專利名稱：永久磁鐵型同步電動機的制作方法
專利說明 本發明涉及永久磁鐵型同步電動機，尤其涉及具有突出磁極轉子的永久磁鐵型同步電動機，當引擎加速或減速時能使所用電流減小，且能獲得低的齒槽轉矩。
鐵芯的一些部分突出伸入到轉子的永久磁鐵的磁極中去地傳統的永久磁鐵型同步電動機已經有所公開，如1987年7月10日公布的題為“永久磁鐵型同步電動機的高功率因數控制方法”的公開號為62-155796(1987)日本專利的
圖1(a)、1(b)和1(c)中所示和1987年6月5日公布的題為“永久磁鐵型同步電動機的轉子”的公開號為62-88463日本實用新型中的圖1到圖4所示。這些公布的專利討論了在電流控制180°電PWM控制系統中利用磁阻(阻抗)轉矩時，轉子直軸電感與正交軸電感的最佳比。在這系統中電流相位的超前和滯后按照那兒的檢測流入電機的電流的電流敏感元件(檢測器)測得的電流大小來控制。
這樣構成并用于工業用縫紉機的電動機電路示于圖1。參見圖1，圖中編號1表示永久磁鐵型同步電動機(下面簡稱電動機)，2表示磁極敏感元件(檢測器)，用來檢測電動機1的磁極位置。3表示編碼器，用來檢測電動機1的旋轉速度和方向。4是電動機1的驅動電路，它通常作為倒相驅動電路工作，且由來自速度-位置控制電路5的正向旋轉指令13或反向旋轉指令14來驅動它。6表示運行速度指令電路。7表示構成負載的縫紉機。8表示縫紉機針位置敏感元件(用在縫紉機7上的)，它用來檢測兩個位置，即縫紉機針的較低位和較高位。9表示信號處理電路，它根據檢測到的來自編碼器3的原始信號來決定正向旋轉和反向旋轉的旋轉速度(旋轉的轉數)，且把信號輸出給速度-位置控制電路5。10表示縫紉機控制電路，它控制縫紉機的各種功能，按照來自縫紉機操作指令電路11的信號來驅動縫紉機7，指令電路11由操作者的縫紉命令信號來激勵。
電動機1和縫紉機7用皮帶連在一起，電動機1是一具有120°饋電脈沖寬度(PWM)調制電壓控制系統。編號12表示連接電動機1和縫紉機7的皮帶。
當操作者的縫紉命令送到縫紉機操作指令電路11，運行速度命令送到運行速度指令電路6時，一信號從縫紉機控制電路10送到速度-位置控制電路5，以便使電動機1按照速度命令運行。速度-位置控制電路5在加速時間根據操作指令信號，選擇一正向旋轉方式通過驅動電路4以由120°饋給脈寬控制的電壓指令電平加速電動機，然后進入穩定運行。在這期間，有待選擇加給它的電流的定子繞組，由速度-位置控制電路5處理一來自磁極敏感元件(檢測器)2的信號而加以確定，倒相器中多個被選擇的晶體管按照此電路5的信號被導通，使繞組電流流過。
從編碼器3獲得的并代表電動機1的實際速度的信號被反饋到速度-位置控制電路5和縫紉機控制電路10，運行速度與這個信號和速度命令一致，該速度命令通過腳踏板(未畫出)從運行速度指令電路6加到控制電路5。
當縫紉機中的預定的縫紉步驟結束時，為了使縫紉機的運行停止，從操作指令電路11發出一個指令，且反向旋轉指令14從速度-位置控制電路5加到倒相器驅動電路4以起動反向減速(產生反向轉矩)。結果電動機1的速度減低。當電動機速度已到達電動機能夠停止的水平時，安裝在縫紉機7中的縫紉機針位置敏感元件(檢測器)8檢測出一縫紉機7中預先決定的停針位置，即縫紉機7的縫紉機針的較高部分或較低部分(由縫紉機操作指令電路11確定)被選定，且反向制動力切斷使縫紉機停轉。
以這種方式工作的機器需要以高頻率執行大量多次開關縫紉操作。
