CN102780288A - 电动机 - Google Patents

Abstract

在电动机中，电动机的定子的每个齿具有径向延伸的柱部，并且每一个磁极的齿数k被设定为k＝m·n-(n-j)，其中m是定子绕组的相数，n是每一极和每一相的齿数，n是正数，j是0≤j＜n的数。当数k是奇数并且穿过每个磁极的中心线与一个齿的周向宽度的中心一致时，所述磁极具有最接近定子并且在旋转方向上分别定位在所述中心线的前方和后方的第一拐角和第二拐角，并且所述齿包括分别最接近第一拐角和第二拐角并且分别限定为第一齿和第二齿的齿。第一拐角和第二拐角根据第一齿和第二齿与第一齿和第二齿的柱部的边缘在旋转方向上的位置关系来设置。

Description

电动机

技术领域

本发明涉及一种适用于供工业、家用电器和车辆用的各种类型的无刷电机的电动机，并且特别涉及一种适于驱动车辆用压缩机以及用作车辆用伺服电机的电动机。

背景技术

近年来，使用永磁体作为磁极的电动机由于磁性能的增强而趋于遭受齿槽转矩(cogging torque)。

在这方面，已实施磁极形状设计技术以降低齿槽转矩。然而，这种技术引发了涉及高精度冲压技术和产生大量刮痕的问题。

专利文献JP-A-2011-050216公开了一种通过使用转子的磁极相对于定子的齿的特定布置来降低齿槽转矩和转矩波动的技术。根据这种技术，一个磁极由布置为V形的两个永磁体组成。形成一个磁极的两个永磁体布置在由面对磁极的中心的齿的左方和右方的各自第二齿的中心线限定的范围内。

然而，JP-A-2011-050216中公开的这种技术的主要目的是降低转矩波动并且由此仅发挥了较低的降低齿槽转矩的效果。另外，该技术仅适用于一个磁极由两个永磁体(V形布置)组成的电机类型。

发明内容

鉴于以上所提出的情况作出本发明，并且本发明的目的是不仅在具有布置为V形的永磁体的电动机内最小化齿槽转矩，而且在使用永磁体作为磁极的任何电动机内最小化齿槽转矩。

为了实现上述目的，作为本发明的第一方面，提供了一种电动机，包括：转子，转子具有由永磁体组成的磁极；和定子，定子包括定子铁芯，定子铁芯布置成在转子和定子之间具有空气间隙，定子形成为具有径向方向和周向方向，定子铁芯具有背轭、从背轭径向延伸并且在周向方向上等间距排列的齿、以及槽，每个槽在齿中的两个之间形成并且在周向方向上等间距排列，定子绕组穿过槽卷绕。齿中的每一个包括径向延伸的柱部，每一个磁极的齿数k被设定为k＝m·n-(n-j)，其中m表示定子绕组的相数，n表示每一极和每一相的齿数，n是正数，j表示0≤j＜n的数。当数k是奇数并且穿过磁极中的每一个的中心线与齿中的一个在周向方向上的周向宽度的中心一致时，磁极具有最接近定子并且在转子的旋转方向上定位在中心线前方的第一拐角，齿包括最接近第一拐角并且被限定为第一齿的齿，磁极具有最接近定子并且在旋转方向上定位在中心线后方的第二拐角，齿包括最接近第二拐角并且被限定为第二齿的齿。第一拐角被设定为位于穿过第一齿的周向宽度的中心的中心线与穿过第一齿的柱部在旋转方向上的前边缘的第一线之间。第二拐角被设定为位于穿过第二齿的周向宽度的中心的中心线与穿过第二齿的柱部在旋转方向上的后边缘的第二线之间。

由此，当转子在没有电力供应到定子绕组的状态下旋转时，交链通量随着转子的旋转而在旋转前方区域内增加，而交链通量随着转子的旋转而在旋转后方区域内减少。换句话说，当转子在没有电力供应的状态下通过外力以恒定速度旋转时，在转矩的随时间变化方面，旋转前方区域和旋转后方区域之间在相位上是偏移的。因此，当旋转前方区域内产生的转矩被最大化时，旋转后方区域内产生的转矩被最小化。由此，合成转矩——即，旋转前方区域内产生的转矩和旋转后方区域内产生的转矩的合成——被降低，以由此降低齿槽转矩。

根据本发明的电动机的第二方面，齿数k是偶数。另外，确保了第一拐角定位在穿过第一齿的关于宽度方向的中心的中心线和从第一齿的柱部的旋转前方纵向边缘延长的端线之间。同样，确保了第二拐角定位在穿过第二齿的关于宽度方向的中心的中心线和从第二齿的柱部的旋转后方纵向边缘延长的端线之间。当转子和定子的位置关系使得磁极的中心线与预定的齿之间的空间关于宽度方向的中心重合时，建立拐角的这种定位。

同样根据第二方面，获得了类似于第一方面的优点的优点。

根据本发明的电动机的第三方面，转子通过在轴向方向上同轴堆叠两个转子体而构造，两个转子体具有各自的磁极。两个转子体堆叠为使得一个转子体的磁极与另一个转子体的磁极在周向方向上是位置偏移的。换句话说，阶梯偏斜施加于转子。

