CN114175474B - 马达 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种马达，所述马达包括转子和设置为对应于转子的定子，其中，转子包括转子芯和设置在转子芯上的磁体，转子芯包括第一区域，磁体被设置在所述第一区域中，转子芯的第一区域包括两个凹槽，两个凹槽中的一个被设置在对应于磁体的一侧的端部区域的位置处，并且另一个凹槽被设置在对应于磁体的另一侧的端部区域的位置处。

Description

马达

技术领域

本发明涉及一种马达。

背景技术

电动助力转向(EPS)系统是一种确保车辆的转向稳定性并且快速地提供恢复力使得驾驶员能够安全地驾驶车辆的装置。EPS系统通过根据由车速传感器、转矩角传感器、力矩传感器等检测的驾驶条件使用电子控制单元(ECU)驱动马达来控制车辆的待驱动的转向轴。

马达包括定子和转子。定子可以包括构成多个槽的齿，并且转子可以包括面对齿的多个磁体。相邻的齿被设置为彼此间隔开，以构成槽口。在这种情况下，当转子转动时，由于由金属材料形成的定子与槽开口之间的磁导率的差异，可以生成齿槽转矩，该槽开口成为空的空间。齿槽转矩影响转向的灵敏度和输出，因此，为了减小齿槽转矩，在定子的齿中形成凹槽(凹口)。然而，当在定子的齿中形成凹槽时，由于齿的位置的误差，存在凹槽之间的位置和形状发生尺寸偏差的问题。此外，由于齿的形成凹槽的面积是有限的，因此在确定凹槽的数量、尺寸和形状方面，存在许多限制的问题。

发明内容

【技术问题】

本发明涉及提供一种马达，所述马达的齿槽转矩是可减小的。

根据实施例，必须解决的目的不限于以上描述的目的，并且本领域技术人员将从以下说明书中清楚地理解以上未被描述的其他目的。

【技术方案】

本发明的一个方面提供了一种马达，所述马达包括转子和设置为对应于转子的定子，其中，转子包括转子芯和设置在转子芯上的磁体，转子芯包括第一区域，磁体被设置在所述第一区域中，转子芯的第一区域包括两个凹槽，两个凹槽中的一个被设置在对应于磁体的一个端部区域的位置处，并且两个凹槽中的另一个被设置在对应于磁体的另一端部区域的位置处。

两个凹槽可以在从转子芯的中心的半径方向上与磁体的两个端部区域重叠。

本发明的另一方面提供了一种马达，所述马达包括转子和设置为对应于转子的定子，其中，转子包括转子芯和设置在转子芯上的磁体，转子芯包括第一转子芯和设置在第一转子芯上的第二转子芯，第一转子芯包括第一区域，磁体的一部分被设置在所述第一区域中，第二转子芯包括第二区域，磁体的另一部分被设置在所述第二区域中，第一区域和第二区域中的一个区域包括两个凹槽，并且在第一区域和第二区域中的另一个区域中，在沿轴向对应于所述两个凹槽的区域中不形成凹槽。

磁体可以包括多个磁体，第一区域可以包括多个第一区域，并且两个凹槽可以形成在多个第一区域中的至少两个第一区域中。

多个磁体的数量可以与多个第一区域的数量相同。

由于定子和磁体生成的齿槽转矩可以是10mNm或者更少。

形成在区域中的另一个中的两个凹槽可以形成，使得两个凹槽中的每一个形成在对应于磁体的两个端部区域中的一个的位置处。

两个凹槽可以在从转子芯的中心的半径方向上不与磁体的两个端部区域重叠。

两个凹槽可以相对于磁体的内表面在周向方向上的宽度的中心对称地被设置。

两个凹槽的中心之间的距离可以在磁体的内表面的长度的10％至30％的范围中。

本发明的又一方面提供了一种马达，所述马达包括转子和设置为对应于转子的定子，其中，转子包括转子芯和设置在转子芯上的磁体，转子芯包括第一区域，磁体被设置在所述第一区域中，转子芯的第一区域包括凹槽，并且由于定子和磁体生成的齿槽转矩为10mNm或者更少。

