CN107852051B - 电动机 - Google Patents
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Abstract
一种电动机,包括定子和转子,该定子具有绕组。转子受到旋转磁场而旋转,该旋转磁场是通过对绕组供给驱动电流而产生的。绕组包括第一绕组和第二绕组,第一绕组和第二绕组利用驱动电流在同一定时励磁。第一绕组和第二绕组串联连接。转子包括第一磁极部和第二磁极部。第二磁极部在第一磁极部与第一绕组相对的转子的旋转位置上与第二绕组相对。第二磁极部赋予定子的磁力比第一磁极部弱。
Description
技术领域
本发明涉及电动机。
背景技术
以往,无刷电动机等永久磁石电动机例如专利文献1所示,具备在定子芯上卷绕绕组而成的定子、和将与该定子相对的永久磁石作为磁极的转子,转子受到旋转磁场而旋转,该旋转磁场是通过对定子的绕组供给驱动电流而产生的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2014-135852号公报
发明内容
发明要解决的问题
在如上述的永久磁石电动机中,转子越是高速旋转驱动,由于转子的永久磁石的交链磁通增加而在定子的绕组中产生的感应电压变得越大,该感应电压使电动机输出降低,成为电动机的高速旋转化的妨碍。因此,将转子的永久磁石的尺寸减小等来将转子磁极的磁力减小,由此能抑制转子高速旋转时的所述感应电压,但是,要是那样的话,得到的转矩也减少,因此在这方面还有改善的余地。
本发明的目的在于提供能抑制转矩的降低并且能实现高速旋转化的电动机。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的,本发明的一方式的电动机包括定子和转子,该定子具有绕组。所述转子受到旋转磁场而旋转,该旋转磁场是通过对所述绕组供给驱动电流而产生的。所述绕组包括第一绕组和第二绕组,该第一绕组和第二绕组利用所述驱动电流而在同一定时励磁。所述第一绕组和第二绕组串联连接。所述转子包括第一磁极部和第二磁极部。该第二磁极部在所述第一磁极部与所述第一绕组相对的转子的旋转位置与所述第二绕组相对。所述第二磁极部赋予所述定子的磁力比所述第一磁极部弱。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的电动机的俯视图。
图2是表示图1的绕组的接线方式的电路图。
图3(a)是表示在图1的电动机的转子旋转时U相绕组产生的感应电压的变化的曲线图,图3(b)是表示现有构成中在转子旋转时U相绕组产生的感应电压的变化的曲线图。
图4是第一实施方式的其它例的转子的俯视图。
图5是第一实施方式的其它例的转子的俯视图。
图6是第一实施方式的其它例的转子的俯视图。
图7是表示第一实施方式的其它例中的绕组的接线方式的电路图。
图8是第一实施方式的其它例的电动机的俯视图。
图9是其它例的转子的俯视图。
图10是本发明的第二实施方式的电动机的俯视图。
图11是图10的转子的立体图。
图12是图10中的4-4线剖视图。
图13(a)是表示在图10的电动机中的转子旋转时U相绕组产生的感应电压的变化的曲线图,图13(b)是表示现有构成中在转子旋转时U相绕组产生的感应电压的变化的曲线图。
图14是第二实施方式的其它例的转子的立体图。
图15是图14的其它例的转子的分解立体图。
图16是第二实施方式的其它例的转子的分解立体图。
图17是其它例的转子的俯视图。
图18是第二实施方式的其它例的转子的分解立体图。
图19是表示第二实施方式的其它例中的绕组的接线方式的电路图。
图20是第二实施方式的其它例的电动机的俯视图。
图21(a)是本发明的第三实施方式的电动机的俯视图,图21(b)是同方式的转子的俯视图。
图22是第三实施方式的其它例的转子的俯视图。
图23是第三实施方式的其它例的转子的俯视图。
图24是第三实施方式的其它例的转子的俯视图。
图25是第三实施方式的其它例的转子的俯视图。
图26是第三实施方式的其它例的转子的俯视图。
图27是表示第三实施方式的其它例中的绕组的接线方式的电路图。
图28是第三实施方式的其它例的转子的俯视图。
图29是第三实施方式的其它例的转子的俯视图。
图30是第三实施方式的其它例的转子的俯视图。
图31是第三实施方式的其它例的转子的俯视图。
图32是第三实施方式的其它例的转子的俯视图。
图33是第三实施方式的其它例的转子的俯视图。
图34是第三实施方式的其它例的电动机的俯视图。
图35是第三实施方式的其它例的转子的俯视图。
图36是第三实施方式的其它例的转子的俯视图。
图37是第三实施方式的其它例的转子的俯视图。
图38(a)是实施方式的电动机的俯视图,图38(b)是转子的俯视图。
图39(a)、图39(b)是用于说明第四实施方式的电动机中的弱励磁控制时的磁力作用的说明图。
图40是第四实施方式的其它例的转子的俯视图。
图41是第四实施方式的其它例的转子的俯视图。
图42是第四实施方式的其它例的转子的俯视图。
图43是第四实施方式的其它例的转子的俯视图。
图44是第四实施方式的其它例的转子的俯视图。
图45是第四实施方式的其它例的转子的俯视图。
图46是第四实施方式的其它例的转子的俯视图。
图47是第四实施方式的其它例的转子的俯视图。
具体实施方式
以下对电动机的第一实施方式进行说明。
如图1所示,本实施方式的电动机10构成为无刷电动机,并构成为在圆环状的定子11的内侧配置有转子21。
[定子的构成]
定子11具备定子芯12和卷绕在该定子芯12上的绕组13。定子芯12用磁性金属形成为大致圆环状,在其周向上以等角度间隔具有分别向径向内侧延伸的12个齿12a。
具备与齿12a相同数量的12个绕组13,各个绕组13分别以集中缠绕的方式沿同一方向卷绕于各齿12a上。即,绕组13沿周向以等间隔(30°间隔)设置有12个。该绕组13根据被供给的3相的驱动电流(U相、V相、W相)分类为3相,在图1中按逆时针方向依次设为U1、V1、W1、U2、V2、W2、U3、V3、W3、U4、V4、W4。
当按各相观看时,U相绕组U1~U4沿周向以等间隔(90°间隔)配置。同样,V相绕组V1~V4沿周向以等间隔(90°间隔)配置。另外,同样,W相绕组W1~W4沿周向以等间隔(90°间隔)配置。
另外,如图2所示,绕组13按每个相串联连接。即,U相绕组U1~U4、V相绕组V1~V4、以及W相绕组W1~W4分别构成串联电路。此外,在本实施方式中,U相绕组U1~U4的串联电路、V相绕组V1~V4的串联电路、以及W相绕组W1~W4的串联电路为星形连接。
[转子的构成]
如图1所示,收纳于定子11(齿12a)的径向内侧的空间中的转子21具备转子芯22和固装于转子芯22的外周面的八个永久磁石23。此外,永久磁石23例如是各向异性的烧结磁石,由例如钕磁石、钐钴(SmCo)磁石、SmFeN类磁石、铁氧体磁石、铝镍钴合金磁石等构成。
转子芯22用磁性金属形成为大致圆筒状,在中心部固定有旋转轴24。在转子芯22的外周面上形成有一对第一固装面22a及一对第二磁石固装面22b,各一对第一及第二磁石固装面22a、22b从旋转轴24的轴线L方向观看形成以该轴线L为中心的圆弧状。第一磁石固装面22a及第二磁石固装面22b在周向上交替地形成,它们的周向宽度(以轴线L为中心的开角度)形成为全部相等(即以90°)。另外,一对第一磁石固装面22a的外径相互相同,一对第二磁石固装面22b的外径也相互相同。并且,第二磁石固装面22b的外径形成得比第一磁石固装面22a的外径小。
在一个磁石固装面22a、22b上分别固装有两个永久磁石23,总共八个永久磁石23设置于转子芯22的外周面。各永久磁石23是相同材质、相同形状,各永久磁石23的外周面从旋转轴24的轴线L方向观看形成以该轴线L为中心的圆弧状。另外,各永久磁石23的以轴线L为中心的开角度(周向宽度)形成为45°。并且,各永久磁石23以磁取向朝向径向的方式形成,显现于外周侧的磁极以在周向上交替地成为不同极的方式配设。这些各永久磁石23构成转子21的磁极。即,转子21构成为N极和S极沿周向以等间隔(45°间隔)交替地设定的8极转子。
在转子21中,分别由外周侧为N极的永久磁石23构成的四个N极部25a、25b沿周向以等间隔(90°间隔)设置。并且,N极部25a、25b分为两个第一N极部25a和两个第二N极部25b,第一N极部25a由设置于各第一磁石固装面22a上的N极的永久磁石23(图1中为永久磁石N1)构成,第二N极部25b由设置于各第二磁石固装面22b上且位于比永久磁石N1靠径向内侧的N极的永久磁石23(图1中为永久磁石N2)。
第二N极部25b的外周面(永久磁石N2的外周面)位于比第一N极部25a的外周面(永久磁石N1的外周面)靠径向内侧。另外,一对第一N极部25a彼此在周向上设置于180°相对位置,同样,一对第二N极部25b彼此也在周向上设置于180°相对位置。即,这些第一N极部25a和第二N极部25b的周向的中心位置等角度间隔(90°间隔)地交替设置。
上述的转子21的N极的构成对于S极也同样。即,由外周侧为S极的永久磁石23构成的四个S极部26a、26b沿周向以等间隔(90°间隔)构成。并且,S极部26a、26b分为两个第一S极部26a和两个第二S极部26b,第一S极部26a由设置于各第一磁石固装面22a上的S极的永久磁石23(图1中为永久磁石S1)构成,第二S极部26b由设置于各第二磁石固装面22b且位于比永久磁石S1靠径向内侧的S极的永久磁石23(图1中为永久磁石S2)构成。
第二S极部26b的外周面(永久磁石S2的外周面)位于比第一S极部26a的外周面(永久磁石S1的外周面)靠径向内侧。另外,一对第一S极部26a彼此在周向上设置于180°相对位置,一对第二S极部26b彼此也同样在周向上设置于180°相对位置。即,这些第一S极部26a和第二S极部26b的周向的中心位置等角度间隔(90°间隔)地交替设置。
转子21包括作为第一磁极部的第一N极部25a及第一S极部26a、和作为第二磁极部的第二N极部25b及第二S极部26b。
接着,对本实施方式的作用进行说明。
当分别具有120°的相位差的3相的驱动电流(交流)从未图示的驱动电路向U相绕组U1~U4、V相绕组V1~V4及W相绕组W1~W4分别供给时,各绕组U1~W4按每个相在同一定时励磁,从而在定子11中产生旋转磁场,转子21基于该旋转磁场进行旋转。此时,通过3相的驱动电流的供给而在定子11中形成的磁极按各相的每个绕组U1~W4成为同极。
在此,转子21的极对数(即N极部25a、25b和S极部26a、26b各自的个数)由与各相的绕组U1~W4的个数相同的数量(在本实施方式中为“4”)构成。由此,在转子21旋转时,例如在N极部25a、25b中的一个与U相绕组U1在径向上相对时,其它的N极部25a、25b会与U相绕组U2~U4分别在径向上相对(参照图1)。
此时,第二N极部25b的外周面(与定子11相对的相对面)因为位于比第一N极部25a的外周面靠径向内侧,所以与定子11之间的径向的气隙在第二N极部25b比在第一N极部25a变宽。由此,转子21的N极部25a、25b赋予定子11(例如U相绕组U1~U4)的磁力在第二N极部25b比在第一N极部25a减弱。该情况在转子21的S极部26a、26b中也同样。
由此,例如在图1所示的、转子21的N极部25a、25b与U相绕组U1~U4分别相对的旋转位置上,将与第二N极部25b相对的U相绕组U2、U4交链的交链磁通与将与第一N极部25a相对的U相绕组U、U3交链的交链磁通相比减少。因此,在与第二N极部25b相对的U相绕组U2、U4中产生的感应电压比在与第一N极部25a相对的U相绕组U、U3中产生的感应电压减小。
在此,图3(a)表示本实施方式中的转子旋转时的U相绕组U1~U4中产生的感应电压在规定的旋转范围(90°)的变化,图3(b)表示现有构成中的转子旋转时的U相绕组U1~U4中产生的感应电压在规定的旋转范围(90°)的变化。现有构成是转子的各磁极同样的构成,即是将转子芯22形成为圆筒形状并使永久磁石N2、S2的径向位置与永久磁石N1、S1相同的构成。
在现有构成中,转子的各磁极同样,因此U相绕组U1~U4各自中的交链磁通的变化也同样。因此,如图3(b)所示,在转子21旋转时,在U相绕组U1~U4中产生相互相等的感应电压vx。并且,在U相绕组U1~U4串联的情况下,将各U相绕组U1~U4中产生的感应电压vx合成的合成感应电压vu’成为各U相绕组U1~U4的感应电压vx之和(即感应电压vx的4倍)。
另一方面,如图3(a)所示,在本实施方式中,第二N极部25b及第二S极部26b分别构成为与第一N极部25a及第一S极部26a相比朝向定子11(U相绕组U1~U4)的磁力弱。由此,相对于与第一N极部25a及第一S极部26a相对的U相绕组U1~U4(例如U相绕组U、U3)中产生的感应电压vx,与第二N极部25b及第二S极部26b相对的U相绕组U1~U4(例如U相绕组U2、U4)中产生的感应电压vy减小。因此,将各U相绕组U1~U4的感应电压合成的合成感应电压vu(vu=vx×2+vy×2)会减少与第二N极部25b及第二S极部26b相对的一对U相绕组中的感应电压vy的减少量,与图3(b)所示的现有构成中的合成感应电压vu’比较减小。此外,在此以U相绕组U1~U4的合成感应电压vu为例进行说明,但是在V相绕组V1~V4及W相绕组W1~W4中也同样,产生第二N极部25b及第二S极部26b的合成感应电压的减少。
接着,记载本实施方式的特征上的优点。
(1)定子11的绕组13由与被供给的3相的驱动电流相应的各四个U相绕组U1~U4、V相绕组V1~V4及W相绕组W1~W4构成,各相的四个绕组分别串联连接。即,定子11的绕组13在各相中具备串联连接的至少两个绕组(第一绕组及第二绕组)。
另外,转子21的N极具备:第一N极部25a,其具有永久磁石N1;以及第二N极部25b,其在该第一N极部25a与U、V、W相中的任一相的第一绕组(例如U相绕组U、U3)相对的转子21的旋转位置上与同相的第二绕组(例如U相绕组U2、U4)相对。该第二N极部25b构成为赋予定子11的磁力比第一N极部25a减弱。另外,在转子21的S极中也同样具备:第一S极部26a,其具有永久磁石S1;以及第二S极部26b,在该第一S极部26a与U、V、W相中的任一相的第一绕组(例如U相绕组U、U3)相对的转子21的旋转位置上与同相的第二绕组(例如U相绕组U2、U4)相对。该第二S极部26b构成为赋予定子11的磁力比第一S极部26a减弱。
这样,在本实施方式中构成为:不是将转子21中的与同相的绕组13相对的全部N极部(或者S极部)的磁力(赋予定子11的磁力)减弱,而是将其中的一部分磁极部(第二N极部25b、第二S极部26b)的磁力减弱。由此,能尽量抑制转矩的降低,并且能将由于转子21的磁极而在同相的绕组13中产生的合成感应电压(例如U相的合成感应电压vu)抑制得小,其结果是,能实现电动机10的高速旋转化。
此外,如本实施方式那样,在绕组13按各相分别串联的绕组方式中,在每个相的各绕组中分别产生的感应电压之和成为合成感应电压,所以有该合成感应电压增大的倾向。因此,在绕组13按各相分别串联的构成中,通过如上述那样将第二N极部25b及第二S极部26b的磁力减弱,从而能更显著地得到由该磁力减弱的第二N极部25b及第二S极部26b实现的合成感应电压的抑制效果,更适合于实现电动机10的高速旋转化。
(2)U相绕组U1~U4、V相绕组V1~V4、以及W相绕组W1~W4分别由2n个(n是2以上的整数,在本实施方式中为n=2)构成,转子21的第一及第二N极部25a、25b(第一及第二S极部26a、26b)各自的个数由n个(即两个)构成。即,根据该构成,各相的绕组的个数(U相绕组U1~U4、V相绕组V1~V4及W相绕组W1~W4各自的个数)由4以上的偶数构成,转子21的第一及第二N极部25a、25b(第一及第二S极部26a、26b)由相互相同的数量(各相的绕组的个数的半数)构成。
因此,能将转子21的第一及第二N极部25a、25b(第一及第二S极部26a、26b)沿周向以等间隔交替设置。由此,磁力及质量不同的第一及第二N极部25a、25b(第一及第二S极部26a、26b)在周向上平衡良好地配置,能将转子21形成为在磁性上、以及在机械上平衡优良的构成。
(3)第一及第二N极部25a、25b(第一及第二S极部26a、26b)构成为分别具有永久磁石N1、N2(永久磁石S1、S2),且构成为第二N极部25b(第二S极部26b)的外周面位于比第一N极部25a(第二S极部26b)的外周面靠径向内侧。根据该构成,能将永久磁石N1、N2(永久磁石S1、S2)设为相同的磁石(相同材质、相同形状的磁石),并且能将从转子21赋予定子11的磁力在第二N极部25b(第二S极部26b)比在第一N极部25a(第一S极部26a)减弱,在部件管理的方面变得有利。
此外,上述实施方式也可以变更为如下。
·在上述实施方式中没有特别提及,但是也可以在转子21高速旋转时进行弱励磁控制。在上述实施方式中,在转子21上设置有第二N极部25b(第二S极部26b),由此能将供给到绕组13的弱励磁电流抑制得小。并且,由于能减小弱励磁电流,从而在弱励磁控制时永久磁石N1、N2、S1、S2不易退磁,而且能抑制绕组13的铜损。另外,换言之,能以等同的弱励磁电流量减少的交链磁通量增加,因此能更有效地得到基于弱励磁控制的高速旋转化。
·在上述实施方式中,通过将永久磁石N1、N2(永久磁石S1、S2)设为相同的磁石,将永久磁石N2(永久磁石S2)配置于比永久磁石N1(永久磁石S1)靠径向内侧,从而能使第二N极部25b(第二S极部26b)赋予定子11的磁力比第一N极部25a(第一S极部26a)减弱。但是,用于使赋予定子11的磁力在第二N极部25b(第二S极部26b)比在第一N极部25a(第一S极部26a)减弱的构成并不限定于上述实施方式。
例如,如图4所示,也可以将第二N极部25b及第二S极部26b的各永久磁石N2、S2的开角度θ2(以旋转轴24的轴线L为中心的开角度)分别设定为比第一N极部25a及第一S极部26a的各永久磁石N1、S1的开角度θ1狭窄。根据这样的构成,通过永久磁石N2、S2的简单的形状变更,就能使从转子21赋予定子11的磁力在第二N极部25b(第二S极部26b)比在第一N极部25a(第一S极部26a)减弱,其结果是,能将绕组13中产生的感应电压抑制得小。另外,能形成为转子芯22的外周面在轴向上观察为圆形的简化的构成(即,不存在由于在转子芯22的外周面设置第一及第二磁石固装面22a、22b而导致的台阶的构成)。
