感应激活同步马达的转子 【技术领域】
本发明涉及一种感应激活同步马达的转子，尤其涉及一种将永久磁石提供在转子的中心部分内的安排。
背景技术
一般而言，自激活同步马达(self-starting synchronous motor)分为两种类型。那就是，环绕转子类型以及永久磁石类型。环绕转子类型具有场线圈，为在转子侧的次要线圈。永久磁石类型由鼠笼式(squirrel-cage)感应线圈与永久磁石组成。环绕转子类型的马达作为环绕转子感应马达般，通过操作开关来开始转动，并且当它的速度已经达到接近同步速度值的时候，利用再次操作开关，轮到的(in turn)马达随着激励器(exciter)所感应的直流电刺激的帮助下，将作为同步马达般转动以使此马达成为同步。永久磁石类型的马达作为鼠笼式感应马达般开始转动，而且当它的速度已经达到接近同步速度值的时候，马达通过永久磁石感应的磁通量(fluxes)而被同步化，以作为同步马达般转动。在此马达中，上述开关以及激励器在考虑到它的转子结构上均是不必要的。众所皆知，永久磁石类型地马达在结构上比环绕转子类型较为简单，以及在操作上比环绕转子类型更为耐用。
永久磁石类型的感应激活同步马达具有包含鼠笼式感应线圈以及永久磁石的转子，此转子结构包括具决定性影响平稳激活与操作特性的系数(factor)，例如磁石的排列与特性以及鼠笼式感应线圈的外型与尺寸。虽然将集中注意这样一般的趋向已经被承认知，如何在实际上设计上述这样的部分却从来没有清楚。
例如，在由提供在转子中心部分的永久磁石感应的过量的磁通量的例子中，或者在由位于转子中心部分的磁性电阻内的差异造成高磁阻的例子中，已经了解到马达激活会变的较为困难的倾向。与此相比，在永久磁石感应不足的磁通量的例子中，或者在低磁阻的例子中，也已经了解到从作为感应马达般的激活状态与操作状态变到作为同步马达般的操作状态的拉入(pull-in)操作会变困难的倾向。鉴于这些因素，合适的安排以及永久磁石的部分特性的选择，非常清楚地，会大大地影响作为同步马达般在可信赖的同步化时，平滑激活与稳定操作的马达的操作。因此，永久磁石适当的安排以及它们原料的选择是非常地重要。
考虑到永久磁石类型的同步马达的特性，当被作为同步马达般操作时，一些习知技术的计画已经企图，利用随着利用反向器(inverter)操作的永久磁石类型中的相同方法来提供空气裂口(air gap)，以解决发生在永久磁石连结部分的泄漏磁通量的问题。特别地，在感应激活类型的同步马达的例子中，永久磁石感应的磁通量经常有意地增加以不费力地促进拉入而使之同步，并且磁石有时候不确定地被延长长度，以增加使马达同步化的力矩。然而，在另一方面，感应线圈以及永久磁石必须安排在有限的空间中。因此，形成磁极的前后连接磁石的距离必须变的较短而导致增加泄漏磁通量。因此，在许多事例中均在磁石间提供空隙以及裂口。
依照习知技术感应同步马达，已经有包括感应线圈以及永久磁石的感应马达，感应线圈位于邻近转子的表面中，而永久磁石位于比感应线圈更靠近转子中心的转子内，如同揭露在日本专利局公开发表的第2000-301066以及2000-287395号以作为例子。
图2是对应揭露于那些日本专利局发表的马达所绘示的四磁极(four-pole)感应同步马达的转子的横截面图。在图2中，在此提供一个转子中心部分1、感应线圈3、以及在他们内部的永久磁石a与永久磁石b。永久磁石a随着磁化方向(S->N)而朝向定子(stator)一边，而永久磁石b随着磁化方向(S->N)而朝向井口(shaft)一边，这些磁石各自设置在狭槽(slot)中。为了预防在转子中心部分形成磁路径(magnetic path)，也就是，所谓的泄漏磁通量，由于紧密地互相前后连结永久磁石a与b，这些永久磁石可能被安排来留出足够的空间以消除泄漏磁通量的影响，或是空气裂口7可以提供在这些永久磁石之间。这些措施能够随着定子而增加磁通量泄漏，以便为了马达的同步旋转而增加力矩，以及为了增进能量系数与效能，更甚者为了保证命令马达使之同步的磁通量的总数。
在不限制四磁极的马达，安排在转子中的永久磁石的尺寸在结构上将取决于转子以及感应线圈的大小与形状而限制。更合意思的便是安排永久磁石尽可能的接近定子以提高磁结合(magnetic coupling)，以改善马达特性。然而，由于沉重的磁石被放置在远离旋转中心位置上，将会伴随着逐渐增强的离心力，因而降低了转子中心部分的强度。因此，总是必须充分考虑永久磁石的安排。
