CN101677197B - 无刷电动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种无刷电动机,其中定子芯(16)的齿(22U1-22W2)以交替的第一和第二节距(P1,P2)沿周向接连地设置。彼此隔开第一节距(P1)的每一相应的相邻的两个齿条(22U1-22W2)分别由相应的两个形成相应的共同相位的定子线圈(18U1-18W2)缠绕。彼此隔开第二节距(P2)的每一相应的相邻的两个齿(22U1-22W2)分别地由相应的两个分别形成相应的不同相位的定子线圈(18U1-18W2)缠绕。
Description
技术领域
本发明涉及一种无刷电动机。
背景技术
日本未审查专利公开No.2008-86064A(相应于US 2008/0073995A)描述了称为10-极/12-槽无刷电动机的无刷电动机。在这种无刷电动机中,定子芯的齿以30度节距,即以沿无刷电动机周向的间隔(360度/12=30度),相继地设置,并且转子磁铁的磁极以36度节距,即沿周向的间隔(360度/10=36度),相继地设置。
在上述的无刷电动机中,在沿无刷电动机的周向测量的齿的节距和沿无刷电动机的周向测量的转子磁铁的磁极的节距之间存在差异(具体地,圆心角测量差6度)。这种差异带来下述不足。
通常,如众所周知的根据弗莱明左手定则,为了在电动机中实现相对高的有效的磁通量和相对高的电动机效率,希望的是,流过围绕相应的齿缠绕的定子线圈的电流I的相位和由转子磁铁施加至定子线圈的磁通量的相位之间的相位差Δθ(见图5)应当为90度。
如上所述,在日本未审查专利公开No.2008-86064A中所描述的无刷电动机的情况中,在齿的节距和转子磁铁的磁极的节距之间存在着差异(圆心角测量差6度)。因此,流过围绕相应的齿缠绕的定子线圈的电流的相位和由转子磁铁施加至定子线圈的磁通量的相位之间的相位差变为75度,其小于90度。因此,有效的磁通量被不利地降低,从而降低电动机效率。
发明内容
本发明致力于解决上述不足。因此,本发明的目标是提供一种无刷电动机,其能够实现相对高的有效磁通量,并能够提供相对高的电动机效率。
为了实现本发明的目标,提供了一种无刷电动机,包括至少一个转子磁铁、定子芯和多个定子线圈。至少一个转子磁铁形成以基本上相等的节距沿周向相继地(one after another)交替设置的多个交替N和S磁极。定子芯包括多个齿,齿沿定子芯的径向与至少一个转子磁铁相对,并以沿周向交替设置的交替的第一和第二节距沿周向相继地交替设置。第二节距小于第一节距。多个定子线圈围绕多个齿缠绕,并形成多个相位。彼此隔开第一节距的多个齿中的每一相应的相邻的两个齿分别地由多个定子线圈中的形成多个相位中的相应的共同相位的相应的两个定子线圈缠绕。彼此隔开第二节距的所述多个齿中的每一相应的相邻的两个齿分别地由多个定子线圈中的分别形成多个相位中的相应的不同相位的相应的两个定子线圈缠绕。
附图说明
根据下文的描述、附加的权利要求及附图,本发明及其附加的目标、特征和优点将更容易理解,在附图中:
图1为根据本发明第一实施例的无刷电动机的剖视图;
图2为表示在图1中示出的主要特征的放大的部分剖视图;
图3为示出图1所示的无刷电动机的转子磁铁和齿之间的位置关系的框图;
图4为根据本发明第二实施例的无刷电动机的剖视图;
图5为示出流过定子线圈的电流的相位和施加至定子线圈的磁通量的相位之间的关系的示图;
图6为根据本发明第三实施例的无刷电动机的剖视图;
图7为表示在图6中示出的主要特征的放大的部分剖视图;
图8为根据本发明第四实施例的无刷电动机的剖视图;
图9为表示在图8中示出的主要特征的放大的部分剖视图;和
图10为示出先前提出的无刷电动机的转子磁铁和齿之间的位置关系的图,其中流过定子线圈的电流的相位和施加至定子线圈的磁通量的相位之间的相位差为75度。
具体实施方式
(第一实施例)
将参照附图描述本发明的第一实施例。
图1为示出第一实施例的无刷电动机10的沿垂直于无刷电动机10的轴向的平面的横截面的剖视图。图2为图1的放大的无刷电动机10的部分的视图,为了简单的目的,忽略定子线圈18U1-18W2。如图1和2所示,无刷电动机10包括转子11定子15。转子11包括转子壳体12和多个转子磁铁14A-14J。定子15包括定子芯16和定子线圈18U1-18W2。