另外,例如图5所示,通过使永久磁石N2(永久磁石S2)的径向厚度T2比永久磁石N1(永久磁石S1)的径向厚度T1薄,从而也可以使从转子21赋予定子11的磁力在第二N极部25b(第二S极部26b)比在第一N极部25a(第一S极部26a)减弱。根据这样的构成,也能通过永久磁石N1、N2的简单的形状变更,将从转子21赋予定子11的磁力在第二N极部25b(第二S极部26b)比在第一N极部25a(第一S极部26a)减弱,其结果是,能将绕组13中产生的感应电压抑制得小。
此外,在图4及图5所示的例子中,通过永久磁石N1、N2的形状变更,将从转子21赋予定子11的磁力在第二N极部25b(第二S极部26b)比在第一N极部25a(第一S极部26a)减弱,但是不限于此。例如,通过将永久磁石N2(永久磁石S2)的剩余磁通密度设定得比永久磁石N1(永久磁石S1)的剩余磁通密度小,从而能将从转子21赋予定子11的磁力在第二N极部25b(第二S极部26b)比在第一N极部25a(第一S极部26a)减弱。根据该构成,能使转子芯22的外周面在轴向上观察为圆形,而且能将各永久磁石N1、N2,S1、S2的形状设为全部相同。
·在上述实施方式中,转子21中的第一N极部25a彼此及第二N极部25b彼此在周向上设置于180°相对位置,在S极中也同样,第一S极部26a彼此及第二S极部26b彼此在周向上设置于180°相对位置。即,第一N极部25a和第二N极部25b在周向上交替地配置,第一S极部26a和第二S极部26b也在周向上交替地配置,但是并不特别限定于此。
例如,如图6所示,也可以在第一N极部25a的180°相对位置设置第二N极部25b,在第一S极部26a的180°相对位置设置第二S极部26b。在图6的例子中,在转子芯22的外周的单侧一半形成有第一磁石固装面22a,在另一半形成有第二磁石固装面22b。并且,在转子芯22的外周的单侧一半(第一磁石固装面22a)交替地设置有第一N极部25a和第一S极部26a,在另一半(第二磁石固装面22b)交替地设置有第二N极部25b和第二S极部26b。根据这样的构成,也能将绕组13中产生的感应电压抑制得小,能实现电动机10的高速旋转化。
·在上述实施方式中,在转子21的例如N极中,由相同数量(是各相的绕组13的个数的半数,两个)构成第一N极部25a和第二N极部25b,但是不必是相同数量。例如,也可以将第一N极部25a构成为三个(或者一个),将第二N极部25b构成为一个(或者三个)。另外,在转子的S极(第一及第二S极部26a、26b)中也可以进行同样的变更。
·在上述实施方式中,在转子21的N极及S极中分别具备磁力弱的第二N极部25b及第二S极部26b,但是并不特别限定于此。即,也可以仅在转子21的一方的极设置磁力弱的磁极部(第二N极部25b或者第二S极部26b),将另一方的极构成为全部相同的磁极部(第一N极部25a或者第一S极部26a)。
·在上述实施方式中,各相的绕组、即U相绕组U1~U4、V相绕组V1~V4、以及W相绕组W1~W4分别串联连接,但是并不特别限定于此,绕组方式也可以适当变更。
例如,在图7所示的例子中,在U相中,绕组U1、U2串联连接,另外,绕组U3、U4串联连接,那些绕组U1、U2的串联对和绕组U3、U4的串联对并联连接。在V相中也同样,绕组V1、V2串联连接,另外,绕组V3、V4串联连接,那些绕组V1、V2的串联对和绕组V3、V4的串联对并联连接。另外,在W相中也同样,绕组W1、W2串联连接,另外,绕组W3、W4串联连接,那些绕组W1、W2的串联对和绕组W3、W4的串联对并联连接。
在上述实施方式的转子21的构成(参照图1)中适用图7的绕组方式的情况下,在例如U相中绕组U1及绕组U3产生相互等同的大小的感应电压(所述感应电压vx),另外,绕组U2及绕组U4产生相互等同的大小的感应电压(所述感应电压vy)。因此,由绕组U1、U2的串联对产生的合成感应电压和由绕组U3、U4的串联对产生的合成感应电压会大致等同(vx+vy)。由此,通过设置磁力比第一N极部25a(第一S极部26a)弱的第二N极部25b(第二S极部26b)而引起的感应电压的减少在绕组U1、U2的串联对及绕组U3、U4的串联对双方中始终产生。并且,因为绕组U1、U2的串联对和绕组U3、U4的串联对并联,所以U相绕组整体中的合成感应电压vu会与绕组U1、U2的串联对的合成感应电压(及绕组U3、U4的串联对的合成感应电压)大致等同(vx+vy),能有效地抑制该合成感应电压vu。
在此,在图7所示的例子中,考虑到将绕组U2和绕组U3替换的情况,即,将感应电压的大小等同的绕组U、U3串联并且将感应电压的大小等同的绕组U2、U4串联的情况。在该情况下,通过设置磁力比第一N极部25a(第一S极部26a)弱的第二N极部25b(第二S极部26b)而引起的感应电压的减少仅在绕组U2、U4的串联对和绕组U、U3的串联对中的任一方产生,感应电压在另一方不减少。并且,因为绕组U1、U3的串联对和绕组U2、U4的串联对并联,所以在有效地抑制U相绕组整体中的合成感应电压的方面变得不利。此外,在将各U相绕组U1~U4并联的情况下也同样,在有效地抑制U相绕组整体中的合成感应电压的方面变得不利。
如上,在各相中将绕组串联的情况下,在转子21的规定的旋转位置上将与第一N极部25a(或者第一S极部26a)和第二N极部25b(或者第二S极部26b)分别相对的绕组(例如U相绕组U1和U相绕组U2)彼此串联连接。由此,能将同相的绕组中产生的弱感应电压和强感应电压累加作为合成感应电压,能有效地抑制各相中的合成感应电压。
此外,在图7的例子中,在U相中,将绕组U1、U2设为串联对,并且将绕组U3、U4设为串联对,但是即使将绕组U1、U4及绕组U2、U3分别设为串联对也能得到同样的效果。另外,在V相及W相中也能进行同样的变更。
另外,在图7的例子中,在U相中,绕组U1、U2的串联对和绕组U3、U4的串联对并联连接,但是并不特别限定于此,也可以将绕组U1、U2的串联对和绕组U3、U4的串联对分离,并在该分离的串联对各自上设置一对逆变器以供给U相的驱动电流。根据该构成也能得到同样的效果。另外,在V相及W相中也能进行同样的变更。
另外,在上述实施方式(参照图2)及图7所示的例子中,将绕组的接线方式设为星形连接,但是不限于此,也可以设为例如三角形连接。
·在上述实施方式中,将转子21设为8极,将定子11的绕组13的个数设为12个(即,设为8极12齿槽的电动机构成),但是转子21的极数和绕组13的个数也能根据构成适当变更。例如,也可以以转子21的极数和绕组13的个数的关系成为2n:3n(其中,n是2以上的整数)的方式适当变更转子21的极数和绕组13的个数。
此外,在设为6极9齿槽、10极15齿槽等的构成的情况(转子21的极数和绕组13的个数的最大公约数n是奇数的情况)下,转子21的极对数成为奇数,即各N极、S极的个数成为奇数。因此,不能使第一N极部25a(第一S极部26a)的个数和第二N极部25b(第二S极部26b)的个数为相同数量,成为在磁性上不平衡的构成。在该方面,如上述实施方式,在转子21的极数和绕组13的个数的最大公约数n是偶数的构成中,能使第一N极部25a(第一S极部26a)的个数和第二N极部25b(第二S极部26b)的个数为相同数量,能设为在磁性上平衡良好的构成。
另外,转子21的极数和绕组13的个数的关系不必为2n:3n(其中,n是2以上的整数),例如也可以由10极12齿槽、14极12齿槽等构成。
图8中示出由10极12齿槽构成的电动机30的一例。此外,在图8的例子中,对与上述实施方式相同的构成标注相同附图标记,其详细的说明省略,对不同的部分详细说明。
在图8所示的电动机30中,定子11的12个绕组13根据被供给的3相的驱动电流(U相、V相、W相)而分类,在图8中按逆时针方向依次为U1、杠U2、杠V1、V2、W1、杠W2、杠U1、U2、V1、杠V2、杠W1、W2。此外,相对于以正向缠绕构成的U相绕组U1、U2、V相绕组V1、V2、W相绕组W1、W2,U相绕组杠U1、杠U2、V相绕组杠V1、杠V2、W相绕组杠W1、杠W2以反向缠绕构成。另外,U相绕组U1、杠U1相互设置于180°相对位置,同样,U相绕组U2、杠U2相互设置于180°相对位置。这在其它相(V相及W相)中也同样。
U相绕组U1、U2,杠U1、杠U2构成为串联连接,同样,V相绕组V1、V2、杠V1、杠V2构成为串联连接,W相绕组W1、W2、杠W1、杠W2构成为串联连接。并且,对U相绕组U1、U2、杠U1、杠U2供给U相的驱动电流。由此,相对于正向缠绕的U相绕组U1、U2,反向缠绕的U相绕组杠U1、杠U2始终以反极性(反相位)励磁,但是励磁定时相同。这在其它相(V相及W相)中也同样。
电动机30的转子21是N极和S极在周向等间隔(36°间隔)地交替设定的10极转子,构成为与上述的图5所示的转子21同样的类型。即,转子21具备由永久磁石N1构成的第一N极部25a、由永久磁石N2构成的第二N极部25b、由永久磁石S1构成的第一S极部26a、以及由永久磁石S2构成的第二S极部26b,永久磁石N2、S2构成为比永久磁石N1、S1在径向上薄。
另外,第一N极部25a及第一S极部26a(永久磁石N1、S1)在转子21的半周(图8中右侧半周)上交替设置,第二N极部25b及第二S极部26b(永久磁石N2、S2)在转子21的剩余半周(图8中左侧半周)上交替设置。另外,构成为:第二S极部26b在周向上位于第一N极部25a的相反侧(180°相对位置),第二N极部25b在周向上位于第一S极部26a的相反侧(180°相对位置)。
此外,在图8的10极转子的例子中,第一N极部25a由两个构成,第一S极部26a由三个构成,第二N极部25b由三个构成,第二S极部26b由两个构成,但是不限于此,也可以为,第一N极部25a由三个构成,第一S极部26a由两个构成,第二N极部25b由两个构成,第二S极部26b由三个构成。另外,在图8所示的例子中,设为与图5的例子同样的类型的转子21,但是也可以设为与上述实施方式、上述的图4所示的转子21同样的类型。
在上述构成中,在转子21旋转时,例如在第一S极部26a与U相绕组U1在径向上相对时,在其周向相反侧,第二N极部25b与U相绕组杠U1在径向上相对(参照图8)。在此,构成第二N极部25b的永久磁石N2的径向厚度比构成第一S极部26a的永久磁石S1的径向厚度薄,所以赋予定子11的磁力在第二N极部25b比在第一S极部26a减弱。
这样,在与相互以反相位(同一定时)励磁的绕组13(例如U相绕组U1、杠U1)分别相对的不同极的磁极部(例如第一S极部26a和第二N极部25b)中,以相互的磁力不同的方式(即,以相对于一方而言另一方的磁力减弱的方式)构成。由此,能尽量抑制转矩的降低,并且能将由于转子21的磁极而在反相位的绕组13中产生的合成感应电压(例如U相绕组U1、杠U1的合成感应电压)抑制得小,其结果是,能实现电动机30的高速旋转化。
此外,在图8所示的转子21的例子中,将第一N极部25a及第一S极部26a设置于转子21的半周,将第二N极部25b及第二S极部26b设置于转子21的另半周。但是,转子21的各磁极部的配置并不特别限定于此,只要是第二S极部26b在周向上位于第一N极部25a的相反侧,第二N极部25b在周向上位于第一S极部26a的相反侧的构成,则转子21的各磁极部的配置能适当变更。
另外,在定子11中,各U相绕组U1、U2、杠U1、杠U2不必全部串联连接,也可以设为将绕组U1、杠U1的对、绕组U2、杠U2的对分别形成为别的串联对的构成。另外,在V相及W相中也能同样地变更。
另外,图8中示出由10极12齿槽构成的例子,但是也能适用于14极12齿槽的构成。另外,也能适用于将10极12齿槽(或者14极12齿槽)的转子极数及齿槽数分别设为等倍的构成。
此外,图9中示出20极24齿槽的构成中的转子21的一例。在图9的例子中,第一N极部25a及第一S极部26a在周向上交替配置的强磁极组Ma、和第二N极部25b及第二S极部26b在周向上交替配置的弱磁极组Mb在转子21的周向上分别以每90°的占有角度交替地配置。这样,通过将强磁极组Ma和弱磁极组Mb在周向上平衡良好地配置,从而能将转子21设为在磁性上、以及在机械上平衡良好的构成。
·在上述实施方式中,转子21的例如N极仅由第一N极部25a和第二N极部25b构成,但是除此之外,例如也可以具备赋予定子11的磁力比第二N极部25b弱的第三N极部。
·在上述实施方式中,将永久磁石23设为烧结磁石,但是除此之外,例如也可以设为粘结磁石。
·在上述实施方式中,将本发明具体化为在定子11的内周侧配置转子21的内转子型的电动机10,但是并不特别限定于此,也可以具体化为在定子的外周侧配置转子的外转子型的电动机。
·在上述实施方式中,将本发明具体化为定子11和转子21在径向上相对的径向间隙型的电动机10,但是并不特别限定于此,也可以适用于定子和转子在轴向上相对的轴向间隙型的电动机。
·上述的实施方式及各变形例也可以适当组合。
以下,对电动机的第二实施方式进行说明。
如图10所示,本实施方式的电动机110构成为无刷电动机,并构成为在圆环状的定子11的内侧配置有转子121。定子11的构成与第一实施方式的定子11同样,因此省略详细的说明。定子11的绕组13也与第一实施方式的绕组13同样地构成,具有图2所示的构成。
[转子的构成]
如图10、图11以及图12所示,转子121具有旋转轴122、相互形成相同形状的一对转子芯123n、123s、以及在轴向上配置于该一对转子芯123n、123s之间的永久磁石124。此外,转子芯123n、123s均由磁性金属构成。另外,在以下说明中,将与在轴向上被磁化的永久磁石124的N极侧端面抵接的转子芯设为N极侧转子芯123n,将与永久磁石124的S极侧端面抵接的转子芯设为S极侧转子芯123s。
N极侧转子芯123n具有圆板状的芯基体125n,在其芯基体125n的中心部插通固定有旋转轴122。在芯基体125n的外周部,沿周向以间隔形成有多个(在本实施方式中为4个)N极侧爪状磁极126n、127n,多个N极侧爪状磁极126n、127n向径向外侧突出并且向轴向伸出形成。这些各N极侧爪状磁极126n、127n在轴向上向同一方向伸出。
在此,四个N极侧爪状磁极126n、127n由具有开角度θ1(以旋转轴122的轴线L为中心的开角度)的一对第一N极侧爪状磁极126n(第一磁极部)和具有比所述开角度θ1狭窄的开角度θ2的一对第二N极侧爪状磁极127n(第二磁极部)构成。即,第一N极侧爪状磁极126n的径向外侧面(与定子11的相对面)形成为比第二N极侧爪状磁极127n的径向外侧面在周向上宽的形状。此外,各N极侧爪状磁极126n、127n的径向外侧面在轴向观察时形成位于以旋转轴122的轴线L为中心的同一圆上的圆弧面。另外,各N极侧爪状磁极126n、127n的厚度(向径向延伸的部分的轴向厚度、及向轴向延伸的部分的径向厚度)全部相同。
第一N极侧爪状磁极126n和第二N极侧爪状磁极127n被设置成它们的周向的中心位置等角度间隔(90°间隔)地交替。即,一对第一N极侧爪状磁极126n彼此在周向上设置于180°相对位置,同样,一对第二N极侧爪状磁极127n彼此也在周向上设置于180°相对位置。
S极侧转子芯123s是与N极侧转子芯123n相同的形状,具有与N极侧转子芯123n的芯基体125n、第一N极侧爪状磁极126n以及第二N极侧爪状磁极127n分别对应的芯基体125s、第一S极侧爪状磁极126s(第一磁极部)以及第二S极侧爪状磁极127s(第二磁极部)。即,第二S极侧爪状磁极127s的开角度θ2设定得比第一S极侧爪状磁极126s的开角度θ1狭窄。
S极侧转子芯123s以各S极侧爪状磁极126s、127s分别配置于对应的各N极侧爪状磁极126n、127n间(第一N极侧爪状磁极126n与第二N极侧爪状磁极127n之间)的方式相对于N极侧转子芯123n组装。更详细地,各爪状磁极126n、127n、126s、127s构成为它们的周向的中心位置成为等角度间隔(45°间隔)。另外,N极侧爪状磁极126n、127n和S极侧爪状磁极126s、127s在周向上交替地配置。
在轴向上于N极侧转子芯123n的芯基体125n和S极侧转子芯123s的芯基体125s之间配置有所述永久磁石124。永久磁石124呈圆环状,在其中央部贯通旋转轴122。此外,永久磁石124的轴向端面形成相对于旋转轴122的轴线L垂直的平面状,与各芯基体125n、125s的各内侧端面紧贴。另外,在本实施方式中,永久磁石124的外径与各芯基体125n、125s的外径一致。另外,永久磁石124是例如各向异性的烧结磁石,由例如钕磁石、钐钴(SmCo)磁石、SmFeN类磁石、铁氧体磁石、铝镍钴合金磁石等构成。
各N极侧爪状磁极126n、127n相对于S极侧转子芯123s的芯基体125s的外周面及永久磁石124的外周面在径向上分开。另外,各N极侧爪状磁极126n、127n的轴向顶端面与芯基体125s的外侧端面在轴向上设置于相同位置上。
同样,S极侧爪状磁极126s、127s相对于N极侧转子芯123n的芯基体125n的外周面及永久磁石124的外周面在径向上分开。另外,S极侧爪状磁极126s、127s的轴向顶端面与芯基体125n的外侧端面在轴向上设置于相同位置上。
永久磁石124以芯基体125n侧成为N极、芯基体125s侧成为S极的方式在轴向上被磁化。利用该永久磁石124的磁场,N极侧爪状磁极126n、127n作为N极发挥作用,S极侧爪状磁极126s、127s作为S极发挥作用。
这样,本实施方式的转子121构成为使用永久磁石124的8极(四个N极侧爪状磁极126n、127n及四个S极侧爪状磁极126s、127s)的所谓伦德尔型转子。
即,本实施方式的电动机110的转子121的极数设定为2n(n是2以上的整数),并且定子11的绕组13的个数设定为3n,具体地,转子121的极数设定为“8”,定子11的绕组13的数量设定为“12”。
接着,对本实施方式的作用进行说明。
当分别具有120°的相位差的3相的驱动电流(交流)从未图示的驱动电路分别供给到U相绕组U1~U4、V相绕组V1~V4及W相绕组W1~W4时,各绕组U1~W4按每个相在同一定时励磁,在定子11中产生旋转磁场,转子121基于该旋转磁场进行旋转。此时,通过3相的驱动电流的供给而在定子11侧形成的磁极按各相的每个绕组U1~W4成为同极。
