CN101243599A - 具有两个转子的电动机 - Google Patents

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CN101243599A CNA2006800298762A CN200680029876A CN101243599A CN 101243599 A CN101243599 A CN 101243599A CN A2006800298762 A CNA2006800298762 A CN A2006800298762A CN 200680029876 A CN200680029876 A CN 200680029876A CN 101243599 A CN101243599 A CN 101243599A
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桧胁英治
村上浩
吉川佑一
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Abstract

本发明提供一种电动机，具有定子、第一转子及第二转子。定子具有：从环状定子轭向外侧突出的多个外侧齿；从环状定子轭向内侧突出的多个内侧齿；卷绕在两齿上的绕组。另外，代替在两齿上卷绕绕组，在各内侧槽和与其对应的各外侧槽之间的定子轭的各部分设置环形绕组。相对于在定子与第一转子之间存在的齿槽转矩及转矩波动的相位，分别使在定子与第二转子之间存在的齿槽转矩及转矩波动的相位翻转。

Description

具有两个转子的电动机
技术领域
本发明涉及搭载在家用电器等中的电动机。特别是涉及相对于一个定子具有两个转子的电动机结构。
背景技术
以往，例如在日本专利申请特开平11-234930号公报中所公开地，为了降低齿槽转矩和转矩波动，将安装在转子上的磁铁切削成圆弧状等来降低空隙磁通量密度的高次谐波成分，或基于磁极数和槽数的组合来进行磁路的研究。
作为使齿槽转矩和转矩波动降低的方法，虽然有例如将转子磁铁磁化或对定子铁心的层积进行扭斜处理的方法、将安装在转子上的磁铁切削成圆弧状的方法、利用削平作用(ベベリング)等加工成定子形状的方法等，但是，使用这些方法时，存在导致电动机的转矩常数降低的问题。
发明内容
本发明的电动机包含定子、第一转子及第二转子。定子具有：环状的定子轭；从定子轭向外侧突出的多个外侧齿；从定子轭向内侧突出的多个内侧齿；卷绕在外侧齿及内侧齿上的绕组。另外，第一转子被轴保持，在外壁安装第一永久磁铁，经由空隙与内例齿相对，以轴为中心旋转。第二转子被所述轴保持，在内壁安装第二永久磁铁，经由空隙与外侧齿相对，以所述轴为中心旋转。另外，相对于在定子与第一转子之间存在的第一齿槽转矩的相位，使在定子与第二转子之间存在的第二齿槽转矩的相位翻转。并且，相对于在定子与第一转子之间产生的第一转矩波动的相位，使在定子与第二转子之间产生的第二转矩波动的相位翻转。这样，本发明的电动机可使电动机整体的齿槽转矩及转矩波动降低。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的电动机的说明图；
图2是表示在图1所示的电动机结构中、使内侧齿的开角和外侧齿的开角以相同角度变化时、齿槽转矩及转矩波动的周期以及平均转矩的图；
图3是将图2所示的齿槽转矩的周期对应第一转子和第二转子分解而表示的图；
图4是将图2所示的转矩波动的周期对应第一转子和第二转子分解而表示的图；
图5是表示在第一转子和第二转子各自的平均转矩和齿开角的关系的图；
图6是表示图1所示的电动机的第一转子、第二转子及作为电动机整体的各自的齿槽转矩的图；
图7是表示图1所示的电动机的第一转子及第二转子各自的转矩波动的图；
图8是本发明第一实施方式的电动机的内侧齿开角及外侧齿开角的说明图；
图9是本发明第二实施方式的电动机的说明图；
图10是本发明第三实施方式的电动机的说明图。
附图标记说明
10定子                 11定子铁心        12外侧齿
13内侧齿               14定子轭
15、45、55外侧槽       16、46、56内侧槽