用于縫紉機的電動機起動和停止非常頻繁，電動機每次起動和停止都有大電流流過。工業用縫紉機和工廠自動化機器人都需要高頻率地起動和停止。因為在這類縫紉機中，在電動機如圖2被加速或減速時，需要大的轉矩和饋電電流，因此電動機1、驅動電路4和其它結構元件在它們運行期間溫度上升相當顯著，以致這些元件需要有大的容量以避免這些元件的溫升。
上面提到的先前公布的專利沒有討論帶有120°電脈沖寬度調制(PWM)電壓控制系統的永久磁鐵型同步電動機，在這種電動機中也沒有對緦饗轡喚諧昂橢禿罌刂啤Ｍ保廡┳ɡ揮刑致垡愿咂德實刂蔥屑鈾俸圖跛俚牡綞目刂品椒ǎ炊災蔥姓蛐頭聰蛐淺Ｆ搗鋇牡綞目刂品椒ā
圖3示出了一個在轉子的永久磁鐵的磁極間具有突出鐵芯的并帶有120°電脈沖寬度調制電壓控制系統的永久磁鐵型同步電動機的旋轉相位的轉矩特性。在圖3中，實線表示在轉子的永久磁鐵的磁極中沒有突出鐵芯的傳統的永久磁鐵型同步電動機的轉矩特性，虛線表示在永久磁鐵磁極中間有突出鐵芯(突出磁極)的本發明的永久磁鐵型同步電動機的轉矩特性。參閱圖3，具有突出磁極的本發明的永久磁鐵型同步電動機與沒有突出磁極的傳統的永久磁鐵型同步電動機相比較，在同樣的外加電流下所產生的轉矩要大得多。在正向旋轉范圍中或在電動機從反轉變為正轉范圍內的制動狀態中與傳統電動機相比較，電動機的轉矩(
轉矩)被延遲了α°，如圖3中從(30°+α°)到(30°+α°)+(30°)的大轉矩發生部分所示。在反向旋轉范圍中或電動機從正向旋轉范圍變為反向旋轉范圍的制動狀況中的電動機轉矩(
轉矩)與傳統電動機轉矩比較，超前了一個相角β°，如圖3中從｛(180°)-(30°-β°)-(30°)｝到｛(180°-(30°-β°)｝的另一個大的轉矩發生部分中所示。如上所述，傳統的不具有突出磁極的永久磁鐵型同步電動機的缺陷是它不能獲得大的轉矩。然而上面提到的公開的專利在這一點上沒有討論。
在上述已有技術的專利中所揭示的同步電動機中，沒有討論過結構部件的溫升及不能耐受電流容量增大的問題，當引擎以高頻率加速和減速時，這些都是會成為問題的。
本發明采用的永久磁鐵型同步電動機的轉子結構現在參照圖4加以敘述。參閱附圖，圖中編號101表示整個轉子，102表示安裝在轉子鐵心外圓周部分上的永久磁鐵，而104表示確定定子繞組(未畫出)電流換向期的檢測磁鐵，它安裝在軸105上。從圖5所示沿圖4A-A線的剖視圖中可以清楚地看到，永久磁鐵102分為4個相等的塊，它們通過粘合劑粘合到轉子鐵芯103的外圓周表面上。永久磁鐵102也可以用一個小厚度的圓柱形不銹鋼構件固定在轉子鐵芯103的外圓周表面上。
如果粘合劑和圓柱形不銹鋼構件兩者都用上，則永久磁鐵能更牢地安裝在轉子鐵芯上。
參閱圖4，已有技術檢測磁鐵104由金屬磁化物體組成，它們以與永久磁鐵相同的角度和相同的極性排列而且它們面對著永久磁鐵102的側表面。如果定子線圈采用三相，則在磁極敏感元件(檢測器)2上必需用三個磁極檢測元件(檢測器)30，如圖6所示。
傳統電動機轉子的構成如圖4所示。
根據圖4中轉子的結構，由于電抗作用，不可能增大電抗轉矩。先前提到已公開的專利中揭示了能解決增大轉矩問題的同步電動機。然而，即使在這些同步電動機中，也沒有考慮過例如怎樣減小齒槽轉矩方面的問題。
本發明的第一個目的是提供一種永久磁鐵型同步電動機，它能增大磁阻(阻抗)轉矩，并減小電動機的齒槽轉矩。
本發明的第二個目的是提供一種永久磁鐵型同步電動機，它能在電動機正向旋轉和反向旋轉兩方面利用大大提高了的磁阻轉矩。