每个转子磁铁14A-14J配置成弓形体,其沿无刷电动机10的周向为弓形。转子磁铁14A-14J固定至转子壳体12的内周面。转子磁铁14A-14J通常具有相同配置,并以大致相等的节距,即以沿无刷电动机10的周向的基本上相等的间隔角(圆周间隔),相继地设置。每个转子磁铁14A-14J被磁化,使得沿无刷电动机10的径向相继地形成两个不同的磁极(N极和S极)。而且,转子磁铁14A-14J的这两个不同的磁极(N极和S极)以基本上相等的节距沿无刷电动机10的周向相继地交替设置。在这里,代替提供多个转子磁铁14A-14J,可能的是,提供单个弓形或环形磁铁,其被磁化以形成以基本上相等的节距沿无刷电动机10的周向相继地交替设置的转子磁铁14A-14的这两个不同的磁极(N极和S极)。
定子芯16包括环形主体20和多个齿(在该实施例中为12个齿)22U1-22W2。环形主体20在无刷电动机10的径向上放置在转子磁铁14A-14J内,并与转子磁铁14A-14J同轴(即,与转子壳体12的固定转子磁铁14A-14J的内周面同轴)。
齿22U1-22W2从环形主体20朝向转子磁铁14A-14J(向无刷电动机10的径向外侧)径向地延伸,并沿径向与转子磁铁14A-14J相对。而且,齿22U1-22W2沿无刷电动机10的周向相继地设置,以具有第一节距P1和第二节距P2,第一节距P1和第二节距P2沿无刷电动机10的周向交替限定(具体地,六个第一节距P1和六个第二节距P2沿周向交替设置)。在这里,每个第二节距P2被设置为小于每个第一节距P1。每个齿22U1-22W2包括主体27U1-27W2和头部28U1-28W2。齿22U1-22W2的主体27U1-27W2从定子芯16的环形主体20径向地延伸,使得主体27U1-27W2径向上细长。头部28U1-28W2沿顺时针方向和逆时针方向两个方向从主体27U1-27W2的径向外端(径向远端)周向地延伸。在本实施例中,每个节距P1、P2被周向限定为相应的相邻两个齿22U1-22W2的主体27U1-27W2的中心线CL之间的相应的间隔(周向间隔)。在这里,每个齿22U1-22W2的主体27U1~27W2的中心线CL在主体27U1-27W2的长度之上,沿着相应的虚径向线延伸通过齿22U1-22W2的主体27U1-27W2的圆周中心,所述虚径向线从定子芯16的中心O沿定子芯16的径向延伸通过主体27U1-27W2,并完全与图2中的中心线CL重叠。
定子线圈18U1-18W2分别缠绕在齿22U1-22W2的主体27U1-27W2上。在定子线圈18U1-18W2中,定子线圈18U1、18U2形成U相位,且定子线圈18V1、18V2形成V相位。而且,定子线圈18W1、18W2形成W相位。因此,无刷电动机10被构造为三相无刷电动机。
形成U相的定子线圈18U1、18U2分别沿相反的方向围绕相应的两个齿22U1、22U2的主体27U1、27U2缠绕。也就是说,定子线圈18U1、18U2中的个沿一个方向围绕齿22U1、22U2中的相应的一个的主体27U1、27U2缠绕,且定子线圈18U1、18U2中的另一个沿与所述一个方向相对的另一个方向围绕齿22U1、22U2中的相应的一个的主体27U1、27U2缠绕。类似地,形成V相的定子线圈18V1、18V2分别沿沿相反的方向缠绕在相应的两个齿22V1、22V2的主体27V1、27V2上。并且,形成W相的定子线圈18W1、18W2分别沿沿相反的方向缠绕在相应的两个齿22W1、22W2的主体27W1、27W2上。
分别缠绕在彼此相邻设置并放置为彼此隔开第一节距P1的相应的相邻的两个齿22U1-22W2上的相应的两个定子线圈18U1-18W2形成相同的共同相位(即,U相、V相或W相)。分别缠绕在彼此相邻设置并放置为彼此隔开第二节距P2的相应的相邻的两个齿22U1-22W2上的其它相应的两个定子线圈18U1-18W2分别形成不同的相位。
这种布置将被更具体地描述。分别缠绕在彼此相邻设置并放置为彼此隔开第一节距P1的齿22U1和齿22U2上的定子线圈18U1和定子线圈18U2形成相同的共同相位,具体为U相位。分别缠绕在彼此相邻设置并放置为彼此隔开第一节距P1的齿22V1和齿22V2上的定子线圈18V1和定子线圈18V2形成相同的共同相位,具体为V相位。而且,分别缠绕在彼此相邻设置并放置为彼此隔开第一节距P1的齿22W1和齿22W2上的定子线圈18W1和定子线圈18W2形成相同的共同相位,具体为W相位。
