[发明专利]永久磁铁转子及使用其的马达

说明书

技术领域

本发明涉及通过磁极的变形将相对于机械角的各向异性的方向Mθ以90×sin[φ{2π/(360/p)}]的分布连续方向控制了各向异性的永久磁铁转子。更具体来说，涉及以广泛使用作为家电设备、空调设备、及信息设备等的各种驱动源的、大约50W以下的永久磁铁型马达的省电力化、省资源化、小型化、及静音化为目的的、连续方向控制了各向异性的永久磁铁转子及使用该永久磁铁转子的马达。

背景技术

马达由于以高精度将钢铁、非铁金属、高分子等各种材料加工为转子、轴、轴承、定子，并将这些进行组合，从而被视为将电能转换为机械能的复合功能部件。近年来，在马达中利用具有吸引或排斥其他磁性材料的能力、及无外部能量的情况下也能永久产生静磁场的能力的磁铁、所谓的永久磁铁型马达成为主流。从物理上来说，磁铁与其他磁性材料不同的点在于，在消除外部磁场后也残留有效的磁化M，当赋予热量或比较大的反磁场等时，首先引起磁化反转(去磁)，伴随于此，引起磁化M的降低这一方面。这样磁铁的重要的特性值存在能量密度(BH)max。这是将磁铁的潜在的能量由单位体积表示。

可是，磁铁的强有力地吸引或排斥的能力根据马达的种类的不同，未必达到高性能化。但是，在非专利文献1中记载了以下内容，即根据作为磁铁的基本特性之一的剩磁通密度Br、和作为马达性能的指标的马达常数KJ(KJ是输出转矩KT和电阻损失的平方根√R之比)的关系，当将马达直径、转子直径、空隙、软磁性材料、磁铁尺寸等固定时，磁铁的能量密度(BH)max的增加在作为本发明的对象的径向空隙型磁铁马达中，可得到更高的转矩密度。

然而，磁铁的能量密度(BH)max的增加在作为本发明的对象的马 达中，可得到更高的转矩密度，另一方面，在该马达的定子铁心上存在有收容卷线的槽、和形成磁路的一部分的齿，因此，导磁率伴随旋转而变化。为此，磁铁的能量密度(BH)max的增加引起转矩波动、即齿槽转矩(cogging torque)的增加。齿槽转矩的增加阻碍马达的顺畅旋转，导致马达的振动或噪音的增大，伴随着旋转控制性变差等弊端。

为了避免上述弊端，关于齿槽转矩，从以往开始，使马达的转子和定子铁心的空隙磁通密度分布靠近正弦波状的研究的数量变多起来。

首先，关于在磁化方向上具有某一定厚度的磁极，可以举出磁铁的偏厚化。例如，在非专利文献2的图11A所示的剩余磁化Br＝1.2T、磁极中心的最大厚度3mm、磁极两端的最小厚度1.5mm的偏厚化的磁极中，若形成为12极/18槽的马达，则能够极小化齿槽转矩。但是，图11A所示的马达具有偏厚化的磁极1、定子铁心2、定子铁心槽3、和定子铁心齿4。还有，在这种情况下，磁极1从外径侧开始偏厚，但周知的是即使从其相反的磁极内径侧开始偏厚的磁极1的情况下，也能够减少齿槽转矩。

还有，如非专利文献2的图11A所示，为了通过磁极的偏厚化而极小化齿槽转矩，需要进行磁极两端的最小厚度相对于磁极中心的最大厚度为1/2左右的偏厚化。从而，若磁极1的厚度、即磁化M的方向(厚度)薄，则即使在偏厚化磁极1而极小化齿槽转矩的情况下，也得不到充分的效果。而且，由于通常为机械性脆弱的磁极，所以还难以加工。

另一方面，关于磁化方向的厚度薄的磁极，已知有非专利文献3的图11B所示的使磁极倾斜的方法、或非专利文献4的图11C所示的连续削除磁极间的磁极面积的方法。

综述以上的以往技术如下，即：将厚的磁极的磁极端均减小至1/2左右，导致其与定子铁心的空隙变宽，或削减薄的磁极的磁极间的面积。从而，抑制从磁极产生的静磁场Ms作为磁通Φ流入定子铁心的量。其结果，在这些方法中，由于齿槽转矩的减少，通常会导致10～15％的转矩密度的降低。从而，基于图11A、11B、及图11C所示的以往技术的齿槽转矩降低法处在与通过磁铁的能量密度(BH)max的增加来实现马达的转矩密度的增加的情况相反的关系。