本發明的第三個目的提供一種永久磁鐵型同步電動機，它能提供簡單的磁鐵固定結構。
上面提到的增大磁阻轉矩并減小齒槽轉矩的第一個目的能通過這樣一種永久磁鐵型同步電動機獲得，這種電動機有一個包含多個槽縫的定子和一個與定子相對而接近放置并能旋轉的轉子，該轉子含有一個固定地安裝在電動機軸上的轉子鐵芯和一組安裝在轉子鐵芯圓周部分上的偶數永久磁鐵，其特征在于轉子鐵芯有突出部分突出在永久磁鐵之間，每個突出部分的寬度設置得與定子中的槽縫間距不同。
上面提到的利用磁阻轉矩的第二個目的是通過這樣一種永久磁鐵型同步電動機獲得的，它有一個包含多個槽縫的定子和一個與定子相對而接近放置并能旋轉的轉子，該轉子含有一個固定地安裝在電動機軸上的轉子鐵芯和一組安裝在轉子鐵芯圓周部分上的偶數永久磁鐵，該定子有確定轉子上永久磁鐵位置的檢測器，其特征在于該位置檢測器包括兩組位置檢測器，即電動機的正向旋轉位置檢測器和電動機反向旋轉位置檢測器，兩組位置檢測器有預定的相位差，這將在下面加以解釋。因為兩組位置檢測器包括正向旋轉和反向旋轉檢測器，相應的兩組位置檢測信號即前面所解釋過的圖3中的
轉矩或
轉矩信號，必須在模式產生電路里進行處理，以便在模式產生電路中把它們區分為正向旋轉信號和反向旋轉時的反向旋轉信號，(后面將對些作出解釋)，用這些信號去使驅動電路分別準確地工作于正向旋轉和反向旋轉，使用圖7中所示的突出磁極，產生比圖5中傳統電動機大得多的轉矩和相移如圖3所示。
提供簡單的磁鐵固定結構的第三個目的是通過這樣的永久磁鐵型同步電動機獲得的它有一個包含多個槽縫的定子和一個與定子相對而接近放置并能旋轉的轉子，該轉子含有一個固定地安裝在電機軸上的轉子鐵芯和一組安裝在轉子鐵芯圓周部分上的偶數永久磁鐵，其特征在于轉子鐵芯有突出部分突出在永久磁鐵之間，固定永久磁鐵的構件設在突出部分的自由端上。
在這些電動機中，因為突出部分有磁集中效應，磁阻轉矩在起動時尤其大，而齒槽轉矩下降。
因為在這樣的電動機的每個電動機中可以裝兩組位置檢測器使位置檢測組有一相對于正向和反向旋轉的相位差，電動機的特性可以提高。
上面解釋的相位差與換向電流成正比。正向或反向運轉可以通過這樣的過程來有效地實現先檢測出相位差，然后變換定子的電流，將一相應于旋轉磁極檢測信號和正向或反向操作指令的信號輸入驅動電路。
磁鐵固定件，即突出部分的部件，能從外面壓住磁鐵。因此，沒有必要使用另外的磁鐵固定件，從而使電動機的結構簡化。
圖1例舉了一個用于解釋已有技術的永久磁鐵型同步電動機的控制方法的框圖;
圖2是解釋圖1中已有技術的永久磁鐵型同步電動機的運行狀態的圖;
圖3是已有技術的永久磁鐵型同步電動機和本發明的一個實施例的旋轉角和轉矩之間的關系曲線;
圖4表明轉子和磁極敏感元件(檢測器)間的位置關系;
圖5是沿圖4中A-A線
圖6是傳統的磁極敏感元件(檢測器)的視圖;
圖7是本發明一個實施例中的轉子的視圖;
圖8表明了本發明實施例中的電流和電動機速度之間的關系;
圖9是具有突出磁極的本發明的電動機和無突出磁極的已有技術間的特性比較圖;
圖10表明出現齒槽轉矩的狀態;
圖11表明突出磁極寬度和齒槽轉矩間的關系的曲線;
圖12是顯示安裝在突出部分上的磁鐵固定件的正視圖;
圖13是另一也具有磁鐵固定件的轉子的結構圖;
圖14是顯示檢測磁鐵和磁極敏感元件(檢測器)之間關系的圖形;
圖15是傳統的位置檢測器的連接圖;
圖16是應用于本發明的位置檢測器的連接圖;
圖17是對圖14中的實施例有所變化的實施例;
