專利名稱：無(wú)刷dc馬達(dá)和無(wú)刷dc馬達(dá)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)刷DC馬達(dá)和無(wú)刷DC馬達(dá)控制裝置，尤其涉及能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效率化和低噪音化的無(wú)刷DC馬達(dá)和無(wú)刷DC馬達(dá)控制裝置。
背景技術(shù)：
以往提出有通過(guò)將磁通屏障設(shè)定成圓周方向的尺寸超過(guò)磁鐵厚度，來(lái)提高效率的技術(shù)(參照特開(kāi)2002-44888號(hào)公報(bào))。
另外，提出有在將永磁鐵埋入轉(zhuǎn)子的內(nèi)部形成的無(wú)刷DC馬達(dá)(下面，簡(jiǎn)稱為IPM)中，通過(guò)調(diào)整磁通屏障的角度來(lái)實(shí)現(xiàn)低噪音化的技術(shù)(參照特開(kāi)平11-98731號(hào)公報(bào)、特開(kāi)2000-217287號(hào)公報(bào))還提出有在IPM中，使轉(zhuǎn)子的疊層方向形成扭曲的方案(參照專利第3028669號(hào)公報(bào))。
在磁極對(duì)數(shù)量為Pn的馬達(dá)中，在相對(duì)馬達(dá)轉(zhuǎn)速“rps”的Pn倍的頻率(下面，稱為基本頻率)，而為基本頻率的整數(shù)倍的頻率(下面將其倍率稱為次數(shù))下，在轉(zhuǎn)子和定子的齒之間產(chǎn)生電磁吸引力(下面稱為電磁加振力)，產(chǎn)生該次數(shù)的頻率的振動(dòng)、噪音。
并且，在該次數(shù)的振動(dòng)與馬達(dá)和保持馬達(dá)的框架等的固有振動(dòng)數(shù)一致的情況下，會(huì)產(chǎn)生由于共振導(dǎo)致更大的振動(dòng)和噪音的問(wèn)題。
可是，在將旋轉(zhuǎn)時(shí)在轉(zhuǎn)子和定子之間作用的電磁吸引力分解為切線(圓周方向)方向成分和法線(半徑方向)方向成分時(shí)，雖然切線成分作為旋轉(zhuǎn)力能夠得到有效利用，但法線成分只是產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，是無(wú)用的電磁吸引力。然而法線成分比切線成分大一個(gè)數(shù)量級(jí)之多。雖然對(duì)于要求出馬達(dá)的發(fā)生轉(zhuǎn)距平滑的應(yīng)用中，可以通過(guò)以往的方法和扭曲(skew)等，達(dá)到降低齒槽轉(zhuǎn)距或者運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)距波動(dòng)的效果，但對(duì)于降低馬達(dá)和安裝有馬達(dá)的裝置整體的振動(dòng)和噪音的要求，必須降低是無(wú)用的大電磁力的法線成分的電磁加振力。
為了降低法線成分的電磁加振力，優(yōu)選降低加振力自身的大小，但考慮到馬達(dá)效率降低等弊端，多數(shù)情況下很難采用這樣的對(duì)策。所以，希望采取對(duì)策解決作為特定問(wèn)題的特定次數(shù)(轉(zhuǎn)速的整數(shù)倍的頻率)的振動(dòng)和噪音的降低的問(wèn)題。
可是，上述的以往技術(shù)存在下述的問(wèn)題。
在特開(kāi)2002-44888號(hào)公報(bào)中，通過(guò)將磁極鐵芯的角度設(shè)為適當(dāng)?shù)闹祦?lái)實(shí)現(xiàn)效率的提高。可是在希望得到高效且低噪音的馬達(dá)的同時(shí)為了低噪音化而希望降低特定次數(shù)的噪音的情況下，由于并不是對(duì)所有能夠?qū)崿F(xiàn)效率的提高的范圍內(nèi)的角度都能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)低噪音化，所以必須在該范圍內(nèi)選擇最佳的角度進(jìn)行設(shè)定。進(jìn)行這樣的設(shè)定即使對(duì)業(yè)內(nèi)人員來(lái)講也不簡(jiǎn)單。
另外在特開(kāi)2002-44888號(hào)公報(bào)之中，由于全然沒(méi)有考慮棱寬度尺寸變化的影響，所以更加難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效率化和低噪音化。下面進(jìn)一步進(jìn)行說(shuō)明。
