專利名稱：內(nèi)裝永磁鐵的電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在其轉(zhuǎn)子內(nèi)裝有永磁鐵的電動(dòng)機(jī)。
在高導(dǎo)磁性材料(如鐵)制成的轉(zhuǎn)子中有一層永磁鐵的電動(dòng)機(jī)已公知。如在現(xiàn)有技術(shù)中的表面磁鐵電動(dòng)機(jī)，永磁鐵加到轉(zhuǎn)子表面上。
近來，環(huán)境問題已引起充分的注意。為節(jié)能用內(nèi)裝永磁鐵的電動(dòng)機(jī)，也就是說用埋在轉(zhuǎn)子內(nèi)的永磁鐵來替代提到的表面磁鐵電動(dòng)機(jī)。


圖1示出現(xiàn)有技術(shù)中的內(nèi)裝永磁鐵電動(dòng)機(jī)的一例。該電動(dòng)機(jī)由轉(zhuǎn)子3′和定子2組成。在該電動(dòng)機(jī)中，各有相對(duì)轉(zhuǎn)子3′中心延伸的弧形的永磁鐵17埋在高導(dǎo)磁材料或硅鋼片制成的轉(zhuǎn)子鐵心3a′內(nèi)。示于圖1的電動(dòng)機(jī)有4個(gè)極，且4組永磁鐵17沿轉(zhuǎn)子圓周方向排列成N極和S極交替的形式。該定子2有齒6。
在上述電動(dòng)機(jī)中，導(dǎo)致在各永磁鐵中心與轉(zhuǎn)子中心相連的d軸方向的電感Ld(參見圖1)和在從該d軸方向轉(zhuǎn)90°由角度的q軸方向的電感(參見圖1)的不同。因此除永磁鐵17的磁轉(zhuǎn)矩外產(chǎn)生了磁阻轉(zhuǎn)矩，總的轉(zhuǎn)矩T表示在等式(1)中T＝Pn×{ψa×Iq+1/2(Ld-Lq)×Id×Iq}(1)式中Pn表示極對(duì)數(shù)，ψa表示d軸磁通，Ld表示d軸電感，Lq表示q軸電感，Iq表示q軸電流和Id表示d軸電流。等式(1)表示在dq變換后的電壓等式。電磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩表示為等式(1)中圓括號(hào){和}內(nèi)的第一項(xiàng)和第二項(xiàng)。
在現(xiàn)有技術(shù)的表面型電動(dòng)機(jī)中，由于永磁體的磁導(dǎo)率約等于空氣，電感Ld和Lq有大致相同的值，因此沒有磁阻轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生。
相反，在現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)裝永磁鐵的電動(dòng)機(jī)中，d軸方向相應(yīng)于由永磁鐵17產(chǎn)生磁通的方向，如圖1所示在d軸方向的磁通21貫穿有近似與空氣相同磁導(dǎo)率的二永磁鐵，因此，由于磁阻增加，d軸電感Ld顯著地減少。另一方面，q軸方向的磁通22指向永磁鐵17的側(cè)面，如圖1所示穿過該磁鐵的側(cè)面。結(jié)果，磁阻減少了，而q軸電感Lq增加了。從而d軸電感Ld不同于L軸電感Lq。如施加d軸電流Id，則產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。
圖2是表示出這種關(guān)系的磁通矢量圖。由磁通ψa與電正交于磁通方向的電流Iq相乘產(chǎn)生了電磁轉(zhuǎn)矩。磁通ψa是總磁通ψo(hù)的d軸分量。類似地，磁阻轉(zhuǎn)矩由磁通Ld×Id，Lq×Iq與正交于磁通流過的電流Iq，Id分別相乘而產(chǎn)生的。這樣的二轉(zhuǎn)矩之和成為總轉(zhuǎn)矩T。
總轉(zhuǎn)矩T取決于輸入電流Io的相位β，這里Iq＝Io×Cosβ和Id＝Io×Sinβ。圖3示出當(dāng)電流相位改變而電流值保持在Io時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩、磁阻轉(zhuǎn)矩和總轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。當(dāng)電流相位為0°時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩最大，而相位β增加其變小，在相位為90°時(shí)其變?yōu)榱恪７粗?，?dāng)電流相位為45°時(shí)磁阻轉(zhuǎn)矩為最大值。因此，總轉(zhuǎn)矩T在電流相位為0-45°范圍內(nèi)成為最大。記號(hào)O表示試驗(yàn)得到的值，且這些值與根據(jù)等式(1)計(jì)算的值相符。這就是說，以相同的電流，在有埋入在轉(zhuǎn)子內(nèi)永磁鐵的電動(dòng)機(jī)中，借利用磁阻轉(zhuǎn)矩比表面磁鐵電動(dòng)機(jī)獲得了更大的轉(zhuǎn)矩。
其次，對(duì)有埋入轉(zhuǎn)子永磁鐵的現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)機(jī)的問題加以說明。在電動(dòng)機(jī)中磁阻轉(zhuǎn)矩得到了某種程度的利用。但如圖1所示，在永磁鐵17端17a近旁的q軸方向的磁通流22受阻且不能進(jìn)入轉(zhuǎn)子。磁通的大部分僅觸及永磁鐵17的外周部18。因此，磁通量較小，q軸電感Lq不能增加。
如上所述，在電感Lq和Ld間的差別越大(Ld非常小)，用相同的電流產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩越大。但現(xiàn)有技術(shù)電動(dòng)機(jī)的q軸電感不能增加到這樣的程度，因此電感Lq和Ld間的差別也就不能做得更大。
本發(fā)明的目的在于提供帶有內(nèi)裝永磁鐵的電動(dòng)機(jī)，其高效地產(chǎn)生高輸出。
當(dāng)在帶有內(nèi)裝永磁鐵的電動(dòng)機(jī)中使用一定量的永磁鐵時(shí)，d軸電感Ld沒有大的物理上的變化。但發(fā)明人注意到如作出埋入永磁鐵的設(shè)計(jì)，q軸電感Lq可以增加。在本發(fā)明的一個(gè)方面，電動(dòng)機(jī)包括定子和帶有埋入多組永磁鐵的轉(zhuǎn)子鐵心的轉(zhuǎn)子。永磁鐵組包括多個(gè)永磁鐵，多個(gè)永磁鐵組在永磁鐵的外周側(cè)布置成交替的N和S極。組內(nèi)的永磁鐵延伸以便其端部置于靠邊轉(zhuǎn)子外周。由此，為磁通在外側(cè)和內(nèi)側(cè)的永磁鐵間提供了路徑。這種結(jié)構(gòu)盡可能地增加了q軸電感Lq且盡可能地增大了q軸電感Lq和d軸電感Ld間的差，以致以同樣電流產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩利用達(dá)到最大限度。在組中的永磁鐵數(shù)如為2。最好各永磁鐵有朝該轉(zhuǎn)子中心延伸的弧形。例如，在永磁鐵組中2永磁鐵的間隔是恒定的。
在本發(fā)明電動(dòng)機(jī)的第二方面，該2層永磁鐵間的間隔至少其端部在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向領(lǐng)前側(cè)寬于它的其它部分。用不同的方式，該永磁鐵端部的間隔寬于其它部分。因此永磁鐵端部附近磁通的集中減輕了。