圖18是磁極敏感元件(檢測器)的一個實施例，在磁極敏感元件(檢測器)中裝有正向旋轉和反向旋轉敏感元件(檢測器);
圖19是對圖18中的實施例有所變化的實施例;
圖20是顯示轉矩常數和饋入電流間的關系曲線圖;
圖21顯示了應用本發明的一個框圖;
下面結合圖7對本發明的能夠獲得高轉矩和低齒槽轉矩的轉子結構加以描述。
在圖7中的轉子和圖5中的傳統轉子間的差別在于由突出部件構成的突出部分103A，或更確切地說，由高導磁率材料組成的轉子103的外圓周區域的4個部件，插入永久磁鐵102之間。突出部分103A的外圓周表面與永久磁鐵102的外表面取(齊)平。
因為突出部分的103A是用和轉子芯103同樣的硅鋼片材料疊成的，所以這里的導磁率比永久磁鐵102的高。
因此，在使用高電流強度電流期間，即引擎起動期間和加反向旋轉轉矩的制動期間，轉矩常數可以得到很大程度的改進。圖8顯示了電動機速度和電流之間的關系。圖9是特性比較圖，它顯示了轉矩和電流之間的關系，實線16代表傳統電動機的上述關系，虛線17代表本發明電動機的上述關系，它還顯示了轉矩與每分鐘轉數之間的關系，實線18代表了傳統電動機的這種關系，虛線19表示了本發明電動機的這種關系。
在電動機中起動和制動時的電流強度通常達到恒速旋轉時的電流強度的幾倍，這一情況是眾所周知的。
如果在有大電流流過時的起動和制動轉矩特性能得到改進的話，則效率就可以得到提高，而且熱的影響能減至最小。
顯示在圖7中的本發明的突出部分103A有磁力集中效應，所以當大電流加上時在突出部分103A和定子間的磁通量較大。因此本發明有這樣一種效應，即通過的電流越大上述效應愈強烈。圖9中，轉矩用水平方向軸表示，電流和每分鐘轉數用垂直軸表示，圖中清楚表明本發明比上述傳統電動機優越。本發明能在很大程度上改進大電流通過時呈現的轉矩特性。下面來敘述減小齒槽轉矩的結構。
這種電動機中的整個齒槽轉矩的幅值正比于磁通密度。因此突出磁極的比，即突出部分103A的角度對于永久磁鐵102和突出部分103A的總角度之比隨圖7中A/C變大而減小。
磁鐵每轉一周的齒槽轉矩出現數主要取決于轉子和定子的極數。然而，鑒于極的數目與在多個突出極周圍的一相繞組相同，齒槽轉矩的出現數最終趨于與定子突出磁極數相應的程度。
例如，當轉子磁極數和定子繞組交錯排列的槽縫數分別為4和6時，則齒槽轉矩在磁鐵每轉一圈出現4×6＝24次。即轉子每轉動15度齒槽轉矩出現一次(如圖10所示)，這15度是由一圈(360°)除以24所得的商數。參閱圖7，圖中編號106表示定子鐵芯，107為槽縫。字母B表示兩相鄰槽縫間的距離(角度)，即槽縫間距。齒槽轉矩由槽縫和永久磁鐵結合產生。圖7顯示的B區域中，齒槽轉矩的變化如圖10中所示。
因此，如果槽縫107上磁通密度變化減少，則齒槽轉矩減低。
減少磁通密度變化的問題可通過設置不同的槽縫間距B和突出部分103A的角度加以解決。
槽縫間距B和突出部分的角度A之間的關系可表達為不等式
B≠nA……(1)
這兒n為不低于1的整數。
本發明的發明者們做了實驗來測定齒槽轉矩隨比率B/A的變化情況，得出了圖11中的齒槽轉矩和比率B/A的關系特性。圖11的垂直軸表示齒槽轉矩的幅值，基值1.0是圖5中沒有突出部分的轉子中發生的齒槽轉矩的幅值，該軸的標度是根據基值按預定的比例確定的。圖11橫軸表示槽縫間距B與角度A的比，即B/A。
試驗的結果很清楚，當槽縫間距B為突出部分103A寬度的整數倍時，會發生大的齒槽轉矩。當B/A為0.5、1.5和2.5時，齒槽效應轉矩大大下降。