棱是連接磁鐵內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部的磁芯和橋部的伸向半徑方向的部分，通過(guò)增大其寬度，可以增大q軸感應(yīng)系數(shù)Lq。轉(zhuǎn)距Trq為Trq＝Pn×(φa×iq+(Ld-Lq)×id×iq)，Pn磁極對(duì)數(shù)量，id、iq分別是d、q軸電流，Ld、Lq分別是d軸感應(yīng)系數(shù)、q軸感應(yīng)系數(shù)，φa磁通磁鏈數(shù)。如果能夠增加Lq，就能夠增大Ld-Lq的絕對(duì)值，增加磁阻轉(zhuǎn)距。該棱寬度尺寸和與其相鄰的磁通屏障的形狀與電磁加振力的產(chǎn)生方法有很大關(guān)系，但在特開(kāi)2002-44888號(hào)公報(bào)中，并沒(méi)有考慮棱的寬度尺寸變化的影響。
在特開(kāi)平11-98731號(hào)公報(bào)中，雖然公開(kāi)有為了降低轉(zhuǎn)距波動(dòng)，進(jìn)行包含棱的屏障頂端之間所形成角度的設(shè)定、或者以棱中心為基準(zhǔn)進(jìn)行至屏障頂端的角度的設(shè)定的技術(shù)，但即使棱的寬度尺寸發(fā)生變化所設(shè)定的角度還是不變。即，如上所述，由于該棱寬度尺寸和與其相鄰的磁通屏障部的形狀與電磁加振力的產(chǎn)生方法有很大關(guān)系，所以在特開(kāi)平11-98731號(hào)公報(bào)中，并不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效率化和低噪音化。
在特開(kāi)2000-217287號(hào)公報(bào)中，同樣為了降低轉(zhuǎn)距波動(dòng)而規(guī)定了磁極的角度范圍，但對(duì)棱的寬度尺寸變化同樣沒(méi)有進(jìn)行任何探討。即，如上所述，由于該棱寬度尺寸和與其相鄰的磁通屏障部的形狀與電磁加振力的產(chǎn)生方法有很大關(guān)系，所以在特開(kāi)2000-217287號(hào)公報(bào)中，并不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效率化和低噪音化。
而且，在IPM中，考慮到生產(chǎn)性為了將轉(zhuǎn)子磁芯保持為一體，在許可磁鐵磁通的短路的基礎(chǔ)上，設(shè)置極薄的橋部。這是為了通過(guò)使其盡可能薄來(lái)極力抑制磁通短路，但考慮到離心強(qiáng)度必須將其保持為某厚度以上，但沒(méi)有考慮橋部的存在帶來(lái)的影響。由此，并不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效率化和低噪音化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而提出的，本發(fā)明的目的是提供一種能夠簡(jiǎn)單地同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效率化和低噪音化的無(wú)刷DC馬達(dá)和無(wú)刷DC馬達(dá)控制裝置。
本發(fā)明之1的無(wú)刷DC馬達(dá)，其包括轉(zhuǎn)子，在該轉(zhuǎn)子內(nèi)部安裝有多個(gè)具有規(guī)定厚度的永磁鐵，該轉(zhuǎn)子具有連接于各永磁鐵的圓周方向的端部、延伸至轉(zhuǎn)子的表面附近且在圓周方向的長(zhǎng)度比永磁鐵的厚度長(zhǎng)的非磁性部的磁通屏障，并且在磁極間具有棱，在將希望降低振動(dòng)的頻率設(shè)為f，磁極對(duì)數(shù)量設(shè)為Pn，電角頻率設(shè)為f0＝Pn×N，馬達(dá)轉(zhuǎn)速設(shè)為N，m＝1、3、5、...，棱相對(duì)轉(zhuǎn)子中心所成的角度設(shè)為θr時(shí)，將磁通屏障的磁極中心側(cè)的端部，和與相鄰的磁通屏障的棱連接的一側(cè)的端部相對(duì)轉(zhuǎn)子中心所成的角度θ0設(shè)定為滿足θ0＝180°×m/(Pn×f/f0)(其中2θ0-θR＜90°)(式1)的關(guān)系。
本發(fā)明之2的無(wú)刷DC馬達(dá)，其包括轉(zhuǎn)子，在該轉(zhuǎn)子內(nèi)部安裝有多個(gè)具有規(guī)定厚度的永磁鐵，該轉(zhuǎn)子具有連接于各永磁鐵的圓周方向的端部、延伸至轉(zhuǎn)子的表面附近且在圓周方向的長(zhǎng)度比永磁鐵的厚度長(zhǎng)的非磁性部的磁通屏障，并且在磁極間具有棱，根據(jù)橋的厚度，將磁通屏障的磁極中心側(cè)的端部，和與相鄰的磁通屏障的棱連接的一側(cè)的端部相對(duì)轉(zhuǎn)子中心所成的角度θ0設(shè)定成比滿足式1的關(guān)系的角度更大的角度。