在此,转子121的极对数(即,N极侧爪状磁极126n、127n和S极侧爪状磁极126s、127s各自的个数)由与各相的绕组U1~W4的个数相同的数量(在本实施方式中为“4”)构成。由此,在转子121旋转时,例如在S极侧爪状磁极126s、127s中的一个与U相绕组U1在径向上相对时,其它的S极侧爪状磁极126s、127s会与U相绕组U2~U4分别在径向上相对(参照图10)。
此时,因为第二S极侧爪状磁极127s的开角度比第一S极侧爪状磁极126s的开角度狭窄(如前所述,因为开角度θ2<开角度θ1),所以转子121的S极赋予定子11(例如U相绕组U1~U4)的磁力在第二S极侧爪状磁极127s比在第一S极侧爪状磁极126s减弱。该情况在转子121的N极(N极侧爪状磁极126n、127n)中也同样。
由此,在例如图10所示的、转子121的N极与U相绕组U1~U4分别相对的旋转位置上,交链与第二N极侧爪状磁极127n相对的U相绕组U2、U4的交链磁通与交链与第一N极侧爪状磁极126n相对的U相绕组U、U3的交链磁通相比减少。因此,与第二N极侧爪状磁极127n相对的U相绕组U2、U4中产生的感应电压比与第一N极侧爪状磁极126n相对的U相绕组U、U3中产生的感应电压减小。
在此,图13(a)表示本实施方式中的转子旋转时的U相绕组U1~U4中产生的感应电压在规定的旋转范围(90°)的变化,图13(b)表示现有构成中的转子旋转时的U相绕组U1~U4中产生的感应电压在规定的旋转范围(90°)的变化。现有构成是转子的各磁极同样的构成,即,是使转子121的各爪状磁极126n、127n、126s、127s全都设为相同形状(相同的开角度)的构成。
在现有构成中,因为转子的各磁极同样,所以U相绕组U1~U4各自中的交链磁通的变化也同样。因此,如图13(b)所示,在转子121旋转时,在U相绕组U1~U4中产生相互相等的感应电压vx。并且,在U相绕组U1~U4串联的情况下,将各U相绕组U1~U4中产生的感应电压vx合成的合成感应电压vu’成为各U相绕组U1~U4的感应电压vx之和(即,感应电压vx的4倍)。
另一方面,如图13(a)所示,在本实施方式中,第二S极侧爪状磁极127s及第二N极侧爪状磁极127n分别构成为对定子11(U相绕组U1~U4)的磁力比第一S极侧爪状磁极126s及第一N极侧爪状磁极126n对定子11(U相绕组U1~U4)的磁力弱。由此,相对于与第一S极侧爪状磁极126s及第一N极侧爪状磁极126n相对的U相绕组U1~U4(例如U相绕组U2、U4)中产生的感应电压vx,与第二S极侧爪状磁极127s及第二N极侧爪状磁极127n相对的U相绕组U1~U4(例如U相绕组U、U3)中产生的感应电压vy减小。因此,将各U相绕组U1~U4的感应电压合成的合成感应电压vu(vu=vx×2+vy×2)减少与第二S极侧爪状磁极127s及第二N极侧爪状磁极127n相对的一对U相绕组中的感应电压vy的减少量,与图13(b)所示的现有构成中的合成感应电压vu’比较减小。此外,在此以U相绕组U1~U4的合成感应电压vu为例进行了说明,但是在V相绕组V1~V4及W相绕组W1~W4中也同样,产生由于第二S极侧爪状磁极127s及第二N极侧爪状磁极127n的开角度狭窄引起的合成交链磁通的减少。
接着,记载本实施方式的特征上的优点。
(4)定子11的绕组13由与被供给的3相的驱动电流相应的、四个U相绕组U1~U4、四个V相绕组V1~V4及四个W相绕组W1~W4构成,各相的四个绕组分别串联连接。即,定子11的绕组13在各相中具备串联连接的至少两个绕组(第一绕组及第二绕组)。
另外,转子121的N极具备第一N极侧爪状磁极126n和第二N极侧爪状磁极127n,第二N极侧爪状磁极127n在该第一N极侧爪状磁极126n与U、V、W相中的任一相的第一绕组(例如U相绕组U、U3)相对的转子121的旋转位置与同相的第二绕组(例如U相绕组U2、U4)相对。该第二N极侧爪状磁极127n的形状(开角度)设定为赋予定子11的磁力比第一N极侧爪状磁极126n弱。另外,在转子121的S极中也同样具备第一S极侧爪状磁极126s和第二S极侧爪状磁极127s,第二S极侧爪状磁极127s在该第一S极侧爪状磁极126s与U、V、W相中的任一相的第一绕组(例如U相绕组U、U3)相对的转子121的旋转位置与同相的第二绕组(例如U相绕组U2、U4)相对。该第二S极侧爪状磁极127s的形状(开角度)设定为赋予定子11的磁力比第一S极侧爪状磁极126s弱。
这样,在本实施方式中构成为,不是将转子121中的全部N极(或者全部S极)的磁力(赋予定子的磁力)减弱,而是将其中的一部分(第二N极侧爪状磁极127n及第二S极侧爪状磁极127s)的磁力减弱。由此,能尽量抑制转矩的降低,并且能利用转子121的磁极将同相的绕组13中产生的合成感应电压(例如U相的合成感应电压vu)抑制得小,其结果是,能实现电动机110的高速旋转化。
此外,如本实施方式那样,在绕组13在各相中分别串联的绕组方式中,在每个相的各绕组中分别产生的感应电压之和成为合成感应电压,所以有该合成感应电压增大的倾向。因此,在绕组13在各相中分别串联的构成中,如上所述,通过将第二N极侧爪状磁极127n及第二S极侧爪状磁极127s的磁力减弱,从而能更显著地得到合成感应电压的抑制效果,更适合于电动机的高速旋转化。
(5)U相绕组U1~U4、V相绕组V1~V4、以及W相绕组W1~W4分别由2n个(n是2以上的整数,在本实施方式中n=2)构成,转子121的第一及第二N极侧爪状磁极126n、127n(第一及第二S极侧爪状磁极126s、127s)各自的个数由n个(即两个)构成。即,根据该构成,各相的绕组的个数(U相绕组U1~U4、V相绕组V1~V4以及W相绕组W1~W4各自的个数)由4以上的偶数构成,转子121的第一及第二N极侧爪状磁极126n、127n(第一及第二S极侧爪状磁极126s、127s)相互由相同数量(各相的绕组的个数的半数)构成。
因此,能将转子121的第一及第二N极侧爪状磁极126n、127n(第一及第二S极侧爪状磁极126s、127s)沿周向以等间隔交替地设置。由此,磁力及质量不同的第一及第二N极侧爪状磁极126n、127n(第一及第二S极侧爪状磁极126s、127s)在周向上平衡良好地配置,能将转子121设为在磁性上、以及在机械上平衡优良的构成。
此外,上述实施方式也可以变更为如下。
·在上述实施方式中没有特别提及,但是也可以在转子121高速旋转时进行弱励磁控制。在上述实施方式中,通过在转子121上设置有第二N极侧爪状磁极127n(第二S极侧爪状磁极127s),从而能将供给到绕组13的弱励磁电流抑制得小,能得到抑制绕组13中产生的铜损等效果。另外,换言之,能以等同的弱励磁电流量减少的交链磁通量增加,因此能更有效地得到基于弱励磁控制的高速旋转化。
·在上述实施方式中构成为,例如通过将N极侧转子芯123n的第二N极侧爪状磁极127n的开角度θ2设定得比第一N极侧爪状磁极126n的开角度θ1狭窄,从而赋予定子11的磁力在第二N极侧爪状磁极127n比在第一N极侧爪状磁极126n弱。但是,也可以通过第二N极侧爪状磁极127n的其它的形状变更来实现上述。例如也可以使得,通过使第二N极侧爪状磁极127n的厚度(向轴向延伸的部分的径向厚度、向径向延伸的部分的轴向厚度)比第一N极侧爪状磁极126n薄,从而赋予定子11的磁力在第二N极侧爪状磁极127n比在第一N极侧爪状磁极126n减弱。另外,在S极侧转子芯123s中也可以进行同样的变更。
·在上述实施方式中,例如通过改变形成于N极侧转子芯123n的四个爪状磁极中的一部分(第二N极侧爪状磁极127n)的形状,从而使第二N极侧爪状磁极127n赋予定子11的磁力比第一N极侧爪状磁极126n减弱。这对于S极侧转子芯123s也同样。但是,用于将第二N极侧爪状磁极127n及第二S极侧爪状磁极127s的磁力相对地减弱的构成并不限定于上述实施方式。
例如,如图14及图15所示,也可以在转子121上设置磁力调整用磁石130,磁力调整用磁石130用于使第二N极侧爪状磁极127n及第二S极侧爪状磁极127s的磁力分别比第一N极侧爪状磁极126n及第一S极侧爪状磁极126s相对地减弱。
此外,在图14及图15所示的构成中,第一N极侧爪状磁极126n和第二S极侧爪状磁极127s的开角度形成得相等。同样,第一S极侧爪状磁极126s和第二S极侧爪状磁极127s的开角度也形成得相等。
磁力调整用磁石130成对设置,分别具备:第一背面磁石部131(参照图15),其配置于第一N极侧爪状磁极126n中的向轴向伸出的部位的背面侧(径向内侧);以及第二背面磁石部132,其配置于第一S极侧爪状磁极126s中的向轴向伸出的部位的背面侧(径向内侧)。
另外,各磁力调整用磁石130具备第一极间磁石部133,第一极间磁石部133在周向上配置于第一N极侧爪状磁极126n和与其相邻的第二S极侧爪状磁极127s之间。另外,各磁力调整用磁石130具备第二极间磁石部134,第二极间磁石部134在周向上配置于第一N极侧爪状磁极126n和与其相邻的第一S极侧爪状磁极126s之间。另外,各磁力调整用磁石130具备第三极间磁石部135,第三极间磁石部135在周向上配置于第一S极侧爪状磁极126s和与其相邻的第二N极侧爪状磁极127n之间。
此外,在该例子中,一对磁力调整用磁石130分别构成为各磁石部131~135一体形成的一个部件。另外,优选磁力调整用磁石130用由钕磁石等稀土类磁石构成的粘结磁石(塑料磁石、橡胶磁石等)构成。
第一背面磁石部131在径向外侧与第一N极侧爪状磁极126n抵接,在径向内侧与永久磁石124及芯基体125s的各外周面抵接。另外,第二背面磁石部132在径向外侧与第一S极侧爪状磁极126s抵接,在径向内侧与永久磁石124及芯基体125n的各外周面抵接。
在图14及图15中实线箭头表示磁力调整用磁石130的各磁石部131~135的磁化方向(从S极到N极方向)。第一背面磁石部131为了抑制从第一N极侧爪状磁极126n到背面侧(径向内侧)的漏磁通而朝向径向外侧被磁化。磁石部131以其径向外侧面成为与第一N极侧爪状磁极126n同极的N极的方式在径向上被磁化。
同样,第二背面磁石部132为了抑制从第一S极侧爪状磁极126s到背面侧(径向内侧)的漏磁通而朝向径向外侧被磁化。即,第二背面磁石部132以其径向外侧面成为与第一S极侧爪状磁极126s同极的S极的方式在径向上被磁化。
另外,第一极间磁石部133为了抑制第一N极侧爪状磁极126n的向周向的漏磁通而在周向上被磁化。即,第一极间磁石部133以周向的第一N极侧爪状磁极126n侧的面成为N极、第二S极侧爪状磁极127s侧的面成为S极的方式在周向上被磁化。
第二极间磁石部134为了抑制第一N极侧爪状磁极126n及第一S极侧爪状磁极126s的向周向的漏磁通而在周向上被磁化。即,第二极间磁石部134以周向的第一N极侧爪状磁极126n侧的面成为N极、第一S极侧爪状磁极126s侧的面成为S极的方式在周向上被磁化。
第三极间磁石部135为了抑制第一S极侧爪状磁极126s的向周向的漏磁通而在周向上被磁化。即,第三极间磁石部135以周向的第二N极侧爪状磁极127n侧的面成为N极、第一S极侧爪状磁极126s侧的面成为S极的方式在周向上被磁化。
根据这样的构成,利用磁力调整用磁石130的各磁石部131~135可抑制第一N极侧爪状磁极126n及第一S极侧爪状磁极126s的漏磁通。由此,第一N极侧爪状磁极126n及第一S极侧爪状磁极126s赋予定子11的磁力分别比第二N极侧爪状磁极127n及第二S极侧爪状磁极127s增强(即,第二N极侧爪状磁极127n及第二S极侧爪状磁极127s的磁力相对地减弱)。因此,与上述实施方式同样,能尽量抑制转矩的降低,并且能将由转子121的磁极引起的同相的绕组13的合成交链磁通(例如U相的合成交链磁通抑制得少。并且,由于同相的绕组13中的合成交链磁通被抑制得少,从而能将该绕组13中产生的感应电压抑制得小,其结果是,能实现电动机110的高速旋转化。
而且,在上述构成中,不是缩窄第二N极侧爪状磁极127n及第二S极侧爪状磁极127s的开角度,而且通过追加磁力调整用磁石130使第二N极侧爪状磁极127n及第二S极侧爪状磁极127s的磁力相对地减弱。因此,在确保转矩的方面可以说是更有效的构成。
此外,在图14及图15所示的例子中,各磁石部131~135一体形成,但是例如图16所示,也可以将各磁石部131~135分别以分体构成。另外,在图14及图15所示的例子的磁力调整用磁石130中,也可以设为将磁石部131~135中的任一个或者多个省略的构成。另外,在图14及图15所示的例子中,也可以将磁力调整用磁石130的起磁方式设为极性各向异性。
另外,在图14及图15所示的例子中也可以构成为:例如,在第二N极侧爪状磁极127n中的向轴向伸出的部位的背面侧(径向内侧)设置磁力比所述第一背面磁石部131小的背面磁石部,利用该背面磁石部抑制从第二N极侧爪状磁极127n流向背面侧的漏磁通。另外,同样也可以构成为:在第二N极侧爪状磁极127n的周向侧方设置磁力比所述各极间磁石部133~135小的极间磁石部,利用该极间磁石部抑制从第二N极侧爪状磁极127n流向周向的漏磁通。另外,在S极侧也可以进行同样的变更。
·在上述实施方式中,单一的第一N极侧爪状磁极126n及单一的第一S极侧爪状磁极126s分别构成第一磁极部,单一的第二N极侧爪状磁极127n及单一的第二S极侧爪状磁极127s分别构成磁力比所述第一磁极部弱的第二磁极部,但是并不特别限定于此。
例如,图17及图18所示的转子140具备相互呈相同形状的第一及第二转子芯141、142、在轴向上配置于该第一及第二转子芯141、142之间的永久磁石124、以及一对外周磁石150(磁力调整用磁石)。
第一转子芯141具备圆板状的芯基体143、和从该芯基体143的外周面伸出形成的一对第一爪状磁极144。一对第一爪状磁极144在周向上分别形成于180°相对位置。另外,各第一爪状磁极144从芯基体143的外周面向径向外侧突出并且向轴向(同一方向)伸出地形成。在第一爪状磁极144的外周面(径向外侧面)中的周向的一半形成有磁石固装面145,在磁石固装面145上固装有所述外周磁石150,在剩余的一半形成有向比磁石固装面145靠径向外侧突出的第一凸极部144a。
第二转子芯142是与第一转子芯141相同的形状,具有与该第一转子芯141的芯基体143及第一爪状磁极144(第一凸极部144a)分别对应的芯基体146及第二爪状磁极147(第二凸极部147a)。
第二转子芯142以各第二爪状磁极147分别配置于对应的第一爪状磁极144之间的方式相对于第一转子芯141组装。更详细地,爪状磁极144、147以它们的周向中心位置沿周向处于等间隔(90°间隔)的方式构成。另外,第一爪状磁极144和第二爪状磁极147在周向上交替地配置。
另外,在轴向上于第一及第二转子芯141、142的芯基体143、146之间配置有所述永久磁石124,该永久磁石124以第一转子芯141(芯基体143)侧的面成为N极、第二转子芯142(芯基体146)侧的面成为S极的方式在轴向上被磁化。此外,该永久磁石124是与上述实施方式的永久磁石124大致同样的构成,因此详细的说明省略。
各第一爪状磁极144相对于第二转子芯142的芯基体146的外周面及永久磁石124的外周面在径向上分开。同样,第二爪状磁极147相对于第一转子芯141的芯基体143的外周面及永久磁石124的外周面在径向上分开。
外周磁石150横跨第一爪状磁极144的磁石固装面145和第二爪状磁极147的磁石固装面145而设置。详述的话,外周磁石150具备以外周面显现N极的方式被磁化的N极部151、和以外周面显现S极的方式被磁化的S极部152,S极部152固装于第一爪状磁极144的磁石固装面145,N极部151固装于第二爪状磁极147的磁石固装面145。即,在第一爪状磁极144的磁石固装面145上固装有磁石(S极部152),磁石(S极部152)与在永久磁石124的磁场下该第一爪状磁极144受到的磁极(N极)成为反极性,在第二爪状磁极147的磁石固装面145上固装有磁石(N极部151),磁石(N极部151)与在永久磁石124的磁场下该第二爪状磁极147受到的磁极(S极)成为反极性。此外,在本例中,在轴向观察时,各外周磁石150(第二磁极部)的N极部151及S极部152和第一及第二凸极部144a、147a(第一磁极部)以它们的外周面位于以旋转轴122的轴线L为中心的同一圆上的方式构成。
在上述构成的转子140中,由于永久磁石124的磁场和外周磁石150的S极部152的磁场,第一爪状磁极144的第一凸极部144a作为N极发挥作用。另外,同样,由于永久磁石124的磁场和外周磁石150的N极部151的磁场,第二爪状磁极147的第二凸极部147a作为S极发挥作用。另外,各外周磁石150的N极部151构成转子140的N极的一部分,各外周磁石150的S极部152构成转子140的S极的一部分。即,转子140利用两个第一凸极部144a和两个N极部151构成N极,利用两个第二凸极部147a和两个S极部152构成S极,整体上由8极构成。
此外,关于本例的转子140的磁极(第一及第二凸极部144a、147a及N极部151及S极部152)的配置关系与上述实施方式的转子121的磁极同样。即,分别是第一凸极部144a与上述实施方式的第一N极侧爪状磁极126n对应,N极部151与上述实施方式的第二N极侧爪状磁极127n对应,第二凸极部147a与上述实施方式的第一S极侧爪状磁极126s对应,并且S极部152与上述实施方式的第二S极侧爪状磁极127s对应。
根据这样的构成,在转子140的N极中,能使赋予定子11的磁力在N极部151比在第一凸极部144a减弱。另外,在转子140的S极中,能使赋予定子11的磁力在S极部152比在第二凸极部147a减弱。因此,与上述实施方式同样,能尽量抑制转矩的降低,并且能将由于转子140的磁极引起的同相的绕组13的合成交链磁通(例如U相的合成交链磁通)抑制得少。并且,由于同相的绕组13中的合成交链磁通被抑制得少,从而能将该绕组13中产生的感应电压抑制得小,其结果是,能实现电动机110的高速旋转化。
此外,在图17及图18所示的例子中,根据永久磁石124及外周磁石150(N极部151及S极部152)的磁特性的设定,也能使赋予定子11的磁力在第一凸极部144a(第二凸极部147a)比在N极部151(S极部152)减弱。
