專利名稱：無刷電機的制作方法
技術領域：
本發明的實施例涉及一種無刷電機(brushless motor),該無刷電機包括提供有狹縫(slit)的電機。
背景技術：
無刷電機通常分為表面安裝永磁體(SPM)型和內置永磁體(IPM)型。SPM電機具有安裝在轉子的外圓周表面上的磁體，而IPM電機具有嵌入在轉子中的磁體。與SPM電機相比，IPM電機可以保證磁體不與轉子分離并使得磁阻轉矩被有效利用。IPM電機用作壓縮機的驅動源，該壓縮機用于例如空調或冰箱。對于IPM電機，為了改善磁特性，多個狹縫有時形成在安裝于轉子內部的永磁體的外圓周面上。對于這些狹縫已經提出各種形狀和布置。例如，日本專利申請N0.2011-78283公開了一種IPM電機，其具有多個狹縫，這些狹縫朝向電機的旋轉方向或與該旋轉方向相反的方向傾斜，該日本專利申請還公開了一種IPM電機，其具有多個狹縫，這些狹縫朝向磁極的中心線傾斜。此外，日本專利申請N0.2011-78283提出，為了消除高頻分量以減小轉矩波動(torque ripple),通過在旋轉方向和與該旋轉方向相反的方向之間交替改變磁極的狹縫的傾斜方向，使磁極的轉矩相位(torque phase)不同于相鄰磁極的轉矩相位。引用的參考文獻專利文件日本專利申請公開N0.2011-7828
發明內容
日本專利申請公開N0.2011-78283所使用的技術通過使相鄰磁極的狹縫的形狀和布置非對稱會導致狹縫復雜的結構，使得該結構的操控變得困難。 因此，本發明的一方面提供一種無刷電機，該無刷電機可以通過提供狹縫的簡化結構而有效減小轉矩波動。本發明的其他方面將在以下的描述中被部分地闡述，并將部分地從該描述而變得明顯，或者可以通過本發明的實踐而獲知。根據本發明的一方面，一種無刷電機包括:轉子(rotor)，繞旋轉軸旋轉且具有轉子芯(rotor core)和多個磁體；以及定子(stator),設置在轉子周圍，間隙位于轉子和定子之間，其中磁體具有長方體的形狀并等間隔地布置且嵌入在轉子芯的外圓周部分中，使得從旋轉軸徑向延伸的參考線垂直于每個磁體的側面部的相對邊緣之間的中心點，轉子芯包括成對的狹縫，該成對的狹縫關于參考線對稱地設置，且在每個磁體的相對邊緣之間，其中每個狹縫傾斜使得該狹縫的從旋轉軸徑向地向外定位的外端部與徑向地向內定位的內端部相比位于更遠離參考線的位置，當磁體的位于中心點與每個邊緣之間的部分被平行于參考線的分割線分為十一個部分時，當分割線從參考線的一側朝向所述邊緣依次布置時，狹縫的內端部位于設定為第八分割線的分割線的外側。當狹縫在預定的范圍內定位得靠近磁體時，即使通過狹縫的簡化結構也可以有效抑制轉矩波動。每個狹縫相對于與參考線垂直的線的傾斜角可以不大于80°。此外，僅成對的狹縫可以形成在轉子芯上，除了成對的狹縫之外，轉子芯可以提供有中央狹縫，該中央狹縫形成在參考線上并在旋轉軸的方向上以貫穿的方式布置。輔助狹縫的組可以進一步布置在轉子中的中央狹縫和成對狹縫之間以關于參考線軸向地對稱。
從以下結合附圖對示范性實施例的描述，本發明的這些和/或其他的方面將變得明顯并更易于理解。圖1是示出根據本發明示范性實施例的電機的示意透視圖；圖2是根據本發明所示實施例的電機的示意截面圖；圖3是沿圖2的線1-1截取的示意截面圖；圖4是示出圖3的主要部分的放大示意圖；圖5是示出狹縫的傾斜角與轉矩波動之間的關系的曲線圖；圖6是示出狹縫的傾斜的視圖；圖7是示出狹縫的位置與轉矩波動之間的關系的曲線圖；圖8是示出根據本發明另一實施例的電機的示意圖；圖9是示出根據本發明另一實施例的電機的示意圖；圖10是示出根據本發明另一實施例的電機的示意圖；圖1lA和圖1lB是示出狹縫的另外的示例的示意圖。