本發(fā)明之3的無(wú)刷DC馬達(dá)，設(shè)定頻率f使f/f0為偶數(shù)。
本發(fā)明之4的無(wú)刷DC馬達(dá)，設(shè)定頻率f使f/f0與(定子槽數(shù)/Pn)的整數(shù)倍一致。
本發(fā)明之5的無(wú)刷DC馬達(dá)，在式1中將m設(shè)定成使得角度θ0為大于等于(30/Pn)°并小于等于(60/Pn)°。
本發(fā)明之6的無(wú)刷DC馬達(dá)，將所述棱的寬度設(shè)定為所述橋部的厚度的2倍或者2倍以上。
本發(fā)明之7的無(wú)刷DC馬達(dá)，還包含加強(qiáng)所述橋部的加強(qiáng)橋。
本發(fā)明之8的無(wú)刷DC馬達(dá)，磁通屏障的磁極中心側(cè)，具有向著半徑方向漸漸縮進(jìn)的形狀，且該半徑方向漸縮形狀部分的角度θb被設(shè)定成大于等于18°小于等于25°。
本發(fā)明之9的無(wú)刷DC馬達(dá)，分別設(shè)定成定子槽數(shù)為36，磁極對(duì)數(shù)量Pn為2，f/f0是36、式1的m是7。
本發(fā)明之10的無(wú)刷DC馬達(dá)，采用了被實(shí)施了扭斜而形成的轉(zhuǎn)子作為所述轉(zhuǎn)子。
本發(fā)明之11的無(wú)刷DC馬達(dá)，采用被分布卷繞的定子線圈而形成的定子作為定子。
本發(fā)明之12的無(wú)刷DC馬達(dá)控制裝置，包括控制電流相位的換相器裝置，使電流相位超前于本發(fā)明之1至11中任一發(fā)明的無(wú)刷DC馬達(dá)的感應(yīng)電壓。
本發(fā)明之13的無(wú)刷DC馬達(dá)控制裝置，將最大轉(zhuǎn)速的馬達(dá)端子電壓設(shè)定為大于等于換相器的電壓。
本發(fā)明之14的無(wú)刷DC馬達(dá)控制裝置，還包括控制單元，其利用馬達(dá)施加電壓、馬達(dá)電流、馬達(dá)的機(jī)器常數(shù)算出轉(zhuǎn)子位置，并根據(jù)算出的轉(zhuǎn)子位置控制換相器裝置，來(lái)控制馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流或者馬達(dá)施加電壓。
本發(fā)明之15的無(wú)刷DC馬達(dá)控制裝置，所述無(wú)刷DC馬達(dá)用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。
本發(fā)明之1的無(wú)刷DC馬達(dá)，其包括轉(zhuǎn)子，在該轉(zhuǎn)子內(nèi)部安裝有多個(gè)具有規(guī)定厚度的永磁鐵，該轉(zhuǎn)子具有連接于各永磁鐵的圓周方向的端部、延伸至轉(zhuǎn)子的表面附近且在圓周方向的長(zhǎng)度比永磁鐵的厚度長(zhǎng)的非磁性部的磁通屏障，并且在磁極間具有棱，由于將磁通屏障的磁極中心側(cè)的端部，和與相鄰的磁通屏障的棱連接的一側(cè)的端部相對(duì)轉(zhuǎn)子中心所成的角度θ0設(shè)定為滿足式1的關(guān)系，所以，能夠在實(shí)現(xiàn)高效率化的同時(shí)，能夠降低頻率f的振動(dòng)實(shí)現(xiàn)低噪音化。
本發(fā)明之2的無(wú)刷DC馬達(dá)，其包括轉(zhuǎn)子，在該轉(zhuǎn)子內(nèi)部安裝有多個(gè)具有規(guī)定厚度的永磁鐵，該轉(zhuǎn)子具有連接于各永磁鐵的圓周方向的端部、延伸至轉(zhuǎn)子的表面附近且在圓周方向的長(zhǎng)度比永磁鐵的厚度長(zhǎng)的非磁性部的磁通屏障，并且在磁極間具有棱，由于根據(jù)橋的厚度，將磁通屏障的磁極中心側(cè)的端部，和與相鄰的磁通屏障的棱連接的一側(cè)的端部相對(duì)轉(zhuǎn)子中心所成的角度θ0設(shè)定成比滿足式1的關(guān)系的角度更大的角度，所以，能夠考慮到橋部的厚度，在實(shí)現(xiàn)高效率化的同時(shí)，能夠降低頻率f的振動(dòng)實(shí)現(xiàn)低噪音化。
本發(fā)明之3的無(wú)刷DC馬達(dá)，由于設(shè)定頻率f使f/f0為偶數(shù)，所以能夠?qū)崿F(xiàn)與本發(fā)明之1或本發(fā)明之2相同的作用。
本發(fā)明之4的無(wú)刷DC馬達(dá)，由于設(shè)定頻率f使f/f0與(定子槽數(shù)/Pn)的整數(shù)倍一致，所以能夠?qū)崿F(xiàn)與本發(fā)明之1或本發(fā)明之2相同的作用。