相反,分别缠绕在彼此相邻设置并放置为彼此隔开第二节距P2的齿22U2和齿22V1上的定子线圈18U2和定子线圈18V1分别形成不同的相位,具体为U相位和V相位。此外,分别缠绕在彼此相邻设置并放置为彼此隔开第二节距P2的齿22V2和齿22W1上的定子线圈18V2和定子线圈18W1分别形成不同的相位,具体为V相位和W相位。而且,分别缠绕在彼此相邻设置并放置为彼此隔开第二节距P2的齿22W2和齿22U1上的定子线圈18W2和定子线圈18U1分别形成不同的相位,具体为W相位和U相位。
而且,在无刷电动机10中,沿无刷电动机10的周向相继地设置的转子磁铁14A-14J的磁极24的总数为10。此外,槽26的总数目为12,其中每个槽被沿无刷电动机10的周向限定在相应的两个齿22U1-22W2之间。因此,无刷电动机10具有10个极和12个槽,即为10-极/12-槽无刷电动机。
而且,第一节距P1关于定子芯16的中心O的角度(圆心角)α满足关系360度/n<α≤360度/m,其中“m”表示磁极24的数目,且“n”表示槽26的数目。而且,第一节距P1关于定子芯16的中心O的角度α和第二节距P2关于定子芯16的中心O的角度(圆心角)β满足关系α+β=(360度/n)×2。
也就是说,第一节距P1关于定子芯16的中心O的圆心角α范围为30度<α≤36度,且第二节距P2关于定子芯16的中心O的圆心角β的范围为30度>β≥24度。
接下来,将描述第一实施例的无刷电动机10的操作和优点。
在第一实施例的无刷电动机10中,即,在以上述方式构造的10-极/12-槽无刷电动机中,第一节距P1关于定子芯16的中心O的角度α满足关系360度/n<α≤360度/m。而且,齿22U1-22W2中的相应的齿的第一节距P1关于定子芯16的中心O的角度α和齿22U1-22W2中的相应的其它齿的第二节距P2关于定子芯16的中心O的角度β满足关系α+β=(360度/n)×2。
也就是说,第一节距P1关于定子芯16的中心O的圆心角α的范围为30度<α≤36度,且第二节距P2关于定子芯16的中心O的圆心角β的范围为30度>β≥24度。
因此,与所有的齿22U1-22W2以相等的节距P沿周向相继地设置的情况(即如图10所示的情况,角度α和角度β为常数且被设为30度,并且相差Δθ为75度)相比,流过缠绕在齿22U1-22W2上的定子线圈18U1-18W2的电流I的相位和从转子磁铁14A-14J施加至定子线圈18U1--18W2的磁通量的相位之间的相差Δθ(参见图3和5)变为等于或接近90度。结果,能够实现相对高的有效磁通量,并能够实现相对高的电动机效率。
在其中第一节距的圆心角α为36度的10-极/12-槽无刷电动机的情况中,流过缠绕在齿22U1-22W2上的定子线圈18U1-18W2的电流I的相位和从转子磁铁14A-14J施加至定子线圈18U1--18W2的磁通量的相位之间的相位差Δθ(参见图3和5)变为90度。因此,能够改善电动机效率。
而且,在本实施例中,如图2所示,属于相同的共同相位的相邻的两个齿22U1-22W2的头部28U1-28W2之间的周向距离(槽26的入口26的周向尺寸)T1等于分别属于不同相位的相邻的两个齿22U1-22W2的头部28U1-28W2之间的周向距离T2。也就是说,所有的槽26的入口26a具有相同的周向尺寸。而且,所述槽的入口26a的圆周中心以基本上相同的间隔J(圆心角μ)相继地周向设置。以这种方式,在用绕线机缠绕定子线圈18U1-18W2时,定子芯16在每次完成一个槽26处的定子线圈22U1-22W2的缠绕以在下一个槽26处进行下一个缠绕时,能够简单地以恒定的旋转角度旋转,而不管不相同的节距P1、P2。此外,由于每个槽26的周向尺寸(周向距离T1、T2)为常数,则定子线圈18U1-18W2能够容易地插入槽26的内部,而不要求额外调节绕线机相对于槽26的位置。
(第二实施例)
接下来,将描述本发明的第二实施例。
图4为示出第二实施例的无刷电动机30的沿垂直于无刷电动机30的轴向的平面的横截面的剖视图。
除了沿周向接连设置的转子磁铁14A-14T的磁极24的数目为20以及其中的每一个沿周向限定在相应的两个齿22U1-22W2之间的槽26的数目为24外,第二实施例的无刷电动机30类似于第一实施例的无刷电动机10。因此,无刷电动机30具有20个极和24个槽,即20-极/24-槽无刷电动机。
而且,第一节距P1关于定子芯16的中心O的圆心角α的范围为15度<α≤18度,且第二节距P2关于定子芯16的中心O的圆心角β的范围为15度>β≥12度。
