CN117716606A - 电动机 - Google Patents

Abstract

一种电动机(10)，包括具有磁体的转子(12)和定子(14)。定子(14)包括定子芯部(32)和线圈(38)，上述定子芯部具有多个极齿主体部(40)和多个极齿前端部(42)。另外，多个极齿前端部(42)构成为包括：尺寸和形状设定为彼此相同的形状和尺寸的多个第一极齿前端部(50)；以及形状和尺寸中的至少一方与第一极齿前端部(50)不同的多个第二极齿前端部(52)。

Description

电动机

相关申请的援引

本申请以2021年7月8日提交申请的日本专利申请第2021-113742号为基础，将其记载内容援引于此。

技术领域

本公开涉及一种电动机。

背景技术

在下述专利文献1中公开了一种在定子的径向内侧配置有转子的电动机。构成该文献中记载的电动机的一部分的定子包括卷绕有绕线的多个绕线磁极和未卷绕绕线的多个非绕线磁极。而且，多个非绕线磁极配置在沿周向相邻的一对绕线磁极之间，并且沿周向以一定的间隔配置。由此，不会使齿槽转矩、感应电压失真和绕线系数劣化，并且不会增大由于多极化所导致的弊端，能够抑制由于加振力峰值之间的周向间距较大而引起的振动、谐振。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2016－19389号公报

发明内容

在上述专利文献1所记载的结构中，认为供卷绕于绕线磁极的绕线配置的空间会由于具有非绕线磁极而变窄。其结果是，认为会妨碍电动机的高转矩化。另外，在上述专利文献1所记载的结构中，从得到期望的齿槽转矩的特性的观点出发，存在改善的余地。

本公开的目的在于获得一种电动机，能够在抑制妨碍高转矩化的同时，获得期望的齿槽转矩特性。

在本公开的第一方式中，电动机包括：转子，上述转子具有磁体，并且以能旋转的方式被支承；以及定子，上述定子包括定子芯部和多个线圈，上述定子芯部具有多个极齿主体部和多个极齿前端部，上述多个极齿主体部使用磁性材料形成，并且沿周向空开间隔地配置，上述多个极齿前端部与上述磁体相对配置，并且分别形成于多个上述极齿主体部中的上述转子侧的端部，上述多个线圈通过卷绕导电性的绕线而分别形成于多个上述极齿主体部的周围，多个上述极齿前端部构成为包括多个第一极齿前端部和单个或多个第二极齿前端部，上述多个第一极齿前端部的尺寸和形状被设定为彼此相同的形状和尺寸，上述单个或多个第二极齿前端部的形状和尺寸中的至少一方与上述第一极齿前端部不同。

通过这样构成，能够得到一种在实现高转矩化的同时获得期望的齿槽转矩的特性的电动机。

附图说明

参照附图和以下详细的记述，可以更明确本公开的上述目的、其他目的、特征和优点。附图如下所述。

图1是示意性地示出第一实施方式的电动机的俯视图。

图2是将第一实施方式的电动机的定子的一部分放大表示的放大立体图。

图3是示出第一实施方式的电动机的立体图。

图4是示出具有第二极齿前端部的极齿的数量与齿槽转矩的关系的曲线图。

图5是示出第二极齿前端部的周向上的尺寸与齿槽转矩的关系的曲线图。

图6是示意性地示出第二实施方式的电动机的俯视图。

图7是示意性地示出第三实施方式的电动机的俯视图。

图8是示意性地示出第四实施方式的电动机的俯视图。

具体实施方式

(第一实施方式的电动机10)

使用图1～图3，对本公开第一实施方式的电动机10进行说明。另外，图中适当表示的箭头Z方向、箭头R方向和箭头C方向分别表示后述的转子12的旋转轴向一侧、旋转径向外侧以及旋转周向一侧。此外，以下，在仅表示轴向、径向和周向时，除非特别说明，都表示转子12的旋转轴向、旋转径向和旋转周向。

如图1～图3所示，本实施方式的电动机10是3相20极15槽的电动机，并且是作为车辆的致动器使用的电动机。该电动机10构成为包括：定子14；转子12，上述转子12通过使定子14产生磁力(磁场)来旋转；以及传感器16(磁传感器)，上述传感器16用于对转子12的旋转角度进行检测。

