同步电动机制造技术

本发明专利技术涉及具备具有旋转轴线的转子以及留有间隙地围绕转子的定子的同步电动机。转子具备具有以旋转轴线为中心的外周面的转子内芯以及安装于转子内芯中且在转子内芯外周面上形成多个极的多个永磁铁。从与旋转轴线正交的剖面看，转子内芯的外周面在多个极的各个上具有脱离圆弧并向径向外方突出的轮廓。多个永磁铁包括分别具有两个或两个以上的永磁铁且分别被分配给多个极的多个磁铁组。从与旋转轴线正交的剖面看，转子内芯的外周面的轮廓在多个极的各个上至少部分地具有用双曲线余弦函数或正割函数表示的形状。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及同步电动机。本专利技术还涉及同步电动机的转子。
技术介绍
在内转子型同步电动机中，已知有如下所述的电动机，即，从与旋转轴线正交的截面看，转子内芯的外周面具有在转子的各极上、脱离圆弧并向径向外方突出的轮廓。具有这种转子的同步电动机的发生转矩受到转子各极的内芯外周面的周向中央区域和定子内芯的内周面之间的间隙(在本申请中称为“中央间隙”)的尺寸的影响。即，中央间隙越小转矩越大。另一方面，具有上述转子的同步电动机的电感受到转子各极的内芯外周面的周向两侧区域和定子内芯的内周面之间的间隙(在本申请中称为“侧部间隙”)的尺寸的影响。即，侧部间隙越大电感越小。并且，如果电感变小，则转子高速旋转时的反电动势变小，从而导致高速旋转时的转矩(或输出)增大。而且，随着电感的减小，能耗也减小。因此，在同步电动机中，为使转矩增大并使电感减小来提高能效，需要使转子各极的内芯外周面的形状最优化。特开2002-010541号公报(JP-A-2002-010541)公开了改善转矩和电感之间关系的同步电动机，其中，将转子各极的内芯外周面的轮廓做成沿大体上为用双曲线余弦函数所表示的曲线的突出形状，从而可较高地设定低速时及高速时的转矩。在该公报中还公开了转子各极的内芯外周面的轮廓采用沿大体上为用正割函数所表示的曲线的突出形状的同步电动机。图8表示转子各极的内芯外周面的轮廓采用沿大体上为用双曲线余弦函数所表示的曲线的突出形状的转子的一个例子。在图示转子中，转子内芯101在其外周面102上具有周向上交替的多个极，且与轴103同心地被安装。转子内芯101的各极的外周面102的轮廓具有沿用双曲线余弦函数表示的曲线的突出形状。在转子内芯101中，对多个极的各个埋入设置一个在与径向正交的方向上延伸的板状的永磁铁104。相邻极的永磁铁104之间，因转子内芯101各极的外周面102的膨胀轮廓形状而形成了转子内芯101的较薄部分105。较薄部分105协助永磁铁104的径向外侧的突出部分106以抵抗离心力而支撑永磁铁104。如图9所示，来自一个永磁铁104的磁通量分为朝向相邻永磁铁104并沿周向流过较薄部分105的磁通量和朝向定子(未图示)并沿径向流过突出部分106的磁通量。流过较薄部分105的磁通量是不对转矩产生贡献的漏磁通量107，流过突出部分106的磁通量是对转矩产生贡献的有效磁通量108。永磁铁104的有效磁通量108通常相当于在较薄部分105因漏磁通量107而饱和时的全部磁通量中的剩余部分。因此，通过减小较薄部分105的漏磁通量107可增加朝向定子的有效磁通量108。为减少较薄部分105的漏磁通量107可削减较薄部分105的尺寸。但是，在转子旋转期间，各永磁铁104和其径向外侧的突出部分106所产生的离心力主要集中在较薄部分105，因此，有转子内芯101损坏的可能。所以，从确保转子强度的观点来看，需要增加转子内芯101内的较薄部分105的尺寸。这样，对设于转子内芯101上的较薄部分105而言，为增大转矩需要削减其尺寸，而为确保转子强度需要增加其尺寸。对此，如图10所示，在不改变转子内芯101的较薄部分105的尺寸的前提下，通过增加永磁铁104的厚度也可增加转矩。根据该构成，虽然随着永磁铁104厚度的增加磁通量也增加，但是由于流过较薄部分105的漏磁通量107的量没变，所以流过突出部分106的有效磁通量108增加，结果转矩增加。但是，在该构成中，由于与永磁铁104体积的增加相比转矩的增加较少，所以需要更有效地增加转矩的构成。特开平11-243653号公报(JP-A-11-243653)公开了包括有在具有圆形剖面的外周面形状的转子内芯上每1极埋设多个永磁铁的转子的电动机。在该电动机中，因由具有特有排列形态的多个永磁铁构成的转子各极，故而扩大了d轴的电感和q轴的电感的差，因此可增大电动机的磁阻转矩。