另外，转子体中的一个转子体的每个磁极的第一拐角和第二拐角满足与根据第一方面的转子的每个磁极的定位条件类似的定位条件。

由此，具有这种阶梯偏斜的转子同样实现了与根据第一方面的转子的优点类似的优点。

根据本发明的电动机的第四方面，转子通过在轴向方向上同轴堆叠两个转子体而构造，两个转子体具有各自的磁极。两个转子体堆叠为使得一个转子体的磁极与另一个转子体的磁极在周向方向上是位置偏移的。换句话说，阶梯偏斜施加于转子。

另外，转子体中的一个转子体的每个磁极的第一拐角和第二拐角满足与根据第二方面的转子的每个磁极的定位条件类似的定位条件。

由此，具有这种阶梯偏斜的转子同样实现了与根据第二方面的转子的优点类似的优点。

作为本发明的电动机的第五方面，磁极的每一个具有两个永磁体，永磁体中的一个被限定为第一磁体并且定位在中心线的前方，永磁体中的另一个被限定为第二磁体并且定位在中心线的后方，第一拐角被设置为第一磁体的在中心线的前方最接近定子的拐角，并且第二拐角被设置为第二磁体的在中心线的后方最接近定子的拐角。另外，作为本发明的电动机的第六方面，第一磁体具有第三拐角，第三拐角设置为在第一磁体的磁化方向的垂直方向上与第一拐角相对并且设置于后方周向范围内，第二磁体具有第四拐角，第四拐角设置为在第二磁体的磁化方向的垂直方向上与第二拐角相对并且设置于前方周向范围内，第三拐角和第四拐角在径向方向上与在槽中的两个槽中产生的非磁性部相对，两个槽在周向方向上设置于被中心线穿过的齿的前方和后方。

由此，当一个磁极由两个永磁体组成时，从合成转矩中降低了谐波分量，合成转矩即旋转前方区域中产生的转矩与旋转后方区域中产生的转矩的合成。特别地，当阶梯偏斜施加于转子时，更有效地从两个转子体的合成转矩中降低了谐波分量。

作为本发明的电动机的第七方面，磁极的每一个具有两个永磁体，永磁体中的一个被限定为第一磁体并且定位在前方周向范围内，永磁体中的另一个被限定为第二磁体并且定位在后方周向范围内，第一拐角被设置为第一磁体的在前方周向范围内最接近定子的拐角，并且第二拐角被设置为第二磁体的在后方周向范围内最接近定子的拐角。类似地，作为本发明的电动机的第八方面，第一磁体具有第三拐角，第三拐角设置为在第一磁体的磁化方向的垂直方向上与第一拐角相对并且设置于后方周向范围内，第二磁体具有第四拐角，第四拐角设置为在第二磁体的磁化方向的垂直方向上与第二拐角相对并且设置于前方周向范围内，第三拐角和第四拐角在径向方向上与齿中的两个齿相对，两个齿在周向方向上设置于被中心线穿过的槽的前方和后方。

由此，与前述类似，当一个磁极由两个永磁体组成时，从合成转矩中降低了谐波分量，合成转矩即旋转前方区域中产生的转矩与旋转后方区域中产生的转矩的合成。特别地，当阶梯偏斜施加于转子时，更有效地从两个转子体的合成转矩中降低了谐波分量。

作为本发明的电动机的第九方面，齿的每一个具有形成在柱部的顶部的凸缘部，并且彼此相邻的两个柱部在周向方向上分开比形成在定子和转子之间的空气间隙的量大的距离。由此，平衡了由电动机产生的三方面效果，这三方面效果为电动机的输出的提高、绕定子铁芯卷绕定子绕组的简便、以及齿槽转矩的降低。

作为本发明的电动机的第十方面，定子绕组是全节距绕组。由此，降低了当电力供应到定子绕组时引起的转矩波动。

附图说明

在附图中：

图1是示出根据本发明的第一实施例的电动机的构成图；

图2A是电动机的局部放大视图；

图2B是图2A中示出的电动机的局部放大视图；

图3A是示出电动机中产生的交链磁通随时间变化的波形图；

图3B是示出当没有电力供应至定子绕组时转矩随时间变化的波形图；

图4A是根据本发明的第二实施例的电动机的局部放大视图；

图4B是图4A中示出的电动机的局部放大视图；

图5A是根据本发明的第三实施例的电动机的局部放大视图；

图5B是图5A中示出的电动机的局部放大视图；

图6A是根据本发明的第四实施例的电动机的局部放大视图；

图6B是图6A中示出的电动机的局部放大视图；

图7是根据本发明的第五实施例的定子和转子的周向展开视图；

图8A是根据本发明的第六实施例的电动机的局部放大视图；

图8B是图8A中示出的电动机的局部放大视图；

图9A是示出根据第六实施例，当没有电力供应时，旋转的前方区域和后方区域内的转矩随时间变化以及合成转矩随时间变化的波形图，合成转矩即前方区域内的转矩与后方区域内的转矩的合成；