凹槽的宽度可以在磁体的内表面的长度的6.5％至13％的范围中。

凹槽的深度可以在磁体的内表面的长度的1％至3.5％的范围中。

转子芯可以包括构成凹槽的底面和多个侧表面，并且凹槽的底面可以不与磁体的内表面接触。

底面和多个侧表面可以形成为在轴向方向上延伸。

【有益效果】

根据实施例，显著地减小齿槽转矩的有利效果通过减小磁体的两个端部处的磁通量来提供。

根据实施例，由于转子的设置有凹槽的部分区域引起的齿槽转矩波形和由于转子的未设置有凹槽的另一区域引起的齿槽转矩波形彼此对消，因此提供了减小齿槽转矩的有利效果。

附图说明

图1是示出根据实施例的马达的视图。

图2是示出转子芯的放大视图，该转子芯上设置有第一类磁体和凹槽。

图3是示出转子芯的放大视图，该转子芯上设置有第二类磁体和凹槽。

图4是示出图2所示的磁体和凹槽的放大视图。

图5是显示比较例的磁体的两个端部区域周围的磁通量的量值和示例的磁体的两个端部区域周围的磁通量的量值的图片。

图6是显示比较例的第一齿槽转矩波形和示例的第二齿槽转矩波形的图表。

图7是示出包括第一转子芯和第二转子芯的转子芯的视图。

图8是示出设置在图7所示的转子芯中的凹槽的放大视图。

图9是显示由于第一区域生成的第三齿槽转矩波形、由于第二区域生成的第四齿槽转矩波形和由于第三齿槽转矩波形与第四齿槽转矩波形之间的对消而生成的第五齿槽转矩波形的图表。

图10是显示根据凹槽的宽度的齿槽转矩的图表。

图11是显示根据凹槽的宽度的齿槽转矩波形的图表。

图12是显示根据凹槽的深度的齿槽转矩的图表。

图13是显示根据凹槽的深度的齿槽转矩波形的图表。

具体实施方式

以下，将参考附图详细地描述本发明的示例性实施例。从示例性实施例和以下结合附图的详细的描述中，本发明的目的、具体优点和新颖特征将变得清楚。此外，在本发明的描述中，将省略不必要地模糊本发明的主旨的相关公知的功能的详细的描述。

图1是示出根据实施例的马达的视图。

参照图1，根据实施例的马达1可以包括轴100、转子200、定子300、壳体400、汇流条500、感测单元600和基板700。以下，术语“内部”是指从壳体400朝向轴100的方向，该轴为马达的中心，术语“外部”是指与“内部”相反的方向，该方向为从轴100朝向壳体400的方向。

轴100可以被联接至转子200。当由于电流的供应在转子200与定子300之间发生电磁相互作用时，转子200转动，并且轴100连同转子200一起转动。轴100由轴承10可旋转地支撑。轴100可以被连接至车辆的转向系统，并且动力可以通过轴100被传输至车辆的转向系统。

转子200通过与定子300的电相互作用转动。转子200可以被设置在定子300内部。转子200可以包括转子芯210(参见图2)和设置在转子芯210上的磁体220(参见图2)。在这种情况下，转子200可以是表面永磁体(SPM)类转子，在该表面永磁体类转子中，磁体220被设置在转子芯210的外圆周表面上。

定子300被设置在转子200外部。定子300可包括定子芯300A、线圈300B和安装在定子芯300A上的绝缘体300C。线圈300B可以被绕在绝缘体300C周围。绝缘体300C被设置在线圈300B与定子芯300A之间，以用来使定子芯300A与线圈300B电绝缘。线圈300B引起与磁体220的电相互作用(参见图2)。

汇流条500被设置在定子300上。汇流条500包括由绝缘材料形成的汇流条保持器(未示出)和联接至汇流条保持器的多个端子(未示出)。在这种情况下，汇流条保持器由绝缘材料形成，以防止多个端子被连接至彼此。此外，多个端子用来连接绕在定子芯300A周围的线圈300B，以将电流施加至线圈。

