CN103546009A - 永磁式同步电动机 - Google Patents

Abstract

本发明实现一种组装方便、强度高并且使用寿命长的永磁式同步电动机。本发明的永磁式同步电动机具有转子和定子。转子具有多个永磁体、由磁性材料构成的多个铁心以及保持部分，该保持部分由金属的非磁性材料构成，用于保持多个永磁体和多个铁心。保持部分具有第一平板部分和多个支撑部分，该第一平板部分与转子的旋转轴垂直，且由平板构成，多个支撑部分设置在第一平板部分上，并且沿着转子的周向排列。多个铁心分别设置在沿着周向排列的多个支撑部分之间的位置。多个铁心分别具有与多个支撑部分中的至少一个支撑部分卡止的卡止部分。多个永磁体分别设置在沿着周向排列的多个铁心之间的位置。

Description

永磁式同步电动机

技术领域

本发明涉及一种永磁式同步电动机。

背景技术

已知有将多个永磁体和由磁性材料成型且彼此以非接触的状态设置的多个铁心交替地设置成放射状的转子。由于在铁心之间短路的磁通不会被变换为转矩，所以为了有效地提高转矩，需要将铁心设置成彼此之间不接触，使得各个铁心在磁性上保持独立。在上述转子中，通过在铁心之间设置气隙，使铁心之间的磁阻增大，使各个铁心在磁性上保持独立，由此来防止永磁体的在铁心中流动的磁通在铁心之间产生短路。

将多个永磁体、多个铁心形成一体化，并将他们与旋转轴连接，这一做法在技术上比较困难。为了简化结构以及提高制作效率，已知有通过树脂模塑将包括永磁体、铁心以及旋转轴连接用构件等的转子整体实现一体化并一体地固定的技术以及在铁心的定子侧的前端设置突起，并将永磁体设置在该突起上的技术等(例如参照专利文献1和2)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本国专利特开平11-341757号公报

专利文献2：日本国专利特表2003-533158号公报

可是，树脂模塑与钢材等相比具有强度小和使用寿命短等问题。此外，在所述将永磁体设置在铁心的突起上的技术中，永磁体通过铁心来固定，在通过树脂将铁心固定在旋转轴上的情况下，无法提高转子整体的强度和使用寿命。

发明内容

为了解决上述课题，作为本发明的一个方面的永磁式同步电动机具有转子和定子。转子具有多个永磁体、由磁性材料构成的多个铁心以及保持部分，该保持部分由金属的非磁性材料构成，用于保持多个永磁体和多个铁心。保持部分具有第一平板部分和多个支撑部分，该第一平板部分与转子的旋转轴垂直，且由平板构成，多个支撑部分设置在第一平板部分上，并且沿着转子的周向排列。多个铁心分别设置在沿着周向排列的多个支撑部分之间的位置。多个铁心分别具有与多个支撑部分中的至少一个支撑部分卡止的卡止部分。多个永磁体分别设置在沿着周向排列的多个铁心之间的位置。

发明效果

根据本发明，能够实现一种组装方便、强度高并且使用寿命长的永磁式同步电动机。

附图说明

图1是表示电动机结构的正视图。

图2是表示电动机结构的右侧视图。

图3是电动机的局部放大正视图。

图4是表示电动机结构的正视截面图。

图5是电动机的局部放大正视截面图。

图6是表示背面覆盖部分3a的结构的正视图。

图7是表示背面覆盖部分3a的结构的截面图。

图8是表示正面覆盖部分3b的结构的正视图。

图9是表示正面覆盖部分3b的结构的截面图。

图10是表示保持器3一体化前的保持爪5a的前端部分的侧视图。

图11是表示保持器3一体化前的保持爪5b的前端部分的侧视图。

图12是表示保持器3的结构的截面图。

图13是表示保持器3一体化后的保持爪5a的前端部分的截面图。

图14是表示保持器3一体化后的保持爪5b的前端部分的截面图。

符号说明

1：永磁体，2：铁心，2a、2b：突起，3：保持器，3a：背面覆盖构件，3b：正面覆盖构件，4a、4b：平板部分，5a、5b：保持爪，6：转子，12：定子，13：固定构件，20a、20b、21：贯通孔，23a、23b：前端部分