图9B是图9A中示出的合成转矩的放大视图；

图10是示出根据本发明的第七实施例的具有阶梯偏斜(steppedskew)的转子的立体图；

图11是示出根据第七实施例和根据比较例的合成转矩的波形图，合成转矩即在阶梯偏斜下，两个转子体中的一个转子体内产生的转矩与两个转子体中的另一个转子体内产生的转矩合成；

图12A是根据本发明的第八实施例的电动机的局部放大视图；

图12B是图12A中示出的电动机的局部放大视图。

具体实施例

参照附图，在下文中描述本发明的多个实施例。

[第一实施例]

参照图1、图2A和图2B以及图3A和图3B，描述根据本发明的第一实施例的电动机1。

电动机1是包括定子3和可旋转地支撑的转子2的三相交流电机。定子3沿着转子2的外周布置为环绕转子2。

转子2是永磁体类型并且包括转子铁芯5和永磁体8。转子铁芯5由形成为圆筒形的堆叠电磁板构成。永磁体8被装配到形成在转子铁芯5内的相应磁体插入孔6中以形成磁极。转子铁芯5具有中心，轴9固定在该中心处，以用作旋转轴。

在本实施例中，一个永磁体8构成一个磁极。具有指向外侧的N极的永磁体8与具有指向外侧的S极的永磁体8之间以均匀的间隔周向交替。在本实施例中，极数P是10(P＝10)。

每个永磁体8是具有矩形轴向横截面的板。当从转子2的轴向方向AX观察时，磁体8的较短尺寸的方向对应于磁化方向。换句话说，永磁体8布置为使得磁化方向沿着径向方向RA(参照图2A)设置。

定子3包括定子铁芯12和定子绕组14。定子铁芯12布置为与转子2相对，其中空气间隙11介于定子铁芯12与转子2之间。定子绕组14围绕定子铁芯12卷绕。当三相交流电流通过定子绕组14时，形成旋转磁场并且布置在旋转磁场中的转子2旋转。

定子3通过绕由圆筒形堆叠电磁钢板形成的定子铁芯12卷绕由三相线圈构成的定子绕组14而形成。全节距(full-pitch)分布绕组方法被应用于绕定子铁芯12卷绕定子绕组14。

定子铁芯12包括背轭部16和多个齿15。所述多个齿15具有面对转子2的相应端。背轭部16将齿磁性相互连接以形成电动机1的外周。

由相邻的两个齿15和背轭部16限定的每个空间用作槽17，当绕定子铁芯12卷绕定子绕组14时，定子绕组14被放置在槽17中。

在本实施例中，60个齿15沿着周向被均匀隔开地布置。具体地，齿的总数是60，绕组相数m是3并且磁极数p是10。相应地，每一极和每一相的齿数n是2。

每个齿15包括柱部18和凸缘部19。柱部18卷绕有定子绕组14。凸缘部19在柱部18的端部设置为面对转子2。凸缘部19从其旋转方向的横向侧延伸，旋转方向即电机的周向方向CR(参照图1)。柱部18从背轭部16向内延伸并且在柱部18的两侧具有相对于其宽度方向的锥形表面18a。换句话说，柱部18形成为随着其向内延伸而具有更小的宽度(在旋转方向上)。柱部18的延伸端部具有较大的宽度以形成凸缘部19。

在本实施例中，面对一个磁极的齿数k、即每个磁极的齿数k表示为：

k＝m×n-(n-j)            (1)，

其中j是大于或等于0并且小于n的整数(0≤j＜n)。

如上所述，在本实施例中，定子绕组14的相数m是3，并且每一极和每一相的齿数n是2。另外，在本实施例中，转子2或定子3通过将整数j设定为1而设置，使得面对一个极的齿的数量k将是5。由此，面对一个极的齿的数量k是奇数。

参照图2A和图2B，下文中描述如何布置永磁体8。图2A是电动机1的局部放大视图，并且图2B是图2A中示出的电动机1的局部放大视图。如图2A所示，面对每个永磁体8的5个齿15称为齿15a、齿15b、齿15c、齿15d和齿15e。当转子2和定子3之间的位置关系使得每个永磁体8的中心线O与齿15a的关于宽度方向的中心重合时，建立根据本实施例的永磁体8的这种布置。

在本实施例中，磁极的中心线O是连接每个永磁体8的关于其纵向方向(垂直于磁化方向)的中心和转子2的旋转中心的线。

如图2A所示，形成磁极的永磁体8面对齿15a的前端面。在永磁体8中，在中心线O的旋转前方并且最接近定子3的拐角(corner)称为第一拐角21，在中心线O的旋转后方并且最接近定子3的拐角称为第二拐角23。最接近第一拐角的齿15称为第一齿22并且最接近第二拐角23的齿15称为第二齿24。

在本实施例中，齿15a位于5个齿15的中心。另外，齿15b是中心线O的旋转前方的第一齿。齿15c是中心线O的旋转前方的第二齿。齿15d是中心线O的旋转后方的第一齿，齿15e是中心线O的旋转后方的第二齿。由此，齿15c对应于设置为最接近第一拐角21的第一齿22。同样，齿15e对应于设置为最接近第二拐角23的第二齿24。

