齿部1b对置的位置的永久磁铁2的纵截面。当将槽2a1与轴端侧面2a2之间的边界部的轴向位置作为a并将轴向端面1e1的轴向位置作为b时，D1表示从位置a到位置b的距离。距离D1例如相当于从前端部1b2的转子对置面1b3到槽2a1的底面2a11的宽度的二分之一，即相当于间隙7的宽度G与槽2a1的径向深度D2之和的二分之一，或相当于从前端部1b2的转子对置面1b3到槽2a1的底面2a11的宽度。

在图6的同步电动机100中，从转子对置面1b3到底面2a11的宽度在从轴向端面1e1的位置b到沿着轴向隔着距离D1的边界部a是一定的。在图7的同步电动机100中，从转子对置面1b3到底面2a11的宽度到轴向端面1e1的位置b是一定的，在从轴向端面1e1的位置b到沿着轴向隔着距离D1的边界部a是逐渐变窄的圆弧状。

图8的横轴表示前端部1b2的轴向位置，一个刻度表示1mm。纵轴表示与图4所示的前端部1b2隔着一定距离的位置中的磁通密度呈最大值的位置处的磁通密度，即表示齿槽开口部1d的旋转方向中央部B处的磁通密度。此处的磁通密度表示的是在与图4所示的前端部1b2的转子对置面1b3平行的朝向上产生的磁通的每单位面积的面密度。

横轴的左端表示前端部1b2的轴向中央的位置P1。实线A表示前端部1b2的轴向端面1e1的位置P2。比位置P2靠左侧的区域表示齿部1b与永久磁铁2对置的部分处的磁通密度，比位置P2靠右侧的区域表示齿部1b未与永久磁铁2对置的部分处的磁通密度。虚线B表示与槽2a1的底面2a11相当的位置的磁通密度中的轴向位置位于中央位置P1处的磁通密度。虚线C表示虚线B与曲线a的交点处的轴向位置即曲线a的磁通密度中的、与虚线B的磁通密度为相同值的部分处的位置P3。

曲线a表示与前端部1b2的转子对置面1b3在朝向径向内侧相距了间隙7的宽度G的位置处的磁通密度的变化。曲线c表示从前端部1b2的转子对置面1b3向径向内侧相距了间隙7的宽度G和槽2a1的深D2相加后的尺寸的位置、即槽2a1的底面2a11的位置处的磁通密度的变化。曲线b表示上述两个位置的中间位置、即相距了间隙7的宽度G和深度D2的二分之一的深度相加后的尺寸的位置处的磁通密度的变化。

在图8所示的磁通密度的解析模型中，将定子铁芯1的内径设为50mm，将间隙7的宽度G设为0.4mm，将槽2a1的径向深D2设为1.0mm。因此，宽度G和深度D2相加的值是1.4mm，宽度G和深度D2相加后的值的二分之一的值是0.7mm。

在此，如果以虚线B的磁通密度为基准来观察永久磁铁2的外周面2a的位置P3，则可知从位置P2到位置P3的宽度W是一个刻度以下。宽度W是例如从前端部1b2的转子对置面1b3到槽2a1的底面2a11的宽度的二分之一，相当于图6、图7所示的距离D1。这是因为，存在着当绕组6流过电流时所产生的磁通沿着轴向泄漏的路径，齿部1b与永久磁铁2对置的部分处的磁通密度会变低。因此，在齿部1b的轴向端面1e1的附近，即便永久磁铁2靠近齿部1b，永久磁铁2也难以退磁，能够有效地利用永久磁铁2的磁力，能够实现退磁影响小的同步电动机100。

图6、图7所示的永久磁铁2的轴端侧面2a2形成在从齿部1b的轴向端面1e1沿着轴向隔开距离D1的位置与永久磁铁2的轴向端面2b1之间。因此，即便是在永久磁铁2的外周面2a，永久磁铁2的轴端侧面2a2受到来自定子铁芯1的反向磁场的影响也与槽2a1的底面2a11相同。为了进一步地减少不可逆退磁的影响，使距离D1的值与从槽2a1的底面2a11到定子铁芯1距离相同即可。