转子12的极数为20，并且配置于后述的定子14的径向内侧。该转子12包括：固定于未图示的旋转轴的环状的转子芯部18；以及固定于转子芯部18的外周部的多个(二十个)磁体20。如图3所示，转子芯部18包括大径部22和小径部24，上述大径部22形成为筒状，上述小径部24配置于大径部22的径向内侧，并且内径和外径分别设定为比大径部22的内径和外径小。另外，转子芯部18包括沿径向将大径部22与小径部24连接的连接部26。多个磁体20从径向外侧观察时形成为矩形。另外，多个磁体20的径向外侧的面从轴向观察时呈朝向径向外侧凸出的凸状，并且呈圆筒面状地弯曲。此外，多个磁体20沿周向隔开一定间隔地配置。即，多个磁体20沿周向等间隔地配置。此外，多个磁体20固定于转子芯部18的大径部22的径向外侧的面。另外，在本实施方式中，径向外侧为N极的磁体20和径向外侧为S极的磁体20沿周向交替地配置。

定子14包括定子芯部32，上述定子芯部32具有形成为环状的芯背部28和从芯背部28的径向内侧的面朝向径向内侧突出的多个(十五个)极齿30。另外，本实施方式的定子芯部32是通过沿轴向层叠作为磁性材料的钢板材料而形成的层叠铁芯。另外，定子14包括：安装于定子芯部32的绝缘体34；以及在定子芯部32的多个极齿30的周围卷绕导电性的绕线36而分别形成的线圈38。

定子芯部32的多个极齿30从轴向观察时形成为大致T字状，并且在周向上等间隔地配置。另外，本实施方式的多个极齿30从轴向观察时沿周向对称地形成。这些极齿30包括：从芯背部28的内周面朝向径向内侧突出的棱柱状的极齿主体部40；以及从极齿主体部40的径向内侧的端部分别朝向周向一侧和另一侧延伸的极齿前端部42。多个极齿30的极齿主体部40的形状和尺寸被设定为彼此相同的形状和尺寸。极齿前端部42的径向内侧的面以规定的曲率半径沿周向弯曲。

如图2和图3所示，安装于定子芯部32的绝缘体34使用树脂材料等绝缘性的材料形成，作为一例成为沿轴向分割成两部分的结构。该绝缘体34包括：对芯背部28的轴向的两端面进行覆盖的芯背部覆盖部44；以及对极齿30的极齿主体部40进行覆盖的极齿主体部覆盖部。另外，绝缘体34包括对极齿前端部42的轴向的两端面进行覆盖的极齿前端部覆盖部46。该极齿前端部覆盖部46相对于极齿主体部覆盖部形成为沿轴向凸出的凸状。另外，极齿前端部覆盖部46的周向上的尺寸被设定为与后述的第一极齿前端部50的周向上的尺寸对应的尺寸。另外，在本实施方式中，多个极齿前端部覆盖部46的形状和尺寸被设定为彼此相同的形状和尺寸。

线圈38通过在由绝缘体34的极齿主体部覆盖部覆盖的各个极齿30的极齿主体部40周围卷绕导电性的绕线36而形成。在本实施方式中，在十五个极齿30的极齿主体部40周围分别形成有十五个线圈38。另外，本实施方式的线圈38的构成各相的线圈38的绕线36之间经由未图示的中性点端子连接。另外，构成各相的线圈38的绕线36的末端分别与未图示的电路基板连接端子连接。

如图3所示，本实施方式的传感器16是磁传感器。该传感器16包括形成为矩形块状的传感器主体48。该传感器主体48的中央部分为检测磁体20的磁性的敏感点。另外，传感器16包括从传感器主体48朝向一侧突出的未图示的连接部。该连接部通过焊接而接合于电路基板，由此传感器16安装于电路基板。另外，在本实施方式中，传感器16的传感器主体48配置在沿周向相邻的一对极齿30之间。另外，在本实施方式中，单个传感器16集中配置于定子14的周向的一部分。

接着，对作为本实施方式的主要部分的结构的极齿前端部42的结构进行说明。

如图1所示，在本实施方式中，多个极齿前端部42构成为包括：尺寸和形状被设定为彼此相同的形状和尺寸的多个(十个)第一极齿前端部50；以及形状和尺寸与第一极齿前端部50不同的多个(五个)第二极齿前端部52。

