CN100454717C - 永久磁铁型电动机及洗衣机 - Google Patents
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Abstract
一种永久磁铁型电动机，其特征在于，具有以下的结构要素：定子；在由多片钢板层叠构成的转子铁心上沿圆周方向形成多个磁铁插入孔、并向所述磁铁插入孔插入励磁用的永久磁铁而构成的转子；以及位于所述转子铁心的与所述永久磁铁对应的各磁极部、从径向与所述定子相对的磁极面，该磁极面具有大致圆弧面形状的第1面、以及第2面和第3面，所述第1面形成于该磁极面的圆周方向的大致中央部，且与所述定子之间的空隙长度在圆周方向上基本上不变，所述第2面和第3面形成于该磁极面的圆周方向的两侧，且越靠近磁极的边界，与所述定子之间的空隙长度越大。
Description
技术领域
本发明涉及永久磁铁型电动机及将该永久磁铁型电动机作为旋转驱动源的洗衣机，所述永久磁铁型电动机，具有在将多片钢板层叠构成的转子铁心上、在圆周方向上形成多个磁铁插入孔、并将励磁用的永久磁铁向所述磁铁插入孔插入构成的转子。
背景技术
在这种电动机中，以往考虑了以下那样的结构。作为第1的以往例，在外转子型的永久磁铁型电动机中，将位于圆环状的转子铁心的与永久磁铁对应的各磁极部并与定子相对的各磁极面、作成以转子的旋转中心(旋转轴的中心)为中心的圆弧面。又，作为第2的以往例，将上述各磁极面作成在通过磁极的中心的磁极轴上具有中心、并向定子侧凸出圆弧面(例如，参照日本专利公开公报第2004-254403号的图2～图4)。
在这种电动机中，若转子与定子之间的空隙磁通密度分布是正弦波，则在转矩发生的方面及振动噪音的方面是优异的。
但是，在上述第1的以往例的场合，所述空隙磁通密度分布基本上成为梯形，存在转矩发生中有效的基本波成分低、振动噪音也大的问题。
又，在上述第2的以往例中，各磁极面，由于成为向定子侧凸出的圆弧面，故空隙磁通密度分布与第1的以往例的情况相比，接近于正弦波。然而，该第2以往例场合的磁极面，由于成为向定子侧凸出的1个单纯的圆弧面，故永久磁铁的磁通通过转子铁心的磁极部内，对于磁极面，就成为与定子之间的空隙长度最小、磁通集中在圆周方向的中央部的一点上。因此，作为空隙磁通密度分布，成为接近于三角波，也还存在振动噪音大的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供能使转子铁心与定子之间的空隙磁通密度分布尽量接近于正弦波、在转矩发生的方面和振动噪音的方面优异的永久磁铁型电动机。
本发明的永久磁铁型电动机，其特点在于，具有：定子；在由多片钢板层叠构成的转子铁心上沿圆周方向形成多个磁铁插入孔、并向所述磁铁插入孔插入励磁用的永久磁铁而构成的转子；以及位于所述转子铁心的与所述永久磁铁对应的各磁极部、从径向与所述定子相对的磁极面，该磁极面具有大致圆弧面形状的第1面、以及第2面和第3面，所述第1面形成于该磁极面的圆周方向的大致中央部，且与所述定子之间的空隙长度在圆周方向上基本上不变，所述第2面和第3面形成于该磁极面的圆周方向的两侧，且越靠近磁极的边界，与所述定子之间的空隙长度越大，所述第1面的圆弧面形状是在通过磁极中心与转子旋转中心的磁极轴上且在转子的旋转中心侧具有中心，并形成在电气角以磁极的中心为0度时从±15度至±35度的范围内，且所述空隙长度比最小空隙长度仅大10％左右，所述第2面和第3面的形状是，磁极的边界侧的最大空隙长度大于等于所述最小空隙长度的3倍。