另外,在图17及图18所示的例子中,使用一体具有N极部151及S极部152的外周磁石150,但是不限于此,也可以使用N极部151和S极部152被分割的磁石。另外,在该例子中,也可以设置如在上述图14及图15的例子中说明的背面磁石部及极间磁石部。
·在上述实施方式中,在例如N极侧转子芯123n中,由相同数量(各相的绕组13的个数的半数,两个)构成第一N极侧爪状磁极126n和第二N极侧爪状磁极127n,但是不必是相同数量。例如,也可以将第一N极侧爪状磁极126n构成为三个(或者一个),将第二N极侧爪状磁极127n构成为一个(或者三个)。另外,在S极侧转子芯123s中也可以进行同样的变更。
·在上述实施方式中,针对转子121的N极侧转子芯123n及S极侧转子芯123s分别设置有磁力相对弱的第二N极侧爪状磁极127n及第二S极侧爪状磁极127s,但是并不特别限定于此。例如在S极侧转子芯123s中,也可以设为将各第二S极侧爪状磁极127s变更为第一S极侧爪状磁极126s的构成(即,将设置于S极侧转子芯123s上的全部爪状磁极形成为相同形状的构成)。
·在上述实施方式中,各相的绕组、即U相绕组U1~U4、V相绕组V1~V4以及W相绕组W1~W4分别串联连接,但是并不特别限定于此,绕组方式也可以适当变更。
例如,在图19所示的例子中,在U相中,绕组U1、U2串联连接,另外,绕组U3、U4串联连接,那些绕组U1、U2的串联对和绕组U3、U4的串联对并联连接。在V相中也同样,绕组V1、V2串联连接,另外,绕组V3、V4串联连接,那些绕组V1、V2的串联对和绕组V3、V4的串联对并联连接。另外,在W相中也同样,绕组W1、W2串联连接,另外,绕组W3、W4串联连接,那些绕组W1、W2的串联对和绕组W3、W4的串联对并联连接。
在上述实施方式的转子121的构成(参照图10)中适用图19的绕组方式的情况下,例如在U相中,绕组U1及绕组U3产生相互等同的大小的感应电压(所述感应电压vx),另外,绕组U2及绕组U4产生相互等同的大小的感应电压(所述感应电压vy)。因此,由绕组U1、U2的串联对产生的合成感应电压和由绕组U3、U4的串联对产生的合成感应电压大致等同(vx+vy)。由此,通过设置磁力弱的第二N极侧爪状磁极127n及第二S极侧爪状磁极127s而导致的感应电压的减少在绕组U1、U2的串联对及绕组U3、U4的串联对双方中始终产生。并且,因为绕组U1、U2的串联对和绕组U3、U4的串联对并联,所以U相绕组整体中的合成感应电压vu与绕组U1、U2的串联对的合成感应电压(及绕组U3、U4的串联对的合成感应电压)大致等同(vx+vy),能有效地抑制该合成感应电压vu。
在此,在图19所示的例子中,考虑到将绕组U2和绕组U3替换的情况,即,将感应电压的大小等同的绕组U、U3串联并且将感应电压的大小等同的绕组U2、U4串联的情况。在该情况下,通过设置磁力弱的第二N极侧爪状磁极127n及第二S极侧爪状磁极127s而导致的感应电压的减少仅在绕组U2、U4的串联对和绕组U、U3的串联对中的任一方产生,感应电压在另一方不减少。并且,因为绕组U、U3的串联对和绕组U2、U4的串联对并联。所以在有效地抑制U相绕组整体中的合成感应电压的方面变得不利。此外,在将各U相绕组U1~U4并联的情况下也同样,在有效地抑制U相绕组整体中的合成感应电压的方面变得不利。
如上,在各相中将绕组串联的情况下,将在转子121的规定的旋转位置上分别与第一N极侧爪状磁极126n(或者第一S极侧爪状磁极126s)和第二N极侧爪状磁极127n(或者第二S极侧爪状磁极127s)相对的绕组(例如U相绕组U1、U2)彼此串联连接。由此,能将同相的绕组中产生的弱感应电压和强感应电压累加作为合成感应电压,能有效地抑制各相中的合成感应电压。
此外,在图19的例子中,在U相中,将绕组U1、U2设为串联对,并且将绕组U3、U4设为串联对,但是即使将绕组U1、U4及绕组U2、U3分别设为串联对也能得到同样的效果。另外,在V相及W相中也能进行同样的变更。
另外,在图19的例子中,在U相中,绕组U1、U2的串联对和绕组U3、U4的串联对并联连接,但是并不特别限定于此,也可以将绕组U1、U2的串联对和绕组U3、U4的串联对分离,并在该分离的串联对各自上设置一对逆变器以供给U相的驱动电流。根据该构成也能得到同样的效果。另外,在V相及W相中也能进行同样的变更。
另外,在上述实施方式(参照图2)及图19所示的例子中,将绕组的接线方式设为星形连接,但是不限于此,也可以设为例如三角形连接。
·在上述实施方式中,将转子121设为8极,将定子11的绕组13的个数设为12个(即,设为8极12齿槽的电动机构成),但是转子121的极数和绕组13的个数构成也能根据构成适当变更。例如,也可以以转子121的极数和绕组13的个数的关系成为2n:3n(其中,n是2以上的整数)的方式适当变更转子121的极数和绕组13的个数。
此外,在设为6极9齿槽、10极15齿槽等的构成的情况(转子121的极数和绕组13的个数的最大公约数n是奇数的情况)下,转子121的极对数成为奇数,即N极、S极的各个数成为奇数。因此,例如不能使第一N极侧爪状磁极126n和第二N极侧爪状磁极127n为相同数量,从而成为在磁性上不平衡的构成。在该方面,如上述实施方式,在转子121的极数和绕组13的个数的最大公约数n是偶数的构成中,能将第一N极侧爪状磁极126n和第二N极侧爪状磁极127n设为相同数量,能设为在磁性上平衡良好的构成。
另外,转子121的极数和绕组13的个数的关系不必为2n:3n(其中,n是2以上的整数),例如也可以由10极12齿槽、14极12齿槽等构成。
图20示出由10极12齿槽构成的电动机160的一例。此外,在图20的例例子中,对与上述实施方式相同的构成标注相同附图标记,其详细的说明省略,对不同的部分详细说明。
在图20所示的电动机160中,定子11的12个绕组13根据被供给的3相的驱动电流(U相、V相、W相)而分类,在图20中按逆时针方向依次为U1、杠U2、杠V1、V2、W1、杠W2、杠U1、U2、V1、杠V2、杠W1、W2。此外,相对于以正向缠绕构成的U相绕组U1、U2、V相绕组V1、V2、W相绕组W1、W2,U相绕组杠U1、杠U2、V相绕组杠V1、杠V2、W相绕组杠W1、杠W2以反向缠绕构成。另外,U相绕组U1、杠U1相互设置于180°相对位置,同样,U相绕组U2、杠U2相互设置于180°相对位置。这在其它相(V相及W相)中也同样。
U相绕组U1、U2、杠U1、杠U2构成为串联连接,同样,V相绕组V1、V2、杠V1、杠V2构成为串联连接,同样,W相绕组W1、W2、杠W1、杠W2构成为串联连接。并且,对U相绕组U1、U2、杠U1、杠U2供给U相的驱动电流。由此,相对于正向缠绕的U相绕组U1、U2,为反向缠绕的U相绕组杠U1、杠U2始终以反极性(反相位)励磁,但是励磁定时相同。这在其它相(V相及W相)中也同样。
电动机160的转子121是N极和S极沿周向以等间隔(36°间隔)交替地设定的10极转子,具备两个第一N极侧爪状磁极126n、三个第一S极侧爪状磁极126s、三个第二N极侧爪状磁极127n、以及两个第二S极侧爪状磁极127s。第一N极侧爪状磁极126n及第一S极侧爪状磁极126s在转子121的半周上交替设置,第二N极侧爪状磁极127n及第二S极侧爪状磁极127s在转子121的另半周上交替设置。另外,构成为:第二S极侧爪状磁极127s在周向上位于第一N极侧爪状磁极126n的相反侧(180°相对位置),第二N极侧爪状磁极127n在周向上位于第一S极侧爪状磁极126s的相反侧(180°相对位置)。
此外,第一及第二N极侧爪状磁极126n、127n和第一及第二S极侧爪状磁极126s、127s的各个数并不限定于图20的10极转子的例子。例如,也可以为,第一N极侧爪状磁极126n由三个构成,第一S极侧爪状磁极126s由两个构成,第二N极侧爪状磁极127n由两个构成,并且,第二S极侧爪状磁极127s由三个构成。
在上述构成中,在转子121旋转时,例如在第一S极侧爪状磁极126s与U相绕组U1在径向上相对时,在其周向相反侧,第二N极侧爪状磁极127n与U相绕组杠U1在径向上相对(参照图20)。即,在与相互以反相位(同一定时)励磁的绕组13(例如U相绕组U1、杠U1)分别相对的不同极的磁极部(例如第一S极侧爪状磁极126s和第二N极侧爪状磁极127n)中,以相互的磁力不同的方式(即,以相对于一方而言另一方的磁力减弱的方式)构成。由此,能尽量抑制转矩的降低,并且能将由于转子121的磁极而在反相位的绕组13中产生的合成感应电压(例如U相绕组U1、杠U1的合成感应电压)抑制得小,其结果是,能实现电动机160的高速旋转化。
此外,在图20所示的转子121的例子中,将第一N极侧爪状磁极126n及第一S极侧爪状磁极126s设置于转子121的半周,将第二N极侧爪状磁极127n及第二S极侧爪状磁极127s设置于转子121的另半周。但是,转子121的各爪状磁极的配置并不特别限定于此,只要是第二S极侧爪状磁极127s在周向上位于第一N极侧爪状磁极126n的相反侧,第二N极侧爪状磁极127n在周向上位于第一S极侧爪状磁极126s的相反侧的构成,则转子121的各爪状磁极的配置能适当变更。
另外,在定子11中,各U相绕组U1、U2、杠U1,杠U2不必全部串联连接,也可以设为将绕组U1、杠U1的对、绕组U2、杠U2的对分别形成为别的串联对的构成。另外,在V相及W相中也能同样地变更。
另外,图20中示出由10极12齿槽构成的例子,但是也能适用于14极12齿槽的构成。另外,也能适用于将10极12齿槽(或者14极12齿槽)的转子极数及齿槽数分别设为等倍的构成。此外,在将10极12齿槽(或者14极12齿槽)的转子极数及齿槽数分别设为等倍的情况下,优选在周向上交替地配置强磁极组和弱磁极组,在强磁极组中,第一N极侧爪状磁极126n及第一S极侧爪状磁极126s在周向上交替地配置,在弱磁极组中,第二N极侧爪状磁极127n及第二S极侧爪状磁极127s在周向上交替地配置。根据该构成,能将所述强磁极组和所述弱磁极组在周向上平衡良好地配置,从而能将转子121设为在磁性上、以及在机械上平衡良好的构成。
·在上述实施方式中,在转子121的例如N极侧转子芯123n上形成的爪状磁极仅由构成第一磁极部的第一N极侧爪状磁极126n和构成第二磁极部的第二N极侧爪状磁极127n构成。但是,除此之外,例如也可以在N极侧转子芯123n上具备第三N极侧爪状磁极(第三磁极部),第三N极侧爪状磁极赋予定子11的磁力比第二N极侧爪状磁极127n弱。
·在上述实施方式中,具体化为将转子121配置于定子11的内周侧的内转子型的电动机110,但是并不特别限定于此,也可以具体化为将转子配置于定子的外周侧的外转子型的电动机。
·在上述实施方式中,将本发明具体化为定子11和转子121在径向上相对的径向间隙型的电动机110,但是并不特别限定于此,也可以适用于定子和转子在轴向上相对的轴向间隙型的电动机。
·上述的实施方式及各变形例也可以适当组合。
以下,对电动机的第三实施方式进行说明。
如图21(a)所示,本实施方式的电动机210构成为无刷电动机,并构成为在圆环状的定子11的内侧配置有转子221。定子11的构成与第一实施方式的定子11同样,因此省略详细的说明。定子11的绕组13也与第一实施方式的绕组13同样地构成,具有图2所示的构成。
[转子的构成]
如图21(b)所示,转子221具备转子芯222和永久磁石223。转子芯222由磁性金属形成为大致圆盘状,在中心部固定有旋转轴224。在转子芯222的外周部形成有两个磁石固定部225及四个突部226。
各磁石固定部225在周向上设置于180°相对位置。在这些磁石固定部225上分别固装有两个永久磁石223,总共四个永久磁石223设置于转子芯222的外周部。
永久磁石223相互为相同形状,各永久磁石223的外周面从旋转轴224的轴线L方向观看形成以该轴线L为中心的圆弧状。另外,各永久磁石223的以轴线L为中心的开角度(周向宽度)形成为45°。此外,永久磁石223是例如各向异性的烧结磁石,由例如钕磁石、钐钴(SmCo)磁石、SmFeN类磁石、铁氧体磁石、铝镍钴合金磁石等构成。
各永久磁石223以磁取向朝向径向的方式形成,设置于各磁石固定部225的两个永久磁石223以在外周侧显现的磁极相互成为不同极的方式构成。另外,永久磁石223中的同极的久磁石223在周向上配置于180°相对位置。这些永久磁石223构成转子221的一部分磁极。详细地,在外周侧显现N极的永久磁石223构成N极的磁石磁极Mn,在外周侧显现S极的永久磁石223构成S极的磁石磁极Ms。
转子芯222的突部226以在周向上两个两个相邻的方式在周向上设置于磁石固定部225之间。在周向上在该相互相邻的一对突部226之间形成有空隙K1。另外,该相互相邻的一对突部226的一方与N极的磁石磁极Mn(外周侧为N极的永久磁石223)在周向上相邻,通过该N极的永久磁石223的磁场而作为S极的磁极(作为芯磁极的凸极磁极Ps)发挥作用。同样,另一方突部226与S极的磁石磁极Ms(外周侧为S极的永久磁石223)相邻,通过该S极的永久磁石223的磁场而作为N极的磁极(作为芯磁极的凸极磁极Pn)发挥作用。这一对N极的凸极磁极Pn在周向上配置于180°相对位置,一对S极的凸极磁极Ps也同样在周向上配置于180°相对位置。此外,各突部226的外周面从轴向观看形成为与各永久磁石223的外周面位于同一圆上(以旋转轴224的轴线L为中心的同一圆上)的圆弧状。另外,各突部226的开角度设定得比各永久磁石223的开角度小。另外,在相互成为不同极的凸极磁极Pn、Ps(突部226)与磁石磁极Mn、Ms(永久磁石223)之间、即N极的凸极磁极Pn与S极的磁石磁极Ms之间、以及S极的凸极磁极Ps与N极的磁石磁极Mn之间分别形成有空隙K2。
上述构成的转子221构成为在其外周面(即与定子11相对的相对面)上N极和S极在周向等间隔(45°间隔)地交替设定的8极转子。具体地,转子221的外周面(即与定子11相对的相对面)的磁极成为在顺时针方向上依次使N极的磁石磁极Mn、S极的凸极磁极Ps、N极的凸极磁极Pn、S极的磁石磁极Ms、N极的磁石磁极Mn、…重复的构成。另外,构成转子221的N极的磁石磁极Mn和凸极磁极Pn以周向的中心位置等角度间隔(90°间隔)地交替的方式配置,同样,构成转子221的S极的磁石磁极Ms和凸极磁极Ps以周向的中心位置等角度间隔(90°间隔)地交替的方式配置。
在转子芯222上形成有沿着旋转轴224的径向延伸的四个狭缝孔227。狭缝孔227在周向上配设为90°间隔,分别设置于在周向上相邻的凸极磁极Pn、Ps间的边界部、和在周向上相邻的磁石磁极Mn、Mn间的边界部。另外,各狭缝孔227从转子芯222中的旋转轴224固定的固定孔222a的附近位置沿着径向延伸到永久磁石223及突部226的附近位置。此外,在本实施方式中,各狭缝孔227在轴向上贯通转子芯222。这些各狭缝孔227内是空隙,磁阻比磁性金属的转子芯222的磁阻大,因此由于各狭缝孔227而在转子芯222内通过的各永久磁石223的磁通会被相邻的凸极磁极Pn、Ps恰当地感应(参照图21(a)的虚线箭头)。
即,转子221包括作为第一磁极部的磁石磁极Mn及磁石磁极Ms和作为第二磁极部的凸极磁极Pn及凸极磁极Ps。
接着,对本实施方式的作用进行说明。
当分别具有120°的相位差的3相的驱动电流(交流)从未图示的驱动电路分别供给到U相绕组U1~U4、V相绕组V1~V4以及W相绕组W1~W4时,各绕组U1~W4按每个相在同一定时励磁,从而在定子11中产生旋转磁场,转子221基于该旋转磁场进行旋转。此时,通过3相的驱动电流的供给而在定子11中形成的磁极按各相的每个绕组U1~W4成为同极。
如上所述,转子221的极对数(即N极和S极各自的个数)由与各相的绕组U1~W4的个数相同的数量(在本实施方式中为“4”)构成。由此,在转子221旋转时,例如在转子221的N极(磁石磁极Mn及凸极磁极Pn)中的一个与U相绕组U1在径向上相对时,其它的N极会与U相绕组U2~U4分别在径向上相对(参照图21(a))。
在此,转子221的四个N极中的一半由突部226的凸极磁极Pn构成,该各凸极磁极Pn是通过相邻的磁石磁极Ms的永久磁石223的磁场而发挥作用的虚拟的磁极,因此与永久磁石223的磁石磁极Mn相比,赋予定子11的磁力减弱。这在转子221的S极(凸极磁极Ps及磁石磁极Ms)中也同样。
由此,例如,相对于交链与各磁石磁极Mn相对的U相绕组U1~U4(图21(a)所示的例子中为U相绕组U、U3)的交链磁通交链与各凸极磁极Pn相对的U相绕组U1~U4(图21(a)所示的例子中为U相绕组U2、U4)的交链磁通减少。因此,产生交链磁通的U相绕组(与凸极磁极Pn相对的绕组)中产生的感应电压小于产生交链磁通的U相绕组(与磁石磁极Mn相对的绕组)中产生的感应电压。因此,将各U相绕组U1~U4中产生的感应电压合成的合成感应电压减少与凸极磁极Pn相对的一对U相绕组(图21(a)中为U相绕组U2、U4)中的感应电压的减少量。此外,在此,以U相绕组U1~U4与转子221的N极(磁石磁极Mn及凸极磁极Pn)相对时的合成感应电压的减少为例进行了说明,但是在V相绕组V1~V4及W相绕组W1~W4中也同样,另外,在转子221的S极(磁石磁极Ms及凸极磁极Ps)中也同样产生由于凸极磁极Ps引起的合成感应电压的减少。
接着,记载本实施方式的特征上的优点。
(6)定子11的绕组13由与被供给的3相的驱动电流相应的、四个U相绕组U1~U4、四个V相绕组V1~V4及四个W相绕组W1~W4构成,各相的四个绕组分别串联连接。即,定子11的绕组13在各相中具备串联连接的至少两个绕组(第一绕组及第二绕组)。
另外,转子221的N极包括使用永久磁石223的磁石磁极Mn和使用转子芯222的突部226的凸极磁极Pn。转子221的N极构成为:在磁石磁极Mn与U、V、W相中的任一相的第一绕组(例如U相绕组U、U3)相对的转子221的旋转位置上,凸极磁极Pn与同相的第二绕组(例如U相绕组U2、U4)相对。另外,转子221的S极也同样,包括使用永久磁石223的磁石磁极Ms和使用转子芯222的突部226的凸极磁极Ps。转子221的S极构成为:在磁石磁极Ms与U、V、W相中的任一相的第一绕组(例如U相绕组U、U3)相对的转子221的旋转位置上,凸极磁极Ps与同相的第二绕组(例如U相绕组U2、U4)相对。
