CN103733480A - 永磁式同步电动机 - Google Patents

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远藤研二
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Abstract

一种永磁式同步电动机，能够大幅降低齿槽转矩。该永磁式同步电动机是对具有永久磁铁的转子实施了将由极数以及槽数的最小公倍数决定的基波分切成多个的段数的扭斜，其中，在扭斜的各段之间插入设置有防止各段之间的磁通的泄漏的非磁性体材料。由此，能够使齿槽转矩的基波确实的抵消。另外，能够大幅降低齿槽转矩。

Description

永磁式同步电动机
技术领域
本发明涉及一种适用于电动汽车的驱动用电动机等的永磁式同步电动机。
背景技术
永磁式的同步电动机中，例如由专利文献1公开了如下内容：为了降低齿槽转矩，实施了使转子中的多段的永久磁铁的磁极边界在圆周方向上偏移的扭斜（skew）。
专利文献1中公开了如下的无刷电动机，该无刷电动机为了降低电动机的转矩脉动以及齿槽转矩，将具有磁极对的转子沿着轴向分切成三段，并使各段在圆周方向上分别偏移规定角度，从而实施了扭斜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2008-228390号公报。
发明内容
发明要解决的问题
但是，齿槽转矩虽然含有高次的高次谐波成分，但在电动汽车的情况下，由极数和槽数的最小公倍数决定的基波的齿槽转矩的大小成为问题。因此，通过扭斜将该基波的齿槽转矩抵消而降低是重要的。
但是，在例如对转子实施了三段或者四段这样的多段的扭斜的情况下，通过相邻的段之间的磁铁的相互作用，在位于外侧的段和位于内侧的段，齿槽转矩的大小及相位角产生差数，通过使齿槽转矩的基波抵消来大幅降低齿槽转矩是困难的。
图6是针对外转子电动机，将以除去齿槽转矩为目的而实施了三段扭斜的转子的磁极关系在圆周方向上展开的模拟图，基于该图6具体进行说明。
即，扭斜第一段的S极的斜线部分S1的磁通直接流到第二段的斜线部分的N极的斜线的部分N1，而不能流到与其相对的定子的定子齿，因此实质上磁通成为除去斜线部分S1后的部分的磁通，减少了相应部分的转矩。另外，磁力的中心也沿着圆周方向向右移动斜线部分S1的1／2部分的距离，相位相应发生偏移。
接着，针对扭斜的第二段，基于第一段的S极的影响，N极的磁铁的右端的斜线部分N1的磁通无效化，基于第三段的S极的斜线部分S1的影响，N极的磁铁的左端的斜线部分N1的磁通也无效化。因此，流到定子的定子齿的有效磁通减少了该两侧相应部分。另外，由于磁通中心没有改变，因此没有产生相位的偏移。
另外，针对扭斜的第三段，由于叠加的第二段的N极的影响，S极的磁铁的右端的斜线部分S1的磁通不能流到定子的定子齿，因此实质的磁通变为除去了斜线的部分S1的磁通，转矩也相应变小。另外，磁力中心也沿着圆周方向向左方向移动斜线的部分S1的1／2部分的距离，相位相应发生偏移。
因此，由于扭斜的第一段～第三段的磁通以及相位分别产生误差，所以由于第一段～第三段的扭斜而产生的齿槽转矩不能充分抵消，由于上述误差，齿槽转矩的降低效果变小。
图7与图6不同，示出四段扭斜的效果的例子，左侧的“正常作用时”的各段的齿槽转矩被抵消而总计变为0。
另一方面，右侧的由于各段的磁极的磁通的干涉而“欠缺平衡时”，各段的齿槽转矩不能被完全抵消，总计也残留有齿槽转矩。
因此，本发明是为了改善这样的现有技术，而在永磁式的同步电动机中，提供一种能够大幅降低齿槽转矩的同步电动机。
用于解决问题的手段
技术方案1的发明是一种永磁式同步电动机，对具有永久磁铁的转子实施了将由极数以及槽数的最小公倍数决定的基波分切成多个的段数的扭斜，其中，在扭斜的各段之间插入设置有防止各段之间的磁通的泄漏的非磁性体材料。