采用上述结构，由于在转子铁心上的各磁极面的圆周方向的大致中央部所形成的第1面，形成为与定子之间的空隙长度在圆周方向上基本上不变的大致圆弧面形状，故与上述的第2的以往例不同，能避免磁通集中在一点上的情况。又，在该第1面的圆周方向的两侧所形成的第2面和第3面，形成为越朝磁极的边界、与所述定子之间的空隙长度越大的状态。因此，能使空隙磁通密度分布尽量接近于正弦波。
附图说明
图1是表示本发明的一实施例的转子铁心的磁极部部分的俯视图。
图2是电动机的剖切立体图。
图3是转子铁心全体的俯视图。
图4是分割铁心的部分立体图。
图5是以将最上部的钢板去除后状态表示的分割铁心的部分立体图。
图6是兼脱水用洗衣机的剖切侧视图。
具体实施方式
以下，参照附图对将本发明应用于外转子型的永久磁铁型电动机的一实施例进行说明。首先，图2是表示将一部分剖切后的永久磁铁型电动机100的剖切立体图。该永久磁铁型电动机100，如图6所示，例如，在兼脱水用洗衣机101中，用于在洗涤时对搅拌体102旋转驱动、在脱水时对搅拌体102及旋转桶103一体地旋转驱动用的驱动用电动机(旋转驱动源)。旋转桶103，兼用为洗涤桶和脱水桶。
在图2中，定子1，其结构具有：放射状地具有许多个齿2的定子铁心3、以覆盖该定子铁心3的状态通过成形所设置的树脂4、卷绕在各齿2上的定子线圈5。定子铁心3，是层叠了多片硅钢板并作成环状的结构。在该定子1上，设有将其安装在兼脱水用洗衣机101的规定部位用的安装部6。
相比之下，转子10，其结构具有：作成容器状的磁性体制成的框架11、设在该框架11的外周部的开口部侧的在环状壁11a的内周部所配置的圆环状的转子铁心12、设在该转子铁心12的内周部侧的向许多个磁铁插入孔13中插入的许多个励磁用的永久磁铁14、将这些转子铁心12和永久磁铁14和框架11固定而形成一体化所设置的模压用的树脂15。该转子10，其转子铁心12的内周面被配置成通过规定的空隙与上述定子铁心3的各齿2的前端部相对的状态。该场合，永久磁铁14全部共配置着48个。在转子10的中心部，安装着未图示的旋转轴。
转子铁心12，如图3所示，将在圆周方向上被分割的多个、例如6个分割铁心16作成圆环状地连接的结构。各分割铁心16，如图4所示，分别作成层叠了由硅钢板构成的多片钢板17的结构，并具有外周部侧的轭铁部18和被配置在各磁铁插入孔13的定子一侧的大致月牙形的磁极部19。1个分割铁心16，例如构成具有8个磁铁插入孔13的大小。各磁铁插入孔13作成在圆周方向上长的矩形。向磁铁插入孔13所插入的各永久磁铁14，在该场合用钕磁铁作成与磁铁插入孔13对应的平板状。又，永久磁铁14，被充磁成相邻的磁铁相互间成为相反的极(参照图1)。
该场合，在分割铁心16中所层叠的钢板17中，位于层叠方向的上下两端部的钢板17a、17b，如图4所示，各磁极部19的圆周方向的两端部通过连接部20与轭铁部18连接着。但是，其余的钢板17(位于上下的钢板17a、17b之间的钢板)，如图5所示，无将各磁极部19与轭铁部18之间进行连接的连接部，在各磁极部19的圆周方向的两端部形成有缺口部21。图5表示将上端部的钢板17a去除后的状态。另外，层叠后的各钢板17(也包括上下两端部的钢板17a、17b)，在轭铁部18和各磁极部19中，分别用铆接部22、23(参照图4)连接着。
再有，图1中，对各磁极部19的从径向与定子1相对的一侧的面即磁极面25作了详述。磁极面25，由以下3个面构成：在磁极的圆周方向的中央部所形成的圆弧面形状的第1面26；分别在该第1面26的圆周方向的两侧所形成的圆弧面形状的第2面和第3面27、28。
其中，第1面26，作成在通过磁极的中心与转子10的旋转中心的磁极轴A上、且在转子10的旋转中心侧具有中心的圆弧面(参照半径箭头r1)，其范围α，作成电气角以磁极的中心(磁极轴A)为中心的从±15度至±35度的范围。该第1面26，作成与定子1(图1中用双点划线表示定子1的最外径线K)之间的空隙长度B1相对于最小空隙长度B0成为仅大10％程度的圆弧面形状。