A＝(n+0.5)B……(2)
這兒n是一個整數。
即僅通過突出部分103A在永久磁鐵102中的位置安排是不可能減少齒槽轉矩的。除非突出部分103A和槽縫這樣來安排，即每個突出部分的寬度和槽縫間距B有預定的關系，否則減少齒槽轉矩是徒勞的。本發明的發明者們通過滿足上面提及關系式(2)，使本發明實施例中的齒槽轉矩減低到傳統電動機的齒槽轉矩的1/3-1/5。
本發明的永久磁鐵型的同步電動機與該領域中傳統電動機相比能高速運行或以每分鐘數萬次的轉速旋轉，且本發明的電動機能得到廣泛的應用。如果永久磁鐵102和轉子的粘著和焊接強度低的話，在電動機旋轉期間永久磁鐵會飛離而產生嚴重事故。我們(發明者們)討論了種種方面，提出了一個簡單結構以改進永久磁鐵102和轉子103的粘合強度。這種結構的例子顯示在圖12和13中。在圖12的例子中，磁鐵固定件103B與突出部分103A形成一個整體，在突出部分沿103A的圓周方向伸展。這些磁鐵固定件103B從兩側固定磁鐵102的外圓周邊。轉子鐵芯103和磁鐵固定件103B之間的距離，即磁鐵固定部分的徑向尺寸稍大于永久磁鐵102的尺寸，以便磁鐵較易固定在轉子上。在磁鐵與轉子鐵芯固定之后，用塑料、硬橡膠或彈性材料組成的插入件108插入永久磁鐵102和磁鐵固定件103B之間的間隙中，至此，便完成轉子101的組裝。
在插入插入件時，傳統的粘合方法和傳統的圓柱形固定件也能使用而不會引起任何麻煩。
圖13顯示了一種不用圖12實例中插入件108而將永久磁鐵102與轉子鐵芯103相結合的結構。參閱圖13，圖中編號103C表示與磁鐵固定件103B構成整體的爪狀物。轉子鐵芯中心部和爪狀物103C的終端間的距離比轉子鐵芯中心部和相對應的永久磁鐵102的外圓周對應部分間的距離稍短。利用轉子鐵芯103的柔性和彈性將永久磁鐵102在它的軸向上壓在轉子鐵芯103中，以便完成轉子的組裝。
按照這種結構，零件數不增加，制造步驟數下降，結構簡化。
在圖12和13兩種結構中，突出磁極部分103A的尺寸設置得使齒槽轉矩減少。在這兩個例子中，突出磁極部分103A的尺寸A設置得等于磁鐵固定件103B的寬度。
按照本發明的構造，特別是起動轉矩改進很大，且齒槽轉矩得到減少。而且，永久磁鐵的安裝比較簡單，且按照上述方法組裝的永久磁鐵和轉子的粘合強度達到很高的水平。
具有上述結構轉子的永久磁鐵型電動機可分為機械電刷電動機和沒有這種電刷的所謂無刷電動機。
無刷電動機通過加電流于電動機而使電動機旋轉，磁極繞組按照轉子的位置有選擇地移位。因此這種電動機必須有一檢測器以測定轉子的位置。
位置檢測器含有磁性檢測元件，該元件對轉子101上的永久磁鐵102進行檢測。有各種各樣元件可以用作磁性檢測元件，常用的有如磁電阻效應元件和霍爾集成塊(HallIC)等。
圖14顯示了本發明由霍爾集成塊(HallIC′S)組成的磁檢測元件的安排。參閱附圖，一組由3個上面畫有陰影線的30°排列的霍爾集成塊30A、30B、30C是轉子正向旋轉的位置敏感元件(檢測器)，而沒有陰影線的霍爾集成塊30D、30E、30F作為轉子的反向旋轉的位置敏感元件(檢測器)。正向旋轉位置敏感元件(檢測器)組超前中心線α°，而反向旋轉位置敏感元件(檢測器)組滯后中心線β°。即正向旋轉位置敏感元件(檢測器)組和反向旋轉位置敏感元件(檢測器)組相互交錯α+β度。