CN100362728C - 无刷电动机 - Google Patents

Abstract

在本发明的无刷电动机中，磁铁(5)被磁化成朝向定子方向的磁场向定子方向收敛的逆径向取向，并在外周面的两端部上，设有随着从中间部向两侧逐渐接近轴线方向而切开的切口部(12)。故能获得抑制铁损的上升、并增大输出转矩的无刷电动机。

Description

无刷电动机

技术领域

本发明涉及内转子型无刷电动机，其具有在定子内侧设有与定子面对的多个扇形的磁铁转子。

背景技术

作为以往的内转子型的无刷电动机，已知具有设有径向取向(向定子方向的磁场朝定子方向扩散)的扇形磁铁的转子的无刷电动机(例如，参照专利文献1)。

[专利文献1]  日本专利特开2003-230239号公报

在以往的无刷电动机中，由于有径向取向的磁铁，故存在着定子与转子之间空隙中的磁通密度低、相应使感应电压的值降低、单位电流(日文：電流当たり)的输出转矩低的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而作成的，其目的在于，获得能抑制铁损上升、并能增大输出转矩的无刷电动机。

在本发明的无刷电动机中，磁铁被磁化成使朝向定子方向的磁场向定子方向收敛的逆径向取向，并在外周面的两端部上，设有随着从中间部向两侧逐渐接近轴线方向而切开的开口部，一对所述切口部的各自面积S在如下范围内：S＝(D²/P)×α，其中，D为所述磁铁的所述外周中间部的直径尺寸，P为极对数，α为形状系数，0＜α≤0.012。

采用本发明的无刷电动机，能抑制铁损的上升、并能增大输出转矩。

附图说明

图1是表示本发明实施形态1的无刷电动机的侧剖视图。

图2是表示图1的无刷电动机的主剖视图。

图3是表示图1的磁铁中的磁场取向的图。

图4是表示图1的磁铁的主视图。

图5是表示转子的旋转角与每1相的感应电压的关系的特性图。

图6是表示径向取向的磁铁的主视图。

图7是表示图6的磁铁中的转子的旋转角与每1相的感应电压的关系的特性图。

图8是表示平行取向的磁铁的主视图。

图9是表示图8的磁铁中转子的旋转角与每1相的感应电压的关系的特性图。

图10是表示逆径向取向的磁铁的主视图。

图11是表示图10的磁铁中转子的旋转角与每1相的感应电压的关系的特性图。

图12是在本实施形态1的无刷电动机中、表示形状系数α与铁损比的关系的特性图。

图13是在本实施形态1的无刷电动机中、表示形状系数α与转矩比的关系的特性图。

图14是表示本实施形态2中的磁铁的磁场取向的主视图。

图15是沿轴线方向将图14的磁铁剖切后的剖视图。

具体实施方式

以下，对本发明的各实施形态进行说明，在各图中，对相同或相当的构件、部位标上相同符号进行说明。

[实施形态1]

图1是表示本发明实施形态1的无刷电动机沿轴线方向剖切后的侧剖视图，图2是表示图1的无刷电动机沿径向剖切后的主剖视图。

该无刷电动机1，是在非操纵方向盘时也始终被驱动的电动油压动力转向装置用的电动机，具有：固定在轴16上的转子6；压入、固定于用钢板构成的有底圆筒形状的框架2中并通过空隙而设在转子6外周上的定子4。

转子6，利用配设在由铝构成的支架7上的第1轴承8和配设在框架2底面上的轴承9并通过轴16而被旋转自如地支承着。在该转子6中，作为铁素体磁铁的扇型磁铁5，N极、S极交替地与定子4相对配置着。

定子4具有：由层叠的薄钢板构成的铁心10；分别卷装在9个槽11中的线圈3，该9个槽11在铁心10的内径侧向轴线方向延伸并在圆周方向上等间隔形成。

该无刷电动机1用作电动油压动力转向装置的驱动源，当操作者操纵方向盘时，根据操舵角及行驶速度等对无刷电动机1进行驱动控制，驱动油压泵，利用发生的油压通过动力缸就供给操纵方向盘的辅助力。

在无刷电动机1中，根据操舵角及行驶速度等而在各相的线圈3中流动着切换后的电流，在定子4中产生旋转磁场，转子6就随该旋转磁场进行旋转。

图3是图1、2所示的磁铁5被磁化成，该磁铁5的向定子4方向的磁场朝定子4方向收敛的逆径向取向，并在外周面的两端部上，设有随着从中间部向两侧逐渐向轴线方向接近而开口的切口部12。

一对切口部1 2的各个面积S(参照图4)，在S＝(D²/P)×α(其中，D为磁铁5的外周中间部的直径尺寸，P为极对数，α为形状系数。)中，槽数为9，P为3，这时的形状系数α的值是在0＜α≤0.012范围内的值。

