CN103872807A - 电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电机。该电机包括定子和转子，该定子包括定子芯和围绕定子芯缠绕的线圈，该转子可旋转地设置在定子中，其中，定子芯包括：多个齿部，所述多个齿部沿定子芯的内圆周面径向地形成；多个靴状部，所述多个靴状部从多个齿部中的每一个齿部的端部的两侧沿圆周方向延伸；以及尖部，该尖部从多个靴状部中的每一个靴状部的端部沿圆周方向延伸以与相邻的齿部的尖部接触。

Description

电机

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年12月17日提交的韩国专利申请No.10-2012-0147321的优先权和权益，该申请的公开内容全部通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种电机，并且尤其涉及一种电子助力转向（electronicpower steering,EPS）电机。

背景技术

作为用于确保车辆的转向稳定性的装置的转向系统用来帮助车辆的驾驶员通过单独的动力来转向。

近来已经使用具有低功耗和高精确度的电子助力转向（EPS）系统来取代使用液压动力的辅助转向系统。EPS系统包括速度传感器、转矩角度传感器和转矩传感器。

电子控制单元（electronic control unit,ECU）通过使用包括在EPS系统中的传感器来检测行驶状况，并且电子控制单元根据所检测到的行驶状况来驱动电机。因此，可以确保转向稳定性并且可以提供快速的回复力，从而使驾驶员可以安全地驾驶车辆。

EPS系统的电机（以下称作“EPS”电机）辅助方向盘的转矩，使得驾驶员可以更高效地转向。无刷直流（brushless direct current,BLDC）电机可以用作EPS电机。BLDC电机为包括电子换向机构而不包括比如电刷或换向器之类的机械接触单元的直流（direct current,DC）电机。

EPS电机包括壳体和支架，该壳体的顶部是敞开的，该支架连接至壳体的顶部以形成EPS电机的外观。在壳体中接纳有转子和定子。

转子包括转子芯和磁体，并且转子被组装为环绕旋转轴。定子包括定子芯和线圈，并且定子固定至壳体的内圆周面，以环绕转子的外圆周面。旋转轴由于转子与定子之间的电磁相互作用而与转子一起旋转。

沿着定子芯的内圆周面径向地形成有多个齿部。在相邻的齿部之间形成有线圈插入在其中的狭槽，并且每一个齿部的端部的两侧朝向相邻的齿部突出，以形成狭槽开口。

通常，在设计电机时，根据狭槽开口的尺寸来确定磁损耗部件。在狭槽开口的宽度减小时，磁损耗增大并且因而电机输出减小，而齿槽转矩（cogging torque）减小。另一方面，在狭槽开口的宽度增大时，磁损耗减小并且因而电机输出增大，而齿槽转矩增大。

因此，重要的是，确定狭槽开口的尺寸，以便实现优化的电机输出和优化的齿槽转矩。狭槽开口的尺寸可以根据电机型号来改变。

齿槽转矩限定为在动力未供给至具有齿狭槽结构的电机的状态下必然生成的转矩的波动。齿槽转矩充当导致电机中的噪声和振动的一个因素，并且该齿槽转矩在需要高感知质量的电机（比如转向电机）中被严格地操控。

发明内容

本发明针对一种可以减小齿槽转矩的电机。

根据本发明的一个方面，提供了一种包括定子和转子的电机，定子包括定子芯和围绕定子芯缠绕的线圈，转子可旋转地设置在定子中，其中，定子芯包括：多个齿部，所述多个齿部沿着定子芯的内圆周面径向地形成；多个靴状部，所述多个靴状部从多个齿部中的每一个齿部的端部的两侧沿圆周方向延伸；以及尖部，该尖部从多个靴状部中的每一个靴状部的端部沿圆周方向延伸，以与相邻的齿部的尖部接触。