20第一转子(内侧转子)   30第二转子(外侧转子)
41第一永久磁铁         42第二永久磁铁
50环形绕组             60轴
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
图1是本发明第一实施方式的电动机的说明图。参照图1说明第一实施方式的主要构成。
在图1中，第一实施方式的电动机具有定子10、第一转子20及第二转子30。定子10具有：环状定子轭14；从定子轭14向外侧突出的多个外侧齿12；从定子轭14向内侧突出的多个内侧齿13；卷绕在外侧齿12及内侧齿13上的绕组(未图示)。另外，第一转子20被轴60保持，在外壁安装第一永久磁铁41，经由空隙与内侧齿13相对，以轴60为中心旋转。第二转子30被轴60保持，在内壁安装第二永久磁铁42，经由空隙与外侧齿12相对，以轴60为中心旋转。另外，相对于在定子10与第一转子20之间存在的第一齿槽转矩的相位，使在定子10与第二转子30之间存在的第二齿槽转矩的相位翻转。并且，相对于在定子10与第一转子20之间产生的第一转矩波动的相位，使在定子10与第二转子30之间产生的第二转矩波动的相位翻转。这样，第一实施方式的电动机可使电动机整体的齿槽转矩及转矩波动降低。
接着，进一步详细说明图1所示的第一实施方式的电动机。
图2是表示图1所示的电动机结构中、使内侧齿的开角和外侧齿的开角以相同的角度变化时齿槽转矩及转矩波动的周期以及平均转矩的图；图3是将图2所示的齿槽转矩的周期对应第一转子(内侧转子)和第二转子(外侧转子)分解而表示的图；图4是将图2所示的转矩波动的周期对应第一转子(内侧转子)和第二转子(外侧转子)分解而表示的图；图5是表示第一转子(内侧转子)和第二转子(外侧转子)各自的平均转矩和齿开角的关系的图；图6是表示图1所示的电动机的第一转子、第二转子及作为电动机整体的各自的齿槽转矩的图；图7是表示图1所示的电动机的第一转子及第二转子各自的转矩波动的图；图8是本发明第一实施方式的电动机的内侧齿开角及外侧齿开角的说明图。
在图1及图8中，定子铁心11由环状的定子轭14、从定子轭14向外侧突出的多个外侧齿12；从定子轭14向内侧突出的多个内侧齿13形成。在多个外侧齿12彼此间形成有外侧槽15。在多个内侧齿13彼此间形成有内侧槽16。在外侧齿12及内侧齿13上卷绕有绕组(未图示)。这样，定子10由环状的定子轭14、外侧齿12、内侧齿13、卷绕在外侧齿12及内侧齿13上的绕组(未图示)构成。
第一转子(内侧转子)20经由微小的空隙与定子10的内侧相对，并以轴60为中心旋转自如地被保持。第二转子(外侧转子)30经由微小的空隙与定子10的外侧相对，并以轴60为中心旋转自如地被保持。
在第一转子20的外壁安装有第一永久磁铁41。第一永久磁铁41由20个磁铁片构成。这些磁铁片以N极、S极交替的方式配设成环状。这样，第一转子20的磁极数为20极。
另外，在第二转子30的内壁安装有第二永久磁铁42。第二永久磁铁42由20个磁铁片构成。这些磁铁片以N极、S极交替的方式配设成环状。这样，第二转子30的磁极数为20极。即，第一转子20、第二转子30都为相同的磁极数即20极。
另一方面，在定子10中，在多个外侧齿12彼此间形成有外侧槽15。外侧槽15的槽数为12。在多个内侧齿13彼此间形成有内侧槽16。内侧槽16的槽数也为12。即，外侧槽15、内侧槽16都为相同的槽数即12槽。
在如上所述的第一实施方式的电动机中，第一转子20的磁极数及第二转子30的磁极数为20，且定子10的槽数为12。此时，如图8所示，槽间隔的机械角为30度、电角为300度。另外，在图8中，内侧齿13的开角θin是通过各内侧齿13两端的两条线相对于轴60的中心所成的角度。外侧齿12的开角θout是通过各外侧齿12两端的两条线相对于轴60的中心所成的角度。
图2表示在第一实施方式的电动机的结构中、使内侧齿13的开角θin和外侧齿12的开角θout以相同的角度变化时的齿槽转矩、转矩波动及平均转矩的峰值的周期。图2中横轴的齿开角θe是使内侧齿13的开角θin和外侧齿12的开角θout变化时的电角度。