感测单元600可以被联接至轴100。感测单元600包括感测板(未示出)和设置在感测板上的感测磁体(未示出)。

检测感测磁体(未示出)的磁力的传感器可以被设置在基板700上。在这种情况下，传感器可以是霍尔集成电路(IC)，并且可以用来检测联接至轴100的感测单元600的感测磁体的磁通量。感测单元600和基板700用来通过检测根据转动而改变的磁通量来检测转子200的位置。

图2是示出转子芯的放大视图，该转子芯上设置有第一类磁体220和凹槽。

参照图2，定子芯300A可以包括轭310和齿320。齿320可以从轭310的内圆周表面突出。齿320可以包括多个齿320。齿320的数量可以根据磁体220的数量不同地被改变。定子芯300A可以通过组合多个划分的芯形成，该划分的芯各自包括轭310和齿320。

齿槽转矩被生成为具有振幅和频率的波，并且齿槽主度是马达的每单位转动(一周)的齿槽转矩波形的振动次数。当齿槽主度增加时，由于齿槽转矩波形的振动次数也增加，所以齿槽转矩可以显著地被减小。齿槽主度可以由磁体220的数量和齿320的数量确定。当齿槽主度增加时，齿槽转矩可以被减小，但是由于磁体220的数量和齿320的数量是固定的，所以齿槽主度也是固定的。

然而，在根据实施例的马达1中，使用两种方法可以减小齿槽转矩。在一种方法中，改变转子芯210的形状(使用凹槽)，以增加齿槽主度以便增加频率，从而减小齿槽转矩的量值。在另一种方法中，将转子芯210的形状改变(使用凹槽)的区域和其形状不改变的区域组合，以引起具有正相的齿槽转矩波形与具有反相的齿槽转矩波形之间的干涉，以便减小齿槽转矩的量值。在另一种方法中，转子芯210的形状改变(使用凹槽)的区域和转子芯210的形状不改变的区域被组合，以引起具有正相的齿槽效应转矩波形和具有反相的齿槽效应转矩波形之间的干涉，从而减小齿槽转矩的量值。

转子芯210包括第一区域，磁体被设置在该第一区域中。第一区域是一区域，磁体220被安置在该区域上，或者磁体220被联结至转子芯210的外表面的该区域。

在图2中，转子芯210的第一区域A可以具有平坦的表面。例如，转子芯210垂直于轴100的纵向方向的横截面可以具有多边形的形状。第一区域A是转子芯210的外表面的以轴向方向设置的外表面，并且当转子芯210包括引导突起212时，第一区域A可以是在周向方向上在引导突起212之间的区域。当转子芯210不包括引导突起212时，第一区域A可以是在周向方向上转子芯210的倾斜拐角之间的区域。

第一类磁体220可以具有包括外表面221和内表面222的形状，该外表面具有曲面的形状，该内表面具有对应于转子芯210的平坦的形状。磁体220的外表面221是面对定子300的齿320的表面，并且内表面222是磁体220的面对转子芯210的表面。磁体220的外表面221可以具有一形状，该形状的中心附近比其在周向方向上的两个端部从磁体220的内表面222突出得更远，并且曲面的形状的外表面221的中心附近的曲率可以小于或者等于其两个端部的曲率。

图3是示出转子芯的放大视图，该转子芯上设置有第二类磁体220和凹槽。

在图3中，转子芯210的第一区域A可以具有曲面的表面。例如，转子芯210垂直于轴100的纵向方向的横截面可以具有圆形的形状。第一区域A是转子芯210的外表面的在轴向方向上设置的外表面，并且当转子芯210包括引导突起212时，第一区域A是在周向方向上引导突起212之间的区域。当转子芯210像图3的部分P那样不包括引导突起212时，第一区域A可以是转子芯210在周向方向上对应于磁体220的内表面222的外圆周表面。

