TW201338353A - 永久磁鐵馬達 - Google Patents

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Abstract

本發明之永久磁鐵馬達1係包括：永久磁鐵23，其係對應於以轉子20之軸心為中心之四方形之各邊之位置，且以2部位之端部鄰近轉子20之外周面之方式埋設入轉子20中；及狹縫26，其係配置於轉子20之外周面與永久磁鐵23之間，且與轉子軸線方向成直角之剖面之形狀係從永久磁鐵側向轉子外周面側延伸之長形，且沿著永久磁鐵23隔著間隔而複數排列。關於包含對應於永久磁鐵23之端部而配置者之端部附近之複數之狹縫26a、26b，彼此之剖面之長度方向為大致平行，且彼此之轉子外周面側之端部與轉子20之外周面之間隔Xa、Xb係不同。

Description

永久磁鐵馬達
本發明係關於一種永久磁鐵馬達，其係具有埋設有永久磁鐵之馬達。
先前之永久磁鐵馬達之轉子，係揭示於專利文獻1中。該先前之永久磁鐵馬達之轉子，係於芯部(轉子芯部)內部中埋設有永久磁鐵之構成之轉子。具有該構成之轉子之馬達，係可並用藉由永久磁鐵之吸引、排斥所產生之磁性轉矩、與藉由線圈吸引馬達芯部所產生之磁阻轉矩，而可謀求高效率化。最近，如此之永久磁鐵馬達在空調、洗衣機、冰箱等家電產品之應用範圍係逐漸擴大。
另一方面，擔憂具有埋設有永久磁鐵之轉子之馬達，於轉子旋轉時所產生之轉矩變動即轉矩漣波，有變大之可能性。若轉子旋轉時之轉矩漣波變大，則會有永久磁鐵馬達及搭載其馬達之機器之震動、噪音變大之問題。
為解決此問題，專利文獻1中所揭示之永久磁鐵馬達之轉子，係在永久磁鐵插入口(永久磁鐵用打孔)之直徑方向外側上，具備複數個狹縫。該等複數個狹縫係沿著鄰近之永久磁鐵大致等間隔配置，且以與永久磁鐵之間隔及與轉子外周面之間隔全部成為一樣之方式而形成。藉此，該先前之轉子將轉子旋轉時所產生之轉矩漣波縮小，提供一種震動、噪音較小之馬達。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平11-187597号公報
然而，上述先前之永久磁鐵馬達之轉子，係以複數個狹縫之與永久磁鐵之間隔及與轉子外周面之間隔全部成為一樣之方式而形成，故對在鄰近轉子外周面之永久磁鐵之端部附近所產生之磁通，並未做抑制轉矩漣波之適當考慮。因此，存在無法充分抑制轉子旋轉時所產生之轉矩漣波之問題。
本發明係鑒於上述之點而完成者，且以提供一種可有效抑制轉子旋轉時所產生之轉矩漣波之永久磁鐵馬達為目的。
為解決上述問題，本發明之永久磁鐵馬達之特徵為具備：永久磁鐵，其係對應於以轉子之軸心為中心之大致多邊形之各邊之位置，且以2部位之端部鄰近上述轉子之外周面之方式而配置，並沿著轉子軸線方向埋設入於上述轉子中；及狹縫，其係配置於上述轉子之外周面與上述永久磁鐵之間，且與轉子軸線方向成直角之剖面之形狀係從永久磁鐵側向轉子外周面側延伸之長形，並沿著轉子軸線方向開口，且沿著上述永久磁鐵隔著間隔而複數排列；且關於包含對應於上述永久磁鐵之上述端部而配置者之上述端部附近之複數之上述狹縫，彼此之上述剖面之長度方向為 大致平行，且彼此之轉子外周面側之端部與上述轉子之外周面之間隔係不同。
根據該構成，於鄰近轉子外周面之永久磁鐵之端部附近所產生之磁通量會受到調整。因此，該永久磁鐵於轉子旋轉時所產生之轉矩之變動幅度會變小。