在本实施例中，当转子2和定子3之间的位置关系使得：如图2A所示，磁极的中心线O与齿15a的关于宽度方向的中心重合时，建立拐角的以下定位。具体地，在该定位中，如图2B所示，确保永磁体8的第一拐角21定位在空间内虚拟地限定的中心线P和端线Q(端线Q称为第一线)之间。同样，如图2B所示，确保永磁体8的第二拐角23定位在空间内虚拟地限定的中心线R和端线S(端线S称为第二线)之间。

在这些条件下，中心线P是穿过第一齿22的关于宽度方向的中心的线，即第一齿22的中心和转子2的旋转中心之间的连线。端线Q是沿着第一齿22的柱部18的旋转前方的锥形表面18a的延长线。中心线R是穿过第二齿24的关于宽度方向的中心的线，即第二齿24的中心和转子2的旋转中心之间的连线。端线S是沿着第二齿24的柱部18的旋转后方的锥形表面18a的延长线。

如图2B所示，每个永磁体8具有关于磁化方向位于定子侧的侧表面27，并且具有沿着磁化方向延伸的横向侧表面28。在本实施例中，中心线P和R与侧表面27相交，而端线Q和S与相应的侧表面28相交。

举例来说，下文中描述交链磁通的变化和伴随着交链磁通变化的转矩变化。在该示例中，转子2通过外力以恒定角速度从在没有电力被供应到定子绕组14的情况下建立图2A中所示的位置关系的状态沿逆时针方向(在旋转的向前方向)旋转。

相对于中心线O，在旋转的向前方向内的区域称为前方区域30，并且在旋转的向后方向内的区域称为后方区域31。具体地，前方区域30覆盖从中心线O到与第一齿22相邻且位于第一齿22的旋转前方的齿15的中心线X的角度范围。后方区域31覆盖从中心线O到与第二齿相邻且位于第二齿的旋转后方的齿15的中心线Y的角度范围。

图3A是示出电动机1中产生的交链磁通随时间变化的波形图。图3B是示出当没有电力供应至定子绕组14时转矩随时间变化的波形图。

图3A中的实线波形表示前方区域30中产生的交链磁通的随时间变化。在图2A中示出的状态中，前方区域30中的齿15a和齿15b完全面对永磁体8。这种状态下转子2的轻微逆时针方向(向前旋转)旋转不会改变环绕定子铁芯12的磁通量。另一方面，齿15c仅部分地面对永磁体8。这种状态下的磁通量对应于最小磁通量的大致一半或最大磁通量的大致一半。当转子2被旋转到齿15c完全面对永磁体8的位置时磁通量被最大化。

因此，在前方区域30内，转子2从图2A所示的状态的轻微逆时针方向旋转增加了齿15c面对永磁体8的面积。因此，增加了环绕定子铁芯12的交链磁通。由此，前方区域30内产生的交链磁通随时间的变化引起如图3A中实线所示的波形。

当没有电力供应时，作用在转子2和定子3之间的转矩(齿槽转矩)的大小与旋转方向上的角度倾斜——即交链磁通的角度微分——成比例。在本实施方式中，因为转子2以恒定角速度旋转，所以转矩与交链磁通的时间微分成比例。因此，如图3B的实线波形所示，转矩随时间的变化与图3A中的实线波形所示的交链磁通随时间的变化同步。由此，转矩随时间的变化为大致正弦脉动。

在后方区域31内，齿15a和齿15d完全面对永磁体8。因此，这种状态下转子2的轻微逆时针方向旋转将不会改变环绕定子铁芯12的磁通量。另一方面，齿15e仅部分地面对永磁体8。这种状态下的磁通量对应于最小磁通量的大致一半或最大磁通量的大致一半。当转子2被旋转到齿15e完全在永磁体8的范围外的位置时，磁通量被最小化。

因此，在后方区域31内，转子2从图2A所示的状态的轻微逆时针方向旋转减少了齿15e面对永磁体8的面积。因此，减少了环绕定子铁芯12的交链磁通。由此，后方区域31内产生的交链磁通随时间的变化引起如图3A中双点划线所示的波形。

因此，如图3B中的双点划线波形所示，转矩随时间的变化与图3A中的双点划线波形所示的交链磁通随时间的变化同步。由此，转矩随时间的变化为大致正弦脉动。

如图3B所示，在前方区域30内产生的转矩脉动(实线)与在后方区域31内产生的转矩脉动(双点划线)之间建立了大致反相的关系。具体地，当转子2在没有电力供应的情况下通过外力以恒定角速度进行旋转时，在转矩随时间变化方面，前方区域30与后方区域31之间在相位上是偏移的。由此，当前方区域30内产生的转矩被最大化时，后方区域31内产生的转矩被最小化。