如图1和图2所示，第一极齿前端部50的周向上的尺寸为W1，并且轴向上的尺寸被设定为T。该第一极齿前端部50的径向上的厚度尺寸随着朝向该第一极齿前端部50的周向的端部侧而逐渐变小。本实施方式的第一极齿前端部50从轴向观察时沿周向对称地形成。

第二极齿前端部52除了周向上的尺寸W2被设定为比第一极齿前端部50的周向上的尺寸W1小的尺寸以外，与第一极齿前端部50同样地构成。在本实施方式中，五个第二极齿前端部52的尺寸和形状被设定为彼此相同的形状和尺寸。另外，本实施方式的第二极齿前端部52从轴向观察时沿周向对称地形成。

在此，具有第二极齿前端部52的极齿30(极齿主体部40)沿周向以同与电角度360°的整数倍对应的机械角相同角度的间隔配置。

另外，本实施方式的电动机10的磁极数为20，因此，与电角度360°对应的机械角为36°。在此，沿周向相邻的一对极齿30的周向间隔为24°。因此，在本实施方式中，将具有沿周向相邻的第二极齿前端部52的一对极齿30的周向间隔设定为与电角度360°对应的机械角36°和沿周向相邻的一对极齿30的周向间隔24°的最小公倍数72°。由此，具有第二极齿前端部52的五个极齿30(极齿主体部40)沿周向等间隔地配置。另外，在具有沿周向相邻的第二极齿前端部52的一对极齿30之间，配置有具有第一极齿前端部50的两个极齿30。

(本实施方式的作用和效果)

接着，对本实施方式的作用和效果进行说明。

如图1～图3所示，在本实施方式的电动机10中，通过向定子14的线圈38通电，在定子14的周围产生旋转磁场，由此使转子12旋转。

此外，在转子12旋转时，转子12的多个磁体20依次经过各个传感器16的传感器主体48的径向内侧。接着，各个传感器16的传感器主体48的位置处的多个磁体20的磁通密度的变化通过各个传感器16检测，由此能够计算出转子12的旋转角度、旋转速度等。

另外，在本实施方式中，设置有尺寸和形状与第一极齿前端部50不同的第二极齿前端部52。由此，与所有的极齿30为具有第一极齿前端部50的结构的情况相比，能够提高电动机10的齿槽转矩。另外，在本实施方式中，为了提高电动机10的齿槽转矩，不需要在沿周向相邻的极齿30之间设置辅助极齿等非绕线磁极。由此，能够抑制由于设置辅助极齿等非绕线磁极而导致的占空率的降低，能够抑制妨碍电动机10的高转矩化。即，在本实施方式中，能够在抑制妨碍高转矩化的同时获得期望的齿槽转矩的特性的电动机10。

在此，在图4中，示出了以具有第二极齿前端部52的极齿30的数量为横轴、以齿槽转矩的值为纵轴的曲线图。如该图所示，随着将具有第二极齿前端部52的极齿30的数量从一个增加到五个，能够提高齿槽转矩。另外，具有第二极齿前端部52的极齿30的数量考虑齿槽转矩的要求值等适当地设定即可。

另外，在图5中，示出了以第二极齿前端部52的周向上的尺寸W2为横轴、以齿槽转矩的值为纵轴的曲线图。如该图所示，随着减小第二极齿前端部52的周向上的尺寸W2，能够提高齿槽转矩。另外，第二极齿前端部52的周向上的尺寸W2考虑齿槽转矩的要求值等适当地设定即可。

另外，如图1所示，在本实施方式中，多个第二极齿前端部52的尺寸和形状被设定为彼此相同的形状和尺寸。除此之外，具有第二极齿前端部52的极齿30(极齿主体部40)沿周向等间隔地配置。由此，如上所述，能够在提高齿槽转矩的同时，抑制在转子12的旋转中产生不规则的振动和噪音。

