CN202856579U - 单相爪极式电动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种能够提高生产性的单相爪极式电动机。其具有：由具有将环状线圈夹入的第一、第二爪磁极(4a、4b)的定子铁心(4)构成的定子(2)；隔着径向间隙与定子(2)对置且沿着周向配置有多个磁极的转子(3)，所述径向间隙在周向上均匀形成，构成第一、第二爪磁极(4a、4b)的磁性体的密度均匀，第一、第二爪磁极(4a、4b)的与转子(3)(永久磁铁(32))对置的面(爪部(42))的沿着轴向延伸的一组的边(420、421)至少在一部分的(轴向)范围内平行形成。

Description

单相爪极式电动机

技术领域

本实用新型涉及一种电动电动机，尤其是涉及一种单相的爪极式电动机。

背景技术

现有技术中，已知有一种单相爪极式电动机，其具有：由具有将环状线圈夹入的第一爪磁极及第二爪磁极的定子铁心构成的定子；隔着径向间隙而与所述定子对置且沿着周向将多个磁极对称配置的转子(例如专利文献1)。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】：日本特开2008-167615号公报

不过，在现有的技术中，无法充分地降低定子铁心的制造成本，留有生产性提高的余地。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种能够使生产性提高的单相爪极式电动机。

为了实现上述目的，本实用新型的单相爪极式电动机优选的是，构成第一爪磁极及第二爪磁极的磁性体的密度大致均匀，第一爪磁极及第二爪磁极的与转子对置的面的沿着轴向延伸的一组边至少在一部分的轴向范围内大致平行形成。

【实用新型效果】

因而，能够使定子铁心的制造成本降低，从而使生产性提高。

附图说明

图1是实施例1的定子铁心(第一、第二爪磁极)和转子的分解立体图。

图2是实施例1的定子铁心(第一、第二爪磁极)和转子的装配体的轴向主视图。

图3是实施例1的第一爪磁极的立体图。

图4是实施例1的第一爪磁极的侧视图。

图5是将实施例1的转子(永久磁铁)的各磁极和定子铁心的各磁极沿着周向展开所示出的图。

图6是比较例的、(a)第一爪磁极的侧视图；(b)将转子(永久磁铁)的各磁极和定子铁心的各磁极沿着周向展开所示出的图。

图7是实施例3的第一爪磁极的侧视图。

图8是实施例4的第一爪磁极的侧视图。

附图标号说明

2   定子

3   转子

31  转子铁心

32  永久磁铁

4   定子铁心

4a  第一爪磁极

4b  第二爪磁极

42  爪部

420 边

421 边

具体实施方式

以下，根据附图对实现本实用新型的单相爪极式电动机的方式进行说明。

[实施例1]

实施例1的单相爪极式电动机(以下，称之为“电动机1”)例如在并用发动机及驱动用电动机来驱动的混合动力机动车中，作为发动机或驱动用电动机或者起动发电机、及用于冷却其控制装置等的水泵的驱动源(电动机部)来利用。该电动水泵通过电动机1的输出轴使叶轮旋转并借助离心力使冷却水喷出。需要说明的是，泵不局限于离心泵或冷却用泵，还可以将电动机1用作其他的用途当中。

电动机1具有：在内部具有收容部的电动机壳体；被收容在电动机壳体内的定子(stator)2及转子(rotor)3。定子2具有定子铁心4和收容在定子铁心4内的线圈，其通过向线圈通电来产生磁场。转子3为与定子2对置配置且具有永久磁铁32的磁极构件。图1是将作为构成电动机1的构件的定子铁心4和转子3分离且在同轴上排列配置的分解立体图。图2是从轴向观察定子铁心4和转子组合而成的构件时的主视图。转子3具有：与图外的叶轮一体旋转地固定，且经由轴承而旋转自如地设置在图外的壳体上的驱动轴30；作为固定在驱动轴30上的圆柱状的磁性体的转子铁心31；设置在转子铁心31的外周上的永久磁铁32。永久磁铁32沿着周向呈对称地(大致等间隔地)固定多个(实施例1中为12)，且设置成相邻的磁极不同。需要说明的是，也可以通过对环状构件进行磁化来构成永久磁铁32。转子3以使永久磁铁32的外周与定子铁心4的内周在径提高对置的方式配置。如图2所示，转子3(永久磁铁32)相对于定子铁心4隔着径向的微小间隙CL而设置成同心状。该径向间隙CL在周向上大致均匀。即，径向间隙CL的大小L在周向上大致恒定。