本發(fā)明之5的無(wú)刷DC馬達(dá)，由于在式1中將m設(shè)定成使得角度θ0大于等于(30/Pn)°，且小于等于(60/Pn)°，所以能夠?qū)崿F(xiàn)與本發(fā)明1～4中任意一項(xiàng)發(fā)明相同的作用。
本發(fā)明之6的無(wú)刷DC馬達(dá)，由于將所述棱的寬度設(shè)定成所述橋部的厚度的2倍或者2倍以上，所以能夠?qū)崿F(xiàn)與本發(fā)明之1～5中任意一項(xiàng)發(fā)明相同的作用。
本發(fā)明之7的無(wú)刷DC馬達(dá)，由于還包含加強(qiáng)所述橋部的加強(qiáng)橋，所以在提高機(jī)械強(qiáng)度之外，還能夠?qū)崿F(xiàn)與本發(fā)明之1～6中任意一項(xiàng)相同的作用。
本發(fā)明之8的無(wú)刷DC馬達(dá)，由于磁通屏障的磁極中心側(cè)，具有向著半徑方向漸漸縮進(jìn)的形狀，且該半徑方向漸縮形狀部分的角度θb大于等于18°小于等于25°，所以除了減小加振力和轉(zhuǎn)距波動(dòng)之外，還能夠?qū)崿F(xiàn)與本發(fā)明之1～7中任意一項(xiàng)相同的作用。
本發(fā)明之9的無(wú)刷DC馬達(dá)，由于分別設(shè)定成定子槽數(shù)為36，磁極對(duì)數(shù)量Pn為2，f/f0是36、式1的m是7，所以能夠?qū)崿F(xiàn)與本發(fā)明之1、2、6、7、8中任意一項(xiàng)相同的作用。
本發(fā)明之10的無(wú)刷DC馬達(dá)，由于采用了被實(shí)施了扭斜而形成的轉(zhuǎn)子作為所述轉(zhuǎn)子，所以除了減小轉(zhuǎn)距波動(dòng)之外，還能夠?qū)崿F(xiàn)與本發(fā)明之1～9中任意一項(xiàng)相同的作用。
本發(fā)明之11的無(wú)刷DC馬達(dá)，由于采用被分布卷繞的定子線圈而形成的定子，所以除了減小振動(dòng)之外，還能夠?qū)崿F(xiàn)與本發(fā)明之1～10中任意一項(xiàng)相同的作用。
本發(fā)明之12的無(wú)刷DC馬達(dá)控制裝置，由于包括控制電流相位的換相器裝置，使電流相位超前于本發(fā)明之1至11中任一發(fā)明的無(wú)刷DC馬達(dá)的感應(yīng)電壓，所以能夠?qū)崿F(xiàn)高效率化，并且能夠降低頻率f的振動(dòng)實(shí)現(xiàn)低噪音化。
本發(fā)明之13的無(wú)刷DC馬達(dá)控制裝置，由于將最大轉(zhuǎn)速的馬達(dá)端子電壓設(shè)定為大于等于換相器的電壓，所以除了能夠擴(kuò)大運(yùn)行范圍以外，還能夠?qū)崿F(xiàn)與本發(fā)明12相同的作用。
本發(fā)明之14的無(wú)刷DC馬達(dá)控制裝置，由于還包括控制單元，其利用馬達(dá)施加電壓、馬達(dá)電流、馬達(dá)的機(jī)器常數(shù)算出轉(zhuǎn)子位置，并根據(jù)算出的轉(zhuǎn)子位置控制換相器裝置，來(lái)控制馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流或者馬達(dá)施加電壓，所以除了無(wú)需利用位置傳感器來(lái)控制無(wú)刷DC馬達(dá)之外，還能夠?qū)崿F(xiàn)與本發(fā)明12或13相同的作用。
本發(fā)明之15的無(wú)刷DC馬達(dá)控制裝置，由于采用所述無(wú)刷DC馬達(dá)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，所以除了無(wú)需利用位置傳感器來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)之外，還能夠?qū)崿F(xiàn)與本發(fā)明14相同的作用。


圖1是表示以往的無(wú)刷DC馬達(dá)的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。
圖2是表示相對(duì)第1圖的無(wú)刷DC馬達(dá)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的齒加振力法線成分的圖。
圖3是表示具有磁通屏障的寬度比永磁鐵的厚度大的轉(zhuǎn)子的無(wú)刷DC馬達(dá)的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。