在本發(fā)明的第三方面，在電動(dòng)機(jī)中，各永磁鐵的兩端朝其端部斜削靠近轉(zhuǎn)子外表面并垂直于轉(zhuǎn)子外表面延伸。于是通過2永磁鐵間路徑的磁通得以增加。
在本發(fā)明電動(dòng)機(jī)的第四方面，在轉(zhuǎn)子鐵心中埋入各包括兩永磁鐵的多組永磁鐵。兩永磁鐵之一在轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)其厚度較在轉(zhuǎn)子外側(cè)的兩永磁鐵之另外一個(gè)大3％或更多。以不同的方式，轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)的永磁鐵由有比在轉(zhuǎn)子外側(cè)的兩永磁鐵中另一個(gè)的磁材料的剩磁通密度大3％或更多的磁材料制成。于是在后側(cè)或內(nèi)側(cè)的永磁鐵的磁通得以提高。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于提供更高轉(zhuǎn)矩和更高輸出功率的電動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于提供有改進(jìn)抗退磁性的電動(dòng)機(jī)。
從下述結(jié)合最佳實(shí)施例并參見附圖的說明中，對(duì)本發(fā)明的這些和另外的目的和特點(diǎn)將會(huì)更加明白，其中圖1是有一層內(nèi)裝永磁鐵的慣用電勸機(jī)的剖面圖；圖2是d-q變換后的磁通矢量圖；圖3示出電流相位、電磁轉(zhuǎn)矩、磁阻轉(zhuǎn)矩和總轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線；圖4示出本發(fā)明的實(shí)施例的剖面圖；圖5是圖4的實(shí)施例的局部放大圖；圖6是內(nèi)和外永磁鐵間間隔寬度與q軸電感關(guān)系的曲線；圖7是實(shí)施例中q軸方向磁通流的分析圖8是現(xiàn)有技術(shù)電動(dòng)機(jī)中q軸方向磁通流的分析圖。
圖9是當(dāng)該實(shí)施例電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)磁通流的分析圖；圖10是當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)的磁通流的分析圖；圖11是所產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩對(duì)磁鐵層數(shù)的關(guān)系曲線；圖12是q軸電感對(duì)磁鐵層數(shù)的關(guān)系曲線；圖13是磁鐵磁通對(duì)磁鐵層數(shù)的關(guān)系曲線；圖14是關(guān)于磁鐵工作點(diǎn)的磁鐵B-H磁化曲線的關(guān)系圖；圖15是第一實(shí)施例電動(dòng)機(jī)部分的示意剖面圖；圖16是永磁鐵磁通分析結(jié)果的圖；圖17是由繞組產(chǎn)生磁通分析結(jié)果的圖；圖18是由永磁鐵和繞組產(chǎn)生完成磁通分析結(jié)果的圖；圖19是本發(fā)明第二實(shí)施例的剖面圖；圖20是本發(fā)明第三實(shí)施例的局部剖面圖；圖21是說明第二實(shí)施例原理的示意圖；圖22是本發(fā)明第四實(shí)施例的剖面圖；圖23是永磁鐵H-B特性曲線；圖24是第一實(shí)施例電動(dòng)機(jī)的剖面圖；圖25是圖24的局部剖面圖；圖26是本發(fā)明第五實(shí)施例的剖面圖；圖27是圖26最主要部分放大剖面圖；和圖28是在Pa上磁通通過量對(duì)Lm/Lt的關(guān)系曲線。
現(xiàn)在參見附圖，其中對(duì)所有的附圖相同或相應(yīng)的部分用相同的標(biāo)號(hào)表示，本發(fā)明的實(shí)施例將參考附圖予以詳細(xì)說明。圖4和5示出第一實(shí)施例有4極內(nèi)裝永磁鐵的電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)包括固著于轉(zhuǎn)軸7上的轉(zhuǎn)子3和裝有轉(zhuǎn)子3的定子2。
轉(zhuǎn)子3包括埋入在由高導(dǎo)磁材料制成的轉(zhuǎn)子鐵心3a內(nèi)的4組2層永磁鐵8a，8b。2層永磁鐵組由外側(cè)的永磁鐵8a和內(nèi)側(cè)的另一永磁鐵8b組成，4組2層永磁鐵8a和8b在其外周側(cè)布置成有交替的N和S極。該內(nèi)和外側(cè)是相對(duì)于轉(zhuǎn)子中心的徑向方向加以確定的。以不同的方式來看，1極的永磁鐵在轉(zhuǎn)子3的徑向方向分為2個(gè)永磁鐵8a、8b。各就磁鐵8a和8b形成轉(zhuǎn)于3中心延伸類似的弧形，而其2端9a、9b位于靠近轉(zhuǎn)子3的外周。外和內(nèi)永磁鐵8a和8b間的間隔M有約恒定的寬度。在圖4中，d軸方向是由連接各永磁鐵8a，8b的中心和轉(zhuǎn)子3的中心的方向加以確定的，而q軸是由連接相鄰極間的分界和轉(zhuǎn)子3的中心的方向加以確定的。磁通在q軸方向的路徑10是通過該間隔而形成的。
定子2有預(yù)定數(shù)量的齒4，和繞于其間的定子繞組10(未示出)。當(dāng)對(duì)定子繞組施加交變電流時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。由此產(chǎn)生了作用于轉(zhuǎn)子3的電磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩，以轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子3。
為降低在永磁鐵8a和8b的磁力損耗，希望在外和內(nèi)永磁鐵8a和8b間的間隔M盡可能的小。但為增加q軸電感Lq，亦希望該間隔足夠大而不使其磁飽和。因此，該間隔M設(shè)置成約為齒4寬度N的一半，以便由在定子繞組流過電流產(chǎn)生的磁通不飽和。
用示于圖6關(guān)于間隔M和q軸電感Lq的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來加以說明。如間隔M小于齒4寬度N的1/3，q軸電感迅速變小。另一方面，即使間隔M大于齒4寬度N，q軸電感Lq也難以改變。由此試驗(yàn)數(shù)據(jù)，最好外和內(nèi)永磁鐵8a和8b間的距離，即間隔M大于定子2齒寬N的1/3。
為把磁通提高到盡可能的大，在內(nèi)側(cè)的永磁鐵8b構(gòu)造成在極距(90°，如按本實(shí)施例有4極)范圍內(nèi)盡可能的大。另一方面，為有效地利用電磁轉(zhuǎn)矩，相鄰永磁鐵8a和8b間的間隙s(圖5)盡可能小以消除漏磁通。從成本的角度看，最好把外和內(nèi)永磁鐵8a，8b設(shè)計(jì)成一極的磁鐵量保持不變。