永久磁石的长度通过感应线圈3而被限制。如果永久磁石设置的太靠近定子，它们可能接触到感应线圈，故它们的长度不得不更短些。为了伸长永久磁石，可以尽可能的将其安排在靠近转子中心部分，但是随着如此安排，前后连结的永久磁石的连结部分将会互相紧密靠近，并且永久磁石会放置在远离定子的位置上，如此一来泄漏磁通量将会增强，而不利地影响马达性能。
永久磁石的宽度与厚度取决于转子之外在直径、井洞、以及感应线圈的大小而如此限制。在永久磁石之尺寸有如此设计来完成最佳效果的限制下，适合的材料与适合的尺寸的选择与永久磁石的安排是很重要的。
另一方面，通过将永久磁石并列地安排在转动方向中以增加每个磁极的总数，磁石的长度能够相等地伸长。然而，在此事例中，增加这些使用的磁石总数必然导致制造花费的增加。最近为了考虑到节约能源的电子特性，增进效能与能源系数的需求逐渐增加，除此之外，平滑激活以及操作的需求也在逐渐增加中。
依照上述内容，磁石感应的磁通量的总数的影响与激活时的磁阻与使马达同步化的拉入已认定为趋向，但如何去设计马达以克服这些影响却从未知晓。因此，马达有时候在激活以及将同步化的拉入中体验出粗劣激活的特性与艰难。即使平滑激活以及可靠的同步化操作的拉入可以达到，效能与能源系数的众多事实在使用的永久磁石的低价与数量上，随着已逐渐增加的制造成本仍然一直增加。
【发明内容】
因此本发明的目的在于提供一种改善的感应激活同步马达，适用于通过安排永久磁石在最适合的位置以操作于高效率上，而不会增加使用的永久磁石总数量。
为了实行上述本发明的目的，提出一种感应激活同步马达的转子，包括永久磁石以及在中心部分内具有短路的两末端的感应线圈，根据本发明的放置于此中心部分的永久磁石，且一个或多个永久磁石并列地安排在中心部分的纵向以构成永久磁石组，并且两个永久磁石组构成感应激活同步马达个别磁极，其中构成每一个磁极的两个永久磁石组放置倾向于中心部分的横截面平面上，通过转动两个永久磁石组于最接近感应线圈的永久磁石的角，来作为转动轴线的方向，如此一来两个永久磁石组所感应的磁通量会互相抵销。
随着上述结构，依照本发明的感应激活同步马达能够平滑地激活以及操作，随着改进的效能与作为电子特性的能源系数，而不会增加与习知技术的感应激活同步马达的转子内永久磁石的总数相比的永久磁石的总数。
依照本发明的较佳实施例所述，中心部分由狭槽组成，此狭槽收纳其中的两个永久磁石组，并且每一个狭槽由位于它中央部分的突出物以及凹洞构成，以不允许此永久磁石互相连结。根据上述结构，此马达不但达到上述发明的目的，而且另外达到防止收纳在狭槽的两个永久磁石组由于互相接触的伤害。
从上面依照本发明可看出，只通过构思永久磁石的有益安排，而非增加使用的永久磁石总量，将可能达到平滑激活与操作的马达，并且增加它的能源系数与效能特性。因此，从实际立场而言，依照本发明的感应激活同步马达是非常有益的。
为让本发明上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：
【附图说明】
图1是根据本发明一较佳实施例的一种四磁极感应激活同步马达的转子的横截面图。
图2是习知技术的一种四磁极感应激活同步马达的转子的横截面图。
图3是无负载感应电压与效能的关系图。
图式标记说明
1转子中心部分
2狭槽
3感应线圈
a、b永久磁石
4井洞
5、6永久磁石
7空隙
8、9永久磁石的角
10突出物
11中心线
12切线
【具体实施方式】
图1是依照本发明一较佳实施例所绘示的一种感应激活同步马达的转子中心部分的结构。绘示的同步马达是一个四磁极(four-pole)感应激活同步马达，此四磁极感应激活同步马达将会在下面详细解释。随着此实施例，新的磁石安排将会基本上地通过改变习知技术在感应激活同步马达上的磁石的安排来呈现，如图2所示为例，将周围永久磁石的宽度分开，而没有改变它们在转子的轴心方向的长度以及它们在转子的放射状方向的厚度。
甚至根据习知技术，复数个永久磁石安排在转子的轴心方向以降低旋转电流(eddy-current)的损失，此旋转电流损失发生在永久磁石的表面上。在本发明中，也提供了在转子的轴心方向的复数个永久磁石，以避免增加使用的永久磁石的数量。
在感应激活同步马达中，为了制造作为感应机器的力矩的目的，在此提供转子中心部分1与具有短路的两末端的感应线圈3，此感应线圈3置于接近定子处，如图2所示。因此，永久磁石必须安置在感应线圈3与井洞4之间，以致于永久磁石与定子之间的距离总是不可避免地变的较长，而导致增加泄漏磁通量并且降低了能源系数与效能。