又，第2面和第3面27、28，从磁极轴A向圆周方向变位，并形成为将轭铁部18上的位置作为中心O1、O2的圆弧面(参照半径箭头r2、r3)，磁极的边界侧的最大空隙长度B2大于等于所述最小空隙长度B0的3倍。
在层叠后的钢板17中，在相邻的磁极部19间的磁极边界部29上，如图1所示，形成有比第2面和第3面27、28更向径向外侧凹陷的槽部30。该槽部30中的底部30a与定子1相对的空隙长度B3，比第2面及第3面27、28的最大空隙长度B2大(B3＞B2)。该场合，在层叠后的钢板17中，对于上下两端部的钢板17a、17b，在磁铁插入孔13与槽部30之间存在所述连接部20，对于其余的钢板17，形成有将磁铁插入孔13与槽部30之间连通的缺口部21。因此，在分割铁心16中，在磁铁插入孔13与槽部30之间，形成在钢板17的层叠方向的一部分、将磁铁插入孔13与槽部30连通的缺口部21。缺口部21的径向尺寸C，设定成所述最小空隙长度B0以上(C＞B0)。连接部20的圆周方向的宽度尺寸D作成0.5mm。
另外，在磁铁插入孔13的内面与插入其中的永久磁铁14的外面之间、在上述缺口部21和磁极边界部29的槽部30部分，充填着模压用的树脂15(参照图2)，利用该树脂15将各构件固接并加强。
采用上述实施例，能获得以下那样的作用效果。首先，在转子铁心12上的各磁极面25的圆周方向的大致中央部所形成的第1面26，由于形成为与定子1之间的空隙长度在圆周方向上基本上不变的大致圆弧面形状，故与第2的以往例不同，能避免磁通集中于一点。又，在该第1面26的圆周方向的两侧所形成的第2面和第3面27、28，由越朝磁极的边界、与定子1之间的空隙长度越大的圆弧面形成。因此，能使空隙磁通密度分布尽量接近于正弦波，能作成转矩发生的方面和振动噪音的方面优异的结构。
又，第1面26，是以磁极的中心为中心将电气角作成从±15度至±35度的范围α、且空隙长度B1比最小空隙长度B0仅大10％程度的圆弧面形状，第2面和第3面27、28，由于将磁极的边界侧的最大空隙长度B2做成大于等于所述最小空隙长度B0的3倍的形状，故能使空隙磁通密度分布更接近于正弦波。
在磁极边界部29上，由于与定子1之间的空隙长度B3形成有比第2面和第3面27、28的最大空隙长度B2大的槽部30，故能使磁极部19与轭铁部18连接的连接部20上的剖面积小的部分的长度增长。由此，由于能使通过连接部20的短路磁路的磁阻增大，故能使向定子1侧交链的有效的交链磁通进一步增大。又，层叠后的钢板17中，在夹于上下两端部的钢板17a、17b的部分的钢板17中，由于无该连接部20、且在该处形成有缺口部21，故能使该部分的磁阻进一步增大，能使有效的交链磁通进一步增大。另外，通过将缺口部21的径向尺寸C设定成大于等于最小空隙长度B0，能使该效果进一步增大。
转子铁心12，将在圆周方向上分割成多个的分割铁心16连接构成。又，各分割铁心16，将多片钢板17层叠构成。通过作成这样的结构，与将转子铁心12用圆环状的钢板层叠地构成的情况相比，能有效地利用钢板。顺便地说，在使用作成圆环状的钢板的场合，剩留的部分较多、损耗增多，而在作成上述结构的场合，能使钢板的损耗作成尽量少。
由于作成利用模压成形的树脂15将各永久磁铁14和转子铁心12和框架11固接的结构，故能将它们牢固地固定。
并且，通过将上述的永久磁铁型电动机100在兼脱水用洗衣机101中用作旋转桶103和搅拌体102的旋转驱动源，就能提供振动噪音小的洗衣机。
本发明不只限于上述实施例，也能如下那样地进行变形或扩张。
在上述实施例中，表示了将本发明应用于外转子型的永久磁铁型电动机100的例子，但本发明也能应用于转子在定子的内部进行旋转的内转子型的永久磁铁型电动机。