具体实施方式

以下对本实施例所涉及的电动机的结构进行说明。

图1是表示电动机结构的正视图，图2是表示电动机结构的右侧视图，图3是电动机的局部放大正视图。本实施例所涉及的电动机是内转子型的永磁式同步电动机，具有转子6和定子12。具体来说是，定子12隔着气隙设置在转子6的径向外侧。定子12具有通过对层叠电磁钢板进行成型而制成的定子铁心9。定子铁心9具有形成定子12外周的圆筒状的背面磁轭7以及设置在背面磁轭7的径向内侧且呈放射状排列的多个齿状物8。此外，定子12进一步具有卷绕在齿状物8上的线圈10以及覆盖线圈10的正面侧和背面侧的绝缘材料11。图中的线圈10集中卷绕在各个齿状物8上，但也可以采用跨越多个齿状物8卷绕的分布卷绕方式。

转子6与旋转轴结合，并且与旋转轴一起旋转。此外，转子6也可以不与旋转轴结合，而与被驱动的物体结合。转子6具有多个永磁体1、多个铁心2以及作为容器的保持器3，该保持器3用于保持多个永磁体1和多个铁心2。

如图3所示，保持器3具有形成保持器3的背面的背面覆盖部分3a和形成保持器3的正面的正面覆盖部分3b。在图3中，永磁体1和铁心2中的隐蔽在保持器3内的部分以虚线表示。永磁体1和铁心2从旋转轴心呈放射状地设置，并且在转子6的周向上交替地设置。也就是说，多个铁心2在周向上排列，多个永磁体1分别设置在彼此相邻的两个铁心2之间。因此，永磁体1的数量与铁心2的数量(n个，n为2以上的整数)相等。

以下对保持器3的内部结构进行说明。

图4是表示电动机结构的正视截面图，图5是电动机的局部放大正视截面图。永磁体1设置成其磁化方向即N极和S极的方向朝向转子6的周向，并且与相邻的铁心2之间各自的同极彼此相对向。通过永磁体1的磁通使铁心2磁化，使得在铁心2的靠定子12侧的端部，N极和S极在周向上交替排列。由此，能够构成永磁式同步电动机的转子6。

如上所述，铁心2需要通过永磁体1进行磁化，所以通过对磁性材料进行成型来制作。为了降低涡电流损耗和磁滞损耗等铁损，优选使用层叠电磁钢板和压粉铁心等来制作铁心2。

以下说明保持器3对铁心2和永磁体1的保持方法。

如图5所示，保持器3具有沿着转子6的外周等间隔地排列的多个保持爪5a和沿着转子6的内周等间隔地排列的多个保持爪5b。多个保持爪5a和多个保持爪5b分别在转子6的径向上相对向。多个铁心2分别设置在彼此相邻的两个保持爪5a之间，并且设置在与该两个保持爪5a分别相对向的两个保持爪5b之间。也就是说，多个铁心分别在转子6的周向上设置在多个保持爪5a之间的位置，并且在转子6的周向上设置在多个保持爪5b之间的位置。因此，保持爪5a的数量和保持爪5b的数量分别与铁心2的数量相等。此外，相对向的保持爪5a、5b也可以形成一体化。

将铁心2的位于相邻的两个保持爪5a之间的部分的长度设定为Wa，将铁心2的位于相邻的两个保持爪5b之间的部分的长度设定为Wb。在铁心2没有安装在保持器3上的状态下，Wa在保持爪5a的间隔以下，Wb在保持爪5b的间隔以下。在制造电动机时，通过加压装置等将各个铁心2压入彼此相邻的两个保持爪5a之间，并且压入彼此相邻的两个保持爪5b之间。由此，各个铁心2在分别与相邻的两个保持爪5a保持紧密接触的同时，与相邻的两个保持爪5b保持紧密接触，被固定成没有游隙的状态。因此，保持爪5a、5b能够防止铁心2在周向上移动。