因此，根据本发明，为了降低发生在永久磁石5与6的角8与9的泄漏磁通量，如图1所示，将这些角8与9安排在感应线圈3能够与空隙7一般具有相同结果之处，而不需提供在图2中此类的空隙7。更详细地，在图1中，有一些放射状向内部逐渐变细伸长的形状，此形状代表周围大量的3已安排在绘示的感应线圈3的横截面图中。永久磁石5与6的每个角8与9被安排在一端逐渐变细伸长的形状和位于与在直径上相反地另一端逐渐变细伸长的形状的中心线11上，以及到这两个逐渐变细伸长的形状的切线12，此切线12为一条较靠近磁石5或6的磁极的切线。有时候，永久磁石5与6的角8与9的位置大体上可能位于接近线11与12之间的位置，而可能在这些线精确地位置之间稍微地偏离，鉴于永久磁石与感应线圈的尺寸以及转子的外部直径，所以不得不必须在此区域内来制造产生。并且，感应线圈3以及永久磁石5与6的角8与9之间的距离将决定为一个范围中的最小值，以保证转子需求的强度。
根据本发明，永久磁石5与6的角8与9用来作为标准轴线，以决定永久磁石所安排的角度，因而能够将磁石与感应线圈之间的距离持续地固定在最小值，以确保足够的强度对抗离心力，并且实现在接近感应线圈3的邻近永久磁石5与6的角8与9之处内来降低泄漏磁通量。当可以如此将泄漏磁通量最小化时，则由于前后连结的永久磁石之间的磁结合，如图2所示的空隙7已不再需要。
在习知技术的感应激活同步马达的转子中，每一个磁极由单一个永久磁石或是复数个永久磁石构成，此复数个永久磁石并列地安排在转子的纵向以构成一个磁石组。依照本发明，将如此的磁石组分开成为两个磁石组，因此由于旋转电流流动在永久磁石的表面而减少损失(1oss)。然而，依照本发明，用作单一磁极的磁石的总数相等或少于习知技术中通过一个磁石组构成的单一磁极的磁石总数。
依照本发明，将永久磁石5与6安排倾向于一线，此线与永久磁石5与6的角8与9相连，通过转动这些磁石在转动角度于作为转动轴线的角8与9，此角8与9为磁石的所有点当中最接近感应线圈3。在效能与无负载感应电压的关系中来决定转动角度以获得最大效能，如图3所示。参照图1所绘示本发明的一实施例，磁石5与6位于它们已转动方向之处，以便使磁极互相面对。随着继续存在的磁极，磁石可能被安排在上述决定的转动角度上。
永久磁石的转动角度可能会取决于转子的尺寸、井洞的直径、以及感应线圈的大小而多变化。由图1的平面所观察的磁石的长度能够通过改变磁石的转动角度而多样化。当较长的磁石使得价格上扬，则决定转动角度以改善效能，而不会增加将要使用的永久磁石的数量。
磁石的转动角度越大，永久磁石5与6之间的距离越大，此永久磁石5与6构成感应激活同步马达的一个磁极。结果，使得泄漏磁通量增加于两个永久磁石组的连结部分，且相同极性会互相面对，以便于将定子泄漏磁通量的部分与永久磁石集中，或者将没有清楚的显示出来。因此，在裂口中介于转子与定子的磁通量的分布变成一个状态，此状态包括许多高频，高频不利地影响同步马达而导致低效能。为了试图克服这个问题，便从值来判断效能，此值通过计算关于转动角度的感应电压的磁场分析的帮助来获得。图3是绘示的无负载赶影电压与效能的关系。从图3所示的关系中，永久磁石的转动角度已决定了。
如上所述，永久磁石构成单一磁极被分开成两个磁石组5与6，以便泄漏磁通量不可避免地发生在两个磁石组前后连结的连结部分。为了防止泄漏磁通量，以取代最新提出的空隙，此两个磁石组被安排在狭槽2中，由两个部分组成，以构成一个钝角来提供永久磁石5与6的空隙，以及一个突出物10，此突出物10提供在狭槽的钝角的尖端上，以阻止这些磁石互相连结。考虑到泄漏磁通量的总数，突出物的顶点可能小于在转子的放射状方向中磁石厚度的一半。在两边突出物的顶点上狭槽的部分是圆形的，以防止永久磁石与狭槽的内壁触碰而使此部分受伤。
如上所述，构成本发明的特征为决定永久磁石的安排的角度，以致于使效能成为最大，此角度与无负载电压以及效能相关。根据本发明的特征，不但实现本发明的物体的磁通量总数的调整，而且另外更同时地实现磁阻的调整。然而，将要激活的激活力矩取决于鼠笼式线圈的设计，且永久磁石的大小、材质、与安排基于感应线圈之外形而被决定，此感应线圈设计为鼠笼式感应线圈。
虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书为准。