CN105634167A - 马达 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种马达，即使提高定子铁芯的突极中的卷绕有线圈线的主体部在未励磁状态下的磁通密度，也能够抑制齿槽效应，且能够获得适当的反电动势。马达(1)具有：沿周向形成有多个卷绕有线圈线的突极(21)的定子铁芯；以及具有沿周向形成有多个磁极(620)的圆筒状的永久磁铁(62)的转子。在将n设为1以上的整数时，磁极(620)的数量是2n，突极(21)的数量是3n。在突极(21)中，卷绕有线圈线的主体部(23)在未励磁状态下的磁通密度是1.0T以上，甚至是1.3T以上，是饱和磁通密度的90％以上。永久磁铁(62)以具有从电角65°至75°的扭斜角θ的方式形成磁极(620)。

Description

马达

技术领域

本发明涉及一种具有以具有扭斜角的方式形成磁极的永久磁铁的马达。

背景技术

在马达中产生永久磁铁与定子铁芯的磁吸引力因旋转角度而细微脉动的齿槽效应。该齿槽效应是振动、噪音甚至是控制性能下降的原因。因此，提出了通过以具有扭斜的方式形成永久磁铁的磁极来抑制齿槽效应的方案。此时，转子每旋转一周，就产生永久磁铁的磁极数与定子铁芯的极槽数的最小公倍数的数量的齿槽效应的基波，因此，为了消除齿槽效应的基波，一般将扭斜角设定为电角60°。例如，在永久磁铁的磁极数是8，定子铁芯的极槽数(突极数)是12的情况下，由于转子每旋转一周，就产生24次齿槽效应的基波，因此若将扭斜角设定为机械角15°(电角60°)，则能够消除齿槽效应的基波。

另一方面，提出了一种如下的结构：在将n设为1以上的整数时，永久磁铁的磁极数是2n，定子铁芯的突极的数量是3n的情况下，将扭斜角设定为机械角从(76°/n)×0.8至(76°/n)×1.2，即，将扭斜角设定为电角从60.8°至91.2°(参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开平5-168181号公报

在此，由于伴随马达的小型化和扁平化导致设计的自由度下降，因此本申请的发明人研究了缩小定子铁芯的突极中的卷绕有线圈线的主体部的宽度来扩展线圈线的卷绕空间等。然而，若缩小突极的主体部的宽度，则未励磁状态下的磁通密度变高，其结果是，存在如下的问题：齿槽转矩增大，在永久磁铁中，即使以具有电角60°的扭斜角的方式形成磁极，齿槽转矩也较大。另一方面，在转子文献1记载的扭斜角的范围(从电角60.8°至91.2°的范围)中，发生难以抑制齿槽转矩的情况或者反电动势降低、反电动势的波形的歪曲变大等情况。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的课题是提供一种马达，即使提高定子铁芯的突极中的卷绕有线圈线的主体部在未励磁状态下的磁通密度，也能够抑制齿槽效应，并且能够获得适当的反电动势。

为了解决上述课题，本发明所涉及的马达具有：定子铁芯，其沿周向形成有多个卷绕有线圈线的突极；以及转子，其具有沿周向形成有多个磁极的圆筒状的永久磁铁，在所述马达中，在将n设为1以上的整数时，所述磁极的数量是2n，所述突极的数量是3n，在所述突极中，卷绕有所述线圈线的主体部在未向所述线圈线通电的未励磁状态下的磁通密度是饱和磁通密度的90％以上，所述永久磁铁以具有从电角65°至75°的扭斜角的方式形成所述磁极。

在本发明中，突极中的卷绕有线圈线的主体部在未励磁状态下的磁通密度高至饱和磁通密度的90％以上，但是永久磁铁以具有扭斜的方式形成磁极。并且，由于扭斜角是从电角65°至75°，因此即使提高突极中的卷绕有线圈线的部分在未励磁状态下的磁通密度，也能够抑制齿槽效应，并且能够获得适当的反电动势。

在本发明，能够采用所述主体部在未向所述线圈线通电的未励磁状态下磁饱和的结构。

本发明应用于所述主体部在未励磁状态下的磁通密度是1.0T以上的情况甚至所述主体部在未励磁状态下的磁通密度是1.3T以上的情况时，效果显著。

在本发明中，优选所述定子铁芯的马达轴线方向上的尺寸比所述永久磁铁的马达轴线方向上的尺寸长。

在本发明中，突极中的卷绕有线圈线的主体部在未励磁状态下的磁通密度高至饱和磁通密度的90％以上，但是永久磁铁以具有扭斜的方式形成磁极。并且，由于扭斜角是从电角65°至75°，因此即使提高突极中的卷绕有线圈线的部分在未励磁状态下的磁通密度，也能够抑制齿槽效应，并且能够获得适当的反电动势。