根据该构成,不是将转子221中的与同相的绕组13相对的全部N极(或者S极)的磁力减弱,而是将其中的一部分作为凸极磁极Pn(凸极磁极Ps)来减弱磁力。由此,能尽量抑制转矩的降低,并且能将由于转子221的磁极而在同相的绕组13中产生的合成感应电压抑制得小,其结果是,能实现电动机210的高速旋转化。另外,因为由基于转子芯222的突部226的凸极磁极Pn、Ps构成磁力相对于磁石磁极Mn、Ms弱的磁极(即,设为所谓换向极型的转子结构),因此能尽量抑制通过将转子221的一部分磁极的磁力减弱而导致的转矩降低。
此外,如本实施方式那样,在绕组13按各相分别串联的绕组方式中,在每个相的各绕组中分别产生的感应电压之和成为合成感应电压,所以有该合成感应电压增大的倾向。因此,在绕组13按各相分别串联的构成中,通过如上述那样设置凸极磁极Pn、Ps,从而能更显著地得到合成感应电压的抑制效果,更适合于实现电动机的高速旋转化。
(7)U相绕组U1~U4、V相绕组V1~V4、以及W相绕组W1~W4分别由2n个(n是2以上的整数,在本实施方式中为n=2)构成,转子221的磁石磁极Mn、Ms及凸极磁极Pn、Ps各自的个数由n个(即两个)构成。即,磁石磁极Mn、Ms以及凸极磁极Pn、Ps相互由相同数量(各相的绕组的个数的半数)构成,因此能将磁石磁极Mn和凸极磁极Pn(磁石磁极Ms和凸极磁极Ps)沿周向以等间隔交替地设置。由此,磁力及质量不同的磁石磁极Mn和凸极磁极Pn(磁石磁极Ms和凸极磁极Ps)在周向上平衡良好地配置,能将转子221形成为在磁性上、以及在机械上平衡优良的构成。
(8)凸极磁极Pn、Ps构成为与使用永久磁石223的不同极的磁石磁极Mn、Ms在周向上相邻,因此能利用例如S极的磁石磁极Ms的磁场使凸极磁极Pn适当地作为N极发挥作用。
(9)因为在相互成为不同极的凸极磁极Pn、Ps与磁石磁极Mn、Ms之间设置有空隙K2,所以能抑制凸极磁极Pn、Ps和磁石磁极Mn、Ms的边界部分的磁通密度的急剧变化,其结果是,能有助于转矩脉动的减少。
(10)N极的凸极磁极Pn和S极的凸极磁极Ps构成为隔着空隙K1在周向上相邻。即,因为在相互相邻的N极的凸极磁极Pn与S极的凸极磁极Ps之间设置有空隙K1,所以容易将各极的凸极磁极Pn、Ps的磁通量调整为期望的值,其结果是,能容易调整电动机210的输出特性。
(11)在转子芯222上形成有狭缝孔227(磁力调整部),狭缝孔227用于引导在该转子芯222内流动的磁通。根据该构成,容易将被在周向上相邻的永久磁石223磁化的凸极磁极Pn、Ps的磁通量调整为期望的值,其结果是,能容易调整电动机210的输出特性。具体地,形成于在周向上相邻的磁石磁极Mn、Mn间的边界部的狭缝孔227抑制该磁石磁极Mn、Ms间的磁通的短路。因此,能抑制从各磁石磁极Mn、Ms朝向相邻的凸极磁极Pn、Ps的磁通量的降低,其结果是,能有助于高转矩化。
(12)磁石磁极Mn、Ms是永久磁石223固装于转子芯222的外周面(磁石固定部225)而成的。即,转子221形成表面磁石型结构(SPM结构),所以有助于电动机210的高转矩化。
此外,上述实施方式也可以变更为如下。
·在上述实施方式中没有特别提及,但是也可以在转子221高速旋转时进行弱励磁控制。在上述实施方式中,通过使转子221具备不自主地发出磁通的凸极磁极Pn、Ps,从而能将供给到绕组13的弱励磁电流抑制得小。并且,由于能减小弱励磁电流,从而在弱励磁控制时永久磁石223不易退磁,另外,能抑制绕组13的铜损。另外,换言之,因为能以等同的弱励磁电流量减少的交链磁通量增加,所以能更有效地得到基于弱励磁控制的高速旋转化。
·在上述实施方式中,转子芯222的突部226在周向上在各磁石固定部225之间设置有各两个,但是除此之外,例如图22所示,也可以在周向上在各磁石固定部225之间设置各一个。此外,如图22所示,沿着在周向上相邻的凸极磁极Pn、Ps间的边界部设置的狭缝孔227延伸到突部226,这在使永久磁石223的磁通在凸极磁极Pn、Ps中流通的方面更优选。
·形成于转子芯222的狭缝孔227的配置及形状等的构成并不限定于上述实施方式、图22所示的例子,例如也可以设为如图23~图26所示的构成。此外,在图23~图26中,示出上述实施方式的类型(突部226分割为两个的类型)作为例子,但是也能适用于如图22所示的例子的突部226没有分割的类型。
在图23所示的例子中,狭缝孔227配置于各永久磁石223的径向内侧、且与该各永久磁石223的周向中心对应的位置。这样,通过在永久磁石223的径向内侧配置狭缝孔227,从而在转子芯222内部通过的永久磁石223的磁通在狭缝孔227的周向两侧分支(参照图23中虚线箭头)。由此,能根据永久磁石223的径向内侧的狭缝孔227的周向位置决定各永久磁石223中的相邻的突部226(凸极磁极Pn、Ps)之间的磁通量、及相邻的永久磁石223(磁石磁极Mn、Ms)之间的磁通量,能更适当地调整电动机210的输出特性。
另外,在图24所示的例子中,各狭缝孔227形成朝向径向内侧凸的弯曲形状。更详细地,各狭缝孔227从各永久磁石223的径向内侧且与该各永久磁石223的周向中心对应的位置向内周侧延伸,并且从此处朝向相邻的突部226弯曲,延伸到凸极磁极Pn、Ps彼此的边界附近。根据这样的构成也能得到与上述的图23的例大致同样的效果。
另外,例如,如图25所示,也可以设为在狭缝孔227中嵌入辅助磁石228的构成。此外,在该构成中,狭缝孔227及辅助磁石228构成磁力调整部。另外,辅助磁石228由例如钕磁石、钐钴(SmCo)磁石、SmFeN类磁石、铁氧体磁石、铝镍钴合金磁石等构成,另外,也可以是烧结磁石及粘结磁石中的任一构成。
在图25所示的例子中,辅助磁石228设置于狭缝孔(图25中为狭缝孔227a),该狭缝孔设置于在周向上相邻的凸极磁极Pn、Ps间的边界部。即,辅助磁石228设置于N极的凸极磁极Pn与S极的凸极磁极Ps的边界部。并且,辅助磁石228具有大致沿着转子221的周向的磁取向,以周向的靠近凸极磁极Pn的面成为N极、周向的靠近凸极磁极Ps的面成为S极的方式被磁化。
根据这样的构成,因为在凸极磁极Pn、Ps中不仅永久磁石223的磁通而且辅助磁石228的磁通也流通,所以在凸极磁极Pn、Ps中流通的磁通增加,其结果是,能有助于电动机210的高转矩化。此外,在该情况下也优选构成为,从转子221赋予定子11的磁力在凸极磁极Pn、Ps比在磁石磁极Mn、Ms减弱。
另外,在该例子中,通过使辅助磁石228相对于永久磁石223的磁特性(剩余磁通密度、保磁力)不同,从而能容易调整电动机210的输出特性。此外,因为辅助磁石228埋设于转子芯222内部,所以不易受到外部磁场的影响,因此能将保磁力设定得小(或者将剩余磁通密度设定得高)。
另外,也可以设为在设置有辅助磁石228的构成中适用与上述的图23、图24同样的狭缝孔227的构成。此外,图26表示在设置有辅助磁石228的构成中适用与上述的图24同样的狭缝孔227的构成。
·在上述实施方式的转子221中,在N极的磁石磁极Mn彼此、及凸极磁极Pn彼此分别在周向上设置于180°相对位置,在S极中也同样,磁石磁极Ms彼此及凸极磁极Ps彼此分别在周向上设置于180°相对位置。即,磁石磁极Mn和凸极磁极Pn在周向上交替地配置,磁石磁极Ms和凸极磁极Ps也在周向上交替地配置,但是并不特别限定于此。例如,也可以在N极的磁石磁极Mn的180°相对位置设置N极的凸极磁极Pn。另外,同样也可以在S极的磁石磁极Ms的180°相对位置设置S极的凸极磁极Ps。
·在上述实施方式中,在转子221的例如N极中,由相同的数量(各相的绕组13的个数的半数,两个)构成磁石磁极Mn和凸极磁极Pn,但是不必是相同的数量。例如,也可以将磁石磁极Mn构成为3个(或者1个),将凸极磁极Pn构成为三个(或者一个)。另外,在转子的S极(磁石磁极Ms及凸极磁极Ps)中也可以进行同样的变更。
·在上述实施方式中,在转子221的N极及S极中分别具备凸极磁极Pn及凸极磁极Ps,但是并不特别限定于此,例如,也可以仅在转子221的一方极设置凸极磁极,而另一方极全部由磁石磁极构成。
·在上述实施方式中,各相的绕组、即U相绕组U1~U4、V相绕组V1~V4、以及W相绕组W1~W4分别串联连接,但是并不特别限定于此,绕组方式也可以适当变更。
例如,在图27所示的例子中,在U相中,绕组U1、U2串联连接,另外,绕组U3、U4串联连接,那些绕组U1、U2的串联对和绕组U3、U4的串联对并联连接。在V相中也同样,绕组V1、V2串联连接,另外,绕组V3、V4串联连接,那些绕组V1、V2的串联对和绕组V3、V4的串联对并联连接。另外,在W相中也同样,绕组W1、W2串联连接,另外,绕组W3、W4串联连接,那些绕组W1、W2的串联对和绕组W3、W4的串联对并联连接。
在上述实施方式的转子221的构成(参照图21)中适用图27的绕组方式的情况下,例如在U相中,绕组U1及绕组U3中产生相互等同的大小的感应电压。另外,绕组U2及绕组U4中产生相互等同的大小的感应电压。因此,由绕组U1、U2的串联对产生的合成感应电压和由绕组U3、U4的串联对产生的合成感应电压大致等同。由此,通过设置凸极磁极Pn、Ps而导致的感应电压的减少在绕组U1、U2的串联对及绕组U3、U4的串联对双方中始终产生。并且,因为绕组U1、U2的串联对和绕组U3、U4的串联对并联,所以U相绕组整体中的合成感应电压与绕组U1、U2的串联对的合成感应电压(及绕组U3、U4的串联对的合成感应电压)大致等同,能有效地抑制该U相绕组整体中的合成感应电压。
在此,在图27所示的例子中,考虑到将绕组U2和绕组U3替换的情况,即,将感应电压的大小等同的绕组U1、U3串联,并且将感应电压的大小等同的绕组U2、U4串联的情况。在该情况下,通过设置凸极磁极Pn、Ps导致的感应电压的减少仅在绕组U2、U4的串联对和绕组U、U3的串联对中的任一方产生,感应电压在另一方不减少。并且,因为绕组U、U3的串联对和绕组U2、U4的串联对并联,所以在有效地抑制U相绕组整体中的合成感应电压的方面变得不利。此外,在将各U相绕组U1~U4并联的情况下也同样,在有效地抑制U相绕组整体中的合成感应电压的方面变得不利。
如上,在各相中将绕组串联的情况下,通过将在转子221的规定的旋转位置上与磁石磁极Mn(磁石磁极Ms)和凸极磁极Pn(凸极磁极Ps)分别相对的绕组(例如U相绕组U1和U相绕组U2)彼此串联连接,从而能将同相的绕组中产生的弱感应电压和强感应电压累加作为合成感应电压,能有效地抑制各相中的合成感应电压。
此外,在图27的例子中,在U相中,将绕组U1、U2设为串联对,并且将绕组U3、U4设为串联对,但是即使将绕组U1、U4、以及绕组U2、U3分别设为串联对也能得到同样的效果。另外,在V相及W相中也能进行同样的变更。
另外,在图27的例子中,在U相中,绕组U1、U2的串联对和绕组U3、U4的串联对并联连接,但是并不特别限定于此,也可以将绕组U1、U2的串联对和绕组U3、U4的串联对分离,在该分离的串联对各自上设置一对逆变器以供给U相的驱动电流。根据该构成也能得到同样的效果。另外,在V相及W相中也能进行同样的变更。
另外,在上述实施方式(参照图2)及图27所示的例子中,将绕组的接线方式设为星形连接,但是不限于此,也可以设为例如三角形连接。
·上述实施方式的转子221形成如下表面磁石型结构(SPM结构):构成磁石磁极Mn、Ms的永久磁石223固装于转子芯222的外周面(磁石固定部225),但是也可以设为如下埋入磁石型结构(IPM结构):例如图28所示,设为在比转子芯222的外周面222b靠内侧部分埋入永久磁石223a的方式。
在图28所示的例子中,转子芯222的外周面222b在轴向上观察呈圆形,构成磁石磁极Mn、Ms的各永久磁石223a的径向外侧面及径向内侧面在轴向观察时形成以转子芯222的中心轴(旋转轴224的轴线L)为中心的圆弧状。
另外,图28所示的转子221与上述实施方式同样构成为如下8极转子:在外周面222b上,N极和S极沿周向以等间隔(45°间隔)交替地设定。具体地,与N极的磁石磁极Mn在周向上相邻的磁极(关于磁石磁极Mn的与磁石磁极Ms相反侧的磁极)构成为由转子芯222的一部分构成的芯磁极Cs,该芯磁极Cs通过磁石磁极Mn的永久磁石223a的磁场而作为S极的磁极发挥作用。同样,与S极的磁石磁极Ms在周向上相邻的磁极(关于磁石磁极Ms的与磁石磁极Mn相反的一侧的磁极)构成为由转子芯222的一部分构成的芯磁极Cn,该芯磁极Cn通过磁石磁极Ms的永久磁石223a的磁场而作为N极的磁极发挥作用。
即,转子221的外周面的磁极成为在顺时针方向上依次使N极的磁石磁极Mn、S极的芯磁极Cs、N极的芯磁极Cn、S极的磁石磁极Ms、N极的磁石磁极Mn、…反复的构成。另外,构成转子221的N极的磁石磁极Mn和芯磁极Cn以它们的周向的中心位置成为等角度间隔(90°间隔)的方式交替地配置,同样,构成转子221的S极的磁石磁极Ms和芯磁极Cs以它们的周向的中心位置成为等角度间隔(90°间隔)的方式交替地配置。
在转子芯222上形成有在周向上相邻的芯磁极Cn、Cs间的边界部沿着径向延伸的一对狭缝孔231、和在周向上相邻的磁石磁极Mn、Ms间的边界部沿着径向延伸的一对狭缝孔232。这些狭缝孔231、232沿周向以等间隔(90°间隔)交替地形成。
各狭缝孔231、232内是空隙,在轴向上贯通转子芯222。另外,各狭缝孔231、232在轴向上观察形成长方形。另外,芯磁极Cn、Cs间的狭缝孔231从固定孔222a的附近位置沿着径向延伸到转子芯222的外周面222b的附近位置。另外,磁石磁极Mn、Ms间的狭缝孔232从固定孔222a的附近位置沿着径向延伸到永久磁石223a的附近位置。
因为这些狭缝孔231、232内是空隙,所以磁阻比磁性金属的转子芯222的磁阻大,因此由于各狭缝孔231、232而在转子芯222内通过的各永久磁石223a的磁通会被相邻的芯磁极Cn、Cs恰当地感应(参照图28的虚线箭头)。
在如上述实施方式的SPM结构的转子221中,固装于转子芯222的外周面上的永久磁石223与定子11直接相对,所以可得到高转矩,但是在弱励磁控制时永久磁石223容易退磁。在该方面,在IPM结构的转子221中,因为构成磁石磁极Mn、Ms的永久磁石223a埋设于转子芯222中,所以能抑制弱励磁控制时的永久磁石223的退磁。
另外,在转子芯222上形成有狭缝孔231、232(磁力调整部),狭缝孔231、232(磁力调整部)用于引导在该转子芯222内流动的磁通。根据该构成,容易将被在周向上相邻的永久磁石223a磁化的芯磁极Cn、Cs的磁通量调整为期望的值,其结果是,能容易调整电动机的输出特性。此外,在图28所示的例子中,也可以将芯磁极Cn、Cs间的狭缝孔231省略。
即,图28所示的转子221包括作为第一磁极部的磁石磁极Mn及磁石磁极Ms、和作为第二磁极部的芯磁极Cn及芯磁极Cs。
另外,图29所示的转子221将图28所示的构成进一步变更,在芯磁极Cn、Cs间的各狭缝孔231内设置有辅助磁石233(磁力调整部)。各辅助磁石233以周向上的靠近芯磁极Cn的面成为N极、靠近芯磁极Cs的面成为S极的方式被磁化。此外,辅助磁石233由例如钕磁石、钐钴(SmCo)磁石、SmFeN类磁石、铁氧体磁石、铝镍钴合金磁石等构成,另外,也可以是烧结磁石及粘结磁石中的任一构成。
根据这样的构成,因为在芯磁极Cn、Cs中不仅永久磁石223a的磁通而且辅助磁石233的磁通也流通,所以在芯磁极Cn、Cs中流通的磁通增加,其结果是,能有助于电动机的高转矩化。此外,在该情况下也优选构成为:从转子221赋予定子11的磁力在芯磁极Cn、Cs比在磁石磁极Mn、Ms减弱。
此外,辅助磁石233的配置部位并不限于芯磁极Cn、Cs间的狭缝孔231,如图30所示,也可以在磁石磁极Mn、Ms间的狭缝孔232中设置辅助磁石233。在该情况下,优选各辅助磁石233以周向上的靠近磁石磁极Ms的面成为N极、靠近磁石磁极Mn的面成为S极的方式被磁化。根据如图30的构成也能使在芯磁极Cn、Cs中流通的磁通增加,其结果是,能有助于电动机的高转矩化。此外,在图30所示的构成中,将辅助磁石233设置于狭缝孔232中的径向的内侧端部,但是狭缝孔232内的辅助磁石233的配置位置并不限定于图30所示的构成,能根据构成适当变更。
另外,图31所示的转子221对图28所示的构成进行了变更,形成有将狭缝孔231和狭缝孔232在它们的内侧端部连通的连通部234。此外,在图31所示的例子中,在转子芯222中,对具有固定孔222a的中心部222c进行支承的一对支承部222d以沿着芯磁极Cn、Cs间的边界部将狭缝孔231切断的方式形成。连通部234在狭缝孔231、232的径向内侧端部成为相邻的芯磁极Cn、Cs之间及相邻的磁石磁极Mn、Ms之间的磁阻。根据这样的构成,能通过连通部234将在构成磁石磁极Mn、Ms的永久磁石223a之间可产生的短路磁通抑制得少。因此,在芯磁极Cn、Cs中流通的磁通增加,其结果是,能有助于电动机的高转矩化。
另外,图32所示的转子221将图31所示的构成进一步变更,在转子芯222中,支承中心部222c的一对支承部222e以沿着磁石磁极Mn、Ms间的边界部将狭缝孔232切断的方式形成。根据该构成,能利用支承部222d、222e稳定地支承转子芯222的中心部222c。此外,在图32所示的例子中,也可以设为将支承部222d省略的构成。
另外,图33所示的转子221将图32所示的构成进一步变更,在各连通部234内设置有辅助磁石235(磁力调整部)。设置于横跨N极的芯磁极Cn和S极的磁石磁极Ms而形成的连通部234内的辅助磁石235以径向外侧的面成为N极的方式被磁化。另外,设置于横跨S极的芯磁极Cs和N极的磁石磁极Mn而形成的连通部234内的辅助磁石235以径向外侧的面成为S极的方式被磁化。此外,各辅助磁石235的一端部(与狭缝孔231相反的一侧的端部)设定在与芯磁极Cn、Cs和磁石磁极Mn、Ms的边界线对应的位置。通过如图33的构成也能使在芯磁极Cn、Cs中流通的磁通增加,其结果是,能有助于电动机的高转矩化。此外,在图33所示的构成中,将辅助磁石235设置于各连通部234内的靠近芯磁极Cn、Cs的位置,但是连通部234内的辅助磁石235的配置位置并不限定于图33所示的构成,能根据构成适当变更。
