[发明专利]磁极铁心以及使用磁极铁心的直流电动机

说明书

技术领域

本发明涉及磁极铁心以及使用磁极铁心的直流电动机，该磁极铁心通过不但叠加3次高次谐波分量或5次高次谐波分量而且还叠加必要的任意高次的高次谐波分量而使降低转矩脉动成为可能。

背景技术

在现有技术中，作为在光盘或光磁盘等盘旋转驱动装置等中使用的电动机，使用不产生噪声并且在长时间内稳定地连续运转的无刷电动机，但在无刷电动机所产生的转矩中，产生根据旋转角度周期性地变动的转矩脉动。

电动机输出轴的输出转矩相对于旋转角的变化称为转矩脉动，由于转矩脉动成为旋转不均匀和振动、噪音产生的主要原因，因而期望转矩脉动很小。对于该转矩脉动，齿槽转矩和在电枢电流流过时出现的电流转矩脉动这两者合成而作为转矩脉动出现。

在进行作为无刷电动机的典型的通电方式的3相120度通电的情况下，产生13.4％p-p的转矩脉动。已知，为了减少该转矩脉动，对基波的正弦波叠加5次高次谐波而使电枢交链磁通歪斜，则减小合成转矩的脉动(参照非专利文献1第93页)。图7是说明非专利文献1所公开的转矩脉动补正法的图。如图所示，若将基波的振幅作为100％，如果叠加振幅7.2％的5次高次谐波，则转矩脉动从理论值13.4％减少至2.5％。对具有基波分量被磁化的磁场强度分布的磁体通过重叠5次高次谐波分量来进行磁化，从而进行该5次高次谐波的叠加。

可是，如果磁体材质是例如铁素体，则如上所述使高次谐波相互重叠的磁化方法是可能的，但在例如使用作为高性能(最大能积等)的稀土类磁石而已知的Nd-Fe-B系的磁体材质(钕Nd磁体)的情况下，不能使用这样的叠加磁化方法。

专利文献1公开了与非专利文献1相同的叠加磁化方法，但专利文献1在磁体的正弦波状的磁场强度分布上不但叠加5次高次谐波分量而且还叠加3次高次谐波分量而进行磁化。由此，能够降低旋转不均匀。

另外，专利文献2公开了为了得到3次高次谐波分量而形成每1极1.5个周期的程度的正弦波状的凹凸的技术。专利文献2也公开了与上述相同的叠加磁化方法，但另外还公开了通过使环状磁体的内周面成为凹凸形状而得到具有基波分量和3次高次谐波分量的感应电压的技术。可是，由于通过这样的磁体的内周面形状的加工，为了应对5次以上的高次的高次谐波分量，其形状过于复杂，因而事实上是不可能的。

以上，参照非专利文献1、专利文献1以及专利文献2来说明的现有技术全都通过在磁体磁化或者磁体形状上下工夫而得到不但具有基波分量而且还具有3次高次谐波分量和5次高次谐波分量的磁场强度分布。由此，虽然能够降低转矩脉动，但存在着如上所述不能应对钕Nd磁体或者为了应对更高次的高次谐波分量而使磁体形状过于复杂的问题。另外，存在着这样的缺点：相对于磁通变化而对铁心的磁通进行积分的效果少，在径向间隙型无刷电动机中，齿槽的变化增大。

与此相对，专利文献3公开了用于降低齿槽转矩的定子磁极铁心形状。通常，无论无刷电动机是内转子型还是是外转子型，磁体都是设在旋转的转子上，另一方面，磁极铁心和卷绕在磁极铁心上的绕组设在定子上，但专利文献3在该定子磁极铁心的形状上下工夫。

图8(A)是专利文献3所公开的无刷电动机的径方向截面图，(B)是放大(A)所示的一个翼部而显示的图。在图中，定子磁极铁心由圆环状磁轭、在该磁轭上沿径方向配置的12个臂部以及从臂部的顶端向左右伸出的翼部构成。在互相邻接的臂部之间形成槽，在此处卷绕定子绕组(图示省略)。

在图8(B)中显示详细构造的翼部由构成为以轴的轴心为中心的圆弧状的中央圆弧部和中央圆弧部的两侧的平坦斜面部构成。由此，由于中央圆弧部的磁通密度大致平坦，在平坦斜面部上，与转子磁体之间的空隙随着朝向端部而逐渐增大，因而磁通密度也平稳地变化。因此，磁场能量的变化程度小，降低齿槽转矩成为可能。

可是，为了降低齿槽转矩和转矩脉动而仅使空隙逐渐变化是不够的。因此，专利文献3使磁体极数P和定子磁极数M为P∶M＝6n-2∶6n(其中，n是2以上的整数)的关系。因此，不能适用于具有P∶M＝8∶6、12∶9、16∶12等关系的基本的无刷电动机。

专利文献1：日本特许第3738984号公报

专利文献2：日本特许第3372047号公报

专利文献3：日本特开2000-209829号公报

非专利文献1：萩野弘司著，“无刷DC电动机的用法”，欧姆社，2003年7月10日发行，pp92-94

发明内容

本发明要解决的问题