这样，合成转矩，即，前方区域30内的转矩与后方区域31内的转矩的合成被降低，因而降低了齿槽转矩。

另外，由于应用于定子绕组14的全节距分布绕组方法，转矩波动也被降低。

[第二实施例]

现在参照图4A和图4B，在下文中重点描述本发明的第二实施例与第一实施例的不同之处。在第二实施例和后续实施例以及稍后描述的改中型，为了省略不必要的说明，与第一实施例中的部件相同或相似的部件将给定相同的附图标记。

图4A是根据第二实施例的电动机1的局部放大视图。图4B是图4A中示出的电动机1的局部放大视图。在本实施例中，面对一个磁极的齿的数量k是偶数。

具体地，绕组相数是3，每一极和每一相的齿数是2，以及极数p是10。在上文所述的公式(1)中，整数j是0并且面对一个磁极的齿的数量k是4。

在这些条件下，永磁体8的位置和尺寸被确定为使得：如图4B所示，确保第一拐角21定位在中心线P和端线Q之间并且确保第二拐角23定位在中心线R和端线S之间。当转子2和定子3之间的位置关系使得永磁体8的中心线O与预定的齿15之间的空间的中心(即，预定槽17a的关于宽度方向的中心)重合时，建立第一拐角21和第二拐角23的这种定位。

由此，获得了与第一实施例的优点类似的优点。

[第三实施例]

参照图5A和图5B，重点描述本发明的第三实施例与第一实施例的不同之处。

图5A是根据第三实施例的电动机1的局部放大视图。图5B是图5A中示出的电动机1的局部放大视图。在本实施例中，两个永磁体8用于一个磁极。两个永磁体8从轴向方向AX观察时相互线性地对齐。换句话说，两个永磁体8可通过将在第一实施例中形成一个磁极的单个永磁体8分割为两个而获得。

在这些条件下，磁极的中心线O是形成一个磁极的两个永磁体8之间的空间的中心与转子2的旋转中心之间的连线。

在形成一个磁极的两个永磁体8中，设置于旋转前方的一个永磁体8称为第一磁体8A并且设置于旋转后方的另一个永磁体8称为第二磁体8B。在本实施例中，最接近定子3的第一拐角21在第一磁体8A中。具体地，在第一磁体8A中，第一拐角21设置于与磁化方向垂直的方向的旋转前方并且设置为与定子3相对。同样，最接近定子3的第二拐角23在第二磁体8B中。具体地，在第二磁体8B中，第二拐角23设置于与磁化方向垂直的方向的旋转后方并且设置为与定子3相对。

在这些条件下，永磁体8(8A和8B)的每一个的位置和尺寸被确定为使得：当从转子2的轴向方向AX观察时并且如图5B所示，确保第一拐角21定位在中心线P和端线Q之间，并且确保第二拐角23定位在中心线R和端线S之间。类似于第一实施例，当转子2和定子3之间的关系使得：如图5A所示，磁极的中心线O与齿15a的关于宽度方向的中心重合时，建立第一拐角21和第二拐角23的这种定位。

[第四实施例]

参照图6A和图6B，重点描述本发明的第四实施例与第一实施例的不同之处。

图6A是根据第四实施例的电动机1的局部放大视图。图6B是图6A中示出的电动机1的局部放大视图。同样在本实施例中，如图6A和图6B所示，两个永磁体8(8A和8B)用于一个磁极。然而，两个永磁体8布置为朝向外周开口的V形形式。

[第五实施例]

参照图7，重点描述本发明的第五实施例与第一实施例的不同之处。

图7是根据第五实施例的定子和转子的周向展开视图。在本实施例中，相邻的齿15的凸缘部19之间的距离W大于空气间隙11的长度δ。

从容易绕定子铁芯12卷绕定子绕组14的观点来看，凸缘部19之间的间隙具有大的距离W是理想的。然而，如果凸缘部19之间具有大的间隙，当没有电力供应时，磁通量变化将是剧烈的并且由此齿槽转矩趋于变大。另一方面，从提高电动机1输出的观点来看，空气间隙具有小的长度δ是理想的。然而，过于小的长度δ将增加空气间隙11的磁通量密度并且齿槽转矩由于磁通量变化因此将变得明显。

同样在本实施例中，电动机1具有类似于第一实施例磁极的磁极形状。除此之外，在本实施例的电动机1中，相邻的齿15的凸缘部19之间的距离W大于空气间隙11的长度δ。由此，平衡了由电动机1产生的三方面效果，这三方面效果为电动机1输出的提高、绕定子铁芯12卷绕定子绕组14的简便以及齿槽转矩的降低。

由此，和第一实施例一样，根据本实施例的电动机1产生了最小化齿槽转矩的效果，这归因于磁极形状。由于这种效果，间隙宽度δ在一定程度上的减小或凸缘部19之间距离W的增加将不会削弱抑制齿槽转矩的效果。由此，提高了处理定子绕组14时的可加工性，并且也提高了电动机1的输出。

[第六实施例]

