[发明专利]永磁体型同步电动机及其制造方法

说明书

本申请是国际申请日为2004年8月26日，优先权日为2003年9月4日，申请号为200480001873.9，发明名称为“永磁体型同步电动机及其制造方法”的分案申请。

技术领域

本发明涉及有助于减少嵌齿转矩的永磁体型同步电动机以及用于制造这种电动机的方法。

背景技术

在内转子型永磁体型同步电动机中的嵌齿转矩包括转矩中的脉动分量，在没有电流送入绕组的时刻，当磁体转子由外部驱动转动时，其在定子铁心的齿和磁体转子(转子)之间产生，并且在理论上只出现转子磁体的磁极的数量2p和定子铁心的齿(槽)的数量z的最小公倍数的阶数(见非专利文件1)。不过，这个理论限制于转子(主要是磁体)和定子铁心的形状与材料性能是均匀的，并相对于极数和槽数被完全对称地制造的情况。

不过，因为在实际的电机中，极数和槽数脱离对称的性能，特别是在批量生产的领域，在许多情况下出现大幅值的具有低于最小公倍数的阶数的嵌齿转矩的分量。嵌齿转矩的增加对于产品的性能具有大的影响，这是因为，对于伺服电动机，会引起位置精度的变劣，而对于汽车的动力操纵，会引起对电动机的操纵感觉变差。

回到转矩产生的原理，对转矩中的脉动分量的产生机理给予解释。转矩和磁通密度相关，在磁通容易通过的情况下，转矩增加。磁通通过的容易程度被称为磁导(磁阻的倒数)，转矩和磁导的平方成正比。因而，当磁导改变时，便产生嵌齿转矩。在作为产生磁通的源的磁体涉及不均匀的分布并且对称性能和极数不一致的情况下，这些被在定子侧检测，并出现其阶数和槽的数量一致的并具有其较高阶的分量的脉动。较高阶的分量由较高的谐波分量构成，其不均匀的成分不一定作近似正弦变化使然。

因为主磁通从磁体通过空气再从定子铁心的齿通过后磁轭返回磁体，所通过的材料被分成两个。一个是在转子和定子之间存在的空气，另一个是构成铁心的磁本体。近年来，在许多情况下使用轧制的平的磁钢片和带的层叠体作为这种磁本体，轧制的平的磁钢片和带的磁特性经常引起问题。在主磁通的通量涉及不均匀的分布以及对称特性和槽数不一致的情况下，这些在转子侧上被感知，并出现具有和极数一致的阶数以及其较高阶的分量的脉动。

为了使磁通通过，表示磁通通过的容易度的导磁率μ在空气中是恒定的，因此由于气隙长度的改变而出现在空气中的磁通数量的改变。对通过转子磁体和定子齿而运动的主磁通具有影响的物理量大致被分为两类，一类是表示在转子磁体的外径和定子齿之间的最短的距离的间隙(称为气隙)，另一类是相邻的定子齿之间的间隙(一般称为开口宽度)。当气隙由转子的外径形状和定子的内径形状决定时，定子的内径形状在许多情况下会引起问题。

此外，在为了便于绕制处理的情况下，使用一种方法代替由基本上圆形的一体铁心制造定子铁心，其中铁心被部分地或全部地被分割在齿之间，具有微小的间隙，当被分割的部分被连接在一起则构成隙距。

此外，在铁心被部分地分割并在绕制之后被连接的情况下，为了连接处理的方便，在一些情况下使一部分和其余的部分不同，从而产生了在结构上的不均匀。

还有，由于各种因素以及在同一个铁心中的不均匀的分布，由磁本体例如轧制的平的磁钢片和带制成的铁心在许多情况下产生各个不同的导磁率。产生各个差异的一个因素是作为铁心材料的轧制的平的磁钢片和带的成分(等级)。此外，在同一个铁心上产生差异的一个因素是由于由冲制铁心的形状的方法而获得的铁心的特定部分中的不同的导磁率，这是由于在例如轧制的平的磁钢片和带的轧制方向和与之垂直的方向之间的磁特性的差异(磁各向异性)。此外，当轧制的平的磁钢片和带借助于金属模的利刃冲制时，由利刃施加的力引起齿端面上的导磁率的劣化，以及用于固定层叠体的凹凸部分的装配处理(被称为填缝)引起被填缝的部分及其相邻的部分的劣化。

此外，在许多情况下采用在定子铁心的外周边上固定一个框架以便把铁心固定到支撑着轴承的托架上的制造工艺，以便阻止由于在转动的转子和定子之间产生的力矩使定子运动，但是由框架施加到定子铁心的外周边上的力不仅对定子铁心的外周边的附近具有影响，在那里不通过如此之多的磁通，而且对齿附近具有影响，其构成主要的通路，使得导致轧制的平的磁钢片和带的磁特性的劣化和齿的移动，因而改变定子铁心的内径的形状。

除非在理想情况下对于极数和槽数而言间隙和磁特性被均匀地构成，便产生较低阶的嵌齿转矩。