另外，此處所述之「長度方向」，係意味著例如在成為矩形或帶狀形、橢圓形(扁圓形、長圓形)、圓弧形等所謂的「長形」之形狀中，矩形或帶狀形之長邊方向、橢圓形狀之長軸方向、圓弧形之圓周方向。
又，在上述構成之永久磁鐵馬達中，其特徵為關於包含對應於上述永久磁鐵之上述端部而配置者之上述端部附近之複數之上述狹縫，狹縫排列方向內側之上述狹縫之轉子外周面側之端部與上述轉子之外周面之間隔，係比對應上述端部之上述狹縫寬。
根據該構成，對應於永久磁鐵之端部之狹縫與轉子之外周面之間隔，跟較其在狹縫排列方向內側之狹縫與轉子之外周面之間隔之間產生差異。因此，於鄰近轉子外周面之永久磁鐵之端部附近所產生之磁通量受到調整。
又，在上述構成之永久磁鐵馬達中，其特徵為上述永久磁鐵於2部位之上述端部之間，所具有之與上述轉子之外周面對向之一面為平面，且包含對應於上述永久磁鐵之上述端部而配置者之上述端部附近之複數之上述狹縫，彼此之上述剖面之長度方向之長度細相同。
根據該構成，由於一般轉子為圓柱形，故包含對應於永 久磁鐵之端部而配置者之複數狹縫，彼此之與轉子之外周面之間隔會產生差異。因此，於鄰近轉子外周面之永久磁鐵之端部附近所產生之磁通量會受到調整。
根據本發明之構成，永久磁鐵馬達鄰近轉子外周面之永久磁鐵之端部附近所產生之磁通量會受到調整，而可縮小轉子旋轉時所產生之轉矩之變動幅度。因此，可提供一種有效抑制轉子旋轉時所產生之轉矩漣波之永久磁鐵馬達。
以下，基於圖1至圖9來說明本發明之實施形態。
首先，關於本發明之第1實施形態之永久磁鐵馬達，使用圖1來說明其構造之概略。圖1係永久磁鐵馬達之剖面圖。
永久磁鐵馬達1係具備如圖1所示之固定子即定子10、與旋轉子即轉子20。
定子10係具備以環狀之磁性材料所構成之定子芯部11。定子芯部11係具備：環狀之定子軛12；及定子齒13，其係以從該定子磁軛12之內周部分，向直徑方向內側突出之方式而延伸。定子齒13之直徑方向內側之前端部，係在轉子20之外周面隔著間隙而對向。
定子齒13係在永久磁鐵馬達1之圓周方向上，例如6個排列一圈地配置。意即，於定子10中形成有6處槽孔14。定子齒13係例如將複數張鋼板朝馬達軸線方向(對圖1之紙面為垂直之方向)積層而作為一體來形成。
定子齒13之外周係安裝有構成包含電性絕緣材料之捲線軸之絕緣體(未圖示)。此外，於絕緣體之外側即槽孔14之部位形成有沿馬達軸線方向捲繞有電線之線圈15。用於旋轉驅動轉子20之電流於該線圈15上流動。
轉子20係以大致圓柱形之磁性材料所構成，且如圖1所示，可旋轉地配置在定子10之內側之旋轉子。轉子20係具備：旋轉軸21；及轉子芯部22，其係相對於該旋轉軸21之周面固定成無法位移。
旋轉軸21係例如其兩端部經由2個軸承(未圖示)，而可旋轉地受馬達外殼(未圖示)等支撐。又，於其他例中，旋轉軸21係一端部使用軸承等以懸臂狀地受支撐。另外，轉子軸線方向係與馬達軸線方向相同，且朝相對圖1之紙面成垂直之方向延伸。轉子芯部22係埋設有永久磁鐵23。
接著，使用圖1，再加上圖2至圖4進而詳細說明關於轉子20之構成。圖2係永久磁鐵馬達1之轉子20之剖面圖；圖3係轉子20之剖面之永久磁鐵23及狹縫之部位之部分放大圖；圖4係表示永久磁鐵馬達1之轉子旋轉角度與轉矩之關係之圖表。