定子铁心4由分割为两个的环状构件来构成。这些环状构件为爪齿形状(爪型磁极形状)，以下，将这些环状构件称之为“第一爪磁极4a及第二爪磁极4b”。线圈与两个爪磁极4a、4b大致同心地卷绕成环状。图3是第一爪磁极4a的立体图。图4是从轴垂直方向观察第一爪磁极4a的一部分时的侧视图。第一爪磁极4a通过切削加工或冲压等对单层的电磁钢板进行成形来形成，构成第一爪磁极4a的磁性体的密度大致均匀。第一爪磁极4a由中空圆盘状的圆环部40、沿着圆环部40的周向以大致均等的间隔设置且从圆环部40的内周朝向内径侧(轴中心侧)延伸的多个(实施例1中为12个)爪基部41、及从爪基部41朝向匹配侧的爪磁极4b而向轴向一方侧延伸的爪部42构成。爪部42和爪基部41在圆环部40的内周侧连续性地呈圆弧状连接。如图4所示，各爪部42的沿着轴向延伸的一组边420、421之中的、至少一部分以彼此大致平行的方式形成。在实施例1中，各爪部42形成为大致矩形状、具体而言形成为沿着轴向延伸的边420、421比沿着周向延伸的边423长的大致长方形状，且各爪部42的沿着轴向延伸的一组边420、421之中的、全部分(轴向整个范围内)以彼此大致平行的方式形成。第二爪磁极4b也与第一爪磁极4a同样地构成。

通过使第一爪磁极4a和第二爪磁极4b的爪部42面对面地设置来形成定子铁心4。即，如上所述构成的两个大致相同形状的第一、第二爪磁极4a、4b在爪部42侧对置配置，且以使各爪部42交替啮合的方式而一体化。如图1所示，第一爪磁极4a的爪部42的前端(边423)设置在第二爪磁极4b所邻接的爪基部41间的凹部中，第二爪磁极4b的爪部42的前端(边423)设置在第一爪磁极4a所邻接的爪基部41间的凹部中。第一爪磁极4a的爪部42的沿着轴向延伸的边420、421和第二爪磁极4b的爪部42的沿着轴向延伸的边420、421以隔着稍许的间隙的方式彼此大致平行配置。圆环部40的周向上的各爪42部的内周的曲率彼此大致相同(与圆环部40为大致相同曲率)，在将组合而成的第一、第二爪磁极4a、4b的多个爪部42作为整体来观察时，构成为与圆环部40同心的圆筒形状。以由第一、第二爪磁极4a、4b夹入的形态而沿着爪磁极4a、4b卷绕成圆环状的线圈设置在定子铁心4的内部。需要说明的是，线圈被绝缘被覆，且两端为了进行向线圈的通电，而从爪磁极4a、4b的对置面向外侧引出，并与用于控制电流的逆变器连接。

另外，作为对转子3的永久磁铁32的磁极位置进行检测的磁极位置检测器(磁极传感器)，图外的霍尔元件设置在定子铁心4或者电动机壳体上。其结构与现有的结构同样，故未特别图示。在实施例1中，将霍尔元件设置在第一爪磁极4a与第二爪磁极4b的爪部42彼此之间的间隙位置。需要说明的是，也可以采用根据线圈的感应电压来检测磁极的位置从而进行通电的切换的感应电压位置检测方式、即无传感器方式来对转子3的位置进行检测。

[实施例1的作用]