第二类磁体220可以具有外表面221和内表面222，外表面和内表面各自具有对应于转子芯210的曲面的形状。例如，在磁体220的形状中，内表面222的曲率半径可以大于外表面221的曲率半径。在这种情况下，曲面形状的内表面222的曲率可以是沿转子芯210的第一区域A的外周表面恒定的，并且曲面形状的外表面221的中心附近的曲率可以小于或者等于其两个端部中的每一个的曲率。

参照图2和图3，两个凹槽211可以被设置在转子芯210的第一区域A中。两个凹槽211中的任何一个可以被设置在对应于磁体220的一个端部区域M1的位置处。两个凹槽211中的另一个可以被设置在对应于磁体220的另一端部区域M2的位置处。换言之，当转子芯210包括引导突起212时，磁体220的一个端部区域M1和另一端部区域M2可以是磁体220的两个侧表面，或者可以是邻近于引导突起212的部分。例如，在从转子芯210的中心C的半径方向上，两个凹槽211中的任何一个可以被设置为与一个端部区域M1重叠，并且两个凹槽211中的另一个可以被设置为与另一个端部区域M2重叠。

多个第一区域A可以被设置。磁体220的数量可以与第一区域A的数量相同。两个凹槽211可以形成在多个第一区域A中的至少两个第一区域A中。

图4是示出图2所示的磁体220和凹槽211的放大视图。

参照图4，两个凹槽211可以相对于参考线L1对称地被设置，该参考线穿过磁体220的内表面222的基于周向方向的宽度的中心C1。

转子芯210可包括构成凹槽211的底面211a和多个侧表面211b。在这种情况下，底面211a不与磁体220的内表面222接触。底面211a和侧表面211b可以形成为在轴向方向上延伸。此外，在转子芯220的对应于磁体220的一个端部区域M1的凹槽211中，磁体220的一个侧表面可以与构成凹槽211的多个所述侧表面211b中的一个对准，并且在转子芯220的对应于另一端部区域M2的凹槽211中，磁体220的另一侧表面可以与构成凹槽211的多个侧表面211b中的一个对准。

两个凹槽211在磁体220的两个端部区域M1和M2处构成磁体220与转子芯210之间的气隙。因此，在磁体220的两个端部区域M1和M2中的每一个处，磁通量的量值可以被减小，以减小齿槽转矩。此外，由于凹槽211被设置在转子芯210的外表面中，该转子芯的外表面具有相对地大于定子300的齿320的面积的面积，因此具有凹槽211的设计方便并且凹槽211的尺寸精度高的优点。

图5是显示比较例的磁体的两个端部区域周围的磁通量的量值和示例的磁体220的两个端部区域M1和M2周围的磁通量的量值的图片。

图5的左图显示了不具有凹槽的比较例的磁通量的量值。

图5的右图显示了具有凹槽211的示例的磁通量的量值。

图5的部分G是磁体220的两个端部区域M1和M2附近。基于图5的部分G，可以看出，当与图5的左图所示的比较例的磁通量的量值进行比较时，图5的右图所示的示例的磁通量的量值显著地被减小。这是由于在磁体220与转子芯210之间由凹槽211形成的气隙引起的。

由于磁体220的两个端部区域M1和M2以及定子齿320的磁影响，齿槽转矩极大地被生成，但是当磁体220的两个端部区域M1和M2的磁通量的量值如所描述地被减小时，磁影响被减小，因此，齿槽转矩可以显著地被减小。

图6是显示比较例的第一齿槽转矩波形和示例的第二齿槽转矩波形的图表。

参照图6，可以看出，不具有凹槽211的比较例的第一齿槽转矩波形T1的齿槽转矩的量值为44mNm，但是其中设置有凹槽211的示例的第二齿槽转矩波形T2的齿槽转矩的量值为8mNm，这被减小了比较例中测量的齿槽转矩的82％。

图7是示出包括第一转子芯210A和第二转子芯210B的转子芯的视图，并且图8是示出设置在图7所示的第一转子芯210A中的凹槽211的放大视图。

参照图7，转子芯210可以包括第一转子芯210A和第二转子芯210B。第一转子芯210A和第二转子芯210B通过引起具有正相的齿槽转矩波形与具有反相的齿槽转矩波形之间的干涉，将减小齿槽转矩的量值。