参照图8A、图8B、图9A和图9B，下文中重点描述第六实施例与第一实施例的不同之处。

图8A是根据第六实施例的电动机1的局部放大视图。图8B是图8A中示出的电动机1的局部放大视图。

类似于第三实施例并且如图8A所示，第六实施例的电动机1设置有每一个均由两个永磁体8(第一磁体8A和第二磁体8B)组成的磁极。同样，类似于第一实施例，面对一个磁极的齿的数量k是奇数。

在这些条件下，永磁体8(8A和8B)中的每一个的位置和尺寸被确定为使得：当从转子2的轴向方向AX观察时并且如图8B所示，确保第一拐角21定位在中心线P和端线Q之间，并且确保第二拐角23定位在中心线R和端线S之间。当转子2和定子3的位置关系使得：如图8A所示，磁极的中心线O与齿15a的关于宽度方向的中心重合时，建立第一拐角21和第二拐角23的这种定位。

在第一磁体8A中，与第一拐角21相对并且设置在与磁化方向垂直的方向的旋转后方的拐角称为第三拐角35。在第二磁体8B中，与第二拐角23相对并且设置在与磁化方向垂直的方向的旋转前方的拐角称为第四拐角36。在本实施方式中，第一磁体8A和第二磁体8B中的每一个具有矩形轴向横截面。同样，当从转子2的轴向方向AX观察时，沿着磁体8A和8B的短边尺寸的方向对应于磁化方向。由此，在第一磁体8A中，与第一拐角21在纵向方向上相对的拐角是第三拐角35。第二磁体8B中，与第二拐角23在纵向方向上相对的拐角是第四拐角36。

第三拐角35和第四拐角36径向地面对在齿15a的旋转前方侧和旋转后方侧邻近齿15a的相应的非磁性部38，齿15a的关于宽度方向的中心与中心线O重合。非磁性部38对应于齿之间的区域，在这些区域中不存在磁性材料。例如，在本实施例中，非磁性部38对应于齿之间的间隙。

当一个磁极由两个永磁体8(8A和8B)组成时，从合成转矩中降低了谐波分量，合成转矩即前方区域30中产生的转矩与后方区域31中产生的转矩的合成。参照图9A和图9B，描述第六实施例的优点。

图9A是示出当没有电力供应时，旋转的前方区域和后方区域内的转矩随时间变化以及合成转矩随时间变化的波形图。图9B是图9A中示出的合成转矩的放大视图。

在第三拐角35和第四拐角36不面对非磁性部38(例如，第三实施例)的配置中，合成转矩确实被降低并且齿槽转矩由此也被降低。然而，在这种配置中，如图9A和图9B所示，可引起合成转矩中的谐波分量。在图9A和图9B中，纵轴表示在转矩的最大值为1的情况下的转矩比。

然而，在齿数k为奇数的本实施例中，在第三拐角35和第四拐角36径向地面对在齿15a的旋转前方侧和旋转后方侧邻近齿15a的相应的非磁性部38的情况下，从合成转矩中降低了谐波分量，其中齿15a的关于宽度方向的中心与中心线O重合。因此，更有效地降低了齿槽转矩。

[第七实施例]

参照图10和图11，重点描述根据本发明的第七实施例的电动机与第六实施例的不同之处。

图10是示出根据第七实施例的电动机的转子2的立体图。如图10所示，转子2由在轴向方向AX上同轴堆叠的两个转子体2A和2B构造。转子体2A和2B中的每一个埋设有永磁体8(8A和8B)。同样，每一个磁极的齿数k是奇数。

在这些条件下，永磁体8(8A和8B)中的每一个的位置和尺寸被确定为使得：当从转子2的轴向方向AX观察时，确保第一拐角21定位在中心线P和端线Q之间，并且确保第二拐角23定位在中心线R和端线S之间。当转子体2A和定子3之间的位置关系使得：类似于图8A和8B中示出的情况，磁极的中心线O与齿15a的关于宽度方向的中心重合时，建立第一拐角21和第二拐角23的这种定位。

在转子体2A中，永磁体8A和8B被布置为使得第三拐角35和第四拐角36径向地面对在齿15a的旋转前方侧和旋转后方侧邻近齿15a的相应的非磁性部38，齿15a的关于宽度方向的中心与中心线O重合。

转子体2B包括尺寸和埋设间距与转子体2A中的永磁体8A和8B的尺寸和埋设间距相同的永磁体8A和8B。

如图10所示，转子体2A和2B堆叠为使得转子体2B的磁极中的每一个与转子体2A的磁极周向地偏移。换句话说，转子2设置有阶梯偏斜。

具体地，转子体2B的每个磁极具有从转子体2A的每个磁极的中心线O向旋转前方偏移15°的电气角的中心线O’。

根据本实施例，降低了两个转子体2A和2B中引起的合成转矩。另外，根据本实施例，更有效地降低了谐波分量并且由此提供了更平滑的波形。参照图11描述本实施例的优点。

图11是示出根据本实施例和根据比较例的合成转矩的波形图，合成转矩即在阶梯偏斜的情况下，转子体2A中产生的转矩与转子体2B中产生的转矩的合成。

在转子体2A中，如果第三拐角35和第四拐角36不面对各自的非磁性部38(比较例)，谐波分量则保持在由阶梯偏斜引起的合成转矩内，合成转矩即转子体2A中产生的转矩与转子体2B中产生的转矩的合成(这种合成转矩在下文中称为偏斜转矩)。由此，阶梯偏斜允许谐波分量保持在偏斜转矩内，从而引起波形失真(见图11中的虚线波形)。