具體實施例方式現在將詳細參照本發明的實施例，附圖中示出這些實施例的示例，其中相似的附圖標記始終指代相似的元件。(電機的整個構造)圖1至圖3示出根據本發明示范性實施例的電機I。電機I是內轉子型的無刷電機，用作例如冰箱的壓縮機的驅動源。電機I包括軸2、電機外殼3、轉子4、定子5以及電力分配構件7。如圖2所示，軸2通過軸承6被電機外殼3支撐，并繞旋轉軸A旋轉。轉子4具有圓柱形的外觀，被固定在軸2的中間部分，轉子4的旋轉中心與軸2的旋轉中心對準。轉子4包括轉子芯11和多個磁體12 (在所示的實施例中為6個磁體12)。通過在旋轉軸A的方向上(即，在旋轉軸A延伸的方向上)堆疊多個盤狀的金屬板，轉子芯11形成為圓柱形狀。電機I是內置永磁體(IPM)型電機，電機I的每個磁體12都嵌入在轉子芯11的外圓周部分中。如圖3的截面圖所示，磁體12形成為相同的形狀和尺寸，并具有長方體的形狀。也就是，如圖4所示，每個磁體12都具有長且薄的平板形狀，并提供有一對矩形側面部(lateral section) 12a、連接到側面部 12a 的一對縱向部(longitudinal section) 12b 以及一對截面部(cross section) 12c。磁體12設置在圓周方向上以彼此等間距,并具有交替布置的北極和南極，使截面部12c面對旋轉軸A的方向。以下將描述轉子4的結構的細節。具有圓柱形外觀的定子5安裝在電機外殼3的內側。定子5的內圓周表面布置為面對轉子4的外圓周表面,小的間隙位于定子5的內圓周表面與轉子4的外圓周表面之間。定子5包括定子芯21和線圈22。定子芯21包括具有環形的基部21a以及多個齒部21b (在所示的實施例中為九個齒部)，該多個齒部21b從基部21a的內圓周表面朝向旋轉中心徑向地突出。多個線圈22 (在所示的實施例中為九個線圈)通過在每個齒部21b的周圍纏繞導線形成，其中絕緣體(未示出)置于導線中。具有連接端子的電力分配構件7安裝在電機外殼3內。從未示出的外部電源供應到電機I的電流通過電力分配構件7以預定的時序分配到各個線圈22。從而，形成在轉子4的磁體12和定子5的每個線圈22之間的磁場改變以產生用于使軸2旋轉的轉矩。電機I在正反兩個方向上旋轉并根據所供應電流的控制而旋轉。當軸2被旋轉時，轉子4與定子5之間磁力改變，導致轉矩波動。為了有效抑制該轉矩波動，狹縫40形成在轉子芯11中。為了提高生產率，狹縫40的位置和角度被提出允許以簡化的狹縫構造來有效抑制轉矩波動。(電機構造的細節)圖4示出從旋轉軸A方向觀看的具有嵌入在其中的磁體12的轉子芯11的外圓周部分。六個外圓周部分都具有相同的構造。將參照圖4描述磁體12和狹縫40的位置和角度的情況。磁體12嵌入在轉子芯11中靠近轉子芯11的外圓周周邊，使磁體12的側面部12a布置得面對徑向方向。也就是，當虛擬參考線S從中心(即，旋轉軸A)在徑向方向上繪出以穿過磁體12的側面部12a的相對邊緣之間的中心點C時，參考線S布置為垂直于側面部12a?！獙Υ磐ㄆ琳?flux barrier) 30形成在轉子芯11的一部分上，磁體12的相對邊緣布置在該部分以防止磁通的斷開。也就是，作為磁通屏障30，在旋轉軸A的方向上貫穿轉子芯11的長孔形成在側面部12a的端部(也就是，在徑向方向上面向外部的側面部12a與縱向部12b連接的端部)的位置。每個磁通屏障30都具有從相應的端部徑向地向外伸展的橫截面區域。該橫截面區域具有在徑向方向上伸展到轉子芯11的外圓周表面附近的大體上扇形或方形的形式，包括磁體12的面向外側的側面部12a的邊緣的周邊(該邊緣部分形成在側面部12a和縱向部12b之間)。