另外，如图2所示，在本实施方式中，绝缘体34的极齿前端部覆盖部46的周向上的尺寸被设定为与第一极齿前端部50的周向上的尺寸对应的尺寸。由此，能够共用安装于具有第一极齿前端部50和第二极齿前端部52的定子芯部32的绝缘体34和安装于仅具有第一极齿前端部50的定子芯部32的绝缘体34。

(第二实施方式的电动机54)

接着，使用图6，对第二实施方式的电动机54进行说明。另外，在第二实施方式的电动机54中，有时对与上述第一实施方式的电动机10对应的构件和部分标注与第一实施方式的电动机10对应的构件和部分相同的符号，并且省略其说明。

如图6所示，本实施方式的电动机54是3相10极12槽的电动机。该电动机54构成为包括定子14和转子12，上述定子14在十二个极齿30的周围分别形成有线圈38，上述转子12具有十个磁体20，并且十个磁体20沿周向等间隔地配置。另外，在本实施方式中，径向外侧为N极的磁体20和径向外侧为S极的磁体20沿周向交替地配置。另外，在本实施方式的电动机54中，五个第二极齿前端部52的形状和尺寸为彼此不同的形状和尺寸。

在此，将五个第二极齿前端部52沿周向依次称为第二极齿前端部52A1、第二极齿前端部52A2、第二极齿前端部52A3、第二极齿前端部52A4、第二极齿前端部52A5。

第二极齿前端部52A1与上述第一实施方式的电动机10的第二极齿前端部52同样地构成。

第二极齿前端部52A2形成为从轴向观察时沿周向不对称的形状。该第二极齿前端部52A2朝向与该第二极齿前端部52A2沿周向相邻的第二极齿前端部52A3侧延伸。另外，在第二极齿前端部52A2的径向内侧的面的周向的中间部，形成有作为切换部的弯曲部56A2，上述切换部对径向上的位置的变化量相对于周向上的位置的变化量的比例进行切换。

第二极齿前端部52A3形成为从轴向观察时沿周向不对称的形状。该第二极齿前端部52A3朝向与该第二极齿前端部52A3沿周向相邻的第二极齿前端部52A2侧延伸。换言之，该第二极齿前端部52A3朝向同与该第二极齿前端部52A3沿周向相邻的第二极齿前端部52A4相反一侧延伸。另外，在第二极齿前端部52A3的径向内侧的面的周向的中间部，形成有作为切换部的弯曲部56A3，上述切换部对径向上的位置的变化量相对于周向上的位置的变化量的比例进行切换。

第二极齿前端部52A4形成为从轴向观察时沿周向不对称的形状。该第二极齿前端部52A4朝向同与该第二极齿前端部52A4沿周向相邻的第二极齿前端部52A3相反一侧延伸。换言之，该第二极齿前端部52A4朝向与该第二极齿前端部52A4沿周向相邻的第二极齿前端部52A5侧延伸。另外，在第二极齿前端部52A4的径向内侧的面的周向的中间部，形成有作为切换部的弯曲部56A4，上述切换部对径向上的位置的变化量相对于周向上的位置的变化量的比例进行切换。另外，第二极齿前端部52A4和第二极齿前端部52A3为从轴向观察时沿周向相反的形状。

第二极齿前端部52A5形成为从轴向观察时沿周向不对称的形状。该第二极齿前端部52A5朝向与该第二极齿前端部52A5沿周向相邻的第二极齿前端部52A4侧延伸。另外，在第二极齿前端部52A5的径向内侧的面的周向的中间部，形成有作为切换部的弯曲部56A5，上述切换部对径向上的位置的变化量相对于周向上的位置的变化量的比例进行切换。另外，第二极齿前端部52A5和第二极齿前端部52A2为从轴向观察时沿周向相反的形状。

此外，第二极齿前端部52A1的周向另一侧的端部58A、第二极齿前端部52A2的弯曲部56A2、第二极齿前端部52A4的弯曲部56A4沿周向以与电角度360°的整数倍对应的机械角相同角度的间隔配置。另外，由于本实施方式的电动机54的磁极数为10，因此，与电角度360°对应的机械角为72°。具体而言，第二极齿前端部52A1的周向另一侧的端部58A与第二极齿前端部52A2的弯曲部56A2的沿周向一侧的间隔为72°。另外，第二极齿前端部52A1的周向另一侧的端部58A与第二极齿前端部52A4的弯曲部56A4的沿周向一侧的间隔为216°。

