CN107528398B - 电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的之一在于提供能够有效抑制噪音的电动机。电动机具备：转子，其包含永久磁铁；以及定子芯，其形成为包围转子的环状，且具有朝向转子侧突出的多个齿部，其中，在转子的外周形成有槽部，该槽部在与转子的轴向正交的截面中向转子的径向凹陷，在将电角90度作为10成的情况下，由将槽部的底点与所述转子的中心连结的一假想线和将最接近底点的磁极中心与转子的中心连结的另一假想线形成的角度为3成以上且4.7成以下的角度，齿部具有在前端部沿着转子的周向向两侧突出且对卷绕的线圈进行保持的定子突出部，定子突出部在转子的周向上的宽度从径向的外侧朝向径向的内侧而变窄。

Description

电动机
技术领域
本发明涉及一种电动机。
背景技术
以往已知有一种电动机，其具备定子和转子，该定子具有由分布绕组形成的多个绕组相，该转子具有多个磁极，且具有与所述定子面对的外周，在所述转子的外周形成有槽，将所述槽中的距外周表面的深度最深的底点和转子的中心连结的直线相对于最接近该底点的磁极的中心线成40°以上且小于44°的电角度。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-328956号公报
专利文献2：日本特开2002-252947号公报
发明要解决的课题
然而，在上述电动机中，存在噪音的抑制程度低的情况。
发明内容
本发明考虑这样的情况而提出，其目的之一在于提供一种能够有效抑制噪音的电动机。
用于解决课题的方案
技术方案1所记载的发明涉及一种电动机(1)，其具备：转子(30)，其包含永久磁铁(34)；以及定子芯(12)，其形成为包围所述转子的环状，且具有朝向所述转子侧突出的多个齿部(14)，在所述转子的外周形成有槽部(40)，该槽部(40)在与所述转子的轴向正交的截面中向所述转子的径向凹陷，在将电角90度作为10成的情况下，由将所述槽部的底点(42)与所述转子的中心(P)连结的一假想线(IL3)和将最接近所述底点的磁极中心与所述转子的中心连结的另一假想线(IL4)形成的角度为3成以上且4.7成以下的角度，所述齿部具有在前端部沿着所述转子的周向向两侧突出且对卷绕的线圈进行保持的定子突出部(16)，所述定子突出部在所述转子的周向上的宽度从所述径向的外侧朝向所述径向的内侧而变窄。
技术方案2所记载的发明在技术方案1所记载的电动机的基础上，其中，在所述槽部的从底点朝向所述转子的外周(36)的一侧的边的长度为a以上且1.2a以下的长度的情况下，从所述转子的外周表面到底点的深度为0.3a以上且0.4a以下的深度。
技术方案3所记载的发明在技术方案1或2所记载的电动机的基础上，其中，在与所述轴向正交的截面中，将所述齿部的周向的中心与所述转子的中心连结的假想线所正交的假想线和沿着所述定子突出部的侧面的线所成的外角为50度以上且小于90度。
技术方案4所记载的发明在技术方案1至3中任一项所记载的电动机的基础上，其中，包括所述齿部和所述定子突出部的周向的宽度B与所述齿部的周向的宽度A之比即B/A为1.25以上且1.35以下的范围内。
技术方案5所记载的发明在技术方案1至4中任一项所记载的电动机的基础上，其中，所述槽部形成为V字，包括所述齿部和所述定子突出部的周向的宽度B与所述V字的周向的宽度C之比即B/C为2.125以上且2.55以下的范围内。
发明效果
根据技术方案1～5所记载的发明，可以提供一种能够有效抑制噪音的电动机。
附图说明
图1是与电动机1的旋转轴50的轴心正交的平面中的电动机1的剖视图。