此外，像磁通屏障30 —樣在旋轉軸A的方向上貫穿轉子芯11的兩個狹縫40形成在轉子芯11的外圓周部分上，在徑向方向上布置在磁體12外面且在磁通屏障30之間。狹縫40的位置和形狀關于參考線S軸向對稱。每個狹縫40都具有基本上在徑向方向上延伸的基本上細長的矩形橫截面。每個狹縫40是傾斜的使得狹縫的自旋轉軸徑向向外定位的一端(稱為外端部40a)與狹縫的徑向向內定位的另一端部(稱為內端部40b)相比定位得更遠離參考線S。在電機I中，每個狹縫40的外端部40a幾乎平行于其面對的轉子芯11的外圓周周邊，而狹縫40的內端部40b幾乎平行于磁體12的側面部12a。
每個狹縫40相對于磁體12的側面部12a的傾斜角(Θ )的值設定為小于80°的值。如圖4所示，每個狹縫40的縱軸(m) ( S卩，穿過狹縫40的寬度中心的線)與側面部12a( S卩，圖4中平行于側面部12a的參考線(η))的交叉的角度設定為小于80°。通過如上設定每個狹縫20的傾斜角(Θ )，可以抑制轉矩波動。圖5示出用于研究狹縫20的傾斜角(Θ )與轉矩波動之間的關系而進行的試驗的結果(曲線圖)?？v軸表示轉矩波動的幅度。橫軸表示狹縫20的傾斜角(Θ)。虛線表示其中沒有提供狹縫40的情形的試驗結果，給出用來對比。在試驗中，如圖6中的箭頭所示，從狹縫40垂直于磁體12的側面部12a的角度(即，傾斜角(Θ ) = 90° )，通過改變狹縫40的傾斜角，在預定的角度測量轉矩波動。除了傾斜角(Θ )之外的所有其它條件保持不變。如圖5所示，隨著傾斜角(Θ )減小，轉矩波動也減小。還看到，當傾斜角(Θ )不大于約80°時，轉矩波動小于不提供狹縫40的情形。但是過小的傾斜角(Θ)會導致狹縫40的外端部40a接觸磁通屏障30。因此，傾斜角(Θ )需要具有不小于20°的值。因此，如果每個狹縫40的傾斜角(Θ )設定為不大于約80°的值，則可以抑制轉矩波動。此外，每個狹縫40都設置在相應的磁通屏障30附近。如圖4所示，假設磁體12的位于中心點C與邊緣E之間的部分的側面部12a被平行于參考線S的分割線D1到Dltl分為11個部分。在此情形下，當分割線從參考線S的一側朝向邊緣E依次布置時，狹縫40的內端部40b布置為位于設定為第八分割線D8的分割線的外側。換句話說，如果磁體12的長度的一半為L，則狹縫40的內端部40b布置為與分割線D8相比位于更加朝向縱向部12b的位置，其中分割線D8經過從縱向部12b朝向中心點C間隔3/11XL的長度的點。通過以此方式設定每個狹縫40的位置，可以抑制轉矩波動。圖7示出用于研究狹縫20的位置與轉矩波動之間的關系而進行的試驗的結果(曲線圖)?？v軸表示轉矩波動的幅度。橫軸表示狹縫40的內端部40b的位置，該位置由圖4所示的分割線D1至Dltl到磁體12的邊緣E(或縱向部12b)的距離來指示。虛線表示沒有提供狹縫40的情形的試驗結果，給出用于對比。除了狹縫40的位置之外，所有其它的試驗條件保持不變。如圖7所示,狹縫40定位得越靠近朝向磁體12的邊緣E,轉矩波動越小。還看出，當狹縫40的位置比距離邊緣E約3/11 XL的位置(也就是，當分割線從參考線S的一側朝向邊緣E依次布置時設定為第八分割線D8的分割線的位置)更靠近邊緣E時，轉矩波動小于不提供狹縫40的情形的轉矩波動。但是將狹縫40定位得過于靠近邊緣E會導致狹縫40接觸磁通屏障30，因此狹縫40需要形成在與距離邊緣E約1/11 XL的位置(也就是當分割線從參考線S的一側朝向邊緣E依次布置時設定為第十分割線Dltl的分割線的位置)相比更朝向中心點C的位置。當同時考慮狹縫40的傾斜角(Θ )和位置時，將傾斜角(Θ )設定為在約40°至約80°之間的值，并在距離邊緣E約1/11XL至約3/11XL的范圍內的位置形成狹縫20。(另外的實施例)