附图说明

通过参照附图对本发明的示例性实施方式的详细描述，对于本领域的普通技术人员而言，本发明的上述的目的、特征和优点和其他目的、特征和优点将变得更明显，在附图中：

图1为示出了普通电子助力转向（EPS）电机的纵向截面图；

图2为示出了图1的普通EPS电机的横截面图；

图3为示出了根据本发明的实施方式的EPS电机的横截面图；

图4为示出了图3的EPS电机的定子芯的放大的横截面图；

图5为示出了根据本发明的另一个实施方式的EPS电机的横截面图；

图6为示出了图5的EPS电机的定子芯的放大的横截面图；

图7和图8为用于描述图3和图5的EPS电机的效果的视图。

具体实施方式

虽然示例性实施方式能够进行多种修改并且具有替换的形式，但是在附图中通过示例示出了本发明的实施方式并且将在本文中对该实施方式进行详细描述。然而，应当理解的是，不意在将示例性实施方式限制为所公开的特定的形式，而相反地，示例性实施方式涵盖落入本发明的范围内的所有修改、等同例和替换例。

将理解的是，尽管在本文中可以使用术语“第一”、“第二”等来描述多种元件，但是这些元件不应该受这些术语的限制。这些术语仅用于对一个元件与另一元件进行区分。例如，在不脱离示例性实施方式的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或更多个关联的所罗列的项目中的任一者或其全部组合。

将理解的是，当元件被称为在另一个元件“上”，或“连接至”、“联接至”另一个元件时，该元件可以直接在另一个元件上、直接连接或联接至另一个元件，或在该元件与另一元件之间可以具有中间元件。相反，当元件被称为“直接”在另一个元件“上”，“直接连接至”或“直接联接至”另一个元件时，在该元件与另一元件之间可以没有中间元件。

在本文中使用的措辞仅是出于描述特定实施方式的目的，而不意在对示例性实施方式的限制。如文中使用的，单数形式“一个（a）”、“一个（an）”“这个（the）”意在包括复数形式，除非上下文另有清楚地指示。还将理解的是，术语“包括（comprises）”、“包括（comprising）”、“包括（includes）”和/或“包括（including）”——当在本文中被使用时——说明所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件、部件及其群组的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件及其群组的存在或添加。

除非另有限定，否则在本文中使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）都与本示例性实施方式所属领域的普通技术人员通常理解的具有相同的含义。还将理解的是，诸如在通常使用的词典中限定的术语之类的术语应当理解为具有与在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且该术语将不在理想化或过度正式的意义上来理解，除非在本文中明确地如此限定。

相同的元件全部由相同的附图标记来表示，并且将不给出相同元件的重复解释。

图1和图2分别为示出了普通电子助力转向（EPS）电机的纵向截面图和横截面图。

参照图1和图2，普通EPS包括壳体10、支架20、旋转轴30、定子40以及转子50。

壳体10具有大致圆筒形形状，该壳体10的顶部是敞开的，并且定子40和转子50联接至在壳体10中的空间。此外，支架20联接至壳体10的顶部，以形成普通EPS电机的外观。

旋转轴30通过壳体10和支架20可旋转地被支撑。

如以上所描述的，车辆的转向柱连接至旋转轴30的顶部，以提供有助于驾驶员转向的动力。

多个磁体插入在其中的转子50联接至旋转轴30的外圆周面。而且，包括芯41和线圈43的定子40联接至壳体10的内圆周面，以在转子50的外圆周面上提供电磁力。

定子40设置在壳体10的内圆周面上。定子40包括定子芯41（参见图2）、绝缘体42以及围绕定子芯41缠绕的线圈43。

参照图2，定子芯41具有大致环形形状，并且定子芯41可以通过将多个硅钢片堆叠来形成。

沿定子芯41的内圆周面径向地形成有多个齿部141。在多个齿部141的相邻的齿部之间设置有线圈43插入在其中的狭槽142。多个齿部141的相邻的齿部由于狭槽142的存在而彼此间隔开预定的间隔。靴状部144的每一个靴状部从齿部141中的每一个齿部的端部沿圆周方向突出。靴状部144的相邻的靴状部彼此间隔开，以形成狭槽开口143。

转子50联接至旋转轴30，以环绕旋转轴30的外圆周面，并且转子50设置在定子40中。转子50包括转子芯51和多个磁体52。

转子芯51具有大致圆筒形形状，并且转子芯51通过将多个硅钢片堆叠来形成。在转子芯51的中央部中轴向地形成有通孔，并且旋转轴30穿过该通孔并且固定至该通孔。多个磁体52沿转子芯51的外圆周面被遮盖，使得磁体52的相邻的磁体彼此间隔开。