即使在上述结构的情况中,与所有的齿22U1-22W2以相等的节距P沿周向接连设置的情况(即如图10所示的情况,角度α和角度β为常数且被设为15度,并且相差Δθ为75度)相比,流过缠绕在齿22U1-22W2上的定子线圈18U1-18W2的电流I的相位和从转子磁铁14A-14J施加至定子线圈18U1-18W2的磁通量的相位之间的相位差Δθ(参见图3和5)变为等于或接近90度。结果,根据本实施例,能够实现相对高的有效磁通量,并由此能够实现相对高的电动机效率。
在其中第一节距的圆心角α为18度的10-极/12-槽无刷电动机的情况中,流过缠绕在齿22U1-22W2上的定子线圈18U1-18W2的电流I的相位和从转子磁铁14A-14J施加至定子线圈18U1--18W2的磁通量的相位之间的相位差Δθ(参见图3和5)变为90度。因此,能够改善电动机效率。
而且,应当注意到,虽然第二实施例的无刷电动机30的齿22U1-22W2的头部的形状与第一实施例的无刷电动机10的齿22U1-22W2的头部的形状不同,但能够以类似于第一实施例的无刷电动机10的齿22U1-22W2的头部的形状的方式改变第二实施例的无刷电动机30的齿22U1-22W2的头部的形状,以实现类似于对于第一实施例所讨论的优点。可选择地,以类似于第二实施例的无刷电动机30的齿22U1-22W2的头部的形状的方式改变第一实施例的无刷电动机10的齿22U1-22W2的头部的形状。即使在第二实施例的情况中,实现等于或接近90度的相位差Δθ的优点也能够实现。
(第三实施例)
接下来,将描述本发明的第三实施例。
图6为示出第三实施例的无刷电动机40的沿垂直于无刷电动机40的轴向的平面的横截面的剖视图。图7为表示在图6中示出的主要特征的局部放大剖视图。
在图6和7中,为了简单的目的,省略了缠绕在齿22U1-22W2上的定子线圈18U1-18W2。然而,应当理解,定子线圈18U1-18W2以与图1所示的定子线圈18U1-18W2类似的方式围绕齿22U1-22W2设置。
除了下述几点,第三实施例的无刷电动机40类似于第一实施例的无刷电动机10。
也就是说,每个齿22U1-22W2相对于定子芯16径向倾斜。这种特征将参照图7进行描述。在本实施例中,与第一和第二实施例不同,每个齿22U1-22W2的主体27U1-27W2的在主体27U1-27W2的长度范围内延伸通过主体27U1-27W2的圆周中心的中心线CL相对于相应的虚径向线(更具体地,下文描述的第二假想线VL2)成角度,该虚径向线从定子芯16的中心O沿定子芯16的径向延伸通过主体27U1-27W2。也就是说,主体27U1-27W2的中心线CL以相应的角度相对于相应的径向倾斜。而且,在每个齿22U1-22W2中,齿22U1-22W2的头部28U1-28W2的径向内周面(径向内圆周面)28A基本上沿着垂直于第二假想线VL2的第一假想线VL1延伸,第二假想线VL2从定子芯16的中心O沿定子芯16的径向延伸,并与第一假想线VL1在相交点Q处以直角(90度)相交。而且,齿22U1-22W2的主体27U1-27W2的中心线CL与齿22U1-22W2的第一假想线VL1和第二假想线VL2在相交点Q处相交。
在本实施例中,与第一和第二实施例不同,节距P1被定义为属于相同的共同相位(U相、V相或W相)的相邻的两个齿22U1-22W2的相交点Q之间的间隔角(圆周间隔)。在这些属于相同的共同相位并且彼此间隔节距P1的相邻的两个齿22U1-22W2中的每一个中,齿22U1-22W2的主体27U1-27W2的中心线CL相对于齿22U1-22W2的第二假想线VL2在齿22U1-22W2的相交点Q的径向向内的位置处向所述相邻的两个齿22U1-22W2中的另一个倾斜。换句话说,在属于相同的共同相位的相邻的两个齿22U1-22W2的相交点Q的径向向内的位置处,这些相邻的两个齿22U1-22W2的主体27U1-27W2的中心线CL周向位于限定在这些相邻的两个齿22U1-22W2的第二假想线VL2之间的圆周区域中。
节距P2被定义为分别属于不同相位的相邻的两个齿22U1-22W2的相交点Q之间的间隔角(圆周间隔)。在这些分别属于不同相位并且彼此间隔节距P2的相邻的两个齿22U1-22W2中的每一个中,齿22U1-22W2的主体27U1-27W2的中心线CL相对于齿22U1-22W2的第二假想线VL2在齿22U1-22W2的相交点Q的径向向内的位置处远离所述相邻的两个齿22U1-22W2中的另一个倾斜。换句话说,在分别属于不同相位的相邻的两个齿22U1-22W2的相交点Q的径向向内的位置处,这些相邻的两个齿22U1-22W2的主体27U1-27W2的中心线CL周向位于限定在这些相邻的两个齿22U1-22W2的第二假想线VL2之间的圆周区域之外。