在上述結(jié)構(gòu)中，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)沒有磁飽和的形成了在q軸方向流通的路徑10。因此，q軸電感Lq可增加到最大。與此同時(shí)，通過利用與現(xiàn)有技術(shù)有一層內(nèi)裝永磁鐵的電動(dòng)機(jī)有大約相同的磁鐵量，d軸電感Ld做成與現(xiàn)有技術(shù)電動(dòng)機(jī)一樣的小。換句話說，在通過利用相同的磁鐵量d軸同感Ld不改變的同時(shí)，q軸感Lq增加了15％或更多(圖11)，以便由q軸電感Lq和d軸電感Ld間的差引出的磁阻轉(zhuǎn)矩可利用到最大限度。其次，該電動(dòng)機(jī)有合適的結(jié)構(gòu)，以在用相同電流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，最大限度地利用電磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩二者。
在上述實(shí)施例中，各永磁鐵8a和8b形成為朝轉(zhuǎn)子中心延伸的弧形。但該永磁鐵可有另外的形狀，如朝轉(zhuǎn)子中心延伸的凹入的U形。在本實(shí)施例中雖然各永磁鐵8a，8b到端頭9a、9a都是永磁鐵，其端頭9a、9a可以包括空隙(空氣層)或可以是由合成樹脂填充的層。
本實(shí)施例電動(dòng)機(jī)的性能可進(jìn)一步加以說明。如上所述，在第一實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)中，在外和內(nèi)永磁鐵間提供了磁通的路徑。其次減小了磁阻以顯著地增加了q軸電感Lq。顯然由于電感Ld和Lq間差的增加，以相同電流更有效地產(chǎn)生了磁阻轉(zhuǎn)矩。
圖7和8分別示出在有埋入2層磁鐵的本發(fā)明電動(dòng)機(jī)和有一層埋入磁鐵的現(xiàn)有技術(shù)電動(dòng)機(jī)中，在q軸方向磁通如何容易地流動(dòng)。如圖8中所示，在用一極中一磁鐵的現(xiàn)有技術(shù)電動(dòng)機(jī)中，磁鐵17是厚的且因此其端頭17a阻礙由定子繞組所產(chǎn)生的磁通11進(jìn)入轉(zhuǎn)子。另一方面，如圖7所示，在有埋入2層磁鐵的本實(shí)施例電動(dòng)機(jī)中，由于在外永磁鐵8a和內(nèi)永磁鐵8b間存在磁通的路徑10，由定子繞組的產(chǎn)生的磁通11不受該永磁鐵的阻礙，而平穩(wěn)地穿過路徑10到達(dá)在對(duì)側(cè)的出口12。換句話說，在現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明間磁通流的這種差別與q軸電感Lq的大小成正比，本實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)便于磁通的有效通過而有較大的Lq。
圖9和10分別是當(dāng)電動(dòng)機(jī)用同量電流以K方向?qū)嶋H轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在本發(fā)明電動(dòng)機(jī)和現(xiàn)有技術(shù)電動(dòng)機(jī)中磁通流和磁通量的圖。發(fā)現(xiàn)電感Lq的上述差別使在本實(shí)施例電動(dòng)機(jī)(圖9)較現(xiàn)有技術(shù)電動(dòng)機(jī)(圖10)中有可能產(chǎn)生更多的磁通。這就是說由于更多的磁通產(chǎn)生了更大的轉(zhuǎn)矩。
圖11示出所產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩與磁鐵層數(shù)的關(guān)系的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。以恒定電流和恒定轉(zhuǎn)速對(duì)額定輸出750W電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩加以測(cè)量。如上述在q軸方向的磁通流過在兩層結(jié)構(gòu)中的內(nèi)和外永磁鐵之間。磁阻的減少較一層磁鐵的現(xiàn)有技術(shù)電動(dòng)機(jī)更多，導(dǎo)致產(chǎn)生更大的q軸電感Lq。同時(shí)，因?yàn)槭褂昧讼嗤拇盆F量(和d軸電感Ld亦非常小)，d軸電感Ld很難改變。q軸電感Lq和d軸電感Ld間的差于是增加，這就增加了以同樣電流產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩。于是磁阻轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩之和的總轉(zhuǎn)距增加了約15％。
但如圖11所示，如永磁鐵層數(shù)進(jìn)一步增加到3或4層，該總轉(zhuǎn)矩反而減小。
圖12示出磁鐵層數(shù)和q軸電感Lq間關(guān)系的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。當(dāng)層數(shù)從1變到2時(shí)，q軸電感Lq增加約50％。但當(dāng)磁鐵層數(shù)進(jìn)一步增加到3或4時(shí)，Lq稍有增加，或者說不如當(dāng)層數(shù)從1變到2時(shí)那樣有利。這就意味著當(dāng)磁鐵層數(shù)布置成3或更多層時(shí)，q軸電感Lq變化沒達(dá)到形成在分為二層的永磁鐵間的q軸方向用于磁路的路徑不飽和的程度。
另一方面，在圖13所示例中，當(dāng)永磁鐵布置成2層時(shí)，由永磁鐵產(chǎn)生的磁通最高，反之，在其它情況下該磁通較低。換句話說，當(dāng)磁鐵層數(shù)增加時(shí)，在q軸方向的磁通易于通過，以致q軸電感Lq增加。但如層數(shù)是3或更多，各永磁鐵變薄，因此永磁鐵的工作點(diǎn)變低，因此產(chǎn)生磁通的量減少。其次如圖11的清楚顯示，由磁鐵磁通產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩和由q軸電感Lq和d軸電感Ld間的差產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩之和決定的總轉(zhuǎn)矩，在磁鐵分為2層時(shí)為最大，而當(dāng)磁鐵層數(shù)小于2或大于2時(shí)總轉(zhuǎn)矩減小。
等式(2)示出磁導(dǎo)系數(shù)P的計(jì)算公式，它決定了磁鐵的工作點(diǎn)。
P＝(Lm×Ag×Kf)/(Lg×Am×Kr)式中Lm表示磁鐵的厚度，Lg表示氣隙長(zhǎng)度，Am表示磁鐵的截面積，Ag表示氣隙的截面積，Kf表示磁勢(shì)的損失系數(shù)，和Kr表示漏磁系數(shù)。如氣隙長(zhǎng)度Lg，氣隙截面Ag(磁勢(shì)損失系數(shù)Kf和漏磁系數(shù)Kr保持不變時(shí)，磁導(dǎo)系數(shù)P正比于磁鐵厚度Lm而反比于磁鐵的截面Am。圖14示出永磁鐵的B-H(磁通密度-磁場(chǎng))曲線?，F(xiàn)有技術(shù)一層磁鐵的工作點(diǎn)是由在B2點(diǎn)的磁密所決定的。在兩層磁鐵的情況下，磁鐵厚度Lm降低了而截面積Am增加了，因此工作點(diǎn)B1與B2沒有不同或稍有增加。另一方面，如磁鐵數(shù)是3或更多，厚度Lm的減小變得更有影響，工作點(diǎn)降至B3。
