内装永磁铁的电动机制造技术

一种电动机的转子包括多组埋置在转子中的永磁铁８ａ，８ｂ，各组包含其间有一定距离的在内侧的永磁铁和在外侧的另一永磁铁。各永磁铁８ａ，８ｂ形成朝转子中心延伸的弧形。于是磁通易于在内侧和外侧的永磁铁间的间隔通过，且增大了ｑ轴电感。从而除了电磁转矩外还产生了磁阻转矩，且该电动机有高的转矩和高的功率输出。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在其转子内装有永磁铁的电动机。在高导磁性材料(如铁)制成的转子中有一层永磁铁的电动机已公知。如在现有技术中的表面磁铁电动机，永磁铁加到转子表面上。近来，环境问题已引起充分的注意。为节能用内装永磁铁的电动机，也就是说用埋在转子内的永磁铁来替代提到的表面磁铁电动机。附图说明图1示出现有技术中的内装永磁铁电动机的一例。该电动机由转子3′和定子2组成。在该电动机中，各有相对转子3′中心延伸的弧形的永磁铁17埋在高导磁材料或硅钢片制成的转子铁心3a′内。示于图1的电动机有4个极，且4组永磁铁17沿转子圆周方向排列成N极和S极交替的形式。该定子2有齿6。在上述电动机中，导致在各永磁铁中心与转子中心相连的d轴方向的电感Ld(参见图1)和在从该d轴方向转90°由角度的q轴方向的电感(参见图1)的不同。因此除永磁铁17的磁转矩外产生了磁阻转矩，总的转矩T表示在等式(1)中T＝Pn×{ψa×Iq+1/2(Ld-Lq)×Id×Iq}(1)式中Pn表示极对数，ψa表示d轴磁通，Ld表示d轴电感，Lq表示q轴电感，Iq表示q轴电流和Id表示d轴电流。等式(1)表示在dq变换后的电压等式。电磁转矩和磁阻转矩表示为等式(1)中圆括号{和}内的第一项和第二项。在现有技术的表面型电动机中，由于永磁体的磁导率约等于空气，电感Ld和Lq有大致相同的值，因此没有磁阻转矩产生。相反，在现有技术的内装永磁铁的电动机中，d轴方向相应于由永磁铁17产生磁通的方向，如图1所示在d轴方向的磁通21贯穿有近似与空气相同磁导率的二永磁铁，因此，由于磁阻增加，d轴电感Ld显著地减少。另一方面，q轴方向的磁通22指向永磁铁17的侧面，如图1所示穿过该磁铁的侧面。结果，磁阻减少了，而q轴电感Lq增加了。从而d轴电感Ld不同于L轴电感Lq。如施加d轴电流Id，则产生磁阻转矩。图2是表示出这种关系的磁通矢量图。由磁通ψa与电正交于磁通方向的电流Iq相乘产生了电磁转矩。磁通ψa是总磁通ψo的d轴分量。类似地，磁阻转矩由磁通Ld×Id，Lq×Iq与正交于磁通流过的电流Iq，Id分别相乘而产生的。这样的二转矩之和成为总转矩T。总转矩T取决于输入电流Io的相位β，这里Iq＝Io×Cosβ和Id＝Io×Sinβ。图3示出当电流相位改变而电流值保持在Io时，电磁转矩、磁阻转矩和总转矩的关系。当电流相位为0°时电磁转矩最大，而相位β增加其变小，在相位为90°时其变为零。反之，当电流相位为45°时磁阻转矩为最大值。因此，总转矩T在电流相位为0-45°范围内成为最大。记号O表示试验得到的值，且这些值与根据等式(1)计算的值相符。这就是说，以相同的电流，在有埋入在转子内永磁铁的电动机中，借利用磁阻转矩比表面磁铁电动机获得了更大的转矩。其次，对有埋入转子永磁铁的现有技术的电动机的问题加以说明。在电动机中磁阻转矩得到了某种程度的利用。但如图1所示，在永磁铁17端17a近旁的q轴方向的磁通流22受阻且不能进入转子。磁通的大部分仅触及永磁铁17的外周部18。因此，磁通量较小，q轴电感Lq不能增加。如上所述，在电感Lq和Ld间的差别越大(Ld非常小)，用相同的电流产生的磁阻转矩越大。但现有技术电动机的q轴电感不能增加到这样的程度，因此电感Lq和Ld间的差别也就不能做得更大。本专利技术的目的在于提供带有内装永磁铁的电动机，其高效地产生高输出。当在带有内装永磁铁的电动机中使用一定量的永磁铁时，d轴电感Ld没有大的物理上的变化。但专利技术人注意到如作出埋入永磁铁的设计，q轴电感Lq可以增加。在本专利技术的一个方面，电动机包括定子和带有埋入多组永磁铁的转子铁心的转子。永磁铁组包括多个永磁铁，多个永磁铁组在永磁铁的外周侧布置成交替的N和S极。