又，在上述实施例中，作为洗衣机，例示了将旋转桶103的轴指向上下方向的纵轴型的兼脱水用洗衣机101，但本发明也能应用于将旋转桶(滚筒)的轴指向大致水平方向的滚筒式洗衣机。该场合，将上述永久磁铁型电动机100用作该旋转桶的旋转驱动源。
Claims (10)
1、一种永久磁铁型电动机，其特征在于，具有以下的结构要素：
定子；
在由多片钢板层叠构成的转子铁心上沿圆周方向形成多个磁铁插入孔、并向所述磁铁插入孔插入励磁用的永久磁铁而构成的转子；以及
位于所述转子铁心的与所述永久磁铁对应的各磁极部、从径向与所述定子相对的磁极面，该磁极面具有大致圆弧面形状的第1面、以及第2面和第3面，所述第1面形成于该磁极面的圆周方向的大致中央部，且与所述定子之间的空隙长度在圆周方向上基本上不变，所述第2面和第3面形成于该磁极面的圆周方向的两侧，且越靠近磁极的边界，与所述定子之间的空隙长度越大，
所述第1面的圆弧面形状是在通过磁极中心与转子旋转中心的磁极轴上且在转子的旋转中心侧具有中心，并形成在电气角以磁极的中心为0度时从±15度至±35度的范围内，且所述空隙长度比最小空隙长度仅大10％左右，所述第2面和第3面的形状是，磁极的边界侧的最大空隙长度大于等于所述最小空隙长度的3倍。
2、如权利要求1所述的永久磁铁型电动机，其特征在于，所述第1面、第2面和第3面分别是圆弧面形状，磁极面由分别成为圆弧面形状的所述第1面、第2面和第3面构成。
3、如权利要求2所述的永久磁铁型电动机，其特征在于，所述第2面和第3面是以从通过磁极中心的磁极轴朝圆周方向变位且处于轭铁部上的位置为中心的圆弧面。
4、如权利要求1所述的永久磁铁型电动机，其特征在于，在所述转子铁心的磁极边界部，形成有与所述定子之间的空隙长度比所述第2面和第3面的最大空隙长度大的槽部。
5、如权利要求4所述的永久磁铁型电动机，其特征在于，在所述转子铁心上，在所述磁铁插入孔与所述槽部之间，在所述钢板的层叠方向的全部或一部分形成了使所述磁铁插入孔与所述槽部连通的缺口部。
6、如权利要求5所述的永久磁铁型电动机，其特征在于，所述缺口部的径向尺寸大于等于所述最小空隙长度。
7、如权利要求1所述的永久磁铁型电动机，其特征在于，所述转子铁心通过将在圆周方向分割成多个的分割铁心连接而成。
8、如权利要求1所述的永久磁铁型电动机，其特征在于，所述永久磁铁与转子铁心利用模压成形的树脂固接。
9、如权利要求1所述的永久磁铁型电动机，其特征在于，所述转子的转子铁心成为圆环状，是转子铁心配置在所述定子的外周侧的外转子型。
10、一种具有旋转桶的洗衣机，其特征在于，具有以下的结构要素：
使所述旋转桶旋转驱动的永久磁铁型电动机，该电动机具有：定子；在由多片钢板层叠构成的转子铁心上沿圆周方向形成多个磁铁插入孔、并向所述磁铁插入孔插入励磁用的永久磁铁而构成的转子；以及位于所述转子铁心的与所述永久磁铁对应的各磁极部、从径向与所述定子相对的磁极面，所述磁极面具有大致圆弧面形状的第1面、以及第2面和第3面，所述第1面形成于该磁极面的圆周方向的大致中央部，且与所述定子之间的空隙长度在圆周方向上基本上不变，所述第2面和第3面形成于该磁极面的圆周方向的两侧，且靠近朝磁极的边界，与所述定子之间的空隙长度越大，所述第1面的圆弧面形状是在通过磁极中心与转子旋转中心的磁极轴上且在转子的旋转中心侧具有中心，并形成在电气角以磁极的中心为0度时从±15度至±35度的范围内，且所述空隙长度比最小空隙长度仅大10％左右，所述第2面和第3面的形状是，磁极的边界侧的最大空隙长度大于等于所述最小空隙长度的3倍。
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