總起來說，在轉(zhuǎn)子中有埋入永磁鐵的電動(dòng)機(jī)中，為利用磁阻轉(zhuǎn)矩增加在q軸電感Lq和d軸電感Ld間的差，每一極布置成2層永磁鐵的結(jié)構(gòu)最有利，對(duì)利用等式(1)表示的電磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩最有效。另外，由相同電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩增大了，且也大大地改善了電動(dòng)機(jī)的性能。
另外，當(dāng)按本實(shí)施例永磁鐵布置成2層時(shí)，磁通穿過定子2齒4到轉(zhuǎn)子3沿形成在內(nèi)和外永磁鐵8a、8b間的路徑10平滑地導(dǎo)至另外的齒4。其次，永磁鐵8a、8b防止退磁或其改善了永磁鐵的抗退磁性。與此相反，現(xiàn)有技術(shù)表面磁鐵電動(dòng)機(jī)或現(xiàn)有技術(shù)有內(nèi)裝一層磁鐵的電動(dòng)機(jī)存在退磁問題。這就是說在q軸方向的磁通從齒4流到轉(zhuǎn)子3勢(shì)必影響永磁鐵，因此該永磁鐵經(jīng)受退磁。
然后來說明本發(fā)明的第二和第三實(shí)施例。在第一實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)中，如圖15所示，在永磁鐵8a和8b間的間隔3b是恒定的。由埋入在轉(zhuǎn)子鐵心3a的永磁鐵8a，8b產(chǎn)生的磁通和由定子2繞組產(chǎn)生的磁通相疊加的磁通，勢(shì)必產(chǎn)生永磁鐵8a，8b在轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)方向R的領(lǐng)前側(cè)的端頭9a、9b的間隔或間隙3b處集中的問題。下面參見圖16-18來加以說明。圖16示出僅由永磁鐵1、2形成的磁通分析。圖17示出由定子2繞組10產(chǎn)生的磁通，其中永磁鐵被看作磁氣隙8c。圖18示出由永磁鐵8和繞組10產(chǎn)生的合成磁通。磁力線位于永磁鐵8a，8b在圖15-18示出轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)方向R的領(lǐng)前側(cè)的端頭9a、9b的各間隔3b處緊密地聚集。圖18中用5標(biāo)出的空白示出齒4間的間隔。磁通在間隔3b處的集中引起鐵損的增加，使轉(zhuǎn)子鐵心3a發(fā)熱甚至降低該電動(dòng)機(jī)的效率。
另外，在第一實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)中，2層永磁鐵8a、8b基本上相互平行地隔置。因此，二永磁鐵8a、8b在轉(zhuǎn)子3表面相當(dāng)?shù)拇磐▋H由轉(zhuǎn)子鐵心3a外側(cè)的永磁鐵8a的外周側(cè)的表面積來決定，這就是說位于永磁鐵8a內(nèi)側(cè)的永磁鐵8b兩端9b處的電磁轉(zhuǎn)矩并未充分利用。
在這些情況下，希望減小在二永磁鐵端之間位于旋轉(zhuǎn)方向R前側(cè)間隔3b處所產(chǎn)生磁通的集中并提高電動(dòng)機(jī)的效率。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，為解決這些問題，在有效利用電磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩的同時(shí)，把有永磁鐵的轉(zhuǎn)子以減小在特定位置處磁通的集中來設(shè)計(jì)。圖19表示了本發(fā)明第二實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)包括固著于轉(zhuǎn)軸7的轉(zhuǎn)子3和裝有轉(zhuǎn)子3的定子2。轉(zhuǎn)子3包括埋入在其轉(zhuǎn)子鐵心3a中的4組永磁鐵8a，8b。用作磁極的各組永磁鐵8a，8b在轉(zhuǎn)子3徑向方向它們之間以間隔3b隔置。各組永磁鐵8a，8b相鄰以S和N極交替布置。且在各組中的永磁鐵8a，8b在其外周表現(xiàn)有相同的極性。在第一實(shí)施例中，所有的轉(zhuǎn)子外側(cè)永磁鐵8a和內(nèi)側(cè)永磁鐵8b有轉(zhuǎn)子向心方向的弧形。
各組永磁鐵8a和8b端部9a、9b間在轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)方向R的領(lǐng)前側(cè)的間隔3b有寬于其它部分的寬度W，而在永磁鐵另一端的間隔有較小的寬度X。
同時(shí)定子2有多個(gè)齒4，在其內(nèi)設(shè)置有繞組10。當(dāng)電流施加于繞組10時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。
在上述電動(dòng)機(jī)中，轉(zhuǎn)子3涂有高磁導(dǎo)磁鐵的主體3a，因此在接受自繞組10產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)時(shí)易于通過磁通，低磁導(dǎo)率的磁鐵8(8a，8b)使磁通不容易通過。與此同時(shí)，如圖19所示，轉(zhuǎn)子3示出通過各組永磁鐵8中心的徑向方向之d軸方向電感，和與該d軸90°電角度相交之q軸方向電感。
在該電動(dòng)機(jī)中，由繞組10產(chǎn)生的磁通不讓在圖19的d軸方向通過，由此顯著地降低了該電感。另一方面，在與d軸方向有電角度正交的q軸方向，內(nèi)和外永磁鐵8b和8a的間隔處產(chǎn)生了磁路。因此，便于磁通通過而增加了電感，或有效地利用了磁阻轉(zhuǎn)矩。在圖19中所示的Pa方向亦形成了磁路。
在示于圖4的第一實(shí)施例中，當(dāng)轉(zhuǎn)子3以R方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，永磁鐵8a和8b在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向R領(lǐng)前側(cè)的端部9a和9b的間隔3b(有寬度X)處磁通集中且易于飽和。與此相反，根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)橛来盆F8a和8b在旋轉(zhuǎn)方向R領(lǐng)前側(cè)的端部9a和9b間的間隔3b設(shè)置為如圖19W表示有更寬的寬度，磁通在間隔3b處的集中得以緩解。
在本實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)位置和轉(zhuǎn)數(shù)預(yù)先由霍爾裝置或編碼器(encoder)加以檢測(cè)。為產(chǎn)生大的磁阻轉(zhuǎn)矩和大的電磁轉(zhuǎn)矩，相應(yīng)于轉(zhuǎn)子3轉(zhuǎn)速頻率并有相移的交流加到定子2的繞組10，以便該電流在從q軸稍有相移的位置處有峰值。