接着，对电动机1的作用进行说明。图5是将转子3的永久磁铁32的各磁极和定子铁心4的各磁极沿着周向(转子的旋转方向)展开所示出的示意图，其由箭头来表示磁通。需要说明的是，实际当中，永久磁铁32的各磁极和定子铁心4的各磁极在轴提高重叠。从蓄电池等的直流电源经由逆变器而向线圈供给交流电流。伴随着向单相的线圈沿着交替方向进行通电，在从定子铁心4中的第一爪磁极4a延伸出的爪部42和从第二爪磁极4b延伸出的爪部42上产生了不同的磁极。例如，在第一爪磁极4a(的爪部42)上产生N极的情况下，在第二爪磁极4b(的爪部42)上产生S极。即，在定子铁心4上将沿着周向相邻的爪部42的磁极设置成不同。通过对通电进行控制，以旋转的方式来切换磁极。设置在与爪磁极4a、4b(爪部42)在径提高对置的转子3上的永久磁铁32伴随着在爪磁极4a、4b上产生的磁场而被向周向驱动并移动。即，转子3旋转。需要说明的是，通过由对逆变器进行控制的控制回路(半导体)来控制向线圈的通电状态，从而能够对驱动轴30的转速进行控制。在对转子3的旋转状态进行控制之际，通过霍尔元件来检测转子3的位置。

爪部42的沿着轴向延伸的一组边420、421至少在一部分的轴向范围内呈大致平行地形成。因而，能够使第一爪磁极4a的爪部42和第二爪磁极4b的爪部42靠近至转子3能够停止在可起动的位置上的距离。另外，能够抑制因定子2的磁极形状和永久磁铁32的磁极形状不同所引起的磁通的泄漏，无需增大尺寸而能够使输出转矩增大。以下，具体进行说明。在非通电时，借助在永久磁铁32与定子铁心4(爪磁极4a、4b)之间产生的齿槽转矩，转子3相对于定子2而以规定的相位停止。在该停止位置处，即便向线圈流有电流，在转子3上也无法产生转矩，从而存在无法使电动机起动的情况。为了避免这种情况，一般采用的是通过错开齿槽转矩的相位而使转子3的停止位置从无法起动的位置(死点)错开的方法。现有以来，通过在永久磁铁32上设置切口、在永久磁铁32与爪磁极4a、4b之间的空隙中设置不均匀部分等来避免上述问题。不过，在这些方法中，由于在线圈上产生的感应电压畸变，转矩的脉动变大，有可能使旋转时的振动或噪音增大。另外，通过基于永久磁铁32的磁通减少，在线圈上产生的感应电压降低，电动机的输出降低，有可能使效率也降低。

与其相对，在实施例1的电动机1中，爪部42的沿着轴向延伸的一组边420、421至少在一部分的轴向范围(实施例1中为轴向整个范围内。图4所示的A的范围)内呈大致平行地形成。因而，能够使在周向上对置的第一爪磁极4a的爪部42的边420、421和第二爪磁极4b的爪部42的边420、421在轴向的至少一部分的范围(图4所示的A的范围)内大致平行。由此，能够第一爪磁极4a的爪部42和第二爪磁极4b的爪部42之间的距离缩短在规定值以下。这样，本申请人发现，通过将邻接的爪部42间的距离设为规定值以下，转子3容易停止在可起动的位置上。因而，无需在永久磁铁32上设置切口或者在永久磁铁32与爪磁极4a、4b之间的空隙中设置不均匀部分等的对策，故能够抑制振动或噪音的增大、或电动机输出的降低等。具体而言，转子3(永久磁铁32)与固定铁心(爪磁极4a、4b)之间的空隙(径向间隙CL。参考图2)沿着周向大致均匀。即，在周向上的任何位置，永久磁铁32的外周面与爪磁极4a、4b的内周面(爪部42)之间的径向距离L也大致相同(恒定)。因而，能够抑制在线圈上产生的感应电压发生畸变或者降低的情况。需要说明的是，上述径向间隙CL沿着周向的“均匀”并不是指严格均匀的含义，只要在上述感应电压的畸变或降低不超出容许范围的程度之内，也容许稍微的不均匀。另外，一组边420、421中的“平行”并不是严格平行的含义，只要在邻接的爪部42间的距离不超出上述规定值的程度之内，也容许稍微的角度。在实施例1中，由于各爪部42的沿着轴向延伸的一组边420、421之中的全部分(轴向整个范围内)以彼此大致平行的方式形成，故能够使邻接的爪部42间的距离尽可能地缩短，从而能够使上述作用效果最大化。需要说明的是，为了更可靠地使转子3停止在可起动的位置上，例如也可以在爪部42的背侧(与永久磁铁32对置的面的相反侧的、线圈设置侧的面)设置空隙，从而使无法起动的位置处的磁阻(相对于可起动的位置而言)增大。需要说明的是，上述所记载中的“轴向”并不局限于严格含义上的轴向(相对于周向呈直角方向)，还包括相对于周向具有比零大的角度的方向。