另外，图8所示的位置P2处的曲线b的磁通密度与位置P2处的曲线c的磁通密度相等。因此，槽2a1的径向深度D2无需如图6所示那样到轴向端面2a12为止保持一定，也可以如图7所示那样到与轴向端面1e1相同的位置为止形成底面2a11，从底面2a11到隔开距离D1的位置为止圆弧状地变化。

如上面所说明了的那样，实施方式1、实施方式2涉及的同步电动机100具备：定子铁芯1；转子5；以及圆筒状的永久磁铁2，其配置在转子5的外周部，且具有极性各向异性取向，永久磁铁2的轴向长度长于定子铁芯1的轴向长度，在永久磁铁2的外周面2a上，与定子铁芯1对置的部分，形成有沿着轴向延伸的槽2a1，其中，沿着磁极间A的旋转方向隔着一定间隔地形成槽2a1，在永久磁铁2的外周面2a上仅在永久磁铁2的轴向一侧的未与定子铁芯1对置的部分，形成有槽2a1。根据该结构，是通过在永久磁铁2的外周面2a上与定子铁芯1对置的部分设置槽2a1，来抑制由于反向磁场而导致的影响并实现转矩提高，通过利用未与定子铁芯1对置的悬伸部2c1、2c2的磁通d1、d2，来实现转矩的进一步提高的结构。并且，在永久磁铁2中，在两轴端部中仅在一个轴端部设置有轴向端面2b2，因此，能够通过注射成型，制造出在表面具有多个磁极的永久磁铁2，能够实现价廉的转子。此外，能够利用与现有技术同样的制造方法以及制造设备来生产永久磁铁2，能够抑制制造成本的增加。

此外，在实施方式2的同步电动机100中，在永久磁铁2的外周面2a上，从自齿部1b的一个轴向端面1e1向在齿部1b的一个轴向端面1e1侧存在的永久磁铁2的一个轴向端面2b1侧隔开一定距离D1的位置a，到永久磁铁2的另一个轴向端面2b2之间，形成有沿着轴向延伸的槽2a1，其中，沿着磁极间A的旋转方向隔开一定间隔地形成槽2a1。根据该结构，在齿部1b的轴向端面附近，永久磁铁2难以退磁，能够有效地利用永久磁铁2的磁力，能够实现退磁影响小的同步电动机。

此外，在实施方式2的同步电动机中，从齿部1b的一个轴向端面1e1到朝向永久磁铁2的一个轴向端面2b1侧隔着一定距离D1的位置a的距离是相当于从齿部1b的前端部1b2的转子对置面1b3到槽2a1的底面2a11的径向宽度的二分之一的距离。根据该结构，当在绕组6流过电流时所产生的磁通向轴向泄漏，齿部1b与永久磁铁2对置的部分的磁通密度变低。因此，在齿部1b的轴向端面1e1的附近，永久磁铁2难以退磁，能够有效地利用永久磁铁2的磁力，能够实现退磁影响小的同步电动机。

此外，在实施方式2的同步电动机中，从齿部1b的一个轴向端面1e1到朝向永久磁铁2的一个轴向端面2b1侧隔着一定距离D1的位置a的距离是相当于从齿部1b的前端部1b2的转子对置面1b3到槽2a1的底面2a11的径向宽度的距离。根据该结构，从定子铁芯1的端部沿着轴向泄漏的磁通也会变得少于从定子铁芯1向槽流过的磁通。因此，在齿部1b的轴向端面1e1的附近，永久磁铁2难以退磁，能够有效地利用永久磁铁2的磁力，能够实现退磁影响进一步变小的同步电动机。

此外，在实施方式2的同步电动机中，永久磁铁2的槽2a1是从齿部1b的一个轴向端面1e1朝向永久磁铁2的另一个轴向端面2b2深度逐渐变大的形状，槽2a1的底面2a11形成为圆弧状。根据该结构，定子铁芯1的轴端部附近的磁通密度由于受到磁通向轴向泄漏的影响而逐渐变低，因此即便永久磁铁2的槽2a1的深度与其相对应地逐渐变浅，从定子铁芯1施加的磁场也低并难以退磁。因此，能够从转子5得到更多的磁通，能够实现转矩提高。

在上面的实施方式中表示的结构用于表示本发明内容的一个示例，能够与其它公知技术进行组合，在不脱离本发明主旨的范围内能够省略或者变更结构中的一部分。