·在上述实施方式中,将转子221设为8极,将定子11的绕组13的个数设为12个(即,设为8极12齿槽的电动机构成),但是转子221的极数和绕组13的个数能根据构成适当变更。例如,也可以以转子221的极数和绕组13的个数的关系成为2n:3n(其中,n是2以上的整数)的方式适当变更转子221的极数和绕组13的个数。
此外,在设为6极9齿槽、10极15齿槽等的构成的情况(转子221的极数和绕组13的个数的最大公约数n是奇数的情况)下,转子221的极对数成为奇数,即N极、S极的各数成为奇数。因此,例如不能使磁石磁极Mn和凸极磁极Pn为相同数量,因而成为在磁性上不平衡的构成。在这方面,如上述实施方式那样,在转子221的极数和绕组13的个数的最大公约数n是偶数的构成中,能将磁石磁极Mn和凸极磁极Pn设为相同数量,能成为在磁性上平衡良好的构成。
另外,转子221的极数和绕组13的个数的关系不必是2n:3n(其中,n是2以上的整数),例如也可以由10极12齿槽、14极12齿槽等构成。
图34中示出由10极12齿槽构成的电动机230的一例。此外,在图34的例子中,对与上述实施方式相同的构成标注相同附图标记,其详细的说明省略,对不同的部分详细地说明。
在图34所示的电动机230中,定子11的12个绕组13根据被供给的3相的驱动电流(U相、V相、W相)而分类,在图34中按逆时针方向依次设为U1、杠U2、杠V1、V2、W1、杠W2、杠U1、U2、V1、杠V2、杠W1、W2。此外,相对于以正向缠绕构成的U相绕组U1、U2、V相绕组V1、V2、W相绕组W1、W2,U相绕组杠U1、杠U2、V相绕组杠V1、杠V2、W相绕组杠W1、杠W2以反向缠绕构成。另外,U相绕组U1、杠U1相互设置于180°相对位置,同样,U相绕组U2、杠U2相互设置于180°相对位置。这在其它相(V相及W相)中也同样。
U相绕组U1、U2、杠U1、杠U2构成为串联连接,同样,V相绕组V1、V2,杠V1、杠V2构成为串联连接,W相绕组W1、W2、杠W1、杠W2构成为串联连接。并且,对U相绕组U1、U2、杠U1、杠U2供给U相的驱动电流。由此,相对于正向缠绕的U相绕组U1、U2,反向缠绕的U相绕组杠U1、杠U2始终以反极性(反相位)励磁,但是励磁定时相同。这在其它相(V相及W相)中也同样。
电动机230的转子221是N极和S极沿周向以等间隔(36°间隔)交替地设定的10极转子,具备三个磁石磁极Mn、两个磁石磁极Ms、两个凸极磁极Pn以及三个凸极磁极Ps。具体地,转子221的磁极构成为在顺时针方向上依次成为S极的磁石磁极Ms、N极的磁石磁极Mn、S极的凸极磁极Ps、N极的磁石磁极Mn、S极的磁石磁极Ms、N极的凸极磁极Pn、S极的凸极磁极Ps、N极的磁石磁极Mn、S极的凸极磁极Ps、N极的凸极磁极Pn。即,构成为:S极的凸极磁极Ps在周向上位于N极的磁石磁极Mn的相反侧(180°相对位置),N极的凸极磁极Pn在周向上位于S极的磁石磁极Ms的相反侧(180°相对位置)。另外,在转子芯222上,在与在周向上相邻的磁石磁极Mn、Ms间的边界部以及在周向上相邻的凸极磁极Pn、Ps间的边界部分别对应的位置上形成有与上述实施方式同样的狭缝孔227。
此外,磁石磁极Mn、Ms及凸极磁极Pn、Ps的各个数并不限于图34的10极转子的例子,例如也可以为,磁石磁极Mn由两个构成,磁石磁极Ms由三个构成,凸极磁极Pn由三个构成,凸极磁极Ps由两个构成。另外,在图34所示的例子的转子221中,也可以追加如图23或者图24所示的狭缝孔227,另外,也可以追加在如图25、图26所示的狭缝孔227a中嵌入辅助磁石228的构成。
在上述构成中,在转子221旋转时,例如在S极的磁石磁极Ms与U相绕组U1在径向上相对时,在其周向相反侧,N极的凸极磁极Pn与U相绕组杠U1在径向上相对(参照图34)。即,在与相互以反相位(同一定时)励磁的绕组13(例如U相绕组U1、杠U1)分别相对的不同极的磁极中,其一方由磁石磁极Ms(磁石磁极Mn)构成,另一方由凸极磁极Pn(凸极磁极Ps)构成。由此,能尽量抑制转矩的降低,并且能利用转子221的磁极将在反相位的绕组13中产生的合成感应电压(例如U相绕组U1、杠U1的合成感应电压)抑制得小,其结果是,能实现电动机230的高速旋转化。
此外,转子221的各磁极的配置并不限定于图34所示的例子,只要是凸极磁极Ps在周向上位于磁石磁极Mn的相反侧、凸极磁极Pn在周向上位于磁石磁极Ms的相反侧的构成,则转子221的各磁极的配置能适当变更。
另外,在定子11中,各U相绕组U1、U2、杠U1、杠U2不必全部串联连接,也可以设为将绕组U1、杠U1及绕组U2、杠U2分别形成为别的串联对的构成。另外,在V相及W相中也同样能进行变更。
另外,在图34中示出由10极12齿槽构成的例子,但是也能适用于14极12齿槽的构成。另外,也能适用于将10极12齿槽(或者14极12齿槽)的转子极数及齿槽数分别设为等倍的构成。另外,在图34中,以根据磁极将突部226分割为多个的类型为例加以示出,但是也能适用于如图22所示的例子的突部226没有分割的类型。
·在上述实施方式中,也可以在转子芯222上设置磁通感应部(磁力调整部),该磁通感应部(磁力调整部)用于将磁石磁极Mn、Ms的磁通朝向凸极磁极Pn、Ps(突部226)的周向中心CL(突部226的周向中心)引导。
例如,在图35所示的构成中,在各凸极磁极Pn、Ps的径向外侧面凹设有作为所述磁通感应部的磁通感应凹部226a。更详细地,在各凸极磁极Pn(突部226)的径向外侧面上,在靠近相邻的磁石磁极Ms的端部形成有磁通感应凹部226a。另外,同样在各凸极磁极Ps(突部226)的径向外侧面上,在靠近相邻的磁石磁极Mn的端部形成有磁通感应凹部226a。此外,在图35的例子中,各磁通感应凹部226a设定为突部226的周向宽度的大约1/4程度。另外,突部226的周向中心CL及永久磁石223的周向中心沿周向以等间隔(45°间隔)设定。
根据这样的构成,例如从磁石磁极Ms(永久磁石223)通过转子芯222朝向相邻的凸极磁极Pn的磁通被磁通感应凹部226a朝向凸极磁极Pn(突部226)的周向中心CL感应。由此,能沿周向以等间隔(在该图的例子中为45°间隔)构成转子221的磁极(即,各磁石磁极Mn、Ms及各凸极磁极Pn、Ps)中的周向的磁极中心(磁通密度的峰值位置),其结果是,能有助于高转矩化。
此外,在图35所示的例子中,虽然在凸极磁极Pn、Ps的径向外侧面设置有所述磁通感应部(磁通感应凹部226a),但是设置该磁通感应部的部位不限于此,例如,也可以使凸极磁极Pn、Ps中形成于转子芯222的孔(空隙部)作为磁通感应部发挥作用。
另外,在图35中,将本发明适用于表面磁石型结构(SPM结构),但是也可以将本发明适用于埋入磁石型结构(IPM结构)。
将适用于IPM结构的转子221的一例在图36中示出。在该图所示的转子221中,磁极的配置构成(各磁石磁极Mn、Ms及芯磁极Cn、Cs的周向位置)与上述的IPM结构(例如参照图28的构成)大致同样。即,转子221的磁极成为在顺时针方向上依次使N极的磁石磁极Mn、S极的芯磁极Cs、N极的芯磁极Cn、S极的磁石磁极Ms、N极的磁石磁极Mn、…重复的构成。
在图36所示的构成中,各磁石磁极Mn、Ms具备埋设于转子芯222的一对永久磁石241。在各磁石磁极Mn、Ms中,一对永久磁石241在轴向上观察时配置成向外周侧扩展的大致V字状,并且相对于周向上的磁极中心线(参照图36中的直线L1)设置成线对称。此外,各永久磁石241形成长方体。另外,各磁石磁极Mn、Ms中的一对永久磁石241配置成:收纳于将转子221在周向上用极数(磁石磁极Mn、Ms及芯磁极Cn、Cs的总数)等分时的角度范围(在本例中为45°的范围)。
另外,在图36中,用实线箭头表示N极的磁石磁极Mn及S极的磁石磁极Ms的各永久磁石241的磁化方向,箭头顶端侧表示N极,箭头基端侧表示S极。如该箭头所示,N极的磁石磁极Mn中的各永久磁石241为了将该磁石磁极Mn的外周侧的面设为N极,以在相互相对的面(所述磁极中心线侧的面)显现N极的方式被磁化。另外,S极的磁石磁极Ms中的各永久磁石241为了将该磁石磁极Ms的外周侧的面设为S极,以在相互相对的面(所述磁极中心线侧的面)显现S极的方式被磁化。
在转子芯222上形成有一对狭缝孔231,一对狭缝孔231在沿周向相邻的芯磁极Cn、Cs间的边界部沿着径向延伸。各狭缝孔231从固定孔222a的附近位置沿着径向延伸到转子芯222的外周面222b的附近位置。
另外,在转子芯222上,且在比各磁石磁极Mn、Ms中的一对永久磁石241靠内周侧位置形成有磁阻孔242(磁力调整部)。各磁阻孔242在轴向观察时是沿着径向长的长方形孔,设置于各磁石磁极Mn、Ms的周向中心位置。即,在本例中,在周向上相邻的磁石磁极Mn、Ms的各磁阻孔242的中心间设定为45°。
各狭缝孔231及各磁阻孔242在轴向上贯通转子芯222,各狭缝孔231内及各磁阻孔242内是空隙。由此,各磁阻孔242抑制在周向上相邻的磁石磁极Mn、Ms间的磁通的短路,各狭缝孔231抑制磁石磁极Mn、Ms的磁通通过芯磁极Cn、Cs而短路。即,利用各狭缝孔231及各磁阻孔242,在转子芯222内通过的各磁石磁极Mn、Ms的磁通被相邻的芯磁极Cn、Cs适当地感应。
另外,在各永久磁石241的内周侧及外周侧分别设置有空隙K3、K4。各空隙K3、K4是形成于转子芯222上的、分别收纳各永久磁石241的各磁石收纳孔244的一部分,以各永久磁石241的内周侧侧面面对各空隙K3、各永久磁石241的内周侧侧面面对各空隙K4的方式构成。即,在永久磁石241与磁石收纳孔244的径向内侧端部之间设置有空隙K3,在永久磁石241与磁石收纳孔244的径向外侧端部之间设置有空隙K4。
利用这些各空隙K3、K4的磁阻,能抑制各永久磁石241各自中的磁通的短路(各永久磁石241的磁通通过转子芯222在自身的N极和S极之间短路)。即,也由于各空隙K3、K4,各磁石磁极Mn、Ms的磁通被相邻的芯磁极Cn、Cs适当地感应,能有助于高转矩化。
在此,在本例的转子芯222中形成有磁通感应孔243(磁通感应部),磁通感应孔243(磁通感应部)用于将磁石磁极Mn、Ms的磁通朝向芯磁极Cn、Cs的周向中心CL引导。各磁通感应孔243在各芯磁极Cn、Cs中设置于靠近在周向上相邻的磁石磁极Mn、Ms的位置。更详细地,在各芯磁极Cn、Cs中,磁通感应孔243与收纳有最近的永久磁石241的磁石收纳孔244(图36中磁石收纳孔244a)连通,并且以从该磁石收纳孔244a沿着周向延伸到芯磁极Cn、Cs内的方式形成。另外,各磁通感应孔243形成于与所述最近的永久磁石241的径向外侧端部对应的位置。此外,各磁通感应孔243的径向宽度设定为轴向观察时的永久磁石241的长边长度的1/4以下。
根据这样的构成,例如,从磁石磁极Ms通过转子芯222朝向相邻的芯磁极Cn的磁通被磁通感应孔243朝向芯磁极Cn的周向中心CL引导。由此,能沿周向以等间隔(在该图的例子中为45°间隔)构成转子221的磁极(即,各磁石磁极Mn、Ms及各芯磁极Cn、Cs)中的周向的磁极中心(磁通密度的峰值位置),其结果是,能有助于高转矩化。
另外,根据本例的磁石磁极Mn、Ms的构成(永久磁石241的配置构成),能增大久磁石241的外周侧的转子芯体积(外周芯部22g的体积),因此能增加磁阻转矩,能有助于更进一步的高转矩化。
另外,本例中,因为在周向上相邻的N极的磁石磁极Mn与S极的磁石磁极Ms之间的磁通的短路被磁阻孔242抑制,所以能抑制从各磁石磁极Mn、Ms朝向相邻的芯磁极Cn、Cs的磁通量的降低,其结果是,能有助于高转矩化。而且,磁阻孔242在一对永久磁石241配置成V字的磁石磁极Mn、Ms中设置于比该永久磁石241靠径向内侧,因此能利用磁阻孔242适当地抑制在周向上邻接的不同极的磁石磁极Mn、Ms间的磁通的短路。
此外,本例中,成为在周向上邻接的芯磁极Cn、Cs彼此在狭缝孔231的径向两端部连接的构成,但是不限于此,也可以构成为该芯磁极Cn、Cs彼此在狭缝孔231的径向内侧端部及径向外侧端部中的任一方连接。另外,在图36所示的例子中,也可以将各磁阻孔242向径向内侧延伸到转子芯222的内周面(固定孔222a)。
另外,也可以将图36所示的构成按以下所示变更。图37所示的转子221是在图36所示的构成的各狭缝孔231中配置辅助磁石251(磁力调整部)、在各磁通感应孔243中配置辅助磁石252(磁力调整部)的构成。各辅助磁石251设置于各狭缝孔231内的靠近径向内侧的位置。此外,辅助磁石251的径向长度设定为狭缝孔231的径向长度的一半以下。
在图37中也用实线箭头表示各永久磁石241及各辅助磁石251、252的磁化方向,箭头顶端侧表示N极,箭头基端侧表示S极。如该箭头所示,各辅助磁石251以周向上的靠近芯磁极Cn的面成为N极、靠近芯磁极Cs的面成为S极的方式被磁化。另外,设置于N极的磁石磁极Mn的磁通感应孔243中的辅助磁石252以径向外侧的面成为N极的方式被磁化,设置于S极的磁石磁极Ms的磁通感应孔243中的辅助磁石252以径向外侧的面成为S极的方式被磁化。此外,辅助磁石251、252由例如钕磁石、钐钴(SmCo)磁石、SmFeN类磁石、铁氧体磁石、铝镍钴合金磁石等构成,另外,也可以是烧结磁石及粘结磁石中的任一构成。
根据这样的构成,在芯磁极Cn、Cs中不仅相邻的磁石磁极Mn、Ms的磁通而且辅助磁石251、252的磁通也流通,因此在芯磁极Cn、Cs中流通的磁通增加,其结果是,能有助于电动机的高转矩化。此外,在该情况下也优选构成为:从转子221赋予定子11的磁力在芯磁极Cn、Cs比在磁石磁极Mn、Ms减弱。
此外,在图37所示的例子中,分别在狭缝孔231中配置辅助磁石251,在磁通感应孔243配置辅助磁石252,但是也可以设为将辅助磁石251、252中的任一方省略的构成。
·在上述实施方式中,将永久磁石223设为烧结磁石,但是除此以外,例如也可以设为粘结磁石。
·在上述实施方式中,将本发明具体化为将转子221配置于定子11的内周侧的内转子型的电动机210,但是并不特别限定于此,也可以将本发明具体化为将转子配置于定子的外周侧的外转子型的电动机。
·在上述实施方式中,将本发明具体化为定子11和转子221在径向上相对的径向间隙型的电动机210,但是并不特别限定于此,也可以将本发明适用于定子和转子在轴向上相对的轴向间隙型的电动机。
·上述的实施方式及各变形例也可以适当组合。
以下对电动机的第四实施方式进行说明。
如图38(a)所示,本实施方式的电动机310构成为无刷电动机,并构成为在圆环状的定子11的内侧配置有转子321。定子11的构成与第一实施方式的定子11同样,因此省略详细的说明。定子11的绕组13也与第一实施方式的绕组13同样地构成。
[转子的构成]
如图38(b)所示,转子321形成如下埋入磁石型结构(IPM结构):形成磁极的永久磁石322埋设于转子芯323中。此外,转子芯323通过由圆形板状的磁性金属构成的多个芯片在轴向上层积而构成为圆筒状,在该转子芯323的中心部形成有固定孔323a,旋转轴324插入固定于固定孔323a。
转子321构成为如下8极转子:在转子芯323的外周面323b上,N极和S极交替地设定。具体地,转子321分别具备一对N极的磁石磁极Mn、S极的磁石磁极Ms、N极的芯磁极Cn、以及S极的芯磁极Cs。各磁石磁极Mn、Ms是使用永久磁石322的磁极,各芯磁极Cn、Cs是使用转子芯323的一部分的磁极。
N极及S极的各磁石磁极Mn、Ms具备埋设于转子芯323的一对永久磁石322。在各磁石磁极Mn、Ms中,一对永久磁石322在轴向上观察时配置成向外周侧扩展的大致V字状,并且相对于周向上的磁极中心线(参照图38(b)中的直线L1)设置成线对称。此外,各永久磁石322形成长方体。另外,各磁石磁极Mn、Ms中的一对永久磁石322配置成:收纳于将转子321在周向上用极数(是磁石磁极Mn、Ms及芯磁极Cn、Cs的总数,在本实施方式中为8)等分时的角度范围(在本实施方式中为45°的范围)。此外,各永久磁石322是例如各向异性的烧结磁石,由例如钕磁石、钐钴(SmCo)磁石、SmFeN类磁石、铁氧体磁石、铝镍钴合金磁石等构成。
在图38(b)中,用实线箭头表示N极的磁石磁极Mn及S极的磁石磁极Ms的各永久磁石322的磁化方向,箭头顶端侧表示N极,箭头基端侧表示S极。如该箭头所示,N极的磁石磁极Mn中的各永久磁石322为了将该磁石磁极Mn的外周侧的面设为N极,以在相互相对的面(所述磁极中心线侧的面)显现N极的方式被磁化。另外,S极的磁石磁极Ms中的各永久磁石322为了将该磁石磁极Ms的外周侧的面设为S极,以在相互相对的面(所述磁极中心线侧的面)显现S极的方式被磁化。
N极的磁石磁极Mn和S极的磁石磁极Ms以相互的周向的中心位置(磁极中心)的间隔成为45°的方式邻接配置,将该邻接配置的N极的磁石磁极Mn和S极的磁石磁极Ms的对作为磁石磁极对P。并且,在本实施方式的转子321中,两个磁石磁极对P设置于周向的180°相对位置。更详细地,一方磁石磁极对P的N极的磁石磁极Mn和另一方磁石磁极对P的N极的磁石磁极Mn配置于相互180°相对位置,同样,一方磁石磁极对P的S极的磁石磁极Ms和另一方磁石磁极对P的S极的磁石磁极Ms配置于相互180°相对位置。即,各磁石磁极Mn、Ms(各永久磁石322)设置成以转子321的轴线L(旋转轴324的轴线)为中心成为点对称。
另外,各磁石磁极Mn、Ms的以轴线L为中心的开角度θm(占有角度)设定成将转子321在周向上用极数等分的角度(在本实施方式中为45°)。即,由在周向上邻接的磁石磁极Mn、Ms构成的各磁石磁极对P的开角度成为大致90°。
在此,在转子芯323的周向上,一对磁石磁极对P的占有角度为大致180°,剩余的范围成为没有配置磁石的部分(非磁石磁极部325)。即,在转子芯323上,一对磁石磁极对P和一对非磁石磁极部325在周向上每隔大致90地交替地构成。
在各非磁石磁极部325上设置有作为磁阻部的一对狭缝部326a、326b。在本实施方式中,各狭缝部326a、326b从转子芯323的固定孔323a的附近位置沿着径向延伸到转子芯323的外周面323b的附近位置。另外,各狭缝部326a、326b是在轴向上贯通转子芯323的孔。