而且,如上所述,由于分别属于不同相位的相邻的两个齿22U1-22W2的主体27U1-27W2的中心线CL周向位于限定在这些相邻的两个齿22U1-22W2的第二假想线VL2之间的圆周区域之外,限定在彼此隔开第二节距P2的相应的相邻的两个齿22U1-22W2之间的槽26的径向内底的圆周长度B2大于限定在彼此隔开第一节距P1的相应的相邻的两个齿22U1-22W2之间的槽26的径向内底的圆周长度B1。换句话说,相邻的这两个齿22U1-22W2的主体27U1-27W2的径向内部基底端部之间的周向距离(圆周长度B2)大于属于相同的共同相位的相邻的这两个齿22U1-22W2的主体27U1-27W2的径向内部基底端部之间的周向距离(圆周长度B1)。并且,圆周长度B2相对于第一实施例的相应的圆周长度(例如,见图2所示的齿22V2的主体27V2的径向内部基底端部和齿22W1的体27W1的径向内部基底端部之间的周向距离)增加了。
因此,在无刷电动机40中,能够在分别属于不同相位的且彼此隔开比第一节距P1小的第二节距P2的相邻的两个齿22U1-22W2之间提供足够尺寸大小(特别地,槽26的径向内底的大小,即圆周长度B2)的槽26。结果,有利的是,能够改善分别缠绕在齿22U1、22V1、22W1上的定子线圈18U1、18V1、18W1的填充系数(space factor)。换句话说,与第一实施例相比,由于相应的槽26的径向内底的尺寸(圆周长度B2)增加了,则能够增加缠绕在齿22U1、22V1、22W1上的定子线圈18U1、18V1、18W1的匝数。
而且,以这种方式,分别缠绕在齿22U1、22V1、22W1上的定子线圈18U1、18V1、18W1中的每一个的填充系数基本上可以变为等于分别缠绕在齿22U2、22V2、22W2上的定子线圈18U2、18V2、18W2中的每一个的填充系数。在本实施例中,参照图7,每个齿22U1-22W2处的第二假想线VL2和中心线之间的角度θ1较佳地设为0度<θ1≤18度。更较佳地,在本实施例中,角度θ1设为约15度,使得缠绕在齿22U1-22W2上的每相邻的两个线圈18U1-18W2之间的圆周节距变为常数。
此外,在彼此隔开第一节距P1的相邻的两个齿22U1-22W2的第二假想线VL2之间的角度α在360度/n<α≤360度/m的范围的情况中,“n”表示槽26的数目,且“m”表示磁极24的数目。而且,该角度α和彼此隔开第二节距P2的相邻的两个齿22U1-22W2的第二假想线VL2之间的角度β满足关系α+β=(360度/n)×2。
也就是说,在本实施例的无刷电动机40中,沿周向相继地设置的转子磁铁14A-14J的磁极24的数目为10,且其中的每一个限定在相邻的两个齿22U1-22W2之间的槽26的数目为12。因此,无刷电动机40形成为10-极/12-槽无刷电动机。因此,角度α的范围为30度<α≤36度,且角度β的范围为30度>β≥24度。
即使采用这种结构,与所有的齿22U1-22W2以相等的节距P沿周向相继地设置的情况(即如图10所示的情况,角度α和角度β为常数且被设为30度,并且相位差Δθ为75度)相比,流过缠绕在齿22U1-22W2上的定子线圈18U1-18W2的电流I的相位和从转子磁铁14A-14J施加至定子线圈18U1-18W2的磁通量的相位之间的相位差Δθ(参见图3和5)变为等于或接近90度。结果,能够实现相对高的有效磁通量,并由此能够实现相对高的电动机效率。
在其中第一节距P1的圆心角α为36度的10-极/12-槽无刷电动机的情况中,流过缠绕在齿22U1-22W2上的定子线圈18U1-18W2的电流I的相位和从转子磁铁14A-14J施加至定子线圈18U1-18W2的磁通量的相位之间的相位差Δθ变为90度。因此,能够改善电动机效率。
在本实施例中,齿22U1-22W2倾斜,使得主体27U1-27W2的中心线CL相对于第二假想线VL2倾斜。而且,角度α设为满足关系360度/n<α≤360度/m,并且角度α和角度β满足关系α+β=(360度/n)×2。上述观念可以应用至每个齿22U1-22W2不倾斜的情况中,使得每个齿22U1-22W2的中心线CL可以延伸通过定子芯16的中心,并且中心线CL和第二假想线VL2可以不相互重合。