图2是将电动机1的截面中的齿部14放大后的图。
图3是用于详细说明突出部16的剖视图。
图4是用于说明宽度A及宽度B的剖视图。
图5是图1所示的区域X的放大图。
图6是图5所示的区域X1的放大图。
图7是用于说明基点间长度RL的图。
图8是表示角度θ、平均转矩及转矩脉动的关系的图。
图9是表示槽部40的深度D、平均转矩及转矩脉动的关系的图。
图10是表示槽面44的长度、平均转矩及转矩脉动的关系的图。
图11是表示第三假想线L3与第四假想线L4所成的角的角度θ1、平均转矩及转矩脉动的关系的图。
图12是表示使宽度B与基点间长度RL之比变化的情况下的转矩脉动相对于平均转矩的趋势的图。
图13是表示6次成分的室内音的图。
符号说明：
1··电动机
10…定子
14…齿部
16…突出部
30…转子
34…永久磁铁
36…外周壁
40…槽部
42…底点
44a、44b…槽面
P…转子的中心
IL1…第一假想线
IL2…第二假想线
IL3…第三假想线
IL4…第四假想线
L3…第三面
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的电动机的实施方式。
以下，根据需要使用XYZ坐标来进行说明。
图1是与电动机(马达)1的旋转轴50的轴心正交的平面中的电动机1的剖视图。以下，在不特别区分的情况下，作为与电动机(马达)1的旋转轴50的轴心正交的平面中的截面来进行说明。电动机1例如是永久磁铁型马达。电动机1例如搭载于两轮、三轮、四轮等的机动车。该机动车是具备电动机1以及例如发动机(内燃机)作为输出行驶驱动力的多个驱动源的(例如小型的)混合动力机动车等。该混合动力机动车例如使用由电动机1输出的动力来行驶。
电动机1具备定子10和转子30。转子30固定地连接于输入输出轴即旋转轴50。
定子10具备圆筒状的定子铁心12，该定子铁心12包括多个齿部14。定子铁心12(定子芯)形成为包围转子30的环状。在定子铁心12上以固定间隔设有向径向上的内侧(转子30侧)突出的多个齿部14。
各齿部14具有大致矩形柱的形状。多个齿部14中的与U相、V相、W相这三相对应的齿部例如各设有相同数量。例如，在本实施方式中具有18个齿部14。定子10通过从其他装置供给来的电流而产生用于使转子30旋转的旋转磁场。
转子30配置于定子10的内侧。转子30接受通过定子10产生的旋转磁场而进行旋转。转子30形成为圆筒状或多边形柱状。在转子30上，在绕轴心的方向上以彼此等间隔地设有磁铁插入孔32。磁铁插入孔32包括沿着周向分割的一对的磁铁插入孔片33a和磁铁插入孔片33b。在该磁铁插入孔片33a、33b中安装有永久磁铁34。彼此在周向上相邻的磁铁插入孔片33a与磁铁插入孔片33b的外周面以成小于180度的角度的方式形成为截面大致V字形状。
图2是将电动机1的截面中的齿部14放大后的图。在齿部14上设有对卷绕的线圈进行保持的突出部16。突出部16在前端部(径向上的内侧)沿着转子30的周向向两侧突出。由图中的虚线包围的区域与突出部16R或突出部16L对应。突出部16例如由与齿部14相同的原料与齿部14形成为一体。
突出部16在转子30的周向上的宽度从径向的外侧朝向径向的内侧而变窄。图3是用于详细说明突出部16的剖视图。突出部16具有第一面L1、第二面L2及第三面L3(突出部的侧面)。第一面L1是在齿部14的基部18的前端部沿着周向延伸的面。第二面L2是在比第一面L1靠径向的外侧的位置沿着周向延伸的面。第三面L3是将第一面L1与第二面L2连接的面。
将基部18的周向的中心P与转子30的中心C连结的线作为第一假想线IL1。将与该第一假想线IL1正交的线作为第二假想线IL2。第二假想线IL2和沿着第三面L3的线TL1所成的外角的角度θ为50度以上且小于90。
