CN107852045A - 旋转电动机 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提供一种旋转电动机，其可谋求齿槽转矩(cogging torque)的降低，并且可抑制驱动转矩的下降。该旋转电动机包括：定子，该定子具有定子线圈(2b)和定子铁芯；转子(3)，该转子位于定子的内周侧，相对定子而自由旋转。转子(3)包括转子芯(6)，该转子芯(6)经由铁芯支承体部而设置于转子旋转轴的外周上，转子芯(6)包括沿圆周方向而设置多组永久磁铁(8)的多个磁极。转子芯(6)包括多个转子芯分割体(6a、6a)，该多个转子芯分割体(6a、6a)相互于轴向并列而同心地设置，并且其相位以已确定的角度(θs)而错开，在各转子芯分割体(6a、6a)的外周部上设置一对槽部(10、10)，该对槽部(10、10)相对各磁极的中心(L1、L2)，于圆周方向相互隔开而设置。

Description

旋转电动机

相关申请

本申请要求申请日为2016年1月7日、申请号为JP特愿2016—001498号申请的优先权，通过参照其整体，将其作为构成本申请的一部分的内容而进行引用。

技术领域

本发明涉及比如适用于车辆驱动的旋转电动机，本发明涉及谋求齿槽转矩的降低并且抑制驱动转矩的下降的旋转电动机。

背景技术

人们提出有以齿槽转矩的降低为目的，比如产生分段扭斜的转子结构(专利文献1)，以及产生多段扭斜的转子结构(专利文献2)等。此外，人们提出用于降低铁损和转矩脉动、无负荷感应电压中的高频比例的转子结构(专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特许第4003416号公报

专利文献2：JP特开2004—248422号公报

专利文献3：JP特许第4490047号公报

发明内容

发明要解决的课题

作为使转子或定子产生扭斜的效果，列举有减少作用于转子的永久磁铁和定子之间的磁吸引力所造成的转矩的脉动(齿槽转矩)的方式。但是，具有扭斜角越大驱动转矩越低的课题。

在专利文献1中，将以磁极数和狭槽数的最小公倍数除以360°而得到的角度的1/2，即齿槽转矩的机械角周期的1/2的角度作为扭斜角。在该方式中，虽然可降低齿槽转矩，但是仍无法抑制驱动转矩的下降。

相对上述专利文献1为2段扭斜的例子的情况，专利文献2提出通过扭斜角θ＝360°/(磁极数与狭槽数的最小公倍数×n)(n为段数)，以降低多段扭斜造成的齿槽转矩。但是，在抑制驱动转矩的降低的方面，不能称之为充分。在专利文献3中，转矩脉动降低，无负荷感应电压中的高频占比降低，没有考虑抑制使转子产生扭斜的场合的驱动转矩的下降的方面。

本发明的目的在于提供一种旋转电动机，其可谋求齿槽转矩的降低，并且可抑制驱动转矩的下降。

用于解决课题的技术方案

本发明的旋转电动机包括：定子，该定子具有定子线圈和呈环状而设置的定子铁芯；转子，该转子位于该定子铁芯的内周侧，相对该定子而自由旋转，该转子包括转子芯，该转子芯经由铁芯支承体部而设置于转子旋转轴的外周上，该转子芯包括沿圆周方向设置有多组永久磁铁的多个磁极，

上述转子芯包括多个转子芯分割体，该多个转子芯分割体相互于轴向并列而同心地设置，并且其相位以已确定的角度而错开，在各转子芯分割体的外周部上设置一对槽部，该对槽部相对上述各磁极的中心于圆周方向相互隔开而设置。

上述已确定的角度为多个转子芯分割体的机械的相对角度。该机械的角度称为“机械角”。该已确定的角度根据试验和模拟中的任意一者或两者的结果而确定。

由于作用于转子的永久磁铁与定子之间的磁吸力，产生齿槽转矩。按照该方案，于轴向并列而同心地设置的多个转子芯分割体以相位相互错开的方式设置。即，使转子产生扭斜。由此，可谋求齿槽转矩的降低。即使在像这样，使转子产生扭斜的情况下，由于在各转子芯分割体中的外周部设置上述一对槽部，故可使齿槽转矩的电动角周期在表观上为不使转子产生扭斜时发生的齿槽转矩的电动角周期的一半。

由此，与使转子产生扭斜并且不在各转子芯分割体的外周部上设置槽部的场合相比较，可减小最佳的(减少齿槽转矩的效果高)扭斜角。由于扭斜角越大，驱动转矩越小，故通过像前述那样，减小最佳的扭斜角，可抑制旋转电动机的驱动转矩的下降。