另外，切口部12的形状，可开口成直线状，但也可以开口成圆弧状。

本申请的发明者通过实验，求出了表示本实施形态1的无刷电动机中的转子6旋转角与每1相感应电压的关系的特性图。图5是这时的特性图。

另外，本申请的发明者，通过实验求出了使用作为比较例的图6所示的径向取向的磁铁5A的无刷电动机中的特性图。图7是这时的特性图。

同样，求出了使用图8所示的平行取向(向定子方向的磁场相互为平行)磁铁5B的无刷电动机中的特性图。图9是这时的特性图。

另外，求出了使用在两端部无切口部12的图10所示的逆径向取向磁铁5C的无刷电动机中的特性图。图11是这时的特性图。

从图7、图9和图11的特性图可知，每1相感应电压，使用平行取向的磁铁5B时比径向取向的磁铁5A大，又，使用逆径向取向的磁铁5C时比磁铁5B大。

这是由于，在逆径向取向的磁铁5C的场合，在定子4与转子6之间空隙中的磁通密度比其它磁铁5A、5B高的缘故。该磁铁5C的场合，波形不是圆滑的曲线，而在两端部具有切口部12的逆径向取向的磁铁5的场合，从图5可知，能获得更接近于正弦波的曲线。

图12是在本实施形态的无刷电动机中、通过实验求出了将形状系数α作为横轴、将铁损比作为纵轴时铁损比相对α变化时的特性图。铁损比，在α＝0、即切口部12面积S为0时作成100％。从该图可知，随着面积S增大，铁损减小。

图13是通过实验求出了将形状系数α作为横轴、将转矩比作为纵轴时转矩比相对α变化时的特性图。转矩比，将α＝0、即切口部12的面积S为0时的单位电流的输出转矩作成100％。从该特性图可知，随着切口部12的面积增大，单位电流的输出转矩降低。

电动机输出转矩是，定子4与转子6之间空隙中的磁通密度越高，就成为越大值，且按径向取向的磁铁5A、平行取向的磁铁5B、逆径向取向的磁铁5C的顺序而成为较大值。

本申请的发明者通过实验知道，在使用具有6极、槽11数为9、逆径向取向的磁铁5C的无刷电动机时的转矩比作成100％时，具有6极、槽11数为9、平行取向的磁铁5B的无刷电动机的转矩比为93％。

因此，为了使本实施形态的无刷电动机获得比具有平行取向的磁铁5B的无刷电动机较大的转矩，从图13的特性图中必须使形状系数α≤0.012。又，在形状系数α为0时，切口部12的面积S为0，α是0＜α。

采用本实施形态的无刷电动机，由于空隙中的磁通密度比其它磁铁5A、5B较高，故铁损的上升相应就增大，但从图5的特性图可知，通过设有切口部12，使旋转角与每1相的感应电压为接近正弦波的曲线，而能抑制铁损的上升，能确保每1相感应电压的较高值。

又，感应电压是接近于正弦波的曲线，能抑制磁通的急剧变化，对于齿槽(cogging)转矩的降低及噪音的降低都有大的效果。

又，磁铁5外周面的两端部开设有缺口，能相应地降低磁铁5的容量，能降低制造成本。

又，对于形状系数α，在0＜α≤0.012的值时，能确保比具有6极、槽11数为9、平行取向的磁铁5B的无刷电动机较大的单位电流的输出转矩。

另外，在形状系数α的值为0＜α≤0.012范围内时，在形状系数α更接近于0的场合，由于单位电流的转矩较大，高转矩适合于实际使用范围的无刷电动机，在形状系数α更接近于0.012的场合，感应电压成为更接近于正弦波的波形，由于铁损比小，故高旋转速度适合于实际使用范围的无刷电动机。

因此，该无刷电动机在非操纵方向盘时，也能适用于经常驱动的电动油压动力转向装置的场合，能降低在停止(日文：据切り)操纵方向盘时相当的高转矩时的最大电流，在能减轻电池的负荷的同时，有能降低时常以低转矩驱动的非操纵方向盘时因铁损降低所引起的消耗电流、不使燃料费提高的优点。

[实施形态2]

图14是表示本实施形态2中的磁铁5的主视图，图15是沿轴线方向将图14的磁铁5剖切后的剖视图。

该磁铁5也与实施形态1同样被磁化成，向定子4方向的磁场向定子4进行收敛的逆径向取向，并在外周面的两端部上设有切口部12。又，该磁铁5如图15所示被磁化成，向定子4方向的磁场收敛到定子4中央部侧(中央取向)的状态。

在本实施形态1的无刷电动机中，能获得与实施形态1同样的效果，并且磁铁5的磁场也是中央取向，能降低相对定子4的泄漏磁通，相应提高输出转矩。

Claims (3)

1.一种无刷电动机，具有：

在铁心的槽中卷装了线圈的定子：

设在该定子的内侧、有与定子面对的多个扇形磁铁的转子，所述磁铁，被磁化成朝向所述定子方向的磁场向定子方向收敛的逆径向取向，并在外周面的两端部上，设有随着从中间部向两侧逐渐接近轴线方向而切开的切口部，其特征在于，一对所述切口部的各自面积S在如下范围内：S＝(D²/P)×α，其中，D为所述磁铁的所述外周中间部的直径尺寸，P为极对数，α为形状系数，0＜α≤0.012。

2.如权利要求1所述的无刷电动机，其特征在于，所述磁铁被磁化成，在沿轴线方向剖切后的剖面上，所述逆径向取向向所述定子的中央部侧收敛。

3.如权利要求1或2所述的无刷电动机，其特征在于，所述无刷电动机是电动油压动力转向装置用的电动机。

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