CN108028563A - 永磁体电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明的永磁体电动机中，形成于永磁体电动机的定子的滑履连接宽度在构成定子铁心的铁心片的厚度以下，在将嵌入于转子的平板形状的永磁体的长边的长度设为Wm、短边的长度设为Tm、从所述转子外周到所述永磁体的最大距离设为Gm时，通过采用满足0.7≦Wm/(Tm×Gm)≦3.3的关系的形状，从而发现能够减小转矩脉动。

Description

永磁体电动机
技术领域
本发明涉及永磁体电动机，尤其涉及在转子中嵌入有永磁体的永磁体嵌入型电动机。
背景技术
在这种永磁体嵌入型电动机中，多个永磁体以在转子的周向上相邻的方式嵌入于转子的内部，在转子的周向上相邻的一对永磁体的磁极互不相同。由于在相邻的一对永磁体间的磁极的切换部附近会产生剧烈的磁通密度变动，因此会产生转矩脉动，这会引起振动、噪声。
为了减轻该转矩脉动可以采用各种各样的方法，例如如专利文献1所示，在永磁体间的磁极的切换部分的转子外周面的规定位置形成了凹凸状部等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5434415号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
以往的永磁体电动机中，例如采用上述结构来减轻转矩脉动，因此，在面向空气间隙的转子铁心外径因金属模具损耗等而变化的情况下，与定子内径直接相对的转子表面变化，因此存在转矩脉动大幅变化的问题。因此，为了抑制制造工序中的偏差对转矩脉动的影响，需要在不与定子内径直接相对的转子内部的磁体位置等处减少转矩脉动。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明所涉及的永磁体电动机包括：定子，该定子具备层叠具有多个齿的环状的铁心片而成的定子铁心、以及具有收纳于在多个齿间形成的槽中的绕组的电枢；以及转子，该转子隔着磁隙配置在该定子内，以转轴为中心旋转，并嵌入有剖面为平板形状的永磁体，其特征在于，具有设置于齿的转子侧前端部的凸缘部和在所述定子的周向上供各个所述凸缘部连接的连接部，该连接部的宽度在铁心片的厚度以下，并且在将所嵌入的永磁体的长边的长度设为Wm、短边的长度设为Tm、以及从转子外周到永磁体的最大距离为Gm的情况下，0.7≦Wm/(Tm×Gm)≦3.3。
发明效果
根据本发明的永磁体电动机，通过调整连接部的宽度和永磁体的大小，从而能够减轻转矩脉动。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的永磁体电动机的定子10的剖视图。
图2是表示本发明的实施方式1的永磁体电动机的定子10的实施了两段歪扭一侧的剖视图。
图3是表示本发明的实施方式1的永磁体电动机的转子的剖视图。
图4是表示本发明的实施方式1的永磁体的消磁率的曲线图。
图5是将本发明的实施方式1中Wm/(Tm×Gm)的值按电动机的规格来进行绘制而得到的分布图。其中，图5A是滑履连接宽度18为0.125mm时的各电动机规格的Wm/(Tm×Gm)的值的分布图，图5B是滑履连接宽度18为0.326mm时的各电动机规格的Wm/(Tm×Gm)的值的分布图，图5C是滑履连接宽度18为0.350mm时的各电动机规格的Wm/(Tm×Gm)的值的分布图。