轉子20之轉子芯部22係如圖2所示，N極及S極之2個磁極沿圓周方向遍布全圓周地交互並置構成。轉子芯部22之磁極數為4。於轉子芯部22之磁極，每1部位皆分別設置有永久磁鐵插入口24，且在永久磁鐵插入口24中埋設有永久磁鐵23。
永久磁鐵23與轉子軸線方向成直角之剖面形狀為矩形， 其係對應於以轉子20之軸心為中心之四方形之各邊之位置，且以2部位之端部鄰近轉子20之外周面之方式而配置。永久磁鐵插入口24之可插入永久磁鐵23大小之與轉子軸線方向成直角之剖面形狀為例如梯形，且沿著轉子軸線方向開口。永久磁鐵23係配合永久磁鐵插入口24，沿著轉子軸線方向延伸地插入永久磁鐵插入口24中而埋入著。另外，圖2顯示有永久磁鐵23及永久磁鐵插入口24於此處所述之剖面。
永久磁鐵23係在其剖面之長度方向兩端之間，接觸永久磁鐵插入口24之內面。並且，在該永久磁鐵插入口24之內部，鄰接永久磁鐵23之剖面之長度方向兩端外側，且鄰近轉子20之外周面，設置空隙部25。空隙部25其剖面形狀為例如三角形狀，並沿著轉子軸線方向開口。
於轉子20之外周面與永久磁鐵23之間，設置有狹縫26。狹縫26與轉子軸線方向成直角之剖面之形狀，係從永久磁鐵側向轉子外周面側延伸之長形，意即成橢圓狀沿著轉子軸線方向開口。又，狹縫26係沿著鄰近之永久磁鐵23隔著間隔而複數排列。意即，狹縫26係每1個鄰近之永久磁鐵23，設置有6個。
如圖3所示，鄰近1個永久磁石23之6個狹縫26中，包含與永久磁鐵23之2部位之各端部對應而配置之狹縫26a之端部附近之2個狹縫26a、26b，彼此之剖面之長度方向為大致平行。另外，圖3之一點鏈線所延伸之方向係表示2個狹縫26a、26b之剖面之長度方向。
並且，狹縫26a、26b彼此之轉子外周面側之端部與轉子20之外周面之間隔Xa、Xb係不同。意即，該狹縫排列方向內側之狹縫26b之轉子外周面側之端部與轉子20之外周面之間隔Xb，係比對應於永久磁鐵23之端部而配置之狹縫26a之轉子外周面側之端部與轉子20之外周面之間隔Xa寬。
換言之，於永久磁鐵23之2部位之端部之間，所具有之與轉子20之外周面對向之一面23a係為平面；且永久磁鐵23之端部附近之2個狹縫26a、26b，係彼此剖面之長度方向之長度相同。因此，上述間隔Xb變得比間隔Xa寬。
圖4係表示旋轉如此之實施形態之構成之永久磁鐵馬達1時，轉子旋轉角度與轉矩之關係之圖表。圖表之橫軸係表示從0度至90度之轉子20之旋轉角度，而圖表之縱軸係表示對應轉子20之旋轉角度所產生之轉矩。根據此，可了解到轉矩係轉子旋轉角度每30度，便以最小值與最大值之間之變動幅度Tr1變動。
此處，關於作為上述實施形態之永久磁鐵馬達1之比較例之永久磁鐵馬達，使用圖5至圖7來說明。圖5係比較例之永久磁鐵馬達之轉子之剖面圖；圖6係比較例之永久磁鐵馬達之轉子剖面之永久磁鐵及狹縫之部位之部分放大圖；圖7係表示比較例之永久磁鐵馬達之轉子旋轉角度與轉矩之關係之圖表。另外，該比較例之基本構成，係與使用圖1至圖4所說明之上述實施形態相同，故有關與上述實施形態共通之構成要素係省略說明。
比較例之永久磁鐵馬達之轉子120，係如圖5所示具備旋轉軸121及轉子芯部122。於轉子芯部122之磁極，每1部位皆分別設置有永久磁鐵插入口124，且永久磁鐵插入口124中埋設有永久磁鐵123。
轉子120之外周面與永久磁鐵123之間，設置有狹縫126。狹縫126與轉子軸線方向成直角之剖面之形狀，係為從永久磁鐵側向轉子外周面延伸之橢圓狀。