在根據(jù)第二實(shí)施例的上述電動(dòng)機(jī)中，如上所述，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向領(lǐng)前側(cè)的間隔的擴(kuò)寬可防止所產(chǎn)生磁道的集中是有利的。另外，當(dāng)以2層埋入的各永磁鐵有朝轉(zhuǎn)子中心延伸的弧形時(shí)，關(guān)系到磁阻轉(zhuǎn)矩的磁通沿該弧形平滑地引導(dǎo)在永磁鐵間。因此與磁路形成有關(guān)的磁阻得以減小，從而改善了電動(dòng)機(jī)的效率。
其次，本發(fā)明的第3實(shí)施例參照?qǐng)D20和21來加以說明。如圖20所示，在第3實(shí)施例中，在2層中內(nèi)側(cè)的永磁鐵8b的曲率中心Rb設(shè)置成比在外側(cè)的永磁鐵8a的曲率中心Ra更遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子3的圓心。由此永磁鐵8a、8b端部9a、9b間的各間隔3b張開的形成。除此而外，第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)為第二實(shí)施例所共有，圖20所示電動(dòng)機(jī)中共有的部分以相同的標(biāo)號(hào)表示，這里省去了相應(yīng)的說明。
在第3實(shí)施例中，永磁鐵8a和8b在旋轉(zhuǎn)方向R領(lǐng)前側(cè)端部9a、9b間的各間隔3b保持寬度W，或該間隔在轉(zhuǎn)子的領(lǐng)前側(cè)在任何時(shí)候是寬的，不管轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)方向，即無論轉(zhuǎn)子3是向前或向后旋轉(zhuǎn)。如同第2實(shí)施例，磁通在間隔3b的集中于是減小，鐵損也得以降低。
如圖21所示，由永磁鐵8b在圖21(參見(a))用陰影線表示的部分9c、9d還可增加磁通。換句話說，如圖21(b)所示，由永磁鐵8a在側(cè)面產(chǎn)生的磁道N由布置在上述永磁鐵8a后側(cè)且如永磁鐵8a有相同的表面積的永磁鐵8b在中心部形成的磁通N所補(bǔ)充。同時(shí)，如(c)所示，在磁鐵8b兩端9c、9d產(chǎn)生的磁道直接到達(dá)轉(zhuǎn)子3的表面。由此，除外側(cè)永磁鐵8a表面積外，內(nèi)側(cè)和磁鐵8b兩端的表面積也有效地加入磁鐵作用。于是由永磁鐵8a的磁道和由兩端9c、9d的磁道之和輸出到轉(zhuǎn)子3的表面。因此由于永磁鐵8的有效表面積增加了，磁通量也有效地增加了，以致產(chǎn)生了更強(qiáng)的電磁轉(zhuǎn)矩。
在第2和第3實(shí)施例中，運(yùn)用了4組永磁鐵8a，8b，但這些組的數(shù)量可以不同于4。而且永磁鐵8的形狀不限制于朝轉(zhuǎn)子中心延伸的弧形。盡管各永磁鐵8a、8b都由永磁鐵制成直到端部9a、9b，但其端部9a、9b可是空隙(空氣層)或由合成樹脂制成。這就是說，這些實(shí)施例基于其精神可以各種方式改進(jìn)，其亦在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
其次，下面要說明為解決第1實(shí)施例電動(dòng)機(jī)另外問題的本發(fā)明的第4和第5實(shí)施例。在第1實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)中，為有效利用磁阻轉(zhuǎn)矩，在永磁鐵8a和8b間提供間隔用于磁通在這里穿過。如圖16所示，從內(nèi)側(cè)永磁鐵8b兩端出來的磁通不進(jìn)入外側(cè)永磁鐵8a，這就是說在外側(cè)永磁鐵8a的兩端沒補(bǔ)充。外永磁鐵8a缺少整體上內(nèi)永磁鐵8b的補(bǔ)充。影響電磁轉(zhuǎn)矩的外側(cè)永磁鐵8a的磁通量于是減少了，因此降低了總的電磁轉(zhuǎn)矩。
對(duì)本發(fā)明第4實(shí)施例電動(dòng)機(jī)將予以詳細(xì)的說明。圖22是本發(fā)明第4實(shí)施例電動(dòng)機(jī)的剖面圖。該電動(dòng)機(jī)包括固著于轉(zhuǎn)軸7的轉(zhuǎn)子3和裝有轉(zhuǎn)子3的定子2。轉(zhuǎn)子3包括埋入在鐵制轉(zhuǎn)子鐵心3a中的4組永磁鐵8a和8b。用作磁極的各組永磁鐵8a、8b在轉(zhuǎn)子3徑后方向以它們之間間隔形成為2層。永磁鐵組8a、8b設(shè)置成彼此相鄰而有S和N極交替布置。但各組2層永磁鐵8a、8b在其外周有相同極性。外和內(nèi)永磁鐵8a、8b都形成類似的朝轉(zhuǎn)子3圓心延伸的弧形。兩層結(jié)構(gòu)布置的外和內(nèi)永磁鐵8a、8b其間以恒定距離相互平行。注意，如圖22中所示，在轉(zhuǎn)子3徑向方向，內(nèi)永磁鐵8b有厚度Wb，而外永磁鐵8a有較Wb小5％的厚度Wa。
另一方面，定子2包括多個(gè)齒4。繞組10設(shè)置在齒4之間。通過對(duì)繞組10施加交流而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。
圖23是H(磁場(chǎng))-B(磁通密度)特性圖，這里縱座標(biāo)代表磁通密度B，橫座標(biāo)代表磁場(chǎng)H。永磁鐵8a、8b由有圖23所示去磁曲線11的釹鐵磁鐵制成。外磁鐵8a的1作點(diǎn)K1位于連接剩余磁通密度Br和矯頑力Hc的直線上。由于內(nèi)永磁鐵8b比外永磁鐵8a厚，該內(nèi)永磁鐵8b的工作點(diǎn)升到更高的位置K2。
在圖23中K1和K2間的差P表示在磁通密度B方面的差。在第4實(shí)施例中，K2比K1大近4％。
如上所述，由于在內(nèi)永磁鐵8b的磁通密度較外永磁鐵增加了約4％，有足夠的磁通量加到外永磁鐵8a，于是即使有部分磁通漏泄也足以補(bǔ)充外永磁鐵8a。
如上述，在根據(jù)第4實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)中，各永磁鐵形成為朝轉(zhuǎn)子中心延伸的弧形，且兩層永磁鐵在轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)的永磁鐵厚度制成比在轉(zhuǎn)子外側(cè)的永磁鐵大3％或更多。在厚度上的差有助于提高確定在后側(cè)永磁鐵磁通密度的工作點(diǎn)。于是與第1實(shí)施例電動(dòng)機(jī)相比，由于內(nèi)側(cè)永磁鐵磁通密度得以增加。因?yàn)閮?nèi)側(cè)永磁鐵的充分補(bǔ)充，即使在外側(cè)永磁鐵8a兩端，第一實(shí)施例的問題也得到了解決。通過本實(shí)施例提供的有永磁鐵的轉(zhuǎn)子由此有效地利用電磁轉(zhuǎn)矩。但，如內(nèi)周側(cè)永磁鐵厚度的增加小于外側(cè)永磁鐵3％，補(bǔ)充效果不充分。