圖4是表示相對(duì)第3圖的無(wú)刷DC馬達(dá)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的齒加振力法線成分的圖。
圖5是僅將第3圖的無(wú)刷DC馬達(dá)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行放大表示的縱截面圖。
圖6是表示定子的齒加振力法線成分成為最小時(shí)的、相對(duì)于橋部的半徑方向的厚度的θ0的圖。
圖7是表示相對(duì)于θ0的齒加振力的一解析例的圖。
圖8是表示相對(duì)于θ0的齒加振力的另外一例的圖。
圖9是將第5圖的轉(zhuǎn)子的一個(gè)磁通屏障進(jìn)行放大表示的縱截面圖。
圖10是表示相對(duì)磁通屏障的頂端角度的齒加振力36次成分的圖。
圖11是表示相對(duì)磁通屏障的頂端角度的轉(zhuǎn)距波動(dòng)的圖。
圖12是表示追加了加強(qiáng)橋部的無(wú)刷DC馬達(dá)的轉(zhuǎn)子的縱截面圖。
圖13是表示追加了加強(qiáng)橋部、且在內(nèi)側(cè)放置了永磁鐵的無(wú)刷DC馬達(dá)的轉(zhuǎn)子的縱截面圖。
圖14是表示本發(fā)明的無(wú)刷DC馬達(dá)控制裝置的一實(shí)施方式的方框圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的無(wú)刷DC馬達(dá)和無(wú)刷DC馬達(dá)控制裝置的實(shí)施方式。
首先，說(shuō)明降低噪音和確定角度θ0的方法。
圖1是表示以往的無(wú)刷DC馬達(dá)的結(jié)構(gòu)的縱截面圖，包括形成有多個(gè)齒11的定子1，和內(nèi)部收容有永磁鐵21并且具有從永磁鐵21的兩端部向外表面延伸的用于防止磁通短路的屏障22的轉(zhuǎn)子2。
圖2是表示在具有屏障22的寬度接近于永磁鐵21的厚度的轉(zhuǎn)子的無(wú)刷DC馬達(dá)運(yùn)行時(shí)，施加于齒A的加振力(法線成分)的圖。
從圖2可知，隨著轉(zhuǎn)子2的旋轉(zhuǎn)，加振力急劇增大，然后緩緩減少。
圖3是表示具有屏障22的寬度比永磁鐵21的厚度大的轉(zhuǎn)子的無(wú)刷DC馬達(dá)的結(jié)構(gòu)的縱截面圖，與圖1的無(wú)刷DC馬達(dá)的不同點(diǎn)僅在于屏障22的形狀。
圖4表示在圖3的無(wú)刷DC馬達(dá)運(yùn)行時(shí)，施加于齒A的加振力(法線成分)的圖。
從圖4可知，隨著轉(zhuǎn)子2的旋轉(zhuǎn)，出現(xiàn)2個(gè)峰值。兩個(gè)峰值中，第一個(gè)低的峰值是棱的部分B來(lái)到齒A的位置時(shí)出現(xiàn)的，下一個(gè)高的峰值是屏障頂端的磁極部分C來(lái)到齒A的位置時(shí)出現(xiàn)的。
由于加振力的峰值和峰值的發(fā)生具有某種大小的相位差，所以如果能夠?qū)⒃撓辔徊钤O(shè)定成所期望的值，就能夠消除特定的頻率的加振力成分。基于該想法，可以預(yù)想只要將放大表示第3圖的轉(zhuǎn)子的圖5的角度θ1(與永磁鐵的兩端部對(duì)應(yīng)的由屏障22所規(guī)定的磁極角度)確定為合適的值即可。
另外，在將電氣角的頻率設(shè)為f0，要降低頻率f的振動(dòng)的情況下，如果圖4的相位差φ(電氣角)與頻率f的半周期一致，則能夠消除在第一個(gè)峰值處發(fā)生的頻率f的加振力成分和在第二個(gè)峰值處發(fā)生的頻率f的加振力成分，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)的降低。
在將電氣角基波頻率f0的1周期設(shè)為360度時(shí)，頻率f的1周期的角度為360×f0/f，φ是其一半，所以φ＝180×f0/f (式2)。
另外，在圖5的θ0的間隔(由磁通屏障的磁極中心側(cè)的端部和相鄰的磁通屏障的與棱接觸的一側(cè)的端部相對(duì)于轉(zhuǎn)子中心形成的角度)產(chǎn)生相位差φ，在將磁極對(duì)數(shù)量設(shè)為Pn時(shí)，有θ0＝φ/Pn＝180×f0/f/Pn＝180/(Pn×f/f0)。(式3)而且，雖然在上面，設(shè)φ為頻率f的半周期(0.5倍)來(lái)導(dǎo)出式3，但并不僅限于此，也可以是f的周期的1.5和2.5倍等，總之，只要使θ0＝m×φ/Pn＝180×m×f0/f/Pn＝180°×m/(Pn×f/f0)。(式4)(其中2θ0—θr＜90°)，(m＝1、3、5、....)即可。
如果采用如上所示的圖5所示的角度θ0的確定方法，則即使棱寬度尺寸發(fā)生變化，角度的確定方法也不變更。即，考慮了棱寬度尺寸。