而且,在本实施例中,如图7所示,属于相同的共同相位的相邻的两个齿22U1-22W2的头部28U1-28W2之间的周向距离(槽26的入口26a的圆周尺寸)T1等于分别属于不同相位的相邻的两个齿22U1-22W2的头部28U1-28W2之间的周向距离(槽26的入口26a的圆周尺寸)T2。而且,槽26的入口26a的圆周中心以基本上相等的间隔J(圆心角μ)相继地周向设置。以这种方式,类似于第一实施例,在用绕线机缠绕定子线圈18U1-18W2时,定子芯16在每次完成一个槽26处的定子线圈22U1-22W2的缠绕以在下一个槽26处进行下一个缠绕时,能够简单地以恒定的旋转角度旋转,而不管不相同的节距P1、P2。此外,由于每个槽26的周向尺寸(周向距离T1、T2)为常数,则定子线圈18U1-18W2能够容易地插入槽26的内部,而不要求额外调节绕线机相对于槽26的位置。
在本实施例中,每个齿22U1-22W2的头部28U1-28W2的径向内周面28A基本上沿着垂直于第二假想线VL2的第一假想线VL1延伸。可选择地,每个齿22U1-22W2的头部28U1-28W2的径向内周面28A的仅仅一部分(如,一个或两个圆周边缘)可以被构造为沿或接触第一假想线VL1延伸,同时,径向内周面28A的其它部分与第一假想线VL1分隔开。也就是说,只要齿22U1-22W2的头部28U1-28W2被构造为基本上平行于第一假想线VL1延伸,没有必要使整个内周面28A沿第一假想线VL1延伸。
(第四实施例)
接下来,将描述本发明的第四实施例。
图8为示出第四实施例的无刷电动机50的沿垂直于无刷电动机50的轴向的平面的横截面的剖视图。图9为表示在图8中示出的主要特征的局部放大剖视图。
在图8和9中,为了简单的目的,省略了缠绕在齿22U1-22W2上的定子线圈18U1-18W2。这些定子线圈18U1-18W2以与图1所示的定子线圈18U1-18W2类似的方式设置。
除了下述几点,第四实施例的无刷电动机50类似于第一实施例的无刷电动机10。
每个齿22U1-22W2包括主体27U1-27W2和头部28U1-28W2。主体27U1-27W2沿着径向延长,且头部28U1-28W2从主体27U1-27W2的径向末端沿顺时针方向和逆时针方向周向突出,并与转子磁铁14A-14J径向相对。
而且,齿22U1-22W2的主体27U1-27W2以相等的节距沿周向相继地设置。也就是说,对于所有的齿22U1-22W2,周向测量为每一相邻的两个齿22U1-22W2的主体27U1-27W2的中心线CL之间的间隔角(圆周间隔)的节距为常数。在该实施例中,与第一实施例类似,每个齿22U1-22W2的主体27U1-27W2的在主体27U1-27W2的长度范围内延伸通过主体27U1-27W2的圆周中心的中心线CL沿着相应的虚径向线(与图8中的中心线CL重合)延伸,该虚径向线沿着定子芯16的径向从定子芯16的中心O延伸。齿22U1-22W2的头部28U1-28W2沿周向接连设置,使得沿周向相继地交替限定第一节距P1和第二节距P2。
在该实施例中,如图9所示,在每个齿22U1-22W2中,将齿22U1-22W2的头部28U1-28W2的在头部28U1-28W2的相对圆周末端之间的圆周中心连接至定子芯16的中心O的线CL1被定义为头部28U1-28W2的中心线(沿着相应的虚径向线延伸)。也就是说,齿22U1-22W2的头部28U1-28W2的一个圆周末端和头部28U1-28W2的中心线CL1之间的周向距离A等于齿22U1-22W2的头部28U1-28W2的另一个圆周末端和头部28U1-28W2的中心线CL1之间的周向距离B。参照头部28U1-28W2的这些中心线CL1确定第一节距P1和第二节距P2。具体地,第一节距P1被定义为属于相同的共同相位的相邻的两个齿22U1-22W2的头部28U1-28W2的中心线CL1之间的间隔角(圆周间隔)。节距P2被定义为分别属于不同相位的相邻的两个齿22U1-22W2的头部28U1-28W2的中心线CL1之间的间隔角(圆周间隔)。
而且,第一节距P1关于定子芯16的中心的圆心角γ满足关系360度/n<γ≤360度/m,其中“m”表示磁极24的数目,且“n”表示槽26的数目。而且,齿22U1-22W2中的相应的齿的第一节距P1关于定子芯16的中心的圆心角γ和齿22U1-22W2中的相应的其它齿的第二节距P2关于定子芯16的中心的圆心角δ满足关系γ+δ=(360度/n)×2。
也就是说,在本实施例的无刷电动机50中,沿周向接连设置的转子磁铁14A-14J的磁极24的数目为10,且其中的每一个限定在相邻的两个齿22U1-22W2之间的槽26的数目为12。因此,无刷电动机40形成为10-极/12-槽无刷电动机。因此,角度γ的范围为30度<γ≤36度,且角度δ的范围为30度>δ≥24度。