组内的永磁铁延伸以便其端部置于靠边转子外周。由此，为磁通在外侧和内侧的永磁铁间提供了路径。这种结构尽可能地增加了q轴电感Lq且尽可能地增大了q轴电感Lq和d轴电感Ld间的差，以致以同样电流产生的磁阻转矩利用达到最大限度。在组中的永磁铁数如为2。最好各永磁铁有朝该转子中心延伸的弧形。例如，在永磁铁组中2永磁铁的间隔是恒定的。在本专利技术电动机的第二方面，该2层永磁铁间的间隔至少其端部在转子旋转方向领前侧宽于它的其它部分。用不同的方式，该永磁铁端部的间隔宽于其它部分。因此永磁铁端部附近磁通的集中减轻了。在本专利技术的第三方面，在电动机中，各永磁铁的两端朝其端部斜削靠近转子外表面并垂直于转子外表面延伸。于是通过2永磁铁间路径的磁通得以增加。在本专利技术电动机的第四方面，在转子铁心中埋入各包括两永磁铁的多组永磁铁。两永磁铁之一在转子内侧其厚度较在转子外侧的两永磁铁之另外一个大3％或更多。以不同的方式，转子内侧的永磁铁由有比在转子外侧的两永磁铁中另一个的磁材料的剩磁通密度大3％或更多的磁材料制成。于是在后侧或内侧的永磁铁的磁通得以提高。本专利技术的优点在于提供更高转矩和更高输出功率的电动机。本专利技术的另一优点在于提供有改进抗退磁性的电动机。从下述结合最佳实施例并参见附图的说明中，对本专利技术的这些和另外的目的和特点将会更加明白，其中图1是有一层内装永磁铁的惯用电劝机的剖面图；图2是d-q变换后的磁通矢量图；图3示出电流相位、电磁转矩、磁阻转矩和总转矩的关系曲线；图4示出本专利技术的实施例的剖面图；图5是图4的实施例的局部放大图；图6是内和外永磁铁间间隔宽度与q轴电感关系的曲线；图7是实施例中q轴方向磁通流的分析图8是现有技术电动机中q轴方向磁通流的分析图。图9是当该实施例电动机旋转时磁通流的分析图；图10是当现有技术电动机旋转时的磁通流的分析图；图11是所产生转矩对磁铁层数的关系曲线；图12是q轴电感对磁铁层数的关系曲线；图13是磁铁磁通对磁铁层数的关系曲线；图14是关于磁铁工作点的磁铁B-H磁化曲线的关系图；图15是第一实施例电动机部分的示意剖面图；图16是永磁铁磁通分析结果的图；图17是由绕组产生磁通分析结果的图；图18是由永磁铁和绕组产生完成磁通分析结果的图；图19是本专利技术第二实施例的剖面图；图20是本专利技术第三实施例的局部剖面图；图21是说明第二实施例原理的示意图；图22是本专利技术第四实施例的剖面图；图23是永磁铁H-B特性曲线；图24是第一实施例电动机的剖面图；图25是图24的局部剖面图；图26是本专利技术第五实施例的剖面图；图27是图26最主要部分放大剖面图；和图28是在Pa上磁通通过量对Lm/Lt的关系曲线。现在参见附图，其中对所有的附图相同或相应的部分用相同的标号表示，本专利技术的实施例将参考附图予以详细说明。图4和5示出第一实施例有4极内装永磁铁的电动机。该电动机包括固着于转轴7上的转子3和装有转子3的定子2。转子3包括埋入在由高导磁材料制成的转子铁心3a内的4组2层永磁铁8a，8b。2层永磁铁组由外侧的永磁铁8a和内侧的另一永磁铁8b组成，4组2层永磁铁8a和8b在其外周侧布置成有交替的N和S极。该内和外侧是相对于转子中心的径向方向加以确定的。以不同的方式来看，1极的永磁铁在转子3的径向方向分为2个永磁铁8a、8b。各就磁铁8a和8b形成转于3中心延伸类似的弧形，而其2端9a、9b位于靠近转子3的外周。外和内永磁铁8a和8b间的间隔M有约恒定的宽度。在图4中，d轴方向是由连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动机包括：有多个绕于铁心的绕组的定子，和包括转子铁心和由该定子所环绕可转动的转子；其中该转子包括多组埋置在转子铁心的永磁铁，永磁组包括多个永磁铁，该多组永磁铁布置成在该永磁铁外周侧有交替的Ｎ和Ｓ极，一组的永磁铁延伸以致其端 部位于该转子的外周。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：本田幸夫，村上浩，崎和成，伊藤浩，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]