而且，在將棱23相對(duì)轉(zhuǎn)子的中心形成的角度設(shè)為θr時(shí)，θ0和θ1有如下的關(guān)系θ1＝(180/Pn)+θr—2×θ0(式5)。
并且，要降低噪音的頻率f可以是任意的頻率，既可以是使f/f0為偶數(shù)的頻率，也可以是使f/f0成為(定子槽數(shù)/Pn)的整數(shù)倍的頻率。
如果采用上述結(jié)構(gòu)的無(wú)刷DC馬達(dá)，則能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效率化和低噪音化。
下面，說(shuō)明橋部厚度的影響和角度θ0的修正。
在無(wú)刷DC馬達(dá)的轉(zhuǎn)子中，必須有在半徑方向具有一定尺寸以上的厚度的橋部24，并且由于其存在，如上述那樣確定的θ0并不是用于降低特定頻率f的噪音的最佳角度。
例如，對(duì)于為了降低頻率f的噪音而利用式1決定的角度θ0是17.5°的情況，使橋部24的徑向厚度變化時(shí)，描繪出定子的齒加振力法線成分成為最小時(shí)的θ0，則如圖6所示，隨著橋部24的徑向厚度的增加而增加。具體地說(shuō)，在橋部厚度約為0.7mm時(shí)，相對(duì)式1求出的θ0，必須多設(shè)定0.35°。這雖然只是很小的角度，但在要降低的頻率高的情況下影響很大。例如f/f0是36的情況下，頻率f的1周期的角度是5°，0.35°在36次的頻率上相當(dāng)于25°，如果假定加振力相對(duì)角度的變化為正弦波狀，加振力差約為10％、影響很大。
因此，預(yù)先把圖6所示的關(guān)系作為算式保持，或者作為數(shù)據(jù)表來(lái)保持，通過(guò)對(duì)利用式1求得的θ0進(jìn)行修正，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效率化和低噪音化。
進(jìn)一步進(jìn)行說(shuō)明。
在上述的實(shí)施方式的情況下，即使棱寬度尺寸發(fā)生變化，若以式1為基礎(chǔ)對(duì)θ0進(jìn)行修正就能夠算出最合適的角度。具體地說(shuō)，在槽數(shù)為36，極數(shù)為4極，要降低的次數(shù)是f/f0＝36，m＝7的情況下，利用式1求出的角度θ0是17.5°?？墒?，實(shí)際上如圖7所示，在被修正成更大一點(diǎn)的角度θ0處36f的加振力為最小。另外，即使在棱寬度尺寸發(fā)生變化的情況下，對(duì)最佳角度θ0也沒(méi)有影響(參照?qǐng)D7)。而且，橋部的厚度設(shè)定為0.7mm。
在槽數(shù)為36，極數(shù)為4極，要降低的次數(shù)是f/f0＝18，m＝3的情況下，優(yōu)選使角度θ0比利用式1求出的角度θ0＝15°更大一點(diǎn)(參照?qǐng)D8)。而且，橋部的厚度設(shè)定為0.7mm。
從上可知，優(yōu)選使角度θ0對(duì)應(yīng)橋部的厚度而增大。
下面，說(shuō)明最佳的屏障的頂端形狀。
發(fā)現(xiàn)屏障22的磁極中心側(cè)的頂端的角度(參照?qǐng)D9的θb)對(duì)加振力和轉(zhuǎn)距波動(dòng)會(huì)產(chǎn)生影響，并且存在可使二者為最小的最佳角度。
使θb變化的情況下的36次(＝f/f0)的加振力的變化如圖10所示，在20°附近具有最佳值(加振力最小)。角度大的一側(cè)，表示以某個(gè)值為飽和值的趨勢(shì)，可以認(rèn)為采用任意一個(gè)角度，但如果查看此時(shí)發(fā)生的轉(zhuǎn)距波動(dòng)，則如圖11所示，在20°附近最小，有著隨著θb的增加而增加的趨勢(shì)。由此，優(yōu)選將θb設(shè)定在18°～25°的范圍內(nèi)。
另外，橋部24的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，機(jī)械強(qiáng)度的降低就越成為問(wèn)題。對(duì)此，圖12、圖13例示有將屏障22區(qū)分為在圓周方向向著磁極中心延伸的部分22b和其他部分22a，將區(qū)分兩部分22a、22b的鐵芯部分作為加強(qiáng)橋部24a，以提高機(jī)械強(qiáng)度的的例子。而且，圖13中僅有一點(diǎn)與圖12不同，而其他部分都相同即為了將永磁鐵21的外側(cè)的磁鐵部設(shè)置得更大將永磁鐵21放置在內(nèi)側(cè)，以使q軸自感系數(shù)不受磁飽和的影響。