另外，第二极齿前端部52A1的周向一侧的端部58B、第二极齿前端部52A5的弯曲部56A5、第二极齿前端部52A3的弯曲部56A3沿周向以与电角度360°的整数倍对应的机械角相同角度的间隔配置。具体而言，第二极齿前端部52A1的周向一侧的端部58B与第二极齿前端部52A5的弯曲部56A5的沿周向另一侧的间隔为72°。另外，第二极齿前端部52A1的周向一侧的端部58B和第二极齿前端部52A3的弯曲部56A3的沿周向另一侧的间隔为216°。

在以上说明的本实施方式的电动机54中，第二极齿前端部52A1的周向另一侧的端部58A、第二极齿前端部52A2的弯曲部56A2、第二极齿前端部52A4的弯曲部56A4沿周向以同与电角度360°的整数倍对应的机械角度相同角度的间隔配置。除此之外，第二极齿前端部52A1的周向一侧的端部58B、第二极齿前端部52A5的弯曲部56A5、第二极齿前端部52A3的弯曲部56A3沿周向以同与电角度360°的整数倍对应的机械角相同角度的间隔配置。由此，在本实施方式的电动机54中，与第二极齿前端部52A2、52A3、52A4、52A5的形状和尺寸设定为与第二极齿前端部52A1的形状和尺寸相同的形状和尺寸的结构相比，能够进一步提高齿槽转矩。

另外，各第二极齿前端部52A2、52A3、52A4、52A5形成为从轴向观察时沿周向不对称的形状，并且向周向的单侧延伸，由此，如上所述，能够容易地得到提高齿槽转矩的结构。

(第三实施方式的电动机60)

接着，使用图7，对第三实施方式的电动机60进行说明。另外，在第三实施方式的电动机60中，有时对与上述第一实施方式及第二实施方式的电动机10、54对应的构件和部分标注与第一实施方式及第二实施方式的电动机10、54对应的构件和部分相同的符号，并且省略其说明。

如图7所示，本实施方式的电动机60的结构除了构成转子12的一部分的多个磁体20的配置不同之外，与第二实施方式的电动机54同样地构成。

在此，在本实施方式中，相对于假定为十个磁体20沿周向等间隔地配置的位置，五个磁体20向周向另一侧错开配置。在本实施方式中，径向外侧为N极的五个磁体20或径向外侧为S极的五个磁体20相对于上述位置向周向另一侧错开配置。换言之，十个磁体20中的沿周向以机械角72°间隔配置的五个磁体20的磁极中心的位置相对于十个磁体20沿周向等间隔地配置时的位置向周向另一侧错开配置。另外，将相对于上述位置向周向一侧错开配置的五个磁体20称为偏置磁体20A。

在以上说明的本实施方式的电动机60中，由于十个磁体20中的五个磁体20成为偏置磁体20A，与第二实施方式的电动机54相比，能够进一步提高齿槽转矩。

(第四实施方式的电动机62)

接着，使用图8，对第四实施方式的电动机62进行说明。另外，在第四实施方式电动机62中，有时对与上述第一实施方式、第二实施方式及第三实施方式的电动机10、54、60对应的构件和部分标注与第一实施方式、第二实施方式及第三实施方式的电动机10、54、60对应的构件和部分相同的符号，并且省略其说明。

如图8所示，本实施方式的电动机62包括两个第二极齿前端部52。在此，具有一方的第二极齿前端部52的极齿30(极齿主体部40)配置在相对于假定为十二个极齿30(极齿主体部40)等间隔地配置的位置向周向另一侧错开6°的位置。由此，具有一方的第二极齿前端部52的极齿30和具有另一方的第二极齿前端部52的极齿30的沿周向另一侧的间隔为144°。在此，144°是与电角度360°对应的机械角72°的2倍的角度。

在以上说明的本实施方式的电动机62中，与具有一方的第二极齿前端部52的极齿30(极齿主体部40)配置在假定为十二个极齿30(极齿主体部40)等间隔地配置的位置的结构相比，能够提高齿槽转矩。