第一转子芯210A和第二转子芯210B可以在轴向方向上同轴地被堆叠。

第一转子芯210A可以包括第一区域A，磁体220的一部分被设置在该第一区域A中。

第二转子芯210B可以包括第二区域B，磁体220的一部分被设置在该第二区域B中。

两个凹槽211可以被设置在第一区域A中。在第二区域B中，凹槽211在轴向方向上可以不被设置在对应于形成在第一区域A中的两个凹槽211的区域中。

两个凹槽211可以被设置在不对应于磁体220的两个端部区域M1和M2的位置处。例如，在基于转子芯210的中心C的半径方向上，两个凹槽211可以被设置为不与磁体220的两个端部区域M1和M2重叠。

两个凹槽211可以相对于参考线L2对称地被设置，该参考线穿过磁体220的内表面222在周向方向上的宽度的中心C2。

图9是显示由于具有第一区域A的第一转子芯210A生成的第三齿槽转矩波形T3、由于具有第二区域B的第二转子芯210B生成的第四齿槽转矩波形T4和由于第三齿槽转矩波形与第四齿槽转矩波形之间的对消而生成第五齿槽转矩波形的图表。

第三齿槽转矩波形T3的相位和第四齿槽转矩波形T4的相位彼此相反。因此，其中的第一转子芯210A和第二转子芯210B在轴向方向上被堆叠的转子芯210生成第五齿槽转矩波形T5，该第五齿槽转矩波形T5由于第三齿槽转矩波形T3与第四齿槽转矩波形T4之间的对消而生成，该第三齿槽转矩波形由于第一转子芯210A生成，该第四齿槽转矩波形由于第二转子芯210B生成。

在第五齿槽转矩波形T5中，可以看出，齿槽转矩显著地被减小。

图10是显示根据凹槽211的宽度W的齿槽转矩的量值的图表。并且图11是显示根据凹槽211的宽度W的齿槽转矩波形的图表。

参照图4、图10和图11，在凹槽211的宽度W在磁体220的内表面222的长度L的6.5％至13％的范围中的部分(以下，称为“部分1”)中，测量的齿槽转矩低于参考齿槽转矩。例如，当磁体220的内表面222的长度L为14mm，并且凹槽211的宽度W在0.9至1.8mm的范围中时，可以看出，测量的齿槽转矩低于参考齿槽转矩。参考齿槽转矩可以具有产品中期望的齿槽转矩的参考值。例如，参考齿槽转矩可以是15mNm。在这种情况下，凹槽211的宽度W可以是底表面211a的宽度。

在凹槽211的宽度W在磁体220的内表面222的长度L的7.5％至10％的范围中的部分(以下，称为“部分2”)中，减小测量的齿槽转矩的效果高于部分1中的效果。例如，当磁体220的内表面222的长度L为14mm，并且凹槽211的宽度W在1.05mm至1.4mm的范围中时，可以看出，减小测量的齿槽转矩的效果高于部分1中的效果。

当凹槽211的宽度W是磁体220的内表面222的长度L的8.0％时，例如，当凹槽211的宽度W是1.2mm时，齿槽转矩是10mNm或者更少，并且可以看出，减小齿槽转矩的效果在部分1和部分2中的效果中最高。

图12是显示根据凹槽211的深度D的齿槽转矩的图表，并且图13是显示根据凹槽211的深度D的齿槽转矩波形的图表。

参照图4、图12和图13，在凹槽211的深度D是磁体220的内表面222的长度L的1％至3.5％的部分(以下，称为“部分3”)中，测量的齿槽转矩低于参考齿槽转矩(例如，20mNm)。例如，当磁体220的内表面222的长度L为14mm，并且凹槽211的深度在0.15m至0.5mm的范围中时，可以看出，测量的齿槽转矩低于参考齿槽转矩。在这种情况下，凹槽211的深度D可以是侧表面211b在半径方向上的长度。