當來自永久磁鐵型電動機特別是無刷電機中的一組位置檢測器的信號用作轉換磁極繞組使轉子正向和反向旋轉時，電動機的各種性能如電流-轉矩特性在轉子正向旋轉期間和反向旋轉期間一般會變得不同，通過有關圖3的解釋這一點是非常明顯的。因此，當需要作正向和反向旋轉的負載裝置用僅帶有一組位置敏感元件(檢測器)的電動機驅動時，轉子正向旋轉期間的速度和反向旋轉期間的速度不會一致，從而會發生其它麻煩。如圖14所示和上面所論述的位置敏感元件(檢測器)可以解決這些問題。根據這些位置敏感元件(檢測器)，當轉子正向旋轉時，不僅有正向旋轉位置敏感(檢測)，而且還有反向旋轉位置敏感(檢測器)，這些反向旋轉位置敏感元件(檢測器)相對于正向旋轉位置敏感元件(檢測器)以交錯方式排列。這交錯值即角α+β，當然經選擇適當配置使得電動機正向旋轉特性和反向旋轉特性相互一致。因此，當圖21中的裝置用圖7中表示的改進了的電動機來驅動時，由于使用了圖14中的磁極檢測器或旋轉位置檢測器202，大大增加了由磁阻轉矩產生的轉矩和減少了齒槽轉矩。
通常，霍爾集成塊有一個如圖15所示的三端結構。參閱附圖，圖中字母Va表示直流供電端，GND表示接地端，由于外加磁場而引起的內部電阻的變化從輸出端OUT輸出。
單個霍爾元件通常有上述的三接線端，因此當如圖14裝有六個霍爾集成塊時，就需要共18個端，以致電路變得復雜了。解決這個問題的電路顯示在圖16中。從這個圖可以清楚地看出，端數(線的根數)由于使用一個直流供電端Vcc和一個公共接地端GND而減少到8個。從而使電路簡化。
所有霍爾集成塊都做在如圖17所示的單基片40上是人們所希望的。即當使用一公共基片時，所有(六個)霍爾集成塊通過一次操作就安裝好。這使得霍爾集成塊安裝操作簡單化，且支持元件的強度也得到改進，從而可以得到具有優良抗震能力的位置檢測器。
圖18和圖19分別對應圖14和圖17。圖18、19和圖14、17之間的差別在于前者用兩組敏感元件(檢測器元件)202-1和202-2組成磁極敏感元件(檢測器)，而后者用一組敏感元件(檢測器元件)202組成磁極敏感元件(檢測器)。
在沒有突出部分103A的傳統電動機中，如圖9中實線16所示有大的電流流過，起動轉矩18比較小。如果如圖7所示的突出部分象本發明那樣被安裝在永久磁鐵102之間的話，起動轉矩由于磁集中效應將得到很大改進。
定子的導通電流和轉矩常數間的關系如下。當導通電流增大時，本發明的轉矩常數因有突出磁極103，如圖20中虛線21所示也隨之增大。相反，在傳統的沒有突出磁極的永久磁鐵型同步電動機中，當定子的導通電流增大時，轉矩常數如圖20中實線20所示逐漸變小。即由于定子電感的影響，傳統的永久磁鐵型同步電動機的感應電壓常數特性將隨著導電電流的增加而下降，如圖20中實線20所示。另一方面，在如圖7所示的本發明的帶有突出磁極的情況下，當定子的導通電流增加時，電樞電抗的磁化效應增長，以致當定子的導通電流如上所述增大時，感應電壓常數也增大起來。結果，本發明的電動機使感應電壓常數增大，也使轉矩常數增大，從而產生大的轉矩，如圖3中虛線所示。為了有效地利用本發明獲得的大轉矩，使用如圖21所示的控制電路。