並且，關於如圖6所示包含對應於永久磁鐵123之端部而配置之狹縫126a之端部附近之2個狹縫126a、126b，彼此之轉子外周面側之端部與轉子120之外周面之間隔Ya、Yb係大致相同。
圖7係表示旋轉如此之比較例之構成之永久磁鐵馬達時，轉子旋轉角度與轉矩之關係之圖表。根據此，轉矩係轉子旋轉角度每30度，便以最小值與最大值之間之變動幅度Tr0變動。
並且，將旋轉圖4所示之上述實施形態之永久磁鐵馬達1時之轉矩變動幅度Tr1，與旋轉圖7所示之比較例之永久磁鐵馬達時之轉矩變動幅度Tr0相比較，實施形態之永久磁鐵馬達1中所產生之轉矩變動幅度Tr1較小，為比較例之永久磁鐵馬達中產生之轉矩變動幅度Tr0之約40%。
如此，永久磁鐵馬達1係由於包含對應於永久磁鐵23之端部而配置之狹縫26a之端部附近之2個狹縫26a、26b彼此剖面之長度方向為大致平行，且彼此之轉子外周面側之端部與轉子20之外周面之間隔Xa、Xb不同，故於鄰近轉子 外周面之永久磁鐵23之端部附近所產生之磁通量會受到調整。因此，永久磁鐵馬達1可縮小轉子旋轉時所產生之轉矩之變動幅度。
又，藉由使該狹縫排列方向內側之狹縫26b之轉子外周面側之端部與轉子20之外周面之間隔Xb，較對應於永久磁鐵23之端部而配置之狹縫26a之轉子外周面側之端部與轉子20之外周面之間隔Xa寬，可使該等間隔Xa、Xb產生差異。因此，永久磁鐵馬達1可調整鄰近轉子外周面之永久磁鐵23之端部附近所產生之磁通量。
此外，藉由於圓柱形之轉子20中，與永久磁鐵23之轉子20之外周面對向之一面23a為平面，且使永久磁鐵23之端部附近之2個狹縫26a、26b彼此剖面之長度方向之長度相同，來讓彼此與轉子20之外周面之間隔產生差異。因此，永久磁鐵馬達1可調整鄰近轉子外周面之永久磁鐵23之端部附近所產生之磁通量。
並且，根據本發明之上述實施形態之構成，永久磁鐵馬達1於鄰近轉子外周面之永久磁鐵23之附近所產生之磁通量獲得調整，而可縮小轉子旋轉時所產生之轉矩之變動幅度。因此，可提供有效抑制轉子旋轉時所產生之轉矩漣波之永久磁鐵馬達1。
接著，關於本發明之第2實施形態之永久磁鐵馬達，使用圖8來說明。圖8係永久磁鐵馬達之轉子剖面之永久磁鐵及狹縫部位之部分放大圖。另外，該實施形態之基本構成，係與使用圖1至圖7所說明之上述第1實施形態相同， 故對與第1實施形態共通之構成要素，附加與之前相同之符號，並省略圖式之揭示及其說明。
第2實施形態之永久磁鐵馬達，係如圖8所示於轉子20之外周面與永久磁鐵23之間具備狹縫27。狹縫27係每1個鄰近之永久磁鐵23，設置有8個。
8個狹縫27中，包含對應於永久磁鐵23之2部位之各端部而配置之狹縫27a之端部附近之3個狹縫27a、27b、27c，係彼此剖面之長度方向為大致平行。另外，圖8之一點鏈線所延伸之方向，係表示2個狹縫27a、27b、27c之剖面之長度方向。
並且，狹縫27a、27b、27c彼此之轉子外周面側之端部與轉子20之外周面之間隔Ua、Ub、Uc係不同。意即，狹縫排列方向內側之狹縫27b、27c之轉子外周面側之端部與轉子20之外周面之間隔Ub、Uc，比對應於永久磁鐵23之端部而配置之狹縫27a之轉子外周面側之端部與轉子20之外周面之間隔Ua寬。
