CN105794085A - 马达用铁心和马达 - Google Patents

Abstract

提供通过研究固定体侧的极齿形状而能够减轻齿槽转矩和转矩波动的马达用铁心和马达。将定子(10)的极齿(12)的前端面(12c)形成为如下这样的曲面：该前端面(12c)的沿着圆周方向的截面呈向与转子(20)的磁铁(22)的跟该前端面(12c)对置的前端面(22a)(与转子轭部(21)的外周面等同)相反的方向凸出的圆弧形状。

Description

马达用铁心和马达

技术领域

本发明涉及马达用铁心和马达。

以往，作为用于减轻在马达驱动时产生的齿槽转矩和转矩波动的技术，具有例如专利文献1～3中记载的技术。

在专利文献1中，记载有如下的磁铁型马达，该磁铁型马达具有：圆筒状的固定体；圆筒状的旋转体，其被设置为能够与该固定体同轴地旋转；以及永久磁铁，其设置在旋转体的外周面上，且具有如下形状：与固定体对置的对置面的圆周方向的中央部为圆弧面并且在该对置面的圆周方向的两端部设有倒角面。

并且，在专利文献2中，记载有如下的定子铁心：该定子铁心具有圆环状的轭部和齿，该齿在轭部的内周面上突出并且等间隔地一体形成，形成在邻接的两个齿之间的空间呈斜结构。

并且，在专利文献3中，记载有如下的马达：该马达具有：旋转体，其在外周部具有多个扇形磁铁，以旋转轴为中心旋转；以及固定体，其配置在该旋转体的外周侧，且具有电枢块，该电枢块具有圆弧形状的铁心背部和从该铁心背部在轴向上延伸的齿部。在该马达中，扇形磁铁的外周面形成为该外周面与齿部的朝向扇形磁铁的面之间的空隙随着从中央部朝向两端部而变大的曲面形状。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-328818号公报

专利文献2：日本特开2008-029157号公报

专利文献3：日本特开2008-104305号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在上述专利文献1的以往技术中，由于使永久磁铁的对置面为圆弧面和倒角面的组合形状，因此，磁铁形状变得复杂，具有磁铁的加工成本变高的可能性。并且，由于在对置面的两端部设置有倒角面，因此，永久磁铁的两端部的厚度相对于中央部较薄，磁导系数下降。因此，由于从设置于固定体的线圈产生的退磁场的影响，具有变得容易退磁的可能性。

并且，在上述专利文献2的以往技术中，由于使相邻的齿之间的空间为斜结构，因此，难以提高绕线的占有率。因此，具有马达的高转矩化变难的可能性。

并且，在上述专利文献3的以往技术中，由于使扇形磁铁的外周面为随着从其中央部朝向两端部而与齿部的对置面之间的空隙变大的曲面形状，因此，扇形磁铁的厚度随着从中央部朝向两端部而变薄。因此，磁导系数下降，并且由于从设置于固定体的线圈产生的退磁场的影响，具有变得容易退磁的可能性。

因此，本发明是着眼于这样的以往技术具有的未解决的课题而完成的，其目的在于，提供不用进行定子的斜结构化和磁铁的厚度局部变薄等，而低成本且适合减轻齿槽转矩和转矩波动的马达用铁心和马达。

用于解决课题的手段

为了达成上述目的，在本发明的第一方式的马达用铁心中，将在固定体的内周面上沿着其圆周方向设置的多个极齿的前端面形成为如下这样的曲面：该前端面的沿着圆周方向的截面呈向与环状的旋转体的跟该前端面对置的外周面相反的方向凸出的圆弧形状，其中，所述环状的旋转体与该前端面隔着空隙地对置，在固定体的内侧与该固定体同心地配置，并且具有沿着圆周方向配设的多个磁极。

并且，本发明的第二方式的马达具有上述第一方式的马达用铁心。

发明效果

根据本发明，由于固定体的极齿的前端面形成为如下的曲面：该前端面的沿圆周方向的截面呈向与旋转体的外周面相反的方向凸出的圆弧形状，因此，与没有采用该圆弧形状的结构相比，能够使磁束形状接近正弦波形状(理想的波形形状)。由此，可得到如下效果：不用进行使旋转体侧的磁铁局部变薄的加工和固定体的斜结构化等，就能够降低在应用于马达的情况下产生的齿槽转矩和转矩波动。