另外，在所述的無(wú)刷DC馬達(dá)中，優(yōu)選采用將定子線圈進(jìn)行分布卷繞的定子作為定子。這是因?yàn)?，分布卷繞(參照?qǐng)D1、圖3)本來(lái)就是比集中卷繞振動(dòng)更少的結(jié)構(gòu)，雖然可以利用增加槽數(shù)來(lái)抑制振動(dòng)，但通過(guò)利用本申請(qǐng)的發(fā)明，能夠更進(jìn)一步降低振動(dòng)。
另外，無(wú)刷DC馬達(dá)并不限于上述的結(jié)構(gòu)。
圖14是表示本發(fā)明的無(wú)刷DC馬達(dá)控制裝置的一實(shí)施方式的方框圖。
該無(wú)刷DC馬達(dá)控制裝置，將輸入直流電源的換相器31的輸出供給無(wú)刷DC馬達(dá)32。并且，具有以馬達(dá)電壓、馬達(dá)電流為輸入，利用預(yù)先設(shè)定的馬達(dá)模型來(lái)推斷無(wú)刷DC馬達(dá)32的轉(zhuǎn)子的磁極位置的位置檢測(cè)部，和以推定的位置信號(hào)為基準(zhǔn)，進(jìn)行速度檢測(cè)處理、速度控制計(jì)算處理、相位控制計(jì)算處理、電流控制計(jì)算處理等，向換相器31輸出針對(duì)開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)指令的換相控制部33。并且，由于換相控制部的結(jié)構(gòu)是以往公知的，所以省略對(duì)其詳細(xì)結(jié)構(gòu)的說(shuō)明。
并且，通過(guò)換相控制部33，可以進(jìn)行控制使得馬達(dá)電流相位相超前于馬達(dá)感應(yīng)電壓。在這種情況下，可以有效活用磁阻轉(zhuǎn)距。
另外，可以將最大轉(zhuǎn)速的馬達(dá)端子電壓設(shè)定為大于等于換相器的輸出電壓，此時(shí)，可以通過(guò)進(jìn)行弱磁通控制來(lái)達(dá)成無(wú)刷DC馬達(dá)的運(yùn)行。
還有，由于上述的換相控制部33無(wú)需位置傳感器而能夠推定轉(zhuǎn)子的磁極位置，所以可以在像壓縮機(jī)那樣的苛刻條件下簡(jiǎn)單地進(jìn)行無(wú)刷DC馬達(dá)的安裝，可以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)等。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)刷DC馬達(dá)，包括轉(zhuǎn)子(2)，在該轉(zhuǎn)子(2)內(nèi)部安裝有多個(gè)具有規(guī)定厚度的永磁鐵(21)，該轉(zhuǎn)子(2)具有連接于各永磁鐵(21)的圓周方向的端部、延伸至轉(zhuǎn)子(2)的表面附近且在圓周方向的長(zhǎng)度比永磁鐵(21)的厚度長(zhǎng)的非磁性部的磁通屏障(22)，并且在磁極間具有棱(23)，其特征在于，在將希望降低振動(dòng)的頻率設(shè)為f，磁極對(duì)數(shù)量設(shè)為Pn，電角頻率設(shè)為f0＝Pn×N，馬達(dá)轉(zhuǎn)速設(shè)為N，m＝1、3、5、...，棱相對(duì)轉(zhuǎn)子中心所成的角度設(shè)為θr時(shí)，將磁通屏障(22)的磁極中心側(cè)的端部，和與相鄰的磁通屏障的棱(23)連接的一側(cè)的端部相對(duì)轉(zhuǎn)子中心所成的角度θ0設(shè)定為滿足θ0＝180°×m/(Pn×f/f0)(其中2θ0-θr＜90°)(式1)的關(guān)系。
2.一種無(wú)刷DC馬達(dá)，包括轉(zhuǎn)子(2)，在該轉(zhuǎn)子(2)內(nèi)部安裝有多個(gè)具有規(guī)定厚度的永磁鐵(21)，該轉(zhuǎn)子(2)具有連接于各永磁鐵(21)的圓周方向的端部、延伸至轉(zhuǎn)子(2)的表面附近且在圓周方向的長(zhǎng)度比永磁鐵(21)的厚度長(zhǎng)的非磁性部的磁通屏障(22)，并且在磁極間具有棱(23)，其特征在于，在將希望降低振動(dòng)的頻率設(shè)為f，磁極對(duì)數(shù)量設(shè)為Pn，電角頻率設(shè)為f0＝Pn×N，馬達(dá)轉(zhuǎn)速設(shè)為N，m＝1、3、5、...