另外，在以上说明的各实施方式中，对将本公开的结构应用于20极15槽的电动机10或10极12槽的电动机54、60、62的示例进行了说明，但是本发明不限定于此。例如，也可以将本公开的结构应用于2极3槽、4极6槽、6极9槽、8极12槽、10极15槽、12极18槽等2极3槽系列的电动机。另外，本公开的结构也可以应用于4极3槽、8极6槽、12极9槽、16极12槽等4极3槽系列的电动机。另外，本公开的结构也可以应用于20极24槽等10极12槽系列的电动机。另外，本公开的结构也可以应用于14极12槽、28极24槽等14极12槽系列的电动机。此外，本公开的结构也可以应用于8极9槽、16极18槽等8极9槽系列的电动机。另外，本公开的结构也可以应用于10极9槽、20极18槽等10极9槽系列的电动机。

以上，对本公开的一实施方式进行了说明，但是本公开不限定于上述，除了上述以外，当然也可以在不脱离本公开思想的范围内，进行各种变形并实施。

另外，虽然根据实施方式对本公开进行了记述，但是应当理解为本公开不限定于上述实施方式、结构。本公开也包含各种各样的变形例、等同范围内的变形。除此之外，各种各样的组合、方式、进而在它们中包含仅一个要素、其以上或其以下的其他组合、方式也属于本公开的范畴、思想范围。

Claims (7)

1.一种电动机，所述电动机(10、54、60、62)包括：

转子(12)，所述转子具有磁体(20)，并且以能旋转的方式被支承；以及

定子(14)，所述定子包括定子芯部(32)和多个线圈(38)，所述定子芯部具有多个极齿主体部(40)和多个极齿前端部(42)，所述多个极齿主体部使用磁性材料形成，并且沿周向空开间隔地配置，所述多个极齿前端部与所述磁体相对配置，并且分别形成于多个所述极齿主体部中的所述转子侧的端部，所述多个线圈通过卷绕导电性的绕线而分别形成于多个所述极齿主体部的周围，多个所述极齿前端部构成为包括多个第一极齿前端部(50)和单个或多个第二极齿前端部(52)，所述多个第一极齿前端部的尺寸和形状被设定为彼此相同的形状和尺寸，所述单个或多个第二极齿前端部的形状和尺寸中的至少一方与所述第一极齿前端部不同。

2.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，

包括多个所述第二极齿前端部，在所述转子侧的端部形成有所述第二极齿前端部的多个所述极齿主体部沿周向以与电角度360°的整数倍对应的机械角相同角度的间隔配置。

3.如权利要求2所述的电动机，其特征在于，

多个所述第二极齿前端部的尺寸和形状被设定为彼此相同的形状和尺寸，

在所述转子侧的端部形成有所述第二极齿前端部的多个所述极齿主体部沿周向等间隔地配置。

4.如权利要求2或3所述的电动机，其特征在于，

在多个所述第二极齿前端部中的至少一部分的所述第二极齿前端部的所述磁体侧的面上形成有切换部(56A2、56A3、56A4、56A5)，所述切换部对径向上的位置的变化量相对于周向上的位置的变化量的比例进行切换，

一个所述第二极齿前端部的周向的端部(58A、58B)或所述切换部与其他所述第二极齿前端部的周向的端部或所述切换部，沿周向以与电角度360°的整数倍对应的机械角相同角度的间隔配置。

5.如权利要求4所述的电动机，其特征在于，

多个所述第二极齿前端部中的至少一部分的所述第二极齿前端部从所述极齿主体部向周向的一侧和另一侧的单侧延伸，由此从轴向观察时沿周向不对称地形成。

6.如权利要求5所述的电动机，其特征在于，

沿周向相邻的一对所述第二极齿前端部从轴向观察时沿周向不对称地形成，并且一方的所述第二极齿前端部朝向另一方的所述第二极齿前端部侧延伸，另一方的所述第二极齿前端部朝向一方的所述第二极齿前端部侧延伸。

7.如权利要求5或6所述的电动机，其特征在于，

沿周向相邻的一对所述第二极齿前端部从轴向观察时沿周向不对称地形成，并且一方的所述第二极齿前端部朝向与另一方的所述第二极齿前端部相反的一侧延伸，另一方的所述第二极齿前端部朝向与一方的所述第二极齿前端部相反的一侧延伸。