附图说明

图1是示出第一实施方式的马达用铁心1的结构的俯视图。

图2是示出在图1的马达用铁心1的极齿12上卷绕有励磁用线圈15的结构的局部俯视图。

图3是包含图1的马达用铁心1的极齿12和磁铁22的局部放大俯视图。

图4是示出第二实施方式的马达的结构的轴向剖视图。

图5是示出变形例的磁铁嵌入型的转子20的结构的俯视图。

图6是在第一实施方式的马达用铁心1中使用变形例的磁铁嵌入型的转子20的情况下的包含极齿12和磁铁22的局部放大俯视图。

具体实施方式

(第一实施方式)

如图1所示，第一实施方式的马达用铁心1是在环状的定子10的内侧组合有环状的转子20的内转子型的铁心。

该定子10具有环状的定子轭部11和多个极齿12，该多个极齿12在定子轭部11的内周面上向径向内侧突出设置并且在圆周方向上等间隔地设置。形成在相邻的各极齿12之间的空隙构成槽13。

如图2所示，定子10形成为励磁用线圈15经由该槽13被卷绕在各极齿12上。在图2所示的例子中，采用集中卷绕作为励磁用线圈15的卷绕方式。另外，不限于集中卷绕，也能够采用分散卷绕等其他卷绕方式。

并且，定子10由电磁钢板以一体型(单一)铁心结构构成。另外，不限于电磁钢板，也可以由例如压粉铁心等其他材料构成，不限于一体型铁心结构，也可以以分割(层叠)铁心结构等其他结构构成。

并且，定子10为在构成马达时被固定支承于马达壳体等的固定体。

另一方面，如图1所示，转子20具有环状的转子轭部21和多个磁铁22，该多个磁铁22与极齿12隔开空隙(气隙)而对置，并且在转子轭部21的外周面上在圆周方向上等间隔地设置。即，第一实施方式的转子20构成为表面磁铁型的旋转体。

具体而言，在转子轭部21的外周面上设置有用于将磁铁22在轴向上定位的向径向外侧突出的凸部14a。例如，磁铁22被凸部14a定位，并借助粘接剂被固定在转子轭部21的外周面的磁铁粘贴面14b上。

并且，磁铁22被配置为磁力线朝向径向并且配置为每隔一个磁铁22磁极的朝向反转。即，S极、N极的磁铁22在圆周方向上交替地配置。

并且，转子轭部21由铁构成。另外，不限于铁，也可以由例如电磁钢板或压粉铁心等其他材料构成。

并且，磁铁22由钕磁铁构成。另外，不限于钕磁铁，也可以由例如铁素体磁铁、粘结钕磁铁、钐钴磁铁等其他磁铁构成。

并且，如图1所示，磁铁22的相对于转子轭部21靠外径侧的面和靠内径侧的面双方形成为如下这样的曲面：沿着它们的圆周方向的截面(以下，称作“周向截面”)呈与转子轭部21的外周面相同的圆弧形状。即，磁铁22沿轴向俯视时呈弓形。

并且，转子20为在构成马达时与定子10同心(图1中的中心Ca)地配置并且被支承为相对于定子10旋转自如的旋转体。

并且，如图1所示，在马达用铁心1中，以槽13的总数S(以下，称作“槽数S”)为“24”、转子20的极数(磁铁22的总数)P为“28”的方式构成槽数和极数。因此，在设励磁相数N为3的情况下，每极每相的槽数q为“q＝S/(N·P)＝24/84＝2/7”。即，第一实施方式的马达用铁心1为分数槽结构。

即，分数槽结构是指每极每相的槽数q为分数的结构。每极每相的槽数q是用相数N和极数P去除定子的槽数(用于卷绕线圈绕线的槽的数量)S而得到的值。

另外，槽数S和极数P不限于“S＝24”与“P＝28”的组合，只要是分数槽结构怎样进行组合都可以。并且，对于相数N，不限于三相，也可以采用两相或五相等其他相数。

接着，参照图3，对定子10的极齿12的详细的结构进行说明。

如图3所示，极齿12具有在定子轭部11上向径向内侧突出并且一体形成的齿体部12a和形成于齿体部12a的前端的凸缘状的前端部12b。并且，定子10和转子20构成为前端部12b的前端面12c与磁铁22的前端面22a夹着预先设定的尺寸的空隙dag对置。