铁心2具有分别从定子12方向(离心方向)的端部朝周向的两个方向突出的两个突起2a以及从旋转轴心方向(向心方向)的端部朝周向的两个方向突出的两个突起2b。突起2a朝保持爪5a的定子12侧突出，突起2b朝保持爪5b的旋转轴心侧突出。铁心2的两个突起2a的旋转轴心侧分别卡止在两个保持爪5a上，并且铁心2的两个突起2b的定子12侧分别卡止在两个保持爪5b上。因此，保持爪5a、5b能够防止铁心2朝径向移动。

根据上述铁心2以及保持爪5a、5b的结构，保持器3能够方便并且牢固地对铁心2进行固定。此外，铁心2也可以设置成只具有两个突起2a中的一个突起2a，并且也可以设置成只具有两个突起2b中的一个突起2b。另外，铁心2也可以具有与保持爪5a、5b卡止的部分来取代突起2a、2b。例如，也可以在铁心2上设置用于取代突起2a的槽，并且使该槽与保持爪5a卡止。同样，也可以在铁心2上设置用于取代突起2b的槽，并且使该槽与保持爪5b卡止。

多个永磁体1分别设置于在周向上相邻的两个铁心2之间，并且设置于在径向上相对向的保持爪5a、5b之间。也就是说，多个永磁体1分别设置在多个铁心2之间的位置上。由于电动机转矩和相对于定子12的吸引力作用在铁心2上，所以铁心2会产生微小的变形。如果永磁体1与铁心2紧密接触，则永磁体1可能会因为铁心2的变形而产生割裂。在本实施例中，将永磁体1的位于相邻的两个铁心2之间的部分的长度设定成比该两个铁心2之间的距离小。也就是说，在永磁体1和与该永磁体1相邻的铁心2之间形成有间隙。通过该间隙，能够防止永磁体1产生割裂。彼此相向的保持爪5a、5b也可以一体化。例如，也可以通过在平板部分4a上设置限制永磁体1在径向上移动的支撑部分或基座部分等来取代保持爪5a、5b。

以下对保持器3的各个部分的结构进行说明。

图6是表示背面覆盖部分3a的结构的正视图，图7是表示背面覆盖部分3a的结构的截面图。该截面图表示图6的背面覆盖部分3a的A-A箭头方向的截面。背面覆盖部分3a具有形成保持器3的靠背面侧的壁部的平板部分4a和竖立地设置在平板部分4a的正面侧以形成保持器3的靠定子12侧的壁部的保持爪5a。平板部分4a具有供正面覆盖部分3b的保持爪5b的前端穿过的贯通孔20a和供设置在背面侧的旋转轴上的固定构件13穿过的贯通孔21。

图8是表示正面覆盖部分3b的结构的正视图，图9是表示正面覆盖部分3b的结构的截面图。该截面图表示图8的正面覆盖部分3b的C-C箭头方向的截面。正面覆盖部分3b具有形成保持器3的靠正面侧的壁部的平板部分4b和竖立地设置在平板部分4b的背面侧以形成保持器3的靠旋转轴心侧的壁部的保持爪5b。平板部分4b具有供背面覆盖部分3a的保持爪5a的前端穿过的贯通孔20b。

以下说明通过使背面覆盖部分3a和正面覆盖部分3b一体化来组装保持器3时的组装方法。

图10是表示保持器3一体化前的保持爪5a的前端部分的侧视图。该图表示图7的保持爪5a的B箭头所示方向的侧面。保持爪5a具有前端分成两叉的前端部分23a。图11是表示保持器3一体化前的保持爪5b的前端部分的侧视图。该图表示图9的保持爪5a的D箭头所示方向的侧面。保持爪5b具有前端分成两叉的前端部分23b。