图6是在图5的电动机规格中示出本发明的实施方式1的滑履连接宽度18与Wm/(Tm×Gm)的值的关系的曲线图。其中，图6A是表示图5的电动机规格中、Wm/(Tm×Gm)的值为最小值的电动机规格的滑履连接宽度18与Wm/(Tm×Gm)的值的关系的曲线图，图6B是表示图5的电动机规格中、Wm/(Tm×Gm)的值为平均值的电动机规格的滑履连接宽度18与Wm/(Tm×Gm)的值的关系的曲线图，图6C是表示图5的电动机规格中、Wm/(Tm×Gm)的值为最大值的电动机规格的滑履连接宽度18与Wm/(Tm×Gm)的值的关系的曲线图。
具体实施方式
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1的永磁体电动机的定子10的剖视图。定子10由电枢绕组11、电枢绕组12、以及定子铁心13构成。
定子铁心13通过在轴向上层叠冲压制成的电磁钢板等磁性体的铁心片来形成，由环状的铁心背部14、以及从铁心背部14向周向内侧延伸的齿15构成。电枢绕组11、12收纳于形成在相邻的齿15之间的槽16中。在电枢绕组11、12与形成槽16的定子铁心13之间插入有绝缘纸等(未图示)，来确保电气绝缘。
齿15总共形成有48个，从而槽16也形成有48个。在每个槽16中分别收纳有电枢绕组11、12的线圈各四根。齿15的前端通过连接部17在比槽16更靠内径的一侧彼此相连接。
电枢绕组11由U1相、V1相、W1相这三相构成，电枢绕组12由U2相、V2相、W2相这三相构成。关于电枢绕组11、12在槽16中的配置，从第1个槽到第6个槽为止，按U1相、U2相、W1相、W2相、V1相、V2相的顺序进行配置。第7个槽之后，也按U1相、U2相、W1相、W2相、V1相、V2相的顺序进行配置，到第48个槽为止按相同的顺序进行配置。其中，按配置于第1个槽的U1相的线圈中流过的电流方向与配置于第7个槽的U1相的线圈中流过的电流方向彼此相反的方式进行连接。即，构成为从第1个槽卷绕到第7个槽的分布绕组的结构，电枢绕组11、12跨过总计6个齿15。这相当于电气角180度，短节距绕组系数为1。
并且，电枢绕组11、12彼此具有电气角30°的相位差，分布绕组系数为1，因此，整体的绕组系数也为1，构成小型高转矩的电动机。因此，与绕组系数小的电动机相比，能够增大电动势，实现低成本化。
此外，如图2所示，关于定子铁心13a，从轴向的层叠的一半起，齿15的前端形状具有与齿15的中心轴相对称的形状的定子铁心13a被层叠。即，对定子铁心13实施了两段歪扭，例如在实施了机械角1.875度附近的两段歪扭的情况下，能够减小转矩脉动的机械角96阶分量。
若齿15的前端的连接部的径向宽度(以下，称为滑履连接宽度)18变宽，则漏磁通增加，转矩下降，因此滑履连接宽度18较窄对于电动机小型化较为有效。
图3是表示本发明的实施方式1的永磁体电动机的转子20的剖视图。
转子20由转子铁心21和嵌入于转子铁心21的内部的永磁体22构成，在定子10的内侧，与定子10之间隔着磁隙进行配置。永磁体22是由钕、铁、硼构成的钕稀土类磁体，形成为具有将周向作为长边(Wm)，将径向的厚度作为短边(Tm)的长方形剖面的长方体形状，以转子20的转轴23为中心，以形成为旋转对称的方式，沿周向等间隔地排列8个，从而形成8极的结构。由于没有添加镝(Dy)、铽(Tb)这种改善矫顽力的高价的重稀土类元素，因此能够实现磁体的低成本化。并且，通过采用使用了钕稀土类磁体的永磁体嵌入型电动机的结构，从而能够提供磁转矩较大、可有效利用磁阻转矩、每单位长度的转矩较大的小型且轻量的电动机。此外，通过将转子铁心21形成为相对于转轴23具有比正圆的半径要小的半径的花瓣形状，从而能够减少转矩脉动。
与定子铁心13同样地对转子铁心21实施了两段歪扭，并将相同形状的转子铁心层叠为两段。例如，在实施了机械角3.75度附近的两段歪扭的情况下，能够减小转矩脉动的机械角48阶分量。由此，通过分别对定子10和转子20实施两段歪扭，从而能够减小两个特定的转矩脉动次数，但与槽数较大的定子10相比，增大转子20的两段歪扭的角度可避免减小定子铁心13的齿15的前端宽度、槽面积。