下面將說明本發(fā)明的第5實(shí)施例。在本實(shí)施例中內(nèi)和外永磁鐵8b、8a形成有相同的厚度。只要該形狀是相關(guān)的，本實(shí)施例與圖19所示第4實(shí)施例是相同的。但本實(shí)施例有這樣的特點(diǎn)，外永磁鐵8a是鐵氧體磁鐵而內(nèi)永磁鐵是釹鐵磁鐵。
在圖23中，標(biāo)號(hào)11、12分別代表釹鐵磁鐵(永磁鐵8b)和鐵氧體磁鐵(永磁鐵8a)的H(磁道)-B(磁道密度)特性。從圖23可清楚看出，釹鐵磁鐵11的剩磁通密度Br約3倍于鐵氧體磁鐵12剩磁通密度Br’。外永磁鐵8a有由圖23工作點(diǎn)K3決定的磁通密度，由永磁體8b有由圖23工作點(diǎn)K1決定的磁通密度。
K1和K3間的差Q代表內(nèi)和外永磁鐵8b，8a磁通密度的差。內(nèi)永磁鐵8b有近兩倍或更大于外永磁鐵8a的密度。
于是，甚至當(dāng)內(nèi)和外永磁鐵8b，8b有相同的厚度，如由更大剩磁通密度Br材料制成的永磁鐵布置在后側(cè)(內(nèi)側(cè))，類似于第4實(shí)施例，外永磁鐵8a能得到充分的補(bǔ)充。
如上述，在本發(fā)明第5實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)中，兩層結(jié)構(gòu)的永磁鐵由彼此間剩磁通密度差別在3％或以上的磁鐵材料制成，且有更大剩磁通密度的永磁鐵布置在后側(cè)(內(nèi)側(cè))。如與第1實(shí)施例電動(dòng)機(jī)相比，類似于第4實(shí)施例，由于后側(cè)永磁鐵磁通密度得以增加。因此由本實(shí)施例提供的有永磁鐵的電動(dòng)機(jī)有效地利用了電磁轉(zhuǎn)矩。
但如內(nèi)側(cè)永磁鐵剩磁通密度的增加小于外側(cè)永磁鐵的3％，補(bǔ)充效果不充分。
雖然4極永磁鐵8使用于第4和第5實(shí)施例中，但使用的極數(shù)可以不是4。盡管在第5實(shí)施例中使用了鐵氧體磁鐵12和釹鐵磁鐵11作為有不同剩磁通密度的磁鐵材料，但亦可使用其它類型的結(jié)合，如鈷磁鐵和鋁鎳鈷磁鐵。另外，同樣系列但有不同剩磁通密度的磁鐵可以結(jié)合。而且在第4和第5實(shí)施例中的各永磁鐵8a和8b通常都由永磁鐵制成直到其端部，該端部可以是氣隙(空氣層)或由合成樹脂層制成。另外，第4和第5實(shí)施例的特征可以結(jié)合。換句話說，本發(fā)明并不局限于第4和第5實(shí)施例，可以根據(jù)其精神以各種方式改進(jìn)，它不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
其次來說明根據(jù)本發(fā)明的第6實(shí)施例。首先說明通過第6實(shí)施例要解決的問題。圖24示出第1實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)，其中為有效利用磁阻轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子有2層永磁鐵。根據(jù)第1實(shí)施例，4組2層永磁鐵8a和8b其間在轉(zhuǎn)子3徑向方向有間隔地埋入在轉(zhuǎn)子鐵心3a中。各組永磁鐵8a、8b在其外周側(cè)有相同的極性。在轉(zhuǎn)子中的內(nèi)和外側(cè)的各永磁鐵8a、8b形成為類似的朝轉(zhuǎn)子中心延伸的弧形。
該外和內(nèi)永磁鐵8a和8b設(shè)置成其間保持恒定距離的同心圓。因?yàn)?層永磁鐵8a、8b有朝轉(zhuǎn)子圓心延伸的弧形，其端部9a、9b變成約垂直于轉(zhuǎn)子表面。
如圖24和25所示，各永磁鐵8a、8b在其所有長(zhǎng)度上有相同的寬度，該永磁鐵的前端面15a、15b是扁平的。另外，彼此相鄰的內(nèi)永磁鐵8b、8b在到達(dá)前端面15b、15b前在點(diǎn)16、16以距離g成為最接近處，且其在前端為類似扇的開口。
第1實(shí)施例電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子3由包括電磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩的同步轉(zhuǎn)矩在R方向所轉(zhuǎn)動(dòng)。電磁轉(zhuǎn)矩由在定子2齒4繞組10產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和由永磁鐵8a、8b產(chǎn)生的磁場(chǎng)所引起，而磁阻轉(zhuǎn)矩是由在轉(zhuǎn)子鐵心3a的表面和在內(nèi)和外永磁鐵8b和8b的間隔形成上述旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁路所產(chǎn)生的。
在第1實(shí)施例的上述電動(dòng)機(jī)中，得到磁阻轉(zhuǎn)矩的最有效磁通是沿示于圖3的磁路Pa建立的。換句話說，在磁通從一齒4到另一齒4流動(dòng)中，穿過外永磁鐵8a后表面磁通的密度越高，所產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩越大。
但形成磁空間的永磁鐵8a、8b的端面15a、15b，在轉(zhuǎn)子3置于示于圖25所在旋轉(zhuǎn)位置時(shí)其間以可觀的距離與齒4相對(duì)。結(jié)果在該位置磁路Pa被過份彎曲了，且在磁路Pa的磁阻最后增大了。于是在磁路Pa的磁通密度被可觀地降低，使其不可能產(chǎn)生足夠的磁阻轉(zhuǎn)矩。
另外，在第1實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)中，在內(nèi)側(cè)彼此相鄰的永磁鐵8b變?yōu)榭康米罱脑擖c(diǎn)16、16位于距轉(zhuǎn)子3外周可觀的內(nèi)側(cè)。穿過永磁鐵間隔的相當(dāng)磁通在點(diǎn)16、16距離g處受阻，且在點(diǎn)16、16外側(cè)的扇狀部成為死區(qū)7。死區(qū)7的存在從產(chǎn)生足夠的電磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩的觀點(diǎn)看不是可取的。
下面對(duì)解決了這個(gè)問題的本發(fā)明第6實(shí)施例給予充分的說明。圖26示出第6實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)3。該電動(dòng)機(jī)包括固著于轉(zhuǎn)軸7的轉(zhuǎn)子3和裝有轉(zhuǎn)子3的定子2。轉(zhuǎn)子3包括用于磁極在轉(zhuǎn)子3徑向間隔開的4組2層永磁鐵8a和8b。該4組永磁鐵在轉(zhuǎn)子3周向以恒定距離埋入在轉(zhuǎn)子3的轉(zhuǎn)子鐵心3a中。4組永磁鐵8a、8b彼此相鄰以N和S極交替布置。而且永磁鐵8a、8b在其外周側(cè)設(shè)置成有相同極性。外和內(nèi)永磁鐵8a、8b形成類似的朝轉(zhuǎn)子中心延伸的弧形。組內(nèi)的外和內(nèi)磁鐵8a、8b，在它們間除其端部9a、9b外，以近恒定的距離平行布置。