然而在本实施例中，确保了第三拐角35和第四拐角36面对各自的非磁性部38。因此，从合成转矩——即，体2A中的前方区域30中的转矩和后方区域31中的转矩的合成——中降低了谐波分量(参照在第六实施例中描述的优点)。由此，如图11中的实线波形所示，也从偏斜转矩中降低了谐波分量并且降低了偏斜转矩自身。这样，更有效地降低了齿槽转矩。

[第八实施例]

参照图12A和12B，重点描述本发明的第八实施例与第六实施例的不同之处。

图12A是根据第八实施例的电动机1的局部放大图。图12B是图12A示出的电动机1的局部放大图。在本实施例中，每一个磁极的齿数k是偶数。

在这些条件下，永磁体8(8A和8B)中的每一个的位置和尺寸被确定为使得：如图12B所示，第一拐角21定位在中心线P和端线Q之间，以及第二拐角23定位在中心线R和端线S之间。当转子2和定子3之间的位置关系使得：如图12A所示，磁极的中心线O与预定的齿15之间的空间的中心(即预定的槽17a的关于宽度方向的中心)重合时，建立第一拐角21和第二拐角23的这种定位。

另外，永磁体8A和8B被布置为使得第三拐角35和第四拐角36径向地面对在槽17a的旋转前方侧和后方侧邻近槽17a的相应的齿15x和15y，槽17a的关于宽度方向的中心与中心线O重合。

由此，获得了与第六实施例的优点类似的优点。

[改型]

本发明不限于以上描述的实施例，而是可进行多种修改。

例如，在以上实施例的每一个中描述的电动机1是在内部具有转子2的内转子型电动机。可替代地，本发明可应用于外转子型电动机。

在以上描述的实施例中，定子绕组14是三相线圈。然而，绕组的相数m不限于3。

在以上描述的实施例中，每个永磁体8是具有矩形轴向横截面的板。可替代的是，轴向横截面可具有弧形、梯形等形状。可替代地，每个永磁体8的拐角可以被倒角。

另外，阶梯偏斜可应用于一个永磁体8构成一个磁极的第一实施例中的转子2。

本发明可以在不脱离本发明精神的情况下以多种其它形式实施。因此到目前为止所描述的实施例和改型旨在仅是说明性的而非限制性的，因为本发明的范围由所附权利要求限定而不是由前面的说明书限定。因此，落在权利要求的界限或者这种界限的等同范围内的所有改变均意在由权利要求涵盖。

Claims (16)

1.一种电动机，包括：

转子，所述转子具有由永磁体组成的磁极；和

定子，所述定子包括定子铁芯，所述定子铁芯布置成在所述转子和所述定子铁芯之间具有空气间隙，所述定子形成为具有径向方向和周向方向，所述定子铁芯具有背轭、从所述背轭径向延伸并且在所述周向方向上等间距排列的齿、以及槽，每个所述槽在所述齿中的两个之间形成并且在所述周向方向上等间距排列，定子绕组穿过所述槽卷绕，

其中所述齿中的每一个包括径向延伸的柱部，

每一个磁极的齿数k被设定为：

k＝m·n-(n-j)，

其中m表示所述定子绕组的相数，n表示每一极和每一相的齿数，n是正数，j表示0≤j＜n的数，

当数k是奇数并且穿过所述磁极中的每一个的中心线与所述齿中的一个在所述周向方向上的周向宽度的中心一致时，所述磁极具有最接近所述定子并且在所述转子的旋转方向上定位在所述中心线前方的第一拐角，所述齿包括最接近所述第一拐角并且被限定为第一齿的齿，所述磁极具有最接近所述定子并且在所述旋转方向上定位在所述中心线后方的第二拐角，所述齿包括最接近所述第二拐角并且被限定为第二齿的齿，

所述第一拐角被设定为位于穿过所述第一齿的周向宽度的中心的中心线与穿过所述第一齿的所述柱部在旋转方向上的前边缘的第一线之间，并且

所述第二拐角被设定为位于穿过所述第二齿的周向宽度的中心的中心线与穿过所述第二齿的所述柱部在旋转方向上的后边缘的第二线之间。

2.一种电动机，包括：

转子，所述转子具有由永磁体组成的磁极；和

定子，所述定子包括定子铁芯，所述定子铁芯布置成在所述转子和所述定子铁芯之间具有空气间隙，所述定子形成为具有径向方向和周向方向，所述定子铁芯具有背轭、从所述背轭径向延伸并且在所述周向方向上等间距排列的齿、以及槽，每个所述槽在所述齿中的两个之间形成并且在所述周向方向上等间距排列，定子绕组穿过所述槽卷绕，