圖8至圖10示出根據本發明的另外的實施例的電機。如上述實施例中，如果兩個狹縫40和40布置在預定的位置并形成為具有預定的傾斜角，則可以抑制轉矩波動。然而，通過改善電機的特性可以形成附加的狹縫40。在此情形下，如圖8所示，狹縫40可以通過在旋轉軸A的方向上貫穿轉子芯11而形成在關于參考線S軸對稱的位置。如圖8所示，當形成三個狹縫40時，附加狹縫40 (中央狹縫51)設置在參考線S上。如圖9或圖10所示，當提供附加狹縫40時，同時添加兩個附加狹縫40 (輔助狹縫52)。在此情形下，輔助狹縫52布置在中央狹縫51與兩個最外面的狹縫40之間，以具有等間隔的位置和均勻增大的傾斜角(Θ )。因而，可以增加狹縫的數目而不使通過成對的具有預定形狀的狹縫40而獲得的抑制轉矩波動的效果降低。此外，狹縫40的對稱布置可以提供高的生產率以及電機在任意旋轉方向上的穩定特性。根據本發明實施例的無刷電機并不限于以上實施例，而是可以具有不同的實施例。例如，在所示實施例中公開的狹縫40的截面形狀僅是示例。狹縫40的橫截面可以是如圖1lA所示的矩形形狀或是如圖1lB所示的橢圓形狀。如從以上描述而明顯的，根據本發明實施例的無刷電機可以有效抑制轉矩波動并
提聞生廣率。盡管已經示出并描述了本發明的幾個實施例，但是本領域技術人員將理解，可以在這些實施例中進行改變而不脫離本發明的原理和精神，本發明的范圍由權利要求及其等同物限定。
權利要求
1.一種無刷電機，包括: 轉子，繞旋轉軸旋轉且具有轉子芯和多個磁體；以及 定子，設置在所述轉子周圍，間隙位于所述轉子和所述定子之間； 其中: 所述磁體具有長方體的形狀并等間隔地布置且嵌入在所述轉子芯的外圓周部分中，使得從所述旋轉軸徑向延伸的參考線垂直于每個所述磁體的側面部的相對邊緣之間的中心點；并且 所述轉子芯包括成對的狹縫，該成對的狹縫關于所述參考線對稱地設置，且在每個所述磁體的所述相對邊緣之間， 其中每個所述狹縫傾斜使得該狹縫的從所述旋轉軸徑向地向外定位的外端部與該狹縫的徑向地向內定位的內端部相比位于更遠離所述參考線的位置，當所述磁體的位于所述中心點與每個邊緣之間的部分被平行于所述參考線的分割線分為十一個部分時，當所述分割線從所述參考線的一側朝向所述邊緣依次布置時，所述狹縫的內端部位于設定為第八分割線的分割線的外側。
2.根據權利要求1所述的無刷電機，其中每個所述狹縫相對于與所述參考線垂直的線的傾斜角不大于80°。
3.根據權利要求2所述的無刷電機，其中所述轉子芯僅包括成對的狹縫。
4.根據權利要求2所述的無刷電機，其中所述轉子芯還包括中央狹縫，該中央狹縫位于所述參考線上且在所述旋轉軸的方向上以貫穿的方式布置。
5.根據權利要求4所述的無刷電機，其中所述轉子芯還包括輔助狹縫的組，所述輔助狹縫的組關于所述參考線軸對稱地設置且在所述中央狹縫和所述成對的狹縫之間。
全文摘要
這里公開了一種無刷電機，該無刷電機包括轉子，繞旋轉軸旋轉且具有轉子芯和多個磁體；以及定子，設置在轉子周圍，其中磁體等間隔地布置且嵌入在轉子芯的外圓周部分中，轉子芯包括關于參考線對稱地設置的成對狹縫，其中當磁體的位于中心點與每個邊緣之間的部分被平行于參考線的分割線分為十一個部分時，當分割線從參考線的一側朝向邊緣依次布置時，狹縫的內端部位于設定為第八分割線的分割線的外側。
文檔編號H02K29/03GK103138521SQ20121059663
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月5日 優先權日2011年12月5日
發明者向井勝久, 山根太志 申請人:三星電子株式會社