另外，技术方案2的发明，是根据技术方案1所述的永磁式同步电动机，其中，所述非磁性体材料为铝板、不锈钢板或者非磁性树脂中的任一种。
另外，技术方案3的发明，是根据技术方案1或2所述的永磁式同步电动机，其中，所述扭斜的段数是二～四段。
另外，技术方案4的发明，是根据技术方案1～3中任一项所述的永磁式同步电动机，其中，所述永磁式同步电动机是驱动电动汽车的车轮的外转子式电动机。
另外，技术方案5的发明，是根据技术方案1～3中任一项所述的永磁式同步电动机，其中，所述永磁式同步电动机是转子位于内侧的内转子式电动机。
发明的效果
根据技术方案1～5的发明，扭斜的各段无论是位于外侧、位于中间、还是位于内侧都没有关系，通到定子的定子齿的磁通在各段都相同，并且，也不产生相位误差，因此，扭斜各段的齿槽转矩变得相同，并且，能够使相位在每段都正确偏移，所以，能够将齿槽转矩的基波确实的抵消，能够大幅降低齿槽转矩。
附图说明
图1是本发明的第一实施例的外转子式电动机的概略主视图。
图2是将本发明的第一实施例的实施了四极扭斜的转子的磁极关系在圆周方向上展开的模拟图。
图3是将本发明的第二实施例的实施了二段扭斜的转子的磁极关系在圆周方向上展开的模拟图。
图4是本发明的第一实施例的分析数据的曲线图。
图5是将使用了本发明的第一实施例的转子的外转子式电动机作为电动汽车的轮内电动机来适用的概略结构图。
图6是将以往的实施了三段扭斜的转子的磁极关系在圆周方向上展开的模拟图。
图7是示出四段扭斜的降低齿槽效应效果的例子的说明图。
附图标记的说明
1   外转子式电动机   2   定子
3   转子             4   定子齿
5   绕组             6   V字形磁铁
6d  磁铁             6e  磁铁
7   非磁性体材料     8   轮辋
9   轮辐板           10  车轮
11  轴               12  法兰盘
13  螺栓             14  螺栓
15  电动机外罩       16  轮胎
17  内骨架           18  轴承
19  螺栓             20  转向节
21  内侧缘           22  盘钳
23  制动盘
具体实施方式
本发明为永磁式同步电动机，该永磁式同步电动机是对具有永久磁铁的转子实施了将由极数以及槽数的最小公倍数决定的基波分切成多个的段数的扭斜，其中，在扭斜的各段之间插入设置有防止各段之间的磁通的泄漏的非磁性体材料。
由此，能够将齿槽转矩的基波确实的抵消，能够大幅降低齿槽转矩。
第一实施例
下面基于附图针对本发明的第一实施例进行说明。第一实施例是对槽数18、极数12的外转子式同步电动机实施了四段扭斜的例子，在图1中，首先说明外转子式电动机的结构。
该外转子式电动机1包括有定子2和围绕该定子2的外侧沿着圆周方向旋转的圆筒状的转子3。所述定子2包括有分别隔开规定间隔而呈放射状设置的多条定子齿4和卷绕到该定子齿4上而形成的绕组5，在所述转子3上埋入设置有将该转子3沿轴向贯通的V字形磁铁6，该V字形磁铁6沿着转子3的圆周方向分别隔开规定间隔而设置有多个，所述各V字形磁铁6由两个平板形状的作为永久磁铁的磁铁6d、6e构成，该磁铁6d、6e的侧面的作为所述转子3的内周侧的内侧缘21分别相接而形成，所述磁铁6d、6e被设置成与相对于所述转子3的内周的切线平行。
图2是将对上述外转子式电动机1实施了四段扭斜的转子3的磁极关系在圆周方向上展开的模拟图。在该电动机1中，齿槽转矩的基波是作为槽数18和极数12的最小公倍数的36波。
在各段中，将N极、S极交互排列，在将第一段、第二段、第三段、第四段的磁极在圆周方向上错开的扭斜的各段之间插入设置有非磁性体材料7。