在凹槽211的深度在磁体220的内表面222的长度L的1.4％至2.8％的范围中的部分(以下，称为“部分4”)中，可以看出，减小测量的齿槽转矩的效果高于部分3中的效果。例如，当磁体220的内表面222的长度L为14mm，并且凹槽211的宽度W在0.2mm至0.39mm的范围中时，减小齿槽转矩的效果高于部分3中的效果。

当凹槽211的深度是磁体220的内表面222的长度L的2.1％时，例如，当凹槽211的深度是0.3mm时，齿槽转矩是10mNm或者更少，并且可以看出，与部分3和部分4中的效果相比，减小齿槽转矩的效果是最高的。

同时，当设置在第一区域A中的两个凹槽211之间的分隔距离X(参见图8)处于磁体220的内表面222的长度L的10％至30％的范围中时，齿槽转矩显著地被减小。分隔距离X的参考点(参见图8)可以是凹槽211的宽度的中心。

特别地，当设置在第一区域A中的两个凹槽211之间的分隔距离X是磁体220的内表面222的长度L的20％时，减小齿槽转矩的效果最高。

如上所述，已经参照附图具体地描述了根据本发明的一个示例性实施例的马达。

以上描述仅是描述本发明的技术范围的示例。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以进行各种改变、修改和替换。因此，以上和附图中公开的实施例应当仅被认为是描述性的意义上的，而不是为了限制技术范围。本发明的技术范围不受实施例和附图限制。本发明的范围应由所附权利要求解释，并且涵盖落入所附权利要求范围内的所有等同方案。

Claims (12)

1.一种马达，包括：

转子；以及

定子，被设置为对应于所述转子，

其中，所述转子包括转子芯和设置在所述转子芯上的磁体，

所述转子芯包括第一转子芯和设置在所述第一转子芯上的第二转子芯，

所述第一转子芯包括第一区域，所述磁体的一部分被设置在所述第一区域中，

所述第二转子芯包括第二区域，所述磁体的另一部分被设置在所述第二区域中，

所述第一区域和所述第二区域中的一个区域包括两个凹槽，并且

在所述第一区域和所述第二区域中的另一个区域中，在沿轴向对应于所述两个凹槽的区域中不形成凹槽，

其中，由于所述第一转子芯生成的第三齿槽转矩波形的相位和由于所述第二转子芯生成的第四齿槽转矩波形的相位彼此相反。

2.根据权利要求1所述的马达，其中：

所述磁体为多个；

所述第一区域为多个；并且

所述两个凹槽形成在所述多个第一区域中的至少两个第一区域中。

3.根据权利要求2所述的马达，其中，所述多个磁体的数量与所述多个第一区域的数量相同。

4.根据权利要求1所述的马达，其中，因所述定子和所述磁体而生成的齿槽转矩为10mNm或者更少。

5.根据权利要求1所述的马达，其中，形成在所述第一区域和所述第二区域中的另一个区域中的两个凹槽形成为使得所述两个凹槽中的每一个凹槽形成在对应于所述磁体的两个端部区域中的一个端部区域的位置处。

6.根据权利要求1所述的马达，其中，所述两个凹槽在从所述转子芯的中心开始的半径方向上与所述磁体的两个端部区域不重叠。

7.根据权利要求6所述的马达，其中，所述两个凹槽相对于所述磁体的内表面在周向方向上的宽度的中心被对称地设置。

8.根据权利要求7所述的马达，其中，所述两个凹槽的中心之间的距离在所述磁体的内表面的长度的10％至30％的范围中。

9.根据权利要求1所述的马达，其中，所述凹槽的宽度在所述磁体的内表面的长度的6.5％至13％的范围中。

10.根据权利要求9所述的马达，其中，所述凹槽的深度在所述磁体的内表面的长度的1％至3.5％的范围中。

11.根据权利要求1所述的马达，其中：

所述转子芯包括构成所述凹槽的多个侧表面和底面；并且

所述凹槽的底面不与所述磁体的内表面接触。

12.根据权利要求11所述的马达，其中，所述底面和所述多个侧表面形成为在轴向方向上延伸。