換言之，於永久磁鐵23之2部位之端部之間具有之與轉子20之外周面對向之一面23a係為平面，且永久磁鐵23之端部附近之2個狹縫27a、27b、27c，係彼此剖面之長度方向之長度相同。因此，上述間隔Ub、Uc比間隔Ua寬。
如該第2實施形態之構成般，關於包含對應於永久磁鐵23之2部位之各端部而配置之狹縫27a之端部附近之3個狹縫27a、27b、27c，即便於彼此剖面之長度方向為大致平行，且彼此之轉子外周面側之端部與轉子20之外周面之間 隔Ua、Ub、Uc係不同之情形，鄰近轉子外周面之永久磁鐵23之端部附近所產生之磁通量亦會受到調整。因此，永久磁鐵馬達1可縮小轉子旋轉時所產生之轉矩之變動幅度。
並且，藉由使該狹縫排列方向內側之狹縫27b、27c之轉子外周面側之端部與轉子20之外周面之間隔Ub、Uc，較對應於永久磁鐵23之端部且進行配置之狹縫27a之轉子外周面側之端部與轉子20之外周面之間隔Ua寬，來讓該等間隔Ua、Ub、Uc產生差異。因此，永久磁鐵馬達1可調整鄰近轉子外周面之永久磁鐵23之端部附近所產生之磁通量。
接著，關於本發明之第3實施形態之永久磁鐵馬達，使用圖9進行說明。圖9係永久磁鐵馬達之轉子剖面之永久磁鐵及狹縫之部位之部分放大圖。另外，該實施形態之基本構成，係與使用圖1至圖7所說明之上述第1實施形態相同，故對與第1實施形態共通之構成要素，附加與之前相同之符號，並省略圖示之揭示及其說明。
第3實施形態之永久磁鐵馬達，係如圖9所示於轉子20之外周面與永久磁鐵23之間具備狹縫28。狹縫28係每1個鄰近之永久磁鐵23，設置有6個。
6個狹縫28中，包含對應於永久磁鐵23之2部位之各端部而配置之狹縫28a之端部附近之2個狹縫28a、28b，係彼此剖面之長度方向為大致平行。另外，圖9之一點鏈線所延伸之方向，係表示2個狹縫28a、28b之剖面之長度方向。
並且，狹縫28a28b彼此之轉子外周面側之端部與轉子20 之外周面之間隔Ta、Tb係不同。意即，對應於永久磁鐵23之端部而配置之狹縫28a之轉子外周面側之端部與轉子20之外周面之間隔Ta，比該狹縫排列方向內側之狹縫28b之轉子外周面側之端部與轉子20之外周面之間隔Tb寬。
如第3實施形態之構成般，即便在對應於永久磁鐵23之端部而配置之狹縫28a之轉子外周面側之端部與轉子20之外周面之間隔Ta，比該狹縫排列方向內側之狹縫28b之轉子外周面側之端部與轉子20之外周面之間隔Tb寬之情形下，亦可使間隔Ta、Tb產生差異。因此，永久磁鐵馬達1可調整於鄰近轉子外周面之永久磁鐵23之端部附近所產生之磁通量。
以上，雖已就本發明之實施形態進行了說明，但本發明之範圍並不限定於此，可在不脫離發明之要旨之範圍內，增加各種變更來實施。
例如，永久磁鐵23、永久磁鐵插入口24及狹縫26之形狀、數量，係不受於上述實施形態中使用之形態、數量所限定，亦可為其他形狀、數量。
又，關於配置於對應以轉子20之軸心為中心之多邊形之各邊之部位之永久磁鐵23，該多邊形係不受上述實施形態之四方形所限定，亦可為例如六角形或八角形等其他多邊形。
又，關於上述實施形態中永久磁鐵23之端部附近之2個或3個狹縫，係使彼此剖面之長度方向為大致平行，且彼此之轉子外周面側之端部與轉子20之外周面之間隔不同， 但亦可以永久磁鐵23之端部附近之4個以上狹縫來作為對象。該情形，沿著永久磁鐵23隔著間隔而排列之複數個狹縫，最理想為10個以上。