由于如此形成，因此各段的由虚线所示的端部S1或者N1的磁通，不会流到相邻段的磁极，各段的磁极的磁通全部流到相对的定子的定子齿，所以在各段产生的齿槽转矩相等，并且，也不产生相位的误差，所以齿槽转矩的基波36被扭斜段数的4除后得到的值、即使得扭斜的段以机械角度每360度÷36÷4=2.5度错开，从而能够大幅降低基波的齿槽转矩。
另外，在四段扭斜的情况下，每扭斜一段，电角为360度／4=90度，因此不仅是齿槽转矩的基波，针对二次谐波也能够使齿槽转矩抵消而降低。
第二实施例
第二实施例中，槽数、极数与第一实施例相同，但扭斜的段数为二段。
在二段扭斜的情况下，若在第一段与第二段之间不设置非磁性体材料7，则在第一段的各磁极的图中用虚线所示的左侧的部分S1或者N1，与第二段的图中的虚线右侧的部分N1或者S1之间，磁通直接流通，磁通流不到与其相对的定子的定子齿，因此实质上有效的磁力，各段都变成除去虚线的外侧的S1或者N1之后的部分。因此，磁力的大小在第一段和第二段相同，但是磁通（磁力）的中心则是第一段向图的右方向偏移，而第二段向左方向偏移。因此，在第一段与第二段，相位差产生误差，不能充分消除齿槽转矩。
但是，在第二实施例中，由于在第一段与第二段之间插入设置有非磁性体材料7，因此磁极的端部S1或者N1的磁通也不会从第一段流到第二段，或者从第二段流到第一段，能够将磁极的磁通全部有效利用。而且，由于在第一段和第二段不产生相位差的误差，因此，能够使第一段和第二段的齿槽转矩充分抵消。所以，通过二段扭斜，能够充分降低齿槽转矩的基波。
接着，示出实施了本发明的上述第一实施例的情况下的齿槽转矩相对于相位角的产生状况的分析数据。齿槽效应对策的效果根据在扭斜段之间插入设置的非磁性体材料7的厚度而变化。图4是非磁性体材料7的厚度为2mm的情况下的分析数据。
据此可知，在不设置非磁性体材料7的情况下约为20Nｍ，相对于此，设置了非磁性体材料7的情况下约为10Nｍ，具有大约50%的降低效果。另外，虽然在图4中未示出，但是当非磁性体材料7的厚度为4mm时，可确认具有大约70%的降低效果。
另外，图5示出将本发明的外转子式电动机作为电动汽车的轮内电动机来适用时的概略结构图。
如图示那样，由定子2和其外侧的转子3构成的外转子式电动机1，被容置于由大致圆筒形状的轮辋8和轮辐板9构成的车轮10内。车轮10的轮辐板9通过螺栓13被固定到在轴11的端部所具有的法兰盘12上。法兰盘12通过螺栓14被固定到将电动机1的外侧覆盖的电动机外罩15上。
因此，通过转子3进行旋转，该旋转按照电动机外罩15、法兰盘12、车轮10的顺序被传递，被安装在轮辋8上的轮胎16进行旋转。定子2被固定在其内侧的内骨架17上，在内骨架17与轴11之间插入设置有轴承18。内骨架17通过螺栓19被固定在转向节20上。另外，盘钳22通过所述螺栓19被固定在所述转向节20上，将在所述轴11的外周上固定的制动盘23自如的把持着。
另外，在上述实施例中示出了外转子式电动机的例子，但本发明也能够适用于内转子式电动机。

Claims (5)

1.一种永磁式同步电动机，对具有永久磁铁的转子实施了将由极数以及槽数的最小公倍数决定的基波分切成多个的段数的扭斜，
其特征在于，在扭斜的各段之间插入设置有防止各段之间的磁通的泄漏的非磁性体材料。
2.根据权利要求1所述的永磁式同步电动机，其特征在于，所述非磁性体材料为铝板、不锈钢板或者非磁性树脂中的任一种。
3.根据权利要求1或2所述的永磁式同步电动机，其特征在于，所述扭斜的段数是二～四段。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的永磁式同步电动机，其特征在于，所述永磁式同步电动机是驱动电动汽车的车轮的外转子式电动机。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的永磁式同步电动机，其特征在于，所述永磁式同步电动机是转子位于内侧的内转子式电动机。
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