在圖21中，與圖1中相同部分用相同的編號表示。磁極敏感元件(檢測器)2的輸出信號輸入到模式產生電路18。旋轉編碼器3的輸出信號輸入到四倍頻電路17。雖然四倍頻電路17用來增加速度一位置控制電路5和計算電路16的分辨能力，但通常的頻率電路也可以代替它。計算電路用來計算，例如，當電動機旋轉方向從正向旋轉轉變為反向旋轉時，計算電路根據正向旋轉的敏感元件(檢測器)30A的另一位置，可計算出反向旋轉敏感元件(檢測器)30D的位置。模式產生電路18用來轉換電動機的起動位置。即當電動機旋轉方向從正向旋轉轉換成反向旋轉時，模式產生電路18輸出一個控制信號到驅動電路4，使某一相如三相中的U相從180°-｛(30°-β°)+30°｝到｛180°-(30°-β°)｝的區域起動。當電動機旋轉方向從反向旋轉轉入正向旋轉時，模式產生電路18輸出另一個控制信號給驅動電路4，使某一相如三相中的U相從｛30°+α°｝到｛(30°+α°)+30°｝的區域開始起動。驅動電路4是用模式產生電路18的控制信號和來自速度-位置控制電路5的脈沖寬度調制信號來驅動的。
為了有效地利用由圖7顯示的轉子的突出結構所產生的高轉矩，必須變換定子電流的導通位置。定子電流導通位置是由模式產生電路18來決定的。因為電動機的旋轉位置可以根據旋轉編碼器3和磁極敏感元件(檢測器)2的計算值得出，定子電流的導通位置能通過旋轉位置來決定。
按照圖21所示的控制系統，在正向旋轉時與圖6顯示的傳統的轉矩敏感元件(檢測器)相比較得到一個滯后α°的轉矩，在反向旋轉時通過設置本發明的磁極敏感元件(檢測器)，與傳統的轉矩敏感元件(檢測器)相比較得到一個超前β°的轉矩，通過這樣的方式，本發明能獲得一個大轉矩。
按照本發明的結構和控制方法，讓大電流流入定子并利用電樞電抗的磁化效應，在正向和反向旋轉時，都能獲得大的轉矩常數，從而獲得圖9中虛線所示的特性。
因為每個突出部分103A的寬度(角度)按照與槽縫的間距B的預定關系而設置，所以齒槽轉矩如圖11所示能大大減小。
應用本發明的電動機可由通常的旋轉型電動機組成，且本發明也能以相同方式用于線性電動機。
以上所述，按照本發明用以實現第一個發明目的第一發明部分，旋轉鐵芯部件突出到永久磁鐵中間以在所提及的位置上形成突出部分，且每個突出部分的寬度與沒有突出磁極的傳統電動機相比較設置得與定子的槽縫間距不同。因此起動時的轉矩大大增大，而齒槽轉矩下降。
按照本發明用以實現第二個發明目的第二發明部分，提供了兩組位置檢測器，即一組正向旋轉位置檢測器和一組反向旋轉位置檢測器，在兩組檢測器組之間安排一個相位差，使電動機在正向旋轉期間和反向旋轉期間都有良好的特性，且兩期間的特性散布大大減小。
按照本發明用以實現第三個發明目的的第三發明部分，旋轉鐵芯部件突出到永久磁鐵中間在所述位置形成突出部分，且在這些突出部分的終端形成固定永久磁鐵構件，以致永久磁鐵能通過簡單的結構而得以固定。
權利要求
1、一種永久磁鐵型同步電動機包括含有多個槽縫(107)的定子(106)和與所述的定子相對而接近放置的轉子(101)，以便使所說的轉子能夠旋轉，所說的轉子含有固定地安裝在電動機軸(105)上的轉子鐵芯(103)和安裝在所說的轉子鐵芯圓周部分上的偶數永久磁鐵(102)，其特征在于所說的轉子鐵芯在所說的永久磁鐵間有突出部分(103A)，每一個所說突出部分的寬度(A)設置得與所說的定子中所說的槽縫的間距(B)不同。
2、根據權利要求1的永久磁鐵型同步電動機，其特征在于所說的突出部分的寬度A設置得滿足或基本滿足等式，
A＝(n+1/2)B
這兒B是所說的槽縫的間距;n是整數。