前端部12b的圆周方向的宽度通过设为凸缘状而形成为比磁铁22的宽度大。根据该结构，能够有效利用磁铁的磁束。

而且，将磁铁22的前端面22a(以下，称作“磁铁前端面22a”)形成为如下这样的曲面：沿着前端面22a的圆周方向的截面呈沿着转子轭部21的外周面的周向截面的圆弧形状。与此相对地，在第一实施方式中，极齿12的前端面12c(以下，称作“极齿前端面12c”)形成为如下这样的曲面：前端面12c的周向截面呈向与磁铁前端面22a(即，转子轭部21的外周面)的周向截面相反的方向凸出的圆弧形状。

并且，在第一实施方式中，如图3所示，使极齿前端面12c的圆弧的曲率R为沿着圆CB的圆弧的曲率，该圆CB是以设定在比定子轭部11的外周面靠外侧的位置的中心点Cb为中心的圆。

这里，曲率R越大，极齿前端面12c与磁铁前端面22a之间的空隙dag越大，随着空隙dag增大而转矩下降。

因此，中心点Cb的位置是考虑基于与磁铁22之间的空隙dag的大小的转矩的降低量、基于极齿前端面12c的圆弧的曲率R的齿槽转矩和转矩波动的降低量的平衡而决定的。即，中心点Cb的位置(即曲率R)优选为，例如，在转矩的降低量的允许范围内(例如，根据马达的使用目的而设定的范围内)，设定在齿槽转矩和转矩波动的降低量为最大的位置。

并且，假设将第一实施方式的马达用铁心1用于例如屏蔽式马达等需要使空隙dag的尺寸比较大的马达。在该种情况下，当空隙dag变大时为了增大转矩，需要增大磁铁22的厚度dm。

但是，当增大磁铁22的厚度dm时，磁铁22的成本增加。因此，以例如空隙dag的尺寸为磁铁22的厚度dm的1/3左右的方式来设定磁铁22的厚度dm和极齿前端面12c的圆弧的曲率R等各部件的尺寸。优选像这样也考虑磁铁22的厚度，来取得性能和成本的平衡。

并且，在第一实施方式中，磁铁22的内径侧的粘贴面22b也形成为如下这样的曲面：粘贴面22b的周向截面与磁铁前端面22a同样地呈沿着转子轭部21的外周面(磁铁粘贴面14b)的周向截面的圆弧形状。即，将磁铁22形成为其径向的厚度dm为均匀的厚度的弓形。

在第一实施方式中，定子10对应于固定体，转子20对应于旋转体，极齿12对应于极齿，极齿前端面12c对应于极齿的前端面，磁铁前端面22a对应于磁铁的对置面。

(第一实施方式的效果)

(1)马达用铁心1具有：环状的定子10，其具有多个极齿12，所述多个极齿12在内周面上沿着其圆周方向设置，并且，在各极齿12之间形成有槽13；以及环状的转子20，其具有多个磁极(磁铁22)，所述多个磁极与极齿前端面12c隔着空隙对置，在定子10的内侧与该定子10同心地配置，并且沿着圆周方向配设。而且，将极齿前端面12c形成为如下这样的曲面：该极齿前端面12c的沿着圆周方向的截面呈向与该极齿前端面12c对置的转子20的外周面相反的方向凸出的圆弧形状。

即，将极齿前端面12c形成为如下这样的曲面：极齿前端面12c的周向截面呈向与磁铁前端面22a(转子轭部21的外周面)的周向截面相反的方向凸出的圆弧形状。由此，能够使在将马达用铁心1应用于马达时产生的磁束形状接近正弦波形状，因此，能够降低齿槽转矩和转矩波动。

(2)在马达用铁心1中，转子20是具有磁铁22的表面磁铁型旋转体，所述磁铁22形成与极齿前端面12c隔着空隙对置并且在外周面上在其圆周方向上排列且突出设置的多个磁极，将与极齿前端面12c对置的磁铁前端面22a形成为如下这样的曲面：该磁铁前端面22a的沿圆周方向的截面呈与转子20的外周面相同的圆弧形状。

即，极齿前端面12c的圆周方向的截面呈向与磁铁前端面22a相反的方向凸出的圆弧形状，与不采用该圆弧形状的结构相比，能够使磁束形状接近正弦波形状。

由此，在具有表面磁铁型旋转体的马达用铁心中，可以不用进行使旋转体侧的磁铁局部变薄的加工或固定体的斜结构化等而得到能够降低在应用于马达的情况下产生的齿槽转矩和转矩波动的效果。

并且，由于采用通过极齿前端面12c的形状来降低齿槽转矩和转矩波动的结构，因此，能够使磁铁22的厚度dm为均匀的厚度。由此，与使磁铁的厚度局部变薄的以往结构相比，能够防止由磁铁的厚度引起的磁导系数的降低。即，可得到能够使由磁导系数降低引起的从励磁线圈15产生的退磁场的退磁比以往降低的效果。