另外，包括齿部14和定子突出部16的宽度B与齿部14的基部18的宽度A之比即B/A为1.25至1.35的范围内。图4是用于说明宽度A及宽度B的剖视图。基部18的宽度A是齿部14的基部18的周向的宽度。另外，宽度B是包括齿部14和在齿部14的周向上存在的两个突出部16的最大宽度。更具体而言，宽度B是将第二面L2与第三面L3的交线的位置P1及P2连结的长度。
图5是图1所示的区域X的放大图。在转子的外周壁36上形成有向转子30的径向凹陷的多个槽部40。槽部40中，由第三假想线IL3和第四假想线IL4形成的角度θ1设定在将电角90度作为10成的情况下的3成(27度)至4.7成(42.3度)程度的区间，所述第三假想线IL3是将所述槽部40的最深的底点42与转子30的中心C连结的线，所述第四假想线IL4是将最接近底点42的磁极中心与转子30的中心连结的线。在电动机1的极为6极对的情况下，作为电角，3成至4.7成的量的角度以机械角来计算为5度至7度的程度。在电动机1的极为8极对的情况下，作为电角，3成至4.7成的量的角度以机械角来计算为3.75度至5.25度的程度。另外，角度θ1也可以设定在将电角90度作为10成的情况下的3成(27度)至4.5成(39.6度)程度的区间。
图6是图5所示的区域X1的放大图。槽部40中，以底点42为中心而沿周向形成有两个槽面44a及槽面44b。在外周壁36与槽面44a之间设有基点46a，在外周壁36与槽面44b之间设有基点46b。以下，在不对槽面44a及槽面44b进行区分的情况下称作槽面44，在不对基点46a及基点46b进行区分的情况下称作基点46。
槽面44是将与外周壁36相接的基点46和底点42连接的面。将以与外周壁36的曲率相同的曲率假想地连结槽部40的与外周壁36相接的两个基点(46a、46b)而得到的线作为外周壁假想线IL5。在第三假想线IL3上，从底点42到外周壁假想线IL5的长度为槽部40的深度D。在槽面44a或槽面44b的长度为a至1.2a之间的长度的情况下，深度D为0.3a至0.4a之间的深度。“a”是任意的自然数。
另外，通过直线将基点46a和基点46b连结的长度(基点间长度)与图4中说明的宽度B之比即“宽度B/基点间长度”被设定为2.125以上且2.55以下。图7是用于说明基点间长度RL的图。“基点间长度”是“V字的周向的宽度C”的一例。
图8是表示角度θ、平均转矩及转矩脉动的关系的图。说明将第二假想线IL2和沿着第三面L3的线TL1所成的角度θ设定为90度、70度、50度的情况下的转矩脉动的位移。横轴表示电动机1输出的平均转矩，纵轴表示转矩脉动。图8(A)示出了针对(电旋转频率的)6次成分的转矩脉动的结果。图8(B)示出了针对12次成分的转矩脉动的结果。图8(C)示出了针对18次成分的转矩脉动的结果。
例如图8(A)所示，在平均转矩小时(图中的A1)，与将角度θ设定为90度的情况下的转矩脉动相比，将角度θ设定为50度或70度的情况下的6次成分的转矩脉动被抑制。另外，例如图8(B)所示，在平均转矩从中等程度变大时(图中的A2)，与将角度θ设定为90度的情况下的转矩脉动相比，将角度θ设定为50度或70度的情况下的12次成分的转矩脉动被抑制。另外，例如图8(C)所示，在平均转矩小时(图中的A3)，与将角度θ设定为90度的情况下的转矩脉动相比，将角度θ设定为50度或70度的情况下的18次成分的转矩脉动被抑制。
这样，通过将角度θ设定为小于90度，从而与将角度θ设定为90度以上的情况相比，能够抑制转矩脉动。
