[发明专利]同步电动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种同步电动机的转子及其制造方法、以及同步电动机。

背景技术

在同步电动机的转子使用高磁力磁铁的情况下，由于稀土类磁铁是价格非常高的材料，所以为了抑制其使用量而在多数情况下尽可能以壁厚较薄的形状加以利用。此外，在用于鼓风机用途的电动机的情况下，由于将叶片直接安装在电动机的旋转轴上使用，所以如果电动机输出的转矩产生脉动，则通过叶片成为产生噪音的原因，因此与基于磁阻转矩容易产生转矩脉动的磁铁嵌入式(IPM：Interior Permanent Magnet)结构相比，多采用将磁铁配置于转子表面(SPM：Surface Permanent Magnet)的结构。这种情况下的转子，一般采用如下结构：使铁等软磁性材料作为背轭，在转子表面配置较薄的环状磁铁或圆弧状的瓦型磁铁(例如专利文献1、2)。

此外，在电动机的外径大于轴向尺寸成为扁平的电动机的情况下，在转子的轴向长度取值比定子铁芯的叠层厚度大时，转子的不与定子铁芯相对置的部分的磁通交链于定子的量对电动机特性造成较大影响，所以多数情况下使转子的永久磁铁的轴向尺寸取值比定子铁芯的叠层厚度大。

然而，在使永久磁铁的轴向尺寸大于定子铁芯的情况下，不与定子铁芯相对置的部分在磁铁表面存在较多非磁性空间(空气)，磁铁的磁导率下降，导致磁铁产生的磁力下降。在使用稀土类磁铁的转子的情况下，由于使用较薄的永久磁铁，所以上述因磁导率下降所导致的磁力下降更大。因此，即使相对于定子的叠层厚度增加永久磁铁的转子轴方向的长度，其效果相对于材料成本的增加也减小。

存在在轴向上由多个不同结构或磁铁材料构成转子的情况，并且有使用高磁力的稀土类烧结磁铁和铁氧体烧结磁铁的转子(例如专利文献3、4)。稀土类烧结磁铁的制造方法多采用在烧结出较大的磁铁块后将其切割成规定形状的方法，因此为了抑制磁铁的制造成本，在多数情况下以平板形状加以利用。因此，在同步电动机的转子中利用的情况下，多采用在软磁性铁芯中设置磁铁插入孔并且在转子内部配置永久磁铁的IPM方式。此外，铁氧体烧结磁铁在旋转频率较高等用途中，为了防止离心力导致磁铁飞散，也同样多采用IPM方式的结构。

然而，在IPM结构的转子的情况下，由于相邻的磁极之间存在作为铁芯的软磁性材料，所以存在大量穿过该部分与相邻的磁极短路的磁通。在铁氧体烧结磁铁的情况下，由于与稀土类烧结磁铁相比其磁力较低，所以磁极间的磁通短路的影响比稀土类磁铁大。在将其配置于不与定子铁芯相对置的转子轴方向上的两端的情况下，由于转子表面的外侧是空气，所以磁阻增大，磁导率下降，从磁铁产生的磁通下降。在转子内部的磁极间短路的磁通不会因有无定子铁芯而受到较大影响，因此短路的磁通量变化较少，作为其结果，在转子内部短路的磁通量相对于由磁铁产生的磁通的比例增大，难以有效地利用磁铁的磁力。

为了提高转子的性能，有使用磁力更高的稀土类磁铁的情况，但是由于材料的价格较高，所以存在将稀土类磁铁装入到由低磁力磁铁构成的转子的一部分中的方法(例如专利文献5、6)。

然而，在专利文献5中所述的结构的情况下，由于需要防止定子的背轭因高磁力的永久磁铁而产生磁饱和从而使磁通泄漏到电动机的外部，所以无法获得那么高的磁力。此外，在采用专利文献6中所述的结构的情况下，由于周向的一部分磁力因高磁力磁铁而增强，所以导致转子表面的磁通密度的分布波形极大地失真，在电动机运转时容易产生转矩脉动，成为产生振动和噪音的原因。

在专利文献7中，记载有通过组合低磁力磁铁和高磁力磁铁来实现高性能化的转子。在该转子的内侧使用磁力较低的磁铁，但是该磁铁具有极性各向异性取向，通过磁通集中于磁极中心附近的效应，即使是磁力较低的磁铁，也能够获得较高的磁力。在该磁铁的外周即转子的表面配置有高磁力的磁铁。如稀土类磁铁这样的高磁力的磁铁，由于材料价格较高，所以为了抑制使用量,通常使用厚度薄的高磁力磁铁，但是在这种转子的情况下，由于磁铁的内侧是磁力较低的磁铁材料，所以高磁力的磁铁的磁导率会降低，不能获得足够的磁力。在这种转子的情况下，通过在内侧配置极性各向异性的磁铁，能够补充高磁力磁铁的磁力下降的量，获得很高的磁力。

然而，如上所述，较薄的高磁力磁铁在磁导率较低的状态下，难以获取充分的磁力，因此在将其配置在不与定子相对置的部分的情况(转子的轴向尺寸大于定子的情况)下，一般不能获得与尺寸增加相应的磁力提高，性价比下降。

专利文献1：日本特开2005-312166号公报

专利文献2：日本特开2009-142144号公报