[发明专利]永磁体和永磁体旋转电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种D形永磁体和一种包括该D形永磁体的同步永磁体旋转电机，例如伺服电动机、DC无刷电动机或发电机。

背景技术

由于高效率和精确控制能力，永磁体(PM)旋转电机通常用作控制电动机，典型地伺服电动机。例如，在AC伺服电动机中，使用如图7所示的具有径向气隙的永磁体旋转电机。该PM旋转电机包括转子3和定子13，该转子包括转子芯1和附装到转子芯的表面上的多个D形永磁体段2，该定子13围绕转子3以限定转子与定子之间的间隙，并且定子包括定子芯11，该定子芯具有多个狭槽和线圈12，所述线圈缠绕在齿上并接收在狭槽中。在图7所示的PM旋转电机中，(永磁体)磁极的数量是六(6)，齿的数量是九(9)，并且与永磁体段相关联的箭头指示其磁化的方向。关于永磁体段，磁性取向在平行磁场中实现，从而使容易磁化的方向平行于磁体段的中心轴线。线圈作为集中绕组绕在齿上，并以U、V和W相这三相的Y形接法连接，如图8所示。在图7中，线圈的实心圆圈指示线圈缠绕方向是相对于纸面向前，并且线圈的叉号(×)表示线圈缠绕方向是相对于纸面向后。

当电流流过线圈时，在定子芯区域中所示的宽箭头的方向上产生磁场，从而使转子逆时针旋转。这里，因为磁场是沿与永磁体段的磁化相反的方向，所以在旋转方向上的永磁体段的后部区域(图7中段2的画圆圈的区域)处于易受退磁影响的情况下。通常所使用的永磁体材料包括诸如钡铁氧体和锶铁氧体的铁氧体磁体和诸如Sm-Co和Nd-Fe-B磁体的稀土磁体。在这些磁体中，目前稀土磁体作为高性能磁体找到了显著增长的应用。

在要求高精度转矩控制的AC伺服电动机和类似电动机中，转矩必须具有较少的波纹(ripple)。因此，不希望的是，当永磁体转动时，定子狭槽与永磁体的对准导致由于横穿间隙的磁通量分布的变化而产生齿槽效应转矩(即，在没有电流流过线圈的情况下的转矩)，或者在通过流过线圈的电流驱动时出现导致转矩波纹。转矩波纹恶化可控性，并额外引起噪音。

可通过以下方式减小齿槽效应转矩，即，将永磁体段构造成具有从中心向横向端部减缩的D形横截面形状，并包括偏心的弓形部分，如图9所示。借助该构形，作为产生磁通量分布的明显变化的磁极切换区域的永磁体段的端部产生平滑的磁通量分布，减小了齿槽效应转矩。也可通过将永磁体段构造成具有包括如图10所示的偏心弓形部分的C形横截面减小齿槽效应转矩。因为D形磁体的横向相对端部比其中心部分薄，因此即使轻微地偏心，D形磁体对减小齿槽效应转矩也是较有效的。虽然偏心磁体具有减小的体积并因而导致驱动转矩的减小，但由于可借助较小的偏心减小齿槽效应转矩的D形磁体而引起的转矩减小的比例较小。因而D形磁体优于C形磁体。

如图9所示的偏心D形磁体具有非常薄并易受退磁影响的端部。现在将说明为什么薄规格磁体端部易受退磁影响的原因。永磁体的退磁幅度是通过在工作温度下矫顽力的幅度和反磁场的幅度确定的。退磁磁化率随着矫顽力降低和反磁场增强而增大。反磁场是由永磁体的磁化产生的自身反磁场和来自外部的反向磁场的总和。在永磁体端部上施加有来自定子的高反磁场。自身反磁场随着永磁体在磁化方向上的厚度减小而增强。

一旦磁体被退磁，就会由于局部不均匀磁场而引起驱动转矩减小和齿槽效应转矩增大的问题。

可参考JP-A 2006-60920。

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁体和一种包括该永磁体的永磁体旋转电机，该永磁体当在旋转电机中使用时在减小齿槽效应转矩方面是有效的，并且不易受到退磁的影响，该永磁体旋转电机具有高输出和高精确控制能力。

在进一步改进包括偏心的磁体和以减小的齿槽效应转矩为特征的旋转电机方面做出了努力，发明人已实现了没有转矩变动并且不易受到退磁影响的旋转电机。

在一方面中，本发明提供一种具有D形横截面的永磁体，该永磁体包括大致弓形的顶表面、平的底表面和侧表面，所述大致弓形的顶表面包括具有顶点的中心区域和横向相对端部区域。假如多个永磁体圆周地布置成使假想的大圆外接磁体的弓形顶表面上的顶点，则：磁体顶表面的中心区域描绘出与一假想的小圆重合的周线，该假想的小圆与所述大圆偏心，并具有比所述大圆小的直径，并且磁体顶表面的横向相对端部区域每个都定位在所述小圆与磁体侧表面之间的交点外侧并在所述大圆与磁体侧表面之间的交点内侧。

在优选实施例中，大致弓形的顶表面包括弓形中心区域和横向相对的直线端部区域，所述直线端部区域从中心区域的端部延伸到磁体的侧表面，并且平行于磁体的平的底表面。