附图说明

图1(a)、图1(b)是示意性表示应用本发明的马达的一实施方式的说明图。

图2(a)、图2(b)是表示应用本发明的马达的主要部分的说明图。

图3(a)、图3(b)、图3(c)是表示在额定是50W的马达中使扭斜角变化的情况下的齿槽转矩等的变化的图表。

图4(a)、图4(b)是表示在额定是50W的马达中使扭斜角变化的情况下的齿槽效应的测定结果的说明图。

图5(a)、图5(b)、图5(c)是表示在额定是100W的马达中使扭斜角变化的情况下的齿槽转矩等的变化的图表。

图6(a)、图6(b)是表示在额定是100W的马达中使扭斜角变化的情况下的齿槽效应的测定结果的说明图。

(符号说明)

1..马达，2..定子，4、5..球轴承，6..转子，10..马达壳体，20..定子铁芯，21..突极，22..圆环部，23..主体部，24..内周侧凸缘部，25..分割铁芯，26..外周侧凸缘部，27..绝缘件，28..线圈线，61..旋转轴，62..永久磁铁，620..磁极，625..边界线，L..马达轴线方向，WO..主体部的宽度，θ..扭斜角

具体实施方式

以下参照附图对用于实施本发明的实施方式进行说明。

(马达的整体结构)

图1(a)、图1(b)是示意性表示应用本发明的马达的一实施方式的说明图。图2(a)、图2(b)是表示应用本发明的马达的主要部分的说明图，图2(a)是定子铁芯的突极的说明图，图2(b)是永久磁铁的说明图。另外，在图1(a)中，永久磁铁的磁极数是4，但是在图2(b)中，为了易于理解扭斜的样子，表示磁极数是8的永久磁铁。

如图1(a)、图1(b)所示，在马达1中，在圆筒状的马达壳体10的内周侧固定有定子2。定子2具有：沿周向形成有多个突极21的定子铁芯20；以及隔着绝缘件27卷绕于突极21的线圈线28。定子铁芯20具有层叠多张磁性板的结构，且定子铁芯20具有：保持于马达壳体10的圆环部22；以及从圆环部22的周向的多处朝向径向内侧突出的突极21。并且，突极21具有：从圆环部22朝向径向内侧突出的主体部23；以及在主体部23的径向内侧端部沿周向延伸的内周侧凸缘部24。

在马达壳体10的在马达轴线方向L上分离的位置保持有球轴承4、5，通过球轴承4、5将转子6支承为能够旋转。转子6具有：沿马达轴线方向L延伸的旋转轴61；以及固定于旋转轴61的外周面的圆筒状的永久磁铁62，旋转轴61被球轴承4、5支承。永久磁铁62的外周面63在径向内侧与突极21的内周侧凸缘部24相向。

如此一来，马达1构成为内转子型的无刷马达，在驱动马达1时，向U、V、W各相的线圈线28分别提供U、V、W各相的正弦波形状的马达电流。

在此，存在定子铁芯20通过沿周向配置多个图2(a)所示的分割铁芯25构成的情况，在这种情况下，分割铁芯25具有在突极21的径向外侧端部沿周向延伸的外周侧凸缘部26。因此，在沿周向配置多个分割铁芯25时，通过在周向上相邻的分割铁芯25的外周侧凸缘部26彼此接触而构成圆环部22。

并且，如图2(b)所示，永久磁铁62沿周向形成有多个磁极620，在多个磁极620中，N极与S极交替配置。在此，永久磁铁以具有扭斜角θ的扭斜的方式形成多个磁极620。扭斜角θ指的是一个磁极620和与该磁极620相邻的磁极620间的边界线625的轴向两端部向周向的扩展角度。因此，若将扭斜角θ设置为恒定，则在永久磁铁62的马达轴线方向L上的长度L62较长的情况下，磁极620与磁极620间的边界线625相对于马达轴线方向L的倾斜变小，在长度L62较短的情况下，边界线625相对于马达轴线方向L的倾斜变大。另外，除了永久磁铁62在马达轴线方向L上一体构成的情况以外，还存在永久磁铁62在马达轴线方向L上分割为多个的情况，但是无论哪一种情况边界线625都直线延伸。