在该状态下组装保持器3的组装方法例如是，在背面覆盖部分3a的平板部分4a上设置铁心2和永磁体1。例如将铁心2压入相邻的两个保持爪5a之间，并在相邻的两个铁心2之间设置永磁体1。

图12是表示保持器3的结构的截面图。该截面图表示图3中的保持器3的E-E箭头方向的截面。将铁心2和永磁体1设置在平板部分4a上后的保持器3的组装方法是，使背面覆盖部分3a的平板部分4a与正面覆盖部分3b的平板部分4b相对向，并将背面覆盖部分3a和正面覆盖部分3b组合在一起。此时，使正面覆盖部分3b的保持爪5b的前端部分23b穿过背面覆盖部分3a的贯通孔20a，并且使背面覆盖部分3a的保持爪5a的前端部分23a穿过正面覆盖部分3b的贯通孔20b。此后，进一步将铁心2压入相邻的两个保持爪5b之间。在该状态下，永磁体1的靠定子12侧的部分由保持爪5a覆盖，永磁体1的靠旋转轴心侧的部分由保持爪5b覆盖。通过使前端部分23b穿过贯通孔20a，并且使前端部分23a穿过贯通孔20b，能够方便并且精确地决定背面覆盖部分3a和正面覆盖部分3b的位置关系。

图13是表示保持器3一体化后的保持爪5a的前端部分的截面图，图14是表示保持器3一体化后的保持爪5b的前端部分的截面图。将背面覆盖部分3a和正面覆盖部分3b组装在一起后的保持器3的组装方法是，使保持爪5a的朝着平板部分4b的正面侧突出的前端部分23a塑性变形，使平板部分23a的两叉部分分别沿着平板部分4b的正面展开。同样，使保持爪5b的朝着平板部分4a的背面侧突出的前端部分23b塑性变形，使平板部分23b的两叉部分分别沿着平板部分4a的背面展开。例如，使用加压机械等将前端部分23a、23b展开，由此能够使前端部分23a、23b塑性变形。

此时，在与平板部分4b平行的规定的方向上，前端部分23a的靠平板部分4b的正面侧的部分的尺寸变得大于贯通孔20b的开口尺寸。同样，在与平板部分4a平行的规定的方向上，前端部分23b的靠平板部分4a的背面侧的部分的尺寸变得大于贯通孔20a的开口尺寸。由此，前端部分23a卡止在贯通孔20b的正面侧，前端部分23b卡止在贯通孔20a的背面侧。根据该结构，能够方便地连接背面覆盖部分3a和正面覆盖部分3b。

通过连接背面覆盖部分3a和正面覆盖部分3b，多个永磁体1和多个铁心2以夹在平板部分4a、4b之间的方式得到保持。此外，平板部分4a、4b也可以通过平板以外的形状来保持永磁体1和铁心2。例如，也可以将平板部分4a、4b的一方设置成垂直于旋转轴的圆环。

在保持器3的组装完成后，使固定构件13从正面侧穿过贯通孔21，并在贯通孔21的背面侧将固定构件13固定在旋转轴上，由此将保持器3固定在旋转轴上。固定构件13是螺栓、销等。由此，能够将保持器3牢固地连接在旋转轴上。

保持器3通过对金属的非磁性材料进行成型而制成。金属的非磁性材料例如优选使用不锈钢等钢材。此外，保持器3也可以由铝或铝合金等其他金属的非磁性材料构成。通过用非磁性材料来构成保持器3，能够防止永磁体1的磁通经由保持器3使铁心2之间造成短路。此外，通过采用钢材作为保持器3的材料，与采用树脂模塑的现有技术相比，能够提高强度和延长使用寿命。例如，采用冲裁加工方式，用模具对金属板进行成型，并通过弯曲加工来制作保持爪5a、5b，能够分别制作背面覆盖部分3a和正面覆盖部分3b。由此，能够方便地制作背面覆盖部分3a和正面覆盖部分3b。