当电流施加到定子40时，转子50由于定子40与转子50之间的电磁相互作用而旋转，并且因而，旋转轴30由于转子50的旋转而旋转。

当旋转轴30通过减速齿轮装置（未示出）连接至车辆的转向柱（未示出）时，转向柱可以由于旋转轴30的旋转而旋转。因此，当驾驶员旋转方向盘时，普通EPS电机帮助使转向柱旋转。

印刷电路板（printed circuit board,PCB）80联接至支架20的顶部表面。

在PCB80的顶部表面上设置有传感器91和92。传感器91和92通过检测感应磁体70的极性或磁通量的改变来输出用于计算转子50的旋转角的感应信号。传感器91和92的每一个传感器可以配备有霍尔集成电路（integrated circuit,IC）和编码器IC。

在PCB80上方设置有板60，以使该板60面对PCB80并且使该板60与PCB80隔开预定的间隔。板60联接至旋转轴30以与旋转轴30一起旋转。

在板60的下方设置有感应磁体70，以使感应磁体70面对设置在PCB80的顶部表面上的传感器91和92。感应磁体70联接至旋转轴30并且与旋转轴30一起旋转。

在设计电机的过程中，重要的是，确定狭槽开口的尺寸，以便具有优化的电机输出和优化的齿槽转矩。狭槽开口的尺寸可以根据电机型号而改变。

特别地，齿槽转矩在需要高感知质量的电机（比如EPS电机）中被精密地操控。

根据本发明的实施方式，提供了一种可以通过消除每一个狭槽的狭槽开口来减小齿槽转矩的EPS电机。

现在将参照附图说明本发明的实施方式。

在下文中，电机是EPS电机，并且EPS电机包括：壳体；支架，该支架联接至壳体的顶部；旋转轴，该旋转轴通过壳体和支架来支撑；定子，该定子联接至壳体的内圆周面；以及转子，该转子联接至旋转轴的外圆周面。已经参照图1详细说明了EPS电机的元件，因此，将不再给出EPS电机的元件的详细的重复说明。

现在将参照图3和图4对根据本发明的实施方式的电机进行详细描述。

图3为示出了根据本发明的实施方式的EPS电机的横截面图。而且，图4为示出了图3的EPS电机的定子芯41的放大的横截面图。

参照图3和图4，定子芯41具有大致环形形状，并且定子芯41通过将多个硅钢片堆叠而形成。

沿定子芯41的内圆周面径向地形成有多个齿部151。在多个齿部151的相邻的齿部之间设置有线圈插入在其中的狭槽152。多个齿部151形成为使得相邻的齿部由于狭槽152的存在而彼此间隔开预定的间隔。

在齿部151的每一个齿部中，靴状部161和尖部162彼此一体地形成。

靴状部161从面对转子50的外圆周面的齿部151的每一个齿部的端部的两侧沿圆周方向延伸。此外，尖部162从靴状部161的每一个靴状部的端部沿圆周方向延伸以与相邻的齿部的尖部接触。尖部162形成为使得尖部162中的每一个尖部的端部部分和靴状部161中的每一个靴状部的端部部分之间形成直角，并且尖部162沿圆周方向保持预定的厚度。

因此，由于尖部162封闭了开口，因此形成在齿部151的相邻的齿部之间的狭槽152被没有形成开口。因此，可以消除可能引起齿槽转矩的磁阻差。

尖部162的沿径向方向的厚度h1小于靴状部161的沿径向方向的厚度。当定子芯41使用压制成型方法制造时，尖部162可以形成为具有压制成型方法允许的最小厚度。尖部162的沿径向方向的厚度h1例如可以为0.5mm（毫米）。

因此，可以使由于流至相邻的齿部的漏通量而可能出现的磁损耗最小化，从而防止额定转矩减小。

即，尖部162的厚度h1越小，磁饱和时间越早。因此，尖部162不再用作磁体，而是用于利用与空气的导磁率类似的导磁率来抑制漏通量流。

当尖部162的沿圆周方向的长度w1增大时，磁损耗的减少进一步增加。

现在参照图5和图6对根据本发明的另一个实施方式的电机进行详细说明。

图5为示出了根据本发明的另一个实施方式的EPS电机的横截面图。而且，图6为示出了图5的EPS电机的定子芯41的放大的横截面图。

参照图5和图6，定子芯41具有大致环形形状，并且定子芯41通过将多个硅钢片堆叠而形成。

沿定子芯41的内圆周面径向地形成有多个齿部171。多个齿部171的相邻的齿部之间设置有线圈插入在其中的狭槽172。多个齿部171形成为使得相邻的齿部由于狭槽172的存在而彼此间隔开预定的间隔。