(详细结构)

在像这样构成的马达1中，在将n设为1以上的整数时，磁极620的数量是2n，突极21的数量是3n。因此，例如在磁极620的数量是4的情况下，突极21的数量是6，在磁极620的数量是6的情况下，突极21的数量是9，在磁极620的数量是8的情况下，突极21的数量是12。并且，如图1(a)所示，定子铁芯20的马达轴线方向L上的尺寸L20比永久磁铁62的马达轴线方向L上的尺寸L62长。

在本实施方式的马达1中，缩小突极21中的卷绕有线圈线28的主体部23的宽度WO，确保线圈线28的卷绕空间等较宽。其结果是，突极21的主体部23在未向线圈线28通电的未励磁状态下的磁通密度是1.0T以上，甚至是1.3T以上，处于磁饱和的状态或者大致磁饱和的状态。更加具体地说，突极21的主体部23在未励磁状态下的磁通密度是饱和磁通密度的90％以上。

在此，在本实施方式的马达1中，由于后述理由，永久磁铁62以具有从电角65°至75°的扭斜角θ的方式形成磁极620。因此，即使将突极21的主体部23在未励磁状态下的磁通密度提高至大致磁饱和的状态甚至完全磁饱和的状态，也能够抑制齿槽效应，并且能够获得适当的反电动势。

(评价结果1)

在本例子中，研究了在额定是50W的马达1中使扭斜角θ变化的情况下对齿槽转矩和反电动势的影响，并将其结果表示在图3(a)、图3(b)、图3(c)以及图4(a)、图4(b)中。另外，50W的马达1的磁极数是8，突极数是12。

图3(a)、图3(b)、图3(c)是表示在额定是50W的马达1中使扭斜角θ变化时的齿槽转矩等的变化等的图表，图3(a)是表示扭斜角θ与齿槽转矩的关系的图表，图3(b)是表示扭斜角θ与反电动势的关系的图表，图3(c)是表示扭斜角θ与反电动势的歪曲量的关系的图表。图4(a)、图4(b)是表示在额定是50W的马达1中使扭斜角θ变化时的齿槽效应的测定结果的说明图，图4(a)是表示将扭斜角θ设定为电角70°的实施例的齿槽效应的说明图，图4(b)是表示将扭斜角θ设定为电角60°的参考例的齿槽效应的说明图。另外，反电动势的歪曲量指的是相对于正弦波的歪曲率。在反电动势是正弦波的情况下，齿槽转矩变小，并且存在如果歪曲量变大，则齿槽转矩也变大的倾向。因此，优选反电动势的歪曲率尽可能小。

如图3(a)所示，在将扭斜角θ设定为60°的情况下，齿槽转矩较大，与此相对，伴随将扭斜角θ设定为比60°大，齿槽转矩变小。并且，在扭斜角θ是85°的情况下，齿槽转矩最小，若扭斜角θ超过85°，则齿槽转矩增大。因此，如图4(b)所示，在将扭斜角θ设定为60°的情况下，齿槽效应较大，与此相对，如图4(a)所示，在将扭斜角θ设定为70°的情况下，齿槽效应小。

并且，如图3(b)所示，伴随将扭斜角θ从60°开始增大，反电动势逐渐变小。并且，如图3(c)所示，伴随将扭斜角θ从60°开始增大，若扭斜角θ超过75°，则反电动势的歪曲量急剧增大。

因此，若考虑齿槽转矩、反电动势以及反电动势的歪曲量所有这些因素，则优选将扭斜角θ设定为从65°至75°的范围(图3(a)、图3(b)、图3(c)所示的箭头G所示的范围)，若是该范围，则即使将突极21的主体部23在未励磁状态下的磁通密度提高至大致磁饱和的状态甚至完全磁饱和的状态，也能够抑制齿槽效应，并且能够获得适当的反电动势。与此相对，若将扭斜角θ设定为不到65°，则齿槽效应变大，若将扭斜角θ设定为超过75°，则反电动势下降，并且反电动势的歪曲量增大。在此，若反电动势变小，则驱动马达1时的旋转转矩下降，因此不优选。

(评价结果2)