在采用现有技术中的树脂模塑来进行组装时，需要使用定位装置或者夹具对永磁体1和铁心2等进行临时定位，并且需要在保持该状态的同时进行树脂模塑，最后还需要拆除定位装置或者夹具。另一方面，在本实施例中，能够通过保持器3的保持爪5a、5b对永磁体1和铁心2等进行定位，因此在组装时，只需将永磁体1和铁心2等插入保持爪5a之间，并将背面覆盖部分3a和正面覆盖部分3b连接起来即可。也就是说，与现有技术相比，本实施例能够方便地组装转子6。

如上所述，通过牢固的保持器3将多个永磁体1和多个铁心2保持成一体，并且将保持器3固定在旋转轴上，能够方便地制作强度高并且使用寿命长的转子6。此外，通过提高转子6的强度，能够提高电动机的转矩。由此，能够将本实施例的电动机应用在电梯的卷扬机等上。

以下对其他的实施例进行说明。

在上述实施例中，保持爪5a设置在背面覆盖部分3a上，保持爪5b设置在正面覆盖部分3b上，但也可以将保持爪5a、5b均设置在背面覆盖部分3a和正面覆盖部分3b中的任一个上。

在上述实施例中，采用了将保持器3分割成背面覆盖部分3a和正面覆盖部分3b的结构，但也可以通过沿着周向对保持器3进行分割等而对保持器3进一步进行细分。

在上述实施例中，作为电动机采用了内转子型的永磁式同步电动机，但也可以采用外转子型的永磁式同步电动机。

在以上的实施例中进行了说明的技术可以进行如下的表述。

(表述1)

一种永磁式同步电动机，其具有转子和定子，在该永磁式同步电动机中，

所述转子具有多个永磁体、由磁性材料构成的多个铁心以及保持部分，所述保持部分由金属的非磁性材料构成，用于保持所述多个永磁体和所述多个铁心，

所述保持部分具有第一平板部分和多个支撑部分，所述第一平板部分与所述转子的旋转轴垂直，且由平板构成，所述多个支撑部分设置在所述第一平板部分上，并且沿着所述转子的周向排列，

所述多个铁心分别设置在沿着所述周向排列的所述多个支撑部分之间的位置，

所述多个铁心分别具有与所述多个支撑部分中的至少一个支撑部分卡止的卡止部分，

所述多个永磁体分别设置在沿着所述周向排列的所述多个铁心之间的位置。

(表述2)

如表述1所述的永磁式同步电动机，

所述多个支撑部分分别具有第一支撑部分和第二支撑部分，所述第一支撑部分相对于相邻的永磁体设置在所述定子侧，所述第二支撑部分相对于所述相邻的永磁体设置在所述定子的相反侧。

(表述3)

如表述2所述的永磁式同步电动机，

所述多个铁心的卡止部分分别具有第一卡止部分和第二卡止部分，所述第一卡止部分与相邻的第一支撑部分卡止，所述第二卡止部分与相邻的第二支撑部分卡止。

(表述4)

如表述3所述的永磁式同步电动机，

所述第一卡止部分在所述定子侧与所述相邻的第一支撑部分相比在所述周向上更突出，

所述第二卡止部分在所述定子的相反侧与所述相邻的第二支撑部分相比在所述周向上更突出。

(表述5)

如表述1至4中的任一项所述的永磁式同步电动机，

所述多个铁心分别与相邻的两个支撑部分紧密接触。

(表述6)

如表述1至5中的任一项所述的永磁式同步电动机，

所述多个永磁体中的各个永磁体在与相邻的铁心之间分别形成有空间。

(表述7)

如表述1至6中的任一项所述的永磁式同步电动机，

所述金属是钢材。

(表述8)

如表述2所述的永磁式同步电动机，

所述保持部分进一步具有第二平板部分，所述第二平板部分由平板构成，隔着所述多个永磁体和所述多个铁心与所述第一平板部分相对向，并且与所述多个支撑部分的第一支撑部分和第二支撑部分中的至少一个支撑部分连接。