在齿部171的每一个齿部中，靴状部181和尖部182彼此一体地形成。

靴状部181从面对转子50的外圆周面的齿部171的每一个齿部的末端沿圆周方向延伸。而且，尖部182从靴状部181的每一个靴状部的末端延伸，以与相邻的齿部的尖部接触。尖部182形成为使得尖部182的每一个尖部的厚度随着离开靴状部181的每一个靴状部的端部而减小，从而尖部182具有尖锐的端部。

在图5和图6中，形成在齿部171的相邻的齿部之间的狭槽172形成为使得开口由尖部182封闭。因此，可以除去可能引起齿槽转矩的磁阻差。

当定子芯41使用压制成型方法而制造时，尖部182可以形成为使得在尖部182的径向方向上的最大厚度h2具有压制成型方法允许的最小厚度。尖部182的厚度h2可以例如为0.5mm。

因此，尖部182不再用作磁体，而是用于利用与空气的导磁率类似的导磁率来抑制漏通量流。

当尖部182的沿圆周方向的长度w2增大时，磁损耗的减小进一步增加。

图7和图8为用于描述图3和图5的EPS电机的效果的视图。

图7为示出了通过对图2的普通EPS电机的齿槽转矩与图3和图5的EPS电机的齿槽转矩进行比较所获得的结果的曲线图。而且，图8为示出了通过对图2的普通EPS电机的额定转矩与图3和图5的EPS电机的额定转矩进行比较所获得的结果的曲线图。

参照图7，可以发现，图3和图5的EPS电机的齿槽转矩为图2的普通EPS电机的齿槽转矩的大约15%。

而且，参照图8，图3和图5的EPS电机的额定转矩略微小于图2的普通EPS电机的额定转矩。

因此，可以发现，图3和图5的EPS电机在保持与普通EPS电机的额定转矩几乎相似的额定转矩的同时大幅减小了齿槽转矩。

如上文所描述的，根据本发明的一个或更多个实施方式的电机与现有电机相比可以几乎恒定地保持额定转矩并且大幅减小齿槽转矩。

虽然已经参照本发明的示例性实施方式特别地示出和描述了本创造性理念，但是这些创造性理念是出于说明的目的而提出的，并且对于本领域的普通技术人员而言将理解的是，根据本创造性理念能够做出多种改型和其他等同的实施方式。

Claims (7)

1.一种电机，包括：

定子，所述定子包括定子芯和围绕所述定子芯缠绕的线圈；以及

转子，所述转子可旋转地设置在所述定子中，

其中，所述定子芯包括：

多个齿部，所述多个齿部沿所述定子芯的内圆周面径向地形成；

多个靴状部，所述多个靴状部从所述多个齿部中的每一个齿部的端部的两侧沿圆周方向延伸；以及

尖部，所述尖部从所述多个靴状部中的每一个靴状部的端部沿所述圆周方向延伸，

其中，所述尖部与相邻的齿部的尖部接触。

2.根据权利要求1所述的电机，其中，所述齿部、所述靴状部以及所述尖部一体地形成。

3.根据权利要求1所述的电机，其中，所述尖部的沿径向方向的厚度小于所述靴状部的沿所述径向方向的厚度。

4.根据权利要求1所述的电机，其中，所述尖部的端部部分与所述靴状部的端部部分之间形成直角。

5.根据权利要求1所述的电机，其中，所述尖部的端部部分与所述靴状部的端部部分之间形成钝角。

6.根据权利要求5所述的电机，其中，所述尖部的厚度随着离开所述靴状部的所述端部部分而减小。

7.根据权利要求1所述的电机，还包括形成在所述多个齿部中的相邻的齿部之间的狭槽，

其中，所述狭槽形成为使得所述狭槽由所述尖部来封闭。

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