上述一对槽部也可相对上述各磁极的中心而对称地设置。上述一对槽部“对称”不但指一对槽部的形状本身对称，而且具有与下述意思相同的含义，该意思指以相对这些槽部的各磁极的中心的角度相互相反的相同的大小的角度而设置。在此场合，更加可靠地获得可谋求齿槽转矩的降低并且可抑制驱动转矩的下降的效果。

上述磁极的数量与上述已确定的角度相乘而得到的扭斜角也可设定为齿槽转矩的电动角周期的1/4。在此场合，齿槽转矩最小，并且驱动转矩的下降程度最小。

上述各槽部的最深点也可设置在角度θa的范围内，该角度θa由构成上述各磁极的上述永久磁铁的圆周方向的两端与上述转子的旋转中心形成，并且关于上述各槽部的最深点与上述永久磁铁的圆周方向的两端的角度θb为，齿槽转矩为规定值以下的电动角的3°以上不足5°的范围内。上述规定值根据试验和模拟中的任意一者或两者的结果而确定。按照该方案，可通过使各槽部在上述角度范围内，可靠地使齿槽转矩为规定值以下。

权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少2个结构中的任意的组合均包含在本发明中。特别是权利要求书中的各项权利要求的2个以上的任意的组合也包含在本发明中。

附图说明

根据参照附图的下面的优选的实施形式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实施形式和附图用于单纯的图示和说明，不应用于确定本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一或相应部分。

图1为本发明的旋转电动机的剖视图；

图2为表示该旋转电动机的转子芯的分段扭斜等的图；

图3为表示该旋转电动机的转子芯、永久磁铁、槽部的位置关系的剖视图；

图4为表示该旋转电动机的齿槽转矩的波形的图；

图5为表示该旋转电动机的扭斜角与齿槽转矩的关系的图；

图6为表示该旋转电动机的槽的最深点的位置与齿槽转矩的关系的图；

图7为表示该旋转电动机的扭斜角与驱动转矩的关系的图；

图8为表示在参考建议方案例子的旋转电动机中，没有使转子芯产生分段扭斜时发生的齿槽转矩的波形的图；

图9为表示在参考建议方案例子的旋转电动机中，在转子的外周部上没有设置槽时的扭斜角与齿槽转矩的关系的图。

具体实施方式

根据图1～图7，对本发明的实施方式的旋转电动机进行描述。该旋转电动机适用于比如汽车的驱动。在按照电动机转子的旋转轴与行进方向相垂直的方式，将该电动机安装于汽车上的状态，将汽车中的靠近车宽方向的外侧的一侧称为外侧，将汽车中的靠近车宽方向的中间的一侧称为内侧。

图1为该旋转电动机的剖视图，其为后述的图2的沿I—I线的剖视图。像图1所示的那样，旋转电动机包括外壳1、定子2与转子3。该旋转电动机为所谓的径向间隙型的IPM电动机(埋入磁铁型同步电动机)，其中，在固定于外壳的内部的定子2与转子3之间设置所谓的环状间隙δ(图2)。

像图2所示的那样，比如在圆筒状的外壳1的内部设置定子2与转子3的大部分。在外壳1的轴向一端部与另一端部上设置图示之外的轴承，这些轴承同心地设置。在设置于外壳1上的上述轴承上自由旋转地支承转子3的转子旋转轴4。该转子旋转轴4的外侧端从外壳1向轴向而突出，与图示之外的减速器等连接。

像图1所示的那样，定子2包括由软磁性材料形成的定子铁芯2a与卷绕于该定子铁芯2a上的定子线圈2b。定子铁芯2a外周面的截面形状为圆形的环状，于该定子铁芯2a的内周面，沿圆周方向并列而形成向内径侧而突出的多个(在本例子中为“48”个)的齿5。定子线圈2b卷绕于各齿5上。定子线圈2b的绕组类型为比如分布绕组。定子铁芯2a的外周面嵌合固定于外壳1的内周面上。

像图2所示的那样，转子3设置于定子铁芯2a的内周侧。转子3包括转子芯6，该转子芯6以夹设上述环状间隙δ的方式设置于定子铁芯2a的内周上；铁芯支承体部7；转子旋转轴4。转子芯6以夹设铁芯支承体部7的方式设置于转子旋转轴4的外周上。通过铁芯支承体部7，转子芯6和转子旋转轴4以一体地旋转的方式连接。