图3将图2所示的齿槽转矩的峰值的周期对应于第一转子(内侧转子)20和第二转子(外侧转子)30分解而表示。图4将图2所示的转矩波动的峰值的周期对应于第一转子(内侧转子)20和第二转子(外侧转子)30分解而表示。
由这些图3及图4可知，第一转子20、第二转子30的齿槽转矩及转矩波动成为具有最大点和最小点的波形。最小点在例如齿开角θe为210度附近。最大点在例如齿开角θe为250度附近。
在图3及图4中，范围A和范围B的分界、例如齿开角θe为210度附近成为相位拐点。该图中的C点表示作为第二转子(外侧转子)的齿开角而设定的大约200度，D点表示作为第一转子(内侧转子)的齿开角而设定的大约250度。
图5表示在第一转子(内侧转子)20中、就其齿槽转矩的波高值及转矩波动的波高值而言、选择第一转子20的齿槽转矩的波高值及第一转子20的转矩波动的波高值的相位都翻转的点的齿开角时的平均转矩与齿开角的关系。另外，图5还表示在第二转子(外侧转子)30中、就其齿槽转矩的波高值及转矩波动的波高值而言、选择第二转子30的齿槽转矩的波高值及第二转子30的转矩波动的波高值的相位都翻转的点的齿开角时的平均转矩与齿开角的关系。
由图5可知，第一转子(内侧转子)20及第二转子(外侧转子)30的平均转矩优选为齿开角θin及θout在约140度～约290度的范围内选定。这是因为，若在约140度～约290度的范围之外，则平均转矩极其降低，导致不能维持高转矩。
因此，通过在使齿槽转矩及转矩波动双方的相位都翻转的点选择齿开角，在维持高转矩常数的状态下，可使整体的齿槽转矩及转矩波动最小。
例如，对于第一转子20，如果设为图3及图4所示的范围A内的齿开角；对于第二转子30，如果设为图3及图4所示的范围B内的齿开角，则在维持高转矩常数的状态下，可使整体的齿槽转矩及转矩波动最小。
与此相反，对于第一转子20，如果设为图3及图4所示的范围B内的齿开角；对于第二转子30，如果设为图3及图4所示的范围A内的齿开角，则在维持高转矩常数的状态下，可使整体的齿槽转矩及转矩波动最小。
在第一实施方式中，具体地说，将内侧齿13设定为范围B内的齿开角即D点的大约250度、将外侧齿12设定为范围A内的齿开角即C点的大约200度即可。这样，将各内侧齿的开角和各外侧齿的开角设定为规定值、例如分别为大约250度和大约200度即可。
这样，例如，将第二转子30的齿开角θout设定为在范围A内且纵轴的值是0.8N·m的值，将第一转子20的齿开角θin设定为在范围B内且纵轴的值是0.8N·m的值。
在此，在将整体的齿槽转矩及转矩波动最小化的基础上，尽可能在振幅小的范围内选择相位翻转的点为好。
这样选择，则即便在组合精度差的情况下，也可将因该精度不良导致对整体的齿槽转矩及转矩波动的影响抑制得较小。
另外，尽可能选择对应于转矩常数(平均转矩)高的范围内的齿开角为好。这样选择，则在使输出提高的状态下，可降低整体的齿槽转矩及转矩波动。
另外，从基于组装精度的误差来看，必须尽可能避开相位改变的拐点(最小点)附近、即图3及图4中的例如约210度。这是因为，若选择与拐点(最小点)附近对应的齿开角，则因转矩常数(平均转矩)的正负朝向翻转，在拐点(最小点)附近，在第一转子20和第二转子30受到相同方向的齿槽转矩及转矩波动的影响，整体的齿槽转矩及转矩波动反而增幅。根据上述理由，C点避开相位改变的大约210度而设定为大约200度。
图6是表示在第一转子(内侧转子)20和第二转子(外侧转子)30的齿槽转矩中、在双方的相位都翻转的点选择齿开角时整体的齿槽转矩的图。另外，图7是表示在第一转子(内侧转子)20和第二转子(外侧转子)30的转矩波动中、在双方的相位都翻转的点选择齿开角时整体的转矩波动的图。具体地说，第一转子(内侧转子)20选择D点即大约250度，第二转子(外侧转子)30选择C点即大约200度。
由图6及图7可知，如图3及图4所示地根据第一转子20和第二转子30各自的转子与定子的位置关系而产生的齿槽转矩及转矩波动周期相互抵消而变为最小。
另外，在上述结构中，具有外侧槽15和内侧槽16中的任一方不卷绕绕组的结构，即，具有在外侧齿12和内侧齿13中的任一方不卷绕绕组的结构的电动机，也可获得同样的效果。