永磁鐵8a、8b的端部9a、9b為楔形，該端部朝轉(zhuǎn)子3外表面變薄。它們近似垂直于轉(zhuǎn)子3的表面。外永磁鐵8a的端部9a在其兩側(cè)被切以形成變窄的頂端。另一方面，內(nèi)永磁鐵8b端部9b這樣形成，永磁鐵8b和在內(nèi)側(cè)靠近前一永磁鐵的另一永磁鐵8b的外表面在其間以恒定的距離g在轉(zhuǎn)子3徑向彼此平行地延伸(參見圖27)。而且該永磁鐵8b端部9b在內(nèi)側(cè)被切成僅在其內(nèi)表面?zhèn)茸冋?。圖27示出該切開部17。
因?yàn)槿缟鲜龆瞬?a、9b變窄，永磁鐵8b、8a的前端在內(nèi)側(cè)和在外側(cè)可延伸到轉(zhuǎn)子3表面附近的位置，而沒有轉(zhuǎn)子鐵心3a強(qiáng)度的減弱。
定子2提供了多個(gè)齒4，以繞組10繞于其間。當(dāng)交流加到繞組10時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。由于該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)子3以圖26的R方向轉(zhuǎn)動(dòng)。在圖26中，為產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩最有效的磁通流通路徑指示為Pa。
如圖27所示，在本實(shí)施例中，關(guān)系式滿足
Lm1＝0.4×Lt和Lm2＝0.4Lt其中Lt表示齒4前端間的寬度，Lm1表示外永磁鐵8a前端的寬度，而Lm2表示內(nèi)永磁鐵8b前端的寬度。二永磁鐵8a、8b前端的寬度Lm1，Lm2最好不大于0.7×Lt。
圖28示出永磁鐵8a、8b前端寬度Lm(＝Lm1＝Lm2)和齒4前端寬度Lt的比例Lm/Lt和在磁路Pa中流過磁通量的關(guān)系。如Lm/Lt不大于0.7，磁通量成為預(yù)定值或更高，且它是穩(wěn)定的。
根據(jù)本實(shí)施例，滿足關(guān)系Ls＝1.5×Lk其中Lk代表內(nèi)和外永磁鐵8a、8b前端間的間距，和Ls代表齒4的齒距，如圖2所示。最好間距Lk，Ls保持由等式(2)或(3)所表示的關(guān)系；1.3×Ls≤Lk≤1.7×Ls(2)或1.3×Lk≤Ls≤1.7×Lk(3)其中Lk表示轉(zhuǎn)子內(nèi)周側(cè)永磁鐵和轉(zhuǎn)子外周側(cè)永磁鐵的前端的間距，和Ls表示定子齒的齒距。最好是永磁鐵8a、8b的前端面15a、15b與齒4前端不要同時(shí)一致。
盡管在第6實(shí)施例用4組永磁鐵8a、8b，但允許使用不同的組數(shù)。另外，盡管在第6實(shí)施例各永磁鐵8a、8b都由永磁鐵制成直到端部9a、9b，該端部可以是氣隙(空氣層)或由合成樹脂層制成。永磁鐵8不受兩層結(jié)構(gòu)的限制，可以形成為1層或3層或更多層。而內(nèi)和外永磁體8a、8b前端的間距設(shè)置為保持Ls＝1.5，可以采用不同于該實(shí)施例的間距，如滿足Ls＝Lk按第1實(shí)施例示于圖24。盡管在本實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)中永磁鐵8a、8b前端在其側(cè)面被切去而變窄，但該前端可倒圓成類似圓頂。換句話說，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，可基于其目的以各種形式加以改進(jìn)，這都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
這里對(duì)本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)一步說明。因?yàn)楦饔来盆F8a、8b的二前端在靠近轉(zhuǎn)子3表面位置變窄且與轉(zhuǎn)子3表面約成直角的埋入，甚至當(dāng)轉(zhuǎn)子3轉(zhuǎn)到如圖25所示旋轉(zhuǎn)位置時(shí)，有效產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩的磁路Pa的磁通密度維持是高的。這就是說由于永磁鐵8a、8b的相對(duì)表面在其前端變窄，在磁路Pa的磁通即使定子2齒4處于對(duì)著永磁鐵8a、8b端的位置亦平穩(wěn)地引入到轉(zhuǎn)子3。因此如與第一實(shí)施例相比，有效地產(chǎn)生了磁阻轉(zhuǎn)矩。
因?yàn)橛来盆F8a、8b變窄的前端寬度Lm不大于定子齒4前端的寬度Lt的70％，更多的磁通被導(dǎo)入到磁路Pa，以致上述運(yùn)行可完成得更加有效(參見圖28)。
當(dāng)永磁鐵8a、8b其間有一定距離在轉(zhuǎn)子3徑向以2層埋入，且各永磁鐵8a、8b兩端在轉(zhuǎn)子3內(nèi)側(cè)被切而主要在其內(nèi)表面變窄時(shí)，更多的磁通導(dǎo)入在內(nèi)和外永磁鐵8a、8b間，因此在對(duì)磁阻轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生起有效作用的磁路Pa上的磁通密度增加了，而顯然得到了大的磁阻轉(zhuǎn)矩。
在兩層結(jié)構(gòu)中，如內(nèi)和外永磁鐵8a、8b在前端部分的間距Lk是相應(yīng)于等式(2)中齒4間距Ls的1.3-1.7倍，或如Ls設(shè)置成是1.3-1.7倍Lk，因此不使二永磁鐵的前端而與齒4前端面同時(shí)一致，從齒4的磁通可平衡地導(dǎo)入在內(nèi)和外永磁鐵8a、8b間，以致產(chǎn)生大的磁阻轉(zhuǎn)矩。
如相鄰永磁鐵的二端的外表面大致相互平行在轉(zhuǎn)子3徑向方向延伸，永磁鐵和相鄰上述永磁鐵的另一永磁鐵的端部的間隔為不變，由此消除了死區(qū)。如二端的間隔設(shè)置得小，小于第1實(shí)施例最小距離g，則有效產(chǎn)生永磁鐵電磁轉(zhuǎn)矩的表面區(qū)域擴(kuò)展了。另一方面，如二端的間隔設(shè)置成大于該最小距離g，在該間隔中的磁通量增加了，以致增加了產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩。
根據(jù)本實(shí)施例，即使在轉(zhuǎn)子處于第一實(shí)施例難于利用磁阻轉(zhuǎn)矩的旋轉(zhuǎn)位置時(shí)，在轉(zhuǎn)子內(nèi)亦形成磁通流動(dòng)，以便于產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。由此本實(shí)施例提供了有效利用磁阻轉(zhuǎn)矩的有永磁鐵的轉(zhuǎn)子。