即使采用这种结构,与所有的齿22U1-22W2以相等的节距P沿周向相继地设置的情况(即如图10所示的情况,角度γ和角度δ为常数且被设为30度,并且相位差Δθ为75度)相比,流过缠绕在齿22U1-22W2上的定子线圈18U1-18W2的电流I的相位和从转子磁铁14A-14J施加至定子线圈18U1-18W2的磁通量的相位之间的相位差Δθ(参见图3和5)变为等于或接近90度。结果,能够实现相对高的有效磁通量,并由此能够实现相对高的电动机效率。
在其中第一节距P1的圆心角γ为36度的10-极/12-槽无刷电动机的情况中,流过缠绕在齿22U1-22W2上的定子线圈18U1-18W2的电流I的相位和从转子磁铁14A-14J施加至定子线圈18U1--18W2的磁通量的相位之间的相位差Δθ变为90度。因此,能够改善电动机效率。
根据本实施例,在10-极/12-槽电动机的情况中,角度γ满足关系360度/n<γ≤360度/m,且角度γ和角度δ满足关系γ+δ=(360度/n)×2。可选择地,上述观念可以应用至20-极/24-槽电动机。
以上已经描述了本发明的实施例。然而,本发明不限于上述实施例,并且在不背离本发明的精神和范围的前提下,可以以各种方式对上述实施例进行修改。
在上述实施例中,每个无刷电动机10、30被构造为外转子型,其中转子11在定子15的径向向外的位置处旋转。可选择地,每个无刷电动机可以构造为内转子型,其中转子11在定子15的径向向内的位置处旋转。
Claims (9)
1.一种无刷电动机,包括:
形成多个交替的N和S磁极(24)的至少一个转子磁铁(14A-14J),所述磁极以大致相等的节距沿周向相继地交替设置;
包括多个齿(22U1-22W2)和限定在所述多个齿(22U1-22W2)中每相邻的两个之间的槽(26)的定子芯(16),所述齿(22U1-22W2)沿定子芯(16)的径向与所述至少一个转子磁铁(14A-14J)相对,并且所述齿(22U1-22W2)以沿周向交替设置的交替的第一和第二节距(P1,P2)沿周向相继地布置,其中所述第二节距(P2)小于所述第一节距(P1);和
多个定子线圈(18U1-18W2),围绕所述多个齿(22U1-22W2)缠绕并形成多个相位,其中:
彼此间隔开所述第一节距(P1)的所述多个齿(22U1-22W2)中的每相应的相邻的两个齿分别地由所述多个定子线圈(18U1-18W2)中的形成所述多个相位中的相应的共同相位的相应的两个定子线圈缠绕;并且
彼此间隔开所述第二节距(P2)的所述多个齿(22U1-22W2)中的每相应的相邻的两个齿分别地由所述多个定子线圈(18U1-18W2)中的分别形成所述多个相位中的相应的不同相位的相应的两个定子线圈缠绕;
多个齿(22U1-22W2)中的每一个相对于径向倾斜。
2.根据权利要求1所述的无刷电动机,其中:
所述多个齿(22U1-22W2)中的每一个包括细长的主体(27U1-27W2)和头部(28U1-28W2);
所述多个齿(22U1-22W2)中的每一个的主体(27U1-27W2)具有中心线(CL),中心线(CL)沿着相应的假想径向线在主体(27U1-27W2)的长度上延伸通过所述主体(27U1-27W2)的周向中心,所述假想径向线沿所述定子芯(16)的径向从所述定子芯(16)的中心(O)延伸通过所述主体(27U1-27W2);
所述多个齿(22U1-22W2)中的每一个的头部(28U1-28W2)沿顺时针方向和逆时针方向两个方向从齿(22U1-22W2)的主体(27U1-27W2)的径向末端周向延伸;
每个第一节距(P1)为所述多个齿(22U1-22W2)的相应的相邻的两个的主体(27U1-27W2)的中心线(CL)之间的圆周间隔;并且
每个第二节距(P2)为所述多个齿(22U1-22W2)的相应的相邻的两个的主体(27U1-27W2)的中心线(CL)之间的圆周间隔。
3.根据权利要求1所述的无刷电动机,其中:
所述多个齿(22U1-22W2)中的每一个包括细长的主体(27U1-27W2)和头部(28U1-28W2);
所述多个齿(22U1-22W2)中的每一个的主体(27U1-27W2)具有中心线(CL),中心线(CL)沿着所述主体(27U1-27W2)的长度延伸通过所述主体(27U1-27W2)的周向中心,并相对于相应的假想径向线成角度,所述假想径向线沿所述定子芯(16)的所述径向从所述定子芯(16)的中心(O)延伸通过所述主体(27U1-27W2);