像图1所示的那样，转子芯6包括沿圆周方向而设置多组永久磁铁8的多个(在本例子中，磁极数量“8”)的磁极。多组永久磁铁8内置于转子芯6的内部，于圆周方向以一定间隔而排列。该永久磁铁8采用比如钕系磁铁。在以通过与转子轴心相垂直的平面剖开的方式观看各组的永久磁铁8的场合，于圆周方向邻接的永久磁铁8、8按照截面呈V字状而面对的方式排列。由此，会产生所希望的大小的磁阻转矩。

像图2所示的那样，转子芯6包括多个(在本例子中为2个)转子芯分割体6a。这些转子芯分割体6a以按照已确定的角度θs将相位相互错开的方式于轴向并列，同心地设置。在这里，将轴向的其中一个转子芯分割体6a称为第1转子芯分割体6a，将轴向的另一个转子芯分割体6a称为第2转子芯分割体6a。上述已确定的角度θs为第1、第2转子芯分割体6a、6a的机械的相对角度。该机械的相对角度称为“机械角”。

这样的第1、第2转子芯分割体6a、6a具有相位差θs而设置的转子芯指产生2段扭斜的转子芯6。上述已确定的角度θs由试验和模拟中的任意一者或两者的结果而确定。为了以相位差θs通过图示之外的螺栓等而连接第1、第2转子芯分割体6a、6a这两者，在第1、第2转子芯分割体6a、6a上，像图1所示的那样，于圆周方向按照一定间隔而形成多个轴向的通孔9。

图3为表示该旋转电动机的转子芯6、永久磁铁8、槽部10的位置关系的于上述转子轴心方向而观看到的剖视图。图3中的实线表示第1转子芯分割体6a，该图3中的虚线表示第2转子芯分割体6a。按照第1转子芯分割体6a中的各磁极的中心L1与第2转子芯分割体6a中的各磁极的中心L2具有相位差θs的方式，第1、第2转子芯分割体6a、6a同心地连接。各磁极的中心L1、L2在以通过与转子轴心L3相垂直的平面而剖开的方式观看各组的永久磁铁8的场合，通过下述线而表示，该线将截面呈V字状的于圆周方向邻接的2个永久磁铁之间的中间点、与转子轴心即转子3的旋转中心L3连接。

在各转子芯分割体6a、6a中的外周部上，成对地设置槽部10、10，该槽部10、10相对各磁极的中心L1、L2，于圆周方向而相互隔开地设置。一对槽部10、10相对各磁极的中心L1、L2对称地设置。上述一对槽部10、10“对称”这一点不仅指相对各磁极的中心使各槽部10、10的形状本身对称，而且具有与下述意思相同的含义，该意思指相对这些槽部10、10的各磁极的中心L1、L2的角度(可表示圆周方向的相对的位置)相互相反，以相同的大小的角度而设置。

各槽部10在转子芯分割体6a的外周部，按照相对呈圆弧状的其它的部分于径向内方而呈大致V字状凹陷的方式形成。另外，各槽部10像图2所示的那样，沿轴向而延伸。由于像前述的那样，第1、第2转子芯分割体6a、6a以具有相位差θs的方式设置，故于轴向邻接的第1、第2转子芯分割体6a、6a的槽部10、10也具有相位差θs。

像图3所示的那样，各槽部10中的最深点P1(上述呈大致V字状而凹陷的最底部)于圆周方向设置于角度θa的范围内。上述角度θa也称为“极弧角”，其为构成各磁极的永久磁铁8、8中的圆周方向的外周侧的两端P2、P2，与转子3中的旋转中心L3之间的角度。各槽部10的最深点P1与永久磁铁8中的圆周方向的两端P2之间的角度θb为齿槽转矩在规定值以下的电动角，其在3°以上不足5°的范围内。另外，由于具有最深点P1相对转子芯分割体6a的外周面6aa的径向的深度h越大齿槽转矩越增加的倾向，故最好，最深点P1的径向的深度h为0.5mm以下。比如，最深点P1的径向的深度h设定在0.3～0.4mm的范围内。但是，并不限于本例子。

然而，齿槽转矩因作用于转子的永久磁铁与定子之间的磁吸力而产生，齿槽转矩的机械角周期为360°/(磁极数与狭槽数的最小公倍数)。在齿槽转矩的电动角周期的场合，为360×磁极数/磁极数与狭槽数的最小公倍数)。在本实施方式中，由于磁极数为“8”，狭槽数为“48”，故这些磁极数与狭槽数的最小公倍数为“48”。