在此，在定子2的爪磁极4a、4b的形状和永久磁铁32的磁极形状不同的情况下，也存在能够使在周向上对置的第一爪磁极4a的爪部42的边420、421和第二爪磁极4b的爪部42的边420、421大致平行的情况。图6示出了比较例，(a)是与图4同样的侧视图，(b)是与图5同样的展开图。在比较例中，爪磁极4a、4b的爪部42形成为梯形状，且各爪部42的沿着轴向延伸的一组边420、421彼此并不大致平行，但所组合的第一、第二爪磁极4a、4b的爪部42所对置的边420、421大致平行配置。因而，即便在比较例中，也通过尽可能地缩短邻接的爪部42间的距离，使转子3容易停止在可起动的位置上。不过，在比较例中，通过爪部42形成为梯形状，定子2(爪部42)的磁极形状(梯形)和永久磁铁32的磁极形状(长方形)不同。换而言之，与永久磁铁32对置地构成定子2的磁极的构件(爪部42)的旋转方向两侧的边界线(边420、421)相对于永久磁铁32的磁极的旋转方向两侧的边界线所成的角度大。由此，当使邻接的爪部42间的距离变短时，相邻的磁极的漏磁通向阻碍转子3的旋转的方向发生作用，无法产生充分的转矩。为了产生充分的转矩，需要增大电动机的尺寸，但会导致成本的增大或搭载性的恶化。产生充分的转矩的另一方法是使第一爪磁极4a和第二爪磁极4b的爪部42间的距离远离直至漏磁通的影响变少，但这样会导致转子3停止在无法起动的位置上。这样，在比较例中，不会导致成本增大或搭载性的恶化而确保电动机的起动特性来获得充分的输出转矩明显是困难的。

与其相对，在实施例1的电动机1中，通过爪部42的一组边420、421沿着轴向(此处为相对于周向的直角方向)延伸，能够使定子2(爪部42)的磁极形状(长方形)和永久磁铁2的磁极形状(长方形)近似。换而言之，与永久磁铁32对置地构成定子2的磁极的构件(爪部42)的旋转方向两侧的边界线(边420、421)相对于永久磁铁32的磁极的旋转方向两侧的边界线所成的角度小(大致为零)。由此，即便缩短邻接的爪部42间的距离，也能够使相邻的磁极的漏磁通的影响成为极小化。因而，不会导致电动机尺寸的增大(成本增大、搭载性的恶化)，而容易使转子3停止在可起动的位置，从而既能够确保电动机1的起动特性，又能够将漏磁通的影响极小化来获得充分的输出转矩。在实施例1中，由于各爪部42的沿着轴向延伸的一组边420、421之中的全部分(轴向整个范围内)以彼此大致平行的方式形成，故能够尽可能地减小邻接的磁极的漏磁通的影响，从而能够使上述作用效果最大化。

线圈卷绕成沿着定子铁心4呈环状地围绕。因而，能够省略对转矩产生无贡献的线圈端，使固定铁心和泵构成体尽可能地接近，故能够实现电动泵的小型化。另外，线圈的制作容易，卷绕线圈之后的成形也比现有的在层叠铁心的狭槽中卷绕的线圈容易。使收纳空间所占的线圈的占有率提高，由此能够降低线圈的电阻，故实现高效率的线圈。在实施例1中，由于采用了单相的线圈(定子铁心4)，故结构简单化、零件个数削减，从而能够实现电动机1的成本降低和小型化。爪磁极4a、4b由单层的电磁钢板来形成。因而，相对于现有的层叠铁心而言，其整体构成为一体，故在结构方面牢固而难以振动，实现低噪音。另外，在实施例1中，爪磁极4a、4b通过切削加工或冲压等来成形。因而，例如与通过压粉来成形爪磁极4a、4b的情况相比，能够实现高强度。