图5(a)、图5(b)、图5(c)是表示在额定是100W的马达1中使扭斜角θ变化时的齿槽转矩等的变化的图表，图5(a)是表示扭斜角θ与齿槽转矩的关系的图表，图5(b)是表示扭斜角θ与反电动势的关系的图表，图5(c)是表示扭斜角θ与反电动势的歪曲量的关系的图表。另外，100W的马达1的磁极数是8，突极数是12。图6(a)、图6(b)是表示在额定是100W的马达1中使扭斜角θ变化时的齿槽效应的测定结果的说明图，图6(a)是表示将扭斜角θ设定为电角68°的实施例的齿槽效应的说明图，图6(b)是表示将扭斜角θ设定为电角60°的参考例的齿槽效应的说明图。

如图5(a)所示，在将扭斜角θ设定为60°的情况下，齿槽转矩稍大，与此相对，伴随将扭斜角θ设定为比60°大，齿槽转矩变小。并且，在扭斜角θ大约是70°的情况下，齿槽转矩最小，若扭斜角θ超过75°，则齿槽转矩急剧增大。因此，如图6(b)所示，在将扭斜角θ设定为60°的情况下，齿槽效应较大，与此相对，如图6(a)所示，在将扭斜角θ设定为68°的情况下，齿槽效应较小。

并且，如图5(b)所示，伴随将扭斜角θ从60°开始增大，反电动势逐渐变小。并且，如图5(c)所示，在将扭斜角θ设定为60°的情况下，反电动势的歪曲量较大，与此相对，伴随将扭斜角θ设定为比60°大，反电动势的歪曲量变小。并且，在扭斜角θ大约是70°的情况下，反电动势的歪曲量最小，若扭斜角θ超过75°，则反电动势的歪曲量急剧增大。

因此，若考虑齿槽转矩、反电动势以及反电动势的歪曲量所有这些因素，则优选将扭斜角θ设定为从65°至75°的范围(图5(a)、图5(b)、图5(c)的箭头G所示的范围)，如果是该范围，则即使将突极21的主体部23在未励磁状态下的磁通密度提高至大致磁饱和的状态甚至完全磁饱和的状态，也能够抑制齿槽效应，并且能够获得适当的反电动势。与此相对，若扭斜角θ不到65°，则齿槽效应变大，若扭斜角θ超过75°，则反电动势下降，且反电动势的歪曲量增大。

(其他实施方式)

以上，说明了内转子型的无刷马达(马达1)，但是本发明不限于此，本发明还能够应用于外转子型的无刷马达。并且，在上述实施方式中，定子铁芯20的马达轴线方向L上的尺寸L20比永久磁铁62的马达轴线方向L上的尺寸L62长，但是本发明也可以应用于定子铁芯20的马达轴线方向L的尺寸L20比永久磁铁62的马达轴线方向L上的尺寸L62短的马达。

Claims (8)

1.一种马达，其特征在于，包括：

定子铁芯，其沿周向形成有多个卷绕有线圈线的突极；以及

转子，其具有沿周向形成有多个磁极的圆筒状的永久磁铁，

在所述马达中，在将n设为1以上的整数时，所述磁极的数量是2n，所述突极的数量是3n，

在所述突极中，卷绕有所述线圈线的主体部在未向所述线圈线通电的未励磁状态下的磁通密度是饱和磁通密度的90％以上，

所述永久磁铁以具有从电角65°至75°的扭斜角的方式形成所述磁极。

2.根据权利要求1所述的马达，其特征在于，

所述主体部在未向所述线圈线通电的未励磁状态下磁饱和。

3.根据权利要求2所述的马达，其特征在于，

所述主体部在未励磁状态下的磁通密度是1.0T以上。

4.根据权利要求3所述的马达，其特征在于，

所述主体部在未励磁状态下的磁通密度是1.3T以上。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的马达，其特征在于，

所述定子铁芯的马达轴线方向上的尺寸比所述永久磁铁的马达轴线方向上的尺寸长。

6.根据权利要求1所述的马达，其特征在于，

所述主体部在未励磁状态下的磁通密度是1.0T以上。

7.根据权利要求6所述的马达，其特征在于，

所述主体部在未励磁状态下的磁通密度是1.3T以上。

8.根据权利要求6或7所述的马达，其特征在于，

所述定子铁芯的马达轴线方向上的尺寸比所述永久磁铁的马达轴线方向上的尺寸长。