图4是表示没有添加在常温时矫顽力为21kOe以上的重稀土类元素的钕稀土类磁体的消磁率的曲线图。横轴为短边Tm(mm)，表示磁体的厚度。由曲线图可知，若Tm超过2.1mm，则消磁率急剧恶化。为了抑制因消磁而导致的转矩下降，只要在Tm≧2mm的范围内应用即可，但在电动助力转向用电动机中，由于在紧急回避转向等时要求高转速的辅助转矩，因此若Tm较大(磁体厚度较厚)则电动机转速下降，因此，优选Tm设为接近2.1mm的大小。
如上所述，通过对定子铁心13或转子铁心21实施歪扭，能够减少48阶、96阶这两个特定的脉动阶数，下面进一步地对用于减少转矩脉动的结构进行详细说明。
图5是在相对于平均转矩的转矩脉动变动满足0.5％以下的条件下，如上所述，使用将磁体的长边的长度设为Wm(mm)、短边设为Tm(mm)、以及转子铁心到长边为止的嵌入深度的最大深度设为Gm(mm)的三个参数来进行磁场解析，并按电动机的规格绘制Wm/(Tm×Gm)的值而得到的分布图。横轴是满足所述条件的一个一个电动机规格，针对各个电动机规格，绘制纵轴所示的Wm/(Tm×Gm)的值。图5A表示滑履连接宽度18为0.125mm的情况，图5B表示滑履连接宽度18为0.326mm的情况，图5C表示滑履连接宽度18为0.350mm的情况。从图5A到图5C的各图可知，Wm/(Tm×Gm)的值分布在1.0到3.0附近。
图6是在电动机的1个规格中示出图5的滑履连接宽度18与Wm/(Tm×Gm)的值的关系的曲线图，图6A绘制了相对于滑履连接宽度18、Wm/(Tm×Gm)的值为最小值的电动机的一个规格，图6B绘制了相对于滑履连接宽度18、Wm/(Tm×Gm)的值为平均值的电动机的一个规格，图6C绘制了相对于滑履连接宽度18、Wm/(Tm×Gm)的值为最大值的电动机的一个规格。若滑履连接宽度18较大则齿间的漏磁通变大，因此对于电动机的小型化，希望减小滑履连接宽度，但如图6所示，可知在电动助力转向用电动机中，存在滑履连接宽度18相对于层叠的铁心片的板厚0.5mm越小、Wm/(Tm×Gm)的值越大的相间关系，在滑履连接宽度18为0.5mm以下的情况下，通过将Wm/(Tm×Gm)设为0.7以上3.3以下，能够使作为转矩脉动的主分量的48阶、96阶的转矩脉动分量变为0.5％以下，从而能够实现转矩脉动较小的电动机。
另外，本发明在其发明范围内可对实施方式进行适当变形、省略。
标号说明
10定子、11、12电枢绕组、13定子铁心、14铁心背部、15齿、16槽、17连接部、18滑履连接宽度、20转子、21转子铁心、22永磁体、23转轴。

Claims (3)

1.一种永磁体电动机，包括：定子，该定子具备层叠具有多个齿的环状的铁心片而成的定子铁心、以及具有收纳于在所述多个齿间形成的槽中的绕组的电枢；以及转子，该转子隔着磁隙配置在所述定子内，以转轴为中心旋转，并嵌入有剖面为平板形状的永磁体，其特征在于，
具有设置于所述齿的所述转子侧前端部的凸缘部、以及在所述定子的周向上供各个所述凸缘部连接的连接部，所述连接部的宽度在所述铁心片的厚度以下，并且在将所述永磁体的长边的长度设为Wm、短边的长度设为Tm、以及从所述转子外周到所述永磁体的最大距离为Gm的情况下，1.7≦Wm/(Tm×Gm)≦3.3。
2.如权利要求1所述的永磁体电动机，其特征在于，
所述转子由实施了两段歪扭的转子铁心构成。
3.如权利要求1或2所述的永磁体电动机，其特征在于，
所述永磁体的短边的长度Tm为2mm以上，没有添加重稀土类元素。
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