雖然對(duì)本發(fā)明已結(jié)合最佳實(shí)施例并參見附圖做了充分說明，要指出的是對(duì)所屬領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯然就此可作出各種變化和改進(jìn)。應(yīng)當(dāng)明白這些變化和改進(jìn)都包括在本發(fā)明由所附權(quán)利要求所限定的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)機(jī)包括有多個(gè)繞于鐵心的繞組的定子，和包括轉(zhuǎn)子鐵心和由該定子所環(huán)繞可轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子；其中該轉(zhuǎn)子包括多組埋置在轉(zhuǎn)子鐵心的永磁鐵，永磁組包括多個(gè)永磁鐵，該多組永磁鐵布置成在該永磁鐵外周側(cè)有交替的N和S極，一組的永磁鐵延伸以致其端部位于該轉(zhuǎn)子的外周。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電動(dòng)機(jī)，其中各永磁鐵有朝該轉(zhuǎn)子中心延伸的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電動(dòng)機(jī)，其中各永磁鐵的形狀是朝轉(zhuǎn)子中心延伸的弧形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電動(dòng)機(jī)，其中永磁鐵組中2永磁鐵間的間隔是恒定的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電動(dòng)機(jī)，其中定子包括用于安放繞組的多個(gè)齒，且在第一和第二和磁鐵間的間隔大于齒寬的1/3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的電動(dòng)機(jī)，其中永磁組中2永磁鐵間的間隔至少其端部在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的領(lǐng)前側(cè)較它的其它部分寬。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的電動(dòng)機(jī)，其中在永磁鐵組中內(nèi)側(cè)永磁鐵的曲率中心較在外側(cè)的另一永磁鐵更遠(yuǎn)離該轉(zhuǎn)子中心，以致該2永磁鐵間的間隔在永磁鐵的端部較其它部分寬。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的電動(dòng)機(jī)，其中各永磁鐵的二端部朝其端部斜削靠近轉(zhuǎn)子外表面且垂直于轉(zhuǎn)子表面延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的電動(dòng)機(jī)，其中定子包括用于繞組的多個(gè)齒，并滿足下述關(guān)系Lm≤0.7×Lt，其中Lm表示永磁鐵斜削端的寬度，Lt表示定子二齒近轉(zhuǎn)子端部間的寬度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的有永磁鐵的電動(dòng)機(jī)，其中不同極性的相鄰永磁鐵端部的外表面相互平行以轉(zhuǎn)子的徑向方向延伸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的有永磁鐵的電動(dòng)機(jī)，其中永磁鐵組的數(shù)量是4個(gè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的有永磁鐵的電動(dòng)機(jī)，其中永磁鐵的端部包括用空氣或合成樹脂充填的空間。
13.一種電動(dòng)機(jī)包括有多個(gè)繞于鐵心的繞組的定子，和封裝在該定子的轉(zhuǎn)子；其中轉(zhuǎn)子包括多組埋置在由高導(dǎo)磁性材料制成的轉(zhuǎn)子鐵心中的2層永磁鐵，該2層永磁鐵組包括在轉(zhuǎn)子外側(cè)的第1永磁鐵和在轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)的第2永磁鐵，該多組2層永磁鐵布置成在該永磁鐵外周側(cè)交替地有N和S極，該第1和第2永磁鐵延伸以使其端部位于靠近該轉(zhuǎn)子外周處。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的電動(dòng)機(jī)，其中各第1和第2永磁鐵有朝轉(zhuǎn)子中心延伸的弧形。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的電動(dòng)機(jī)，其中一套的多組包括埋置在轉(zhuǎn)子鐵心中的2永磁鐵，各永磁鐵有朝轉(zhuǎn)子中心延伸的弧形，且在轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)的2永磁鐵之一的厚度較在轉(zhuǎn)子外側(cè)的該2永磁鐵之另一個(gè)大3％或更多。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的電動(dòng)機(jī)，其中多組中的一組包括埋置在轉(zhuǎn)子鐵心中的2永磁鐵，各永磁鐵有朝轉(zhuǎn)子中心延伸的弧形，且該2永磁鐵中在轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)的永磁鐵磁性材料較該2永磁鐵中在轉(zhuǎn)子外側(cè)的另一個(gè)永磁鐵磁性材料的剩磁通密度大3％或更多。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的電動(dòng)機(jī)，其中在轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)的永磁鐵的兩端部在其內(nèi)表面被斜削。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的電動(dòng)機(jī)，其中定子包括多個(gè)用于繞組的齒，且滿足下述關(guān)系式之一1.3×Ls≤Lk≤1.7Ls，或1.3×Lk≤Ls≤1.7×Lk，其中Lk表示2永磁鐵相鄰端的間距，Ls表示定子齒的齒距。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的電動(dòng)機(jī)，其中不同極性相鄰永磁鐵端部的外表面在轉(zhuǎn)子徑向方向相互平行地延伸。
全文摘要
一種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子包括多組埋置在轉(zhuǎn)子中的永磁鐵8a，8b，各組包含其間有一定距離的在內(nèi)側(cè)的永磁鐵和在外側(cè)的另一永磁鐵。各永磁體8a，8b形成朝轉(zhuǎn)子中心延伸的弧形。于是磁通易于在內(nèi)側(cè)和外側(cè)的永磁鐵間的間隔通過，且增大了q軸電感。從而除了電磁轉(zhuǎn)矩外還產(chǎn)生了磁阻轉(zhuǎn)矩，且該電動(dòng)機(jī)有高的轉(zhuǎn)矩和高的功率輸出。
文檔編號(hào)H02K21/14GK1149778SQ9611004
公開日1997年5月14日 申請(qǐng)日期1996年5月31日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月31日
發(fā)明者本田幸夫, 村上浩, 楢崎和成, 伊藤浩 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社