(3)在马达用铁心1中，将极齿前端面12c形成为如下这样的曲面：沿该前端面12c的圆周方向的截面呈沿着在比定子10的外周面靠外侧的位置具有中心(Ca)的圆CB的圆弧形状。

即，使极齿前端面12c的圆弧的曲率R为沿着圆CB的圆弧的曲率，该圆CB是以设定在比定子轭部11的外周面靠外侧的位置的中心点Cb为中心的圆。由此，与将中心点Cb设定在比外周面靠内侧的位置的情况相比，能够不使空隙dag的尺寸过大地将曲率R设定为适当的尺寸。其结果为，可得到如下效果：能够将由极齿前端面12c与磁铁前端面20a之间的空隙的扩大引起的转矩的降低抑制在最小限度，并且能够降低在应用于马达的情况下产生的齿槽转矩和转矩波动。

(4)在马达用铁心1中，使定子10和转子20的槽组合为分数槽结构。

根据该结构，将马达用铁心1的结构与采用整数槽结构的情况相比，能够得到良好的感应电动势波形。由此，能够降低齿槽转矩和转矩波动，因此，可得到高转矩化变得容易的效果。尤其，能够降低在低速时表现明显的齿槽转矩，因此，能够成为适合应用于例如低速下需要高转矩的直接传动型马达等的结构。

另外，整数槽结构是指每极每相的槽数q为整数的结构。

(5)马达用铁心1采用使用模具对定子10冲压进行制作的结构。

由此，与以往的在磁铁形状上下功夫的结构相比，能够抑制磁铁的加工成本的增加，因此，能够以较低的成本进行制作。

(第二实施方式)

如图4所示，第二实施方式的马达2是具有上述第一实施方式的马达用铁心1的内转子类型的马达。

并且，马达2是不用经由齿轮、传送带、辊子等传递机构而直接将马达2的旋转轴与负载体连结来使负载体旋转的直接传动型马达。

如图4所示，马达2构成为包括：底座部件40，其固定定子10并且安装于支承部件(未图示)；马达旋转轴30，其固定于转子20且能够与转子20一起旋转；以及轴承34，其介于底座部件40与马达旋转轴30之间且将马达旋转轴30支承为能够相对于底座部件40旋转。

底座部件40具有大致圆板状的壳体底座41和壳体内侧部分42，该壳体内侧部分42上贯穿有中空部31，且以包围中空部31的方式从壳体底座41呈凸状突出。壳体内侧部分42借助螺栓等固定部件47被紧固固定在壳体底座41上。并且，底座部件40构成为包括借助螺栓等固定部件46将轴承34的内圈固定在壳体底座41上的壳体凸缘43。

在壳体底座41的外周缘，借助螺栓等固定部件48紧固有定子10。由此，定子10相对于壳体底座41被定位固定。此时，定子10的中心轴线与转子20的旋转中心Ca一致。

在定子10的各极齿12上经由槽13通过集中卷绕而卷绕有励磁线圈15。

并且，在定子10上连接有用于供给来自电源的电力的配线(未图示)，通过该配线对励磁线圈15供给电力。

马达旋转轴30构成为包括圆环状的旋转轴32和转子凸缘33，其中，转子凸缘33借助于螺栓等固定部件36将轴承34的外圈固定到旋转轴32上。

在第二实施方式中，转子20一体地固定于圆环状的旋转轴32。另外，转子20也可以通过固定部件固定于旋转轴32。旋转轴32形成为圆环的中心轴线与马达2的旋转中心Ca同轴。

轴承34的外圈固定于转子凸缘33，内圈固定于壳体凸缘43。由此，轴承34能够将旋转轴32和转子20支承为相对于壳体底座41旋转自如。因此，马达2能够使旋转轴32和转子20相对于壳体底座41和定子10旋转。

另外，轴承34能够采用交叉辊子轴承、滚珠轴承、滚柱轴承等。

并且，马达2具有旋转检测器44A和44B。旋转检测器44A和44B由例如旋转变压器构成，能够高精度地检测转子20和马达旋转轴30的旋转位置。

旋转检测器44A和44B具有被固定支承的旋转变压器定子45A和45B、能够相对于旋转变压器定子45A和45B旋转的旋转变压器转子35A和35B，并且旋转检测器44A和44B配设在轴承34的上方。在第二实施方式的马达2中，旋转变压器定子45A和45B固定于壳体内侧部分42。