(表述9)

如表述8所述的永磁式同步电动机，

所述第二平板部分具有贯通孔，所述多个支撑部分的第一支撑部分和第二支撑部分中的至少一个支撑部分的前端部分穿过所述贯通孔。

(表示10)

如表述9所述的永磁式同步电动机，

在垂直于所述旋转轴的规定方向上，所述前端部分的从所述第二平板部分突出的部分的尺寸大于所述贯通孔的开口尺寸。

以下对上述表述中的用语进行说明。保持部分例如与保持器3相对应。支撑部分例如与保持爪5a、5b相对应。卡止部分例如与突起2a、2b相对应。第一平板部分例如与平板部分4a相对应。第二平板部分例如与平板部分4b相对应。第一支撑部分例如与保持爪5a相对应。第二支撑部分例如与保持爪5b相对应。第一突出部分例如与突起2a相对应。第二突出部分例如与突起2b相对应。

Claims (10)

1.一种永磁式同步电动机，其具有转子和定子，所述永磁式同步电动机的特征在于，

所述转子具有多个永磁体、由磁性材料构成的多个铁心以及保持部分，所述保持部分由金属的非磁性材料构成，用于保持所述多个永磁体和所述多个铁心，

所述保持部分具有第一平板部分和多个支撑部分，所述第一平板部分与所述转子的旋转轴垂直，且由平板构成，所述多个支撑部分设置在所述第一平板部分上，并且沿着所述转子的周向排列，

所述多个铁心分别设置在沿着所述周向排列的所述多个支撑部分之间的位置，

所述多个铁心分别具有与所述多个支撑部分中的至少一个支撑部分卡止的卡止部分，

所述多个永磁体分别设置在沿着所述周向排列的所述多个铁心之间的位置。

2.如权利要求1所述的永磁式同步电动机，其特征在于，

所述多个支撑部分分别具有第一支撑部分和第二支撑部分，所述第一支撑部分相对于相邻的永磁体设置在所述定子侧，所述第二支撑部分相对于所述相邻的永磁体设置在所述定子的相反侧。

3.如权利要求2所述的永磁式同步电动机，其特征在于，

所述多个铁心的卡止部分分别具有第一卡止部分和第二卡止部分，所述第一卡止部分与相邻的第一支撑部分卡止，所述第二卡止部分与相邻的第二支撑部分卡止。

4.如权利要求3所述的永磁式同步电动机，其特征在于，

所述第一卡止部分在所述定子侧与所述相邻的第一支撑部分相比在所述周向上更突出，

所述第二卡止部分在所述定子的相反侧与所述相邻的第二支撑部分相比在所述周向上更突出。

5.如权利要求1所述的永磁式同步电动机，其特征在于，

所述多个铁心分别与相邻的两个支撑部分紧密接触。

6.如权利要求1所述的永磁式同步电动机，其特征在于，

所述多个永磁体中的各个永磁体在与相邻的铁心之间分别形成有空间。

7.如权利要求1至6中的任一项所述的永磁式同步电动机，其特征在于，

所述金属是钢材。

8.如权利要求2所述的永磁式同步电动机，其特征在于，

所述保持部分进一步具有第二平板部分，所述第二平板部分由平板构成，隔着所述多个永磁体和所述多个铁心与所述第一平板部分相对向，并且与所述多个支撑部分的第一支撑部分和第二支撑部分中的至少一个支撑部分连接。

9.如权利要求8所述的永磁式同步电动机，其特征在于，

所述第二平板部分具有贯通孔，

所述多个支撑部分的第一支撑部分和第二支撑部分中的至少一个支撑部分的前端部分穿过所述贯通孔。

10.如权利要求9所述的永磁式同步电动机，其特征在于，

在垂直于所述旋转轴的规定方向上，所述前端部分的从所述第二平板部分突出的部分的尺寸大于所述贯通孔的开口尺寸。

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