在各非磁石磁极部325中,一对狭缝部326a、326b以相对于非磁石磁极部325的周向中心线L2成为线对称的方式形成。此外,将相对于周向中心线L2靠近N极的磁石磁极Mn的狭缝部设为狭缝部326a,将靠近S极的磁石磁极Ms的狭缝部设为狭缝部326b。在本实施方式中,在转子321的周向上,所述周向中心线L2和狭缝部326a、326b形成的角度设定为大约25°。这样,在各非磁石磁极部325中,一对狭缝部326a、326b形成的周向的角度设定为大约50°。这样,优选非磁石磁极部325的一对狭缝部326a、326b形成的角度设定为非磁石磁极部325的开角度(在本实施方式中为大致90°)的一半以上。此外,非磁石磁极部325的周向中心线L2和磁石磁极对P的周向中心线L3(邻接的磁石磁极Mn、Ms的边界线)形成的角度成为90°。
另外,在转子芯323上,且在比各磁石磁极Mn、Ms中的一对永久磁石322靠内周侧位置形成有磁阻孔327。各磁阻孔327在轴向观察时是径向上长的长方形孔,设置于各磁石磁极Mn、Ms的周向中心位置。即,在本实施方式中,在周向上邻接的磁石磁极Mn、Ms的磁阻孔327的中心间设定为45°。另外,各磁阻孔327在轴向上贯通转子芯323。
另外,在各永久磁石322的内周侧及外周侧分别设置有空隙K1、K2。各空隙K1、K2是形成于转子芯323上的、收纳各永久磁石322的各磁石收纳孔323c的一部分,以各永久磁石322的内周侧侧面与各空隙K1面对、各永久磁石322的内周侧侧面与各空隙K2面对的方式构成。即,在永久磁石322与磁石收纳孔323c的径向内侧端部之间设置有空隙K1,在永久磁石322与磁石收纳孔323c的径向外侧端部之间设置有空隙K2。
利用上述的各磁阻孔327可抑制各磁石磁极对P中的磁石磁极Mn、Ms间的磁通的短路,另外,利用空隙K1、K2可抑制各永久磁石322中的磁通的短路。利用这些,各磁石磁极Mn、Ms的永久磁石322的磁通(磁石磁通)被该磁石磁极Mn、Ms的外周侧及周向的非磁石磁极部325有效地感应。
在此,转子芯323的各非磁石磁极部325由一对狭缝部326a、326b分隔为三个区域,其中的与N极的磁石磁极Mn在周向上相邻的区域(狭缝部326a与磁石磁极Mn之间的区域)构成为S极的芯磁极Cs。另外,与S极的磁石磁极Ms在周向上相邻的区域(狭缝部326b与磁石磁极Ms之间的区域)构成为N极的芯磁极Cn。
详述的话,从N极的磁石磁极Mn朝向周向的非磁石磁极部325(不与磁石磁极Ms邻接的部分)流动的磁石磁通由于狭缝部326a的磁阻而朝向转子芯323的外周面323b感应。由此,非磁石磁极部325中的与N极的磁石磁极Mn相邻的区域利用该磁石磁极Mn的磁石磁通而作为S极的芯磁极Cs(伪磁极)发挥作用。
另外,同样,从S极的磁石磁极Ms朝向周向的非磁石磁极部325(不与磁石磁极Mn邻接的部分)流动的磁石磁通由于狭缝部326b的磁阻而朝向转子芯323的外周面323b感应。由此,非磁石磁极部325中的与S极的磁石磁极Ms相邻的区域利用该磁石磁极Ms的磁石磁通而作为N极的芯磁极Cn(伪磁极)发挥作用。
并且,在各非磁石磁极部325中,一对狭缝部326a、326b间(即,芯磁极Cn、Cs间)的区域(狭缝间芯部328)构成为:由于该狭缝部326a、326b的磁阻而几乎不受到磁石磁极Mn、Ms的磁石磁通的影响。即,构成为:在各非磁石磁极部325的狭缝间芯部328没有形成基于磁石磁极Mn、Ms(永久磁石322)的磁石磁通的磁极。
在如上述的构成的转子321中,成为按周向的顺时针依次使N极的磁石磁极Mn、S极的芯磁极Cs、狭缝间芯部328、N极的芯磁极Cn、S极的磁石磁极Ms、N极的磁石磁极Mn、…重复的构成。
此外,各狭缝间芯部328的以轴线L为中心的开角度θa(占有角度)与上述的狭缝部326a、326b形成的周向的角度大致相等,在本实施方式中成为大约50°。另外,各芯磁极Cn、Cs的以轴线L为中心的开角度θc(占有角度)从在各非磁石磁极部325上形成狭缝间芯部328的关系出发,构成得小于各磁石磁极Mn、Ms的开角度θm(在本实施方式中为45°)。
接着,对本实施方式的作用进行说明。
当分别具有120°的相位差的3相的驱动电流(交流)从未图示的驱动电路分别供给到U相绕组U1~U4、V相绕组V1~V4及W相绕组W1~W4时,各绕组U1~W4按每个相在同一定时励磁,从而在定子11中产生旋转磁场。并且,通过该定子11的旋转磁场和转子321的磁极(磁石磁极Mn、Ms及芯磁极Cn、Cs)的磁通的相互作用,转子321进行旋转。
在转子321高速旋转时,执行对绕组13供给弱励磁电流(d轴电流)的弱励磁控制。在此,按照图39(a)、39(b)说明基于弱励磁控制的磁力作用。此外,在图39(a)、39(b)中,说明便利起见,作为定子11的构成仅图示出U相,关于其它的相省略图示。
以转子321高速旋转时(弱励磁控制时)的、如图39(a)所示的转子321的旋转位置、即N极的磁石磁极Mn与U相绕组U、U3在径向上相对、并且狭缝间芯部328与U相绕组U2、U4在径向上相对的转子321的旋转位置为例进行说明。此时,在U相绕组U、U3中,相对的N极的磁石磁极Mn发出的磁石磁通(向径向外侧的磁通)超过基于弱励磁电流的交链磁通(向径向内侧的交链磁通),在U相绕组U、U3中产生朝向径向外侧通过的交链磁通
另一方面,在U相绕组U2、U4中,相对的转子321的部位不是磁极,而是大致不受所述磁石磁通的影响的狭缝问芯部328。因此,由于弱励磁电流(d轴电流)的供给而产生的d轴磁通大致不受转子321的磁石磁通的影响,而在狭缝问芯部328(转子芯323)内通过。由此,在U相绕组U2、U4中产生基于弱励磁电流的朝向径向内侧通过的交链磁通且不会被转子321的磁极消除。即,在U相绕组U2、U4中产生与由于磁石磁极Mn而在U相绕组U、U3中产生的交链磁通为反相位的交链磁通
此时,在各U相绕组U1~U4中产生基于交链磁通的感应电压。如上所述,因为交链磁通相互为反相位,所以由于交链磁通而在U相绕组U2、U4中产生的感应电压和由于交链磁通而在U相绕组U、U3中产生的感应电压相互成为反极性(反相位)。因此,将U相绕组U1~U4的感应电压合成的合成感应电压会有效地减少。
此外,上述的作用在S极的磁石磁极Ms与例如U相绕组U、U3相对时也同样地产生。即,在S极的磁石磁极Ms与U相绕组U、U3相对时,狭缝间芯部328与U相绕组U2、U4分别相对,因此在U相绕组U、U3中产生的感应电压和在U相绕组U2、U4中产生的感应电压成为反相位,U相绕组U1~U4的合成感应电压会有效地减少。
另外,在上述以U相绕组U1~U4的合成感应电压为例进行了说明,但是在V相绕组V1~V4及W相绕组W1~W4中也同样产生通过在转子芯323上设置狭缝间芯部328而引起的合成感应电压的减少。
接着,对在转子321高速旋转时(弱励磁控制时)转子321处于如图39(b)所示的旋转位置时、即N极的磁石磁极Mn与U相绕组U、U3在径向上相对且N极的芯磁极Cn与U相绕组U2、U4在径向上相对时的磁力作用进行说明。
此时也是,在U相绕组U、U3中,相对的N极的磁石磁极Mn发出的磁石磁通(向径向外侧的磁通)超过基于弱励磁电流的交链磁通(向径向内侧的交链磁通),在U相绕组U、U3中产生朝向径向外侧通过的交链磁通
另一方面,与U相绕组U2、U4相对的芯磁极Cn是不具有磁石的伪磁极,与磁石磁极Mn相比赋予定子11的磁力弱。由此,和与磁石磁极Mn相对的U相绕组U、U3的交链磁通相比,与芯磁极Cn相对的U相绕组U2、U4的交链磁通减少,因此U相绕组U2、U4中产生的感应电压小于U相绕组U、U3中产生的感应电压。因此,将U相绕组U1~U4中产生的感应电压合成的合成感应电压减少U相绕组U2、U4中的感应电压的减少量。这样,在N极的磁石磁极Mn与U相绕组U、U3在径向上相对时,与U相绕组U2、U4在径向上相对的转子321的部位是N极的芯磁极Cn时,也会产生U相绕组U1~U4的合成感应电压的减少。
此外,在上述以U相绕组U1~U4与转子321的N极相对时的合成感应电压的减少为例进行了说明,但是在V相绕组V1~V4及W相绕组W1~W4中也同样,另外,在转子321的S极中也同样产生由于狭缝间芯部328或者芯磁极Cs引起的合成感应电压的减少。
另外,如本实施方式那样,在绕组13在各相中分别串联的绕组方式中,在每个相的各绕组13中分别产生的感应电压之和成为合成感应电压,所以有该合成感应电压增大的倾向。因此,在绕组13在各相中分别串联的构成中,如上所述,通过设置狭缝间芯部328及芯磁极Cn、Cs,从而更显著地得到合成感应电压的抑制效果,更适合于电动机310的高速旋转化。
另外,利用上述的狭缝间芯部328或者芯磁极Cn、Cs的作用,能将对绕组13供给的弱励磁电流抑制得小。并且,由于能减弱弱励磁电流,从而在弱励磁控制时永久磁石322不易退磁,另外,能抑制绕组13的铜损。将其换句话说,能以等同的弱励磁电流量减少的交链磁通量增加,因此能更有效地得到基于弱励磁控制的高速旋转化。
接着,记载本实施方式的特征上的优点。
(13)定子11的绕组13由与被供给的3相的驱动电流相应的、四个U相绕组U1~U4、四个V相绕组V1~V4及四个W相绕组W1~W4构成,各相的四个绕组分别串联连接。即,定子11的绕组13在各相中具备串联连接的至少两个绕组(第一绕组及第二绕组)。
另外,转子321具备:具有永久磁石322的磁石磁极Mn、Ms;以及转子芯323的非磁石磁极部325,其在磁石磁极Mn(或者磁石磁极Ms)与例如U相绕组U、U3相对的转子321的旋转位置上与U相绕组U2、U4相对。并且,该转子芯323的非磁石磁极部325由如下部分构成:芯磁极Cn、Cs,其通过磁石磁极Mn、Ms的磁通而作为与该磁石磁极Mn、Ms相反的磁极发挥作用;以及狭缝间芯部328(磁通允许部),其允许相对的绕组13中的弱励磁磁通(交链磁通)的产生。
根据该构成,芯磁极Cn、Cs是不具有磁石的伪磁极,与磁石磁极Mn、Ms相比赋予定子11的磁力弱,因此能将各相的绕组13中的合成感应电压抑制得小。另外,因为狭缝间芯部328允许相对的绕组13中的弱励磁磁通(交链磁通)的产生,所以在与该狭缝间芯部328相对的绕组13中由于交链磁通而产生的感应电压相对于在与磁石磁极Mn、Ms相对的绕组13中产生的感应电压成为反极性。由此,能更将各相的绕组13中的合成感应电压抑制得进一步小。利用这样的非磁石磁极部325的芯磁极Cn、Cs及狭缝间芯部328的作用,能实现电动机310的高速旋转化。
在此,当考虑将转子芯323的非磁石磁极部325全部设为芯磁极Cn、Cs的构成(在各非磁石磁极部325上仅设置有一个狭缝部的构成)时,虽然获得转矩,但是芯磁极Cn、Cs的磁力妨碍弱励磁磁通的产生,不利于实现高速旋转化。因此,如本实施方式那样,通过将狭缝间芯部328和芯磁极Cn、Cs形成于非磁石磁极部325,从而能尽量抑制转矩的降低并且能实现高速旋转化。
另外,在本实施方式中,通过对形成于各非磁石磁极部325的一对狭缝部326a、326b的构成进行变更,能调整电动机310的输出特性(转矩及转速)。
例如,各非磁石磁极部325中的一对狭缝部326a、326b形成的角度越大,则狭缝间芯部328的开角度θa越大,另外,芯磁极Cn、Cs的开角度θc越小。由此,在弱励磁控制时绕组13中产生的弱励磁磁通增加,成为有利于实现高速旋转化的构成。另一方面,各非磁石磁极部325中的一对狭缝部326a、326b形成的角度越小,则狭缝间芯部328的开角度θa越小,另外,芯磁极Cn、Cs的开角度θc越大,成为有利于实现高转矩化的构成。因此,通过设定狭缝部326a、326b间的角度,能得到期望的电动机特性。
(14)狭缝间芯部328在转子321的周向上设置于N极的芯磁极Cn与S极的芯磁极Cs之间,N极及S极的芯磁极Cn、Cs分别构成为在周向上的与狭缝间芯部328相反的一侧的部分与不同极的磁石磁极Mn、Ms相邻。根据该构成,因为在周向上在狭缝间芯部328与磁石磁极Mn、Ms之间分别夹设有芯磁极Cn、Cs,所以狭缝间芯部328能形成为更不易受到磁石磁极Mn、Ms的磁通影响的构成。由此,狭缝间芯部328成为更适合于允许弱励磁磁通(交链磁通)的产生的构成。
(15)磁石磁极Mn、Ms中的与定子11的相对面(磁石磁极Mn、Ms的外周面)的开角度θm设定得大于芯磁极Cn、Cs中的与定子11的相对面(芯磁极Cn、Cs的外周面)的开角度θc。由此,能确保磁石磁极Mn、Ms的磁力、以及通过该磁石磁极Mn、Ms的磁通而作为伪磁极发挥作用的芯磁极Cn、Cs的磁力,能更适当地抑制转矩的降低。
(16)狭缝间芯部328中的与定子11的相对面(狭缝间芯部328的外周面)的开角度θa设定得大于芯磁极Cn、Cs的外周面的开角度θc,因此能形成为更适于高速旋转化的构成。
(17)转子芯323在相互相邻的狭缝间芯部328与芯磁极Cn、Cs之间具备作为磁阻部的狭缝部326a、326b,因此能抑制通过芯磁极Cn、Cs的磁石磁极Mn、Ms的磁通在狭缝间芯部328中流通。
另外,通过将狭缝间芯部328与芯磁极Cn、Cs之间的磁阻部设为形成于转子芯323上的狭缝部326a、326b,从而能在转子芯323上容易地构成磁阻部。
此外,上述实施方式也可以变更为如下。
·各非磁石磁极部325中的狭缝部326a、326b的构成并不限定于上述实施方式,只要是在各非磁石磁极部325形成有允许弱励磁磁通的产生的磁通允许部和芯磁极Cn、Cs的构成,则能适当变更为该其它的构成。
例如,如图40所示,也可以形成为将上述实施方式的狭缝部326a、326b彼此在内周侧端部连接的构成。根据这样的构成,能更适当地抑制通过芯磁极Cn、Cs的磁石磁极Mn、Ms的磁通在狭缝间芯部328中流通。
另外,例如图41所示,也可以在各狭缝部326a、326b的径向中间部形成多个电桥部331。各电桥部331形成于转子芯323,并构成为在各狭缝部326a、326b中的在周向上相对的一对侧面间连接。此外,在图41的构成中,各狭缝部326a、326b向径向外侧开放。根据这样的构成,通过变更电桥部331的构成(个数、轴向及径向的尺寸),能容易地调整电动机310的输出特性(转矩及转速)及转子芯323的刚性。
另外,例如图42所示,也可以在各狭缝部326a、326b内设置辅助磁石332。此外,图42中用实线箭头表示各永久磁石322及各辅助磁石332的磁化方向,箭头顶端侧表示N极,箭头基端侧表示S极。各辅助磁石332是形成长方体状的永久磁石,具有与在周向上相邻的芯磁极Cn、Cs对应的磁化方向。即,设置于狭缝部326a的辅助磁石332以靠近在周向上相邻的芯磁极Cs的面成为S极的方式被磁化。另外,设置于狭缝部326b的辅助磁石332以靠近在周向上相邻的芯磁极Cn的面成为N极的方式被磁化。根据这样的构成,利用各狭缝部326a、326b内的辅助磁石332能使芯磁极Cn、Cs的磁通量增加,能更适当地抑制转矩的降低。
此外,在图42所示的构成中,将形成于各狭缝部326a、326b的所述电桥部331用于辅助磁石332的径向的定位。另外,利用该电桥部331可防止辅助磁石332从狭缝部326a、326b向径向外侧脱落。另外,在图42所示的构成中,因为辅助磁石332设置于各狭缝部326a、326b的靠近内周侧的位置,所以辅助磁石332的磁通不易流向狭缝间芯部328的外周侧(即,弱励磁磁通的磁路侧)。因此,能利用辅助磁石332的磁通抑制弱励磁磁通不易在狭缝间芯部328中流通(即,妨碍高速旋转化)。
另外,在上述实施方式中,非磁石磁极部325的各狭缝部326a、326b沿着转子321的径向形成,但是不限于此,例如图43所示,狭缝部326a、326b也可以形成为不沿着转子321的径向的方式。
在图43所示的构成中,各狭缝部326a、326b从非磁石磁极部325的径向的大致中央形成于外周侧的位置,并构成为:各狭缝部326a、326b的内周侧端部在非磁石磁极部325的径向的大致中央位置上相互接近。并且,非磁石磁极部325中的比各狭缝部326a、326b靠外周侧的狭缝间芯部333作为磁通允许部发挥作用。
另外,在图43所示的构成中,在非磁石磁极部325中的比狭缝间芯部333(各狭缝部326a、326b)靠径向内侧的部位埋设有辅助磁石334。该辅助磁石334配置于非磁石磁极部325的周向中心线L2上。另外,辅助磁石334在轴向观察时形成径向上长的长方形,以周向的靠近芯磁极Cn的部位(非磁石磁极部325中的比狭缝部326b靠近磁石磁极Ms的部位)成为N极、靠近芯磁极Cs的部位(非磁石磁极部325中的比狭缝部326a靠近磁石磁极Mn的部位)成为S极的方式被磁化(参照图43中的实线箭头)。
根据这样的构成,能利用辅助磁石334使芯磁极Cn、Cs的磁通量增加,能更适当地抑制转矩的降低。而且,在该构成中,辅助磁石334设置于比狭缝部326a、326b靠径向内侧。因此,利用各狭缝部326a、326b可抑制辅助磁石334的磁通侵入到狭缝间芯部333,并能抑制辅助磁石332的磁通妨碍高速旋转化。
另外,在图43所示的构成中,在以进一步提高转矩为目标的情况下,例如图44所示,也可以在各狭缝部326a、326b内设置辅助磁石332。在这样的构成的情况下也是,为了抑制与弱励磁磁通的磁路的干扰,优选将辅助磁石332设置于各狭缝部326a、326b的靠近内周侧的位置。
此外,优选上述各构成中的辅助磁石332、334由例如钕磁石、钐钴(SmCo)磁石、SmFeN类磁石、铁氧体磁石、铝镍钴合金磁石等构成。另外,辅助磁石332、334也可以是烧结磁石及粘结磁石中的任一构成。
·在上述实施方式中,各狭缝部326a、326b在轴向上贯通转子芯323,但是不限于此,也可以通过将狭缝部326a、326b形成为在轴向上不贯通转子芯323的孔,并变更该狭缝部326a、326b的轴向长度,从而调整电动机310的输出特性(转矩及转速)。
·在上述实施方式的转子芯323中,在相互相邻的狭缝间芯部328与芯磁极Cn、Cs之间形成狭缝部326a、326b作为磁阻部,但是并不特别限定于此。例如也可以通过激光照射使转子芯323部分地非磁性化,从而构成狭缝间芯部328与芯磁极Cn、Cs之间的磁阻部。
·如图45所示,也可以将非磁石磁极部325的外径D1(即,各芯磁极Cn、Cs的外径及狭缝间芯部328的外径)构成为大于各磁石磁极Mn、Ms的外径D2。
根据这样的构成,与定子的齿12a的内周面之间的气隙(间隙)在非磁石磁极部325比在各磁石磁极Mn、Ms减小。即,非磁石磁极部325的狭缝间芯部328及各芯磁极Cn、Cs更接近齿12a的内周面,因此弱励磁磁通更容易通过该狭缝间芯部328及各芯磁极Cn、Cs。由此,能将各相中的合成感应电压抑制得更小,能有助于更进一步的高速旋转化。