其中所述齿中的每一个包括径向延伸的柱部，

每一个磁极的齿数k被设定为：

k＝m·n-(n-j)，

其中m表示所述定子绕组的相数，n表示每一极和每一相的齿数，n是正数，j表示0≤j＜n的数，

当数k是偶数并且穿过所述磁极中的每一个的中心线与所述槽中的一个在所述周向方向上的周向宽度的中心一致时，所述磁极具有最接近所述定子并且在所述转子的旋转方向上定位在所述中心线前方的第一拐角，所述齿包括最接近所述第一拐角并且被限定为第一齿的齿，所述磁极具有最接近所述定子并且在所述旋转方向上定位在所述中心线后方的第二拐角，所述齿包括最接近所述第二拐角并且被限定为第二齿的齿，

所述第一拐角被设定为位于穿过所述第一齿的周向宽度的中心的中心线与穿过所述第一齿的所述柱部在旋转方向上的前边缘的第一线之间，并且

所述第二拐角被设定为位于穿过所述第二齿的周向宽度的中心的中心线与穿过所述第二齿的所述柱部在旋转方向上的后边缘的第二线之间。

3.如权利要求1所述的电动机，其中

所述转子由具有磁极的两个转子体组成，所述两个转子体在轴向方向上相互堆叠，并且

所述两个转子体中的一个在所述周向方向上从所述两个转子体中的另一个偏斜。

4.如权利要求2所述电动机，其中

所述转子由具有磁极的两个转子体组成，所述两个转子体在轴向方向上相互堆叠，并且

所述两个转子体中的一个在所述周向方向上从所述两个转子体中的另一个偏斜。

5.如权利要求1或3所述的电动机，其中

所述磁极中的每一个具有两个永磁体，所述永磁体中的一个被限定为第一磁体并且定位在所述中心线前方，所述永磁体中的另一个被限定为第二磁体并且定位在所述中心线后方，

所述第一拐角被设置为所述第一磁体的在所述中心线的前方最接近所述定子的拐角，并且

所述第二拐角被设置为所述第二磁体的在所述中心线的后方最接近所述定子的拐角。

6.如权利要求5所述的电动机，其中

所述第一磁体具有第三拐角，所述第三拐角设置为在所述第一磁体的磁化方向的垂直方向上与所述第一拐角相对并且设置于后方周向范围内，

所述第二磁体具有第四拐角，所述第四拐角设置为在所述第二磁体的磁化方向的垂直方向上与所述第二拐角相对并且设置于前方周向范围内，并且

所述第三拐角和第四拐角在径向方向上与在所述槽中的两个槽中产生的非磁性部相对，所述两个槽在周向方向上设置于被所述中心线穿过的所述齿的前方和后方。

7.如权利要求2或4所述的电动机，其中

所述磁极中的每一个具有两个永磁体，所述永磁体中的一个被限定为第一磁体并且定位在前方周向范围内，所述永磁体中的另一个被限定为第二磁体并且定位在后方周向范围内，

所述第一拐角被设置为所述第一磁体的在前方周向范围内最接近所述定子的拐角，并且

所述第二拐角被设置为所述第二磁体的在后方周向范围内最接近所述定子的拐角。

8.如权利要求7所述的电动机，其中

所述第一磁体具有第三拐角，所述第三拐角设置为在所述第一磁体的磁化方向的垂直方向上与所述第一拐角相对并且设置于后方周向范围内，

所述第二磁体具有第四拐角，所述第四拐角设置为在所述第二磁体的磁化方向的垂直方向上与所述第二拐角相对并且设置于前方周向范围内，并且

所述第三拐角和第四拐角在径向方向上与所述齿中的两个齿相对，所述两个齿在周向方向上设置于被所述中心线穿过的所述槽的前方和后方。

9.如权利要求1所述的电动机，其中所述齿中的每一个具有形成在所述柱部的顶部的凸缘部，并且

彼此相邻的两个所述柱部在所述周向方向上分开比形成在所述定子和所述转子之间的空气间隙的量大的距离。

10.如权利要求1所述的电动机，其中所述定子绕组是全节距绕组。

11.如权利要求1或3所述的电动机，其中所述齿中的每一个具有形成在所述柱部的顶部的凸缘部，

彼此相邻的两个所述柱部在所述周向方向上分开比形成在所述定子和所述转子之间的空气间隙的量大的距离。

12.如权利要求1或3所述的电动机，其中所述定子绕组是全节距绕组。

13.如权利要求2所述的电动机，其中所述齿中的每一个具有形成在所述柱部的顶部的凸缘部，

彼此相邻的两个所述柱部在所述周向方向上分开比形成在所述定子和所述转子之间的空气间隙的量大的距离。

14.如权利要求2所述的电动机，其中所述定子绕组是全节距绕组。

15.如权利要求2或4所述的电动机，其中所述齿中的每一个具有形成在所述柱部的顶部的凸缘部，

彼此相邻的两个所述柱部在所述周向方向上分开比形成在所述定子和所述转子之间的空气间隙的量大的距离。

16.如权利要求2或4所述的电动机，其中所述定子绕组是全节距绕组。

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