所述多个齿(22U1-22W2)中的每一个的所述头部(28U1-28W2)沿顺时针方向和逆时针方向两个方向从所述齿(22U1-22W2)的所述主体(27U1-27W2)的径向末端周向延伸,并且具有径向内周面(28A),所述径向内周面(28A)的至少一部分大致沿着所述齿(22U1-22W2)的第一假想线(VL1)延伸,所述第一假想线(VL1)在所述齿(22U1-22W2)中的交叉点(Q)处与主体(27U1-27W2)的中心线(CL)相交,在所述交叉点(Q)处从所述定子芯(16)的中心(O)沿相应的所述假想径向线径向延伸的所述齿(22U1-22W2)的第二假想线(VL2)以直角与所述齿(22U1-22W2)的所述第一假想线(VL1)相交;
每个第一节距(P1)为所述多个齿(22U1-22W2)的相应的相邻的两个的所述交叉点(Q)之间的圆周间隔;并且
每个第二节距(P2)为所述多个齿(22U1-22W2)的相应的相邻的两个的所述交叉点(Q)之间的圆周间隔。
4.根据权利要求3所述的无刷电动机,其中所述多个齿(27U1-27W2)中的每一个中的所述第二假想线(VL2)与所述主体(27U1-27W2)的所述中心线(CL)之间的角度(θ1)大于零度且小于或等于18度。
5.根据权利要求3所述的无刷电动机,其中所述多个齿(27U1-27W2)中的每一个中的所述第二假想线(VL2)与所述主体(27U1-27W2)的所述中心线(CL)之间的角度(θ1)为约15度。
6.根据权利要求3所述的无刷电动机,其中限定在彼此间隔开所述第二节距(P2)的相应的相邻的两个齿(22U1-22W2)之间的槽(26)的径向内底的圆周长度(B2)大于限定在彼此间隔开所述第一节距(P1)的相应的相邻的两个齿(22U1-22W2)之间的槽(26)的径向内底的圆周长度(B1)。
7.根据权利要求2至6中的任一项所述的无刷电动机,其中彼此间隔开所述第一节距(P1)的所述多个齿(22U1-22W2)的相应的相邻的两个齿的头部(28U1-28W2)之间的圆周距离(T1)大致等于彼此间隔开所述第二节距(P2)的所述多个齿(22U1-22W2)的相应的相邻的两个齿的所述头部(28U1-28W2)之间的圆周距离(T2)。
8.根据权利要求1所述的无刷电动机,其中:
所述多个齿(22U1-22W2)中的每一个包括细长的主体(27U1-27W2)和头部(28U1-28W2);
所述多个齿(22U1-22W2)中的每一个的所述主体(27U1-27W2)具有中心线(CL),所述中心线(CL)在所述主体(27U1-27W2)的长度上沿着相应的假想径向线延伸通过所述主体(27U1-27W2)的周向中心,所述假想径向线沿所述定子芯(16)的径向从所述定子芯(16)的中心(O)延伸通过所述主体(27U1-27W2);
所述多个齿(22U1-22W2)的所述主体(27U1-27W2)的所述中心线(CL)以大致相等的节距沿所述周向相继地设置;
所述多个齿(22U1-22W2)中的每一个的所述头部(28U1-28W2)沿顺时针方向和逆时针方向两个方向从所述齿(22U1-22W2)的所述主体(27U1-27W2)的径向末端周向延伸,并且具有中心线(CL1),所述中心线(CL1)沿着相应的假想径向线延伸通过所述头部(28U1-28W2)的周向中心,所述假想径向线沿所述定子芯(16)的径向从所述定子芯(16)的所述中心(O)延伸通过所述头部(28U1-28W2);
每个第一节距(P1)为所述多个齿(22U1-22W2)中的相应的相邻的两个齿的所述头部(28U1-28W2)的所述中心线(CL1)之间的圆周间隔;并且
每个第二节距(P2)为所述多个齿(22U1-22W2)中的相应的相邻的两个齿的所述头部(28U1-28W2)的所述中心线(CL1)之间的圆周间隔。
9.根据权利要求1所述的无刷电动机,其中:
所述N和S磁极(24)的总数和所述槽(26)的总数分别为10和12,或者分别为20和24;
每个第一节距(P1)的圆心角设置为满足关系:360度/n<α≤360度/m,其中α表示所述第一节距(P1)的圆心角,以及n表示所述槽(26)的总数,且m表示所述N和S磁极(24)的总数;并且
每个第一节距(P1)的所述圆心角和每个第二节距(P2)的圆心角设为满足关系:α+β=(360度/n)×2,其中β表示所述第二节距(P2)的圆心角。
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