·在上述实施方式的转子321中,在非磁石磁极部325上构成的磁通允许部(狭缝间芯部328)与转子芯323一体形成。即,转子芯323构成为包括磁通允许部(狭缝间芯部328)的一体部件,但是不限于此,也可以将构成磁通允许部的部位的至少一部分分体构成。
例如,在图46所示的构成中,转子芯323具备:芯主体351,其具有与上述实施方式同样的磁石磁极对P及芯磁极Cn、Cs;以及分体芯部件352,其与芯主体351连结。
芯主体351由例如冷轧钢板(SPCC)的铁材等形成为大致圆筒状,在中心部固定有旋转轴324。另外,芯主体351在转子芯323的非磁石磁极部325中具有收纳凹部353,收纳凹部353以从该芯主体351的外周面向径向内侧凹陷的方式凹设。收纳凹部353的周向两端面形成沿着径向的平面状,在该两端面分别形成有沿周向突出到收纳凹部353内的连结凸部354。各连结凸部354形成沿着转子321的径向的宽度扩展到突出顶端(周向顶端)的锥状。
在芯主体351中,在周向上于收纳凹部353与S极的磁石磁极Ms之间构成有N极的芯磁极Cn,在周向上于收纳凹部353与N极的磁石磁极Mn之间构成有S极的芯磁极Cs。另外,在芯主体351中的收纳凹部353的径向内侧部位形成有磁阻孔355,磁阻孔355在轴线L方向上贯通芯主体351。利用该磁阻孔355,可抑制在周向上夹着非磁石磁极部325而构成的磁石磁极Mn、Ms间的磁通的短路。
在芯主体351的收纳凹部353收纳有分体芯部件352,分体芯部件352形成以旋转轴324的轴线L为中心的扇状。分体芯部件352由磁导率比芯主体351(例如铁材)高的材料(例如无定形的金属、坡莫合金等)构成。分体芯部件352的外周面从旋转轴324的轴线L方向观看形成以该轴线L为中心的圆弧状,该分体芯部件352的外周面和芯主体351的外周面构成为位于以轴线L为中心的同一圆上。
分体芯部件352的周向两端面形成沿着径向的平面状,并且与收纳凹部353的周向两端面分别相对。即,分体芯部件352在周向上配置于N极的芯磁极Cn与S极的芯磁极Cs之间。并且,在分体芯部件352的周向两端面分别形成有连结凹部361,在连结凹部361中嵌合芯主体351的连结凸部354。通过各连结凸部354相对于这些各连结凹部361的嵌合,分体芯部件352固定在收纳凹部353内。
在分体芯部件352的固定状态下,在分体芯部件352的周向两端面与收纳凹部353的周向两端面之间、以及分体芯部件352的径向内侧面与收纳凹部353的径向内侧面之间设置有空隙K3。另外,在周向上于各连结凹部361与嵌合于该各连结凹部361的各连结凸部354之间设置有空隙K4。即,分体芯部件352仅在连结凹部361的径向两侧面与芯主体351(连结凸部354)接触。
此外,分体芯部件352构成为相对于非磁石磁极部325的周向中心线L2成为线对称。另外,分体芯部件352的以轴线L为中心的开角度(占有角度)设定为与上述实施方式的狭缝间芯部328的开角度θa同样。另外,在图46所示的构成中,将分体芯部件352的内径设为转子芯323的外径(芯主体351的外径)的一半程度,但是不限于此,也可以将分体芯部件352的内径设定为转子芯323的外径的一半以上或者一半以下。
根据这样的构成,分体芯部件352与上述实施方式的狭缝间芯部328大致同样,作为允许弱励磁磁通的产生的磁通允许部发挥作用,因此能实现电动机310的高速旋转化。并且,在该构成中,分体芯部件352与具有磁石磁极Mn、Ms及芯磁极Cn、Cs的芯主体351分体构成。因此,能抑制分体芯部件352中的弱励磁磁通的磁路(d轴磁路)和芯主体351中的磁石磁极Mn、Ms的磁通的磁路的干扰。由此,弱励磁磁通容易通过分体芯部件352,从而能有助于更进一步的高速旋转化。
而且,在该构成中,分体芯部件352由磁导率比芯主体351高的材料构成,因此能使弱励磁磁通更进一步容易通过分体芯部件352,其结果是,能有助于进一步的高速旋转化。另外,在转子芯323的构成部件中,至少将分体芯部件352用磁导率高的材料构成,将芯主体351用廉价的铁材等构成,从而能抑制制造成本的增加,并且能实现高速旋转化。
另外,因为在周向上的分体芯部件352与磁石磁极Mn、Ms之间分别夹设有芯磁极Cn、Cs,所以能设为分体芯部件352更加不易受到磁石磁极Mn、Ms的磁通的影响的构成。另外,因为在周向上的分体芯部件352与芯磁极Cn、Cs之间分别设置有空隙K3,因此能更进一步抑制磁石磁极Mn、Ms的磁通针对通过分体芯部件352的弱励磁磁通的干扰。
·在上述的图46所示的构成中,分体芯部件352用与芯主体351一体形成的连结凸部354连结,但是不限于此,例如图47所示,也可以通过芯主体351及分体芯部件352形成分体的连结部件362对芯主体351和分体芯部件352进行连结。
连结部件362在分体芯部件352的周向两侧各自上横跨该分体芯部件352和芯主体351而设置,各连结部件362的周向两端部与连结凹部363、364嵌合,连结凹部363、364分别形成于分体芯部件352的周向两端面及收纳凹部353的周向两端面。此外,连结部件362的径向的设置位置设定于分体芯部件352的径向中心位置。另外,各连结部件362形成径向宽度从周向中心部扩展到周向两端的锥状。通过该连结部件362,芯主体351(收纳凹部353)和分体芯部件352以相互不接触的方式连结。另外,连结部件362由磁阻比芯主体351及分体芯部件352大的材料(例如树脂、不锈钢、黄铜等)构成。
根据这样的构成,芯主体351和分体芯部件352能构成为仅由连结部件362连接。并且,通过连结部件362的构成材料使用磁阻比芯主体351及分体芯部件352大的材料,从而能抑制芯主体351的磁石磁极Mn、Ms的磁通通过连结部件362朝向分体芯部件352流动。其结果是,能更进一步抑制磁石磁极Mn、Ms的磁通针对通过分体芯部件352的弱励磁磁通的干扰。此外,在图47所示的构成中,在芯主体351的收纳凹部353与分体芯部件352之间设置有空隙K3,但是不限于此,例如也可以在空隙K3中填充树脂等填充材料,使该填充材料作为对芯主体351和分体芯部件352进行连结的连结部件发挥作用。
另外,在如上述的图46及图47所示的构成中,优选分体芯部件352由主要在周向上具有容易磁化轴(容易磁化的晶体取向)的材料构成。据此,弱励磁磁通容易在分体芯部件352中的d轴磁路中通过,其结果是,能有助于更进一步的高速旋转化。
另外,在上述的如图46及图47所示的构成中,也可以设置包覆转子321的外周面的圆筒状的盖部件。据此,能利用盖部件抑制分体芯部件352从芯主体351脱落。
·在上述实施方式中,各相的绕组、即U相绕组U1~U4、V相绕组V1~V4以及W相绕组W1~W4分别串联连接,但是并不特别限定于此,绕组方式也可以适当变更。例如,当作为变更例以U相为例进行说明时,也可以将U相绕组U1、U2串联连接,另外,将U相绕组U3、U4串联连接,将那些U相绕组U1、U2的串联对和U相绕组U3、U4的串联对并联连接。
·在上述实施方式中,将转子321设为8极,将定子11的绕组13的个数设为12个(即,设为8极12齿槽的电动机构成),但是转子321的极数和绕组13的个数能根据构成适当变更。
·在上述实施方式中,在转子321的例如N极中,磁石磁极Mn和芯磁极Cn由相同的数量(分别为两个)构成,但是不必是相同数量。例如也可以为,磁石磁极Mn构成为3个(或者1个),芯磁极Cn构成为1个(或者3个)。另外,在转子的S极(磁石磁极Ms及芯磁极Cs)中也可以进行同样的变更。
·在上述实施方式中,在转子321的N极及S极中分别具备芯磁极Cn及芯磁极Cs,但是并不特别限定于此,例如,也可以仅在转子321的一方的极上设置芯磁极,而另一方的极全部由磁石磁极构成。
·在上述实施方式的各磁石磁极Mn、Ms中设为如下构成:埋设于转子芯323的一对永久磁石322在轴向上观察配置成向外周侧扩展的大致V字状,但是并不特别限定于此,磁石磁极Mn、Ms中的永久磁石的构成能适当变更。例如,也可以对一个磁石磁极Mn、Ms设为具有一个永久磁石的构成。
另外,上述实施方式的转子321形成构成磁石磁极Mn、Ms的永久磁石322埋设于转子芯323的埋入磁石型结构(IPM结构),但是也可以设为构成磁石磁极Mn、Ms的永久磁石固装于转子芯323的外周面的表面磁石型结构(SPM结构)。
·在上述实施方式中,将永久磁石322设为烧结磁石,但是除此以外,例如也可以设为粘结磁石。
·在上述实施方式中,将转子芯323设为所述芯片的层积结构,但是除此以外,例如也可以设为用压粉体芯、锻造(冷锻造)、切削等成形的一体块。
·在上述实施方式中,将本发明具体化为将转子321配置于定子11的内周侧额内转子型的电动机310,但是并不特别限定于此,也可以将本发明具体化为将转子配置于定子的外周侧的外转子型的电动机。
·在上述实施方式中,将本发明具体化为定子11和转子321在径向上相对的径向间隙型的电动机310,但是并不特别限定于此,也可以将本发明适用于定子和转子在轴向上相对的轴向间隙型的电动机。
·上述的实施方式及各变形例也可以适当组合。
Claims (46)
1.一种电动机,具备:
定子,其具有绕组,
转子,其受到旋转磁场而旋转,该旋转磁场是通过对所述绕组供给驱动电流而产生的,
所述绕组包括第一绕组和第二绕组,该第一绕组和第二绕组利用所述驱动电流而在同一定时励磁,且串联连接,
所述转子包括:
第一磁极部;以及
第二磁极部,其在所述第一磁极部与所述第一绕组相对的转子的旋转位置与所述第二绕组相对,赋予所述定子的磁力比所述第一磁极部弱。
2.根据权利要求1所述的电动机,其中,
所述绕组包括与被供给的3相的驱动电流相应的、分别为2n个的U相绕组、V相绕组及W相绕组,
n是2以上的整数,
所述第一磁极部及所述第二磁极部各自的个数是n个。
3.根据权利要求2所述的电动机,其中,
所述第一磁极部及所述第二磁极部沿周向以等间隔交替地设置。
4.根据权利要求1所述的电动机,其中,
所述第一磁极部及所述第二磁极部分别具有永久磁石,
所述第二磁极部的外周面位于比所述第一磁极部的外周面靠径向内侧。
5.根据权利要求1所述的电动机,其中,
所述第一磁极部及所述第二磁极部分别具有永久磁石,
所述第二磁极部的永久磁石的以转子轴线为中心的开角度比所述第一磁极部的永久磁石的以转子轴线为中心的开角度狭窄。
6.根据权利要求1所述的电动机,其中,
所述第一磁极部及所述第二磁极部分别具有永久磁石,
所述第二磁极部的永久磁石的径向厚度比所述第一磁极部的永久磁石的径向厚度薄。
7.根据权利要求1所述的电动机,其中,
所述第一磁极部及所述第二磁极部分别具有永久磁石,
所述第二磁极部的永久磁石的剩余磁通密度小于所述第一磁极部的永久磁石的剩余磁通密度。
8.根据权利要求1~7中的任一项所述的电动机,其中,
所述电动机构成为能执行弱励磁控制。
9.根据权利要求1所述的电动机,其中,
所述转子包括:
一对转子芯,其在周向上分别具有多个爪状磁极,以相互的爪状磁极在周向上交替的方式组装;以及
永久磁石,其在轴向上配置于该一对转子芯之间,通过在该轴向上磁化从而使所述爪状磁极作为磁极发挥作用,
所述转子的磁极包括所述第一磁极部和所述第二磁极部。
10.根据权利要求9所述的电动机,其中,
所述绕组包括与被供给的3相的驱动电流相应的、分别为2n个的U相绕组、V相绕组及W相绕组,
n是2以上的整数,
所述第一磁极部及所述第二磁极部各自的个数是n个。
11.根据要求10所述的电动机,其中,
所述第一磁极部及所述第二磁极部沿周向以等间隔交替地设置。
12.根据权利要求9所述的电动机,其中,
所述第一磁极部及所述第二磁极部分别由单一的所述爪状磁极构成,
形成所述第一磁极部的所述爪状磁极和形成所述第二磁极部的所述爪状磁极的形状相互不同。
13.根据权利要求12所述的电动机,其中,
形成所述第二磁极部的所述爪状磁极的开角度比形成所述第一磁极部的所述爪状磁极的开角度狭窄。
14.根据权利要求9所述的电动机,其中,
所述转子包括磁力调整用磁石,该磁力调整用磁石用于使所述第二磁极部的所述磁力比所述第一磁极部减弱。
15.根据权利要求14所述的电动机,其中,
所述第一磁极部及所述第二磁极部分别由单一的所述爪状磁极构成,
所述磁力调整用磁石包括背面磁石部,该背面磁石部配置于形成所述第一磁极部的所述爪状磁极的背面侧,为了抑制从该爪状磁极流向背面侧的漏磁通而被磁化。
16.根据权利要求14所述的电动机,其中,
所述第一磁极部及所述第二磁极部分别由单一的所述爪状磁极构成,
所述磁力调整用磁石包括极间磁石部,该极间磁石部配置于形成所述第一磁极的所述爪状磁极的周向侧方,为了抑制从该爪状磁极流向周向的漏磁通而被磁化。
17.根据权利要求14所述的电动机,其中,
所述磁力调整用磁石设置于所述爪状磁极的外周面,该爪状磁极中的没有设置所述磁力调整用磁石的部位构成所述第一磁极部及所述第二磁极部中的一方,
所述磁力调整用磁石构成所述第一磁极部及所述第二磁极部中的另一方。
18.根据权利要求9~17中的任一项所述的电动机,其中,
所述电动机构成为能执行弱励磁控制。
19.根据权利要求1所述的电动机,其中,
所述第一磁极部是使用永久磁石的磁石磁极,
所述第二磁极部是使用转子芯的一部分的芯磁极。
20.根据权利要求19所述的电动机,其中,
所述绕组包括与被供给的3相的驱动电流相应的、分别为2n个的U相绕组、V相绕组以及W相绕组,
n是2以上的整数,
所述磁石磁极和所述芯磁极各自的个数是n个。
21.根据权利要求20所述的电动机,其中,
所述磁石磁极及所述芯磁极沿周向以等间隔交替地设置。
22.根据权利要求19所述的电动机,其中,
所述芯磁极与使用所述永久磁石的不同极的磁石磁极在周向上相邻。
23.根据权利要求22所述的电动机,其中,
在所述芯磁极与所述不同极的磁石磁极之间设置有空隙。
24.根据权利要求19所述的电动机,其中,
所述转子的N极及S极各自包括所述磁石磁极及所述芯磁极,
N极的所述芯磁极和S极的所述芯磁极隔着空隙在周向上相邻。
25.根据权利要求19所述的电动机,其中,
在所述转子芯上设置有磁力调整部,该磁力调整部用于调整在该转子芯内流动的磁通。
26.根据权利要求25所述的电动机,其中,
所述磁力调整部包括辅助磁石,该辅助磁石埋设于所述转子芯,并使磁通在所述芯磁极中流通。
27.根据权利要求25所述的电动机,其中,
所述芯磁极与使用所述永久磁石的不同极的磁石磁极在周向上相邻,
所述磁力调整部包括磁通感应部,所述磁通感应部将所述磁石磁极的磁通朝向相邻的所述芯磁极的周向中心引导。
28.根据权利要求25所述的电动机,其中,
所述转子的N极及S极各自包括所述磁石磁极及所述芯磁极,
N极的所述磁石磁极和S极的所述磁石磁极在周向上相邻,
在N极的所述磁石磁极中的与S极的所述磁石磁极相反的一侧设置有S极的所述芯磁极,
在S极的所述磁石磁极中的与N极的所述磁石磁极相反的一侧设置有N极的所述芯磁极,
所述磁力调整部构成为,抑制在周向上相邻的N极的所述磁石磁极与S极的所述磁石磁极之间的磁通的短路。
29.根据权利要求19所述的电动机,其中,
所述磁石磁极包括所述转子芯和固装于该转子芯的外周面的所述永久磁石。
30.根据权利要求19所述的电动机,其中,
所述磁石磁极包括所述转子芯和埋设于该转子芯的所述永久磁石。
31.根据权利要求28所述的电动机,其中,
所述磁石磁极包括所述转子芯和埋设于该转子芯的所述永久磁石,
N极及S极的所述磁石磁极各自包括一对所述永久磁石,
所述一对所述永久磁石在轴向上观察时形成向径向外侧扩展的大致V字。
32.根据权利要求31所述的电动机,其中,
所述磁力调整部设置于比N极及S极的所述磁石磁极各自中的所述永久磁石靠径向内侧。
33.根据权利要求31所述的电动机,其中,
所述转子芯具有分别收纳各个所述永久磁石的多个磁石收纳孔,
在所述磁石收纳孔的径向端部与收纳于该磁石收纳孔中的所述永久磁石之间设置有空隙。
34.根据权利要求19~33中的任一项所述的电动机,其中,
所述电动机构成为能执行弱励磁控制。
35.根据权利要求19所述的电动机,其中,
所述转子进一步包括磁通允许部,该磁通允许部由所述转子芯的一部分构成,在所述磁石磁极与所述第一绕组相对的转子的旋转位置与所述第二绕组相对,
该磁通允许部构成为,允许在所述第二绕组中产生基于弱励磁电流的交链磁通。
36.根据权利要求35所述的电动机,其中,
所述转子的N极及S极各自包括所述磁石磁极及所述芯磁极,
所述磁通允许部在所述转子的周向上设置于N极的所述芯磁极与S极的所述芯磁极之间,
N极及S极的所述芯磁极分别在所述周向上的与所述磁通允许部相反的一侧与不同极的所述磁石磁极相邻。
37.根据权利要求36所述的电动机,其中,
所述磁石磁极中的与所述定子相对的相对面的开角度大于所述芯磁极中的与所述定子相对的相对面的开角度。
38.根据权利要求36所述的电动机,其中,
所述磁通允许部中的与所述定子相对的相对面的开角度大于所述芯磁极中的与所述定子相对的相对面的开角度。
39.根据权利要求36所述的电动机,其中,
所述转子芯进一步包括磁阻部,所述磁阻部位于相互相邻的所述磁通允许部与所述芯磁极之间。
40.根据权利要求39所述的电动机,其中,
所述磁阻部是设置于所述转子芯的狭缝部。
41.根据权利要求40所述的电动机,其中,
在所述狭缝部内设置有辅助磁石。
42.根据权利要求36所述的电动机,其中,
所述转子进一步包括使磁通在所述芯磁极中流通的辅助磁石,
该辅助磁石埋设于所述转子芯中的比所述磁通允许部靠径向内侧的部位。
43.根据权利要求35所述的电动机,其中,
所述转子芯包括:
芯主体,其具有所述磁石磁极及所述芯磁极;以及
分体芯部件,其是与该芯主体连结的分体部件,构成所述磁通允许部的至少一部分。
44.根据权利要求43所述的电动机,其中,
所述分体芯部件由磁导率高于所述芯主体的磁导率的材料构成。
45.根据权利要求43所述的电动机,其中,
所述转子的N极及S极各自包括所述磁石磁极及所述芯磁极,
构成所述磁通允许部的所述分体芯部件在所述转子的周向上设置于N极的所述芯磁极与S极的所述芯磁极之间,
N极及S极的所述芯磁极分别在所述周向上的与所述分体芯部件相反的一侧与不同极的所述磁石磁极相邻,
在所述周向上的所述分体芯部件与N极及S极的所述芯磁极之间分别设置有空隙。
46.根据权利要求43~45中的任一项所述的电动机,其中,
所述芯主体及所述分体芯部件通过连结部件相互连结,
该连结部件由磁阻大于所述芯主体及所述分体芯部件的磁阻的材料构成。
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