(第二实施方式)
图9是本发明第二实施方式的电动机的说明图。在图9中，第二实施方式的电动机具有上述第一实施方式的主要结构，其中，将构成第一永久磁铁41的磁铁片的数量和内侧齿13形成的内侧槽46的数量组合的组合模式(组み合わせパタ一ン)，与将构成第二永久磁铁42的磁铁片的数量和外侧齿12形成的外侧槽45的数量组合的组合模式不同。
即，“构成第一永久磁铁41的磁铁片的数量为40，内侧齿13形成的内侧槽46的数量为24”的组合模式。另一方面，“构成第二永久磁铁42的磁铁片的数量为20，外侧齿12形成的外侧槽45的数量为12”的组合模式。这样，是相互的组合模式不同的结构。
根据该结构，可改变内侧或外侧中的任一方的齿槽转矩和转矩波动的周期(脉动数)。因此，整体上可降低齿槽转矩及转矩波动。
另外，将第二转子30的齿槽转矩设为To-cog，将第一转子20的齿槽转矩设为Ti-cog时，电动机整体的齿槽转矩Tcog用式1表示。
【式1】
Tcog＝Ti-cog+To-cog＝TisinNθ+TosinN(θ+φ)     (式1)
电动机的齿槽转矩Tcog利用Ti-cog和To-cog之和来表示。因此，通过使Ti＝To＝T、且将相位翻转的Ti-cog和To-cog组合，如式2所示，可使齿槽转矩Tcog＝0。
【式2】
Tcog＝TsinNθ+TsinN(θ+π)＝0                   (式2)
另外，在式1及式2中，Tcog表示电动机的齿槽转矩、Ti-cog表示内侧转子的齿槽转矩、To-cog表示外侧转子的齿槽转矩、Ti表示内侧转子的齿槽转矩振幅、To表示外侧转子的齿槽转矩振幅、N表示槽数和极数的最小公倍数、θ表示转子位置(旋转角度)、Φ表示Ti-cog和To-cog的相位差。
(第三实施方式)
图10是表示在构成本发明的电动机的定子10及定子铁心11的定子轭14部分上卷绕环形绕组50的立体图。在图10中，第三实施方式的电动机具有上述第一实施方式的主要结构，并且将外侧齿12的外侧槽55的数量和内侧齿13的内侧槽56的数量设定为相同值。另外，具有如下结构，即代替第一实施方式中在外侧齿12及内侧齿13上卷绕绕组，而在各内侧槽56和与其对应的各外侧槽55之间的定子轭14的各部分上卷绕环形绕组50。
在第三实施方式的电动机中，可得到与上述第一实施方式相同的效果，并且，通过在定子轭14上卷绕环形绕组50，可同时具有径向力小的特性和线圈端大的特性。结果，可进一步实现低噪音及低振动。
产业上的可利用性
本发明的电动机例如用于家用电器等中，可实现低噪音及低振动。

Claims (4)

1.一种电动机，具有：
定子，其具有环状定子轭、从所述定子轭向外侧突出的多个外侧齿、从所述定子轭向内侧突出的多个内侧齿、卷绕在所述外侧齿及所述内侧齿上的绕组；
第一转子，其被轴保持，在外壁安装第一永久磁铁，经由空隙与所述内侧齿相对，以所述轴为中心旋转；
第二转子，其被所述轴保持，在内壁安装第二永久磁铁，经由空隙与所述外侧齿相对，以所述轴为中心旋转，
相对于在所述定子与所述第一转子之间存在的第一齿槽转矩的相位，使在所述定子与所述第二转子之间存在的第二齿槽转矩的相位翻转，
并且，相对于在所述定子与所述第一转子之间产生的第一转矩波动的相位，使在所述定子与所述第二转子之间产生的第二转矩波动的相位翻转，
使电动机整体的齿槽转矩及转矩波动降低。
2.如权利要求1所述的电动机，其中，将所述各内侧齿的开角和所述各外侧齿的开角设定为规定值。
3.如权利要求1所述的电动机，其中，构成所述第一永久磁铁的磁铁片的数量和所述内侧齿形成的内侧槽的数量的组合模式，与构成所述第二永久磁铁的磁铁片的数量和所述外侧齿形成的外侧槽的数量的组合模式不同。
4.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，将所述外侧齿的外侧槽的数量和所述内侧齿的内侧槽的数量设定为相同值，
代替在所述外侧齿及所述内侧齿上卷绕绕组，而在所述各内侧槽和与其对应的所述各外侧槽之间的所述定子轭的各部分上设置环形绕组。
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