，棱相對(duì)轉(zhuǎn)子中心所成的角度設(shè)為θr時(shí)，根據(jù)橋(24)的厚度，將磁通屏障(22)的磁極中心側(cè)的端部，和與相鄰的磁通屏障的棱(23)連接的一側(cè)的端部相對(duì)轉(zhuǎn)子中心所形成的角度θ0設(shè)定成比滿足θ0＝180°×m/(Pn×f/f0)(其中2θ0-θr＜90°)(式1)的關(guān)系的角度更大的角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)刷DC馬達(dá)，其特征在于，設(shè)定頻率f使f/f0為偶數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)刷DC馬達(dá)，其特征在于，設(shè)定頻率f使f/f0與(定子槽數(shù)/Pn)的整數(shù)倍一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的無(wú)刷DC馬達(dá)，其特征在于，在式1中將m設(shè)定成使得角度θ0大于等于(30/Pn)°，并且小于等于(60/Pn)°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的無(wú)刷DC馬達(dá)，其特征在于，將所述棱(23)的寬度設(shè)定成所述橋部(24)的厚度的2倍或者2倍以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的無(wú)刷DC馬達(dá)，其特征在于，還包含加強(qiáng)所述橋部(24)的加強(qiáng)橋。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的無(wú)刷DC馬達(dá)，其特征在于，磁通屏障(22)的磁極中心側(cè)，具有向著半徑方向漸漸縮進(jìn)的形狀，且該半徑方向漸縮形狀部分的角度θb被設(shè)定成大于等于18°并小于等于25°。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、6、7、8中的任意一項(xiàng)所述無(wú)刷DC馬達(dá)，其特征在于，定子槽數(shù)為36，磁極對(duì)數(shù)量Pn為2，f/f0為36，式1中的m為7。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的無(wú)刷DC馬達(dá)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(2)被實(shí)施了扭斜。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任意一項(xiàng)所述的無(wú)刷DC馬達(dá)，其特征在于，定子(1)具有把定子線圈分布纏繞的結(jié)構(gòu)。
12.一種無(wú)刷DC馬達(dá)控制裝置，其特征在于，包括控制電流相位的換相器裝置(31)，使電流相位超前于權(quán)利要求1至11中任意一項(xiàng)所述的無(wú)刷DC馬達(dá)的感應(yīng)電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的無(wú)刷DC馬達(dá)控制裝置，其特征在于，將最大轉(zhuǎn)速的馬達(dá)端子電壓設(shè)定為大于等于換相器的電壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的無(wú)刷DC馬達(dá)控制裝置，其特征在于，還包括控制單元(33)，其利用馬達(dá)施加電壓、馬達(dá)電流、馬達(dá)的機(jī)器常數(shù)算出轉(zhuǎn)子位置，并根據(jù)算出的轉(zhuǎn)子位置控制換相器裝置(31)，來(lái)控制馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流或者馬達(dá)施加電壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的無(wú)刷DC馬達(dá)控制裝置，其特征在于，所述無(wú)刷DC馬達(dá)用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。
全文摘要
一種無(wú)刷DC馬達(dá)以及無(wú)刷DC馬達(dá)控制裝置，其特征是在將希望降低振動(dòng)的頻率設(shè)為f，磁極對(duì)數(shù)量設(shè)為Pn，電角頻率設(shè)為f
文檔編號(hào)H02P6/14GK1717853SQ20038010451
公開(kāi)日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2003年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月28日
發(fā)明者西嵨清隆 申請(qǐng)人:大金工業(yè)株式會(huì)社