[產業上利用之可能性]
本發明係可利用在具有埋設有永久磁鐵之轉子之永久磁鐵馬達。
1‧‧‧永久磁鐵馬達
10‧‧‧定子
11‧‧‧定子芯部
12‧‧‧定子磁軛
13‧‧‧定子齒
14‧‧‧插槽
15‧‧‧線圈
20‧‧‧轉子
21‧‧‧轉軸
22‧‧‧轉子芯部
23‧‧‧永久磁鐵
23a‧‧‧一面
24‧‧‧永久磁鐵插入口
25‧‧‧空隙部
26‧‧‧狹縫
26a‧‧‧狹縫
26b‧‧‧狹縫
27‧‧‧狹縫
27a‧‧‧狹縫
27b‧‧‧狹縫
27c‧‧‧狹縫
28‧‧‧狹縫
28a‧‧‧狹縫
28b‧‧‧狹縫
120‧‧‧轉子
121‧‧‧轉軸
122‧‧‧轉子芯部
123‧‧‧永久磁鐵
123a‧‧‧永久磁鐵
124‧‧‧永久磁鐵插入口
126‧‧‧狹縫
126a‧‧‧狹縫
126b‧‧‧狹縫
N‧‧‧N極
S‧‧‧S極
Ta‧‧‧間隔
Tb‧‧‧間隔
Ua‧‧‧間隔
Ub‧‧‧間隔
Uc‧‧‧間隔
Xa‧‧‧間隔
Xb‧‧‧間隔
Ya‧‧‧間隔
Yb‧‧‧間隔
圖1係本發明之第1實施形態之永久磁鐵馬達之剖面圖。
圖2係本發明之第1實施形態之永久馬達之轉子之剖面圖。
圖3係本發明之第1實施形態之永久馬達之轉子之剖面之永久磁鐵及狹縫之部位之部分放大圖。
圖4係表示本發明之第1實施形態之永久馬達之轉子旋轉角度與轉矩之關係之圖表。
圖5係比較例之永久磁鐵馬達之轉子之剖面圖。
圖6係比較例之永久磁鐵馬達之轉子剖面之永久磁鐵及狹縫之部位之部分放大圖。
圖7係表示比較例之永久磁鐵馬達之轉子旋轉角度與轉矩之關係之圖表。
圖8係本發明之第2實施形態之永久磁鐵馬達之轉子剖面之永久磁鐵及狹縫之部位之部分放大圖。
圖9係本發明之第3實施形態之永久磁鐵馬達之轉子剖面之永久磁鐵及狹縫之部位之部分放大圖。
20‧‧‧轉子
22‧‧‧轉子芯部
23‧‧‧永久磁鐵
23a‧‧‧一面
24‧‧‧永久磁鐵插入口
25‧‧‧空隙部
26‧‧‧狹縫
26a‧‧‧狹縫
26b‧‧‧狹縫
Xa‧‧‧間隔
Xb‧‧‧間隔

Claims (3)

  1. 一種永久磁鐵馬達，其特徵在於包括：永久磁鐵，其係對應於以轉子之軸心為中心之大致多邊形之各邊之位置，且以2部位之端部鄰近上述轉子之外周面之方式而配置，並沿著轉子軸線方向埋設入上述轉子；及狹縫，其係配置於上述轉子之外周面與上述永久磁鐵之間，且與轉子軸線方向成直角之剖面之形狀係從永久磁鐵側向轉子外周面側延伸之長形，並沿著轉子軸線方向開口，且沿著上述永久磁鐵隔著間隔而複數排列；且關於包含對應於上述永久磁鐵之上述端部而配置者之上述端部附近之複數之上述狹縫，彼此之上述剖面之長度方向為大致平行，且彼此之轉子外周面側之端部與上述轉子之外周面之間隔係不同。
  2. 如請求項1之永久磁鐵馬達，其中關於包含對應於上述永久磁鐵之上述端部而配置者之上述端部附近之複數之上述狹縫，狹縫排列方向內側之上述狹縫之轉子外周面側之端部與上述轉子之外周面之間隔係比對應於上述端部之上述狹縫寬。
  3. 如請求項1或2之永久磁鐵馬達，其中上述永久磁鐵於2部位之上述端部之間所具有之與上述轉子之外周面對向之一面為平面；且包含對應於上述永久磁鐵之上述端部而配置者之複數之上述狹縫，彼此之上述剖面之長度方向之長度係相同。
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