图8为表示在参考建议方案例子的旋转电动机中，没有使转子芯产生分段扭斜时发生的齿槽转矩的波形的图。像该图8所示的那样，在没有使转子芯产生分段扭斜时发生的齿槽转矩的电动角周期为30°。在此场合，可抑制齿槽转矩的最佳的扭斜角(电动角)像图9所示的那样，为作为齿槽转矩的电动角周期的1/2的电动角的15°。

相对该情况，在本实施方式的旋转电动机中，通过在像图3所示的那样的各转子芯分割体6a的外周部设置一对槽部10、10，像图4所示的那样，可使齿槽转矩的周期为表观电动角的15°。可抑制此场合的齿槽转矩的最佳的扭斜角像图5所示的那样，可为作为齿槽转矩的电动角周期的1/4的电动角的7.5°。

在本实施方式的旋转电动机中，可使能抑制齿槽转矩的最佳的扭斜角小于参考建议方案例。像图7所示的那样，由于扭斜角越大，驱动转矩越小，故通过像前述那样减小扭斜角，可抑制使转子芯产生分段扭斜而造成的驱动转矩的降低。

像图3和图6所示的那样，各槽部10的最深点P1在极弧角θa的范围内，关于各槽部10的最深点P1，永久磁铁8的圆周方向的两端P2的角度θb为，齿槽转矩在规定值以下的电动角的3°以上不足5°的范围内，则可可靠地使齿槽转矩为规定值以下。由于一对槽部10、10相对上述各磁极的中心L1、L2而对称地设置，故可更加可靠地获得可谋求齿槽转矩的降低，并且可抑制驱动转矩的下降的效果。

对其它的实施方式进行说明。在上述实施方式中，通过2段扭斜的转子进行了说明，但是也可为多段扭斜。但是，由于抑制2段扭斜最大程度地抑制驱动转矩的降低的效果大，故该方式是优选的。定子线圈的绕组类型还可为集中绕组。也可将截面呈V字状，面对而邻接的上述2个永久磁铁以外的部分设置于转子芯上。

以上，在参照附图的同时，根据实施方式对用于实施本发明的优选的形式进行了说明，但是，本次公开的实施方式在全部的方面是列举性的，没有限定性。本发明的范围不非依据上面的描述，而通过权利要求书而给出。如果是本领域的技术人员，在阅读本说明书后，会在显然的范围内容易想到各种变更和修正方式。于是，这样的变更和修正方式应被解释为属于根据权利要求书确定的本发明的范围内。

标号的说明：

标号2表示定子；

标号2a表示定子铁芯；

标号2b表示定子线圈；

标号3表示转子；

标号4表示转子旋转轴；

标号6表示转子芯；

标号6a表示第1、第2转子芯分割体；

标号7表示铁芯支承体部；

标号8表示永久磁铁；

标号10表示槽部；

符号P1表示最深点。

Claims (4)

1.一种旋转电动机，其特征在于，该旋转电动机包括：定子，该定子具有定子线圈和呈环状而设置的定子铁芯；转子，该转子位于该定子铁芯的内周侧，相对该定子而自由旋转，该转子包括转子芯，该转子芯经由铁芯支承体部而设置于转子于旋转轴的外周上，该转子芯包括沿圆周方向设置有多组永久磁铁的多个磁极，

上述转子芯包括多个转子芯分割体，该多个转子芯分割体相互于轴向并列而同心地设置，并且其相位以已确定的角度而错开，在各转子芯分割体的外周部上设置一对槽部，该对槽部相对上述各磁极的中心于圆周方向相互隔开而设置。

2.根据权利要求1所述的旋转电动机，其特征在于，上述一对槽部相对上述各磁极的中心而对称地设置。

3.根据权利要求1或2所述的旋转电动机，其特征在于，上述磁极的数量与上述已确定的角度相乘而得到的扭斜角设定为齿槽转矩的电动角周期的1/4。

4.根据权利要求1～3中的任何一项所述的旋转电动机，其特征在于，上述各槽部的最深点设置在角度θa的范围内，该角度θa由构成上述各磁极的上述永久磁铁的圆周方向的两端与上述转子的旋转中心形成，并且上述各槽部的最深点与上述永久磁铁的圆周方向的两端之间的角度θb为，齿槽转矩为规定值以下的电动角的3°以上不足5°的范围内。