图9是表示槽部40的深度D、平均转矩及转矩脉动的关系的图。在图示的例子中，示出了将槽部40的深度D设定为3.5mm、2mm及1mm的情况下的相对于平均转矩的转矩脉动。在图示的例子中，将槽部40的底点42设定为V字型，该V字的位置为θ1，设定为机械角6.4度(电角38.4度)。
图9示出了针对6次成分的转矩脉动的结果。横轴表示电动机1输出的平均转矩，纵轴表示转矩脉动。如图所示，在平均转矩小时(图中的A4)，与深度D为3.5mm相比，深度D为2mm或1mm的情况下的转矩脉动小。这样，通过使槽部40的深度D变浅，从而能够抑制6次成分的转矩脉动。
图10是表示槽面44的长度、平均转矩及转矩脉动的关系的图。在图示的例子中，示出了将槽面44的长度设定为6mm、8mm、10mm及12mm的情况下的针对平均转矩的转矩脉动。槽部40的深度为2mm，其他条件与图9同样。图10(A)示出了针对6次成分的转矩脉动的结果。图10(B)示出了针对18次成分的转矩脉动的结果。
例如图10(A)所示，在平均转矩大时(图中的A5)，与将槽面44的长度设定为6mm的情况下的转矩脉动相比，将槽面44的长度设定为8mm、10mm或12mm的情况下的6次成分的转矩脉动被抑制。另外，例如图10(B)所示，在平均转矩小时(图中的A6)，与将槽面44的长度设定为6mm的情况下的转矩脉动相比，将槽面44的长度设定为8mm、10mm或12mm的情况下的18次成分的转矩脉动被抑制。
这样，通过增长槽面44的长度，从而能够抑制转矩脉动。尤其是平均转矩小时的18次成分的转矩脉动被抑制。
图11是表示第三假想线IL3与第四假想线IL4所成的角的角度θ1、平均转矩及转矩脉动的关系的图。在图示的例子中，示出了将角度θ1设定为6度(36度)、6.4度(38.4度)及7度(42度)的情况下的相对于平均转矩的转矩脉动。需要说明的是，括弧外表示机械角，括弧内表示电角。槽部40的深度为2mm，其他条件与图9同样。图11(A)示出了针对6次成分的转矩脉动的结果。图11(B)示出了针对12次成分的转矩脉动的结果。图11(C)示出了针对18次成分的转矩脉动的结果。
例如图11(A)至(C)所示，在平均转矩小时(图中的A7至A9)，与将角度θ1设定为6度的情况下的转矩脉动相比，将角度θ1设定为6.4度或7度的情况下的转矩脉动被抑制。另外，与角度θ1被设定为6.4度的情况相比，角度θ1被设定为7度的情况优选。
例如，在搭载有电动机1的混合动力车辆中，在通过由电动机1输出的动力使混合动力车辆从停车状态起步的情况下，要求抑制基本次数的转矩脉动。在本实施方式中，如图12(A)所示，若将角度θ1设定为7度，则在平均转矩小时能够抑制作为基本次数的6次成分的转矩脉动。在该情况下，混合动力车辆成为振动性及噪音性优异的车辆。
图12是表示使宽度B与基点间长度RL之比变化的情况下的转矩脉动的相对于平均转矩的趋势的图。图示的例子是针对6次成分的转矩脉动的结果。横轴表示平均转矩，纵轴表示转矩脉动。图12(A)是表示平均转矩从0至中等程度(例如30N/m)的平均转矩低的区域的转矩脉动相对于平均转矩的变化的图。图12(B)是表示平均转矩高的区域(例如80至110N/m)的转矩脉动相对于平均转矩的变化的图。
在平均转矩低的区域，与“宽度B/基点间长度RL”为4.25的情况相比，“宽度B/基点间长度RL”为2.125或2.55的情况下的转矩脉动被抑制。而且，与“宽度B/基点间长度RL”为2.125的情况相比，“宽度B/基点间长度RL”为2.55的情况下的转矩脉动被抑制。另外，在平均转矩高的区域，与“宽度B/基点间长度RL”为3.2或4.25的情况相比，“宽度B/基点间长度RL”为2.125或2.55的情况下的转矩脉动被抑制。