另外，在实施例1的电动机1中，爪部42的沿着轴向延伸的一组边420、421的至少一部分大致平行形成，故能够使第一爪磁极4a及第二爪磁极4b形成为近似的形状。因而，由于在成形中也能够将第一爪磁极4a和第二爪磁极4b设为相同工序，故能够削减制造成本，使生产性提高。需要说明的是，上述所记载中的“轴向”并不局限于严格含义上的轴向(相对于周向呈直角方向)，还包括相对于周向具有比零大的角度的方向。具体而言，第一、第二爪磁极4a、4b中圆环部40及爪基部41为相同形状，爪部42也为相同形状。这样，通过将第一爪磁极4a和第二爪磁极4b设为相同的形状，则用于形成两个爪磁极4a、4b的材料或模具为一种类型即可，从而能够实现进一步的制造成本的降低。需要说明的是，专利文献1记载的电动机采用压粉铁心作为爪磁极，且通过改变爪磁极内的压粉密度来形成磁场偏移部。不过，在该技术中，在成形爪磁极之际，必须使压粉的成形密度变化，进而在第一爪磁极和第二爪磁极中使密度变化的部位不同，故成为独立工序，作为生产性的提高有可能并不十分。与其相对，在实施例1的电动机1中，构成第一、第二爪磁极4a、4b的磁性体的密度大致均匀，尤其是不使密度偏斜。因而，无需改变爪磁极4a、4b内的磁性体的密度，进而能够借助相同工序来制造第一、第二爪磁极4a、4b，从而能够使生产性更加提高。需要说明的是，上述密度中的“均匀”并不是指严格均匀的含义，也容许在制造工序中所产生的稍微的不均匀。

实施例1的电动机1具备对转子3的永久磁铁32的磁极位置进行判别的机构(作为磁极传感器的霍尔元件)。因而，起动时的通电方向的判定变得容易，从而能够实现起动特性的进一步的稳定。在实施例1中，将霍尔元件设置在第一爪磁极4a和第二爪磁极4b的爪部42彼此之间的间隙位置，故起动时的通电方向的判定变得更为可靠。

[实施例1的效果]

以下，例举出实施例1的电动机1所达到的效果。

(1)具备：由具有夹入环状线圈的第一、第二爪磁极4a、4b的定子铁心4来构成的定子2；隔着径向间隙与定子2对置且沿着周向配置有多个磁极的转子3，所述径向间隙在周向上均匀形成，构成第一、第二爪磁极4a、4b的磁性体的密度均匀，第一、第二爪磁极4a、4b的与转子3(永久磁铁32)对置的面(爪部42)的沿着轴向延伸的一组边420、421至少在一部分的(轴向)范围内平行形成。

因而，能够降低定子铁心4的制造成本，使生产性提高。

(2)定子铁心4由电磁钢板来形成。

因而，能够使定子铁心4形成高强度。

(3)第一爪磁极4a和第二爪磁极4b为相同的形状。

因而，能够使定子铁心4的制造成本进一步地降低。

(4)具备对转子3的磁极进行判别的磁极传感器。

因而，能够实现起动特性的进一步的稳定。

[实施例2]

实施例2的电动机1中，定子铁心4(第一、第二爪磁极4a、4b)由对磁性粉末进行压缩成形的压粉铁心来形成。例如，通过非磁性体对涂层后的磁性粉即铁粉进行压缩而成形。构成第一、第二爪磁极4a、4b的磁性体(磁性粉)的密度与实施例1同样地，与爪磁极4a、4b的部位无关地设置成大致均匀。其他的结构与实施例1同样，故其说明省略。这样，通过对磁性粉末进行压缩成形来形成第一、第二爪磁极4a、4b，能够比较容易地制成三维的复杂形状。另外，相对于现有的层叠铁心而言，其整体构成为一体，故在结构方面牢固而难以振动，实现低噪音。进而，与实施例1同样地，爪部42的沿着轴向延伸的一组边420、421的至少一部分大致平行形成，故能够使第一爪磁极4a及第二爪磁极4b形成近似的形状。因而，用于形成两个爪磁极4a、4b的成形模具为一种类型即可，从而能过实现进一步的成本的降低。

实施例2的电动机1除了与实施例1的上述(1)(3)(4)同样的效果以外，还达到了以下的效果。

(5)定子铁心4由对磁性粉末压缩成形的压粉铁心形成。

因而，能够使定子铁心4的成形自由度提高。

[实施例3]