这里，当在转子20的旋转中包含齿槽转矩和转矩波动时，有可能产生旋转轴32的振动。旋转轴32的振动传递给负载体，由此，在力矩起作用使得负载体的重心振动的情况下，有可能产生使轴承14的寿命缩短等不良情况。

第二实施方式的马达2使用上述第一实施方式的马达用铁心1而构成。因此，通过极齿前端面12c的其周向截面呈向与磁铁前端面22a相反的方向凸出的圆弧形状的曲面，能够使磁束形状接近正弦波形状。由此，能够降低包含于转子20的旋转中的齿槽转矩和转矩波动。其结果为，能够抑制旋转轴32的振动，降低作用于轴承14等的负载。

在第二实施方式中，马达2对应于马达，定子10对应于固定体，转子20对应于旋转体，极齿12对应于极齿，极齿前端面12c对应于极齿的前端面，磁铁前端面22a对应于磁铁的对置面。

(第二实施方式的效果)

(1)马达2具有上述第一实施方式的马达用铁心1。

根据这样的结构，可得到与上述第一实施方式的马达用铁心1同等的作用和效果。

(变形例)

(1)在上述各实施方式中，使马达用铁心1的转子20的结构为表面磁铁型旋转体的结构，但不限于该结构。也可以使转子20为例如像图5所示那样磁铁22在圆周方向上排列地嵌入于转子轭部21的内部的磁铁嵌入型的结构。在采用该结构的情况下，将极齿前端面12c形成为如下的曲面：如图6所示那样，其周向截面呈向与该极齿前端面12c对置的转子20的外周面24的周向截面相反的方向凸出的圆弧状。

(2)在上述各实施方式中，使极齿前端面12c的周向截面的圆弧形状为沿着中心Cb的正圆CB的圆弧的形状，但不限于该结构。只要能够使磁束形状接近正弦波形状，不限于正圆，也可以是沿着椭圆的圆弧等的形状。

并且，上述各实施方式是本发明的优选的具体例子，在技术上附加了优选的各种限定，但只要在上述的说明中没有特别限定本发明的内容的描述，本发明的范围就不被这些方式所限制。并且，在上述的说明中使用的附图是为了方便图示而使部件或者部分的横纵比例尺与实物不同的示意图。

以上，本申请主张优先权的日本国特许申请P2014-442(2014年1月6日申请)的全部内容作为引用例包含于此。

这里，一边参照有限数量的实施方式一边进行说明，但保护范围不限于此，本领域技术人员可以明确基于上述的公开内容的各实施方式的改变。

标号说明

1：马达用铁心；2：马达；10：定子；11：定子轭部；12：极齿；12a：齿体部；12b：前端部；12c：极齿前端面；13：槽；14a：凸部；14b：磁铁粘贴面；20：转子；21：转子轭部；22：磁铁；22a：磁铁前端面；22b：磁铁粘贴面；24：外周面；30：马达旋转轴；34：轴承；40：底座部件。

Claims (5)

1.一种马达用铁心，其具有：

环状的固定体，其具有多个极齿，所述多个极齿在该固定体的内周面上沿着其圆周方向设置，并且，在各极齿之间形成有槽；以及

环状的旋转体，其具有多个磁极，所述多个磁极与所述极齿的前端面隔着空隙对置，在所述固定体的内侧与该固定体同心地配置，并且沿圆周方向配设，

所述极齿的前端面形成为如下的曲面：该前端面的沿圆周方向的截面呈向与所述旋转体的跟该前端面对置的外周面相反的方向凸出的圆弧形状。

2.根据权利要求1所述的马达用铁心，其中，

所述旋转体是具有磁铁的表面磁铁型旋转体，所述磁铁与所述极齿的前端面隔着空隙对置，并且在外周面上形成在其圆周方向排列且突出设置的所述多个磁极，

所述磁铁的与所述极齿的前端面对置的对置面形成为如下的曲面：该对置面的沿着圆周方向的截面呈与所述旋转体的外周面相同的圆弧形状。

3.根据权利要求1或2所述的马达用铁心，其中，

所述极齿的前端面形成为如下的曲面：该前端面的沿着圆周方向的截面呈沿着圆的圆弧形状，该圆的中心比所述固定体的外周面靠外侧。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的马达用铁心，其中，

所述固定体与所述旋转体的槽组合为分数槽结构。

5.一种马达，该马达具有权利要求1至4中的任一项所述的马达用铁心。