这样，在平均转矩低的区域，“宽度B/基点间长度RL”为2.25的情况优选，在平均转矩高的区域，“宽度B/基点间长度RL”为2.125或2.25的情况优选。
图13是表示6次成分的室内音的图。图示的例子是对将电动机搭载于车辆且车辆从停车状态加速的情况下的声音的强度进行测定的结果。图13(A)是表示未采用本实施方式的突出部16及槽部40的电动机的室内音的图。图13(B)是表示采用了本实施方式的突出部16及槽部40的电动机1的室内音的图。纵轴表示频率，横轴表示转速。另外，声音的强度(分贝)由浓淡表示。越是浓的部分，表示声音越强，越是明亮的部分，表示声音越弱。图13(A)的区域A10表示12次成分的声音的强度，区域A11表示6次成分的声音的强度。另外，图13(B)的区域A12表示12次成分的声音的强度，区域A13表示6次成分的声音的强度。本实施方式的电动机1在车辆从停车状态加速的情况下能够抑制6次成分的声音的强度。
根据以上说明的实施方式，电动机1具备：转子，其包含永久磁铁；以及定子芯，其形成为包围转子的环状，且具有朝向转子侧突出的多个齿部，其中，在转子的外周形成有槽部，该槽部在与转子的轴向正交的截面中向转子的径向凹陷，在将电角90度作为10成的情况下，由将槽部的底点与转子的中心连结的一假想线和将最接近底点的磁极中心与转子的中心连结的另一假想线形成的角度为3成以上且4.7成以下的角度，齿部具有在前端部沿着转子的周向向两侧突出且对卷绕的线圈进行保持的定子突出部，定子突出部在转子的周向上的宽度从径向的外侧朝向径向的内侧而变窄，由此能够有效抑制噪音。
以上，使用实施方式说明了用于实施本发明的方式，但本发明丝毫没有被这样的实施方式限定，能够在不脱离本发明的主旨的范围内施加各种变形及置换。

Claims (5)

1.一种电动机，其中，
所述电动机具备：
转子，其包含永久磁铁；以及
定子芯，其形成为包围所述转子的环状，且具有朝向所述转子侧突出的多个齿部，
在所述转子的外周形成有槽部，该槽部在与所述转子的轴向正交的截面中向所述转子的径向凹陷，
在将电角90度作为10成的情况下，由将所述槽部的底点与所述转子的中心连结的一假想线和将最接近所述底点的磁极中心与所述转子的中心连结的另一假想线形成的角度为3成以上且4.7成以下的角度，
所述齿部具有在前端部沿着所述转子的周向向两侧突出且对卷绕的线圈进行保持的定子突出部，
所述定子突出部在所述转子的周向上的宽度从所述径向的外侧朝向所述径向的内侧而变窄，
所述槽部形成为V字，
包括所述齿部和所述定子突出部的周向的宽度B与所述V字的周向的宽度C之比即B/C为2.125以上且2.55以下的范围内。
2.根据权利要求1所述的电动机，其中，
在所述槽部的从底点朝向所述转子的外周的一侧的边的长度为a以上且1.2a以下的长度的情况下，从所述转子的外周表面到底点的深度为0.3a以上且0.4a以下的深度。
3.根据权利要求1或2所述的电动机，其中，
在与所述轴向正交的截面中，将所述齿部的周向的中心与所述转子的中心连结的假想线所正交的假想线和沿着所述定子突出部的侧面的线所成的外角为50度以上且小于90度。
4.根据权利要求1或2所述的电动机，其中，
包括所述齿部和所述定子突出部的周向的宽度B与所述齿部的周向的宽度A之比即B/A为1.25以上且1.35以下的范围内。
5.根据权利要求3所述的电动机，其中，
包括所述齿部和所述定子突出部的周向的宽度B与所述齿部的周向的宽度A之比即B/A为1.25以上且1.35以下的范围内。
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