3、一永久磁鐵型同步電動機包括含有多個槽縫的定子和與所述的字子相對而接近放置的轉子，以便使所說的轉子能夠旋轉，所說的轉子含有固定地安裝在電動機軸上的轉子鐵芯和安裝在所說的轉子鐵芯圓周部分上的偶數永久磁鐵，所說的定子有檢測所說轉子上的所說永久磁鐵位置的檢測器(30)，其特征在于所說位置檢測器由所說電動機正向旋轉的位置檢測器(30A，30B，30C)和所說電動機反向旋轉的位置檢測器(30D，30E，30F)兩組組成，所說兩組位置檢測器有預定的相位差(α，β)。
4、按照權利要求3所述的永久磁鐵型同步電動機，其特征在于所說的兩組位置檢測器都在所說定子的一個方向中集中排列。
5、按照權利要求3所述的永久磁鐵型同步電動機，其特征在于所說的兩組位置檢測器在所說定子的其一個方向中兩者分開排列。
6、按照權利要求4所述的永久磁鐵型同步電動機，其特征在于所說兩組位置檢測器安裝在同一基底(40)上。
7、一永久磁鐵型同步電動機包括含有多個槽縫的定子和與所述的定子相對而接近放置的轉子，以便使所說的轉子能夠旋轉，所說的轉子含有固定地安裝在電動機軸上的轉子鐵芯和安裝在所說的轉子鐵芯圓周部分上的偶數永久磁鐵，其特征在于所說的轉子鐵芯在所說永久磁鐵間有突出部分，用于固定所說永久磁鐵的設在所說的突出部分的自由端的固定件(103)。
8、按照權利要求7所述的永久磁鐵型同步電動機，其特征在于彈性插入件(108)插入所說的磁鐵固定件和所說的永久磁鐵之間。
9、按照權利要求7所述的永久磁鐵型同步電動機，其特征在于所說的磁鐵固定件上有爪狀物(103C)，所說的永久磁鐵由所說爪狀物的彈力壓住。
10、一種安裝有永久磁鐵型同步電動機的電動縫紉機，其特征在于所說的同步電動機包括含有多個槽縫的定子和與所述定子相對而接近放置的轉子，以便使所說的轉子能夠旋轉，所說的轉子含有固定地安裝在電動機軸上的轉子鐵芯和安裝在所說的轉子鐵芯圓周部分上的偶數永久磁鐵，所說轉子鐵芯在所說永久磁鐵間有突出部分，所說突出部分的寬度設置得與所說定子中的所說槽縫的間距不同。
11、一永久磁鐵型同步電動機包括檢測轉子(101)磁極位置的裝置(2)和按照控制信號驅動電動機的驅動電路(4)，轉子含有固定地安裝在電動機軸(105)上的轉子鐵芯(103)和安裝在轉子鐵芯圓周部分上的偶數永久磁鐵(102)，
其特征在于，
所說轉子鐵芯在所說永久磁鐵間有突出部分(103)，而且所述同步電動機還包含模式發生電路，該模式發生電路輸入三種信號，即正轉或反轉指令信號，檢測電動機在正轉或反轉中的磁鐵位置的裝置的輸出信號和一對應于正轉反轉指令信號的電動機起動位置的控制信號。模式發生器在這三種輸入信號的作用下輸出一信號給驅動電路以決定電動機的導通位置。和通過與所述電動機的所述磁極位置相應的脈沖寬度調制信號控制所述定子的控制電路(5)，其中所述驅動電路受到模式產生電路和控制電路的各輸出信號的控制。
全文摘要
面對具有多個槽縫(107)的定子(106)的永久磁鐵型同步電動機的轉子(101)包括安裝在電動機軸(105)上的轉子鐵芯(103)和安裝在轉子鐵芯圓周方向上的偶數永久磁鐵。以在每個永久磁鐵間突進一部分的形狀形成突出部分(103A)。每個突出部分的寬度(A)與定子槽縫間距(B)不同。檢測轉子的永久磁鐵位置的位置檢測器包括正向旋轉的檢測器和反向旋轉的檢測器。這些檢測器的排列對于中心線有預定的相位差(α，β)。
文檔編號H01J9/227GK1037995SQ8910036
公開日1989年12月13日 申請日期1989年1月19日 優先權日1988年1月20日
發明者松林純, 田島文男, 宮下邦夫, 高田和明, 久保倉邦明, 豐田榮治 申請人:株式會社日立制作所, 日立多賀莫托魯株式會社