图7示出了实施例3的第一爪磁极4a，为与图4同样的侧视图。实施例3的电动机1中，第一、第二爪磁极4a、4b的爪部42的形状与实施例1不同，轴向前端部分424形成为前端变细的锥形状。具体而言，使爪部42的轴向前端部分424形成为在其周向两侧以相对于轴向呈大致45度的直线切除而成的大致梯形状。爪部42的沿着轴向延伸的一组边420、421至少在一部分的轴向范围(图7所示的B的范围)内大致平行形成。在实施例3中，爪部42的沿着轴向延伸的一组边420、421之中的大致平行形成的部分设置在比其他的部分(切口部分424)更靠周向外侧。因而，能够容易使第一爪磁极4a的爪部42和第二爪磁极4b的爪部42之间的距离缩短为规定值以下。其他的结构与实施例1同样，故其说明省略。实施例3的电动机1达到与实施例1同样的作用效果。

[实施例4]

图8示出了实施例4的第一爪磁极4a，为与图4同样的侧视图。实施例4的电动机1中，第一、第二爪磁极4a、4b的爪部42的形状与实施例1不同，轴向前端部分424形成为半圆状。具体而言，使爪部42的轴向前端部分424形成为朝向轴向前端凸出且直径与爪部42的周向尺寸大致相等的半圆状。爪部42的沿着轴向延伸的一组边420、421至少在一部分的轴向范围(图8所示的C的范围)内大致平行形成。在实施例4中，爪部42的沿着轴向延伸的一组边420、421之中的大致平行形成的部分设置在比其他的部分(切口部分424)更靠周向外侧。因而，能够容易使第一爪磁极4a的爪部42和第二爪磁极4b的爪部42之间的距离缩短为规定值以下。其他的结构与实施例1同样，故其说明省略。实施例4的电动机1达到与实施例1同样的作用效果。

[其他的实施例]

以上，对用于实现本实用新型的方式根据实施例进行了说明，但本实用新型的具体结构并不限定于实施例，即便不超出实用新型的主旨的范围的设计变更等也包含在本实用新型中。例如，爪部42的形状并不局限于实施例的形状。总而言之，也可以使爪部42的沿着轴向延伸的一组的边420、421至少在一部分的轴向范围内大致平行形成即可。另外，爪基部41的形状或尺寸并不局限于实施例的结构。在实施例中，由于尽可能地使爪基部41的长度(径向尺寸)变短，能够抑制定子铁心4的径向尺寸来实现电动机的小型化。另外，定子2及转子3的磁极的个数不局限于实施例而为任意，例如，转子3的极数为任意的偶数即可。另外，在实施例中将本实用新型应用于内转子型的电动机中，但也可以作为在外转子型的电动机应用。在实施例中，在表面磁石型的电动机中应用了本实用新型，但也可以应用在埋入磁石型的电动机中。另外，也可以使实施例2的结构和实施例3或者实施例4的结构进行组合。

Claims (6)

1.一种单相爪极式电动机，其特征在于，

具备：

由定子铁心构成的定子，该定子铁心具有将环状线圈夹入的第一爪磁极及第二爪磁极；

隔着径向间隙与所述定子对置且沿着周向配置有多个磁极的转子，

所述径向间隙在周向上均匀形成，

构成所述第一爪磁极及所述第二爪磁极的磁性体的密度均匀，

所述第一爪磁极及所述第二爪磁极的与所述转子对置的面的沿着轴向延伸的一组边至少在一部分的范围内平行形成。

2.如权利要求1所述的单相爪极式电动机，其特征在于，

所述定子铁心由电磁钢板形成。

3.如权利要求1所述的单相爪极式电动机，其特征在于，

所述定子铁心由对磁性粉末进行压缩成形所得到的压粉铁心形成。

4.如权利要求1至3中任一项所述的单相爪极式电动机，其特征在于，

所述第一爪磁极和所述第二爪磁极为相同的形状。

5.如权利要求1至3中任一项所述的单相爪极式电动机，其特征在于，

具备对所述转子的磁极进行判别的磁极传感器。

6.如权利要求4所述的单相爪极式电动机，其特征在于，

具备对所述转子的磁极进行判别的磁极传感器。

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