在特开2001-01-095182号公报(JP-A-2001-095182)中也公开了具有同样构成的电动机。但是，任何文献都对于使转子各极的内芯外周面的轮廓做成脱离圆弧的形状以减少电感的构成都没有言及。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在内转子型同步电动机中具有可高效增加转矩的同时减少电感并提高能效的转子的同步电动机。为实现上述目的，本专利技术提供了一种同步电动机，具备具有旋转轴线的转子和留有间隙地围绕所述转子的定子；转子具备具有以旋转轴线为中心的外周面的转子内芯以及安装于转子内芯中且在转子内芯的外周面上形成多个极的多个永磁铁；从与旋转轴线正交的剖面看，转子内芯的外周面在多个极的各个上具有脱离圆弧并向径向外方突出的轮廓；多个永磁铁包括分别具有两个或以上的永磁铁且分别被分配给多个极的多个磁铁组。在上述同步电动机中，可以是从与旋转轴线正交的剖面看，转子内芯的外周面的轮廓在多个极的各个上至少部分地具有用双曲线余弦函数表示的形状。或者，可以是从与旋转轴线正交的剖面看，转子内芯的外周面的所述轮廓在多个极的各个上至少部分地具有用正割函数表示的形状。可以是多个磁铁组的各个包括在接近旋转轴线一侧具有互相收缩的V字形的配置状态的一对永磁铁，该一对永磁铁在互相倾斜相对的表面上具有相同磁极。此外，可以是多个磁铁组的各个还包括配置于一对永磁铁之间的追加的一个永磁铁，追加的永磁铁在靠近转子内芯的外周面的表面上具有与一对永磁铁的表面的磁极相同的磁极。本专利技术还提供了一种在外周面上具有用双曲线余弦函数或正割函数表示的轮廓的转子内芯以及是被埋入转子内芯中的多个永磁铁、并且在转子内芯的每1极上设置多个的永磁铁的同步电动机的转子。附图说明通过与附图相关联的以下的优选实施例的说明会进一步明确本专利技术的上述及其他目的、特征及优点。在附图中图1是本专利技术第一实施例的同步电动机所具有的转子的横剖视图。图2是局部放大剖视图，表示具有图1的转子的同步电动机的转子及定子的构成要素组的尺寸及相对位置。图3表示图2的尺寸及相对位置和齿槽转矩的关系；图4是本专利技术第二实施例的同步电动机所具有的转子的剖视图；图5是作为比较例的转子的横剖视图；图6是本专利技术第三实施例的同步电动机所具有的转子的横剖视图；图7是本专利技术第四实施例的同步电动机所具有的转子的横剖视图；图8是现有同步电动机所具有的转子的横剖视图；图9是局部放大剖视图，表示图8的转子的漏磁通量及有效磁通量；图10是现有的其他同步电动机所具有的转子的横剖视图。具体实施例方式下面将参照附图来详细说明本专利技术的实施例。在图中，相同或类似的构成构要素标以共同的附图标记。参照附图，图1用与旋转轴线10a正交的剖面表示本专利技术第一实施例的同步电动机所具有的转子10。转子10包括具有以旋转轴线10a为中心的外周面12的转子内芯14、以及安装于转子内芯14且在转子内芯14的外周面12上形成多个极(N极或S极)的多个永磁铁16。转子内芯14与轴18同心地被安装，在该状态下，多个永磁铁16被平衡配置于轴18的周围。从与旋转轴线10a正交的剖面看，转子内芯14的外周面12在多个极中的各个上具有脱离于圆弧并向径向外方突出的轮廓。多个永磁16按功能被分为分别具有两个或以上的永磁铁16且分别被分配给多个极的多个磁铁组20。这些磁铁组20通过将相同永磁16以相同的相对配置组合而构成。在图中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同步电动机，其特征在于：具备具有旋转轴线（１０ａ；４０ａ；５０ａ；６０ａ）的转子（１０；４０；５０；６０）和留有间隙地围绕所述转子的定子（２２）；所述转子具备具有以所述旋转轴线为中心的外周面（１２）的转子内芯（１４）以及 安装于该转子内芯中且在该转子内芯的该外周面上形成多个极的多个永磁铁（１６）；从与所述旋转轴线正交的剖面看，所述转子内芯的所述外周面在所述多个极的各个上具有脱离圆弧并向径向外方突出的轮廓；所述多个永磁铁包括分别具有两个或以上的 永磁铁且分别被分配给所述多个极的多个磁铁组（２０；５２；６２）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：内田裕之，山本致良，前田拓也，鸿上弘，
申请(专利权)人：发那科株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]